JP2010022118A - 充電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電池性能を劣化させることなく安全かつ最短時間で充電することができる充電装置を提供すること。
【解決手段】充電制御装置２００は、外部の記憶装置４００から供給された参照設定値Ａと、電池電圧検出回路２４０、充電電流検出回路２３０、電池温度監視回路２６０及び電源監視回路２７０により生成された各信号Ｖｃ，Ｖｂ，Ｖｔ，Ｖｓに基づいて、充電停止・定電圧充電動作・定電流充電動作を制御する。これにより、二次電池の物性、温度、充電装置自体の特性、放電特性も鑑みた最適な充電電流及び充電電圧を制御することで、定電流充電及び定電圧充電の設定値を充電状態によって制御することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯機器等の電子機器に搭載され、ＡＣアダプタ等の直流電源から電力を供給されてバッテリを充電する充電装置に関する。

一般に、携帯電話等の移動無線通信機では、電源として二次電池が使用される。特に、リチウムイオン電池は、単位体積当たりのエネルギ密度及び単位質量当たりのエネルギ密度が大きく、それを搭載する機器の小型軽量化を可能にする。リチウムイオン電池を充電する場合、電池の電圧を一定に保って充電電流を供給する定電圧充電方式や、定電流充電の後に定電圧充電を行う定電流・定電圧充電方式が採用される。いずれの方式を実現する充電装置も、定電圧充電時に充電電流があらかじめ決められた満充電電流以下になったことを検出して、充電を完了する。

特許文献１には、二次電池の温度特性を充電電圧に反映する充電方法が記載されている。

図９は、特許文献１に記載の充電回路の構成を示す回路図である。

図９において、充電回路１０は、入力される交流を、二次電池を充電できる電圧に変換する電源１１と、この電源１１の出力を調整して二次電池を定電流定電圧充電する定電流定電圧充電回路１２と、この定電流定電圧充電回路１２に二次電池の電池電圧を入力する電圧検出部１３と、二次電池の充電電流を検出して定電流定電圧充電回路１２に入力する電流検出部１４と、二次電池の周囲温度を検出する温度検出部１５と、二次電池の充電時間を制御するタイマ部１６とを備えて構成される。

定電流定電圧充電回路１２は、二次電池の充電状態を制御する充電制御部１２Ａと、この充電制御部１２Ａを制御する中央制御部１２Ｂと、電池の物性を検出する電池物性検出部１７を備える。

中央制御部１２Ｂは、マイクロプロセッサと電池の物性に最適な複数組の温度補償電圧値を記憶するメモリを備える。中央制御部１２Ｂは、電圧検出部１３と電流検出部１４から入力される電池電圧及び充電電流と、温度検出部１５から入力される二次電池の周囲温度と、電池物性検出部１７から入力される信号を演算して充電制御部１２Ａを制御し、充電制御部１２Ｂでもって出力電圧と出力電流を調整して、二次電池を最適の温度補償電圧値に設定して定電流定電圧充電する。また、中央制御部１２Ｂは、タイマ部１６が二次電池を充電するトータルのカウントを終了すると、二次電池の充電を終了する。

上記充電回路１０により以下の充電方法が実現される。

図１０は、上記充電回路１０を用いた充電方法による充電特性の一例を示す図である。

図１０に示すように、定電流定電圧充電される二次電池は、設定電圧を周囲の温度で補償する。設定電圧を周囲温度が低い時は高く、周囲温度が高い時に低く補正し、二次電池に対して最適値に設定する。また、設定電圧は温度だけでなく二次電池の物性によって補正可能であり、二次電池の物性によって温度補償電圧値を変更するために温度を関数とする複数の温度補償電圧値を充電器に記憶する。ここで二次電池の物性とは、電池のタイプ、電池の寿命度、電池の容量、電池の充電特性等である。
特開平９−１６３６２４号公報

しかしながら、このような従来の充電回路にあっては、二次電池の最大電圧を温度と電池物性によって制限しているだけであり、充電装置の性能や二次電池を電力源とする負荷への放電特性は考慮されていない。

また、従来の充電方法は、二次電池の最大電圧を制限する設定電圧を温度補償して充電する方法であり、また温度補償電圧値を設定する際、電池の寿命度、電池の容量、電池のタイプ、電池の充電特性のいずれかの電池の物性より設定される。しかし、充電電流を制御する際、温度特性に対して最大電圧を制御するだけでなく最大電流も補償できた方が電池性能の劣化防止により効果的である。また、充電電圧の補償値を設定する際、電池の物性特性のみで設定されるのではなく、二次電池に電力を供給する電源の特性・種類又は二次電池を供給源とする負荷への放電特性に対しても設定できた方が、様々な環境において電池性能を低下させることなくさらに充電時間の短縮が可能な充電方法が実現可能となる。また、各特性の充電への影響力は、簡易に制御できた方が更に利便性は高まる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、電池性能を劣化させることなく安全かつ最短時間で充電することができる充電装置を提供することを目的とする。

