JP2010172158A

JP2010172158A - 二次電池の充電装置

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Publication number: JP2010172158A
Application number: JP2009014236A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Takahashi; 恵輔高橋
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2009-01-26
Filing date: 2009-01-26
Publication date: 2010-08-05
Anticipated expiration: 2029-01-26
Also published as: JP5310026B2

Abstract

【課題】充電電流制御用トランジスタの温度が設定温度を超える時間を極力短くできると共に、充電時間を短くできる二次電池の充電装置を得る。
【解決手段】充電電流制御トランジスタＱ１の温度Ｔが所定の温度Ｔ１以上になった場合は一旦充電を停止するようにしたことから、速やかに充電電流制御トランジスタＱ１の温度を低下させることができるため、充電電流制御トランジスタＱ１が所定の温度Ｔ１を超えている時間を極めて短くすることができ、充電電流制御トランジスタＱ１の温度Ｔが所定の温度Ｔ１未満に戻った場合は、充電電流制御トランジスタＱ１の温度Ｔが所定の温度Ｔ１よりもやや低い温度を保つような電流値が、充電電流制御トランジスタＱ１の温度Ｔの温度上昇速度に応じて選択され、該選択された電流値で定電流充電を再開するようにして、充電時間も短くすることができるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池の充電装置に関し、特に充電電流制御トランジスタの発熱を抑制し、しかも急速充電が可能な二次電池の充電装置に関する。

携帯電話等の携帯電子機器では電源に二次電池を使用するものが増えており、しかも二次電池とその充電回路を機器に内蔵し、ＡＣアダプタを接続するだけで内蔵する二次電池を充電するものが一般的になっている。
ＡＣアダプタで内蔵二次電池を充電する際、充電回路で使用している充電電流制御トランジスタが発熱する。この発熱温度が高くなると、携帯電子機器の外カバーの温度が上昇し、充電しながら携帯電子機器を使用していると、高温による不快感を覚えたりする場合もあった。更に前記発熱温度が高くなると、前記外カバーに使用しているプラスチック樹脂に不具合を発生させる場合もあった。

このため、前記充電電流制御トランジスタの温度検出を行い、前記充電電流制御トランジスタの温度が所定の温度以上になると、充電を停止したり、充電電流を小さくしたりすることによって温度上昇を抑える技術が開発されている。
例えば、第１の方法では、スイッチング回路が所定温度以上になると、該スイッチング回路への制御信号をラッチすると共にスイッチング回路をオフして充電を停止するようにした（例えば、特許文献１参照。）。

また、第２の方法では、充電電流制御トランジスタの温度が所定の温度以上になった場合は、充電電流を減らして、充電電流制御トランジスタの温度を下げるようにした（例えば、特許文献２参照。）。この制御によれば、充電器の温度が上限温度に達した後は低下するか、最悪の場合でも上限温度を維持するにとどまり、充電電流をカットしないことから、充電時間を従来よりも短縮させることができる。
また、第３の方法では、充電電流制御用トランジスタの温度が設定温度以上になると、充電電流を減少させ、充電電流制御用トランジスタの温度が設定温度を維持するように充電電流の制御を行った（例えば、特許文献３参照。）。

しかし、前記第１の方法では、スイッチング回路の温度が所定の温度以上になった場合は充電を停止してしまい、再度電源を入れ直すまでは充電を再開しないため、スイッチング回路の温度が低下しても充電が再開されず、いつまで経っても充電が完了しないという問題があった。

また、前記第２の方法では、充電電流制御トランジスタの温度は、充電電流だけではなく、周囲温度の影響にも大きく左右される。すなわち、冬場で周囲温度が１０℃以下のように低い場合と、真夏で機器内の温度が４０℃を超える場合とでは、充電電流制御トランジスタの温度を所定の温度に維持するための電流値が大きく異なる。このため、どのような温度環境下でも確実に充電電流制御トランジスタの温度が所定の温度を下回るような電流にすると充電電流が小さくなり、満充電までの時間が長くなるという問題があった。

また、前記第３の方法では、充電電流制御用トランジスタの温度が設定温度を維持するように充電電流の制御を行うため、充電時間を短くすることはできる。しかし、充電電流の変化に対して、充電電流制御用トランジスタの温度変化はかなりの時間遅れがあることから、充電電流制御用トランジスタの温度が設定温度を超えている時間が長くなっていた。このため、充電電流制御用トランジスタの寿命が短くなったり、機器の温度が設定温度以上に上昇したりしていた。これを防ぐには、充電電流制御用トランジスタの温度変化を見込んで、設定温度自体を下げなくてはならず、結局充電時間も長くなるという問題があった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、充電電流制御用トランジスタの温度が設定温度を超える時間を極力短くすることができると共に、充電時間を短くすることができる二次電池の充電装置を得ることを目的とする。

