(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電される電池パック(10)の＋−の電源端子(11)に接続されて電池パック(10)に充電電流を供給する＋−の出力端子(1)と、電池パック(10)の信号端子(12)に接続されて電池パック(10)の情報を検出する検出端子(2)と、＋側出力端子(1A)とアースとの間に直列に接続している検出スイッチ(3)を介して接続されてなるバイパス抵抗(4)と、検出スイッチ(3)をオンオフに切り換えると共に、＋側出力端子(1A)の電圧を検出して出力端子(1)と電源端子(11)の接触不良を検出する電圧検出回路(9)を有する制御回路(5)とを備え、
電池パック(10)が装着される状態で、制御回路(5)が検出スイッチ(3)を一時的にオンに切り換え、検出スイッチ(3)がオンに切り換えられる状態で、＋側出力端子(1A)の電圧を制御回路(5)の電圧検出回路(9)で検出し、検出電圧が設定電圧よりも低いときに出力端子(1)と電源端子(11)とが接触不良であると判定する充電器。
【請求項２】
＋側出力端子(1A)が、電流制限抵抗(6)と急速充電スイッチ(7)の並列回路を介して電源回路(8)に接続され、制御回路(5)が急速充電スイッチ(7)をオフに切り換える状態で、検出スイッチ(3)をオンに切り換えて出力端子(1)と電源端子(11)の接触不良を検出する請求項１に記載される充電器。
【請求項３】
充電される電池パック(10)の＋−の電源端子(11)に接続されて電池パック(10)に充電電流を供給する＋−の出力端子(1)と、電池パック(10)の信号端子(12)に接続されて電池パック(10)の情報を検出する検出端子(2)と、＋側出力端子(1A)とアースとの間に検出スイッチ(3)を介して接続されてなるバイパス抵抗(4)と、検出スイッチ(3)をオンオフに切り換えると共に、＋側出力端子(1A)の電圧を検出して出力端子(1)と電源端子(11)の接触不良を検出する電圧検出回路(9)を有する制御回路(5)とを備え、
電池パック(10)が装着される状態で、制御回路(5)が検出スイッチ(3)を一時的にオンオフに切り換え、検出スイッチ(3)がオンに切り換えられる状態と、検出スイッチ(3)がオフに切り換えられる状態での＋側出力端子(1A)の電圧を制御回路(5)の電圧検出回路(9)で検出し、検出電圧の差が設定電圧差よりも大きいときに出力端子(1)と電源端子(11)とが接触不良であると判定する充電器。
【請求項４】
＋側出力端子(1A)が、電流制限抵抗(6)と急速充電スイッチ(7)の並列回路を介して電源回路(8)に接続され、制御回路(5)が急速充電スイッチ(7)をオフに切り換える状態で、検出スイッチ(3)をオンオフに切り換えて出力端子(1)と電源端子(11)の接触不良を検出する請求項３に記載される充電器。
【請求項５】
電池パック(10)の信号端子(12)が温度端子で、検出端子(2)が温度検出端子である請求項１または３に記載される充電器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、接触不良を検出しながら電池パックを充電する充電器に関し、とくに温度端子等の信号端子のある電池パックの接触不良を検出しながら充電する充電器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電池パックを脱着できるように装着して充電する充電器は、充電器の出力端子と電池パックの電源端子とが接触不良を起こすことがある。これ等の端子が接触不良を起こすと正常に電池パックを充電できなくなる。この弊害を解消する充電器は、接触不良を検出する回路を備えている。出力端子と電源端子の接触不良は、出力端子の電圧を検出して判定できる。それは、接触不良が発生して電池パックが正常に接続されなくなると、充電器の出力電圧が高くなるからである。