JP3726343B2 - 充電装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、二次電池を充電するための充電装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
リチウム電池等の二次電池を充電するのに用いられる充電装置においては、定電流充電と定電圧充電が一般的に行われている。
このような充電方式を用いる充電装置は、例えば図4に示すような構成であり、図5に充電電圧Vと充電電流Iとの関係(充電装置の出力特性)を示し、図6に充電電圧V・充電電流Iと充電時間Tとの関係(充電特性曲線)を示す。
この充電装置100は、二次電池101と電流検出抵抗102が電源103に直列接続されている。即ち、二次電池101の正端子が電源103の正端子に接続され、二次電池101の負端子が電流検出抵抗102の一端に接続され、電流検出抵抗102の他端が電源103の負端子に接続されている。そして、コンパレータ104の正負入力端子が電流検出抵抗102の両端に接続され、コンパレータ104の出力端子が電源103に接続されている。
【0003】
このような構成において、二次電池101の充電末期では定電流Ib1の充電が終了して定電圧Vb1の充電が開始するので、充電電流Iが低下する。そこで、コンパレータ104が、この充電電流Iが所定値E1以下となったことを検出したら、電源103への充電継続信号SEの出力をオフして充電を終了させている。即ち、コンパレータ104が電流検出抵抗102の両端の電圧を検出することにより、二次電池101の満充電を検出するようになっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上述した充電装置100を用いて複数、例えば2個の二次電池を並列接続して充電を行う場合、一方の二次電池の充電中に他方の二次電池を接続すると、一方の二次電池が充電中であるにもかかわらず、誤判定により充電終了となる場合があるという問題があった。
【0005】
この発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、複数の二次電池を並列充電しても充電終了の誤判定を防止することができる充電装置を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、この発明にあっては、並列接続された二次電池に対して定電圧以下の定電流で充電を行い、前記各二次電池の端子電圧が前記定電圧に上昇したとき、前記定電流以下の定電圧で充電を行うように制御する充電装置に、一の前記二次電池の充電電流を一定周期で遮断する二次電池の負端子側に接続されたスイッチ手段と、該スイッチ手段と並列接続された逆流検出抵抗と、前記充電電流の遮断時に前記一の二次電池の正入力端子に供給される電源の出力電圧と前記一の二次電池の負端子と前記スイッチ手段との接続点の電圧との電圧差と、正極性の第1の基準電圧とを比較する第1の比較手段と、前記一の二次電池の負端子と上記逆流検出抵抗の接続点の電圧と、負極性の第2の基準電圧とを比較する第2の比較手段と、前記各比較手段の比較結果に従って充電を制御する制御手段とを備えることにより達成される。
【0007】
上記構成によれば、先に充電されている二次電池の充電の向きを検出し、この充電電流の向きが反転したならば充電を停止させることができる。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施の形態は、この発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、この発明の範囲は、以下の説明において特にこの発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
【0009】
図1は、この発明の充電装置の実施形態を示す構成図である。尚、この実施形態では、複数の二次電池を並列充電することができる充電装置として、1個の二次電池を接続して充電する機能と、1個の二次電池を内蔵した例えば携帯電話等の機器を出力端子と接続して充電する機能を有する充電装置について説明する。
【0010】
