(57)【要約】【課題】二次電池の電池電圧を定格電圧以下に保ちつつ、定電圧充電を高速に行うことができ、全体の充電時間を短縮する。【解決手段】直流電源から二次電池に、定電流充電回路による定電流充電、もしくは定電圧充電回路による定電圧充電のいずれかで充電制御する充電制御回路であって、定電流充電と定電圧充電を切り替えるしきい値電圧を出力するしきい値電圧生成回路と、しきい値電圧と二次電池の陽極電圧を比較して、その比較結果から定電流充電と定電圧充電を切り替える充電方法切り替え回路と、二次電池に充電するときの充電電流に基づいてしきい値電圧を調整するしきい値電圧調整回路とを備え、しきい値電圧調整回路は、二次電池の電池電圧を所定の定格電圧以下に保持しつつ、しきい値電圧と定電圧充電回路の出力電圧をそれぞれ、充電電流から二次電池の内部抵抗及び配線抵抗による電圧降下に換算してなる電圧分上昇させるようにしきい値電圧を調整する。【選択図】図１
2015204705.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源から二次電池に、定電流充電回路による定電流充電、もしくは定電圧充電回路による定電圧充電のいずれかで充電制御する充電制御回路であって、
定電流充電と定電圧充電を切り替えるしきい値電圧を出力するしきい値電圧生成回路と、
上記しきい値電圧と二次電池の陽極電圧を比較して、その比較結果から定電流充電と定電圧充電を切り替える充電方法切り替え回路と、
上記二次電池に充電するときの充電電流に基づいて上記しきい値電圧を調整するしきい値電圧調整回路とを備え、
上記しきい値電圧調整回路は、上記二次電池の電池電圧を所定の定格電圧以下に保持しつつ、上記しきい値電圧と定電圧充電回路の出力電圧をそれぞれ、上記充電電流から二次電池の内部抵抗及び配線抵抗による電圧降下に換算してなる電圧分上昇させるように上記しきい値電圧を調整することを特徴とする充電制御回路。
【請求項２】
上記しきい値電圧調整回路は、
二次電池と直列に接続された抵抗に充電電流を流すことにより、上記充電電流に比例する検出電圧を検出し、
上記検出電圧と、所定の基準電圧とを比較して、上記検出電圧が上記基準電圧よりも大きいときにその差に対応する電流を上記しきい値電圧生成回路に調整電流として流すことで上記しきい値電圧を調整することを特徴とする請求項１記載の充電制御回路。
【請求項３】
上記しきい値電圧調整回路は、
上記基準電圧を発生する基準電圧源と、
上記検出電圧と、所定の基準電圧とを比較するオペアンプと、
所定の電流を流す電流源を構成する第１のトランジスタと、
上記オペアンプの出力電圧に基づいて、上記電流源からの電流を制御する第２のトランジスタと、
上記第１のトランジスタと第３のトランジスタとにより構成されるカレントミラー回路であって、上記第２のトランジスタに流れる電流に対応する電流を上記調整電流として流すカレントミラー回路とを備えることを特徴とする請求項２記載の充電制御回路。
【請求項４】
請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載の充電制御回路を備える充電装置。
【請求項５】
直流電源から二次電池に、定電流充電回路による定電流充電、もしくは定電圧充電回路による定電圧充電のいずれかで充電制御する充電制御方法であって、
定電流充電と定電圧充電を切り替えるしきい値電圧を出力するしきい値電圧生成回路と、
上記しきい値電圧と二次電池の陽極電圧を比較して、その比較結果から定電流充電と定電圧充電を切り替える充電方法切り替え回路と、
上記二次電池に充電するときの充電電流に基づいて上記しきい値電圧を調整するしきい値電圧調整回路とを備える充電制御回路のための充電制御方法において、
上記しきい値電圧調整回路が、上記二次電池の電池電圧を所定の定格電圧以下に保持しつつ、上記しきい値電圧と定電圧充電回路の出力電圧をそれぞれ、上記充電電流から二次電池の内部抵抗及び配線抵抗による電圧降下に換算してなる電圧分上昇させるように上記しきい値電圧を調整するステップを含むことを特徴とする充電制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は充電制御回路及び方法に関し、特に、二次電池を定電流及び定電圧充電するための充電制御回路及び方法、並びに充電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、モバイル電子機器の普及により、二次電池の充電時間短縮が大きな課題となっている。リチウムイオン電池等で構成される二次電池の充電は、電池電圧を定格以下に保つために、定電流及び定電圧の併用で行われるのが一般的である。この充電方法によれば、充電開始から二次電池の電圧が所定のしきい値電圧に達するまでは定電流制御電流による定電流充電が行われ、しきい値電圧に達した後は、定電圧制御電圧で定電圧充電が行われて満充電に達することが既に知られている。