JP5519138B2 - 充電装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動工具のバッテリを充電する充電装置に関する。

バッテリを充電する従来の充電装置の第１例（特許文献１を参照）は、特定の電圧を出力するバッテリを充電するための充電装置であって、このバッテリに出力する充電電圧が予め決められた目標充電電圧に到達しているか否かを判定するための基準電圧を、可変抵抗器によって調整するように構成されている。

さらに、この第１例は、基準電圧に基づいて、充電電圧が目標充電電圧に到達するように、充電電圧を制御するように構成されている。
また、従来の充電装置の第２例（特許文献２を参照）は、レベルシフト回路によって第１の基準電圧よりも大きい第２の基準電圧を生成し、積分回路への第２の基準電圧の供給をＰＷＭ信号で制御することにより、積分回路の出力電圧を０Ｖから第２の基準電圧まで変化可能に構成されている。
特開平８−３１４６１号公報 特開２００３−２８４３３４号公報

ところで、バッテリ式の電動工具では、電動工具の種類によって必要とされるバッテリの出力電圧が異なるため、バッテリを充電するのに必要な充電電圧が異なり得る。したがって、上述の第１例では、作業者が複数種類の電動工具を作業場に持っていくときには、複数種類の充電装置を作業場に持って行く必要性が生じ得るという課題がある。

そこで、第１例において、可変抵抗器を用いて生成される基準電圧に代えて、第２例における積分回路の出力電圧を基準電圧として用いることが考えられる。
しかしながら、第２例における積分回路の出力電圧は、第１例における基準電圧よりも変化の幅が大きくなり得るものの、ＰＷＭ信号のデューティ比の設定を適切に行わないと、積分回路の出力電圧が不適切な大きさになってしまうことが考えられる。

そこで、本発明は、電動工具のバッテリを充電する充電装置であって、バッテリを充電するための電圧である充電電圧が目標充電電圧に到達しているか否かを判定するための基準電圧を適切な範囲で任意の値に変化させることが可能な充電装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた本願発明に係る充電装置は、充電電圧出力手段と、デューティ比設定手段と、ＰＷＭ信号出力手段と、基準電圧生成手段と、基準電圧制限手段と、検出電圧生成手段と、制御手段とを備えている。

この充電装置では、充電電圧出力手段が、電動工具のバッテリを充電するための電圧である充電電圧をバッテリに出力する一方で、デューティ比設定手段が、充電電圧が到達すべき目標充電電圧に基づいて、ＰＷＭ信号のデューティ比を設定し、ＰＷＭ信号出力手段が、デューティ比設定手段によって設定されたデューティ比を有するＰＷＭ信号を出力する。そして、基準電圧生成手段が、ＰＷＭ信号出力手段から出力されたＰＷＭ信号を平滑化して、充電電圧が目標充電電圧に到達しているか否かを判定するための基準電圧を生成する一方で、基準電圧制限手段が、基準電圧生成手段によって生成される基準電圧の最大値及び最小値のうちの少なくとも一方を制限する。さらに、検出電圧生成手段が、充電電圧出力手段から出力された充電電圧を検出して、検出結果に応じた電圧である検出電圧を生成し、制御手段が、検出電圧と基準電圧とに基づいて、充電電圧出力手段から出力される充電電圧を制御する。

このように構成された充電装置では、ＰＷＭ信号を平滑化することで任意の基準電圧を生成でき、しかも、基準電圧の最大値及び最小値のうちの少なくとも一方を制限できる。このため、基準電圧の最大値及び最小値のうちの少なくとも一方を適切に設定すれば、ＰＷＭ信号のデューティ比の設定が適切に行われない場合でも、基準電圧が適切な範囲から逸脱してしまうことを防止できる。

つまり、本発明によれば、基準電圧を適切な範囲で任意の値に変化させることが可能な充電装置を提供することができる。
ここで、基準電圧制限手段は、基準電圧の最大値及び最小値のうちの少なくとも一方を制限するためにどのように構成されてもよい。

例えば、基準電圧制限手段は、第１の抵抗器と、第２の抵抗器と、第３の抵抗器とを備えてもよい。そして、基準電圧制限手段において、第１の抵抗器の一端には、ＰＷＭ信号が印加され、第２の抵抗器の一端には、予め設定された第１の電圧が印加され、第３の抵抗器の一端には、第１の電圧よりも大きい、予め設定された第２の電圧が印加され、第１の抵抗器の他端と、第２の抵抗器の他端と、第３の抵抗器の他端とが互いに接続されてもよい。

このように基準電圧制限手段が構成されている場合、基準電圧の大きさを決定づけ得るＰＷＭ信号の電圧の振幅と、第１の電圧の大きさと、第２の電圧の大きさと、第１の抵抗器の抵抗値と、第２の抵抗器の抵抗値と、第３の抵抗器の抵抗値とを適切に設定すれば、第１の抵抗器の他端と、第２の抵抗器の他端と、第３の抵抗器の他端とが互いに接続されている箇所に生じる電圧の最大値及び最小値は、予め指定された大きさに制限され得る。

したがって、第１の抵抗器の他端と、第２の抵抗器の他端と、第３の抵抗器の他端とが互いに接続されている箇所に生じる電圧を、基準電圧として制御手段に供給することで、制御手段に供給される基準電圧の大きさが適切な範囲から逸脱してしまうことを防止できる。

例えば、ＰＷＭ信号の論理レベルがＬｏｗのときにおけるＰＷＭ信号の電圧を第１の電圧に等しく設定し、ＰＷＭ信号の電圧の振幅を、第１の電圧と第２の電圧との間の電圧差に等しく設定すればよい。

この場合、例えば、ＰＷＭ信号のデューティ比が最大（つまり、１００％）になったときに、第１の抵抗器の一端に印加される基準電圧の大きさと、第３の抵抗器の一端に印加される第２の電圧の大きさとが等しくなる。

