JP3777022B2 - バッテリ充電装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ニッカド電池など充電可能なバッテリの充電装置に関するもので、特に、定電圧充電及び定電流充電が可能なモード変換形バッテリ充電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
充電可能なバッテリの価格が乾電池の３〜５倍程度にまで下がってきたことから、最近では、３００回以上再利用可能なニッケル・カドミウムバッテリの使用が非常に増えている。一般に充電可能なバッテリは２次バッテリと呼ばれ、充電できない１次バッテリと比較して低い内部抵抗をもっているので、瞬間的大電流供給に向いており、放電特性も良好で放電終止電圧に至るまで安定した電圧を維持する長所をもつ。特に、バッテリ交換を頻繁に行うものには充電式バッテリが経済的であり、また良好な放電特性のために大電流を必要とする模型やポータブル器機で幅広く使用されいる。最近ではその種類も、５００ｍＡｈから数Ａｈ容量のものまで多種市販されている。
【０００３】
このような２次バッテリの充電方式には、定電圧充電方式と定電流充電方式の２つがある。定電圧充電方式は、バッテリの使用電圧よりも高い定電圧を加えて充電する方法で、大量の放電があまり起きないような非常電源の充電方式として適している。また、定電流充電方式は、常時一定な電流を流して充電する方式で、充電開始初期や急速充電に向いている。
【０００４】
このような２次バッテリの充電装置において重要なのが充電終了時点を検出することであり、電気的に検出できる方法としては、端子電圧の変化を検出する手法が知られている（電解液を使う大容量の２次バッテリでは電解液の比重による方法がある）。
【０００５】
特に、定電流充電による急速充電においては充電終了時点を探すことがバッテリ保護からも重要であるが、完全放電したバッテリと半分ほどしか放電していないバッテリとでは当然ながら充電時間が異なるため、バッテリの放電状態に従って充電時間を決めなければならない。そこで、例えばヘッドホンステレオの充電装置では、充電開始時にまず一定電流を放電してこの際の端子電圧降下を検査し、これに従い急速充電時間をプログラムにより決定する方法を使用している。
【０００６】
しかし、この方法も、バッテリの経時変化までは予定していないので、使用年数が経つにつれて新品時同様に充電することはできなくなってくる。また、バッテリ交換で純正品以外のバッテリへ交換されたりすると、同様の充電を行えなくなる。このように、充電による端子電圧の推移はバッテリそれぞれの状態や経時変化によって変わるので、実質的に完璧な充電装置を得ることは非常に難しく、バッテリの保護及び事故防止、迅速な充電、十分な充電という３つの要件を加味した折衝点で妥協するしかない。
【０００７】
定電圧充電方式は、上述のようにバッテリの使用電圧よりも高い定電圧電源を用いて充電する方式であり、バッテリ保護のための時限構造を必要としないという長所がある。但し、充電初期に大電流が流れてバッテリや電源に無理がかかるおそれがあるので、これを防止するために電流制限抵抗を入れて初期電流を抑制しなければならない。また、充電が進んでバッテリ電圧が上昇してくると充電電流が減少していくので、充電時間が長くなり、完全に満杯まで充電をすることが難しい。
【０００８】
現状では、低コスト及び安全性の理由から定電圧充電方式が多用されている。例えば電話機のハンドセットにおける充電装置では、バッテリ保護、充電時間短縮、十分な充電の３要素を考慮して約２０時間充電率の電流をほぼ継続してながすような充電電圧を用いた定電圧充電方式が使われる。
【０００９】
定電流充電方式は、充電によるバッテリ電圧の上昇に関せず一定電流を供給し続けて充電する方式であり、充電時間が短くてすみ、十分な充電をすることができる長所がある。反面、バッテリを必要以上につなぎっぱなしにしておいたときの過充電が定電圧方式の場合に比べて致命的で、充電終了時点を探して自動的に充電を終える時限充電を行わなければならないという欠点がある。
【００１０】
これらを解決するためにモード変換形充電装置が提案されている。この充電装置は定電流充電と定電圧充電を切り換えられるようにしたもので、バッテリがかなり放電している状態では定電流充電を行なって急速充電し、そして、ある程度まで充電されると定電圧充電モードに自動的に切り替わるようにしてある。つまり、急速充電を可能にすると共に、充電装置にバッテリをつなぎっぱなしにしておいても無理がかからないようにして安全性をもたせたものである。
【００１１】
図１Ａに示したように、定電流充電だけを行う場合には急速充電が可能であるが、充電が進むにつれて電圧が降下する。これに対し、図１Ｂに示したように、定電流充電を所定の期間で実行した後に定電圧充電を実行すると、無理をかけることなく、ほぼ完全に満杯の状態まで充電が実行される。
【００１２】
このモード変換形充電装置では、充電するバッテリを装着したときに装置の定電圧下でバッテリに流入する充電電流が例えば１０時間充電率の電流（５００ｍＡｈのバッテリである場合５０ｍＡ）以上であれば、バッテリ消耗が激しいとみなして定電流充電モードを実行し、急速充電（例えば１時間充電率）を行う。そして、定電流充電によりバッテリの充電終了電圧に近づくと、定電圧充電モードへ転換して継続充電を行うようにしてある。即ち、満杯近くまで定電流充電した後は定電圧充電に転換し、定電圧充電では１０時間充電率の電流以下になるので、バッテリを充電装置につないだままでもよい水準の電流で余分充電（クリクル充電）をするようになっている。例えば電話機のハンドセット（子機）であれば、短時間通話でハンドセットを使用した程度では充電装置へ戻したときに定電圧充電を行い、ハンドセットを充電装置から長時間外したままにしてバッテリが放電してしまったようなときは、充電装置へ戻すと定電流充電を行ってから定電圧充電へ転換するようにしてある。
【００１３】
また、２次バッテリの種類に応じても充電方式を切り換える必要がある。例えば、定電流充電方式だけが可能な充電装置では、定電流充電と定電圧充電の両方を必要とするＬｉ−ｌｏｎ（リチュウムイオン）バッテリを充電することができない。そこで、図２に示すような充電装置が提案されている。このバッテリ充電装置は、電源部１、スイッチングレギュレーター２、定電流充電制御部３、そして定電圧充電制御部４からなり、バッテリ５を充電する。
【００１４】
電源部１は、バッテリ５の個数に相応する電源を供給するためのトランス(transformer) と充電主電源回路、定電圧用基準電圧回路及び論理回路用の電源として５ボルトレギュレーターと、演算増幅器のＶｅｅ及び定電流用基準電圧のための付加電源とをもち、ＡＣ電源を整流したＤＣ電源を提供する。なお、この電源部１にスイッチングレギュレーター２を入れることもできる。
【００１５】
