JP2008035674A - 充電用電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ２次電池や充電回路に負担を掛けることなく、必要な範囲で急速充電を行うことの出来る充電用電源装置を提供する。
【解決手段】 負荷抵抗が小さいときに出力電流の大きさが制限される出力特性を有する充電用電源装置である。そして、出力電流の制限される大きさが異なる複数の出力特性でそれぞれ動作する複数の制御モード（例えば通常充電モードと急速充電モード）と、出力端子間に現われる電圧を検出する検出回路とを備え、該検出回路の検出結果に基づいて前記複数の制御モードの１つが選択されて出力動作が行われるように構成する。
【選択図】 図３

Description

この発明は、２次電池の充電器に電源を供給する充電用電源装置に関する。

リチウムイオン電池やニッケル水素電池などの２次電池では所定期間に定電流充電を行うのが一般的である。定電流充電の電流値を規定量の５倍や１０倍と大きくして急速充電を行う技術も実用化されている。

また、現在、例えば携帯電話など２次電池を利用した小型の電子機器では、充電用の電源装置（例えばＡＣアダプタ）に定電流と定電圧の制御回路を組み込む一方、２次電池を内蔵する電子機器側の充電回路には、電流の入力をオンオフするスイッチと、定電圧充電用のレギュレータ回路とを設けて、２次電池の充電を行うものが一般的である。このようなシステムでは、定電流充電の期間には、充電回路の電流スイッチをオンにして、電源装置の電流制御により定電流充電を行うとともに、定電圧充電の期間には、電源装置の定電圧出力を充電回路のレギュレータ回路で所定電圧に降圧して定電圧充電を行う。

また、本願の発明と関連する技術について次のような開示があった。すなわち、特許文献１には、２つの充電用の電源を設けて、充電初期の期間とそれ以外の期間とで切り換えて使用する技術が開示されている。また、特許文献２には、２種類の充電動作を切り換えて２次電池の急速充電を行う技術が開示されている。
特開平１０−２８３３８号公報 特開平１１−１９１９３４号公報

電源装置の電流制御によって定電流モードの充電を行うシステムでは、電源装置の定電流出力を２倍５倍１０倍と大きくすることで、２次電池の急速充電が可能となる。
しかしながら、急速充電は電池電圧がそれに適した電圧であるときには良いが、電池電圧が高い範囲や、電池電圧が極端に低いときには、充電電流を大きくすると２次電池への負担が増すので好ましくない。

また、電池電圧が高くなって定電流モードから定電圧モードに移行する期間に充電電流が大きいままであると、レギュレータ回路のトランジスタが抵抗動作したところに大きな電流が流れることとなって、トランジスタの発熱量が過大になるという問題が発生する。

この発明の目的は、２次電池や充電回路に負担を掛けずに、必要な範囲で急速充電を行うことの出来る充電用電源装置を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、負荷抵抗が小さいときに出力電流の大きさが制限される出力特性を有する充電用電源装置であって、前記出力電流の制限される大きさが異なる複数の出力特性でそれぞれ動作する複数の制御モードと、出力端子間に現われる電圧を検出する検出回路とを備え、該検出回路の検出結果に基づいて前記複数の制御モードの１つが選択されて出力動作が行われることを特徴とする充電用電源装置とした。

このような手段によれば、充電用の電流を電池電圧に応じて適宜な大きさに切り換えて供給することが出来る。それにより、２次電池や充電回路に負担を掛けない範囲で急速充電を行うことが出来る。

具体的には、負荷抵抗が大きいときに出力電圧を２次電池の満充電電圧より高い電圧で維持し、負荷抵抗が小さいときに出力電流を第１制限電流に制限する第１制御モードと、負荷抵抗が大きいときに出力電圧を２次電池の満充電電圧と同等或いは低い電圧に維持し、負荷抵抗が小さいときに出力電流を前記第１制限電流より大きな第２制限電流に制限する第２制御モードとを有する構成とすると良い。

さらに具体的には、前記第１制限電流の大きさは充電対象とされる２次電池の０．５Ｃ〜１．５Ｃ、より好ましくは０．８Ｃ〜１．２Ｃであり、前記第２制限電流の大きさは充電対象とされる２次電池の２Ｃ以上（例えば２Ｃ〜２０Ｃ）、より好ましくは５Ｃ以上（例えば５Ｃ〜２０Ｃ）とすると良い。

そして、２次電池の満充電電圧より低い所定電圧を閾値電圧として、出力端子間に現れる電圧が前記閾値電圧を上回ったときに前記第２制御モードから前記第１制御モードに切り替えるように構成すると良い。
このような構成により、２次電池や充電回路に負担が少なく、充電率が低くて急速充電が望まれるような範囲でのみ急速充電を実行させるように構成することが出来る。

