(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電電流信号と設定信号とを比較器により比較し、該比較器は前記充電電流信号が前記設定信号以下になった時に充電停止信号を発生するように構成し、かつ前記比較器の前記充電電流信号が入力される端子に、充電開始から所定時間経過するまで前記設定信号以上の信号を印加するように構成したことを特徴とする充電装置。
【請求項２】
前記充電電流信号は充電電流に対応する電圧であり、前記設定信号は満充電時の設定充電電流に対応する電圧であることを特徴とする請求項１に記載された充電装置。
【請求項３】
前記設定信号以上の信号は充電を開始するための起動電圧であることを特徴とする請求項１に記載された充電装置。
【請求項４】
被充電２次電池を充電電源回路によってスイッチ手段を介して充電し、その充電電流の値が満充電時に対応する設定電流値以下になった時に充電停止信号を発生させて、前記スイッチ手段を遮断するようにした充電装置であって、
一対の比較信号入力端子と該一対の信号入力端子に印加される入力信号に応答して出力信号レベルが反転する出力端子とを有する比較器を具備し、前記比較器の一方の入力端子に前記充電電流に応答する充電信号を入力し、前記比較器の他方の入力端子に前記設定電流値に対応する設定信号を入力し、前記満充電時に前記一方の入力端子に印加する充電信号が前記設定信号以下になった時に、前記比較器の出力端子より前記充電停止信号を発生させることにより前記スイッチ手段を遮断するように構成し、
さらに、前記比較器の前記一方の入力端子には、充電開始から所定時間経過するまで、前記他方の入力端子に印加する前記設定信号より大きな起動信号を印加することにより前記比較器の出力端子より充電開始信号を発生させて前記スイッチ手段を導通させるように構成したことを特徴とする充電装置。
【請求項５】
前記比較器は電圧比較器より成り、前記充電信号は充電電流に応答する電圧で、前記設定信号は満充電時の設定電流値に対応する電圧で、前記充電開始信号または前記充電停止信号は前記比較器の出力電圧であることを特徴とする請求項４に記載された充電装置。
【請求項６】
前記充電装置は、前記被充電２次電池の電池温度を検出するための電池温度検出手段をさらに備え、前記電池温度検出手段によって検出された電池温度が所定温度範囲内の場合、前記被充電２次電池を前記充電装置に挿入した後の所定時間、前記比較器の前記一方の入力端子に前記起動信号を印加するように構成したことを特徴とする請求項４または請求項５に記載された充電装置。
【請求項７】
前記比較器の前記一方の入力端子は起動電圧印加手段を介して所定電圧の電圧源に接続され、前記比較器の前記一方の入力端子に前記電圧源より前記起動電圧印加手段を介して所定電圧の前記起動信号を印加することを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれか一つに記載された充電装置。
【請求項８】
前記起動電圧印加手段は、コンデンサからなることを特徴とする請求項７に記載された充電装置。
【請求項９】
前記比較器は演算増幅器によって構成したことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一つに記載された充電装置。
【請求項１０】
前記スイッチ手段はリレースイッチからなり、該リレースイッチの制御コイルを含むスイッチ制御回路を前記充電開始信号または前記充電停止信号によって制御することを特徴とする請求項４乃至請求項９のいずれか一つに記載された充電装置。
【請求項１１】
前記被充電２次電池が定電流・定電圧制御で充電されるリチウム電池であることを特徴とする請求項６乃至請求項１０のいずれか一つに記載された充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２次電池の充電装置に関し、特に、リチウム電池（リチウムイオン電池を含む）等の定電流・定電圧充電制御方式が要求される電池パックを充電するための充電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コードレス電動工具を駆動する電源として、ニッケル水素電池やニカド電池等の比較的高容量化された２次電池が使用されている。さらに、高容量化および軽量化された２次電池として、リチウムイオン電池を含むリチウム電池が実用化されつつある。
【０００３】
