(57)【要約】【課題】  二次電池の過充電を防止しつつ、充電を繰り返しても放電容量が低下しないように二次電池を充電する充電装置を提供する。【解決手段】二次電池の状態を示す状態情報を取得する取得手段と、前記状態情報の時間変化に応じて充電条件を設定する設定手段と、前記充電条件で前記二次電池を充電する充電制御手段と、を有し、前記状態情報は前記二次電池の温度に関する情報を含み、前記充電条件は、前記二次電池の充電電圧であり、前記設定手段は、時間に対する前記二次電池の前記温度の増加率が閾値未満であれば、前記充電電圧を第１の電圧に設定し、時間に対する前記二次電池の前記温度の増加率が閾値以上であれば、前記充電電圧を第１の電圧より低い第２の電圧に設定し、前記充電制御手段は、前記二次電池の電圧値が前記充電電圧になるように充電を行うことを特徴とする充電装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の状態を示す状態情報を取得する取得手段と、
前記状態情報の時間変化に応じて充電条件を設定する設定手段と、
前記充電条件で前記二次電池を充電する充電制御手段と、を有し、
前記状態情報は前記二次電池の温度に関する情報を含み、
前記充電条件は、前記二次電池の充電電圧であり、
前記設定手段は、時間に対する前記二次電池の前記温度の増加率が閾値未満であれば、前記充電電圧を第１の電圧に設定し、時間に対する前記二次電池の前記温度の増加率が閾値以上であれば、前記充電電圧を第１の電圧より低い第２の電圧に設定し、
前記充電制御手段は、前記二次電池の電圧値が前記充電電圧になるように充電を行うことを特徴とする充電装置。
【請求項２】
前記充電条件は、前記二次電池の充電電流であり、
前記設定手段は、時間に対する前記二次電池の前記温度の増加率が閾値未満であれば、前記充電電流を第１の電流値に設定し、時間に対する前記二次電池の前記温度の増加率が閾値以上であれば、前記充電電流を第１の電流値より低い第２の電流値に設定し、
前記充電制御手段は、前記二次電池を前記充電電流で充電することを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
【請求項３】
前記設定手段は、前記二次電池の初期温度に応じて前記閾値を変化させることを特徴とする請求項１または２に記載の充電装置。
【請求項４】
二次電池の状態を示す状態情報を取得する取得手段と、
前記状態情報の時間変化に応じて充電条件を設定する設定手段と、
前記充電条件で前記二次電池を充電する充電制御手段と、を有し、
前記状態情報は前記二次電池の電圧に関する情報を含み、
前記充電条件は、前記二次電池の充電電圧であり、
前記設定手段は、時間に対する前記二次電池の前記電圧の増加率が閾値未満であれば、前記充電電圧を第１の電圧に設定し、時間に対する前記二次電池の前記電圧の増加率が閾値以上であれば、前記充電電圧を第１の電圧より低い第２の電圧に設定し、
前記充電制御手段は、前記二次電池の電圧値が前記充電電圧になるように充電を行うことを特徴とする充電装置。
【請求項５】
前記充電条件は、前記二次電池の充電電流であり、
前記設定手段は、時間に対する前記二次電池の前記電圧の増加率が閾値未満であれば、前記充電電流を第１の電流値に設定し、時間に対する前記二次電池の前記電圧の増加率が閾値以上であれば、前記充電電流を第１の電流値より低い第２の電流値に設定し、
前記充電制御手段は、前記二次電池を前記充電電流で充電することを特徴とする請求項４に記載の充電装置。
【請求項６】
前記設定手段は、前記二次電池の初期電圧に応じて前記閾値を変化させることを特徴とする請求項４または５に記載の充電装置。
【請求項７】
二次電池の状態を示す状態情報を取得する取得手段と、
前記状態情報に応じて充電条件を設定する設定手段と、
前記充電条件で前記二次電池を充電する充電制御手段と、を有し、
前記状態情報は充電開始前の前記二次電池の温度に関する情報を含み、
前記充電条件は、前記二次電池の充電電圧であり、
前記設定手段は、充電開始前の前記温度が低い場合には前記温度が高い場合よりも前記充電電圧を変更するための閾値を大きく設定するすることを特徴とする充電装置。
【請求項８】
二次電池の状態を示す状態情報を取得する取得手段と、
前記状態情報に応じて充電条件を設定する設定手段と、
前記充電条件で前記二次電池を充電する充電制御手段と、を有し、
前記状態情報は充電開始前の前記二次電池の電圧に関する情報を含み、
前記充電条件は、前記二次電池の充電電圧であり、
前記設定手段は、充電開始前の前記電圧が低い場合には前記電圧が高い場合よりも前記充電電圧を変更するための閾値を大きく設定するすることを特徴とする充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コードレス電動工具等の電源として用いられる二次電池を充電する充電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、コードレス電動工具用の二次電池としてリチウムイオン電池が用いられている。特許文献１に記載のリチウムイオン電池を充電する方法では、充電電圧値を設定し、リチウムイオン電池が充電電圧値に達したら充電電流を低下するように充電を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１８７７９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、リチウムイオン電池は、複数の電池セルを直列に接続している。電池セルが所定の電圧値以上の過充電になると当該電池セルは劣化してしまう。近年、リチウムイオン電池の高容量化が進んでいるが、高容量化したリチウムイオン電池ほど、寿命が短い（早く劣化してしまい、過充電になってしまう）。
