JP2005341773A - 充電器 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な配線構造の充電器を供給することを目的とする。
【解決手段】 二次電池を充電する充電回路５０と、該充電回路５０を制御する充電制御部３５と、充電制御部３５からの出力を基に、多数の電流値の定電流の充電電流を充電回路５０に供給する充電電源部３４とを備える充電器であって、充電電流を検出する電流検出抵抗Ｒsと、該電流検出抵抗Ｒsに発生する電圧が、比較電圧と同じとなるように制御する制御回路５２とを備え、制御回路５２において、比較電圧を、電源電圧Ｖrefからの分圧電圧として生じさせ、該分圧電圧を、抵抗Ｒ２と、他の抵抗Ｒ３、Ｒ４とスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２との直列回路とを並列接続して発生させ、直列回路は、少なくとも２つであって、各スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を、記充電制御部３５からのひとつの信号線５１の出力により、制御することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、二次電池を充電する充電器に関する。

従来の充電器においては、二次電池２を充電する充電回路５０と、該充電回路５０を制御する充電制御部３５と、充電回路５０に定電流又は定電圧を供給する充電電源部３４とを備えている。このような充電器は、本出願人により、以下の特許文献に開示される。

特許文献２の充電器において、図４に示す回路が利用されている。充電制御部３５からの出力を基に、多数の電流値の定電流を充電回路５０に供給している。充電電源部３４においては、充電制御部３５からの出力が、配線７１、７２を介して入力されて、充電電源部３４が供給する電力が多数の各所定の一定の電流値になるように制御する定電流制御機能と、各所定の電流値に切り換える電流切替機能とを備えている制御回路５２を備えている。そして、制御回路５２の出力信号に応じて、ＡＣ１００Ｖの商用電源から、各所定の電流値の直流電力を供給する電源供給部５３を備えている。

電源供給部５３からの充電回路５０に供給される電力（定電流）は、供給回路に直列に接続される電流検出抵抗Ｒsに印加される電圧を基に、制御される。

制御回路５２においては、オペアンプであるＩＣ１を備え、そのマイナス側入力（電圧Ｖ2）に、電流検出抵抗Ｒs他端が、抵抗Ｒを介して接続されている。ＩＣ１のプラス側入力（電圧Ｖ1）は、電源電圧Ｖref（５Ｖ）の電圧を、分圧抵抗Ｒ1と、以下の３つの回路の並列回路と、直列に接続される。並列回路の３つの回路は、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ３とトランジスタ素子Ｑ１との直列回路、抵抗Ｒ４とトランジスタ素子Ｑ２との直列回路である。そして、各素子Ｑ１、Ｑ２は、各々、信号線７１、７２を介して、充電制御部３５により制御される。

まず、電流検出抵抗Ｒsに発生する電圧が、電圧ＶRであるなら、供給される定電流の電流Iは、I＝ＶR／Ｒsとなる。ここで、オペアンプＩＣ１の入力側はハイインピーダンスであり、電流がほとんど流れないので、マイナス側入力電圧（電圧Ｖ2）は、ＶRとほぼ等しくなる。オペアンプであるＩＣ１においては、マイナス側入力電圧（電圧Ｖ2＝ＶR）が、プラス側入力電圧（電圧Ｖ1）と等しくなるように、信号を出力することより、電圧Ｖ1を所望の電圧値ＶRに設定すると、電圧Ｖ2も同じ所望の電圧値ＶRになるように制御され、電流検出抵抗Ｒsに流れる電流I（＝ＶR／Ｒs）も一定となるように制御されることになる。

電圧Ｖ1は、抵抗Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の並列合成抵抗と分圧抵抗Ｒ１との直列接続に、電源電圧Ｖrefが印加される時の分圧電圧となり、抵抗Ｒ３は、素子Ｑ１がオン状態のとき機能し、抵抗Ｒ４は、素子Ｑ２がオン状態のとき機能することになる。つまり、素子Ｑ１、Ｑ２のオンオフにより、上記の並列合成抵抗は、抵抗Ｒ２のみの時、抵抗Ｒ２、Ｒ３との並列合成抵抗の時、抵抗Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４との並列合成抵抗の時で値が変化することで、電圧Ｖ1が変化し、多数の電流値の定電流を供給することができる。
特開２００２−２９８９３０号公報 特願２００３−３３６４３０号公報

上記の従来の充電器においては、充電電源内の回路において、多数の電流値に切り換えるために利用される各素子に接続する信号線を、各々、設けて、充電制御部からの出力により制御していた。このため、接続する配線数が多くなり、電流値が多数になるに従って、配線が複雑になるものであった。

