JPH06105476A - 電池充電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 既存のニッケル・カドミウム蓄電池などに加
え、充電制御方式が異なるリチウムイオン蓄電池にも対
応できる電池充電装置を得る。 【構成】 直流電源１の出力端子２ａ，２ｂに接続され
た充電端子４ａ，４ｂをを有する電池挿着部と、蓄電池
５を充電するための充電用電源を供給する直流電源１
と、この電池挿着部に挿着された蓄電池５の種類に応じ
た検出信号を出力する電池種類検出手段１０と、蓄電池
５を充電するための充電用電源を供給する直流電源１
と、電池種類検出手段１０により検出した検出信号に基
づいて蓄電池５の種類を判別し、スイッチング回路３を
制御して直流電源１から供給される充電用電源の電圧を
該蓄電池５に適した電圧とすると共に、電圧検出手段７
および電流検出手段８により検出した蓄電池５の端子電
圧と充電電流とに基づいて、該蓄電池５の充電の継続、
停止を制御する制御回路６とを備える構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ニッケル・カドミウム
蓄電池，ニッケル水素蓄電池等の二次電池に加え、リチ
ウムイオン蓄電池に対応できる電池充電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ニッケル・カドミウム蓄電池，ニッケル
水素蓄電池等に代わる次世代の二次電池として、リチウ
ムイオン蓄電池が本発明の出願人らによって既に開発さ
れ、携帯電話器などに利用されている。

【０００３】この種のリチウムイオン蓄電池は、体積当
りのエネルギ密度が大きいこと（長時間の使用が可
能）、公称出力電圧が、ニッケル・カドミウム蓄電池や
ニッケル水素蓄電池の公称出力電圧１．２Ｖよりも３倍
も高い３．６Ｖであること、重量エネルギ密度が大きい
こと（例えば、同じ使用時間のニッケル・カドミウム蓄
電池に比べて、その重さは１／２となる）、充放電の繰
り返しサイクル寿命が長いこと（約１２００回の充放電
が可能）などの、従来の蓄電池よりも優れた特長を有す
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したリ
チウムイオン蓄電池の充電は定電圧法で行われ、また、
該リチウムイオン蓄電池の充電完了は充電電流から検知
するものとされている。これに対し、ニッケル・カドミ
ウム蓄電池およびニッケル水素蓄電池の充電は定電流法
で行われ、そして、充電完了の検知は、電圧検出方式ま
たは電池の温度検出方式（特にニッケル水素蓄電池の場
合）によって行われる。

【０００５】このように、リチウムイオン蓄電池と従来
のニッケル・カドミウム蓄電池およびニッケル水素蓄電
池等とは、その特性、特に充電電圧、充電完了時の制御
方式が異なり、特にリチウムイオン蓄電池では、充電電
圧が設定値（例えば、４．１Ｖ／セル）以上になると破
損などのダメージが生じてしまうので、ニッケル・カド
ミウム蓄電池およびニッケル水素蓄電池を充電するため
の既存の充電器では、リチウムイオン蓄電池を充電する
ことができない問題がある。本発明は、上述のような事
情に鑑みなされたもので、既存のニッケル・カドミウム
蓄電池などの二次電池に加えて、上述したリチウムイオ
ン蓄電池の充電を行うことができる、多種類対応型の電
池充電装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、充電される蓄電池が挿着される電池挿着部
と、前記電池挿着部に設けられ、該電池挿着部に挿着さ
れた蓄電池の種類に応じた検出信号を出力する電池種類
検出手段と、前記電池挿着部に挿着された蓄電池の充電
用電源を供給する直流電源と、前記電池挿着部に挿着さ
れた蓄電池の充電電圧もしくは端子電圧を検出する電圧
検出手段と、前記電池挿着部に挿着された蓄電池の充電
電流を検出する電流検出手段と、前記電池種類検出手段
から出力された検出信号に基づいて前記電池挿着部に挿
着された蓄電池の種類を判別する判別手段と、前記判別
手段の判別結果に基づいて、前記直流電源から前記電池
挿着部に挿着された蓄電池へ供給される充電用電源の電
流もしくは電圧を制御し、かつ、少なくとも前記電圧検
出手段および電流検出手段のいずれか一方の検出結果に
基づいて、前記電池挿着部に挿着された蓄電池の充電動
作の継続、停止を制御する制御手段とを備えたことを特
徴とする。

