(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次電池と、該２次電池に充電電流を供給する充電電流供給回路、該充電電流供給回路から２次電池へ供給する充電電流を制御するための充電制御回路からなる充電器とからなる充電装置において、２次電池を加温するための指示を充電制御回路に与えるための加温スイッチを備え、充電制御回路は、加温スイッチがオフのままでは、２次電池の残容量を判断して、満充電状態で無い場合には、通常時の充電電流を２次電池に供給して充電容量を増加させるように充電電流供給回路を制御し、加温スイッチがオンされると、２次電池の残容量を判断して、満充電状態である場合には、２次電池を温める程度の低電流の充電電流を供給するように充電電流供給回路を制御し、満充電状態で無い場合には、通常時の充電電流を２次電池に供給して充電容量を増加させるように充電電流供給回路を制御することを特徴とする充電装置。
【請求項２】
２次電池の温度を検出する温度検出手段を設け、充電制御回路は加温スイッチがオンされ、満充電状態の２次電池に低電流の充電電流を充電電流供給回路から供給しているときに、２次電池の温度が所定の温度に達したことを温度検出手段が検出すると、２次電池への充電電流供給を停止させるように充電電流供給回路を制御することを特徴とする請求項１記載の充電装置。
【請求項３】
充電制御回路は、２次電池への充電電流供給を停止させてから、２次電池の温度が所定の温度まで低下したことが温度検出手段で検出されたときに、充電電流の供給を再開させるように充電電流供給回路を制御することを特徴とする請求項２記載の充電装置。
【請求項４】
充電制御回路は、２次電池が満充電状態で無い場合には、２次電池を充電させて該２次電池が満充電状態になったことを検出した時に充電電流供給を停止させるように充電電流供給回路を制御することを特徴とする請求項１記載の充電装置。
【請求項５】
２次電池の放電回路を設け、充電制御回路は加温スイッチがオンされた時に、２次電池の充電容量が満充電状態の場合に、２次電池を放電回路により所定の電気量を放電させた後、２次電池が満充電されるまで２次電池に充電電流を供給するように充電電流供給回路を制御することを特徴とする請求項１記載の充電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、充電器とニッケル水素電池からなる電池パックに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電池に電流を供給する充電装置の中で使用者が意識的に低温の電池を温め且つ寿命などを考慮した加温装置はなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
２次電池、特にニッケル水素電池は、電池自体の特性上、低温時には充電容量が満充電（満タン）状態にも拘わらず、電池性能が発揮できず、モータなどの負荷に対して必要な電力を供給することができないという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記の問題点に鑑みて為されたもので、その目的とするところは、電池性能を発揮できないレベルの低温時に、寿命劣化を招くことなく電池性能を発揮できるレベルまで２次電池を加温して負荷への電力供給を可能とする充電装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明では、２次電池と、該２次電池に充電電流を供給する充電電流供給回路、該充電電流供給回路から２次電池へ供給する充電電流を制御するための充電制御回路からなる充電器とからなる充電装置において、２次電池を加温するための指示を充電制御回路に与えるための加温スイッチを備え、充電制御回路は、加温スイッチがオフのままでは、２次電池の残容量を判断して、満充電状態で無い場合には、通常時の充電電流を２次電池に供給して充電容量を増加させるように充電電流供給回路を制御し、加温スイッチがオンされると、２次電池の残容量を判断して、満充電状態である場合には、２次電池を温める程度の低電流の充電電流を供給するように充電電流供給回路を制御し、満充電状態で無い場合には、通常時の充電電流を２次電池に供給して充電容量を増加させるように充電電流供給回路を制御することを特徴とする。
