JP2001190027A - 充電装置及び充電装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、充電装置及び充電装置の制御方法
に関し、例えばコイン形状によるリチウムイオン２次電
池の充電装置に適用して、形状が同一の一次電池を誤っ
て充電しないようにする。 【解決手段】 本発明は、充電開始時、一定期間、低電
流により充電電流を供給して充電を停止した後、所定期
間経過後の端子電圧により充電の継続を判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、充電装置及び充電
装置の制御方法に関し、例えばコイン形状によるリチウ
ムイオン二次電池の充電装置に適用することができる。
本発明は、充電開始時、一定期間、低電流により充電電
流を供給して充電を停止した後、所定期間経過後の端子
電圧により充電の継続を判定することにより、形状が同
一の一次電池を誤って充電しないようにする。

【０００２】

【従来の技術】従来、コイン形状のリチウム電池である
いわゆるリチウムコイン電池においては、ほぼ同一形状
により、充電困難な一次電池によるものと、充電可能な
二次電池によるものとが市場に流通するようになされて
いる。

【０００３】このような充電可能な二次電池によるリチ
ウムコイン電池においては、機器に取り付けられて流通
するようになされ、例えば単三乾電池形状による一次電
池と二次電池との場合のように、ユーザーにより一次電
池によるリチウムコイン電池を誤って充電することがな
いようになされている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところでこのようなリ
チウムコイン電池による二次電池においても、例えば単
三乾電池形状による二次電池のように、単品で流通し、
充電装置により充電して使用することが考えられる。こ
のようになると、ユーザーにおいて、リチウムコイン電
池による一次電池を誤って充電装置に装着する場合も考
えられる。この場合、充電装置においては、装着された
電池の種類を判定し、装着された電池がリチウムコイン
電池による一次電池の場合には充電を停止することが求
められる。

【０００５】この場合、充電装置においては、例えば特
開平１０−３２２９２６号公報に開示の手法を適用して
一次電池と二次電池とを判別することが考えられる。こ
こでこの方法は、同一の充電電流により充電した場合、
リチウムコイン電池においては、二次電池の方が一次電
池より電池電圧の上昇速度が速いことを利用してこれら
一次電池と二次電池とを識別するものである。すなわち
図４に示すように、充電装置においては、所定の時点ｔ
０で充電を開始すると、装着された電池に低電流Ｉ１に
より一定期間充電電流を供給し（図４（Ａ））、この状
態で所定の期間経過した時点ｔ１で、所定の基準レベル
ＲＥＦ１により電池の端子電圧を判定する（図４
（Ｂ））。ここで二次電池の方が、一次電池よる電池電
圧Ｖ２に比して端子電圧の上昇速度が速いことにより、
検出される電池電圧がこの基準レベルＲＥＦ１以下の場
合、充電装置は、装着された電池が一次電池と判断して
充電を停止するものである。なおこの図４（Ｂ）におい
ては、符号Ｖ１による特性曲線が二次電池の端子電圧を
示すものであり、符号Ｖ２による特性曲線が一次電池の
端子電圧を示すものである。

【０００６】しかしながら一次電池によるリチウムコイ
ン電池において、特性が劣化したものにあっては、充電
電流に対する電池電圧の上昇速度が速いものもある。す
なわちこのような特性が劣化した一次電池のリチウムコ
イン電池においては、図４（Ｂ）において符号Ｖ２ＥＲ
により示すように、二次電池によるリチウムコイン電池
と同様の速度により端子電圧が上昇するものもある。従
ってこの方法によっては、確実に一次電池を識別するこ
とが困難な問題がある。

【０００７】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、リチウムコイン電池等において、形状が同一の一次
電池を誤って充電しないようにすることができる充電装
置及び充電装置の制御方法を提案しようとするものであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め請求項１又は請求項２の発明においては、充電装置及
び充電装置の制御方法に適用して、充電開始時、所定時
間、第１の電流値により充電対象を充電して充電を停止
した後、所定時間経過して充電対象の端子電圧を判定
し、この端子電圧が所定の基準電圧より高い場合、第１
の電流値に比して大きな電流値により充電対象を充電
し、端子電圧が所定の基準電圧より低い場合、充電対象
の充電を中止する。

