(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、過放電時に電流経路を遮断する遮断部が設けられた電池パックを充電する場合であっても電池電圧を確実に検出できる充電装置を提供することである。【解決手段】  電池セル２ａの過放電状態を検出する過放電検出部２ｂと、過放電検出部において過放電が検出された場合に電池セルの電流経路を遮断する遮断部２ｄと、を備えた電池パック２を充電するための充電装置であって、電池パックの充電電流を制御する充電電流制御部７０と、電池パックの電池電圧を検出する電池電圧検出部９０と、を備え、充電電流制御部７０で設定した第一の所定電流Ｉ２で所定時間Ｔ１充電し、所定時間経過後に電池電圧検出部で検出した電池電圧が所定値以Ｖ１下の場合に充電を停止するようにした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の過放電状態を検出する過放電検出部と、該過放電検出部において前記二次電池の電圧が第一の所定値以下と検出した場合に前記二次電池の電流経路を遮断する遮断部と、を備えた電池パックを充電するための充電装置であって、
前記電池パックの充電電流を制御する充電電流制御部と、
前記電池パックの電池電圧を検出する電池電圧検出部と、を備え、
前記充電電流制御部で設定した第一の所定電流で充電し、前記電池電圧検出部で検出した電池電圧が前記第一の所定値より小さい第二の所定値以下の場合に充電を停止するようにしたことを特徴とする充電装置。
【請求項２】
前記第一の充電電流で所定時間充電し、前記所定時間経過後に前記電池電圧検出部で検出した電池電圧が所定値以下の場合に充電を停止するようにしたことを特徴とする請求項１記載の充電装置。
【請求項３】
前記充電電流設定部において、前記第一の所定電流で所定時間充電した後、前記電池電圧検出部で検出された電池電圧が前記所定値以上である場合は、前記第一の所定電流より大きい第二の所定電流で充電するようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載の充電装置。
【請求項４】
前記電池パックは、前記遮断部と並列に設けられたダイオードを備え、
前記第一の所定電流は前記ダイオードを介して流れることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の充電装置。
【請求項５】
前記遮断部は、前記電池電圧が前記所定値以上となった場合に導通状態となり、
前記第二の所定電流は前記遮断部を介して流れることを特徴とする請求項４記載の充電装置。
【請求項６】
二次電池を備える電池パックと、該電池パックを充電する充電装置を備えた充電システムであって、
前記電池パックは、
前記二次電池の過放電状態を検出する過放電検出部と、
該過放電検出部において前記二次電池の電圧が第一の所定値以下と検出した場合に前記二次電池の電流経路を遮断する遮断部と、を備え、
前記充電装置は、
前記電池パックの充電電流を制御する充電電流制御部と、
前記電池パックの電池電圧を検出する電池電圧検出部と、を備え、
前記充電電流制御部で設定した第一の所定電流で充電し、前記電池電圧検出部で検出した電池電圧が前記第一の所定値より小さい第二の所定値以下である場合に充電を停止するようにしたことを特徴とする充電システム。
【請求項７】
前記第一の充電電流で所定時間充電し、前記所定時間経過後に前記電池電圧検出部で検出した電池電圧が所定値以下である場合に充電を停止するようにしたことを特徴とする請求項６記載の充電システム。
【請求項８】
前記充電電流設定部において、前記第一の所定電流で所定時間充電した後、前記電池電圧検出部で検出された電池電圧が前記所定値以上である場合は、前記第一の所定電流より大きい第二の所定電流で充電するようにしたことを特徴とする請求項６又は７記載の充電システム。
【請求項９】
前記電池パックは、前記遮断手段と並列に設けられたダイオードを備え、
前記第一の所定電流は前記ダイオードを介して流れることを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の充電システム。
【請求項１０】
前記遮断部は、前記電池電圧が前記所定値以上となった場合に導通状態となり、
前記第二の所定電流は前記遮断部を介して流れることを特徴とする請求項９記載の充電システム。
【請求項１１】
二次電池を備えた電池パックを充電するための充電装置であって、
前記電池パックの充電電流を制御する充電電流制御部と、
前記電池パックの電池電圧を検出する電池電圧検出部と、を備え、
