JPH11285168A - 充電回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】携帯型電子装置が動作中においても、装置動作
に異常を与えることなく、リチウムイオン二次電池ある
いは鉛電池等定電圧充電が必要な二次電池を効率よく充
電する。 【解決手段】二次電池の電圧を検出する手段、二次電池
への充電電流と負荷電流への電流を係数比で加える手段
及び電流制御手段を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、携帯型パーソナル
コンピュータ等の携帯型電子機器に用いられる二次電池
の充電方式に係り、特にリチウムイオンや鉛電池等、定
電圧充電の必要な二次電池の充電方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】携帯形パーソナルコンピュータのような
携帯形情報端末においては、装置内部に二次電池と共に
充電回路も内蔵して、外部電源装置で動作中に二次電池
への充電を行い、常に二次電池の能力を高めておく工夫
をすることが多い。

【０００３】一方、携帯型の装置では外部電源装置も小
形化軽量化が要求され、出力容量に制限がある。したが
って、このような携帯形情報端末では制限された外部電
源装置の出力で、装置が動作中でも効率良く二次電池を
充電する工夫が必要となる。

【０００４】図１は、従来の携帯形情報装置が採用して
いる充電回路の一例である。本回路によって装置が動作
中に二次電池に充電をする場合、二次電池１０への充電
電流ｉ２は、外部電源装置１の最大出力電流ｉｍａｘか
ら装置負荷７への供給電流ｉ１の最大値ｉｍａｘを差し
引いた値とする必要がある。この関係を図２（ａ）に示
す。図２は従来技術を説明する図であり、左側の（ａ）
は外部電源最大出力電流から装置負荷７の最大電流値を
差し引いた電流を充電電流値に設定した場合に未使用電
流が発生したことをしめしており、右側の（ｂ）は外部
電源最大出力電流を二次電池充電電流ｉ２と等しくした
場合を示している。

【０００５】図２（ａ）中の符号２６に示す様な未使用
電流が発生しており、効率が悪い充電となっている。未
使用電流２６の発生を削除した回路として図３に示す回
路がある。同回路は外部電源装置として定電流源を用い
ており、この結果、装置負荷７の電流が変動しても自動
的に二次電池１０への充電電流と装置負荷７への電流の
和が定電流源２３の電流となり、未使用電流は発生しな
い。しかし、（１）定電流源２３の電流は、二次電池１
０の最大電流以下に設定しなければならず、装置負荷７
への負荷電流が二次電池１０の最大電流を越える装置に
は適用できないこと、（２）リチウムイオン二次電池や
鉛電池の様に定電圧充電も必要な電池には適用できない
こと、という問題点がある。特に（２）は、リチウムイ
オン二次電池が電力密度、重量比が高いことから、携帯
形装置で主に採用されており、大きな問題点である。

【０００６】未使用電流を削除する別の回路として、特
開平６−１７８４６０号公報記載の電池の充電制御回路
がある。この回路によれば、負荷回路への電流を検出
し、帰還することで充電電流の制御を行なっており、上
記（１）の欠点は解消される。しかし、（２）の問題点
は依然として解決されない。加えて、充電電流の制御を
帰還回路で行なうことから、応答遅れによる下記問題が
ある。

【０００７】即ち、二次電池が完全放電状態つまり、装
置を動作させる電力のない状態で装置を起動させると、
起動時の急激な負荷電流変動に充電電流制御が追従でき
ず、総合電流が外部電源装置の最大出力電流を一時的に
越えて、外部電源の出力電圧が急激に低下する。

【０００８】この時、二次電池に残量があれば二次電池
から電流が負荷回路に供給されるが、完全放電状態にあ
るので電力を供給できず、この結果、装置が誤動作ある
いは起動できないという不具合になる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、定電
流充電と定電圧充電の併用充電が必要なリチウムイオン
二次電池あるいは鉛電池等の二次電池を装置動作中に効
率よく充電することは困難であった。

【００１０】本発明の目的は、装置が動作中においても
装置動作に異常を与えることなく、リチウムイオン二次
電池あるいは鉛電池等定電流充電と定電圧充電の併用充
電が必要な二次電池を効率よく充電することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明では、上記目的を
達成するため、二次電池の電圧を検出する手段、二次電
池への充電電流と負荷電流への電流を係数比で加える手
段及び電流制御手段を設ける。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態図面を
参照して詳細に説明する。

【００１３】図４は本発明の一実施例である。同図にお
いて１は外部電源、１０は二次電池、７は負荷装置、
２、３はスイッチ素子、４、８はダイオード、１１、１
５はコンパレータ、１４、１６は基準電圧、５はコイ
ル、９、１２、１３は抵抗である。