さらに望ましくは、電流出力ゼロの状態から電流出力が開始されたときに前記第１制御モード、或いは、該第１制御モードより制限電流の小さな制御モードで出力動作が開始されるように構成すると良い。

このような手段によれば、出力ゼロの状態から出力が開始されたときに、いきなり急速用の大きな電流が流されることがないので、誤って出力先に大きな負担を掛けてしまうことを回避できる。また、誤って電源装置に別の回路が接続されたり電源装置の出力端子がショートされるなどの誤接続により電流出力が開始される場合もあるので、出力電流の小さな制御モードから開始することで、誤接続時の不具合も小さくすることが出来る。

また、望ましくは、電流出力を一時的に停止させる出力停止回路を備え、該出力停止回路により電流出力を停止させた状態での前記検出回路の検出結果に基づいて前記複数の制御モードの切替制御が行われるように構成すると良い。

このような構成によれば、２次電池の電池電圧に基づく正確な制御モードの切り替えを行うことが出来る。充電電圧は２次電池に至る電流経路上の抵抗成分により値が高く表われ、正確に２次電池の状態（充電率など）を表わさない。したがって、充電を停止したときの電池電圧に基づいて制御モードの切り替えを行うことで、２次電池の状態に応じた正確な切替制御を行うことが出来る。但し、この手段を用いる場合には、充電を停止したときに充電回路側の入力端子に２次電池の電圧が出力される形式の充電回路を用いている場合に限られる。

さらに望ましくは、充電対象とされる２次電池の０．３Ｃ以下である第３制限電流に出力電流が制限される第３制御モードを有し、電流出力ゼロの状態から電流出力が開始されたときに前記第３制御モードで出力動作が開始されるように構成すると良い。

このような手段によれば、出力開始時に先ず小さな電流出力が行われてから、適切な制御モードに切り替えられるので、例えば、急速充電に適さない電圧範囲で大きな電流が出力されてしまうのを回避することが出来る。また、第３制御モードにより、２次電池のプリ充電を行うことも可能となる。

また望ましくは、出力端子に高インピーダンス回路を接続／解除するスイッチ回路を備え、電流出力ゼロの状態から電流出力が開始されたときに前記高インピーダンス回路が接続された状態で出力動作が開始される構成としても良い。
このような構成により、出力端子がショートしたり、対応してない別の回路に接続されるなどの誤接続のときに、不具合を最小にすることが出来る。

さらに望ましくは、出力電圧又は出力電流を検出する第２検出回路と、該第２検出回路により異常な出力電圧又は異常な出力電流が検出された場合に出力動作を停止させる停止回路とを備えると良い。
これにより、規定外の動作が生じたときに出力が停止されて、支障のある状態が長い時間続けられるといった不具合を回避できる。

また、本発明は、上記課題を解決するため、負荷抵抗が小さいときに出力電流の大きさを制限する電流制御が行われる充電用電源装置であって、出力電圧に応じて前記制限される電流値の大きさが段階的に変化する電圧電流特性を有するように構成したものである。

具体的には、出力電圧が２次電池の満充電電圧と同等或いはそれより低い第１電圧を境に、該第１電圧より高い範囲で第１制限電流に出力電流が制限され、該第１電圧より低い範囲で前記第１電流よりも大きな第２制限電流に出力電流が制限される電圧電流特性を有するように構成する。

このような構成であっても、２次電池の充電電流を電池電圧に応じて適宜な電流値に切り換えて供給することができ、２次電池や充電回路に負担を掛けずに急速充電を行うことが出来る。

以上説明したように、本発明に従うと、２次電池の充電電流を電池電圧等に応じて適宜な電流値に切り換えて供給することができ、それにより、２次電池や充電回路に負担が掛からない範囲で急速充電用の大きな充電電流を流すことが出来るという効果がある。

また、充電用電源装置に充電回路を接続した出力開始時において、いきなり大きな電流出力が行われないように構成されているので、例えば、急速充電に適さない電圧範囲で大きな電流が出力されてしまうのを回避できたり、或いは、出力端子がショートしたり充電用電源装置に対応していない別の回路が接続されるなどの誤接続があったときでも、不具合を最小に出来るという効果がある。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１実施形態の充電用電源装置１０とこれが接続される充電回路２０の概略構成を示したブロック図、図２は、これらの内部構成を示したブロック図である。
この実施の形態の充電用電源装置１０は、例えばリチウムイオン電池などの２次電池Ｅ２の充電回路２０に接続されて電源供給を行う充電専用の電源装置である。