この「しきい値電圧」は二次電池の満充電電圧に等しく、二次電池の定格電圧によって決まることが一般的である。電池に定格を越える電圧を印加すると劣化を加速させる原因となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような一般的な定電流及び定電圧方法においては、定電流充電は、比較的短時間（例えば、１時間）で終了する（充電率９０％）。ところが、電池電圧がしきい値電圧Ｖｔｈを上回って定電圧充電に変わり、電池が満充電状態に至るまでは、定電流充電に要する時間の何倍もの時間（例えば、５時間）を要する。これは、電池電圧が満充電電圧に近づくと、定電圧制御の電圧と電池電圧との差及び二次電池の内部抵抗によって二次電池へ流れる充電電流が制限され、充電率を僅かに上昇させるのに長時間を要するようになるからである。従って、一般的な定電流と定電圧を併用する充電方法には、二次電池の電圧が満充電電圧になるまでに長い時間を要するという問題があった。
【０００４】
特許文献１には、充電時間を短縮する目的で、定電流充電によって電池電圧がしきい値を越えた後も、決められた一定時間の定電流充電を行い、定電圧充電の時間を短縮する構成が開示されている。しかし、定電圧充電の方法としては従来方法と同等に時間がかかるという問題は解決できていない。また、この方法では、二次電池のキャパシタのばらつきが大きい時や電池の劣化を考慮して上記充電時間を設定したとき、十分に充電時間を短縮できないという問題は解決できていない。
【０００５】
本発明の目的は以上の問題点を解決し、二次電池の電池電圧を定格電圧以下に保ちつつ、定電圧充電を高速に行うことができ、これにより、全体の充電時間を短縮することができる充電制御回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る充電制御回路は、直流電源から二次電池に、定電流充電回路による定電流充電、もしくは定電圧充電回路による定電圧充電のいずれかで充電制御する充電制御回路であって、
定電流充電と定電圧充電を切り替えるしきい値電圧を出力するしきい値電圧生成回路と、
上記しきい値電圧と二次電池の陽極電圧を比較して、その比較結果から定電流充電と定電圧充電を切り替える充電方法切り替え回路と、
上記二次電池に充電するときの充電電流に基づいて上記しきい値電圧を調整するしきい値電圧調整回路とを備え、
上記しきい値電圧調整回路は、上記二次電池の電池電圧を所定の定格電圧以下に保持しつつ、上記しきい値電圧と定電圧充電回路の出力電圧をそれぞれ、上記充電電流から二次電池の内部抵抗及び配線抵抗による電圧降下に換算してなる電圧分上昇させるように上記しきい値電圧を調整することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
従って、本発明に係る充電制御回路によれば、二次電池の電池電圧を定格電圧以下に保ちつつ、定電圧充電を高速に行うことにより、全体の充電時間を短縮することができる。また、二次電池の容量値のばらつきと劣化による低下に関係なく、充電時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係る充電制御回路を含む充電回路の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の充電制御回路の一部の回路の詳細構成を示す回路図である。
【図３】図１の二次電池２０及び保護回路９０の等価回路を示す回路図である。
【図４】比較例、特許文献２及び実施形態に係る充電制御回路による充電時の各電圧のタイミングチャートである。
【図５】実施形態において充電時に二次電池２０に供給される電流Ｉｃｈａｒｇｅ及び電圧Ｖｂａｔ＿ｐｌｕｓのタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、同様の構成要素については同一の符号を付している。
【００１０】
図３は一般的な二次電池２０及び保護回路９０の等価回路を示す回路図である。
【００１１】
一般的に二次電池を搭載している電子機器には、保護回路９０が二次電池２０と直列接続で搭載されている。図３に示すように、二次電池２０の等価回路はキャパシタＣｂａｔと抵抗Ｒｂａｔで構成され、保護回路９０の等価回路は抵抗Ｒｄｅｖで構成される。すなわち、当該回路の内部抵抗は、主に二次電池２０の内部抵抗Ｒｂａｔ（１５０ｍΩ〜２００ｍΩ程度）と、保護回路９０の抵抗Ｒｄｅｖ（５０ｍΩ〜１００ｍΩ程度）を含む。また、定格電圧については、図３における二次電池２０の両端電圧（以下、電池電圧という。）Ｖｂａｔを定格電圧以下に保つ必要がある。満充電については、図３における電圧Ｖｂａｔ＿ｆｕｌｌを満充電電圧まで上げた状態を指す。また、通常しきい値電圧Ｖｔｈは図３における電圧Ｖｂａｔ＿ｐｌｕｓと比較される。