本発明の充電装置は、直流電源から二次電池を充電する充電装置であって、充電電流を検出する充電電流検出手段と、電池電圧を検出する電池電圧検出手段と、充電状態を監視する充電状態監視手段と、二次電池の型、電源の型、二次電池の温度特性、電源特性、又は放電特性のうち、少なくとも一つ以上の充電時参照値を参照設定値として取得する参照設定値取得手段と、前記参照設定値取得手段により取得した参照設定値と、前記充電電流検出手段と前記電池電圧検出手段と前記充電状態監視手段の各出力に基づいて、充電電流又は電池電圧を制御する充電制御手段とを備える構成を採る。

本発明によれば、二次電池の物性、温度、充電装置自体の特性、放電特性も鑑みた最適な充電電流及び充電電圧を制御することにより、定電流充電及び定電圧充電の設定値を充電状態によって制御することができ、電池性能を劣化させることなく安全かつ最短時間で充電することができる。

また、二次電池を充電する際、温度特性・電源特性・放電特性に対して簡易な設定により充電電圧・充電電流を制御することができ、電池性能を低下させることなく充電時間を短縮することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る充電装置の構成を示す回路図である。本実施の形態の充電装置は、携帯機器の電池を充電する充電制御ＩＣチップに適用した例である。

図１において、充電装置は、充電電流を供給する電源１００と、リチウムイオン電池等の二次電池３００と、電源１００と二次電池３００の間に直列に接続され電源１００から二次電池３００への充電電流を制御する充電制御装置２００とを含んで構成される。また、充電制御装置２００には、充電制御装置２００に供給する参照設定値Ａを記憶する記憶装置４００が接続される。

電源１００は、例えば充電電流を供給するＡＣアダプタである。

充電制御装置２００は、制御トランジスタ２１０、検出抵抗などの検出素子２２０、充電電流検出回路２３０、電池電圧検出回路２４０、充電電流制御回路２５０、電池温度監視回路２６０、電源監視回路２７０及び充電制御回路２８０を備えて構成される。

制御トランジスタ２１０は、端子電圧（例えばゲート端子電圧）の信号に応じて充電電流を制御する。

充電電流検出回路２３０は、検出素子２２０を用いて電源１００から二次電池３００への充電電流を検出して充電電流信号Ｖｃを生成する。

電池電圧検出回路２４０は、二次電池３００の電圧値を検出して電池電圧信号Ｖｂを生成する。

充電電流制御回路２５０は、充電電流検出回路２３０と電池電圧検出回路２４０を介して所定の電圧及び電流に対して、制御トランジスタ２１０の端子電圧を制御して充電を行う。

充電電流制御回路２５０は、基準電圧発生回路２５１、及び差動増幅回路２５２から構成され、基準電圧発生回路２５１及び差動増幅回路２５２は、以下の構成を採る。

基準電圧発生回路２５１は、充電制御回路２８０により生成された信号を基に、可変可能な基準電圧を発生する。差動増幅回路２５２は、基準電圧発生回路２５１からの基準信号を一方の入力端子に受け、充電電流検出回路２３０と電池電圧検出回路２４０より生成された各信号を他方の入力端子に受ける。差動増幅回路２５２は、基準電圧発生回路２５１からの基準信号と、充電電流検出回路２３０及び電池電圧検出回路２４０の各信号との入力端子間電圧が等しくなるように負帰還制御を実施し制御トランジスタ２１０を介して充電電流を制御する。基準電圧発生回路２５１の具体的な構成については、図２により後述する。

電池温度監視回路２６０は、二次電池３００の温度を検出し温度に応じて電池温度信号Ｖｔを生成する。

電源監視回路２７０は、充電状態を監視する充電状態監視回路を構成する。電源監視回路２７０は、電源１００の電圧・最大出力電流を検出し、電源電圧信号Ｖｓを生成する。電源監視回路２７０は、電源１００の出力電圧や電源の種類が検出可能である。電源の種類を検出する検出法の一例として、電源に認識端子を設けることで認識端子を有する電源に対しては認識情報を検出し、認識端子を有さないものに対しては認識不可であることを検出しある程度の精度をもって電源の種類の検出可能である。

