JP6756754B2 - 充電制御装置、充電システム及び充電制御方法 - Google Patents
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Description
本発明は、充電制御装置、充電システム及び充電制御方法に関する。
図１は、従来の充電システムの構成の一例を示す図である。充電システム１０００は、交流電力を直流電力に変換して出力するＡＣアダプタ３００と、リチウムイオン電池等の二次電池２００と、ＡＣアダプタ３００から出力される直流電力に基づいて二次電池２００の充電を制御する充電制御装置１００とを備える。
充電制御装置１００がリニア充電方式で二次電池２００をＣＣ（Constant Current）充電又はＣＶ（Constant Voltage）充電する場合、充電制御装置１００の消費電力は、ΔＶ×Ｉｃが大半を占める。ΔＶは、ＡＣアダプタ３００から充電制御装置１００に入力される入力電圧と充電制御装置１００から二次電池２００に出力される出力電圧との電位差を表す。Ｉｃは、充電制御装置１００から二次電池２００に出力される充電電流を表す。
なお、二次電池の充電を制御する先行技術文献として、例えば特許文献１，２，３が挙げられる。
しかしながら、従来の技術では、充電時間を短くするために比較的大きな電流で二次電池をリニア充電方式で充電すると、充電制御装置の消費電力が過大になるおそれがある。例えば図１，２に示されるように、ＡＣアダプタ３００の出力電圧5.0Vを降圧して電池電圧が3.0Vの二次電池２００を充電する場合、充電時間を短くするために、充電電流を比較的大きな1.0Aに設定すると、充電制御装置１００の消費電力は約2.0Wとなる。この消費電力値は、ＩＣ（Integrated Circuit）の実装時の許容損失を超える場合がある。
そこで、本開示は、比較的大きな電流で二次電池を充電しても充電制御装置の消費電力を抑制できる技術を提供する。
本開示は、
外部電源のカレントリミット機能を利用して二次電池の充電を制御する充電制御装置であって、
前記外部電源と前記二次電池との間に直列に接続されるように配置される充電制御素子と、
前記充電制御素子の出力電流を一定に制御する定電流制御部と、
前記充電制御素子の出力電圧を一定に制御する定電圧制御部と、
前記二次電池の電圧を監視して、前記充電制御素子をオン状態に設定するオン状態設定部と、
所定の満充電検出電流よりも低い電流が検出された場合、前記充電制御素子の動作を停止させる満充電検出部と、を有し、
前記オン状態設定部は、
所定の再充電検出電圧よりも低い前記二次電池の電圧が前記二次電池の電圧の下降時に検出された場合、前記充電制御素子をオン状態に設定し、
前記再充電検出電圧よりも高く設定された解除電圧以上の前記二次電池の電圧が前記二次電池の電圧の上昇時に検出された場合、前記充電制御素子のオン状態の設定を解除し、
前記満充電検出部により満充電が検出された後に、前記再充電検出電圧よりも低い前記二次電池の電圧が検出された場合、前記二次電池の電圧が放電により低下したと判断し、再度、前記充電制御素子を充電動作状態に設定し、
前記満充電を検出してから、前記再充電検出電圧よりも低い前記二次電池の電圧が検出されるまで、前記充電制御素子のオン状態の設定が解除された状態であり、
前記充電制御素子は、前記出力電流及び前記出力電圧を制御する制御信号が入力される制御端子を有し、単一の出力素子で構成されている、充電制御装置を提供する。
外部電源のカレントリミット機能を利用して二次電池の充電を制御する充電制御装置であって、
前記外部電源と前記二次電池との間に直列に接続されるように配置される充電制御素子と、
前記充電制御素子の出力電流を一定に制御する定電流制御部と、
前記充電制御素子の出力電圧を一定に制御する定電圧制御部と、
前記二次電池の電圧を監視して、前記充電制御素子をオン状態に設定するオン状態設定部と、
所定の満充電検出電流よりも低い電流が検出された場合、前記充電制御素子の動作を停止させる満充電検出部と、を有し、
前記オン状態設定部は、
所定の再充電検出電圧よりも低い前記二次電池の電圧が前記二次電池の電圧の下降時に検出された場合、前記充電制御素子をオン状態に設定し、
前記再充電検出電圧よりも高く設定された解除電圧以上の前記二次電池の電圧が前記二次電池の電圧の上昇時に検出された場合、前記充電制御素子のオン状態の設定を解除し、
前記満充電検出部により満充電が検出された後に、前記再充電検出電圧よりも低い前記二次電池の電圧が検出された場合、前記二次電池の電圧が放電により低下したと判断し、再度、前記充電制御素子を充電動作状態に設定し、
前記満充電を検出してから、前記再充電検出電圧よりも低い前記二次電池の電圧が検出されるまで、前記充電制御素子のオン状態の設定が解除された状態であり、
