JPH06225466A - 二次電池充電回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 充電条件によらず二次電池の充電容量を常に
正確に報知する。 【構成】 充電電流検出抵抗Ｒ１および減算回路３によ
り充電電流値に対応する電圧値を発生し、この電圧値を
第１および第２のコンパレータ４，５でそれぞれ８０％
充電に対応する第１のしきい値Ｖref1および１００％充
電に対応する第２のしきい値Ｖref2と比較している。そ
して、上記充電電流値に対応する電圧値が第１のしきい
値Ｖref1以下に低下したときに、表示駆動回路７により
ＬＥＤ２を点灯させて「８０％充電完了」の旨を表示さ
せ、また上記充電電流値に対応する電圧値が第２のしき
い値Ｖref2以下に低下したときに、表示駆動回路７によ
りＬＥＤ３のみを点灯させて「１００％充電完了」の旨
を表示させるようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばリチウムイオン
（Ｌｉイオン）電池や鉛電池のように、充電方式として
定電流定電圧充電方式が使用される二次電池を充電する
ために使用される充電回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に携帯電話機やコードレス電話機な
どの移動無線通信機では、電源として二次電池が使用さ
れている。この二次電池には種々のものがあるが、最近
Ｌｉイオン電池が注目されている。Ｌｉイオン電池は、
Ｎｉ−Ｃｄ電池に比べて体積エネルギ密度および重量エ
ネルギ密度がそれぞれ高いため、移動無線通信機のより
一層の小形軽量化が期待できる。またＬｉイオン電池
は、放電するにつれて端子電圧がほぼ直線的に低下する
という放電特性を有しているため、電池電圧を監視する
ことで電池の残量表示を比較的簡単かつ正確に行なうこ
とができるという利点も有している。

【０００３】Ｌｉイオン電池を充電するには、定電流定
電圧充電方式が使用される。図４はその充電特性の一例
を示すものである。完全放電されたＬｉイオン電池を充
電する場合には、その電池電圧が放電終止電圧に近いた
め、Ｌｉイオン電池には先ず時刻ｔ0 より最大充電電流
が供給され、これにより定電流充電が行なわれる。この
定電流充電によりＬｉイオン電池の電池電圧は徐々に増
加する。そして、時刻ｔ1 で電池電圧が予め設定された
最大電圧値（例えば４．２Ｖ）に達すると、以後Ｌｉイ
オン電池の電池電圧を上記最大電圧値（４．２Ｖ）に保
持させながら、さらに充電電流を供給し続ける。つまり
定電圧充電を行なう。この定電圧充電期間において充電
電流値は徐々に減少する。そして、充電電流値がほぼ零
になるとＬｉイオン電池は満充電となり、この時点ｔ2
で充電は終了となる。一般に、上記充電方式が定電流方
式から定電圧方式に切替えられる時刻ｔ1 でのＬｉイオ
ン電池の充電容量はほぼ８０％である。

【０００４】ところで、この様な充電を行なう場合に、
電池の充電容量が表示されるとユーザにとっては大変便
利である。そこで、従来では充電回路に例えば充電時間
計時用のタイマを設け、このタイマを充電開始時点ｔ0
で起動させて、その計時時間が予め設定した基本充電時
間に達した時点で満充電になったものと看做してその旨
を表示することが考えられている。なお、基本充電時間
の値は理論計算あるいは測定により予め設定される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の充電回路では、次のような解決すべき課題があっ
た。すなわち、タイマにより計時される基本充電時間は
あくまでも理想的な値である。これに対しＬｉイオン電
池の充電時間は、充電開始時における電池の残容量や周
囲温度などにより変化する。このため、電池の状態や環
境条件によっては、満充電になった旨が表示されても実
際には満充電に達していなかったり、また満充電表示が
なされる前に既に満充電に達してしまうことがあり、必
ずしも実際の充電容量に対応した正確な表示がなされる
とは限らなかった。

