(57)【要約】【課題】  異なる電池セルサイズからなる複数のリチウムイオン電池パックを充電するための充電装置において、電池セルサイズの種類に対応して適切な充電電流を設定できるようにする。【解決手段】  充電装置の制御部は、前記電池パックを電池容量の大きい１８６５０用電池セルに合わせた充電電流Ｉ１で充電を開始し、充電開始後の所定時間内の電池電圧又は／及び電池温度の傾きを検出することにより、傾きが規定値以上の場合に電池容量の小さい１４５００用電池セルに合わせた充電電流Ｉ２に切り替えて充電を継続する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数種類の電池セルを直列または並列接続した組電池を備える電池パックを充電することが可能な制御装置を有する充電装置であって、
前記複数種の電池パックは、１８６５０サイズの電池セルを接続した組電池を備える第１の電池パックと、１４５００サイズの電池セルを接続した組電池を備える第２の電池パックとを含むことを特徴とする充電装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記第１の電池パックと前記第２の電池パックとで異なる充電制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記第１の電池パックと前記第２の電池パックとを、充電中の電池電圧又は電池温度に基づいて判別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】
前記制御装置は、前記第１の電池パックおよび前記第２の電池パックの充電を開始して所定時間経過後に、前記第１の電池パックおよび前記第２の電池パックに応じた充電電流に変更するように制御することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の充電装置。
【請求項５】
前記第１の電池パックおよび前記第２の電池パックはリチウムイオン電池セルにより構成され、
前記制御装置は、
充電電圧が所定値に達するまでは定電流制御で前記電池パックを充電し、
前記充電電圧が所定値に達した後に定電圧制御で前記電池パックを充電し、
前記定電流制御における充電電流値を前記第１の電池パックおよび前記第２の電池パックで変更することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の充電装置。
【請求項６】
前記第１の電池パックおよび前記第２の電池パックは、内部に含まれる前記電池セルの種類を示す電池種判別手段を有し、
前記制御装置は、前記電池種判別手段によって判別した結果に応じて充電電流または充電電圧を制御することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の充電装置。
【請求項７】
前記電池種判別手段は、前記電池パックの種類に応じて異なる抵抗値を有する電池種判別抵抗からなり、
前記制御装置に前記電池種判別抵抗の抵抗値に応じた充電電流と充電電圧の組をあらかじめ格納しておくことを特徴とする請求項６に記載の充電装置。
【請求項８】
前記制御装置は、
充電開始後の所定時間内の電池電圧又は／及び電池温度の傾きを検出することにより、前記第１の電池パック又は前記第２の電池パックのいずれが装着されているかを判別し、判別された結果に応じて充電電流または充電電圧を制御することを特徴とする請求項３から７のいずれか一項に記載の充電装置。
【請求項９】
前記制御装置は、前記電池電圧又は／及び電池温度の傾きに応じた充電電流値をあらかじめ格納しておくことを特徴とする請求項８に記載の充電装置。
【請求項１０】
前記制御装置は、
前記電池パックを電池容量の大きい電池セルに合わせた充電電流で充電を開始し、
充電開始後の電池電圧又は／及び電池温度の傾きが規定値以上の状態が規定時間以上続いた場合に、前記充電電流を小さい電池セル用に切り替えることを特徴とすることを特徴とする請求項８又は９に記載の充電装置。
【請求項１１】
前記制御装置は、前記第２の電池パックを充電する場合に、前記第１の電池パックを充電する場合に比較して、電池セルの１セル当たりの充電電流を少なく設定することを特徴とする請求項７又は８に記載の充電装置。
【請求項１２】
前記制御装置は、複数直列タイプの電池パックを充電する場合、複数並列タイプの電池パックを充電する場合よりも、電池セルの１セル当たりの充電電流を少なく設定することを特徴とする請求項７又は８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、単数または複数の二次電池セルからなり、電池セルの形状や接続形態が異なる電池パックを充電するための充電装置に関し、特に、電池パックの電池セルの形状による電池種に対応して適切な充電電流または充電電圧を設定できる充電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コードレスタイプの電動工具において、電源としてリチウムイオン二次電池（以下、本明細書では単に「リチウムイオン電池」と呼ぶ）から構成された電池パックが広く用いられるようになってきた。リチウムイオン電池パックは、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池に比較してセル公称電圧が高く、かつ出力密度が高いため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。このため、リチウムイオン電池パックは、電動工具の軽量化、小型化、および作業効率の向上を図る電源として期待されている。
【０００３】
リチウムイオン電池パックの充電装置は、定電流・定電圧制御方式により充電を制御するのが一般的である。特に、リチウムイオン電池パックの充電において、過充電になると二次電池セルを損傷する恐れがあるので、充電装置の制御装置は、最初に一定の充電電流で充電を行い、この一定電流の充電により、一セル当たりの電圧が所定の充電電圧（例えば、４．２０Ｖ／セル程度）に達すると、一定電圧の充電電圧に切り替えて充電を行う。その後、充電電流が徐々に低下して終止電流値以下になったら、満充電として検出して充電を停止するように制御する。このため、充電装置は、充電電流または充電電圧を制御するための制御回路を有する。
【０００４】
リチウムイオン二次電池等の電池セル（素電池）から構成される電池パックは、複数の電池セルを並列接続または直列接続した組電池で構成するのが一般的である。例えば、公称電圧３．６Ｖ／セルのリチウムイオン二次電池の電池セルを４個互いに直列接続した組電池を備える１８６５０サイズの電池パックは、出力電圧１４．４Ｖの定格を有する。また、リチウムイオン二次電池の電池セルを並列接続することによって電池パック（組電池）の電流容量を変更することも行われている。このように電池パックは、収容される電池セルの本数や接続形態によって適切な充電電流や充電電圧が変わるため、例えば特許文献１ではリチウムイオン電池パックの種類に対応して適切な充電電流または充電電圧を設定できるように構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１０６１１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図９は電動工具に用いられるリチウムイオン電池の寸法を示す図であり、（１）は従来から良く用いられていたサイズである。このリチウムイオン電池は、直径１８ｍｍ、高さ６５ｍｍの円筒形で、これは１８６５０サイズと呼ばれるものである。尚、数字の最初の２桁“１８”は直径を示し、下３桁“６５０”は長さを示す（０．１ｍｍ単位で表示）。従来の電池パックにおいては、この１８６５０サイズのリチウムイオン電池の接続本数、接続形態で異なる種類の電池パックを構成していたので、特許文献１の技術では、電池パック内にリチウムイオン電池セル２ａの数およびその接続形態に対応する判別用抵抗７を内蔵し、充電装置は、電池パック２の判別用抵抗７から発生する制御信号に応答してリチウムイオン電池パック２の充電電流および充電電圧を設定するように構成した。