この充電装置21は、二次電池21Aと充電電流遮断スイッチ22が電源23に直列接続され、さらに携帯電話等の機器40に内蔵されている二次電池21Bが出力端子を介して二次電池21Aと並列接続されている。即ち、二次電池21A、21Bの正端子が電源23の正端子に接続され、二次電池21Aの負端子が充電電流遮断スイッチ22の一端に接続され、充電電流遮断スイッチ22の他端、二次電池21Bの負端子及び電源23の負端子が接地されている。そして、抵抗30が充電電流遮断スイッチ22と並列接続されている。
【0011】
また、二次電池21Aの負端子がコンパレータ24A及び24Bの正及び負入力端子に並列接続され、基準電源25a、25bの基準電源切り替えスイッチ26の端子がコンパレータ24Aの負入力端子に接続され、コンパレータ24Aの出力端子が充電制御部27に接続されている。さらに、基準電源25cの負端子がコンパレータ24Bの正入力端子に接続され、コンパレータ24Bの出力端子が充電制御部27に接続されている。そして、充電制御部27と、充電電流遮断スイッチ22、基準電源切り替えスイッチ26及び表示部28とが接続されている。
【0012】
ここで、2個の二次電池を並列充電する場合、それぞれの電池電圧は異なることが常である。従って、充電装置は、電池電圧の高い二次電池は充電せずに、電池電圧の低い二次電池のみを充電する。例えば図3に示すタイミングで二次電池21Aを充電電圧V0Aで充電中に未充電の二次電池21Bを接続すると、充電電圧はV0Bとなる。充電電圧V0Bが充電電圧V0Aより低いとすると、二次電池21Aの充電は途中で遮断され、二次電池21Aから二次電池21Bへ電流が逆流する。
【0013】
このような状況で仮にコンパレータ24Aが、充電電流遮断スイッチ22間の電圧ΔVを検出するように構成されると、二次電池21Aが充電中にもかかわらず、コンパレータ24Aが二次電池21Aの充電終了と検出してしまい、表示部28には充電終了という誤判定が表示されてしまう。そこで、コンパレータ24Bは、二次電池21Aの負端子の電圧と接地電圧(Ec)とを比較して、二次電池21Aから二次電池21Bへの電流の逆流を検出するように構成されている。
【0014】
このような構成において、その充電の動作例を図2のフローチャートで説明する。
先ず、二次電池21A、21Bが接続されていない状態(無負荷時)で電源23の出力電圧V0が二次電池21A、21Bの満充電電圧Vb0(図5参照)、例えば8.4Vとなるように調整・設定する。そして、ACコネクタ29を交流電源(AC100V)に接続し、二次電池21Aを接続する(ステップSTP1)。
【0015】
充電制御部27は、基準電源切り替えスイッチ26を操作して、例えば基準電源25aの接点a側に切り替える(ステップSTP2)。そして、充電制御部27は、急速充電を開始すると共にタイマをスタートさせ(ステップSTP3、4)、コンパレータ24Bが、二次電池21Aの負端子の電圧が接地電圧より低くなったか否かを検出し、検出信号SBを充電制御部27に出力する。
充電制御部27は、検出信号SBがLow、即ち二次電池21Aの負端子の電圧が接地電圧より高いときは、タイマがストップしたら急速充電を終了する(ステップSTP5、6、7)。即ち、充電制御部27は、急速充電開始後に一定周期あるいは任意の周期で充電電流遮断スイッチ22をオン・オフ制御する。例えば、急速充電開始後に3分間だけ充電電流遮断スイッチ22をオンして充電電流を流し、3分経過後に充電電流遮断スイッチ22をオフして充電電流を遮断する。
【0016】
コンパレータ24Aは、充電電流の遮断時に正入力端子に入力される無負荷時の電源23の出力電圧V0と開放電池電圧VBとの電圧差VAと、負入力端子に入力される基準電源25aの基準電圧Eaとを比較して充電電流遮断スイッチ22間の電圧ΔVを検出し、検出信号SAを充電制御部27に出力する。
充電制御部27は、検出信号SAがHighならば充電継続と判断して表示部28に充電中と表示させ、ステップSTP3に戻って上述した処理を繰り返し、(ステップSTP8)、検出信号SAがLowならば充電停止と判断して表示部28に充電停止と表示させ、充電を停止させる(ステップSTP9)。
【0017】
