TWI239673B - Charging device and charging control method - Google Patents

Description

1239673

(1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種可判斷充電器所準備的被充電電池 爲一次電池或二次電池（充電電池）之充電裝置及充電控 制方法。 【先前技術】 鎳氫二次電池或鋰離子二次電池等非氫系二次電池藉 由充電可恢復爲放電前的狀態，故與鹼性電池等一次電池 比較時，即使包含充電器與充電時的消耗電力，非氫系二 次電池方面不僅營運成本低廉，且經濟效益優良。 近年來，在急速普及的數位相機等攜帶型電子機器 中，雖然以其之電源通用性高的一次電池爲主流，但是目 前主流漸漸轉移到經濟效益優良且可謀求高電容化、長壽 命化的二次電池。 再者，由於二次電池產品化爲與一次電池相同的形 狀、尺寸，因此使用此等作爲電源使用的電子機器不需將 電池收納部構造變更爲二次電池專用，變成消費者可自由 選擇使用一次電池或二次電池之狀況。 另外，推測消費者容易將相同形狀、尺寸的一次電池 裝設在一次電池專用充電器中充電，而尋求防範未然的設 計。 有各種報告一次電池與二次電池的識別方法以及一次 電池誤裝設時的充電停止方法，而在充電器內部搭載微電 -4 - (2) 1239673 腦且打開/關閉充電開關蔚爲現今之主流。 例如，來自電池包2 2的基準電壓透過規格判斷用電 阻2 24施加到監視器電阻2 1 4，該監視器電阻2 1 4因應連 接電池22 1的規格產生監視器電壓，該監視器電壓藉由 A/D (Analog to Digital)變換器215變換爲數位値，並 傳送到 CPU ( Central Processing Unit) 212，在 CPU212 中，亦可與預先記憶在記憶電路2 1 6的規格値比較，判斷 一致的規格（例如參照專利文獻1 )。 【專利文獻1】特開平7-065 8 64號公報 【發明內容】 〔發明所欲解決之課題〕 然而，由於微電腦價格昂貴，因而導致無法避免充電 器的成本上升之問題。 又，雖然產品化多種以低成本爲特徵的充電器，但是 該充電器之充電方式多半爲在一定時間經過的時刻內需結 束充電之計時充電方式。如此，藉由計時電路打開/關閉 充電開關，可將成本壓爲極低。然而，當誤裝設一次電池 時，由於沒有加入關掉充電的功能，故有所謂忽視裝設一 次電池時的安全性之問題。 因而，本發明之目的係提供一種可達成二次電池專用 充電器的低成本化之計時方式，且可確保誤裝設一次電池 時的安全之充電裝置及充電控制方法。 (3) 1239673 [用以解決課題之方案〕 爲了解決上述課題，申請專利範圍第〗項的發明係提 供一種充電裝置，其係以計時電路控制充電二次電池的時 間，其特徵在於具有：判斷爲了充電而裝設的電池爲一次 電池或二次電池之判斷手段；根據時間常數設定充電的時 間之時間常數手段；以及切換時間常數之時間常數切換手 段，當電池判斷爲一次電池時，藉由時間常數切換手段切 換時間常數，以縮短充電時間。 申請專利範圍第3項之發明係提供一種充電控制方 法，其係以計時電路控制充電二次電池的時間，其特徵在 於：判斷爲了充電而裝設的電池爲一次電池或二次電池； 根據時間常數設定充電時間；以及當電池判斷爲一次電池 時’切換時間常數，以縮短充電時間。 如此，判斷所裝設的電池一次電池或二次電池，判斷 爲一次電池時，可切換至短的充電時間。 〔發明的功效〕 根據本發明，不採用微電腦等高價的控制用1C (Integrated circuit )，進行低價且安全性高的充電。 