JPH10126976A - 2次バッテリ充電回路 - Google Patents
2次バッテリ充電回路Info
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Abstract
成可能な2次バッテリ充電回路を提供する 【解決手段】 従来回路の構成に周辺温度検出部38及
び充電電流制御部40を加えてある。周辺温度検出部3
8は、バッテリ4の周辺温度を感知してその上昇にあわ
せ検出信号を発生する。充電電流制御部40は、周辺温
度検出部38の各比較器から発生される検出信号に従っ
て、バッテリパック4へ供給される充電電流が段階的に
減少していくように制御し、周辺温度の上昇とともに充
電電流を減らしていくことにより高充電率を達成する。
Description
タ、模型器機、ヘッドホンステレオ、携帯電話機など2
次バッテリによって動作する装置のバッテリ充電回路に
関するものである。
て携帯型コンピュータの電源供給系統を概略的に図示し
ている。
タ3、そしてバッテリ充電回路5は、AC100〜24
0VをDC変換して出力するACアダプタ1からの電源
供給が可能となっている。一方、ACアダプタ1が使用
されない場合は、バッテリパック4により変換器2及び
インバータ3へ電源供給が行われる。このようなバッテ
リパック4は、Ni−Cd、Ni−MH、Li−ion
などのバッテリセルをもち、バッテリ充電回路5によっ
て充電される。
ドチャージング(run & charging)方式とランオアチャー
ジング(run or charging) 方式がある。前者はシステム
が使用中であるかないかに関係なく充電する方式で、充
電制御が難しい。後者はシステムの使用中は充電せず、
システムが使用されていないときに充電する方式で、充
電制御が容易である。さらに、バッテリの充電容量(cha
rging capacity) あるいは充電電流(charging current)
により、場合に応じた充電モードが設定されており、快
速充電(rapid or fast charging)、急速充電(quick cha
rging)、標準充電(standard charging) 、細流充電(tri
ckle charging)のモードに区分される。快速充電モード
は1〜2時間、急速充電モードは4〜6時間、標準充電
モードは8〜10時間でフル充電を完了するモードであ
る。細流充電モードは常時充電電流を流すモードで、こ
のモードでは実質的な充電動作を遂行するのではなく、
自然放電による損失を補償するだけである。これら充電
モードは、システムの電源管理用マイクロコンピュータ
あるいはマイクロプロセッサによって制御される。
るいはバッテリパック4からコンピュータシステムで必
要とする各種のDC電源(3.3V、5V、12V、シ
ステム電源管理用マイクロプロセッサの電源など)を発
生し、CPU、ビデオ回路、オーディオ回路、各ディス
クドライブ(HDD、FDD、CD−ROM drive)、
メモリなどを装着したマザーボード(mother board)6へ
供給する。DC−ACインバータ3は、ACアダプタ1
やバッテリパック4によるDC電圧を高電圧(500V
など)のAC電圧に変換し、LCD7の冷陰極蛍光灯(c
old cathode fluorescent lamp) に提供する。
電回路5の詳細である。そのバッテリ充電動作の制御
は、携帯型コンピュータシステムの電源管理用マイクロ
プロセッサ210を充電動作制御部として行われる。
2、このセル212の温度を感知するサーミスタ21
4、+端子216、−端子218、温度端子220を具
備する。このバッテリパック4を携帯型コンピュータに
装着すると、その各端子16,18,20が充電回路5
の対応する端子216a,218a,220aに接続さ
れる。
らのDC電圧をレギュレーティングして出力するレギュ
レータ(図示略)とした外部電圧源(external voltages
ource)から所定のDC電圧VINを受ける電源端子222
と、マイクロプロセッサ210による制御信号CEN,
FQが各々印加される制御端子224,226と、を具
備する。電源端子222と+バッテリ端子216aとの
間にはスイッチング部228が設けられ、このスイッチ
ング部228を介して+バッテリ端子216aへつなが