定電流制御部３は、スイッチングレギュレーター２を通じてバッテリ５へつながる充電電源供給ラインに設置され、充電電流を電圧変換するための電流検出抵抗３ａと、この電流検出抵抗３ａに最大電流が流れたときの電圧降下が所定範囲内で発生するかどうかを検出してレギュレーター２を制御する演算増幅器３ｂと、から構成されている。また、定電圧充電制御回路４は、充電電源供給ラインに提供される電圧を分圧する分圧抵抗４ａ，４ｂと、基準電圧を発生する基準電圧発生器４ｃと、前記分圧電圧と基準電圧とを比較してレギュレーター２を制御する演算増幅器４ｄと、から構成されている。
【００１６】
このモード変換形充電装置は、手動選択で定電流充電／定電圧充電を切り換え制御しバッテリ５を充電するもので、バッテリの種類を自動的に感知して必要なときだけに定電圧充電を行える構成は持ち合わせていない。従って、切り換えを忘れたりすると満足な充電を行えないという短所がある。また、バッテリパック(battery pack)の着脱時に静電気、ノイズ、サージに起因した定電圧充電制御部４の破損防止が不完全であるという解決課題もある。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような従来技術に着目して本発明の目的は、定電流充電モードから定電圧充電モードへの切り換え時点を、より正確に決定することができるようなモード変換形バッテリ充電装置を提供することにある。また、本発明の他の目的は、バッテリの種類に拘わらず自動的に定電圧充電モードと定電流充電モードを選択実行するモード変換形充電装置を提供することにある。加えて、本発明の他の目的は、バッテリ着脱時のサージ、静電気、ノイズに強い構造のモード変換形バッテリ充電装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
これら目的のために本発明では、フィードバック端子に印加される制御信号に応答してＤＣ電源を調整し、充電電流を出力するスイッチングレギュレーターと、該スイッチングレギュレーターによる充電電流を検出して前記フィードバック端子へ制御信号を出力する定電流充電制御部と、充電対象のバッテリへ提供される充電電圧を検知するバッテリ監視部と、該バッテリ監視部の出力に従い充電モード選択信号を出力すると共に充電速度制御信号を出力するコントローラと、前記充電速度制御信号に従い前記定電流充電制御部から前記フィードバック端子へ提供される制御信号の電圧を変える急速充電制御部と、前記充電モード選択信号に従い前記スイッチングレギュレーターによる充電電圧を伝達する保護部と、該保護部を介し伝えられる充電電圧を検出して制御信号を出力する定電圧充電制御部と、前記充電モード選択信号に従って、前記定電圧充電制御部から出力される制御信号を前記フィードバック端子へ伝える充電モード選択部と、を含むことを特徴としたバッテリ充電装置を提供する。
【００１９】
或いは、フィードバック端子に印加される制御信号に応答してＤＣ電源を調整し、充電電流を出力するスイッチングレギュレーターと、該スイッチングレギュレーターによる充電電流を検出して前記フィードバック端子へ制御信号を出力する定電流充電制御部と、充電対象のバッテリへ提供される充電電圧を検知するバッテリ監視部と、該バッテリ監視部の出力に従い充電モード選択信号を出力すると共に充電速度制御信号を出力するコントローラと、前記充電速度制御信号に従い前記定電流充電制御部から前記フィードバック端子へ提供される制御信号の電圧を変える急速充電制御部と、前記スイッチングレギュレーターによる充電電圧を検出して制御信号を出力する定電圧充電制御部と、前記充電モード選択信号に従って、前記定電圧充電制御部から出力される制御信号を前記フィードバック端子へ伝える充電モード選択部と、を含むことを特徴としたバッテリ充電装置を提供する。
【００２０】
或いはまた、フィードバック端子に印加される制御信号に応答してＤＣ電源を調整し、充電電流を出力するスイッチングレギュレーターと、該スイッチングレギュレーターによる充電電流を検出して前記フィードバック端子へ制御信号を出力する定電流充電制御部と、充電対象のバッテリへ提供される充電電圧を検知するバッテリ監視部と、該バッテリ監視部の出力に従い充電モード選択信号を出力すると共に充電速度制御信号を出力するコントローラと、前記充電速度制御信号に従い前記定電流充電制御部から前記フィードバック端子へ提供される制御信号の電圧を変える急速充電制御部と、前記充電モード選択信号に従い前記スイッチングレギュレーターによる充電電圧を伝達する保護部と、該保護部を介し伝えられる充電電圧を検出して制御信号を前記フィードバック端子へ出力する定電圧充電制御部と、を含むことを特徴としたバッテリ充電装置を提供する。
【００２１】
上記のようなバッテリ充電装置においては、充電中のバッテリ温度を検知する温度検知手段を更に含み、コントローラが該温度検知手段の出力にも従い充電モード選択信号を出力するようにしておくとよい。
【００２２】
スイッチングレギュレーターは、定電流充電制御部による制御信号に従いパルス幅変調方式でＤＣ電源を調整するものとすることができる。
【００２３】
定電流充電制御部は、充電電源供給ライン中に設けた電流検出用抵抗と、この電流検出用抵抗による降下電圧を増幅して出力する演算増幅器と、を備えるものとすることができる。
【００２４】
急速充電制御部は、充電速度制御信号に従い定電流充電制御部の出力を接地させる構成をもつものとすることができ、この場合、充電速度制御信号に応答するスイッチング素子により定電流充電制御部の出力を接地させるようにしておくとよい。このスイッチング素子は充電速度制御信号のハイレベルで定電流充電制御部の出力を接地させるトランジスタとすることができる。
【００２５】
定電圧充電制御部は、充電電圧を分圧する分圧手段と、基準電圧を発生する基準電圧手段と、これら分圧電圧及び基準電圧を比較する比較器と、該比較器の出力に従いスイッチングして前記充電電圧を制御信号として出力するスイッチング素子と、を備えるものとすることができる。その比較器は演算増幅器を用いればよく、分圧手段は、充電電圧から接地へ直列接続した２つの抵抗からなるものとすればよい。また、分圧手段に並列接続されたツェナーダイオードをもつようにしておくと好ましい。基準電圧発生手段は、充電電圧から接地へ直列接続した２つの抵抗と、これら抵抗どうしの接続点から接地の間に設けたツェナーダイオードと、を有するものとすることができる。
【００２６】
保護部は、定電流充電モードのときには定電圧充電制御部への充電電圧伝達を遮断するようにしてあるとよく、この場合、充電モード選択信号に従いオンオフする第１のトランジスタと、該第１のトランジスタに従いオンオフして充電電圧を定電圧充電制御部へ伝達する第２のトランジスタと、を備える構成としておくことができる。
【００２７】
