JP2004274874A - 充電制御回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】二次電池を短時間で充電することができる充電制御回路を提供する。
【解決手段】電池電圧が満充電電圧よりも高い所定の電圧Ｖｃｈ１に達するまで定電流充電を行い、その後、充電電流の減少に伴い定電圧制御電圧を満充電電圧Ｖｃｈ２まで徐々に低下させながら、電池電圧が定電圧制御電圧と一致するように充電を行う。これを実現するため、定電圧制御回路４２へ定電圧制御電圧を供給するレギュレータ回路は、抵抗分圧器を構成する抵抗器Ｒ５とＲ６との接続点に接続されたミラー回路ＭＣを有している。ミラー回路ＭＣは、定電流制御回路４１のセンスアンプＡ１の出力に応じて抵抗分圧器の分圧比を変化させる。これにより、レギュレータアンプＡ４からの定電圧制御電圧（レギュレータ電圧）Ｖｃｈは、充電電流の減少に伴い、Ｖｃｈ１からＶｃｈ２へ連続的に変化する。
【選択図】 図４
【解決手段】電池電圧が満充電電圧よりも高い所定の電圧Ｖｃｈ１に達するまで定電流充電を行い、その後、充電電流の減少に伴い定電圧制御電圧を満充電電圧Ｖｃｈ２まで徐々に低下させながら、電池電圧が定電圧制御電圧と一致するように充電を行う。これを実現するため、定電圧制御回路４２へ定電圧制御電圧を供給するレギュレータ回路は、抵抗分圧器を構成する抵抗器Ｒ５とＲ６との接続点に接続されたミラー回路ＭＣを有している。ミラー回路ＭＣは、定電流制御回路４１のセンスアンプＡ１の出力に応じて抵抗分圧器の分圧比を変化させる。これにより、レギュレータアンプＡ４からの定電圧制御電圧（レギュレータ電圧）Ｖｃｈは、充電電流の減少に伴い、Ｖｃｈ１からＶｃｈ２へ連続的に変化する。
【選択図】 図４
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、充電制御回路に関し、特に、二次電池を定電流・定電圧充電するための充電制御回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リチウムイオン電池等の二次電池の充電は、定電流・定電圧で行われるのが一般的である。この充電方法によれば、充電開始から二次電池の電圧（電池電圧）が所定の電圧（＝定電圧制御電圧、満充電電圧ともいう。）に達するまでは定電流制御電流による定電流充電が行われ、電池電圧が所定の電圧に達した後は、定電圧制御電圧で定電圧充電が行われる。
【０００３】
このような一般的な定電流・定電圧方法においては、定電流充電は、比較的短時間（例えば、３０分）で終了する（充電率９０％）。ところが、定電圧充電では、定電流充電に要する時間の何倍もの時間（例えば、３時間）を要する（充電率９５％以上）。これは、二次電池が満充電状態に近づくにしたがって二次電池へ流れる充電電流が減少し、充電率を僅かに上昇させるのに長時間を要するようになるからである。また、二次電池の内部抵抗による電圧低下を考慮して、定電圧充電による充電時間が長めに設定されるからである。
【０００４】
従って、一般的な定電流・定電圧充電方法には、二次電池が満充電状態になるまでに長い時間を要するという問題点がある。
【０００５】
この問題点を解決しようと、二次電池の電池電圧が定電圧制御電圧よりも高い所定の電圧に達するまで定電流充電を継続するようにした充電制御装置が既に提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
この提案に係る充電制御装置は、例えば、図１に示すように構成される。即ち、この充電制御装置は、定電流回路１１と、第１の定電圧回路１２と、第２の定電圧回路１３と、定電流回路１１を第１の定電圧回路１２又は第２の定電圧回路１３に選択的に接続するための切換スイッチ１４と、充電される二次電池の電圧を検出する電圧検出回路１５と、電圧検出回路１５が検出した検出電圧に基づいて切換スイッチ１４を切り替え制御する切換回路１６とを備えている。
【０００７】
定電流回路１１は、電源１７から供給される電流を定電流化する。
【０００８】
第１の定電圧回路１２は、二次電池１８の電池電圧が、定電圧制御電圧Ｖｃ（例えば、４．２Ｖ）を超えないように、二次電池１８の充電電流を制限する。
【０００９】
第２の定電圧回路１３は、二次電池１８の電池電圧が、定電圧制御電圧Ｖｃよりも所定の電圧Ｖ１だけ高い所定電圧Ｖｃ′（例えば、４．３５Ｖ）を超えないように充電電流を制限する。
【００１０】
電圧検出回路１５は、二次電池１８の電圧を検出して、検出した値に応じた出力信号を切換回路１６へ供給する。
【００１１】
切換回路１６は、二次電池１８の電池電圧が、所定電圧Ｖｃ′に達するまでは第１の定電圧回路１２を選択し、所定電圧Ｖｃ′に達した後は第２の定電圧部１３を選択するよう切換スイッチ１４を制御する。
【００１２】
以下、この充電制御装置の動作について説明する。
【００１３】
まず、充電制御装置を電源１７に接続し、二次電池１８を接続すると、電圧検出回路１５が、二次電池１８の電池電圧を検出してそれに応じた検出信号を出力する。
【００１４】
切換回路１６は、検出回路１５からの出力信号に基づいて、二次電池１８の電池電圧が所定電圧Ｖｃ′に達したか否が判断し、切換スイッチ１４を制御する。未充電状態又は放電状態の二次電池１８が接続された場合は、第２の定電圧回路１３が、切換スイッチ１４を介して定電流回路１１に接続される。
【００１５】
定電流回路１１は、二次電池１８に定電流を供給する。定電流回路１１に接続された第２の定電圧回路１３は、二次電池１８の電池電圧が所定電圧Ｖｃ′を超えないように二次電池１８の充電電流を制御する。その結果、充電開始から二次電池１８の電池電圧が所定電圧Ｖｃ′に達するまでは、二次電池１８は定電流充電される。
【００１６】
二次電池１８の電池電圧が所定の電圧Ｖｃ′に達すると、切換回路１６は、切換スイッチ１４を制御して、第２の定電圧回路１３に代えて第１の定電圧回路１２を定電流回路１１に接続する。第１の定電圧回路１２は、二次電池１８の電池電圧が定電圧制御電圧Ｖｃとなるように、二次電池１８の充電電流を制限する。これにより、二次電池１８は、定電圧充電される。
【００１７】
図２に、充電開始から満充電に至るまでの、二次電池１８の充電電流Ｉ及び電池電圧Ｖの時間変化を示す。従来の一般的な充電方法では、破線で示すように充電完了までに時間Ｔ′を要していたが、図１の充電制御装置によれば、時間Ｔ（＜Ｔ′）で二次電池の充電完了することができる。
【００１８】
【特許文献１】
特開平６−３２５７９４号公報（要約及び図１）
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の一般的な充電方法には、充電時間が長いという問題点がある。また、この問題点を解決することを目的とする充電制御装置が既に提案されているものの、依然として二次電池の充電に要する時間は長く、さらなる短縮が望まれている。
【００２０】
そこで、本発明はより短い時間でリチウムイオン電池等の二次電池を充電することができる充電制御回路を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、二次電池（７０）の充電を定電流制御電流以下の充電電流で行うための定電流制御回路（４１）と、前記二次電池（７０）の充電を定電流制御電圧以下の充電電圧で行うための定電圧制御回路（４２）とを含み、前記二次電池を定電流・定電圧充電するための充電制御回路において、前記充電電流の大きさに依存する電圧を検出するための電圧検出手段（Ａ１）と、該電圧検出手段（Ａ１）により検出された電圧の大きさに応じて、前記定電圧制御電圧を前記二次電池（７０）の満充電電圧よりも高い第１の電圧から前記満充電電圧に等しい第２の電圧まで変化させる定電圧制御電圧変更手段（ＭＣ又はＣＯＭＰ１〜３，Ｑ１１〜１３及びＲ１１〜１３）とを備えていることを特徴とする充電制御回路が得られる。