【０００７】
しかしながら、近年リチウムイオン電池の小型化や大容量化が進み、１８６５０サイズの電池セルだけでなく、いわゆる１４５００サイズのリチウムイオン電池も電動工具の分野で実用化に向けて検討されつつある。図９（２）は１４５００サイズのリチウムイオン電池であり、円筒形であって直径１４ｍｍ、高さ５０ｍｍである。このサイズは、乾電池（１次電池）の“単三サイズ”、“Ｒ６サイズ”、又は、“ＡＡサイズ”と呼ばれるものとほぼ同じ大きさである。
【０００８】
１４５００サイズのリチウムイオン二次電池の電池セルを４個互いに直列接続した組電池を備える１４５００サイズの電池パックは、出力電圧１４．４Ｖの定格を有するため、１８６５０サイズのリチウムイオン二次電池の電池セルを４個互いに直列接続した組電池と同じ定格電圧となる。このような電圧が同じで異なる種類の電池セルを有する電池パックを充電する場合には注意する必要がある。例えば、１８６５０サイズの電池セルを有する電池パックを充電できる既存の充電装置は、１４５００サイズの電池セルにとってはその充電電流が最適ではなく、電池寿命を悪化させてしまう恐れがある。
【０００９】
本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的は上記従来技術の欠点を解消し、サイズが異なる電池セルを備えた複数種類の電池パックを充電可能であると共に、電池パックに収容された電池セル（素電池）の種類に対応して適切な充電電流または充電電圧を設定できる充電装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、電池パックに収容される電池セルの種類に応じて異なる判別信号を充電装置が得ることができるようにした充電装置を提供することにある。
【００１１】
本発明のさらに他の目的は、充電開始後の短い時間内に充電装置側で電池セルの種類を判別して、最適な充電電流又は充電電圧を設定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】
【００１２】
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。
【００１３】
本発明の一つの特徴によれば、複数種類の電池セルを直列または並列接続した組電池を備える電池パックを充電することが可能な制御装置を有する充電装置であって、複数種の電池パックは、１８６５０サイズの電池セルを接続した組電池を備える第１の電池パックと、１４５００サイズの電池セルを接続した組電池を備える第２の電池パックとを含む。制御装置は、第１の電池パックと第２の電池パックとで異なる充電制御を行い、第１の電池パックと第２の電池パックとを、充電中の電池電圧又は電池温度に基づいて判別する。
【００１４】
本発明の他の特徴によれば、複数種類の電池セルを直列または並列接続した組電池を備える電池パックを充電することが可能な制御装置を有する充電装置であって、複数種の電池パックは、１８６５０サイズの電池セルを接続した組電池を備える第１の電池パックと、１４５００サイズの電池セルを接続した組電池を備える第２の電池パックとを含み、制御装置は、第１の電池パックおよび第２の電池パックの充電を開始して所定時間経過後に、第１の電池パックおよび第２の電池パックに応じた充電電流に変更するように制御するようにした。
【００１５】
本発明の他の特徴によれば、第１の電池パックおよび第２の電池パックはリチウムイオン電池セルにより構成されてなり、制御装置は、充電電圧が所定値に達するまでは定電流制御で電池パックを充電し、充電電圧が所定値に達した後に定電圧制御で電池パックを充電し、定電流制御における電流値を第１の電池パックおよび第２の電池パックで変更するようにした。第１の電池パックおよび第２の電池パックは、内部に含まれる電池セルの種類を示す電池種判別手段を有し、制御装置は、電池パックの種類に応じて異なる抵抗値を有する電池種判別抵抗等の電池種判別手段によって判別した結果に応じて充電電流または充電電圧を制御するようにした。このため制御装置に電池種判別抵抗の抵抗値に応じた充電電流と充電電圧の組をあらかじめテーブルにて格納しておくと良い。
【００１６】
本発明のさらに他の特徴によれば、制御装置は、充電開始後の所定時間内の電池電圧又は／及び電池温度の上昇傾きを検出することにより、第１の電池パック又は第２の電池パックのいずれが装着されているかを判別し、判別された結果に応じて充電電流または充電電圧を制御する。制御装置は電池電圧又は／及び電池温度の傾きに応じた充電電流値をあらかじめ格納しておくと良い。また、制御装置は電池パックを電池容量の大きい電池セルに合わせた充電電流で充電を開始し、充電開始後の電池電圧又は／及び電池温度の上昇傾きが規定値以上の状態が規定時間以上続いた場合に、充電電流を小さい電池セル用に切り替える。また、制御装置は、第２の電池パックを充電する場合に、第１の電池パックを充電する場合に比較して、電池セルの１セル当たりの充電電流を少なく設定した。さらに制御装置は、複数直列タイプの電池パックを充電する場合、複数並列タイプの電池パックを充電する場合よりも、電池セルの１セル当たりの充電電流を少なく設定するようにした。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１の発明によれば、一つの充電装置で１８６５０と１４５００のサイズが異なる電池セルを備えた複数種類の電池パックを充電することができる。
【００１８】
請求項２の発明によれば、第１と第２の電池パックとで異なる充電制御を行うので、電池パックの種類に応じて最適な充電が可能となり、電池パックの充放電のサイクル寿命を低下させることがない充電装置を提供できる
【００１９】
請求項３の発明によれば、制御装置は、充電中の電池電圧又は電池温度に基づいて第１か第２の電池パックかを判別するので、電池パックの充電中の電池電圧又は電池温度に応じて最適な充電が可能となり、電池セルに対して過負荷となる電圧上昇や温度上昇を避けることができ、電池寿命の低下を一層確実に防ぐことができる。
【００２０】
請求項４の発明によれば、制御装置は充電を開始後に、第１の電池パックおよび第２の電池パックに応じた充電電流に変更するので、電池パックの充放電のサイクル寿命を阻害しない充電装置を提供できる。
【００２１】
請求項５の発明によれば、制御装置は定電流制御及び定電圧制御で充電する際に、定電流制御における電流値を第１の電池パックおよび第２の電池パックで変更するので、電池セルに対して過負荷となる電圧上昇や温度上昇を避けることができ、電池寿命の低下を防ぐことができる。
【００２２】
請求項６の発明によれば、内部に電池セルの種類を示す電池種判別手段を有するので、充電装置は装着された電池パックの電池のサイズを識別することができる。
【００２３】
請求項７の発明によれば、電池種判別抵抗の抵抗値に応じた充電電流と充電電圧の組をあらかじめテーブルにて充電装置に格納するので、充電装置は迅速に最適な充電電流または充電電圧を設定することができる。
【００２４】