充電制御回路２８０は、電池電圧検出回路２４０、充電電流検出回路２３０、電池温度監視回路２６０及び電源監視回路２７０により生成された各信号Ｖｃ，Ｖｂ，Ｖｔ，Ｖｓに基づいて、充電停止・定電圧充電動作・定電流充電動作を制御するための制御信号Ｖｘを生成する。

充電制御回路２８０は、上記各信号Ｖｃ，Ｖｂ，Ｖｔ，Ｖｓ入力により、二次電池３００の状態及び充電状態を常時、監視し、各状態に応じて充電停止・定電圧充電動作・定電流充電動作を制御する。

充電制御回路２８０は、演算回路２８１、ＡＤ変換回路２８２、ゲイン調整回路２８３、及びマルチプレクサ回路２８４から構成される。

演算回路２８１は、記憶装置４００から読み出され供給された参照設定値Ａと、各信号Ｖｃ，Ｖｂ，Ｖｔ，Ｖｓに基づいて、充電停止・定電圧充電動作・定電流充電動作を制御するための制御信号Ｖｘをデジタル演算する。デジタル信号は、例えば０，１あるいはＬ，Ｈ等の二値のみで表現できる信号を指す。演算回路２８１は、生成した制御信号Ｖｘを充電電流制御回路２５０の基準電圧発生回路２５１に出力する。

ＡＤ変換回路２８２は、ゲイン調整回路２８３より生成された信号をデジタル信号に変換する。

ゲイン調整回路２８３は、線形な感度を有し入出力間の感度を外部電圧により調整可能なゲイン調整を行う。

マルチプレクサ回路２８４は、外部電圧あるいは一定周期により、各回路に接続する接続端子を可変可能に切り替える。

記憶装置４００は、不揮発性メモリ等から構成され、各種の充電制御装置２００に共通して使用可能な、充電時参照値を参照設定値Ａとして予め記憶する。記憶装置４００は、外部記憶装置であり、充電制御装置２００のセットアップ時、又は充電制御装置２００を含む充電装置の組立て時など適当なタイミングでＩ／Ｏインターフェース又は専用インターフェース（いずれも図示略）を介して充電制御装置２００に接続される。記憶装置４００は、汎用の記憶デバイスで構成することも可能である。また、記憶装置４００に記憶される参照設定値Ａは、各種の充電制御装置２００において共通して読み出せる業界標準により策定することも可能である。この構成によれば、充電装置の充電仕様が将来バージョンアップされ、また改良された場合であっても充電装置側の設計変更を招来することなく、充電性能を向上させることができる。この観点から、記憶装置４００は、充電制御装置２００の外部記憶装置であることが好ましい。しかしこれに限定されるものではない。

参照設定値Ａは、例えば周囲温度２５℃における定電流充電電流値、定電圧充電電圧値及び電源の種類、放電特性並びに温度特性の各特性に対する定電流充電電流値と定電圧充電電圧値の情報を有するデジタルデータである。参照設定値Ａの詳細については、図６により後述する。

図２は、上記基準電圧発生回路２５１の具体的な構成を示す回路図である。

図２において、基準電圧発生回路２５１は、温度及び電圧変動などに依存しないバンドギャップ回路等により別途設定されている基準電位間に、直列に接続された複数の抵抗２５１２と、抵抗２５１２の組み合わせより構成された抵抗分割回路２５１３と、抵抗分割回路２５１３の抵抗２５１２対して並列に接続され、スイッチングにより各分圧抵抗を短絡して抵抗２５１２の組み合わせを変えるスイッチング素子２５１１とを備えて構成される。なお、本実施の形態では複数の抵抗２５１２は、直列抵抗群であり、スイッチング素子２５１１は、直列抵抗群の抵抗２５１２に並列接続であるが、これら直並列の組み合わせは任意である。

図２の例では、高電位側電源に接続された第１の抵抗と第１の抵抗に直列接続された第２の抵抗との接続点から基準信号Ｖｒｅｆを出力する。

各スイッチング素子２５１１は、入力される制御信号Ｖｘに基づいて個別にオンオフされることにより、基準信号Ｖｒｅｆは基準電位間の所定値に設定される。

例えば、図２に示すような４つの分圧抵抗からなる分圧回路の場合、各分圧抵抗の抵抗値を、抵抗２５１２に対してそれぞれ、１：２：４：８に設定しておくことにより、基準信号Ｖｒｅｆは０Ｖ及び基準電位の１／２から１５／１６までの１６通りの電位に設定できる。

ここで、図１の充電制御回路２８０から基準電圧発生回路２５１への制御信号２８１−１〜２８１−４は、単一とは限らず、図２の抵抗又はスイッチの数に応じて変更される信号である。

