特許 5958752 充電装置、電池パック、及び、充電システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5958752

(24)【登録日】2016年7月1日

(45)【発行日】2016年8月2日

(54)【発明の名称】充電装置、電池パック、及び、充電システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/02 20160101AFI20160719BHJP

   H01M 10/44 20060101ALI20160719BHJP

   H01M 2/10 20060101ALI20160719BHJP

【ＦＩ】

   H02J7/02 A

   H01M10/44 Q

   H01M2/10 E

【請求項の数】8

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2012-172274(P2012-172274)

(22)【出願日】2012年8月2日

(65)【公開番号】特開2014-33525(P2014-33525A)

(43)【公開日】2014年2月20日

【審査請求日】2014年12月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005094

【氏名又は名称】日立工機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100094983

【弁理士】

【氏名又は名称】北澤 一浩

(74)【代理人】

【識別番号】100095946

【弁理士】

【氏名又は名称】小泉 伸

(74)【代理人】

【識別番号】100099829

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 朗子

(72)【発明者】

【氏名】荒舘 卓央

【審査官】 猪瀬 隆広

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−２０６２７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１７８０１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−３５１４２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２１７２６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１９１９３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−１６５４０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／０２２７４９０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００６−０９４６０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０４５５８６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ７／０２

Ｈ０１Ｍ ２／１０

Ｈ０１Ｍ １０／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

二次電池を有する電池パックが接続可能な充電装置であって、
前記二次電池に充電動作を行う充電部と、
前記電池パックの接続を検知した場合に前記電池パックに第１信号を出力する装置側信号出力部と、
前記充電部による前記充電動作を制御する装置側制御部と、を備え、
前記装置側制御部は、前記第１信号に対応した第２信号が前記電池パックから入力されたか否かに応じて、前記充電部による前記充電動作を制御することを特徴とする充電装置。

【請求項2】

前記電池パックが接続された際に、前記電池パックと情報の交換を行うための装置側端子を更に備え、
前記第１信号及び前記第２信号は、前記装置側端子を介して入出力されることを特徴とする請求項１に記載の充電装置。

【請求項3】

前記装置側制御部は、前記第２信号が入力されたか否かに応じて、前記充電部による前記二次電池の充電時間を変更することを特徴とする請求項１又は２に記載の充電装置。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか一項に記載の前記充電装置に接続可能な電池パックであって、前記充電装置から前記第１信号が入力された場合に前記充電装置に前記第２信号を出力する電池側信号出力部を更に備えたことを特徴とする電池パック。

【請求項5】

前記充電装置に接続された際に、前記充電装置と前記情報の交換を行うための電池側端子を更に備え、
前記第１信号及び前記第２信号は、前記電池側端子を介して入出力されることを特徴とする請求項２に記載の電池パック。

【請求項6】

充電時間をカウントすることで第１の充電時間経過後に給電を終了する充電装置と接続可能な電池パックであって、
満充電までに前記第１の充電時間よりも長い第２の充電時間を要する二次電池と、
前記充電装置と接続されている場合において、充電開始から前記第１の充電時間よりも短い第３の充電時間経過後に、前記充電装置の充電時間のカウントをリセットさせる処理を行い、前記カウントをリセットさせる処理を行った後に前記充電装置に給電を開始させるための処理を行う電池側信号出力部と、
を備えたことを特徴とする電池パック。

【請求項7】

前記カウントをリセットさせる処理は、電池側信号出力部から、充電装置に対し、電池が接続されているときに充電装置に印加される出力を所定時間遮断すること、もしくは、リセット信号を出力することを特徴とする請求項６に記載の電池パック。

【請求項8】

充電装置と、
前記充電装置に接続可能な電池パックと、
を備えた充電システムであって、
前記充電装置は、
前記電池パックに充電動作を行う充電部と、
前記電池パックの接続を検知した場合に前記電池パックに第１信号を出力する装置側信号出力部と、
を備え、
前記電池パックは、
二次電池と、
前記充電装置から前記第１信号が入力された場合に前記充電装置に第２信号を出力する電池側信号出力部と、
を備え、
前記充電装置は、
前記第１信号に対して前記電池パックから第２信号が入力されたか否かに応じて、前記充電部による前記充電動作を制御する装置側制御部と、
を更に備えたことを特徴とする充電システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、充電装置、電池パック、及び、充電システムに関する。

【背景技術】

【0002】

電池パックを充電する充電方式として、従来より、電流や電圧、電池パックの温度等を検知する方式や、充電時間をカウントし、充電開始から所定時間経過後に満充電と判断して充電を終了する充電装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このうち、充電時間をカウントする方式の充電装置を用いて、例えば、３Ａｈの容量を有する電池パックを充電する場合には、充電電流１Ａでの定電流制御により充電を開始し、充電開始から満充電となる時間（約３時間）より少し長い時間経過後に充電を終了することが行われている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平２−１９２６７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、このような充電時間をカウントする方式の充電装置は、充電装置に予め設定された充電時間よりも長い充電時間が必要な大容量の電池パックを十分に充電できない問題を有している。例えば、前記充電電流１Ａでの定電流制御の充電装置で１０Ａｈの容量を有する電池パックを充電する場合、本来、１０時間程度の充電時間が必要なところ、充電装置における充電時間のカウントにより３時間程度で通電が終了してしまい、十分な容量まで充電することができない。

【0005】

このような問題に対し、電池パックの容量に応じて専用の充電装置を用意することが考えられるが、使用者の利便性を考慮すれば、電池パック、及び、充電装置は、従来のものに対し互換性を有することが望ましい。