前記充電制御素子は、前記出力電流及び前記出力電圧を制御する制御信号が入力される制御端子を有し、単一の出力素子で構成されている、充電制御装置を提供する。
また、本開示は、
二次電池と、
カレントリミット機能を備える外部電源と、
前記カレントリミット機能を利用して前記二次電池の充電を制御する充電制御装置とを備える充電システムであって、
前記充電制御装置は、
前記外部電源と前記二次電池との間に直列に接続される充電制御素子と、
前記充電制御素子の出力電流を一定に制御する定電流制御部と、
前記充電制御素子の出力電圧を一定に制御する定電圧制御部と、
前記二次電池の電圧を監視して、前記充電制御素子をオン状態に設定するオン状態設定部と、
所定の満充電検出電流よりも低い電流が検出された場合、前記充電制御素子の動作を停止させる満充電検出部と、を有し、
前記オン状態設定部は、
所定の再充電検出電圧よりも低い前記二次電池の電圧が前記二次電池の電圧の下降時に検出された場合、前記充電制御素子をオン状態に設定し、
前記再充電検出電圧よりも高く設定された解除電圧以上の前記二次電池の電圧が前記二次電池の電圧の上昇時に検出された場合、前記充電制御素子のオン状態の設定を解除し、
前記満充電検出部により満充電が検出された後に、前記再充電検出電圧よりも低い前記二次電池の電圧が検出された場合、前記二次電池の電圧が放電により低下したと判断し、再度、前記充電制御素子を充電動作状態に設定し、
前記満充電を検出してから、前記再充電検出電圧よりも低い前記二次電池の電圧が検出されるまで、前記充電制御素子のオン状態の設定が解除された状態であり、
前記充電制御素子は、前記出力電流及び前記出力電圧を制御する制御信号が入力される制御端子を有し、単一の出力素子で構成されている、充電システムを提供する。
二次電池と、
カレントリミット機能を備える外部電源と、
前記カレントリミット機能を利用して前記二次電池の充電を制御する充電制御装置とを備える充電システムであって、
前記充電制御装置は、
前記外部電源と前記二次電池との間に直列に接続される充電制御素子と、
前記充電制御素子の出力電流を一定に制御する定電流制御部と、
前記充電制御素子の出力電圧を一定に制御する定電圧制御部と、
前記二次電池の電圧を監視して、前記充電制御素子をオン状態に設定するオン状態設定部と、
所定の満充電検出電流よりも低い電流が検出された場合、前記充電制御素子の動作を停止させる満充電検出部と、を有し、
前記オン状態設定部は、
所定の再充電検出電圧よりも低い前記二次電池の電圧が前記二次電池の電圧の下降時に検出された場合、前記充電制御素子をオン状態に設定し、
前記再充電検出電圧よりも高く設定された解除電圧以上の前記二次電池の電圧が前記二次電池の電圧の上昇時に検出された場合、前記充電制御素子のオン状態の設定を解除し、
前記満充電検出部により満充電が検出された後に、前記再充電検出電圧よりも低い前記二次電池の電圧が検出された場合、前記二次電池の電圧が放電により低下したと判断し、再度、前記充電制御素子を充電動作状態に設定し、
前記満充電を検出してから、前記再充電検出電圧よりも低い前記二次電池の電圧が検出されるまで、前記充電制御素子のオン状態の設定が解除された状態であり、
前記充電制御素子は、前記出力電流及び前記出力電圧を制御する制御信号が入力される制御端子を有し、単一の出力素子で構成されている、充電システムを提供する。
また、本開示は、
外部電源のカレントリミット機能を利用して二次電池の充電を制御する充電制御方法であって、
前記外部電源と前記二次電池との間に直列に接続されるように配置される充電制御素子の出力電流を一定に制御し、
前記充電制御素子の出力電圧を一定に制御し、
前記二次電池の電圧を監視して、前記充電制御素子をオン状態に設定し、
前記二次電池の満充電が検出された場合、前記充電制御素子の動作を停止させ、
所定の再充電検出電圧よりも低い前記二次電池の電圧が前記二次電池の電圧の下降時に検出された場合、前記充電制御素子をオン状態に設定し、
前記再充電検出電圧よりも高く設定された解除電圧以上の前記二次電池の電圧が前記二次電池の電圧の上昇時に検出された場合、前記充電制御素子のオン状態の設定を解除し、
前記満充電が検出された後に、前記再充電検出電圧よりも低い前記二次電池の電圧が検出された場合、前記二次電池の電圧が放電により低下したと判断し、再度、前記充電制御素子を充電動作状態に設定し、
前記満充電を検出してから、前記再充電検出電圧よりも低い前記二次電池の電圧が検出されるまで、前記充電制御素子のオン状態の設定が解除された状態であり、
前記充電制御素子は、前記出力電流及び前記出力電圧を制御する制御信号が入力される制御端子を有し、単一の出力素子で構成されている、充電制御方法を提供する。
