(57)【要約】【課題】電池パックを充電する充電装置において、比較的大きい電流で電池パックを充電できると共に回路部品の破損を抑制することができる充電装置を提供する。【解決手段】二次電池４０に充電電流を供給する充電回路と、該充電回路に流れる充電電流を制御する充電電流制御手段５と、前記充電回路を構成する回路部品１２の温度を検出する部品温度検出手段３４と、を備え、該部品温度検出手段３４により検出された前記回路部品１２の温度が第１の温度に達した場合に、前記充電電流制御手段５は、前記充電回路に流れる充電電流を、前記回路部品の温度が前記第１の温度以下のときよりも小さく設定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池に充電電流を供給する充電回路と、
該充電回路に流れる充電電流を制御する充電電流制御手段と、
前記充電回路を構成する回路部品の温度を検出する部品温度検出手段と、を備え、
該部品温度検出手段により検出された前記回路部品の温度が第１の温度に達した場合に、前記充電電流制御手段は、前記充電回路に流れる充電電流を、前記回路部品の温度が前記第１の温度以下のときよりも小さく設定することを特徴とする充電装置。
【請求項２】
前記充電電流を小さくした後に、前記回路部品の温度が前記第１の温度よりも所定以上上昇した場合には、充電電流の供給を停止し、前記回路部品の温度が前記第１の温度まで低下した際に充電電流を供給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】
前記充電電流を小さくした後の前記回路部品の温度上昇が前記第１の温度から所定未満の場合には、前記充電回路は、前記小さくした充電電流を供給することを特徴とする請求項２に記載の充電装置。
【請求項４】
前記充電回路は、交流電源から充電電流を供給する交流充電回路と、直流電源から充電電流を供給する直流充電回路とを備え、
前記部品温度検出手段は、少なくとも前記直流充電回路を構成する回路部品の温度を検出することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ニッケルカドミウム電池等の二次電池を充電する充電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コードレス電動工具等の携帯用機器では、ニッケルカドミウム電池（ニカド電池）、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池から構成された電池パックが一般に使用されている。従来、ニカド電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池から構成された電池パックを充電するための充電装置は、商用電源を入力電源として使用している。
【０００３】
しかしながら、コードレス電動工具を商用電源の設備がない場所で使用する場合、作業量が多いときは多数の予備の電池パックを準備する必要があり、電池パックの設備費用が嵩み、また作業現場への電池パックの運搬作業が困難となる。
【０００４】
そこで、電池パックを充電する充電装置の入力電源として、商用電源以外の電源によって充電できるように構成した充電装置が提案されている。例えば、特許文献１および特許文献２には商用電源以外に自動車のバッテリーのような直流電源を入力電源として使用する充電装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５―２４５１４５号公報
【特許文献２】特開２００８―２３６８７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
コードレス電動工具用の電池パックを充電できる充電装置においては、ある程度大きい電流で電池パックを充電できる能力が要求される。
【０００７】
なぜなら、充電装置の使い方として、作業者が作業現場で作業をする間に予備の電池パックを充電しておくといった使い方が一般的であり、作業者が電池パックの容量を１本使い切るまでに、予備の電池パックの充電が完了していることが望ましいからである。
【０００８】
しかしながら、商用電源と自動車のバッテリーのような直流電源（以下、直流電源とする）を入力電源として使用できる公知の充電装置においては、作業現場への運搬作業を困難にさせないため、充電装置の大きさや形状を単一の入力電源を使用する充電装置と同等にしようとするため、特に直流電源を使用するときの充電電流を大きくすることが困難である。
【０００９】
なぜなら、商用電源を使用する場合よりも直流電源を使用する場合の方が、比較的大きな入力電流を必要とし、充電装置への負荷が大きい。特に気温が高いときは、車内の温度が４０度を超えることもあり、周囲温度により充電装置の構成部品の温度が比較的高くなることが起こり得るためである。
【００１０】
また、このような複数の入力電源を使用可能な充電装置は、単一の入力電源を使用する充電装置と比較して部品点数が多く、小型化しようとすれば部品の密集度が高くなり、部品の放熱に不利である。
部品の密集度が高くなると、例えば主電力をスイッチングするスイッチング素子等のパワー系素子の電力損失により発生する熱が、定格使用温度が比較的低い他の部品にまで伝わり易くなる。このため、充電電流を容易に大きくすることはできなくなる。
【００１１】
上記の理由から、直流電源を入力電源として使用する充電装置は、充電電流を大きくすることが困難ではあるが、周囲温度が比較的低い場合や、充電装置への負荷が比較的小さく構成部品の温度上昇に大きく余裕がある場合においても一様に小さい充電電流で電池パックを充電していては充電時間が長くなり、作業者にとって利便性が悪い。
