JP2004320914A - 充電制御装置及び充電制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】装置の大型化や充電制御用素子の損傷を招くことなく充電時間を短縮することのできる充電制御装置及び充電制御方法を得る。
【解決手段】充電対象とする２次電池Ｂｔに対する充電電流を調整するためのトランジスタＴｒ１を２次電池Ｂｔに直列接続すると共に、トランジスタＴｒ２を２次電池Ｂｔに直列接続し、トランジスタＴｒ１を用いて２次電池Ｂｔに対する定電流充電を行うときにトランジスタＴｒ２の入力端子（ソース端子）が予め定められた電圧レベルとなるように制御する。
【選択図】 図１
【解決手段】充電対象とする２次電池Ｂｔに対する充電電流を調整するためのトランジスタＴｒ１を２次電池Ｂｔに直列接続すると共に、トランジスタＴｒ２を２次電池Ｂｔに直列接続し、トランジスタＴｒ１を用いて２次電池Ｂｔに対する定電流充電を行うときにトランジスタＴｒ２の入力端子（ソース端子）が予め定められた電圧レベルとなるように制御する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、充電制御装置及び充電制御方法に係り、特に、外部電源から供給された電力による２次電池への充電を制御する充電制御装置及び充電制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リチウム・イオン電池、ニッケル・カドミウム電池、ニッケル水素電池等の充電可能な２次電池に対する充電を制御する従来の充電制御装置は、一例として図４に示すように、ＡＣアダプタ等の外部電源から２次電池Ｂｔに至る駆動用電力の供給路上に、充電電流を調整するためのトランジスタＴｒ１と充電電流の電流レベルＩを検出するための充電電流検出回路１０４とが直列に設けられている。
【０００３】
また、この充電制御装置１００は、トランジスタＴｒ１の制御端子と、充電電流検出回路１０４における電流レベルＩの検出信号の出力端子と、２次電池Ｂｔの正極端子が接続された電池電圧検出回路１０６における２次電池Ｂｔの電圧レベルＶの検出信号の出力端子と、が接続された制御回路１０２が設けられており、当該制御回路１０２により、電流レベルＩと電圧レベルＶの各検出値に基づいて２次電池Ｂｔに対する充電の制御を行っている。
【０００４】
一方、この充電制御装置１００は、２次電池Ｂｔや外部電源からの電力を負荷装置としてのシステム回路１１０に対し供給するものとして構成されており、充電電流検出回路１０４と２次電池Ｂｔとの間の接続経路を分岐させてシステム回路１１０に至る電力供給路を形成すると共に、充電電流検出回路１０４及び２次電池Ｂｔの間の分岐点と２次電池Ｂｔとの間にトランジスタＴｒ２を介在させた構成となっている。
【０００５】
そして、システム回路１１０は制御回路１０２にも直接接続されており、制御回路１０２はシステム回路１１０の電源投入状態を把握することができる。なお、同図に示す充電制御装置１００では、トランジスタＴｒ１及びトランジスタＴｒ２として、ＰチャネルのＭＯＳ型ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）が適用されている。
【０００６】
この充電制御装置１００では、２次電池Ｂｔがリチウム・イオン電池、リチウム・ポリマー電池等のリチウム系２次電池である場合には、定電流・定電圧充電により充電が行われる。ここで、図４及び図５を参照しつつ、２次電池がリチウム・イオン電池である場合の、従来の定電流・定電圧充電の流れについて簡単に説明する。
【０００７】
リチウム・イオン電池にはセル当たり４．２Ｖの上昇電圧制限がある。そこで、当該電池を充電する際には、まず、電池Ｂｔの電圧レベルＶが４．２Ｖに達するまでは定電流充電を行い、４．２Ｖに達した後は定電圧充電に移行する。定電圧充電になると電池Ｂｔが徐々に満充電に移行していき、充電電流の電流レベルＩが徐々に低下していくので、当該電流レベルＩが下限レベルに達した時点で充電を終了する。なお、リチウム・イオン電池では、電池Ｂｔの電圧レベルＶが略３Ｖより少ないときに高レベルの電流による定電流充電で高速充電を行うことは電池Ｂｔに対する負担が大きいため、電池Ｂｔの電圧レベルＶが略３Ｖ（図５に示す例では３．２Ｖ）に達するまでは所定の低レベルの電流による予備充電（低速充電）を行い、その後に所定の高レベルの電流による急速充電を行う。
【０００８】
一方、この充電制御装置１００では、制御回路１０２により、２次電池Ｂｔに対する充電時にはトランジスタＴｒ１とトランジスタＴｒ２を共にオンさせ、２次電池Ｂｔからシステム回路１１０への電力供給時にはトランジスタＴｒ１をオフさせると共にトランジスタＴｒ２をオンさせ、更に、外部電源からシステム回路１１０への電力供給時にはトランジスタＴｒ１をオンさせると共にトランジスタＴｒ２をオフさせる。
【０００９】
この動作により、外部電源からシステム回路１１０への電力供給時における２次電池Ｂｔへの不必要な電流の流入と、２次電池Ｂｔからシステム回路１１０への電力供給時における外部電源への不必要な電流の流入を防止することができる。
【００１０】
ここで、図５に示すように、制御回路１０２は、２次電池Ｂｔに対する充電時には、トランジスタＴｒ１のゲート電圧を、充電電流の電流レベルＩが図５の充電電流のグラフで示されるよう時系列で変化するように制御すると共に、トランジスタＴｒ２のゲート電圧を、当該トランジスタＴｒ２が完全にオンとなるように制御する。
【００１１】
なお、図５における充電電流の単位“Ｃ”は、放電レート、すなわち放電電流の大きさのことである。１Ｃは、１時間で放電しきることができる電流量を指す。例えば、容量が１Ａｈの電池の１Ｃは１Ａということになる。但し、最大放電レートは用途により異なるため、一概には比較できない。
【００１２】
ところで、以上のように構成された充電制御装置では、定電流充電を行う際の充電電流の電流レベルが高くなるほど、充電制御用のトランジスタ（図４の例では、トランジスタＴｒ１）の消費電力が大きくなって当該トランジスタからの発熱量が多くなってしまい、当該トランジスタが損傷してしまう場合もあった。このため、充電電流の電流レベルを高くすることには限界があり、充電時間の短縮の妨げとなっていた。
【００１３】
この問題を解決するためには、トランジスタＴｒ１として許容損失の大きなものを適用すればよいが、当該トランジスタは外形寸法が大きなものとなってしまうため、充電制御装置の寸法も大きくなってしまう。このように、充電電流の電流レベルないし充電時間と、装置の寸法とはトレードオフの関係となっていた。
【００１４】
そこで、従来、装置の大型化を招くことなく、充電制御用のトランジスタの発熱に起因する損傷を防止するための技術として、定電流回路又は定電圧回路の損失が許容損失を越える場合に所望のパルス幅を有するパルス信号を生成するパルス幅変調回路と、許容損失を越える定電流回路又は定電圧回路を上記パルス信号に基づいて断続的に動作させる制御回路とを設けるようにした技術があった（例えば、特許文献１参照。）。
【００１５】
また、従来、装置の大型化を招くことなく、充電制御用のトランジスタの発熱に起因する損傷を防止するための技術として、予備充電終了後で、かつ定電圧充電に切り替わるまでの充電方式として、当初は充電電流を小さくして充電制御用のトランジスタでの電力損失を低減させ、その後、充電電流を徐々に増加させるフォールド・バック・モード方式による充電方式を適用する技術もあった（例えば、非特許文献１参照。）。
【００１６】
【特許文献１】
特開平１０−２２５００６号公報
【非特許文献１】
ジョシュア・イズラエルソン（Ｊｏｓｈｕａ Ｉｓｒａｅｌｓｏｈｎ）、“２次電池を効率的に使う〜多様になった電池管理ＩＣ〜”、［ｏｎｌｉｎｅ］、２００１年４月号、ＥＤＮ ＪＡＰＡＮ、［平成１５年３月９日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｄｎｊａｐａｎ．ｃｏｍ／ｅｄｎｊ／２００１０４／ｃｏｖｅｒｓｔｏｒｙ０１０４．ｈｔｍ＞
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１の技術では、定電流回路又は定電圧回路の損失が許容損失を越えた場合の充電制御用トランジスタの損傷を防止することはできるものの、許容損失を越えない場合の当該トランジスタの発熱を抑制することはできないため、この場合における当該トランジスタに対する損傷を必ずしも防止できるとは限らない、という問題点があった。
【００１８】
また、上記非特許文献１の技術では、予備充電終了当初から大きな電流レベルでの充電を行うことができないため、一例として図５に示したような定電流充電に比較して充電時間が長くなってしまう、という問題点があった。