このとき、基準電圧制限手段では、第１の抵抗器と第３の抵抗器とが互いに並列接続され、この並列接続回路に第２の抵抗器が直列接続された等価回路が形成される。このような等価回路では、基準電圧は、ＰＷＭ信号の電圧の振幅（第１の電圧と第２の電圧との間の電圧差）を、第１の抵抗器と第３の抵抗器との合成抵抗器と、第２の抵抗器とで分圧した大きさとなる。

一方、例えば、ＰＷＭ信号のデューティ比が最小（つまり、０％）になったときに、第１の抵抗器の一端に印加される基準電圧の大きさと、第２の抵抗器の一端に印加される第１の電圧の大きさとが等しくなる。

このとき、基準電圧制限手段では、第１の抵抗器と第２の抵抗器とが互いに並列接続され、この並列接続回路に第３の抵抗器が直列接続された等価回路が形成される。このような等価回路では、基準電圧は、第１の電圧と第２の電圧との間の電圧差を、第１の抵抗器と第２の抵抗器との合成抵抗器と、第３の抵抗器とで分圧した大きさとなる。

すなわち、このような基準電圧制限手段によれば、基準電圧の最大値をＰＷＭ信号の電圧の振幅よりも小さくすることができる一方、基準電圧の最小値を、ＰＷＭ信号の論理レベルがＬｏｗのときにおけるＰＷＭ信号の電圧よりも大きくすることができる。

また、基準電圧生成手段は、ＰＷＭ信号を平滑化するためにどのように構成されてもよい。
例えば、基準電圧生成手段は、ＰＷＭ信号を平滑化するための、少なくとも１つのコンデンサを備えてもよい。

この場合、ＰＷＭ信号を簡素な回路構成で平滑化することができる。
また、この場合、充電装置は、少なくとも１つのコンデンサに蓄積された電荷を放出する放電手段を備えてもよい。

このように充電装置が構成されていれば、少なくとも１つのコンデンサに蓄積された電荷を放出することで、基準電圧を迅速に低下させることができる。
また、上記充電装置は、基準電圧を検出する基準電圧検出手段と、該基準電圧検出手段によって検出された基準電圧が、目標充電電圧に応じて基準電圧として設定されるべき目標基準電圧と一致するように、デューティ比設定手段によって設定されたデューティ比を補正するデューティ比補正手段とを備えてもよい。

このように構成された充電装置では、基準電圧が目標基準電圧と一致するようにＰＷＭ信号のデューティ比が補正されるため、基準電圧を精度よく目標基準電圧に到達させることができ、ひいては、充電電圧を精度よく目標充電電圧に到達させることができる。

また、目標充電電圧は、充電中に一定であってもよいし、充電中に変更されてもよい。
ここで、充電装置は、予め設定された設定条件に基づいて、目標充電電圧を設定する目標充電電圧設定手段を備えてもよい。

この場合、設定条件に応じた目標充電電圧を設定することができる。
例えば、充電装置が、当該充電装置の周囲の環境を検出する環境検出手段を備えている場合には、目標充電電圧設定手段は、設定条件として、少なくとも、環境検出手段の検出結果が設定されてもよい。

この場合、充電装置の周囲の環境に応じた目標充電電圧を設定することができるため、充電装置の周囲の環境に応じた充電電圧でバッテリを充電できる。
尚、環境検出手段は、どのような環境を検出対象としてもよい。例えば、温度や湿度などが検出対象に該当し得る。

また、例えば、充電装置が、バッテリに関する情報であるバッテリ情報をバッテリから取得するバッテリ情報取得手段を備えている場合には、目標充電電圧設定手段は、設定条件として、少なくとも、バッテリ情報取得手段により取得されるバッテリ情報が設定されてもよい。

この場合、バッテリに関する情報に応じた目標充電電圧を設定することができるため、バッテリに関する情報に応じた充電電圧でバッテリを充電できる。
尚、バッテリ情報は、バッテリに関するどのような情報であってもよい。

例えば、バッテリ情報がバッテリの特性を示す情報であれば、バッテリの特性に応じた目標充電電圧を設定でき、ひいては、バッテリの特性に応じた充電電圧でバッテリを充電できる。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は、本実施形態における充電装置の外観を示す、充電装置の斜視図である。
図１に示すように、充電装置１は、バッテリ２０（図２，３参照）を着脱可能に当該充電装置１に装着する装着部２を当該充電装置１の上部に備えている。より具体的には、装着部２は、当該装着部２上において、バッテリ２０を図１の奥側から手前側に向かって摺動させることで、バッテリ２０を当該充電装置１に装着できるように構成されている。また、装着部２は、当該装着部２上において、バッテリ２０を図１の手前側から奥側に向かって摺動させることで、バッテリ２０を当該充電装置１から離脱させることができるように構成されている。

次に、図２は、バッテリ２０を装着したときにおける充電装置１の電気的な構成を示すブロック図である。
図２に示すように、充電装置１は、充電電源回路１１と、制御電源回路１２と、過電圧検出回路１３と、電圧検出回路１４と、電流検出回路１５と、温度検出回路１６と、マイクロコンピュータ（以下、マイコンという）１７と、充電制御回路１８と、充電禁止回路１９と、バッテリ２０と、プラグ２１とを備えている。

充電電源回路１１は、プラグ２１を介して外部から供給される商用電力（交流電力：本実施形態では１００ＶＡＣ）を、バッテリ２０を充電するための直流電力（充電電力：本実施形態では最大４２ＶＤＣ）に変換し、この充電電力を正極側電源ラインＬ１及び負極側電源ラインＬ２を介して、バッテリ２０に供給する。

