(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池の到達目標温度値を保持する記憶部と、
現在の電池の温度を検出する温度検出部と、
充電開始時の電池温度と、前記記憶部に保持された前記到達目標温度値との差に基づき、充電時間を決定する充電時間決定部と、
前記充電開始時の電池温度と前記到達目標温度値との差と、前記充電時間決定部で決定された充電時間から温度上昇勾配を算出する温度勾配算出部と、
前記温度検出部により検出された温度から温度上昇値を求める温度上昇値出力部と、
前記温度上昇値出力部から出力された温度上昇値が前記温度上昇勾配になる電流値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制御部と、
前記充電時間決定部で決定された充電時間から、充電開始後の経過時間を減算して充電完了までの時間を求める充電完了時間算出部と、
前記充電完了時間算出部にて求められた充電完了までの時間を表示する表示装置とを備えることを特徴とする充電装置。
【請求項２】
電池の到達目標温度値を保持する記憶部と、
現在の電池の温度を検出する温度検出部と、
充電開始時の電池温度と前記記憶部に保持された前記到達目標温度値との差とに基づき、充電時間を決定する充電時間決定部と、
前記開始時の電池温度と前記到達目標温度値との差と、前記充電時間決定部により決定された充電時間とに基づき、前記到達目標温度値にて充電を完了するための温度上昇パターンを検索する温度上昇パターン検索部と、
前記温度検出部により検出された温度から温度上昇値を求める温度上昇値出力部と、
前記温度上昇値出力部から出力された温度上昇値が前記温度上昇パターンになる電流値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制御部と、
前記充電時間決定部で決定された充電時間から、充電開始後の経過時間を減算して充電完了までの時間を求める充電完了時間算出部と、
前記充電完了時間算出部にて求められた充電完了までの時間を表示する表示装置とを備えることを特徴とする充電装置。
【請求項３】
前記温度上昇パターンは、充電の前半部分が温度上昇値が相対的に高く、後半部分が温度上昇値が相対的に低くなってい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】
前記温度上昇パターンは、折れ線近似してなることを特徴とする請求項２又は３に記載の充電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電池を充電する充電装置に関し、特に、充電完了までの時間を表示できる充電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
充電完了までの時間を表示する充電装置が種々提案されている。例えば、特開平１０−１７８７４７号、特許２８３６６７７号、特開平１０−１７２６１６号、特開平１１−８９１０５号、特開平１１−２０６０２４号、特開２００１−１６７９４号等がある。特開平１０−１７８７４７号では、前回の充電時間を記憶しておき、新たに充電する際に前回の充電時間に基づき充電を算出して表示する技術が開示されている。特許２８３６６７７号では、充電電圧特性曲線及び充電電流特性曲線から充電完了までの時間を求めて表示する技術が開示されている。特開平１０−１７２６１６号では、温度、充電電流により充電残時間を補正して表示する技術が開示されている。特開平１１−８９１０５号では、複数の電池セルのいずれかが所定電圧以上になる度に、補正を行うことで正確な充電残時間を求める技術が開示されている。特開平１１−２０６０２４号では、電流によって一義的に定まる補正時間を加算して充電完了時間を求める技術が開示されている。特開２００１−１６７９４号では、充電曲線のパラメータを充電曲線のパラメータ値に応じて充電毎に補正し、充電所用時間を求める技術が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来技術では、正確に充電時間を求めることができないか、又は、正確に充電時間を求めるために、ハードウエア上又はソフトウエア上の複雑な構成が必要となった。即ち、充電開始時の残容量を検出するためのハードウエア、又は、複雑な補正演算を行うためのソフトウエアを必要とした。
【０００４】
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、簡易な構成で正確に充電完了までの時間を表示できる充電装置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では、電池の到達目標温度値を保持する記憶部（２９）と、
現在の電池の温度を検出する温度検出部（２８）と、
充電開始時の電池温度と、前記記憶部に保持された前記到達目標温度値との差に基づき、充電時間を決定する充電時間決定部（Ｓ１４）と、
前記充電開始時の電池温度と前記到達目標温度値との差と、前記充電時間決定部で決定された充電時間から温度上昇勾配を算出する温度勾配算出部（Ｓ１６）と、
前記温度検出部により検出された温度から温度上昇値を求める温度上昇値出力部（Ｓ１８）と、
