(57)【要約】【課題】二次電池を定電流及び定電圧で充電するための充電装置を提供する。【解決手段】直流電圧を電圧制御手段を介して二次電池に印加する充電装置に、二次電池の電圧と充電電流を検出する電圧・電流検出手段を設ける。充電電流は二次電池に直列に接続した抵抗と、抵抗の端子間電圧と参照電圧との差を増幅する差動増幅器によって電圧として検出する。差動増幅器の出力と二次電池の電圧とを重み付け加算して電圧制御手段に帰還する。重みによって電圧帰還量と電流帰還量の割合を変えることによって１つの制御系で定電流、定電圧、あるいは擬似定電力充電を行うことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と電圧制御手段とから成る二次電池の充電装置であって、二次電池への充電電流を検出するための電流検出抵抗と、該電流検出抵抗の端子間電圧と参照電圧との差を増幅する増幅手段を備え、該増幅手段の出力電圧と前記電圧制御手段の出力電圧とを重み付け加算し、その加算電圧を前記電圧制御手段に帰還することを特徴とする二次電池の充電装置。
【請求項２】
充電中の二次電池の充電電圧に応じて前記重み付け加算する際の重みを充電中の二次電圧の充電電圧に応じて変える手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の二次電池の充電装置。
【請求項３】
前記重み付け加算の重みが充電時間の関数であることを特徴とする請求項１に記載の二次電池の充電装置。
【請求項４】
前記電圧制御手段はパストランジスタを用いる電圧降下型レギュレータである請求項１、請求項２、及び請求項３に記載の二次電池の充電装置。
【請求項５】
前記電圧制御手段はインダクタを用いるスイッチング方式ＤＣ−ＤＣコンバータである請求項１、請求項２、及び請求項３に記載の二次電池の充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は二次電池の充電装置、特に二次電池を急速充電するための定電流（ＣＣ：Ｃｏｎｓｔａｎｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔ）及び定電圧（ＣＶ：Ｃｏｎｓｔａｎｔ  Ｖｏｌｔａｇｅ）充電装置に関する。
【従来技術】
【０００２】  リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池を短時間で充電する方式として、被充電二次電池の電圧が低い時は定電流（ＣＣ）で、満充電近くになると定電圧（ＣＶ）で充電するＣＣ／ＣＶ方式が適している。このＣＣ／ＣＶ方式充電制御装置の代表的な構成を図４に示す。
【０００３】  図４の充電制御装置７は、電圧制御回路７Ｄとパストランジスタ７Ａから成る電圧レギュレータと、電流検出抵抗７１、電流制御回路７Ｃ及びパストランジスタ７Ａから成る電流レギュレータ、の２つの制御系と、２つのレギュレータの選択回路７Ｂ、とで構成されている。
【０００４】  選択回路７Ｂとしては、ＩＣ化された充電制御装置ではアナログ・ディジタル（ＡＤ）変換器内蔵のＣＰＵを用いているが、より簡単な構成としてアナログコンパレータを用いる電圧検出スイッチが［特許文献１］に、また、電流検出抵抗７１の電圧降下分も含めた電圧検出による手段が［特許文献２］に開陳されている。
【０００５】
【特許文献１】  公開特許公報  平２−９７２３４号公報
【特許文献２】  特開２００２−７８２２０号公報
【０００６】  また、制御系をより簡単にするために、［特許文献３］では充電電流に応じて電圧制御回路の基準電圧を変える方式が、［特許文献４］では二次電池の充電状態に応じて充電電流値を変える方式が、さらに［特許文献５］では充電電流に応じて二次電池の電圧を検出する抵抗の分圧比を変える方式が、それぞれ提案されている。
【０００７】
【特許文献３】  特開２００３−２３７４２７号公報
【特許文献４】  特開２００４−１５９４７７号公報
