(57)【要約】  出力電圧が可変の充電器１２０を備え、バッテリ１０５Ａ、１０５Ｂが充電器１２０に並列に接続される充電制御装置であって、バッテリ１０５Ａ、１０５Ｂに流れる充電電流をそれぞれ検出し、該検出した電流値を出力する電流検出手段１０５Ａ、１０５Ｂと、電流検出手段１０５Ａ、１０５Ｂの出力値のうちの最大値を選択して出力する最大値検出手段１３０と、最大値検出手段１３０の出力値が設定値と一致するように充電器１２０の出力電圧を制御する制御手段１４０と、を有する。
2013161512.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力電圧が可変の充電器を備え、複数のバッテリが前記充電器に並列に接続される充電制御装置であって、
前記バッテリ毎に設けられ、該バッテリに流れる充電電流を検出し、該検出した電流値を出力する複数の電流検出手段と、
前記複数の電流検出手段の出力値のうちの最大値を選択して出力する最大値検出手段と、
前記最大値検出手段の出力値が設定値と一致するように前記充電器の出力電圧を制御する制御手段と、を有する、充電制御装置。
【請求項２】
出力電圧が可変の充電器を備え、複数のバッテリが前記充電器に並列に接続される充電制御装置であって、
前記バッテリ毎に設けられ、該バッテリに流れる充電電流を検出し、該検出した電流値を出力する複数の電流検出手段と、
前記電流検出手段毎に設けられ、該電流検出手段の出力値から設定値を減じた値を出力する複数の電流誤差出力手段と、
前記複数の電流誤差出力手段の出力値のうちの最大値を選択して出力する最大値検出手段と、
前記最大値検出手段の出力値が０になるように前記充電器の出力電圧を制御する制御手段と、を有する、充電制御装置。
【請求項３】
前記バッテリ毎に充電電流の上限値が前記設定値として設定されている、請求項２に記載の充電制御装置。
【請求項４】
前記充電器の出力ラインと前記複数のバッテリとを接続する複数のラインそれぞれに設けられ、それぞれのバッテリからの電流の逆流を阻止する複数の逆流防止手段を、さらに有する請求項１から３のいずれか１項に記載の充電制御装置。
【請求項５】
前記複数のバッテリはそれぞれ、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、電気二重層キャパシタ、およびリチウムイオンキャパシタのいずれかにより構成されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の充電制御装置。
【請求項６】
出力電圧が可変の充電器を備え、複数のバッテリが前記充電器に並列に接続される充電制御装置にて行われる充電制御方法であって、
前記複数のバッテリそれぞれに流れる充電電流を検出し、該各バッテリの充電電流の検出値のうちの最大値が設定値と一致するように前記充電器の出力電圧を制御する、充電制御方法。
【請求項７】
出力電圧が可変の充電器を備え、複数のバッテリが前記充電器に並列に接続される充電制御装置にて行われる充電制御方法であって、
前記複数のバッテリそれぞれについて、該バッテリに流れる充電電流を検出し、該充電電流の検出値から設定値を減じて電流誤差値を求め、該各バッテリの電流誤差値のうちの最大値が０になるように前記充電器の出力電圧を制御する、充電制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のバッテリを充電する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
化学反応を基とする充放電を繰り返すことが可能なバッテリが知られている。この種のバッテリには、許容できる上限電流があり、それ以上の充電電流を流すと、バッテリの劣化を招く。このため、充電器でバッテリを充電する場合は、上限電流を超えないように、充電電流を制御する必要がある。【０００３】
複数のバッテリを充電する場合は、各バッテリをぞれぞれの上限電流を超えない範囲の充電電流で充電する必要があるため、バッテリ毎に、充電電流を制御する必要がある。【０００４】
特許文献１には、複数のバッテリを順番に切り替えて一つずつ充電する充電制御装置が記載されている。【０００５】
図１に、充電制御装置の構成を示す。図１に示す充電制御装置は、定電流定電圧制御を行う充電器１２０と、充電対象のバッテリ１０１Ａ、１０１Ｂと、充電するバッテリを切り換えるためのスイッチ１０３Ａ、１０３Ｂと、バッテリ１０１Ａ、１０１Ｂの電圧を検出する電圧検出手段１０２Ａ、１０２Ｂと、検出した電圧値に応じてスイッチ１０３Ａ、１０３Ｂを制御して充電すべきバッテリを切り替える制御手段１１０とを有する。バッテリ、電圧検出手段、スイッチの数は、充電したいバッテリの数だけ増やしてもよい。【０００６】
制御手段１１０は、スイッチ１０３Ａ、１０３Ｂを制御してバッテリ１０１Ａ、１０１Ｂの一方を充電器１２０に接続し、充電器１２０による定電流制御を行わせる。ここでは、バッテリ１０１Ａが充電器１２０に接続されているものと仮定する。【０００７】
電圧検出手段１０２Ａにより検出したバッテリ１０１Ａの電圧値が設定電圧値に達すると、制御手段１１０は、スイッチ１０３Ａ、１０３Ｂを制御して、充電対象をバッテリ１０１Ａからバッテリ１０１Ｂに切り替え、充電器１２０による定電流制御を行わせる。【０００８】
