(57)【要約】【課題】電池パック側で二次電池の満充電を判定して充電電流を遮断するようにした電池パックを充電する充電装置において、電池パック側で充電電流が遮断された際に、過度に出力電圧が上昇するおそれを低減することができる充電装置、及び充電システムを提供する。【解決手段】充電電圧を出力する電源部１１と、充電電流が設定電流値となるように、電源部１１の充電電圧を制御して定電流充電を実行する電流制御部１４と、電圧検出部１３で検出される電圧値信号Ｖｓｅｎを設定電圧値Ｖｍだけ増大させると共に遅延時間ｄだけ遅延させることにより、制限電圧値Ｖｒｖを生成する制限電圧値設定部１６と、電源部１１の充電電圧を、制限電圧値Ｖｒｖにより制限するコンパレータ１５とを備えた。【選択図】図１
2011067041.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池を含む電池パックに接続するための接続端子と、
前記二次電池を充電するための充電電圧を、前記接続端子を介して前記電池パックへ出力する電源部と、
前記電源部から前記接続端子を介して前記二次電池へ流れる電流値を検出する電流検出部と、
前記充電電圧の値を充電電圧値として検出する電圧検出部と、
前記電流検出部によって検出される電流値が予め設定された設定電流値となるように、前記電源部により出力される充電電圧を制御して定電流充電を実行する電流制御部と、
前記電圧検出部によって検出される充電電圧値を、予め設定された設定電圧値だけ増大させると共に予め設定された遅延時間だけ遅延させることにより、前記充電電圧を制限すべき制限電圧を示す制限電圧値を生成する制限電圧値設定部と、
前記電流制御部による定電流充電における充電電圧を、前記制限電圧値設定部によって生成された制限電圧値により制限する電圧制限部と
を備えることを特徴とする充電装置。
【請求項２】
前記電圧検出部によって検出される充電電圧値が、前記制限電圧値設定部によって生成される制限電圧値を超えるとき、前記電源部による充電電圧の出力を停止させる停止制御部をさらに備えること
を特徴とする請求項１記載の充電装置。
【請求項３】
前記電圧検出部によって検出される充電電圧値が前記制限電圧値設定部によって生成される制限電圧値を超え、かつ前記電流検出部によって検出される電流値が前記設定電流値に満たない場合、前記電源部による充電電圧の出力を停止させる停止制御部をさらに備えること
を特徴とする請求項１記載の充電装置。
【請求項４】
前記設定電圧値は、
前記二次電池が、ＳＯＣが０％の状態で前記設定電流値の電流による定電流充電で前記遅延時間の間充電された場合における当該二次電池の端子電圧の上昇値よりも、大きな値に設定されていること
を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の充電装置。
【請求項５】
前記遅延時間は、
前記電流制御部が、前記電流検出部によって検出される電流値を増大させるべく、前記電源部によって前記充電電圧を前記設定電圧値で表される設定電圧だけ上昇させるのにかかる応答時間よりも長い時間に設定されていること
を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の充電装置。
【請求項６】
前記制限電圧値設定部は、
前記電圧検出部によって検出される充電電圧値と、前記設定電圧値とを加算する加算部と、
前記加算部により加算された加算値を、予め設定された時定数に基づき前記遅延時間遅延させて、前記制限電圧値として前記電圧制限部へ出力する遅延部とを備えること
を特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の充電装置。
【請求項７】
前記電流制御部は、
前記電流検出部によって検出される電流値が前記設定電流値を超えるとき、前記電源部へ、前記充電電圧を低下させる旨の要求信号を出力し、前記電流検出部によって検出される電流値が前記設定電流値に満たないとき、前記電源部へ、前記充電電圧を上昇させる旨の要求信号を出力することで、前記電源部による出力電流値を前記設定電流値に制御し、
前記電圧制限部は、
前記電圧検出部によって検出される充電電圧値が前記制限電圧値を超えるとき、前記電源部へ、前記充電電圧を低下させる旨の要求信号を出力するものであり、
前記電流制御部からの前記充電電圧を低下させる旨の要求信号と、前記電圧制御部からの前記充電電圧を低下させる旨の要求信号とを論理和することで、前記電流制御部及び前記電圧制限部のうちいずれか一方から前記充電電圧を低下させる旨の要求信号が出力された場合、前記電源部へ、前記充電電圧を低下させる旨の制御信号を出力し、前記電流制御部及び前記電圧制限部のいずれからも、前記充電電圧を低下させる旨の要求信号が出力されない場合、前記電源部へ、前記充電電圧を上昇させる旨の制御信号を出力する論理和回路をさらに備えること
を特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の充電装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の充電装置と、
前記電池パックとを備え、
前記電池パックは、
前記接続端子と接続されるパック側接続端子と、
前記パック側接続端子と前記二次電池との間の接続を開閉するスイッチング素子と、
前記二次電池が満充電になったか否かを判定し、当該二次電池が満充電になった場合、前記スイッチング素子をオフさせる満充電判定部と
を備えることを特徴とする充電システム。
【請求項９】
前記電池パックを複数備えると共に当該各電池パックに接続するための複数の接続端子を備え、