【００２２】
具体的には、前記電圧検出手段（Ａ１）は、前記定電流制御回路（４１）に含まれているセンスアンプ（Ａ１）である。
【００２３】
また、上記充電制御回路は、前記定電圧制御電圧を発生するための、抵抗分圧器（Ｒ５，Ｒ６）を含む過電圧検出回路（４３）をさらに備え、前記定電圧制御電圧変更手段（ＭＣ又はＣＯＭＰ１〜３，Ｑ１１〜１３及びＲ１１〜１３）は、前記抵抗分圧器（Ｒ５，Ｒ６）を構成する１対の抵抗器のうちの一方に並行接続又は直列接続され、前記電圧検出手段（Ａ１）により検出された電圧に応じて、前記抵抗分圧器（Ｒ５，Ｒ６）の分圧比を変更する可変抵抗部（ＭＣ又はＱ１１〜１３及びＲ１１〜１３）を含んでいる。
【００２４】
なお、上記括弧内の符号は、本発明の理解を容易にするためのものであって、何ら本発明を限定するものではない。
【００２５】
【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について詳細に説明する。
【００２６】
まず、図３を参照して、本発明が適用される充電制御回路（ＩＣ）について簡単に説明する。
【００２７】
図３に示す充電制御回路３０は、電源（商用電源に接続されるＡＣアダプタ；図示せず）と二次電池（電池モジュール；図示せず）との間に介在する充電制御トランジスタＱ１を制御し、電源から二次電池へ流れる充電電流を制御する。
【００２８】
この充電制御回路３０は、ＶＣＣ端子、ＣＮＴ端子、ＣＳ端子、ＢＡＴ１端子、ＢＡＴ２端子、ＧＮＤ１端子、ＧＮＤ２端子等を持つ。ＶＣＣ端子は、ＡＣアダプタに接続されると共に、充電制御トランジスタＱ１のエミッタに接続されている。ＣＮＴ端子は、抵抗器を介して充電制御トランジスタＱ１のベースに接続されている。ＣＳ端子は、ダイオードＤｉを介して、充電制御トランジスタＱ１のコレクタに接続されるとともに、抵抗器Ｒ１を介してＢ＋端子に接続されている。また、ＢＡＴ１，２端子は、Ｂ＋端子に接続されている。なお、Ｂ＋端子は、二次電池の正極端子に接続され、Ｂ−端子は二次電池の負極端子に接続される。
【００２９】
充電制御回路３０は、定電流制御部及び定電圧制御部をはじめとする複数の制御部、及びその制御に必要な情報を検出する複数の検出部等を含んでいるが、その多くは、本発明に直接関係がないのでその説明を省略する。本発明に関係するのは、電流検出部、定電流制御部、定電圧制御部、一次側過電圧検出部、及び充電制御部（の一部）である。
【００３０】
とにかく、この充電制御回路３０は、電源から二次電池へ流れる電流（充電電流）を制御して、充電開始から二次電池の電池電圧が所定の電圧に達するまでは定電流充電を行い、その後、定電圧充電を行う。
【００３１】
次に、図４を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る充電制御回路について詳細に説明する。
【００３２】
図４に示すように、本実施の形態に係る充電制御回路４０は、充電制御装置５０に用いられる。
【００３３】
充電制御装置５０は、ＡＣアダプタ６０に接続される一対のアダプタ接続端子５１及び５２と、二次電池７０に接続される一対の電池接続端子５３及び５４を有している。そして、充電制御装置５０は、ＡＣアダプタ６０と二次電池（例えば、リチウムイオン電池）７０との間に介在して、ＡＣアダプタ６０から二次電池７０へ充電電流Ｉｃを供給する。充電制御回路４０は、その充電電流Ｉｃを制御する。
【００３４】
詳述すると、充電制御装置５０は、一方のアダプタ接続端子５１と一方の電池接続端子５３との間に、充電制御トランジスタＱ１、逆流防止用ダイオードＤｉ、及び充電電流センス抵抗器Ｒ１を有している。
【００３５】
充電制御トランジスタＱ１は、パワートランジスタであって、ＰＮＰ形バイポーラトランジスタで構成されている。この充電制御トランジスタＱ１は、充電制御スイッチとも呼ばれる。充電制御トランジスタＱ１のエミッタは、ＡＣアダプタの陽極６１に接続されるアダプタ接続端子５１に接続され、コレクタは、逆流防止用ダイオードＤｉのアノードに接続されている。逆流防止用ダイオードＤｉのカソードは、充電電流センス抵抗器Ｒ１の一端に接続されている。充電電流センス抵抗器Ｒ１の他端は、二次電池の陽極７１が接続される電池接続端子５３に接続されている。
【００３６】
一方、ＡＣアダプタ６０の陰極６２が接続されるアダプタ接続端子５２は、二次電池の陰極７２が接続される他方の電池接続端子５４に接続されている。これらアダプタ接続端子５２及び電池接続端子５４はともに接地されている。
【００３７】
充電制御回路４０は、上述したように、図３の充電制御回路３０の一部に相当し、ＶＣＣ端子（電源端子）と、ＣＮＴ端子（制御端子）と、ＣＳ端子と、ＢＡＴ端子と、ＧＮＤ端子とを有している。
【００３８】
ＶＣＣ端子は、アダプタ接続端子５１と充電制御トランジスタＱ１のエミッタとの間に接続されている。ＣＮＴ端子は充電制御トランジスタＱ１のベースに接続されている。ＣＳ端子は逆流防止用ダイオードＤｉのカソードと充電電流センス抵抗器Ｒ１との間に接続されている。ＢＡＴ端子は、充電電流センス抵抗器Ｒ１と電池接続端子５３との間に接続されている。ＧＮＤ端子はアダプタ接続端子５２と電池接続端子５４との間に接続されている。
【００３９】
充電制御回路４０の主な機能は、定電流充電機能（電流検出機能を含む）、定電圧充電機能、および一次側過電圧検出機能である。このため、充電制御回路４０は、定電流充電機能を司る定電流制御回路４１と、定電圧充電機能を司る定電圧制御回路４２と、一次側過電圧検出機能を司る一次側過電圧検出回路４３とを有している。
【００４０】
定電流制御回路４１は、充電電流センス抵抗器Ｒ１の両端の電位差を一定に保つ様に（即ち、抵抗器Ｒ１に流れる電流を一定に保つ様に）、定電圧制御回路に含まれるＮＰＮ形バイポーラトランジスタＱ３を制御することにより充電制御トランジスタＱ１を制御し、二次電池７０を定電流で充電するための回路である。この定電流制御回路４１の働きにより、充電電流は、所定の定電流制御電流以下に制限される。
【００４１】
定電圧制御回路４２は、二次電池７０の電池電圧Ｖｃｃ（ｂａ）を検出し、この電池電圧Ｖｃｃ（ｂａ）が所定の電圧（後述するレギュレータ電圧Ｖｃｈ、定電圧制御電圧ともいう。）以上とならない様に、充電制御トランジスタＱ１を制御し、二次電池７０を充電するための回路である。この定電圧制御回路の働きにより、電池電圧は、定電圧制御電圧以下に制限される。なお、本実施の形態における定電圧制御は、後述するように定電圧制御電圧が変化するので、厳密な意味では、定電圧制御ではないが、ここでは、説明の便宜上、電池電圧をある電圧に一致させるように充電制御を行うことを定電圧制御ということにする。
【００４２】
定電流制御回路４１と定電圧制御回路４２との相互作用により、電池電圧が定電圧制御電圧よりも低い場合は、定電流充電が行われ、電池電圧が基準定電圧制御電圧に一致すると定電圧充電が行われる。
【００４３】
一次側過電圧検出回路４３は、定電圧制御回路４２にレギュレータ電圧Ｖｃｈを供給するとともに、一次側電圧Ｖｃｃ（ａｄ）が過電圧以上となった場合に、定電圧制御回路４２へのレギュレータ電圧Ｖｃｈの供給を停止して、パワートランジスタＱ１をオフにして、充電停止するための回路である。