充電器の出力電圧は、電池パックを充電できるように、電池パックの電圧よりも高く設定させているので、電池パックが正常に接続されないと、無負荷になって高くなる。電池パックが正常に接続されると、電池パックの電圧に低下する。したがって、出力電圧を検出して接触不良を検出できる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電源端子のみでなく、温度端子等の信号端子のある電池パックは、充電器の出力電圧を検出しては必ずしも正確に接触不良を検出できないことがある。それは、温度端子等の端子を介して電池パックと充電器とが接続されるために、出力端子と電源端子とが接触不良を起こしても、温度端子等を経由して電池パックから充電器に電圧信号が入力されるからである。たとえば、図１に示すように、電池の−側にサーミスタ等の温度素子１３を接続している電池パック１０が充電器に接続されて、−側出力端子３１Ｂと電源端子１１とが接触不良になると、電池電圧によって充電器の出力端子３１の電圧が変化する。−側出力端子３１Ｂが電源端子１１に接続されなくとも、電池パック１０の−側の温度端子１３がサーミスタ等の抵抗素子１４を介して充電器の検出端子３２に接続されて、完全に切り離された状態にはならないからである。したがって、このように信号端子のある電池パックは、出力電圧を検出する回路によっては、必ずしも正確に接触不良を検出できなくなる欠点がある。この傾向は、電池パックの出力電圧が高いときにとくに顕著になる。それは、電池パックの出力電圧が高くなると、−側出力端子が電源端子に接触不良になっても、充電器の出力電圧が高く検出されるからである。
【０００４】
本発明は、この欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、電源端子以外の信号端子のある電池パックを装着して、出力端子と電源端子の接触不良を確実に検出できる充電器を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の充電器は、充電される電池パック１０の＋−の電源端子１１に接続されて電池パック１０に充電電流を供給する＋−の出力端子１と、電池パック１０の信号端子１２に接続されて電池パック１０の情報を検出する検出端子２と、＋側出力端子１Ａとアースとの間に直列に接続している検出スイッチ３を介して接続されてなるバイパス抵抗４と、検出スイッチ３をオンオフに切り換えると共に、＋側出力端子１Ａの電圧を検出して出力端子１と電源端子１１の接触不良を検出する電圧検出回路９を有する制御回路５とを備える。
【０００６】
この充電器は、電池パック１０を装着する状態で、接触不良を検出するために、検出スイッチ３を一時的にオンに切り換える。検出スイッチ３がオンに切り換えられる状態で、＋側出力端子１Ａの電圧を制御回路５の電圧検出回路９で検出する。検出電圧が設定電圧よりも低いときは、＋−の出力端子１と電源端子１１のいずれかが接触不良であると判定する。検出電圧が設定電圧よりも高いと、出力端子１と電源端子１１は接触不良でないと判定する。
【０００７】
＋側出力端子１Ａの電圧、正確には、＋側出力端子１Ａのアース側である−側出力端子１Ｂに対する電圧は、接触不良の有無で大きく変動する。それは、接触不良がない状態では、出力端子１に電池パック１０が接続されるために、電池パック１０が＋側出力端子１Ａの電圧が低下するのを阻止するからである。電池パック１０の内部抵抗が、バイパス抵抗４に比較して充分に小さいと、出力端子１にバイパス抵抗４を接続しても、＋側出力端子１Ａの電圧はほとんど低下しない。現実には電池パック１０の内部抵抗は０Ωではないので、バイパス抵抗４を接続して＋側出力端子１Ａの電圧は多少は低下する。ただ、電池パック１０から電流が供給されるので、＋側出力端子１Ａの電圧降下は小さくなる。これに対して、接触不良により電池パック１０が出力端子１に接続されないと、＋側出力端子１Ａの電圧は、電源回路８の出力電圧インピーダンスとバイパス抵抗４との比率で低下する。バイパス抵抗４の抵抗値が電源回路８の出力インピーダンスに比較して充分に小さいと、＋側出力端子１Ａの電圧は著しく低くなる。したがって、出力端子１にバイパス抵抗４を接続する状態で、＋側出力端子１Ａの電圧がどのように低下するかを検出して、＋−の出力端子１と電源端子１１との接触不良を検出できる。
