(57)【要約】【課題】  少なくとも２種類以上の電源から電池を充電できる充電装置を提供することである。【解決手段】  複数の素電池を直列に接続した電池パックを少なくとも２種類以上の供給電源によって電池を充電する充電装置であって、前記供給電源は商用電源と他の電源であり、商用電源はケーブルを介して取り外しの出来ないように直接接続され、他の電源は別のケーブルとコネクタを有し取り外し可能な構造にした。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の素電池を直列に接続した電池パックを少なくとも２種類以上の供給電源によって電池を充電する充電装置であって、
前記供給電源は商用電源と他の電源であり、他の電源は商用電源用のケーブルとは別のケーブルとコネクタを有し取り外し可能な構造を備えたことを特徴とする充電装置。
【請求項２】
前記商用電源と、少なくとも１種類以上の前記電源からの供給によって前記電池パックを充電するようにしたことを特徴とする請求項１記載の充電装置。
【請求項３】
前記商用電源と、少なくとも１種類以上の前記電源の入力電圧を検出する夫々入力電圧検出手段と、該入力電圧検出手段の出力に応じて供給電源の選択を前記商用電源か前記他の電源のどちらか一方のみが接続されたときに前記電池パックを充電するように制御する制御手段を備えたことを特徴とする請求項１及び２記載の充電装置。
【請求項４】
前記電池パック内の過充電検出回路の出力に基づいて充電を停止する充電停止回路と、夫々の電源に対応したスイッチング素子と、該スイッチング素子を制御するスイッチング制御回路を有し、
該充電停止回路は前記制御手段と夫々の入力電源に対応する前記スイッチング制御回路に信号を出力し充電を停止させることを特徴とする請求項３記載の充電装置。
【請求項５】
複数の素電池を直列に接続した電池パックを少なくとも２種類以上の供給電源によって電池を充電する充電装置であって、
夫々の電源に対応したスイッチング素子と、該スイッチング素子を制御するスイッチング制御回路と、夫々の電源が印加されるトランスと、該トランスの夫々の電源に対応した入力巻線と一つの出力巻線を備えたことを特徴とする充電装置。
【請求項６】
前記トランスの一つの出力巻線の出力から前記電池パックへの充電電流を制御する一つの出力制御回路と、前記電池パックへの充電電流と電圧を設定する電流電圧設定回路と、入力された電源の種類と前記電池パックの状態に応じて前記電流電圧設定回路に所定の電流電圧値を選択する制御手段を備えたことを特徴とする請求項５記載の充電装置。
【請求項７】
前記電池パック内の過充電検出回路に出力に基づいて充電を停止する充電停止回路と、該充電停止回路は前記制御手段と夫々の入力電源に対応する前記スイッチング制御回路に信号を出力し充電を停止させることを特徴とする請求項６記載の充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は例えばコードレス電動工具等の携帯用機器の電源として用いられているニッケルカドミウム電池（以下ニカド電池という）やリチウムイオン電池等を充電する充電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ニカド電池やリチウムイオン電池を充電する充電装置は、商用電源からの供給によって充電を行っている。しかしながら例えばコードレス電動工具等を商用電源が供給されていない所で使用する場合、使用者は作業量が多い場合、予備の電池を何本も準備しておかなくてはならなかった。そこで商用電源以外からの別の電源からも充電できる充電装置の要求があり、この要求に対応するため特開２００５―２４５１４５の如く少なくとも２種類以上の電源から電池パックを充電できる充電装置を提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５―２４５１４５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１においては少なくとも２種類以上の電源に対応して夫々電源回路が設けられており、充電装置の大型になる問題がある。さらに電池パックの充電時には過充電が生じたりするという問題があり、安全に使用するための方策が求められている。
【０００５】