リチウム電池のセル公称電圧は、広く実用に供されているニッケル水素電池やニカド電池に比較すると約３倍高く、そのエネルギー密度はニカド電池の約３倍という性能を持ち、かつ小形軽量であるという特徴を有する。さらに、放電効率も良く、比較的低温環境の中でも放電が可能で、広い温度範囲で安定した電圧を得ることができる特徴を有する。
【０００４】
リチウム電池（電池パック）においては、図４の充電特性図に示すように、定電流・定電圧制御にて充電を行うのが一般的である。しかし、定電流・定電圧制御によって過充電を行うと電池の特性もしくは寿命の面から望ましくないことが一般的に知られている。このため、例えば下記特許文献１に開示されているように、定電圧で充電しながら充電電源回路の充電電流を検出し、充電電流が所定値以下に下降した場合、満充電と判別して充電停止信号を発生させ、充電電源回路の充電経路を遮断することによって充電を終了する方法が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平２−１９２６７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したような定電流・定電圧制御において、満充電であることを検出して充電制御を行う場合、比較的簡単な制御回路方式としては、演算増幅器（オペアンプ）から成る電圧比較器（コンパレータ）を設け、定電圧充電時の充電電流値を電圧値に変換したものを一方の信号入力端子に入力し、予め演算増幅器の他方の比較入力端子にセットされた満充電時電流の基準値（電圧値に換算）と比較し、基準値を超える場合は充電経路のスイッチ手段をオンさせて充電し、基準値以下の場合は充電経路のスイッチ手段をオフさせて充電を停止させる方式が考えられる。しかしながら、このような制御回路方式では、充電前の充電電流が流れないためにゼロアンペアとなり、電圧比較器の信号入力は基準値以下となって充電を開始させることはできない。従って、単純に電圧比較器を設けただけでは充電させることができない。また、マイクロコンピュータを設けて充電電流を監視する方法も考えられるが、マイクロコンピュータは抵抗等の他の部品と比べ高価なので充電装置の製造コストが高価となる。
【０００７】
従って、本発明の目的は、リチウム電池のような２次電池（電池パック）を定電流・定電圧制御方式で充電する充電装置において、満充電判別を確実に行うことができる安価な充電装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、比較的簡単な回路により満充電の判別を確実に行うことが可能な充電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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うち、代表的なものの特徴を説明すれば、次のとおりである。
【００１０】
本発明の一つの特徴によれば、充電電流信号と設定信号とを比較器により比較し、該比較器を前記充電電流信号が前記設定信号以下になった時に充電停止信号を発生するように構成し、かつ前記比較器の前記充電電流信号が入力される端子に、充電開始から所定時間経過するまで前記設定信号以上の信号を印加するように構成する。
【００１１】
本発明の他の特徴によれば、前記充電電流信号は充電電流に対応する電圧であり、前記設定信号は満充電時の設定充電電流に対応する電圧である。
【００１２】
本発明のさらに他の特徴によれば、前記設定信号以上の信号は充電を開始するための起動電圧である。
【００１３】
本発明のさらに他の一つの特徴によれば、被充電２次電池を充電電源回路によってスイッチ手段を介して充電し、その充電電流の値が満充電時に対応する設定電流値以下になった時に充電停止信号を発生させて、前記スイッチ手段を遮断するようにした充電装置であって、一対の比較信号入力端子と該一対の信号入力端子に印加される入力信号に応答して出力信号レベルが反転する出力端子とを有する比較器を具備し、前記比較器の一方の入力端子に前記充電電流に応答する充電信号を入力し、前記比較器の他方の入力端子に前記設定電流値に対応する設定信号を入力し、前記満充電時に前記一方の入力端子に印加する充電信号が前記設定信号以下になった時に、前記比較器の出力端子より前記充電停止信号を発生させることにより前記スイッチ手段を遮断するように構成し、さらに、前記比較器の前記一方の入力端子には、充電開始から所定時間経過するまで、前記他方の入力端子に印加する前記設定信号より大きな起動信号を印加することにより前記比較器の出力端子より充電開始信号を発生させて前記スイッチ手段を導通させるように構成する。