電圧検出手段１０２Ｂにより検出したバッテリ１０１Ｂの電圧値が設定電圧値に達すると、制御手段１１０は、スイッチ１０３Ａ、１０３Ｂを制御して、充電対象をバッテリ１０１Ｂからバッテリ１０１Ａに切り替え、充電器１２０による定電圧制御を行わせる。この定電圧制御により、バッテリ１０１Ａを満充電まで充電する。【０００９】
バッテリ１０１Ａが満充電になると、制御手段１１０は、スイッチ１０３Ａ、１０３Ｂを制御して、充電対象をバッテリ１０１Ａからバッテリ１０１Ｂに切り替え、充電器１２０による定電圧制御を行わせる。この定電圧制御により、バッテリ１０１Ｂを満充電まで充電する。【００１０】
特許文献２には、直列に接続された複数の単セルよりなるリチウムイオン組電池を充電する充電システムが記載されている。【００１１】
特許文献２に記載の充電システムは、各単セルの電圧を計測し、計測結果を示す信号を出力するセル電圧調整手段と、セル電圧調整手段からの信号に基づいて単セルの電圧監視および単セルに流れる充電電流の制御を行う電池監視制御手段と、リチウムイオン組電池に流れる充電電流の調整を行う充電電流制限手段と、を有する。【００１２】
電池監視制御手段は、充電中に、少なくとも１つの単セルの電圧が基準値に達した場合は、充電電流制限手段により、リチウムイオン組電池に流れる充電電流を段階的に低減させる。セル電圧調整手段は、各単セルが並列に接続され、電圧が基準値に達した単セルに流れる充電電流をバイパスする充電電流バイパス回路を有する。この充電電流バイパス回路により、単セルが過充電されることを抑制する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００４−３５７４８１号公報
【特許文献２】特開２０１１−１８２４７９号公報
【発明の概要】
【００１４】
特許文献１に記載の充電制御装置においては、複数のバッテリを順番に切り替えて一つずつ充電するように構成されているため、充電対象となるバッテリの数に比例して所要充電時間が増加するという問題がある。
【００１５】
また、充電対象を切り替えるためのスイッチをバッテリ毎に設ける必要があるため、装置のコスト増大や大型化を招くという問題がある。
【００１６】
特許文献２に記載の充電システムは、直列に接続された複数の単セルよりなるリチウムイオン組電池全体を充電するように構成されているため、充電対象となる単セルの数に比例して増大する所要充電時間の増加量は小さい。
【００１７】
しかし、特許文献２に記載の充電システムにおいては、セル電圧調整手段は、単セルの電圧を計測する機能に加えて、電圧が基準値に達した単セルに流れる充電電流をバイパスする充電電流バイパス回路を備えているため、これによる装置のコスト増大や大型化を招くという問題がある。
【００１８】
なお、１台の充電器に複数のバッテリを並列に接続することで、各バッテリを一度に充電することができる。しかし、この場合は、同じ値の電圧を各バッテリに印加して充電するため、各バッテリに流れる充電電流の大きさに違いが生じる。よって、充電器の出力電流を一定値で維持する定電流制御を行った場合に、バッテリによっては、許容充電電流値を超えた電流が流れ、バッテリの劣化や損傷を招くという問題がある。
【００１９】
本発明の目的は、１台の充電器で複数のバッテリを一度に充電することができ、バッテリの劣化や損傷を生じることがなく、所要充電時間の増大、装置コストの増大、および装置の大型化を抑制することができる、充電制御装置および充電制御方法を提供することにある。
【００２０】
上記目的を達成するため、本発明の一態様によれば、出力電圧が可変の充電器を備え、複数のバッテリが前記充電器に並列に接続される充電制御装置であって、前記バッテリ毎に設けられ、該バッテリに流れる充電電流を検出し、該検出した電流値を出力する複数の電流検出手段と、前記複数の電流検出手段の出力値のうちの最大値を選択して出力する最大値検出手段と、前記最大値検出手段の出力値が設定値と一致するように前記充電器の出力電圧を制御する制御手段と、を有する、充電制御装置が提供される。
【００２１】
本発明の別の態様によれば、出力電圧が可変の充電器を備え、複数のバッテリが前記充電器に並列に接続される充電制御装置であって、前記バッテリ毎に設けられ、該バッテリに流れる充電電流を検出し、該検出した電流値を出力する複数の電流検出手段と、前記電流検出手段毎に設けられ、該電流検出手段の出力値から設定値を減じた値を出力する複数の電流誤差出力手段と、前記複数の電流誤差出力手段の出力値のうちの最大値を選択して出力する最大値検出手段と、前記最大値検出手段の出力値が０になるように前記充電器の出力電圧を制御する制御手段と、を有する、充電制御装置が提供される。
【００２２】
本発明のさらに別の態様によれば、出力電圧が可変の充電器を備え、複数のバッテリが前記充電器に並列に接続される充電制御装置にて行われる充電制御方法であって、前記複数のバッテリそれぞれに流れる充電電流を検出し、該各バッテリの充電電流の検出値のうちの最大値が設定値と一致するように前記充電器の出力電圧を制御する、充電制御方法が提供される。
【００２３】
