(57)【要約】【課題】二次電池モジュールの残存容量や装着順序によらず、ユーザの希望に応じた順に二次電池モジュールの充電を行えるようにする。【解決手段】複数の二次電池モジュール４１〜４３に対する充電の優先度を入力するモジュール選択回路１１を新たに設ける。そして、充電制御回路９において、上記モジュール選択回路１１により入力された優先度に従い、上記複数の二次電池モジュール４１〜４３に対する充電順序を設定し、この設定された充電順序に従い接続切替回路３を切替制御することにより、上記複数の二次電池モジュール４１〜４３を時間を異ならせて順次充電するようにしている。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々が少なくとも１つの二次電池を有する複数の二次電池モジュールを充電する充電装置において、
前記複数の二次電池モジュールに対する充電の優先度を入力する入力手段と、
前記入力された優先度に従い、前記複数の二次電池モジュールに対する充電の順序を設定する設定手段と、
前記設定された充電の順序に従い、前記複数の二次電池モジュールに対し選択的に充電電流を供給する給電手段と
を具備することを特徴とする充電装置。
【請求項２】
前記入力手段は、前記複数の二次電池モジュールの各々に対応付けて設けられた複数の選択スイッチを備え、
前記設定手段は、前記複数の選択スイッチのうち操作された選択スイッチに対応する二次電池モジュールの充電順序を上位に設定し、操作されていない選択スイッチに対応する二次電池モジュールの充電順序を下位に設定することを特徴とする請求項１記載の充電装置。
【請求項３】
前記給電手段は、
前記設定された充電の順序に従い、充電の順序が上位に設定された第１の二次電池モジュールを選択し、この選択された第１の二次電池モジュールに対し充電電流を供給する手段と、
前記第１の二次電池モジュールの充電期間中に当該第１の二次電池モジュールの充電の進行状態を監視する手段と、
前記監視手段により第１の二次電池モジュールが満充電になったと判定された場合に、前記設定された充電の順序に従い、充電の順序が下位に設定された第２の二次電池モジュールを選択し、この選択された第２の二次電池モジュールに対し充電電流を供給する手段と
を備えることを特徴とする請求項１記載の充電装置。
【請求項４】
前記給電手段は、
充電の順序が上位に設定された二次電池モジュールの充電モードとして第１の充電電流を使用する第１の充電モードを選択すると共に、充電の順序が下位に設定された二次電池モジュールの充電モードとして前記第１の充電電流より小さい第２の充電電流を使用する第２の充電モードを選択する手段と、
前記選択された各充電モードを使用して、前記充電の順序が上位に設定された二次電池モジュールに対する充電電流の供給と充電の順序が下位に設定された二次電池モジュールに対する充電電流の供給とを並行して行う手段と
を備えることを特徴とする請求項１記載の充電装置。
【請求項５】
前記複数の二次電池モジュールの各々が複数の二次電池により構成されている場合に、
前記給電手段は、
前記選択された二次電池モジュールを構成する複数の二次電池を充電電源に対し直列接続して第３の充電モードによる充電を行う手段と、
前記第３の充電モードによる充電期間中に前記複数の二次電池の温度を監視する手段と、
前記複数の二次電池の温度が予め設定された第１のしきい値を超えたことが検出されたとき、前記充電電源に対する前記複数の二次電池の接続状態を前記直列接続から並列接続又は間欠接続に切り替えて、前記第３の充電モードより小電流を使用する第４の充電モードにより充電を行う手段と
を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の充電装置。
【請求項６】
前記給電手段は、
前記第４の充電モードによる充電期間中に前記複数の二次電池の温度を監視する手段と、
前記複数の二次電池の温度が前記第１のしきい値より小さい第２のしきい値未満に低下したことが検出された場合に、前記充電電源に対する前記複数の二次電池の接続状態を前記並列接続又は間欠接続から前記直列接続に戻して、前記複数の二次電池に対し前記第３の充電モードによる充電を再び行う手段と
を、さらに備えることを特徴とする請求項５記載の充電装置。
【請求項７】
各々が少なくとも１つの二次電池を有する複数の二次電池モジュールを、コンピュータの制御の下で充電する充電装置で使用される充電制御プログラムであって、
前記複数の二次電池モジュールに対する充電の優先度を表す情報を取り込む処理と、
前記取り込まれた情報により表される優先度に従い、前記複数の二次電池モジュールに対する充電の順序を設定する処理と、
前記設定された充電の順序に従い、前記複数の二次電池モジュールに対し選択的に充電を行う給電制御処理と
を、前記コンピュータに実行させることを特徴とする充電制御プログラム。
【請求項８】
前記給電制御処理は、
前記設定された充電の順序に従い、充電の順序が上位に設定された第１の二次電池モジュールを選択する処理と、
前記選択された第１の二次電池モジュールに対し充電を行う処理と、
前記第１の二次電池モジュールの充電期間中に当該第１の二次電池モジュールの充電の進行状態を監視する処理と、
前記監視処理により第１の二次電池モジュールが満充電になったと判定された場合に、充電の順序が下位に設定された第２の二次電池モジュールを選択する処理と、
前記選択された第２の二次電池モジュールに対し充電を行う処理と
を、前記コンピュータに実行させることを特徴とする請求項７記載の充電制御プログラム。
【請求項９】
前記給電制御処理は、
