JP3707086B2 - Charger - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、充電のためのパラメータを記憶したメモリを一体で備えた被充電電池に対し、上記メモリにアクセスしてパラメータを読み取り、このパラメータに従って充電を行う充電器に係り、特に、装着された被充電電池側の状態や、被充電電池の種別に関わりなく充電するようにした充電装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
二次電池として、従来、Ni−CdやNi−MH等のニッケル系、その他の電池が知られており、さらに近年、電気量を多く取り出し得るリチウム電池が市販されるに至っている。
【0003】
一方、リチウム電池は、その可逆性乃至は長寿命を維持するべく、特に充電時において過充電を防止するべく厳しい条件が要求されており、そのために、リチウム電池のパック内には、充電の際に必要な諸元、すなわち充電のためのパラメータを記憶したROMが内蔵されている。そして、リチウム電池を充電するための充電器は、上記ROM内のパラメータを読み取り、そのパラメータに従って充電制御を行うようになされた専用のものが使用されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、リチウム専用の充電器では、市販されている各種の二次電池に対しては利用できず、汎用性の点で欠けている。一方、例えばニッケル系の電池を充電する充電器ではリチウム電池の充電を行うことは出来ず、同様に有効利用の点で問題がある。
【0005】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、リチウム電池の充電を可能にするとともに、異種の二次電池をも充電し得る、汎用性ある充電装置を提供することを目的とするものである。
【0006】
また、本発明は、リチウム電池の充電に際して、充電のためのパラメータが読み取れない場合にも、充電を可能とする充電装置を提供することを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、充電のためのパラメータを記憶したメモリを一体で備えたリチウム電池である被充電電池に対し、上記メモリにアクセスしてパラメータを読み取り、このパラメータに従って充電を行う充電器において、装着された被充電電池に対して上記メモリへのアクセスを試み、メモリからのパラメータの読み出しが可能か否かを判別する判別手段と、上記判別手段による判別の結果、上記メモリからの読み出しが不可能な場合、上記装着された被充電電池が上記リチウム電池ではないか、又は接触不良により上記パラメータを読み取ることができないものと判断し、リチウム電池の条件とリチウム電池以外の電池の条件とを共に満足する充電のためのパラメータを独自に作成するパラメータ作成手段とを備えたものである(請求項1)。
【0008】
また、上記パラメータ作成手段は、充電のための予備パラメータを内部メモリに予め記憶しておき、上記判別手段による判別の結果、上記メモリからの読み出しが不可能な場合、上記内部メモリの予備パラメータに基づいて上記充電のためのパラメータを作成するようにしたものである(請求項2)。
【0009】
また、上記判別手段は、上記パラメータ作成手段で作成された充電のためのパラメータで充電を行っているとき、上記被充電電池のメモリに対し、パラメータの読み取りができるか否かを周期的にアクセスするようにしたものである(請求項3)。
【0010】
また、上記内部メモリは、上記被充電電池のメモリと同一のデータフォーマットを備えているものである(請求項4)。
【0011】
また、上記充電器は、上記被充電電池を装着してこれを電源とし、該被充電電池の上記メモリにアクセスして内部記憶データの読み取りを行う負荷機器を上記被充電電池とともに装着可能であって、上記負荷機器が装着されたときに、上記メモリへのアクセスタイミングの重複を防止するタイミング制御手段を備えたものである(請求項5)。
【0012】
また、上記タイミング制御手段は、上記負荷機器との間で規定されたアクセスコードを用いてアクセスするようになされており、アクセスする前に、パラメータの読み取るための信号ラインに上記アクセスコードが有るか否かを判別し、アクセスコード有りのときはアクセスしない優先手段を設けたものである(請求項6)。
【0013】
【作用】
請求項1記載の発明によれば、被充電電池が充電装置に装着されると、充電装置側から被充電電池にアクセスして充電のためのパラメータの読み取りを行う。被充電電池がリチウム電池の場合、そのメモリからパラメータが読み出される。そして、この読み出されたパラメータに従って充電制御が行われる。一方、被充電電池がリチウム電池とは異なる異種の電池、例えばニッケル系等の電池の場合には内部にメモリを持っていないため、パラメータを読み取ることができない。また、リチウム電池であっても、接触不良その他の原因によりパラメータの読み取りができない場合があり、これらの場合には、充電装置は予備パラメータを作成する。そして、この予備パラメータで充電制御が行われる。
【0014】
請求項2記載の発明によれば、充電装置は内部メモリから読み出した予備パラメータに基づいて充電のためのパラメータを作成する。
【0015】
請求項3記載の発明によれば、パラメータ作成手段で作成された充電のためのパラメータで充電制御を行っている期間において、判別手段は被充電電池のメモリに対し、パラメータの読み取りができるか否かを周期的にアクセスする。
【0016】
請求項4記載の発明によれば、予備パラメータを読み出す際に、被充電電池のメモリと同一のデータフォーマットであれば、パラメータ読み取りのためのアクセス処理や手順の兼用が可能となる。
【0017】
請求項5記載の発明によれば、被充電電池のメモリへのアクセスタイミングの重複がなくなるので、破壊され、また誤ったパラメータを取り込むことがなくなる。
【0018】
請求項6記載の発明によれば、アクセスする前に、信号ラインに他の接続機器からの上記アクセスコードが有るか否かを判別し、アクセスコード有りのときはアクセスしないようにしたので、アクセスが重複することがなくなって、正確なパラメータの読み取りが行える。
【0019】
【実施例】
図1は、本発明に係る充電装置を備えた充電器と、この充電器で充電される被充電電池との関係を示すブロック図である。図において、1は充電器、2は被充電電池を示している。被充電電池2は内部にメモリとしてのROM2Aが内蔵されているリチウム電池で、このROM2A内には充電に際して必要なパラメータが所定のフォーマットで記憶されている。充電器1と被充電電池2とは、両者の装着によって所要本数の信号ラインで接続するようになされている。充電器1内には、マイコン回路10と該マイコン回路10により制御されて駆動される充電動作回路部10’が設けられている。またマイコン回路10内には、被充電電池2を充電するに先立って、すなわち装着やメインスイッチのオンを条件に、あるいは装着と電源プラグ1Aの交流電源への接続とを条件に上記ROM2Aにアクセスして充電のためのパラメータを読み取るようになされており、このパラメータの読み取りができたか否かを判別する判別部101を備える。この判別部101は被充電電池2がリチウム電池でROM2Aを備えているにも拘らず接触不良その他の理由で、結果的にパラメータの読み取りが出来なかった場合の他、ニッケル系の電池等、内部にメモリ(ROM)を備えていないためにパラメータの読み取りが元々不可の場合を判別する。
【0020】
更に、マイコン回路10は内部にパラメータ作成部102を備え、判別部101がパラメータの読み取りが出来なかったと判断したときに、充電器1側でいずれの種類の被充電電池に対しても有効かつ適正範囲の予備パラメータを作成するものである。例えば、予備パラメータを予め内部メモリに保存しておいて、判別結果に応じてこの予備パラメータを用いるように制御してもよい。なお、予備パラメータを保存する内部メモリを被充電電池2のROM2Aと同一フォーマットにしておけば、同一の対応関係でもってパラメータのデータを扱えるので、パラメータ読み取りのためのアクセス処理や手順の兼用が可能となり、その分処理が簡素化される。
【0021】
図2は、本発明に係る充電装置が適用される充電器の接続態様の一例を示す構成図である。充電器1は、リチウム電池及びその他の異種の被充電電池を充電するものである。3は、被充電電池2を電源として使用される負荷機器であって、例えば携帯用の電話機である。被充電電池2がリチウム電池の場合、リチウム電池内のROM2Aには、電話機がリチウム電池の特質等を把握する上で必要なデータも記憶されている。そして、電源供給や上記データの伝送はラインl1を介して行われるようになっている。また、このラインl1には、充電器1もラインl2を介して接続可能になされている。充電器1の充電電流はラインl1の内、電源供給のためのラインに、上記パラメータを読み取るラインはラインl1の内、データ伝送のためのラインにそれぞれ電気的に接続可能になされている。
【0022】
図3及び図4は、この接続関係を説明するための図で、図3は、各器の接続状態を示す概略構成図、図4は、各器の接続端子の配置を示す図である。充電器1は交流電源接続用のプラグ1Aを有し、上部に、リチウム電池やその他の異種の二次電池を装着可能にする装着部1B(図4参照)を備えている。また、充電器1は被充電電池を装填したまま電話機3も装着可能な構造を有し、充電の都度、電話機3から被充電電池2を取り外しする煩わしさを軽減している。
【0023】
リチウム電池は、例えば側面視で台形状に形成されたパック状をなし、その装着先端部分の上下面に▲1▼〜▲5▼で示す端子が内部を経由して短絡された状態で形成されている。端子▲1▼はグランド(GND)用であり、端子▲2▼は温度センサ用であり、端子▲3▼は正極+端子、端子▲4▼は電池の容量(大小)判別用であり、端子▲5▼はROM2Aからデータやパラメータをシリアル伝送するためのリード/ライト(R/W)用である。電話機3は下面適所に上記端子▲1▼〜▲5▼に対応する配列で接続端子が形成されており、リチウム電池2を装填したとき、それぞれが接触するようになっている。また、充電器1の装着部1Bの内部にも同様に接続端子が対応して配列されており、リチウム電池2を装着したとき、それぞれが接触するようになっている。なお、リチウム電池2と異なる異種の電池の場合、内部にROM2Aを備えていないため、端子▲5▼は形成されていないが、他の端子は、リチウム電池と同様に形成されている。また、電池容量の小さい電池は、種類を問わず、端子▲3▼と端子▲4▼は分離されているが、大きな容量の電池では、端子▲3▼と端子▲4▼とは短絡されており、端子▲4▼の電位をチェックすることで電池容量の判別が可能になっている。
【0024】
