(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＤＣコンバータ（２３）を有する二次電池（２２）を充電するための電気回路であって、前記ＤＣコンバータ（２３）は、
−入力ＤＣ電圧（２５）に接続可能な入力コネクタ（２４）と、
−前記二次電池（２２）に充電電流を印加するために、前記二次電池（２２）の正極端子（２７）に接続可能な出力コネクタ（２６）と、
−フィードバック電圧を感知するための電圧フィードバックコネクタ（３０）であって、前記ＤＣコンバータ（２３）は、前記感知されたフィードバック電圧に依存して、前記出力コネクタ（２６）から出力される出力電流を調節することによって、出力電圧を調整するように適合された、該電圧フィードバックコネクタ（３０）と、
前記出力コネクタ（２６）及び前記ＤＣコンバータ（２３）の前記電圧フィードバックコネクタ（３０）に接続されたフィードバックサブ回路と、を備え、
前記フィードバックサブ回路は、前記二次電池（２２）に直列に接続可能な正温度係数抵抗器（３５）を含み、前記正温度係数抵抗器（３５）は、前記二次電池（２２）の負極端子（２８）と前記ＤＣコンバータ（２３）の接地コネクタ（２９）との間の前記電気回路内に配置され、それにより、前記充電電流を前記正温度係数抵抗器（３５）へ供給し、前記正温度係数抵抗器（３５）の抵抗は、該正温度係数抵抗器（３５）を通る前記充電電流により増加し、該増加した抵抗により、前記フィードバックサブ回路は、前記ＤＣコンバータ（２３）の前記電圧フィードバックコネクタ（３０）に、より高い電圧を供給することを特徴とする電気回路。
【請求項２】
前記フィードバックサブ回路は分圧器を含み、前記分圧器は、前記二次電池（２２）に並列にかつ前記正温度係数抵抗器（３５）に直列に配置され、および、前記分圧器は、第１の抵抗器（３３）と第２の抵抗器（３４）とを含むことを特徴とする請求項１に記載の電気回路。
【請求項３】
前記ＤＣコンバータ（２３）の前記電圧フィードバックコネクタ（３０）は、前記分圧器における前記第１の抵抗器（３３）と前記第２の抵抗器（３４）との間に接続されたことを特徴とする請求項２に記載の電気回路。
【請求項４】
前記フィードバックサブ回路は、前記フィードバックサブ回路をイネーブル及び／又はディセーブルにするフィードバックスイッチ（４２）を含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の電気回路。
【請求項５】
前記フィードバックスイッチ（４２）は、入力電圧（２５）によって切換可能であることを特徴とする請求項４に記載の電気回路。
【請求項６】
前記分圧器は、第３の抵抗器（４３）と切換可能なバイパス（４４）とを含み、前記切換可能なバイパス（４４）は、前記第３の抵抗器（４３）を前記分圧器で短絡させるために、前記第３の抵抗器（４３）の第１のコネクタと第２のコネクタとの間に接続されていることを特徴とする請求項２または３に記載の電気回路。
【請求項７】
前記少なくとも１つの切換可能なバイパス（４４）は、制御ユニットによって作動されることを特徴とする請求項６に記載の電気回路。
【請求項８】
前記制御ユニットは、終了充電電圧を設定することができるように、前記少なくとも１つの切換可能なバイパス（４４）にパルス幅変調を適用するように構成されたことを特徴とする請求項７に記載の電気回路。
【請求項９】
前記制御ユニットは、前記少なくとも１つの切換可能なバイパス（４４）に適用されるパルス幅変調によって、前記充電電流を制限するように構成されたことを特徴とする請求項７又は８に記載の電気回路。
【請求項１０】
前記分圧器は、前記制御ユニットの故障の場合に、最大終了充電電圧を超えないように構成されたことを特徴とする請求項８または９に記載の電気回路。
【請求項１１】
前記正温度係数抵抗器（３５）は、ＰＰＴＣであることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の電気回路。
【請求項１２】
静電容量（３９、４０、４１）は、前記電圧フィードバックコネクタ（３０）と接地（２９）との間、および／又は、前記出力コネクタ（２６）および／又は入力コネクタ（２４）と接地（２９）との間に配設されたことを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の電気回路。
【請求項１３】
