(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
充放電可能な二次電池を充電する二次電池の充電装置において、該装置は、
前記二次電池を充電する第１の直流出力を生成する第１の直流電源に接続され、前記第１の直流出力を入力する入力手段と、
該入力手段に入力される前記第１の直流出力を導通または遮断させて、該第１の直流電源の出力を出力または出力断とする第１のスイッチ手段と、
該第１のスイッチ手段の出力に前記二次電池を着脱可能に接続する接続手段と、
前記第１の直流電源に接続され、前記第１の直流出力の電圧が低下することを検出する検出手段と、
前記第１のスイッチ手段の導通および遮断を制御して前記二次電池に対する充電を制御する制御手段とを有し、該制御手段は、前記検出手段にて検出される第１の直流出力の低下を認識する認識手段と、前記第１の直流出力の電圧を測定する第１の測定手段と、前記二次電池の端子電圧を測定する第２の測定手段とを含み、前記第１および第２の測定手段による測定結果に従って前記二次電池に対する充電制御として前記スイッチ手段を制御し、前記第１の直流出力の低下を認識すると前記第１のスイッチ手段が導通状態の充電中であっても、該第１のスイッチ手段を遮断状態に制御し、前記接続手段にて接続されている前記二次電池と前記入力手段の第１の直流出力とを遮断することを特徴とする二次電池の充電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の二次電池の充電装置において、前記第１の直流電源は、交流電源を整流する第１の整流手段と、該整流された出力を平滑する第１の蓄電手段とを含み、該第１の蓄電手段の両端の電圧を前記二次電池を充電するための充電電圧の第１の直流出力とし、
前記検出手段は、前記交流電源を整流する第２の整流手段と、該第２の整流手段の出力を平滑する第２の蓄電手段と、該第２の蓄電手段の電位に応じてオン／オフする第２のスイッチ手段とを含み、
前記認識手段は、前記第２のスイッチ手段のオン／オフに応じて前記第１の直流出力の低下を認識することを特徴とする二次電池の充電装置。
【請求項３】
請求項２に記載の二次電池の充電装置において、前記交流電源の電圧が低下すると、前記第２の蓄電手段の電圧が前記第１の蓄電手段の電圧よりも早く低下するように、前記第２の蓄電手段の静電容量が前記第１の蓄電手段の静電容量よりも小さいことを特徴とする二次電池の充電装置。
【請求項４】
請求項２に記載の二次電池の充電装置において、該装置は、前記第１の直流出力から、前記制御手段を駆動する第２の直流出力を生成する第２の直流電源を含むことを特徴とする二次電池の充電装置。
【請求項５】
請求項１に記載の二次電池の充電装置において、前記第１のスイッチ手段は、前記二次電池に対する充電経路をオン／オフする充電スイッチと、該充電経路とは逆方向に流れる前記二次電池の放電を防止する放電防止スイッチとを含むことを特徴とする二次電池の充電装置。
【請求項６】
請求項１に記載の二次電池の充電装置において、前記制御手段は、前記第１の直流出力の電圧の低下を認識すると、前記第１のスイッチ手段を遮断状態に制御することを特徴とする二次電池の充電装置。
【請求項７】
請求項１に記載の二次電池の充電装置において、前記制御手段は、前記二次電池の端子電圧を測定する際、前記第１のスイッチ手段を遮断状態に制御することを特徴とする二次電池の充電装置。
【請求項８】
請求項１に記載の二次電池の充電装置において、前記第１のスイッチ手段は半導体スイッチであることを特徴とする二次電池の充電装置。
【請求項９】
請求項１に記載の二次電池の充電装置において、該装置は、前記二次電池が前記接続手段に装着されたことを検出する電池検出手段を含み、前記制御手段は、該装着された二次電池に対し充電処理開始することを特徴とする二次電池の充電装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の二次電池の充電装置において、前記二次電池は、該装置への装着に応じてオン／オフする装着検出スイッチを有し、前記制御回路は、前記装着検出スイッチの状態に応じて前記二次電池の該装置への装着を検出することを特徴とする二次電池の充電装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の二次電池の充電装置において、前記制御手段は、前記二次電池の端子電圧が前記充電電圧を超えているか否かを判定する判定手段を含み、前記二次電池が前記接続手段に装着されて前記端子電圧が前記充電電圧を超えている場合には、前記第１のスイッチ手段を遮断状態に維持することを特徴とする二次電池の充電装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の二次電池の充電装置において、前記制御手段は、前記第１のスイッチ手段の導通状態を所定の時間継続させて前記二次電池を充電するための時間監視手段を含み、該時間監視手段にて監視中の前記所定の時間内に、前記第１の直流出力の低下を認識すると前記第１のスイッチ手段を遮断状態に制御することを特徴とする二次電池の充電装置。
【請求項１３】
充放電可能な二次電池を充電する二次電池の充電装置において、該装置は、
前記二次電池を充電する第１の直流出力を生成する第１の直流電源に接続され、前記第１の直流出力を入力する入力手段と、
該入力手段に入力される前記第１の直流出力を導通または遮断させて、該第１の直流電源の出力を出力または出力断とする第１のスイッチ手段と、
該第１のスイッチ手段の出力に前記二次電池を着脱可能に接続する接続手段と、
前記第１の直流電源に接続され、前記第１の直流出力の電圧が低下することを検出する検出手段と、
前記第１の直流出力の電圧を測定する第１の測定手段と、
前記二次電池の端子電圧を測定する第２の測定手段とを含み、
前記第１の直流電源は、交流電源を整流する第１の整流手段と、該整流された出力を平滑する第１の蓄電手段を含み、
前記検出手段は、前記交流電源を整流する第２の整流手段と、該第２の整流手段の出力を平滑する第２の蓄電手段とを含み、該装置は、
前記二次電池の端子電圧が所定の値よりも低いことが前記第２の測定手段にて測定されると、前記第１および第２の蓄電手段に蓄電されている電荷をグランドに流し、前記出力停止手段を制御して、前記第１の直流電源の第１の直流出力を停止させる制御手段を含むことを特徴とする二次電池の充電装置。
【請求項１４】
充放電可能な二次電池を充電する充電装置を制御する制御回路において、該制御回路は、
前記二次電池を充電する充電経路を導通および遮断する第１のスイッチ手段を制御するスイッチ制御手段と、