この発明に係る充電装置は、二次電池の充電を行う充電装置において、
入力電源と前記二次電池との間に設けられた充電電流制御トランジスタと、
該充電電流制御トランジスタの温度検出を行い、検出した温度に応じた信号を生成して出力する温度検出回路部と、
前記充電電流制御トランジスタの動作制御を行って、前記二次電池に対して、設定された電流値で充電を行う定電流充電と、設定された電圧値で充電を行う定電圧充電とを行う充電回路部と、
前記二次電池の電池電圧値、前記二次電池への充電電流値及び前記温度検出回路部からの出力信号に応じて、前記定電流充電時の充電電流値及び前記定電圧充電時の充電電圧値をそれぞれ前記充電回路部に設定する制御回路部と、
を備え、
前記制御回路部は、前記二次電池に対して所定の第１電流値で充電を行っているときに、前記温度検出回路部の出力信号から前記充電電流制御トランジスタの温度が所定の温度以上になったことを検出すると、前記充電回路部に対して前記二次電池への充電を停止させると共に、前記第１電流値で充電を行っていたときの前記充電電流制御トランジスタの温度上昇速度を求め、前記充電電流制御トランジスタの温度が前記所定の温度未満に戻ると、前記充電回路部に対して、前記二次電池に供給する充電電流を前記第１電流値よりも小さい前記温度上昇速度に応じた第２電流値に設定するものである。

具体的には、前記制御回路部は、前記温度上昇速度が速いほど小さい電流値になるように前記第２電流値を設定するようにした。

また、前記制御回路部は、前記第２電流値で前記二次電池を充電した際に前記充電電流制御トランジスタの温度が前記所定の温度よりも低い温度になると予想される電流値に前記第２電流値を設定するようにした。

また、この発明に係る充電装置は、二次電池の充電を行う充電装置において、
入力電源と前記二次電池との間に設けられた充電電流制御トランジスタと、
該充電電流制御トランジスタの温度検出を行い、検出した温度に応じた信号を生成して出力する温度検出回路部と、
前記充電電流制御トランジスタの動作制御を行って、前記二次電池に対して、設定された電流値で充電を行う定電流充電と、設定された電圧値で充電を行う定電圧充電とを行う充電回路部と、
前記二次電池の電池電圧値、前記二次電池への充電電流値及び前記温度検出回路部からの出力信号に応じて、前記定電流充電時の充電電流値及び前記定電圧充電時の充電電圧値をそれぞれ前記充電回路部に設定する制御回路部と、
を備え、
前記制御回路部は、前記二次電池に対して所定の第１電流値で充電を行っているときに、前記温度検出回路部の出力信号から前記充電電流制御トランジスタの温度が所定の温度以上になったことを検出すると、前記第１電流値で充電を行っていたときの前記充電電流制御トランジスタの温度上昇速度を求め、前記充電回路部に対して、前記二次電池に供給する充電電流を前記第１電流値よりも小さい前記温度上昇速度に応じた第２電流値に設定するものである。

具体的には、前記制御回路部、前記温度上昇速度が速いほど小さい電流値になるように前記第２電流値を設定するようにした。

また、前記制御回路部は、前記充電電流を前記第２電流値に設定した後、所定の時間が経過しても前記温度検出回路部の出力信号から前記充電電流制御トランジスタの温度が前記所定の温度以上であることを検出すると、前記充電回路部に対して前記充電電流制御トランジスタをオフさせて前記二次電池への充電を停止させ、前記充電電流制御トランジスタの温度が前記所定の温度未満に低下した時点で、前記充電電流制御トランジスタの温度低下速度を求め、前記充電回路部に対して、前記充電電流を前記第２電流値よりも小さい該温度低下速度に応じた第３電流値に設定するようにした。

この場合、前記制御回路部は、前記温度低下速度が速いほど大きい電流値になるように前記第３電流値を設定するようにした。

また、前記制御回路部は、前記第３電流値で前記二次電池を充電した際に前記充電電流制御トランジスタの温度が前記所定の温度よりも低い温度になると予想される電流値に前記第３電流値を設定するようにした。

