(57)【要約】【課題】リチウム二次電池の安全を守る過電流保護機能については、充電環境温度や、電池電圧により充電電流が増減している場合によらず、この過電流保護機能を、充電する充電電流に合わせて適切な過電流保護電流値に設定していく必要性があった。【解決手段】トランスと整流平滑回路と充電制御回路を備えリチウム二次電池を充電する充電装置において、上記充電制御回路にリチウム二次電池の電圧を検出する電圧検出素子による信号及びリチウム二次電池の環境条件を検出する環境検出素子による信号、リチウム二次電池への充電電流を検出する充電電流検出素子による信号により過電流保護電流値を設定するとともに、その過電流保護電流値に充電電流が到達することにより、リチウム二次電池への充電を停止させる過電流保護制御部を設けたことを特徴とする充電装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランスと整流平滑回路と充電制御回路を備えリチウム二次電池を充電する充電装置において、上記充電制御回路にリチウム二次電池の電圧を検出する電圧検出素子による信号及びリチウム二次電池の環境条件を検出する環境検出素子による信号、リチウム二次電池への充電電流を検出する充電電流検出素子による信号により過電流保護電流値を設定するとともに、その過電流保護電流値に充電電流が到達することによりリチウム二次電池への充電を停止させる過電流保護制御部を設けたことを特徴とする充電装置。
【請求項２】
前記充電制御回路で電圧検出素子による信号で過放電電池充電領域と急速充電領域の充電電流を算出し、前期過電流保護制御部でそれぞれの領域の充電電流に対する過電流保護電流値を設定するようにしたことを特徴とする請求項１記載の充電装置。
【請求項３】
前記充電制御回路で環境検出素子による信号で低温充電領域と常温充電領域を検出し、前記過電流保護制御部でそれぞれの領域の充電電流に対する過電流保護電流値を設定するようにしたことを特徴とする請求項１記載の充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウム二次電池を充電する充電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ポータブルオーディオやデジタルスチルカメラといった携帯可能な電子機器の市場が急速に伸びている。その中で、携帯型電子機器に電力を供給するため、充電して再利用可能なリチウム二次電池は重要な役割を担っている。
【０００３】
そして市場の動向として、前記電子機器を駆動させるために必要な電源である二次電池は、電子機器の使用時間をより長くできるようにその電池容量を増加させることが市場の傾向となっている。
【０００４】
一方、二次電池の容量を増加させることは二次電池の安全性にも大きく影響するため、日本国内ではその二次電池の安全性を確保するため、従来の電気用品安全法にリチウムイオン二次電池に関する新たな技術基準を追加し、新しい規制が施行される予定である。
【０００５】
この技術基準によると、リチウム二次電池を充電する場合において環境温度が低温状態の場合においては、急速充電電流の０．５倍の充電電流で充電することが推奨されており、また電池電圧が低い状態においては急速充電電流の０．１倍の充電電流で充電されることも推奨されている。
【０００６】
そのような背景において、リチウム二次電池の安全を守る過電流保護機能については環境条件によらず常に一定の電流値で制御されており、充電するリチウム二次電池の安全性をより確保するためには、この過電流保護機能を充電する充電電流に合わせて適切な過電流保護電流値に設定していく必要性があった。
【０００７】
また、従来の過電流保護機能に関する制御システムについては、常に一定の電流値で保護を行うといった技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
