JP3917046B2 - 充電回路、充電方法および該充電回路を備えた携帯端末 - Google Patents
充電回路、充電方法および該充電回路を備えた携帯端末 Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、充電回路、充電方法および該充電回路を備えた携帯端末に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、リチウムイオン電池が携帯電話などの携帯端末の動作用二次電池として利用されるようになっている。このリチウムイオン電池は、高エネルギー密度であるため、携帯端末を小型化、軽量化することが可能となる。このようなリチウムイオン電池の充電方法としては、充電時間を短くできるパルス充電が用いられ、パルス充電停止中のパルス幅が一定の閾値(「満充電パルス幅」と称される)に達した時点を満充電とみなし、充電を停止させる方法が一般的である。
パルス充電方法においては、充電開始時は定電流で充電し、過電圧とならない所定充電電圧値に達するとパルス電圧によって充電を行い、充電パルスの時間間隔(上記、パルス幅)を検出し、満充電パルス幅と比較して充電状態(満充電)の判定を行う(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開平7−87679号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、充電中に携帯端末を使用するなどの負荷変動が生じると、充電電圧が変動し、充電パルスの時間間隔が変動してしまい、正確な満充電判定を行うことができなくなる。例えば、携帯端末の場合、電源オフ、待ち受け、通話、バイブモータ駆動、バックライト点灯などのように様々な負荷状態が発生した場合、負荷が大きくなるとそれに応じてパルス幅が短くなり、逆に、負荷が小さくなるとパルス幅が長くなる。このときに満充電判定(検出)幅を長くすると負荷電流が大きいときにはいつまでも満充電が検出できなくなり、過電圧の恐れが生じる。これに対して、満充電判定幅を短くすると、負荷が小さいときには直ぐに満充電を検出してしまい、規定の充電量を確保することができない。また、過充電を避けるために早めに充電を停止させる場合にも、規定の充電量を確保することができないことになる。そこで、従来は携帯端末の電源をオフにした状態でパルス充電を行うようになっているが、この場合、充電中は携帯端末を使用できないので不便である。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、携帯端末に負荷変動が発生しても精度よく充電完了(満充電)を判定することができる充電回路、充電方法および該充電回路を備えた携帯端末を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明では、携帯端末の負荷状態を検出する検出手段と、前記負荷状態に応じた満充電検出条件を記憶する満充電検出条件記憶手段と、前記検出手段によって検出された負荷状態に基づいて、前記満充電検出条件を取得し、その条件に基づいて満充電検出する満充電検出手段とを備えたことを特徴とする。
請求項2記載の発明では、請求項1記載の発明において、パルス充電方式が用いられ、前記満充電検出条件は、パルスオフ時間幅の閾値を表す満充電パルス幅であることを特徴とする。
【0006】
請求項3記載の発明では、充電電流と放電電流とを検出する電流検出手段と、前記検出した充電電流と放電電流とを平滑化する平滑化手段と、前記平滑化手段で平滑化した値と、あらかじめ記憶された充電完了等価電流値とを比較する比較手段と、前記比較手段による比較結果に応じて、充電回路のオンオフを行うスイッチとを備えたことを特徴とする。
請求項4記載の発明では、請求項2記載の発明において、パルス充電方式が用いられることを特徴とする。
【0007】
請求項5記載の発明では、携帯端末の負荷状態を検出する第1のステップと、前記負荷状態に応じた満充電検出条件を記憶する第2のステップと、前記第1のステップで検出された負荷状態に基づいて、前記満充電検出条件を取得し、その条件に基づいて満充電検出する第3のステップとを有することを特徴とする。