【０００７】また、本発明は、前記電池種類検出手段
は、前記電池挿着部に挿着された蓄電池の形状の差異を
検出して前記検出信号を出力するものとした。さらに本
発明は、前記電池種類検出手段は、前記電池挿着部に挿
着された蓄電池がリチウムイオン蓄電池であるときと該
リチウムイオン蓄電池以外の種類の蓄電池であるときと
で少なくとも異なる検出信号を出力するものとした。

【０００８】また、本発明は、前記制御手段は、前記電
池挿着部に挿着された蓄電池がリチウムイオン蓄電池で
あることを前記判別手段が判別したときに、前記直流電
源から前記リチウムイオン蓄電池に供給される充電用電
源の電圧を該リチウムイオン蓄電池の略破損電圧に制御
すると共に、前記電圧検出手段で検出される前記リチウ
ムイオン蓄電池の端子電圧が所定時間後に所定電圧以上
になったか否かと、前記電流検出手段で検出される前記
リチウムイオン蓄電池の充電電流が所定電流以下になっ
たか否かとに基づいて、該リチウムイオン蓄電池の充電
動作の継続、停止を制御するものとした。さらに本発明
は、前記リチウムイオン蓄電池以外の種類の蓄電池がニ
ッケル・カドミウム蓄電池もしくはニッケル水素蓄電池
であるものとした。

【０００９】

【作用】本発明によれば、電池種類検出手段からの検出
信号に基づいて電池挿着部に挿着された蓄電池の種類を
判別手段が判別し、判別された蓄電池の種類に応じて制
御手段が、直流電源から蓄電池へ供給される充電用電源
の電流もしくは電圧を、前記判別手段で判別された蓄電
池の種類に応じた電流もしくは電圧に制御すると共に、
前記制御手段が、電圧検出手段および電流検出手段のい
ずれか一方の検出結果に基づいて、前記蓄電池の充電動
作の継続、停止を制御する。したがって、充電制御方式
が異なる複数の蓄電池の充電を１台の電池充電装置で行
うことができる。

【００１０】また、本発明によれば、前記電池種類検出
手段が前記電池挿着部に挿着された蓄電池の形状の差異
を検出するため、検出のための構成が簡略化され、電池
種類検出手段のコストが低減されると共に、容易な検出
が実現される。さらに、本発明によれば、前記電池種類
検出手段がリチウムイオン蓄電池とそれ以外の種類の蓄
電池とで異なる検出信号を出力するため、リチウムイオ
ン蓄電池が従来より提供されている蓄電池に適した充電
制御方式で充電されるのが防止される。

【００１１】また、本発明によれば、リチウムイオン蓄
電池の略破損電圧に電圧が制御された充電用電源で前記
リチウムイオン蓄電池が充電され、該リチウムイオン蓄
電池の充電動作の継続、停止が、リチウムイオン蓄電池
の端子電圧および充電電流に基づいて制御されるので、
リチウムイオン蓄電池の充電が該リチウムイオン蓄電池
に適した充電制御方式で行われる。さらに、本発明によ
れば、ニッケル・カドミウム蓄電池もしくはニッケル水
素蓄電池とリチウムイオン蓄電池との判別が可能となる
ため、従来より提供されている前記ニッケル・カドミウ
ム蓄電池もしくはニッケル水素蓄電池に対する充電が、
これらの蓄電池に適した充電制御方式で行われる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は、本発明の一実施例による電池充電装置の
構成を示すブロック図である。図１において、１は電池
充電用の直流電源であり、この直流電源１の正極の出力
端子２ａには、電池に供給される充電電圧を一定に制御
する充電電力供給用のスイッチング回路３を介して正極
の充電端子４ａが接続されている。直流電源１の負極の
出力端子２ｂには負極の充電端子４ｂが接続されてい
る。５は、充電端子４ａ，４ｂ間に接続された二次電池
であり、本実施例ではこの二次電池（以下蓄電池とい
う）５がリチウムイオン蓄電池や、ニッケル・カドミウ
ム蓄電池、ニッケル水素蓄電池に相当する。

