JPH0879982A - 充放電制御装置および定電圧定電流制御回路 - Google Patents

充放電制御装置および定電圧定電流制御回路

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JPH0879982A
JPH0879982A JP6208627A JP20862794A JPH0879982A JP H0879982 A JPH0879982 A JP H0879982A JP 6208627 A JP6208627 A JP 6208627A JP 20862794 A JP20862794 A JP 20862794A JP H0879982 A JPH0879982 A JP H0879982A
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Tsutomu Suzui
Hidetoshi Yano
毅 久保
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秀清 小澤
秀俊 矢野
勤 鈴井
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Abstract

(57)【要約】 【目的】ノートパソコン等の携帯型電子機器に用いられ
る充電器の充放電制御装置および定電圧定電流制御回路
に関し,複数の電池への並列充電を可能にし,また放電
時の電力損失をできるだけ小さくして,電池の効率的利
用を可能とすることを目的とする。 【構成】電池の負極側と装置のグランド間を電気的に切
り離すスイッチ回路150を設け,充電時にはスイッチ回
路150 により充電器120 と二次電池140 のみの閉回路を
構成して充電する。また,電池パック200 内部の過放電
防止用スイッチ回路230 を外部からも制御できるように
放電制御用端子260 を設け,装置側のスイッチ回路の削
減を図る。複数の二次電池を並列充電することにより電
池間の電流経路を制御するスイッチ回路を不要とする。
複数の二次電池を時分割で切り換えて充電する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は,ノートパソコン等の携
帯型電子機器に用いられる充電器の充放電制御装置およ
び定電圧定電流制御回路に関する。
【0002】ノートパソコン等の携帯型電子機器におい
ては,装置用の電源として電池が搭載されているが,装
置の運用コストや瞬間的に放電可能な電流容量等の関係
で,Nicad等の二次電池が搭載されているのが一般
的である。また,装置にACアダプター等を接続するだ
けで簡単に装置内蔵の二次電池に対して充電ができるよ
うに,充電回路も内蔵している例が多い。
【0003】このような装置において,複数の電池への
並列充電を可能にし,また放電時の電力損失をできるだ
け小さくして,電池の効率的利用を可能とする技術が望
まれている。
【0004】
【従来の技術】電子機器を電池で動作させる場合,一般
的に電池の電圧は放電が進むに従って低下していくた
め,電子機器内部で使用する電圧を一定に保つためにD
C−DCコンバータにより電池出力の定電圧化を計って
いる。DC−DCコンバータにより電池出力の安定化を
計る場合,電子機器に搭載する電池の電圧およびACア
ダプター等の外部から供給される電圧と,電子機器本体
内部で使用する電圧の関係に付いては,以下の2つの場
合がある。
【0005】1つは装置で使用する電圧よりも高い電圧
を電池で供給して,DC−DCコンバータにより電子機
器内部で使用する電圧まで電圧を下げる方式であり,こ
のタイプのDC−DCコンバータをステップダウン型
(降圧型)と言う。
【0006】他の1つは,装置で使用する電圧よりも低
い電圧を電池で供給して,DC−DCコンバータにより
電子機器内部で使用する電圧まで電圧を上げる方式であ
り,このタイプのDC−DCコンバータをステップアッ
プ型(昇圧型)と言う。
【0007】電子機器において,降圧型を使用するか昇
圧型を使用するかは,装置の消費電力や二次電池での運
用時間,あるいは装置サイズ,装置重量等により異な
る。以下,DC−DCコンバータの各方式に従って,従
来技術を説明する。
【0008】装置で使用する電圧よりも高い電圧を二次
電池で供給するようなタイプでの内蔵充電器の構成につ
いてまず説明する。その構成例を,図11に示す。図1
1において,500はDC−DCコンバータ,501は
DC−DC制御部,510は充電を制御する充電制御
部,520はACアダプター等が接続されるDCコネク
ター,530は充電器を構成する充電用定電流回路,5
31は定電流制御部,540は二次電池,Tr51,T
r52はトランジスタ,D51〜D55はダイオード,
F51,F52はヒューズ,L51,L52はチョーク
コイル,C51,C52はコンデンサ,R51〜R53
は抵抗を表す。
【0009】DCコネクター520は,装置をACアダ
プター等の外部電源により運転するとき,あるいは装置
内蔵の二次電池540に充電を行うために,外部から電
源を供給するためのコネクターである。DC−DCコン
バータ500は,DCコネクター520経由で供給され
る外部電源,または内蔵二次電池540から電力の供給
を受けて,装置が必要とする電圧を作成するための装置
用の電源である。
【0010】充電用定電流回路530は,DCコネクタ
ー520経由で外部より電力が供給されており,且つ充
電制御部510により,二次電池540への充電が指示
されているとき,二次電池540を充電するのに必要な
電力を作成するための定電流電源である。
【0011】充電制御部510は,二次電池540に対
して充電を行うための制御部である。充電用定電流回路
530に対して充電の開始,停止,終了等の指示も充電
制御部510が行う。
【0012】ダイオードD51は,DCコネクター52
0にACアダプター等が接続されているが,ACアダプ
ターにAC電源が供給されていない等の理由によりAC
アダプターが非動作状態にあるとき,内蔵二次電池54
0から電力が外部に流出するのを防止するための逆流阻
止用保護ダイオードである。
【0013】ダイオードD52は,外部より電力が供給
されていないとき,DC−DCコンバータ500に二次
電池540からの電力を供給すると共に,DCコネクタ
ー520経由で外部より電力が供給されているとき,そ
の電圧が二次電池540に印加されるのを防止するため
の保護ダイオードである。
【0014】ダイオードD55は,二次電池540から
充電用定電流回路530への逆流を防止するためのダイ
オードである。DC−DCコンバータ500および充電
用定電流回路530の構成は,スイッチング方式のレギ
ュレーター等の一般的なものであるため,ここでの詳細
な説明は省略する。なお,定電流制御部531に利用で
きるものとして,例えば富士通製ICのMB3759等
がある。また,DC−DC制御部501に利用できるも
のとして,例えば富士通製ICのMB3776A等があ
る。
【0015】DCコネクター520にACアダプター等
が接続され外部より電力が供給されているとき,DC−
DCコンバータ500にはダイオードD51を介して外
部電力が印加され,DC−DCコンバータ500は装置
が必要とする電圧を作成する。このとき,外部電源から
供給される電力はダイオードD52に阻止され,二次電
池540に印加されることはない。
【0016】外部より電力が供給されているとき,二次
電池540に対して電力が供給され充電が行われるの
は,充電制御部510の指示により充電用定電流回路5
30が動作し,充電用の電力を作成しているときだけで
ある。充電用定電流回路530が停止しているときに
は,トランジスタTr51により回路が遮断されるため
二次電池540への電力供給は行われない。
【0017】外部からの電力供給が途絶えたとき,DC
−DCコンバータ500への電力供給は二次電池540
よりダイオードD52を介して供給される。一方,ダイ
オードD51,D55により,二次電池540からの出
力がDC−DCコンバータ500以外への電力流出を防
止する。
【0018】二次電池540への充電を行うときは,二
次電池540を充電するのに必要な電圧が充電用定電流
回路530を介して,電池の正極側に印加されるが,こ
の電圧はそのままダイオードD52を介してDC−DC
コンバータ500にも印加される。Nicad等の一般
的な二次電池を充電するのに必要な電圧の最大は,電池
電圧の1.7倍程度になるが,DC−DCコンバータ5
00は降圧型であるため,この電圧は問題にはならな
い。
【0019】以上のような従来の方式においては,二次
電池540への充電用パスと二次電池540からの放電
用パスとを分離して,二次電池540への充電防止保護
を行うためのダイオードD52が必要であった。しか
し,二次電池540からDC−DCコンバータ500に
電力を供給する場合,ダイオードD52による電圧の降
下があり電池使用効率低下の原因であった。
【0020】ダイオードD52による電圧降下は,0.
55V〜0.7Vにも達し,例えばNicad電池6本
を使用した装置を例にとると,その電力損失は電池の容
量の7.6%〜10%にも達する。
【0021】装置がさらに小型化になり,例えばNic
ad電池2本で運用するような装置に至っては,その電
力損失は電池容量の23%〜30%にも達する。次に,
装置で使用する電圧よりも低い電圧を二次電池で供給す
るようなタイプでの,内蔵充電器の構成について説明す
る。その構成例を,図12に示す。
【0022】図12において,600はDC−DCコン
バータ,601はDC−DC制御部,610は充電を制
御する充電制御部,620はACアダプター等が接続さ
れるDCコネクター,630は充電器を構成する充電用
定電流回路,631は定電流制御部,640は二次電
池,Tr61,Tr62はトランジスタ,D61〜D6
5はダイオード,F61,F62はヒューズ,L61/
L62はトランス,L63はチョークコイル,C61,
C62はコンデンサ,R61〜R63は抵抗を表す。
【0023】DCコネクター620は,装置をACアダ
プター等の外部電源により運転するとき,あるいは装置
内蔵の二次電池640に充電を行うために,外部から電
源を供給するためのコネクターである。DC−DCコン
バータ600は,DCコネクター620経由で供給され
る外部電源,または内蔵二次電池640から電力の供給
を受けて,装置が必要とする電圧を作成するための装置
用の電源である。
【0024】充電用定電流回路630は,DCコネクタ
ー620経由で外部より電力が供給されており,且つ充
電制御部610により,二次電池640への充電が指示
されているとき,二次電池640を充電するのに必要な
電力を作成するための定電流電源である。
【0025】充電制御部610は,二次電池640に対
して充電を行うための制御部である。充電用定電流回路
630に対して充電の開始,停止,終了等の指示も充電
制御部610が行う。
【0026】ダイオードD61は,DCコネクター62
0にACアダプター等が接続されているが,ACアダプ
ターにAC電源が供給されていない等の理由によりAC
アダプターが非動作状態にあるとき,内蔵二次電池64
0から電力が外部に流出するのを防止するための逆流阻
止用保護ダイオードである。
【0027】ダイオードD62は,外部より電力が供給
されていないとき,DC−DCコンバータ600に二次
電池640からの電力を供給すると共に,DCコネクタ
ー620経由で外部より電力が供給されているとき,そ
の電圧が二次電池640に印加されるのを防止するため
の保護ダイオードである。
【0028】ダイオードD65は,二次電池640から
充電用定電流回路630への逆流を防止するためのダイ
オードである。充電用定電流回路630の構成は,スイ
ッチング方式のレギュレーター等の一般的なものである
ためここでの詳細な説明は省略する。なお,充電用定電
流回路630の構成は,図11に示す回路530と同方
式でもよい。
【0029】DC−DCコンバータ600は,二次電池
640の電圧を装置が必要とする電圧まで昇圧するため
の,昇圧型のスイッチング方式のレギュレーターであ
る。DCコネクター620にACアダプター等が接続さ
れ外部より電力が供給されているとき,DC−DCコン
バータ600にはダイオードD61を介して外部電力が