制御電源回路１２は、プラグ２１を介して外部から供給される商用電力を、充電装置１における各回路を動作させるための直流電力（制御電力）に変換して、この制御電力を充電装置１における各回路に供給する。

過電圧検出回路１３は、電源ライン（正極側電源ラインＬ１と負極側電源ラインＬ２）の間の電圧（充電電圧）が過電圧として予め指定された電圧に達したか否かを判定し、判定結果に応じた２つの論理レベルを有する過電圧検出信号を充電禁止回路１９に出力する。より具体的には、本実施形態の過電圧検出回路１３は、充電電圧が過電圧に未到達であると判定したときには、過電圧検出信号の論理レベルをＨｉｇｈに設定する一方、充電電圧が過電圧に達していると判定したときには、過電圧検出信号の論理レベルをＬｏｗに設定する。ただし、過電圧検出回路１３の判定結果に対する過電圧検出信号の論理レベルは、上記とは逆であってもよい。

電圧検出回路１４は、充電電圧を検出し、検出結果に応じた電圧（アナログ値）を有する第１の電圧検出信号をマイコン１７に出力する。
電流検出回路１５は、負極側電源ラインＬ２を流れる電流を検出し、検出結果に応じた電圧（アナログ値）を有する電流検出信号をマイコン１７に出力する。

温度検出回路１６は、充電装置１の内部の温度（充電装置１の周囲の温度とほぼ同一）を検出し、検出結果に応じた電圧（アナログ値）を有する温度検出信号をマイコン１７に出力する。

マイコン１７は、所謂ワンチップマイクロコンピュータであり、少なくとも、ＣＰＵ１７１と、ＲＯＭ１７２と、ＲＡＭ１７３と、パラレル入出力ポート（Ｉ／Ｏ）１７４と、シリアル通信インターフェイス（通信Ｉ／Ｆ）１７５と、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１７６とを内蔵している。このマイコン１７では、ＣＰＵ１７１がＲＯＭ１７２に記憶された各種プログラムに従って各種処理を実行する。また、マイコン１７では、Ｉ／Ｏ１７４の入力ポートに入力されたアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換器１７６によってデジタル信号に変換されたのち、ＣＰＵ１７１によって読み取られる。

そして、マイコン１７には、バッテリ２０から充電許可信号と、データ信号とが入力されている。尚、充電許可信号は、２値の論理信号であり、バッテリ２０の充電を許可するときに、論理レベルがＨｉｇｈに設定され、バッテリ２０の充電を禁止するときに、論理レベルがＬｏｗに設定される。ただし、充電許可信号は、バッテリ２０の充電を許可するときに、論理レベルがＬｏｗに設定され、バッテリ２０の充電を禁止するときに、論理レベルがＨｉｇｈに設定されてもよい。また、充電許可信号は、多値（少なくとも３値）のアナログ信号であってもよく、バッテリ２０の充電を許可するときに、充電許可信号の電圧が上述の論理レベルにおけるＬｏｗに相当する電圧以外の電圧に設定され、充電禁止信号の論理レベルがＬｏｗに設定されてもよい。また、データ信号は、２値の論理信号であり、シリアル形式でバッテリ２０からマイコン１７に入力される。

また、マイコン１７は、上述の第１の電圧検出信号と、上述の電流検出信号と、上述の温度検出信号と、上述の充電許可信号と、上述のデータ信号とに基づいて、充電制御回路１８と充電禁止回路１９とを制御する。より具体的には、マイコン１７は、充電制御回路１８に後述のＰＷＭ信号と後述の放電信号とを出力し、充電禁止回路１９に充電判定信号を出力する一方、充電制御回路１８から後述の基準電圧を検出する。尚、充電判定信号は、２値の論理信号であり、バッテリ２０の充電を許可するときに、論理レベルがＨｉｇｈに設定され、バッテリ２０の充電を禁止するときに、論理レベルがＬｏｗに設定される。ただし、充電判定信号は、バッテリ２０の充電を許可するときに、論理レベルがＬｏｗに設定され、バッテリ２０の充電を禁止するときに、論理レベルがＨｉｇｈに設定されてもよい。

充電制御回路１８は、マイコン１７からのＰＷＭ信号と放電信号とに基づいて、充電電源回路１１における充電動作を制御する。
充電禁止回路１９は、上述の過電圧検出信号と、上述の充電許可信号と、上述の充電判定信号とのうちの少なくとも１つの信号の論理レベルがＬｏｗになったとき（つまり、過電圧を検出したとき、もしくは充電が禁止されているとき）に、充電電源回路１１の充電動作を禁止する。より具体的には、充電禁止回路１９は、過電圧検出信号の論理レベル、充電許可信号の論理レベル、充電判定信号の論理レベルが全てＨｉｇｈであるときに、充電電源回路１１への出力信号の論理レベルをＨｉｇｈに設定して、充電電源回路１１の充電動作を許可する。一方、これら信号のうちの少なくとも１つの信号の論理レベルがＬｏｗになったときに、充電電源回路１１への出力信号の論理レベルをＬｏｗに設定して、充電電源回路１１の充電動作を禁止する。

バッテリ２０は、バッテリ制御回路２０１と、セル部２０２とを備えている。
バッテリ制御回路２０１は、少なくとも、ＣＰＵ（図示せず）と、ＲＯＭ（図示せず）と、ＲＡＭ（図示せず）と、記憶内容を書換可能な不揮発性メモリ（図示せず）と、セル部２０２を制御するための制御ＩＣ（図示せず）と、シリアル通信インターフェイス（図示せず）とを備え、バッテリ２０における充電動作を制御する。尚、バッテリ制御回路２０１は、上述の充電許可信号をマイコン１７（より具体的には、マイコン１７に内蔵されたＩ／Ｏ１７４における入力ポートの１つ）と充電禁止回路１９とに出力するとともに、上述のデータ信号をマイコン１７（より具体的には、マイコン１７に内蔵された通信Ｉ／Ｆ１７５）に出力する。