外部電源のカレントリミット機能を利用して二次電池の充電を制御する充電制御方法であって、
前記外部電源と前記二次電池との間に直列に接続されるように配置される充電制御素子の出力電流を一定に制御し、
前記充電制御素子の出力電圧を一定に制御し、
前記二次電池の電圧を監視して、前記充電制御素子をオン状態に設定し、
前記二次電池の満充電が検出された場合、前記充電制御素子の動作を停止させ、
所定の再充電検出電圧よりも低い前記二次電池の電圧が前記二次電池の電圧の下降時に検出された場合、前記充電制御素子をオン状態に設定し、
前記再充電検出電圧よりも高く設定された解除電圧以上の前記二次電池の電圧が前記二次電池の電圧の上昇時に検出された場合、前記充電制御素子のオン状態の設定を解除し、
前記満充電が検出された後に、前記再充電検出電圧よりも低い前記二次電池の電圧が検出された場合、前記二次電池の電圧が放電により低下したと判断し、再度、前記充電制御素子を充電動作状態に設定し、
前記満充電を検出してから、前記再充電検出電圧よりも低い前記二次電池の電圧が検出されるまで、前記充電制御素子のオン状態の設定が解除された状態であり、
前記充電制御素子は、前記出力電流及び前記出力電圧を制御する制御信号が入力される制御端子を有し、単一の出力素子で構成されている、充電制御方法を提供する。
本開示によれば、比較的大きな電流で二次電池を充電しても充電制御装置の消費電力を抑制することができる。
以下、本開示の実施形態を図面に従って説明する。最初に、ＡＣアダプタ等の外部電源の出力特性のバリエーションについて説明する。
図３は、ＡＣアダプタ等の外部電源の出力特性のバリエーションを示す図である。ＡＣアダプタ等の外部電源の出力特性には、Ａ，Ｂ，Ｃのような種類が存在する。これらのような出力特性を有する外部電源では、出力電流がカレントリミットＩｌに達すると、出力電流を制限する過電流保護機能が働く。
出力特性Ａは、出力電圧が所定の電圧値のときに出力電流が所定の電流値（カレントリミットＩｌ）を超えて流れようとすると、出力電流が一定の電流値（カレントリミットＩｌ）のまま出力電圧が低下する垂下特性を示す。出力特性Ｂは、出力電圧が所定の電圧値のときに出力電流が所定の電流値（カレントリミットＩｌ）を超えて流れようとすると、出力電圧が出力電流とともに低下するフの字特性（フォールドバック特性）を示す。出力特性Ｃは、出力電圧が所定の電圧値のときに出力電流が或る電流値（カレントリミットＩｌの下限値）を超えて流れると、出力電流を流せるだけ流しながら出力電圧が低下する特性を示す。
このように、どの出力特性を有する外部電源も、カレントリミットＩｌ（の下限値）以上の電流が外部電源の出力側の負荷に引っ張られると、出力電圧が低下するカレントリミット機能を有する。なお、「カレントリミット機能」には、カレントリミットを意図的に（設計的に）設けていなくても、回路構成上、出力電流が或る電流値を超えて流れると出力電圧が低下する場合（例えば、出力特性Ｃのような場合）も含まれる。
そこで、図４に示される本実施形態における充電制御装置１０１は、ＡＣアダプタ等の外部電源３０１が有するカレントリミット機能を利用して、自身に入力される入力電圧（外部電源３０１の出力電圧）を、図５のように電池電圧に追従させる。これにより、比較的大きな充電電流で二次電池２０１を充電しても、充電制御装置１０１の消費電力を低減できる。
具体的には、充電制御装置１０１は、外部電源３０１と二次電池２０１との間に直列に接続される充電制御トランジスタを備え、当該充電制御トランジスタをオンさせる動作モード（ダイレクトモード）で動作する。これにより、外部電源３０１と二次電池２０１とは、低抵抗（つまり、充電制御トランジスタのオン抵抗）で接続されるので、外部電源３０１に予め設定されたカレントリミットまで充電電流を外部電源３０１から引き出すことが可能となる。このとき、二次電池２０１を充電する際の充電電流の仕様上の上限値は、外部電源３０１のカレントリミットの値を超えている必要があるため、外部電源３０１の出力電流能力と二次電池２０１の充電仕様との整合性を予めとっておく必要がある。
理想的には、所定の一定の電流能力を備えた専用の外部電源を使用して二次電池を充電することが望ましい。しかしながら、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）コネクタが採用されると、市場では、専用の外部電源とは異なる仕様の外部電源が充電制御装置１０１の入力側に接続される場合も想定される。そのため、充電制御装置１０１は、保護機能として、入力電流が規定値を超えると出力電流を制限する電流制限機能を備えてもよいし、温度が規定値を超えると出力電流を制限する温度制限機能を備えてもよい。