従って、本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくし、少なくとも２種類以上の電源から電池パックを簡素な回路で充電できる充電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために本発明に従って開示される発明の特徴を説明すれば、次のとおりである。
【０００７】
本発明の一つの特徴によれば、複数の素電池を直列に接続した電池パックを少なくとも２種類以上の供給電源によって電池を充電する充電装置であって、前記供給電源は商用電源と他の電源であり、他の電源は商用電源用のケーブルとは別のケーブルとコネクタを有し取り外し可能な構造を備える。
【０００８】
本発明の他の特徴によれば、商用電源と、少なくとも１種類以上の電源からの供給によって電池パックを充電する。
【０００９】
本発明の他の特徴によれば、商用電源と、少なくとも１種類以上の電源の入力電圧を検出する夫々入力電圧検出手段と、該入力電圧検出手段の出力に応じて供給電源の選択を商用電源か他の電源のどちらか一方のみが接続されたときに電池パックを充電するように制御する制御手段を備える。
【００１０】
本発明の他の特徴によれば、複数の素電池を直列に接続した電池パックを少なくとも２種類以上の供給電源によって電池を充電する充電装置であって、夫々の電源に対応したスイッチング素子と、スイッチング制御回路と、夫々の電源が共通の共通印加される共通のトランスと、該トランスの夫々の電源に対応した入力巻線と一つの出力巻線を備える。
【００１１】
本発明の他の特徴によれば、前記トランスの一つの出力巻線の出力から電池パックへの充電電流を制御する一つの出力制御回路と、電池パックへの充電電流と電圧を設定する電流電圧設定回路と、入力された電源の種類と電池パックの状態に応じて前記電流電圧設定回路に所定の電流電圧値を選択する制御手段を備える。
【００１２】
本発明の他の特徴によれば、複数の素電池を直列に接続した電池パックを少なくとも２種類以上の供給電源によって電池を充電する充電装置であって、電池パック内の過充電検出回路に出力に基づいて充電を停止する充電停止回路と、該充電停止回路は制御回路と、夫々の入力電源に対応するスイッチング制御回路に信号を出力し充電を停止させる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、充電装置の大型を抑制し、少なくとも２種類以上の電源から電池パックを充電可能な充電装置を提供することができ、充電装置の使い勝手が向上する。
【００１４】
さらに、本発明によれば、電池パックの充電時には過充電を防止することができるので、電池パックの安全性や寿命を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は本発明充電装置の一実施形態を示す外観図である。１は充電装置、３は商用電源以外の直流電源からの電力を入力するＤＣケーブル、４は商用電源を入力するＡＣケーブル、３４はＤＣケーブル３と充電装置１とを接続するコネクタである。
【００１６】
図２は本発明充電装置の一実施形態を示す他の外観図である。１は充電装置、４０は電池パックであり、電池パック４０は充電装置１に接続されて充電される。
図３は本発明充電装置の一実施形態を示す回路ブロック図である。１は充電装置、３は商用電源以外の直流電源からの電力を入力するＤＣケーブルを含む直流電源、４は商用電源を入力するＡＣケーブルを含む商用電源である。１０は第1全波整流回路であり、図示しない整流ダイオードブリッジ、平滑用コンデンサ等からなり、商用電源４のＡＣ電圧を直流平滑する。１１は図示しないＦＥＴからなる第1スイッチング素子、１２は第１スイッチング素子の駆動パルス幅を変えて第２整流平滑回路２０の出力電圧を調整する第1スイッチング制御回路である。
１３は商用電源４からのＡＣ入力電圧の有無を検出するＡＣ入力電圧検出回路、１４は制御手段であるマイコン２３の電源を供給する補助電源回路、１５はマイコン２３、充電停止回路２８、電池温度検出回路２６、定電流／定電圧制御回路２４の出力信号を第１スイッチング制御回路１２に伝達する第１伝達手段であり、１６はＡＣ入力電圧検出回路１３の出力をマイコン２３に信号を伝達する例えば図示しないフォトカプラからなる第2伝達手段である。
１７は高周波トランスであり、夫々の入力電源（直流電源３、商用電源４）に対応した巻線と第2整流平滑回路に出力する出力巻線を有する。１８は図示しないＦＥＴからなる第２スイッチング素子、１９は第2スイッチング素子の駆動パルス幅を変えて第２整流平滑回路２０の出力電圧を調整する第２スイッチング制御回路である。２１は直流電源３の入力の有無を検出するＤＣ入力電圧検出回路、２２は制御手段であるマイコン２３の所定の駆動電圧（Ｖｃｃ）を供給する定電圧回路である。