請求項6記載の発明では、充電電流と放電電流とを検出する第1のステップと、前記検出した充電電流と放電電流とを平滑化する第2のステップと、前記第2のステップで平滑化した値と、あらかじめ記憶された充電完了等価電流値とを比較する第3のステップと、前記第3のステップによる比較結果に応じて、充電回路のオンオフを行う第4のステップとを有することを特徴とする。
【0008】
請求項7記載の発明では、請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の充電回路を備えたことを特徴とする携帯端末である。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の充電回路、充電方法および該充電回路を備えた携帯端末の好適な実施形態について図1ないし図4を参照して詳細に説明する。
図1は、第1の実施形態に係る充電回路の概略構成を示した図である。なお、この充電回路は、携帯端末に備えられているものとして説明する。
図1に示す充電回路には、電池1、パルス発生器2、パルススイッチ3、充電停止スイッチ4、ドライブスイッチ5、負荷6、負荷検出部6B、カウンタ7、比較器8およびメモリ9を備えている。
【0010】
パルススイッチ3は、パルス発生器2の出力でオン/オフするスイッチである。充電停止スイッチ4は、充電の停止をオン/オフするスイッチである。ドライブスイッチ5は、充電電流をオン/オフするスイッチである。
携帯端末内部には、例えば、携帯端末の電源オフ、待ち受け、通話、バイブモータ動作、バックライト点灯など、携帯端末の各負荷状態の変化を検出する負荷検出部(検出手段)6Bが存在する。
カウンタ7は、充電が開始され、パルス発生器2により出力されたパルス幅をカウントする。
メモリ(満充電検出条件記憶手段)9は、あらかじめ想定される各負荷状態に応じた、後述の満充電パルス幅が記憶されている。
比較器(満充電検出手段)8は、所定の負荷状態において、カウンタ7でカウントされたパルス幅の値と、メモリ9に記憶されている満充電パルス幅とを比較する。
【0011】
パルス発生器2は、標準的なヴォルテージディテクタ(Voltage Detector:電圧検出器)であり、電池1の電圧を監視してパルスを発生する。
ここで、充電進行とパルス発生器2の動作について図2を参照して簡単に説明する。
パルス発生器2は、充電中の電池1の電圧を監視して検出電圧4.22Vを検出すると(図2(a)のa1)、パルス発生をオフする。実際は、パルス発生器2による検出遅れ時間が生じるので、a11の時点でパルス発生をオフする(図2(b)のb1)。
【0012】
次に、パルス発生器2は、電池1の電圧が解除電圧4.20Vに達したことを検出すると(図2(a)のa2)、パルス発生をオンする(図2(b)のb2)。そして、また同様にパルス発生器2は、電池1の電圧を監視し、検出電圧4.22Vを検出すると(図2(a)のa3)、パルス発生をオフする。このパルス発生器2によるパルス発生のオフとオンのパルス幅tが規定値に達した時点で満充電となったかどうかが判定されるようになっている。充電が進むほどにこのパルス幅tが広がって行くことになる。
【0013】
例えば、携帯端末が通話しながらの充電である場合、負荷が重たい(大きい)ので、電池1の電圧変化は、図2(c)のc1に示すようになる。つまり、図示のように負荷の分だけパルス幅tが短くなる。
一方、携帯端末が待ち受け中の充電である場合、負荷が軽い(小さい)ので、パルス幅tは、通話中より長くなる。
このように負荷状態によってパルス幅が変化するので、満充電検出幅の値の設定を長くすると、負荷電流が大きいときにはいつまでも満充電が検出できないことになる。これに対して、満充電検出幅の値の設定を短くすると、負荷電流が小さいときには直ぐに満充電が検出されてしまうことになり、規定の充電量を確保することができなくなる。
そこで、本実施の形態の充電回路では、あらかじめ想定された負荷状態に対応した種々の値満充電パルス幅をメモリ9に記憶しておき、負荷状態に応じて、充電停止の条件である満充電パルス幅を変更して満充電の検出制御を行うようになっている。
【0014】
次に、メモリ9に満充電検出条件として記憶される満充電パルス幅について図3を参照しながら説明する。なお、満充電検出条件である満充電パルス幅は、充電時のパルスオフ時間幅の閾値を表している。