前記充電電流制御部で設定した第一の所定電流で初期充電し、前記電池電圧検出部で検出した電池電圧が前記電池パックの放電を停止する第一の所定値より低い第二の所定値以下の場合に充電を停止するようにしたことを特徴とする充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池を充電する充電装置及び充電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電動工具において、コードレス工具を駆動する電池として更なる高容量化、軽量化が要望されており、近年では出力密度が高いリチウムイオン電池が使用されている。
【０００３】
リチウムイオン電池は、過電圧・過放電を行なうと、電池の劣化・故障の可能性があるため、一般的には電池パック内において、専用の保護ＩＣやマイコンを設けて電池電圧を監視し、過放電・過電圧を監視し、電池電圧が所定電圧値以下または所定値以上になった場合、保護ＩＣやマイコンは異常信号を出力して充放電経路を遮断することで過放電・過電圧に対する対策が行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１１６８５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
リチウムイオン電池（電池パック）が過放電状態に陥り、電池セル内部の短絡等の不具合が生じているリチウムイオン電池をある程度の大きさの充電電流で充電してしまうと、電池セルの発熱等の不具合を生じる可能性がある。従って、電池電圧がある程度以下にまで低下した電池は、充電装置に接続された時点で、充電を行わない、或いは、小さな充電電流で充電を行い、電池電圧の上昇の様子を保護ＩＣ等で監視しながら充電することが望ましい。
しかしながら、過放電時に電流経路を遮断するスイッチング素子（例えばＦＥＴ）が設けられているような電池パックの場合、電池パックが充電装置に接続された時点で、電流経路が遮断されており、電池電圧を検出することができないという問題がある。このような充電前に電池電圧が検出できないような電池パックを、ある程度大きい充電電流で充電を行うのは発熱等が生じる可能性があり望ましくない。
そこで、本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくし、過放電時に電流経路を遮断する遮断部となるスイッチング素子（ＥＦＴ）が設けられた電池パックを充電する際に、充電初期のある所定時間、ごく小さい所定の電流値で充電を行い、所定時間経過後に電池電圧を検出し、検出された電池電圧に対応して最適な充電制御を行う充電装置を提供することである。
また、本発明の目的は、電池パックの電圧が放電を停止する電圧以下に低下した電池パックに対して最適な充電制御を行う充電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は、二次電池の過放電状態を検出する過放電検出部と、該過放電検出部において前記二次電池の電圧が第一の所定値以下と検出した場合に前記二次電池の電流経路を遮断する遮断部と、を備えた電池パックを充電するための充電装置であって、前記電池パックの充電電流を制御する充電電流制御部と、前記電池パックの電池電圧を検出する電池電圧検出部と、を備え、前記充電電流制御部で設定した第一の所定電流で充電し、前記電池電圧検出部で検出した電池電圧が前記第一の所定値より小さい第二の所定値以下の場合に充電を停止するようにしたことを特徴とする。
このような構成によれば、過放電状態となり遮断部が遮断された電池パックであっても、電池電圧を確実に検出することができ、電池の状態に応じて適切な充電制御を行うことができる。特にセル内でショート等の不具合が発生している場合の充電を防止し、発熱を抑えることができる。
また、第一の所定電流で所定時間充電し、前記所定時間経過後に前記電池電圧検出部で検出した電池電圧が所定値以下の場合に充電を停止するようにしたことを特徴とする。
このような構成によれば、所定時間の間の充電により、電池電圧が上昇したか否かをより確実に検出することができ、電池の状態を正確に判断することができる。
また、本発明は、前記充電電流設定部において、前記第一の所定電流で所定時間充電した後、前記電池電圧検出部で検出された電池電圧が前記所定値以上である場合は、前記第一の所定電流より大きい第二の所定電流で充電するようにしたことを特徴とする。
このような構成によれば、電池に異常がなかった場合に電池を正常に充電することができる。また、充電電流を初期充電電流より大きくするため、充電時間を短縮することができる。
また、本発明は、前記電池パックは前記遮断部と並列に設けられたダイオードを備え、前記第一の所定電流は前記ダイオードを介して流れることを特徴とする。
このような構成によれば、電流経路が遮断された場合でもダイオードを介して充電電流を流すことができるため、電池電圧を確実に検出することができる。
また、本発明は、前記遮断部は前記電池電圧が前記所定値以上となった場合に導通状態となり、前記第二の所定電流は前記遮断部を介して流れることを特徴とする。
