(57)【要約】【課題】電池の残容量を二次電池に充電することができるようにした充電方法等を提供する。【解決手段】電流制限抵抗Ｒ１と逆流防止ダイオードＤを含む受動素子からなるダイレクト充電手段と、一次電池Ｂ１の端子電圧を昇圧する昇圧回路１０を含む昇圧充電手段とを備え、この充電回路１００を用いて、一次電池Ｂ１の残容量を二次電池Ｂ３に充電する場合は、一次電池Ｂ１の端子電圧を二次電池Ｂ３の端子電圧より高くすると共に、昇圧回路１０への供給電流値を電池容量の規定電流値より小さく設定することにより、一次電池Ｂ１の残容量を該電池の端子電圧より高い端子電圧を有する二次電池Ｂ３に充電するでき、残容量を多く取り出すことができるため、一次電池Ｂ１の残容量を有効に利用でき、電池残容量を可能な限り少なくした状態で廃棄することができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電素子に蓄電された電力を二次電池に充電する充電回路であって、
上記蓄電素子の端子電圧を昇圧する昇圧回路を含む昇圧充電手段と、
上記蓄電素子から上記昇圧回路への供給電流を所定電流値に設定する電流設定手段と
を備えることを特徴とする充電回路。
【請求項２】
上記電流設定手段は、上記蓄電素子から上記昇圧回路への供給電流値を上記蓄電素子容量の規定電流値以下に設定する
ことを特徴とする請求項１に記載の充電回路。
【請求項３】
上記蓄電素子に蓄電された電力を上記昇圧回路の電源として利用する
ことを特徴とする請求項１に記載の充電回路。
【請求項４】
電流制限抵抗と逆流防止ダイオードを含む受動素子のみを有するダイレクト充電手段をさらに備え、
上記電流制限抵抗により上記蓄電素子から上記二次電池への供給電流値が上記蓄電素子容量の規定電流値以下に設定される
ことを特徴とする請求項１に記載の充電回路。
【請求項５】
複数の上記二次電池を同時に充電するための上記二次電池を配置する複数の電池保持手段をさらに備え、
上記複数の電池保持手段のうち少なくとも一つを充電電源となる上記蓄電素子用の電池保持手段と兼用する
ことを特徴とする請求項１に記載の充電回路。
【請求項６】
上記蓄電素子用の電池保持手段には、
該電池保持手段に配置された蓄電素子を検出し、該配置された蓄電素子への誤充電を防止する誤充電防止手段を有する
ことを特徴とする請求項５に記載の充電回路。
【請求項７】
上記誤充電防止手段は、
上記蓄電素子の外装フィルムの一部または全部の光学特性または電気特性を利用して上記蓄電素子を検出する
ことを特徴とする請求項６に記載の充電回路。
【請求項８】
上記蓄電素子は、一個、或いは直列または並列にした複数の一次電池または二次電池である
ことを特徴とする請求項１に記載の充電回路。
【請求項９】
蓄電素子に蓄電された電力を二次電池に充電する充電装置であって、
上記蓄電素子の端子電圧を昇圧する昇圧回路を含む昇圧充電手段を備え、
上記蓄電素子から上記昇圧回路への供給電流を所定電流値に設定する電流設定手段と
を備えることを特徴とする充電装置。
【請求項１０】
上記電流設定手段は、上記蓄電素子から上記昇圧回路への供給電流値を上記蓄電素子容量の規定電流値以下に設定する
ことを特徴とする請求項９に記載の充電回路。
【請求項１１】
上記蓄電素子に蓄電された電力を上記昇圧回路の電源として利用する
ことを特徴とする請求項９に記載の充電装置。
【請求項１２】
電流制限抵抗と逆流防止ダイオードを含む受動素子のみを有するダイレクト充電手段をさらに備え、
上記電流制限抵抗により上記蓄電素子から上記二次電池への供給電流値が上記蓄電素子容量の規定電流値以下に設定される
ことを特徴とする請求項９に記載の充電装置。
【請求項１３】
複数の上記二次電池を同時に充電するための上記二次電池を配置する複数の電池保持手段をさらに備え、
上記複数の電池保持手段のうち少なくとも一つを充電電源となる上記蓄電素子用の電池保持手段と兼用する
ことを特徴とする請求項９に記載の充電装置。
【請求項１４】
上記蓄電素子用の電池保持手段には、
該電池保持手段に配置された蓄電素子を検出し、該配置された蓄電素子への誤充電を防止する誤充電防止手段を有する
ことを特徴とする請求項１３に記載の充電装置。
【請求項１５】
上記誤充電防止手段は、
上記蓄電素子の外装フィルムの一部または全部の光学特性または電気特性を利用して上記蓄電素子を検出する
ことを特徴とする請求項１４に記載の充電装置。
【請求項１６】
上記蓄電素子は、一個、或いは直列または並列にした複数の一次電池または二次電池である
ことを特徴とする請求項９に記載の充電装置。
【請求項１７】
蓄電素子に蓄電された電力を、該蓄電素子の端子電圧より高い端子電圧を有する二次電池に充電する充電方法であって、
蓄電素子の端子電圧を上記二次電池の端子電圧より高くすると共に、上記二次電池への供給電流を所定電流値に設定する
