(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列接続された二次電池に対して定電圧以下の定電流で充電を行い、前記各二次電池の端子電圧が前記定電圧に上昇したとき、前記定電流以下の定電圧で充電を行うように制御する充電装置であり、
一の前記二次電池の充電電流を一定周期で遮断する二次電池の負端子側に接続されたスイッチ手段と、
該スイッチ手段と並列接続された逆流検出抵抗と、
前記充電電流の遮断時に前記一の二次電池の正入力端子に供給される電源の出力電圧と前記一の二次電池の負端子と前記スイッチ手段との接続点の電圧との電圧差と、正極性の第1の基準電圧とを比較する第１の比較手段と、
前記一の二次電池の負端子と上記逆流検出抵抗の接続点の電圧と、負極性の第２の基準電圧とを比較する第２の比較手段と、
前記各比較手段の比較結果に従って充電を制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする充電装置。
【請求項２】
前記一の二次電池の負端子電圧が第２の基準電圧以下のとき、前記一の二次電池の充電を停止する請求項１に記載の充電装置。
【請求項３】
前記一の二次電池の負端子電圧が第２の基準電圧以上となったときから所定期間、前記第１の比較手段の動作を停止させる請求項１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】
この発明は、二次電池を充電するための充電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
リチウム電池等の二次電池を充電するのに用いられる充電装置においては、定電流充電と定電圧充電が一般的に行われている。
このような充電方式を用いる充電装置は、例えば図４に示すような構成であり、図５に充電電圧Ｖと充電電流Ｉとの関係（充電装置の出力特性）を示し、図６に充電電圧Ｖ・充電電流Ｉと充電時間Ｔとの関係（充電特性曲線）を示す。
この充電装置１００は、二次電池１０１と電流検出抵抗１０２が電源１０３に直列接続されている。即ち、二次電池１０１の正端子が電源１０３の正端子に接続され、二次電池１０１の負端子が電流検出抵抗１０２の一端に接続され、電流検出抵抗１０２の他端が電源１０３の負端子に接続されている。そして、コンパレータ１０４の正負入力端子が電流検出抵抗１０２の両端に接続され、コンパレータ１０４の出力端子が電源１０３に接続されている。
【０００３】
このような構成において、二次電池１０１の充電末期では定電流Ｉｂ１の充電が終了して定電圧Ｖｂ１の充電が開始するので、充電電流Ｉが低下する。そこで、コンパレータ１０４が、この充電電流Ｉが所定値Ｅ１以下となったことを検出したら、電源１０３への充電継続信号ＳＥの出力をオフして充電を終了させている。即ち、コンパレータ１０４が電流検出抵抗１０２の両端の電圧を検出することにより、二次電池１０１の満充電を検出するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した充電装置１００を用いて複数、例えば２個の二次電池を並列接続して充電を行う場合、一方の二次電池の充電中に他方の二次電池を接続すると、一方の二次電池が充電中であるにもかかわらず、誤判定により充電終了となる場合があるという問題があった。
【０００５】
この発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、複数の二次電池を並列充電しても充電終了の誤判定を防止することができる充電装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、この発明にあっては、並列接続された二次電池に対して定電圧以下の定電流で充電を行い、前記各二次電池の端子電圧が前記定電圧に上昇したとき、前記定電流以下の定電圧で充電を行うように制御する充電装置に、一の前記二次電池の充電電流を一定周期で遮断する二次電池の負端子側に接続されたスイッチ手段と、該スイッチ手段と並列接続された逆流検出抵抗と、前記充電電流の遮断時に前記一の二次電池の正入力端子に供給される電源の出力電圧と前記一の二次電池の負端子と前記スイッチ手段との接続点の電圧との電圧差と、正極性の第1の基準電圧とを比較する第１の比較手段と、前記一の二次電池の負端子と上記逆流検出抵抗の接続点の電圧と、負極性の第２の基準電圧とを比較する第２の比較手段と、前記各比較手段の比較結果に従って充電を制御する制御手段とを備えることにより達成される。
