JP2010136511A

JP2010136511A - 携帯機器システム

Info

Publication number: JP2010136511A
Application number: JP2008309150A
Authority: JP
Inventors: Yuji Arai; 雄次新井
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2008-12-03
Filing date: 2008-12-03
Publication date: 2010-06-17

Abstract

【課題】携帯機器の発熱を少なくしながら、内蔵される二次電池を充電する。過放電された二次電池を内蔵する携帯機器にＡＣアダプタを接続して、正常に充電する。
【解決手段】携帯機器システムは、定電流充電される二次電池１１を内蔵する携帯機器１０と、携帯機器１０に脱着自在に接続されて二次電池１１を充電するＡＣアダプタ３０とを備えている。携帯機器１０は、二次電池１１の満充電を検出して充電を停止するコントロール回路１２を内蔵している。ＡＣアダプタ３０は、商用電源を直流に変換して二次電池１１の充電電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ３１を内蔵している。ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、二次電池１１を定電流充電する定電流回路３２を備え、携帯機器１０のコントロール回路１２が二次電池１１の充電電流を制御することなく、ＡＣアダプタ３０に内蔵される定電流回路３２が二次電池１１の充電電流を制御して二次電池１１を満充電する。
【選択図】図１

Description

本発明は、定電流充電して満充電される二次電池、主としてニッケル水素電池を内蔵する携帯機器と、この携帯機器に内蔵している二次電池を充電するＡＣアダプタとを備える携帯機器システムに関する。

携帯機器の内蔵電池は、脱着自在に接続されるＡＣアダプタから入力される直流電力で充電される。このことを実現する携帯機器システムに使用されるＡＣアダプタは、商用電源を直流に変換し、直流を所定の電圧と電流に制御して出力するＤＣ／ＤＣコンバータを内蔵している。携帯機器は、ＡＣアダプタから出力される電力をコントロールして二次電池を充電している。このことを実現するシステムとして、ＡＣアダプタから出力される直流を、携帯機器に内蔵している定電流充電回路で制御して二次電池を充電する携帯機器システムが開発されている。（特許文献１及び２参照）
特開平９−３０８１２２号公報特開２０００−２７８８７７号公報

特許文献に記載されるシステムは、携帯機器にＡＣアダプタから出力される電力をコントロールする定電流回路を内蔵するので、この回路の発熱が大きく、小型の携帯機器にあっては、放熱が難しくなる弊害がある。それは、ＡＣアダプタから一定の電力を出力し、携帯機器に内蔵している定電流回路で電力の一部を消費して出力電流を一定に保持するからである。

本発明の第１の目的は、この欠点を解決すること、すなわち、携帯機器の発熱を少なくしながら、簡単な回路構成で携帯機器に内蔵している二次電池を充電できる携帯機器システムを提供することにある。

さらに、ＡＣアダプタは、出力の短絡状態で出力電圧をほぼ０Ｖに低下させる保護回路を内蔵している。したがって、このＡＣアダプタで直接に二次電池を充電するとき、充電される二次電池の電圧がほぼ０Ｖまで低下していると、ＡＣアダプタは出力電圧を０Ｖに低下させる。ＡＣアダプタの負荷が二次電池となるからである。ＡＣアダプタの出力電圧が０Ｖとなり、さらに、二次電池の電圧も０Ｖであると、携帯機器に内蔵している二次電池の充電を制御するコントロール回路は動作しなくなる。携帯機器のコントロール回路は、二次電池の充電を制御するので、この回路が動作しない状態で二次電池を正常に充電できない。したがって、過放電された二次電池を内蔵する携帯機器にＡＣアダプタを接続し、このＡＣアダプタで直接に二次電池を充電するシステムは、０Ｖまで過放電された二次電池を安全に充電できない欠点がある。

本発明の第２の目的は、さらにこの欠点を解決すること、すなわち、過放電された二次電池を内蔵する携帯機器にＡＣアダプタを接続し、ＡＣアダプタの出力電流で二次電池を充電しながら、０Ｖ付近まで過放電された二次電池を簡単な回路構成で正常に充電できる携帯機器システムを提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明の携帯機器システムは、定電流充電して満充電される二次電池１１を内蔵する携帯機器１０と、この携帯機器１０に脱着自在に接続されて内蔵する二次電池１１を充電するＡＣアダプタ３０とを備えている。携帯機器１０は、ＡＣアダプタ３０から供給される電力で二次電池１１を充電して、二次電池１１の満充電を検出して二次電池１１の充電を停止するコントロール回路１２を内蔵している。ＡＣアダプタ３０は、入力される商用電源を直流に変換して二次電池１１の充電電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ３１を内蔵すると共に、このＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、携帯機器１０に内蔵される二次電池１１を定電流充電する定電流回路３２を備えており、携帯機器１０のコントロール回路１２が二次電池１１の充電電流を制御することなく、ＡＣアダプタ３０に内蔵される定電流回路３２が二次電池１１の充電電流を一定の電流に制御して二次電池１１を満充電する。

