JP5387025B2 - 充電制御装置およびカメラ - Google Patents

Description

本発明は、電池の充電制御装置とその充電制御装置を搭載したカメラに関する。

温度に応じて充電制御を切り換えるようにした充電制御装置が知られている。

特開平０５−０４９１８４号公報

しかしながら、従来の充電制御装置では、電池の温度が高い場合に単に充電電圧を下げるようにしているため、充電容量が減ってしまうという問題がある。

請求項１の発明の充電制御装置は、充電回路から電池へ一定の電流を供給して充電を行う定電流充電モードから、充電回路から電池に一定の電圧を印加して充電を行う定電圧充電モードへ切り換えて充電を行う制御回路を備えた充電制御装置において、電池の温度を検出する温度検出器を備え、制御回路は、温度検出器により所定の高温が検出されて高温時の所定電圧一定で充電を開始した後の充電途中または充電終了後に、温度検出器により所定の低温が検出された場合には、高温時の所定電圧よりも高い低温時の所定電圧一定で充電を行い、定電圧充電モードにおいて充電終了を判定するための基準電流は、定電流充電モードにおける充電電流に応じて決定されており、制御回路は、さらに、高温時の所定電圧一定で充電を行う定電圧充電モードで充電中に、定電流充電モードにおける充電電流を当初の設定値よりも低い値へ変更することを特徴とする。

本発明によれば、高温状態の電池を充電する際の充電容量の減少を防止することができる。

一実施の形態の充電制御装置の構成を示す図 一実施の形態の充電制御１プログラムを示すフローチャート 一実施の形態の充電制御１のタイミングチャート 一実施の形態の充電制御２プログラムを示すフローチャート 一実施の形態の充電制御２のタイミングチャート 一実施の形態の充電制御装置を搭載したカメラの構成を示す図

図１は一実施の形態の充電制御装置１の構成を示す図である。ＡＣアダプター２は図示しない整流器や平滑コンデンサーなどを備え、商用交流電源（例えばＡＣ１００Ｖ）を整流し平滑して出力する。なお、ＡＣアダプター２にトランスなどによる降圧機能を備えてもよい。充電回路３は図示しないスイッチングトランス、スイッチング素子、ＰＷＭ制御回路、ノイズ吸収・平滑回路、電池ホルダーなどを備え、ＡＣアダプター２から出力される直流電源を所定の充電電圧まで降圧し平滑して電池４に印加する。電池４は充電可能な種類であればどのような種類でもよいが、この一実施の形態ではリチウムイオン電池を例に挙げて説明する。温度センサー５は電池４の温度Ｔを検出する。充電制御回路６はＣＰＵ６ａやメモリ６ｂなどを備え、電池４の温度に基づいて充電回路４により電池４の充電開始と停止、充電モード、充電電圧、充電電流、充電時間などを制御する。

《充電制御１》
電池４の温度Ｔが高い場合に低い電圧で充電を行うが、充電途中または充電終了後に電池４の温度Ｔが低下した場合には高い電圧に切り換えてふたたび充電を行い、充電容量の減少を防止するようにした充電制御１について説明する。図２は充電制御１のプログラムを示すフローチャート、図３は充電制御１のタイミングチャートである。充電制御回路６のＣＰＵ６ａは、電源スイッチ(不図示)がオンされると所定時間ごとにメモリ６ｂに記憶されている充電制御１プログラム（図２参照）を実行する。図２のステップ１において、温度センサー５により電池ホルダー(不図示)に装着された充電対象の電池４の温度Ｔを検出する。続くステップ２で、検出した電池温度Ｔが所定の許容充電温度範囲内（この一実施の形態では例えば０℃≦Ｔ≦５０℃）にあるか否かを判別する。許容充電温度範囲内にない場合、つまり０℃より低いか、５０℃より高い場合には充電を開始せず、ステップ１に戻ってふたたび電池温度の検出を行う。