【０００９】充電開始時、所定時間、第１の電流値によ
り充電対象を充電して充電を停止した後、所定時間経過
して充電対象の端子電圧を判定する場合、この端子電圧
においては、特性の劣化の有無にかかわらず、充電対象
が二次電池の場合と一次電池の場合とで明確な差異が現
れる。これによりこの端子電圧が所定の基準電圧より高
い場合、第１の電流値に比して大きな電流値により充電
対象を充電し、端子電圧が所定の基準電圧より低い場
合、充電対象の充電を中止すれば、二次電池が正しく装
着された場合だけ充電することができ、これにより形状
が同一の一次電池を誤って充電しないようにすることが
できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、適宜図面を参照しながら本
発明の実施の形態を詳述する。

【００１１】（１）実施の形態の構成 図２は、本発明の実施の形態に係る充電装置を示すブロ
ック図である。この充電装置１においては、電源ジャッ
クＪ１を介して直流電源が入力され、この直流電源によ
り動作してリチウムコイン電池２を充電する。このため
充電装置１は、所定の充電位置にリチウムコイン電池２
を配置できるように筐体が形成され、この配置位置に配
置された充電端子Ｐ１及びＰ２によりリチウムコイン電
池２に充電電流を供給する。

【００１２】この充電装置１において、反転増幅回路３
は、電源ジャックＪ１の正極端子に入力端が接続され、
出力端がコントローラ４に接続される。これにより反転
増幅回路３は、電源ジャックＪ１を介して直流電源の供
給が開始されると、コントローラ４に通知する。

【００１３】ＰＷＭ回路（Pulse Width Modulation）５
は、ＤＣ／ＤＣコンバータ６の動作を制御するパルス幅
変調信号を出力する。このときＰＷＭ回路５は、コント
ローラ４の制御により動作モードを切り換え、定電流充
電モードにおいては、反転増幅回路１０を介して充電電
流検出回路８から出力される誤差レベルが０レベルとな
るように、パルス幅変調信号のパルス幅及び又は、周波
数を可変する。これに対して定電圧充電モードにおいて
は、コントローラ４より出力される誤差レベルが０レベ
ルとなるように、パルス幅変調信号のパルス幅、周波数
を可変する。

【００１４】ＤＣ／ＤＣコンバータ６は、パルス幅変調
信号に応じて電源ジャックＪ１より入力される所定電圧
による直流電源をスイッチングして交流電源を生成し、
この交流電源を整流して出力する。これによりＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータ６は、、この電源ジャックＪ１より入力さ
れる直流電源を所定電圧による直流電源に変換して充電
端子Ｐ１に出力する。これによりこの充電装置１では、
このＤＣ／ＤＣコンバータ６の出力によりリチウムコイ
ン電池２を充電するようになされている。

【００１５】充電装置１は、このリチウムコイン電池２
を充電する充電電流の負極側充放電経路に電流電圧変換
抵抗９が介挿される。

【００１６】充電電流検出回路８は、この電流電圧変換
抵抗９の端子電圧を検出することにより、リチウムコイ
ン電池２の充電電流を間接的に検出する。充電電流検出
回路８は、さらにこの電流電圧変換抵抗９の端子電圧
と、コントローラ４から出力される基準レベルとの誤差
レベルを検出することにより、コントローラ４で指示さ
れる充電電流に対する充電電流の誤差電流を検出する。
充電電流検出回路８は、このようにして得られる誤差レ
ベルを反転増幅回路１０で反転してＰＷＭ回路５に出力
する。また充電電流検出回路８は、電流電圧変換抵抗９
の端子電圧を充電電流の検出結果としてコントローラ４
に通知する。

【００１７】これらにより充電装置１では、定電流充電
モードにおいては、電流電圧変換抵抗９で検出される充
電電流がコントローラ４で指示される電流値とになるよ
うに、フィードバックループを形成して充電電圧を可変
するようになされている。

【００１８】さらに充電装置１では、抵抗１３を介して
正極側充電端子Ｐ１がコントローラ４に接続され、これ
によりコントローラ４で充電電圧を検出できるようにな
されている。なお充電装置１では、抵抗１３のコントロ
ーラ４側の端子に平滑コンデンサ１４が配置され、これ
によりこの抵抗１３を介して検出される充電電圧の脈動
を防止するようになされている。

【００１９】これらにより充電装置１では、定電圧充電
モードにおいては、コントローラ４において充電電圧を
監視し、この充電電圧が所定電圧になるようにフィード
バックループを形成して充電電流を可変するようになさ
れている。