【００１２】
上述した問題に対して、特許文献１では、定電圧充電に切り替わるしきい値電圧Ｖｔｈを、保護回路９０の抵抗Ｒｄｅｖによる電圧降下による電圧Ｖｄｅｖ、すなわち、充電電流Ｉｃｈａｒｇｅ×Ｒｄｅｖ分は補正できることに着目している。つまり、外部電圧Ｖｂａｔ＿ｐｌｕｓ＝Ｖｔｈ＋Ｉｃｈａｒｇｅ×Ｒｄｅｖになるまでは、定電流充電が可能というアイデアである。そのために、外部電圧Ｖｂａｔ＿ｐｌｕｓをモニタし、定電流充電によって、外部電圧Ｖｂａｔ＿ｐｌｕｓがしきい値電圧Ｖｔｈを越えた後も、予め決められた一定の充電時間ｔｉの定電流充電を行い、定電圧充電の時間を短縮するという方法を考案している。また、配線抵抗等その他にも補正できる抵抗はあるが、ここでは簡単のため抵抗Ｒｄｅｖに含まれるものとして説明を割愛する。
【００１３】
この方法では、定電流充電時間が長くなった分定電圧充電が短くなるので、全体の充電時間は短くなるが、定電圧充電の方法としては従来方法と速さは変わらないという問題は解決できていない。
【００１４】
また、この方法を実施するためには、保護回路９０の電圧Ｖｄｅｖを補正するために、保護回路９０の抵抗Ｒｄｅｖと二次電池２０の静電容量Ｃｂａｔのそれぞれの製品仕様を用いて、充電時間ｔｉを予め計算しておく必要がある。充電時間ｔｉは、定電流充電時に電池電圧を定格電圧以下に保つことを優先すれば、保護回路９０のばらつきと二次電池２０のばらつき及び使用による劣化に起因した容量低下を考慮して、最小値に設定しなければならない。そのため、多くのケースで十分に充電時間を短縮できないという問題は解決できていない。以下に、充電時間ｔｉと補正できる電圧の計算例を示す。
【００１５】
上述のように、保護回路９０の両端電圧Ｖｄｅｖは次式で表される。
【００１６】
Ｖｄｅｖ＝Ｒｄｅｖ・Ｉｃｈａｒｇｅ      （１）
【００１７】
ここで、電池電圧Ｖｂａｔがしきい値電圧Ｖｔｈに達している状態から、さらに充電する電荷をΔＱとし、定電流充電時間をｔｉとすると、電荷ΔＱは次式で表される。
【００１８】
【数１】
2015204705.tif 000003
【００１９】
ここで、充電電流Ｉｃｈａｒｇｅは一定値なので次式を得る。
【００２０】
ＣｂａｔΔＶ＝Ｉｃｈａｒｇｅ・ｔｉ      （３）
【００２１】
従って、次式を得る。
【００２２】
【数２】
2015204705.tif 000004
【００２３】
従って、式（１）及び式（４）から次式を得る。
【００２４】
ｔｉ＝ＣｂａｔＲｄｅｖ      （５）
【００２５】
つまり、上記式（４）の通り、定電流充電時間ｔｉは二次電池２０のキャパシタＣｂａｔに依存していることが分かる。
【００２６】
これに対して、本発明の一実施形態では、簡易な構成の回路を付加するだけで、電池に印加される電圧を定格電圧以下に保ちつつ、従来より高速に定電圧充電を行うことができ、これにより、全体の充電時間を短縮できる充電制御回路を提供する。
【００２７】
本発明の一実施形態に係る充電制御回路は、直流電源１０からの直流電圧又は直流電圧を用いて二次電池２０に充電するための充電制御回路である。充電制御回路は、定電流充電回路３０と、定電圧充電回路４０と、充電方法切り替え回路６０と、しきい値電圧生成回路５０と、しきい値電圧調整回路８０と、充電電流検出回路７０とを備えて構成される。ここで、従来技術に係る定電流充電及び定電圧充電を併用した充電制御回路において、特に、定電圧充電回路４０はしきい値電圧Ｖｔｈと同じ電圧を出力するように構成する。さらに、図３における抵抗Ｒｄｅｖを既知のものとする。そして、充電電流Ｉｃｈａｒｇｅを、電圧Ｖｄｅｖ（＝Ｒｄｅｖ×Ｉｃｈａｒｇｅ）に換算する充電電流検出回路７０と、予め設定された定電流充電から定電圧充電に切り替えるしきい値電圧Ｖｔｈに対して電圧Ｖｄｅｖを加算するしきい値電圧生成回路５０を付加する。これにより、しきい値電圧Ｖｔｈ、すなわち、Ｖｂａｔ＿ｐｌｕｓ＝Ｖｔｈ＋Ｖｄｅｖを境に定電流制御と定電圧制御が切り替わる。この構成であれば、定電流充電時間を延長し、定電圧充電時間を短縮できることが分かる。さらに、定電圧充電に移行した後も、定電圧充電回路はしきい値電圧と同電位すなわち、Ｖｔｈ＋Ｖｄｅｖを出力するため、従来方法よりも高い電圧が印加される状態になり、高速に充電できる。これらの時、常に電池電圧はＶｂａｔ≦Ｖｂａｔ＿ｐｌｕｓ−Ｒｄｅｖ×Ｉｃｈａｒｇｅで制御されるため、定格電圧以下を保たれている。
【００２８】
図４は比較例、特許文献２及び実施形態に係る充電制御回路による充電時の各電圧のタイミングチャートである。図４では、特に、これらの場合における充電電流カーブと本実施形態の二次電池２０の陽極電圧のカーブを示す。本実施形態に係る充電制御回路では、比較例と比較して、（Ｔｃ２−Ｔｃ１）区間だけ定電流充電を延長し、時刻Ｔｃ２から定電圧充電時間を開始する。さらに、時刻Ｔｃ２から時刻Ｔｖ１（満充電）までの間、定電圧充電回路４０の出力電圧を（Ｖｔｈ＋Ｖｄｅｖ）とすることで、一般的な方法や特許文献１よりも（Ｔｖ２−Ｔｖ１）区間だけ、高速な定電圧充電が可能となっている。上記に加えて、この構成であれば、補正電圧の計算に電池容量を用いる必要がない。よって、電池の容量のばらつきや劣化による低下に関係なく、充電時間を短縮できる。
