JP2009254215A

JP2009254215A - 充電装置

Info

Publication number: JP2009254215A
Application number: JP2008102875A
Authority: JP
Inventors: Takao Mukai; 琢雄向井
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2008-04-10
Filing date: 2008-04-10
Publication date: 2009-10-29

Abstract

【課題】充電不可能最大電圧の閾値を下げ、電池が充電危険状態まで劣化している電池以外の充電を可能にして、電池の有効利用を図る。
【解決手段】二次電池３１および充放電制御手段を備える電池パック３と、電池パック３へ充電電流を制御して供給する充電制御回路４と、備え、電池パック３の充放電制御手段は、過放電を検出する過放電検出回路３２２と、過充電を検出する過充電検出回路３２１と、放電電流を制御する放電制御用ＦＥＴ３３１と、充電電流を制御する充電制御用ＦＥＴ３３３と、前記ＦＥＴのオンオフを制御する制御回路３２０を備え、充電制御回路４による電池電圧検出時、ＡＣアダプタ２が接続された状態であれば、過放電検出電圧未満の状態においては、放電制御用ＦＥＴ３３１を所定期間強制的にオンになるように制御し、充電制御回路４は放電制御用ＦＥＴ３３１のオン時の電池電圧を検出し、二次電池への充電電流を制御する。
【選択図】図３

Description

この発明は、二次電池の充電装置に係り、特に、過放電保護機能を有する電池パックを充電する充電装置に関するものである。

従来より、携帯電話機やデジタルオーディオプレーヤあるいはモバイルコンピュータなどの携帯用電子機器においては、小型化、軽量化が進んでいる。これらの携帯用電子機器の電源は、小型化、軽量化そして、安定な動作を保証し連続使用時間を確保する上において、無視できない重要な構成要素であり、その電源としてリチウムイオン二次電池が用いられている。

リチウムイオン二次電池は、軽量、小型でありながらエネルギー密度が高く、携帯用電子機器の電池電源として最適なものである。しかし、過充電や外部短絡により電池温度が上昇して破裂に至ったり、過放電によって劣化を来すなどの難点がある。特に、リチウムイオン二次電池は過放電に弱く、ユーザが誤って過放電させてしまうと、充電しても電池の機能が回復不能となる場合がある。そこで、リチウムイオン二次電池を内蔵した電池パックにおいては、過放電、過充電に対する放電制御用スイッチ手段並びに充電制御用スイッチ手段を備えた保護回路が内蔵されている（例えば、特許文献１参照）。

例えば、過放電を防止するためには、二次電池の電圧が指定電圧、例えば、２．３Ｖ以下になったことを検出すると、過放電状態と判断して保護回路を作動させ、放電制御用スイッチ手段をオフし、二次電池から負荷への電力を遮断し、放電を停止させている。

図６は、充放電保護回路を備えた電池パックの一般的な構成を示すブロック図である。この図６に従い充放電保護回路を備えた電池パックにつき説明する。図６に示すように、電池パック１００は、リチウムイオン二次電池１１０、充放電保護回路を内蔵する保護集積回路装置（保護ＩＣ）１０１と、放電制御スイッチ素子１０２と、充電制御スイッチ素子１０２、抵抗１０３、１０４及びコンデンサ１０５を備える。

リチウムイオン二次電池１１０は、放電制御スイッチ素子１０２、充電制御スイッチ素子１０３を介して出力端子（＋、−）の間に接続される。出力端子（＋、−）は、この電池パック１００を電源とする機器にセットされ、若しくは充電装置に接続される。さらに、この出力端子（＋、−）の間には抵抗１０３、１０４及びコンデンサ１０５を介して保護ＩＣ１０１が接続されている。