【００１３】図１中、６はマイクロコンピュータから構
成される制御回路であり、この制御回路６は、蓄電池５
へ供給される充電用の電圧または電流を一定に制御する
機能を有するとともに、充電端子４ａ，４ｂに接続され
る蓄電池５の種類を判別し、その判別結果に基づいて蓄
電池５の充電に適合した制御法に変更する機能、および
充電完了の表示、蓄電池の異常検出などの機能を備え
る。

【００１４】上述した機能を備える制御回路６には、蓄
電池５への充電電圧または電池の端子電圧を検出する電
圧検出手段７、蓄電池５の充電電流を検出する電流検出
手段８、蓄電池５の充電時の温度を検出する温度検出手
段９、充電端子４ａ，４ｂに接続される蓄電池５の種類
を検出する電池種類検出手段１０、蓄電池５の充電完了
および蓄電池の異常を表示する表示部１１、および蓄電
池５に対する充電スタートあるいはスタンバイのモード
等を設定するための操作部１２がそれぞれ接続されてい
る。また、制御回路６からはスイッチング回路３に対し
制御信号が加えられ、この制御信号によりスイッチング
回路３をオン／オフ制御することで、充電用の定電圧ま
たは定電流が得られる。なお、本実施例では、前記スイ
ッチング回路３および制御回路６が制御手段に相当して
いる。

【００１５】図２は、電池種類検出手段１０の具体例を
示す構成図であり、この実施例においては、リチウムイ
オン蓄電池の径が他のニッケル・カドミウム蓄電池およ
びニッケル水素蓄電池の径より小さいことを利用して、
リチウムイオン蓄電池と他の蓄電池とを判別するように
したものである。このために、図２の実施例では、蓄電
池５を挿着する充電器本体２０の挿着部２０ａ内にマイ
クロスイッチ２１を設け、蓄電池５を挿着部２０ａに挿
着した際に、マイクロスイッチ２１が蓄電池５の外周面
に接触してオン（またはオフ）されたときは、リチウム
イオン蓄電池以外の二次電池、すなわちニッケル・カド
ミウム蓄電池またはニッケル水素蓄電池であると判別す
る信号を制御回路６に出力する。また、蓄電池５を挿着
部２０ａに挿着した際に、挿着部２０ａ内の充電端子４
ａ，４ｂ内に挿着した蓄電池５の外周面がマイクロスイ
ッチ２１に接触せず、マイクロスイッチ２１がオフ（ま
たはオン）されているときは、リチウムイオン蓄電池で
あると判別する信号を制御回路６に出力する。

【００１６】次に、上述のように構成された本実施例の
動作について説明する。まず、具体的な充電動作の説明
に先立ってリチウムイオン蓄電池の充電特性について述
べる。図３は、リチウムイオン蓄電池の充電電流特性図
を示す。この図３からも明らかなようにリチウムイオン
蓄電池は定電圧充電方式で充電される結果、リチウムイ
オン蓄電池への充電が進むにつれて充電電流Ｉｃが特性
曲線ａまたはｂに示すように次第に減少していき、充電
電流Ｉｃが１００ｍＡ以下になった時点（充電完了）ｔ
ｆでは、９０％以上のエネルギが蓄電池に蓄積される。
この図３において、特性曲線ａは初期充電電流を１Ａに
した時の充電電流特性を表わし、特性曲線ｂは初期充電
電流を５００ｍＡにしたときの充電電流特性を表わす。
また、初期充電電流が１Ｃ以上の時の充電時間は、特性
曲線ａとほぼ同じになる。

