(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
定電流で充電可能な第１の電池と、所定以下の電位でのみ充電可能な第２の電池とを同一の充電装置にて充電させる充電方式であって、
前記第１の電池が、温度検出素子を内蔵し、
前記第２の電池が、電池電圧に対応する電位を出力する出力部を備え、
前記充電装置が、
第１の電池の温度、及び、第２の電池の電圧を検出する検出部と、
前記検出部で検出された第１の電池の温度が目標とする充電中の温度上昇パターンになる電流値、及び、第２の電池の電圧が目標とする充電中の電圧上昇パターンになる電流を検索する電流値検索部と、
前記電流値検索部により検索された電流値にて電池を充電する充電電流制御部と、を備えることを特徴とする充電方式。
【請求項２】
前記検出部が、第１の電池の温度を、前記温度検出素子へ接続された抵抗の電位に基づき検出することを特徴とする請求項１の充電方式。
【請求項３】
前記第１の電池が、第１の電池の目標とする充電中の温度上昇パターンを保持し、
前記第２の電池が、第２の電池の目標とする充電中の電圧上昇パターンを保持していることを特徴とする請求項１又は請求項２の充電方式。
【請求項４】
前記第２の電池は、リチウムイオン電池であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１の充電方式。
【請求項５】
定電流で充電可能な第１の電池の温度を電位により検出し、電位の変化が所定のパターンになるように充電電流を制御することで、第１の電池の温度が目標とする充電中の温度上昇パターンになるように充電する充電装置により、所定以下の電位でのみ充電可能な第２の電池を充電させる電池パックであって、
第２の電池電圧に対応する電位を前記充電装置へ出力することで、該充電装置に、電位の変化が所定のパターンになるように充電電流を制御させ、第２の電池の電圧が目標とする充電中の電圧上昇パターンになるように充電させることを特徴とする電池パック。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電池を充電する充電方式及び電池パックに関し、特に、ニッケル水素電池等の定電流で充電可能な第１の電池と、リチウムイオン電池等の所定以下の電位でのみ充電することができ定電流充電の出来ない第２の電池とを同一の充電装置にて充電させる充電方式、及び、ニッケル水素電池等の定電流で充電可能な第１の電池を充電する充電装置を用い、定電流充電の出来ない第２の電池を充電させる電池パックに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、高性能電池として、ニッケル水素電池が用いられている。ニッケル水素電池は、現在広く用いられているニッケルカドミウム電池よりも容量を大きくできる反面、充電時の発熱量が大きく、発熱により高温に達すると電池内部セルの電極やセパレータが劣化して寿命が短くなるため、取り扱いが難しかった。
【０００３】
ニッケル水素電池よりも更に高性能な電池としてリチウムイオン電池が用いられ始めている。リチウムイオン電池は、所定以上の電位を加えると、最悪の場合に発火の危険性があり取り扱いが非常に難しかった。このため、リチウムイオン電池は、充電初期において定電流充電を行い、電池電圧が所定値に達すると、該所定値を越えないように、所定値を保つ定電圧充電を行う必要があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、ニッケル水素電池を定電流で充電する充電装置で、リチウムイオン電池とを充電することを検討した。しかしながら、リチウムイオン電池は上述したように所定値を越える電位を加えることができず定電圧で充電する必要があるので、充電を可能にするためには定電圧充電回路を付加する必要があり、コストが上がることが予想された。
【０００５】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、定電圧充電回路を備えない１台の充電装置で、ニッケル水素電池等の定電流充電可能な第１の電池と、リチウムイオン電池等の所定以下の電位でのみ充電可能な第２の電池とを充電できる充電方式を提供することにある。
【０００６】
また、本発明の目的は、ニッケル水素電池等の定電流で充電可能な第１の電池を充電する充電装置を用い、定電流充電の出来ない第２の電池を充電させることができる電池パックを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１は、上記目的を達成するため、定電流で充電可能な第１の電池と、所定以下の電位でのみ充電可能な第２の電池とを同一の充電装置にて充電させる充電方式であって、
前記第１の電池が、温度により抵抗値の変化する素子を内蔵し、
前記第２の電池が、電池電圧に対応する電位を出力する出力部を備え、
