(57)【要約】【課題】高容量の二次電池への充電時に、充電電流不足のため二次電池充電完了のシグナルを検出できず過充電になってしまうことを防ぐ、安価な安全装置を持った充電制御回路を提供する。【解決手段】外部電源入力端子からの電力で充電される二次電池ブロックと、二次電池ブロックの充放電制御を行う充放電制御回路と、二次電池ブロックへの充放電経路をオン、オフする電子スイッチ手段と、負温度係数を持ち二次電池の温度で抵抗値が変化するサーミスタとサーミスタと直列に接続された固定抵抗で基準電圧を分圧することにより温度を電圧に変換する電池温度電圧変換手段と、充放電制御回路とは独立して動作し電池温度電圧変換手段の出力電圧を監視する電池異常温度監視手段を持ち、電池温度電圧変換手段の出力電圧がある一定範囲から外れると電子スイッチ手段を強制的にオフすると共にサーミスタと抵抗を並列接続させることを特徴とする充放電制御回路。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部電源入力端子と、
外部電源入力端子からの電力で充電される二次電池ブロックと、
二次電池ブロックの充放電制御を行う充放電制御回路と、
前記二次電池ブロックへの充放電経路をオン、オフする電子スイッチ手段と、
負温度係数を持ち二次電池の温度で抵抗値が変化するサーミスタと、
前記サーミスタと直列に接続された固定抵抗で基準電圧を分圧することにより温度を電圧に変換する電池温度電圧変換手段と、
前記充放電制御回路とは独立して動作し前記電池温度電圧変換手段の出力電圧を監視する電池異常温度監視手段を持ち、電池温度電圧変換手段の出力電圧がある一定範囲から外れると前記電子スイッチ手段を強制的にオフすると共に前記サーミスタと抵抗を並列接続させることを特徴とした充放電制御回路。
【請求項２】
外部電源入力端子はＵＳＢ端子であり、ＵＳＢ通信を行うＵＳＢ通信ブロックを有し、ＵＳＢ通信を行った後に充電を開始することを特徴とする請求項１記載の充放電制御回路。
【請求項３】
二次電池ブロックは素電池毎に交換が可能な複数の素電池から構成され、２次電池ブロックの直列・並列接続を切り替える電池ブロック接続切替回路を有し、充電時には電池ブロック接続切替回路により素電池毎に充電を行い、放電時には各素電池を直列に接続することを特徴とする請求項１記載の充放電制御回路。
【請求項４】
二次電池は各二次電池ブロック毎に取り外しが可能であることを特徴とする請求項２記載の充放電制御回路。
【請求項５】
充電制御回路は各二次電池ブロックの充電状態を記憶する充電状態記憶手段を持ち、全ての二次電池ブロックが満充電状態にならない限り前記充放電制御回路は外部電源出力端子への電力供給を禁止する放電禁止手段を持つことを特徴とする請求項２記載の充放電制御回路。
【請求項６】
充電制御回路は各二次電池ブロックの充電状態を記憶する充電状態記憶手段と二次電池ブロックの電池容量検出手段を持ち、全ての二次電池ブロックが満充電状態になり、かつ、全ての二次電池ブロックの電池容量が一定の範囲内に入っていない限り前記二次電池より電圧変換手段へ電力供給を禁止する放電禁止手段を持つことを特徴とする請求項２記載の充放電制御回路。
【請求項７】
充電制御回路は各二次電池ブロックの電圧を監視する手段を持ち、外部電源入力がない場合、各二次電池ブロックの電圧が予め定められた値以下となった場合前記二次電池より電圧変換手段へ電力供給を禁止する放電禁止手段を持つことを特徴とする請求項２記載の充放電制御回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は二次電池の充放電制御回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話、ＰＤＡ等の携帯型電子機器が普及し、電源として二次電池が広く使用されている。それに伴いこれまで乾電池が採用されていた機器の動力源として二次電池が採用されることが多くなってきた。通常、これらの二次電池を充電する一つの方法として、電池の温度をモニターするための温度センサーが取り付けられており、この温度センサーからの入力により二次電池の充電状態を知り充電制御を行うことが一般的である。
【０００３】
一方、携帯電話用リチウム二次電池に代表されるように蓄えるエネルギー密度が年々向上しており使い方を間違えると故障やサイクル寿命の低下等の劣化、さらには発熱や発火といった事故を起こす危険性がありこれまで以上に安全に対して配慮しなければならなくなった。それと同時に年々消費者の価格に対する要求が厳しくなっており、安全関連部品といえどもコストに対して無関心ではいられなくなっている。
【０００４】