【００２９】
本発明の一実施形態について、以下に説明する。本実施形態は、定電流充電及び定電圧充電を併用して充電制御する充電制御回路において、定電流制御から定電圧制御に切り替える制御に際して充電中に当該切り替えるしきい値電圧及び定電圧充電の出力電圧に、充電電流×電池等の内部抵抗による電圧降下分を加算する。
【００３０】
図１は本発明の一実施形態に係る充電制御回路を含む充電回路の構成を示すブロック図である。また、図２は図１の充電制御回路の一部の回路の詳細構成を示す回路図である。
【００３１】
図１において、二次電池２０と、保護回路９０と、充電電流検出回路７０とが直列に接続され、充電電流検出回路７０は充電電流Ｉｃｈａｒｇｅを検出して検出結果をしきい値電圧調整回路８０に出力する。しきい値電圧調整回路８０は検出された充電電流Ｉｃｈａｒｇｅに基づいて、しきい値電圧生成回路５０で生成する出力電圧Ｖｃｏｍｐａｒｅが充電電流Ｉｃｈａｒｇｅに対応して比例するように調整する。一方、定電流充電回路３０は直流電源１０からの直流電力をＤＣ／ＤＣ変換して、定電流充電で二次電池２０を充電する。また、定電圧充電回路４０は直流電源１０からの直流電力をＤＣ／ＤＣ変換して、定電圧充電で二次電池２０を充電する。充電方法切り替え回路６０は、しきい値電圧生成回路５０の出力電圧Ｖｃｏｍｐａｒｅに基づいて、動作切替信号ＳＣ，ＳＶを用いて以下のいずれかとなるように定電流充電回路３０及び定電圧充電回路４０を制御する。
（１）定電流充電回路３０及び定電圧充電回路４０の動作をともにオフとする。
（２）定電流充電回路３０の動作をオンし、定電圧充電回路４０の動作をオフする。
（３）定電流充電回路３０の動作をオフし、定電圧充電回路４０の動作をオンする。
ここで、充電方法切り替え回路６０は、原則として二次電池２０の陽極電圧Ｖｂａｔ＿ｐｌｕｓがしきい値電圧生成回路５０の出力電圧Ｖｃｏｍｐａｒｅになれば、定電流充電回路３０による定電流充電から、定電圧充電回路４０による定電圧充電に切り替えるように制御する。
【００３２】
次いで、図１の充電制御回路の動作について以下説明する。
【００３３】
充電方法切り替え回路６０は、二次電池２０の陽極電圧Ｖｂａｔ＿ｐｌｕｓとしきい値電圧生成回路５０の出力電圧Ｖｃｏｍｐａｒｅとを比較し、Ｖｂａｔ＿ｐｌｕｓ＜Ｖｃｏｍｐａｒｅのときは定電圧充電回路４０を停止させており、定電流充電回路３０で充電する。ここで、Ｖｂａｔ＿ｐｌｕｓ≧Ｖｃｏｍｐａｒｅになると定電圧充電回路４０で充電し定電流充電回路３０を停止させる。
（２）しきい値電圧生成回路５０の出力電圧Ｖｃｏｍｐａｒｅは、予め所定のしきい値電圧Ｖｔｈに設定されている。
（３）二次電池２０の陽極電圧Ｖｂａｔ＿ｐｌｕｓは、図３に示すように二次電池２０自身の電圧Ｖｂａｔと、定格電圧に考慮する必要のない内部抵抗Ｒｂａｔ×充電電流Ｉｃｈａｒｇｅの電圧降下分Ｖｄｅｖを含んでいる。充電中は充電電流検出回路７０で充電電流Ｉｃｈａｒｇｅを検出し、しきい値電圧調整回路８０で充電電流Ｉｃｈａｒｇｅに比例する電圧Ｖｄｅｖに換算して、出力電圧ＶｃｏｍｐａｒｅをＶｃｏｍｐａｒｅ＝Ｖｔｈ＋Ｖｄｅｖまで上昇させる。これにより、二次電池２０自身の電圧ＶｂａｔがＶｂａｔ＝Ｖｔｈになるまで、その期間はＶｂａｔ＿ｐｌｕｓ＜Ｖｃｏｍｐａｒｅであるので、充電方法切り替え回路６０は定電流充電を選択して充電を継続する。
（４）二次電池２０の陽極電圧Ｖｂａｔ＿ｐｌｕｓがしきい値電圧生成回路５０の出力電圧Ｖｃｏｍｐａｒｅを上回った時点で、充電方法切り替え回路６０の動作切替信号ＳＶ，ＳＣによって、定電圧充電回路４０が動作し、定電流充電回路３０が停止する。このとき、定電圧充電回路４０の出力電圧はしきい値電圧生成回路５０の出力電圧Ｖｃｏｍｐａｒｅと同電位、すなわち、Ｖｔｈ＋Ｖｄｅｖとなり、従来方法と比較して高い電圧を印加されるので高速に充電ができる。要するに、充電中に定電流制御から定電圧制御に切り替えるしきい値電圧Ｖｔｈ、及び、定電圧充電の出力電圧にそれぞれ、充電電流Ｉｃｈａｒｇｅ×二次電池２０等の内部抵抗による電圧降下分を加算することを特徴としている。これにより、二次電池２０に対してその定格電圧まで充電制御できる。
【実施例】
【００３４】
さらに、本発明の実施形態に係る実施例について以下に説明する。
【００３５】
図１において、直流電源１０は図１の各回路に直流電源を供給し、ここで、その電圧を５．０［Ｖ］とする。
【００３６】