本発明は、このような問題点を解決するために成されたものであり、簡単な配線構造の充電器を供給することを目的とする。

本発明の充電器は、二次電池を充電する充電回路と、該充電回路を制御する充電制御部と、前記充電制御部からの出力を基に、多数の電流値の定電流又は多数の電圧値の定電圧を前記充電回路に供給する充電電源部とを備える充電器であって、前記充電制御部からの前記出力はひとつの信号線から供給されることを特徴とする。

また、本発明の充電器は、二次電池を充電する充電回路と、該充電回路を制御する充電制御部と、前記充電制御部からの出力を基に、多数の電流値の定電流の充電電流を前記充電回路に供給する充電電源部とを備える充電器であって、前記充電電流を検出する電流検出抵抗と、該電流検出抵抗に発生する電圧が、比較電圧と同じとなるように制御する制御回路とを備え、前記制御回路において、前記比較電圧を、電源電圧からの分圧電圧として生じさせ、該分圧電圧を、抵抗と、他の抵抗とスイッチング素子との直列回路とを並列接続して発生させ、前記直列回路は、少なくとも２つであって、各スイッチング素子を 前記充電制御部からのひとつの信号線の前記出力により、制御することを特徴とする。

本発明の充電器において、充電制御部からの出力を基に、多数の電流値の定電流又は多数の電圧値の定電圧を充電回路に供給する充電電源部は、充電制御部からの出力はひとつの信号線から供給されることより、配線数が多くならずに、多数の電流値の定電流又は多数の電圧値の定電圧を提供することができる。

本発明の実施例を、図１〜３を用いて詳細に説明する。まず、本発明の第1実施例の充電器においては、二次電池２を充電する充電回路５０と、該充電回路５０を制御するマイコン等からなる充電制御部３５と、これからの出力を基に、多数の電流値の定電流を充電回路５０に供給する充電電源部３４とを備える。なお、二次電池２は、充電回路５０に着脱自在に装着される。

ここで、多数の電流値としては、、Highレベルの電流値（Ｉh）、中間レベルの電流値(Ｉm）、Lowレベルの電流値（Ｉl）を利用することができるが、例えば、Highレベルの電流値は急速充電を行うとき、中間レベルの電流値は通常充電を行うとき、Lowレベルの電流値はトリクル充電を行うときに、利用される。このような各種充電は、以下のように利用される。周知技術を利用して充電回路５０及び充電制御部３５にて二次電池２の容量を計測し、容量が低い場合は急速充電を行い、容量が中間レベルの場合は通常充電を行い、容量が満充電に近い場合はトリクル充電を行う。

充電電源部３４においては、充電制御部３５からの出力がひとつの信号線５１を介して入力されて、充電電源部３４が供給する電力が多数の各所定の一定の電流値になるように制御する定電流制御機能と、各所定の電流値に切り換える電流切替機能とを備えている制御回路５２を備えている。そして、制御回路５２の出力信号に応じて、ＡＣ１００Ｖの商用電源から、各所定の電流値の直流電力を供給する電源供給部５３を備えている。

電源供給部５３からの充電回路５０に供給される電力（定電流）は、供給回路に直列に接続される電流検出抵抗Ｒsに印加される電圧を基に、制御される。電流検出抵抗Ｒsの電源供給部５３側の一端部は接地され、他端部は、制御回路５２に入力される。

制御回路５２においては、オペアンプであるＩＣ１を備え、そのマイナス側入力（電圧Ｖ2）に、電流検出抵抗Ｒs他端が、抵抗Ｒを介して接続されている。ＩＣ１のプラス側入力（電圧Ｖ1）は、電源電圧Ｖref（５Ｖ）の電圧を、分圧抵抗Ｒ1と、以下の３つの回路の並列回路と、直列に接続される。並列回路の３つの回路は、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ３とトランジスタ素子Ｑ１との直列回路、抵抗Ｒ４とトランジスタ素子Ｑ２との直列回路である。ここでトランジスタ素子は、スイッチング素子であり、他のスイッチング素子でも良い。

ここで、トランジスタ素子Ｑ１のベース−エミッター間に抵抗Ｒ２１が接続され、ベース側には抵抗Ｒ２２が接続されている。また、トランジスタ素子Ｑ２のベース−エミッター間に抵抗Ｒ２３が接続され、ベース側には抵抗Ｒ２４が接続されている。