【００４４】
詳述すると、定電流制御回路４１は、ＢＡＴ端子とＣＳ端子とに接続されたセンスアンプＡ１と、互いに直列接続され、後述するツェナー電圧Ｖｚを分圧して定電流充電制御電圧Ｖｃｌを発生させる定電流充電制御電圧発生回路と、この定電流充電制御電圧ＶｃｌとセンスアンプＡ１の出力とを比較するＣＣアンプＡ２と、ＣＣアンプＡ２の出力によってオン／オフ制御されるＮＰＮ形バイポーラトランジスタＱ２とを有している。センスアンプＡ１の出力端子は、後述する一次側過電圧検出回路のミラー回路ＭＣにも接続されている。ＮＰＮ形バイポーラトランジスタＱ２のコレクタは、後述のＮＰＮ形バイポーラトランジスタＱ３のベースに接続され、エミッタは接地されている。ＣＣアンプＡ２の出力端子は、ＮＰＮ形バイポーラトランジスタＱ２ベースに接続されている。
【００４５】
定電圧制御回路４２は、ＢＡＴ端子からのバッテリ電圧Ｖｃｃ（ｂａ）と一次側過電圧検出回路４３から出力されるレギュレータ電圧Ｖｃｈとを比較するエラーアンプＡ３と、このエラーアンプＡ３の出力によってオン／オフ制御されるＮＰＮ形バイポーラトランジスタＱ３とを有する。ＮＰＮ形バイポーラトランジスタＱ３のベースはエラーアンプＡ３の出力に接続され、エミッタは接地され、コレクタはＣＮＴ端子に接続されている。
【００４６】
一次側過電圧検出回路４３は、ツェナー電圧Ｖｚを発生するツェナーダイオードＺＤと、ツェナーダイオードＺＤのカソードとＶＣＣ端子との間に接続された定電流源ＣＩと、ツェナー電圧Ｖｚが供給され、上述したレギュレータ電圧Ｖｃｈを生成するレギュレータ回路とを有する。
【００４７】
レギュレータ回路は、レギュレータアンプＡ４と、互いに直列接続された抵抗器Ｒ５，Ｒ６と、抵抗器Ｒ５とＲ６との接続点に接続されたミラー回路ＭＣとから構成される。レギュレータアンプＡ４の非反転入力端子は、ツェナーダイオードＺＤのカソードが接続され、反転入力端子は、互いに直列接続された抵抗器Ｒ５，Ｒ６の接続点が接続されている。レギュレータアンプＡ４の出力端子は、互いに直列接続された抵抗器Ｒ５、Ｒ６を介して接地されている。
【００４８】
ミラー回路ＭＣは、一対のＮＰＮ形バイポーラトランジスタ及び抵抗器からなる。抵抗器の一端は、センスアンプＡ１の出力端子に接続され、他端は一対のＮＰＮ形バイポーラトランジスタの一方のコレクタに接続されている。また抵抗器の他端は、一対のＮＰＮ形バイポーラトランジスタの双方のベースに共通に接続されている。一対のＮＰＮ形バイポーラトランジスタの他方のコレクタが、抵抗器Ｒ５，Ｒ６の接続点（レギュラーアンプＡ４の反転入力端子）に接続され、双方のエミッタが共に接地されている。このミラー回路ＭＣは、抵抗器Ｒ６に並列接続された可変抵抗器として働き、センスアンプＡ１とともにレギュレータ電圧Ｖｃｈを変更する定電圧制御電圧変更部として働く。
【００４９】
レギュレータ回路は、この構成で、定電流制御回路４１のセンスアンプＡ１の出力に応じて（充電電流の減少に伴って）Ｖｃｈ１からＶｃｈ２まで変化するレギュレータ電圧Ｖｃｈを発生する。ここで、レギュレータ電圧Ｖｃｈ２は、満充電電圧（従来の充電制御装置における定電圧制御電圧）に相当し、例えば４．２Ｖ（リチウムイオン電池の場合）である。また、レギュレータ電圧Ｖｃｈ１は、満充電電圧よりも、例えば数十ｍＶだけ高い所定の電圧である。
【００５０】
次に、図４に加えて図５をも参照して、充電制御装置５０の動作について説明する。なお、図２（Ａ）及び（Ｂ）は、充電制御装置５０を用いて二次電池を充電したときの充電開始から充電完了までの（Ａ）バッテリ電圧Ｖｃｃ（ｂａ）の時間変化、及び（Ｂ）充電電流Ｉｃの時間変化をそれぞれ示している。
【００５１】
充電開始時には、二次電池７０の電池電圧Ｖｃｃ（ｂａ）が、レギュレータ電圧Ｖｃｈよりも低いので、エラーアンプＡ３がＮＰＮ形バイポーラトランジスタＱ３をオンさせる。これにより、充電制御トランジスタＱ１がオンし、二次電池７０への充電が開始される。
【００５２】
二次電池の電池電圧Ｖｃｃ（ｂａ）が、レギュレータ電圧Ｖｃｈ１に達するまで、定電流制御回路４１は、ＣＳ端子−ＢＡＴ端子間の電圧が、定電流充電制御電圧Ｖｃｌと等しくなるように、ＮＰＮ形バイポーラトランジスタＱ３を介してＣＯＮＴ端子を制御する。これにより、図５（Ｂ）の左側に示されるように、充電電流Ｉｃが一定となるよう制御される（定電流充電）。なお、この定電流充電により、二次電池７０は、満充電状態の約９０％の状態にまで充電される。
【００５３】
定電流充電が行われている間、センスアンプＡ１は、実質的に一定の電圧を出力する。この出力電圧は、ミラー回路ＭＣに供給され、レギュレータ電圧ＶｃｈをＶｃｈ１に固定する。
【００５４】
二次電池の電池電圧Ｖｃｃ（ｂａ）が、レギュレータ電圧Ｖｃｈ１に一致すると、エラーアンプＡ３は、ＮＰＮ形バイポーラトランジスタＱ３をオフさせる。これにより、ＢＡＴ端子の電位が低下する。ＢＡＴ端子の電位がレギュレータ電圧Ｖｃｈを下回れば、エラーアンプＡ３は、再びＮＰＮ形バイポーラトランジスタＱ３がオンする。こうして、エラーアンプＡ３は、ＢＡＴ端子の電位、即ち電池電圧Ｖｃｃ（ｂａ）がレギュレータ電圧Ｖｃｈに一致するようにＣＮＴ端子を制御する（定電圧充電）。
【００５５】
その一方で、ＮＰＮ形バイポーラトランジスタＱ３がオフしたときは、ＣＳ端子−ＢＡＴ端子間の電圧差も減少する。その結果、センスアンプＡ１の出力電圧が低下して、レギュレータ電圧Ｖｃｈを低下させる。つまり、この充電制御装置５０の定電圧制御回路４２は、上述したように、電池電圧Ｖｃｃ（ｂａ）がレギュレータ電圧Ｖｃｈに一致するようにＣＮＴ端子を制御するが、その際、充電の進行に伴って、レギュレータ電圧がＶｃｈ１からＶｃｈ２へと次第に変化する。結局、この充電制御装置５０では、二次電池の電池電圧Ｖｃｃ（ｂａ）が、レギュレータ電圧Ｖｃｈ１に一致した後は、充電電流Ｉｃの減少に伴い、レギュレータ電圧Ｖｃｈを連続的にＶｃｈ１からＶｃｈ２へと低下させながら、電池電圧Ｖｃｃ（ｂａ）がその低下させたレギュレータ電圧Ｖｃｈと等しくなるように充電が行われる。
【００５６】
この充電方法によれば、レギュレータ電圧ＶｃｈがＶｃｈ２に一致したとき、二次電池７０は、満充電の約９５％以上となる。従って、レギュレータ電圧ＶｃｈがＶｃｈ２に一致したとき、その充電を完了とすればよい。
【００５７】
以上のように、本実施の形態に係る充電制御回路を用いれば、電池電圧Ｖｃｃ（ｂａ）が、満充電電圧（＝Ｖｃｈ２）よりも高い所定の電圧（Ｖｃｈ１）に達するまでは定電流充電が行われ、その後、定電圧制御電圧を連続的に満充電電圧にまで下げながら、定電圧充電が行われる。これにより、本実施の形態に係る充電制御装置５０は、図５から明らかなように、従来（一点鎖線で示す。）に比べてより短時間で充電を完了することができる。
【００５８】
なお、特開平６−３２５７９４号公報の図２には、電圧Ｖが徐々に減少しているかのようなグラフが描かれているが、２つの定電圧回路をスイッチにより切り換えた場合に、このような電圧の変化は起こり得ない（電圧は急激に低下する）。従って、本実施の形態に係る充電制御回路によれば、この公報に記載された充電制御回路を用いた場合よりも短時間で二次電池の充電が可能である。
【００５９】
次に、図６及び７を参照して本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００６０】
本実施の形態に係る充電制御回路は、図４の充電制御回路４０のミラー回路ＭＣに代えて、図６に示す定電圧制御電圧変更回路を有している。