前記ＤＣコンバータ（２３）は、
前記感知されたフィードバック電圧に依存した出力電流を提供する単純なＤＣコンバータ（２３）と、
プロセッサを有する、前記感知されたフィードバック電圧に依存した出力電流を提供するＤＣコンバータと、のうちのいずれか１つであることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１つに記載の電気回路。
【請求項１４】
請求項１ないし１３のいずれか１つに記載の電気回路（２１）を用いて二次電池（２２）を充電する方法であって、
前記二次電池（２２）の前記充電電流は、前記正温度係数抵抗器（３５）を通って流れ、
前記正温度係数抵抗器（３５）の抵抗は、該正温度係数抵抗器（３５）を通る前記充電電流により増加し、
前記増加した抵抗は、前記二次電池（２２）の前記充電電流を制限し、および
前記ＤＣコンバータ（２３）の前記電圧フィードバックコネクタ（３０）に、より高い電圧を提供する前記フィードバックサブ回路をもたらすことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ヘアカット又は除去器具（シェーバー、脱毛器）、歯ブラシ又はスキントリートメントデバイス（マッサージ）などの家庭用器具に実装される、ＤＣコンバータを有する二次電池を充電するための電気回路に関する。回路のＤＣコンバータは、入力ＤＣ電圧に接続可能な入力コネクタと、二次電池に充電電流を印加するために、二次電池の正極端子（本明細書では「アノード」としても示される）に接続可能な出力コネクタと、を備える。ＤＣコンバータは、フィードバック電圧を感知するための電圧フィードバックコネクタを更に備え、ＤＣコンバータは、感知されたフィードバック電圧に依存して、出力コネクタにおける出力電流を調節することによって出力電圧を調整するように適合されている。電気回路は、出力コネクタ及びＤＣコンバータの電圧フィードバックコネクタに接続されたフィードバックサブ回路を更に備える。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話、ノート、タブレットコンピュータなどのモバイルデバイスは、日毎にますます強力となっている。また、高い電力消費を有する、膨大な種類の従来の文房具が、携帯版で入手可能となっている。この進歩は、主に、これらのデバイスを駆動するのに必要な電力を供給し得る二次電池の性能を増加させることによって可能となっている。また、二次電池の容量は、必要な時間にわたってこれらのデバイスに電力を供給するのに十分な大きさである。電池充電が消耗されると、二次電池は適切な充電デバイスで再充電されるべきである。
【０００３】
小型電子デバイスにおいて広く使用されているリチウムイオン電池のような最新の二次電池は、それらの充電特性に適合された特殊な電子充電器で充電されるべきである。充電特性は、二次電池内部のエネルギーの化学変換に依存し、デバイスの安全性を確保して電池への損傷を回避し、電池寿命を維持するために、いくつかの条件が満たされなければならない。既知の充電器は、定電流／定電圧法（Constant Current、ＣＣ／Constant Voltage、ＣＶ）を有する適切な電源ユニット又は電源独立のトポロジーを利用して、限られた充電電流を用いた直接充電を使用する。
【０００４】
この定電流／定電圧法では、最初に電池は定電流で充電され、特に充電開始時に過剰な充電電流が回避される。定電流段階は、充電終了電圧に達するまで継続する。このとき、二次電池の公称容量の約７０％〜８０％に到達する。続いて、充電が一定電圧で開始されることにより、充電終了電圧を超えないことが確保される。定電圧段階では、充電電流は、電池充電を増加させながら徐々に減少する。
【０００５】
このような方法を充電デバイスに実装するためには、特別な充電ＩＣが必要である。小型電力の要件に対しては、集積充電ＩＣを使用することが一般的である。このような充電ＩＣの欠点は、必要な機能性を提供するために高度に複雑であることである。これは、多数のチップ領域、多数のピン、試験のための長い時間要件、及び特にデバイスの高コストをもたらす。別の重要な欠点は、充電ＩＣの「ブラックボックス」挙動により、開発者のための透明性が欠如することである。これは、開発者が充電ＩＣの機能の詳細にアクセスしなくなるため、充電ＩＣを独自のマイクロコントローラ及び／又はソフトウェアと組み合わせることが困難にする。