【００１９】
本発明は上記問題点を解消するためになされたものであり、装置の大型化や充電制御用素子の損傷を招くことなく充電時間を短縮することのできる充電制御装置及び充電制御方法を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の充電制御装置は、外部電源から供給された電力による２次電池への充電を制御する充電制御装置であって、前記２次電池に直列接続されると共に前記２次電池に対する充電電流を調整するための第１のスイッチ素子と、前記２次電池に直列接続された第２のスイッチ素子と、前記第１のスイッチ素子を用いて前記２次電池に対する定電流充電を行うとき前記第２のスイッチ素子の入力端子が予め定められた電圧レベルとなるように制御する制御手段と、を備えている。
【００２１】
請求項１に記載の充電制御装置によれば、充電の対象とする２次電池に対する充電電流を調整するための第１のスイッチ素子が当該２次電池に直列接続されると共に、第２のスイッチ素子が当該２次電池に直列接続される。従って、第１のスイッチ素子と第２のスイッチ素子とは直列接続されている。なお、上記２次電池には、リチウム・イオン電池、リチウム・ポリマー電池、ニッケル・カドミウム電池、ニッケル水素電池等を含めることができる。また、上記第１のスイッチ素子及び第２のスイッチ素子には、電界効果トランジスタやバイポーラ・トランジスタを含めることができる。
【００２２】
ここで、本発明では、第１のスイッチ素子が用いられて２次電池に対する定電流充電が行われるとき、制御手段により、第２のスイッチ素子の入力端子が予め定められた電圧レベルとなるように制御される。
【００２３】
すなわち、本発明では、定電流充電を行う際に、従来から用いられている充電制御用の第１のスイッチ素子に加えて第２のスイッチ素子も充電制御に並行して用いるようにすることによって、定電流充電時における電力消費部位を分散するようにしており、これによって第１のスイッチ素子における発熱を抑制することができるようにしている。従って、第１のスイッチ素子の損傷を招くことなく充電電流の電流レベルを従来に比較して高くすることが可能となり、この結果として充電時間を短縮することができるようにしている。
【００２４】
このように、請求項１に記載の充電制御装置によれば、充電対象とする２次電池に対する充電電流を調整するための第１のスイッチ素子を２次電池に直列接続すると共に、第２のスイッチ素子を２次電池に直列接続し、第１のスイッチ素子を用いて２次電池に対する定電流充電を行うときに第２のスイッチ素子の入力端子が予め定められた電圧レベルとなるように制御しているので、充電制御用素子の損傷を招くことなく充電時間を短縮することができる。
【００２５】
なお、本発明は、請求項２に記載の発明のように、前記第１のスイッチ素子と前記２次電池との間の接続経路から分岐されて形成された負荷装置への電力供給路を更に備え、前記第２のスイッチ素子を、前記接続経路及び前記電力供給路の間の分岐点と前記２次電池との間に直列接続されると共に、前記外部電源から前記負荷装置への電力供給時にオフされる電界効果トランジスタとすることが好ましい。
【００２６】
当該電界効果トランジスタは、充電制御装置に接続された外部電源及び充電対象とする２次電池から負荷装置に対して電力を供給する形態において従来から用いられているものである。従って、本発明により、第２のスイッチ素子として新たな素子を設ける必要がなくなるので、装置の大型化を招くことなく本発明を実現することができる。
【００２７】
更に、請求項２に係る発明の制御手段は、請求項３に記載の発明のように、前記外部電源から前記負荷装置への電力供給時には前記第１のスイッチ素子をオンさせると共に前記電界効果トランジスタをオフさせ、前記２次電池から前記負荷装置への電力供給時には前記第１のスイッチ素子をオフさせると共に前記電界効果トランジスタをオンさせるように制御することが好ましい。
【００２８】
これによって、外部電源から負荷装置への電力供給時には、外部電源から２次電池への不必要な電流の流入を防止することができ、２次電池から負荷装置への電力供給時には、２次電池から外部電源への不必要な電流の流入を防止することができる。
【００２９】
一方、上記目的を達成するために、請求項４記載の充電制御方法は、外部電源から供給された電力による２次電池への充電を制御する充電制御方法であって、前記２次電池に対する充電電流を調整するための第１のスイッチ素子を前記２次電池に直列接続すると共に、第２のスイッチ素子を前記２次電池に直列接続し、前記第１のスイッチ素子を用いて前記２次電池に対する定電流充電を行うとき前記第２のスイッチ素子の入力端子が予め定められた電圧レベルとなるように制御するものである。
【００３０】
従って、請求項４に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明と同様に作用するので、請求項１記載の発明と同様に、充電制御用素子の損傷を招くことなく充電時間を短縮することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、ここでは、本発明を、定電流・定電圧充電により２次電池を充電する充電制御装置に適用した場合について説明する。
【００３２】
まず、図１を参照して、本実施の形態に係る充電制御装置１０の構成を説明する。同図に示すように、この充電制御装置１０には、ＡＣアダプタ等の外部電源から２次電池Ｂｔ（本実施の形態では、リチウム・イオン電池）に至る駆動用電力の供給路上に、２次電池Ｂｔに対する充電電流を調整するためのトランジスタＴｒ１と、充電電流の電流レベルＩを検出するための充電電流検出回路１４と、が直列に設けられている。なお、本実施の形態では、充電電流検出回路１４として所定抵抗値とされた抵抗器（図示省略。）を適用しており、当該抵抗器がトランジスタＴｒ１の出力端子と２次電池Ｂｔの正極端子との間に直列接続されて構成されている。
【００３３】
また、この充電制御装置１０には、トランジスタＴｒ１の制御端子が接続された充電制御回路１８が設けられている。充電制御回路１８は、定電流制御回路１８Ａ及び定電圧制御回路１８Ｂを含んで構成されている。定電流制御回路１８Ａは、２次電池Ｂｔに対して定電流充電を行う際にトランジスタＴｒ１の作動を制御する役割を有するものであり、定電圧制御回路１８Ｂは、２次電池Ｂｔに対して定電圧充電を行う際にトランジスタＴｒ１の作動を制御する役割を有するものである。
【００３４】
また、充電制御装置１０には、２次電池Ｂｔの正極端子が接続された電池電圧検出回路１６が設けられている。この電池電圧検出回路１６は、２次電池Ｂｔの電圧レベルＶを検出する役割を有するものである。
【００３５】
更に、充電制御装置１０には、充電制御回路１８と、充電電流検出回路１４における電流レベルＩの検出用端子と、電池電圧検出回路１６における電圧レベルＶの検出用端子と、が接続された制御回路１２が設けられており、当該制御回路１２により、電流レベルＩと電圧レベルＶの各検出値に基づいて、充電制御回路１８を介して２次電池Ｂｔに対する充電の制御を行う構成とされている。
【００３６】
なお、本実施の形態では、前述したように、充電電流検出回路１４として不図示の抵抗器を適用しており、上記電流レベルＩの検出用端子として当該抵抗器の両端子を用いている。すなわち、制御回路１２には当該抵抗器の両端子が接続されており、当該抵抗器の両端子間電圧（当該抵抗器による電圧降下）と当該抵抗器の抵抗値に基づいて電流レベルＩを検出するものとされている。
【００３７】
また、本実施の形態に係る電池電圧検出回路１６は、各々予め定められた抵抗値とされた２つの抵抗器（図示省略）の直列接続回路を含んで構成されており、当該直列接続回路の一方の端子が２次電池Ｂｔの正極端子に接続され、かつ他方の端子が接地されると共に、各抵抗器間の接続点が上記電圧レベルＶの検出用端子として制御回路１２に接続されている。すなわち、電池電圧検出回路１６に含まれる２つの抵抗器は２次電池Ｂｔの電圧レベルを分割する分割抵抗としての役割を有するものであり、制御回路１２は、２次電池Ｂｔの電圧レベルＶを、上記２つの抵抗器における各抵抗値の比率によって定まる割合とされた電圧レベルとして検出することができる。
【００３８】
一方、充電制御装置１０は、２次電池Ｂｔや外部電源からの電力を負荷装置としてのシステム回路１１０に駆動用の電力として供給するものとして構成されており、充電電流検出回路１４と２次電池Ｂｔとの間の接続経路を分岐させてシステム回路１１０に至る電力供給路Ｌを形成すると共に、充電電流検出回路１４及び２次電池Ｂｔの間の分岐点Ｂと２次電池Ｂｔとの間にトランジスタＴｒ２を介在させた構成とされている。
