(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次電池を、その電池電圧が、満充電電圧より高い所定電圧になるまで定電流で充電した後、
上記２次電池を、上記満充電電圧にほぼ等しい定電圧でさらに充電し、
上記定電圧充電を開始してから所定時間毎の充電電流の変化量を検出し、この充電電流が減少した後に、充電電流が所定の基準電流値以下になったことを検出したとき、上記２次電池が満充電又は満充電に近い状態であると判断する
充電方法。
【請求項２】
２次電池を、その電池電圧が、満充電電圧より高い所定電圧になるまで定電流で充電した後、
上記２次電池を、上記満充電電圧にほぼ等しい定電圧でさらに充電し、
上記定電圧充電を開始してから所定時間毎の電池電圧の変化量を検出し、この電池電圧が低下しなくなった後に、充電電流が所定の基準電流値以下になったことを検出したとき、上記２次電池が満充電又は満充電に近い状態であると判断する
充電方法。
【請求項３】
定電流で充電する定電流回路と、
電池の満充電電圧で充電する定電圧回路と、
電池電圧を検出する電圧検出手段と、
充電電流を検出する電流検出手段と、
上記定電流回路で充電させた後、上記電圧検出手段で満充電電圧より高い所定電圧を検出したとき、上記定電圧回路での充電に切換える制御を行い、その定電圧充電開始後に上記電流検出手段の検出に基づいて、所定時間毎の充電電流の変化量を検出し、この充電電流が減少したことを判断した後に、上記電流検出手段が所定の基準電流値以下になったことを検出したとき、上記２次電池が満充電又は満充電に近い状態であると判断して充電停止処理を行う制御手段とを備えた充電装置。
【請求項４】
定電流で充電する定電流回路と、
電池の満充電電圧で充電する定電圧回路と、
電池電圧を検出する電圧検出手段と、
充電電流を検出する電流検出手段と、
上記定電流回路で充電させた後、上記電圧検出手段で満充電電圧より高い所定電圧を検出したとき、上記定電圧回路での充電に切換える制御を行い、その定電圧充電開始後に上記電圧検出手段の検出に基づいて、所定時間毎の電池電圧の変化量を検出し、この電池電圧が低下しなくなったことを判断した後に、上記電流検出手段が所定の基準電流値以下になったことを検出したとき、上記２次電池が満充電又は満充電に近い状態であると判断して充電停止処理を行う制御手段とを備えた充電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、リチウムイオン電池などの定電圧充電が必要な２次電池の充電方法及び充電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、２次電池として特性の優れた電池として、リチウムイオン電池などの新規なものが各種開発されている。この場合、リチウムイオン電池、或いはリチウムイオン電池に準じた構成の２次電池の場合には、充電時に定電圧を印加して充電を行う定電圧充電を行う必要がある。
【０００３】
この定電圧充電を効率良く行う充電処理として、本出願人は先に、電池の満充電電圧よりも若干高い電圧まで定電流充電を行い、その後に満充電電圧に相当する電圧で定電圧充電を行うものを提案した（特開平６−３２５７９４号公報）。図１３は、その先に提案した充電処理でリチウムイオン電池の充電が行われる充電装置の構成を示す図である。ここでは、充電される２次電池であるリチウムイオン電池Ｂは、満充電時の電池電圧が４．２Ｖの特性のものを使用してある。充電装置の構成としては、商用交流電源などを変圧・整流して得られる直流低圧電源１を、入力端子１ａ，１ｂに供給する。この場合、入力端子１ａが正極側の端子で、入力端子１ｂが負極側の端子である。入力端子１ａに得られる電源は、定電流回路２に供給して、２次電池を充電するのに適した定電流出力を得る。
【０００４】
この定電流回路２の出力は、定電圧回路３に供給して、４．２Ｖの一定電圧信号とする。また、定電圧回路３の入力側と出力側とを直接接続するスイッチ４が設けてあり、このスイッチ４が制御回路５により制御される。制御回路５は、この充電装置の充電動作を制御する回路で、スイッチ４をオン状態としたとき、定電流回路２の定電流出力が、直接２次電池Ｂの正極側に供給される。スイッチ４がオフ状態のときには、定電圧回路３の一定電圧出力が、２次電池Ｂの正極側に供給される。
【０００５】
定電圧回路３の出力側と２次電池Ｂの正極側との間には、充電電流を検出する電流検出回路６が接続してある。また、２次電池Ｂの電池電圧を検出する電圧検出回路８が、２次電池Ｂと並列に接続してある。各検出回路６，８で検出した値は、制御部５で判断される。さらに、負極側の電源入力端子１ｂと、２次電池Ｂの負極側との間には、充電の開始，停止を制御する充電制御スイッチ７が接続してあり、このスイッチ７のオン・オフが制御部５により制御される構成としてある。
【０００６】
図１４は、このように構成される充電装置でリチウムイオン電池である２次電池Ｂが充電されるときの状態を示した特性図である。この図１４において、Ｖは電池電圧を示し、Ｉは充電電流を示す。この充電装置での充電としては、スイッチ７をオン状態として充電を開始させると同時に、スイッチ４についてもオン状態として、定電流回路２の出力を直接２次電池Ｂに供給して、一定の充電電流Ｉａで充電を行う。ここでの２次電池Ｂの満充電時の電池電圧（４．２Ｖ）をＶａとすると、本例の場合にはその満充電電圧Ｖａよりも若干高い電圧Ｖｂを電圧検出回路８で検出するまで、一定の充電電流Ｉａで充電を行う。
【０００７】
