(57)【要約】【課題】蓄電池の利用可能時間を高い精度で予測したり、蓄電池の劣化度合い、寿命等を推定することができる充電装置を提供する。【解決手段】蓄電池に充電のための直流電流を流したり遮断したりするスイッチング手段（Ｔｒ３）と、前記蓄電池の充電電流を検出する充電電流検出手段（Ｒｓ，４）と、前記蓄電池の端子間電圧を検出する電圧検出手段（７）と、電圧検出手段からの電圧に基づいて充電の完了を判定する制御手段（５）と、前記蓄電池への充電を開始した時点からの充電継続時間を計時する計時手段（９）と、充電中であることもしくは充電が完了したことおよび前記計時手段により計時した充電時間を表示可能な表示手段（８）とを備えるようにした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電池に充電のための直流電流を流したり遮断したりするスイッチング手段と、前記蓄電池の充電電流を検出する充電電流検出手段と、前記蓄電池の端子間電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段からの電圧に基づいて充電の完了を判定する制御手段と、前記蓄電池への充電を開始した時点からの充電継続時間を計時する計時手段と、充電中であることもしくは充電が完了したことおよび前記計時手段により計時した充電時間を表示可能な表示手段とを備えることを特徴とする充電装置。
【請求項２】
記憶手段を備え、前記制御手段は前記計時手段からの信号に基づいて実行された充電の累積時間を演算し、演算された累積充電時間を前記記憶手段に記憶するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種電子機器の電源として使用される蓄電池を充電する充電装置に関し、特に充電時間を表示可能な充電装置に適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビデオカメラ、携帯電話機、ノート型パーソナルコンピュータ（以下、ノートパソコンと称する）等の携帯用電子機器においては、電源として、リチウムイオン電池、ＮｉＣｄ電池、ニッケル水素電池などの２次電池で構成された蓄電池バッテリパックが使用されている。
【０００３】
従来より、かかる蓄電池バッテリパックのバッテリセルを充電する充電装置として種々のものが提案されており、例えば充電中の電池の端子間電圧を監視して充電が完了した際にＬＥＤなどを点灯させるようにしたものや、充電中の蓄電池バッテリセルの充電容量や現在の充電容量での使用可能時間を推定表示するようにしたもの、充電完了までの推定待ち時間を表示するようにしたものなどがある。
さらには、電池自身がＩＣを内蔵し電池の端子電圧変化を検出することにより充電容量を推定して表示する方式を採用した充電装置が実用化されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の充電装置では、充電時間の経過に伴って蓄電池の端子電圧が上昇し、充電完了期に達すると逆に端子電圧が減少する変化、すなわち−ｄＶ／ｄｔを検出して充電完了と判断している。しかしながら、劣化により蓄電池内の電解質の実効量が減少した電池を充電した場合、図４に示すように、正常電池よりも急速に電圧が増加し、その後正常電池と同様な電圧降下を起こすという特性がある。
【０００５】
かかる劣化電池は、正常電池よりも早い段階で正常電池とは同様の−ｄＶ／ｄｔ変化を示すため、充電装置側では、蓄電池側の異常（電池容量の減少）に気づくことなく、充電完了表示を行ってしまうという問題があった（丁度、容量の小さな電池を充電したのと等価の現象となる）。従って、従来の充電装置では、充電が完了したか否かの判定と表示ができるだけで、電池の劣化や、電池が完全に放電し切らないうちに充電を行なうと放電量が減少するいわゆるメモリ効果の発生に気づくことは困難である。
【０００６】
電池の劣化やメモリ効果が発生した場合、現実に充電された充電容量や実際に使用できる実使用可能時間は、上記のような充電完了検知方式の充電装置により表示された充電容量や推定使用可能時間よりも小さくなる。そのため、充電完了となった電池を使用したにもかかわらず、短時間でバッテリ交換が必要となるなどの不具合があった。
【０００７】
また、ユーザは機器を使用して初めて上述した電池の不具合に気づくため、劣化電池を使用していると、重大な支障例えばビデオカメラで撮影している場合に貴重な撮影チャンスを取り逃がしてしまうといった事態を引き起こす場合がある。また、仕事でノートパソコンを使用している場合には、充電時間が短時間になってくるとともに実使用時間が短くなり、突然電池切れ状態となるなど業務に支障をきたすという課題があった。