【００１４】外部電源１から供給される電流ｉは、スイ
ッチ素子２、３、ダイオード４、コイル５及びコンパレ
ータ１１、１５によりパルス電流に変換され、二次電池
１０に供給される。又、従来技術とは異なり二次電池１
０と装置負荷７との両方に接続された電流検出抵抗９が
ある。

【００１５】充電当初、二次電池１０の電圧が低い時
は、定電流充電モードとなり、電流検出抵抗９、基準電
圧１６、コンパレータ１５にて電流制御される。

【００１６】この時、電流検出抵抗９には装置負荷電流
ｉ１も流れる為、二次電池１０の充電電流ｉ２との和
（ｉ１＋ｉ２）が一定となるよう制御が行われる。図５
の様に充電電流ｉ２と装置負荷電流ｉ１の和が、常に外
部電源最大出力電流ｉ以下となる様に電流検出抵抗９で
検出するため、図２の未使用電流２６は発生せずに、装
置負荷７の変動に対応し、装置負荷電流ｉ１が小さい時
は二次電池１０の充電電流ｉ２は大きくなり、外部電源
１の出力を越えることがなく効率の良い充電が行われ
る。

【００１７】充電が進行し、二次電池１０の電圧が所定
の電圧となると、コンパレータ１１が作動して定電圧充
電モードとなる。この結果、二次電池１０への充電電流
ｉ２は、同電池の電圧上昇につれて低下するが、コンパ
レータ１５の動作はコンパレータ１１の動作によりカッ
トオフされており、装置負荷の電流ｉ１には影響を与え
ることはない。この様に定電圧回路を有することで、定
電圧充電が必要な二次電池も充電が可能であり、また装
置負荷７と二次電池１０の両方に接続された電流検出抵
抗９により、外部電源１の未使用電流２６をなくし、装
置動作中に効率よい充電をすることができる。

【００１８】図６は本発明の他の実施例を示す図であ
る。前述の図１の回路では二次電池１０の充電電流ｉ２
の最大値ｉ２ｍａｘが装置負荷７の負荷電流ｉ１の最大
値ｉ１ｍａｘより小さい場合、効率のよい充電ができな
い。

【００１９】何故ならば、定電流回路の電流設定値はｉ
２ｍａｘと設定する必要があるが、負荷電流ｉ１も電流
検出抵抗９に印加されていることから、ｉ１＜ｉ２ｍａ
ｘとならない限り、二次電池１０へは充電電流が流れな
いからである。

【００２０】図６は図４における欠点を改善したもので
ある。同図においては、充電電流検出抵抗９に直列に同
抵抗２１を挿入し、負荷電流ｉ１は同抵抗９と２１の接
続点に印加している。この結果、負荷電流ｉ１によりコ
ンパレータ１５に印加される電圧は、同抵抗９と２１の
抵抗比分小さくなり、ｉ１＞ｉ２ｍａｘであっても、二
次電池１０に充電電流を流すことができる。

【００２１】図７は本発明の更に他の実施例を説明する
図である。従来技術の項においても説明した如く、充電
電流制御を帰還回路を用いて行なった時は、応答遅れを
考慮しなければならない。なぜならば、決められた以上
の充電電流を電流検出抵抗が検出してから、充電ライン
を切断するために必要な時間は、コンパレータ１５が動
作し、その後にスイッチ素子２が動作した後スイッチ３
が動作するのに必要な時間であり、その動作時間分の応
答遅れが発生することとなる。

【００２２】図７は充電電流制御回路の応答遅れによる
装置誤動作を防止する為の回路である。同図において、
２２は電流検出抵抗、２５は電流切替えスイッチで、他
は図４、図６と同様である。

【００２３】図７の回路の動作を以下説明する。

【００２４】二次電池１０が完全放電状態にあり、装置
負荷７は動作状態でないとすると、二次電池１０は同電
池の許容最大充電電流で通常充電される。この状態より
装置負荷７を動作状態にすると、急激に電流ｉ１は増加
するが、充電電流制御回路の遅れにより二次電池１０へ
の充電電流は変化せず、この結果、総合電流は外部電源
１の許容電流を越え、出力電圧が低下するか保護回路が
動作することがある。

【００２５】二次電池１０に電荷残量があれば、ダイオ
ード８を通して装置７に電流が供給され、出力電圧低下
は緩和されるが、完全放電状態にある為、電流を供給す
ることはできない。