そして、電池電圧Ｖが電圧Ｖｂになったことを、電圧検出回路８の検出出力から制御部５が判断したとき、スイッチ４をオフ状態として、満充電時の電池電圧Ｖａによる定電圧充電に切換える。この定電圧充電を行っているときには、電流検出回路６で検出される充電電流を制御部５が判断して、充電電流Ｉが満充電時の充電電流Ｉｂ以下になったとき（図１４のタイミングｔａ）、２次電池Ｂが満充電であると判断して、スイッチ７をオフ状態として、充電を停止させる。
【０００８】
このように定電流充電時に電池の満充電時の電圧よりも若干高い電圧まで充電することで、効率良くリチウムイオン電池などの２次電池を充電することが出来る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した充電処理を行う場合に、定電流充電から定電圧充電に切換えたときに、充電電流Ｉの変化が図１４に実線で示すように徐々に充電電流値が低下するのが理想であるが、実際には図１４に破線で示す充電電流Ｉ′のように、定電流充電から定電圧充電に切換えたタイミングｔｂの直後に、満充電時の充電電流Ｉｂに相当する電流値まで急激に充電電流が低下して、その後徐々に充電電流値が高くなり、電池Ｂの充電量に対応して充電電流値が低下する特性を持つ２次電池が存在する。
【００１０】
従って、このような特性の２次電池を充電する場合には、定電流充電で満充電電圧を越えた電圧Ｖｂとなって、定電圧充電に切換えたタイミングｔｂの直後に発生する電流値の低下で、満充電時の充電電流Ｉｂ以下になったことが検出されて、この時点で充電が停止してしまい、満充電になる前に充電が停止してしまう問題があった。
【００１１】
本発明はかかる点に鑑み、この種の特性の２次電池を充電する際に、満充電時の電池電圧を越えた所定電圧まで充電させて、満充電まで効率良く充電できるようにすることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、２次電池を、その電池電圧が満充電電圧より高い所定の基準電圧になるまで定電流で充電した後、満充電電圧にほぼ等しい定電圧でさらに充電し、定電圧充電を開始してから所定時間毎の充電電流の変化量又は電池電圧の変化量を検出し、充電電流が減少した後、又は電池電圧が低下しなくなった後に、充電電流が所定の基準電流値以下になったことを検出したとき、２次電池が満充電又は満充電に近い状態であると判断するようにしたものである。
【００１３】
かかる処理を行うことで、２次電池を定電流充電から定電圧充電の切換えた直後の充電電流の低下に対応した対処が行われ、満充電又は満充電に近い状態まで充電される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態を、図１〜図３を参照して説明する。本実施の形態においては、定電圧での充電を必要とするリチウムイオン電池を使用した２次電池を充電する充電装置として構成してあり、その充電するリチウムイオン電池は、満充電時の電池電圧が４．２Ｖになるものを使用する。この満充電時の電池電圧をここでは基準電圧と称する。
【００１５】
図１は本例の充電装置の構成を示すブロック図で、電源入力端子１１ａ，１１ｂには、電源回路１１で商用交流電源などを変圧・整流した所定電圧の直流電源が供給される。この場合、入力端子１１ａは正極側の入力端子で、入力端子１１ｂは負極側の電源入力端子である。入力端子１１ａに得られる電源は、定電流回路１２に供給して、２次電池を充電するのに適した定電流出力を得る。この場合、定電流回路１２の出力電圧は、最大で基準電圧（ここでは４．２Ｖ）よりも若干高い電圧、例えば少なくとも４．３Ｖ以上になるものを使用する。
【００１６】
この定電流回路１２の出力は、定電圧回路１３に供給して、基準電圧（ここでは４．２Ｖ）の一定電圧信号とする。また、定電圧回路１３の入力側と出力側とを直接接続するスイッチ１４が設けてあり、このスイッチ１４が制御回路１５により制御される。制御回路１５は、この充電装置の充電動作を制御する回路で、スイッチ１４をオン状態としたとき、定電流回路１２の定電流出力が、直接２次電池Ｂの正極側に供給される。スイッチ１４がオフ状態のときには、定電圧回路１３の一定電圧出力が、２次電池Ｂの正極側に供給される。なお、制御回路１５には、予め設定された所定の時間（例えば５分〜３０分程度の時間、ここでは１０分とする）の計測を行うタイマ回路１６が接続してある。
【００１７】
定電圧回路１３の出力側と２次電池Ｂの正極側との間には、充電電流を検出する電流検出回路１７が接続してある。また、２次電池Ｂの電池電圧を検出する電圧検出回路１９が、２次電池Ｂと並列に接続してある。各検出回路１７，１９で検出した値は、制御回路１５で判断される。さらに、負極側の電源入力端子１１ｂと、２次電池Ｂの負極側との間には、充電の開始，停止を制御する充電制御スイッチ１８が接続してあり、このスイッチ１８のオン・オフが制御回路１５により制御される構成としてある。
【００１８】
次に、この図１に示す構成で、制御回路１５の制御により行われる充電処理を、図２のフローチャートを参照して説明する。まず、この充電装置に装着された２次電池（リチウムイオン電池）Ｂに対してスイッチ１８をオン状態としてプリ充電などの処理を行って、充電が必要な状態であると判断したとき、本例の充電処理に移る。この充電処理としては、最初の状態ではスイッチ１４をオン状態として、定電流回路１２の出力を直接２次電池Ｂ側に供給して、充電電流Ｉ1 の定電流モードでの充電を行う（ステップ１０１）。この状態で、電圧検出回路１９で検出した電池電圧を制御回路１５が判断し（ステップ１０２）、その検出した電圧値が基準電圧（４．２Ｖ）に所定電圧ΔＶ（ここでは０．１Ｖ）加算した値（ここでは４．３Ｖ）以上であるか否か判断する（ステップ１０３）。ここで、この値以上であると判断するまで、ステップ１０１での定電流モードでの充電を継続して行う。
