JP6205254B2 - 充電制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、バッテリの温度に応じて充電完了電圧若しくは異常判定電圧を切り換える充電制御装置に関する。

従来、リチウムイオン電池においては、図９に例示するように、充電時の温度範囲が、低温領域（Ｔ１〜Ｔ２）、常温領域（Ｔ２〜Ｔ３）、高温領域（Ｔ３〜Ｔ４）の３つの領域に分類され、その領域毎に、バッテリ電圧の最大値Ｖｍａｘが規定されている（例えば、特許文献１参照）。

このため、この種のバッテリへの充電を制御する充電制御装置は、充電時のバッテリ電圧が上記のように規定された最大値Ｖｍａｘを超えることのないよう、上記温度範囲毎に、充電時の目標電圧である充電完了電圧やバッテリ異常判定用の異常判定電圧を設定するようにされている。

特開２００９−５５７２９号公報

上記従来の充電制御装置において、バッテリ温度が常温領域（Ｔ２〜Ｔ３）にあるとき、充電によりバッテリ温度が上昇して、常温領域の上限温度である高温判定閾値（Ｔ３）を越えた場合には、充電完了電圧若しくは異常判定電圧を、図９に示す通常電圧（Ｖｍａｘ１）から高温時電圧（Ｖｍａｘ３）へと低下させることになる。

そして、この電圧切換時に、バッテリ電圧が高温時電圧（Ｖｍａｘ３）に達していなければ、バッテリへの充電は継続されるが、図１０に示すように、バッテリ電圧が高温時電圧（Ｖｍａｘ３）以上になっていれば、バッテリ電圧が充電完了電圧若しくは異常判定電圧に達したと判断されて、バッテリへの充電が停止される。

このように、バッテリ温度の上昇に伴い充電完了電圧若しくは異常判定電圧が切り換えられ、その電圧切換に伴いバッテリへの充電が停止された際には、バッテリを満充電状態まで充電することができず、バッテリが充電不足になってしまう。

また、バッテリ温度の上昇に伴い異常判定電圧が切り換えられることによってバッテリへの充電が停止された際には、本来正常のバッテリが異常と判断されたことになるので、使用者に誤解を与えてしまうという問題もある。

また、こうした問題は、外部環境温度が低く、充電による発熱よりもバッテリの放熱量が大きい場合にも同様に発生する。
つまり、このような条件下では、バッテリへの充電開始時にバッテリ温度が常温領域（Ｔ２〜Ｔ３）にあっても、充電開始後、バッテリ温度が低下して、常温領域の下限温度である低温判定閾値（Ｔ２）を下回ることがある。

この場合、充電制御装置は、充電完了電圧若しくは異常判定電圧を、図９に示す通常電圧（Ｖｍａｘ１）から低温時電圧（Ｖｍａｘ２）へと低下させることになるが、図１１に示すように、この電圧切換時にバッテリ電圧が低温時電圧（Ｖｍａｘ２）以上になっていれば、バッテリへの充電を停止する。

従って、充電時にバッテリ温度が低下したときにも、バッテリ温度の上昇時と同様、バッテリへの充電が停止されて、バッテリを満充電状態まで充電できなくなるとか、バッテリの異常を誤判定して、使用者に誤解を与えてしまう、という問題が発生する。

本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、バッテリ温度に応じて充電完了電圧若しくは異常判定電圧を切り換える充電制御装置において、電圧切換直後にバッテリへの充電が停止されて、バッテリへの充電不足やバッテリ異常の誤判定が発生するのを防止することを目的とする。

本発明の充電制御装置は、充電器からバッテリパックへの充電を制御するためのものであり、バッテリ電圧を検出する電圧検出手段、バッテリ温度を検出する温度検出手段、充電器がバッテリへの充電に用いる充電完了電圧及び異常判定電圧の少なくとも一方を設定する電圧設定手段、及び、充電電流制限手段を備える。

そして、請求項１に記載の充電制御装置においては、電圧設定手段は、温度検出手段にて検出されたバッテリ温度が予め設定された高温判定閾値（Ｔ３）以上であるとき、充電完了電圧及び異常判定電圧の少なくとも一方を、通常電圧（Ｖｍａｘ１）よりも低い高温時電圧（Ｖｍａｘ３）に設定する。

また、充電電流制限手段は、充電器によるバッテリへの充電時に、バッテリ温度が、高温判定閾値（Ｔ３）よりも所定温度（α）低い設定温度（Ｔ３−α）と高温判定閾値（Ｔ３）との間の温度範囲内にあり、且つ、バッテリ電圧が、通常電圧（Ｖｍａｘ１）と高温時電圧（Ｖｍａｘ３）との間の電圧範囲内にあるとき、充電器がバッテリに供給する充電電流を低下させる。

つまり、充電時のバッテリ電圧は、バッテリの内部インピーダンスと充電電流とにより決まることから（バッテリ電圧＝開放電圧＋内部インピーダンス×充電電流）、充電電流制限手段は、上記条件下で充電電流を低下させることで、バッテリ電圧を低下させる。

このため、請求項１に記載の充電制御装置によれば、バッテリへの充電時にバッテリ温度が高温判定閾値（Ｔ３）を越えて、充電完了電圧若しくは異常判定電圧が通常電圧（Ｖｍａｘ１）から高温時電圧（Ｖｍａｘ３）に切り換えられたときに、バッテリ電圧が高温時電圧（Ｖｍａｘ３）よりも大きくなっていて、バッテリへの充電が停止されるのを抑制できる。

また、バッテリの発熱量は、バッテリの内部インピーダンスと充電電流とにより決まることから（発熱量＝内部インピーダンス×充電電流×充電電流）、上記条件下で充電電流を低下させることで、バッテリの発熱量（換言すればバッテリの温度上昇）を低減することもできる。

