JP2008067551A

JP2008067551A - 電池充電システム

Info

Publication number: JP2008067551A
Application number: JP2006244666A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Otaka; 信行大高; Koushi Kobayashi; 皇士小林
Original assignee: Tokyo Sanyo Electric Co Ltd; Tottori Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Semiconductor Co Ltd
Current assignee: Tokyo Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Electric Co Ltd; System Solutions Co Ltd
Priority date: 2006-09-08
Filing date: 2006-09-08
Publication date: 2008-03-21

Abstract

【課題】２次電池の電池充電システムにおいて、充電電流を確保しつつ制御トランジスタの発熱を抑制することである。
【解決手段】電池充電システム１０は、充電用の電源アダプタ６と充電対象の電池８との間に配置され、充電制御トランジスタ１２と充電電流を検出する充電検出素子１４とが直列に接続されて構成される第１充電パスと、充電制御トランジスタ１２と並列に配置され、全充電電流（Ｉ₁＋Ｉ₂）の一部Ｉ₂を分担して流す電流源回路２０を含む第２充電パスと、充電検出素子１４の検出値に応じ、充電制御トランジスタ１２及び電流源回路２０の動作を制御して充電状態を制御する制御回路１８とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は電池充電システムに係り、特に充電用電源アダプタを用いて充電対象電池を充電する電池充電システムに関する。

携帯電話機、ＰＨＳ（ＰｅｒｓｏｎａｌＨａｎｄｙｐｈｏｎｅＳｙｓｔｅｍｓ）、ＰＤＡ（ＰｅｒｓｏｎａｌＤｉｇｉｔａｌＡｓｓｉｓｔａｎｔ）、ＰＣ（ＰｅｒｓｏｎａｌＣｏｍｐｕｔｅｒ）等の携帯型電子機器には、リチウムイオン電池等の再充電可能ないわゆる２次電池が用いられる。これらの２次電池を再充電するには、ＡＣ電源からＤＣに変換する電源アダプタを用い、効率的な充電のための充電制御が行われる。例えば、充電初期においては定電流充電によって短時間に充電レベルを上げ、その後定電圧充電を行う等の方法がとられる。この場合に、充電パスにスイッチング素子等の充電制御トランジスタを設け、充電レベルを監視しながら、充電パスの充電電流を制御することが行われる。

例えば、特許文献１には、アダプタから２次電池の充電を行う際に、アダプタからの直流電圧と電池電圧との差電圧と充電電流の積による大きな熱損失が充電制御トランジスタに発生することを抑制するための電池充電回路が開示されている。ここでは、アダプタを電流制限付き定電圧直流電源とし、電流制限値を変更可能な定電圧回路を用いて電池を充電し、電流制限値の変更を電池の充電に応じて適時に行うことで充電制御トランジスタに要求される許容損失を小さくする構成が述べられている。

特開２００４−１５９４７７号公報

特許文献１に述べられているように、従来技術において充電パスに設けられる充電制御トランジスタは、充電パスを流れる充電電流のオン・オフを制御するものであるから、アダプタと電池との間の差電圧と充電電流とによる発熱が生じる。したがって、充電制御トランジスタを許容温度以下で使用するには、充電電流を絞ることになるが、その場合には充電に時間がかかる。特許文献１に開示される構成によれば、充電制御トランジスタに派生する熱損失を抑制できるが、充電システムが複雑になる。

本発明の目的は、充電電流を確保しつつ制御トランジスタの発熱を抑制することを可能にする電池充電システムを提供することである。

本発明に係る電池充電システムは、充電用電源アダプタと充電対象電池との間に配置され、充電制御トランジスタと充電電流を検出する充電電流検出素子とが直列に接続されて構成される第１充電パスと、充電制御トランジスタと並列に配置され、充電電流の一部を分担して流す充電電流源回路を含む第２充電パスと、充電電流検出素子の検出値に応じ、充電制御トランジスタ及び充電電流源回路の動作を制御して充電状態を制御する充電制御回路と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る電池充電システムにおいて、充電制御回路は、充電対象電池の充電状態を監視し、所定の充電状態に到達したときに充電電流源回路の動作を停止することが好ましい。