印加され,DC−DCコンバータ600は装置が必要と
する電圧を作成する。このとき,外部電源から供給され
る電力は,ダイオードD62に阻止され二次電池640
に印加されることはない。
【0030】外部より電力が供給されているとき,二次
電池640に対して電力が供給され充電が行われるの
は,充電制御部610の指示により充電用定電流回路6
30が動作し,充電用の電力を作成しているときだけで
ある。充電用定電流回路630が停止しているときに
は,トランジスタTr61により回路が遮断されるため
二次電池640への電力供給は行われない。
【0031】外部からの電力供給が途絶えたとき,DC
−DCコンバータ600への電力供給は,二次電池64
0よりダイオードD62を介して供給される。一方,ダ
イオードD61により二次電池640からの出力がDC
−DCコンバータ600以外への電力流出を防止する。
【0032】二次電池640への充電を行うときは,二
次電池640を充電するのに必要な電圧が充電用定電流
回路630を介して,二次電池640の正極側に印加さ
れるが,この電圧はそのままダイオードD62を介して
DC−DCコンバータ600にも印加される。Nica
d等の一般的な二次電池640を充電するのに必要な電
圧は,二次電池640の放電電圧の1.7倍程度である
ため,電池本数等の装置構成によっては,DC−DCコ
ンバータ600への印加電圧がDC−DCコンバータ6
00の出力電圧を越える条件が発生する場合があり得
る。このような場合には,図12に示すようなチョーク
コイル方式の昇圧型のDC−DCコンバータ600で
は,入力電圧がDC−DCコンバータ600のチョーク
コイルL63と整流ダイオードD64を介してそのまま
負荷に印加されるため,充電器を内蔵した装置では使用
することができない。
【0033】このような場合には,図13に示すような
トランス結合方式の昇降圧型のDC−DCコンバータ7
00を使用しなければならない。図13において,70
0はDC−DCコンバータ,701はDC−DC制御
部,710は充電を制御する充電制御部,720はAC
アダプター等が接続されるDCコネクター,730は充
電器を構成する充電用定電流回路,731は定電流制御
部,740は二次電池,Tr71,Tr72はトランジ
スタ,D71〜D75はダイオード,F71,F72は
ヒューズ,L71/L72,L73/L74はトラン
ス,C71,C72はコンデンサ,R71〜R73は抵
抗を表す。
【0034】この図13に示す方式は,図12のものに
比べてDC−DCコンバータ700内がトランス結合方
式の昇降圧型で構成される他は,構成・動作が同じであ
るので,説明の繰り返しを省略する。なお,充電用定電
流回路730の構成は,図11に示す回路530と同方
式でもよい。
【0035】図12に示すようなチョークコイル方式の
昇圧型のDC−DCコンバータ600では80%程度の
効率を実現することが可能であるが,図13に示すよう
なトランス結合方式の昇降圧型ではその効率は60%程
度が限界である。
【0036】以上述べたように,装置で使用する電圧よ
りも低い電圧を二次電池で供給するようなタイプでの図
12に示すような従来方式による充電器の構成方式で
は,次の二つの問題点があった。
【0037】一つは,二次電池への充電用パスと二次電
池から放電用パスを分離して二次電池への充電保護を行
うためのダイオードD62が必要である。しかし,二次
電池からDC−DCコンバータ600に電力を供給する
場合,ダイオードD62による電圧の降下による電力損
失があり電池使用効率低下の原因となる。
【0038】ダイオードD62による電圧降下は0.5
5V〜0.7Vにも達し,例えばNicad電池2本で
運用するような装置では,その電力損失は,電池容量の
23%〜30%にも達する。
【0039】もう一つの問題点は,電池を充電するのに
必要な電圧が充電回路を介して,電池の正極側に印加さ
れるが,この電圧がそのままダイオードD62を介して
DC−DCコンバータ600にも印加されることであ
る。
【0040】Nicad等の一般的な二次電池を充電す
るのに必要な電圧は,電池の放電電圧の1.7倍程度で
あるため,電池本数等の装置構成によっては,DC−D
Cコンバータへの印加電圧がDC−DCコンバータの出
力電圧を越える条件が発生する場合があり得る。このよ
うな場合には,DC−DCコンバータの構成をチョーク
コイル方式の昇圧型ではなく,トランス結合方式の昇降
圧型で構成する必要があり,チョークコイル方式の昇圧
型のDC−DCコンバータ600では80%程度の効率
であったものが,トランス結合方式の昇圧型のDC−D
Cコンバータ700ではその効率が60%程度に低下す
る。
【0041】次に,電池の過放電を防止するための従来
方式について説明する。ノートパソコン等の携帯型電子
機器で用いられる電池のうち,Li+(リチウム・イオ
ン)二次電池や,NiMH電池は,Nicad電池と異
なり過放電に弱く,使用者が誤って過放電させた場合に
回復不能なダメージを受ける。そのため,使用者の誤操
作による電池機能の劣化を防止するために,電池の電圧
が指定電圧以下になったことを検出して出力を遮断する
過放電防止回路を電池に内蔵するようになっている。
【0042】また,電池運用での装置の稼動時間等の関
係で複数個の電池を搭載可能とした機器においては,電
池の放電順序を制御するために,電池の入力部に放電禁
止/許可を制御するためのスイッチ回路を設けて電池の
放電順序を制御しているのが一般的である。
【0043】このような構成の機器で上記過放電防止機
能を内蔵した電池を使用した場合,スイッチ回路が二重
となるためスイッチ回路による電力損失が大きな問題と
なる。
【0044】図14は,従来方式での電池過放電防止方
式の例を示す図である。図14において,800(80
0’も同様)は電池パック,810は二次電池,820
は電池パック800内の過放電を防止する制御部,87
0は電力を消費する電子機器の装置,881は装置内の
放電禁止/許可の制御部,R80〜R89は抵抗,FE
T81〜FET85はスイッチ回路を構成する電界効果
トランジスタ,D81〜D83はダイオードを表す。
【0045】図14に示す装置870は,二つの電池パ
ック800,800’とACアダプター等の外部からの
給電(DC−IN)のいずれかより電力の供給を受けて
動作する。ここに電池パック800と電池パック80
0’とは同一構造となっている。
【0046】ダイオードD81は,装置870の電力が
電池パック800または電池パック800’により供給
されるとき,電池からの電力がDC−IN側へ逆流する
のを防止するためのダイオードである。ダイオードD8
2/D83は,装置870の電力がDC−INから供給
されているとき,DC−INからの電力が電池パック8
00または電池パック800’へ逆流するのを防止する
ためのダイオードである。特に,トランジスタFET8
4/FET85には,ソース〜ドレイン間に寄生ダイオ
ードが付いているため,これらの逆流防止用ダイオード
D82/D83が必要になっている。
【0047】トランジスタFET84は,電池パック8
00からの電力供給の禁止許可を制御するためのスイッ
チ回路であり,制御部881からの信号によりon/o
ffの制御が行われる。制御部881からの信号により
トランジスタFET84がon状態にあるとき電池パッ
ク800からの放電が許可される。トランジスタFET
85は,電池パック800’からの電力供給の禁止許可
を制御するためのスイッチ回路であり,トランジスタF
ET84同様,制御部881からの信号によりon/o
ffの制御が行われる。制御部881からの信号により
トランジスタFET85がon状態にあるとき電池パッ
ク800’からの放電が許可される。
【0048】抵抗R84/R85は,DC−INより電
力供給があるかないかを識別するための電圧検出用の抵
抗である。抵抗R86/R87は,電池パック800か
ら電力供給が可能かどうかを識別するための電圧検出用
の抵抗である。抵抗R88/R89は,電池パック80
0’から電力供給が可能かどうかを識別するための電圧
検出用の抵抗である。
【0049】今,装置870への電力供給の順序を,
DC−IN,電池パック800,電池パック80
0’の順で順序付けをしてあると仮定する。抵抗R84
/R85によりDC−INより電力供給があることが検
出された場合,制御部881は電池パック800および
電池パック800’からの電力供給を禁止するために,
トランジスタFET84/FET85をoff状態に保
ち,電池パック800および電池パック800’の消耗
を回避するように動作する。
【0050】次に抵抗R84/R85によりDC−IN
からの電力供給が途絶えたことが検出されると,制御部
881はトランジスタFET84をonにして,電池パ
ック800からの電力供給を行う。このとき電池パック
800’からの放電が行われないように,トランジスタ
FET85はoff状態に保たれる(このとき,トラン
ジスタFET85がon状態であると,電池パック80
0と電池パック800’の両方から同時に装置に給電が
行われる)。
【0051】次に,抵抗R86/R87により電池パッ
ク800の放電が終了し,二次電池810が空になった
ことが検出されると,制御部881はトランジスタFE
T85をonにして,電池パック800’からの電力供
給を行うと同時に,トランジスタFET84をoffに
し,電池パック800の過放電を防止する(なお,電池
パック800’に過放電防止回路が組み込まれている場
合には,本動作は意味をなさない)。
【0052】図15は,図14に示す電池パック800
内の過放電防止回路の詳細を示したものである。図15
におけるR80/R81/R82/R83/FET81
/FET82は,図14に示す同一名の記号を付与した
ものに対応し,IC81〜IC84は比較器,e81,
e82は基準電圧を表す。
【0053】トランジスタFET81は,二次電池81
0が過放電状態(電池電圧が規定値以下のとき)や負荷
短絡により電池から過大電流が流れた場合に回路を遮断
するためのスイッチ回路であり,比較器IC81/IC
82によりon/offされる。トランジスタFET8
2は,二次電池810への充電電圧が規定値以上になっ
た場合,電池を保護するために回路を遮断するためのス
イッチ回路であり,比較器IC83によりon/off
される。
【0054】比較器IC81は,抵抗R80/R81に
より電池の電圧を検出して基準電圧e82と比較するた
めの比較器であり,二次電池810の放電により電池電
圧が基準電圧e82より低下した場合,Lowレベルを
出力して,比較器IC84を経由してトランジスタFE
T81をoffするための過放電防止回路を構成する。
【0055】過放電防止回路の説明を簡略化するため
に,IC81を比較器として説明したが,実際の回路構
成においては電池の内部抵抗Riによる電池電圧の変動
による比較器IC81の出力の変動を防止するために,
比較器IC81がLowレベルを出力したことを記憶す
るためのフリップフロップ(FF)回路や,充電等によ
り電池の電圧が復旧したときにフリップフロップの記憶
内容をリセットするための解除手段を有していることは
言うまでもない。
【0056】比較器IC82は,負荷短絡により電池か
ら過大電流が流れた場合に回路を遮断して短絡保護を行
う過電流検出用の比較回路である。スイッチ回路を構成
するトランジスタFET81/FET82による電圧降
下を測定して過電流の測定を行う。負荷短絡により過大
電流が流れると,トランジスタFET81/FET82
のon抵抗により電池パック800のマイナス端子側の
電位が電流値に比例して上昇し,e81の電位も上昇す
るため,規定値以上の電流が流れるとe81とe82の
電位を比較している比較器IC82がLowレベルを出
力し,比較器IC84を経由してトランジスタFET8
1をoffする。
【0057】過電流防止回路の説明を簡略化するために
IC82を比較器として説明したが,実際の回路構成に
おいてはトランジスタFET81をoffさせたことに
より比較器IC82の出力が即Highレベルに復帰す
ることによる比較器IC82の出力の変動を防止するた
めに,比較器IC82がLowレベルを出力したことを
記憶するためのフリップフロップ(FF)回路や,短絡
状態が解除されたときにフリップフロップの記憶内容を
