JP5037218B2 - 充電制御回路 - Google Patents

Description

本発明は充電制御回路、特に一次電池と二次電池を判別して充電の可否を制御する回路に関する。

従来より、電池の種類を判別し、電池の種類に応じた充電を行う技術が知られている。例えば、下記に示す文献には、外部電池が接続されたことをメカ機構で検知したり、接続検出のための端子を介して電気的に検知することが記載されており、予め電池側に設けられた抵抗値やインピーダンス値を読み取り、その値をＩＤ信号とすることで機器に接続された外部電池の種類を判別することが記載されている。また、マイクロプロセッサ等を使用して、検出部と電池パックとの間で電気的なパルス信号をやりとりして機器に接続された電池の種類を判別することが記載されている。

また、文献２には、外部から電圧が印加されたときの電池端子の電圧と外部から電圧が印加されていないときの電池端子の電圧との電圧変化量を算出し、電圧変化量に応じて一次電池と二次電池の種類を判別することが記載されている。

特開２００２−１０５０８号公報 特開２００１−５４２４３号公報

しかしながら、メカ機構を用いるのではなく、より簡易に電池の種類を判別できれば好適である。また、端子電圧を用いて電池の種類を判別する場合において、一次電池と二次電池の判別だけでなく、二次電池の過放電状態を判別できることが好適である。すなわち、二次電池の端子電圧が実質的にゼロである場合、二次電池が存在しない場合の他、二次電池は存在するものの単に過放電状態となっている場合が考えられ、実際には二次電池の過放電状態であるにもかかわらず誤って二次電池が存在しないと判別すると、本来必要な二次電池の充電が実行されない事態が生じ得るからである。また、一次電池と二次電池が同型であって端子位置が異なるような場合、一次電池と二次電池はともに同一筐体に収納されるので端子位置の相違を検出することで一次電池と二次電池を判別することが原理的には可能であるが、物理的損傷により端子位置の相違を検出できない場合等には判別ができないおそれがある。

本発明の目的は、一次電池と二次電池の判別、さらに二次電池の過放電の有無を確実に検出して充電を制御することができる回路を提供することにある。

本発明は、一次電池と二次電池を内蔵電池として収納可能な機器の該二次電池を外部充電装置により充電する充電制御回路であって、前記内蔵電池の二次電池用端子電圧及び一次電池用端子電圧を検出し、前記二次電池用端子電圧のみ所定の端子電圧を検出した場合に前記内蔵電池は二次電池であると検出し、前記二次電池用端子電圧及び前記一次用端子電圧ともに所定の端子電圧を検出した場合に短絡を検出する第１端子電圧検出回路と、前記第１端子電圧検出回路で前記所定の端子電圧を検出しない場合であって、前記内蔵電池の二次電池用端子に所定電圧を印加し、電圧降下を検出した場合に前記内蔵電池は過放電状態の二次電池であると検出する第２端子電圧検出回路と、前記第１端子電圧検出回路及び前記第２端子電圧検出回路で前記内蔵電池が二次電池であると検出し、かつ前記短絡を検出しない場合に前記外部充電装置による前記内蔵電池の充電を許容する制御回路とを有する。

本発明では、二次電池用端子電圧及び一次電池用端子電圧を検出し、二次電池用端子電圧のみ所定の端子電圧を検出した場合に内蔵電池は二次電池であると検出するが、二次電池用端子電圧及び前記一次用端子電圧ともに所定の端子電圧を検出した場合に端子間の短絡を検出する。そして、第１端子電圧検出回路及び第２端子電圧検出回路で内蔵電池が二次電池であると検出し、かつ短絡を検出しない場合に外部充電装置による内蔵電池の充電を許容することで、二次電池の判別と充電を制御する。本発明では短絡を検出すると充電を実行しないため、誤充電が防止される。

