JP2009177963A

JP2009177963A - 充電装置

Info

Publication number: JP2009177963A
Application number: JP2008014389A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Funabashi; 一彦船橋; Nobuhiro Takano; 信宏高野; Takahisa Aradate; 卓央荒舘
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2008-01-25
Filing date: 2008-01-25
Publication date: 2009-08-06
Anticipated expiration: 2028-01-25
Also published as: JP4962793B2

Abstract

【課題】電池に流れる突入電流を防止し、小型で故障率が低く、低コストの充電装置を提供する。
【解決手段】単一のスイッチング電源を用いて充電装置１００に電力を供給する。マイコン３２は、電池５０の装着の有無、満充電を判別し、充電待機時には第２のフィードバック回路２５と電圧降下手段２２を動作させ、充電装置１００の出力側の電圧を、電池５０の充電が行えない低電圧に制御する。充電時には、第１のフィードバック回路２４と充電用フィードバック回路２３との動作に切換ることにより、出力側の電圧を充電が可能なより高い電圧に制御し、電池５０を定電流制御により充電する。充電動作に切り換える際には電池５０に充電を行えない程度の低電圧が印加されているので、突入電流が生ずることが無い。
【選択図】図１

Description

本発明はリチウム電池などの２次電池を充電する充電装置に関する。

従来、充電待機時の低電力化と、充電開始時に電池に流れる突入電流を抑制する充電装置が提案されている。このような充電装置において、電池に充電電流を供給する際には電源回路の出力電圧を、充電する電池の電池電圧よりも高い第１の出力電圧に設定し、充電中は所定の充電電流になるよう制御し、充電待機中は第１の出力電圧より低い第２の出力電圧に設定している。そして、充電電流の供給前に電源回路の出力電圧を変化させ、出力電圧と電池の電圧との差が所定範囲内になったときにスイッチをオンして充電電流を電池に供給するようにすることによって、突入電流を低減すると共に、充電待機中の低電力化を図っている（たとえば、特許文献１参照）。

また、リチウム電池の充電が可能な汎用充電装置において、電池の電圧が著しく低く、保護ＩＣ回路からの電池状態信号が正常に出力されない場合にも別系統の制御手段によって充電を可能にする充電装置が提案されている。この充電装置においては、充電用の電源回路の駆動状態にかかわらず動作する別系統の電源回路が設けられており、充電装置の制御用のマイコン、電流制御または電圧制御などを行う制御手段などに電力を供給している。（例えば、特許文献２参照）。
特開２００４−１８７３６６号公報（第２−６頁、第２図）特開２００７−８２３７９号公報（第５−９頁、第１図）

しかし、特許文献１記載の充電装置では、充電回路と電池とをリレーなどの接続手段によって接続する際、充電回路の出力電圧と電池の電圧との電圧差を所定値以下にすることによって接続時の突入電流を低減することができるが、無くすことができるわけではない。また、電圧制御によって充電回路の出力電圧を高電圧から低電圧に切り換える際には電源のスイッチング動作が停止するので、充電装置の動作を制御する制御系の回路が不安定になる。そのため制御系への定電圧回路を設けており、この定電圧回路の損失が過大となるという欠点がある。

特許文献２に記載の充電装置では、制御系のために別電源を設けており、この回路が小型化、低コスト化の妨げになっている。

そこで、本発明は、電池を充電装置に接続する際に生ずる突入電流を無くすことが可能で、充電装置から電池への充電電力の供給経路の接続をオンオフする接続手段をはじめ、充電回路を構成する部品の故障率を大幅に低減させることができる充電装置を提供することを目的とする。

また、充電を行っていない充電待機中は、電源からの出力電圧を電池の充電中よりも低く、充電装置の制御系を駆動するために最低限必要な電圧に制御することによって、消費電力の低減が可能な充電装置を提供することを目的とする。

さらに、充電用の電力と、制御系用の電力とを単一の電源によって供給することによって、回路の小型化、低コスト化が可能な充電装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、電池を充電するための充電装置であって、電池への充電電力と、充電装置の動作を制御する制御系への電力とを供給する単一のスイッチング電源と、電池が充電装置に装着されたか否かを判別する電池装着判別手段と、スイッチング電源から電池に印加される電圧を第１の電圧値に制御する第１の電圧制御手段と、スイッチング電源から電池に印加される電圧を第１の電圧値よりも低い第２の電圧値に制御するとともに、スイッチング電源から制御系に印加される電圧を制御系が動作可能な第３の電圧値に制御する第２の電圧制御手段と、電池装着判別手段により電池が充電装置に装着されていないと判別されたときは、第１の電圧制御手段を非動作とすると共に前記第２の電圧制御手段を動作させ、電池装着判別手段により電池が充電装置に装着されたと判別されたときは、第２の電圧制御手段を非動作とすると共に第１の電圧制御手段を動作させるよう制御する制御手段と、を備えたことを特徴としている。

