JP2012222878A - バッテリの充電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】充電対象となるバッテリの非装着時に消費される待機電力に加えて、バッテリへの充電完了後に消費される待機電力をも低減可能なバッテリの充電装置を提供する。
【解決手段】バッテリ８への充電を行うスイッチング制御回路１４から後段の回路には、充電装置へのバッテリ８の装着に連動してオン状態となる第１スイッチＳＷ１と、第１スイッチＳＷ１がオン状態になるとラッチ回路３６を介してオン状態に切り換えられる第２スイッチＳＷ２と、を介して、電源供給を行う。また、第２スイッチＳＷ２がオン状態になると、その後の経過時間を計時するタイマ回路４０を設け、タイマ回路４０が予め設定された規定時間を計時すると、ラッチ回路３６がリセットされて、第２スイッチＳＷ２を強制的にターンオフするように構成する。この結果、規定時間経過後に流れる待機電流を低減して、充電装置を省電力化することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動工具等に用いられるバッテリを充電する充電装置に関する。

従来、この種の充電装置には、バッテリを充電しない待機期間中の電力消費量を低減するため、充電対象となるバッテリが所定の装着部に装着されたか否かによってオン・オフ状態が切り変えられる電源スイッチを備えたものが知られている（例えば、特許文献１等参照）。

そして、この充電装置では、装着部にバッテリが装着されてバッテリへの充電が可能なときにだけ、上記電源スイッチにより、外部電源から内部回路への電源供給経路を導通させることで、装着部へのバッテリの非装着時に内部回路で消費される待機電力を低減している。

特開２００３−２６４９３５号公報

しかしながら、上記従来装置では、装着部にバッテリが装着されているときには、電源スイッチがオン状態となって、充電装置の内部回路に電源供給がなされることから、充電装置の消費電力を充分低減することができないという問題があった。

つまり、上記従来装置では、装着部にバッテリが装着されると、電源スイッチを介して、充電回路や充電制御回路等からなる内部回路に電源供給がなされ、その内部回路の動作によってバッテリへの充電が開始される。

そして、バッテリへの充電が完了すると、充電制御回路が、バッテリ電圧等からその旨を検知し、充電回路からバッテリへの充電経路を遮断して、バッテリへの充電を停止させる。

しかし、バッテリへの充電完了後、バッテリが装着部から取り外されるまでは、電源スイッチがオン状態に保持されるため、充電制御回路やバッテリ状態（バッテリ電圧等）を検出する検出回路は動作し続ける。

このため、上記従来装置では、バッテリへの充電が完了してからバッテリが取り外されるまでに充電制御回路等で消費される消費電力を低減することができないのである。
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、充電対象となるバッテリの非装着時に消費される待機電力だけでなく、バッテリへの充電完了後に消費される待機電力をも低減することのできるバッテリの充電装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載のバッテリの充電装置においては、装着部にバッテリが装着されているとき、第１スイッチがオン状態となり、第１スイッチがオン状態となると、第２スイッチがオン状態となる。

そして、これら各スイッチは、前記充電手段への電源供給経路に設けられていることから、装着部にバッテリが装着されるまでは、充電手段への電源供給が遮断される。
従って、本発明の充電装置によれば、従来装置と同様、装着部へのバッテリの非装着時に充電手段で消費される待機電力を零にすることができる。

一方、本発明の充電装置には、第２スイッチがオン状態になってから、予め設定された規定時間が経過すると、第２スイッチをオフ状態に切り換える制御手段が設けられているため、装着部にバッテリが装着されてから規定時間が経過すると、充電手段への電源供給経路が強制的に遮断されることになる。

このため、規定時間として、例えば、バッテリの充電に要する最大時間を設定しておけば、バッテリへの充電に支障を来すことなく、充電手段への電源供給を停止して、充電手段で消費される電力を零にすることができる。

よって、本発明によれば、上述した従来装置に比べて、より良好に、充電装置の省電力化を図ることができる。
次に、請求項２に記載の充電装置によれば、第２スイッチをオン状態に切り換える手段として、第１スイッチと第２スイッチとの間の電流供給経路の電圧を検出する電圧検出回路と、この電圧検出回路による検出電圧を微分する微分回路と、この微分回路から出力される微分信号を受けて第２スイッチをオン状態に切り換えるドライブ回路とを備える。

