JP2002078223A

JP2002078223A - 充電装置

Info

Publication number: JP2002078223A
Application number: JP2000251203A
Authority: JP
Inventors: Tetsuaki Onodera; 徹朗小野寺
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-08-22
Filing date: 2000-08-22
Publication date: 2002-03-15

Abstract

(57)【要約】【課題】直流電源として用いる外部充電電源アダプタ
等の仕様条件が二次電池の充電条件と合っていない場合
や、無線通信部が設けられた場合の送信動作時などにお
いても、適切な充電制御を実行可能にする。【解決手段】外部充電電源アダプタ１から二次電池２
までの充電電力供給経路に、定電流ＦＥＴ３を含む定電
流充電制御系と定電圧ＦＥＴ４を含む定電圧充電制御系
とを直列接続した充電制御回路を設ける。そして、ＣＰ
Ｕ２００によって、二次電池２の電池種別や充電状態、
送信部３２の動作状態などに応じて、定電流充電制御系
と定電圧充電制御系の動作を適宜切り換えて制御する。
このとき、充電状態や送信状態などによって所定のタイ
ミングで電流検出部５、電圧検出部６でそれぞれ充電電
流値、充電電圧値を検出し、各充電制御系におけるフィ
ードバックループの基準電圧を設定する基準電圧出力部
７，８を制御し、充電電流や充電電圧を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば携帯電話機
等の携帯電子機器に内蔵する二次電池を充電するために
使用される充電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、携帯電話機や携帯データ端末の
ような携帯電子機器に内蔵するリチウムイオン電池等の
二次電池を充電する場合、一般的には、携帯電子機器を
外部充電電源アダプタ上に載せて配置したりして、携帯
電子機器の二次電池を外部充電電源アダプタの両端子間
に接続することにより、外部充電電源アダプタから携帯
電子機器の二次電池への直流電源による給電を行う手法
が採られる。しかし、携帯電子機器の二次電池を外部充
電電源アダプタの両端子間に接続するだけでは、その二
次電池を短時間に効率良く満充電することが実質的に不
可能である。

【０００３】そこで、従来は、充電対象の二次電池に対
し短時間に効率良く満充電を行えるように、直流電源か
ら充電対象の二次電池までの充電電力供給経路に、定電
流制御系や定電圧制御系を用いた充電制御回路を構築し
た提案がなされている。このような従来の充電装置とし
て、例えば特開昭５８−６３０４０号公報や特開平５−
３０８７３３号公報等に開示されているものが存在す
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
充電装置は、充電制御を行う定電流制御系と定電圧制御
系との何れか一方がその他方の出力信号または出力電流
を利用する関係で充電制御手段を構築しているため、直
流電源として用いる外部充電電源アダプタ側が二次電池
を充電する際の仕様条件を満足していないと、定電流制
御系と定電圧制御系との各機能が互いに干渉して動作特
性が不安定となり、所望の充電制御を達成できなくなる
という問題点があった。その結果、従来の場合において
は、二次電池の種類、各々の二次電池が必要とする携帯
製品ごとに充電電源アダプタの開発が必要とされてい
た。

【０００５】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、直流電源として用いる外部充電電源アダプタ等の仕
様条件が個々の二次電池の充電条件に即した仕様の構成
となっていない場合や、装置に無線通信部が設けられた
場合の送信動作時などにおいても、二次電池に対して定
電流制御や定電圧制御による適切な充電動作を実施する
ことが可能な充電装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る充電装置
は、第１に、直流電源から充電対象の電池までの充電電
力供給経路に、フィードバックループを有してなる定電
流充電制御系と定電圧充電制御系とを直列に接続して構
成し、前記電池における充電状態に応じて前記定電流充
電制御系及び前記定電圧充電制御系の制御動作を切り換
える充電制御手段を備えたことを特徴とする。

【０００７】第２に、充電対象となる電池の電池種別を
検出する電池種別検出手段を備え、前記充電制御手段
は、前記検出された電池種別に応じて、前記定電流充電
制御系による充電動作と前記定電圧充電制御系による充
電動作とを切り換えてこれらの充電制御系の少なくとも
一方による充電制御を行うことを特徴とする。例えば、
電池種別に応じて、定電流充電のみを行ったり、定電流
充電の後に定電圧充電を行うなど、充電動作を切り換え
るようにする。

【０００８】第３に、前記充電制御手段は、前記定電流
充電制御系による充電動作時に、前記充電電力供給経路
における充電電流を検出し、この検出結果に基づいて前
記フィードバックループの帰還量を設定するための基準
電圧を変化させて充電電流を制御することを特徴とす
る。あるいは、第４に、前記充電制御手段は、前記定電
圧充電制御系による充電動作時に、前記充電電力供給経
路における充電電圧を検出し、この検出結果に基づいて
前記フィードバックループの帰還量を設定するための基
準電圧を変化させて充電電圧を制御することを特徴とす
る。例えば、基準電圧の設定を増減させることにより、
電池に供給するパルス状の充電電流の時間幅を変更する
などして、充電電流や充電電圧の値を調整したり、又
は、所定値を超えたときに充電電流をオフして電池を保
護したりする。

【０００９】第５に、前記充電制御手段は、前記充電電
力供給経路における充電電流又は充電電圧から前記電池
における充電容量及び極間電圧を検出し、前記定電流充
電制御系による充電動作時に、前記電池種別、充電容
量、極間電圧の検出結果に基づいて、電池に供給する充
電電力である定電流充電パルスのオン・オフ繰り返しの
時間幅を制御して充電電流を調整することを特徴とす
る。あるいは、第６に、前記充電制御手段は、前記充電
電力供給経路における充電電流又は充電電圧から前記電
池における充電容量及び極間電圧を検出し、前記定電圧
充電制御系による充電動作時に、前記電池種別、充電容
量、極間電圧の検出結果に基づいて、電池に供給する充
電電力である定電圧充電パルスのオン・オフ繰り返しの
時間幅を制御して充電電圧を調整することを特徴とす
る。この場合、電池種別や充電状態などによって、適切
な充電電流や充電電圧となるように調整しながら充電を
行う。

