(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷とこの負荷を制御する負荷制御部を有し二次電池を接続しその充電の制御のできる負荷装置と、この負荷装置に電力を供給する充電装置とを備えた電源システムであって、
前記負荷装置と前記充電装置との接続は多くても３端子で構成され、
前記３端子のうちの２端子における前記負荷装置からの帰還電圧と帰還電流に応じて、
定電圧の電源出力に対して電流値に制限を加える、あるいは制限を外す制御を充電装置側の充電制御部が行うことを特徴とする電源システム。
【請求項２】
充電装置は少なくとも１個の二次電池を接続できその充電の制御を行うことができるものであることを特徴とする請求項１記載の電源システム。
【請求項３】
負荷装置側の二次電池および充電装置側の二次電池を制御するために、別々の電流検出用の抵抗器を設けたことを特徴とする請求項２記載の電源システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は二次電池を取り付け充電できる負荷装置と、この負荷装置に電力を供給する充電装置とを備えた電源システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の充電装置は、負荷装置との間の端子は、充電装置の動作状態と負荷装置の動作状態を互いに伝える信号を、制御のオン又はオフ、及び接続が有り又は無しの信号で行うため、６個以上の端子が必要だった。
【０００３】
図５は従来の充電装置における同機能を行うための充電装置の構成を示し、負荷装置との接続は６個の端子で行われていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、接続端子が多い場合は相互の接続ケーブルが太くなり、負荷装置と充電装置が離れている場合や可搬形の場合不便であった。
【０００５】
本発明は、このような状況のもとでなされたもので、負荷が制御できまた二次電池が接続できてその充電が制御できる負荷装置と、この負荷装置に電力を供給する充電装置とを最小の端子数で接続できる電源システムを提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明では、電源システムを次の（１）〜（３）のとおりに構成する。
【０００７】
（１）負荷とこの負荷を制御する負荷制御部を有し二次電池を接続しその充電の制御のできる負荷装置と、この負荷装置に電力を供給する充電装置とを備えた電源システムであって、
前記負荷装置と前記充電装置との接続は多くても３端子で構成され、
前記３端子のうちの２端子における前記負荷装置からの帰還電圧と帰還電流に応じて、
定電圧の電源出力に対して電流値に制限を加える、あるいは制限を外す制御を充電装置側の充電制御部が行う電源システム。
【０００８】
（２）充電装置は少なくとも１個の二次電池を接続できその充電の制御を行うことができるものである前記（１）記載の電源システム。
【０００９】
（３）負荷装置側の二次電池および充電装置側の二次電池を制御するために、別々の電流検出用の抵抗器を設けた前記（２）記載の電源システム。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を“電源システム”の実施例により詳しく説明する。
【００１１】
【実施例】
図１は実施例である“電源システム”の構成を示すブロック図である。図１において、１は充電装置である。２は負荷装置、３および４は二次電池、５，６および７は充電装置１と負荷装置２の間を接続する端子、８は充電装置１の動作を制御する充電制御部、９は負荷装置２の中で負荷電流を消費したり、二次電池４の充電を制御する負荷制御部、１０は電源電圧を発生する電源部、１１は二次電池３を充電する充電電流を制限する抵抗器、１２は二次電池３への抵抗器１１を通した充電電流を制御するトランジスタ、１３は二次電池３への大電流の充電電流を制御するトランジスタ、１４および１５は二次電池３に供給される充電電圧を分割（分圧ともいう）する抵抗器、１６は二次電池３を通った充電電流を検出する抵抗器、１７は負荷装置２からの帰還電流（充電電流を含む）を検出する抵抗器、１８および１９は負荷装置２からの帰還電圧を分割する抵抗器、２０は充電装置１に二次電池３が取り付けられたことを検知するスイッチ、２１は負荷装置２の負荷制御部９に供給される電圧を抵抗器１８に供給する抵抗器、２２は負荷制御部９に供給される電圧を抵抗器１８に供給するため負荷制御部９により制御されるトランジスタ、２３は二次電池４からの逆流を防ぐダイオード、２４は二次電池４を低電流で充電する抵抗器、２５は二次電池４を充電するため負荷制御部９により制御される半導体スイッチ、２６は二次電池４の電圧を抵抗器１８に供給する抵抗器、２７は二次電池４の電圧を抵抗器１８に供給するため負荷制御部９により制御されるトランジスタ、２８は充電装置１から負荷装置２へ供給する電力を制御し二次電池４からの逆流を防止する半導体スイッチ、２９は負荷装置２に二次電池４がとりつけられたことを検知するスイッチである。