請求項８の発明によれば、充電装置は充電開始後の所定時間内の電池電圧又は／及び電池温度の傾きを検出することにより電池パックに含まれる電池セルの状態を検出するのでので、電池種判別手段が無い電池パックであっても最適な充電制御を行うことができる。
【００２５】
請求項９の発明によれば、電池電圧、電池温度の傾き（変化）に応じた充電電流をあらかじめテーブルにて充電装置に格納するので、充電装置は迅速に最適な充電電流を設定することができる。
【００２６】
請求項１０の発明によれば、電池パックを電池容量の大きい電池セルに合わせた充電電流で充電を開始するので、充電時間の短縮化を図ることができる一方、電池電圧・電池温度の異常上昇が続いた場合に充電電流を低下させるので電池セルに対して過負荷となることを避けることができる。
【００２７】
請求項１１の発明によれば、制御装置は第２の電池パックを充電する場合に、第１の電池パックを充電する場合に比較して、電池セルの１セル当たりの充電電流を少なく設定するので、電池セルのサイズに合わせた最適な充電を行うことができる。
【００２８】
請求項１２の発明によれば、複数直列タイプの電池パックを充電する場合、複数並列タイプの電池パックを充電する場合よりも、電池セルの１セル当たりの充電電流を少なく設定するので、電池パックの接続形態の種類に対応して適切な充電電流または充電電圧を設定できる。
【００２９】
本発明は、特に、過充電、過放電に対する保護対策が必要となるリチウムイオン二次電池セルより構成される電池パックの充電装置に適用して有効である。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。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施例に係る充電装置を示す回路図である。
【図２】１８６５０サイズの電池セルと、１４５００サイズの電池セルの充電特性の違いについて説明するための図である。
【図３】本発明の実施例に係る充電装置によって定電流・定電圧充電を行う動作フローチャートである。
【図４】本発明の第２の実施例に係る充電装置によって定電流・定電圧充電を行う動作フローチャートである。
【図５】本発明の第３の実施例に係る単一の電池セルと、２本並列接続した電池セルの充電特性の違いについて説明するための図である。
【図６】本発明の第４の実施例に係る充電装置によって定電流・定電圧充電を行う動作フローチャートである。
【図７】本発明の第５の実施例に係る充電装置によって充電を行う場合の充電電流と、電池電圧及び電池温度との関係を示す図である。
【図８】本発明の第５の実施例に係る充電装置によって定電流・定電圧充電を行う動作フローチャートである。
【図９】電動工具に用いられるリチウムイオン電池の寸法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００３１】
以下、本発明の一実施例について、図１および図２を参照して詳細に説明する。最初に、本発明の実施例に係る充電装置の構成について説明する。図１は充電装置２００の回路図を示す。図１において、充電装置２００は、電池セル２ａの接続形態によって異なる複数種の電池パック２を同一の充電装置２００によって充電できるように構成される。例えば、充電装置２００によって所定の充電電流または充電電圧を設定して充電することが可能な１つの電池パック２は、単一の電池セル２ａ、または複数の電池セル２ａを直列接続した組電池によって構成した電池パック（ここでは説明の便宜上、並列方向に見て１系統という意味で“１パラ”と称する）である。また、充電装置２００によって充電可能な他の電池パックは、少なくとも一対の電池セル２ａを並列接続した組電池、または複数の電池セル２ａを直列接続した電池セル列の少なくとも２組を互いに並列接続して成る２パラタイプ（並列方向に見て２系統のタイプ）の電池パックである。もちろん、２パラタイプ以上の３パラタイプについても充電可能に構成できる。電池セル２ａは、例えば、リチウムイオン二次電池セルから構成されるが、電池パック２の大きさによって１８６５０サイズのリチウムイオン電池セルを用いたもの、１４５００サイズのリチウムイオン電池セルを用いたものが存在する。本発明によれば、充電装置２００は、これら複数種の電池パック２の充電電流または充電電圧を、電池セルの大きさや直列又は並列等の接続形態に応じて適切な値に設定することができる。特に電池セルの大きさ（１８６５０サイズと１４５００サイズ）に応じて適切な値に設定することで、電池セルを適切に充電し寿命低下を抑制することができる。
【００３２】
電池パック２には、１パラタイプの第１の電池パックまたは２パラタイプの第２の電池パックにおける電池セル２ａのセル数または接続形態を判別するための電池種判別手段を有する。電池種判別手段は、例えば電池パック２の種類に応じて抵抗値を変えた判別用抵抗７によって構成される。また、電池パック２は、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８を内蔵する。本実施例に係る充電装置２００では、電池パック２としてリチウムイオン電池セル２ａの４個が直列接続された公称電圧１４．４Ｖの４Ｓ１Ｐタイプと、４個の直列接続された電池セル列を２組並列接続した４Ｓ２Ｐタイプを充電可能に構成されている。さらに、電池パック２として１８６５０サイズのリチウムイオン電池セル２ａの４個が直列接続されたものと、１４５００サイズのリチウムイオン電池セル２ａの４個が直列接続されたものが充電可能に構成される。電池セルの判別用抵抗７は、直流電圧（安定化直流電圧）Ｖｃｃを、電池種判別抵抗９と分圧するために用いられ、その検出電圧によりマイコン５０が電池種を判別する。
【００３３】
電池パック２の感温素子８は、直流電圧Ｖｃｃが給電された検出用抵抗８１および８２から成る電池温度検出回路８０に接続され、抵抗値の温度変化を電圧に変換し、電圧はマイコン５０のＡ／Ｄポート５２に入力される。電池パック２の正極端子は、抵抗９１と抵抗９２の分圧回路から成る電池電圧検出回路９０に接続される。
【００３４】
充電装置２００は、交流電源１を用いて電池パック２を充電するための装置であって、交流電源１を整流して直流に変換する整流平滑回路１０と、ＭＯＳＦＥＴ２２からの出力パルスによって出力が制御される高周波トランス２１を含むスイッチング回路２０と、スイッチング回路２０の出力を整流して所定電圧の直流に変換する整流平滑回路３０と、定電圧電源回路４０と、充電電圧制御回路１００と、充電電流制御回路６０と、充電電流設定回路７０と、電池温度検出回路８０と、電池電圧検出回路９０と、表示回路１１０と、これらを制御するマイコン５０を含んで構成される。
【００３５】
整流平滑回路１０はブリッジ接続された整流ダイオードを含む全波整流回路１１と平滑用コンデンサ１２とからなり、商用交流電源等の交流電源１を全波整流する。スイッチング回路２０は、高周波トランス２１と、高周波トランス２１の１次巻線に直列接続された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ＰＷＭ制御ＩＣ（スイッチング制御用ＩＣ）２３を備える。
【００３６】
ＰＷＭ制御ＩＣ２３の駆動電源は、整流平滑回路（直流電源回路）６から供給される。この整流平滑回路６は、トランス６ａと、整流用ダイオード６ｂと、平滑用コンデンサ６ｃとから構成される。ＰＷＭ制御ＩＣ２３には、ホトカプラから成る充電帰還信号伝達手段５を介して充電電圧制御信号および充電電流制御信号が入力される。また、ＰＷＭ制御ＩＣ２３には充電の開始および停止を制御するための充電制御信号が、ホトカプラから成る充電制御伝達手段４を介して入力される。
