JP4713357B2 - 充電装置及びその故障検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、リチウム電池などの二次電池を充電する充電装置に関し、特にＡＣアダプタなどの直流電源から二次電池への定電流充電期間において、正規以上の充電電流値と過電圧の印加による破壊及び故障の原因を特定する機能を有する充電装置及びその故障検出方法に関するものである。

近年、携帯電話、ＰＤＡ（Ｐersonal Ｄigital Ａssistance）端末あるいはパソコンなどの携帯電子機器には、リチウム電池などの二次電池がよく用いられている。これら二次電池の充電には、特許文献１に記載されているように、電流制限機能付きのＡＣアダプタを携帯電子機器に装着して充電を行う。

従来のこの種の充電装置は、図３に示したように構成されている。図３において、１はＡＣアダプタ（外部直流電源）、２は二次電池、３，４は接地端子、５は充電電流を検出する電流検出回路、６は充電制御回路、７は電流検出回路５から出力される電流検出信号、８は電流検出抵抗、９は抵抗、１０，１１はＭＯＳトランジスタである。

また、図４は従来の充電特性を示す図である。この充電特性は、急速充電と称する電流制限値まで充電電流を流す定電流充電期間と、満充電電圧に近づき充電終了までを制御する定電圧充電期間を有する。Ｉｄは充電制御回路６で制御される最大充電電流値、ＩｅはＡＣアダプタ１で制限されている電流制限値である。

以下、図面を参照しながら従来の充電装置について説明する。従来の充電装置では、二次電池２への充電を開始するとき、充電初期は予備充電を行い、中期に定電流充電制御による充電、後期として定電圧充電制御による充電を行っている（例えば、特許文献２参照）。

図３に示す充電装置の構成により、充電中期に当たる定電流充電制御時における動作を行う。電流検出抵抗８の両端電圧を電流検出回路５でモニターし、充電制御回路６がＭＯＳトランジスタ１１を介してＭＯＳトランジスタ１０のオン抵抗を調整することにより、充電電流を制御する。急速充電中は充電時間を短縮するために、充電電流の最大値（最大充電電流値Ｉｄ）を流せるように充電制御回路６はＭＯＳトランジスタ１１を制御する。充電規格を満たしたＡＣアダプタ１は、その電流制限値Ｉｅは最大充電電流値Ｉｄより小さく設定されている。このため、急速充電時の充電電流は、図４に示すようにＡＣアダプタ１の電流制限値Ｉｅとなる。
特開２００４−１５９４７７号公報 特開平８−１０６９２６号公報

しかしながら、従来の構成では、ＡＣアダプタ１の電流制限値Ｉｅが規格外か、電流制限値Ｉｅを設けていないものを装着した場合、定電流充電制御時に最大充電電流値Ｉｄまでの充電電流を流す充電制御を行う。その上、ＡＣアダプタ１の出力電圧が垂下しないので、ＭＯＳトランジスタ１０に許容電圧以上の電圧がかかる。耐圧を超えたＭＯＳトランジスタ１０が破壊に至ると、二次電池２が充電されずに、携帯電子機器は動作しなくなる。このような場合、破損後の充電装置を解析する上で、故障原因が不明であるという問題があった。

本発明は、前記背景技術の問題を解決することに指向するものであり、破損した充電装置の故障原因が、ＡＣアダプタのような外部直流電源に規格外のものが装着された場合については特定できるような充電装置及びその故障検出方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明に係る充電装置は、直流電源からの充電電流で二次電池を充電する充電装置において、制御信号を入力して充電電流を調整する電流制御手段と、充電電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段の出力を、電流検出手段の出力が過電流であると判定する第１の所定値と比較する比較器と、タイマーと、タイマーの出力が入力され、所定時間内は比較器において電流検出手段の出力信号が第１の所定値に等しい場合の充電電流値以上に設定された第１の電流値、所定時間後は第１の電流値より小さい第２の電流値の充電電流を調整するための制御信号を出力する電流設定手段と、タイマーの出力と過電流であるかどうかの判定結果である比較器の出力信号が入力され、所定時間終了時の比較器の出力信号を出力する過電流検出回路と、過電流検出回路の出力信号と直流電源の出力電圧が入力され、過電流検出回路の出力が、所定時間終了時に電流検出手段の出力信号が第１の所定値以上であることを示し、かつ直流電源の出力電圧が前記直流電源の出力電圧が異常か否か判定する第２の所定値以上である場合にアクティブとなる信号を出力する一致回路と、一致回路の出力信号を記憶する記憶部とを備えたことを特徴とする。