このような構成によれば、電池パックの過放電状態が解除されると遮断部が導通状態となるため、期充電電流より大きな電流を流すことができ、充電時間を短縮することができる。
更に、本発明は、二次電池を備えた電池パックを充電するための充電装置であって、前記電池パックの充電電流を制御する充電電流制御部と、前記電池パックの電池電圧を検出する電池電圧検出部と、を備え、前記充電電流制御部で設定した第一の所定電流で初期充電し、前記電池電圧検出部で検出した電池電圧が前記電池パックの放電を停止する第一の所定値より低い第二の所定値以下の場合に充電を停止するようにしたことを特徴とする。
【０００７】
このような構成によれば、電池の劣化を判断することができ池状態に応じて最適な充電制御を行うことができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電池パックの電流経路が遮断された場合であっても電池電圧を確実に検出することができ、電池パックの状態に応じて適切な充電制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】遮断部となるＦＥＴが設けられた電池パックを充電装置に接続した状態を示す回路図。
【図２】遮断部となるＦＥＴが設けられていない電池パックを充電装置に接続した状態を示す回路図。
【図３】図２で示した電池パックを充電する場合のフローチャート。
【図４】図１で示した電池パックを充電する場合のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は本発明の実施の形態に係る充電装置の回路図である。図１において、１は交流電源、２は本発明の充電装置により充電される電池パックである。電池パック２は、直列接続された複数の電池セル（二次電池）２ａと、各電池セル２ａの電池電圧を監視し複数の電池セル２ａ中のひとつでも過電圧或いは過放電であると判別した場合に異常信号を出力する保護部（過放電検出部）となる保護ＩＣ２ｂと、電池セル２ａと直列に接続され遮断部となるスイッチング素子（ＦＥＴ）２ｄと、ＦＥＴ２ｄと並列に接続された寄生ダイオード２ｅと、ＦＥＴ２ｄを制御するスイッチ制御手段（ＦＥＴ制御手段）２ｃとを備える。更に、電池パック２は、電池パック２内の電池セル２ａの数、すなわち電池パックの電圧の情報を有するセル数判別抵抗７と、電池セル２ａに接近して設けられ電池セル２ａの温度を検出するサーミスタ等の感温素子８とを備える。なお、本実施の形態では、セル数が４つで定格電圧１４．４Ｖとなる。
保護ＩＣ２ｂから出力される過電圧信号は、充電装置と電池パック２間の信号端子を介して、充電装置に設けられた制御装置となるマイコン５０のＡ／Ｄポート５２に伝達される。一方、電池パック２が機器（電動工具）に接続されて使用され、電池セル２ａが過放電となった場合、保護ＩＣ２ｂから出力される過放電信号は、ＦＥＴ制御手段２ｃを介して電流経路に設けられたＦＥＴ２ｄのゲート端子に入力されてＦＥＴ２ｄの制御（オフ）を行うために用いられる。ＦＥＴ２ｄには寄生ダイオード２ｅが内蔵されている。
３は電池パック２ａに流れる充電電流を検出する電流検出手段、４は充電の開始及び停止を制御する信号を伝達する充電制御信号伝達手段、５は充電電流の信号を後述するＰＷＭ制御ＩＣ２３に帰還する充電電流信号伝達手段である。電流検出手段３は充電経路に接続された抵抗からなり、充電制御伝達信号手段４及び充電電流信号伝達手段５はフォトカプラ等からなる。６はＰＷＭ制御ＩＣの電源となる整流平滑回路で、トランス６ａ、整流ダイオード６ｂ、平滑コンデンサ６ｃから構成される。
【００１１】
電池パック２に内蔵されたセル数判別抵抗７は、セル数判別部８の抵抗と基準電圧となるＶｃｃの値を分圧する。分圧された電圧値は、マイコン５０のＡ／Ｄポート５２に入力され、マイコン５０は出力ポート５１ｂからＦＥＴ１０８を制御（オン／オフ）することにより電池パック２のセル数に対応した充電電圧を設定する。
１０は全波整流回路１１と平滑用コンデンサ１２からなる整流平滑回路であり、商用電源１の交流電圧を整流・平滑して直流電圧に変換する。２０は高周波トランス２１、ＭＯＳＦＥＴ２２、ＰＷＭ制御ＩＣ２３からなるスイッチング回路であり、ＰＷＭ制御ＩＣ２３はＭＯＳＦＥＴ２２の駆動パルス幅を変えて整流平滑回路３０の出力電圧を調整するスイッチング電源ＩＣである。
３０は整流平滑回路で、ダイオード３１、平滑用コンデンサ３２、放電用抵抗３３からなり、スイッチング回路から出力された交流電圧を整流・平滑して直流電圧を出力する。
４０はトランス４１ａ〜４１ｃ、スイッチング素子４２、制御素子４３、整流ダイオード４４、コンデンサ４５及び４７、レギュレータ４６、リセットＩＣ４８からなりマイコン５０やオペアンプ６１、６５の電源となる定電圧回路である。５０は制御手段となるマイコンで出力ポート５１ａ、５１ｂ、Ａ／Ｄ入力ポート５２、リセットポート５３から構成される。また、マイコン５０はタイマーを内蔵している。