【０００８】
バイパス抵抗４を接続するとき、接触不良のときには＋側出力端子１Ａの電圧が大きく低下して、接触不良でないときには電圧低下が小さくなるので、本発明の充電器は、バイパス抵抗４を接続する状態で、＋側出力端子１Ａの電圧を設定電圧に比較して、接触不良の有無を検出し、あるいは、バイパス抵抗４を接続する状態と、接続しない状態での電圧差を検出して、接触不良を検出することができる。
【０００９】
さらに、本発明の充電器は、＋側出力端子１Ａを、電流制限抵抗６と急速充電スイッチ７の並列回路を介して電源回路８に接続することができる。この充電器は、制御回路５が急速充電スイッチ７をオフに切り換える状態で、検出スイッチを切り換えて出力端子１と電源端子１１の接触不良を検出できる。さらに、本発明は、電池パック１０の信号端子１２を温度端子として、充電器の検出端子２を温度検出端子とすることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための充電器を例示するものであって、本発明は充電器を以下のものに特定しない。
【００１１】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１２】
図２の回路図に示す充電器は、充電される電池パック１０の＋−の電源端子１１に接続されて電池パック１０に充電電流を供給する＋−の出力端子１と、電池パック１０の信号端子１２に接続されて電池パック１０の情報を検出する検出端子２と、＋側出力端子１Ａとアースとの間に、直列に接続している検出スイッチ３を介して接続してなるバイパス抵抗４と、検出スイッチ３をオンオフに切り換えると共に、＋側出力端子１Ａの電圧を検出して出力端子１と電源端子１１の接触不良を検出する電圧検出回路９を有する制御回路５とを備える。＋側出力端子１Ａは、電流制限抵抗６と急速充電スイッチ７の並列回路を介して電源回路８に接続している。
【００１３】
電源回路８は、入力される商用電源である交流１００Ｖを、電池パック１０を充電できる直流電圧に変換して出力する。電源回路８は、接続される電池パック１０に充電電流を流して充電するので、電池パック１０の電圧よりも高く設定される。電源回路８は、安定化回路を内蔵している。安定化回路は、最大出力電流を一定の電流に制御する定電流回路、あるいは最大出力電圧を一定の電圧に制御する定電圧回路のいずれかまたは両方である。安定化回路を内蔵する電源回路８は、電池パック１０の性能を低下させることなく速やかに充電できる。ただ、電源回路は、必ずしも安定化回路を内蔵する必要はない。とくに、図に示すように、電流制限抵抗６と急速充電スイッチ７の並列回路を出力側に接続している回路は、急速充電スイッチ７をオンオフして充電電流と出力電圧を調整できるので、安定化回路を内蔵することなく、電池パック１０を速やかに充電できる。
【００１４】
電流制限抵抗６は、急速充電スイッチ７をオフに切り換える状態で、電池パック１０の充電電流を調整する。電流制限抵抗６を大きくすると充電電流は小さくなり、電流制限抵抗６を小さくすると充電電流は大きくなる。図に示す充電器は、電流制限抵抗６を３ｋΩとして、急速充電スイッチ７をオフに切り換える状態では、電池パック１０をトリクル充電する。急速充電スイッチ７は、電池パック１０を急速充電するときにオンに切り換えられる。この急速充電スイッチ７をオンに切り換える状態で、電源回路８は電池パック１０を規定電流で充電できるように、出力電流と出力電圧が設定されている。ただし、急速充電スイッチ７が一定の周期でオンオフに切り換えられて、電池パック１０をパルス充電することもできる。この場合、急速充電スイッチ７のオンオフに切り換えるデューティーを調整して、電池パック１０の平均充電電流を調整できる。
