JP2006042460A - 充電電流制御システム及び充電電流制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 充電と同時に機器が使用されても、２次電池に対する充電時間を短くすることができるようにする。
【解決手段】 充電回路１３によってＡＣアダプタ２０からの供給電流から得られる充電電流を２次電池３０へ供給して充電が行われ、さらに電源回路１５によって機器内部の各負荷回路１６へＡＣアダプタ２０からの供給電流から得られる負荷電流が供給されるとき、マイコン１７により、電流検出回路１２からの充電電流と負荷電流との合計値である電流値を常に監視し、充電電流の値を最適化して、充電回路１３に対し急速充電を行わせるように制御するようにする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、充電可能な２次電池に対する充電電流制御システム及び充電電流制御方法に係り、特に、機器本体の各負荷回路を動作させながら２次電池への充電を行わせるようにした充充電電流制御システム及び充電電流制御方法に関する。

カムコーダー、ＰＤＡ、ノートＰＣ、携帯電話、携帯液晶ＴＶ等の電子機器にあっては、充電可能な２次電池を内蔵しており、ＡＣアダプタにより２次電池への充電を行うことで、場所を問わずに使用することができるようになっている。

ところで、２次電池への充電を行う場合、現在の仕様では、２次電池への充電と機器本体の充電以外の動作とは同時に行わせないようにするか、あるいは特許文献１に示されているように２次電池への充電と機器本体の充電以外の動作とを同時に行わせるとき、充電電流を大幅に下げるようにするか、のいずれかとなっている。

すなわち、前者は、２次電池への充電モードの起動条件として、機器本体の充電以外の動作モードに入ってないことを前提として充電に入るようにするか、又は充電中に他の動作モードに入る場合には充電を停止するようにしている。

一方、後者は、２次電池への充電中に他の動作モードの起動の命令が出されたとき、ＡＣアダプタの許容電流と最大負荷モード時の消費電流との差に応じた充電電流値まで電流を下げて充電を続行させるようにしている。
特開平９−１２１３１７号公報

ところが、上述した前者の場合、充電モードの起動条件として、機器本体の充電以外の動作モードに入ってないことを前提としているため、上述した後者に比べて充電時間は短いものの、充電中はその機器を使用することができないという問題がある。

一方、上述した後者の場合、充電しながら、機器の使用は可能となるが、ＡＣアダプタの電流容量と最大負荷モードでの電流との差分で充電させることになり、上述した前者に比べて充電時間が長くなってしまうという問題がある。

解決しようとする問題点は、充電時間を短くしようとすると、機器の使用ができなくなってしまい、充電と同時に機器の使用を可能とすると、充電時間が長くなってしまうという点である。

