JP2014014198A

JP2014014198A - 充電装置

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Publication number: JP2014014198A
Application number: JP2012149577A
Authority: JP
Inventors: Shinji Nishimura; 真司西村; Yasuo Ibuki; 康夫伊吹; Koji Asakawa; 広次浅川
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2012-07-03
Filing date: 2012-07-03
Publication date: 2014-01-23
Anticipated expiration: 2032-07-03
Also published as: EP2871747A4; JP6090642B2; WO2014006810A1; EP2871747A1; EP2871747B1

Abstract

【課題】大電流と小電流での充電を可能としながらも、簡略化及び小型化を図ることができる充電装置を提供する。
【解決手段】充電装置は、充電端子６ａ，６ｂに接続される蓄電池１１を大電流で充電するための大電流充電用回路１と、蓄電池１１を小電流で充電するための小電流充電用回路２とを備える。電源端子５ａ，５ｂと充電端子６ａ，６ｂとの間に大電流充電用回路１と小電流充電用回路２とが直列に接続されるとともに、大電流充電用回路１と充電端子６ａとがスイッチング素子としてのＦＥＴ１２を介して接続される。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気機器等の蓄電池を充電するための充電装置に関するものである。

充電装置としては、例えば、充電端子に接続される蓄電池を大電流で充電するための大電流充電用回路と、蓄電池を小電流で充電するための小電流充電用回路とを備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の充電装置では、トランスの２次巻線を２種類独立して設けることで大電流と小電流の充電電流を生成可能とし、その後段の多数のスイッチング素子にて経路を切り替えて蓄電池に対する充電電流を大電流と小電流のいずれかに切り替えるようにしている。

特開昭５６−５３５５０号公報

しかしながら、上記のような充電装置では、トランスの２次巻線を２種類独立して設けているため、トランスが複雑且つ大型化してしまい、ひいては充電装置が複雑且つ大型化してしまうという問題がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、大電流と小電流での充電を可能としながらも、簡略化及び小型化を図ることができる充電装置を提供することにある。

本発明の充電装置は、充電端子に接続される蓄電池を大電流で充電するための大電流充電用回路と、前記蓄電池を小電流で充電するための小電流充電用回路とを備えた充電装置であって、電源端子と前記充電端子との間に前記大電流充電用回路と前記小電流充電用回路とが直列に接続されるとともに、前記大電流充電用回路と前記充電端子とがスイッチング素子を介して接続されたことを特徴とする。

この充電装置においては、前記蓄電池の電圧値を検出し、検出した電圧値が予め設定された値より小さいときに前記スイッチング素子をオンし、検出した電圧値が予め設定された値以上のときに前記スイッチング素子をオフする経路切替制御部を備えることが好ましい。

この充電装置においては、前記小電流充電用回路は、前記蓄電池の電圧値を検出し、検出した電圧値に応じて複数段階又は無段階で充電電流を可変制御する電流制御用ＩＣを有することが好ましい。

この充電装置においては、前記小電流充電用回路は、前記大電流充電用回路と前記充電端子との間に接続された抵抗を有することが好ましい。
この充電装置においては、前記小電流充電用回路は、前記大電流充電用回路と前記充電端子との間に接続された小電流用スイッチング素子を有し、該小電流用スイッチング素子がＰＷＭ制御されることで複数段階又は無段階で充電電流が可変制御されることが好ましい。

本発明によれば、大電流と小電流での充電を可能としながらも、簡略化及び小型化を図ることができる充電装置を提供することができる。

一実施形態における充電装置の回路図。別例における充電装置の回路図。

以下、本発明を具体化した一実施の形態を図１に従って説明する。
図１に示すように、充電装置は、大電流充電用回路１と、小電流充電用回路２と、スイッチ部３と、経路切替制御部４とを備え、電源端子５ａ，５ｂと充電端子６ａ，６ｂとの間に大電流充電用回路１と小電流充電用回路２とが直列に接続されている。

