JP2006129655A - 充電装置及び充電方法 - Google Patents

Abstract

【課題】短時間での充電を維持しながら電池の劣化を防ぐことができる充電装置及び充電方法を提供すること。
【解決手段】二次電池を充電する充電装置において、入力電源の品質を検出する手段と、検出された電源品質に応じた充電電圧を出力する手段と、を備える。又、二次電池を充電する充電装置において、入力電源の品質を検出する手段と、検出された電源品質が所望の値以下の場合に充電を禁止する手段と、を備える。又、二次電池を充電する充電方法において、入力電源の品質を検出するステップと、検出された電源品質に応じた充電電圧を出力するステップと、を備えたる。又、二次電池を充電する充電方法において、入力電源の品質を検出するステップと、検出された電源品質が所望の値以下の場合に充電を禁止するステップと、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池の充電を行う充電装置及び充電方法に関する。

従来より、ニッケルカドミウム、ニッケル水素、リチウムイオン等の再充電可能な二次電池を動力源として使用する機器が実現されている。二次電池は、機器本体又は専用充電器で再充電が行われる。

充電方式は、二次電池の素材に応じたアルゴリズムが用いられる。例えば、リチウムイオン二次電池では、「定電流定電圧」方式の充電が行われる。先ず、端子電圧が所定値になるまで一定値の定電流を流し込む。その後は、流入電流が所定値に減るまで定電圧を印加し続ける。

こうした充電アルゴリズムを守らない場合は、電池セルの劣化が起こる。リチウムイオン二次電池では、特に定電圧印加時の精度に敏感であり、所定の電圧を超えた場合にセルが劣化してしまう。充電時の電池劣化を防ぐ方法として、特許文献１に記載された方法が知られている。この方法は、電池から出力される過電圧信号をフィードバックさせて充電電圧を制御するものである。

特開平０９−２１５２２０号公報

しかしながら、上記従来例では、充電装置に入力する電源の品質は何ら考慮されていないという欠点があった。使用する国や商用電源の事情によって、入力電源の品質は異なる可能性がある。急激なスパイクや電圧変動等があった場合、電池に印加されている定電圧の値が変動する場合があった。変動値が電池の許容値を超えた場合は、電池の劣化を招く危険があった。

本発明は、短時間での充電を維持しながら電池の劣化を防ぐことができる充電装置及び充電方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、二次電池を充電する充電装置において、入力電源の品質を検出する手段と、検出された電源品質に応じた充電電圧を出力する手段と、を備えたことを特徴とする。

又、本発明は、二次電池を充電する充電方法において、入力電源の品質を検出するステップと、検出された電源品質に応じた充電電圧を出力するステップと、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、入力電源の品質が悪い場合は充電電圧を下げるようにすることで、短時間での充電を維持しながら電池の劣化を防げるという効果が得られる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

＜実施の形態１＞
本実施の形態では、入力波形に許容できないサージやリップル等が発生しているかを検出し、異常波形の有無に応じて定電圧充電時の充電電圧を設定する、という例について説明する。

（携帯情報端末装置の全体構成（図２））
図２のブロック図を用いて表示装置の構成を説明する。

本実施例の表示装置は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ)
を備え、電池で動作可能な携帯情報端末である。

図中、携帯情報端末１において、２は装置全体の制御を行うＣＰＵであり、メモリ部３に格納されたプログラムに従って撮影制御、各種演算、Ｉ／Ｏ制御等の処理を実行する。メモリ部３は、ＲＡＭやＲＯＭ等で構成され、ＣＰＵ２の制御プログラムやワークデータなどを格納する。後述する充電回路の動作切換えに用いるための電池端子電圧閾値や、電源品質判定に用いる閾値等も格納されている。ハードディスクや光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ等の二次記憶装置が含まれていても良い。

４はユーザの操作を入力するための操作インタフェースであり、スイッチやタッチパネル等で構成する。スイッチはタクトスイッチ等で構成し、電源ＯＮ／ＯＦＦやアプリケーション切換え、画面スクロール等の任意の機能に対応した動作を行う。タッチパネルは、抵抗膜方式等のタブレットで構成し、タブレット上をペンで押圧入力することで座標を入力する。筆記軌跡や画面に表示したソフトウェアスイッチ等の入力を行う。

５は拡張カードインタフェースであり、拡張メモリや機能Ｉ／Ｏカード等が挿入できる。ＰＣＭＣＩＡやＣＦ、ＳＤ、ＭＭＣ等の任意の規格のＩＣカードが使用可能である。６は液晶ディスプレイ（ＬＣＤ) であり、装置内の各種データの表示を行う。７は液晶ディスプレイ表示制御部であり、ＬＣＤ６を駆動するための信号を生成する。又、表示メモリ８から表示データを読出し、駆動信号にタイミングを合わせてＬＣＤ６へと出力する。８は表示メモリであり、表示したい画像をＬＣＤ６とＬＣＤ表示制御部７に合わせたデータ形式に展開して格納する。

