(57)【要約】【課題】  電池を充電する場合、機器本体の負荷への動作電流があると、実際に電池セル９に供給される充電電流と定電圧定電流制御回路２から供給する電流が異なるため、負荷への動作電流分が過充電になってしまう。【解決手段】  電池セル９に流入する充電電流を検出する充電電流検出回路１６とセル電圧検出回路を設け、これらが満充電判定電流ＩＦ及び満充電判定電圧ＶＦになったとき、電池パック電圧調整回路により、電圧を調整して電池セル９に流入する充電電流を流さないようにした。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池セルへ充電電流を供給するとともに、機器本体へ動作電流を供給する充電制御回路、
この充電制御回路の出力電流を検出する電流検出回路、
この電流検出回路の検出する上記出力電流が所定値以下になったとき、上記充電制御回路の出力を断つスイッチ、
上記電池セルへ流入する充電電流を検出する充電電流検出回路、
上記電池セル電圧を検出するセル電圧検出回路、
上記電池セルに対して直列に挿入され、入力信号に応じて出力電圧を調整する電圧調整回路、
充電時、上記充電電流検出回路の検出する電流が設定電流以下となり、かつ、上記セル電圧検出回路の検出するセル電圧が設定電圧以上のとき、上記電圧調整回路の入力信号を制御する制御回路を備えたことを特徴とする電池の充電保護装置。
【請求項２】
電池セルに流入する充電電流を検出する充電電流検出回路、
上記電池セル電圧を検出するセル電圧検出回路、
上記電池セルに対して直列に挿入され、入力信号に応じて出力電圧を調整する電圧調整回路、
充電時、上記充電電流検出回路の検出する電流が設定電流以下となり、かつ、上記セル電圧検出回路の検出するセル電圧が設定電圧以上のとき、上記電圧調整回路の入力信号を制御する制御回路を備えたことを特徴とする電池の充電保護装置。
【請求項３】
電池セル付近の温度を検出する温度検出器を備え、該温度検出器が所定の温度を検出すると設定電流及び設定電圧の値を変更することを特徴とする請求項１又は２記載の電池の充電保護装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話機等の電子機器に電源として用いられる二次電池の充電時における保護装置に関するものであり、特に電池が満充電を超えて過充電されてしまうのを防止するようにした充電保護装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話機のような電子機器には、電源として充電可能な電池が用いられる。この種電池は電子機器の使用により、放電してしまうので定期的に充電する必要がある。電池を充電する場合、そのときの電池残量により充電量が異なることから、電池の満充電を検出して充電を完了しなければ、充電不足や過充電になってしまう。
【０００３】
従来、満充電を検出する手段として、特許文献１に記載されたものがある。特許文献１には、充電開始によりタイマをセットしてタイムアップしたときに充電を完了させる充電保護手段、及び定電圧定電流回路から電池へ供給される電流を検出し、その充電電流が規定の電流値以下になると充電を完了させる充電保護手段が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−８８０２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された前者の充電保護手段は充電開始から一定時間後に充電を完了させるものであるから、電池残量が異なる場合充電不足や過充電が生じてしまう。この場合、満充電を確保したい要請から過充電になることが多い。
【０００６】
他方、特許文献１に記載された後者の充電保護手段は充電電流が規定値になると充電を完了させるので、満充電で充電を停止させることが可能であるが、負荷に対して給電しながら充電する場合、負荷への給電電流も充電電流として検出してしまうため、その分、過充電になる。また、負荷への給電電流が規定値以上であると充電を完了できないので、完了させるためには前者の充電保護手段と併用する必要があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明における電池の充電保護装置は、電池セルへ充電電流を供給するとともに、機器本体へ動作電流を供給する充電制御回路、この充電制御回路の出力電流を検出する電流検出回路、この電流検出回路の検出する上記出力電流が所定値以下になったとき、上記充電制御回路の出力を断つスイッチ、上記電池セルへ流入する充電電流を検出する充電電流検出回路、上記電池セル電圧を検出するセル電圧検出回路、上記電池セルに対して直列に挿入され、入力信号に応じて出力電圧を調整する電圧調整回路、充電時、上記充電電流検出回路の検出する電流が設定電流以下となり、かつ、上記セル電圧検出回路の検出するセル電圧が設定電圧以上のとき、上記電圧調整回路の入力信号を制御する制御回路から構成したものである。
【０００８】
