(57)【要約】【課題】  充電端子の短絡防止を図ると同時に充電器による電圧検出を充電端子の数を増加させることなく構成した充電器接続システムを提供する。【解決手段】  電池電源機器１には二次電池３と正極充電端子１１との間に充電方向が順方向となるようにダイオード５を接続して短絡時に二次電池３からの放電電流を阻止する。このダイオード５と並列に抵抗器４を接続して充電器２に接続した充電時には、充電制御回路１６により所要間隔で微小時間だけＦＥＴ１５による充電電流の通電を遮断し、その間に電圧検出回路１４により抵抗器４を介して二次電池３の電圧を測定する。【選択図】  図１ 
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池を内装し二次電池に接続された充電端子を外部露出させてなる電池電源機器と、前記二次電池の充電時に電池電源機器の充電端子に接続して二次電池の電圧を検出して検出された電圧に基づいて二次電池に供給する充電電力を制御する充電器とからなり、
前記電池電源機器に、その充電端子から二次電池に至る充電回路と直列に、充電方向が順方向となるようにダイオードを接続すると共に、このダイオードと並列に抵抗器を接続し、
前記充電器に、二次電池の電圧検出時に充電端子に対する充電電力の供給を一時的に遮断する電圧検出制御手段が設けられてなることを特徴とする充電器接続システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池を内装して、二次電池の充電時に充電器に接続する電池電源の充電器に接続するための構成を簡略化することを可能にする充電器接続システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
トランシーバなどの二次電池を電源とする携帯電子機器や、二次電池とその保護回路等を一体化した電池パックなどの電池電源機器は、二次電池を充電するために充電器に接続する充電端子が外部露出させて設けられている。
【０００３】
二次電池を充電するときには、電池電源機器を充電器にセットすると、図５に示すように、電池電源機器２２に設けられた機器側充電端子３１，３２，３３は、充電器２５に設けられた充電器側充電端子４１，４２，４３に接続される。
【０００４】
電池電源機器２２は、二次電池２０と、この二次電池２０を短絡等から保護するＰＴＣ素子２１と、二次電池２０を過充電や過放電から保護する過充放電阻止回路３０とを備え、二次電池２０の正負両極は前記ＰＴＣ素子２１及び過充放電阻止回路３０を介して機器側充電端子３１，３２に接続されている。また、二次電池２０の温度を検出するサーミスタ２９が設けられ、この一端は機器側温度検出端子３３に接続されている。
【０００５】
また、充電器２５は、図示しない直流電力源が充電電流を制御するＦＥＴ２６を介して充電器側充電端子４１，４２に接続され、前記ＦＥＴ２６の導通を制御する充電制御回路２７は、充電器側充電端子４１に接続された電圧検出回路２８によって検出した二次電池２０の電池電圧と、充電器側充電端子４３から検出されるサーミスタ２９の抵抗値から得られる二次電池２０の電池温度とにより二次電池２０の状態を検出し、二次電池２０の状態に応じた充電電流が電池電源機器２２に供給されるようにＦＥＴ２６を制御する。
【０００６】
上記電池電源機器２２は前述したようにトランシーバなどの二次電池を電源とする携帯機器であり、これがポケットやバッグに収納されたとき、外部露出している機器側充電端子３１，３２間に金属物が接触した状態になると、機器側充電端子３１，３２間に二次電池２０から短絡電流が流れ、金属物が高熱になって周辺にある物を焦がしたり火傷を及ぼす恐れがある。電池電源機器２２に設けられたＰＴＣ素子２１や過充放電阻止回路３０は二次電池２０の短絡電流を阻止する機能を有しているが、短絡電流が二次電池２０を電源とする機器の放電電流と同等の値である場合には短絡電流を阻止する作用はなされない。しかし、短絡電流が機器の放電電流以下、例えば短絡電流が２Ａ程度であっても金属物に発熱が生じることがある。
【０００７】
上記課題を解決すべく、図６に示すように、二次電池２０と機器側充電端子３１との間に充電方向が順方向となるようにダイオード２３を配した構成が知られている（特許文献１参照）。このようにダイオード２３が接続されていると、充電方向には充電器２５から二次電池２０に充電電流を流すことができるので充電が可能であり、機器側充電端子３１，３２間が短絡された場合には二次電池２０が短絡された放電電流はダイオード２３によって阻止されるので、短絡防止に有効である。
【特許文献１】特開平０７−１１１７３７号公報（第２〜３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、充電回路と直列にダイオード２３が接続されていると、充電時に電圧検出回路２８によって検出される電池電圧はダイオード２３を介して検出される二次電池２０の電圧になるため、電圧検出回路２８はダイオード２３による電圧降下を含めた二次電池２０の電圧を検出することになり、正確な電池電圧の検出を伴わない充電制御がなされることになる。また、ダイオード２３による電圧降下は充電電流値や周囲温度等によって変動するため、電池電圧の検出は正確になされない問題点があった。