【００６１】
図６に示す定電圧制御電圧変更回路は、複数の（ここでは３個の）コンパレータＣＯＭＰ１，ＣＯＭＰ２及びＣＯＭＰ３と、これらのコンパレータにそれぞれ対応するＮＰＮ形トランジスタＱ１１，Ｑ１２及びＱ１３と抵抗器Ｒ１１，Ｒ１２及びＲ１３とを有している。
【００６２】
コンパレータＣＯＭＰ１，ＣＯＭＰ２及びＣＯＭＰ３の各々の非反転入力端子には、センスアンプＡ１の出力端子が接続されている。また、これらコンパレータＣＯＭＰ１，ＣＯＭＰ２及びＣＯＭＰ３の反転入力端子には、互いに異なる値の基準電位Ｖ１，Ｖ２及びＶ３が接続されている。ここでは、基準電位が、Ｖ１＞Ｖ２＞Ｖ３となるよう設定されているものとする。
【００６３】
コンパレータＣＯＭＰ１，ＣＯＭＰ２及びＣＯＭＰ３の出力端子は、トランジスタスイッチＱ１１，Ｑ１２及びＱ１３のベースにそれぞれ接続されている。トランジスタＱ１１，Ｑ１２及びＱ１３のコレクタは、それぞれ対応する抵抗器Ｒ１１，Ｒ１２及びＲ１３の一方の端子（高電位側）に接続されている。また、トランジスタＱ１１，Ｑ１２及びＱ１３のエミッタは、接地されている。
【００６４】
抵抗器Ｒ１１，Ｒ１２及びＲ１３は、互いに直列接続されて、抵抗器Ｒ６と接地との間に接続されている。これらの抵抗器Ｒ１１，Ｒ１２及びＲ１３は、トランジスタＱ１１，Ｑ１２及びＱ１３とともに、抵抗器Ｒ６に直列接続された可変抵抗部として働く。
【００６５】
以下、図４、図６及び図７を参照して、図６の回路を含む充電制御回路の動作を説明する。
【００６６】
この充電制御回路を用いた充電は、電池電圧Ｖｃｃ（ｂａ）（即ち、ＢＡＴ端子電圧）がＶｃｈ１に達するまで（図７の時間ｔ１まで）、定電流で行われる。ＢＡＴ端子電圧がＶｃｈ１に達すると、エラーアンプＡ３が、トランジスタＱ３をオフさせ、それによりトランジスタＱ１をオフさせる。その結果、充電電流Ｉｃが減少して、ＣＳ端子とＢＡＴ端子との間の電圧が減少し、センスアンプＡ１の出力電圧が低下する。
【００６７】
センスアンプＡ１の出力電圧が基準電位Ｖ１を下回ると、コンパレータＣＯＭＰ１がトランジスタＱ１１をオフさせる。これにより、レギュレータＡ４の出力電圧は、抵抗器Ｒ５と抵抗器Ｒ６及びＲ１１とによって分圧され、レギュレータＡ４の反転入力端子に供給される。その結果、レギュレータ電圧Ｖｃｈは、Ｖｃｈ１よりも低い値となる。
【００６８】
レギュレータ電圧Ｖｃｈが、Ｖｃｈ１より低くなり、ＢＡＴ端子電位がそれより低くなると（例えば、Ｑ１をオフさせた後、１ｍｓｅｃ程度経過すると）、再び、エラーアンプＡ３は、トランジスタＱ３をオンさせ、トランジスタＱ１をオンさせる。この後、ＢＡＴ端子の電位がレギュレータ電圧Ｖｃｈと等しくなるように、定電圧充電が行われる。
【００６９】
充電の進行に伴って、充電電流Ｉｃが徐々に減少するため、ＣＳ端子とＢＡＴ端子との間の電圧は徐々に低下する。その結果、センスアンプＡ１の出力電圧も徐々に低下する。センスアンプＡ１の出力電圧が、図７の時間ｔ２において基準電位Ｖ２を下回ると、コンパレータＣＯＭＰ２がトランジスタＱ１２をオフさせ、それによって、レギュレータＡ４の出力電圧は、抵抗器Ｒ５と抵抗器Ｒ６，Ｒ１１及びＲ１２とで分圧される。その結果、レギュレータ電圧Ｖｃｈは、上述した電圧より更に低い値となる。そして、この後は、ＢＡＴ端子の電位が、更に低い値となったレギュレータ電圧Ｖｃｈと等しくなるように、定電圧充電が行われる。
【００７０】
センスアンプＡ１の出力電圧がさらに低下し、図７の時間ｔ３において基準電位Ｖ３を下回ると、コンパレータＣＯＭＰ３がトランジスタＱ１３をオフさせ、それにより、レギュレータＡ４の出力電圧は、抵抗器Ｒ５と抵抗器Ｒ６，Ｒ１１，Ｒ１２及びＲ１３で分圧される。その結果、レギュレータ電圧Ｖｃｈは、Ｖｃｈ２に等しくなる。この後、ＢＡＴ端子の電位が、レギュレータ電圧Ｖｃｈと等しくなるように、予め定められた時間だけ、定電圧充電が行われる。
【００７１】
以上のように、本実施の形態では、電池電圧Ｖｃｃ（ｂａ）が、満充電電圧（＝Ｖｃｈ２）よりも高い所定の電圧（Ｖｃｈ１）に達するまでは定電流充電を行い、その後、電池電圧Ｖｃｃが満充電電圧にまで段階的に下がるように、定電圧充電を行うようにしたことで、従来よりも短時間で二次電池を充電することができる。
【００７２】
以上、本発明について、実施の形態に即して説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。例えば、可変抵抗部は、センスアンプの出力に応じて、レギュレータ電圧Ｖｃｈを決定する抵抗分圧器の分圧比を変更するものであれば、どの様な構成でもよい。
【００７３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、電池電圧が、満充電電圧よりも高い所定の電圧に達するまで定電流充電を行い、その後、電池電圧が連続的或いは段階的に満充電電圧まで低下するように定電圧制御電圧を変化させながら、電池電圧が其の変化させた定電圧充電制御電圧に一致するよう充電を行うようにしたことで、二次電池の充電をより短時間で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の、満充電電圧よりも高い電圧まで定電流充電を行う充電制御回路のブロック図である。
【図２】図１の充電制御装置を用いて二次電池を充電した場合の、電池電圧と充電電流の時間変化を示すグラフである。
【図３】本発明が適用される充電制御回路（ＩＣ）のブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る充電制御回路のブロック図である。
【図５】図４の充電制御回路を用いて二次電池を充電した場合の、電池電圧と充電電流の時間変化を示すグラフである。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る充電制御回路に用いられる定電圧制御電圧変更回路の回路図である。
【図７】図６の定電圧制御電圧変更回路を含む充電制御回路を用いて二次電池を充電した場合の、電池電圧と充電電流の時間変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１１ 定電流回路
１２ 第１の定電圧回路
１３ 第２の定電圧回路
１４ 切換スイッチ
１５ 電圧検出回路
１６ 切換回路
１７ 電源
１８ 二次電池
３０ 充電制御回路
４０ 充電制御回路
４１ 定電流制御回路
４２ 定電圧制御回路
４３ 一次側過電圧検出回路
５０ 充電制御装置
６０ ＡＣアダプタ
７０ 二次電池
Ｑ１ 充電制御トランジスタ
Ｄｉ 逆流防止用ダイオード
Ｒ１ 充電電流センス抵抗器
Ａ１ センスアンプ
Ａ３ エラーアンプ
Ｑ３ ＮＰＮ形バイポーラトランジスタ
Ａ４ レギュレータアンプ
Ｒ５，Ｒ６ 抵抗器
ＭＣ ミラー回路
ＣＯＭＰ１，ＣＯＭＰ２，ＣＯＭＰ３ コンパレータ
Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ１３ ＮＰＮ形トランジスタ
Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３ 抵抗器
【発明の属する技術分野】
本発明は、充電制御回路に関し、特に、二次電池を定電流・定電圧充電するための充電制御回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リチウムイオン電池等の二次電池の充電は、定電流・定電圧で行われるのが一般的である。この充電方法によれば、充電開始から二次電池の電圧（電池電圧）が所定の電圧（＝定電圧制御電圧、満充電電圧ともいう。）に達するまでは定電流制御電流による定電流充電が行われ、電池電圧が所定の電圧に達した後は、定電圧制御電圧で定電圧充電が行われる。