前記二次電池を充電する充電電圧を測定するための第１の測定入力手段と、
前記二次電池の端子電圧を測定するための第２の測定入力手段と、
前記二次電池への充電電圧が低下することを検出する電圧低下検出手段と、
前記電圧低下手段にて前記充電電圧の低下が検出されると、前記第１のスイッチ手段を遮断状態に制御する逆流防止手段とを含み、
前記スイッチ制御手段は、前記第１および第２の測定入力手段の入力電圧に応じて、前記第１のスイッチ手段を導通または遮断状態に制御することを特徴とする制御回路。
【請求項１５】
請求項１４に記載の制御回路において、該制御回路は、前記第１および第２の測定入力手段にそれぞれ現われる前記充電電圧および前記端子電圧をディジタル値に変換する変換手段を含み、
前記スイッチ制御手段はディジタル値に変換された電圧値を比較して、該比較結果に応じて前記第１のスイッチ手段を導通または遮断状態に制御することを特徴とする制御回路。
【請求項１６】
請求項１４に記載の制御回路において、該制御回路は、前記二次電池の端子電圧が前記充電電圧を超えているか否かを判定する判定手段を含み、前記二次電池の端子電圧が前記充電電圧を超えていると、前記スイッチ制御手段は、前記充電スイッチを遮断状態に維持することを特徴とする制御回路。
【請求項１７】
充放電可能な二次電池を充電する充電装置を制御する制御回路において、前記充電装置は、
前記二次電池を充電する第１の直流出力を生成する第１の直流電源に接続され、前記第１の直流出力を入力する入力手段と、該入力手段に入力される前記第１の直流出力を導通または遮断させて、該第１の直流電源の出力を出力または出力断とする第１のスイッチ手段と、該第１のスイッチ手段の出力に前記二次電池を着脱可能に接続する接続手段と、前記第１の直流電源に接続され、前記第１の直流出力の電圧が低下することを検出する検出手段と、前記第１の直流出力の電圧を測定する第１の測定手段と、前記二次電池の端子電圧を測定する第２の測定手段とを含み、前記第１の直流電源は、交流電源を整流する第１の整流手段と、該整流された出力を平滑する第１の蓄電手段を含み、前記検出手段は、前記交流電源を整流する第２の整流手段と、該第２の整流手段の出力を平滑する第２の蓄電手段を含み、
該制御回路は、前記第１の直流電源の前記第１の直流出力を停止させる出力停止手段を含み、前記二次電池の端子電圧が所定の値よりも低いことが前記第２の測定手段にて測定されると、前記第１および第２の蓄電手段に蓄電されている電荷をグランドに流し、前記出力停止手段を制御して、前記第１の直流電源の第１の直流出力を停止させることを特徴とする制御回路。
【請求項１８】
充放電可能な二次電池を充電する充電処理方法において、該方法は、
前記二次電池の端子電圧が前記充電電圧を超えているか否かを判定し、前記端子電圧が前記充電電圧を超えている場合には、前記スイッチを遮断させる第１の工程と、
前記二次電池を充電するスイッチを遮断状態から導通状態にして、該二次電池に対する充電を開始する第２の工程と、
前記二次電池を充電中に前記充電電圧の低下を監視する第３の工程と、
該第３の工程における監視結果に応じて、前記充電電圧が低下することを認識する第４の工程と、
該第４の工程にて前記充電電圧の低下が認識されると、前記スイッチを遮断させる第５の工程とを含むことを特徴とする充電処理方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の充電処理方法において、該方法は、
前記第１の工程に先立って、前記充電電圧が、前記二次電池を充電する充電電圧の範囲内か否かを判定する工程を含み、前記充電電圧が範囲外と判定されると、前記スイッチの遮断状態を維持させることを特徴とする充電処理方法。
【請求項２０】
請求項１８記載の充電処理方法において、該方法は、前記第１の工程に先立って、前記二次電池の端子電圧が、該二次電池を充電することができる範囲内であるか否かを判定する工程を含み、前記端子電圧が範囲外と判定されると、前記スイッチの遮断状態を維持させることを特徴とする充電処理方法。
【請求項２１】
充放電可能な二次電池を充電する充電処理方法において、該方法は、
前記二次電池の端子電圧が前記充電電圧を超えているか否かを判定し、前記端子電圧が前記充電電圧を超えている場合には、前記スイッチを遮断させる第１の工程と、
前記二次電池を充電するスイッチを遮断状態から導通状態にして、該二次電池に対する充電を開始する第２の工程と、
前記二次電池を充電中に前記充電電圧の低下を監視する第３の工程と、
該第３の工程における監視結果に応じて、前記充電電圧が低下することを認識する第４の工程と、
該第４の工程にて前記充電電圧の低下が認識されない場合、前記二次電池の端子電圧が所定の値より低下することを認識する第６の工程と、該第６の工程にて前記二次電池の端子電圧が所定の値よりも低いことが認識されると、前記二次電池を充電する直流電源の直流出力を停止させる第７の工程とを含むことを特徴とする充電処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、充放電可能な二次電池を充電する二次電池の充電装置およびその制御回路ならびに充電処理方法に係り、たとえば、交流電源から充電用の直流電源に変換して二次電池を充電する二次電池の充電装置およびその制御回路ならびに充電処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子スチルカメラ、ビデオカメラおよびパーソナルコンピュータなどの装置は携帯可能に小型化され、その装置を駆動する電源として一次電池や二次電池が使用される。このような携帯型の装置は、商用電源が確保できない場所にて使用できるように、また、電源ケーブルを用いて商用電源に接続すると使い勝手が悪いために、たとえば、ニッケルカドミウム(Ni-Cd) 電池、ニッケル水素電池およびリチウムイオン電池などの繰り返し充電放電可能な二次電池によって駆動される。このような携帯機器では、これら電池によって長時間駆動することができるように機器側の省電力化が図られている。また、二次電池を充電する充電器も小型化され、携帯機器とともに携行される。
【０００３】
一方、二次電池は、その電池の特性およびその取り扱い方に合致する専用の充電器に装着されて充電され、この充電器は、装着された二次電池に対したとえば商用電源を電圧変換および整流して充電を開始し、電池が所定の容量に達したことを検出すると充電を終了する充電制御を行なう。
【０００４】