【０００９】
上記ダイオード２３が存在することによる問題点は、図７に示すように、電圧検出回路２８による電圧検出はダイオード２３を介さずに抵抗器２４を介して電圧検出回路２８に二次電池２０が接続されるように構成することによって解決できる。電圧検出回路２８の入力インピーダンスを充分に大きくしておくと、抵抗器２４の値は１０ｋΩ以上に設定することができ、機器側充電端子３２と機器側電圧検出端子３４との間が短絡された場合でも流れる電流は僅少である。しかし、この構成では、電池電源機器２２と、それに対応する充電器２５のそれぞれに設ける充電端子の数が増加することになり、端子を形成するためにコストアップが生じたり、機器の体積増加等をまねく問題点があった。
【００１０】
本発明が目的とするところは、充電端子の短絡防止を図ると同時に、充電端子の数を増加させることなく、充電器側において二次電池の電池電圧を正確に検出できるようにした充電器接続システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために本発明に係る充電器接続システムは、二次電池を内装し二次電池に接続された充電端子を外部露出させてなる電池電源機器と、前記二次電池の充電時に電池電源機器の充電端子に接続して二次電池の電圧を検出して検出された電圧に基づいて二次電池に供給する充電電力を制御する充電器とからなり、前記電池電源機器に、その充電端子から二次電池に至る充電回路と直列に、充電方向が順方向となるようにダイオードを接続すると共に、このダイオードと並列に抵抗器を接続し、前記充電器に、二次電池の電圧検出時に充電端子に対する充電電力の供給を一時的に遮断する電圧検出制御手段が設けられてなることを特徴とする。
【００１２】
上記構成によれば、充電器は電圧検出時に電圧検出制御手段により充電電流を一時的に遮断し、その間に抵抗器を介して二次電池の電池電圧を検出する。電圧検出回路の入力インピーダンスを充分に大きく設定することにより、抵抗器を介して二次電池の電池電圧を測定しても誤差の発生は問題とならない値である。また、電圧検出に要する時間は僅少時間であり、検出間隔も充電の進行に応じて行えばよいので充電に与える影響は無視できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、外部露出した充電端子の短絡防止を図ることができ、充電時に必要な電池電圧の検出のために端子の数を増加させたり、電池電圧の検出に誤差を生じさせることもないので、充電器に接続することが不可欠となる電池電源機器の構成に有効なものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、実施形態に係る充電器接続システムの構成を示すもので、要部構成のみを示し、電池電源装置１における二次電池３の負荷回路や、充電器２における直流電力源の表示は省略している。
【００１５】
図１において、電池電源機器１は、トランシーバなどの二次電池を電源とする携帯電子機器であって、二次電池３とその保護回路や二次電池３の充電に必要な回路などによって構成されている。
【００１６】
携帯電子機器に適用する二次電池３は、重量エネルギー密度や低温特性の点からリチウムイオン二次電池が好適であるが、可燃性の有機溶媒を用いていることから水溶液系の二次電池に比べて安全性への配慮が重要であり、過充電や過放電、高温による損傷、劣化が生じやすいため電池保護回路の付加が必須である。ここでは、二次電池３と直列にＰＴＣ素子６が接続され、短絡電流などの過大電流が二次電池３から流れたときや二次電池３が高温状態になったとき、ＰＴＣ素子６が抵抗値を急増させる作用によって二次電池３の電流を制限することによって二次電池３を保護している。また、過充電や過放電から二次電池３を保護するために過充放電阻止回路７が設けられ、過充電や過放電に相当する電池電圧が検出されたとき充放電回路を遮断して二次電池３を保護する。尚、ＰＴＣ素子６に代えて温度ヒューズやサーモスタット素子などを保護素子として用いる場合もある。また、このような保護素子を用いない場合もある。
【００１７】
二次電池３の正極は、その充電方向を順方向として接続されたダイオード５を介して正極充電端子１１に接続され、ダイオード５と並列に充電時に充電器２側から電池電圧を検出するための抵抗器４が接続されている。また、二次電池３の負極は、ＰＴＣ素子６、過充放電阻止回路７を介して負極充電端子１２に接続され、負極充電端子１２と温度検出端子１３との間には、充電器２から二次電池３の温度を検出するためのサーミスタ８が接続されている。
【００１８】
上記構成になる電池電源機器１は、充電器２にセットすることにより二次電池３に対する充電ができるように、正極充電端子１１、負極充電端子１２、温度検出端子１３は外部露出させて設けられているため、充電器２の所定位置に置くだけで充電接続がなされて二次電池３に対する充電がなされる。しかし、充電器２にセットしない状態では正極充電端子１１、負極充電端子１２、温度検出端子１３は外部露出しているため、電池電源機器１がポケットやバッグ等に収容された場合に、正極充電端子１１と負極充電端子１２との間が何らかの金属物によって短絡される恐れがある。この短絡を防止するために前記ダイオード５が設けられており、正極充電端子１１と負極充電端子１２との間が短絡されても二次電池３から正極充電端子１１に放電電流が流れないため、短絡による事故の発生は防止できる。