ここで、リチウム電池2内のROM2Aのメモリマップについて説明する。このROM2A内には、リチウム性能を示すデータや充電のためのパラメータがアドレスに対応して、所定のフォーマット形式で予め書き込まれている。例えば、リチウム電池の各型を示すデータ等であり、その他のパラメータについては、以下、その一例を示す。
【0025】
Vc(カットオフ電圧) :上限を示す許容電圧で、8,2Vや8,4V
Vmin(下限電圧) :急速充電制御可能な最低電圧
Tmin(制御下限温度) :例えば5℃(なお本実施例では、−30℃以下も測定可能)
Tmax(カットオフ温度) :制御上限温度で、例えば45℃
Il(急速充電ロー電流):高速(ラピッド)充電モードでの下限電流値(但し、後述するように充電開始時は除く)
Ih(急速充電ハイ電流):高速(ラピッド)充電モードでの電流Ilへの加算値
td(満充電時間) :満充電とみなす時間要素
Is(満充電判別電流) :満充電に近づいて定電流制御から定電圧制御に移行した後の満充電とみなす電流値
続いて、図5を用いてリチウム電池の保護回路について説明する。リチウム電池は上述したように、GND端子▲1▼と+端子▲3▼を有し、その間にセルCe1,Ce2が直列に接続されている。通常、リチウム電池は、2〜複数のセルが直列接続して構成されている。
【0026】
また、リチウム電池は内部に保護回路20が設けられている。保護回路は、後述するように種々の保護機能を実行するが、特に、充電開始時に急激な大電流(例えば50mA以上)が突入されると、保護回路が働いて充電電流の流入を禁止するようになっている。従って、保護回路が動作することのないように、充電動作を行わせるには、充電開始直後に突入電流を流さないようにする(以下、解除という)必要がある。
【0027】
保護回路20は制御のためのIC21と上記セルCe1,2に直列に接続されたスイッチ回路としての電界効果トランジスタFET1〜3とを備えるとともに、各FET1〜3にはそれぞれダイオードが並列接続されている。なお、+端子▲3▼の部分に介設されたダイオードと抵抗からなる並列回路22は放電時の電流制限用である。
【0028】
FET1は電池電圧が低下したときにオフして、それ以上の放電を防止するものであり、FET2は大電流の突入によりオフするものであり、FET3は過電圧でオフするものであり、かかるオフ制御は、取り込んだ各セルCe1,2の両端電圧に基づいて制御IC21から出力されるスイッチ信号によって行われる。
【0029】
図6〜図8は、本発明に係る充電装置の回路をそれぞれ分割して示したものである。
この充電装置は、整流平滑回路部11、変換回路部12、駆動回路部13、停電流制御回路部14、充電制御回路部15、電池状態検出回路部16、電池内ROM(R/W)回路部17、温度センサ回路部18及び表示回路部19から構成されるとともに、かかる各回路部を統括制御するマイクロコンピュータ(以下、マイコン回路という)10を備えている。
【0030】
マイコン回路10は各入出力端子を有するマイコンμC1、基準クロック発振回路OSC及び多段(ラダー)抵抗R1〜R8から構成され、充電処理や電話機3からのアクセス中に対する処理を行うためのプログラムを内蔵したプログラムROMや処理データを一時的に保存するRAM等を備えている。そして、各入力端子からデータを取り込み、充電のためのパラメータあるいは予備パラメータを用い、処理プログラムに基づいて処理を実行するべく、各出力端子から指令信号を出力するようにしている。また、上記プログラムROM内には、図1で説明したように被充電電池2内のROM2Aからのパラメータの読み取り判別及び読み取りが出来なかった場合に予備パラメータを作成するプログラムを備える。
【0031】
ROM11は予備パラメータをROM2Aと同一フォーマットで予め記憶した内部メモリである。例えば、各パラメータのアドレス値及びパラメータデータのビット数が一致するものである。ROM11内の予備パラメータは、被充電電池2がリチウム電池であるにも拘らずROM2Aからのパラメータの読み取りができなかった場合にも用いられるものであるから、リチウム電池及びそれ以外の電池の双方に対して有効かつ適正範囲のパラメータであることが必要である。例えばカットオフ電圧Vcに対しては9,1Vが、下限電圧Vminに対しては4,4Vが、カットオフ温度Tmax、制御下限温度Tminに対してはそれぞれ同一値が、急速充電ロー電流Ilに対しては若干大きい値が、急速充電ハイ電流Ihに対しては比較的低い値が、満充電時間tdに対しては、電流Ihを押えたことで若干長く、例えば3時間に対して4時間が設定されている。また、ROM11は、電池状態検出回路16で電池容量の大小が判別可能なことから、大容量、小容量に対応した予備パラメータが書き込まれている。
【0032】
なお、ROM11に代えて、予備パラメータ作成のためのプログラムを備え、これにより予備パラメータを作成するようにしてもよく、あるいは一方の容量の予備パラメータのみ記憶しておき、容量判別の結果に応じて他方の予備パラメータについては、これを作成するようにしてもよい。
【0033】
多段抵抗R1〜R8は、各抵抗値が順次2倍となる抵抗を配列して構成することで各段がビット位置に相当するように構成されている。そして、各抵抗の出力側は1本にまとめて端子LCに接続されている。従って、マイコンμC1の各抵抗の入力側にハイ、ロー信号をビット情報として出力することで、端子LCに本実施例では256段階のレベル電圧を生成し得るようになっている。この端子LCの出力電圧は、後述するように定電流制御回路24の参照信号として用いられる。抵抗の段数は、定電流乃至は定電圧制御における制御精度等を考慮して決定される。
【0034】
整流平滑回路部11はプラグ1Aからの商用電源を整流し、平滑するもので、入力端子には、ヒューズF,ノイズやサージ除去のためのツェナーダイオードZD11,抵抗R11、コンデンサC11及びチョークコイルLcからなる回路を介して整流ブリッジDB及び平滑コンデンサC12が接続されている。
【0035】
変換回路部12はトランスT及び整流ダイオードD21,D22,D23を備えるとともに、二次側の定電圧電源生成回路121を備える。トランスTは一次コイルL1と、二次側に二次コイルL2及び電源コイルL3を有するとともに、駆動コイルL4を有する。整流平滑回路部11の出力側は一次コイルL1の一端に接続され、他端側は駆動回路部13内のスイッチングトランジスタであるFET31のドレインに接続されている。また、二次コイルL2の一端にはダイオードD21,D22が同じ向きで並列接続され、その出力側に平滑コンデンサC21が接続されており、この構成により、二次コイルL2の両端に誘起された電圧を整流平滑して充電電流を生成し、被充電電池2に導くようにしている。また、電源コイルL3の一端は、ダイオードD23及び平滑コンデンサC22を介して二次側の定電圧電源生成回路121に接続されている。定電圧電源生成回路121の端子Bには、例えば5Vの定電圧が得られるようになっている。
【0036】
電源コイルL3を二次コイルL2に対し並列に設けることで、被充電電池2の電圧が低いときに二次コイルL2の誘起電圧が電池電圧に引っ張られて低くなって定電圧電源生成回路121の端子Bの定電圧が低下することを防止し、これによりマイコン回路10の動作の安定を確保している。
【0037】
駆動回路部13はFET31を周期的にオン、オフさせて一次コイルL1への流入電流をスイッチングし、これにより二次コイルL2や他のコイルL3,L4に電圧を誘起させるものである。なお、コンデンサC31と抵抗R31の並列回路にダイオードD31を直列接続してなる回路は、一次コイルL1に流入する電流特性を向上させるとともに、逆電流の流入を防止するためのもので、一次コイルL1に並列接続されている。また、FET31のソースは電流検出抵抗R32を介してコモンラインに接続されている。
【0038】
起動抵抗R33はFET31のゲートに電圧を印加してFET31を起動させるためのもので、整流平滑回路部11の正極とFET31のゲート間に接続されている。また、FET31のゲートとコモンライン間には、コンデンサC32、抵抗R34及び駆動コイルL4からなる直列回路が接続され、自励の発振回路を構成している。そして、駆動コイルL4の誘起電圧がFET31のゲートに印加されるとともに、FET31のソースとツェナーダイオードZD31のカソード間に抵抗R35が接続されている。これによって、FET31のゲートに、ツェナーダイオードZD31のツェナー電圧Vz以上の電圧が印加されないようにして保護を図っている。
【0039】
ダイオードD32及びトランジスタQ31からなる直列回路はFET31がオフの期間にコンデンサC33を負電圧に充電させる負電圧発生回路で、駆動コイルL4の両端に接続されている。また、コンデンサC33には放電用の抵抗R36が並列に接続されている。
【0040】
コンデンサC32の両端には、FET31のゲートをオフ電圧にまで低下させる制御用トランジスタQ32と、コンデンサC32に蓄積された電荷及びFET31のゲートの電荷を放電させる制御用トランジスタQ33とがそれぞれ接続されている。すなわち、制御用トランジスタQ32は、そのコレクタがコンデンサC32と抵抗R34の接続点に、制御用トランジスタQ33は、そのコレクタがコンデンサC32とFET31のゲートとの接続点にそれぞれ接続されている。
【0041】
また、制御用トランジスタQ32,Q33はそれぞれ抵抗R37,R38を介してツェナーダイオードZD32のアノードに接続され、更にそのカソードはFET31のソースに接続されている。そして、制御用トランジスタQ32,Q33のエミッタはコンデンサC33の負電圧側に接続されている。
【0042】
更に、この駆動回路部13には定電流制御回路部14の一部を構成するフォトカプラPCが介設されている。すなわち、フォトカプラPCを構成するフォトトランジスタQpcがトランジスタQ31のベースとコモンライン間に接続され、二次側に発光ダイオードDpcが設けられている。
【0043】
ここで、以上の回路構成による動作を説明しておく。入力電源が接続されると、起動抵抗R33を介してコンデンサC32が充電され、これによりFET31のゲートに電圧が印加され、FET31がオンし始める。このため、一次コイルL1に電流が流れて駆動コイルL4に帰還電圧が誘起され、この誘起電圧が駆動コイルL4、抵抗R34及びコンデンサC32により定まる時定数で上昇し、FET31のゲート電圧が上昇し、FET31のソースから流れる電流が増加する。そして、ソース電流の増大によって抵抗R32の両端電圧が上昇してツェナーダイオードZD32がオンすると、ベース電流が流れて制御用トランジスタQ32,Q33が共にオンし、FET31のゲート電圧はコンデンサC33の負電圧まで低下する。このとき、制御用トランジスタQ32によりコンデンサC33の電荷を放電することによって、制御用トランジスタQ33と合わせてFET31のゲートの電荷を除去するので、FET31は急速にオフにされる。