以下、上述のように構成された充電制御装置２００の動作について説明する。

本実施の形態は、充電制御回路２８０の演算回路２８１が、以下の特徴を有する。

（１）演算回路２８１は、参照設定値Ａと、電池電圧検出回路２４０、充電電流検出回路２３０、電池温度監視回路２６０及び電源監視回路２７０により生成された各信号Ｖｃ，Ｖｂ，Ｖｔ，Ｖｓに基づいて制御信号Ｖｘを生成する（図３乃至図５参照）。

（２）また、演算回路２８１は、各信号Ｖｃ，Ｖｂ，Ｖｔ，Ｖｓに応じた特性マップを作成し、特性マップの該当条件に従って参照設定値Ａを参照して充電特性を調整する（図６及び図７参照）。

まず、演算回路２８１の基本動作について説明する。

演算回路２８１は、参照設定値Ａを予め設けることで参照設定値ＡとＡＤ変換回路２８２より生成されたデジタル信号とを比較又は演算し、参照設定値Ａに対して一定の法則に基づいた信号を生成する。参照設定値Ａは、デジタル信号として供給され、演算回路２８１は、デジタル信号間同士の演算を行う。

例えば、演算回路２８１は、参照設定値Ａについて電池電圧検出回路２４０に対して４．２Ｖ設定し、充電電流検出回路２３０に対して１Ａと設定し、電池温度監視回路２６０に対して基準温度２５℃で監視し、充電電流検出回路２３０に対する感度を−１と設定し、電池電圧検出回路２４０に対する感度を＋１と設定し、更に電源監視回路２７０に対して電源１００の出力電圧−二次電池３００の電圧が１．０Ｖ以上の場合は、充電電流に対する感度を＋０．５、１．０Ｖ以下であれば充電電流に対する感度を＋１とそれぞれ設定する。このように設定した場合、演算回路２８１は、充電電流＝１Ａ×｛１−（２５℃−温度監視信号）かつ充電電圧＝４．２Ｖ×｛１＋（２５℃−温度監視信号）｝で演算し、演算により生成された信号を基準電圧発生回路２５１に入力する。

図３乃至図５は、温度を変数にした場合の充電電圧及び充電電圧の特性を示す図である。図４は図３に対し、また図５は図４とは異なる設定をした場合の充電電圧及び充電電圧の特性を示す。

図３に示すように、温度を変数とした参照設定値Ａの設定値を基にした充電電流が制御可能となる。

また、ゲイン調整回路２８３の感度やＡＤ変換回路２８２の変換精度を調整することで、図４及び図５のような制御も可能である。

さらに、参照設定値Ａを別の異なる設定値に変更し、温度を変数とした別の異なる充電制御も可能である。

以上、演算回路２８１の基本動作について説明した。本実施の形態は、演算回路２８１が、各信号Ｖｃ，Ｖｂ，Ｖｔ，Ｖｓに基づいて制御信号Ｖｘを生成することを特徴とする。さらに、参照設定値Ａは、充電制御装置２００の外部デバイスである記憶装置４００に格納されており、充電制御装置２００は、記憶装置４００から参照設定値Ａを読み出して用いる。また、この参照設定値Ａは、充電特性に関連する複数のパラメータを有し、かつ各パラメータが有機的なつながりを持つものである。

すなわち、充電制御装置２００は、図３乃至図５に示すような充電電圧及び充電電圧の設定値を、自己の装置内で、しかも相互に関連なく独立して持つのではなく、充電特性に関連するパラメータを有機的に組合わせた参照設定値Ａについて外部から供給を受け、かつ、この参照設定値Ａを用いて最適な充電制御を行う。

次に、参照設定値Ａ及び演算回路２８１の特徴動作について詳細に説明する。

記憶装置４００は、充電制御装置２００の充電に関する諸特性を初期設定した参照設定値Ａを記憶する。

図６は、参照設定値Ａの具体例を表にして示す図である。図６（ａ）は、電源タイプによる特性を、図６（ｂ）は、電池タイプによる特性を、図６（ｃ）は、図６（ａ）（ｂ）の電源・電池タイプと各パラメータから選択される設定値を記憶した参照設定値Ａをそれぞれ示す。

参照設定値Ａは、本充電装置を使用する機器を製造する際に設定され、記憶装置４００に記憶される。

図６（ａ）（ｂ）に示すように、記憶装置４００には、参照設定値Ａを参照する際のタグとして、電源の特性、また電池の特性ごとの電源種類・電池種類が記憶される。

また、図６（ｃ）に示すように、電源種類及び電池種類ごとの充電電流特性・充電電圧特性、温度・電源・放電に対する充電電流特性及び充電電圧特性が、参照設定値Ａとして記憶される。