ことを特徴とする充電方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、蓄電素子（一次または二次電池）の電力を二次電池に充電する充電方法、充電回路およびそれを用いた充電装置に関する。詳しくは、充電する際に、蓄電素子の端子電圧を二次電池の端子電圧より高くなるように昇圧すると共に、蓄電素子から取り出す電流を所定電流値に設定することによって、蓄電素子の電力を多く取り出すことができるため、使用済みの一次電池または二次電池の残容量を有効に利用でき、電池残容量を可能な限り少なくした状態で廃棄することができるようにした充電方法等に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯情報端末の急速な普及により、その駆動電源としての一次電池の使用も増加している。しかし、一次電池は二次電池と異なり充電して再利用することが出来ないために、使用後は廃棄・回収するしか処理方法がないのが現状である。加えて、一次電池の廃棄時には必ずしも全ての電気量（電池容量）を使用してから廃棄している例は少なく、いくらかの残容量を保持したまま廃棄・回収されている。特に最近のデジタル系の携帯機器に使用する場合は、使用時の負荷電流値が大きいために従来のアナログ系の機器と比較して、多くの残容量を残した状態で廃棄・回収されている。
【０００３】
また、二次電池は所定の充放電サイクルを経過した後、充電容量が少なくなり、高負荷機器または中負荷機器に利用できなくなるため、残容量を保持したまま廃棄・回収されている。
【０００４】
図１１は、電池における放電容量と負荷電流との関係を示す図である。図中の曲線Ａは、電池が駆動電流１Ａ以上のデジタルカメラ等の高負荷機器で使用される場合の放電曲線である。図中の曲線Ｂは、電池が駆動電流数１０〜１００ｍＡの携帯型ＭＤプレーヤ等の中負荷機器で使用される場合の放電曲線である。図中の曲線Ｃは、電池が駆動電流数１０ｍＡ以下のリモコン等の低負荷機器で使用される場合の放電曲線である。図中の曲線Ｄは、電池がさらに低い駆動電流のリモコン、時計等の超低負荷機器で使用される場合の放電曲線である。このように電池から取り出す負荷電流の大きさにより、電池から取り出せる容量は違ってしまう。
【０００５】
図１１に示すように、デジタルカメラ等の高負荷機器で使用された電池は、その高負荷機器で使用できなくなった場合、即ち、高負荷機器で電池切れの表示（Ｌｏｗ  Ｂａｔｔｅｒｙ、例えば１．０Ｖ）が表示された場合には、電池がまだ多くの残容量（図中Ｑａに示す部分）を残している。また、携帯型ＭＤプレーヤ等の中負荷機器で使用された電池は、その中負荷機器で使用できなくなった場合、即ち、中負荷機器で電池切れの表示（Ｌｏｗ  Ｂａｔｔｅｒｙ）が表示された場合には、電池がまだある程度の残容量（図中Ｑｂに示す部分）を残している。また、リモコン等の低負荷機器で使用された電池は、その低負荷機器で使用できなくなった場合、即ち、低負荷機器で電池切れ（Ｌｏｗ  Ｂａｔｔｅｒｙ）になった場合には、電池がまだある程度の残容量（図中Ｑｃに示す部分）を残している。
【０００６】
また、電池が高負荷または中負荷機器で使用され、電池切れになって、機器から取り出した後に、電池内部の緩和により電池の端子電圧が上昇し、所定の電圧（例えば１．１Ｖまたは１．２Ｖ）に回復することができる。
【０００７】
図１２は、１００個の廃乾電池の開放端子電圧を測定した結果を示す図である。図１２に示すように、廃棄された乾電池のうち半分以上の電池の開放端子電圧が１．４４Ｖ以上である。これらの電池は携帯型ＭＤプレーヤを駆動できることを確認した。
【０００８】
従って、高負荷または中負荷機器で使用された電池の残容量を再利用することで、残容量を可能な限り少なくし、使い切った状態で処理する方が、省エネルギーや資源使用量削減の観点からも非常に有益である。残容量の再利用には、低負荷、超低負荷の機器に使用するほかに、二次電池への充電に利用することが考えられる。
【０００９】
近年、一次電池の電力を二次電池に充電するための充電装置が提案された。例えば、一次電池を緊急充電の電源とし、二次電池を充電する緊急補助充電装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
この緊急補助充電装置は、被充電ターゲットとしての二次電池に緊急補助充電を行うものであって、一次電池と、連結式導電装置とを備える。充電電源とする一次電池は充電ターゲットの二次電池の電圧より高い電圧を有する。連結式導電装置は、一次電池に接続され、二次電池の入力ソケットと設定に応じて同極性のカップリング接続または分離状態をなし、二次電池にエネルギーを伝送する出力インターフェースである。この緊急補助充電装置は最も標準化され普及している電池を使用して便利かつ高効率に充電できるようになされている。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−１６９４７０号公報（第４，５頁、第１、３図）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、電池が使用された後、例えば、高負荷機器または中負荷機器に使用した後に、そのまま廃棄すると、まだ使える容量を残しているため、資源の浪費となる。