る充電ノード278に供給される充電電流量が充電電流
検出部230により検出される。パルス幅変調回路(pu
lse width modulation;PWM)232は、帰還ノード
233を通じてフィードバック端子F/Bに入力される
信号電圧に従ってスイッチング部228のオン/オフ時
間を制御するスイッチング制御部である。PWM232
は、マイクロプロセッサ210から提供される充電イネ
ーブル信号CENによってイネーブルされる。
ッサ210から提供される充電モード制御信号FQに応
答して帰還ノード233の電圧レベルを変化させること
により、快速と急速の充電モード切換を行う。定電圧制
御部236は、+バッテリ端子216aを通じてバッテ
リパック4へ供給される充電電圧を予め定めてあるレベ
ルに維持するためのものである。この定電圧制御部23
6は、充電初期には定電流方式で充電後期には定電圧方
式を実行しなければならないLi−ionバッテリセル
を使用したバッテリパック4を充電する場合に必要な要
素である。
214とともにバッテリ温度検出部を構成する抵抗28
0及びキャパシタ282は、マイクロプロセッサ210
の入力ポート(input port)に接続される。
次バッテリの温度により変わる充電容量波形B,Cと充
電電流波形Aの概略を示してある。充電容量波形Bは2
5℃を挟んだ常温範囲の場合で充電率100%までいく
が、充電容量波形Cは50℃を越える高温となった場合
で充電率60〜70%までしかあがらない。なお、バッ
テリ充電率は、バッテリの本来もつフル容量に対する実
際の充電量の比率である。すなわち、2次バッテリの充
電に際してはその内部抵抗などによって発熱し、温度が
上がるとバッテリの充放電容量が減少することはよく知
られているが、このため図3のように、常温範囲内で充
電されれば100%の充電率となるが、高温になると6
0〜70%程度の充電率しか達成できなくなる。
大型プロセッサには動作温度が90〜100℃にまで達
するものがあり、その影響でバッテリ温度も上がりやす
くなっている。つまり、周辺装置の発熱によるバッテリ
温度の上昇も無視できない段階にきている。高温下で大
電流による充電を行うとバッテリ寿命を短縮してしまう
ので、バッテリ内蔵のサーミスタ214による温度感知
で温度変化に応じた充電動作制御を行う技術が採用さ
れ、バッテリの温度が基準値を越えて高温となる場合に
は、バッテリのフル充電前でも充電電流をカットするよ
うにしている(時刻Te)。
電容量低下などの現象とも相まって不十分なまま充電終
了となる結果を招くので、バッテリ動作の装置使用時間
が短くなるなど不具合を生じている。これに鑑みて本発
明の目的は、高温下でより高い充電率を達成可能な2次
バッテリ充電回路を提供することにある。
電回路は、第1制御信号に応答して2次バッテリに充電
電流を供給する充電源部と、2次バッテリの内部温度を
感知するバッテリ温度検出部と、第2制御信号に応答し
て充電源部の充電速度を制御する高速充電制御部と、バ
ッテリ温度検出部に応じて前記第1及び第2制御信号を
出力する充電動作制御部と、2次バッテリ周辺の周辺温
度を感知する周辺温度検出部と、周辺温度検出部に応じ
て充電源部を制御し、周辺温度の上昇に従い充電電流を
減少させる充電電流制御部と、を有する。
せて段階的に充電電流を減少させる構成とすることがで
きる。また周辺温度検出部は、第2制御信号によってイ
ネーブルされる構成とすることができる。充電動作制御
部は、バッテリ温度検出部によりバッテリ内部温度が所
定温度以上の高温であると感知されると、第1制御信号
により充電源部の充電電流供給を止めるようにしておく
とよい。さらに、2次バッテリへの充電電圧が所定のレ
ベルを維持するように充電源部を制御する定電圧制御部
を有する構成としておくこともできる。
は、2次バッテリへ充電電流を流す充電ノードと、外部
電圧源と充電ノードとの間のスイッチング部と、スイッ
チング部を通じて充電ノードへ流れる充電電流を検出
し、検出結果を帰還ノードに出力する充電電流検出部
と、第1制御信号によりイネーブルされ、帰還ノードに
従いスイッチング部のオン/オフ時間を制御するスイッ
チング制御部と、第2制御信号に応答して帰還ノードの
信号を変化させ、充電速度を制御する高速充電制御部