【００３９】
ここで、本実施の形態に係る充電制御装置１０では、トランジスタＴｒ２の制御端子と制御回路１２との間に定電圧制御回路２２が介在されている。この定電圧制御回路２２は、充電制御回路１８における定電流制御回路１８ＡによってトランジスタＴｒ１を用いた定電流充電が行われるとき、制御回路１２からの制御に応じて、トランジスタＴｒ２の入力端子が予め定められた電圧レベルとなるように制御する役割を有するものである。
【００４０】
なお、本実施の形態に係る充電制御装置１０では、トランジスタＴｒ１及びトランジスタＴｒ２として、ＰチャネルのＭＯＳ型ＦＥＴが適用されている。従って、前述したトランジスタＴｒ１及びトランジスタＴｒ２の制御端子はゲート端子に相当し、トランジスタＴｒ２の入力端子及び出力端子は各々ソース端子及びドレイン端子に相当する。
【００４１】
一方、システム回路１１０は制御回路１２にも直接接続されており、制御回路１２はシステム回路１１０の電源投入状態を把握することができる。また、制御回路１２には、外部電源（本実施の形態では、ＡＣアダプタ）の正極端子が接続される端子１０Ａが接続されており、制御回路１２は、充電制御装置１０にＡＣアダプタが接続されているか否かを検出することができる。
【００４２】
ところで、本実施の形態に係る充電制御装置１０では、制御回路１２から充電制御回路１８及び定電圧制御回路２２の各々に対して各種指示信号が出力されることにより、これら各回路の作動が制御される。
【００４３】
すなわち、初期状態の設定を指示する際には初期状態指示信号が、２次電池Ｂｔに対する定電流・定電圧充電の実行を指示する際には充電指示信号が、外部電源からシステム回路１１０への駆動用電力の供給を指示する際には外部電源放電指示信号が、２次電池Ｂｔからシステム回路１１０への駆動用電力の供給を指示する際には電池放電指示信号が、各々制御回路１２から上記各回路に出力される。そして、当該各回路では、入力された指示信号に応じて、接続されているトランジスタＴｒ１又はトランジスタＴｒ２の作動を制御する。
【００４４】
表１には、これらの指示信号が入力された際の充電制御回路１８及び定電圧制御回路２２によるトランジスタＴｒ１及びトランジスタＴｒ２の制御状態が示されている。
【００４５】
【表１】
【００４６】
表１に示すように、初期状態指示信号が入力された場合、充電制御回路１８はトランジスタＴｒ１をオフ状態とし、定電圧制御回路２２はトランジスタＴｒ２をオフ状態とする。また、充電指示信号が入力された場合、充電制御回路１８及び定電圧制御回路２２はトランジスタＴｒ１及びトランジスタＴｒ２を用いて定電流・定電圧充電の制御を行う。また、外部電源放電指示信号が入力された場合、充電制御回路１８はトランジスタＴｒ１をオン状態とし、定電圧制御回路２２はトランジスタＴｒ２をオフ状態とする。更に、電池放電指示信号が入力された場合、充電制御回路１８はトランジスタＴｒ１をオフ状態とし、定電圧制御回路２２はトランジスタＴｒ２をオン状態とする。
【００４７】
また、本実施の形態に係る充電制御装置１０では、２次電池Ｂｔ及び外部電源の接続状態に応じて、次の表２に示すようにトランジスタＴｒ１及びトランジスタＴｒ２の制御が行われる。
【００４８】
【表２】
【００４９】
例えば、充電制御装置１０に２次電池Ｂｔのみが接続されている場合は、トランジスタＴｒ１をオフ状態にすると共に、トランジスタＴｒ２を、システム回路１１０が電源オンの状態である場合にはオン状態にし、システム回路１１０が電源オフの状態である場合にはオフ状態にする。また、例えば、充電制御装置１０に２次電池Ｂｔ及び外部電源の双方が接続されている場合は、トランジスタＴｒ１を、システム回路１１０が電源オンの状態である場合にはオン状態にし、システム回路１１０が電源オフの状態である場合には充電制御状態にすると共に、トランジスタＴｒ２を、システム回路１１０が電源オンの状態である場合にはオフ状態にし、システム回路１１０が電源オフの状態である場合には充電制御状態にする。
【００５０】
トランジスタＴｒ１が本発明の第１のスイッチ素子に、トランジスタＴｒ２が本発明の第２のスイッチ素子に、制御回路１２が本発明の制御手段に、システム回路１１０が本発明の負荷装置に、各々相当する。
【００５１】
次に、図２を参照して、本実施の形態に係る充電制御装置１０の作用を説明する。なお、図２は、充電制御装置１０の制御回路１２において実行される切換制御処理の流れを示すフローチャートである。また、ここでは、錯綜を回避するために、充電制御装置１０に２次電池Ｂｔが接続（装着）されている場合について説明する。
【００５２】
同図のステップ２００では、充電制御回路１８及び定電圧制御回路２２に対して初期状態指示信号を出力する。これに応じて、これらの回路は、表１で示したように、トランジスタＴｒ１及びトランジスタＴｒ２の双方をオフ状態とする。これにより、外部電源からシステム回路１１０に至る電力供給路と、２次電池Ｂｔからシステム回路１１０に至る電力供給路とが遮断される。
【００５３】
次のステップ２０２では、外部電源が接続されているか否かを判定し、肯定判定となった場合はステップ２０４に移行してシステム回路１１０の電源がオン状態となっているか否かを判定し、肯定判定となった場合は外部電源からシステム回路１１０に対して駆動用の電力を供給するものと判断してステップ２０６に移行する。
【００５４】
ステップ２０６では、充電制御回路１８及び定電圧制御回路２２に対して外部電源放電指示信号を出力する。これに応じて、充電制御回路１８はトランジスタＴｒ１をオン状態とし、定電圧制御回路２２はトランジスタＴｒ２をオフ状態とする。これにより、外部電源からシステム回路１１０に至る電力供給路が形成されると共に、２次電池Ｂｔからシステム回路１１０に至る電力供給路が遮断される。
【００５５】
次のステップ２０８では、外部電源が接続されているか否かを判定し、肯定判定となった場合はステップ２１０に移行してシステム回路１１０の電源がオン状態となっているか否かを判定し、肯定判定となった場合は外部電源からシステム回路１１０に対して駆動用の電力を供給する状態を維持するものと判断して上記ステップ２０８に戻り、否定判定となった場合、すなわち、システム回路１１０の電源がオフ状態となった場合には、外部電源からシステム回路１１０への電力供給を停止するものと判断して上記ステップ２００に戻る。
【００５６】
また、上記ステップ２０８において否定判定となった場合、すなわち、外部電源が取り外された場合には後述するステップ２１８に移行する。
【００５７】
一方、上記ステップ２０４において否定判定となった場合、すなわち、外部電源が接続されており、かつシステム回路１１０の電源がオフ状態となっている場合には、外部電源からの電力によって２次電池Ｂｔに対する充電を行うものと判断してステップ２１２に移行する。
【００５８】
ステップ２１２では、充電制御回路１８及び定電圧制御回路２２に対して充電指示信号を出力する。これに応じて、充電制御回路１８はトランジスタＴｒ１を用いて定電流・定電圧充電の制御を行い、定電圧制御回路２２は、充電制御回路１８の定電流制御回路１８Ａにより定電流充電を行っているとき、トランジスタＴｒ２の入力端子が予め定められた電圧レベルとなるように当該トランジスタＴｒ２の制御を行う。
【００５９】
ここで、図３を参照して、充電制御回路１８及び定電圧制御回路２２による定電流・定電圧充電制御時の動作を説明する。
【００６０】
充電制御回路１８は、２次電池Ｂｔの電圧レベルＶが４．２Ｖ（リチウム・イオン電池の上昇電圧制限値）に達するまでは定電流制御回路１８Ａによる定電流充電を行い、４．２Ｖに達した後は定電圧制御回路１８Ｂによる定電圧充電に移行する。定電圧充電になると２次電池Ｂｔが徐々に満充電に移行していき、充電電流の電流レベルＩが徐々に低下していくので、当該電流レベルＩが下限レベルに達した時点で定電圧制御回路１８Ｂは充電動作を終了する。
【００６１】
なお、リチウム・イオン電池では、電圧レベルＶが略３Ｖより少ないときに高レベルの電流による定電流充電で高速充電を行うことは電池に対する負担が大きいことは前述した通りであり、このため、２次電池Ｂｔの電圧レベルＶが略３Ｖ（図３に示す例では３．２Ｖ）に達するまでは所定の低レベルの電流による予備充電（低速充電）を行い、その後に所定の高レベルの電流による急速充電を行う。
【００６２】
そして、定電圧制御回路２２では、定電流制御回路１８Ａにより定電流充電を行うとき、トランジスタＴｒ２の入力端子（ソース端子）が予め定められた電圧レベル（図３に示す例では、３．８Ｖ）となるように当該トランジスタＴｒ２のゲート端子の電圧を制御する。
【００６３】