前記充電装置が、
第１の電池の温度、及び、第２の電池の電圧を検出する検出部と、
前記検出部で検出された第１の電池の温度が目標とする充電中の温度上昇パターンになる電流値、及び、第２の電池の電圧が目標とする充電中の電圧上昇パターンになる電流を検索する電流値検索部と、
前記電流値検索部により検索された電流値にて電池を充電する充電電流制御部と、を備えることを技術的特徴とする。
【０００８】
請求項１の充電方式では、充電装置が、ニッケル水素電池等の定電流充電可能な第１の電池を充電する際に、温度が目標の温度上昇パターンになるように電流値を調整しながら電池を充電する。このため、温度上昇の著しいニッケル水素電池等を高温にならぬように短時間で充電することが可能になる。更に、同一の充電装置が、リチウムイオン電池等の所定以下の電位でのみ充電可能な第２の電池を充電する際に、電圧が目標の電圧上昇パターンになるように電流値を調整しながら電池を充電する。このため、リチウムイオン電池を所定以下の電位で充電することが可能になる。これにより、定電圧充電回路を備えない１台の充電装置で、ニッケル水素電池等の定電流で充電可能な第１の電池と、リチウムイオン電池等の所定以下の電位でのみ充電可能な第２の電池とを充電することができる。
【０００９】
請求項２では、検出部が、第１の電池に内蔵された温度検出素子へ接続された抵抗の電位に基づき、第１の電池の温度を検出する。このため、検出部が、抵抗の電位に基づき第１の電池の温度を、また、第２の電池の出力部からの電池電圧に対応する電位に基づき、第２の電池の電池電圧を適正に検出することができる。
【００１０】
請求項３では、第１の電池が、第１の電池の目標とする充電中の温度上昇パターンを保持し、第２の電池が、第２の電池の目標とする充電中の電圧上昇パターンを保持している。このため、種々の第１の電池、及び、種々の第２の電池をそれぞれの電池の特性に適合するように充電することができる。
【００１１】
請求項５は、定電流で充電可能な第１の電池の温度を電位により検出し、電位の変化が所定のパターンになるように充電電流を制御することで、第１の電池の温度が目標とする充電中の温度上昇パターンになるように充電する充電装置により、所定以下の電位でのみ充電可能な第２の電池を充電させる電池パックであって、
第２の電池電圧に対応する電位を前記充電装置へ出力することで、該充電装置に、電位の変化が所定のパターンになるように充電電流を制御させ、第２の電池の電圧が目標とする充電中の電圧上昇パターンになるように充電させることを技術的特徴とする。
【００１２】
請求項５では、電池パックが、第２の電池電圧に対応する電位を充電装置へ出力することで、該充電装置に、電位の変化が所定のパターンになるように充電電流を制御させ、第２の電池の電圧が目標とする充電中の電圧上昇パターンになるように充電させる。このため、ニッケル水素電池等の定電流で充電可能な第１の電池を充電する充電装置を用い、定電流充電の出来ない第２の電池を充電させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る充電装置について図を参照して説明する。
充電装置１０は、図１（Ａ）に示すようにニッケル水素電池５８を内蔵する電池パック５０を充電するように構成されている。第１実施形態では、図１（Ｂ）に示すようにリチウムイオン電池５８Ｂを内蔵する電池パック５０Ｂが、バッテリ電圧変換回路６２を備えることで、ニッケル水素電池を充電するための充電装置１０による充電を可能ならしめている。図２は、充電装置１０の外観を示す。図３は、電池パック５０の外観を示し、図４は、該電池パック５０により駆動される電池ドリル７０を示す。
【００１４】
まず、充電装置１０により充電される電池パック５０の構成を図３に基づいて説明する。
電池パック５０は、略角柱状に形成された樹脂製のケーシング５１内に、図１（Ａ）に示すように複数電気的に直列に接続されたニッケル水素電池５８を内蔵するもので、電池５８の温度を検出するための温度センサＴＭと、該電池パックの形式等の情報を保持するＥＥＰＲＯＭ６１とを備える。温度センサＴＭは、温度によって電気抵抗値が変化するサーミスタからなる。
【００１５】
図３に示すように、電池パック５０のケーシング５１の上端側には、電池ドリル７０や充電装置１０に装着する際に相手側に嵌合可能な嵌合溝５３を形成した嵌入部５２がレール状に並列して設けられている他、嵌入部５２の一端側に位置する部位には上下方向に出入可能なフック５４が設けられている。このフック５４は、ケーシング５１の側面に設けられるレバー５５と一体に成形され、図示しないコイルばねにより突出方向に付勢されている。そのため、電池ドリル７０や充電装置１０に電池パック５０を装着したとき、これらに形成されている所定のフック溝に係合することができる。
【００１６】