本発明の充電装置によれば、充電電流制御トランジスタの温度が所定の温度以上になった場合は一旦充電を停止するようにしたことから、速やかに充電電流制御トランジスタの温度を低下させることができるため、充電電流制御トランジスタが所定の温度以上になっている時間を極めて短くすることができる。また、充電電流制御トランジスタの温度が前記所定の温度未満に戻った場合は、充電電流制御トランジスタの温度が前記所定の温度に近い温度を保つような第２電流値が温度上昇速度に応じて設定され、該設定された第２電流値で定電流充電を再開するようにしたことから、充電時間を短くすることができる。

また、本発明の充電装置によれば、充電電流制御トランジスタの温度が所定の温度以上になった場合は、充電を停止させずに充電電流制御トランジスタの温度上昇速度に応じて、充電電流制御トランジスタの温度が前記所定の温度よりもやや低くなると予測される第２電流値が設定され充電を継続するようにしたことから、より一層充電時間の短縮を図ることができる。更に、このように第２電流値を設定しても充電電流制御トランジスタの温度が前記所定の温度未満に低下しない場合は、一旦充電を停止して、充電電流制御トランジスタの温度低下速度に応じた第３電流値で充電を再開するようにしたことから、充電電流制御トランジスタの温度が前記所定の温度を超えている時間を短くすることができる。

本発明の第１の実施の形態における充電装置の回路構成例を示した図である。図１の充電装置１の動作例を示したフローチャートである。図２のフローチャートの動作を示したタイミングチャートである。本発明の第２の実施の形態における充電装置の動作例を示したフローチャートである。図４のフローチャートの動作を示したタイミングチャートである。図４のフローチャートの動作を示したタイミングチャートである。

次に、図面に示す実施の形態に基づいて、本発明を詳細に説明する。
第１の実施の形態．
図１は、本発明の第１の実施の形態における充電装置の回路構成例を示した図である。
図１において、充電装置１は、ＡＣアダプタ２０から供給される直流電圧Ｖｄｄを電源にして二次電池２１の充電を行うものであり、電池接続端子Ｂａｔに接続された二次電池２１に対して、定電流−定電圧充電を行う。ＡＣアダプタ２０は、交流電圧を所定の直流電圧Ｖｄｄに変換して、充電装置１の電源入力端子ＩＮに供給する。また、二次電池２１は、リチウムイオン電池等で構成され、携帯機器内に内蔵された電池パックをなしている。

充電装置１は、ＰＮＰトランジスタからなる充電電流制御トランジスタＱ１、温度センサ２、アンプ３、ＡＤ変換回路４、制御回路５、演算増幅回路６，７、充電電流検出回路８、電池電圧検出回路９、ＮＭＯＳトランジスタＭ１，Ｍ２及び抵抗Ｒｓ，Ｒ１で構成されている。なお、温度センサ２、アンプ３及びＡＤ変換回路４は温度検出回路部を、演算増幅回路６，７、ＮＭＯＳトランジスタＭ１，Ｍ２及び抵抗Ｒ１は充電回路部を、制御回路５、充電電流検出回路８、電池電圧検出回路９及び抵抗Ｒｓは制御回路部をそれぞれなす。
温度センサ２は充電電流制御トランジスタＱ１の近傍に配置され、充電電流制御トランジスタＱ１の温度検出を行う。温度センサ２の出力信号は、アンプ３に入力され、アンプ３で所定のレベルに増幅される。アンプ３の出力信号は、ＡＤ変換回路４でデジタル信号に変換されて制御回路５に入力される。

充電電流制御トランジスタＱ１において、エミッタは電源入力端子ＩＮに接続され、コレクタは充電電流検出用の抵抗Ｒｓを介して電池接続端子Ｂａｔに接続されており、ベースはＮＭＯＳトランジスタＭ１のドレインに接続されている。ＮＭＯＳトランジスタＭ１のドレインと電源入力端子ＩＮとの間には抵抗Ｒ１が接続され、ＮＭＯＳトランジスタＭ１のドレインは電源電圧Ｖｄｄにプルアップされている。ＮＭＯＳトランジスタＭ１のソースはＮＭＯＳトランジスタＭ２のドレインに接続され、ＮＭＯＳトランジスタＭ１のゲートは演算増幅回路６の出力端に接続されている。演算増幅回路６において、非反転入力端は制御回路５に接続され、反転入力端には電池電圧検出回路９の出力信号が入力されている。

