充电器和充电方法

技术领域

本发明涉及充电器和充电方法。

背景技术

充电器作为通过对充电电池充电而使该充电电池能够重复使用的设备而被广泛利用。在这种充电器上安装电池时，需要确认电池的极性。即，电池必须沿正极端子与正极端子应抵接的触点抵接并且负极端子与负极端子应抵接的触点抵接的正确连接方向安装在充电器上。

然而，当充电器的连接方向相反时，充电器通常具有防止连接的结构，但即使这样，电池也有可能沿与正确的连接方向相反的方向安装。而且，当电池安装在与正确的连接方向相反的连接方向上时，充电器不仅无法对电池充电，而且可能导致发生例如电池的漏液等。

作为以解决该问题为目的的现有技术的一个例子，例如专利文献1中公开了一种充电器，该充电器通过分别检测从电池的正极端子和负极端子流入的电流的有无的一对光耦合器来判断电池的连接方向。另外，例如专利文献2中公开了一种充电器，该充电器具备比较电池的正极端子和负极端子的电压的一对运算放大器，基于该一对运算放大器的输出电压的大小关系来判断电池的连接方向。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平7-39076号公报

专利文献2：日本专利特开2018-153034号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，已知在充电电池中，规定了正常电池电压的范围，例如，在电池电压低于放电结束电压的所谓过放电状态下，会加快电池的劣化。此外，在充电电池中，例如，当通过串联连接具有不同电池容量的多个电池而进行过度放电时，在具有较小电池容量的电池中，有时会发生负极端子的电位高于正极端子的电位的极性反转现象。已知发生极性反转现象的充电电池能通过例如低充电速率的预充电来校正到正常的极性。因此，发生极性反转现象的充电电池在极性被具有预充电功能的充电器恢复后进行正常充电。

然而，在具有上述的极性判定功能的现有充电器中，由于通过比较充电电池的各个电极端子的电位来切换提供给充电电池的充电电力的方向，因此对于发生极性反转的充电电池，可能使极性判定错误，从而无法适当地对充电电池充电。

本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的是提供一种充电器和充电方法，该充电器和充电方法即使对于发生了极性反转的充电电池也能够判定极性并且进行充电。

解决技术问题所采用的技术方案

为了达到上述目的，本发明的充电器包括：电池容纳部，该电池容纳部含有与被容纳的电池的各个电极端子抵接的第一触点和第二触点；

高电位电源线和低电位电源线，该高电位电源线和低电位电源线被提供有对所述电池充电的电力；连接切换电路，该连接切换电路能够在所述第一触点连接到所述高电位电源线且所述第二触点连接到所述低电位电源线的第一连接状态、和所述第二触点连接到所述高电位电源线且所述第一触点连接到所述低电位电源线的第二连接状态之间切换；控制装置，该控制装置控制所述连接切换电路，获取所述电池的电池电压，并且进行所述电池的充电控制，所述控制装置在所述第一连接状态下对所述电池进行预充电，当所述电池电压不超过规定的设定电压的情况下切换到所述第二连接状态并对所述电池进行预充电，在所述电池电压超过所述设定电压的情况下对所述电池进行正常充电。

发明效果

根据本发明，能提供一种充电器和充电方法，该充电器和充电方法即使对于发生了极性反转的充电电池也能够判定极性并且进行充电。

附图说明

图1是本发明所涉及的充电器的电路图。

图2是示出本发明的实施方式1所涉及的充电方法的流程图。

图3是示出发生极性反转后的电池被充电时的电池电压的变化的一个示例的图。

图4是示出本发明的实施方式2所涉及的充电方法的流程图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。此外，本发明不限定于以下说明的内容，在不变更其主旨的范围内可进行任意变更来进行实施。实施方式的说明中所用的附图均示意性示出了结构部件，有时为了加深理解而对局部进行强调、放大、缩小或省略等，而没有准确地表示结构部件的比例尺、形状等。

