JP3767024B2 - 充電装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、二次電池の充電装置に関するもので、特に、リチウムイオン電池の充電に用いて好適な充電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電子機器の二次電池としては、ニッケルカドミウム電池や、ニッケル水素電池等が良く用いられている。このようなニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池の充電を行う充電装置としては、従来、図９に示すような構成のものが用いられている。
【０００３】
図９において、入力端子１０１Ａと１０１Ｂとの間に、電源が供給される。この電源は、定電流回路１０２により所定の電流に制御され、定電圧回路１０３により、所定の電圧となるように制御される。定電流回路１０２により所定電流となるように制御され、定電圧回路１０３により所定の電圧に制御された電源は、スイッチ回路１０５を介して、二次電池（例えばニッケルカドミウム電池）１０４に供給される。このとき、二次電池１０４の端子電圧は、電圧検出回路１０６により検出される。この電圧検出回路１０６の出力がコントローラ１０７に供給される。
【０００４】
コントローラ１０７は、二次電池１０４の端子電圧が上昇から下降に転じる所謂ΔＶを検出して、二次電池１０４の充電を制御する。すなわち、図８は、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池を充電するときの充電電圧及び電流の変化を示すものである。図１０に示すように、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池の場合には、充電時間とともに、端子電圧が上昇していく。そして、満充電になると、端子電圧は、上昇から下降に転じる。このことから、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池の場合には、端子電圧が上昇から下降に転じる点、所謂ΔＶを検出することにより、満充電が検出できる。コントローラ１０７は、このように二次電池１０７の端子電圧が上昇から下降に転じる点で、スイッチ回路１０５をオフして、充電を終了する。
【０００５】
ところで、近年、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池に代わって、リチウムイオン電池が注目を集めている。リチウムイオン電池は、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池に比べて、持続時間が長くでき、然も、メモリ効果が殆どないという利点がある。
【０００６】
ところが、リチウムイオン電池の場合には、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池のようなΔＶが検出できないために、二次電池の端子電圧を検出して、充電を制御することが困難である。すなわち、図１１は、リチウムイオン電池の場合の充電電圧及び電流の変化を示すものである。図１１に示すように、リチウムイオン電池の場合には、充電時間とともに端子電圧が上昇していくが、満充電時にΔＶが現れない。このような、リチウムイオン電池の場合には、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池のように、ΔＶが検出できないために、二次電池の端子電圧から満充電を検出することが困難である。
【０００７】
そこで、リチウムイオン電池の場合には、充電電流を検出して、充電を制御することが考えられる。ところが、充電電流を検出して充電を制御するためには、電流検出用の抵抗を電源回路に対して直列に設ける必要がある。このような抵抗を配設すると、充電電流のロスが生じるとともに、この抵抗により発熱が問題となる。
【０００８】
すなわち、満充電近くなると、充電電流はかなり低くなる（例えば、１００ｍＡ）。このような低い電流値において、正確に電流を検出するためには、電流検出用の抵抗の抵抗値を大きくした方が好ましい。ところが、電流検出用の抵抗の抵抗値を大きくすると、その分、電力ロスが生じるとともに、充電の開始直後には、大電流（例えば、１Ａ）が電流検出用の抵抗を流れ、電流検出用の抵抗の発熱量が大きくなる。発熱量が大きくなると、特に、このバッテリ充電回路を集積回路化する場合に、大きな問題となる。
【０００９】
そこで、電流検出用の抵抗の抵抗値を小さくしても充電を正しく制御できるように、電流の検出値を満充電の充電電流よりも大きくし、充電電流がある程度下がったことが検出されたら、それから所定時間後に充電を停止させるようにすることが考えられる。すなわち、図１２において、満充電時の電流ｉ11よりも高い電流ｉ10を検出し、充電電流が電流ｉ10になる時点ｔ10で、タイマを開始し、所定時間Ｔ10が経過したら、充電を終了させる。図１２に示すように、電流値がｉ10になってから、Ｔ10時間経過すると、電流値は、満充電時の電流値ｉ11となる。このようにすれば、電流検出用の抵抗の抵抗値を小さな値とすることができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、二次電池の特性にはバラツキがある。このため、上述のように制御しても、所定時間後に、電流値が所定値になっているとは限らない。したがって、上述のような制御では、正しく充電を制御できない。
【００１１】
また、電流検出用の抵抗として、抵抗値の小さい抵抗と、抵抗値の大きい抵抗とを設け、電流値に応じて、これら２つの抵抗を切り換えるようにすることが考えられる。すなわち、充電開始時のように充電電流が大きい場合には、抵抗値の小さい抵抗を用いて充電電流を検出し、そして、充電電流がある程度小さくなったら、抵抗値の大きい抵抗に切り換えて充電電流を検出する。このようにすると、充電開始時のように充電電流が大きい場合には抵抗値の小さい抵抗が用いられるので、発熱の問題が生じないと共に、充電電流がある程度小さくなったら抵抗値の大きい抵抗により充電電流が検出されるので、充電電流を精度良く検出できるようになる。ところが、図１１に示したように、充電特性の変化は直線ではないので、２つの抵抗の切換えを正確に行うことは困難である。
【００１２】
したがって、この発明の目的は、充電電流の電流値から、二次電池の充電を制御でき、リチウムイオン電池の充電を適切に制御できる充電装置を提供することにある。
【００１３】
この発明の他の目的は、二次電池の充電電流を検出する際の発熱の問題を回避することができ、集積回路化が容易な充電装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明は、基準電圧より低い電圧となるように制御されると共に、電流値が大きくなるようにされた第１の電源回路と、第１の電源回路の電圧より所定電圧だけ高い電圧となるように制御されると共に、電流値が第１の電源回路の電流値より小さくなるようにされた第２の電源回路と、第１の電源回路及び第２の電源回路に流れる電流値を検出する電流検出手段と、第１の電源回路及び第２の電源回路を流れる電流値に基づいて、二次電池の充電を制御する制御手段とを有し、初期状態では、第１の電源回路からの充電電流と第２の電源回路からの充電電流により二次電池を同時に充電すると共に、二次電池の端子電圧が第１の電源回路の電圧より大きくなると、第２の電源回路からの充電電流のみにより二次電池を充電させるように、第１の電源回路と第２の電源回路の帰還率を異なる値に設定し、第２の電源回路を流れる電流値から二次電池の充電が略完了したことが検出されたら、第１の電源回路及び第２の電源回路をオフするようにした充電装置である。
