JP2007166825A - 充電用電源、充電用電源及び充電回路部 - Google Patents

Abstract

【課題】充電条件が異なる電池を充電することができる共通の充電用電源を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の充電用電源は、交流を直流に変換する整流回路８と、該整流回路８の直流を高周波のパルス波に変換するスイッチング部９と、パルス波を所定の電圧に変換する変換トランス１１と、該変換トランス１１からの電力を出力する第１出力端子Ｐ１＋、Ｐ１−と、前記スイッチング部９を制御して直流出力を制御するＰＷＭ制御回路１３と、ＰＷＭ制御回路１３に制御信号を入力する制御端子ＰＣ＋、ＰＣ−を備えることを特徴とする。また、前記制御端子からの前記制御信号により、フォトカプラを動作させ、該フォトカプラの出力を制御信号として、前記ＰＷＭ制御回路１３に入力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、充電用電源、充電用電源及び充電回路部に、関する。

以下の特許文献には、リチウムイオン電池を充電する充電器（充電用電源、充電回路部を備える充 電器）の開示がある。この公報の図４、図５に開示されるように、交流を直流に変換する整流回路８ 、整流回路８の直流を高周波のパルス波に変換するスイッチング部９、パルス波を所定の電圧に変換 する変換トランス１１と、スイッチング部９を制御して直流出力を制御するＰＷＭ制御回路１３と、 ＰＷＭ制御回路１３に、制御信号を入力するフォトカプラ１７とを備えている。

そして、定電流充電回路６を利用して、充電電流が所定値を超えると、フォトカプラ１７を非導通 状態とし、これを制御信号として、ＰＷＭ制御回路１３はトランジスター１０を制御して出力を低く 制御して、電池の充電電流を少なくする。したがって、定電流充電回路６は、電池の充電電流が設定 値Ｉ1よりも大きくなるのを防止して、定電流充電する。

また、定電圧充電回路５を利用して、充電電圧が所定値を超えると、フォトカプラ１７を非導通状 態とし、これを制御信号として、ＰＷＭ制御回路１３はトランジスター１０を制御して出力を低く制 御して、電池の充電電圧を少なくする。
特開平８−２０５４１８号公報

この充電用電源、充電回路部にて、別のリチウムイオン電池（例えば、定格の充電電流が異なる電池）を充電することはできず、この別のリチウムイオン電池を充電するには、専用の充電器が必要となる。 また、Ni-Cd電池、Ni水素電池を定電流で充電するときも、充電電流が異なる等の理由により、専用の充電器が必要となる。

本発明は、このような欠点を解決するためになされたものであり、充電条件が異なる電池を充電することができる共通の充電用電源を提供することを目的とする。

本発明の充電用電源は、交流を直流に変換する整流回路８と、該整流回路８の直流を高周波のパル ス波に変換するスイッチング部９と、パルス波を所定の電圧に変換する変換トランス１１と、該変換 トランス１１からの電力を出力する第１出力端子Ｐ１＋、Ｐ１−と、前記スイッチング部９を制御し て直流出力を制御するＰＷＭ制御回路１３と、ＰＷＭ制御回路１３に制御信号を入力する制御端子Ｐ Ｃ＋、ＰＣ−を備えることを特徴とする。また、前記制御端子からの前記制御信号により、フォトカ プラを動作させ、該フォトカプラの出力を制御信号として、前記ＰＷＭ制御回路１３に入力する。

本発明の充電回路部においては、前記充電用電源に着脱自在に接続されて、前記第１出力端子Ｐ１ ＋、Ｐ１−に電気接続される第１入力端子Ｉ１＋、Ｉ１−を備える充電回路部とを備え、該充電回路 部は、２次電池を充電するための定電流充電回路６を備え、充電電流が定電流となるように制御信号 を、前記制御端子ＰＣ＋、ＰＣ−を介して、前記ＰＷＭ制御回路１３に入力する。

または、本発明の充電回路部においては、前記充電用電源に着脱自在に接続されて、前記第１出力 端子Ｐ１＋、Ｐ１−に電気接続される第１入力端子Ｉ１＋、Ｉ１−を備える充電回路部とを備え、前 記充電回路部は、２次電池を充電するための定電圧充電回路５を備え、充電電圧が定電圧となるよう に制御信号を、前記制御端子ＰＣ＋、ＰＣ−を介して、前記ＰＷＭ制御回路１３に入力することを特 徴とする。
を特徴とする。