また、本発明における電池の充電保護装置は、電池セルに流入する充電電流を検出する充電電流検出回路、上記電池セル電圧を検出するセル電圧検出回路、上記電池セルに対して直列に挿入され、入力信号に応じて出力電圧を調整する電圧調整回路、充電時、上記充電電流検出回路の検出する電流が設定電流以下となり、かつ、上記セル電圧検出回路の検出するセル電圧が設定電圧以上のとき、上記電圧調整回路の入力信号を制御する制御回路から構成したものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、充電電流検出回路の検出する電流が設定電流以下となり、かつ、上記セル電圧検出回路の検出するセル電圧が設定電圧以上のとき、上記電圧調整回路の入力信号を制御するようにしたので、電池が満充電になったときに確実に充電を完了させることができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳述する。図１は本発明の実施の形態１に係る充電保護装置のブロック図であり、１は交流電源に接続され、交流を直流に変換して出力するＡＣアダプタ、２はＡＣアダプタ１の直流を入力して一定電圧以下及び一定電流以下に制限した出力を供給する定電圧定電流制御回路、３はＭＯＳＦＥＴ等のスイッチ、４は逆電流防止用に挿入されたダイオード、５は電流検出用の検出抵抗、６はこの検出抵抗５の両端の電圧を検出することにより、上記定電圧定電流制御回路２から供給される電流を検出する電流検出回路、７は所定の充電時間をセットしたタイマ、８は所定の温度を検出したときに動作する温度検出器であり、上記スイッチ３は電流検出回路６が所定値以下の電流を検出したとき、タイマ７がタイムアップしたとき、又は温度検出回路８が所定の温度を検出したときの何れかに入力信号を得て、上記定電圧定電流制御回路２の出力を断つものである。
【００１１】
９は電池パック内に収納され、上記定電圧定電流制御回路２から充電電流を供給されて充電される電池セル、１０は検出抵抗、１１は電池セル９に対して直列に接続されており、温度上昇に伴い電池セル９に流れる電流を抑制するＰＴＣ、１２は電池パックの異常を検出して保護信号を出力する保護回路、１３、１４はスイッチであり、上記保護回路１２の保護信号により、スイッチ１３は電池セル９の充電電流を断つスイッチ、スイッチ１４は電池セル９の放電電流を断つスイッチである。
【００１２】
１５は充電制御回路が充電を開始したことを検出する充電検出回路、１６は検出抵抗１０の両端の電圧を検出し、電池セル９へ流入する充電電流を検出する充電電流検出回路、１８は電池パック電圧調整回路であり、充電検出回路１５の検出信号により起動され、充電電流検出回路１６、及びセル電圧検出回路１７の検出する充電電流及びセル電圧に応じた制御信号を出力する制御回路１８ａ、この制御回路１８ａの出力するデジタルの制御信号をアナログに変換するＤ／Ａ変換器１８ｂ、及び電池セル９に対して直列に挿入され、Ｄ／Ａ変換器１８ｂの出力に応じた電圧を出力するバッファアンプ１８ｃから構成されている。１９は電池パックの温度を検出して温度検出回路８へ供給するサーミスタである。
【００１３】
即ち、ＡＣアダプタ１が接続されると定電圧定電流制御回路２により一定電圧以下、かつ、一定電流以下に制限された直流の出力がスイッチ３を介して供給され、電池セル９の充電が開始される。電池セル９へ供給される充電電流は電流検出回路６で検出されるので、電池セル９が充電されて満充電になり、充電電流が所定値以下になると電流検出回路６がスイッチ３を開することで充電が完了する。しかしながら、このように上手く動作できるのは、機器本体に動作電流が流れていない状態のときのみである。
【００１４】
いま、充電状態で機器本体へ供給されている電流がＩ１、電池セル９への充電電流がＩ２とすると、電流検出回路６の検出する電流Ｉ３（＝Ｉ１＋Ｉ２）はこれらの合計値となるから、電流検出回路６によりスイッチ３を開させたとしても電池セル９は機器本体への負荷電流Ｉ１分だけ過充電になってしまう。さらに、負荷電流Ｉ１が電池セル９の満充電時の充電電流よりも大きければスイッチ３は電流検出回路６によって開されることはない。この場合、タイマ７が充電開始から所定時間が経過することによって動作してスイッチ３を開するか、サーミスタ１９が電池パックの温度上昇を温度検出回路８へ伝達して温度検出回路８によりスイッチ３を開にすることで充電を停止させるしかないが、いずれにしても過充電の状態で充電が停止されることになってしまう。
【００１５】
そこで、本発明の実施の形態１では、充電検出回路１５、充電電流検出回路１６、セル電圧検出回路１７、及び電池パック電圧調整回路１８により、機器本体への負荷電流の供給があったとしても、電池セル９の充電を満充電で停止させるように構成している。以下、図２のフローチャートに基づいて図１の動作を説明する。
【００１６】