【００１２】
従って、本発明の目的は、特に商用電源以外に自動車のバッテリーのような直流電源を入力電源として使用できる充電装置において、比較的大きい電流で電池パックを充電できる充電装置を提供することにある。更に、周囲温度等の影響で充電装置の構成部品の温度上昇が比較的高くなった場合、構成部品の温度上昇を抑止し、構成部品を保護することができる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】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明は、二次電池に充電電流を供給する充電回路と、該充電回路に流れる充電電流を制御する充電電流制御手段と、前記充電回路を構成する回路部品の温度を検出する部品温度検出手段と、を備え、該部品温度検出手段により検出された前記回路部品の温度が第１の温度に達した場合に、前記充電電流制御手段は、前記充電回路に流れる充電電流を、前記回路部品の温度が前記第１の温度以下のときよりも小さく設定することを特徴とする。
【００１４】
このような構成とすれば、充電装置の回路部品が高温にならない限り大きな充電電流で二次電池を充電することができるため、装置を大型化することなく充電時間を短くすることができ、作業性を向上することができる。また、回路部品の温度が高温になった場合には、充電電流を小さくするため、回路部品の温度上昇を抑えることができ、回路部品を破損することを抑制することができる。
【００１５】
また、前記充電電流を小さくした後に、前記回路部品の温度が前記第１の温度よりも所定以上上昇した場合には、充電電流の供給を停止し、前記回路部品の温度が前記第１の温度まで低下した際に充電電流を供給することが好ましい。
【００１６】
このような構成とすれば、充電電流を小さくしたにもかかわらず温度上昇がある場合には、充電電流を一時的に停止することにより、回路部品の更なる温度上昇を抑制することができる。更に、充電途中で充電電流を停止した後に、温度が下がった場合には充電を再開するようにしたため、高温による回路部品の損傷を保護することができる。
【００１７】
また、前記充電電流を小さくした後の前記回路部品の温度上昇が前記第１の温度から所定未満の場合には、前記充電回路は、前記小さくした充電電流を供給することが好ましい。
【００１８】
このような構成とすれば、回路部品の温度上昇が少ない場合には充電を継続することができるため、充電停止期間がないため充電時間を短縮することができ、作業性を向上することができる。
【００１９】
また、前記充電回路は、交流電源から充電電流を供給する交流充電回路と、直流電源から充電電流を供給する直流充電回路とを備え、前記部品温度検出手段は、少なくとも前記直流充電回路を構成する回路部品の温度を検出することが好ましい。
【００２０】
このような構成とすれば、交流電源使用時より入力電流を必要とする直流電源使用時に、直流充電回路の回路部品温度を検出することができる。このため、ある程度大きな充電電流で充電を行っても回路部品を破損する前に充電電流を小さくすることができるため、回路部品を保護することができる。
【００２１】
また、直流電源が自動車のバッテリーの場合には車内の温度が高温となることが考えられるが、車内温度に応じて回路部品が高温になったとしても、回路部品の破損を保護しつつ充電を継続することができる。
【００２２】
また、交流充電回路と直流充電回路を備えた充電器では、回路部品の密集度が高くなり、回路部品の一部が高温となると他の部品も高温になることが考えられるが、回路部品の温度を検出することにより、充電電流を温度上昇を抑えることができる値にすることができ、温度に応じて最適な充電電流にすることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、周囲温度等の影響で充電装置の回路部品の温度が比較的大きくならない限り、比較的大きい充電電流で充電できるので、充電時間を短くすることができ、作業性を向上することができる。
【００２４】
また、周囲温度等の影響で充電装置の回路部品の温度が所定値以上に達した場合は、構成部品の温度に応じて充電電流を小さく設定するか、或いは充電を一時的に停止することにより、回路部品を保護することができる。
【００２５】
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は、以下の本明細書の記述および図面から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態に係る充電装置の回路ブロック図であって、ニカド電池或いはニッケル水素電池を接続した状態を示す回路ブロック図。
【図２】本発明の実施形態に係る充電装置の回路ブロック図であって、リチウムイオン電池を接続した状態を示す回路ブロック図。
【図３】図１又は図２に示した充電装置の動作を制御するための制御フローチャート。
【図４】図１又は図２に示した充電装置の動作を制御するための制御フローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の充電装置に係る実施形態について、図１乃至図４を参照して説明する。図１及び図２は本発明の充電装置の回路ブロック図、図３及び図４は本発明の充電装置により電池パックを充電する際の制御フローチャートである。なお、実施形態を説明するための図面において、同一の機能または要素を示す部材には同一の符号を付し、その繰返しの説明を省略する。
【００２８】
最初に、図１及び図２に示す充電装置１の回路ブロック図を参照して、本発明となる充電装置１の全体の構成について説明する。充電装置１は、商用電源２と自動車のバッテリーのような直流電源３を入力電源として使用可能な充電装置である。