【０００５】
例えば、従来では、リチウムイオン電池の充電中に各電池セルの電圧を監視し、１つの電池セルでも過充電であると判断した場合には、リチウムイオン電池全体の充電を停止している。
【０００６】
ところで、リチウムイオン電池の各電池セルは、充放電を繰り返すことでも劣化するが、劣化の度合いは、セル毎にばらついている。また、劣化が進んだ電池セルほど過充電にもなりやすい。そのため、特定の電池セルの劣化が進む（劣化度合いが大きい）が、残りの電池セルは劣化度合いが小さいということが起こりうる。しかしながら、従来の充電方法では、劣化度合いが小さい電池セルがあったとしても、１つの電池セルが過充電になった時点で充電を終了するため、劣化していない電池セルの電池容量を十分に生かすような充電を行うことができなかった。
【０００７】
かかる実情に鑑み、本発明は、二次電池の過充電を防止しつつ、充電を繰り返しても放電容量が低下しないように二次電池を充電する充電装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、二次電池の状態を示す状態情報を取得する取得手段と、前記状態情報の時間変化に応じて充電条件を設定する設定手段と、前記充電条件で前記二次電池を充電する充電制御手段と、を有し、前記状態情報は前記二次電池の温度に関する情報を含み、前記充電条件は、前記二次電池の充電電圧であり、前記設定手段は、時間に対する前記二次電池の前記温度の増加率が閾値未満であれば、前記充電電圧を第１の電圧に設定し、時間に対する前記二次電池の前記温度の増加率が閾値以上であれば、前記充電電圧を第１の電圧より低い第２の電圧に設定し、前記充電制御手段は、前記二次電池の電圧値が前記充電電圧になるように充電を行うことを特徴とする充電装置を提供する。
【０００９】
このような充電装置によれば、二次電池の劣化に応じて適切な二次電池の充電を行うことができる。これにより、二次電池のさらなる劣化を抑制することができる。
【００１０】
前記充電条件は、前記二次電池の充電電流であり、前記設定手段は、時間に対する前記二次電池の前記温度の増加率が閾値未満であれば、前記充電電流を第１の電流値に設定し、時間に対する前記二次電池の前記温度の増加率が閾値以上であれば、前記充電電流を第１の電流値より低い第２の電流値に設定し、前記充電制御手段は、前記二次電池を前記充電電流で充電することが好ましい。
【００１１】
前記設定手段は、前記二次電池の初期温度に応じて前記閾値を変化させることが好ましい。
【００１２】
二次電池の状態を示す状態情報を取得する取得手段と、前記状態情報の時間変化に応じて充電条件を設定する設定手段と、前記充電条件で前記二次電池を充電する充電制御手段と、を有し、前記状態情報は前記二次電池の電圧に関する情報を含み、前記充電条件は、前記二次電池の充電電圧であり、前記設定手段は、時間に対する前記二次電池の前記電圧の増加率が閾値未満であれば、前記充電電圧を第１の電圧に設定し、時間に対する前記二次電池の前記電圧の増加率が閾値以上であれば、前記充電電圧を第１の電圧より低い第２の電圧に設定し、前記充電制御手段は、前記二次電池の電圧値が前記充電電圧になるように充電を行うことが好ましい。
【００１３】
前記充電条件は、前記二次電池の充電電流であり、前記設定手段は、時間に対する前記二次電池の前記電圧の増加率が閾値未満であれば、前記充電電流を第１の電流値に設定し、時間に対する前記二次電池の前記電圧の増加率が閾値以上であれば、前記充電電流を第１の電流値より低い第２の電流値に設定し、前記充電制御手段は、前記二次電池を前記充電電流で充電することが好ましい。
【００１４】
前記設定手段は、前記二次電池の初期電圧に応じて前記閾値を変化させることができる。
【００１５】
本発明は、二次電池の状態を示す状態情報を取得する取得手段と、前記状態情報に応じて充電条件を設定する設定手段と、前記充電条件で前記二次電池を充電する充電制御手段と、を有し、前記状態情報は充電開始前の前記二次電池の温度に関する情報を含み、前記充電条件は、前記二次電池の充電電圧であり、前記設定手段は、充電開始前の前記温度が低い場合には前記温度が高い場合よりも前記充電電圧を変更するための閾値を大きく設定するすることを特徴とする充電装置を提供する。
【００１６】
本発明は、二次電池の状態を示す状態情報を取得する取得手段と、前記状態情報に応じて充電条件を設定する設定手段と、前記充電条件で前記二次電池を充電する充電制御手段と、を有し、前記状態情報は充電開始前の前記二次電池の電圧に関する情報を含み、前記充電条件は、前記二次電池の充電電圧であり、前記設定手段は、充電開始前の前記電圧が低い場合には前記電圧が高い場合よりも前記充電電圧を変更するための閾値を大きく設定するすることを特徴とする充電装置を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
このような充電装置によれば、二次電池の劣化に応じて適切な二次電池の充電を行うことができる。これにより、二次電池のさらなる劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施の形態の充電装置の回路図。
【図２】本実施の形態の充電処理を説明するグラフ。
【図３】本実施の形態の充電処理を示すフローチャート。
