(57)【要約】【課題】リチウムイオン２次電池用充電器の急速充電方法で高精度の充電終了電流を検出する回路を提供する。【解決手段】高精度電流検出回路として2次電池に流れる充電電流に応じてインピーダンスが可変する回路を設け、充電器が定電流充電で動作する時は低インピーダンスに可変し、高効率に動作させ、電圧検出回路で検出抵抗の両端で発生する電圧が一定で動作し、充電電流が徐々に低下する時は、高精度電流検出回路のインピーダンスを増加させることで、充電電流検出回路の電圧降下を充電電流検出抵抗のみの電圧降下に対して大きくする。充電電流検出回路の電圧降下に対する部品のバラツキ等の誤差電圧による相対誤差は、充電電流検出抵抗のみにおける電圧降下に対する部品のバラツキ等の誤差電圧による相対誤差に比べて小さく、部品のバラツキ等に強い高精度の充電終了電流が検出できる。【選択図】図１
2006121797.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
2次電池を装着し、出力制御手段によって所定電圧以下の充電を定電流で行い、前記所定電圧を超える充電を定電圧で行うように制御し、
スイッチング手段により2次電池への充電電流を所定周期で遮断するとともに、
充電制御手段により前記スイッチング手段の作動を制御して充電の制御を行う充電制御手段を有する充電装置において、
2次側電池の電流を検出する検出回路を設け、
前記充電制御手段は、
前記電流検出手段の出力として検出された、電流よりも小さくなるように設定した基準値と比較する手段を有し、
前記比較手段の比較結果によって、感度を変える機能を持つ検出回路を持つことを特徴とする充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン電池等の２次電池の充電に好適な充電方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、リチウムイオン電池等の２次電池を急速充電する場合に、スイッチング電源を用いた降圧コンバータが、アダプタなどからの入力電源電圧を所望の電圧に変換する手段として多用されている。図６に示す充電器は、従来の充電器（例えば特許文献１）を示すものである。従来の充電器は充電終了の検出が容易で検出精度が高いことが特徴である。
【０００３】
以下に図６を用いて従来の充電器の動作を説明する。
【０００４】
図６において、１はAC電源でありそのAC入力は入力フィルタ2を介して整流・平滑回路3に供給される。3で整流、平滑された後、トランス4の１次側に供給され、パワーMOSFET5によってスイッチングされる。パワーMOSFET5はそのゲートにPWM(Pulse Wi-dth Modulation)制御回路6から印加されて駆動し、スイッチング動作を行う。これにより、トランス4の2次側出力が制御される。トランス4は、1次側をパワーMOSFET5によってスイッチングされることにより、2次側の所定の出力電圧を発生し、その2次側出力は整流・平滑回路7に供給され、直流に整流、平滑された後、スイッチ部8を介して2次電池9に供給される。2次電池9の負極側には充電電流検出抵抗10が介挿されており、この点の電位は出力電流信号として出力制御回路11に入力される。また、スイッチ部8の出力側（すなわち、図中のA）の電圧(以下、A電圧)は出力電圧信号として出力制御回路11および電池電圧検出回路12に入力される。電池電圧検出回路12は2次電池9の正極側の電位を検出して充電終了の判断を行い、充電制御回路13を制御する。充電制御回路13による充電状態の制御は表示部14に表示される。出力制御回路11は主にエラーアンプなどによって構成され、整流、平滑された2次側出力電圧および出力電流を基準値と比較し、そのエラー出力はフォトカプラ回路15を経由してPWM制御回路6に出力される。これにより、整流、平滑された2次側出力情報がトランス4の1次側にフィードバックされてPWM制御され、充電器が定電流充電で動作するシステムと充電電流検出抵抗10の両端で発生する電圧が一定で動作するシステムが得られる。
【特許文献１】特許第３４３０２６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、充電器は充電状態を検出する際、2次電池9の負極側に介挿された充電電流検出抵抗10は、充電器が定電流充電で動作しているときの効率を良くするために低抵抗の抵抗を用いて充電電流を検出する場合が多かった。この場合、充電電流検出抵抗10の両端で発生する電圧が一定で動作するとき、充電電流検出抵抗10に流れる電流が小さくなり、検出される電圧は部品のバラツキ等の影響を受け、高精度に電流を検出することが困難となる。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、簡単な検出回路で充電終了電流を精度よく検出し、好適な２次電池の充電器の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