セル部２０２は、複数のセルを備え、これらセルが直列接続されて構成されている。そして、セル部２０２の両端は、正極側電源ラインＬ１と負極側電源ラインＬ２とに電気的に接続されている。

ここで、図３は、充電電源回路１１の回路構成と、温度検出回路１６の回路構成と、充電制御回路１８の回路構成とを詳細に示す回路図である。
図３に示すように、充電電源回路１１は、スイッチング回路１１１と、変圧整流回路１１２とを備えている。

スイッチング回路１１１は、商用電力を直流電力に変換したのち、この直流電力を断続的に変圧整流回路１１２に出力するように構成されている。本実施形態では、スイッチング回路１１１は、全波整流回路と、少なくとも１つのスイッチング素子とを備え、商用電力を全波整流回路によって全波整流したのち、商用電力の周波数よりも高い周波数でスイッチング素子をスイッチングすることにより、全波整流された商用電力を変圧整流回路１１２に断続的に出力するように構成されている。また、スイッチング回路１１１は、上述の充電禁止回路１９の出力電圧の論理レベルが充電禁止を示しているときに、スイッチング素子のスイッチングを停止するように構成されている。

変圧整流回路１１２は、トランス１１３と、ダイオードＤ１と、コンデンサＣ２とを備えている。トランス１１３は、当該トランス１１３の二次側の正極側が、ダイオードＤ１を介して、正極側電源ラインＬ１に接続されている一方、当該トランス１１３の二次側の負極側が負極側電源ラインＬ２と、上述の制御電源回路１２の負極（充電装置１における０Ｖに設定）とに接続されている。トランス１１３は、スイッチング回路１１１から当該トランス１１３の一次側に断続的に供給される直流電力の電圧を当該トランス１１３の二次側で降圧し、電圧を降圧した直流電力を正極側電源ラインＬ１と負極側電源ラインＬ２とに出力する。尚、ダイオードＤ１は、当該ダイオードＤ１のアノードがトランス１１３の二次側に接続されている一方、当該ダイオードＤ１のカソードが正極側電源ラインＬ１に接続されている。そして、コンデンサＣ２は、所謂、電解コンデンサであり、当該コンデンサＣ２の正極が正極側電源ラインＬ１に接続されている一方、当該コンデンサＣ２の負極が負極側電源ラインＬ２に接続されている。つまり、トランス１１３の二次側から断続的に出力される直流電力は、ダイオードＤ１とコンデンサＣ２とによって、平滑化され、充電電力としてバッテリ２０に供給される。

温度検出回路１６は、サーミスタＴＭ１と、抵抗器Ｒ１０，Ｒ１１と、コンデンサＣ３とを備えている。
サーミスタＴＭ１は、当該サーミスタＴＭ１の周囲の温度によって抵抗値が変化する抵抗器である。本実施形態におけるサーミスタＴＭ１は、当該サーミスタＴＭ１の周囲の温度が上昇すると、抵抗値が減小する抵抗器である。ただし、サーミスタＴＭ１は、当該サーミスタＴＭ１の周囲の温度が上昇すると、抵抗値が増大する抵抗器であってもよい。

そして、サーミスタＴＭ１の一端には、抵抗器Ｒ１０を介して、上述の制御電源回路１２の正極（電圧Ｖｃｃ：本実施形態では５ＶＤＣ）が接続されている一方、サーミスタＴＭ１の他端には、上述の制御電源回路１２の負極が接続されている。

抵抗器Ｒ１１は、当該抵抗器Ｒ１１の一端が、サーミスタＴＭ１と抵抗器Ｒ１０との間に接続されている一方、当該抵抗器Ｒ１１の他端が、マイコン１７に内蔵されたＩ／Ｏ１７４における入力ポートの１つに接続されている。

そして、コンデンサＣ３は、当該コンデンサＣ３の一端が、抵抗器Ｒ１１の上記他端に接続されている一方、当該コンデンサＣ３の他端が、上述の制御電源回路１２の負極に接続されている。つまり、コンデンサＣ３と抵抗器Ｒ１１とによって、ローパスフィルタが形成されており、このローパスフィルタによって、高周波数の電気的ノイズが除去される。

このように構成された温度検出回路１６では、制御電源回路１２からの制御電力の電圧Ｖｃｃが、抵抗器Ｒ１０とサーミスタＴＭ１とによって分圧され、分圧された電圧が、上述の温度検出信号として、マイコン１７に出力される。尚、本実施形態の温度検出回路１６では、サーミスタＴＭ１が上述のような特性を有しているため、当該温度検出回路１６の周囲の温度が上昇すると、温度検出信号の電圧が低下する一方、当該温度検出回路１６の周囲の温度が低下すると、温度検出信号の電圧が上昇する。

充電制御回路１８は、基準電圧生成回路１８１と、放電回路１８２と、充電電圧検出回路１８３と、オペアンプＯＰ１と、出力回路１８４とを備えている。
基準電圧生成回路１８１は、抵抗器Ｒ１，Ｒ３，Ｒ４と、コンデンサＣ１とを備えている。抵抗器Ｒ１は、当該抵抗器Ｒ１の一端がマイコン１７に内蔵されたＩ／Ｏ１７４における出力ポートの１つに接続されている一方、当該抵抗器Ｒ１の他端がオペアンプＯＰ１の正極側入力端子と、マイコン１７に内蔵されたＩ／Ｏ１７４における入力ポートの１つとに接続されている。コンデンサＣ１は、当該コンデンサＣ１の一端がオペアンプＯＰ１の正極側入力端子に接続されている一方、当該コンデンサＣ１の他端が上述の制御電源回路１２の負極に接続されている。抵抗器Ｒ３は、当該抵抗器Ｒ３の一端が上述の制御電源回路１２の正極に接続されている一方、当該抵抗器Ｒ３の他端がオペアンプＯＰ１の正極側入力端子に接続されている。抵抗器Ｒ４は、当該抵抗器Ｒ４の一端が上述の制御電源回路１２の負極に接続されている一方、当該抵抗器Ｒ４の他端がオペアンプＯＰ１の正極側入力端子に接続されている。つまり、基準電圧生成回路１８１では、抵抗器Ｒ１の上述の他端と、抵抗器Ｒ３の上述の他端と、抵抗器Ｒ４の上述の他端とが互いに接続されている。