【００２９】
図１に示した第１の実施形態は、コードレス電動工具に用いられるニカド電池やニッケル水素電池等からなる電池パック４０を充電装置１に接続して充電する場合、図２に示した第２の実施形態は、リチウムイオン電池からなる電池パック５０を充電装置１に接続して充電する場合を示している。なお、第１及び第２の実施形態は、接続（充電）される電池パックが異なが、充電装置１の回路構成は同じである。
【００３０】
充電装置１は、入力電源として商用電源２または自動車のバッテリーのような直流電源３を接続できるように構成されている。充電装置１に直流電源３を接続する場合は、図示しないＤＣケーブルを充電装置１のＤＣコネクタ４に接続する。
【００３１】
図１に示す第１の実施形態において、電池パック４０は、例えばニカド電池やニッケル水素電池の素電池から成る素電池組４０ａと、素電池組４０ａを構成するニカド電池或いはニッケル水素電池の電池種および電池セル数（素電池数）を識別するための識別抵抗４０ｂと、素電池組４０ａの温度を検出するサーミスタ４０ｃとから構成されている。電池パック４０は、プラス端子（＋）、マイナス端子（−）、温度端子（Ｓ）、識別端子（Ｔ）等を含む複数の端子からなる端子部４０ｄによって充電装置１に電気的に接続されている。
【００３２】
サーミスタ４０ｃは、素電池組４０ａの充電時の電池温度を検出するために、素電池組４０ａに接触または近接して設けられた感熱素子である。サーミスタ４０ｃによる電池温度の検出情報は、充電装置１の第１の電池温度検出手段６を介して充電装置１のマイコン５に入力される。
【００３３】
一方、図２に示す第２の実施形態において、電池パック５０は、例えばリチウムイオン電池の素電池から成る素電池組５０ａと、保護ＩＣ５０ｂと、充電時の異常な温度上昇を防止するサーマルプロテクタ５０ｃと、素電池組５０ａを構成するリチウムイオン電池（素電池）の電池種および電池セル数（素電池数）を識別するための識別抵抗５０ｄと、素電池組５０ａの温度を検出するサーミスタ５０ｅと、保護ＩＣ５０ｂからの信号に応じて過充電信号伝達端子ＬＥに過充電信号を出力させる過充電信号伝達手段５０ｆとから構成されている。電池パック５０は、プラス端子（＋）、マイナス端子（−）、温度端子（ＬＳ）、識別端子（Ｔ）、過充電信号端子（ＬＥ）等を含む複数の端子からなる端子部５０ｇによって充電装置１に電気的に接続されている。
【００３４】
電池パック５０の種類は、電池パック５０の種類に対応して予め設定された識別抵抗５０ｄの抵抗値によって検出される。識別抵抗５０ｄは、充電装置１の電池種識別手段８と電気的接続され、充電装置１のマイコン５に予め記憶された電池種に応じた識別値と比較されて特定のものに判別される。この識別抵抗５０ｄによって、充電装置１の充電条件を充電装置１に接続された電池パック５０の種類に応じて設定できる。
【００３５】
電池パック５０内に組み込まれたサーマルプロテクタ５０ｃは充電経路に設けられ、素電池組５０ａから発熱する温度に応答して変形するバイメタル接点を用いた感温スイッチにより構成され、素電池組５０ａの温度が所定温度以上（例えば、８０度以上）に達した場合、充電経路を遮断するように機能する。遮断した後は、素電池組５０ａの温度が所定温度以下まで低下すると、再び充電経路を接続する。サーマルプロテクタ５０ｃは、サーミスタ５０ｅの機能と共に、電池温度に対して二重の保護機能を達成するように接続される。
【００３６】
サーミスタ５０ｅは、素電池組５０ａの充電時の電池温度を検出するために、素電池組５０ａに接触または近接して設けられた感熱素子である。サーミスタ５０ｅによる電池温度の検出情報は、充電装置１の第２の電池温度検出手段７を介して充電装置１のマイコン５に入力される。
【００３７】
素電池組５０ｅは、保護ＩＣ５０ｂによって、過充電状態および過放電状態（または過電流状態）とならないように制御されている。この制御のために、保護ＩＣ５０ｂは素電池組５０ａの各セルの端子電圧および負荷電流を監視するための過充電検出回路および過放電・過電流検出回路を具備している。電池パック５０がコードレス電動工具に接続され、保護ＩＣ５０ｂによって過放電又は過電流状態が検出されたら、電池パック５０の放電停止信号端子ＬＤから電動工具側に制御信号を出力し、電動工具の動作を停止するように動作する。充電時には、保護ＩＣ５０ｂが過充電を検出した場合、過充電信号伝達手段５０ｆから出力される過充電信号は、充電装置１の過充電検出回路９およびマイコン５に入力される。
【００３８】
なお、電池パック４０と電池パック５０は、充電装置１と接続される端子が異なっている。例えば、充電装置１は、後述するように電池温度検出手段を２つ設けており、一方が電池パック４０、他方が電池パック５０と接続するように構成されている。これは、電池パックの充電方式の違い等によるものである。また、リチウムイオン電池からなる電池パック５０は、充電用プラス端子（＋）と放電用プラス端子（Ｄ＋）が別に設けられているが、同じ端子でもよく、マイナス端子を別にしても良い。
【００３９】
マイコン（マイクロコンピュータ）５は、充電装置１の主制御装置として機能し、交流入力電圧検出回路２５、直流入力電圧検出回路２７、電池パック４０と接続される第１の電池温度検出手段６、電池パック５０と接続される第２の電池温度検出手段７、電池種識別手段８、電池パック５０と接続される過充電検出回路９、電池電圧検出回路２８、充電電流検出手段２９、および部品温度検出手段３４の出力に基づいて、第１スイッチング制御回路１７、第２スイッチング制御回路２１、表示回路３５、及びファンモータ駆動回路３７等を制御する。
【００４０】