【００１５】
２つの充電用の電源を設け、一方の充電用電源の電圧を二次電池を充電するときの基準電圧よりも僅かに低い電圧とすると共に大電流とし、他方の充電用の電源をこれより高い電圧とすると共に小電流とする。これにより、充電の初期には、２つの電源により十分な電流で二次電池が充電され、二次電池がある程度充電されたら、小電流の電源のみにより小電流で二次電池が充電されるようになる。このため、電流検出用の抵抗の発熱が防げ、集積回路化が容易になると共に、精度良く電流を検出することができるようになる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、この発明が適用されたバッテリ充電装置の原理構成を示すものである。この発明が適用されたバッテリ充電装置では、２つの充電用の電源１及び２を設け、一方の充電用の電源１の電圧を二次電池３を充電するときの基準電圧よりも僅かに低い電圧とすると共に大電流とし、他方の充電用の電源２をこれより高い電圧とすると共に小電流としている。これにより、充電の初期には、大電流で二次電池３が充電され、二次電池３がある程度充電されたら、小電流で二次電池３が充電されるようになる。
【００１７】
つまり、図１において、充電用の電源１の電圧Ｖ1 は、二次電池３を充電するときの基準電圧よりも僅かに低い電圧（例えば、４．１５Ｖ）とされている。また、充電用の電源１は、大電流（例えば１Ａ）を流すことができるようにされている。これに対して、充電用の電源２の電圧Ｖ2 は、充電用の電源１の電源電圧Ｖ1 よりも僅かに高い電圧（例えば、４．２Ｖ）とされている。そして、この充電用の電源２の電流は、充電用の電源１の電流よりも小さい電流（例えば、０．２Ａ）に抑えられている。これら２つの充電用の電源１及び２により、二次電池３が充電される。二次電池３は、例えば、リチウムイオン電池である。
【００１８】
充電用の電源１に対して、電流検出用の抵抗４が設けられる。この抵抗４の両端電圧から、充電用の電源１からの充電電流ｉ1 が検出される。充電電流ｉ1 が大きいことから、抵抗４としては、抵抗値の小さいものが用いられ、抵抗４によるパワーロスや発熱が抑えられている。抵抗４の両端から検出される電流の検出値は、検出回路６を介して、コントローラ７に供給される。
【００１９】
充電用の電源２に対して、電流検出用の抵抗５が設けられる。この抵抗５の両端電圧から、充電用の電源２からの充電電流ｉ2 が検出される。充電電流ｉ2 が小さいことから、抵抗５としては、抵抗値の大きいものが用いられ、精度の高い電流が検出できるようにされている。抵抗５の両端から検出される電流の検出値は、検出回路８を介して、コントローラ７に供給される。
【００２０】
二次電池３に対する充電を制御するために、スイッチ回路９が設けられる。スイッチ回路９は、コントローラ７により制御される。なお、ダイオード１０及び１１は、逆流防止のために設けられている。すなわち、この例では、充電用の電源２の電圧の方が充電用の電源１の電圧よりも高い。このため、充電用の電源２から充電用の電源１に電流が流れてしまうことが考えられる。ダイオード１０及び１１は、このような電流を防止するものである。
【００２１】
図１に示すような構成とする、充電開始時には、充電用の電源１と充電用の電源２との２つの電源により二次電池３が大電流で充電され、充電が進むと、自動的に充電用の電源１からの充電電流が止められ、充電用の電源２のみにより、小電流で充電が行われるようになる。
【００２２】
つまり、図２は、リチウムイオン電池の充電特性を示すものである。リチウムイオン電池では、図２に示すように、充電が進むと、端子電圧Ｖ3 は徐々に上昇していく。
【００２３】
充電開始時点ｔ0 では、二次電池３の端子電圧Ｖ3 は、充電用の電源１の電圧Ｖ1 及び充電用の電源２の電圧Ｖ2 より低い電圧である。このため、図１Ａに示すように、充電用の電源１から二次電池３に充電電流ｉ1 が流れると共に、充電用の電源２から二次電池３に充電電流ｉ2 が流れ、二次電池３への充電電流ｉ3 は、充電用の電源１からの電流ｉ1 と、充電用の電源２からの電流ｉ2 との和電流となる。
【００２４】
充電用の電源１の電流は大電流であるから、これにより、二次電池３に対して十分な充電電流を流すことができる。また、このとき、充電用の電源１の電流検出用の抵抗４の抵抗値は小さいので、発熱やパワーロスは殆ど生じない。また、充電用の電源２の電流検出用の抵抗５には、大電流が流れないので、発熱は殆ど生じない。
【００２５】
この充電用の電源１からの電流ｉ1 と、充電用の電源２からの電流ｉ2 との和電流ｉ3 により、二次電池３が充電されていく。二次電池３が充電されていくと、図２に示す特性に沿って、二次電池３の端子電圧Ｖ3 が徐々に上昇していく。
【００２６】
そして、図２において、時点ｔ1 になると、二次電池３の端子電圧Ｖ3 は、充電用の電源１の電圧Ｖ1 よりも高くなる。二次電池３の端子電圧Ｖ3 が充電用の電源１の電圧Ｖ1 よりも高くなると、充電用の電源１から二次電池３に対して、充電電流ｉ1 が流れなくなる。したがって、図１Ｂに示すように、充電用の電源１からの充電電流が止められ、充電用の電源２からの電流ｉ2 のみにより、二次電池３が充電されていくことになる。
【００２７】
抵抗５の両端電圧から、充電用の電源２からの充電電流ｉ2 が検出される。充電用の電源２の電流値が小さいことから、抵抗５の抵抗値は大きくできるので、この充電電流ｉ2 の検出は正確に行なえる。充電電流ｉ2 が所定値以下（例えば、１００ｍＡ以下）になったことが検出されると、スイッチ回路９がオフされ、二次電池３への電源の供給が停止される。
【００２８】
このように、２つの充電用の電源１及び２を設け、一方の充電用電源１の電圧を二次電池３を充電するときの基準電圧よりも僅かに低い電圧とすると共に大電流とし、他方の充電用の電源２をこれより高い電圧とすると共に小電流とすると、充電の初期には、２つの電源１及び２により大電流で二次電池３が充電され、二次電池３がある程度充電されたら、小電流の電源２のみにより小電流で二次電池３が充電されるようになる。これにより、電流検出用の抵抗の発熱が防げると共に、精度良く電流を検出することができるようになる。
【００２９】
なお、上述の例では、２つの充電用の電源を用いているが、更に多くの電源を用いるようにしても良い。例えば、電圧差が異なる３つの電源回路を用意し、充電の初期状態では、３つの電源回路から二次電池に充電電流が流れるようにし、充電が進むと、電圧の最も低い電源回路からの充電電流が止められ、更に、充電が進むと、電圧の最も高い電源回路からの充電電流のみで二次電池が充電されるようにしても良い。このとき、電圧の最も高い電源回路の電流が最も小さく、電圧の次に高い電源回路の電流が次に小さく、電圧の最も低い電源回路の電流が最も大きくなるように設定される。
【００３０】
次に、上述のような原理構成に基づくバッテリ充電装置の具体例について説明する。図３は、この発明が適用されたバッテリ充電装置の具体構成の一例である。図３において、１１は、図１における充電用の電源１に対応する電源回路、１２は、図１における充電用の電源２に対応する電源回路である。すなわち、電源回路１１の電圧は、二次電池１３を充電する際の基準電圧より僅かに低く（例えば４．１５Ｖ）、電流値が大きい。電源回路１２は、電源電圧が二次電池１３を充電する際の基準電圧と略等しく（例えば４．２Ｖ）、電流値が小さい。１３は二次電池、例えば、リチウムイオン電池である。