充電制御部27は、二次電池21Aの充電を停止させたら(ステップSTP9)、基準電源切り替えスイッチ26を操作して、例えば基準電源25bの接点b側に切り替える(ステップSTP10)。ここで、基準電源25bの基準電圧Ebと基準電源25aの基準電圧Eaは、Eb(例えば120mV)>Ea(例えば80mV)のように設定されている。
【0018】
そして、コンパレータ24Aが、正入力端子に入力される無負荷時の電源23の出力電圧V0と開放電池電圧VBとの電圧差VAと、負入力端子に入力される基準電源25bの基準電圧Ebとを比較して充電電流遮断スイッチ22間の電圧ΔVを上記ステップSTP4、5、6と同一の周期で検出し、検出信号SAを充電制御部27に送出する。
充電制御部27は、検出信号SAがHighならば再充電と判断して表示部28に再充電中と表示させ、ステップSTP2に戻って上述した処理を繰り返す(ステップSTP11)。
【0019】
一方、ステップSTP3〜8の処理途中で二次電池21Bを接続すると、コンパレータ24Bは、充電電流遮断スイッチ22のインピーダンス抵抗rによる接地電圧より低い二次電池21Aの負端子の電圧(基準電源25cの基準電圧Ecより低い電圧)を入力することになるので、Highの検出信号SBを充電制御部27に出力する。
充電制御部27は、Highの検出信号SBを入力したら、二次電池21Aから二次電池21Bへ電流が逆流していると判断し、直ちに急速充電を終了する(ステップSTP5、12)。即ち、充電制御部27は、充電電流遮断スイッチ22をオフする。これにより、逆流電流は抵抗30を通って逆流することになる。
【0020】
充電制御部27は、ステップSTP12で急速充電が終了すると、抵抗30を通って逆流が継続しているか否かを検出信号SBで判定する(ステップSTP13)。この検出信号SBがLowとなってΔV未検タイマをスタートさせてコンパレータ24Aの充電電流遮断スイッチ22間の電圧ΔVの検出を一時的に停止させ(ステップSTP14)、ΔV未検タイマがストップしたらコンパレータ24Aの充電電流遮断スイッチ22間の電圧ΔVの検出を再開させ、ステップSTP3に戻って上述した処理を繰り返す(ステップSTP15)。
尚、コンパレータ24Bから充電制御部27にHighの検出信号SBが入力されている限り、またΔV未検タイマ動作中、充電電流遮断スイッチ22はオフとされているが、この間も表示部28の表示を充電中で継続させることにより充電終了の誤判定を防止することができる。
【0021】
図3は、上記充電装置20における各二次電池21A、21Bの充電電圧V・充電電流I及び電圧差VAと充電時間Tとの関係(充電特性曲線)を示す図である。尚、充電電圧Vと充電電流Iとの関係(充電装置の出力特性)は、図5と同様である。
上述したように、二次電池21Aの充電途中で二次電池21Bを接続すると、二次電池21Aから二次電池21Bへ電流が逆流するが、この逆流電流は、充電電流遮断スイッチ22のインピーダンス抵抗rを50mΩ、基準電源25cの基準電圧Ecを10mVとすると、Ec/r=0.2Aとなる。従って、コンパレータ24Bは、0.2A以上の逆流電流の発生を検出することができる。尚、基準電源25cの基準電圧Ecを更に小さくすれば、更に小さい逆流電流の発生を検出することが可能となる。
【0022】
さらに、充電電流遮断スイッチ22のオフ後の逆流電流は、抵抗30を逆流するが、この逆流電流は、抵抗30の抵抗Rを100Ωとすると、Ec/R=0.1mAとなり、二次電池21Aからの逆流は微小電流で検出できるように切り替えられる。このように、充電電流遮断スイッチ22をオフすることにより、逆流電流を最小限に抑えることができる。
【0023】
また、二次電池21Bの充電に切り替わると、充電電圧V0Bは上昇する。そして、充電電圧V0BがV0に達すると、充電電流IbBは減少してくる(定電圧充電)。一方、二次電池21Aには、充電電圧がV0となることで充電電流IbAが流れ始める。この充電電流IbAは、二次電池21Bの接続により遮断された電流値まで上昇し、その後に減少し始める(並列充電状態)。この充電電流IbAが逆流から実際の充電に切り替わり、充電電流IbAのピークとなるまでの期間は、二次電池21Bの充電時間で決定される。よって、コンパレータ24BのHighの検出信号SBが解除されても直ぐに充電停止状態が解除されないように、コンパレータ24BのHighの検出信号SBの解除後にΔV未検タイマを起動させる。このΔV未検期間は、二次電池21Bの定電流充電期間と合致させていれば問題ないが、実験検討により設定することも可能である。