【００１９】
そしてステップ１０３で、電池電圧が基準電圧に所定電圧ΔＶ加算した値（４．３Ｖ）以上であると判断したとき、制御回路１５はスイッチ１４をオフ状態として、定電圧回路１３が出力する基準電圧（４．２Ｖ）による定電圧充電を行う（ステップ１０４）。この状態で、電流検出回路１７で検出した充電電流を制御回路１５が判断し（ステップ１０５）、その検出した電流値が満充電時の電流値Ｉ2 以下であるか否か判断する（ステップ１０６）。この満充電時の電流値Ｉ2 は、基準電圧で定電圧充電を行って、２次電池が満充電状態となった場合に発生する充電電流値であり、制御回路１５にはその値が予め記憶させてある。但し本例の場合の電流値Ｉ2 は、基準電圧で定電圧充電を行って、２次電池が満充電状態となった場合に発生する充電電流値よりも若干高い電流値としてある。この満充電時の電流値Ｉ2 以下であることが検出されるまで、定電圧回路１３により定電圧充電させた状態で、その電流値の検出処理を行う。
【００２０】
そしてステップ１０６で、充電電流が満充電時の電流値Ｉ2 以下であることが検出されると、制御回路１５は接続されたタイマ回路１６を作動させて、設定された時間（ここでは１０分）の計測を開始させる（ステップ１０７）。このタイマ動作が行われている間には、さらに電流検出回路１７で検出した充電電流を制御回路１５が判断し（ステップ１０８）、その検出した電流値が満充電時の電流値Ｉ2 以上であるか否か判断する（ステップ１０９）。ここで、満充電時の電流値Ｉ2 以上であると判断した場合には、タイマ回路１６のタイマ動作を停止させて、ステップ１０８での電流値検出処理に戻る。
【００２１】
ステップ１０９で判断した電流値が満充電時の電流値Ｉ2 以上でない場合（即ち満充電時の電流値Ｉ2 まで低下したことが検出された場合）には、タイマ回路１６を再度作動させて、設定させた時間（ここでは１０分）の計測を最初から開始させる（ステップ１１１）。ここで、このタイマ回路１６で計測する時間が、設定された時間（１０分）になったか否か判断し（ステップ１１２）、その時間が経過したとき、制御回路１５はスイッチ１８をオフ状態にして、２次電池Ｂへの充電を停止させる（ステップ１１３）。また、この充電装置に充電状態を表示するランプなどの告知手段（図示せず）が設けてある場合には、充電完了ランプの点灯などの満充電時の処理を行う（ステップ１１４）。
【００２２】
図３は、この図２のフローチャートに示す処理で充電を行った場合の、電池電圧Ｖと充電電流Ｉの変化を示す図である。まず、ステップ１０１での定電流充電を開始させると、充電電流は電流値Ｉ1 で一定であり、２次電池Ｂが充電されて行くに従って電池電圧Ｖが徐々に上昇する。ここで、定電流充電に印加される電圧は、満充電時の電池電圧（基準電圧）よりも高い電圧に設定してあるので、電圧検出回路１９で検出される電池電圧は基準電圧を越える。そして、基準電圧Ｖ1 に所定電圧ΔＶ（０．１Ｖ）加算した電圧Ｖ2 （４．３Ｖ）になったとき（タイミングＴ1 ）、制御回路１５の制御で基準電圧での定電圧充電に切換わる。この基準電圧の定電圧充電に切換わることで、電池電圧Ｖは基準電圧Ｖ1 になる。なお、充電モードが切換わったタイミングＴ1 から電池電圧Ｖが基準電圧Ｖ1 に安定するまでの時間は、例えば数分程度である。
【００２３】
そして、充電電流Ｉについては、タイミングＴ1 の時点で急激に減少して、一時的に満充電時の電流値Ｉ2 以下になるが、本例の場合には一度満充電時の電流値Ｉ2 以下になった時点でタイマ回路を作動させて、所定時間内に充電電流が電流値Ｉ2 を越えたときには、一時的な電流の低下であると判断して、充電動作を停止させずに、再度電流値の判断処理を実行させる。その後、２次電池Ｂの充電量に対応した電流値の変化（即ち充電量の増加で電流値の減少）が発生するようになると、そのときには、電流値がＩ2 になることで（タイミングＴ2 ）、タイマ回路を作動させて、所定時間Ｔ0 後のタイミングＴ3 に充電を停止させる処理が行われる。
【００２４】
このように充電処理が行われることで、電池電圧が満充電時の電池電圧（基準電圧）よりも高い電圧まで定電流充電で充電されるようにしたことで、短い時間で効率良くリチウムイオン電池などの２次電池を充電することができる。ここで、定電流充電から定電圧充電に切換えて、その定電圧充電時に満充電と判断する処理を、充電電流から行うようにしたが、定電流充電から定電圧充電に切換えた直後に発生する充電電流の低下で充電を停止させずに、タイマ回路を作動させて、そのタイマ回路が作動している間に、充電電流が増加して再び満充電と判断される充電電流となったときに、充電を停止させる処理を行うことで、満充電状態まで正確に充電することができる。図３に示す例で充電を開始させてから、タイミングＴ3 で充電が停止するまでの充電時間は、例えば８０分程度の時間である。
【００２５】
なお、図２のフローチャートに示す処理では、ステップ１０９で満充電に相当する電流Ｉ2 を検出したとき、直ちに充電を停止させずに、タイマ回路１６で１０分などの所定時間が経過したとき、充電を停止させるようにしたのは、電流Ｉ2 の値として比較的検出し易い値にするためである。即ち、リチウムイオン電池などの２次電池においては、正確な電流値Ｉ2 は非常に小さな値であり、充電装置が備える比較的簡単な構成の電流検出回路では、検出精度が十分でない可能性があり、タイミングＴ3 での電流値を検出する代わりに、そのタイミングＴ3 より所定時間前のタイミングＴ2 での電流値を検出するようにして、検出される電流の値を高くして、検出精度が維持されるようにしてある。
【００２６】