ＮＭＯＳトランジスタＭ２のソースは接地電圧ＧＮＤに接続され、ＮＭＯＳトランジスタＭ２のゲートは演算増幅回路７の出力端に接続されている。演算増幅回路７において、非反転入力端は制御回路５に接続され、反転入力端には充電電流検出回路８の出力信号が入力されている。
抵抗Ｒｓの両端は、充電電流検出回路８に接続され、充電電流検出回路８の出力端は、演算増幅回路７の反転入力端と制御回路５にそれぞれ接続されている。また、電池接続端子Ｂａｔは電池電圧検出回路９に接続され、電池電圧検出回路９の出力端は、演算増幅回路６の反転入力端と制御回路５にそれぞれ接続されている。
制御回路５は、演算増幅回路６の非反転入力端に、充電電圧を設定するための参照電圧Ｖｒ１を、演算増幅回路７の非反転入力端に、充電電流を設定するための参照電圧Ｖｒ２をそれぞれ出力している。

このような構成において、二次電池２１の電圧が低く、電池電圧検出回路９から出力された電圧が、制御回路５から出力されている参照電圧Ｖｒ１よりも小さい場合、演算増幅回路６の出力信号はハイレベルになり、ＮＭＯＳトランジスタＭ１はオンする。また、演算増幅回路７は、充電電流検出回路８の出力電圧が参照電圧Ｖｒ２よりも小さい場合は、ＮＭＯＳトランジスタＭ２のゲート電圧を上昇させるため、ＮＭＯＳトランジスタＭ２のインピーダンスが低下して充電電流制御トランジスタＱ１のベース電流が増加し、充電電流が増加する。

逆に、充電電流検出回路８の出力電圧が参照電圧Ｖｒ２以上である場合は、ＮＭＯＳトランジスタＭ２のゲート電圧を低下してＮＭＯＳトランジスタＭ２のインピーダンスが増加し、充電電流制御トランジスタＱ１のベース電流が減少するため充電電流も減少する。演算増幅回路７は、充電電流検出回路８の出力電圧が参照電圧Ｖｒ２に等しくなるように充電電流を制御することから、該充電電流は参照電圧Ｖｒ２で設定される定電流になる。
充電が進んで二次電池２１の電圧が参照電圧Ｖｒ１に近づくと、演算増幅回路６の出力電圧が低下し、ＮＭＯＳトランジスタＭ１のインピーダンスが増加する。すると、充電電流制御トランジスタＱ１のベース電流が減少するため、充電電流も減少する。

充電電流が減少すると、充電電流検出回路８の出力電圧が低下して、参照電圧Ｖｒ２よりも小さくなる。すると、演算増幅回路７の出力信号はハイレベルになり、ＮＭＯＳトランジスタＭ２はオンする。このため、二次電池２１は参照電圧Ｖｒ１で決まる定電圧で充電されることになる。
制御回路５は、このような定電圧充電中に、充電電流が所定の電流値未満になると、満充電と判断して充電動作を終了させる。充電を終了させるときは、例えば、参照電圧Ｖｒ１が電池電圧検出回路９の出力電圧よりも小さい電圧になるようにすればよい。すると、演算増幅回路６の出力信号はローレベルになるため、ＮＭＯＳトランジスタＭ１がオフして充電電流制御トランジスタＱ１のベース電流を遮断し、充電電流制御トランジスタＱ１がオフすることから、充電電流は流れなくなる。

図２は、図１の充電装置１の動作例を示したフローチャートである。なお、図２では、充電電流制御トランジスタＱ１の温度制御に関する部分だけを示しており、前記のような充電制御に伴う電圧検出や電流検出のルーチン、及び充電完了等の工程は省略している。
図２において、充電を開始するとステップＳ１で、所定の第１電流値の定電流で充電を行い、該第１電流値は、通常、二次電池２１を急速充電することができる最も大きい電流値、又は充電電流制御トランジスタＱ１の最大コレクタ電流に近い電流値のいずれか小さい方の電流値に設定されている。