【００１４】
本発明のさらに他の一つの特徴によれば、前記比較器は電圧比較器より成り、前記充電信号は充電電流に応答する電圧で、前記設定信号は満充電時の設定電流値に対応する電圧で、前記充電開始信号または前記充電停止信号は前記比較器の出力電圧である。
【００１５】
本発明のさらに他の一つの特徴によれば、前記充電装置は、前記被充電２次電池の電池温度を検出するための電池温度検出手段をさらに備え、前記電池温度検出手段によって検出された電池温度が所定温度範囲内の場合、前記被充電２次電池を前記充電装置に挿入した後の所定時間、前記比較器の前記一方の入力端子に前記起動信号を印加するように構成する。
【００１６】
本発明のさらに他の一つの特徴によれば、前記比較器の前記一方の入力端子は起動電圧印加手段を介して所定電圧の電圧源に接続され、前記比較器の前記一方の入力端子に前記電圧源より前記起動電圧印加手段を介して所定電圧の前記起動信号を印加する。
【００１７】
本発明のさらに他の一つの特徴によれば、前記起動電圧印加手段は、コンデンサからなる。
【００１８】
本発明のさらに他の一つの特徴によれば、前記比較器は演算増幅器によって構成する。
【００１９】
本発明のさらに他の一つの特徴によれば、前記スイッチ手段はリレースイッチからなり、該リレースイッチの制御コイルを含むスイッチ制御回路を前記充電開始信号または前記充電停止信号によって制御する。
【００２０】
本発明のさらに他の一つの特徴によれば、前記被充電２次電池が定電流・定電圧制御で充電されるリチウム電池である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の充電装置によれば、充電電源経路に挿入されるスイッチ手段を制御するための充電開始信号または充電停止信号を比較器によって発生させるので、比較的簡単で安価な制御回路により定電流・定電圧制御での満充電判別を確実に行うことができる。
【００２２】
本発明の上記および他の目的、ならびに上記および他の特徴および利点は、以下の本明細書の記述および添付図面からさらに明らかとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の一実施形態について、図１乃至図３を参照して詳細に説明する。
【００２４】
図１は本発明の一実施形態に係る充電装置３００の回路図を示す。図１において、充電装置３００によって充電すべき電池パック（２次電池）２は、単数または直列接続された複数の充電可能な、例えばリチウム電池セル２ａと、電池パック２内の電池温度を検出するために、電池セル２ａに接触または近接して配置されたサーミスタ等の温度検出センサとして機能する感温素子２ｂとから成る。例えば、本実施例の電池パック２は、電池セル２ａが１セルのリチウムイオン電池（公称電圧３．６Ｖ）から成り、感温素子２ｂとしてサーミスタが使用されている。
【００２５】
電池パック２に充電電力を供給するための充電電源回路２００は、１次側整流平滑回路１０と、高周波トランス２１を含むスイッチング回路２０と、２次側整流平滑回路３０とから成るスイッチング電源回路により構成される。
【００２６】
１次側整流平滑回路１０は全波整流回路１１と平滑用コンデンサ１２とから成り、商用交流電源等の交流電源１を全波整流する。
【００２７】
スイッチング回路２０は、高周波トランス２１と、トランス２１の１次巻線２１ａに直列接続されたＭＯＳＦＥＴ（スイッチング素子）２２と、ＭＯＳＦＥＴ２２のゲート電極に印加する駆動パルス信号のパルス幅を変調させるためのＰＷＭＩＣ（スイッチング制御ＩＣ）２３とを備える。
【００２８】
ＰＷＭＩＣ２３の駆動電源は、トランス２１の２次巻線２１ｂに形成された定電圧回路２４から供給される。この定電圧回路２４は、整流用ダイオード２４ａと、３端子レギュレータ２４ｄと、３端子レギュレータ２４ｄの入力側に接続されたコンデンサ２４ｃと、３端子レギュレータ２４ｄの出力側に接続されたコンデンサ２４ｂとから構成される。ＰＷＭＩＣ２３には、ホトカプラから成る充電帰還信号伝達手段５によって２次側整流平滑回路３０から充電電圧制御信号および充電電流制御信号が帰還される。また、ＰＷＭＩＣ２３には、後述するスイッチング停止回路６を構成するホトカプラ６ａによってスイッチング停止制御信号が帰還される。ＰＷＭＩＣ２３は、ホトカプラ６ａによる制御入力信号によってＭＯＳＦＥＴ２２の充電動作の開始および停止を制御し、かつホトカプラ５による制御入力信号によってＭＯＳＦＥＴ２２のゲート電極に供給する駆動パルス幅を変えることによって、ＭＯＳＦＥＴ２２のオン時間を制御し、２次側整流平滑回路３０の出力電圧と電池パック２の充電電流を調整する。ＰＷＭＩＣ２３には、起動時において起動抵抗２５を介して１次側整流平滑回路１０の出力電圧が供給される。また、ホトカプラ６ａからのスイッチング停止制御信号が供給されるＰＷＭＩＣ２３にはプルアップ抵抗２６が接続される。後述するスイッチング停止回路６のスイッチングトランジスタ６ｅがオフ状態にある動作状態において、このプルアップ抵抗２６によってＰＷＭＩＣ２３に動作電位が与えられる。