【００１０】第７に、充電対象となる電池の温度を検出
する電池温度検出手段を備え、前記充電制御手段は、前
記定電流充電制御系による充電動作時に、前記充電電力
供給経路における充電電流又は充電電圧から前記電池に
おける充電容量及び極間電圧を検出し、前記電池温度、
充電容量、極間電圧の検出結果に基づいて、前記フィー
ドバックループの帰還量を設定するための基準電圧を変
化させて電池に供給する充電電流を制御することを特徴
とする。あるいは、第８に、充電対象となる電池の温度
を検出する電池温度検出手段を備え、前記充電制御手段
は、前記定電圧充電制御系による充電動作時に、前記充
電電力供給経路における充電電流又は充電電圧から前記
電池における充電容量及び極間電圧を検出し、前記電池
温度、充電容量、極間電圧の検出結果に基づいて、前記
フィードバックループの帰還量を設定するための基準電
圧を変化させて電池に供給する充電電圧を制御すること
を特徴とする。例えば、電池温度などに応じて、基準電
圧の設定を増減させることにより、電池温度が高い場合
は適切な充電電流や充電電圧となるように値を抑制した
り、又は、電池温度が所定値を超えたときは充電電流を
オフして電池を保護したりする。

【００１１】第９に、前記充電制御手段は、当該装置に
設けられる無線通信部の動作状態を認識し、この無線通
信動作状態に応じて前記電池の充電状態の検出動作、充
電電流の制御動作、充電電圧の制御動作の少なくともい
ずれか一つの動作態様を切り換えることを特徴とする。
例えば、充電制御において影響を受けやすい送信時など
の無線通信部の動作中のときに、充電状態の検出を間欠
的に行って検出精度を高めたり、充電電流や充電電圧を
抑制するなど適切な値に調整したり、充電制御を適宜切
り替えるようにする。

【００１２】第１０に、前記充電制御手段は、前記無線
通信部の送信時に送信手段が送出する電界強度を認識
し、前記電界強度が所定値以上となった場合に前記電池
に供給する充電電流又は充電電圧の間欠的な検出を行う
ことを特徴とする。あるいは、第１１に、前記充電制御
手段は、前記無線通信部の送信時に送信手段が送出する
電界強度を認識し、前記電界強度が所定値以上となった
場合に前記電池に供給する充電電流又は充電電圧の調整
を行うことを特徴とする。例えば、電界強度が所定値以
上の場合に、この影響を受けないように充電電流や充電
電圧の検出を間欠的に行ったり、充電電流や充電電圧が
適正値となるように調整したりする。

【００１３】第１２に、前記充電制御手段は、前記無線
通信部の送信タイミングに同期させて、前記電池に供給
する充電電流又は充電電圧の間欠的な検出を行うことを
特徴とする。あるいは、第１３に、前記充電制御手段
は、前記無線通信部の送信タイミングに同期させて、前
記電池に供給する充電電流又は充電電圧の調整を行うこ
とを特徴とする。例えば、送信タイミングに同期させ
て、送信を行っている最中（送信信号が出力される送信
スロットのタイミングなど）の充電状態を検出して充電
電流や充電電圧を制御したり、反対に、送信動作の影響
を受けないように送信タイミングを避けて充電状態の検
出や充電電流及び充電電圧の制御を行うようにする。

【００１４】第１４に、前記充電制御手段は、前記無線
通信部の送信時における充電電流又は充電電圧のピーク
値を検出し、前記ピーク値が所定値以上となった場合に
充電動作を停止することを特徴とする。この場合、送信
動作時の充電電流や充電電圧のピーク値が所定値を超え
たときに、充電電流をオフすることで、充電装置の回路
や電池を保護するようにする。

【００１５】第１５に、前記充電制御手段は、前記無線
通信部の送信時に、この無線通信部の送信出力に必要と
される動作電流と前記電池へ供給する充電電流とを確保
するように直流電源からの電流供給量を制御することを
特徴とする。例えば、送信動作時には、電池への充電電
流に加えて送信電流分を確保できるように、直流電源か
らの電流供給量を制御することで、既に電池に蓄えられ
ている電力を消費してしまうことを防止する。

【００１６】また本発明は、第１６に、前記の第９〜第
１５のいずれかに記載の充電装置を備えてなる無線通信
装置を提供する。

【００１７】上記のような本発明の構成では、定電流制
御系と定電圧制御系の各機能が互いに非干渉のものとな
り、充電対象の電池種別、直流電源として通常用いられ
る外部充電電源アダプタ等の仕様、充電時の電池や回路
の状態などに関わらず、各種条件の組み合わせにおいて
所望の充電動作が可能なように柔軟で適切な充電制御が
行える。また、充電電流、充電電圧、電池温度、無線通
信部が併設された場合の通信動作の状態などに応じて、
充電状態の検出や充電電流／充電電圧の調整などに関す
る動作モードの切換や動作状態の変更などを適宜制御す
ることが可能である。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。本実施形態では、セルラー移動電
話システム（ＰＤＣ／Personal Digital Telelecommuni
catin System、ＩＳ−９５など）や簡易型携帯電話シス
テム（ＰＨＳ／Personal Handyphone System（登録商
標））における携帯電話機などに内蔵する二次電池の充
電装置を例にとり説明する。特に、ＴＤＭＡ（時分割多
重）方式の電話装置における構成例を示す。

【００１９】図１は本発明の一実施形態に係る充電装置
を含む電話装置の要部構成を示す回路ブロック図であ
る。この電話装置１００は、電話装置全体の制御中枢と
して各部の制御を行うＣＰＵ２００を備えている。

【００２０】また、直流電源として用いる外部充電電源
アダプタ１から充電対象の二次電池２までの充電電力供
給経路に、定電流充電制御に用いる定電流ＦＥＴ３と、
定電圧充電制御に用いる定電圧ＦＥＴ４と、電流検出抵
抗器１３とが直列に接続されている。この定電流ＦＥＴ
３及び定電圧ＦＥＴ４をＣＰＵ２００の管理下で駆動制
御することにより、二次電池２における充電状態に応じ
て定電流ＦＥＴ３及び定電圧ＦＥＴ４の動作態様を切り
換える構成となっている。