９は携帯情報端末１を動作させるための電力を供給する電池セルである。本実施の形態では、リチウムイオン電池を使用する。１０は携帯情報端末１を商用電源で動作させるためＡＣアダプタである。交流１００Ｖを入力して直流に変換して出力する。１１は電池９又はＡＣアダプタ１０からの電源入力を装置内部の回路動作電圧に変換して供給する電源部である。又、ＡＣアダプタ１０からの電源入力を電池９の充電用電力として供給する。

電源回路１１の構成について更に詳しく説明する。

１２はトランジスタやＦＥＴ等で構成された切換えスイッチである。ＡＣアダプタ１０から電力供給が有るときはＡＣアダプタ１０、無い時は電池９からの電力をＤＣ電源１３に供給するように切り換える。１３は装置内部の回路動作電圧を生成するＤＣ電源部である。シリーズ方式やスイッチング方式等の回路で構成し、例えばロジック系回路用に３．３Ｖの電圧を出力する。１４は電池９への充電を行うための充電回路である。

（充電回路の全体構成（図１））
図１のブロック図を用いて充電回路１４の構成を説明する。

２１は充電回路１４全体の動作制御を行う充電制御ロジック部である。ＣＰＵ２からの指示により、充電の開始及び停止を行う。又、定電流回路２２と定電圧回路２３をそれぞれＯＮ／ＯＦＦして、定電流充電と定電圧充電を実現する。２２は電池セル９の充電時に所定値の定電流を供給するための定電流回路である。２３は電池セル９の充電時に所定値の定電圧を供給するための定電圧回路である。

電圧設定部２４に設定された電圧値を出力する。２４は定電圧回路２３の出力電圧を設定するための電圧設定部である。ＣＰＵ２からの電圧データの書込みによって設定が行われる。図示しないが、定電流回路２２と定電圧回路２３は電池セル９への出力をモニタしており、自身へのフィードバックによって出力変動を防止している。２５は入力電源の品質レベルを測定する電源品質検出部である。

電源品質検出部２５は、サージやリップル等による異常値を検出する。入力電源波形をコンパレータで閾値と比較し、閾値を超えた場合には結果をラッチする。異常値発生の有無をＣＰＵ２が読み出すことで、電源品質レベルの良し悪しを判定できる。

（充電処理の説明（図３））
図３のフローチャートを用いて電池９の充電処理の流れを説明する。

充電が開始されると、端子電圧の上昇レベルに従って定電流充電と定電圧充電を続けて行う。定電圧充電時には電源入力波形を監視し、電源品質を閾値と比較して品質レベルに応じた充電印加電圧を出力するよう制御するという処理を行う。

ステップＳ１０１では、定電流回路２２の動作を開始させる。以降、電池９に所定値の電流が流し込まれる。ステップＳ１０２では、電池９の端子電圧が定電圧充電への切換え電圧に達したか判定し、肯定であればステップＳ１０３へ進み、否定であればステップＳ１０２を繰返す。ステップＳ１０３では、定電流回路２２の動作を停止し、定電圧回路２３の動作を開始させる。以降、電池９には所定値の充電電圧が印加される。

ステップＳ１０４では、電源品質検出部２５を用いて、入力されている電源品質を検出する。ステップＳ１０５では、検出された品質レベル値を閾値と比較し、品質レベル値に応じた充電電圧値を電圧設定部２４に設定する。電圧設定部２４の出力に従って、定電圧回路２３から出力される充電電圧が変更される。尚、閾値を複数備えておき、各閾値に対応した充電電圧を予め用意したテーブルから検索するようにしても良い。ステップＳ１０６では、電池９の端子電圧を測定する。

ステップＳ１０７では、測定した端子電圧を用いて電池９が満充電状態になったかを判定し、肯定であればステップＳ１０８へ、否定であればステップＳ１０４へと進む。同ステップの動作により、所定の端子電圧となるまで定電圧充電が継続される。ステップＳ１０８では、電池９が充電完了状態になっているので、定電圧回路２３の動作を停止して、処理を終了する。

以上説明したように、実施の形態によれば、入力電源の品質を検出して品質が悪い場合は充電電圧を下げるようにすることで、短時間での充電を維持しながら電池の劣化を防ぐことが可能となる。

尚、本発明は以上の実施の形態に限定されることなく、幅広く応用することができる。

本実施の形態では、充電制御をソフトウェアで行った例について説明したが、これをハードウェアで実現しても勿論良い。

又、本実施の形態の電源品質検出部はサージやリップル電圧を検出するように構成したが、波形の不安定さや乱れ等を検出するようにしても良い。これには、Ａ／Ｄコンバータを備えて、一定時間ごとに電圧波形のサンプリング測定を行うように構成すれば良い。測定した波形を分析することで、任意の乱れが検出できる。 ＜実施の形態２＞
本実施の形態では、電源品質が悪い場合は充電を停止し、好転したことを検出して充電を開始させる例について説明する。