６０はオペアンプ６１、６５、抵抗６２〜６４、６６、６７、ダイオード６８から構成される充電電流制御回路である。
７０は抵抗７１〜７３から構成される充電電流設定回路である。基準電圧Ｖｃｃを抵抗７１と抵抗７２によって分圧した値が充電電流を設定する際の基準値となる。また、抵抗７３がマイコン５０の出力ポート５１ｂに接続されており、抵抗７３が接続されている出力ポート５１ｂからロー信号を出力することによって抵抗７２と抵抗７３が並列に接続されることで、充電電流を設定する際の基準値を変化させ充電電流を変化させることができる。例えば、抵抗７３に連なる出力ポート５１ｂから出力信号を出力させない場合は、基準電圧Ｖｃｃの値を抵抗７１と抵抗７２で分圧した値が充電電流を設定するための基準値となる。このときの充電電流はＩ１である。抵抗７３に接続されている出力ポート５１ｂからロー信号を出力した場合は、抵抗７１と、抵抗７２と抵抗７３の並列抵抗によって分圧された値が充電電流を設定する際の基準値となる。このときの充電電流はＩ２である（Ｉ１＞Ｉ２）。なお、充電電流制御回路６０、充電電流設定回路７０は本発明の充電電流制御部に相当する。
８０は抵抗８１及び抵抗８２から構成される電池温度検出回路である。基準電圧Ｖｃｃは感温素子８と抵抗８２の並列抵抗と、抵抗８１によって分圧され、その分圧値がマイコン５０のＡ／Ｄポート５２に電池温度情報として入力される。
８０は抵抗８１及び抵抗８２から構成される電池電圧検出回路である。電池電圧は抵抗８１及び８２によって分圧され、その分圧値がマイコン５０のＡ／Ｄポート５２に電池電圧情報として入力される。
１００は充電電圧制御回路（定電圧制御回路）であり、抵抗１０１、１０３、１０５〜１０８、１１０と、ポテンショメータ１０２と、コンデンサ１０４と、ＦＥＴ１０８と、整流ダイオード１１１と、シャントレギュレータ１１２から構成される。充電電圧は、抵抗１０１とポテンショメータ１０２の直列抵抗と、抵抗１０５及び抵抗１０６の並列抵抗との分圧値がシャントレギュレータ１１２の基準値となるように設定される。例えば、抵抗１０１とポテンショメータ１０２の直列抵抗と、抵抗１０５とで設定される値は、４セルのリチウムイオン電池を充電するための充電電圧とし、抵抗１０５と抵抗１０６の並列抵抗（ＦＥＴ１０８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充電電圧として設定することができる。
１２０はＬＥＤ１２１、抵抗１２２及び１２３から構成され充電状態を表示するための表示手段である。ＬＥＤ１２１は赤、緑、橙の３色を発色できるように構成されている。赤は充電前、橙は充電中、緑は充電終了を表す。なお、各ＬＥＤの点灯、点滅により充電状態を表示してもよい。
本発明の充電装置の充電方法を図４のフローチャートを用いて説明する。
まず、ユーザが電源を投入（電源プラグを商用電源１に接続）するとマイコン５０は出力ポート５１ａ及び５２ｂを初期セットする。次に、表示手段１２０において充電前であることを表示する。本実施の形態においては、表示手段１２０の抵抗１２２に連なるマイコン５０の出力ポート５１ａからハイ信号を出力し、表示手段１２０を赤点灯させることにより充電前であることを表示する（ステップ４０１）。
次に、電池パック２が充電装置に接続されたか否かを判断する（ステップ４０２）。電池パック２の充電装置への接続は、例えば、電池温度検出回路８０を介して入力されるマイコン５０のＡ／Ｄポート５２の値に変化があった場合に電池パック２が接続されたと判断すればよい。また、ステップ４０２における電池パック２の実装判断時に、セル数判別抵抗８を介して入力されるマイコン５０のＡ／Ｄポート５２の値より電池パック２に内蔵されたセル数を判別し、判別したセル数に応じて充電電圧制御回路１００の出力電圧を設定する。
出力電圧は、抵抗１０１とポテンショメータ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１１２の基準値となるように設定される。本実施の形態においては、例えば、抵抗１０１とポテンショメータ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電圧値とし、抵抗１０１とポテンショメータ１０２の直列抵抗と、抵抗１０５と抵抗１０６の並列抵抗（マイコン５０の出力ポート５１ｂより信号を出力することによりＦＥＴ１０９をオンさせた場合）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電圧値として定める。
続いて、充電を開始するが、充電中であることをユーザに示すため、表示手段１２０において表示する。本実施の形態においては、表示手段１２０の抵抗１２２と抵抗１２３に連なるマイコン５０の出力ポート５１ａからハイ信号を出力し、緑及び赤のＬＥＤを同時に点灯させて橙点灯させることにより充電中であることを表示する（ステップ４０３）。