このため、第２スイッチを駆動するドライブ回路には、第１スイッチがオン状態となって、電圧検出回路からの検出信号（電圧）が、例えばローレベルからハイレベルに変化した直後にだけ、微分回路を介して検出信号が入力され、ドライブ回路は、その入力信号により第２スイッチをオン状態に切り換えることになる。

このため、第２スイッチは、ドライブ回路によりオン状態に切り換えられてから、制御手段の動作によってオフ状態に切り換えられると、次に、微分回路からドライブ回路に検出信号が入力されるまで、オフ状態に保持される。

つまり、ドライブ回路は、第２スイッチをオン状態に切り換えると、装着部からバッテリが一旦取り外されて再度装着される迄（換言すれば、第１スイッチが一旦オフ状態となり、再度オン状態に変化する迄）、第２スイッチをオン状態に切り換えることはない。

よって、請求項２に記載の充電装置によれば、バッテリが装着部に装着されて第１スイッチがオン状態になっているとき、第２スイッチが制御手段によりオフ状態に切り換えられてから、第２スイッチが再度オン状態となって充電手段側で電力が消費されるのを、より確実に防止することができる。

次に、請求項３に記載の充電装置によれば、第２スイッチのドライブ回路がラッチ回路にて構成されることから、ドライブ回路を簡単且つ安価な回路で構成することができる。また、制御手段は、ラッチ回路のラッチを解除することで第２スイッチをオフ状態に切り換えることができるので、制御手段の構成も簡単にすることができる。

ところで、制御手段は、規定時間の経過を監視して、第２スイッチをオフ状態に切り換えるものであるので、制御手段駆動用の電源回路が必要になる。
そして、その電源回路に、第１スイッチと第２スイッチとの間の電源供給経路から電源供給を行うように構成すると、規定時間の経過に伴い制御手段が第２スイッチをオフ状態に切り換えても、電源回路への電源供給が継続されるので、電源回路及び制御手段に不要な待機電流（所謂暗電流）が流れてしまう。

このため、本発明（請求項１〜請求項３）の充電装置には、請求項４に記載のように、第２スイッチよりも充電手段側の電源供給経路から電源供給を受けて制御手段に電源電圧を供給する電源回路を設けることが望ましい。

つまり、このようにすれば、第２スイッチがオン状態になってから規定時間が経過して、制御手段が第２スイッチをオフ状態に切り換えると、充電手段への電源供給だけでなく、制御手段の電源回路への電源供給も遮断され、電源回路及び制御手段に暗電流が流れて、これら各部で電力が無駄に消費されるのを防止できる。

実施形態の充電装置の構成を表す回路図である。 充電装置のケースの概略構成を表す説明図である。 充電装置内の電源供給経路をオン・オフさせる回路部の動作を表すタイムチャートである。 充電装置の他の構成例を表す回路図である。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図２に示すように、本実施形態の充電装置２においては、ケース４の上面に、充電対象となるバッテリ８を装着（載置）するための装着部６が形成されている。また、その装着部６には、装着部６へのバッテリ８の装着に連動してオン・オフ状態が切り換えられる、マイクロスイッチ等からなる第１スイッチＳＷ１が設けられている。

そして、本実施形態の充電装置２は、装着部６にバッテリ８が装着されて、第１スイッチＳＷ１がオン状態になっているときに、第１スイッチＳＷ１を介して内部回路への電源供給がなされ、装着部６に装着されたバッテリ８への充電を開始するように構成されている。

次に、そのように構成された充電装置２の回路構成について説明する。
図１に示すように、本実施形態の充電装置２は、外部の交流電源（通常、商用電源）から供給される交流電圧を整流する整流回路１０と、整流回路１０からの出力（直流電圧）を安定化させる平滑用のコンデンサＣ１とを備える。

そして、このコンデンサＣ１にて平滑化された直流電圧は、内部回路の電源電圧として、第１スイッチＳＷ１を介して、内部の電源供給経路Ｌ１に出力される。
電源供給経路Ｌ１には、ＦＥＴからなる第２スイッチＳＷ２を介して、電力変換用のトランス１２の一次巻線が接続されており、その一次巻線の他端は、ＦＥＴからなるスイッチング素子Ｔ１を介して、グランド（一次側ＧＮＤ）に接地されている。