【００１３】
また、電池の残容量を二次電池への充電に利用する場合は、上述した特許文献１の緊急補助充電装置において、一次電池の電力を二次電池に充電することができるが、充電電源とする一次電池は充電ターゲットの二次電池の電圧より高い電圧を有することが必要であるため、高負荷機器または中負荷機器に使用した後の一次電池の残容量を該一次電池の端子電圧より高いまたは同じ端子電圧を有する二次電池に充電することができない問題があった。
【００１４】
そこで、この発明は、電池の残容量を二次電池に充電することができるようにした充電方法、充電回路およびそれを用いた充電装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る充電回路は、蓄電素子に蓄電された電力を二次電池に充電する充電回路であって、蓄電素子の端子電圧を昇圧する昇圧回路を含む昇圧充電手段と、蓄電素子から昇圧回路への供給電流を所定電流値に設定する電流設定手段とを備えるものである。
【００１６】
例えば、この充電回路において、電流設定手段により蓄電素子から昇圧回路への供給電流値が蓄電素子容量の規定電流値以下に設定される。また、電流制限抵抗と逆流防止ダイオードを含む受動素子のみを有するダイレクト充電手段をさらに備え、電流制限抵抗により蓄電素子から二次電池への供給電流値が蓄電素子容量の規定電流値以下に設定される。また、蓄電素子に蓄電された電力が昇圧回路の電源として利用される。
【００１７】
また例えば、この充電回路は、複数の二次電池を同時に充電するための二次電池を配置する複数の電池保持手段をさらに備え、この複数の電池保持手段のうち少なくとも一つを充電電源となる蓄電素子用の電池保持手段と兼用する。この蓄電素子用の電池保持手段には、該電池保持手段に配置された蓄電素子を検出し、該配置された蓄電素子への誤充電を防止する誤充電防止手段を有する。該誤充電防止手段は、蓄電素子の外装フィルムの一部または全部の光学特性または電気特性を利用して蓄電素子を検出するようになされる。
【００１８】
この発明に係る充電装置は、蓄電素子に蓄電された電力を二次電池に充電する充電装置であって、蓄電素子の端子電圧を昇圧する昇圧回路を含む昇圧充電手段と、蓄電素子から昇圧回路への供給電流を所定電流値に設定する電流設定手段とを備えるものである。
【００１９】
例えば、この充電装置において、電流設定手段により蓄電素子から昇圧回路への供給電流値が蓄電素子容量の規定電流値以下に設定される。電流制限抵抗と逆流防止ダイオードを含む受動素子のみを有するダイレクト充電手段をさらに備え、電流制限抵抗により蓄電素子から二次電池への供給電流値が蓄電素子容量の規定電流値以下に設定される。また、蓄電素子に蓄電された電力が昇圧回路の電源として利用される。
【００２０】
また例えば、この充電装置は、複数の二次電池を同時に充電するための二次電池を配置する複数の電池保持手段をさらに備え、この複数の電池保持手段のうち少なくとも一つを充電電源となる蓄電素子用の電池保持手段と兼用する。この蓄電素子用の電池保持手段には、該電池保持手段に配置された蓄電素子を検出し、該配置された蓄電素子への誤充電を防止する誤充電防止手段を有する。該誤充電防止手段は、蓄電素子の外装フィルムの一部または全部の光学特性または電気特性を利用して蓄電素子を検出するようになされる。
【００２１】
この発明に係る充電方法は、蓄電素子に蓄電された電力を、該蓄電素子の端子電圧より高い端子電圧を有する二次電池に充電する充電方法であって、蓄電素子の端子電圧を二次電池の端子電圧より高くすると共に、該二次電池への供給電流を所定電流値に設定することを特徴とするものである。
【００２２】
この発明においては、蓄電素子の端子電圧を昇圧する昇圧回路を含む昇圧充電手段と、蓄電素子から昇圧回路への供給電流を所定電流値に設定する電流設定手段とを備え、充電する際に、蓄電素子の端子電圧を二次電池の端子電圧より高くなるように昇圧すると共に、蓄電素子から昇圧回路への供給電流を所定電流値（例えば蓄電素子容量の規定電流値以下）に設定することにより、蓄電素子の電力を多く取り出すことができるため、使用済みの一次電池または二次電池の残容量を有効に利用でき、電池残容量を可能な限り少なくした状態で廃棄することが可能となる。
【００２３】
そのため、電池容量を多く残存させた状態で廃棄（回収）される一次電池を減少することができ、省エネルギー化が可能となる。
また、使用済みの一次電池または二次電池の電力を昇圧回路の電源として利用するため、充電のための外部電源を必要としない。従って屋外においても充電を行うことが可能となる。