これにより、電池ドリル７０や充電装置１０から電池パック５０が容易に外れないようにする役割を果たす。また、コイルばねの付勢力に抗してレバー５５をケーシング５１の下端方向に押し下げることによって、フック５４も引っ込むように下端方向に移動するので、フック溝との係合が解除され、電池ドリル７０や充電装置１０から電池パック５０を取り外すことが可能になる。
【００１７】
また、ケーシング５１の上端側には、嵌入部５２に挟まれるように位置するところに通気口５６、プラス端子溝５７、マイナス端子溝５９およびコネクタ６０が設けられている。通気口５６は、充電装置１０に電池パック５０を装着したとき、充電装置１０に設けられた送風口１６と連通可能な位置に形成されている。これにより、充電装置１０に内蔵された冷却ファンによって電池パック５０内に空気を送出し得るため、充電中の電池パック５０を冷却することができる。つまり、充電装置１０による空冷システムを構築している。
【００１８】
一方、プラス端子溝５７、マイナス端子溝５９の中には、図１（Ａ）中に示すプラス端子Ｔ１、マイナス端子Ｔ２がそれぞれ設けられており、電池ドリル７０や充電装置１０に電池パック５０を装着したときに、これらの端子Ｔ１、Ｔ２が相手側の充電端子や出力端子と接触し得るように構成されている。そして、コネクタ６０の内部には、図１（Ａ）に示す温度センサＴＭを接続させるための端子Ｔ４，Ｔ５、ＥＥＰＲＯＭ６１を接続させるための端子Ｔ６が備えられている。
【００１９】
上述のように構成された電池パック５０は、図４に示すように電池ドリル７０に装着されて使用される。電池ドリル７０は、使用者が把持可能なグリップ部７４よりも下方に電池パック取付部７５が形成されている。そして、この電池パック取付部７５には、電池パック５０の嵌入部５２と係合可能な嵌合部と、電池パック５０のフック５４が係合可能な所定のフック溝とが形成されているので、かかる電池パック取付部７５に電池パック５０が脱着自在に取り付られる。
【００２０】
このようにして電池パック５０が装着された電池ドリル７０は、電池パック５０のプラス端子Ｔ１およびマイナス端子Ｔ２が電池ドリル７０側の図示しない充電端子に接続され電力の供給を受ける。これにより、図示しないモータによってチャック７６を回動させることができる。なお、リチウムイオン電池パック５０Ｂの外観は、図３を参照して上述したニッケル水素電池パック５０と同様であるため、説明を省略する。
【００２１】
続いて、電池パック５０及び電池パック５０Ｂを充電する充電装置１０の構成を図１（Ａ）および図２に基づいて説明する。
図２に示すように、充電装置１０は樹脂製の筐体１１を有し、この筐体１１には、電池パック５０を装着可能な嵌合部１２や、内蔵した冷却ファンにより電池パック５０内へ送り込む空気を外部から吸気し得る吸気口１３等が一体に成形されている。また充電装置１０の筐体１１には、充電中の電池パック５０の容量を表示する容量表示ランプや、充電装置１０の動作状況を示す状態表示ランプ等、種々の図示しないインジケータが設けられており、これらは後述する制御回路によって点灯制御されている。
【００２２】
嵌合部１２には、電池パック５０の嵌合溝５３を案内可能なガイド１４および電池パック５０の通気口５６に連通可能な送風口１６が形成されており、さらにこの送風口１６には電池パック５０のフック５４が係合可能な所定のフック溝も設けられている。またこの嵌合部１２には、電池パック５０のプラス端子Ｔ１、マイナス端子Ｔ２に対応して電気的に接続可能な出力端子ｔ１，ｔ２が設けられており、さらに電池パック５０のコネクタ６０に接続可能な図示しないコネクタが設けられている。コネクタには、電力供給用の出力端子ｔ３，ｔ４と、電池パック５０の温度センサＴＭへ接続するための端子ｔ５、電池パック５０のＥＥＰＲＯＭ６１へ接続するための通信端子ｔ６とが収容されている。
【００２３】
図１（Ａ）に示すように、充電装置１０の制御回路は、主に、電池パックを充電するための第１電源回路２２Ａ、充電電流を制御する充電電流制御部２４、電池温度（及び後述する際の電圧）の検出部及び充電電流値を検索する電流値検索部を構成し得る制御部２６、一対の抵抗器からなる電圧検出部２７、温度検出用の抵抗Ｒ１、記憶部２９、５Ｖの定電圧を供給するための第２電源回路２２Ｂ等から構成される。
【００２４】
第１電源回路２２Ａは、電池パック５０の電池５８を充電可能な容量を有するように設定されている。第１電源回路２２Ａ、第２電源回路２２Ｂは、共に図示しない商用電源を降圧する変圧器から電力の供給を受け、第１電源回路２２Ａは、デューテイ比を可変することで電池への充電電流を調整する。一方、第２電源回路２２Ｂは、５Ｖで一定の電圧を供給し得るように構成され、当該５Ｖ電位は、出力端子ｔ３、ｔ４を介して出力可能なように構成されている。出力端子ｔ４は、第２電源回路２２Ｂのグランドに接続されている。
【００２５】