充電モード選択部は、充電モード選択信号に従いオンオフし、定電圧充電制御部の出力をフィードバック端子へ伝えるスイッチング素子を備えるものとするこができ、また、定電流充電制御部の出力が定電圧充電制御部へ逆流しないようにダイオードを備えるようにしておくとよい。すなわち、フィードバック端子に出力側が接続されたダイオードを備え、該ダイオードの入力側に定電圧充電制御部から印加される制御信号を、充電モード選択信号に従いオンオフするトランジスタを通じて接地させる構成とするとよい。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図３に示すように、この例のバッテリ充電装置は、電源部から提供されるＤＣ電源Ｖinをフィードバック端子ＦＢの制御信号に従い調整するスイッチングレギュレーター１０と、このスイッチングレギュレーター１０から提供される充電電流を電圧変換して検出し、フィードバック端子ＦＢに定電流充電時の制御信号を出力する定電流充電制御部２０と、ダイオードＤ１を経てバッテリパック４０へ提供される充電電圧を感知するバッテリ監視部３０と、充電速度制御信号（Ｆ＿Ｑ）に従い急速充電の切り換えを行う急速充電制御部５０と、定電圧充電時の制御信号をフィードバック端子ＦＢに出力する定電圧充電制御部８０と、充電モード選択信号（ＣＨＧ＿ＭＯＤ）に従い動作し、バッテリパック４０の着脱時に静電気、ノイズ、サージに起因した定電圧充電制御部８０の破損を防止する保護部７０と、充電モード選択信号（ＣＨＧ＿ＭＯＤ）に従い、定電流充電モードと定電圧充電モードの転換制御を行うために定電圧充電制御部８０の出力を制御するモード選択部６０と、を備えている。
【００２９】
定電流充電制御部２０は、スイッチングレギュレーター１０の出力電流を検出してフィードバックし、入力電圧Ｖinのパルス幅変調＝ＰＷＭ(pulse width modulation)方式の出力制御を行うために提供されている。この定電流充電制御部２０において、充電電源供給ライン中に設けた電流検出用抵抗Ｒ２１による降下電圧として電流が検出され、演算増幅器ＯＰ２１で増幅される。この演算増幅器ＯＰ２１は、分圧用抵抗Ｒ２２，Ｒ２３により電流検出用抵抗Ｒ２１の前端にかかる電圧を分圧した分圧電圧を非反転端子＋に受け、そして、電流検出用抵抗Ｒ２１の後端に出る電圧を抵抗Ｒ２４を介し反転端子−に受けて比較する。
【００３０】
急速充電制御部５０は、その詳細を図４に示してある。即ち、充電速度制御信号（Ｆ＿Ｑ）を抵抗Ｒ５２，Ｒ５４を介在させて受けるベース、接地されたエミッタ、抵抗Ｒ５１，Ｒ５３を介在させてフィードバック端子ＦＢへつながる定電流充電制御部２０の出力を受けるコレクタをもつトランジスタＱ５１で構成されている。この急速充電制御部５０は、充電速度制御信号（Ｆ＿Ｑ）に応答して定電流充電制御部２０の出力を接地させ、スイッチングレギュレーター１０のフィードバック端子ＦＢへの制御信号印加を抑制する。
【００３１】
本構成の急速充電制御部５０では、充電速度制御信号（Ｆ＿Ｑ）がロウレベルであるときにトランジスタＱ５１はオフになり、定電流充電制御部２０の出力電圧に従いスイッチングレギュレーター１０の急速充電（＝定電流充電）が実施される。即ち、本実施形態ではスイッチングレギュレーター１０のフィードバック端子ＦＢが１．２４ボルトの基準電圧設定となっており、従って、定電流充電制御部２０の出力電圧が１．２４ボルトになるまでスイッチングレギュレーター１０内のスイッチングＦＥＴ（電界効果トランジスタ）がオンされ、また定電流充電制御部２０の出力電圧が１．２４ボルトを越えるとスイッチングＦＥＴがオフされる。このように、スイッチングＦＥＴのオンオフ反復による充電電流の制御、つまりＰＷＭ方式の充電電流制御が実施され、定充電電流がバッテリパック４０へ提供されて急速充電が実行される。
【００３２】
一方、急速充電制御部５０で充電速度制御信号（Ｆ＿Ｑ）がハイレベルになるとトランジスタＱ５１がオンになり、フィードバック端子ＦＢへ提供される定電流充電制御部２０の出力電圧は、抵抗Ｒ５３，Ｒ５１の抵抗値によるものとなる。従って、トランジスタＱ５１がオフのときとは異なる動作状況になる。
【００３３】
トランジスタＱ５１がオンしたときのフィードバック端子ＦＢへの印加電圧Ｆｂｆは次式１によって得られる。なお、Ｖａは定電流充電制御部２０の演算増幅器ＯＰ２１の出力電圧である。
【数１】
【００３４】
一方、トランジスタＱ５１がオフしたときのフィードバック端子ＦＢへの印加電圧Ｆｂｑは次式２によって得られる。
【数２】
【００３５】
これら式１及び式２かわ分かるように、トランジスタＱ５１のオンオフでフィードバック端子ＦＢへの印加電圧レベルを調節することができるので、急速充電中でもその速さを更に変える（ファスト／クイック）ことが可能である。
【００３６】
定電圧充電制御部８０は、図５に詳細を示してある。図示のように、比較器として機能する演算増幅器ＯＰ８１を備え、この演算増幅器ＯＰ８１の非反転端子＋に、保護部７０を経由して提供される充電電圧が分圧抵抗Ｒ８１，Ｒ８２で分圧されて印加され、そして反転端子−に、保護部７０を経由して提供される充電電圧が分圧抵抗Ｒ８３，Ｒ８４で分圧されて印加される。また、分圧抵抗Ｒ８１，Ｒ８２に並列に接続したツェナーダイオードＤ８１は、静電気、ノイズ、サージ電圧の影響を排除するために提供されている。
【００３７】
分圧抵抗Ｒ８３，Ｒ８４中の抵抗Ｒ８４に並列接続したツェナーダイオードＤ８２は、反転端子−の基準電圧を設定するものである。即ち、分圧抵抗Ｒ８１，Ｒ８２による分圧電圧がツェナーダイオードＤ８２によって維持される基準電圧よりも低くなると、演算増幅器ＯＰ８１はロウレベルを出力し、これに従いトランジスタＱ８１がオフになる。これは、バッテリパック４０の充電電圧が一定電圧（例えばリチウムイオンバッテリの場合、４．１Ｖ／ｃｅｌｌ或いは４．２Ｖ／ｃｅｌｌ）に到達していないことを示している。一方、バッテリ４０の充電電圧が一定電圧を越えると演算増幅器ＯＰ８１はハイレベルを出力し、トランジスタＱ８１をオンさせる。このトランジスタＱ８１の出力がモード選択部６０を経て定電圧充電モードのときにフィードバック端子ＦＢへ提供される。
【００３８】
保護部７０は、漏洩電流、バッテリの着脱時に発生されるサージ電圧、ノイズ、静電気などに起因した回路の損傷を防止するために提供されている。この保護部７０では、図６に示してあるように、充電モード選択信号（ＣＨＧ＿ＭＯＤ）がロウレベルにあるとき、つまり定電圧充電モードのときに、抵抗Ｒ７３を通じてロウレベルをベースに受けるトランジスタＱ７１がオフし、これに応じて定電圧充電制御部８０へ充電電圧を提供するためのトランジスタＱ７２がオンする。このトランジスタＱ７２のベースとエミッタ間には抵抗Ｒ７４が接続され、トランジスタＱ７２のベースへつながるトランジスタＱ７１のコレクタには、ダイオードＤ１のアノード電圧が抵抗Ｒ７２を通じて印加されている。
【００３９】
マイコン９０の出力ポートから出力される充電モード選択信号（ＣＨＧ＿ＭＯＤ）は、最初、セットされたバッテリパック４０がＬｉ−ｌｏｎ、Ｎｉ−ＭＨ、Ｎｉ−Ｃｄバッテリのいずれであってもハイレベルを維持する。そして、例えば充電中のバッテリパック４０がＬｉ−ｌｏｎバッテリであれば、そのバッテリパック４０の温度及び電圧が所定の条件に達したときに充電モード選択信号（ＣＨＧ＿ＭＯＤ）をロウに遷移させる。
【００４０】