以上の携帯機器システムは、携帯機器の発熱を少なくしながら、簡単な回路構成で携帯機器に内蔵している二次電池を充電できる特徴がある。それは、以上の携帯機器システムが、二次電池を定電流充電するための定電流回路を、携帯機器ではなく、ＡＣアダプタに内蔵して、ＡＣアダプタ側で充電電流をコントロールして、携帯機器側では二次電池の充電電流を制御しないからである。とくに、この回路構成は、ＡＣアダプタに内蔵しているＤＣ／ＤＣコンバータに簡単な定電流特性を実現する定電流フィードバック回路を設けることで実現できることから、回路構成を簡単にしながら、二次電池を一定の電流で満充電できる特徴がある。

本発明の携帯機器システムは、携帯機器１０が、二次電池１１の電圧が設定電圧よりも低い状態で、二次電池１１を定電流充電する電流よりも小さい電流で設定電圧まで予備充電する電流制限抵抗１４と、コントロール回路１２に制御されて電流制限抵抗１４の両端を短絡して二次電池１１を定電流充電する急速充電スイッチ１５と、二次電池１１から供給される電力を変圧してコントロール回路１２の電源回路に供給する昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１６とを備えることができる。コントロール回路１２は、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧と、ＡＣアダプタ３０からの出力電圧を電源回路に供給して、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧と、ＡＣアダプタ３０の出力電圧のいずれかが供給される状態で動作状態とすることができる。さらに、コントロール回路１２は、二次電池１１の電圧が最低電圧よりも低い状態では、急速充電スイッチ１５をオフに保持して二次電池１１をトリクル充電すると共に、コントロール回路１２の電源回路にＡＣアダプタ３０の出力電圧を供給してコントロール回路１２を動作状態とし、動作状態のコントロール回路１２が二次電池１１の充電を制御することができる。

以上の携帯機器システムは、過放電された二次電池を内蔵する携帯機器にＡＣアダプタを接続し、ＡＣアダプタの出力電流で二次電池を充電しながら、簡単な回路構成で０Ｖ付近まで過放電された二次電池を正常に充電できる。それは、過放電された二次電池を内蔵する携帯機器にＡＣアダプタが接続されると、急速充電スイッチがオフに保持されるからである。この状態で、ＡＣアダプタの負荷は二次電池と電流制限抵抗との直列回路となる。すなわち、ＡＣアダプタの負荷は０Ｖに過放電された二次電池でショート状態とはならず、電流制限抵抗がＡＣアダプタの負荷となる。たとえば、電流制限抵抗を５０Ω、ＡＣアダプタの出力電圧を３Ｖとするとき、ＡＣアダプタの電流はわずかに６０ｍＡと小さくなる。この状態でＡＣアダプタの出力電圧は低下することなく、コントロール回路の電源回路に動作電力を供給する。したがって、コントロール回路はＡＣアダプタから供給される電源電圧で動作して、０Ｖまで過放電された二次電池も正常に状態する。とくに、０Ｖまで過放電された二次電池は、たとえば電圧が１Ｖに上昇するまでは、電流制限抵抗を介してトリクル充電によって安全に充電される。二次電池の電圧が設定電圧の１Ｖまで上昇すると、コントロール回路は急速充電スイッチをオンに切り換えて、二次電池をＡＣアダプタの出力電流で定電流充電する。この状態で、コントロール回路は二次電池とＡＣアダプタのいずれか又は高電圧の一方から電源電圧が供給され、二次電池の満充電を検出して充電を停止する。

本発明の携帯機器システムは、携帯機器１０を、ヒーター２１を内蔵する懐炉２０として、コントロール回路１２が、ヒーター２１を制御する回路を備えることができる。

本発明の携帯機器システムは、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１が、出力電流を一定に保持する定電流フィードバック回路でもって定電流回路３２を実現することができる。

本発明の携帯機器システムは、コントロール回路１２の電源回路に、ダイオード１７を介して昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１６と電流制限抵抗１４の出力側から電力を供給することができる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための携帯機器システムを例示するものであって、本発明は携帯機器システムを以下のものに特定しない。また、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに、以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。