トランジスタ素子Ｑ１のベース側には、電源電圧Ｖref（５Ｖ）が抵抗Ｒ２０、Ｒ２２を介して供給され、トランジスタ素子Ｑ２のベース側には、電源電圧Ｖref（５Ｖ）が抵抗Ｒ２０、Ｒ２４を介して供給される。そして、抵抗Ｒ２２の電源電圧Ｖref側、抵抗Ｒ２４の電源電圧Ｖref側、抵抗Ｒ２０の低電圧側が接続（接続点Ａ）されると共に、接続点Ａにて、信号線５１を介して、充電制御部３５からの出力を受けている。

まず、電流検出抵抗Ｒsに発生する電圧が、電圧ＶRであるなら、供給される定電流の電流Iは、I＝ＶR／Ｒsとなる。ここで、オペアンプＩＣ１の入力側はハイインピーダンスであり、電流がほとんど流れないので、マイナス側入力電圧（電圧Ｖ2）は、ＶRとほぼ等しくなる。オペアンプであるＩＣ１においては、マイナス側入力電圧（電圧Ｖ2＝ＶR）が、プラス側入力電圧（電圧Ｖ1）と等しくなるように、信号を出力することより、電圧Ｖ1を比較電圧である所望の電圧値に設定すると、電圧Ｖ2も同じ所望の電圧値になるように制御され、電流検出抵抗Ｒsに流れる電流I（＝ＶR／Ｒs）も一定となるように制御されることになる。

次に、充電制御部３５からのHigh信号Ｈ、中間信号Ｚ、Low信号Ｌが出力されることにより、プラス側入力電圧（電圧Ｖ1）を、所望の電流値に対応した電圧に設定し、電源供給部５３より、各々、Lowレベルの電流値（Ｉl）、中間レベルの電流値(Ｉm）、Highレベルの電流値（Ｉh）の定充電電流を提供することができる。以下の詳細に説明する。

1)High信号Ｈ時の場合（Ｑ１オン、Ｑ２オン）、Lowレベルの電流値（Ｉl）
充電制御部３５より、High信号Ｈ（例えば、５Ｖ）が供給されると、接続点Ａが５Ｖとなるので、素子Ｑ１のべースが、抵抗Ｒ２２を介して、High電圧となり、素子Ｑ１はオンとなる。素子Ｑ２については、接続点Ａから５Ｖが供給されることになるので、素子Ｑ２のベースが、抵抗Ｒ２４を介して、High電圧となり、素子Ｑ２はオンとなる。この状態においては、抵抗Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の並列合成抵抗Ｒｈと分圧抵抗Ｒ１との直列接続に、電源 電圧Ｖrefが印加されることになるので、分圧電圧であるＶ１は、Ｖ１＝Ｖref×Ｒｈ／（Ｒ１＋Ｒｈ）となり、Ｖ１＝Ｖ２＝ＶR＝Ｒs×Ｉlとなるように制御される。供給されるLowレベルの電流値（Ｉl）は、Ｖ１／Ｒs＝Ｖ２／Ｒs＝ＶR／Ｒｓ＝Ｖref×Ｒｈ／（Ｒｓ×（Ｒ１＋Ｒｈ））となる。

2)Low信号Ｌ時の場合（Ｑ１オフ、Ｑ２オフ）、Highレベルの電流値（Ｉh）
充電制御部３５より、Low信号Ｌ（０Ｖ）が供給されると、接続点Ａが０Ｖとなるので、素子Ｑ１、Ｑ２のべース側が０Ｖとなり、素子Ｑ１、Ｑ２はオフとなる。この状態においては、抵抗Ｒ２と分圧抵抗Ｒ１との直列接続に、電源電圧Ｖrefが印加されることになるので、Ｖ１＝Ｖref×Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）となり、Ｖ１＝Ｖ２＝ＶR＝Ｒs×Ｉhとなるように制御される。供給されるHighレベルの電流値（Ｉh）は、Ｖ１／Ｒs＝Ｖ２／Ｒs＝ＶR／Ｒｓ＝Ｖref×Ｒ２／（Ｒs×（Ｒ１＋Ｒ２））となる。