前記電源部と前記複数の接続端子との接続を切り替える切替スイッチをさらに備えること
を特徴とする請求項８記載の充電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池を含んだ電池パックを充電する充電装置、及び充電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池を用いた電池パックを充電する充電装置は、一般に、ＣＣＣＶ（Constant Current Constant Voltage）充電方式による充電を行うようになっている。ＣＣＣＶ充電方式では、まず定電流充電で充電を開始し、二次電池の端子電圧が、予め二次電池の満充電電圧に設定された設定電圧に到達すると定電圧充電に移行し、電流が垂下したことにより満充電を検出して充電出力を停止する。
【０００３】
また、ＣＣＣＶ充電を行う際に、定電流充電から定電圧充電への移行を判定するための設定電圧を、電圧出力部から電池パックまでの配線抵抗や接続端子の接触抵抗等により生じる回路の電圧降下分を満充電電圧に加算した電圧値とすることで、二次電池本来の満充電電圧まで定電流充電を実行して充電時間を短縮する方法も考案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１９５２２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、電池パックには様々な用途があり、それぞれ必要な電圧も異なる場合が多く、それぞれに必要な満充電電圧を持つ種々の電池パックが必要となる。一方、上述の従来用いられている充電装置は、二次電池の端子電圧が、予め設定された満充電電圧あるいは満充電電圧に回路の電圧降下分を加算した値になるまで、定電流充電を実行するものであるから、電池パックの満充電電圧に応じた充電装置を用いる必要があった。
【０００６】
充電装置に設定されている満充電電圧と電池パックの満充電電圧とが異なると、二次電池が過充電されて劣化や安全性の低下を招いたり、二次電池を満充電になるまで充電できなかったりするからである。
【０００７】
そのため、複数の満充電電圧が異なる電池パックを所有している場合、それぞれの電池パックを充電できる複数台の充電装置が必要となり、広い設置スペースが必要となったり、ユーザの費用負担が増大したりするという不都合がある。そのため、市場において、満充電電圧の差異にかかわらず、種々の電池パックを充電できる充電装置のニーズがある。
【０００８】
そこで、電池パック側に充電電流を遮断するスイッチング素子を備えて、電池パック側で二次電池の満充電を判定して充電電流を遮断するようにすれば、１台の充電装置で、満充電電圧の異なる種々の電池パックを充電することが可能になると考えられる。
【０００９】
しかしながら、一定の充電電流を供給する定電流充電の実行中に、電池パック側で充電電流を遮断すると、充電装置は一定の充電電流を維持しようとして急激に出力電圧を上昇させ、充電装置が出力可能な最大電圧まで出力電圧を上昇させてしまう。そのため、電池パックの満充電電圧にかかわらず、電池パック側に設けられるスイッチング素子の耐圧を、充電装置の最大出力電圧以上にする必要が生じる。そして、耐圧の大きいスイッチング素子は、耐圧の小さいスイッチング素子よりサイズが大きく、コストも高いため、電池パックの大型化やコストの増大を招くという、不都合があった。
【００１０】
本発明の目的は、電池パック側で二次電池の満充電を判定して充電電流を遮断するようにした電池パックを充電する充電装置において、電池パック側で充電電流が遮断された際に、過度に出力電圧が上昇するおそれを低減することができる充電装置、及び充電システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る充電装置は、二次電池を含む電池パックに接続するための接続端子と、前記二次電池を充電するための充電電圧を、前記接続端子を介して前記電池パックへ出力する電源部と、前記電源部から前記接続端子を介して前記二次電池へ流れる電流値を検出する電流検出部と、前記充電電圧の値を充電電圧値として検出する電圧検出部と、前記電流検出部によって検出される電流値が予め設定された設定電流値となるように、前記電源部により出力される充電電圧を制御して定電流充電を実行する電流制御部と、前記電圧検出部によって検出される充電電圧値を、予め設定された設定電圧値だけ増大させると共に予め設定された遅延時間だけ遅延させることにより、前記充電電圧を制限すべき制限電圧を示す制限電圧値を生成する制限電圧値設定部と、前記電流制御部による定電流充電における充電電圧を、前記制限電圧値設定部によって生成された制限電圧値により制限する電圧制限部とを備える。
【００１２】
この構成によれば、電池パック側で二次電池の満充電を判定して充電電流を遮断するようにした電池パックを充電する際に、電流制御部によって、電源部から二次電池へ供給される電流値が設定電流値となるように、充電電圧が制御されて、定電流充電が実行される。そうすると、二次電池の充電が進むにつれて、充電電圧が徐々に上昇する。そして、電圧検出部によって検出される充電電圧値が、制限電圧値設定部によって、予め設定された設定電圧値だけ増大されると共に予め設定された遅延時間だけ遅延されて、充電電圧を制限すべき制限電圧を示す制限電圧値が、逐次生成される。
【００１３】