【0044】
この後、起動抵抗R33を通してFET31のゲートに再び電圧が印加され、FET31がオンする。すなわち、FET31はスイッチングを繰り返し、このスイッチングにより二次コイルL22に電力が誘起され、整流されて、定電流が得られる。
【0045】
定電流制御回路部14は、二次側の出力電流を制御するもので、上記フォトカプラPCの他、制御電圧発生回路141、出力電流に応じた電圧をその両端に発生する検出抵抗R41及び出力電流を検出するモニタ回路142を備える。
【0046】
前述したように、本発明は、異種の電池の充電を可能にするものであるが、リチウム電池はニッケル系等の電池と異なり、充電開始時に急激な充電電流を供給すると保護回路20が作動して充電ができないようになっている。定電流制御回路部14は、充電開始時に保護回路20の解除するべく、徐々に上昇する充電電流を生成させるとともに、その後は、定電流を生成させるためのものである。
【0047】
二次側に生成された充電電流は、+端子▲3▼、被充電電池2及びGND端子▲1▼を介し、更に検出抵抗R41を経て流れるように回路構成されている。
【0048】
制御電圧発生回路141は検出抵抗R41を流れる電流により該抵抗R41の両端に発生する電圧に基づいて帰還用の制御電圧を発生するものである。すなわち、制御電圧発生回路141はオペアンプOP1を有し、反転入力端子には検出電圧と電源電圧間を分圧する分圧抵抗R42,R43が、非反転入力端子には定電圧電源回路121の電源出力端子Bからの電源電圧を分圧して参照電圧を得る分圧抵抗R44,R45が接続されている。検出抵抗R41の両端には分圧抵抗R43とR45とが接続されている。そして、上記参照電圧を基準に検出抵抗R41の両端電圧に対応したレベルの電圧がオペアンプOP1から出力され、この電圧がフォトカプラPCを構成する発光ダイオードDpcのアノードに印加されるようになっている。
【0049】
この定電流制御回路部14による定電流制御は以下の動作によってなされる。二次側の出力電流が減少して制御電圧発生回路141から電圧が出力されなくなると、発光ダイオードDpcに電流が流れず、フォトトランジスタQpcがオンしない。このため、トランジスタQ31がオンせず、コンデンサC33が負電圧まで充電されにくくなる。従って、FET31のオン時間が長くなって、出力電流が増大する。一方、出力電流が増大して制御電圧発生回路141から電圧が出力されると、発光ダイオードDpcに電流が流れ、フォトトランジスタQpcがオンする。このため、トランジスタQ31がオンして、コンデンサC33がより負電圧まで充電されるようになる。従って、FET31のオン時間が短くなって、出力電流が減少する。このように負帰還が働くことで、定電流制御が行われる。
【0050】
また、分圧抵抗R44とR45の接続点にはマイコン回路10のLC端子から出力される所定レベルの電圧が印加され、上記参照電圧が可変制御可能になっている。参照電圧が可変されると、負帰還制御は非反転入力端子への入力電圧が参照電圧と一致するように行われるため、参照電圧に応じて二次側の出力電流を所要レベルに調整可能となる。
【0051】
モニタ回路142は制御電圧発生回路141による出力電流制御の適否を監視するためのものである。すなわち、モニタ回路142は差動増幅器としてのオペアンプOP2を有し、その非反転入力端子はGNDに接続され、反転入力端子は検出抵抗R41の両端に接続されている。そして、検出抵抗R41の両端電圧に対応したレベルのモニタ電圧がオペアンプOP2から出力され、このモニタ電圧がマイコンμC1のIO端子に導かれるようになっている。マイコンμC1はIO端子に取り込まれたモニタ電圧とLC端子から出力された参照電圧で指示したあるべきモニタ電圧とを比較し、不一致であれば、一致するように、多段抵抗R1〜R8への電圧印加を振り分け調整してあるべきモニタ電圧、すなわち所定の二次側出力電流が得られるように調整する。
【0052】
充電制御回路部15は変換回路部12と被充電電池2間に介設され、二次側の出力電流を連続的に、あるいは間歇的に被充電電池2に供給するものである。充電制御回路部15は、エミッタが変換回路部12の出力側に、コレクタが+端子▲3▼に接続され、ベースがツェナーダイオードZD51のカソードに接続されたトランジスタQ51、コレクタが抵抗R51を介してツェナーダイオードZD51のアノードに接続され、エミッタがGNDに接続され、ベースがマイコン回路10のCH1端子に接続されたトランジスタQ52とからなる。また、CH1端子は抵抗R52を介して定電圧電源発生回路121の電源出力端子Bからの定電圧でプルアップされており、マイコンμC1からCH1端子にハイレベル信号が出力されている間はトランジスタQ52がオンされ、これによりトランジスタQ51がオンして二次側の出力信号が被充電電池2に供給され、一方、CH1端子にローレベル信号が出力されている間はトランジスタQ52がオフにされ、これによりトランジスタQ51がオフとなって二次側の出力信号が遮断されるようになっている。被充電電池2の間歇充電は、このようにトランジスタQ51をオン、オフすることで行われる。本実施例における間歇充電は、例えば40秒周期を採用し、2秒(16秒)の充電期間と38秒(24秒)の休止期間を設定している。この場合の平均充電電流は充電期間中に供給される電流の1/20(2/5)となる。また、周期、充電期間及び休止期間は流すべき平均電流等によって、適宜調整可能である。
【0053】
また、ツェナーダイオードZD51をトランジスタQ51のベースに接続した構成を採用し、かつ電池電圧が低いときは間歇充電させることでトランジスタQ51の過加熱を防止するとともに、電源コイルL3の誘起電圧を所定レベルに維持して電源出力端子Bから定レベルの電源電圧が得られるようにしている。例えば、二次コイルL2の出力電圧が5Vであるとするとき、電池電圧が1Vであれば、トランジスタQ51で4Vの電圧低下を生じることとなり、負荷となって発熱する。そこで、ツェナーダイオードZD51を用いてベース電圧をスレショルドレベルに維持するようにして、トランジスタQ51の発熱防止を図っている。
【0054】
電池状態検出回路部16は端子▲1▼、▲3▼間に接続された電池の容量を検出するもので、+端子▲3▼に接続して電池電圧を検出するとともに、容量判別用端子▲4▼に接続して電池種類を判別する回路から構成されている。すなわち、+端子▲3▼には分圧抵抗R61,R62の接続点に抵抗R63とコンデンサC61を介して検出端子V1が、また、容量判別用端子▲4▼には分圧抵抗R64,R65の接続点に抵抗R66とコンデンサC62を介して判別端子S1が接続されている。被充電電池2は、小容量のものは端子▲3▼、▲4▼間が電気的に分離されており、一方、大容量のものは端子▲3▼、▲4▼が電気的に接続された構造となっている。従って、端子▲3▼、▲4▼に同一電圧が検出されたときは大容量タイプの電池と判断し、端子▲4▼に電圧出力が得られないときは小容量タイプの電池と判断する。
【0055】
また、ニッケル系電池では正常状態は電池電圧が4V以上であり、リチウム電池では1V以上である。また、ニッケル系の電池では、4V以下であっても急速充電させることは可能であるが、リチウム電池の場合、1V以下では、異常発熱するため急速充電させることはできない。そこで、検出した電池電圧に応じて、後述するように充電電流を制御するようにしている。
【0056】
電池内ROM(R/W)回路17は端子▲5▼に接続され、リチウム電池内のROM2Aのパラメータを読み出すためのものである。この電池内ROM(R/W)回路17は端子▲5▼とマイコンμC1のROM端子間に介設された抵抗R71、端子▲5▼とGND間に介設されたツェナーダイオードZD71、定電圧電源生成回路12の電源出力端子BとROM端子間に介設された抵抗R72及び電源出力端子Bと端子▲5▼間に介設されたダイオードD71から構成されている。マイコン回路10は充電に先立って、ROM2A内のアドレスを指定するアドレスデータを送信するとともに、ROM2Aの該当するアドレスから読み出されたパラメータを受信して内部のRAMに格納する。
【0057】
また、マイコン回路10はROM2Aにアクセスしても、ROM2Aから何等のパラメータデータが受信されないときは、あるいはアクセスを所定回数繰り返しても同様に返信データが得られないときは、パラメータが読み取れなかったと判断し、内部メモリであるROM11に保存している予備パラメータを用いて充電を開始するべく、予備パラメータを内部のRAMに読み出す。更に、予備パラメータで充電を開始した場合に、充電中においても所定の周期で繰り返しROM2Aに対してアクセスを試み、その間に読み取り不可の原因が取り除かれる等してパラメータが読み取れると、このパラメータを予備パラメータに代えて内部のRAMに更新し、充電を本来のパラメータを用いて継続するように制御する。
【0058】
温度センサ回路部18は被充電電池2の温度を検出するとともに、電池の装着をも検出するものである。被充電電池2の対応する端子▲1▼,▲2▼間にはセンサとして汎用される感温素子としてのサーミスタTHが接続されている。
【0059】
この温度センサ回路部18はGND端子▲1▼と温度センサ端子▲2▼に接続されており、端子▲2▼とマイコンμC1の検出端子T1間には抵抗R81とその両端のコンデンサC81,C82とが接続されるとともに、端子▲2▼には抵抗R82を介して定電圧電源生成回路12の電源出力端子Bに接続されている。そして、電源出力端子Bから抵抗R82を介してサーミスタTHに電流を流し、このときのサーミスタTHの温度状態に応じた抵抗分と抵抗R82の抵抗分による分圧電圧が検出電圧として検出端子T1に出力され、マイコンμC1に導かれる。
【0060】
マイコン回路10は、検出端子T1から取り込まれた温度情報、すなわち被充電電池2の温度を計測し、温度が5℃〜45℃の範囲内であれば、制御可能な温度と判断し、一方、電源出力端子BからサーミスタTHに電流が流れていない−30℃以下の状態では、被充電電池2が装着されていないと判断する。
【0061】
表示回路部19は充電状態を色で識別可能に表示するためのもので、2色、例えば赤色と緑色のLEDが一体的に内蔵された発光素子を有する。この表示回路部19は、定電圧電源生成回路部12の電源出力端子Bにそれぞれ電流制限抵抗R91,R92を介してコレクタが接続されたトランジスタQ91,Q92が並列して設けられ、エミッタは共にGNDに接続され、かつ、それぞれのベースにはマイコンμC1からのGR端子、RE端子が接続されるとともに抵抗R93,R94を介して電源出力端子Bに接続されてプルアップされている。緑色(GREEN)LED91はトランジスタQ91のコレクタとGND間に接続され、赤色(RED)LED92はトランジスタQ92のコレクタとGND間に接続されている。