詳述すると、大電流充電用回路１は、内部に図示しないトランスを有したアダプターであって、トランスの１次巻線が、一対の電源端子５ａ，５ｂを介して交流電源７に接続されることになる。

又、大電流充電用回路１は、トランスの２次巻線の一方の端子が高電位側の配線８によってショットキーバリアダイオードＤを介して小電流充電用回路２に接続されている。又、大電流充電用回路１は、トランスの２次巻線の他方の端子が低電位側の配線９によって小電流充電用回路２及び低電位側の充電端子６ｂに接続されている。

本実施形態の小電流充電用回路２は、電流制御用ＩＣ１０を有し、該電流制御用ＩＣ１０には、前記配線８，９及び前記充電端子６ａ，６ｂが接続されている。電流制御用ＩＣ１０は、大電流充電用回路１からの大電流を小電流の充電電流に変換して充電端子６ａ，６ｂに出力するためのものである。また、本実施形態の電流制御用ＩＣ１０は、充電端子６ａ，６ｂに接続された蓄電池１１の電圧値を検出し、検出した電圧値に応じて無段階で充電電流を可変制御する。詳しくは、電流制御用ＩＣ１０は、検出した電圧値が高いほど小さな電流値の充電電流を充電端子６ａ，６ｂ、ひいては蓄電池１１に出力する。

又、大電流充電用回路１と充電端子６ａとは、スイッチ部３を構成するスイッチング素子としてのＰチャネル型のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）１２を介して接続されている。

詳述すると、前記ショットキーバリアダイオードＤと前記小電流充電用回路２とを接続する高電位側の配線８は、ＦＥＴ１２を介して高電位側の充電端子６ａに接続されている。尚、ＦＥＴ１２のゲート・ソース間には抵抗Ｒ１が接続されている。又、ＦＥＴ１２のゲートは、後述するトランジスタ１３を介して低電位側の配線９（充電端子６ｂ）に接続されている。

経路切替制御部４は、ＮＰＮ型の前記トランジスタ１３とマイコン１４とを有し、蓄電池１１の電圧値を検出し、検出した電圧値が予め設定された値より小さいときにＦＥＴ１２をオンし、検出した電圧値が予め設定された値以上のときにＦＥＴ１２をオフする。

詳述すると、マイコン１４は、一対の充電端子６ａ，６ｂに接続されるとともに、抵抗Ｒ２を介してトランジスタ１３のベースに接続されている。そして、マイコン１４は、蓄電池１１の電圧値を検出し、検出した電圧値が予め設定された値より小さいときにのみトランジスタ１３にベース電流を供給し、トランジスタ１３をオンさせて前記ＦＥＴ１２をオンさせる。尚、トランジスタ１３のベース・エミッタ間には抵抗Ｒ３が接続されている。

次に、上記のように構成された充電装置の作用について説明する。
例えば、充電端子６ａ，６ｂにバッテリー残量が極少ない蓄電池１１が接続されて、マイコン１４にて蓄電池１１の電圧値が予め設定された値より小さいと判定されると、トランジスタ１３にベース電流が供給される。すると、トランジスタ１３がオン状態とされるとともにＦＥＴ１２がオン状態とされる。

すると、大電流充電用回路１からＦＥＴ１２を介して（小電流充電用回路２を介さず）直接的に大電流が蓄電池１１に流れ、大電流で蓄電池１１が充電される。
又、例えば、充電端子６ａ，６ｂにバッテリー残量が比較的多い蓄電池１１が接続された場合や、上記したように大電流での充電が行われて時間が経過した場合等、マイコン１４にて蓄電池１１の電圧値が予め設定された値以上と判定されると、トランジスタ１３にはベース電流が供給されずトランジスタ１３及びＦＥＴ１２がオフ状態とされる。

すると、電流制御用ＩＣ１０にて大電流充電用回路１からの大電流が小電流の充電電流に変換されて（即ち、大電流充電用回路１の出力を電源として）電流制御用ＩＣ１０から小電流が蓄電池１１に流れ、小電流で蓄電池１１が充電される。又、このとき、電流制御用ＩＣ１０にて蓄電池１１の電圧値が検出され、検出された電圧値に応じて無段階で充電電流が可変制御される。詳しくは、検出した蓄電池１１の電圧値が高いほど電流制御用ＩＣ１０から小さな電流値の充電電流が蓄電池１１に出力される。