前記温度上昇値出力部から出力された温度上昇値が前記温度上昇勾配になる電流値を検索する電流値検索部（Ｓ２０）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制御部（Ｓ３０）と、
前記充電時間決定部で決定された充電時間から、充電開始後の経過時間を減算して充電完了までの時間を求める充電完了時間算出部（Ｓ２２）と、
前記充電完了時間算出部にて求められた充電完了までの時間を表示する表示装置（１８、Ｓ２４）とを備えることを技術的特徴とする。
【０００８】
請求項１では、充電開始時の電池温度と、記憶部に保持された到達目標温度値との差に基づき、充電時間を決定する。そして、該充電時間で充電が完了するように、電池温度の温度上昇勾配を求め、電池の温度上昇値が温度上昇勾配になる電流値にて電池を充電する。このため、決定した充電時間で確実に充電を完了することができ、従って、決定した充電時間から、充電開始後の経過時間を減算することで、簡易な構成で正確に充電完了までの時間を求めることが可能になる。
また、充電開始時の電池温度と、記憶部に保持された到達目標温度値との差に基づき、充電時間から温度上昇勾配を算出する。そして、温度上昇値が温度上昇勾配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、充電完了時の温度が到達目標温度値となるように充電することができるで、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。
【０００９】
請求項２では、電池の到達目標温度値を保持する記憶部（１３９）と、
現在の電池の温度を検出する温度検出部（１３８）と、
充電開始時の電池温度と前記記憶部に保持された前記到達目標温度値との差とに基づき、充電時間を決定する充電時間決定部（Ｓ１１４）と、
前記開始時の電池温度と前記到達目標温度値との差と、前記充電時間決定部により決定された充電時間とに基づき、前記到達目標温度値にて充電を完了するための温度上昇パターンを検索する温度上昇パターン検索部（Ｓ１１６）と、
前記温度検出部により検出された温度から温度上昇値を求める温度上昇値出力部（Ｓ１１８）と、
前記温度上昇値出力部から出力された温度上昇値が前記温度上昇パターンになる電流値を検索する電流値検索部（Ｓ１２０）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制御部（Ｓ１３０）と、
前記充電時間決定部で決定された充電時間から、充電開始後の経過時間を減算して充電完了までの時間を求める充電完了時間算出部（Ｓ１２２）と、
前記充電完了時間算出部にて求められた充電完了までの時間を表示する表示装置（１８、Ｓ１２４）とを備えることを技術的特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明では、充電開始時の電池温度と、記憶部に保持された到達目標温度値との差に基づき、充電時間を決定する。そして、該充電時間で充電が完了するように、電池温度の温度上昇パターンを求め、電池の温度上昇値が温度上昇パターンになる電流値にて電池を充電する。このため、決定した充電時間で確実に充電を完了することができ、従って、決定された充電時間から、充電開始後の経過時間を減算することで、簡易な構成で正確に充電完了までの時間を求めることが可能になる。
また、充電開始時の電池温度と、記憶部に保持された到達目標温度値との差に基づき、充電時間から温度上昇パターンを検索する。そして、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、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到達目標温度値（最も低い温度）となるように充電することができる。
【００１１】
請求項３では、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してある、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してあるため、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。
【００１２】
請求項４では、温度上昇パターンは、折れ線近似してあるため、演算等の処理が容易である。
【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。
以下、本発明を具体化した実施形態について図を参照して説明する。
図１は、充電装置１０に電池パック５０が装填された状態を示すブロック図である。図２は該充電装置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、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２３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、図示しないプラス端子、マイナス端子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、これらの端子が相手側の受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に示す温度センサＴＭ、ＥＥＰＲＯＭ６１を接続するための端子が備えられている。