放電回路１８２は、トランジスタＴｒ１と、抵抗器Ｒ２とを備えている。トランジスタＴｒ１は、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタである。そして、トランジスタＴｒ１は、当該トランジスタＴｒ１のコレクタがオペアンプＯＰ１の正極側入力端子に接続されている一方、当該トランジスタＴｒ１のエミッタが上述の制御電源回路１２の負極に接続されている。また、トランジスタＴｒ１のベースは、抵抗器Ｒ２を介して、マイコン１７に内蔵されたＩ／Ｏ１７４における出力ポートの１つに接続されている。

充電電圧検出回路１８３は、抵抗器Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８を備えている。抵抗器Ｒ５は、当該抵抗器Ｒ５の一端が正極側電源ラインＬ１に接続され、当該抵抗器Ｒ５の他端が抵抗器Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８を介して、上述の制御電源回路１２の負極に接続されている。そして、抵抗器Ｒ６と抵抗器Ｒ７との間には、オペアンプＯＰ１の負極側入力端子が接続されている。つまり、オペアンプＯＰ１の負極側入力端子には、充電電圧を、抵抗器Ｒ５〜Ｒ８を用いて分圧した電圧（アナログ値）を有する第２の電圧検出信号が入力される。

出力回路１８４は、抵抗器Ｒ９と、フォトカプラ１８５とを備えている。抵抗器Ｒ９は、当該抵抗器Ｒ９の一端がオペアンプＯＰ１の出力端子に接続されている一方、当該抵抗器Ｒ９の他端がフォトカプラ１８５におけるＬＥＤ１８５ａのカソードに接続されている。そして、ＬＥＤ１８５ａのアノードは、正極側電源ラインＬ１に接続されている。また、フォトカプラ１８５におけるフォトトランジスタＴｒ２のエミッタ及びコレクタは、スイッチング回路１１１に接続されている。

このように構成された充電制御回路１８では、抵抗器Ｒ１を介して、マイコン１７からオペアンプＯＰ１の正極側入力端子にＰＷＭ信号が入力されると、マイコン１７から入力されたＰＷＭ信号がコンデンサＣ１によって平滑化される。尚、平滑化されたＰＷＭ信号は、充電電圧が目標充電電圧に到達しているか否かを判定するための基準電圧として、オペアンプＯＰ１の正極側入力端子に入力される。また、本実施形態のＰＷＭ信号は、当該ＰＷＭ信号の論理レベルがＬｏｗのときにおける当該ＰＷＭ信号の電圧が０Ｖと等しくなるように設定されている。また、本実施形態のＰＷＭ信号は、当該ＰＷＭ信号の電圧の振幅が上述の制御電源回路１２の正極の電圧Ｖｃｃと等しくなるように設定されている。

また、充電制御回路１８では、ＰＷＭ信号のデューティ比が最大（つまり、１００％）になったときに、抵抗器Ｒ１の上述の一端に印加される電圧（Ｖｃｃ）の大きさと、抵抗器Ｒ３の上述の一端に印加される電圧（Ｖｃｃ）の大きさとが等しくなる。

このとき、充電制御回路１８では、抵抗器Ｒ１と抵抗器Ｒ３とが互いに並列接続され、この並列接続回路に抵抗器Ｒ４が直列接続された等価回路が形成される。このような等価回路により、オペアンプＯＰ１の正極側入力端子に入力される電圧（基準電圧）は、電圧Ｖｃｃを、抵抗器Ｒ１と抵抗器Ｒ３との合成抵抗器と、抵抗器Ｒ４とで分圧した大きさとなる。

また、充電制御回路１８では、ＰＷＭ信号のデューティ比が最小（つまり、０％）になったときに、抵抗器Ｒ１の上述の一端に印加される電圧（０Ｖ）と、抵抗器Ｒ４の上述の一端に印加される電圧（０Ｖ）の大きさとが等しくなる。

このとき、充電制御回路１８では、抵抗器Ｒ１と抵抗器Ｒ４とが互いに並列接続され、この並列接続回路に抵抗器Ｒ３が直列接続された等価回路が形成される。このような等価回路により、オペアンプＯＰ１の正極側入力端子に入力される電圧（基準電圧）は、電圧Ｖｃｃを、抵抗器Ｒ１と抵抗器Ｒ４との合成抵抗器と、抵抗器Ｒ３とで分圧した大きさとなる。尚、本実施形態の抵抗器Ｒ１，Ｒ３，Ｒ４の抵抗値は、ＰＷＭ信号のデューティ比が最小になったときに、オペアンプＯＰ１の正極側入力端子に入力される電圧（基準電圧）が目標充電電圧の下限（本実施形態では１８ＶＤＣ）に対応する大きさになるように設定されている。

また、充電制御回路１８では、抵抗器Ｒ２を介して、マイコン１７からトランジスタＴｒ１のベースに、トランジスタＴｒ１をＯＮする電流信号が入力されると、トランジスタＴｒ１がＯＮし、コンデンサＣ１に蓄積された電荷を上述の制御電源回路１２の負極に放出する。