そのような背景において、リチウム二次電池の安全を守る過電流保護機能については、環境条件によらず常に一定の電流値で制御されており、充電するリチウム二次電池の安全性をより確保するためにはこの過電流保護機能を充電する充電電流に合わせて適切な過電流保護電流値に設定していく必要性があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１０―８４６４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来の過電流検出方法では、リチウム二次電池の安全を守る過電流保護値が環境状況や電池状態に関わらず常に一定値で制御されているため、充電するリチウム二次電池の安全性を環境状況やその電池状態に合わせて適切に制御することができないという課題を有していた。
【００１１】
本発明は以上のような従来の課題を除去し、環境や電池の状態に合わせて過電流保護値が設定される安全性に優れたリチウム二次電池の充電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成するために本発明の充電装置は、トランスと整流平滑回路と充電制御回路を備えリチウム二次電池を充電する充電装置において、上記充電制御回路にリチウム二次電池の電圧を検出する電圧検出素子による信号及びリチウム二次電池の環境条件を検出する環境検出素子による信号、リチウム二次電池への充電電流を検出する充電電流検出素子による信号により過電流保護電流値を設定するとともに、その過電流保護電流値に充電電流が到達することによりリチウム二次電池への充電を停止させる過電流保護制御部を設けた構成とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によるとリチウム二次電池を充電する充電装置において、充電する充電電流を常時検出し、その検出された充電電流値の例えば約１．５倍の電流値を過電流保護機能が動作させる電流値として設定し、充電電流値が多様な環境条件や電圧条件により増減した場合においても、その過電流保護検出電流値は常に充電電流値の約１．５倍で制御することが可能となる。
【００１４】
具体的には、充電しているリチウム二次電池の充電環境が低温時であり充電電流が急速充電電流の０．５倍で充電をしている場合、充電しているリチウム二次電池の電池電圧が低く急速充電電流の０．１倍で充電をしている場合、充電しているリチウム二次電池の電池電圧が高く定電圧充電領域で充電し、充電電流が一定の割合で低下している場合においても、過電流保護電流値を常時充電する充電電流値の約１．５倍に設定するにより、多様な充電環境条件においても適切な過電流保護電流値により充電するリチウム二次電池の安全をより確保することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態における充電装置の回路構成図
【図２】（ａ）電池電圧と過電流保護との相関図（ｂ）電池温度と過電流保護との相関図
【図３】本発明の過電流保護機能に関するフローチャート
【図４】従来の充電装置の回路構成図
【図５】（ａ）従来の電池電圧と過電流保護との相関図（ｂ）従来の電池温度と過電流保護との相関図
【図６】従来の過電流保護機能に関するフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の充電装置内部の充電電圧制御に関する回路構成図である。
【００１８】
図１の本発明の動作について説明する。
【００１９】
充電装置１は、トランス３、ダイオード４、平滑コンデンサ５によって構成される充電電流１６を供給する整流平滑回路部と充電電流１６の電流値を検出するための充電制御ＩＣ内部の充電電流検出抵抗１７と充電出力をオンオフするための充電制御ＩＣ内部の出力トランジスタ１８と過電流を検出し過電流保護を制御する過電流保護制御回路ブロックと過放電電池充電領域と急速充電領域を切り替えるための手段となる電池電圧を検出する機能と低温充電領域と常温充電領域を切り替えるための手段となる電池温度を検出する機能を搭載し充電制御を行う充電制御ＩＣ６を備えた電池パック２を充電する充電装置であり、充電端子＋７、充電端子Ｔ８、充電端子−９を介して装着された電池パック２を、電池パック２の内部にあるサーミスタ１５が充電装置に接続され、充電制御ＩＣ６に搭載しているサーミスタ端子１３にてその接続を検出することにより電池パック２の充電を開始する。
【００２０】
また、電池パック２の電圧値を検出し、その電圧値に最適な充電電流値となるように電池パック２を充電する。
【００２１】