最近、二次電池の性能が向上され、たとえばリチウムイオン電池は、充電容量が大きい上に自己放電が他の二次電池と較べて非常に少なく、一旦充電された電池容量を長時間保持することができる。このためリチウムイオン電池の性能を充分引き出すために、充電終止電圧の限度いっぱいまで充電可能なように、たとえ小型であっても精度のよい充電器が構成されることが望まれている。しかし、リチウムイオン電池には過充電は禁物であり、さらに、充電器および電池の性能差等のマージンをとって充電器を構成する必要があるので、このような二次電池を100 パーセント近く満充電させるための研究開発が行なわれている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の充電器は、たとえば、充電電圧が二次電池に対し供給されている充電中に、その電圧が二次電池の端子電圧よりも低下すると、充電が進まないだけではなく、充電を行なうスイッチを介して二次電池側から充電回路側へと電流が逆流してしまうという問題があった。これは、たとえば充電中に商用電源の電圧が低下したり、充電器自体が故障した場合などに発生する。また、充電中に、商用電源を供給するコンセントから充電器自体および電源コードが離脱されて、電源供給が得られなくなった場合も同様に二次電池が放電してしまうという問題があった。
【０００６】
このような場合、充電器によって充電された電池容量が無駄になってしまい、たとえ二次電池が満充電となっていたとしても、電池容量が低下してしまって、その電池は機器を所望する時間駆動することができなくなる。また、この状態が長時間継続されると二次電池が過放電となって、その特性および寿命に著しい劣化が生じてしまうという問題があった。
【０００７】
また、様々な二次電池に対する適切な充電電圧、電流および充電時間などの特性が、その電池の種類によって大きく異なるために、個別に対応した充電回路構成がとられ、汎用性のある充電回路を構成することが困難であった。このため、充電装置やこの充電回路を制御する制御回路が複雑なものとなってコストアップとなり、また、その複雑さに応じて充電器自体の信頼性が低下するという問題が発生している。
【０００８】
本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、二次電池から充電器に対する逆流を防止する二次電池の充電装置およびその制御回路ならびに充電処理方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の課題を解決するために、充放電可能な二次電池を充電する二次電池の充電装置において、この装置は、二次電池を充電する第１の直流出力を生成する第１の直流電源に接続され、第１の直流出力を入力する入力手段と、入力手段に入力される第１の直流出力を導通または遮断させて、第１の直流電源の出力を出力または出力断とする第１のスイッチ手段と、第１のスイッチ手段の出力に二次電池を着脱可能に接続する接続手段と、第１の直流電源に接続され、第１の直流出力の電圧が低下することを検出する検出手段と、第１のスイッチ手段の導通および遮断を制御して二次電池に対する充電を制御する制御手段とを有し、制御手段は、検出手段にて検出される第１の直流出力の低下を認識する認識手段を含み、この第１の直流出力の低下を認識すると第１のスイッチ手段が導通状態の充電中であっても、第１のスイッチ手段を遮断状態に制御し、接続手段にて接続されている二次電池と入力手段の第１の直流出力とを遮断することを特徴とする。
【００１０】
この場合、第１の直流電源は、交流電源を整流する第１の整流手段と、この整流された出力を平滑する第１の蓄電手段とを含み、第１の蓄電手段の両端の電圧を二次電池を充電するための充電電圧の第１の直流出力とし、検出手段は、交流電源を整流する第２の整流手段と、第２の整流手段の出力を平滑する第２の蓄電手段と、第２の蓄電手段の電位に応じてオン／オフする第２のスイッチ手段とを含み、認識手段は、第２のスイッチ手段のオン／オフに応じて第１の直流出力の低下を認識するとよい。
【００１１】
この場合さらに、交流電源の電圧が低下すると、第２の蓄電手段の電圧が第１の蓄電手段の電圧よりも早く低下するように、第２の蓄電手段の静電容量が第１の蓄電手段の静電容量よりも小さいとよい。
【００１２】
また、この装置は、第１の直流出力から、制御手段を駆動する第２の直流出力を生成する第２の直流電源を含むとよい。
【００１３】
また、制御手段は、第１の直流出力の電圧を測定する第１の測定手段と、二次電池の端子電圧を測定する第２の測定手段とを含み、第１および第２の測定手段による測定結果に従って、二次電池に対する充電制御としてスイッチ手段を制御するとよい。
【００１４】
また、この装置は、第１の直流電源の第１の直流出力を停止させる出力停止手段を含み、制御手段は、二次電池の端子電圧が所定の値よりも低いことが第２の測定手段にて測定されると、出力停止手段を制御して、第１の直流電源の第１の直流出力を停止させるとよい。
【００１５】
また、第１のスイッチ手段は、二次電池に対する充電経路をオン／オフする充電スイッチと、この充電経路とは逆方向に流れる二次電池の放電を防止する放電防止スイッチとを含むとよい。
【００１６】
また、制御手段は、第１の直流出力の電圧の低下を認識すると、第１のスイッチ手段を遮断状態に制御するとよい。
【００１７】
また、制御手段は、二次電池の端子電圧を測定する際、第１のスイッチ手段を遮断状態に制御するとよい。
【００１８】
また、第１のスイッチ手段は半導体スイッチであるとよい。
【００１９】
また、この装置は、二次電池が接続手段に装着されたことを検出する電池検出手段を含み、制御手段は、この装着された二次電池に対し充電処理開始するとよい。
【００２０】
この場合、二次電池は、この装置への装着に応じてオン／オフする装着検出スイッチを有し、制御回路は、装着検出スイッチの状態に応じて二次電池のこの装置への装着を検出するとよい。
【００２１】
また、制御手段は、二次電池の端子電圧が充電電圧を超えているか否かを判定する判定手段を含み、二次電池が接続手段に装着されて端子電圧が充電電圧を超えている場合には、第１のスイッチ手段を遮断状態に維持するとよい。
【００２２】
また、制御手段は、第１のスイッチ手段の導通状態を所定の時間継続させて二次電池を充電するための時間監視手段を含み、時間監視手段にて監視中の所定の時間内に、第１の直流出力の低下を認識すると第１のスイッチ手段を遮断状態に制御するとよい。
【００２３】