保護ＩＣ１０１は、過充電、過放電、及び過電流からリチウムイオン二次電池１１０を保護する機能を有し、過充電や過放電の保護を行うための電圧を検出する電圧検出部、過電流を検出する電流検出部、検出した電圧に基づき、スイッチ素子である放電制御スイッチ素子１０２と充電制御スイッチ素子１０２とをオン／オフ制御する制御回路部とを含むものである。

この電池パック１００が機器若しくは充電装置に接続状態にされると、保護ＩＣ１０１は、電圧検出部でリチウムイオン二次電池１１０の充電状態及び放電状態における電池電圧を検出し、電流検出部で負荷電流を検出し、過充電状態又は過放電状態に対する電池電圧、あるいは過大な負荷電流が検出されない状態においては、放電制御スイッチ素子１０２と、充電制御スイッチ素子１０２をオン状態に制御する。放電制御スイッチ素子１０２と、充電制御スイッチ素子１０２は、リチウムイオン二次電池１１０と直列に接続されているので、オン状態では、リチウムイオン二次電池１１０の充放電回路が形成される。

また、過充電状態に対する電圧が検出されたときには、充電制御スイッチ素子１０３がオフになるように制御し、過放電状態に対応する電池電圧が検出された時には、放電制御スイッチ素子１０２がオフになるように制御する。

放電に関する制御につき、更に説明する。二次電池の放電時には、ＶＤＤ端子電圧を保護ＩＣ１０１は監視し、ＶＤＤ端子電圧が過放電検出電圧以下、例えば、２．３Ｖ以下になると過放電検出状態と判断し、ＤＯＵＴ端子から”Ｌ”レベルを出力し、放電制御スイッチ１０２としてのＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴ（ＮＭＯＳＦＥＴ）をオフすることによって、放電を停止させる。

過放電を検出した後は、過放電復帰に関わる部分以外の回路を停止させてスタンバイ状態とし、保護ＩＣ１０１が消費するスタンバイ電流を極力低減させている。この保護ＩＣ１０１の消費により、電池残量容量は低下してゆく。そして、ＶＤＤ端子電圧が充電不可能最大電圧以下、例えば、１．１Ｖ以下になると、充電装置を接続しても充電ができないように、ＣＯＵＴ端子が”Ｌ”レベルに固定され、充電制御スイッチ素子１０３としてのＮＭＯＳＦＥＴをオフすることにより、充電電流を流すことができないように制御している。

これは、過放電電池に充電しようとすると、リチウム（Ｌｉ）金属が析出し、ショート現象が発生する可能性があること、０Ｖ電池の場合には、極性が反転する可能性があるので、このような充電による危険性を回避するためである。

このように、従来の電池パック１００においては、充電装置を接続したときに、充電電流が流れ、過放電状態から復帰する「過放電検出電圧」とは別に、充電装置を接続しても充電電流が流せない「充電不可能最大電圧」が設けられている。

過放電状態からの復帰は、充電不可能最大電圧以上の場合に行われる。例えば、充電装置を接続したときに、ＶＤＤ端子電圧が過放電検出電圧以下の場合は、放電制御スイッチ１０２としてのＮＭＯＳＦＥＴはオフの状態であるが、寄生ダイオードを介して充電電流が流れ、リチウムイオン二次電池１１０は充電される。そして、ＶＤＤ端子電圧が過放電検出電圧より高くなった時点で、ＤＯＵＴ端子は”Ｈ”レベルとなり、放電制御スイッチ素子１０２としてのＮＭＯＳＦＥＴをオンにすることによって、放電可能状態となり、過放電状態から復帰する。なお、充電装置を接続しなくてもＶＤＤ端子電圧が過放電検出電圧より高くなると、過放電状態から復帰し、ＤＯＵＴ端子は”Ｈ”レベルとなり、放電制御スイッチ素子１０２としてのＮＭＯＳＦＥＴをオンするように構成する場合もある。
特開２００２−１７６７３０号公報

