JPH08126220A - 二次電池の充電回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】電池判別端子を必要とせずに充電方法の異なる
非水溶媒系二次電池とアルカリ蓄電池を同一の充電器で
充電でき、かつ非水溶媒系二次電池とアルカリ蓄電池の
どちらも確実に満充電できる二次電池の充電回路を提供
する。 【構成】二次電池１１の端子電圧を所定の電圧検出基準
点の電位を基準にして検出し、この検出した電圧が一定
となるように電池１１を充電する充電電流が制限された
定電圧電源２２〜２４と、電圧検出基準点を二次電池１
１の種類に応じて変更する電圧検出基準点変更手段とを
有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は二次電池の充電回路に係
り、特に電池の種類に応じて定電圧充電と定電流充電と
を切り替えて充電する充電回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】二次電池の充電方式は種々提案されてい
るが、リチウム二次電池などの非水溶媒系二次電池ある
いは鉛蓄電池は定電圧充電方式をとることが多い。この
充電方式は、電池電圧が設定値に達するまでは大電流で
充電し、設定値に達すると電池電圧を一定にするように
電流を下げる方式である。

【０００３】一方、ニッケル・水素蓄電池やニッケル・
カドニウム蓄電池などのアルカリ蓄電池は、一定の電流
で充電し、電池温度、電池電圧、充電時間等の検出によ
り満充電状態に達すると、充電電流を遮断したりあるい
は減少させたりする定電流充電方式をとることが多い。

【０００４】このように充電方式の異なる非水溶媒系二
次電池とアルカリ蓄電池を同一の充電器で充電する方法
として、たとえば特開平６−１３３４６６に記載されて
いる方法がある。この方法は、定電圧充電方式で充電を
行った場合、非水溶媒系二次電池は満充電になるに従い
充電電流は減少し、電池電圧は変化しないが、アルカリ
蓄電池の場合は満充電になると充電電流が減少から増加
に転じるか、あるいはその端子電圧が所定値（ΔＶ）低
下することを利用している。すなわち、非水溶媒系二次
電池がリチウム二次電池の場合に定電圧充電方式で充電
するのに必要な充電電圧は、例えば４．２Ｖ／セルで２
個直列接続した場合は８．４Ｖである。一方、アルカリ
蓄電池の場合は１．８Ｖ／セルで５個直列接続した場
合、定電流充電方式で充電するのに必要な充電電圧は最
高９Ｖである。

【０００５】そこで、特開平６−１３３４６６のもので
は、電池パックに電池の種類に応じて異なる値の抵抗を
接続した電池判別端子を設け、この端子からの出力電圧
を充電器側で検出し、その値に応じて充電電圧の上限を
選定し、充電時の電池電圧のピーク値を検出して充電制
御を行うピーク電圧制御と、ピーク値から電池の端子電
圧がΔＶ低下したことを検出して充電を制御する−ΔＶ
制御の少なくとも一方を検出する電圧検出手段と、充電
電流の最小値とこの最小値から所定値ΔＩだけ上昇した
電流との少なくとも一方を検出する電流検出手段とを有
し、これら電圧検出手段または電流検出手段のいずれか
の検出出力に応答して充電を制御する方法をとってい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
従来技術では、電池パック毎に電池判別端子が必要であ
ることと、アルカリ蓄電池を定電圧充電した場合、満充
電後に充電電流が減少から増加に転じないこともあり、
満充電に達しないことがあった。

【０００７】本発明は、電池判別端子を必要とせずに充
電方法の異なる非水溶媒系二次電池とアルカリ蓄電池を
同一の充電器で充電でき、かつ非水溶媒系二次電池とア
ルカリ蓄電池のいずれに対しても確実に満充電まで充電
できる二次電池の充電回路を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明による二次電池の充電回路は、二次電池の端
子電圧を所定の電圧検出基準点の電位を基準にして検出
し、この検出した電圧が一定となるように該二次電池を
充電する充電電流が制限された定電圧電源と、電圧検出
基準点を二次電池の種類に応じて変更する電圧検出基準
点変更手段とを具備することを特徴とする。