リチウムイオン電池では、一般に、満充電電圧（例えば４．２Ｖ）に達するまでは例えば１Ｃ程度の電流で定電流充電を行い、満充電電圧に達した後は、この電圧で定電圧充電を行って、その後、充電電流が非常に小さくなった時点で充電完了とする。ここで、１Ｃとは、２次電池の全容量を１時間で放電させる電流値を示す。また、定電流充電のときを定電流モード、定電圧充電のときを定電圧モードと呼ぶ。

図１や図２に示すように、充電回路２０には、電源装置１０からの電流をそのまま入力するスイッチと、入力を遮断する過電流保護機能と、定電圧モード時に電源電圧を降圧して定電圧出力を行うレギュレータ機能とが備わっている。

すなわち、図２に示すように、電圧検出回路２１ｂにより充電電圧を検出し、この検出電圧を定電圧制御回路２３ｂで基準電圧と比較する。そして、充電電圧が満充電電圧になるまではトランジスタＱ１をオン状態にする。これにより、電源装置１０の出力電流がそのまま２次電池Ｅ２に流れて定電流モードの充電が実現される。また、満充電電圧になったらシリーズレギュレータ用のトランジスタＱ１をリニア制御させて入力電圧を降圧し、充電電圧を一定に保って定電圧モードの充電を行う。また、過電流保護機能として、電流検出回路２１ａの検出電圧を過電流保護回路２３ａで監視して、一定値以上となったらレギュレータ２２の制御回路２２ａに停止信号を出力して、トランジスタＱ１をオフさせる。

充電用電源装置１０は、図１に示すように、電流制御や電圧制御を行って所定の出力特性で出力動作を行うスイッチングコンバータ回路１１と、出力端子に生じる電圧を検出する電圧検出回路１２と、この検出結果に基づいてスイッチングコンバータ回路１１の出力モードを切り替える切替制御回路１３等から構成される。スイッチングコンバータ回路１１には、出力特性が２種類設定され、切替制御回路１３により切り替えられた出力特性で出力動作が行われる。

図２に示すように、具体的には、スイッチングコンバータ回路１１は、出力電流や出力電圧の制御用に２系統の電流および電圧の検出回路１１１ａ，１１１ｂ，１１２ａ，１１２ｂを備え、これらの検出信号を切替回路１１３で切り替えてＳＷコンバータ制御回路１１ａに供給することで、２種類の出力特性を実現可能としている。

図３には、この充電用電源装置１０の出力特性図を、図４には、この充電用電源装置１０による２次電池の充電特性図をそれぞれ示す。
スイッチングコンバータ回路１１は、図３に示すような２種類の出力特性を有している。一つは通常充電モードの出力特性であり、もう一つは急速充電モードの出力特性である。

通常充電モードの出力特性は、出力端子に接続される負荷抵抗が小さいとき（すなわち２次電池の充電率が低くて充電電圧が低いとき）には出力電流が１Ｃ程度（例えば０．８Ｃ〜１．２Ｃ）の電流値に制限され、２次電池の充電率が高くなって出力電圧が高くなってきたら、所定の定電圧出力となる出力特性を有している。定電圧出力の電圧は、満充電電圧での定電圧充電が行えるように、満充電電圧４．２Ｖを超えた電圧に設定されている。

急速充電モードの出力特性は、負荷抵抗が小さいときには出力電流が２Ｃ程度（又は２Ｃ〜２０Ｃ）の電流値に制限され、出力電圧が高くなってきたら満充電電圧４．２Ｖより低い電圧で定電圧出力となる特性を有している。

そして、切替制御回路１３は、出力電圧が切替基準電圧Ａ以上になったときに急速充電モードから通常充電モードの出力特性に切り替え、出力電圧が切替基準電圧Ｂ以下になったときに通常充電モードから急速充電モードの出力特性に切り替えるように構成される。ここで切替基準電圧Ａは、急速充電モードの出力特性の定電圧モードでの出力電圧値より少し低く設定される。

また、ＳＷコンバータ回路１１は、スタートアップ特性として、出力電流がゼロのときには通常電源モードの制御動作で待機されるようになっている。

次に、上記構成の充電用電源装置１０を使用した充電動作について説明する。
図５には、充電用電源装置１０の動作の流れを説明するフローチャートを示す。
電源装置１０に充電回路２０が接続されて出力が開始されると、先ず、通常充電モードの出力特性で出力が開始される（ステップＳ１）。出力開始時には２次電池Ｅ２の充電率に拘わらずに通常充電モードで動作するので、いきなり大きな電流が流れて２次電池Ｅ２や充電回路２０に過度な負担を掛けてしまうという不具合を回避できる。