【００３７】
ＰＷＭ制御ＩＣ２３は、ホトカプラ（充電制御伝達手段）４によって、マイコン５０より供給される制御信号によって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（充電帰還信号伝達手段）５によって供給される制御信号によって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、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。整流平滑回路３０は高周波トランス２１の２次巻線に接続された整流用ダイオード３１、平滑用コンデンサ３２および放電用抵抗３３から成る。
【００３８】
定電圧電源回路４０は、マイコン５０、オペアンプ６１、６５等の各種の制御回路（検出回路を含む）へ安定化直流電圧Ｖｃｃを供給するために設けられている。定電圧電源回路４０は、トランス４１ａ〜４１ｃと、スイッチング電源を構成するスイッチング素子４２および制御用素子４３と、整流用ダイオード４４と、３端子レギュレータ４６と、３端子レギュレータ４６の入力側に接続された平滑用コンデンサ４５と、３端子レギュレータ４６の出力側に接続された平滑用コンデンサ４７とから構成され、定電圧Ｖｃｃを出力する。定電圧電源回路４０の定電圧出力側には、商用電源１が充電装置２００に投入された時にリセット信号を出力するためのリセットＩＣ４８が接続される。
【００３９】
制御回路装置（マイコン）５０は、電池温度検出回路８０の出力信号に基づく電池温度の判定、電池電圧検出回路９０の出力信号に基づく電池電圧の判定、充電電流制御回路６０および充電電圧制御回路１００への制御信号の出力等を実行するために設けられる。マイコン５０は、制御プログラムを実行するＣＰＵ（中央処理装置）５１の他に、図示されていないが、ＣＰＵ５１の制御プログラム、電池パック２の電池種に関するデータ等を格納するリード・オンリ・メモリ（ＲＯＭ）、ＣＰＵ５１の作業領域やデータの一時記憶領域等として利用されるランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、およびタイマ等を具備している。マイコン５０は、上記した電池種判別抵抗９、電池電圧検出回路９０、電池温度検出回路８０等によって検出されたアナログ入力信号をデジタル出力信号に変換するためのＡ／Ｄポート５２と、後述する充電電圧制御回路１００へ制御信号を出力するための出力ポート５１ｂと、充電制御伝達手段４および後述する充電状態の表示回路１１０の制御信号を出力するための出力ポート５１ａと、リセットＩＣ４８のリセット信号を入力するためのリセット入力ポート５３とを有する。
【００４０】
充電電流制御回路６０は、オペアンプ（演算増幅器）６１および６５と、オペアンプ６１および６５の入力抵抗６２および６４と、オペアンプ６１および６５の帰還抵抗６３および６６と、ダイオード６８および電流制限用抵抗６７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。充電電流制御回路６０の入力段は、電池パック２の充電電流を検出するための電流検出用抵抗３に接続される。また、その出力段は、上述したように、ホトカプラから成る充電帰還信号伝達手段５を介してＰＷＭ制御ＩＣ２３を制御する。オペアンプ（電圧比較器）６５の一方の入力端子（＋）には、充電電流設定回路７０が接続される。一方、オペアンプ６１の出力電圧は、充電電流値を監視するために、Ａ／Ｄポート５２に入力されて、マイコン５０によって充電電流値が計測される。マイコン５０は、オペアンプ６１の出力によって、満充電時等の電流値の低下も計測する。
【００４１】
充電電流設定回路７０は、充電電流を、電池パック２の電池種に従って、所定の電流値に設定するために設けられる。充電電流設定回路７０は、安定化直流電圧Ｖｃｃに接続された抵抗７１と抵抗７２の直列回路（分圧回路）と、抵抗７２に並列接続される抵抗７３とを有する。電圧比較用のオペアンプ６５の入力端子（＋）に異なる充電電流に対応する基準電圧を供給することにより、所望の充電電流を設定する。本実施例によれば、マイコン５０の動作に基づいて抵抗７２に抵抗７３を並列接続することにより、２つの充電電流モードを設定できる。例えば、マイコン５０により抵抗７１に直列接続される抵抗を抵抗７２単独と制御した場合は第１の充電電流に設定し、抵抗７１に直列接続される抵抗を抵抗７２と抵抗７３の並列接続抵抗と制御した場合は第２の充電電流を設定する。この場合、第１の充電電流は第２の充電電流より小さくなるものとする。
【００４２】
充電電流制御回路６０により、電流検出用抵抗３に流れる充電電流に基づく電圧降下を抵抗６２、６３およびオペアンプ６１によって反転増幅させ、その出力電圧と、充電電流設定回路７０によって設定された充電電流値に対応する設定電圧値（設定充電信号）との差を電圧比較器として機能するオペアンプ６５によって増幅し、充電帰還信号伝達手段５を介してＰＷＭ制御ＩＣ２３に帰還をかけてＭＯＳＦＥＴ２２のスイッチング動作を制御する。すなわち、ＭＯＳＦＥＴ２２は、電流検出用抵抗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、整流平滑回路３０は、所定の充電電流に対応する直流電圧に平滑し、電池パック２の充電電流を充電電流設定回路７０によって設定した所定電流に保持する。言い換えれば、電流検出用抵抗３、充電電流制御回路６０、充電帰還信号伝達手段５、スイッチング回路２０および整流平滑回路３０は、充電電流設定回路７０によって設定された設定充電電流値となるように電池パック２に流れる充電電流を制御する。
【００４３】
充電電圧制御回路１００は、充電電圧制御手段であり、抵抗１０１、１０３、１０５〜１０８、ポテンショメータ１０２、コンデンサ１０４、シャントレギュレータ１１６、整流ダイオード１１７、ＦＥＴ１１８から構成される。充電電圧は、抵抗１０１、ポテンショメータ１０２の直列抵抗と、抵抗１０５及び抵抗１０６との分圧値がシャントレギュレータ１１６の基準値となるように定められる。例えば、抵抗１０１、ポテンショメータ１０２の直列抵抗と、抵抗１０５とで定められる値は４セルのリチウムイオン電池を充電するための値、抵抗１０５と抵抗１０６の並列抵抗（ＦＥＴ１１８をオンさせることによる並列抵抗）とで定められる値は５セルのリチウムイオン電池を充電するための値と定める。
【００４４】
表示回路１１０は、電池パック２の充電状態を表示するための表示手段で、赤色ＬＥＤ（Ｒ）および緑色ＬＥＤ（Ｇ）から成るＬＥＤ１１１と、各ＬＥＤの電流制限抵抗１１２、１１３とから構成される。本実施例によれば、マイコン５０の出力ポート５１ａより抵抗１１２にハイ信号を出力すると、赤色ＬＥＤ（Ｒ）が点灯して充電前の状態を表示し、マイコン５０の出力ポート５１ａより抵抗１１３にハイ信号を出力すると、緑色ＬＥＤ（Ｇ）が点灯して充電終了後の状態を表示する。さらに、マイコン５０の両出力ポート５１ａより抵抗１１２および抵抗１１３にハイ信号を出力すると、赤色ＬＥＤ（Ｒ）および緑色ＬＥＤ（Ｇ）が同時点灯するので、表示回路１１０は橙色として点灯して充電中であることを表示する。
【００４５】
以上の構成により、直列接続される電池セル列のセル数が同じセル数の電池パックであっても、その電池セルが１８６５０サイズか１４５００サイズかの違いに従って電池寿命から見て適切な充電を行うことができる。例えば、１４５００サイズの場合、マイコン５０の出力ポート５１ｂより抵抗７３の入力端子へロー信号を供給することによって充電電流制御回路６０の充電電流を小さく設定することができる。
【００４６】