【０００８】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、蓄電池の利用可能時間を高い精度で予測するとともに、蓄電池の劣化度合い、寿命等も推定できる充電装置を提供することを目的とする。
この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴については、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、下記のとおりである。
すなわち、本発明に係わる充電装置は、蓄電池に充電のための直流電流を流したり遮断したりするスイッチング手段と、前記蓄電池の充電電流を検出する充電電流検出手段と、前記蓄電池の端子間電圧を検出する電圧検出手段と、前記充電電流検出手段からの電流や前記電圧検出手段からの電圧に基づいて充電の完了を判定する制御手段と、前記蓄電池への充電を開始した時点からの充電継続時間を計時する計時手段と、充電中であることもしくは充電が完了したことおよび前記計時手段により計時した充電時間を表示可能な表示手段とを備えるようにしたものである。
【００１０】
このような構成によれば、計時手段により蓄電池に対して充電を開始した時からの充電継続時間を計時して表示手段によって表示できるため、蓄電容量と密接な関係を持つパラメータである充電時間を知ることができ、これによって蓄電池の利用可能時間を高い精度で予測したり、蓄電池の劣化度合い、寿命等も推定することができるようになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係る充電装置の充電回路の実施形態を示す回路構成図である。
図１に示すように、本実施形態における充電回路１は、蓄電池２の端子間電圧を分圧する抵抗分圧回路７と、直流電圧のプラス側入力端子ＴＭ１に接続され、該端子から供給される直流電圧を蓄電池２の正極に印加したり遮断したりするトランジスタＴｒ３と、該トランジスタＴｒ３を通して流れる電流を電圧に変換するためのセンス抵抗Ｒｓと、該センス抵抗Ｒｓの両端子の電圧を入力とする差動アンプ４と、マイクロコンピュータもしくはマイクロプロセッサ（以下、マイコンと称する）のような制御装置５と、時間を計時するタイマー９と、液晶パネルのような表示部１０と、該表示部１０への表示の制御を行なう表示制御回路８とから構成されている。
【００１２】
上記マイコン５自身および表示制御回路８の電源電圧も上記出力トランジスタＴｒ３および電流検出用抵抗を介して供給される。また、蓄電池２の負極は、マイコン５のグランド端子と共に、この充電回路１のマイナス側入力端子ＴＭ２に接続されている。この充電回路１のプラス側入力端子ＴＭ１及びマイナス側入力端子ＴＭ２は、図示しないＡＣ−ＤＣコンバータのようなＡＣアダプタ電源のプラス端子及びマイナス端子にそれぞれ接続されるように構成されている。
【００１３】
本実施形態の充電回路１に内蔵されるマイコン５には、各種入出力端子が設けられており、充電電流検出入力端子には上記差動アンプ充放電電流検出回路４の出力端子がに接続され、温度検出入力端子には蓄電池２の周辺温度を検出する温度センサ６の出力端子がと接続され、電圧検出入力端子は蓄電池２の端子電圧を検出する電圧検出回路７抵抗分圧回路７の出力端子と接続され、送信用出力端子は表示制御回路８と接続されている。なお、マイコン５の充電電流検出入力端子や温度検出入力端子、電圧検出入力端子等の検出信号のアナログ入力がなされる端子は、アナログ全てＡ／Ｄ入力端子ポートであり、当該マイコン５内にはこれらのアナログ入力をディジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータが内蔵されている。
【００１４】
マイコン５は、差動アンプ４の出力からセンス抵抗Ｒｓに流れる電流を検知し、充電時に流れる電流値を積算して充電電流積算値（Ｑ）を算出し、充電完了等の判定を行なうことができる。抵抗分圧電圧検出回路７は、蓄電池２のプラス端子とマイナス端子との間に直列に接続された抵抗Ｒ１及びＲ２とからで分圧抵抗を構成されており、しこの分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗比でにより蓄電池２の端子間電圧を分圧した電圧がマイコン５へ入力される。検出する。この電圧検出回路８からの電圧検出値が、マイコン５の上記電圧検出入力端子に供給されている。従って、当該マイコン５は上記電圧検出入力端子に供給された抵抗分圧電圧検出回路７８からの電圧検出値に基づいて、蓄電池２の端子間電圧を検知計測することができる。また、Ｌｉイオン係電池向けの電圧検知では、蓄電池２を構成する複数の蓄電池セルの個々の電圧検知が必要となるため、蓄電池セル毎にマイコン５との電圧検知用配線が設けられる。