また、直流電源は、電流制限機能を有するＡＣアダプタであること、また、電流制御手段は、直流電源と二次電池の間に接続されたトランジスタと、少なくとも電流検出手段の出力信号と電流設定手段の制御信号を入力し、トランジスタの制御端子に駆動信号を出力する充電制御回路とを備えたこと、また、記憶部はバックアップレジスタであり、一致回路の出力信号がアクティブであると、「１」を書き込むことを特徴とする。

前記構成によれば、規格外のＡＣアダプタが装着された場合、過電流が流れていることを一定時間検出し、かつＡＣアダプタの過電圧の印加を検出すると、記憶部に信号を書き込むことにより、故障原因を特定することができる。

本発明によれば、破損した充電装置の故障原因が、規格外の外部供給電源を装着したことによる場合において、これを特定することができるという効果を奏する。

以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。

図１は本発明の実施の形態における充電装置の回路構成を示したブロック図である。ここで、前記従来例を示す図３において説明した構成部材に対応し実質的に同等の機能を有するものには同一の符号を付してこれを示す。

図１において、１はＡＣアダプタ（外部直流電源）、２は二次電池、３，４は接地端子、５は電流検出回路、６は充電制御回路、７は電流検出信号、８は電流検出抵抗、９は抵抗、１０，１１はＭＯＳトランジスタ、１２は比較器、１３はタイマー、１４はタイマー出力信号、１５は過電流検出回路、１６は第１設定部、１７は第２設定部、１８はスイッチ、１９は電流設定出力信号、２０は過電流検出回路出力信号、２１はＡＣアダプタ出力電圧信号、２２は一致回路、２３は一致回路出力信号、２４は記憶部としてのバックアップレジスタである。

図１に示すように、充電制御回路６，抵抗９，ＭＯＳトランジスタ１０，１１により電流制御手段、電流検出抵抗８，電流検出回路５により電流検出手段、第１設定部１６，第２設定部１７，スイッチ１８により電流設定手段を構成する。

装置構成としては、二次電池２の充電電流が流れる経路に、電流検出抵抗８とＭＯＳトランジスタ１０が接続され、ＭＯＳトランジスタ１０の片端はＡＣアダプタ１に接続されている。電流検出抵抗８の両端電圧を電流検出回路５でモニターし、その充電電流値を充電制御回路６と、比較器１２に入力し、充電制御回路６はＭＯＳトランジスタ１０，１１を制御して、二次電池２へ流れる充電電流の調整を行い、比較器１２は検出された充電電流値が第１の所定値（後述する第２の電流値Ｉｂ）以上かどうかの比較を行い、比較結果を出力する。

この比較器１２の出力は、過電流検出回路１５に入力され、タイマー１３を用いて一定時間モニターする。一致回路２２ではＡＣアダプタ１の出力電圧信号２１も入力信号とし、過電流検出回路１５の出力信号２０と一致すると、出力信号２３としてバックアップレジスタ２４に「１」を出力し、外部装置からのアクセスによって、バックアップレジスタ２４の信号の有／無が確認できるものである。

また、図２は本実施の形態における充電装置の充電特性を示す図である。図２において、Ｉａは図１に示す第１設定部１６で設定される第１の電流値、Ｉｂは第２設定部１７で設定される第２の電流値、Ｉｃは正常時のＡＣアダプタ１に内蔵されている電流制限値で定電流充電期間の任意の充電電流値を表し、Ｔａは判定時間を示す。