【０００６】本発明は上記事情に着目してなされたもの
で、その目的とするところは、充電条件によらず二次電
池の充電容量を常に正確に報知することができる二次電
池充電回路を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の二次電池充電回路は、二次電池に対し、その
電池電圧が予め設定された上限値に達するまでは一定の
電流を供給して定電流充電を行ない、電池電圧が上記上
限値に達した後は上記電池電圧の上限値に相当する定電
圧を印加し続けて定電圧充電を行なう充電回路本体に加
えて、充電容量報知手段を備えている。そして、この充
電容量報知手段により、上記定電圧充電が行なわれてい
る期間に充電電流値を監視し、この監視結果に基づいて
上記二次電池の充電容量を判定し報知するようにしたも
のである。

【０００８】また本発明は、充電容量報知手段におい
て、定電圧充電期間における充電電流値が零またはそれ
に近い値になったときに充電容量が満充電状態になった
と判定してその旨を表示し、かつ上記満充電状態に達す
るまでの定電圧充電期間中に、充電容量の途中経過を少
なくとも一回表示することを特徴としている。

【０００９】さらに本発明は、充電容量報知手段におい
て、充電容量の途中経過として、定電流充電期間から定
電圧充電期間に移行した直後の充電容量を判定し表示す
ることも特徴としている。

【００１０】

【作用】この結果本発明によれば、定電圧充電期間にお
いて、充電が進むに従って次第に低下する充電電流値が
監視され、この充電電流値を基に二次電池の充電容量が
判定されて報知される。このため、たとえ容量が残って
いる状態から充電を開始しても、また温度条件が日頃と
異なる場合でも、充電容量を常に正確に検出し判定して
報知することが可能となる。

【００１１】また、充電容量報知手段により、満充電状
態になった旨が表示されるとともに、それに加えて充電
容量の途中経過が少なくとも１回表示されるので、ユー
ザにとっては満充電になったことを知ることができるこ
とは勿論のこと、充電容量の途中経過を知ることが可能
となる。このため、電池を逸早く使用したい場合には、
必ずしも満充電になるまで待つことなく、ある程度の充
電容量に達したことを確認した上で電池の使用を開始す
ることが可能となる。例えば、途中経過として、定電流
充電期間から定電圧充電期間に移行した直後の充電容
量、つまり８０％充電状態に達した旨が表示されれば、
この８０％充電を確認した上で電池を使い始めることに
より、逸早くしかも通常の使用には何ら支障のない状態
で電池を使用し始めることができるので、一刻も早く使
用したいユーザにとっては大変に便利である。

【００１２】

【実施例】以下本発明の一実施例を説明する。図１は、
本発明の一実施例に係わるＬｉイオン電池充電回路の回
路構成図であり、１はこの充電回路に接続されて充電さ
れるＬｉイオン電池を示している。

【００１３】同図において、Ｑ１はＰＮＰ型をなす電流
供給トランジスタである。この電流供給トランジスタＱ
１のエミッタは、充電電流検出用抵抗Ｒ１を直列に介し
て電源端子（電圧値Ｖcc）に接続され、かつコレクタは
逆流防止用のダイオードＤ１を介して上記Ｌｉイオン電
池１に接続される。また、Ｑ２はＰＮＰ型をなす電流供
給制御トランジスタである。この電流供給制御トランジ
スタＱ２のコレクタは、電流制限抵抗Ｒ２を介して上記
電源端子に接続されるとともに上記電流供給トランジス
タＱ１のベースに接続され、かつエミッタはエミッタ抵
抗Ｒ３を介して接地されている。また電流供給制御トラ
ンジスタＱ２のベースには、ツェナダイオードＺＤ１が
接続されている。このツェナダイオードＺＤ１は、上記
電流供給制御トランジスタＱ２のベース電圧の上限を規
定するものである。