【００２１】電流検出抵抗器１３の両端には、この両端
子間の電位差を電流値に変換することで充電電力供給経
路に流れる電流量を算出するΔＶ−Ｉ変換回路部１４が
接続されている。また、電流検出抵抗器１３の二次電池
２側には、その端子電位（すなわち二次電池２の両端子
間の電位差）を増幅等して電圧値を変換する電圧変換回
路部１９，２３が並列に接続されている。ΔＶ−Ｉ変換
回路部１４及び電圧変換回路部２３の出力は、それぞれ
オペアンプ１５，２４を介して電圧値のサンプルホール
ドとピークホールドの機能を有する電圧サンプルホール
ド回路部１１に入力される。電圧サンプルホールド回路
部１１により所定タイミングでホールドされた電流値及
び電圧値は、電流検出部５及び電圧検出部６に入力さ
れ、これらの電流検出部５及び電圧検出部６で検出され
た電圧値及び電流値がＣＰＵ２００に入力されるように
なっている。また、二次電池２の温度を検出する温度検
出部４１が設けられている。

【００２２】また、ＣＰＵ２００の制御に基づいて基準
電圧を生成出力する基準電圧出力部７，８が設けられ、
基準電圧出力部７の出力は差増幅アンプ１６の正入力端
に、基準電圧出力部８の出力は差増幅アンプ２０の正入
力端にそれぞれ入力される。差増幅アンプ１６の負入力
端にはオペアンプ１５の出力が入力され、差増幅アンプ
１６の出力がバッファ１７を介してトランジスタ１８の
ベースに入力される。トランジスタ１８のコレクタには
定電流ＦＥＴ３のゲートが接続されており、トランジス
タ１８のベースに供給される電圧によってトランジスタ
１８がオン・オフしてゲート電圧が切り換えられること
により、定電流ＦＥＴ３のソース−ドレイン間がオンオ
フ制御されるようになっている。また、差増幅アンプ２
０の負入力端には電圧変換回路部１９の出力が入力さ
れ、差増幅アンプ２０の出力がバッファ２１及びスイッ
チ９を介してトランジスタ２２のベースに入力される。
トランジスタ２２のコレクタには定電圧ＦＥＴ４のゲー
トが接続されており、トランジスタ２２のベースに供給
される電圧によってトランジスタ２２がオン・オフして
ゲート電位が切り換えられることにより、定電圧ＦＥＴ
４のソース−ドレイン間がオン・オフ制御されるように
なっている。

【００２３】また、電話装置にはＴＤＭＡ方式の無線通
信を行う無線通信部３１が設けられている。無線通信部
３１は送信部３２と受信部３３とを有して構成される。
この無線通信部３１は、ＣＰＵ２００の制御によって送
信及び受信にかかる処理動作を行うようになっている。

【００２４】ＣＰＵ２００は、その制御態様を切り換え
る充電制御手段としての要部をなしており、電流検出部
５及び電圧検出部６の各検出値を入力して演算処理を実
行し、この処理結果に応じて基準電圧出力部７及び８の
各出力の基準電圧値を設定すると共に、スイッチ９をオ
ン・オフさせる停止制御信号１０や電圧サンプルホール
ド回路部１１の動作を制御するための検出制御信号１２
を生成する。また、ＣＰＵ２００は無線通信部３１の動
作状態を監視しており、例えば充電動作を行っている最
中に送信動作を行った場合に送信信号が干渉してしまう
など、外部からの影響を充電装置が受けないように、通
信状態に応じた充電制御を行う。なお、ＣＰＵ２００が
無線通信部３１の制御手段を兼ねるようにしてもよい。

【００２５】本実施形態の充電装置は、電流検出抵抗器
１３の両端子間の電位差を検出して帰還し、定電流ＦＥ
Ｔ３のスイッチング動作によるパルス状の充電電流のオ
ン・オフ繰り返しの時間幅を制御することにより、定電
流充電を行う定電流充電制御用のフィードバックループ
回路を形成している。

【００２６】この定電流充電制御用のフィードバックル
ープ回路は、電流検出抵抗器１３の両端子間の電位差を
検出し、検出した電圧値をΔＶ−Ｉ変換回路部１４で電
流値に変換し、オペアンプ１５によってループゲインを
調整した後、差増幅アンプ１６の負入力端に入力する一
方、この差増幅アンプ１６の正入力端には基準電圧出力
部７から出力される基準電圧を入力することで、差増幅
アンプ１６において電流検出抵抗器１３の両端子間の電
位差と基準電圧出力部７の基準電圧との比較演算処理を
行うことになる。そして、差増幅アンプ１６で得られた
差信号をバッファアンプ１７を通してトランジスタ１８
のベースに供給し、トランジスタ１８のベース電位の変
化に応じてトランジスタ１８のエミッタ−コレクタ間を
オン・オフ制御することによって定電流ＦＥＴ３のゲー
ト電位を可変制御し、定電流ＦＥＴ３のソース−ドレイ
ン間を流れる充電電流のオン・オフを制御する。

【００２７】このように定電流ＦＥＴ３を半導体スイッ
チとして動作させ、検出電流値に応じてゲート電位を変
化させてソース−ドレイン間をオン・オフ制御すること
によって、充電対象である二次電池２に供給する充電電
流のパルス幅を制御することができ、二次電池２に対し
て所望の定電流の充電動作を実現できる。

【００２８】また、本実施形態の充電装置は、充電対象
の二次電池２の両端子間の電位差を検出して帰還し、定
電圧ＦＥＴ４のスイッチング動作によるパルス状の充電
電流のオン・オフ繰り返しの時間幅を制御することによ
り、定電圧充電を行う定電圧充電制御用のフィードバッ
クループ回路を形成している。