【０００６】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、２次電池の温度を検出する温度検出手段を設け、充電制御回路は加温スイッチがオンされ、満充電状態の２次電池に低電流の充電電流を充電電流供給回路から供給しているときに、２次電池の温度が所定の温度に達したことを温度検出手段が検出すると、２次電池への充電電流供給を停止させるように充電電流供給回路を制御することを特徴とする。
【０００７】
請求項３の発明では、請求項２の発明において、充電制御回路は、２次電池への充電電流供給を停止させてから、２次電池の温度が所定の温度まで低下したことが温度検出手段で検出されたときに、充電電流の供給を再開させるように充電電流供給回路を制御することを特徴とする。
【０００８】
請求項４の発明では、請求項１の発明において、充電制御回路は、２次電池が満充電状態で無い場合には、２次電池を充電させて該２次電池が満充電状態になったことを検出した時に充電電流供給を停止させるように充電電流供給回路を制御することを特徴とする。
【０００９】
請求項５の発明では、請求項１の発明において、２次電池の放電回路を設け、充電制御回路は加温スイッチがオンされた時に、２次電池の充電容量が満充電状態の場合に、２次電池を放電回路により所定の電気量を放電させた後、２次電池が満充電されるまで２次電池に充電電流を供給するように充電電流供給回路を制御することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明を実施形態により説明する。
【００１４】
（実施形態１）
本実施形態の充電装置は、図１に示すように、電池パック２と、充電電流供給回路１及び充電電流供給回路１の出力を制御する充電制御回路３からなる充電器とで構成される。
【００１５】
充電電流供給回路１は、商用電源のコンセントに接続するＡＣコード１０と、ＡＣコード１０を通じて接続される商用電源電圧を降圧するトランス等からなる入力回路１１と、入力回路１１から出力される交流を整流平滑する整流平滑回路１２と、整流平滑して得られた直流を所定の電圧の交流に変換するインバータ電源回路１３と、該インバータ電源回路１３の出力を直流に整流変換する手段及び電池パック２の２次電池２０へ供給する電流を検出する手段を備えた電流出力回路１４と、インバータ電源回路１３のスイッチングを制御するスイッチング制御回路１５とから構成される。
【００１６】
電池パック２は、ニッケル水素電池のような２次電池２０と、電池パック２の温度を検知する温度センサ２１とからなり、２次電池２０は充電電流供給回路１の電流出力回路１４に接続されて電流出力回路１４からの出力電流により充電されようになっている。また２次電池２０の両端電圧は外部の電圧検出回路４に入力され両端電圧が検出されるとともに、温度センサ２１の検出出力は温度検出回路５に入力され、２次電池２０を含めた電池パック２の温度が検出されるようなっている。
【００１７】
充電制御回路３は充電電流供給回路１の整流平滑回路１２の出力から得る電源により動作し（図１０参照）、電圧検出回路４の検出出力から充電（電池）容量の判断を、また温度検出回路５の検出出力から電池パック２の温度の判断を夫々行い、これら判断や加温スイッチ６の操作に基づいて充電電流供給回路１の電流出力回路１４からの出力電流の大きさを切り替える電流切り替え機能と、切り替え設定した充電電流が得られるように、電流出力回路１４で検出される出力電流値に基づいてスイッチング制御回路１５を通じてインバータ電源回路１３を制御する機能とを備えており、インバータ電源回路１３とスイッチング制御回路１５とで定電流制御回路を構成する。電流出力回路１４はインバータ電源回路１３の出力を整流する出力整流手段と充電電流を検出する電流検出抵抗とから構成される（図１０参照）。
【００１８】
次に本実施形態の動作を図２のフローチャートにより説明する。
【００１９】
まず充電を行うに当たって、雰囲気温度が高くて或いは電池温度が高くて、電池性能が十分に出ると判断される時には、ユーザーは加温スイッチ６をオン操作せず、充電を行う。
【００２０】
この場合には、充電制御回路３は、電圧検出回路４が検出する電池電圧に基づいて容量判断を行い、容量が低く満充電（満タン）状態でない期間（例えば図３に示すように９５％の容量に対応する電池電圧Ｖａを検知するまでの間）中急速充電のための大きな充電電流が得られるように充電電流供給回路１のインバータ電源回路１３をインバータ制御回路１５を通じて制御する。この制御は電流出力回路１４で検出される出力電流値に基づいたフィードバック制御であり、電池パック２へ供給される充電電流は一定電流値に保持される。