次に、ステップＳ２で、制御回路５は、ＡＤ変換回路４から送られてくる充電電流制御トランジスタＱ１の温度Ｔを示した電圧を定期的に読み込む。次に、ステップＳ３で、制御回路５は、読み込んだ温度Ｔが所定の温度Ｔ１以上であるか否かを判断する。ステップＳ３で、読み込んだ温度Ｔが所定の温度Ｔ１未満であれば（ＮＯ）、ステップＳ２に戻り、温度Ｔの読み込みを繰り返す。すなわち、充電完了まで、読み込んだ温度Ｔが所定の温度Ｔ１以上に上がらなかった場合は、ステップＳ４以降に進むことはない。ステップＳ３で、読み込んだ温度Ｔが所定の温度Ｔ１以上になると、ステップＳ４に進み、制御回路５は充電を停止させる。該充電の停止は、前記のように、制御回路５から出力される参照電圧Ｖｒ１を、電池電圧検出回路９から出力される電圧よりも小さい電圧になるように設定すればよい。

制御回路５は、充電を停止させると直ちにステップＳ５で、充電を停止させる前の温度Ｔの上昇速度を求める。次に、制御回路５は、ステップＳ６で、充電電流制御トランジスタＱ１の温度Ｔを読み込み、ステップＳ７で充電電流制御トランジスタＱ１の温度Ｔが所定の温度Ｔ１未満に戻ったかどうかを判定する。充電電流制御トランジスタＱ１の温度Ｔが所定の温度Ｔ１未満に戻るまでは、ステップＳ６の温度測定を繰り返す。

ステップＳ７で充電電流制御トランジスタＱ１の温度Ｔが所定の温度Ｔ１未満になる（ＮＯ）と、制御回路５は、ステップＳ８で第１電流値よりも小さい第２電流値で充電動作を再開させる。このとき、制御回路５は、ステップＳ５で求めた温度上昇速度に応じて第２電流値を選択し、該温度上昇速度が速いほど第２電流値は小さく、該温度上昇速度が遅くなるにしたがって大きな第２電流値を選択する。更に、制御回路５は、充電電流制御トランジスタＱ１の温度Ｔが所定の温度Ｔ１よりもやや低い温度になるような第２電流値を選択する。なお、制御回路５は、参照電圧Ｖｒ２を設定することにより充電電流の設定を行う。

制御回路５は、ステップＳ８の処理を行った後、ステップＳ２に戻り、充電電流制御トランジスタＱ１の温度Ｔを測定し、以下、ステップＳ３〜Ｓ８の動作を繰り返す。すなわち、ステップＳ２で測定した温度Ｔが所定の温度Ｔ１以上にならなければ、ステップＳ８で設定した第２電流値による定電流充電を継続させる。また、制御回路５は、第２電流値でも充電電流制御トランジスタＱ１の温度Ｔが所定の温度Ｔ１を超えた場合は、ステップＳ４〜Ｓ８の処理を行い、前回の第２電流値より小さい新たな第２電流値を設定して定電流充電を行わせる。

図３は、図２のフローチャートで示した動作を示したタイミングチャートである。なお、図３では、実線で示したグラフが温度上昇速度の最も速い場合であり、破線で示したグラフが次に速い場合であり、以下、１点鎖線、２点鎖線の順に温度上昇速度が遅くなっている。
図３において、実線で示した最も温度上昇速度が速い場合は、時刻ｔ１で充電電流制御トランジスタＱ１の温度Ｔが所定の温度Ｔ１以上になる。すると、充電が停止されるので、充電電流は第１電流値ｉ１から０Ａになる。しかし、充電電流が０Ａになっても充電電流制御トランジスタＱ１の温度Ｔは直ぐには低下しないので、更に少し上昇してから低下する。時刻ｔ２で温度Ｔが所定の温度Ｔ１未満になると、第１電流値ｉ１よりも小さい第２電流値ｉ４で充電が再開される。第２電流値ｉ４は、この電流値で充電を行った場合に、充電電流制御トランジスタＱ１の温度Ｔが所定の温度Ｔ１よりもやや低い温度に保たれると予想される電流値をなしている。

次に、破線で示した２番目に温度上昇速度が速い場合は、充電電流制御トランジスタＱ１の温度Ｔが時刻ｔ３で所定の温度Ｔ１以上になり、時刻ｔ３で充電が停止される。この場合は、温度上昇速度が実線の場合よりも遅いため、充電停止後の充電電流制御トランジスタＱ１の温度上昇は実線の場合よりも小さいことから、実線の場合よりも早い時刻ｔ４で充電電流制御トランジスタＱ１の温度Ｔが所定の温度Ｔ１未満に戻る。すると、今度は実線の場合よりも大きい第２電流値ｉ３で定電流充電が再開される。第２電流値ｉ３も、この電流値で充電を行った場合に、充電電流制御トランジスタＱ１の温度Ｔが所定の温度Ｔ１よりもやや低い温度に保たれると予想される電流値をなしている。