また、本発明は上述の課題を解決するために、充放電可能な二次電池を充電する充電装置を制御する制御回路において、この制御回路は、二次電池を充電する充電経路を導通および遮断する第１のスイッチ手段を制御するスイッチ制御手段と、二次電池への充電電圧が低下することを検出する電圧低下検出手段と、電圧低下手段にて充電電圧の低下が検出されると、第１のスイッチ手段を遮断状態に制御する逆流防止手段とを含むことを特徴とする。
【００２４】
この場合、制御回路は、二次電池を充電する充電電圧を測定するための第１の測定入力手段と、二次電池の端子電圧を測定するための第２の測定入力手段とを含み、スイッチ制御手段は、第１および第２の測定入力手段の入力電圧に応じて、第１のスイッチ手段を導通または遮断状態に制御するとよい。
【００２５】
この場合、制御回路は、第１および第２の測定入力手段にそれぞれ現われる充電電圧および端子電圧をディジタル値に変換する変換手段を含み、スイッチ制御手段はディジタル値に変換された電圧値を比較して、この比較結果に応じて第１のスイッチ手段を導通または遮断状態に制御するとよい。
【００２６】
また、制御回路は、二次電池の端子電圧が充電電圧を超えているか否かを判定する判定手段を含み、二次電池の端子電圧が充電電圧を超えていると、スイッチ制御手段は、充電スイッチを遮断状態に維持するとよい。
【００２７】
また、本発明は上述の課題を解決するために、充放電可能な二次電池を充電する充電処理方法において、この方法は、二次電池を充電するスイッチを遮断状態から導通状態にして、二次電池に対する充電を開始する第１の工程と、二次電池を充電中に充電電圧の低下を監視する第２の工程と、第２の工程における監視結果に応じて、充電電圧が低下することを認識する第３の工程と、第３の工程にて充電電圧の低下が認識されると、スイッチを遮断させる第４の工程とを含むことを特徴とする。
【００２８】
この場合、方法は、第１の工程に先立って、充電電圧が、二次電池を充電する充電圧の範囲内か否かを判定する工程を含み、充電電圧が範囲外と判定されると、スイッチの遮断状態を維持させるとよい。
【００２９】
また、この方法は、第１の工程に先立って、二次電池の端子電圧が、二次電池を充電することができる範囲内であるか否かを判定する工程を含み、端子電圧が範囲外と判定されると、スイッチの遮断状態を維持させるとよい。
【００３０】
また、この方法は、第１の工程に先立って、二次電池の端子電圧が充電電圧を超えているか否かを判定する工程を含み、端子電圧が充電電圧を超えている場合には、スイッチを遮断させるとよい。
【００３１】
【発明の実施の形態】
次に添付図面を参照して本発明による充電装置およびその制御方法の実施例を詳細に説明する。
【００３２】
図１を参照すると同図には、本発明が適用された充電器が示されている。この充電器10は、二次電池12を充電する充電電圧が低下した場合であっても、充電器10に装着された二次電池12に充電されているエネルギーが充電器10の内部にて消費されることを防止することのできる充電装置である。この充電器10は、主に、交流電源から充電用の直流電源を作成するブロック10a と、主に、充電器10に着脱可能に接続される二次電池12を充電する充電制御を行なうブロック10b とを含み、ブロック10a の詳細構成は図２に示されている。なお、以下の説明において本発明に直接関係のない部分は、図示およびその説明を省略し、また、信号の参照符号はその現われる接続線の参照番号で表わす。
【００３３】
まず、図２に示すようにブロック10a は、たとえばAC 100ボルトの電源コンセントに接続される電源プラグ16が接続線200 を介してブリッジ18に接続されている。本実施例では電源プラグ16は充電器10本体が収容される筐体に一体となって形成されている。ブリッジ18は、入力200 に入力される交流電源を整流して出力202 に出力する全波整流回路である。ブリッジ18の正極側の出力202aは、コンデンサ20の一方の端子に、負極（グランド）側の出力202bはコンデンサ20の他方の端子に、それぞれ接続されている。コンデンサ20はブリッジ18の出力を平滑する電解コンデンサである。
【００３４】
接続線202aはさらに、トランス22の第一の巻線P1の一方に接続され、その他方は接続線204 を介してFET24 のドレインに接続されている。また、トランス22の第二の巻線P2の一方は接続線206 を介してダイオード26のアノードに接続され、そのカソード側は接続線208 を介して既知のパルス幅変調(PWM) 回路28の電源端子VDD に接続されるとともに、コンデンサ30を介してグランド202bに接続されている。また、第二の巻線P2の他方とFET24 のソースとPWM 回路28のグランド端子とは、それぞれ接続線202bに接続されている。
【００３５】
FET24 は、ゲートをオン・オフすることにより巻線P1への直流供給をオン／オフし、トランス22の二次側の第三の巻線P3に高周波の矩形波を生成させるスイッチである。その制御はPWM 回路28にて行なわれ、PWM 回路28は、端子F/B に入力されるフォトカプラ38のフォトトランジスタのコレクタ電流に応じて発振制御電圧に変換し、FET24 のゲート電圧をハイまたはロー状態に制御する発振制御信号を生成する。PWM 回路28は、生成した発振制御信号をFET24 のゲートに供給し、FET24 は発振制御信号をそのゲートに受けて、ドレイン−ソース間を任意のパルス幅の期間オンまたはオフする。このパルス幅に応じてトランス22の二次側に発生する電圧が決定される。このようにブロック10a には、交流電源から生成した直流から所望する電圧の直流出力を得るDC-DC コンバータ回路が構成されている。
【００３６】
トランス22の第三の巻線P3の一方は接続線209 を介してダイオード32のアノード側とブロック10b とに接続されている。ダイオード32のカソード側の接続線210 と第三の巻線P3の他方の接続線212 とは、これら２線間の電圧を平滑する大容量のコンデンサ34に接続されるとともにブロック10b に接続されている。本実施例におけるダイオード32は、複数が並列接続されたショットキーバリアダイオードが有利に適用され、このダイオード32は充電器10を駆動するための電流と二次電池12を充電するための電流とを含む大電流に耐えるように、低VF（順方向電圧）の素子で分流できる構造をとる。また、接続線210 と接続線212 との間には、二次電池12を充電するための充電電圧Vregが生成される。
【００３７】