【0006】

そこで、本発明の目的は、上記した充電時間をカウントする方式の充電装置のように、当初想定された仕様と異なる製品に柔軟に仕様変更できない従来技術の欠点を解消し、充電装置及び電池パック各々の性能に応じた最適な充電を行うことができる充電システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明は、二次電池を有する電池パックが接続可能な新型の充電装置であって、前記二次電池に充電動作を行う充電部と、前記電池パックの接続を検知した場合に前記電池パックに第１信号を出力する装置側信号出力部と、前記充電部による前記充電動作を制御する装置側制御部と、を備え、前記装置側制御部は、前記第１信号に対応した第２信号が前記電池パックから入力されたか否かに応じて、前記充電部による前記充電動作を制御することを特徴とする充電装置を提供している。

【0008】

このような構成によれば、第１信号及び第２信号のやりとりにより、充電装置は、電池パックの特性を判別することができるため、電池パックの特性に適した充電制御を行なうことが可能となる。

【0009】

また、本発明の充電装置は、前記電池パックが接続された際に、前記電池パックと情報の交換を行うための装置側端子を更に備え、前記第１信号及び前記第２信号は、前記装置側端子を介して入出力されることが好ましい。

【0010】

ここで、前記装置側端子は、他の目的、例えば、電池パックの温度モニタや過充電・過放電等の信号を伝達するために設けられている既存の端子を兼用することが更に好ましい。このような構成によれば、第１信号及び第２信号の入出力に既存の端子が用いられているので、コスト及び回路構成の複雑化を低減させることが可能となる。

【0011】

また、前記装置側制御部は、前記第２信号が入力されたか否かに応じて、前記充電部による前記二次電池の充電時間を変更することが好ましい。

【0012】

このような構成によれば、電池パックの容量に応じた充電時間で二次電池が充電されることとなるため、電池パックに充電不足が生じることが抑制される。

【0013】

また、本発明の別の観点によれば、前記新型の充電装置から前記第１信号が入力された場合に前記充電装置に前記第２信号を出力する電池側信号出力部を備えたことを特徴とする新型の電池パックを提供している。

【0014】

このような構成によれば、第１信号及び第２信号のやりとりにより、充電装置に電池パックの特性を伝達することができるため、電池パックの特性に適した充電制御が行なわれることが可能となる。

【0015】

また、本発明の新型の電池パックは、前記充電装置に接続された際に、前記充電装置と前記情報の交換を行うための電池側端子を更に備え、前記第１信号及び前記第２信号は、前記電池側端子を介して入出力されることが好ましい。

【0016】

ここで、前記電池側端子は、他の目的、例えば、電池パックの温度モニタや過充電・過放電等の信号を伝達するために設けられている既存の端子を兼用することが更に好ましい。このような構成によれば、第１信号及び第２信号の入出力に既存の端子が用いられているので、コスト及び回路構成の複雑化を低減させることが可能となる。

【0017】

また、本発明のさらに別の観点によれば、充電時間をカウントすることで、第１の充電時間経過後に給電を終了する従来の充電装置と接続可能な電池パックであって、満充電までに前記第１の充電時間よりも長い第２の充電時間を要する二次電池と、前記充電装置と接続されている場合において、充電開始から前記第１の充電時間よりも短い第３の充電時間経過後に、前記充電装置の充電時間のカウントをリセットさせる処理を行い、前記カウントをリセットさせる処理を行った後に前記充電装置に給電を開始させるための処理を行う電池側信号出力部と、を備えたことを特徴とする新型の電池パックを提供している。

【0018】

このような構成によれば、短い充電時間で充電を終了してしまう従来の充電装置を複数回動作させることで、電池パックに対する充電を続行させることができるため、電池パックが満充電となる前に充電が終了することが抑制される。

【0019】

また、前記カウントをリセットさせる処理は、電池側信号出力部から、充電装置に対し、電池が接続されているときに充電装置に印加される出力を所定時間遮断すること、もしくは、リセット信号を出力することが好ましい。

【0020】

このような構成によれば、前記カウントをリセットさせる処理を、簡易な構成により実現することが可能となる。

【0021】

また、本発明の別の観点によれば、本発明の充電システムは、二次電池を有する充電装置と、前記充電装置に接続可能な電池パックと、を備えた充電システムであって、前記充電装置は、前記電池パックに充電動作を行う充電部と、前記電池パックの接続を検知した場合に前記電池パックに第１信号を出力する装置側信号出力部と、を備え、前記電池パックは、前記充電装置から前記第１信号が入力された場合に前記充電装置に第２信号を出力する電池側信号出力部と、を備え、前記充電装置は、前記第１信号に対して前記電池パックから第２信号が入力されたか否かに応じて、前記充電部による前記充電動作を制御する装置側制御部と、を更に備えたことを特徴とする充電システムを提供している。

【0022】

このような構成によれば、充電装置は、第１信号及び第２信号のやりとりにより、電池パックの特性を判別することができるため、電池パックの特性に適した充電制御を行なうことが可能な充電システムを構築できる。

【発明の効果】

【0023】

本発明によれば、従来の電池パック、充電装置との互換性を保ちつつ、充電装置及び電池パックの性能に応じた最適な充電を行うことができる充電システムを提供することができる。なお、本発明は、電池パックの容量と充電時間の関係に限定された効果を奏するものではなく、電池パックの種別や充放電特性に対し、充電装置が最適な充電制御を行うことができることを効果とする発明である。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】１０Ａｈ電池対応の充電装置に１０Ａｈ電池が装着された充電システムの回路図

【図2】１０Ａｈ電池対応の充電装置に３Ａｈ電池が装着された充電システムの回路図

【図3】３Ａｈ電池対応の充電装置に１０Ａｈ電池が装着された充電システムの回路図

【図4】１０Ａｈ電池対応の充電装置の動作の一例を示すフローチャート。

【図5】１０Ａｈ電池の動作の一例を示すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、本発明の実施の形態として、電池容量と充電時間の制御に係る実施例を、添付図面を参照して説明する。