【實施方式】 以下，參照圖面說明本發明之一實施形態。首先，爲 使容易了解本發明，以二次電池的充電進行說明。以往使 用的鎳鎘二次電池或鎳氫二次電池係定電流充電，藉由檢 -6 - (4) 1239673 測出滿充電時的電壓下降之- △ V/Δ t方式或監視電池溫 度之△ T/ △ t方式，結束充電。相對於此，鋰離子二次電 池的充電係藉由定電流定電壓控制方式進行，藉由該方式 進行滿充電的檢測。如此，雖有各種充電方式，但在該一 實施形態中，省略電壓電流的控制方法，僅以充電時間控 制。 參照第1圖，說明應用本發明之一實施形態。從定電 壓電源電路1導出正極側的端子1 1，從定電壓電源電路1 導出負極側的端子1 2。使端子1 1與端子1 3連接，使端 子1 2與端子1 4連接。在端子1 3與端子1 5之間設置有開 關電路2，使端子1 4與端子1 6連接。使端子1 5與端子 1 7連接，使端子1 6與端子1 8連接。所裝設的電池3之 正極側與端子1 7連接，其負極側與端子1 8連接。 電池判斷電路4與所裝設的電池3之正極側以及負極 側連接，判斷電池3爲一次電池或二次電池。因應其判斷 結果，將用來打開/關閉開關電路5的切換信號從電池判 斷電路4供給至開關電路5。在計時電路9與接地之間並 聯設置有電容器6以及電阻7，在計時電路9與接地之間 串聯設置有開關電路5以及電阻8。此等電容器6、電阻 7以及8係構成計時電路9的時間常數電路，以開關電路 5的打開/關閉使時間常數變化。因而，從計時電路9供給 至開關電路2的切換信號之時序係因開關電路5的打開/ 關閉而異。 當打開開關電路2時，從定電壓電源電路1供給充電 - 7- (5) 1239673 用的直流電流至二次電池。該定電壓電源電路1可爲從商 用電源輸出定電壓電流之開關電源方式的 AC (Alternating Current) 轉接器’或從車載打火機降壓至 任意的電壓之DC (Direct Current) — DC變頻方式的DC 轉接器等，定電壓電源1的電壓、電流沒有限定。 在電池判斷電路4中，判斷所裝設的電池3爲一次電 池或二次電池，將其判斷結果供給開關電路5。在計時電 路9中，從裝設電池3的時刻，在經過由電容器6、電阻 7以及8構成的時間常數電路所決定的時間之時刻，供給 切換信號至開關電路2，將開關電路2設爲關閉。 參照第2圖，說明電池判斷電路4的一例。電池判斷 電路4由比較器21及基準電壓22所構成。比較器21的 反轉輸入端子與電池3的正極側連接，其非反轉輸入端子 與基準電壓22的正極側連接。比較器2 1的輸出係供給至 開關電路5作爲切換信號。電池3的負極側係接地，基準 電壓22的負極側亦接地。 當電池3的電壓比基準電壓22高時，判斷所裝設的 電池3爲一次電池，將打開開關電路5的切換信號供給至 開關電路5。當電池3的電壓比基準電壓2 2低時，判斷 所裝設的電池3爲二次電池，將關閉開關電路5的切換信 號供給至開關電路5。 一般’一次電池的電壓爲].5 V左右，二次電池的電 壓爲1.2 V左右。因而，藉由將基準電壓22設爲145V左 右’以電壓的不同判斷爲一次電池或二次電池。 (6) 1239673 此外，該電池判斷電路4係在充電開始後必 例如，當裝設有放電結束的一次電池時，初期電 於基準電壓 Π的1 .4 5 V，故有判斷爲二次電 性。此時，開始充電，在充電電流流動之後判斷 池。 具體而言，與新品或放電結束無關，由於一 內部電阻大於二次電池，因此當與（充電電流 阻）相當的電壓施加於初期電池電壓時，輸入至 的電壓亦即比較器2 1的反轉輸入端子的電壓高 壓 2 2。