JPH0956078A - 充電制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、上昇電圧制限のある２次電池をト
リクル充電制御する充電制御装置に関し、リチウムイオ
ン電池のように上昇電圧制限ある２次電池を充電する場
合に、所定電圧で電池を充電して満充電となったときに
上昇電圧制限以下の電圧に切り替えて当該電圧から２次
電池をトリクル充電して自己放電量を補充し、上昇電圧
制限のある２次電池を安全かつ満充電状態に常にトリク
ル充電可能にすることを目的とする。 【構成】 充電対象の上昇電圧制限のある２次電池と、
２次電池を充電すると共に、２次電池の満充電を検出し
たときに２次電池の上昇電圧制限の電圧以下の電圧を生
成して当該電圧を用いて２次電池の自己放電を補充充電
する回路とを備えるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、上昇電圧制限のある２
次電池をトリクル充電制御する充電制御装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、Ｎｉｃａｄ電池（ニッケルカドニ
ウム電池）やＮｉＭＨ電池（ニッケル水素電池）などの
２次電池は、図３の（ａ）に示すような充電回路で充電
していた。この図３の（ａ）の充電回路は、充電用定電
流回路からダイオードＤ３、抵抗Ｒ１を介して電池を充
電する。電圧／電流測定回路が充電時の電池の電圧およ
び抵抗Ｒ１に流れる充電電流を測定し、これら電池電圧
および充電電流をもとに充電制御部が電池の満充電を検
出して満充電となっときに充電用定電流回路に指示して
充電を停止する。これ以降は、負荷に供給する電圧か
ら、ダイオードＤ４、抵抗Ｒ０、抵抗Ｒ１を介して微小
電流で電池を充電（いわゆるトリクル充電）し、電池の
自己放電を補充して当該電池が常に満充電状態になるよ
うにしている。

【０００３】図３は、従来技術の説明図を示す。図３の
（ａ）は全体の説明図を示し、図３の（ｂ）は図３の
（ａ）の充電用定電流回路の詳細回路例（ＤＣ−ＤＣコ
ンバータ例）を示す。

【０００４】充電用定電流回路は、電池を定電流で充電
する回路である。電圧／電流測定回路は、電池の電圧お
よび充電電流を測定するものである。充電制御部は、電
圧／電流測定回路によって測定した電池の電圧および充
電電流をもとに、充電用定電流回路に指示して電池を充
電したりなどするものである。トリクル充電は、充電用
定電流回路からダイオードＤ３、抵抗Ｒ１を介して電池
を充電する状態から、ダイオードＤ４、抵抗Ｒ１を介し
て電池を充電する状態にすることによって所定微小電流
でトリクル充電（浮動充電）するようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した図３の従来の
充電回路では、Ｎｉｃａｄ電池やＮｉＭＨ電池などの特
にトリクル充電時の上昇電圧制限がないような２次電池
のトリクル充電には特に問題はない。

【０００６】しかし、Ｌｉ＋電池（リチウムイオン電
池）などの充電時の上昇電圧制限があるような２次電池
のトリクル充電には、図３の充電回路は使えない。この
従来の図３の充電回路では、負荷に供給する高い電圧か
らダイオードＤ４、抵抗Ｒ０、および抵抗Ｒ１を介して
微小電流で電池をトリクル充電すると、電池に充電する
電流が小さくなるに従い電圧が上昇してしまい、当該電
池の上昇電圧制限、例えばリチウムイオン電池ではセル
当たり４．２Ｖの上昇電圧制限を超えてしまい、当該電
池の破壊を防止するために内蔵されているヒューズある
いはブレーカが切断してしまい、使用不能となってしま
うという問題がある。このため、従来は、充電時に上昇
電圧制限のある２次電池であるリチウムイオン電池は、
満充電となってからの自己放電量が少ないことと相まっ
てトリクル充電を行わないようにしてしまい、長期間経
過するとやはり自己放電量が多くなって電池の残量が少
なくなってしまうという問題があった。