また、本発明に係る電池充電システムにおいて、第２電流パスは、充電電流源回路と抵抗素子とを直列に接続して構成されることが好ましい。

また、本発明に係る電池充電システムにおいて、充電電流源回路と充電制御回路とが一体のＩＣで構成されることが好ましい。

上記構成により、充電用電源アダプタと充電対象電池との間に配置される充電パスとして、充電制御トランジスタと充電電流検出素子とが直列に接続されて構成される第１充電パスと、充電電流の一部を分担して流す充電電流源回路を含む第２充電パスとが並列に設けられる。このように充電電流の一部が充電電流源回路に分担されるので、充電電流を確保しつつ制御トランジスタの発熱を抑制することが可能となる。

また、充電対象電池が所定の充電状態に到達したときに充電電流源回路の動作が停止される。例えば、所定の充電状態を、それ以後の充電電流を充電制御トランジスタに負わせても発熱が十分抑制される程度に設定することで、それ以後について、発熱を抑制しながら従来用いられた充電制御に従って行うことができる。

また、第２電流パスは、充電電流源回路と抵抗素子とを直列に接続して構成されるものとするので、充電電流源回路の発熱を抵抗素子側に分散させることができ、能動素子を含む充電電流源回路の発熱を抑制することができる。

また、充電電流源回路と充電制御回路とを一体のＩＣとするので、電池充電システムの構成が簡単になる。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下において、充電対象の２次電池としてリチウムイオン電池を述べるが、これは説明のための例示であって、それ以外の再充電可能な２次電池であっても構わない。また、以下において、充電制御トランジスタとしてＰチャネルＭＯＳトランジスタを述べるが、回路構成を適当に修正することによってそれ以外のスイッチング素子を用いてもよい。例えば、ＰチャネルＭＯＳトランジスタに代えてＰＮＰトランジスタを用いる構成とすることができる。一般的には、電池に対し充電電流をプラス側からマイナス側に流す回路構成が簡単であるが、回路修正が可能な場合、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ又はＮＰＮトランジスタを用いる回路構成としてもよい。また、以下で述べる電流値等の回路条件は説明のための一例であって、具体的な充電条件に合わせて適当な値等に設定することができる。

図１は、電池充電システム１０の構成を示す図である。ここでは、電池充電システム１０の構成要素ではないが、充電電源である電源アダプタ６と、充電対象の電池８も図示されている。電源アダプタ６は、ＡＣ電源から所定の電圧を有するＤＣ電源に変換する交流／直流変換回路である。所定の電圧としては、例えば約５Ｖ程度である。充電対象の電池８は、ここではリチウムイオン電池である。リチウムイオン電池は、例えば約３Ｖ程度の充電電圧に充電される。電池充電システム１０は、電源アダプタ６を用いて、充電電流を適切に制御し、迅速に所望の充電状態に電池８を充電する機能を有する回路システムである。充電電流としては、例えば、５００ｍＡから１Ａ程度が用いられる。

電池充電システム１０は、電源アダプタ６と電池８との間に、互いに並列の関係で設けられる２つの充電パスと、制御集積回路１６とを備える。２つの充電パスの１つは、第１充電パスで、充電制御トランジスタ１２と、充電検出素子１４とを直列に接続して構成される。もう１つの充電パスは、充電制御トランジスタ１２に対して並列に配置され、充電電流の一部を分担して流すことができる電流源回路２０を含んで構成される。制御集積回路１６は、制御回路１８と電流源回路２０とを一体化して集積したＩＣである。

第１充電パスは、上記のように、電源アダプタ６と電池８との間に、充電制御トランジスタ１２と、充電検出素子１４とを直列に接続して構成される。第１充電パスは、電源アダプタ６のプラス側端子から電池８のプラス側端子に向けて電流を流すための電流パスで、従来技術においてよく知られている電池充電パスである。