スイッチング素子Ｔ１は、抵抗Ｒ１を介して電源供給経路に接続されたスイッチング制御回路１４にてスイッチングされることにより、トランス１２の一次巻線に交流電流を流し、トランス１２の二次側に交流電圧を発生させる。

また、トランス１２には、２つの二次巻線が設けられており、各二次巻線には、バッテリ８への充電電圧を生成してバッテリ８に印加する充電回路２２、及び、バッテリ８の状態（電圧、温度等）を監視しつつ充電回路２２からバッテリ８へ充電電流を制御する充電制御回路２４が接続されている。

充電回路２２は、整流用のダイオードＤ１と、ダイオードＤ１による整流出力を平滑化するコンデンサＣ２と、コンデンサＣ２にて平滑化された整流出力（つまり直流電圧）をバッテリ８に印加するか否かを切り換えるスイッチング素子Ｔ２と、から構成されている。なお、スイッチング素子Ｔ２は、ＦＥＴ、バイポーラトランジスタ等の半導体素子やリレーにて構成されている。

また、充電制御回路２４は、マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）２６と、整流用のダイオードＤ２と、ダイオードＤ２による整流出力を平滑化するコンデンサＣ３と、コンデンサＣ３にて平滑化された整流出力（つまり直流電圧）から、ＣＰＵ２６駆動用の直流定電圧を生成するレギュレータ２８と、レギュレータ２８からの出力を平滑化してＣＰＵ２６に印加するコンデンサＣ４と、から構成されている。

そして、ＣＰＵ２６は、バッテリ８の状態（電圧、温度等）を監視しつつスイッチング素子Ｔ２をスイッチングさせることで、充電回路２２によるバッテリ８への充電を制御する。

このように構成された本実施形態の充電装置２においては、装着部６にバッテリ８が装着されて第１スイッチＳＷ１がオン状態であるとき、第２スイッチＳＷ２がオン状態であれば、スイッチング制御回路１４が動作して充電回路２２及び充電制御回路２４に電源供給がなされ、これら各回路２２、２４の動作によってバッテリ８への充電が行われる。

一方、本実施形態の充電装置２には、装着部６へのバッテリ８の装着に連動して第１スイッチＳＷ１がオン状態になったときに、第２スイッチＳＷ２をオフ状態からオン状態に切り換え、その後、予め設定された規定時間が経過すると第２スイッチＳＷ２をオフ状態に切り換えることで、スイッチング制御回路１４（延いては充電回路２２及び充電制御回路２４）の連続動作時間を規定時間以内に制限する回路が設けられている。

この回路のうち、第２スイッチＳＷ２をオン状態に切り換える回路は、第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２との間の電源供給経路Ｌ１に接続されて、第１スイッチＳＷ１から電源供給経路Ｌ１に入力される電源電圧（直流電圧）を検出する電圧検出回路３２と、この電圧検出回路３２による検出電圧を微分する微分回路３４と、微分回路から出力される微分信号をラッチし、第２スイッチをオン状態に切り換えるラッチ回路３６とから構成されている。

ここで、電圧検出回路３２は、電源供給経路Ｌ１と一次側ＧＮＤとの間に設けられた分圧用の抵抗Ｒ１１、Ｒ１２にて構成されている。
また、微分回路３４は、その抵抗Ｒ１１、Ｒ１２の接続点（分圧点）に一端が接続され、他端がラッチ回路３６の入力端子に接続されたコンデンサＣ１１と、コンデンサＣ１１とラッチ回路３６の入力端子との間にカソードが接続され、アノードが一次側ＧＮＤに接地されたダイオードＤ１１とから構成されている。

また、図１から明らかなように、本実施形態では、第２スイッチＳＷ２がｐチャネルのＭＯＳＦＥＴにて構成されており、第２スイッチＳＷ２をオン状態にするには、ゲートをローレベルにする必要がある。

このため、ラッチ回路３６は、リセット状態で出力がハイレベルとなり、微分回路３４から微分信号が入力されると、出力がローレベルとなって、第２スイッチＳＷ２をオン状態に切り換えるよう構成されている。

また、第２スイッチＳＷ２のソースは第１スイッチＳＷ１側の電源供給経路Ｌ１に接続されており、そのソース−ゲート間には、抵抗Ｒ１３が設けられ、更に、そのゲートとラッチ回路３６の出力端子との間には抵抗Ｒ１４が設けられている。なお、ラッチ回路３６は、第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２との間の電源供給経路Ｌ１から、抵抗Ｒ１３及び抵抗Ｒ１４を介して電源供給を受けて動作する。