以上のように構成された充電装置の故障検出について、図１，図２を参照しながら説明する。また、図１及び図２には図示していないが、初めにＡＣアダプタ１が装着されることにより充電動作を開始し、初期は充電電流の少ない予備充電で始まり、一定電圧まで充電可能なことを確認後、図１に示した構成の充電装置において充電中期の充電を行うものとする。充電中期（図２に示す定電流充電期間）においては、ＡＣアダプタ１の電流制限値で充電できるよう充電制御回路６によりＭＯＳトランジスタ１０，１１を制御して定電流充電制御を行う。

その定電流充電が始まる前にあらかじめ従来の回路構成における充電制御回路６の充電電流設定を第１設定部１６に設定する。第１設定部１６は図２に示す充電電流（第１の電流値Ｉａ）を流すように設定される。また、第２設定部１７は図２に示す充電電流（第２の電流値Ｉｂ）を流すように設定される。

図１において、ＡＣアダプタ１に電流制限値が規格外か、電流制限値を設けられていないものが装着された場合、ＡＣアダプタ１では充電電流が制限されないため、第１設定部１６で設定された第１の電流値Ｉａが流れる。

充電電流は、電流検出抵抗８の両端電圧として電流検出回路５で検出され、その電流検出信号７が比較器１２により第１の所定値と比較される。第１設定部１６で設定される第１の電流値Ｉａは、比較器１２において電流検出信号７が第１の所定値に等しい場合の充電電流値以上であり、かつ二次電池２への許容充電電流以下に設定されるものとする。この場合、電流検出信号７は充電電流が第１の電流値Ｉａであることを示すので、比較器１２の出力は、電流検出信号７が第１の所定値以上であることを示す。第１の電流値Ｉａの充電電流が流れている時間は、タイマー１３によって所定の判定時間Ｔａに設定される。判定時間Ｔａを過ぎるとスイッチ１８が第２設定部１７に切り換り、充電制御回路６での設定された充電電流が第２の電流値Ｉｂとなる。

比較器１２が、電流検出信号７が第１の所定値以上であることを、定電流充電が始まってからタイマー１３で設定された判定時間Ｔａの間、過電流検出回路１５で検出されると、過電流検出回路出力信号２０が出力され、一致回路２２に入力される。また、ＡＣアダプタ１の出力電圧信号２１が一致回路２２でモニターされる。

一致回路２２において、過電流検出回路出力信号２０が入力され、かつＡＣアダプタ１の出力電圧信号２１が第２の所定値以上であると検出された場合、一致回路出力信号２３を出力し、バックアップレジスタ２４に「１」を書き込む。ここで、第２の所定値はＭＯＳトランジスタ１０の許容電圧よりわずかに低い電圧値に設定される。外部からバックアップレジスタ２４にアクセスすれば、バックアップレジスタ２４から外部装置へ検出結果が出力される。

次に、定電流充電が始まる前にあらかじめ図１に示す回路構成における充電制御回路６の充電電流設定を第１設定部１６に設定し、充電経路に充電電流（第１の電流値Ｉａ）を流すことが可能な設定にした状態で、ＡＣアダプタ１に電流制限値Ｉｃの規格内のものが装着された場合、充電制御回路６の充電電流設定を第１設定部１６に設定し、充電電流を第１の電流値Ｉａまで流すことが可能でも、ＡＣアダプタ１の電流制限値Ｉｃまでの充電電流しか流れないため、第１設定部１６で設定した第１の電流値Ｉａまでの充電電流は流れない。

そして、電流検出回路５でモニターした充電電流は第１の所定値以下なので、定電流充電が始まってからタイマー１３で制御された判定時間Ｔａの間に過電流検出回路１５では検出されない。よって、規格内のＡＣアダプタ１が装着されていると判断し、過電流検出回路１５は異常であることを検出せず、通常の定電流充電制御が行われる。また、充電制御回路６の制御充電電流の設定は、定電流充電が始まってからタイマー１３で制御された判定時間Ｔａ後、第１設定部１６から第２設定部１７へスイッチ１８が切り換わり、充電制御回路６の制御充電電流の設定が充電電流（第２の電流値Ｉｂ）となる。