この例において、充電速度制御信号（Ｆ＿Ｑ）、充電モード選択信号（ＣＨＧ＿ＭＯＤ）、スイッチングレギュレーター１０をエネーブル制御する充電エネーブル信号（ＣＨＧ＿ＥＮ）は、バッテリ充電装置に内臓されているマイコン９０から出力される。即ち、マイコン９０は、定電流充電中のバッテリパック４０の充電電圧をバッテリ監視部３０による監視信号Ｖ ＢＡＴＴから検知し、また、バッテリパック４０の温度を温度感知手段４２による監視信号Ｔ ＢＡＴＴから検知して、所定の電圧や温度に到達すると定電流充電モードから定電圧充電モードへ転換させる充電モード選択信号（ＣＨＧ＿ＭＯＤ）を出力し、更に、電源回路（図示略）のアダプタから電源印加を示す信号（Ａ＿ｌＮ）を受けてスイッチングレギュレーター１０を動作させる充電エネーブル信号（ＣＨＧ＿ＥＮ）を出力し、そして、バッテリパック４０の急速充電速度を決める充電速度制御信号（Ｆ＿Ｑ）を出力する。
【００４１】
この例では、充電モード選択信号（ＣＨＧ＿ＭＯＤ）のロウレベルで定電圧充電制御部８０が動作し、定電圧モードに切り換わるようになっている。バッテリパック４０を入れるときなどには充電モード選択信号（ＣＨＧ＿ＭＯＤ）がハイレベルにあるので、定電圧充電制御部８０は動作しない。この充電モード選択信号（ＣＨＧ＿ＭＯＤ）に応答して定電流充電モードか定電圧充電モードを選択するために、充電モード選択部６０が提供されている。図７に詳細を示してあるように、充電モード選択部６０は、充電モード選択信号（ＣＨＧ＿ＭＯＤ）のハイレベルでトランジスタＱ６１がオンし、ダイオードＤ６１の入力側がトランジスタＱ６１に通じて接地されるので、定電圧充電制御部８０の出力が遮断される。従ってこのときには、定電流充電制御部２０の出力に影響しない。これに対し、充電モード選択信号（ＣＨＧ＿ＭＯＤ）のロウレベルではトランジスタＱ６１がオフし、定電圧充電制御部８０の出力がダイオードＤ６１を通じてフィードバック端子ＦＢへ提供されてスイッチングレギュレーター１０に影響を与え、これにより定電圧充電が制御される。
【００４２】
以上の実施形態によれば、保護部７０により、バッテリパック４０着脱時の静電気、ノイズ、サージに起因した定電圧充電制御部８０の破損を防止することができる。また、バッテリ監視部３０及び温度感知手段４２による監視信号Ｖ ＢＡＴＴ，Ｔ ＢＡＴＴを入力するマイコン９０の判断で、バッテリパック４０の定電流充電モードと定電圧充電モードとを自動切り換えし、充電対象のバッテリに適した充電を常に行うことが可能である。
【００４３】
次に、別の例を説明する。図８に示す例は、図３の実施形態における保護部７０だけを省いた構成である。従って、定電流充電モード及び定電圧充電モードでの動作は図３の例と同様である。即ち、必要なときに定電圧充電モードへ自動的に切り換わるモード変換機能を達成した例である。
【００４４】
図９に示す例では、図３の実施形態における充電モード選択部６０を省いた例である。このようにモード選択部６０を省いたとしても、保護部７０が充電モード選択信号（ＣＨＧ＿ＭＯＤ）に従い定電圧充電制御部８０へ充電電圧を提供するようになっているので、保護部７０のトランジスタＱ７２がオフしていれば定電圧充電制御部８０の出力は一定しており、定電流充電制御部２０の出力に影響することはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】分図Ａは、定電流充電の場合の充電時間による電圧、電流変動のグラフ、分図Ｂは、所定期間の定電流充電後に定電圧充電を行う場合の充電時間による電圧、電流変動のグラフ。
【図２】従来のモード変換形バッテリ充電装置の回路図。
【図３】本発明によるバッテリ充電装置の一例を示した回路図。
【図４】図３中の急速充電制御部の詳細を示した回路図。
【図５】図３中の定電圧充電制御部の詳細を示した回路図。
【図６】図３中の保護部の詳細を示した回路図。
【図７】図３中のモード選択部の詳細を示した回路図。
【図８】本発明によるバッテリ充電装置の他の例を示した回路図。
【図９】本発明によるバッテリ充電装置の更に他の例を示した回路図。
【符号の説明】
１０ スイッチングレギュレーター
２０ 定電流充電制御部
３０ バッテリ監視部
４０ バッテリパック
５０ 急速充電制御部
６０ モード選択部
７０ 保護部
８０ 定電圧充電制御部
９０ マイコン
【発明の属する技術分野】
本発明は、ニッカド電池など充電可能なバッテリの充電装置に関するもので、特に、定電圧充電及び定電流充電が可能なモード変換形バッテリ充電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
充電可能なバッテリの価格が乾電池の３〜５倍程度にまで下がってきたことから、最近では、３００回以上再利用可能なニッケル・カドミウムバッテリの使用が非常に増えている。一般に充電可能なバッテリは２次バッテリと呼ばれ、充電できない１次バッテリと比較して低い内部抵抗をもっているので、瞬間的大電流供給に向いており、放電特性も良好で放電終止電圧に至るまで安定した電圧を維持する長所をもつ。特に、バッテリ交換を頻繁に行うものには充電式バッテリが経済的であり、また良好な放電特性のために大電流を必要とする模型やポータブル器機で幅広く使用されいる。最近ではその種類も、５００ｍＡｈから数Ａｈ容量のものまで多種市販されている。
【０００３】
このような２次バッテリの充電方式には、定電圧充電方式と定電流充電方式の２つがある。定電圧充電方式は、バッテリの使用電圧よりも高い定電圧を加えて充電する方法で、大量の放電があまり起きないような非常電源の充電方式として適している。また、定電流充電方式は、常時一定な電流を流して充電する方式で、充電開始初期や急速充電に向いている。
【０００４】
このような２次バッテリの充電装置において重要なのが充電終了時点を検出することであり、電気的に検出できる方法としては、端子電圧の変化を検出する手法が知られている（電解液を使う大容量の２次バッテリでは電解液の比重による方法がある）。
【０００５】
特に、定電流充電による急速充電においては充電終了時点を探すことがバッテリ保護からも重要であるが、完全放電したバッテリと半分ほどしか放電していないバッテリとでは当然ながら充電時間が異なるため、バッテリの放電状態に従って充電時間を決めなければならない。そこで、例えばヘッドホンステレオの充電装置では、充電開始時にまず一定電流を放電してこの際の端子電圧降下を検査し、これに従い急速充電時間をプログラムにより決定する方法を使用している。
【０００６】
しかし、この方法も、バッテリの経時変化までは予定していないので、使用年数が経つにつれて新品時同様に充電することはできなくなってくる。また、バッテリ交換で純正品以外のバッテリへ交換されたりすると、同様の充電を行えなくなる。このように、充電による端子電圧の推移はバッテリそれぞれの状態や経時変化によって変わるので、実質的に完璧な充電装置を得ることは非常に難しく、バッテリの保護及び事故防止、迅速な充電、十分な充電という３つの要件を加味した折衝点で妥協するしかない。
【０００７】
定電圧充電方式は、上述のようにバッテリの使用電圧よりも高い定電圧電源を用いて充電する方式であり、バッテリ保護のための時限構造を必要としないという長所がある。但し、充電初期に大電流が流れてバッテリや電源に無理がかかるおそれがあるので、これを防止するために電流制限抵抗を入れて初期電流を抑制しなければならない。また、充電が進んでバッテリ電圧が上昇してくると充電電流が減少していくので、充電時間が長くなり、完全に満杯まで充電をすることが難しい。