本発明の他の態様によれば、出力電圧が可変の充電器を備え、複数のバッテリが前記充電器に並列に接続される充電制御装置にて行われる充電制御方法であって、前記複数のバッテリそれぞれについて、該バッテリに流れる充電電流を検出し、該充電電流の検出値から設定値を減じて電流誤差値を求め、該各バッテリの電流誤差値のうちの最大値が０になるように前記充電器の出力電圧を制御する、充電制御方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】特許文献１に記載の充電制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態である充電制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示す充電制御装置にて行われる充電制御の一手順を示すフローチャートである。
【図４】図２に示す充電制御装置の充電制御により充電電流がどのように変化するかを示す特性図である。
【図５】本発明の第２の実施形態である充電制御装置の構成を示すブロック図である。
【図６】図５に示す充電制御装置にて行われる充電制御の一手順を示すフローチャートである。
【図７】本発明の一実施例である充電制御装置にて用いられる最大値検出手段の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０１Ａ、１０１Ｂ  バッテリ
１０５Ａ、１０５Ｂ  電流検出手段
１０６Ａ、１０６Ｂ  電流検出抵抗素子
１２０  充電器
１２１Ａ、１２１Ｂ  逆流防止手段
１３０  最大値検出手段
１４０、１４３  充電器制御手段
１４１Ａ、１４１Ｂ  エラーアンプ
１４２Ａ、１４２Ｂ  電流設定部
２０１  プルダウン抵抗素子
２０２Ａ、２０２Ｂ  オペアンプ
２０３Ａ、２０３Ｂ  ダイオード
【発明を実施するための形態】
【００２６】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２７】
（第１の実施形態）
図２は、本発明の第１の実施形態である充電制御装置の構成を示すブロック図である。
【００２８】
図２を参照すると、充電制御装置は、２台のバッテリ１０１Ａ、１０１Ｂを充電するものであって、電流検出手段１０５Ａ、１０５Ｂ、電流検出抵抗素子１０６Ａ、１０６Ｂ、逆流防止手段１２１Ａ、１２１Ｂ、充電器１２０、最大値検出手段１３０、および制御手段１４０を有する。
【００２９】
バッテリ１０１Ａ、１０１Ｂは、出力電圧が可変の充電器１２０に並列に接続されている。
【００３０】
充電器１２０の出力ラインは、逆流防止手段１２１Ａの一端に接続されるとともに、逆流防止手段１２１Ｂの一端に接続されている。
【００３１】
逆流防止手段１２１Ａの他端は、電流検出抵抗素子１０６Ａを介してバッテリ１０１Ａに接続されている。逆流防止手段１２１Ｂの他端は、電流検出抵抗素子１０６Ｂを介してバッテリ１０１Ｂに接続されている。
【００３２】
逆流防止手段１２１Ａ、１２１Ｂは、一方向にのみ電流を流すものであって、バッテリ１０１Ａ、１０１Ｂから充電器１２０側へ電流が逆流するのを防止する働きをする。
【００３３】
電流検出手段１０５Ａは、電流検出抵抗素子１０６Ａに流れる電流（すなわち、バッテリ１０１Ａの充電電流）を検出し、その検出値を最大値検出手段１３０に供給する。具体的には、電流検出手段１０５Ａは、電流検出抵抗素子１０６Ａの両端の電圧を測定することにより充電電流を検出する。
【００３４】
電流検出手段１０５Ｂは、電流検出抵抗素子１０６Ｂに流れる電流、すなわち、バッテリ１０１Ｂの充電電流を検出し、その検出値を最大値検出手段１３０に供給する。具体的には、電流検出手段１０５Ｂは、電流検出抵抗素子１０６Ｂの両端の電圧を測定することにより充電電流を検出する。
【００３５】
最大値検出手段１３０は、電流検出手段１０５Ａ、１０５Ｂから供給された充電電流の検出値のうちから最大のものを選択して出力する。
【００３６】
制御手段１４０は、最大値検出手段１３０の出力値（充電電流の検出値のうちの最大値）に応じて充電器１２０の出力電圧（充電電圧）を制御する。具体的には、制御手段１４０は、最大値検出手段１３０の出力値が予め設定された設定値と一致するように、充電器１２０の出力電圧を制御する。
【００３７】
充電器１２０は、予め設定された最大電圧値を超えない範囲で、制御手段１４０からの制御に従って出力電圧を変えられるように構成されている。
【００３８】
バッテリ１０１Ａ、１０１Ｂは、リチウムイオン電池およびリチウムポリマー電池などの繰り返し充放電の可能な二次電池、または電気二重層キャパシタおよびリチウムイオンキャパシタなどの大容量キャパシタである。
【００３９】
バッテリ１０１Ａ、１０１Ｂには、それぞれ逆流防止手段１２１Ａ、１２１Ｂが設けられているので、バッテリ１０１Ａ、１０１Ｂの電圧が異なる場合でも、電圧の高いバッテリから電圧の低いバッテリへ電流が流れることは無い。
【００４０】
なお、図２に示した例は、２つのバッテリを充電する場合の構成例である。図２に示した構成において、３つ以上のバッテリを充電する場合は、バッテリごとに、電流検出抵抗素子、電流検出手段、逆流防止手段をそれぞれ設ければよい。この場合、最大値検出手段１３０は、複数の電流検出手段の出力値のうち、一番大きな値を選択して出力する。
【００４１】
次に、本実施形態の充電制御装置の動作について説明する。
【００４２】
図３は、充電制御の一手順を示すフローチャートである。以下、図２および図３を参照して、充電制御の動作を説明する。