マイコン５の各入出力ポートにおいて、ポートＡは、交流入力電圧検出回路２５の出力情報をフォトカプラ２６を介してマイコン５が読み込むための入力ポートである。ポートＢは、直流入力電圧検出回路２７の出力情報をマイコン５が読み込むための入力ポートである。ポートＣは、第１の電池温度検出手段６の出力情報をマイコン５が読み込むための入力ポートである。ポートＤは、第２の電池温度検出手段７の出力情報をマイコン５が読み込むための入力ポートである。ポートＥは、電池種識別手段８の出力情報をマイコン５が読み込むための入力ポートである。ポートＦは、過充電検出回路９の出力情報をマイコン５が読み込むための入力ポートである。ポートＧは、電池電圧検出回路２８の出力情報をマイコン５が読み込むための入力ポートである。ポートＨは、充電電流検出手段２９の出力情報をマイコン５が読み込むための入力ポートである。ポートＩは、部品温度検出手段３４の出力情報をマイコン５が読み込むための入力ポートである。
【００４１】
ポートＪは、商用電源２を使用して電池パック４０を充電する際に、マイコン５が第１スイッチング制御回路１７を動作させる信号を出力するための出力ポートである。ポートＫは、商用電源２を使用して電池パック５０を充電する際に、マイコン５が第１スイッチング制御回路１７を動作させる信号を出力するための出力ポートである。ポートＬは、直流電源３を使用して電池パック４０を充電する際に、マイコン５が第２スイッチング制御回路２１を動作させる信号を出力するための出力ポートである。ポートＭは、直流電源３を使用して電池パック５０を充電する際に、マイコン５が第２スイッチング制御回路２１を動作させる信号を出力するための出力ポートである。ポートＮは、マイコン５が充電電流を設定するための信号を出力するための出力ポートである。ポートＯは、マイコン５が表示回路３５を動作させる信号を出力するための出力ポートである。ポートＰは、マイコン５が冷却ファン駆動回路３７を動作させる信号を出力するための出力ポートである。
【００４２】
第１の電池温度検出手段６は抵抗からなり、ニカド電池およびニッケル水素電池に対して機能し、電池パック４０のサーミスタ４０ｃからの温度情報に対応する電圧をマイコン５に出力する。また、第１の電池温度検出手段６は、電池パック４０の温度が所定値を超えた場合、マイコン５のポートＪおよびポートＬからの出力信号を遮断し、第１スイッチング制御回路１７および第２スイッチング制御回路２１を強制的に停止させる機能も併せ持つ。
【００４３】
第２の電池温度検出手段７は、リチウムイオン電池に対して機能し、電池パック５０のサーミスタ５０ｅからの温度情報に対応する電圧をマイコン５に出力する。また、第２の電池温度検出手段７は、電池パック５０の温度が所定値を超えた場合、マイコン５のポートＫおよびポートＭからの出力信号を遮断し、第１スイッチング制御回路１７および第２スイッチング制御回路２１を強制的に停止させる機能も併せ持つ。
【００４４】
本実施形態の充電装置１において、電池温度検出手段を、電池パック４０、５０の夫々に対応するように、電池温度検出手段６、７と分けている。これにより、充電装置１にどちらの電池パックが接続されたか判別でき、電池パック４０、５０の夫々に最適な充電方式を適用できる。
【００４５】
電池種識別手段８は、電池種に対応して設けられた識別抵抗４０ｂ、５０ｄの抵抗値に対応する電圧をマイコン５に出力する。
【００４６】
過充電検出回路９は、リチウムイオン電池に対して機能し、電池パック５０の保護ＩＣ５０ｂおよび過充電信号伝達手段５０ｆからの過充電信号をマイコン５に送信するとともに、充電を停止させる機能を持つ。
【００４７】
高周波トランス（スイッチングトランス）１０は、商用電源２と直流電源３の各入力電源に対応して設けられた２つの入力巻線１０ａ、１０ｂと、これらの入力巻線に対して電磁結合されて充電用の電圧を出力するための充電出力巻線１０ｃとを具備する。トランス１０は、充電装置１内での比較的占有面積が大きな部品となるので、本発明によれば、複数の入力電源に対して一つのトランスを使用する構成としている。
【００４８】
第１平滑回路１１は、トランス１０の入力巻線１０ａに結合された入力回路を形成し、商用電源２を整流・平滑するための図示しない整流ダイオードと、平滑用コンデンサから成る。商用電源２は第１平滑回路１１によって全波整流されルと共に整流電圧は直流電圧に平滑される。
【００４９】
第２平滑回路１２は、トランス１０の入力巻線１０ｂに結合された入力回路を形成し、直流電源３から入力される入力電圧を平滑するための平滑用コンデンサ１２ａと、逆流防止用ダイオード１２ｂから成る。
【００５０】
第３平滑回路１３は、トランス１０の充電出力巻線１０ｃに形成された整流回路を含む平滑回路である。この回路によって電池パック４０、５０を充電するための直流電圧が出力される。
【００５１】
補助電源回路１４は、図示しないトランスと、スイッチング素子と、スイッチング制御回路と、出力平滑回路とで構成され、第１平滑回路１１からの出力を変換し、充電装置１の制御回路全体を駆動させるめの電力供給源となる電源回路である。補助電源回路１４からの直流出力は、商用電源２を入力電源として使用する場合において、定電圧回路１５によって所定の直流電圧に調整され、マイコン５を含む制御回路の駆動電源Ｖｃｃ（例えば５Ｖ）として供給される。また、補助電源回路１４からの直流出力は、商用電源２を入力電源として電池パック４０、５０を充電するときに、第１スイッチング制御回路１７の駆動電源として、第１電源伝達回路１９を介して第１スイッチング制御回路１７に供給される。
【００５２】
一方、直流電源３を入力電源として使用する場合には、第２平滑回路１２の直流出力電圧が、逆流防止用ダイオード１６、定電圧回路１５を介して、マイコン５を含む制御回路の駆動電源Ｖｃｃとして供給される。