藉此，判斷爲二次電池之放電結束的一 開始充電數分鐘後，確實判斷爲一次電池。 又，在充電開始後，由於使電池判斷電路4 即使二次電池接近滿充電亦不會誤判爲一次電池 壓2 2以1 . 4 5 V左右最佳。二次電池即使接近滿 於亦不會到達1 .45 V以上，因此不會誤判爲一次 參照第3圖，說明計時電路9的一例。在該 態中，使用松下電器產業株式會社製的長時間f AN6 7 83 S作爲計時電路9的一例。該第3圖係 的應用電路例。 如第3圖所示，該AN 6 7 8 3 S係由8根腳 成。第1根腳11係V s端子，用來供給基準電壓 第2根腳t2係Stop端子，爲用來使該AN6783S 止的端子。第3根腳t3係Reset端子，爲用 AN 6 7 8 3 S之振盪的端子，第4根腳t4係GND端 須動作。 壓由於低 池的可能 爲一次電 次電池的 X內部電 電池兩端 於基準電 次電池在 動作，故 ，基準電 充電，由 電池。 一實施形 "寺 1C : AN 6 7 8 3 S (Pin)構 的端子。 之振盪停 來重設該 子，爲用 1239673 (7) 來接地的端子。 第5根腳15係C R端子，爲用來使電容器或電阻等連 接的端子。第6根腳t6係Out端子，爲輸出端子。第7 根腳t7係Vcc端子，爲用來供給電源電壓的端子。第8 根腳t8係Monitor端子，用來判斷該AN 6 7 8 3 S之振盪是 否爲正常動作時使用的端子。 首先，在該應用電路例中，說明 AN67 8 3 S之各個端 子的連接關係。第2根腳t2、第3根腳t3、第7根腳t7 係與電壓Vcc連接，即所謂的負載（pull_up)。第4根 腳t4係接地、第6根腳t6係介以電阻34接地。第1根 腳11係介以電容器3 1接地，第5根腳15係介以電容器 33接地。第5根腳t5與第1根腳tl之間設有電阻32。 定電壓電路41係與第1根腳U及第7根腳t7連 接。從定電壓電路41供給定電壓至各區塊。在第1根腳 11與接地之間串聯設置有電阻4 4、4 5、以及4 6。停止信 號從與第2根腳t2連接的輸入電路42供給至振盪電路49 之停止端子。重設信號從與第3根腳t3連接的輸入電路 43供給至振盪電路（Oscillator : OSC ) 49、觸發（flip-flop) 電路 50! 、 502 、 …以及 5015 之各 個重設 端子。 比較器4 7及4 8之非反轉輸入端子與第5根腳15連 接。比較器47的反轉輸入端子與電阻44及45的連接點 連接。比較器47的輸出係供給至振盪電路49。比較器48 的反轉輸入端子與電阻4 5及4 6的連接點連接。比較器 4 8的輸出係供給至振盪電路4 9。 - 10- (8) 1239673 振盪電路49的輸出係供給至觸發電路5 Ο !。觸發 路5 0 ]的輸出係供給至觸發電路5 02及放大器5 1。觸發 路5 0 2的輸出係供給至觸發電路5 03。如此，依序輸出 給至觸發電路5 0 ! 5爲止。亦即，構成1 5段的觸發電路 觸發電路5 0 ! 5的輸出係供給至放大器5 2。放大器 的輸出係從第8根腳t8的Monitor端子輸出。放大器 的輸出係從第6根腳t6的Out端子輸出。 舉例說明，當從第5根腳t5供給第4圖A所示的 盪周期tG之信號時，從第8根腳t8獲得的監視信號如 4圖B所示，成爲t 21 〇的週期。此時，從第6根腳 供給至開關電路2的輸出信號之周期如第4圖C所示， 爲t2。該輸出週期t2係： t 2 = 2 1 5 X t 〇 =3 2 768 to 在此，在電池判斷電路4中，說明電池判斷3爲二 電池時的動作例。當電池3判斷爲二次電池時，關閉開 電路5。