JPH09200971A

JPH09200971A - 充電装置

Info

Publication number: JPH09200971A
Application number: JP8006028A
Authority: JP
Inventors: Tamiji Nagai; 民次永井; Kazunori Ozawa; 和典小沢; Kazuo Yamazaki; 和夫山崎
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-01-17
Filing date: 1996-01-17
Publication date: 1997-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】リチウムイオン電池などの２次電池の充電装
置において、２次電池の状態の検出が簡単な構成で良好
に行えるようにする。【解決手段】電源回路から低圧の充電用電源を供給し
た状態で、電源回路と２次電池３３との間に接続され充
電の開始，停止を制御するスイッチング手段３４の一端
及び他端間の電位又は２次電池３３の一端及び他端間の
電位を検出し、この検出した電位に基づいて、スイッチ
ング手段３３をオン状態とすると共に電源回路の出力電
圧を所定電位として、２次電池への充電を開始させる制
御を行うようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、２次電池の充電装
置に関し、特にリチウムイオン電池などの充電開始時に
定電流充電が必要な２次電池に適用して好適な充電装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、充電が可能な電池である２次電池
において、充電開始時に定電流充電を行い、その後電池
電圧の上昇に従って定電圧充電を行う２次電池として、
リチウムイオン電池が開発されている。このリチウムイ
オン電池は、例えば図１２に示す特性にて充電される。
図１２は一般的なリチウムイオン電池の充電電流・電圧
対経過時間の特性図であり、充電開始から電池電圧が所
定電位になるまでは、充電電流Ｉを一定電流として充電
を行う。この定電流充電を行うことで、電池電圧Ｖが上
昇し、この電池電圧Ｖが所定値を越えたとき、定電圧充
電に切換える。このときには、例えばリチウムイオン電
池の満充電時（即ち１００％充電されたとき）の電池電
圧に相当する電圧Ｖ₁を供給する。この定電圧充電を行
うことで、リチウムイオン電池が充電されて、電池電圧
が電圧Ｖ₁まで上昇するが、この充電が行われるに従っ
て、充電電流Ｉは減少する。ここで、この充電電流Ｉが
所定値まで減少したとき、リチウムイオン電池が１００
％充電（或いは１００％に近い状態に充電）されたと判
断し、充電電流の供給を停止させる。

【０００３】このようにして充電を行うことで、リチウ
ムイオン電池を効率良く充電することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このように
最初に定電流充電を行って、その後定電圧充電に切換え
て充電させるのは、リチウムイオン電池の充電残量がほ
とんどない状態の場合であり、電池に残量がある場合に
は、充電電流を少なくした状態で定電圧充電を行い、大
電流による急速充電で２次電池としての特性を劣化する
のを防止する必要がある。

【０００５】従って、充電を開始させる前には、充電す
る電池の状態を検出して、その残量を検出する必要があ
る。この残量の検出を行うために、充電開始時にはプリ
充電と称される小電流での充電を行って、そのときの電
池電圧などを検出して、電池残量を検出する処理を行っ
ていた。

【０００６】図１３は、従来のこのプリ充電ができる充
電装置の回路構成の一例を示す図で、スイッチング電源
を構成するスイッチング用トランス１の２次側（１次側
は省略）の一端に、ダイオード２のアノードを接続し、
このダイオード２のカソードとトランス１の２次側の他
端との間を、コンデンサ３で接続し、ダイオード２によ
る整流とコンデンサ３による平滑化で、所定電圧の直流
電源を得る。

【０００７】そして、ダイオード２のカソードを、開閉
スイッチＳＷ１を介して、この充電装置に装着された２
次電池（リチウムイオン電池）４の一端（正極）に接続
し、この２次電池４の他端（負極）をイッチング用トラ
ンス１の２次側の他端に接続する。また、開閉スイッチ
ＳＷ１と並列に、開閉スイッチＳＷ２と抵抗器５との直
列回路を接続する。

【０００８】この場合、スイッチＳＷ１及びＳＷ２の開
閉は、制御回路６により制御される。この制御回路６
は、スイッチング用トランス１の２次側から電源が供給
されるように接続してあり、この電源により作動する。
そして、この制御回路は、図示しない何らかの方法（例
えば電池電圧の検出）により、２次電池４の状態を検出
するようにしてある。

【０００９】そして、制御回路６による制御について説
明すると、充電開始時にはスイッチＳＷ２を閉状態と
し、スイッチＳＷ１は開状態としておく。このようにす
ることで、抵抗器５が２次電池４に直列に接続された状
態で、スイッチング用トランス１の２次側から電源が供
給されるようになり、この抵抗器５によるロスの分だけ
２次電池４に供給される充電電流が減少し、小電流によ
るプリ充電が行われる。

【００１０】そして、このプリ充電状態で２次電池４の
電池電圧などの電池状態を制御回路６が検出し、その検
出した状態が、急速充電できる程度に残量が少ない状態
であると判断したとき、スイッチＳＷ１を閉状態とし、
スイッチＳＷ２を開状態として、抵抗器５によるロスが
ない状態で２次電池４に充電電流を供給し、大電流によ
る急速充電を開始させる。

【００１１】ここで、スイッチＳＷ１をオンさせたとき
の充電特性と、スイッチＳＷ２をオンさせたときの充電
特性を、図１４に示すと、スイッチＳＷ１をオンさせた
ときの充電特性としては、一定の電圧で比較的大きな電
流まで流すことができる。そして、スイッチＳＷ２をオ
ンさせたときの充電特性としては、電流値が小さな値に
抑えられた特性となっている。