【図４】本実施の形態の充電処理で用いられる閾値と電池セルの初期温度との関係を示したテーブル。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態にかかる充電装置１と、充電装置１に装着された電池パック２について添付図面を参照しながら説明する。図１は、充電装置１に電池パック２が装着された状態の回路図を示したものである。電池パック２は図示せぬコードレス工具の電源として用いられるものである。
【００２０】
最初に、充電対象の電池パック２について説明する。図１に示すように、電池パック２は、複数の電池セル２ａ（本実施の形態では４セル）を直列に接続してなる電池組と、電池種判別抵抗７と、感温素子であるサーミスタ８と、保護ＩＣ２ｂとから構成されている。充電対象となる電池セル種別は、特に限定されるものではなく、任意の二次電池が対象となるが、本実施の形態では、リチウムイオン電池を内蔵した電池パック２を例として説明する。電池種判別抵抗７は、電池パック２の種類（定格電圧や、直列に接続されている電池セルの数など）に応じた固有の抵抗値を有しており、当該抵抗値から直列接続された電池セル２ａの数等、電池パックの種類を知ることができる。サーミスタ８は電池組に接触若しくは近接配置されており、電池組の温度を検出する。保護ＩＣ２ｂは、個々の電池セル２ａの電圧を監視し、その中の一つでも過充電や過放電により、通常状態ではない状態になることを防止するためのものであり、この場合に異常信号をマイコン２ｄに出力する。マイコン２ｄは、これらの信号を受け取った時に、充電装置１のマイコン５０に対して、充電を停止する指示を行う充電停止信号を通信端子２ｆを介して送出する。
【００２１】
電池パック２は、充電装置１に設けられている充電用のプラス端子とマイナス端子とに対応した端子と、保護ＩＣ２ｂとＡ／Ｄ入力ポート５２（後述）とを接続する端子とを有し、電池パック２を充電装置１に装着すると、これら対応する端子同士（あるいは、端子とポートと）が接続される。
【００２２】
次に充電装置１について説明する。充電装置１は、電源部と、マイコン５０と、マイコン５０の入力ポートに接続された各種検出部と、マイコン５０の出力ポートに接続された被制御部等により構成されている。
【００２３】
電源部は、充電電力を供給するためのメイン電源と、マイコン５０等に駆動電圧を供給するための補助電源とからなる。メイン電源は、電池パック２を充電するための電源であって、第１整流平滑回路１０と、スイッチング回路２０と、第２整流平滑回路３０とにより構成されている。
【００２４】
第１整流平滑回路１０は、全波整流回路１１と平滑用コンデンサ１２から構成され、交流電源２０５から供給される交流電圧を全波整流回路１１で全波整流し、平滑用コンデンサ１２で平滑して直流電圧を出力する。交流電源２０５は、商用電源等の外部電源である。
【００２５】
スイッチング回路２０は、第１整流平滑回路１０の出力側に接続されており、高周波トランス２１と、ＭＯＳＦＥＴ２２と、ＰＷＭ制御ＩＣ２３とから構成されている。ＰＷＭ制御ＩＣ２３は、ＭＯＳＦＥＴ２２の駆動パルス幅を変え、当該駆動パルス幅に応じてＭＯＳＦＥＴ２２はスイッチングを行い、第１整流平滑回路１０からの直流出力をパルス列波形の電圧とする。パルス列波形の電圧は高周波トランス２１の一次側巻線に印加され、高周波トランス２１により昇圧(若しくは降圧)され第２整流平滑回路３０に出力される。
【００２６】
第２整流平滑回路３０は、ダイオード３１と、平滑コンデンサ３２と、放電用抵抗３３とから構成され、高周波トランス２１の２次側から得られる出力電圧を整流及び平滑して直流電圧を生成し、当該直流電圧を充電装置１のプラス端子とマイナス端子から出力するように構成されている。
【００２７】
補助電源４０は、第１整流平滑回路１０とスイッチング回路２０に接続されて給電され、マイコン５０や後述するオペアンプ６１，６５等の各種回路へ安定化した基準電圧Ｖｃｃを供給するための定電圧電源回路である。補助電源４０は、トランス４１ａ、４１ｂ、スイッチング素子４２、制御素子４３、整流ダイオード４４、３端子レギュレータ４６、発振防止用コンデンサ４５，４７、リセットＩＣ４８等から構成されている。なお、リセットＩＣ４８は、マイコン５０に対してリセット信号を出力し、マイコン５０をリセットするＩＣである。
【００２８】
整流平滑回路６は、補助電源４０とスイッチング回路２０等に接続され、ＰＷＭ制御ＩＣ２３の電源となる整流平滑回路であり、トランス４１ａの二次コイル６ａ、整流ダイオード６ｂ、平滑コンデンサ６ｃから構成される。
【００２９】
マイコン５０は、第１出力ポート５１ａと、第２出力ポート５１ｂと、Ａ／Ｄ入力ポート５２と、リセットポート５４等から構成されている。このマイコン５０は、Ａ／Ｄ入力ポート５２に入力される各種信号を処理し、その結果に基づく各種信号を第１出力ポート５１ａと第２出力ポート５１ｂから各種被制御部等に出力して、充電装置１の動作を制御している。
【００３０】
第２出力ポート５１ｂは複数のポートを有し、その１つが充電電流設定回路７０に接続されている。
【００３１】
充電電流設定回路７０は、基準電圧Ｖｃｃとアース間に接続された抵抗７１、７２、７３、７４、７５、７６とから構成されており、充電電流を所定の電流値に設定するための回路である。抵抗７１と抵抗７２の接続点が充電電流制御回路６０を構成するオペアンプ６６の非反転入力端子に接続されている。また、抵抗７３〜７６の一端は、出力ポート５１ｂの対応するポートに個別に接続されている。抵抗７３〜７６の他端は抵抗７１，７２の接続点と接続されている。
【００３２】