リセットするための解除手段を有していることは言うま
でもない。
【0058】比較器IC84は3入力の比較器であり,
比較器IC81/IC82からの入力の両方が基準電圧
e82より高いときHighレベルを出力して,トラン
ジスタFET81をonにする。従って,以上述べたよ
うに電池が過放電状態または短絡により過電流が流れた
場合には,比較器IC81/IC82/IC84によっ
てトランジスタFET81がoffされることにより回
路が遮断される。
【0059】比較器IC83は,充電時に電池に定格以
上の電圧が印加されるのを防止するための過電圧検出回
路であり,抵抗R82/R83により充電電圧を測定し
て基準電圧e81と比較する。比較の結果,充電電圧が
定格以上であると比較器IC83はLowレベルを出力
し,トランジスタFET82をoffさせ,充電する方
向への電流の流れを遮断する。
【0060】充電電圧が定格以下のときには,比較器I
C83はHighレベルを出力し,トランジスタFET
82をonさせる。二次電池810が過放電状態にあ
り,トランジスタFET81がoff状態であっても電
池のプラス端子に充電電圧が印加された場合,トランジ
スタFET81は寄生ダイオードにより電流の流れを阻
止することはないため電池は充電される。また,二次電
池810の充電によって電池の電位が上昇すると,抵抗
R80/R81により検出される電位がe82より大と
なり,比較器IC81がHighレベルを出力する。こ
のときトランジスタFET81/FET82を流れる電
流の向きは放電時とは逆であり,e81の電位がe82
の電位を上回ることはなく,比較器IC82もHigh
レベルを出力する。その結果,比較器IC84によりト
ランジスタFET81がonとなる。
【0061】以上が,従来の電池パック内の過放電防止
回路の動作である。次に,電池パックを2個搭載してい
るときの従来の充電方式の例を説明する。電池パックは
電池の出力電圧や電力の関係で,複数個の電池セルを直
列に接続して構成されるが,直列に接続できるセル数は
電池電圧と外部から供給される電源電圧との関係で上限
が規定される。例えば,NicadやNiMH電池の単
セル当たりの電圧は1.2Vであるが,充電時の電圧は
約1.7Vである。一般的な装置での電源系の耐圧は1
6.0Vであることを考慮すると,NicadやNiM
H電池では9本の直列接続が上限となる。Li+(リチ
ウム・イオン)電池の場合の単セル当たりの電圧は最大
4.2Vであり,装置耐圧16.0Vを考慮すると3本
の直列接続が上限となる。
【0062】また,電池の単セル当たりの容量は,電池
のサイズに基づいた基本容量で規定される。従って,電
池の容量を増加させるには複数の電池セルを直列に接続
したものを,並列に接続する以外に方法はない。
【0063】ところで,二次電池の充電を行う場合に注
意することは,各電池に流す充電電流の最大値を制御す
ることである。電池によって決まる規格以上の電流値で
充電を行うと電池が発熱し,発熱時の保護回路無しで充
電を行うと発火にいたることがあり非常に危険である。
【0064】直列接続の二次電池に充電を行う場合,充
電電流値は全てのセルで同一であるため,充電器側で定
電流制御を行うことにより,規格電流値内での充電を行
うことができる。
【0065】しかし,並列接続された電池に充電を行う
と,電池間のインピーダンスや電池間の充電量の違いに
より電池間での電流値が異なる。極端な例では,並列に
接続された電池の1個にのみ充電電流が流れ,他の電池
には流れない場合もあり得る。このような状態が発生す
ると,1個の電池の充電電流値が並列接続した電池の本
数倍となり非常に危険である。
【0066】従って,従来は並列に接続された二次電池
に対する適切な充電方法がないため,電池を並列に接続
する代わりに複数の電池パックに分割し,各々独立した
電池パック構成とすることにより,個別に充電する方法
が取られているのが一般的である。その結果,複数の電
池パックを搭載する構成とした装置がある。
【0067】図16は電池パックを2個搭載していると
きの従来方式の例を示す。図16において,900は充
電器,901はDCコネクター,902はDC−DCコ
ンバータ,910は定電流制御を行う制御部,920は
充放電制御部,930,940は二次電池の電池パック
(以下,電池A,電池Bという),Tr91,FET9
1〜FET94はトランジスタ,D91〜D95はダイ
オード,F91,F92はヒューズ,L92はチョーク
コイル,C91は平滑用コンデンサ,R90〜R94は
抵抗を表す。
【0068】DCコネクター901は,装置をACアダ
プター等の外部電源により運転するとき,あるいは装置
内蔵の二次電池に充電を行うために,外部から電源を供
給するためのコネクターである。DC−DCコンバータ
902は,DCコネクター901経由で供給される外部
電源,または内蔵二次電池から電力の供給を受けて,装
置が必要とする電圧を作成するための装置用の電源であ
る。
【0069】充電器900は,DCコネクター901経
由で外部より電力が供給されているとき二次電池を充電
するのに必要な電力を作成するための定電流電源であ
る。ダイオードD91およびD95は,DCコネクター
901にACアダプター等が接続されているが,ACア
ダプターにAC電源が供給されていない等の理由により
ACアダプターが非動作状態にあるとき,内蔵二次電池
から電力が外部に流出するのを防止するための逆流阻止
用保護ダイオードである。
【0070】ダイオードD92/D93は,外部より電
力が供給されていないとき,DC−DCコンバータ90
2に二次電池からの電力を供給すると共に,DCコネク
ター901経由で外部より電力が供給されているとき,
その電圧が二次電池に印加されるのを防止するための保
護ダイオードである。
【0071】トランジスタFET93およびFET94
は,DCコネクター901経由でACアダプター等から
の電力が供給されていないとき,DC−DCコンバータ
902に二次電池から電力を供給するときに,電池Aか
ら供給するか電池Bから供給するかを制御するためのス
イッチ回路である。電池Aおよび電池Bの両方から常に
同時に並列に放電する場合には,トランジスタFET9
3およびFET94は不要である。
【0072】トランジスタFET91およびFET92
は,充電する電池を選択するためのスイッチ回路であ
り,充電器900から供給される充電電流を,電池Aに
流すか,電池Bに流すのかを制御する。
【0073】充電器900は,充電用の定電流回路であ
り,メイン・スイッチング・トランジスタTr91,チ
ョークコイルL92,フライホィール・ダイオードD9
4,平滑用コンデンサーC91,電流制御用のセンス抵
抗R90/R91/R92/R93/R94および制御
部910で構成される。この充電用定電流回路の構成
は,スイッチング方式のレギュレーター等の一般的なも
のであるため,ここでの詳細な説明は省略する。
【0074】DCコネクター901にACアダプター等
が接続され外部より電力が供給されているとき,DC−
DCコンバータ902にはダイオードD91を介して外
部電力が印加され,DC−DCコンバータ902は装置
が必要とする電圧を作成する。このとき外部電源から供
給される電力は,ダイオードD92/D93に阻止され
二次電池の電池パック930/940に印加されること
はない。
【0075】外部より電力が供給されているとき,二次
電池に対して電力が供給され充電が行われるのは,充電
が指示されており充電用定電流回路が動作し充電用の電
力を作成しているときだけである。充電用定電流回路が
停止しているときには,トランジスタTr91により回
路が遮断されるため,電池への電力供給は行われない。
【0076】外部からの電力供給が途絶えたとき,DC
−DCコンバータ902への電力供給は二次電池の電池
パック930,940よりトランジスタFET93/F
ET94とダイオードD92/D93を介して供給され
る。トランジスタFET93のソース電極はダイオード
D92のアノード側に接続され,ドレイン電極は電池A
の正極側に接続されている。トランジスタFET93の
ゲート電極は充放電制御部920からの制御信号に接続
されている。同様にトランジスタFET94のソース電
極はダイオードD93のアノード側に接続され,ドレイ
ン電極は電池Bの正極側に接続されている。トランジス
タFET94のゲート電極は充放電制御部920からの
制御信号に接続されている。
【0077】トランジスタFET93の内部寄生ダイオ
ードはドレイン側からソース側に向かって順方向とな
り,トランジスタFET93は電池Aからの電流の流れ
に対してスイッチ回路として動作するが,電池Aに流れ
込む電流に対しては常にon状態である。電池Aへの逆
流を防止する手段としてダイオードD92が直列に接続
されている。同様にトランジスタFET94の内部寄生
ダイオードもドレイン側からソース側に向かって順方向
となり,トランジスタFET94は電池Bからの電流の
流れに対してスイッチ回路として動作するが,電池Bに
流れ込む電流に対しては常にon状態である。そこで電
池Bへの逆流を防止する手段として,ダイオードD93
が直列に接続されている。
【0078】充放電制御部920がDC−INからの入
力がなくなったことを検出すると,電池からの放電を促
すために,トランジスタFET93またはFET94を
onにする。電池Aからの放電を指示するとき充放電制
御部920は,トランジスタFET93のゲート電極を
グランド電位にすることにより,トランジスタFET9
3をonとする。電池Bからの放電を指示するときに
は,充放電制御部920は,トランジスタFET94の
ゲート電極をグランド電位にすることにより,トランジ
スタFET94をonとする。
【0079】一方,ダイオードD91およびD95によ
り電池A,Bからの出力がDC−DCコンバータ902
以外へ電力流出することを防止する。ACアダプターに
より外部電力が供給され充電器900の充電用定電流回
路が動作しているとき,充電器900で作成された電力
は,スイッチ用トランジスタFET91またはFET9
2を経て電池Aまたは電池Bを充電する。電池Aを充電
するときには,トランジスタFET91をonとして電
池Aへの電流パスを閉じる。このときトランジスタFE
T92はoff状態であるため定電流回路からの電流は
全て電池Aを充電するのに使用される。
【0080】電池Bを充電するときには,トランジスタ
FET92をonとして電池Bへの電流パスを閉じる。
このときトランジスタFET91はoff状態であるた
め定電流回路からの電流は全て電池Bを充電するのに使
用される。
【0081】図17に,図16に示す制御部910およ
び充放電制御部920による制御フローチャートを示
す。充電の場合,図17(A)に示すように制御する。
DC−INに外部から電力が供給されたことを確認(S
21)したならば,以下の処理を行う。まず,充放電制
御部920は,トランジスタFET93,FET94を
offにする(S22)。トランジスタFET91をo
nにし,トランジスタFET92をoffにする(S2
3)。また,制御部910はトランジスタTr91をo
nにし,電池Aに充電する(S24)。ステップS25
において,電池Aがフルになり,充電が終了したことを
検出したならば,ステップS26へ進む。ステップS2
6では,一旦トランジスタTr91をoffにする。そ
の後,トランジスタFET91をoffに,トランジス
タFET92をonに切り換える(S27)。そして,
トランジスタTr91をonにし,電池Bに充電する
(S28)。ステップS29において,電池Bがフルに
なり,充電が終了したことを検出したならば,トランジ
スタTr91をoffにする(S30)。
【0082】また,放電時の制御は,図17(B)に示
すように行われる。ステップS41において,まずトラ
ンジスタFET93をonにし,トランジスタFET9
4をoffにして,電池Aから放電する。ステップS4
2により,電池Aの電位が下がり,電池Aが空になった
ことを検出したならば,ステップS43において,トラ
ンジスタFET93をoffにし,トランジスタFET
94をonにして,電池Bからの放電へ移る。ステップ
S44により,電池Bも空になったことを検出したなら
ば,ステップS45による装置のロー・バッテリー処理