上記したように、従来の電池パックにおいては、充電危険性を回避するために、充電不可能最大電圧を１Ｖに設定し、それ以下の電圧の放電電池に対しては充電を禁止している。

ところで、デジタルオーディオプレーヤのように、電池パックが装置から容易に取り外せない構造の携帯用電子機器がある。このような携帯用電子機器において、ユーザが電池を充電せずに、携帯用電子機器を長期にわたり放置していた場合、保護ＩＣのスタンバイ電流により電池を消耗し、電池電圧が充電不可能最大電圧を下回る場合がある。このような状態になった場合、もはや充電はできず、電池を取り替えるしか方法がなかった。

しかしながら、実際、１Ｖ以下の電池において、危険状態まで劣化した電池は僅かであり、充電が行うことができれば、過放電状態から復帰して電池を使用できるものがある。

そこで、この発明は、充電不可能最大電圧の閾値を下げ、電池が充電危険状態まで劣化している電池以外の充電を可能にして、電池の有効利用を図る充電装置を提供することを目的とする。

この発明の充電装置は、二次電池および充放電制御手段を備える電池パックと、充電用電源との接続状態を検出するとともに電池電圧を検出し、検出した電池電圧に対応して電池パックに内蔵される二次電池へ充電電流を制御して供給する充電制御手段と、備えた充電装置であって、前記充放電制御手段は、二次電池の過放電を検出する過放電検出手段と、二次電池への過充電を検出する過充電検出手段と、二次電池への放電電流を制御する放電制御用スイッチ手段と、二次電池の充電電流を制御する充電制御用スイッチ手段と、前記両スイッチ手段のオンオフを制御する制御手段とを備え、前記充電制御手段による電池電圧検出時、前記電池パックの前記制御手段は、前記充電用電源が接続された状態であれば、過放電検出電圧未満の状態においては、前記放電制御用スイッチ手段を所定期間強制的にオンになるように制御し、前記充電制御手段は放電制御用スイッチ手段のオン時の電池電圧を検出し、その電圧に対応して前記二次電池への充電電流を制御することを特徴とする。

また、前記充電制御手段は、検出した電池電圧が第１の電圧未満の場合には、充電不能電池と判断して充電を停止するように制御することができる。

また、前記充電制御手段は、検出した電池電圧が第１の電圧以上第２の電圧未満の場合には、第１の電流値による定電流充電を所定時間行い、所定時間経過後に検出した電池電圧が第２の電圧以上の場合には充電可能電池と判断し、充電動作を行い、第２の電圧未満の場合には充電不能電池と判断して充電を停止するこように構成することができる。

更に、前記充電制御手段は、検出した電池電圧が第２の電圧以上第３の電圧未満の場合には、第１の電流値より大きい第２の電流値による定電流充電を所定時間行うように構成すればよい。

この発明は、電池が充電危険状態まで劣化している電池以外の充電を可能にして、電池電圧がきわめて小さな過放電状態の二次電池においても過放電状態から復帰させることができ、電池の有効利用を図ることができる。

この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、説明の重複を避けるためにその説明は繰返さない。

図１はこの発明の実施形態に係る充電装置を備えた携帯電子機器の構成を示すブロック図である。図１において、携帯用電子機器１は、携帯電話やデジタルオーディオプレーヤ等であって、充電制御回路４、装置負荷５、電池パック４を備える。また、携帯用電子機器１は、ＡＣアダプタ２から電源供給を受けるため正極となる端子４３と負極となる端子４４を備える。

充電制御回路４は、電池パック３を充電するために、充電制御部４２と充電制御部４２によって制御されるスイッチ素子４１とで、電池パック３に与える電圧と電流を制御する。

電池パック３は、リチウムイオン二次電池３１、保護制御部３２、スイッチ素子３３、端子３５、３６を備える。電池パック３は、携帯用電子機器１に対して脱着可能に構成され、端子３５、３６を介して充放電が行われる。保護制御部３２とスイッチ素子３３とは、過充電、過放電、及び過電流からリチウムイオン二次電池３１を保護する機能を有し、過充電や過放電の保護を行うための電圧を検出する電圧検出部、過電流を検出する電流検出部、検出した電圧に基づき、スイッチ素子３６をオン／オフ制御する制御回路部とを含むものである。電池パック３に何らかの異常がある場合、給電を遮断してリチウムイオン二次電池３１を保護する。