また、二次電池２０は図３の等価回路を有し、電圧Ｖｂａｔを定格電圧以下に保つ必要がある。また、満充電状態とは電圧Ｖｂａｔ＿ｆｕｌｌが満充電電圧まで上がった状態を指す。ここで、二次電池２０への充電中には二次電池２０に充電電流Ｉｃｈａｒｇｅが流れる。二次電池２０は例えばリチウムイオン電池とし、満充電電圧及び定格電圧共に４．２［Ｖ］とする。二次電池２０は内部抵抗として図３に示す抵抗Ｒｂａｔと抵抗Ｒｄｅｖを持つものとする。各抵抗値はそれぞれ、Ｒｂａｔ＝１００［ｍΩ］、Ｒｄｅｖ＝１００［ｍΩ］とする。
【００３７】
定電流充電回路３０の出力端子は二次電池２０の陽極に接続され、動作中は直流電源１０から定電流を生成して出力する。充電中は、充電方法切り替え回路６０によって、定電圧充電回路４０が停止しているときは動作しており、定電圧充電回路４０が動作すると停止する。ここで、定電流充電の電流値を２［Ａ］とする。
【００３８】
定電圧充電回路４０の出力端子は二次電池２０の陽極に接続され、動作中は直流電源２０から定電圧を生成して出力する。充電中は、充電方法切り替え回路６０の動作切替信号ＳＶによって動作し又は停止する。定電圧充電電圧はしきい値電圧生成回路５０に接続され、しきい値電圧生成回路５０の出力電圧Ｖｃｏｍｐａｒｅによって決定される。
【００３９】
しきい値電圧生成回路５０はしきい値電圧調整回路８０に接続され、充電方法切り替え回路６０及び定電圧充電回路４０に比較電圧Ｖｃｏｍｐａｒｅを出力する。しきい値電圧生成回路５０の出力電圧Ｖｃｏｍｐａｒｅは予めしきい値電圧Ｖｔｈに設定されているが、しきい値電圧調整回路８０の制御信号を受けて、出力電圧Ｖｃｏｍｐａｒｅを生成する。ここで、しきい値電圧Ｖｔｈ＝４．２［Ｖ］とする。
【００４０】
しきい値電圧生成回路５０は、等価回路の図２に示すようにＤＡコンバータで構成され、出力抵抗Ｒｄａｃｏｕｔを持つものとする。しきい値電圧生成回路５０の接続点５２はしきい値電圧調整回路８０のＭＯＳトランジスタＱ３のドレインに接続される。当該ＤＡコンバータはしきい値電圧調整回路８０から接続点５２を介して、しきい値電圧調整電流Ｉａｄｊｕｓｔを流し込まれ、出力電圧ＶｃｏｍｐａｒｅをＶｃｏｍｐａｒｅ＝Ｖｔｈ＋Ｒｄａｃｏｕｔ×Ｉａｄｊｕｓｔとして定電圧充電回路４０及び充電方法切り替え回路６０に出力する。ここで、Ｒｄａｃｏｕｔ＝１００［ｋΩ］とする。
【００４１】
充電方法切り替え回路６０は比較器を備えて構成される。当該比較器の１対の入力端子には、二次電池２０の陽極及びしきい値電圧生成回路５０の出力端子が接続され、二次電池の陽極の電圧Ｖｂａｔ＿ｐｌｕｓを出力電圧Ｖｃｏｍｐａｒｅと比較して、上述のように、動作切替信号ＳＶを定電圧充電回路４０に出力する。定電圧充電回路４０は動作切替信号ＳＶがハイレベルのとき動作、ローレベルのとき停止とする。
【００４２】
充電電流検出回路７０は二次電池２０に接続され、充電電流Ｉｃｈａｒｇｅを検出し、その電流値に比例する出力電圧Ｖｓｅｎｓｅをしきい値電圧調整回路８０に出力する。充電電流検出回路７０は、その等価回路の図２に示すように、抵抗Ｒ１１で構成される。ここで、抵抗Ｒ１１の一端は充電電流検出回路７０の接続点７１に接続された後、保護回路９０を介して二次電池２０の負極に接続される。抵抗Ｒ１１の他端は接地される。抵抗Ｒ１１には充電電流と同量のＩｃｈａｒｇｅが流れる。また、接続点７１はしきい値電圧調整回路８０の抵抗Ｒ２の一端に接続され、検出電圧Ｖｓｅｎｓｅ（＝Ｉｃｈａｒｇｅ×Ｒ１１）が出力される。ここで、抵抗Ｒ１１の抵抗値を１００［ｍΩ］とする。
【００４３】
しきい値電圧調整回路８０は、図２に示すように、基準電圧源８１と、４個の抵抗Ｒ１〜Ｒ４と、オペアンプＯＰ１と、ＰチャネルＭＯＳトランジスタＱ１〜Ｑ３とを備えて構成される。ここで、しきい値電圧調整回路８０への入力電圧は充電電流検出回路７０からの検出電圧Ｖｓｅｎｓｅであり、しきい値電圧調整回路８０からの出力電流はＩａｄｊｕｓｔであり、しきい値電圧生成回路５０に出力される。しきい値電圧調整回路８０は検出電圧Ｖｓｅｎｓを充電電流Ｉｃｈａｒｇｅの電流値に換算して、出力電圧Ｖｃｏｍｐａｒｅを電圧降下分（Ｒｄｅｖ×Ｉｃｈａｒｇｅ）補正する量を示す信号をしきい値電圧生成回路５０に出力する。
【００４４】
充電電流検出回路７０からの検出電圧Ｖｓｅｎｓｅは抵抗Ｒ２を介してオペアンプＯＰ１の非反転入力端子に印加される。また、しきい値電圧調整回路８０の基準電圧源８１は基準電圧Ｖａｄｊｕｓｔを抵抗Ｒ１を介してオペアンプＯＰ１の非反転入力端子に印加するとともに、抵抗Ｒ３を介してオペアンプＯＰ１の反転入力端子に印加する。従って、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子には基準電圧Ｖａｄｊｕｓｔを検出電圧Ｖｓｅｎｓｅ基準で抵抗Ｒ１とＲ２により分圧してなる分圧電圧Ｖｉｎｐが印加される。一方、オペアンプＯＰ１の反転入力端子には、基準電圧Ｖａｄｊｕｓｔを接地電圧基準で抵抗Ｒ３とＲ４で分圧してなる分圧電圧Ｖｉｎｍが印加される。オペアンプＯＰ１の出力端子はＭＯＳトランジスタＱ２のゲートに接続され、ＭＯＳトランジスタＱ２のドレインは抵抗Ｒ４を介して接地される。これにより、フィードバック制御で電圧Ｖｉｎｐと電圧Ｖｉｎｍが同電位となるようＭＯＳトランジスタＱ２を制御して抵抗Ｒ４に動作電流Ｉｏｐを流し込む。なお、ＭＯＳトランジスタＱ２の動作電流Ｉｏｐはそのソースに接続されたＭＯＳトランジスタＱ１から供給される。