【００１４】上記Ｌｉイオン電池１の両端には、分圧抵
抗Ｒ４，Ｒ５が接続されている。この分圧抵抗Ｒ４，Ｒ
５は上記Ｌｉイオン電池１の電池電圧を分圧するもの
で、この分圧された電圧は反転増幅回路２に入力され
る。この反転増幅回路２は、上記分圧抵抗Ｒ４，Ｒ５と
ともに上記Ｌｉイオン電池１の電池電圧を検出するもの
で、検出された電圧は抵抗Ｒ６を介して上記電流供給制
御トランジスタＱ２のベースに供給される。また、Ｑ３
はスイッチングトランジスタであり、充電終了が検出さ
れるとオン状態となって、上記電流供給制御トランジス
タＱ２をオフ状態に設定する。

【００１５】一方、３は電位差検出用の減算回路であ
り、この回路３により上記充電電流検出用抵抗Ｒ１の両
端間に発生する電位差が検出される。この減算回路３の
出力電圧は第１および第２のコンパレータ４，５にそれ
ぞれ入力される。第１のコンパレータ４は、上記出力電
圧を予め設定された第１のしきい値電圧Ｖref1と比較す
ることにより、前記Ｌｉイオン電池１が８０％充電状態
になったか否かを判定する。第２のコンパレータ５は、
上記出力電圧を予め設定された第２のしきい値電圧Ｖre
f2と比較することにより、前記Ｌｉイオン電池１が１０
０％充電状態になったか否かを判定する。この第２のコ
ンパレータ５の判定出力は、フリップフロップ回路６に
入力される。フリップフロップ回路６は上記第２のコン
パレータ５の判定出力をラッチする。一方、上記第１の
コンパレータ４の判定出力は、上記フリップフロップ回
路６のラッチ出力とともに表示駆動回路７に入力され
る。

【００１６】表示駆動回路７は、上記第１のコンパレー
タ４の判定出力と、上記フリップフロップ回路６のラッ
チ出力、つまり第２のコンパレータ５の判定出力とを基
に表示駆動信号を生成し、この表示駆動信号を表示回路
８に供給する。表示回路８は、３個の発光ダイオードＬ
ＥＤ１，ＬＥＤ２，ＬＥＤ３を備え、これらのＬＥＤ
１，ＬＥＤ２，ＬＥＤ３により「充電中」、「８０％充
電完了」、「１００％充電完了」の３種類の充電容量表
示を行なう。

【００１７】図２は、上記表示駆動回路７および表示回
路８の具体的な構成を示す回路図である。同図におい
て、トランジスタＱ71を中心とする回路では、フリップ
フロップ回路６のラッチ出力が“Ｌ”レベルのときに、
ＬＥＤを点灯するための“Ｈ”レベルの表示駆動信号が
生成されてＬＥＤ１に供給される。また、トランジスタ
Ｑ72，Ｑ73を中心とする回路では、フリップフロップ回
路６のラッチ出力が“Ｈ”レベルのときに、ＬＥＤを点
灯するための“Ｈ”レベルの表示駆動信号が生成されて
ＬＥＤ３に供給される。さらに、トランジスタＱ74，Ｑ
75，Ｑ76では、上記フリップフロップ回路６のラッチ出
力が“Ｌ”レベルの状態で、なおかつ上記第１のコンパ
レータ４の判定出力が“Ｈ”レベルのときに、ＬＥＤを
点灯するための“Ｈ”レベルの表示駆動信号が生成され
てＬＥＤ２に供給される。

【００１８】次に、以上のように構成された充電回路の
動作を説明する。充電を行なうために、放電済みのＬｉ
イオン電池１を充電回路に接続すると、電源（Ｖcc）よ
り充電電流が上記Ｌｉイオン電池１に供給され、これに
より充電が開始される。このとき、上記Ｌｉイオン電池
１の電池電圧は予め設定された最大電圧値（例えば４．
２Ｖ）よりも低いため、反転増幅回路２の出力電圧はツ
ェナダイオードＺＤ１のツェナ電圧よりも高くなる。こ
のため、電流供給制御トランジスタＱ２のベース電圧
は、上記ツェナダイオードＺＤ１のツェナ電圧に設定さ
れ、これにより電流供給制御トランジスタＱ２のコレク
タ・エミッタ間には、電流制限抵抗Ｒ２を介して定電流
が流れる。この結果、電流制限抵抗Ｒ２の両端間にはそ
の抵抗値と上記定電流とによって決まる電圧降下が発生
し、これにより充電電流検出抵抗Ｒ１の両端間には上記
電流制限抵抗Ｒ２の電圧降下から上記電流供給トランジ
スタＱ１のベース・エミッタ間電圧ＶBEを差し引いた定
電圧がかかる。このため、電源（Ｖcc）からＬｉイオン
電池１へは、上記充電電流検出抵抗Ｒ１および電流供給
トランジスタＱ１をそれぞれ介して定電流からなる充電
電流が供給される。すなわち、図４の時刻ｔ0 〜ｔ1 間
に示すような定電流充電が行なわれる。