このため、請求項１に記載の充電制御装置によれば、バッテリへの充電時にバッテリ温度が高温判定閾値（Ｔ３）を越えるまでの充電時間、換言すれば、充電完了電圧若しくは異常判定電圧が通常電圧（Ｖｍａｘ１）から高温時電圧（Ｖｍａｘ３）に切り換えられるまでの時間、を長くすることができる。

よって、請求項１に記載の充電制御装置によれば、バッテリへの充電開始後、バッテリが満充電状態になるまでにバッテリへの充電が停止されて、バッテリを満充電状態まで充電できなくなるのを抑制できる。

また、電圧設定手段が異常判定電圧を設定する場合には、その異常判定電圧の切り換えに伴い、充電器にてバッテリの異常が誤検出されるのを抑制し、その誤検出により使用者に誤解や不信感を与えるのを防止できる。

次に、請求項２に記載の充電制御装置においては、電圧設定手段は、温度検出手段にて検出されたバッテリ温度が予め設定された低温判定閾値（Ｔ２）以下であるとき、充電完了電圧及び前記異常判定電圧の少なくとも一方を、通常電圧（Ｖｍａｘ１）よりも低い低温時電圧（Ｖｍａｘ２）に設定する。

そして、充電電流制限手段は、充電器によるバッテリへの充電時に、バッテリ温度が、低温判定閾値（Ｔ２）よりも所定温度（β）高い設定温度（Ｔ２＋β）と低温判定閾値（Ｔ２）との間の温度範囲内にあり、且つ、バッテリ電圧が、通常電圧（Ｖｍａｘ１）と低温時電圧（Ｖｍａｘ２）との間の電圧範囲内にあるとき、充電器がバッテリに供給する充電電流を低下させることで、バッテリ電圧を低下させる。

このため、請求項２に記載の充電制御装置によれば、バッテリへの充電時にバッテリ温度が低温判定閾値（Ｔ２）よりも低下して、充電完了電圧若しくは異常判定電圧が通常電圧（Ｖｍａｘ１）から低温時電圧（Ｖｍａｘ２）に切り換えられたときに、バッテリ電圧が低温時電圧（Ｖｍａｘ２）よりも低くなっていて、バッテリへの充電が停止されるのを抑制できる。

よって、請求項２に記載の充電制御装置によれば、請求項１に記載のものと同様、バッテリを満充電状態まで充電できなくなるのを抑制できる。
次に、請求項３に記載の充電制御装置においては、充電電流制限手段は、充電電流を一旦低下させると、バッテリ温度が前記温度範囲から外れても充電電流を保持する。

このため、請求項３に記載の充電制御装置によれば、バッテリ温度の変化によって充電電流が上昇・低下するのを防止できると共に、充電電流の制御を容易に行うことができる。

一方、請求項４に記載の充電制御装置においては、充電電流制限手段は、充電電流を低下させた後、バッテリ温度が前記温度範囲から外れて、設定温度（Ｔ３−α）よりも低下すると、充電電流を上昇させる。

また、請求項５に記載の充電制御装置においては、充電電流制限手段は、充電電流を低下させた後、バッテリ温度が前記温度範囲から外れて、設定温度（Ｔ２＋β）よりも上昇すると、充電電流を上昇させる。

従って、請求項４、５に記載の充電制御装置によれば、請求項１又は請求項２に記載の装置において、充電電流制限手段が、充電電流を低下させた後、バッテリ温度が充電電流を低下させる前の温度領域に復帰した際に、充電電流を上昇させることで、バッテリへの充電時間を短縮することができる。

ところで、請求項１、請求項１を引用する請求項３、又は、請求項４に記載の充電制御装置において、バッテリ温度が、設定温度（Ｔ３−α）と高温判定閾値（Ｔ３）との間の温度範囲内にあり、バッテリ電圧が、高温時電圧（Ｖｍａｘ３）と通常電圧（Ｖｍａｘ１）との間の電圧範囲内にあっても、バッテリ温度が更に上昇しなければ、電圧設定手段が、充電完了電圧若しくは異常判定電圧を通常電圧（Ｖｍａｘ１）から高温時電圧（Ｖｍａｘ３）に切り換えることはない。

このため、この充電制御装置においては、請求項６に記載のように、充電電流制限手段を、バッテリ温度が前記温度範囲内にあり、バッテリ電圧が前記電圧範囲内にあるとき、バッテリ温度が上昇しているか否かを判断して、バッテリ温度が上昇しているときに（換言すれば、バッテリ温度が上昇していることを条件として）、充電電流を低下させるように構成してもよい。

そして、充電電流制限手段をこのように構成すれば、バッテリ温度が上昇していないときに、充電電流制限手段が充電電流を低下させることによって、バッテリへの充電時間が長くなるのを防止できる。

また、請求項２、請求項２を引用する請求項３、又は、請求項５に記載の充電制御装置において、バッテリ温度が、低温判定閾値（Ｔ２）と設定温度（Ｔ２＋β）との間の温度範囲内にあり、バッテリ電圧が、低温時電圧（Ｖｍａｘ２）と通常電圧（Ｖｍａｘ１）との間の電圧範囲内にあっても、バッテリ温度が更に低下しなければ、電圧設定手段が、充電完了電圧若しくは異常判定電圧を、通常電圧（Ｖｍａｘ１）から低温時電圧（Ｖｍａｘ２）に切り換えることはない。

このため、この充電制御装置においては、請求項７に記載のように、充電電流制限手段を、バッテリ温度が前記温度範囲内にあり、バッテリ電圧が前記電圧範囲内にあるとき、バッテリ温度が低下しているか否かを判断して、バッテリ温度が低下しているときに（換言すれば、バッテリ温度が低下していることを条件として）、充電電流を低下させるように構成してもよい。