充電電流の電流値は、電池パック２の種類（定格電圧、セル数、容量、セルの並列数）に応じて決定される。本実施の形態では、充電電流設定回路７０は、充電の際の設定電流として、電池パック２の種類に応じて、３種類の電流値Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３を選択的に設定している。具体的には、出力ポート５１ｂのうち抵抗７３、７４、７５、７６にそれぞれ接続されるポートからは信号を出力せず、基準電圧Ｖｃｃを抵抗７１と抵抗７２とによって分圧した値が設定電流を電流値Ｉ１として設定する際の基準値となる。尚、本実施の形態では、充電電流値Ｉ１は一例として７．５Ａである。
【００３３】
また、第２出力ポート５１ｂのうち抵抗７３に接続されるポートがロー信号を出力し、第２出力ポート５１ｂのうち抵抗７４、７５、７６に接続されるポートが信号を出力しないことにより、抵抗７１と、及び、抵抗７２、７３の合成抵抗とにより基準電圧Ｖｃｃを分圧した値が設定電流を電流値Ｉ２として設定する際の基準値となる。充電電流Ｉ２は、充電電流Ｉ１より小さく、本実施の形態では、一例として５Ａである。
【００３４】
また、第２出力ポート５１ｂのうち抵抗７３、７５、７６に接続されるポートからは出力せず、抵抗７４に接続されるポートがロー信号を出力することにより、基準電圧Ｖｃｃを抵抗７１と、及び、抵抗７２、７４の合成抵抗とによって分圧した値が設定電流を電流値Ｉ３として設定する際の基準値となる。充電電流Ｉ３は、充電電流Ｉ２より小さく、本実施の形態では、一例として３．５Ａである。尚、上記の説明では第２出力ポート５１ｂのうち抵抗７５、７６に接続されるポートは常に信号を出力しない例を示したが、これらのポートにもロー信号を出力することで、上記の電流値Ｉ１〜Ｉ３とは異なる電流値を設定することも可能である。
【００３５】
上述のように、充電電流制御回路６０は、充電電流設定回路７０に接続され、充電電流設定回路７０による設定に基づき充電電流を制御する。充電電流制御回路６０は、オペアンプ６１，６５と、抵抗６２，６３，６４，６６，６７と、ダイオード６８とから構成されている。尚、Ａ／Ｄ入力ポート５２は複数のポートを有し、その１つがオペアンプ６１の出力側に接続されている。
【００３６】
電流検出抵抗２０３は、第２整流平滑回路３０と充電電圧制御回路１００との間に接続され、電池パック２に流れる充電電流を検出する。
【００３７】
マイコン５０のＡ／Ｄ入力ポート５２は複数のポートを有し、それぞれが電池種別判定回路９と、充電電流制御回路６０と、電池温度検出回路８０と、電池電圧検出回路９０とに接続されている。また、Ａ／Ｄ入力ポート５２の１つは、電池パック２の保護ＩＣ２ｂに接続可能であり、またＡ／Ｄ入力ポート５２の別の１つは、電池パック２の電池種判別抵抗７と接続可能である。Ａ／Ｄ入力ポート５２のうち保護ＩＣ２ｂに接続されるポートから、電池セル２ａの異常信号を受信した場合に、マイコン５０は電池パック２の充電を停止する。また、マイコン５０（Ａ／Ｄポート５２）は、定電流・定電圧充電制御における定電圧充電区間において、充電電流が所定値より低下したことを充電電流制御回路６０からの電流信号により検出した場合に電池パック２２の充電を停止する。
【００３８】
電池温度検出回路８０は、基準電圧Ｖｃｃとアース間に直列に接続された抵抗８１、８２とから構成されており、抵抗８１と８２の接続点が電池パック２のサーミスタ８に接続されると共に、マイコン５０のＡ／Ｄ入力ポート５２ａの１つに接続されている。電池パック２の電池組２ａの温度が変化すると、当該温度変化に伴った電圧値がマイコン５０のＡ／Ｄ入力ポート５２ａのうち対応するポートに印加される。これにより電池組２ａの温度を充電装置１が把握することができる。
【００３９】
電池電圧検出回路９０は、抵抗９１，９２から構成され、電池パック２が充電装置１に装着された状態において、電池組のプラス端子に接続される。電池パック２の電圧は抵抗９１，９２によって分圧され、その値がマイコン５０のＡ／Ｄ入力ポート５２の１つに電池電圧情報として入力される。
【００４０】
電池種別判定回路９は、抵抗９ａからなり、マイコン５０は、抵抗９ａと電池種判別抵抗７とによる基準電圧Ｖｃｃの分圧値から接続されている電池パック２の種類（定格電圧や、直列に接続されている電池セルの数、電池セルの並列接続数など）を特定する。
【００４１】
マイコン５０の第１出力ポート５１ａは複数のポートを有し、それぞれが充電制御信号伝達部４と、表示部１３０に接続されている。マイコン５０の第２出力ポート５１ｂには、充電電圧制御回路１００と充電電流設定回路７０が接続されている。リセットポート５４には、補助電源回路４０が接続されている。Ａ／Ｄ入力ポート５２のうち１つは、保護ＩＣ２ｂと、別の１つは電池種判別抵抗７と、また別の１つはサーミスタ８と接続される。
【００４２】
充電制御信号伝達部４は、スイッチング回路２０とマイコン５０等に接続され、ＰＷＭ制御回路２３のオン・オフを制御する信号を伝達するフォトカプラからなる。ここで、第１出力ポート５１ａは複数のポートを有し、その１つがフォトカプラに接続されている。出力ポート５１ａがハイ状態とロー状態とに切り替わることによって、フォトカプラがオン、オフする。フォトカプラがオンするとＰＷＭ制御回路２３が起動して充電が開始される。一方、フォトカプラがオフするとＰＷＭ制御回路２３が停止し、充電が停止（終了）する。
【００４３】
充電電流信号伝達部５はフォトカプラ等からなり、充電電圧制御回路１００及び充電電流制御回路６０における充電電圧及び充電電流の信号をＰＷＭ制御ＩＣ２３に帰還する。
【００４４】
