JPH08162165A - 充電器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 製造コストを低減して、電池性能を低下させ
ることなく、短時間に急速充電する。 【構成】 充電器は、入力される交流を二次電池の充電
電圧に変換する低精度大容量回路１と、低精度大容量回
路１の出力側に接続されて、二次電池を高精度に満充電
する高精度小容量回路２とを備える。低精度大容量回路
１の出力側と、高精度小容量回路２の出力側とを選択的
に二次電池に接続する制御回路３を備える。制御回路３
は、安定化回路４と、電池電圧の検出回路５と、低精度
大容量回路１と高精度小容量回路２のいずれか一方を二
次電池に接続する切換回路６とを備える。二次電池の電
圧が設定電圧よりも低いときは低精度大容量回路１の出
力側が二次電池に接続され、電池電圧が設定電圧以上に
なると、高精度小容量回路２が二次電池に接続される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、小容量の電源を有効に
使用して二次電池を能率よく充電する充電器に関し、と
くに、リチウムイオン二次電池等の非水系二次電池の充
電に最適な充電器に関する。

【０００２】

【従来の技術】二次電池は、充電に適切な電圧と電流に
制御されて満充電される。電池の性能を低下させること
なく短時間で満充電するためである。たとえば、リチウ
ムイオン二次電池等の非水系二次電池は、最初に定電流
充電し、電池電圧が設定電圧まで上昇すると、定電圧充
電に切り換えて急速充電している。さらに、ニッケル−
カドミウム電池やニッケル−水素電池等は定電流充電し
て急速充電している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】二次電池を、電池性能
を低下させることなく短時間で急速充電するためには、
充電回路が、高精度に出力電圧や出力電流を制御できる
制御回路を必要とする。このため、電源回路の設計が複
雑で高価になる欠点がある。製造コストを低減するため
に、出力容量を小さく設計すると、充電時間が長くなっ
て短時間に急速充電できなくなる。制御精度を低く設計
して低コストにすると、電池を理想的な環境で充電でき
なくなって、電池性能が低下する欠点がある。すなわ
ち、製造コストを低減することと、充電時間を短くして
電池性能を低下させないことは、互いに相反する特性で
あって、両者を同時に満足すことはできない。

【０００４】本発明は、これ等の難しい問題を解決する
ことを目的に開発されたもので、本発明の重要な目的
は、製造コストを低減して、しかも、電池性能を低下さ
せることなく、短時間に急速充電できる充電器を提供す
ることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の充電器は、前述
の目的を達成するために下記の構成を備える。充電器
は、入力される交流を二次電池の充電電圧に変換する低
精度大容量回路１と、低精度大容量回路１の出力側に接
続されて、充電される二次電池の充電電圧と充電電流の
少なくとも一方を制御して二次電池を満充電する安定化
回路４を備える高精度小容量回路２とを備えている。低
精度大容量回路には、たとえば、一般に市販されている
ＡＣアダプターが最適である。

【０００６】さらに、本発明の充電器は、電池電圧を検
出して、低精度大容量回路１の出力側と高精度小容量回
路２の出力側とを選択的に二次電池に接続する制御回路
３を備える。制御回路３は、電池電圧を検出する検出回
路５と、この検出回路５に制御されて、低精度大容量回
路１と、高精度小容量回路２の安定化回路４のいずれか
一方を選択的に二次電池に接続する切換回路６とを備え
る。制御回路３は、充電する二次電池の電圧が設定電圧
よりも低いときに、切換回路６を、低精度大容量回路１
の出力側を二次電池に接続する側に切り換え、充電が進
行して電池電圧が設定電圧以上になると、高精度小容量
回路２の安定化回路４の出力側を二次電池に接続して、
高精度に制御された電圧または電流に調整して満充電す
るように構成されている。

【０００７】

【作用】本発明の充電器は、充電を開始した最初は、低
精度大容量回路１を二次電池に接続して急速充電する。
低精度大容量回路１は、出力電圧や出力電流を高精度に
制御しないが出力は大きい。出力電圧や電流を高精度に
制御しない低精度大容量回路１は、出力を大きくして、
安価にできる。それは、大電流の制御回路３を必要とし
ないからである。低精度大容量回路１は、電池電圧が設
定電圧に上昇するまで、二次電池を急速出力する。設定
電圧よりも低電圧の二次電池は、充分に放電された状態
にあるので、急速充電していても電池性能が低下するこ
とはない。