【００３１】
電源回路１１は、トランジスタ２１及び２２と、演算増幅器２３とからなるシリーズレギュレータの構成とされる。トランジスタ２１のエミッタとそのベースとの間に、抵抗２４が接続される。トランジスタ２１のベースとトランジスタ２２のコレクタとが、抵抗２５を介して接続される。トランジスタ２２のエミッタが抵抗２６を介して接地される。トランジスタ２１のコレクタと接地間に、抵抗２７と抵抗２８との直列接続が接続される。抵抗２７と抵抗２８との接続点が演算増幅器２３の反転入力端子に接続される。演算増幅器２３の非反転入力端子には、所定電圧の電圧源２９が接続される。演算増幅器２３の出力端子がトランジスタ２２のベースに接続される。
【００３２】
電源回路１１において、例えば、出力電圧が上昇すると、抵抗２７と抵抗２８との接続点のレベルが上昇し、演算増幅器２３の出力レベルが下降する。演算増幅器２３の出力レベルが下降すると、トランジスタ２２を流れる電流が減少し、トランジスタ２１により電圧降下が大きくなる。これにより、出力電圧が下げられる。このような制御により、電源回路１１の出力電圧は、例えば４．１５Ｖとなるように制御される。
【００３３】
電源回路１２は、トランジスタ３１及び３２と、演算増幅器３３とからなるシリーズレギュレータの構成とされる。トランジスタ３１のエミッタとそのベースとの間に、抵抗３４が接続される。トランジスタ３１のベースとトランジスタ３２のコレクタとが、抵抗３５を介して接続される。トランジスタ３２のエミッタが抵抗３６を介して接地される。トランジスタ３１のコレクタと接地間に、抵抗３７と抵抗３８との直列接続が接続される。抵抗３７と抵抗３８との接続点が演算増幅器３３の反転入力端子に接続される。演算増幅器３３の非反転入力端子には、所定電圧の電圧源３９が接続される。演算増幅器３３の出力端子がトランジスタ３２のベースに接続される。
【００３４】
電源回路１２において、例えば、出力電圧が上昇すると、抵抗３７と抵抗３８との接続点のレベルが上昇し、演算増幅器３３の出力レベルが下降する。演算増幅器３３の出力レベルが下降すると、トランジスタ３２を流れる電流が減少し、トランジスタ３１により電圧降下が大きくなる。これにより、出力電圧が下げられる。このような制御により、電源回路１２の出力電圧は、例えば４．２Ｖとなるように制御される。
【００３５】
電源回路１１に対して直列に、電流検出用の抵抗４１が設けられる。この抵抗４１の両端電圧が演算増幅器４３により検出される。これにより、電源回路１１により流される電流が所定値以下になったかどうかが検出できる。この演算増幅器４３の出力がコントローラ４４に供給される。
【００３６】
また、電源回路１２に対して直列に、電流検出用の抵抗４５が設けられる。この抵抗４５の両端電圧が演算増幅器４５により検出される。これにより、電源回路１２により流される電流が所定値以上になっかかどうかが検出できる。この演算増幅器４５の出力がコントローラ４４に供給される。
【００３７】
電源入力端子１２Ａ及び１２Ｂからの電源は、電源回路１１に供給されると共に、電源回路１２に供給される。電源回路１１により、出力電圧が例えば４．１５Ｖに制御される。電源回路１２により、出力電圧が例えば４．２Ｖに制御される。電源回路１１及び１２の出力は、スイッチ回路１４を介して、二次電池１３に供給される。
【００３８】
前述の基本構成で説明したように、充電を開始した直後の、二次電池１３の電池容量が少ないときには、二次電池１３の端子電圧は小さいので、電源回路１１からの電流と、電源回路１２からの電流との和電流により、二次電池１３が充電されていく。そして、二次電池１３の端子電圧が、電源回路１１の電源電圧以上まで上昇すると、電源回路１１からの充電電流は流れなくなる。このため、電源回路１２からの充電電流のみにより、二次電池１３が充電されるようになる。電源回路１２の電流が抵抗４５の両端から検出され、電源回路１２の電流が所定値以下になると、演算増幅器４６から出力が現れる。この演算増幅器４６からの出力により、二次電池１３の充電状態が検出され、二次電池１３の充電が完了されると、スイッチ回路１４がオフされ、二次電池１３の充電が終了される。
【００３９】
なお、電源回路１１のトランジスタ２１は、電源回路１２のトランジスタ３１よりも大きいものが用いられ、電源回路１１の電流値が電源回路１２の電流値より大きくされている。また、電源回路１１に対して直列に挿入される抵抗４１の抵抗値は、電源回路１２に対して直列に挿入される抵抗４５の抵抗値より小さくされている。
【００４０】
また、図４に示すように、電源回路１１及び電源回路１２に対して、定電流回路を設けるようにしても良い。すなわち、電源回路１１に対して、電流検出用の抵抗４２が設けられ、この抵抗４２の一端がトランジスタ４１のエミッタに接続され、抵抗４２の他端がトランジスタ４１のベースに接続される。電源回路１１を流れる電流が多くなると、抵抗４２の両端電圧が大きくなり、トランジスタ４１を介して流れる電流が増加される。これにより、電源回路１１を流れる電流が抑えられる。この定電流回路により、電源回路１１の電流値が例えば１Ａに制御される。
【００４１】
また、電源回路１２に対して、電流検出用の抵抗５２が設けられ、この抵抗５２の一端がトランジスタ５１のエミッタに接続され、抵抗５２の他端がトランジスタ５１のベースに接続される。電源回路１２を流れる電流が多くなると、抵抗５２の両端電圧が大きくなり、トランジスタ５１を介して流れる電流が増加される。これにより、電源回路５１を流れる電流が抑えられる。この定電流回路により、電源回路１２の電流が例えば０．２Ａに制御される。
【００４２】
また、図３及び図４において、小電流の電源回路１２としては、大電流の電源回路１１に比べて、帰還率の低いものを用いるが考えられる。つまり、電源回路１１においては、演算増幅器２３により検出された電圧値がトランジスタ２１に帰還されて、電源電圧が制御されている。このときの帰還率は、抵抗２４、抵抗２５、及びトランジスタ２１の電流増幅率ｈfeにより決められる。また、電源回路１２においては、演算増幅器３３により検出された電圧値がトランジスタ３１に帰還されて、電源電圧が制御されている。このときの帰還率は、抵抗３４、抵抗３５、及びトランジスタ３１の電流増幅率ｈfeにより決められる。電源回路１１のトランジスタ２１の電流増幅率ｈfeを、電源回路２のトランジスタ３１の電流増幅率ｈfeより大きくすれば、電源回路１１の帰還率は、電源回路１２の帰還率より大きくなる。また、電源回路１１の抵抗２５の抵抗値を、電源回路１２の抵抗３５の抵抗値より小さくすれば、電源回路１１の帰還率は、電源回路１２の帰還率より大きくなる。また、電源回路１１の抵抗２４を、電源回路１２の抵抗３４より大きくすれば、電源回路１１の帰還率は、電源回路１２の帰還率より大きくなる。
【００４３】
また、上述の例では、２つの電源回路１１及び１２に対して、夫々、別々の電圧検出回路を設けているが、２つの電源回路に対して共通な電圧検出回路を設けるようにしても良い。
【００４４】