【特許文献５】  特開２００４−２７４８７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】  上記特許文献３、特許文献４、特許文献５の方式によれば、選択回路は不必要となり、充電装置の構成が簡単になる。しかしながら、二次電池の電圧に応じて充電電流が変化し、二次電池の電圧が低い時は過大な充電電流が流れて発熱したり、また、二次電池の充電が進むと充電電流が小さくなるので充電に長時間を要する等の問題を抱えている。【０００９】  本発明には上記の問題点を解決すべくなされたものであり、１つの制御系で定電流、定電圧、さらには擬似定電力充電を行うことができる二次電池の充電装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  直流電源の電圧を電圧制御手段を介して二次電池に印加して二次電池を充電する二次電池の充電装置において、二次電池の電圧を電圧制御手段に帰還する電圧帰還量と充電電流を帰還する電流帰還量を重み付け加算して電圧制御手段に帰還する。【００１１】  重み付け加算するため、電流検出抵抗によって二次電池の充電電流を電圧として検出し、この電圧と参照電圧との差を増幅する差動増幅手段を設ける。【００１２】  この構成にすれば、電圧帰還量と電流帰還量の重み付けによって、定電圧、定電流、擬似定電力制御を１つの制御系で行うことができる。【００１３】  即ち、電流帰還量対電圧帰還量の比を１対０にすれば定電流制御、逆に０対１にすれば定電圧制御となる。【００１４】  従って、二次電池の充電電圧に応じて電流帰還量と電圧帰還量の比を変えることによって、定電流、定電圧、あるいは擬似定電力制御を１つの制御系で行うことができる。【００１５】  また、電流帰還量と電圧帰還量の比を充電時間に応じて変えることにより、充電当初は定電流で充電し、時間経過とともに定電圧充電とすることができる。【００１６】  電圧制御手段にはパストランジスタを可変抵抗とする電圧降下型電圧レギュレータを用いることができる。【００１７】  また、電圧制御手段としてインダクタを用いるスイッチング方式ＤＣ−ＤＣコンバータを用いることもできる。
【発明の効果】
【００１８】  以上説明したように、本発明によれば１つの制御系で二次電池の定電圧、定電流、擬似定電力充電が可能となる。従って、本発明は二次電池の充電装置を構築するために極めて有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】  以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。なお、図面において、同一の機能の要素には同一の符合を付し、重複する説明は避ける。
【第１実施形態】
【００２０】  図１は本発明の第１の実施形態であって二次電池の充電装置の構成図である。１は電圧・電流検出部、３は電圧制御手段、４は二次電池、５は直流電源である。電圧・電流検出部１は、分圧のための抵抗１１ａと１１ｂ、電流検出抵抗１１ｃ、参照電圧源１Ｂ、差動増幅器１Ａ、とで構成されている。電圧制御手段３は電圧・電流検出部１からの帰還電圧ＶＦＢと基準電圧源３Ｃとの電圧差を増幅するオペアンプ３Ｂと、パストラジスタ３Ａ、とから成っている。
【００２１】  図１において、電圧制御手段３の出力電圧をＶＯ、電流検出抵抗１１ｃの抵抗値をＲＳ、二次電池４の充電電流をＩＣＨ、参照電圧源１Ｂの電圧をＶＳ、差動増幅器１Ａの差動利得をＧとすれば、［数１］の関係が得られる。
【００２２】
【数１】
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ここで、γは［数２］：
【数２】
2008312426.tif 000004
で、Ｒ１１ａとＲ１１ｂはそれぞれ抵抗１１ａと１１ｂの抵抗値である。
【００２３】  式（１）において、（１−γ）Ｇ：γ  は電流帰還量と電圧帰還量の比を表わしている。いま、差動増幅器１Ａをオペアンプとし、その差動利得を８０〜１００ｄＢとすると充電電流ＩＣＨは［数３］：
【数３】
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となり、定電流充電が行われる。
【００２４】  一方、Ｇ＝０の場合には電圧帰還のみとなり、電圧制御手段３はその基準電圧源３Ｃの電圧Ｖｒｅｆと帰還電圧ＶＦＢとが一致するように電圧ＶＯを出力するので、ＶＯは［数４］：
【数４】