充電の順序が上位に設定された二次電池モジュールの充電モードとして、第１の充電電流を使用する第１の充電モードを選択する処理と、
充電の順序が下位に設定された二次電池モジュールの充電モードとして、前記第１の充電電流より小さい第２の充電電流を使用する第２の充電モードを選択する処理と、
前記選択された各充電モードを使用して、前記充電の順序が上位に設定された二次電池モジュールに対する充電と、充電の順序が下位に設定された二次電池モジュールに対する充電とを、並行して行わせる処理と
を、前記コンピュータに実行させることを特徴とする請求項７記載の充電制御プログラム。
【請求項１０】
前記複数の二次電池モジュールの各々が複数の二次電池により構成されている場合に、
前記給電制御処理は、
前記選択された二次電池モジュールを構成する複数の二次電池を充電電源に対し直列接続して第３の充電モードによる充電を行う処理と、
前記第３の充電モードによる充電期間に前記複数の二次電池の温度を監視する処理と、
前記複数の二次電池の温度が予め設定された第１のしきい値を超えたことが前記監視処理により検出されたとき、前記充電電源に対する前記複数の二次電池の接続状態を前記直列接続から並列接続又は間欠接続に切り替えて、前記第１の充電モードよりも小電流を使用する第４の充電モードにより充電を行う処理と
を、前記コンピュータに実行させることを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載の充電制御プログラム。
【請求項１１】
前記給電制御処理は、
前記第４の充電モードによる充電期間に、前記複数の二次電池の温度を監視する処理と、
前記複数の二次電池の温度が第１のしきい値より低く設定された第２のしきい値未満に低下したことが前記監視処理により検出された場合に、前記充電電源に対する前記複数の二次電池の接続状態を前記並列接続又は間欠接続から前記直列接続に戻して、前記複数の二次電池に対し前記第３の充電モードによる充電を再び行う処理と
を、さらに前記コンピュータに実行させることを特徴とする請求項１０記載の充電制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えばニッケルカドミウム電池や、ニッケル水素電池、リチウムイオン二次電池等の二次電池を充電する装置に係わり、特に複数の二次電池を並行して充電することが可能な二次電池の充電装置とその充電制御プログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数の二次電池、又は複数の二次電池セルをパック化した複数の二次電池モジュールを並行して充電することを可能にした充電装置が種々提案されている。
【０００３】
例えば、充電器に装着された複数の二次電池の開放電圧を検出して比較し、この比較の結果、開放電圧が高い電池を優先的に充電する装置が知られている。（特許文献１を参照。）。また、充電器に複数の電池パックを接続して充電する際に、各電池パックの残存容量に関する情報を電池パック内の記憶装置から読み出し、電池パック間の残存容量を比較して満充電に近い電池パックから充電を行う充電装置も知られている（特許文献２を参照。）。これらの装置によれば、最初に充電を完了できる二次電池又は電池パックの充電時間を最短にすることができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−９７６２９号公報
【特許文献２】
特開平１１−２８５１５９号公報。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記従来の充電装置では、複数の二次電池又は電池パックのうち満充電に近いものから優先的に充電される。このため、例えば不特定多数のユーザが使用する充電装置において、複数のユーザが自身の二次電池又は電池パックを充電器に装着した場合に、充電器に先に装着したユーザの電池よりも後から装着したユーザの電池の方が残存容量が多かったとすると、後から装着したユーザの電池の充電が先に行われ、先に装着したユーザの電池の充電が後回しにされると云う問題を生じる。
【０００６】
一方、上記問題を解消するために、例えば充電器に対する電池の装着タイミングを検出して、装着順に電池の充電を行うことも考えられる。しかし、このようにすると、電池は常に装着順に充電される。このため、例えば同一ユーザが複数の電池を時間を隔てて充電器に装着した場合には、たとえ後から装着した電池を先に充電したくても、先に装着した電池の充電が先に行われてしまうことになる。
【０００７】
この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、二次電池モジュールの残存容量や装着順序によらず、ユーザの希望に応じた順に二次電池モジュールの充電を行えるようにした二次電池の充電装置とその充電制御プログラムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためにこの発明は、各々が少なくとも１つの二次電池を有する複数の二次電池モジュールを充電する充電装置において、上記複数の二次電池モジュールに対する充電の優先度を入力する入力手段を新たに設け、この入力手段により入力された優先度に従い上記複数の二次電池モジュールに対する充電順序を設定し、この設定された充電順序に従い上記複数の二次電池モジュールに対し選択的に充電電流を供給するようにしたものである。
【０００９】