と、2次バッテリの内部温度を感知するバッテリ温度検
出部と、バッテリ温度検出部の感知結果に従い第1及び
第2制御信号を出力する充電動作制御部と、2次バッテ
リ周辺の周辺温度を感知する周辺温度検出部と、周辺温
度検出部の感知結果に従い帰還ノードの信号を変化させ
て充電電流を減少させる充電電流制御部と、を有する。
せて段階的に充電電流を減少させるものとすることがで
き、そのときの周辺温度検出部は、電源電圧を分圧して
2以上の基準電圧を発生する分圧手段と、その各基準電
圧と周辺温度に従うサーミスタによる電圧とを比較する
2以上の比較器と、からなるものとすることができる。
この場合、第1制御信号に応答して周辺温度検出部の検
出動作をイネーブルさせる検出イネーブル手段をもたせ
ることも可能である。その検出イネーブル手段は、第1
制御信号に応答して分圧手段を接地へつなぐスイッチと
すればよい。そして充電電流制御部は、帰還ノードに並
列接続された2以上の抵抗と、周辺温度検出部の比較器
によりそれぞれ制御されて前記各抵抗を接地へつなぐ2
以上のトランジスタと、をもつものとすることができ
る。
よりバッテリ内部温度が所定温度以上の高温であると感
知されると、第1制御信号によりスイッチング制御部に
スイッチング部をオフさせるものとするとよく、2次バ
ッテリへの充電電圧が所定のレベルを維持するように帰
還ノードの電圧レベルを制御する定電圧制御部を有する
こともできる。
の回路例を示し、そして図5にその充電電流波形及び充
電容量波形のグラフを示して説明する。
回路は、図2の従来回路の構成に周辺温度検出部38及
び充電電流制御部40を加えてある。周辺温度検出部3
8は、バッテリ4を装着している装置内の温度、たとえ
ば図1のマザーボード6の温度を感知してその上昇にあ
わせ検出信号を発生する。充電電流制御部40は、周辺
温度検出部38の検出信号に従って、バッテリパック4
へ供給される充電電流が段階的に減少していくように制
御し、周辺温度の上昇とともに充電電流を減らしていく
ことにより高充電率を達成する。
ック4に供給される充電電流(波形A)は周辺温度の上
昇につれて階段的に減少し、これによりバッテリ自体の
発熱を抑えて周辺温度の上昇分を補償しながら充電を継
続する。充電電流は少なくなっていくのでバッテリ寿命
の短命化現象も防がれ、バッテリ温度を常温範囲に止め
ながら充電を継続することができるので、95〜100
%のフル充電を達せいすることが可能である(波形
D)。
44,46、ダイオード48、トランジスタ50,52
で構成され、充電電流検出部30は抵抗60,62,6
4,66,70,72,74、差動増幅器68で構成さ
れる。この充電電流検出部30で、抵抗60両端の電位
差が差動増幅器68によって増幅され、その出力が抵抗
72,74を通じてPWM32のフィードバック端子F
/Bに提供される。これらスイッチング部28、充電電
流検出部30、PWM32は、第1制御信号としてマイ
クロプロセッサ10から提供される充電イネーブル信号
CENに応答してバッテリパック4へACアダプタなど
の外部電圧源から充電電流を供給する充電源部(chargin
g source) として機能する。
0の出力端子と並列にPWM32のフィードバック端子
F/Bである帰還ノード33に接続される抵抗84、ト
ランジスタ86、該トランジスタ86のベースに接続さ
れた抵抗88で構成される。この高速充電制御部34
で、トランジスタ86は第2制御信号としてマイクロプ
ロセッサ10から提供される高速充電制御信号FQに応
答して動作する。マイクロプロセッサ10からロウレベ
ルの高速充電制御信号FQが出力されると、高速充電制
御部34のトランジスタ86はオフで帰還ノード33の
電圧レベルは差動増幅器68による。つまり、PWM3
2の出力パルス信号のデューティ(duty)は充電電流検出
部30の出力による。したがって、高速充電制御信号F
Qがロウレベルであると充電源部28,30,32は快
速充電モードで動作する。一方、マイクロプロセッサ1
0からハイレベルの高速充電制御信号FQが入力される
と高速充電制御部34は、帰還ノード33の電圧レベル
を降下させる。これによって、PWM32の出力パルス
信号のデューティが低くなり、外部電圧源からスイッチ
ング部28を通じて充電ノード78へ伝達される電流量