【0026】

本実施の形態では、本発明の１０Ａｈ等の大容量の電池パック２Ａ、又は、既存の小容量（３Ａｈ等）電池パック２Ｂから構成される電池パック２と、電池パック２Ａ，２Ｂに対応可能な本発明の充電装置１Ａ、又は、電池パック２Ａに対応不可能な既存の充電装置１Ｂから構成される充電装置１と、が接続された充電システムに関するものである。

【0027】

本実施の形態では、電池パック２Ａは、一例として、電流値１Ａの充電電流での所定時間ａ（本実施の形態では、１０時間）に亘る充電により満充電となる容量を有し、電池パック２Ｂは、前記１Ａの充電電流での所定時間ｂ（本実施の形態では、３時間）に亘る充電により満充電となるような容量を有するものとする。

【0028】

また、充電装置１Ａは、電池パック２Ａが装着された場合には、例えば、電流値１Ａの充電電流で所定時間ａに亘り充電を行った後に充電を終了し、電池パック２Ｂが装着された場合には、前記１Ａの充電電流で所定時間ｂに亘り充電を行った後に充電を終了する構成となっている。

【0029】

一方、既存の充電装置１Ｂは、電池パック２Ａと電池パック２Ｂのいずれが装着された場合であっても、電流値１Ａ等の充電電流で所定時間ｂに亘り給電を行った後に充電を終了する構成となっている。

【0030】

以下では、図１乃至５を用いて、主に、マイコン等の制御手段を有する新型の充電装置１Ａ及び電池パック２Ａの組み合わせ、および、前記充電装置１Ａ，前記電池パック２Ａと既存の充電装置１Ｂ，電池パック２Ｂとの組み合わせについて説明する。

【0031】

図１は、新型の充電装置１Ａに新型の大容量電池パック２Ａが装着された充電システムの回路図、図２は、充電装置１Ａに既存の小容量の電池パック２Ｂが装着された充電システムの回路図、図３は、既存の充電装置１Ｂに新型の大容量電池パック２Ａが装着された充電システムの回路図である。

【0032】

初めに、図１に記載した新型の充電装置１Ａと新型の大容量電池パック２Ａの組み合わせを用いて、充電システムの概要を説明する。電池パック２Ａは、複数の電池セル２ａと、保護ＩＣ２ｂと、電池種判別素子２ｃと、サーミスタ等の温度検知素子２ｄと、定電圧電源２ｅと、電池側マイコン２ｆと、電池種判別素子開放手段２ｇと、電池種判別素子ショート手段２ｈと、サーミスタ開放手段２ｉと、ショート信号伝達手段２ｊと、を備えている。

【0033】

なお、電池種判別素子開放手段２ｇ及びサーミスタ開放手段２ｉが、本発明の電池側信号出力部に相当する。

【0034】

また、複数の電池セル２ａは、直列に接続されており、それぞれ、リチウムイオン電池等、周知の二次電池からなるセルで構成されている。

【0035】

保護ＩＣ２ｂは、各電池セル２ａの電圧を監視し、複数の電池セル２ａの１つでも過電圧、過放電等、通常と異なる状態であると判断した場合に充電装置１Ａに充電停止信号を出力する。

【0036】

電池種判別素子２ｃは、電池パック２に含まれる電池セル２ａのセル数に応じた数値を示す素子であり、好適には、識別抵抗素子により、固有の抵抗値を有している。電池パック２Ａが充電装置１Ａに装着された際には、電池種判別素子２ｃの一端は充電装置１Ａに接続され、充電装置は電池パック２と電気的な回路を形成する。

【0037】

温度感知素子としてのサーミスタ２ｄは、電池セル２ａに接触又は近接して配置されており、電池パック２内の電池温度に応じて数値、ここでは抵抗値が変化する。電池パック２が充電装置１Ａに装着された際には、サーミスタ２ｄの一端が充電装置１Ａに接続され、充電装置と電池パック２は電気的な回路を形成する。

【0038】

定電圧電源２ｅは、複数の電池セル２ａの電圧から駆動電圧を生成して電池側マイコン２ｆに供給する。

【0039】

電池種判別素子開放手段２ｇは、電池種判別素子２ｃの他端とＧＮＤとの間に配置されたスイッチング素子である。電池種判別素子開放手段２ｇは、通常時は、オンしており、電池種判別素子開放手段２ｇがオンしている場合に、電池種判別素子２ｃの抵抗値に対応したセル数信号が、充電装置１Ａに入力される。

【0040】

電池種判別素子ショート手段２ｈは、電池種判別素子２ｃの一端とＧＮＤとの間に配置されたスイッチング素子である。電池種判別素子ショート手段２ｈは、通常時は、オフしており、後述する第２ショート信号の入力の際にオンされる。

【0041】

サーミスタ開放手段２ｉは、サーミスタ２ｄの他端とＧＮＤとの間に配置されたスイッチング素子である。サーミスタ開放手段２ｉは、通常時は、オンしており、サーミスタ開放手段２ｉがオンしている場合に、サーミスタ２ｄの抵抗値に対応した温度信号が、充電装置１Ａに入力される。

【0042】

なお、本実施の形態では、電池パック２Ａ又２Ｂが装着された充電装置１Ａ又は１Ｂは、セル数信号及び温度信号が入力されている場合に充電動作を行うことが可能となる構成を例示しているが、セル数信号及び温度信号のいずれか一方、もしくは、電池パックと充電装置とが接続されたことを認識し得る他の任意の構成を用いてもよい。