【００２９】この定電圧充電制御用のフィードバックル
ープ回路は、電流検出抵抗器１３の二次電池２側の電位
（すなわち二次電池２の両極間の電位差）を検出し、検
出した電圧値を電圧変換回路部１９で所定レベルの電圧
値に変換し、差増幅アンプ２０の負入力端に入力する一
方、この差増幅アンプ２０の正入力端には基準電圧出力
部８から出力される基準電圧を入力することで、差増幅
アンプ２０において二次電池２の両端子間の電位差と基
準電圧出力部８の基準電圧との比較演算処理を行うこと
になる。そして、差増幅アンプ２０で得られた差信号を
バッファアンプ２１及び充電停止を行うためのスイッチ
９を通してトランジスタ２２のベースに供給し、トラン
ジスタ２２のベース電位の変化に応じてトランジスタ２
２のエミッタ−コレクタ間をオン・オフ制御することに
よって定電圧ＦＥＴ４のゲート電位を可変制御し、定電
圧ＦＥＴ４のソース−ドレイン間を流れる充電電流のオ
ン・オフを制御する。

【００３０】このように定電圧ＦＥＴ４を半導体スイッ
チとして動作させ、検出電圧値に応じてゲート電位を変
化させてソース−ドレイン間をオン・オフ制御すること
によって、充電対象である二次電池２に供給する充電電
流のパルス幅を制御することができ、二次電池２に対し
て所望の定電圧の充電動作を実現できる。

【００３１】これらの定電流充電制御用及び定電圧充電
制御用のフィードバックループ回路は、二次電池２の種
類や充電状態などの各種状態に対応した充電制御モード
に従って、それぞれ適宜動作が切り換えられて使用され
る。このとき、二次電池２へ供給される充電電流は、電
流検出抵抗器１３及びΔＶ−Ｉ変換回路部１４から電流
値として出力されてオペアンプ１５で値が調整された
後、電圧サンプルホールド回路部１１にも入力される。
そして、この電流値を示す信号が電圧サンプルホールド
回路部１１で検出タイミングが調整されてから電流検出
部５に供給され、その電流検出値がＣＰＵ２００に入力
される。これにより、ＣＰＵ２００において充電対象の
二次電池２への充電電流量の監視が行われる。

【００３２】また、二次電池２の極間電圧は、電圧変換
回路部２３から電圧値として出力されてオペアンプ２４
で値が調整された後、電圧サンプルホールド回路部１１
にも入力される。そして、この電圧値を示す信号が電圧
サンプルホールド回路部１１で検出タイミングが調整さ
れてから電圧検出部６に供給され、その電圧検出値がＣ
ＰＵ２００に入力される。これにより、ＣＰＵ２００に
おいて充電対象の二次電池２に印加する充電電圧量と、
二次電池２における電池容量の監視が行われる。また、
充電動作時には、ＣＰＵ２００によって温度検出部４１
の出力に基づいて二次電池２の温度の監視が行われる。

【００３３】このように本実施形態では、電圧サンプル
ホールド回路部１１を用いて所定タイミングで充電電力
供給経路における電流値及び電圧値を電流検出部５及び
電圧検出部６により検出して、これらの検出値をＣＰＵ
２００にて継続的に監視し、ＣＰＵ２００によって、基
準電圧出力部７及び基準電圧出力部８の出力の基準電圧
を適宜調整したり、スイッチ９の動作を制御する停止制
御信号１０及び電圧サンプルホールド回路部１１の動作
を制御する検出制御信号１２の出力タイミングを適宜調
整することで、定電流ＦＥＴ３及び定電圧ＦＥＴ４のオ
ン・オフ動作をフィードバック制御する構成となってい
る。このため、ＣＰＵ２００による基準電圧出力部７及
び基準電圧出力部８の出力調整制御により、充電対象の
二次電池２に対する所望の充電制御モードを容易に設定
することができる。

【００３４】ここで、ＣＰＵ２００が行う充電制御モー
ドについて説明する。充電制御モードとしては、充電オ
ン・オフ機能、充電動作（リーク充電，補充電，急速充
電）、保護機能（過電流，過電圧，過充電）、充電時間
短縮機能、電池性能劣化防止機能等を選択したり達成す
るための各種制御モードがある。

【００３５】充電オン・オフ機能は、電流検出部５及び
電圧検出部６による充電電流や充電電圧の検出結果に基
づき、基準電圧出力部７及び８の出力を可変して定電流
ＦＥＴ３及び定電圧ＦＥＴ４のオン・オフを制御し、充
電の開始、終了、異常時の停止などに際しての充電電流
のオン・オフを行う機能である。

【００３６】また、充電動作において、リーク充電と
は、急速充電が不可能な電圧以下になった場合に行う充
電のことであり、少ない充電電流を電池に流し込んで急
速充電が可能な電圧まで充電する動作である。このよう
な過放電状態ではリーク充電を行わないと電池充電サイ
クルを劣化させることになる。最悪では電池が液漏れし
たり破裂する恐れもある。

【００３７】補充電とは、例えば、ニッケル水素二次電
池の場合、急速充電を行って電圧値がピークに達した後
の降下電圧（−ΔＶ）を検出することで充電完了となる
が、この場合電池の容量に対して９５％程度の充電率と
なっているのが通例であることに対処し、急速充電完了
状態から１００％の充電率まで少ない電流で充電を継続
する動作である。

【００３８】急速充電とは、大きな電流を流して短時間
で充電する動作をいう。この急速充電では、電池の種類
や仕様等によって急速充電できる電流や電圧、温度範囲
が使用条件で決定されている。この急速充電は、充電時
の動作モードにおける通常モード（通常時に実行される
充電動作）として適用される。

【００３９】保護機能は、電流検出部５及び電圧検出部
６において充電電流や充電電圧を検出し、所定値を超え
た場合に基準電圧出力部７及び８を制御して定電流ＦＥ
Ｔ３及び定電圧ＦＥＴ４をオフしたり、充電電圧のピー
クが所定値以上となった場合に停止制御信号１０により
スイッチ９をオフすることによって定電圧ＦＥＴ４をオ
フし、過電圧や過電流、及び過充電に対する二次電池や
充電回路の保護を行う機能である。