が減って急速充電モードで動作する。
104〜108,118、サーミスタ100、キャパシ
タ102、比較器110,112,114、トランジス
タ116で構成される。電源電圧Vcc(マイクロプロセ
ッサ用電源)から抵抗92〜98が直列接続されて分圧
手段が形成され、この抵抗92〜98の各接続点が比較
器110,112,114の反転入力端子にそれぞれ接
続されている。また、抵抗90を介し電源電圧が供給さ
れ負温度係数をもつサーミスタ100には、並列にして
抵抗104,106,108が接続され、それぞれ比較
器110,112,114の非反転入力端子につながっ
ている。
クロプロセッサ10の指示によって周辺温度検出部38
の動作を制御する検出イネーブル手段である。すなわ
ち、マイクロプロセッサ10からハイレベルの高速充電
制御信号FQ(もちろん他の制御信号でも可)が出力さ
れると、これに応じるトランジスタ116によって周辺
温度検出部38がイネーブルされ、ロウレベルの高速充
電制御信号FQが出力されると、周辺温度検出部38は
ディスエーブルされる。なお、このスイッチ構成の検出
イネーブル手段は省くことも可能である。
力端子に提供される基準電圧をV110 ,V112 ,V114
とし、抵抗92〜98の抵抗値をR92〜R98とすると、
V110 ,V112 ,V114 は次式で表せる。
92+R94+R96+R98) V112 =Vcc×(R96+R98)/(R92+R94+R96
+R98) V114 =Vcc×R98/(R92+R94+R96+R98)
00の抵抗値はそれに反比例して減少する。したがっ
て、比較器110,112,114の非反転入力端子の
電圧は温度上昇に伴って減少していき、その際にこの例
では、3種の基準値V110 ,V112 ,V114 と比べられ
る。つまり、周辺温度は4段階で検出されることにな
り、最初の段階が常温で、比較器110,112,11
4はすべてハイレベルを出力する。温度が上昇して次の
段階へ至ると、サーミスタ100による非反転入力端子
の電圧が第1基準値V110 よりも低くなるので、比較器
110からロウレベルが出力される。さらに温度が上昇
して非反転入力端子の電圧が第2基準値V112 よりも低
くなる次の段階へ至ると、比較器110,112からロ
ウレベルが出力される。そして、さらに温度上昇して非
反転入力端子の電圧が第3基準値V114 よりも低くなる
次の段階へ至ると、全比較器110,112,114か
らロウレベルが出力される。
6,134〜138とトランジスタ128〜132で構
成される。この充電電流制御部40は、周辺温度検出部
38の比較器110〜114から出力される検出信号に
応答し、周辺温度の上昇に従ってPWM32のフィード
バック端子F/Bの電圧を調整することで充電電流を徐
々に減らしていく。
すべてがハイレベル出力なので、トランジスタ128〜
132のすべてがオンし、図5の時刻T1以前のように
本例では急速充電の充電電流Dが流れる。周辺温度が上
昇したT1で、サーミスタ100による電圧が第1基準
値V110 まで落ちると、比較器110がロウレベル出力
となってトランジスタ128がオフになる。これに応じ
てPWM32のフィードバック端子電圧が上昇し、充電
電流Dは1段階減少する。続いて周辺温度が上昇し、T
2でサーミスタ100による電圧が第2基準値V112 ま
で落ちると、比較器110,112がロウレベル出力と
なってトランジスタ128,130がオフになる。これ
に応じてPWM32のフィードバック端子電圧がさらに
上昇し、充電電流Dはさらに1段階減少する。
サーミスタ100による電圧が第3基準値V114 まで落
ちると、全比較器110,112,114がロウレベル
出力となってトランジスタ128,130,132のす
べてがオフになる。これに応じてPWM32のフィード
バック端子電圧がさらに上昇し、充電電流Dはさらに1
段階減少する。そして充電完了で充電イネーブル信号C
ENがきられると、Teで充電電流Dはなくなる。
充電電流を下げバッテリパックの温度上昇を抑制する手
法とすることにより、図5に示してあるように充電容量
Eは、95〜100%まで改善される。
温度上昇を感知して充電電流を下げていくことにより、
バッテリ自体の温度上昇を抑えて周辺温度の上昇分を補