【０００９】また、本発明における定電圧電源は、一端
が電圧検出基準点に接続される基準電圧発生手段と、こ
の基準電圧発生手段の他端に一方の入力端子が接続さ
れ、二次電池の一端または分圧点に他方の入力端子が接
続された比較手段と、この比較手段の出力により出力電
圧が制御される定電圧制御手段とで構成され、電圧検出
基準点変更手段は、二次電池が定電圧充電されるべき電
池の場合は二次電池の一端を電圧検出基準点とし、二次
電池が定電流充電されるべき電池の場合は二次電池の他
端または分圧点を電圧検出基準点とすることを特徴とす
る。

【００１０】

【作用】上記のように構成された本発明の二次電池の充
電回路では、二次電池を充電するための電流が制限され
た定電圧電源の電圧検出点を二次電池の種類に応じて変
えることにより、電池判別端子を必要とすることなく定
電圧充電されるべき二次電池と定電流充電されるべき二
次電池とを同一の充電器で充電でき、いずれの電池に対
しても確実に満充電まで充電することが可能である。

【００１１】具体的には、二次電池が定電圧充電される
べき非水溶媒系二次電池や鉛蓄電池の場合は、電圧検出
基準点を二次電池の一端とし、定電流充電されるべきア
ルカリ蓄電池の場合は電圧検出基準点を二次電池の他端
または分圧点とする。このようにすることにより、比較
手段で電池電圧またはこれを分圧した電圧と、電圧検出
基準点の電位に基準電圧を加算した電圧とを比較するこ
とで、電圧検出基準点の電位を基準として電池の端子電
圧またはこれを分圧した電圧を検出することにより、二
次電池が定電圧充電されるべき電池か定電流充電される
べき電池であるかが分かる。従って、比較手段の出力に
基づいて定電圧制御手段の出力電圧を制御し、定電圧充
電されるべき電池の場合は充電がある程度進行したとき
は出力電圧を一定に制御することで定電圧充電を行い、
定電流充電されるべき電池の場合は定電圧制御手段の定
電圧動作を停止させることで、制限された充電電流を電
池に供給して定電流充電を行うことができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は、本発明の一実施例の充電回路のブロック
図である。この充電回路は、大きく分けて電池パック１
０と充電器２０からなる。電池パック１０は、二次電池
１１（以下、単に電池という）とサーミスタ１２からな
る。電池１１は、例えばリチウム二次電池等の非水溶媒
系二次電池や鉛電池などの定電圧充電されるべき電池、
あるいはニッケル水素蓄電池やニッケルカドミウム蓄電
池のような定電流で充電されるべきアルカリ蓄電池であ
る。以下、定電圧充電されるべき電池がリチウム二次電
池で、定電流充電されるべき電池がニッケル水素蓄電池
の場合を例にとり説明する。

【００１３】端子ａ−１，ｂ−１，ｃ−１，ｄ−１は、
電池パック１０の外部接続端子であり、端子ａ−１は電
池１１の正極端子に接続され、端子ｂ−１は電池１１の
負極端子に接続され、端子ｄ−１はサーミスタ１２の一
端に接続される。また、電池１１がリチウム二次電池の
ような定電圧充電されるべき電池の場合には、端子ｃ−
１は実線で示すように電池１１の負極端子に接続され、
電池１１がニッケル水素蓄電池のような定電流充電され
るべき電池の場合には、端子ｃ−１は破線で示すように
電池１１の正極端子に接続される。

【００１４】なお、図示していないが、リチウム二次電
池の場合、過充電、過放電あるいは外部短絡に対する保
護として、端子ｂ−１と電池１１の負極端子間に半導体
スイッチ等を挿入することが一般的に行われている。端
子ｃ−１は、充電器側で電池電圧を正確に測定するた
め、電池１１の負極端子に接続されている。