図５は、２つの電源回路に対して共通な電圧検出回路を設けるようにした例である。図５において、電源回路１１は、トランジスタ７１及び７２とから構成され、電源回路１２は、トランジスタ８１及び８２とから構成され、これらの電源回路１１及び１２に対して共通に、演算増幅器８３、トランジスタ８４からなる電圧検出回路が設けられる。そして、トランジスタ８４のエミッタと接地間抵抗８５及び８６からの検出出力を電源回路に帰還することで、電源回路１１及び１２の電圧値が所定電圧となるように制御される。
【００４５】
すなわち、トランジスタ７１のエミッタとそのベースとの間に、抵抗８７が接続される。トランジスタ７１のベースとトランジスタ７２のコレクタとが、抵抗８８を介して接続される。トランジスタ７２のベースが、トランジスタ７１のエミッタと接地間に設けられた抵抗８９及び９０の直列接続の接続点に接続される。
【００４６】
トランジスタ８１のエミッタとそのベースとの間に、抵抗９１が接続される。トランジスタ８１のベースとトランジスタ８２のコレクタとが、抵抗９２を介して接続される。トランジスタ８２のベースが、トランジスタ７１のエミッタと接地間に設けられた抵抗８９及び９０の直列接続の接続点に接続される。
【００４７】
トランジスタ７１及び８１のコレクタの接続点と接地間に、抵抗９３及び９４の直列接続が設けられる。この抵抗９３と抵抗９４の接続点が演算増幅器８３の反転入力端子に接続される。演算増幅器８３の非反転入力端子には、電圧源９５が接続される。演算増幅器８３の出力端子がトランジスタ８４のベースに接続される。トランジスタ８４のコレクタがトランジスタ７１及び８１のコレクタの接続点に接続される。
【００４８】
トランジスタ８４のエミッタと接地間に、抵抗８５及び８６の直列接続が設けられる。トランジスタ８４のエミッタがトランジスタ７２のエミッタに接続される。抵抗８５と抵抗８６との接続点がトランジスタ８２のエミッタに接続される。
【００４９】
この例では、トランジスタ８４のエミッタと接地間の抵抗８５及び８６の直列接続からの検出出力を帰還することで、電源回路１１及び１２の電圧値が所定電圧となるように制御されるので、電源回路１１の電圧と電源回路１２の電圧とを抵抗比により設定でき、精度が良くなると共に、温度特性による影響が受け難くなる。
【００５０】
なお、図６に示すように、図５に示すような電圧検出回路を共通化するようにした構成に、更に、トランジスタ４１及び５１からなる定電流回路を設けるようにしても良い。
【００５１】
上述までの例では、充電が完了したら、二次電池に対する充電電流を止めるようにしているが、充電が完了した後に、二次電池の自己放電を補償するために、補充電を行うようにしても良い。補充電を行う場合に、二次電池のダメージを軽減するように、通常よりも低い電圧が補充電を行うことが望ましい。この発明では、電圧の異なる２つの電源回路が設けられているので、通常よりも低い電圧で補充電を行うような制御が簡単に行なえる。
【００５２】
つまり、図７に示すように、電源電圧の高い方の電源回路１２の電源の供給をオフするためのスイッチ回路１５が設けられる。そして、充電が完了されると、この電源回路１２の電圧の供給が止められ、電圧の低い方の電源回路１１で、補充電が続けられる。このように、電圧の低い電源回路１１により補充電を行うと、二次電池に対するダメージが軽減され、電池の寿命を延ばすことができる。
【００５３】
すなわち、図８でフローチャートで示すように、ステップＳＴ１で、二次電池１３の充電が開始される。二次電池１３の充電は、ステップＳＴ２〜ＳＴ５で示すように、二次電池１３の端子電圧が電源回路１１及び１２の電圧がより低ければ、２つの電源回路１１及び１２により二次電池１３が充電される。そして、二次電池１３の端子電圧が電源回路１１の電圧より大きくなると、電源回路１１からの充電電流が止まり、電源回路１２からの電流により、二次電池１３が充電されるようになる。
【００５４】
ステップＳＴ６で、電源回路１２に流れる電流が検出される。そして、ステップＳＴ７で、この電流が所定値以下（例えば１００ｍＡ以下）になったかどうかが判断される。電流が所定値以下になったら、ステップＳＴ８で、タイマ１６がオンされる。ステップＳＴ９で、所定時間（例えば１時間）経過したかどうかが判断され、所定時間経過すると、ステップＳＴ１０で、スイッチ回路１５がオフされる。これにより、ステップＳＴ１１で、電圧の低い電源回路１１によってのみ、充電が続けられる。
【００５５】
なお、この例では、ステップＳＴ７で電流等が所定値以下になったら、タイマ１６を起動して、所定時間経過後から補充電を行うようにしているが、二次電池の充電電流が所定値以下になったら、直ちに、保充電を開始するようにしても良い。
【００５６】
【発明の効果】
この発明によれば、２つの充電用の電源を設け、一方の充電用電源の電圧を二次電池を充電するときの基準電圧よりも僅かに低い電圧とすると共に大電流とし、他方の充電用の電源をこれより高い電圧とすると共に小電流としている。これにより、充電の初期には、２つの電源により十分な電流で二次電池が充電され、二次電池がある程度充電されたら、小電流の電源のみにより小電流で二次電池が充電されるようになる。このため、電流検出用の抵抗の発熱が防げ、集積回路化が容易となると共に、精度良く電流を検出することができるようになる。更に、充電の初期には、２つの経路で充電電流が流されるため、１つの電源回路に対する負担が軽くなり、集積回路化に有利になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の基本構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の基本構成の説明に用いるグラフである。
【図３】この発明が適用された充電装置の一例の接続図である。
【図４】この発明が適用された充電装置の他の例の接続図である。
【図５】この発明が適用された充電装置の更に他の例の接続図である。
【図６】この発明が適用された充電装置の更に他の例の接続図である。
【図７】この発明が適用された充電装置の更に他の例のブロックである。
【図８】この発明が適用された充電装置の更に他の例の説明に用いるフローチャートである。
【図９】従来の充電装置の一例のブロック図である。
【図１０】ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池の場合の充電特性を示すグラフである。
【図１１】リチウムイオン電池の場合の充電特性を示すグラフである。
【図１２】従来の充電装置の説明に用いるグラフである。
【符号の説明】
１・・・電圧の低い電源，２・・・電圧の高い電源，３・・・二次電池，４，５・・・電流検出用の抵抗，７・・・コントローラ
【発明の属する技術分野】
この発明は、二次電池の充電装置に関するもので、特に、リチウムイオン電池の充電に用いて好適な充電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電子機器の二次電池としては、ニッケルカドミウム電池や、ニッケル水素電池等が良く用いられている。このようなニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池の充電を行う充電装置としては、従来、図９に示すような構成のものが用いられている。
【０００３】
図９において、入力端子１０１Ａと１０１Ｂとの間に、電源が供給される。この電源は、定電流回路１０２により所定の電流に制御され、定電圧回路１０３により、所定の電圧となるように制御される。定電流回路１０２により所定電流となるように制御され、定電圧回路１０３により所定の電圧に制御された電源は、スイッチ回路１０５を介して、二次電池（例えばニッケルカドミウム電池）１０４に供給される。このとき、二次電池１０４の端子電圧は、電圧検出回路１０６により検出される。この電圧検出回路１０６の出力がコントローラ１０７に供給される。