本発明においては、充電用電源は上記の構成であり、充電回路部は、定電流又は定電圧の制御信号を、制御端子を介してＰＷＭ制御回路に入力することで所望の制御を行っている。よって、電池の充電条件に適応した複数の充電回路部に、共通の充電用電源にて電力供給することが可能である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するためのものを例示するものであって、本発明は以下のものに特定しない。
電池を充電する回路図を図１、図２に示す。図１と図２においては、共通の充電用電源Ａを利用し、図１においては、Ni-Cd電池、Ni水素電池を定電流で充電する充電回路部Ｂ１を備え、図２においては、リチウムイオン電池を、定電流、定電圧にて充電する充電回路部Ｂ２を備えている。共通の充電用電源Ａに、充電回路部Ｂ１、Ｂ２に着脱自在に接続される。ここで、電池は、充電回路部Ｂ１、Ｂ２に着脱自在に設置される。

まず、共通の充電用電源Ａについて説明する。充電用電源Ａは、ＡＣ１００Ｖの商用電源に含まれる雑音を除去する入力フィルター７と、入力された交流を直流に変換する整流回路８と、整流回路８の直流を高周波の脈流のようなパルス波に変換するスイッチング部９であるトランジスター１０と、パルス波を所定の電圧に変換する変換トランス１１と、変換トランス１１の交流出力を整流して平滑な直流に変換する整流平滑回路１２と、スイッチング部９を制御して直流出力を制御するＰＷＭ制御回路１３と、ＰＷＭ制御回路１３に、制御信号を入力するフォトカプラ１７とを備えている。そして、フォトカプラ１７への制御信号を入力する制御端子ＰＣ＋、ＰＣ−を備えている。

整流平滑回路１２からの出力は、第１出力端子Ｐ１＋、Ｐ１−に供給される。また、充電用電源Ａは、第２出力端子Ｐ２＋、Ｐ２−にて、定電圧が出力できるように、整流平滑回路１２の出力側に定電圧回路２１を備えている。このような第２出力端子Ｐ２＋、Ｐ２−からの定電圧出力（約５Ｖ）は、携帯電話等の電源として利用することができる。

一方、図１の充電回路部Ｂ１は、充電用電源Ａに着脱自在に装着され、装着された状態においては、充電用電源Ａの第１出力端子Ｐ１＋、Ｐ１−、制御端子ＰＣ＋、ＰＣ−に対応して、電気接続される第１入力端子Ｉ１＋、Ｉ１−、制御端子ＩＣ＋、ＩＣ−を備えている。

充電用電源Ａのプラス出力側と電池２２との間に接続されている充電制御スイッチ２と、電池電圧と充電電流とを検出して充電制御スイッチ２を制御する演算回路３であるマイクロコンピュータとを備える。

上述のように充電用電源Ａにおいては、入力された交流を所定の電圧に変換して直流に変換しており、充電回路部Ｂ１においては、充電用電源Ａの出力電圧と出力電流とを制御して、電池を定電圧充電、あるいは定電流充電する定電圧充電回路５と定電流充電回路６とを内蔵する。

充電制御スイッチ２は、電池を充電するときにオン、充電を完了するとオフに切り換えられる。充電制御スイッチ２は、演算回路３に制御される。充電制御スイッチ２は、トランジスタやＦＥＴ等の半導体スイッチング素子が最適であるが、リレー等も使用できる。

定電圧充電回路５と定電流充電回路６は作動アンプ５Ａ、６Ａを備える。定電圧充電回路５の作動アンプ５Ａは、＋側入力端子を、電池の供給側に接続している。＋側入力端子は、レギュレータからの電源電圧Ｖｃｃより分圧された基準電圧に接続される。作動アンプ５Ａ、６Ａの出力はダイオード、制御端子ＰＣ−、制御端子ＩＣ−を介して、フォトカプラ１７に接続されている。この回路の定電圧充電回路５は、作動アンプ５Ａの−側入力端子の電圧を、＋側に接続された基準電圧に比較して、作動アンプ５Ａの出力（＝制御信号）を＋-に反転させる。電池の電圧（＝充電用電源Ａの出力電圧）が設定電圧よりも高くなると、−側の電圧が＋側の基準電圧よりも高くなる。そうすると、作動アンプ５Ａの出力（＝制御信号）は−となり、ダイオードは順方向となって電流が流れ、フォトカプラ１７の発光ダイオードは発光する。この状態になると、ＰＷＭ制御回路１３はスイッチング部９であるトランジスター１０を制御して出力を低下させる。

したがって、定電圧充電回路５は、電池の充電電圧が設定電圧よりも大きくなるのを防止している。Ni-Cd電池、Ni水素電池を充電するときは、電池を定電流にて充電し、設定電圧を約２Ｖ／セル程度に設定して、電池電圧が異常等により設定電圧を超えないようにしている。