続いて、電圧検出回路１２により出力電圧が検出されて、切替基準電圧Ｂ以下であることが検出されたら、急速充電モードへ切り替える（ステップＳ３，Ｓ４）。それにより、図４の期間Ｔ１に示すように、２次電池Ｅ２の充電率が低いときに急速用の電流で充電が行われる。

急速充電モードの動作中、さらに出力電圧の検出が行われて（ステップＳ５）、切替基準電圧Ａ又は切替基準電圧Ｂとの比較が行われる（ステップＳ６）。そして。切替基準電圧Ａを超えたら通常充電モードへ切り替える（ステップＳ７）。これにより、図４の期間Ｔ２のように２次電池Ｅ２の充電率が高くなった範囲で通常の充電電流で充電が行われる。

その後、充電電圧が満充電電圧に達したら充電回路２０で定電圧制御が行われて、充電電流が低下する。それに伴って電源装置１０の出力電圧が上昇して満充電電圧以上の定電圧のモードに移行する（図４の期間Ｔ３）。そして、充電電流が小さくなったところで充電が終了される。

以上のように、この実施の形態の充電用電源装置１０によれば、２次電池Ｅ２の充電電流を電池電圧に応じて適宜切り替えて供給することが出来る。それにより、２次電池Ｅ２の充電率が低くて急速充電が望まれる範囲でのみ急速充電を行い、急速充電を行うと２次電池Ｅ２や充電回路２０に過度な負担が掛かる充電率の高い範囲では通常の充電を行うといった制御が可能となる。

また、急速充電モードでの定電圧出力の電圧値が、２次電池Ｅ２の満充電電圧より低く設定されているので、何らかの異常で出力モードの切り替えが行われずに、急速充電モードの動作が連続してしまった場合でも、２次電池Ｅ２の過充電を防止できるという効果がある。

図６には、充電用電源装置１０に適用可能な出力特性のその他の例を示す。
上記実施の形態では、充電用電源装置１０に予め２つの出力特性を設け、それを切り替えて使用する例を示したが、図６の出力特性図に示すように、出力電圧に応じて出力電流の大きさが段階的に変化する電圧電流特性を持たせるようにしても良い。この場合、２次電池Ｅ２の満充電電圧より低いしきい値電圧の前後で、急速充電用の電流値（例えば２Ｃ〜１０Ｃ）と通常充電用の電流値（０．８Ｃ〜１．２Ｃ）とに切り替わるように設定すると良い。

このような出力特性としても、電池電圧に応じて充電電流が２段階に変化して、２次電池Ｅ２や充電回路２０に負担を掛けずに充電動作を行うことが出来るという効果が得られる。

なお、この出力特性においては、急速充電用の出力から通常充電用の出力に遷移する特性線Ｌ１の部分について、出力電流が小さくなるに従って出力電圧が上昇するような僅かな勾配を持たせるようにしても良い。

図７には、充電用電源装置１０に適用可能な出力特性のその他の例を示す。
また、図７に示すように、充電用電源装置１０の出力特性を３個やそれ以上設けておき、これらを電池電圧に応じて適宜切り替えて使用するようにしても良い。この場合、各出力特性は、互いに出力電流の上限が高いものは、出力電圧の上限が低くなるように、電流値と電圧値の制限値を設定するようにすると良い。

このような出力特性としても、電池電圧に応じて充電電流を多段に切り替えて、電池電圧に応じた適切な充電動作を実現することが出来る。

［第２の実施の形態］
図８は、第２実施形態の充電用電源装置１０Ａの概略構成を示すブロック図を示す。
第２実施形態の充電用電源装置１０Ａは、出力モードの切り替えのために検出する電圧を、第１実施形態のように充電用電源装置１０Ａの出力電圧とするのではなく、充電を停止させた状態の２次電池Ｅ２の電池電圧としたものである。

そのため、この充電用電源装置１０Ａには、第１実施形態の構成に加えて、ＳＷコンバータ回路１１の出力を遮断して出力端子をフローティング状態にする充電停止回路１４と、この充電停止回路１４の停止動作と電圧検出回路１２の検出動作とを同期させて所定周期ごとに実行させるタイマ１５とが設けられている。

また、この実施形態では、充電器回路２０は、入力電圧が停止されたときに入力端子に２次電池Ｅ２の電圧が出力される形式のものに制限される。

図９には、充電用電源装置１０Ａによる２次電池の充電特性グラフを示す。
この特性グラフに示すように、充電を停止した２次電池Ｅ２の電池電圧（図９に点線で示す）と、充電用電源装置１０Ａの出力電圧（図９に実線で示す）とはズレが生じる。そのため、２次電池Ｅ２の電池電圧を直接的に検出してそれに合わせた出力特性の切り替えを行った方が、２次電池Ｅ２の実際の状態に即した充電動作の切り替えを行うことが出来る。