3)中間信号Ｚの場合（Ｑ１オン、Ｑ２オフ）、中間レベルの電流値(Ｉm）
充電制御部３５より、中間信号Ｚ（例えば、２Ｖ）が供給されると、接続点Ａが２Ｖとなるので、素子Ｑ１のべースが、抵抗Ｒ２２、Ｒ２１の接続点の電圧で、High電圧となり、素子Ｑ１はオンとなる（換言するなら、接続点Ａが２Ｖの時、素子Ｑ１がオンとなるように、所望の抵抗値の抵抗Ｒ２２、Ｒ２１を採用する）。素子Ｑ２については、接続点Ａから２Ｖが供給されることになるので、素子Ｑ２のベースが、抵抗Ｒ２４、Ｒ２３の接続点の電圧で、High電圧とならず、素子Ｑ２はオフとなる（換言するなら、接続点Ａが２Ｖの時、素子Ｑ２がオフとなるように、所望の抵抗値の抵抗Ｒ２４、Ｒ２３を採用する。このとき、バイアスを提供する抵抗Ｒ２３を省略することが可能である）。この状態においては、抵抗Ｒ２、Ｒ３の並列合成抵抗Ｒｚと分圧抵抗Ｒ１との直列接続に、電源電圧Ｖrefが印加されることになるので、Ｖ１＝Ｖref×Ｒｚ／（Ｒ１＋Ｒｚ）となり、Ｖ１＝Ｖ２＝ＶR＝Ｒs×Ｉmとなるように制御される。供給される中間レベルの電流値(Ｉm）は、Ｖ１／Ｒs＝Ｖ２／Ｒs＝ＶR／Ｒｓとなる。

上記の場合、Ｑ１オン、Ｑ２オフであるが、Ｑ１オフ、Ｑ２オンとすることもできる。このようになるように、所望の抵抗値の抵抗Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３、Ｒ２４を採用する。この場合、上記の並列合成抵抗Ｒｚは、抵抗Ｒ２、Ｒ４の並列合成抵抗となる。そして、素子Ｑ１をオフとするので、バイアスを提供するための抵抗Ｒ２１は省略することもできる。

以上のように、上記の第1実施例においては、充電電源部３４においては、充電制御部３５からの出力がひとつの信号線５１を介して入力されて、充電制御部３５からのHigh信号Ｈ、中間信号Ｚ、Low信号Ｌが入力されることにより、プラス側入力電圧（電圧Ｖ1）を、所望の電流値に対応した電圧ＶRに設定し、電源供給部５３より、各々、Highレベルの電流値（Ｉh）、中間レベルの電流値(Ｉm）、Lowレベルの電流値（Ｉl）の定電流を提供することができる。

上記のように、ＩＣ１のプラス側入力端子(Ｖ１)に接続される上記並列回路は、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ３とトランジスタ素子Ｑ１との直列回路、抵抗Ｒ４とトランジスタ素子Ｑ２との直列回路であるが、これに、更に、抵抗Ｒaとトランジスタ素子Ｑとの直列回路を並列接続し、素子Ｑ１のみオン、素子Ｑ１及びＱ２がオン（素子Ｑオフ）、全素子オンが、ひとつの信号線５１を介して制御することもできる。全素子がオンの時、Ｖ１＝Ｖref×ＲA／（Ｒ１＋ＲA）となり（ＲAは、抵抗Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒaの並列合成抵抗）、更に、他段階に充電電流を制御できることになる。この場合、素子Ｑ１、Ｑ２と同じように、素子Ｑのベース−エミッター間に抵抗、ベース側には抵抗を接続し、素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑのこのような抵抗を適宜調整し、上記の制御ができるようにする。更には、このように、抵抗とトランジスタ素子との直列回路を、段階的に増設して並列接続することで、更に、他段階に充電電流を制御できる。

なお、上記第1実施例においては、電流検出抵抗Ｒsに発生する電圧を利用して制御し、定電流を供給しているが、これに代わって、充電出力線５９、５９の間に、別途、抵抗を設置して、この抵抗に発生する電圧を、上記の制御回路５２のような電圧を一定に制御するような回路を設けることで、多数の電圧値の定電圧を供給する充電電源部とすることもできる。このような変更は、以下に説明する各実施例においても、利用できる。

次に、本発明の第2実施例を、図２を用いて詳細に説明する。第2実施例において、第1実施例と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略し、異なる構成について、以下に説明する。

第2実施例においては、充電制御部３５から、電源供給部５３より供給される所望の電流値の充電電流に対応している所定のデューティー比のパルス信号を、制御回路５２に、ひとつの信号線５１を介して出力している。

このパルス信号は、積分回路６３にて積分されて、図２(ｃ)に示すパルス信号のオン・デューティー比（（オン時間／パルス周期）×１００）に対応して、電圧（Ｖ１）が出力されることになる（図２(ｂ)参照）。

このような積分回路６３は、プラス側入力端子が接地されたオペアンプであるＩＣ２と、マイナス側入力端子とＩＣ２の出力端子がコンデンサＣ３０を介して接続され、マイナス側入力端子と充電制御部３５との間には、抵抗Ｒ３０が接続されている。