【００２６】図７の回路においては、二次電池１０の電
圧が所定の値になる迄は、電流切替えスイッチ２５をオ
フ状態にして、抵抗２２を二次電池１０の充電電流検出
ラインに挿入し、充電電流を電流ｉ１が急激に増加して
も外部電源１の出力電圧が低下しない程度に小さくす
る。充電電圧が所定の電圧に達したら、電流切替えスイ
ッチ２５をオンして抵抗２２を短絡し、充電電流を増加
させるのである。

【００２７】なお、以上の説明においては、外部電源１
と二次電池１０の電圧はほぼ等しとしているが、外部電
源１の電圧に比べ、二次電池１０の電圧が小さい場合
は、パルス充電回路における充電変換比を補正する為
に、図６に示した充電検出回路とは逆に、図８の如く二
次電池１０の充電電流ｉ２を検出抵抗の接値点に印加す
る必要がある。二次電池１０の電圧と外部電源１の電圧
差が大きいと、充電電流ｉ２と、外部電源１からの出力
電流ｉの内、二次電池へ流れる電流分との差が大きくな
る。つまり変換する度合が大きくなるため、抵抗での電
流の重みを調節する必要があり、この場合、図９の様に
接続を変える必要がある。

【００２８】また、図７における抵抗２２は、図９のよ
うに二次電池１０へ流れる充電電流のみを制限する様
に、電流切替えスイッチ２５は抵抗２２と並列になるよ
うに配置することとなる。

【００２９】

【発明の効果】本発明よれば、装置が動作中において
も、装置動作に異常を与えることなく、リチウムイオン
二次電池あるいは鉛電池等定電圧充電が必要な二次電池
を、効率よく充電することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の二次電池を充電する充電制御回路を説明
する図である。

【図２】従来技術を説明する図であり、外部電源最大出
力電流から装置負荷の最大電流値を差し引いた電流を充
電電流値に設定した場合に未使用電流が発生したことを
説明する図、及び外部電源最大出力電流を二次電池充電
電流と等しくした場合を説明する図である。

【図３】従来の二次電池と装置負荷の両方へ定電流限か
ら電力を供給する充電回路回路を示す図である。

【図４】定電流充電モードと定電圧充電モードの両モー
ドに対応する充電制御回路を示し、定電流充電制御回路
内にある電流検出用抵抗には、充電対象電池の充電電流
と、装置の負荷電流が印加され、該充電制御回路の充電
電流を該充電対象電池のみ供給する充電制御回路を説明
する図である。

【図５】本発明の一実施例において、外部電源出力電流
を最大限に利用した場合を説明する図である。

【図６】充電検出用抵抗が複数抵抗の接続で構成され、
該接続点に該充電対象電池の充電電流又は、装置の負荷
電流を印加し、電流検出に重みづけをした充電制御回路
を説明する図である。

【図７】該電流検出用抵抗に、該充電電流の経路にのみ
有効となるよう直列に抵抗値切替え回路を設けた充電制
御回路を説明する図である。

【図８】外部電源の電圧に比べ二次電池の電圧が小さい
場合の、負荷装置及び二次電池の接続方法を示す回路図
である。

【図９】外部電源の電圧に比べ二次電池の電圧が小さい
場合の、電流切替えスイッチ素子の接続方法を示す回路
図である。

【符号の説明】

１…外部電源、４、８…ダイオード、２、３、２４…ス
イッチ素子、５…コイル装置負荷、９、２１、２２…電
流検出抵抗、１０…二次電池、１１、１５…コンパレー
タ、１２、１３…分圧抵抗、１４、１６…基準電圧、１
７…装置、１８…外部電源最大流出電流、２５…電流切
替えスイッチ素子、２６…未使用電流、ｉ１９…装置負
荷電流、ｉ１２０…二次電池充電電流、ｉ２２３…定電
流源。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０２Ｊ 7/34 Ｇ０６Ｆ 1/00 ３３３Ｃ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】定電流充電モード及び定電圧充電モードの
   両モードに対応する充電回路であって、定電流充電制御
   回路内にある電流検出用抵抗には、充電対象電池の充電
   電流と、装置の負荷電流が印加され、該充電制御回路の
   充電電流を該充電対象電池のみ供給することを特徴とす
   る充電回路。
2. 【請求項２】前記充電検出用抵抗は複数抵抗の接続で構
   成され、該接続点に該充電対象電池の充電電流又は、装
   置の負荷電流を印加し、電流検出に重みづけをしたこと
   を特徴とする請求項１記載の充電回路。
3. 【請求項３】前記電流検出用抵抗に、前記充電電流の経
   路にのみ有効となるよう直列に抵抗値切替え回路を設け
   たことを特徴とする請求項１記載の充電回路。