【００４３】
充電開始時に、制御手段１４０は、充電器１２０の出力電圧を増大させる（ステップＳ１０）。
【００４４】
次に、電流検出手段１０５Ａ、１０５Ｂがバッテリ１０１Ａ、１０１Ｂの充電電流を検出し、最大値検出手段１３０が、電流検出手段１０５Ａ、１０５Ｂからの充電電流の検出値のうちの大きい方（最大値）を制御手段１４０に供給する（ステップＳ１１）。
【００４５】
次に、制御手段１４０が、最大値検出手段１３０からの充電電流の最大値が予め保持している設定値と一致するか否かを判定する（ステップＳ１２）。
【００４６】
ステップＳ１２の判定が「Ｙｅｓ」である場合は、制御手段１４０は、充電器１２０の出力電圧の大きさを現在値で維持させ、定電流で充電を行わせる（ステップＳ１３）。ステップＳ１３の後、ステップＳ１１の処理が実行される。
【００４７】
ステップＳ１２の判定が「Ｎｏ」である場合は、ステップＳ１０の処理が実行される。すなわち、制御手段１４０の制御により、充電器１２０の出力電圧が増大する。
【００４８】
上述のステップＳ１０〜Ｓ１３の処理が繰り返され、充電器１２０の出力電圧値が最大電圧値に達すると、充電器１２０は、その最大電圧値で、定電圧充電を行う。
【００４９】
図４は、上記の充電制御により、時間の経過とともに充電電流がどのように変化するかを示す特性図である。図４において、長い破線で示された充電電流１がバッテリ１０１Ａの充電電流であり、短い破線で示された充電電流２がバッテリ１０１Ｂの充電電流である。ここでは、バッテリ１０１Ａの電圧がバッテリ１０１Ｂの電圧よりも低いものと仮定する。
【００５０】
制御手段１４０が充電器１２０の出力電圧を増大させる。具体的には、制御手段１４０は、フィードバックが間に合う程度の時間を掛けて充電器１２０の出力電圧を徐々に増大させる。
【００５１】
充電器１２０の出力電圧値がバッテリ１０１Ａ、１０１Ｂのうちの電圧の低い方のバッテリ１０１Ａの電圧値に達した時点で、バッテリ１０１Ａに対して充電電流が流れ始める。図４の時刻ａが、バッテリ１０１Ａに対して充電電流が流れ始めた時刻である。
【００５２】
バッテリ１０１Ａに対して充電電流が流れ始めると、電流検出手段１０５Ａにて、バッテリ１０１Ａの充電電流が検出される。この時点では、バッテリ１０１Ｂに対しては、未だ、充電電流は流れていないので、最大値検出手段１３０は、電流検出手段１０５Ａの充電電流の検出値を最大値として制御手段１４０に供給する。そして、制御手段１４０は、最大値検出手段１３０からの充電電流の最大値、すなわちバッテリ１０１Ａの充電電流の大きさが設定値と一致するように、充電器１２０の出力電圧に対するフィードバック制御を行う。
【００５３】
上記のフィードバック制御により、電流検出手段１０５Ａの充電電流の大きさが設定値と一致する。図４の時刻ｂが、電流検出手段１０５Ａの充電電流の大きさが設定値と一致した時刻である。
【００５４】
電流検出手段１０５Ａの充電電流の大きさが設定値と一致すると、制御手段１４０は、充電器１２０の出力電圧値を現在値で維持させ、定電流で充電を行わせる。
【００５５】
なお、バッテリ１０１Ａに充電電流が流れ始めた時点（時刻ａ）より、充電器１２０の出力電圧を増加させると、バッテリ１０１Ｂに対しても充電電流が流れ始める場合がある。この場合、電流検出手段１０５Ａ、１０５Ｂのそれぞれから充電電流の検出値が最大値検出手段１３０に供給される。最大値検出手段１３０は、電流検出手段１０５Ａ、１０５Ｂからの充電電流の検出値のうちの大きい方を制御手段１４０に出力する。
【００５６】
図４の時刻ｃで、バッテリ１０１Ｂの充電電流の大きさ（電流検出手段１０５Ｂの充電電流の検出値）がバッテリ１０１Ａの充電電流の大きさ（電流検出手段１０５Ａの充電電流の検出値）を上回る。この場合、最大値検出手段１３０は、電流検出手段１０５Ｂからの充電電流の検出値を制御手段１４０に出力する。そして、制御手段１４０は、最大値検出手段１３０からの充電電流の最大値、すなわちバッテリ１０１Ｂの充電電流の大きさが設定値と一致するように、充電器１２０の出力電圧に対するフィードバック制御を行う。
【００５７】
上記のフィードバック制御によれば、バッテリ１０１Ａの充電電流（充電電流１）が大きい場合は、バッテリ１０１Ａの充電電流値を選択して定電流充電を行い、バッテリ１０１Ｂの充電電流（充電電流２）の方が大きい場合は、バッテリ１０１Ｂの充電電流値を選択して定電流充電を行う。
【００５８】
本実施形態の充電制御装置によれば、１台の充電器によって、容量や充電状態の異なる複数のバッテリを一度に充電することができる。
【００５９】
また、各バッテリに流れる電流の大きさが充電上限電流値を超えることがなく、１つのバッテリを充電するのと同程度の充電時間で、各バッテリを充電することができる。
【００６０】
さらに、特許文献１に記載のものにおいて用いられていたスイッチや、特許文献２に記載のものにおいて用いられていた充電電流バイパス回路などは不要である。
【００６１】
また、一般に、充電器においては、大型のものほど、充電容量あたりの体積や重量は小さくなる。加えて、大型のものほど、電力効率の良いものを作り易い。このため、バッテリ毎に、バッテリ一個分の容量を有する充電器を設けるよりも、バッテリ複数個分の容量を有する大型の充電器を一台用意する方が、小型化、軽量化、高効率化、低コスト化を図ることができる。
