JP4007955B2

JP4007955B2 - 充電器

Info

Publication number: JP4007955B2
Application number: JP2003377033A
Authority: JP
Inventors: 孝浩山下
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2003-11-06
Filing date: 2003-11-06
Publication date: 2007-11-14
Anticipated expiration: 2023-11-06
Also published as: JP2005143220A

Description

本発明は、充電電流が異なる電池を充電できる充電器に関し、とくに、単３電池と単４電池の充電に最適な充電器に関する。

単３電池と単４電池はそれぞれ適した電流で充電される。充電電流が大きすぎると、電池性能が低下し、反対に充電電流が小さいと満充電するまでに時間がかかるからである。単３電池と単４電池の両方を好ましい電流で充電する充電器は開発されている。このタイプの充電器は、装着される二次電池の大きさを機械的に判定して、充電電流を最適な値に設定している。たとえば、単３電池と単４電池とでは、外形の大きさと容量が異なるので、外形から容量を検出して、充電電流を調整する。この充電器は、単３電池と単４電池の装着する位置を変更し、あるいは、単４電池を入れるときは、スペーサーを入れて単４電池と判定している。

しかしながら、単３電池と単４電池とを外形で検出して充電電流を切り換える充電器は、外形を検出するために機械的な機構を必要とする。このため、充電器のメカニズムが複雑になる欠点がある。また、機械的な可動部分は故障しやすい欠点もある。この欠点を解消することを目的として、単３電池と単４電池を電気的な特性の違いを検出して判別する充電器が開発されている。（特許文献１参照）
特開平１１−２８５１６３号公報

この公報に記載される充電器は、装着された電池を特定の大きな電流で定電流充電して、電池電圧が上昇するのを検出する。この充電器は、電池電圧があらかじめ設定している電流切換電圧よりも高くなる電池を小さい容量の単４電池と判定し、電池電圧が電流切換電圧まで高くならない電池を単３電池と判定する。その後、単４電池は充電電流を小さくして充電し、単３電池は大きい電流で充電する。

以上の充電器は、単３電池と単４電池の識別回路と、識別回路で識別された電池の充電電流を最適な電流にコントロールするためにコントロール回路とを別々に設ける必要があって、全体の回路構成が複雑になる。また、小さい容量の単４電池を大きな電流で充電するので、充電電流が電池性能を低下させることがある。とくに、単４電池と単３電池とを確実に判別するためには、単４電池を大きな電流で充電する必要があるので、識別精度を高くするために充電電流を大きくすると単４電池に悪い影響を与える。さらに、充電すると電圧が上昇する電圧特性は、単３電池と単４電池のみに依存するのではない。電池が劣化して内部抵抗が変化すると、電圧が上昇する電圧特性が変化する。このため、単３電池と単４電池は、同じタイプの電池であっても電圧が上昇する特性にばらつきがある。このばらつきは、単３電池と単４電池の識別を難しくし、さらに判別の精度を悪くする原因となる。

本発明は、さらにこのように欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、簡単な回路構成としながら、容量が異なる電池を最適電流で充電できる充電器を提供することにある。

本発明の充電器は、第１の電池１Ａと第２の電池１Ｂとを脱着できるように装着して、互いに異なる充電電流で充電する。充電器は、第１の電池１Ａ及び第２の電池１Ｂを充電する充電電源部５と、第１の電池１Ａに直列に接続される直列接続の第１抵抗２Ａ及び第２抵抗２Ｂと、この第１抵抗２Ａ及び第２抵抗２Ｂの両端に誘導される電圧を入力する電圧検出部６と、この電圧検出部６に入力される電圧が一定になるように充電電源部５の充電電流を制御する電流制御部７とを備える。充電電源部５は、正負の出力端子３である第１の出力端子３Ａと第２の出力端子３Ｂを備えると共に、第１の出力端子３Ａを第１抵抗２Ａに接続して、第２の出力端子３Ｂを、第１の電池１Ａを接続する第２の電極端子４Ｂと、第２の電池１Ｂを接続する第２の電極端子４Ｂに接続している。第２の電池１Ｂを接続する第１の電極端子４Ａは、第１抵抗２Ａと第２抵抗２Ｂの接続点１１に接続している。充電器は、第１の電池１Ａのみがケース８の装着部９に装着されて、第１の電池１Ａが充電される状態における、第１抵抗２Ａと第２抵抗２Ｂに誘導される電圧の加算電圧と、第２の電池１Ｂのみがケース８の装着部９に装着されて、第２の電池１Ｂが充電される状態における、第１抵抗２Ａに誘導される電圧とが一定となるように、電流制御部７が充電電源部５を制御して、第１の電池１Ａの充電電流と第２の電池１Ｂの充電電流とを制御している。

