(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電端子に接続された二次電池に対する電圧・電流を制限するとともに、前記電圧・電流の出力のオン・オフを制御するコントロール端子を備えた充電制御手段と、
前記充電端子および前記コントロール端子間に接続された帰還抵抗と、
前記充電端子に対する二次電池の接続状態を検出するスイッチ手段とを備えた充電装置であって、
第１の基準電圧を設定する第１基準電圧設定手段と、
前記スイッチ手段によって二次電池の接続が検出されたときに、前記充電制御手段を所定時間オンする充電開始手段と、
前記充電開始手段により、前記充電制御手段を所定時間オンにしている間において、前記充電端子の充電電圧を検出する充電検出手段と、
前記充電検出手段の結果が前記第１基準電圧設定手段の設定電圧以上のとき、前記充電制御手段を所定時間オフして前記充電端子への充電電圧の供給を停止する充電停止手段と
を備え、
前記充電停止手段により、前記充電制御手段を所定時間オフした場合に、前記充電端子に所定値以上の電池電圧の二次電池が実際に接続されている場合には、電池電圧によって、前記帰還抵抗が機能して前記充電制御手段をオンにし、前記充電端子に所定値以上の電池電圧の二次電池が実際に接続されていない場合には、前記充電制御手段のオフの状態を維持するように構成したことを特徴とする充電装置。
【請求項２】
前記充電装置は、前記充電検出手段の結果が前記第１基準電圧設定手段の設定電圧以下のとき、前記充電停止手段の機能が停止して、再充電を開始することを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
【請求項３】
前記充電装置は、第２の基準電圧を設定する第２基準電圧設定手段を有し、
前記充電検出手段で検出された前記充電電圧が、前記前記第２基準電圧設定手段によって設定された第２の基準電圧以下のとき、前記帰還抵抗の機能により前記充電制御手段をオフにして充電を停止することを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
【請求項４】
前記二次電池は、リチウムイオン二次電池であることを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の充電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば携帯電話やカメラ一体型ＶＴＲなどに用いられるリチウムイオン二次電池の充電装置に関し、更に詳しくは、リチウムイオン二次電池が装着されない状態における充電誤動作を防止する充電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子技術の発達やユーザニーズの高まりにより、電子機器の小型・軽量化が進んでいる。この傾向は電池を動力源としたポータブル電子機器で顕著である。これら小型で携帯性の高いポータブル電子機器では電源の供給方法として二次電池が用いられている。中でも、小型・軽量・高出力の基本性能を有するリチウムイオン二次電池が二次電池の主流を成すようになってきた。
【０００３】
一方、リチウムイオン二次電池には、過電流による電池劣化および損傷・発熱を防ぐため、図３に示すようなＦＥＴ（電界効果トランジスタ）３などによる過放電防止スイッチ２が内蔵されている。すなわち、直列接続されたリチウムイオン二次電池１には過放電防止スイッチ２が組み込まれており、例えばリチウムイオン二次電池１の電圧が５Ｖ以上では過放電防止スイッチ２が“オフ”（ＦＥＴ３が接続状態）して充放電が可能となり、５Ｖ以下では過放電防止スイッチ２が“オン”（ＦＥＴ３が遮断状態：但しダイオード４の働きにより充電は可能）して二次電池の過放電を防ぐようになっている。
【０００４】
このようなリチウムイオン二次電池１は、一例として図４に示すような充電装置によって充電される。図４は従来の充電装置の一例を示す回路図である。