次に、図４，５を参照して、本実施形態における充電システム１００１の構成及び充電動作について説明する。
図４は、本実施形態における充電システムの構成の一例を示す図である。図４に示される充電システム１００１は、ＡＣアダプタ等の外部電源３０１と、リチウムイオン電池等の二次電池２０１と、外部電源３０１から出力される直流電力に基づいて二次電池２０１の充電を制御する充電制御装置１０１とを備える。
充電制御装置１０１は、所定の電流値でカレントリミットがかかる外部電源３０１を使用して、外部電源３０１と二次電池２０１との間に直列に接続される充電制御トランジスタをオンさせた状態で二次電池２０１を急速に充電するダイレクトモードで動作する。充電制御装置１０１がダイレクトモードで二次電池２０１を充電する場合、外部電源３０１のカレントリミット機能が働く。カレントリミット機能が働いた状態では、外部電源３０１の出力電流（充電電流）は、カレントリミットＩｌに上昇する一方で、外部電源３０１から出力される出力電圧は、二次電池２０１の電池電圧よりも僅かに高い電圧まで低下する。つまり、充電制御装置１０１がダイレクトモードで二次電池２０１を充電する場合、充電制御トランジスタを内蔵する充電制御装置１０１の入出力間の電圧ΔＶ（つまり、外部電源３０１の出力電圧と二次電池２０１の電池電圧との差）は、図５のように、減少する。ΔＶは、充電電流のカレントリミットＩｌの値と充電制御トランジスタのオン抵抗の値との積（つまり、充電制御トランジスタのオン抵抗の電圧降下分）に相当する。
例えば、1.0Aでカレントリミットがかかる外部電源３０１を使用して、オン抵抗が300mΩの充電制御トランジスタを内蔵する充電制御装置１０１がダイレクトモードで二次電池２０１を充電する場合、充電制御装置１０１の消費電力は300mWとなる。この消費電力は、充電電流が同じ1.0Aであっても、図１，２の従来例に比べて非常に小さく、一般的に、実装状態のＩＣの許容損失を超えない値であることが多い。
ダイレクトモードを利用するリニア充電方式で生ずる消費電力は、充電制御トランジスタのオン抵抗に依存するため、流れる充電電流は増えるが、充電制御装置１０１の入出力間の電圧は、少なくなる。したがって、充電制御トランジスタのオン抵抗が小さいほど、充電制御装置１０１の消費電力を抑制することができる。
次に、本実施形態における充電システム１００１の構成及び充電制御動作についてより詳細に説明する。
図６は、本実施形態における充電システムの構成の一例をより詳細に示す図である。充電システム１００１は、外部電源３０１と、二次電池２０１と、充電制御装置１０１とを備える。
外部電源３０１は、直流電力又は交流電力に基づいて直流電力を出力するデバイスである。外部電源３０１の具体例として、ＵＳＢ装置、ＡＣアダプタなどが挙げられる。
二次電池２０１は、充電可能な電池である。二次電池２０１の具体例として、リチウムイオン電池が挙げられるが、これに限られない。
充電制御装置１０１は、外部電源３０１のカレントリミット機能を利用して二次電池２０１の充電を制御する集積回路（ＩＣ）である。充電制御装置１０１は、電流検出回路１０、充電制御回路２０、電流制限回路３０、定電流制御回路４０、ダイレクト制御回路５０、定電圧制御回路６０、満充電検出回路７０及び再充電検出回路８０を備える。
電流検出回路１０は、外部電源３０１から充電制御装置１０１に入力される入力電流の電流値を検出し、その検出結果を、電流制限回路３０、定電流制御回路４０及び満充電検出回路７０に向けて出力する。電流検出回路１０は、外部電源３０１と充電制御回路２０との間に直列に接続されるように配置されている。
図７は、電流検出回路１０の構成の一例を示す図である。ａ，ｂ，ｃは、図６と図７との間で対応する箇所を示す。電流検出回路１０は、充電電流が流れるトランジスタ１１と、サイズがトランジスタ１１よりも小さなトランジスタ１２と、トランジスタ１１，１２の各ゲートを制御するゲート制御回路１３と、トランジスタ１２に接続される抵抗１４とを有する。トランジスタ１１，１２は、例えば、Ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）である。トランジスタ１１，１２は、カレントミラーを構成する。ゲート制御回路１３は、ダイレクトモード時はトランジスタ１１，１２を完全にオンにするが、この他に、通常の充電時は飽和領域（オン抵抗が高い状態）でトランジスタ１１，１２を動作させる。
トランジスタ１１とトランジスタ１２とのサイズ比（ミラー比）がＮ：１である場合（Ｎは１よりも大きな正数）、外部電源３０１からトランジスタ１１に流れる充電電流のＮ分の１倍された電流がトランジスタ１２から出力される。トランジスタ１２から出力された電流は、抵抗１４により電圧に変換される。つまり、図７に示される電流検出回路１０は、外部電源３０１から充電制御回路２０に入力される充電電流の電流値に対応する電流検出電圧を出力する。