【0062】
緑色のLED91は、GR端子がハイレベルでトランジスタQ91がオンして消灯し、GR端子がローレベルでトランジスタQ91がオフして点灯する。赤色のLED92は、RE端子がハイレベルでトランジスタQ92がオンして消灯し、RE端子がローレベルでトランジスタQ92がオフして点灯する。また、緑色、赤色のLED91,92の双方が点灯されると、黄色(YELLOW)で点灯する。この時、ハイとローを繰り返すと点滅(フラッシング)を行わせることもできる。マイコンμC1はGR端子、RE端子にそれぞれハイ、ローの信号を出力して、充電中は赤色が点灯し、充電完了で緑色が点灯し、通常状態以外の際には黄色が点滅するように表示制御する。
【0063】
次に、図9のタイムチャートを用いて基本的な充電動作を説明する。
充電が開始されると、先ず、充電電流Iが0から徐々に増大するようにマイコンμC1のLC端子から参照電圧が階段的に上昇されながら出力される。これにより、被充電電池2がリチウム電池である場合における保護回路20の解除を確保している。そして、所定レベルに達すると、定電流制御される。
【0064】
電池温度TはサーミスタTHで検出され、温度上昇に伴ってサーミスタ抵抗が減少し、検出端子T1での検出電圧が低下する。マイコンμC1は検出電圧を温度Tに変換する(あるいは検出電圧のまま)とともに、連続する2回分の検出温度から上昇勾配ΔT/Δtを算出する。そして、この勾配ΔT/Δtが所定レベルに達すると、満充電と判断して充電動作が終了されるとともに、この時の電池電圧Vpeakが電池電圧入力端子V1から取り込まれて記憶される。また、上記充電動作の終了に引き続いて充電動作が再開される。この再開充電時の充電電流は、先の充電開始時と同様に徐々に上昇するように制御される。このように電流の立上りを緩やかに制御すると、低下傾向にあった電池電圧が再び上昇し始める。そして、電池電圧が記憶された値Vpeakに一致すると、充電を完了させる。この後はメンテナンスモードに移行する。
【0065】
このように、一旦、充電を終了した後に、再び充電電流を徐々に増大させ、電池電圧が上昇して充電終了時点における電圧に一致するまで再充電することで、充電量を可及的に満充電に近づけるようにしている。なお、再開充電における電流を徐々に上昇するようにしたことで、そのまま、あるいは急激に高レベルの電流を供給した場合に電池電圧がそのまま下がり続け、いつまで経ってもVpeakに一致することなく過充電になるのを効果的に防止している。
【0066】
また、上記実施例では、最初の充電終了を温度の上昇勾配で監視しているが、これに限定されず、この温度勾配とか電池電圧が満充電の直前まで上昇したことが検知されると、それまでの定電流制御を定電圧制御に切り換え、この定電圧制御の下で、充電電流が満充電に近づくにつれて所定レベル(満充電判別電流)Isまで低下したことを条件に充電完了と判断するようにしてもよい。
【0067】
なお、充電開始時に、電池電圧が充電制御回路部15のスレショルドレベルに近い電圧に比して低いときは、間歇充電乃至は予備的な充電を行って、電池電圧をスレショルドレベルまで引き上げてから急速充電に移行するようにして、充電制御回路部15のトランジスタQ1の発熱防止と二次側の電源電圧レベルの確保を図っている。
【0068】
続いて、図10,図11のフローチャートを用いて充電動作の詳細について説明する。なお、図10,図11は、1つのフローチャートを分割して示したものである。図において、各ステップを繋ぐ線のうち、二点鎖線はリチウム電池を示し、破線はリチウム電池と判別できなかった場合やニッケル系等の電池を示し、細い実線は両方の電池に共通する場合を示している。
【0069】
本フローチャートは、ACプラグ1Aが商用AC電源に差し込まれ、あるいは図外のメインスイッチがオンされることで起動する。
【0070】
フローチャートが起動すると、先ず、IDLEモードに移行し、充電電流I=0にされ、全ての状態がオフにリセットされる(ステップS2)とともに、電池温度Tの計測が行われる。電池温度T≧−30℃であれば、被充電電池2が装着されていると判断して、ステップS4に移行する。ステップS4では、電池電圧V及び電池温度Tのデータを取り込む。また、マイコμC1により被充電電池2内のROM2Aをアクセス、すなわちパラメータの読み取り指示が行われるとともに、パラメータの読み取りが可能であったか否かの判別が行われる。また、この状態では、LED92が点灯される。
【0071】
なお、電池温度Tは、これ以後において常にチェックされており、いずれの状態(ステップ)でも電池温度Tが<−30℃であれば、ステップS2に戻る。
【0072】
ここで、パラメータの読み取りができたのであれば、被充電電池2がリチウム電池であると判断して、電池電圧Vがリチウム電池における最小レベルVmin(例えば1V)以上で最大レベル(カットオフ電圧)Vc以下で、かつ電池温度Tが最低レベルTmin以上で最高レベルTmax以下のときは、ラピッドモード(ステップS6)に移行する。一方、パラメータの読み取りができなかったのであれば、リチウム電池以外の電池か、あるいはリチウム電池であっても接触不良等が原因してパラメータの読み取りができないものと判断して、リチウム電池の条件とリチウム電池以外の電池の条件を共に満足する予備パラメータに対して、電池電圧Vが最小レベルVmin(例えば4,4V)以上で最大レベルVmax以下で、かつ電池温度Tが最低レベルTmin以上で最高レベルTmax以下のとき、ラピッドモード(ステップS6)に移行する。
【0073】
また、電池の種類に拘らず、電池温度TがTmin(本実施例では5℃)未満であれば、トリクル1モード(ステップS8)に、電池電圧Vが最小レベルVmin未満であれば、トリクル2モード(ステップS10)に、電池温度TがTmax(本実施例では45℃)を越えておれば、トリクル3モード(ステップS12)に移行する。更に、リチウム電池の場合であって電池電圧Vがカットオフ電圧Vcを越えているとき、また、リチウム電池と判別できなかった電池の場合であって電池電圧Vがカットオフ電圧Vnc(>Vmax)を越えているときは、トリクル3モード(ステップS12)に移行する。このリミット電圧Vncはリチウム電池のカットオフ電圧Vcに対応するものである。
【0074】
ラピッドモードは急速充電を行わせるもので、充電電流の立上りは階段状にされて保護回路20を解除し、その後は大電流を連続して供給するようにしている。トリクル1モード〜トリクル3モードはいずれも通常状態から外れた状態からの回復のためのもので、トリクル1モードは、電池電圧を急速充電可能なレベルまで持ち上げたり、あるいはラピッドモードにおいて一時的な異常、例えば接触不良や短絡またはセンサ異常等によって電池電圧VがVminやVth以下に落ちたとき、また電池温度TがTmin以下になったときに異常が解除されるまで、いわば回復的な充電を行うためのものである。トリクル2モードは電池電圧を急速充電可能なレベルまで持ち上げるためのものである。トリクル3モードは充電電流を停止させて、電池温度あるいは電池温度が急速充電可能なレベルまで低下するのを待つためのものである。
【0075】
以下、充電動作を場合分けして説明する。
(1)リチウム電池が通常充電処理される場合
ステップS4からステップS6のラピッドモードに移行すると、充電電流Iが0からIl+Ih(例えば合計で1A程度)に向けて階段状に上昇される。この階段状の電流上昇はマイコンμC1のLC端子からの参照電圧を順次上げていくことで行われる。そして、電流値が(Il+Ih)に達すると、このレベルを維持しつつ連続給電される。充電電流の段階的立ち上げは、例えば640msの時間間隔で連続制御され、LC端子から参照電圧が切り換えられた後にモニタ回路142は検出抵抗を介して充電電流を検出し、LC端子での指示に応じた充電電流から外れているときは、これを一致させるべく、参照電圧の微調整が行われる。なお、二次側に被充電電池2を接続しない状態で、検出抵抗R41の両端に発生する電圧を事前に測定し、この分をオフセット量として補償、すなわちマイコンμC1にセットすることで、検出精度ひいては電流制御のより一層の精度向上を図ることができる。
【0076】
急速充電中では、電池電圧Vがカットオフ電圧Vcを越えたかどうかが判別され(ステップS61)、越えていなければそのまま充電が継続され、越えていれば定電流制御から定電圧制御に切り換えられる(ステップS62)。これにより電流は充電が進んで満充電に近づくにつれて漸近的に減少し、電流値が20mA(=Is)まで低下すると満充電と判断して、メンテナンスモード(ステップS16)に移行する。メンテナンスモードでは電流が0にされ、LED91を点灯させて充電を完了する。
【0077】
(2)パラメータが読み取れなかったときの非充電電池が通常充電処理される場合
この場合は、予備パラメータを用いて充電制御が行われることになる。充電開始は前記(1)と同様に階段的に充電電流が増大するようにマイコンμC1で制御される。なお、充電中に、電池電圧Vがリミット電圧Vsc(<Vnc)に達するか、カットオフ電圧Vncに達すると満充電と判断してメンテナンスモードに移行する。メンテナンスモードでは自己放電を補うレベルの末期電流が流される(ステップS16)。なお、この後でも被充電電池2が本充電装置1に装着されている間は、電池電圧Vがチェックされており、電池電圧Vが、例えば1V低下したら、補充充電を行うべく、ステップS4に移行する。
【0078】
一方、電池電圧Vが上記充電終了の各条件に達する前に、温度上昇ΔT/Δtが所定値に達すると、この時点の電池電圧をVpeakとして取り込んで、再充電のためのトップオフモード(ステップS14)に移行する。このトップオフモード(再充電)は上記ラピッドモードの充電開始時同様、充電電流Iが0から(Il+Ih)に向けて階段状に上昇される。この階段状の電流上昇はマイコンμC1のLC端子からの参照電圧を順次上げていくことで行われる。このように、充電電流を0から上昇させることで、電池電圧がまた、上昇し始めることとなる。そして、電流値が(Il+Ih)に達すると、このレベルを維持しつつ連続給電される。このモードではLED91が点灯されている。なお、トップオフモードにおける電流値は(Il+Ih)以下であれば所定のレベルに設定可能である。
【0079】
また、充電中は電池電圧Vが検出されており、上記記憶された電圧Vpeakを越えたかどうかが判断され(ステップS141)、越えていなければ、電流値を(Il+Ih)に維持しながら充電を継続し(ステップS142)、V>Vpeakになると、充電完了としてメンテナンスモード(ステップS16)に移行する。
【0080】
なお、トップオフモードの再充電において、このラピッドモードの充電開始からの合計時間が満充電tdを越えた時点で、あるいは電池温度TがTmaxを越えた時点で満充電とみなして充電完了し、メンテナンスモードに移行する。