【００５３】
定電圧回路１５は、例えば図示しない定電圧ＩＣおよび電解コンデンサ等で構成され、前述したようにマイコン５を含む制御回路に駆動電源Ｖｃｃとして一定に調整された電圧を供給する。
【００５４】
逆流防止用ダイオード１６は、商用電源２を入力電源として使用する場合に、補助電源回路１４の出力電圧が直流入力電圧検出回路２７に印加されることを防止するために設けられている。
【００５５】
第１スイッチング制御回路１７は、第１スイッチング素子１８をスイッチング動作させるための駆動パルスを供給し、かつその駆動パルスのパルス幅を制御する。これによって、トランス１０の出力巻線１０ｃに発生する電圧を制御し、第３平滑回路１３の出力電圧を調整する。
【００５６】
第１スイッチング素子１８は、例えばパワーＭＯＳＦＥＴ（パワー絶縁ゲート型電界効果トランジスタ）から成る。第１スイッチング素子１８のドレイン、ソース端子は、入力巻線１０ａに直列接続され、第１平滑回路１１の直流出力電圧をスイッチングさせて入力巻線１０ａに供給する。
【００５７】
第１電源伝達回路１９は、図示しないＭＯＳＦＥＴ、抵抗、ツェナーダイオードから成る回路であり、補助電源回路１４から第１スイッチング制御回路１７への電源供給を入り切りする。第１電源伝達回路１９は、フォトカプラ２０を介して伝達されるマイコン５（ポートＪまたはＫ）の出力信号によって入り切りされる。フォトカプラ２０は、マイコン５（ポートＪまたはＫ）の出力信号を第１電源伝達回路１９に伝達する。
【００５８】
第２スイッチング制御回路２１は、第２スイッチング素子２２をスイッチング動作させるための駆動パルスを供給し、かつその駆動パルスのパルス幅を制御する。これによって、トランス１０の出力巻線１０ｃに発生する電圧を制御し、第３平滑回路１３の出力電圧を調整する。
【００５９】
第２スイッチング素子２２は、第１スイッチング素子１８と同様に、例えばパワーＭＯＳＦＥＴから成る。第２スイッチング素子２２のドレイン、ソース端子は、入力巻線１０ｂに直列接続され、第２平滑回路１２の直流出力電圧をスイッチングさせて入力巻線１０ｂに逆流防止用ダイオード２３を介して供給する。
【００６０】
逆流防止用ダイオード２３は、商用電源２を使用して電池パックを充電する際に、トランス１０の入力巻線１０ａと入力巻線１０ｂの巻数比に応じて入力巻線１０ｂに誘起される起電力によって、ＭＯＳＦＥＴで構成される第２スイッチング素子２２の図示しない寄生ダイオードに大きな電流が流れてしまうことを防止するために設けられている。
【００６１】
第２電源伝達回路２４は、図示しないＭＯＳＦＥＴ、抵抗から成る回路であり、第２平滑回路１２から第２スイッチング制御回路２１への電源供給を入り切りする。第２電源伝達回路２４は、マイコン５（ポートＬまたはＭ）の出力信号によって入り切りされる。
【００６２】
交流入力電圧検出回路２５は、充電装置１に商用電源（交流電源）が入力されたことを認識するための検出回路である。ここで検出された交流入力電圧検出情報はフォトカプラ２６を介してマイコン５（ポートＡ）に入力される。フォトカプラ２６は、交流入力電圧検出回路２５の出力信号をマイコン５（ポートＡ）に伝達する。
【００６３】
直流入力電圧検出回路２７は、例えば図示しない分圧抵抗から成り、ＤＣコネクタ４に直流電源３が接続されたことを認識し、かつ直流電源３の入力電圧の値を検出するための検出回路である。ここで検出された直流入力電圧検出情報は、マイコン５（ポートＢ）に入力される。
【００６４】
充電装置１は、交流入力電圧検出回路２５と直流入力電圧検出回路２７、両者の検出回路の検出信号に基づいて、充電装置１の入力電源として商用電源２および直流電源３のいずれか一方を選択する。
【００６５】
電池電圧検出回路２８は、電池パック４０、５０の電池電圧の値を検出するための検出回路であり抵抗からなる。ここで検出された電池電圧検出情報は、マイコン５（ポートＧ）に入力される。
【００６６】
充電電流検出手段２９は、例えば、充電通路に挿入されたシャント抵抗と、オペアンプによる差動増幅回路から成り、充電電流検出手段２９に流れる充電電流によって発生する電圧を検出し、充電電流に応じた出力信号をマイコン５（ポートＨ）および定電流制御回路３１に送信する。
【００６７】
充電電流設定手段３０は、図示しない複数の分圧抵抗から成り、定電流制御回路３１の動作基準値を設定する回路である。この基準値は、マイコン５（ポートＮ）の出力信号により設定され、入力電源の種類、電池の種類、電池の状態、および充電装置１の状態に応じて最適な充電電流が選択される。
【００６８】
定電流制御回路３１は、図示しないオペアンプによる比較回路から成り、充電電流検出手段２９の出力信号と、充電電流設定回路３０の基準電圧との比較に基づくフィードバック信号を、第１スイッチング制御回路１７および第２スイッチング制御回路２１に出力する。フォトカプラ３２、３３は夫々、定電流制御回路３１からのフィードバック信号を第１スイッチング制御回路１７、第２スイッチング制御回路２１に伝達する。
【００６９】
部品温度検出手段３４は、サーミスタ３４ａ、抵抗３４ｂから構成され、所定の部品の温度を検出する。この温度情報は、マイコン５（ポートＩ）に入力される。サーミスタ３４ａは、例えば第２平滑回路１２の平滑コンデンサ１２ａに接触あるいは近接して設けられる。ここでサーミスタ３４ａの設置場所の一例として平滑コンデンサ１２ａ近傍としたのは、平滑コンデンサ１２ａは、逆流防止用ダイオード１２ｂ及び２３、第２スイッチング素子２２等の比較的大きい電流が流れ、発熱の大きいパワー素子の近くに設置されることになり、これらのパワー素子の熱が平滑コンデンサ１２ａに伝わり易いためである。なお、部品温度検出手段３４は、充電装置１を構成する部品の全ての温度を検出するように、各部品に対して設けても良いが、充電に対して最も影響がある部品に設けることで、部品点数の面からも効果的である。なお、トランス１０の近傍に設ける場合、巻線の上限温度は約１２０度であるため、その近傍の温度になった場合に充電電流を小さくするように制御する。