図１に示す携帯機器システムは、定電流充電して満充電される二次電池１１を内蔵する携帯機器１０と、この携帯機器１０に脱着自在に接続されて内蔵する二次電池１１を充電するＡＣアダプタ３０とを備える。

携帯機器１０は、定電流充電して満充電される二次電池１１として、ニッケル水素電池を内蔵している。ただし、携帯機器は、二次電池として、ニッケル水素電池に代わって、ニッケルカドミウム電池等の定電流充電して満充電できる全ての電池を使用できる。図の携帯機器１０は、ヒーター２１を内蔵する懐炉２０である。ただし、本発明の携帯機器システムは、携帯機器を懐炉２０に特定しない。携帯機器には、定電流充電して満充電される二次電池を電源として内蔵する全ての機器、たとえば携帯電話等とすることもできる。

携帯機器１０は、ＡＣアダプタ３０から供給される電力で二次電池１１を充電して、二次電池１１の満充電を検出して二次電池１１の充電を停止するコントロール回路１２を内蔵している。このコントロール回路１２は、二次電池１１の充電を制御する充電スイッチ１３をオンオフに制御して、満充電された二次電池１１の充電を停止する。充電スイッチ１３は、ＡＣアダプタ３０の出力側と二次電池１１との間に接続されて、オン状態でＡＣアダプタ３０の電力を二次電池１１に供給して二次電池１１を充電し、オフ状態で二次電池１１の充電を停止する。コントロール回路１２は、充電している二次電池１１の満充電を検出して、充電スイッチ１３をオンからオフに切り換えて充電を停止する。コントロール回路１２は、充電している二次電池１１の電圧がピーク電圧に上昇したことを検出し、あるいはピーク電圧からの電圧がΔＶ低下することを検出して満充電と判定する。定電流充電して満充電されるニッケル水素電池が、満充電された状態で電圧がピーク電圧となり、または、ピーク電圧からΔＶ低下する特性を示すからである。

さらに、図の携帯機器１０は、充電を開始する二次電池１１の電圧が設定電圧よりも低い状態で、二次電池１１を定電流充電する電流よりも小さいトリクル充電電流で設定電圧まで予備充電する電流制限抵抗１４と、コントロール回路１２に制御されて電流制限抵抗１４の両端を短絡して二次電池１１を定電流充電する急速充電スイッチ１５と、二次電池１１の電圧を昇圧してコントロール回路１２の電源回路に供給する昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１６とを備えている。

電流制限抵抗１４は、過放電された二次電池１１をトリクル充電するトリクル充電電流を特定する。たとえば、電流制限抵抗１４は、１０Ω〜１００Ωとして、二次電池１１の充電電流を低減する。電流制限抵抗１４は、電気抵抗を大きくしてトリクル充電する電流を小さくでき、また、電気抵抗を小さくしてトリクル充電する電流を大きくして、過放電された二次電池１１を速やかに設定電圧、たとえば１Ｖまで上昇できる。したがって、電流制限抵抗１４の電気抵抗は、過放電された二次電池１１を安全に速やかにトリクル充電して設定電圧まで上昇できるように設定される。電流制限抵抗１４は、これと並列に接続している急速充電スイッチ１５がオフの状態で、二次電池１１をトリクル充電する。急速充電スイッチ１５がオンに切り換えられると、電流制限抵抗１４は両端が短絡される。したがって、急速充電スイッチ１５をオンに切り換える状態で、二次電池１１はＡＣアダプタ３０の出力電流で定電流充電される。

コントロール回路１２は、二次電池１１の電圧で急速充電スイッチ１５をオンオフに制御する。コントロール回路１２は、たとえば、ニッケル水素電池からなる二次電池１１の電圧が１Ｖ／セルよりも低い状態で、急速充電スイッチ１５をオフに保持して、二次電池１１をトリクル充電する。二次電池１１が充電されて電圧が設定電圧、たとえば１Ｖよりも高くなると、コントロール回路１２は急速充電スイッチ１５をオンに切り換えて、電流制限抵抗１４の両端を短絡してＡＣアダプタ３０から供給される電流で二次電池１１を充電する。