を起動する。
【0083】従来,図16に示すような複数の電池パッ
クを搭載した電子機器においては,スイッチ回路により
充電対象の電池パックを選択して充電を行い,充電対象
となる電池パックの充電が完了した後に,次の電池パッ
クを選択して充電を行うといったシリアルな充電が一般
的であった。
【0084】このように,複数の電池パックに対して1
個の充電回路で順次充電を行った場合,充電済み電池と
未充電電池を並列に接続できないため,各電池からの放
電を制御するためのスイッチ用トランジスタFET93
/FET94と,充電済み電池から未充電電池への電池
間での充放電を防止するための逆流防止用ダイオードD
92/D93が必要である。
【0085】その結果,電池放電時にスイッチ用トラン
ジスタFET93/FET94による抵抗損失と,逆流
防止ダイオードD92/D93での電圧降下による電力
損失が発生し,電池の効率的運用ができない問題があっ
た。
【0086】逆流防止ダイオードD92/D93の代わ
りに電界効果トランジスタ(FET)を使用することに
より電力損失を低減する方法もある。FETの内部寄生
ダイオード同志が逆接続となるようにスイッチ用FET
とダイオード用FETとを直列に接続する方法である
が,FET2個分の抵抗損失が発生する。
【0087】コスト面でも,ダイオードに比してFET
のコストは2倍以上高くなるというデメリットがある。
また,複数の電池パックは順次に充電を行うため全ての
電池の充電が完了した時以外は,電池の並列放電ができ
ないため,電池が複数個存在しても常に交互放電とな
り,瞬間的に放電できる電流値に限界があった。
【0088】図18に,上記問題点解決のために,電池
の数と同じだけ充電器を用意した方式を示す。図18に
おいて,950(950’も同様)は充電器,951は
DCコネクター,952はDC−DCコンバータ,96
0は定電流制御を行う制御部,970,980は二次電
池の電池パック(以下,電池A,電池Bという),Tr
92はトランジスタ,D90,D96〜D99はダイオ
ード,F93,F94はヒューズ,L93はチョークコ
イル,C92は平滑用コンデンサ,R95〜R99は抵
抗を表す。
【0089】充電器950は電池Aを充電するためのも
のであり,充電器950’は電池Bを充電するためのも
のである。このように,充電器を複数個用意することに
より充電時間の短縮を図ることは可能である。しかし,
電池Aへの充電電流が電池B側へ漏洩するのを防止する
ためには,逆流阻止用のダイオードD98が必要であ
る。同様に電池Bへの充電電流が電池A側へ漏洩するの
を防止するためには,逆流阻止用のダイオードD97が
必要である。
【0090】その結果,電池放電時に逆流防止ダイオー
ドD97/D98による電圧降下が発生し,ダイオード
・ドロップによる電力損失となり電池の効率的運用がで
きない。また,充電器を増やすことによる物量の増大と
いう欠点がある。
【0091】
【発明が解決しようとする課題】以上のように従来の充
放電制御装置では,次のような問題点があった。 (1) 充電時の電池への電流の流れのパスと電池からの放
電時の電流の流れのパスを分離するためのダイオード挿
入により電力の無駄(ダイオードによる電圧ドロップ)
が発生する。
【0092】例えば,Nicad電池2本で動作するよ
うな装置を考えた場合,その損失は電池電力の20〜2
5%程度に達する。 (2) チョークコイル方式の昇圧型DC−DCコンバータ
を採用した装置では,従来方式での充電回路が採用でき
ないため,DC−DCコンバータの構成を,図13に示
すようなトランス結合方式の昇降圧型DC−DCコンバ
ータに変更する必要がある。しかし,チョークコイル方
式の昇圧型のDC−DCコンバータでは80%程度の効
率を実現することが可能であるが,トランス結合方式の
昇降圧型DC−DCコンバータではその効率は60%程
度が限界であり電池の有効利用を計ることができない。
【0093】(3) 複数の電池パックを搭載するような電
子機器においては,個々の電池が同時に放電を行わない
ように制御するために,個々の電池からの出力系統に放
電回路のon/off制御を行うためのスイッチ回路を
設ける必要がある。しかし,過放電による電池の劣化防
止を目的として過放電防止回路を設けた電池パックを使
用した場合,パック内にある過放電防止スイッチ回路と
装置の放電制御用スイッチとが直列接続となるため,ス
イッチ回路による電力損失が倍になる。
【0094】(4) 複数の電池に対して充電を行うため
に,充電時の電池への電流の流れを切り替えるスイッチ
回路および逆流防止用のダイオードを挿入することによ
り,電池からの放電時このスイッチ回路での電圧降下に
よる電力の無駄(スイッチ回路およびダイオードでの電
圧ドロップ)が発生する。
【0095】例えば,Nicad電池2本で動作するよ
うな装置を考えた場合,その損失は電池電力の20〜2
5%程度に達する。逆流防止ダイオードの代わりにFE
Tを使用することにより電力損失を低減する方法もある
が,スイッチ回路FETとダイオード用FETとを直列
に接続する必要があり,FET2個分のロスが発生す
る。また,ダイオードに比してFETのコストは2倍程
度高くなるというコスト面でのデメリットがある。
【0096】(5) 1個の充電器で複数の電池に対して順
次充電を行うために,充電時間が電池の数だけ増大す
る。 (6) 充電時間を縮めるために並行充電を行うためには,
電池の数だけ充電器を必要とする。
【0097】(7) 複数の電池からの放電は順次放電とな
るため放電可能な最大電流値が制限される。放電電流値
を増大させるには電池の並列放電が必要であるが,電池
の充電がシリアルに行われるため,並列放電ができな
い。
【0098】本発明は上記問題点の解決を図り,DC−
IN入力から電池への逆流防止用のダイオードを不要と
することにより,電池からの放電時のダイオードによる
電力損失をなくすことを目的とする。
【0099】また,電池パック内部の過放電防止用スイ
ッチを外部からも制御できるように,制御信号を追加す
ることにより共用化を計り,電子機器側の放電禁止/許
可スイッチ回路の削減と電力損失の低減を図ることを目
的とする。
【0100】さらに,本発明は,装置の稼動時間を高め
ることを目的として複数個の電池パックを搭載可能とし
た装置において,1個の定電流回路で複数の二次電池を
並列充電することにより,定電流回路の削減と充電時間
の短縮を図った充電制御方式を提供することを目的とす
る。また,複数の二次電池を並列充電することにより電
池間の電流経路を制御するスイッチ回路を不要にし,ス
イッチ回路を不要にしたことにより電池放電時のスイッ
チ回路による損失を改善した充電制御方式を提供するこ
とを目的としている。
【0101】
【課題を解決するための手段】図1および図2は,本発
明の原理ブロック図である。図1(A)は請求項1記載
の発明に対応する充放電制御装置を示す。図1(A)に
おいて,100はDC−DCコンバータを持つ携帯型電
子機器等の電力消費装置,110は充電制御部,120
は充電器,130は定電流制御部,140は充電可能な
二次電池,150はスイッチ回路を表す。
【0102】図1(A)に示す装置の場合,装置のグラ
ンド側と二次電池140の負極側とを切り離すための電
気的なスイッチ回路150を設け,このスイッチ回路1
50を充電制御部110により切り換えることにより,
充電時には装置のグランド側と二次電池140の負極側
とを切り離し,充電器120と二次電池140との閉ル
ープを構成して充電を行うようにしている。
【0103】こうすることにより,DC−IN入力から
二次電池140への逆流防止用のダイオードを不要と
し,二次電池140からの放電時のダイオードによる電
力損失をなくしている。
【0104】図1(B)は請求項2記載の発明に対応す
る充放電制御装置を示す。図1(B)において,200
は電池パック,210は充電可能な二次電池,220は
電池パックからの放電を制御する制御部,230は過放
電防止用スイッチ回路,240は電池パックのプラス端
子,250は電池パックのマイナス端子,260は放電
制御用端子,270はDC−DCコンバータを持つ携帯
型電子機器等の装置,280は放電禁止/許可制御部を
表す。
【0105】二次電池210の過放電を防止するための
過放電防止用スイッチ回路230を内蔵した電池パック
200において,過放電防止用スイッチ回路230のo
n/offを制御するための信号を外部の装置270か
ら入力可能としている。そのため,電池パック200に
プラス端子240,マイナス端子250の他に放電制御
用端子260を設けている。装置270の放電禁止/許
可制御部280により,放電制御用端子260に放電禁
止の制御信号を付加すると,制御部220は強制的に過
放電防止用スイッチ回路230をoffさせる。こうし
て過放電防止用スイッチ回路230を装置270側から
の放電禁止/許可制御にも使用する。
【0106】図2(A)は請求項3および請求項4の発
明に対応する充放電制御装置および定電圧定電流制御回
路を示す。図2(A)において,300は充電器(定電
圧定電流回路),310は充電の制御回路(定電圧定電
流制御回路),320,330は電流測定用誤差増幅
器,340は電圧制御用誤差増幅器,350は比較回
路,360,370は二次電池を表す。
【0107】二次電池360,370の充電を目的とし
た充電器300の制御回路310は,電圧制御用誤差増
幅器340の電圧検出入力に対して複数の電圧を入力で
きるようにしている。また,電流測定用誤差増幅器32
0,330が,それぞれ二次電池360,370に対応
して設けられている。
【0108】充電器300として,このような定電圧定
電流回路を用いることにより,1個の定電流回路から複
数の二次電池360/370に対して,同時に並列充電
を行うことを可能としている。また,この定電圧定電流
回路を用いて複数の二次電池360/370の並列充電
を行うことにより,定電圧定電流回路と複数の二次電池
360/370間の電流経路を制御するためのスイッチ
回路を不要としている。さらに,定電圧定電流回路と複
数の二次電池360/370間の電流経路を制御するた
めのスイッチ回路を不要としたことにより,電池からの
放電時のスイッチ回路による電力損失をなくしている。
【0109】図2(B)は請求項5記載の発明に対応す
る充放電制御装置を示す。図2(B)において,400
は充電器,410,420は二次電池,430,440
は充電を切り換えるためのスイッチ回路,450は充電
制御部,460は切換制御手段を表す。
【0110】充電可能な複数の二次電池410,420
と二次電池に対して充電を行うための充電器400を内
蔵した電子機器において,充電器400と各二次電池4
10/420との間をon/offするためのスイッチ
回路430/440を設けている。充電制御部450は
これらのスイッチ回路430/440の切換制御手段4
60を有し,切換制御手段460は,スイッチ回路43
0/440が同時にonにならないように,任意の時間
において1個の二次電池410/420とのみ充電器4
00が接続されるように,一定の時間で自動的に切り換
える。このようにスイッチ回路430/440を時分割
で切り換えることにより,複数の二次電池410/42
0に対して時分割多重で充電を行うと共に,複数の電池
に対する充電電流を個々に管理し,複数の二次電池41
0/420の充電を同時に行うようにしている。
【0111】
【作用】請求項1記載の発明は,以下のような作用効果
がある。 (1) 充電時に二次電池140の負極と装置グランドとを
電気的に遮断して充電器120と二次電池140だけの
閉回路を構成して充電を行うため,充電時の電池電位と
装置の電位とは独立となる。
【0112】(2) 上記方式とすることにより,二次電池
140の正極側の放電電流パス用の逆流阻止ダイオード
が不要となり,放電時のダイオード・ドロップによる電
力損失が零となるため電池の利用効率が上がる。
【0113】(3) また,装置用DC−DCコンバータへ
の入力電圧(対グランド電圧)は二次電池140へ充電
中であっても,DC−IN電圧と同一であるため,電流
消費装置100のDC−DCコンバータの方式に依存せ
ずに充電が可能となる。
【0114】請求項2記載の発明は,以下のような作用
