(57)【要約】  【課題】  充電中の二次電池の残りの容量を正確に把握する充電器および充電状態判定方法を提供することにある。  【解決手段】  充電器３０のマイクロコンピュータ３６は、充電中の二次電池４３の放電電圧を入力し、Ａ／Ｄ変換部３７等を使用して所定間隔毎の電圧値を測定する。ＣＰＵ３８は、充電中の二次電池４３の電圧値の変化が一定のパターンを有することを利用して、この電圧値の変化に基づいて、二次電池４３の４つの充電状態を識別し、これを表示するよう制御する。４つの状態は、３つのポイントによって区切られ、第１のポイントは１回目の電圧上昇が緩やかになるポイントであり、第２のポイントは再び一定の電圧上昇が認められるポイントであり、第３のポイントは再度の電圧上昇が緩やかになるポイントである。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池に充電を行う充電手段と、
前記二次電池の電圧値を検出する電圧検出手段と、
前記二次電池に前記充電手段による充電が行われている間に、前記電圧検出手段によって検出された前記二次電池の電圧値を所定の間隔で受信し、前記受信した電圧値の変化率に基づいて前記二次電池の充電状態を判定する制御手段とを有することを特徴とする充電器。
【請求項２】
請求項１に記載の充電器において、
情報を表示する表示手段をさらに有し、
前記制御手段は、前記判定された二次電池の充電状態を他の充電状態と識別可能な態様で前記表示手段に表示するよう制御することを特徴とする充電器。
【請求項３】
請求項１に記載の充電器において、
前記二次電池の充電状態が、連続する４つの充電状態に段階的に区分され、
前記二次電池の充電の過程で、前記二次電池の電圧が２つの相対的に大きな上昇を示す場合に、第１の上昇が終息するポイント、第２の上昇が生じるポイント、および前記第２の上昇が終息するポイントのそれぞれを境に前記４つの充電状態が割り当てられ、
前記制御手段は、前記電圧検出手段から受信した電圧値の変化率に基づいて、前記ポイントを検出した場合に、前記二次電池の充電状態を、次の充電状態であると判定することを特徴とする充電器。
【請求項４】
請求項１に記載の充電器において、
前記制御手段は、前記電圧検出手段が前記二次電池の電圧値を検出する際に、前記二次電池の充電を一時的に停止させるよう前記充電手段を制御することを特徴とする充電器。
【請求項５】
請求項１に記載の充電器において、
前記制御手段は、充電前の前記二次電池については、前記電圧検出手段によって前記二次電池の電圧値を検出するよう制御し、前記検出された電圧値が所定のしきい値の範囲内に属するか否かによって充電状態を判定することを特徴とする充電器。
【請求項６】
請求項５に記載の充電器において、
前記所定のしきい値が、周囲温度に応じて切り替えられることを特徴とする充電器。
【請求項７】
請求項５に記載の充電器において、
前記制御手段は、前記二次電池の電圧値を検出する前に短時間の放電を行うことを特徴とする充電器。
【請求項８】
請求項７に記載の充電器において、
情報を表示する表示手段をさらに有し、
前記制御手段は、前記判定された二次電池の充電状態を他の充電状態と識別可能な態様で前記表示手段に表示するよう制御することを特徴とする充電器。
【請求項９】
二次電池に充電を行う充電手段と、
前記二次電池の電圧値を検出する電圧検出手段と、
前記二次電池に前記充電手段による充電が行われている間に、前記電圧検出手段によって検出された前記二次電池の電圧値を所定の間隔で受信し、前記受信した電圧値の変化率に基づいて前記二次電池の第１の充電状態を判定するとともに、前記受信した電圧値が所定のしきい値の範囲内に属するか否かによって前記二次電池の第２の充電状態を判定し、前記第１の充電状態と前記第２の充電状態が一致する場合には、前記第１の充電状態を前記二次電池の充電状態と判定する制御手段とを有し、
前記所定のしきい値は、周囲温度に応じて切り替えられることを特徴とする充電器。
【請求項１０】
請求項９に記載の充電器において、
前記制御手段は、前記第１の充電状態と前記第２の充電状態が不一致の場合には、前記第１の充電状態および前記第２の充電状態のうちどちらかの充電状態を優先的に、あるいは直前に判定された充電状態を優先的に、前記二次電池の充電状態と判定することを特徴とする充電器。
【請求項１１】
請求項９に記載の充電器において、
情報を表示する表示手段をさらに有し、
前記制御手段は、前記判定された二次電池の充電状態を他の充電状態と識別可能な態様で前記表示手段に表示するよう制御することを特徴とする充電器。
【請求項１２】
請求項９に記載の充電器において、
前記第１の充電状態の判定に関しては、
前記二次電池の充電状態が連続する４つの充電状態に段階的に区分され、
前記二次電池の充電の過程で、前記二次電池の電圧が２つの相対的に大きな上昇を示す場合に、第１の上昇が終息するポイント、第２の上昇が生じるポイント、および前記第２の上昇が終息するポイントのそれぞれを境に前記４つの充電状態が割り当てられ、
前記制御手段は、前記電圧検出手段から受信した電圧値の変化率に基づいて、前記ポイントを検出した場合に、前記二次電池の充電状態を、次の充電状態であると判定することを特徴とする充電器。
【請求項１３】
請求項９に記載の充電器において、
前記制御手段は、前記電圧検出手段が前記二次電池の電圧値を検出する際に、前記二次電池の充電を一時的に停止させるよう前記充電手段を制御することを特徴とする充電器。