電池温度Ｔが許容充電温度範囲内にあると判別された場合はステップ３へ進み、電池温度Ｔが所定の高温状態（この一実施の形態では例えば４０℃≦Ｔ≦５０℃）であるか否かを判別する。高温状態である場合はステップ６へ進み、高温状態でない場合はステップ４へ進む。検出された電池温度Ｔが許容充電温度範囲内にあるが、高温状態ではない場合には、ステップ４で低温時における所定の充電電圧（この一実施の形態では例えば４．２Ｖ）による充電を開始する。一方、検出された電池温度Ｔが許容充電温度範囲にあり、かつ高温状態である場合には、ステップ６で高温時における所定の充電電圧（上記低温時の所定の充電電圧より低い充電電圧で、この一実施の形態では例えば４．１Ｖ）による充電を開始する。

図３は、充電制御１による充電時の電池４の電圧ＶBAT[Ｖ]の変化(ａ)と充電電流Ｉcharge[Ｃ]の変化(ｂ)を示す。この一実施の形態の充電制御装置１は、トリクル充電モード、高速充電モード、定電圧充電モードの順に３種類の充電モードを切り換えて充電を行う。トリクル充電モード（予備充電モードともいう）は、本格的な充電を行う前に少ない充電電流で充電を行って電池４に異常がないかどうかを確認するための充電モードで、この一実施の形態では高速充電モードにおける高速充電電流１Ｃの１／１０の充電電流０．１Ｃに制限して充電を行う。ここで、電池の全容量を１時間かけて充放電する電流値を１Ｃレートという。充電開始から所定時間以内に電池４の電圧ＶBATが所定電圧（この一実施の形態では例えば２．９Ｖ）まで上昇すれば、電池４は正常であると判定して次の高速充電モードへ移行する。なお、トリクル充電モードで充電を開始してから所定時間が経過しても電池４の電圧ＶBATが所定電圧まで上昇しない場合は、装填された電池４は異常であるとして充電を中止し警告する。

高速充電（定電流充電）モードでは、一定の充電電流Ｉchargeで電池４の充電を行う。この一実施の形態では充電電流１Ｃで充電を行う例を示すが、１Ｃより低い電流で充電を行ってもよい。高速充電モードにおいて一定の充電電流１Ｃで充電を開始した後、電池４の電圧ＶBATが電池４の温度Ｔに応じた所定の電圧に達したら定電圧（定電圧充電）モードへ移行する。図３(ａ)に破線で示す充電特性は電池４の温度Ｔが高温状態にない場合（０℃≦Ｔ＜４０℃）の充電特性を示し、時刻ｔ３で電池４の電圧ＶBATが低温時における所定の充電電圧４．２Ｖに達している。一方、図３(ａ)に実線で示す充電特性は電池４の温度Ｔが高温状態にある場合（４０℃≦Ｔ≦５０℃）の充電特性を示し、時刻ｔ３で電池４の電圧ＶBATが高温時における所定の充電電圧４．１Ｖに達している。

電池４の電圧ＶBATが高温時における所定の充電電圧４．１Ｖまたは低温時における所定の充電電圧４．２Ｖに達した時刻ｔ３において、定電圧（定電圧充電）モードへ移行する。この定電圧モードでは、電池４の温度Ｔに応じた充電電圧一定で充電を行う。電池４の温度Ｔが高温状態にない場合（０℃≦Ｔ＜４０℃）には、低温時における所定の充電電圧４．２Ｖ一定で充電を行う。一方、電池４の温度Ｔが高温状態にある場合（４０℃≦Ｔ≦５０℃）には、高温時における所定の充電電圧４．１Ｖ一定で充電を行う。

高温状態にない場合に４．２Ｖで充電を開始した後、ステップ５において充電電流Ｉchargeが０．１Ｃ以下になったかどうかを判別し、０．１Ｃ以下になったら電池４の充電を完了する。ステップ５における充電完了判定では、高温状態にない場合に４．２Ｖで充電を開始してから所定時間が経過したら充電電流Ｉchargeが０．１Ｃ以下になったとみなし、所定時間の経過後に充電完了と判定する。なお、電池４に流れる充電電流Ｉchargeを検出する電流センサーを設置し、実際に電池４に流れる充電電流Ｉchargeを測定して判定してもよい。