ここで、二次電池が満充電になって電池パック側で充電電流が遮断されると、電流制御部は、設定電流値の充電電流を維持するべく充電電圧を上昇させる。しかしながら、その充電電圧は、電圧制限部によって、制限電圧値により制限される。そして、制限電圧値は、充電電圧値が、設定電圧値だけ増大されると共に予め設定された遅延時間だけ遅延されて得られた値である。従って、充電電圧は、当該遅延時間が経過する前、すなわち充電電流が遮断されたことによる充電電圧の上昇が生じる前の電圧に、設定電圧値だけ加算された電圧値によって、制限されることとなるから、充電電圧が過度に上昇することがない。従って、電池パック側で二次電池の満充電を判定して充電電流を遮断するようにした電池パックを充電する場合に、電池パック側で充電電流が遮断された際に、過度に充電電圧が上昇するおそれを低減することができる。
【００１４】
また、前記電圧検出部によって検出される充電電圧値が、前記制限電圧値設定部によって生成される制限電圧値を超えるとき、前記電源部による充電電圧の出力を停止させる停止制御部をさらに備えることが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、充電電圧値が、制限電圧値設定部によって生成される制限電圧値を超えたときは、二次電池が満充電になって電池パック側で充電電流が遮断されたために、電流制御部が、設定電流値の充電電流を維持するべく充電電圧を上昇させたものと考えられる。そこで、停止制御部が、充電電圧値が、制限電圧値設定部によって生成される制限電圧値を超えたとき、電源部による充電電圧の出力を停止させることで、二次電池が満充電になったときに、充電を終了させることができる。
【００１６】
また、前記電圧検出部によって検出される充電電圧値が前記制限電圧値設定部によって生成される制限電圧値を超え、かつ前記電流検出部によって検出される電流値が前記設定電流値に満たない場合、前記電源部による充電電圧の出力を停止させる停止制御部をさらに備えるようにしてもよい。
【００１７】
上述したように、充電電圧値が、制限電圧値を超えたときは、基本的には、二次電池が満充電になって電池パック側で充電電流が遮断されたものと考えられる。しかしながら、ノイズによって、充電電圧値が制限電圧値を超えるおそれもある。一方、電池パック側で充電電流が遮断されたときは、電流検出部によって検出される電流値が設定電流値を下回ることになる。そこで、停止制御部は、電圧検出部によって検出される充電電圧値が制限電圧値設定部によって生成される制限電圧値を超え、かつ電流検出部によって検出される電流値が設定電流値に満たない場合、電源部による充電電圧の出力を停止させることで、ノイズの影響を低減することができる。
【００１８】
また、前記設定電圧値は、前記二次電池が、ＳＯＣが０％の状態で前記設定電流値の電流による定電流充電で前記遅延時間の間充電された場合における当該二次電池の端子電圧の上昇値よりも、大きな値に設定されていることが好ましい。
【００１９】
二次電池が定電流充電されたときの単位時間あたりの充電電圧の上昇量は、ＳＯＣが０％の状態のときが、最も大きい。従って、二次電池のＳＯＣが０％の状態で設定電流値の電流による定電流充電で前記遅延時間の間充電された場合における当該二次電池の端子電圧の上昇値よりも、設定電圧値を大きな値に設定すれば、二次電池が定電流充電されることで上昇した充電電圧が、制限電圧を超えることがない。
【００２０】
これにより、電池パック側で充電電流が遮断されておらず、従って定電流充電を実行可能な状態であるにもかかわらず、二次電池が定電流充電されることで上昇した充電電圧が制限電圧を超えてしまい、充電電圧が制限電圧に制限されて充電電流が減少してしまうおそれが低減される。
【００２１】
また、前記遅延時間は、前記電流制御部が、前記電流検出部によって検出される電流値を増大させるべく、前記電源部によって前記充電電圧を前記設定電圧で表される設定電圧だけ上昇させるのにかかる応答時間よりも長い時間に設定されていることが好ましい。
【００２２】
もし仮に、前記遅延時間が、前記応答時間よりも短いと、電池パック側で充電電流が遮断されて電流制御部により充電電圧が上昇され、前記設定電圧だけ上昇したときには、充電電流が遮断されたときから前記遅延時間より長い時間が経過していることになる。そうすると、制限電圧値は、電池パック側で充電電流が遮断された後の充電電圧値に設定電圧値が加算された値となる。この場合、充電電流が遮断された後の充電電圧値は、すでに電流制御部の電流フィードバックにより上昇が開始され、充電電流遮断前の電圧より高くなっている。この場合、制限電圧が、充電電流が遮断されたことによる充電電圧の上昇が生じる前の電圧に、設定電圧値だけ加算された電圧値よりも高くなるので、充電電圧の過度の上昇を抑制できる確実性が低下する。
【００２３】
しかしながらこの構成によれば、前記遅延時間が、前記応答時間よりも長いので、制限電圧値は、充電電流が遮断されたことによる充電電圧の上昇が生じる前の電圧に、設定電圧値だけ加算された電圧値となり、この制限電圧値によって充電電圧が制限されるから、充電電圧の過度の上昇を抑制できる確実性が増大する。
【００２４】
また、前記制限電圧値設定部は、前記電圧検出部によって検出される充電電圧値と、前記設定電圧値とを加算する加算部と、前記加算部により加算された加算値を、予め設定された時定数に基づき前記遅延時間遅延させて、前記制限電圧値として前記電圧制限部へ出力する遅延部とを備えることが好ましい。
【００２５】
この構成によれば、加算部によって、充電電圧値と設定電圧値とが加算され、遅延部によって、当該加算された加算値が、予め設定された時定数に基づき前記遅延時間遅延されて、制限電圧値として電圧制限部へ出力される。
【００２６】
