JP3911045B2 - 充電装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、二次電池を充電するための充電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
リチウム電池等の二次電池を充電するのに用いられる充電装置においては、定電流充電と定電圧充電が一般的に行われている。
このような充電方式を用いる充電装置は、例えば図７に示すような構成であり、図８に充電電圧Ｖと充電電流Ｉとの関係（充電装置の出力特性）を示し、図９に充電電圧Ｖ・充電電流Ｉと充電時間Ｔとの関係（充電特性曲線）を示す。
この充電装置１００は、二次電池１０１と電流検出抵抗１０２が電源１０３に直列接続されている。即ち、二次電池１０１の正端子が電源１０３の正端子に接続され、二次電池１０１の負端子が電流検出抵抗１０２の一端に接続され、電流検出抵抗１０２の他端が電源１０３の負端子に接続されている。そして、コンパレータ１０４の正負入力端子が電流検出抵抗１０２の両端に接続され、コンパレータ１０４の出力端子が電源１０３に接続されている。
【０００３】
このような構成において、二次電池１０１の充電末期では定電流Ｉｂ１の充電が終了して定電圧Ｖｂ１の充電が開始するので、充電電流Ｉが低下する。そこで、コンパレータ１０４が、この充電電流Ｉが所定値Ｅ１以下となったことを検出したら、電源１０３への充電継続信号ＳＥの出力をオフして充電を終了させている。即ち、コンパレータ１０４が電流検出抵抗１０２の両端の電圧を検出することにより、二次電池１０１の満充電を検出するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した充電装置１００の電流検出抵抗１０２は、消費電力等の理由により、低抵抗、例えばＲ＝０．１Ωのものが使用されている。ところが、二次電池１０１の充電末期の充電電流Ｉは低電流、例えばＩ＝０．２Ａであるため、コンパレータ１０４が検出する電圧は、Ｅ１＝Ｉ・Ｒ＝２０ｍＶと非常に微小な電圧となる。このような微小電圧を検出するコンパレータ１０４としては、オフセット電圧が非常に低い高精度コンパレータを用いなければならず、高価であるという欠点があった。
【０００５】
また、充電終了後でも、電池内部での消費や停止状態で放置したときの電源１０３のインピーダンスによる消費、あるいは例えば携帯電話本体での消費等による電池容量低下が発生する場合がある。一般的には、充電終了後も充電を継続していれば上記電池容量低下の発生を防止することも可能であるが、二次電池１０１に対して電圧を印加し続けると、電池寿命が短くなるという問題があった。
【０００６】
この発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、安価であって、二次電池を劣化させずに電池容量低下の発生を防止する充電装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、この発明にあっては、接続された二次電池に対して定電圧以下の定電流で充電を行い、前記二次電池の端子電圧が前記定電圧に上昇したとき、前記定電流以下の定電圧で充電を行うように制御する充電装置に、充電電流をある周期で遮断する二次電池の負端子側に接続されたスイッチ手段と、前記充電電流の遮断時に、前記二次電池の負端子側の電位と、第１の基準電圧とを比較する比較手段と、前記比較手段の比較結果に従って充電を停止し、または充電を停止し充電終了の表示を行い、充電停止から一定周期あるいは任意の周期ごとに、前記第1の基準電圧より大きい第２の基準電圧と比較し、その比較結果により再充電を開始する制御手段とを備えることにより達成される。
【０００８】
上記構成によれば、二次電池の充電電圧と所定の基準電圧とを比較して充電の継続・停止を行うようにしているので、簡易な構成とすることができると共に、常に満充電の状態を保つことができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施の形態は、この発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、この発明の範囲は、以下の説明において特にこの発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
【００１０】
図１は、この発明の充電装置の実施形態を示す構成図である。