【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のプラス端子およびマイナス端子が電池ドリル７０側のそれぞれの受電端子に接続されるので、両端子から電力の供給を受けることができる。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。
【００２１】
続いて、電池パック５０を充電する充電装置１０の構成を図１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の上部には、充電中の電池パック５０の充電完了までの時間を表示する液晶の表示装置１８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、マイナス端子に対応して電気的に接続可能な出力端子が設けられており、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。これにより、充電装置１０内の制御回路は、電池パック５０から所定の温度情報等をこのコネクタを介して得ることができる。
【００２３】
図１に示すように、充電装置１０の制御回路は、主に、電源回路２２、充電電流制御部２４、制御部２６、電圧検出部２７、温度検出部２８、記憶部２９、ファン２３、表示装置１８等から構成される。
電源回路２２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。温度検出部２８は、充電中の電池温度を温度センサＴＭにより検出可能に構成されており、電圧検出部２７は、電池電圧を検出できるように構成されている。一方、記憶部２９は所定のマップ等の電流値制御情報及び設定された到達目標温度値等を記憶するものである。ファン２３は、図２に示す吸気口１３を介して外部から取り入れた空気を、送風口１６を経て電池パック５０の通気口５６（図３参照）へ送り、電池パック５０内の電池５８を強制空冷する。
【００２４】
制御部２６は、温度検出部２８から出力された温度値を微分して温度上昇値を求めたうえで記憶部２９の電流値制御情報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電源回路２２を制御し、電池パック５０の充電電流を調整するようにも構成されている。更に、制御部２６は、充電完了までの時間を算出して表示装置１８にて表示する。
【００２５】
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。
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。
【００２６】
ここでは、温度上昇が高いときには、相対的に小さな充電電流を流し、反対に、温度上昇が低いときには、相対的に大きな充電電流を流す。
【００２７】
この第１実施形態の充電装置の動作原理について図５を参照して更に詳細に説明する。図５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。
【００２８】
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、３３ｄｅｇの温度上昇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、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。
【００２９】
一方、外気温度及び電池温度１０℃の際に３３ｄｅｇの温度上昇で充電完了する場合も同様に、図中の０ｄｅｇと曲線Ｌ上の３３ｄｅｇとを結ぶ実線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。この場合にも正確に２０分で、温度４３℃（温度上昇値３３ｄｅｇ）にて充電が完了する。
【００３０】
一方、外気温度及び電池温度３０℃の際に３３ｄｅｇの温度上昇で充電完了する場合も同様に、図中の０ｄｅｇと曲線Ｌ上の３３ｄｅｇとを結ぶ実線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。この場合にも正確に２０分で、温度６３℃（温度上昇値３３ｄｅｇ）にて充電が完了する。
【００３１】
第１実施形態の充電装置は、充電開始時の電池温度と、記憶部２９に保持された到達目標温度値との差に基づき、充電時間を決定する。例えば、到達目標温度値が５３℃に設定されている場合、電池温度及び外気温度が２０℃の場合には、温度上昇値が３３ｄｅｇになり、充電時間として２０分が決定される。また、電池温度及び外気温度が１０℃の場合、到達目標温度値５３℃までの差分が４３ｄｅｇとなり、充電時間として１３分が決定される。
【００３２】