パルス発生器2によって発生されたパルスで満充電検出を行う場合、CC−CV(定電流−低電圧)充電において設定する終止電流相当の値を使用するようになっている。
充電完了等価電流値(以下、終止電流値という)Icsは、以下のような充電完了等価電流式で求めることができる。
Ics=Tcct×Ichg/(Tcct+Tcft)−Ilc (1)
ここで、Tcctはパルス充電中の時間、Ichgはパルス発生時充電電流、Ilcは負荷電流(充電制御電流)、Tcftは充電停止中の時間を表している(図3(a)参照)。
【0015】
ここで、負荷電流Ilcが大きくなればなるほど、(1)式によれば、図3(b)に示す終止電流Icsは小さくなる。また、図3(c)に示すように、終止電流Icsが小さくなればなるほど、パルス充電の電流波形の時間幅は大きくなる。
本実施の形態の充電回路は、負荷状態に応じて、上述の式で求められた充電完了等価電流値(終止電流値)Icsを決めておき、求めた終止電流値Icsに基づいて、所定の方法で満充電パルス幅を計算し、メモリ9に記憶するようになっている。
【0016】
次に、図1を参照しながら、充電回路の動作について説明する。なお、充電(CHG)入力に接続される充電器の電流値は、規定値であるとする。
充電が開始されると、パルス発生器2は、電池1の電圧を監視しながら充電電圧オフ時間を検知し、パルス幅の出力を行う。カウンタ7は、パルス発生器2により出力されたパルス幅をカウントする。ここで、例えば通話が開始されるなどの負荷がかかり、状態変化があると、比較器8は、メモリ9から出力された通話の場合の満充電パルス幅と、カウンタ7でカウントした値とを比較して、満充電であるかどうかを検出する。
【0017】
比較器8は、カウンタ7によるカウント値が、メモリ9から出力される満充電パルス幅の値以上であると、充電停止スイッチ4をオフし、充電完了とする。なお、メモリ9から出力される満充電パルス幅は、負荷6の状態に応じてリアルタイムで変わるようになっている。
このように、第1の実施形態の充電回路では、あらかじめ複数の負荷状態に応じた判定条件となる満充電パルス幅を記憶しておき、パルス充電中の負荷状態の変化を検出した場合、この検出した負荷状態に対応する判定条件に基づいて満充電判定を行うので、精度が向上し、充電中に負荷があっても正確な充電完了を検出することができる。
【0018】
次に、第2の実施形態に係る充電回路について図4を参照しながら説明する。この実施形態は、リアルタイムで充電電流と負荷(放電)電流の差分を監視するようになっている。なお、図1の充電回路と同様の構成部分については、同じ番号を付し、適宜説明を省略する。
図4に示すように、本実施の形態の充電回路は、電池1、パルス発生器2、パルススイッチ3、充電停止スイッチ4、ドライブスイッチ5、負荷6、電流検出抵抗17、電流パルス検出アンプ18、積分器19、A/Dコンバータ20、比較器21、メモリ22を備えている。
【0019】
電流パルス検出アンプ18は、電流検出抵抗17に流れる電流の大きさおよび向きを検出する。
積分器19は、電流パルス検出アンプ18から出力された電流パルスを平滑する。
A/Dコンバータ20は、積分器19の出力をデジタルに変換する。
メモリ22は、充電完了等価電流のデジタル値を記憶し、比較器21は、A/Dコンバータ20の出力値と、メモリ22のデジタル値とを比較するようになっている。
【0020】
次に、図4を参照しながら、第2の実施形態の充電回路の動作について説明する。
充電入力により、ドライブスイッチ5および電流検出抵抗17を経由して充電電流は、電池1および負荷6に流れ込む。パルス発生器2は、電池1が充電されることで上昇した電池両端の電圧を監視し、パルス出力を開始する。このパルス発生器2のパルス出力に基づいて、パルススイッチ3は、オン/オフを繰り返すようになっている。パルススイッチ3のオン/オフに連動して、ドライブスイッチ5もオン/オフを行い、パルス充電が開始される。
【0021】
このとき、電流検出抵抗17には、充電中と停止中(放電時)により逆方向に電流が流れる。電流パルス検出アンプ18がこの電流パルスを検出すると、積分器19は、電流パルス検出アンプ18から出力された電流パルスを平滑する。