表示部１３０は、充電の状態を表示するための回路であり、ＬＥＤ１３１、抵抗１３２、１３３から構成される。第１出力ポート５１ａのうち抵抗１３２に接続されるポートがハイ信号を出力すると、ＬＥＤ１３１は赤に点灯し、第１出力ポート５１ａのうち抵抗１３３に接続されるポートがハイ信号を出力すると、ＬＥＤ１３１は緑に点灯し、両方のポートからハイ信号を出力するとＬＥＤ１３１は橙に点灯する。本実施の形態では、マイコン５０は、電池パック２の未接続や充電待機時等充電を行う前の状態ではＬＥＤ１３１の赤を点灯させ、充電中にはＬＥＤ１３１の２灯同時点灯により橙に点灯させ、充電終了後にはＬＥＤ１３１の緑を点灯させる。
【００４５】
充電電圧制御回路１００は、第２整流平滑回路３０に接続されており、充電電圧を制御する。充電電圧制御回路１００は、抵抗１０１，１０３，１０５，１０６，１０７，１０８，１１０，１１１，１１２，１１４，１１５，１１６，１１８，１２１，１２３、ポテンショメータ１０２、ＦＥＴ１０９，１１３，１１７，１２２，１２４、コンデンサ１０４、シャントレギュレータ１２０、ダイオード１１９等から構成される。抵抗１０８、１１２、１１６が、第２出力ポート５１ｂの有する複数のポートのそれぞれに接続されている。また、ＦＥＴ１２２、１２４のゲートが対応する第２出力ポート５１ｂの１つと接続されている。
【００４６】
充電電圧は、マイコン５０の第２出力ポート５１ｂからの信号によるＦＥＴ１０９，１１３，１１７，１２２，１２４のオンオフの切替えによって設定される。以下では、抵抗１０１,１２１，１２３、及び、ポテンショメータ１０２によって決まる合成抵抗をＲ１とし、抵抗１０５，１０６，１１０，１１４によって決まる合成抵抗をＲ２として説明する。
【００４７】
即ち、合成抵抗Ｒ１は、ＦＥＴ１２２，１２４のオンオフによって変化する。ＦＥＴ１２２，１２４が共にオフの場合には、合成抵抗Ｒ１は、抵抗１０１とポテンショメータ１０２との直列抵抗である。ＦＥＴ１２２がオン、ＦＥＴ１２４がオフの場合には、抵抗Ｒ１は、抵抗１０１と抵抗１２１との合成抵抗と、ポテンショメータ１０２との直列抵抗である。ＦＥＴ１２２，１２４が共にオンの場合には、抵抗Ｒ１は、抵抗１０１と抵抗１２１と抵抗１２３との合成抵抗と、ポテンショメータ１０２との直列抵抗である。
【００４８】
抵抗Ｒ２はＦＥＴ１０９、１１３、１１７のオンオフによって変化し、抵抗１０５と、抵抗１０６，１１０，１１４のうち対応するＦＥＴ１０９，１１３，１１７がオンになっている抵抗との合成抵抗である。
【００４９】
充電電圧は、抵抗Ｒ１に略比例して増加し、抵抗Ｒ２の逆数に略比例して増加する。本実施の形態では、マイコン５０が、ＦＥＴ１２２、１２４、１０９、１１３、１１７のオンオフを切替えることにより充電電圧を切り替える。充電電圧は、電池パック２に印加する電圧値を示している。すなわち、ＦＥＴ１２２、１２４の切り替えにより電池パック２の劣化度合いに応じた充電電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３に切り替え、ＦＥＴ１０９、１１３、１１７の切り替えにより接続された電池パック２の電圧（直列接続されたセル数）に応じた充電電圧に切り替えている。
【００５０】
マイコン５０は、装着されている電池パック２の種類（定格電圧、容量、電池セルの並列接続数）、および、後述する電池セル２ａの劣化の進み具合に基づいて充電電圧を決定する。本実施の形態では、電池パック２の種類毎に、まず、電池パック２の充電電圧（言い換えると、１つの電池セル２ａ当たりの充電電圧（以下電池セル充電電圧とする））が設定される。ここで、電池セル充電電圧は電池パック２の充電電圧を直列接続されたセル数で除算した値である。具体的には、電池セル充電電圧として、３つの電圧値Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の何れかが設定される。ここで、同一種類の電池セル２ａでは、電圧値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３は、それぞれ一定の電圧値であり、Ｖ１＞Ｖ２＞Ｖ３の関係を有している。電圧値Ｖ１は、電池セル２ａの定格電圧より低い値が設定される。電池セル２ａの定格電圧が４．２Ｖのときに、例えば、Ｖ１は４．２Ｖ，Ｖ２は４．１Ｖ、Ｖ３は３．９Ｖである。電池パック２の電圧においてはＶ１は４．２Ｖ×セル数、Ｖ２は４．１Ｖ×セル数、Ｖ３は３．９Ｖ×セル数となる。
【００５１】
また、電池パック２の種類が異なれば、電池セル充電電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の組み合わせも異なる。但し、各電池パック２の組み合わせにおいて、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３は、Ｖ１＞Ｖ２＞Ｖ３の関係を有している。ここで、電池パックの種類とは、過去に過充電状態になったことがある電池セルを含む電池パックと、当該電池セルを含まない電池パックと、を含む。
【００５２】
次に、マイコン５０は、設定された電池セル充電電圧（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の何れか）に直列に接続されている電池セル２ａの数（本実施の形態では４）をかけた値を電池パック２に印加する充電電圧（以下電池パック充電電圧とする）と設定する。具体的には、ＦＥＴ１２２、１０９、１１３、１１７のオンオフを切替えて電池パック２に印加する電圧が電池パック充電電圧になるように設定する。
【００５３】