【０００４】
コントローラ１０７は、二次電池１０４の端子電圧が上昇から下降に転じる所謂ΔＶを検出して、二次電池１０４の充電を制御する。すなわち、図８は、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池を充電するときの充電電圧及び電流の変化を示すものである。図１０に示すように、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池の場合には、充電時間とともに、端子電圧が上昇していく。そして、満充電になると、端子電圧は、上昇から下降に転じる。このことから、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池の場合には、端子電圧が上昇から下降に転じる点、所謂ΔＶを検出することにより、満充電が検出できる。コントローラ１０７は、このように二次電池１０７の端子電圧が上昇から下降に転じる点で、スイッチ回路１０５をオフして、充電を終了する。
【０００５】
ところで、近年、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池に代わって、リチウムイオン電池が注目を集めている。リチウムイオン電池は、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池に比べて、持続時間が長くでき、然も、メモリ効果が殆どないという利点がある。
【０００６】
ところが、リチウムイオン電池の場合には、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池のようなΔＶが検出できないために、二次電池の端子電圧を検出して、充電を制御することが困難である。すなわち、図１１は、リチウムイオン電池の場合の充電電圧及び電流の変化を示すものである。図１１に示すように、リチウムイオン電池の場合には、充電時間とともに端子電圧が上昇していくが、満充電時にΔＶが現れない。このような、リチウムイオン電池の場合には、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池のように、ΔＶが検出できないために、二次電池の端子電圧から満充電を検出することが困難である。
【０００７】
そこで、リチウムイオン電池の場合には、充電電流を検出して、充電を制御することが考えられる。ところが、充電電流を検出して充電を制御するためには、電流検出用の抵抗を電源回路に対して直列に設ける必要がある。このような抵抗を配設すると、充電電流のロスが生じるとともに、この抵抗により発熱が問題となる。
【０００８】
すなわち、満充電近くなると、充電電流はかなり低くなる（例えば、１００ｍＡ）。このような低い電流値において、正確に電流を検出するためには、電流検出用の抵抗の抵抗値を大きくした方が好ましい。ところが、電流検出用の抵抗の抵抗値を大きくすると、その分、電力ロスが生じるとともに、充電の開始直後には、大電流（例えば、１Ａ）が電流検出用の抵抗を流れ、電流検出用の抵抗の発熱量が大きくなる。発熱量が大きくなると、特に、このバッテリ充電回路を集積回路化する場合に、大きな問題となる。
【０００９】
そこで、電流検出用の抵抗の抵抗値を小さくしても充電を正しく制御できるように、電流の検出値を満充電の充電電流よりも大きくし、充電電流がある程度下がったことが検出されたら、それから所定時間後に充電を停止させるようにすることが考えられる。すなわち、図１２において、満充電時の電流ｉ11よりも高い電流ｉ10を検出し、充電電流が電流ｉ10になる時点ｔ10で、タイマを開始し、所定時間Ｔ10が経過したら、充電を終了させる。図１２に示すように、電流値がｉ10になってから、Ｔ10時間経過すると、電流値は、満充電時の電流値ｉ11となる。このようにすれば、電流検出用の抵抗の抵抗値を小さな値とすることができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、二次電池の特性にはバラツキがある。このため、上述のように制御しても、所定時間後に、電流値が所定値になっているとは限らない。したがって、上述のような制御では、正しく充電を制御できない。
【００１１】
また、電流検出用の抵抗として、抵抗値の小さい抵抗と、抵抗値の大きい抵抗とを設け、電流値に応じて、これら２つの抵抗を切り換えるようにすることが考えられる。すなわち、充電開始時のように充電電流が大きい場合には、抵抗値の小さい抵抗を用いて充電電流を検出し、そして、充電電流がある程度小さくなったら、抵抗値の大きい抵抗に切り換えて充電電流を検出する。このようにすると、充電開始時のように充電電流が大きい場合には抵抗値の小さい抵抗が用いられるので、発熱の問題が生じないと共に、充電電流がある程度小さくなったら抵抗値の大きい抵抗により充電電流が検出されるので、充電電流を精度良く検出できるようになる。ところが、図１１に示したように、充電特性の変化は直線ではないので、２つの抵抗の切換えを正確に行うことは困難である。
【００１２】
したがって、この発明の目的は、充電電流の電流値から、二次電池の充電を制御でき、リチウムイオン電池の充電を適切に制御できる充電装置を提供することにある。
【００１３】
この発明の他の目的は、二次電池の充電電流を検出する際の発熱の問題を回避することができ、集積回路化が容易な充電装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明は、基準電圧より低い電圧となるように制御されると共に、電流値が大きくなるようにされた第１の電源回路と、第１の電源回路の電圧より所定電圧だけ高い電圧となるように制御されると共に、電流値が第１の電源回路の電流値より小さくなるようにされた第２の電源回路と、第１の電源回路及び第２の電源回路に流れる電流値を検出する電流検出手段と、第１の電源回路及び第２の電源回路を流れる電流値に基づいて、二次電池の充電を制御する制御手段とを有し、初期状態では、第１の電源回路からの充電電流と第２の電源回路からの充電電流により二次電池を同時に充電すると共に、二次電池の端子電圧が第１の電源回路の電圧より大きくなると、第２の電源回路からの充電電流のみにより二次電池を充電させるように、第１の電源回路と第２の電源回路の帰還率を異なる値に設定し、第２の電源回路を流れる電流値から二次電池の充電が略完了したことが検出されたら、第１の電源回路及び第２の電源回路をオフするようにした充電装置である。
【００１５】
２つの充電用の電源を設け、一方の充電用電源の電圧を二次電池を充電するときの基準電圧よりも僅かに低い電圧とすると共に大電流とし、他方の充電用の電源をこれより高い電圧とすると共に小電流とする。これにより、充電の初期には、２つの電源により十分な電流で二次電池が充電され、二次電池がある程度充電されたら、小電流の電源のみにより小電流で二次電池が充電されるようになる。このため、電流検出用の抵抗の発熱が防げ、集積回路化が容易になると共に、精度良く電流を検出することができるようになる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、この発明が適用されたバッテリ充電装置の原理構成を示すものである。この発明が適用されたバッテリ充電装置では、２つの充電用の電源１及び２を設け、一方の充電用の電源１の電圧を二次電池３を充電するときの基準電圧よりも僅かに低い電圧とすると共に大電流とし、他方の充電用の電源２をこれより高い電圧とすると共に小電流としている。これにより、充電の初期には、大電流で二次電池３が充電され、二次電池３がある程度充電されたら、小電流で二次電池３が充電されるようになる。