【００４５】
ＭＯＳトランジスタＱ１とＱ３はカレントミラー回路を構成しており、ＭＯＳトランジスタＱ３はＩｏｐ×（Ｑ１とＱ３のサイズ比ＭＱ）の電流をしきい値電圧調整電流Ｉａｄｊｕｓｔとしてしきい値電圧生成回路５０に出力する。
【００４６】
以上の動作をまとめてＩａｄｊｕｓｔを求める式を以下に示す。但し、この構成ではＲ１＝Ｒ３、Ｒ２＝Ｒ４と設定するため、Ｒ１＝Ｒ３＝Ｒｔｏｐ、Ｒ２＝Ｒ４＝Ｒｂｏｔｔｏｍとする。
【００４７】
図２から次式を得る。
【００４８】
【数３】
2015204705.tif 000005
【００４９】
【数４】
2015204705.tif 000006
【００５０】
ここで、オペアンプＯＰ１はＶｉｎｍ＝Ｖｉｎｐとなるように動作するので次式を得る。
【００５１】
【数５】
2015204705.tif 000007
【００５２】
ここで、
Ｉａｄｊｕｓｔ＝ＭＱ×Ｉｏｐなので次式を得る。
【００５３】
2015204705.tif 000008
【００５４】
次いで、図２において、二次電池２０の抵抗Ｒｄｅｖの値からサイズ比ＭＱ、及び抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４を決定する必要があるので、以下に決定のための式を示す。ここで、定格電圧に考慮する必要がない電圧Ｖｄｅｖは抵抗Ｒｄｅｖと抵抗Ｒ１１による電圧降下を指すので、次式を得る。
【００５５】
Ｖｄｅｖ＝（Ｒｄｅｖ＋Ｒ１１）×Ｉｃｈａｒｇｅ      （９）
【００５６】
また、
Ｖｄｅｖ＝Ｒｄａｃｏｕｔ×Ｉａｄｊｕｓｔ      （１０）
であるので、次式を得る。
【００５７】
【数６】
2015204705.tif 000009
【００５８】
ここで、式（８）から次式を得る。
【数７】
2015204705.tif 000010
【００５９】
Ｖｓｅｎｓｅ＝Ｒ１１×Ｉｃｈａｒｇｅ
であるので、次式を得る。
【００６０】
【数８】
2015204705.tif 000011
【００６１】
上記式を変形して次式を得る。
【００６２】
【数９】
2015204705.tif 000012
【００６３】
ここで、各変数に上記の抵抗Ｒ１１及び抵抗Ｒｄａｃｏｕｔの値を代入すると次式を得る。
【００６４】
【数１０】
2015204705.tif 000013
【００６５】
式（１２）に上記抵抗Ｒｄｅｖの値を代入し、サイズ比ＭＱ＝８とすると、次式を得る。
【００６６】
【数１１】
2015204705.tif 000014
【００６７】
式（１３）より抵抗Ｒｂｏｔｔｏｍ＝３００［ｋΩ］とし、これを式（１３）に代入すると、Ｒｔｏｐ＝９００［ｋΩ］となる。以上より、サイズ比ＭＱ＝８、抵抗Ｒ１＝Ｒ３＝９００［ｋΩ］、抵抗Ｒ２＝Ｒ４＝３００［ｋΩ］と決定する。
【００６８】
式（１２）より、この方式であれば、抵抗Ｒ１〜Ｒ４の抵抗値及び、サイズ比ＭＱを可変とすることで、抵抗Ｒｄｅｖの設定を変更できることが分かる。また、上記の一連の計算式より二次電池２０の容量を計算にする必要がないことが分かる。そのため、二次電池２０は指定のものである必要はない。
【００６９】
次いで、図１の充電制御回路が二次電池２０の充電におけるときの動作について、図２の回路を用いて、図５を参照して説明する。また、各設定値については上記で記載した値を使用する。また、電圧Ｖｂａｔ、電圧Ｖｂａｔ＿ｆｕｌｌに関しては図３に示すものとする。
【００７０】
（Ｓ１）Ｖｂａｔ＿ｐｌｕｓ＜４．２［Ｖ］のときの動作について
（Ｓ１−１）定電流充電回路３０は二次電池２０に対して定電流２［Ａ］の充電を行う。
（Ｓ１−２）充電電流検出回路７０は、図２から、検出電圧Ｖｓｅｎｓｅ＝Ｒ１１×Ｉｃｈａｒｇｅ＝０．１×２＝０．２［Ｖ］を出力する。
（Ｓ１−３）しきい値電圧調整回路８０は式（９）から次式の調整電流Ｉａｄｊｕｓｔを出力する。
【００７１】
【数１２】
2015204705.tif 000015
【００７２】
（Ｓ１−４）しきい値電圧生成回路５０は次式の出力電圧Ｖｃｏｍｐａｒｅを出力する。
【００７３】
Ｖｃｏｍｐａｒｅ
＝Ｖｔｈ＋Ｉａｄｊｕｓｔ×Ｒｄａｃｏｕｔ
＝４．２＋４×１０−６×１００×１０３
＝４．６［Ｖ］
【００７４】
（Ｓ１−５）充電方法切り替え回路６０はＶｂａｔ＿ｐｌｕｓ＜Ｖｃｏｍｐａｒｅなので、ローレベルの動作切替信号ＳＶを出力し、定電圧充電回路４０は停止している。このとき、Ｖｂａｔ＿ｐｌｕｓ＜４．２［Ｖ］であり、Ｖｂａｔは定格電圧以下である。