【０００８】
現状では、低コスト及び安全性の理由から定電圧充電方式が多用されている。例えば電話機のハンドセットにおける充電装置では、バッテリ保護、充電時間短縮、十分な充電の３要素を考慮して約２０時間充電率の電流をほぼ継続してながすような充電電圧を用いた定電圧充電方式が使われる。
【０００９】
定電流充電方式は、充電によるバッテリ電圧の上昇に関せず一定電流を供給し続けて充電する方式であり、充電時間が短くてすみ、十分な充電をすることができる長所がある。反面、バッテリを必要以上につなぎっぱなしにしておいたときの過充電が定電圧方式の場合に比べて致命的で、充電終了時点を探して自動的に充電を終える時限充電を行わなければならないという欠点がある。
【００１０】
これらを解決するためにモード変換形充電装置が提案されている。この充電装置は定電流充電と定電圧充電を切り換えられるようにしたもので、バッテリがかなり放電している状態では定電流充電を行なって急速充電し、そして、ある程度まで充電されると定電圧充電モードに自動的に切り替わるようにしてある。つまり、急速充電を可能にすると共に、充電装置にバッテリをつなぎっぱなしにしておいても無理がかからないようにして安全性をもたせたものである。
【００１１】
図１Ａに示したように、定電流充電だけを行う場合には急速充電が可能であるが、充電が進むにつれて電圧が降下する。これに対し、図１Ｂに示したように、定電流充電を所定の期間で実行した後に定電圧充電を実行すると、無理をかけることなく、ほぼ完全に満杯の状態まで充電が実行される。
【００１２】
このモード変換形充電装置では、充電するバッテリを装着したときに装置の定電圧下でバッテリに流入する充電電流が例えば１０時間充電率の電流（５００ｍＡｈのバッテリである場合５０ｍＡ）以上であれば、バッテリ消耗が激しいとみなして定電流充電モードを実行し、急速充電（例えば１時間充電率）を行う。そして、定電流充電によりバッテリの充電終了電圧に近づくと、定電圧充電モードへ転換して継続充電を行うようにしてある。即ち、満杯近くまで定電流充電した後は定電圧充電に転換し、定電圧充電では１０時間充電率の電流以下になるので、バッテリを充電装置につないだままでもよい水準の電流で余分充電（クリクル充電）をするようになっている。例えば電話機のハンドセット（子機）であれば、短時間通話でハンドセットを使用した程度では充電装置へ戻したときに定電圧充電を行い、ハンドセットを充電装置から長時間外したままにしてバッテリが放電してしまったようなときは、充電装置へ戻すと定電流充電を行ってから定電圧充電へ転換するようにしてある。
【００１３】
また、２次バッテリの種類に応じても充電方式を切り換える必要がある。例えば、定電流充電方式だけが可能な充電装置では、定電流充電と定電圧充電の両方を必要とするＬｉ−ｌｏｎ（リチュウムイオン）バッテリを充電することができない。そこで、図２に示すような充電装置が提案されている。このバッテリ充電装置は、電源部１、スイッチングレギュレーター２、定電流充電制御部３、そして定電圧充電制御部４からなり、バッテリ５を充電する。
【００１４】
電源部１は、バッテリ５の個数に相応する電源を供給するためのトランス(transformer) と充電主電源回路、定電圧用基準電圧回路及び論理回路用の電源として５ボルトレギュレーターと、演算増幅器のＶｅｅ及び定電流用基準電圧のための付加電源とをもち、ＡＣ電源を整流したＤＣ電源を提供する。なお、この電源部１にスイッチングレギュレーター２を入れることもできる。
【００１５】
定電流制御部３は、スイッチングレギュレーター２を通じてバッテリ５へつながる充電電源供給ラインに設置され、充電電流を電圧変換するための電流検出抵抗３ａと、この電流検出抵抗３ａに最大電流が流れたときの電圧降下が所定範囲内で発生するかどうかを検出してレギュレーター２を制御する演算増幅器３ｂと、から構成されている。また、定電圧充電制御回路４は、充電電源供給ラインに提供される電圧を分圧する分圧抵抗４ａ，４ｂと、基準電圧を発生する基準電圧発生器４ｃと、前記分圧電圧と基準電圧とを比較してレギュレーター２を制御する演算増幅器４ｄと、から構成されている。
【００１６】
このモード変換形充電装置は、手動選択で定電流充電／定電圧充電を切り換え制御しバッテリ５を充電するもので、バッテリの種類を自動的に感知して必要なときだけに定電圧充電を行える構成は持ち合わせていない。従って、切り換えを忘れたりすると満足な充電を行えないという短所がある。また、バッテリパック(battery pack)の着脱時に静電気、ノイズ、サージに起因した定電圧充電制御部４の破損防止が不完全であるという解決課題もある。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような従来技術に着目して本発明の目的は、定電流充電モードから定電圧充電モードへの切り換え時点を、より正確に決定することができるようなモード変換形バッテリ充電装置を提供することにある。また、本発明の他の目的は、バッテリの種類に拘わらず自動的に定電圧充電モードと定電流充電モードを選択実行するモード変換形充電装置を提供することにある。加えて、本発明の他の目的は、バッテリ着脱時のサージ、静電気、ノイズに強い構造のモード変換形バッテリ充電装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
これら目的のために本発明では、フィードバック端子に印加される制御信号に応答してＤＣ電源を調整し、充電電流を出力するスイッチングレギュレーターと、該スイッチングレギュレーターによる充電電流を検出して前記フィードバック端子へ制御信号を出力する定電流充電制御部と、充電対象のバッテリへ提供される充電電圧を検知するバッテリ監視部と、該バッテリ監視部の出力に従い充電モード選択信号を出力すると共に充電速度制御信号を出力するコントローラと、前記充電速度制御信号に従い前記定電流充電制御部から前記フィードバック端子へ提供される制御信号の電圧を変える急速充電制御部と、前記充電モード選択信号に従い前記スイッチングレギュレーターによる充電電圧を伝達する保護部と、該保護部を介し伝えられる充電電圧を検出して制御信号を出力する定電圧充電制御部と、前記充電モード選択信号に従って、前記定電圧充電制御部から出力される制御信号を前記フィードバック端子へ伝える充電モード選択部と、を含むことを特徴としたバッテリ充電装置を提供する。
【００１９】
或いは、フィードバック端子に印加される制御信号に応答してＤＣ電源を調整し、充電電流を出力するスイッチングレギュレーターと、該スイッチングレギュレーターによる充電電流を検出して前記フィードバック端子へ制御信号を出力する定電流充電制御部と、充電対象のバッテリへ提供される充電電圧を検知するバッテリ監視部と、該バッテリ監視部の出力に従い充電モード選択信号を出力すると共に充電速度制御信号を出力するコントローラと、前記充電速度制御信号に従い前記定電流充電制御部から前記フィードバック端子へ提供される制御信号の電圧を変える急速充電制御部と、前記スイッチングレギュレーターによる充電電圧を検出して制御信号を出力する定電圧充電制御部と、前記充電モード選択信号に従って、前記定電圧充電制御部から出力される制御信号を前記フィードバック端子へ伝える充電モード選択部と、を含むことを特徴としたバッテリ充電装置を提供する。