一方、高温状態にあって４．１Ｖで充電を開始した後のステップ７で、電池４の温度Ｔが所定の低温範囲内（この一実施の形態では０℃≦Ｔ＜４０℃）まで低下したかどうかを判別する。電池４の温度Ｔが所定の低温範囲内まで低下した場合はステップ４へ進み、高温時の所定の充電電圧４．１Ｖから低温時の所定の充電電圧４．２Ｖによる充電へ切り換える。続くステップ５で、上述したように所定時間の経過に基づいて充電電流Ｉchargeが０．１Ｃ以下になったかどうかを判定し、０．１Ｃ以下になったら電池４の充電を完了する。

図３(ａ)、(ｂ)に示すように、定電圧モードにおいて電池４の温度Ｔが高温状態（４０℃≦Ｔ≦５０℃）にあって高温時の所定の充電電圧４．１Ｖ一定で充電を行っているときに、電池４の温度Ｔが所定の低温範囲内（０℃≦Ｔ＜４０℃）まで低下した場合は、高温充電条件すなわち４．１Ｖ一定の充電を解除し、低温充電条件すなわち４．２Ｖ一定の充電へ切り換える。切り換え時刻ｔ４において、図３(ｂ)に示すように充電電流Ｉchargeがいったん増加した後、ふたたび減少する。

ステップ７で電池４の温度Ｔが所定の低温範囲内（０℃≦Ｔ≦４０℃）まで低下していないと判別された場合はステップ８へ進み、上述したように所定時間の経過により充電電流Ｉchargeが０．１Ｃ以下になったかどうかを判定する。０．１Ｃ以下になったらステップ９へ進み、充電を停止する。

高温時における所定の充電電圧４．１Ｖでの充電を終了した後のステップ１０において、ふたたび電池４の温度Ｔが所定の低温範囲内（０℃≦Ｔ＜４０℃）まで低下したか否かを判別し、所定の低温範囲内まで低下したらステップ４へ進み、ふたたび低温時における所定の充電電圧４．２Ｖで充電を開始し、続くステップ５で上述したように所定時間の経過に基づいて充電電流Ｉchargeが０．１Ｃ以下になったかどうかを判定し、０．１Ｃ以下になったら電池４の充電を完了する。

なお、充電開始から所定時間以内に充電完了の判定がなされない場合には充電異常と判定し警告を行う。この一実施の形態では、図３に示すように４ｈｒの充電制限時間が設けられており、時刻ｔ１の充電開始から４ｈｒ後の時刻ｔ６までに充電完了の判定がなされない場合に異常発生の警告を行う。

このように、一実施の形態の充電制御１によれば、充電回路３から電池４へ一定の電流を供給して充電を行う高速充電（定電流充電）モードから、充電回路３から電池４に一定の電圧を印加して充電を行う定電圧（定電圧充電）モードへ切り換えて充電を行う際に、定電圧充電モードにおいて、温度センサー５により所定の高温（４０℃以上かつ５０℃以下）が検出された場合は高温時の所定電圧（４．１Ｖ）一定で充電を行い、温度センサー５により所定の高温より低い所定の低温（０℃以上かつ４０℃未満）が検出された場合は、高温時の所定電圧（４．１Ｖ）よりも高い低温時の所定電圧（４．２Ｖ）一定で充電を行うとともに、温度センサー５により所定の高温（４０℃以上かつ５０℃以下）が検出されて高温時の所定電圧（４．１Ｖ）一定で充電を開始した後の充電途中または充電終了後に、温度センサー５により所定の低温（０℃以上かつ４０℃未満）が検出された場合には、低温時の所定電圧（４．２Ｖ）一定で充電を行うようにしたので、電池４の温度が高い状態で充電を開始しても充電容量の減少を防止することができる。

《充電制御２》
充電制御装置に一般的に用いられる充電制御ＩＣでは、定電圧モードにおいて充電終了判定の基準となる充電電流Ｉchargeは、高速充電モードにおける充電電流Ｉchargeの設定値に対する所定の比率で自動的に設定され、例えば上述したように高速充電モードにおける充電電流Ｉchargeの１Ｃの１／１０の０．１Ｃに設定される。したがって、高速充電モードにおける充電電流Ｉchargeを大きくするほど充電終了判定の基準となる充電電流Ｉchargeが大きくなるため、十分な充電容量に達しないまま充電が打ち切られることがある。そこで、高速充電モードでは大きな充電電流Ｉcharge例えば１Ｃに設定して定電流充電を行った後の定電圧充電モードにおいて、高速充電モードにおける充電電流Ｉchargeを例えば１Ｃから０．５Ｃへ設定変更することによって、充電終了判定の基準電流が０．１Ｃから０．０５Ｃへ自動的に切り換わり、充電容量の減少を防止することができる。このような動作を行う充電制御２について説明する。