ここで、電池温度及び外気温度が２０℃で、充電時間として２０分が決定された場合には、上述したように、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）が求められる。
【００３３】
また、電池温度及び外気温度が１０℃で、充電時間として１３分が決定された場合には、上述したように、図中の０ｄｅｇと曲線Ｌ上の４３ｄｅｇとを結ぶ直線ｂに示す温度勾配（温度上昇値）が求められる。この場合には、該温度勾配で充電することで、正確に１３分で、温度５３℃（温度上昇値４３ｄｅｇ）になった時点で充電が完了する。
【００３４】
なお、ここで、電池温度と外気温度が異なる場合には、外気温度により図５中の曲線Ｌがシフトする。即ち、電池温度が１５℃で、外気温度が１０℃の場合には、曲線Ｌが５ｄｅｇ分下方へシフトする。反対に、電池温度が１０℃で、外気温度が１５℃の場合には、曲線Ｌが５ｄｅｇ分上方へシフトする。本実施形態では、電池温度と外気温度とが異なる場合には、差分だけシフトさせた曲線Ｌを用いて、上述したように充電時間を求める。
【００３５】
そして、本実施形態では、決定した充電時間から充電開始後の経過時間を減算することで、充電完了までの時間を求め、表示装置１８にて表示する。即ち、減算のみで充電完了までの時間を正確に求められるため、簡易な構成で正確に充電完了までの時間を表示することが可能になる。
【００３６】
ここで、係る温度上昇値を一定にした際の電流値の変化について図６及び図７を参照して説明する。
図６は、温度２０℃のニッケル水素電池を電池温度が５０℃になるように、２５分で充電した際のシュミレーションした結果である。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、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、約５０℃において、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。
【００３７】
図７は、別のニッケル水素電池について、シュミレーションした結果である。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。
【００３８】
引き続き、第１実施形態の充電装置による充電について、当該処理を示す図８のフローチャートを参照して説明する。
まず、制御部３６は、温度検出部３８を介して電池パック５０の温度を検出する（Ｓ１２）。ここでは、外気温度及び電池温度が２０℃であったものとする。次に、充電完了時の電池温度を確認し、充電時間を求める（Ｓ１４）。例えば、図５を参照して上述したように、到達目標温度値が５３℃に設定されている場合、電池温度との差分、即ち、温度上昇値が３３ｄｅｇになり、充電時間として２０分が決定される。本実施形態の充電装置は、急速充電（常温中での２０分充電を目標とする温度上昇値３３ｄｅｇ）と通常充電（常温中での３０分充電を目標とする温度上昇値２３ｄｅｇ）とが切り替えれるように構成されており、急速充電が設定されている際には、図５を参照して上述した曲線Ｌの値を保持している記憶部３９を検索することで充電完了温度として５３℃を得る。その後、温度勾配を算出する（Ｓ１６）。ここでは、図５中に示す温度０ｄｅｇと曲線Ｌ上の３３ｄｅｇとを結ぶ直線ａの勾配を求める。
【００３９】
制御部３６は、温度検出部から入力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（Ｓ１８）、この検出した温度上昇値を、上記Ｓ１６にて算出した勾配と比較することで電流値を確定する（Ｓ２０）。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。
【００４０】
そして、上記Ｓ１４にて決定した充電時間（２０分）から充電開始後の経過時間を減算することで、充電完了までの時間を算出する（Ｓ２２）。そして、求めた残り充電時間を表示装置１８にて表示する（Ｓ２４）。本実施形態では、減算のみで充電完了までの時間を正確に求められるため、簡易な処理で正確に充電完了までの時間を表示することが可能になる。
【００４１】
次に、電流値が所定値以下かを判断する（Ｓ２６）。図６を参照して上述したように、充電が完了して電流値が所定値以下になると（Ｓ２６：Ｙｅｓ）、充電処理を完了する。他方、電流が所定値以上の際には（Ｓ２６：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、図７を参照して上述したオーバーシュートが発生していないかを判断する（Ｓ２８）。ここで、オーバーシュートが発生している際には（Ｓ２８：Ｙｅｓ）、処置を完了する。一方、オーバーシュートが発生していない場合には（Ｓ２８：Ｎｏ）、Ｓ３０へ進み、上記Ｓ２０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。
【００４２】
本発明の第１実施形態の充電装置では、温度上昇値を一定とするため処理が容易である利点がある。更に、温度上昇値が算出した温度上昇勾配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、充電完了時の温度が到達目標温度値となるように充電することができ、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。