装置負荷５は、電子機器の動作を制御するためのマクロコンピュータやその他の種々回路を含み、電池パック３から電力を供給され、所定の動作を行う。

つぎに、この発明の電池パック３の構成につき図２を参照して更に説明する。図２は二次電池を異常状態から保護する二次電池保護装置を備えた電池パックの構成を示すブロック図である。この二次電池保護装置の保護制御部３２は、電池保護集積回路としてＩＣ化されており、リチウムイオン二次電池３１とともに電池パック３内に収容されている。

電池保護集積回路は、リチウムイオン二次電池３の放電制御用の半導体デバイスである放電制御用ＮＭＯＳＦＥＴ３３１及び充電制御用の半導体デバイスである充電制御用ＮＭＯＳＦＥＴ３３３のオン（ＯＮ）、オフ（ＯＦＦ）を制御するマイクロコンピュータで構成される制御回路３２０と、リチウムイオン二次電池３の過充電、過放電及びリチウムイオン二次電池３に流れる過電流をそれぞれ検出する過充電検出回路３２１、過放電検出回路３２２及び過電流検出回路３２３とを備えている。

また、電池パック３には、リチウムイオン二次電池３のプラス（＋）側、マイナス（−）側の出力端子３５、３６が設けられており、これらの出力端子３５、３６は、リチウムイオン二次電池３の充電時には充電装置からの充電電流が入力される入力端子となる。３３２、３３４は放電制御用ＮＭＯＳＦＥＴ３３１、充電制御用ＮＭＯＳＦＥＴ３３３の寄生ダイオードを示している。

充電時、電池パック３の過充電検出回路３２１は、リチウムイオン二次電池３が過充電されないように電池電圧を監視している。検出電圧が予め設定された過充電設定電圧より低い場合、過充電検出回路３２１は通常状態であることを制御回路３２０に通知する。通常状態では、制御回路３２０は充電制御用ＮＭＯＳＦＥＴ３３３のゲートをＨ（Ｈｉｇｈ）レベルにし、充電制御用ＮＭＯＳＦＥＴ３３３をオンにして充電電流を通電させる。過充電検出回路１２が過充電設定電圧より高い電池電圧を検出した場合、過充電検出回路１２は過充電状態であることを制御回路１１に通知する。過充電状態では、制御回路１１は充電制御用ＮＭＯＳＦＥＴ３３３のゲートをＬ（Ｌｏｗ）レベルにし、充電制御用ＮＭＯＳＦＥＴ３３３をオフにして充電電流を切断させる。

また、放電時、電池パック３の過放電検出回路３２２は、リチウムイオン二次電池３が過放電にならないように電池電圧を監視している。検出電圧が予め設定された過放電設定電圧より高い場合、過放電検出回路３２２は通常状態であることを制御回路３２０に通知する。通常状態では、制御回路３２０は放電制御用ＮＭＯＳＦＥＴ３３１のゲートをＨレベルにし、放電制御用ＮＭＯＳＦＥＴ３３１をオンにして放電電流を通電させる。過放電検出回路３２２が過放電設定電圧より低い電池電圧を検出した場合、過放電検出回路３２２は過放電状態であることを制御回路３２０に通知する。過放電状態では、制御回路３２０は放電制御用ＮＭＯＳＦＥＴ３３１のゲートをＬレベルにし、放電制御用ＮＭＯＳＦＥＴ３３１をオフにして放電電流を切断させる。過放電を検出した後は、過放電復帰に関わる部分以外の回路を停止させてスタンバイ状態とし、保護制御部３２が消費するスタンバイ電流を極力低減させる。