【０００５】
この充電装置は、入力端子（図では、単に「Ｖｉｎ」と記す）５、ＤＣ／ＤＣコンバータ６、リチウムイオン二次電池用に開発された充電制御ＩＣ(Integrated Circuit)７、充電端子（図では、単に「Ｖｏｕｔ」と記す）８、および二次電池の接続を検出するスイッチ素子９により大略構成される。
充電制御ＩＣ７には、図示を省略した電圧／電流制限回路の他、電圧入力Ｖｉ、電圧出力Ｖｏ、コントロール端子Ｖｃ、緑ＬＥＤ（発光ダイオード）１０や赤ＬＥＤ１１が接続されたＬＥＤ駆動回路を備えている。
【０００６】
この充電装置における充電制御ＩＣ７の主要動作を説明するならば、
0003726853.tif 000002
制御する。
【０００７】
この充電装置には押下すると“オフ”するようなスイッチ素子９が備えられており、二次電池が装着されてスイッチ素子９が押下されると帰還抵抗Ｒを介してコントロールＶｃに１．１Ｖ以上の電圧が掛かり、電圧出力Ｖｏから充電電流Ｉｏが流れて二次電池を充電するようになっている。なお、帰還抵抗Ｒは電池電圧が略２．５Ｖ以上で充電制御ＩＣ７が“オン”するように設定される。
【０００８】
しかしながら、このような従来の充電装置における充電モニタは、一定の充電電流以上で赤ＬＥＤ１１を点灯し、以下で緑ＬＥＤ１０を点灯するＬＥＤ表示のみであるため、例えば指などで充電ピン（スイッチ素子９に相当）が押下されると二次電池が装着されてない状態にもかかわらず充電動作が開始されてしまうという問題がある。
【０００９】
本来、リチウムイオン二次電池には、前述のように過放電防止スイッチ２（図３参照）が内蔵されており、５Ｖ以下では過放電防止スイッチ２が“オン”（ＦＥＴ３が遮断状態）するためリチウムイオン二次電池１の端子電圧を検出することは不可能である。従って、充電装置に二次電池が装着されている状態を検出するためには、新たに二次電池側に電圧読取端子を追加したり、過放電防止スイッチ２に抵抗を接続して端子電圧を読み取らなければならず、二次電池側への部品追加が必要となり経済的に無駄が多く、好ましくない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その課題は、新たに二次電池側に電圧読取端子等を追加することなく、二次電池が装着されない状態で充電動作が開始されてしまう充電誤動作を防止する充電装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するために本発明の充電装置は、
充電端子に接続されたリチウムイオン等の二次電池に対する電圧・電流を制限するとともに、前記電圧・電流の出力の“オン・オフ”を制御するコントロール端子を備えた充電制御手段と、
前記充電端子および前記コントロール端子間に接続された帰還抵抗と、
前記充電端子に対する二次電池の接続状態を検出するスイッチ手段とを備えた充電装置であって、
第１の基準電圧（例えば６Ｖ）を設定する第１基準電圧設定手段と、
前記スイッチ手段によって二次電池の接続が検出されたときに、前記充電制御手段を所定時間“オン”する充電開始手段と、
前記充電開始手段により、前記充電制御手段を所定時間オンにしている間において、前記充電端子の充電電圧を検出する充電検出手段と、
前記充電検出手段の結果が前記第１基準電圧設定手段の設定電圧以上のとき、前記充電制御手段を所定時間オフして前記充電端子への充電電圧の供給を停止する充電停止手段と
を備え、
前記充電停止手段により、前記充電制御手段を所定時間オフした場合に、前記充電端子に所定値以下の電池電圧の二次電池が実際に接続されている場合には、電池電圧によって、前記帰還抵抗を機能させて前記充電制御手段をオンにし、前記充電端子に所定値以下の電池電圧の二次電池が実際に接続されていない場合には、前記充電制御手段のオフの状態を維持するように構成したことを特徴とする。
【００１２】
この充電装置は、充電検出手段の結果が第１基準電圧設定手段の設定電圧以下のとき、再充電を開始するようになされている。