また、充電制御回路１８では、オペアンプＯＰ１が、第２の電圧検出信号の電圧と、基準電圧とを比較する。そして、第２の電圧検出信号の電圧が基準電圧に未到達であるときには、オペアンプＯＰ１の出力電圧の論理レベルがＨｉｇｈとなる一方、第２の電圧検出信号の電圧が基準電圧に達すると、オペアンプＯＰ１の出力電圧の論理レベルがＬｏｗとなる。

そして、充電制御回路１８では、オペアンプＯＰ１の出力電圧の論理レベルがＨｉｇｈであるときには、フォトカプラ１８５におけるＬＥＤ１８５ａは消灯し、フォトカプラ１８５のフォトトランジスタＴｒ２はＯＦＦとなる。一方、オペアンプＯＰ１の出力電圧の論理レベルがＬｏｗであるときには、フォトカプラ１８５におけるＬＥＤ１８５ａが点灯し、フォトカプラ１８５のフォトトランジスタＴｒ２はＯＮとなる。尚、スイッチング回路１１１は、フォトトランジスタＴｒ２がＯＦＦのときには、スイッチング素子のスイッチングを繰り返すとともに、スイッチング周期におけるスイッチング素子のＯＮ時間を次第に長く設定する。このようなスイッチング動作により、充電電圧は、次第に大きくなる。一方、フォトトランジスタＴｒ２がＯＮのときには、スイッチング回路１１１は、スイッチング素子のスイッチングを停止する。スイッチング動作の停止により、充電電圧は、次第に小さくなる。

以下、マイコン１７（より具体的にはＣＰＵ１７１）が実行する充電制御処理について説明する。
ここで、図４は、充電制御処理の流れを示すフローチャートである。尚、マイコン１７は、充電装置１にバッテリ２０が装着されると、本処理を実行する。

図４に示すように、本処理では、まず、バッテリ２０から入力されるデータ信号の論理レベルが所定時間（本実施形態では、１０ｍｓｅｃ）Ｌｏｗか否か判定する（Ｓ１０）。つまり、Ｓ１０では、バッテリ２０からデータ信号を要求できる状態か否かを判定する。

ここで、データ信号の論理レベルが所定時間Ｌｏｗでない場合には（Ｓ１０：Ｎｏ）、後述のＳ１２０に直ちに移行する。
一方、データ信号の論理レベルが所定時間Ｌｏｗである場合には（Ｓ１０：Ｙｅｓ）、バッテリ２０のバッテリ制御回路２０１にＣＶデータを要求する（Ｓ２０）。尚、ＣＶデータは、バッテリ２０の特性やバッテリ２０の使用履歴などが設定されたデータである。

ＣＶデータを受信すると（Ｓ３０）、温度検出回路１６からの温度検出信号に基づいて、温度検出回路１６が検出した温度を取得する（Ｓ４０）。続いて、ＣＶデータと、温度検出回路１６が検出した温度とに基づいて、バッテリ２０の充電に適切な目標充電電圧を設定したのち（Ｓ５０）、目標充電電圧に応じて基準電圧として設定されるべき目標基準電圧を設定する（Ｓ６０）。尚、目標基準電圧は、マイコン１７に内蔵されたＲＯＭ１７２において目標充電電圧に対応づけて予め記憶されていてもよい。あるいは、目標充電電圧に対して設定すべき目標基準電圧の算出手順をＲＯＭ１７２に予め記憶させておき、この算出手順に基づいて目標基準電圧を算出してもよい。

目標基準電圧の設定が完了すると、目標充電電圧に応じたデューティ比を算出し、算出したデューティ比を、出力すべきＰＷＭ信号のデューティ比に設定する（Ｓ７０）。
そして、Ｓ７０にて設定したデューティ比を有するＰＷＭ信号を出力して（Ｓ８０）、基準電圧を検出し（Ｓ９０）、検出した基準電圧が目標基準電圧と一致しているか否かを判定する（Ｓ１００）。

ここで、検出した基準電圧が目標基準電圧と不一致な場合には（Ｓ１００：Ｎｏ）、デューティ比を補正し（Ｓ１１０）、Ｓ１００に再度移行する。尚、Ｓ１１０では、予め指定された分量だけデューティ比を増減させることで、デューティ比を補正してもよいし、検出した基準電圧と目標基準電圧との差を算出し、算出した差に基づいてデューティ比を補正してもよい。

一方、検出した基準電圧が目標基準電圧と一致している場合には（Ｓ１００：Ｙｅｓ）、バッテリ２０の満充電もしくはバッテリ２０の異常を検出したか否かを判定する（Ｓ１２０）。ここで、バッテリ２０の満充電もバッテリ２０の異常も検出していない場合には（Ｓ１２０：Ｎｏ）、上述のＳ１０に再度移行する。一方、バッテリ２０の満充電もしくはバッテリ２０の異常を検出した場合には（Ｓ１２０：Ｙｅｓ）、ＰＷＭ信号の出力を停止して（Ｓ１３０）、トランジスタＴｒ１をＯＮし（Ｓ１４０）、本処理を終了する。

以上のように構成された充電装置１では、ＰＷＭ信号を平滑化することで任意の基準電圧を生成でき、しかも、基準電圧の最大値及び最小値を制限できる。このため、ＰＷＭ信号のデューティ比の設定が適切に行われない場合でも、基準電圧が適切な範囲から逸脱してしまうことを防止できる。つまり、充電装置１は、基準電圧を適切な範囲で任意の値に変化させることが可能である。

より具体的には、充電装置１では、基準電圧の最大値を電圧Ｖｃｃよりも小さくすることができる一方、基準電圧の最小値を０Ｖよりも大きくすることができる。
また、充電装置１では、コンデンサＣ１に蓄積された電荷をトランジスタＴｒ１によって制御電源回路１２の負極に放出できるため、基準電圧を迅速に低下させることができる。