これにより、図３に示されるように、充電制御用のトランジスタＴｒ１における充電制御時の熱損失領域は、図５に示される従来の充電制御装置における熱損失領域から、トランジスタＴｒ２における熱損失領域を除いた領域となる。
【００６４】
このように、本実施の形態に係る充電制御装置１０では、従来から充電制御用に設けられていたトランジスタＴｒ１の定電流充電時における電力消費を、従来から電力供給路の切り換え用に設けられていたトランジスタＴｒ２に分散させて定電流充電を行っているため、急速充電時における充電電流の電流レベルＩを従来に比較して高くすることができ（図３に示す例では、従来技術におけるレベルの２倍に相当する１．０Ｃ）、この結果として、充電時間を短縮することができる。
【００６５】
充電制御回路１８及び定電圧制御回路２２による定電流・定電圧充電が開始されると、図２のステップ２１４では、外部電源が接続されているか否かを判定し、肯定判定となった場合はステップ２１６に移行してシステム回路１１０の電源がオン状態となったか否かを判定し、肯定判定となった場合は２次電池Ｂｔに対する充電を停止するものと判断して上記ステップ２００に戻り、否定判定となった場合、すなわち、システム回路１１０の電源がオフ状態で維持されている場合には、２次電池Ｂｔに対する充電を継続するものと判断して当該ステップ２１６で待機する。
【００６６】
また、上記ステップ２１４において否定判定となった場合、すなわち、外部電源が取り外された場合には後述するステップ２１８に移行する。
【００６７】
一方、上記ステップ２０２において否定判定となった場合、すなわち、外部電源が接続されていない場合にもステップ２１８に移行する。
【００６８】
ステップ２１８では、システム回路１１０の電源がオン状態となっているか否かを判定し、肯定判定となった場合は２次電池Ｂｔからシステム回路１１０に対して駆動用の電力を供給するものと判断してステップ２２０に移行する。
【００６９】
ステップ２２０では、充電制御回路１８及び定電圧制御回路２２に対して電池放電指示信号を出力する。これに応じて、充電制御回路１８はトランジスタＴｒ１をオフ状態とし、定電圧制御回路２２はトランジスタＴｒ２をオン状態とする。これにより、外部電源からシステム回路１１０に至る電力供給路が遮断されると共に、２次電池Ｂｔからシステム回路１１０に至る電力供給路が形成される。
【００７０】
次のステップ２２２では、外部電源が接続されたか否かを判定し、肯定判定となった場合は２次電池Ｂｔからシステム回路１１０に駆動用の電力を供給する必要はなくなったものと判断して上記ステップ２００に戻り、否定判定となった場合にはステップ２２４に移行する。
【００７１】
ステップ２２４では、システム回路１１０の電源がオン状態となっているか否かを判定し、肯定判定となった場合は２次電池Ｂｔからシステム回路１１０に対して駆動用の電力を供給する状態を維持するものと判断して当該ステップ２２４で待機し、否定判定となった時点、すなわち、システム回路１１０の電源がオフ状態となった時点で上記ステップ２００に戻る。
【００７２】
一方、上記ステップ２１８において否定判定となった場合、すなわち、外部電源が接続されておらず、かつシステム回路１１０の電源がオフ状態となっている場合には、外部電源からシステム回路１１０への駆動用の電力の供給や、２次電池Ｂｔに対する充電や、２次電池Ｂｔからシステム回路１１０への駆動用の電力の供給を行わない場合であるので、何ら処理を行うことなく上記ステップ２００に戻る。
【００７３】
以上詳細に説明したように、本実施の形態に係る充電制御装置１０では、充電対象とする２次電池Ｂｔに対する充電電流を調整するためのトランジスタＴｒ１を２次電池Ｂｔに直列接続すると共に、トランジスタＴｒ２を２次電池Ｂｔに直列接続し、トランジスタＴｒ１を用いて２次電池Ｂｔに対する定電流充電を行うときにトランジスタＴｒ２の入力端子（ソース端子）が予め定められた電圧レベルとなるように制御しているので、トランジスタＴｒ１の損傷を招くことなく充電時間を短縮することができる。
【００７４】
また、本実施の形態に係る充電制御装置１０では、トランジスタＴｒ１と２次電池Ｂｔとの間の接続経路から分岐されて形成されたシステム回路１１０への電力供給路Ｌを備え、トランジスタＴｒ２を、上記接続経路及び電力供給路Ｌの間の分岐点Ｂと２次電池Ｂｔとの間に直列接続されると共に、外部電源からシステム回路１１０への電力供給時にオフされるＦＥＴとしているので、当該ＦＥＴは、充電制御装置に接続された外部電源及び充電対象とする２次電池Ｂｔからシステム回路１１０に対して電力を供給する形態において従来から用いられているものであるため、本発明の第２のスイッチ素子として新たな素子を設ける必要がなく、装置の大型化を招くことなく本発明を実現することができる。
【００７５】
更に、本実施の形態に係る充電制御装置１０では、外部電源からシステム回路１１０への電力供給時にはトランジスタＴｒ１をオンさせると共にトランジスタＴｒ２をオフさせ、２次電池Ｂｔからシステム回路１１０への電力供給時にはトランジスタＴｒ１をオフさせると共にトランジスタＴｒ２をオンさせるように制御しているので、外部電源からシステム回路１１０への電力供給時には、外部電源から２次電池Ｂｔへの不必要な電流の流入を防止することができ、２次電池Ｂｔからシステム回路１１０への電力供給時には、２次電池Ｂｔから外部電源への不必要な電流の流入を防止することができる。
【００７６】
なお、本実施の形態では、２次電池としてリチウム・イオン電池を適用すると共に、充電方式として定電流・定電圧充電を適用した充電制御装置に本発明を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、２次電池としてニッケル水素電池を適用すると共に、充電方式として定電流充電を適用した充電制御装置に本発明を適用することもできる。この場合も、上記実施の形態と同様の効果を奏することができる。
【００７７】
また、本実施の形態で説明した充電制御装置の構成（図１参照。）は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能であることは言うまでもない。
【００７８】
更に、本実施の形態において説明した切換制御処理（図２参照。）の流れも一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能であることは言うまでもない。
【００７９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の充電制御装置及び充電制御方法によれば、充電対象とする２次電池に対する充電電流を調整するための第１のスイッチ素子を２次電池に直列接続すると共に、第２のスイッチ素子を２次電池に直列接続し、第１のスイッチ素子を用いて２次電池に対する定電流充電を行うときに第２のスイッチ素子の入力端子が予め定められた電圧レベルとなるように制御しているので、充電制御用素子の損傷を招くことなく充電時間を短縮することができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係る充電制御装置１０の構成を示すブロック図（一部回路図）である。
【図２】実施の形態に係る切換制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】実施の形態に係る充電制御装置１０の充電動作の説明に供するグラフであり、２次電池Ｂｔの電圧、充電電流、トランジスタＴｒ１のゲート電圧、及びトランジスタＴｒ２のゲート電圧の推移を示すグラフである。
【図４】従来の充電制御装置の構成例を示すブロック図（一部回路図）である。
【図５】図４に示される従来の充電制御装置１００における充電動作の説明に供するグラフであり、２次電池Ｂｔの電圧、充電電流、トランジスタＴｒ１のゲート電圧、及びトランジスタＴｒ２のゲート電圧の推移を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 充電制御装置
１２ 制御回路（制御手段）
１４ 充電電流検出回路
１６ 電池電圧検出回路
１８ 充電制御回路
１８Ａ 定電流制御回路
１８Ｂ 定電圧制御回路
２２ 定電圧制御回路
１１０ システム回路（負荷装置）
Ｂｔ ２次電池
Ｔｒ１ トランジスタ（第１のスイッチ素子）
Ｔｒ２ トランジスタ（第２のスイッチ素子）
【発明の属する技術分野】