このような構成によると、電池が充電装置に装着されていないときにはスイッチング電源の出力電圧が充電時の電圧よりも低い電圧に制御されており、電池の装着時にすぐには電池に充電電流が流れないようになっている。すなわち電池の装着後、第１の電圧制御手段が動作を開始して初めて電池に充電電流が流れ始め充電が開始される。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、第２の電圧制御手段は、第１の電圧値を降下して第２の電圧値を生成する電圧降下手段と、スイッチング電源から制御系へ印加される電圧を帰還して第３の電圧値となるようにスイッチング電源からの電力の供給を制御する電圧帰還手段と、を備え、制御手段は、電圧降下手段と電圧帰還手段とに共に第１の信号を入力することによって、電圧降下手段と電圧帰還手段とを共に動作させ、第２の信号を入力することによって共に停止させるように第２の電圧制御手段の動作を制御し、制御手段が第２の電圧制御手段の動作を停止することにより、第１の電圧制御手段が電圧制御を開始し、電池への充電が行われることを特徴としている。

このような構成によると、充電を行っていないときには電圧帰還手段が制御系へ印加される電圧を帰還することによってスイッチング電源からの電力供給を制御する。この状態で電圧降下手段が動作し、電池に印加される電圧を充電電流が電池に流れない電圧になるように降下させる。

請求項３に記載の充電装置は、上記いずれかの充電装置において、電池が満充電状態であるか否かを判別する満充電判別手段をさらに有し、満充電判別手段が、電池が満充電状態であると判別すると、制御手段が、第２の電圧制御手段の動作を開始させることにより第１の電圧制御手段は電圧制御を終了し、電池への充電を終了することを特徴としている。

このような構成によれば、電池が満充電になったことが検出されると第２の電圧制御手段が動作を開始し、電池に印加される電圧は第２の電圧値に降下する。これによって、電池への充電電流の流入が停止する。

請求項４に記載の充電装置は、上記いずれかの充電装置において、電池への充電電力の供給をオンオフする接続手段をさらに有し、接続手段は、電池判別手段が電池の装着を検知すると電池への充電電力の供給をオンし、電池判別手段が電池の未装着を検知すると電池への充電電力の供給をオフすることを特徴としている。

このような構成によれば、電池が充電装置に装着されると接続手段が電源と電池とを接続する。この接続時には、電源からの出力電圧は第２の電圧制御手段により第２の電圧値に制御されているため電池に充電電流は供給されず、接続手段にも電流は流れない。制御手段は、接続手段の接続後に第２の電圧制御手段の動作を停止させる。

請求項５に記載の充電装置は、上記いずれかの充電装置において、電池からの充電禁止信号によって電池への充電を停止させる強制充電終了手段をさらに有し、強制充電終了手段は、充電禁止信号を第２の電圧制御手段に伝達することによって第２の電圧制御手段を駆動させ、電池の充電を停止することを特徴としている。

このような構成によれば、充電中に過電圧、過電流または過熱などが生じた場合に電池から出力される充電禁止信号を入力して第２の電圧制御手段を駆動することによって、第１の電圧制御手段を停止し電池の充電を停止する。

請求項６に記載の充電装置は、請求項５に記載の充電装置において、電圧降下手段は、第１のスイッチング手段を有し、電圧帰還手段は、第２のスイッチング手段を有し、第２の電圧制御手段は、第１のスイッチング手段および第２のスイッチング手段に、制御手段からの第１の信号または充電禁止信号のいずれか少なくとも一方が入力されることによって動作し、第１のスイッチング手段および第２のスイッチング手段に、制御手段から第２の信号が入力され、かつ充電禁止信号が入力されていないときには動作を停止することを特徴としている。

このような構成によれば、第１のスイッチング手段および第２のスイッチング手段が、制御手段からの第１の信号または第２の信号と、充電禁止信号とを入力信号とするＯＲ回路のように動作し、その出力に応じて第２の電圧制御手段の駆動が制御される。

請求項7に記載の充電装置は、電池からスイッチング電源への逆電流を防止する逆流阻止回路が設けられていることを特徴としている。

このような構成によれば、電池からスイッチング電源へ流れる電流が防止される。

本発明の請求項１に記載の充電装置によれば、電池が充電装置に装着されたことが判別されると、第１の電圧制御手段によって電池に印加される電圧を第１の電圧値に制御することによって、電池の充電を行うことができる。また、電池の未装着が判別された際の充電待機時には、電池に印加される電圧を電池に充電電流が流れない第２の電圧値に制御することによって、充電開始時に電池に流れ込む突入電流を無くすことができ、充電装置を構成する部品の故障率を大幅に低減できる。また、充電待機時に電池に印加される電圧は第１の電圧よりも低い第２の電圧に制御されるので、低消費電力化が可能である。