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となり、定電圧充電が行われる。
【００２５】  上記、定電流充電条件と定電圧充電条件との中間では充電電圧が充電電流に対して直線的に低下する擬似定電力充電が行われる。
【第２実施形態】
【００２６】  図２は本発明の第２の実施形態であって、二次電池の充電電圧に応じて定電流、定電圧充電を行う充電装置の構成図である。図１の第１の実施形態に二次電池４の電圧を検出する電圧検出部２が追加され、また、電圧制御手段３に昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータが用いられている。
【００２７】  電圧検出部２は、分圧抵抗２１ａと２１ｂ、参照電圧源２Ｃ、コンパレータ２Ａ、そしてスイッチとして動作するｎＭＯＳトランジスタ２Ｂ、とから成り、二次電池の電圧ＶＢが［数５］：
【数５】
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になるとｎＭＯＳトランジスタ２Ｂをオンにする。ここで式（５）において、ＶＣは参照電圧源２Ｃの電圧、Ｒ２１ａとＲ２１ｂはそれぞれ抵抗２１ａと２１ｂの抵抗値である。
【００２８】  ｎＭＯＳトランジスタ２Ｂがオンになると電流帰還は無効となり、電圧・電流検出部１のオペアンプ１Ａの出力はゼロとなる。従って、抵抗１１ａと１１ｂによって分圧された出力電圧が電圧制御手段３に帰還される。電圧制御手段３は帰還される電圧ＶＦＢが基準電圧源３Ｃの電圧Ｖｒｅｆと一致するようにパルス幅変調（ＰＷＭ）によって出力電圧ＶＯを制御する。従って、出力電圧ＶＯは式（４）と同じになり、定電圧充電が行われる。
【００２９】  一方、二次電池４の電圧が式（５）の値よりも小さい場合はオペアンプ１Ａの差動利得が高いので電流帰還量が電圧帰還量よりもはるかに大きい。従って、式（３）で与えられる電流値の定電流充電が行われる。
【００３０】  なお、直流電源５の電圧が充電される二次電池４の電圧よりも高い場合には降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータが電圧制御手段３として用いられる。
【００３１】  図３は本発明の第３の実施形態であって、充電時間に応じて電流帰還量と電圧帰還量の割合を変える二次電池の充電装置の構成図である。構成は図２の第２の実施形態を基本とし、図２における電圧検出部２が遅延スイッチ６に置き換えられている。
【００３２】  充電当初はキャパシタ６２は充電されていないので、その端子間電圧はゼロであり、ｎＭＯＳトランジスタ６Ａはオフとなっている。従って、電流帰還量は電圧帰還量よりもはるかに大きく、定電流充電が行われる。
【００３３】  充電開始からｔ秒後のキャパシタ６２の端子間電圧Ｖ６２は、［数６］：
【数６】
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となる。ここで、Ｒ６１とＣ６２はそれぞれ抵抗６１の抵抗とキャパシタ６２の容量である。
【００３４】  式（６）で与えられる電圧Ｖ６２がｎＭＯＳトランジスタ６Ａのしきい電圧よりも高くなるとｎＭＯＳトランジスタ６Ａがオンとなり電流帰還を無効とする、従って、この状態では定電圧充電が行われる。
【００３５】  定電流充電から定電圧充電に移るまでの期間は電流帰還量と電圧帰還量が時間とともに変わり、擬似定電力充電が行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態である二次電池の充電装置の構成。
【図２】本発明の第２実施形態である二次電池のＣＣ／ＣＶ充電装置の構成。
【図３】本発明の第３実施形態である二次電池の充電装置の構成。
【図４】二次電池のＣＣ／ＣＶ充電装置の一般的な構成図。
【符号の説明】
１……電圧・電流検出部
２……二次電池の電圧検出部
３……電圧制御手段
４……二次電池
５……直流電源
６……遅延スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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