一方、第２スイッチＳＷ２をオフ状態に切り換える回路は、規定時間を計時するタイマ回路４０と、このタイマ回路４０の電源電圧を生成する制御用電源回路３８とから構成されている。

制御用電源回路３８は、第２スイッチＳＷ２からトランス１２に至る電源供給経路Ｌ１と一次側ＧＮＤとの間に設けられており、第２スイッチＳＷ２がオン状態であるとき電源供給経路Ｌ１から電源供給を受けて、タイマ回路４０駆動用の電源電圧を生成する。

そして、その生成された電源電圧は、タイマ回路４０の電源端子に入力されると共に、抵抗Ｒ１５を介して、タイマ回路４０の入力端子にも入力される。
この結果、タイマ回路４０は、第２スイッチＳＷ２がオン状態になると、制御用電源回路３８から電源供給を受けて、規定時間の計時を開始するようになり、規定時間が経過すると、所定パルス幅のパルス信号を出力する。

そして、そのパルス信号は、ラッチ回路３６のリセット端子に入力され、ラッチ回路３６の出力は、ローレベルからハイレベルに反転する。この結果、第２スイッチＳＷ２はターンオフし、電源供給経路Ｌ１が遮断される。

上記のように構成された本実施形態の充電装置２においては、図３に示すように、バッテリ８が装着部６に装着されて、第１スイッチＳＷ１がオン状態となると、電圧検出回路３２の検出電圧（分圧点電圧）がハイレベルになる。

そして、ラッチ回路３６には、その検出電圧の立ち上がりタイミングで、微分回路３４から微分信号が入力される。
このため、ラッチ回路３６からの出力は、第１スイッチＳＷ１がオン状態となった直後に、ラッチ回路３６の起動に伴い一時的にハイレベルになるが、その後、微分信号の入力によりローレベルとなって、第２スイッチＳＷ２をオンさせる（時点ｔ１）。

すると、トランス１２及びスイッチング制御回路１４、延いては、充電回路２２及び充電制御回路２４に電源供給がなされ、バッテリ８への充電が開始されるため、電源供給経路Ｌ１には、バッテリ８への充電に要する充電電流が流れる。

充電制御回路２４のＣＰＵ２６は、バッテリ８の電圧等を監視して、バッテリ８が満充電状態になると、充電回路２２のスイッチング素子Ｔ２をオフさせ、充電回路２２からバッテリ８への充電経路を遮断するが、スイッチング制御回路１４及び充電制御回路２４は動作を継続するため、電源供給経路Ｌ１にはその継続動作のための待機電流が流れる。

しかし、本実施形態では、第２スイッチＳＷ２がオン状態になると、タイマ回路４０が計時を開始し、その後規定時間が経過すると、所定パルス幅のパルス信号を出力し、ラッチ回路３６をリセットさせる（時点ｔ２）。

この結果、ラッチ回路３６からの出力は、ローレベルからハイレベルに反転し、第２スイッチＳＷ２がオフ状態となって、第２スイッチＳＷ２からスイッチング制御回路１４側への電源供給経路Ｌ１が遮断される。

従って、本実施形態の充電装置２によれば、タイマ回路４０が計時する規定時間として、バッテリ８の充電に要する最大時間若しくはそれよりも長い時間を設定しておけば、バッテリ８への充電に支障を来すことなく、電源供給経路Ｌ１を介してスイッチング制御回路１４側に流れる待機電流を遮断することができる。よって、本実施形態の充電装置２によれば、前述した従来装置に比べて、より良好に省電力化することができる。

また、本実施形態の充電装置２において、ラッチ回路３６は、第１スイッチＳＷ１がオン状態となった直後に微分回路３４を介して入力される微分信号を受けて、第２スイッチＳＷ２をオンする。

このため、図３に示すように、ラッチ回路３６は、タイマ回路４０からの出力パルスによりリセットされて、第２スイッチＳＷ２をオフすると（時点ｔ２）、その後、装着部６から一旦バッテリ８が取り外され（時点ｔ３）、装着部６にバッテリ８が再度装着されて、微分回路３４から微分信号が入力される（時点ｔ４）までは、第２スイッチＳＷ２をオンすることはない。