２３は制御手段であるマイコンであり、ＡＣ入力電圧検出回路１３、ＤＣ入力電圧検出回路２１、電池温度検出回路２６、識別抵抗検出回路２７、充電停止回路２８、電池電圧検出回路３０の出力に基づいて第1スイッチング制御回路１２、第２スイッチング制御回路１９、ファンモータ駆動回路２９、表示回路３３を制御する。
２４は定電流／定電圧制御回路であり、電流／電圧設定回路２５、電池電圧検出回路３０、充電電流検出回路３１の出力に基づいて、第1スイッチング制御回路１２、第２スイッチング制御回路１９を制御する信号を出力する。
２５は電流／電圧設定回路であり、電池パック４０への充電電流と定電圧制御設定値をマイコン２３の出力に基づいて設定する。
２６は電池パック４０のサーミスタ４６の抵抗値に基づいて電池パック４０の素電池の温度を検出する。２７は識別抵抗検出回路であり、電池パック４０の抵抗４４の抵抗値に基づいて電池種、素電池数を判別し、夫々の電池種と素電池数に応じてマイコン２３は電池パック４０への充電電流と定電圧制御設定値を電池温度検出回路２６の情報と併せて選択する。
２８は充電停止回路であり、電池パック４０の保護ＩＣ４１の過充電検出回路によって過充電と検出されたときに過充電信号伝達手段４５を介して電池温度端子ＬＳに信号を異常にし、充電停止回路２８はそれぞれマイコン２３と第1スイッチング制御回路１２、第２スイッチング制御回路１９に充電停止信号を出力する。
２９は電池パック４０を冷却するファンモータ駆動回路でありファンモータ３２を電池パック４０の状態や、ＡＣ電源４及びＤＣ電源３の入力状態に応じてマイコン２３の出力に基づいて制御される。例えば、ＤＣ電源３が自動車内の電池から供給される場合、その充電は車内で行われる可能性があるので静音のためファンモータ３３の動作を停止せしめても良い。
３０は電池パック４０の電池電圧を検出する電池電圧検出回路、３１は電池パック４０への充電電流を検出する充電電流検出回路であり図示しないシャント抵抗によって発生する出力電圧を定電流／定電圧制御回路２４にフィードバックする。
３２はファンモータ、３３はＬＥＤからなる表示手段であり電池パック４０の充電状態、ＡＣ電源４、ＤＣ電源３の入力状態を表示する。３４はＤＣケーブルと充電装置とを接続するコネクタである。
４０は電池パックであり、保護ＩＣ４１、素電池組４２、充電時の過昇温を防止するサーマルプロテクタ４３、電池種と素電池数を識別させるための夫々異なる抵抗値を有する識別抵抗４４、Ｖｃｃ電源と接続させ電池温度端子ＬＳの信号を異常にさせる過充電信号伝達手段４５、サーミスタ４６からなり、図示するように夫々対応する端子（＋、−、Ｔ、ＬＳ、ＬＤ）で充電装置１と接続されている。
次に図３の回路ブロック図、図４のフローチャートを参照して本発明充電装置の動作を説明する。
まずＡＣ電源４またはＤＣ電源３が入力されると補助電源回路１４、及び定電圧回路２２を介してマイコン２３に所定の駆動電圧が印加されマイコン２３は夫々のポート等を初期設定し（ステップ１０１）、表示回路３３を充電開始前表示にする（ステップ１０２）。次いでマイコン２３は第１スイッチング制御回路１２、第２スイッチング制御回路１９をＯＦＦし、第２整流平滑回路２０に出力電圧が発生しないようにする。引き続きマイコン２３はＡＣ入力電圧検出回路１３、第２伝達手段１６を介してＡＣ電源４の入力の有無を判別し（ステップ１０４）、ＡＣ電源４が入力されていると判別したなら引き続きＤＣ入力電圧検出回路２１を介してＤＣ電源３の入力の有無を判別し（ステップ１０５）、ＤＣ電源３が入力されていないと判別したならマイコン２３はＡＣモードを設定する（ステップ１０６）。
ステップ１０４において、ＡＣ電源４が入力されていないと判別したなら、引き続きＤＣ電源３の入力の有無を判別し（ステップ１０７）、ＤＣ電源３が入力されているなら、マイコン２３はＤＣモードを設定し（ステップ１０８）、次いでＤＣ電源４の電圧が異常であるか否かを判別する(ステップ１０９)。
ステップ１０９においてＤＣ電源３の電圧が異常でなければステップ１１２に進む。
ステップ１０９においてＤＣ電源３が異常な電圧であれば、マイコン２３は表示回路３３を電源異常表示にし（ステップ１１１）、ステップ１０３に戻る。これはＤＣ電源３が異常に低い電圧の時には電池パック４０への充電を禁止するようにし、例えばＤＣ電源３が自動車内の電池であれば、それの過放電を抑制する機能を有する。
