JP3726853B2 - 充電装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば携帯電話やカメラ一体型VTRなどに用いられるリチウムイオン二次電池の充電装置に関し、更に詳しくは、リチウムイオン二次電池が装着されない状態における充電誤動作を防止する充電装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、電子技術の発達やユーザニーズの高まりにより、電子機器の小型・軽量化が進んでいる。この傾向は電池を動力源としたポータブル電子機器で顕著である。これら小型で携帯性の高いポータブル電子機器では電源の供給方法として二次電池が用いられている。中でも、小型・軽量・高出力の基本性能を有するリチウムイオン二次電池が二次電池の主流を成すようになってきた。
【0003】
一方、リチウムイオン二次電池には、過電流による電池劣化および損傷・発熱を防ぐため、図3に示すようなFET(電界効果トランジスタ)3などによる過放電防止スイッチ2が内蔵されている。すなわち、直列接続されたリチウムイオン二次電池1には過放電防止スイッチ2が組み込まれており、例えばリチウムイオン二次電池1の電圧が5V以上では過放電防止スイッチ2が“オフ”(FET3が接続状態)して充放電が可能となり、5V以下では過放電防止スイッチ2が“オン”(FET3が遮断状態:但しダイオード4の働きにより充電は可能)して二次電池の過放電を防ぐようになっている。
【0004】
このようなリチウムイオン二次電池1は、一例として図4に示すような充電装置によって充電される。図4は従来の充電装置の一例を示す回路図である。
【0005】
この充電装置は、入力端子(図では、単に「Vin」と記す)5、DC/DCコンバータ6、リチウムイオン二次電池用に開発された充電制御IC(Integrated Circuit)7、充電端子(図では、単に「Vout」と記す)8、および二次電池の接続を検出するスイッチ素子9により大略構成される。
充電制御IC7には、図示を省略した電圧/電流制限回路の他、電圧入力Vi、電圧出力Vo、コントロール端子Vc、緑LED(発光ダイオード)10や赤LED11が接続されたLED駆動回路を備えている。
【0006】
この充電装置における充電制御IC7の主要動作を説明するならば、
制御する。
【0007】
この充電装置には押下すると“オフ”するようなスイッチ素子9が備えられており、二次電池が装着されてスイッチ素子9が押下されると帰還抵抗Rを介してコントロールVcに1.1V以上の電圧が掛かり、電圧出力Voから充電電流Ioが流れて二次電池を充電するようになっている。なお、帰還抵抗Rは電池電圧が略2.5V以上で充電制御IC7が“オン”するように設定される。
【0008】
しかしながら、このような従来の充電装置における充電モニタは、一定の充電電流以上で赤LED11を点灯し、以下で緑LED10を点灯するLED表示のみであるため、例えば指などで充電ピン(スイッチ素子9に相当)が押下されると二次電池が装着されてない状態にもかかわらず充電動作が開始されてしまうという問題がある。
【0009】
本来、リチウムイオン二次電池には、前述のように過放電防止スイッチ2(図3参照)が内蔵されており、5V以下では過放電防止スイッチ2が“オン”(FET3が遮断状態)するためリチウムイオン二次電池1の端子電圧を検出することは不可能である。従って、充電装置に二次電池が装着されている状態を検出するためには、新たに二次電池側に電圧読取端子を追加したり、過放電防止スイッチ2に抵抗を接続して端子電圧を読み取らなければならず、二次電池側への部品追加が必要となり経済的に無駄が多く、好ましくない。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その課題は、新たに二次電池側に電圧読取端子等を追加することなく、二次電池が装着されない状態で充電動作が開始されてしまう充電誤動作を防止する充電装置を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するために本発明の充電装置は、
充電端子に接続されたリチウムイオン等の二次電池に対する電圧・電流を制限するとともに、前記電圧・電流の出力の“オン・オフ”を制御するコントロール端子を備えた充電制御手段と、
前記充電端子および前記コントロール端子間に接続された帰還抵抗と、
前記充電端子に対する二次電池の接続状態を検出するスイッチ手段とを備えた充電装置であって、
第1の基準電圧(例えば6V)を設定する第1基準電圧設定手段と、
前記スイッチ手段によって二次電池の接続が検出されたときに、前記充電制御手段を所定時間“オン”する充電開始手段と、
前記充電開始手段により、前記充電制御手段を所定時間オンにしている間において、前記充電端子の充電電圧を検出する充電検出手段と、
前記充電検出手段の結果が前記第1基準電圧設定手段の設定電圧以上のとき、前記充電制御手段を所定時間オフして前記充電端子への充電電圧の供給を停止する充電停止手段と
を備え、