本発明の請求項２に記載の充電装置によれば、第２の電圧制御手段において、電圧帰還手段が制御系に印加される電圧を帰還することによって、単一のスイッチング電源から供給される電力をほぼ制御系へ供給される電力のみに制御している。このとき同時に電圧降下手段が駆動することによって、電池に印加される電圧を充電電流が電池に流入しない第２の電圧値まで降下させることができる。

本発明の請求項３に記載の充電装置によれば、電池が満充電であることが検知されると、電池が充電装置に装着された状態であっても制御手段は第２の電圧制御手段の動作を開始することによって第１の電圧制御手段の動作を停止し、充電を終了する。このとき充電装置は充電待機状態となり、スイッチング電源から供給される電力がほぼ制御系へ供給される電力のみに制御されるので、低消費電力化が可能である。

本発明の請求項４に記載の充電装置によれば、電源から出力される電力を電池に供給するための経路の接続をオンオフする接続手段によって、充電池への充電電力の供給の有無を制御することができる。

本発明の請求項５に記載の充電装置によれば、電池から出力される充電禁止信号を充電装置に入力することによって、適切な充電が行われていない場合に充電を禁止させることが可能になり、電池の損傷を防止することができるとともに安全に充電を行うことができる。

本発明の請求項６に記載の充電装置によれば、制御手段からの信号と電池からの充電禁止信号とを共通のスイッチング手段に入力することによって、いずれか少なくとも一方の信号が充電の終了を示している場合に充電を終了させることが可能になり、充電の安全性がより確実になるとともに、充電装置を構成する部品の損傷をより確実に防止することができる。

本発明の請求項7に記載の充電装置によれば、電池の電圧がスイッチング電源の出力電圧よりも高い場合にも電流が逆流することがなく、電池接続時に電池からスイッチング電源側に流れる突入電流を防止できる。

本発明の第１の実施の形態による充電装置について図１および図２を参照しながら説明する。まず、図１を参照しながら、本実施の形態による充電装置の構成を説明する。

図１に示すように、本実施の形態による充電装置１００は、整流平滑回路２、スイッチング回路５、および変圧器１０よりなる単一のスイッチング電源を有し、このスイッチング電源の出力側に電池５０が接続されて充電が行われるように構成されている。電池５０は、充電時に主に動作する第１のフィードバック回路２４および充電用フィードバック回路２３、充電待機時に主に動作する第２のフィードバック回路２５および電圧降下回路２２、電池５０への充電電流の供給経路の接続をオンオフする充電電流遮断回路２７０、および充電装置１００の動作を制御するマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）３２から主に構成された充電回路を介してスイッチング電源に接続されている。充電装置１００において、電池５０の充電を行っていない充電待機中は、第２のフィードバック回路２５および電圧降下回路２２が動作しており、充電電流遮断回路２７０は電池５０へ充電電流が供給される経路を遮断している。充電を行っている間は、第１のフィードバック回路２４および充電用フィードバック回路２３が動作しており、充電電流遮断回路２７０は電池５０へ充電電流が供給される経路を接続している。

以下、電池５０および充電装置１００の構成を詳細に説明する。電池５０は、例えばリチウム電池等の充電可能な電池である。電池５０は、複数の素電池５２を直列接続した電池組５７と、電池組５７に近接して配置され電池組５７の温度を検出するサーミスタ５８とを有している。特に電池５０がリチウム電池で構成される場合、各素電池５２の電池電圧を検出し例えば過放電状態、過充電状態を検知して充電禁止信号を出力する保護ＩＣ回路５１を備えている。

電池組５７は接続端子５３と接続端子５４との間に接続され、電池５０が充電装置１００に接続された状態において、互いに接続された接続端子５３と接続端子３５、および互いに接続された接続端子５４と接続端子３６を介して充電電流が供給されるように構成されている。このとき、サーミスタ５８は、互いに接続された接続端子３８と接続端子５６を介してマイコン３２に電池温度に応じた信号を出力する。また、保護ＩＣ回路５１の出力端子６０は接続端子５５と接続されており、出力端子６０から出力された充電禁止信号は、互いに接続された接続端子３７および接続端子５５とダイオード３４とを介して第２のフィードバック回路２５に入力される。以上のように構成された電池５０は、接続端子５３、５４、５５、５６を介して充電装置１００に接続された状態でスイッチング電源から充電電流が供給されることによって充電される。