【００４０】充電時間短縮機能は、急速充電を行うとき
に一定の電流制限を行っているが、このときの電流を任
意に変化させて充電時間を短縮可能にする機能である。
例えば、リチウムイオン二次電池において定電圧充電モ
ードになった場合に、定電圧の電圧範囲の偏差の上限ぎ
りぎりまで上げて電流を流し、充電時間を早く完了させ
るようなときに用いられる。

【００４１】電池性能劣化防止機能は、上記の各充電動
作を確実に実行し、二次電池への負荷を軽減する機能で
ある。例えば、電話装置１００に内蔵している送信部３
２の送信動作時に、基準電圧出力部７及び８の出力調整
により定電流ＦＥＴ３及び定電圧ＦＥＴ４の動作を停止
して、送信部からの電磁波などの干渉を抑制し、常に適
切な充電が行われるようにして二次電池２の性能劣化を
防止する。また、例えば送信部３２等の動作によって外
部充電電源アダプタ１からの供給電流にノイズリプルが
生じた場合に、電圧サンプルホールド回路部１１でのサ
ンプルホールド動作を制御するための検出制御信号１２
としてノイズリプルのタイミングを回避するノイズ除去
パターン信号を生成し、電圧サンプルホールド回路部１
１において間欠的に入力信号をサンプリングして出力す
ることで、ノイズリプル成分を除去して電流及び電圧の
検出値を得る。これにより、ノイズの影響を受けること
なく、電流検出部５及び電圧検出部６での検出値に基づ
いて充電状態を継続的に監視することができる。なお、
ノイズ除去パターン信号は、二次電池２の使用状態に応
じて任意に間欠レートを変えることもできる。

【００４２】前述したように、本実施形態の電話装置１
００では、充電用の直流電源として用いる外部充電電源
アダプタ１から充電対象の二次電池２までの充電電力供
給経路に設ける充電制御手段は、定電流ＦＥＴ３と定電
圧ＦＥＴ４とを直列に接続して構成しているので、定電
流ＦＥＴ３と定電圧ＦＥＴ４との各機能を互い独立させ
て制御動作させることができる。このため、定電流ＦＥ
Ｔ３と定電圧ＦＥＴ４の各機能が互いに影響を受けない
ものとなるので、必ずしも外部充電電源アダプタ１の仕
様条件を二次電池２の充電条件に即した仕様にする構成
を採ることなく、二次電池２に対して定電流制御及び定
電圧制御による充電を実施することができる。

【００４３】加えて、二次電池２における充電状態に応
じて定電流ＦＥＴ３及び定電圧ＦＥＴ４の各制御動作
は、図２に示す状態遷移図に基づいて以下で説明するよ
うに切り換えるようにしているので、直流電源として通
常用いられる外部充電電源アダプタ１側が、充電対象と
する二次電池２を充電する際の仕様条件を満足していな
い場合であっても、所望の充電制御を実現できることに
なる。

【００４４】図２の状態遷移図は、充電対象とする二次
電池２がリチウムイオン二次電池の場合を代表例として
示している。

【００４５】本実施形態の充電装置では、二次電池２ま
での充電電力供給経路に外部充電電源アダプタ１が接続
されたことで充電開始状態を認識すると（ＳＴ１）、ま
ず、電池識別の検出処理を実行する（ＳＴ２）。

【００４６】電池識別の検出処理においては、例えば図
３に示すような電池種別検出手段を用いる。この場合、
電池筐体３１内部に電池種別を抵抗値で示す抵抗器３２
を設ける一方、電話装置本体３３には電池種別検出用の
基準電圧出力部３４及び電圧検出部３５を設け、基準電
圧出力部３４からの基準電圧を抵抗器３２に印加して電
圧検出部３５にて抵抗器３２の両端電位を検出する。こ
の検出電位によって充電対象となる電池の種類（ここで
はリチウムイオン二次電池）を判定する。

【００４７】次に、電池温度異常検出処理に進み（ＳＴ
３）、ここで温度検出部４１の出力に基づいて継続的に
電池温度を監視する。そして、電池温度が正常値を示し
充電を許可する状態であるか否かを判定する。なお、こ
の温度監視下にあって電池温度が異常値を示す状態で
は、温度異常状態遷移モードへと移行する。電池温度が
正常で充電を許可する状態の場合は、電池の充電容量及
び端子間電圧を検出する処理へと進み（ＳＴ４）、継続
的に電池容量及び電圧を監視する。

【００４８】なお、この容量及び電圧監視下にあって充
電電圧Ｖが過放電状態を判定する深放電電圧よりも小さ
くなり、急速充電が不可能な電圧以下（過放電状態）に
なったことを電圧検出部５にてモニタされた結果により
認識した場合、前述したリーク充電を急速充電が可能な
電圧になるまで実施する（ＳＴ５）。そして、リーク充
電時間を計測する深放電タイマによってリーク充電が完
了するまでの時間（充電電圧Ｖが深放電電圧より小さい
状態の継続時間）を計測し、深放電タイマがタイムアウ
トした場合は、深放電復帰異常モードへと移行する。

【００４９】電池の充電容量及び端子間電圧が正常値の
範囲にあり、充電電流、充電電圧、及び電池温度を監視
して定電流充電を実行する条件を満たしている状態であ
れば、定電流充電モードへと移行する（ＳＴ６）。な
お、定電流充電条件を満たさずに充電異常が検出された
場合は、充電異常状態遷移モードへと移行する。定電流
充電モードでは、基準電圧出力部７の出力基準電圧を所
定値に設定し、充電電力供給経路の検出電流値に応じて
定電流ＦＥＴ３をオン・オフ制御して二次電池２に供給
する充電電流のパルス幅を可変することで、定電流制御
を行う。またこのとき、定電圧ＦＥＴ４は常時オン状態
となるように基準電圧出力部８の出力基準電圧を設定し
ておく。