【００１５】
図に示すように、電源回路８と出力端子１との間に、電流制限抵抗６と急速充電スイッチ７の並列回路を接続している充電器は、出力端子１と電源端子１１の接触不良をより正確に検出できる特長がある。それは、急速充電スイッチ７をオフに切り換える状態で、電流制限抵抗６が電源回路８の出力インピーダンスを大きくするからである。出力インピーダンスの大きい電源回路８は、出力端子１に電池パック１０を接続しない状態、言い替えると出力端子１と電源端子１１とに接触不良が発生している状態で、出力端子１にバイパス抵抗４を接続すると出力電圧がより小さく低下する。本発明の充電器は、出力端子１の検出電圧が低下することを検出して接触不良を検出するので、接触不良のときに検出電圧が低くなるほど、正確に接触不良を検出できる。
【００１６】
電流制限抵抗６は、接触不良をより正確に検出する働きをする。したがって、図の充電器は、電流制限抵抗６を、電池パック１０の充電電流を調整し、かつ、接触不良をより正確に検出するふたつの作用に併用する。ただ、電流制限抵抗を出力側に接続してしない電源回路も、出力インピーダンスは０Ωとはならない。電流制限抵抗のない電源回路の出力インピーダンスも、電池パックの内部抵抗よりも大きくなる。したがって、電流制限抵抗のない電源回路であっても、検出スイッチをオンに切り換えて、出力端子と電源端子の接触不良を検出できる。接触不良の状態でバイパス抵抗を接続すると、バイパス抵抗によって出力電圧が低下するからである。
【００１７】
検出スイッチ３は、出力端子１と電源端子１１の接触不良を検出するときに、制御回路５で一時的にオンに切り換えられる。電池パック１０を正常に充電するとき、検出スイッチ３は制御回路５でオフに切り換えられる。ただし、電池パック１０を充電するときも、検出スイッチ３をオンに切り換えて充電することもできる。ただし、この状態で充電すると、電源回路８の出力がバイパス抵抗４に消費される。検出スイッチ３がオンに切り換えられるとき、＋−の出力端子１が電源端子１１に正常に接続されていると、バイパス抵抗４が電池パック１０と並列に接続される。出力端子１に並列に接続される電池パック１０は、バイパス抵抗４に電流を供給して、出力端子１の電圧が低下するのを防止する。検出スイッチ３がオンに切り換えられる状態で、＋−の出力端子１と電源端子１１との間に接触不良があると、電池パック１０が出力端子１に接続されず、＋側出力端子１Ａの電圧は大きく低下する。したがって、検出スイッチ３をオンに切り換える状態で、＋側出力端子１Ａの電圧を検出し、検出電圧が設定電圧よりも低いと接触不良と判定し、設定電圧よりも高いと接触不良でないと判定する。
【００１８】
バイパス抵抗４の抵抗値は最適値がある。この抵抗値は小さすぎても、反対に大きすぎても良くない。バイパス抵抗４は、検出スイッチ３をオンにする状態で、電源回路８と電池パック１０の負荷となって、＋側出力端子１Ａの電圧、すなわち出力端子１の電圧を低下させる。バイパス抵抗４の抵抗値が小さいほど、検出スイッチ３をオンする状態で、＋側出力端子１Ａの電圧を降下させる割合が多くなって、出力電圧は低くなる。とくに、接触不良となる状態では、＋側出力端子１Ａの電圧の低下が大きくなる。このことから、バイパス抵抗４を小さくするほど、接触不良を正確に検出できる。しかしながら、バイパス抵抗４の抵抗値が小さすぎると、電池パック１０の電池性能を低下させる弊害があり、また、電源回路８に大きな負荷電流を流して過負荷な状態となることがある。それは、バイパス抵抗４の抵抗値が小さすぎると、電池パック１０と電源回路８に過大な放電電流が流れるからである。電池パック１０の過大な放電電流は、電池性能を低下させることがあり、また、電源回路８の過大な電流は、電源回路８を過負荷とする。このことから、バイパス抵抗４の抵抗値の最小値は、電池パック１０の性能を低下させることなく、また電源回路８を過負荷としない抵抗値、たとえば、＋−の出力端子１の出力インピーダンスの１／１００よりも大きく、より好ましくは１／５０よりも大きく、さらに好ましくは１／３０よりも大きく設定される。図の充電器は、出力端子１に３ｋΩの電流制限抵抗６を接続しているので、出力端子１の出力インピーダンスは約３ｋΩとなる。そして、バイパス抵抗４の抵抗値を２００Ωとしているので、バイパス抵抗４の抵抗値を、出力端子１の出力インピーダンスの１／１５としている。