【００４３】
なお、本実施形態では、充電装置側に図５中に示す曲線Ｌを保持させたが、例えば、ニッケル水素電池の寿命を縮めない範囲での充電最高温度（例えば、３０ｄｅｇ）及び該３０ｄｅｇに至る充電時間（例えば、２５分）のみを保持しておき、この３０ｄｅｇで充電が完了するように、充電を制御することも可能である。
【００４４】
引き続き、本発明の第２実施形態に係る充電装置について、図９〜図１２を参照して説明する。上述した第１実施形態の充電装置では、温度上昇値が一定になるように、電流値を調整した。これに対して、第２実施形態の充電装置では、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。
【００４５】
この充電原理について、図９を参照して説明する。図９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。
【００４６】
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９中の破線ａから、第１実施形態の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。
【００４７】
図１０は、境界線Ｂの電池温度による変化を示している。ここで、境界線Ｂは、外気温度（２０℃）と電池温度とが等しい場合を示し、境界線Ｂ’は、外気温度（１５℃）よりも電池温度（２０℃）が高い場合を示している。ここで、境界線Ｂ’は、境界線Ｂよりも５℃分下方へシフトしている。
【００４８】
図１１は、第２実施形態の充電装置１１０内の制御回路１３０の構成を示している。制御回路１３０は、図４を参照して上述した第１実施形態の充電装置と同様である。但し、第２実施形態の制御回路１３０の記憶部１３９には、図９を参照して上述した温度上昇パターンが保持されている。この温度上昇パターンは、５ｄｅｇ上昇するまでの時間分で一種の折れ線近似して保持してある。例えば、図９を参照して上述した実線ｄの温度上昇パターンについては、５ｄｅｇに２分で到達し、１０ｄｅｇに４分で、１５ｄｅｇに６分、２０ｄｅｇに９分、２５ｄｅｇに１３分、３０ｄｅｇに２０分、即ち、（２，４、６、９、１３，２０）と言うデータ形式で保持することで、記憶部の容量の削減と、制御部１３６での演算処理の容易化が計られている。そして、温度制御の際には、図１０中に示すように５ｄｅｇ毎に直線で近似した勾配に沿うように、充電電流が調整される。
【００４９】
そして、該充電装置１１０では、例えば、外気温度１５℃で２０℃の電池を充電する際には、図１０を参照して上述したように、充電完了時の温度上昇値を５ｄｅｇ分下げたパターンが算出され、係るパターンに従い充電がなされる。反対に、例えば、外気温度２５℃で２０℃の電池温度の時には、充電完了時の温度上昇値を５ｄｅｇ分上げたパターンを算出する。
【００５０】
第２実施形態の充電装置は、第１実施形態と同様に充電開始時の電池温度と、記憶部１３９に保持された到達目標温度値との差に基づき、充電時間を決定する。例えば、到達目標温度値が５０℃に設定されている場合、電池温度及び外気温度が２０℃の場合には、温度上昇値が３０ｄｅｇになり、図１０中に示すように境界線Ｂと３０ｄｅｇとの交点から充電時間として２０分が決定される。
【００５１】
そして、第２実施形態では、第１実施形態と同様に決定した充電時間から充電開始後の経過時間を減算することで、充電完了までの時間を求め、表示装置１８にて表示する。即ち、減算のみで充電完了までの時間を正確に求められるため、簡易な構成で正確に充電完了までの時間を表示することが可能になる。
【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１２を参照して説明する。
まず、制御部１３６は、温度検出部１３８から電池パック１５０の温度を検出する（Ｓ１１２）。ここでは、外気温度及び電池温度が共に２０℃であったものとする。次に、充電完了時の電池温度を確認し、充電時間を求める（Ｓ１１４）。例えば、図１０を参照して上述したように、到達目標温度値が５０℃に設定されている場合、電池温度との差分、即ち、温度上昇値が３０ｄｅｇになり、充電時間として２０分が決定される。ここでは、外気温度と電池温度とが等しい場合を例示したが、外気温度と電池温度とが異なる場合、例えば、外気温度が２０℃で、電池温度が２５℃の場合には、図１０中に示すように曲線Ｂを５ｄｅｇ分下方へシフトさせた曲線Ｂ’を用いて、到達目標温度値から充電時間を求める。その後、温度上昇パターンを算出する（Ｓ１１６）。
【００５３】
制御部１３６は、温度検出部から入力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（Ｓ１１８）、この検出した温度上昇値が、上記Ｓ１１６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（Ｓ１２０）。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】