本発明によれば、一次電池と二次電池の判別、さらに二次電池の過放電の有無を確実に検出して充電を制御できる。

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。

図１に、本実施形態における充電制御回路の構成を示す。充電制御回路１は、例えばデジタルカメラに搭載される。デジタルカメラでは、内蔵電池として、一次電池と二次電池を使用することができる。充電不可の一次電池としてアルカリ乾電池やリチウム電池（単３型やＣＲ−Ｖ３型）がある。一方、繰り返し充電可能な二次電池としては、リチウムイオン電池やニッケル水素電池（単３型や角形）がある。本実施形態では、一次電池としてＣＲ−Ｖ３（以後、これを第１電池と称する）、二次電池としてＣＲ−Ｖ３と同型で出力端子位置が異なるように設計された独自のリチウムイオン電池（以後、これを第２電池と称する）を用いるデジタルカメラにおいて、第１電池及び第２電池の識別、及び第２電池の挿入状態と過放電状態の識別を行うための回路構成を示す。図３Ａ〜図３Ｃに、単３型一次電池１００、ＣＲ−Ｖ３電池２００、専用リチウムイオン電池３００の外観をそれぞれ示す。ＣＲ−Ｖ３電池２００は端子２０２ａ、２０２ｂを有するとともに側面に平面部２００ａが形成される。端子２０２ａがマイナス端子、端子２０２ｂがプラス端子である。専用二次電池３００はＣＲ−Ｖ３電池２００と異なる位置に端子３０２ａ、３０２ｂを有するとともに側面に平面部３００ａが形成される。端子３０２ａがマイナス端子、端子３０２ｂがプラス端子である。専用二次電池３００の平面部３００ａにはさらに凹部３０４が形成されるが、これは機械的にＣＲ−Ｖ３電池２００と専用二次電池３００とを判別するためであり、本実施形態においては凹部３０４は必要ない。

図１に示すように、デジタルカメラは内蔵電池で駆動される他、ＤＣ−Ｊａｃｋ（ＤＣジャック）あるいは専用充電器に接続されて外部電源からの電力供給を受けて駆動される。ＤＣ−Ｊａｃｋあるいは専用充電器は電源ライン１００に接続され、デジタルカメラの各部に電力が供給される。電源ライン１００には第１電池１０及び第２電池１２がそれぞれスイッチＳＷ１、ＳＷ２を介して接続される。ＤＣ−Ｊａｃｋと専用充電器はＳＷ１，ＳＷ２に対して別々に接続されており、いずれかがデジタルカメラと接続されることでトランジスタ回路によりＳＷ１及びＳＷ２がともにＯＦＦとなる。マイクロコンピュータ１６からの指令によりＤＣ−Ｊａｃｋあるいは専用充電器の接続を検出した場合にＳＷ１及びＳＷ２をＯＦＦ制御してもよい。第１電池１０及び第２電池１２はデジタルカメラに択一的に内蔵され、第１電池１０と第２電池１２は図３Ａ〜図３Ｃに示すように異なる位置に端子を有する。ＳＷ１は第１電池１０の端子に接続され、ＳＷ２は第２電池１２の端子に接続される。デジタルカメラがＤＣ−Ｊａｃｋあるいは専用充電器に接続されると、ＳＷ１及びＳＷ２はＯＦＦとなるため電源ライン１００には外部電源からの電力のみが供給され、内蔵電池からは供給されない。

デジタルカメラが専用充電器に接続されている場合、専用充電器の充電回路とデジタルカメラの充電回路とを接続する充電ライン２００が有効となり、専用充電器からの電力供給により第２電池１２が充電される。具体的には、デジタルカメラが専用充電器に接続されていることをマイクロコンピュータ１６が検出し、かつ、第１電池１０ではなく第２電池１２が内蔵されていることを検出すると、第２電池検出信号を専用充電器側のマイクロコンピュータに送信する。専用充電器側のマイクロコンピュータはデジタルカメラ側のマイクロコンピュータ１６からの検出信号を受信して専用充電器内部のＳＷをＯＮに制御して充電ライン２００を有効にする。内蔵電池が第１電池１０である場合、専用充電器内部のＳＷはＯＦＦ状態のままである。デジタルカメラがＤＣ−Ｊａｃｋから外され、あるいは専用充電器から外されると、ＳＷ１及びＳＷ２がＯＮして内蔵電池を電源ライン１００に接続する。デジタルカメラは内蔵電池から電力供給を受けて動作する。