また、使用済み一次電池または二次電池を検出する検出回路を設けることで、誤って使用済み電池への誤充電を回避することが可能となる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、この発明の第１の実施の形態について説明する。図１は、第１の実施の形態としての充電回路１００の構成を示す図である。この充電回路１００は、一個または二個の使用済み電池を充電電源として所定の二次電池を充電する回路である。ここで、使用済み電池とは、所定の機器で使用された後に所定の残容量が残っている一次または二次電池である。
【００２５】
図１に示すように、充電回路１００は、蓄電素子としての一次電池Ｂ１，Ｂ２と、スイッチＳＷ１と、電流設定手段としての抵抗Ｒ１，Ｒ２と、ダイオードＤと、二次電池Ｂ３と、昇圧回路１０とから構成されている。
【００２６】
一次電池Ｂ１，Ｂ２は、例えば高負荷または中負荷機器で使用され、電池切れになって、機器から取り出した後の単３形アルカリ乾電池である。ここで、例えば、被充電の二次電池Ｂ３の開放端子電圧を１．２Ｖとし、一次電池Ｂ１のみを用いて充電を行う場合、一次電池Ｂ１が昇圧回路１０の電源としても利用されるため、一次電池Ｂ１の開放端子電圧は１．１Ｖ以上必要となる。この例では、一次電池Ｂ１の開放端子電圧は１．２７Ｖである。また、一次電池Ｂ１および一次電池Ｂ２を用いて充電する場合、一次電池Ｂ１，Ｂ２を直列に接続した後の開放端子電圧は１．５Ｖ以上必要となる。
【００２７】
スイッチＳＷ１は、例えば手動の切替スイッチである。このスイッチＳＷ１により一個の一次電池（一次電池Ｂ１）を用いて充電する充電回路（昇圧充電回路）と二個の一次電池（一次電池Ｂ１，Ｂ２）を用いて充電する充電回路（ダイレクト充電回路）を切り替えるようになされる。スイッチＳＷ１を端子ａ側に切り替える場合は、一次電池Ｂ１を充電電源として、昇圧回路１０、抵抗Ｒ２，Ｒ１およびダイオードＤを介して二次電池Ｂ３に充電するようになされる。また、スイッチＳＷ１を端子ｂ側に切り替える場合は、一次電池Ｂ１およびＢ２を充電電源として、抵抗Ｒ１およびダイオードＤを介して二次電池Ｂ３に充電するようになされる。
なお、スイッチＳＷ１は、一次電池Ｂ１，Ｂ２を充電回路１００に挿入することによって自動的に端子ｂ側に切り替えられるようにしてもよい。
【００２８】
抵抗Ｒ１，Ｒ２は、電流制限用抵抗である。一次電池Ｂ１を充電電源として充電を行う際に、この抵抗Ｒ１，Ｒ２により充電電流を３０ｍＡに制限するようになされる。この場合、一次電池Ｂ１から取り出せる電流値は１００ｍＡとなり、電池容量の規定電流値（例えば４００ｍＡ）以下に制限される。この場合、充電は定電流充電となる。一方、一次電池Ｂ１およびＢ２を充電電源として充電を行う際に、抵抗Ｒ１により充電電流を１００ｍＡに制限するようになされる。この場合、充電は非定電流充電となる。
【００２９】
一般には電池容量の２／１０の一定電流（規定電流）を流した時に取り出せる容量が公称容量となっている。例えば、２０００ｍＡｈの電池の場合、電池容量の規定電流値は４００ｍＡである。
【００３０】
一次電池Ｂ１を充電電源として充電を行う際に、二次電池Ｂ３への充電電流が小さいほど一次電池Ｂ１から取り出せる電力が多くなる。しかし、二次電池Ｂ３への充電電流を小さくすると、充電時間が長くなる問題が生じる。そのため、取り出す電力と充電時間のバランスを考慮して、抵抗Ｒ１，Ｒ２で適切な充電電流値を設定する必要がある。
【００３１】
ダイオードＤは、逆流防止ダイオードである。充電時に二次電池Ｂ３から一次電池Ｂ１，Ｂ２への逆流を防止するようになされる。
二次電池Ｂ３は、単３形ニッケル水素二次電池である。この二次電池Ｂ３の開放端子電圧は、例えば１．２Ｖである。
【００３２】
昇圧回路１０は、入力電圧を昇圧し、入力電圧より高い電圧で出力するものである。この例では、入力電圧である一次電池Ｂ１の端子電圧（１．２７Ｖ）を３．０Ｖに昇圧し、二次電池Ｂ３へ出力するようになされる。この昇圧回路１０の変換効率はほぼ８０％となっている。
【００３３】
図２は、昇圧回路１０の構成例を示す図である。図２に示すように、昇圧回路１０は、コンデンサＣ１〜Ｃ３，ＣＦ１と、抵抗ＲＦ１，ＲＦ２，Ｒ３，Ｒ３Ａと、コイルＬ１と、ダイオードＤ１と、ＤＣ／ＤＣ昇圧コンバータ１１とから構成される。ＤＣ／ＤＣ昇圧コンバータ１１は周知のスイッチング方式のＤＣ／ＤＣ昇圧コンバータである。
【００３４】
図３は、ＤＣ／ＤＣ昇圧コンバータ１１の内部回路を示すブロック図である。このＤＣ／ＤＣ昇圧コンバータ１１は、昇圧型スイッチング・レギュレータ、Ｎチャネル・パワーＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、電流制限回路、温度保護回路、および基準電圧回路が図３に示す８ピンのパッケージに封止されている。図３中、ＲＥＦは基準電圧回路、ＯＳＣは発振器、ＤＲＩＶＥはスイッチングドライブである。図４は、昇圧回路１０のスイッチング動作を示す図である。