本発明は、充電制御装置及び充電制御方法に係り、特に、外部電源から供給された電力による２次電池への充電を制御する充電制御装置及び充電制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リチウム・イオン電池、ニッケル・カドミウム電池、ニッケル水素電池等の充電可能な２次電池に対する充電を制御する従来の充電制御装置は、一例として図４に示すように、ＡＣアダプタ等の外部電源から２次電池Ｂｔに至る駆動用電力の供給路上に、充電電流を調整するためのトランジスタＴｒ１と充電電流の電流レベルＩを検出するための充電電流検出回路１０４とが直列に設けられている。
【０００３】
また、この充電制御装置１００は、トランジスタＴｒ１の制御端子と、充電電流検出回路１０４における電流レベルＩの検出信号の出力端子と、２次電池Ｂｔの正極端子が接続された電池電圧検出回路１０６における２次電池Ｂｔの電圧レベルＶの検出信号の出力端子と、が接続された制御回路１０２が設けられており、当該制御回路１０２により、電流レベルＩと電圧レベルＶの各検出値に基づいて２次電池Ｂｔに対する充電の制御を行っている。
【０００４】
一方、この充電制御装置１００は、２次電池Ｂｔや外部電源からの電力を負荷装置としてのシステム回路１１０に対し供給するものとして構成されており、充電電流検出回路１０４と２次電池Ｂｔとの間の接続経路を分岐させてシステム回路１１０に至る電力供給路を形成すると共に、充電電流検出回路１０４及び２次電池Ｂｔの間の分岐点と２次電池Ｂｔとの間にトランジスタＴｒ２を介在させた構成となっている。
【０００５】
そして、システム回路１１０は制御回路１０２にも直接接続されており、制御回路１０２はシステム回路１１０の電源投入状態を把握することができる。なお、同図に示す充電制御装置１００では、トランジスタＴｒ１及びトランジスタＴｒ２として、ＰチャネルのＭＯＳ型ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）が適用されている。
【０００６】
この充電制御装置１００では、２次電池Ｂｔがリチウム・イオン電池、リチウム・ポリマー電池等のリチウム系２次電池である場合には、定電流・定電圧充電により充電が行われる。ここで、図４及び図５を参照しつつ、２次電池がリチウム・イオン電池である場合の、従来の定電流・定電圧充電の流れについて簡単に説明する。
【０００７】
リチウム・イオン電池にはセル当たり４．２Ｖの上昇電圧制限がある。そこで、当該電池を充電する際には、まず、電池Ｂｔの電圧レベルＶが４．２Ｖに達するまでは定電流充電を行い、４．２Ｖに達した後は定電圧充電に移行する。定電圧充電になると電池Ｂｔが徐々に満充電に移行していき、充電電流の電流レベルＩが徐々に低下していくので、当該電流レベルＩが下限レベルに達した時点で充電を終了する。なお、リチウム・イオン電池では、電池Ｂｔの電圧レベルＶが略３Ｖより少ないときに高レベルの電流による定電流充電で高速充電を行うことは電池Ｂｔに対する負担が大きいため、電池Ｂｔの電圧レベルＶが略３Ｖ（図５に示す例では３．２Ｖ）に達するまでは所定の低レベルの電流による予備充電（低速充電）を行い、その後に所定の高レベルの電流による急速充電を行う。
【０００８】
一方、この充電制御装置１００では、制御回路１０２により、２次電池Ｂｔに対する充電時にはトランジスタＴｒ１とトランジスタＴｒ２を共にオンさせ、２次電池Ｂｔからシステム回路１１０への電力供給時にはトランジスタＴｒ１をオフさせると共にトランジスタＴｒ２をオンさせ、更に、外部電源からシステム回路１１０への電力供給時にはトランジスタＴｒ１をオンさせると共にトランジスタＴｒ２をオフさせる。
【０００９】
この動作により、外部電源からシステム回路１１０への電力供給時における２次電池Ｂｔへの不必要な電流の流入と、２次電池Ｂｔからシステム回路１１０への電力供給時における外部電源への不必要な電流の流入を防止することができる。
【００１０】
ここで、図５に示すように、制御回路１０２は、２次電池Ｂｔに対する充電時には、トランジスタＴｒ１のゲート電圧を、充電電流の電流レベルＩが図５の充電電流のグラフで示されるよう時系列で変化するように制御すると共に、トランジスタＴｒ２のゲート電圧を、当該トランジスタＴｒ２が完全にオンとなるように制御する。
【００１１】
なお、図５における充電電流の単位“Ｃ”は、放電レート、すなわち放電電流の大きさのことである。１Ｃは、１時間で放電しきることができる電流量を指す。例えば、容量が１Ａｈの電池の１Ｃは１Ａということになる。但し、最大放電レートは用途により異なるため、一概には比較できない。
【００１２】
ところで、以上のように構成された充電制御装置では、定電流充電を行う際の充電電流の電流レベルが高くなるほど、充電制御用のトランジスタ（図４の例では、トランジスタＴｒ１）の消費電力が大きくなって当該トランジスタからの発熱量が多くなってしまい、当該トランジスタが損傷してしまう場合もあった。このため、充電電流の電流レベルを高くすることには限界があり、充電時間の短縮の妨げとなっていた。
【００１３】
この問題を解決するためには、トランジスタＴｒ１として許容損失の大きなものを適用すればよいが、当該トランジスタは外形寸法が大きなものとなってしまうため、充電制御装置の寸法も大きくなってしまう。このように、充電電流の電流レベルないし充電時間と、装置の寸法とはトレードオフの関係となっていた。
【００１４】
そこで、従来、装置の大型化を招くことなく、充電制御用のトランジスタの発熱に起因する損傷を防止するための技術として、定電流回路又は定電圧回路の損失が許容損失を越える場合に所望のパルス幅を有するパルス信号を生成するパルス幅変調回路と、許容損失を越える定電流回路又は定電圧回路を上記パルス信号に基づいて断続的に動作させる制御回路とを設けるようにした技術があった（例えば、特許文献１参照。）。
【００１５】
また、従来、装置の大型化を招くことなく、充電制御用のトランジスタの発熱に起因する損傷を防止するための技術として、予備充電終了後で、かつ定電圧充電に切り替わるまでの充電方式として、当初は充電電流を小さくして充電制御用のトランジスタでの電力損失を低減させ、その後、充電電流を徐々に増加させるフォールド・バック・モード方式による充電方式を適用する技術もあった（例えば、非特許文献１参照。）。
【００１６】
【特許文献１】
特開平１０−２２５００６号公報
【非特許文献１】
ジョシュア・イズラエルソン（Ｊｏｓｈｕａ Ｉｓｒａｅｌｓｏｈｎ）、“２次電池を効率的に使う〜多様になった電池管理ＩＣ〜”、［ｏｎｌｉｎｅ］、２００１年４月号、ＥＤＮ ＪＡＰＡＮ、［平成１５年３月９日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｄｎｊａｐａｎ．ｃｏｍ／ｅｄｎｊ／２００１０４／ｃｏｖｅｒｓｔｏｒｙ０１０４．ｈｔｍ＞
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１の技術では、定電流回路又は定電圧回路の損失が許容損失を越えた場合の充電制御用トランジスタの損傷を防止することはできるものの、許容損失を越えない場合の当該トランジスタの発熱を抑制することはできないため、この場合における当該トランジスタに対する損傷を必ずしも防止できるとは限らない、という問題点があった。
【００１８】
また、上記非特許文献１の技術では、予備充電終了当初から大きな電流レベルでの充電を行うことができないため、一例として図５に示したような定電流充電に比較して充電時間が長くなってしまう、という問題点があった。
【００１９】
本発明は上記問題点を解消するためになされたものであり、装置の大型化や充電制御用素子の損傷を招くことなく充電時間を短縮することのできる充電制御装置及び充電制御方法を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の充電制御装置は、外部電源から供給された電力による２次電池への充電を制御する充電制御装置であって、前記２次電池に直列接続されると共に前記２次電池に対する充電電流を調整するための第１のスイッチ素子と、前記２次電池に直列接続された第２のスイッチ素子と、前記第１のスイッチ素子を用いて前記２次電池に対する定電流充電を行うとき前記第２のスイッチ素子の入力端子が予め定められた電圧レベルとなるように制御する制御手段と、を備えている。
【００２１】
請求項１に記載の充電制御装置によれば、充電の対象とする２次電池に対する充電電流を調整するための第１のスイッチ素子が当該２次電池に直列接続されると共に、第２のスイッチ素子が当該２次電池に直列接続される。従って、第１のスイッチ素子と第２のスイッチ素子とは直列接続されている。なお、上記２次電池には、リチウム・イオン電池、リチウム・ポリマー電池、ニッケル・カドミウム電池、ニッケル水素電池等を含めることができる。また、上記第１のスイッチ素子及び第２のスイッチ素子には、電界効果トランジスタやバイポーラ・トランジスタを含めることができる。