充電制御トランジスタ１２は、第１充電パスを流れる電流について、制御回路１８の制御の下でオン・オフする機能を有するスイッチング素子である。かかる充電制御トランジスタ１２としては、ＰチャネルＭＯＳトランジスタを用いることができる。充電制御トランジスタ１２をＰチャネルトランジスタとして、ソース端子は電源アダプタ６のプラス端子に接続され、ドレイン端子は充電検出素子１４の一方側端子に接続され、ゲート端子は制御回路１８に接続される。

充電検出素子１４は、電池８に充電される全充電電流の大きさを検出し、制御回路１８に出力する機能を有する素子である。具体的には抵抗素子を用いてその両端を制御回路１８の電圧検出部にそれぞれ接続する。これによって抵抗素子に電流が流れるときの電圧降下を制御回路１８で検出し、予め分かっている抵抗素子の抵抗値で除すことで充電検出素子１４に流れる全電流の大きさを求めることができる。上記の例で、充電電圧は約３Ｖであり、充電電流は約５００ｍＡから約１Ａであるので、充電検出素子１４の抵抗値は約０．１Ωから０．５Ω程度が好ましい。例えば約０．３３Ω程度を用いることができる。

第２充電パスは、電池８に流す全充電電流を確保しながら、充電制御トランジスタ１２に流れる電流を抑制するため、全充電電流の一部を分担して電池に流す機能を有する。具体的には、充電制御トランジスタ１２に並列に電流源回路を設け、ここを通して電池８に充電電流を流す。図１においては、第１充電制御トランジスタ１２を流れる充電電流をＩ₁とし、電流源回路２０から流される充電電流をＩ₂として示してある。充電検出素子１４には、全充電電流である（Ｉ₁＋Ｉ₂）が流れる。したがって、第２充電パスは、第１充電パスに並列に配置されるのではなく、充電制御トランジスタ１２に並列に配置されたもう１つの充電パスである。

第２充電パスを構成する電流源回路２０は、電源アダプタ６から電源供給を受け、充電制御トランジスタ１２と並列に配置される電流源である。図２にその内部構成を示す。電流源回路２０は、電源側端子２２と、出力端子２４と、制御端子２６とを有する。図２の配置例では、電源側端子２２は電源アダプタ６のプラス側端子に接続され、出力端子２４は充電制御トランジスタ１２のドレイン及び充電検出素子１４の一方側端子に接続される。制御端子２６は制御回路１８に接続される。電流源回路２０は、制御端子２６を介して制御回路１８から指示された一定の電流を発生することができる基準電流源３０と、その電流の大きさを抵抗Ｒ₁と抵抗Ｒ₂の比を用いて増幅する比較増幅器３２及び出力トランジスタ３４を含んで構成することができる。例えば、基準電流源３０が流す電流を１００μＡとし、（Ｒ₁／Ｒ₂）＝１０００とすれば、出力端子２４にはＩ₂＝１００μＡ×１０００＝１００ｍＡの電流が出力される。

制御回路１８は、充電検出素子１４に流れる全充電電流に応じて、電流源回路２０から供給できる充電制御Ｉ₂の大きさを決定し、充電制御トランジスタ１２のオン・オフを制御して、電池８に対する充電を制御する機能を有する回路である。例えば、充電の初期において、全充電電流（Ｉ₁＋Ｉ₂）を大きくし、さらに充電制御トランジスタ１２のオン・オフのデューティを大きくしたい場合には、充電制御トランジスタ１２における発熱が許容値を超えないように、電流源回路２０による充電電流Ｉ₂を大きくする。充電が進んで来て、全充電電流（Ｉ₁＋Ｉ₂）を少なくできるようになれば、電流源回路２０の分担分を低下することができる。そして、ある程度の充電状態になれば、電流源回路２０の動作を停止し、充電制御トランジスタ１２のオン・オフ制御のみで電池８の充電制御を行うことができる。制御回路１８による充電制御は、公知の定電流制御、定電圧制御、あるいはプログラム的に充電電流を変化させるプログラム制御等を用いることができる。