次に、充電電流制御部（充電電流制御回路６０、充電電流設定回路７０）により、充電電流を所定値Ｉ２、例えば１．０Ａに設定する。具体的には、充電電流設定回路７０の抵抗７３に連なる出力ポート５２からロー信号を出力することにより、基準電圧Ｖｃｃを抵抗７１と抵抗７２及び抵抗７３の合成抵抗とにより分圧した値を設定電流Ｉ２として充電電流制御回路６０のオペアンプ６５に入力し、充電電流がＩ２になるように制御する。そして、出力ポート５１ａにおけるフォトカプラ４に連なるポートからロー信号を出力し、ＰＷＭ制御ＩＣ２３を動作させることによって充電を開始する（ステップ４０４）。
次に、充電開始から所定時間Ｔ１が経過したか否かを判断する（ステップ４０５）。時間はマイコン５０に内蔵されたタイマーにより計測する。図１に示すように、電流遮断手段であるＦＥＴが電池パック２内に設けられている場合、過放電時にはＦＥＴが遮断されているため、電池電圧を検出することができない。そこで、極小さな電流Ｉ２（１．０Ａ）を電池セル２ａに流すことにより、ＦＥＴ２ｄに内蔵され寄生ダイオード２ｅを介して電池パック２の電池電圧を検出することができる。所定時間Ｔ１は極小さい電流（所定値Ｉ２）を極短い時間Ｔ１だけ流すことにより充電開始時の電池電圧を検出するための時間であり、本実施の形態においては３秒と定める。なお、この時間Ｔ１はこれに限るものではなく適宜定めてよい。
所定時間Ｔ１を経過したら充電初期の電池電圧を電池電圧検出回路９０によって検出し（ステップ４０６）、電池電圧が所定値Ｖ１以上であるか否かを判断する（ステップ４０７）。所定値Ｖ１は電池セル２ａが過放電であるか否かを判断する閾値であり、本実施の形態においては閾値Ｖ１を０．５Ｖ／セル（４セルの場合には電池パック電圧が２．０Ｖ）と定める。なお、この値はこれに限るものではなく適宜定めてよい。
ここで、電池パック２が機器（電動工具）に接続されて放電する場合、保護ＩＣ２ｂにより各セル電圧を監視している。各セルの内、１つでも所定の電圧（例えば２．０Ｖ／セルであり、４セルの電池パック２の場合、電池電圧が８．０Ｖ）以下に低下すると、これ以上、放電を継続させないために放電経路（ＦＥＴ２ｄ）を遮断している。一旦放電経路を遮断すると電池電圧は回復するため、保護ＩＣ２ｂがＦＥＴ２ｄの遮断状態を解除（通電状態）することで、再度、放電することが可能となる。この時の所定の電圧（２．０Ｖ／セル）が本発明の第一の所定値であり、少なくとも保護ＩＣ２ｂを駆動できる程度の電圧で、電池セルが劣化しないように極度の過放電閾値より大きい電圧であり余裕をもって設定されている。
一方で、長時間使用していない電池パック２は、電圧が所定の電圧（２．０／Ｖ）より更に低下し、保護ＩＣ２ｂを駆動できない電圧（０Ｖ近く）にまで低下してしまう極度の過放電状態となる場合がある。この場合、ＦＥＴ２ｄを遮断した後、保護ＩＣ２ｂも停止してしまい、各セル電圧を検出することができない。また、極度の過放電状態により劣化が進んで使用できない状態（寿命）となってしまう場合がある。更に、極度の過放電状態にある電池パック２を後述する充電電流Ｉ１（＞Ｉ２）で充電すると、電池セル内で短絡が生じている場合には電池セルが発熱してしまう可能性がある。
そこで、ステップ４０４、ステップ４０５において、電池セル２ａが発熱しない程度の微小電流（例えば０．５Ａ）を電池セル２ａに流して電池状態を判断している。
ステップ４０７において、電池電圧が所定値Ｖ１以上でない場合（ステップ４０７でＮＯ）は、充電装置に接続された電池パック２が過放電電池と判断して充電を行わない。すなわち、極度の過放電状態となり寿命等で使用できない場合には充電を禁止するようにしている。この際、電池パック２が異常であることをユーザに示すため、表示手段１２０において、異常終了状態であることを表示する。本実施の形態においては、表示手段１２０の抵抗１２２に連なるマイコン５０の出力ポート５１ａからハイ信号とロー信号をある周期で出力し、表示手段１２０を赤点滅させることにより異常終了状態であることを表示する（ステップ４０８）。
次に、出力ポート５１ａにおけるフォトカプラ４に連なるポートからハイ信号を出力し、ＰＷＭ制御ＩＣ２３を停止状態にすることによって充電を終了する（ステップ４０９）。その後電池パック２が充電装置から取り外されたか否かを判断し（ステップ４１０）は、取り外された場合はステップ４０１に戻る。
一方、ステップ４０７において電池電圧が所定値Ｖ１以上であると判断した場合（ステップ４０７でＹＥＳ）は、過放電電池ではないと判断して充電を継続する（ステップ４１１）。極度の過放電状態となったが寿命ではない正常の電池セル２ａの場合、微小電流を流すことで、電池電圧がある程度（例えば２．０Ｖ）まで直ぐに上昇する。従って、ステップ４０７で電池電圧は所定値Ｖ１（０．５Ｖ／セル）より大きい電圧（２．０Ｖ／セル）となるため、正常電池と判断して充電を継続することになる。なお、所定値Ｖ１は第二の所定値に相当する。