【００１５】
また、温度センサ６は、例えば温度検出用サーミスタ等からなり、蓄電池２に近傍あるいは接して配置されて、この温度センサ６の出力電圧が上記マイコン５の温度検出入力端子に供給される。従って、当該マイコン５は、上記温度検出入力端子に供給された出力電圧に基づいて、蓄電池２の表面もしくは周囲温度を検知計測することができる。
【００１６】
次に、出力トランジスタＴｒ３は例えば電界効果トランジスタからなり、そのゲート端子がマイコン５のスイッチング制御出力端子と接続され、スイッチング制御出力端子からの制御信号レベルが、例えばハイレベルとなったときに、上記トランジスタＴｒ３がオン状態ＯＮとなってプラス側入力端子ＴＭ１からの電流を蓄電池２へ流す。となる。一方、マイコン５のスイッチング制御出力端子からの制御信号レベルが、例えばローレベルとなったときは、上記トランジスタＴｒ３はオフ状態となり蓄電池２への電流を遮断するはＯＦＦとなる。
【００１７】
トランジスタＴｒ３を通して蓄電池２へ供給される充電電流は、センス抵抗Ｒｓによって電圧に変換され、差動アンプ４によって増幅されてマイコン５の充電電流検出入力端子へ入力されるため、マイコン５は、充放電時には常に充電電流検出入力端子のレベルを監視し、これらが一定レベル以上になったている場合には、スイッチング制御出力端子の制御信号レベルをローレベルとしてトランジスタＴｒ３をオフ状態ＯＦＦとする。従って、マイコン５は、当該充電回路１内に流れる電流値を一定レベル以下に抑えることがの範囲で測定可能となる。つまり、過電流を防止することができる。
【００１８】
また、タイマー９は内部にクロックを備えており、マイコン５はタイマー９からの信号に基づいて蓄電池２のに対する充電時間Ｔを計算計数しその計数値（充電累積時間）をクロックカウンタに記録する。なお、充電動作を繰り返すような場合、例えばＴ１時間（例えば５分間）充電し、ｔ１時間（例えば３０秒間）休止するという時分割充電をＮ回行った行う場合は、Ｎ×Ｔ１を実際に充電した実充電時間Ｔとして扱えばよい。さらに、マイコン５は、内蔵あるいは外付けされたＲＡＭやＲＯＭのようなメモリを利用する機能を具備していても良く、これにより、蓄電池２の固体識別情報や充電作業結果、充電効率係数ｈ１（Ｔ）等のデータが記憶され、より高度な蓄電池２の充電管理が可能となる。
【００１９】
次に、本実施形態の充電回路１の動作を説明する。
本実施形態の充電回路１においては、マイコン５が図３に示すようなフローチャートに従って動作することにより、充電中の蓄電池２の現在の充電容量を算出して表示部１０に表示すると共に、充電開始から現在までの累積充電時間を表示部１０に表示する。
【００２０】
図２に示すように、この表示部１０には、現在の累積充電時間２１が分（ｍｉｎ）単位で数字表示されるとともに、現在の充電容量が蓄電池の全容量に対する現在の充電容量の割合をパーセントで示した数字表示２２で表示される。また、蓄電池２の全容量（設定量）２５も数次表示される。
ここで「充電容量」とは、充電電流積算残量Ｓと、蓄電池２の全容量との割合をいい、以下の計算式により求まる。
充電容量＝Ｓ／蓄電池２の全容量
なお、充電電流積算残量Ｓは以下の計算式により求まる。
充電電流積算残量Ｓ  ＝（Ｑ−ｇ（Ｗ））×ｈ１（Ｔ）
ここでｇ（Ｗ）は蓄電池２を利用する機器の動作可能最低電圧から完全放電までの放電積算量であり、蓄電池２を利用する機器の消費電力Ｗ  に依存している。
【００２１】
この表示部１０の現在の充電容量の割合を示す表示方法としては、図２に符号２３で示すように、例えば電池の形状を模した５段階表示ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅを用いて、充電が進行するにつれてａから順にｅまで点灯を追加させていくような表示方法がある。この点灯表示において、現在の充電容量の割合を示す段階表示を点滅するようにしてもよい。例えば充電容量が４０〜６０％のときは表示ａ，ｂを点灯させると共に表示ｃを点滅させるようにしてもよい。
【００２２】
次に、充電回路１の蓄電池２を充電する充電処理について図３のフローチャートに従って、説明する。先ず、充電回路１に図示しないＡＣアダプタにより電源を供給すると共に充電回路１の所定位置（電池ソケット）に充電しようとする蓄電池２を装着する。このとき、マイコン５によりこの装着されている蓄電池２は充電可能な蓄電池かどうかを判断し（ステップＳ１）、例えば乾電池等充電が不可のものならば充電処理を終了する。
【００２３】