破線の場合に、充電再開後の第２電流値を実線の場合より大きい電流値ｉ３にすることができるのは、充電時における充電電流制御トランジスタＱ１の温度上昇速度が遅いほど、周囲温度が低いか、又はＡＣアダプタ２０の出力電圧Ｖｄｄが小さいと考えられる。このような条件では、充電電流制御トランジスタＱ１の温度Ｔが所定の温度Ｔ１になる充電電流値をより大きくすることができる。
１点鎖線で示した場合は、充電電流制御トランジスタＱ１の温度上昇速度が更に遅いため、充電停止時間は時刻ｔ５〜ｔ６までと更に短くなり、充電再開後の第２電流値を更に大きくすることができ、電流値ｉ２になる。言うまでもなく、２点鎖線で示すように、所定の温度Ｔ１に達しない場合は第１電流値ｉ１で充電が継続される。

このように、本第１の実施の形態における充電装置は、充電電流制御トランジスタＱ１の温度Ｔが所定の温度Ｔ１以上になった場合は一旦充電を停止するようにしたことから、速やかに充電電流制御トランジスタＱ１の温度を低下させることができ、充電電流制御トランジスタＱ１が所定の温度Ｔ１を超えている時間を極めて短くすることができる。
また、充電電流制御トランジスタＱ１の温度Ｔが所定の温度Ｔ１未満に戻った場合は、充電電流制御トランジスタＱ１の温度Ｔが所定の温度Ｔ１よりもやや低い温度を保つような電流値が、充電電流制御トランジスタＱ１の温度Ｔの温度上昇速度に応じて選択され、該選択された電流値で定電流充電を再開するようにしたことから、充電時間も短くすることができる。

第２の実施の形態．
図４は、本発明の第２の実施の形態における充電装置の動作例を示したフローチャートである。なお、本発明の第２の実施の形態における充電装置の回路構成例を示した図は、図１と同様であることから省略し、図１を参照しながら、図４の動作について説明する。また、図４においても、温度制御に関する部分だけを示しており、前記のような充電制御に伴う電圧検出や電流検出のルーチン、及び充電完了等の工程は省略している。
図４において、充電開始のステップＳ１〜Ｓ３までは図２の場合と同じである。ステップＳ３で、充電電流制御トランジスタＱ１の温度Ｔが所定の温度Ｔ１以上になると（ＹＥＳ）、制御回路５は、ステップＳ４で、充電電流制御トランジスタＱ１の温度上昇速度を求め、ステップＳ５で該温度上昇速度に応じた第２電流値で充電を行わせる。

次に、制御回路５は、ステップＳ６で所定の時間経過後、ステップＳ７で充電電流制御トランジスタＱ１の温度Ｔを測定する。制御回路５は、ステップＳ８で温度Ｔが所定の温度Ｔ１未満になっている場合は（ＮＯ）、ステップＳ２に戻り、ステップＳ２に戻った場合は、前記ステップＳ３〜Ｓ８の動作を繰り返す。制御回路５は、ステップＳ３で温度Ｔが所定の温度Ｔ１以上にならなければ（ＮＯ）、ステップＳ５で変更した第２電流値での定電流充電を継続させる。制御回路５は、ステップＳ５で設定した第２電流値でもステップＳ３で温度Ｔが所定の温度Ｔ１以上になった場合は（ＹＥＳ）、再びステップＳ５で第２電流値を更に小さい電流値に設定し直す。すなわち、ステップＳ５の動作が行われるたびに第２電流値が小さくなる。

次に、ステップＳ８で温度Ｔが所定の温度Ｔ１以上である場合（ＹＥＳ）、制御回路５は、充電電流制御トランジスタＱ１の温度Ｔを急速に低下させるために、ステップＳ９で一旦充電を停止させる。制御回路５は、ステップＳ１０で温度Ｔを測定し、ステップＳ１１で温度Ｔが所定の温度Ｔ１未満になるまでステップＳ１０の温度測定を繰り返す。ステップＳ１１で温度Ｔが所定の温度Ｔ１未満になると（ＮＯ）、制御回路５は、ステップＳ１２で温度Ｔの低下速度を求め、ステップＳ１３で該温度低下速度に応じた第３電流値で充電を再開する。制御回路５は、該第３電流値においても、前記した第２電流値と同様、充電電流制御トランジスタＱ１の温度Ｔが所定の温度Ｔ１よりもやや低い温度に保たれると予想される電流値を選択する。制御回路５は、ステップＳ１３の処理を行った後は、ステップＳ２に戻り、以下前記のようなルーチンを繰り返して行う。