次に、電池電圧検出回路９０において、電池電圧が所定値Ｖ２以上であるか否かを判別する（ステップ４１２）。一般的に、電池を充電すると、容量が少なく電圧が低い状態であっても、所定時間充電することにより、ある程度まで電圧が上昇する。逆に、電圧が上昇しない電池は、セル内部でショート等の不具合が生じている可能性があり、充電を行うと発熱等の不具合が生じる可能性がある。所定値Ｖ２は、この不具合が生じている可能性があるか否かを判断するための電圧閾値とする。所定値Ｖ２は、本実施の形態においては、例えば、３.０Ｖ／セル（４セルの場合には電池パック電圧が１２．０Ｖ）と定める。この閾値はこれに限定されず適宜定めてよい。
ステップ４１２において電池電圧が閾値Ｖ２以上であると判断した場合（ステップ４１２でＹＥＳ）は、電池セル２ａが正常であると判断して、充電電流を初期電流Ｉ２より大きいＩ１（Ｉ１＞Ｉ２）、例えば３．５Ａに切り替える（ステップ４１３）。この切り替えは、抵抗７３に連なる出力ポート５２から信号を出力させないことにより設定される。ここで、各電池セル２ａの電圧が全て３．０Ｖ以上となったら電池の過放電状態が解除され、保護ＩＣ２ｂからＦＥＴ制御手段２ｃを介してＦＥＴ２ｄに遮断解除信号が出力される。ＦＥＴ２ｄはオン（導通）状態に復帰するため、充電電流はＦＥＴ２ｄを介して流れることが可能となる。
その後、マイコン５０は充電終了モードであるか否かを判断する（ステップ４１４）。充電終了の検出方法は多々ある。本実施の形態においては、定電流・定電圧充電制御にて充電を行い、定電圧充電区間において、充電電流が徐々に、或いは、段階的に低下し、充電電流が満充電閾値以下となったら満充電と判断してしたら充電を終了する。ここで、充電電流は電流検出手段３を電流が流れることにより生じる電圧降下をオペアンプ６１において反転増幅し、その値をマイコン５０のＡ／Ｄポート５２に入力することにより検出する。また、別の方法として、電池温度検出回路８０において、電池温度が所定温度以上に達したら満充電と判断して充電を終了してもよい。なお、満充電の検出方法は、これらの方法に限るものではない。
充電が終了したら、表示手段１２０においてユーザに表示する。表示手段１２０の抵抗１２３に連なるマイコン５０の出力ポート５１ａからハイ信号を出力し、表示手段１２０を緑点灯させることにより充電終了であることを表示する（ステップ４１５）。その後、ステップ４０９、ステップ４１０に進み、次の充電まで待機する。
一方、ステップ４１２において、電池電圧が所定値Ｖ２以上でないと判別した場合（ステップ４１２でＮＯ）は、充電開始から所定時間Ｔ２、例えば６分が経過したか否かを判断する（ステップ４１６）。上記したように、電池を充電すると、容量が少なく電圧が低い状態であっても、所定時間充電することにより、ある程度まで電圧が上昇する。逆に、電圧が上昇しない電池は、セル内部でショート等の不具合が生じている可能性があり、充電を行うと発熱等の不具合が生じる可能性がある。従って、電圧がある程度まで上昇する時間を所定時間Ｔ２、例えば５分として定める。なお、所定時間Ｔ２はこの値に限るものではなく適宜定めてよい。
ステップ４１６において、充電開始から所定時間Ｔ２が経過していない場合（ステップ４１６でＮＯ）は、充電終了モードであるか否かを判断する（ステップ４１７）。充電終了モードの判別方法はステップ４１４と同様である。ステップ４１７において、充電終了モードと判断しなかった場合はステップ４１２に戻る。すなわち、所定時間Ｔ２が経過するまで所定電圧Ｖ２まで電圧が上昇するか否かを監視する。ステップ４１７において充電終了モードと判断した場合は、ステップ４１５に進み、充電終了の処理（ステップ４０９、４１０）を行う。
以上から、電流遮断手段であるＦＥＴ２ｄが電池パック内に設けられた電池パック２において、過放電状態となった電池パックを充電する場合、極小さな電流Ｉ２を極短時間Ｔ１だけ寄生ダイオードを介して電池パックに流すことで、電池電圧を検出することができるようになる。そのため、検出電圧（電池パック２の状態）に基づいて、電池電圧が所定電圧Ｖ１未満であれば過放電電池と判断して充電を停止することができ、セル内部でショート等が生じていても発熱等の不具合を未然に抑制することができる。また、正常な電池であれば充電電流を初期電流Ｉ１より大きいＩ２に切り替えて充電できるため、充電時間を短縮して充電することができる。従って、本発明によれば、電流遮断手段であるＦＥＴが電池パック内に設けられた電池パック２であっても電池電圧を正確に検出することができるため最適な充電制御を行うことができる。なお、本実施の形態において、過放電状態とは、通常の放電によってＦＥＴ２ｄを遮断する電圧（２．０Ｖ／セル）ではなく、更に低い極度の過放電状態（例えば０．５Ｖ／セル）を示している。以下の実施の形態についても同様である。