そして、充電電流制限手段をこのように構成すれば、バッテリ温度が低下していないときに、充電電流制限手段が充電電流を低下させることによって、バッテリへの充電時間が長くなるのを防止できる。

なお、特許請求の範囲及び上記説明に記載した温度及び電圧を表す（）内の記号は、本発明の理解を容易にするために付与したものであり、この記載によって本発明を限定するものではない。

実施形態のバッテリパック及び充電器の外観を表す斜視図である。 実施形態のバッテリパック及び充電器の回路構成を表す回路図である。 充電制御回路にて実行される電圧設定処理を表すフローチャートである。 充電制御回路にて実行される常温時充電制御処理を表すフローチャートである。 常温時充電制御処理による充電電流の切り換え動作を説明する説明図である。 バッテリ温度上昇時の充電電流の切り換えによって生じるバッテリ電圧の変化を表す説明図である。 バッテリ温度低下時の充電電流の切り換えによって生じるバッテリ電圧の変化を表す説明図である。 常温時充電制御処理の変形例を表すフローチャートである。 バッテリ温度に応じて規定される充電時のバッテリ電圧を表す説明図である。 バッテリ温度上昇時に充電完了電圧若しくは異常判定電圧が切り換えられることによって生じる充電停止動作を説明する説明図である。 バッテリ温度低下時に充電完了電圧若しくは異常判定電圧が切り換えられることによって生じる充電停止動作を説明する説明図である。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１に示すように、本実施形態の充電システムは、例えば、充電式電動工具、充電式掃除機、充電式草刈り器等、各種充電式電動機器に着脱自在に装着されて、その動力源である直流モータ等に電源供給を行うバッテリパック２と、バッテリパック２を充電するための充電器５０とから構成されている。

充電器５０は、電源コード５４を介して外部電源（一般に商用電源：交流電圧）から電源供給を受けることにより、バッテリ充電用の充電電圧（直流電圧）を生成し、バッテリパック２内のバッテリ１０（図３参照）に電源供給を行うものである。

充電器５０の上面には、バッテリパック２を装着（換言すれば載置）するための装着部５２が形成されている。この装着部５２は、バッテリパック２をスライドさせて装着できるように、バッテリパック２の裏面の装着部３の形状に対応して形成されている。

また、装着部５２には、バッテリパック２の装着時に、バッテリパック２の裏面に形成された端子部４と嵌合可能な端子部５３が形成されている。
そして、充電器５０の端子部５３及びバッテリパック２の端子部４には、それぞれ、バッテリパック２を充電器５０の装着部５２に装着した際、相互に接続される端子５６〜５８、６〜８が設けられている（図２参照）。

なお、バッテリパック２において、端子６、７は、バッテリ１０の正極側及び負極側にそれぞれ接続されて、充電器５０からの充電電流や充電式電動機器への放電電流を流すため正極端子及び負極端子である。また、端子８は、充電器５０や充電式電動機器との間で通信を行うための通信端子である。

また、充電器５０において、端子５６、５７は、バッテリパック２が装着された際に、バッテリパック２の正極端子６及び負極端子７にそれぞれ接続されて、バッテリ１０への充電を行うための正極端子及び負極端子である。また、端子５８は、バッテリパック２の端子８に接続されて、バッテリパック２との間で通信を行うための通信端子である。

次に、バッテリパック２及び充電器５０の回路構成を、図２を用いて説明する。
図２に示すように、バッテリパック２内には、充放電可能な複数（図では５個）のセル１１、１２、１３、１４、１５を直列接続してなるバッテリ１０が収納されている。

そして、バッテリ１０の正極側は正極端子６に接続され、バッテリ１０の負極側は負極端子７に接続されている。なお、バッテリ１０は、図９に示したように、バッテリ温度に応じて充電時のバッテリ電圧の上限を規定する必要のあるリチウムイオン電池である。

また、バッテリパック２には、電圧監視回路２０、バッテリ制御回路４０、温度検出回路４２、及び、電流検出回路４４が設けられている。
電圧監視回路２０は、バッテリ１０を構成する各セル１１〜１５の両端電圧を、抵抗Ｒ１０〜Ｒ１５を介して取り込むことで、各セル１１〜１５のセル電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ５を監視するためのものである。

そして、その監視結果（つまりセル電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ５）は、バッテリ制御回路４０に入力され、セル１１〜１５の異常やセル電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ５のばらつきを検出するのに利用される。

また、温度検出回路４２は、バッテリ１０の過熱防止のために、バッテリ１０に内蔵された温度検出素子（図示せず）を介して、バッテリ１０の内部温度（セル温度）を検出し、その検出結果をバッテリ制御回路４０に出力する。

また、電流検出回路４４は、負極端子７からバッテリ１０の負極に至る通電経路に設けられて、この経路を流れる電流を検出するものであり、例えば、その通電経路に直列に設けられた抵抗と、抵抗の両端電圧を電流の検出結果としてバッテリ制御回路４０に出力する検出回路とにより構成される。

次に、バッテリ制御回路４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を中心とするマイクロコンピュータ（マイコン）にて構成されている。
そして、バッテリ制御回路４０は、電圧監視回路２０によるセル電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ５の監視結果や、温度検出回路４２及び電流検出回路４４による検出結果を取り込み、その取り込んだ各パラメータに基づき、バッテリ１０の状態を検出する。

また、バッテリ制御回路４０には、バッテリパック２が装着された充電器５０や充電式電動機器との間で通信を行うための通信ポートが備えられており、この通信ポートは、通信線を介して通信端子８に接続されている。