【0024】
以上のような構成において、上記電圧ΔVは例えば80mVと設定されるが、この80mVの電圧ΔVを検出するためのコンパレータ24Aは、オフセット電圧のバラツキである約5mVを考慮しても特に問題の無いレベルであり、一般汎用のICを使用することができる。また、充電制御部27は、高精度のアナログ電圧を検出しているわけではないので、例えばロジック回路やワンチップマイコン等の1kROM以下の安価なICを使用することができる。
【0025】
以上のように、この充電装置20は、電圧の検出に一般的なコンパレータを使用することができ、また充電の制御に汎用のマイコンを使用することができるので、装置そのものを安価とすることができる。また、充電開始後に電圧差VAが基準電圧Eaとなるまで充電を継続し、さらに充電停止後に電圧差VAが基準電圧Ebとなったら再充電を開始するようになっている。従って、二次電池21Aに対して寿命の劣化を生じさせず、常に満充電状態を保つことができる。
【0026】
上述した実施形態では、2個の二次電池の並列充電について説明したが、3個以上の複数の二次電池を並列充電する場合であっても、各二次電池に上述した逆流検出手段を設けることにより、同様の効果を得ることができる。
【0027】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によれば、複数の二次電池を並列充電しても充電終了の誤判定を防止することができるので、充電の信頼性を高めることができると共に、二次電池の早期劣化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の充電装置の実施形態を示す構成図。
【図2】図1に示す充電装置の動作例を説明するフローチャート。
【図3】図1に示す充電装置の充電電圧・電流と充電時間との関係(充電特性曲線)を示す図。
【図4】従来の充電装置の一例を示す構成図。
【図5】一般的な出力電圧と充電電流との関係(充電装置の出力特性)を示す図。
【図6】図4に示す充電装置の充電電圧・電流と充電時間との関係(充電特性曲線)を示す図。
【符号の説明】
20、100・・・充電装置、21A、21B、、101・・・二次電池、22・・・充電電流遮断スイッチ、23、103・・・電源、24A、24B、、104・・・コンパレータ、25a、25b、25c・・・基準電源、26・・・基準電源切り替えスイッチ、27・・・充電制御部、28・・・表示部、29・・・ACコネクタ、30・・・抵抗、102・・・電流検出抵抗
Claims (3)
- 並列接続された二次電池に対して定電圧以下の定電流で充電を行い、前記各二次電池の端子電圧が前記定電圧に上昇したとき、前記定電流以下の定電圧で充電を行うように制御する充電装置であり、
一の前記二次電池の充電電流を一定周期で遮断する二次電池の負端子側に接続されたスイッチ手段と、
該スイッチ手段と並列接続された逆流検出抵抗と、
前記充電電流の遮断時に前記一の二次電池の正入力端子に供給される電源の出力電圧と前記一の二次電池の負端子と前記スイッチ手段との接続点の電圧との電圧差と、正極性の第1の基準電圧とを比較する第1の比較手段と、
前記一の二次電池の負端子と上記逆流検出抵抗の接続点の電圧と、負極性の第2の基準電圧とを比較する第2の比較手段と、
前記各比較手段の比較結果に従って充電を制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする充電装置。 - 前記一の二次電池の負端子電圧が第2の基準電圧以下のとき、前記一の二次電池の充電を停止する請求項1に記載の充電装置。
- 前記一の二次電池の負端子電圧が第2の基準電圧以上となったときから所定期間、前記第1の比較手段の動作を停止させる請求項1に記載の充電装置。
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