【００７０】
表示回路３５は、例えばＬＥＤなどの発光素子を用いた表示回路であり、充電装置１の動作状態を作業者に知らせるための回路である。表示回路３５の表示形態は、マイコン５（ポートＯ）の出力信号によって変化する。例えば、充電中は点灯、充電完了時は点滅等、種々の設定が可能である。
【００７１】
冷却ファン３６は、電池パック４０、５０を比較的大きな電流で充電する際に、電池を冷却しながら充電できるようにするために設けられている。冷却ファン駆動回路３７は、例えば図示しないＭＯＳＦＥＴ等により構成され、マイコン５（ポートＰ）の出力信号に基づき、冷却ファン３６の駆動を制御する。
【００７２】
ここで、充電回路は、少なくとも第１平滑回路１１、第２平滑回路１２、ダイオード２３と含み、交流充電回路は第１平滑回路１１、直流充電回路は第２平滑回路１２、ダイオード２３を含む。また、充電電流制御手段は、少なくともマイコン５、充電電流設定手段３０、定電流制御手段３１を含む。
【００７３】
次に、図１及び図２に示した回路ブロック図、および図３に示した制御フローチャートを参照して本実施形態に係る充電装置１の動作について説明する。
【００７４】
図３及び図４において、マイコン５の起動後、マイコン５は、各入出力ポート等を初期設定し（ステップ１０１）、表示回路３５に「充電開始前」であることを表示し（ステップ１０２）、第１スイッチング制御回路１７と第２スイッチング制御回路２１をオフする（ステップ１０３）。
【００７５】
引き続き、マイコン５は、交流入力電圧検出回路２５およびフォトカプラ２６からの出力信号を基に、商用電源２の入力の有無を判定する（ステップ１０４）。このステップ１０４において、商用電源２が入力されていると判定されたら、引き続き直流入力電圧検出回路２７からの出力信号に基づいて直流電源３の入力の有無を判定する（ステップ１０５）。ステップ１０５において直流電源３が入力されていないと判定されたら、交流（ＡＣ）モードに進む（ステップ１０６）。
【００７６】
また、ステップ１０４において商用電源２が入力されていないと判定されたら（ＮＯの場合）、引き続き直流電源３の入力の有無を判定し（ステップ１０７）、ここで直流電源３が入力されていると判定されたら直流（ＤＣ）モードに進む（ステップ１０８）。
【００７７】
次いで、直流電源３の電圧が異常であるか否かを判定し（ステップ１０９）、ステップ１０９において直流電源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において直流電源３の電圧が異常であれば（ＹＥＳの場合）、第１スイッチング制御回路１７および第２スイッチング制御回路２１をＯＦＦにし（ステップ１１０）、次いで表示回路３５を電源異常状態と表示にする（ステップ１１１）。これは、直流電源３が異常に低い電圧の場合、電池パック４０、５０への充電を禁止することによって、直流電源３の過放電を抑制するものである。例えば、直流電源３が自動車内のカーバッテリーであれば、その過放電を抑制することができる。
【００７８】
ステップ１０５において、直流電源３が入力されていると判定されたら（ＹＥＳの場合）、商用電源２と直流電源３が同時に入力されているとみなし、第１スイッチング制御回路１７および第２スイッチング制御回路２１をＯＦＦにし（ステップ１１０）、表示回路３５を電源異常状態と表示する（ステップ１１１）。ここで、表示回路３５は、ＬＥＤで構成されている場合、点滅、点灯等の組合せにより直流電源異常状態と、電源複数接続状態とを区別するようにしても良い。
【００７９】
なお、本発明の充電装置１によれば、２つの入力電源（商用電源２および直流電源３）に対してトランス１０および定電流制御回路３１が共通に設けられているため、両方の電源が入力された場合、第３平滑回路１３の出力電圧が不安定になるため、これを回避するために充電装置１の各スイッチング制御回路１７及び２１の動作を抑止するように制御する。また、ステップ１０７において、直流電源３が入力されていないと判定されたら、第１スイッチング制御回路１７および第２スイッチング制御回路２１をＯＦＦにする（ステップ１１０）。
【００８０】
ステップ１０６またはステップ１０８において、ＡＣモードまたはＤＣモードの入力モードを設定した後、マイコン５は電池パック４０、５０の充電装置１への接続の有無を判定し（ステップ１１２）、電池パック４０、５０が充電装置１に接続されていなと判定した場合、充電完了フラグをリセットし（ステップ１１３）、かつ充電中フラグをリセットし（ステップ１１４）、ステップ１０２に戻る。
【００８１】
ステップ１１２おいて、電池パック４０、５０が充電装置１に接続されていると判定した場合、マイコン５は充電中フラグの有無を判定し（ステップ１１５）、充電中フラグがあれば、マイコン５はステップ１２０へスキップする。
【００８２】
ステップ１１５において充電中フラグが無いと判定した場合、引き続き充電完了フラグの有無を判定し（ステップ１１６）、充電完了フラグがあれば、マイコン５はステップ１０３に戻る。
【００８３】
また、ステップ１１６において充電完了フラグが無ければ、マイコン５は電池種識別手段８の出力に基づいて電池種・素電池数判定を行い（ステップ１１７）、次いで電池パック４０、５０の電池温度を電池温度検出手段６又は７の出力に基づいて判定し（ステップ１１８）、電池パック４０、５０が高温である場合、マイコン５は、表示回路３５を電池高温状態と表示し（ステップ１１９）、ステップ１０３に戻る。