【０００７】
上記構成によれば、先に充電されている二次電池の充電の向きを検出し、この充電電流の向きが反転したならば充電を停止させることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施の形態は、この発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、この発明の範囲は、以下の説明において特にこの発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
【０００９】
図１は、この発明の充電装置の実施形態を示す構成図である。尚、この実施形態では、複数の二次電池を並列充電することができる充電装置として、１個の二次電池を接続して充電する機能と、１個の二次電池を内蔵した例えば携帯電話等の機器を出力端子と接続して充電する機能を有する充電装置について説明する。
【００１０】
この充電装置２１は、二次電池２１Ａと充電電流遮断スイッチ２２が電源２３に直列接続され、さらに携帯電話等の機器４０に内蔵されている二次電池２１Ｂが出力端子を介して二次電池２１Ａと並列接続されている。即ち、二次電池２１Ａ、２１Ｂの正端子が電源２３の正端子に接続され、二次電池２１Ａの負端子が充電電流遮断スイッチ２２の一端に接続され、充電電流遮断スイッチ２２の他端、二次電池２１Ｂの負端子及び電源２３の負端子が接地されている。そして、抵抗３０が充電電流遮断スイッチ２２と並列接続されている。
【００１１】
また、二次電池２１Ａの負端子がコンパレータ２４Ａ及び２４Ｂの正及び負入力端子に並列接続され、基準電源２５ａ、２５ｂの基準電源切り替えスイッチ２６の端子がコンパレータ２４Ａの負入力端子に接続され、コンパレータ２４Ａの出力端子が充電制御部２７に接続されている。さらに、基準電源２５ｃの負端子がコンパレータ２４Ｂの正入力端子に接続され、コンパレータ２４Ｂの出力端子が充電制御部２７に接続されている。そして、充電制御部２７と、充電電流遮断スイッチ２２、基準電源切り替えスイッチ２６及び表示部２８とが接続されている。
【００１２】
ここで、２個の二次電池を並列充電する場合、それぞれの電池電圧は異なることが常である。従って、充電装置は、電池電圧の高い二次電池は充電せずに、電池電圧の低い二次電池のみを充電する。例えば図３に示すタイミングで二次電池２１Ａを充電電圧Ｖ０Ａで充電中に未充電の二次電池２１Ｂを接続すると、充電電圧はＶ０Ｂとなる。充電電圧Ｖ０Ｂが充電電圧Ｖ０Ａより低いとすると、二次電池２１Ａの充電は途中で遮断され、二次電池２１Ａから二次電池２１Ｂへ電流が逆流する。
【００１３】
このような状況で仮にコンパレータ２４Ａが、充電電流遮断スイッチ２２間の電圧ΔＶを検出するように構成されると、二次電池２１Ａが充電中にもかかわらず、コンパレータ２４Ａが二次電池２１Ａの充電終了と検出してしまい、表示部２８には充電終了という誤判定が表示されてしまう。そこで、コンパレータ２４Ｂは、二次電池２１Ａの負端子の電圧と接地電圧（Ｅｃ）とを比較して、二次電池２１Ａから二次電池２１Ｂへの電流の逆流を検出するように構成されている。
【００１４】
このような構成において、その充電の動作例を図２のフローチャートで説明する。
先ず、二次電池２１Ａ、２１Ｂが接続されていない状態（無負荷時）で電源２３の出力電圧Ｖ０が二次電池２１Ａ、２１Ｂの満充電電圧Ｖｂ０（図５参照）、例えば８．４Ｖとなるように調整・設定する。そして、ＡＣコネクタ２９を交流電源（ＡＣ１００Ｖ）に接続し、二次電池２１Ａを接続する（ステップＳＴＰ１）。
【００１５】
充電制御部２７は、基準電源切り替えスイッチ２６を操作して、例えば基準電源２５ａの接点ａ側に切り替える（ステップＳＴＰ２）。そして、充電制御部２７は、急速充電を開始すると共にタイマをスタートさせ（ステップＳＴＰ３、４）、コンパレータ２４Ｂが、二次電池２１Ａの負端子の電圧が接地電圧より低くなったか否かを検出し、検出信号ＳＢを充電制御部２７に出力する。