更に近年、電池充電用電源としてその給電機能を利用してパーソナルコンピュータに搭載されているＵＳＢを単なる電源コネクタとしてのみ利用したＡＣアダプタが多数発売されており、電池充電の為にＵＳＢ端子からの電源出力を規格化しようという動きがある。消費者のニーズとして製品専用の充電器及びパック電池ではなく、汎用の充電器及び電源が求められてきている。
【０００５】
従来の製品動作用二次電池として複数の素電池を一纏めにしたパック電池が知られている。このパック電池には通常温度センサーとしてサーミスタが内蔵されている。これらの電池の安全装置として更にＰＴＣや電流ヒューズがパック電池に内蔵されており電池が異常状態となるとこれらの安全装置が働き、発火や発煙を防いでいた。
【０００６】
一方、これらの二次電池は製品毎に大きさや定格の異なるパック電池としてパック化されており、異機種間での相互互換性は無く、更に充電器に関しても同様に異機種間での互換性は無かった。充電器に関しては携帯電話に代表されるように、世の中の流れとして共通化が行われており、従来の製品はＵＳＢ給電機能を利用して市販電池の充電を行う充電器が知られている。
【０００７】
従来の充放電回路は、Ｎｉ−ＭＨ電池やリチウムイオン電池などの化学電池である二次電池と、感熱型の保護阻止素子であるＰＴＣと、電子スイッチ素子と、過充電や過放電の保護を行うための温度を検出する温度検出部、温度検出部により検出した温度に基づき外部のスイッチ素子である放電制御スイッチ素子、充電制御スイッチ素子をオン／オフ制御するスイッチ制御回路などから構成されていた（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００８】
一方充電器は、多くの市販ＵＳＢ充電器は１つ又は２つの単３型電池を充電するために、電源入力端子からの５Ｖを単に降圧して電池への充電を行っていた。しかしながら現行のＵＳＢの規格では最大５００ｍＡ迄の電流しか取り出すことができずそれ以上の電流では充電できなかった。
【特許文献１】特許第３５３４３０９号公報
【特許文献２】特開２００６−１４９１７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前記従来の構成では機器異常時の安全装置としてＰＴＣや電流ヒューズのみとなっており、制御回路が暴走した場合、温度に対する保護をＰＴＣのような温度保護機能を有する素子のみに頼っていた。そのため、過充電や過放電の保護を行う回路とＰＴＣとの組み合わせ、あるいは温度ヒューズなどとの組み合わせによる回路構成が採用されていた。
【００１０】
ＰＴＣは通常二次電池側に実装され、二次電池の温度が高温になった場合に充電・放電電流を流さないように高インピーダンスになる正温度特性サーミスタであるが、近年の安全を重視する流れから更なる安全装置の追加が要求されている。
【００１１】
また従来の充電器では５００ｍＡ以上の充電電流を得ることが出来ず最近の高容量化した二次電池では充電電流不足のため、二次電池充電完了のシグナル（温度変化や電池端子電圧の変化）を検出できないため容易に過充電を行ってしまい、結果として二次電池劣化を促進していた。更に複数の容量の異なる二次電池を取り付けられると、それぞれの電池に対して適正な充電が出来ないという課題を有していた。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
従来の課題を解決するために、本発明の充放電制御回路は外部電源入力端子と、外部電源入力端子からの電力で充電される二次電池ブロックと、二次電池ブロックの充放電制御を行う充放電制御回路と、前記二次電池ブロックへの充放電経路をオン−オフする電子スイッチ手段と、負温度係数を持ち二次電池の温度で抵抗値が変化するサーミスタと前記サーミスタと直列に接続された固定抵抗で基準電圧を分圧することにより温度を電圧に変換する電池温度電圧変換手段と、前記充放電制御回路とは独立して動作し前記電池温度電圧変換手段の出力電圧を監視する電池異常温度監視手段を持ち、電池温度電圧変換手段の出力電圧がある一定範囲から外れると前記電子スイッチ手段を強制的にオフすると共に前記サーミスタと抵抗を並列接続させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明を用いることにより、通常充電制御回路が制御用に使用している温度センサーを用いて安価に二次電池の保護回路を追加することができ、また複数の電池を充電する場合であっても電池ブロック接続切替回路が充電時には二次電池個別に充電を行えるように回路切替を行うため、充分な充電電流を得ることが出来る。更に放電時には電池ブロック接続切替回路で二次電池を直列接続に切り替え、高い電圧の出力を得ることが出来る。このように、本発明によると安価に流通している電圧監視ＩＣを用いて追加の安全装置を安価に構成することが出来る。
【００１４】