【００２０】
或いはまた、フィードバック端子に印加される制御信号に応答してＤＣ電源を調整し、充電電流を出力するスイッチングレギュレーターと、該スイッチングレギュレーターによる充電電流を検出して前記フィードバック端子へ制御信号を出力する定電流充電制御部と、充電対象のバッテリへ提供される充電電圧を検知するバッテリ監視部と、該バッテリ監視部の出力に従い充電モード選択信号を出力すると共に充電速度制御信号を出力するコントローラと、前記充電速度制御信号に従い前記定電流充電制御部から前記フィードバック端子へ提供される制御信号の電圧を変える急速充電制御部と、前記充電モード選択信号に従い前記スイッチングレギュレーターによる充電電圧を伝達する保護部と、該保護部を介し伝えられる充電電圧を検出して制御信号を前記フィードバック端子へ出力する定電圧充電制御部と、を含むことを特徴としたバッテリ充電装置を提供する。
【００２１】
上記のようなバッテリ充電装置においては、充電中のバッテリ温度を検知する温度検知手段を更に含み、コントローラが該温度検知手段の出力にも従い充電モード選択信号を出力するようにしておくとよい。
【００２２】
スイッチングレギュレーターは、定電流充電制御部による制御信号に従いパルス幅変調方式でＤＣ電源を調整するものとすることができる。
【００２３】
定電流充電制御部は、充電電源供給ライン中に設けた電流検出用抵抗と、この電流検出用抵抗による降下電圧を増幅して出力する演算増幅器と、を備えるものとすることができる。
【００２４】
急速充電制御部は、充電速度制御信号に従い定電流充電制御部の出力を接地させる構成をもつものとすることができ、この場合、充電速度制御信号に応答するスイッチング素子により定電流充電制御部の出力を接地させるようにしておくとよい。このスイッチング素子は充電速度制御信号のハイレベルで定電流充電制御部の出力を接地させるトランジスタとすることができる。
【００２５】
定電圧充電制御部は、充電電圧を分圧する分圧手段と、基準電圧を発生する基準電圧手段と、これら分圧電圧及び基準電圧を比較する比較器と、該比較器の出力に従いスイッチングして前記充電電圧を制御信号として出力するスイッチング素子と、を備えるものとすることができる。その比較器は演算増幅器を用いればよく、分圧手段は、充電電圧から接地へ直列接続した２つの抵抗からなるものとすればよい。また、分圧手段に並列接続されたツェナーダイオードをもつようにしておくと好ましい。基準電圧発生手段は、充電電圧から接地へ直列接続した２つの抵抗と、これら抵抗どうしの接続点から接地の間に設けたツェナーダイオードと、を有するものとすることができる。
【００２６】
保護部は、定電流充電モードのときには定電圧充電制御部への充電電圧伝達を遮断するようにしてあるとよく、この場合、充電モード選択信号に従いオンオフする第１のトランジスタと、該第１のトランジスタに従いオンオフして充電電圧を定電圧充電制御部へ伝達する第２のトランジスタと、を備える構成としておくことができる。
【００２７】
充電モード選択部は、充電モード選択信号に従いオンオフし、定電圧充電制御部の出力をフィードバック端子へ伝えるスイッチング素子を備えるものとするこができ、また、定電流充電制御部の出力が定電圧充電制御部へ逆流しないようにダイオードを備えるようにしておくとよい。すなわち、フィードバック端子に出力側が接続されたダイオードを備え、該ダイオードの入力側に定電圧充電制御部から印加される制御信号を、充電モード選択信号に従いオンオフするトランジスタを通じて接地させる構成とするとよい。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図３に示すように、この例のバッテリ充電装置は、電源部から提供されるＤＣ電源Ｖinをフィードバック端子ＦＢの制御信号に従い調整するスイッチングレギュレーター１０と、このスイッチングレギュレーター１０から提供される充電電流を電圧変換して検出し、フィードバック端子ＦＢに定電流充電時の制御信号を出力する定電流充電制御部２０と、ダイオードＤ１を経てバッテリパック４０へ提供される充電電圧を感知するバッテリ監視部３０と、充電速度制御信号（Ｆ＿Ｑ）に従い急速充電の切り換えを行う急速充電制御部５０と、定電圧充電時の制御信号をフィードバック端子ＦＢに出力する定電圧充電制御部８０と、充電モード選択信号（ＣＨＧ＿ＭＯＤ）に従い動作し、バッテリパック４０の着脱時に静電気、ノイズ、サージに起因した定電圧充電制御部８０の破損を防止する保護部７０と、充電モード選択信号（ＣＨＧ＿ＭＯＤ）に従い、定電流充電モードと定電圧充電モードの転換制御を行うために定電圧充電制御部８０の出力を制御するモード選択部６０と、を備えている。
【００２９】
定電流充電制御部２０は、スイッチングレギュレーター１０の出力電流を検出してフィードバックし、入力電圧Ｖinのパルス幅変調＝ＰＷＭ(pulse width modulation)方式の出力制御を行うために提供されている。この定電流充電制御部２０において、充電電源供給ライン中に設けた電流検出用抵抗Ｒ２１による降下電圧として電流が検出され、演算増幅器ＯＰ２１で増幅される。この演算増幅器ＯＰ２１は、分圧用抵抗Ｒ２２，Ｒ２３により電流検出用抵抗Ｒ２１の前端にかかる電圧を分圧した分圧電圧を非反転端子＋に受け、そして、電流検出用抵抗Ｒ２１の後端に出る電圧を抵抗Ｒ２４を介し反転端子−に受けて比較する。
【００３０】
急速充電制御部５０は、その詳細を図４に示してある。即ち、充電速度制御信号（Ｆ＿Ｑ）を抵抗Ｒ５２，Ｒ５４を介在させて受けるベース、接地されたエミッタ、抵抗Ｒ５１，Ｒ５３を介在させてフィードバック端子ＦＢへつながる定電流充電制御部２０の出力を受けるコレクタをもつトランジスタＱ５１で構成されている。この急速充電制御部５０は、充電速度制御信号（Ｆ＿Ｑ）に応答して定電流充電制御部２０の出力を接地させ、スイッチングレギュレーター１０のフィードバック端子ＦＢへの制御信号印加を抑制する。
【００３１】
本構成の急速充電制御部５０では、充電速度制御信号（Ｆ＿Ｑ）がロウレベルであるときにトランジスタＱ５１はオフになり、定電流充電制御部２０の出力電圧に従いスイッチングレギュレーター１０の急速充電（＝定電流充電）が実施される。即ち、本実施形態ではスイッチングレギュレーター１０のフィードバック端子ＦＢが１．２４ボルトの基準電圧設定となっており、従って、定電流充電制御部２０の出力電圧が１．２４ボルトになるまでスイッチングレギュレーター１０内のスイッチングＦＥＴ（電界効果トランジスタ）がオンされ、また定電流充電制御部２０の出力電圧が１．２４ボルトを越えるとスイッチングＦＥＴがオフされる。このように、スイッチングＦＥＴのオンオフ反復による充電電流の制御、つまりＰＷＭ方式の充電電流制御が実施され、定充電電流がバッテリパック４０へ提供されて急速充電が実行される。