図６の例の場合、設定(1)は、電源タイプＳ１及び電池タイプＢ１の設定であり、最大充電電圧ＶＦＵＬＬ，充電電流ＩＣＨＧが、それぞれ初期値、温度（０℃，５０℃，７０℃）、電源電圧−電池電圧（０．５Ｖ，１Ｖ，３Ｖ）、放電電流（１００ｍＡ，２００ｍＡ，３００ｍＡ）に細分化されて格納される。設定(2)−(4)についても同様に、電源タイプと電池タイプの組合わせ毎に、最大充電電圧ＶＦＵＬＬ，充電電流ＩＣＨＧと、最大充電電圧ＶＦＵＬＬ，充電電流ＩＣＨＧの初期値、温度（０℃，５０℃，７０℃）、電源電圧−電池電圧（０．５Ｖ，１Ｖ，３Ｖ）、放電電流（１００ｍＡ，２００ｍＡ，３００ｍＡ）が格納される。このように、参照設定値Ａは、充電特性に関連する複数のパラメータを有する。

上記参照設定値Ａを記憶した記憶装置４００は、充電制御装置２００を備える充電装置に装着される。また、充電装置には、二次電池３００及び電源１００が装着される。

充電制御装置２００の充電制御回路２８０は、充電開始時に電源監視回路２７０を用いて、電源１００の電源電圧及び最大出力電流を検出する。そして、充電制御回路２８０は、検出した電源１００の電源電圧及び最大出力電流と、記憶装置４００から読み出した参照設定値Ａ内の電源特性とを比較し、電源１００の種類を認識する。さらに、充電制御回路２８０は、物理的な接触等によって電池の種類を検出する。物理的な接触等とは、電池の種別を示す情報を、装着又は接続された電池本体から物理的に接触して検知する。電池本体に適当な接触端子を備え、この接触端子に充電制御装置２００が接触して電池の種類を検出する。なお、電池内部に識別ＲＯＭ等を備え、種別情報を読み出す態様、また接触口の形状により機構的に電池の種類を検出する態様でもよい。充電制御回路２８０は、検出した電池の種類を基に、参照設定値Ａ内の電池特性と比較し電池を認識する。

上記方法により、電源及び電池の種類を認識し、この２つの種類の組み合わせより、まず図６（ａ）（ｂ）を参照し、次いで図６（ａ）（ｂ）の参照結果を基に図６（ｃ）に示す参照設定値Ａを参照する。具体的には、充電制御回路２８０の演算回路２８１は、参照設定値Ａのリスト基づいて、設定パターンを選択し、選択した設定パターンに対応する以下のデジタルデータを算出する。演算回路２８１は、例えば周囲温度２５℃における定電流充電電流値と定電圧充電電圧値及び電源の種類、放電特性、温度特性の各特性に対する定電流充電電流値と定電圧充電電圧値の情報を有するデジタルデータを算出する。

例えば、演算回路２８１は、参照設定値Ａについて電池電圧検出回路２４０に対して４．２Ｖ設定し、充電電流検出回路２３０に対して１Ａと設定し、電池温度監視回路２６０に対して基準温度２５℃で監視し、充電電流検出回路２３０に対する感度を−１と設定し、電池電圧検出回路２４０に対する感度を＋１と設定し、更に電源監視回路２７０に対して電源１００の出力電圧−二次電池３００の電圧が１．０Ｖ以上の場合は、充電電流に対する感度を＋０．５、１．０Ｖ以下であれば充電電流に対する感度を＋１とそれぞれ設定する。このように設定した場合、演算回路２８１は、充電電流＝１Ａ×｛１−（２５℃−温度監視信号）かつ充電電圧＝４．２Ｖ×｛１＋（２５℃−温度監視信号）｝で演算し、演算により生成された信号を充電電流制御回路２５０の基準電圧発生回路２５１に入力する。

基準電圧発生回路２５１は、充電制御回路２８０からの制御信号Ｖｘを基に、制御信号Ｖｘに応じた基準信号Ｖｒｅｆを発生し、差動増幅回路２５２の一方の入力端子に出力する。差動増幅回路２５２の他方の入力端子には、充電電流信号Ｖｃと電池電圧信号Ｖｂとが入力される。差動増幅回路２５２は、充電電流信号Ｖｃと電池電圧信号Ｖｂの大きい方が基準信号Ｖｒｅｆと等しくなるように負帰還制御を実施し、これにより充電電流制御回路２５０は、制御トランジスタ２１０を介して充電電流を制御する。