【００１７】図４は、再充電されるリチウムイオン蓄電
池の充電電圧の変化状態を表わしたもので、リチウムイ
オン蓄電池がｔ０の時点から再充電され始めると、その
端子電圧ＶＢはｔ０の時点から４．１〜４．２Ｖ／セル
まで急速上昇し、それ以降はスイッチング回路で設定さ
れる４．１〜４．２Ｖ／セルの電圧に制御される。ま
た、再充電されるリチウムイオン蓄電池が充電開始時点
ｔ０から充電電圧（４．１〜４．２Ｖ／セル）に達する
までの時間は約１０秒程度である。

【００１８】上述のような充電特性を有するリチウムイ
オン蓄電池を充電する場合について図５に示すフローチ
ャートを参照して説明する。なお、図５を参照した以下
の説明では、説明の簡略化のため、蓄電池５をリチウム
イオン蓄電池５と称することがある。まず、リチウムイ
オン蓄電池５を充電器本体２０の挿着部２０ａ内に所定
の姿勢、すなわち、リチウムイオン蓄電池５の正，負極
が挿着部２０ａの充電端子４ａ，４ｂと接続されるよう
に挿着する（ステップＳ１）。

【００１９】次のステップＳ２では、マイクロスイッチ
２１のオフまたはオン信号を制御回路６に取り込むこと
により、挿着された蓄電池の種類判別を行う。ここで、
挿着部２０ａには上述したようにリチウムイオン蓄電池
５が挿着されているため、マイクロスイッチ２１はオフ
の状態となり、よって、挿着された蓄電池がリチウムイ
オン蓄電池５であると判別し、かつ、制御回路６をリチ
ウムイオン蓄電池５の充電動作モードに設定して、ステ
ップＳ３に進む。なお、ニッケル・カドミウム蓄電池等
の他の蓄電池を挿着部２０ａにに挿着した場合には、マ
イクロスイッチ２１がオンの状態となり、これにより、
ニッケル・カドミウム蓄電池等の他の蓄電池であること
が判別され、制御回路６が他の蓄電池の充電動作モード
に設定されてステップＳ４に進み、公知の制御方法によ
り他の蓄電池に応じた充電動作がなされる。

【００２０】ステップＳ３では、リチウムイオン蓄電池
５の端子電圧ＶＢを充電検出手段７により検出し、この
検出した端子電圧ＶＢを制御回路６に取り込むことによ
り、端子電圧ＶＢが設定電圧である４．１Ｖ／セル以下
かを判定する。ステップＳ３で、端子電圧ＶＢが設定電
圧である４．１Ｖ／セル以下であると判定されたときは
ステップＳ５に進み、ステップＳ３で端子電圧ＶＢが設
定電圧である４．１Ｖ／セル以上であると判定されたと
きは、後述するステップＳ８に進む。ステップＳ５で
は、制御回路６からスイッチング回路３にＰＷＭなどに
よる制御信号を与えることによるオン／オフ制御して定
電圧をリチウムイオン蓄電池５に供給する。このときの
初期充電電流は図３に示すように１Ｃに制御される。ま
た、通電の開始と同時に制御回路６に内蔵したタイマ
（不図示）の計時がスタートする。

【００２１】次のステップＳ６では、タイマの計時値が
約１０秒を経過した後のリチウムイオン蓄電池５の端子
電圧ＶＢの値が３．０Ｖ以上かを判定する。ここで、リ
チウムイオン蓄電池５の端子電圧ＶＢが３．０Ｖ以上で
あると判定されたときはステップＳ７に進み、リチウム
イオン蓄電池５の充電電流Ｉｃを電流検出手段８により
検出して制御回路６に取り込み、充電電流Ｉｃの値が
０．１Ａ以下かを判定する。０．１Ａ以上のときはステ
ップＳ５に戻り、リチウムイオン蓄電池５への通電を継
続させる。