【０００６】
低コストのデバイスの場合、単純なＤＣコンバータは、二次電池を充電するためのシャント抵抗器と共に使用される。このようなデバイスでは、低電池電圧の場合、ＤＣコンバータは常にその最大出力電流を二次電池に送給する。したがって、充電電流は、電池電圧が終了電圧に近付くときにのみ減少する。これは、充電開始時のＤＣコンバータの過剰な加熱、及び電池寿命の深刻な減少をもたらす非常に高い充電電流をもたらす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明の目的は、安全性を確保し、二次電池への損傷を回避し、電池寿命を維持する二次電池を充電するための単純かつ低コストの電気回路を提供し、特に、ヘアカット又は除去器具（シェーバー、脱毛器）、歯ブラシ又はスキントリートメントデバイス（マッサージ）などの家庭用器具のための、単純かつ低コストの電気回路を提供することである。本発明の更なる目的は、電流保護を介して二次電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、二次電池を充電するための電気回路は、ＤＣコンバータを備える。そのようなＤＣコンバータは、入力ＤＣ電圧への入力コネクタと、二次電池に充電電流を印加するために二次電池の正極端子（アノード）に接続され得る出力コネクタと、を備える。ＤＣコンバータは、フィードバック電圧を感知するための電圧フィードバックコネクタを更に備え、ＤＣコンバータは、感知されたフィードバック電圧に依存して、出力コネクタにおける出力電流を調節することによって出力電圧を調整するように適合されている。電気回路は、出力コネクタ及びＤＣコンバータの電圧フィードバックコネクタに接続されたフィードバックサブ回路を更に備える。フィードバックサブ回路は、二次電池に直列に接続可能な正温度係数抵抗器を備え、二次電池の負極端子（本明細書では「カソード」としても示される）とＤＣコンバータの接地コネクタ（本明細書では「接地」としても示される）との間の電気回路内に配置され、それにより、正温度係数抵抗器の抵抗が増加すると、電圧フィードバックコネクタにおいて電圧が増加する。
【０００９】
更なる態様によれば、二次電池を充電するための方法は、上記のように定義される電気回路を備え、二次電池の充電電流は、正温度係数を有する抵抗器を通って流れ、正温度係数を有する抵抗器の抵抗は、抵抗器を通る電流により増加し、増加した抵抗は、二次電池の充電電流を制限し、フィードバックサブ回路は、ＤＣコンバータのフィードバック入力に、より高い電圧を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】充電器ＩＣを備えた既知のＣＣ／ＣＶ充電器の回路図を示す。
【図２】充電器ＩＣを備えた既知のＣＣ／ＣＶ充電器の充電電流及び充電電圧の経時的なグラフを示す。
【図３】提案された電子回路の第１の実施形態の回路図を示す。
【図４】提案された電子回路の充電電流及び充電電圧の経時的なグラフを示す。
【図５】提案された電子回路の第２の実施形態の回路図を示す。
【図６】ＰＰＴＣ抵抗器の抵抗の温度依存性のグラフを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
二次電池を充電するための提案された電気回路は、ＤＣコンバータを備える。ＤＣコンバータは、ＤＣコンバータの供給電圧として機能する入力ＤＣ電圧への入力コネクタを備える。ＤＣコンバータは、二次電池に充電電流を印加するために、二次電池の正極端子又はアノードに接続され得る出力コネクタを更に備える。
【００１２】
ＤＣコンバータは、フィードバック電圧を感知するための電圧フィードバックコネクタを更に備え、ＤＣコンバータは、感知されたフィードバック電圧に依存して、出力コネクタにおける出力電流を調節することによって出力電圧を調整するように適合されている。
【００１３】
ＤＣコンバータの標準的な動作は、ＤＣコンバータが電圧フィードバックコネクタにおける電圧をその指定フィードバック電圧値に維持しようとするような動作である。フィードバックコンバータにおける電圧に依存して、ＤＣコンバータは、通常、出力電圧及び出力電流を調節又は調整するために、内部パルス幅変調を変化させる。したがって、ＤＣコンバータは、その出力電流を調節することによってその出力電圧を調整する。フィードバック電圧が指定フィードバック電圧値よりも低い場合、ＤＣコンバータは、フィードバック電圧が指定フィードバック電圧値に達するまで、出力コネクタにおいてその出力電流を増加させる。フィードバック電圧が指定フィードバック電圧値よりも高い場合、出力コネクタにおいて電流又は減少した電流は送給されない。