償するので、従来よりもフル充電が可能となり、高温下
での大電流充電も防止されるので、バッテリ寿命を縮め
ることもなく信頼性が高くなる。
供給系統を示したブロック図。
フ。
フ。
Claims (15)
- 【請求項1】 第1制御信号に応答して2次バッテリに
充電電流を供給する充電源部と、2次バッテリの内部温
度を感知するバッテリ温度検出部と、第2制御信号に応
答して充電源部の充電速度を制御する高速充電制御部
と、バッテリ温度検出部に応じて前記第1及び第2制御
信号を出力する充電動作制御部と、2次バッテリ周辺の
周辺温度を感知する周辺温度検出部と、周辺温度検出部
に応じて充電源部を制御し、周辺温度の上昇に従い充電
電流を減少させる充電電流制御部と、を有する2次バッ
テリ充電回路。 - 【請求項2】 充電電流制御部は、周辺温度の上昇にあ
わせて段階的に充電電流を減少させる請求項1記載の2
次バッテリ充電回路。 - 【請求項3】 周辺温度検出部は、第2制御信号によっ
てイネーブルされる請求項1又は請求項2記載の2次バ
ッテリ充電回路。 - 【請求項4】 充電動作制御部は、バッテリ温度検出部
によりバッテリ内部温度が所定温度以上の高温であると
感知されると、第1制御信号により充電源部の充電電流
供給を止める請求項1〜3のいずれか1項に記載の2次
バッテリ充電回路。 - 【請求項5】 2次バッテリへの充電電圧が所定のレベ
ルを維持するように充電源部を制御する定電圧制御部を
有する請求項1〜4のいずれか1項に記載の2次バッテ
リ充電回路。 - 【請求項6】 携帯型コンピュータに内蔵される請求項
1〜5のいずれか1項に記載の2次バッテリ充電回路。 - 【請求項7】 2次バッテリへ充電電流を流す充電ノー
ドと、外部電圧源と充電ノードとの間のスイッチング部
と、スイッチング部を通じて充電ノードへ流れる充電電
流を検出し、検出結果を帰還ノードに出力する充電電流
検出部と、第1制御信号によりイネーブルされ、帰還ノ
ードに従いスイッチング部のオン/オフ時間を制御する
スイッチング制御部と、第2制御信号に応答して帰還ノ
ードの信号を変化させ、充電速度を制御する高速充電制
御部と、2次バッテリの内部温度を感知するバッテリ温
度検出部と、バッテリ温度検出部の感知結果に従い第1
及び第2制御信号を出力する充電動作制御部と、2次バ
ッテリ周辺の周辺温度を感知する周辺温度検出部と、周
辺温度検出部の感知結果に従い帰還ノードの信号を変化
させて充電電流を減少させる充電電流制御部と、を有す
る2次バッテリ充電回路。 - 【請求項8】 充電電流制御部は、周辺温度の上昇にあ
わせて段階的に充電電流を減少させる請求項7記載の2
次バッテリ充電回路。 - 【請求項9】 周辺温度検出部は、電源電圧を分圧して
2以上の基準電圧を発生する分圧手段と、その各基準電
圧と周辺温度に従うサーミスタによる電圧とを比較する
2以上の比較器と、からなる請求項8記載の2次バッテ
リ充電回路。 - 【請求項10】 第1制御信号に応答して周辺温度検出
部の検出動作をイネーブルさせる検出イネーブル手段を
もつ請求項9記載の2次バッテリ充電回路。 - 【請求項11】 検出イネーブル手段は、第1制御信号
に応答して分圧手段を接地へつなぐスイッチである請求
項10記載の2次バッテリ充電回路。 - 【請求項12】 充電電流制御部は、帰還ノードに並列
接続された2以上の抵抗と、周辺温度検出部の比較器に
よりそれぞれ制御されて前記各抵抗を接地へつなぐ2以
上のトランジスタと、をもつ請求項9〜11のいずれか
1項に記載の2次バッテリ充電回路。 - 【請求項13】 充電動作制御部は、バッテリ温度検出
部によりバッテリ内部温度が所定温度以上の高温である
と感知されると、第1制御信号によりスイッチング制御
部にスイッチング部をオフさせる請求項7〜12のいず
れか1項に記載の2次バッテリ充電回路。 - 【請求項14】 2次バッテリへの充電電圧が所定のレ
ベルを維持するように帰還ノードの電圧レベルを制御す
る定電圧制御部を有する請求項7〜13のいずれか1項
に記載の2次バッテリ充電回路。 - 【請求項15】 携帯型コンピュータに内蔵される請求
項7〜14のいずれか1項に記載の2次バッテリ充電回
路。
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