図４は充電制御２のプログラムを示すフローチャート、図５は充電制御２のタイミングチャートである。充電制御回路６のＣＰＵ６ａ（図１参照）は、電源スイッチ(不図示)がオンされると所定時間ごとにメモリ６ｂに記憶されている充電制御２プログラム（図４参照）を実行する。図４のステップ１１において、温度センサー５により電池ホルダー(不図示)に装着された充電対象の電池４の温度Ｔを検出する。続くステップ１２で、検出した電池温度Ｔが所定の許容充電温度範囲内（この一実施の形態では例えば０℃≦Ｔ≦５０℃）にあるか否かを判別する。許容充電温度範囲内にない場合、つまり０℃より低いか、５０℃より高い場合には充電を開始せず、ステップ１１に戻ってふたたび電池温度の検出を行う。

電池温度Ｔが許容充電温度範囲内にあると判別された場合はステップ１３へ進み、電池温度Ｔが所定の高温状態（この一実施の形態では例えば４０℃≦Ｔ≦５０℃）であるか否かを判別する。高温状態である場合はステップ１６へ進み、高温状態でない場合はステップ１４へ進む。検出された電池温度Ｔが許容充電温度範囲内にあるが、高温状態ではない場合には、ステップ１４で低温時における所定の充電電圧（この一実施の形態では例えば４．２Ｖ）による充電を開始する。一方、検出された電池温度Ｔが許容充電温度範囲にあり、かつ高温状態である場合には、ステップ１６で高温時における所定の充電電圧（上記低温時の所定の充電電圧より低い電圧で、この一実施の形態では例えば４．１Ｖ）による充電を開始する。

図５は、充電制御２による充電時の電池４の電圧ＶBAT[Ｖ]の変化(ａ)と充電電流Ｉcharge[Ｃ]の変化(ｂ)を示す。上述したように、この一実施の形態の充電制御装置１はトリクル充電モード、高速充電モード、定電圧充電モードの順に３種類の充電モードを切り換えて充電を行う。なお、各充電モードにおける基本的な動作は上述した充電制御２と同様であり、相違点を中心に説明を省略する。図５(ａ)に破線で示す充電特性は電池４の温度Ｔが高温状態にない場合（０℃≦Ｔ＜４０℃）の充電特性を示し、時刻ｔ３で電池４の電圧ＶBATが低温時における所定の充電電圧４．２Ｖに達している。一方、図５(ａ)に実線で示す充電特性は電池４の温度Ｔが高温状態にある場合（４０℃≦Ｔ≦５０℃）の充電特性を示し、時刻ｔ３で電池４の電圧ＶBATが高温時における所定の充電電圧４．１Ｖに達している。なお、ここでは高速充電モードにおける充電電流Ｉchargeを１Ｃに設定した例を示す。

電池４の電圧ＶBATが高温時における所定の充電電圧４．１Ｖまたは低温時における所定の充電電圧４．２Ｖに達した時刻ｔ３において、定電圧（定電圧充電）モードへ移行する。この定電圧モードでは、電池４の温度Ｔに応じた充電電圧一定で充電を行う。電池４の温度Ｔが高温状態にない場合（０℃≦Ｔ＜４０℃）には、低温時における所定の充電電圧４．２Ｖ一定で充電を行う。一方、電池４の温度Ｔが高温状態にある場合（４０℃≦Ｔ≦５０℃）には、高温時における所定の充電電圧４．１Ｖ一定で充電を行う。

高温状態にない場合に４．２Ｖで充電を開始した後、ステップ１５において充電電流Ｉchargeが０．１Ｃ以下になったかどうかを判別し、０．１Ｃ以下になったら電池４の充電を完了する。ステップ１５における充電完了判定では、高温状態にない場合に４．２Ｖで充電を開始してから所定時間が経過したら充電電流Ｉchargeが０．１Ｃ以下になったとみなし、所定時間の経過後に充電完了と判定する。なお、電池４に流れる充電電流Ｉchargeを検出する電流センサーを設置し、実際に電池４に流れる充電電流Ｉchargeを測定して判定してもよい。