【００１３】
また、この充電装置は、第２の基準電圧（例えば２．５Ｖ）を設定する第２基準電圧設定手段を有していて、第２基準電圧設定手段によって設定された第２の基準電圧以下のとき、充電を停止するようになされている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施の形態につき添付図面を参照して説明する。
【００１５】
先ず、図１を参照して本発明の充電装置の構成を説明する。図１は本発明の充電装置の一例を示す回路図である。なお、従来技術で記載した事項と共通する部分には同一の参照符号を付すものとし、本発明に係わりのない回路部分の詳細な説明を省略する。
【００１６】
本発明の充電装置は、入力端子（Ｖｉｎ）５、ＤＣ／ＤＣコンバータ６、電圧／電流制限回路（図示省略）の他、電圧入力Ｖｉ、電圧出力Ｖｏ、コントロール端子Ｖｃ、緑ＬＥＤ１０や赤ＬＥＤ１１が接続されたＬＥＤ駆動回路を備えた充電制御ＩＣ７、充電端子（Ｖｏｕｔ）８、および二次電池の接続を検出するスイッチ素子９により構成される。
【００１７】
かかる構成の充電装置には、本発明の特徴事項として、スイッチ素子９に駆動トランジスタＴｒ１を介して接続された充電開始回路１２、充電開始回路１２の出力が接続された充電停止回路１３、および充電端子（Ｖｏｕｔ）８の＋Ｂに接続されて充電電圧を検出する充電検出回路１４が接続されている。
【００１８】
充電開始回路１２の細部構成は、抵抗Ｒａ、容量Ｃａにより立下がり微分を形成するＮＡＮＤ回路ａなどにより構成される。
充電停止回路１３は、充電開始回路１２の出力および駆動トランジスタＴｒ２に一端が接続され、他端に充電検出回路１４の出力が接続されるとともに、抵抗Ｒｂ、容量Ｃｂにより立上がり微分を形成するＮＡＮＤ回路ｂ、ＯＰアンプｂ、駆動トランジスタＴｒ３、Ｔｒ４により構成される。
充電検出回路１４は、充電電圧を検出するＯＰアンプｃ、および出力が充電停止回路１３のＮＡＮＤ回路ｂに接続される駆動トランジスタＴｒ５により構成される。
【００１９】
次に、図１および図２を参照して本発明の充電装置の動作を説明する。図２は本発明の充電装置の動作を説明するタイミングチャート図である。
【００２０】
0003726853.tif 000003
【００２１】
本発明の充電装置における帰還抵抗Ｒは、充電端子（Ｖｏｕｔ）８の電圧が略２．５Ｖ以上で充電制御ＩＣ７が“オン”するように設定される。また、本発明の充電装置には、押下されると“オフ”するようなスイッチ素子９が備えられており、二次電池が装着されるとスイッチ素子９が“オフ”する（図２のスイッチ素子動作参照）。
【００２２】
このオフ信号を充電開始回路１２に入力し、充電開始回路１２のＮＡＮＤ回路ａによりＴ１時間、一例として２００ｍＳｅｃ一旦充電を“オン”する（図２ＮＡＮＤ回路ａ参照）。すなわち、ＮＡＮＤ回路ａ出力により駆動トランジスタＴｒ２を駆動し、駆動トランジスタＴｒ２により図２のＮＡＮＤ回路ａ波形を反転した充電オン信号Ｔ１′によりコントロール端子Ｖｃを“オン”して充電電流Ｉｏを流して一旦充電を“オン”する。
【００２３】
充電検出回路１４では充電端子（Ｖｏｕｔ）８の＋Ｂ電圧を検出し、充電停止回路１３のＮＡＮＤ回路ｂに入力する。充電端子に二次電池（電圧の５Ｖ以上）が装着されていれば、充電端子（Ｖｏｕｔ）８の＋Ｂは電池電圧の５Ｖ以上となり、二次電池が装着されていなければ、電圧出力Ｖｏの最大電圧８．４±０．１Ｖとなる筈である。
【００２４】
充電停止回路１３では、充電端子（Ｖｏｕｔ）８の＋Ｂ電圧が充電検出回路１４により設定された６Ｖ以上（仮設定）であれば、ＮＡＮＤ回路ｂによりＴ２時間、一例として２００ｍＳｅｃ充電を“オフ”（図２ＮＡＮＤ回路ｂ参照）し、それと共に容量Ｃｏの放電を行う。すなわち、ＮＡＮＤ回路ｂ出力により駆動トランジスタＴｒ３を駆動して容量Ｃｏの放電を行うと共に、駆動トランジスタＴｒ４による充電オフ信号Ｔ２′によりコントロール端子Ｖｃを“オフ”して充電をＴ２時間停止する。