【0043】

電池側マイコン２ｆは、電池種判別素子開放手段２ｇ、電池種判別素子ショート手段２ｈ、サーミスタ開放手段２ｉのオン・オフを制御可能な構成となっている。

【0044】

詳細は後述するが、新型の大容量電池パック２Ａが新型の充電装置１Ａに装着された場合には、電池側マイコン２ｆには、充電装置１Ａからショート信号伝達手段２ｊを介して第１ショート信号が入力され、電池側マイコン２ｆは、第１ショート信号に応じて電池種判別素子ショート手段２ｈをオンさせる。これにより、充電装置１Ａには、第２ショート信号が入力されることとなり、この第２ショート信号の入力により、充電装置１Ａ側では、装着された電池パック２が新型の大容量電池パック２Ａであることを判別することが可能となる。

【0045】

一方、図２に示すように、既存の小容量電池パック２Ｂが新型充電装置１Ａに装着された場合には、既存小容量電池パック２Ｂは電池側マイコン２ｆを有しておらず、第１ショート信号が入力されないので、充電装置１Ａに第２ショート信号が入力されることもない。これにより、新型充電装置１Ａ側では、装着された電池パック２が既存の小容量電池パック２Ｂであることを判別することが可能となり、従来同様の充電を行う。

【0046】

次に、図３に記載した既存の充電器１Ｂに新型の大容量電池２Ａが装着された場合には、上述したように、既存充電装置１Ｂは、充電開始から所定時間ｂ（本実施の形態では３時間）経過後に充電を終了する構成となっているため、１０Ａｈ電池パック２Ａが充電装置１Ｂに装着された場合には、満充電となる前に充電が終了してしまうこととなる。

【0047】

そこで、本実施の形態では、電池パック２Ａが充電装置１Ｂに装着された場合には、電池側マイコン２ｆは、充電開始から所定時間ｂより短い所定時間ｃ経過後に、電池種判別素子開放手段２ｇ及びサーミスタ開放手段２ｉを一時的にオフさせることにより、疑似的に電池を抜いた時と同様の状態を生じさせることにより、充電装置１Ｂのカウントをリセットし、充電を継続させる。

【0048】

詳細には、上述したように、本実施の形態における充電装置１Ａ及び１Ｂは、セル数信号及び温度信号が入力されている場合に充電動作を行う構成であるので、電池種判別素子開放手段２ｇ及びサーミスタ開放手段２ｉがオフされた場合には、電池パックが外された時と同様の状態となり、充電動作を停止する。そして、この場合には、同時に、充電時間のカウントもリセットされる。

【0049】

従って、電池種判別素子開放手段２ｇ及びサーミスタ開放手段２ｉを再びオンした際には、充電装置は、新たな電池パックが装着された状態と認識し、充電動作を開始すると同時に、充電時間のカウントも新たに開始されることとなる。このような動作を繰り返すことで、１０Ａｈの電池パック２Ａを既存の充電装置１Ｂで満充電まで充電させることが可能となる。

【0050】

以上の動作により、新型、もしくは、既存の、充電装置及び電池パックのすべての組み合わせにおいて、互換性を維持した上で、それぞれの電池パックを十分に充電させることが可能となる。なお、既存の充電装置１Ｂと既存の電池パック２Ｂの組み合わせについては、上記課題が生じず、従来の方法で充電できることは明らかであるから、説明は省略する。

【0051】

以下、本実施の形態における、充電装置、及び、電池パックの他の構成要素について、概略を説明する。これらの構成要素は、好適な一例を示したものにすぎず、他の周知の構成と置換することや、必要に応じて適宜省略し得ることは、当業者にとって自明である。

【0052】

充電装置１Ａは、１次側整流・平滑回路１０と、スイッチング回路２０と、２次側整流・平滑回路３０と、電流検出抵抗３と、充電電流設定手段７０と、充電電流制御回路６０と、充電電圧制御回路１００と、充電制御信号伝達手段４と、充電電流信号伝達手段５と、定電圧電源回路４０と、整流・平滑回路６と、電池種判別抵抗７と、電池種判別ショート手段８と、電池温度検出手段８０と、電池電圧検出手段９０と、表示手段９と、装置側マイコン５０と、を備えている。

【0053】

なお、１次側整流・平滑回路１０と、スイッチング回路２０と、２次側整流・平滑回路３０と、が、本発明の充電部に相当する。また、電池種判別ショート手段８が、本発明の装置側信号出力部に相当する。また、装置側マイコン５０が、本発明の装置側制御部に相当する。

【0054】

１次側整流・平滑回路１０は、ブリッジ接続された整流ダイオードを含む全波整流回路１１と、平滑用コンデンサ１２と、を備えており、交流電源２００から供給された交流電力を全波整流する。

【0055】

スイッチング回路２０は、高周波トランス２１と、ＭＯＳＦＥＴ２２と、ＰＷＭ制御ＩＣ２３と、を備えている。

【0056】

ＭＯＳＦＥＴ２２は、高周波トランス２１の１次側に直列接続されており、ＰＷＭ制御ＩＣ２３からゲート電極に印加される駆動パルス信号に基づきオン・オフする。

【0057】

ＰＷＭ制御ＩＣ２３は、充電制御信号伝達手段４を介して装置側マイコン５０から伝達される制御信号に基づき、充電動作の開始および停止を制御する。詳細には、制御信号がＨＩＧＨレベルの場合にはＭＯＳＦＥＴ２２のオン・オフ動作を許可し、ＬＯＷレベルの場合には許可しない。