【０００８】充電が進行して、電池電圧が設定電圧まで
上昇すると、制御回路３は低精度大容量回路１を二次電
池から切り離して、高精度小容量回路２の安定化回路４
を二次電池に接続する。したがって、低精度大容量回路
１の急速充電が停止されて、高精度小容量回路２の安定
化回路４で二次電池を正確な電圧、または電流に制御し
て満充電する。設定電圧まで電池電圧が高くなった二次
電池は、満充電に近くなっているので、充電環境の最適
条件がずれると電池性能が低下する。とくに、電池電圧
の高いリチウムイオン二次電池等の非水系二次電池は、
電池電圧が異常に高くなってしまうと、電池性能が著し
く低下する性質がある。本発明の充電器は、電池電圧が
設定電圧まで上昇すると、充電電圧、または充電電流を
高精度に制御する。このため、電池性能の低下を防止す
ることができる。このように、本発明の充電器は、電池
性能の低下しない充電初期においては、低精度大容量回
路１で急速充電して単位時間当りの充電容量を大きく
し、電池性能の低下する充電の終期においては、正確に
充電電圧や充電電流を制御して満充電する。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想
を具体化するための充電器を例示するものであって、本
発明は充電器を下記のものに特定しない。

【００１０】さらに、この明細書は、特許請求の範囲を
理解し易いように、実施例に示される部材に対応する番
号を、「特許請求の範囲の欄」、「作用の欄」、および
「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付
記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、
実施例の部材に特定するものでは決してない。

【００１１】図１に示す充電器は、リチウムイオン二次
電池等の非水系二次電池や、ニッケル−カドミウム電池
やニッケル−水素電池等を充電するもので、充電の初期
に二次電池を急速充電する低精度大容量回路１と、充電
の終期に二次電池を最適な条件で充電する高精度小容量
回路２と、低精度大容量回路１と高精度小容量回路２と
を切り換えて二次電池に接続する制御回路３とを備えて
いる。

【００１２】低精度大容量回路１は、入力される交流電
圧を二次電池の充電電圧に変換して出力する。低精度大
容量回路１は、出力電圧と出力電流を高精度に制御する
必要がない。低精度大容量回路１は、高精度小容量回路
２よりも出力電圧と出力電流の安定度は低いが、出力容
量は大きい。低精度大容量回路１は、図示しないが、入
力電圧を二次電池の充電電圧に変換するトランスと、ト
ランスの出力側に接続されて交流を直流に変換するダイ
オードと、ダイオードの出力側の脈流を平滑にする平滑
回路とで構成できる。この回路の低精度大容量回路１
は、部品数が少ないので安価に製造できる。

【００１３】ただ、本発明の充電器は、低精度大容量回
路１を前記の回路に特定しない。低精度大容量回路１に
は、出力電圧と出力電流を高い精度で制御しない安価な
スイッチングレギュレーターとすることもできる。スイ
ッチングレギュレーターは、入力される交流をダイオー
ドで直流に変換し、直流をトランジスターやＦＥＴ等の
スイッチング素子でスイッチングして高い周波数の交流
に変換し、交流をトランスで所定の電圧に変換し、さら
に、トランスの出力側にダイオードを接続して直流に変
換し、ダイオードの出力である脈流を平滑回路で平滑に
する。スイッチングレギュレーターは、高い周波数の交
流に変換して電圧を降圧できるので、トランスを小型に
できる特長がある。

【００１４】低精度大容量回路１は、出力電圧と出力電
流を高精度に制御する必要がないので、一般に市販され
ているＡＣアダプターが最適である。ＡＣアダプター
は、種々の電気機器の電源用に多量生産されているの
で、極めて低コストに市販されている。

【００１５】図に示す高精度小容量回路２は、低精度大
容量回路１の出力電圧を設定値に制御する安定化回路４
と、制御回路３とを備える。制御回路３は、電池電圧を
検出する検出回路５と、この検出回路５に制御されて、
低精度大容量回路１と高精度小容量回路２のいずれか一
方を選択的に二次電池に接続する切換回路６とを備え
る。図１に示す高精度小容量回路２は、検出回路５の出
力をコントロール回路７に入力し、コントロール回路７
で検出回路５からの入力信号を処理して切換回路６を制
御している。ただ、検出回路５が直接に切換回路６を制
御することもできるのはいうまでもない。