【０００７】本発明は、これらの問題を解決するため、
リチウムイオン電池のように上昇電圧制限ある２次電池
を充電する場合に、所定電圧で電池を充電して満充電と
なったときに上昇電圧制限以下の電圧に切り替えて当該
電圧を用いて２次電池をトリクル充電して自己放電量を
補充し、上昇電圧制限のある２次電池を安全かつ満充電
状態に常にトリクル充電可能にすることを目的としてい
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】図１を参照して課題を解
決するための手段を説明する。図１において、充電用定
電流回路１１は、上昇電圧制限のある２次電池である電
池１４を充電するものである。

【０００９】電圧／電流測定回路１２は、電池１４の電
圧（充電電圧など）および電流（充電電流など）を測定
するものである。充電制御部１３は、電圧／電流測定回
路１２からの電池１４の充電電圧および充電電流をもと
に、充電用定電流回路１１を制御して電池１４の充電お
よびトリクル充電を制御するものである。

【００１０】

【作用】本発明は、図１に示すように、充電制御部１３
からの指示をもとに充電用定電流回路１１がＤＣ電源を
入力として電池１４を充電し、充電時の電池１４の電圧
および充電電流を電圧／電流測定回路１２が測定して充
電制御部１３に通知し、充電制御部１３がこれら通知を
受けた電池１４の電圧および充電電流などをもとに、電
池１４が満充電と判明したときに、充電用定電流回路１
１に指示し電池１４の上昇電圧制限の電圧以下に切り替
えて電池１４の自己放電量を充電するトリクル充電に切
り替えるようにしている。

【００１１】この際、充電用定電流回路１１が電池１４
の上昇電圧制限の電圧以下の電圧を生成する際に、電圧
を検出するための基準抵抗を切り替えて上昇電圧制限の
電圧以下の電圧に切り替え、この切り替えた後の電圧を
用いて電池１４をトリクル充電するようにしている。

【００１２】また、充電用定電流回路１１が電池１４の
上昇電圧制限の電圧以下の電圧を生成する際に、電圧を
生成するための基準電圧を切り替えて上昇電圧制限の電
圧以下の電圧に切り替え、この切り替えた後の電圧を用
いて電池１４をトリクル充電するようにしている。

【００１３】従って、リチウムイオン電池のように上昇
電圧制限がある２次電池を充電する場合に、所定電圧で
電池１４を充電して満充電となったときに上昇電圧制限
以下の電圧に切り替えてから電池１４をトリクル充電し
て自己放電量を補充することにより、上昇電圧制限のあ
る電池１４を安全かつ満充電状態に常にトリクル充電す
ることが可能となる。

【００１４】

【実施例】次に、図１および図２を用いて本発明の実施
例の構成および動作を順次詳細に説明する。

【００１５】図１は、本発明の１実施例構成図を示す。
図１の（ａ）は、全体の構成図を示す。図１の（ａ）に
おいて、充電用定電流回路１１は、ダイオードＤ３、抵
抗Ｒ１を介して定電流を電池１４に供給して充電するも
のである。ここで、充電用定電流回路１１は、充電制御
部１３からのｏｎ／ｏｆｆ信号に対応して電池１４を充
電する電圧を発生／停止したり、ｃｕｒｒｅｎｔ信号に
対応して電池１４を指示された充電電流で充電したり、
トリクルｏｎ／ｏｆｆ信号に対応して電池１４の上昇電
圧制限以下の電圧に切り替えて電池１４を充電したりな
どするようにしている。

【００１６】電圧／電流測定回路１２は、電池１４の電
圧を検出したり、抵抗Ｒ１を介して電池１４に充電する
充電電流を測定したりするものである。ここで、出力信
号の各記号は下記を表す。

【００１７】Ｖ：電圧値情報 Ｉ：電流値情報 ＤＩＲ：充電／放電情報 充電制御部１３は、マイクロコンピュータであって、電
圧／電流測定回路１２によって測定した電池１４の電圧
および電池１４を充電する充電電流をもとに、電池１４
の満充電を判定すると共に、ｏｎ／ｏｆｆ信号およびｃ
ｕｒｒｅｎｔ信号を充電用定電流回路１１に通知し電池
１４を充電あるいは満充電後に電池１４の自己放電量を
補充するトリクル充電（浮動充電）などするものであ
る。