したがってこの発明によれば、例えばユーザ又はオペレータが、上記入力手段により複数の二次電池モジュールについて自身の使用希望に応じた優先度を入力すると、入力された優先度の高い順に二次電池モジュールの充電が行われる。このため、二次電池モジュールの残存容量や充電器への装着順序によらず、ユーザ又はオペレータが希望する二次電池モジュールを優先的に充電していち早く使用することが可能となる。
【００１０】
またこの発明は、上記入力手段を、複数の二次電池モジュールの各々に対応付けて設けられた複数の選択スイッチにより構成し、これらの選択スイッチのうち操作された選択スイッチに対応する二次電池モジュールの充電順序を上位に設定し、操作されていない選択スイッチに対応する二次電池モジュールの充電順序を下位に設定することを特徴とする。
このように構成すると、ユーザ又はオペレータは、複数の二次電池モジュールのうち優先的に充電させたい二次電池モジュールに対応する選択スイッチを操作するだけで、希望する二次電池モジュールを簡単に誤ることなく指定することができる。
【００１１】
さらにこの発明は、設定された充電の順序に従い、先ず充電順序が上位に設定された第１の二次電池モジュールを選択して充電を行い、この第１の二次電池モジュールの充電期間中に当該第１の二次電池モジュールの充電の進行状態を監視する。そして、上記第１の二次電池モジュールが満充電になると、続いて充電順序が下位に設定された第２の二次電池モジュールを選択して充電を行うようにすることを特徴とする。
【００１２】
このように制御すると、各二次電池モジュールは、設定された充電順序に従い上位のものから下位のものまでが順次自動的に選択されて時分割で充電が行われる。このため、優先度の高い二次電池モジュールに対する充電が終了した後に、ユーザは優先度が次に高い二次電池モジュールを指定して充電を開始させる必要がなく、これにより満充電の監視及び充電の開始操作を不要にして充電操作にかかる手間を軽減することができる。
【００１３】
さらにこの発明は、第１の充電電流を使用する第１の充電モードと、第１の充電電流より小さい第２の充電電流を使用する第２の充電モードとを有し、充電の順序が上位に設定された二次電池モジュールに対しては上記第１の充電モードを選択すると共に、充電の順序が下位に設定された二次電池モジュールに対しては上記第２の充電モードを選択する。そして、上記選択された第１及び第２の充電モードを使用して上記充電の順序が上位に設定された二次電池モジュールに対する充電と、充電の順序が下位に設定された二次電池モジュールに対する充電とを並行して行うことも特徴とする。
このように制御すると、充電順序が下位の二次電池モジュールの充電時間を短縮することができる。
【００１４】
さらにこの発明は、各二次電池モジュールが複数の二次電池により構成されている場合に、先ずこれら複数の二次電池を充電電源に対し直列接続して第３の充電モードにより充電を行う。そして、この第３の充電モードによる充電期間に上記複数の二次電池の温度を監視し、上記各二次電池の電圧又は温度が予め設定された第１のしきい値を超えたとき、充電電源に対する上記複数の二次電池の接続状態を直列接続から並列接続又は間欠接続に切り替え、上記第３の充電モードより小電流の第４の充電モードにより充電を行うことを特徴とする。
【００１５】
このように制御すると、複数の二次電池により構成される二次電池モジュールを充電する際に、充電当初では複数の二次電池に対し直列充電が行われ、その後二次電池の温度が第１のしきい値を超えると、各二次電池に対し並列接続による並列充電又は間欠接続による間欠充電が行われる。このため、二次電池モジュールを、各電池の温度上昇を抑制して特性劣化を防止しつつ、短時間に充電することが可能となる。
【００１６】
さらに、上記第４の充電モードによる充電を行っている期間に各二次電池の温度を監視し、当該二次電池の温度が第２のしきい値未満に低下したとき、充電電源に対する上記複数の二次電池の接続状態を上記並列接続又は間欠接続から上記直列接続に戻して、上記複数の二次電池に対し上記第３の充電モードによる充電を再び行うことも特徴とする。
【００１７】
このように制御すると、並列接続又は間欠接続による小電流充電に移行した後、二次電池の温度が第２のしきい値未満に下がると、再び直列接続による大電流充電が行われる。このため、並列接続又は間欠接続による小電流充電に移行した後、満充電までそのまま小電流充電を行う場合に比べ、二次電池の充電所要時間を短縮することが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の一実施形態に係わる充電装置の構成を示すブロック図であり、１は充電電源を示している。この充電電源は、例えば商用電源出力を整流して充電に必要な直流電圧及び電流を出力する。
【００１９】
上記充電電源１の充電端子２ａ，２ｂには、接続切替回路３を介して電池ホルダ４が接続される。電池ホルダ４には、複数個（例えば３個）の二次電池モジュール４１〜４３が着脱可能に装着される。二次電池モジュール４１〜４３はそれぞれ２個の二次電池セルをセットにしたものである。電池ホルダ４には上記各二次電池モジュール４１〜４３に電気的に接触する端子が設けられている。上記充電電源１から出力された充電電流は、上記接続切替回路３及び上記端子を介して上記二次電池モジュール４１〜４３の各二次電池セルに供給される。
【００２０】
また電池ホルダ４には、上記各二次電池モジュール４１〜４３とそれぞれ対向する位置に温度検出器５１〜５３が設けられている。これらの温度検出器５１〜５３は例えばサーミスタからなる。そして、充電期間中に上記二次電池モジュール４１〜４３を構成する二次電池セルごとに、その温度に対応する電圧値をそれぞれ出力する。