【００１２】このように、充電電流を流す経路を複数設
けて、充電電流を変化させてプリ充電を行うように構成
すると、それだけ充電装置の構成が複雑になる不都合が
あった。

【００１３】また、従来のプリ充電ができる別の充電装
置の構成として、図１５に示す回路構成としたものもあ
る。この回路の場合には、ダイオード２のカソードを、
開閉スイッチＳＷ３を介して、この充電装置に装着され
た２次電池（リチウムイオン電池）４の一端（正極）に
接続し、この２次電池４の他端（負極）をスイッチング
用トランス１の２次側の他端に接続する。

【００１４】そして、スイッチＳＷ３の開閉は、制御回
路７により制御される。この制御回路７は、スイッチン
グ用トランス１の２次側から電源が供給されるように接
続してある。そして、この制御回路は、図示しない何ら
かの方法（例えば電池電圧の検出）により、２次電池４
の状態を検出するようにしてあり、その検出状態に基づ
いてスイッチＳＷ３の開閉を制御する。

【００１５】そして、スイッチＳＷ３の制御状態につい
て説明すると、通常の充電（急速充電など）を行う際に
は、スイッチＳＷ３を連続的に閉状態とし、小電流によ
るプリ充電を行う際には、スイッチＳＷ３の開閉を繰り
返し行うようにする。即ち、例えば図１６に示すよう
に、充電開始時にプリ充電を行う際には、スイッチＳＷ
３のオン・オフを繰り返して、所定の電流値Ｉによる２
次電池４への供給を断続的に行い、平均的な充電電流を
低下させて、小電流によるプリ充電が行われる状態とす
る。そして、プリ充電から通常の充電に切換える際に
は、スイッチＳＷ３を連続的に閉状態とさせ、所定の電
流値Ｉによる充電を連続して行う。

【００１６】このようにスイッチの断続的な開閉でプリ
充電を行うようにすると、１個のスイッチを設けるだけ
で、通常の充電とプリ充電とを行うことができるが、こ
のスイッチのオン・オフによるプリ充電時には、スイッ
チの開閉切換時のピーク電流が制御回路７に伝わり、制
御回路７の動作に悪影響を与える可能性が高かった。従
って、このようなスイッチのオン・オフの繰り返しによ
るプリ充電は、好ましくなかった。

【００１７】本発明はこれらの点に鑑み、２次電池の状
態の検出が簡単な構成で良好に行える充電装置を提供す
ることを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、電源回路から
低圧の充電用電源を供給した状態で、電源回路と２次電
池との間に接続され充電の開始，停止を制御するスイッ
チング手段の一端及び他端間の電位又は２次電池の一端
及び他端間の電位を検出し、この検出した電位に基づい
て、上記スイッチング手段をオン状態とすると共に上記
電源回路の出力電圧を所定電位として、２次電池への充
電を開始させる制御を行うようにしたものである。

【００１９】かかる構成によると、スイッチング手段の
制御と、このスイッチング手段の一端及び他端間の電位
又は２次電池の一端及び他端間の電位の検出とに基づい
て２次電池の状態を検出することで、従来のプリ充電時
と同様に２次電池の状態を的確に検出することができ
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施例を図
１及び図２を参照して説明する。

【００２１】図１は本例の充電装置の構成を示すブロッ
ク図で、商用交流電源１１からの交流１００Ｖ電源を、
ダイオードブリッジよりなる整流回路１２に供給して、
直流電源とする。そして、この直流電源を１次側制御回
路１３に供給し、この１次側制御回路１３で所定の処理
を施して、スイッチング用トランス２０の１次側巻線２
１に供給する。そして、このスイッチング用トランス２
０の２次側巻線２２に低圧の所定電圧に変換された直流
低圧電源を得る。この場合、スイッチング用トランス２
０の１次側には、スイッチング状態を制御するための補
助巻線２３が設けてある。なお、１次側制御回路１３に
は、フォトカプラ４０を介して後述する２次側の制御回
路３６から制御信号が供給され、この制御信号に応じて
出力電圧が制御される。

【００２２】そして、このスイッチング用トランス２０
の２次巻線２２の一端を、スイッチング用ダイオード３
１のアノードに接続し、このダイオード３１のカソード
と２次巻線２２の他端との間を、スイッチング用コンデ
ンサ３２で接続し、所定電圧の直流低圧電源を得る。

【００２３】そして、この直流低圧電源が得られるダイ
オード３１のアノードを、この充電装置に装着された２
次電池（ここでは２次電池としてリチウムイオン電池を
使用する）３３の一端（正極）に接続し、この２次電池
３３の他端（負極）を、充電制御用スイッチング手段で
ある電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）３４のソース・ド
レイン間を介して、スイッチング用トランス２０の２次
巻線２２の他端に接続する。この場合、電界効果トラン
ジスタ３４のソース・ドレイン間の接続方向としては、
このトランジスタ３４を導通状態としたとき、２次電池
３３から２次巻線２２の他端側に電流が流れ、非導通状
態としたとき、この２次電池３３から２次巻線２２の他
端側への電流の流れが制限されるような接続方向として
ある。なお、この電界効果トランジスタ３４のソース・
ドレイン間には、電流の流れが制御される方向とは逆方
向（即ち２次巻線２２の他端側から２次電池３３の負極
に電流が流れる方向）に、電流が流れる寄生ダイオード
３５が生じている。