次に、演算回路２８１の参照設定値Ａの使用条件について説明する。

演算回路２８１は、参照設定値ＡとＡＤ変換回路２８２より生成されたデジタル信号とを比較又は演算させ信号を生成する回路である。

図７は、図６に示す参照設定値Ａを用いた場合の使用条件を示す図である。演算回路２８１は、以下に示す条件に従って充電特性に関連するパラメータを有機的に組合わせた制御信号Ｖｘを算出する。

図７において、各監視回路（電池電圧検出回路２４０、充電電流検出回路２３０、電池温度監視回路２６０及び電源監視回路２７０）の検出信号がすべて、初期条件であれば、図６（ｃ）に示す参照設定値Ａの初期値に従った充電特性で充電を実施する。初期値条件は、Ｔ：温度２０℃〜３０℃、Ｖ：電源電圧−電池電圧＜０．５、Ｉ：放電電流＜１００ｍＡである。また、前記各監視回路のいずれかが初期条件を満たさない場合（図７のＴ’，Ｖ’，Ｉ’参照）、領域ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇのいずれかの領域を前記各監視回路の出力より決定する。

例えば、領域ａは、Ｖｔのみが初期条件を満たさない領域であり、図６（ｃ）の温度特性のみに従って充電特性が調整される。

領域ｂは、Ｖｓのみが初期条件を満たさない領域であり、図６（ｃ）の電源電圧−電池電圧特性のみに従って充電特性が調整される。

領域ｃは、Ｖｉのみが初期条件を満たさない領域であり、図６（ｃ）の放電特性のみに従って充電特性が調整される。

領域ｄは、ＶｔとＶｉが初期条件を満たさない領域であり、図６（ｃ）の温度特性と放電特性に従って充電特性が調整される。

領域ｅは、ＶｔとＶｓが初期条件を満たさない領域であり、図６（ｃ）の温度特性と電源電圧−電池電圧特性に従って充電特性が調整される。

領域ｆは、ＶｓとＶｉが初期条件を満たさない領域であり、図６（ｃ）の電源電圧−電池電圧特性と放電特性に従って充電特性が調整される。

領域ｇは、すべての信号が初期条件を満たさない領域であり、図６（ｃ）の各特性に従って充電特性が調整される。

ここで、各特性に対して充電電圧及び充電電流は参照値の数値が小さい方を優先し調整される。また優先についても一例であり、各特性の優先性も参照設定値Ａを設定する際、設定可能であるとする。

以上詳細に説明したように、本実施の形態によれば、充電制御装置２００は、外部の記憶装置４００から供給された参照設定値Ａと、電池電圧検出回路２４０、充電電流検出回路２３０、電池温度監視回路２６０及び電源監視回路２７０により生成された各信号Ｖｃ，Ｖｂ，Ｖｔ，Ｖｓに基づいて、充電停止・定電圧充電動作・定電流充電動作を制御するので、二次電池の物性、温度、充電装置自体の特性、放電特性も鑑みた最適な充電電流及び充電電圧を制御することにより、定電流充電及び定電圧充電の設定値を充電状態によって制御することができ、電池性能を劣化させることなく安全かつ最短時間で充電することができる。

また、二次電池を充電する際、温度特性・電源特性・放電特性に対して簡易な設定により充電電圧・充電電流を制御することができ、電池性能を低下させることなく充電時間を短縮することができる。

また、参照設定値Ａを設定することで、設定に基づいた規則において電源特性・温度特性・放電特性を変数とした二次電池に対する充電電流又は充電電圧を制御が可能となる。これにより、簡易な設定で、充電電圧・充電電流を制御することができ、電池性能を低下させることなく充電時間の短縮が可能となる。

また、本実施の形態では、電源特性、二次電池の温度特性、二次電池の放電特性のいずれか一つ以上より生成された信号により充電電圧又は充電電流を制御することができる。

また、各状態に対して参照設定値を設定することで状態監視回路の監視結果を用いて、充電電圧又は充電電流の感度を状態に合わせて調整することができる。

また、充電制御回路２８０は、ゲイン調整回路２８３を備えることで、各回路により生成された信号と参照設定値Ａとの比較又は演算を実施する際の感度が調整可能となる。また、ＡＤ変換回路２８２を備えることで、参照設定値Ａがデジタル値であってもデジタル間の演算が可能となるので簡易に比較又は演算が可能となる。

（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２に係る充電装置の構成を示す回路図である。図１と同一部分には同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。

図８において、充電装置は、充電電流を供給する電源１００と、リチウムイオン電池等の二次電池３００と、電源１００と二次電池３００の間に直列に接続され電源１００から二次電池３００への充電電流を制御する充電制御装置５００とを含んで構成される。また、充電制御装置５００には、充電制御装置５００に供給する参照設定値Ａを記憶する記憶装置４００が接続される。