【請求項１４】
請求項９に記載の充電器において、
前記制御手段は、充電前の前記二次電池については、前記電圧検出手段によって前記二次電池の電圧値を検出するよう制御し、前記検出された電圧値が所定のしきい値の範囲内に属するか否かによって充電状態を判定することを特徴とする充電器。
【請求項１５】
請求項１４に記載の充電器において、
前記所定のしきい値が、周囲温度に応じて切り替えられることを特徴とする充電器。
【請求項１６】
請求項１４に記載の充電器において、
前記制御手段は、前記二次電池の電圧値を検出する前に短時間の放電を行うことを特徴とする充電器。
【請求項１７】
請求項１６に記載の充電器において、
情報を表示する表示手段をさらに有し、
前記制御手段は、前記判定された二次電池の充電状態を他の充電状態と識別可能な態様で前記表示手段に表示するよう制御することを特徴とする充電器。
【請求項１８】
二次電池に充電を行う充電ステップと、
前記二次電池の電圧値を検出する電圧検出ステップと、
前記二次電池に前記充電ステップによる充電が行われている間に、前記電圧検出ステップによって検出された前記二次電池の電圧値を所定の間隔で受信し、前記受信した電圧値の変化率に基づいて前記二次電池の充電状態を判定する制御ステップとを有することを特徴とする充電状態判定方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の充電状態判定方法において、
前記制御ステップは、前記判定された二次電池の充電状態を他の充電状態と識別可能な態様で表示手段に表示するよう制御することを特徴とする充電状態判定方法。
【請求項２０】
請求項１８に記載の充電状態判定方法において、
前記二次電池の充電状態が、連続する４つの充電状態に段階的に区分され、
前記二次電池の充電の過程で、前記二次電池の電圧が２つの相対的に大きな上昇を示す場合に、第１の上昇が終息するポイント、第２の上昇が生じるポイント、および前記第２の上昇が終息するポイントのそれぞれを境に前記４つの充電状態が割り当てられ、
前記制御ステップは、前記電圧検出ステップから受信した電圧値の変化率に基づいて、前記ポイントを検出した場合に、前記二次電池の充電状態を、次の充電状態であると判定することを特徴とする充電状態判定方法。
【請求項２１】
請求項１８に記載の充電状態判定方法において、
前記制御ステップは、前記電圧検出ステップが前記二次電池の電圧値を検出する際に、前記二次電池の充電を一時的に停止させるよう前記充電ステップを制御することを特徴とする充電状態判定方法。
【請求項２２】
請求項１８に記載の充電状態判定方法において、
前記制御ステップは、充電前の前記二次電池については、前記電圧検出ステップによって前記二次電池の電圧値を検出するよう制御し、前記検出された電圧値が所定のしきい値の範囲内に属するか否かによって充電状態を判定することを特徴とする充電状態判定方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の充電状態判定方法において、
前記所定のしきい値が、周囲温度に応じて切り替えられることを特徴とする充電状態判定方法。
【請求項２４】
請求項２２に記載の充電状態判定方法において、
前記制御ステップは、前記二次電池の電圧値を検出する前に短時間の放電を行うことを特徴とする充電状態判定方法。
【請求項２５】
請求項２４に記載の充電状態判定方法において、
前記制御ステップは、前記判定された二次電池の充電状態を他の充電状態と識別可能な態様で表示手段に表示するよう制御することを特徴とする充電状態判定方法。
【請求項２６】
二次電池に充電を行う充電ステップと、
前記二次電池の電圧値を検出する電圧検出ステップと、
前記二次電池に前記充電ステップによる充電が行われている間に、前記電圧検出ステップによって検出された前記二次電池の電圧値を所定の間隔で受信し、前記受信した電圧値の変化率に基づいて前記二次電池の第１の充電状態を判定するとともに、前記受信した電圧値が所定のしきい値の範囲内に属するか否かによって前記二次電池の第２の充電状態を判定し、前記第１の充電状態と前記第２の充電状態が一致する場合には、前記第１の充電状態を前記二次電池の充電状態と判定する制御ステップとを有し、
前記所定のしきい値は、周囲温度に応じて切り替えられることを特徴とする充電状態判定方法。
【請求項２７】
請求項２６に記載の充電状態判定方法において、
前記制御ステップは、前記第１の充電状態と前記第２の充電状態が不一致の場合には、前記第１の充電状態および前記第２の充電状態のうちどちらかの充電状態を優先的に、あるいは直前に判定された充電状態を優先的に、前記二次電池の充電状態と判定することを特徴とする充電状態判定方法。
【請求項２８】
請求項２６に記載の充電状態判定方法において、
前記制御ステップは、前記判定された二次電池の充電状態を他の充電状態と識別可能な態様で表示手段に表示するよう制御することを特徴とする充電状態判定方法。
【請求項２９】
請求項２６に記載の充電状態判定方法において、
前記第１の充電状態の判定に関しては、
前記二次電池の充電状態が連続する４つの充電状態に段階的に区分され、
前記二次電池の充電の過程で、前記二次電池の電圧が２つの相対的に大きな上昇を示す場合に、第１の上昇が終息するポイント、第２の上昇が生じるポイント、および前記第２の上昇が終息するポイントのそれぞれを境に前記４つの充電状態が割り当てられ、
