JP3911045B2 - 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7に示すような構成であり、図8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9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の電流検出抵抗102は、消費電力等の理由により、低抵抗、例えばR=0.1Ωのものが使用されている。ところが、二次電池101の充電末期の充電電流Iは低電流、例えばI=0.2Aであるため、コンパレータ104が検出する電圧は、E1=I・R=20mVと非常に微小な電圧となる。このような微小電圧を検出するコンパレータ104としては、オフセット電圧が非常に低い高精度コンパレータを用いなければならず、高価であるという欠点があった。
【0005】
また、充電終了後でも、電池内部での消費や停止状態で放置したときの電源103のインピーダンスによる消費、あるいは例えば携帯電話本体での消費等による電池容量低下が発生する場合がある。一般的には、充電終了後も充電を継続していれば上記電池容量低下の発生を防止することも可能であるが、二次電池101に対して電圧を印加し続けると、電池寿命が短くなるという問題があった。
【0006】
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、安価であって、二次電池を劣化させずに電池容量低下の発生を防止する充電装置を提供することを目的としている。
【0007】
【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、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、充電電流をある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、前記充電電流の遮断時に、前記二次電池の負端子側の電位と、第1の基準電圧とを比較する比較手段と、前記比較手段の比較結果に従って充電を停止し、または充電を停止し充電終了の表示を行い、充電停止から一定周期あるいは任意の周期ごとに、前記第1の基準電圧より大きい第2の基準電圧と比較し、その比較結果により再充電を開始する制御手段とを備えることにより達成される。
【0008】
上記構成によれば、二次電池の充電電圧と所定の基準電圧とを比較して充電の継続・停止を行うようにしているので、簡易な構成とすることができると共に、常に満充電の状態を保つことができる。
【0009】
【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。
【0010】
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。
この充電装置10は、二次電池11と充電電流遮断スイッチ12が電源13に直列接続されている。即ち、二次電池11の正端子が電源13の正端子に接続され、二次電池11の負端子が充電電流遮断スイッチ12の一端に接続され、充電電流遮断スイッチ12の他端が電源13の負端子に接続されている。さらに、二次電池11の負端子がコンパレータ14の正入力端子に接続され、基準電源15a、15bの基準電源切り替えスイッチ16の端子がコンパレータ14の負入力端子に接続され、コンパレータ14の出力端子が充電制御部17に接続されている。そして、充電制御部17と、充電電流遮断スイッチ12、基準電源切り替えスイッチ16及び表示部18とが接続されている。
【0011】
このような構成において、先ず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11が接続されていない状態(無負荷時)で電源13の出力電圧V0が二次電池11の満充電電圧Vb0(図8参照)、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19を交流電源(AC100V)に接続し、二次電池11を接続する(ステップSTP1)。
【0012】
充電制御部17は、基準電源切り替えスイッチ16を操作して、例えば基準電源15aの接点a側に切り替える(ステップSTP2)。そして、充電制御部17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)、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)。即ち、充電制御部17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12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12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12をオフして充電電流を遮断する。
【0013】
コンパレータ14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13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15aの基準電圧Eaとを比較して充電電流遮断スイッチ12間の電圧ΔVを検出し、検出信号SDを充電制御部17に出力する。
充電制御部17は、検出信号SDがHighならば充電継続と判断して表示部18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STP7)、検出信号SDがLowならば充電停止と判断して表示部18に充電停止と表示させ、充電を停止させる(ステップSTP8)。
以上のステップまでが充電の動作例である。
【0014】
図3は、上記充電装置10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)を示す図であり、図4は、そのX部の拡大図である。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8と同様である。