本発明の充電電流制御システムは、少なくとも電子機器に内蔵されている２次電池に対し外部のＡＣアダプタからの供給電流により充電を行わせる充電電流制御システムであって、前記供給電流からの充電電流を前記２次電池へ供給して充電を行わせる充電手段と、前記供給電流からの負荷電流を機器内部の各負荷回路へ供給する電源供給手段と、前記充電電流と負荷電流との合計値を常に監視し、前記充電電流の値を最適化して、前記充電手段に対し急速充電を行わせるように制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
また、前記ＡＣアダプタからの供給電流を検出する電流検出手段を有し、前記制御手段は、前記電流検出手段によって検出される検出値に基づき、前記各負荷回路への前記負荷電流の変動を判断し、前記電流検出手段によって検出される検出値と前記ＡＣアダプタの許容電流とから、前記充電手段による前記２次電池への前記充電電流の値を最適値に可変するように制御するようにすることができる。
また、前記制御手段は、前記充電電流が最適な値の範囲にあるか否かを判断し、最適な値より少ない場合は前記充電手段に対して前記充電電流を上げるように制御し、最適な値より多い場合は前記充電手段に対して前記充電電流を下げるように制御するようにすることができる。
また、前記制御手段は、前記充電電流が最適な値の範囲を上回った期間が一定以上継続した場合、前記充電手段による充電と前記電源供給手段による電源供給とを停止させるように制御するようにすることができる。
また、前記制御手段は、前記充電手段をオン／オフするマイコンと、前記充電電流と負荷電流との合計値と、三角波発振器からの三角波とをコンパレータにより比較し、その比較に応じたＰＷＭパルスで前記充電手段を制御する充電電流制御回路とからなるようにすることができる。
本発明の充電電流制御方法は、少なくとも電子機器に内蔵されている２次電池に対し外部のＡＣアダプタからの供給電流により充電を行わせる充電電流制御方法であって、前記供給電流からの充電電流を前記２次電池へ供給して充電を行わせる工程と、前記供給電流からの負荷電流を機器内部の各負荷回路へ供給する工程と、前記充電電流と負荷電流との合計値を常に監視し、前記充電電流の値を最適化して、急速充電を行わせるように制御する工程とを有することを特徴とする。
また、前記ＡＣアダプタからの供給電流を検出する工程を有し、前記検出される検出値に基づき、前記各負荷回路への前記負荷電流の変動を判断し、前記検出値と前記ＡＣアダプタの許容電流とから、前記２次電池への前記充電電流の値を最適値に可変するように制御するようにすることができる。
また、前記充電電流が最適な値の範囲にあるか否かを判断し、最適な値より少ない場合は前記充電電流を上げるように制御し、最適な値より多い場合は前記充電電流を下げるように制御する工程を有するようにすることができる。
また、前記充電電流が最適な値の範囲を上回った期間が一定以上継続した場合、前記充電電流及び前記負荷電流の供給を停止させるように制御する工程を有するようにすることができる。
また、前記充電電流の供給をオン／オフする工程と、前記充電電流と負荷電流との合計値と、三角波発振器からの三角波とをコンパレータにより比較し、その比較に応じたＰＷＭパルスで前記負荷電流を制御する工程とを有するようにすることができる。
本発明の充電電流制御システム及び充電電流制御方法では、充電手段によってＡＣアダプタからの供給電流から得られる充電電流を２次電池へ供給して充電が行われ、さらに電源供給手段によって機器内部の各負荷回路へＡＣアダプタからの供給電流から得られる負荷電流が供給されるとき、制御手段により、充電電流と負荷電流との合計値を常に監視し、充電電流の値を最適化して、充電手段に対し急速充電を行わせるように制御することができる。

本発明の充電電流制御システム及び充電電流制御方法によれば、充電手段によってＡＣアダプタからの供給電流から得られる充電電流を２次電池へ供給して充電が行われ、さらに電源供給手段によって機器内部の各負荷回路へＡＣアダプタからの供給電流から得られる負荷電流が供給されるとき、制御手段により、充電電流と負荷電流との合計値を常に監視し、充電電流の値を最適化して、充電手段に対し急速充電を行わせるように制御することができ、充電と同時に機器が使用されても、２次電池に対する充電時間を短くすることができる。

本実施形態では、充電手段によってＡＣアダプタからの供給電流から得られる充電電流を２次電池へ供給して充電が行われ、さらに電源供給手段によって機器内部の各負荷回路へＡＣアダプタからの供給電流から得られる負荷電流が供給されるとき、制御手段により、充電電流と負荷電流との合計値を常に監視し、充電電流の値を最適化して、充電手段に対し急速充電を行わせるように制御することにより、充電と同時に機器が使用されても、２次電池に対する充電時間を短くするようにした。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の充電電流制御システムの一実施形態を示すブロック図、図２及び図３は、図１の充電電流制御システムにおける充電電流制御方法を説明するためのフローチャート、図４は、図１の充電電流制御システムの構成を変えた場合の他の実施形態を示すブロック図である。

図１に示すように、機器本体１０には、ＡＣアダプタ２０がコネクタ１１を介して着脱自在に接続されるようになっている。また、機器本体１０には、２次電池３０が内蔵されている。ここで、機器本体１０としては、カムコーダー、ＰＤＡ、ノートＰＣ、携帯電話、携帯液晶ＴＶ等の電子機器の本体である。また、２次電池３０としては、リチウムイオンやニッケル水素等の電池を用いることができる。