即ち、ＡＣアダプタ１が接続されて充電が開始されると、充電検出回路１５がこれを検出し、制御回路１８ａへ伝達する。制御回路１８ａは充電開始を認識すると、予め記憶している満充電判定電圧ＶＦ及び満充電判定電流ＩＦを初期設定として設定する（Ｓ１）。次いで、（Ｓ２）では充電開始であるので、（Ｓ３）へ進み、セル電圧検出回路１７及び充電電流検出回路１６をオンして作動状態にする。次に、制御回路１８ａはセル電圧検出回路１６の検出した電圧Ｖ１が初期設定した満充電判定電圧ＶＦ以上か否かを判断する（Ｓ４）。この判断で検出した電圧Ｖ１が満充電判定電圧ＶＦ未満であれば、（Ｓ２）へ戻る。セル電圧検出回路１７の検出した電圧Ｖ１が満充電判定電圧ＶＦ以上であれば、（Ｓ５）で充電電流検出回路１６の検出した充電電流Ｉ２が満充電判定電流ＩＦ以下か否かを判断する。（Ｓ５）の判断で充電電流Ｉ２が満充電判定電流ＩＦを越えていた場合は（Ｓ２）へ戻り、満充電判定電流ＩＦ以下であれば（Ｓ６）へ移行して電池パック電圧調整回路をオンさせる。ここで、（Ｓ４）及び（Ｓ５）で電池セル電圧Ｖ１が満充電判定電圧ＶＦ以上であり、充電電流Ｉ２が満充電判定電流ＩＦ以下となっているので電池セル９は満充電の状態にあり、さらに充電を行なうと過充電状態に至る。
【００１７】
そこで、制御回路１８ａは充電電流検出回路１６の検出する充電電流Ｉ２が０ｍＡ以下であるかを判断する（Ｓ７）。充電電流Ｉ２が流れていれば電池セル９はさらに充電されることになるので、制御回路１８ａはＤ／Ａ変換器１８ｂへバッファアンプ１８ｃの出力を上昇させる信号を送り、Ｄ／Ａ変換器１８ｂはその信号をアナログ変換してバッファアンプ１８ｃへ供給する。バッファアンプ１８ｃはＤ／Ａ変換器１８ｂを介して入力した制御回路１８ａからの信号により図１に示すＢ点の電位を上昇させる（Ｓ８）。Ｂ点の電位上昇は結果的にＡ点の電位を上昇させることになるので、定電圧定電流制御回路２から電池セル９へ供給する充電電流Ｉ２を抑制することになる。
【００１８】
次に、（Ｓ９）では充電中か否かを判断し、充電中であれば（Ｓ７）に戻る。結局、（Ｓ７）による判断で充電電流が流れていると判断される限り（Ｓ８）でバッファアンプ１８ｃの出力を増加していくため充電電流Ｉ２は減少することになるから、通常は電流検出回路６の検出する充電電流が所定値以下となり、スイッチ３が開となり充電が完了する。充電が完了すると、（Ｓ９）の判断で（Ｓ１）へ移行することになり、次の（Ｓ２）の判断で充電が完了しているのでセル電圧検出回路１７及び充電電流検出回路１６をオフする。一方、（Ｓ７）の判断で充電電流が流れていないと判断したときは充電解除かを判断し（Ｓ１０）充電検出回路１５が解除を検出しておればセル電圧検出回路１７、充電電流検出回路１６、電池パック電圧調整回路１８をオフして終了する。
【００１９】
なお、電池パック電圧調整回路１８の調整解除は、充電検出回路１５での充電解除検出で行なうが、満充電に近い電池パックが繰り返し充電された場合の過充電も、図２のフローチャートにおける（Ｓ１）及び（Ｓ１０）を図３のフローチャートの（Ｓ１３）及び（Ｓ１４）のように変更し、セル電圧検出回路１７で満充電後のセル電圧を検出し、電池パック電圧調整回路１８でセル電圧が再充電判定電圧以下になるまで充電電流が流れないように電池パック電圧を調整すれば防ぐことができる。
【００２０】
また、上記実施の形態では充電電流検出回路１６及びセル電圧検出回路１７の検出する充電電流及びセル電圧を一定の判定値であるＶＦ、ＩＦと比較判定するものとしているが、図４に示すようにサーミスタ１９の出力から電池パックの温度を検出するパック温度検出回路２０を設け、制御回路１８ａでは該パック温度検出回路２０の検出する温度に応じて満充電判定電流ＩＦ及び満充電判定電圧ＶＦを可変するように構成しても良い。これにより、電池パックの温度に応じた過充電保護と満充電保護が可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明は、携帯電話機等に装着される電池パックに内蔵する保護回路として適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る充電保護回路の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る充電保護回路の動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明に係る充電保護回路の別の動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明に係る充電保護回路の別の実施の形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  ＡＣアダプタ    ２  定電圧定電流制御回路    ６  電流検出回路    ７  タイマ回路    ８  温度検出回路    ９  電池セル    １５  充電検出回路    １６  充電電流検出回路    １７  セル電圧検出回路    １８  電池パック電圧調整回路    １８ａ  制御回路    １８ｃ  バッファアンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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