充電装置１が行う電池パック２の充電処理について説明する。本実施の形態の充電処理では、定電圧定電流制御によって行われる。即ち、充電開始時において設定された充電電流で充電が行われ、電池パック２の電圧が電池パック充電電圧に達したときに、充電電流を徐々に低下させることで電池パック２の電圧が充電電圧に維持される。尚、マイコン５０は、電池電圧検出回路９０を介して電池パック２の電圧を検出する。本実施の形態では、所定時間経過したときの電池パック２（電池セル２ａ）の温度の増加率を計算し、その増加率に基づいて、充電電圧を設定している。
【００５４】
図２は、定電圧定電流制御における時間（横軸）に対する、電池セル２ａの電圧（縦軸）、電池セル２ａの温度（縦軸）、及び、充電電流（縦軸）との関係を示したグラフである。図２（ａ）−２（ｃ）は従来の定電圧定電流制御に対応し、図２（ｄ）−２（ｆ）は本実施の形態の定電圧定電流制御に対応している。図２（ａ）、２（ｂ）、２（ｃ）の順で電池セル２ａの劣化が進んだ場合のグラフを示しており、同様に、図２（ｄ）、２（ｅ）、２（ｆ）の順で電池セル２ａの劣化が進んだ場合のグラフを示している。尚、図２では定電流制御時における充電電流は全て同じ値である。電池セル２ａの劣化が進むと、時間に対する電池セル２ａの温度の増加率（以下、温度勾配と呼ぶ）は増加する。これは電池セル２ａが劣化することにより、その内部抵抗が増大し、そのため充電において発熱量が増加するためである。実際、図２（ａ）、２（ｄ）において温度勾配はＡであるが、図２（ｂ）、２（ｅ）において温度勾配はＡより大きいＢとなる。また、図２（ｃ）、２（ｆ）において温度勾配はＢより大きいＣとなる。同様に、電池セル２ａの劣化が進むと、時間に対する電池セル２ａの電圧の増加率（以下、電圧勾配と呼ぶ）も増加する。
【００５５】
図２（ａ）−２（ｃ）に示すように、従来の定電流定電圧制御では、電池セル２ａが劣化しても、定電圧制御時に電池セル２ａ（電池パック２）の充電電圧を常にＶ１（Ｖ１×セル数）としている。一方、本実施の形態では図２（ｄ）に示すように、電池セル２ａが劣化がしていない場合には、充電電圧をＶ１としているが、図２（ｅ）に示すように劣化がある程度進んだ場合には、充電電圧をＶ１より低いＶ２に設定し、図２（ｆ）に示すように劣化がさらに進んだ場合には、充電電圧をＶ２より低いＶ３に設定している。より詳細には、充電開始時と所定の時間経過した時に、電池セル２ａの温度を計測し、温度勾配を計算する。この温度勾配が後述する所定の値ｂより小さいときに充電電圧をＶ１に設定し、所定の値ｂ以上であり所定の値ｃ未満であるときに充電電圧をＶ２に設定し、所定の値ｃ以上の時に充電電圧をＶ３に設定している。
【００５６】
図３を参照して、上述の充電処理をより詳細に説明する。ステップ２０１では、マイコン５０は、ＬＥＤ１３１の表示を制御する。即ち、電池パック２が充電装置１に装着されていない場合には充電前表示としてＬＥＤ１３１の赤を点灯させる。
【００５７】
ステップ２０２では、マイコン５０は、電池パック２が充電装置１に装着されているか否かを判定する。かかる判定は、電池温度検出回路８０、電池電圧検出手段９０、電池種別判定回路９の対応するポートへの入力が有るかを判定し、これらの回路において入力が検知された場合には、電池パック１が装着されていると判定する。
【００５８】
ステップ２０３において、マイコン５０は、電池種判別抵抗７と抵抗９ａとの分圧値から接続されている電池パック２の種類（定格電圧や容量、直列に接続されている電池セル２ａの数など）を特定する。
【００５９】
ステップ２０４において、マイコン５０は、特定した電池パック２の種類に対応する電池セル充電電圧Ｖ１を選択し、ステップ２０５において電池セル充電電圧に直列に接続されている電池セル２ａの数を乗することにより電池パック充電電圧を算出し、充電電圧制御回路１００の充電電圧を算出した電池パック充電電圧に設定する。上述のように、電池パック充電電圧の設定は、ＦＥＴ１２２、１２４、１０９、１１３、１１７のオンオフを切替えることにより行う。
【００６０】
ステップ２０６において、マイコン５０は、特定した電池パック２の種類に対応する充電電流を電流値Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３の何れか１つから選択し、充電電流設定回路７０の充電電流を選択した値に設定する。充電電流の設定は、第２出力ポート５１ｂのうち、抵抗７３、７４、７５、７６に接続されたポートに出力しない、または、ロー信号を送出することによって行う。
【００６１】
ステップ２０７において、マイコン５０は、充電開始前の電池パック２の温度（以下、初期温度と呼ぶ）を検出する。具体的には、マイコン５０は、サーミスタ８と、電池温度検出回路８０とによって電池パック２の温度を検出する。詳細には、マイコン５０は、サーミスタ８と、抵抗８２との合成抵抗と、抵抗８１との分圧値をＡ／Ｄ入力ポート５２より検出し、かかる分圧値に基づいて電池パック２（電池セル２ａ）の温度を検出する。
【００６２】
ステップ２０８において、マイコン５０は、充電制御信号伝達部４のフォトカプラを介してＰＷＭ制御ＩＣ２３を制御して、充電を開始させる。
【００６３】
ステップ２０９において、マイコン５０はＬＥＤ１３１を充電中を示す橙色に点灯させる。
【００６４】
ステップ２１０において、マイコン２１０は所定時間（例えば充電開始後３分）経過したか否かを判断する。ステップ２１０で否定判定された場合には（ステップ２１０：ＮＯ）、ステップ２１１において、マイコン５０は満充電が検出されたか否かを判定する。具体的には、マイコン５０は、電池電圧検出回路９０を介して電池パック２の電圧を検出し、検出した電圧が電池パック充電電圧に達した後、充電電流制御回路６０によって検出した充電電流が所定の値まで降下した場合に、満充電であると判定する。
【００６５】