【００２１】
また充電装置は、充電電流検出回路（Ｉ−ＤＥＴ）６と、充電電圧検出回路（Ｖ−ＤＥＴ）７と、温度検出回路（ＴＨ−ＤＥＴ）８と、充電制御回路９と、スイッチ駆動回路１０と、モジュール選択回路１１とを備えている。
【００２２】
充電電流検出回路６は、充電期間中に上記二次電池モジュール４１〜４３に流れる充電電流値を検出してアナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換し、これにより得られる電流検出データＩＳを充電制御回路９に供給する。充電電圧検出回路７は、上記各二次電池モジュール４１〜４３の充電電圧値Ｖ１〜Ｖ３をそれぞれ検出してＡ／Ｄ変換し、これにより得られる電圧検出データＶＳを充電制御回路９に供給する。温度検出回路８は、上記各温度検出器５１〜５３から出力される電圧値をそれぞれＡ／Ｄ変換し、これにより得られる温度検出データＴＨＳを充電制御回路９に供給する。
【００２３】
ところで、上記接続切替回路３は次のように構成される。図２はその構成を示す回路図である。
すなわち、接続切替回路３は上記二次電池モジュール４１〜４３に対応する切替ユニット３１〜３３を備える。これらの切替ユニット３１〜３３はそれぞれ、充電電源１の正端子２ａから出力される充電電流を第１の二次電池セル４１１〜４３１に供給する逆流防止用ダイオードＤ１１〜Ｄ３１と、上記充電電源１の正端子２ａから出力される充電電流を第２の二次電池セル４１２〜４３２に供給する回路とを備える。この供給回路は、逆流防止用ダイオードＤ１２〜Ｄ３２とスイッチＳＷ１１〜ＳＷ３１との直列回路からなる。また、切替ユニット３１〜３３は、上記第１の二次電池セル４１１〜４３１を流れる充電電流を第２の二次電池セル４１２〜４３２に供給する回路と、上記第１の二次電池セル４１１〜４３１を流れる充電電流を充電電源１の負端子２ｂへ帰還するスイッチＳＷ１３〜ＳＷ３３とを備える。上記供給回路は、短絡防止用ダイオードＤ１３〜Ｄ３３とスイッチＳＷ１２〜ＳＷ３２との直列回路から構成される。
【００２４】
上記各スイッチＳＷ１１〜ＳＷ３３はいずれも半導体スイッチからなり、上記スイッチ駆動回路１０から出力される駆動信号に応じてオンオフ動作する。スイッチ駆動回路１０は、後述する充電制御回路９から出力されるスイッチ制御信号ＳＷＣに応じて、上記各スイッチＳＷ１〜ＳＷ１１を駆動するためのスイッチ駆動信号を生成して各スイッチＳＷ１１〜ＳＷ３３に与える。
【００２５】
モジュール選択回路１１は、ユーザ又はオペレータが二次電池モジュール４１〜４３に対する充電の優先度をマニュアル操作により入力するために使用する。そして、そのために例えば図３に示すように、上記二次電池モジュール４１〜４３に対応する３個の操作スイッチＳＷＬ１〜ＳＷＬ３をそれぞれプルアップ抵抗Ｒ１〜Ｒ３を直列に介して電源（＋５Ｖ）に並列接続している。上記操作スイッチＳＷＬ１〜ＳＷＬ３の操作信号ＳＬ１〜ＳＬ３は、上記操作スイッチＳＷＬ１〜ＳＷＬ３とプルアップ抵抗Ｒ１〜Ｒ３との接続点から取り出され、充電制御回路９に入力される。
【００２６】
一方、充電制御回路９は例えばマイクロコンピュータからなり、次のように構成される。図４はその機能構成を示すブロック図である。すなわち、充電制御回路９は、中央処理ユニット（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）９０と、入出力ポート（Ｉ／Ｏ）９１と、プログラムメモリ９２と、データメモリ９３とを備えている。
【００２７】
Ｉ／Ｏ９１は、上記充電電流検出回路６、充電電圧検出回路７、温度検出回路８及びスイッチ駆動回路１０との間で、各検出データＩＳ，ＶＳ，ＴＨＳ及びスイッチ制御信号ＳＷＣの入出力を行う。またデータメモリ９３は、上記モジュール選択回路１１による二次電池モジュールの選択情報と、上記充電制御のために使用される各種しきい値データと、充電制御の過程で生成される制御データの保存等を行うために使用される。
【００２８】
プログラムメモリ９２には、この発明に係わる制御機能を実現するプログラムとして、モジュール選択検出プログラム９２ａと、充電制御プログラム９２ｂが格納されている。
【００２９】
モジュール選択検出プログラム９２ａは、上記モジュール選択回路１１から出力される操作信号ＳＬ１〜ＳＬ３を取り込み、この取り込んだ操作信号ＳＬ１〜ＳＬ３のレベル（“Ｈ”／“Ｌ”）をもとに、二次電池モジュール４１〜４３に対し指定された充電の優先度を判定する。
【００３０】
充電制御プログラム９２ｂは、上記モジュール選択検出プログラム９２ａにより指定された優先度に従い、先ず優先度が上位に設定された二次電池モジュールに対する充電を先に行い、当該二次電池モジュールが満充電になった後に、優先度が下位に設定された二次電池モジュールに対する充電を行うように、接続切替回路３の各スイッチを切替制御する。
【００３１】
また、上記充電に際し、同一優先度の二次電池モジュールが１個であるか複数個であるかを判定し、１個の場合には比較的大きい充電電流を使用する直列充電モードを選択し、複数個の場合には小電流を使用する間欠充電モードを選択する。
【００３２】
さらに、上記二次電池モジュール４１〜４３が複数の二次電池セルにより構成されている場合には、直列充電モードによる充電期間中に各二次電池セルの温度をそれぞれ監視し、検出された温度が第１のしきい値を超えたとき、充電モードを時分割パルス充電モードに切り替え、以後満充電となるまでこの時分割パルス充電モードにより各二次電池セルを充電する。
【００３３】