従って、正確な満充電時の電流値（タイミングＴ3 での電流値）の検出が可能であれば、その電流値をステップ１０９で検出した時点で直接充電動作を停止させても良い。
【００２７】
また、この処理を行うためにステップ１１１で作動させるタイマと、満充電の誤検出を防止するためにステップ１０７で作動させるタイマとは、同じ時間を計測するタイマ回路を使用したが、それぞれの個別に時間を設定したタイマ回路を用意しても良い。但し、満充電の誤検出を防止するためにステップ１０７で作動させるタイマについては、それ程厳密な時間管理が必要なものではないので、本例のように共用化することは、充電装置の回路構成を簡単にする上で好ましい。
【００２８】
次に、本発明の第２の実施の形態を、図４及び図５を参照して説明する。本実施の形態においても、定電圧での充電を必要とするリチウムイオン電池を使用した２次電池を充電する充電装置として構成してあり、その充電するリチウムイオン電池は、満充電時の電池電圧（基準電圧）が４．２Ｖになるものを使用する。
【００２９】
充電装置の回路構成としては、上述した第１の実施の形態で図１を参照して説明した構成と同じであり、制御回路１５での制御処理が第１の実施の形態とは異なる。
【００３０】
以下、本実施の形態での充電処理を、図４のフローチャートを参照して説明する。まず、この充電装置に装着された２次電池（リチウムイオン電池）Ｂに対してスイッチ１８をオン状態としてプリ充電などの処理を行って、充電が必要な状態であると判断したとき、本例の充電処理に移る。この充電処理としては、最初の状態ではスイッチ１４をオン状態として、定電流回路１２の出力を直接２次電池Ｂ側に供給して、充電電流Ｉ1 の定電流モードでの充電を行う（ステップ２０１）。この状態で、電圧検出回路１９で検出した電池電圧を制御回路１５が判断し（ステップ２０２）、その検出した電圧値が基準電圧（４．２Ｖ）に所定電圧ΔＶ（ここでは０．１Ｖ）加算した値（ここでは４．３Ｖ）以上であるか否か判断する（ステップ２０３）。ここで、この値以上であると判断するまで、ステップ２０１での定電流モードでの充電を継続して行う。
【００３１】
そしてステップ２０３で、電池電圧が基準電圧に所定電圧ΔＶ加算した値（４．３Ｖ）以上であると判断したとき、制御回路１５はスイッチ１４をオフ状態として、定電圧回路１３が出力する基準電圧（４．２Ｖ）による定電圧充電を行う（ステップ２０４）。この状態で、電流検出回路１７で検出した充電電流の単位時間Δｔ毎の変化を制御回路１５が判断し（ステップ２０５）、その検出した電流値の変化が、減少する方向であるか、上昇する方向であるか判断する（ステップ２０６）。なお、電流値を判断する時間間隔Δｔは、例えば定電流充電から定電圧充電に切換わった直後に電流値が低下する時間よりも長い時間に設定する。ここで、上昇する方向であるとき、そのときの充電電流値は、充電量に対応した値ではないと判断して、ステップ２０４の定電圧充電を継続して行う。
【００３２】
そして、ステップ２０６で電流値が減少していると判断したとき、電流検出回路１７で検出した充電電流を制御回路１５が判断し（ステップ２０７）、その検出した電流値が満充電時の電流値以下であるか否か判断する（ステップ２０８）。ここで、満充電時の電流値以下でないと判断した場合には、電流値検出処理を繰り返し行う。
【００３３】
ステップ２０８で判断した電流値が満充電時の電流値以下である場合には、タイマ回路１６を作動させて、設定させた時間（ここでは１０分）の計測を開始させ（ステップ２０９）、このタイマ回路１６で計測する時間が、設定された時間（１０分）になったか否か判断し（ステップ２１０）、その時間が経過したとき、制御回路１５はスイッチ１８をオフ状態にして、２次電池Ｂへの充電を停止させる（ステップ２１１）。また、この充電装置に充電状態を表示するランプなどの告知手段（図示せず）が設けてある場合には、充電完了ランプの点灯などの満充電時の処理を行う（ステップ２１２）。なお、タイマ回路を設けない構成の場合には、ステップ２０８で判断した電流値が満充電時の電流値以下であるとき、破線で示すように、直ちにステップ２１１の充電停止処理に移る。
【００３４】
図５は、この図４のフローチャートに示す処理で充電を行った場合の、電池電圧Ｖと充電電流Ｉの変化を示す図で、この図５の場合には、定電流充電から定電圧充電に切換わったタイミングｔ11から、充電を停止させるタイミングｔ14までを拡大して示してある。この場合の充電状態は、基本的には上述した第１の実施の形態の場合と同じである。ここで、定電流充電から定電圧充電に切換わったタイミングｔ11に充電電流値が低下してから、充電電流値が増加を続けるまでの時間は、数分から十数分程度の比較的長い時間であり、本実施の形態での処理では、検出した充電電流のステップ２０６での判断処理で、この充電電流値が増加から再び減少に変わるタイミングｔ12までの間には、充電動作を停止させないようにしてある。
【００３５】
従って、本実施の形態の場合には、充電電流値の変化量の判断処理で、上述した第１の実施の形態の場合と同様に、短い時間で効率良くリチウムイオン電池などの２次電池を充電することができると共に、充電モードが切換わった直後に充電動作が停止せずに、満充電状態まで正確に充電することができる。
【００３６】
次に、本発明の第３の実施の形態を、図６を参照して説明する。本実施の形態においても、定電圧での充電を必要とするリチウムイオン電池を使用した２次電池を充電する充電装置として構成してあり、その充電するリチウムイオン電池は、満充電時の電池電圧（基準電圧）が４．２Ｖになるものを使用する。
【００３７】