そして、バッテリ制御回路４０は、上記各パラメータに基づきセル電圧、充放電電流、バッテリ温度等の異常を検出すると、通信端子８を介して、充電器５０や充電式電動機器にその旨を表す異常検出信号を送信し、バッテリ１０への充放電を停止させる。また、バッテリ制御回路４０は、充電器５０や充電式電動機器から通信端子８を介して入力される要求に従い、バッテリ温度等の検出結果を送信する。

なお、バッテリパック２には、バッテリ１０から電源供給を受けてバッテリ制御回路４０等の内部回路を駆動するための電源電圧（直流定電圧）Ｖｃｃを生成する電源回路（図示せず）も設けられている。

次に、充電器５０は、電源コード５４を介して外部電源から電力供給を受けるための電源端子５４ａ、５４ｂ、外部電源から電源端子５４ａ、５４ｂに供給される交流電圧を全波整流する整流回路６０、整流回路６０にて整流された直流電圧を平滑化するためのコンデンサＣ１、及び、一次巻線がスイッチング素子６４を介してコンデンサＣ１に並列接続された絶縁トランス６２が備えられている。

この絶縁トランス６２は、外部電源と内部回路との間を絶縁すると共に、コンデンサＣ１にて平滑化された直流電圧を降圧して充電器５０内に取り込むためのものである。
つまり、スイッチング素子６４は、一次巻線の一端とグランドとの間に設けられることで、グランドに接地されたコンデンサＣ１の一端に接続されており、その間をスイッチングすることで、絶縁トランス６２の二次巻線に、降圧した交流電力を発生させる。

なお、スイッチング素子６４は、例えば、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴにて構成されており、抵抗Ｒｃを介してゲートにハイレベルの信号が入力されたときにオン状態となる。
また、絶縁トランス６２の二次巻線には、整流用のダイオード６６を介してコンデンサＣ２が並列接続されている。このコンデンサＣ２には、スイッチング素子６４のスイッチングにより直流電圧が充電され、その直流電圧がバッテリ１０への充電電圧として利用される。

このため、コンデンサＣ２の正極側及び負極側は、それぞれ、正極端子５６及び負極端子５７に接続されている。
また、コンデンサＣ２の正極側と正極端子５６との間の通電経路には、その経路を導通／遮断するための充電スイッチ６８が設けられている。

充電スイッチ６８は、一対のＦＥＴ６８ａ、６８ｂにて構成されたパワー半導体スイッチであり、各ＦＥＴ６８ａ、６８ｂのゲートは、抵抗Ｒａを介して正極側の通電経路に接続されると共に、抵抗Ｒｂ及びスイッチング素子６９を介して負極側の通電経路に接続されている。

ＦＥＴ６８ａ、６８ｂは、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴにて構成されており、抵抗Ｒａ、Ｒｂ、及びスイッチング素子６９は、スイッチング素子６９のオン時に、各ＦＥＴ６８ａ、６８ｂのゲート電位をローレベルにして、正極側の通電経路を導通させる。また、スイッチング素子６９のオフ時には、各ＦＥＴ６８ａ、６８ｂのゲート電位をハイレベルにして、正極側の通電経路を遮断させる。

なお、図２に示すダイオードＤａ、Ｄｂは、各ＦＥＴ６８ａ、６８ｂの寄生ダイオードである。また、スイッチング素子６９は、例えば、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴにて構成されており、ゲート電位がローレベルであるときにオフ状態となり、ゲート電位がハイレベルになるとオン状態となる。

次に、コンデンサＣ２と負極端子５７との間の負極側の通電経路には、バッテリ１０への充電時に流れる充電電流を検出するための電流検出回路７８が設けられている。
なお、この電流検出回路７８は、バッテリパック２内の電流検出回路４４と同様、例えば、負極側の通電経路に直列に設けられた抵抗と、抵抗の両端電圧を電流の検出結果として出力する検出回路とにより構成される。

そして、電流検出回路７８からの検出信号は、充電電流を充電制御回路８０からの指令に従い制御する電流制御回路７６に入力される。
電流制御回路７６は、スイッチング素子６４を駆動する駆動回路７２に対し、フォトカプラ７４を介して、スイッチング信号を出力することで、スイッチング素子６４をオン・オフさせて、バッテリ１０への充電電流を制御する。

なお、フォトカプラ７４は、例えば、発光ダイオードＤｒとフォトトランジスタＴｆとにより構成される周知のものであり、電流制御回路７６から抵抗Ｒｄを介して発光ダイオードＤｒに順方向電圧が印加されることにより、発光ダイオードＤｒが発光して、フォトトランジスタＴｆがオン状態となる。

従って、充電器５０の内部回路と、外部電源側とは、フォトカプラ７４によっても絶縁されることになる。
また、充電スイッチ６８と正極端子５６との間の通電経路には、その経路の電圧Ｖｂをバッテリ電圧として検出する電圧検出回路８２が接続されており、電圧検出回路８２により検出されたバッテリ電圧Ｖｂは、充電制御回路８０に入力される。

充電制御回路８０は、電圧検出回路８２にて検出されるバッテリ電圧Ｖｂに基づき、バッテリ電圧Ｖｂが目標電圧である充電完了電圧となるよう、電流制御回路７６にて制御される充電電流を制御するものであり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を中心とするマイクロコンピュータ（マイコン）にて構成されている。

充電制御回路８０は、電流制御回路７６に充電電流を制御させるための指令信号として、パルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）を生成し、出力回路７９に出力する。
出力回路７９は、抵抗ＲｅとコンデンサＣ３とにより構成される積分回路にて、ＰＷＭ信号をアナログ電圧値に変換し、これをオペアンプＯＰ１からなるバッファ回路、及び、抵抗Ｒｆを介して、電流制御回路７６に出力する。