【００２９】
２次側整流平滑回路３０はトランス２１の３次巻線２１ｃに接続されたダイオード３１、平滑用コンデンサ３２および放電用抵抗３３から成る。
【００３０】
トランス２１の４次巻線２１ｄには、後述する各種の制御回路の電源Ｖｃｃを供給するための制御回路用定電圧電源１１０が形成される。制御回路用定電圧電源１１０は、整流用ダイオード１１１と、３端子レギュレータ１１４と、３端子レギュレータ１１４の入力側に接続されたコンデンサ１１２と、３端子レギュレータ１１４の出力側に接続されたコンデンサ１１３とから構成され、定電圧Ｖｃｃを出力する。
【００３１】
１次側整流平滑回路１０、スイッチング回路２０、および２次側整流平滑回路３０は充電電源回路２００を構成し、充電電源回路２００の出力側と電池パック２の間には、充電経路の開閉（オン・オフ）を制御するためのスイッチ手段４が電気的接続されている。このスイッチ手段４は、例えばリレーから成り、リレースイッチ４ａと制御コイル４ｂを具備する。制御コイル４ｂはリレー制御回路７によって制御される。
【００３２】
リレー制御回路７は、後述する電池温度検出回路８の出力によってオン・オフ制御されるトランジスタ７ｈと、トランジスタ７ｈのコレクタ側にベースが接続された出力トランジスタ７ｉと、後述する満充電検出回路９０の出力によってオン・オフ制御され、かつトランジスタ７ｈと直列接続されたトランジスタ７ｊとを具備し、それらトランジスタ７ｈ、７ｉおよび７ｊに関連して設けられた抵抗７ａ〜７ｇを具備する。
【００３３】
充電電流制御回路７０は、演算増幅器（オペアンプ）７６および７７と、演算増幅器７６および７７の入力抵抗７１および７３と、演算増幅器７６および７７の帰還抵抗７２および７４と、ダイオード７８および電流制限用抵抗７５からなる出力回路とから構成された演算増幅回路を含む。演算増幅器７７の一方の入力端子（＋）には、分圧抵抗８１および８２から成る充電電流設定回路８０が接続され、抵抗８１と抵抗８２の分圧比によって充電電流の基準値が設定されている。設定電位を与える分圧抵抗８１および８２には、制御回路用定電圧電源１１０の出力電圧Ｖｃｃが給電される。充電電流制御回路７０の入力側は電池パック２の充電電流を検出するための充電電流検出抵抗３に接続される。また、その出力側は、上述したように、ホトカプラから成る充電帰還信号電伝達手段５を介してＰＷＭＩＣ２３を制御する。
【００３４】
このような充電電流制御回路７０により、充電電流検出抵抗３に流れる充電電流に基づく電圧降下を抵抗７１、７２および演算増幅器７６によって反転増幅させ、その出力圧と充電電流設定回路８０で設定された充電電流設定基準電圧との差を演算増幅器７７によって増幅し、充電帰還信号伝達手段５を介してＰＷＭＩＣ２３に帰還をかけＭＯＳＦＥＴ２２のスイッチング動作を制御する。すなわち、ＭＯＳＦＥＴ２２は、電流検出手段３に流れる充電電流が所定の充電電流より大きい場合はパルス幅を狭めた出力パルスを高周波トランス２１に与え、逆に充電電流が所定の充電電流より小さい場合はパルス幅をより広げたパルスを高周波トランス２１に与える。これによって、２次側整流平滑回路３０は、所定の充電電流に対応する直流電圧を平滑し、電池パック２の充電電流を充電電流設定回路８０によって設定した所定電流に保持する。言い換えれば、電流検出手段３、充電電流制御回路７０、充電帰還信号伝達手段５、スイッチング回路２０および２次側整流平滑回路３０によって充電電流を設定電流値となるように制御する。
【００３５】