第１実施例と同様に、第２実施例においても、Ｖ１＝Ｖ２＝ＶR＝Ｒs×Ｉとなるように制御されるので、Ｖ１の値に対応して、充電電流Ｉが制御されることになる。本第２実施例においては、充電制御部３５において、種々の充電状態に応じて各種の電流値の定充電電流に設定するように判断されて、このように判断された所望の充電電流値に対応したオン・デューティー比のパルス信号が、制御回路５２に出力されることになる。本第２実施例においては、パルス信号のオン・デューティー比に応じて、図２(ｂ)に示す様にＶ１を連続的に変化させることができるので、充電電流を、その出力、制御範囲において、任意の値に設定することができる。

また、本第２実施例のパルス信号を発する充電制御部３５、積分回路６３に代わって、充電制御部３５より、所望の充電電流値に対応した周波数の信号を出力し、これを制御回路５２内に設けられるＦＶ(周波数−電圧)変換回路にて変換した所望の電圧Ｖ１を、オペアンプであるＩＣ１のプラス側入力端子に入力することもできる。更には、本第２実施例のパルス信号を発する充電制御部３５、積分回路６３に代わって、充電制御部３５より、所望の充電電流値に対応したデジタル信号を出力し、これを制御回路５２内に設けられるＤ／Ａ変換回路にて変換した所望の電圧Ｖ１を、オペアンプであるＩＣ１のプラス側入力端子に入力することもできる。

次に、本発明の第３実施例を、図３を用いて詳細に説明する。第３実施例において、第1実施例と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略し、異なる構成について、以下に説明する。

第３実施例においては、オペアンプであるＩＣ１のプラス側入力端子(Ｖ１)に、電子ボリュームＶＲを接続している。電子ボリュームＶＲは、入力信号により抵抗値が変化するものである。充電制御部３５から、電源供給部５３より供給される所望の電流値の充電電流に対応している信号を、制御回路５２の電子ボリュームＶＲに、ひとつの信号線５１を介して出力している。

第１実施例と同様に、第３実施例においても、Ｖ１＝Ｖ２＝ＶR＝Ｒs×Ｉとなるように制御されるので、Ｖ１の値に対応して、充電電流Ｉが制御されることになる。本第３実施例においては、電子ボリュームＶＲの抵抗値をＲｖとするなら、Ｖ１＝Ｖref×Ｒｖ／（Ｒ１＋Ｒｖ）となる。

本第３実施例においては、充電制御部３５において、種々の充電状態に応じて各種の電流値の定充電電流に設定するように判断されて、このように判断された所望の充電電流値に対応したＶ１、つまり、Ｒｖとなるように信号が、制御回路５２の電子ボリュームＶＲに出力されることになる。本第３実施例においては、信号により電子ボリュームＶＲの抵抗値Ｒｖを連続的に変化させることができるので、充電電流も出力、制御範囲において、任意の値に設定することができる。

本発明の第１実施例の回路図である。 本発明の第２実施例を示し、（ａ）は回路部、（ｂ）はパルス信号とＶ１の関係を示すグラフ、（ｃ）はオン・デューティー比を説明するグラフである。 本発明の第３実施例の回路図である。 従来例を示す回路図である。

符号の説明

２ 二次電池
３５充電制御部
５０ 充電回路
５１ 信号線
５２ 制御回路

Claims (2)

1. 二次電池を充電する充電回路と、該充電回路を制御する充電制御部と、前記充電制御部からの出力を基に、多数の電流値の定電流又は多数の電圧値の定電圧を前記充電回路に供給する充電電源部とを備える充電器であって、
   前記充電制御部からの前記出力はひとつの信号線から供給されることを特徴とする充電器。
2. 二次電池を充電する充電回路と、該充電回路を制御する充電制御部と、前記充電制御部からの出力を基に、多数の電流値の定電流の充電電流を前記充電回路に供給する充電電源部とを備える充電器であって、
   前記充電電流を検出する電流検出抵抗と、
   該電流検出抵抗に発生する電圧が、比較電圧と同じとなるように制御する制御回路とを備え、
   前記制御回路において、前記比較電圧を、電源電圧からの分圧電圧として生じさせ、
   該分圧電圧を、抵抗と、他の抵抗とスイッチング素子との直列回路とを並列接続して発生させ、
   前記直列回路は、少なくとも２つであって、各スイッチング素子を 前記充電制御部からのひとつの信号線の前記出力により、制御することを特徴とする充電器。
   
   

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