効果がある。 (1) 電池パック200内に設けた過放電防止用スイッチ
回路230を,装置270側の制御による電池パック切
換用スイッチ回路と兼用することが可能となるため,装
置270内にスイッチ回路が不要となる。
【0115】(2) 装置270内のスイッチ回路が不要と
なることにより,スイッチ抵抗による電力損失が零とな
り,電池の効率的運用が可能となる。すなわち,電池パ
ック200内での損失を除く電子機器内部でのスイッチ
回路による損失を削減することができる。
【0116】請求項3および請求項4記載の発明は,以
下のような作用効果がある。 (1) 1個の充電器300で,複数の二次電池360,3
70に対して並列に充電が可能となる。
【0117】(2) 複数の二次電池360,370に対し
て並列に充電を行うため,充電時の電池への電流の流れ
を切り替えるスイッチ回路および逆流防止用のダイオー
ドが不要となり,電池利用効率の向上を計ることが可能
となる。
【0118】(3) 複数個の二次電池360,370に対
して並列に充電を行うため,充電に要する時間は電池1
個の場合と変わらない。 (4) 複数の二次電池360,370への並列充電を制御
する制御回路310を集積回路化することができるの
で,装置の小型化を容易に実現できる。
【0119】請求項5記載の発明は,以下のような作用
効果がある。 (1) 1個の充電器400で,複数の二次電池410,4
20に対して並列に充電が可能となる。複数の電池に対
して時分割多重で交互に切り換えながら充電を行うた
め,結果的に並列に充電を行うこととなり,複数の電池
からの並列放電が可能となる。
【0120】(2) 複数の二次電池410,420に対し
て並列に充電が行われるため,電池の並列放電が可能と
なり,放電可能電流値を大きくすることができる。 (3) 放電時の電池切換用スイッチ回路が不要となり,こ
のスイッチ回路による電力損失が削減できる。(ただ
し,DC−INからの逆流阻止用のスイッチ回路は必要
であるため,従来方式に比して1/2の電力損失とな
る。)
【0121】
【実施例】以下,本発明の実施例を図を用いて説明す
る。図3は,請求項1記載の発明に対応する実施例を示
す図である。
【0122】図3において,101はDC−DCコンバ
ータ,102はDCコネクター,103はフォト・カプ
ラー,110は充電制御部,120は充電器(充電用定
電流回路),130は定電流制御部,140は二次電
池,150はスイッチ回路,160はDCコネクターの
グランド側接点回路,FET11〜FET13はトラン
ジスタ,D11,D13はダイオード,F11,F12
はヒューズ,L11/L12はトランス,R11は抵
抗,C11はコンデンサ,IC11は誤差増幅器を表
す。
【0123】DCコネクター102,DC−DCコンバ
ータ101,充電器(充電用定電流回路)120,充電
制御部110,ダイオードD11は,それぞれ図12に
示す従来方式におけるDCコネクター620,DC−D
Cコンバータ600,充電用定電流回路630,充電制
御部610,ダイオードD61等の回路と同じ働きをす
るものである。
【0124】DCコネクター102のグランド側接点回
路160およびトランジスタFET12/FET13
は,装置のグランド側と電池の負極側の接続切り離しを
行うために新たに設けた電気的なスイッチ回路である。
DCコネクター102のグランド側接点回路160は,
DCコネクター102にACアダプター等が接続された
場合に,装置グランドと電池の負極側を切り離すための
メカニカル接点回路である。
【0125】上記のDCコネクター102のグランド側
接点回路160は,DCコネクター102に何も接続さ
れないときには,このメカニカル接点はグランド側と接
続され,装置のグランドと電池の負極側を接続するため
に用いられる。
【0126】トランジスタFET12/FET13は,
DCコネクター102の電位を検出することによりDC
コネクター102経由で外部から電力が供給されている
ときは回路を遮断し,電力が供給されていないときに回
路を閉じることにより,装置グランドと電池の負極側を
on/offするスイッチ回路150を構成する。スイ
ッチ回路150は,DCコネクター102にACアダプ
ター等が接続されているが,ACアダプターにAC電源
が供給されていない等の理由によりACアダプターが非
動作状態にあるとき,二次電池140の負極側がDCコ
ネクター102の接点を介して装置のグランドに接続さ
れない状態が発生した場合に,二次電池140の負極側
と装置のグランドを接続するための回路である。
【0127】トランジスタFET11は,充電用定電流
回路のメイン・スイッチング・トランジスタであり,ト
ランスL11/L12は電圧変換用のトランスである。
ダイオードD13は整流用のダイオードである。C11
は平滑用コンデンサである。抵抗R11は電池に充電さ
れる電流値を測定するためのセンス抵抗であり,IC1
1はセンス抵抗中を流れる電流による電圧降下を測定し
て電流値を定電流制御部130にフィードバックするた
めの誤差増幅器である。フォト・カプラー103は誤差
増幅器IC11の情報を定電流制御部130に伝えるた
めの回路である。
【0128】DCコネクター102にACアダプター等
が接続され外部より電力が供給されているとき,DC−
DCコンバータ101にはダイオードD11を介して外
部電力が印加され,DC−DCコンバータ101は装置
が必要とする電圧を作成する。このとき,外部電源から
供給される電力は二次電池140の正極側に印加される
が,二次電池140の負極側はDCコネクター102の
グランド側接点回路160およびトランジスタFET1
2/FET13により装置グランド(外部電源の負極)
とは遮断されているため電力が供給されることはない。
【0129】外部より電力が供給されているとき,二次
電池140に対して電力が供給され充電が行われるの
は,充電制御部110の指示により充電用定電流回路が
充電用の電力を作成しているときだけである。充電用定
電流回路が動作しているとき外部回路から供給される電
力は,メイン・スイッチング・トランジスタFET11
により交流信号に変換されL11に加えられL12に伝
えられる。L12に伝えられた電圧は整流ダイオードD
13によって直流に変換され,二次電池140の正極に
印加される。
【0130】充電用定電流回路の電流は,ダイオードD
13を介して内蔵二次電池140に加えられるが,二次
電池140の負極側はDCコネクター102のグランド
側接点回路160およびトランジスタFET12/FE
T13により装置グランドと遮断されているため,定電
流回路で作成される電力は全て内蔵二次電池140にの
み流れる。また,充電用定電流回路の正極側は装置のプ
ラス電位側とは接続されているが,負電位側は電池の負
電極以外には接続されていないため,装置のプラス電位
に影響を与えることはない。
【0131】充電制御部110の指示により充電用定電
流回路が停止しているときは,トランジスタFET11
は,off状態に保たれるため入力電力がL12側に伝
播されることはない。また,ダイオードD13は二次電
池140に対して逆方向に接続されているため,二次電
池140の電流がL12を介して放電されることはな
い。
【0132】DCコネクター102の挿抜により外部か
らの電力供給が途絶えたとき,二次電池140の正極は
直接DC−DCコンバータ101に接続されており,ま
た二次電池140の負極もDCコネクター102の接点
を介して装置グランドに接続されるために,二次電池1
40の電圧がそのままDC−DCコンバータ101に伝
えられる。一方,ダイオードD11により二次電池14
0からの出力がDC−DCコンバータ101以外への電
力流出を防止する。
【0133】また,DCコネクター102にACアダプ
ター等が接続されているが,ACアダプターにAC電源
が供給されていない等の理由によりACアダプターが非
動作状態にあるとき,二次電池140の負極側がDCコ
ネクター102の接点を介して直接装置グランドに接続
されない状態においては,トランジスタFET12/F
ET13がon状態であるため,トランジスタFET1
2/FET13を介して,二次電池140の負極側と装
置のグランド側が接続される。
【0134】以上説明したように本実施例では,装置の
グランド側と電池の負極側を切り離すための電気的なス
イッチ回路150を設け,このスイッチ回路150の切
り換えにより充電器120と二次電池140の閉ループ
を構成し,充電を行うようにしたことにより,DC−I
N入力から電池への充電防止用のダイオード(図12に
示すダイオードD62等)を不要とする。これにより,
このダイオードでの電圧降下による電力損失がなくな
り,電池利用効率の向上を計ることが可能となった。
【0135】また,昇圧型DC−DCコンバータを採用
した回路においても,本充電方式では充電器と電池の閉
ループを構成することにより充電を行うため,DC−D
Cコンバータの回路にはDC−INの電圧以上の電圧が
印加されることがないため,チョークコイル方式の昇圧
型DC−DCコンバータを採用することが可能となり,
DC−DCコンバータの効率を高めることができる。
【0136】図4は,請求項1記載の発明に対応する他
の実施例を示す図である。前述した図3に示す実施例で
は,装置のグランド側と電池の負極側を切り離すための
電気的なスイッチ回路としてDCコネクター102のメ
カニカル接点を利用した場合について説明したが,DC
コネクターのメカニカル接点が利用できない場合は,図
4に示すDCコネクター105の回路に示すように単に
メカニカル接点が使用できないだけであり,トランジス
タFET12/FET13を介して電池の負極と装置グ
ランドの接続切り離しが行われるだけである。
【0137】この場合,メカニカル接点の接触抵抗が2
0mΩ前後なのに対して,FETスイッチのon抵抗は
約50mΩ程度なので,電界効果トランジスタ(FE
T)2個で約100mΩとなり若干効率が低下するが,
ダイオードによるVfロスと比較した場合は,数十倍も
効率が良くなる。
【0138】次に,図5に従って,請求項2記載の発明
に対応する実施例を説明する。本実施例では,装置側の
放電禁止/許可のスイッチ回路による電力損失を削減す
ることを目的として,電池の過放電を防止するための過
放電防止用スイッチ回路を内蔵した充電可能な二次電池
の電池パックにおいて,過放電防止用スイッチ回路のo
n/offを制御するための信号を外部からも入力可能
とし,この端子への制御信号により,強制的に過放電防
止用スイッチ回路をoffさせる機能を設けることによ
り,過放電防止用スイッチ回路をバッテリーからの放電
禁止/許可制御にも使用する。
【0139】図5において,200(200’も同様)
は電池パック,210は二次電池,220は電池パック
200内の過放電を防止する制御部,240は電池パッ
クのプラス端子,250は電池パックのマイナス端子,
260は放電制御用端子,270は電力を消費する電子
機器の装置,281は装置内の放電禁止/許可の制御
部,R20〜R29は抵抗,FET21,FET22は
スイッチ回路を構成する電界効果トランジスタ,D21
はダイオードを表す。
【0140】図5に示す装置270は,二つの電池パッ
ク200,200’とACアダプター等の外部からの給
電(DC−IN)のいずれかより電力の供給を受けて動
作する。ここに電池パック200(以下,電池Aとい
う)と電池パック200’(以下,電池Bという)とは
同一構造となっている。
【0141】ダイオードD21は,装置270の電力が
電池Aまたは電池Bにより供給されるとき,電池からの
電力がDC−IN側へ逆流するのを防止するためのダイ
オードである。抵抗R24/R25は,DC−INより
電力供給があるかないかを識別するための電圧検出用の
抵抗である。抵抗R26/R27は,電池Aから電力供
給が可能かどうかを識別するための電圧検出用の抵抗で
ある。抵抗R28/R29は,電池Bから電力供給が可
能かどうかを識別するための電圧検出用の抵抗である。
【0142】今,装置への電力供給の順序を,DC−
IN,電池A,電池Bの順で順序付けをしてあると
仮定する。抵抗R24/R25によりDC−INから電
力供給があることが検出された場合,DC−INからの
電力が電池Aまたは電池Bへ逆流するのを防止するた
め,および電池Aおよび電池Bからの電力供給による電