次に図２を用いて、１８６５０サイズの電池セルと、１４５００サイズの電池セルの充電特性の違いについて説明する。本グラフは横軸が経過時間（単位ｍｉｎ）で、縦軸が電圧（単位Ｖ）・温度（単位℃）・電流（単位Ａ）である。充電対象は１８６５０の単セルと、１４５００の単セルとするが、複数の電池セルを直列に接続した電池パックでも同様のグラフとなる。ここで１８６５０サイズの電池セルを充電する場合には、時間０から時間ｔ１まで定電流制御にて充電を行い、電池電圧が所定値Ｖｍか電池温度が所定値Ｔｍに到達したら、時間ｔ２で定電流充電から定電圧充電に切り替えて充電を行う。そして、時間ｔ３にて充電電流が充電終端電流ＩＥ以下に到達したら充電を終了させる。通常の充電においては、電池容量が大きい方の電池セル、即ち１８６５０サイズの電池セルに合わせた充電電流Ｉ１にて充電を開始する。ここで、１８６５０サイズの電池セルを充電する充電装置においてそのまま１４５００サイズの電池セルを充電すると、時間０〜時間ｔ１の間において、１８６５０サイズの電池セルの電池温度１６１に比べて、１４５００サイズの電池セルの電池温度１６２のように、特に矢印１６２ａに示すように急激に上昇してしまう。また、電池電圧に関しても、１８６５０サイズの電池セルの電池電圧１７１に比べて、１４５００サイズの電池電圧１７２の矢印１７２ａのように急激に上昇してしまう。時間ｔ１以降も充電電圧をＩ１のまま充電すると、さらなる電池電圧の上昇及び電池温度の上昇が起こってしまう。これは、サイズが小さい１４５００サイズの電池セルの方が、サイズが大きい１８６５０サイズの電池セルより内部抵抗が大きいためである。そのため、同じ充電電流Ｉ１にて充電を行った場合に電池電圧の上昇及び電池温度の変化（上昇）が大きくなってしまう。
【００４７】
本実施例では、充電開始から所定時間ｔ１経過後（初期充電経過後）に、点線１５２に示すように充電電流を１４５００サイズの電池セルに適合したＩ２に切り替えて充電を継続するようにした。時間ｔ１において充電電流をＩ１からＩ２に低下させると、その瞬間に電池電圧１７２ｂは低下するが再び上昇を続け時間ｔ２で定電流充電の終端電圧Ｖｍに到達する。一方、電池温度１６２は上昇カーブが低下するものの徐々に上昇していく。時間ｔ２において終端電圧Ｖｍ又は終端温度Ｔｍに到達したら、定電圧制御に切り替えるが、その際の充電電圧はＶｍであって１８６５０サイズの電池セルも１４５００サイズの電池セルも同様である。また、充電終端電流ＩＥも１８６５０サイズの電池セルと１４５００サイズの電池セルで同様の値で良い。但し、この終端電圧Ｖｍ又は終端温度Ｔｍは、電池パック２内に収容される電池セルの特性によって最適な値を設定するのが好ましい。また、充電終止電流ＩＥは、充電電流の変更に応じて変更するようにしても良い。このように充電開始後の所定時間内に、電池セルが１８６５０サイズか１４５００サイズかを識別することによって時間ｔ１〜ｔ２間の定電流制御での電流値の設定を変えるので、電池セルに合わせた最適な充電制御を行うことができる。
【００４８】
次に、本実施例に係る充電装置によって定電流・定電圧充電を行う場合の動作フローチャートについて図３を参照して説明する。本実施例の制御では、電池パック２に含まれる電池セルの本数又は定格電圧に関して、判別用抵抗７あるいは電池電圧検出回路９０からの信号によりマイコン５０は判別できるものの、電池パック２に含まれる電池セルが１８６５０サイズか１４５００サイズかが不明な場合の充電制御例である。充電装置２００は、充電を開始して所定時間経過した後の、電池温度勾配あるいは電池電圧勾配が所定値以上である場合は、１４５００サイズの電池と判定し、所定値以下である場合は１８６５０サイズの電池であると判別し、それぞれ最適な充電を行う。
【００４９】
充電装置２００は時間０にて充電電流Ｉ１で充電を開始し、マイコン５０はその際の電池温度（１６１、１６２）、電池電圧（１７１、１７２）の上昇度合いを監視する。その際、矢印１７２ａの時点（時間ｔ１）において電池温度の上昇傾きが大きいと判断した場合、或いは、電池電圧の上昇傾きが大きいと判断したら充電電流をＩ１からＩ２に減少させる。時間ｔ２において電池電圧が所定値Ｖｍに達すると定電流制御から定電圧制御に切り替え、充電電流が充電終端電流ＩＥに達した時間ｔ３にて充電を終了させる。以下、具体的な動作フローを説明する。
【００５０】
図３は本発明の第１の実施例に係る充電装置によって定電流・定電圧充電を行う動作フローチャートである。まず、充電装置の図示しない電源コードが商用電源のコンセントに接続されると、充電するための電池パック２が充電装置に装着されたか否かを判別する（ステップ１８１）。ここで電池パック２が装着される前においては表示回路１１０の赤色ＬＥＤ（Ｒ）が点灯して充電前の状態を表示する。充電装置に電池パック２が装着されたか否かは、マイコン５０が電池温度検出回路８０、電池電圧検出回路９０の出力を用いて判別できる。
【００５１】
電池パック２が装着されたと判別した場合（ＹＥＳの場合）、電池種判別抵抗９によって直列接続される電池セル数の判別を行う（ステップ１８２）。なお、電池パック２にセル数の判別用抵抗７が設けられていない場合には、電池電圧検出回路９０の出力となる電池電圧を単位電池セル当たりの電圧（例えば３．６Ｖ）で除算すればセル数を判別することができる。次に、充電電圧制御回路１００によって電池セル数（電池電圧）に対応した充電電圧を設定する（ステップ１８３）。
【００５２】
次にステップ１８４において、充電電流をＩ１に設定して電流充電を開始する。次に、マイコン５０は、電池電圧を検出すると共に電池温度を検出する（ステップ１８６、１８７）。そして再びステップ１８６に戻り、所定時間が経過するまで、電池電圧と電池温度の検出を繰り返す。ステップ１８８において所定時間が検出したら、即ち後続のステップ１８９、１９０を実行するインターバル時間が経過したら、検出された複数の電池温度測定値から電池温度勾配を求め、その電池温度勾配が所定値以上であるかを検出する（ステップ１８９）。また、検出された複数の電池電圧測定値から電池電圧勾配を求め、その電池電圧勾配が所定値以上であるかを検出する（ステップ１９０）。ここで、電池温度勾配又は電池電圧勾配が所定値以上であるというのは、電池セルの内部抵抗が大きいことによって図２の矢印１６２ａのように温度上昇（傾き）が大きい、又は図２の矢印１７２ａのように電圧上昇（傾き）が大きいという意味であるので、ステップ１９２に移動して、電池パック２に含まれる電池セルが１４５００サイズであると判定して、定電圧充電電流をＩ２にセットしステップ１９４に進む（ステップ１９３）。なお、ステップ１８９と１９０の処理を逆にしても良い。
【００５３】
次に、マイコン５０は電池パック２の電圧が定電圧充電に切り替える閾値（Ｖｍ）に到達したかを判定し、到達していなければステップ閾値に到達するまで設定した充電電流で定電流充電を継続する（ステップ１９４）。ステップ１９４で閾値（Ｖｍ）に到達したと判定されたら、電圧Ｖｍでの定電圧充電に切り替えて充電を行う。次に、充電電流が充電終端電流ＩＥに到達したかを判定し、到達していなければそのまま定電圧充電を継続し、到達していたら充電を終了させる（ステップ１９６、１９７）。その後、ステップ１９８において、電池パック２が充電装置２００から取り出された否かを判断し、取り外された場合はステップ１８１に戻る。
【００５４】