本発明の充電器は、ケース８の装着部９を、第１の電池１Ａと第２の電池１Ｂのいずれか一方の電池を装着すると、他方の電池を装着できない構造とすることができる。

本発明の充電器は、第１の電池１Ａを単４電池として、第２の電池１Ｂを単３電池とすることができる。さらに、本発明の電池は、第１の出力端子３Ａを負極として、第２の出力端子３Ｂを正極とし、あるいは第１の出力端子３Ａを正極として、第２の出力端子３Ｂを負極とすることができる。

さらに、本発明の充電器は、充電電源部５の出力側に充電スイッチ１０を接続して、この充電スイッチ１０をオン状態として電池１に充電電流を流し、充電スイッチ１０をオフにして充電電流を遮断することができる。

本発明の充電器は、極めて簡単な回路構成で、容量が異なる電池を最適電流で充電できる特長がある。とくに、本発明の充電器は、装着される電池のタイプを機械的に検出する必要がなく、装着される位置で自動的に最適電流で充電できる特長がある。また、従来の充電器は、充電する電池のタイプを検出するための回路と、特定されたタイプから充電電流を制御するための回路とを別々の回路構成としていたが、本発明の充電器は、充電のタイプを特定することなく、装着された位置で各々の電池を最適電流で充電できる特長がある。また、本発明の充電器は、電池と直列に接続している第１抵抗及び第２抵抗の電気抵抗を変更することにより、電池の充電電流を簡単に変更できる特長もある。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための充電器を例示するものであって、本発明は充電器を以下のものに特定しない。

さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

図１ないし図３の充電器は、第１の電池１Ａと第２の電池１Ｂとを、脱着できるように、ケース８の上面に設けている装着部９に装着して、各々の電池１を互いに異なる充電電流で満充電する。以下の実施例において、第１の電池１Ａは単４電池で、第２の電池１Ｂは単３電池である。ただし、本発明は、第１の電池と第２の電池を単４電池と単３電池に特定しない。第１の電池と第２の電池は、互いに充電電流が異なる電池とすることができる。充電器は、第１の電池１Ａと第２の電池１Ｂを充電できるが、第１の電池１Ａと第２の電池１Ｂを同時には充電しない。第１の電池１Ａと第２の電池１Ｂのいずれか一方を充電する。第１の電池１Ａが充電されるとき、第２の電池１Ｂは充電されない。また、第２の電池１Ｂが充電されるとき、第１の電池１Ａは充電されない。図のケース８に設けている装着部９は、第１の電池１Ａと第２の電池１Ｂの一方のみを装着できる。第１の電池１Ａが装着されると第２の電池１Ｂは装着されず、第２の電池１Ｂが装着されると第１の電池１Ａは装着できない。

充電器は、図３の回路図に示すように、第１の電池１Ａ及び第２の電池１Ｂを充電する充電電源部５と、第１の電池１Ａに直列に接続される互いに直列接続の第１抵抗２Ａ及び第２抵抗２Ｂと、この第１抵抗２Ａ及び第２抵抗２Ｂの両端に誘導される電圧が入力される電圧検出部６と、この電圧検出部６に入力される電圧が一定になるように充電電源部５を制御する電流制御部７と、電池１の充電状態を制御する充電スイッチ１０を備えている。

充電電源部５は、電流制御部７にコントロールされて、入力される交流の商用電源（日本においては１００Ｖ）を、電池１を充電する電圧と電流として出力端子３から出力する。充電電源部５が第１の電池１Ａと第２の電池１Ｂを充電する平均電流は、０．２５Ｃ〜１Ｃである。たとえば容量が２０００ｍＡｈである単３電池を、平均電流２Ａで充電すると、電池は１Ｃの充電電流で充電される。ただし、本発明は、電池を充電する平均電流を特定しない。電池は、たとえば０．１Ｃ〜４Ｃ、好ましくは０．２Ｃ〜２Ｃの平均電流で充電することができる。