【００２４】そして、このトランジスタ３４のゲートを
制御する回路として、充電制御回路３６が設けてある。
この充電制御回路３６は、集積回路で構成され、スイッ
チング用トランス２０の２次側に得られる信号が電源と
して供給されるように接続してある。即ち、ダイオード
３１のカソード及び２次巻線２２の他端側が、それぞれ
充電制御回路３６に接続してある。そして、この充電制
御回路３６からトランジスタ３４のゲートに、スイッチ
ング制御信号を供給して、上述した電流の流れの制御
（即ち導通，非導通の制御）を行うと共に、非導通状態
とする場合には、ソース・ドレイン間をハイインピーダ
ンス状態に制御できるようにしてある。

【００２５】そして本例においては、電界効果トランジ
スタ３４の充電電流路の一端と他端との間の電位、即ち
ソース・ドレイン間の電位を検出する電圧検出回路３７
が設けてあり、この検出回路３７が検出したソース・ド
レイン間の電位のデータを充電制御回路３６に供給す
る。

【００２６】そして充電制御回路３６では、この電圧検
出回路３７の検出データに基づいて、トランジスタ３４
の状態を制御する。また、充電制御回路３６は、フォト
カプラ４０を構成する発光ダイオード４１に、電圧制御
信号（即ち制御する電圧値に比例して変化する信号）を
供給するようにしてある。そして、このフォトカプラ４
０の発光ダイオード４１からの光を受光する受光素子４
２は、１次側制御回路１３に接続してあり、充電制御回
路３６が出力する電圧制御信号が１次側制御回路１３に
伝わるようにしてある。１次側制御回路１３では、この
電圧制御信号に基づいて、スイッチング用トランス２０
の２次巻線２２に得られる電源の電圧を制御するように
してある。

【００２７】次に、この図１の構成の充電装置にて２次
電池３３を充電する場合の動作を、充電開始時のプリ充
電動作を中心にして、図２のフローチャートを参照して
説明する。

【００２８】まず、リチウムイオン電池である２次電池
３３を充電する場合には、プリ充電と称される処理を行
って、２次電池３３の状態を検出する処理を行う（ステ
ップ１０１）。本例の場合のプリ充電処理としては、ま
ず充電制御回路３６から電界効果トランジスタ３４のゲ
ートに供給する制御信号により、このトランジスタ３４
のソース・ドレイン間をハイインピーダンス状態とす
る。なお、本例の場合には２次電池３３として満充電時
の電池電圧が４．２Ｖのものを使用し、プリ充電時に
は、スイッチング用トランス２０の２次巻線２２に得ら
れる電源（以下単に入力電源と称する）の電圧を、４．
２Ｖ又は４．２Ｖよりも若干低い電圧値に設定させる。

【００２９】この状態で、電圧検出回路３７で電界効果
トランジスタ３４のソース・ドレイン間の電圧を検出す
る（ステップ１０２）。そして、検出した電圧値を充電
制御回路３６で判断して、その電圧値が制御回路３６に
予め設定された基準電圧値以上であるか否か判断する
（ステップ１０３）。そして、基準電圧値以上の電圧で
ある場合には、充電制御回路３６からフォトカプラ４０
を介して１次側制御回路１３に供給される電圧制御信号
により、入力電源電圧を低下させる処理を行い（ステッ
プ１０４）、この状態でプリ充電動作を続行させる（ス
テップ１０５）。

【００３０】そして、電圧検出回路３７で検出した電圧
値が基準電圧値未満である場合には、そのままの入力電
源電圧でプリ充電動作を続行させる。

【００３１】そして、このプリ充電を開始させてから２
次電池３３の状態（電池電圧など）を検出して、その電
池電圧などが所定状態となったとき、トランジスタ３４
のソース・ドレイン間を、ハイインピーダンス状態から
導通状態に変化させ、比較的大きな電流値（例えば１
Ａ）の入力電源で２次電池３３を充電させ、いわゆる急
速充電を行う。

【００３２】このように本例の充電装置によると、充電
の開始を制御するスイッチング手段である電界効果トラ
ンジスタ３４を、ハイインピーダンス状態として充電電
流を流すことで、小電流によるプリ充電が行われ、装着
された２次電池３３の状態を正確に検出することができ
る。そして、ハイインピーダンス状態として電源電圧を
低下させて、充電電流を流してプリ充電を行うことで、
電界効果トランジスタ３４での損失を低下させた状態で
プリ充電が行われ、効率の良いプリ充電が可能になる。

【００３３】次に、本発明の第２の実施例を、図３及び
図４を参照して説明する。なお、第２の実施例の充電装
置の構成を示した図３において、上述した第１の実施例
の構成図である図１に対応する部分には同一符号を付
し、その詳細説明は省略する。

【００３４】以下、第２の実施例の構成を説明すると、
この例では図３に示すように、スイッチング用トランス
２０の２次側の電源出力が得られるダイオード３１のア
ノードを、この充電装置に装着された２次電池（リチウ
ムイオン電池）３３の一端（正極）に接続し、この２次
電池３３の他端（負極）を、充電制御用スイッチング手
段である電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）３４のソース
・ドレイン間を介して、スイッチング用トランス２０の
２次巻線２２の他端に接続する。この場合、電界効果ト
ランジスタ３４のソース・ドレイン間の接続方向として
は、このトランジスタ３４を導通状態としたとき、２次
電池３３から２次巻線２２の他端側に電流が流れ、非導
通状態としたとき、この２次電池３３から２次巻線２２
の他端側への電流の流れが制限されるような接続方向と
してある。

【００３５】そして、このトランジスタ３４のゲートを
制御する回路として、充電制御回路３９が設けてある。
この充電制御回路３６は、集積回路で構成され、スイッ
チング用トランス２０の２次側に得られる信号が電源と
して供給されるように接続してある。即ち、ダイオード
３１のカソード及び２次巻線２２の他端側が、それぞれ
充電制御回路３９に接続してある。そして、この充電制
御回路３９からトランジスタ３４のゲートに、スイッチ
ング制御信号を供給して、上述した電流の流れの制御
（即ち導通，非導通の制御）を行うと共に、非導通状態
とする場合には、ソース・ドレイン間をハイインピーダ
ンス状態に制御できるようにしてある。