出力電圧制御回路５０は、演算増幅器５５と、反転入力端子（−）側の入力抵抗５１と、帰還抵抗５３と、非反転入力端子（＋）側の入力抵抗５２と、ダイオード５６および電流制限用抵抗５４から成る出力回路とから構成される。出力電圧制御回路５０の反転入力端子（−）側は、抵抗４１および抵抗４２から成る充電電源の出力電圧検出回路４０に接続され、上述した充電電源回路２００の出力電圧の帰還用検出電圧が入力される。一方、非反転入力端子（＋）側は、電源電圧Ｖｃｃを分圧する分圧抵抗６１および６２から成る出力電圧設定回路６０に接続され、定電圧充電のための所定の電圧を設定する。本実施例では、電池パック２が１セルのリチウムイオン電池から成るので、出力電圧が例えば４．２Ｖになるように設定すればよい。出力電圧制御回路５０の出力側は、上記充電電流制御手段７０の出力側と同様に、ホトカプラから成る充電帰還信号伝達手段５を介してＰＷＭＩＣ２３に接続される。このような構成により、出力電圧検出回路４０からの検出出力電圧と、出力電圧設定回路６０からの設定基準電圧との差を増幅し、充電帰還信号伝達手段５を介してＰＷＭＩＣ２３に帰還をかけ出力電圧を所定値に制御する。従って、ＰＷＭＩＣ２３は、上記充電電流制御回路７０または出力電圧制御回路５０の出力信号（フィードバック信号）により制御されることになる。
【００３６】
電池温度検出回路８は、電池パック２の温度が所定の温度範囲（例えば、−５°Ｃ〜５０°Ｃ）にあるときのみ充電装置３００を動作させるための電池温度検出手段で、次に説明するようにＯＲゲートを用いたウィンドコンパレータ（電圧比較器）より構成される。すなわち、電池温度検出回路８は、演算増幅器８ｋ、帰還抵抗８ｉおよび入力抵抗８ｃから成る第１の電圧比較器と、演算増幅器８１、帰還抵抗８ｊおよび入力抵抗８ｆから成る第２の電圧比較器とを具備する。第１の電圧比較器を構成する演算増幅器８ｋの基準入力端子（−）には、電源電圧Ｖｃｃを分圧抵抗８ａおよび８ｂによって分圧した下限温度（−５°Ｃ）に対応する基準電圧（下限基準信号）が印加され、第２の電圧比較器を構成する演算増幅器８１の基準入力端子（＋）には、電源電圧Ｖｃｃを分圧抵抗８ｄおよび８ｅによって分圧した上限温度（５０°Ｃ）に対応する基準電圧（上限基準信号）が印加され、さらに演算増幅器８ｋの信号入力端子（＋）および演算増幅器８１の信号入力端子（−）には、電源電圧Ｖｃｃおよび抵抗８ｇ、８ｈから成る分圧回路を介して、感温素子２ｂの抵抗値の対温度変化に基づく電圧変化が入力される。演算増幅器８ｋおよび演算増幅器８１の両出力信号はＯＲゲート８ｍに入力され、ＯＲゲート８ｍのＯＲ出力は抵抗７ｂを介してリレー制御回路７のトランジスタ７ｈのベースへ入力される。このような電池温度検出回路８によって、電池パック２の充電を許容する温度範囲（−５°Ｃ〜５０°Ｃ）で、リレー制御回路７の動作を制御することができる。
【００３７】
ＬＥＤ（発光ダイオード）表示回路９は、充電の開始または充電の終了をユーザーに認知させるためのモニター回路で、表示用ＬＥＤ９ｄと、駆動用トランジスタ９ｅと、抵抗９ａ〜９ｄとから成る。例えば、表示用ＬＥＤ９ｄは、充電中に点灯し、充電終了時に消灯するように制御される。
【００３８】
過電圧検出回路１００は、電圧比較器として機能する演算増幅器１０３と、演算増幅器１０３の一方の入力端子（−）に接続された、過電圧に対応する電圧を設定するための分圧抵抗１０１および１０２とを具備し、演算増幅器１０３の他方の入力端子（＋）には、２次側整流平滑回路３０の出力電圧を出力電圧検出回路４０の抵抗４１、４２によって分圧した分圧電圧が入力される。過電圧検出回路１００の出力はスイッチング停止回路６に接続される。
【００３９】
スイッチング停止回路６は、過電圧検出回路１００からの信号に応答して上記ＰＷＭＩＣ２３の動作を停止させるために設けられたもので、ホトカプラ６ａと、抵抗６ｂ〜６ｄと、スイッチング用トランジスタ６ｅとから構成されている。
【００４０】
満充電検出回路９０は、電圧比較器として機能する演算増幅器９５と、抵抗９１〜９３と、コンデンサ９４とから構成される。演算増幅器９５の一方の入力端子（＋）には、分圧抵抗９２および９３によって、満充電時の充電電流に対応する基準電圧（設定信号）が入力される。他方、演算増幅器９５の他方の入力端子（−）には、充電電流検出抵抗３に流れる充電電流に対応する電圧を演算増幅器７６によって反転増幅させ、反転増幅された演算増幅器７６の出力電圧（充電信号）を抵抗９１を介して入力する。満充電検出回路９０の出力（電圧比較器９５の出力）は、充電開始信号または充電停止信号として上記リレー制御回路７のトランジスタ７ｊのベースに印加され、トランジスタ７ｊをオン・オフ制御する。通常の充電時の動作において、演算増幅器９５の一方の入力端子に印加された抵抗９２、９３の分圧値である基準値（設定信号）より、演算増幅器７６の出力である充電電流の電圧換算値（充電信号）が低い場合、トランジスタ７ｊをオンさせることでトランジスタ７ｉがオフしてリレー制御回路７がリレー４を遮断状態にする。逆に充電電流が高い場合、トランジスタ７ｊをオフさせることでトランジスタ７ｉがオンしてリレー４を導通状態に制御する。すなわち、電池パック２のリチウムイオン電池は、定電圧制御での充電時に充電電流が減少（下降）する特性があるので、満充電検出回路９０は、比較器９５によって満充電を示す基準電流と比較し、充電電流が基準電流以下に下降したとき満充電と判断し比較器９５の出力によってリレー４を遮断状態に制御し、充電を停止させる。