【００１６】安定化回路４はＤＣ／ＤＣコンバータであ
る。ＤＣ／ＤＣコンバータは、低精度大容量回路１の出
力電圧を、二次電池を最適な条件で充電できる設定電圧
と、設定電流に制御する。すなわち、定電圧、定電流特
性に制御する。安定化回路４には、ＤＣ／ＤＣコンバー
タに代わって、制御用のトランジスターやＦＥＴ等の半
導体抵抗素子も使用できる。半導体抵抗素子は、内部抵
抗を制御して、出力電圧と出力電流を設定値に制御でき
る。安定化回路４をＤＣ／ＤＣコンバータとする充電器
は発熱を少なくできる。安定化回路４を半導体抵抗素子
とする充電器は、回路を簡単にできる。ＤＣ／ＤＣコン
バータや半導体抵抗素子は、コントロール回路７に制御
されて、出力電圧と出力電流を高精度に制御する。安定
化回路４は、必ずしもコントロール回路７からの制御信
号で出力電圧と出力電流を制御する必要はない。安定化
回路４は出力電圧をフィードバツクして出力電圧と、出
力電流を制御することもできる。

【００１７】安定化回路４は、リチウムイオン二次電池
等の非水系二次電池を充電する充電器においては、出力
電圧と出力電流の両方を制御する。ただ、低精度大容量
回路１の出力容量が小さい場合は、出力電圧のみを制御
することもできる。リチウムイオン二次電池の充電器
は、安定化回路４の出力電圧を、たとえば４．１Ｖ／セ
ルに設定する。ニッケル−カドミウム電池やニッケル−
水素電池等の充電器は、出力電流のみを制御する安定化
回路４とすることもできる。

【００１８】検出回路５は、電池電圧を検出してコント
ロール回路７に検出信号を入力する。検出回路５は、二
次電池の電圧を分圧する分圧抵抗Ｒからの電圧信号が入
力される。検出回路５はＡ／Ｄコンバータ（図示せず）
を内蔵しており、入力されるアナログ信号をデジタル信
号に変換してコントロール回路７に出力する。

【００１９】切換回路６は、スイッチＳＷ1とスイッチ
ＳＷ2とを備え、スイッチＳＷ1は、低精度大容量回路１
の出力側と二次電池との間に、スイッチＳＷ2は、高精
度小容量回路２の安定化回路４の出力側と二次電池との
間に接続されている。切換回路６を構成するスイッチＳ
Ｗ1と、スイッチＳＷ2は、二次電池を充電するときに、
いずれか一方がオンとなる。

【００２０】コントロール回路７はマイクロコンピュー
タで、検出回路５から入力される電圧信号を設定電圧に
比較して、切換回路６であるスイッチＳＷ1と、スイッ
チＳＷ2を制御する。電池電圧が設定電圧よりも低いと
き、コントロール回路７は、切換回路６であるスイッチ
ＳＷ1をオン、スイッチＳＷ2をオフとして、低精度大容
量回路１の出力側を二次電池に接続する。電池電圧が設
定電圧以上になると、スイッチＳＷ2をオン、スイッチ
ＳＷ1をオフにして、高精度小容量回路２の安定化回路
４の出力側を二次電池に接続する。

【００２１】さらに、図１に示す充電器は、コントロー
ル回路７に表示回路８を接続して、表示回路８でもって
充電する二次電池の容量を表示している。二次電池の容
量は、検出回路５から入力される電圧信号をコントロー
ル回路７が演算して計算する。

【００２２】図１に示す充電器は、図２に示すフローチ
ャートで、リチウムイオン二次電池等の非水系二次電池
を充電する。 ［ステップ１］コントロール回路７は、スイッチＳＷ1
をオンにして低精度大容量回路１を二次電池に接続し、
スイッチＳＷ2をオフにして高精度小容量回路２を二次
電池から切り離し、低精度大容量回路１でもって二次電
池を急速充電する。 ［ステップ２］検出回路５からの電圧信号をコントロー
ル回路７に入力し、コントロール回路７は電池電圧を設
定電圧に比較する。電池電圧が設定電圧よりも低いとき
は、このステップをループする。このステップで急速充
電される二次電池は、図３に示すように、電池電圧が次
第に上昇する。

【００２３】［ステップ３］電池電圧が設定電圧以上に
上昇すると、コントロール回路７は切換回路６のスイッ
チＳＷ1をオフに切り換え、低精度大容量回路１を二次
電池から切り離す。

【００２４】［ステップ４］コントロール回路７は、ス
イッチＳＷ2をオンにして、高精度小容量回路２の安定
化回路４の出力側を二次電池に接続する。高精度小容量
回路２が二次電池に接続されると、低精度大容量回路１
を接続する状態よりも充電電流が少なくなるので、電池
電圧は図３に示すように一時的に低下するが、充電が進
行するに従って電池電圧は上昇する。このステップにお
いて、非水系二次電池は定電圧、定電流充電される。