積分器19からの出力は、A/Dコンバータ20に入ってデジタル値に変換される。比較器21は、この変換されたデジタル値と、あらかじめメモリ22に記憶されている充電完了等価電流値(終止電流値Ics)のデジタル値とを比較し、A/Dコンバータ20の出力値がメモリ22からの値より小さくなった時点で、充電停止スイッチ4をオフし、充電完了とする。
【0022】
このように第2の実施形態の充電回路では、電池1へ流れる電流値と、携帯端末に流れる負荷電流が判別できる回路を備えている。そして、充電回路では、リアルタイムで充電時の電流と、負荷状態時の電流の差分を監視し、あらかじめメモリ22に記憶した終止電流値Icsと比較を行うことで満充電の検出を行う。これにより、メモリ22には、1つの終止電流値Icsを記憶しておくだけでよく、どのような負荷状態にも満充電の検出を対応することができる。なお、充電器の電流値には依存されないものとする。
また、第1および第2の実施形態において、終止電流値Icsの設定値がマイナス(−)になってしまうと、充電時間がばらつくだけでなく、過充電になる可能性があるので、必ずプラス(+)の値を設定するものとする。
【0023】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の充電回路、充電方法および該充電回路を備えた携帯端末は、あらかじめ複数の負荷状態に応じた判定条件となる満充電パルス幅を記憶しておき、パルス充電中の負荷状態の変化を検出した場合、この検出した負荷状態に対応する判定条件に基づいて満充電判定を行うので、正確な充電完了を検出することができる。
また、本発明の充電回路、充電方法および該充電回路を備えた携帯端末は、リアルタイムで充電時の電流と、負荷状態時の電流の差分を監視し、あらかじめ記憶しておいた終止電流値と比較を行うことで満充電の検出を行うので、1つの終止電流値を記憶しておくだけでよく、どのような負荷状態にも満充電の検出を対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1の実施形態に係る充電回路の概略構成を示した図である。
【図2】 充電進行とパルス発生器の動作を説明する図である。
【図3】 満充電パルス幅を説明する図である。
【図4】 第2の実施形態に係る充電回路の概略構成を示した図である。
【符号の説明】
1 電池
2 パルス発生器
3 パルススイッチ
4 充電停止スイッチ
5 ドライブスイッチ
6 負荷
7 カウンタ
8 比較器
9 メモリ
Claims (7)
- 携帯端末の負荷状態を検出する検出手段と、
前記負荷状態に応じた満充電検出条件を記憶する満充電検出条件記憶手段と、
前記検出手段によって検出された負荷状態に基づいて、前記満充電検出条件を取得し、その条件に基づいて満充電検出する満充電検出手段とを備えたことを特徴とする充電回路。 - パルス充電方式が用いられ、前記満充電検出条件は、パルスオフ時間幅の閾値を表す満充電パルス幅であることを特徴とする請求項1記載の充電回路。
- 充電電流と放電電流とを検出する電流検出手段と、
前記検出した充電電流と放電電流とを平滑化する平滑化手段と、
前記平滑化手段で平滑化した値と、あらかじめ記憶された充電完了等価電流値とを比較する比較手段と、
前記比較手段による比較結果に応じて、充電回路のオンオフを行うスイッチとを備えたことを特徴とする充電回路。 - パルス充電方式が用いられることを特徴とする請求項3記載の充電回路。
- 携帯端末の負荷状態を検出する第1のステップと、
前記負荷状態に応じた満充電検出条件を記憶する第2のステップと、
前記第1のステップで検出された負荷状態に基づいて、前記満充電検出条件を取得し、その条件に基づいて満充電検出する第3のステップとを有することを特徴とする充電方法。 - 充電電流と放電電流とを検出する第1のステップと、
前記検出した充電電流と放電電流とを平滑化する第2のステップと、
前記第2のステップで平滑化した値と、あらかじめ記憶された充電完了等価電流値とを比較する第3のステップと、
前記第3のステップによる比較結果に応じて、充電回路のオンオフを行う第4のステップとを有することを特徴とする充電方法。 - 請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の充電回路を備えた携帯端末。
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