【００１４】
標準的なＤＣコンバータの典型的な挙動は、出力電流の値（すなわち、出力コネクタで送給される電流）の値は、「指定フィードバック電圧値」−「フィードバック電圧」の差に直接関連する。差が大きいほど、電流は高くなる。差が負である場合、差の量に関係なく、電流は送給されない。
【００１５】
記載された回路に沿って提案された好適なＤＣコンバータは、差「指定フィードバック電圧値」−「フィードバック電圧」が約５０ｍＶよりも大きい場合に、フル電流（すなわち、ＤＣコンバータの仕様に応じた最大電流）を与えることができる。０Ｖ＜「指定フィードバック電圧値」−「フィードバック電圧」＜５０ｍＶの範囲では、差に比例する電流が調整され得る。
【００１６】
提案された回路又は方法はまた、電流が電圧差に関係しない場合、すなわち、既定の差が正であるときには、フル電流が提供され、既定の差が負である場合には、電流が提供されない場合にも機能するであろう。しかしながら、前述のＤＣコンバータは、差「指定フィードバック電圧値」−「フィードバック電圧」の特定の範囲で差の値に比例する出力電流は、より良好な結果及びより滑らかな制御を与え得る。
【００１７】
ＤＣコンバータは、集積部品のみを有する単一ＩＣ（集積回路）として、又はコイル及びコンデンサなどの補助部品を有するＩＣとして実現することができる。ＤＣコンバータは、個別の電気部品によって構築されることも可能である。
【００１８】
電気回路は、出力コネクタ及びＤＣコンバータの電圧フィードバックコネクタに接続されたフィードバックサブ回路を更に備える。このフィードバックサブ回路は、二次電池に直列に接続可能な正温度係数抵抗器を備え、それにより、正温度係数抵抗器の抵抗が増加すると、電圧フィードバックコネクタにおいて電圧が増加する。
【００１９】
本明細書で使用するとき、「直列に接続される」という用語は、「単一の経路に沿って接続される」として理解され得る。本発明によれば、正温度係数抵抗器は、二次電池の負極端子（カソード）と接地との間の電気回路内に配置される。接地への接続は、ＤＣコンバータの接地コネクタへの接続によって達成されてもよい。
【００２０】
本質的に同じ電流（充電電流）は、直列に接続された全ての部品、すなわち電池及び正温度係数抵抗器を通って流れることに留意されたい。他の接続された部品、すなわちフィードバックサブ回路（分圧器）及び電圧フィードバックコネクタを流れる電流は、電流の主要部分が直列に接続された部品を通って単一経路に沿って流れるように、充電電流と比較して小さい。
【００２１】
同様に、「並列に接続される」という用語は、本質的に同じ電圧がそれぞれの経路に印加されるように、複数の経路に沿って接続されるものとして理解され得る。
【００２２】
二次電池が充電用の電気回路の出力コネクタに接続され、ＤＣコンバータに入力ＤＣ電圧が供給されると、ＤＣコンバータは、二次電池に充電電流を提供することができる。接続された二次電池の電池電圧が低い場合、フィードバック電圧は、指定フィードバック電圧値よりも低い。ＤＣコンバータは、それに応じて、出力電流を増加又は提供する。二次電池に直列に接続された正温度係数抵抗器では、充電電流は、両方の部品、二次電池、並びに正温度係数抵抗器を通って流れる。これにより、正温度係数抵抗器内でエネルギーが消散され、温度上昇をもたらし、したがって正温度係数抵抗器の抵抗の増加をもたらす。これは、フィードバック電圧もまた、ＤＣコンバータの指定フィードバック電圧値に向かって増加するという効果を有する。これに対して、ＤＣコンバータは、出力電流を減少させることが好ましい。したがって、本提案に沿って、正温度係数抵抗器は、フィードバックサブ回路が充電電流のフィードバック制御及びリミッタとして機能するように、電圧フィードバックコネクタに接続される。したがって、提案された電気回路により、高価な充電器ＩＣを使用することなく、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、及び他の最新の二次電池を調整された過充電電流で充電することが可能である。
【００２３】