そして、上記Ｓ１１４にて決定した充電時間（２０分）から充電開始後の経過時間を減算することで、充電完了までの時間を算出する（Ｓ１２２）。そして、求めた残り充電時間を表示装置１１８にて表示する（Ｓ１２４）。本実施形態では、減算のみで充電完了までの時間を正確に求められるため、簡易な処理で正確に充電完了までの時間を表示することが可能になる。
【００５５】
次に、電流値が所定値以下かを判断する（Ｓ１２６）。第１実施形態と同様に充電が完了して電流値が所定値以下になると（Ｓ１２６：Ｙｅｓ）、充電処理を完了する。他方、電流が所定値以上の際には（Ｓ１２６：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（Ｓ１２８）。ここで、オーバーシュートが発生している際には（Ｓ１２８：Ｙｅｓ）、処置を完了する。一方、オーバーシュートが発生していない場合には（Ｓ１２８：Ｎｏ）、Ｓ１３０へ進み、上記Ｓ１２０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。
【００５６】
第２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９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到達目標温度値（最も低い温度）となるように充電することができる。
【００５７】
また、本実施形態の充電装置では、温度上昇パターンを山なり、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してある。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してあるため、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。
【００５８】
引き続き、本発明の第３に係る実施形態の充電装置について図１３〜図１５を参照して説明する。
上述した第２実施形態では、充電装置側に図１０に示す充電時間及び最終電池温度上昇値を保持させた。これに対して、第３実施形態では、電池パック側に、図９を参照して上述した、最も低い温度で充電が完了した際の到達温度を示す境界線がそれぞれ保持されている。即ち、充電完了時の到達温度は、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、電池パック側にかかる境界値（以下、温度到達目標値として参照）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。
【００５９】
第３実施形態の充電装置２１０及び電池パック２５０Ａ、２５０Ｂの構成について図１３を参照して説明する。電池パック２５０Ａは、当該電池パックの温度到達目標値（図１５のＢ１）の値を保持するＲＯＭ２５８ａを備えている。一方、電池パック２５０Ｂは、当該電池パックの温度到達目標値（図１５中のＢ２）の値を保持するＲＯＭ２５８ｂを備えている。なお、この温度到達目標値Ｂ１、Ｂ２は、Ｙ＝β／（Ｘ＋α）＋γ式で表され、この係数α、β、γの値がＲＯＭ２５８ａ、２５８ｂにそれぞれ書き込まれている。
【００６０】
一方、充電装置２１０の制御回路２３０には、上述したＲＯＭ２５８ａ、２５８ｂの内容を読み出すためのＲＯＭリーダ２３１が備えられている。また、記憶部２３９には、温度上昇パターンを得るための方程式が収容されている。他の構成については、図４を参照して上述した第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００６１】
この第３実施形態の充電方式の具体的な充電制御について、図１４を参照して説明する。
まず、充電装置２１０の制御部２３６は、温度検出部２３８から電池パック２５０Ａの温度を検出する（Ｓ２１２）。ここでは、温度が２０℃であったものとする。次に、電池パック２５０ＡのＲＯＭ２５８ａから温度到達目標値Ｂ１を求めるための係数α、β、γを読み出し、図１５中に示す温度到達目標値Ｂ１の曲線を算出する（Ｓ２１３）。引き続き、温度到達目標値Ｂ１の曲線と、電池温度と、設定された到達目標温度とから充電時間を求める（Ｓ２１４）。ここで、充電装置２１０は、急速充電と通常充電とが切り替え得るようになっており、急速充電は、電池温度上昇値として３０ｄｅｇまでを許容し、通常充電は、２５ｄｅｇ以下で充電を完了するようになる。ここで、通常充電が選択されている場合には、上記充電完了時の電池温度上昇値２５ｄｅｇから充電時間として２５分が求められ、他方、急速充電が設定されている場合には、充電時間として２０分が求められることになる。その後、温度勾配パターンを算出する（Ｓ２１６）。急速充電時の２０分充電が確認された場合には、図１５中の０ｄｅｇと３０ｄｅｇとを結ぶ線分ｉから、上記記憶部２３９中の方程式に基づき山なりの曲線（温度上昇パターン）ｊが算出させる。なお、第３実施形態では、方程式に基づき温度上昇パターンを算出したが、この代わりに、複数のパターンを保持しておき、このパターンとの相関を取ってパターンを求めるようにもできる。
【００６２】