前記制御ステップは、前記電圧検出ステップから受信した電圧値の変化率に基づいて、前記ポイントを検出した場合に、前記二次電池の充電状態を、次の充電状態であると判定することを特徴とする充電状態判定方法。
【請求項３０】
請求項２６に記載の充電状態判定方法において、
前記制御ステップは、前記電圧検出ステップが前記二次電池の電圧値を検出する際に、前記二次電池の充電を一時的に停止させるよう前記充電ステップを制御することを特徴とする充電状態判定方法。
【請求項３１】
請求項２６に記載の充電状態判定方法において、
前記制御ステップは、充電前の前記二次電池については、前記電圧検出ステップによって前記二次電池の電圧値を検出するよう制御し、前記検出された電圧値が所定のしきい値の範囲内に属するか否かによって充電状態を判定することを特徴とする充電状態判定方法。
【請求項３２】
請求項３１に記載の充電状態判定方法において、
前記所定のしきい値が、周囲温度に応じて切り替えられることを特徴とする充電状態判定方法。
【請求項３３】
請求項３１に記載の充電状態判定方法において、
前記制御ステップは、前記二次電池の電圧値を検出する前に短時間の放電を行うことを特徴とする充電状態判定方法。
【請求項３４】
請求項３３に記載の充電状態判定方法において、
前記制御ステップは、前記判定された二次電池の充電状態を他の充電状態と識別可能な態様で表示手段に表示するよう制御することを特徴とする充電状態判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、二次電池の充電状態を表示する充電器および充電状態判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルカリ乾電池やマンガン乾電池といった一次電池の残量チェッカーは、電池の電圧を所定のしきい値によって段階的に区分し、その段階に応じた表示を行うことによって、電池の残量を現すタイプのものが一般的である。一次電池では、電池の電圧が高いほど電池の残量が多いという性質を有するために、このような構成が可能となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ニッケル水素電池（Ｎｉ／ＭＨ電池）やニッケルカドミウム電池（Ｎｉ／Ｃｄ電池）のような二次電池では、満充電時、満充電に近い場合、およびほとんど電池の容量が残っていない場合を除くと、開路電圧がほとんど一定に近いため、電池の電圧を測定しても、どれくらい電池容量が残っているのかを知ることができない。また、同じ容量の二次電池の間でも、温度、劣化頻度、活性状態によって電池の電圧が変化するため、電圧の測定によって残りの容量を把握することは非常に困難である。
【０００４】
二次電池のこのような現象は、充電中の閉路電圧についても当てはまる。従って、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池において、充電中の進行状態を検出（表示）するためには、充電前に一度完全放電を行い、計測した充電経過時間が、標準的な充電満了時間に対してどのくらいの割合であるかを計算する方法がとられていた。しかしながら、この方法によっても、充電対象となる電池の公称容量が変われば、正確な進行状態を検出することはできない。
【０００５】
従来のニッケル水素電池の充電器には、容量チェッカーを有するものもあるが、電池容量がなくなった場合と、満充電の場合だけを知らせるようなものであり、段階的に電池容量を表示するようなものは今までなかった。
【０００６】
従って、この発明の目的は、充電中の二次電池の残りの容量（すなわち、充電の進行状態）を正確に把握する充電器および充電状態判定方法を提供することにある。
【０００７】
さらに、この発明の目的は、いかなる容量残状態の二次電池であっても、充電前に完全放電をすることなく残りの容量を把握できる充電器および充電状態判定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、二次電池に充電を行う充電手段と、二次電池の電圧値を検出する電圧検出手段と、二次電池に充電手段による充電が行われている間に、電圧検出手段によって検出された二次電池の電圧値を所定の間隔で受信し、受信した電圧値の変化率に基づいて二次電池の充電状態を判定する制御手段とを有するよう構成された充電器である。
【０００９】
この発明は、二次電池に充電を行う充電手段と、二次電池の電圧値を検出する電圧検出手段と、二次電池に充電手段による充電が行われている間に、電圧検出手段によって検出された二次電池の電圧値を所定の間隔で受信し、受信した電圧値の変化率に基づいて二次電池の第１の充電状態を判定するとともに、受信した電圧値が所定のしきい値の範囲内に属するか否かによって二次電池の第２の充電状態を判定し、第１の充電状態と第２の充電状態が一致する場合には、第１の充電状態を二次電池の充電状態と判定する制御手段とを有し、所定のしきい値は、周囲温度に応じて切り替えられるよう構成された充電器である。
【００１０】
この発明は、二次電池に充電を行う充電ステップと、二次電池の電圧値を検出する電圧検出ステップと、二次電池に充電ステップによる充電が行われている間に、電圧検出ステップによって検出された二次電池の電圧値を所定の間隔で受信し、受信した電圧値の変化率に基づいて二次電池の充電状態を判定する制御ステップとを有するよう構成された充電状態判定方法である。
【００１１】