ステップ１０５において、ＤＣ電源３が入力されていると判別したなら、ＡＣ電源４とＤＣ電源３が共に入力されているとマイコン２３は判別し、第1スイッチング制御回路１２、第２スイッチング制御回路１９をＯＦＦし（ステップ１１０）、マイコン２３は表示回路３３を電源異常表示にし（ステップ１１１）、ステップ１０３に戻る。
これは両方の電源が入力され場合、本実施形態の充電装置１ではトランス１７と定電流／定電圧制御回路２４が共通になるため、第２整流平滑回路２０の出力電圧が不安定になり、電池パック４０への充電を行わないようにマイコン２３は制御する。
ステップ１０７において、ＤＣ電源３が入力されていないと判別したなら、第1スイッチング制御回路１２、第２スイッチング制御回路１９をＯＦＦし（ステップ１１０）、マイコン２３は表示回路３３を電源異常表示にし（ステップ１１１）、ステップ１０３に戻る。
【００１７】
引き続き夫々の入力モードを設定した後（ステップ１０６、ステップ１０８）、マイコン２３は電池パック４０の有無を判別し（ステップ１１２）、電池パック４０が充電装置１に接続されていないと判別したなら、充電完了フラグをリセットし（ステップ１１３）、充電中フラグもリセットして（ステップ１１４）し、ステップ１０２に戻る。
【００１８】
ステップ１１２おいて、電池パック４０が充電装置１に接続されていると判別したなら、引き続きマイコン２３は充電中フラグの有無を判別し（ステップ１１５）、充電中フラグがあれば、マイコン２３はステップ１２０へスキップする。
【００１９】
ステップ１１５において、充電中フラグが無いと判別したなら、引き続き充電完了フラグの有無を判別し（ステップ１１６）、充電完了フラグが有りと判別したなら、マイコン２３はステップ１０３に戻る。
【００２０】
またステップ１１６において、充電完了フラグが無いと判別したなら、マイコン２３は識別抵抗検出回路２７の出力に基づいて電池種・素電池数判別を行い（ステップ１１７）、次いで電池パック４０の電池温度を電池温度検出回路２６の出力に基づいて判別し（ステップ１１８）、電池パック４０が高温であるなら、マイコン２３は表示回路３３を高温表示（充電中であれば充電完了表示）にし（ステップ１１９）、ステップ１０３に戻る。
【００２１】
ステップ１１８において、電池パック４０が高温でないと判別したなら、マイコン２３は充電がＡＣ電源４によるＡＣモードであるか否かを判別し（ステップ１２０）、ＡＣモードでないと判別した場合、マイコン２３はＤＣ電源３が入力されたＤＣモードと判別し（ステップ１２３）、ＤＣ電源入力用の定電圧・定電流設定値を設定する（ステップ１２４）。
【００２２】
ステップ１２４において定電圧・定電流値の設定は識別抵抗回路２７の出力に基づいて最適に値を選択する。具体的にはＤＣ電源３入力時はＡＣ電源４が入力された場合と比較して充電電流を低くする。これはＤＣ電源３の能力に合わせるという意味で重要な制御である。また、素電池数が多いほど充電電流を小さくすれば、電源回路の高効率化が図れ、電池パック４０の寿命向上が図れる。
【００２３】
ステップ１２４の処理後、第２スイッチング制御回路１９をＯＮし（ステップ１２５）、ステップ１２６へ進む。
【００２４】
ステップ１２０においてＡＣモードであると判別した場合、マイコン２３はＡＣ電源４が入力されたと判別し、ＡＣ電源入力用の定電圧・定電流設定値を設定する（ステップ１２１）。
【００２５】
ステップ１２１において定電圧・定電流値の設定は識別抵抗回路２７の出力に基づいて最適に値を選択する。具体的にはＡＣ電源４入力時はDC電源３が入力された場合と比較して充電電流を大きくする。
【００２６】
ステップ１２１の処理後、第１スイッチング制御回路１２をＯＮし（ステップ１２２）、マイコン２３は表示回路３３を充電中表示にする（ステップ１２６）。次いで充電中フラグをセットして（ステップ１２７）、先のステップ１２１または１２４で選択された所定の定電圧・定電流値で充電を開始する。充電の制御は定電流／定電圧制御回路２４の出力に基づいて、夫々第1スイッチング制御回路１２、第２スイッチング制御回路１９によって行われる。
【００２７】