<实施方式1>

图1是本发明所涉及的充电器1的电路图。本实施方式的充电器1包括电池容纳部2、高电位电源线3、低电位电源线4、连接切换电路5、充电开关6、控制装置7和电源输入端子T。而且，当从充电器1的外部在两个电源输入端子T(+)和T(－)之间提供电力时，充电器1判定容纳在电池容纳部2中的电池BAT的极性、即电池BAT的连接方向，并沿适当的连接方向对电池BAT充电。

电池容纳部2包括与被容纳的电池BAT的各个电极端子抵接的第一触点T1和第二触点T2。即，在电池BAT中，当正极端子与第一触点T1抵接并容纳在电池容纳部2中时，负极端子与第二触点T2抵接，当负极端子与第一触点T1抵接并容纳在电池容纳部2中时，正极端子与第二触点T2抵接。

这里，在本实施方式中，电池BAT是标称电压为1.2[V]的镍氢充电电池。此外，在本实施方式的电池BAT中，放电结束电压为1.0[V]，充电结束电压为1.3[V]，在该电压范围内进行正常的充放电。

高电位电源线3和低电位电源线4分别连接到两个电源输入端子T(+)和T(－)，并且除了在两者之间提供用于对电池BAT充电的电力之外，还提供用于使控制装置7进行动作的电源电力。

连接切换电路5是在高电位电源线3和低电位电源线4之间切换容纳有电池BAT的电池容纳部2的连接状态的电路。更具体地，连接切换电路5包括例如由场效应晶体管(Field Effect Transistor：FET)构成的第一开关SW1、第二开关SW2、第三开关SW3和第四开关SW4。第一开关SW1的一端连接到第一触点T1，另一端连接到高电位电源线3。第二开关SW2的一端连接到第二触点T2，另一端连接到低电位电源线4。第三开关SW3的一端连接到第二触点T2，另一端连接到高电位电源线3。第四开关SW4的一端连接到第一触点T1，另一端连接到低电位电源线4。

因此，连接切换电路5例如能够在第一触点T1连接到高电位电源线3并且第二触点T2连接到低电位电源线4的第一连接状态、以及第二触点T2连接到高电位电源线3并且第一触点T1连接到低电位电源线4的第二连接状态之间切换。另外，连接切换电路5的各个开关由控制装置7对断开和接通进行控制。

在本实施方式中，充电开关6例如由场效应晶体管构成，并且设置在电源输入端子T(+)和高电位电源线3之间。而且，如后所述，充电开关6基于控制装置7的控制来对从充电器1的外部提供的电力的断开和接通进行控制，从而控制对电池BAT的充电电力。此外，可以通过使用DC-DC转换器代替充电开关6来进行充电电力的电压转换。

控制装置7例如由公知的微机控制电路构成，并且如后面描述详细情况的那样，综合控制整个充电器1，包括电池BAT的极性判定和电池BAT的充电控制。另外，本实施方式的控制装置7内置有将电路上的模拟电压转换为数字电压并读入的AD转换器(未图示)。而且，高电位电源线3和低电位电源线4的电压通过内置的AD转换器分别输入到控制装置7。此外，控制装置7可以在高电位电源线3的导电路径上适当地设置电阻电路，以防止输入超过规定的绝对最大额定值的电压。

接着，对判定容纳在电池容纳部2中的电池BAT的极性并对电池BAT进行充电的控制装置7的控制步骤的一个例子进行说明。图2是示出本发明的实施方式1所涉及的充电方法的流程图。控制装置7在电池BAT容纳在电池容纳部2中的状态下开始图2的控制。此外，在开始控制时，连接切换电路5的各个开关和充电开关6都断开。

当控制动作开始时，控制装置7将第一开关SW1和第二开关SW2控制成接通，并且将第三开关SW3和第四开关SW4控制成断开(步骤S1，第一连接工序)。由此，电池容纳部2成为第一触点T1连接到高电位电源线3并且第二触点T2连接到低电位电源线4的上述第一连接状态。