スイッチング電源は、上記のように整流平滑回路２、スイッチング回路５および変圧器１０によって構成されている。整流平滑回路２は、商用電源等の交流電源１から入力される交流を整流する全波整流回路６、および全波整流回路６の出力を平滑化する平滑用コンデンサ７とで構成され、交流電源１から入力される交流を直流に変換する。

スイッチング回路５は、抵抗８、ＭＯＳＦＥＴ９、スイッチングレギュレータ１１を有しており、整流平滑回路２の出力をスイッチングするタイミングを調整することによって、変圧器１０から出力される電圧を制御するための回路である。抵抗８は、整流平滑回路２とスイッチングレギュレータ１１との間に接続されており、整流平滑回路２の出力電圧をスイッチングレギュレータ１１に入力する起動抵抗である。ＭＯＳＦＥＴ９は、ドレイン端子が変圧器１０の巻線１０１を介して全波整流回路６の出力側の一端に接続され、ソース端子が全波整流回路６の出力側の他端に接続され、ゲート端子がスイッチングレギュレータ１１の出力端子に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ９は、ゲート端子に入力された信号によりドレイン端子とソース端子との間の接続をオンオフするスイッチング素子である。スイッチングレギュレータ１１は、入力信号に応じてＰＷＭ制御されたパルス信号を出力する集積回路（以下、ＩＣという）である。スイッチングレギュレータ１１には、電源として巻線１０３に発生した電圧が平滑用コンデンサ１２およびダイオード１４で平滑化されて印加されているとともに、スイッチングのタイミングを制御する信号がフォトカプラ１３を介して入力されている。スイッチングレギュレータ１１は、ＰＷＭ制御された出力をＭＯＳＦＥＴ９のゲート端子に出力し、ＭＯＳＦＥＴ９が、ゲート端子に入力された信号に応じてスイッチング動作することによって、変圧器１０の１次側に印加される電圧を制御する。

変圧器１０は、１次側（入力側）の巻線１０１、２次側（出力側）の巻線１０２、１０３、１０４により構成されている。巻線１０１は、上記のようにスイッチング回路５により所定のタイミングでオンオフするパルス電圧を印加されている。巻線１０１に上記のパルス電圧が印加されることによって、２次側の巻線１０２、１０３、１０４に、巻線１０１との巻線比に応じた電圧が誘導される。その結果、巻線１０２は、電池５０の充電電流を供給するための電力を出力し、巻線１０３は、レギュレータ１１に所定の電圧を供給するための電力を出力し、巻線１０４は、充電装置１００の動作を制御するマイコン３２など制御系に供給する電力を出力する。

上記のようなスイッチング電源から電力を供給されることにより電池５０を充電するための充電回路は、電池５０に充電電流を供給する電力供給系として、整流平滑回路２１０、充電用フィードバック回路２３および第１のフィードバック回路２４、電圧降下回路２２および第２のフィードバック回路２５、充電電流逆流防止回路３９、充電電流遮断回路２７０を有しており、制御系としてマイコン３２および定電圧回路２８０を主に有している。

整流平滑回路２１０は、巻線１０２に接続されたダイオード２０と、巻線１０２の両端にダイオード２０を介して接続されたコンデンサ２１とから構成され、巻線１０２からの出力電圧を平滑化することによって直流に変換する。

第１のフィードバック回路２４は、ダイオード３９およびダイオード２０を介して巻線１０２に接続された抵抗２４１と、抵抗２４１に直列に接続されたツェナーダイオード２４３とから構成されている。ツェナーダイオード２４３のツェナー電圧は、電池パック５０の最大電圧よりも大きい電圧、すなわち電池電圧１８ボルトのニッケル水素電池の充電時の最大電圧である２５ボルト程度を考慮し、例えば３０ボルトに設定されている。第１のフィードバック回路２４の動作時には、ダイオード２０およびダイオード３９を介して巻線１０２の出力電圧が印加される。このときツェナーダイオード２４３にツェナー電圧以上の電圧が印加されると、フォトカプラ１３を介してスイッチングレギュレータ１１に出力電圧を抑制させる信号を入力することによって、変圧器１０の１次側の巻線１０１の電圧を制御する。その結果、第１のフィードバック回路２４の動作時に巻線１０２から出力される電圧は、ツェナーダイオード２４３のツェナー電圧とほぼ同等に保たれる。