【００１５】一方、充電器２０は充電用電源２１、定電
圧制御回路２２、誤差増幅器２３、定電流回路２４、充
電制御回路２５、温度検出回路２６、温度上昇率検出回
路２７および基準電圧発生器Ｖｒｅｆからなる。ここ
で、定電圧制御回路２２、誤差増幅器２３および定電流
回路２４により、充電電流が制限された定電圧電源を構
成している。この定電圧電源は、電池１１の端子電圧
（以下、電池電圧という）を電圧検出基準点の電位を基
準にして検出し、この検出した電池電圧が一定となるよ
うに電池１１に充電を行うように構成されている。誤差
増幅器２３は差動増幅器により構成され、電池電圧と基
準電圧発生器Ｖｒｅｆの出力電圧とを比較する比較手段
として用いられる。端子ａ−２，ｂ−２，ｃ−２，ｄ−
２は充電器２０の外部接続端子である。

【００１６】充電用電源２１は、例えば交流電源の出力
を整流して直流を得る電源や、他の比較的大容量の電池
が用いられる。充電用電源２１の出力は定電圧制御回路
２２に入力される。定電圧制御回路２２は、誤差増幅器
２３から供給される制御電圧によって出力電圧が制御さ
れる回路であり、この例では制御電圧が高レベルとなる
と出力電圧が大きくなり、充電電流を多く流すように動
作する。誤差増幅器２３の反転入力端子は端子ａ−２に
接続され、非反転入力端子には基準電圧発生器Ｖｒｅｆ
の一端が接続されている。

【００１７】また、基準電圧発生器Ｖｒｅｆの他端は定
電圧電源の電圧検出基準点に接続される端子であり、電
池１１がリチウム二次電池の場合は、実線で示すように
端子ｃ−２およびｃ−１を順次介して電池１１の負極端
子に接続され、電池１１がアルカリ蓄電池の場合は、破
線で示すように端子ｃ−２およびｃ−１を順次介して電
池１１の正極端子に接続される。充電時には、電池パッ
ク１０側の端子ａ−１，ｂ−１，ｃ−１，ｄ−１が充電
器２０側の端子ａ−２，ｂ−２，ｃ−２，ｄ−２にそれ
ぞれ接続される。すなわち、電池１１がリチウム電池の
場合は電池１１の他端である負極端子が電圧検出基準点
に設定され、電池１１がアルカリ蓄電池の場合は電池１
１の一端である正極端子が電圧検出基準点に設定され
る。

【００１８】次に、本実施例の充電回路の動作を図２お
よび図３に示す波形図を参照して説明する。図２はリチ
ウム二次電池の充電時の電池電圧、充電電流および電池
温度の変化を示す波形図であり、図３はニッケル水素蓄
電池の充電時の電池電圧、充電電流および電池温度の変
化を示す波形図である。

【００１９】電池パック１０が充電器２０に対してセッ
トされると、端子ａ−１と端子ａ−２、端子ｂ−１と端
子ｂ−２、端子ｃ−１と端子ｃ−２、端子ｄ−１と端子
ｄ−２がそれぞれ接続され、充電用電源２１から定電圧
制御回路２２、定電流回路２３および充電制御回路２５
を介して電池１１に充電電流Ｉ１が流れ、充電が開始さ
れる。

【００２０】電池１１がリチウム二次電池の場合は、端
子ｃ−１は電池パック１０の内部で電池１１の負極端子
に接続されているため、基準電圧発生器Ｖｒｅｆの他端
は電池１１の負極端子に接続される。すなわち、電圧検
出基準点は電池１１の負極端子に設定される。充電時の
電池電圧ＶB は誤差増幅器２３の反転入力端子に入力さ
れ、非反転入力端子に接続された基準電圧発生器Ｖｒｅ
ｆの出力電圧Ｖ１（例えば４．２Ｖ）と比較される。こ
こで、充電初期では電池電圧ＶB が低く、ＶB＜Ｖ１で
あるから、誤差増幅器２３の出力は高レベルとなり、定
電圧制御回路２２は充電電流を多く流すように動作す
る。このとき、電池１１に許容値以上の大電流が流れる
と電池１１の性能を劣化させるため、充電電流の最大値
Ｉ１を定電流回路２４で一定値に制限する。すなわち、
図２（ａ）（ｂ）に示されるようにＶB ＜Ｖ１のときは
ＩB ＝Ｉ１なる一定の電流で充電される。