この発明は、二次電池に充電を行う充電ステップと、二次電池の電圧値を検出する電圧検出ステップと、二次電池に充電ステップによる充電が行われている間に、電圧検出ステップによって検出された二次電池の電圧値を所定の間隔で受信し、受信した電圧値の変化率に基づいて二次電池の第１の充電状態を判定するとともに、受信した電圧値が所定のしきい値の範囲内に属するか否かによって二次電池の第２の充電状態を判定し、第１の充電状態と第２の充電状態が一致する場合には、第１の充電状態を二次電池の充電状態と判定する制御ステップとを有し、所定のしきい値は、周囲温度に応じて切り替えられるよう構成された充電状態判定方法である。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、充電カーブの変化を把握することによって、充電中の二次電池の残りの容量（すなわち、充電の進行状態）を正確に把握する充電器および充電状態判定方法が提供される。また、いかなる容量残状態の二次電池であっても、充電前に完全放電をすることなく残りの容量を把握できる充電器および充電状態判定方法が提供される。
【００１３】
また、この発明によれば、電圧値の把握のみでは充電状態の表示が困難な二次電池であっても、段階的に充電状態を利用者に知らせることができ、個々の二次電池に対して、その充電、または放電がどこまで進んだのか一目で分かるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
最初に、この発明で、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池といった二次電池の充電状態を検出する原理について説明する。
【００１５】
図１は、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池といった二次電池の電池電圧が、充電の過程でどのように変化するかを表すものである。図１Ａのグラフは、ほとんど容量が残っていない二次電池に対して、満充電状態になるまで充電がされた場合の電池電圧Ｖの変化を示す曲線１（充電カーブ）である。この曲線１は、一定の間隔２で測定された開放時の電池電圧の値を結ぶことにより形成されている。一定の間隔２は、例えば、充電する二次電池が４本の場合は、１０分であり、充電が完了するまでの時間を２７０分と見積もると、２８のポイントで電圧が測定されることになる。電圧は、充電を停止した後、約２秒間、小さな負荷で放電を行ってから測定することが好ましい。
【００１６】
電池電圧は、曲線１に示されるとおり、２つの相対的に大きな上昇カーブを有している。すなわち、充電の初期で比較的急に電池電圧が上昇し、次に、電池電圧がほとんど変化しない期間を迎える。その後、再び電池電圧が上昇し、ピークを迎えた後で少し降下する。
【００１７】
ここでは、最初の電圧上昇カーブが緩やかになるポイントを「初期終息」と称し、再度電圧上昇カーブが一定係数以上上向きになるポイントを「末期上昇」と称する。また、末期上昇後に電圧上昇カーブが緩やかになるポイント（電圧のピークポイントの手前）を「末期終息」と称する。このように、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池といった二次電池の充電においては、電池電圧が一定のパターンで変化することが知られている。この発明では、この充電カーブの特徴的なパターンを利用して充電中の二次電池の充電状態を検出しようとするものである。これによって、環境温度（周囲温度）や劣化頻度によって充電カーブの形状が変化しても、上記特徴的なパターンを有する限り、充電状態を適切に把握することができる。
【００１８】
図１Ａの曲線１を微少時間（ｄｔ）２における電池電圧Ｖの変化率（すなわち、電池電圧Ｖの一階微分、ｄＶ／ｄｔ）で表すと、図１Ｂのようになり、さらに、図１Ｂで示された各変化分の変化率（すなわち、電池電圧Ｖの二階微分、（ｄＶ／ｄｔ）／ｄｔ）は図１Ｃのように示される。
【００１９】
図１Ｃにおいて、最初にマイナスの差分が現れた後で、マイナスの差分の絶対値が所定の小さな値になるポイント（ポイント４）が初期終息に対応し、その後、一定の値以上のプラスの差分が現れるポイント（ポイント５）が末期上昇に対応する。また、再度の電圧上昇が緩やかになるポイント、すなわち一定の絶対値以上のマイナスの差分が現れるポイント（ポイント６）が末期終息に対応する。従って、充電中の二次電池について一定間隔で測定された電池電圧の差分、およびその差分間の差分をもとに、上記各ポイントを把握することができる。
【００２０】
次に、図２のグラフを参照して、電池電圧の充電状態について説明する。図２には、図１Ａで示したものと同様の曲線が示されている。図１を参照して説明した通り、一般的には、初期終息、末期上昇、末期終息の各ポイントを検出することができるが、ここでは、そのポイント間の状態を、図２に示すように、状態１ないし状態４に割り当てる。すなわち、電池容量の（ほとんど）ない状態から初期終息のポイントまでを状態１とし、初期終息のポイントから末期上昇のポイントまでを状態２とし、末期上昇のポイントから末期終息のポイントまでを状態３とし、末期終息のポイントから満充電の状態までを状態４とする。
【００２１】
さらに、これらの各状態に、それぞれ状態サイン１０Ａないし１０Ｄが対応付けられる。これらの状態サイン１０Ａないし１０Ｄは、後述するように、この発明に係る充電器の表示部に、対応する二次電池の充電状態を表すために表示される。これによって、現在の電池の充電状態を直感的に把握することが可能となる。