この充電装置１の充電電流１６の制御方法は、充電電流１６が充電制御ＩＣ６の充電電流入力端子１０に入力され、充電制御ＩＣ６の内部に内蔵された充電制御ＩＣ内部の充電電流検出抵抗１７によって充電電流１６を検出することにより制御している。
【００２２】
また、充電電流１６は、充電制御ＩＣ６の充電電流出力端子１１より出力され、充電端子＋７を介し、電池パック２を充電する。
【００２３】
そして、過電流が発生した場合においても、この充電制御ＩＣ内部の充電電流検出抵抗１７によってその充電電流値を検出し、その検出値である充電電流値検出信号１９は、過電流保護制御回路ブロック２３に入力され、充電電流値検出信号１９が、あらかじめ充電制御ＩＣ６によって設定されている過電流保護値以上の一定の電流値であった場合、出力トランジスタ制御信号２２にて、充電制御ＩＣ６の充電制御ＩＣ内部の出力トランジスタ１８をオフすることによって充電を停止させることができる。
【００２４】
そして、サーミスタ端子１３からの電池温度検出信号２１による電池温度情報、充電電流出力端子１１からの電池電圧検出信号２０による電池電圧情報を、常時、過電流保護制御回路ブロック２３にて検出し、電池温度が低温であり充電電流が急速充電電流の０．５倍で充電をしている場合、又は電池電圧が低く急速充電電流の０．１倍で充電をしている場合、又は充電しているリチウム二次電池の電池電圧が高く定電圧充電領域で充電し、充電電流が一定の割合で低下している場合、充電制御ＩＣ６内部の過電流保護設定値を各々の状態に合わせて、充電電流の１．５倍に設定し、充電環境に適応した保護とすることが可能となる。
【００２５】
図２の（ａ）および（ｂ）は本発明の充電環境条件と過電流保護制御の概略図である。
【００２６】
図２の（ａ）では、充電環境が低温時であり充電電流が急速充電電流の例えば、０．５倍で充電をしている場合、又は（ｂ）のように電池電圧が低く急速充電電流の例えば、０．１倍で充電をしている場合、過電流保護の電流値は常時、充電電流の約１．５倍の保護電流値で制御している。
【００２７】
図２の（ａ）および（ｂ）の破線部が過電流保護を示し、過電流保護機能を動作させ、充電環境に応じた適切な保護とすることが可能である。
【００２８】
また、充電しているリチウム二次電池の電池電圧が高く定電圧充電領域で充電し、充電電流が一定の割合で低下している場合においても、同様に充電電流の約１．５倍の保護電流値で制御し、過電流保護機能を動作させ、充電環境に応じた適切な保護とすることが可能である。
【００２９】
また図３は本発明の過電流保護機能に関するフローチャートである。
【００３０】
充電開始後の動作について以下に説明する。
【００３１】
電池接続判定を行い、電池接続判定がＹＥＳの場合、電池電圧判定へ移行する。
【００３２】
そして、電池電圧が例えば、２．９Ｖ以下と電池電圧が低く充電電流が０．１Ｃの過放電充電状態であった場合においても、過放電充電へ移行した際、過電流保護値を、０．１Ｃの過放電充電電流の１．５倍に設定するため、過電流保護電流は通常充電状態と相違した値となり、過放電電流０．１Ｃ充電に合わせた過電流保護機能となる。
【００３３】
さらに、電池温度判定で電池温度が例えば０℃から１０℃の間の低温状態で充電電流が０．５Ｃ充電状態であった場合においても、低温保護充電へ移行した際、過電流保護値を、０．５Ｃの低温充電電流の１．５倍に設定するため、過電流保護電流は通常充電状態と相違した値となり、低温充電電流０．５Ｃ充電に合わせた過電流保護機能となる。
【００３４】
従って、電池の状態や環境に応じた適切な過電流保護機能となっている事が確認できる。
【００３５】
（従来例）
以下、図４の従来の動作について説明するし、本発明と比較する。
【００３６】
図４は、従来の充電装置内部の充電電圧制御に関する回路構成図である。
【００３７】
充電装置１は、トランス３、ダイオード４、平滑コンデンサ５によって構成される充電電流１６を供給する整流平滑回路部と充電電流１６の電流値を検出するための電流検出抵抗２４と充電出力をオンオフするための出力トランジスタ２５と充電制御ＩＣ６によって構成される充電制御回路を備えたリチウム二次電池を充電する充電装置であり、充電端子＋７、充電端子Ｔ８、充電端子−９を介して装着された電池パック２を、電池パック２の内部にあるサーミスタ１５が充電装置に接続され、サーミスタ端子１３にてその接続を検出する事により、電池パック２の充電を開始する。