【００２１】次に、充電の進行に伴い電池電圧ＶB が上
昇し、図２（ａ）に示されるようにＶB ＝Ｖ１となると
（ｔ＝ｔａ）、誤差増幅器２３の出力が徐々に低下する
ため、定電圧制御回路２２は図２（ｂ）に示されるよう
に充電電流を減少させてＶB＝Ｖ１を保つようにし、以
後、充電電流ＩB は充電の進行と共に次第に減少し、電
池電圧ＶB はＶB ＝Ｖ１を維持する。

【００２２】充電が更に進み、図２（ｂ）に示すように
充電電流ＩB が設定値Ｉ１（例えば１００ｍＡ）まで低
下した時点ｔ＝ｔｂでは、ほぼ満充電まで充電される。
そこで、この満充電を検出して充電制御回路２５で充電
を停止するか、あるいは充電完了の表示を出す。

【００２３】なお、リチウム二次電池の場合、充電中の
電池温度ＴB は図２（ｃ）に示すようにほとんど上昇し
ないが、充電開始時あるいは充電中の電池温度をサーミ
スタ１２で検出して、温度検出回路２６で充電可能温度
範囲か否かを判定し、充電不可能な場合は充電制御回路
２５で充電電流を遮断するようにしてもよい。

【００２４】一方、電池１１がニッケル水素蓄電池の場
合、端子ｃ−１は電池パック１０の内部で電池１１の正
極端子に接続されているため、基準電圧発生器Ｖｒｅｆ
の他端は電池１１の正極端子に接続される。すなわち、
電圧検出基準点は電池１１の正極端子に設定される。こ
のとき、誤差増幅器２３の反転入力端子に入力される電
圧はＶB 、非反転入力端子に入力される電圧はＶB ＋Ｖ
１であり、充電時の電池電圧ＶB が上昇しても誤差増幅
器２３の出力は高レベルを維持するため、定電圧制御回
路２２は充電電流を多く流すように動作する。従って、
電池１１は電池電圧ＶB が上昇しても定電流回路２４で
規制される一定の電流値Ｉ１で充電される。

【００２５】また、ニッケル水素蓄電池の場合、充電中
の電池電圧ＶB は図３（ａ）に示されるように充電初期
は緩やかに上昇し、充電中期は極く僅かに上昇し、充電
末期はやや急激に上昇して、やがてピークを示した後、
下降する。電池温度ＴB は、図３（ｃ）に示されるよう
に充電末期に急激に上昇する。そこで、電池温度ＴBを
サーミスタ１２で検出し、温度上昇率検出回路２７で電
池温度の単位時間当たりの上昇率が所定値（例えば１℃
／分）に達したら（ｔ＝ｔｃ）、充電制御回路２５で充
電電流ＩB を遮断するか、充電電流ＩB を小さな電流Ｉ
３とする。

【００２６】もちろん、アルカリ蓄電池の場合でも、上
記に記載したリチウム二次電池の場合と同様に、充電開
始時あるいは充電中の電池温度をサーミスタ１２で検出
して温度検出回路２６で充電可能温度範囲か否かを判定
し、充電不可能な場合は充電制御回路２５で充電電流を
遮断するようにしても良い。

【００２７】本発明は、上記実施例に限定されるもので
なく、次のように種々変形して実施することができる。 （１）実施例では、定電圧充電に適した電池として非水
溶媒系電池を例にとって説明したが、鉛蓄電池その他の
電池でも良い。

【００２８】（２）実施例では、充電制御として温度検
出や温度上昇率検出に基づく制御を説明したが、タイマ
ー制御、電圧制御、−ΔＶ制御、ピーク電圧制御その他
の制御法を用いてもよく、またこれらの制御法を適宜組
み合わせて用いることも可能である。