［第３の実施の形態］
図１０は、第３実施形態の充電用電源装置１０Ｂの概略構成を示すブロック図、図１１は、この充電用電源装置１０Ｂの出力特性を示すグラフである。
第３実施形態の充電用電源装置１０Ｂは、第１実施形態の構成に加えて、ＳＷコンバータ回路１１Ｂに出力電流が非常に小さくされる小電力出力特性を付加し、充電を開始するスタートアップ時に、初めに小電力出力特性の出力を行って急速充電が可能な電池電圧かを確認するようにしたものである。また、上記の小電力出力特性を用いて、２次電池Ｅ２の電池電圧が非常に低い場合にプリ充電を行うようにしたものである。

小電力出力特性は、図１１に示すように、ほぼ定電流出力となる電流値がプリ充電用の電流値０．１Ｃ（或いは０．０２Ｃ〜０．２Ｃ）に設定され、定電圧出力となる電圧値が満充電電圧以上の電圧に設定されたものである。

切替制御回路１３は、検出電圧と切替基準電圧Ａ，Ｂとを比較して急速充電モードと通常充電モードとを切り替える制御動作に加え、図１２に示すように、検出電圧と切替基準電圧Ｃとを比較して小電力出力モードと急速充電モードとを切り替える制御動作を行うように構成する。

また、電源装置１０に充電器回路２０が接続された充電開始時には、ＳＷコンバータ回路１１Ｂの開始モードは小電力出力モードに固定されるとともに、それから一定時間内に電池電圧の検出が行われて、電池電圧に応じた出力モードの選択が行われるようになっている。

このような制御動作のため、例えば、電圧検出回路１２には、充電開始時を検出してスタート信号を出力する機能を設けるとともに、このスタート信号をタイマ１６に入力して、充電開始時から一定時間後に小電力出力モードの固定状態を解除する信号が切替制御回路１３に出力させるように構成する。

図１２には、充電用電源装置１０Ｂでプリ充電モードから急速充電モードに移行するときの動作を説明する出力グラフを示す。
このような充電用電源装置１０Ｂによれば、２次電池Ｅ２の電池電圧が非常に低い場合には、最初に小電力出力モードによりプリ充電が行われ、電池電圧が急速充電可能な電圧まで復帰したら急速充電に移行するようにされる。

また、既に２次電池Ｅ２の充電率が高い状態から充電を開始するときには、一定時間だけ小電力出力モードで２次電池に電流が流されるとともに、この期間内に電池電圧の検出が行われて、その後、この電池電圧に応じた出力モードに選択に切り替えられるように制御される。

この実施形態の充電用電源装置１０Ｂによれば、電池電圧が非常に低いときにプリ充電を行って急速充電可能な電圧まで２次電池Ｅ２を復帰させることが出来る。また、充電開始時には、プリ充電の電流値で電圧検出を行って、適切な出力モードに切り替えられるので、いきなり急速電流が流れて２次電池Ｅ２や充電回路２０に負担を掛けるといった不都合を回避できるという効果が得られる。

［第４の実施の形態］
図１３には、第４実施形態の充電用電源装置１０Ｃと充電回路２０Ｃのブロック図を示す。
第４実施形態の充電用電源装置１０Ｃは、第３実施形態のように小電力出力モードの出力特性が付加されるとともに、さらに、充電動作の開始時に、初期状態として小電力出力モードの出力が行われるとともに、充電回路２０Ｃの接続を確認した後に、電池電圧に応じた出力モードの切り替えを行って充電動作を開始するようにしたものである。

そのため、この充電用電源装置１０Ｃでは、ＳＷコンバータ１１ｂの出力特性を決定する切替回路１１３の選択状態が、充電開始時に小電力出力モードに固定され、小電力解除信号が入力されるまでこの選択状態を続けるように構成されている。

また、この充電用電源装置１０Ｃには、充電回路２０Ｃが接続されたことを検出・確認する信号検出回路１７が設けられ、この信号検出回路１７が充電回路２０Ｃの接続を確認した場合に、切替回路１１３に小電力解除信号を出力して、これにより、切替回路１１３が切替制御回路１３からの制御信号を受け付けるように構成されている。