充電用フィードバック回路２３は、抵抗２３１、２３２、・・・、２３７、ダイオード２３８および比較器２３０とから構成されている。抵抗２３１および抵抗２３２は、５ボルトの電位点と基準電位点との間に互いに直列に接続され、抵抗２３３、２３４、２３７は、抵抗２３１と抵抗２３２との接続点と基準電位点との間に互いに直列に接続され、それぞれの抵抗値に応じて５ボルトの電圧を分圧している。これによって抵抗２３３と抵抗２３４と接続点に所定電圧を生成し、比較器２３０の反転入力端子に印加している。抵抗２３５は比較器２３０の非反転入力端子と接続端子３６との間に接続され、電池５０に流れる充電電流に応じた電流が流入することによって、電池５０の充電電流に応じた電圧を比較器２３０の非反転端子に印加している。比較器２３０は、２つの入力端子に印加される電圧の差に応じた電圧を出力する。また、比較器２３０の出力端子は抵抗２３６およびダイオード２３８を介してフォトカプラ１３に接続されており、フォトカプラ１３を介してスイッチングレギュレータ１１に比較器２３０の出力に応じて出力電圧を制御する信号を入力することによって、変圧器１０の巻線１０２の出力電圧を制御し、電池５０の充電を定電流制御する。

第２のフィードバック回路２５は、ＭＯＳＦＥＴ２５３、ツェナーダイオード２５８およびＭＯＳＦＥＴ２５１、抵抗２５５、２５７、２５９とで構成されている。ＭＯＳＦＥＴ２５３のソース端子はダイオード２８を介して巻線１０４に接続され、ドレイン端子側には、抵抗２５９およびツェナーダイオード２５８が直列に接続されている。抵抗２５７は、ＭＯＳＦＥＴ２５３のソース−ゲート間に接続され、抵抗２５５およびＭＯＳＦＥＴ２５１は、ゲート端子に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ２５１のゲート端子は、ダイオード３３を介してマイコン３２の出力ポート３２１に接続されているとともに、ダイオード３４を介して接続端子３７に接続されており、電池５０の装着時には互いに接続された接続端子３７および接続端子５５を介して保護ＩＣ回路５１の充電禁止信号出力端子６０に接続される。第２のフィードバック回路２５は、マイコン３２の出力ポート３２１の出力がハイ（以下、Ｈとする）または保護ＩＣ回路５１の出力端子６０から充電禁止信号が出力されている場合に動作する。そしてツェナーダイオード２５８に印加される電圧が例えば８ボルト等のツェナー電圧を超えるとツェナーダイオード２５８からフォトカプラ１３を介してスイッチングレギュレータ１１に出力を抑制する信号が出力され、巻線１０１に印加される電圧を制御する。その結果、巻線１０４から出力される電圧は、ツェナーダイオード２５８のツェナー電圧とほぼ同等に保たれる。

電圧降下回路２２は、ダイオード２０を介して巻線１０２の一端に接続された抵抗２２３と、ドレイン端子を抵抗２２３に接続され、ソース端子を巻線１０２の他端に接続されたＭＯＳＦＥＴ２２１とで構成されている。ＭＯＳＦＥＴ２２１のゲート端子は、ダイオード３３を介してマイコン３２の出力ポート３２１に接続されるとともに、ダイオード３４を介して接続端子３７に接続されており、電池５０の装着時には接続端子５５を保護ＩＣ回路５１の充電禁止信号出力端子６０に接続される。電圧降下回路２２は、マイコン３２の出力ポート３２１の出力がＨ信号、または保護ＩＣ回路５１の出力端子６０から充電禁止信号が出力されている場合に動作する。このとき巻線１０４で発生している電力以上の消費となる抵抗値を抵抗２２３に設定することによって、巻線１０２の出力電圧を低下させる。

ダイオード３９は、電池５０側から巻線１０２側への電流を防止する逆流電流防止回路である。ダイオード３９は、ダイオード２０を介して巻線１０２の一端と接続され、リレー２６を介して電池５０の接続端子５３が接続される接続端子３５との間に接続されている。

充電電流遮断回路２７０は、一端がダイオード２０およびダイオード３９を介して巻線１０２に接続されるとともに、他端が電池５０の接続端子５３が接続される接続端子３５と接続されたリレー２６と、リレー２６の動作を制御するＭＯＳＦＥＴ２７とにより構成されている。ＭＯＳＦＥＴ２７は、ドレイン端子にリレー２６を介して５ボルトの電位を与えられ、ソース端子は基準電位点に接続されており、ゲート端子は、マイコン３２の出力ポート３２２と接続されている。リレー２６は、ＭＯＳＦＥＴ２７のゲート端子にＨ信号が入力されると接点を閉じることによって、巻線１０２から電池５０への充電電流の供給経路を接続する。

充電装置１００の動作を制御するマイコン３２は、巻線１０４から定電圧回路２８０を介して電力を供給されている。定電圧回路２８０は、整流および平滑用のダイオード２８、コンデンサ２９およびコンデンサ３１、３端子レギュレータ３０によって構成されている。３端子レギュレータ３０は、所定電圧以上の電圧を印加されると所定電圧を出力する集積回路である。３端子レギュレータ３０の第１の端子は、ダイオード２８を介して巻線１０４に接続されると共にコンデンサ２９を介して基準電位点に接続され、さらに第２のフィードバック回路２５に接続されている。３端子レギュレータ３０の第２の端子は基準電位点に接続され、第３の端子はコンデンサ３１を介して基準電位点に接続されるとともに５ボルトの電位点に接続され、さらにマイコン３２に接続されている。３端子レギュレータ３０は、第１の端子への入力電圧が５ボルトを超えると、マイコン３２に５ボルトの一定電圧を印加する。