【００２１】
そして充電が進むとともに電池温度は上昇するが、その温度上昇率ΔＴ／Δｔが一定以上となると、充電制御回路３は満充電となったと判断して、充電制御回路３による充電電流の供給を停止させる。
【００２２】
一方電池温度が低くて、或いは電池パックを負荷に装着して使用する場合に雰囲気温度が低くて電池性能が十分に出ないと判断される場合には、電池パック２を充電器に装着した状態で、ユーザーが加温スイッチ６をオン操作する。
【００２３】
この加温スイッチ６がオンされると、充電制御回路３は、図２に示すようにまず検出される電池電圧から２次電池２０の容量判断を行い、満充電（満タン）状態である判断すると、２次電池２０を加温するための充電電流を供給するように充電電流供給回路１を制御する。この場合２次電池２０を過充電することなく、加温するために図４に示すように充電電流が低電流となるように制御する。
【００２４】
この充電下で充電制御回路３は温度センサ２１の検出出力により２次電池２０の温度を監視し、その検出温度が所定温度Ｔまで上昇すると、充電電流供給回路１を制御して充電電流の出力を停止させ、必要以上に過充電とならないようにする。
【００２５】
一方上記の判断で満充電状態でないと判断した場合には、充電制御回路３は上述の通常の充電と同様に図５に示すように大きな充電電流を電池パック２に供給するように充電電流供給回路１を制御し、２次電池２０を急速充電させる。そして充電が進むにつれて２次電池２０の温度が図示するよう上昇して所定温度Ｔに達することになるが、使い勝手を考えて充電電流の供給を継続させて、上述のΔＴ／Δｔにより満充電判断を行うまで加温する。そして満充電状態となった判断すると、充電電流の供給を停止させる（図２のII）。勿論満充電判断があった時点で電池パック２の温度が所定温度Ｔに達していなければ、電池パック２の温度が所定温度Ｔに達するまで、低電流による充電を行って加温するようにしても良い（図２のＩ）＜例えば電池容量の８０％の電池を充電した場合＞。
【００２６】
このようにして本実施形態では、ユーザーが電池温度や雰囲気の温度から電池性能が発揮できないと判断したときに、充電器に電池パック２を装着して加温スイッチ６をオン操作するだけで、２次電池２０の残容量に応じた充電電流により過充電することなく、加温することができるのである。
【００２７】
尚２次電池２０への充電電流供給を停止してから、２次電池２０の温度が所定の温度まで低下したことが検出されたときに、充電電流の供給を再開させるように充電電流供給回路１を制御するように充電制御回路３を働かせても良い。
（実施形態２）
上記実施形態１は、加温スイッチ６を設け、ユーザーにより加温と必要とするときにこの加温スイッチ６をオン操作することで、電池パック２の２次電池２０を加温できる構成であったが、本実施形態は、図６に示すように加温スイッチ６を廃し、温度センサ２１の検出温度に基づく自動加温を行う構成としたものである。
【００２８】
本実施形態では電池パック２の２次電池２０の温度を温度センサ２１により検出するものの、電池電圧を検出せず、充電器に電池パック２が装着されると、充電制御回路３は、インバータ電源回路１３から電流出力回路１４を通じて電池パック２の２次電池２０に供給される充電電流が急速充電に対応する大きさの電流となるようスイッチング制御回路１５を制御するとともに、温度センサ２１の検出温度から上述のΔＴ／Δｔによる満充電判断を行い、満充電状態となると充電を停止させる制御を行う。
【００２９】
そして満充電状態と判断した後、電池パック２が充電器に装着されている場合には、充電制御回路３は、図７のフローチャートに示す自動加温制御を行う。
【００３０】
つまり充電完了後、上述した低電流を２次電池２０に流して２次電池２０を加温するとともに、温度センサ２１により電池パック２の温度を監視して、図８（ａ）に示すように電池パック２の温度が第１の所定温度Ｔ１に達すると、低電流による充電を図８（ｂ）に示すように停止させる。この停止後も温度センサ２１により電池パック２の温度を監視してその検出温度が第２の所定温度Ｔ２に低下すると、再度低電流による充電を再開させる。以後上記の制御動作を繰り返して電池パック２の温度をＴ１とＴ２の間で保持する。
【００３１】