例えば、DC電源３で充電を行うと第２スイッチング制御回路１９の出力によって図示しないＦＥＴからなる第２スイッチング素子１８が駆動され、第２整流平滑回路２０の出力が所定値に制御されるとともに、トランス１７のＡＣ電源４に対応した巻線にも誘起された電圧が発生するが、第１整流平滑回路１０の図示しない整流ダイオードによってブロックされ、図示しないＡＣコードのプラグに触れても安全である。また、第１スイッチング制御回路１２により第１スイッチング素子１１はＯＦＦ状態に維持されているため上記と同様に安全である。
【００２８】
同様にＡＣ電源４で充電を行ったときには、トランス１７のＤＣ電源３に対応した巻線に誘起された電圧が発生するが、ダイオード３５でブロックされ、図示しないＤＣコードのプラグに触れても安全である。また、第２スイッチング制御回路１９により第２スイッチング素子１８はＯＦＦ状態に維持されているため上記と同様に安全である。
【００２９】
次いで、マイコン２３は満充電検出処理を行う（ステップ１２９）。満充電検出には周知の如く種々の方法があるが、例えば電池パックがニカド電池であるなら充電末期のピーク電圧から所定量降下したことにより検出する−ΔＶ検出、特開昭６２−１９３５１８号、特開平２−２４６７３９号、実開平３−３４６３８号公報等に記載されている充電時における所定時間当りの電池温度上昇率（温度勾配）が急激に上昇する時点を検出するΔＴ／Δｔ検出法等の一つないし複数の満充電検出法を用いて行えばよい。
【００３０】
また電池パック４０がリチウムイオン電池で有るなら、公知の一般的な定電圧・定電流制御で素電池の充電電圧が所定の電圧値（例えば４．２V）以上にならないように制御すれば良い。また、定電流制御区間での充電電流値が満充電判別値以下になったら満充電を検出するようにすれば良い。
【００３１】
ステップ１２９において電池パック４０が満充電と判別しない場合は、ステップ１０４に戻る。ステップ１２９において電池パック４０が満充電と判別した場合は、充電中フラグをリセットして（ステップ１３０）、表示回路３３を充電完了表示にし（ステップ１３１）、充電完了フラグをセットし（ステップ１３２）し、ステップ１０３に戻る。
【００３２】
上記したような構成とすることにより、少なくとも２種類以上の電源から充電装置の大型化を抑制した使い勝手のよい充電装置により電池を充電することができる。
【００３３】
なお、表示回路３３は、充電完了までの時間に応じて表示を切り替えることが望ましい。例えば表示回路３３のＬＥＤを、充電完了までの時間に応じて点灯と点滅を切り替えるようにしても良い。これにより、充電完了までの時間を簡単に把握することができる。
【００３４】
また、充電に使用する電源に応じて表示方法を切り替えることが望ましい。例えば、ＤＣ電源３を使用する場合には、表示回路３３のＬＥＤを点滅させ、充電完了までの時間に応じてその点滅時間を変更すれば良い。一方、ＡＣ電源４を使用する場合には、上記したように点灯と点滅を切り替えるようにすれば良い。これにより、ＤＣ電源３を使用する場合には自動車内の電池の省エネが図れる。
【００３５】
なお、上記実施形態では、ＤＣ電源用ケーブルが着脱可能な構成としたことにより、ＡＣ電源を頻繁に使用する際などに時にＤＣ電源用ケーブルを取り外しておくことができ、ＤＣ電源用ケーブルの変形や破損を抑制することができるものである。
【００３６】
また、上記実施形態では、ＡＣ電源用ケーブルを充電装置に取り外し不能な構成としたが、これはＡＣ電源用ケーブルが紛失することを抑制することができるという作用効果を奏し得るものであるが、ＡＣ電源用ケーブルが取り外し可能な構成とすることを排除するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明充電装置の一実施形態を示す外観図。
【図２】本発明充電装置の一実施形態を示す別の外観図。
【図３】本発明充電装置の一実施形態を示すブロック回路図。
【図４】本発明充電装置の動作説明用フローチャート。
【符号の説明】
【００３８】
１は充電装置、３は入力ケーブルを含むＤＣ電源、４は入力ケーブルを含むＡＣ電源、１２は第1スイッチング制御回路、１３はＡＣ入力電圧検出回路、１７はトランス、１９は第２スイッチング制御回路、２１はＤＣ入力電圧検出回路、２３は制御手段であるマイコン、２４は定電流／定電圧制御回路、２８は充電停止回路、３４はＤＣ電源用のコネクタ、４０は電池パック。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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