第２電池１２の一方の端子（プラス端子）は上記のとおりＳＷ２を介して電源ライン１００に接続されるが、ＳＷ２と第２電池１２のプラス端子との間の点Ｐにおいて判別信号ライン３００が接続される。判別信号ライン３００はトランジスタスイッチ１８及び２０を有し、トランジスタスイッチ１８、２０はそれぞれマイクロコンピュータ１６からの制御信号ＣＨＫ１及びＣＨＫ２によりＯＮ／ＯＦＦ制御される。判別信号ライン３００の点Ｑ、すなわち点Ｐとトランジスタスイッチ１８の入力端子との間の点に抵抗２２を介してトランジスタスイッチ２０が接続され、トランジスタスイッチ２０の他方の端子には所定電圧（例えば４．２Ｖ）が印加される。トランジスタスイッチ１８の出力端子に出力される電圧信号ＢＣ１は判別結果としてマイクロコンピュータ１６に供給される。

マイクロコンピュータ１６は、トランジスタスイッチ１８をＯＮすることで第２電池１２の端子電圧を検出する。そして、電圧信号ＢＣ１が有限の値を示している場合には、第１電池１０ではなく第２電池１２が内蔵されていると検出できる。一方、電圧信号ＢＣ１が実質的にゼロである場合（有限値ではない場合）には、電池が入っていない、もしくは第２電池１２ではなく第１電池１０が内蔵されていると推定することができる。但し、第１電池１０ではなく過放電状態の第２電池１２が内蔵されている場合にも同様に電圧信号ＢＣ１は実質的にゼロとなる場合があり、両者を判別する必要がある。マイクロコンピュータ１６は、このような場合にトランジスタスイッチ１８に加えてトランジスタスイッチ２０もＯＮし、第２電池１２の端子に所定電圧を印加する。電池が入っていない、もしくは第２電池１２ではなく第１電池１０が内蔵されている場合、電圧信号ＢＣ１は実質的に所定電圧（４．２Ｖ）を示すことになる。一方、過放電状態の第２電池１２が内蔵されている場合、所定電圧を印加すると抵抗２２分だけの電圧降下が生じるから、電圧信号ＢＣ１は実質的に所定電圧４．２Ｖより小さくなる。したがって、マイクロコンピュータ１６は、トランジスタスイッチ１８、２０をＯＮしたときの電圧信号ＢＣ１を所定しきい値と大小比較することで、第２電池１２が内蔵されていないか、あるいは過放電状態の第２電池１２が内蔵されているかを判別することができる。

一方、第１電池１０と第２電池１２はデジタルカメラの同一筐体に択一的に収納されるものであり、第２電池１２は図３Ｃに示されるように端子３０２ａ、３０２ｂを有するとともに端子２０２ｂを有し、端子３０２ｂと端子２０２ｂとは距離的に近接していることから、ユーザの使用あるいは取り扱い状況によっては端子３０２ｂと端子２０２ｂとが短絡してしまう場合があり得る。この場合、図１の回路図においては、第１電池１０のプラス端子（２０２ｂ）と第２電池１２のプラス端子（３０２ｂ）とが短絡しているような回路状態となってしまい、第１電池１０と第２電池の判別が不可能となる。なぜなら、マイクロコンピュータ１６は、トランジスタスイッチ１８をＯＮして電圧信号ＢＣ１が有限の値を示している場合には第１電池１０ではなく第２電池１２が内蔵されていると検出するところ、第１電池１０と第２電池１２のプラス端子同士が短絡していると、たとえ第１電池１０が内蔵されていてもＢＣ１が有限の値を示すためマイクロコンピュータ１６は第２電池１２が内蔵されていると誤判定してしまうからである。