【００１９】
上記構成になる電池電源機器１の二次電池３を充電するための充電器２は、図示しない直流電力源の正極がＦＥＴ１５を介して充電器正極端子２１に接続され、負極が充電器負極端子２２に接続されている。この充電器２に電池電源機器１がセットされると、正極充電端子１１と充電器正極端子２１、負極充電端子１２と充電器負極端子２２、温度検出端子１３と充電器温度検出端子２３がそれぞれ接続され、二次電池３を充電器２により充電できる状態となる。
【００２０】
前記ＦＥＴ１５のゲートには充電制御回路（電圧検出制御手段）１６が接続され、充電制御回路１６は電圧検出回路１４によって検出される二次電池３の電池電圧及び温度検出端子１３及び充電器温度検出端子２３を通じて検出されるサーミスタ８の抵抗値から検出される電池温度を参照してＦＥＴ１５を制御して二次電池３に対する充電電流を制御する回路として構成されている。
【００２１】
充電制御回路１６は電圧検出回路１４によって二次電池３の電池電圧を検出するときには、ＦＥＴ１５による充電電流の通電を遮断するように制御し、抵抗器４を通じて電圧検出回路１４が測定する二次電池３の電池電圧を読み込む。この電圧検出は所定時間（例えば、数分）毎に短時間（数ミリ秒）の実行で充分であり、充電時間に及ぼす影響は無視できる。また、電圧検出回路１４の入力インピーダンスは充分に高く設定されているので、抵抗値が比較的大きい（例えば、１０ｋΩ以上）抵抗器４を介して二次電池３に接続した電圧測定であっても、ほぼ正確に電池電圧を測定することができる。抵抗器４の抵抗値を充分に大きく設定することにより正極充電端子１１と負極充電端子１２との間が短絡された状態となっても、短絡電流を小さく制限することができる。
【００２２】
上記構成による電池電圧の測定は、ＦＥＴ１５を短時間遮断状態に制御して測定するので、測定された電圧は所謂ＯＣＶ（Open Circuit Voltage ）であり、電池の内部抵抗の影響が排除され、より正確に電池電圧の測定がなされる。
【００２３】
充電器２による二次電池３に対する充電方式は種々の方式が適用できるが、一般的には定電圧定電流方式による定電流充電により充電を開始し、電圧検出回路１４によって検出された電池電圧が所定の電圧に達したとき、充電制御回路１６は定電流充電から定電圧充電に切り換えるので、充電電流は徐々に低減して充電電流が所定の設定電流に達したとき充電を停止する制御がなされる。
【００２４】
以上説明した構成は、ダイオード５及び抵抗器４は正極側回路に接続しているが、図２に示すように、負極側回路に接続しても同様の効果が得られる。また、上記構成は過充放電阻止回路７を構成するＦＥＴ（図示せず）にNチャンネルのものを用いた例を示しており、過充放電阻止回路７は負極回路側に接続されているが、PチャンネルのＦＥＴを用いて過充放電阻止回路７を構成した場合には、図３、図４に示すように、過充放電阻止回路７は正極回路側に接続される。この場合においてもダイオード５及び抵抗器４の接続位置は、図３に示すように正極回路側に接続する構成と、図４に示すように負極回路側に接続する構成とを選択することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
以上の説明の通り本発明によれば、電池電源機器及び充電器に設けられる充電のための端子は最小数でよく、端子を設けるために必要なコストは最小限に抑えることができ、端子を設けるために機器が大型化することも抑制できるので、携帯電子機器の構成に好適なものとなる。また、充電器に対する充電接続を容易にするために端子を外部露出させても、金属物の接触による短絡によって問題は発生せず、短絡防止のために端子をカバーする構造などを設ける必要がないため、機器の小型化、簡略化を図ることが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施形態に係る充電器接続システムの構成を示す回路図。
【図２】同上充電器接続システムの変形例を示す回路図。
【図３】同上充電器接続システムの変形例を示す回路図。
【図４】同上充電器接続システムの変形例を示す回路図。
【図５】従来技術に係る充電器接続構造を示す回路図。
【図６】同上充電器接続構造を示す回路図。
【図７】同上充電器接続構造を示す回路図。
【符号の説明】
【００２７】
１  電池電源機器
２  充電器
３  二次電池
４  抵抗器
５  ダイオード
１１  正極充電端子
１２  負極充電端子
１４  電圧検出回路
１５  ＦＥＴ
１６  充電制御回路（電圧検出制御手段）
【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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