図５及び図６は、図４のフローチャートで示した動作を示したタイミングチャートである。
図５は、図４のフローチャートのステップＳ１〜Ｓ８までの動作を示しており、ステップＳ８で充電電流制御トランジスタＱ１の温度Ｔが所定の温度Ｔ１以上にならなかった場合を示している。図５においても、実線で示したグラフが温度上昇速度が最も速い場合を示しており、以下破線、１点鎖線の順に温度上昇速度が遅くなっている。
図６は、充電電流制御トランジスタＱ１の温度ＴがステップＳ８で所定の温度Ｔ１以上になった場合を示しており、実線が温度Ｔの低下速度が最も速い場合を示しており、以下破線、１点鎖線の順に温度低下速度が遅くなっている。なお、実際には時刻ｔ２までの実線の部分は前記温度低下速度ごとに異なるが、説明を簡単にするために、図６では１つにまとめて示している。

まず図５について説明する。図５において、温度上昇速度が最も速い実線の場合は、時刻ｔ１で充電電流制御トランジスタＱ１の温度Ｔが所定の温度Ｔ１以上になる。すると、充電電流は第１電流値ｉ１から前記温度上昇速度に応じて選択された第２電流値ｉ４に変更される。第２電流値は温度上昇速度が遅いほど大きい電流値になるように選択され、破線の場合は、第２電流値が電流値ｉ４よりも大きい電流値ｉ３になり、１点鎖線の場合は、第２電流値が更に大きい電流値ｉ２になる。
しかし、選択した第２電流値に充電電流をした後、周囲温度の変化や、ＡＣアダプタ２０の出力電圧変動等の要因により、ステップＳ６で所定の時間が経過しても、ステップＳ８で温度Ｔが所定の温度Ｔ１未満にならない場合、図６のようになる。なお、図６では所定の温度Ｔ１付近の状態を拡大して示している。

図６の時刻ｔ１で温度Ｔが所定の温度Ｔ１以上になると、充電電流は第１電流値ｉ１よりも小さい第２電流値ｉ５に変更される。しかし、所定の時間が経過した時刻ｔ２になっても温度Ｔが所定の温度Ｔ１以上ある場合は、ステップＳ９で述べたように充電を停止する。すると温度Ｔは低下して、実線の場合は時刻ｔ３で所定の温度Ｔ１未満になり、この場合、第３電流値ｉ６で充電が再開される。また、温度低下速度が次に速い破線の場合は、時刻ｔ４で温度Ｔが所定の温度Ｔ１未満になる。この場合は、電流値ｉ６よりも小さい電流値ｉ７を第３電流値として充電が再開される。更に遅い１点鎖線の場合は、時刻ｔ５で所定の温度Ｔ１未満になり、この場合は、電流値ｉ７より更に小さい電流値ｉ８を第３電流値として充電を再開する。
温度の低下速度も周囲温度に影響を受け、周囲温度が低いほど速く温度が低下するため、所定の温度Ｔ１に近い温度で充電できる電流は大きくなる。

このように、本第２の実施の形態における充電装置は、充電電流制御トランジスタＱ１の温度Ｔが所定の温度Ｔ１以上になった場合は、充電を停止させずに、充電電流制御トランジスタＱ１の温度上昇速度に応じて、充電電流制御トランジスタＱ１の温度が所定の温度Ｔ１よりもやや小さくなると予測される第２電流値に変更して充電を継続するようにしたことから、より充電時間の短縮を図ることができる。更に、第２電流値でも温度Ｔが所定の温度Ｔ１未満に下がらない場合は、一旦充電を停止して温度低下速度に応じた第３電流値で充電を再開するようにしたため、充電電流制御トランジスタＱ１が所定の温度Ｔ１を超えている時間を短くすることができる。

１充電装置
２温度センサ
３アンプ
４ＡＤ変換回路
５制御回路
６，７演算増幅回路
８充電電流検出回路
９電池電圧検出回路
２０ＡＣアダプタ
２１二次電池、
Ｑ１充電電流制御トランジスタ
Ｍ１，Ｍ２ＮＭＯＳトランジスタ
Ｒｓ，Ｒ１抵抗