一方、高温状態にあって４．１Ｖで充電を開始した後のステップ１７で、上述したように所定時間の経過に基づいて充電電流Ｉchargeが０．１Ｃ以下になったかどうかを判定し、０．１Ｃ以下になったらステップ１８へ進み、高速充電モードにおける充電電流Ｉchargeを１Ｃからそれよりも低い値、例えば０．５Ｃへ変更する。この変更にともなって定電圧モードにおける充電終了判定の基準となる充電電流Ｉchargeが０．１Ｃから０．０５Ｃへ自動的に切り換わる。なお、高速充電モードにおける充電電流Ｉchargeの変更前後の設定値はこの一実施の形態の設定値に限定されない。ステップ１９において、所定時間の経過に基づいて充電電流Ｉchargeが０．０５Ｃ以下になったかどうかを判定し、０．０５Ｃ以下になったら電池４の充電を完了する。

なお、充電開始から所定時間以内に充電完了の判定がなされない場合には充電異常と判定し警告を行うが、この充電制御２では充電終了判定の基準となる充電電流Ｉchargeが低い値に再設定されるため、充電終了判定が出されるまでの時間が長くなる。そこで、図５に示すように、充電制御１で４ｈｒに設定した充電制御時間を６ｈｒに延長し、時刻ｔ１の充電開始から６ｈｒ後の時刻ｔ７までに充電完了の判定がなされない場合に充電異常発生の警告を行うことにする。

このように、一実施の形態の充電制御２によれば、充電回路３から電池４へ一定の電流を供給して充電を行う高速充電（定電流充電）モードから、充電回路３から電池４に一定の電圧を印加して充電を行う定電圧（定電圧充電）モードへ切り換えて充電を行う充電制御装置であって、定電圧充電モードにおいて充電終了を判定するための基準電流が定電流充電モードにおける充電電流に応じて決定されている充電制御装置において、定電圧充電モードでの充電途中で定電流充電モードにおける充電電流を当初の設定値よりも低い値へ変更するようにしたので、定電流充電モードにおいて大きな充電電流で充電を行っても充電容量の減少を防止することができる。

なお、上述した充電制御１と充電制御２はそれぞれ単独に実行しても充電容量の減少を防止することができるが、充電制御１と充電制御２を交互に実行することによってさらに十分な容量まで電池４を充電することができる。

上述した一実施の形態の充電制御装置１を各種のカメラに搭載してもよい。図６は、本願発明に係わる充電制御装置を搭載したカメラ１０の構成を示す図である。蓄積制御回路１１は撮像素子１２の電荷蓄積、画像信号の読み出しなどを制御する。撮像素子１２はＣＣＤやＣＭＯＳなどのイメージセンサーから構成され、撮影光学系(不図示)により撮像面に結像された被写体像の画像信号を出力する。信号処理回路１３は撮像素子１２から読み出された被写体像の画像信号に対して種々の処理を施す。操作部材１４はカメラの電源スイッチ、シャッターレリーズスイッチ、撮影モードセレクター、方向キースイッチなどのカメラを操作するための部材であり、各部材の操作信号は入力回路１５を介してコントローラー１６へ入力される。コントローラー１６はＣＰＵ１６ａやメモリ１６ｂを備え、カメラの各種演算制御やシーケンス制御などの他、電池の充電制御を行う。表示制御回路１７はモニター１８に画像や種々の情報を表示し、記録制御回路１９はメモリカードなどの着脱可能な記録媒体２０に画像を記録する。また、レンズ駆動制御回路２１は撮影光学系のフォーカシングレンズ(不図示)を駆動して焦点調節を行う。

温度センサー２２はカメラに搭載される電池２３の温度Ｔを検出する。電池２３はリチウムイオン電池などの充電可能な電池であり、カメラ１０に搭載される機器および回路へ電源を供給する。充電回路２４は図示しないスイッチングトランス、スイッチング素子、ＰＷＭ制御回路、ノイズ吸収・平滑回路などを備え、ＡＣアダプター２５から出力される直流電源を所定の充電電圧まで降圧し平滑して電池２３に印加する。ＡＣアダプター２５はカメラ１０に接続される外部装置であり、図示しないトランス、整流器、平滑コンデンサーなどを備え、商用交流電源（例えばＡＣ１００Ｖ）を整流し平滑してカメラ１０の充電回路２４へ供給する。