【００２２】
ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池といった二次電池の充電については、環境温度（周囲温度）に関連して、もう１つの特徴を有している。以降では、その特徴について、図３および図４を参照して説明する。
【００２３】
図３に示す３つの曲線２１、２２、２３のそれぞれは、図１Ａの曲線１と同様、二次電池の充電中の電池電圧の推移を示すものである。ただし、曲線２１は環境温度（すなわち、周囲の室温）が低温の場合であり、曲線２２は環境温度が常温の場合であり、曲線２３は環境温度が高温の場合である。従って、図３からは、環境温度が低温であるほど、測定される電池電圧が全体的に高くなることが分かる。
【００２４】
こうした充電カーブの特性を利用して、温度毎にしきい値の設定を変化させて、充電状態を判定することができる。図４は、図３の曲線２１、２２、２３のそれぞれについて、充電電圧を判定するためのしきい値を示したものである。図４Ａには、環境温度が高温の場合の電池電圧の変化を表す曲線２３が示されており、所定のしきい値によって状態１ないし状態３のいずれであるかが判定される。状態１ないし状態３は、図２に示す状態１ないし状態３に対応する。また、図１等に示すように、満充電に近い箇所では、充電時間の経過に伴って電池電圧が降下するので、状態４については、上記のような所定のしきい値で判定することはできない。
【００２５】
この例では、電圧がＶ５未満で状態１、Ｖ５以上かつＶ６未満で状態２、Ｖ６以上で状態３と判定される。
【００２６】
図４Ｂには、環境温度が常温の場合の電池電圧の変化を表す曲線２２が示されており、電圧がＶ３未満で状態１、Ｖ３以上かつＶ４未満で状態２、Ｖ４以上で状態３と判定される。また、図４Ｃには、環境温度が低温の場合の電池電圧の変化を表す曲線２１が示されており、電圧がＶ１未満で状態１、Ｖ１以上かつＶ２未満で状態２、Ｖ２以上で状態３と判定される。
【００２７】
図４から分かるように、高温でのしきい値Ｖ５、Ｖ６は、他の温度でのしきい値より低く設定されており、低温でのしきい値Ｖ１、Ｖ２は、他の温度のしきい値より高く設定されている。こうした環境温度毎に異なるしきい値を用いることにより、環境温度が変化した場合でも、充電状態をある程度正確に把握することができる。
【００２８】
図１および図２に関連して説明した、電池電圧の変化率を用いて充電状態を判定する方法を用いる場合は、上述の、環境温度毎のしきい値と電池電圧によって充電状態を判定する方法を用いる必要はない。二次電池を充電する前に十分な放電を行って、電池容量がほとんどない状態にしておく（いわゆるリフレッシュ）場合は、電池電圧の変化を最初から捕捉できるからである。しかしながら、電池容量がある程度残った状態から充電を始める場合は、それまでの電池電圧の推移が不明であるため、充電を開始する際の電池の充電状態が把握できず、また、そのために、充電開始後に現れる充電カーブの上昇や上昇の終息がどのポイントに対応するかを特定できないケースが発生する。
【００２９】
従って、このような場合に、当該方法を使用して、充電開始時の充電状態を把握することは有効である。
【００３０】
次に、この発明の第１の実施形態に係る充電器３０について、図５を参照して説明する。充電器３０は、充電用スイッチ３１、充電回路３２、放電回路３３、放電用スイッチ３４、温度センサ３５、マイクロコンピュータ３６、および表示部４２を備える。さらに、マイクロコンピュータ３６は、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換部３７、ＣＰＵ３８、メモリ３９、充放電Ｉ／Ｆ４０、および表示Ｉ／Ｆ４１を含む。
【００３１】
充電器３０は、二次電池４３を充電、または放電のために保持するホルダーを備え（不図示）、その筐体表面に、充放電に関する情報を表示する表示部４２を備えている。前記ホルダーは、例えば、二次電池４３を４本まで収納することができ、１本から４本の二次電池４３を同時に充電できる。
【００３２】
充電回路３２は、充電用スイッチ３１の開閉を制御して、二次電池４３に充電電流を提供する。一方、放電回路３３は、放電用スイッチ３４の開閉を制御して、二次電池４３の放電を行う。ここで用いられる充電回路３２および放電回路３３は、従来の一般的な回路である。また、充電用スイッチ３１および放電用スイッチ３４は、例えば、トランジスタによるスイッチング回路である。
【００３３】
Ａ／Ｄ変換部３７は、二次電池４３の放電電圧を受信して、ディジタル信号に変換すると共に、温度センサ３５が設けられている場合には、その出力を受信して、ディジタル信号に変換する。ＣＰＵ３８は、メモリ３９にロードされたプログラムの命令に基づいて、充電器３０の各構成要素の動作を制御する。上記プログラムは、製造時にＲＯＭ（Read-Only Memory）データとして提供されてもよいし、所定の記録手段から、あるいはＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk Read-Only Memory）等の記録媒体やネットワーク等を経由して提供されてもよい。
【００３４】
ＣＰＵ３８の制御によって提供される機能の１つは充放電制御機能である。ＣＰＵ３８は、充放電Ｉ／Ｆ４０を介して充電回路３２および放電回路３３に指令を送信し、二次電池４３の充電および放電を行うよう制御する。また、ＣＰＵ３８は、充電回路３２および充電用スイッチ３１を制御することによって、Ａ／Ｄ変換部３７に二次電池４３の放電電圧を入力させ、その電圧を表すディジタル信号をＡ／Ｄ変換部３７から受信する。