【００３２】
一方、急速充電制御部５０で充電速度制御信号（Ｆ＿Ｑ）がハイレベルになるとトランジスタＱ５１がオンになり、フィードバック端子ＦＢへ提供される定電流充電制御部２０の出力電圧は、抵抗Ｒ５３，Ｒ５１の抵抗値によるものとなる。従って、トランジスタＱ５１がオフのときとは異なる動作状況になる。
【００３３】
トランジスタＱ５１がオンしたときのフィードバック端子ＦＢへの印加電圧Ｆｂｆは次式１によって得られる。なお、Ｖａは定電流充電制御部２０の演算増幅器ＯＰ２１の出力電圧である。
【数１】
一方、トランジスタＱ５１がオフしたときのフィードバック端子ＦＢへの印加電圧Ｆｂｑは次式２によって得られる。
【数２】
これら式１及び式２かわ分かるように、トランジスタＱ５１のオンオフでフィードバック端子ＦＢへの印加電圧レベルを調節することができるので、急速充電中でもその速さを更に変える（ファスト／クイック）ことが可能である。
【００３６】
定電圧充電制御部８０は、図５に詳細を示してある。図示のように、比較器として機能する演算増幅器ＯＰ８１を備え、この演算増幅器ＯＰ８１の非反転端子＋に、保護部７０を経由して提供される充電電圧が分圧抵抗Ｒ８１，Ｒ８２で分圧されて印加され、そして反転端子−に、保護部７０を経由して提供される充電電圧が分圧抵抗Ｒ８３，Ｒ８４で分圧されて印加される。また、分圧抵抗Ｒ８１，Ｒ８２に並列に接続したツェナーダイオードＤ８１は、静電気、ノイズ、サージ電圧の影響を排除するために提供されている。
【００３７】
分圧抵抗Ｒ８３，Ｒ８４中の抵抗Ｒ８４に並列接続したツェナーダイオードＤ８２は、反転端子−の基準電圧を設定するものである。即ち、分圧抵抗Ｒ８１，Ｒ８２による分圧電圧がツェナーダイオードＤ８２によって維持される基準電圧よりも低くなると、演算増幅器ＯＰ８１はロウレベルを出力し、これに従いトランジスタＱ８１がオフになる。これは、バッテリパック４０の充電電圧が一定電圧（例えばリチウムイオンバッテリの場合、４．１Ｖ／ｃｅｌｌ或いは４．２Ｖ／ｃｅｌｌ）に到達していないことを示している。一方、バッテリ４０の充電電圧が一定電圧を越えると演算増幅器ＯＰ８１はハイレベルを出力し、トランジスタＱ８１をオンさせる。このトランジスタＱ８１の出力がモード選択部６０を経て定電圧充電モードのときにフィードバック端子ＦＢへ提供される。
【００３８】
保護部７０は、漏洩電流、バッテリの着脱時に発生されるサージ電圧、ノイズ、静電気などに起因した回路の損傷を防止するために提供されている。この保護部７０では、図６に示してあるように、充電モード選択信号（ＣＨＧ＿ＭＯＤ）がロウレベルにあるとき、つまり定電圧充電モードのときに、抵抗Ｒ７３を通じてロウレベルをベースに受けるトランジスタＱ７１がオフし、これに応じて定電圧充電制御部８０へ充電電圧を提供するためのトランジスタＱ７２がオンする。このトランジスタＱ７２のベースとエミッタ間には抵抗Ｒ７４が接続され、トランジスタＱ７２のベースへつながるトランジスタＱ７１のコレクタには、ダイオードＤ１のアノード電圧が抵抗Ｒ７２を通じて印加されている。
【００３９】
マイコン９０の出力ポートから出力される充電モード選択信号（ＣＨＧ＿ＭＯＤ）は、最初、セットされたバッテリパック４０がＬｉ−ｌｏｎ、Ｎｉ−ＭＨ、Ｎｉ−Ｃｄバッテリのいずれであってもハイレベルを維持する。そして、例えば充電中のバッテリパック４０がＬｉ−ｌｏｎバッテリであれば、そのバッテリパック４０の温度及び電圧が所定の条件に達したときに充電モード選択信号（ＣＨＧ＿ＭＯＤ）をロウに遷移させる。
【００４０】
この例において、充電速度制御信号（Ｆ＿Ｑ）、充電モード選択信号（ＣＨＧ＿ＭＯＤ）、スイッチングレギュレーター１０をエネーブル制御する充電エネーブル信号（ＣＨＧ＿ＥＮ）は、バッテリ充電装置に内臓されているマイコン９０から出力される。即ち、マイコン９０は、定電流充電中のバッテリパック４０の充電電圧をバッテリ監視部３０による監視信号Ｖ ＢＡＴＴから検知し、また、バッテリパック４０の温度を温度感知手段４２による監視信号Ｔ ＢＡＴＴから検知して、所定の電圧や温度に到達すると定電流充電モードから定電圧充電モードへ転換させる充電モード選択信号（ＣＨＧ＿ＭＯＤ）を出力し、更に、電源回路（図示略）のアダプタから電源印加を示す信号（Ａ＿ｌＮ）を受けてスイッチングレギュレーター１０を動作させる充電エネーブル信号（ＣＨＧ＿ＥＮ）を出力し、そして、バッテリパック４０の急速充電速度を決める充電速度制御信号（Ｆ＿Ｑ）を出力する。
【００４１】
この例では、充電モード選択信号（ＣＨＧ＿ＭＯＤ）のロウレベルで定電圧充電制御部８０が動作し、定電圧モードに切り換わるようになっている。バッテリパック４０を入れるときなどには充電モード選択信号（ＣＨＧ＿ＭＯＤ）がハイレベルにあるので、定電圧充電制御部８０は動作しない。この充電モード選択信号（ＣＨＧ＿ＭＯＤ）に応答して定電流充電モードか定電圧充電モードを選択するために、充電モード選択部６０が提供されている。図７に詳細を示してあるように、充電モード選択部６０は、充電モード選択信号（ＣＨＧ＿ＭＯＤ）のハイレベルでトランジスタＱ６１がオンし、ダイオードＤ６１の入力側がトランジスタＱ６１に通じて接地されるので、定電圧充電制御部８０の出力が遮断される。従ってこのときには、定電流充電制御部２０の出力に影響しない。これに対し、充電モード選択信号（ＣＨＧ＿ＭＯＤ）のロウレベルではトランジスタＱ６１がオフし、定電圧充電制御部８０の出力がダイオードＤ６１を通じてフィードバック端子ＦＢへ提供されてスイッチングレギュレーター１０に影響を与え、これにより定電圧充電が制御される。
【００４２】
以上の実施形態によれば、保護部７０により、バッテリパック４０着脱時の静電気、ノイズ、サージに起因した定電圧充電制御部８０の破損を防止することができる。また、バッテリ監視部３０及び温度感知手段４２による監視信号Ｖ ＢＡＴＴ，Ｔ ＢＡＴＴを入力するマイコン９０の判断で、バッテリパック４０の定電流充電モードと定電圧充電モードとを自動切り換えし、充電対象のバッテリに適した充電を常に行うことが可能である。
【００４３】
次に、別の例を説明する。図８に示す例は、図３の実施形態における保護部７０だけを省いた構成である。従って、定電流充電モード及び定電圧充電モードでの動作は図３の例と同様である。即ち、必要なときに定電圧充電モードへ自動的に切り換わるモード変換機能を達成した例である。
【００４４】
図９に示す例では、図３の実施形態における充電モード選択部６０を省いた例である。このようにモード選択部６０を省いたとしても、保護部７０が充電モード選択信号（ＣＨＧ＿ＭＯＤ）に従い定電圧充電制御部８０へ充電電圧を提供するようになっているので、保護部７０のトランジスタＱ７２がオフしていれば定電圧充電制御部８０の出力は一定しており、定電流充電制御部２０の出力に影響することはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】分図Ａは、定電流充電の場合の充電時間による電圧、電流変動のグラフ、分図Ｂは、所定期間の定電流充電後に定電圧充電を行う場合の充電時間による電圧、電流変動のグラフ。