【００１７】
つまり、図１において、充電用の電源１の電圧Ｖ1 は、二次電池３を充電するときの基準電圧よりも僅かに低い電圧（例えば、４．１５Ｖ）とされている。また、充電用の電源１は、大電流（例えば１Ａ）を流すことができるようにされている。これに対して、充電用の電源２の電圧Ｖ2 は、充電用の電源１の電源電圧Ｖ1 よりも僅かに高い電圧（例えば、４．２Ｖ）とされている。そして、この充電用の電源２の電流は、充電用の電源１の電流よりも小さい電流（例えば、０．２Ａ）に抑えられている。これら２つの充電用の電源１及び２により、二次電池３が充電される。二次電池３は、例えば、リチウムイオン電池である。
【００１８】
充電用の電源１に対して、電流検出用の抵抗４が設けられる。この抵抗４の両端電圧から、充電用の電源１からの充電電流ｉ1 が検出される。充電電流ｉ1 が大きいことから、抵抗４としては、抵抗値の小さいものが用いられ、抵抗４によるパワーロスや発熱が抑えられている。抵抗４の両端から検出される電流の検出値は、検出回路６を介して、コントローラ７に供給される。
【００１９】
充電用の電源２に対して、電流検出用の抵抗５が設けられる。この抵抗５の両端電圧から、充電用の電源２からの充電電流ｉ2 が検出される。充電電流ｉ2 が小さいことから、抵抗５としては、抵抗値の大きいものが用いられ、精度の高い電流が検出できるようにされている。抵抗５の両端から検出される電流の検出値は、検出回路８を介して、コントローラ７に供給される。
【００２０】
二次電池３に対する充電を制御するために、スイッチ回路９が設けられる。スイッチ回路９は、コントローラ７により制御される。なお、ダイオード１０及び１１は、逆流防止のために設けられている。すなわち、この例では、充電用の電源２の電圧の方が充電用の電源１の電圧よりも高い。このため、充電用の電源２から充電用の電源１に電流が流れてしまうことが考えられる。ダイオード１０及び１１は、このような電流を防止するものである。
【００２１】
図１に示すような構成とする、充電開始時には、充電用の電源１と充電用の電源２との２つの電源により二次電池３が大電流で充電され、充電が進むと、自動的に充電用の電源１からの充電電流が止められ、充電用の電源２のみにより、小電流で充電が行われるようになる。
【００２２】
つまり、図２は、リチウムイオン電池の充電特性を示すものである。リチウムイオン電池では、図２に示すように、充電が進むと、端子電圧Ｖ3 は徐々に上昇していく。
【００２３】
充電開始時点ｔ0 では、二次電池３の端子電圧Ｖ3 は、充電用の電源１の電圧Ｖ1 及び充電用の電源２の電圧Ｖ2 より低い電圧である。このため、図１Ａに示すように、充電用の電源１から二次電池３に充電電流ｉ1 が流れると共に、充電用の電源２から二次電池３に充電電流ｉ2 が流れ、二次電池３への充電電流ｉ3 は、充電用の電源１からの電流ｉ1 と、充電用の電源２からの電流ｉ2 との和電流となる。
【００２４】
充電用の電源１の電流は大電流であるから、これにより、二次電池３に対して十分な充電電流を流すことができる。また、このとき、充電用の電源１の電流検出用の抵抗４の抵抗値は小さいので、発熱やパワーロスは殆ど生じない。また、充電用の電源２の電流検出用の抵抗５には、大電流が流れないので、発熱は殆ど生じない。
【００２５】
この充電用の電源１からの電流ｉ1 と、充電用の電源２からの電流ｉ2 との和電流ｉ3 により、二次電池３が充電されていく。二次電池３が充電されていくと、図２に示す特性に沿って、二次電池３の端子電圧Ｖ3 が徐々に上昇していく。
【００２６】
そして、図２において、時点ｔ1 になると、二次電池３の端子電圧Ｖ3 は、充電用の電源１の電圧Ｖ1 よりも高くなる。二次電池３の端子電圧Ｖ3 が充電用の電源１の電圧Ｖ1 よりも高くなると、充電用の電源１から二次電池３に対して、充電電流ｉ1 が流れなくなる。したがって、図１Ｂに示すように、充電用の電源１からの充電電流が止められ、充電用の電源２からの電流ｉ2 のみにより、二次電池３が充電されていくことになる。
【００２７】
抵抗５の両端電圧から、充電用の電源２からの充電電流ｉ2 が検出される。充電用の電源２の電流値が小さいことから、抵抗５の抵抗値は大きくできるので、この充電電流ｉ2 の検出は正確に行なえる。充電電流ｉ2 が所定値以下（例えば、１００ｍＡ以下）になったことが検出されると、スイッチ回路９がオフされ、二次電池３への電源の供給が停止される。
【００２８】
このように、２つの充電用の電源１及び２を設け、一方の充電用電源１の電圧を二次電池３を充電するときの基準電圧よりも僅かに低い電圧とすると共に大電流とし、他方の充電用の電源２をこれより高い電圧とすると共に小電流とすると、充電の初期には、２つの電源１及び２により大電流で二次電池３が充電され、二次電池３がある程度充電されたら、小電流の電源２のみにより小電流で二次電池３が充電されるようになる。これにより、電流検出用の抵抗の発熱が防げると共に、精度良く電流を検出することができるようになる。
【００２９】
なお、上述の例では、２つの充電用の電源を用いているが、更に多くの電源を用いるようにしても良い。例えば、電圧差が異なる３つの電源回路を用意し、充電の初期状態では、３つの電源回路から二次電池に充電電流が流れるようにし、充電が進むと、電圧の最も低い電源回路からの充電電流が止められ、更に、充電が進むと、電圧の最も高い電源回路からの充電電流のみで二次電池が充電されるようにしても良い。このとき、電圧の最も高い電源回路の電流が最も小さく、電圧の次に高い電源回路の電流が次に小さく、電圧の最も低い電源回路の電流が最も大きくなるように設定される。
【００３０】
次に、上述のような原理構成に基づくバッテリ充電装置の具体例について説明する。図３は、この発明が適用されたバッテリ充電装置の具体構成の一例である。図３において、１１は、図１における充電用の電源１に対応する電源回路、１２は、図１における充電用の電源２に対応する電源回路である。すなわち、電源回路１１の電圧は、二次電池１３を充電する際の基準電圧より僅かに低く（例えば４．１５Ｖ）、電流値が大きい。電源回路１２は、電源電圧が二次電池１３を充電する際の基準電圧と略等しく（例えば４．２Ｖ）、電流値が小さい。１３は二次電池、例えば、リチウムイオン電池である。
【００３１】
電源回路１１は、トランジスタ２１及び２２と、演算増幅器２３とからなるシリーズレギュレータの構成とされる。トランジスタ２１のエミッタとそのベースとの間に、抵抗２４が接続される。トランジスタ２１のベースとトランジスタ２２のコレクタとが、抵抗２５を介して接続される。トランジスタ２２のエミッタが抵抗２６を介して接地される。トランジスタ２１のコレクタと接地間に、抵抗２７と抵抗２８との直列接続が接続される。抵抗２７と抵抗２８との接続点が演算増幅器２３の反転入力端子に接続される。演算増幅器２３の非反転入力端子には、所定電圧の電圧源２９が接続される。演算増幅器２３の出力端子がトランジスタ２２のベースに接続される。
【００３２】