また、放電時、電池パック３の過電流検出回路３２３は、リチウムイオン二次電池３を異常負荷あるいは負荷短絡による過電流から保護するため、放電制御用ＮＭＯＳＦＥＴ３３１と充電制御用ＮＭＯＳＦＥＴ３３３に流れる電流を電圧値に変換して監視している。検出電圧が予め設定された過電流設定電圧より低い場合、過電流検出回路３２３は通常状態であることを制御回路３２０に通知する。通常状態では、制御回路３２０は放電制御用ＮＭＯＳＦＥＴ３３１のゲートをＨレベルにし、放電制御用ＮＭＯＳＦＥＴ３３１をオンにして放電電流を通電させる。過電流検出回路３２３が過電流設定電圧より高い電圧を検出した場合、過電流検出回路３２３は過電流状態であることを制御回路３２０に通知する。過電流状態では、制御回路３２０は放電制御用ＮＭＯＳＦＥＴ３３１のゲートをＬレベルにし、放電制御用ＮＭＯＳＦＥＴ３３１をオフにして放電電流を切断させる。

上記した制御回路３２０内には、図示はしないが、この保護回路の動作を制御するためのプログラム、各制御を行うための電圧値、後述するデューティ（Ｄｕｔｙ）制御のデューティ比などの値が格納されたＲＯＭ、各種データを一時保持するためのＲＡＭなどが内蔵されている。

次に、上記した電池パック３を外部電源による定電流充電の後、定電圧充電に切り換える充電する充電装置の一例を図３に示す。図３は、充電制御にＰＭＯＳトランジスタを用いた充電装置を示す回路図である。

この充電装置は、電子機器に装置負荷とともに搭載された電池パック３を充電ソースにＡＣアダプタ２を用いて充電する構成である。この充電装置の充電制御回路４には、充電制御部４２が備えられ、この充電制御部４２には、充電制御を行う回路等のＩＣ化可能な回路部が集積化されている。ＡＣアダプタ２と電池パック３との間には電池パック３に充電電流を流す充電経路が形成され、この充電経路には、充電制御素子としてＰＭＯＳＦＥＴ４１が設置され、このＰＭＯＳＦＥＴ４１には逆流防止用ダイオード４５及びセンス抵抗４６が直列に接続されている。センス抵抗４６は電流検出回路４２２と接続され、電流検出回路４２２は充電経路に流れる充電電流を電圧に変換して検出し、この検出電流は制御情報として制御回路４２０に与えられる。制御回路４２０に与えられる制御出力はＰＭＯＳＦＥＴ４１のゲートに加えられ、充電定電流制御又は定電圧制御が実行される。

充電制御部４２には、アダプタ検出用の電圧検出回路４２１、電池電圧検出用の電圧検出回路４２３が設けられているとともに、制御部４２０、スイッチング電源などからなる内部電源回路４２４等が備えられている。内部電源回路４２４は、定電流出力又は定電圧出力を発生する例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータであって、充電制御部４２に内蔵された電源回路を構成している。制御回路４２０は、例えば、マイクロプロセッサで構成され、ＲＯＭ４２４に格納された制御プログラムに基づき各種制御動作を行う。また、制御部４２０には、ＲＡＭ４２５が接続され、このＲＡＭ４２５に各種データが一時的に格納される。

制御回路４２０は、ＡＣアダプタ２に対応した充電パターン等の充電制御に用いられる。ＡＣアダプタ２の接続は、端子４３に加えられる電圧情報により知ることができる。そこで、ＡＣアダプタ４０が接続された場合には、必要な場合に内部電源４２６による予備トリクル充電並びにトリクル充電及びＰＭＯＳＦＥＴ４１の制御により定電流Ｉccによる定電流充電ＣＣ、内部電源４２６の制御により定電圧ＣＶによる定電圧充電が行われる。