機器本体１０内部には、電流検出回路１２、充電回路１３、電源入力切替回路１４、電源回路１５、マイコン１７が設けられている。

電流検出手段としての電流検出回路１２は、ＡＣアダプタ２０からの供給電流を検出し、その検出した電流値を電圧値（CURRENT_DET）に変換してマイコン１７へ出力する。ここで、電流検出回路１２によって検出される電流値は、充電と同時に機器が使用される場合、２次電池３０へ充電電流と各負荷回路１６への負荷電流の合計値となる。

充電手段としての充電回路１３は、充電制御ＩＣ１３ａを有し、充電制御ＩＣ１３ａにマイコン１７からの充電制御（CHARGE_CTL）があると、２次電池３０へ充電電流を供給して充電を行わせる。

電源入力切替回路１４は、ＡＣアダプタ２０からの電力入力又は２次電池３０からの電力入力のいずれかを切り替える。電源供給手段としての電源回路１５は、機器本体１０内部の各負荷回路１６に対して５．０Ｖ，３．３Ｖ，１．５Ｖ等の動作電圧を供給する。

制御手段としてのマイコン１７は、充電が開始されるときカウント動作を行う充電タイマー１８を有し、電流検出回路１２からの電圧値（CURRENT_DET）から、２次電池３０への充電電流と各負荷回路１６への負荷電流の合計値を常に監視し、充電電流の値を最適化して、充電回路１３に対し急速充電を行わせるように制御する。この場合、電流検出回路１２からの電圧値（CURRENT_DET）を基に電流量を判定し、ＡＣアダプタ２０の許容電流値と最大負荷モード時の消費電流との差分を求め、その差分に応じた充電制御（CHARGE_CTL）のためのフィードバック信号を、充電回路１３の充電制御ＩＣ１３ａに出力する。ここで、フィードバック信号としては、ＤＣ電圧又はＰＷＭパルス（ＤＵＴＹ可変）等とすることができる。

また、マイコン１７は、制御信号（CHARGE_ON）をオン／オフすることで、充電回路１３のオン／オフを制御する。また、マイコン１７は、２次電池３０の電圧を検出電圧信号（Batt_Volt_DET）として取り込む。また、マイコン１７は、電源オン信号（P-ON）をＨ又はＬとすることで、電源回路１５をオン／オフする。

次に、充電電流制御方法について説明する。
まず、２次電池３０に対して充電が開始される場合、マイコン１７により、２次電池３０の電圧が測定される（ステップＳ１，Ｓ２）。次いで、マイコン１７から充電回路１３の充電制御ＩＣ１３ａに対し、予備充電を行わせるための制御信号が出力される（ステップＳ３）。ここで、予備充電とは、２次電池３０の内部の保護用ＦＥＴがオンできる電圧まで上げることであり、数１０ｍＡの電流での充電が行われる。この数１０ｍＡの電流は、急速充電電流の１／１０程度の値である。

また、その保護用ＦＥＴがオンできる電圧は、１cell用で２．７Ｖ付近、２cell用で４．５Ｖ付近であるが、ここでは説明の都合上、２cell用の４．５Ｖとする。また、その４．５ＶをＶ１として説明する。

そして、充電回路１３により２次電池３０への予備充電が行われるとき、マイコン１７内の充電タイマー１８によるカウント動作が開始される（ステップＳ４）。ここで、マイコン１７により、２次電池３０の電圧がＶ１以上であるか否かが判断され（ステップＳ５）、Ｖ１以上でなければ充電タイマー１８によるカウントがＴ１分経過したか否かが判断され（ステップＳ６）、Ｔ１分経過した場合は充電中止となる（ステップＳ７）。

すなわち、充電回路１３により２次電池３０への充電が開始されると、通常数分で電圧が上記のＶ１まで上昇するが、２次電池３０や保護回路である保護用ＦＥＴが故障等していると、電圧が上昇しないことがある。そのため、マイコン１７内の充電タイマー１８によるカウントにより、規定時間であるＴ１分経過しても電圧がＶ１に達しない場合は、充電を中止する。

一方、（ステップＳ５）において、２次電池３０の電圧がＶ１以上となったと判断されると、予備充電が完了となり、マイコン１７内の充電タイマー１８をリセットして急速充電に移行するための再スタートが行われる（ステップＳ８）。