【0081】
(3)ステップS4からトリクル3モードに移行する場合
トリクル3モードでは充電を開始せず(I=0)、LED91,LED92の双方を同期して点滅(イエローフラッシュ)させる。この状態で、リチウム電池の場合に、電池電圧Vが(Vc−200mV)以下で、かつ電池温度Tが(Tmax−6℃)以下になって回復したかどうかが判別され、あるいは電池種類が不明な電池の場合に、電池電圧Vが(Vnc−200mV)以下で、かつ電池温度Tが(Tmax−6℃)以下になって回復したかどうかが判別され、そうであればラピッドモードに移行する。なお、この場合、所定時間を経過しても通常状態に復帰しないときはステップS2に戻るようにしてもよい。
【0082】
(4)ステップS4,S10からトリクル1モードに移行する場合
トリクル1モードでは、先ず、電池電圧Vがスレショルド電圧Vth+50mV以下かどうかが判別される(ステップS81)。このスレショルド電圧Vthは、充電制御回路15において、Veb(トランジスタQ1のエミッタベース間電圧)+Vz(ツェナーダイオードZD51のツェナー電圧)で、本実施例では3,5Vに設定されている。
【0083】
電池電圧Vが(Vth+50mV)未満であれば、トランジスタQ1の発熱を考慮して、間歇充電が指示され(ステップS82)、そうでなければ連続(リニア)充電が指示される(ステップS83)。この間歇充電及びリニア充電のいずれも、充電開始時にはマイコンμC1によって階段状に充電電流が増大するように制御され、保護回路20の解除を確保している。
【0084】
次いで、電池温度Tが(Tmax+1℃)未満かどうかが判別され(ステップS84)、電池温度Tが(Tmax+1℃)未満であれば、イエローフラッシュを行って(ステップS85)、デューティ1、すなわち例えば充電時間が2秒、休止期間が38秒の周期40秒での間歇充電が開始される(ステップS86)。そして、電池電圧Vが(Vth+50mV)未満かつ電池温度Tが(Tmax+1℃)未満であれば、間歇充電が継続される。一方、電池温度Tが上昇してきて(Tmin+1℃)以上になると、次いで、電池電圧Vが(Vmin+50mV)未満かどうかが判別され(ステップS87)、電池電圧Vが(Vmin+50mV)未満であれば、イエローフラッシュを行って(ステップS88,S85)、上記デューティ1による間歇充電が継続される。一方、電池電圧Vが(Vmin+50mV)以上になると、LED92が点灯され(ステップS89)、続いて、電池電圧Vが(Vth+50mV)以上であるかどうかが判別される(ステップS90)。ここで、電池電圧Vが(Vth+50mV)未満であれば、取敢えずステップS87で電池電圧Vが(Vmin+50mV)以上であったので、充電電流を増大させるべく、デューティ2、すなわち例えば充電時間が16秒、休止期間が24秒での間歇充電に切り換えられる(ステップS91)。
【0085】
一方、ステップS83でリニア充電が開始されたときも同様な処理が実行される。なお、間歇充電はマイコンμC1のCH1端子からのハイ、ロー信号によって行われ、充電、休止期間が電池温度、電池電圧及びスレショルドレベルに応じて適宜変更される(ステップSS86,S91及びS83)。
【0086】
そして、電池電圧Vが(Vth+50mV)以上になると急速充電可能なレベルまで回復したとみなしてラピッドモードに移行する。
【0087】
(5)ステップS4からトリクル2モードに移行する場合
トリクル2モードでは、充電電流が50mAに設定され、この電流値はモニタ回路142によって監視され、一定に維持される。なお、電流供給開始時点では電流は0から50mAに向けて徐々に増大され、保護回路20の解除を確保している。先ず、電池電圧Vがカットオフ電圧Vc以上かどうかが判別される(ステップS101)。電池電圧Vがカットオフ電圧Vc以上であれば非充電(ノンチャージ)モード(ステップS18)に移行する。電池電圧Vがカットオフ電圧Vc未満であれば、次いで、電流値が50mA以上かどうかが判別される(ステップS102)。電流値が50mA未満であれば、50mAでの充電を繰り返し、そうでなければ、電池温度TがTmaxを越えたかどうかが判別される(ステップS103)。電池温度TがTmaxを越えたのであれば、トリクル3モードに移行し、そうでなければトリクル2モードに移行する。
【0088】
一方、ステップS101から非充電モードに移行したときは、充電を中断し、この間に電池電圧が、リチウム電池にあってはVmin〜(Vc−200mV)になると、種類不明の電池にあってはVmin〜(Vmax−200mV)になると、ステップS4に移行する。
【0089】
なお、上記充電動作のフローチャートにおいて、パラメータの読み取りができなかったときは、充電制御中、定期的、周期的乃至は特定のステップにおいてマイコンμC1がアクセスのためのコードをROM端子へ出力するようになっており、このときROM2Aからパラメータの読み取りができたときは、予備パラメータに代えて、読み出された本来のパラメータを用いるようにすることもでき、このようにすることで、より適正な充電制御が図れる。
【0090】
次に、ROM2Aへのアクセス動作について図12に示すフローチャートを用いて説明する。
充電装置1は被充電電池2が装着されると、パラメータを読み取るべくROM端子からROM2Aに対してアクセス信号を送出する。このとき、先ず、図2に示すように接続されている電話機3がROM2A内からデータを読み取るべくアクセス中であるかどうか、すなわち通信中かどうかが判別される(ステップS201)。アクセス中であれば、マイコンμC1はアクセスを行うことなく、リターンする。一方、電話機3がアクセス中でなければ、マイコンμC1は自己が優先であることを電話機3側に示すべく、優先権信号(コード)を出力し(ステップS202)、この後、読み出しのためのアクセスを開始する(ステップS203)。優先権信号を示すコードはアドレスコードやパラメータコード乃至はデータコードとは異なるパターンコードが採用され、優先権信号と他の信号とが識別し得るようにしてある。このように、充電装置1及び電話機3の双方が予め約束したコードを送信して優先権を確保することで、お互いに、誤ったデータやパラメータを読み取ることが防止でき、通信の高信頼性が確保できるようにしている。
【0091】
また、優先権信号に代えて、充電装置1からアクセスに際して、伝送ライン上にハイ、ローの何等かのレベル信号があるときは、他方の機器がアクセス中であると見做して、所定時間だけアクセスを待機するようにしてもよい。
【0092】
なお、本実施例では、電話器を他の機器として説明したが、これに限定されず、二次電池で動作可能かつ電池の特性データを必要に応じて読み込むようになされた、髭剃り器や電動工具等の電池応用機器一般に適用可能である。
【0093】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1記載の発明によれば、装着された被充電電池に対してパラメータの読み取りができるか否かを判別する判別手段と、判別の結果パラメータの読み取りができないときは、独自に充電のためのパラメータを作成するパラメータ作成手段とを設けたので、読み出されたパラメータに従ってリチウム電池を充電することができ、また、被充電電池がリチウム電池とは異なる異種の電池、例えばニッケル系等の電池に場合や、リチウム電池であっても接触不良その他の原因によりパラメータの読み取りができない場合、かかる電池に対しても予備パラメータによって充電が可能となる。
【0094】
また、請求項2記載の発明によれば、被充電電池のメモリからパラメータの読み取りができなかったときに充電装置の内部メモリをアクセスするだけで予備パラメータを用い得るようにしたので複雑な構成が不要となる。
【0095】
また、請求項3記載の発明によれば、パラメータ作成手段で作成された充電のためのパラメータでの充電中、パラメータの読み取りができるか否かを周期的にアクセスするようにしたので、リチウム電池の場合、当初の異常が回復すれば、本来のパラメータを読み取ることができる。
【0096】
また、請求項4記載の発明によれば、内部メモリを被充電電池のメモリと同一のデータフォーマットにしたので、同一の対応関係でもってパラメータのデータを扱え、パラメータ読み取りのためのアクセス処理や手順の兼用が可能となり、その分処理の簡素化が図れる。
【0097】
また、請求項5記載の発明によれば、被充電電池のメモリにアクセス可能な負荷機器が装着されたときに、上記メモリへのアクセスタイミングの重複を防止するタイミング制御手段を備えたので、破壊され、また誤ったパラメータを取り込むことが防止できる。
【0098】
また、請求項6記載の発明によれば、アクセスする前に、パラメータの読み取るための信号ラインに上記アクセスコードが有るか否かを判別し、アクセスコード有りのときはアクセスしない優先手段を設けたので、アクセスが重複することがなくなって、正確なパラメータの読み取りが確実となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る充電装置を備えた充電器と、この充電器で充電される被充電電池との関係を示すブロック図である。
【図2】本発明に係る充電装置が適用される充電器の接続態様の一例を示す構成図である。
【図3】各器の接続状態を示す概略構成図である。
【図4】各器の接続端子の配置を示す図である。
【図5】リチウム電池の保護回路を説明する回路図である。
【図6】本発明に係る充電装置の回路図である。
【図7】本発明に係る充電装置の回路図である。
【図8】本発明に係る充電装置の回路図である。
【図9】基本的な充電動作を説明するタイムチャートである。
【図10】充電動作を説明するフローチャートである。
【図11】充電動作を説明するフローチャートである。
【図12】ROMへのアクセス動作を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
1 充電装置
2 被充電電池
2A ROM
3 電話機
10 メモリ回路
101 判別部
102 パラメータ作成部
11 整流平滑回路部
12 変換回路部
13 駆動回路部
14 定電流制御回路部
15 充電制御回路部
16 電池状態検出回路部
17 電池内ROM(R/W)回路部
18 温度センサ回路部
19 表示回路部