また、充電装置１では、基準電圧が目標基準電圧と一致するようにＰＷＭ信号のデューティ比が補正されるため、基準電圧を精度よく目標基準電圧に到達させることができ、ひいては、充電電圧を精度よく目標充電電圧に到達させることができる。

また、充電装置１では、充電装置１の周囲の温度と、バッテリ２０の特性とに応じて目標充電電圧を設定し、設定した目標充電電圧に応じて、ＰＷＭ信号のデューティ比を設定するため、バッテリ２０を適切な充電電圧で充電することができる。

尚、本実施形態では、充電電源回路１１が本発明における充電電圧出力手段に相当し、ＣＰＵ１７１と、充電制御処理のＳ７０とが本発明におけるデューティ比設定手段に相当し、ＣＰＵ１７１と、Ｉ／Ｏ１７４と、充電制御処理のＳ８０とが本発明におけるＰＷＭ信号出力手段に相当する。

また、本実施形態では、基準電圧生成回路１８１が本発明における基準電圧生成手段と、基準電圧制限手段とに相当し、充電電圧検出回路１８３が本発明における検出電圧生成手段に相当し、オペアンプＯＰ１と、出力回路１８４と、スイッチング回路１１１とが本発明における制御手段に相当する。

また、本実施形態では、抵抗器Ｒ１が本発明における第１の抵抗器に相当し、抵抗器Ｒ４が本発明における第２の抵抗器に相当し、抵抗器Ｒ３が本発明における第３の抵抗器に相当する。

また、本実施形態では、放電回路１８２が本発明における放電手段に相当し、ＣＰＵ１７１と、Ｉ／Ｏ１７４と、Ａ／Ｄ変換器１７６と、充電制御処理のＳ９０とが本発明における基準電圧検出手段に相当し、ＣＰＵ１７１と、充電制御処理のＳ１００，Ｓ１１０とが本発明におけるデューティ比補正手段に相当する。

また、本実施形態では、ＣＰＵ１７１と、充電制御処理のＳ５０とが本発明における目標充電電圧設定手段に相当し、温度検出回路１６が本発明における環境検出手段に相当し、ＣＰＵ１７１と、通信Ｉ／Ｆ１７５と、充電制御処理のＳ３０とが本発明におけるバッテリ情報取得手段に相当する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態をとり得ることはいうまでもない。

例えば、上記実施形態では、充電装置１は、ＰＷＭ信号を平滑化することで基準電圧を生成していたが、Ｄ／Ａ変換器を用いて基準電圧を生成してもよい。
また、上記実施形態では、充電装置１は、当該充電装置１の周囲の温度を検出し、検出した温度に基づいてデューティ比を設定していたが、温度以外の環境（例えば湿度など）を検出し、検出した環境に基づいてデューティ比を設定してもよい。

また、上記実施形態では、トランジスタＴｒ１は、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタであったが、ＰＮＰ型のバイポーラトランジスタであってもよい。また、トランジスタＴｒ１は、電界効果トランジスタやＩＧＢＴなどの他のスイッチング素子であってもよい。

また、上記実施形態では、１つのコンデンサを用いてＰＷＭ信号を平滑化していたが、複数のコンデンサを用いて平滑化してもよい。
また、上記実施形態では、マイコン１７がＰＷＭ信号を出力していたが、ＰＷＭ信号を出力する電子回路を別途設けてもよい。

また、上記実施形態では、ＰＷＭ信号の電圧の振幅が、電圧Ｖｃｃと等しく設定されていたが、ＰＷＭ信号の電圧の振幅は、電圧Ｖｃｃとは異なる電圧に設定されていてもよい。

また、上記実施形態では、抵抗器Ｒ３の一端に電圧Ｖｃｃが印加されていたが、電圧Ｖｃｃとは異なる電圧が印加されていてもよい。
また、上記実施形態では、抵抗器Ｒ３の一端の電圧が０Ｖに設定されていたが、０Ｖ以外の電圧に設定されていてもよい。

また、上記実施形態では、基準電圧の大きさと、第２の電圧検出信号における電圧の大きさとを比較するのにオペアンプを用いたが、オペアンプの代わりにコンパレータを用いてもよい。

また、上記実施形態では、基準電圧生成回路１８１は、基準電圧の最大値及び最小値の双方を制限するように構成されていたが、基準電圧の最大値もしくは最小値のうちの一方のみを制限するように構成されていてもよい。

また、上記実施形態では、抵抗器Ｒ１，Ｒ３，Ｒ４とを互いに接続した回路によって、基準電圧の最大値及び最小値を制限していたが、これ以外の回路を用いて基準電圧の最大値及び最小値を制限してもよい。例えば、オペアンプを用いた周知のリミッタ回路を用いることで、基準電圧の最大値及び最小値のうちの少なくとも一方を制限することができる。

また、上記実施形態では、ＰＷＭ信号のデューティ比が１００％及び０％のときに、基準電圧の最大値及び最小値が制限されるように基準電圧生成回路１８１が構成されていたが、１００％及び０％以外のデューティ比のときに、基準電圧の最大値及び最小値が制限されるように基準電圧生成回路１８１が構成されていてもよい。この場合、例えば、上述したリミッタ回路を用いればよい。