池の消耗を回避するために,制御部281は電池Aおよ
び電池Bに対する制御信号のC端子(放電制御用端子2
60,260’)にoff信号を送出して,電池パック
内の過放電防止用のトランジスタFET21/FET2
2等をoffさせる。
【0143】次に,抵抗R24/R25によりDC−I
Nより電力供給が途絶えたことが検出されると,制御部
281は電池Aに対して放電を開始するように電池Aの
放電制御用端子(C端子)260にon信号を送出する
ことにより,電池AのトランジスタFET21/FET
22をonにして電池Aからの電力供給を行う。このと
き電池Bからの放電が行われないように,電池Bに対し
てはトランジスタFET21’/FET22’がoff
状態に保たれるように,放電制御用端子(C端子)26
0’にoff信号を送出する(このとき,電池Bに対し
てもon信号を送出すると電池Aと電池Bの両方から同
時に装置に給電が行われる)。
【0144】次に,抵抗R26/R27により電池Aの
放電が終了し,二次電池210が空になったことが検出
されると,制御部281は電池Bに対して放電を開始す
るように電池BのC端子(放電制御用端子260’)に
on信号を送出することにより,電池Bのトランジスタ
FET21’/FET22’をonにして電池Bからの
電力供給を行う。それと同時に電池AのC端子(放電制
御用端子260)にはoff信号を送出することによ
り,電池AのトランジスタFET21/FET22をo
ff状態にし電池Aの過放電を防止するとともに,電池
Bの電流が電池Aに逆流することも防止する。
【0145】図6は,図5に示す電池パック内の過放電
防止制御回路の詳細を示す。図6において,トランジス
タFET21は,電池が過放電状態(電池電圧が規定値
以下のとき)や負荷短絡により電池から過大電流が流れ
た場合,および放電制御用端子(C端子)260からの
信号により電池の放電が禁止されているときに,回路を
遮断するためのスイッチ回路であり,比較器(誤差増幅
器)IC21/IC22によりon/offされる。ト
ランジスタFET22は電池への充電電圧が規定値以上
になったとき電池を保護するために回路を遮断する,あ
るいはC端子からの信号により電池への充電が禁止され
ているときに電池への充電を遮断するためのスイッチ回
路であり,比較器IC23/IC25によりon/of
fされる。
【0146】比較器IC21は,抵抗R20/R21に
より二次電池210の電圧を検出して基準電圧e22と
比較するための3入力比較器であり,電池の放電により
電池電圧が基準電圧e22より低下した場合または放電
制御用端子260よりLowレベルが入力されると,L
owレベルを出力して,比較器IC24を経由してトラ
ンジスタFET21をoffするための過放電防止用の
回路である。放電制御用端子260からの入力がない場
合には,抵抗R200により比較器IC21のプラス端
子240はHigh状態に保持されるため,従来回路の
動作と同じである。放電制御用端子260からLowレ
ベルが入力された場合は,電池の電圧に関係なく比較器
IC21はLowレベルを出力し,トランジスタFET
21をoffする。
【0147】過放電防止回路の説明を簡略化するために
IC21を比較器として説明したが,実際の回路構成に
おいては電池の内部抵抗Riによる電池電圧の変動によ
るIC21の出力の変動を防止するために,IC21が
Lowレベルを出力したことを記憶するためのフリップ
フロップ(FF)回路や,充電等により電池の電圧が復
旧したときにFFの記憶内容をリセットするための解除
手段を有していることは言うまでもない。
【0148】ただし,放電制御用端子260からの入力
により制御される場合には,Lowレベルを記憶するた
めのFFを制御する必要はない。比較器IC22は負荷
短絡により電池から過大電流が流れた場合に回路を遮断
して短絡保護を行う過電流検出用の比較回路である。ス
イッチ回路を構成するトランジスタFET21/FET
22による電圧降下を測定して過電流の測定を行う。負
荷短絡により過大電流が流れるとトランジスタFET2
1/FET22のon抵抗により電池パック200のマ
イナス端子250側の電位が電流値に比例して上昇し,
e21の電位も上昇するため,規定値以上の電流が流れ
るとe21とe22の電位を比較している比較器IC2
2がLowレベルを出力し,比較器IC24を経由して
トランジスタFET21をoffする。
【0149】過電流防止回路の説明を簡略化するために
比較器IC22を比較器として説明したが,実際の回路
構成においてはトランジスタFET21をoffさせた
ことにより比較器IC22の出力が即Highレベルに
復帰することによるIC22の出力の変動を防止するた
めに,比較器IC22がLowレベルを出力したことを
記憶するためのフリップフロップ(FF)回路や,短絡
状態が解除されたときにFFの記憶内容をリセットする
ための解除手段を有していることは言うまでもない。
【0150】比較器IC24は3入力の比較器であり,
比較器IC21/IC22からの入力の両方が基準電圧
e22より高いときHighレベルを出力してトランジ
スタFET21をonにする。従って,以上述べたよう
に電池が過放電状態または短絡により過電流が流れた場
合は,比較器IC21/IC22/IC24によりトラ
ンジスタFET21がoffされることにより回路が遮
断される。
【0151】比較器IC23は充電時に電池に定格以上
の電圧が印加されるのを防止するための過電圧検出回路
であり,抵抗R22/R23により充電電圧を測定して
基準電圧e21と比較する。比較の結果,充電電圧が定
格以上であるとLowレベルを出力する。
【0152】比較器IC25は3入力の比較器であり,
比較器IC23および放電制御用端子260からの入力
の両方が基準電圧e21より高いときHighレベルを
出力してトランジスタFET22をonにし,いずれか
片方が低い時には,Lowレベルを出力してトランジス
タFET22をoffさせ充電する方向への電流の流れ
を遮断する。
【0153】従って,放電制御用端子260からLow
レベルが入力されると無条件にトランジスタFET22
はoffし,電池への充電が禁止される。放電制御用端
子260からの入力がない場合は,抵抗R200により
比較器IC25のプラス端子240はHigh状態に保
持されるため,従来通り比較器IC23の出力だけでト
ランジスタFET22のon/offが制御される。
【0154】電池が過放電状態にありトランジスタFE
T21がoff状態であっても電池のプラス端子240
に充電電圧が印加された場合,トランジスタFET21
は寄生ダイオードにより電流の流れを阻止することはな
いため電池は充電される。また,電池の充電によって電
池の電位が上昇すると,抵抗R20/R21により検出
される電位がe22より大となり,比較器IC21がH
ighレベルを出力する。このときトランジスタFET
21/FET22を流れる電流の向きは放電時とは逆で
ありe21の電位がe22の電位を上回ることはなく,
比較器IC22もHighレベルを出力する。その結果
比較器IC24によりトランジスタFET21がonと
なる。
【0155】放電制御用端子260によりoffが指示
されている場合には,トランジスタFET21/FET
22の両方がoffとなるため,充電と放電の両方が禁
止される。放電制御用端子260端子によりonが指示
されている,または放電制御用端子260がOpenの
時は,放電制御用端子260に制御されず,従来通りの
過放電防止回路として動作する。
【0156】以上述べたように,本実施例によれば電池
パック内の過放電防止用スイッチ回路を装置側が共用す
ることができ,従来装置に内蔵していた放電順序制御用
のトランジスタ(図14に示すFET84/FET8
5)および電池へのDC−IN入力の逆流防止用ダイオ
ード(図14に示すダイオードD82/D83)を削除
することが可能となるため,これらのトランジスタおよ
びダイオードによる電力損失が零となり,電池の効率的
な運用が可能となる。
【0157】次に,請求項3および請求項4記載の発明
に対応する実施例を説明する。ここでは,二次電池の充
電を目的とした定電流回路において,定電流制御回路の
電圧制御用誤差増幅器の電圧検出入力に対して複数の電
圧を入力できるようにしたこと,および電流測定用誤差
増幅器を複数個設けたことを特徴とする定電圧定電流回
路方式を提案し,この定電圧定電流回路を用いることに
より,1個の定電流回路から複数の二次電池に対して,
同時に並列充電を行うことを可能としている。また,こ
の定電圧定電流回路を用いて複数の二次電池の並列充電
を行うことにより,定電流回路と複数の二次電池間の電
流経路を制御するためのスイッチ回路を不要としたこと
を特徴とする。
【0158】図7および図8は,請求項3および請求項
4記載の発明に対応する実施例を示す図である。図中,
300は充電器,301はDCコネクター,302はD
C−DCコンバータ,310は定電流制御を行う制御回
路,360,370は二次電池の電池パック(以下,電
池A,電池Bという),Tr31はトランジスタ,D3
1〜D34はダイオード,F31,F32はヒューズ,
L31/L32はトランス,C31はコンデンサ,R3
0〜R300は抵抗を表す。また,図8において,31
1は三角波発振器,320〜340は誤差増幅器,35
1はPWM比較器,352はドライブ回路を表す。
【0159】DCコネクター301は装置をACアダプ
ター等の外部電源により運転するとき,あるいは装置内
蔵の二次電池に充電を行うために,外部から電源を供給
するためのコネクターである。DC−DCコンバータ3
02は,DCコネクター301経由で供給される外部電
源,または内蔵二次電池から電力の供給を受けて,装置
が必要とする電圧を作成するための装置用の電源であ
る。
【0160】DCコネクター301は,グランド側にメ
カニカル接点を持っており,ACアダプターが非接続状
態にあるときは,このメカニカル接点により電池の負極
側と装置のグランドが接続される。
【0161】ACアダプターが接続状態にあるときに
は,このメカニカル接点により電池の負極側と装置のグ
ランドが切り離され,電池への充電を防止する。ダイオ
ードD31は,DCコネクター301にACアダプター
等が接続されているが,ACアダプターにAC電源が供
給されていない等の理由によりACアダプターが非動作
状態にあるとき,内蔵二次電池から電力が外部に流出す
るのを防止するための逆流阻止用保護ダイオードであ
る。
【0162】ダイオードD32は,DCコネクター30
1にACアダプターが接続されているがAC入力が供給
されていない状態が発生したときに,DC−DCコンバ
ータ302への電力供給が遮断されるのを防止するため
の瞬断対策用ダイオードである。
【0163】充電器300は,PWM制御方式で動作す
る充電用の定電流回路である。トランジスタTr31
は,スイッチング用のメイン・トランジスタであり,制
御回路310によりon/offの制御が行われる。ト
ランスL31/L32は,電圧変換用のトランスであ
り,ダイオードD33は整流用のダイオードである。抵
抗R33/R34は電池Aへの充電電圧を検出するため
の抵抗であり,抵抗R39/R300は電池Bへの充電
電圧を検出するための抵抗であり,抵抗R33/R34
と抵抗R39/R300により検出した電圧が制御回路
310に加えられる。ダイオードD34はZenerダ
イオードであり,抵抗R35とともに基準電圧の作成を
行う。
【0164】抵抗R30は電池Aに充電される電流値を
測定するためのセンス抵抗であり,センス抵抗中を流れ
る電流による電圧降下を,抵抗R31/R32および抵
抗R33/R34により分圧して,制御回路310の誤
差増幅器に入力する。抵抗R36は電池Bに充電される
電流値を測定するためのセンス抵抗であり,センス抵抗
中を流れる電流による電圧降下を,抵抗R37/R38
および抵抗R39/R300により分圧して,制御回路
310の誤差増幅器に入力する。
【0165】図8は,図7のPWM制御方式の定電流充
電器の制御回路310の詳細を示したものである。三角
波発振器311と複数の電流測定用誤差増幅器320,
330と複数の電圧入力が可能な1個の電圧測定用誤差
増幅器340とPWM比較器351とドライブ回路35
2とから構成される。