【００３５】
ＣＰＵ３８は、二次電池４３の放電電圧から得られたディジタル信号の受信を所定の間隔で繰り返し、それらの差分を計算することによって、前述のように現在の二次電池４３がどのような充電状態かを判定する。この判定は、充電開始からの測定電圧値を全てメモリ３９等に記憶し、前回の電圧値と今回の電圧値の差を求め、さらにその差の値と前の差の値との差を計算することにより行われる。このような判定は、充電器３０のホルダーに収納されている二次電池４３毎に行うことができる。
【００３６】
ＣＰＵ３８の制御によって提供される他の機能は表示制御機能である。ＣＰＵ３８は、上記のようにして判定された二次電池４３の充電状態に対応する状態サインを選択し、そのイメージを表示可能なデータ形式で表示Ｉ／Ｆ４１に送信する。表示Ｉ／Ｆ４１は、そのイメージを表示部４２に送信し、表示部４２は、そのイメージを表示させる。表示部４２は、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）であり、当該表示は、上記所定の間隔毎にアップデートされる。従って、充電状態が状態２から状態３に変化したとＣＰＵ３８によって判定された場合は、図２に示す状態サイン１０Ｂから状態サイン１０Ｃに表示が切り替えられる。また、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）のような表示装置を使用することもできる。この場合は、ＬＥＤの１つ目を点滅させた場合には状態１、２つ目を点滅させた場合には状態２といった態様で、各充電状態を表すことができる。
【００３７】
図６は、表示部４２の表示例を示した略線図である。表示部４２の左上には、「ＣＨＡＲＧＥ」の文字列５１が点灯し、現在充電が行われていることが表示される。左下の「ＲＥＦＲＥＳＨ」の文字列５２は、いわゆるリフレッシュ機能が動作していることを示している。リフレッシュは、電池の活性化を行うものであり、電池容量を強制的に放電して使い切る機能を指す。ニッケル水素電池のような二次電池では、中途半端な充電、放電を繰り返すと、不活性化が進み、見かけ上電池容量が減少してしまうため、こうした機能が設けられている。
【００３８】
表示部４２の右側には、５３Ａないし５３Ｄの４つの状態サインが示されている。これは、充電器３０のホルダーに収納された４本の二次電池４３の充電状態をそれぞれ示すものである。図２に示された状態サイン１０Ａないし１０Ｄとあわせて参照すると、収納されている二次電池４３が、左から順に、状態３、状態２、状態１、状態４であることが分かる。ここで、符号５４で示される状態サイン内の箇所は、例えば、高輝度で点灯しており、符号５５で示される箇所は、例えば、１秒周期で点滅している。従って、充電が進んでくると、高輝度で表示される箇所が多くなるイメージで表示されるようになる。
【００３９】
図７は、充電回路３２を関連構成要素とともに示したものである。充電回路３２は、例えば、スイッチング電源回路であり、家庭用交流電源等の外部電源に接続されるコンセント等の電源供給端子６１、電源供給端子６１に接続される入力フィルタ６２、入力フィルタ６２に接続される整流回路６３、整流回路６３より供給された充電のための交流電圧の昇圧／降圧させるＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）コンバータ６４、ＰＷＭコンバータ６４より二次電池４３に供給される出力電圧を検出する出力検出部６６、および出力検出部６６が検出した情報に基づいてＰＷＭコンバータ６４を制御するＰＷＭ制御回路６５を備えている。
【００４０】
前述したように、マイクロコンピュータ３６内のＣＰＵ３８は、充電回路３２とともに充電用スイッチ３１の制御を行い、二次電池４３の出力電圧はマイクロコンピュータ３６内のＡ／Ｄ変換部３７に提供される。
【００４１】
次に、図８のフローチャートを参照して、充放電制御機能と表示制御機能の処理の流れを説明する。最初に、ステップＳ１において、数秒間（例えば、２秒間）の放電処理が行われる。この放電は、０．２Ｃ程度の小さな負荷で行われる（０．２Ｃ放電）。このことによって、温度や劣化頻度の違いによって測定電池電圧が大きく変化する現象を回避し、比較的安定した電圧の測定が可能となる。ここで０．２Ｃ放電とは、電池定格容量の２０％程度の小さな負荷での放電をいう。
【００４２】
ステップＳ２では、二次電池４３の放電電圧がＡ／Ｄ変換部３７に取り込まれ、出力信号がサンプリングされ、そのサンプリング値がＣＰＵ３８に提供される。その後、ステップＳ３で、そのサンプリング値（電池電圧）を所定のしきい値と比較して、充電開始時の充電状態を判定する。この例では、環境温度を考慮していないので、例えば、図４Ｂに示すような常温時のしきい値を用いて、状態１ないし状態３のいずれかであるかの判定が行われる。さらに、判定された状態に対応する状態サインを表示部４２に表示するよう制御する。
【００４３】
次に、ステップＳ４において、一定時間、二次電池４３に充電回路３２から充電電流が提供され、ステップＳ５において、二次電池４３が満充電に達したかどうかが判定される。図１および図２に関連して説明したように、充電カーブにおいて末期終息が検出された場合に、満充電に達したと判定される。