【００４１】
ここで留意すべきことは、満充電検出回路９０は充電電流が所定の充電電流値（設定電流値）以下の場合、リレー４を遮断状態に制御する機能を有することである。従って、充電のために被充電電池である電池パック２を充電装置３００に単に挿入（接続）しても、設定電流値以上の充電電流が流れなければ、リレー４は依然として遮断状態を持続し、充電電源回路２００の出力電圧を電池パック２に給電することができない。すなわち、満充電検出回路９０はリレー制御回路７を起動不能とする。この問題を解決するために、本発明によれば、比較器９５の充電電流に応答する信号が与えられる一方の入力端子（−）には、充電開始から所定時間経過するまでの過渡状態において、抵抗９２および９３によって他方の入力端子（＋）に設定される充電電流の設定値に対応する設定電圧以上の電圧（起動信号）を印加するための起動電圧印加手段９４が接続される。起動電圧印加手段９４の一例は、比較器９５の一方の入力端子（−）とリレー制御回路７のトランジスタ７ｈのコレクタとの間に接続されたコンデンサ９４によって構成される。電池温度検出回路８によって充電すべき電池パック２が充電装置３００に接続されたことを検知すると、リレー制御回路７のトランジスタ７ｈがオンするので、コンデンサ９４により、充電開始から所定時間経過するまでの過渡状態において、電源電圧Ｖｃｃを比較器９５の一方の入力端子（−）に起動信号として入力することができる。その結果、満充電検出回路９０の比較器９５は、リレー制御回路７のトランジスタ７ｊをオフさせるのでトランジスタ７ｉがオンし、リレー４を導通状態（リレーＯＮ）に制御することができるため、充電を開始することができる。
【００４２】
図２および図３は、満充電検出回路９０の比較器を構成する演算増幅器９５の動作特性図を示す。図３は、図２の時間軸を圧縮して電池挿入時ｔ０から充電終了時ｔ４までの特性を示したものである。時間ｔ０で電池パック２を充電装置３００に挿入すると、リレー制御回路７のトランジスタ７ｈがオンして、電源電圧Ｖｃｃを、コンデンサ９４を介して演算増幅器９５の入力端子（−）に起動信号Ｖｉとして印加することができる。これにより、入力端子（−）の起動信号Ｖｉは、時刻ｔ０から時刻ｔ２に至る所定時間Ｔ１の間、過渡的に他方の入力端子（＋）に設定される充電電流の設定信号Ｖｒより充分高い値となり、演算増幅器９５の出力電圧は、図２の（ｂ）に示すように、ローとなる。演算増幅器９５の出力電圧がローになると、リレー制御回路７のトランジスタ７ｊがオフして結果的にリレー４がオン状態（リレーＯＮ）となり、充電が開始される。すなわち、演算増幅器９５の一方の入力端子（−）に、電池を挿入してから所定時間Ｔ１が経過する間、他方の入力端子（＋）に印加する設定信号Ｖｒより大きな起動信号Ｖｉを印加することにより演算増幅器９５の出力端子より充電開始信号（ロー信号）を発生させ、スイッチ手段４を導通させて充電を開始することができる。
【００４３】
図２の（ａ）に示すように、時刻ｔ０で充電を開始すると、電流検出抵抗３を介して演算増幅器９５の入力端子（−）に充電信号Ｖｉｍ（１点鎖線の特性曲線）が印加される。充電開始時の充電信号Ｖｉｍ自体は、時刻ｔ１まで演算増幅器９５の他方の入力端子（＋）に印加する設定信号Ｖｒより低い値となるが、スイッチ手段４は起動信号Ｖｉによってオフ状態になることはない。
【００４４】
時間Ｔ１を経過した後の時刻ｔ２から時刻ｔ３までの定常状態では、定電流制御により充電電流（Ｖｉ）となる。図３に示すように、定電流充電してから時刻ｔ３において満充電に近くなると定電圧制御に切り換わり充電電流（充電信号Ｖｉ）は減少し始めて、時刻ｔ４において、所定の満充電電流（設定信号Ｖｒ）より低い値となると、演算増幅器９５の出力電圧はローからハイに反転する。すなわち、演算増幅器９５は充電停止信号（ハイ信号）を出力し、リレー４をオフ状態（リレーＯＦＦ）とする。