さらに接続線210 と212 とはそれぞれエラーアンプ36に接続され、エラーアンプのエラー出力214 および216 はフォトカプラ38の発光ダイオードに接続されている。エラーアンプ36は、入力210 と212 との電位差を所望の充電電圧に制御する。この電位差が所定の値以下となった際は、PWM 回路28の電源入力VDD が低下するために発振制御動作は間欠的になる。したがって接続線210 と212 とが短絡状態となってその電位差が大きく低下した場合には、電源入力端子VDD は、PWM 回路28の起動開始電圧となり、間欠発振動作を持続し、出力は過電流制限される。この結果、トランス22に二次側への電源出力が停止状態となる。
【００３８】
図１に戻って、ブロック10a にて生成された直流の充電電圧Vregが供給されるブロック10b は、この充電電圧Vregを充電器10の充電端子に接続される二次電池12に供給して充電するとともに、充電電圧Vregが低下した場合であっても、この二次電池12が放電しないように制御するブロックである。このブロック10b は、二次電池12からの逆流電流を遮断する逆流防止スイッチ機能を有するFET50 と、FET50 のドレインとソースとを接続し、逆流電流を防止するとともに充電電流を順方向の二次電池12側に流すダイオード52と、二次電池12に対する充電を制御する制御回路54と、制御回路54を駆動する電源を生成するレギュレータ56とがそれぞれ直流電源の正極側の接続線210 に接続されている。
【００３９】
FET50 は、充電電圧Vregをそのドレイン210 に受けて、ゲートの電位に応じてドレイン210 およびソース102 間を導通または遮断するスイッチである。このFET50 は、充電電圧Vregの値が二次電池の開放時の端子電圧Vbatの値よりも低い場合に遮断され、ソース102 からドレイン210 への逆流電流を阻止し、二次電池12の放電を防止する半導体スイッチである。充電時にはFET50 はオン状態に制御される。また、FET50 のドレイン−ソース間には、ダイオード52のアノード側が接続され、充電時にはこのダイオード52に充電電流が流れる。
【００４０】
また、FET50 のゲートは、抵抗R1を介してトランジスタ60のコレクタに接続され、このコレクタと抵抗R1との接続点100 はプルアップ抵抗R2を介してFET50 のソース102 に接続されている。トランジスタ60は、制御回路54の充電スイッチ端子から供給される充電制御信号のハイまたはロー状態に応じてコレクタ−エミッタ間をオンまたはオフすることによりFET50 のゲート電位を制御するスイッチである。FET50 に充電電圧Vregが印加されるドレインは、制御回路54のAD1 端子に接続され、AD1 端子は充電電圧Vregの値を測定するための入力端子である。
【００４１】
FET50 のソース102 はさらに、FET62 のソースと、ダイオード64のアノード側とに接続されている。FET62 は、そのソース102 およびドレイン104 間をゲートの電位に応じて導通または遮断し、そのソース102 側に現われる充電電圧Vregを二次電池12側に供給する充電制御用の半導体スイッチである。本実施例におけるFET50 とFET62 は、有利にはｐチャネル・エンハンスメント型の電界効果トランジスタが適用され、そのゲート電圧がしきい値電圧よりも低下するとドレイン−ソース間が遮断から導通、つまりオフ状態からオン状態となるスイッチである。逆にゲート電圧がしきい値電圧を超えると、FET50 および62はオン状態からオフ状態となる。
【００４２】
FET62 のゲートは、抵抗R3を介してトランジスタ66のコレクタに接続され、このコレクタと抵抗R3との接続点106 はプルアップ抵抗R4を介してFET62 のソース102 に接続されている。トランジスタ66は、制御回路54の充電スイッチ端子110 から供給される充電制御信号のハイまたはロー状態に応じてコレクタ−エミッタ間をオンまたはオフすることによりFET62 のゲート電位を制御するスイッチである。FET62 のドレイン104 は、二次電池12の正極側端子が接触接続される出力端子108aに接続されるとともに、二次電池12の電池端子電圧の値を測定する制御回路54のAD2 端子に接続されている。
【００４３】
これらトランジスタ60および66のゲートはそれぞれ抵抗R5を介してグランド212 に接続されるとともにそれぞれ抵抗R6を介した接続線110 によって制御回路54の充電スイッチ(SW)端子に接続されている。また、トランジスタ60および66のエミッタはそれぞれグランド212 に接続されている。充電スイッチ端子がハイレベルとなると、トランジスタ60および66がオン状態となってFET50 および62のゲートがローレベルとなり、FET50 および62のドレイン−ソース間が遮断（オフ）される。逆に、充電スイッチ端子がローレベルになると、トランジスタ60および66がオフ状態となり、FET50 および62のゲートがハイレベルとなってドレイン−ソース間が導通（オン）状態となる。また、接続線212 は、二次電池12の負極側端子が接触接続される出力端子108bに接続され、FET50 および62のドレイン−ソース間が導通されると、出力端子108aと出力端子108bとの間に充電電圧Vregが生起される。また、二次電池12がこれら端子108 に接続された状態にてFET50 および62がオフ状態となると出力端子108 には二次電池12の開放端子間電圧の電池端子電圧Vbatが現われる。さらに充電器10は電池検出端子112 を有し、この端子112 は、二次電池12が充電器10に装着されたことを検出するバッテリスイッチ(BSW) 端子に接続されている。
【００４４】
ここで充電出力端子108 および電池検出端子112 に接続される二次電池12について説明すると、本実施例における二次電池12は、たとえば図３に示すように、２組の電池を直列に接続した蓄電池300 と、２つの蓄電池300 の両端に接続され、この電池300 に対する過充電および短絡を保護する保護回路302 と、充電器10への着脱を検出するスイッチ304 と、その二次電池12の着脱に応動して蓄電池300 の正極側と端子306 との接続を閉開する短絡保護スイッチ308 とを含む。
【００４５】
本実施例における蓄電池300 は、直列接続されたリチウムイオン電池にて構成され、これら両端の電極には、たとえば満充電にて8.2Vの直流電圧が生成される。この直流電圧は、保護回路302 およびスイッチ308 を通して、端子306 および310 に接続される負荷側の接続機器に印加される。短絡保護スイッチ308 は、負荷となる側の接続機器および充電器10への着脱を検出するスイッチ304 のオン／オフに連動してその接続を閉開する。スイッチ304 は、充電器10に形成される突起などの部材309 によって二次電池12が充電器10に装着される際に押圧されて、その装着を検出しオン状態となる。なお、スイッチ304 は、たとえば磁気や光などによってオン／オフするスイッチにて構成されてもよい。その場合、充電器10にはスイッチ304 に応じた装着通知部材309 が配置される。また、本実施例では、充電器10と二次電池12とが接続される係合部は、この二次電池12とは異なる規格および特性の他の電池が装着されないように、その形状が定められている。これにより、この充電器10に対応しない電池の接続を防止する。