【０００３】
このような一般的な定電流・定電圧方法においては、定電流充電は、比較的短時間（例えば、３０分）で終了する（充電率９０％）。ところが、定電圧充電では、定電流充電に要する時間の何倍もの時間（例えば、３時間）を要する（充電率９５％以上）。これは、二次電池が満充電状態に近づくにしたがって二次電池へ流れる充電電流が減少し、充電率を僅かに上昇させるのに長時間を要するようになるからである。また、二次電池の内部抵抗による電圧低下を考慮して、定電圧充電による充電時間が長めに設定されるからである。
【０００４】
従って、一般的な定電流・定電圧充電方法には、二次電池が満充電状態になるまでに長い時間を要するという問題点がある。
【０００５】
この問題点を解決しようと、二次電池の電池電圧が定電圧制御電圧よりも高い所定の電圧に達するまで定電流充電を継続するようにした充電制御装置が既に提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
この提案に係る充電制御装置は、例えば、図１に示すように構成される。即ち、この充電制御装置は、定電流回路１１と、第１の定電圧回路１２と、第２の定電圧回路１３と、定電流回路１１を第１の定電圧回路１２又は第２の定電圧回路１３に選択的に接続するための切換スイッチ１４と、充電される二次電池の電圧を検出する電圧検出回路１５と、電圧検出回路１５が検出した検出電圧に基づいて切換スイッチ１４を切り替え制御する切換回路１６とを備えている。
【０００７】
定電流回路１１は、電源１７から供給される電流を定電流化する。
【０００８】
第１の定電圧回路１２は、二次電池１８の電池電圧が、定電圧制御電圧Ｖｃ（例えば、４．２Ｖ）を超えないように、二次電池１８の充電電流を制限する。
【０００９】
第２の定電圧回路１３は、二次電池１８の電池電圧が、定電圧制御電圧Ｖｃよりも所定の電圧Ｖ１だけ高い所定電圧Ｖｃ′（例えば、４．３５Ｖ）を超えないように充電電流を制限する。
【００１０】
電圧検出回路１５は、二次電池１８の電圧を検出して、検出した値に応じた出力信号を切換回路１６へ供給する。
【００１１】
切換回路１６は、二次電池１８の電池電圧が、所定電圧Ｖｃ′に達するまでは第１の定電圧回路１２を選択し、所定電圧Ｖｃ′に達した後は第２の定電圧部１３を選択するよう切換スイッチ１４を制御する。
【００１２】
以下、この充電制御装置の動作について説明する。
【００１３】
まず、充電制御装置を電源１７に接続し、二次電池１８を接続すると、電圧検出回路１５が、二次電池１８の電池電圧を検出してそれに応じた検出信号を出力する。
【００１４】
切換回路１６は、検出回路１５からの出力信号に基づいて、二次電池１８の電池電圧が所定電圧Ｖｃ′に達したか否が判断し、切換スイッチ１４を制御する。未充電状態又は放電状態の二次電池１８が接続された場合は、第２の定電圧回路１３が、切換スイッチ１４を介して定電流回路１１に接続される。
【００１５】
定電流回路１１は、二次電池１８に定電流を供給する。定電流回路１１に接続された第２の定電圧回路１３は、二次電池１８の電池電圧が所定電圧Ｖｃ′を超えないように二次電池１８の充電電流を制御する。その結果、充電開始から二次電池１８の電池電圧が所定電圧Ｖｃ′に達するまでは、二次電池１８は定電流充電される。
【００１６】
二次電池１８の電池電圧が所定の電圧Ｖｃ′に達すると、切換回路１６は、切換スイッチ１４を制御して、第２の定電圧回路１３に代えて第１の定電圧回路１２を定電流回路１１に接続する。第１の定電圧回路１２は、二次電池１８の電池電圧が定電圧制御電圧Ｖｃとなるように、二次電池１８の充電電流を制限する。これにより、二次電池１８は、定電圧充電される。
【００１７】
図２に、充電開始から満充電に至るまでの、二次電池１８の充電電流Ｉ及び電池電圧Ｖの時間変化を示す。従来の一般的な充電方法では、破線で示すように充電完了までに時間Ｔ′を要していたが、図１の充電制御装置によれば、時間Ｔ（＜Ｔ′）で二次電池の充電完了することができる。
【００１８】
【特許文献１】
特開平６−３２５７９４号公報（要約及び図１）
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の一般的な充電方法には、充電時間が長いという問題点がある。また、この問題点を解決することを目的とする充電制御装置が既に提案されているものの、依然として二次電池の充電に要する時間は長く、さらなる短縮が望まれている。
【００２０】
そこで、本発明はより短い時間でリチウムイオン電池等の二次電池を充電することができる充電制御回路を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、二次電池（７０）の充電を定電流制御電流以下の充電電流で行うための定電流制御回路（４１）と、前記二次電池（７０）の充電を定電流制御電圧以下の充電電圧で行うための定電圧制御回路（４２）とを含み、前記二次電池を定電流・定電圧充電するための充電制御回路において、前記充電電流の大きさに依存する電圧を検出するための電圧検出手段（Ａ１）と、該電圧検出手段（Ａ１）により検出された電圧の大きさに応じて、前記定電圧制御電圧を前記二次電池（７０）の満充電電圧よりも高い第１の電圧から前記満充電電圧に等しい第２の電圧まで変化させる定電圧制御電圧変更手段（ＭＣ又はＣＯＭＰ１〜３，Ｑ１１〜１３及びＲ１１〜１３）とを備えていることを特徴とする充電制御回路が得られる。
【００２２】
具体的には、前記電圧検出手段（Ａ１）は、前記定電流制御回路（４１）に含まれているセンスアンプ（Ａ１）である。
【００２３】
また、上記充電制御回路は、前記定電圧制御電圧を発生するための、抵抗分圧器（Ｒ５，Ｒ６）を含む過電圧検出回路（４３）をさらに備え、前記定電圧制御電圧変更手段（ＭＣ又はＣＯＭＰ１〜３，Ｑ１１〜１３及びＲ１１〜１３）は、前記抵抗分圧器（Ｒ５，Ｒ６）を構成する１対の抵抗器のうちの一方に並行接続又は直列接続され、前記電圧検出手段（Ａ１）により検出された電圧に応じて、前記抵抗分圧器（Ｒ５，Ｒ６）の分圧比を変更する可変抵抗部（ＭＣ又はＱ１１〜１３及びＲ１１〜１３）を含んでいる。
【００２４】
なお、上記括弧内の符号は、本発明の理解を容易にするためのものであって、何ら本発明を限定するものではない。
【００２５】
【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について詳細に説明する。
【００２６】
まず、図３を参照して、本発明が適用される充電制御回路（ＩＣ）について簡単に説明する。
【００２７】
図３に示す充電制御回路３０は、電源（商用電源に接続されるＡＣアダプタ；図示せず）と二次電池（電池モジュール；図示せず）との間に介在する充電制御トランジスタＱ１を制御し、電源から二次電池へ流れる充電電流を制御する。
【００２８】
この充電制御回路３０は、ＶＣＣ端子、ＣＮＴ端子、ＣＳ端子、ＢＡＴ１端子、ＢＡＴ２端子、ＧＮＤ１端子、ＧＮＤ２端子等を持つ。ＶＣＣ端子は、ＡＣアダプタに接続されると共に、充電制御トランジスタＱ１のエミッタに接続されている。ＣＮＴ端子は、抵抗器を介して充電制御トランジスタＱ１のベースに接続されている。ＣＳ端子は、ダイオードＤｉを介して、充電制御トランジスタＱ１のコレクタに接続されるとともに、抵抗器Ｒ１を介してＢ＋端子に接続されている。また、ＢＡＴ１，２端子は、Ｂ＋端子に接続されている。なお、Ｂ＋端子は、二次電池の正極端子に接続され、Ｂ−端子は二次電池の負極端子に接続される。