信号検出回路１７により充電回路２０Ｃの接続を検出・確認する構成としては、例えば次のような構成を適用することが出来る。

先ず、充電回路２０Ｃの構成として、入力端子間に並列接続型の定電圧回路２４を設け、これが動作したときにスイッチ回路２７をオンさせて２次電池Ｅ２に充電電流を流すとともに、スイッチ回路２７がオンしたときに、並列定電圧回路２４を停止させて通常の充電動作に移行するように構成する。並列定電圧回路２４の停止は、スイッチ回路２７のオン動作を検出してそれにより停止させたり、制御回路２６からスイッチ回路２７をオン動作させたときの信号を供給させてそれにより停止させることが可能である。

一方、電源装置１０Ｃの信号検出回路１７は、上記充電回路２０Ｃの並列定電圧回路２４の動作を示す電圧変化や電流変化を所定パターンと照合して、並列定電圧回路２４の動作を検出可能なように構成する。

次に、図１４のフローチャートを参照しながらこの充電用電源装置１０Ｃのスタートアップ時の動作を説明する。図１４は、充電用電源装置１０Ｃのスタートアップ時の動作の流れを説明するフローチャートである。

この充電用電源装置１０Ｃは、出力端子に何かが接続された場合に、先ず、小電力出力モードで電流出力を開始する（ステップＳ１１）。接続されたのが既定の充電回路２０Ｃであった場合、充電回路２０Ｃの並列定電圧回路２４が動作して、動作信号が電源装置１０Ｃ側に伝送される。

そして、電源装置１０Ｃにおいて信号検出回路１７によりこの信号が検出され（ステップＳ１３）、それと同時に充電回路２０Ｃのスイッチ回路２７がオンされ（ステップＳ１４）、並列定電圧回路２４が停止される（ステップＳ１５）。

さらに、電源装置１０Ｃでは信号検出により小電力出力モードが解除されて出力電圧に応じた出力モードでの電流供給がなされ（ステップＳ１６）、充電回路２０Ｃではこの電流供給を受けて充電動作が行われる（ステップＳ１７）。

このように第４実施形態の充電用電源装置１０Ｃによれば、接続開始時に、小電力出力モードの電流出力が行われ、充電回路２０Ｃの接続であることを確認してから、適切な出力モードの電流出力に切り替えられるので、出力端子がショートされたり、他の無関係な回路に接続されたりした場合に、大きな電流が流れてしまうのを防ぐことが出来るという効果がある。

［第５の実施の形態］
図１５には、第５実施形態の充電用電源装置１０Ｄと充電回路２０Ｄのブロック図を示す。
第５実施形態の充電用電源装置１０Ｄは、第４実施形態のように充電回路２０Ｄの接続を確認してから充電動作を開始させる構成であるが、第４実施形態では接続確認を行うときに小電力出力モードにしていたのを、この実施形態では接続確認を行うときに電源装置１０Ｄの出力を高インピーダンス状態にするように構成したものである。

そのため、この充電用電源装置１０Ｄには、出力端子を高インピーダンス状態にする例えば抵抗素子などの高インピーダンス素子Ｒ１０と、高インピーダンス素子Ｒ１０を出力端子に作用させたりそれを解除するために該素子Ｒ１０と並列接続されたスイッチ回路１８とが設けられている。

そして、電源装置１０Ｄの出力端子の接続が外されたり、電源装置１０Ｄのコンセントが抜かれて電源入力が無くなったしたリセット時に、スイッチ回路１８がオフされて、出力端子が高インピーダンス状態になるように構成されている。

また、信号検出回路１７が充電回路２０Ｄの接続時の信号を検出したときには、切替回路１１３を介してスイッチ回路１８にスイッチオン信号を出力し、出力端子の高インピーダンス状態が解除されるようになっている。

次に、図１６のフローチャートを参照しながらこの充電用電源装置１０Ｄのスタートアップ時の動作を説明する。図１６は、充電用電源装置１０Ｄのスタートアップ時の動作の流れを説明するフローチャートである。

この充電用電源装置１０Ｄは、リセット後の初期状態では、ＳＷコンバータ１１ｂは出力電圧に応じた出力モードで出力動作がなされ（ステップＳ２１）、また、スイッチ回路１８がオフされて出力端子は高インピーダンス状態にされている（ステップＳ２２）。ここで、既定の充電回路２０Ｄが接続されると、先ず、充電回路２０Ｄの並列定電圧回路２４が動作して、この動作信号が電源装置１０Ｄ側に伝送される。

そして、電源装置１０Ｄにおいて信号検出回路１７によりこの信号が検出され（ステップＳ２４）、それと同時に充電回路２０Ｄのスイッチ回路２７がオンされ（ステップＳ２５）、並列定電圧回路２４が停止される（ステップＳ２６）。