【００５０】そして、充電電流、充電電圧、及び電池温
度を監視して定電圧充電を実行する条件を満たしている
状態となった場合は、定電圧充電モードへと移行する
（ＳＴ７）。なお、定電圧充電条件を満たさずに充電異
常が検出された場合は、充電異常状態遷移モードへと移
行する。定電圧充電モードでは、基準電圧出力部８の出
力基準電圧を所定値に設定し、二次電池２の端子の検出
電圧値に応じて定電圧ＦＥＴ４をオン・オフ制御して充
電電流のパルス幅を可変することで、定電圧制御を行
う。またこのとき、定電流ＦＥＴ３は常時オン状態とな
るように基準電圧出力部７の出力基準電圧を設定してお
く。

【００５１】この定電圧充電モードにおいて、充電電流
Ｉが終止電流より小さいことが検出され、二次電池２の
充電が完了したと判定された場合は、充電完了モードへ
と移行する（ＳＴ８）。リチウムイオン二次電池の場合
は、終止電流検出によって充電完了とみなされる。この
とき、停止制御信号１０によりスイッチ９をオフするこ
とによって定電圧ＦＥＴ４をオフし、外部充電電源アダ
プタ１から充電対象の二次電池２までの充電電力供給経
路を遮断する。なお、前述したように通常は充電完了と
判定されても充電率は１００％とならないため、充電電
圧Ｖを監視して補充電電圧よりも小さい場合は定電流充
電モードに移行し、充電率がほぼ１００％となるまで少
ない電流で充電を継続する補充電を行う。

【００５２】また、電話装置１００に内蔵している送信
部が送信動作を行っているとき、つまり送信開始（送信
オン）から送信終了（送信オフ）までの期間にあって
は、送信時の充電モードへと移行する（ＳＴ９）。この
場合、電圧サンプルホールド回路部１１を用いて、送信
信号が出力されない所定タイミングで間欠的に充電電力
供給経路における電流値及び電圧値を電流検出部５及び
電圧検出部６で検出し、これらの各検出値を継続的に監
視する。例えば、ＴＤＭＡ方式における通信スロットの
タイミングに同期させて、自局の送信スロットの期間を
避けて非送信時の値をサンプルしたり、あるいはこれと
は逆に送信スロットの期間における送信出力時の値をサ
ンプルするように、送信制御信号に基づいて電流値及び
電圧値の検出を行う。

【００５３】これにより、送信時の送信信号による電磁
波やノイズの影響を無くし、安定して充電状態の監視を
行うことができる。そして、電流検出値や電圧検出値に
基づいて、基準電圧出力部７及び基準電圧出力部８の出
力基準電圧を適宜調整したり、停止制御信号１０及び検
出制御信号１２の出力タイミングを適宜調整したりし
て、充電制御を行う。また、ＣＰＵ２００によって送信
部３２から出力される送信信号のパワーレベル（電界強
度）をモニタし、所定のパワーレベル以上となったとき
に、電圧サンプルホールド回路部１１を制御して前述の
間欠的な電流値及び電圧値の検出を行ったり、基準電圧
出力部７及び８を制御して送信動作に応じた充電電流や
充電電圧の調整を行うような構成としてもよい。

【００５４】なお、間欠的に行う電流値及び電圧値の検
出や充電電流及び充電電圧の制御は、前記のように電圧
サンプルホールド回路部１１を用いて間欠的に得た検出
値をＣＰＵ２００で取り込み処理する構成に代えて、Ｃ
ＰＵ２００におけるソフトウェア処理によって検出値を
間欠的に取り込んで処理するような構成で実施すること
も可能である。電圧サンプルホールド回路部１１で保持
した値をＣＰＵ２００で取り込む場合は、ＣＰＵ２００
における演算処理を削減でき、また、ＣＰＵ２００への
入力値を所定期間毎に平均化することによってさらなる
演算処理量の削減を図れる。

【００５５】また、送信動作に同期させて電圧サンプル
ホールド回路部１１でピークホールドを行って充電電流
や充電電圧のピークを検出し、検出値が所定値を超えた
ときは定電流ＦＥＴ３及び定電圧ＦＥＴ４をオフして充
電動作を停止するようにすることもできる。これによ
り、電話装置内部又は外部からの電磁波などの外乱によ
る誤動作を防ぎ、充電回路や二次電池を保護することが
可能である。

【００５６】送信時には所定の送信電力を得るのに多く
の電力供給が必要とされ、一般には充電電流よりも大き
な電流が電源から送信部へ供給される。このため、充電
時に送信動作がなされると、充電途中の二次電池から送
信電流として持ち出されて消費されるおそれがある。そ
こで、送信動作を行っているときは外部充電電源アダプ
タ１からの供給電流を大きくすることにより、所定の充
電電流を確保しつつ送信電流を供給することができる。
この場合、送信スロットの送信タイミングに同期させて
定電流ＦＥＴ３を制御し、送信中のみ多くの電流を流す
ようにする。なお、ＴＤＭＡ方式で時分割に送信動作を
行っているピーク時の送信電流に対応させて電流調整し
てもよいし、送信時の平均送信電流に対応させて充電電
流が送信電流として持ち出されないように電流調整して
もよい。これにより、充電時間を短縮でき、二次電池に
対する放電負荷を軽減することができる。

【００５７】送信時の充電モードにおいて、充電電流、
充電電圧、及び電池温度を監視して充電異常が検出され
た場合は、充電異常状態遷移モードへと移行する。この
送信時の充電モードでは、充電電圧Ｖが所定の充電完了
電圧以上か否かで充電完了を判定し、充電完了電圧を超
えたことが検出されると充電完了モードへと移行する。

【００５８】上記の温度異常状態遷移モード、深放電復
帰異常モード、充電異常状態遷移モードなどの異常発生
時には、定電流ＦＥＴ３及び定電圧ＦＥＴ４をオフして
充電動作を停止する。

【００５９】なお、直流電源である外部充電電源アダプ
タ１の出力があまり安定していない場合は、定電流ＦＥ
Ｔ３及び定電圧ＦＥＴ４によって、定電圧充電時に電流
制御を行ったり、定電流充電時に電圧制御を行うように
してもよい。また、外部充電電源アダプタ１や二次電池
２の条件によっては、定電流充電時に多少の電流調整を
行ったり、充電電流や充電電圧の検出時間を調整して充
電状態監視の検出精度を向上させて、二次電池へかかる
負荷を軽減する電池性能劣化防止機能や、定電圧充電時
に充電電圧の微調整を行って充電時間を短縮する充電時
間短縮機能などを実現する充電制御を行うこともでき
る。また、電池温度を監視する場合、所定温度を超えた
場合など、温度に応じて充電電流を抑制するために補充
電を行うようにすることも可能である。