図８は、充電制御回路２０の構成の一例を示す図である。ｂ，ｄ，ｅは、図６と図８との間で対応する箇所を示す。充電制御回路２０は、充電制御トランジスタ２１と、逆流防止回路２２とを有する。
充電制御トランジスタ２１は、外部電源３０１と二次電池２０１との間に直列に接続されるように配置される充電制御素子の一例であり、単一の出力素子で構成されている。充電制御トランジスタ２１の具体例として、Ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴが挙げられる。充電制御トランジスタ２１は、Ｐチャネル型の場合、ソースが外部電源３０１側に接続され、ドレインが二次電池２０１側に接続され、ゲートがスイッチ９３（図６参照）を介してグランドに接続される。充電制御トランジスタ２１のゲートは、充電制御トランジスタ２１の出力電流及び出力電圧を制御する制御信号が入力される制御端子である。
逆流防止回路２２は、二次電池２０１から充電制御トランジスタ２１を経由して外部電源３０１に向けて電流が流れることを防止する。逆流防止回路２２は、符号ｂ側の入力電圧よりも符号ｄ側の出力電圧の方が高くなる直前に、充電制御トランジスタ２１をオフ状態にして、逆流を防止するように構成されている（例えば、上掲の特許文献３参照）。「符号ｂ側の入力電圧よりも符号ｄ側の出力電圧の方が高くなる直前に」とは、例えば、「符号ｂ側の入力電圧と符号ｄ側の出力電圧との差が３０ｍＶまで近づいたとき」などである。
図６において、充電制御装置１０１は、定電流モードと定電圧モードとダイレクトモードとの少なくとも３つの充電モードを有し、各充電モードで二次電池２０１を充電する充電電流を、充電制御回路２０内の単一の充電制御トランジスタ２１から出力する。別々の充電モードで使用する充電電流を、別々のトランジスタから出力するのではなく、単一の充電制御トランジスタ２１から出力するので、充電制御装置１０１の小型化が可能となる。
定電流モードは、外部電源３０１から二次電池２０１へ一定の充電電流を流す充電モードであり、定電流制御回路４０により制御される。定電圧モードは、二次電池２０１の電池電圧が一定の電圧（定電圧制御電圧）を超えて上昇しないように充電電流を抑制する充電モードであり、定電圧制御回路６０により制御される。ダイレクトモードは、充電制御トランジスタ２１をオン状態にすることで、外部電源３０１のカレントリミット機能を利用して二次電池２０１を急速に充電する充電電流を流す充電モードであり、ダイレクト制御回路５０により制御される。
定電流制御回路４０は、充電制御トランジスタ２１の出力電流を一定の定電流目標値に制御する定電流制御を行う定電流制御部の一例であり、二次電池２０１を定電流（すなわち、一定の定電流目標値）で充電するＣＣ充電を制御する。例えば、定電流制御回路４０は、充電制御トランジスタ２１のドレインから二次電池２０１に出力される出力電流が一定の定電流目標値に一致するように、電流検出回路１０により検出される充電電流値に基づいて充電制御トランジスタ２１のゲート電圧を調整する。つまり、定電流制御回路４０は、充電制御トランジスタ２１の出力電流を制御する制御信号を充電制御トランジスタ２１にゲートに供給する。
定電圧制御回路６０は、充電制御トランジスタ２１の出力電圧を一定の定電圧制御電圧に制御する定電圧制御を行う定電圧制御部の一例であり、二次電池２０１を定電圧（すなわち、一定の定電圧制御電圧）で充電するＣＶ充電を制御する。例えば、定電圧制御回路６０は、充電制御トランジスタ２１のドレインから出力される出力電圧が一定の定電圧制御電圧に一致するように、充電制御トランジスタ２１のドレインから検出される出力電圧に基づいて充電制御トランジスタ２１のゲート電圧を調整する。つまり、定電圧制御回路６０は、充電制御トランジスタ２１の出力電圧を制御する制御信号を充電制御トランジスタ２１にゲートに供給する。なお、充電制御トランジスタ２１のドレインから検出される出力電圧は、二次電池２０１の電池電圧に略等しい。
定電流制御回路４０による定電流制御の帰還ループと定電圧制御回路６０による定電圧制御の帰還ループは、同時に動作しており、配線インピーダンスなどに依存して、自動的に切り替わる。具体的には、定電流制御と定電圧制御とが同時に実行されるのではなく、常にどちらか一方が実行される。