なお、充電制御回路４のＧＮＤ端子４４はＡＣアダプタ２のＧＮＤ端子に接続され、正端子４７は電池パック３の正端子３５に接続され、ＧＮＤ端子４８は電池パック３の−端子３６に接続されている。

このように構成された充電装置において、従来は、充電不可能最大電圧、例えば、電池電圧が１．０Ｖ未満になると充電を不可能にして電池パック３を使用できないように制御していた。しかしながら、上述したように、充電不可能最大電圧を下回った電池パック３においても充電ができれば過放電状態から復帰できるものもある。そこで、この発明においては、電池パック３側での充電不可能最大電圧を解除し、充電制御回路４側でリチウムイオン二次電池３１の電圧を正確に測定できるようにして劣化電池かどうか判断し、使用可能な電池であれば過放電状態から復帰させるように制御するものである。

この発明における電池パック３は、充電不可能最大電圧における制御を解除している。すなわち、電池パック３の制御回路３２０は、過放電制御は行うが、電池電圧が充電不可能最大電圧を下回っても充電制御用ＮＭＯＳＦＥＴ３３３のゲートをＨ（Ｈｉｇｈ）レベルに固定する制御は行わない。

充電制御回路４にＡＣアダプタ４３が接続されると、充電制御回路４は電池パック３の＋端子３５と−端子３６間の電圧を測定して二次電池の電圧として検出している。しかしながら、過放電状態の場合には、放電制御用電池ＮＭＯＳＦＥＴ３３１がオフ状態であるので、ＮＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオード３２２のＶＦによる電位との差電圧を検出することになる。

例えば、図５に示すように、リチウムイオン二次電池３１の電圧が０．８Ｖ、寄生ダイオード３２２のＶＦが−０．６Ｖとすると、電池パック３の端子電圧は１．４Ｖとなり、正確なリチウムイオン二次電池３１の電圧を検出することができない。

そこで、この発明においては、電池パック３の制御回路３２０は、ＡＣアダプタ２が接続された状態であれば、過放電検出電圧未満の状態においては、放電制御用ＮＭＯＳＦＥＴ３３１を所定のデューティ比に従いオン／オフ制御する。図５に示す例では、デューティ比９９％でオン／オフ制御を行っている。充電危険状態まで劣化している電池においてもＮＭＯＳＦＥＴ３３１がオンになっている状態であれば、電池パック３の−端子は０Ｖとなり、端子間３５、３６の電圧により、リチウムイオン二次電池３１の正確な電圧を充電制御回路４の制御回路４２０は得ることができる。図５に示すように、充電制御回路４側では、放電制御用ＮＭＯＳＦＥＴ３３１のオン期間に同期してリチウムイオン二次電池３１の電池電圧を測定する。前記したデューティ比は、過放電復帰遅延時間、過放電検出遅延時間を調整することで決定すればよい。

そして、その測定したリチウムイオン二次電池３１の電池電圧により、充電不能電池か否か判断する。例えば、経験的に危険状態まで劣化した電池電圧を充電不能電池電圧として設定する。この実施例では、電池電圧が０．８Ｖ未満の場合には、充電禁止の電池としている。なお、０．８Ｖはあくまでも一例であり、０．５Ｖなど用いる電池の構造、種類などにより経験的に設定すればよい。

制御回路４２０が充電可能な電池として判断した場合、トリクル充電より更に電流値の小さいサブトリクル充電による充電を開始する。例えば、０．１Ｃ以下の定電流による充電を所定時間行った後、上記と同様にして、放電制御用ＮＭＯＳＦＥＴ３３１を所定のデューティ比に従いオン／オフ制御し、充電制御回路４側では、放電制御用ＮＭＯＳＦＥＴ３３１のオン期間に同期してリチウムイオン二次電池３１の電池電圧を測定する。そして、この電圧測定により、所定の電圧、例えば、過放電検出電圧である２．３Ｖに達しない場合には、析出などの異常が発生している可能性があると制御回路４２０は判断し、充電を停止し、電池が異常であるとして、電池パック３の交換を通知し、以後、電池パック３が交換されるまで、以後の充電を禁止するように制御する。