このように、全充電電流（Ｉ₁＋Ｉ₂）の一部の充電電流Ｉ₂を電流源回路２０に分担させることで、充電制御トランジスタ１２に流れる充電電流Ｉ₁の大きさを抑制することができる。例えば、全充電電流（Ｉ₁＋Ｉ₂）＝５００ｍＡとして、上記の例で、電流源回路２０の出力をＩ₂＝１００ｍＡと設定すれば、充電制御トランジスタ１２によってオン・オフされる充電電流をＩ₁＝５００ｍＡ−１００ｍＡ＝４００ｍＡと低減することができる。このようにして、充電制御トランジスタ１２に流れる充電電流Ｉ₁を電流源回路２０によって低減できるので、充電制御トランジスタ１２の発熱を抑制できる。また、電池８に対する全充電電流の大きさを増大することができ、充電時間を短縮することができる。

なお、上記では、制御回路１８と電流源回路２０とを一体の集積回路で構成するものとしたが、もちろん、制御集積回路１６の機能を、１つの集積回路とせずに、２つの個別回路素子で構成してもよい。また、電流源回路２０を制御集積回路１６の一部として集積化したことで、制御集積回路１６の発熱が心配であるときは、電流源回路２０の電源側端子２２又は出力端子２４側に適当な抵抗素子を配置し、抵抗素子を発熱させることで、制御集積回路１６の発熱を抑制するものとしてもよい。

図１の例では、充電制御トランジスタ１２を電源アダプタ６側に配置したが、これを電池８側に配置することもできる。図３は、そのような電池充電システム１１の構成を示す図である。図１と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。ここでは、電源アダプタ６側に充電検出素子１４が、電池８側に充電制御トランジスタ１２が配置されている。この場合でも、電流源回路２０を含む第２充電パスは、充電制御トランジスタ１２に並列に配置される。すなわち電流源回路２０のプラス側端子は、充電検出素子１４の他方側端子及び充電制御トランジスタ１２のソースに接続され、電流源回路２０のマイナス側端子は、電池８のプラス側端子に接続される。このような配置によって、電流源回路２０は、全充電電流（Ｉ₁＋Ｉ₂）の一部のＩ₂を分担し、充電制御トランジスタ１２を流れる電流Ｉ₁の大きさを抑制し、その発熱を少なくすることができる。

本発明に係る実施の形態における電池充電システムの構成を示す図である。本発明に係る実施の形態における電流源回路の内部構成を示す図である。電池充電システムの他の構成例を示す図である。

符号の説明

６電源アダプタ、８電池、１０，１１電池充電システム、１２充電制御トランジスタ、１４充電検出素子、１６制御集積回路、１８制御回路、２０電流源回路、２２電源側端子、２４出力端子、２６制御端子、３０基準電流源、３２比較増幅器、３４出力トランジスタ。

Claims

充電用電源アダプタと充電対象電池との間に配置され、充電制御トランジスタと充電電流を検出する充電電流検出素子とが直列に接続されて構成される第１充電パスと、
充電制御トランジスタと並列に配置され、充電電流の一部を分担して流す充電電流源回路を含む第２充電パスと、
充電電流検出素子の検出値に応じ、充電制御トランジスタ及び充電電流源回路の動作を制御して充電状態を制御する充電制御回路と、
を備えることを特徴とする電池充電システム。
請求項１に記載の電池充電システムにおいて、
充電制御回路は、充電対象電池の充電状態を監視し、所定の充電状態に到達したときに充電電流源回路の動作を停止することを特徴とする電池充電システム。
請求項１に記載の電池充電システムにおいて、
第２電流パスは、充電電流源回路と抵抗素子とを直列に接続して構成されることを特徴とする電池充電システム。
請求項１に記載の電池充電システムにおいて、
充電電流源回路と充電制御回路とが一体のＩＣで構成されることを特徴とする電池充電システム。