【００２２】また、ステップＳ７において、充電電流Ｉ
ｃが０．１Ａ以下であると判定されたときは、リチウム
イオン蓄電池５が９０％以上の電気エネルギが蓄積され
たと判断してステップＳ８に進み充電を停止させるとと
もに、表示部１１を動作させて充電の完了を表示する。
一方、ステップＳ６において、リチウムイオン蓄電池５
の端子電圧ＶＢが１０秒程度経過した後も３．０Ｖ以下
であると判定された場合は、ステップＳ９に進み、リチ
ウムイオン蓄電池５の電極などに破損が生じて電池異常
となったものと判断し、通電を停止する。

【００２３】以上述べたように本実施例においては、充
電器本体２０の挿着部２０ａに挿着された蓄電池５の種
類をその形状から電池種類検出手段１０により検出し、
この検出信号を制御回路６に取り込むことにより、挿着
された蓄電池５がリチウムイオン蓄電池か他の蓄電池か
を判定するとともに、その判別結果に基づいて制御回路
６が、挿着された蓄電池５の充電に適した充電動作モー
ドで該蓄電池５を充電制御するようにしたので、従来か
ら提供されているニッケル・カドミウム蓄電池やニッケ
ル水素蓄電池に加えて、リチウムイオン蓄電池に対応で
きる、多種類対応型の充電装置を実現できる。また、リ
チウムイオン蓄電池に対しては、図５のフローチャート
からも明らかなように略破損電圧４．１〜４．２Ｖ／セ
ルで通電し、約１０秒後に端子電圧ＶＢが３．０Ｖ以上
になったかを判定し、３．０Ｖ以下のときは蓄電池側に
異常があると判断して通電を停止し、３．０Ｖ以上のと
きは、充電電流Ｉｃが０．１Ａ以下になったか否かで充
電が完了したか否かを判定するようにしたので、リチウ
ムイオン蓄電池にダメージを与えることなく確実に充電
することができる。

【００２４】なお、上記実施例では、電池の種類検出手
段をマイクロスイッチ２１で構成した場合について述べ
たが、本発明はこれに限らず、他のスイッチ、ホトセン
サなどにより検出できるようにしてもよい。また、上記
実施例では、リチウムイオン蓄電池と他の蓄電池とをそ
れらの径の違いから判別するものとしたが、それらの長
さに違いがある場合にはそれによって判別してもよく、
或は形状から判別するのではなく、例えば、リチウムイ
オン蓄電池の端子電圧を利用して他の蓄電池との判別を
行うようにしてもよい。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
池挿着部に挿着された蓄電池の種類に応じた検出信号を
電池種類検出手段から出力させ、この検出信号に基づい
て電池挿着部に挿着された蓄電池の種類を判別手段に判
別させ、この判別結果に基づいて制御手段が、直流電源
から前記電池挿着部に挿着された蓄電池へ供給される充
電用電源の電流もしくは電圧を制御し、かつ前記制御手
段が、前記電池挿着部に挿着された蓄電池の充電電流と
充電電圧もしくは端子電圧とのうち少なくとも一方の値
に基づいて、前記電池挿着部に挿着された蓄電池の充電
動作の継続、停止を制御する構成としたので、充電制御
方式が異なる複数の蓄電池の充電を１台の電池充電装置
で行うことができる。また、本発明によれば、前記電池
種類検出手段が前記電池挿着部に挿着された蓄電池の形
状の差異を検出するため、検出のための構成を簡略なも
のとして低コスト化を図ることができ、また、検出を容
易に行うことができる。さらに、本発明によれば、前記
電池種類検出手段がリチウムイオン蓄電池とそれ以外の
種類の蓄電池とで異なる検出信号を出力するため、従来
より提供されている蓄電池に適した充電制御方式でリチ
ウムイオン蓄電池が充電されるのを防止することができ
る。また、本発明によれば、リチウムイオン蓄電池の略
破損電圧に電圧が制御された充電用電源で前記リチウム
イオン蓄電池が充電され、該リチウムイオン蓄電池の充
電動作の継続、停止が、リチウムイオン蓄電池の端子電
圧および充電電流に基づいて制御されるので、リチウム
イオン蓄電池の充電を該リチウムイオン蓄電池に適した
充電制御方式で行わせることができる。さらに、本発明
によれば、ニッケル・カドミウム蓄電池もしくはニッケ
ル水素蓄電池とリチウムイオン蓄電池との判別が可能と
なるため、従来より提供されている前記ニッケル・カド
ミウム蓄電池もしくはニッケル水素蓄電池に対しては、
これらの蓄電池に適した充電制御方式で充電を行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による電池充電装置の構成を
示すブロック図である。