以上、第１の実施例によれば、充電を開始して所定時間経過した後の、電池温度勾配又は電池電圧勾配が所定値以上である場合は、１４５００サイズの電池、所定値以下である場合は１８６５０サイズの電池であると判別し、それぞれ最適な充電を行うことができる。電池セルのサイズの違いによって内部抵抗が異なり、この内部抵抗を利用して電池セルのサイズを判別することができるため、電池パックが判別用抵抗を備えていなくても最適な充電を行うことができる。すなわち、電池種判別抵抗９（判別用抵抗７）を設けなくても電池電圧からセル数を判別できると共に電池セルの内部抵抗の違いから電池セルのサイズを判別できるため、部品点数を増加させることなく電池パック（電池セル）に最適な充電電流を設定することができ、電池セルの寿命低下を抑制することができる。
【実施例２】
【００５５】
次に、電池パック２が判別用抵抗７を備えている場合の充電装置による定電流・定電圧充電を行う場合の動作フローチャートについて図４を参照して説明する。このフローチャートで説明する手順は、マイコン５０（図１参照）がコンピュータプログラムを実行することにより実現することができる。この制御手順では、電池パック２に含まれる判別用抵抗７の出力である判別端子からの出力を用いて、電池パック２に収容される電池サイズが１８６５０か１４５００かをマイコン５０が判別し、最適な充電制御を行うものである。
【００５６】
まず、充電装置の図示しない電源コードが商用電源のコンセントに接続されると、充電するための電池パック２が充電装置に装着されたか否かを判別する（ステップ２０１）。ここで電池パック２が装着される前においては表示回路１１０の赤色ＬＥＤ（Ｒ）が点灯して充電前の状態を表示する。充電装置に電池パック２が装着されたか否かは、マイコン５０が電池温度検出回路８０、電池種判別抵抗９、電池電圧検出回路９０の出力を用いて判別できる。
【００５７】
ステップ２０１において電池パック２が装着されたと判別した場合（ＹＥＳの場合）、電池種判別抵抗９によって直列接続される電池セル数の判別を行う（ステップ２０２）。次に、充電電圧制御回路１００によって直列接続される電池セル数に対応した充電電圧を設定する（ステップ２０３）。本実施例においては、電池セル数が４セルと５セルの電池パックとして説明するが、例えば直列接続された電池セル数が、１セル、２セル、３セル、４セルおよび５セル、又はそれ以上のリチウムイオン電池パックを充電できるようにしても良く、この場合は充電電圧制御回路１００で複数の充電電圧を設定できるようにすれば良い。次のステップ２０４において、電池種判別抵抗９によって電池パック２に含まれる電池セルが、１８６５０の電池であるか否かを判定する。
【００５８】
本実施例の充電装置で充電できる電池パック２は、１８６５０サイズの電池から構成される電池セルと、１４５００サイズの電池から構成される電池セルの２種類がある。電池種判別抵抗９による判別は、電池に設けられた判別用抵抗７の値に対応する。例えば、判別用抵抗７の値がＲａという値であれば、２セルの１８６５０サイズの電池パック（一般に、２Ｓ２Ｐタイプと称するもの）、Ｒｂという値であれば、２セルの１４５００サイズの電池パック（一般に、２Ｓ１Ｐタイプと称するもの）、Ｒｃという値であれば、３セルの１８６５０サイズの電池パック（３Ｓ２Ｐタイプ）、Ｒｄという値であれば、３セルの１４５００サイズの電池パック（３Ｓ１Ｐタイプ）、Ｒｅという値であれば、４セルの１８６５０サイズの電池パック（４Ｓ２Ｐタイプ）、Ｒｆという値であれば、４セルの１４５００サイズの電池パック（４Ｓ１Ｐタイプ）、Ｒｇという値であれば、５セルの１８６５０サイズの電池パック（５Ｓ２Ｐタイプ）、Ｒｈという値であれば、５セルの１４５００サイズの電池パック（５Ｓ１Ｐタイプ）といったそれぞれの値に応じて判別を行う。本実施例では電池パック２に含まれる電池セルの種類が１８６５０サイズと１４５００サイズの２種類が存在するものとして、これらを判別しているが、電池パック２に用いられる電池セルのタイプ、サイズはこれだけに限られずにその他のものであっても良い。なお、上記したＳは電池セルの直列接続数、Ｐは電池セルの並列接続数を意味する。
【００５９】
ステップ２０４において、電池パック２で用いられる電池セルが１８６５０サイズの場合は、充電電流をＩ１に設定して電流充電を開始し（ステップ２０５、２０７）、電池セルが１４５００サイズの場合は、充電電流をＩ２に設定して電流充電を開始する（ステップ２０６、２０７）。つまり、１４５００サイズの電池パックは、１８６５０サイズの電池パックに比べて許容できる電流値が通常約半分となるので、それに合わせて充電電流を充電当初からＩ２に変更する。すなわち、電池パックのサイズに応じて充電開始前に充電電流を設定するため、図２の所定時間（ｔ０〜ｔ１）で既に電池パックに応じて充電電流にて充電されることになる。次にステップ２０７において、マイコン５０の出力ポート５１ａからホトカプラ４へ充電を開始すべくロー信号を出力し、ＰＷＭ制御ＩＣ２３を稼働状態にする。これにより充電が開始される。また、マイコン５０の出力ポート５１ａから表示回路１１０へハイ信号を出力してＬＥＤ１１１を橙色に点灯し、充電中であることを表示する。
【００６０】
ステップ２０７において、充電開始後は、電流検出用抵抗３によって検出された電位をオペアンプ６５によって反転増幅し、マイコン５０のＡ／Ｄポート５２に取込むことにより充電電流を監視する。定電流充電に伴い電池パック２の充電電圧が上昇して定電圧充電区間（例えば、充電電圧（電池電圧）が４．１０Ｖ）に達すると、定電流充電から定電圧充電に切替わり、充電電流は定電流値より下降するが、充電電流がある所定値以下に減少したか否かを検出し、満充電となったか否かを判別する。時間ｔ３において充電電流が減少して所定値以下となって満充電と判別した後は、出力ポート５１ａにおけるホトカプラ４に連なるポートからハイ信号を出力し、ＰＷＭ制御ＩＣ２３を停止状態にする（ステップ２０９）。同時に、マイコン５０の出力ポート５１ａより表示回路１１０の抵抗１１３にハイ信号を出力して緑色ＬＥＤ（Ｇ）を点灯させ、充電終了後の状態を表示する。その後、ステップ２１０において、電池パック２が充電装置２００から取り出された否かを判断し、電池パック２が充電装置２００から取り外された場合（ＹＥＳの場合）、ステップ２０１に戻る。
【００６１】
以上、本実施例によれば、１８６５０サイズの電池セルと、１４５００サイズの電池セルとで、それぞれに異なる判別素子（判別用抵抗７）を設け、判別素子の違いを充電装置２００側で判別し、その結果に基づき、最適な充電制御を行う。これにより、１４５００サイズの電池と、１８５００サイズの電池の両方を最適に充電できる充電装置２００を提供することができ、コードレスタイプの電動工具のように過酷な負荷電流で用いられる電池パックの充電電流を、１８６５０サイズに比較して下げることによって寿命を著しく向上させることができる。また、充電開始前に最適な充電電流に設定することができるため、最適な充電電流で充電初期から充電することができ、電池セルの寿命低下を抑制することができる。
【実施例３】
【００６２】
次に図５を用いて、１４５００サイズの電池セルの単位を並列接続として場合（２パラ）と、直列接続（１パラ）の場合の充電特性の違いについて説明する。１４５００サイズの電池セルを並列接続した場合には、１８６５０サイズの電池セルと同じような特性を示す。即ち、１４５００サイズの電池セルの直列接続（１パラ）の場合は、充電電流を点線２５２に示すように最初電流Ｉ１で充電して所定時間経過後にＩ２に切り替えると、電池電圧は点線２７２のように上昇して、電池温度は点線２６２のようになる。この電池セルを並列接続した場合は、所定時間における電流Ｉ１で充電を開始しても、電池電圧は実線２７１のように上昇度合いが緩やかであり、電池温度も実線２６１ように緩やかな上昇カーブとなり、定電流充電電流Ｉ１を変更せずに充電を継続することができる。そこで、第３の実施例では、電池パック２に含まれる電池サイズが１８６５０サイズか１４５００サイズかだけでなく、１４５００サイズの場合に直列接続（１パラ）か並列接続（２パラ以上）かを判別して、その判別結果に合わせた充電電流を設定するように構成した。