【００６２】
（第２の実施の形態）
図５は、本発明の第２の実施形態である充電制御装置の構成を示すブロック図である。
【００６３】
本実施形態の充電制御装置は、図２に示した構成に加えて、電流設定部１４２Ａ、１４２Ｂおよびエラーアンプ１４１Ａ、１４１Ｂを有し、この点で、第１の実施形態のものと異なる。図５において、第１の実施形態と同じものには同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００６４】
電流設定部１４２Ａは、バッテリ１０１Ａに対する充電電流の上限値を出力する。電流設定部１４２Ｂは、バッテリ１０１Ｂに対する充電電流の上限値を出力する。バッテリ１０１Ａ、１０１Ｂに対する充電電流の上限値が同じである場合、電流設定部１４２Ａ、１４２Ｂの出力値は同じである。バッテリ１０１Ａに対する充電電流の上限値がバッテリ１０１Ｂに対する充電電流の上限値と異なる場合、電流設定部１４２Ａ、１４２Ｂは、互いに異なる値を出力する。
【００６５】
エラーアンプ１４１Ａは、電流設定部１４２Ａの出力を一方の入力とし、電流検出手段１０５Ａの出力を他方の入力とし、これら入力の差分を出力する。具体的には、エラーアンプ１４１Ａは、電流検出手段１０５Ａの出力値（バッテリ１０１Ａの充電電流の検出値）から電流設定部１４２Ａの出力値（上限値）を減じた値を出力する。
【００６６】
バッテリ１０１Ａの充電電流の検出値が上限値より大きな場合は、エラーアンプ１４１Ａの出力値は正の値となり、反対に、バッテリ１０１Ａの充電電流の検出値が上限値より小さな場合は、エラーアンプ１４１Ａの出力値は負の値となる。
【００６７】
エラーアンプ１４１Ｂは、電流設定部１４２Ｂの出力を一方の入力とし、電流検出手段１０５Ｂの出力を他方の入力とし、これら入力の差分を出力する。具体的には、エラーアンプ１４１Ｂは、電流検出手段１０５Ｂの出力値（バッテリ１０１Ｂの充電電流の検出値）から電流設定部１４２Ｂの出力値（上限値）を減じた値を出力する。
【００６８】
バッテリ１０１Ｂの充電電流の検出値が上限値より大きな場合は、エラーアンプ１４１Ｂの出力値は正の値となり、反対に、バッテリ１０１Ｂの充電電流の検出値が上限値より小さな場合は、エラーアンプ１４１Ｂの出力値は負の値となる。
【００６９】
最大値検出手段１３０は、エラーアンプ１４１Ａ、１４１Ｂの出力値のうちの大きい方を差分の最大値として制御手段１４３に出力する。最大値の選択は、出力値の符号も含めて判断する。例えば、全ての値が負の時は、最も正に近い（絶対値の小さい）ものが最大値とされる。
【００７０】
制御手段１４３は、最大値検出手段１３０の出力値（最大値）がゼロになるように、充電器１２０の出力電圧を制御する。
【００７１】
なお、図５に示した例は、２つのバッテリを充電する場合の構成例である。図５に示した構成において、３つ以上のバッテリを充電する場合は、バッテリごとに、電流検出抵抗素子、電流検出手段、逆流防止手段、電流設定部、エラーアンプをそれぞれ設ければよい。この場合、最大値検出手段１３０は、複数のエラーアンプの出力値のうち、一番大きな値（最大値）を選択して出力する。
【００７２】
また、電流設定部とエラーアンプを別々に設けているが、これら電流設定部およびエラーアンプは１つの機能ブロック（電流誤差出力手段）として構成してもよい。この場合、電流誤差出力手段は、電流設定部に変えて、単に、充電電流の上限値を保持してもよい。
【００７３】
次に、本実施形態の充電制御装置の動作について説明する。
【００７４】
図６は、充電制御の一手順を示すフローチャートである。以下、図５および図６を参照して、充電制御の動作を説明する。
【００７５】
充電開始時に、制御手段１４３は、充電器１２０の出力電圧を増大させる（ステップＳ２０）。
【００７６】
次に、電流検出手段１０５Ａ、１０５Ｂが、バッテリ１０１Ａ、１０１Ｂの充電電流を検出し、エラーアンプ１４１Ａ、１４１Ｂが、電流検出手段１０５Ａ、１０５Ｂの出力値から電流設定部１４２Ａ、１４２Ｂの出力値（上限値）を減じた値を出力する。そして、最大値検出手段１３０が、エラーアンプ１４１Ａ、１４１Ｂの出力値のうち、大きい方（最値）を選択して出力する（ステップＳ２１）。
【００７７】
次に、制御手段１４３が、最大値検出手段１３０からの最大値が０であるか否かを判定する（ステップＳ２２）。
【００７８】
ステップＳ２２の判定が「Ｙｅｓ」である場合は、制御手段１４３は、充電器１２０の出力電圧値を現在値で維持させ、定電流で充電を行わせる（ステップＳ２３）。ステップＳ２３の後、ステップＳ２１の処理が実行される。
【００７９】
ステップＳ２２の判定が「Ｎｏ」である場合は、ステップＳ２０の処理が実行される。すなわち、制御手段１４３の制御により、充電器１２０の出力電圧が増大する。
【００８０】
上述のステップＳ２０〜Ｓ２３の処理が繰り返され、充電器１２０の出力電圧が最大電圧値に達すると、充電器１２０は、その最大電圧で、定電圧充電を行う。
【００８１】
本実施形態の充電制御装置においても、第１の実施形態と同様の作用効果を奏する。
【実施例１】
【００８２】
本発明の第１の実施例として、上述した第１の実施形態の充電制御装置の実施例を説明する。【００８３】