更に市場に出回っている安価な充電器を用いて、正確な充電制御を行うための充分な充電電流を得ることが出来き、二次電池の劣化を最小限に押さえることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は本発明に係る充放電制御回路付きの実施の形態１を示す説明図である。図１において、二次電池１ａ及び１ｂはニカド電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池やリチウムポリマー電池などの化学セル、充電制御スイッチ素子５は充電制御を行うためのスイッチ素子であり、同様に放電制御スイッチ素子６は放電時の制御を行うためのスイッチ
素子である。
【００１７】
充電時、充放電制御回路４は充電制御スイッチ素子６のゲートを制御して所定の電圧及び電流で二次電池１ａ及び１ｂを充電する。その際、充電を行うための充分な電流を得ることが出来ない場合、充放電制御回路４はスイッチ制御回路３を切り替え、二次電池１ａ及び１ｂを交互に充電する。放電時、充放電制御回路４は放電制御制御スイッチ素子６を直列に切り替え、外部電源出力端子１０１に対して電源の供給を行う。
【００１８】
充電時若しくは放電時、充放電制御回路４は二次電池１ａ及び１ｂと熱結合されたサーミスタ７と基準電圧とで分圧された電圧を監視することにより二次電池１ａ及び１ｂの温度を監視しており、異常状態を検出すると充電制御スイッチ素子５、放電制御スイッチ素子６のゲートに対してＬｏｗレベルの電圧を印加し充電制御スイッチ素子５及び放電制御スイッチ素子６を切り、不安全状態を未然に防ぐよう制御を行う。
【００１９】
また前記充放電制御回路４が故障した場合であっても前記充放電制御回路４とは独立して動作している電圧検出部２が二次電池と熱結合されたサーミスタ７と基準電圧とで分圧された電圧を監視し、所定の電圧レベルを下回るとＬｏｗレベルを出力する。
【００２０】
ダイオード素子８は各制御部の信号を遮断し、電圧検出部２がＬｏｗレベルを出力したときのみ各部への信号を有効にするための素子であり、異常時での更なる追加制御が必要な場合、このダイオードを並列につなぐことにより通常時の他のブロック動作に影響することなく制御を行うことが出来る。
【００２１】
帰還抵抗９は異常時に電圧検出部２がＬｏｗレベルを出力したときにサーミスタ７と電気的に並列に接続することにより、電圧検出部２の分圧入力電圧を強制的に下げ、二次電池１ａ及び１ｂが充分に温度が下がるまで状態を保持するためのものである。
【００２２】
外部電源入力端子１００にＵＳＢが接続された場合、通常５Ｖ５００ｍＡの２．５Ｗの電力しか供給されない。通常、ニッケル水素電池等の二次電池は充電制御を行うために一定以上の電流で充電を行わなければ充電完了の電圧変化、若しくは温度変化を検出することが出来ない。二次電池１ａ及び１ｂの電池容量が大きい場合、２つの２次電池を同時に充電するには電力不足となる。その際にスイッチ制御回路３を切り替え二次電池１ａ及び１ｂを個々に充電を行い必要な電力を確保することが出来る。また、放電時はスイッチ制御回路３を直列に切り替え、高い電圧出力を行うことが出来る。
【００２３】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上記実施の形態では、二次電池を二個で説明を行ったが、スイッチ制御回路３の接点数を増やし、充電を行う二次電池の数を増やすことが出来る。また放電時は各二次電池を並列のまま出力することも出来る。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明に係る充放電制御回路は、通常充電制御回路が制御用に使用している温度センサーを用いて安価に二次電池の保護回路を追加することができ、また複数の電池を充電する場合であっても電池ブロック接続切替回路が充電時には二次電池個別に充電を行えるように回路切替を行うため、充分な充電電流を得ることが出来るため、安価で適正な充電が行える充電器の充放電制御回路として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態１を示す説明図
【符号の説明】
【００２６】
１        二次電池ブロック
１ａ      二次電池Ａ
１ｂ      二次電池Ｂ
２        電圧検出部
３        スイッチ制御回路
４        充放電制御回路
５        充電制御スイッチ素子
６        放電制御制御スイッチ素子
７        サーミスタ
８        ダイオード素子
１００    外部電源入力端子
１０１    外部電源出力端子
【図１】
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