【図２】従来のモード変換形バッテリ充電装置の回路図。
【図３】本発明によるバッテリ充電装置の一例を示した回路図。
【図４】図３中の急速充電制御部の詳細を示した回路図。
【図５】図３中の定電圧充電制御部の詳細を示した回路図。
【図６】図３中の保護部の詳細を示した回路図。
【図７】図３中のモード選択部の詳細を示した回路図。
【図８】本発明によるバッテリ充電装置の他の例を示した回路図。
【図９】本発明によるバッテリ充電装置の更に他の例を示した回路図。
【符号の説明】
１０ スイッチングレギュレーター
２０ 定電流充電制御部
３０ バッテリ監視部
４０ バッテリパック
５０ 急速充電制御部
６０ モード選択部
７０ 保護部
８０ 定電圧充電制御部
９０ マイコン
Claims (21)
- ＤＣ電源を調整し、フィードバック端子に印加される制御信号に応答して電流を出力するスイッチングレギュレーターと、該スイッチングレギュレーターから出力される電流を検出して前記フィードバック端子へ制御信号を出力する定電流充電制御部と、充電対象のバッテリの電圧を検知するバッテリ監視部と、充電中のバッテリ温度を検知する温度検知手段と、該バッテリ監視部の出力及び該温度検知手段の出力がバッテリの種類に応じた所定の条件に達したかどうかに従い充電モード選択信号を出力すると共に充電速度制御信号を出力するマイコンと、前記充電速度制御信号に従い前記定電流充電制御部から前記フィードバック端子へ提供される制御信号の電圧を変える急速充電制御部と、前記充電モード選択信号に従いオンオフする第１のトランジスタと、該第１のトランジスタのオンオフに従いさらにオンオフして前記バッテリの電圧を、エミッタ−コレクタ間を通じて伝達もしくは切断する第２のトランジスタとから形成される保護部と、該保護部を介し伝えられるバッテリの電圧を検出して制御信号を出力する定電圧充電制御部と、前記充電モード選択信号に従って、前記定電圧充電制御部から出力される制御信号を前記フィードバック端子へ伝える充電モード選択部と、を含むことを特徴とするバッテリ充電装置。
- スイッチングレギュレーターは、定電流充電制御部による制御信号に従いパルス幅変調方式でＤＣ電源を調整する請求項１に記載のバッテリ充電装置。
- 定電流充電制御部は、充電電源供給ライン中に設けた電流検出用抵抗と、この電流検出用抵抗による降下電圧を増幅して出力する演算増幅器と、を備える請求項１又は２のいずれか１項に記載のバッテリ充電装置。
- 急速充電制御部は、充電速度制御信号に従い定電流充電制御部の出力を接地させる構成をもつ請求項１〜３のいずれか１項に記載のバッテリ充電装置。
- 急速充電制御部は、充電速度制御信号に応答するスイッチング素子により定電流充電制御部の出力を接地させる請求項４記載のバッテリ充電装置。
- スイッチング素子が充電速度制御信号のハイレベルで定電流充電制御部の出力を接地させるトランジスタである請求項５記載のバッテリ充電装置。
- 定電圧充電制御部は、前記バッテリの電圧を分圧する分圧手段と、基準電圧を発生する基準電圧手段と、これら分圧電圧及び基準電圧を比較する比較器と、該比較器の出力に従いスイッチングして前記バッテリの電圧を制御信号として出力するスイッチング素子と、を備える請求項１〜６のいずれか１項に記載のバッテリ充電装置。
- 比較器が演算増幅器である請求項７記載のバッテリ充電装置。
- 分圧手段は、前記バッテリの電圧から接地へ直列接続した２つの抵抗からなる請求項７又は請求項８記載のバッテリ充電装置。
- 分圧手段に並列接続されたツェナーダイオードをもつ請求項７〜９のいずれか１項に記載のバッテリ充電装置。
- 基準電圧発生手段は、前記バッテリの電圧から接地へ直列接続した２つの抵抗と、これら抵抗どうしの接続点から接地の間に設けたツェナーダイオードと、を有する請求項７〜１０のいずれか１項に記載のバッテリ充電装置。
- 充電モード選択部は、充電モード選択信号に従いオンオフし、定電圧充電制御部の出力をフィードバック端子へ伝えるスイッチング素子を備える請求項１〜１１のいずれか１項に記載のバッテリ充電装置。
- 充電モード選択部は、定電流充電制御部の出力が定電圧充電制御部へ逆流しないようにダイオードを備える請求項１２記載のバッテリ充電装置。
- ＤＣ電源を調整し、フィードバック端子に印加される制御信号に応答して電流を出力するスイッチングレギュレーターと、該スイッチングレギュレーターから出力される電流を検出して前記フィードバック端子へ制御信号を出力する定電流充電制御部と、充電対象のバッテリの電圧を検知するバッテリ監視部と、充電中のバッテリ温度を検知する温度検知手段と、該バッテリ監視部の出力及び該温度検知手段の出力がバッテリの種類に応じた所定の条件に達したかどうかに従い充電モード選択信号を出力すると共に充電速度制御信号を出力するマイコンと、前記充電速度制御信号に従い前記定電流充電制御部から前記フィードバック端子へ提供される制御信号の電圧を変える急速充電制御部と、前記充電モード選択信号に従いオンオフする第１のトランジスタと、該第１のトランジスタのオンオフに従いさらにオンオフして前記バッテリの電圧を、エミッタ−コレクタ間を通じて伝達もしくは切断する第２のトランジスタとから形成される保護部と、該保護部を介し伝えられるバッテリの電圧を検出して制御信号を前記フィードバック端子へ出力する定電圧充電制御部と、を含むことを特徴とするバッテリ充電装置。
- 定電流充電制御部は、充電電源供給ライン中に設けた電流検出用抵抗と、この電流検出用抵抗による降下電圧を増幅して出力する演算増幅器と、を備える請求項１４記載のバッテリ充電装置。
- 急速充電制御部は、充電速度制御信号に従い定電流充電制御部の出力を接地させる構成をもつ請求項１４又は１５のいずれか１項に記載のバッテリ充電装置。
- 急速充電制御部は、充電速度制御信号に応答するスイッチング素子により定電流充電制御部の出力を接地させる請求項１６記載のバッテリ充電装置。
- スイッチング素子が充電速度制御信号のハイレベルで定電流充電制御部の出力を接地させるトランジスタである請求項１７記載のバッテリ充電装置。
- 定電圧充電制御部は、前記バッテリの電圧を分圧する分圧手段と、基準電圧を発生する基準電圧手段と、これら分圧電圧及び基準電圧を比較する比較器と、該比較器の出力に従いスイッチングして前記バッテリの電圧を制御信号として出力するスイッチング素子と、を備える請求項１４〜１８のいずれか１項に記載のバッテリ充電装置。
- 分圧手段は前記バッテリの電圧から接地へ直列接続した２つの抵抗からなり、そして基準電圧発生手段は、前記バッテリの電圧から接地へ直列接続した２つの抵抗と、これら抵抗どうしの接続点から接地の間に設けたツェナーダイオードと、を有する請求項１９記載のバッテリ充電装置。
- 分圧手段に並列接続されたツェナーダイオードをもつ請求項２０記載のバッテリ充電装置。
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