次に、電池パック内に電流遮断用のＦＥＴが設けられていない電池パックの充電について説明する。図２に示すように、電池パック２００には図１の電池パック２のＦＥＴ２ｄ、寄生ダイオード２ｅが設けられておらず、電池パック２００で駆動する機器側（電動工具側）に電流遮断のためのＦＥＴが設けられている。電池セル２ａの過放電時には、保護ＩＣ２ｂからの過放電信号が、ＦＥＴ制御手段２ｃ、信号端子を介して機器側のＦＥＴを遮断するように制御するように構成する。なお、充電装置の回路構成は図１で示したものと基本的には同じである。
ここで、図２に示したように、電池パックに電流遮断用のＦＥＴが設けられておらず、機器側に電流遮断用のＦＥＴに保護ＩＣ２ｄから信号（過放電信号）を出力する構成を有する電池パック２００が過放電状態である場合の充電処理について、図３のフローチャートを用いて説明する。
まず、ユーザが電源を投入すると、マイコン５０は出力ポート５１ａ及び５２ｂを初期セットする。次に、表示手段１２０において充電前であることを表示する。本実施の形態においては、表示手段１２０の抵抗１２２に連なるマイコン５０の出力ポート５１ａからハイ信号を出力し、表示手段１２０を赤点灯させることにより充電前であることを表示する（ステップ３０１）。
次に、電池パック２００が充電装置に接続されたか否かを判断する（ステップ３０２）。電池パック２００の充電装置への接続は、例えば、電池温度検出回路８０を介して入力されるマイコン５０のＡ／Ｄポート５２の値に変化があった場合に電池パック２００が接続されたと判断すればよい。また、ステップ３０２における電池パック２００の実装判断時に、セル数判別抵抗８を介して入力されるマイコン５０のＡ／Ｄポート５２の値より電池パック２００に内蔵されたセル数を判別し、判別したセル数に応じて充電電圧制御回路１００の出力電圧を設定する。
出力電圧は、抵抗１０１とポテンショメータ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１１２の基準値となるように設定される。本実施の形態においては、例えば、抵抗１０１とポテンショメータ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電圧値とし、抵抗１０１とポテンショメータ１０２の直列抵抗と、抵抗１０５及び抵抗１０６の並列抵抗（マイコン５０の出力ポート５１ｂより信号を出力することによりＦＥＴ１０９をオンさせた場合）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電圧値と定める。
次に、マイコン５０は、電池電圧検出回路９０において電池電圧を検出する（ステップ３０３）。電池電圧を抵抗９１と抵抗９２とで分圧した分圧値がマイコン５０のＡ／Ｄポート５２に入力されることにより検出できる。ステップ３０３において、検出された電池電圧が所定値Ｖ１以上であるか否かを判断する（ステップ３０４）。Ｖ１は電池パック２００（電池セル２ａ）が過放電であるか否かを判断する閾値であり、本実施の形態においては、例えば閾値Ｖ１を０．５Ｖ／セル（４セルの場合には電池パック電圧が２．０Ｖ）と定める。なお、この閾値はこの値に限るものではなく適宜定めることができる。
ステップ３０４において、電池電圧が所定値Ｖ１以上でない場合（ステップ３０４でＮＯ）は、充電装置に接続された電池パック２００が過放電電池であるため充電を行わない。この際、電池パック２００が異常であることをユーザに示すため、表示手段１２０において、異常終了状態であることを表示する。本実施の形態においては、表示手段１２０の抵抗１２２に連なるマイコン５０の出力ポート５１ａからハイ信号とロー信号をある周期で出力し、表示手段１２０を赤点滅させることにより異常終了状態であることを表示する（ステップ３０５）。
次に、出力ポート５１ａにおけるフォトカプラ４に連なるポートからハイ信号を出力し、ＰＷＭ制御ＩＣ２３を停止状態にすることによって充電を終了する（ステップ３０６）。その後、電池パック２００が充電装置から取り外されたか否かを判断し（ステップ３０７）、取り外された場合は、ステップ３０１に戻る。
一方、ステップ３０４において電池電圧が所定値Ｖ１以上である場合（ステップ３０４でＹＥＳ）は、充電を開始する。この際、充電中であることを表示手段１２０で表示する。例えば、表示手段１２０の抵抗１２２及び抵抗１２３に連なるマイコン５０の出力ポート５１ａからハイ信号を出力し、表示手段１２０を橙点灯させることにより充電中であることを表示する（ステップ３０８）。
次に、充電電流制御部（充電電流制御回路６０、充電電流設定回路７０）により、充電電流を所定値Ｉ２、例えば１．０Ａに設定する。具体的には、充電電流設定回路７０の抵抗７３に連なる出力ポート５２からロー信号を出力することにより設定する。出力ポート５１ａにおけるフォトカプラ４に連なるポートからロー信号を出力し、ＰＷＭ制御ＩＣ２３を動作させることによって充電を開始する（ステップ３０８）。