充電電流Iの遮断期間(充電電圧Vの低下期間)に、無負荷時の電源13の出力電圧V0と開放電池電圧VBとの電圧差VAが、コンパレータ14に入力されて基準電源15aの基準電圧Eaと比較され、充電電流遮断スイッチ12間の電圧ΔVが検出されて検出信号SDが充電制御部17に出力される。そして、検出信号SDがLow、即ち電圧差VAが基準電圧Ea以下となったら充電が停止される。
尚、コンパレータ14の検出信号SDの出力は、充電電流Iの遮断期間のみ有効であり、その期間以外は検出無効と判断される。従って、回路設定によっては、充電電流Iを遮断していない期間の検出信号SDの出力は、High又はLowになっている。
【0015】
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14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17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。
【0016】
次に、充電停止後の再充電の動作例を図2のフローチャートで説明する。
充電制御部17は、二次電池11の充電を停止させたら(ステップSTP8)、基準電源切り替えスイッチ16を操作して、例えば基準電源15bの接点b側に切り替える(ステップSTP9)。ここで、基準電源15bの基準電圧Ebと基準電源15a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。
【0017】
そして、充電制御部17は、タイマをスタートさせ(ステップSTP10)、タイマがストップしたら(ステップSTP11)、コンパレータ14が、正入力端子に入力される無負荷時の電源13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15bの基準電圧Ebとを比較して充電電流遮断スイッチ12間の電圧ΔVを上記ステップSTP4、5と同一の周期で検出し、検出信号SDを充電制御部17に送出する。
【0018】
充電制御部17は、検出信号SDがHighならば再充電と判断して表示部18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し、(ステップSTP12)、検出信号SDがLowならば充電停止継続と判断して表示部18に充電停止と継続表示させ、ステップSTP10に戻って上述した処理を繰り返す。尚、コンパレータ14の比較処理を充電停止後も継続させるようにすれば、充電制御部17のタイマ処理(ステップSTP10、11)を省略することができる。
以上のステップが再充電の動作例である。
【0019】
図5は、上記充電装置10の充電電圧・電流と充電時間との関係(充電特性曲線)を示す図であり、図6は、そのX部の拡大図である。
充電停止後に電池容量が低下してくると、電圧差VAは充電停止時と比べて値が上昇してくる。そこで、充電停止後に一定時間経過したら、一定周期で無負荷時の電源13の出力電圧V0と開放電池電圧VBとの電圧差VAが、コンパレータ14に入力されて基準電源15bの基準電圧Ebと比較され、充電電流遮断スイッチ12間の電圧ΔVが検出されて検出信号SDが充電制御部17に出力される。そして、検出信号SDがHigh、即ち電圧差VAが基準電圧Eb以上となったら再充電が開始される。
【0020】
以上のように、この充電装置10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11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。
【0021】
上述した実施形態では、基準電源を2つ設定して充電停止と再充電開始を検出するようにしたが、充電中/充電終了の表示(充電電流は継続して流す)のみとすることもできる。また、基準電源を複数設定することにより、例えば充電中に表示を切り替えて充電量を検出することも可能である。
【0022】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によれば、簡易な構成により常に満充電の状態を保つことができるので、製品コストを低減させ、かつ充電の信頼性を高めることができる。また、従来装置で必要であった電流検出抵抗が不要となるので、部品点数の削減を図ることができると共に、電流検出抵抗を電流が流れて生じる電圧降下が無くなり、結果、二次電池の充電時間を短縮することができる。
【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)を示す第1の図。
【図4】図3に示すX部の拡大図。
【図5】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)を示す第2の図。
【図6】図5に示すX部の拡大図。
【図7】従来の充電装置の一例を示す構成図。
【図8】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9】図7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】
10、100・・・充電装置、11、101・・・二次電池、12・・・充電電流遮断スイッチ、13、103・・・電源、14、104・・・コンパレータ、15a、15b・・・基準電源、16・・・基準電源切り替えスイッチ、17・・・充電制御部、18・・・表示部、19・・・ACコネクタ、102・・・電流検出抵抗
Claims (1)
- 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、
充電電流をある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、
前記充電電流の遮断時に、前記二次電池の負端子側の電位と、第1の基準電圧とを比較する比較手段と、
前記比較手段の比較結果に従って充電を停止し、または充電を停止し充電終了の表示を行い、充電停止から一定周期あるいは任意の周期ごとに、前記第1の基準電圧より大きい第2の基準電圧と比較し、その比較結果により再充電を開始する制御手段とを備えたことを特徴とする充電装置。
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