【００３５】
充電する際に、入力された電圧はコイルＬ１を通った後に内蔵されたＮチャネル・パワーＭＯＳＦＥＴによりスイッチングされ、ダイオードＤ１とコンデンサＣ１により平滑される。平滑出力はＲＦ１，ＲＦ２により抵抗分割され、ＤＣ／ＤＣ昇圧コンバータ１１のフィードバック端子４に戻され、内蔵ＲＥＦ電圧と比較することでエラー出力を得るようになっている。従って抵抗分割比を変えることで出力電圧が設定できる。入力電圧及び出力電圧と端子３に接続した抵抗Ｒ３により決まる周波数で端子８がスイッチングする。端子３と端子８の間に接続されたＲ４、Ｃ３はパルスデューティーの設定用に、ＣＦ１はフィードバック動作の安定用コンデンサである。コイルＬ１を介してスイッチング動作を行うことでオーバーシュートが起こり入力電圧Ｖｉｎより高い電圧が生じ、出力電圧は徐々に上昇する。代表的な例で設定電圧より０．６％出力電圧が高くなった時にスイッチング動作が止められるゲーデッド・オシレータ制御方式となっている。コイルＬ１に蓄積された電力が供給されなくなるために徐々に出力電圧が下がっていく。出力電圧が設定値まで下がった時にはまた上昇する。この動作を繰り返すことで出力を一定に保っている（図４参照）。
【００３６】
また、端子６はＤＣ／ＤＣ昇圧コンバータ１１の内蔵回路用電源端子であり、安定な動作を行うためには３Ｖ以上が望ましい。また端子７はスイッチングドライブ回路（ＤＲＩＶＥ）用の電源となっているので、内蔵回路を３Ｖとし出力電圧を違う値に設定するような別電源としての動作も可能である。端子２はローアクティブのイネーブル端子であり、この端子を利用すればスロースタートが可能となるが、ここでは使用されない。
【００３７】
上述した昇圧回路１０は１．１Ｖの低い入力電圧でも起動できる。そのため、初期起動電源として一次電池Ｂ１の端子電圧を利用し、起動後、出力から電源を取るように切り替わる。また、動作開始後、入力電圧が０．６５Ｖまで低下しても動作可能である。
【００３８】
図５は、昇圧回路１０を用いた場合の一次電池Ｂ１の端子電圧の変化を示す図である。この図５は、定電流３０ｍＡで充電する場合の一次電池の端子電圧の変化を示している。図５に示すように、充電開始の瞬間に電流が流れることによる一次電池Ｂ１の端子電圧が急激に低下する。その後は二次電池Ｂ３への充電により徐々に電圧が低下していく。そして、一次電池Ｂ１の容量がなくなることによる端子電圧が急激に低下し、昇圧回路１０が動かなくなり充電が休止する。
【００３９】
ここで示した一次電池Ｂ１（開放端子電圧が１．２７Ｖの単三形アルカリ乾電池）の場合、４８ｍＡｈの電力を充電することができた。また、開放端子電圧が１．５８Ｖの場合、４２４ｍＡｈの電力を充電することができた。なお、取り出した電力の全てを充電してはいないので、残容量は上述した値よりもっと大きいことになる。
【００４０】
図６は、使用済み乾電池の開放端子電圧と充電容量との関係を示す図である。図６に示すように、開放端子電圧が１．２０以下の場合、残容量が殆どないため、充電容量が少ない。開放端子電圧が１．２０〜１．３５Ｖの場合、残容量が少ないため、充電容量も２００ｍＡｈ以下と少ない。また、開放端子電圧が１．３５Ｖ以上の場合、残容量が多いため、充電容量も多い。
【００４１】
次に、充電回路１００を用いて使用済みの一次電池Ｂ１または一次電池Ｂ１とＢ２の残容量を二次電池Ｂ３に充電する方法について説明する。
充電回路１００を用いて使用済みの一次電池Ｂ１の残容量を二次電池Ｂ３に充電する場合は、まず、スイッチＳＷ１を端子ａ側に切り替える。次に、使用済みの一次電池Ｂ１を充電回路に接続し、この時一次電池Ｂ１の端子電圧が昇圧回路１０の入力端に印加される。昇圧回路１０では、上述したスイッチング動作により３．０Ｖの出力電圧が得られる。この出力は電流制限抵抗Ｒ２，Ｒ１及びダイオードＤを介して二次電池Ｂ３に印加され、充電を行う。この場合、充電電流は電流制限抵抗Ｒ１，Ｒ２により３０ｍＡに制限される。また、昇圧回路１０の出力は昇圧回路１０自身の電源Ｖｃｃとして使用される。そして、二次電池Ｂ３への充電により徐々に一次電池Ｂ１の端子電圧が低下していく。最後に、一次電池Ｂ１の容量がなくなることにより端子電圧が急激に低下し、昇圧回路１０が動かなくなり二次電池Ｂ３への充電が終了となる。
【００４２】
なお、充電回路１００を用いて使用済みの一次電池Ｂ１，Ｂ２の残容量を二次電池Ｂ３に充電する場合は、まず、スイッチＳＷ１を端子ｂ側に切り替える。次に、使用済みの一次電池Ｂ１およびＢ２を充電回路に接続することで、一次電池Ｂ１，Ｂ２の端子電圧が電流制限抵抗Ｒ１及びダイオードＤを介して二次電池Ｂ３に印加され、充電を行う。この場合、充電電流は一次電池Ｂ１，Ｂ２から取り出す電流となるため、電流制限抵抗Ｒ１により１００ｍＡに制限される。充電と共に一次電池Ｂ１，Ｂ２の端子電圧が下がり、充電電流は徐々に小さくなり、端子電圧が逆流防止ダイオードＤのオン電圧まで低下すると電流が流れなくなり、充電終了となる。この例では、直列時の電圧が１．３Ｖ程度で電流が流れなくなる。