ステップ２１１において否定判定された場合には（ステップ２１１：ＮＯ）、ステップ２１０に戻り、ステップ２１１において肯定判定された場合には（ステップ２１１：ＹＥＳ）、ステップ２１７において充電を終了する。具体的には、マイコン５０は、充電制御信号伝達部４のフォトカプラを介してＰＷＭ制御ＩＣ２３を制御して、電池パック２への電力の供給を遮断させることで充電を終了する。
【００６６】
ステップ２１０において肯定判定された場合には（ステップ２１０：ＹＥＳ）、ステップ２１２において、マイコン５０は、サーミスタ８と、電池温度検出回路８０とから電池パック２の温度を検出する。さらに、今回検出した温度と、ステップ２０７で検出した初期温度との差を所定時間で割ることによって、時間に対する温度の増加率（以下、温度勾配と呼ぶ）を算出する。さらに、温度勾配が所定値ｂ以上か否かを判定する。なお、所定値ｂは、初期温度に基づいて選択される。詳細には、図４に示すように、初期温度がＴ１未満の場合には所定値ｂをｂ１に設定し、初期温度がＴ１以上Ｔ２未満の場合には、所定値ｂをｂ２に設定し、初期温度がＴ２以上Ｔ３未満の場合には、所定値ｂをｂ３に設定し、初期温度がＴ３異常の場合には、所定値ｂをｂ４に設定する。ここで、ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４は、ｂ１＞ｂ２＞ｂ３＞ｂ４の関係を満たしている。また、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３は、Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３の関係を満たしている。
【００６７】
充電の際に、初期温度が低いほど電池パック２の温度は急激に上昇する傾向にある。温度勾配は電池セル２ａの劣化の程度を表しているが、初期温度が異なってしまうと、温度勾配だけでは電池セル２ａの劣化の程度が判断できなくなる。そのため、初期温度が低いほど閾値としての所定値ｂを大きく設定する、即ち、閾値を初期温度に応じて変更させることで、初期温度の違いによる電池パック２の温度勾配の変化に対応することができる。
【００６８】
ステップ２１２で否定判定された場合には（ステップ２１２：ＮＯ）、マイコン５０は、電池セル充電電圧をＶ１に維持したまま、即ち、電池パックセル充電電圧をＶ１×（直列セル数）に維持したまま充電を継続し、ステップ２１６において満充電を検出するまで待機する。このときの満充電の検出方法はステップ２１１と同様である。
【００６９】
一方、ステップ２１１で肯定判定された場合には（ステップ２１２：ＹＥＳ）、ステップ２１３において、マイコン５０は、温度勾配が所定値ｃ以上か否かを判定する。なお、所定値ｃも、所定値ｂと同様に初期温度に基づいて選択される。即ち、図４に示すように、初期温度がＴ１未満の場合には所定値ｃをｃ１に設定し、初期温度がＴ１以上Ｔ２未満の場合には、所定値ｃをｃ２に設定し、初期温度がＴ２以上Ｔ３未満の場合には、所定値ｃをｃ３に設定し、初期温度がＴ３異常の場合には、所定値ｃをｃ４に設定する。ここで、ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４は、ｃ１＞ｃ２＞ｃ３＞ｃ４の関係を満たしている。
【００７０】
上述のように、初期温度が低いほど電池パック２の温度は急激に上昇する傾向にある。温度勾配は電池セル２ａの劣化の程度を表しているが、初期温度が異なってしまうと、温度勾配だけでは電池セル２ａの劣化の程度が判断できなくなる。そのため、初期温度が低いほど閾値としての所定値ｃを大きく設定する、即ち、閾値を初期温度に応じて変更させることで、初期温度の違いによる電池パック２の温度勾配の変化に対応することができる。
【００７１】
ステップ２１３において否定判定された場合には（ステップ２１３：ＮＯ）、ステップ２１４において、マイコン５０は、特定した電池パック２の種類に対応する電池セル充電電圧Ｖ２を選択し、電池セル充電電圧に直列に接続されている電池セル２ａの数を乗することにより電池パック充電電圧を算出し、充電電圧制御回路１００の充電電圧を算出した電池パック充電電圧に設定する。上述のように、電池パック充電電圧の設定は、ＦＥＴ１２２、１２４、１０９、１１３、１１７のオンオフを切替えることにより行う。即ち、ステップ２１４において、マイコン５０は電池セル２ａに印加する充電電圧をＶ１からＶ２に変更する。その後、ステップ２１６において、マイコン５０は満充電を検出するまで待機する。具体的には、電池セル２ａの電圧が充電電圧Ｖ２に達した後、充電電流が所定の値まで降下した場合に、満充電であると判定する。
【００７２】
ステップ２１３において肯定判定された場合には（ステップ２１３：ＹＥＳ）、ステップ２１５において、マイコン５０は、特定した電池パック２の種類に対応する電池セル充電電圧Ｖ３を選択し、電池セル充電電圧に直列に接続されている電池セル２ａの数を乗することにより電池パック充電電圧を算出し、充電電圧制御回路１００の充電電圧を算出した電池パック充電電圧に設定する。上述のように、電池パック充電電圧の設定は、ＦＥＴ１２２、１２４、１０９、１１３、１１７のオンオフを切替えることにより行う。即ち、ステップ２１５において、マイコン５０は電池セル２ａに印加する充電電圧をＶ１からＶ３に変更する。その後、ステップ２１６において、マイコン５０は満充電を検出するまで待機する。具体的には、電池セル２ａの電圧が充電電圧Ｖ３に達した後、充電電流が所定の値まで降下した場合に、満充電であると判定する。
【００７３】