図１（Ａ）に示すように温度検出用抵抗Ｒ１は、温度により抵抗の変化する温度センサＴＭと直列に接続され、第２電源回路２２Ｂから５Ｖ電圧が供給される。制御部２６は、温度検出用抵抗Ｒ１と温度センサＴＭとの間の電位の変化から充電中の電池温度を検出し、また、一対の抵抗器からなる電圧検出部２７の抵抗間の電位の変化から電池への供給電圧を検出する。一方、記憶部２９は所定のマップ等の電流値制御情報を記憶する。
【００２６】
ニッケル水素電池パック５０のＥＥＰＲＯＭ６１には、電池種別（ニッケル水素電池）と共に、後述するように充電中の目標とする温度上昇パターンが保持されている。ニッケル水素電池パック５０を充電する際に、制御部２６は、温度検出用抵抗Ｒ１の電位に基づき算出した温度値を微分して温度上昇値を求めたうえで温度上昇パターンに基づいて所定の電流値を算出し、この電流値を電流指令値として充電電流制御部２４へ出力し得るように構成されている。そして、充電電流制御部２４は、制御部２６からの電流指令値に基づき第１電源回路２２Ａを制御し、電池パック５０の充電電流を調整する。
【００２７】
図１（Ｂ）に示すようにリチウムイオン電池パック５０Ｂは、リチウムイオン電池５８Ｂと、ＥＥＰＲＯＭ６１と、リチウムイオン電池５８Ｂの電位を検出して出力する出力部を構成し得るバッテリ電圧変換回路６２とを備えている。バッテリ電圧変換回路６２は、図５の回路図に示すよう、図１中の第１電源回路２２Ａ及びリチウムイオン電池５８Ｂに接続される端子Ｔ１、Ｔ２に接続され、また、第２電源回路２２Ｂからの５Ｖの電位が印加される端子Ｔ３と、制御部２６に接続される端子Ｔ５と、第２電源回路２２Ｂのアース側への端子Ｔ４と接続される。
【００２８】
バッテリ電圧変換回路のオペアンプＯＰの非反転入力ｉ＋には、リチウムイオン電池５８のプラス側端子の電圧と、第２電源回路２２Ｂからの５Ｖの電位（端子Ｔ３）とが、２２ＫΩ抵抗、３３ＫΩ抵抗で分圧され印加される。また、反転入力ｉ−には、リチウムイオン電池５８の電位が３３ＫΩ抵抗と３．３ＫΩ抵抗とで分圧され印加される。また、オペアンプＯＰの正電源ｖ＋には、第２電源回路２２Ｂからの５Ｖの電位（端子Ｔ３）が、負電源ｖ−には、第２電源回路２２Ｂからのアースの電位（端子Ｔ４）が印加される。そして、オペアンプＯＰは、出力端子ＯＴから、リチウムイオン電池５８Ｂの電位に応じた電圧を、端子Ｔ５を介して充電装置１０の制御部２６へ印加する。なお、この実施形態では、５Ｖの定電圧を充電装置から供給する構成を採用しているが、リチウムイオン電池パック５０Ｂ側に定電圧源を備えることも可能である。
【００２９】
リチウムイオン電池５８Ｂを充電する際に、制御部２６は、バッテリ電圧変換回路から送られた電位に基づき算出した電圧値を微分して電圧上昇値を求めたうえで後述する電圧上昇パターンに基づいて所定の電流値を算出し、この電流値を電流指令値として充電電流制御部２４へ出力し得るように構成されている。そして、充電電流制御部２４は、制御部２６からの電流指令値に基づき第１電源回路２２Ａを制御し、電池パック５０Ｂの充電電流を調整する。
【００３０】
このように構成された充電装置１０の嵌合部１２にニッケル水素電池パック５０又はリチウムイオン電池パック５０Ｂが装着されると、所定のアルゴリズムによって制御部２６が、第１電源回路２２Ａ、充電電流制御部２４等を制御し、電池パック５０内のニッケル水素電池５８又はリチウムイオン電池パック５０Ｂ内のリチウムイオン電池５８Ｂを充電する。そして、充電中は電池パック５０の容量を表示する容量表示ランプを点灯させ、また充電が完了すると、充電を停止しその旨を同ランプにより告知する。また、制御部２６は、充電等の各種動作を行い得るように構成されている。
【００３１】
引き続き、第１実施形態の充電装置の作動原理について説明する。
Ａ．温度上昇パターンに沿った充電電流制御
（任意の電圧を印加して充電可能な第１の電池（ニッケル水素電池、ニッカド電池等）の充電）
ニッケル水素電池、ニッカド電池等の電池は、充電電流を大きくすれば、充電時間は短くなるが温度上昇は大きくなる。反対に、充電電流を小さくすれば、充電時間が長くなるものの温度上昇は小さくなる。特に、ニッケル水素電池は、充電電流や既に充電された容量により温度勾配（温度上昇値）が大きく変化する特性を有する。このため、本実施態様では、温度上昇を抑制するため電流値を変化させながら充電を行う。即ち、従来技術に係る充電装置では、一定の電流値で充電を行っていたのに対して、本実施態様の充電装置では、電池の状態を温度上昇値に基づき判別し、電池の温度上昇を一定にしつつ流し得る電流、即ち、電池の温度上昇に応じて電流値を変えながら充電を行う。
【００３２】
この第１実施形態の充電原理について図６を参照して説明する。図６は、縦軸に電池温度上昇値を、横軸に充電時間を取ってあり、図中の曲線Ｌは、温度上昇値が一定になるように充電した際の、充電時間に対応する充電完了時の温度上昇値を示している。例えば、２０℃で開始した電池温度が５３℃（温度上昇値３３ｄｅｇ）に到達するように電流を制御した際に、充電時間が２０分であり、電池温度が４３℃（温度上昇値２３ｄｅｇ）に到達するように電流を制御した際に、充電時間が３０分であり、電池温度が７８℃（温度上昇値５８ｄｅｇ）に到達するように電流を制御した際に、充電時間が１０分であることを示している。