なお、プログラムメモリ９２には異常対応プログラムも記憶されている。この異常対応プログラムは、過充電等の異常充電動作を検出するもので、充電制御中に上記電流検出回路６及び電圧検出回路７の検出データＩＳ，ＶＳを定期的に取り込んでその値を判定し、異常値が検出された場合に接続切替回路３のすべてのスイッチをオフ状態に設定する。
【００３４】
次に、以上のように構成された充電装置の動作を、充電制御回路９の制御手順に従い説明する。図５は、その制御手順と制御内容を示すフローチャートである。
【００３５】
充電に際しユーザ又はオペレータは、先ず電池ホルダ４に二次電池モジュール４１〜４３を装着し、続いてモジュール選択回路１１の選択スイッチＳＷＬ１〜ＳＷＬ３を押下することにより、上記装着した各二次電池モジュール４１〜４３に対する充電の優先度を指定する。例えば、二次電池モジュール４１を優先的に充電したい場合には、この二次電池モジュール４１に対応する選択スイッチＳＷＬ１を押下する。また、二次電池モジュール４１，４２を優先的に充電したい場合には、これらの二次電池モジュール４１，４２に対応する選択スイッチＳＷＬ１，ＳＷＬ２をそれぞれ押下する。なお、特に優先度を指定しない場合にはいずれの選択スイッチＳＷＬ１〜ＳＷＬ３も操作しない。
【００３６】
充電制御回路９は、ステップ５ａにおいて定期的にモジュール選択回路１１から選択スイッチＳＷＬ１〜ＳＷＬ３の操作信号ＳＬ１〜ＳＬ３を取り込み、当該操作信号ＳＬ１〜ＳＬ３の信号レベルをもとに二次電池モジュール４１〜４３が選択されたか否か、つまり優先度の指定がなされたか否かを判定する。そして、二次電池モジュール４１〜４３のいずれかが選択された場合には、選択された二次電池モジュールの数、つまり優先的に充電を行う必要がある二次電池モジュールの数をステップ５ｂにより判定し、判定されたモジュール数に応じて優先充電対象の二次電池モジュールに対する充電制御を実行する。
【００３７】
例えば、いま優先充電対象として１個の二次電池モジュール４１が選択されたとすると、充電制御回路９はステップ５ｃに移行して、上記選択された二次電池モジュール４１に対し直列充電モードによる充電制御を行う。この直列充電モードによる充電制御では、接続切替回路３の各切替ユニット３１〜３３のうち、上記二次電池モジュール４１に対応する切替ユニット３１のみを動作状態とする。そして、当該切替ユニット３１のスイッチＳＷ１２をオンとし、その他のスイッチＳＷ１１，ＳＷ１３をオフとする制御がなされる。この結果、二次電池モジュール４１を構成する２個の二次電池セル４１１，４１２は、充電電源１に直列に接続されて、大きな電流により連続的に充電される。
【００３８】
また、上記直列充電モードによる充電期間中に、充電制御回路９はステップ５ｄにより満充電の監視を行う。そして、上記二次電池セル４１１，４１２が両方とも満充電になると、続いてステップ５ｅに移行して、非選択の二次電池モジュール４２，４３に対し間欠充電モードによる充電制御を実行する。この間欠充電モードによる充電制御では、接続切替回路３の各切替ユニット３１〜３３のうち、上記非選択の二次電池モジュール４２，４３に対応する切替ユニット３２，３３を動作状態とする。そして、当該切替ユニット３２，３３のスイッチＳＷ２２，ＳＷ３２を一定の周期で交互に一定時間オンとする制御がなされる。この結果、非選択の二次電池モジュール４２，４３は一定周期で交互に充電電源１に接続され、これにより間欠的に充電される。そして、上記非選択の二次電池モジュール４２，４３が共に満充電になると、充電制御回路９はステップ５ｆでこの満充電を検出して一連の充電動作を終了する。
【００３９】
図６は、以上述べた、優先充電対象として１個の二次電池モジュール４１が選択された場合の充電動作を示すタイミング図である。同図から明らかなように、先ず選択された二次電池モジュール４１が優先的に直列充電モードにより充電され、この二次電池モジュール４１の充電が終了した後に、非選択の二次電池モジュール４２，４３に対し間欠的に充電が行われる。
【００４０】
一方、例えばいま優先充電対象として２個の二次電池モジュール４１，４２が選択されたとする。この場合充電制御回路９は、ステップ５ｂからステップ５ｇに移行し、ここで上記選択された２個の二次電池モジュール４１，４２に対しパルス充電モードによる充電制御を実行する。このパルス充電モードによる充電制御では、接続切替回路３の各切替ユニット３１〜３３のうち、上記選択された二次電池モジュール４１，４２に対応する切替ユニット３１，３２をそれぞれ動作状態とする。そして、当該切替ユニット３１，３２のスイッチＳＷ１２，ＳＷ２２を一定の周期で交互に一定時間オンとする。この結果、二次電池モジュール４１，４２は一定周期で交互に充電電源１に接続され、これにより間欠的に充電される。
【００４１】
また、上記パルス充電モードによる充電期間中に充電制御回路９は、ステップ５ｈにより満充電の監視を行う。そして、上記二次電池モジュール４１，４２が両方とも満充電になると、続いてステップ５ｉに移行し、ここで非選択の二次電池モジュール４３に対し直列充電モードによる充電制御を実行する。この直列充電モードによる充電制御では、接続切替回路３の各切替ユニット３１〜３３のうち、上記二次電池モジュール４３に対応する切替ユニット３３のみを動作状態とする。そして、当該切替ユニット３３のスイッチＳＷ３２をオンとし、その他のスイッチＳＷ３１，ＳＷ３３をオフとする制御が行われる。
【００４２】
この結果、二次電池モジュール４３を構成する２個の二次電池セル４３１，４３２は、充電電源１に直列に接続されて、大きな電流により連続的に充電される。そして、上記非選択の二次電池モジュール４３が満充電になると、充電制御回路９はステップ５ｊでこの満充電を検出して一連の充電動作を終了する。