【００１２】
前述の構成において、充電装置１は、負荷装置２に端子５，６および７の３端子で接続し電力を供給すると共に、負荷制御部９の制御により二次電池４への充電電流、負荷制御部９への負荷電流および二次電池３への充電電流の供給を最適に制御している。
【００１３】
充電装置１に二次電池３のみが接続されると、スイッチ２０がこれを検知し、充電制御部８はトランジスタ１２をオンにし低電流で充電を開始し、抵抗器１４および１５で分割された電圧を監視しており、前もって設定された基準電圧を越えるとトランジスタ１３をオンにする。二次電池３は定電圧で充電するタイプの二次電池で充電が進行すると、充電電流は二次電池の特性で減少する。充電電流は抵抗器１６で電圧に変換され充電制御部８に入り、アナログ電圧値からデジタル電圧値に変換され、基準値と比較され、制御に使用される。
【００１４】
充電制御部８は電源部１０を制御しており、二次電池３の充電中、低電流で充電する時は充電電流値に制限を付け、トランジスタ１３がオンになって制限された大きな電流値で充電を始めてから、二次電池３の電圧が前もって設定された基準電圧を越えると二次電池の特性で充電電流が減少し始めるので充電電流の制限を外すように制御する。また、充電電流が前もって設定された電流値以下になった時二次電池３が満充電になったと判断し、充電制御部８はトランジスタ１２および１３をオフにする。
【００１５】
充電装置１に二次電池４の付属しない負荷装置２のみが接続された場合、負荷制御部９はトランジスタ２２をオン、トランジスタ２７をオフ、半導体スイッチ２５および２８はオフに設定されている。充電装置１の電源電圧は端子５および端子７の間に加えられており、負荷装置２に入る。電源電圧はトランジスタ２２および端子６を通り帰還電圧となり、抵抗器２１および１８の合成抵抗値と抵抗器１９の抵抗値とで分割され充電制御部８に入る。また、負荷装置２を通った帰還電流は端子７を通り抵抗器１７で電圧に変換され充電制御部８に入る。充電制御部８は端子６と端子７を通ってきた信号により、電源部１０を制御し、電流制限のない定電圧の電源として準備される。負荷電流が大きくなった時負荷制御部９は半導体スイッチ２８をオンにして、半導体スイッチ２８における電圧低下を防いでいる。
【００１６】
次に、負荷装置２に二次電池４が接続された場合、スイッチ２９により負荷制御部９は二次電池４が接続されたことを検知する。二次電池４はダイオード２３と抵抗器２４により低電流で充電される。負荷制御部９が大きな負荷電流のない状態に切り替わり、二次電池４を充電する制御に切り替わる場合、トランジスタ２２をオフに、トランジスタ２７をオンに切り替える。この時端子６を通る帰還電圧は二次電池４の電圧を示しており、抵抗器２６および１８の合成抵抗値と抵抗器１９の抵抗値とで分割された電圧が充電制御部８に入る。この電圧値が前もって設定された電圧値以下の時、充電制御部８は電源部１０の出力電流に制限を加える。負荷制御部９は二次電池を監視しており、電池電圧が前もって設定された基準電圧以上になった時半導体スイッチ２５をオンにして、制限のある大きな充電電流で二次電池４を充電する。
【００１７】
端子６を通る帰還電圧による充電制御部８の入力電圧が充電制御部８の前もって設定された基準電圧値以上になった場合、二次電池の特性で充電電流が減少し始めるので充電制御部８は電源部１０の出力電流の制限を外すように動作する。また、端子７を通る帰還電流は抵抗器１７で電圧に変換され、前もって設定された基準値と比較されその値以下になった時二次電池４が満充電になったと充電制御部８は判断する。
【００１８】
負荷制御部９は二次電池４の電池電圧が前もって設定された基準電圧以上になった時から前もって設定された時間の後に半導体スイッチ２８および２５をオフにする。
【００１９】
負荷装置９および二次電池４が充電装置１に接続され、更に二次電池３が接続され充電されるのは負荷制御部９が大きな負荷電流を消費せず、更に二次電池４が満充電となっている場合となる。
【００２０】
また、二次電池３の充電中に負荷制御部９が大きな負荷電流を必要になった場合、負荷制御部９は前もって設定された時間だけ前もって設定された帰還電流を流し、抵抗器１７を通して充電制御部８に信号として伝達することで、充電制御部８は二次電池３の充電を停止させ、電源部１０の出力電流の制限を外し、負荷制御部９の大きな負荷電流に対し十分な電源が供給できるように制御する。