ここで、急速充電に移行するにあたり、各負荷回路１６を動作させながら、ＡＣアダプタ２０の電流容量の限界まで電流を引き出して充電を行うように、マイコン１７による以下の手順での充電電流の制御が行われる。

すなわち、マイコン１７は、予めＡＣアダプタ２０の許容電流をＩlmt として格納し、１つ前の周期での充電電流であるＩｄの初期値を０として格納する（ステップＳ９）。また、ＡＣアダプタ２０から機器本体１０へ供給される電流は、電流検出回路１２により電流値Ｉinとして検出されマイコン１７へ送られる（ステップＳ１０，Ｓ１１）。なお、ここでの電流値Ｉinは、充電と同時に機器が使用される場合、上述した２次電池３０への充電電流と各負荷回路１６への負荷電流の合計値となる。

次いで、電流検出回路１２からの電流値Ｉinが得られると、マイコン１７により、下記の基本式から充電電流Ｉｃが算出される（ステップＳ１２）。
基本式：Ｉｃ＝Ｉｄ−（Ｉin−Ｉlmt）
ここで、Ｉｄは、上述したように１つ前の周期での充電電流であり、Ｉlmt は上述したようにＡＣアダプタ２０の許容電流である。

そして、図３に示すように、充電電流Ｉｃで充電回路１３による２次電池３０への急速充電が開始される（ステップＳ１３）。なお、基本式による充電電流Ｉｃの値がマイナスの場合は、充電回路１３による２次電池３０への充電が一時停止となる。

次いで、充電回路１３による２次電池３０への充電が行われ、基本式による充電電流Ｉｃの値のマイナスが１０回以上続いたか否かが判断され（ステップＳ１４）、１０回以上続いた場合は２次電池３０への充電が中止となる（ステップＳ１５）。この場合、マイコン１７からのP-ONがＬとされることにより、電源回路１５から各負荷回路１６への電源供給も中止とされる。

すなわち、基本式による充電電流Ｉｃの値のマイナスが１０回以上続いた場合、各負荷回路１６側に短絡等の異常が発生したものと予測されるため、電源回路１５から各負荷回路１６への電源供給が中止とされる。これにより、過電流の発生が抑制されるため、ＡＣアダプタ２０、充電回路１３、電源回路１５等の破損等が防止される。なお、（ステップＳ１４）での判断は、１０回に限るものではなく、１１回以上であっても、９回以下であってもよいことは勿論である。

これに対し、（ステップＳ１４）において、基本式による充電電流Ｉｃの値のマイナスが１０回以上続いていない場合は、Ｉｃの値をＩｄに置換えた後（Ｉｄ＝Ｉｃ）、２次電池３０の電圧が急速充電の既定値であるＶ２（＞Ｖ１）以上となったか否かが判断される（ステップＳ１６，Ｓ１７）。

ここで、Ｖ２以上でなければ充電タイマー１８によるカウントがＴ２分経過したか否かが判断され（ステップＳ１８）、Ｔ２分経過した場合は充電中止となる（ステップＳ１９）。このように、Ｔ２分経過した場合に充電中止とすることで、２次電池３０の急速充電能力の低下等による過充電を防止することができる。これに対し、Ｔ２分経過していなければ、図２の（ステップＳ１０）の入力電流測定の処理に戻る。

このような急速充電により、電流検出回路１２からの電流値ＩinはＡＣアダプタ２０の許容電流に略近い値になるが、各負荷回路１６の負荷電流の増減等により変化する場合があるため、図２の（ステップＳ１０）の入力電流測定の処理により常に電流検出回路１２からの電流値Ｉinを測定し直すことで、（ステップＳ１２）での基本式による最適な充電電流Ｉｃが得られることになる。

そして、（ステップＳ１７）において、Ｖ２以上となったと判断されると、急速充電が完了となり、マイコン１７内の充電タイマー１８をリセットして定電圧充電モードに移行するための再スタートが行われる（ステップＳ２０，Ｓ２１）。

この場合、電流検出回路１２からの電流値ＩinがＡ1mA 以下か否かが判断され（ステップＳ２２）、Ａ1mA 以下でなければ充電タイマー１８によるカウントがＴ３分経過したか否かが判断され（ステップＳ２３）、Ｔ３分経過した場合は充電中止となる（ステップＳ２４）。このように、Ｔ３分経過した場合に充電中止とすることで、２次電池３０の過充電を防止することができる。