本提案の一実施形態では、電気回路のフィードバックサブ回路は、少なくとも２つの抵抗器、すなわち第１の抵抗器と第２の抵抗器とを備える分圧器を備える。この分圧器は、二次電池に並列に、かつ正温度係数抵抗器に直列に配置される。これは、分圧器が二次電池の正極端子と二次電池の負極端子とを接続する経路内に配置され、二次電池の負極端子と二次電池の負極端子に接続された分圧器のコネクタの両方は、正温度係数抵抗器の同じコネクタに接続されることを意味する。２つの抵抗器を有する分圧器の場合、二次電池の負極端子（カソード）に対する２つの抵抗器間の電圧は、抵抗器の抵抗及び電池電圧から計算することができる。
【００２４】
【数１】
0006931086.tif 000002
【００２５】
本提案の好ましい実施形態では、ＤＣコンバータの電圧フィードバックコネクタは、第１の抵抗器と第２の抵抗器との間の分圧器に接続される。
【００２６】
したがって、電圧フィードバックコネクタにおける感知フィードバック電圧の値は、分圧器の抵抗器及び電池電圧の抵抗によって定義される。分圧器の抵抗器は、フル充電電池に対応する電池電圧に対して、２つの抵抗器間の電圧がＤＣコンバータの指定フィードバック電圧値に対応するように選択され得る。したがって、分圧器は、ＤＣコンバータが機能を停止するように設計されており、つまり、二次電池がフル充電されている場合、二次電池に充電電流が提供されないことを意味する。
【００２７】
対照的に、二次電池の電圧レベルがフル充電された電池の電圧レベルよりも低い場合、電圧フィードバックコネクタにおける感知フィードバック電圧はまた、指定フィードバック電圧値よりも低い。これに対して、ＤＣコンバータは、充電電流に切り替わる。好ましくは、印加される充電電流は、指定フィードバック電圧値と感知フィードバック電圧との差の量に依存する。
【００２８】
本提案の別の態様では、フィードバックサブ回路は、フィードバックサブ回路をイネーブル及び／又はディセーブルにするフィードバックスイッチを備える。これは、ＤＣコンバータに入力電圧が印加されない場合に特に有用である。この場合、二次電池は、フィードバックサブ回路がフィードバックスイッチによって中断されなければ、待機電流をもたらす供給電圧を分圧器に送給する。フィードバックスイッチは、分圧器及び二次電池の回路を開放する。フィードバックスイッチが開放されると、望ましくない待機電流で二次電池を放電させる分圧器を介して、二次電池から電流を流すことができない。
【００２９】
本提案の別の実施形態では、フィードバックスイッチは、入力電圧によって切換可能である。したがって、入力コネクタが電源に接続されていない場合、又は接続された電源が入力ＤＣ電圧を送給しないか、若しくは電気回路が適切に機能するためには低すぎる入力ＤＣ電圧を送給する場合、フィードバックスイッチはスイッチオフされる。したがって、このような場合には、電気回路に接続された二次電池が放電することは自動的に回避される。これは、ユーザが二次電池を充電するための電気回路を有する充電デバイスを使用する場合、ユーザは多くの場合、電池がフル充電されたときに充電デバイスから電池を取り外すことはなく、代わりに、充電デバイスのプラグを電源から簡単に引き離し、それによって、電気回路から入力ＤＣ電圧を切断するので、特に重要となる。これは、家庭用器具の場合であることが多い。
【００３０】
上述のフィードバックスイッチがない場合、例えば入力電圧によって切換可能な場合、電池は、フィードバックサブ回路の分圧器を介して再び放電を開始する。ユーザが後に電池を使用することを望む場合、限られた電池電力のみが利用可能である。ユーザが電池をプラグ接続されていない電池充電器に長時間放置する場合、これは電池の深放電をもたらし、結果として電池寿命が低下する。
【００３１】
本提案の更なる態様によれば、少なくとも１つの切換可能なバイパスは、分圧器内の抵抗器を短絡させるために、分圧器の抵抗器のうちの少なくとも１つに接続される。したがって、バイパスは、それぞれの抵抗器の第１のコネクタと第２のコネクタとの間に接続される。具体的には、分圧器は第３の抵抗器を備えることができ、切換可能なバイパスは、その第３の抵抗器の第１のコネクタと第２のコネクタとの間に接続される。
【００３２】