充電を開始したら、電池電圧検出回路９０において、電池電圧が所定値Ｖ２以上であるか否かを判別する（ステップ３１０）。一般的に、電池を充電すると、容量が少なく電圧が低い状態であっても、所定時間充電することにより、ある程度まで電圧が上昇する。逆に、電圧が上昇しない電池は、セル内部でショート等の不具合が生じている可能性があり、充電を行うと発熱等の不具合が生じる可能性がある。所定値Ｖ２は、この不具合が生じている可能性があるか否かを判断するための電圧閾値とする。所定値Ｖ２は、本実施の形態においては、例えば、３.０Ｖ／セル（４セルの場合には電池パック電圧が１２．０Ｖ）と定める。なお、この閾値はこれに限定されず適宜定めてよい。
ステップ３１０において電池電圧が閾値Ｖ２以上であると判断した場合（ステップ３１０でＹＥＳ）は、電池セルが正常であると判断して、充電電流を初期電流Ｉ２より大きいＩ１、例えば３．５Ａに切り替える（ステップ３１１）。この切り替えは、抵抗７３に連なる出力ポート５２から信号を出力させないことにより設定される。
その後、マイコン５０は充電終了モードであるか否かを判断する（ステップ３１２）。満充電の判断は、充電電流が満充電閾値より低下したら満充電と判断して充電を終了するものとする。
充電が終了したら、表示手段１２０においてユーザに表示する。表示手段１２０の抵抗１２３に連なるマイコン５０の出力ポート５１ａからハイ信号を出力し、表示手段１２０を緑点灯させることにより充電終了であることを表示する（ステップ３１３）。その後、ステップ３０６、ステップ３０７に進み、次の充電まで待機する。
一方、ステップ３１０において、電池電圧が所定値Ｖ２以上でないと判別した場合（ステップ３１０でＮＯ）は、充電開始から所定時間Ｔ２が経過したか否かを判断する（ステップ３１４）。所定時間Ｔ２は上記したように定める。
ステップ３１４において、充電開始から所定時間Ｔ２が経過していない場合は、充電終了モードであるか否かを判断する（ステップ３１５）。充電終了モードの判別方法はステップ３１２と同様である。ステップ３１５において、充電終了モードと判断しなかった場合はステップ３１０に戻る。すなわち、所定時間Ｔ２が経過するまで所定電圧Ｖ２まで電圧が上昇するか否かを監視する。ステップ３１５において充電終了モードを検出した場合は、ステップ３１３に進み、充電終了の処理を行う。
以上から、電池パック内に電流遮断用のＦＥＴが設けられておらず、機器（電動工具）側に電流遮断のためのＦＥＴが設けられている場合には、充電開始前に電池電圧を検出することが可能であるため、その電圧値に対応して充電を開始、或いは充電を禁止することが可能である。しかしながら、図１に示したような電流遮断のためのＦＥＴが電池パック内に設けられている場合、過放電時にはＦＥＴが遮断されている。このため過放電時においては、充電経路が遮断されていることになり、電池電圧を検出することができない。本発明は、電池パックに電流遮断用のＦＥＴが設けられている場合であっても、充電開始時に極小の電流を流して電池電圧を検出できるようにし、検出電圧に基づいて最適な充電制御を行うことができる。
本発明は、二次電池としてリチウムイオン電池を説明したがこれに限るものではない。また、充電制御を定電流・定電圧制御としたがこれに限るものではない。本発明のように充電開始時に微小電流を流すことにより電池電圧を検出できるように構成するものであればよい。
また、本実施の形態では、電池状態を電池電圧検出回路で検出した電池電圧により判断しているが、保護ＩＣ２ｂからマイコン５０に出力される信号により判断してもよい。すなわち、極度の過放電電状態の場合には保護ＩＣ２ｂも動作しないため、例えばマイコン５０の保護ＩＣ２ｂと連なるポート５２には信号が入力されない。初期充電後（図３のステップ４０４〜４０６）、電池セル２ａが正常であれば電池電圧は上昇するため、それに伴い保護ＩＣ２ｂが動作可能となる。保護ＩＣ２ｂからマイコン５０のポート５２に信号（例えばロー信号）を入力する。これにより、電池セルの状態を判断するようにしてもよい。充電後、保護ＩＣ２ｂからの信号が再度なくなった場合、過充電と判断して充電を停止することもできる。
【符号の説明】
【００１２】
２は電池パック、２ａは電池セル、２ｂは保護ＩＣ、２ｃはスイッチ制御手段、２ｄは遮断手段、２ｅは寄生ダイオード、５０は制御手段（マイコン）、６０は充電電流制御回路、７０は充電電流設定回路、９０は電池電圧検出回路、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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