【0058】

また、ＰＷＭ制御ＩＣ２３は、充電電流信号伝達手段５を介して充電電流制御回路６０又は充電電圧制御回路１００から伝達される制御信号に基づき、ＭＯＳＦＥＴ２２のゲート電極に供給する駆動パルス幅を変化させる。これにより、ＭＯＳＦＥＴ２２のオン時間が制御され、その結果、高周波トランス２１から出力される電力が制御される。

【0059】

２次側整流平滑回路３０は、整流用ダイオード３１と、平滑用コンデンサ３２と、放電用抵抗３３と、を備えている。高周波トランス２１の２次側から出力されたパルス電力は、整流用ダイオード３１及び平滑用コンデンサ３２によって半波整流され、充電電力として電池パック２に供給される。放電用抵抗３３は、電力供給停止時に平滑用コンデンサ３２に蓄積された電力を放電するためのものである。

【0060】

電流検出抵抗３は、電流検出抵抗３に流れる充電電流を検出し、充電電流制御回路６０に出力する。詳細には、電流検出抵抗３における降下電圧を、後述する充電電流制御回路６０のオペアンプ６１、抵抗６２及び６３によって構成される反転増幅回路に出力する。

【0061】

充電電流設定手段７０は、抵抗７１及び７２を備えており、基準電圧Ｖｃｃの抵抗７１及び７２による分圧電圧が、定電流制御の際の基準となる設定充電電流として充電電流制御回路６０に入力される。

【0062】

充電電流制御回路６０及び充電電圧制御回路１００は、それぞれ、電池パック２の充電電流及び充電電圧を制御するための回路である。

【0063】

充電電流制御回路６０は、オペアンプ６１及び６５と、オペアンプ６１及び６５の入力抵抗６２及び６４と、オペアンプ６１及び６５の帰還抵抗６３及び６６と、ダイオード６８と、電流制限用抵抗６７と、を備えている。

【0064】

充電電流制御回路６０は、電流検出抵抗３に流れる充電電流に基づく電圧降下をオペアンプ６１によって反転増幅させ、その出力電圧と充電電流設定手段７０から入力された設定充電電流との差をオペアンプ６５によって比較し、比較結果を充電電流信号伝達手段５を介してＰＷＭ制御ＩＣ２３に出力する。このようにして、充電電流制御回路６０は、充電電流が設定充電電流になるように定電流制御を行う。また、装置側マイコン５０に電流信号を出力するために、オペアンプ６１の出力段は、装置側マイコン５０にも接続されている。

【0065】

充電電圧制御回路１００は、抵抗１０１、１０３、１０５、１０６、及び、１０６と、ポテンショメータ１０２と、コンデンサ１０４と、整流ダイオード１０７と、シャントレギュレータ１０８と、を備えている。

【0066】

シャントレギュレータ１０８のリファレンス端子ｒには、抵抗１０１とポテンショメータ１０２との合成抵抗と、抵抗１０５と、による電池電圧の分圧電圧が入力されることとなるので、リファレンス端子ｒに入力された電圧が目標電圧より大きい場合に、ダイオード１０７から抵抗１０６へ向けて電流が流れることとなる。このようにして、充電電圧制御回路１００は、充電電圧が設定電圧となるように定電圧制御を行う。

【0067】

なお、本実施の形態では、充電電流信号伝達手段５は、充電電流制御回路６０及び充電電圧制御回路１００にＯＲ回路で接続されている。

【0068】

従って、本実施の形態では、充電電流が設定した値より高い充電初期には、充電装置１Ａは、充電電流制御回路６０による定電流制御で充電を行い、充電が進み、充電電圧が設定電圧まで増加した時に充電電圧制御回路１００による定電圧制御に切り替わることとなる。

【0069】

定電圧電源回路４０は、トランス４１ａ〜４１ｃと、スイッチング素子４２と、制御素子４３と、整流ダイオード４４と、コンデンサ４５、４７と、３端子レギュレータ４６と、リセットＩＣ４８と、を備えており、１次側整流・平滑回路１０から出力された電圧から安定化直流電圧Ｖｃｃを生成し、装置側マイコン５０、オペアンプ６１及び６５等の各種の制御回路へ供給する。なお、リセットＩＣ４８は、交流電源２００が充電装置１Ａに接続された際に、リセット信号を出力するためものである。

【0070】

整流・平滑回路６は、トランス６ａと、整流用ダイオード６ｂと、平滑用コンデンサ６ｃと、を備えており、定電圧電源回路４０のトランス４１ａから出力された交流電力を整流・平滑してＰＷＭ制御ＩＣ２３に駆動電力として供給する。

【0071】

電池種判別抵抗７は、所定の抵抗値を有しており、充電装置１Ａに電池パック２Ａが装着されていない場合には、装置側マイコン５０には、直流電圧Ｖｃｃが入力される。

【0072】

一方、充電装置１Ａに電池パック２Ａが装着されている場合、すなわち、充電装置側端子Ａ１、Ａ２と電池側端子Ｂ１、Ｂ２とが接続されている場合には、電池パック２Ａの電池種判別素子開放手段２ｇ及び電池種判別素子ショート手段２ｈの状態に応じた電圧が、装置側マイコン５０及び電池側マイコン２ｆに入力されることとなる。

【0073】

詳細には、電池種判別素子ショート手段２ｈがオフし、電池種判別素子開放手段２ｇがオンしている場合には、直流電圧Ｖｃｃの電池種判別抵抗７と電池種判別素子２ｃとによる分圧が、セル数信号として、装置側マイコン５０及び電池側マイコン２ｆに入力される。この場合には、充電装置１Ａ又は１Ｂは、充電動作を行うことが可能な状態となる。