マイコン３２は、出力ポート３２１、出力ポート３２２、入力ポート３２３を有している。出力ポート３２１は、ダイオード３３を介してＭＯＳＦＥＴ２２１およびＭＯＳＦＥＴ２５１のゲート端子に駆動信号を出力する。出力ポート３２２は、ＭＯＳＦＥＴ２７のゲート端子に駆動信号を出力する。入力ポート３２３は、電池５０の装着時に互いに接続される接続端子３８および接続端子５６を介してサーミスタ５８と接続され、サーミスタ５８が検出した電池５０の温度に応じた信号に基づいて電池の装着の有無を判別する。

以上のように構成される充電装置１００により電池５０を充電する際の動作を、図１および図２を参照しながら説明する。まず、電源１から交流電源が投入されると、整流平滑回路２の動作により直流に変換され、起動抵抗８に電圧が生じることによってスイッチングレギュレータ１１が動作を開始する。スイッチングレギュレータ１１の動作によりＭＯＳＦＥＴ９のゲート端子にＰＷＭ制御された信号が入力され、ＭＯＳＦＥＴ９がスイッチング動作を開始することによって、変圧器１０の２次側に同じコアに巻かれた巻線１０２、１０３、１０４から出力電圧が発生する。

巻線１０２から出力される電圧が上昇して、第１のフィードバック回路２４のツェナーダイオード２４３にツェナー電圧を超える電圧が印加されると、フォトカプラ１３を介してスイッチングレギュレータ１１に出力電圧を控える信号が伝達される。スイッチングレギュレータ１１は、ＭＯＳＦＥＴ９のスイッチングのタイミングを制御することによって巻線１０１に印加される電圧のパルス幅を制御し、巻線１０２から出力される電圧を第１のフィードバック回路２４で設定された電圧値に保つように制御する。このとき、スイッチングレギュレータ１１に電圧を供給する巻線１０３、およびマイコン３２に電圧を供給する巻線１０４の出力電圧は、それぞれ巻線１０１との巻き数比に応じた電圧となる。巻線１０４の出力電圧が５ボルトを超えると、定電圧回路２８０によってマイコン３２に所定電圧（５ボルト）が印加される。

図２に示すように、マイコン３２に所定電圧が印加されて動作を開始すると(Ｓ１)、出力ポート３２１から出力信号が第２のフィードバック回路２５に出力され、このＨ信号を入力されてＭＯＳＦＥＴ２５１がオン状態となることによって、第２のフィードバック回路２５が動作を開始する(Ｓ２)。第２の電圧フィードバック回路２５は、フォトカプラ１３を介してスイッチングレギュレータ１１に電圧制御信号を出力し、ツェナーダイオード２５８のツェナー電圧に応じて設定される例えば８ボルトの電圧に巻線１０４の出力電圧を制御する。このとき同時に電圧降下回路２２のＭＯＳＦＥＴ２２１はＨ信号を入力されてオン状態となり、電圧降下回路２２の両端電圧は、充電のために接続するいかなる電池の電池電圧よりも低い例えば５ボルト程度の電圧に降下される。この状態で電池５０の装着を待つ。

マイコン３２は、入力ポート３２３に所定の入力があるか否かを検出することにより、電池５０が装着されているか否かの検出を繰り返す（Ｓ３：ＮＯ）。入力ポート３２３に所定信号が入力されて電池の装着が検出されると（Ｓ３：ＹＥＳ）、出力ポート３２２からＨ信号をＭＯＳＦＥＴ２７のゲート端子に出力し、リレー２６の接続をオンして充電装置１００から電池５０への充電電流の供給経路を接続する（Ｓ４）。このとき、上記のように電圧降下回路２２の両端電圧が電池５０の電池電圧よりも低い電圧に降下されているとともに、ダイオード３９によって電池５０側から充電装置１００への逆流電流が防止されるので、リレー２６には全く電流が流れないことになる。

続いてマイコン３２は出力ポート３２１からロー（以下Ｌとする）信号をＭＯＳＦＥＴ２５１およびＭＯＳＦＥＴ２２１に出力し、第２のフィードバック回路２５および電圧降下回路２２の動作を停止させることによって、第１のフィードバック回路２４を動作状態に切り換える（Ｓ５）。