測定した電池電圧が過放電検出電圧以上になると、過放電状態から復帰し、そして、通常のトリクル充電を経て、急速充電の定電流充電から定電圧充電に進み、所定の充電が行われると充電動作を終了する。

次に、この発明の充電装置の動作について説明する。図４は、この発明の実施形態にかかる充電装置の動作を示すフローチャートである。

ＡＣアダプタ２が接続されると、まず、充電制御回路４は、電池パック３の電池電圧を測定し、電池パック３が過放電状態であるか否か判断する（ステップＳ１）。ステップＳ１において、過放電状態でない、例えば、測定した電池電圧が２．３Ｖ以上の場合には、ステップＳ１０に進み、通常のトリクル充電動作を行う。

一方、過放電状態であると判断されると、ステップＳ２に進み、ステップＳ２において、電池パック３の制御回路３２０は、放電制御用ＮＭＯＳＦＥＴ３３１を所定のデューティ比に従いオン／オフ制御する。そして、充電制御回路４側では、放電制御用ＮＭＯＳＦＥＴ３３１のオン期間に同期してリチウムイオン二次電池３１の電池電圧を測定し、ステップＳ３に進む。

続いて、ステップＳ３において、充電制御回路４の制御回路４２０は、リチウムイオン二次電池３１が劣化電池か否か判断する。充電制御回路４の制御回路４２０は、その測定したリチウムイオン二次電池３１の電池電圧が０．８Ｖ未満の場合には、充電禁止の電池と判断し、ステップＳ１４に進み、ステップＳ１４において、劣化電池処理を行う。劣化電池処理は、例えば、制御回路４２０が充電を停止し、電池が異常であるとして、電池パック３の交換を通知し、電池パック３が交換されるまで、以後の充電を禁止するように制御する。

一方、その測定したリチウムイオン二次電池３１の電池電圧が０．８Ｖ以上の場合にはトリクル充電より更に電流値の小さいサブトリクル充電による充電を開始するために、まず、タイマーをリセットし、時間の測定を開始し（ステップＳ４）、そして、０．１Ｃ未満の小さな電流値による定電流充電を行う（ステップＳ５）。そして、所定時間経過するまでサブトリクル充電が行われ、所定時間が経過すると（ステップＳ６）、ステップＳ７に進み、電池電圧を測定する。

ステップＳ７においては、電池パック３の制御回路３２０は、放電制御用ＮＭＯＳＦＥＴ３３１を所定のデューティ比に従いオン／オフ制御する。そして、充電制御回路４側では、放電制御用ＮＭＯＳＦＥＴ３３１のオン期間に同期してリチウムイオン二次電池３１の電池電圧を測定し、ステップＳ８に進む。

続いて、ステップＳ８において、充電制御回路４の制御回路４２０は、リチウムイオン二次電池３１が異常電池か否か判断する。充電制御回路４の制御回路４２０は、その測定したリチウムイオン二次電池３１の電池電圧が０．８Ｖ以上２．３Ｖ未満の場合には、析出などの異常が発生している可能性があると判断し、制御回路４２０は、充電を停止し、電池が異常であるとして充電禁止と判断し、ステップＳ１４に進み、ステップＳ１４において、劣化電池処理を行う。

一方、その測定したリチウムイオン二次電池３１の電池電圧が２．３Ｖ以上の場合にはトリクル充電よる充電を開始するために、まず、タイマーをリセットし、時間の測定を開始し（ステップＳ９）、そして、１Ｃ未満の小さな電流値による定電流充電を行う（ステップＳ１０）。そして、所定時間経過するまでトリクル充電が行われ、所定時間が経過すると（ステップＳ１１）、ステップＳ１２に進み、電池電圧を測定する。