充電制御部２７は、検出信号ＳＢがＬｏｗ、即ち二次電池２１Ａの負端子の電圧が接地電圧より高いときは、タイマがストップしたら急速充電を終了する（ステップＳＴＰ５、６、７）。即ち、充電制御部２７は、急速充電開始後に一定周期あるいは任意の周期で充電電流遮断スイッチ２２をオン・オフ制御する。例えば、急速充電開始後に３分間だけ充電電流遮断スイッチ２２をオンして充電電流を流し、３分経過後に充電電流遮断スイッチ２２をオフして充電電流を遮断する。
【００１６】
コンパレータ２４Ａは、充電電流の遮断時に正入力端子に入力される無負荷時の電源２３の出力電圧Ｖ０と開放電池電圧ＶＢとの電圧差ＶＡと、負入力端子に入力される基準電源２５ａの基準電圧Ｅａとを比較して充電電流遮断スイッチ２２間の電圧ΔＶを検出し、検出信号ＳＡを充電制御部２７に出力する。
充電制御部２７は、検出信号ＳＡがＨｉｇｈならば充電継続と判断して表示部２８に充電中と表示させ、ステップＳＴＰ３に戻って上述した処理を繰り返し、（ステップＳＴＰ８）、検出信号ＳＡがＬｏｗならば充電停止と判断して表示部２８に充電停止と表示させ、充電を停止させる（ステップＳＴＰ９）。
【００１７】
充電制御部２７は、二次電池２１Ａの充電を停止させたら（ステップＳＴＰ９）、基準電源切り替えスイッチ２６を操作して、例えば基準電源２５ｂの接点ｂ側に切り替える（ステップＳＴＰ１０）。ここで、基準電源２５ｂの基準電圧Ｅｂと基準電源２５ａの基準電圧Ｅａは、Ｅｂ（例えば１２０ｍＶ）＞Ｅａ（例えば８０ｍＶ）のように設定されている。
【００１８】
そして、コンパレータ２４Ａが、正入力端子に入力される無負荷時の電源２３の出力電圧Ｖ０と開放電池電圧ＶＢとの電圧差ＶＡと、負入力端子に入力される基準電源２５ｂの基準電圧Ｅｂとを比較して充電電流遮断スイッチ２２間の電圧ΔＶを上記ステップＳＴＰ４、５、６と同一の周期で検出し、検出信号ＳＡを充電制御部２７に送出する。
充電制御部２７は、検出信号ＳＡがＨｉｇｈならば再充電と判断して表示部２８に再充電中と表示させ、ステップＳＴＰ２に戻って上述した処理を繰り返す（ステップＳＴＰ１１）。
【００１９】
一方、ステップＳＴＰ３〜８の処理途中で二次電池２１Ｂを接続すると、コンパレータ２４Ｂは、充電電流遮断スイッチ２２のインピーダンス抵抗ｒによる接地電圧より低い二次電池２１Ａの負端子の電圧（基準電源２５ｃの基準電圧Ｅｃより低い電圧）を入力することになるので、Ｈｉｇｈの検出信号ＳＢを充電制御部２７に出力する。
充電制御部２７は、Ｈｉｇｈの検出信号ＳＢを入力したら、二次電池２１Ａから二次電池２１Ｂへ電流が逆流していると判断し、直ちに急速充電を終了する（ステップＳＴＰ５、１２）。即ち、充電制御部２７は、充電電流遮断スイッチ２２をオフする。これにより、逆流電流は抵抗３０を通って逆流することになる。
【００２０】
充電制御部２７は、ステップＳＴＰ１２で急速充電が終了すると、抵抗３０を通って逆流が継続しているか否かを検出信号ＳＢで判定する（ステップＳＴＰ１３）。この検出信号ＳＢがＬｏｗとなってΔＶ未検タイマをスタートさせてコンパレータ２４Ａの充電電流遮断スイッチ２２間の電圧ΔＶの検出を一時的に停止させ（ステップＳＴＰ１４）、ΔＶ未検タイマがストップしたらコンパレータ２４Ａの充電電流遮断スイッチ２２間の電圧ΔＶの検出を再開させ、ステップＳＴＰ３に戻って上述した処理を繰り返す（ステップＳＴＰ１５）。
尚、コンパレータ２４Ｂから充電制御部２７にＨｉｇｈの検出信号ＳＢが入力されている限り、またΔＶ未検タイマ動作中、充電電流遮断スイッチ２２はオフとされているが、この間も表示部２８の表示を充電中で継続させることにより充電終了の誤判定を防止することができる。
【００２１】
図３は、上記充電装置２０における各二次電池２１Ａ、２１Ｂの充電電圧Ｖ・充電電流Ｉ及び電圧差ＶＡと充電時間Ｔとの関係（充電特性曲線）を示す図である。尚、充電電圧Ｖと充電電流Ｉとの関係（充電装置の出力特性）は、図５と同様である。
上述したように、二次電池２１Ａの充電途中で二次電池２１Ｂを接続すると、二次電池２１Ａから二次電池２１Ｂへ電流が逆流するが、この逆流電流は、充電電流遮断スイッチ２２のインピーダンス抵抗ｒを５０ｍΩ、基準電源２５ｃの基準電圧Ｅｃを１０ｍＶとすると、Ｅｃ／ｒ＝０．２Ａとなる。従って、コンパレータ２４Ｂは、０．２Ａ以上の逆流電流の発生を検出することができる。尚、基準電源２５ｃの基準電圧Ｅｃを更に小さくすれば、更に小さい逆流電流の発生を検出することが可能となる。