20 保護回路[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a battery that is integrally provided with a memory that stores a parameter for charging, and relates to a charger that reads the parameter by accessing the memory and performs charging according to the parameter. The present invention relates to a charging device that is charged regardless of the state of the battery to be charged and the type of the battery to be charged.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, nickel-based batteries such as Ni—Cd and Ni—MH and other batteries are known as secondary batteries, and in recent years, lithium batteries capable of extracting a large amount of electricity have been put on the market.
[0003]
Lithium batteries, on the other hand, require strict conditions to maintain their reversibility or long life, in particular to prevent overcharging during charging. A ROM storing parameters necessary for charging, i.e., parameters for charging, is incorporated. As the charger for charging the lithium battery, a dedicated charger that reads the parameters in the ROM and controls charging according to the parameters is used.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, a lithium-dedicated charger cannot be used for various kinds of commercially available secondary batteries, and lacks versatility. On the other hand, for example, a charger for charging a nickel-based battery cannot charge a lithium battery, and similarly has a problem in terms of effective use.
[0005]
The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a versatile charging device that enables charging of a lithium battery and can also charge different types of secondary batteries. .
[0006]
Another object of the present invention is to provide a charging device that enables charging even when parameters for charging cannot be read when charging a lithium battery.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is integrally provided with a memory that stores parameters for charging.Lithium batteryFor a battery to be charged, access the memory to read the parameter, and in a charger that charges according to the parameter, try to access the memory to the battery to be charged and read the parameter from the memory. If it is impossible to read from the memory as a result of determination by the determination means and the determination means,It is judged that the mounted battery to be charged is not the lithium battery or that the parameters cannot be read due to poor contact, and both the conditions of the lithium battery and the conditions of batteries other than the lithium battery are satisfied.And a parameter creating means for independently creating a parameter for charging (claim 1).
[0008]
Further, the parameter creating means stores preliminary parameters for charging in the internal memory in advance,As a result of discrimination by the discrimination means, when reading from the memory is impossible,Spare parameters for internal memoryCreate parameters for the above charging based on(Claim 2).
[0009]
Further, the discrimination means is created by the parameter creation meansParameters for chargingWhen charging is performed, whether or not the parameter can be read is periodically accessed to the memory of the battery to be charged (Claim 3).
[0010]
The internal memory has the same data format as that of the memory of the charged battery.
[0011]
In addition, the charger can attach a load device that uses the charged battery as a power source and accesses the memory of the charged battery to read internal storage data together with the charged battery. And a timing control means for preventing duplication of access timing to the memory when the load device is mounted.
[0012]
Also, the timing control means is configured to access using the access code defined with the load device, and before accessing, whether the access code is present in the signal line for reading the parameter. Whether or not there is an access code is provided, priority means that does not access is provided (claim 6).
[0013]
[Action]
According to the first aspect of the present invention, when the battery to be charged is attached to the charging device, the battery to be charged is accessed from the charging device side and the parameters for charging are read. When the battery to be charged is a lithium battery, parameters are read from the memory. Then, charging control is performed according to the read parameters. On the other hand, in the case where the battery to be charged is a different kind of battery different from the lithium battery, for example, a nickel battery or the like, the parameter cannot be read because it does not have a memory inside. Even in the case of a lithium battery, the parameter may not be read due to poor contact or other causes. In these cases, the charging device creates a preliminary parameter. Then, charging control is performed with this preliminary parameter.