【００４３】
図７は、以上述べた、優先充電対象として２個の二次電池モジュール４１，４２が選択された場合の充電動作を示すタイミング図である。同図から明らかなように、先ず選択された２個の二次電池モジュール４１，４２が優先的に間欠的に充電され、これらの二次電池モジュール４１，４２の充電が終了した後に、非選択の二次電池モジュール４３に対し直列充電が行われる。
【００４４】
なお、上記ステップ５ａにおいていずれの二次電池モジュールも選択されていないと判定された場合、及び上記ステップ５ｂによりすべての二次電池モジュールが選択されたと判定された場合には、充電制御回路９はステップ５ｋに移行して各二次電池モジュール４１〜４３に対しパルス充電モードによる充電を行う。そしてこの充電期間中に、満充電となった二次電池モジュールが検出されるごとに当該モジュールに対する充電を終了し、すべての二次電池モジュールが満充電になったことをステップ５ｍで確認すると、一連の充電制御を終了する。図８はこの場合の充電動作を示すタイミング図である。
【００４５】
ところで、上記直列充電モードによる二次電池モジュールの充電期間中に、充電制御回路９は二次電池セルの温度に基づく充電モードの切替制御を行っている。図９はその制御手順及び制御内容を示すフローチャートである。
【００４６】
すなわち、いま仮に二次電池モジュール４１を直列充電する場合を例に取ると、充電制御回路９は先ずステップ９ａにより上記二次電池モジュール４１を構成する２個の二次電池セル４１１，４１２を充電電源１に直列接続させた状態で、ステップ９ｂ，９ｃにより上記各二次電池セル４１１，４１２の温度を監視する。例えば、温度検出回路８から各二次電池モジュール４１〜４３の温度検出データＴＨＳをそれぞれ取り込み、上記取り込まれたデータＴＨＳにより表される検出温度をそれぞれ第１のしきい値と比較する。そしてこの比較の結果、二次電池セル４１１，４１２の検出温度がいずれも第１のしきい値を超えていなければ、引き続き温度監視を行う。なお、上記第１のしきい値は二次電池セルの定格値により設定されるもので、例えば５０℃に設定される。
【００４７】
そして、上記直列充電期間中に二次電池セル４１１，４１２の温度が上昇し、そのうち１個の二次電池セルの温度が第１のしきい値（５０℃）を超えたとする。そうすると、充電制御回路９はステップ９ｃからステップ９ｄに移行し、ここで時分割パルス充電のためのスイッチ制御信号ＳＷＣを生成してスイッチ駆動回路１０に与える。この結果、スイッチ駆動回路１０から、各二次電池セル４１１，４１２をそれぞれ一定の周期で一定時間ずつ交互に充電電源１に接続させるためのスイッチ駆動信号が出力される。
【００４８】
このため、接続切替回路３の切替ユニット３１では、図１１（ａ）に示すように最初のパルス期間にスイッチＳＷ１３がオン、スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２がオフとなって、二次電池セル４１１のみに充電電流が供給される。また次のパルス期間には、スイッチＳＷ１１がオン、スイッチＳＷ１２，ＳＷ１３がオフとなって、二次電池セル４１２のみに充電電流が供給される。以後、以上の切替制御が繰り返される。なお、上記パルス期間は例えば５秒に設定される。
【００４９】
かくして、各二次電池セル４１１，４１２は時分割パルス充電モードにより小電流充電される。したがって、二次電池セル４１１，４１２の温度の急上昇は抑制され、これにより二次電池セル４１１，４１２の特性劣化を回避することができる。
【００５０】
また、上記時分割パルス充電モードによる充電制御を行いながら、充電制御回路９はステップ９ｅにより温度検出回路８から各二次電池セル４１１，４１２の温度検出データＴＨＳをそれぞれ取り込む。そして、ステップ９ｆ及びステップ９ｇにより、所定時間連続して検出温度が上昇している二次電池セルの有無、すなわち温度上昇率がしきい値を超えた二次電池セルの有無を判定する。この判定の結果、いま二次電池セル４１２の温度上昇率がしきい値を超えたとする。そうすると、充電制御回路９は当該二次電池セル４１２を充電電源１から切り離して充電電流の供給を停止し、残りの二次電池セル４１１に対し時分割パルス充電モードによる充電制御を続ける。そして、他の二次電池セル４１１についても、温度上昇率がしきい値以上となった時点で充電電源１から切り離して充電電流の供給を停止する。なお、上記温度上昇率のしきい値は、例えば０．８℃／１分に設定される。
【００５１】
以上述べたように上記実施形態では、複数の二次電池モジュール４１〜４３に対する充電の優先度を入力するモジュール選択回路１１を新たに設ける。そして、充電制御回路９において、上記モジュール選択回路１１により入力された優先度に従い、上記複数の二次電池モジュール４１〜４３に対する充電順序を設定し、この設定された充電順序に従い接続切替回路３を切替制御することにより、上記複数の二次電池モジュール４１〜４３を時間を異ならせて順次充電するようにしている。
【００５２】
したがってこの実施形態によれば、ユーザ又はオペレータが、上記モジュール選択回路１１を操作して各二次電池モジュール４１〜４３に対する優先度を指定すると、指定された優先度の高い順に二次電池モジュールの充電が行われる。このため、二次電池モジュール４１〜４３の残存容量や電池ホルダ４への装着タイミングによらず、ユーザ又はオペレータが希望する二次電池モジュールを優先的に充電していち早く使用することが可能となる。
【００５３】