制御部２３６は、温度検出部から入力した前回の温度値と今回入力した温度値との差分より温度上昇値を求め（Ｓ２１８）、この検出した温度上昇値を、上記Ｓ２１６にて算出した勾配と比較することで電流値を確定する（Ｓ２２０）。ここで、温度上昇値が温度上昇パターン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。
【００６３】
そして、上記Ｓ２１４にて決定した充電時間（２０分）から充電開始後の経過時間を減算することで、充電完了までの時間を算出する（Ｓ２２２）。そして、求めた残り充電時間を表示装置１１８にて表示する（Ｓ２２４）。本実施形態では、減算のみで充電完了までの時間を正確に求められるため、簡易な処理で正確に充電完了までの時間を表示することが可能になる。
【００６４】
次に、電流値が所定値以下かを判断する（Ｓ２２６）。第１実施形態と同様に充電が完了して電流値が所定値以下になると（Ｓ２２６：Ｙｅｓ）、充電処理を完了する。他方、電流が所定値以上の際には（Ｓ２２６：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（Ｓ２２８）。ここで、オーバーシュートが発生している際には（Ｓ２２８：Ｙｅｓ）、処置を完了する。一方、オーバーシュートが発生していない場合には（Ｓ２２８：Ｎｏ）、Ｓ２３０へ進み、上記Ｓ２２０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。
【００６５】
この第３実施形態の充電方式では、電池パック２５０Ａ、２５０Ｂ側に到達目標温度値Ｂ１、Ｂ２をそれぞれ保持させてあるので、上述したように電池パック２５０Ａに対しては、２０分の最短の時間で、また、温度到達目標値Ｂ２である電池パック２５０Ｂに対しては、１７分の最短時間（図１５参照）で充電を完了することができる。また、種々の充電装置において、たとえば、２０分急速充電が可能な充電装置においても、１時間充電が可能な充電装置においても、充電完了時の温度が到達目標温度値（最も低い温度）となるように充電することができる。
【００６６】
また、第３実施形態の充電方式では、電池パック側に保持されたデータに基づき充電を行うため、電池パックの使用の変更・新設計が容易であり、古い形の充電装置に対しても、最新のデータに基づき最適な充電制御を行わせることができる。
【００６７】
なお、上述した実施形態では、電池温度と到達目標温度から充電時間を決定した。この代わりに、先に、充電時間を先に定め、充電時間から到達目標温度を決定することもできる。この場合にも、充電時間から経過時間を減算することで、充電残時間を求め、表示することが好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る充電装置の制御回路及び電池パックの構成を示すブロック図である。
【図２】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】第１実施形態の充電装置の充電原理を示す説明図である。
【図６】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】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９】第２実施形態の充電装置の充電原理を示す説明図である。
【図１０】第２実施形態の充電装置の制御原理を示す説明図である。
【図１１】第２実施形態の充電装置の制御回路を示すブロック図である。
【図１２】第２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１３】第３実施形態の充電装置の制御回路を示すブロック図である。
【図１４】第３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１５】第３実施形態の充電方式の制御原理を示す説明図である。
【符号の説明】
１０    充電装置
１８    表示装置
２２    電源回路
２６    制御部
２７    電圧検出部
２８    温度検出部
２９    記憶部
５０    電池パック
５８    電池
６１    ＥＥＰＲＯＭ
７０    電池ドリル
TM    温度センサ
【図１】
0003842075.tif 000002
【図２】
0003842075.tif 000003
【図３】
0003842075.tif 000004
【図４】
0003842075.tif 000005
【図５】
0003842075.tif 000006
【図６】
0003842075.tif 000007
【図７】
0003842075.tif 000008
【図８】
0003842075.tif 000009
【図９】
0003842075.tif 000010
【図１０】
0003842075.tif 000011
【図１１】
0003842075.tif 000012
【図１２】
0003842075.tif 000013
【図１３】
0003842075.tif 000014
【図１４】
0003842075.tif 000015
【図１５】
0003842075.tif 000016