さらに、このコントロール回路１２は、携帯機器１０の制御にも使用される。図１の携帯機器１０はヒーター２１を内蔵する懐炉２０であるから、コントロール回路１２はヒーター２１の通電を制御する。すなわち、コントロール回路１２は、ヒーター２１の通電を制御するヒータースイッチ２２のオンオフを制御して、懐炉２０の発熱量をコントロールする。ヒータースイッチ２２は、トランジスタやＦＥＴ等の半導体スイッチング素子である。コントロール回路１２は、ヒーター２１や懐炉２０のケース温度を温度センサ２３で検出して、スイッチング素子をオンオフに制御して、ヒーター２１や懐炉２０のケース温度を設定温度に制御する。

昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１６は、ＡＣアダプタ３０を接続しない状態で、コントロール回路１２を二次電池１１で正常に動作させるための回路である。したがって、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１６は、二次電池１１の電圧をコントロール回路１２の電源電圧まで昇圧してコントロール回路１２の電源回路に供給する。たとえば、ニッケル水素電池の二次電池１１は、出力電圧が約１．２Ｖであるから、この電圧をコントロール回路１２の動作電圧の約３〜５Ｖまで昇圧して供給する。

この昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１６は、ＡＣアダプタ３０を接続して二次電池１１を充電する時も、コントロール回路１２を動作状態とする電源回路に併用される。このことを実現するために、図１の回路図に示す携帯機器１０は、コントロール回路１２の電源回路に、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧を供給している。昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１６は、二次電池１１が過放電されて電圧が異常に低下する状態では動作しない。この状態でコントロール回路１２を動作状態とするために、コントロール回路１２の電源回路には、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧に加えて、ＡＣアダプタ３０からの出力電圧も供給している。昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１６と、ＡＣアダプタ３０の出力電圧は、ダイオード１７を介してコントロール回路１２の電源回路に供給している。このコントロール回路１２は、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧と、ＡＣアダプタ３０の出力電圧のいずれかが供給される状態で動作状態となる。二次電池１１が過放電されて０Ｖ付近まで低下する状態で、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１６は正常に電圧を出力しなくなる。この状態で、ＡＣアダプタ３０からコントロール回路１２に動作電圧が供給される。二次電池１１が過放電される状態で急速充電スイッチ１５がオフに保持されて、ＡＣアダプタ３０の出力電圧が高くなるからである。

ＡＣアダプタ３０は、入力される商用電源を直流に変換して二次電池１１の充電電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ３１を内蔵すると共に、このＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、携帯機器１０に内蔵される二次電池１１を定電流充電する定電流回路３２を備えている。ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、出力電流を一定に保持する定電流フィードバック回路でもって定電流回路３２を実現している。定電流フィードバック回路は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１の出力電流を一定に保持するように、スイッチング素子（図示せず）をオンオフに切り換えるデューティーをコントロールして出力電流を一定電流に安定化する。

以上の携帯機器システムは、以下の動作をして二次電池１１を充電し、また携帯機器１０として使用される。
［０Ｖ付近まで過放電された二次電池を充電する状態］
この状態で携帯機器１０にＡＣアダプタ３０が接続されると、携帯機器１０のコントロール回路１２は急速充電スイッチ１５をオフに保持する。急速充電スイッチ１５がオフ状態にあるので、ＡＣアダプタ３０の負荷は電流制限抵抗１４と二次電池１１の直列回路となる。二次電池１１が０Ｖ付近まで過放電される状態においても、ＡＣアダプタ３０の負荷は電流制限抵抗１４となる。電流制限抵抗１４は大きな電気抵抗であるから、ＡＣアダプタ３０は出力が短絡された状態とならず、所定の電圧を出力する。この状態でＡＣアダプタ３０の出力電圧はコントロール回路１２を動作状態とする。正常に動作するコントロール回路１２は、二次電池１１の電圧を検出しながら、二次電池１１を電流制限抵抗１４で充電電流をトリクル充電電流に制限して安全に充電する。ＡＣアダプタ３０は、電流制限抵抗１４を負荷とする状態では出力電圧を０Ｖまで低下させないが、仮に出力が短絡される状態では出力電圧を０Ｖに低下して安全性を向上できる。このＡＣアダプタ３０を使用しても、０Ｖ付近まで過放電された二次電池１１が負荷になる状態で、ＡＣアダプタ３０の負荷は電流制限抵抗１４によってショートされた状態とはならず、出力電圧でコントロール回路１２を動作状態にできる。この状態は、二次電池１１の電圧が０Ｖ付近にあるので、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧でコントロール回路１２を動作状態にはできないが、ＡＣアダプタ３０の出力電圧で動作状態にできるので、過放電された二次電池１１は正常にトリクル充電される。