【００２９】
充電制御回路３０は、定電流制御部及び定電圧制御部をはじめとする複数の制御部、及びその制御に必要な情報を検出する複数の検出部等を含んでいるが、その多くは、本発明に直接関係がないのでその説明を省略する。本発明に関係するのは、電流検出部、定電流制御部、定電圧制御部、一次側過電圧検出部、及び充電制御部（の一部）である。
【００３０】
とにかく、この充電制御回路３０は、電源から二次電池へ流れる電流（充電電流）を制御して、充電開始から二次電池の電池電圧が所定の電圧に達するまでは定電流充電を行い、その後、定電圧充電を行う。
【００３１】
次に、図４を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る充電制御回路について詳細に説明する。
【００３２】
図４に示すように、本実施の形態に係る充電制御回路４０は、充電制御装置５０に用いられる。
【００３３】
充電制御装置５０は、ＡＣアダプタ６０に接続される一対のアダプタ接続端子５１及び５２と、二次電池７０に接続される一対の電池接続端子５３及び５４を有している。そして、充電制御装置５０は、ＡＣアダプタ６０と二次電池（例えば、リチウムイオン電池）７０との間に介在して、ＡＣアダプタ６０から二次電池７０へ充電電流Ｉｃを供給する。充電制御回路４０は、その充電電流Ｉｃを制御する。
【００３４】
詳述すると、充電制御装置５０は、一方のアダプタ接続端子５１と一方の電池接続端子５３との間に、充電制御トランジスタＱ１、逆流防止用ダイオードＤｉ、及び充電電流センス抵抗器Ｒ１を有している。
【００３５】
充電制御トランジスタＱ１は、パワートランジスタであって、ＰＮＰ形バイポーラトランジスタで構成されている。この充電制御トランジスタＱ１は、充電制御スイッチとも呼ばれる。充電制御トランジスタＱ１のエミッタは、ＡＣアダプタの陽極６１に接続されるアダプタ接続端子５１に接続され、コレクタは、逆流防止用ダイオードＤｉのアノードに接続されている。逆流防止用ダイオードＤｉのカソードは、充電電流センス抵抗器Ｒ１の一端に接続されている。充電電流センス抵抗器Ｒ１の他端は、二次電池の陽極７１が接続される電池接続端子５３に接続されている。
【００３６】
一方、ＡＣアダプタ６０の陰極６２が接続されるアダプタ接続端子５２は、二次電池の陰極７２が接続される他方の電池接続端子５４に接続されている。これらアダプタ接続端子５２及び電池接続端子５４はともに接地されている。
【００３７】
充電制御回路４０は、上述したように、図３の充電制御回路３０の一部に相当し、ＶＣＣ端子（電源端子）と、ＣＮＴ端子（制御端子）と、ＣＳ端子と、ＢＡＴ端子と、ＧＮＤ端子とを有している。
【００３８】
ＶＣＣ端子は、アダプタ接続端子５１と充電制御トランジスタＱ１のエミッタとの間に接続されている。ＣＮＴ端子は充電制御トランジスタＱ１のベースに接続されている。ＣＳ端子は逆流防止用ダイオードＤｉのカソードと充電電流センス抵抗器Ｒ１との間に接続されている。ＢＡＴ端子は、充電電流センス抵抗器Ｒ１と電池接続端子５３との間に接続されている。ＧＮＤ端子はアダプタ接続端子５２と電池接続端子５４との間に接続されている。
【００３９】
充電制御回路４０の主な機能は、定電流充電機能（電流検出機能を含む）、定電圧充電機能、および一次側過電圧検出機能である。このため、充電制御回路４０は、定電流充電機能を司る定電流制御回路４１と、定電圧充電機能を司る定電圧制御回路４２と、一次側過電圧検出機能を司る一次側過電圧検出回路４３とを有している。
【００４０】
定電流制御回路４１は、充電電流センス抵抗器Ｒ１の両端の電位差を一定に保つ様に（即ち、抵抗器Ｒ１に流れる電流を一定に保つ様に）、定電圧制御回路に含まれるＮＰＮ形バイポーラトランジスタＱ３を制御することにより充電制御トランジスタＱ１を制御し、二次電池７０を定電流で充電するための回路である。この定電流制御回路４１の働きにより、充電電流は、所定の定電流制御電流以下に制限される。
【００４１】
定電圧制御回路４２は、二次電池７０の電池電圧Ｖｃｃ（ｂａ）を検出し、この電池電圧Ｖｃｃ（ｂａ）が所定の電圧（後述するレギュレータ電圧Ｖｃｈ、定電圧制御電圧ともいう。）以上とならない様に、充電制御トランジスタＱ１を制御し、二次電池７０を充電するための回路である。この定電圧制御回路の働きにより、電池電圧は、定電圧制御電圧以下に制限される。なお、本実施の形態における定電圧制御は、後述するように定電圧制御電圧が変化するので、厳密な意味では、定電圧制御ではないが、ここでは、説明の便宜上、電池電圧をある電圧に一致させるように充電制御を行うことを定電圧制御ということにする。
【００４２】
定電流制御回路４１と定電圧制御回路４２との相互作用により、電池電圧が定電圧制御電圧よりも低い場合は、定電流充電が行われ、電池電圧が基準定電圧制御電圧に一致すると定電圧充電が行われる。
【００４３】
一次側過電圧検出回路４３は、定電圧制御回路４２にレギュレータ電圧Ｖｃｈを供給するとともに、一次側電圧Ｖｃｃ（ａｄ）が過電圧以上となった場合に、定電圧制御回路４２へのレギュレータ電圧Ｖｃｈの供給を停止して、パワートランジスタＱ１をオフにして、充電停止するための回路である。
【００４４】
詳述すると、定電流制御回路４１は、ＢＡＴ端子とＣＳ端子とに接続されたセンスアンプＡ１と、互いに直列接続され、後述するツェナー電圧Ｖｚを分圧して定電流充電制御電圧Ｖｃｌを発生させる定電流充電制御電圧発生回路と、この定電流充電制御電圧ＶｃｌとセンスアンプＡ１の出力とを比較するＣＣアンプＡ２と、ＣＣアンプＡ２の出力によってオン／オフ制御されるＮＰＮ形バイポーラトランジスタＱ２とを有している。センスアンプＡ１の出力端子は、後述する一次側過電圧検出回路のミラー回路ＭＣにも接続されている。ＮＰＮ形バイポーラトランジスタＱ２のコレクタは、後述のＮＰＮ形バイポーラトランジスタＱ３のベースに接続され、エミッタは接地されている。ＣＣアンプＡ２の出力端子は、ＮＰＮ形バイポーラトランジスタＱ２ベースに接続されている。
【００４５】
定電圧制御回路４２は、ＢＡＴ端子からのバッテリ電圧Ｖｃｃ（ｂａ）と一次側過電圧検出回路４３から出力されるレギュレータ電圧Ｖｃｈとを比較するエラーアンプＡ３と、このエラーアンプＡ３の出力によってオン／オフ制御されるＮＰＮ形バイポーラトランジスタＱ３とを有する。ＮＰＮ形バイポーラトランジスタＱ３のベースはエラーアンプＡ３の出力に接続され、エミッタは接地され、コレクタはＣＮＴ端子に接続されている。
【００４６】
一次側過電圧検出回路４３は、ツェナー電圧Ｖｚを発生するツェナーダイオードＺＤと、ツェナーダイオードＺＤのカソードとＶＣＣ端子との間に接続された定電流源ＣＩと、ツェナー電圧Ｖｚが供給され、上述したレギュレータ電圧Ｖｃｈを生成するレギュレータ回路とを有する。
【００４７】
レギュレータ回路は、レギュレータアンプＡ４と、互いに直列接続された抵抗器Ｒ５，Ｒ６と、抵抗器Ｒ５とＲ６との接続点に接続されたミラー回路ＭＣとから構成される。レギュレータアンプＡ４の非反転入力端子は、ツェナーダイオードＺＤのカソードが接続され、反転入力端子は、互いに直列接続された抵抗器Ｒ５，Ｒ６の接続点が接続されている。レギュレータアンプＡ４の出力端子は、互いに直列接続された抵抗器Ｒ５、Ｒ６を介して接地されている。
【００４８】