これに対し、（ステップＳ２２）において、電流値ＩinがＡ1mA 以下と判断されると、マイコン１７から充電回路１３の充電制御ＩＣ１３ａへの制御信号（CHARGE_ON） がオフされ、充電完了となる。

このように、本実施形態では、充電回路１３によってＡＣアダプタ２０からの供給電流から得られる充電電流を２次電池３０へ供給して充電が行われ、さらに電源回路１５によって機器内部の各負荷回路１６へＡＣアダプタ２０からの供給電流から得られる負荷電流が供給されるとき、マイコン１７により、電流検出回路１２からの充電電流と負荷電流との合計値である電流値Ｉinを常に監視し、充電電流Ｉｃの値を最適化して、充電回路１３に対し急速充電を行わせるように制御するようにしたので、充電と同時に機器が使用されても、２次電池３０に対する充電時間を短くすることができる。

この場合、負荷電流に応じて充電電流Ｉｃの大きさが変えられるため、各負荷回路１６への負荷電流が小さくなるに従い、２次電池３０に対する充電時間が短くなる。

また、本実施形態では、電流検出回路１２により、充電電流と負荷電流との合計値である電流値Ｉinを検出するようにしているので、充電電流と負荷電流との合計値がＡＣアダプタ２０の許容電流であるＩlmt を超えてしまうことによるＡＣアダプタ２０側の過電流シャットダウンを防止することができる。

また、本実施形態では、マイコン１７により、充電電流が最適な値の範囲にあるか否かを判断し、最適な値より少ない場合は充電回路１３の充電制御ＩＣ１３ａに対して充電電流を上げるように制御し、最適な値より多い場合は充電回路１３の充電制御ＩＣ１３ａに対して充電電流を下げるように充電制御（CHARGE_CTL）のためのフィードバック信号で制御するようにしたので、従来の２次電池への充電中に他の動作モードの起動の命令が出されたとき、ＡＣアダプタの許容電流と最大負荷モード時の消費電流との差に応じた充電電流値まで電流を下げて充電を続行させる場合に比べて大幅に充電時間を短くすることができ、特に、負荷電流が小さい場合には充電専用時での充電時間との差を短くすることができる。

また、本実施形態では、充電タイマー１８によるカウントにより、マイコン１７によって充電電流が最適な値の範囲を上回った期間を判断し、一定以上継続した場合、充電回路１３による充電と電源回路１５による電源供給とを停止させるように制御するようにしたので、過電流の発生が抑制されるため、ＡＣアダプタ２０、充電回路１３、電源回路１５等の破損等を防止することができる。

なお、本実施形態では、マイコン１７により、充電回路１３による２次電池３０への充電を制御する場合について説明したが、この例に限らず、たとえば図４に示すように、充電電流制御回路１９を別途設け、その充電電流制御回路１９により充電回路１３による２次電池３０への充電を制御することも可能である。

すなわち、電流検出回路１２からの電流値Ｉinと充電電流制御回路１９の三角波発振器１９ａからの三角波とをコンパレータ１９ｂにより比較し、その比較に応じたＰＷＭパルスで充電回路１３の充電制御ＩＣ１３ａを制御するようにすればよい。

この場合、電流検出回路１２からの電流値Ｉinが少ないときはＰＷＭパルスのＤＵＴＹをＵＰさせ、多いときはそのＤＵＴＹを下げるようにし、ＤＵＴＹ５０％前後で安定させるようにする。また、マイコン１７は、充電回路１３のＯＮ−ＯＦＦのみを制御するようにすればよい。これにより、充電回路１３の充電制御ＩＣ１３ａをたとえばＤＵＴＹ５０％前後で制御することができ、充電回路１３の充電制御ＩＣ１３ａの制御の際のタイムラグが生じにくくなる。

２次電池を内蔵するカムコーダー、ＰＤＡ、ノートＰＣ、携帯電話、携帯液晶ＴＶ等の電子機器に適用可能である。また、外付け用の２次電池に対して充電を行う場合も適用可能である。