【００２０】コントローラ４は、この充電装置１の動作
を制御するコントローラであり、電源ジャックＪ１を介
して直流電源の供給が開始されると動作を開始する。さ
らにコントローラ４は、反転増幅回路３の出力端電圧が
立ち下がると、所定の処理手順を開始し、これによりリ
チウムコイン電池２を充電する。このようにしてリチウ
ムコイン電池２の充電を開始すると、コントローラ４
は、抵抗１５を介して発光ダイオード１６を点灯し、こ
れによりリチウムコイン電池２の充電中であることをユ
ーザーに通知する。

【００２１】さらにコントローラ４は、充電中に何らか
の異常が発生すると、抵抗１７を介して発光ダイオード
１８を点灯し、これによりユーザーに異常を通知する。

【００２２】図１は、このコントローラ４における充電
処理手順を示すフローチャートである。コントローラ４
は、上述した反転増幅回路３の出力端電圧の立ち下がり
によりこの処理手順を開始する。すなわちコントローラ
４は、この処理手順を開始すると、全体の動作モードを
定電流充電モードに設定すると共に、内蔵のタイマをリ
セットする。

【００２３】このようにして初期設定の処理を実行する
と、コントローラ４は、ステップＳＰ１からステップＳ
Ｐ２に移り、ここで充電電流検出回路８に出力する基準
レベルの設定により低電流による充電を指示する。なお
ここでこの低電流による充電電流Ｉは、例えば約１〜１
０〔ｍＡ〕（０．０１〜０．１〔Ｃ〕）による充電であ
る。

【００２４】続いてコントローラ４は、ステップＳＰ３
に移り、ここでこのような低電流による充電を開始して
所定の時間Ｔ１だけ経過したか否か判断する。ここでこ
の時間Ｔ１は、この小さな充電電流Ｉを一次電池による
リチウムコイン電池に供給しても、発熱等の異常を充分
かつ確実に回避できる時間であり、この実施の形態では
約３０秒に設定される。ここで否定結果が得られると、
コントローラ４は、ステップＳＰ２に戻るのに対し、肯
定結果が得られると、ステップＳＰ４に移り、充電を一
時停止する。これによりコントローラ４は、図３（Ａ）
に示すように、本来の充電時に比して少ない電流Ｉによ
り一定の時間Ｔ１だけリチウムコイン電池２を充電して
充電を停止する。

【００２５】このときコントローラ４は、内蔵のタイマ
をリセットし、続くステップＳＰ５において、このタイ
マにより充電を一時停止して所定時間Ｔ２の経過を待機
する。コントローラ４は、これにより充電を一時停止し
て所定時間Ｔ２だけ経過して時点ｔ２になると、続くス
テップＳＰ６に移り、抵抗１３を介してリチウムコイン
電池２の端子電圧Ｖを検出する。

【００２６】ここで図３（Ｂ）に示すように、二次電池
によるリチウム電池においては、符号ＶＡにより示すよ
うに、充電を開始すると、即座に端子電圧が上昇し、充
電を中止するとこの端子電圧が徐々に低下する。二次電
池によるリチウム電池は、充電を停止して約１０秒程度
で端子電圧の変化が停止して、ほぼ３．１〔Ｖ〕程度と
なる。

【００２７】これに対して殆ど劣化していない一次電池
によるリチウム電池においては、符号ＶＢ１により示す
ように、充電を開始すると、二次電池によるリチウム電
池に比してゆっくりとした速度で端子電圧が上昇し、充
電を中止するとこの端子電圧が徐々に低下する。一次電
池によるリチウム電池は、二次電池によるリチウム電池
の場合と同様に、充電を停止して約１０秒程度で端子電
圧の変化が停止し、この変化の停止した電圧がほぼ２．
０〔Ｖ〕程度となる。

【００２８】これに対して劣化の激しい一次電池による
リチウム電池においては、符号ＶＢ２により示すよう
に、充電を開始すると、二次電池によるリチウム電池と
同様の速度で端子電圧が上昇し、充電を中止するとこの
端子電圧が徐々に低下する。この劣化の著しい一次電池
によるリチウム電池は、一次電池によるリチウム電池の
場合と同様に、充電を停止して約１０秒程度で端子電圧
の変化が停止し、この変化が停止した電圧が殆ど劣化し
ていない一次電池によるリチウム電池と同一のほぼ２．
０〔Ｖ〕程度となる。

【００２９】すなわち充電中にあっては、二次電池によ
るリチウム電池と劣化の激しい一次電池によるリチウム
電池とで充電中は端子電圧に明確な差異が無い場合で
も、充電を停止して所定時間経過した後においては、こ
れらの間で明確な差異が発生する。