【００３３】
即ち、曲線Ｌに基づき、充電完了時間と充電完了時の電池温度上昇値とから、温度上昇値（勾配）を求めることができる。例えば、２０分で充電完了するためには、図中の０ｄｅｇと曲線Ｌ上の３３ｄｅｇとを結ぶ直線ａに示す温度勾配（温度上昇値）となるように充電すればよいことが分かる。この場合には、ほぼ正確に２０分で、温度５３℃（温度上昇値３３ｄｅｇ）になった時点で充電が完了する。
【００３４】
図６中に温度上昇値を一定にした際の電流値の変化を充電電流として併せて示す。温度上昇値を一定にするためには、充電電流の値を頻繁に調整する必要があるが、図示の便宜上、微調整分は省略してある。図中のように、充電の前半に電流値が相対的に大きく、また、充電の後半に徐々に小さくなっていくことが分かる。ここで、充電の最終時に、充電電流が急激に減少しているのは、ニッケル水素電池の充電が完了したことを示しており、本実施形態では、この現象を検出した際に充電を完了する。
【００３５】
なお、ニッケル水素電池においては、充電満了時、現在の充電電流ではなく、過去の充電経歴により温度が急激に上昇するいわゆる"オーバーシュート"と言われる現象が生じることがある。係る、オーバーシュートにおいては、電流値を下げても、温度上昇値を一定以下にすることができなくなる。本実施形態では、この現象を検出した際にも、充電を完了する。
【００３６】
図６では、温度上昇値が一定になるように電流値を調整する場合について説明した。第１実施形態では、充電時間を更に短縮するために所定のパターンに沿って温度が上昇するように電流値を調整する。
【００３７】
この所定パターンについて、図７を参照して説明する。図７では、縦軸に電池温度上昇値を、横軸に充電時間を取ってあり、ハッチングで示すエリアＥは、完了時の温度上昇値及び充電時間を示すものである。例えば、第１実施形態の充電装置で行ったように、２０分で充電が完了するように図中ａで示す温度勾配を一定にした際には、充電完了時の温度が３３ｄｅｇになった。一方、図中実線ｄで示すように温度上昇値が山なりのパターンに沿うように充電した際には、電池温度上昇値が３０ｄｅｇで充電を完了することができた。また、２点鎖線ｅで示すように温度上昇値が実線ｄよりも大きな山なりのパターンに沿うように充電した際には、電池温度上昇値が３２ｄｅｇで充電を完了することができた。反対に、破線ｈで示すように、谷状パターンに沿って充電した際には、電池温度上昇値が３８ｄｅｇで充電を完了した。一方、１点鎖線ｇのように、温度上昇値を特定のパターンに適合させないように充電した際には、電池温度上昇値が４３ｄｅｇ近くまで上昇した。
【００３８】
即ち、ハッチングで示すエリアＥは、種々の条件で充電した際の、完了時の温度上昇値及び充電時間を示すものであり、該エリアＥの境界線Ｂは、最も低い温度で充電が完了した際の到達温度上昇値を示すことになる。一方、図７中の破線ａから、図６を参照して上述したように温度上昇値を一定にした際には、電池温度上昇値が３３ｄｅｇであった。これに対して、実線ｄに示すやや山なりの温度上昇パターンを取ることで、最も低い温度上昇値（３０ｄｅｇ）で充電が完了できることが分かる。温度上昇値を一定とするよりも、山なりにした方が低温で充電を完了できる理由は、次のように考えられる。即ち、電池温度と周囲の温度との温度差が小さく電池が冷却され難く、且つ、容量が空に近く充電時の温度上昇は相対的に小さい、充電の前半部分の温度上昇値を相対的に高く、反対に、電池温度と周囲の温度との温度差が大きく電池が冷却され易く、充電時の温度上昇は相対的に大きい、充電後半部分の温度上昇値を相対的に低く、温度上昇パターンを設定する。即ち、これらを相乗的に最適化するように温度上昇パターンを設定することで、完了時の温度が最も低い温度となるように充電することができる。本実施形態では、上記実験結果に基づき、最も低い温度で充電を完了できる温度上昇パターンに基づき、電流値を調整して充電を行う。
【００３９】
本実施形態の充電方式では、複数種類のニッケル水素電池パック５０のＥＥＰＲＯＭ側に、図７を参照して上述した温度上昇パターンを求めるためのデータがそれぞれ保持されている。即ち、温度上昇パターンは、電池パックの電圧（セル電池の数）、電池の種類（ニッケル水素電池中にも特性が異なるものがある）、電池パックの熱放射性等によつて大きく異なってくる。このため、複数種類の電池パック側にそれぞれの温度上昇パターンを保持させることで、いかなる電池パックも最も効率的に充電し得るようにしている。
【００４０】
Ｂ．電圧上昇パターンに沿った充電電流制御
（充電終期に定電圧充電が必要な電池（リチウムイオン電池）の充電）