また、充電制御回路８０は、バッテリ１０への充電時には、スイッチング素子６９を介して充電スイッチ６８をオンさせ、バッテリ１０への充電経路を導通させるが、バッテリ１０への充電が完了したときや、バッテリパック２からの送信信号若しくは電圧検出回路８２にて検出されるバッテリ電圧Ｖｂに基づき異常を検出した際には、充電スイッチ６８をオフし、充電を停止させる。

そして、本実施形態では、バッテリ１０がリチウムイオン電池であるので、充電制御回路８０は、バッテリ１０への充電開始後、バッテリ電圧Ｖｂが所定の充電完了電圧になるまで所定デューティ比のＰＷＭ信号を出力回路７９に出力することで、定電流充電を行う。

また、定電流充電にてバッテリ電圧Ｖｂが充電完了電圧になると、所定期間、ＰＷＭ信号のデューティ比を制御してバッテリ１０を充電完了電圧に保持する定電圧制御を行うことで、バッテリ１０を満充電状態まで充電する。

また、バッテリ１０は、リチウムイオン電池であるので、充電時のバッテリ電圧の最大値が、バッテリ温度によって規定されている。
このため、充電制御回路８０は、その規定されたバッテリ温度−電圧特性に応じて、充電完了電圧及び異常判定電圧を設定する。

すなわち、充電制御回路８０において、バッテリ１０への充電開始時及び充電中には、図３に示す電圧設定処理が所定時間間隔で周期的に実行され、充電制御に利用される充電完了電圧及びバッテリ電圧の異常判定電圧が設定される。

図３に示すように、この電圧設定処理では、まずＳ１１０（Ｓはステップを表す）にて、バッテリ制御回路４０との間の通信により、バッテリパック２内の温度検出回路４２にて検出されたバッテリ温度を取得する。

次に、Ｓ１２０では、Ｓ１１０にて取得したバッテリ温度は、Ｔ２以上Ｔ３以下の常温領域にあるか否かを判断する。そして、バッテリ温度が常温領域にあれば、Ｓ１３０に移行し、異常判定電圧として、常温領域におけるバッテリ電圧の最大値（Ｖｍａｘ１）を設定すると共に、充電完了電圧として、その最大値（Ｖｍａｘ１）よりも所定電圧△Ｖ１だけ低い電圧値（Ｖｍａｘ１−△１）を設定し、当該電圧設定処理を終了する。

また、Ｓ１２０にて、バッテリ温度は常温領域にないと判断されると、Ｓ１４０に移行して、バッテリ温度は、Ｔ１以上Ｔ２未満の低温領域にあるか否かを判断する。そして、バッテリ温度が低温領域にあれば、Ｓ１５０に移行し、異常判定電圧として、低温領域におけるバッテリ電圧の最大値（Ｖｍａｘ２）を設定すると共に、充電完了電圧として、その最大値（Ｖｍａｘ２）よりも所定電圧△Ｖ２だけ低い電圧値（Ｖｍａｘ２−△２）を設定し、当該電圧設定処理を終了する。

また、Ｓ１４０にて、バッテリ温度は低温領域にないと判断されると、Ｓ１６０に移行して、バッテリ温度は、Ｔ４以下でＴ３よりも大きい高温領域にあるか否かを判断する。そして、バッテリ温度が高温領域にあれば、Ｓ１７０に移行し、異常判定電圧として、高温領域におけるバッテリ電圧の最大値（Ｖｍａｘ３）を設定すると共に、充電完了電圧として、その最大値（Ｖｍａｘ３）よりも所定電圧△Ｖ３だけ低い電圧値（Ｖｍａｘ３−△３）を設定し、当該電圧設定処理を終了する。

また、Ｓ１６０にて、バッテリ温度は高温領域にないと判断されると、バッテリ温度は、Ｔ１以上Ｔ４以下の充電可能温度領域から外れているので、バッテリ１０への充電を禁止し、当該電圧設定処理を終了する。

充電制御回路８０は、上記電圧設定処理にてバッテリ温度に応じて設定した充電完了電圧を目標電圧としてバッテリ１０への充電を行い、その充電時に、バッテリ電圧が異常判定電圧を超えると、異常が発生したと判断して、バッテリ１０への充電を停止する。

そして、その充電時に、バッテリ温度が、常温領域から高温領域若しくは低温領域に変化し、電圧設定処理にて、充電完了電圧及び異常判定電圧が常温時よりも低い電圧値に切り換えられると、バッテリ電圧が充電完了電圧或いは異常判定電圧よりも高くなって、バッテリ１０への充電を停止してしまうことがある。

そこで、本実施形態では、このように充電完了電圧及び異常判定電圧が切り換えられた際に、バッテリ電圧が充電完了電圧或いは異常判定電圧よりも高くなる確率を低減し、電圧切換後にもバッテリ１０を満充電状態まで充電できるようにするため、常温時の充電制御処理を図４に示す手順で実行するようにされている。

図４に示すように、常温時充電制御処理では、Ｓ２１０にて、バッテリ制御回路４０との間の通信、バッテリ電圧検出回路８２からのバッテリ電圧の取り込み等により、バッテリ状態を測定し、バッテリ状態に問題がなければ、Ｓ２２０に移行し、予め設定された常温時の充電電流Ｉ１にてバッテリ１０への充電を開始する。

そして、充電開始後は、Ｓ２３０〜Ｓ２９０にて、バッテリ電圧及びバッテリ温度に応じて充電電流を低下させる充電電流制限処理を実行する。
この充電電流制限処理では、Ｓ２３０にて、現在のバッテリ電圧及びバッテリ温度を測定する。