次に、上記実施の形態の特徴的な効果を以下に記載する。
（１）電源端子５ａ，５ｂと充電端子６ａ，６ｂとの間に大電流充電用回路１と小電流充電用回路２とが直列に接続されるとともに、大電流充電用回路１と充電端子６ａとがスイッチング素子としてのＦＥＴ１２を介して接続される。よって、例えば、ＦＥＴ１２をオン状態とすることで大電流充電用回路１からの大電流で直接的に蓄電池１１を充電することができ、ＦＥＴ１２をオフ状態とすることで小電流充電用回路２を介して小電流で蓄電池１１を充電することができる。そして、このような構成にすると、大電流充電用回路１に通常の（２次巻線が１つの）トランスを１つ用いるだけでよいため、充電装置の簡略化及び小型化を図ることができる。

（２）蓄電池１１の電圧値を検出し、検出した電圧値が予め設定された値より小さいときにＦＥＴ１２をオンし、検出した電圧値が予め設定された値以上のときにＦＥＴ１２をオフする経路切替制御部４を備える。よって、単純に充電を開始した時間からの経過時間に応じてスイッチング素子（ＦＥＴ１２）を制御する場合に比べて、最適な充電を行うことができる。即ち、充電を開始したときの蓄電池１１のバッテリー残量がどのような場合でも、蓄電池１１の電圧値が小さいときには大電流充電用回路１からの大電流で直接的に蓄電池１１を充電することができる。又、蓄電池１１の電圧値が大きいときには小電流充電用回路２を介して小電流で蓄電池１１を充電することができる。よって、自動的に精度良く急速充電が可能となるとともに過充電を防止することができる。

（３）小電流充電用回路２は、蓄電池１１の電圧値を検出し、検出した電圧値に応じて無段階で充電電流を可変制御する電流制御用ＩＣ１０を有するため、一定の小電流で充電する場合に比べて、より最適な充電を行うことができる。又、例えば、（電流制御用）ＩＣを用いることで、複数の素子を組み合わせることなく簡単な回路構成とすることができる。

上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、小電流充電用回路２は、電流制御用ＩＣ１０を備えたものとしたが、同様の機能を有すれば他の構成に変更してもよい。

例えば、図２に示すように、変更してもよい。この例の小電流充電用回路２１は、上記実施形態の電流制御用ＩＣ１０（図１参照）に替えて、大電流充電用回路１と充電端子６ａとの間に接続された抵抗Ｒ１１及び小電流用スイッチング素子としてのＰチャネル型のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）２２と、ＦＥＴ２２を制御するためのＮＰＮ型のトランジスタ２３とを備える。

詳述すると、前記高電位側の配線８は、ＦＥＴ２２及び抵抗Ｒ１１を介して前記高電位側の充電端子６ａに接続されている。尚、ＦＥＴ２２のゲート・ソース間には抵抗Ｒ１２が接続されている。又、ＦＥＴ２２のゲートは、トランジスタ２３を介して低電位側の配線９（充電端子６ｂ）に接続されている。又、トランジスタ２３のベース・エミッタ間には抵抗Ｒ１３が接続されている。

又、この例のマイコン１４は、抵抗Ｒ１４を介してトランジスタ２３のベースに接続されている。そして、この例のマイコン１４は、上記実施形態の動作に加えて、検出した蓄電池１１の電圧値が予め設定された値以上のときにのみトランジスタ２３にベース電流を供給し、トランジスタ２３をオンさせて前記ＦＥＴ２２をオンさせる。又、この例のマイコン１４は、検出した蓄電池１１の電圧値に応じてＦＥＴ２２をＰＷＭ制御することで無段階で充電電流を可変制御する。詳しくは、マイコン１４は、検出した電圧値が高いほど小さいデューティー比でＦＥＴ２２をオンさせて、小電流で蓄電池１１を充電させる。