【0166】誤差増幅器320および330は,定電流
回路の出力電流を検出しPWM制御信号を出力するアン
プである。誤差増幅器340は,複数の電圧入力と基準
電圧e31を比較して増幅するための増幅器であり,入
力電圧の最大値と基準電圧との差を増幅する。
【0167】PWM比較器351は,複数の反転入力と
1つの非反転入力を持つ電圧比較器で,入力電圧に応じ
て出力パルスの幅のオン時間を制御する電圧パルス幅変
換器である。三角波発振器311からの三角波が誤差増
幅器出力電圧とDT端子で規定される電圧のいずれより
も高い期間にドライブ回路352をオンさせることによ
り図7に示す出力トランジスタTr31をオンさせる。
【0168】ドライブ回路352は,メイン・トランジ
スタTr31を駆動するためのドライバーでありPWM
比較器351の出力がオンである期間,トランジスタT
r31をドライブしてonさせる。
【0169】三角波発振器311は,電圧をパルス幅に
変換するための変換用三角波を一定の周波数で発振させ
るための発振器である。この定電流回路は,PWM方式
で動作する定電圧定電流制御回路であり,通常のPWM
方式の定電流回路と動作は同じである。異なるのは,電
流制御用の誤差増幅器が複数個あることと,電圧制御用
の誤差増幅器の電圧入力が複数個あることである。
【0170】図8において,PWM比較器351は誤差
増幅器320〜340の出力とDT端子入力電圧を三角
波発振器311の出力と比較して,そのいずれよりも三
角波発振器311の電圧の方が高いときのみ,ドライブ
回路352をオンさせることにより出力トランジスタT
r31をオンさせる。
【0171】従って,電流測定用誤差増幅器320と誤
差増幅器330とからの入力に対して,電流の大きい方
の誤差増幅器によって制限される電流値で動作する。同
様に電圧測定用の誤差増幅器340は一番電圧が高い入
力によって制御されるため,複数の入力のうち最大の電
圧のもので制御される。
【0172】その結果,電流測定用誤差増幅器を複数個
設け,電圧制御用誤差増幅器の電圧検出入力に対して複
数の電圧を入力できるようにした図8に示すような定電
圧定電流制御回路では,複数の入力に対して最初に制限
値に達した誤差増幅器により制限される電流値および電
圧値で動作する定電圧定電流回路が構成されることとな
る。
【0173】この定電圧定電流回路を用いて,複数の二
次電池に並列充電を行うと,並列に接続される電池のい
ずれも制限電流以内で充電が行われる。また,並列に接
続される電池のいずれも制限電圧内での充電を行うこと
が可能となる。
【0174】図7における電池の並列充電についてさら
に説明する。DCコネクター301にACアダプター等
が接続され外部より電力が供給されているとき,DC−
DCコンバータ302にはダイオードD31を介して外
部電力が印加され,DC−DCコンバータ302は装置
が必要とする電圧を作成する。このとき,外部電源から
供給される電力は二次電池の正極側に印加されるが,二
次電池の負極側はDCコネクター301の接点回路によ
り装置グランド(外部電源の負極)とは遮断されている
ため電力が供給されることはない。
【0175】外部より電力が供給されているとき,二次
電池に対して電力が供給され充電が行われるのは,充電
制御部の指示により充電用定電流回路が充電用の電力を
作成しているときだけである。充電用定電流回路が動作
しているとき外部回路から供給される電力は,メイン・
スイッチング・トランジスタTr31により交流信号に
変換されL31に加えられL32に伝えられる。L32
に伝えられた電圧は整流ダイオードD33によって直流
に変換され,電池Aおよび電池Bの正極に印加される。
電池Aに流れる電流値は電流センス抵抗R30により測
定され,センス抵抗R30の両端の電圧を抵抗R31/
R32および抵抗R33/R34により分圧した後,定
電流回路の制御回路310の誤差増幅器320に加えら
れ,指定される電流の最大値を越えないように制御され
る。同様に,電池Bに流れる電流値は電流センス抵抗R
36により測定され,センス抵抗R36の両端の電圧を
抵抗R37/R38および抵抗R39/R300により
分圧した後,定電流回路の制御回路310の誤差増幅器
330に加えられ,指定される電流の最大値を越えない
ように制御される。
【0176】電池Aに印加される電圧は電圧センス抵抗
R33/R34で測定され,定電流回路の制御回路31
0の誤差増幅器340に加えられ,指定される電圧の最
大値を越えないように制御される。同様に,電池Bに印
加される電圧は電圧センス抵抗R39/R300で測定
され,定電流回路の制御回路310の誤差増幅器340
に加えられ,指定される電圧の最大値を越えないように
制御される。
【0177】充電用定電流回路からの電流はダイオード
D33を介して電池Aおよび電池Bに加えられるが,電
池Aおよび電池Bの負極側はDCコネクター301の接
点回路により装置グランドと遮断されているため,定電
流回路で作成される電力は全て電池Aおよび電池Bにの
み流れる。また,充電用定電流回路の正極側は装置のプ
ラス電位側とは接続されているが,負電位側は電池の負
電極以外には接続されていないため,装置のプラス電位
に影響を与えることはない。
【0178】充電制御部の指示により充電用定電流回路
が停止しているときは,トランジスタTr31はoff
状態に保たれるため入力電力がL32側に伝播されるこ
とはない。また,ダイオードD33は電池に対して逆方
向に接続されているため,電池の電流がL32を介して
放電されることはない。
【0179】DCコネクター301の挿抜により外部か
らの電力供給が途絶えたとき,二次電池の正極は直接D
C−DCコンバータ302に接続されており,また二次
電池の負極もDCコネクター301の接点を介して装置
グランドに接続されるために二次電池の電圧がそのまま
DC−DCコンバータ302に伝えられる。一方,ダイ
オードD31により電池からの出力がDC−DCコンバ
ータ302以外への電力流出を防止する。
【0180】また,DCコネクター301にACアダプ
ター等が接続されているが,ACアダプターにAC電源
が供給されていない等の理由によりACアダプターが非
動作状態にあるとき,二次電池の負極側がDCコネクタ
ー301の接点を介して直接装置グランドに接続されな
い状態においては,ダイオードD32を介して二次電池
の負極側と装置のグランド側が接続される。
【0181】以上説明したように本実施例では,1個の
定電流回路から複数の二次電池に対して,同時に並列充
電を行うことが可能となり,また,定電流回路と複数の
二次電池間の電流経路を制御するためのスイッチ回路を
不要としたことにより,電池からの放電時のスイッチ回
路での電圧降下による電力損失がなくなり,電池利用効
率の向上を計ることが可能となった。
【0182】次に,請求項5記載の発明に対応する実施
例を説明する。本実施例では,1個の充電回路と複数の
二次電池の間をスイッチ回路により時分割で切り換える
ことにより,複数の電池に対して同時に充電を行うよう
にした。また,1個の定電流回路で複数の二次電池を並
列充電することにより,複数の二次電池の並列放電を可
能とした。1個の定電流回路で複数の電池に対する充電
電流を個々に管理できるように,複数の二次電池に対し
て時分割多重により充電を行うことにより,マクロな時
間単位では複数の二次電池に対する並列充電を可能とし
ている。
【0183】図9は,請求項5記載の発明に対応する実
施例を示す図である。図9において,400は充電器,
401はDCコネクター,402はDC−DCコンバー
タ,403は定電流制御を行う制御部,410,420
は二次電池の電池パック(以下,電池A,電池Bとい
う),450は充電制御部,460は切換制御手段,T
r41,FET41〜FET44はトランジスタ,D4
1,D44,D45はダイオード,F41,F42はヒ
ューズ,L42はチョークコイル,C41は平滑用コン
デンサ,R40〜R45は抵抗を表す。
【0184】DCコネクター401は,装置をACアダ
プター等の外部電源により運転するとき,あるいは装置
内蔵の二次電池に充電を行うために,外部から電源を供
給するためのコネクターである。DC−DCコンバータ
402はDCコネクター401経由で供給される外部電
源または,内蔵二次電池から電力の供給を受けて,装置
が必要とする電圧を作成するための装置用の電源であ
る。
【0185】充電器400はDCコネクター401経由
で外部より電力が供給されているとき,二次電池を充電
するのに必要な電力を作成するための定電流電源であ
る。ダイオードD41およびD45は,DCコネクター
401にACアダプター等が接続されているが,ACア
ダプターにAC電源が供給されていない等の理由により
ACアダプターが非動作状態にあるとき,内蔵二次電池
から電力が外部に流出するのを防止するための逆流阻止
用保護ダイオードである。
【0186】トランジスタFET43およびFET44
は,DC−DCコンバータ402に二次電池からの電力
を供給すると共に,DCコネクター401経由で外部よ
り電力が供給されているとき,その電圧が二次電池に印
加されるのを防止するための保護ダイオードの代わりの
動作を行うスイッチ回路でありP型のDMOS−FET
である。
【0187】抵抗R45はDCコネクター401経由で
外部より電力が供給されていることを検出してトランジ
スタFET43およびFET44のon/offを制御
するための電圧検出用抵抗である。
【0188】トランジスタFET41およびFET42
は充電する電池を選択するためのスイッチ回路であり,
充電器400から供給される充電電流を,電池Aに流す
か,電池Bに流すのかを制御する。このスイッチ回路
は,定電流回路が動作しているときに,充電制御部45
0の切換制御手段460により時分割多重でon/of
fが繰り返される。
【0189】充電器400は,充電用の定電流回路であ
り,メイン・スイッチング・トランジスタTr41,チ
ョークコイルL42,フライホィール・ダイオードD4
4,平滑用コンデンサC41,電流制御用のセンス抵抗
R40〜R45および制御部403で構成される。充電
用定電流回路の構成はスイッチング方式のレギュレータ
ー等の一般的なものであるため,ここでの詳細な説明は
省略する。
【0190】DCコネクター401にACアダプター等
が接続され外部より電力が供給されているとき,DC−
DCコンバータ402にはダイオードD41を介して外
部電力が印加され,DC−DCコンバータ402は装置
が必要とする電圧を作成する。トランジスタFET43
/FET44のソース電極はダイオードD41のカソー
ド側に接続され,ドレイン電極は電池Aまたは電池Bの
正極側に接続されている。トランジスタFET43/F
ET44のゲート電極はダイオードD41のアノード側
に接続されると共に抵抗R45を介してグランドに接地
されている。
【0191】DC−INに電圧が印加されると,トラン
ジスタFET43/FET44のゲートにDC−INの
電圧が印加されるため,トランジスタFET43/FE
T44はoff状態となる。トランジスタFET43/
FET44の内部寄生ダイオードはドレイン側からソー
ス側へ向かって順方向となるためDC−IN入力により
逆バイアス状態となり,DC−IN入力はトランジスタ
FET43/FET44に阻止され二次電池に印加され
ることはない。
【0192】DC−INがoff状態となり外部からの
電力が途絶えると,トランジスタFET43/FET4
4の内部寄生ダイオードにより電池Aおよび電池Bの電
力がDC−DCコンバータ402に供給される。同時に
トランジスタFET43/FET44のゲート電極は抵
抗R45により接地されているため,ソース電位に対し
て負の電圧を与えることとなりon状態となる。トラン
ジスタFET43/FET44がonとなることによ
り,電池Aおよび電池Bの両方から放電が開始される。
【0193】トランジスタFET43/FET44がo
nとなることで電池Aおよび電池Bの正極同志が接続さ
れ,電池Aと電池Bは並列接続状態となるが,電池Aと
電池Bが同じように充電されていれば,電池Aと電池B
の間で充放電が行われることはない。
【0194】ダイオードの順方向電圧降下は0.35V
〜0.55Vであるが,トランジスタFET43/FE
T44のon抵抗は100mΩ以下にすることが可能で