【００３０】これによりコントローラ４は、続くステッ
プＳＰ６において、充電を停止して所定時間経過した後
における二次電池によるリチウム電池の端子電圧と一次
電池によるリチウム電池の端子電圧との間に設定された
基準レベルＴＨによりステップＳＰ５で検出した端子電
圧を判定し、この端子電圧が基準レベルＴＨより低い場
合、装着されたリチウムコイン電池が一次電池と判定し
てステップＳＰ７に移る。

【００３１】ここでコントローラ４は、発光ダイオード
１８を点灯してユーザーに異常を通知した後、ステップ
ＳＰ８に移ってこの処理手順を終了する。

【００３２】これに対して端子電圧が基準レベルＴＨよ
り高い場合、コントローラ４は、装着されたリチウムコ
イン電池が二次電池と判定し、ステップＳＰ６からステ
ップＳＰ９に移る。ここでコントローラ４は、ＰＷＭ回
路５に定電圧充電による充電を指示し、これにより大電
流による充電を開始する。なおここでこの大電流による
充電において、充電電流Ｉは、約３０〜１００〔ｍＡ〕
（０．３〜１〔Ｃ〕）である。さらにコントローラ４
は、内蔵のタイマをリセットした後、続くステップＳＰ
１０において、充電電流Ｉが所定の電流値ＩＬ未満とな
ったか否か判断する。なおここでこの判定基準の電流値
ＩＬは、この実施の形態では約５〔ｍＡ〕である。

【００３３】ここで充電電流Ｉが未だ大きく、この判定
基準の電流値ＩＬより大きい場合、コントローラ４は、
ステップＳＰ１０において否定結果が得られることによ
り、ステップＳＰ１１に移り、大電流による充電を開始
して所定時間経過したか否か判断する。なおここでこの
実施の形態において、この経過時間の判定基準は、１８
０分に設定される。

【００３４】ここで否定結果が得られると、コントロー
ラ４は、ステップＳＰ１０に戻る。これによりコントロ
ーラ４は、装着されたリチウムコイン電池２が二次電池
である場合、大電流により充電を開始してステップＳＰ
１０−ＳＰ１１−ＳＰ１０の処理手順を繰り返し、満充
電に近づいて充電電流が小さくなるとステップＳＰ１０
において肯定結果が得られることにより、ステップＳＰ
１２に移る。

【００３５】ここでコントローラ４は、所定時間だけ時
間の経過を待機した後、リチウムコイン電池２に対する
充電電流の供給停止を指示し、続いてステップＳＰ８に
移ってこの処理手順を終了する。

【００３６】これに対して大電流により充電を開始して
充電電流が判定基準値ＩＬ以下とならないうちに所定時
間経過すると、この場合ステップＳＰ１１において肯定
結果が得られることになる。この場合、コントローラ４
は、ステップＳＰ１１からステップＳＰ１２に移り、所
定時間だけ時間の経過を待機した後、リチウムコイン電
池２に対する充電電流の供給停止を指示し、続いてステ
ップＳＰ８に移ってこの処理手順を終了する。

【００３７】（２）実施の形態の動作 以上の構成において、充電装置１では（図１及び図
２）、リチウムコイン電池２が装着されて、電源ジャッ
クＪ１に電源の供給が開始されると、反転増幅回路３を
介してコントローラ４により電源の供給開始が検出され
る。これにより充電装置１では、コントローラ４の制御
により定電流充電モードによりリチウムコイン電池２の
充電が開始される。すなわち充電電流検出回路８で検出
される充電電流がコントローラ４より指示される電流値
となるように、充電電流検出回路８で生成される誤差信
号によりＰＷＭ回路５がパルス幅変調信号を生成し、こ
のパルス幅変調信号によりＤＣ／ＤＣコンバータ６が電
源ジャックＪ１より供給される直流電源の電圧を変換し
てリチウムコイン電池２に印可し、これにより定電流に
よりリチウムコイン電池２の充電が開始される。

【００３８】このとき充電装置１では、充放電端子Ｐ
１、Ｐ２に誤って一次電池によるリチウムコイン電池２
が接続されている場合でも、このリチウムコイン電池２
の発熱等を有効に回避できる小さな充電電流により一定
の期間Ｔ１だけ充電電流が供給され（図３）、その後充
電が一時停止される。