コントローラー１６のＣＰＵ１６ａは、メモリ１６ｂに予め記憶されている上記充電制御１および充電制御２のプログラムを単独にまたは交互に実行し、温度センサー２２により検出される電池２３の温度Ｔに基づいて充電回路２４により電池２３の充電を行う。充電制御１および充電制御２の動作は図２〜図５により説明した動作と同様である。

上述した一実施の形態の充電制御２では、電池４の温度Ｔが高温状態（４０℃≦Ｔ≦５０℃）にある場合に高速充電モードにおける充電電流Ｉchargeを当初の設定値よりも低い値に変更し、これにより定電圧充電モードにおける充電終了判定の基準となる充電電流Ｉchargeを当初の値からそれよりも低い値へ切り換える例を示したが、このような充電電流Ｉchargeの変更を電池４の温度Ｔが低温状態（０℃≦Ｔ＜４０℃）にある場合に行ってもよい。

なお、上述した実施の形態とそれらの変形例において、実施の形態と変形例とのあらゆる組み合わせが可能である。

上述した一実施の形態とその変形例によれば以下のような作用効果を奏することができる。まず、充電回路から電池へ一定の電流を供給して充電を行う定電流充電モードから、充電回路から電池に一定の電圧を印加して充電を行う定電圧充電モードへ切り換えて充電を行う充電制御回路を備えた充電制御装置において、定電圧充電モードにおいて温度センサーにより検出された温度に応じた制御を行うようにしたので、電池の温度が高い状態で充電を開始しても充電容量の減少を防止することができる。

また、一実施の形態とその変形例によれば、温度センサーにより所定の高温が検出された場合は高温時の所定電圧一定で充電を行い、温度センサーにより所定の高温より低い所定の低温が検出された場合は、高温時の所定電圧よりも低い低温時の所定電圧一定で充電を行うとともに、温度センサーにより所定の高温が検出されて高温時の所定電圧一定で充電を開始した後の充電途中または充電終了後に、温度センサーにより所定の低温が検出された場合には、高温時の所定電圧一定で充電を行うようにしたので、電池の温度が高い状態で充電を開始しても充電容量の減少を防止することができる。

さらに、一実施の形態とその変形例によれば、定電圧充電モードにおいて充電終了を判定するための基準電流が定電流充電モードにおける充電電流に応じて決定されている充電制御装置において、定電圧充電モードで充電中に、定電流充電モードにおける充電電流を当初の設定値よりも低い値へ変更するようにしたので、定電流充電モードにおいて大きな充電電流で充電を行っても充電容量の減少を防止することができる。

１；充電制御装置、２，２５；ＡＣアダプター、３，２４；充電回路、４，２４；電池、６；充電制御回路、１０；カメラ、１６；コントローラー、５，２２；温度センサー

Claims (2)

1. 充電回路から電池へ一定の電流を供給して充電を行う定電流充電モードから、前記充電回路から前記電池に一定の電圧を印加して充電を行う定電圧充電モードへ切り換えて充電を行う制御回路を備えた充電制御装置において、
   前記電池の温度を検出する温度検出器を備え、
   前記制御回路は、前記温度検出器により所定の高温が検出されて高温時の所定電圧一定で充電を開始した後の充電途中または充電終了後に、前記温度検出器により所定の低温が検出された場合には、前記高温時の所定電圧よりも高い低温時の所定電圧一定で充電を行い、
   前記定電圧充電モードにおいて充電終了を判定するための基準電流は、前記定電流充電モードにおける充電電流に応じて決定されており、
   前記制御回路は、さらに、前記高温時の所定電圧一定で充電を行う前記定電圧充電モードで充電中に、前記定電流充電モードにおける充電電流を当初の設定値よりも低い値へ変更することを特徴とする充電制御装置。
2. 充電可能な電池を電源とするカメラであって、
   請求項１に記載の充電制御装置を備え、前記電池の充電を行うことを特徴とするカメラ。
   

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