此外，控制装置7中，假设电池BAT沿其正极端子与第一触点T1抵接的方向容纳在电池容纳部2中，并且在将连接切换电路5控制为第一连接状态的状态下对电池BAT进行预充电(步骤S2，第一预充电工序)。更具体地说，控制装置7通过控制充电开关6，经由连接切换电路5在规定时间内以低充电速率对电池BAT进行充电，并判定是否能对电池BAT充电。这里，在预充电中，即使在电池BAT沿其正极端子与第二触点T2抵接的方向容纳在电池容纳部2中时，或者当电池BAT发生故障时，也向电池BAT提供低到足够安全的程度的充电电力。

由此，控制装置7确认容纳在电池容纳部2中的电池BAT是否为充电电池，以及电池容纳部2是否未由于劣化等而发生故障。此时，在尽管电池BAT沿着正极端子与第一触点T1抵接的方向容纳在电池容纳部2中，还是发生极性反转的情况下，通过规定时间的预充电来校正该极性反转，并且使电池BAT恢复到可充电状态。即，预充电的持续时间被预设为即使在电池BAT中发生极性反转时也校正该极性反转的时间。

而且，在第一连接状态下的预充电完成时，控制装置7将通过连接切换电路5和高电位电源线3获取的电池BAT的电池电压V

然而，当电池BAT沿电池BAT的正极端子与第一触点T1抵接的方向容纳在电池容纳部2中时，只要在电池BAT中不发生极性反转，通过在第一连接状态下沿正向连接的电池BAT的电池电压V

因此，控制装置7在将连接切换电路5控制为第一连接状态的状态下，通过读取高电位电源线3和低电位电源线4之间的电压，能够判定电池BAT是否以使正极端子与第一触点T1抵接的状态容纳在电池容纳部2中。

当判定电池电压V

因此，当电池BAT达到满充电状态时，控制装置7停止通过充电开关6提供充电电流，并将连接切换电路5的各个开关控制为断开，从而结束电池BAT的充电并完成一系列控制步骤。此时，控制装置7可以向用户通知充电正常结束。

另一方面，当判定为电池电压V

此外，控制装置7中，假设电池BAT沿其正极端子与第二触点T2抵接的方向容纳在电池容纳部2中，并且在将连接切换电路5控制为第二连接状态的状态下对电池BAT进行预充电(步骤S6，第二预充电工序)。

由此，控制装置7确认容纳在电池容纳部2中的电池BAT是否为充电电池，以及电池容纳部2是否未由于劣化等而发生故障。此时，在尽管电池BAT沿着正极端子与第二触点T2抵接的方向容纳在电池容纳部2中，还是发生极性反转的情况下，通过规定时间的预充电来校正该极性反转，并且使电池BAT恢复到可充电状态。

当第二连接状态下的预充电完成时，控制装置7将电池BAT的电池电压V

当判定为电池电压V

此外，当在第一连接状态和第二连接状态中的任一个中进行预充电时的电池电压V

因此，控制装置7通过切换到第一连接状态或第二连接状态，使得电池BAT通过预充电成为可充电状态，从而沿适当的方向对电池BAT进行正常充电。

这里，对电池BAT在充电开始时发生了极性反转的情况下的充电控制以及电池电压V

在本实施方式中的电池BAT的充电开始时，控制装置7首先将连接切换电路5控制为第一连接状态，然后开始预充电。此时，虽然电池BAT沿正极端子与第二触点T2抵接的方向容纳在电池容纳部2中，但是由于极性反转，处于负极端子的电压高于正极端子的电压的状态。因此，在将连接切换电路5控制为第一连接状态的状态下，正电压经由高电位电源线3输入控制装置7。即，当电池BAT处于过放电状态时，控制装置7无法识别电池BAT的绝对的电池电压V

因此，在本实施方式中，控制装置7中，首先假设电池BAT沿电池BAT的正极端子与第一触点T1抵接的方向容纳在电池容纳部2中，进行预定时间的预充电，当电池电压V

此外，控制装置7通过在第二连接状态下进行规定时间的预充电，从而在电池BAT处于极性反转状态时校正该极性反转。当电池电压V

如上所述，本发明的实施方式1的充电器1在第一连接状态下进行预充电时的电池BAT的电池电压V

<实施方式2>

接着，对本发明的实施方式2进行说明。实施方式2的充电器1与实施方式1的充电器1的电路结构相同，而控制步骤不同。以下，对与实施方式1不同的部分进行说明，对与实施方式1共同的构成要素赋予相同的标号，省略详细说明。