【００４５】
次に充電装置３００の充電時の動作について説明する。
【００４６】
被充電２次電池である電池パック２が充電装置３００に挿入または接続されると、電池温度に応答した抵抗値を有するサーミスタ２ｂと抵抗８ｈとの合成抵抗と抵抗８ｇとで定電圧Ｖｃｃを分圧した値が演算増幅器８ｋの入力端子（＋）および演算増幅器８１の入力端子（−）に入力される。演算増幅器８ｋは、分圧抵抗８ａおよび８ｂによって定電圧Ｖｃｃを分圧した値を基準とし、電池温度が低温側のある所定温度以下である場合はハイ出力となり、所定温度以上である場合はロー出力となるように構成されている。例えば、この所定温度は−５°Ｃに設定されている。一方、演算増幅器８１は、分圧抵抗８ｄおよび８ｅによって定電圧Ｖｃｃを分圧した値を基準とし、電池温度が高温側のある所定温度以下である場合はロー出力となり、高温側の所定温度以上である場合はハイ出力となるように構成されている。例えば、高温側の所定温度は５０°Ｃに設定されている。
【００４７】
以上のように電圧比較器として動作する一対の演算増幅器８ｋおよび８１の基準入力端子側電圧値を所定値に設定すると、電池パック２の電池温度範囲が−５°Ｃ〜５０°Ｃの範囲内であれば、ＯＲゲート８ｍの２つの入力レベルはどちらもローとなるので、ＯＲゲート８ｍの出力レベルはローとなる。電池パック２の電池温度が−５°Ｃ以下または５０°Ｃ以上である場合は、ＯＲゲート８ｍの２入力の少なくとも一方の入力レベルはハイとなるので、ＯＲゲート８ｍの出力レベルはハイになる。
【００４８】
ＯＲゲート８ｍの出力は、トランジスタ７ｈのベースに入力される。従って、ベースにローが入力された場合、言い換えれば電池温度が−５°Ｃ〜５０°Ｃの温度範囲にある場合のみトランジスタ７ｈをオンする。トランジスタ７ｈをオンすることによって、上述したように、電圧比較器として機能する演算増幅器９５の充電信号入力端子（−）に、電圧Ｖｃｃがコンデンサ９４を介して充電起動信号Ｖｉとして過渡的に印加される。起動信号Ｖｉはコンデンサ９４の静電容量に応じた時間、過渡的に印加される。
【００４９】
この時、図２の（ａ）に示すように、演算増幅器９５の充電信号入力端子（−）に入力される電圧Ｖｉは、電池パック２を充電装置３００へ接続した充電開始時刻ｔ０から所定時間Ｔ１を経過する時刻ｔ２まで、コンデンサ９４を介して過渡的な電圧Ｖｃｃ（起動信号）が入力されるので、演算増幅器９５の設定信号入力端子（＋）に入力される設定電圧Ｖｒ（満充電検出のための終止電流に対応する電圧）より充分高い電圧となり、演算増幅器９５の出力レベルは、図２の（ｂ）に示すように、ロー出力（充電開始信号）となる。
【００５０】
一方、電池温度が−５°Ｃ〜５０°Ｃの範囲の電池パック２を充電装置３００へ挿入する前において、演算増幅器９５の充電信号入力端子（−）に入力される電圧Ｖｉは、何ら電圧も印加されず０Ｖなので、演算増幅器９５の設定信号入力端子（＋）に入力される設定電圧Ｖｒよりも小さくなり、図２の（ｂ）に示すように、演算増幅器９５の出力レベルはハイ出力となる。従って、−５°Ｃ〜５０°Ｃの範囲の電池温度を持つ電池パック２が充電装置３００に挿入されることにより、トランジスタ７ｊのベースへの入力はハイからローに変化し、そのトランジスタ７ｊはオンからオフに切り替わる。これによって、トランジスタ７ｉのベースはローからハイ入力となり、トランジスタ７ｉはオンし、リレー４の制御コイル４ｂには電圧Ｖｃｃが印加され、リレースイッチ４ａがオンする。
【００５１】
図２の（ａ）に示すように、過渡状態Ｔ１において充電開始信号がコンデンサ９４により演算増幅器９５の充電信号入力端子（−）に入力されリレー４がオンすると同時に、充電電流が流れ始め、充電電流検出手段３における電圧降下は、演算増幅器７６および抵抗７１、７２によって構成される反転増幅回路に入力される。この時、反転増幅回路（演算増幅器７６）の出力（充電電流を電圧に換算した値）は、演算増幅器９５の充電信号入力端子（−）に電圧Ｖｉとして入力される。この時、演算増幅器９５の充電信号入力端子（−）の入力電圧Ｖｉ（検出充電電流値に対応する電圧）が演算増幅器９５の設定信号入力端子（＋）に入力される設定電圧Ｖｒ（満充電の終止電流に対応）以上であれば、先に述べた時刻ｔ０における充電開始時から所定時間Ｔ１を経過して過渡的な電圧Ｖｃｃの印加が終了した後も、入力電圧Ｖｉは依然として設定値Ｖｒ以上の値を維持することになるので、演算増幅器９５の出力レベルはローを維持し続け、リレー４は引き続きオン状態（リレーＯＮ）となり、充電を継続する（図２の（ａ）および（ｂ）参照）。