この充電装置１０は、二次電池１１と充電電流遮断スイッチ１２が電源１３に直列接続されている。即ち、二次電池１１の正端子が電源１３の正端子に接続され、二次電池１１の負端子が充電電流遮断スイッチ１２の一端に接続され、充電電流遮断スイッチ１２の他端が電源１３の負端子に接続されている。さらに、二次電池１１の負端子がコンパレータ１４の正入力端子に接続され、基準電源１５ａ、１５ｂの基準電源切り替えスイッチ１６の端子がコンパレータ１４の負入力端子に接続され、コンパレータ１４の出力端子が充電制御部１７に接続されている。そして、充電制御部１７と、充電電流遮断スイッチ１２、基準電源切り替えスイッチ１６及び表示部１８とが接続されている。
【００１１】
このような構成において、先ずその充電の動作例を図２のフローチャートで説明する。
先ず、二次電池１１が接続されていない状態（無負荷時）で電源１３の出力電圧Ｖ０が二次電池１１の満充電電圧Ｖｂ０（図８参照）、例えば８．４Ｖとなるように調整・設定する。そして、ＡＣコネクタ１９を交流電源（ＡＣ１００Ｖ）に接続し、二次電池１１を接続する（ステップＳＴＰ１）。
【００１２】
充電制御部１７は、基準電源切り替えスイッチ１６を操作して、例えば基準電源１５ａの接点ａ側に切り替える（ステップＳＴＰ２）。そして、充電制御部１７は、急速充電を開始すると共にタイマをスタートさせ（ステップＳＴＰ３、４）、タイマがストップしたら急速充電を終了する（ステップＳＴＰ５、６）。即ち、充電制御部１７は、急速充電開始後に一定周期あるいは任意の周期で充電電流遮断スイッチ１２をオン・オフ制御する。例えば、急速充電開始後に３分間だけ充電電流遮断スイッチ１２をオンして充電電流を流し、３分経過後に充電電流遮断スイッチ１２をオフして充電電流を遮断する。
【００１３】
コンパレータ１４は、充電電流の遮断時に正入力端子に入力される無負荷時の電源１３の出力電圧Ｖ０と開放電池電圧ＶＢとの電圧差ＶＡと、負入力端子に入力される基準電源１５ａの基準電圧Ｅａとを比較して充電電流遮断スイッチ１２間の電圧ΔＶを検出し、検出信号ＳＤを充電制御部１７に出力する。
充電制御部１７は、検出信号ＳＤがＨｉｇｈならば充電継続と判断して表示部１８に充電中と表示させ、ステップＳＴＰ３に戻って上述した処理を繰り返し、（ステップＳＴＰ７）、検出信号ＳＤがＬｏｗならば充電停止と判断して表示部１８に充電停止と表示させ、充電を停止させる（ステップＳＴＰ８）。
以上のステップまでが充電の動作例である。
【００１４】
図３は、上記充電装置１０の充電電圧Ｖ・充電電流Ｉ及び電圧差ＶＡと充電時間Ｔとの関係（充電特性曲線）を示す図であり、図４は、そのＸ部の拡大図である。尚、充電電圧Ｖと充電電流Ｉとの関係（充電装置の出力特性）は、図８と同様である。
充電電流Ｉの遮断期間（充電電圧Ｖの低下期間）に、無負荷時の電源１３の出力電圧Ｖ０と開放電池電圧ＶＢとの電圧差ＶＡが、コンパレータ１４に入力されて基準電源１５ａの基準電圧Ｅａと比較され、充電電流遮断スイッチ１２間の電圧ΔＶが検出されて検出信号ＳＤが充電制御部１７に出力される。そして、検出信号ＳＤがＬｏｗ、即ち電圧差ＶＡが基準電圧Ｅａ以下となったら充電が停止される。
尚、コンパレータ１４の検出信号ＳＤの出力は、充電電流Ｉの遮断期間のみ有効であり、その期間以外は検出無効と判断される。従って、回路設定によっては、充電電流Ｉを遮断していない期間の検出信号ＳＤの出力は、Ｈｉｇｈ又はＬｏｗになっている。
【００１５】
以上のような構成において、上記電圧ΔＶは例えば８０ｍＶと設定されるが、この８０ｍＶの電圧ΔＶを検出するためのコンパレータ１４は、オフセット電圧のバラツキである約５ｍＶを考慮しても特に問題の無いレベルであり、一般汎用のＩＣを使用することができる。また、充電制御部１７は、高精度のアナログ電圧を検出しているわけではないので、例えばロジック回路やワンチップマイコン等の１ｋＲＯＭ以下の安価なＩＣを使用することができる。
【００１６】
次に、充電停止後の再充電の動作例を図２のフローチャートで説明する。
充電制御部１７は、二次電池１１の充電を停止させたら（ステップＳＴＰ８）、基準電源切り替えスイッチ１６を操作して、例えば基準電源１５ｂの接点ｂ側に切り替える（ステップＳＴＰ９）。ここで、基準電源１５ｂの基準電圧Ｅｂと基準電源１５ａの基準電圧Ｅａは、Ｅｂ（例えば１２０ｍＶ）＞Ｅａ（例えば８０ｍＶ）のように設定されている。
【００１７】
そして、充電制御部１７は、タイマをスタートさせ（ステップＳＴＰ１０）、タイマがストップしたら（ステップＳＴＰ１１）、コンパレータ１４が、正入力端子に入力される無負荷時の電源１３の出力電圧Ｖ０と開放電池電圧ＶＢとの電圧差ＶＡと、負入力端子に入力される基準電源１５ｂの基準電圧Ｅｂとを比較して充電電流遮断スイッチ１２間の電圧ΔＶを上記ステップＳＴＰ４、５と同一の周期で検出し、検出信号ＳＤを充電制御部１７に送出する。