また、前記電流制御部は、前記電流検出部によって検出される電流値が前記設定電流値を超えるとき、前記電源部へ、前記充電電圧を低下させる旨の要求信号を出力し、前記電流検出部によって検出される電流値が前記設定電流値に満たないとき、前記電源部へ、前記充電電圧を上昇させる旨の要求信号を出力することで、前記電源部による出力電流値を前記設定電流値に制御し、前記電圧制限部は、前記電圧検出部によって検出される充電電圧値が前記制限電圧値を超えるとき、前記電源部へ、前記充電電圧を低下させる旨の要求信号を出力するものであり、前記電流制御部からの前記充電電圧を低下させる旨の要求信号と、前記電圧制御部からの前記充電電圧を低下させる旨の要求信号とを論理和することで、前記電流制御部及び前記電圧制限部のうちいずれか一方から前記充電電圧を低下させる旨の要求信号が出力された場合、前記電源部へ、前記充電電圧を低下させる旨の制御信号を出力し、前記電流制御部及び前記電圧制限部のいずれからも、前記充電電圧を低下させる旨の要求信号が出力されない場合、前記電源部へ、前記充電電圧を上昇させる旨の制御信号を出力する論理和回路をさらに備えることが好ましい。
【００２７】
この構成によれば、電流制御部は、電流検出部によって検出される電流値が設定電流値を超えるとき、電源部へ、充電電圧を低下させる旨の要求信号を出力し、電流検出部によって検出される電流値が前記設定電流値に満たないとき、電源部へ、充電電圧を上昇させる旨の要求信号を出力するので、電流検出部によって検出される電流値がフィードバックされて、電源部による出力電流値が設定電流値に制御される。
【００２８】
そして、電圧制限部は、電圧検出部によって検出される充電電圧値が制限電圧値を超えるとき、電源部へ、充電電圧を低下させる旨の要求信号を出力するので、制限電圧値によって、充電電圧値が制限される。また、論理和回路によって、電流制御部からの充電電圧を低下させる旨の要求信号と、電圧制御部からの充電電圧を低下させる旨の要求信号とが論理和されて、電流制御部及び電圧制限部のうちいずれか一方から充電電圧を低下させる旨の要求信号が出力された場合、電源部へ、充電電圧を低下させる旨の制御信号が出力される。
【００２９】
これにより、電池パック側で充電電流が遮断され、設定電流値の充電電流を維持するために電流制御部によって、充電電圧を上昇させる旨の要求信号が出力されている場合であっても、充電電圧値が制限電圧値を超えて、電圧制限部から充電電圧を低下させる旨の要求信号が出力された場合には、単純な論理和演算によって、電圧制限部からの要求信号が優先されて、電源部へ、充電電圧を低下させる旨の制御信号が出力され、充電電圧が制限される。
【００３０】
この場合、充電電圧を上昇させる制御信号から、充電電圧を低下させる制御信号への切替が、単純な論理和演算によって行われるので、充電電圧値が制限電圧値を超えて電圧制限部から充電電圧を低下させる旨の要求信号が出力された場合には、制御信号の切替に要する遅延時間が短縮される結果、充電電圧を、速やかに制限することが容易となる。
【００３１】
また、本発明にかかる充電システムは、上述の充電装置と、前記電池パックとを備え、前記電池パックは、前記接続端子と接続されるパック側接続端子と、前記パック側接続端子と前記二次電池との間の接続を開閉するスイッチング素子と、前記二次電池が満充電になったか否かを判定し、当該二次電池が満充電になった場合、前記スイッチング素子をオフさせる満充電判定部とを備える。
【００３２】
この構成によれば、二次電池が満充電になると、電池パック側の満充電判定部によって、二次電池が満充電になったと判定されて、スイッチング素子がオフされ、充電電流が遮断される。このとき、上述の充電装置によって、過度に充電電圧が上昇するおそれが低減される。
【００３３】
また、前記電池パックを複数備えると共に当該各電池パックに接続するための複数の接続端子を備え、前記電源部と前記複数の接続端子との接続を切り替える切替スイッチをさらに備えることが好ましい。
【００３４】
この構成によれば、各電池パックの満充電電圧が互いに異なっていた場合であっても、切替スイッチを切り替えることで、各電池パックを充電することが可能となる。
【発明の効果】
【００３５】
このような構成の充電装置、及び充電システムは、電池パック側で充電電流が遮断された際に、過度に充電電圧が上昇するおそれを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態に係る充電装置を用いた充電システムの構成の一例を示すブロック図である。
【図２】図１に示す充電システムの動作の一例を説明するための説明図である。
【図３】図１に示す充電システムの変形例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。図１は、本発明の一実施形態に係る充電装置を用いた充電システムの構成の一例を示すブロック図である。
【００３８】
図１に示す充電システム１は、充電装置１０と電池パック２０とが接続されて、構成されている。充電装置１０は、接続端子１０１，１０２，１０３、１０４、電源部１１、電流検出部１２、電圧検出部１３、電流制御部１４、コンパレータ１５（電圧制限部）、制限電圧値設定部１６、コンパレータ１７（停止制御部）、及び論理和回路１８を備えている。
【００３９】
電流制御部１４は、コンパレータ１４１と、電流設定用基準電圧源１４２とから構成されている。制限電圧値設定部１６は、オペアンプ１６１、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４、キャパシタＣ１、及び設定電圧源１６２から構成されている。論理和回路１８は、ダイオードＤ１，Ｄ２、及びプルダウン抵抗Ｒ５から構成されている。そして、例えば商用電源ＡＣが、接続端子１０３，１０４を介して電源部１１に接続されている。