以上のように本実施形態では、加温スイッチを設けることなく、自動的に電池パック２の温度を電池性能を発揮できる温度に保持できるのである。
【００３２】
（実施形態３）
本実施形態は、図９に示すように、加温スイッチ６がオン操作されると、充電制御回路３の制御の下で、電池パック２の２次電池２０を充電電流供給回路１の出力から切り離すとともに、放電回路７を２次電池２０に接続するリレー等の切り替えスイッチ手段ＳＷを設け、放電回路７を一定時間２次電池２に接続して所定の電気量を放電させ、しかる後に切り替えスイッチ手段ＳＷを切り替え動作させて、２次電池２０を充電電流供給回路１の出力に接続し、充電を行うようにしたものである。
【００３３】
つまり、本実施形態では、使用者による加温スイッチ６がオンされると、放電回路７により満充電（満タン）状態の２次電池２０を放電させて、その放電により電池パック２の温度を上昇させ、その後２次電池２０を満充電状態となるまで充電する。この充電制御は上述のΔＴ／Δｔ制御により行う。また加温スイッチ６をオンさせない充電も上述のΔＴ／Δｔ制御により行う。
【００３４】
（実施形態４）
上記の各実施形態では、電池パック２の加温を充電或いは放電により行っているが、本実施形態では、図１０に示すようにヒータのような加熱手段８と、加熱された熱を電池パック２に当てるための送風ファン９とを設けたもので、加熱手段８及び送風ファン９の電源は充電制御回路３の電源回路３０より得る。この電源回路３０は充電電流供給回路１内の整流平滑回路１２の出力を入力とするものである。
【００３５】
電流出力回路１４は出力整流回路１４ａ及び電流検出抵抗１４ｂとからなり、充電制御回路３は電流検出抵抗１４ｂの両端電圧により充電電流の大きさを検出するようになっている。
【００３６】
図１１（ａ）（ｂ）は本実施形態の充電器本体４０の側面図及び上面図を示しており、充電器本体４０の上面の片側には電池パック２を装着する装着部４１が、また略中央部には表示用の発光ダイオードＬＥＤを露出し、また加温スイッチ６の操作部を露出し、また側面には電源コンセントに接続するためのＡＣコード１０を導出している。
【００３７】
図１２は装着部４１の断面構造を示しており、充電器本体４０の底部に配設された充電器の回路部品を実装した回路基板４２上に上記加熱手段８を実装し、この加熱手段８の情報に送風ファン９を配設し、また加熱手段８の配置位置近傍の充電器本体４０には吸気孔４３を、また装着部４１に電池パック２を装着した時に、電池パック２の下部に設けた格子状孔４４に対向するように充電器本体４０の上面に格子状の温風吹き出し口４５を開口しており、加熱手段８によって加熱された空気は送風ファン９により電池パック２内に矢印で示すように送り込むことができるようになっている。
【００３８】
而して本実施形態の動作を図１３に示すフローチャートにより説明する。
【００３９】
まず電池パック２が充電器本体４０の装着部４１に装着されると、これを充電器本体４０内の装着検知手段（図示せず）により検知し、この検知がある状態で加温スイッチ６がオンされない場合には、充電制御回路３は充電電流供給回路１から通常の急速充電の電流を供給させるようにスイッチング制御回路１５を通じてインバータ電源回路１３を制御し、やがて温度センサ２１の検出温度に基づくΔＴ／Δｔ制御により満充電と判断したときに充電電流の供給を停止させる通常時の充電を行う。
【００４０】
一方、加温スイッチ６が使用者によりオンされると、充電制御回路３は充電電流供給回路１からの充電電流の供給を停止させて、加熱手段８の通電を開始するとともに送風ファン９の通電を開始して送風ファン９により温風を温風吹き出し口４５と格子状孔４４を介して電池パック２内へ送り込む。これにより電池パック２の温度が上昇することになる。一方充電制御回路３は温度センサ２１で検知している温度を温度検出回路５を介して監視しており、検出温度が所定値Ｔに達すると、加熱手段８及び送風ファン９の通電をオフして加熱停止とファン停止を行う。同時に発光ダイオードＬＥＤを点滅させて電池パック２内の２次電池２０が所定温度Ｔになったことを表示する。尚発光ダイオードＬＥＤの代わりにブザーにより知らせるようにしてもよい。
【００４１】
かように本実施形態では、充電電流による加温でないため、過充電にならず、２次電池を劣化させない。また所定温度Ｔになったことを発光ダイオードＬＥＤにより表示するため、使用者に分かりやすい。
【００４２】
【発明の効果】