また、続くＳ２４０では、バッテリ温度が、高温判定閾値（Ｔ３）よりも所定温度（α）低い設定温度（Ｔ３−α）以上、高温判定閾値（Ｔ３）以下、の温度範囲内にあり、且つ、バッテリ電圧が、高温時の最大値である高温時電圧（Ｖｍａｘ３）以上、常温時の最大値である通常電圧（Ｖｍａｘ１）以下、の電圧範囲内にあるか否かを判断する。

Ｓ２４０の処理は、バッテリ温度及びバッテリ電圧が図５に示す領域Ａ内にあるか否か、つまり、バッテリ温度が常温領域から高温領域に変化する直前の温度領域にあり、且つ、バッテリ電圧がバッテリ温度の変化に伴い切り換えられる高温側の充電完了電圧及び充電完了電圧を越える電圧領域にあるか否か、を判断するための処理である。

Ｓ２４０にて、バッテリ温度及びバッテリ電圧が、図５に示す領域Ａ内にあると判断されると、Ｓ２５０にて、Ｓ２３０にて測定したバッテリ温度の変化量から、バッテリ温度は上昇しているか否かを判断する。

そして、Ｓ２５０にて、バッテリ温度が上昇していると判断されると、Ｓ２６０に移行して、充電電流を、現在の電流値Ｉ１よりも小さい電流値Ｉ２に変更し、Ｓ２７０に移行する。

また、Ｓ２４０にて、バッテリ温度及びバッテリ電圧は、図５に示す領域Ａ内にないと判断されるか、Ｓ２５０にて、バッテリ温度は上昇していないと判断された場合にも、Ｓ２７０に移行する。

Ｓ２７０では、バッテリ温度が、低温判定閾値（Ｔ２）よりも所定温度（β）高い設定温度（Ｔ２＋β）以下、低温判定閾値（Ｔ２）以上、の温度範囲内にあり、且つ、バッテリ電圧が、低温時の最大値である低温時電圧（Ｖｍａｘ２）以上、常温時の最大値である通常電圧（Ｖｍａｘ１）以下、の電圧範囲内にあるか否かを判断する。

Ｓ２７０の処理は、バッテリ温度及びバッテリ電圧が図５に示す領域Ｂ内にあるか否か、つまり、バッテリ温度が常温領域から低温領域に変化する直前の温度領域にあり、且つ、バッテリ電圧がバッテリ温度の変化に伴い切り換えられる低温側の充電完了電圧及び充電完了電圧を越える電圧領域にあるか否か、を判断するための処理である。

Ｓ２７０にて、バッテリ温度及びバッテリ電圧が、図５に示す領域Ｂ内にあると判断されると、Ｓ２８０にて、Ｓ２３０にて測定したバッテリ温度の変化量から、バッテリ温度は低下しているか否かを判断する。

そして、Ｓ２８０にて、バッテリ温度が低下していると判断されると、Ｓ２９０に移行して、充電電流を、現在の電流値Ｉ１よりも小さい電流値Ｉ３に変更し、Ｓ３００に移行する。

また、Ｓ２７０にて、バッテリ温度及びバッテリ電圧は、図５に示す領域Ｂ内にないと判断されるか、Ｓ２８０にて、バッテリ温度は低下していないと判断された場合にも、Ｓ３００に移行する。

Ｓ３００では、バッテリ電圧が異常判定電圧を超えたか否か、及び、バッテリパック２側で異常が検出されたか否かを判断することで、バッテリ１０及びその充電系に異常が発生したか否かを判断する。

そして、Ｓ３００にて異常が発生したと判断されると、Ｓ３１０に移行して、充電スイッチ６８をオフすることで、バッテリ１０への充電を停止し、当該常温時充電制御処理を終了する。

一方、Ｓ３００にて異常は発生していないと判断されると、Ｓ３２０に移行し、バッテリ電圧は充電完了電圧に達したか否かを判断する。
そして、バッテリ電圧が充電完了電圧に達していれば、Ｓ３３０に移行して、この充電完了電圧にて一定時間バッテリへの充電を継続することでバッテリ１０を満充電状態にする充電完了処理を実行し、当該常温時充電制御処理を終了する。

このように、常温時充電制御処理では、バッテリ電圧を充電完了電圧に充電するだけでなく、その充電時に、バッテリ温度及びバッテリ電圧が、図５に示す領域Ａ、若しくは、領域Ｂ内に入ると、充電電流を通常時の電流値Ｉ１から、電流値Ｉ２又はＩ３に低下させる。

この結果、常温状態でバッテリ１０を充電しているときに、バッテリ温度が高温側の設定温度（Ｔ３−α）に達し、バッテリ温度及びバッテリ電圧が領域Ａに入った際には、図６に示すように、時点ｔ１で充電電流がＩ１からＩ２に切り換えられ、その充電電流の低下に伴い、バッテリ電圧が低下する。

このため、その後、バッテリ温度が高温判定閾値（Ｔ３）を越えて、充電完了電圧及び異常判定電圧が高温時の電圧値に切り換えられたときに、バッテリ電圧が、充電完了電圧及び異常判定電圧よりも大きくなっていて、バッテリ１０への充電が停止されるのを抑制でき、バッテリ１０を満充電状態（時点ｔ２）まで充電することが可能となる。

また、常温状態でバッテリ１０を充電しているときに、バッテリ温度が低温側の設定温度（Ｔ２＋β）まで低下し、バッテリ温度及びバッテリ電圧が領域Ｂに入った際には、図７に示すように、時点ｔ１で充電電流がＩ１からＩ３に切り換えられ、その充電電流の低下に伴い、バッテリ電圧が低下する。

このため、その後、バッテリ温度が低温判定閾値（Ｔ２）を下回り、充電完了電圧及び異常判定電圧が低温時の電圧値に切り換えられたときに、バッテリ電圧が、充電完了電圧及び異常判定電圧よりも大きくなっていて、バッテリ１０への充電が停止されるのを抑制でき、バッテリ１０を満充電状態（時点ｔ２）まで充電することが可能となる。