【００１９】
反対に、バイパス抵抗４の抵抗値が大き過ぎると、接触不良を正確に検出でき難くなる。それは、検出スイッチ３をオンにして、電池パック１０が接触不良でないときに、＋側出力端子１Ａの電圧が低下する割合が小さくなるために、接触不良と接触不良でないときの、＋側出力端子１Ａの電圧差が小さくなるからである。このことから、バイパス抵抗４の抵抗値は、たとえば、出力端子１の出力インピーダンスよりも小さく、好ましくは出力インピーダンスの１／２よりも小さく、さらに好ましくは出力インピーダンスの１／８よりも小さく設定される。
【００２０】
出力インピーダンスに比較して、バイパス抵抗４の抵抗値を充分に小さく設定して、電池パック１０が接触不良の状態で、バイパス抵抗４を接続すると、＋側出力端子１Ａの出力電圧は、ほぼ出力インピーダンス（ＲO）とバイパス抵抗４の抵抗値（Ｒp）の比率で低下する。したがって、接触不良の状態でバイパス抵抗４が接続されると、＋側出力端子１Ａの出力電圧は、バイパス抵抗４を接続しないときの電圧のＲp／ＲO倍となる。正確には、Ｒp／（ＲO＋Ｒp）倍となるが、ＲOがＲpに比較して充分に大きいと、Ｒp／ＲOで近似される。したがって、たとえば、図２に示すように、バイパス抵抗４の抵抗値を出力インピーダンスの１／１５とすれば、電池パック１０が接触不良の状態で検出スイッチ３をオンすると、＋側出力端子１Ａの電圧は、検出スイッチ３をオフにするときの電圧の約１／１５に低下する。
【００２１】
しかしながら、電池パック１０が接触不良ではない状態で、バイパス抵抗４が出力端子１に接続されると、＋側出力端子１Ａの電圧は出力端子１の出力インピーダンスと電池パック１０の内部抵抗を並列に接続してなる並列抵抗（Ｒs）の値と、バイパス抵抗４の抵抗値（Ｒp）との比率で低下する。すなわち、バイパス抵抗４を接続すると、＋側出力端子１Ａの電圧は、バイパス抵抗４を接続しないときの電圧のＲp／（Ｒｓ＋Ｒp）倍となる。仮に、並列抵抗（Ｒs）を２０Ωとすれば、バイパス抵抗４を接続して＋側出力端子１Ａの電圧が低下する割合は約１０％程度と極めて小さくなる。接触不良のときに＋側出力端子１Ａの電圧が１／１５と極めて低くなり、接触不良でないときはわずかに１０％程度しか低下しないので、＋側出力端子１Ａの電圧を検出して、＋−の出力端子１と電源端子１１との接触不良は正確に検出される。
【００２２】
図の制御回路５は、急速充電スイッチ７と検出スイッチ３をオンオフに制御して、＋側出力端子１Ａの電圧を検出して判定する。制御回路５は、接触不良を検出するとき、急速充電スイッチ７をオフ、検出スイッチ３をオンに切り換えて、＋側出力端子１Ａの電圧を検出する。この制御回路５は、＋側出力端子１Ａの電圧を検出する電圧検出回路９を備えている。図の電圧検出回路９は、＋側出力端子１Ａの出力電圧を分圧する分圧回路を備えており、分圧回路で分圧した電圧を検出して、接触不良を検出する。図３は、接触不良のときと接触不良でないときにバイパス抵抗４を接続して、＋側出力端子１Ａの電圧が電池パック１０の電圧に対して変化する特性を示している。図のラインＡは接触不良のときの電圧特性、ラインＢは接触不良でないときの電圧特性を示している。ただし、この図は、以下の条件で測定している。
電源回路の出力電圧…………１３Ｖ
電流制限抵抗…………………３ｋΩ
電池パックの内部抵抗………２００Ω
【００２３】