そこで、図１の回路図において、ＳＷ１と第１電池１０のプラス端子との間の点Ｒにおいて判別信号ライン３１０が接続される。判別信号ライン３１０はトランジスタスイッチ２２を有し、トランジスタスイッチ２２はトランジスタスイッチ１８と同様にマイクロコンピュータ１６からの制御信号ＣＨＫ１によりＯＮ／ＯＦＦ制御される。マイクロコンピュータ１６は、トランジスタスイッチ１８をＯＮするとともにトランジスタスイッチ２２をＯＮし、電圧信号ＢＣ１とともに第１電池１０の端子電圧を示す電圧信号ＢＣ２を検出する。電圧信号ＢＣ１が有限値である場合に直ちに第２電池１２が内蔵されていると判別するのではなく、電圧信号ＢＣ２がゼロレベルであることを確認した後に第２電池１２が内蔵されていると判別する。電圧信号ＢＣ１が有限の値を示し、かつ、電圧信号ＢＣ２も有限の値を示している場合、マイクロコンピュータ１６は第１電池１０のプラス端子と第２電池１２のプラス端子が短絡していると判別する。第１電池１０と第２電池１２は択一的に内蔵されるものであり、正常であれば電圧信号ＢＣ１とＢＣ２が同時に有限の値を示すことはあり得ないからである。

なお、端子の短絡した第２電池１２が過放電状態にある場合、電圧信号ＢＣ１はゼロであり電圧信号ＢＣ２もゼロとなり、空状態と区別できないが、この場合は制御信号ＣＨＫ２によりトランジスタスイッチ２０をＯＮして電圧信号ＢＣ１の値が所定電圧より低い有限値でかつＢＣ２がゼロのままであれば過放電状態の第２電池１２が内蔵され、短絡もないと判別できる。一方、電圧信号ＢＣ１及びＢＣ２が所定電圧より低くかつ同じ電圧値となった場合には、短絡していると判別できる。

図２に、本実施形態の処理フローチャートを示す。まず、マイクロコンピュータ１６は、デジタルカメラがＤＣ−Ｊａｃｋ（ＤＣジャック）に接続されているか否かを判定する（Ｓ１０１）。ＤＣ−Ｊａｃｋに接続されていない場合には、さらに専用充電器（ドック）に接続されているか否かを判定する（Ｓ１０２）。ＤＣ−Ｊａｃｋと専用充電器の電源は図示しない回路を経由してマイクロコンピュータ１６と接続され、マイクロコンピュータ１６はこの回路を用いて外部電源の接続の有無及び外部電源の種類を判別する。ＤＣ−Ｊａｃｋ及び専用充電器のいずれもデジタルカメラに接続されていない場合、電池が内蔵されているか否かのいずれかとなり、電池が内蔵されている場合には電源ライン１００に電圧が検出される。外部電源が接続されていない状態で電源ライン１００に電圧が検出されると、マイクロコンピュータ１６はＣＨＫ０信号をＯＮとしてＳＷ２をＯＦＦとし（Ｓ１０３）、内蔵電池が第１電池１０か第２電池１２かを判別する（Ｓ１０４）。すなわち、ＳＷ２をＯＦＦにしても電源ライン１００に電圧を検出している場合には内蔵電池は第１電池であり、電圧が検出されない場合には内蔵電池は第２電池１２であると判別する。この判別を行うことで、互いに電圧の異なる第１電池と第２電池の残量を区別して検出することができ、ユーザに対して適切な残量表示を行うことができる（Ｓ１０５）。一方、ＤＣ−Ｊａｃｋあるいは専用充電器のいずれかがデジタルカメラに接続された場合、上記のようにＳＷ１及びＳＷ２はともにＯＦＦとなる。ＤＣ−Ｊａｃｋが接続された場合（Ｓ１０１でＹＥＳ）には充電は行われないため、電池判別処理は行われない。