電源回路１１において、例えば、出力電圧が上昇すると、抵抗２７と抵抗２８との接続点のレベルが上昇し、演算増幅器２３の出力レベルが下降する。演算増幅器２３の出力レベルが下降すると、トランジスタ２２を流れる電流が減少し、トランジスタ２１により電圧降下が大きくなる。これにより、出力電圧が下げられる。このような制御により、電源回路１１の出力電圧は、例えば４．１５Ｖとなるように制御される。
【００３３】
電源回路１２は、トランジスタ３１及び３２と、演算増幅器３３とからなるシリーズレギュレータの構成とされる。トランジスタ３１のエミッタとそのベースとの間に、抵抗３４が接続される。トランジスタ３１のベースとトランジスタ３２のコレクタとが、抵抗３５を介して接続される。トランジスタ３２のエミッタが抵抗３６を介して接地される。トランジスタ３１のコレクタと接地間に、抵抗３７と抵抗３８との直列接続が接続される。抵抗３７と抵抗３８との接続点が演算増幅器３３の反転入力端子に接続される。演算増幅器３３の非反転入力端子には、所定電圧の電圧源３９が接続される。演算増幅器３３の出力端子がトランジスタ３２のベースに接続される。
【００３４】
電源回路１２において、例えば、出力電圧が上昇すると、抵抗３７と抵抗３８との接続点のレベルが上昇し、演算増幅器３３の出力レベルが下降する。演算増幅器３３の出力レベルが下降すると、トランジスタ３２を流れる電流が減少し、トランジスタ３１により電圧降下が大きくなる。これにより、出力電圧が下げられる。このような制御により、電源回路１２の出力電圧は、例えば４．２Ｖとなるように制御される。
【００３５】
電源回路１１に対して直列に、電流検出用の抵抗４１が設けられる。この抵抗４１の両端電圧が演算増幅器４３により検出される。これにより、電源回路１１により流される電流が所定値以下になったかどうかが検出できる。この演算増幅器４３の出力がコントローラ４４に供給される。
【００３６】
また、電源回路１２に対して直列に、電流検出用の抵抗４５が設けられる。この抵抗４５の両端電圧が演算増幅器４５により検出される。これにより、電源回路１２により流される電流が所定値以上になっかかどうかが検出できる。この演算増幅器４５の出力がコントローラ４４に供給される。
【００３７】
電源入力端子１２Ａ及び１２Ｂからの電源は、電源回路１１に供給されると共に、電源回路１２に供給される。電源回路１１により、出力電圧が例えば４．１５Ｖに制御される。電源回路１２により、出力電圧が例えば４．２Ｖに制御される。電源回路１１及び１２の出力は、スイッチ回路１４を介して、二次電池１３に供給される。
【００３８】
前述の基本構成で説明したように、充電を開始した直後の、二次電池１３の電池容量が少ないときには、二次電池１３の端子電圧は小さいので、電源回路１１からの電流と、電源回路１２からの電流との和電流により、二次電池１３が充電されていく。そして、二次電池１３の端子電圧が、電源回路１１の電源電圧以上まで上昇すると、電源回路１１からの充電電流は流れなくなる。このため、電源回路１２からの充電電流のみにより、二次電池１３が充電されるようになる。電源回路１２の電流が抵抗４５の両端から検出され、電源回路１２の電流が所定値以下になると、演算増幅器４６から出力が現れる。この演算増幅器４６からの出力により、二次電池１３の充電状態が検出され、二次電池１３の充電が完了されると、スイッチ回路１４がオフされ、二次電池１３の充電が終了される。
【００３９】
なお、電源回路１１のトランジスタ２１は、電源回路１２のトランジスタ３１よりも大きいものが用いられ、電源回路１１の電流値が電源回路１２の電流値より大きくされている。また、電源回路１１に対して直列に挿入される抵抗４１の抵抗値は、電源回路１２に対して直列に挿入される抵抗４５の抵抗値より小さくされている。
【００４０】
また、図４に示すように、電源回路１１及び電源回路１２に対して、定電流回路を設けるようにしても良い。すなわち、電源回路１１に対して、電流検出用の抵抗４２が設けられ、この抵抗４２の一端がトランジスタ４１のエミッタに接続され、抵抗４２の他端がトランジスタ４１のベースに接続される。電源回路１１を流れる電流が多くなると、抵抗４２の両端電圧が大きくなり、トランジスタ４１を介して流れる電流が増加される。これにより、電源回路１１を流れる電流が抑えられる。この定電流回路により、電源回路１１の電流値が例えば１Ａに制御される。
【００４１】
また、電源回路１２に対して、電流検出用の抵抗５２が設けられ、この抵抗５２の一端がトランジスタ５１のエミッタに接続され、抵抗５２の他端がトランジスタ５１のベースに接続される。電源回路１２を流れる電流が多くなると、抵抗５２の両端電圧が大きくなり、トランジスタ５１を介して流れる電流が増加される。これにより、電源回路５１を流れる電流が抑えられる。この定電流回路により、電源回路１２の電流が例えば０．２Ａに制御される。
【００４２】
また、図３及び図４において、小電流の電源回路１２としては、大電流の電源回路１１に比べて、帰還率の低いものを用いるが考えられる。つまり、電源回路１１においては、演算増幅器２３により検出された電圧値がトランジスタ２１に帰還されて、電源電圧が制御されている。このときの帰還率は、抵抗２４、抵抗２５、及びトランジスタ２１の電流増幅率ｈfeにより決められる。また、電源回路１２においては、演算増幅器３３により検出された電圧値がトランジスタ３１に帰還されて、電源電圧が制御されている。このときの帰還率は、抵抗３４、抵抗３５、及びトランジスタ３１の電流増幅率ｈfeにより決められる。電源回路１１のトランジスタ２１の電流増幅率ｈfeを、電源回路２のトランジスタ３１の電流増幅率ｈfeより大きくすれば、電源回路１１の帰還率は、電源回路１２の帰還率より大きくなる。また、電源回路１１の抵抗２５の抵抗値を、電源回路１２の抵抗３５の抵抗値より小さくすれば、電源回路１１の帰還率は、電源回路１２の帰還率より大きくなる。また、電源回路１１の抵抗２４を、電源回路１２の抵抗３４より大きくすれば、電源回路１１の帰還率は、電源回路１２の帰還率より大きくなる。
【００４３】
また、上述の例では、２つの電源回路１１及び１２に対して、夫々、別々の電圧検出回路を設けているが、２つの電源回路に対して共通な電圧検出回路を設けるようにしても良い。
【００４４】
図５は、２つの電源回路に対して共通な電圧検出回路を設けるようにした例である。図５において、電源回路１１は、トランジスタ７１及び７２とから構成され、電源回路１２は、トランジスタ８１及び８２とから構成され、これらの電源回路１１及び１２に対して共通に、演算増幅器８３、トランジスタ８４からなる電圧検出回路が設けられる。そして、トランジスタ８４のエミッタと接地間抵抗８５及び８６からの検出出力を電源回路に帰還することで、電源回路１１及び１２の電圧値が所定電圧となるように制御される。
【００４５】
すなわち、トランジスタ７１のエミッタとそのベースとの間に、抵抗８７が接続される。トランジスタ７１のベースとトランジスタ７２のコレクタとが、抵抗８８を介して接続される。トランジスタ７２のベースが、トランジスタ７１のエミッタと接地間に設けられた抵抗８９及び９０の直列接続の接続点に接続される。
【００４６】
トランジスタ８１のエミッタとそのベースとの間に、抵抗９１が接続される。トランジスタ８１のベースとトランジスタ８２のコレクタとが、抵抗９２を介して接続される。トランジスタ８２のベースが、トランジスタ７１のエミッタと接地間に設けられた抵抗８９及び９０の直列接続の接続点に接続される。
【００４７】