充電電源部５は、正負の出力端子３である第１の出力端子３Ａと第２の出力端子３Ｂを備える。図３と図５の充電器は、第１の出力端子３Ａを負極として、第２の出力端子３Ｂを正極としている。ただし、充電器は、図４に示すように、第１の出力端子３Ａを正極として、第２の出力端子３Ｂを負極とすることもできる。第１の出力端子３Ａは第１抵抗２Ａに接続され、第２の出力端子３Ｂは、第１の電池１Ａを接続する第２の電極端子４Ｂと、第２の電池１Ｂを接続する第２の電極端子４Ｂに接続している。図３の充電器は、第１の電池１Ａを接続する第２の電極端子４Ｂと、第２の電池１Ｂを接続する第２の電極端子４Ｂとを別々に設けて、第２の出力端子３Ｂに接続している。図５の充電器は、ひとつの第２の電極端子４Ｂに、第１の電池１Ａと第２の電池１Ｂを接続する。この構造で電池を接続する充電器を図６に示す。この充電器は、第１の電池１Ａと第２の電池１Ｂを同じ位置にセットする。第１の電池１Ａと第２の電池１Ｂは全長が異なるので、第１の電極端子４Ａをふたつ設けている。一方の第１の電極端子４Ａは第１の電池１Ａに、他方の第１の電極端子４Ａは第２の電池１Ｂに接続される。

第１抵抗２Ａ及び第２抵抗２Ｂは、互いに直列に接続されて、一端を第１の電池１Ａに、他端を充電電源部５の第１の出力端子３Ａに接続している。さらに、第１抵抗２Ａと第２抵抗２Ｂを接続している接続点１１は、第２の電池１Ｂの第１の電極端子４Ａに接続している。第１抵抗２Ａと第２抵抗２Ｂの電気抵抗は、第１の電池１Ａと第２の電池１Ｂの充電電流を特定する。正確には、第１抵抗２Ａの抵抗値が第２の電池１Ｂの充電電流を特定し、第１抵抗２Ａと第２抵抗２Ｂの電気抵抗の加算値が、第１の電池１Ａの充電電流を特定する。電圧検出部６に入力される電圧が一定になるように、電池１の充電電流が制御されるからである。

第１の電池１Ａを充電するときに、充電電流に対応した電圧検出部６に入力される電圧（Ｖ1）は、第１抵抗２Ａの電気抵抗（Ｒ1）と第２抵抗２Ｂの電気抵抗（Ｒ2）の加算値と、第１の電流（Ｉ1）の充電電流の積となるので、以下の式で表される。
Ｖ1＝（Ｒ1＋Ｒ2）×Ｉ1
そして、このＶ1が、予め電流制御部７に設定されたＶref1となるように、すなわち、充電電流が一定となるように制御する。
第２の電池１Ｂを充電するときは、充電電流に対応した電圧検出部６の入力電圧が一定になるように第２の電池１Ｂの充電電流が制御されるので、第２の電池１Ｂを充電するときに、電圧検出部６に入力される電圧（Ｖ2）は、第１抵抗２Ａの電気抵抗（Ｒ1）と、第２の電流（Ｉ2）の充電電流の積となって、以下の式で表される。
Ｖ2＝Ｒ1×Ｉ2
そして、このＶ2が、予め電流制御部７に設定されたＶref2となるように、すなわち、充電電流が一定となるように制御する。
これ等の式から、第１の電池１Ａと第２の電池１Ｂの充電電流の比率は、以下の式で表される。
Ｉ1／Ｉ2＝Ｒ1／（Ｒ1＋Ｒ2）
本実施例では、Ｖref1とＶref2を同じ値としているが、異なる値とすることも可能である。

第１抵抗２Ａと第２抵抗２Ｂの電気抵抗を同じ値とし、その電気抵抗を０．１Ωとすれば、第１の電池１Ａの充電電流は第２の電池１Ｂの充電電流の１／２となる。このように、第１抵抗２Ａと第２抵抗２Ｂは、その電気抵抗を調整して、第１の電池１Ａと第２の電池１Ｂの充電電流を最適値に制御する。