【0074】

一方、電池種判別素子ショート手段２ｈ及び電池種判別素子開放手段２ｇがオフしている場合には、直流電圧Ｖｃｃが装置側マイコン５０及び電池側マイコン２ｆに入力される。この場合には、充電装置１Ａ又は１Ｂは、充電動作を停止することとなる。

【0075】

また、電池種判別素子ショート手段２ｈがオンしている場合には、電池種判別素子開放手段２ｇの状態に関わらず、ＧＮＤレベルの電圧が装置側マイコン５０及び電池側マイコン２ｆに入力される。後述するが、この電圧は、第２ショート信号を解除するためのものである。

【0076】

電池種判別ショート手段８は、電池種判別抵抗７の低電圧側端子とＧＮＤとの間に配置されたスイッチング素子である。電池種判別ショート手段８は、通常時は、オフされており、電池種判別ショート手段８がオフされている場合に、電池種判別素子２ｃの抵抗値に対応したセル数信号が、装置側マイコン５０に入力される。

【0077】

電池温度検出手段８０は、抵抗８１及び８２から構成されており、抵抗８１と、サーミスタ２ｄと抵抗８２との合成抵抗と、による基準電圧Ｖｃｃの分圧電圧が、温度信号として装置側マイコン５０に入力される。

【0078】

電池電圧検出手段９０は、抵抗９１及び９２から構成されており、抵抗９１と、抵抗９２と、による電池電圧の分圧電圧が、電圧信号として装置側マイコン５０に出力される。

【0079】

表示手段９は、赤色ＬＥＤ（Ｒ）および緑色ＬＥＤ（Ｇ）から構成された表示回路９ａと、各ＬＥＤに接続された電流制限抵抗９ｂ及び９ｃと、を備えている。

【0080】

本実施形態では、電池パック２が充電前である場合には、装置側マイコン５０の出力ポート５１ａから抵抗９ｂにＨＩＧＨ信号が出力され、これにより、充電前を示す赤色ＬＥＤ（Ｒ）が点灯する。また、電池パック２が充電終了後である場合には、出力ポート５１ａから抵抗９ｃにＨＩＧＨ信号が出力され、これにより、充電終了を示す緑色ＬＥＤ（Ｇ）が点灯する。更に、電池パック２が充電中である場合には、出力ポート５１ａから抵抗９ｂと抵抗９ｃの両方にＨＩＧＨ信号が出力される。この場合、赤色ＬＥＤ（Ｒ）と緑色ＬＥＤ（Ｇ）とが同時に点灯することとなるので、表示回路９ａは、全体として、充電中を示す橙色に点灯することとなる。

【0081】

装置側マイコン５０は、ＣＰＵ５１と、出力ポート５１ａと、出力ポート５１ｂと、Ａ／Ｄコンバータ５２と、リセット入力ポート５３と、を備えている。

【0082】

Ａ／Ｄコンバータ５２は、アナログ信号（上述した電流信号、セル数信号、温度信号、及び、電圧信号）をデジタル信号に変換する。リセット入力ポート５３には、リセットＩＣ４８から上述したリセット信号が入力される。

【0083】

ＣＰＵ５１は、電池種判別抵抗７から入力されたセル数信号に基づき、出力ポート５１ａから充電制御伝達信号手段４に充電開始信号を出力する。

【0084】

また、ＣＰＵ５１は、温度信号が充電異常を示す場合には、出力ポート５１ａから充電制御信号伝達手段４に充電停止信号を出力することにより、充電を停止させる。

【0085】

また、ＣＰＵ５１は、充電電流制御回路６０のオペアンプ６１から入力された電流信号、及び、電池電圧検出手段９０から入力された電圧信号に基づき、電池パック２の充電状態を示す充電状態信号を表示手段９に出力する。

【0086】

更に、本実施の形態では、ＣＰＵ５１は、充電装置１Ａに電池パック２Ａ又は２Ｂが装着された時に、電池種判別ショート手段８を一時的にオンさせる。電池種判別ショート手段８がオンすることにより、電池パック２Ａ又は２Ｂには、ＧＮＤレベルの第１ショート信号が入力されることとなる。

【0087】

また、本実施の形態による充電装置１Ａでは、ＣＰＵ５１は、充電時間をカウントし、所定時間経過後に、出力ポート５１ａから充電制御信号伝達手段４に充電停止信号を出力することにより、充電を停止させる。

【0088】

詳細には、上述したように、充電装置１Ａが電池パック２Ａに装着された場合には、ＣＰＵ５１は、所定時間ａ経過後に充電を停止させる。

【0089】

また、充電装置１Ａが電池パック２Ｂに装着された場合には、ＣＰＵ５１は、所定時間ｂ経過後に充電を停止させる。

【0090】

また、充電装置１Ｂが電池パック２Ａ又は２Ｂに装着された場合にも、ＣＰＵ５１は、所定時間ｂ経過後に充電を停止させる。

【0091】

なお、セル数信号及び温度信号が入力されていない場合には、充電装置１Ａ、１Ｂのいずれにおいても、ＣＰＵ５１は、充電を停止させると同時に、カウントもリセットする構成となっている。

【0092】

次に、本実施形態の充電システムにおける装置側マイコン５０による一連の動作の制御について、図４のフローチャートを用いて説明する。図４のフローチャートは、充電装置１Ａの電源がオン、すなわち充電装置１Ａが交流電源２００に接続されたことを契機に開始する。また、図４のフローチャートでは、開始時には、充電装置１Ａには、電池パック２Ａ又は２Ｂは装着されていないものとする。

【0093】

まず、装置側マイコン５０は、装置側マイコン５０は、表示手段９の赤色ＬＥＤ（Ｒ）を点灯させて、充電前であることを表示させる（Ｓ４０１）。

【0094】

続いて、装置側マイコン５０は、充電装置１Ａに電池パック２Ａ又は２Ｂが装着されたか否かを判断する（Ｓ４０２）。本実施の形態では、セル数信号、及び、温度信号が装置側マイコン５０に入力された場合に電池パック２Ａ又は２Ｂが装着されたものと判断する。