第１のフィードバック回路２４は、ツェナーダイオード２４３のツェナー電圧に応じた信号をフォトカプラ１３を介してスイッチングレギュレータ１１に出力することによって、巻線１０２の出力電圧を電池５０の充電が可能な例えば３０ボルトの設定電圧に制御する。また、充電用フィードバック回路２３は、電池５０の充電電流と設定電流値との差に応じた信号をフォトカプラ１３を介してスイッチングレギュレータ１１に出力することによって、電池５０の充電電流が所定の電流になるように制御する。この状態で電池５０に定電流による充電が行われる。

充電動作状態において、マイコン３２は電池５０が満充電であるか否かの判別を行う（Ｓ６）。満充電の判別は、例えばサーミスタ５８からの出力に基づいて温度検出を行い、電池５０の充電開始からの温度上昇地が所定の温度上昇値以上になるのを検出して判別するΔＴ検出法、充電時における所定時間あたりの電池温度上昇率（温度勾配）が所定値以上になるのを検出して判別するｄＴ／ｄｔ検出法等公知の方法の１つないし複数の満充電検出法を用いて行えばよい。満充電でない場合には、繰り返して判別を行う（Ｓ６：ＹＥＳ）。

マイコン３２が電池５０が満充電であると判別すると（Ｓ６：ＹＥＳ）、出力ポート３２１からＨ信号を出力し、第１フィードバック回路２４および充電用フィードバック回路２３の動作から第２のフィードバック回路２５および電圧降下回路２２の動作に切り換える（Ｓ７）。このとき、電圧降下回路２２により電池５０に印加される電圧は５ボルト程度に低下するため、充電電流はゼロとなる。

続いてマイコン３２は出力ポート３２２からＬ信号を出力して充電電流遮断回路２６０をオフし（Ｓ８）、電池５０の取り外しを監視する状態となる（Ｓ９）。電池５０が取り外されない場合には、監視を繰り返す（Ｓ９：ＹＥＳ）。取り外された場合には（Ｓ９：ＮＯ）、Ｓ３に戻り、再び電池の装着を監視する。

以上のような充電装置１００においては、整流平滑回路２、スイッチング回路５および変圧器１０が単一のスイッチング電源を構成している。また、第１のフィードバック回路および充電用フィードバック回路２３が第１の電圧制御手段を構成し、電圧帰還手段たる第２のフィードバック回路２５および電圧降下手段たる電圧降下回路２２が第２の電圧制御手段を構成している。マイコン３２は、電池装着判別手段、制御手段、強制充電終了手段等として機能する。充電電流遮断回路２７０は接続手段となり、ＭＯＳＦＥＴ２２１が第１のスイッチング手段、ＭＯＳＦＥＴ２５１が第２のスイッチング手段として機能している。

以上詳細に説明したように、本実施の形態による充電装置１００によれば、電池が充電装置に装着されたことが判別されると、第１のフィードバック回路２４および充電用フィードバック回路２３によって電池に印加される電圧を約３０ボルトなどの充電可能電圧に制御することによって、電池５０の充電を行うことができる。また、充電待機時には、電池５０に印加される電圧を電池に充電電流が流れない例えば５ボルトに制御し、ダイオード３９を設けることによって、充電開始時に電池５０に流れ込む突入電流を無くすことができ、リレー２６をはじめ充電装置１００を構成する部品の故障率を大幅に低減できる。また、充電待機時には、電圧降下回路２２によって電圧降下回路２２の両端の電圧を降下させており、巻線１０１から出力される電力をほぼ巻線１０４から出力される電力に等しくすることができるので、低消費電力化が可能である。

電池５０が満充電であることが検知されると、電池５０が充電装置に装着された状態であってもマイコン３２は第２のフィードバック回路２５および電圧降下回路２２の動作を開始することによって第１のフィードバック回路２４および充電用フィードバック回路２３の動作を停止し、充電を終了する。このとき充電装置１００は充電待機状態となり、スイッチング電源から供給される電力がほぼ制御系へ供給される電力のみに制御されるので、低消費電力化が可能である。

巻線１０２から出力される電力を電池５０に供給するための経路の接続をオンオフするリレー２６によって、充電池への充電電力の供給の有無を確実に制御することができる。

電池５０から充電禁止信号が出力される場合には、第２のフィードバック回路２５および電圧降下回路２２を動作させることによって充電を停止させることが可能になり、電池５０の損傷を防止することができるとともに安全に充電を行うことができる。また、この充電禁止信号と、マイコン３２の出力ポート３２１からのＨ信号をＭＯＳＦＥＴ２２１およびＭＯＳＦＥＴ２５１へ共通に入力することによって、いずれか少なくとも一方の信号が充電の終了を示している場合に充電を終了させることが可能になり、充電の安全性がより確実になるとともに、充電装置１００を構成する部品の損傷をより確実に防止することができる。また、上記充電装置１００は、低価格の部品で構成することが可能であり、低コスト化にも有効である。