あるため,ダイオードを挿入した場合に比してスイッチ
部での電力損失は数分の1に低減される。
【0195】また,ダイオードD41およびD45によ
り電池からの出力がDC−DCコンバータ402以外へ
の電力流出を防止する。外部より電力が供給されている
とき,二次電池に対して電力が供給され充電が行われる
のは,充電が指示されており充電用定電流回路が動作し
充電用の電力を作成しているときだけである。充電用定
電流回路が停止しているときは,トランジスタTr41
により回路が遮断されるため電池への電力供給は行われ
ない。
【0196】ACアダプターにより外部より電力が供給
され充電用定電流回路が動作しているとき,充電器40
0で作成された電力は,スイッチ用トランジスタFET
41またはFET42を経て電池Aまたは電池Bを充電
する。電池Aを充電するにはトランジスタFET41を
onとして電池Aへの電流パスを閉じる。このときトラ
ンジスタFET42はoff状態であるため定電流回路
からの電流は全て電池Aを充電するのに使用される。
【0197】トランジスタFET43/FET44は,
DC−INからの電圧によりoff状態にあり,またト
ランジスタFET43/FET44の内部寄生ダイオー
ドはDC−INに対して逆バイアス状態にあるため,電
池Aの充電電流がDC−DCコンバータ402側へ漏洩
することはない。同様に電池Aの充電電流が電池B側へ
漏洩することはない。
【0198】従来方式と本方式との間で,回路構成上で
放電用のスイッチ回路が不要になった違いのほか,充放
電の制御方式に違いがある。従来は,充電の開始から終
了まで充電器が充電対象電池に固定的に接続されたまま
の状態であり,電池への充電電流は連続して流れてい
た。これに対し,本方式は,充電開始から終了までの間
に充電器400が複数の電池との間で時分割多重で接続
される点が異なり,電池への充電電流は不連続となり,
パルス状に充電される。
【0199】電池を充電する方法として,電池に連続し
て電流を流す連続充電の手法と,パルス状に電流を流す
不連続充電の手法がある。パルス充電(不連続充電)で
は,電池に一定期間電流を流した後,休止サイクルを設
け,この充電サイクルと休止サイクルを交互に繰り返し
ながら充電していく。
【0200】本方式では,パルス充電方式により電池に
一定期間電流を流した後,休止サイクルを設けるが,こ
の休止サイクルの間に別の電池に充電電流を流すことに
より,複数の電池を同時に充電しようとするものであ
る。
【0201】このように,本方式によれば,装置の稼動
時間および瞬間的に放電可能な電流値を高めることを目
的として複数個の電池を並列接続した装置において,1
個の定電流回路で複数の二次電池を並列充電する充電制
御方式を実現することが可能となる。
【0202】そのために,1個の定電流回路で複数の電
池に対する充電電流を個々に管理できるように,充電用
定電流回路と二次電池との間をon/offするための
スイッチ回路(トランジスタFET41/FET42)
と,このスイッチ回路が同時にonにならないように,
任意の時間において1個の二次電池とのみ接続されるよ
うに一定の時間で自動的に切り換えるための切換制御手
段460を設けたこと,およびスイッチ回路を時分割で
切り換えることにより,複数の二次電池に対して時分割
多重で充電を行うと共に,複数の電池に対する充電電流
を個々に管理できるようにしたことにより,複数の二次
電池の並列充電を行うようにしたことに特徴がある。
【0203】図10は,図9に示す制御部403および
充電制御部450による制御フローチャートを示す。充
電の場合,図10(A)に示すように制御する。DC−
INに外部から電力が供給されると,図9に示すトラン
ジスタFET43/FET44は抵抗R45によりof
f状態になる(S1)。DC−INに外部から電力が供
給されたことを確認したならば,以下の処理を行う。ま
ず,トランジスタFET41をonにし,トランジスタ
FET42をoffにする(S2)。次に,ステップS
3により,トランジスタTr41をonにする。
【0204】その後,トランジスタFET41をonに
し,トランジスタFET42をoffにして,電池Aに
充電する(S4)。ステップS5によりt秒間経過した
ことを検出したならば,次にトランジスタFET41を
off,トランジスタFET42をonにして,電池B
への充電を行う(S6)。これについても,ステップS
7によりt秒間の経過を待ち,ステップS8の判定によ
り充電終了を検出するまで,ステップS4〜S7を繰り
返す。充電が終了したならば,トランジスタTr41を
offにして充電制御を終了する。
【0205】また,放電時の制御は,図10(B)に示
すように行われる。ステップS11において,DC−I
Nへの外部からの電力供給が切断されると,トランジス
タFET43/FET44は抵抗R45により自動的に
onになる。電池A,電池Bは同時に放電状態となる。
従って,ステップS12においてロー・バッテリ(Lo
w Batt)を検出すると,電池は両方とも使い果た
した状態となっている。この場合には,ステップS13
により,装置のロー・バッテリー処理を起動する。
【0206】充電中のあらゆる時点で充電を中止して
も,両電池A,Bの充電レベルは同じであるので,両電
池を同時に放電させても逆流したりすることはない。こ
の回路方式では,充電/放電とも両電池のレベルが同じ
ように推移することが特徴である。
【0207】上記制御フローにおける切替え時間の間隔
tは,秒単位程度の短い間隔が適当である。切替え時間
の間隔を長くすると,充電レベルの違いが出てくるため
望ましくない。上記充電制御部450における切換制御
手段460は,例えばマイクロコンピュータを利用した
ソフトウェア制御によって実現可能である。
【0208】
【発明の効果】以上説明したように,本発明によれば,
複数の電池への並列充電を可能にし,またダイオードや
スイッチ回路による放電時の電力損失をできるだけ小さ
くして,電池の効率的利用を可能とする効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理ブロック図である。
【図2】本発明の原理ブロック図である。
【図3】請求項1記載の発明に対応する実施例を示す図
である。
【図4】請求項1記載の発明に対応する他の実施例を示
す図である。
【図5】請求項2記載の発明に対応する実施例を示す図
である。
【図6】図5に示す電池パック内の過放電防止制御回路
の詳細を示す図である。
【図7】請求項3および請求項4記載の発明に対応する
実施例を示す図である。
【図8】図7に示す制御回路の詳細を示す図である。
【図9】請求項5記載の発明に対応する実施例を示す図
である。
【図10】図9に示す実施例の制御フローチャートを示
す図である。
【図11】従来方式(降圧型)の例を示す図である。
【図12】従来方式(チョークコイル方式の昇圧型)の
例を示す図である。
【図13】従来方式(トランス結合方式の昇降圧型)の
例を示す図である。
【図14】過放電防止の従来方式の例を示す図である。
【図15】従来の電池パック内の過放電防止回路の例を
示す図である。
【図16】1個の充電器で2個の電池に充電する場合の
従来方式の例を示す図である。
【図17】従来の充放電の制御フローチャートを示す図
である。
【図18】2個の充電器で2個の電池に充電する場合の
従来方式の例を示す図である。
【符号の説明】
100 電力消費装置 110 充電制御部 120 充電器 130 定電流制御部 140 充電可能な二次電池 150 スイッチ回路 200 電池パック 210 充電可能な二次電池 220 制御部 230 過放電防止用スイッチ回路 240 電池パックのプラス端子 250 電池パックのマイナス端子 260 放電制御用端子 270 装置(DC−DCコンバータ) 280 放電禁止/許可制御部 300 充電器(定電圧定電流回路) 310 充電の制御回路(定電圧定電流制御回路) 320,330 電流測定用誤差増幅器 340 電圧制御用誤差増幅器 350 比較回路 360,370 二次電池 400 充電器 410,420 二次電池 430,440 スイッチ回路 450 充電制御部 460 切換制御手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小澤 秀清 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 鈴井 勤 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 久保 毅 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 充電可能な二次電池と二次電池に対して
    充電を行うための充電器を内蔵した電子機器における充
    放電制御装置において,装置のグランド側と電池の負極
    側とを切り離すための電気的なスイッチ回路と,充電時
    には前記スイッチ回路をオフにし,装置のグランド側と
    電池の負極側とを切り離す制御を行う充電制御部とを有
    し,充電時に前記スイッチ回路により装置のグランド側
    と電池の負極側とを切り離し,充電器と電池の閉ループ
    を構成することにより充電を行うようにしたことを特徴
    とする充放電制御装置。
  2. 【請求項2】 充電可能な二次電池であって,電池の過
    放電を防止するための過放電防止用スイッチ回路と,電
    池の過放電を検出した場合に前記過放電防止用スイッチ
    回路をオフにする制御部を内蔵した電池パックの充放電
    制御装置において,前記過放電防止用スイッチ回路のオ
    ン/オフを制御するための信号を電池パックの外部から
    入力するための入力端子を有し,前記制御部は,電池の
    過放電を検出した場合に前記過放電防止用スイッチ回路
    をオフにして放電を禁止するとともに,前記入力端子に
    放電禁止の制御信号が入力された場合に前記過放電防止
    用スイッチ回路をオフにして放電を禁止するよう構成さ
    れ,前記電池パック内の過放電防止用スイッチ回路を外
    部からの放電禁止/許可制御にも使用するようにしたこ
    とを特徴とする充放電制御装置。
  3. 【請求項3】 二次電池に対して充電を行うための充電
    器を内蔵した充放電制御装置において,前記充電器は,
    二次電池の各々に対応する複数の電流測定用誤差増幅器
    と,複数の電圧を入力できるようにした電圧制御用誤差
    増幅器とを有する定電圧定電流回路により構成され,前
    記定電圧定電流回路により複数の二次電池に対する充電
    の定電圧制御を行うとともに,個々の電池の充電電流が
    最大充電電流値を越えないように制御し,複数の二次電
    池の並列充電を可能としたことを特徴とする充放電制御
    装置。
  4. 【請求項4】 二次電池の充電を目的とした定電流回路
    に用いられる制御回路において,複数の電流測定用誤差
    増幅器と,複数の電圧を入力できるようにした電圧制御
    用誤差増幅器と,前記電流測定用誤差増幅器および前記
    電圧制御用誤差増幅器への入力に対し,最初に制限値に
    達した誤差増幅器により制限される電流値および電圧値
    で定電圧定電流回路を構成するための制御信号を出力す
    る回路とを備えたことを特徴とする定電圧定電流制御回
    路。
  5. 【請求項5】 充電可能な複数の二次電池と二次電池に
    対して充電を行うための充電器を内蔵した電子機器にお
    ける充放電制御装置において,前記充電器の充電用定電
    流回路と前記各二次電池との間をオン/オフするための
    複数のスイッチ回路と,充電時に前記充電器の充電用定
    電流回路と1個の二次電池とだけが接続されるように所
    定の時間間隔で前記複数のスイッチ回路のオン/オフを
    自動的に切り換える切換制御手段とを有し,前記スイッ
    チ回路を時分割で切り換えることにより,複数の二次電
    池に対して時分割多重で充電を行うようにしたことを特
    徴とする充放電制御装置。
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