JP2006311799A - 電池パック充電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の電池パックを順に充電する際、充電中に新たに電池を装着した場合は全ての電池の充電が完了した後、改めて未充電電池を充電する必要があり、また未充電電池を装着すると充電装置が初期状態に戻り、充電しなくても良い電池まで再充電されてしまう。
【解決手段】充電する電池パックを選択し、その選択した電池パックを充電する際、充電制御回路(２２)により定電流か定電圧かの充電方式を設定できる。そして、その電池パックの電圧および充電電流を検出すると共に、電池パックの装着状況を電池パック装着検出回路(２４)により常時検出する。
充電中の電池パックの充電終了後、例えば、前記電池パック装着検出回路による装着状況と電池パックの検出電圧値に応じて、次に充電を行う電池パックおよび充電方法(例えば定電流充電から行うか、定電圧充電から行うかなど)を決定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、リチウムイオン電池等の二次電池のパック(以下電池パックという)を複数充電可能な充電装置に関するものである。特に携帯電話やデジタルカメラなどのように、機器本体の他に携帯機器に携帯する予備の電池パックを充電するのに最適な充電装置を提供する。

複数の電池パックを充電装置に装着して順次切り替えて充電する方法は、充電装置の電源容量が小さくて済むことから以前から行われており、多数特許出願されている。尚、以下の文献では"電池(またはバッテリー)"という語が使用されているが、この種の２次電池のセルあたりの電圧は低いため、通常は数個を直列にした電池パックとして使用するのが一般である。

例えば、特許文献１は、充電中に異常低電圧を呈した電池はスキップすることにより正常な電池を効率よく充電する。
特許文献２は、複数の電池を順次個別に充電すると共に、充電制御機構を各電池の充電制御に用いることにより、不活性電池を正常電池と同様に充電する。
特許文献３は、複数の電池の満充電を検出しながら、順次切り替えて充電する装置で、未充電の電池が装着されたことを検出して初期状態に戻し、確実に未充電電池を充電するようにする。
特許文献４は、充電中の電池の温度が所定値を超えた場合は、充電を中断して、次の電池を充電し、この電池の温度が所定値を超えると以前の電池の充電を再開することで充電時間の短縮を図る、などがある。
特開昭５６-１１０４４６号公報 特開昭５６-１６６７３１号公報 実公平４-２４７５９号公報 特開平７-１３０３９９号公報

特許文献１や、特許文献２では、充電中に新たに接続された電池が検出できないため、全ての電池の充電が完了した後、改めて未充電電池を装着して充電を開始しなければならない。
特許文献３では、未充電電池を装着すると充電装置が初期状態に戻り、再び１番目の電池から充電を開始するので未充電電池の充電が行われるが、充電しなくても良い電池まで再充電される不都合がある。
特許文献４では、複数の電池全部を充電する場合は充電時間の短縮効果はあるが、１つずつ順に充電する場合に比ベ、最初の電池の充電完了に時間が掛かる。また、未充電電池の検出が行われていないため、特許文献２などと同様全ての電池の充電が完了した後改めて末充電電池を装着して充電を開始しなければならない、などの課題がある。
また、従来の充電装置は、充電制御のための制御回路を全て充電装置に内蔵しているため、充電装置自体が大きくなると共に、装置のコストも高くなっている。

本発明は、充電中に他の電池が着脱、あるいは新たに装着された場合等でも、未充電電池を自動的に検出し、全ての未充電電池が充電完了するまで、充電を行うことができるようにする。
また、充電装置内の制御回路の大幅な削減を行い、充電装置の小型化とコストダウンを実現することを可能にすることである。

上記課題を解決するため、本発明では、複数の電池パックを装着し、順番に切り替えて充電を行う充電装置において、
充電する電池パックを選択するためのスイッチ手段(３)と、
選択した電池パックに対し充電するための充電回路と、
前記充電回路による充電時に定電流か定電圧かの充電方式を設定する充電制御回路(２２)と、
選択した電池パックの電圧を検出する電池パック電圧検出回路(２３)と、
充電時の電流を検出する充電電流検出回路(２１)と、
電池パックの装着検出回路による装着状況から電池パックの着脱履歴を記憶する記憶手段(２６)とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、充電中でも、充電装置に装着されている全ての電池パックの着脱を常時監視しているため、充電中に着脱された別電池パックも自動的に充電が行われるようになる。また、次の充電に際し、例えば、該当電池パックの着脱情報と電池パックの電圧値から最適な充電方法を選択することができる。

さらに、機器本体内に機器の回路の一部として充電制御回路を組み込むようにすれば、機器側のコストアップはほとんど生じることがなく、しかも、充電装置側に充電制御回路を別途用意する必要が無くなり、充電装置の大幅なコストダウンと小型化が実現できる。さらに、機器本体に電池を挿入したままの充電も可能なため、機器の機能を停止させることなく充電が可能になる。