【００５２】
図３の（ａ）に示すように、電池パック２の充電が継続され、その電池電圧が定電圧値に達すると、定電圧制御に切り換わり時刻ｔ３で充電電流が降下してくる。そして演算増幅器９５の充電信号入力端子（−）の入力電圧Ｖｉ（現在の充電電流値に相当）が、時刻ｔ４において、演算増幅器９５の設定信号入力端子（＋）に入力される分圧抵抗９２および９３によって電圧Ｖｃｃを分圧した設定値Ｖｒ（満充電を検出する終止電流に相当）以下になった場合、図３の（ｂ）に示すように、演算増幅器９５の出力レベルがハイになるので、トランジスタ７ｊはオンし、トランジスタ７iのベースにはローが入力（オフ）されるのでリレー４がオフ状態（リレーＯＦＦ）となって充電を終了する。
【００５３】
なお、演算増幅器９５の充電信号入力端子（−）に、コンデンサ９４によって入力される充電起動信号（Ｖｉ）の印加時間（Ｔ１）は、コンデンサ９４の静電容量および抵抗９１等の抵抗値によって調整することができる。例えば、コンデンサ９４の容量値を２２μＦ〜４７μＦに選択すると、時間Ｔ１を５ｓｅｃ〜１０ｓｅｃに設定することができる。この所定時間Ｔ１は、当然のことながら時刻ｔ１までの時間より大きく、満充電前の定電流充電に達する時刻ｔ２までの時間を最大限度として決定される。
【００５４】
以上の実施例の説明から明らかなように、本発明の充電装置によれば、充電電源経路に挿入されるスイッチ手段を制御するための充電開始信号または充電停止信号を比較器によって発生させるので、マイクロコンピュータを使用せずに比較的簡単で安価な制御回路により定電流・定電圧制御での満充電判別を確実に行うことができる。
【００５５】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の一実施形態に係る充電装置の回路図。
【図２】図１に示した充電装置を構成する満充電検出回路の充電開始時の動作特性図。
【図３】図１に示した充電装置を構成する満充電検出回路の充電終了時の動作特性図。
【図４】定電流・定電圧充電制御を示す充電特性図。
【符号の説明】
【００５７】
１：入力商用電源      ２：電池パック      ２ａ：電池セル      ２ｂ：感温素子
３：電流検出抵抗      ４：スイッチ手段（リレー）      ４ａ：リレースイッチ
４ｂ：制御コイル      ５：充電帰還信号伝達手段（ホトカプラ）
６：スイッチング停止回路      ６ａ：ホトカプラ      ６ｂ、６ｃ、６ｄ：抵抗
６ｅ：トランジスタ      ７：リレー制御回路      ７ａ〜７ｇ：抵抗
７ｈ〜７ｊ：トランジスタ      ８：電池温度検出回路      ８ａ〜８ｊ：抵抗
８ｋ、８１：演算増幅器      ８ｍ：ＯＲゲート      ９：ＬＥＤ表示回路
９ａ〜９ｃ：抵抗      ９ｄ：表示用ＬＥＤ      １０：１次側整流平滑回路
１１：全波整流回路      １２：平滑用コンデンサ      ２０：スイッチング回路
２１：高周波トランス      ２１ａ〜２１ｄ：トランスの巻線
２４：定電圧回路      ２４ａ：整流用ダイオード      ２４ｂ、２４ｃ：コンデンサ
２４ｄ：３端子レギュレータ      ３０：２次側整流平滑回路
３１：整流用ダイオード      ３２：平滑用コンデンサ      ３３：放電用抵抗
４０：出力電圧検出回路      ４１、４２：分圧抵抗      ５０：出力電圧制御回路
５１〜５４：抵抗      ５５：演算増幅器      ５６：ダイオード
６０：出力電圧設定回路      ６１、６２：分圧抵抗      ７０：充電電流制御回路
７１〜７５：抵抗      ７６、７７：演算増幅器      ７８：ダイオード
８０：充電電流設定回路      ８１、８２：分圧抵抗      ９０：満充電検出回路
９１〜９３：抵抗        ９４：コンデンサ      ９５：演算増幅器
１００：過電圧検出回路      １０１、１０２：分圧抵抗      １０３：演算増幅器
１１０：制御回路用定電圧電源      １１１：整流用ダイオード
１１２、１１３：コンデンサ      １１４：３端子レギュレータ
２００：充電電源回路      ３００：充電装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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