图4是示出本发明的实施方式2所涉及的充电方法的流程图。控制装置7在电池BAT容纳在电池容纳部2中的状态下开始图4的控制。此外，在开始控制时，连接切换电路5的各个开关和充电开关6都断开。

当控制动作开始时，控制装置7将第一开关SW1和第二开关SW2控制成接通，并且将第三开关SW3和第四开关SW4控制成断开(步骤S10，第一连接工序)。由此，电池容纳部2成为第一触点T1连接到高电位电源线3并且第二触点T2连接到低电位电源线4的上述第一连接状态。

而且，控制装置7通过判定电池BAT的电池电压V

当电池电压V

此外，当电池电压V

当电池电压V

因此，控制装置7将连接切换电路5从第一连接状态切换到第二连接状态(步骤S15)，以与上述相同的方式进行电池检查(步骤S12)，然后对电池BAT进行正常充电(步骤S13，正常充电工序)。

即，当电池电压V

另一方面，当电池电压V

如上所述，本发明的实施方式2的充电器1中，当在充电控制开始时电池电压V

以上是完成了实施方式的说明，但本发明并不限于上述各实施方式。例如，在上述各实施方式中，在进行规定时间的预充电之后电池电压V

此外，在上述各实施方式中，基于电池电压V

<本发明的实施方式>

本发明的第一方式是一种充电器，包括：电池容纳部，该电池容纳部含有与被容纳的电池的各个电极端子抵接的第一触点和第二触点；高电位电源线和低电位电源线，该高电位电源线和低电位电源线被提供有对所述电池充电的电力；连接切换电路，该连接切换电路能够在所述第一触点连接到所述高电位电源线且所述第二触点连接到所述低电位电源线的第一连接状态、和所述第二触点连接到所述高电位电源线且所述第一触点连接到所述低电位电源线的第二连接状态之间切换；以及控制装置，该控制装置控制所述连接切换电路，获取所述电池的电池电压，并且进行所述电池的充电控制，所述控制装置在所述第一连接状态下对所述电池进行预充电，当所述电池电压不超过规定的设定电压的情况下切换到所述第二连接状态并对所述电池进行预充电，在所述电池电压超过所述设定电压的情况下对所述电池进行正常充电。

充电器构成为通过连接切换电路切换对容纳有电池的电池容纳部提供充电电力的方向，基于电池电压判定电池的极性并且进行充电控制。而且，在第一连接状态下进行预充电时的电池电压不超过规定的设定电压的情况下，充电器切换到第二连接状态并进行预充电，在电池电压超过设定电压的情况下，充电器进行正常充电。

因此，根据本发明的第一方式的充电器，即使在充电前的电池中发生极性反转的情况下，由于在电池的电池电压不超过可充电电压的情况下切换连接切换电路的连接状态，所以即使对于发生了极性反转的充电电池也能进行极性判定并且进行充电。

本发明的第二方式的充电器是在上述的本发明的第一方式中，在所述第一连接状态和所述第二连接状态中的任一个状态下进行了所述预充电时的所述电池电压不超过所述设定电压的情况下，所述控制装置停止充电。

根据本发明的第二方式的充电器，在第一连接状态和第二连接状态的双方的连接状态下，当电池电压通过预充电未超过所述设定电压的情况下，能判定为无法对电池充电且也无法进行校正，从而能停止充电以确保安全性。

本发明的第三方式的充电器是在上述的本发明的第一或第二方式中，在从开始所述预充电到经过规定时间的期间内所述电池电压超过所述设定电压的情况下，所述控制装置开始所述正常充电。

本发明的第三方式的充电器在从开始预充电到经过规定时间的期间内电池电压超过设定电压时，在该时刻开始正常充电，而不是在进行了规定时间的预充电之后电池电压超过设定电压的情况下判定为电池处于可充电状态。因此，根据本发明的第三方式的充电器，能根据电池的过放电程度缩短预充电所需的时间。