分圧器の抵抗器のうちの少なくとも１つを短絡させることにより、分圧器の特性を変化させることができ、少なくとも２つの抵抗器において変化した電圧をもたらす。例えば、少なくとも３つの抵抗器が分圧器内に提供されてもよく、第１の抵抗器は、出力コネクタと電圧フィードバックコネクタとの間に接続され、第２及び第３の抵抗器は、電圧フィードバックコネクタと正温度係数抵抗器との間に接続されてもよい。次いで、バイパスは、第２及び／又は第３の抵抗器を切換可能に短絡するように配設されてもよい。この切換可能なバイパスは、所与の電池電圧に対する電圧フィードバックコネクタにおける電圧レベルを変化させるために使用され得る。第２又は第３の抵抗器がバイパスされると、フィードバック電圧は、より小さい値に低下し、充電電流の増加をもたらす。一方、バイパスがスイッチオフになると、電圧レベルは、より高い値に増加し、より小さい充電電流をもたらす。例えば、通常の充電モードで第２又は第３の抵抗器を短絡させ、バイパスをスイッチオフして、低速又はトリクル充電モードの充電電流を減少させることが可能である。これは、例えば、二次電池又は深放電された二次電池の損傷を回避するために、非常に高温環境において有用であり得る。
【００３３】
通常充電モードでバイパスをスイッチオフにし、高速充電モードの抵抗器のうちの１つをバイパスして、より高い充電電流を達成することも可能である。これは、ユーザが非常に短い時間で電池を充電する必要がある場合、二次電池の寿命が減少する危険がある。
【００３４】
代替的に又は追加的に、切換可能なバイパスは、出力コネクタと電圧フィードバックコネクタとの間に接続された抵抗器に接続することができる。その場合、抵抗器をバイパスすることにより、フィードバック電圧の増加をもたらし、したがって充電電流が減少する。したがって、多くの異なるレベルの充電電流を選択することができるように、切換可能なバイパスを有する分圧器のいくつかの抵抗器を提供することが可能である。
【００３５】
好ましい実施形態によれば、少なくとも１つの切換可能なバイパスは、制御ユニットによって作動される。切換可能なバイパスによって、制御ユニットは、フィードバック電圧を調節し、したがって、充電電流を簡便な方法で調節することができる。例えば、３Ｖより低い電圧レベルを有する深放電電池が充電される場合、充電電流は、二次電池を保護するために前調整段階で減少され得る。通常の充電電流が１Ａであると仮定すると、前調整段階における充電電流は、１００ｍＡに低下され得る。所定の期間後、又は指定電池電圧に達したとき、制御ユニットは、バイパスをスイッチすることによって前調整段階を終了させ、それによって充電電流を増加させることができる。したがって、電池への損傷の危険性を伴わずに、深放電された電池を自動的に再充電することが可能である。深放電されたリチウムイオン電池では、例えば、低充電電流が供給元から強く推奨されている。
【００３６】
切換可能なバイパスは、非アクティブ化制御ユニットの場合、自動前調整段階が開始されるように配設され得る。制御ユニットが非アクティブ化されると、スイッチに接続された制御ユニット出力は、０Ｖになる。したがって、バイパスはスイッチオフされ、抵抗器は充電電流を制限し、二次電池が過電流から防止される。
【００３７】
別の実施形態によれば、制御ユニットは、少なくとも１つの切換可能なバイパスに適用されるパルス幅変調によって、充電終了電圧を設定するように構成される。
【００３８】
充電終了電圧は、二次電池がフル充電に近付き、それにより充電電流が徐々にゼロに低下するときに、二次電池に供給される電圧である。充電終了電圧は、分圧器の抵抗器の抵抗によって定義される。電圧は、電圧フィードバックコネクタにおける電圧が、ＤＣコンバータの指定フィードバック電圧値に等しくなるような値に到達する。
【００３９】
したがって、例えば前述のように３つの抵抗器を用いて、充電終了電圧は、ＤＣコンバータの抵抗及び指定フィードバック電圧値から計算することができる。
【００４０】
【数２】
0006931086.tif 000003
【００４１】
例えば第３の抵抗器に接続された切換可能なバイパスにパルス幅変調（pulse width modulation、ＰＷＭ）を適用することによって、この抵抗器をスイッチオン及びオフすることができる。バイパスがスイッチオンされると、抵抗器は短絡し、したがって、ゼロの実効抵抗を有し、バイパスがスイッチオフされると、抵抗器はその公称値の実効抵抗を有する。切換可能なバイパスがパルス幅変調によってスイッチオン及びオフされると、これは、第３の抵抗器
【００４２】
【数３】
0006931086.tif 000004
の抵抗の平均値をもたらす。