また、モジュール選択回路１１に、二次電池モジュール４１〜４３の各々に対応する選択スイッチＳＷＬ１〜ＳＷＬ３を設け、これらの選択スイッチＳＷＬ１〜ＳＷＬ３の操作を検出して優先度を設定するようにしている。このため、ユーザ又はオペレータは、複数の二次電池モジュール４１〜４３のうち優先的に充電させたい二次電池モジュールに対応する選択スイッチを操作するだけで、優先充電対象の二次電池モジュールを簡単かつ誤ることなく指定することができる。
【００５４】
さらに、優先度が同一に設定された二次電池モジュールが１個の場合には直列充電モードを選択し、２個の場合には間欠充電モードを選択して充電するようにしている。このため、１個の場合には高速充電を行うことができ、また２個の場合には２個のモジュール間の熱干渉による電池温度の急上昇を抑制して安定な充電を行うことができる。
【００５５】
しかも、直列充電モードによる充電期間中に二次電池セルの温度を監視し、温度がしきい値を超えた時点で充電モードをパルス充電モードに切り替えるようにしている。このため、電池セルの温度上昇が抑制され、電池の温度劣化を防止することができる。
【００５６】
なお、この発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、充電期間中において選択スイッチの操作を監視し、選択スイッチの新規操作又は変更操作が行われた場合に、その時点で操作後の新たな操作情報に従い二次電池モジュールに対する充電順序を設定し直し、この設定し直された充電順序に従い各二次電池モジュールに対する充電動作を再開するように構成するとよい。
【００５７】
また、途中変更禁止モードを備え、例えばキー入力操作により途中変更の禁止要求がパスワードと共に入力された場合に、途中変更禁止モードを有効状態に設定する。この状態では、選択スイッチの操作を受け付けないようにし、現在設定中の充電順序を保持する。また、途中変更の禁止設定はすべての二次電池モジュールを対象にせずに、一部の二次電池モジュールのみを対象とするように設定できるようにしてもよい。
【００５８】
さらに、前記実施形態では、設定した充電の順序に従い各二次電池モジュールに対する充電を時間分割で順に行うようにした。しかし、この発明はこれに限定されるものではなく、例えば充電順序が上位に設定された二次電池モジュールの充電モードとして直列充電モードを選択し、充電順序が下位に設定された二次電池モジュールの充電モードとして並列充電モード又はパルス充電モードを選択する。そして、これらの充電モードを使用することで、上記充電順序が上位の二次電池モジュールに対する充電と、充電順序が下位の二次電池モジュールに対する充電とを、同時に並行して行うようにしてもよい。
【００５９】
例えば、上位に設定された二次電池モジュールと下位に設定された二次電池モジュールとを充電電源に対し並列に接続する。そして、上位に設定された二次電池モジュールに対し直列充電を行い、下位に設定された二次電池モジュールに対しパルス充電を行う。
【００６０】
また別の例として、例えば上位に設定された二次電池モジュールが１個で、下位に設定された二次電池モジュールが複数個ある場合に、下位に設定された複数の二次電池モジュールを並列接続し、この並列接続された下位の各二次電池モジュールと上位に設定された二次電池モジュールとを充電電源に対し直列に接続する。そして、上位に設定された二次電池モジュールに対しては直列充電を行い、下位に設定された各二次電池モジュールに対しては並列充電を行う。
【００６１】
さらには、上位に設定された二次電池モジュールと下位に設定された二次電池モジュールとを充電電源に対し並列接続し、各二次電池モジュールに流れる電流値を可変制御する回路を設ける。そしてこの電流値を可変制御する回路により、上位に設定された二次電池モジュールに流れる充電電流値を所定の大きな値に設定し、一方下位に設定された二次電池モジュールに流れる充電電流値を上記上位に設定された二次電池モジュールに流れる充電電流値よりも小さい値に可変制御する。
【００６２】
以上のように構成すると、上位に設定された二次電池モジュールと下位に設定された二次電池モジュールとが時間的に並行して充電されることになるので、上位に設定された二次電池モジュールの充電終了後に、下位に設定された二次電池モジュールの充電を開始する場合に比べ、充電順序が下位の二次電池モジュールの充電時間を短縮することができる。
【００６３】
さらに前記実施形態では、直列充電モードによる二次電池モジュール４１の充電中に、二次電池セル４１１，４１２の一方の温度が第１のしきい値を超えたとき、充電モードを時分割パルス充電モードに切り替え、以後満充電に至るまでこのパルス充電モードによる小電流充電を行うようにした。しかし、それに加え、上記時分割パルス充電モードによる小電流充電期間に、上記各二次電池セル４１１，４１２の温度が第２のしきい値未満に低下したとき、上記各二次電池セル４１１，４１２の充電モードを再び直列充電モードに切り替える。そして、以後満充電に至るまで、二次電池セル４１１，４１２の温度に基づいて、上記直列充電モードによる大電流充電と、時分割パルス充電モードによる小電流充電とを繰り返すようにしてもよい。
【００６４】
図１０は、この繰り返し制御機能を備える充電制御回路９の制御手順と制御内容を示すフローチャートである。なお、同図において前記図９と同一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略する。
【００６５】