本发明的第四方式的充电器是在上述的本发明的第一至第三方式中的任一个方式中，在开始所述预充电之前所述电池电压的绝对值已经超过所述设定电压时，所述控制装置进行所述正常充电而不进行所述预充电。

本发明的第四方式的充电器由于在充电控制的开始时电池电压的绝对值已经超过设定电压的情况下，能判定为电池不处于极性反转状态或过放电状态，因此只要根据控制装置获取的电池电压的符号判定电池的极性，能进行正常充电而不进行预充电。因此，根据本发明的第四方式的充电器，由于不进行不必要的预充电，所以能缩短从开始充电控制到结束充电控制所需的时间。

本发明的第五方式的充电方法包括：控制成与电池的各个电极端子抵接的第一触点和第二触点中的所述第一触点连接到高电位电源线并且所述第二触点连接到低电位电源线的第一连接状态的第一连接工序；在所述第一连接状态下对所述电池进行预充电的第一预充电工序；在所述第一预充电工序中所述电池的电池电压不超过规定的设定电压的情况下切换成所述第二触点连接到所述高电位电源线并且所述第一触点连接到所述低电位电源线的第二连接状态的第二连接工序；在所述第二连接状态下进行所述预充电的第二预充电工序；以及在所述预充电中所述电池电压超过所述设定电压的情况下，对所述电池进行正常充电的正常充电工序。

本发明的第五方式的充电方法中，在进行预充电之后，基于电池电压判定电池的极性，通过切换对容纳电池的电池容纳部提供充电电力的方向来进行充电控制。而且，在第一连接状态下进行了预充电时的电池电压不超过规定的设定电压的情况下，切换到第二连接状态并进行预充电，在电池电压超过设定电压的情况下，充电器进行正常充电。

因此，根据本发明的第五方式的充电方法，即使在充电前的电池中发生极性反转的情况下，由于在电池电压不超过可充电电压的情况下切换电池容纳部的连接状态，所以即使对于发生了极性反转的充电电池也能进行极性判定并且进行充电。

本发明的第六方式的充电方法是在上述的本发明的第五方式中，在所述第一连接状态和所述第二连接状态中的任一个状态下进行了所述预充电时的所述电池电压不超过所述设定电压的情况下，停止充电。

根据本发明的第六方式的充电方法，在第一连接状态和第二连接状态的双方的连接状态下，当电池电压通过预充电未超过所述设定电压的情况下，能判定为无法对电池充电且也无法进行校正，从而能停止充电以确保安全性。

本发明的第七方式的充电方法是在上述的本发明的第五或第六方式中，在从开始所述预充电到经过规定时间的期间内所述电池电压超过所述设定电压的情况下，开始所述正常充电。

本发明的第七方式的充电方法在从开始预充电到经过规定时间的期间内电池电压超过设定电压时，在该时刻开始正常充电，而不是在进行了规定时间的预充电之后电池电压超过设定电压的情况下判定为电池处于可充电状态。因此，根据本发明的第七方式的充电方法，能根据电池的过放电程度缩短预充电所需的时间。

本发明的第八方式的充电方法是在上述的本发明的第五至第七方式中的任一个方式中，在开始所述预充电之前所述电池电压的绝对值已经超过所述设定电压时，进行所述正常充电而不进行所述预充电。

根据本发明的第八方式的充电方法，由于在充电控制的开始时电池电压的绝对值已经超过设定电压的情况下，能判定电池不处于极性反转状态或过放电状态，因此只要根据电池电压的符号判定电池的极性，能进行正常充电而不进行预充电。因此，根据本发明的第八方式的充电方法，由于不进行不必要的预充电，所以能缩短从开始充电控制到结束充电控制所需的时间。

标号说明

1充电器

2电池容纳部

3高电位电源线

4低电位电源线

5连接切换电路

6充电开关

7控制装置

BAT电池

T1～T2第一触点～第二触点

T(+)、T(－)电源输入端子。