【００４３】
上述した充電回路１００を用いて使用済み電池を充電電源とする充電装置を構成することが可能となる。
【００４４】
このように本実施の形態においては、一次電池Ｂ１の端子電圧を昇圧する昇圧回路１０を含む昇圧充電回路と、電流制限用抵抗Ｒ１，Ｒ２とを備える。例えば、昇圧回路１０を含む昇圧充電回路を用いて、一次電池Ｂ１の残容量を二次電池Ｂ３に充電する場合、一次電池Ｂ１の端子電圧を二次電池Ｂ３の端子電圧より高くすると共に、昇圧回路１０への供給電流値を電池容量の規定電流値（例えば４００ｍＡ）以下に設定することにより、一次電池Ｂ１の残容量を多く取り出すことができるため、使用済みの一次電池Ｂ１の残容量を有効に利用でき、電池残容量を可能な限り少なくした状態で廃棄することができる。
【００４５】
また、一次電池Ｂ１の電力を昇圧回路１０の電源として利用するため、充電のための外部電源を必要としない。従って屋外においても充電を行うことができる。また、昇圧回路１０は動作開始後、入力電圧が０．６５Ｖまで低下しても動作可能なため、一次電池Ｂ１の残容量をほぼゼロになるまで電流を取り出すことができる。
【００４６】
また、電流制限抵抗Ｒ１と逆流防止ダイオードＤを含む受動素子からなるダイレクト充電回路を備えることにより、二個または３個以上の使用済み電池を直列に接続して充電電源とすることができる。
【００４７】
以下、図面を参照しながら、この発明の第２の実施の形態について説明する。図７は、第２の実施の形態としての充電回路２００の構成を示す図である。この充電回路２００は市販されている充電器３０に付加する充電回路である。
【００４８】
図７に示すように、充電回路２００は、スイッチＳＷ２と、昇圧回路１０と、抵抗Ｒ２１，Ｒ２２と、ダイオードＤ２１，Ｄ２２と、電池保持手段としての充電ボックス２０ａ，２０ｂと、一次電池Ｂ１と、二次電池Ｂ３と、検出回路２１とから構成されている。
【００４９】
スイッチＳＷ２は、市販の充電器３０による充電と一次電池Ｂ１を用いる充電を切り替えるスイッチである。このスイッチＳＷ２の切り替え動作は、検出回路２１の検出結果により制御される。即ち、使用済みの一次電池が充電ボックス２０ａに装入されると検出回路２１の出力はＬになり、スイッチＳＷ２はｃ端子側に切り替えられる。一方、充電ボックス２０ａに二次電池が挿入されると検出回路２１の出力はＨになり、スイッチＳＷ２はｄ端子側に切り替えられる。
【００５０】
昇圧回路１０は、上述した第１の実施の形態と同様な構成を有している。この例の場合は、昇圧回路１０の電源は充電器３０の出力を利用している。これにより、昇圧回路１０が安定に動作できる。
【００５１】
抵抗Ｒ２１，Ｒ２２は、電流制限抵抗である。Ｒ２１，Ｒ２２は、市販の充電器３０を用いて充電する場合に用いられる。また、Ｒ２２は、電流設定手段として一次電池Ｂ１を充電電源として充電を行う際に用いられ、この抵抗Ｒ２２により充電電流を所定値（例えば３０ｍＡ）に制限するようになされる。
【００５２】
ダイオードＤ２１，Ｄ２２は、逆流防止ダイオードである。充電時に二次電池Ｂ３から充電回路への逆流を防止するために設けられる。
【００５３】
充電ボックス２０ａ，２０ｂは、電池を脱着可能に保持することできる充電ボックスである。そのうち一つの充電ボックス２０ａは充電電源としての一次電池Ｂ１を装入することができる兼用ボックスとされる。
【００５４】
この充電ボックス（兼用ボックス）２０ａには、使用済みの一次電池Ｂ１を検出するための検出回路２１が設けられている。図８は、検出回路の構成および検出方法を示す図である。図８（ａ）は、非検出状態を示している。図８（ｂ）は、検出状態を示している。
【００５５】
図８に示すように、検出回路２１は、抵抗Ｒ２３，Ｒ２４と、発光ダイオードＤ２３と、検出トランジスタＴ１とから構成されている。この場合、発光ダイオードＤ２３からの光が充電ボックス２０ａに装着された電池の検出部Ａで反射されるか否かにより一次電池Ｂ１を検出する。ここで、使用済み電池を検出するために、電池には光等による検出できる検出部Ａが設けられる（後述する図９参照）。
【００５６】
図８（ａ）は、充電ボックス２０ａに装着された電池は使用済みでない一次電池Ｂ１の場合を示している。この場合は、一次電池Ｂ１の外装ラベルの検出部Ａは剥されていないため、黒い検出部Ａが光を反射しない、検出トラジスタＴ１がＯＦＦになり、出力はＨとなる。図８（ｂ）は、充電ボックス２０ａに装着された電池は使用済みの一次電池Ｂ１の場合を示している。この場合は、一次電池Ｂ１の外装ラベルの検出部Ａは剥されていて、内部の金属ケースが露出され、検出部Ａが光を反射し、検出トラジスタＴ１がＯＮになり、出力はＬとなる。
【００５７】
なお、検出回路２１の電源は充電器３０の出力から取り出される。これにより、検出回路２１が安定に動作できる。