【００２２】
ここで、本発明では、第１のスイッチ素子が用いられて２次電池に対する定電流充電が行われるとき、制御手段により、第２のスイッチ素子の入力端子が予め定められた電圧レベルとなるように制御される。
【００２３】
すなわち、本発明では、定電流充電を行う際に、従来から用いられている充電制御用の第１のスイッチ素子に加えて第２のスイッチ素子も充電制御に並行して用いるようにすることによって、定電流充電時における電力消費部位を分散するようにしており、これによって第１のスイッチ素子における発熱を抑制することができるようにしている。従って、第１のスイッチ素子の損傷を招くことなく充電電流の電流レベルを従来に比較して高くすることが可能となり、この結果として充電時間を短縮することができるようにしている。
【００２４】
このように、請求項１に記載の充電制御装置によれば、充電対象とする２次電池に対する充電電流を調整するための第１のスイッチ素子を２次電池に直列接続すると共に、第２のスイッチ素子を２次電池に直列接続し、第１のスイッチ素子を用いて２次電池に対する定電流充電を行うときに第２のスイッチ素子の入力端子が予め定められた電圧レベルとなるように制御しているので、充電制御用素子の損傷を招くことなく充電時間を短縮することができる。
【００２５】
なお、本発明は、請求項２に記載の発明のように、前記第１のスイッチ素子と前記２次電池との間の接続経路から分岐されて形成された負荷装置への電力供給路を更に備え、前記第２のスイッチ素子を、前記接続経路及び前記電力供給路の間の分岐点と前記２次電池との間に直列接続されると共に、前記外部電源から前記負荷装置への電力供給時にオフされる電界効果トランジスタとすることが好ましい。
【００２６】
当該電界効果トランジスタは、充電制御装置に接続された外部電源及び充電対象とする２次電池から負荷装置に対して電力を供給する形態において従来から用いられているものである。従って、本発明により、第２のスイッチ素子として新たな素子を設ける必要がなくなるので、装置の大型化を招くことなく本発明を実現することができる。
【００２７】
更に、請求項２に係る発明の制御手段は、請求項３に記載の発明のように、前記外部電源から前記負荷装置への電力供給時には前記第１のスイッチ素子をオンさせると共に前記電界効果トランジスタをオフさせ、前記２次電池から前記負荷装置への電力供給時には前記第１のスイッチ素子をオフさせると共に前記電界効果トランジスタをオンさせるように制御することが好ましい。
【００２８】
これによって、外部電源から負荷装置への電力供給時には、外部電源から２次電池への不必要な電流の流入を防止することができ、２次電池から負荷装置への電力供給時には、２次電池から外部電源への不必要な電流の流入を防止することができる。
【００２９】
一方、上記目的を達成するために、請求項４記載の充電制御方法は、外部電源から供給された電力による２次電池への充電を制御する充電制御方法であって、前記２次電池に対する充電電流を調整するための第１のスイッチ素子を前記２次電池に直列接続すると共に、第２のスイッチ素子を前記２次電池に直列接続し、前記第１のスイッチ素子を用いて前記２次電池に対する定電流充電を行うとき前記第２のスイッチ素子の入力端子が予め定められた電圧レベルとなるように制御するものである。
【００３０】
従って、請求項４に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明と同様に作用するので、請求項１記載の発明と同様に、充電制御用素子の損傷を招くことなく充電時間を短縮することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、ここでは、本発明を、定電流・定電圧充電により２次電池を充電する充電制御装置に適用した場合について説明する。
【００３２】
まず、図１を参照して、本実施の形態に係る充電制御装置１０の構成を説明する。同図に示すように、この充電制御装置１０には、ＡＣアダプタ等の外部電源から２次電池Ｂｔ（本実施の形態では、リチウム・イオン電池）に至る駆動用電力の供給路上に、２次電池Ｂｔに対する充電電流を調整するためのトランジスタＴｒ１と、充電電流の電流レベルＩを検出するための充電電流検出回路１４と、が直列に設けられている。なお、本実施の形態では、充電電流検出回路１４として所定抵抗値とされた抵抗器（図示省略。）を適用しており、当該抵抗器がトランジスタＴｒ１の出力端子と２次電池Ｂｔの正極端子との間に直列接続されて構成されている。
【００３３】
また、この充電制御装置１０には、トランジスタＴｒ１の制御端子が接続された充電制御回路１８が設けられている。充電制御回路１８は、定電流制御回路１８Ａ及び定電圧制御回路１８Ｂを含んで構成されている。定電流制御回路１８Ａは、２次電池Ｂｔに対して定電流充電を行う際にトランジスタＴｒ１の作動を制御する役割を有するものであり、定電圧制御回路１８Ｂは、２次電池Ｂｔに対して定電圧充電を行う際にトランジスタＴｒ１の作動を制御する役割を有するものである。
【００３４】
また、充電制御装置１０には、２次電池Ｂｔの正極端子が接続された電池電圧検出回路１６が設けられている。この電池電圧検出回路１６は、２次電池Ｂｔの電圧レベルＶを検出する役割を有するものである。
【００３５】
更に、充電制御装置１０には、充電制御回路１８と、充電電流検出回路１４における電流レベルＩの検出用端子と、電池電圧検出回路１６における電圧レベルＶの検出用端子と、が接続された制御回路１２が設けられており、当該制御回路１２により、電流レベルＩと電圧レベルＶの各検出値に基づいて、充電制御回路１８を介して２次電池Ｂｔに対する充電の制御を行う構成とされている。
【００３６】
なお、本実施の形態では、前述したように、充電電流検出回路１４として不図示の抵抗器を適用しており、上記電流レベルＩの検出用端子として当該抵抗器の両端子を用いている。すなわち、制御回路１２には当該抵抗器の両端子が接続されており、当該抵抗器の両端子間電圧（当該抵抗器による電圧降下）と当該抵抗器の抵抗値に基づいて電流レベルＩを検出するものとされている。
【００３７】
また、本実施の形態に係る電池電圧検出回路１６は、各々予め定められた抵抗値とされた２つの抵抗器（図示省略）の直列接続回路を含んで構成されており、当該直列接続回路の一方の端子が２次電池Ｂｔの正極端子に接続され、かつ他方の端子が接地されると共に、各抵抗器間の接続点が上記電圧レベルＶの検出用端子として制御回路１２に接続されている。すなわち、電池電圧検出回路１６に含まれる２つの抵抗器は２次電池Ｂｔの電圧レベルを分割する分割抵抗としての役割を有するものであり、制御回路１２は、２次電池Ｂｔの電圧レベルＶを、上記２つの抵抗器における各抵抗値の比率によって定まる割合とされた電圧レベルとして検出することができる。
【００３８】
一方、充電制御装置１０は、２次電池Ｂｔや外部電源からの電力を負荷装置としてのシステム回路１１０に駆動用の電力として供給するものとして構成されており、充電電流検出回路１４と２次電池Ｂｔとの間の接続経路を分岐させてシステム回路１１０に至る電力供給路Ｌを形成すると共に、充電電流検出回路１４及び２次電池Ｂｔの間の分岐点Ｂと２次電池Ｂｔとの間にトランジスタＴｒ２を介在させた構成とされている。
【００３９】
ここで、本実施の形態に係る充電制御装置１０では、トランジスタＴｒ２の制御端子と制御回路１２との間に定電圧制御回路２２が介在されている。この定電圧制御回路２２は、充電制御回路１８における定電流制御回路１８ＡによってトランジスタＴｒ１を用いた定電流充電が行われるとき、制御回路１２からの制御に応じて、トランジスタＴｒ２の入力端子が予め定められた電圧レベルとなるように制御する役割を有するものである。
【００４０】
なお、本実施の形態に係る充電制御装置１０では、トランジスタＴｒ１及びトランジスタＴｒ２として、ＰチャネルのＭＯＳ型ＦＥＴが適用されている。従って、前述したトランジスタＴｒ１及びトランジスタＴｒ２の制御端子はゲート端子に相当し、トランジスタＴｒ２の入力端子及び出力端子は各々ソース端子及びドレイン端子に相当する。
【００４１】
一方、システム回路１１０は制御回路１２にも直接接続されており、制御回路１２はシステム回路１１０の電源投入状態を把握することができる。また、制御回路１２には、外部電源（本実施の形態では、ＡＣアダプタ）の正極端子が接続される端子１０Ａが接続されており、制御回路１２は、充電制御装置１０にＡＣアダプタが接続されているか否かを検出することができる。
【００４２】
ところで、本実施の形態に係る充電制御装置１０では、制御回路１２から充電制御回路１８及び定電圧制御回路２２の各々に対して各種指示信号が出力されることにより、これら各回路の作動が制御される。