ミラー回路ＭＣは、一対のＮＰＮ形バイポーラトランジスタ及び抵抗器からなる。抵抗器の一端は、センスアンプＡ１の出力端子に接続され、他端は一対のＮＰＮ形バイポーラトランジスタの一方のコレクタに接続されている。また抵抗器の他端は、一対のＮＰＮ形バイポーラトランジスタの双方のベースに共通に接続されている。一対のＮＰＮ形バイポーラトランジスタの他方のコレクタが、抵抗器Ｒ５，Ｒ６の接続点（レギュラーアンプＡ４の反転入力端子）に接続され、双方のエミッタが共に接地されている。このミラー回路ＭＣは、抵抗器Ｒ６に並列接続された可変抵抗器として働き、センスアンプＡ１とともにレギュレータ電圧Ｖｃｈを変更する定電圧制御電圧変更部として働く。
【００４９】
レギュレータ回路は、この構成で、定電流制御回路４１のセンスアンプＡ１の出力に応じて（充電電流の減少に伴って）Ｖｃｈ１からＶｃｈ２まで変化するレギュレータ電圧Ｖｃｈを発生する。ここで、レギュレータ電圧Ｖｃｈ２は、満充電電圧（従来の充電制御装置における定電圧制御電圧）に相当し、例えば４．２Ｖ（リチウムイオン電池の場合）である。また、レギュレータ電圧Ｖｃｈ１は、満充電電圧よりも、例えば数十ｍＶだけ高い所定の電圧である。
【００５０】
次に、図４に加えて図５をも参照して、充電制御装置５０の動作について説明する。なお、図２（Ａ）及び（Ｂ）は、充電制御装置５０を用いて二次電池を充電したときの充電開始から充電完了までの（Ａ）バッテリ電圧Ｖｃｃ（ｂａ）の時間変化、及び（Ｂ）充電電流Ｉｃの時間変化をそれぞれ示している。
【００５１】
充電開始時には、二次電池７０の電池電圧Ｖｃｃ（ｂａ）が、レギュレータ電圧Ｖｃｈよりも低いので、エラーアンプＡ３がＮＰＮ形バイポーラトランジスタＱ３をオンさせる。これにより、充電制御トランジスタＱ１がオンし、二次電池７０への充電が開始される。
【００５２】
二次電池の電池電圧Ｖｃｃ（ｂａ）が、レギュレータ電圧Ｖｃｈ１に達するまで、定電流制御回路４１は、ＣＳ端子−ＢＡＴ端子間の電圧が、定電流充電制御電圧Ｖｃｌと等しくなるように、ＮＰＮ形バイポーラトランジスタＱ３を介してＣＯＮＴ端子を制御する。これにより、図５（Ｂ）の左側に示されるように、充電電流Ｉｃが一定となるよう制御される（定電流充電）。なお、この定電流充電により、二次電池７０は、満充電状態の約９０％の状態にまで充電される。
【００５３】
定電流充電が行われている間、センスアンプＡ１は、実質的に一定の電圧を出力する。この出力電圧は、ミラー回路ＭＣに供給され、レギュレータ電圧ＶｃｈをＶｃｈ１に固定する。
【００５４】
二次電池の電池電圧Ｖｃｃ（ｂａ）が、レギュレータ電圧Ｖｃｈ１に一致すると、エラーアンプＡ３は、ＮＰＮ形バイポーラトランジスタＱ３をオフさせる。これにより、ＢＡＴ端子の電位が低下する。ＢＡＴ端子の電位がレギュレータ電圧Ｖｃｈを下回れば、エラーアンプＡ３は、再びＮＰＮ形バイポーラトランジスタＱ３がオンする。こうして、エラーアンプＡ３は、ＢＡＴ端子の電位、即ち電池電圧Ｖｃｃ（ｂａ）がレギュレータ電圧Ｖｃｈに一致するようにＣＮＴ端子を制御する（定電圧充電）。
【００５５】
その一方で、ＮＰＮ形バイポーラトランジスタＱ３がオフしたときは、ＣＳ端子−ＢＡＴ端子間の電圧差も減少する。その結果、センスアンプＡ１の出力電圧が低下して、レギュレータ電圧Ｖｃｈを低下させる。つまり、この充電制御装置５０の定電圧制御回路４２は、上述したように、電池電圧Ｖｃｃ（ｂａ）がレギュレータ電圧Ｖｃｈに一致するようにＣＮＴ端子を制御するが、その際、充電の進行に伴って、レギュレータ電圧がＶｃｈ１からＶｃｈ２へと次第に変化する。結局、この充電制御装置５０では、二次電池の電池電圧Ｖｃｃ（ｂａ）が、レギュレータ電圧Ｖｃｈ１に一致した後は、充電電流Ｉｃの減少に伴い、レギュレータ電圧Ｖｃｈを連続的にＶｃｈ１からＶｃｈ２へと低下させながら、電池電圧Ｖｃｃ（ｂａ）がその低下させたレギュレータ電圧Ｖｃｈと等しくなるように充電が行われる。
【００５６】
この充電方法によれば、レギュレータ電圧ＶｃｈがＶｃｈ２に一致したとき、二次電池７０は、満充電の約９５％以上となる。従って、レギュレータ電圧ＶｃｈがＶｃｈ２に一致したとき、その充電を完了とすればよい。
【００５７】
以上のように、本実施の形態に係る充電制御回路を用いれば、電池電圧Ｖｃｃ（ｂａ）が、満充電電圧（＝Ｖｃｈ２）よりも高い所定の電圧（Ｖｃｈ１）に達するまでは定電流充電が行われ、その後、定電圧制御電圧を連続的に満充電電圧にまで下げながら、定電圧充電が行われる。これにより、本実施の形態に係る充電制御装置５０は、図５から明らかなように、従来（一点鎖線で示す。）に比べてより短時間で充電を完了することができる。
【００５８】
なお、特開平６−３２５７９４号公報の図２には、電圧Ｖが徐々に減少しているかのようなグラフが描かれているが、２つの定電圧回路をスイッチにより切り換えた場合に、このような電圧の変化は起こり得ない（電圧は急激に低下する）。従って、本実施の形態に係る充電制御回路によれば、この公報に記載された充電制御回路を用いた場合よりも短時間で二次電池の充電が可能である。
【００５９】
次に、図６及び７を参照して本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００６０】
本実施の形態に係る充電制御回路は、図４の充電制御回路４０のミラー回路ＭＣに代えて、図６に示す定電圧制御電圧変更回路を有している。
【００６１】
図６に示す定電圧制御電圧変更回路は、複数の（ここでは３個の）コンパレータＣＯＭＰ１，ＣＯＭＰ２及びＣＯＭＰ３と、これらのコンパレータにそれぞれ対応するＮＰＮ形トランジスタＱ１１，Ｑ１２及びＱ１３と抵抗器Ｒ１１，Ｒ１２及びＲ１３とを有している。
【００６２】
コンパレータＣＯＭＰ１，ＣＯＭＰ２及びＣＯＭＰ３の各々の非反転入力端子には、センスアンプＡ１の出力端子が接続されている。また、これらコンパレータＣＯＭＰ１，ＣＯＭＰ２及びＣＯＭＰ３の反転入力端子には、互いに異なる値の基準電位Ｖ１，Ｖ２及びＶ３が接続されている。ここでは、基準電位が、Ｖ１＞Ｖ２＞Ｖ３となるよう設定されているものとする。
【００６３】
コンパレータＣＯＭＰ１，ＣＯＭＰ２及びＣＯＭＰ３の出力端子は、トランジスタスイッチＱ１１，Ｑ１２及びＱ１３のベースにそれぞれ接続されている。トランジスタＱ１１，Ｑ１２及びＱ１３のコレクタは、それぞれ対応する抵抗器Ｒ１１，Ｒ１２及びＲ１３の一方の端子（高電位側）に接続されている。また、トランジスタＱ１１，Ｑ１２及びＱ１３のエミッタは、接地されている。
【００６４】
抵抗器Ｒ１１，Ｒ１２及びＲ１３は、互いに直列接続されて、抵抗器Ｒ６と接地との間に接続されている。これらの抵抗器Ｒ１１，Ｒ１２及びＲ１３は、トランジスタＱ１１，Ｑ１２及びＱ１３とともに、抵抗器Ｒ６に直列接続された可変抵抗部として働く。
【００６５】
以下、図４、図６及び図７を参照して、図６の回路を含む充電制御回路の動作を説明する。
【００６６】
この充電制御回路を用いた充電は、電池電圧Ｖｃｃ（ｂａ）（即ち、ＢＡＴ端子電圧）がＶｃｈ１に達するまで（図７の時間ｔ１まで）、定電流で行われる。ＢＡＴ端子電圧がＶｃｈ１に達すると、エラーアンプＡ３が、トランジスタＱ３をオフさせ、それによりトランジスタＱ１をオフさせる。その結果、充電電流Ｉｃが減少して、ＣＳ端子とＢＡＴ端子との間の電圧が減少し、センスアンプＡ１の出力電圧が低下する。
【００６７】
センスアンプＡ１の出力電圧が基準電位Ｖ１を下回ると、コンパレータＣＯＭＰ１がトランジスタＱ１１をオフさせる。これにより、レギュレータＡ４の出力電圧は、抵抗器Ｒ５と抵抗器Ｒ６及びＲ１１とによって分圧され、レギュレータＡ４の反転入力端子に供給される。その結果、レギュレータ電圧Ｖｃｈは、Ｖｃｈ１よりも低い値となる。