さらに、電源装置１０Ｄでは上記の信号検出によりスイッチ回路１８がオンされて高インピーダンス状態が解除されて出力モードに応じた電流供給がなされる（ステップＳ２７）。そして、充電回路２０Ｄではこの電流供給を受けて充電動作が行われる（ステップＳ２８）。

以上のように、この実施形態の充電用電源装置１０Ｄによれば、出力端子に何らかの接続がなされた場合に、出力端子を高インピーダンスの状態にしたまま充電回路２０Ｄの接続を確認し、それが確認されてから高インピーダンス状態を解除して適切な出力モードで電流出力を行うので、出力端子がショートされたり、他の無関係な回路に接続されたりした場合に、大きな電流が流れてしまうのを防ぐことが出来るという効果がある。

なお、この実施形態では、信号検出回路１７により充電回路２０Ｄの接続が確認された場合に、高インピーダンス状態を解除するようにしているが、出力端子に何かが接続されて出力電流が流れ始めてからタイマ等により所定期間の計時を行い、所定期間が経過したら自動的に高インピーダンス状態を解除するように構成しても良い。

このように構成しても、出力端子の一時的なショートや一次的な誤接続が有った場合に、大きな電流が流れるのを防止できるという効果がある。

［第６の実施の形態］
図１７は、第６実施形態の充電用電源装置１０Ｅの概略構成を示すブロック図、図１８は、この充電用電源装置１０Ｅにおける充電動作中の出力特性を示すグラフである。
第６実施形態の充電用電源装置１０Ｅは、第１実施形態の構成に加えて、出力電圧や出力電流が異常値に達したときに出力動作を停止させる保護機能を付加したものである。

すなわち、この充電用電源装置１０Ｅには、図１に示した充電用電源回路（ＳＷコンバータ回路１１，電圧検出回路１２，切替制御回路１３）に加えて、異常な出力電流や出力電圧の検出を行う電圧電流検出回路３１と、この検出電圧や検出電流が異常値を超えた場合に充電用電源回路の動作を停止させる停止制御回路３２とが設けられている。

また、ＬＥＤなどの表示器や該表示機を点滅させる回路３３などを設け、停止制御回路３２の制御により出力動作が停止された場合に、停止制御回路３２からの信号に基づきＬＥＤ等を点滅表示させるようにしても良い。

異常電圧や異常電流の検出は、図１８に示すように、通常の充電動作ではありえない異常電圧のしきい値や異常電流のしきい値を設定し、それを超えた場合に異常検出とするように構成することが出来る。

なお、図１８の例では、出力モードが異なる場合でも異常電圧や異常電流のしきい値を一定としているが、出力モードごとにこのしきい値を変更するようにしても良い。その場合、出力モードの切替状態を切替制御回路１３から停止制御回路３２に通知して、それに応じてしきい値の設定を変更するように構成すれば良い。

この実施形態の充電用電源装置１０Ｅによれば、何らかの異常が生じて出力電圧や出力電流が異常値を示したときに保護機能により出力動作が停止されるので、高い安全性を確保することが出来る。

以上、本発明を実施する最良の形態を説明してきたが、本発明は、上記第１実施形態〜第６実施形態に限られるものではなく、様々な変更が可能である。例えば、上記の実施形態ではリチウムイオン電池の充電用の電源装置として説明してきたが、ニッケル水素電池やその他の２次電池に対しても同様に適用することが出来る。また、各出力特性の電流値や電圧値についても、実施形態に示したものはその一例であり、２次電池の種類やその容量、充電回路の構成等によって適宜選択されるべきものである。

その他、実施の形態で具体的に示した回路構成や動作方式は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

本発明の第１実施形態の充電用電源装置を充電回路に接続したシステムの概略構成を示すブロック図である。 図１の充電用電源装置と充電回路の内部構成を示したブロック図である。 図１の充電用電源装置の出力特性を示すグラフである。 図１の充電用電源装置による２次電池の充電特性を示すグラフである。 図１の充電用電源装置の動作の流れを説明するフローチャートである。 充電用電源装置に適用可能な出力特性のその他の例を示すグラフである。 充電用電源装置に適用可能な出力特性のその他の例を示すグラフである。 第２実施形態の充電用電源装置の概略構成を示すブロック図である。 第２実施形態の充電用電源装置による２次電池の充電特性を示すグラフである。 第３実施形態の充電用電源装置の概略構成を示すブロック図である。 第３実施形態の充電用電源装置の出力特性を示すグラフである。 第３実施形態の充電用電源装置でプリ充電モードから急速充電モードに移行するときの動作を説明する出力グラフである。 第４実施形態の充電用電源装置とこれが接続される充電回路の構成を示すブロック図である。 第４実施形態の充電用電源装置による充電動作の流れを説明するフローチャートである。 第５実施形態の充電用電源装置とこれが接続される充電回路の構成を示すブロック図である。 第５実施形態の充電用電源装置による充電動作の流れを説明するフローチャートである。 第６実施形態の充電用電源装置の概略構成を示すブロック図である。 第６実施形態の充電用電源装置における充電動作中の出力特性を示すグラフである。