【００１９】また、このとき減算回路３では、上記充電
電流値に応じた高い電位差が検出される。このため、第
１のコンパレータ４および第２のコンパレータ５の判定
出力はともにＬ”となる。したがって、表示駆動回路７
では、トランジスタＱ71を中心とする回路から“Ｈ”レ
ベルの表示駆動信号がＬＥＤ１に供給され、これにより
ＬＥＤ１は点灯する。また、トランジスタＱ74，Ｑ75，
Ｑ76を中心とする回路からは、“Ｌ”レベルの表示駆動
信号が発生されてＬＥＤ２に供給され、これによりＬＥ
Ｄ２は消灯状態となる。さらに、トランジスタＱ72，Ｑ
73を中心とする回路からは“Ｌ”レベルの表示駆動信号
が発生されてＬＥＤ３に供給され、これによりＬＥＤ３
も消灯状態となる。すなわち、この状態ではＬＥＤ１の
みが点灯し、これによりユーザには「充電中」である旨
が報知される。

【００２０】さて、そうして充電が進行してＬｉイオン
電池１の電池電圧が徐々に上昇し、この電池電圧値が最
大充電電圧値（４．２Ｖ）に達したとする。そうする
と、反転増幅回路２の出力電圧がツェナダイオードＺＤ
１のツェナ電圧よりも低くなり、これにより電流供給制
御トランジスタＱ２のベース電圧が低下する。このた
め、電流供給制御トランジスタＱ２のコレクタ電流が減
少し、これにより電流制限抵抗Ｒ２の端子間電圧が低下
して充電電流検出抵抗Ｒ１にかかる電圧値も低下する。
したがって、Ｌｉイオン電池１に供給される充電電流値
は減少する。すなわち、Ｌｉイオン電池１の電池電圧が
最大充電電圧値（４．２Ｖ）を越えないように充電電流
は次第に減少し、これにより図４の時刻ｔ1 〜ｔ2 に示
される定電圧充電が行なわれる。

【００２１】また、このとき上記充電電流検出抵抗Ｒ１
にかかる電圧は低下するため、減算回路３の出力電圧値
が低下する。そして、この出力電圧値が第１のしきい値
電圧Ｖref1以下になると、第１のコンパレータ４の判定
出力は“Ｌ”レベルから“Ｈ２レベルに変化する。この
結果表示駆動回路７では、トランジスタＱ74，Ｑ75を中
心とする回路から“Ｈ”レベルの表示駆動信号が発生さ
れ、ＬＥＤ２に供給される。このため、ＬＥＤ２は点灯
する。

【００２２】すなわち、この状態では充電開始時ｔ0 か
ら点灯中のＬＥＤ１に加えてＬＥＤ２が新たに点灯し、
これによりユーザには「８０％充電完了」の旨が報知さ
れる。したがって、Ｌｉイオン電池１を早く使用したい
場合には、上記ＬＥＤ２の点灯を確認したのち使用する
ことが可能となる。