【図２】図１に示す電池種類検出手段の具体的構成の一
例を示す説明図である。

【図３】リチウムイオン蓄電池の充電電流特性を示す特
性図である。

【図４】リチウムイオン蓄電池の充電電圧（端子電圧）
特性を示す特性図である。

【図５】図１に示す電池充電装置によりリチウムイオン
蓄電池を充電する際の充電動作の手順を示すフローチャ
ートである。

【符号の説明】

１ 直流電源 ３ スイッチング回路（制御手段） ５ 蓄電池 ６ 制御回路（制御手段） ７ 電圧検出手段 ８ 電流検出手段 １０ 電池種類検出手段 ２０ａ 電池挿着部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 充電される蓄電池が挿着される電池挿着
   部と、 前記電池挿着部に設けられ、該電池挿着部に挿着された
   蓄電池の種類に応じた検出信号を出力する電池種類検出
   手段と、 前記電池挿着部に挿着された蓄電池の充電用電源を供給
   する直流電源と、 前記電池挿着部に挿着された蓄電池の充電電圧もしくは
   端子電圧を検出する電圧検出手段と、 前記電池挿着部に挿着された蓄電池の充電電流を検出す
   る電流検出手段と、 前記電池種類検出手段から出力された検出信号に基づい
   て前記電池挿着部に挿着された蓄電池の種類を判別する
   判別手段と、 前記判別手段の判別結果に基づいて、前記直流電源から
   前記電池挿着部に挿着された蓄電池へ供給される充電用
   電源の電流もしくは電圧を制御し、かつ、少なくとも前
   記電圧検出手段および電流検出手段のいずれか一方の検
   出結果に基づいて、前記電池挿着部に挿着された蓄電池
   の充電動作の継続、停止を制御する制御手段と、 を備えたことを特徴とする電池充電装置。
2. 【請求項２】 前記電池種類検出手段は、前記電池挿着
   部に挿着された蓄電池の形状の差異を検出して前記検出
   信号を出力する請求項１記載の電池充電装置。
3. 【請求項３】 前記電池種類検出手段は、前記電池挿着
   部に挿着された蓄電池がリチウムイオン蓄電池であると
   きと該リチウムイオン蓄電池以外の種類の蓄電池である
   ときとで少なくとも異なる検出信号を出力する請求項１
   又は２記載の電池充電装置。
4. 【請求項４】 前記制御手段は、前記電池挿着部に挿着
   された蓄電池がリチウムイオン蓄電池であることを前記
   判別手段が判別したときに、前記直流電源から前記リチ
   ウムイオン蓄電池に供給される充電用電源の電圧を該リ
   チウムイオン蓄電池の略破損電圧に制御すると共に、前
   記電圧検出手段で検出される前記リチウムイオン蓄電池
   の端子電圧が所定時間後に所定電圧以上になったか否か
   と、前記電流検出手段で検出される前記リチウムイオン
   蓄電池の充電電流が所定電流以下になったか否かとに基
   づいて、該リチウムイオン蓄電池の充電動作の継続、停
   止を制御する請求項３記載の電池充電装置。
5. 【請求項５】 前記リチウムイオン蓄電池以外の種類の
   蓄電池がニッケル・カドミウム蓄電池もしくはニッケル
   水素蓄電池である請求項３又は４記載の電池充電装置。