【００３９】リチウムコイン電池２が二次電池の場合、
このように小さな電流により充電して充電を中止した
後、一定の時間経過すると、端子電圧が３．１〔Ｖ〕程
度となるのに対し、リチウムコイン電池２が一次電池の
場合、特性の劣化とは無関係にこのように充電を停止し
て一定の時間経過した場合の端子電圧は、約２．０
〔Ｖ〕程度となり、二次電池との間で明確な差異が現れ
る。

【００４０】これにより充電装置１では、このように小
さな電流による充電を停止して一定期間経過すると、コ
ントローラ４によりリチウムコイン電池２の端子電圧が
判定され、この端子電圧が所定電圧以上の場合、正しく
二次電池によるリチウムコイン電池２が装着されている
と判断できることにより、定電圧充電モードによりリチ
ウムコイン電池２の充電が開始される。すなわちコント
ローラ４よりＰＷＭ回路５に制御目標が通知され、この
通知によりＰＷＭ回路５がパルス幅変調信号を生成し、
このパルス幅変調信号によりＤＣ／ＤＣコンバータ６が
電源ジャック６より供給される直流電源の電圧を変換し
てリチウムコイン電池２に印可する。このとき充電装置
１では、抵抗１３を介してコントローラ４によりリチウ
ムコイン電池２の充電電圧が監視され、この監視結果に
よるＰＷＭ回路５に通知される制御目標値が修正され、
これらによりフィードバップループ制御によりリチウム
コイン電池２が充電される。

【００４１】これに対してこのように小さな電流による
充電を停止して一定期間経過してもリチウムコイン電池
２の端子電圧が所定電圧以下の場合、この場合は、二次
電池によるリチウムコイン電池２が誤って装着されてい
ると判断できることにより、コントローラ４の制御によ
って充電が中止される。

【００４２】これにより充電装置１では、形状が同一の
一次電池を誤って充電しないようにすることができる。

【００４３】（３）実施の形態の効果 以上の構成によれば、充電開始時、一定期間、低電流に
より充電電流を供給して充電を停止した後、所定期間経
過後の端子電圧により充電の継続を判定することによ
り、形状が同一の一次電池を誤って充電しないようにす
ることができる。

【００４４】（４）他の実施の形態 なお上述の実施の形態においては、一次電池か否かの判
定後、定電圧により充電する場合について述べたが、本
発明はこれに限らず、定電流により充電する場合、間欠
的な充電電流の供給により充電する場合、これらを組み
合わせて充電する場合等、種々の手法により充電電流を
供給する場合に広く適用することができる。

【００４５】また上述の実施の形態においては、小さな
電流により３０秒間充電して、充電を停止し、その後１
０秒経過して電池の端子電圧を判定する場合について述
べたが、本発明はこれに限らず、これらの時間は、必要
に応じて種々に変更することができる。

【００４６】また上述の実施の形態においては、コイン
形状のリチウム電池を充電する場合について述べたが、
本発明はこれに限らず、種々の形状の電池を充電する場
合に広く適用することができる。

【００４７】

【発明の効果】上述のように本発明によれば、充電開始
時、一定期間、低電流により充電電流を供給して充電を
停止した後、所定期間経過後の端子電圧により充電の継
続を判定することにより、形状が同一の一次電池を誤っ
て充電しないようにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る充電装置のコントロ
ーラの処理手順を示すフローチャートである。

【図２】図１のコントローラが適用される充電装置を示
すブロック図である。

【図３】図２の充電装置の動作の説明に供する特性曲線
図である。

【図４】従来構成による一次電池と二次電池との判別方
法の説明に供する特性曲線図である。

【符号の説明】

１……充電装置、２……リチウムコイン電池、４……コ
ントローラ、８……充電電流検出回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】充電開始時、所定時間、第１の電流値によ
   り充電対象を充電して充電を停止した後、所定時間経過
   して前記充電対象の端子電圧を判定し、 前記端子電圧が所定の基準電圧より高い場合、 前記第１の電流値に比して大きな電流値により前記充電
   対象を充電し、 前記端子電圧が所定の基準電圧より低い場合、 前記充電対象の充電を中止することを特徴とする充電装
   置。
2. 【請求項２】充電開始時、所定時間、第１の電流値によ
   り充電対象を充電して充電を停止した後、所定時間経過
   して前記充電対象の端子電圧を判定し、 前記端子電圧が所定の基準電圧より高い場合、 前記第１の電流値に比して大きな電流値により前記充電
   対象を充電し、 前記端子電圧が所定の基準電圧より低い場合、 前記充電対象の充電を中止することを特徴とする充電装
   置の制御方法。