この図から明らかなように、接触不良であると電池パック１０の電圧が上昇しても、＋側出力端子１Ａの電圧が２Ｖを越えることはない。接触不良でないときは、電池パック１０の電圧が６Ｖまで低下しても、＋側出力端子１Ａの電圧は３Ｖとなり２Ｖよりも低くなることはない。したがって、電池パック１０が装着される状態で、制御回路５が急速充電スイッチ７をオンに切り換えると共に、検出スイッチ３を一時的にオンに切り換える状態で、＋側出力端子１Ａの電圧を検出し、検出電圧が設定電圧よりも低いときに出力端子１と電源端子１１とが接触不良であると判定し、設定電圧よりも高いときに接触不良でないと判定できる。
【００２４】
制御回路５は、接触不良と判定すると、接触不良であることを示す表示をする。この表示は、たとえばパイロットランプを点灯し、あるいは音声で接触不良であることを表示する。制御回路５は、接触不良でないと判定すると、検出スイッチ３をオフにして電池パック１０の充電を開始する。電池パック１０の充電は、最初に急速充電スイッチ７をオンにして大電流で急速充電し、電池パック１０が所定の容量まで充電されると、急速充電スイッチ７をオフに切り換えてトリクル充電に切り換える。
【００２５】
【発明の効果】
本発明の充電器は、電源端子以外の信号端子のある電池パックを装着して、出力端子と電源端子の接触不良を確実に検出できる特長がある。それは本発明の充電器が、＋側出力端子とアースとの間に直列に接続している検出スイッチを介してバイパス抵抗を接続しており、バイパス抵抗を接続する状態で＋側出力端子の電圧を設定電圧に比較して接触不良の有無を検出し、あるいは、バイパス抵抗を接続する状態と接続しない状態での電圧差を検出して接触不良を検出しているからである。
【００２６】
この構造の充電器は、出力端子と電源端子の接触不良がない状態では、出力端子にバイパス抵抗を接続しても、＋側出力端子の電圧はほとんど低下しない。出力端子に接続された電池パックが＋側出力端子の電圧低下を阻止するからである。これに対して、接触不良により電池パックの電源端子が出力端子に接続されない状態で出力端子にバイパス抵抗を接続すると、＋側出力端子の電圧は電源回路の出力電圧インピーダンスとバイパス抵抗との比率で低下する。したがって、出力端子にバイパス抵抗を接続する状態で、＋側出力端子の電圧がどのように低下するかを検出して、＋−の出力端子と電源端子との接触不良を検出できる。このように、本発明の充電器は、接触不良のときと接触不良でないときにおける＋側出力端子の電圧低下の違いから接触不良を検出するので、電源端子以外の信号端子のある電池パックを装着しても、出力端子と電源端子の接触不良を確実に検出できる。とくに、この充電器は、＋−に関係なくどちらの出力端子が接触不良を起こしても、このことを確実に検出できる特長がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の充電器に温度素子を備える電池パックを接続した状態を示す概略図
【図２】本発明の一実施例にかかる充電器に電池パックを接続した状態を示す回路図
【図３】接触不良のときと接触不良でないときの＋側出力端子の電圧と電池パックの電圧との関係を示すグラフ
【符号の説明】
１…出力端子            １Ａ…＋側出力端子      １Ｂ…−側出力端子
２…検出端子
３…検出スイッチ
４…バイパス抵抗
５…制御回路
６…電流制限抵抗
７…急速充電スイッチ
８…電源回路
９…電圧検出回路
１０…電池パック
１１…電源端子
１２…信号端子
１３…温度端子
１４…抵抗素子
３１…出力端子          ３１Ａ…＋側出力端子    ３１Ｂ…−側出力端子
３２…検出端子
【図１】
0003778872.tif 000002
【図２】
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【図３】
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