AC電源からのAC入力は入力フィルタを介して整流・平滑回路に供給される。整流、平滑された後、トランスの１次側に供給され、パワーMOSFETによってスイッチングされる。パワーMOSFETはそのゲートにPWM(Pulse Wi-dth Modulation)制御回路から印加されて駆動し、スイッチング動作を行う。これにより、トランス4の2次側出力が制御される。トランスは、1次側をパワーMOSFETによってスイッチングされることにより、2次側の所定の出力電圧を発生し、その2次側出力は整流・平滑回路に供給され、直流に整流、平滑された後、スイッチ部を介して2次電池に供給される。2次電池の負極側には高精度充電電流検出回路が介挿されており、この点の電位は出力電流信号として出力制御回路に入力される。また、スイッチ部の出力側の電圧は出力電圧信号として出力制御回路および電池電圧検出回路に入力される。電池電圧検出回路は2次電池の正極側の電位を検出して充電終了の判断を行い、充電制御回路を制御する。充電制御回路による充電状態の制御は表示部に表示される。出力制御回路は主にエラーアンプなどによって構成され、整流、平滑された2次側出力電圧および出力電流を基準値と比較し、そのエラー出力はフォトカプラ回路を経由してPWM制御回路に出力される。これにより、整流、平滑された2次側出力情報がトランス4の1次側にフィードバックされてPWM制御され、2次電池を充電する際、充電器が定電流充電で動作するシステムと定電圧充電で動作するシステムが得られる。高精度充電電流検出回路として2次電池に流れる充電電流に応じてインピーダンスが可変する回路を設け、充電器が定電流充電で動作する時は低インピーダンスに可変し、高精度充電電流検出回路の両端で発生する電圧が一定で動作し、かつ充電電流が徐々に低下する時は、高精度充電電流検出回路のインピーダンスを増加させることで、充電電流検出回路の電圧降下を充電電流検出抵抗のみの電圧降下に対して大きくする。
【発明の効果】
【０００８】
この構成によれば、充電器が定電流充電で動作しているときは、充電電流検出回路のインピーダンスは小さいので、充電電流検出抵抗と同等の効率が得られる。電圧検出回路で検出抵抗の両端で発生する電圧が一定で動作するとき、充電電流検出回路のインピーダンスを増加させることにより充電電圧検出回路の電圧降下に対する部品のバラツキ等による誤差電圧による相対誤差は、充電電流検出抵抗のみにおける電圧降下に対する部品のバラツキ等による誤差電圧による相対誤差に比べて小さく、部品のバラツキ等に強い高精度の充電終了電流が検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１０】
（実施の形態１）
図１において、１はAC電源でありそのAC入力は入力フィルタ2を介して整流・平滑回路3に供給される。3で整流、平滑された後、トランス4の１次側に供給され、パワーMOSFET5によってスイッチングされる。パワーMOSFET5はそのゲートにPWM(Pulse Wi-dth Modulation)制御回路6から印加されて駆動し、スイッチング動作を行う。これにより、トランス4の2次側出力が制御される。トランス4は、1次側をパワーMOSFET5によってスイッチングされることにより、2次側の所定の出力電圧を発生し、その2次側出力は整流・平滑回路7に供給され、直流に整流、平滑された後、スイッチ部8を介して2次電池9に供給される。2次電池9の負極側には高精度充電電流検出回路16が介挿されており、この点の電位は出力電流信号として出力制御回路11に入力される。また、スイッチ部8の出力側の電圧は出力電圧信号として出力制御回路11および電池電圧検出回路12に入力される。電池電圧検出回路12は2次電池9の正極側の電位を検出して充電終了の判断を行い、充電制御回路13を制御する。充電制御回路13による充電状態の制御は表示部14に表示される。出力制御回路11は主にエラーアンプなどによって構成され、整流、平滑された2次側出力電圧および出力電流を基準値と比較し、そのエラー出力をフォトカプラ回路15を経由してPWM制御回路6に出力される。これにより、整流、平滑された2次側出力情報がトランス4の1次側にフィードバックされてPWM制御され、2次電池を充電する際、充電器が定電流充電で動作するシステムと高精度充電電流検出回路16の両端で発生する電圧が一定で動作するシステムが得られる。
【００１１】
2次側出力電圧および出力電流を基準値と比較する際、充電器が定電流充電で動作しているとき、高精度電流検出回路16は低インピーダンスに制御され、高効率に電流を検出する。電圧検出回路で検出抵抗の両端で発生する電圧が一定で動作するとき、2次電池の充電電流の減少に伴い、高精度電流検出回路16のインピーダンスは増加する。高精度電流検出回路16に流れる充電電流による電圧降下は、充電電流検出抵抗10に流れる充電電流による電圧降下に比べて大きくなり、2次電池の充電電流が小さい場合において、出力制御電圧11に入力される信号は大きい出力電流信号が入力される。