電圧検出部６は、第１抵抗２Ａと第２抵抗２Ｂの両端に誘導される電圧を増幅するアンプを内蔵する。第１抵抗２Ａ及び第２抵抗２Ｂは、できるかぎり小さい電気抵抗に設定される。第１抵抗２Ａ及び第２抵抗２Ｂの電気抵抗に比例して、電池１を充電するときの無駄な電力消費が増加するからである。電気抵抗の小さい第１抵抗２Ａと第２抵抗２Ｂは、両端に誘導される電圧が小さくなる。誘導される電圧が、電気抵抗に比例して大きくなるからである。電圧検出部６に内蔵されるアンプは、入力される小さい電圧を増幅して電流制御部７に出力する。

電流制御部７は、入力される電圧が一定の設定電圧となるように、充電電源部５の出力電流、すなわち電池１の充電電流を制御する。たとえば、第１抵抗２Ａ及び第２抵抗２Ｂの電気抵抗を０．１Ωとし、電圧検出部６に入力される電圧が５０ｍＶ（Ｖref）となるように、電流制御部７が充電電源部５を制御する充電器は、以下の充電電流で第１の電池１Ａ又は第２の電池１Ｂを充電する。

ケース８の装着部９に、第１の電池１Ａが装着されてこの電池が充電されるとき、第１の電池１Ａに流れる充電電流（Ｉ1）は第１抵抗２Ａ及び第２抵抗２Ｂに流れる。したがって、第１抵抗２Ａ及び第２抵抗２Ｂの両端に誘導される電圧（Ｖ1）は、第１抵抗２Ａ及び第２抵抗２Ｂの電気抵抗である０．２Ωと充電電流（Ｉ1）の積となる。電圧検出部６に入力される電圧（Ｖ1）が５０ｍＶ（Ｖref）となるように、電流制御部７が充電電源部５の充電電流（Ｉ1）を制御するので、第１の電池１Ａの充電電流（Ｉ1）は５０ｍＶ／０．２Ωで演算される値、すなわち２５０ｍＡとなる。

ケース８の装着部９に第２の電池１Ｂが装着されて、この電池が充電されるとき、第２の電池１Ｂに流れる充電電流（Ｉ2）は第１抵抗２Ａにのみに流れて、第２抵抗２Ｂには流れない。この状態で、第２抵抗２Ｂは、第１抵抗２Ａの両端に誘導される電圧を電圧検出部６に入力する抵抗となる。第２抵抗２Ｂの電気抵抗は、電圧検出部６の入力インピーダンスに比較して極めて小さい。このため、第２抵抗２Ｂは、第１抵抗２Ａの両端に誘導される電圧を誤差なく正確に電圧検出部６に入力する。したがって、電圧検出部６に入力される電圧（Ｖ2）は、第１抵抗２Ａの電気抵抗である０．１Ωと第２の電池１Ｂの充電電流（Ｉ2）の積となる。入力電圧（Ｖ2）が５０ｍＶ（Ｖref）となるように、電流制御部７は充電電源部５の充電電流（Ｉ2）を制御するので、第２の電池１Ｂの充電電流（Ｉ2）は５０ｍＶ／０．１Ωで演算される値、すなわち５００ｍＡとなる。

以上の具体例の充電器は、第１抵抗２Ａ及び第２抵抗２Ｂの電気抵抗を０．１Ωとして、電圧検出部６に入力される電圧（Ｖref）が５０ｍＶとなるように、第１と第２の電池１Ｂの充電電流を制御するが、本発明の充電器は、第１抵抗２Ａ及び第２抵抗２Ｂの電気抵抗をこの値に特定するものではなく、また電圧検出部６の入力電圧が前述の値となるように充電電流を制御するものにも特定しない。第１抵抗２Ａ及び第２抵抗２Ｂの電気抵抗は、たとえば０．０１〜１Ωの範囲に設定することができ、また第１抵抗２Ａと第２抵抗２Ｂはその電気抵抗を必ずしも同じに設定する必要もない。第１の電池１Ａと第２の電池１Ｂを最適電流で充電できるように、電気抵抗を設定することができる。