【００６０】次に、本実施形態の充電装置における電池
種類別の充電手法について、図４及び図５を用いて説明
する。

【００６１】図４はリチウムイオン二次電池の充電制御
時における充電電圧及び充電電流の経時特性を示してい
る。この場合、図２の状態遷移図を用いて説明したよう
な充電制御によって、通常は急速充電動作で定電流充電
とその後の定電圧充電を行い、終止電流の検出によって
充電完了となる。

【００６２】充電開始時の定電流充電においては、定電
圧ＦＥＴを常時オン状態とし、二次電池の仕様で許容さ
れている所定の電流値を維持するよう定電流ＦＥＴを制
御しながら充電電流を二次電池へ供給する。これによ
り、時間経過と共に充電電圧が上昇していき、過電圧充
電とならないように所定の電圧値に達すると定電圧充電
に移行する。この定電圧充電においては、定電流ＦＥＴ
を常時オン状態とし、所定の電圧値を維持するよう定電
圧ＦＥＴを制御（定電圧ＦＥＴのオン抵抗を調整）しな
がら充電電流を二次電池へ供給する。これにより、充電
電流が次第に減少していき、所定の終止電流値となった
時点で満充電を検出して充電完了状態と判定する。充電
完了状態となると、定電流ＦＥＴ及び定電圧ＦＥＴを完
全にオフとして充電動作を終了する。

【００６３】なお、定電圧充電のときに、定電圧制御の
電圧範囲を超えた場合には定電圧ＦＥＴを制御する基準
電圧を変化させて定電圧の制御目標値を下げるようにし
て充電を行う。これにより、電話装置の送信時における
送信信号の充電回路への干渉を抑制することができ、二
次電池に対する負荷を軽減できる。

【００６４】図５はニッケル水素二次電池の充電制御時
における充電電圧の経時特性を示している。この場合
は、通常は急速充電動作として定電流充電を行い、−Δ
Ｖ検出により充電完了を判定する。

【００６５】定電流充電においては、定電圧ＦＥＴを常
時オン状態とし、二次電池の仕様に適合した所定の電流
値を維持するよう定電流ＦＥＴを制御しながら充電電流
を二次電池へ供給する。このとき、例えば定電流ＦＥＴ
を５５秒オン／５秒オフとしてパルス状の充電電流を供
給するようなパルス充電制御を行う。これにより、二次
電池の充電時の発熱による温度上昇を抑えることができ
る。また、ＦＥＴオフの期間において充電電圧を精度良
く検出することで、充電状態の監視を的確に行える。ま
た、−ΔＶの検出はＦＥＴオフの期間で正確に検出でき
るので、充電完了の判定精度も向上できる。

【００６６】−ΔＶの検出後は補充電に移行する。補充
電においては、例えば定電流ＦＥＴを１０秒オン／５０
秒オフとするなどして少量の電流を供給し、充電率が１
００％近くになるまで継続する。そして満充電状態とな
ると、定電流ＦＥＴ及び定電圧ＦＥＴを完全にオフとし
て充電動作を終了する。

【００６７】なお、−ΔＶ検出を行う場合に充電電圧
（電池電圧）が検知できない場合には、定電流充電を停
止して補充電を行うようにする。このような補充電を行
っているときに、定電流ＦＥＴを制御する基準電圧を変
化させて充電電流の電流制限を行うことにより、電話装
置の送信時においても送信信号の充電回路への干渉を抑
制することができる。

【００６８】上述したように、本実施形態では、定電流
ＦＥＴ３を含む定電流充電制御系と定電圧ＦＥＴ４を含
む定電圧充電制御系とを直列接続して設け、ＣＰＵ２０
０によって電池種別や充電状態などに応じて適宜動作制
御を行うようになっており、これらの充電制御系の各機
能が互いに非干渉のものとなるように構成されている。
このため、充電対象となる二次電池２の電池種別、直流
電源として通常用いられる外部充電電源アダプタ１の仕
様、充電時の電池や充電回路の状態などに関わらず、各
種条件の組み合わせにおいて所望の充電動作が可能なよ
うに柔軟で適切な充電制御を行うことができる。また、
二次電池２に対する充電電流や充電電圧、二次電池２の
電池温度、無線通信部３１の送信部３２の送信動作状態
などに応じて、充電状態の検出や充電電流／充電電圧の
調整などに関する動作モードの切換や動作状態の変更な
どを適宜制御することができる。

【００６９】よって、外部充電電源アダプタの仕様条件
が二次電池の充電条件に即した仕様となっていない場合
や、無線通信部が設けられた場合の送信動作時などにお
いても、影響を受けることなく適切な充電制御を実行で
き、所望の充電動作を実施することができる。このた
め、二次電池や装置の仕様ごとに外部充電電源アダプタ
を開発する必要がなく、様々な組み合わせ条件に対して
適合させた充電動作が可能であり、開発費の軽減や製品
の共用化によるコスト削減などが図れる。また、他製品
への再利用が可能であるため、資源の節減となる。さら
に、外部充電電源アダプタ側には、電流制限回路などの
充電制御回路を設ける必要がなく、回路削減が可能であ
るため、装置の低コスト化、小型化、軽量化が実現可能
となる。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、直
流電源として用いる外部充電電源アダプタ等の仕様条件
が個々の二次電池の充電条件に即した仕様の構成となっ
ていない場合であっても、二次電池に対して定電流制御
や定電圧制御による適切な充電動作を実施することが可
能である。また、装置に無線通信部が設けられた場合に
は、送信動作時などにおいても充電回路が影響を受ける
ことなく、適切な充電制御を実行することが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る充電装置を含む電話
装置の要部構成を示す回路ブロック図である。