図１に本発明の実施例を、図２と図３に本発明の充電方法を示すフローチャートを示す。
図１の充電装置５０は電池パックが３個(Ｐ１〜Ｐ３) の例であり、おおまかに分類して、充電を司る充電制御用ＦＥＴ部分１と、充電を制御するための充電制御回路２と、スイッチ手段３および４とからなる。充電装置５０自身の電源はＡＣアダプタから供給される。

充電制御用ＦＥＴ１の各ＦＥＴ（Ｍ１〜Ｍ３）のソースはそれぞれ逆流防止用ダイオード(Ｄ１〜Ｄ３）および抵抗（Ｒ１〜Ｒ３）を介してＡＣアダプタのプラス電位に接続されている。また、ドレインは各電池パックのプラス端子に接続されている。そしてゲートはスイッチ手段３（Ｓ２１〜Ｓ２３）を介して充電制御回路２内の充電ＦＥＴ制御回路２２に接続されている。各電池パックのマイナス端子は相互接続され、充電装置のＧＮＤ電位に接続されている。

充電制御回路２は、充電時の電流を検出する充電電流検出回路２１と、定電流充電、定電圧充電および予備充電を行うために前記充電制御用ＦＥＴ１を制御する充電ＦＥＴ制御回路２２、装着された電池パックの電圧を検出する電池パック電圧検出回路２３と、電池パックが、充電装置５０に装着されているかどうかを検出する電池パック装着検出回路２４と、上記全ての回路と前記スイッチ手段３および４を制御する制御回路２５と、本充電装置５０に装着されている任意の電池パックを充電中に、スイッチ手段４の接続を周期的に切り替えることで、電池パック装着検出回路２４により電池パックの装着状態を常時監視し、その監視状況から電池パックの着脱履歴を記憶する記憶手段２６で構成されている。

スイッチ手段３および４はメカニカルスイッチもしくは半導体スイッチで構成されている。スイッチ手段３のスイッチ（Ｓ１１〜Ｓ１３）の一端はそれぞれ抵抗（Ｒ１〜Ｒ３）と逆流防止ダイオード（Ｄ１〜Ｄ３）の接続点に接続され、他端は相互接続されて充電電流検出回路２１に接続されている。スイッチ（Ｓ２１〜Ｓ２３）の一端はそれぞれ上述したように充電制御用ＦＥＴ１の各ＦＥＴ(Ｍ１〜Ｍ３)のゲートに接続され、他端は相互接続されて充電ＦＥＴ制御回路２２に接続されている。スイッチ（Ｓ３１〜Ｓ３３）の一端はそれぞれ電池パックのプラス端子に接続され、他端は相互接続されて電池パック電圧検出回路２３に接続されている。

スイッチ手段４のスイッチ（Ｓ４１〜Ｓ４３）の一端は、それぞれ電池パックが充電装置に装着されると信号を出力する端子Ｔに接続され、他端は相互接続されて電池パック装着検出回路２４に接続されている。スイッチ手段３に含まれる、スイッチ（Ｓ１１)と（Ｓ２１)と(Ｓ３１)は同時にオン／オフし、同様にスイッチ（Ｓ１２）と（Ｓ２２）と（Ｓ３２）およびスイッチ（Ｓｌ３）と（Ｓ２３）と（Ｓ３３）も同時にオン／オフする。また、スイッチ手段４のスイッチ（Ｓ４１〜４３）はスイッチ手段３と無関係に作動する。

制御回路２５からはスイッチ手段３を制御するためのＳＷ制御信号Ａとスイッチ手段４を制御するためのＳＷ制御信号Ｂが出力される。ＳＷ制御信号Ａは電池パックを充電する順番を切り替える信号であり、充電中の電池パックの充電が完了したとき、次の電池パックを充電するためにスイッチ手段３を切り替える。ＳＷ制御信号Ｂは充電装置に装着されている電池パックを調べるための信号であり、充電中または、充電待ちの状態に関わらず、スイツチ（Ｓ４１)から（Ｓ４３）を順にオンさせている。スイッチ（Ｓ４１)から（Ｓ４３）のオンが一巡する時間は、充電装置５０から電池パックを取り外して、再度装着するまでの一般的な時間より十分短い時間、例えば数十ｍＳに設定されている。

次に本充電装置５０の充電方法を図２と図３のフローチャートに沿って説明する。充電装置５０は、ＡＣアダプタから電源が供給されると充電を開始する(ステップＳ１)。まず、スイッチ手段４によって最初に充電を行う電池パックＰ１が選択され、電池パックＰ１の電池電圧を測定する(ステップＳ２)。なお、電池パックＰ１は各種機器の本体に内蔵されている電池パックであり、その電池パックＰ１から充電を行うようにしている。

その電池パックＰ１の電圧が所定の設定電圧１以下であれば(ステップＳ３)、予備充電を行う(ステップＳ１３)。予備充電はこの後に行う定電流充電より少ない電流で充電を行うものである。設定電圧はリチウムイオン電池の場合、単セルあたり約２．５Ｖに設定している。これは二次電池が過放電状態にある場合、いきなり大電流で充電すると危険なため、充電電流を絞って充電を行う必要があるためである。このため予備充電時の充電電流は通常数ｍＡ〜数十ｍＡ程度の電流値である。