一方、装着された蓄電池２が充電可能な電池であると判定したときは、マイコン５は、必要に応じ、この蓄電池の種類、例えば単３形などをメモリに記録する。蓄電池の種類は、充電器自身が直接認識したり、識別情報を通信で蓄電池から受け取ったり、人手で設定情報を入力したりする方法がある。その後、ステップＳ２  に移行してトランジスタＴｒ３をオンさせて蓄電池２に充電電流を供給し、充電を開始した旨を示す信号を表示制御回路８に送信して表示部１０に充電中であることを示す表示ＬＥＤなどの表示部１０を行なうとともにると共に、タイマー９からの信号に基づいてのクロック蓄電池２のによる充電時間の計算計時を開始すさせる。
【００２４】
次に、マイコン５は、電圧検出回路７抵抗分圧回路７および温度センサ６からの入力信号に基づいて充電が完了したか否かおよび充電を継続しても良いか否かを判定する（ステップＳ３）。ここで、Ｎｉ−Ｃｄ系、Ｎｉ−水素系の電池の場合、充電の完了の判定は、充電完了期に発生する蓄電池の端子間電圧に現われる−ｄＶ／ｄｔの変化を検出した際にな送信される。なお、−ｄＶ／ｄｔの変化は、通常の充電装置において充電を開始してから充電時間の経過に伴って端子電圧が上昇し充電完了期に達した際に、逆に端子電圧が減少する現象のことをいう。−ｄＶ／ｄｔの変化を検出して充電完了と判定する代わりに、所定の電圧−ΔＶだけ下がったのを検出した場合に充電完了と判定するようにしてもよい。また、リチウムイオン二次電池系の場合、充電完了の判定は、充電電圧を基本に、充電電流、タイマーを併用して行われる。初期、最大電流を制限しながら充電を開始し、設定電圧到達後は、定電圧充電にいこうする。そして、充電電流が設定電流以下に減少した時点で、充電完了の判定がなされる。
【００２５】
また、マイコン５は、抵抗分圧回路７から入力される蓄電池の端子間電圧に基づいて蓄電池２の性能劣化に繋がる過充電を防止するため充電を中止したり、温度センサ６から入力される信号に基づいて電池温度が所定の温度以上になったような場合にも充電を中止してやいわゆる熱逸走状態による爆発などを未然に防止して安全性を確保する制御も行なう。
【００２６】
ステップＳ３において、充電が完了していないと判定した場合は、マイコン５はタイマー９の図示しないクロックカウンタからの信号に基づいて計算した充電開始から現在までの累積充電時間や差動アンプ４の出力電圧に基づいて検知した電流値を示すデータや蓄電池２の充電効率係数をメモリから読み出し、上述した式から現在における充電容量を算出する。そして、読み出した累積充電時間データとともに算出した充電容量データを表示制御回路８に送信し、表示部１０に累積充電時間を示す数字と充電容量を示す数字を表示させる（ステップＳ４）。それからそして、ステップＳ３へ戻ってに移行して再び充電が完了した否か判定を行ない、充電完了の判定がでるまで同様の処理を所定の周期にて繰り返し行う。
【００２７】
一方、ステップＳ３において、充電が完了したと判定した場合は、マイコン５はステップＳ５へ移行して充電が完了した旨を示す充電完了信号を表示制御回路８に送信し、表示部１０に表示されている充電中であることを示す表示ＬＥＤなどの表示部１０を消灯させると共に、タイマー９のからの信号に基づく累積充電時間の計算クロックによる充電時間の計時を停止すさせる。それから、マイコン５はステップＳ６に移行し、タイマー９からの信号に基づいて計算したの図示しないクロックカウンタから充電開始から充電終了までの最終累積充電時間を示すデータとを読み出すと共に、充電完了時における最終充電容量のを算出し結果を示すデータと、ステップＳ１で認識した蓄電池の種類データとを対応づけてこれら最終充電累積時間と最終充電容量をメモリに格納する（ステップＳ６）。また、これら最終累積充電時間および最終充電容量を示すデータを表示制御回路８に送信し、表示部１０に表示させる。その後、マイコン５は充電処理を終了する。
【００２８】
以上、メモリを利用した高品位の制御を例にとって説明したが、単に充電経過時間を計測、表示する機能に絞ったシステムでも、本来の目的を達成できることは言うまでもない。また、充電の前処理として、蓄電池２内の残留電気を意図的に一定レベルまで放電処理した後に、前記説明の充電処理を施すことにより、より効果的に本発明を利用可能である。
【００２９】
つまり、本実施形態における充電処理では、蓄電池内部にチャージされる総電気量と密接に関係する蓄電池の充電時間を計測、表示することで、当該蓄電池の実充電時間の情報を提供する。このように、蓄電池内部の化学反応物質の実効総量（実充放電で化学反応を生じる総量であって、経時変化や充放電の繰り返しで、次第に減少する）に応じて変化する満充電までの所要時間を計測することにより、蓄電池内部の化学反応物質を酸化・還元しチャージされた総電気量を高い精度で推定することができる。
【００３０】