【0095】

充電装置１Ａに電池パック２Ａ又は２Ｂが装着された場合には（Ｓ４０２：ＹＥＳ）、装置側マイコン５０は、表示手段９の赤色ＬＥＤ（Ｒ）と緑色ＬＥＤ（Ｇ）とを同時に点灯させて、充電中であることを表示させる（Ｓ４０３）。

【0096】

続いて、装置側マイコン５０は、電池種判別ショート手段８をオンさせる（Ｓ４０４）。

【0097】

これにより、電池パック２Ａの電池側マイコン２ｆには、ＧＮＤレベルの第１ショート信号が入力されることとなり、電池パック２Ａでは、この第１ショート信号に応じて、第２ショート信号を充電装置１Ａに出力することとなる。

【0098】

一方で、図３に示すように、充電装置１Ａに接続された電池パック２が電池パック２Ｂである場合には、電池種判別素子ショート手段２ｈを備えていないため、第１ショート信号に応じて第２ショート信号を充電装置１Ａに出力することはできない。

【0099】

続いて、装置側マイコン５０は、電池種判別ショート手段８をオフさせ（第１ショート信号の解除）（Ｓ４０５）、その後、所定時間内に、電池種判別抵抗７（電池パック２Ａ又は２Ｂ）からＧＮＤレベルの第２ショート信号が入力されたか否かを判断する（Ｓ４０６）。

【0100】

所定時間内に第２ショート信号が入力された場合には（Ｓ４０６：ＹＥＳ）、装置側マイコン５０は、図１に示すように、充電装置１Ａに１０Ａｈ電池パック２Ａが装着されているものと判断し、電池パック２Ａに関する電池Ａフラグを１に設定する（Ｓ４０７）。

【0101】

一方、所定時間内に第２ショート信号が入力されなかった場合には（Ｓ４０６：ＮＯ）、装置側マイコン５０は、図２に示すように、充電装置１Ａに既存の３Ａｈ電池パック２Ｂが装着されているものと判断し、電池パック２Ｂに関する電池Ｂフラグを１に設定する（Ｓ４０８）。

【0102】

このように、本実施の形態では、第１ショート信号及び第２ショート信号のやりとりにより、電池パック２Ａ側では、１０Ａｈ電池パック２Ａに対応した充電装置１Ａが接続されていることを、充電装置１Ａ側では、１０Ａｈ電池パック２Ａが接続されていることを検知することができるので、以後、それらの特性に適した充電制御を行なうことが可能となる。

【0103】

続いて、装置側マイコン５０は、充電を開始させるために、充電制御信号伝達手段４にＬＯＷ信号を出力して、ＰＷＭ制御ＩＣ２３を動作可能な状態にした上で（Ｓ４０９）、電池Ａフラグが１であるか否かを判断する（Ｓ４１０）。

【0104】

電池Ａフラグが１である場合には（Ｓ４１０：ＹＥＳ）、充電装置１Ａには電池パック２Ａが装着されているので、その後、電池パック２Ａに対応した所定時間ａが経過したか否かを判断する（Ｓ４１１）。

【0105】

一方、電池Ａフラグが１でない場合には（Ｓ４１０：ＮＯ）、充電装置１Ａには電池パック２Ｂが装着されているので、その後、電池パック２Ｂに対応した所定時間ｂが経過したか否かを判断する（Ｓ４１２）。

【0106】

所定時間ａ又はｂが経過した場合には（Ｓ４１１：ＹＥＳ、又は、Ｓ４１２：ＹＥＳ）、表示手段９の緑色ＬＥＤ（Ｇ）を点灯させて、充電が終了したことを表示させる（Ｓ４１３）。そして、充電制御信号伝達手段４にＨＩＧＨ信号を出力してＰＷＭ制御ＩＣ２３を停止させることにより、充電を終了する（Ｓ４１４）。

【0107】

一方、所定時間ａ又はｂが経過していない場合には（Ｓ４１１：ＮＯ、又は、Ｓ４１２：ＮＯ）、充電時間以外の方法により、電池パック２Ａ又は２Ｂが満充電であるか否かを判断する（Ｓ４１５）。

【0108】

満充電を検出する方法としては様々な方法が考えられるが、例えば、リチウムイオン電池の場合には、一般的な定電流・定電圧制御充電における定電圧区間において充電電流が所定値以下であることを検出した場合に満充電であると判断することができる。

【0109】

電池パック２Ａ又は２Ｂが満充電であると判断した場合には（Ｓ４１５：ＹＥＳ）、Ｓ４１３及びＳ４１４へ進み、充電を終了する。

【0110】

続いて、図５のフローチャートを用いて、本実施形態の充電システムにおける新型の電池パック２Ａの電池側マイコン２ｆによる一連の動作の制御について説明する。図５のフローチャートは、充電装置１Ａ又は１Ｂに電池パック２Ａが装着されたことを契機に開始する。

【0111】

まず、電池側マイコン２ｆは、電池種判別素子開放手段２ｇ及びサーミスタ開放手段２ｉをオンさせる（Ｓ５０１）。これにより、充電装置１Ａ又は１Ｂにセル数信号及び温度信号が入力され、充電装置１Ａ又は１Ｂは、充電動作を行うことが可能な状態となる。