【００４０】
電池パック２０は、二次電池２１、スイッチング素子２２、満充電判定部２３、及びパック側接続端子２０１，２０２を備えている。そして、パック側接続端子２０１，２０２間に、スイッチング素子２２と二次電池２１との直列回路が接続されている。
【００４１】
スイッチング素子２２は、例えばＦＥＴ（Field Effect Transistor）やリレースイッチ等のスイッチング素子である。二次電池２１としては、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池等、種々の二次電池が用いられる。二次電池２１は、１セルで構成されていてもよく、複数のセルが直列、並列、あるいは並列と直列とが組み合わされて構成された組電池であってもよい。
【００４２】
満充電判定部２３は、二次電池２１が満充電になったか否かを判定し、二次電池２１が満充電になった場合、スイッチング素子２２をオフして二次電池２１の充電電流を遮断する。満充電判定部２３は、例えば二次電池２１の端子電圧を検出し、当該端子電圧が、二次電池２１が満充電になったときの電圧として予め設定された満充電電圧以上になったとき、二次電池２１が満充電になったと判定する。
【００４３】
あるいは、満充電判定部２３は、例えば二次電池２１に流れる充放電電流値を積算することで二次電池２１の蓄電電荷量を計算し、当該蓄電電荷量が二次電池２１の満充電容量以上になったとき、二次電池２１が満充電になったと判定してもよく、その他の方法によって満充電の判定を行うものであってもよい。
【００４４】
そして、充電装置１０に電池パック２０が取り付けられると、接続端子１０１とパック側接続端子２０１、接続端子１０２とパック側接続端子２０２が、それぞれ接続されるようになっている。接続端子１０２は、充電装置１０において回路グラウンドと接続されている。
【００４５】
電源部１１は、例えばスイッチング電源回路等を用いて構成されている。そして、電源部１１は、例えば接続端子１０３，１０４を介して商用電源ＡＣから供給された交流電圧を、直流電圧に変換して二次電池２１の充電電圧Ｖｏｕｔを生成する。そして、電源部１１は、電流検出部１２、接続端子１０１、パック側接続端子２０１、及びスイッチング素子２２を介して、二次電池２１へ、充電電圧Ｖｏｕｔを供給する。
【００４６】
電源部１１は、論理和回路１８から出力される制御信号ＯＰに応じて、充電電圧Ｖｏｕｔを変化させる。また、電源部１１は、コンパレータ１７から出力される充電停止信号ＳＴＯＰに応じて、二次電池２１の充電を停止し、充電電圧Ｖｏｕｔをゼロにする。
【００４７】
論理和回路１８は、ダイオードＤ１のアノードがコンパレータ１５の出力端子に接続され、ダイオードＤ２のアノードがコンパレータ１４１の出力端子に接続されている。そして、ダイオードＤ１，Ｄ２のカソード同士が接続され、さらに抵抗Ｒ５でプルダウンされて、電源部１１に接続されている。
【００４８】
これにより、コンパレータ１５から出力される要求信号Ｖｏｐと、コンパレータ１４１から出力される要求信号Ｉｏｐとが論理和されて、制御信号ＯＰとして電源部１１へ出力される。
【００４９】
電流検出部１２は、例えばシャント抵抗や電流変成器等を用いて構成されており、電源部１１から接続端子１０１を介して二次電池２１へ流れる出力電流Ｉｏｕｔを電圧レベルで示す電流値信号Ｉｓｅｎを、コンパレータ１４１の＋端子へ出力する。
【００５０】
電圧検出部１３は、例えば分圧抵抗やアンプ等を用いて構成されており、電源部１１から出力された充電電圧Ｖｏｕｔを電圧レベルで示す電圧値信号Ｖｓｅｎ（充電電圧値）を、コンパレータ１５の＋端子、及び制限電圧値設定部１６へ出力する。
【００５１】
電流制御部１４は、コンパレータ１４１の＋端子に電流値信号Ｉｓｅｎが入力され、コンパレータ１４１の−端子に電流設定用基準電圧源１４２から出力される電流設定用基準電圧Ｖｉｒが入力されて構成されている。電流設定用基準電圧Ｖｉｒは、定電流充電のための設定電流値Ｉｃｃを表す電圧値に設定されている。
【００５２】
また、コンパレータ１４１の出力端子にダイオードＤ２のアノードが接続され、ダイオードＤ２のカソードが電源部１１に接続されている。
【００５３】
これにより、電流制御部１４は、出力電流Ｉｏｕｔが設定電流値Ｉｃｃを超えると、要求信号Ｉｏｐをハイレベルで出力する。そうすると、ダイオードＤ２を介して電源部１１へハイレベルの制御信号ＯＰが出力されて、電源部１１によって、充電電圧Ｖｏｕｔが低下され、出力電流Ｉｏｕｔが減少される。
【００５４】
また、電流制御部１４は、出力電流Ｉｏｕｔが設定電流値Ｉｃｃ以下になると、要求信号Ｉｏｐをローレベルで出力する。そうすると、ダイオードＤ２を介して電源部１１へローレベルの制御信号ＯＰが出力されて、電源部１１によって、充電電圧Ｖｏｕｔが上昇され、出力電流Ｉｏｕｔが増加される。このように、電流制御部１４によって、出力電流Ｉｏｕｔに基づくフィードバック制御が行われることで、電源部１１の出力電流Ｉｏｕｔが設定電流値Ｉｃｃで一定になるように制御され、定電流充電が行われるようになっている。
【００５５】
制限電圧値設定部１６は、電圧検出部１３から出力された電圧値信号Ｖｓｅｎを、設定基準電圧Ｖｍｉｎだけ増大させると共に、予め設定された遅延時間ｄだけ遅延させることにより、充電電圧Ｖｏｕｔを制限すべき制限電圧値Ｖｒｖを示す制限電圧値信号Ｖｒを生成し、コンパレータ１５の−端子へ出力する。