【００１８】電池１４は、上昇電圧制限のある２次電池
であって、例えばリチウムイオン電池である。このリチ
ウムイオン電池は、性質上ある所定電圧、例えば４．２
Ｖ／セル以上の電圧を充電時などに印加すると、破壊し
時として燃えてしまう性質があるため、通常はブレーカ
あるいはフューズなどを設けて規定の上昇電圧制限の電
圧以上の電圧を印加すると切断するようにしている。ま
た、ＩＣ回路を組み込んで上昇電圧制限の電圧以上で切
断するようにしている。このために、本発明が対象とす
る電池１４は、充電時に常に上昇電圧制限の電圧以下の
電圧で充電するように制御するものである。

【００１９】ＤＣ−ＩＮは、図示外のＡＣアダプタから
の商用電源を直流電源に変換して供給を受ける入力であ
る。ＩＣ１は、ＤＣ−ＩＮに所定の直流電源が供給され
ているか否かを基準電圧ｅ１と比較して判定し、判定信
号ＡＣ ｏｎ／ｏｆｆを充電制御部１３に通知するもの
である。

【００２０】Ｄ１は、ダイオードであって、ＤＣ−ＩＮ
から負荷に直流電源を供給しないときに逆流を防止する
ものである。Ｄ２は、ダイオードであって、電池１４か
ら負荷に直流電源を供給しないときに逆流を防止するも
のである。

【００２１】Ｄ３は、ダイオードであって、充電用定電
流回路１１から電池１４を充電しないときに逆流を防止
するものである。Ｒ１は、抵抗であって、充電用定電流
回路１１からダイオードＤ３、当該抵抗Ｒ１を介して電
池１４を充電するときの充電電流を測定するためのもの
である。また、放電時には、電池１４から負荷に放電す
る放電電流を測定するものである。

【００２２】図１の（ｂ）は、図１の（ａ）の充電用定
電流回路１の詳細回路例を示す。図１の（ｂ）におい
て、Ｄｒｉｖｅｒ２１は、ドライバーであって、トラン
ジスタＴＲがＯＮ／ＯＦＦのスイッチングをするように
駆動するものである。

【００２３】ＰＷＭ制御２２は、パルス幅を制御するも
のであって、ＯＳＣ２３からのクロックをもとに、パル
ス幅を制御し、Ｄｒｉｖｅｒ２１、ＴＲによってＤＣ−
ＩＮからの直流電圧をパルス幅変調して出力の直流電圧
Ｖｃが所定電圧となるように当該パルス幅をフィードバ
ックする態様で制御するものである。

【００２４】ＯＳＣ２３は、オシレータであって、パル
ス幅変調するためのクロックを発振するものである。ア
ンプ２４は、抵抗Ｒ２の両端に発生する電圧を増幅して
負荷に流れる電流を検出するものであって、所定の定電
流を負荷に供給するための模式的に描いたものである。

【００２５】アンプ２５は、出力する電圧Ｖｃの分圧電
圧と、基準電圧もしくは分圧電圧とを比較し、出力する
電圧Ｖｃが所定の電圧となるように電圧フィードバック
するためのアンプである。

【００２６】電圧検出回路２６は、出力する電圧Ｖｃを
抵抗分割して検出するものであって、トランジスタＴＲ
３１をＯＦＦにして抵抗Ｒ３１と抵抗Ｒ３２とで分割し
たＶｃの電圧を検出したり、あるいはトランジスタＴＲ
３１をＯＮにして抵抗Ｒ３１および抵抗Ｒ３３の並列抵
抗と抵抗Ｒ３２とで分割したＶｃの電圧を検出したりす
るものである。

【００２７】基準電圧生成回路２７は、基準電源を抵抗
分割して基準電圧を生成するものであって、トランジス
タＴＲ４１をＯＦＦにして抵抗Ｒ４１と抵抗Ｒ４２とで
分割した基準電圧を生成したり、あるいはトランジスタ
ＴＲ４１をＯＮにして抵抗Ｒ４１および抵抗Ｒ４３の並
列抵抗と抵抗Ｒ４２とで分割した基準電圧を生成したり
するものである。

【００２８】トリクルｏｎ／ｏｆｆ信号は、電圧検出回
路２６および基準電圧生成回路２７のいずれか、あるい
は両者の信号を入力し、出力する電圧Ｖｃの電圧を電池
１４の上昇電圧制限以下の電圧に切り替える信号であ
る。