請求項１の発明では、２次電池と、該２次電池に充電電流を供給する充電電流供給回路、該充電電流供給回路から２次電池へ供給する充電電流を制御するための充電制御回路からなる充電器とからなる充電装置において、２次電池を加温するための指示を充電制御回路に与えるための加温スイッチを備え、充電制御回路は、加温スイッチがオフのままでは、２次電池の残容量を判断して、満充電状態で無い場合には、通常時の充電電流を２次電池に供給して充電容量を増加させるように充電電流供給回路を制御し、加温スイッチがオンされると、２次電池の残容量を判断して、満充電状態である場合には、２次電池を温める程度の低電流の充電電流を供給するように充電電流供給回路を制御し、満充電状態で無い場合には、通常時の充電電流を２次電池に供給して充電容量を増加させるように充電電流供給回路を制御するので、電池自体の温度或いは雰囲気温度が電池性能を出せないレベルの低温時に、電池性能が出せるように２次電池を加温することができ、しかも満充電状態の２次電池に対しては寿命を劣化させることなく加温でき、また満充電状態でない２次電池に対しては充電不足を同時に解消することができるという効果がある。
【００４３】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、２次電池の温度を検出する温度検出手段を設け、充電制御回路は加温スイッチがオンされ、満充電状態の２次電池に低電流の充電電流を充電電流供給回路から供給しているときに、２次電池の温度が所定の温度に達したことを温度検出手段が検出すると、２次電池への充電電流供給を停止させるように充電電流供給回路を制御するので、満充電状態の２次電池を適正な温度に加温することができる。
【００４４】
請求項３の発明では、請求項２の発明において、充電制御回路は、２次電池への充電電流供給を停止させてから、２次電池の温度が所定の温度まで低下したことが温度検出手段で検出されたときに、充電電流の供給を再開させるように充電電流供給回路を制御するので、上記の効果に加えて２次電池の温度を所定温度に保つことができる。
【００４５】
請求項４の発明では、請求項１の発明において、充電制御回路は、２次電池が満充電状態で無い場合には、２次電池を充電させて該２次電池が満充電状態になったことを検出した時に充電電流供給を停止させるように充電電流供給回路を制御するので、過充電することなく充電不足の２次電池の充電が行え、しかも電池性能を出せるように加温もできる。
【００４９】
請求項５の発明では、請求項１の発明において、２次電池の放電回路を設け、充電制御回路は加温スイッチがオンされた時に、２次電池の充電容量が満充電状態の場合に、２次電池を放電回路により所定の電気量を放電させた後、２次電池が満充電されるまで２次電池に充電電流を供給するように充電電流供給回路を制御するので、充電による加温に加え、放電による発熱によって２次電池を加温することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の回路構成図である。
【図２】同上の動作説明用フローチャートである。
【図３】同上の電池温度と充電容量の関係説明図である。
【図４】同上の満充電状態の２次電池に対する加温動作の説明図である。
【図５】同上の未充電の２次電池に対する加温動作の説明図である。
【図６】本発明の実施形態２の回路構成図である。
【図７】同上の動作説明用フローチャートである。
【図８】同上の加温動作を示すタイミングチャートである。
【図９】本発明の実施形態３の回路構成図である。
【図１０】本発明の実施形態４の回路構成図である。
【図１１】（ａ）は同上の充電器本体の側面図である。
（ｂ）は同上の充電器本体の上面図である。
【図１２】同上の充電器本体の要部の拡大断面図である。
【図１３】同上の動作説明用フローチャートである。
【符号の説明】
１  充電電流供給回路
２  電池パック
３  充電制御回路
４  電圧検出回路
５  温度検出回路
６  加温スイッチ
１０  ＡＣコード
１１  入力回路
１２  整流平滑回路
１３  インバータ電源回路
１４  電流出力回路
１５  スイッチング制御回路
２０  ２次電池
２１  温度センサ
【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】
0003775131.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
0003775131.tif 000014