【００５８】
図９は、電池の検出部の構成例を示す図である。図９（ａ）は、未使用状態の電池を示す図であり、図９（ｂ）は、使用済み状態の電池を示す図である。
図９（ａ）に示すように、電池の検出部Ａは光を反射しない黒い材料（例えばフィルム等）が用いられる。この検出部Ａは電池の一周に渡って設けられ、その両側にはこの検出部Ａを剥すためのミシン目が設けられている。また、検出部Ａは電池の中心より上にずれた位置に配置されている。これにより、電池装着時に逆極性の判断も同時にできる。電池が正しい極性で装着される時だけ、残容量を二次電池に充電する。また、電池の一周に渡って検出部Ａを設けることで、充電ボックス２０ａに装着する際に、検出するための位置合わせをする必要がなくなる。
【００５９】
検出部Ａは、例えば二重のフィルムにより構成される。この場合、外層は黒いフィルム、内層は透明フィルムとされ、内層の透明フィルムに「使用済み」の文字が印刷されている。電池が所定の機器（例えば高負荷のデジタルカメラ）で使用され、電池切れ状態になった後、ユーザにより外層の黒いフィルムを剥離し、内層の透明フィルムに「使用済み」の文字が露出される。このとき内部金属ケースからダイオードＤ２３の光が反射される。この場合、外層の黒いフィルムが剥されても検出部Ａの部分の金属ケースが剥き出しにならないため、ショートの危険を防ぐことができる。
【００６０】
なお、検出部Ａは一層の黒いフィルムにより構成されるようにしてもよい。この場合は、電池が所定の機器（例えば高負荷のデジタルカメラ）で使用され、電池切れ状態になった後、黒いフィルムを剥離し、電池の金属ケースが露出される（図９（ｂ）参照）。金属ケースの反射光を検出することが可能である。また、金属ケースを利用して電気抵抗でも検出可能である。
【００６１】
図１０は、検出回路の他の構成例を示す図である。ここで、充電電源とする使用済み電池は、その構成上、金属ケースが電池のマイナス端子となっている。この場合、電池の金属ケースがマイナス端子になることを利用して、電気抵抗で使用済み電池を検出する。図１０（ａ）は、非検出状態を示している。図１０（ｂ）は、検出状態を示している。
【００６２】
図１０に示すように、検出回路２１Ａは、抵抗Ｒ２３，Ｒ２４と、発光ダイオードＤ２３と、検出トランジスタＴ１とから構成されている。この場合、発光ダイオードＤ２３のマイナス端子が電池の検出部Ａに接触するようになされている。ここで、電池の検出部Ａは一層の黒いフィルムにより構成され、電池が所定の機器で使用された後に、ユーザにより検出部Ａの黒いフィルムが剥され、電池の金属ケースが露出されるようになされる。
【００６３】
充電ボックス２０ａに装着された電池は使用済みでない電池の場合、電池の検出部Ａは剥されていないため、電気的に不導通状態であり、発光ダイオードＤ２３が発光しない、そのため検出トランジスタＴ１がＯＦＦになり、出力はＨとなる（図１０（ａ）参照）。
【００６４】
また、充電ボックス２０ａに装着された電池は使用済み電池の場合、電池の検出部Ａのフィルムが剥離され、電池の金属ケースが露出されるため、電池の金属ケースを介して回路が導通され、発光ダイオードＤ２３が発光する。発光ダイオードＤ２３からの光により検出トランジスタＴ１がＯＮになり、出力はＬとなる。これにより使用済み電池を検出する。
【００６５】
次に、充電回路２００を用いて使用済みの一次電池Ｂ１の残容量を二次電池Ｂ３の充電する方法について説明する。
まず、充電ボックス２０ｂに充電しようとする二次電池Ｂ３を装入する。次に、充電ボックス２０ａに充電電源とする一次電池Ｂ１を装入する。この一次電池Ｂ１は、使用済みである場合は、検出部Ａの黒いフィルムが剥された状態である。なお、使用済みにない場合は、検出部Ａの黒いフィルムが付いている状態である。
【００６６】
一次電池Ｂ１が充電ボックス２０ａに装入されると、検出回路２１により一次電池Ｂ１が使用済み電池であるか否かを検出する。ここで、一次電池Ｂ１は検出部Ａの黒いフィルムが剥離された使用済み電池とする。この場合は、一次電池Ｂ１の金属ケースが露出されるため、電池の金属ケースを介して回路が導通され、発光ダイオードＤ２３が発光する。発光ダイオードＤ２３からの光により検出トランジスタＴ１がＯＮになり、出力はＬとなる（図１０（ｂ）参照）。
【００６７】
そして、検出回路２１Ａの出力によりスイッチＳＷ２が端子ｃ側に切り替えられる。これにより、昇圧回路１０が充電回路に接続され、一次電池Ｂ１の電圧が昇圧回路１０で例えば３．０Ｖに昇圧される。昇圧回路１０からの出力電圧はＲ２２およびＤ２２を介して二次電池Ｂ３の正極に印加され、二次電池Ｂ３が充電される。
【００６８】