【００２９】図１の（ｃ）は、トリクル充電タイムチャ
ートを示す。ここで、Ｖｃ出力電圧のＶＨは、電池１４
を満充電まで充電するときに充電用定電流回路１１から
出力する電圧ＶＣの電圧であって、通常、電池１４の上
昇制限電圧よりも高い電圧である。一方、Ｖｃの出力電
圧ＶＬは、電池１４を満充電した後に当該電池１４の自
己放電量を補充するためのトリクル充電するときの充電
用定電流回路１１から出力する電圧ＶＣの電圧であっ
て、電池１４の上昇制限電圧よりも低い電圧である。

【００３０】図中のトリクルＯＮの時点で、電圧／電流
測定回路１２からの電池１４への充電電流および電池１
４の電圧の通知を受けて充電制御部１３が当該電池１４
が満充電と判定し、トリクルＯＮ信号を充電用定電流回
路１１に通知したことに対応して、図１の（ｂ）の電圧
検出回路２６あるいは基準電源生成回路２７のいずれ
か、あるいは両者のトランジスタをＯＮにして出力され
る電圧ＶＣの電圧を電池１４の上昇制限電圧以下の電圧
ＶＬに低下するように切り替える。このため、トリクル
ＯＮの時点以降は、電池１４は、上昇制限電圧以下の電
圧ＶＬをダイオードＤ３および抵抗Ｒ１を介して自己放
電量を補充するように微小電流でトリクル充電されるこ
ととなり、当該電池１４の上昇制限電圧を超えるような
ことはない。

【００３１】次に、図２のフローチャートに示す順序に
従い、図１の構成の動作を詳細に説明する。図２におい
て、Ｓ１は、電池装着を判別する。これは、充電制御部
１３内の充電制御タスクがＳＴＡＲＴしたことに対応し
て、電池１４が装着されているか否かを判別、例えば電
圧／電流測定回路１２が電池１４の電圧を測定した電圧
値情報の通知を受けた充電制御部１３が、電池１４が所
定電圧以上のときに装着されていると判別し、所定電圧
以下のときに装着されていないと判別する。ＹＥＳの場
合には、Ｓ２に進む。ＮＯの場合には、終了する。

【００３２】Ｓ２は、ＤＣ−ＩＮが有りか判別する。こ
れは、図１の（ａ）のＤＣ−ＩＮに図示外のＡＣアダプ
タから直流電源が入力されているか判別、例えばオペア
ンプＩＣ１によってＤＣ−ＩＮの電圧と所定の電圧ｅと
比較し、ＤＣ−ＩＮの電圧が高くて充電用定電流回路１
１などが動作するに適した電圧が供給されているか判別
する。ＹＥＳの場合には、Ｓ３に進む。ＮＯの場合に
は、ＤＣ−ＩＮから直流電源が供給されていないと判明
したので、終了する。

【００３３】Ｓ３は、充電開始する。これは、図１の
（ａ）の充電制御部１３がＯＮ信号を充電用定電流回路
１１に通知し、当該充電用定電流回路１１がダイオード
Ｄ３および抵抗Ｒ１を介して電池１４の充電を開始す
る。

【００３４】Ｓ４は、充電停止条件（１）に合致か判別
する。これは、Ｓ３で電池１４に対し通常の充電を開始
した後、右側に記載した充電停止条件（１）の下記のい
ずれかに該当したか判別する。

【００３５】充電停止条件（１）： ・ＤＣ−ＩＮ電圧が規定電圧以下 ・充電電流値が規定以下 ・ホストからの充電禁止要求 ・電池温度が規定値以上の上昇 ・その他電池異常要因発生 ・満充電（所定の電圧となった、満充電となる時間だけ
充電、−ΔＶが所定値を超えたなど） ・その他 Ｓ５は、満充電か判別する。これは、Ｓ４でＹＥＳとな
った充電停止条件（１）が満充電か判別する。ＹＥＳの
場合には、電池１４が満充電となったので、Ｓ７でトリ
クル充電を開始などする。一方、ＮＯの場合には、満充
電以外で充電停止条件（１）を満たしたと判明したの
で、Ｓ６で充電停止条件（１）を回避できるか判別し、
ＹＥＳのときにＳ３に戻り充電を再開し、一方、ＮＯの
ときに充電停止条件（１）を回避できるまで待機して回
避できたときにＳ３で充電を再開する。