時分割パルス充電モードによる充電制御を行いながら充電制御回路９は、ステップ９ｅにより温度検出回路８から各二次電池セル４１１〜４１２の温度検出データＴＨＳを取り込む。そして、二次電池セル４１１〜４１２の検出温度が第２のしきい値より低下したか否かをステップ１０ａにより判定すると共に、温度上昇率がしきい値以上となった二次電池セルの有無をステップ１０ｂ及びステップ１０ｃにより判定する。
【００６６】
そして、上記ステップ１０ａによる判定の結果、二次電池セル４１１，４１２の検出温度がいずれも第２のしきい値より低下すると、充電制御回路９は直列充電が可能な状態になったと判断し、ステップ９ａに戻る。そして、ここで接続切替回路３に対し各二次電池セル４１１，４１２を充電電源１に直列接続させるためのスイッチ制御を行う。この結果、各二次電池セル４１１，４１２は以後再び直列充電される。なお、上記第２のしきい値は、例えば上記第１のしきい値より一定値だけ低い値に設定される。例えば、第１のしきい値が５０℃であれば、この値より２℃だけ低い４８℃に設定される。
【００６７】
以後、充電制御回路９は例えば図１１（ｂ）に示すように、二次電池セル４１１，４１２の検出温度に基づいて、上記ステップ９ｂ乃至ステップ１０ａにより、直列充電モードから時分割パルス充電モードへの切り替えと、時分割パルス充電モードから直列充電モードへの切り替えとを繰り返す。
【００６８】
一方、上記時分割パルス充電モードによる充電期間中に、ある二次電池セル４１１の検出温度が所定時間連続して上昇したとする。すなわち、二次電池セル４１１の温度上昇率がしきい値を超えたとする。そうすると、充電制御回路９は当該二次電池セル４１１を充電電源１から切り離して充電電流の供給を停止し、残りの二次電池セル４１２に対し時分割パルス充電モードによる充電制御を続ける。そして、残りの二次電池セル４１２についても、温度上昇率がしきい値以上となった時点で充電電源１から切り離して充電電流の供給を停止する。なお、上記温度上昇率のしきい値は、前記第１の実施形態と同様に例えば０．８℃／１分に設定される。
【００６９】
以上のように充電モードの繰り返し制御を行うことで、直列充電モードから時分割パルス充電モードへ切り替えたのちそのまま満充電まで充電を行う場合に比べ、温度上昇を抑制した上で、満充電になるまでに要する時間を短縮することが可能となる。
【００７０】
また前記実施形態では、小電流充電を行うための第２の充電モードとして時分割パルス充電モードを使用した場合を例にとって説明したが、第２の充電モードとしては並列充電モードを使用することも可能である。その他、二次電池モジュールを構成する二次電池セルの本数（１個でもよい）や、二次電池の種類、接続切替回路及び充電制御回路の回路構成、充電制御手順とその制御内容等についても、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。
【００７１】
要するにこの発明は、前記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【００７２】
【発明の効果】
以上詳述したようにこの発明では、複数の二次電池モジュールに対する充電の優先度を入力する入力手段を新たに設け、この入力手段により入力された優先度に従い上記複数の二次電池モジュールに対する充電順序を設定し、この設定された充電順序に従い上記複数の二次電池モジュールに対し選択的に充電電流を供給するようにしている。
【００７３】
したがってこの発明によれば、二次電池モジュールの残存容量や装着順序によらず、ユーザの希望に応じた順に二次電池モジュールの充電を行うことができる二次電池の充電装置とその充電制御プログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係わる充電装置の一実施形態を示すブロック図。
【図２】図１に示した充電装置に設けられる接続切替回路の構成を示す回路図。
【図３】図１に示した充電装置に設けられるモジュール選択回路の構成を示す回路図。
【図４】図１に示した充電装置に設けられる充電制御回路の機能構成を示すブロック図。
【図５】図４に示した充電制御回路による充電制御手順とその内容を示すフローチャート。
【図６】優先度が上位に設定された二次電池モジュールが１個の場合の充電動作タイミングを示す図。
【図７】優先度が上位に設定された二次電池モジュールが２個の場合の充電動作タイミングを示す図。
【図８】優先度が設定されない場合の充電動作タイミングを示す図。
【図９】複数の二次電池セルからなる二次電池モジュールを充電する際に使用する充電制御手順と内容の一例を示すフローチャート。
【図１０】複数の二次電池セルからなる二次電池モジュールを充電する際に使用する充電制御手順と内容の他の例を示すフローチャート。
【図１１】図９及び図１０に示す充電制御による充電動作のタイミングを示す図。
【符号の説明】
１…充電電源、２ａ，２ｂ…充電端子、３…接続切替回路、４…電池ホルダ、６…電流検出回路（Ｉ−ＤＥＴ）、７…電圧検出回路（Ｖ−ＤＥＴ）、８…温度検出回路（ＴＨ−ＤＥＴ）、９…充電制御回路、１０…スイッチ駆動回路、１１…モジュール選択回路、３１〜３３…切替回路、４１〜４３…二次電池モジュール、５１〜５３…温度検出素子、９０…ＣＰＵ、９１…Ｉ／Ｏ、９２…プログラムメモリ、９２ａ…モジュール選択検出プログラム、９２ｂ…充電制御プログラム、９３…データメモリ、４１１〜４３２…二次電池セル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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