充電制御装置５００は、制御トランジスタ２１０、検出抵抗などの検出素子２２０、充電電流検出回路２３０、電池電圧検出回路２４０、充電電流制御回路２５０、電池温度監視回路２６０、電源監視回路２７０、負荷回路５１０、放電電流監視回路５２０、充電制御回路５８０を備えて構成される。

実施の形態１とは、充電状態監視回路としてさらに負荷回路５１０及び放電電流監視回路５２０を備える点が異なる。

放電電流監視回路５２０は、電源監視回路２７０と共に、充電状態を監視する充電状態監視回路を構成する。放電電流監視回路５２０は、負荷回路５１０の電流を検出し電流に応じて放電電流信号Ｖｉを生成する。

充電制御回路５８０は、電池電圧検出回路２４０、充電電流検出回路２３０、電池温度監視回路２６０及び電源監視回路２７０からの各信号Ｖｃ，Ｖｂ，Ｖｔ，Ｖｓに加え、さらに放電電流監視回路５２０からのＶｉ入力により、二次電池３００の状態及び充電状態を常時、監視し、各状態に応じて充電停止・定電圧充電動作・定電流充電動作を制御する。

充電制御回路５８０は、演算回路５８１、ＡＤ変換回路２８２、ゲイン調整回路２８３、及びマルチプレクサ回路５８４から構成される。

演算回路５８１は、記憶装置４００から読み出され供給された参照設定値Ａと、各信号Ｖｃ，Ｖｂ，Ｖｔ，Ｖｓ，Ｖｉに基づいて、充電停止・定電圧充電動作・定電流充電動作を制御するための制御信号Ｖｘをデジタル演算する。

マルチプレクサ回路５８４は、外部電圧あるいは一定周期により、各回路に接続する接続端子を可変可能に切り替える。

放電電流監視回路５２０を含むことで、演算回路５８１は、例えば参照設定値Ａについて、電池電圧検出回路２４０に対して４．２Ｖ設定し、充電電流検出回路２３０に対して１Ａと設定し、電池温度監視回路２６０に対して基準温度２５℃で監視し、充電電流検出回路２３０に対する感度を−１と設定し、電池電圧検出回路２４０に対する感度を＋１と設定し、更に放電電流監視回路５２０に対して電源１００の出力電圧−二次電池３００の電圧が１．０Ｖ以上の場合は、充電電流に対する感度を＋０．５、１．０Ｖ以下であれば充電電流に対する感度を＋１とそれぞれ設定する。

このように設定した場合、演算回路５８１は、充電電流＝１Ａ×｛１−（２５℃−温度監視信号）かつ充電電圧＝４．２Ｖ×｛１＋（２５℃−温度監視信号）｝かつ電源１００の出力電圧−二次電池３００の電圧が１．０Ｖ以上の場合は、充電電流＝０．５×１Ａ×｛１−（２５℃−温度監視信号）かつ充電電圧＝４．２Ｖ×｛１＋（２５℃−温度監視信号）で演算する。演算回路５８１は、この演算結果を充電電流制御回路２５０の基準電圧発生回路２５１に出力する。

例えば、演算回路５８１は、参照設定値Ａについて電池電圧検出回路２４０に対して４．２Ｖ設定し、充電電流検出回路２３０に対して１Ａと設定し、電池温度監視回路２６０に対して基準温度２５℃で監視し、充電電流検出回路２３０に対する感度を−１と設定し、電池電圧検出回路２４０に対する感度を＋１と設定し、更に電源監視回路２７０に対して電源１００の出力電圧−二次電池３００の電圧が１．０Ｖ以上の場合は、充電電流に対する感度を＋０．５、１．０Ｖ以下であれば充電電流に対する感度を＋１と設定し、また放電電流監視回路５２０に対して参照設定値Ａを参照した放電電流値をそれぞれ設定する。

また、本実施の形態では、電源監視回路２７０に、さらに二次電池を供給源とする負荷に対する放電特性を検出する放電電流監視回路５２０を付加している。放電電流監視回路５２０を含むことで放電特性に対して、参照設定値Ａの設定値を元にした充電電流が制御可能となる。さらに電源検出回路と放電検出回路の両方を含んであってもよい。

以上詳細に説明したように、本実施の形態によれば、実施の形態１と同様な効果、すなわち参照設定値Ａを設定することで、設定に基づいた法則において温度を変数とした場合また電源を変数とした場合又は放電特性を変数にした場合のいずれか一つ以上の変数に対して二次電池に対する充電電流又は充電電圧を制御が可能となり、温度特性・電源特性・放電特性の対していずれか一つ以上の特性に対して簡易な設定により充電電圧・充電電流を制御することができ電池性能を低下させることなくさらに充電時間の短縮が可能な充電方法が実現可能となる。