【００１８】
充電制御部１７は、検出信号ＳＤがＨｉｇｈならば再充電と判断して表示部１８に再充電中と表示させ、ステップＳＴＰ２に戻って上述した処理を繰り返し、（ステップＳＴＰ１２）、検出信号ＳＤがＬｏｗならば充電停止継続と判断して表示部１８に充電停止と継続表示させ、ステップＳＴＰ１０に戻って上述した処理を繰り返す。尚、コンパレータ１４の比較処理を充電停止後も継続させるようにすれば、充電制御部１７のタイマ処理（ステップＳＴＰ１０、１１）を省略することができる。
以上のステップが再充電の動作例である。
【００１９】
図５は、上記充電装置１０の充電電圧・電流と充電時間との関係（充電特性曲線）を示す図であり、図６は、そのＸ部の拡大図である。
充電停止後に電池容量が低下してくると、電圧差ＶＡは充電停止時と比べて値が上昇してくる。そこで、充電停止後に一定時間経過したら、一定周期で無負荷時の電源１３の出力電圧Ｖ０と開放電池電圧ＶＢとの電圧差ＶＡが、コンパレータ１４に入力されて基準電源１５ｂの基準電圧Ｅｂと比較され、充電電流遮断スイッチ１２間の電圧ΔＶが検出されて検出信号ＳＤが充電制御部１７に出力される。そして、検出信号ＳＤがＨｉｇｈ、即ち電圧差ＶＡが基準電圧Ｅｂ以上となったら再充電が開始される。
【００２０】
以上のように、この充電装置１０は、電圧の検出に一般的なコンパレータを使用することができ、また充電の制御に汎用のマイコンを使用することができるので、装置そのものを安価とすることができる。また、充電開始後に電圧差ＶＡが基準電圧Ｅａとなるまで充電を継続し、さらに充電停止後に電圧差ＶＡが基準電圧Ｅｂとなったら再充電を開始するようになっている。従って、二次電池１１に対して寿命の劣化を生じさせず、常に満充電状態を保つことができる。
【００２１】
上述した実施形態では、基準電源を２つ設定して充電停止と再充電開始を検出するようにしたが、充電中／充電終了の表示（充電電流は継続して流す）のみとすることもできる。また、基準電源を複数設定することにより、例えば充電中に表示を切り替えて充電量を検出することも可能である。
【００２２】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によれば、簡易な構成により常に満充電の状態を保つことができるので、製品コストを低減させ、かつ充電の信頼性を高めることができる。また、従来装置で必要であった電流検出抵抗が不要となるので、部品点数の削減を図ることができると共に、電流検出抵抗を電流が流れて生じる電圧降下が無くなり、結果、二次電池の充電時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の充電装置の実施形態を示す構成図。
【図２】図１に示す充電装置の動作例を説明するフローチャート。
【図３】図１に示す充電装置の充電電圧・電流と充電時間との関係（充電特性曲線）を示す第１の図。
【図４】図３に示すＸ部の拡大図。
【図５】図１に示す充電装置の充電電圧・電流と充電時間との関係（充電特性曲線）を示す第２の図。
【図６】図５に示すＸ部の拡大図。
【図７】従来の充電装置の一例を示す構成図。
【図８】一般的な出力電圧と充電電流との関係（充電装置の出力特性）を示す図。
【図９】図７に示す充電装置の充電電圧・電流と充電時間との関係（充電特性曲線）を示す図。
【符号の説明】
１０、１００・・・充電装置、１１、１０１・・・二次電池、１２・・・充電電流遮断スイッチ、１３、１０３・・・電源、１４、１０４・・・コンパレータ、１５ａ、１５ｂ・・・基準電源、１６・・・基準電源切り替えスイッチ、１７・・・充電制御部、１８・・・表示部、１９・・・ＡＣコネクタ、１０２・・・電流検出抵抗

Claims (1)

1. 接続された二次電池に対して定電圧以下の定電流で充電を行い、前記二次電池の端子電圧が前記定電圧に上昇したとき、前記定電流以下の定電圧で充電を行うように制御する充電装置であり、
   充電電流をある周期で遮断する二次電池の負端子側に接続されたスイッチ手段と、
   前記充電電流の遮断時に、前記二次電池の負端子側の電位と、第１の基準電圧とを比較する比較手段と、
   前記比較手段の比較結果に従って充電を停止し、または充電を停止し充電終了の表示を行い、充電停止から一定周期あるいは任意の周期ごとに、前記第１の基準電圧より大きい第２の基準電圧と比較し、その比較結果により再充電を開始する制御手段とを備えたことを特徴とする充電装置。

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