【００２９】（３）実施例では、基準電圧発生器Ｖｒｅ
ｆの一端を誤差増幅器２３の非反転入力端子に接続した
が、誤差増幅器２３の反転入力端子に接続してもよい。
この場合、基準電圧発生器Ｖｒｅｆの他端は、電池１１
が非水溶媒系電池の場合は電池１１の正極端子に、アル
カリ蓄電池の場合は電池１１の負極端子にそれぞれ接続
するようにすればよい。

【００３０】（４）実施例では、誤差増幅器２３の反転
入力端子に電池１１の正極端子を接続したが、電池１１
に並列に抵抗による分圧回路を設け、この分圧回路の分
圧点を誤差増幅器２３の反転入力端子に接続してもよ
い。また、（３）のように基準電圧発生器Ｖｒｅｆの一
端を誤差増幅器２３の反転入力端子に接続する場合は、
分圧回路の分圧点を誤差増幅器２３の非反転入力端子に
接続すればよい。

【００３１】（５）実施例ではリチウム二次電池の場合
で保護回路を電池１１の負極端子と端子ｂ−１間に挿入
した例で説明したが、電池１１の正極端子と端子ａ−１
間に保護回路を挿入してもよい。この場合、端子ｃ−１
を電池１１の正極端子に接続し、かつ充電器２０の回路
構成を適宜変更すればよい。また、アルカリ蓄電池の場
合はサーモスタット、ＰＴＣ、ヒューズ等を端子ａ−
１、電池１１、端子ｂ−１の回路の一部に挿入してもよ
い。

【００３２】さらに、端子ｃ−１と電池１１の負極端子
間に抵抗、ＰＴＣ、ヒューズやサーモスタットなどの電
流制御素子あるいは半導体スイッチを設け、端子ｃ−１
と端子ａ−１とを短絡した場合でも、流れる電流を制限
するか遮断することで電池１１を保護するようにしても
よい。

【００３３】（６）実施例では電池が１個の場合を説明
したが、２個以上の電池を組み合わせた場合にも本発明
を適用できることはいうまでもない。その他、本発明は
要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが可
能である。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の二次電池
の充電回路によれば、二次電池を充電するための電流が
制限された定電圧電源の電圧検出基準点を二次電池の種
類、つまり定電圧充電に適した電池か定電流充電に適し
た電池かに応じて変更することにより、電池パックに電
池判別端子やそれに付随する抵抗を設けることなく、充
電方法の異なる非水溶媒系二次電池とアルカリ蓄電池を
同一の充電器で充電することができ、かつ非水溶媒系二
次電池とアルカリ蓄電池のいずれに対して、これらに対
して最適な充電方式によって確実に満充電まで充電する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る二次電池の充電回路の
構成を示すブロック図

【図２】同実施例の動作を説明するための波形図

【図３】同実施例の動作を説明するための波形図

【符号の説明】

１０…電池パック １１…二次電池 ２０…充電器 ２１…充電用電源 ２２…定電圧制御回路 ２３…誤差増幅器 ２４…定電流回路 ２５…充電制御回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】二次電池の端子電圧を所定の電圧検出基準
   点の電位を基準にして検出し、この検出した電圧が一定
   となるように該二次電池を充電する充電電流が制限され
   た定電圧電源と、 前記電圧検出基準点を前記二次電池の種類に応じて変更
   する電圧検出基準点変更手段とを具備することを特徴と
   する二次電池の充電回路。
2. 【請求項２】前記定電圧電源は、一端が前記電圧検出基
   準点に接続される基準電圧発生手段と、この基準電圧発
   生手段の他端に一方の入力端子が接続され、前記二次電
   池の一端または分圧点に他方の入力端子が接続された比
   較手段と、この比較手段の出力により出力電圧が制御さ
   れる定電圧制御手段とで構成され、 前記電圧検出基準点変更手段は、前記二次電池が定電圧
   充電されるべき電池の場合は前記二次電池の前記一端を
   前記電圧検出基準点とし、前記二次電池が定電流充電さ
   れるべき電池の場合は前記二次電池の他端または前記分
   圧点を前記電圧検出基準点とすることを特徴とする請求
   項１記載の二次電池の充電回路。