【００２２】
さらに、充電電流遮断スイッチ２２のオフ後の逆流電流は、抵抗３０を逆流するが、この逆流電流は、抵抗３０の抵抗Ｒを１００Ωとすると、Ｅｃ／Ｒ＝０．１ｍＡとなり、二次電池２１Ａからの逆流は微小電流で検出できるように切り替えられる。このように、充電電流遮断スイッチ２２をオフすることにより、逆流電流を最小限に抑えることができる。
【００２３】
また、二次電池２１Ｂの充電に切り替わると、充電電圧Ｖ０Ｂは上昇する。そして、充電電圧Ｖ０ＢがＶ０に達すると、充電電流ＩｂＢは減少してくる（定電圧充電）。一方、二次電池２１Ａには、充電電圧がＶ０となることで充電電流ＩｂＡが流れ始める。この充電電流ＩｂＡは、二次電池２１Ｂの接続により遮断された電流値まで上昇し、その後に減少し始める（並列充電状態）。この充電電流ＩｂＡが逆流から実際の充電に切り替わり、充電電流ＩｂＡのピークとなるまでの期間は、二次電池２１Ｂの充電時間で決定される。よって、コンパレータ２４ＢのＨｉｇｈの検出信号ＳＢが解除されても直ぐに充電停止状態が解除されないように、コンパレータ２４ＢのＨｉｇｈの検出信号ＳＢの解除後にΔＶ未検タイマを起動させる。このΔＶ未検期間は、二次電池２１Ｂの定電流充電期間と合致させていれば問題ないが、実験検討により設定することも可能である。
【００２４】
以上のような構成において、上記電圧ΔＶは例えば８０ｍＶと設定されるが、この８０ｍＶの電圧ΔＶを検出するためのコンパレータ２４Ａは、オフセット電圧のバラツキである約５ｍＶを考慮しても特に問題の無いレベルであり、一般汎用のＩＣを使用することができる。また、充電制御部２７は、高精度のアナログ電圧を検出しているわけではないので、例えばロジック回路やワンチップマイコン等の１ｋＲＯＭ以下の安価なＩＣを使用することができる。
【００２５】
以上のように、この充電装置２０は、電圧の検出に一般的なコンパレータを使用することができ、また充電の制御に汎用のマイコンを使用することができるので、装置そのものを安価とすることができる。また、充電開始後に電圧差ＶＡが基準電圧Ｅａとなるまで充電を継続し、さらに充電停止後に電圧差ＶＡが基準電圧Ｅｂとなったら再充電を開始するようになっている。従って、二次電池２１Ａに対して寿命の劣化を生じさせず、常に満充電状態を保つことができる。
【００２６】
上述した実施形態では、２個の二次電池の並列充電について説明したが、３個以上の複数の二次電池を並列充電する場合であっても、各二次電池に上述した逆流検出手段を設けることにより、同様の効果を得ることができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によれば、複数の二次電池を並列充電しても充電終了の誤判定を防止することができるので、充電の信頼性を高めることができると共に、二次電池の早期劣化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の充電装置の実施形態を示す構成図。
【図２】図１に示す充電装置の動作例を説明するフローチャート。
【図３】図１に示す充電装置の充電電圧・電流と充電時間との関係（充電特性曲線）を示す図。
【図４】従来の充電装置の一例を示す構成図。
【図５】一般的な出力電圧と充電電流との関係（充電装置の出力特性）を示す図。
【図６】図４に示す充電装置の充電電圧・電流と充電時間との関係（充電特性曲線）を示す図。
【符号の説明】
２０、１００・・・充電装置、２１Ａ、２１Ｂ、、１０１・・・二次電池、２２・・・充電電流遮断スイッチ、２３、１０３・・・電源、２４Ａ、２４Ｂ、、１０４・・・コンパレータ、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ・・・基準電源、２６・・・基準電源切り替えスイッチ、２７・・・充電制御部、２８・・・表示部、２９・・・ＡＣコネクタ、３０・・・抵抗、１０２・・・電流検出抵抗
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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