【0112】

続いて、電池側マイコン２ｆは、所定時間内に、充電装置１Ａ又は２Ｂから第１ショート信号が入力されたか否かを判断する（Ｓ５０２）。

【0113】

所定時間内に第１ショート信号が入力された場合には（Ｓ５０２：ＹＥＳ）、電池側マイコン２ｆは、図１に示すように、電池パック２Ａが充電装置１Ａに装着されているものと判断し、充電装置１Ａに関する充電装置Ａフラグを１に設定した上で（Ｓ５０３）、電池種判別素子ショート手段２ｈをオンさせる（Ｓ５０４）。これにより、充電装置１Ａには、ＧＮＤレベルの第２ショート信号が入力されることとなる。

【0114】

その後、電池側マイコン２ｆは、電池種判別素子ショート手段２ｈをオフさせて（Ｓ５０５）、フローチャートは終了する。

【0115】

なお、充電装置１Ａ側では、第２ショート信号が入力されたことにより、装着された電池パック２が電池パック２Ａであると判断し（図４のＳ４０６）、所定時間ａ経過後に充電を終了させることとなる。

【0116】

一方、所定時間内に第１ショート信号が入力されなかった場合には（Ｓ５０２：ＮＯ）、電池側マイコン２ｆは、図３に示すように、電池パック２Ａが既存の充電装置１Ｂに装着されているものと判断し、充電装置１Ｂに関する充電装置Ｂフラグを１に設定する（Ｓ５０６）。

【0117】

ここで、充電装置１Ｂでは、既存の３Ａｈ電池パック２Ｂに対応した充電時間として所定時間ｂ（本実施の形態では、３時間）が設定されているため、そのままでは、新型の１０Ａｈ電池パック２Ａへの充電は、満充電となる前に終了してしまう。

【0118】

そこで、本実施の形態では、電池側マイコン２ｆは、充電装置１Ｂに電池パック２Ａが装着されてから、所定時間ｂより短い所定時間ｃ経過後に（Ｓ５０７：ＹＥＳ）、電池種判別素子開放手段２ｇ及びサーミスタ開放手段２ｉをオフさせる（Ｓ５０８）。

【0119】

電池種判別素子開放手段２ｇ及びサーミスタ開放手段２ｉがオフされることにより、充電装置１Ｂには、セル数信号及び温度信号が入力されなくなるので、充電装置１Ｂは、電池パック２Ａが充電装置１Ｂから取り外されたものと判断し、充電を停止させると同時にカウントもリセットする。

【0120】

その後、電池側マイコン２ｆは、電池種判別素子開放手段２ｇ及びサーミスタ開放手段２ｉを再びオンさせ（Ｓ５０９）、Ｓ５０７に戻る。

【0121】

これにより、一時的に充電が中断するものの、カウントがリセットされた状態で新型１０Ａｈ電池パック２Ａへの充電が継続される形になる。

【0122】

なお、ステップ５０７からステップ５０９の動作を繰り返すことにより、装置側マイコン５０におけるカウントに用いる容量が不足することを回避することも可能となる。

【0123】

また、図５には示していないが、本実施の形態では、電池側マイコン２ｆは、所定時間ｃが複数回繰り返された時には、Ｓ５０７でＹＥＳ後に、フローチャートを終了する。

【0124】

これにより、必要時間以上に電池パックが充電されて過充電となることが防止される。

【0125】

以上説明したように、本実施の形態による充電システムでは、充電装置１Ａは、第１ショート信号及び第２ショート信号のやりとりにより、電池パック２の特性を判別することができるため、電池パック２の特性に適した充電制御を行なうことが可能となる。

【0126】

また、上記実施の形態では、第１ショート信号及び第２ショート信号の入出力に既存の端子Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２が用いられているので、コスト及び回路構成の複雑化を低減させることが可能となる。

【0127】

また、上記実施の形態では、充電装置１Ａは、第２ショート信号が入力されたか否かに応じて充電時間を変更するので、容量に応じた充電時間で電池パック２が充電されることとなり、電池パック２に充電不足が生じることが抑制される。

【0128】

また、上記実施の形態では、電池パック２Ａが既存の充電装置１Ｂに装着された場合には、電池パック２Ａは、充電開始から所定時間ｂより短い所定時間ｃ経過後に、カウントをリセットさせるので、電池パック２Ａが充電不足となることが抑制される

【0129】

本発明による充電システムは、上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された範囲で種々の改良や変形が可能である。

【0130】

例えば、上記実施の形態における電池パック２Ａ及び２Ｂの容量は、一例であり、それぞれ、１０Ａｈ及び３Ａｈに限定されるものではない。

【0131】

また、上記実施の形態では、セル数信号と温度信号の両方が装置側マイコン５０に入力された場合に充電を開始したが、いずれか一方であってもよく、他の信号を充電開始信号として用いてもよい。

【0132】

また、上記実施の形態では、第２ショート信号を装置側マイコン５０に入力させるために、電池種判別素子２ｃに対応の電池種判別素子ショート手段２ｈを設けたが、替わりに、サーミスタ２ｄに対応のサーミスタショート手段を設けてもよい。

【0133】

また、上記実施の形態における第１ショート信号及び第２ショート信号は、ショート以外の方法により生成されてもよい。

【0134】

また、上記実施の形態では、電池パック容量に応じた充電時間の制御を行う充電システムを例示したが、本発明は、該実施の形態に限定されるものではなく、電池種別（例えば、ニッケル水素電池とリチウムイオン電池など）に応じて、充電装置の電圧・電流の制御条件を変更すること等に適用することもできる。

【符号の説明】

【0135】

１Ａ 充電装置
２Ａ 電池パック
２ｆ 電池側マイコン
２ｇ 電池種判別素子開放手段
２ｈ 電池種判別素子ショート手段
２ｉ サーミスタ開放手段
８ 電池種判別ショート手段
５０ 装置側マイコン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】