本実施例の充電制御装置は、図２に示した構成を有しており、各部は以下のように構成されている。【００８４】
充電器１２０の供給可能な最大電圧値は４．２Ｖである。充電器１２０の電流供給能力は、最大で１０Ａである。【００８５】
逆流防止手段１２１Ａ、１２１Ｂはいずれも、ＦＥＴで組まれた理想ダイオード回路よりなる。【００８６】
バッテリ１０１Ａ、１０１Ｂはいずれも、容量が１０Ａｈ、許容充電電流が５Ａのリチウムイオン電池よりなり、その内部抵抗は１０ｍΩである。バッテリ１０１Ａの開放電圧は３．５０Ｖであり、バッテリ１０１Ｂの開放電圧は３．５５Ｖである。【００８７】
電流検出抵抗素子１０６Ａ、１０６Ｂの抵抗値はいずれも１０ｍΩである。電流検出手段１０５Ａ、１０５Ｂは、電流検出抵抗素子１０６Ａ、１０６Ｂの両端電圧を１００倍し、１Ａあたり１Ｖの電圧を検出する。【００８８】
最大値検出手段１３０は、ボルテージフォロワ回路よりなる。図７に、最大値検出手段１３０の一例を示す。【００８９】
図７を参照すると、最大値検出手段１３０は、オペアンプ２０２Ａ、２０２Ｂ、ダイオード２０３Ａ、２０３Ｂおよびプルアップ抵抗素子２０１を有する。【００９０】
オペアンプ２０２Ａ、２０２Ｂはいずれも、電圧ゲインが１倍の増幅器であって、それぞれがボルテージフォロワ回路を構成する。オペアンプ２０２Ａの一方の入力（「＋」側入力）は、最大値検出手段１３０の入力端子２０４Ａに接続され、オペアンプ２０２Ｂの一方の入力（「＋」側入力）は、最大値検出手段１３０の入力端子２０４Ｂに接続されている。【００９１】
オペアンプ２０２Ａの出力は、ダイオード２０３Ａの一端に接続されている。ダイオード２０３Ａの他端は、オペアンプ２０２Ａの他方の入力（「−」側入力）に接続されるとともに、最大値検出手段１３０の出力端子２０５に接続されている。【００９２】
オペアンプ２０２Ｂの出力は、ダイオード２０３Ｂの一端に接続されている。ダイオード２０３Ｂの他端は、オペアンプ２０２Ｂの他方の入力（「−」側入力）に接続されるとともに、ダイオード２０３Ａの他端と出力端子２０５とを接続するラインに接続されている。【００９３】
両ダイオード２０３Ａ、２０３Ｂの他端と出力端子２０５とを接続するラインは、プルアップ抵抗素子２０１を介して接地されている。【００９４】
図７に示した最大値検出手段１３０において、入力端子２０４Ａ、２０４Ｂはそれぞれ電流検出手段１０５Ａ、１０５Ｂの出力に接続される。最大値検出手段１３０は、入力端子２０４Ａ、２０４Ｂに供給される入力電圧の中で最も高い電圧を出力する。【００９５】
制御手段１４０は、ＰＩＤ制御回路よりなり、最大値検出手段１３０からの出力が設定充電電流である５Ａに相当する電圧値５Ｖになるように、充電器１２０の出力電圧を制御する。ここで、ＰＩＤ制御は、比例制御（Proportional control）、積分制御（Integral control）、微分制御（Differential control）を組み合わせて設定値に収束させる制御である。【００９６】
本実施例の充電制御装置では、装置の電源が投入されると、制御手段１４０からの指令値に従い、充電器１２０の出力電圧が徐々に増加する。【００９７】
充電器１２０の出力電圧がバッテリ１０１Ａの開放電圧３．５０Ｖに達すると、バッテリ１０１Ａに対して充電電流が流れ始める。この時、バッテリ１０１Ｂに対しては、未だ充電電流は流れていない。【００９８】
電流検出手段１０５Ａがバッテリ１０１Ａの充電電流を検出する。この充電電流の検出値は、最大値検出手段１３０を介して制御手段１４０に供給される。充電電流の検出値は設定充電電流値よりも小さいため、制御手段１４０は、充電器１２０の出力電圧をさらに増加させる。【００９９】
充電器１２０の出力電圧がバッテリ１０１Ｂの開放電圧３．５５Ｖに達すると、バッテリ１０１Ｂにも充電電流が流れ始める。この時、電流検出抵抗素子１０６Ａの抵抗値と電池内部抵抗値の合計が２０ｍΩであるため、バッテリ１０１Ａには、２．５Ａの充電電流が流れている。【０１００】
バッテリ１０１Ａの充電電流（２．５Ａ）は、バッテリ１０１Ｂの充電電流よりも大きい。よって、最大値検出手段１３０は、電流検出手段１０５Ａからの充電電流の検出値（２．５Ａ）を制御手段１４０に供給する。充電電流の検出値の２．５Ａは設定電流値よりも小さいため、制御手段１４０は、充電器１２０の出力電圧をさらに増加させる。【０１０１】
充電器１２０の出力電圧が３．６０Ｖに達すると、バッテリ１０１Ａの充電電流は５Ａとなる。この時、バッテリ１０１Ｂの充電電流は２．５Ａとなり、充電器１２０からの合計の出力電流値は７．５Ａとなる。最大値検出手段１３０は、バッテリ１０１Ａ、１０１Ｂの充電電流の検出値のうちの、最大値である５Ａの検出値を制御手段１４０に供給する。【０１０２】
バッテリ１０１Ａの充電電流の検出値は設定電流値と一致するため、制御手段１４０は、充電器１２０の出力電圧を一定に保ち、定電流で充電を行わせる。【０１０３】
充電が進み、バッテリ１０１Ａの開放電圧が上昇すると、充電電流は低下し始めるが、制御手段１４０が、充電電流の最大値が設定電流値と一致するように、充電器１２０の出力電圧を増加させる。【０１０４】