【００５６】
制限電圧値設定部１６は、以下のように構成されている。まず、設定電圧源１６２は、設定基準電圧Ｖｍｉｎを、抵抗Ｒ２を介してオペアンプ１６１の＋端子へ出力する。設定基準電圧Ｖｍｉｎは、その電圧レベルによって、設定電圧値Ｖｍを示している。
【００５７】
また、電圧検出部１３から出力された電圧値信号Ｖｓｅｎが、抵抗Ｒ３を介してオペアンプ１６１の＋端子に入力されている。
【００５８】
そして、オペアンプ１６１の−端子が抵抗Ｒ１を介して回路グラウンドに接続され、さらにオペアンプ１６１の出力端子と−端子との間に抵抗Ｒ４が接続されている。これにより、電圧値信号Ｖｓｅｎの電圧と設定基準電圧Ｖｍｉｎとを加算して、制限電圧値Ｖｒｖを電圧レベルで表す制限電圧値信号Ｖｒを生成する加算回路（加算部）が構成されている。
【００５９】
さらに、オペアンプ１６１の出力端子と−端子との間にキャパシタＣ１が接続されている。これにより、制限電圧値信号Ｖｒの上昇が遅延され、制限電圧値信号Ｖｒを設定基準電圧Ｖｍｉｎだけ増大させるのにかかる遅延時間ｄが、キャパシタＣ１と抵抗Ｒ１とで得られる時定数に応じて設定される。
【００６０】
ここで、遅延時間ｄは、電流制御部１４が、出力電流Ｉｏｕｔを増大させるべく、電源部１１によって充電電圧Ｖｏｕｔを設定電圧値Ｖｍで表される設定電圧だけ上昇させるのにかかる応答時間よりも長い時間に設定されている。
【００６１】
また、設定電圧値Ｖｍを表す設定基準電圧Ｖｍｉｎは、二次電池が、ＳＯＣ（State Of Charge）が０％の状態で設定電流値Ｉｃｃの電流による定電流充電で遅延時間ｄの間充電された場合における充電電圧Ｖｏｕｔの上昇値よりも、大きな値に設定されている。
【００６２】
すなわち、二次電池２１が設定電流値Ｉｃｃで定電流充電された場合において、二次電池２１のＳＯＣが０％から１００％になるまでの期間における二次電池２１の端子電圧の上昇速度の最大値よりも、電圧値信号Ｖｓｅｎに設定基準電圧Ｖｍｉｎが加算されて制限電圧値信号Ｖｒへ上昇する上昇速度の方が速くなるように、キャパシタＣ１と抵抗Ｒ１との値が設定されている。
【００６３】
この場合、キャパシタＣ１と抵抗Ｒ１とが遅延部の一例に相当している。
【００６４】
コンパレータ１５は、電圧検出部１３によって検出された電圧値信号Ｖｓｅｎが、オペアンプ１６１から出力された制限電圧値信号Ｖｒを超えるとき、電源部１１の充電電圧Ｖｏｕｔの低下を要求する要求信号Ｖｏｐをハイレベルで出力する。そうすると、ダイオードＤ１から電源部１１へハイレベルの制御信号ＯＰが出力されて電源部１１の充電電圧Ｖｏｕｔが低下される。
【００６５】
このとき、制御信号ＯＰは、ダイオードＤ１，Ｄ２によって、要求信号Ｖｏｐと要求信号Ｉｏｐとが論理和されて生成されているので、例えコンパレータ１４１から充電電圧Ｖｏｕｔの上昇を要求する要求信号Ｉｏｐ（ローレベル）が出力されている場合であっても、強制的に制御信号ＯＰがハイレベルにされて、充電電圧Ｖｏｕｔが低下する。これにより、定電流充電中における充電電圧Ｖｏｕｔが、ほぼ、制限電圧値信号Ｖｒで示される制限電圧値Ｖｒｖ以下に制限されるようになっている。
【００６６】
コンパレータ１７は、要求信号Ｉｏｐと要求信号Ｖｏｐとを比較し、要求信号Ｖｏｐが要求信号Ｉｏｐを超えたとき、すなわち要求信号Ｉｏｐがローレベル、要求信号Ｖｏｐがハイレベルになったとき、充電の停止を要求するハイレベルの充電停止信号ＳＴＯＰを電源部１１へ出力する。
【００６７】
次に、上述のように構成された充電システム１の動作について説明する。図２は、充電システム１の動作の一例を説明するための説明図である。縦軸は、出力電流Ｉｏｕｔの電流、充電電圧Ｖｏｕｔの電圧、及び制限電圧値Ｖｒｖの電圧を示し、横軸は時間の経過を示している。
【００６８】
図２においては、二次電池２１のＳＯＣが０％の状態から充電が開始されるものとする。そうすると、電池パック２０においては、二次電池２１が満充電ではないから満充電判定部２３によって、スイッチング素子２２がオンされている。
【００６９】
そして、タイミングＴ１において、定電流充電が開始され、電流制御部１４のフィードバック制御に基づき、電源部１１から設定電流値Ｉｃｃの出力電流Ｉｏｕｔが出力されて、電流検出部１２、接続端子１０１、パック側接続端子２０１、及びスイッチング素子２２を介して二次電池２１が定電流充電される。
【００７０】
ここで、タイミングＴ１において電圧検出部１３により検出された充電電圧Ｖｏｕｔが電圧Ｖ１であるとすると、制限電圧値設定部１６によって、充電電圧Ｖｏｕｔを示す電圧値信号Ｖｓｅｎに設定基準電圧Ｖｍｉｎが加算され、かつその加算結果である制限電圧値信号Ｖｒの出力が、抵抗Ｒ１とキャパシタＣ１との時定数によって遅延される。そうすると、制限電圧値信号Ｖｒで示される制限電圧値Ｖｒｖは、タイミングＴ１から遅延時間ｄだけ遅延したタイミングＴ２において、ほぼ設定基準電圧Ｖｍｉｎで表される設定電圧値Ｖｍが電圧Ｖ１に加算された値となる。
【００７１】
抵抗Ｒ１とキャパシタＣ１との時定数は、制限電圧値信号Ｖｒで示される制限電圧値Ｖｒｖの上昇速度が、二次電池２１が、ＳＯＣが０％の状態で設定電流値Ｉｃｃの定電流充電で充電された場合における二次電池２１の端子電圧、すなわち充電電圧Ｖｏｕｔの上昇速度よりも、速い速度になるように、設定されている。
【００７２】
従って、タイミングＴ１〜Ｔ２の間に充電電圧Ｖｏｕｔが上昇するより速く、制限電圧値Ｖｒｖが上昇するから、タイミングＴ２において、制限電圧値Ｖｒｖは充電電圧Ｖｏｕｔを上回ることになる。
【００７３】