【００２３】上記定電圧充電が進行して充電電流値がさ
らに減少し、この充電電流値が例えばほぼ零になったと
する。そうすると、減算回路３の出力電圧が第２のしき
い値Ｖref2以下になり、これにより第２のコンパレータ
５の判定出力が“Ｌ”レベルから“Ｈ”レベルに変化す
る。そして、この“Ｈ”レベルの判定出力はフリップフ
ロップ回路６でラッチされたのち、表示駆動回路７に供
給される。このため、表示駆動回路７では、トランジス
タＱ72，Ｑ73を中心とする回路から“Ｈ”レベルの表示
駆動信号が発生されてＬＥＤ３に供給される。このた
め、ＬＥＤ３は点灯する。また、上記“Ｈ”レベルのラ
ッチ出力により、トランジスタＱ71，Ｑ76がそれぞれオ
ンとなり、これによりＬＥＤ１およびＬＥＤ２に供給さ
れる表示駆動信号はそれぞれ“Ｌ”レベルとなる。した
がって、ＬＥＤ１およびＬＥＤ２はそれぞれ消灯する。
すなわち、この場合にはＬＥＤ３のみが点灯し、これに
よりユーザには「１００％充電完了」の旨が報知され
る。

【００２４】また、上記フリップフロップ回路６のラッ
チ出力がＨ”レベルになると、トランジスタＱ３がオン
状態となる。このため、電流供給制御トランジスタＱ２
のベース電位は接地レベルになり、これにより電流供給
制御トランジスタＱ２はオフ状態になって、電流供給ト
ランジスタＱ１もオフ状態となる。したがって、Ｌｉイ
オン電池１への充電電流の供給は停止され、これにより
充電完了となる。なお、図３は表示駆動回路７の各部Ａ
〜Ｄの信号レベルとＬＥＤ１，ＬＥＤ２，ＬＥＤ３の点
灯／消灯動作との関係をまとめて示したものである。

【００２５】この様に本実施例では、充電電流検出抵抗
Ｒ１および減算回路３により充電電流値に対応する電圧
値を発生し、この電圧値を第１および第２のコンパレー
タ４，５でそれぞれ８０％充電に対応する第１のしきい
値Ｖref1および１００％充電に対応する第２のしきい値
Ｖref2と比較している。そして、上記充電電流値に対応
する電圧値が第１のしきい値Ｖref1以下に低下したとき
に、表示駆動回路７によりＬＥＤ２を点灯させて「８０
％充電完了」の旨を表示させ、また上記充電電流値に対
応する電圧値が第２のしきい値Ｖref2以下に低下したと
きに、表示駆動回路７によりＬＥＤ３のみを点灯させて
「１００％充電完了」の旨を表示させるようにしてい
る。すなわち、本実施例は、充電が進むに従って次第に
低下する充電電流値を監視し、この充電電流値を基にＬ
ｉイオン電池の８０％充電状態および１００％充電状態
をそれぞれ判定してその旨をＬＥＤ１〜ＬＥＤ３を選択
的に点灯／消灯させることにより表示するようにしてい
る。

【００２６】したがって本実施例であれば、たとえ容量
が残っている状態からＬｉイオン電池１の充電を開始し
ても、また温度条件が変化した場合でも、８０％充電状
態および１００％充電状態を常に正確に判定して表示す
ることができる。したがって、ユーザはＬｉイオン電池
１の充電容量を正確に把握することができる。また、
「１００％充電完了」に加えて、途中経過として「８０
％充電完了」を表示するようにしたので、この８０％充
電を確認した上でＬｉイオン電池１を使い始めることに
より、逸早くしかも通常の使用には何ら支障のない状態
でＬｉイオン電池を使用し始めることができる。したが
って、１００％充電完了まで待てず一刻も早く電池を使
用したいユーザにとっては大変に便利である。

【００２７】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではない。例えば、上記実施例では充電容量の途中経
過として「８０％充電完了」のみを表示するようにした
が、それに加えて「９０％充電完了」などを判定し表示
するようにしてもよい。すなわち、定電圧充電期間にお
いて充電容量を複数段階で検出判定してそれぞれ表示す
るようにしてもよい。