因此，與計時電路9連接的時間常數電路係由 電容器6以及電阻7所構成。當開關電路5關閉時，藉 該電容器6及電阻7決定計時時間。計時電路9在經過 決定的時間之時刻反轉輸出。 根據所使用的Ic規格而有不同的設定方法，但是 使用內藏第3圖所示的1 5段觸發電路的AN 6 7 8 3 S時， 盪週期t 〇 (秒）爲： t〇=0.94 7R] ( Ω ) · C ] ( F ) 電 電 供 ) 5 1 52 振 第 t6 成 字 關 該 由 所 當 振 -11 - 1239673 (9) 輸出週期t2(秒）爲： t2 = t〇x32768 =3 1 .03R] ( k Q ) ·ί：】（μΡ) 此時，將電容器6的電容設爲4 μ F ’將電阻7設爲5 k Ω時的計時時間由於成爲至計時電路9的輸出反轉爲止 之時間，故成爲輸出周期t〇的1 /2，因此： 4 X 5 X 3 1 · 0 3 + 2 = 3 1 0.3 秒=約 5 分 1 〇 秒 在此，欲將二次電池的充電時間設爲8小時時，將電 容器6的電容設爲4.7//F，將電阻7設爲390 kQ時，計 時時間成爲： 4.7x390x31.03 + 2= 28438.995 秒二約 7 小時 53 分 59 秒 =約8小時 如此，在經過以時間常數電路設定的時間之時刻，使 來自計時電路9的輸出反轉，關閉開關電路2。藉由關閉 開關電路2，結束電池3的充電。在計時方式的充電器 中，由於電流決定在設定的時間內滿充電，故最低限度保 證所謂滿充電二次電池之性能。 然後，在電池判斷電路4中，說明電池3判斷爲一次 電池時之動作例。當電池3判斷爲一次電池時，打開開關 電路5。因此，與計時電路9連接的時間常數電路係由該 電容器6、及由電阻7與8構成之合成電阻所構成。當打 開開關電路5時，藉由該電容器6及電阻7和8構成之合 成電阻，決定計時時間。計時電路9在經過所決定的時間 之時刻反轉輸出。 -12- (10) 1239673 如此，當打開開關電路5時，由於成爲由電阻7及8 構成的合成電阻，因此如第1圖所示，由於電阻7及8並 聯連接，故時間常數電路的電阻値成爲小於關閉開關電路 5時之値。例如，說明將上述的計時時間設定爲8小時之 一例時，將電阻7設爲3 9 0 k Ω、電阻8設爲1 .5 k Ω時， 電阻7與8之合成電阻成爲：

390kQ xl.5kQ - ( 390kQ +1.5kQ )=約 1.494kD 然後，計時時間爲： 4.7 X 1 . 4 9 4 X 3 1 . 0 3 + 2 = 1 0 8 · 9 4 3 秒=約 1 分 4 9 秒 因而，在電池判斷電路4中，當電池3判斷爲二次電 池時，進行約8小時的充電動作，當電池3判斷爲一次電 池時，約在1分49秒內停止充電動作。 如此，在電池判斷電路4中，不論電池3判斷爲一次 電池或二次電池，判斷爲一次電池時，可將充電時間設定 爲極短，可防止因爲誤裝設一次電池時的誤充電產生之漏 液引起的事故。 此外，藉由電池判斷電路4的切換信號並非切換計時 電路9之時間常數電路，而是直接打開關閉設置於主電路 的開關電路2。然而，此時，在裝設一次電池之後，首先 關閉開關電路2，充電電流暫時不流動，然後藉由一次電 池的自行放電等，使電池電壓少於基準電壓2 2時，電池 判斷電路4判斷爲裝設有二次電池，導致有再度打開開關 電路2的可能性。 當開關電路2打開而充電電流再度流動時，由於電池 -13- (11) 1239673 電壓再度上昇，因此電池判斷電路4判斷爲一次電池而再 度關閉開關電路2。又，藉由自行放電’亦有所謂引起電 壓降低、再充電開始之迴路現象之可能性。