【００３８】
また、このサーミスタ端子１３で検出された電池パック２に内蔵されているサーミスタ１５の抵抗値を温度換算し、その温度に最適な充電電流値となるように、電池パック２を充電する。また、電池パック２の電圧値を検出し、その電圧値に最適な充電電流値となるように、電池パック２を充電する。
【００３９】
この充電装置１の充電電流１６の制御方法は、電流検出抵抗２４によって充電電流を検出し、その検出値を充電制御ＩＣ６の電流検出部である充電電流検出端子２６にて検出、制御する事により、その充電電流を制御している。
【００４０】
そして、過電流が発生した場合においても、この電流検出抵抗２４によってその過電流値を検出し、充電電流検出端子２６にて検出された充電電流値が、あらかじめ充電制御ＩＣ６によって設定されている過電流保護値以上の一定の電流値となった時、出力制御端子２７によって出力トランジスタ２５をオフする事によって、充電を停止させる事ができる。
【００４１】
しかしながら、充電環境が低温時であり充電電流が急速充電電流の０．５倍で充電をしている場合、又は電池電圧が低く急速充電電流の０．１倍で充電をしている場合、又は充電しているリチウム二次電池の電池電圧が高く定電圧充電領域で充電し、充電電流が一定の割合で低下している場合においても、過電流保護の電流値は、あらかじめ充電制御ＩＣにて設定されている一定の電流値となるため、過電流保護機能として、充電環境に応じた適切な保護となっていない。
【００４２】
また図５の（ａ）および（ｂ）は従来の充電環境条件と過電流保護制御の概略図である。
【００４３】
図５の（ａ）および（ｂ）の破線部分の過電流保護電流値は、全環境において一定の電流値であり、各温度または電池電圧の場合における急速充電電流値と異なる値となり、適切な過電流保護値でない事が確認できる。
【００４４】
また図６は従来の過電流保護機能に関するフローチャートである。
【００４５】
充電開始後、電池接続判定を行い、電池接続判定がＹＥＳの場合、電池電圧判定へ移行する。
【００４６】
そして、電池電圧が例えば、２．９Ｖ以下と電池電圧が低く充電電流が０．１Ｃの過放電充電状態であった場合、過電流保護電流は通常充電状態と同等の値で保護する事となる。
【００４７】
さらに、電池温度判定で電池温度が例えば０℃から１０℃の間の低温状態で充電電流が０．５Ｃ充電状態であった場合、過電流保護電流は通常充電状態と同等の値で保護する事となる。よって、過電流保護機能が、電池の状態や環境に応じて適切な過電流保護機能となっていない事が確認できる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明にかかる過電流保護制御機能は、リチウム二次電池を充電する充電電流を常時検出し、その検出された充電電流値の例えば約１．５倍の電流値を過電流保護機能が動作させる電流値として設定し、多様な環境条件や電圧条件により、充電電流が増減した場合においても、その過電流保護検出電流値を常に充電電流値の約１．５倍で制御することが可能となるため、リチウム二次電池の過電流充電による安全を保護することが可能な充電装置等として有効な機能である。
【符号の説明】
【００４９】
１    充電装置
２    電池パック
３    トランス
４    ダイオード
５    平滑コンデンサ
６    充電制御ＩＣ
７    充電端子＋
８    充電端子Ｔ
９    充電端子−
１０  充電電流入力端子
１１  充電電流出力端子
１２  ＧＮＤ端子
１３  サーミスタ端子
１４  電池
１５  サーミスタ
１６  充電電流
１７  充電制御ＩＣ内部の充電電流検出抵抗
１８  充電制御ＩＣ内部の出力トランジスタ
１９  充電電流値検出信号
２０  電池電圧検出信号
２１  電池温度検出信号
２２  出力トランジスタ制御信号
２３  過電流保護制御回路ブロック
２４  電流検出抵抗
２５  出力トランジスタ
２６  充電電流検出端子
２７  出力制御端子
【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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