【００６８】
レギュレータ電圧Ｖｃｈが、Ｖｃｈ１より低くなり、ＢＡＴ端子電位がそれより低くなると（例えば、Ｑ１をオフさせた後、１ｍｓｅｃ程度経過すると）、再び、エラーアンプＡ３は、トランジスタＱ３をオンさせ、トランジスタＱ１をオンさせる。この後、ＢＡＴ端子の電位がレギュレータ電圧Ｖｃｈと等しくなるように、定電圧充電が行われる。
【００６９】
充電の進行に伴って、充電電流Ｉｃが徐々に減少するため、ＣＳ端子とＢＡＴ端子との間の電圧は徐々に低下する。その結果、センスアンプＡ１の出力電圧も徐々に低下する。センスアンプＡ１の出力電圧が、図７の時間ｔ２において基準電位Ｖ２を下回ると、コンパレータＣＯＭＰ２がトランジスタＱ１２をオフさせ、それによって、レギュレータＡ４の出力電圧は、抵抗器Ｒ５と抵抗器Ｒ６，Ｒ１１及びＲ１２とで分圧される。その結果、レギュレータ電圧Ｖｃｈは、上述した電圧より更に低い値となる。そして、この後は、ＢＡＴ端子の電位が、更に低い値となったレギュレータ電圧Ｖｃｈと等しくなるように、定電圧充電が行われる。
【００７０】
センスアンプＡ１の出力電圧がさらに低下し、図７の時間ｔ３において基準電位Ｖ３を下回ると、コンパレータＣＯＭＰ３がトランジスタＱ１３をオフさせ、それにより、レギュレータＡ４の出力電圧は、抵抗器Ｒ５と抵抗器Ｒ６，Ｒ１１，Ｒ１２及びＲ１３で分圧される。その結果、レギュレータ電圧Ｖｃｈは、Ｖｃｈ２に等しくなる。この後、ＢＡＴ端子の電位が、レギュレータ電圧Ｖｃｈと等しくなるように、予め定められた時間だけ、定電圧充電が行われる。
【００７１】
以上のように、本実施の形態では、電池電圧Ｖｃｃ（ｂａ）が、満充電電圧（＝Ｖｃｈ２）よりも高い所定の電圧（Ｖｃｈ１）に達するまでは定電流充電を行い、その後、電池電圧Ｖｃｃが満充電電圧にまで段階的に下がるように、定電圧充電を行うようにしたことで、従来よりも短時間で二次電池を充電することができる。
【００７２】
以上、本発明について、実施の形態に即して説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。例えば、可変抵抗部は、センスアンプの出力に応じて、レギュレータ電圧Ｖｃｈを決定する抵抗分圧器の分圧比を変更するものであれば、どの様な構成でもよい。
【００７３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、電池電圧が、満充電電圧よりも高い所定の電圧に達するまで定電流充電を行い、その後、電池電圧が連続的或いは段階的に満充電電圧まで低下するように定電圧制御電圧を変化させながら、電池電圧が其の変化させた定電圧充電制御電圧に一致するよう充電を行うようにしたことで、二次電池の充電をより短時間で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の、満充電電圧よりも高い電圧まで定電流充電を行う充電制御回路のブロック図である。
【図２】図１の充電制御装置を用いて二次電池を充電した場合の、電池電圧と充電電流の時間変化を示すグラフである。
【図３】本発明が適用される充電制御回路（ＩＣ）のブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る充電制御回路のブロック図である。
【図５】図４の充電制御回路を用いて二次電池を充電した場合の、電池電圧と充電電流の時間変化を示すグラフである。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る充電制御回路に用いられる定電圧制御電圧変更回路の回路図である。
【図７】図６の定電圧制御電圧変更回路を含む充電制御回路を用いて二次電池を充電した場合の、電池電圧と充電電流の時間変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１１ 定電流回路
１２ 第１の定電圧回路
１３ 第２の定電圧回路
１４ 切換スイッチ
１５ 電圧検出回路
１６ 切換回路
１７ 電源
１８ 二次電池
３０ 充電制御回路
４０ 充電制御回路
４１ 定電流制御回路
４２ 定電圧制御回路
４３ 一次側過電圧検出回路
５０ 充電制御装置
６０ ＡＣアダプタ
７０ 二次電池
Ｑ１ 充電制御トランジスタ
Ｄｉ 逆流防止用ダイオード
Ｒ１ 充電電流センス抵抗器
Ａ１ センスアンプ
Ａ３ エラーアンプ
Ｑ３ ＮＰＮ形バイポーラトランジスタ
Ａ４ レギュレータアンプ
Ｒ５，Ｒ６ 抵抗器
ＭＣ ミラー回路
ＣＯＭＰ１，ＣＯＭＰ２，ＣＯＭＰ３ コンパレータ
Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ１３ ＮＰＮ形トランジスタ
Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３ 抵抗器
Claims (6)
- 二次電池の充電を定電流制御電流以下の充電電流で行うための定電流制御回路と、前記二次電池の充電を定電圧制御電圧以下の充電電圧で行うための定電圧制御回路とを含み、前記二次電池を定電流・定電圧充電するための充電制御回路において、
前記充電電流の大きさに依存する電圧を検出するための電圧検出手段と、
該電圧検出手段により検出された電圧の大きさに応じて、前記定電圧制御電圧を前記二次電池の満充電電圧よりも高い第１の電圧から前記満充電電圧に等しい第２の電圧まで変化させる定電圧制御電圧変更手段と、
を備えていることを特徴とする充電制御回路。 - 請求項１に記載の充電制御回路において、
前記電圧検出手段により検出された電圧が所定値に等しいとき、前記定電圧制御電圧変更手段が、前記定電圧制御電圧を前記第１の電圧とし、前記電圧検出手段により検出された電圧が前記所定値よりも低いとき、前記定電圧制御電圧変更手段が、前記定電圧制御電圧を当該検出された電圧に応じた値に変更するようにしたことを特徴とする充電制御回路。 - 請求項２に記載の充電制御回路において、
前記定電圧制御電圧変更手段が、前記電圧検出手段により検出された電圧の減少に伴い、前記定電圧制御電圧を前記第１の電圧から前記第２の電圧へ連続的に変化させるようにしたことを特徴とする充電制御回路。 - 請求項２に記載の充電制御回路において、
前記定電圧制御電圧変更手段が、前記電圧検出手段により検出された電圧の減少に伴い、前記定電圧制御電圧を前記第１の電圧から前記第２の電圧へ段階的に変化させるようにしたことを特徴とする充電制御回路。 - 請求項１乃至４に記載の充電制御回路において、
前記電圧検出手段が、前記定電流制御回路に含まれているセンスアンプであることを特徴とする充電制御回路。 - 請求項１乃至５に記載の充電制御回路において、
前記定電圧制御電圧を発生するための、抵抗分圧器を含む過電圧検出回路をさらに備え、
前記定電圧制御電圧変更手段が、前記抵抗分圧器を構成する１対の抵抗器のうちの一方に並行接続又は直列接続され、前記電圧検出手段により検出された電圧に応じて、前記抵抗分圧器の分圧比を変更する可変抵抗部を含むことを特徴とする充電制御回路。
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-
2003
- 2003-03-07 JP JP2003061638A patent/JP2004274874A/ja active Pending
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