【００２１】
負荷装置２に二次電池４が取り付けられ充電されている場合で、充電装置１の電源部１０にＡＣ入力がない場合、二次電池４に充電されている電力は半導体スイッチ２５を通して負荷制御部９に加えられており、負荷制御部９は半導体スイッチ２５をオンさせ、負荷制御部９は大きな負荷電流で動作することが可能となる。
【００２２】
図２は定電圧で充電するタイプの二次電池を充電する場合の一般的充電特性を示すタイミングチャートである。図において、ＶａおよびＶｂは充電制御部８および負荷制御部９に設定されている基準電圧値である。Ｉｂは充電制御部８および負荷制御部９に設定されている基準電流値である。充電電圧Ｖｔは、低電流充電期間ＴｏとＴａの間の後、Ｖｂ以上になると大電流充電期間ＴａとＴｂ間、そしてＶａ以上になると充電電流減少期間ＴｂとＴｃ期間へと進み二次電池は満充電となる。
【００２３】
充電電流Ｉａは制限された電流値であり、基準電流値Ｉｂは充電電流Ｉｔが減少し、満充電と判断するための設定値である。
【００２４】
この図のタイミングチャートは二次電池３のみ充電装置１に取り付けられ充電を行う場合、および充電装置１に負荷装置２が取り付けられ二次電池４の充電を行う場合の充電の進行を示している。
【００２５】
図３（ａ）は充電制御部８に制御される電源部１０の出力の電源電圧と負荷電流に対する特性を示している。この特性で動作するのは負荷装置９が大きな負荷電流を必要としている時で、安定化電圧領域で使用される。
【００２６】
図３（ｂ）は充電制御部８に制御される電源部１０の出力電源電圧と負荷電流に対する他の特性を示している。この特性で動作するのは二次電池３および二次電池４が充電される時で、通常、充電は低電流領域、定電流領域そして定電圧領域の順で進行する。
【００２７】
図４は端子５，６および７の電圧と電流の状態を示したタイミングチャートである。無負荷期間は充電装置１のみが動作している状態で、端子５には電源部１０の電源電圧が出ている。端子６および７は負荷装置２が接続されていないので、ゼロを示している。二次電池３充電期間は充電装置１に二次電池３が接続され、充電されていることを示している．負荷制御部９動作期間は充電装置１に負荷装置２が接続され、負荷制御部９が大きな負荷電流を必要とするための前準備のために基準電流Ｉｓ以上の電流を端子７を通して帰還電流として充電装置１に流す。この帰還電流は抵抗器１７で検知され充電制御部８に入る。充電制御部８は帰還電流が基準電流値Ｉｓ以上であることを判断し電源部１０の出力電流の制限を外す。この後負荷制御部９は大きな負荷電流で動作を始めることを示している。二次電池４充電期間は二次電池４が充電されていることを示し、最初二次電池の電池電圧が基準電圧Ｖｂ以下のため低電流で充電を始め基準電圧Ｖｂ以上になると大きな充電電流で充電する、その後電池電圧がＶａ以上になると、充電電流が減少し、端子７の帰還電流も減少する。帰還電流が基準電流Ｉａ以下になると、充電制御部８は二次電池４が満充電になったと判断する。二次電池４の満充電後の充電電流の停止は負荷制御部９に入る二次電池４の電池電圧が基準電圧Ｖａ以上になってから、前もって設定された時間の後自動で半導体スイッチ２５をオフにすることで行われる。
【００２８】
このように、本実施例によれば、端子６の帰還電圧，端子７を通る帰還電流に応じて電源部１０を制御し、充電装置１を所要の出力特性とすることができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、負荷が制御できまた二次電池が接続できてその充電の制御ができる負荷装置と、この負荷装置に電力を供給する充電装置とを、３端子以下という最小の端子数で接続し、充電装置を所要の出力特性とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の構成を示す図
【図２】二次電圧を定電圧で充電する場合のタイミングチャート
【図３】電源部の出力特性を示す図
【図４】端子５，６，７の電圧，電流の状態を示すタイミングチャート
【図５】従来例の構成を示す図
【符号の説明】
１  充電装置
２  負荷装置
３，４  二次電池
５，６，７  端子
８  充電制御部
９  負荷制御部
【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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