ここで、二次電池２１の端子電圧すなわち充電電圧Ｖｏｕｔの、上昇速度は、ＳＯＣが０％の状態から充電されたときが、ＳＯＣが０％から１００％になるまでの期間において、最も速い。そして、制限電圧値Ｖｒｖが上昇する速度は、充電電圧Ｖｏｕｔの上昇速度が最も速いＳＯＣ０％のときにおいても充電電圧Ｖｏｕｔより速いから、電池パック２０においてスイッチング素子２２がオフされず、定電流充電が継続する限り、制限電圧値Ｖｒｖが充電電圧Ｖｏｕｔを超え、すなわちコンパレータ１５において、制限電圧値信号Ｖｒが電圧値信号Ｖｓｅｎを超える状態が維持されることになる。
【００７４】
コンパレータ１５において、制限電圧値信号Ｖｒが電圧値信号Ｖｓｅｎを超えていると、コンパレータ１５はローレベルの要求信号ＶｏｐをダイオードＤ１へ出力するから、論理和回路１８によって、電流制御部１４の要求信号Ｉｏｐが、そのまま制御信号ＯＰとして電源部１１へ出力されて、定電流充電が継続される。
【００７５】
そして、定電流充電が継続されて、二次電池２１が充電されるのに伴って、充電電圧Ｖｏｕｔが徐々に上昇し、充電電圧Ｖｏｕｔの上昇に伴って、制限電圧値設定部１６によって、制限電圧値信号Ｖｒ、すなわち制限電圧値信号Ｖｒで示される制限電圧値Ｖｒｖが上昇することとなる。
【００７６】
ここで、あるタイミングにおける制限電圧値Ｖｒｖと充電電圧Ｖｏｕｔとの差は、充電電圧Ｖｏｕｔの上昇が遅くなるほど増大し、充電電圧Ｖｏｕｔが一定になったとき最大となる。このとき、制限電圧値Ｖｒｖと充電電圧Ｖｏｕｔとの差は、設定基準電圧Ｖｍｉｎで表される設定電圧値Ｖｍとなる。すなわち、制限電圧値Ｖｒｖは、あるタイミングにおいて、充電電圧Ｖｏｕｔと設定電圧値Ｖｍとが加算された値を超えることはない。
【００７７】
このようにして定電流充電が継続し、二次電池２１が充電される。そして、例えば二次電池２１の端子電圧が、予め設定された満充電電圧以上になると、満充電判定部２３によって、スイッチング素子２２がオフされて、二次電池２１の充電電流が遮断される（タイミングＴ３）。
【００７８】
そうすると、出力電流Ｉｏｕｔがゼロになるから、電流制御部１４は、設定電流値Ｉｃｃの充電電流を維持するべく電源部１１へ、充電電圧Ｖｏｕｔの上昇を要求する。具体的には、出力電流Ｉｏｕｔがゼロになると、電流検出部１２から出力される電流値信号Ｉｓｅｎがゼロを示す電圧値となり、コンパレータ１４１において、電流値信号Ｉｓｅｎの電圧が電流設定用基準電圧Ｖｉｒを下回り、コンパレータ１４１からローレベルの要求信号Ｉｏｐ、すなわち充電電圧Ｖｏｕｔの上昇を要求する要求信号がダイオードＤ２へ出力され、ダイオードＤ２からローレベルの制御信号ＯＰが電源部１１へ出力されて、電源部１１が充電電圧Ｖｏｕｔを急激に上昇させる。
【００７９】
そうすると、電圧検出部１３から出力される電圧値信号Ｖｓｅｎが、制限電圧値信号Ｖｒを超え、コンパレータ１５からハイレベルの要求信号Ｖｏｐが出力されて、論理和回路１８から出力される制御信号ＯＰが、要求信号Ｉｏｐにかかわらずハイレベルにされて、電源部１１へ出力される。そうすると、電源部１１が充電電圧Ｖｏｕｔを低下させるので、充電電圧Ｖｏｕｔが、ほぼ制限電圧値Ｖｒｖ以下に制限される。
【００８０】
ここで、遅延時間ｄは、電流制御部１４が、出力電流Ｉｏｕｔを増大させるべく、電源部１１によって充電電圧Ｖｏｕｔを設定電圧値Ｖｍで表される設定電圧だけ上昇させるのにかかる応答時間よりも長い時間に設定されているから、充電電流が遮断されたタイミングＴ３から、充電電圧Ｖｏｕｔが制限電圧値Ｖｒｖに達するタイミングＴ４までの時間は、遅延時間ｄより短い。
【００８１】
従って、タイミングＴ４における制限電圧値Ｖｒｖの値には、まだタイミングＴ３以降の急激に上昇した充電電圧Ｖｏｕｔはほとんど反映されておらず、従って、タイミングＴ４における制限電圧値Ｖｒｖは、ほぼ、タイミングＴ３以前の充電電圧Ｖｏｕｔに、設定電圧値Ｖｍが加算された電圧値となっている。
【００８２】
そして、タイミングＴ４において、コンパレータ１５からハイレベルの要求信号Ｖｏｐが出力されると、要求信号Ｉｏｐは充電電流を増大させるべくローレベルになっているから、コンパレータ１７において、要求信号Ｖｏｐが要求信号Ｉｏｐを超えて、充電の停止を要求するハイレベルの充電停止信号ＳＴＯＰが電源部１１へ出力される。
【００８３】
そうすると、電源部１１は、充電電圧Ｖｏｕｔをゼロにして、充電を停止する（タイミングＴ５）。
【００８４】
以上、タイミングＴ３に示すように、図１に記載の充電システム１では、二次電池２１が満充電になると、電池パック２０側で満充電を検出して充電電流を遮断するから、充電装置１０は、電池パック２０の満充電電圧とは無関係に、満充電電圧の異なる電池パック２０の充電に用いることができる。従って、満充電電圧の異なる電池パック毎に、異なる満充電電圧に対応する充電装置を用意する必要がない。
【００８５】
また、タイミングＴ４に示すように、定電流充電中に充電電流が遮断されても、充電電圧Ｖｏｕｔは、ほぼ充電電圧Ｖｏｕｔが電流制御のフィードバックにより急激に上昇する前の電圧レベルに、設定電圧値Ｖｍが加算された制限電圧値Ｖｒｖによって制限される。従って、一定の充電電流を維持しようとして電源部１１が出力可能な最大電圧まで充電電圧Ｖｏｕｔを上昇させてしまうことがないので、電池パック側で充電電流が遮断された際に、過度に出力電圧が上昇するおそれを低減することができる。
【００８６】
また、タイミングＴ３において、満充電判定部２３が満充電を検出したときの充電電圧Ｖｏｕｔは、すなわち二次電池２１の満充電電圧に他ならない。そうすると、タイミングＴ４において、充電電圧Ｖｏｕｔが制限される制限電圧値Ｖｒｖは、ほぼ二次電池２１の満充電電圧に設定電圧値Ｖｍが加算された値となる。