図８（Ａ）に従来技術に係るリチウムイオンの充電方法を示す。リチウムイオンは、予め定められた値ＶＦを越える電圧を印加すると、最悪の場合に発火の危険性がある。このため、最初に定電流ＩＦで充電を開始し（定電流制御）、リチウムイオン電池の電圧が上がり所定値ＶＦに達すると（時間ｔ１）、所定値ＶＦを保つように定電圧制御に切り替え、電流が所定値以下になるまで（時間ｔ２）充電を続ける。即ち、従来技術の充電方式では、リチウムイオンの充電は、定電流制御と定電圧制御とを行うことが必要であった。
【００４１】
図８（Ｂ）は、本実施形態に係るリチウムイオンの充電方法の説明図である。本実施形態では、図中の電圧上昇パターンとなるよう電流値を制御する。これにより、充電装置１０は、定電圧回路を備えることなく、充電電流を切り替えることでリチウムイオンの電池パック５０Ｂを充電する。
【００４２】
充電装置１０は、既存の製品であって、ニッケル水素電池パック５０を図７を参照して上述した温度上昇パターンに沿って温度上昇させるように充電する構成になっている。第１実施形態では、充電装置に何ら改造を加えることなく、リチウムイオン電池の充電を可能ならしめる。このため、リチウムイオン電池パック５０Ｂ側にバッテリ電圧変換回路６２を備え、リチウムイオン電池パック５０Ｂ側からリチウムイオン電池５８Ｂの電圧に対応する電圧値を充電装置に印加することで充電を行う。即ち、充電装置１０は、ニッケル水素電池パック５０の温度変化を電圧値として入力し、温度上昇パターンに沿うように電流を制御する。この充電装置が、リチウムイオン電池パック５０Ｂを充電する際には、リチウムイオン電池の電圧変化（充電装置側では温度変化と認識している）を電圧値として入力し、電圧上昇パターン（充電装置側では温度上昇パターンと認識している）に沿うように電流を制御することで、リチウムイオン電池をニッケル水素電池と同様に充電する。
【００４３】
この第１実施形態の充電装置の具体的な充電制御について、図９を参照して説明する。
[ニッケル水素電池パック５０が充電装置に充填された場合]
先ず、充電装置の制御部２６は、ニッケル水素電池パック５０のＥＥＰＲＯＭ６１の内容を読み出す（Ｓ１２）。制御部２６は、サーミスタＴＭと抵抗Ｒ１との分圧抵抗による電圧値に基づき電池パック５０の温度を検出する（Ｓ１６）。その後、ニッケル水素電池パック５０のＥＥＰＲＯＭ６１から読み出したデータに基づき、図７を参照して上述した山なりの温度上昇パターンを算出する（Ｓ２２）。
【００４４】
制御部２６は、温度上昇パターンから温度勾配を検出し（Ｓ２４）、そして、検出した前回の温度値と今回入力した温度値との差分を微分して温度上昇値を求め、この検出した温度上昇値と、上記ステップ２２にて算出した温度上昇パターンと比較することで電流値を確定する（Ｓ２６）。ここで、温度上昇値が勾配よりも低いときには、電流値を現在値よりも増大させ、反対に低い時には、電流値を減少させる。
【００４５】
次に、電流値が所定値以下かを判断する（Ｓ２８）。充電が完了して電流値が所定値以下になると（Ｓ２８：Ｙｅｓ）、充電処理を完了する。他方、電流が所定値以上の際には（Ｓ２８：Ｎｏ）、更に、電流値の調整で所定の温度勾配が維持できるか、即ち、オーバーシュートが発生していないかを判断する（Ｓ３０）。ここで、オーバーシュートが発生している際には（Ｓ３０：Ｙｅｓ）、処理を完了する。一方、オーバーシュートが発生していない場合には（Ｓ３０：Ｎｏ）、ステップ３２へ進み、上記ステップ２６で確定した電流値にて、電池を充電し、更に、充電処理を続ける。
【００４６】
本実施形態の充電装置では、温度上昇値が温度上昇パターンになるように電流値を調整しながら電池を充電する。このため、図７を参照して上述したように温度上昇パターンを最適にすることで、充電完了時の温度が最も低い温度となるように充電することができる。
【００４７】
[リチウムイオン電池パック５０Ｂが充電装置に充填された場合]
先ず、充電装置の制御部２６は、リチウムイオン電池パック５０ＢのＥＥＰＲＯＭ６１の内容を読み出す（Ｓ１２）。制御部２６は、リチウムイオン電池パック５０Ｂに内蔵されたバッテリ電圧変換回路６２からの出力電圧値に基づき電池パック５０Ｂの電位（制御部では温度として認識）を検出する（Ｓ１６）。その後、リチウムイオン電池パック５０ＢのＥＥＰＲＯＭ６１から読み出したデータに基づき、図８（Ｂ）を参照して上述した山なりの電圧上昇パターン（制御部では温度上昇パターンとして作成）を算出する（Ｓ２２）。
【００４８】
制御部２６は、温度上昇パターン（電圧上昇パターン）から温度勾配（電圧勾配）を検出し（Ｓ２４）、そして、検出した前回の温度値（電圧値）と今回入力した温度値（電圧値）との差分を微分して温度上昇値（電圧上昇値）を求め、この検出した温度上昇値（電圧上昇値）と、上記ステップ２２にて算出した温度上昇パターン（電圧上昇パターン）と比較することで電流値を確定する（Ｓ２６）。ここで、温度上昇値（電圧上昇値）が勾配よりも低いときには、電流値を現在値よりも増大させ、反対に低い時には、電流値を減少させる。