【００４６】
さらに、スイッチ304 のオン／オフ状態は端子310 および312 を介して充電器10にて検出される。つまり二次電池12が充電器10に対し装着されるとスイッチ304 が閉ループを形成し、これが制御回路54の電池検出端子(BSW) にて検出される。このような構成により、二次電池12が接続機器および充電器12に装着されていないときに、端子306 には電池出力が現われず、端子306 が短絡されることによる蓄電池300 の過放電等が防止される。また、充電器10に二次電池12が装着されるとスイッチ304 がオンとなり、これに連動して端子306 と蓄電池300 とが接続され蓄電池300 に対する充電を行なうことができる。なお、本実施例における蓄電池300 はリチウムイオン二次電池をその一例として示したが、本発明はこれに限定されず、蓄電池300 はたとえば、ニッケルカドミウム(Ni-Cd) 電池やニッケル水素(Ni-H)電池などの他の二次電池でもよい。
【００４７】
図１に戻って、接続線210 および212 はそれぞれ、充電電圧Vregから制御回路54を駆動するための電圧Vcc を生成するレギュレータ56に接続され、このレギュレータ56は、たとえば5Vの安定化直流電源を生成する３端子レギュレータである。レギュレータ56の出力114 は制御回路54のVcc 端子に接続され、さらにこの出力114 は充電異常表示をするための発光ダイオード(LED) 68のアノードに接続されて、そのカソードは接続線116 を介して制御回路54のLED 端子に接続されている。
【００４８】
ブロック10a に続くブロック10b の接続線209 は、トランス22の巻線P3に生成される矩形波の交流成分を整流するダイオード58のアノードに接続され、そのカソードは、接続線118 およびコンデンサ70を介してグランド212 に接続されるとともに、抵抗R7を介してトランジスタ72のベースに接続されている。このトランジスタ72のコレクタは抵抗R8を介してレギュレータ56の出力114 に接続されるとともに、接続線120 を介して制御回路54のDS端子に接続されている。また、このトランジスタ72のベース−エミッタ間は抵抗R9にて接続され、そのエミッタはグランド212 に接続されている。DS端子は、トランジスタ72のベース電圧の高低に応じてオン／オフされることにより、充電電圧Vregによって蓄電されるコンデンサ70の電圧が低下したことを検出する検出端子である。さらに本実施例では、コンデンサ70の静電容量は、コンデンサ34（図２）におけるそれよりも小さいものが適用される。したがって、トランス22の二次側における矩形波電圧が低下した場合には、コンデンサ34の両端の電圧よりもコンデンサ70の両端の電圧が早く低下するので、その充電電圧Vregが低下することをいち早く検出することができる。
【００４９】
また、ダイオード58のカソード側の接続線118 は、トランジスタ74のコレクタに接続され、トランジスタ74は、そのベースに接続された抵抗R10 と接続線122 を介して制御回路54のDS_CNT端子に接続されている。また、トランジスタ74のベース−エミッタ間は抵抗R11 にて接続され、そのエミッタ側はグランド212 に接続されている。さらにグランド212 は制御回路54のGND 端子に接続されている。トランジスタ74は、DS_CNT端子122 のハイ状態またはロー状態に応じて、コレクタ−エミッタ間を導通または遮断するスイッチであり、この端子122 がハイ状態となると導通されて、ダイオード58のアノードとコンデンサ70の正極側をグランド212 に接続する。これにより充電電圧Vregが低下し、二次電池12に対する充電が急速に停止される。
【００５０】
制御回路54は、二次電池12に対する充電を制御する処理装置である。この制御回路54は、充電処理手順およびエラー処理手順や、充電電圧および電池端子電圧の基準値などの、プログラム、データおよびパラメータが記憶されるROM,RAM 等のメモリと、処理手順に従って充電器10の各部を制御する中央演算処理ユニットと、入出力ユニットとを含み、有利には１チップの集積回路(IC)にて構成される。とくに入出力ユニットは、接続線210 および104 を介してそれぞれ端子AD1 および端子AD2 に印加される電圧をディジタル値に変換するアナログ・ディジタル変換回路を含み、制御回路54は、ディジタル値に変換された電圧値を測定して認識する。またこの制御回路54は、レギュレータ56から出力供給される直流電源Vcc によって駆動される。
【００５１】
詳細には制御回路54は、二次電池12に与える充電電圧Vregを断続させるための充電制御信号を充電スイッチ端子に出力して、FET50 およびFET62 のオン／オフを制御する。また、制御回路54は、FET50 および62をオン状態にする際、所定の時間を計測するためのタイマを起動して充電サイクル中の時間監視を行なう。この所定の時間が経過すると制御回路54は、充電電圧Vbatと電池端子電圧Vregとの値の大小を比較し、この比較結果に応じて、充電処理の継続または終了を決定する。
【００５２】
さらに制御回路54は、電池検出端子(BSW) の状態によって二次電池12内のスイッチ304 のオン状態を判別し、二次電池12が充電器10本体に装着または取り外されたことを検出する。二次電池12が充電器10に装着されたことを検出すると制御回路54は、端子AD1 に現われる充電電圧Vregと、端子AD2 に現われる電池端子電圧Vbatとをそれぞれ測定する。制御回路54は、電池端子電圧Vbatを測定する際、FET50 および62のソース−ゲート間が遮断（オフ）状態となるように、充電スイッチ端子110 の電圧をローレベルに制御する。さらに、制御回路54は、充電電圧Vregが二次電池12を充電することが可能な充電電圧の範囲内であるか否かを判定する機能と、二次電池12の電池端子電圧Vbatが充電可能な範囲内の電圧であるか否かを判定する機能とを有する。制御回路54はこれら電圧Vregおよび電圧Vbatの電圧範囲の判定処理をその電圧値に応じて、最大でＮ回（Ｎは自然数）繰り返し、二次電池12の装着時および充電サイクル中に、二次電池12の充電器10本体からの脱落や接続端子108 におけるチャタリングによる誤作動を防止する。