【００８７】
これにより、二次電池２１の満充電電圧が、いかなる電圧であっても、電池パック２０のパック側接続端子２０１，２０２間に印加される電圧は、ほぼ当該二次電池２１の満充電電圧に設定電圧値Ｖｍが加算された値に制限される。その結果、スイッチング素子２２の電圧耐圧を、二次電池２１の満充電電圧に設定電圧値Ｖｍを加算した値にマージンを付加した電圧にすることができ、過度に高耐圧のスイッチング素子を用いる必要がない。
【００８８】
なお、コンパレータ１７（停止制御部）は、要求信号Ｖｏｐがハイレベル（充電電圧Ｖｏｕｔが制限電圧値Ｖｒｖを超える）になり、かつ要求信号Ｉｏｐがローレベル（電流値信号Ｉｓｅｎで示される電流値が電流設定用基準電圧Ｖｉｒで示される設定電流値に満たない）の場合に充電を停止させる例を示したが、例えばコンパレータ１７を備えず、コンパレータ１５から出力される要求信号Ｖｏｐを充電停止信号ＳＴＯＰとして用いることで、要求信号Ｖｏｐがハイレベル（充電電圧Ｖｏｕｔが制限電圧値Ｖｒｖを超える）になった場合に充電を停止するようにしてもよい。この場合、コンパレータ１５が、停止制御部の一例に相当する。
【００８９】
しかしながら、充電電圧Ｖｏｕｔが制限電圧値Ｖｒｖを超える条件のみで充電を停止してしまうと、ノイズによる誤動作が生じ易くなる。一方、コンパレータ１７によれば、充電電圧Ｖｏｕｔが制限電圧値Ｖｒｖを超える条件と、電流値信号Ｉｓｅｎで示される電流値が電流設定用基準電圧Ｖｉｒで示される設定電流値を下回る条件とが、共に成立しなければ、充電を停止することがないので、ノイズにより誤って充電を停止してしまうおそれが低減される。
【００９０】
なお、図３に示す充電システム１ａのように、充電装置１０ａに、複数の電池パック２０ａ，２０ｂが接続される構成としてもよい。電池パック２０ａ，２０ｂは、電池パック２０と同様に構成され、かつ、二次電池２１の満充電電圧が互いに異なっている。
【００９１】
充電装置１０ａは、例えば、電池パック２０ａにおけるパック側接続端子２０１，２０２に接続するための接続端子１０１ａ，１０２ａと、電池パック２０ｂにおけるパック側接続端子２０１，２０２に接続するための接続端子１０１ｂ，１０２ｂとを備えている。
【００９２】
そして、接続端子１０１ａは、切替スイッチＳＷ１と電流検出部１２とを介して電源部１１に接続されている。接続端子１０１ｂは、切替スイッチＳＷ２と電流検出部１２とを介して電源部１１に接続されている。接続端子１０２ａ，１０２ｂは、回路グラウンドに接続されている。
【００９３】
充電装置１０ａは、その他の点では図１に示す充電装置１０と同様に構成されている。そして、電池パック２０ａを充電するときは、切替スイッチＳＷ１をオン、切替スイッチＳＷ２をオフし、電池パック２０ｂを充電するときは、切替スイッチＳＷ１をオフ、切替スイッチＳＷ２をオンすることで、満充電電圧が異なる電池パック２０ａ，２０ｂを、充電装置１０ａによって、充電装置１０と同様に充電することができる。
【００９４】
なお、電流検出部１２、電圧検出部１３は、検出した出力電流Ｉｏｕｔ、及び充電電圧Ｖｏｕｔを、それぞれ電流値信号Ｉｓｅｎ、電圧値信号Ｖｓｅｎとしてアナログ電圧で表し、制限電圧値設定部１６は、アナログ回路で加算、及び遅延を行い、電流制御部１４、コンパレータ１５、及びコンパレータ１７は、アナログ電圧レベルの比較動作を行う例を示したが、例えば電流検出部１２、電圧検出部１３は、出力電流Ｉｏｕｔ、及び充電電圧Ｖｏｕｔを、デジタル値に変換することで検出し、デジタル演算により、加算、遅延、比較等の動作を行う構成であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明に係る充電装置、及びこれを用いた充電システムは、例えば、携帯型パーソナルコンピュータやデジタルカメラ、携帯電話機等の電子機器、電気自動車やハイブリッドカー等の車両、ハイブリッドエレベータ、太陽電池や発電装置として構成された充電装置、及びこのような充電装置と電池パックとが組み合わされた充電システムとして、好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００９６】
１，１ａ  充電システム
１０，１０ａ  充電装置
１１  電源部
１２  電流検出部
１３  電圧検出部
１４  電流制御部
１５，１７，１４１  コンパレータ
１６  制限電圧値設定部
１８  論理和回路
２０，２０ａ，２０ｂ  電池パック
２１  二次電池
２２  スイッチング素子
２３  満充電判定部
１０１，１０１ａ，１０１ｂ，１０２，１０２ａ，１０２ｂ  接続端子
１４２  電流設定用基準電圧源
１６１  オペアンプ
１６２  設定電圧源
２０１，２０２  パック側接続端子
Ｃ１  キャパシタ
Ｄ１，Ｄ２  ダイオード
Ｉｃｃ  設定電流値
Ｉｏｐ，Ｖｏｐ  要求信号
Ｉｏｕｔ  出力電流
Ｉｓｅｎ  電流値信号
ＯＰ  制御信号
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５  抵抗
ＳＴＯＰ  充電停止信号
ＳＷ１，ＳＷ２  切替スイッチ
Ｖｉｒ  電流設定用基準電圧
Ｖｍ  設定電圧値
Ｖｍｉｎ  設定電圧
Ｖｏｕｔ  充電電圧
Ｖｒ  制限電圧値信号
Ｖｒｖ  制限電圧値
Ｖｓｅｎ  電圧値信号
ｄ  遅延時間
【図１】
2011067041.tif 000003
【図２】
2011067041.tif 000004
【図３】
2011067041.tif 000005