【００２５】［ステップ５、６］二次電池の満充電を検
出するために、Δｔ経過した後にスイッチＳＷ2をオフ
にして、充電電圧と開放電圧の差電圧ΔＶを検出する。
コントロール回路７が差電圧ΔＶを検出するために、検
出回路５は電圧信号をコントロール回路７に入力する。 ［ステップ７、８］二次電池が満充電されるとΔＶが小
さくなるので、コントロール回路７は、ΔＶをあらかじ
め記憶している所定値に比較し、ΔＶが所定値よりも小
さくなると満充電されたとして、充電を終了する。

【００２６】［ステップ９］ΔＶの所定値よりも小さく
ない、すなわち大きいと、コントロール回路７は二次電
池が満充電されないと判定して、再びスイッチＳＷ2を
オンにして、ステップ５にループし、安定化回路４を二
次電池に接続して充電を継続する。その後、ステップ５
〜９をループして、二次電池を満充電する。

【００２７】以上のフローチャートで二次電池を充電す
る充電器は、充電電圧と開放電圧の差電圧ΔＶを所定値
に比較して二次電池の満充電を検出する。二次電池の満
充電は、差電圧ΔＶのみでなく、たとえば、充電電流を
検出して判定することもできる。非水系二次電池を定電
圧充電すると、満充電になるに従って充電電流が減少す
るからである。

【００２８】以上のフローチャートは、リチウムイオン
二次電池等の非水系二次電池を充電する方法を示してい
る。ニッケル−カドミウム電池やニッケル−水素電池を
充電する充電器は、電池電圧が設定電圧に上昇した後、
定電流充電して満充電できる。これ等の二次電池は満充
電になると、電池電圧がピーク値となり、あるいはピー
ク値からΔＶ低下するので、ピーク電圧やΔＶ低下を検
出して満充電を検出できる。

【００２９】

【発明の効果】本発明の充電器は、製造コストを低減で
きるにもかかわらず、電池性能の低下を防止して短時間
で急速充電できる理想的な特長を備える。それは、本発
明の充電器が、電池性能を低下させる心配のない状態に
あっては、高精度には出力を制御できないが出力の大き
い低精度大容量回路を二次電池に接続して急速充電し、
電池電圧が設定電圧まで上昇して満充電に近付くと、低
精度大容量回路を二次電池から切り離して、低精度大容
量回路の充電側に接続している高精度小容量回路を二次
電池に接続するからである。低精度大容量回路は、出力
を高精度に制御しないので、低コストで高出力にでき
る。高精度小容量回路は、出力が小さいので低コストで
出力を高精度に制御できる。したがって、本発明の充電
器は、低精度大容量回路と高精度小容量回路の両方を低
コストに製造でき、しかも、電池性能を低下させない時
期にあっては、低精度大容量回路で急速充電し、電池性
能を低下させる可能性が高くなると、高精度小容量回路
に切り換えて充電するので、電池性能を低下させるとな
く、急速充電できる優れた特長がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例にかかる充電器のブロック線図

【図２】図１に示す充電器が二次電池を充電するフロー
チャート図

【図３】図２のフローチャートで充電される二次電池の
電圧変化を示すグラフ

【符号の説明】

１…低精度大容量回路 ２…高精度小容量回路 ３…制御回路 ４…安定化回路 ５…検出回路 ６…切換回路 ７…コントロール回路 ８…表示回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力される交流を二次電池の充電電圧に
   変換する低精度大容量回路(1)と、低精度大容量回路(1)
   の出力側に接続されて、充電される二次電池の充電電圧
   と充電電流の少なくとも一方を制御して二次電池を満充
   電する安定化回路(4)を備える高精度小容量回路(2)とを
   備える充電器において、 低精度大容量回路(1)の出力側と、高精度小容量回路(2)
   の出力側とを選択的に二次電池に接続する制御回路(3)
   を備えており、制御回路(3)は、電池電圧を検出する検
   出回路(5)と、この検出回路(5)に制御されて、低精度大
   容量回路(1)、または高精度小容量回路(2)の安定化回路
   (4)のいずれか一方を選択的に二次電池に接続する切換
   回路(6)とを備え、二次電池の電圧が設定電圧よりも低
   いときに制御回路(3)の切換回路(6)が低精度大容量回路
   (1)の出力側を二次電池に接続し、電池電圧が設定電圧
   以上になると、高精度小容量回路(2)の安定化回路(4)を
   二次電池に接続するように構成されてなることを特徴と
   する充電器。