充電装置の回路構成としては、上述した第１の実施の形態で図１を参照して説明した構成と同じであり、制御回路１５での制御処理が第１，第２の実施の形態とは異なる。
【００３８】
以下、本実施の形態での充電処理を、図６のフローチャートを参照して説明する。まず、この充電装置に装着された２次電池（リチウムイオン電池）Ｂに対してスイッチ１８をオン状態としてプリ充電などの処理を行って、充電が必要な状態であると判断したとき、本例の充電処理に移る。この充電処理としては、最初の状態ではスイッチ１４をオン状態として、定電流回路１２の出力を直接２次電池Ｂ側に供給して、充電電流Ｉ1 の定電流モードでの充電を行う（ステップ３０１）。この状態で、電圧検出回路１９で検出した電池電圧を制御回路１５が判断し（ステップ３０２）、その検出した電圧値が基準電圧（４．２Ｖ）に所定電圧ΔＶ（ここでは０．１Ｖ）加算した値（ここでは４．３Ｖ）以上であるか否か判断する（ステップ３０３）。ここで、この値以上であると判断するまで、ステップ３０１での定電流モードでの充電を継続して行う。
【００３９】
そしてステップ３０３で、電池電圧が基準電圧に所定電圧ΔＶ加算した値（４．３Ｖ）以上であると判断したとき、制御回路１５はスイッチ１４をオフ状態として、定電圧回路１３が出力する基準電圧（４．２Ｖ）による定電圧充電を行う（ステップ３０４）。この状態で、電圧検出回路１９で検出した電池電圧の単位時間Δｔ毎の変化を制御回路１５が判断し（ステップ３０５）、その検出した電圧値の変化が、減少するか否か判断する（ステップ３０６）。ここで、減少していると判断したとき、充電モードが切換わった直後で安定してないと判断して、ステップ３０４の定電圧充電を継続して行う。
【００４０】
そして、ステップ３０６で電圧値が減少しなくなったと判断したとき、電流検出回路１７で検出した充電電流を制御回路１５が判断し（ステップ３０７）、その検出した電流値が満充電時の電流値以下であるか否か判断する（ステップ３０８）。ここで、満充電時の電流値以下でないと判断した場合には、電流値検出処理を繰り返し行う。
【００４１】
ステップ３０８で判断した電流値が満充電時の電流値以下である場合には、タイマ回路１６を作動させて、設定させた時間（ここでは１０分）の計測を開始させ（ステップ３０９）、このタイマ回路１６で計測する時間が、設定された時間（１０分）になったか否か判断し（ステップ３１０）、その時間が経過したとき、制御回路１５はスイッチ１８をオフ状態にして、２次電池Ｂへの充電を停止させる（ステップ３１１）。また、この充電装置に充電状態を表示するランプなどの告知手段（図示せず）が設けてある場合には、充電完了ランプの点灯などの満充電時の処理を行う（ステップ３１２）。なお、タイマ回路を設けない構成の場合には、ステップ３０８で判断した電流値が満充電時の電流値以下であるとき、直ちにステップ３１１の充電停止処理に移る。
【００４２】
ここで、本実施の形態での処理で充電が行われる状態を、第２の実施の形態で説明した図５を再度参照して説明すると、電池電圧Ｖについては、タイミングｔ11で定電流充電から定電圧充電に切換わると、そのタイミングから電池電圧Ｖが基準電圧Ｖ1 に低下して安定するタイミングｔ15までには、数分から数十分かかる。このタイミングｔ15が経過することで、充電電流は満充電時の電流値より十分に高い電流値になり、そのタイミングｔ15以降で電流値の検出から、満充電の判断を行うようにしても、誤動作することなく、正確に満充電状態を検出できる。
【００４３】
従って、本実施の形態の場合には、電池電圧値の変化量の判断処理で、上述した第１，第２の実施の形態の場合と同様に、短い時間で効率良くリチウムイオン電池などの２次電池を充電することができると共に、充電モードが切換わった直後に充電動作が停止せずに、満充電状態まで正確に充電することができる。
【００４４】
次に、本発明の第４の実施の形態を、図７〜図９を参照して説明する。この図７〜図９において、上述した第１の実施の形態で説明した図１に対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。本実施の形態においても、定電圧での充電を必要とするリチウムイオン電池を使用した２次電池を充電する充電装置として構成してあり、その充電するリチウムイオン電池は、満充電時の電池電圧（基準電圧）が４．２Ｖになるものを使用する。
【００４５】
図７は本例の充電装置の構成を示すブロック図で、電源入力端子１１ａ，１１ｂには、電源回路１１で商用交流電源などを変圧・整流した所定電圧の直流電源が供給される。入力端子１１ａに得られる電源は、定電流回路１２に供給して、２次電池を充電するのに適した定電流出力を得る。この場合、定電流回路１２の出力電圧は、最大で基準電圧（ここでは４．２Ｖ）よりも若干高い電圧、例えば少なくとも４．３Ｖ以上になるものを使用する。
【００４６】
この定電流回路１２の出力は、定電圧回路１３に供給して、基準電圧（ここでは４．２Ｖ）の一定電圧信号とする。また、定電圧回路１３の入力側と出力側とを直接接続するスイッチ１４が設けてあり、このスイッチ１４が制御回路２０により制御される。制御回路２０は、この充電装置の充電動作を制御する回路で、スイッチ１４をオン状態としたとき、定電流回路１２の定電流出力が、直接２次電池Ｂの正極側に供給される。スイッチ１４がオフ状態のときには、定電圧回路１３の一定電圧出力が、２次電池Ｂの正極側に供給される。
【００４７】
定電圧回路１３の出力側と２次電池Ｂの正極側との間には、充電電流を検出する電流検出回路１７が接続してある。また、２次電池Ｂの電池電圧を検出する電圧検出回路１９が、２次電池Ｂと並列に接続してある。各検出回路１７，１９で検出した値は、制御回路２０で判断される。さらに、負極側の電源入力端子１１ｂと、２次電池Ｂの負極側との間には、充電の開始，停止を制御する充電制御スイッチ１８が接続してあり、このスイッチ１８のオン・オフが制御回路２０により制御される構成としてある。