ステップ２１６において満充電を検出すると（ステップ２１６：ＹＥＳ）、ステップ２１７において、マイコン５０は、充電制御信号伝達部４のフォトカプラを介してＰＷＭ制御ＩＣ２３を制御して、電池パック２への電力の供給を遮断させることで充電を終了する。
【００７４】
ステップ２１８において、マイコン５０はＬＥＤ１３１を緑色に点灯させ、充電が終了したことを報知する。ステップ２１９において、マイコン５０は電池パック２が充電装置１から外されたか否かを判定する。電池パック２が充電装置１から外されている場合には（ステップ２１９：ＹＥＳ）、ステップ２０１に戻り、電池パックが充電装置から外されていない場合には（ステップ２１９：ＮＯ）、ステップ２２０を繰り返すことで待機状態になる。
【００７５】
以上、本実施の形態による充電処理によれば、充電時に電池セル２ａの温度勾配を検出することにより、電池セル２ａが劣化したかどうかを特定し、温度勾配、即ち、電池セル２ａの劣化の進み具合に応じて、充電電圧を変化させている。即ち、電池セル２ａの劣化が進めば進むほど、充電電圧を低く設定することで、電池セル２ａに負担のない充電を行うことができる。このように充電電圧を低く設定して充電すれば、電池セル２ａを過充電状態に達してしまうことを避けることができ、さらなる電池セル２ａの劣化を避けることができる。
【００７６】
また、充放電を繰り返すと、複数の電池セル２ａにおいて、劣化具合がばらつくことになる。本実施の形態では、充電電圧を下げることで、劣化が進んだ電池セル２ａが過充電になるのを避けるため、過充電によって充電が停止することができる。そのため、劣化がそれほど進んでいない電池セル２ａに対して十分な充電を行うことができ、結果として電池パック２全体の放電容量が大きい状態を長い期間維持することができる。
【００７７】
例えば、放電直後は電池パック２の温度は高くなるのに対して、寒冷な環境に長期間放置された状態では電池パック２の温度は低くなる。そのため、放電直後に充電を開始する場合と、寒冷な環境に長期間放置された状態から充電を開始する場合とでは初期温度が著しく異なることになる。初期温度が大きく異なると、充電時の温度変化も変化する。本実施の形態では、ステップ２１２、２１３における所定値ｂ、ｃを、初期温度に応じて変化するように設定している。このため、初期温度に関係なく、適切に電池セル２ａの劣化具合を判断することができる。
【００７８】
本発明による充電装置は上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。
【００７９】
上記の実施の形態では、電池セル充電電圧は、同一種類の電池セル２ａに対して、３種類（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３）から設定されたが、３種類には限定されず、複数種類のうちから設定されていればよい。
【００８０】
充電電流も電池セル２ａの種類に対して３種類（Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３）から設定されたが、３種類に限定されず複数種類のうちから設定されていればよい。
【００８１】
また、初期温度と、所定時間経過後の電池セル２ａの温度とによって温度勾配を計算していたが、温度勾配を計算する際の温度を取得するタイミングは上記に限定されない。例えば、初期温度と、電池電圧が所定値になったタイミングの電池セル２ａの温度との差を、充電開始時から電池電圧が所定値になったタイミングまでの時間間隔で割ることによって、温度勾配を求めてもよい。また、温度を測定する時間間隔が常に一定であれば、（２つの温度の差を時間間隔で割らずに）２つの温度の差を温度勾配としてもよい。
【００８２】
上記の実施の形態では、温度勾配に基づいて電池の劣化具合を判断し、電池電圧を設定していたが、温度勾配ではなく例えば、時間に対する電圧の上昇率（以下、電圧勾配と呼ぶ）によって電池の劣化具合を判断し、電池電圧を設定してもよい。図２（ｄ）、２（ｅ）、２（ｆ）に示すように、電池セル２ａの劣化が進むと、電池電圧の上昇が早くなる。例えば、充電開始時から、所定の期間経過後までの電圧勾配は図２（ｄ）、２（ｅ）、２（ｆ）の順で大きくなる。従って、電圧勾配が第１の値未満の時に電池セル電圧をＶ１に設定し、電圧勾配が第１の値以上、第１の値より大きい第２の値未満のときに電池セル電圧をＶ２に設定し、電圧勾配が第２の値以上のときに電池セル電圧Ｖ３に設定するようにしてもよい。即ち、ステップ２０７で初期電圧値を検出し、ステップ２１２、２１３で電圧勾配を所定値と比較し、ステップ２１４、２１５でその結果に応じて充電電圧を設定すればよい。また、初期電圧値に応じて電圧勾配の閾値を変更するようにしてもよい。
【００８３】
ステップ２１４、２１５において、充電電圧をＶ１からそれぞれＶ２、Ｖ３に変更していたが、充電電流もＩ１からＩ１より低い値に変更するようにしてもよい。この場合には、ステップ２１４で設定する電流値がステップ２１５で設定する電流値より大きいようにするのがよい。あるいは、ステップ２１４、２１５において、充電電圧を変更せず充電電流のみを変更するようにしてもよい。何れの場合にも、劣化が進んだ電池セル２ａほど急激に充電されることがないようにできるため、電池セル２ａを過充電することを避けることができる。
【符号の説明】
【００８４】
１      充電装置
２      電池パック
５０    マイコン
２ｆ    マイコン
２ａ    電池セル
【図１】
2015029390.tif 000003
【図２】
2015029390.tif 000004
【図３】
2015029390.tif 000005
【図４】
2015029390.tif 000006