【００３６】そして本例においては、装着された２次電
池３３の一方の極と他方の極との間の電位、即ち電池電
圧を検出する電圧検出回路３８が設けてあり、この検出
回路３８が検出した電池電圧のデータを充電制御回路３
９に供給する。

【００３７】そして充電制御回路３９では、この電圧検
出回路３８の検出データに基づいて、トランジスタ３４
の状態を制御する。また、充電制御回路３９は、フォト
カプラ４０を介して１次側制御回路１３に電圧制御信号
を供給するようにしてある。１次側制御回路１３では、
この電圧制御信号に基づいて、スイッチング用トランス
２０の２次巻線２２に得られる電源の電圧を制御するよ
うにしてある。その他の部分は、図１に示した充電装置
と同様に構成する。

【００３８】次に、この図３の構成の充電装置にて２次
電池３３を充電する場合の動作を、充電開始時のプリ充
電動作を中心にして、図４のフローチャートを参照して
説明する。

【００３９】本例の回路でリチウムイオン電池である２
次電池３３を充電する場合には、充電制御回路３９から
電界効果トランジスタ３４のゲートに供給する制御信号
により、このトランジスタ３４のソース・ドレイン間を
ハイインピーダンス状態とした状態で、電圧検出回路３
８で電池電圧を検出する処理を行う（ステップ２０
１）。

【００４０】そして、このした電圧値を充電制御回路３
９で判断して、その電圧値が０Ｖ又は０Ｖに近い値であ
るか否か判断する（ステップ２０２）。ここで、０Ｖ又
は０Ｖに近い値である場合には、充電制御回路３９から
フォトカプラ４０を介して１次側制御回路１３に供給さ
れる電圧制御信号により、入力電源電圧を低下させる処
理を行い（ステップ２０３）、この状態でプリ充電動作
を続行させる（ステップ２０４）。

【００４１】そして、電圧検出回路３８で検出した電圧
値が０Ｖに近い値でない場合には、そのままの入力電源
電圧でプリ充電動作を続行させる処理を行う。

【００４２】そして、このプリ充電を開始させてから２
次電池３３の状態（電池電圧など）を検出して、その電
池電圧などが所定状態となったとき、トランジスタ３４
のソース・ドレイン間を、ハイインピーダンス状態から
導通状態に変化させ、比較的大きな電流値（例えば１
Ａ）の入力電源で２次電池３３を充電させ、いわゆる急
速充電を行う。

【００４３】このように本例の充電装置によると、上述
した第１の実施例と同様に、充電の開始を制御するスイ
ッチング手段である電界効果トランジスタ３４を、ハイ
インピーダンス状態として充電電流を流すことで、小電
流によるプリ充電が行われ、装着された２次電池３３の
状態を正確に検出することができると共に、電界効果ト
ランジスタ３４での損失を低下させた状態でプリ充電が
行われ、効率の良いプリ充電が可能になる。

【００４４】次に、本発明の第３の実施例を、図５のフ
ローチャートを参照して説明する。この第３の実施例の
場合には、上述した第１の実施例の回路構成の充電装置
で、２次電池（リチウムイオン電池）の充電を行うもの
で、充電制御回路３６の制御によるプリ充電時の処理
を、図５のフローチャートに示すように行う。

【００４５】即ち、まず充電開始時には、充電の開始を
制御するスイッチング手段である電界効果トランジスタ
３４を、ハイインピーダンス状態として、プリ充電動作
を開始させる（ステップ３０１）。このとき、充電制御
回路３６の制御で、スイッチング用トランス２０の２次
巻線２２側に得られる電源電圧を低い電圧とする（ステ
ップ３０２）。このときの電圧値としては、集積回路で
構成された充電制御回路３６を作動させることができる
最低の電圧（例えば３．０Ｖ）又はその電圧よりも若干
高い電圧値とする。

【００４６】この状態でプリ充電を行い（ステップ３０
３）、電圧検出回路３７でハイインピーダンス状態のト
ランジスタ３４の一端と他端の間の電位を検出させる
（ステップ３０４）と共に、充電制御回路３６内のタイ
マを作動させる（ステップ３１１）。そして、このとき
検出した電圧値が基準電圧以上か否か判断する（ステッ
プ３０５）。そして、基準電圧以下の場合には、電池電
圧が低いと判断して、ステップ３０３でのプリ充電に戻
る。

【００４７】そして、ステップ３０５で基準電圧以上で
あると判断した場合には、ステップ３１１で作動させた
タイマを停止させた後（ステップ３０６）、電界効果ト
ランジスタ３４を導通状態として充電電流を増加させて
急速充電を行う（ステップ３０７）。

【００４８】そして、ステップ３０５で基準電圧以下と
検出される状態が続く場合に、ステップ３１１でタイマ
を作動させてから１時間経過したか否か判断し（ステッ
プ３１２）、１時間経過した場合には、このときの２次
電池３３に何らかの異常があると判断して、トランジス
タ３４を非導通状態として充電を停止させる（ステップ
３１３）。