【００４８】
この図７に示す構成は、上述した第１の実施の形態で図１に示した構成と、制御回路が異なる構成としてあるものであり、本例の場合の制御回路２０にはタイマ回路も設けてない。
【００４９】
次に、この図７に示す構成で、制御回路２０の制御により行われる充電処理を、図８のフローチャートを参照して説明する。まず、この充電装置に装着された２次電池（リチウムイオン電池）Ｂに対してスイッチ１８をオン状態としてプリ充電などの処理を行って、充電が必要な状態であると判断したとき、本例の充電処理に移る。この充電処理としては、最初の状態ではスイッチ１４をオン状態として、定電流回路１２の出力を直接２次電池Ｂ側に供給して、充電電流Ｉ1 の定電流モードでの充電を行う（ステップ４０１）。この状態で、電圧検出回路１９で検出した電池電圧を制御回路２０が判断し（ステップ４０２）、その検出した電圧値が基準電圧（４．２Ｖ）に所定電圧ΔＶ（ここでは０．１Ｖ）加算した値（ここでは４．３Ｖ）以上であるか否か判断する（ステップ４０３）。ここで、この値以上であると判断するまで、ステップ４０１での定電流モードでの充電を継続して行う。
【００５０】
そしてステップ４０３で、電池電圧が基準電圧に所定電圧ΔＶ加算した４．３Ｖ以上であると判断したとき、制御回路２０はスイッチ１４をオフ状態として、定電圧回路１３が出力する基準電圧（４．２Ｖ）による定電圧充電を行う（ステップ４０４）。この状態で、電流検出回路１７で検出した充電電流の単位時間Δｔ毎の変化を制御回路２０が判断し（ステップ４０５）、その検出した電流値の変化量が所定値以下の小さな値であるか否か判断する（ステップ４０６）。ここで、電流値の変化量が所定値以下の小さな値でないと判断したときには、ステップ４０４での４．２Ｖでの定電圧充電を継続して行う。
【００５１】
そしてステップ４０６で、電流値の変化量が所定値以下の小さな値であると判断されると、電流検出回路１７が検出した充電電流を制御回路２０が判断する（ステップ４０７）。ここで、その検出した電流値が所定の基準電流値以上であるか否か判断し（ステップ４０８）、基準電流値以上の電流値を判断したとき、ステップ４０１の定電流充電に戻る。そして、充電電流値が、充電モードを切換えた直後以外のタイミングで満充電時の電流値に相当する電流値以下を検出したとき、満充電であるとして充電を停止させる処理を行う（この充電停止処理はフローチャートでは省略してある）。
【００５２】
図９は、この図８のフローチャートに示す処理で充電を行った場合の、電池電圧Ｖと充電電流Ｉの変化を示す図である。この特性図において、ＶH として示す区間は、定電流回路の出力により４．３Ｖまで充電される区間であり、ＶL として示す区間は、定電圧回路の出力により４．２Ｖの定電圧で充電される区間である。この例では、満充電となるまでに、定電流回路の出力により４．３Ｖまで充電される区間ＶH と、定電圧回路の出力により４．２Ｖの定電圧で充電される区間ＶL とが繰り返されて充電が行わる。電池電圧Ｖについては、この区間ＶH と区間ＶL の切換わりに連動して、４．３Ｖと４．２Ｖの間を変化する。
【００５３】
そして充電電流Ｉについては、電池電圧が４．３Ｖになるまでは定電流Ｉ1 で充電され、タイミングｔ21で電池電圧が４．３Ｖになって、４．２Ｖの定電圧充電に切換わった直後には、充電電流Ｉが急激に低下するが、その後徐々に上昇して、設定された基準電流値を越える。この基準電流値を越えるタイミングｔ22になると、再び定電流回路の出力により４．３Ｖで充電され、充電電流が上昇する。
【００５４】
そして、この充電電流が上昇すると共に電池電圧が４．３Ｖになった時点（タイミングｔ23）で、４．２Ｖの定電圧充電に切換わる。以下、タイミングｔ24，ｔ26‥‥での４．２Ｖの定電圧充電への切換わりと、タイミングｔ25，ｔ27‥‥での４．３Ｖまでの充電への切換わりとが、満充電になるまで繰り返される。
【００５５】
このように充電モードを繰り返し変化させた場合にも、満充電まで良好に充電させることができる。この場合にも、充電モードの変化時点で充電が停止することがなく、満充電まで良好に充電することができる。
【００５６】
次に、本発明の第５の実施の形態を、図１０〜図１２を参照して説明する。この図１０〜図１２において、上述した第１及び第５の実施の形態で説明した図１，図７に対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。本実施の形態においても、定電圧での充電を必要とするリチウムイオン電池を使用した２次電池を充電する充電装置として構成してあり、その充電するリチウムイオン電池は、満充電時の電池電圧（基準電圧）が４．２Ｖになるものを使用する。
【００５７】
図１０は本例の充電装置の構成を示すブロック図で、電源入力端子１１ａ，１１ｂには、電源回路１１で商用交流電源などを変圧・整流した所定電圧の直流電源が供給される。入力端子１１ａに得られる電源は、定電流回路１２に供給して、２次電池を充電するのに適した定電流出力を得る。この場合、定電流回路１２の出力電圧は、最大で基準電圧（ここでは４．２Ｖ）よりも若干高い電圧、例えば少なくとも４．３Ｖ以上になるものを使用する。
【００５８】
この定電流回路１２の出力は、電流検出回路２１を介して、切換スイッチ２３の第１の固定接点２３ａに直接供給する。また、電流検出回路２１を介して定電圧回路１３に供給して、基準電圧（ここでは４．２Ｖ）の一定電圧信号とし、定電圧回路１３の出力を、切換スイッチ２３の第３の固定接点２３ｃに供給する。また、切換スイッチ２３の第２の固定接点２３ｂは、無接続とする。