ステップＳ１２においては、電池パック３の制御回路３２０は、放電制御用ＮＭＯＳＦＥＴ３３１を所定のデューティ比に従いオン／オフ制御する。そして、充電制御回路４側では、放電制御用ＮＭＯＳＦＥＴ３３１のオン期間に同期してリチウムイオン二次電池３１の電池電圧を測定し、ステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３において、充電制御回路４の制御回路４２０は、その測定したリチウムイオン二次電池３１の電池電圧が３Ｖより大きくなったか否か判断し、３Ｖ以下の場合には、ステップＳ１０に戻り、前述の動作を繰り返す。そして、３Ｖを越えると、ステップＳ１５に進み、急速充電用の定電流充電、その後電池電圧が所定の電圧に達すると定電圧充電を行う。そして、ステップＳ１６で充電終了を監視し、充電終了の電流値になると充電動作を終了する。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施形態に係る充電装置を備えた携帯電子機器の構成を示すブロック図である。二次電池を異常状態から保護する二次電池保護装置を備えた電池パックの構成を示すブロック図である。この発明の実施形態にかかる充電装置を示す回路図である。この発明の実施形態にかかる充電装置の動作を示すフローチャートである。この発明による放電制御用ＮＭＯＳＦＥＴを所定のデューティ比に従いオン／オフ制御する状態を示すタイミングチャートである。充放電保護回路を備えた電池パックの一般的な構成を示すブロック図である。

符号の説明

２ＡＣアダプタ、３電池パック、４充電制御回路、５装置負荷、３２保護制御部、３３スイッチ素子、４１スイッチ素子、４２充電制御部、４１ＰＭＯＳＦＥＴ、３２０制御回路、３２１過充電検出回路、３２２過放電検出回路、３２３過電流検出回路、３３１放電制御用ＮＭＯＳＦＥＴ、３３３充電制御用ＮＭＯＳＦＥＴ、４２０制御回路、４２１電圧検出回路、４２２電流検出回路、４２３電圧検出回路、４２６内部電流回路。

Claims

二次電池および充放電制御手段を備える電池パックと、充電用電源との接続状態を検出するとともに電池電圧を検出し、検出した電池電圧に対応して電池パックに内蔵される二次電池へ充電電流を制御して供給する充電制御手段と、備えた充電装置であって、
前記充放電制御手段は、二次電池の過放電を検出する過放電検出手段と、二次電池への過充電を検出する過充電検出手段と、二次電池への放電電流を制御する放電制御用スイッチ手段と、二次電池の充電電流を制御する充電制御用スイッチ手段と、前記両スイッチ手段のオンオフを制御する制御手段とを備え、前記充電制御手段による電池電圧検出時、前記電池パックの前記制御手段は、前記充電用電源が接続された状態であれば、過放電検出電圧未満の状態においては、前記放電制御用スイッチ手段を所定期間強制的にオンになるように制御し、前記充電制御手段は放電制御用スイッチ手段のオン時の電池電圧を検出し、その電圧に対応して前記二次電池への充電電流を制御することを特徴とする充電装置。
前記充電制御手段は、検出した電池電圧が第１の電圧未満の場合には、充電不能電池と判断して充電を停止することを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
前記充電制御手段は、検出した電池電圧が第１の電圧以上第２の電圧未満の場合には、第１の電流値による定電流充電を所定時間行い、所定時間経過後に検出した電池電圧が第２の電圧以上の場合には充電可能電池と判断し、充電動作を行い、第２の電圧未満の場合には充電不能電池と判断して充電を停止することを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
前記充電制御手段は、検出した電池電圧が第２の電圧以上第３の電圧未満の場合には、第１の電流値より大きい第２の電流値による定電流充電を所定時間行うことを特徴とする請求項３に記載の充電装置。