【００１２】
図２は、本実施の形態の特徴部分である、高精度電流検出回路である。2次側出力電圧および出力電流を基準値と比較する際、充電器が定電流充電で動作しているとき、抵抗値の小さい充電電流検出抵抗10により、高効率に電流を検出される。充電器が定電圧充電で動作しているとき、電圧検出回路17は充電器が定電圧充電で動作していると判断し、その情報が抵抗選択回路18に入力される。抵抗選択回路18により、スイッチ部19をオフに制御し、充電電流検出抵抗10を通って、充電電流検出抵抗10と直列に接続された充電電流検出抵抗10の抵抗値の10倍程度の抵抗値を有する充電電流検出抵抗20にも充電電流が流れる。充電電圧電流検出抵抗10のみの電圧降下に比べて、充電電圧電流検出抵抗10と充電電圧電流検出抵抗20の電圧降下は大きいので、2次電池の充電電流が小さい場合、充電器が定電圧充電で動作しているときにおいても、出力制御電圧11に入力される信号は充電電流検出抵抗10のみの出力電流信号に比べて大きい出力電流信号が出力制御電圧11に入力される。
【００１３】
充電電流検出抵抗10のみを用いた検出特性と図２の高精度電流検出回路を用いた検出特性を比較すると、充電器が定電圧充電で動作しているときの充電電流をI、充電電流検出抵抗10の抵抗値をR、バラツキ等による誤差電圧をΔV、充電電流検出抵抗20の抵抗値を9Rとする。充電電流検出抵抗10のみを用いて充電電流を検出した場合の相対誤差は
ΔV/(I・R)
となる。高精度電流検出回路を用いて充電電流を検出した場合、充電電流が流れる抵抗の抵抗値はR+9R=10Rとなる。その場合の相対誤差は
ΔV/(I・10R)
となる。これは、充電電流検出抵抗10のみを用いて充電電流を検出した場合に比べて相対誤差が1/10になり、したがって充電電流の検出精度が10倍となる。図２の充電電流検出回路を用いることで、例えば図４のような充電器が定電圧充電で動作している領域で、充電電流が徐々に低下した場合においても高精度の充電電流が検出可能となる。また、図１のような充電装置に図２の充電電流検出回路を用いることで、高精度の充電終了電流を検出可能となる。
【００１４】
また、図２は図３のように抵抗を並列に接続することでも同様の効果が得られる。この場合、2次側出力電圧および出力電流を基準値と比較する際、充電器が定電流充電で動作しているとき、抵抗値の小さい充電電流検出抵抗10により、高効率に電流を検出される。充電器が定電圧充電で動作しているとき、電圧検出回路17は充電器が定電圧充電で動作していると判断し、その情報が抵抗選択回路18に入力される。抵抗選択回路18により、スイッチ部19をオフに制御し、充電電流検出抵抗10を通って、充電電流検出抵抗10と並列に接続された充電電流検出抵抗10の抵抗値の10倍程度の抵抗値を有する充電電流検出抵抗20にも充電電流が流れる。充電電圧電流検出抵抗10のみの電圧降下に比べて、充電電圧電流検出抵抗10と充電電圧電流検出抵抗20の電圧降下は大きいので、2次電池の充電電流が小さい場合、充電器が定電圧充電で動作しているときにおいても、出力制御電圧11に入力される信号は充電電流検出抵抗10のみの出力電流信号に比べて大きい出力電流信号が出力制御電圧11に入力される。
【００１５】
（実施の形態２）
図５のようなAC電源1と2次電池9が非絶縁された充電装置においても、高精度充電電流検出回路16を用いることで、高精度の充電終了電流が検出可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
本発明は、リチウムイオン電池等の２次電池の充電に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１における電流検出回路を用いた充電回路ブロック構成図
【図２】本発明の実施の形態１における電流検出回路の構成例1を示す図
【図３】本発明の実施の形態１における電流検出回路の構成例2を示す図
【図４】本発明の実施の形態１における充電状態の過渡特性図
【図５】本発明の実施の形態２における電流検出回路を用いた充電回路ブロック構成図
【図６】従来の電流検出回路を用いた充電回路ブロック構成図
【符号の説明】
【００１８】
１  AC電源
２  入力フィルタ
３  整流・平滑回路
４  トランス
５  パワーMOSFET
６  PWM制御回路
７  整流・平滑回路
８  スイッチ部
９  2次電池
１０  充電電流検出抵抗
１１  出力制御回路
１２  電圧検出回路
１３  充電制御回路
１４  表示部
１５  フォトカプラ回路
１６  高精度充電電流検出回路
１７  電圧検出回路
１８  抵抗選択回路
１９  スイッチ部
２０  充電電流検出抵抗
【図１】
2006121797.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2006121797.tif 000007
【図６】
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