【００５９】
ここで、切換スイッチ２３は、この充電装置の充電動作を制御する制御回路２２により切換えが制御される構成としてある。切換スイッチ２３の可動接点に得られる信号は、２次電池Ｂの正極側に供給する。従って、例えば切換スイッチ２３の可動接点が第１の固定接点２３ａと接続状態にあるとき、定電流回路１２の出力が、直接２次電池Ｂに供給されて充電され、切換スイッチ２３の可動接点が第２の固定接点２３ｂと接続状態にあるとき、２次電池Ｂへの充電電流の供給はなく、切換スイッチ２３の可動接点が第３の固定接点２３ｃと接続状態にあるとき、定電圧回路１３の出力が、２次電池Ｂに供給されて充電される。
【００６０】
また、２次電池Ｂの電池電圧を検出する電圧検出回路１９が、２次電池Ｂと並列に接続してあり、この電圧検出回路１９で検出した電圧値及び上述した電流検出回路２１で検出した充電電流値は、制御回路２２で判断される。
【００６１】
次に、この図１０に示す構成で、制御回路２２の制御により行われる充電処理を、図１１のフローチャートを参照して説明する。まず、この充電装置に装着された２次電池（リチウムイオン電池）Ｂに対して処理のプリ充電などの処理を行って、充電が必要な状態であると判断したとき、本例の充電処理に移る。この充電処理としては、最初の状態では切換スイッチ２３の可動接点を第１の固定接点２３ａと接続させて、定電流回路１２の出力を直接２次電池Ｂ側に供給して、充電電流Ｉ1 の定電流モードでの充電を行う（ステップ５０１）。この状態で、電圧検出回路１９で検出した電池電圧を制御回路２２が判断し（ステップ５０２）、その検出した電圧値が基準電圧（４．２Ｖ）に所定電圧ΔＶ（ここでは０．１Ｖ）加算した値（ここでは４．３Ｖ）以上であるか否か判断する（ステップ５０３）。ここで、この値以上であると判断するまで、ステップ５０１での定電流モードでの充電を継続して行う。
【００６２】
そしてステップ５０３で、電池電圧が基準電圧に所定電圧ΔＶ加算した４．３Ｖ以上であると判断したとき、制御回路２２は切換スイッチ２３の可動接点を第２の固定接点２３ｂと接続させて、２次電池Ｂを充電電流が供給される回路から切り離し、充電動作を停止させる（ステップ５０４）。この状態で、制御回路２２は電圧検出回路１９で検出した電池電圧を単位時間Δｔ毎に判断して（ステップ５０５）、その検出した電圧値に変化があるか否か判断する（ステップ５０６）。ここで、変化がある場合には、電圧変化がなくなるまで待機し、電圧変化がなくなったと判断したとき、切換スイッチ２３の可動接点を第３の固定接点２３ｃと接続させて、定電圧回路１３の出力を２次電池Ｂに供給して、４．２Ｖによる充電を開始させる（ステップ５０７）。
【００６３】
この充電を開始させて、電流検出回路２１で検出した電流値を制御回路２２が判断して（ステップ５０８）、満充電時の充電電流に相当する電流値であるか否か判断する（ステップ５０９）。ここで、満充電時の充電電流越える電流値を検出したとき、ステップ５０１の定電流充電に戻る。そして、充電電流値が、満充電時の充電電流値以下であることを検出したとき、制御回路２２に設けられたタイマ回路（図示せず）を作動させて、設定させた時間（例えば１０分）の計測を開始させ（ステップ５１０）、このタイマ動作で計測する時間が、設定された時間になったか否か判断し（ステップ５１１）、その時間が経過したとき、制御回路２２は切換スイッチ２３の可動接点を第２の固定接点２３ｂと接続させて、２次電池Ｂへの充電を停止させる（ステップ５１２）。また、この充電装置に充電状態を表示するランプなどの告知手段（図示せず）が設けてある場合には、充電完了ランプの点灯などの満充電時の処理を行う（ステップ５１３）。なお、タイマ回路を設けない構成の場合には、ステップ５０９で判断した電流値が満充電時の電流値以下であるとき、破線で示すように、直ちにステップ５１２の充電停止処理に移る。
【００６４】
図１２は、この図１１のフローチャートに示す処理で充電を行った場合の、電池電圧Ｖと充電電流Ｉの変化を示す図である。この特性図において、ＶH として示す区間は、定電流回路の出力により４．３Ｖまで充電される区間であり、ＶL として示す区間は、定電圧回路の出力により４．２Ｖの定電圧で充電される区間であり、ＶOFF として示す区間は充電が一時的に停止している区間である。この例では、満充電となるまでに、定電流回路の出力により４．３Ｖまで充電される区間ＶH と、充電が一時的に停止する区間ＶOFF と、定電圧回路の出力により４．２Ｖの定電圧で充電される区間ＶL とが繰り返されて充電が行わる。電池電圧Ｖについては、この区間ＶH と区間ＶL の切換わりに連動して、４．３Ｖと４．２Ｖの間を変化する。即ち、区間ＶH の充電で、電池電圧が４．３Ｖまで上昇し、４．３Ｖになった時点で、充電が停止する区間ＶOFF となり、その充電停止で電池電圧が４．２Ｖまで低下すると、４．２Ｖでの定電圧充電が行われる区間ＶL になり、その区間ＶL で満充電時の電流値が検出されないと、４．３Ｖまでの区間ＶH の充電が行われ、満充電の電流値が検出されるまでこの処理が繰り返される。
【００６５】
そして充電電流Ｉについては、区間ＶH の４．３Ｖまでの充電から区間ＶOFF での無充電状態への変化で、一時的に充電電流値が急激に低下するが、このときには充電動作が停止して、電池電圧が４．２Ｖに低下して安定してから、定電圧充電が開始されるので、電流値が一時的に低下しているときには、電流値の検出処理が行われない。従って、充電電圧のパルス状の変化で、満充電まで正確に充電させることができる。