前記充電停止手段により、前記充電制御手段を所定時間オフした場合に、前記充電端子に所定値以下の電池電圧の二次電池が実際に接続されている場合には、電池電圧によって、前記帰還抵抗を機能させて前記充電制御手段をオンにし、前記充電端子に所定値以下の電池電圧の二次電池が実際に接続されていない場合には、前記充電制御手段のオフの状態を維持するように構成したことを特徴とする。
【0012】
この充電装置は、充電検出手段の結果が第1基準電圧設定手段の設定電圧以下のとき、再充電を開始するようになされている。
【0013】
また、この充電装置は、第2の基準電圧(例えば2.5V)を設定する第2基準電圧設定手段を有していて、第2基準電圧設定手段によって設定された第2の基準電圧以下のとき、充電を停止するようになされている。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施の形態につき添付図面を参照して説明する。
【0015】
先ず、図1を参照して本発明の充電装置の構成を説明する。図1は本発明の充電装置の一例を示す回路図である。なお、従来技術で記載した事項と共通する部分には同一の参照符号を付すものとし、本発明に係わりのない回路部分の詳細な説明を省略する。
【0016】
本発明の充電装置は、入力端子(Vin)5、DC/DCコンバータ6、電圧/電流制限回路(図示省略)の他、電圧入力Vi、電圧出力Vo、コントロール端子Vc、緑LED10や赤LED11が接続されたLED駆動回路を備えた充電制御IC7、充電端子(Vout)8、および二次電池の接続を検出するスイッチ素子9により構成される。
【0017】
かかる構成の充電装置には、本発明の特徴事項として、スイッチ素子9に駆動トランジスタTr1を介して接続された充電開始回路12、充電開始回路12の出力が接続された充電停止回路13、および充電端子(Vout)8の+Bに接続されて充電電圧を検出する充電検出回路14が接続されている。
【0018】
充電開始回路12の細部構成は、抵抗Ra、容量Caにより立下がり微分を形成するNAND回路aなどにより構成される。
充電停止回路13は、充電開始回路12の出力および駆動トランジスタTr2に一端が接続され、他端に充電検出回路14の出力が接続されるとともに、抵抗Rb、容量Cbにより立上がり微分を形成するNAND回路b、OPアンプb、駆動トランジスタTr3、Tr4により構成される。
充電検出回路14は、充電電圧を検出するOPアンプc、および出力が充電停止回路13のNAND回路bに接続される駆動トランジスタTr5により構成される。
【0019】
次に、図1および図2を参照して本発明の充電装置の動作を説明する。図2は本発明の充電装置の動作を説明するタイミングチャート図である。
【0020】
【0021】
本発明の充電装置における帰還抵抗Rは、充電端子(Vout)8の電圧が略2.5V以上で充電制御IC7が“オン”するように設定される。また、本発明の充電装置には、押下されると“オフ”するようなスイッチ素子9が備えられており、二次電池が装着されるとスイッチ素子9が“オフ”する(図2のスイッチ素子動作参照)。
【0022】
このオフ信号を充電開始回路12に入力し、充電開始回路12のNAND回路aによりT1時間、一例として200mSec一旦充電を“オン”する(図2NAND回路a参照)。すなわち、NAND回路a出力により駆動トランジスタTr2を駆動し、駆動トランジスタTr2により図2のNAND回路a波形を反転した充電オン信号T1′によりコントロール端子Vcを“オン”して充電電流Ioを流して一旦充電を“オン”する。
【0023】
充電検出回路14では充電端子(Vout)8の+B電圧を検出し、充電停止回路13のNAND回路bに入力する。充電端子に二次電池(電圧の5V以上)が装着されていれば、充電端子(Vout)8の+Bは電池電圧の5V以上となり、二次電池が装着されていなければ、電圧出力Voの最大電圧8.4±0.1Vとなる筈である。
【0024】
充電停止回路13では、充電端子(Vout)8の+B電圧が充電検出回路14により設定された6V以上(仮設定)であれば、NAND回路bによりT2時間、一例として200mSec充電を“オフ”(図2NAND回路b参照)し、それと共に容量Coの放電を行う。すなわち、NAND回路b出力により駆動トランジスタTr3を駆動して容量Coの放電を行うと共に、駆動トランジスタTr4による充電オフ信号T2′によりコントロール端子Vcを“オフ”して充電をT2時間停止する。
【0025】
ここで、本発明の充電装置に二次電池が装着されていれば、電池電圧により帰還抵抗Rを介してコントロール端子Vcが“オン”され充電制御IC7が“オン”状態となる。
本発明の充電装置に二次電池が装着されていなければ、電池電圧はなくコントロール端子Vcは“オフ”のままとなり、充電制御IC7は“オフ”状態のままとなる。これにより、緑LEDも点灯することなく、また、専用電池以外の物品や人体、例えば指などで充電端子を押下しても充電動作は開始されることなく、充電装置の誤動作を防止できる。
【0026】
本発明の充電装置に装着された二次電池が6V以下の場合には、充電停止回路13のNAND回路b(微分回路)の動作を停止して充電を継続する。