【００４９】このようにして充電開始時の処理が行われ
ることで、第１の実施例と同様に、急速充電を行う前
に、その充電を制御するスイッチング手段である電界効
果トランジスタをハイインピーダンス状態として、装着
された２次電池の状態を検出することができ、効率の良
い電池状態の検出処理ができる。そして本例において
は、電池状態を検出する状態であるプリ充電時における
電源回路（スイッチング電源）の出力電圧を、集積回路
である充電制御回路３６を作動できる最低の電圧まで低
下させたことで、充電制御回路３６により充電の制御が
できる状態で最低の電圧によりプリ充電が行われ、最も
２次電池に印加される電圧が低い状態でプリ充電ができ
る。従って、２次電池や回路に対する負担が最も少ない
状態で２次電池の状態が検出でき、良好な状態で２次電
池の状態検出ができる。

【００５０】なお、この第３の実施例では、第１の実施
例で説明した電界効果トランジスタ３４の一端と他端と
の間の電位を検出して、電池状態を検出する構成に適用
したが、第２の実施例で説明した電池電圧を検出する構
成に適用することも可能である。即ち、第２の実施例で
説明した第３の構成において、プリ充電時の電源電圧
を、充電制御回路３９が作動する最低の電圧としても良
い。

【００５１】次に、本発明の第４の実施例を、図６〜図
８を参照して説明する。この第４の実施例の場合には、
図６に示す回路の充電装置で、２次電池（リチウムイオ
ン電池）の充電を行う。なお、第４の実施例の充電装置
の構成を示した図６において、上述した第１，第２の実
施例の構成図である図１，図３に対応する部分には同一
符号を付し、その詳細説明は省略する。

【００５２】図６を参照して本例の充電装置を説明する
と、この図６の回路はスイッチング用トランス２０の１
次側について省略してあり、２次側巻線２２に接続され
たダイオード３１とコンデンサ３２とによりスイッチン
グ電源としての電源出力が得られる。一方の極の電源出
力であるダイオード３１のカソードを、この充電装置に
装着された２次電池（リチウムイオン電池）３３の正極
側に接続すると共に、この２次電池３３の負極側を、充
電制御用のスイッチング手段である電界効果トランジス
タ３４を介して２次巻線２２の他端側（ダイオード３１
が接続されてない側）に接続する。

【００５３】そして、２次電池３３の端子間の電圧を検
出して、その検出した電位に応じて充電を制御する電圧
検出・充電制御回路５１が設けてある。この電圧検出・
充電制御回路５１は、２次電池３３の端子間の電圧を検
出できるように、この電池３３の一方及び他方の端子が
接続してあると共に、スイッチング電源の出力が供給さ
れるように接続してある。そして、検出した電池電圧に
基づいて電界効果トランジスタ３４のゲートの制御を行
い、このトランジスタ３４を導通状態，非導通状態，ハ
イインピーダンス状態の３状態のいずれかとする制御を
行い、充電の制御を行う。なお、図６では電界効果トラ
ンジスタ３４の寄生ダイオードについては省略してあ
る。ここまでは上述した第２の実施例の構成と同じであ
る。

【００５４】そして本例においては、電圧検出・充電制
御回路５１によるスイッチング電源の電圧制御を、その
ときの電池電圧に比例して行うようにしてある。その構
成について説明すると、スイッチング電源の出力が得ら
れる一端と他端との間を、抵抗器５２，５３の直列回路
により接続し、この抵抗器５２，５３の接続中点を、Ｎ
ＰＮ型のトランジスタ５４のベースに接続する。そし
て、ダイオード３１のカソードを、フォトカプラ４０の
発光ダイオード４１を介してトランジスタ５４のコレク
タに接続し、２次巻線２２の他端側をツェナーダイオー
ド５５を介してトランジスタ５４のエミッタに接続す
る。

【００５５】そして、ダイオード３１のカソードと電圧
検出・充電制御回路５１の電圧制御端子との間を、抵抗
器５６，５７の直列回路により接続し、この抵抗器５
６，５７の接続中点をＰＮＰ型のトランジスタ５８のベ
ースに接続する。そして、ダイオード３１のカソード
を、このトランジスタ５８のエミッタに接続し、このト
ランジスタ５９のコレクタを抵抗器５９を介してトラン
ジスタ５４のベースに接続する。

【００５６】このような回路構成にて、プリ充電時に電
圧検出・充電制御回路５１が検出した電池電圧に比例し
て、電圧制御端子から出力する電圧制御信号の電圧値を
変化させることで、図示しないスイッチング電源の１次
側の制御回路での電圧制御状態が変化し、２次電池３３
に供給される電源の電圧が変化する。

【００５７】ここで、この例でのプリ充電時の処理を、
図７のフローチャート及び図８の電圧特性図を参照して
説明すると、まずトランジスタ３４をハイインピーダン
ス状態とした上で、電源電圧Ｖａを最低の電圧（例えば
電圧検出・充電制御回路５１を作動させることができる
最低の電圧）として、プリ充電動作を開始させる（ステ
ップ４０１）。そして、電池電圧Ｖｂを検出させる（ス
テップ４０２）。このとき、このプリ充電により電池３
３は徐々に充電されて、図８に示すように、電池電圧Ｖ
ｂが徐々に上昇する。ここで、電圧検出・充電制御回路
５１の制御により、その上昇に比例して図８に示すよう
に電源電圧Ｖａを上昇させる制御を行う（ステップ４０
３）。

【００５８】そして、電池電圧Ｖｂが予め決められた基
準電圧値Ｖ₁₁以上の値になったか否か判断し（ステップ
４０４）、基準電圧値Ｖ₁₁未満の場合にはステップ４０
２，４０３での電池電圧に比例した電源電圧の上昇制御
を行う。そして、ステップ４０４で基準電圧値Ｖ₁₁以上
の値になったと判断したときには、トランジスタ３４を
ハイインピーダンス状態から導通状態に変化させて充電
電流を増加させると共に、電源電圧Ｖａを急速充電用の
電圧値Ｖ₁₂として、急速充電を開始させる（ステップ４
０５）。