また、バッテリ温度及びバッテリ電圧が図５に示す領域Ａにあるときは、充電電流を低下させることで、バッテリ１０の発熱量を抑えることができるので、充電時の温度上昇によって、バッテリ温度が高温判定閾値（Ｔ３）に達するのに要する時間を長くし、常温領域内にてバッテリ１０を満充電できる確率を高くすることができる。

よって、本実施形態によれば、バッテリへの充電開始後、バッテリが満充電状態になるまでにバッテリへの充電が停止されて、バッテリを満充電状態まで充電できなくなるのを抑制できる。

また、本実施形態では、図３の電圧設定処理にて、充電完了電圧と異常判定電圧とを設定し、充電制御実行時にバッテリ電圧が異常判定電圧を超えると、バッテリ１０に異常が生じたと判断して、バッテリ１０への充電を停止する。

そして、本実施形態によれば、常温領域から高温領域若しくは低温領域への異常判定電圧の切り換えも抑制されることになるので、異常判定電圧の切り換えに伴いバッテリ１０の異常が誤検出されるのを抑制し、その誤検出により使用者に誤解や不信感を与えるのを防止できる。

また、本実施形態では、バッテリ電圧及びバッテリ温度が図５に示す領域Ａにあるときは、バッテリ温度が上昇しているか否かを判断して、バッテリ温度が上昇しているときに限って、充電電流を低下させ、バッテリ電圧及びバッテリ温度が図５に示す領域Ｂにあるときは、バッテリ温度が低下しているか否かを判断して、バッテリ温度が低下しているときに限って、充電電流を低下させる。

このため、バッテリ電圧及びバッテリ温度が図５に示す領域Ａ若しくは領域Ｂにあっても、充電完了電圧及び異常判定電圧が高温側若しくは低温側の電圧値に切り換えられることがない場合に、充電電流を低下させることはなく、これによって、バッテリ１０を満充電するのに要する充電時間が長くなるのを防止できる。

なお、本実施形態においては、バッテリ電圧検出回路８２が、本発明の電圧検出手段に相当し、温度検出回路４２が、本発明の温度検出手段に相当する。また、本発明の電圧設定手段及び充電電流制限手段としての機能は、充電器５０内の充電制御回路８０にて実行される電圧設定処理及び常温時充電制御処理（詳しくはＳ２３０〜Ｓ２９０の充電電流制限処理）にて実現される。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内にて、種々の態様をとることができる。
例えば、上記実施形態では、図４のＳ２６０又はＳ２９０にて充電電流をＩ１からＩ２若しくはＩ３に変更すると、その電流値が充電電流として保持され、バッテリ温度が、設定温度（Ｔ２＋β）から設定温度（Ｔ３−α）までの中間領域に戻っても、バッテリ１０は、変更後の充電電流Ｉ２又はＩ３にて充電されることになる。

しかし、これでは、バッテリ温度が中間領域に戻った際の充電電流が小さくなって、バッテリ１０を満充電するのに要する時間が長くなってしまう。
そこで、図８に示すように、充電電流制限処理では、Ｓ２４０にてバッテリ温度及びバッテリ電圧が領域Ａ内にないと判断された場合には、Ｓ４１０にて、バッテリ温度が、高温判定閾値（Ｔ３）から所定温度α及びマージンｘを減じた設定温度（Ｔ３−α−ｘ）以下であるか否かを判断し、バッテリ温度が設定温度（Ｔ３−α−ｘ）以下であれば、Ｓ４２０に移行して、充電電流をＩ１に戻すようにしてもよい。

また、同様に、Ｓ２７０にてバッテリ温度及びバッテリ電圧が領域Ｂ内にないと判断された場合には、Ｓ４３０にて、バッテリ温度が、低温判定閾値（Ｔ２）に所定温度β及びマージンｙを加えた設定温度（Ｔ２＋β＋ｙ）以上であるか否かを判断し、バッテリ温度が設定温度（Ｔ２＋β＋ｙ）以上であれば、Ｓ４４０に移行して、充電電流をＩ１に戻すようにしてもよい。

そして、このようにすれば、バッテリ温度が中間領域に戻った際に、充電電流をＩ１に戻すことで、上記実施形態に比べて、バッテリ１０への充電時間を短くすることができる。

次に、上記実施形態では、Ｓ２４０、Ｓ２７０において、バッテリ電圧が領域Ａ、Ｂ内にあるか否かを判断するのに用いる電圧値として、バッテリ１０のバッテリ温度−電圧特性にて規定されている最大値Ｖｍａｘ１、Ｖｍａｘ２、Ｖｍａｘ３を用いるものとして説明した。

しかし、領域Ａ、Ｂを特定する電圧値としては、例えば、Ｖｍａｘ２−γ以上Ｖｍａｘ１以下、Ｖｍａｘ３−δ以上Ｖｍａｘ１以下、というように、高温側及び低温側の規定電圧（最大値）Ｖｍａｘ３、Ｖｍａｘ２に所定のマージンγ、δを付与した値を、高温側電圧値及び低温側電圧値として用いるようにしてもよい。

また、領域Ａ、Ｂを判定するのに用いる高温側電圧値及び低温側電圧値は、バッテリ１０のバッテリ温度−電圧特性によっては、同一電圧値に設定してもよい。
また、領域Ａ、Ｂを判定するのに用いる常温時の通常電圧値についても、常温時の規定電圧（最大値）Ｖｍａｘ１に対し、所定のマージンを付与した値を利用するようにしてもよい。