よって、本実施形態の充電装置２によれば、バッテリ８が装着部６に装着されて第１スイッチＳＷ１がオン状態になっているとき、第２スイッチＳＷ２がタイマ回路４０の動作によってオフ状態に切り換えられてから、再度第２スイッチＳＷ２がオン状態となって、スイッチング制御回路１４側に電流が流れるのを防止できる。

また、制御用電源回路３８は、第２スイッチＳＷ２よりもスイッチング制御回路１４側の電源供給経路Ｌ１から電源供給を受けて、タイマ回路４０駆動用の電源電圧を生成することから、タイマ回路４０の動作によって第２スイッチＳＷ２がオフ状態に切り換えられると、制御用電源回路３８、延いてはタイマ回路４０への電源供給も遮断される。

このため、本実施形態の充電装置２によれば、第２スイッチＳＷ２がオン状態となって、バッテリ８への充電が開始された後、規定時間が経過したときには、トランス１２、スイッチング制御回路１４、充電回路２２及び充電制御回路２４にて消費される待機電力に加えて、制御用電源回路３８及びタイマ回路４０で消費される待機電力についても零にすることができる。

ここで、本実施形態では、トランス１２、スイッチング制御回路１４、充電回路２２及び充電制御回路２４が、本発明の充電手段に相当し、タイマ回路４０が、本発明の制御手段に相当し、ラッチ回路３６が本発明（請求項２、３に記載）のドライブ回路に相当し、制御用電源回路３８が、本発明（請求項４に記載）の電源回路に相当する。

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、第２スイッチＳＷ２がオン状態になってからの経過時間をタイマ回路４０にて計時するものとしたが、このタイマ回路４０としての機能を、充電制御を行うＣＰＵ２６に持たせてもよい。

つまり、この場合、充電装置２の内部回路を図４に示すように構成して、ＣＰＵ２６に、起動後の経過時間を計時して、その経過時間が規定時間に達するとフォトカプラ４２に駆動信号を出力する計時処理を実行させ、ＣＰＵ２６からの駆動信号を受けて動作（発光・受光）するフォトカプラ４２からの出力を、ラッチ回路３６のリセット端子に入力するようにすればよい。

そして、このようにしても、ＣＰＵ２６及びフォトカプラ４２の動作によって、第２スイッチＳＷ２がオン状態となってから規定時間が経過すると、ラッチ回路３６を介して第２スイッチＳＷ２がオフされることになり、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

２…充電装置、４…ケース、６…装着部、８…バッテリ、１０…整流回路、１２…トランス、１４…スイッチング制御回路、２２…充電回路、２４…充電制御回路、２６…ＣＰＵ（マイクロコンピュータ）、２８…レギュレータ、３２…電圧検出回路、３４…微分回路、３６…ラッチ回路、３８…制御用電源回路、４０…タイマ回路、４２…フォトカプラ。

Claims (4)

1. 充電対象となるバッテリを装着するための装着部と、
   前記装着部に装着されたバッテリへ充電する充電手段と、
   前記充電手段への電源供給経路に設けられ、前記装着部にバッテリが装着されているときオン状態となり、前記装着部にバッテリが装着されていないときにはオフ状態となる第１スイッチと、
   前記第１スイッチから前記充電手段への電源供給経路に設けられ、前記第１スイッチがオン状態となるとオン状態となる第２スイッチと、
   前記第２スイッチがオン状態になってから、予め設定された規定時間が経過すると、前記第２スイッチをオフ状態に切り換える制御手段と、
   を備えたことを特徴とするバッテリの充電装置。
2. 前記第１スイッチがオン状態となったときに前記第２スイッチをオン状態に切り換える手段として、
   前記第１スイッチと前記第２スイッチとの間の電流供給経路の電圧を検出する電圧検出回路と、
   前記電圧検出回路による検出電圧を微分する微分回路と、
   前記微分回路から出力される微分信号を受けて前記第２スイッチをオン状態に切り換えるドライブ回路と、
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載のバッテリの充電装置。
3. 前記ドライブ回路は、前記微分信号をラッチするラッチ回路にて構成されていることを特徴とする請求項２に記載のバッテリの充電装置。
4. 前記第２スイッチよりも充電手段側の電源供給経路から電源供給を受けて、前記制御手段に電源電圧を供給する電源回路を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のバッテリの充電装置。

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