専用充電器が接続された場合（Ｓ１０２でＹＥＳ）、電池判別処理に移行する。すなわち、マイクロコンピュータ１６はＣＨＫ１信号をＯＮとする（Ｓ１０６）。これによりトランジスタスイッチ１８がＯＮされ、電圧信号ＢＣ１がマイクロコンピュータ１６に供給される。マイクロコンピュータ１６は、電圧信号ＢＣ１が有限値であるか否かを判定する（Ｓ１０７）。電圧信号ＢＣ１が有限値でない場合（Ｓ１０７でＮＯ）、第２電池１２が内蔵されていないか、あるいは第２電池１２が内蔵されているもののその端子電圧が異常に低い、つまり過放電状態にあるかのいずれかである。第２電池が内蔵されていない場合には、電池そのものが内蔵されていない場合、及び第１電池１０が内蔵されている場合が含まれる。そこで、次にＣＨＫ２信号をＯＮとして（Ｓ１０８）トランジスタスイッチ２０をＯＮとし第２電池１２の端子に所定電圧を印加する。そして電圧信号ＢＣ１が所定電圧４．２Ｖ−αより小さいか否かを確認する。αは抵抗２２による電圧降下分である。電圧信号ＢＣ１が４．２Ｖ−αより小さい場合には第２電池１２が内蔵されており過放電状態にあることを意味する。また、電圧信号ＢＣ１が４．２Ｖ−αより小さくない場合、第２電池１２は内蔵されていないことになり、次に電圧信号ＢＣ２が有限値であるか否かを判定する（Ｓ１１０）。電圧信号ＢＣ２が有限値を示す場合には第１電池１０が内蔵されていることを意味し、かつ、端子が短絡（ショート）しているものと判断して専用充電器からの充電を許容しない（Ｓ１１１）。電圧信号ＢＣ２が有限値でない、つまりゼロである場合には第１電池１０は内蔵されていないので同様に専用充電器からの充電を許容しない。すなわち、専用充電器側に第２電池検出信号を送信せず、充電ライン２００を無効とする。

一方、電圧信号ＢＣ１が有限値を示している場合（Ｓ１０７でＹＥＳ）、第２電池１２が内蔵されていることになるが、第２電池１２の端子短絡が存在する場合もある。また、電圧信号ＢＣ１が４．２Ｖ−αより小さい場合にも第２電池が内蔵されているから、次に電圧信号ＢＣ２が有限値であるか否かを判定する（Ｓ１１２）。電圧信号ＢＣ１、ＢＣ２ともに有限値を示す場合には第２電池１２の端子が短絡しているとして専用充電器からの充電を許容しない（Ｓ１１１）。この場合、デジタルカメラの所定位置に設けられたＬＥＤやモニタ画面に表示して電池の端子短絡をユーザに警告する。電圧信号ＢＣ１は有限値であるものの電圧信号ＢＣ２がゼロである場合、第２電池１２の端子短絡がなく正常な状態にあると判定し、専用充電器からの充電を許容する（Ｓ１１３）。

本実施形態では、第２電池１２の短絡状態を検出できるだけでなく、第２電池１２が短絡状態であったとしても、充電の要否を確実に判別できる。

以上説明したように、本実施形態では一次電池と二次電池、及び二次電池の過放電状態を簡易に判別することが可能であり、これにより二次電池を確実に充電できる。また、端子短絡があっても確実に充電の要否を判別することが可能である。

実施形態の回路構成図である。 実施形態の処理フローチャートである。 一次電池（単３型）の斜視図である。 ＣＲ−Ｖ３電池の斜視図である。 専用二次電池の斜視図である。

符号の説明

１ 充電制御回路、１０ 第１電池、１２ 第２電池、１６ マイクロコンピュータ、１８，２０，２２ トランジスタスイッチ。

Claims (1)

1. 一次電池と二次電池を内蔵電池として収納可能な機器の該二次電池を外部充電装置により充電する充電制御回路であって、
   前記内蔵電池の二次電池用端子電圧及び一次電池用端子電圧を検出し、前記二次電池用端子電圧のみ所定の端子電圧を検出した場合に前記内蔵電池は二次電池であると検出し、前記二次電池用端子電圧及び前記一次用端子電圧ともに所定の端子電圧を検出した場合に短絡を検出する第１端子電圧検出回路と、
   前記第１端子電圧検出回路で前記所定の端子電圧を検出しない場合であって、前記内蔵電池の二次電池用端子に所定電圧を印加し、電圧降下を検出した場合に前記内蔵電池は過放電状態の二次電池であると検出する第２端子電圧検出回路と、
   前記第１端子電圧検出回路及び前記第２端子電圧検出回路で前記内蔵電池が二次電池であると検出し、かつ前記短絡を検出しない場合に前記外部充電装置による前記内蔵電池の充電を許容する制御回路と、
   を有することを特徴とする充電制御回路。

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