特許第３７２８９２０号公報特開２００５−１０２４５３号公報特開２００８−１４１９０７号公報

Claims

二次電池の充電を行う充電装置において、
入力電源と前記二次電池との間に設けられた充電電流制御トランジスタと、
該充電電流制御トランジスタの温度検出を行い、検出した温度に応じた信号を生成して出力する温度検出回路部と、
前記充電電流制御トランジスタの動作制御を行って、前記二次電池に対して、設定された電流値で充電を行う定電流充電と、設定された電圧値で充電を行う定電圧充電とを行う充電回路部と、
前記二次電池の電池電圧値、前記二次電池への充電電流値及び前記温度検出回路部からの出力信号に応じて、前記定電流充電時の充電電流値及び前記定電圧充電時の充電電圧値をそれぞれ前記充電回路部に設定する制御回路部と、
を備え、
前記制御回路部は、前記二次電池に対して所定の第１電流値で充電を行っているときに、前記温度検出回路部の出力信号から前記充電電流制御トランジスタの温度が所定の温度以上になったことを検出すると、前記充電回路部に対して前記二次電池への充電を停止させると共に、前記第１電流値で充電を行っていたときの前記充電電流制御トランジスタの温度上昇速度を求め、前記充電電流制御トランジスタの温度が前記所定の温度未満に戻ると、前記充電回路部に対して、前記二次電池に供給する充電電流を前記第１電流値よりも小さい前記温度上昇速度に応じた第２電流値に設定することを特徴とする充電装置。
前記制御回路部は、前記温度上昇速度が速いほど小さい電流値になるように前記第２電流値を設定することを特徴とする請求項１記載の充電装置。
前記制御回路部は、前記第２電流値で前記二次電池を充電した際に前記充電電流制御トランジスタの温度が前記所定の温度よりも低い温度になると予想される電流値に前記第２電流値を設定することを特徴とする請求項１又は２記載の充電装置。
二次電池の充電を行う充電装置において、
入力電源と前記二次電池との間に設けられた充電電流制御トランジスタと、
該充電電流制御トランジスタの温度検出を行い、検出した温度に応じた信号を生成して出力する温度検出回路部と、
前記充電電流制御トランジスタの動作制御を行って、前記二次電池に対して、設定された電流値で充電を行う定電流充電と、設定された電圧値で充電を行う定電圧充電とを行う充電回路部と、
前記二次電池の電池電圧値、前記二次電池への充電電流値及び前記温度検出回路部からの出力信号に応じて、前記定電流充電時の充電電流値及び前記定電圧充電時の充電電圧値をそれぞれ前記充電回路部に設定する制御回路部と、
を備え、
前記制御回路部は、前記二次電池に対して所定の第１電流値で充電を行っているときに、前記温度検出回路部の出力信号から前記充電電流制御トランジスタの温度が所定の温度以上になったことを検出すると、前記第１電流値で充電を行っていたときの前記充電電流制御トランジスタの温度上昇速度を求め、前記充電回路部に対して、前記二次電池に供給する充電電流を前記第１電流値よりも小さい前記温度上昇速度に応じた第２電流値に設定することを特徴とする充電装置。
前記制御回路部、前記温度上昇速度が速いほど小さい電流値になるように前記第２電流値を設定することを特徴とする請求項４記載の充電装置。
前記制御回路部は、前記第２電流値で前記二次電池を充電した際に前記充電電流制御トランジスタの温度が前記所定の温度よりも低い温度になると予想される電流値に前記第２電流値を設定することを特徴とする請求項４又は５記載の充電装置。
前記制御回路部は、前記充電電流を前記第２電流値に設定した後、所定の時間が経過しても前記温度検出回路部の出力信号から前記充電電流制御トランジスタの温度が前記所定の温度以上であることを検出すると、前記充電回路部に対して前記充電電流制御トランジスタをオフさせて前記二次電池への充電を停止させ、前記充電電流制御トランジスタの温度が前記所定の温度未満に低下した時点で、前記充電電流制御トランジスタの温度低下速度を求め、前記充電回路部に対して、前記充電電流を前記第２電流値よりも小さい該温度低下速度に応じた第３電流値に設定することを特徴とする請求項４、５又は６記載の充電装置。
前記制御回路部は、前記温度低下速度が速いほど大きい電流値になるように前記第３電流値を設定することを特徴とする請求項７記載の充電装置。
前記制御回路部は、前記第３電流値で前記二次電池を充電した際に前記充電電流制御トランジスタの温度が前記所定の温度よりも低い温度になると予想される電流値に前記第３電流値を設定することを特徴とする請求項７又は８記載の充電装置。