図の充電器は、充電電源部５の出力側に充電スイッチ１０を接続している。図３と図５の充電器は、第２の出力端子３Ｂに充電スイッチ１０を接続し、この充電スイッチ１０を介して第２の電極端子４Ｂを第２の出力端子３Ｂに接続している。図４の充電器は、第１の出力端子３Ａに充電スイッチ１０を接続している。この充電スイッチ１０は、第１の出力端子３Ａと第１抵抗２Ａとの間に接続している。充電スイッチ１０は、電池１を充電するときにオン、充電を停止するときにオフに切り換えられる。この充電スイッチ１０は、図示しないが、電池１の満充電を検出する制御回路（図示せず）でオンオフに制御される。

本発明の一実施例にかかる充電器に第１の電池を装着した状態を示す平面図である。（電池の外形が点線で示される。）図１に示す充電器に第２の電池を装着した状態を示す平面図である。（電池の外形が点線で示される。）本発明の一実施例にかかる充電器の回路図である。本発明の他の実施例にかかる充電器の回路図である。本発明の他の実施例にかかる充電器の回路図である。図５に示す充電器の一例を示す平面図である。（電池の外形が点線で示される。）

符号の説明

１…電池
１Ａ…第１の電池１Ｂ…第２の電池
２Ａ…第１抵抗２Ｂ…第２抵抗
３…出力端子
３Ａ…第１の出力端子３Ｂ…第２の出力端子
４Ａ…第１の電極端子４Ｂ…第２の電極端子
５…充電電源部
６…電圧検出部
７…電流制御部
８…ケース
９…装着部
１０…充電スイッチ
１１…接続点

Claims

第１の電池(1A)と第２の電池(1B)とを脱着できるように装着して、互いに異なる充電電流で充電する充電器において、
第１の電池(1A)及び第２の電池(1B)を充電する充電電源部(5)と、第１の電池(1A)に直列に接続される直列接続の第１抵抗(2A)及び第２抵抗(2B)と、この第１抵抗(2A)及び第２抵抗(2B)の両端に誘導される電圧を入力する電圧検出部(6)と、この電圧検出部(6)に入力される電圧が一定になるように充電電源部(5)の充電電流を制御する電流制御部(7)とを備えており、
充電電源部(5)は、正負の出力端子(3)である第１の出力端子(3A)と第２の出力端子(3B)を備えると共に、第１の出力端子(3A)を第１抵抗(2A)に接続して、第２の出力端子(3B)を、第１の電池(1A)を接続する第２の電極端子(4B)と、第２の電池(1B)を接続する第２の電極端子(4B)に接続しており、
第２の電池(1B)を接続する第１の電極端子(4A)は、第１抵抗(2A)と第２抵抗(2B)の接続点(11)に接続しており、
第１の電池(1A)のみがケース(8)の装着部(9)に装着されて、第１の電池(1A)が充電される状態における、第１抵抗(2A)と第２抵抗(2B)に誘導される電圧の加算電圧と、第２の電池(1B)のみがケース(8)の装着部(9)に装着されて、第２の電池(1B)が充電される状態における、第１抵抗(2A)に誘導される電圧とが一定となるように、電流制御部(7)が充電電源部(5)を制御して、第１の電池(1A)の充電電流と第２の電池(1B)の充電電流とを制御するようにしてなる充電器。
ケース(8)の装着部(9)が、第１の電池(1A)と第２の電池(1B)のいずれか一方の電池を装着すると、他方の電池を装着できない構造である請求項１に記載される充電器。
第１の電池(1A)が単４電池で、第２の電池(1B)が単３電池である請求項１に記載される充電器。
第１の出力端子(3A)を負極として、第２の出力端子(3B)を正極とする請求項１に記載される充電器。
第１の出力端子(3A)を正極として、第２の出力端子(3B)を負極とする請求項１に記載される充電器。
充電電源部(5)の出力側に充電スイッチ(10)を接続しており、この充電スイッチ(10)をオン状態として電池に充電電流を流し、充電スイッチ(10)をオフにして充電電流を遮断する請求項１に記載される充電器。