【００６３】
判別用抵抗（判別素子）７を備えていない電池パック２の場合には、第１の実施例（図３）と同様に、電池電圧検出回路９０によりセル数を判別して出力電圧を設定し（ステップ１８２、１８３）、充電電流をＩ１として充電を開始する（ステップ１８４、１８５）。充電開始後に、電池電圧と電池温度を検出し（ステップ１８６、１８７）、充電開始後の所定時間（ｔ０〜ｔ１）経過後に、電池電圧又は電池温度の上昇が所定値以上か否かを判断する（ステップ１８９、１９０）。電池電圧勾配又は電池温度勾配が所定値以上であった場合には１パラ接続の電池パックと判別して充電電流を変更している（ステップ１９２、１９３）。ステップ１９０において、２パラ接続の電池パックの場合、電池セルの内部抵抗が並列接続されておりその抵抗値が半分となるため、電池電圧や電池温度の上昇が緩やかとなる。そのため、２パラ接続と１パラ接続の電池パックを判別することができる。よって、２パラ接続の電池パックの場合、初期充電電流Ｉ１で充電を継続しても充電特性（電池電圧勾配、電池温度勾配）が異常（異常勾配）とならないため、電池セルの寿命低下を引き起こすことはない。なお、定電圧制御及び満充電制御は第１の実施例と同じであるため省略する。
【実施例４】
【００６４】
一方、図６は、判別用抵抗７を備えた電池パック２における本発明の第４の実施例に係る充電装置によって定電流・定電圧充電を行う動作フローチャートである。まず、充電装置の図示しない電源コードが商用電源のコンセントに接続されると、充電するための電池パック２が充電装置に装着されたか否かを判別する（ステップ３０１）。ステップ３０１において電池パック２が装着されたと判別した場合（ＹＥＳの場合）、電池種判別抵抗９によって直列・並列接続される電池セル数の判別を行う（ステップ３０２）。次に、充電電圧制御回路１００によって電池セル数に対応した充電電圧を設定する（ステップ３０３）。
【００６５】
ステップ３０４において、電池パック２で用いられる電池セルが１４５００サイズの２パラ場合は、充電電流をＩ１に設定して電流充電を開始し（ステップ３０５、３０７）、電池セルが１パラの場合は、充電電流をＩ２に設定して電流充電を開始する（ステップ３０６、３０７）。つまり、同じ１４５００サイズの電池パックの充電であっても、１パラか２パラかに合わせて充電電流を変更する。図５において、充電初期の所定時間（ｔ０〜ｔ１）の区間は不要となり、充電初期からパラ次にステップ３０７において、定電流充電後に定電圧充電に切り替えて、充電電流がある所定値以下に減少したら満充電として充電を終了する（ステップ３０８、３０９）。その後、ステップ３１０において、電池パック２が充電装置２００から取り出された否かを判断し、電池パック２が充電装置２００から取り外された場合（ＹＥＳの場合）、ステップ３０１に戻る。
【００６６】
以上、第４の実施例によれば、１パラ接続の電池セルと、２パラ接続の電池セルとで、それぞれに異なる判別素子（判別用抵抗７）を設け、判別素子の違いを充電装置２００側で判別し、その結果に基づき、最適な充電制御を行う。これにより、同じ電圧であっても電池セルの配列が異なる電池パック２を最適に充電できる充電装置２００を提供することができる。また、第２の実施例と同様に、判別素子によって電池の種類（電池セルの直列・並列接続数）を判別するため、充電開始前に充電電流を設定することができ、最適な充電電流で充電初期から充電することができる。
【実施例５】
【００６７】
次に、図７及び図８を用いて本発明の第５の実施例に係る定電流・定電圧充電について説明する。図７は、本発明の第５の実施例に係る充電装置によって充電を行う場合の充電電流と、電池電圧及び電池温度との関係を示す図である。横軸は時間（ｍｉｎ）であり、縦軸はその時間の時の電池電圧（Ｖ）、電池温度（℃）、充電電流（Ａ）である。第５の実施例の制御では、電池パック２に含まれる電池セルの本数又は定格電圧に関してマイコン５０は判別できるものの、電池パック２に含まれる電池セルが１８６５０サイズか１４５００サイズか、又は、１４５００サイズの１パラ接続か、２パラ接続かが不明な場合の充電制御例である。充電装置２００は、充電を開始して所定時間経過した後の、電池温度勾配または電池電圧勾配が所定値以上である場合は、１４５００サイズの電池と判定し、所定値以下である場合は１８６５０サイズの電池（又は１４５００サイズの２パラ接続）であると判別し、それぞれ最適な充電を行う。
【００６８】
充電装置２００は時間０にて充電電流Ｉ１で充電を開始し、マイコン５０はその際の電池電圧３９１の上昇度合いを監視する。その際、矢印３９１ａの時点（時間ｔ１１）において電池電圧３９１の上昇傾きが大きいと判断したら充電電流をＩ１からＩ２に減少させる。次に、マイコン５０は電池電圧の傾きが矢印３９１ｂのように小さい場合は時間ｔ１２において再び充電電流をＩ１に戻す。しかしながら、この後、矢印３９１ｃの時点（時間ｔ１３）において電池電圧３９１の上昇傾きが大きいと判断したら充電電流をＩ１からＩ２に減少させる。このように充電電流をＩ１とＩ２で交互に変更しながら定電流充電を行い、時間ｔ１６にて、定電圧充電に切り替え、所定の充電電流以下になった時間ｔ１７にて充電を終了させる。なお、電池電圧勾配のみではなく電池温度勾配又は両方に応じて充電電流を切り替えても良い。
【００６９】
図８は本発明の第５の実施例に係る充電装置によって定電流・定電圧充電を行う動作フローチャートである。まず、充電装置の図示しない電源コードが商用電源のコンセントに接続されると、充電するための電池パック２が充電装置に装着されたか否かを判別する（ステップ４０１）。電池パック２が装着されたと判別した場合（ＹＥＳの場合）、電池種判別抵抗９によって直列接続される電池セル数の判別を行う（ステップ４０２）。次に、充電電圧制御回路１００によって並列接続される電池セル数に対応した充電電圧を設定する（ステップ４０３）。なお、電池種判別抵抗９はセル数を判別するものとし、この抵抗９では電池セルのサイズ、並列接続数が判別できないものとする。この判別は電池電圧勾配又は電池温度勾配から判別する。
【００７０】
次にステップ４０４において、充電電流をＩ１に設定して電流充電を開始する。次に、マイコン５０は、電池電圧を検出すると共に電池温度を検出する（ステップ４０６、４０７）。そして再びステップ４０６に戻り、所定時間が経過するまで、電池電圧と電池温度の検出を繰り返す。ステップ４０８において所定時間が検出したら、即ち後続のステップ４０９、４１０を実行するインターバル時間が経過したら、検出された複数の電池温度測定値から電池温度勾配を求め、その電池温度勾配が所定値以上であるかを検出する（ステップ４０９）。また、検出された複数の電池電圧測定値から電池電圧勾配を求め、その電池電圧勾配が所定値以上であるかを検出する（ステップ４１０）。ここで、電池電圧勾配が所定値以上であるというのは、図７の矢印３９１ａのように電圧上昇が大きいという意味であるので、ステップ４１２に移動して、電池パック２に含まれる電池セルが１４５００サイズである、又は、１４５００サイズの１パラであると判定して、定電圧充電電流をＩ２にセットしステップ４１４に進む（ステップ４１３）。また、電池温度勾配についても同様に、温度上昇が所定値以上のときは温度上昇が大きい場合であるため、充電電流をＩ２にセットしステップ４１４に進む（ステップ４１３）。