[0014]
According to the invention described in
[0015]
According to invention of
[0016]
According to the fourth aspect of the present invention, when the spare parameter is read, if the data format is the same as that of the memory of the battery to be charged, the access process and the procedure for reading the parameter can be shared.
[0017]
According to the fifth aspect of the present invention, there is no duplication of access timing to the memory of the battery to be charged, so that it is not destroyed and erroneous parameters are not taken in.
[0018]
According to the invention described in claim 6, before the access, it is determined whether or not the access code from the other connected device is present in the signal line, and the access is not performed when the access code is present. Can be read accurately.
[0019]
【Example】
FIG. 1 is a block diagram showing a relationship between a charger provided with a charging device according to the present invention and a battery to be charged charged by the charger. In the figure, 1 indicates a charger, and 2 indicates a battery to be charged. The
[0020]
Furthermore, the
[0021]
FIG. 2 is a configuration diagram illustrating an example of a connection mode of a charger to which the charging device according to the present invention is applied. The
[0022]
FIG. 3 and FIG. 4 are diagrams for explaining this connection relation. FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing a connection state of each device, and FIG. 4 is a diagram showing an arrangement of connection terminals of each device. The
[0023]
The lithium battery has a pack shape formed in a trapezoidal shape in a side view, for example, and is formed in a state where terminals indicated by (1) to (5) are short-circuited on the upper and lower surfaces of the mounting tip portion via the inside. ing. Terminal (1) is for ground (GND), terminal (2) is for temperature sensor, terminal (3) is for positive terminal, terminal (4) is for battery capacity (large / small) discrimination, (5) is for read / write (R / W) for serial transmission of data and parameters from the
[0024]
Here, a memory map of the
[0025]
Vc (cut-off voltage): Allowable voltage indicating the upper limit, 8, 2 V or 8, 4 V
Vmin (lower limit voltage): The minimum voltage that allows rapid charge control
Tmin (control lower limit temperature): For example, 5 ° C. (in this embodiment, −30 ° C. or less can also be measured)
Tmax (cut-off temperature): upper limit temperature for control, for example, 45 ° C
Il (rapid charge low current): lower limit current value in high-speed (rapid) charge mode (however, excluding when charging starts as described later)
Ih (rapid charge high current): value added to current Il in high-speed (rapid) charge mode
td (full charge time): time element regarded as full charge
Is (full charge discriminating current): current value that is considered full charge after approaching full charge and shifting from constant current control to constant voltage control
Next, a protection circuit for a lithium battery will be described with reference to FIG. As described above, the lithium battery has the GND terminal (1) and the + terminal (3), and the cells Ce1 and Ce2 are connected in series therebetween. Usually, a lithium battery is configured by connecting two or more cells in series.
[0026]
Moreover, the
[0027]
The
[0028]
The
[0029]
6 to 8 show divided circuits of the charging device according to the present invention.
This charging device includes a rectifying /
[0030]
The
[0031]
The
[0032]
In place of the
[0033]
The multistage resistors R1 to R8 are configured such that each stage corresponds to a bit position by arranging resistors in which each resistance value is sequentially doubled. And the output side of each resistance is put together and connected to the terminal LC. Therefore, by outputting high and low signals as bit information to the input side of each resistor of the microcomputer μC1, 256 levels of voltage can be generated at the terminal LC in this embodiment. The output voltage of the terminal LC is used as a reference signal for the constant current control circuit 24 as will be described later. The number of resistance stages is determined in consideration of control accuracy in constant current or constant voltage control.
[0034]
The rectifying /
[0035]
The
[0036]
By providing the power supply coil L3 in parallel with the secondary coil L2, when the voltage of the battery to be charged 2 is low, the induced voltage of the secondary coil L2 is pulled by the battery voltage and becomes low. The constant voltage at the terminal B is prevented from lowering, thereby ensuring the stable operation of the
[0037]
The
[0038]
The starting resistor R33 is used to start the FET 31 by applying a voltage to the gate of the FET 31, and is connected between the positive electrode of the rectifying and smoothing
[0039]
A series circuit composed of a diode D32 and a transistor Q31 is a negative voltage generating circuit that charges the capacitor C33 to a negative voltage while the FET 31 is off, and is connected to both ends of the drive coil L4. Further, a discharging resistor R36 is connected in parallel to the capacitor C33.
[0040]
Connected to both ends of the capacitor C32 are a control transistor Q32 for lowering the gate of the FET 31 to an off voltage, and a control transistor Q33 for discharging the charge accumulated in the capacitor C32 and the charge of the gate of the FET 31. . That is, the collector of the control transistor Q32 is connected to the connection point between the capacitor C32 and the resistor R34, and the collector of the control transistor Q33 is connected to the connection point between the capacitor C32 and the gate of the FET 31.
[0041]
The control transistors Q32 and Q33 are connected to the anode of the Zener diode ZD32 via resistors R37 and R38, respectively, and the cathode is connected to the source of the FET 31. The emitters of the control transistors Q32 and Q33 are connected to the negative voltage side of the capacitor C33.
[0042]
Further, a photocoupler PC constituting a part of the constant current
[0043]
Here, the operation of the above circuit configuration will be described. When the input power supply is connected, the capacitor C32 is charged through the starting resistor R33, whereby a voltage is applied to the gate of the FET 31, and the FET 31 starts to turn on. For this reason, a current flows through the primary coil L1 and a feedback voltage is induced in the drive coil L4. This induced voltage rises with a time constant determined by the drive coil L4, the resistor R34 and the capacitor C32, and the gate voltage of the FET 31 rises. The current flowing from the source of the FET 31 increases. When the voltage across the resistor R32 rises due to the increase in the source current and the Zener diode ZD32 is turned on, the base current flows and both the control transistors Q32 and Q33 are turned on, and the gate voltage of the FET 31 reaches the negative voltage of the capacitor C33. descend. At this time, by discharging the charge of the capacitor C33 by the control transistor Q32, the charge of the gate of the FET 31 is removed together with the control transistor Q33, so that the FET 31 is turned off rapidly.
[0044]
Thereafter, a voltage is again applied to the gate of the FET 31 through the starting resistor R33, and the FET 31 is turned on. That is, the FET 31 repeats switching, and by this switching, power is induced in the secondary coil L22 and rectified to obtain a constant current.
[0045]
The constant current
[0046]
As described above, the present invention makes it possible to charge different types of batteries. However, unlike a nickel-based battery, the lithium battery is different from a nickel-based battery and the
[0047]
The circuit is configured so that the charging current generated on the secondary side flows through the + terminal (3), the charged
[0048]
The control
[0049]
The constant current control by the constant current
[0050]
A voltage at a predetermined level output from the LC terminal of the
[0051]
The
[0052]
The charge
[0053]
Further, the configuration in which the Zener diode ZD51 is connected to the base of the transistor Q51 is adopted, and when the battery voltage is low, the transistor Q51 is prevented from being overheated by intermittent charging, and the induced voltage of the power supply coil L3 is set to a predetermined level. A constant level power supply voltage is obtained from the power supply output terminal B. For example, when the output voltage of the secondary coil L2 is 5V, if the battery voltage is 1V, a voltage drop of 4V occurs in the transistor Q51, and heat is generated as a load. Therefore, the base voltage is maintained at the threshold level using a Zener diode ZD51 to prevent the transistor Q51 from generating heat.
[0054]
The battery state
[0055]
In a nickel battery, the normal state is a battery voltage of 4 V or higher, and a lithium battery is 1 V or higher. In addition, a nickel-based battery can be rapidly charged even at 4 V or less, but a lithium battery cannot be rapidly charged at 1 V or less because it generates abnormal heat. Therefore, the charging current is controlled as described later according to the detected battery voltage.
[0056]
The in-battery ROM (R / W)
[0057]
Further, even if the
[0058]
The temperature
[0059]
The temperature
[0060]
The
[0061]
The
[0062]
The
[0063]
Next, a basic charging operation will be described with reference to the time chart of FIG.
When charging is started, first, the reference voltage is output while being stepped up from the LC terminal of the microcomputer μC1 so that the charging current I gradually increases from zero. Thereby, cancellation | release of the
[0064]
The battery temperature T is detected by the thermistor TH, the thermistor resistance decreases as the temperature rises, and the detection voltage at the detection terminal T1 decreases. The microcomputer μC1 converts the detection voltage into the temperature T (or remains as the detection voltage) and calculates the rising gradient ΔT / Δt from the two consecutive detection temperatures. When the gradient ΔT / Δt reaches a predetermined level, it is determined that the battery is fully charged and the charging operation is terminated, and the battery voltage Vpeak at this time is taken in from the battery voltage input terminal V1 and stored. Further, the charging operation is resumed following the end of the charging operation. The charging current at the time of resuming charging is controlled so as to gradually increase as in the previous charging start. If the rising of the current is controlled gently in this way, the battery voltage that has been on the decline starts to rise again. When the battery voltage matches the stored value Vpeak, the charging is completed. After this, it shifts to the maintenance mode.
[0065]
In this way, once charging is completed, the charging current is gradually increased again, and recharging is performed until the battery voltage rises and matches the voltage at the end of charging. It tries to be close to charging. In addition, by gradually increasing the current in resumption charging, the battery voltage continues to decrease as it is or when a high-level current is supplied suddenly, and overcharging without coincident with Vpeak even after forever. Is effectively prevented.