トランジスタ７１及び８１のコレクタの接続点と接地間に、抵抗９３及び９４の直列接続が設けられる。この抵抗９３と抵抗９４の接続点が演算増幅器８３の反転入力端子に接続される。演算増幅器８３の非反転入力端子には、電圧源９５が接続される。演算増幅器８３の出力端子がトランジスタ８４のベースに接続される。トランジスタ８４のコレクタがトランジスタ７１及び８１のコレクタの接続点に接続される。
【００４８】
トランジスタ８４のエミッタと接地間に、抵抗８５及び８６の直列接続が設けられる。トランジスタ８４のエミッタがトランジスタ７２のエミッタに接続される。抵抗８５と抵抗８６との接続点がトランジスタ８２のエミッタに接続される。
【００４９】
この例では、トランジスタ８４のエミッタと接地間の抵抗８５及び８６の直列接続からの検出出力を帰還することで、電源回路１１及び１２の電圧値が所定電圧となるように制御されるので、電源回路１１の電圧と電源回路１２の電圧とを抵抗比により設定でき、精度が良くなると共に、温度特性による影響が受け難くなる。
【００５０】
なお、図６に示すように、図５に示すような電圧検出回路を共通化するようにした構成に、更に、トランジスタ４１及び５１からなる定電流回路を設けるようにしても良い。
【００５１】
上述までの例では、充電が完了したら、二次電池に対する充電電流を止めるようにしているが、充電が完了した後に、二次電池の自己放電を補償するために、補充電を行うようにしても良い。補充電を行う場合に、二次電池のダメージを軽減するように、通常よりも低い電圧が補充電を行うことが望ましい。この発明では、電圧の異なる２つの電源回路が設けられているので、通常よりも低い電圧で補充電を行うような制御が簡単に行なえる。
【００５２】
つまり、図７に示すように、電源電圧の高い方の電源回路１２の電源の供給をオフするためのスイッチ回路１５が設けられる。そして、充電が完了されると、この電源回路１２の電圧の供給が止められ、電圧の低い方の電源回路１１で、補充電が続けられる。このように、電圧の低い電源回路１１により補充電を行うと、二次電池に対するダメージが軽減され、電池の寿命を延ばすことができる。
【００５３】
すなわち、図８でフローチャートで示すように、ステップＳＴ１で、二次電池１３の充電が開始される。二次電池１３の充電は、ステップＳＴ２〜ＳＴ５で示すように、二次電池１３の端子電圧が電源回路１１及び１２の電圧がより低ければ、２つの電源回路１１及び１２により二次電池１３が充電される。そして、二次電池１３の端子電圧が電源回路１１の電圧より大きくなると、電源回路１１からの充電電流が止まり、電源回路１２からの電流により、二次電池１３が充電されるようになる。
【００５４】
ステップＳＴ６で、電源回路１２に流れる電流が検出される。そして、ステップＳＴ７で、この電流が所定値以下（例えば１００ｍＡ以下）になったかどうかが判断される。電流が所定値以下になったら、ステップＳＴ８で、タイマ１６がオンされる。ステップＳＴ９で、所定時間（例えば１時間）経過したかどうかが判断され、所定時間経過すると、ステップＳＴ１０で、スイッチ回路１５がオフされる。これにより、ステップＳＴ１１で、電圧の低い電源回路１１によってのみ、充電が続けられる。
【００５５】
なお、この例では、ステップＳＴ７で電流等が所定値以下になったら、タイマ１６を起動して、所定時間経過後から補充電を行うようにしているが、二次電池の充電電流が所定値以下になったら、直ちに、保充電を開始するようにしても良い。
【００５６】
【発明の効果】
この発明によれば、２つの充電用の電源を設け、一方の充電用電源の電圧を二次電池を充電するときの基準電圧よりも僅かに低い電圧とすると共に大電流とし、他方の充電用の電源をこれより高い電圧とすると共に小電流としている。これにより、充電の初期には、２つの電源により十分な電流で二次電池が充電され、二次電池がある程度充電されたら、小電流の電源のみにより小電流で二次電池が充電されるようになる。このため、電流検出用の抵抗の発熱が防げ、集積回路化が容易となると共に、精度良く電流を検出することができるようになる。更に、充電の初期には、２つの経路で充電電流が流されるため、１つの電源回路に対する負担が軽くなり、集積回路化に有利になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の基本構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の基本構成の説明に用いるグラフである。
【図３】この発明が適用された充電装置の一例の接続図である。
【図４】この発明が適用された充電装置の他の例の接続図である。
【図５】この発明が適用された充電装置の更に他の例の接続図である。
【図６】この発明が適用された充電装置の更に他の例の接続図である。
【図７】この発明が適用された充電装置の更に他の例のブロックである。
【図８】この発明が適用された充電装置の更に他の例の説明に用いるフローチャートである。
【図９】従来の充電装置の一例のブロック図である。
【図１０】ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池の場合の充電特性を示すグラフである。
【図１１】リチウムイオン電池の場合の充電特性を示すグラフである。
【図１２】従来の充電装置の説明に用いるグラフである。
【符号の説明】
１・・・電圧の低い電源，２・・・電圧の高い電源，３・・・二次電池，４，５・・・電流検出用の抵抗，７・・・コントローラ
Claims (5)
- 基準電圧より低い電圧となるように制御されると共に、電流値が大きくなるようにされた第１の電源回路と、
上記第１の電源回路の電圧より所定電圧だけ高い電圧となるように制御されると共に、電流値が上記第１の電源回路の電流値より小さくなるようにされた第２の電源回路と、
上記第１の電源回路及び上記第２の電源回路に流れる電流値を検出する電流検出手段と、
上記第１の電源回路及び上記第２の電源回路を流れる電流値に基づいて、二次電池の充電を制御する制御手段とを有し、
初期状態では、上記第１の電源回路からの充電電流と上記第２の電源回路からの充電電流により上記二次電池を同時に充電すると共に、
上記二次電池の端子電圧が上記第１の電源回路の電圧より大きくなると、上記第２の電源回路からの充電電流のみにより上記二次電池を充電させるように、上記第１の電源回路と上記第２の電源回路の帰還率を異なる値に設定し、
上記第２の電源回路を流れる電流値から上記二次電池の充電が略完了したことが検出されたら、上記第１の電源回路及び上記第２の電源回路をオフするようにした
充電装置。 - 上記第１及び第２の電源回路に対して共通の電圧検出回路を設け、上記電圧検出回路の出力を分圧し、上記第１及び第２の電源回路に帰還することにより、上記第１の電源回路及び上記第２の電源回路の電圧を制御するようにした請求項１記載の充電装置。
- 上記第１及び第２の電源回路を制御する制御回路の帰還率を変えるようにした請求項１記載の充電装置。
- 上記第１及び／又は第２の電源回路に対して直列にインピーダンス素子を設け、上記第１の電源回路に設けられたインピーダンス素子の値と、上記第２の電源回路に設けられたインピーダンス素子の値とを異なるようにした請求項１記載の充電装置。
- 上記第１及び第２の電源回路に定電流回路を設け、上記定電流回路により、上記第１及び第２の電源の電流値を設定するようにした請求項１記載の充電装置。
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