このようにしても、上記実施形態の効果（１）、（２）と略同様の効果を得ることができる。
又、小電流充電用回路２１は、大電流充電用回路１と充電端子６ａとの間に接続された抵抗Ｒ１を有するものであるため、極簡単な素子で大電流充電用回路１からの大電流を小電流にすることができる。

又、小電流充電用回路２１は、大電流充電用回路１と充電端子６ａとの間に接続されたＦＥＴ２２を有し、該ＦＥＴ２２が（経路切替制御部４の一部を構成するマイコン１４に）ＰＷＭ制御されることで無段階で充電電流（小電流）が可変制御される。よって、一定の小電流で充電する場合に比べて、より最適な充電を行うことができる。又、例えば、同様の効果を得るために専用の電流制御用ＩＣ１０を用いた構成（図１参照）に比べて、安価とすることができる。

・上記実施形態では、検出した蓄電池１１の電圧値が予め設定された値より小さいときにＦＥＴ１２（スイッチング素子）をオンし、検出した電圧値が予め設定された値以上のときにＦＥＴ１２をオフする経路切替制御部４を備えるとしたが、これに限定されず、ＦＥＴ１２（スイッチング素子）を他の手段で制御する構成に変更してもよい。

例えば、充電を開始した時間からの経過時間に応じてスイッチング素子（ＦＥＴ１２）を制御する制御部を備えた構成に変更してもよい。又、例えば、使用者が自身の意思で選択してスイッチング素子（ＦＥＴ１２）を制御可能な構成に変更してもよい。

・上記実施形態では、小電流充電用回路２（２１）は、検出した蓄電池１１の電圧値に応じて無段階で充電電流を可変制御可能なものとしたが、これに限定されず、例えば、一定の電流値の小電流で充電する小電流充電用回路に変更してもよい。又、例えば、小電流充電用回路２（２１）を、検出した蓄電池１１の電圧値に応じて複数段階で充電電流を可変制御するものに変更してもよい。

・上記実施形態では、スイッチング素子をＦＥＴ１２としたが、同様の機能を有する他のスイッチング素子に変更してもよい。

１…大電流充電用回路、２，２１…小電流充電用回路、４…経路切替制御部、５ａ，５ｂ…電源端子、６ａ，６ｂ…充電端子、１０…電流制御用ＩＣ、１１…蓄電池、１２…ＦＥＴ（スイッチング素子）、２２…ＦＥＴ（小電流用スイッチング素子）、Ｒ１１…抵抗。

Claims

充電端子に接続される蓄電池を大電流で充電するための大電流充電用回路と、前記蓄電池を小電流で充電するための小電流充電用回路とを備えた充電装置であって、
電源端子と前記充電端子との間に前記大電流充電用回路と前記小電流充電用回路とが直列に接続されるとともに、前記大電流充電用回路と前記充電端子とがスイッチング素子を介して接続されたことを特徴とする充電装置。
請求項１に記載の充電装置において、
前記蓄電池の電圧値を検出し、検出した電圧値が予め設定された値より小さいときに前記スイッチング素子をオンし、検出した電圧値が予め設定された値以上のときに前記スイッチング素子をオフする経路切替制御部を備えたことを特徴とする充電装置。
請求項２に記載の充電装置において、
前記小電流充電用回路は、前記蓄電池の電圧値を検出し、検出した電圧値に応じて複数段階又は無段階で充電電流を可変制御する電流制御用ＩＣを有することを特徴とする充電装置。
請求項２に記載の充電装置において、
前記小電流充電用回路は、前記大電流充電用回路と前記充電端子との間に接続された抵抗を有することを特徴とする充電装置。
請求項４に記載の充電装置において、
前記小電流充電用回路は、前記大電流充電用回路と前記充電端子との間に接続された小電流用スイッチング素子を有し、該小電流用スイッチング素子がＰＷＭ制御されることで複数段階又は無段階で充電電流が可変制御されることを特徴とする充電装置。