また更に、上記実施形態では、図３の電圧設定処理にて、充電完了電圧及び異常判定電圧を設定する際、異常判定電圧には、バッテリ１０のバッテリ温度−電圧特性にて規定されている最大値Ｖｍａｘ１、Ｖｍａｘ２、Ｖｍａｘ３を用いるものとして説明したが、異常判定電圧についても、充電完了電圧と同様、これら各最大値Ｖｍａｘ１、Ｖｍａｘ２、Ｖｍａｘ３から所定電圧を減じた値を設定するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、本発明の充電制御装置としての機能は、充電器５０の充電制御回路８０にて実行される電圧設定処理及び常温時充電制御処理（詳しくは充電電流制限処理）にて実現されるものとして説明した。

しかし、本発明の充電制御装置としての機能は、電圧設定処理及び充電電流制限処理をバッテリパック２内のバッテリ制御回路４０にて実行することで、バッテリパック２側で実現するようにしてもよい。

２…バッテリパック、６…正極端子、７…負極端子、８…通信端子、１０…バッテリ、１１〜１５…セル、２０…電圧監視回路、４０…バッテリ制御回路、４２…温度検出回路、４４…電流検出回路、５０…充電器、５６…正極端子、５７…負極端子、５８…通信端子、６０…整流回路、６２…絶縁トランス、６４，６９…スイッチング素子、６６…ダイオード、６８…充電スイッチ、７２…駆動回路、７４…フォトカプラ、７６…電流制御回路、７８…電流検出回路、７９…出力回路、８０…充電制御回路、８２…バッテリ電圧検出回路、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３…コンデンサ。

Claims (7)

1. バッテリ電圧が予め設定された充電完了電圧または該充電完了電圧よりも高い異常判定電圧に達するとバッテリへの充電を停止する充電器、にて充電可能なバッテリパックにおいて、前記充電器から前記バッテリパックへの充電を制御する充電制御装置であって、
   前記バッテリ電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記バッテリの温度を検出する温度検出手段と、
   前記温度検出手段にて検出されたバッテリ温度が予め設定された高温判定閾値（Ｔ３）以上であるとき、前記充電完了電圧及び前記異常判定電圧の少なくとも一方を、通常電圧（Ｖｍａｘ１）よりも低い高温時電圧（Ｖｍａｘ３）に設定する電圧設定手段と、
   前記充電器による前記バッテリへの充電時に、前記バッテリ温度が、前記高温判定閾値（Ｔ３）よりも所定温度（α）低い設定温度（Ｔ３−α）と前記高温判定閾値（Ｔ３）との間の温度範囲内にあり、且つ、前記電圧検出手段にて検出されたバッテリ電圧が、前記通常電圧（Ｖｍａｘ１）と前記高温時電圧（Ｖｍａｘ３）との間の電圧範囲内にあるとき、前記充電器が前記バッテリに供給する充電電流を低下させる充電電流制限手段と、
   を備えたことを特徴とする充電制御装置。
2. バッテリ電圧が予め設定された充電完了電圧または該充電完了電圧よりも高い異常判定電圧に達するとバッテリへの充電を停止する充電器、にて充電可能なバッテリパックにおいて、前記充電器から前記バッテリパックへの充電を制御する充電制御装置であって、
   前記バッテリ電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記バッテリの温度を検出する温度検出手段と、
   前記温度検出手段にて検出されたバッテリ温度が予め設定された低温判定閾値（Ｔ２）以下であるとき、前記充電完了電圧及び前記異常判定電圧の少なくとも一方を、通常電圧（Ｖｍａｘ１）よりも低い低温時電圧（Ｖｍａｘ２）に設定する電圧設定手段と、
   前記充電器による前記バッテリへの充電時に、前記バッテリ温度が、前記低温判定閾値（Ｔ２）よりも所定温度（β）高い設定温度（Ｔ２＋β）と前記低温判定閾値（Ｔ２）との間の温度範囲内にあり、且つ、前記電圧検出手段にて検出されたバッテリ電圧が、前記通常電圧（Ｖｍａｘ１）と前記低温時電圧（Ｖｍａｘ２）との間の電圧範囲内にあるとき、前記充電器が前記バッテリに供給する充電電流を低下させる充電電流制限手段と、
   を備えたことを特徴とする充電制御装置。
3. 前記充電電流制限手段は、前記充電電流を一旦低下させると、前記バッテリ温度が前記温度範囲から外れても前記充電電流を保持することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の充電制御装置。
4. 前記充電電流制限手段は、前記充電電流を低下させた後、前記バッテリ温度が前記温度範囲から外れて、前記設定温度（Ｔ３−α）よりも低下すると、前記充電電流を上昇させることを特徴とする請求項１に記載の充電制御装置。
5. 前記充電電流制限手段は、前記充電電流を低下させた後、前記バッテリ温度が前記温度範囲から外れて、前記設定温度（Ｔ２＋β）よりも上昇すると、前記充電電流を上昇させることを請求項２に記載の充電制御装置。
6. 前記充電電流制限手段は、前記バッテリ温度が前記温度範囲内にあり、前記バッテリ電圧が前記電圧範囲内にあるとき、前記バッテリ温度が上昇しているか否かを判断して、前記バッテリ温度が上昇しているときに、前記充電電流を低下させることを特徴とする請求項１、請求項１を引用する請求項３、請求項４の何れか１項に記載の充電制御装置。
7. 前記充電電流制限手段は、前記バッテリ温度が前記温度範囲内にあり、前記バッテリ電圧が前記電圧範囲内にあるとき、前記バッテリ温度が低下しているか否かを判断して、前記バッテリ温度が低下しているときに、前記充電電流を低下させることを特徴とする請求項２、請求項２を引用する請求項３、請求項５の何れか１項に記載の充電制御装置。