定電流充電回路６は、作動アンプ６Ａの−側入力端子を電流検出抵抗Ｒに接続し、＋側を基準電源部に接続している。この回路は、電池の充電電流が設定値Ｉ1よりも大きくなると、作動アンプ６Ａの−側入力端子の電圧が＋側の基準電圧より高くなる。この状態で作動アンプ６Ａは制御信号として出力電圧を−とし、ダイオードが順方向としてフォトカプラ１７の発光ダイオードを発光させる。この状態で、ＰＷＭ制御回路１３はトランジスター１０を制御して出力を低く制御して、電池の充電電流を少なくする。したがって、定電流充電回路６は、電池の充電電流が設定値Ｉ1よりも大きくなるのを防止して、定電流充電する。

演算回路３は、図示しないが、電池２２のプラス側電池電圧と充電電流とを検出し、検出した信号を演算処理して、充電制御スイッチ２を制御する。演算回路３は充電をスタートするときに充電制御スイッチ２をオンとし、充電を完了すると充電制御スイッチ２をオフにする。

更に、充電回路部Ｂ１は、外部直流電源より電力を得て、電池２２を充電するために、第２入力端子Ｉ２＋、Ｉ２−を備え、該端子からの電力を入力とする定電圧回路２３を備えている。該定電圧回路２３は、ＤＣ／ＤＣコンバータであって、外部直流電源の電圧を低下させて電池２２プラス側に供給している。また、定電圧回路２３は、電流検出抵抗Ｒの電圧を検出して、定電流を出力する制御も行っている。このような外部直流電源としては、例えば、車用１２Ｖ電源が利用できる。なお、図１の充電回路部Ｂ１において、リチウムイオン電池が充電できるように、定電圧充電回路５の設定電圧を、約４．２Ｖ／セル程度に設定して、定電流充電の後、定電圧充電できるようにすることもできる。

次に、図２にて、リチウムイオン電池２２が充電できる充電回路部Ｂ２について説明する。なお、図１の充電回路部Ｂ１と機能が同じ構成については、同じ符号を付して、説明を省略する。

充電用電源Ａのプラス出力側と電池２２との間に接続されている充電制御スイッチ２と、電池電圧と充電電流とを検出して充電制御スイッチ３２を制御する演算回路３３であるマイクロコンピュータとを備える。

充電回路部Ｂ２においては、定電圧充電回路３５により、電池側に、定電圧を供給している。定電圧充電回路３５は、主に、慣用手段であるシャントレギュレーター(SHG)３５Ｂより構成される。充電用電源Ａの出力電圧は、電池２２側に供給されるが、出力電圧が、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２の分圧として、シャントレギュレーター(SHG)３５ＢのVrefに入力される。そして、シャントレギュレーター(SHG)３５Ｂの出力と、抵抗R1の一端とが、電源回路部Ｂ２の制御端子ＩＣ＋、ＩＣ−、充電用電源Ａの制御端子ＰＣ＋、ＰＣ−を介して、フォトカプラ１７に接続されている。

充電用電源Ａの出力電圧が増加して、分圧電圧が、シャントレギュレーター(SHG)３５ＢのVrefに対して、増加したときは、シャントレギュレーター(SHG)３５Ｂに入る電流を増加し、シャントレギュレーター(SHG)３５Ｂの出力電圧（＝制御信号）は低下する。これにより、フォトカプラ１７の発光ダイオードは発光する。この状態になると、ＰＷＭ制御回路１３はスイッチング部９であるトランジスター１０を制御して出力を低下させ、充電用電源Ａの出力電圧が設定電圧よりも大きくなるのを防止している。よって、定電圧充電回路３５は、充電用電源Ａの出力電圧を一定にする。また、このようなシャントレギュレーター(SHG)３５Ｂを利用した定電圧充電回路３５に代わって、図１の定電圧充電回路５のように作動アンプを利用するものとしても良い。

充電制御スイッチ３２は、電池を充電するときにオン、充電を完了するとオフに切り換えられる。充電制御スイッチ３２は、演算回路３３に制御される。充電制御スイッチ３２は、トランジスタやＦＥＴ等の半導体スイッチング素子が使用できる。

演算回路３３は、電池２２のプラス側と、電流検出抵抗Ｒとに接続されて電池電圧と充電電流とを検出し、検出した信号を演算処理して、充電制御スイッチ２を制御する。演算回路３３は充電をスタートするときに充電制御スイッチ３２をオンとし、充電を完了すると充電制御スイッチ３２をオフにする。