［二次電池の電圧が設定電圧まで上昇した状態］
この状態になると、コントロール回路１２は急速充電スイッチ１５をオンに切り換えて、二次電池１１をＡＣアダプタ３０の出力電流で定電流充電する。このとき、二次電池１１の充電電流は携帯機器１０側でコントロールせず、ＡＣアダプタ３０に内蔵されるＤＣ／ＤＣコンバータ３１の定電流回路３２でコントロールされる。二次電池１１が満充電されると、コントロール回路１２がこのことを検出して、充電スイッチ１３をオフに切り換えて二次電池１１の充電を停止する。

［携帯機器を懐炉として使用する状態］
この状態で、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１６が二次電池１１の電圧を昇圧してコントロール回路１２に供給して、コントロール回路１２を動作状態とする。動作状態にあるコントロール回路１２は、ヒーター２１の通電を制御して、懐炉２０を設定温度に保持する。二次電池１１は放電されるにしたがって電圧が低下するが、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１６は出力電圧を安定化することで、コントロール回路１２を正常に動作状態に保持する。

本発明の一実施例にかかる携帯機器システムのブロック回路図である。

符号の説明

１０…携帯機器
１１…二次電池
１２…コントロール回路
１３…充電スイッチ
１４…電流制限抵抗
１５…急速充電スイッチ
１６…昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ
１７…ダイオード
２０…懐炉
２１…ヒーター
２２…ヒータースイッチ
２３…温度センサ
３０…ＡＣアダプタ
３１…ＤＣ／ＤＣコンバータ
３２…定電流回路

Claims

定電流充電して満充電される二次電池(11)を内蔵する携帯機器(10)と、この携帯機器(10)に脱着自在に接続されて内蔵する二次電池(11)を充電するＡＣアダプタ(30)とを備える携帯機器システムであって、
前記携帯機器(10)は、ＡＣアダプタ(30)から供給される電力で前記二次電池(11)を充電して、二次電池(11)の満充電を検出して二次電池(11)の充電を停止するコントロール回路(12)を内蔵しており、
前記ＡＣアダプタ(30)は、入力される商用電源を直流に変換して二次電池(11)の充電電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ(31)を内蔵すると共に、このＤＣ／ＤＣコンバータ(31)は、携帯機器(10)に内蔵される二次電池(11)を定電流充電する定電流回路(32)を備えており、前記携帯機器(10)のコントロール回路(12)が二次電池(11)の充電電流を制御することなく、前記ＡＣアダプタ(30)に内蔵される定電流回路(32)が二次電池(11)の充電電流を一定の電流に制御して二次電池(11)を満充電するようにしてなる携帯機器システム。
前記携帯機器(10)が、二次電池(11)の電圧が設定電圧よりも低い状態で、二次電池(11)を定電流充電する電流よりも小さい電流で設定電圧まで予備充電する電流制限抵抗(14)と、前記コントロール回路(12)に制御されて電流制限抵抗(14)の両端を短絡して二次電池(11)を定電流充電する急速充電スイッチ(15)と、前記二次電池(11)から供給される電力を変圧して前記コントロール回路(12)の電源回路に供給する昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ(16)とを備えており、
前記コントロール回路(12)は、前記昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ(16)の出力電圧と、前記ＡＣアダプタ(30)からの出力電圧を電源回路に供給しており、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ(16)の出力電圧と、ＡＣアダプタ(30)の出力電圧のいずれかが供給される状態で動作状態となり、
前記コントロール回路(12)は、二次電池(11)の電圧が最低電圧よりも低い状態では、急速充電スイッチ(15)をオフに保持して二次電池(11)をトリクル充電すると共に、コントロール回路(12)の電源回路にＡＣアダプタ(30)の出力電圧を供給してコントロール回路(12)を動作状態とし、動作状態のコントロール回路(12)が二次電池(11)の充電を制御するようにしてなる請求項１に記載される携帯機器システム。
前記携帯機器(10)がヒーター(21)を内蔵する懐炉(20)で、前記コントロール回路(12)は、前記ヒーター(21)を制御する回路を備えている請求項１または２に記載される携帯機器システム。
前記ＤＣ／ＤＣコンバータ(31)が、出力電流を一定に保持する定電流フィードバック回路でもって定電流回路(32)を実現している請求項１に記載される携帯機器システム。
前記コントロール回路(12)の電源回路に、ダイオードを介して昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ(16)と電流制限抵抗(14)の出力側から電力が供給される請求項２に記載される携帯機器システム。