而有在不知道 的情況下反覆充電，從安全性的觀點上來看較不理想。 · 在切換時間常數電路時，當暫時滿足計時時間時，即 _ 使切換電池判斷電路4的輸出，亦不會有所謂計時電路9 的輸出反轉且自動打開開關電路2進行再充電之情況。一 般在充電器裝設電池時，實際上在使用電池之前就已經裝 # 設的情況很多，在本實施形態中，有鑑於此而切換時間常 · 數電路。 此外，在本實施形態中，當裝設電池時開始充電。說 明檢測出裝設有電池之一例。在二次電池專用充電裝置裝 設有電池之前，電路爲已開放狀態，當裝設有電池時’由 於電池具有內部電阻，故構成電路。如此，檢測出構成電/ 路，而開始充電亦可。又，亦可設計用以檢測裝設有電池 之感應器。 0 參照第 5圖的流程圖，說明應用本發明之一實施形 態。在步驟S 1中，在電池判斷電路4中，判斷已裝設的 電池3爲一次電池或二次電池。當判斷出所裝設的電池3 爲一次電池時，控制移至步驟S2，當判斷出所裝設的電 池3爲二次電池時，控制移至步驟S3。 在步驟S 2中，開關電路5設爲打開，充電時間設定 爲約1分4 9秒。在步驟S 3中，開關電路5設爲關閉，充 ’ 電時間設定爲約8小時。 - -14· (12) 1239673 在步驟S4中，開關電路2設爲打開，開始充電。在 步驟S 5中，判斷是否經過所設定的特定時間。當判斷爲 經過特定時間時，控制移到步驟S 6，又當判斷爲未經過 特定時間時，反覆進行步驟S 5的控制。在步驟S 6中，將 開關電路2設爲關閉，結束充電。 在該實施形態中，雖然以進行8小時的充電之充電器 爲一例，以設定常數之說明，但並不限定於該例，可應用 在具備由電谷益以及電阻（合成電阻）構成的時間常數電 路之計時電路，且可設定任意時間的充電器。 本發明係不限定於上述本發明之一實施形態等者，在 不脫離本發明的要旨範圍內可進行各種變形或應用。 【圖式簡單說明】 第1圖係用以說明應用本發明之一實施形態的方塊 圖。 第2圖係用以說明應用本發明之一實施形態所使用的 電池判斷電路之一例的方塊圖。 第3圖係用以說明應用本發明之一實施形態所使用的 計時電路之一例的方塊圖。 第4圖係用以說明應用本發明之一實施形態所使用的 計時電路之一例的計時圖。 第5圖係用以說明應用本發明之一實施形態的流程 圖。 (13) 1239673 【主要元件符號說明】 1 定電壓電源電路 2、5 開關電路 3 電池 4 電池判斷電路 6 電容器 7、8 電阻 9 計時電路 - 16 -

Claims (1)

1239673 (1) 十、申請專利範圍 1 · 一種充電器裝置，係以計時電路控制充電二次電 '池的時間’其特徵在於具有： 判斷爲了充電而裝設的電池爲一次電池或二次電池之 判斷手段； 丰艮據時間常數設定充電的時間之時間常數手段；以及 切換上述時間常數之時間常數切換手段， 當上述電池判斷爲一次電池時，藉由上述時間常數切 換手段切換上述時間常數，以縮短充電時間。 2 ·如申請專利範圍第1項之充電裝置，其中，上述 判斷手段係比較上述電池的端子電壓與基準電壓，當小於 上述基準電壓時，判斷上述電池爲二次電池，當高於上述 基準電壓時，判斷上述電池爲一次電池。 3 · —種充電控制方法，係以計時電路控制充電二次 電池的時間，其特徵在於： 判斷爲了充電而裝設的電池爲一次電池或二次電池； 以及 根據時間常數設定充電時間， 當上述電池判斷爲一次電池時，切換上述時間常數， 以縮短充電時間。 4 .如申請專利範圍第3項之充電控制方法，其中，上 述電池的判斷係比較上述電池的端子電壓與基準電壓，當 小於上述基準電壓時，判斷上述電池爲二次電池，當高於 上述基準電壓時，判斷上述電池爲一次電池。 -17-