符号の説明

１０，１０Ａ〜１０Ｅ 充電用電源装置
１１ ＳＷコンバータ回路
１２ 電圧検出回路
１３ 切替制御回路
１４ 充電停止回路
１５ タイマ
１６ タイマ
１７ 信号検出回路
Ｒ１０ 高インピーダンス素子
１８ スイッチ回路
２０ 充電回路
３１ 電圧電流検出回路
３２ 停止制御回路
３３ ＬＥＤ点滅回路
Ｅ２ ２次電池

Claims (13)

1. 負荷抵抗が小さいときに出力電流の大きさが制限される出力特性を有する充電用電源装置であって、
   前記出力電流の制限される大きさが異なる複数の出力特性でそれぞれ動作する複数の制御モードを備え、
   充電対象の２次電池の充電状態に応じて前記複数の制御モードの１つが選択されて出力動作が行われることを特徴とする充電用電源装置。
2. 出力端子間に現われる電圧を検出する検出回路を備え、
   前記検出回路の検出結果に基づいて前記複数の制御モードの１つが選択されて出力動作が行われることを特徴とする請求項１記載の充電用電源装置。
3. 負荷抵抗が大きいときに出力電圧を２次電池の満充電電圧より高い電圧で維持し、負荷抵抗が小さいときに出力電流を第１制限電流に制限する第１制御モードと、
   負荷抵抗が大きいときに出力電圧を２次電池の満充電電圧と同等或いは低い電圧に維持し、負荷抵抗が小さいときに出力電流を前記第１制限電流より大きな第２制限電流に制限する第２制御モードとを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の充電用電源装置。
4. 前記第１制限電流の大きさは充電対象とされる２次電池の０．８Ｃ〜１．２Ｃであり、
   前記第２制限電流の大きさは充電対象とされる２次電池の２Ｃ以上である、
   ことを特徴とする請求項３記載の充電用電源装置。
5. ２次電池の満充電電圧より低い所定電圧を閾値電圧として、
   出力端子間に現れる電圧が前記閾値電圧を上回ったときに前記第２制御モードから前記第１制御モードに切り替える、
   ことを特徴とする請求項３又は４に記載の充電用電源装置。
6. 電流出力ゼロの状態から電流出力が開始されたときに前記第１制御モード、或いは、該第１制御モードより制限電流の小さな制御モードで出力動作が開始されることを特徴とする請求項３〜５の何れかに記載の充電用電源装置。
7. 電流出力を一時的に停止させる出力停止回路を備え、
   該出力停止回路により電流出力を停止させた状態での前記検出回路の検出結果に基づいて前記複数の制御モードの切替制御が行われることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の充電用電源装置。
8. 充電対象とされる２次電池の０．３Ｃ以下である第３制限電流に出力電流が制限される第３制御モードを有し、
   電流出力ゼロの状態から電流出力が開始されたときに前記第３制御モードで出力動作が開始されることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の充電用電源装置。
9. 出力端子に高インピーダンス回路を接続／解除するスイッチ回路を備え、
   電流出力ゼロの状態から電流出力が開始されたときに前記高インピーダンス回路が接続された状態で出力動作が開始されることを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の充電用電源装置。
10. 出力電圧又は出力電流を検出する第２検出回路と、
    該第２検出回路により異常な出力電圧又は異常な出力電流が検出された場合に出力動作を停止させる停止回路と、
    を備えたことを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の充電用電源装置。
11. 負荷抵抗が小さいときに出力電流の大きさを制限する電流制御が行われる充電用電源装置であって、
    出力電圧に応じて前記制限される電流値の大きさが段階的に変化する電圧電流特性を有していることを特徴とする充電用電源装置。
12. 出力電圧が２次電池の満充電電圧と同等或いはそれより低い第１電圧を境に、
    該第１電圧より高い範囲で第１制限電流に出力電流が制限され、
    該第１電圧より低い範囲で前記第１電流よりも大きな第２制限電流に出力電流が制限されることを特徴とする請求項１１記載の充電用電源装置
13. 前記第１制限電流の大きさは充電対象とされる２次電池の０．８Ｃ〜１．２Ｃであり、
    前記第２制限電流の大きさは充電対象とされる２次電池の２Ｃ以上である、
    ことを特徴とする請求項１２記載の充電用電源装置。

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