電流制限回路３０は、電流検出回路１０により検出される充電電流値が所定の過電流検出値よりも大きいか否かを判定し、充電電流が所定の過電流検出値よりも大きいことが検出された場合、充電電流が過大であることを表す過電流検出信号を出力する。過電流検出信号は、論理和回路９１を介して、ダイレクト制御回路５０に入力される。過電流検出値は、定電流目標値よりも高く設定されるため、定電流制御回路４０が充電制御トランジスタ２１の出力電流を定電流に制御する定電流モード中では、過電流検出信号は出力されない。
ダイレクト制御回路５０は、充電制御トランジスタ２１をオン状態に設定するオン状態設定部の一例であり、外部電源３０１のカレントリミット機能を利用して二次電池２０１をダイレクトモードで充電する制御を行う。例えば、ダイレクト制御回路５０は、スイッチ９３をオン状態にすることによって、充電制御トランジスタ２１をオン状態に設定する。
ダイレクト制御回路５０は、例えば、充電制御装置１０１の外部からの信号に基づいて、充電制御トランジスタ２１のオン状態の設定を制御する。これにより、二次電池２０１の充電モードをダイレクトモードに設定するか否かを切り替えできる。充電制御装置１０１の外部とは、例えば、二次電池２０１から電力供給を受ける機器（具体的には、携帯端末装置や電動工具など）である。なお、ダイレクト制御回路５０は、二次電池２０１の電池電圧（充電制御トランジスタ２１の出力電圧）が所定のダイレクトモード突入電圧以上で所定のダイレクトモード解除電圧未満と検出された場合、充電モードをダイレクトモードに設定してもよい。
ダイレクト制御回路５０は、ダイレクトモードにおいて、電流制限回路３０による過電流検出信号が検出された場合、ダイレクトモードを解除するため、スイッチ９３をオフにしスイッチ９２をオンにする。これにより、定電流制御回路４０によるＣＣ充電が実行される。これにより、電流出力能力が想定よりも高い外部電源３０１が誤って接続されても、充電電流はＣＣ充電の一定の定電流目標値を上限に制限されるので、充電制御装置１０１が故障することを防止することができる。その他、二次電池２０１へ定格以上の電流を流し込むことを防止し、二次電池２０１の故障も防止できる。
満充電検出回路７０は、二次電池２０１の満充電を検出する回路である。例えば、満充電検出回路７０は、所定の満充電検出電流よりも低い充電電流が電流検出回路１０により検出された場合、二次電池２０１の満充電が検出されたことを表す満充電検出信号を出力する。満充電検出回路７０は、例えば、満充電検出信号を表すハイレベルの信号を、論理和回路９４を介して、充電制御回路２０に出力する。これにより、充電制御回路２０内のＰチャネル型の充電制御トランジスタ２１のゲートはオフし、充電制御トランジスタ２１から二次電池２０１への充電電流の出力が停止する。
再充電検出回路８０は、満充電検出回路７０により満充電が検出された後も、外部電源３０１が接続されていれば、二次電池２０１の電池電圧を常に監視している。再充電検出回路８０は、所定の再充電検出電圧よりも小さい電池電圧が検出された場合、二次電池２０１の電池電圧が放電により低下したと判断し、再度、ＣＣ充電又はＣＶ充電を開始させる。
図９は、本実施形態における充電システムで行われる充電制御方法の一例を示すフローチャートである。図５，６等を参照して、図９に示される方法について説明する。
ステップＳ１１にて、ＡＣアダプタ又はＵＳＢ装置等の外部電源３０１が、充電制御装置１０１に接続される。
ステップＳ１３にて、定電圧制御回路６０は、二次電池２０１の電池電圧が定電圧制御電圧Ｖｃｖ（図５参照。例えば、４．２Ｖ）よりも低いか否かを検出する。定電圧制御電力よりも低い電池電圧が検出された場合、ステップＳ１５にて、定電流制御回路４０は、二次電池２０１を定電流モードでＣＣ充電する（図５の時刻ｔ３以前の期間）。
ステップＳ１７にて、ダイレクト制御回路５０は、ダイレクトモードオン信号が入力されているか否かを判定する。ダイレクトモードオン信号の入力が論理和回路９１により検出されない場合、ステップＳ１３の処理が実行される。一方、ダイレクトモードオン信号の入力が論理和回路９１により検出された場合、ダイレクト制御回路５０は、スイッチ９３をオンしてスイッチ９２をオフする。これにより、充電制御トランジスタ２１はオン状態に設定されるので、充電電流はカレントリミットＩｌまで上昇する一方、外部電源３０１の出力電圧は、電池電圧よりも僅かに大きな電圧まで低下する（図５の時刻ｔ１）。
ステップＳ１９にて、再充電検出回路８０は、二次電池２０１の電池電圧がダイレクトモード解除電圧Ｖｄｍ（図５参照。例えば、４．１Ｖ）よりも低いか否かを検出する。ダイレクトモード解除電圧Ｖｄｍよりも低い電池電圧が再充電検出回路８０により検出された場合、ステップＳ２１にて、ダイレクトモードでの充電が行われる（図５の時刻ｔ１からｔ２までの期間）。