【００５９】このようにしてプリ充電時の制御を行うこ
とで、電界効果トランジスタ３４に加わる電力を、プリ
充電中には常時ほぼ同じとすることができ、スイッチン
グ手段である電界効果トランジスタ３４の状態を良好に
保つことができる。

【００６０】なお、この例ではプリ充電中に電池電圧を
検出するようにしたが、その代わりに、第１の実施例に
示したように、電界効果トランジスタ３４のソース・ド
レイン間の電圧を検出するようにしても良い。

【００６１】次に、本発明の第５の実施例を、図９及び
図１０を参照して説明する。この第５の実施例の場合に
は、図９に示す回路の充電装置で、２次電池（リチウム
イオン電池）の充電を行う。なお、第５の実施例の充電
装置の構成を示した図９において、上述した第１，第
２，第４の実施例の構成図である図１，図３，図６に対
応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略す
る。

【００６２】図９を参照して本例の充電装置を説明する
と、この図９の回路は、図６の回路と同様にスイッチン
グ用トランス２０の１次側について省略してあり、２次
側巻線２２に接続されたダイオード３１とコンデンサ３
２とによりスイッチング電源としての電源出力が得られ
る。一方の極の電源出力であるダイオード３１のカソー
ドを、この充電装置に装着された２次電池（リチウムイ
オン電池）３３の正極側に接続すると共に、この２次電
池３３の負極側を、充電制御用のスイッチング手段であ
る電界効果トランジスタ３４を介して２次巻線２２の他
端側（ダイオード３１が接続されてない側）に接続す
る。

【００６３】そして、２次電池３３の端子間の電圧を検
出して、その検出した電位に応じて充電を制御する電圧
検出・充電制御回路５１が設けてあり、検出した電池電
圧に基づいて電界効果トランジスタ３４のゲートの制御
を行い、このトランジスタ３４を導通状態，非導通状
態，ハイインピーダンス状態の３状態のいずれかとする
制御を行う。ここまでは図６に示した第４の実施例の充
電装置の構成と同じである。

【００６４】そして本例においては、電圧検出・充電制
御回路５１によるスイッチング電源の電圧を、そのとき
の電池電圧に比例して複数段階に変化させる制御を行う
ようにしてある。その構成について説明すると、スイッ
チング電源の出力が得られる一端と他端との間を、抵抗
器５２，５３の直列回路により接続し、この抵抗器５
２，５３の接続中点を、ＮＰＮ型のトランジスタ５４の
ベースに接続する。そして、ダイオード３１のカソード
を、フォトカプラ４０の発光ダイオード４１を介してト
ランジスタ５４のコレクタに接続し、２次巻線２２の他
端側をツェナーダイオード５５を介してトランジスタ５
４のエミッタに接続する。

【００６５】そして、ダイオード３１のカソードに抵抗
器５６の一端を接続し、この抵抗器５６の他端をＮＰＮ
型のトランジスタ５８のベースに接続する。そして、ダ
イオード３１のカソードを、このトランジスタ５８のエ
ミッタに接続し、このトランジスタ５９のコレクタを抵
抗器５９を介してトランジスタ５４のベースに接続す
る。

【００６６】そして、それぞれ電圧特性が異なるツェナ
ーダイオード６１，６２，６３を用意し、この３個のツ
ェナーダイオード６１，６２，６３のカソードを、抵抗
器５６とトランジスタ５８のベースとの接続点に接続す
る。そして、各ツェナーダイオード６１，６２，６３の
アノードを、切換スイッチ６４を介して２次巻線２２の
他端側に接続し、切換スイッチ６４の切換状態により、
いずれか１個のツェナーダイオード６１，６２，６３の
アノードだけを、２次巻線２２の他端側に接続させる。
この切換スイッチ６４の切換は、電圧検出・充電制御回
路５１の電圧制御端子から出力される電圧制御信号電圧
により制御される。

【００６７】このような回路構成にて、プリ充電時に電
圧検出・充電制御回路５１が検出した電池電圧に比例し
て、電圧制御端子から出力する電圧制御信号の電圧値を
複数段階に変化させることで、図示しないスイッチング
電源の１次側の制御回路での電圧制御状態が複数段階に
変化し、２次電池３３に供給される電源の電圧が複数段
階に変化する。

【００６８】ここで、この例でのプリ充電時の処理を、
図１０の電圧特性図を参照して説明すると、まずトラン
ジスタ３４をハイインピーダンス状態とした上で、電源
電圧Ｖａを最低の電圧（例えば電圧検出・充電制御回路
５１を作動させることができる最低の電圧）として、プ
リ充電動作を開始させる。即ち、切換スイッチ６４によ
り電圧が最低となるツェナーダイオード（例えばツェナ
ーダイオード６１）を接続させる。そして、このプリ充
電により電池３３は徐々に充電されて、図１０に示すよ
うに、電池電圧Ｖｂが徐々に上昇する。ここで、電池電
圧Ｖｂがある値まで上昇したとき、電圧検出・充電制御
回路５１の制御により、切換スイッチ６４を切換えさせ
て、電源電圧Ｖａを一段上昇させる。そして、更に電池
電圧Ｖｂがある値まで上昇したとき、電圧検出・充電制
御回路５１の制御により、切換スイッチ６４を切換えさ
せて、電源電圧Ｖａをもう一段上昇させる。