また、演算回路３２は、既に販売されているリチウムイオン電池を充電するために定電流・定電圧電源を供給できるように制御するマイコンであって、充電制御スイッチ３２を高速にてオンオフして、電流測定抵抗Ｒに発生する電圧を検出して、定電流を電池２２に供給することができる。また、演算回路３２は、測定点Vの電圧を検出して、定電圧を電池２２に供給することができる。よって、リチウムイオン電池が充電するときは、このような所定の定電流値の定電流充電の後、定電圧充電している。

更に、充電回路部Ｂ２は、外部直流電源より電力を得て、電池２２を充電するために、第２入力端子Ｉ２＋、Ｉ２−を備え、該端子からの電力を入力できる回路となっている。このような外部直流電源としては、例えば、車用１２Ｖ電源が利用できる。

本発明の一実施例の充電用電源及び充電回路部のブロック図である。 本発明の他の実施例の充電用電源及び充電回路部のブロック図である。

符号の説明

Ａ…充電用電源
Ｂ１、Ｂ２…充電回路部
Ｉ１＋、Ｉ１−…第１入力端子Ｉ１＋、Ｉ１−
Ｐ１＋、Ｐ１−…第１出力端子
ＰＣ＋、ＰＣ−…制御端子
２、３２…充電制御スイッチ
３、３３…演算回路
５…定電圧充電回路
６…定電流充電回路
７…入力フィルター
８…整流回路
９…スイッチング部
１０…トランジスター
１１…変換トランス
１２…整流平滑回路
１３…ＰＷＭ制御回路
１４…切換スイッチ
１７…フォトカプラ
２２…電池

Claims (4)

1. 交流を直流に変換する整流回路(８)と、該整流回路(８)の直流を高周波のパルス波に変換する スイッチング部(９)と、パルス波を所定の電圧に変換する変換トランス(１１)と、該変換トラン ス(１１)からの電力を出力する第１出力端子(Ｐ１＋、Ｐ１−)と、前記スイッチング部(９)を 制御して直流出力を制御するＰＷＭ制御回路(１３)と、該ＰＷＭ制御回路(１３)に制御信号を入 力する制御端子(ＰＣ＋、ＰＣ−)を備えることを特徴とする充電用電源。
2. 前記制御端子からの前記制御信号により、フォトカプラを動作させ、該フォトカプラの出力を制御 信号として、前記ＰＷＭ制御回路(１３)に入力することを特徴とする請求項１の充電用電源。
3. 充電用電源において、交流を直流に変換する整流回路(８)と、該整流回路(８)の直流を高周波 のパルス波に変換するスイッチング部(９)と、パルス波を所定の電圧に変換する変換トランス(１ １)と、該変換トランス(１１)からの電力を出力する第１出力端子(Ｐ１＋、Ｐ１−)と、前記ス イッチング部(９)を制御して直流出力を制御するＰＷＭ制御回路(１３)と、ＰＷＭ制御回路(１ ３)に制御信号を入力する制御端子(ＰＣ＋、ＰＣ−)を備え、
   前記充電用電源に着脱自在に接続されて、前記第１出力端子(Ｐ１＋、Ｐ１−)に電気接続される 第１入力端子(Ｉ１＋、Ｉ１−)を備える充電回路部とを備え、
   該充電回路部は、２次電池を充電するための定電流充電回路(６)を備え、充電電流が定電流とな るように制御信号を、前記制御端子(ＰＣ＋、ＰＣ−)を介して、前記ＰＷＭ制御回路(１３)に入 力することを特徴とする充電用電源及び充電回路部。
4. 充電用電源において、交流を直流に変換する整流回路(８)と、該整流回路(８)の直流を高周波 のパルス波に変換するスイッチング部(９)と、パルス波を所定の電圧に変換する変換トランス(１ １)と、該変換トランス(１１)からの電力を出力する第１出力端子(Ｐ１＋、Ｐ１−)と、前記ス イッチング部(９)を制御して直流出力を制御するＰＷＭ制御回路(１３)と、ＰＷＭ制御回路(１ ３)に制御信号を入力する制御端子(ＰＣ＋、ＰＣ−)を備え、
   前記充電用電源に着脱自在に接続されて、前記第１出力端子(Ｐ１＋、Ｐ１−)に電気接続される 第１入力端子(Ｉ１＋、Ｉ１−)を備える充電回路部とを備え、
   前記充電回路部は、２次電池を充電するための定電圧充電回路(５)を備え、充電電圧が定電圧と なるように制御信号を、前記制御端子(ＰＣ＋、ＰＣ−)を介して、前記ＰＷＭ制御回路(１３)に 入力することを特徴とする充電用電源及び充電回路部。
   
   
   
   
   
   

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