【００５３】
また、制御回路54は、トランジスタ72のオン／オフ状態の変化をDS端子に現われる電圧の変化によって検出し、この検出結果によって充電電圧Vregの低下を認識する。制御回路54は充電電圧Vregが低下することを認識すると、FET50 および62をオフ状態に制御するために充電スイッチ端子をローレベルに制御する。また、制御回路54は、FET50 および62をオフさせて二次電池12の電池端子電圧Vbatを測定し、二次電池12が満充電に対応する電圧であるかどうかを判定する。同様にして制御回路54は、この電池端子電圧Vbatが充電サイクル中に所定の値よりも大きく低下し最低電圧以下となった場合には、トランジスタ74をオンさせて充電電圧Vregの出力を停止させる機能を有する。
【００５４】
以上のような構成で、本実施例における充電器10の動作を図４および図５を参照して説明する。まず、ブロック10a にて電源プラグ16が電源コンセントに接続されると、交流電源がブリッジ18にて整流されてコンデンサ20に蓄電されるとともに、トランス22の巻線P1に供給される。巻線P2に励起される電圧によってPWM 回路28が起動され、FET24 がオン／オフされることによってトランス22の巻線P3の両端にはそのオン・オフ時間に応じた電圧の矩形波が生成される。この交流はダイオード32にて整流されてコンデンサ34に蓄電される。それとともにコンデンサ34の両端の接続線210 および212 間の電圧は充電電圧Vregとしてブロック10b に供給される。また、巻線P3に現われる矩形波の交流成分は、接続線209 を介して接続されたダイオード58にて整流される。制御回路54はレギュレータ56の出力により駆動され、さらに、コンデンサ34および70にはそれぞれの静電容量に応じた電荷が蓄電される。
【００５５】
この初期状態ではトランジスタ72はオン状態となって制御回路54のDS端子にはローレベルの電圧が印加される。また、DS_CNT端子はローレベルとなってトランジスタ74はオフされている。さらに、充電スイッチ端子110 はローレベルとなってトランジスタ60および66はオフ状態となり、この結果、FET50 および62はオフ状態である。したがって、電源投入後の初期状態では、端子108 に充電電圧Vregが出力されていない。
【００５６】
この状態において、端子108a,bおよび端子112 に、二次電池12の端子306,310 および312 がそれぞれ接続され、二次電池12のスイッチ304 および308 がオンとなると、もしくはオンとなっていると、まず、二次電池12が充電器10に装着されたこと、もしくは装着されていることが、BSW 端子がロー状態によって制御回路54にて検出される（ステップ400 ）。次いで、ステップ402 に進み、接続線104 を介してAD2 端子に印加される二次電池12の端子電圧Vbatが測定され、この電圧Vbatが、この二次電池12を充電することができる充電可能電圧（たとえば5.4V〜8.2V）の範囲内であるか否かが判定される。このとき、この範囲外であればステップ404 に進んで判定回数Ｎに１が加算され、この判定回数Ｎが所定の設定回数Ｎ回となったかどうかがステップ406 にて判定される。判定回数Ｎが設定回数Ｎ未満であればステップ402 に戻り、判定回数が設定回数Ｎと等しければステップ408 に進む。
【００５７】
ステップ408 では、FET50 および62がオフ状態とするために、充電スイッチ端子がハイレベル状態となる。この場合、FET50 および62はノーマリーオフ型であるので、ドレイン−ソース間は電源投入前からオフ状態となっている。
【００５８】
ステップ402 にて電池端子電圧Vbatが充電可能な範囲内となっていることが判定されたステップ410 にて、充電電圧Vregが充電可能な電圧となっているか否かがAD1 端子に印加される充電電圧Vregが測定されて判定される。このとき充電電圧Vregが範囲外であればステップ404 に進み、判定回数Ｎに１が加算され、充電可能な電圧の範囲内であればステップ412 に進む。
【００５９】
ステップ412 では、充電電圧Vregの値と電池電圧Vbatの値とが比較され、充電電圧Vregが電池電圧Vbatよりも高いか、もしくは等しい場合にステップ414 に進み、充電電圧Vregが電池電圧Vbatより低い場合にはステップ408 に進む。
【００６０】
ステップ414 では、制御回路54の充電スイッチ端子がローレベルからハイレベルとなってトランジスタ60および66がオン状態に制御される。この結果、FET50 とFET62 のそれぞれのゲート電位はローレベルとなって、FET50 とFET62 のそれぞれのドレイン−ソース間が導通され、充電電圧Vregが二次電池12の端子108 に印加される。さらに制御回路54にてタイマが起動されて所定の時間が計測される。
【００６１】
次いで、ステップ416 に進み、制御回路54のAD1 端子に印加されている充電電圧Vregが、所定の値よりも低下したか否かが判定され、充電電圧Vregが大きく低下している場合には、電池端子108 間が短絡状態かまたはそれに近い可能性があるのでステップ408 に進んでFET50 および62がオフに制御される。これとともにLED68 が点灯され、充電異常を表わす可視表示が行なわれる。また、ステップ416 にて充電電圧の大幅な低下がない場合にはステップ418 に進み、このステップ418 では、電池端子電圧Vbatが最低電圧以下であるか否かが判定される。この判定の際、FET50 および62はその導通状態が一旦オフ状態に制御され、そのとき、端子電圧Vbat、つまり接続線104 と接続線212 との電位差が最低電圧以下である場合には420 に進む。
【００６２】
ステップ420 では、制御回路54のDS端子がハイレベルとなってトランジスタ74がオンとなり、接続線118 がグランド212 に接続され、コンデンサ70および34に蓄電されている電荷がグランド212 に流れる。それとともに接続線210 の電圧が低下してこれが巻線P2の電圧を低下させる。この電圧低下によりPWM 回路28の電源電圧が低下し、PWM 回路28の発振制御信号の出力が間欠発振状態となる。この結果、トランス22の矩形波出力が間欠的になり、最終的には充電電圧Vregが零ボルトとなる（ステップ422 ）。ステップ420 の場合もステップ408 と同様にしてFET50 およびFET62 がオフに制御される。
【００６３】