【００６９】そして、電池電圧Ｖｂが予め決められた基
準電圧値Ｖ₁₁以上の値になったとき、トランジスタ３４
をハイインピーダンス状態から導通状態に変化させて充
電電流を増加させると共に、電源電圧Ｖａを急速充電用
の電圧値Ｖ₁₂として、急速充電をさせる。

【００７０】このようにしてプリ充電時の制御を行うこ
とで、電界効果トランジスタ３４に加わる電力を、プリ
充電中には一定の範囲内にすることができ、スイッチン
グ手段である電界効果トランジスタ３４の状態を良好に
保つことができる。この場合、この第５の実施例の場合
には、電源電圧の制御が複数段階に行われ、第４の実施
例のようにほぼ連続的に制御する場合に比べて、簡単な
構成で制御ができる。

【００７１】なお、この第５の実施例の場合にも、プリ
充電中に電池電圧を検出するようにしたが、その代わり
に、第１の実施例に示したように、電界効果トランジス
タ３４のソース・ドレイン間の電圧を検出するようにし
ても良い。

【００７２】また、この第５の実施例では、プリ充電中
の電源電圧を３段階に変化させるようにしたが、２段階
又は３段階以上に変化させるようにしても良い。

【００７３】次に、本発明の第６の実施例を、図１１を
参照して説明する。この第５の実施例の場合には、図１
１に示す回路の充電装置で、２次電池（リチウムイオン
電池）３３の充電を行う。

【００７４】図１１を参照して本例の充電装置を説明す
ると、図１１は電源電圧の供給源をブロック化して省略
して示してあり、ここではプリ充電中の電圧を発生させ
る第１の定電圧源７１と、急速充電中の電圧を発生させ
る第２の定電圧源７２との２種類の電源が用意されてい
る。この場合、第１の定電圧源７１の出力電圧として
は、後述する充電制御回路７５を作動させるのに必要な
最低電圧よりも低い電圧とする。そして、この２つの定
電圧源７１，７２の出力を、切換スイッチ７３により選
択的に２次電池（リチウムイオン電池）３３の正極側に
供給する。この場合、切換スイッチ７３の切換は、充電
制御回路７５により制御される。

【００７５】そして、２次電池３３の負極側と定電圧源
７１，７２との間には、充電を制御するスイッチング手
段としての電界効果トランジスタ３４を接続する。この
電界効果トランジスタ３４の制御は、充電制御回路７５
により行われ、導通状態，非導通状態，ハイインピーダ
ンス状態の３状態に制御される。そして、２次電池３３
の電池電圧を検出する電圧検出回路７７の検出信号が、
充電制御回路７５に供給されるようにしてある。

【００７６】そして、充電制御回路７５の電源供給路と
しては、スイッチ７３で選択された電源が、ダイオード
７４を介して供給されるようにしてある。そして、この
充電制御回路７５の電源供給路と並列に、比較的容量の
大きなコンデンサ７６が接続してある。

【００７７】そして、充電制御回路７５による充電の制
御としては、プリ充電を行う際には、トランジスタ３４
をハイインピーダンス状態とした上で、スイッチ７３を
随時切換えさせて、第１の定電圧源７１と第２の定電圧
源７２とを随時切換えさせる。この切換周期としては、
コンデンサ７６に十分な容量の電荷が蓄積された状態が
維持される程度とする。

【００７８】そして、急速充電時には、トランジスタ３
４を導通状態とした上で、第２の定電圧源７２の出力を
連続的に２次電池３３に供給させる。このプリ充電と急
速充電との切換えは、電圧検出回路７７による電池電圧
の検出に基づいて行う。

【００７９】このように制御することで、プリ充電時に
第１の定電圧源７１の出力が２次電池３３に供給されて
いる状態では、充電制御回路７５を作動させるのに必要
な電圧が得られないが、第２の定電圧源７２からの電源
（この電源の電圧は充電制御回路７５を作動させるのに
十分な電圧）が供給されている間に、コンデンサ７６が
充電される。従って、第１の定電圧源７１の出力が供給
されている間は、コンデンサ７６に充電された電荷によ
り、充電制御回路７５を作動させるのに十分な電圧が得
られ、充電制御回路７５で適正なプリ充電の制御ができ
る。

【００８０】そして、このようにプリ充電時の電源電圧
を、充電装置内の回路を作動させるのに必要な電圧より
も低くできることで、プリ充電時に２次電池３３に供給
される電源の電圧を非常に低くすることができ、非常に
低い電圧による良好なプリ充電ができる。即ち、プリ充
電時に２次電池３３に供給する電源電圧を低くすること
ができることで、何らかの要因で２次電池３３に異常が
ある場合（例えば端子間がショートしていた場合）など
でも、そのことによる充電回路側のダメージを最小限に
抑えることができる。

【００８１】なお、この第６の実施例の場合には、２つ
の定電圧源を設けて切換えるように構成したが、他の実
施例で説明したように、スイッチング電源の１次側など
の制御により、電源電圧を可変させる構成としても良
い。また、この第６の実施例の場合にも、電池電圧の検
出で電池状態を検出するようにしたが、スイッチング手
段（電界効果トランジスタ３４）の一端と他端との間の
電位を検出するように構成しても良い。

【００８２】また、上述した各実施例では、２次電池と
してリチウムイオン電池を充電する場合について説明し
たが、他の同様な定電圧充電を必要とする２次電池の充
電装置にも適用できることは勿論である。

【００８３】

【発明の効果】本発明によると、スイッチング手段の制
御と、このスイッチング手段の一端及び他端間の電位又
は２次電池の一端及び他端間の電位の検出とに基づいて
２次電池の状態を検出でき、従来のプリ充電時と同様に
２次電池の状態を的確に検出することができる。従っ
て、プリ充電専用の充電回路を設けることなく、２次電
池の状態を正確に検出することができ、充電装置の回路
構成を簡単にすることができる。