【００４９】
次に、電流値が所定値以下かを判断する（Ｓ２８）。充電が完了して電流値が所定値以下になると（Ｓ２８：Ｙｅｓ）、充電処理を完了する。他方、電流が所定値以上の際には（Ｓ２８：Ｎｏ）、更に、電流値の調整で所定の温度勾配（電圧勾配）が維持できるか、即ち、オーバーシュートが発生していないかを判断する（Ｓ３０）。ここで、リチウムイオン電池ではオーバーシュートが発生することがないため（Ｓ３０：Ｎｏ）、ステップ３２へ進み、上記ステップ２６で確定した電流値にて、電池を充電し、更に、充電処理を続ける。
【００５０】
第１実施形態では、既存のニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池用の充電装置に改良を加えることなく、充電末期に定電圧充電が必要なリチウムイオン電池を充電することを可能にできる。
【００５１】
引き続き、第２実施形態に係る充電方式について説明する。この第２実施形態の充電装置及び電池パックの機械的構成は、上述した第１実施形態と同様である。但し、第１実施形態では、電池パックをニッケル水素電池かリチウムイオン電池か識別することなく充電を行った。これに対して、第２実施形態では、充電装置が充電対象の電池をニッケル水素電池かリチウムイオン電池かを識別して充電を行うようにプログラムされている。即ち、既存の充電装置側のプログラムを修正することで、ニッケル水素電池のみならす、リチウムイオン電池も最適な充電を行い得るように構成されている。
【００５２】
この第２実施形態の充電装置の具体的な充電制御について、図１０を参照して説明する。
[ニッケル水素電池パック５０が充電装置に充填された場合]
先ず、充電装置は、電池パック５０のＥＥＰＲＯＭ６１の内容を読み出す（Ｓ１２）。そして、読み出した内容から、充電を行う電池が、ニッケル水素電池の電池パック５０か、リチウムイオンの電池パック５０Ｂかを判断する（Ｓ１４）。ここで、リチウムイオンの場合には（Ｓ１４：Ｙｅｓ）、後述するリチウムイオン電池の充電処理へ移行する。他方、ニッケル水素電池の場合には（Ｓ１４：Ｎｏ）、制御部２６は、サーミスタＴＭと抵抗Ｒ１との分圧抵抗による電圧値に基づき電池パック５０の温度を検出する（Ｓ１６）。その後、ニッケル水素電池パック５０のＥＥＰＲＯＭ６１から読み出したデータに基づき、図７を参照して上述した山なりの温度上昇パターンを算出する（Ｓ２２）。
【００５３】
制御部２６は、温度上昇パターンから温度勾配を検出し（Ｓ２４）、そして、検出した前回の温度値と今回入力した温度値との差分を微分して温度上昇値を求め、この検出した温度上昇値と、上記ステップ２２にて算出した温度上昇パターンと比較することで電流値を確定する（Ｓ２６）。ここで、温度上昇値が勾配よりも低いときには、電流値を現在値よりも増大させ、反対に低い時には、電流値を減少させる。
【００５４】
次に、電流値が所定値以下かを判断する（Ｓ２８）。充電が完了して電流値が所定値以下になると（Ｓ２８：Ｙｅｓ）、充電処理を完了する。他方、電流が所定値以上の際には（Ｓ２８：Ｎｏ）、更に、電流値の調整で所定の温度勾配が維持できるか、即ち、オーバーシュートが発生していないかを判断する（Ｓ３０）。ここで、オーバーシュートが発生している際には（Ｓ３０：Ｙｅｓ）、処理を完了する。一方、オーバーシュートが発生していない場合には（Ｓ３０：Ｎｏ）、ステップ３２へ進み、上記ステップ２６で確定した電流値にて、電池を充電し、更に、充電処理を続ける。
【００５５】
本実施形態の充電装置では、温度上昇値が温度上昇パターンになるように電流値を調整しながら電池を充電する。このため、図７を参照して上述したように温度上昇パターンを最適にすることで、充電完了時の温度が最も低い温度となるように充電することができる。
【００５６】
[リチウムイオン電池パック５０Ｂが充電装置に充填された場合]
この第２実施形態の充電装置のリチウムイオン電池パック５０Ｂの充電制御について、図１１を参照して説明する。
先ず、充電装置は、図１０を参照して上述したように電池パック５０のＥＥＰＲＯＭ６１の内容を読み出す（Ｓ１２）。そして、読み出した内容から、充電を行う電池がリチウムイオンの場合には（Ｓ１４：Ｙｅｓ）、図１１に示すＳ１１６へ移行する。
【００５７】
制御部２６は、リチウムイオン電池パック５０Ｂに内蔵されたバッテリ電圧変換回路６２からの出力電圧値に基づき電池パック５０Ｂの電位を検出する（Ｓ１６）。制御部２６は、電池パック５０Ｂから読み出した電圧上昇パターンから電圧の勾配を検出し（Ｓ１２４）、そして、検出した前回の電圧値と今回入力した値との差分を微分して電圧上昇値を求め、この検出した電圧上昇値と、上記ステップ１２０にて算出した電圧上昇パターンと比較することで電流値を確定する（Ｓ１２６）。ここで、電圧上昇値が電圧上昇の勾配よりも低いときには、電流値を現在値よりも増大させ、反対に低い時には、電流値を減少させる。