【００４４】
満充電の状態であればステップＳ１３に進み、そこで充電が停止され、満充電の状態（状態４）に対応する状態サインを表示部４２に表示させて処理を終了する。これで、一連の充電動作が終了したことになる。
【００４５】
満充電に達していないと判定された場合はステップＳ６に進み、そこで一定時間（例えば、５分や１０分といった時間）が経過したかを判定し、まだ経過していなければステップＳ５に戻り、満充電か否かの判定を繰り返す。一定時間が経過していれば、ステップＳ７で充電を停止し、ステップＳ８で電池電圧のサンプリングを行う。
【００４６】
ステップＳ７において充電を停止するのは、より安定した電圧値を得るためである。安定した電圧値を得るという観点からは、ステップＳ１のように、小さい負荷で数秒間放電することがより好ましい。しかしながら、当該ステップは所定間隔で繰り返し行われるため、この放電ステップを加えると、全体の充電時間が長くなってしまうという問題が生じる。従って、この例では、放電ステップを省略してある。もちろん、こうした電圧値の測定精度と全体の充電時間との間のトレードオフを考慮したうえで、当該放電ステップを行うように構成することも可能である。
【００４７】
ステップＳ９では、こうして測定された電池電圧および以前の電池電圧から、初期終息が検出されたかどうかを判定する。初期終息が検出された場合は、状態２に遷移したことを示すので、ステップＳ１０で、状態２に対応する状態サインを表示するよう表示部４２等を制御する。
【００４８】
こうした状態の遷移は、必ず現在の状態から次の状態に変化するものである。従って、ステップＳ３で判定された状態以降の状態に関する判定のみが行われる。よって、例えば、ステップＳ３で状態２と判定されているのであれば、ステップＳ９はスキップされ、ステップＳ１１が実行される。
【００４９】
ステップＳ１１では、測定された電池電圧および以前の電池電圧から、末期上昇が検出されたかどうかを判定する。末期上昇が検出された場合は、状態３に遷移したことを示すので、ステップＳ１２で、状態３に対応する状態サインを表示するよう表示部４２等を制御する。
【００５０】
ステップＳ９同様、ここでもステップＳ３で判定された状態以降の状態に関する判定のみが行われる。よって、例えば、ステップＳ３で状態３と判定されているのであれば、ステップＳ１１はスキップされ、ステップＳ４に進む。
【００５１】
ステップＳ９およびステップＳ１１でいずれも検出がされなかった場合、あるいは、検出がされて状態２、状態３に対応する状態サインが表示された後は、ステップＳ４に戻り、充電を再開する。
【００５２】
この実施形態では、環境温度を参照しないので、温度センサ３５は必須の構成要素ではない。また、これまで説明してきた図８のフローチャートは、基本的に、二次電池４３のそれぞれに対して適用されるものである。従って、二次電池４３を４本充電する場合には、上記フローチャートに基づく処理が、平行してその電池毎に動作することになる。また、例えば全ての二次電池４３の全体について当該処理を行うことも可能であり、数本のグループ毎に把握するよう構成することもできる。
【００５３】
この発明の第２の実施形態は、第１の実施形態において、図８のフローチャートのステップＳ３を改良したものである。最初に計測した電池電圧に基づいて、充電開始時の二次電池の充電状態を判定する際に、環境温度を加味するものである。この第２の実施形態では、図３および図４に関連して説明したように、同じ充電状態でも環境温度によって測定される電池電圧が異なるため、充電状態を判定するためのしきい値を、温度毎に変化させる。
【００５４】
ＣＰＵ３８は、Ａ／Ｄ変換部３７を経由して測定した電池電圧を取得し、それとともに、温度センサ３５から温度データを取得する。温度センサ３５の出力は、Ａ／Ｄ変換部３７に入力され、ＣＰＵ３８に室温を示すディジタルデータが提供される。温度センサ３５は、例えば、サーミスタのようなセンサである。温度センサ３５を有しない場合でも、例えば、キーボードのような入力手段を介してＣＰＵ３８に、室温を示すデータを提供できればこの実施形態を実現可能である。
【００５５】
次に、ＣＰＵ３８は、取得した電池電圧と温度データをもとに、二次電池４３の充電開始時の充電状態を判定し、判定された状態に対応する状態サインを表示部４２に表示する。判定は、例えば、図９に示すようなテーブルを用いて行われる。取得した温度と取得した電池電圧に対応する行をテーブルから選択し、その行に対応する状態を判定された状態として選択する。ここで、図９に示される各電池電圧は、図４に示すものと同様であり、Ｖ５＜Ｖ３＜Ｖ１＜Ｖ６＜Ｖ４＜Ｖ２の関係がある。
【００５６】
これによって、取得した電池電圧が、ある温度のときは状態１と判定され、別の温度のときは状態２と判定され、結果として、より正確な充電状態の判定が可能となる。
【００５７】
また、このテーブルで、低温、常温、高温をそれぞれどのような温度範囲に設定するか、Ｖ１ないしＶ６をどのように設定するか、温度を何段階に設定するか等は任意に定めうる事項である。図９のテーブルに示した内容は単なる例示であって、この発明の実施が、これに限られるものではない。
【００５８】
第３の実施形態は、環境温度と電池電圧から二次電池の充電状態を判定する充電器である。図１０のフローチャートを参照して、この実施形態の処理手順について説明する。最初に、ステップＳ２１において、数秒間（例えば、２秒間）の放電処理が行われる。この放電は、第１の実施形態同様、０．２Ｃ程度の小さな負荷で行われる。