【００４３】
すなわち、初期状態の設定を指示する際には初期状態指示信号が、２次電池Ｂｔに対する定電流・定電圧充電の実行を指示する際には充電指示信号が、外部電源からシステム回路１１０への駆動用電力の供給を指示する際には外部電源放電指示信号が、２次電池Ｂｔからシステム回路１１０への駆動用電力の供給を指示する際には電池放電指示信号が、各々制御回路１２から上記各回路に出力される。そして、当該各回路では、入力された指示信号に応じて、接続されているトランジスタＴｒ１又はトランジスタＴｒ２の作動を制御する。
【００４４】
表１には、これらの指示信号が入力された際の充電制御回路１８及び定電圧制御回路２２によるトランジスタＴｒ１及びトランジスタＴｒ２の制御状態が示されている。
【００４５】
【表１】
表１に示すように、初期状態指示信号が入力された場合、充電制御回路１８はトランジスタＴｒ１をオフ状態とし、定電圧制御回路２２はトランジスタＴｒ２をオフ状態とする。また、充電指示信号が入力された場合、充電制御回路１８及び定電圧制御回路２２はトランジスタＴｒ１及びトランジスタＴｒ２を用いて定電流・定電圧充電の制御を行う。また、外部電源放電指示信号が入力された場合、充電制御回路１８はトランジスタＴｒ１をオン状態とし、定電圧制御回路２２はトランジスタＴｒ２をオフ状態とする。更に、電池放電指示信号が入力された場合、充電制御回路１８はトランジスタＴｒ１をオフ状態とし、定電圧制御回路２２はトランジスタＴｒ２をオン状態とする。
【００４７】
また、本実施の形態に係る充電制御装置１０では、２次電池Ｂｔ及び外部電源の接続状態に応じて、次の表２に示すようにトランジスタＴｒ１及びトランジスタＴｒ２の制御が行われる。
【００４８】
【表２】
例えば、充電制御装置１０に２次電池Ｂｔのみが接続されている場合は、トランジスタＴｒ１をオフ状態にすると共に、トランジスタＴｒ２を、システム回路１１０が電源オンの状態である場合にはオン状態にし、システム回路１１０が電源オフの状態である場合にはオフ状態にする。また、例えば、充電制御装置１０に２次電池Ｂｔ及び外部電源の双方が接続されている場合は、トランジスタＴｒ１を、システム回路１１０が電源オンの状態である場合にはオン状態にし、システム回路１１０が電源オフの状態である場合には充電制御状態にすると共に、トランジスタＴｒ２を、システム回路１１０が電源オンの状態である場合にはオフ状態にし、システム回路１１０が電源オフの状態である場合には充電制御状態にする。
【００５０】
トランジスタＴｒ１が本発明の第１のスイッチ素子に、トランジスタＴｒ２が本発明の第２のスイッチ素子に、制御回路１２が本発明の制御手段に、システム回路１１０が本発明の負荷装置に、各々相当する。
【００５１】
次に、図２を参照して、本実施の形態に係る充電制御装置１０の作用を説明する。なお、図２は、充電制御装置１０の制御回路１２において実行される切換制御処理の流れを示すフローチャートである。また、ここでは、錯綜を回避するために、充電制御装置１０に２次電池Ｂｔが接続（装着）されている場合について説明する。
【００５２】
同図のステップ２００では、充電制御回路１８及び定電圧制御回路２２に対して初期状態指示信号を出力する。これに応じて、これらの回路は、表１で示したように、トランジスタＴｒ１及びトランジスタＴｒ２の双方をオフ状態とする。これにより、外部電源からシステム回路１１０に至る電力供給路と、２次電池Ｂｔからシステム回路１１０に至る電力供給路とが遮断される。
【００５３】
次のステップ２０２では、外部電源が接続されているか否かを判定し、肯定判定となった場合はステップ２０４に移行してシステム回路１１０の電源がオン状態となっているか否かを判定し、肯定判定となった場合は外部電源からシステム回路１１０に対して駆動用の電力を供給するものと判断してステップ２０６に移行する。
【００５４】
ステップ２０６では、充電制御回路１８及び定電圧制御回路２２に対して外部電源放電指示信号を出力する。これに応じて、充電制御回路１８はトランジスタＴｒ１をオン状態とし、定電圧制御回路２２はトランジスタＴｒ２をオフ状態とする。これにより、外部電源からシステム回路１１０に至る電力供給路が形成されると共に、２次電池Ｂｔからシステム回路１１０に至る電力供給路が遮断される。
【００５５】
次のステップ２０８では、外部電源が接続されているか否かを判定し、肯定判定となった場合はステップ２１０に移行してシステム回路１１０の電源がオン状態となっているか否かを判定し、肯定判定となった場合は外部電源からシステム回路１１０に対して駆動用の電力を供給する状態を維持するものと判断して上記ステップ２０８に戻り、否定判定となった場合、すなわち、システム回路１１０の電源がオフ状態となった場合には、外部電源からシステム回路１１０への電力供給を停止するものと判断して上記ステップ２００に戻る。
【００５６】
また、上記ステップ２０８において否定判定となった場合、すなわち、外部電源が取り外された場合には後述するステップ２１８に移行する。
【００５７】
一方、上記ステップ２０４において否定判定となった場合、すなわち、外部電源が接続されており、かつシステム回路１１０の電源がオフ状態となっている場合には、外部電源からの電力によって２次電池Ｂｔに対する充電を行うものと判断してステップ２１２に移行する。
【００５８】
ステップ２１２では、充電制御回路１８及び定電圧制御回路２２に対して充電指示信号を出力する。これに応じて、充電制御回路１８はトランジスタＴｒ１を用いて定電流・定電圧充電の制御を行い、定電圧制御回路２２は、充電制御回路１８の定電流制御回路１８Ａにより定電流充電を行っているとき、トランジスタＴｒ２の入力端子が予め定められた電圧レベルとなるように当該トランジスタＴｒ２の制御を行う。
【００５９】
ここで、図３を参照して、充電制御回路１８及び定電圧制御回路２２による定電流・定電圧充電制御時の動作を説明する。
【００６０】
充電制御回路１８は、２次電池Ｂｔの電圧レベルＶが４．２Ｖ（リチウム・イオン電池の上昇電圧制限値）に達するまでは定電流制御回路１８Ａによる定電流充電を行い、４．２Ｖに達した後は定電圧制御回路１８Ｂによる定電圧充電に移行する。定電圧充電になると２次電池Ｂｔが徐々に満充電に移行していき、充電電流の電流レベルＩが徐々に低下していくので、当該電流レベルＩが下限レベルに達した時点で定電圧制御回路１８Ｂは充電動作を終了する。
【００６１】
なお、リチウム・イオン電池では、電圧レベルＶが略３Ｖより少ないときに高レベルの電流による定電流充電で高速充電を行うことは電池に対する負担が大きいことは前述した通りであり、このため、２次電池Ｂｔの電圧レベルＶが略３Ｖ（図３に示す例では３．２Ｖ）に達するまでは所定の低レベルの電流による予備充電（低速充電）を行い、その後に所定の高レベルの電流による急速充電を行う。
【００６２】
そして、定電圧制御回路２２では、定電流制御回路１８Ａにより定電流充電を行うとき、トランジスタＴｒ２の入力端子（ソース端子）が予め定められた電圧レベル（図３に示す例では、３．８Ｖ）となるように当該トランジスタＴｒ２のゲート端子の電圧を制御する。
【００６３】
これにより、図３に示されるように、充電制御用のトランジスタＴｒ１における充電制御時の熱損失領域は、図５に示される従来の充電制御装置における熱損失領域から、トランジスタＴｒ２における熱損失領域を除いた領域となる。
【００６４】
このように、本実施の形態に係る充電制御装置１０では、従来から充電制御用に設けられていたトランジスタＴｒ１の定電流充電時における電力消費を、従来から電力供給路の切り換え用に設けられていたトランジスタＴｒ２に分散させて定電流充電を行っているため、急速充電時における充電電流の電流レベルＩを従来に比較して高くすることができ（図３に示す例では、従来技術におけるレベルの２倍に相当する１．０Ｃ）、この結果として、充電時間を短縮することができる。
【００６５】
充電制御回路１８及び定電圧制御回路２２による定電流・定電圧充電が開始されると、図２のステップ２１４では、外部電源が接続されているか否かを判定し、肯定判定となった場合はステップ２１６に移行してシステム回路１１０の電源がオン状態となったか否かを判定し、肯定判定となった場合は２次電池Ｂｔに対する充電を停止するものと判断して上記ステップ２００に戻り、否定判定となった場合、すなわち、システム回路１１０の電源がオフ状態で維持されている場合には、２次電池Ｂｔに対する充電を継続するものと判断して当該ステップ２１６で待機する。
【００６６】
また、上記ステップ２１４において否定判定となった場合、すなわち、外部電源が取り外された場合には後述するステップ２１８に移行する。