また、こうして得られた実充電時間情報を、ユーザーあるいは充電装置に付加した判定回路で判断して、蓄電池の実使用可能時間を推定したり、蓄電池の劣化度合いの判定に役立てるようにしてもよい。
例えば、蓄電池の実使用可能時間の推定は、計測した蓄電池の実充電時間に基づき、該蓄電池の充電容量、該蓄電池を使用する特定機器の消費電力Ｗを参照し演算回路などにより演算することにより行ってもよい。
【００３１】
また、蓄電池の劣化状況及び寿命の管理は、計測した蓄電池の実充電時間に基づき、例えば、蓄電池の種類（ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・水素蓄電池、鉛蓄電池、リチウムイオン二次電池など）、該蓄電池の充電容量、該蓄電池を使用する特定機器の消費電力Ｗを参照し演算回路などにより演算することにより行ってもよい。
【００３２】
このように本実施形態によれば、蓄電容量と密接な関係を持つパラメータである充電時間を計測、表示することで、当該蓄電池の実充電時間の情報を提供できるため、実使用可能時間の予測精度に優れた簡易な構造の充電装置システムを実現することができる。従って、この充電装置システムを利用した高信頼、かつ、使い勝手のよいビデオカメラ、ディジタルカメラ、ノートパソコン、電動機能を持つ玩具その他の二次電池利用機器を提供できる。
【００３３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、その主旨を逸脱しない範囲内において変更して実施することができる。例えば、充電可能な複数の蓄電池に個々の識別コードを付与し、この識別コードに対応づけて蓄電池毎に個別の充電時間情報をメモリに記録するようにしてもよい。
【００３４】
また、蓄電池の種類ごとに初期の電池の充電容量を予めメモリに記憶させておき、これに対応付けて最初の充電時間を記憶させ、その後充電を行うごとに充電時間の変遷を記録させ充電時間の減少の程度を表示するようにしてもよい。これによりユーザは、以前の充電、例えば１ヶ月前と比べて充電時間がどの程度減少しているかにより蓄電池がどの程度劣化しているかを判定できる。従って、ユーザは予備電池の事前手配などを効率的に行え、機器を安定して使用できるようになる。
【００３５】
また、充電時間が減少する変遷を記録しこの変位に基づいて蓄電池の種類、充電容量、蓄電池を使用する特定機器の消費電力Ｗ等を参照し演算することにより、蓄電池の劣化により減少する充電容量の変遷を算出して推定表示するようにしてもよい。さらに、前記実施形態においては、実充電時間および充電容量を表示部に表示する構成としたが、算出した総電荷量を表示させるようにしてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである。
すなわち、本発明に係わる充電装置によれば、計時手段により蓄電池に対して充電を開始した時から充電中の任意の時または充電完了時までの充電時間を計時し表示手段により表示でき、蓄電容量と密接な関係を持つパラメータである充電時間を計測、表示可能となり当該蓄電池の実充電時間を提供できるため、ユーザはこの実充電時間から実使用可能時間を精度良く予測することができる。
【００３７】
また、本発明に係わる充電装置によれば、充電手段で充電を行うごとに充電時間を記憶でき、表示手段は記憶された複数の充電時間を充電が行われた時刻と対応づけて表示できるため、ユーザは充電時間が減少していく変遷から蓄電池の劣化状況及び寿命を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る充電装置の充電回路の一実施例を示す回路構成図である。
【図２】図１の表示部１０における現在の累積充電時間、充電容量および蓄電池の全容量に対する充電容量の割合の表示例を示す図である。
【図３】図１の充電回路１において行われる充電処理の手順を示すフローチャートである。
【図４】充電装置における充電時間と蓄電池の端子間電圧との関係を示す図である。
【符号の説明】
１    充電回路
２    蓄電池
４    差動アンプ充放電電流検出回路
５    マイコン
６    温度センサ
７    抵抗分圧回路電圧検出回路
８    表示制御回路
９    タイマー
１０  表示部
Ｔｒ３  スイッチトランジスタ
【図１】
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【図２】
2004364419.tif 000004
【図３】
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【図４】
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