【００５９】
ステップＳ２２では、二次電池４３の放電電圧がＡ／Ｄ変換部３７に取り込まれ、出力信号がサンプリングされ、そのサンプリング値がＣＰＵ３８に提供される。その後、ステップＳ２３で、そのサンプリング値（電池電圧）を所定のしきい値と比較して、充電開始時の充電状態を判定する。この例では、環境温度を考慮していないので、例えば、図９に示すような常温時のしきい値を用いて、状態１ないし状態３のいずれかであるかの判断が行われる。さらに、判定された状態に対応する状態サインを表示部４２に表示するよう制御する。
【００６０】
また、ステップＳ２３を、第２の実施形態のように環境温度を考慮し、図９のテーブルを用いて充電状態を判定するように改良しても良い。
【００６１】
次に、ステップＳ２４において、一定時間、二次電池４３に充電回路３３から充電電流が提供され、ステップＳ２５において、二次電池４３が満充電に達したかどうかが判定される。
【００６２】
満充電の状態であればステップＳ３３に進み、そこで充電が停止され、満充電の状態（状態４）に対応する状態サインを表示部４２に表示させて処理を終了する。これで、一連の充電動作が終了したことになる。
【００６３】
満充電に達していないと判断された場合、ステップＳ２６に進み、そこで一定時間が経過したかを判定し、まだ経過していなければステップＳ２５に戻り、満充電か否かの判定を繰り返す。一定時間が経過していれば、ステップＳ２７で充電動作を停止し、ステップＳ２８で電池電圧のサンプリングを行う。
【００６４】
ステップＳ２９では、こうして測定された電池電圧および温度センサ３５およびＡ／Ｄ変換部３７を介して取得された温度に基づいて、充電状態が判定される。
【００６５】
温度が低温である場合は、ステップＳ３０に進み、低温の場合の電圧しきい値を用いて状態が判定される。この場合の電圧しきい値は、例えば、図９のテーブルに示したようなものである。状態が判定された場合は、その状態に対応する状態サインが表示部４２に表示される。
【００６６】
以下同様に、ステップＳ３１で常温時の判定、ステップＳ３２で高温時の判定・表示が行われる。ステップＳ３０、ステップＳ３１、ステップＳ３２の後は、再びステップＳ２４に進み、充電が開始される。
【００６７】
次に、この発明の第４の実施形態について説明する。この実施形態は、第２の実施形態と第３の実施形態を統合して、充電状態判定の精度を高めようとするものである。すなわち、一方では、第２の実施形態のように、充電カーブから充電状態を判定し、他方では、第３の実施形態のように、環境温度としきい値から充電状態を判定する。その後、この２つの判定結果を比較し、一致していれば、その充電状態が判定された充電状態として決定されるように構成する。
【００６８】
また、上記２つの判定結果が異なる場合には、例えば、直前の充電状態を維持するようにしたり、どちらかの判定結果を優先的に採用するように構成することができる。
【００６９】
これまで、充電状態を表示するために、充電カーブの変化や電圧しきい値を用いて充電状態を把握する実施形態について説明してきたが、二次電池の活性化のために、放電処理をおこなう際にも、上述した各手順と逆の手順により、同様の段階的表示が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】二次電池の充電カーブの特徴を説明するための略線図である。
【図２】二次電池の充電カーブの状態の遷移を表す略線図である。
【図３】二次電池の充電カーブの環境温度による違いを説明するためのグラフである。
【図４】二次電池の充電カーブについて、環境温度ごとに設定されたしきい値を説明するためのグラフである。
【図５】この発明の第１の実施形態に係る充電器の構成を示すブロック図である。
【図６】この発明の第１の実施形態に係る充電器の表示部における表示内容を例示する略線図である。
【図７】この発明の第１の実施形態に係る充電器の充電回路の構成を示すブロック図である。
【図８】この発明の第１の実施形態に係る充電器の充放電制御および表示制御の手順を表すフローチャートである。
【図９】環境温度毎のしきい値を表すテーブルを示す略線図である。
【図１０】この発明の第３の実施形態に係る充電器の充放電制御および表示制御の手順を表すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７１】
３０・・・充電器、３２・・・充電回路、３３・・・放電回路、３５・・・温度センサ、３６・・・マイクロコンピュータ、３７・・・Ａ／Ｄ変換部、３８・・・ＣＰＵ、３９・・・メモリ、４２・・・表示部、４３・・・二次電池
【図１】
2005143240.tif 000003
【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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【手続補正書】
【提出日】平成16年10月29日(2004.10.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
図１Ａの曲線１を微少時間（ｄｔ）２における電池電圧Ｖの変化率（すなわち、電池電圧Ｖの一階微分、ｄＶ／ｄｔ）で表すと、図１Ｂのようになり、さらに、図１Ｂで示された各変化分の変化率（すなわち、電池電圧Ｖのｄ（ｄＶ／ｄｔ）／ｄｔ）は図１Ｃのように示される。