【００３６】Ｓ７は、トリクル充電をＯＮにする。これ
は、Ｓ５のＹＥＳで満充電と判明したので、図１の
（ａ）の充電制御部１３がトリクル充電のＯＮの信号を
充電用定電流回路１１に通知する。

【００３７】Ｓ８は、トリクル充電を開始する。これ
は、Ｓ７でトリクル充電をＯＮにする信号を受信した図
１の（ｂ）の充電用定電流回路１１が電圧検出回路２６
あるいは基準電圧発生回路２７を切り替え、電池１４の
上昇電圧制限の電圧以下に切り替えてこの切り替え後の
電圧によってダイオードＤ３および抵抗Ｒ１を介して電
池１４を微小電流（電池１４の自己放電量を補うに足り
る微小電流）でトリクル充電（浮動充電）を開始する。

【００３８】Ｓ９は、トリクル充電停止条件（２）に合
致か判別する。これは、Ｓ８で電池１４をトリクル充電
を開始した後、右側に記載した充電停止条件（２）の下
記のいずれかに該当したか判別する。ＹＥＳの場合に
は、終了する。ＮＯの場合には、トリクル充電を繰り返
す。

【００３９】充電停止条件（２）： ・ＤＣ−ＩＮ電圧が規定電圧以下 ・ホストからの充電禁止要求 ・その他電池異常要因発生 ・その他 以上によって、電池１４が装着され、ＡＣアダプタから
ＤＣ−ＩＮに規定の直流電圧が供給されていると判明し
た場合に、通常の充電電流で電池１４を充電し、満充電
となったとき以降、充電する電圧を電池１４の上昇電圧
制限の電圧以下の電圧に切り替え、この切り替えた後の
電圧を用いて電池１４をトリクル充電し当該電池１４の
自己放電量を補い、常に満充電状態に保持することが可
能となる。これにより、リチウムイン電池のように上昇
電圧制限がある場合に、充電電流が減少して当該上昇電
圧制限を超えてしまい、ヒューズやブレーカを切断して
使用不可にしてしまう事態の発生を無くし、常に満充電
の状態に保持することが可能となる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
リチウムイオン電池のように上昇電圧制限がある２次電
池を充電する場合に、所定電圧で電池を充電して満充電
となったとき以降、上昇電圧制限以下の電圧に切り替え
てから２次電池をトリクル充電して自己放電量を補充す
る構成を採用しているため、上昇電圧制限のある２次電
池を安全かつ満充電状態に常に微小充電することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例構成図である。

【図２】本発明の動作説明フローチャートである。

【図３】従来技術の説明図である。

【符号の説明】

１１：充電用定電流回路 １２：電圧／電流測定回路 １３：充電制御部 ２０：ＤＣ−ＤＣ制御部 ２１：Ｄｒｉｖｅｒ（ドライバ） ２２：ＰＷＭ制御 ２３：ＯＳＣ（発振器） ２４、２５：アンプ ２６：電圧検出回路 ２７：基準電圧生成回路 Ｄ１からＤ３：ダイオード Ｒ、Ｒ１、Ｒ３１からＲ３３、Ｒ４１からＲ４３：抵抗 ＩＣ１：オペアンプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 信夫 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 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

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】充電対象の上昇電圧制限のある２次電池
   と、 上記２次電池を充電すると共に、当該２次電池の満充電
   を検出したときに上記２次電池の上昇電圧制限の電圧以
   下の電圧を生成して当該電圧を用いて上記２次電池の自
   己放電を補充充電する回路とを備えたことを特徴とする
   充電制御装置。
2. 【請求項２】上記回路が２次電池の上昇電圧制限の電圧
   以下の電圧を生成する際に、当該生成する電圧を検出す
   るための基準抵抗を切り替えて当該上昇電圧制限の電圧
   以下の電圧に切り替えることを特徴とする請求項１記載
   の充電制御装置。
3. 【請求項３】上記回路が２次電池の上昇電圧制限の電圧
   以下の電圧を生成する際に、当該生成する電圧を生成す
   るための基準電圧を切り替えて当該上昇電圧制限の電圧
   以下の電圧に切り替えることを特徴とする請求項１記載
   の充電制御装置。