【００８４】
ステップ１１８において電池パック４０、５０が高温でないと判定した場合（ＮＯの場合）、マイコン５はＡＣモードであるか否かを判定する（ステップ１２０）。ステップ１２０においてＡＣモードではないと判定した場合（ＮＯの場合）、マイコン５はＤＣモードに進み（ステップ１２１）、引き続いてマイコン５は充電装置１に接続された電池パックがリチウムイオン電池（電池パック５０）であるか否かを判定する（ステップ１２２）。
【００８５】
ステップ１２２において電池パックがリチウムイオン電池（電池パック５０）であると判定された場合、電池種・素電池数を再び判別し（ステップ１２３）、ＤＣモードのリチウムイオン電池の充電電圧・電流設定値を充電電流設定手段３０に設定する（ステップ１２４）。
【００８６】
ステップ１２２において、電池パックがリチウムイオン電池（電池パック５０）ではないと判定された場合、電池パックはニカド電池またはニッケル水素電池（電池パック４０）であると見なし、ＤＣモードのニカド・ニッケル水素電池の充電電圧・電流設定値を充電電流設定手段３０に設定する（ステップ１２５）。
【００８７】
ステップ１２４、１２５において、充電電圧および充電電流の設定値は、交流入力電圧検出回路２５、直流入力電圧検出回路２７、電池温度検出手段６又は７、電池種識別手段８の出力に基づいて最適な値が選択される。例えば、直流電源３が入力される場合は、商用電源２が入力された場合と比較して充電電流を小さくする。これは直流電源３の能力に合わせるという意味では重要な制御である。また、電池パックがリチウムイオン電池であるか、またはニカド・ニッケル水素電池であるかを判別し、夫々に最適な充電制御方式を適用できる。
【００８８】
ステップ１２４、１２６の処理後、充電保留フラグの有無を判定し（ステップ１２６）、充電保留フラグが無ければ（ＮＯの場合）、ステップ１２７へ進み、第２スイッチング制御回路２１をオンし、次いでステップ１３５へ進み、表示回路３５により「充電中」であることを表示する。
【００８９】
ステップ１２０においてＡＣモードであると判別された場合、ステップ１２８のＡＣモードの設定に進み、引続いて、マイコン５は電池パックがリチウムイオン電池（電池パック５０）であるか否かを判定する（ステップ１２９）。
【００９０】
ステップ１２９において電池パックがリチウムイオン電池（電池パック５０）であると判定された場合、電池種・素電池数を再び判別し（ステップ１３０）、ＡＣモードのリチウムイオン電池の充電電圧・電流設定値を充電電流設定手段３０に設定する（ステップ１３１）。
【００９１】
ステップ１２９において、電池パックがリチウムイオン電池（電池パック５０）ではないと判定された場合、電池パックはニカド電池またはニッケル水素電池（電池パック４０）であると見なし、ＡＣモードのニカド・ニッケル水素電池の充電電圧・電流設定値を充電電流設定回路３０に設定する（ステップ１３２）。
【００９２】
ステップ１３１、１３２の処理後、充電保留フラグの有無を判定し（ステップ１３３）、充電保留フラグが無ければ（ＮＯの場合）、ステップ１３４へ進み、第１スイッチング制御回路１７をオンし、次いでステップ１３５へ進み、表示回路３５により「充電中」であることを表示する。
【００９３】
ステップ１３５の処理後、マイコン５は充電中フラグをセットし（ステップ１３６）、引き続き、部品高温フラグの有無を判定する（ステップ１３７）。ステップ１３７において部品高温フラグが無ければ（ＮＯの場合）、マイコン５は、部品温度検出手段３４の出力に基づき、所定の部品の温度が高温になっているか否かを判定する（ステップ１３８）。
【００９４】
ステップ１３８において、部品温度が高温でなければ（ＮＯの場合）、先のステップ１２４、１２５、１３１、または１３２で選択された所定の設定値で充電を開始し（ステップ１３９）、引き続き、マイコン５は満充電検出処理のステップに進む（ステップ１４７）。
【００９５】
ステップ１３８において、部品温度が高温である場合、マイコン５は部品高温フラグをセットし、さらにそのときの部品の温度をマイコン５に内蔵又は外付けされた図示しない記憶部に記憶する（ステップ１４０）。ステップ１４０の処理後、マイコン５は部品高温時の電流値を充電電流設定回路３０に設定する（ステップ１４１）。このときの電流値として、先のステップ１２４、１２５、１３１、または１３２で選択された設定値より小さい電流値が設定される。これは、部品が高温になっている状態で充電電流を大きくすると、部品が更に高温になってしまい、部品を破損してしまうことが考えられるからである。
【００９６】
ステップ１４１の処理後、マイコン５は、ステップ１４０で記憶された部品温度に対し、部品温度が所定値以上上昇したか否かを判定する（ステップ１４２）。また、先のステップ１３７において部品高温フラグがある場合も、マイコン５は、ステップ１４２に進み、ステップ１４０で記憶された部品温度に対し、部品温度が所定値以上上昇したか否かを判定する。
【００９７】
ステップ１４２において、部品温度が所定値以上上昇していない場合（ＮＯの場合）、マイコン５はステップ１３９に進み、ステップ１２４、１２５、１３１、または１３２で設定した充電条件に対しステップ１４１の設定を加味した設定値で充電を開始し、次いでマイコン５は満充電検出処理のステップに進む（ステップ１４７）。
【００９８】