【００２５】
ここで、本発明の充電装置に二次電池が装着されていれば、電池電圧により帰還抵抗Ｒを介してコントロール端子Ｖｃが“オン”され充電制御ＩＣ７が“オン”状態となる。
本発明の充電装置に二次電池が装着されていなければ、電池電圧はなくコントロール端子Ｖｃは“オフ”のままとなり、充電制御ＩＣ７は“オフ”状態のままとなる。これにより、緑ＬＥＤも点灯することなく、また、専用電池以外の物品や人体、例えば指などで充電端子を押下しても充電動作は開始されることなく、充電装置の誤動作を防止できる。
【００２６】
本発明の充電装置に装着された二次電池が６Ｖ以下の場合には、充電停止回路１３のＮＡＮＤ回路ｂ（微分回路）の動作を停止して充電を継続する。
また、この充電端子（Ｖｏｕｔ）８の＋Ｂ電圧が帰還抵抗Ｒによって設定された２．５Ｖ以下（仮設定）の場合は帰還抵抗Ｒを介して充電制御ＩＣ７を“オフ”して充電動作を停止させる。これにより、リチウムイオン二次電池特有の単セルあたりの１Ｖ以下の過放電を防ぎ、二次電池の性能劣化を防止することができる。
【００２７】
すなわち、リチウムイオン二次電池には、過放電防止スイッチが内蔵されており、例えば５Ｖ以下では過放電防止スイッチが“オン”（ＦＥＴが遮断）してリチウムイオン二次電池の端子電圧を検出することができない。従って、この間は充電装置に二次電池が装着されている状態を検出できない筈である。本発明のポイントは、このような状況においても二次電池の装着状態を正確に検出して二次電池が装着されない状態における充電誤動作を防止するものである。
【００２８】
本発明は前記実施の形態例に限定されず、種々の実施形態を採ることができる。例えば、前記実施の形態例ではリチウムイオン二次電池を例示したが、これに類する如何なる非水電解液二次電池にも応用が可能である。また、本発明の充電装置における回路構成は、例示したアナログ処理回路以外にもマイクロコンピュータなどによりディジタル的に処理しても実現可能である。更に、本発明は以上示した一実施形態にとらわれず様々な形態に発展できることは言うまでもない。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明した本発明の充電装置によれば、スイッチ素子により二次電池の装着を検知し、充電開始手段により所定時間充電を“オン”する。そして、充電端子の電圧が仮設定された基準電圧（例えば６Ｖ）以上であれば、充電停止手段により所定時間充電を“オフ”して充電端子のリセットを行う。これにより、本発明の充電装置に二次電池が装着されていれば、電池電圧により帰還抵抗を介して充電制御手段が“オン”状態となり、装着されていなければ、電池電圧はなく充電制御手段は“オフ”状態のままとなる。従って、専用電池以外の物品や人体、例えば指などで充電端子を押下しても充電動作は開始されず、二次電池が装着されない状態における充電誤動作を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の充電装置の一例を示す回路図である。
【図２】  本発明の充電装置の動作を説明するタイミングチャート図である。
【図３】  本発明に係わるリチウムイオン二次電池の内部構成を示す回路図である。
【図４】  従来の充電装置の一例を示す回路図である。
【符号の説明】
１…リチウムイオン二次電池、２…過放電防止スイッチ、３…ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）、４…ダイオード、５…入力端子（Ｖｉｎ）、６…ＤＣ／ＤＣコンバータ、７…充電制御ＩＣ、８…充電端子（Ｖｏｕｔ）、９…スイッチ素子、１０…緑ＬＥＤ、１１…赤ＬＥＤ、１２…充電開始回路、１３…充電停止回路、１４…充電検出回路
【図１】
0003726853.tif 000004
【図２】
0003726853.tif 000005
【図３】
0003726853.tif 000006
【図４】
0003726853.tif 000007