【００７１】
次に、マイコン５０は電池パック２の電圧が定電圧充電に切り替える閾値（Ｖｍ）に到達したかを判定し、到達していなければステップ４０６に戻る（ステップ４１４）。ステップ４１４で閾値（Ｖｍ）に到達したと判定されたら、電圧Ｖｍでの定電圧充電に切り替えて充電を行う。次に、充電電流が充電終端電流ＩＥに到達したかを判定し、到達していなければそのまま定電圧充電を継続し、到達していたら充電を終了させる（ステップ４１６、４１７）。その後、ステップ４１８において、電池パック２が充電装置２００から取り出された否かを判断し、取り外された場合はステップ４０１に戻る。
【００７２】
以上、第５の実施例によれば、充電を開始して所定時間経過した後の、電池温度勾配又は電池電圧勾配が所定値以上である場合は、１４５００サイズの電池、所定値以下である場合は１８６５０サイズの電池又は１４５００サイズの電池の並列接続であると判別し、それぞれ最適な充電を行うことができる。また、第５の実施例によれば、定電流充電制御を行っている区間（時間ｔ１６まで）は常に電池電圧勾配又は電池温度勾配と所定値との比較を行っている。この制御により、１４５００サイズの電池セルの場合、充電初期に一旦、充電電流をＩ１からＩ２に小さく設定するが、その後の充電特性（電池電圧勾配、電池温度勾配）に応じて充電電流をＩ２からＩ１に戻すようにしている。１８６５０サイズの電池セルの場合でも同様に、充電特性に応じて充電電流を制御している。すなわち、充電初期には電池セルに応じて充電電流を変更するが、その後の充電中においては、電池セルのサイズ（並列接続数）にかかわらず充電特性に応じて充電電流を変更するようにしている。そのため、電池セルの劣化を抑制しながら充電時間を短縮することも可能である。
【００７３】
以上、本発明によれば、単数または複数のリチウムイオン二次電池セルを内蔵するリチウムイオン電池パックを充電するための充電装置において、電池パックに含まれる電池セルのサイズや、直列接続、並列接続に対応して適切な充電電流または充電電圧を設定できる。これにより電池パックの充放電のサイクル寿命を阻害しない充電装置を提供できる。
【００７４】
以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例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。例えば、電池セルとしてリチウムイオン二次電池を使用した場合について述べたが、電池セルの接続形態が異なるニッケル水素電池やその他の二次電池にも適用することができる。また、充電方式についても定電流・定電圧充電方式に限るものではなく、定電流充電方式の充電装置に適用することができる。さらに、電池パックの種類を示す電池種判別手段は抵抗以外の機械的または電気的な判別手段を使用することができる。例えば、電池パックの外形に電池種に対応する突出部の有無を設け、１４５００サイズの電池パックが充電装置にセットされると、充電装置側に形成された電池パック受入部の弾性体突起が引っ込み、また１８６５０サイズの場合には引っ込まないような機械的に電池種を検出する外形とすることができる。
【００７５】
また、充電装置は、２つの異なるサイズのみではなく、その他のサイズの電池セルにも適用することができる。さらに、１８６５０サイズの電池セルが劣化した場合、充電初期の電池電圧勾配や電池温度勾配が正常セルよりも急になり、１４５００サイズの電池セルと同様の充電挙動となる場合がある。従って、判別素子がなく、充電特性（電池電圧勾配、電池温度勾配）から電池セルの種類を判別する場合、１４５００サイズの電池セルと劣化セルを判別することは難しい。しかしながら、劣化した電池セルは大電流で充電を継続してしまうと電池セルが破損し易いため、充電電流を小さくして充電することが好ましい。すなわち、１４５００サイズの電池セルと劣化セルとを区別する必要はなく、充電初期の勾配が急であれば充電電流を小さくすることで、１４５００サイズの電池セルの劣化と劣化セルの更なる劣化を抑制することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１  交流電源（商用電源）                ２  電池パック
２ａ  電池セル                          ３  電流検出用抵抗
４  充電制御伝達手段（ホトカプラ）
５  充電帰還信号伝達手段（ホトカプラ）
６  整流平滑回路                        ６ａ  トランス
６ｂ  整流用ダイオード                  ６ｃ  平滑用コンデンサ
７  判別用抵抗                          ８  感温素子
９  電池種判別抵抗                      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
２２  ＭＯＳＦＥＴ                      
２３  ＰＷＭ制御ＩＣ（スイッチング制御ＩＣ）
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  定電圧電源回路
４１ａ、４１ｂ、４１ｃ  トランス
４２  スイッチング素子                  ４３  制御用素子
４４  整流用ダイオード                  ４５  平滑用コンデンサ
４６  ３端子レギュレータ                ４７  平滑用コンデンサ
４８  リセットＩＣ                      ５０  マイコン
５１  ＣＰＵ                            ５１ａ  出力ポート
５１ｂ  出力ポート                      ５２  Ａ／Ｄポート
５３  リセット入力ポート                ６０  充電電流制御回路
６１、６５  オペアンプ
６２、６３、６４、６６、６７  抵抗      ６８  ダイオード
７０  充電電流設定回路                  ７１〜７３  抵抗
８０  電池温度検出回路                  ８１、８２  検出用抵抗
９０  電池電圧検出回路                  ９１、９２  検出用抵抗
１００  充電電圧制御回路
１０１〜１０３、１０５〜１０８  抵抗
１０２  ポテンショメータ                １０４  コンデンサ
１１０  （充電状態）表示回路            １１１  表示手段（ＬＥＤ）
１１２、１１３  電流制限抵抗          
１１４、１１５、１１６、１１７、１１９  抵抗
１１６  シャントレギュレータ            １１７  整流ダイオード
１１８  ＦＥＴ                          １２０  抵抗
１２１  ダイオード                      １２２  シャントレギュレータ
１４０  充電電源回路                    １６１、１６２  電池温度
１７２  電池電圧                        ２００  充電装置
３９１  電池電圧                        ＩＥ  充電終端電流
Ｔｍ  所定値（終端温度）                      Ｖｍ  所定値（終端電圧）
【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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