また、この充電端子(Vout)8の+B電圧が帰還抵抗Rによって設定された2.5V以下(仮設定)の場合は帰還抵抗Rを介して充電制御IC7を“オフ”して充電動作を停止させる。これにより、リチウムイオン二次電池特有の単セルあたりの1V以下の過放電を防ぎ、二次電池の性能劣化を防止することができる。
【0027】
すなわち、リチウムイオン二次電池には、過放電防止スイッチが内蔵されており、例えば5V以下では過放電防止スイッチが“オン”(FETが遮断)してリチウムイオン二次電池の端子電圧を検出することができない。従って、この間は充電装置に二次電池が装着されている状態を検出できない筈である。本発明のポイントは、このような状況においても二次電池の装着状態を正確に検出して二次電池が装着されない状態における充電誤動作を防止するものである。
【0028】
本発明は前記実施の形態例に限定されず、種々の実施形態を採ることができる。例えば、前記実施の形態例ではリチウムイオン二次電池を例示したが、これに類する如何なる非水電解液二次電池にも応用が可能である。また、本発明の充電装置における回路構成は、例示したアナログ処理回路以外にもマイクロコンピュータなどによりディジタル的に処理しても実現可能である。更に、本発明は以上示した一実施形態にとらわれず様々な形態に発展できることは言うまでもない。
【0029】
【発明の効果】
以上説明した本発明の充電装置によれば、スイッチ素子により二次電池の装着を検知し、充電開始手段により所定時間充電を“オン”する。そして、充電端子の電圧が仮設定された基準電圧(例えば6V)以上であれば、充電停止手段により所定時間充電を“オフ”して充電端子のリセットを行う。これにより、本発明の充電装置に二次電池が装着されていれば、電池電圧により帰還抵抗を介して充電制御手段が“オン”状態となり、装着されていなければ、電池電圧はなく充電制御手段は“オフ”状態のままとなる。従って、専用電池以外の物品や人体、例えば指などで充電端子を押下しても充電動作は開始されず、二次電池が装着されない状態における充電誤動作を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の充電装置の一例を示す回路図である。
【図2】 本発明の充電装置の動作を説明するタイミングチャート図である。
【図3】 本発明に係わるリチウムイオン二次電池の内部構成を示す回路図である。
【図4】 従来の充電装置の一例を示す回路図である。
【符号の説明】
1…リチウムイオン二次電池、2…過放電防止スイッチ、3…FET(電界効果トランジスタ)、4…ダイオード、5…入力端子(Vin)、6…DC/DCコンバータ、7…充電制御IC、8…充電端子(Vout)、9…スイッチ素子、10…緑LED、11…赤LED、12…充電開始回路、13…充電停止回路、14…充電検出回路
Claims (4)
- 充電端子に接続された二次電池に対する電圧・電流を制限するとともに、前記電圧・電流の出力のオン・オフを制御するコントロール端子を備えた充電制御手段と、
前記充電端子および前記コントロール端子間に接続された帰還抵抗と、
前記充電端子に対する二次電池の接続状態を検出するスイッチ手段とを備えた充電装置であって、
第1の基準電圧を設定する第1基準電圧設定手段と、
前記スイッチ手段によって二次電池の接続が検出されたときに、前記充電制御手段を所定時間オンする充電開始手段と、
前記充電開始手段により、前記充電制御手段を所定時間オンにしている間において、前記充電端子の充電電圧を検出する充電検出手段と、
前記充電検出手段の結果が前記第1基準電圧設定手段の設定電圧以上のとき、前記充電制御手段を所定時間オフして前記充電端子への充電電圧の供給を停止する充電停止手段と
を備え、
前記充電停止手段により、前記充電制御手段を所定時間オフした場合に、前記充電端子に所定値以上の電池電圧の二次電池が実際に接続されている場合には、電池電圧によって、前記帰還抵抗が機能して前記充電制御手段をオンにし、前記充電端子に所定値以上の電池電圧の二次電池が実際に接続されていない場合には、前記充電制御手段のオフの状態を維持するように構成したことを特徴とする充電装置。 - 前記充電装置は、前記充電検出手段の結果が前記第1基準電圧設定手段の設定電圧以下のとき、前記充電停止手段の機能が停止して、再充電を開始することを特徴とする請求項1に記載の充電装置。
- 前記充電装置は、第2の基準電圧を設定する第2基準電圧設定手段を有し、
前記充電検出手段で検出された前記充電電圧が、前記前記第2基準電圧設定手段によって設定された第2の基準電圧以下のとき、前記帰還抵抗の機能により前記充電制御手段をオフにして充電を停止することを特徴とする請求項1に記載の充電装置。 - 前記二次電池は、リチウムイオン二次電池であることを特徴とする請求項1ないし請求項3の何れか1項に記載の充電装置。
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1997
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