本発明の充電電流制御システムの一実施形態を示すブロック図である。 図１の充電電流制御システムにおける充電電流制御方法を説明するためのフローチャートである。 図１の充電電流制御システムにおける充電電流制御方法を説明するためのフローチャートである。 図１の充電電流制御システムの構成を変えた場合の他の実施形態を示すブロック図である。

符号の説明

１２ 電流検出回路
１３ 充電回路
１３ａ 充電制御ＩＣ
１５ 電源回路
１６ 各負荷回路
１７ マイコン
１８ 充電タイマー
１９ 充電電流制御回路
１９ａ 三角波発振器
１９ｂ コンパレータ
２０ ＡＣアダプタ
３０ ２次電池

Claims (10)

1. 少なくとも電子機器に内蔵されている２次電池に対し外部のＡＣアダプタからの供給電流により充電を行わせる充電電流制御システムであって、
   前記供給電流からの充電電流を前記２次電池へ供給して充電を行わせる充電手段と、
   前記供給電流からの負荷電流を機器内部の各負荷回路へ供給する電源供給手段と、
   前記充電電流と負荷電流との合計値を常に監視し、前記充電電流の値を最適化して、前記充電手段に対し急速充電を行わせるように制御する制御手段とを備える
   ことを特徴とする充電電流制御システム。
2. 前記ＡＣアダプタからの供給電流を検出する電流検出手段を有し、
   前記制御手段は、前記電流検出手段によって検出される検出値に基づき、前記各負荷回路への前記負荷電流の変動を判断し、前記電流検出手段によって検出される検出値と前記ＡＣアダプタの許容電流とから、前記充電手段による前記２次電池への前記充電電流の値を最適値に可変するように制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の充電電流制御システム。
3. 前記制御手段は、前記充電電流が最適な値の範囲にあるか否かを判断し、最適な値より少ない場合は前記充電手段に対して前記充電電流を上げるように制御し、最適な値より多い場合は前記充電手段に対して前記充電電流を下げるように制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の充電電流制御システム。
4. 前記制御手段は、前記充電電流が最適な値の範囲を上回った期間が一定以上継続した場合、前記充電手段による充電と前記電源供給手段による電源供給とを停止させるように制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の充電電流制御システム。
5. 前記制御手段は、
   前記充電手段をオン／オフするマイコンと、
   前記充電電流と負荷電流との合計値と、三角波発振器からの三角波とをコンパレータにより比較し、その比較に応じたＰＷＭパルスで前記充電手段を制御する充電電流制御回路とからなる
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の充電電流制御システム。
6. 少なくとも電子機器に内蔵されている２次電池に対し外部のＡＣアダプタからの供給電流により充電を行わせる充電電流制御方法であって、
   前記供給電流からの充電電流を前記２次電池へ供給して充電を行わせる工程と、
   前記供給電流からの負荷電流を機器内部の各負荷回路へ供給する工程と、
   前記充電電流と負荷電流との合計値を常に監視し、前記充電電流の値を最適化して、急速充電を行わせるように制御する工程とを有する
   ことを特徴とする充電電流制御方法。
7. 前記ＡＣアダプタからの供給電流を検出する工程を有し、
   前記検出される検出値に基づき、前記各負荷回路への前記負荷電流の変動を判断し、前記検出値と前記ＡＣアダプタの許容電流とから、前記２次電池への前記充電電流の値を最適値に可変するように制御する
   ことを特徴とする請求項６に記載の充電電流制御方法。
8. 前記充電電流が最適な値の範囲にあるか否かを判断し、最適な値より少ない場合は前記充電電流を上げるように制御し、最適な値より多い場合は前記充電電流を下げるように制御する工程を有することを特徴とする請求項６又は７に記載の充電電流制御方法。
9. 前記充電電流が最適な値の範囲を上回った期間が一定以上継続した場合、前記充電電流及び前記負荷電流の供給を停止させるように制御する工程を有することを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の充電電流制御方法。
10. 前記充電電流の供給をオン／オフする工程と、
    前記充電電流と負荷電流との合計値と、三角波発振器からの三角波とをコンパレータにより比較し、その比較に応じたＰＷＭパルスで前記負荷電流を制御する工程とを有する
    ことを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載の充電電流制御方法。

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