予備充電により電池パック電圧Ｐ１が上昇し、設定電圧１に到達した場合、あるいは最初から設定電圧１以上の場合は、定電流充電を行う(ステップＳ４)。この定電流充電は電池パックの容量により設定された比較的大きな電流で充電するもので、急速に充電を行うことができる。定電流充電が進んで、電池パック電圧が設定電圧２に達すると(ステップＳ５)、定電圧充電に切り替える(ステップＳ６)。

リチウムイオン電池は充電電圧を高くすると電池内部に金属リチウムが析出して危険なため、充電電圧が高くならないように、充電がある程度進んだ段階で定電圧充電に切り替えるのが通例である。定電圧充電を行う電圧はリチウムイオン電池の場合単セルあたり約４．２Ｖに設定している。定電圧充電中は充電電流を監視しており(ステップＳ７)、充電電流が設定電流以下になった時点で充電を完了する(ステップＳ８)。

電池パックＰ１の充電の完了後、記憶手段２６の情報から他に接続されている電池パックが有るかどうかを調ベ(ステップＳ９)、有る場合はその電池パック(Ｐ２とする)にスイッチ手段３を切り替え(ステップＳ１０)。さらに記憶手段２６からの情報から、この電池パックＰ２が、新規に装着したものであるかを判定し(ステップＳ１１)、新規に装着したものであれば、ステップＳ３にもどり、設定電圧が１より高いか低いかの判定をする。

電池パックＰ２が新規に装着したものでないなら、その電池パックＰ２の電圧を調ベ(ステップＳ１２)、設定電圧３以上であれば、この電池パックＰ２の充電は行わずにステップＳ９に戻り、さらに別の装着されている電池パックを捜し、一方、設定電圧３以下であればステップＳ４に戻り、その電池パックＰ２に対し定電流充電を行う。この設定電圧３は、電池パックが自然放電により電圧が低下した場合に再度充電が必要と判断する電圧値であり、設定電圧より高い電圧値を設定している。

前記充電が完了した後(ステップＳ８)、他に装着されている電池パックがない場合は、充電完了した電池電圧を測定し(ステップＳ１４)、その電池電圧が設定電圧３以上であれば、ステップＳ９に戻り、電池パックが装着されるまでこのループを繰返す。一方、設定電圧３以下であれば、ステップＳ４に戻り、先に充電した電池パック(この場合、Ｐ１)に対し定電流充電を行う(ステップＳ４)。

図３はスイッチ手段４の動作説明で、ＡＣアダブタが接続され充電制御回路に電源が投入されると(ステップＳ１４)、充電装置５０に装着されている電池パックの情報を得るため、電池パックＰ１、電池パックＰ２、電池パックＰ３の順でスイッチ手段４の（Ｓ４１)〜（Ｓ４２）を順にオンを繰り返す(ステップＳ１６〜１８)。繰り返す周期は電池パックが着脱される時間より十分短く設定しており前述したように数十ｍＳに設定している。

図４は本発明の別の実施例である。図１で電池パック毎に備えていた抵抗、逆流防止ダイオード、充電制御用ＦＥＴを、この充電装置５１では１系統にしており、ＦＥＴ(Ｍ１)のドレインをスイッチ手段５（Ｓ０１〜Ｓ０３）を介していずれかの電池パックに接続している。この回路構成では図１のものと比較して部品点数を減らすことができる。この充電装置５１の回路動作、充電方法は上述した内容と同じであるので説明は省略する。

本発明の充電装置の１実施形態を示した回路図 図１の充電装置における動作を示したフローチャート 電池パックの装着状況を検出するためのサブルーチン 本発明の充電装置の別の実施形態を示した回路図

符号の説明

１ 充電制御用ＦＥＴ
２ 充電制御回路
３ スイッチ手段
４ スイッチ手段
５ スイッチ手段
２１ 充電電流検出回路
２２ 充電ＦＥＴ制御回路
２３ 電池パック検出回路
２４ 電池パック装着検出回路
２５ 制御回路
２６ 記憶手段
５０ 充電装置
Ｐ 電池パック
Ｔ 端子

Claims (1)

1. 複数の電池パックを装着し、順番に切り替えて充電を行う充電装置において、
   充電する電池パックを選択するためのスイッチ手段と、
   選択した電池パックに対し充電するための充電回路と、
   前記充電回路による充電時に定電流か定電圧かの充電方式を設定する充電制御回路と、
   選択した電池パックの電圧を検出する電池パック電圧検出回路と、
   充電時の電流を検出する充電電流検出回路と、
   電池パックの装着検出回路による装着状況から電池パックの着脱履歴を記憶する記憶手段とを備えたことを特徴とする電池パック充電装置。
   

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