一方、再充電検出回路８０は、ダイレクトモード解除電圧Ｖｄｍ以上の電池電圧が検出された場合、電池電圧がダイレクトモード解除電圧Ｖｄｍ以上であることを表す解除指令信号を出力する。ダイレクト制御回路５０は、解除指令信号を論理和回路９１により受信すると、スイッチ９２をオンにするとともにスイッチ９３をオフにする。スイッチ９３がオフとなることにより、充電制御回路２０の充電制御トランジスタ２１のオン状態の設定は解除される。スイッチ９２がオンとなることにより、定電流制御回路４０は、充電制御トランジスタ２１の出力電流が定電流になるように充電制御トランジスタ２１のゲートを制御する。これにより、ステップＳ１５にて、定電流制御回路４０は、二次電池２０１を定電流モードでＣＣ充電する（図５の時刻ｔ２からｔ３までの期間）。
一方、ステップＳ１３にて、定電圧制御回路６０は、電池電圧が定電圧制御電圧Ｖｃｖ以上であることが検出された場合、二次電池２０１が充電制御回路２０から出力される定電圧で充電されるように充電制御回路２０を制御する（ステップＳ２３）。つまり、定電圧制御回路６０は、二次電池２０１をＣＶ充電する（図５の時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間）。
ここで、図５に示されるように、ダイレクトモードからＣＶ充電にすぐに遷移させずに、ダイレクトモードからＣＣ充電を経由してＣＶ充電に遷移させている。ＣＣ充電を経由することで、充電電流がカレントリミットＩｌから一旦低下する。よって、電池電圧が比較的高い状態において比較的高い充電電流（カレントリミットＩｌ）で二次電池２０１が充電されることを防止することができ、二次電池２０１の劣化を防止することができる。
ステップＳ２５にて、満充電検出回路７０は、充電電流が所定の満充電検出電流Ｉｍｉｎ（図５参照）よりも低いか否かを検出する。満充電検出電流Ｉｍｉｎ以上の充電電流が満充電検出回路７０により検出されているとき、定電圧制御回路６０による定電圧充電は継続する。一方、満充電検出電流Ｉｍｉｎ未満の充電電流が満充電検出回路７０により検出された場合、満充電検出回路７０は、満充電検出電流Ｉｍｉｎ未満の充電電流を検出したことを表す満充電検出信号を出力する（ステップＳ２７）。満充電検出信号の出力により、充電制御トランジスタ２１はオフとなり、二次電池２０１の充電は停止する。
ステップＳ２９にて、電池電圧が再充電検出電圧よりも低いか否かが検出される。再充電検出電圧は、ダイレクトモード解除電圧Ｖｄｍよりも低い電圧（例えば、３．９Ｖ）に設定される。再充電検出電圧以上の電池電圧が再充電検出回路８０により検出されているとき、満充電状態が継続している。一方、再充電検出回路８０は、再充電検出電圧未満の電池電圧を検出した場合、再充電検出電圧未満の電池電圧を検出したことを表す再充電検出信号を出力する。定電流制御回路４０は、二次電池２０１をＣＣ充電する（ステップＳ１５）。
図１０は、本実施形態における充電システムの変形例を示す図である。充電制御装置に汎用性を持たせるため、ダイレクトモードによりオンする充電制御トランジスタ２１は、充電制御装置１０２の外部に設けられてもよい。充電制御装置１０２の構成は、充電制御トランジスタ２１が外付けされている点を除いて、充電制御装置１０１と同様でよい。
以上、本実施形態によれば、充電制御トランジスタ２１をオン状態に設定することにより、外部電源３０１のカレントリミット機能によって、充電制御トランジスタ２１の入出力間の電圧が低下する。よって、比較的大きな充電電流で二次電池を充電しても、充電制御装置の消費電力を抑制することができる。また、充電制御装置は、ＣＶ充電の制御機能が搭載されているため、二次電池が過充電状態に陥ることを防止できる。また、電流制限保護機能を用いることで二次電池に過電流を流し込むこともない。
以上、充電制御回路及び電池パックを実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。
２１ 充電制御トランジスタ
４０ 定電流制御回路
５０ ダイレクト制御回路
６０ 定電圧制御回路
１０１，１０２ 充電制御装置
２００，２０１ 二次電池
３００ ＡＣアダプタ
３０１ 外部電源
１０００，１００１ 充電システム
４０ 定電流制御回路
５０ ダイレクト制御回路
６０ 定電圧制御回路
１０１，１０２ 充電制御装置
２００，２０１ 二次電池
３００ ＡＣアダプタ
３０１ 外部電源
１０００，１００１ 充電システム
Claims (6)
- 外部電源のカレントリミット機能を利用して二次電池の充電を制御する充電制御装置であって、
前記外部電源と前記二次電池との間に直列に接続されるように配置される充電制御素子と、
前記充電制御素子の出力電流を一定に制御する定電流制御部と、
前記充電制御素子の出力電圧を一定に制御する定電圧制御部と、