[0066]
Further, in the above embodiment, the end of the first charging is monitored with a temperature rising gradient, but the present invention is not limited to this, and when it is detected that this temperature gradient or the battery voltage has increased to just before full charge, The constant current control up to that time is switched to constant voltage control, and under this constant voltage control, it is determined that the charging is completed on the condition that the charging current has decreased to a predetermined level (full charge discriminating current) Is as it approaches full charging. You may do it.
[0067]
When the battery voltage is lower than the voltage close to the threshold level of the charge
[0068]
Next, details of the charging operation will be described with reference to the flowcharts of FIGS. 10 and 11. 10 and 11 show one flowchart divided. In the figure, among the lines connecting the steps, the two-dot chain line indicates a lithium battery, the broken line indicates a case where it cannot be distinguished from a lithium battery or a nickel-based battery, and the thin solid line indicates a case common to both batteries. Show.
[0069]
This flowchart starts when the
[0070]
When the flowchart is started, first, the process shifts to the IDLE mode, the charging current I = 0 is set, all the states are reset to OFF (step S2), and the battery temperature T is measured. If the battery temperature T ≧ −30 ° C., it is determined that the charged
[0071]
The battery temperature T is always checked after this, and if the battery temperature T is <−30 ° C. in any state (step), the process returns to step S2.
[0072]
Here, if the parameter can be read, it is determined that the charged
[0073]
Regardless of the type of battery, if the battery temperature T is lower than Tmin (5 ° C. in this embodiment), the
[0074]
In the rapid mode, rapid charging is performed. The rising of the charging current is stepped to release the
[0075]
Hereinafter, the charging operation will be described for each case.
(1) When lithium batteries are normally charged
When transitioning from step S4 to the rapid mode of step S6, the charging current I is raised stepwise from 0 to Il + Ih (for example, about 1 A in total). This step-like current increase is performed by sequentially increasing the reference voltage from the LC terminal of the microcomputer μC1. When the current value reaches (Il + Ih), continuous power feeding is performed while maintaining this level. The step-up of the charging current is continuously controlled, for example, at a time interval of 640 ms. After the reference voltage is switched from the LC terminal, the
[0076]
During rapid charging, it is determined whether or not the battery voltage V has exceeded the cut-off voltage Vc (step S61). If not, charging is continued as it is, and if it exceeds, switching from constant current control to constant voltage control is performed ( Step S62). As a result, the current gradually decreases as charging progresses and approaches full charge. When the current value decreases to 20 mA (= Is), it is determined that the battery is fully charged, and the process proceeds to the maintenance mode (step S16). In the maintenance mode, the current is set to 0, and the
[0077]
(2) When a non-rechargeable battery is normally charged when parameters cannot be read
In this case, charging control is performed using the reserve parameter. The start of charging is controlled by the microcomputer μC1 so that the charging current increases stepwise as in the case (1). During charging, when the battery voltage V reaches the limit voltage Vsc (<Vnc) or reaches the cut-off voltage Vnc, it is determined that the battery is fully charged and shifts to the maintenance mode. In the maintenance mode, an end current of a level that compensates for self-discharge is supplied (step S16). Even after this, while the
[0078]
On the other hand, if the temperature rise ΔT / Δt reaches a predetermined value before the battery voltage V reaches each of the above charging termination conditions, the battery voltage at this point is taken in as Vpeak and a top-off mode (step) for recharging is performed. The process proceeds to S14). In the top-off mode (recharging), the charging current I is raised stepwise from 0 to (Il + Ih), as in the case of starting charging in the rapid mode. This step-like current increase is performed by sequentially increasing the reference voltage from the LC terminal of the microcomputer μC1. As described above, by increasing the charging current from 0, the battery voltage starts to increase again. When the current value reaches (Il + Ih), continuous power feeding is performed while maintaining this level. In this mode, the
[0079]
Further, the battery voltage V is detected during charging, and it is determined whether or not the stored voltage Vpeak has been exceeded (step S141). If not, charging continues while maintaining the current value at (Il + Ih). (Step S142), when V> Vpeak, the charging is completed and the mode is shifted to the maintenance mode (Step S16).
[0080]
In the recharge in the top-off mode, when the total time from the start of charging in the rapid mode exceeds the full charge td, or when the battery temperature T exceeds Tmax, the charge is considered to be full, and the charge is completed. Transition to maintenance mode.
[0081]
(3) When shifting to trickle 3 mode from step S4
In the
[0082]
(4) When shifting to trickle 1 mode from steps S4 and S10
In the
[0083]
If battery voltage V is less than (Vth + 50 mV), considering the heat generation of transistor Q1, intermittent charging is instructed (step S82), otherwise continuous (linear) charging is instructed (step S83). Both the intermittent charging and the linear charging are controlled by the microcomputer μC1 so that the charging current increases stepwise at the start of charging, and the release of the
[0084]
Next, it is determined whether or not the battery temperature T is lower than (Tmax + 1 ° C.) (step S84). If the battery temperature T is lower than (Tmax + 1 ° C.), a yellow flash is performed (step S85), and
[0085]
On the other hand, similar processing is executed when linear charging is started in step S83. Note that intermittent charging is performed by high and low signals from the CH1 terminal of the microcomputer μC1, and the charging and resting periods are appropriately changed according to the battery temperature, battery voltage, and threshold level (steps SS86, S91, and S83).
[0086]
When the battery voltage V becomes (Vth + 50 mV) or more, it is considered that the battery has been restored to a level at which rapid charging is possible, and the mode is changed to the rapid mode.
[0087]
(5) When shifting to trickle 2 mode from step S4
In the
[0088]
On the other hand, when shifting to the non-charge mode from step S101, the charging is interrupted. During this time, if the battery voltage becomes Vmin to (Vc−200 mV) for a lithium battery, Vmin for an unknown battery. If it becomes-(Vmax-200mV), it will transfer to step S4.
[0089]
In the charging operation flowchart, if the parameter cannot be read, the microcomputer μC1 outputs a code for access to the ROM terminal periodically, periodically, or in a specific step during the charging control. At this time, when the parameters can be read from the
[0090]
Next, the access operation to the
When the
[0091]
In addition, when there is a high or low level signal on the transmission line when accessing from the charging
[0092]
In this embodiment, the telephone is described as another device. However, the present invention is not limited to this, and a shaving device that can be operated with a secondary battery and that reads battery characteristic data as needed is used. It is applicable to battery application equipment such as electric tools.
[0093]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, the determination means for determining whether or not the parameter can be read for the attached battery to be charged, and when the parameter cannot be read as a result of the determination. In addition, since the parameter creation means for creating the parameters for charging independently is provided, the lithium battery can be charged according to the read parameters, and the battery to be charged is a different type of battery different from the lithium battery, For example, in the case of a nickel battery or the like, or even in the case of a lithium battery, if the parameter cannot be read due to poor contact or other causes, the battery can be charged with the spare parameter.
[0094]
According to the second aspect of the present invention, since the spare parameter can be used only by accessing the internal memory of the charging apparatus when the parameter cannot be read from the memory of the battery to be charged, the complicated configuration is obtained. It becomes unnecessary.
[0095]
According to the invention of
[0096]
According to the fourth aspect of the present invention, since the internal memory has the same data format as the memory of the battery to be charged, the parameter data can be handled with the same correspondence relationship, and the access process and procedure for reading the parameters. Can be shared, and the processing can be simplified accordingly.
[0097]
According to the fifth aspect of the present invention, when a load device capable of accessing the memory of the battery to be charged is attached, the timing control means for preventing duplication of the access timing to the memory is provided. It is possible to prevent erroneous parameters from being taken in.
[0098]
According to the invention described in claim 6, prior to access, it is determined whether or not the access code is present in a signal line for reading a parameter, and priority means for not accessing when the access code is present is provided. As a result, access is not duplicated, and accurate parameter reading is ensured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a relationship between a charger provided with a charging device according to the present invention and a battery to be charged charged by the charger.
FIG. 2 is a configuration diagram showing an example of a connection mode of a charger to which a charging device according to the present invention is applied.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing a connection state of each device.
FIG. 4 is a diagram showing an arrangement of connection terminals of each device.
FIG. 5 is a circuit diagram illustrating a protection circuit for a lithium battery.
FIG. 6 is a circuit diagram of a charging device according to the present invention.
FIG. 7 is a circuit diagram of a charging device according to the present invention.
FIG. 8 is a circuit diagram of a charging device according to the present invention.
FIG. 9 is a time chart illustrating a basic charging operation.
FIG. 10 is a flowchart illustrating a charging operation.
FIG. 11 is a flowchart illustrating a charging operation.
FIG. 12 is a flowchart illustrating an access operation to a ROM.
[Explanation of symbols]
1 Charging device
2 Rechargeable battery
2A ROM
3 Telephone
10 Memory circuit
101 discriminator
102 Parameter creation part
11 Rectifier smoothing circuit
12 Conversion circuit section
13 Drive circuit section
14 Constant current control circuit
15 Charge control circuit
16 Battery state detection circuit
17 ROM (R / W) circuit part in battery
18 Temperature sensor circuit
19 Display circuit
20 Protection circuit
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