実施形態における充電装置の外観を示す、充電装置の斜視図である。 バッテリを装着したときにおける充電装置の電気的な構成を示すブロック図である。 充電電源回路の回路構成と、温度検出回路の回路構成と、充電制御回路の回路構成とを詳細に示す回路図である。 充電制御処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１…充電装置、２…装着部、１１…充電電源回路、１２…制御電源回路、１３…過電圧検出回路、１４…電圧検出回路、１５…電流検出回路、１６…温度検出回路、１７…マイコン、１８…充電制御回路、１９…充電禁止回路、２０…バッテリ、２１…プラグ、１１１…スイッチング回路、１１２…変圧整流回路、１１３…トランス、１７１…ＣＰＵ、１７２…ＲＯＭ、１７３…ＲＡＭ、１７４…Ｉ／Ｏ、１７５…通信Ｉ／Ｆ、１７６…Ａ／Ｄ変換器、１８１…基準電圧生成回路、１８２…放電回路、１８３…充電電圧検出回路、１８４…出力回路、１８５…フォトカプラ、１８５ａ…ＬＥＤ、２０１…バッテリ制御回路、２０２…セル部。

Claims (14)

1. 電動工具のバッテリを充電するための電圧である充電電圧を該バッテリに出力する充電電圧出力手段と、
   前記充電電圧が到達すべき目標充電電圧に基づいて、ＰＷＭ信号のデューティ比を設定するデューティ比設定手段と、
   該デューティ比設定手段によって設定された前記デューティ比を有する前記ＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ信号出力手段と、
   該ＰＷＭ信号出力手段から出力された前記ＰＷＭ信号を平滑化するための、少なくとも１つのコンデンサを備え、前記ＰＷＭ信号を平滑化して、前記充電電圧が前記目標充電電圧に到達しているか否かを判定するための基準電圧を生成する基準電圧生成手段と、
   該基準電圧生成手段によって生成される前記基準電圧の最大値及び最小値のうちの少なくとも一方を制限する基準電圧制限手段と、
   前記充電電圧出力手段から出力された前記充電電圧を検出し、検出結果に応じた電圧である検出電圧を生成する検出電圧生成手段と、
   前記検出電圧と前記基準電圧とに基づいて、前記充電電圧出力手段から出力される前記充電電圧を制御する制御手段と、
   前記少なくとも１つのコンデンサに蓄積された電荷を放出する放電手段と
   を備えることを特徴とする充電装置。
2. 請求項１に記載の充電装置であって、
   前記放電手段は、前記少なくとも１つのコンデンサの両端を短絡することによって該少なくとも１つのコンデンサに蓄積された電荷を放出するように構成されている
   ことを特徴とする充電装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の充電装置であって、
   前記デューティ比設定手段は、前記目標充電電圧に応じて前記デューティ比を算出するように構成されている
   ことを特徴とする充電装置。
4. 請求項１乃至請求項３のうちのいずれかに記載の充電装置であって、
   前記基準電圧制限手段は、
   第１の抵抗器と、
   第２の抵抗器と、
   第３の抵抗器と
   を備え、
   前記第１の抵抗器の一端には、前記ＰＷＭ信号が印加され、
   前記第２の抵抗器の一端には、予め設定された第１の電圧が印加され、
   前記第３の抵抗器の一端には、前記第１の電圧よりも大きい、予め設定された第２の電圧が印加され、
   前記第１の抵抗器の他端と、前記第２の抵抗器の他端と、前記第３の抵抗器の他端とが、互いに接続されている
   ことを特徴とする充電装置。
5. 請求項４に記載の充電装置であって、
   前記ＰＷＭ信号の論理レベルがＬｏｗのときにおける該ＰＷＭ信号の電圧は、前記第１の電圧に等しく、
   前記ＰＷＭ信号の電圧の振幅は、前記第１の電圧と前記第２の電圧との間の電圧差に等しい
   ことを特徴とする充電装置。
6. 請求項５に記載の充電装置であって、
   前記第１の抵抗器と前記第２の抵抗器と前記第３の抵抗器との抵抗値は、前記ＰＷＭ信号のデューティ比が最小になったときに、前記基準電圧が前記目標充電電圧の下限に対応する大きさになるように設定されている
   ことを特徴とする充電装置。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の充電装置であって、
   前記基準電圧を検出する基準電圧検出手段と、
   該基準電圧検出手段によって検出された前記基準電圧が、前記目標充電電圧に応じて前記基準電圧として設定されるべき目標基準電圧と一致するように、前記デューティ比設定手段によって設定された前記デューティ比を補正するデューティ比補正手段と
   を備えていることを特徴とする充電装置。
8. 請求項７に記載の充電装置であって、
   前記デューティ比補正手段は、予め指定された分量だけ前記デューティ比を増減させることで、前記デューティ比を補正する
   ことを特徴とする充電装置。
9. 請求項７に記載の充電装置であって、
   前記デューティ比補正手段は、前記基準電圧検出手段によって検出された前記基準電圧の大きさと、前記目標基準電圧の大きさとの差を算出し、算出した差に基づいて前記デューティ比を補正する
   ことを特徴とする充電装置。
10. 請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の充電装置であって、
    予め設定された設定条件に基づいて、前記目標充電電圧を設定する目標充電電圧設定手段を備える
    ことを特徴とする充電装置。
11. 請求項１０に記載の充電装置であって、
    当該充電装置の周囲の環境を検出する環境検出手段を備え、
    前記目標充電電圧設定手段は、
    前記設定条件として、少なくとも、前記環境検出手段の検出結果が設定されている
    ことを特徴とする充電装置。
12. 請求項１０または請求項１１に記載の充電装置であって、
    前記バッテリに関する情報であるバッテリ情報を前記バッテリから取得するバッテリ情報取得手段を備え、
    前記目標充電電圧設定手段は、
    前記設定条件として、少なくとも、前記バッテリ情報取得手段により取得される前記バッテリ情報が設定されている
    ことを特徴とする充電装置。
13. 請求項１２に記載の充電装置であって、
    前記バッテリ情報は、前記バッテリの特性を示す情報を含む
    ことを特徴とする充電装置。
14. 請求項１２または請求項１３に記載の充電装置であって、
    前記バッテリ情報は、前記バッテリの使用履歴を示す情報を含む
    ことを特徴とする充電装置。

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