【００６７】
一方、上記ステップ２０２において否定判定となった場合、すなわち、外部電源が接続されていない場合にもステップ２１８に移行する。
【００６８】
ステップ２１８では、システム回路１１０の電源がオン状態となっているか否かを判定し、肯定判定となった場合は２次電池Ｂｔからシステム回路１１０に対して駆動用の電力を供給するものと判断してステップ２２０に移行する。
【００６９】
ステップ２２０では、充電制御回路１８及び定電圧制御回路２２に対して電池放電指示信号を出力する。これに応じて、充電制御回路１８はトランジスタＴｒ１をオフ状態とし、定電圧制御回路２２はトランジスタＴｒ２をオン状態とする。これにより、外部電源からシステム回路１１０に至る電力供給路が遮断されると共に、２次電池Ｂｔからシステム回路１１０に至る電力供給路が形成される。
【００７０】
次のステップ２２２では、外部電源が接続されたか否かを判定し、肯定判定となった場合は２次電池Ｂｔからシステム回路１１０に駆動用の電力を供給する必要はなくなったものと判断して上記ステップ２００に戻り、否定判定となった場合にはステップ２２４に移行する。
【００７１】
ステップ２２４では、システム回路１１０の電源がオン状態となっているか否かを判定し、肯定判定となった場合は２次電池Ｂｔからシステム回路１１０に対して駆動用の電力を供給する状態を維持するものと判断して当該ステップ２２４で待機し、否定判定となった時点、すなわち、システム回路１１０の電源がオフ状態となった時点で上記ステップ２００に戻る。
【００７２】
一方、上記ステップ２１８において否定判定となった場合、すなわち、外部電源が接続されておらず、かつシステム回路１１０の電源がオフ状態となっている場合には、外部電源からシステム回路１１０への駆動用の電力の供給や、２次電池Ｂｔに対する充電や、２次電池Ｂｔからシステム回路１１０への駆動用の電力の供給を行わない場合であるので、何ら処理を行うことなく上記ステップ２００に戻る。
【００７３】
以上詳細に説明したように、本実施の形態に係る充電制御装置１０では、充電対象とする２次電池Ｂｔに対する充電電流を調整するためのトランジスタＴｒ１を２次電池Ｂｔに直列接続すると共に、トランジスタＴｒ２を２次電池Ｂｔに直列接続し、トランジスタＴｒ１を用いて２次電池Ｂｔに対する定電流充電を行うときにトランジスタＴｒ２の入力端子（ソース端子）が予め定められた電圧レベルとなるように制御しているので、トランジスタＴｒ１の損傷を招くことなく充電時間を短縮することができる。
【００７４】
また、本実施の形態に係る充電制御装置１０では、トランジスタＴｒ１と２次電池Ｂｔとの間の接続経路から分岐されて形成されたシステム回路１１０への電力供給路Ｌを備え、トランジスタＴｒ２を、上記接続経路及び電力供給路Ｌの間の分岐点Ｂと２次電池Ｂｔとの間に直列接続されると共に、外部電源からシステム回路１１０への電力供給時にオフされるＦＥＴとしているので、当該ＦＥＴは、充電制御装置に接続された外部電源及び充電対象とする２次電池Ｂｔからシステム回路１１０に対して電力を供給する形態において従来から用いられているものであるため、本発明の第２のスイッチ素子として新たな素子を設ける必要がなく、装置の大型化を招くことなく本発明を実現することができる。
【００７５】
更に、本実施の形態に係る充電制御装置１０では、外部電源からシステム回路１１０への電力供給時にはトランジスタＴｒ１をオンさせると共にトランジスタＴｒ２をオフさせ、２次電池Ｂｔからシステム回路１１０への電力供給時にはトランジスタＴｒ１をオフさせると共にトランジスタＴｒ２をオンさせるように制御しているので、外部電源からシステム回路１１０への電力供給時には、外部電源から２次電池Ｂｔへの不必要な電流の流入を防止することができ、２次電池Ｂｔからシステム回路１１０への電力供給時には、２次電池Ｂｔから外部電源への不必要な電流の流入を防止することができる。
【００７６】
なお、本実施の形態では、２次電池としてリチウム・イオン電池を適用すると共に、充電方式として定電流・定電圧充電を適用した充電制御装置に本発明を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、２次電池としてニッケル水素電池を適用すると共に、充電方式として定電流充電を適用した充電制御装置に本発明を適用することもできる。この場合も、上記実施の形態と同様の効果を奏することができる。
【００７７】
また、本実施の形態で説明した充電制御装置の構成（図１参照。）は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能であることは言うまでもない。
【００７８】
更に、本実施の形態において説明した切換制御処理（図２参照。）の流れも一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能であることは言うまでもない。
【００７９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の充電制御装置及び充電制御方法によれば、充電対象とする２次電池に対する充電電流を調整するための第１のスイッチ素子を２次電池に直列接続すると共に、第２のスイッチ素子を２次電池に直列接続し、第１のスイッチ素子を用いて２次電池に対する定電流充電を行うときに第２のスイッチ素子の入力端子が予め定められた電圧レベルとなるように制御しているので、充電制御用素子の損傷を招くことなく充電時間を短縮することができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係る充電制御装置１０の構成を示すブロック図（一部回路図）である。
【図２】実施の形態に係る切換制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】実施の形態に係る充電制御装置１０の充電動作の説明に供するグラフであり、２次電池Ｂｔの電圧、充電電流、トランジスタＴｒ１のゲート電圧、及びトランジスタＴｒ２のゲート電圧の推移を示すグラフである。
【図４】従来の充電制御装置の構成例を示すブロック図（一部回路図）である。
【図５】図４に示される従来の充電制御装置１００における充電動作の説明に供するグラフであり、２次電池Ｂｔの電圧、充電電流、トランジスタＴｒ１のゲート電圧、及びトランジスタＴｒ２のゲート電圧の推移を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 充電制御装置
１２ 制御回路（制御手段）
１４ 充電電流検出回路
１６ 電池電圧検出回路
１８ 充電制御回路
１８Ａ 定電流制御回路
１８Ｂ 定電圧制御回路
２２ 定電圧制御回路
１１０ システム回路（負荷装置）
Ｂｔ ２次電池
Ｔｒ１ トランジスタ（第１のスイッチ素子）
Ｔｒ２ トランジスタ（第２のスイッチ素子）
Claims (4)
- 外部電源から供給された電力による２次電池への充電を制御する充電制御装置であって、
前記２次電池に直列接続されると共に前記２次電池に対する充電電流を調整するための第１のスイッチ素子と、
前記２次電池に直列接続された第２のスイッチ素子と、
前記第１のスイッチ素子を用いて前記２次電池に対する定電流充電を行うとき前記第２のスイッチ素子の入力端子が予め定められた電圧レベルとなるように制御する制御手段と、
を備えた充電制御装置。 - 前記第１のスイッチ素子と前記２次電池との間の接続経路から分岐されて形成された負荷装置への電力供給路を更に備え、
前記第２のスイッチ素子を、前記接続経路及び前記電力供給路の間の分岐点と前記２次電池との間に直列接続されると共に、前記外部電源から前記負荷装置への電力供給時にオフされる電界効果トランジスタとした
請求項１記載の充電制御装置。 - 前記制御手段は、前記外部電源から前記負荷装置への電力供給時には前記第１のスイッチ素子をオンさせると共に前記電界効果トランジスタをオフさせ、前記２次電池から前記負荷装置への電力供給時には前記第１のスイッチ素子をオフさせると共に前記電界効果トランジスタをオンさせるように制御する
請求項２記載の充電制御装置。 - 外部電源から供給された電力による２次電池への充電を制御する充電制御方法であって、
前記２次電池に対する充電電流を調整するための第１のスイッチ素子を前記２次電池に直列接続すると共に、第２のスイッチ素子を前記２次電池に直列接続し、
前記第１のスイッチ素子を用いて前記２次電池に対する定電流充電を行うとき前記第２のスイッチ素子の入力端子が予め定められた電圧レベルとなるように制御する
充電制御方法。
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