充電が進むと、バッテリ１０１Ａの充電電流が大きいため、やがてバッテリ１０１Ａの充電状態がバッテリ１０１Ｂに追いつく場合がある。この場合、バッテリ１０１Ａ、１０１Ｂの開放電圧はほぼ一致し、充電電流もほぼ一致する。最大値検出手段１３０は、バッテリ１０１Ａ、１０１Ｂの充電電流の検出値のうち、わずかでも大きいほうを選択して制御手段１４０に出力する。【０１０５】
バッテリ１０１Ａ、１０１Ｂの充電電流の大きさはそれぞれ約５Ａとなって、定電流で充電される。この時、充電器１２０の合計の出力電流の大きさは１０Ａである。【０１０６】
充電器１２０の出力電圧が４．２Ｖに達すると、充電電流値が５Ａを下回り、制御手段１４０は、さらに出力電圧を上げるための指令値を充電器１２０に供給する。しかし、充電器１２０は、制御手段１４０からの指令値を受信しても、４．２Ｖより大きな電圧を出力することはできない。したがって、バッテリ１０１Ａ、１０１Ｂは、４．２Ｖで定電圧充電される。【０１０７】
バッテリ１０１Ｂの充電電流の大きさがバッテリ１０１Ａの充電電流の大きさになる前に、充電器１２０の出力電圧値が４．２Ｖに達した場合は、充電電圧は、それ以上増加せず、バッテリ１０１Ａ、１０１Ｂは、４．２Ｖで定電圧充電される。この場合、バッテリ１０１Ｂの充電電流の大きさは、設定電流値に一度も達することなく、定電圧充電に移行する。【０１０８】
いずれの場合においても、複数のバッテリを充電するのに要する時間は、充電状態の低いバッテリ１０１Ａを充電するのに要する時間とほぼ一致する。したがって、複数のバッテリを充電することで、充電時間が増加することは無い。
【実施例２】
【０１０９】
本発明の第２の実施例として、上述した第２の実施形態の充電制御装置の実施例について説明する。【０１１０】
本実施例の充電制御装置は、図５に示した構成を有しており、各部は以下のように構成されている。【０１１１】
充電器１２０の供給可能な最大電圧値は４．２Ｖである。充電器１２０の電流供給能力は、最大で１０Ａである。【０１１２】
逆流防止手段１２１Ａ、１２１Ｂはいずれも、ＦＥＴで組まれた理想ダイオード回路よりなる。【０１１３】
バッテリ１０１Ａは、容量が１０Ａｈ、許容充電電流が５Ａのリチウムイオン電池よりなり、その内部抵抗は１０ｍΩである。バッテリ１０１Ａの開放電圧は３．５０Ｖである。【０１１４】
バッテリ１０１Ｂは、容量が５Ａｈ、許容充電電流が２．５Ａのリチウムイオン電池よりなり、その内部抵抗は２０ｍΩである。バッテリ１０１Ｂの開放電圧は３．５５Ｖである。【０１１５】
電流検出抵抗素子１０６Ａ、１０６Ｂの抵抗値はいずれも１０ｍΩである。電流検出手段１０５Ａ、１０５Ｂは、電流検出抵抗素子１０６Ａ、１０６Ｂの両端電圧を１００倍し、１Ａあたり１Ｖの電圧を検出する。【０１１６】
最大値検出手段１３０は、図７に示した、ボルテージフォロワ回路よりなる構成を有する。【０１１７】
電流設定部１４２Ａは、バッテリ１０１Ａの許容充電電流値に相当する５Ｖを出力し、電流設定部１４２Ｂはバッテリ１０１Ｂの許容充電電流値に相当する２．５Ｖを出力する。【０１１８】
制御手段１４３は、PID制御回路よりなり、最大値検出手段１３０からの出力値が０Ｖになるように充電器１２０の出力電圧を制御する。【０１１９】
本実施例の充電制御装置では、装置の電源が投入されると、制御手段１４３からの指令値に従い、充電器１２０の出力電圧が徐々に増加する。【０１２０】
充電器１２０の出力電圧がバッテリ１０１Ａの開放電圧３．５０Ｖに達すると、バッテリ１０１Ａに対して充電電流が流れ始める。この時、バッテリ１０１Ｂに対しては、未だ充電電流は流れていない。【０１２１】
充電器１２０の出力電圧がバッテリ１０１Ａの開放電圧３．５０Ｖに達した時点において、電流検出手段１０５Ａ、１０５Ｂはともに充電電流値０に相当する０Ｖを出力する。【０１２２】
エラーアンプ１４１Ａは、電流検出手段１０５Ａの出力値（０Ｖ）から電流設定部１４２Ａの出力値（５Ｖ）を減じた値（−５Ｖ）を出力する。一方、エラーアンプ１４１Ｂは、電流検出手段１０５Ｂの出力値（０Ｖ）から電流設定部１４２Ｂの出力値（２．５Ｖ）を減じた値（−２．５Ｖ）を出力する。【０１２３】
最大値検出手段１３０は、エラーアンプ１４１Ａの出力値（−５Ｖ）とエラーアンプ１４１Ｂの出力値（−２．５Ｖ）を比較し、最大値である−２．５Ｖを選択して制御手段１４３に供給する。【０１２４】
制御手段１４３は、最大値検出手段１３０の出力値が負の値（−２．５Ｖ）であるため、充電器１２０の出力電圧をさらに増大させる。【０１２５】
充電器１２０の出力電圧値がバッテリ１０１Ｂの開放電圧３．５５Ｖに達すると、バッテリ１０１Ｂにも充電電流が流れ始める。この時、電流検出抵抗素子１０６Ａの抵抗値（１０ｍΩ）とバッテリ１０１Ａの電池内部抵抗値（１０ｍΩ）の合計が２０ｍΩであるため、２．５Ａの充電電流がバッテリ１０１Ａに流れている。【０１２６】
充電器１２０の出力電圧値がバッテリ１０１Ｂの開放電圧３．５５Ｖに達した時点において、電流検出手段１０５Ａは充電電流値２．５Ａに相当する２．５Ｖを出力するが、電流検出手段１０５Ｂは充電電流値０に相当する０Ｖを出力する。【０１２７】
エラーアンプ１４１Ａは、電流検出手段１０５Ａの出力値（２．５Ｖ）から電流設定部１４２Ａの出力値（５Ｖ）を減じた値（−２．５Ｖ）を出力する。一方、エラーアンプ１４１Ｂは、電流検出手段１０５Ｂの出力値（０Ｖ）から電流設定部１４２Ｂの出力値（２．５Ｖ）を減じた値（−２．５Ｖ）を出力する。【０１２８】