また、本実施の形態２では、二次電池３００を供給源とする負荷回路５１０に対する放電特性を検出する放電電流監視回路５２０を備えることで、放電特性に対して、参照設定値Ａの設定値を基にした充電電流が制御可能となる。

以上の説明は本発明の好適な実施の形態の例証であり、本発明の範囲はこれに限定されることはない。

例えば、制御トランジスタ２１０を含む各トランジスタの種類、極性は上記各実施の形態のものに限定されるものではない。制御トランジスタ２１０を、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴで構成（但し回路構成は異なる）することも可能である。

また、上記各実施の形態は、充電装置に適用した例であるが、直流電源から制御トランジスタを介して二次電池を充電する電源装置であれば、どのような回路構成であってもよい。また、上述した充電装置を備える電源回路であってもよい。

また、上記各実施の形態では充電装置という名称を用いたが、これは説明の便宜上であり、充電制御回路、充電器、二次電池の充電方法等であってもよいことは勿論である。

さらに、上記充電装置を構成する各回路部、例えばスイッチ素子等の種類、数及び接続方法などは前述した実施の形態に限られない。

本発明に係る充電装置は、携帯電話機などの携帯電子機器の充電装置に有用である。また、携帯機器以外の電子機器における充電装置にも広く適用され得るものである。

本発明の実施の形態１に係る充電装置の構成を示す回路図 上記実施の形態１に係る充電装置の基準電圧発生回路の具体的な構成を示す回路図 上記実施の形態１に係る充電装置の温度を変数にした場合の充電電圧及び充電電圧の特性を示す図 上記実施の形態１に係る充電装置の温度を変数にした場合の充電電圧及び充電電圧の特性を示す図 上記実施の形態１に係る充電装置の温度を変数にした場合の充電電圧及び充電電圧の特性を示す図 上記実施の形態１に係る充電装置の参照設定値Ａの具体例を表にして示す図 図６に示す参照設定値Ａを用いた場合の使用条件を示す図 本発明の実施の形態２に係る充電装置の構成を示す回路図 従来の充電回路の構成を示す回路図 従来の充電回路を用いた充電方法による充電特性の一例を示す図

符号の説明

１００ 電源
２００，５００ 充電制御装置
２１０ 制御トランジスタ
２２０ 検出素子
２３０ 充電電流検出回路
２４０ 電池電圧検出回路
２５０ 充電電流制御回路
２５１ 基準電圧発生回路
２５２ 差動増幅回路
２６０ 電池温度監視回路
２７０ 電源監視回路
２８０，５８０ 充電制御回路
２８１，５８１ 演算回路
２８２ ＡＤ変換回路
２８３ ゲイン調整回路
２８４，５８４ マルチプレクサ回路
３００ 二次電池
４００ 記憶装置
５１０ 負荷回路
５２０ 放電電流監視回路

Claims (7)

1. 直流電源から二次電池を充電する充電装置であって、
   充電電流を検出する充電電流検出手段と、
   電池電圧を検出する電池電圧検出手段と、
   充電状態を監視する充電状態監視手段と、
   二次電池の型、電源の型、二次電池の温度特性、電源特性、又は放電特性のうち、少なくとも一つ以上の充電時参照値を参照設定値として取得する参照設定値取得手段と、
   前記参照設定値取得手段により取得した参照設定値と、前記充電電流検出手段と前記電池電圧検出手段と前記充電状態監視手段の各出力に基づいて、充電電流又は電池電圧を制御する充電制御手段と
   を備えることを特徴とする充電装置。
2. 前記充電制御手段は、充電停止、定電圧充電動作、及び／又は定電流充電動作を制御することを特徴とする請求項１記載の充電装置。
3. 前記充電制御手段は、前記充電電流検出手段と前記電池電圧検出手段と前記充電状態監視手段の各出力に応じた特性マップを作成し、特性マップの該当条件に従って前記参照設定値を参照して充電特性を調整することを特徴とする請求項１記載の充電装置。
4. 前記参照設定値を記憶する記憶装置に接続する接続手段をさらに備え、
   前記参照設定値取得手段は、前記接続手段により接続された前記記憶装置から前記参照設定値を読み出すことを特徴とする請求項１記載の充電装置。
5. 前記充電状態監視手段は、二次電池の電池周辺温度を監視することを特徴とする請求項１記載の充電装置。
6. 前記充電状態監視手段は、直流電源の種類又は電圧値を監視することを特徴とする請求項１記載の充電装置。
7. 前記充電状態監視手段は、二次電池を電力源とする負荷への電流を監視することを特徴とする請求項１記載の充電装置。
   
   

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