【００６６】
このように本実施の形態の場合にも、第４の実施の形態の場合と同様に、満充電まで良好に充電させることができる。この場合にも、充電モードの変化時点で充電が停止することがなく、満充電まで良好に充電することができる。
【００６７】
なお、上述した各実施の形態においては、リチウムイオン電池を充電させる充電装置として説明したが、他の定電圧充電を必要とする２次電池を充電する充電装置及びその充電装置に適用される充電方法にも本発明の処理が適用できることは勿論である。
【００６８】
また、上述した実施の形態で示した電圧値や時間などの数値は、一例を示したものであり、充電する電池の特性により適切な値は変化するものであり、上述した値に限定されるものではない。
【００６９】
【発明の効果】
本発明の充電方法によると、２次電池を定電流充電から定電圧充電の切換えた直後の充電電流の低下に対応した対処が行われ、定電圧充電の切換えた直後の充電電流の低下により充電動作が停止することなく、満充電又は満充電に近い状態まで正確に充電され、２次電池を満充電時の電池電圧を越えた電圧まで充電させる処理により満充電まで効率良く充電させることができる。
【００７１】
また、所定時間毎の充電電流の変化量を検出し、この充電電流が減少した後に、基準電流値以下であることの検出を行うことで、充電電流の変化量の検出処理で、定電圧充電への切換え直後の充電電流の低下に対処できる。
【００７２】
また、所定時間毎の電池電圧の変化量を検出し、この電池電圧が低下しなくなった後に、基準電流値以下であることの検出を行うことで、電池電圧の検出処理で、定電圧充電への切換え直後の充電電流の低下に対処できる。
【００７３】
本発明の充電装置によると、制御手段の制御で、２次電池を定電流充電から定電圧充電の切換えた直後の充電電流の低下に対応した対処が行われ、定電圧充電の切換えた直後の一時的な充電電流の低下により定電圧回路での充電が停止することなく、満充電又は満充電に近い状態まで正しく充電され、２次電池を満充電時の電池電圧を越えた電圧まで定電流回路を使用して充電させる場合に、正確に満充電まで充電させることができる。
【００７５】
また、電流検出手段の検出に基づいて、所定時間毎の充電電流の変化量を検出し、この充電電流が減少したことを判断した後に、電流検出手段での検出から基準電流値以下であることの判断を行うことで、電流検出手段の検出値の変化量を監視する簡単な処理構成で、定電圧充電への切換え直後の充電電流の低下に対処できる。
【００７６】
また、電圧検出手段の検出に基づいて、所定時間毎の電池電圧の変化量を検出し、この電池電圧が低下しなくなったことを判断した後に、電流検出手段での検出から基準電流値以下であることの判断を行うことで、電圧検出手段の検出値の変化量を監視する簡単な処理構成で、定電圧充電への切換え直後の充電電流の低下に対処できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による充電装置の例を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態による充電処理例を示すフローチャートである。
【図３】本発明の第１の実施の形態による充電特性を示す特性図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態による充電処理例を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２の実施の形態による充電特性の要部を拡大して示す特性図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態による充電処理例を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第４の実施の形態による充電装置の例を示すブロック図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態による充電処理例を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第４の実施の形態による充電特性を示す特性図である。
【図１０】本発明の第５の実施の形態による充電装置の例を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第５の実施の形態による充電処理例を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の第５の実施の形態による充電特性を示す特性図である。
【図１３】従来の充電装置の一例を示すブロック図である。
【図１４】図１３に示す充電装置での充電特性例を示す特性図である。
【符号の説明】
１１…電源回路、１２…定電流回路、１３…定電圧回路、１４…スイッチ、１５…制御回路、１６…タイマ回路、１７…電流検出回路、１８…充電制御スイッチ、１９…電圧検出回路、２０…制御回路、２１…電流検出回路、２２…制御回路、２３…切換スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【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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【図１３】
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【図１４】
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