エラーアンプ１４１Ａ、１４１Ｂの出力値はいずれも−２．５Ｖであるため、最大値検出手段１３０は、エラーアンプ１４１Ａ、１４１Ｂの出力値の一方を選択して制御手段１４３に供給する。【０１２９】
制御手段１４３は、最大値検出手段１３０の出力値が負の値（−２．５Ｖ）であるため、充電器１２０の出力電圧をさらに増大させる。【０１３０】
充電器１２０の出力電圧が３．６０Ｖに達すると、５Ａの充電電流がバッテリ１０１Ａに流れる。この時、電流検出抵抗素子１０６Ｂの抵抗値（１０ｍΩ）とバッテリ１０１Ｂの電池内部抵抗値（２０ｍΩ）の合計が３０ｍΩであるため、約１．７Ａの充電電流がバッテリ１０１Ｂに流れる。充電器１２０の出力電流値は６．７Ａである。【０１３１】
充電器１２０の出力電圧が３．６０Ｖに達した時点において、電流検出手段１０５Ａは充電電流値５Ａに相当する５Ｖを出力するが、電流検出手段１０５Ｂは充電電流値１．７Ａに相当する１．７Ｖを出力する。【０１３２】
エラーアンプ１４１Ａは、電流検出手段１０５Ａの出力値（５Ｖ）から電流設定部１４２Ａの出力値（５Ｖ）を減じた値（０Ｖ）を出力する。一方、エラーアンプ１４１Ｂは、電流検出手段１０５Ｂの出力値（１．７Ｖ）から電流設定部１４２Ｂの出力値（２．５Ｖ）を減じた値（−０．８Ｖ）を出力する。【０１３３】
最大値検出手段１３０は、エラーアンプ１４１Ａの出力値（０Ｖ）とエラーアンプ１４１Ｂの出力値（−０．８Ｖ）を比較し、最大値である０Ｖを選択して制御手段１４３に供給する。【０１３４】
制御手段１４３は、最大値検出手段１３０の出力値が０Ｖであるため、充電器１２０の出力電圧を現在値で維持し、定電流で充電を行わせる。【０１３５】
充電が進み、バッテリ１０１Ａの開放電圧が上昇すると、充電電流は低下し始めるが、制御手段１４３が、充電電流の最大値が設定電流値と一致するように、充電器１２０の出力電圧を増加させる。【０１３６】
充電がさらに進み、バッテリ１０１Ａの開放電圧がさらに上昇すると、バッテリ１０１Ｂの充電電流が、設定値である２．５Ａに到達する場合がある。この時、エラーアンプ１４１Ａとエラーアンプ１４１Ｂの出力電圧はどちらも０Ｖとなる。最大値検出手段１３０は、エラーアンプ１４１Ａ、１４１Ｂの出力値（０Ｖ）の一方を選択して制御手段１４３に出力する。【０１３７】
充電がさらに進むと、バッテリ１０１Ｂの充電電流が設定値の２．５Ａを上回り、最大値検出手段１３０が、エラーアンプ１４１Ｂの出力値を選択して制御手段１４３に出力する。制御手段１４３は、エラーアンプ１４１Ｂの出力値を０Ｖにするように充電器１２０の出力電圧を制御する。この制御において、バッテリ１０１Ａの充電電流は設定値の５Ａを下回る。【０１３８】
充電器１２０の出力電圧が４．２Ｖに達すると、充電電流が設定値を下回り、制御手段１４３は、出力電圧をさらに上げるための指令値を充電器１２０に供給する。しかし、充電器１２０は、制御手段１４３からの指令値を受信しても、４．２Ｖより大きな電圧を出力することはできない。したがって、バッテリ１０１Ａ、１０１Ｂは、４．２Ｖで定電圧充電される。【０１３９】
なお、バッテリ１０１Ｂの充電電流が設定値に達する前に、充電器１２０の出力電圧値が４．２Ｖに達した場合は、充電電圧は、それ以上増加せず、バッテリ１０１Ａ、１０１Ｂは、４．２Ｖで定電圧充電される。この場合、バッテリ１０１Ｂの充電電流の大きさは、設定電流値に一度も達することなく、定電圧充電に移行する。【０１４０】
また、充電途中で、バッテリ１０１Ｂの充電電流が設定値に到達して、最大値検出手段１３０の入力が切り替わった場合における充電時間は、バッテリ１０１Ａ、１０１Ｂをそれぞれ単独で定電流充電および定電圧充電を行った場合の充電時間よりも長いが、単独で充電した場合のバッテリ１０１Ａ、１０１Ｂそれぞれの充電時間の合計よりは短い。【０１４１】
本発明の充電制御装置は、並列に接続された複数のバッテリを含む大容量の電池に適用することができる。このような電池においては、バッテリの容量や特性にばらつきがある場合があるが、本発明の充電制御装置によれば、容量、充電状態の異なる複数のバッテリに対しても、各々のバッテリの充電上限電流を超えることなく、短い充電時間で、一度に充電することができる。【０１４２】
以上、実施形態や実施例を参照して本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態や実施例に限定されるものではない。本発明の構成および動作については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、当業者が理解し得る様々な変更を行うことができる。【０１４３】
この出願は、２０１２年４月２４日に出願された日本出願特願２０１２−９８６４５を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【図１】
2013161512.tif 000003
【図２】
2013161512.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2013161512.tif 000008
【図７】
2013161512.tif 000009
【国際調査報告】
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