【００７５】
（Ｓ２）Ｖｂａｔ＿ｐｌｕｓ≧４．２［Ｖ］かつＶｂａｔ＜４．２［Ｖ］のときのときの動作について
（Ｓ２−１）Ｖｂａｔ＿ｐｌｕｓ≧Ｖｔｈとなるが、（Ｓ１−４）のように、しきい値電圧生成回路５０の出力電圧Ｖｃｏｍｐａｒｅは４．６［Ｖ］であるため、定電流充電を継続することができる。
（Ｓ２−２）上記の（Ｓ１−１）〜（Ｓ１−４）と同様に動作する。
（Ｓ２−３）このとき、二次電池２０の陽極電圧Ｖｂａｔ＿ｐｌｕｓ≧４．２［Ｖ］であり、定格電圧を上回っている。しかし、二次電池２０自身の電池電圧Ｖｂａｔは、次式で表される。
【００７６】
Ｖｂａｔ
＝Ｖｂａｔ＿ｐｌｕｓ−（Ｒｄｅｖ＋Ｒ１１）×Ｉｃｈａｒｇｅ
【００７７】
また、電池電圧Ｖｂａｔ＝Ｖｂａｔ＿ｐｌｕｓ−０．４［Ｖ］のため、電池電圧Ｖｂａｔは定格電圧を下回る。そのため、二次電池２０の劣化は起こらない。
【００７８】
（Ｓ３）Ｖｂａｔ＿ｐｌｕｓ＝４．６［Ｖ］かつＶｂａｔ＝４．２［Ｖ］のときの動作について
（Ｓ３−１）定電流充電で、二次電池２０の陽極電圧Ｖｂａｔ＿ｐｌｕｓ＝４．６［Ｖ］となったとき、電池電圧Ｖｂａｔは次式となる。
Ｖｂａｔ
＝Ｖｂａｔ＿ｐｌｕｓ−（Ｒｄｅｖ×Ｒ１１）×Ｉｃｈａｒｇｅ
＝４．６−０．４
＝４．２［Ｖ］
【００７９】
（Ｓ３−２）二次電池２０の陽極電圧Ｖｂａｔ＿ｐｌｕｓ＝４．６［Ｖ］を上回った時点で、充電方法切り替え回路６０はＶｂａｔ＿ｐｌｕｓ＞Ｖｃｏｍｐａｒｅなので、ハイレベルの動作切替信号ＳＶを出力し、定電圧充電回路４０を動作させる。また、ローレベルの動作切替信号ＳＣを出力して定電流充電回路３０を停止させる。出力電圧Ｖｃｏｍｐａｒｅ＝４．６［Ｖ］のため定電圧充電回路４０は４．６［Ｖ］を出力する。この動作によって、二次電池２０は定格電圧以下を保ちながら充電を継続できる。
【００８０】
（Ｓ３−３）この時点で、二次電池２０の陽極電圧Ｖｂａｔ＿ｆｕｌｌは次式で表される。
【００８１】
Ｖｂａｔ＿ｆｕｌｌ
＝Ｖｂａｔ−Ｒｂａｔ×Ｉｃｈａｒｇｅ
＝４．２−０．１×２
＝４．０［Ｖ］
【００８２】
従って、二次電池２０は満充電電圧には至っていない。そのため、さらに定電圧充電を行う。
【００８３】
（Ｓ３−４）定電圧充電時の充電電流Ｉｃｈａｒｇｅは次式で表される。
【００８４】
Ｉｃｈａｒｇｅ
＝（Ｖｂａｔ＿ｐｌｕｓ−Ｖｂａｔ＿ｆｕｌｌ）／（Ｒｂａｔ＋Ｒｄｅｖ＋Ｒ１１）
【００８５】
従って、二次電池２０の陽極電圧Ｖｂａｔ＿ｐｌｕｓ＝４．６［Ｖ］、電池電圧Ｖｂａｔ＿ｆｕｌｌ＝４．０［Ｖ］のときは、定電圧充電回路４０は２［Ａ］で充電する。
【００８６】
（Ｓ４）４．０［Ｖ］＜Ｖｂａｔ＿ｆｕｌｌ＜４．２［Ｖ］のときの動作について
（Ｓ４−１）さらに充電を続けて、例えば電池電圧Ｖｂａｔ＿ｆｕｌｌ＝４．０１［Ｖ］になると、充電電流Ｉｃｈａｒｇｅ＝１．９７［Ａ］に減少する。
（Ｓ４−２）このとき、充電電流検出回路７０は次式の検出電圧Ｖｓｅｎｓｅを出力する。
Ｖｓｅｎｓｅ
＝Ｒ１１×Ｉｃｈａｒｇｅ
＝０．１９７［Ｖ］
【００８７】
（Ｓ４−３）しきい値電圧調整回路８０は式（９）より次式の調整電流Ｉａｄｊｕｓｔを出力する。
【００８８】
【数１３】
2015204705.tif 000016
【００８９】
（Ｓ４−４）しきい値電圧生成回路５０は（Ｓ１−４）の式から次式の出力電圧Ｖｃｏｍｐａｒｅを出力する。
Ｖｃｏｍｐａｒｅ
＝Ｖｔｈ＋Ｉａｄｊｕｓｔ×Ｒｄａｃｏｕｔ
＝４．２＋３．９４×１０−６×１００×１０３
＝４．５９４［Ｖ］
【００９０】
（Ｓ４−５）これにより、充電電流Ｉｃｈａｒｇｅは、Ｉｃｈａｒｇｅ＝１．９４７［Ａ］まで減少し、電池電圧Ｖｂａｔ＝４．２［Ｖ］を保つ。
（Ｓ４−６）つまり、定電圧充電中は、二次電池２０の陽極電圧Ｖｂａｔ＿ｆｕｌｌが上昇すると、充電電流Ｉｃｈａｒｇｅが減少する。それによって、しきい値電圧生成回路５０の出力電圧Ｖｃｏｍｐａｒｅが小さくなり、定電圧充電回路４０からの出力電圧Ｖｂａｔ＿ｐｌｕｓが小さくなる。この動作を繰り返し、電池電圧Ｖｂａｔ＝４．２［Ｖ］を保ちつつ、充電を継続する。この動作により、定格を保持しながら電圧（Ｖｔｈ＋Ｖｄｅｖ）を電池の陽極に印加して充電を継続できるので、一般的な定電圧充電回路である特許文献１の定電圧充電回路より、高速な充電が可能となっている。
【００９１】
（Ｓ５）Ｖｂａｔ＿ｆｕｌｌ＝４．２［Ｖ］のときの動作について
（Ｓ５−１）さらに定電圧充電を継続すると、定電圧充電回路４０の出力電圧Ｖｂａｔ＿ｐｌｕｓは次式となる。
【００９２】
Ｖｂａｔ＿ｐｌｕｓ
＝Ｖｂａｔ＿ｆｕｌｌ
＝４．２［Ｖ］
【００９３】
従って、充電電流Ｉｃｈａｒｇｅは流れなくなり、満充電状態となる。
【００９４】