【００２８】また、前記実施例では定電圧充電期間にお
いてのみ充電容量の検出判定を行なって表示するように
したが、それに加えて定電流充電期間においても充電容
量の検出判定を行なって表示するようにしてもよい。定
電流充電期間における充電容量の検出判定は、Ｎｉ−Ｃ
ｄ電池の場合と同様に電池電圧値を基に行なうことがで
きる。このようにすれば、充電容量が８０％充電状態に
満たない状態においても、その充電容量の途中経過を表
示することができる。このため、ユーザにとっては電池
の充電状態の途中経過をさらに細かく把握することが可
能となる。

【００２９】さらに、前記実施例ではＬＥＤ１〜ＬＥＤ
３を選択的に点灯／消灯することにより充電容量の検出
判定結果を表示するようにしたが、携帯機器に液晶表示
器が設けられている場合には、この液晶表示器に充電容
量の検出判定結果を数値や棒状グラフなどにより表示す
るようにしてもよい。また、１００％充電完了時点では
視覚表示に加えて鳴音などの報知音を発生させるように
してもよい。

【００３０】その他、充電容量の検出判定方法やその報
知方法、また充電容量の検出判定および報知を行なうた
めの構成、充電回路本体の構成、適用する二次電池の種
類（Ｌｉイオン電池以外に鉛電池などのように定電流定
電圧充電方式が使用される二次電池であれば他の電池も
適用可）などについても、本発明の要旨を逸脱しない範
囲で種々変形して実施できる。

【００３１】

【発明の効果】以上詳述したように本発明の二次電池充
電回路によれば、充電容量報知手段により、上記定電圧
充電が行なわれている期間に充電電流値を監視し、この
監視結果に基づいて上記二次電池の充電容量を判定し報
知するようにしたことにによって、充電条件によらず二
次電池の充電容量を常に正確に報知することができる二
次電池充電回路を提供することができる。

【００３２】また本発明によれば、充電容量報知手段に
おいて、定電圧充電期間における充電電流値が零または
それに近い値になったときに充電容量が満充電状態にな
ったと判定してその旨を表示し、かつ上記満充電状態に
達するまでの定電圧充電期間中に、充電容量の途中経過
を少なくとも一回表示するようにしたことによって、ユ
ーザは満充電状態以外に充電容量の途中経過を知ること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係わる二次電池充電回路の
構成を示す回路図。

【図２】図１に示した充電回路の表示駆動回路および表
示回路の構成を示す回路図。

【図３】表示駆動回路の各部の信号レベルと表示回路の
各ＬＥＤの点灯／消灯動作との関係をまとめて示した
図。

【図４】定電流定電圧充電方式による充電特性の一例を
示す図。

【符号の説明】

１…Ｌｉイオン電池 ２…反転増幅回路 ３…減算回路 ４…第１のコンパ
レータ ５…第２のコンパレータ ６…フリップフロ
ップ回路 ７…表示駆動回路 ８…表示回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 充電方式として定電流定電圧充電方式が
   使用される二次電池の充電回路において、 前記二次電池に対し、その電池電圧が予め設定された上
   限値に達するまでは一定の電流を供給して定電流充電を
   行ない、電池電圧が上記上限値に達した後は上記電池電
   圧の上限値に相当する定電圧を印加し続けて定電圧充電
   を行なう充電回路本体と、 この充電回路本体により前記定電圧充電が行なわれてい
   る期間に充電電流値を監視し、この監視結果に基づいて
   前記二次電池の充電容量を判定し報知するための充電容
   量報知手段とを具備したことを特徴とする二次電池充電
   回路。
2. 【請求項２】 充電容量報知手段は、定電圧充電期間に
   おける充電電流値が零またはそれに近い値になったとき
   に充電容量が満充電状態になったと判定してその旨を表
   示し、かつ上記満充電状態に達するまでの定電圧充電期
   間中に充電容量の途中経過を少なくとも一回表示するこ
   とを特徴とする請求項１に記載の二次電池充電回路。
3. 【請求項３】 充電容量報知手段は、充電容量の途中経
   過として、定電流充電期間から定電圧充電期間に移行し
   た直後の充電容量を判定し表示することを特徴とする請
   求項２に記載の二次電池充電回路。