【００８４】この場合、スイッチング手段として電界効
果トランジスタを使用し、この電界効果トランジスタの
一端及び他端間のインピーダンス値を高くして、検出手
段で電位を検出するようにしたことで、電界効果トラン
ジスタのインピーダンス制御を行うだけで、簡単に２次
電池の状態が検出できると共に、２次電池の電池電圧が
低い場合やショートしている場合などでも、電界効果ト
ランジスタの損失を小さくすることができ、トランジス
タそのものや放熱板のサイズを小さくすることができ、
装置の小型化に貢献する。

【００８５】また、検出手段で電位を検出する際の電源
回路の出力電位を、充電制御手段が作動する最低の電圧
値の近傍の値まで低下させることで、最も低い電圧の充
電電源を２次電池に供給した状態で２次電池の状態が検
出でき、２次電池や回路に対する負担が最も少ない状態
で２次電池の状態が検出でき、良好な状態で２次電池の
状態検出ができる。

【００８６】また、充電開始後の２次電池の一端及び他
端間の電位の上昇に従って、電源回路の出力電圧を上昇
させることで、スイッチング手段に印加される電力をほ
ぼ均一に保つことができ、スイッチング手段の状態を良
好に保つことができる。

【００８７】また、充電開始後の上記２次電池の一端及
び他端間の電位の上昇に従って、電源回路の出力電圧を
複数段階に変化させて上昇させることで、スイッチング
手段に印加される電力をほぼ均一に保つことができ、ス
イッチング手段の状態を良好に保つことができる。この
場合、電圧の変化は複数段階で良いので、電圧回路の制
御が、簡単な制御で良い。

【００８８】また、電源回路と充電制御手段との間に、
電荷蓄積手段を接続し、検出手段で検出する際の電源回
路の出力電位を、充電制御手段が作動する最低の電圧以
下に低下させるようにしたことで、電荷蓄積手段に電荷
の蓄積がある限りは、検出手段で検出する際の２次電池
に供給する充電電源の電圧を、充電制御手段の動作電圧
以下の低い電圧とすることができ、より低い電圧を印加
させた状態で、より良好に２次電池の状態を検出できる
ようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による充電装置の構成を
示す構成図である。

【図２】第１の実施例による充電処理を示すフローチャ
ートである。

【図３】本発明の第２の実施例による充電装置の構成を
示す構成図である。

【図４】第１の実施例による充電処理を示すフローチャ
ートである。

【図５】本発明の第３の実施例による充電処理を示すフ
ローチャートである。

【図６】本発明の第４の実施例による充電装置の構成を
示す構成図である。

【図７】第４の実施例による充電処理を示すフローチャ
ートである。

【図８】第４の実施例による充電状態を示す特性図であ
る。

【図９】本発明の第５の実施例による充電装置の構成を
示す構成図である。

【図１０】第５の実施例による充電状態を示す特性図で
ある。

【図１１】本発明の第６の実施例による充電装置の構成
を示す構成図である。

【図１２】リチウムイオン蓄電池の充電特性の例を示す
説明図である。

【図１３】従来の充電装置の一例を示す構成図である。

【図１４】図１３の例の充電特性を示す特性図である。

【図１５】従来の充電装置の別の例を示す構成図であ
る。

【図１６】図１５の例の充電特性を示す特性図である。

【符号の説明】

１１商用交流電源１２整流回路１３１次側制御回路２０スイッチング用トランス３１スイッチング用ダイオード３２スイッチング用コンデンサ３３２次電池（リチウムイオン電池）３４電界効果トランジスタ３５寄生ダイオード３６充電制御回路３７，３８電圧検出回路４０フォトカプラ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】充電開始時に定電流充電が必要な２次電
池を充電する充電装置において、上記２次電池に所定の充電用電源を供給する電源回路
と、上記電源回路と上記２次電池との間に接続され充電の開
始，停止を制御するスイッチング手段と、上記電源回路から低圧の充電用電源を供給した状態で、
上記スイッチング手段の一端及び他端間の電位又は上記
２次電池の一端及び他端間の電位を検出する検出手段
と、上記検出手段で検出した電位に基づいて、上記スイッチ
ング手段をオン状態とすると共に上記電源回路の出力電
圧を所定電位として、上記２次電池への充電を開始させ
る充電制御手段とを備えた充電装置。
【請求項２】上記スイッチング手段として電界効果ト
ランジスタを使用し、この電界効果トランジスタの一端
及び他端間のインピーダンス値を高くして、上記検出手
段で電位を検出するようにした請求項１記載の充電装
置。
【請求項３】上記検出手段で検出する際の上記電源回
路の出力電位を、上記充電制御手段が作動する最低の電
圧値の近傍の値とするようにした請求項１記載の充電装
置。
【請求項４】上記充電開始後の上記２次電池の一端及
び他端間の電位の上昇に従って、上記電源回路の出力電
圧を上昇させるようにした請求項１記載の充電装置。
【請求項５】上記充電開始後の上記２次電池の一端及
び他端間の電位の上昇に従って、上記電源回路の出力電
圧を複数段階に変化させて上昇させるようにした請求項
１記載の充電装置。
【請求項６】上記電源回路と上記充電制御手段との間
に、電荷蓄積手段を接続し、上記検出手段で検出する際の上記電源回路の出力電位
を、上記充電制御手段が作動する最低の電圧以下に低下
させるようにした請求項１記載の充電装置。