本実施の形態に係る充電装置１及び充電回路１４の構成は、実施の形態１と同様であるので、説明は省略する。

（充電処理の説明（図４））
図４のフローチャートを用いて電池９の充電処理の流れを説明する。

充電が開始されると、端子電圧の上昇レベルに従って定電流充電と定電圧充電を続けて行なう。定電圧充電時には電源入力波形を監視し、電源品質を閾値と比較して電源品質が悪い場合は充電を停止するという処理を行う。

ステップＳ２０１では、定電流回路２２の動作を開始させる。以降、電池９に所定値の電流が流し込まれる。ステップＳ２０２では、電池９の端子電圧が定電圧充電への切換え電圧に達したか判定し、肯定であればステップＳ２０３へ進み、否定であればステップＳ２０２を繰返す。ステップＳ２０３では、定電流回路２２の動作を停止し、定電圧回路２３の動作を開始させる。以降、電池９には所定値の充電電圧が印加される。

ステップＳ２０４では、電源品質検出部２５を用いて、入力されている電源品質を検出する。ステップＳ２０５では、検出された品質レベル値を閾値と比較し、電源品質レベルが閾値より悪い場合はステップＳ２０８へ、閾値より良い場合はステップＳ２０６へ進む。電源品質レベルが閾値より悪い場合は、定電圧充電が強制的に中止されることになる。ステップＳ２０６では、電池９の端子電圧を測定する。ステップＳ２０７では、測定した端子電圧を用いて電池９が満充電状態になったかを判定し、肯定であればステップＳ２０８へ、否定であればステップＳ２０４へと進む。同ステップの動作により、所定の端子電圧となるまで定電圧充電が継続される。ステップＳ２０８では、電池９が充電完了状態になっているので、定電圧回路２３の動作を停止して、処理を終了する。

又、図示は省略するが、電源品質が悪くて定電圧充電を禁止した後に、再開処理を追加するようにしても良い。所定時間ごとに電源品質をサンプリング検出し、電源品質が改善していた場合に定電圧充電を再開するようにすれば良い。

以上説明したように、本実施の形態によれば、前記実施の形態１と全く同じ効果を得ることができる。

尚、本発明は前記実施の形態に限定されることなく、幅広く応用することができる。

例えば、複数種類の電池セルを充電できるように構成し、入力電源品質の要求されない電池セルへ充電する際は入力電源の品質が悪くとも充電を許可するようにしても良い。ニッケルカドミウム電池は、充電時の電圧精度が悪くとも、余り劣化しない。従って、こうした電池を接続した時は、入力電源の品質に関わらずに充電を行なうようにすることで、ユーザの使い勝手をより向上することができる。又、実施の形態１の制御と組み合わせるようにしても良い。即ち、電源入力波形の分析の結果、所定レベル以下の場合は充電停止し、又、所定レベル以上になった場合には電源品質に応じた充電電圧を設定するようにしても良い。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、任意の構成を採ることができる。

本発明の実施の形態１における充電回路の概略構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１における携帯情報端末の概略構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１における充電処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２における充電処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１ 携帯情報端末機
２ ＣＰＵ
３ メモリ
４ 操作インタフェース
５ 拡張カードインタフェース
６ 液晶ディスプレイ
７ 液晶ディスプレイ表示制御部
８ 表示メモリ
９ 電池セル
１０ ＡＣアダプタ
１１ 電源部
１２ 切換えスイッチ
１３ ＤＣ電源部
１４ 充電回路
２１ 充電制御ロジック
２２ 定電流回路
２３ 定電圧回路
２４ 電圧設定部
２５ 電源品質検出部

Claims (8)

1. 二次電池を充電する充電装置において、
   入力電源の品質を検出する手段と、検出された電源品質に応じた充電電圧を出力する手段と、を備えたことを特徴とする充電装置。
2. 二次電池を充電する充電装置において、
   入力電源の品質を検出する手段と、検出された電源品質が所望の値以下の場合に充電を禁止する手段と、を備えたことを特徴とする充電装置。
3. 前記品質検出手段は、入力電源波形の変動量を測定することを特徴とする請求項１又は２記載の充電装置。
4. 前記品質検出手段は、入力電源波形の最大値を測定することを特徴とする請求項１又は２記載の充電装置。
5. 二次電池を充電する充電方法において、
   入力電源の品質を検出するステップと、検出された電源品質に応じた充電電圧を出力するステップと、を備えたことを特徴とする充電方法。
6. 二次電池を充電する充電方法において、
   入力電源の品質を検出するステップと、検出された電源品質が所望の値以下の場合に充電を禁止するステップと、を備えたことを特徴とする充電方法。
7. 前記品質検出ステップは、入力電源波形の変動量を測定することを特徴とする請求項５又は６記載の充電方法。
8. 前記品質検出ステップは、入力電源波形の最大値を測定することを特徴とする請求項５又は６記載の充電方法。

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