図５は実施形態において充電時に二次電池２０に供給される電流Ｉｃｈａｒｇｅ及び電圧Ｖｂａｔ＿ｐｌｕｓのタイミングチャートである。図５では、二次電池２０の陽極電圧Ｖｂａｔ＿ｆｕｌｌが３Ｖの状態から充電をスタートし、満充電に至るまで各電圧Ｖｂａｔ＿ｐｌｕｓ、Ｖｂａｔ、Ｖｂａｔ＿ｆｕｌｌの動きを示す。
【００９５】
以上の実施形態においては、補正できる抵抗は保護回路の抵抗Ｒｄｅと述べた。しかし、実施例では、サイズ比ＭＱ、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の決定において示した通り、回路の抵抗とトランジスタ比を可変とすることで、補正できる抵抗値には範囲を持たせることができる。
【００９６】
以上の実施形態においては、充電制御回路について説明したが、本発明はこれに限らず、充電制御回路に例えば直流電源を備えた充電装置に適用してもよい。
【００９７】
以上説明したように、本実施形態によれば、図１の充電制御回路の構成を有することで、多くの二次電池において、充電時間が短縮できる。また、保護回路９０の抵抗値だけでなく、抵抗基板の配線抵抗等の抵抗値も補正することができる。
【００９８】
なお、本実施形態では、図１の充電制御回路の構成を用いたが、本発明はこれに限らず、少なくとも、充電電流Ｉｃｈａｒｇｅを検出して、以下のように構成してもよい。
（１）定電流充電及び定電圧充電の切り替えのしきい値電圧をＶｄｅｖ分上げる。
（２）定電圧充電回路４０の出力電圧をＶｄｅｖ分上げる。
（３）上記（１）及び（２）を達成しながら、二次電池２０の電圧Ｖｂａｔ＿ｆｕｌｌは定格電圧以下を保つ。
【００９９】
なお、実施例において説明したように、二次電池２０の容量は計算に必要ないので考慮する必要がないという特有の効果を有する。
【０１００】
実施形態のまとめ．
本実施形態の第１の態様に係る充電制御回路は、直流電源から二次電池に、定電流充電回路による定電流充電、もしくは定電圧充電回路による定電圧充電のいずれかで充電制御する充電制御回路であって、
定電流充電と定電圧充電を切り替えるしきい値電圧を出力するしきい値電圧生成回路と、
上記しきい値電圧と二次電池の陽極電圧を比較して、その比較結果から定電流充電と定電圧充電を切り替える充電方法切り替え回路と、
上記二次電池に充電するときの充電電流に基づいて上記しきい値電圧を調整するしきい値電圧調整回路とを備え、
上記しきい値電圧調整回路は、上記二次電池の電池電圧を所定の定格電圧以下に保持しつつ、上記しきい値電圧と定電圧充電回路の出力電圧をそれぞれ、上記充電電流から二次電池の内部抵抗及び配線抵抗による電圧降下に換算してなる電圧分上昇させるように上記しきい値電圧を調整することを特徴とする。
【０１０１】
本実施形態に第２の態様に係る充電制御回路は、第１の態様に係る充電制御回路において、上記しきい値電圧調整回路は、
二次電池と直列に接続された抵抗に充電電流を流すことにより、上記充電電流に比例する検出電圧を検出し、
上記検出電圧と、所定の基準電圧とを比較して、上記検出電圧が上記基準電圧よりも大きいときにその差に対応する電流を上記しきい値電圧生成回路に調整電流として流すことで上記しきい値電圧を調整することを特徴とする。
【０１０２】
本実施形態に係る第３の態様に係る充電制御回路は、第２の態様に係る充電制御回路において、上記しきい値電圧調整回路は、
上記基準電圧を発生する基準電圧源と、
上記検出電圧と、所定の基準電圧とを比較するオペアンプと、
所定の電流を流す電流源を構成する第１のトランジスタと、
上記オペアンプの出力電圧に基づいて、上記電流源からの電流を制御する第２のトランジスタと、
上記第１のトランジスタと第３のトランジスタとにより構成されるカレントミラー回路であって、上記第２のトランジスタに流れる電流に対応する電流を上記調整電流として流すカレントミラー回路とを備えることを特徴とする。
【符号の説明】
【０１０３】
１０…直流電源、
２０…二次電池、
３０…定電流充電回路、
４０…定電圧充電回路、
５０…しきい値電圧生成回路、
５１…基準電圧源、
５２…接続点、
６０…充電方法切り替え回路、
７０…充電電流検出回路、
７１…接続点、
８０…しきい値電圧調整回路、
８１…基準電圧源、
９０…保護回路、
Ｃｂａｔ…キャパシタ、
ＯＰ１…オペアンプ、
Ｑ１〜Ｑ３…ＭＯＳトランジスタ、
Ｒ１〜Ｒ４，Ｒ１１，Ｒｂａｔ，Ｒｄａｃｏｕｔ，Ｒｄｅｖ…抵抗。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１０４】
【特許文献１】特開平６−０３２５７９４号公報
【特許文献２】特開２００４−２７４８７４号公報
【図１】
2015204705.tif 000017
【図２】
2015204705.tif 000018
【図３】
2015204705.tif 000019
【図４】
2015204705.tif 000020
【図５】
2015204705.tif 000021