ステップ418 にて、電池端子電圧Vbatが最低電圧ではない場合には、図５に示すステップ500 に進み、ステップ414 にてタイマ計測が開始されてから一定時間が経過したか否かが制御回路54にて判定される。この場合、一定時間を経過している場合にはステップ502 に進んで、充電電圧Vregが電池端子電圧Vbatと等しい値であるか否かが判定される。この判定の際、FET50 および62はその導通状態が一旦オフ状態に制御される。これら電圧が等しい場合にはステップ504 に進み、等しくない場合にはステップ402 に戻る。等しいと判定するには充電電圧Vregに対して±0.5%（本実施例では8.2Vに対して41mV）程度の精度が電池端子電圧Vbatに要求されるようにしてもよい。
【００６４】
ステップ500 にて一定時間が経過されていない場合には、ステップ506 に進み、充電電圧Vregの値と電池電圧Vbatの値とが比較され、充電電圧Vregが電池電圧Vbatよりも高いか、もしくは等しい場合にステップ508 に進み、充電電圧Vregが電池電圧Vbatより低い場合にはステップ402 に戻る。次いでステップ508 に進むと、ステップ502 と同様にして、充電電圧Vregが電池端子電圧Vbatと等しい値であるか否かが判定される。この判定の際、FET50 および62はその導通状態が一旦オフ状態に制御される。これら電圧が等しい場合にはステップ500 に戻り、等しくない場合にはステップ416 に戻る。等しいと判定するには充電電圧Vregに対して±0.5%（本実施例では8.2Vに対して41mV）程度の精度が電池端子電圧Vbatに要求されるようにしてもよい。
【００６５】
ステップ504 では、制御回路54の充電スイッチ端子がローレベルとなって、FET50 および62がオフ状態に制御され、この二次電池12に対する充電が終了する。次いでステップ510 に進み、一連の充電処理が終了したか否かが、たとえば二次電池12が充電器10から取り外されることによって判定され、充電が完了したことが検出されるとこの充電処理は終了する。
【００６６】
以上のようにして、二次電池12に対する充電処理が完了または強制終了する。とくに本実施例では、充電電圧Vregの値が低下したことを、FET50 および62が導通状態の充電サイクル中（ステップ416 ）にて検出し、このとき二次電池12が放電することが防止される。たとえば、その充電中に電源プラグ16が電源コンセントから抜けて、充電電圧Vregが低下した場合でも、FET50 がその直後に強制的にオフされるので、充電器10のたとえばコンデンサ34や線間容量、さらにはレギュレータ56に対し二次電池12が放電されることが防止できる。このとき、コンデンサ34に残存する電荷によって、レギュレータ56が制御回路54の動作可能電圧を出力している間は制御回路54が駆動される。
【００６７】
コンデンサ70は、コンデンサ34よりもその静電容量が小さいので、交流電源の電圧が低下もしくは停止した際に、コンデンサ70の両端の電圧が、充電電圧Vregよりも早く低下する。このため、充電電圧Vregが低下することがその電圧低下よりも先に検出され、FET50 および62をオフ状態に制御する逆流防止処理を充電電圧Vregが電池端子電圧Vbatより低くなる前に行なうことができる。この結果、一旦、二次電池12に充電されたエネルギが充電器10に逆流して減少することが防止される。
【００６８】
また、レギュレータ56の出力電圧が制御回路54の動作可能電圧よりも低下した場合には制御回路54の動作が停止される。しかしFET50 および62はノーマリーオフ型であるのでオフ状態となる。したがってコンデンサ34の電圧がさらに低下した場合であっても二次電池12から充電器10に対して電流は流れず、二次電池12の充電エネルギの浪費が防止される。
【００６９】
このような制御回路54は、その処理プログラムを二次電池12の種類に応じて用意することで、多種多様の二次電池に対し、この制御回路を適用させることができる。この結果、汎用性があって、信頼性が高い充電制御回路を提供することができる。たとえば、二次電池の端子電圧が充電可能な電圧の範囲内かどうかを判定するための基準電圧や、充電電圧の基準値を示すデータを制御回路のメモリに格納しておくことで、たとえば、端子電圧の異なる二次電池に対する充電装置を構成することができる。
【００７０】
以上説明したように、上記実施例では、充電制御用および放電防止用のスイッチ(FET50および62) がオン状態となっている充電サイクル中に、充電電圧の低下または停止を即座に検出して二次電池12の放電が進むことを防止し、またこのような構成を簡便な回路にて実現することができる。また、これらスイッチのオン／オフを制御回路54におけるプログラムなどの処理手順によって行なうことができ、種々の二次電池に対する充電特性に応じた充電処理手順を制御回路に組み込むことによって充電器を構成することができるので、汎用性および信頼性の高い充電装置が構成される。さらに上記実施例では、充電器10と二次電池12とが装着される係合部は、充電器10の充電特性に応じた二次電池のみが装着されるように構成されているので、対応していない電池が充電器10に装着されることが防止できる。
【００７１】
【発明の効果】
このように本発明によれば、二次電池を充電する第１の直流出力の電圧の低下を検出手段にて検出し、これが認識手段にて認識されると、第１のスイッチ手段が遮断状態に制御され、この結果、二次電池の逆流が阻止され、充電されたエネルギが充電装置内で消費することが防止される。また、第１の直流出力の電圧低下が検出手段にて検出されるので、逆流防止処理を迅速に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された充電装置の二次電池が接続される側の詳細構成を示す回路構成図である。
【図２】図１に示したブロック10a の詳細構成を示す回路構成図である。
【図３】図１に示した二次電池の内部構成の一例を示す図である。
【図４】図１に示した充電装置の処理動作を示すフローチャートである。
【図５】図１に示した充電装置の処理動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
10  充電装置
12  二次電池
34,70 コンデンサ
50,62 FET
54  制御回路
【図１】
0003726339.tif 000002
【図２】
0003726339.tif 000003
【図３】
0003726339.tif 000004
【図４】
0003726339.tif 000005
【図５】
0003726339.tif 000006