本発明による充電装置は、上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。例えば、上記充電装置１００においては、リレー２６が接続されるときには常に充電電流が流れない状態に制御されているため、充電電流遮断回路２７０は必ずしも無くともよい。また、電池５０として、ニッケルカドミウム電池等別の種類の電池を充電する場合には、保護ＩＣ回路が備えられておらず、電池５０の構成が異なるが、他の構成および動作は上記と同様であり、同様の効果を得ることができる。電圧降下手段２２を構成する抵抗２２３は必ずしも設けなくてもよい。なお、具体的な回路構成は上記実施の形態に限定されず、同様の機能を有するものであれば本発明の範囲に含まれる。

本発明の一実施の形態による充電装置にリチウム電池を接続した場合の構成を示す回路図である。本発明の一実施の形態による充電装置の動作を説明するフローチャートである。

符号の説明

１：交流電源２：整流平滑回路５：スイッチング回路１０：変圧器２２：電圧降下回路２３：充電用フィードバック回路２４：第１のフィードバック回路２５：第２のフィードバック回路３２：マイクロコンピュータ５０：電池１０１、１０２、１０３、１０４：巻線２７０：充電電流遮断回路

Claims

電池を充電するための充電装置であって、
前記電池への充電電力と、前記充電装置の動作を制御する制御系への電力とを供給する単一のスイッチング電源と、
前記電池が前記充電装置に装着されたか否かを判別する電池装着判別手段と、
前記スイッチング電源から前記電池に印加される電圧を第１の電圧値に制御する第１の電圧制御手段と、
前記スイッチング電源から前記電池に印加される電圧を第１の電圧値よりも低い第２の電圧値に制御するとともに、前記スイッチング電源から前記制御系に印加される電圧を前記制御系が動作可能な第３の電圧値に制御する第２の電圧制御手段と、
前記電池装着判別手段により前記電池が前記充電装置に装着されていないと判別されたときは、前記第１の電圧制御手段を非動作とすると共に前記第２の電圧制御手段を動作させ、前記電池装着判別手段により前記電池が前記充電装置に装着されたと判別されたときは、前記第２の電圧制御手段を非動作とすると共に前記第１の電圧制御手段を動作させるよう制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする充電装置。
前記第２の電圧制御手段は、
前記第１の電圧値を降下して前記第２の電圧値を生成する電圧降下手段と、
前記スイッチング電源から前記制御系へ印加される電圧を帰還して前記第３の電圧値となるように前記スイッチング電源からの電力の供給を制御する電圧帰還手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記電圧降下手段と前記電圧帰還手段とに共に第１の信号を入力することによって、前記電圧降下手段と前記電圧帰還手段とを共に動作させ、第２の信号を入力することによって共に停止させるように前記第２の電圧制御手段の動作を制御し、
前記制御手段が前記第２の電圧制御手段の動作を停止することにより、前記第１の電圧制御手段が電圧制御を開始し、前記電池への充電が行われることを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
前記電池が満充電状態であるか否かを判別する満充電判別手段をさらに有し、
前記満充電判別手段が、前記電池が満充電状態であると判別すると、前記制御手段は、前記第２の電圧制御手段の動作を開始させることにより、前記第１の電圧制御手段は電圧制御を終了し、前記電池への充電を終了することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の充電装置。
前記電池への前記充電電力の供給をオンオフする接続手段と、
前記接続手段は、前記電池判別手段が前記電池の装着を検知すると前記電池への前記充電電力の供給をオンし、前記電池判別手段が前記電池の未装着を検知すると前記電池への前記充電電力の供給をオフすることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の充電装置。
前記電池からの充電禁止信号によって前記電池への充電を停止させる強制充電終了手段をさらに有し、
前記強制充電終了手段は、前記充電禁止信号を前記第２の電圧制御手段に伝達することによって前記第２の電圧制御手段を駆動させ、前記電池の充電を停止することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の充電装置。
前記電圧降下手段は、第１のスイッチング手段を有し、
前記電圧帰還手段は、第２のスイッチング手段を有し、
前記第２の電圧制御手段は、
前記第１のスイッチング手段および前記第２のスイッチング手段に、前記制御手段からの第１の信号または前記充電禁止信号のいずれか少なくとも一方が入力されることによって動作し、
前記第１のスイッチング手段および前記第２のスイッチング手段に、前記制御手段から第２の信号が入力され、かつ前記充電禁止信号が入力されていないときには動作を停止することを特徴とする請求項５に記載の充電装置。
前記電池から前記スイッチング電源への逆電流を防止する逆流阻止回路が設けられていることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の充電装置。