前記二次電池の電圧を監視して、前記充電制御素子をオン状態に設定するオン状態設定部と、
所定の満充電検出電流よりも低い電流が検出された場合、前記充電制御素子の動作を停止させる満充電検出部と、を有し、
前記オン状態設定部は、
所定の再充電検出電圧よりも低い前記二次電池の電圧が前記二次電池の電圧の下降時に検出された場合、前記充電制御素子をオン状態に設定し、
前記再充電検出電圧よりも高く設定された解除電圧以上の前記二次電池の電圧が前記二次電池の電圧の上昇時に検出された場合、前記充電制御素子のオン状態の設定を解除し、
前記満充電検出部により満充電が検出された後に、前記再充電検出電圧よりも低い前記二次電池の電圧が検出された場合、前記二次電池の電圧が放電により低下したと判断し、再度、前記充電制御素子を充電動作状態に設定し、
前記満充電を検出してから、前記再充電検出電圧よりも低い前記二次電池の電圧が検出されるまで、前記充電制御素子のオン状態の設定が解除された状態であり、
前記充電制御素子は、前記出力電流及び前記出力電圧を制御する制御信号が入力される制御端子を有し、単一の出力素子で構成されている、充電制御装置。 - 所定の定電圧制御電圧以上の前記出力電圧が検出された場合、前記定電流制御部による制御から前記定電圧制御部による制御に遷移する、請求項１に記載の充電制御装置。
- 前記オン状態設定部は、前記充電制御装置の外部からの信号に基づいて、前記オン状態の設定を制御する、請求項１又は２に記載の充電制御装置。
- 前記二次電池から前記充電制御素子を経由して前記外部電源に向けて電流が流れることを防止する逆流防止回路を備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の充電制御装置。
- 二次電池と、
カレントリミット機能を備える外部電源と、
前記カレントリミット機能を利用して前記二次電池の充電を制御する充電制御装置とを備える充電システムであって、
前記充電制御装置は、
前記外部電源と前記二次電池との間に直列に接続される充電制御素子と、
前記充電制御素子の出力電流を一定に制御する定電流制御部と、
前記充電制御素子の出力電圧を一定に制御する定電圧制御部と、
前記二次電池の電圧を監視して、前記充電制御素子をオン状態に設定するオン状態設定部と、
所定の満充電検出電流よりも低い電流が検出された場合、前記充電制御素子の動作を停止させる満充電検出部と、を有し、
前記オン状態設定部は、
所定の再充電検出電圧よりも低い前記二次電池の電圧が前記二次電池の電圧の下降時に検出された場合、前記充電制御素子をオン状態に設定し、
前記再充電検出電圧よりも高く設定された解除電圧以上の前記二次電池の電圧が前記二次電池の電圧の上昇時に検出された場合、前記充電制御素子のオン状態の設定を解除し、
前記満充電検出部により満充電が検出された後に、前記再充電検出電圧よりも低い前記二次電池の電圧が検出された場合、前記二次電池の電圧が放電により低下したと判断し、再度、前記充電制御素子を充電動作状態に設定し、
前記満充電を検出してから、前記再充電検出電圧よりも低い前記二次電池の電圧が検出されるまで、前記充電制御素子のオン状態の設定が解除された状態であり、
前記充電制御素子は、前記出力電流及び前記出力電圧を制御する制御信号が入力される制御端子を有し、単一の出力素子で構成されている、充電システム。 - 外部電源のカレントリミット機能を利用して二次電池の充電を制御する充電制御方法であって、
前記外部電源と前記二次電池との間に直列に接続されるように配置される充電制御素子の出力電流を一定に制御し、
前記充電制御素子の出力電圧を一定に制御し、
前記二次電池の電圧を監視して、前記充電制御素子をオン状態に設定し、
前記二次電池の満充電が検出された場合、前記充電制御素子の動作を停止させ、
所定の再充電検出電圧よりも低い前記二次電池の電圧が前記二次電池の電圧の下降時に検出された場合、前記充電制御素子をオン状態に設定し、
前記再充電検出電圧よりも高く設定された解除電圧以上の前記二次電池の電圧が前記二次電池の電圧の上昇時に検出された場合、前記充電制御素子のオン状態の設定を解除し、
前記満充電が検出された後に、前記再充電検出電圧よりも低い前記二次電池の電圧が検出された場合、前記二次電池の電圧が放電により低下したと判断し、再度、前記充電制御素子を充電動作状態に設定し、
前記満充電を検出してから、前記再充電検出電圧よりも低い前記二次電池の電圧が検出されるまで、前記充電制御素子のオン状態の設定が解除された状態であり、
前記充電制御素子は、前記出力電流及び前記出力電圧を制御する制御信号が入力される制御端子を有し、単一の出力素子で構成されている、充電制御方法。
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