【図２】充電対象の二次電池がリチウムイオン二次電池
の場合の充電動作を示す状態遷移図である。

【図３】電池種別検出手段の構成例を示すブロック図で
ある。

【図４】電池種類別の充電手法の一例として、リチウム
イオン二次電池の充電制御時における充電電圧及び充電
電流の経時特性を示す動作説明図である。

【図５】電池種類別の充電手法の一例として、ニッケル
水素二次電池の充電制御時における充電電圧の経時特性
を示す動作説明図である。

【符号の説明】

１外部充電電源アダプタ２二次電池３定電流ＦＥＴ４定電圧ＦＥＴ５電流検出部６電圧検出部７，８基準電圧出力部９スイッチ１０停止制御信号１１電圧サンプルホールド回路部１２検出制御信号１３電流検出抵抗器１４ ΔＶ−Ｉ変換回路部１６，２０差増幅アンプ１８，２２トランジスタ１９，２３電圧変換回路部３１無線通信部３２送信部４１温度検出部１００電話装置２００ＣＰＵ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電源から充電対象の電池までの充電
電力供給経路に、フィードバックループを有してなる定
電流充電制御系と定電圧充電制御系とを直列に接続して
構成し、前記電池における充電状態に応じて前記定電流
充電制御系及び前記定電圧充電制御系の制御動作を切り
換える充電制御手段を備えたことを特徴とする充電装
置。
【請求項２】充電対象となる電池の電池種別を検出す
る電池種別検出手段を備え、前記充電制御手段は、前記
検出された電池種別に応じて、前記定電流充電制御系に
よる充電動作と前記定電圧充電制御系による充電動作と
を切り換えてこれらの充電制御系の少なくとも一方によ
る充電制御を行うことを特徴とする請求項１記載の充電
装置。
【請求項３】前記充電制御手段は、前記定電流充電制
御系による充電動作時に、前記充電電力供給経路におけ
る充電電流を検出し、この検出結果に基づいて前記フィ
ードバックループの帰還量を設定するための基準電圧を
変化させて充電電流を制御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】前記充電制御手段は、前記定電圧充電制
御系による充電動作時に、前記充電電力供給経路におけ
る充電電圧を検出し、この検出結果に基づいて前記フィ
ードバックループの帰還量を設定するための基準電圧を
変化させて充電電圧を制御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５】前記充電制御手段は、前記充電電力供給
経路における充電電流又は充電電圧から前記電池におけ
る充電容量及び極間電圧を検出し、前記定電流充電制御
系による充電動作時に、前記電池種別、充電容量、極間
電圧の検出結果に基づいて、電池に供給する充電電力で
ある定電流充電パルスのオン・オフ繰り返しの時間幅を
制御して充電電流を調整することを特徴とする請求項２
記載の充電装置。
【請求項６】前記充電制御手段は、前記充電電力供給
経路における充電電流又は充電電圧から前記電池におけ
る充電容量及び極間電圧を検出し、前記定電圧充電制御
系による充電動作時に、前記電池種別、充電容量、極間
電圧の検出結果に基づいて、電池に供給する充電電力で
ある定電圧充電パルスのオン・オフ繰り返しの時間幅を
制御して充電電圧を調整することを特徴とする請求項２
記載の充電装置。
【請求項７】充電対象となる電池の温度を検出する電
池温度検出手段を備え、前記充電制御手段は、前記定電
流充電制御系による充電動作時に、前記充電電力供給経
路における充電電流又は充電電圧から前記電池における
充電容量及び極間電圧を検出し、前記電池温度、充電容
量、極間電圧の検出結果に基づいて、前記フィードバッ
クループの帰還量を設定するための基準電圧を変化させ
て電池に供給する充電電流を制御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８】充電対象となる電池の温度を検出する電
池温度検出手段を備え、前記充電制御手段は、前記定電
圧充電制御系による充電動作時に、前記充電電力供給経
路における充電電流又は充電電圧から前記電池における
充電容量及び極間電圧を検出し、前記電池温度、充電容
量、極間電圧の検出結果に基づいて、前記フィードバッ
クループの帰還量を設定するための基準電圧を変化させ
て電池に供給する充電電圧を制御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９】前記充電制御手段は、当該装置に設けら
れる無線通信部の動作状態を認識し、この無線通信動作
状態に応じて前記電池の充電状態の検出動作、充電電流
の制御動作、充電電圧の制御動作の少なくともいずれか
一つの動作態様を切り換え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１０】前記充電制御手段は、前記無線通信部
の送信時に送信手段が送出する電界強度を認識し、前記
電界強度が所定値以上となった場合に前記電池に供給す
る充電電流又は充電電圧の間欠的な検出を行うことを特
徴とする請求項９記載の充電装置。
【請求項１１】前記充電制御手段は、前記無線通信部
の送信時に送信手段が送出する電界強度を認識し、前記
電界強度が所定値以上となった場合に前記電池に供給す
る充電電流又は充電電圧の調整を行うことを特徴とする
請求項９記載の充電装置。
【請求項１２】前記充電制御手段は、前記無線通信部
の送信タイミングに同期させて、前記電池に供給する充
電電流又は充電電圧の間欠的な検出を行うことを特徴と
する請求項９記載の充電装置。
【請求項１３】前記充電制御手段は、前記無線通信部
の送信タイミングに同期させて、前記電池に供給する充
電電流又は充電電圧の調整を行うことを特徴とする請求
項９記載の充電装置。
【請求項１４】前記充電制御手段は、前記無線通信部
の送信時における充電電流又は充電電圧のピーク値を検
出し、前記ピーク値が所定値以上となった場合に充電動
作を停止することを特徴とする請求項９記載の充電装
置。
【請求項１５】前記充電制御手段は、前記無線通信部
の送信時に、この無線通信部の送信出力に必要とされる
動作電流と前記電池へ供給する充電電流とを確保するよ
うに直流電源からの電流供給量を制御することを特徴と
する請求項９記載の充電装置。
【請求項１６】請求項９〜請求項１５のいずれかに記
載の充電装置を備えてなる無線通信装置。