一方、充電ボックス２０ａに装入された電池は使用済みの電池ではない場合、例えば充電しようとする二次電池が装入される場合は、電池の検出部Ａの黒いフィルムが付いている状態であるため、電気的に不導通状態であり、発光ダイオードＤ２３が発光しない、検出トランジスタＴ１がＯＦＦになり、出力はＨとなる（図１０（ａ）参照）。この時、スイッチＳＷ２が端子ｄ側に切り替えられる。これにより、充電器３０が充電回路に接続され、充電器３０の出力により充電ボックス２０ａと２０ｂに装入された二次電池が充電される。
【００６９】
なお、充電ボックス２０ａに未使用の一次電池が装入された場合は、充電器３０に設けられる誤充電防止機能により充電器３０の出力を遮断するようになされている。
【００７０】
上述した充電回路２００を市販の充電器３０に組み込むことで、ＡＣ電源による充電機能と一次電池による充電機能とを共に有する充電装置が得られる。
【００７１】
このように本実施の形態においては、一次電池Ｂ１の端子電圧を昇圧する昇圧回路を含む昇圧充電回路と、電流制限用抵抗Ｒ２２とを備え、一次電池Ｂ１の端子電圧を二次電池Ｂ３の端子電圧より高くすると共に、昇圧回路１０への供給電流値を電池容量の規定電流値（例えば４００ｍＡ）以下に設定することにより、一次電池の残容量を多く取り出すことができるため、使用済みの一次電池Ｂ１の残容量を有効に利用でき、電池残容量を可能な限り少なくした状態で廃棄することができる。
【００７２】
また、使用済み電池を検出する検出回路２１を設けることで、誤って使用済み電池への誤充電を回避できる。また、市販の充電器３０の出力を昇圧回路１０、検出回路２１の電源として利用することで、充電回路の安定動作が可能となる。
【００７３】
また、電池には検出部Ａが設けられ、使用済み電池は検出部Ａの黒いフィルムが剥されることで、電池が使用済みであるかを確認できる。
【００７４】
なお、上述実施の形態においては、単３形の一次電池を充電電源とする場合について説明したが、これに限定されるものではない。他の形状、寸法の電池にもこの発明を適用できる。また、二次電池にもこの発明を適用できる。また、充電電源として直列または並列にした複数の一次電池または二次電池を用いてもよい。
【００７５】
また、上述実施の形態においては、電池保持手段として二個の充電ボックスを有するものについて説明したが、これに限定されるものではない。３以上の充電ボックスを有するものにもこの発明を適用できる。その場合、複数の兼用ボックスを設けてもよい。
【００７６】
また、上述実施の形態においては、一次電池Ｂ１から昇圧回路への供給電流値を電池容量の規定電流値以下に設定するものであるが、これに限定されるものではない。一次電池Ｂ１から昇圧回路への供給電流値を電池容量の規定電流値以上に設定してもよい。この場合、一次電池から取り出せる電力が少なくなる。
【００７７】
また、上述した充電回路１００，２００を用いて、使用しないで放置される二次電池の自己放電によるエネルギーロスを他の二次電池に移し変えることで有効利用が可能となる。
【００７８】
【発明の効果】
この発明によれば、蓄電素子の端子電圧を昇圧する昇圧回路を含む昇圧充電手段と、蓄電素子から昇圧回路への供給電流が所定電流値に設定する電流設定手段とを備え、充電する際に、蓄電素子の端子電圧を二次電池の端子電圧より高くすると共に、昇圧回路への供給電流を所定電流値（例えば蓄電素子容量の規定電流値以下）に設定するものであり、蓄電素子の電力を多く取り出すことができるため、使用済みの一次電池または二次電池の残容量を有効に利用でき、電池残容量を可能な限り少なくした状態で廃棄することができる。
【００７９】
そのため、電池容量を多く残存させた状態で廃棄（回収）される一次電池を減少することができ、省エネルギー化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の充電回路１００の構成例を示す図である。
【図２】昇圧回路の構成例を示す図である。
【図３】ＤＣ／ＤＣ昇圧コンバータの構成例を示す図である。
【図４】昇圧回路のスイッチング動作例を示す図である。
【図５】昇圧回路を用いる場合の一次電池の端子電圧の変化を示す図である。
【図６】使用済み乾電池の開放端子電圧と充電容量との関係を示す図である。
【図７】第２の実施の形態の充電回路２００の構成例を示す図である。
【図８】電池の検出部の構成例を示す図である。
【図９】検出回路の構成例を示す図である。
【図１０】検出回路の他の構成例を示す図である。
【図１１】電池における放電容量と負荷電流との関係を示す図である。
【図１２】廃乾電池の開放端子電圧を測定した結果を示す図である。
【符号の説明】
１０・・・昇圧回路、１１・・・ＤＣ／ＤＣ昇圧コンバータ、２０ａ，２０ｂ・・・充電ボックス、２１，２１Ａ・・・検出回路、３０・・・充電器、１００，２００・・・充電回路、Ｂ１，Ｂ２・・・一次電池、Ｂ３・・・二次電池
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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