【００５８】
次に、予め定められた電圧値（所定電圧）ＶＦに達したかを判断する（Ｓ１２８）。所定電圧に達するまでは（Ｓ１２８：Ｎｏ）、図８（Ｂ）に示す電圧上昇パターンに沿って電位が上がるように充電を続け、一方、所定電圧ＶＦに達すると、当該所定電圧を保つように、電流を減らしながら充電を続ける（Ｓ１３２）。ここで、所定電圧に達すると（Ｓ１２８：Ｙｅｓ）、先ず、所定電圧に達してから設定された時間（例えば１０分）が経過したかを判断し（Ｓ１３０）、設定時間の経過により充電を完了する（Ｓ１３０：Ｙｅｓ）。他方、設定時間に達するまでは（Ｓ１３０：Ｎｏ）、電圧値（所定電圧）ＶＦを保つための充電電流値が所定値以下かを判断し（Ｓ１３１）、所定値以下になると（Ｓ１３１：Ｙｅｓ）、設定時間経過以前でも充電を完了する。
【００５９】
第１実施形態及び第２実施形態の充電方式では、充電装置１０が、ニッケル水素電池５８を充電する際に、温度が目標の温度上昇パターンになるように電流値を調整しながら充電する。このため、温度上昇の著しいニッケル水素電池等を高温にならぬように短時間で充電することが可能になる。更に、充電装置１０が、リチウムイオン電池５８Ｂを充電する際に、電圧が目標の電圧上昇パターンになるように電流値を調整しながら充電する。即ち、リチウムイオン電池パック５０Ｂが所定電圧ＶＦに達すると、図８（Ｂ）に示す電圧上昇パターンに沿って当該所定電圧ＶＦを保つように、電流を減らしながら充電を続ける。このため、所定電圧ＶＦを越える電圧を印加することなく安全にリチウムイオン電池パック５０Ｂを充電することができる。これにより、定電圧充電回路を備えない１台の充電装置で、ニッケル水素電池等の定電流で充電可能な第１の電池と、リチウムイオン電池等の所定以下の電位でのみ充電可能な第２の電池とを充電することができる。
【００６０】
なお、上述した実施形態では、充電装置が定電流充電可能な電池としてニッケル水素電池を充電する例を挙げたが、ニッケル水素電池と共に、又は、ニッケル水素電池の代わりにニッケルカドミウム電池等の他の電池をも充電し得ることは言うまでもない。また、充電末期に定電圧充電が必要な電池としてリチウムイオン電池を例に挙げたが、第１、第２実施形態の充電方式では、種々のリチウム電池等の充電が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（Ａ）は、本発明の第１実施形態に係る充電装置の制御回路及びニッケル水素電池パックを示すブロック図であり、図１（Ｂ）は、充電装置の制御回路及びリチウムイオン電池パックを示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る充電装置の外観を示す斜視図である。
【図３】電池パックの外観を示す斜視図である。
【図４】図３に示す電池パックを用いる電池ドリルの側面図である。
【図５】リチウムイオン電池パックに内蔵されるバッテリ電圧変換回路の回路図である。
【図６】第１実施形態の充電方式の充電原理を示すグラフである。
【図７】充電装置により制御される充電電流及び電池温度の変化を示すグラフである。
【図８】図８（Ａ）は、従来技術に係るリチウムイオン電池の充電方法の説明図であり、図８（Ｂ）は、本実施形態に係るリチウムイオン電池の充電方法の説明図である。
【図９】第１実施形態の充電装置の制御部による処理を示すフローチャートである。
【図１０】第２実施形態の充電装置の制御部によるニッケル水素電池の充電処理を示すフローチャートである。
【図１１】第２実施形態の充電装置の制御部によるリチウムイオン電池の充電処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０    充電装置
２２Ａ    第１電源回路
２２Ｂ    第２電源回路
２４    充電電流制御部
２６    制御部（検出部、電流値検索部）
２７    電圧検出部
５０    ニッケル水素電池パック（第１の電池）
５０Ｂ    リチウムイオン電池パック（第２の電池）
５８    ニッケル水素電池
５８Ｂ  リチウムイオン電池
６１    ＥＥＰＲＯＭ
６２  バッテリ電圧変換回路（出力部）
TM    温度センサ
Ｒ１    抵抗
【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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【図１０】
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【図１１】
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