以上のように本実施の形態によれば、二次電池２の充電時において、ＡＣアダプタ１に電流制限値が規格外か、電流制限値を設けていないものが装着された場合に起こりうる故障に対して、その故障原因を検出し、バックアップレジスタ２４に格納させることができる。そして外部装置などからのアクセスで、充電回路の故障原因を早期に解明することができる。

なお、本発明は前述の実施の形態のみに限定されるものではない。本発明の特徴は、規格外の外部直流電源が装着された場合、所定の判定時間において規格以上の充電電流が流れ、規格以上の直流電圧が印加されることを検出し、記憶することにあり、以上のような構成、方法によって、充電装置の故障原因が、規格外の外部直流電源を装着したことによる場合において、これを特定することができる。

本発明に係る充電装置及びその故障検出方法は、破損した充電装置の故障原因が、規格外の外部供給電源を装着したことによる場合において、これを特定することができ、二次電池を充電する充電装置に有用である。

本発明の実施の形態における充電装置の回路構成を示したブロック図 本実施の形態における充電装置の充電特性を示す図 従来の充電装置の回路構成を示したブロック図 従来の充電装置の充電特性を示す図

符号の説明

１ ＡＣアダプタ
２ 二次電池
３，４ 接地端子
５ 電流検出回路
６ 充電制御回路
７ 電流検出信号
８ 電流検出抵抗
９ 抵抗
１０，１１ ＭＯＳトランジスタ
１２ 比較器
１３ タイマー
１４ タイマー出力信号
１５ 過電流検出回路
１６ 第１設定部
１７ 第２設定部
１８ スイッチ
１９ 電流設定出力信号
２０ 過電流検出回路出力信号
２１ ＡＣアダプタ出力電圧信号
２２ 一致回路
２３ 一致回路出力信号
２４ バックアップレジスタ

Claims (4)

1. 直流電源からの充電電流で二次電池を充電する充電装置において、
   制御信号を入力して前記充電電流を調整する電流制御手段と、
   前記充電電流を検出する電流検出手段と、
   前記電流検出手段の出力を、前記電流検出手段の出力が過電流であると判定する第１の所定値と比較する比較器と、
   タイマーと、
   前記タイマーの出力が入力され、所定時間内は前記比較器において前記電流検出手段の出力信号が前記第１の所定値に等しい場合の充電電流値以上に設定された第１の電流値、前記所定時間後は前記第１の電流値より小さい第２の電流値の前記充電電流を調整するための前記制御信号を出力する電流設定手段と、
   前記タイマーの出力と過電流であるかどうかの判定結果である前記比較器の出力信号が入力され、前記所定時間終了時の前記比較器の出力信号を出力する過電流検出回路と、
   前記過電流検出回路の出力信号と前記直流電源の出力電圧が入力され、過電流検出回路の出力が、所定時間終了時に電流検出手段の出力信号が第１の所定値以上であることを示し、かつ直流電源の出力電圧が前記直流電源の出力電圧が異常か否か判定する第２の所定値以上である場合にアクティブとなる信号を出力する一致回路と、
   前記一致回路の出力信号を記憶する記憶部とを備えたことを特徴とする充電装置。
2. 前記直流電源は、電流制限機能を有するＡＣアダプタであることを特徴とする請求項１記載の充電装置。
3. 前記電流制御手段は、直流電源と二次電池の間に接続されたトランジスタと、
   少なくとも電流検出手段の出力信号と電流設定手段の制御信号を入力し、前記トランジスタの制御端子に駆動信号を出力する充電制御回路とを備えたことを特徴とする請求項１記載の充電装置。
4. 前記記憶部はバックアップレジスタであり、前記一致回路の出力信号がアクティブであると、「１」を書き込むことを特徴とする請求項１記載の充電装置。

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