ステップ１４２において、部品温度が所定値以上上昇した場合、マイコン５は、充電保留フラグをセットし（ステップ１４３）、次いでステップ１４４に進み、表示回路３５により「充電保留中」であることを表示する。引き続き、マイコン５は、部品温度が所定値以下まで低下しているか否かを判定し（ステップ１４５）、部品温度が低下していない場合（ＮＯの場合）、ステップ１０３に戻り第１スイッチング制御回路１７、第２スイッチング制御回路２１を停止させる。
【００９９】
ステップ１２６、１３３において、充電保留フラグがある場合、マイコン５は表示回路３５により「充電保留中」であることを表示し、部品温度が所定値以下まで低下しているか否かを判定する（ステップ１４５）。ステップ１４５において、部品温度が所定値以下まで低下した場合、マイコン５は充電保留フラグをリセットする（ステップ１４６）。
【０１００】
ステップ１４７の満充電検出処理において、満充電検出には周知の技術が採用できる。例えば、リチウムイオン電池で構成された電池パック５０の場合、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る。具体的には、充電初期段階では、充電電流設定手段３０に設定された所定の充電電流で充電を行い、電池電圧が予めマイコン５に記憶させておいた所定の電圧に達したら、充電電流を小さい値に切替え、再び電池電圧が所定の電圧に達する度に、電流を段階的に小さく切替えていく。充電電流の最小設定値のときに電池電圧が所定の電圧に達した時点で満充電とする充電方式および満充電検出方式を採用することができる。或いは、電池電圧が予め定めた所定の電圧に達したら充電電流を減少させて、充電電流が満充電検出値まで減少したら満充電と判断するようにしても良い。
【０１０１】
一方、ニカド電池やニッケル水素電池で構成された電池パック４０の場合、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検出法（マイナスデルタＶ制御方式）、さらに特開昭６２−１９３５１８号公報、特開平２−２４６７３９号公報、実開平３−３４６３８号公報等に開示されているように、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（温度上昇勾配制御方式）を採用することができる。
【０１０２】
ステップ１４７において、電池パックが満充電と判別されない場合、ステップ１０４に戻る。ステップ１４７において電池パックが満充電と判別された場合、部品高温フラグをリセットし（ステップ１４８）、充電中フラグをリセットし（ステップ１４９）、表示回路３５によって「充電完了」であることを表示し（ステップ１５０）、充電完了フラグをセット（ステップ１５１）すると共に各処理を行い、ステップ１０３に戻る。
【０１０３】
以上の実施形態により明らかにされるように、本発明によれば、充電装置の大型化を抑制しつつ、周囲温度等の影響で充電装置への負荷が過大にならない限り、比較的大きい充電電流で充電できるので、充電時間が短く作業者にとって利便性の良い、商用電源と自動車のバッテリーのような直流電源を含む少なくとも２つの入力電源の何れか一つによって電池パックを充電することが可能な充電装置を提供することができる。
【０１０４】
また、本発明によれば、周囲温度等の影響で充電装置の構成部品の温度が比較的高くなった場合は、構成部品の温度に応じて充電電流を小さくすることにより、充電装置への負荷を軽くし、構成部品を保護することができる。
【０１０５】
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものでなく、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るニカド電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の素電池から構成された電池パックを充電するための充電装置であって、特に、商用電源と車載用直流電源を含む複数の電源を入力電源として使用可能な充電装置の構成部品の保護に関するものであり、その要旨を逸脱しない範囲内で変更することが可能である。
【符号の説明】
【０１０６】
１は充電装置、２は商用電源（交流電源）、３は直流電源、４はＤＣコネクタ、５はマイクロコンピュータ（マイコン）、６は電池温度検出手段、７は電池温度検出手段、８は電池種識別手段、９は過充電検出回路、１０はトランス（スイッチングトランス）、１０ａ、１０ｂは入力巻線、１０ｃは充電出力巻線、１１は第１平滑回路、１２は第２平滑回路、１２ａは平滑用コンデンサ、１２ｂは逆流防止用ダイオード、１３は第３平滑回路、１４は補助電源回路、１５は定電圧回路、１６は逆流防止用ダイオード、１７は第１スイッチング制御回路、１８は第１スイッチング素子、１９は第１電源伝達回路、２０はフォトカプラ、２１は第２スイッチング制御回路、２２は第２スイッチング素子、２３は逆流防止用ダイオード、２４は第２電源伝達回路、２５は交流（ＡＣ）入力電圧検出回路、２６はフォトカプラ、２７は直流（ＤＣ）入力電圧検出回路、２８は電池電圧検出回路、２９は充電電流検出手段、３０は充電電流設定手段、３１は定電流制御回路、３２はフォトカプラ、３３はフォトカプラ、３４は部品温度検出手段、３４ａはサーミスタ、３４ｂは抵抗、３５は表示回路、３６は冷却ファン、３７は冷却ファン駆動回路、４０は電池パック、４０ａは素電池組、４０ｂは識別抵抗、４０ｃはサーミスタ、４０ｄは端子部、５０は電池パック、５０ａは素電池組、５０ｂは保護ＩＣ、５０ｃはサーマルプロテクタ、５０ｄは識別抵抗、５０ｅはサーミスタ、５０ｆは過充電信号伝達手段、５０ｇは端子部である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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