【００４３】
ＰＷＭ＝１００％の場合、バイパススイッチは全ての時間にスイッチオンされ、第３の抵抗器を連続的に短絡させる。バイパスのオフタイムは、ｔｏｆｆ＝０であり、結果としてＲ３ｍｅａｎ＝０の抵抗をもたらす。ＰＷＭ＝０％の場合、バイパスのオン時間はｔｏｎ＝０であり、結果として生じる抵抗は、Ｒ３ｍｅａｎ＝Ｒ３である。ＰＷＭ＝５０％の場合、オンタイムはオフタイムに等しく、結果としてＲ３ｍｅａｎ＝０．５・Ｒ３の抵抗をもたらす。これは、感知フィードバック電圧
【００４４】
【数４】
0006931086.tif 000005
の充電終了電圧をもたらす。
【００４５】
したがって、制御ユニットは、２つの値の間のパルス幅変調によって、充電終了電圧を調整することができる。
【００４６】
【数５】
0006931086.tif 000006
【００４７】
別の態様では、制御ユニットは、少なくとも１つの切換可能なバイパスに適用されるパルス幅変調によって充電電流を制限するように構成される。
【００４８】
上記で概説したように、分圧器の抵抗器のうちの少なくとも１つのバイパスをスイッチオン及びオフすることによって、電圧フィードバックコネクタにおける電圧レベルをシフトさせて充電電流を変化させることができる。充電中にバイパスにパルス幅変調を適用することにより、それぞれのバイパス抵抗器の平均抵抗を変化させることができる。したがって、制御ユニットは、それぞれのバイパススイッチオンとバイパススイッチオフとの間に達成された充電電流にある任意の値に充電電流を調節することができる。
【００４９】
前述のようなパルス幅変調に関しては、パルス幅変調及び対応する静電容量の好適な周波数が、ＤＣコンバータのフィードバック入力から「見られる」信号を平滑化するために使用されるという提案に沿って提案される。変調周波数に適合されたコンデンサは、ＰＷＭのスイッチングオフ及びオン状態をフィルタリングし、その結果、前述の平均値が、電圧フィードバックコネクタにおいて見られる。これは、充電電流及び／又は充電終了電圧の安定した制御をもたらす。
【００５０】
本提案の別の態様によれば、分圧器は、制御ユニットの故障の場合に最大終了充電電圧を超えないように構成される。
【００５１】
これは、分圧器の抵抗器の適切な抵抗を選択することによって達成することができる。例えば、制御ユニットの故障の場合、第３の抵抗器は、連続的にバイパスされてもよい。したがって、第３の抵抗器の実効抵抗は、ゼロである。次いで、充電終了電圧が
【００５２】
【数６】
0006931086.tif 000007
に到達する。
【００５３】
この終了充電電圧は、例えば、対応する抵抗器の選択によって４．５Ｖに設定されてもよい。したがって、分圧器は、ハードウェアに実装される過電圧保護として機能する。通常動作のための充電終了電圧は、第３の抵抗器Ｒ３のバイパス上で適切なパルス幅変調を用いて、ソフトウェアによって例えば４．１Ｖに設定することができる。
【００５４】
本提案の一態様によれば、正温度係数を有する抵抗器は、ＰＰＴＣ（Polymeric positive temperature coefficient resistor、高分子正温度係数抵抗器）である。このような抵抗器は、ＰＰＴＣを通る電流が閾値を超えたときに、数桁増加する抵抗を有する。したがって、正温度係数抵抗器としてＰＰＴＣを有する電気回路は、二次電池を損傷し得る過電流を確実に防止することができる。
【００５５】
本提案の別の態様では、静電容量は、フィードバック電圧コネクタと接地との間、及び／又は出力コネクタ及び／又は入力コネクタと接地との間に配設され、特にＰＷＭが前述のように使用される場合には、接地される。既に上述したように、接地は、ＤＣコンバータの接地コネクタによって定義することができる。静電容量は、フィードバックコネクタ、入力コネクタ、及び／又は出力コネクタにおける電圧を安定化し得る平滑コンデンサとして機能することができる。
【００５６】
本提案の更なる態様では、ＤＣコンバータは、いかなる更なるロジックも伴わずに、感知フィードバック電圧に依存した出力電流を提供する単純なＤＣコンバータであってもよい。そのようなデバイスは、特に安価であり、したがって低コストのデバイスに使用することができる。
【００５７】
代替的に、ＤＣコンバータは、感知フィードバック電圧に依存した出力電流を提供することができ、充電スイープの形態及び／又はＰＰＴＣ及び他の抵抗器公差の形態を調節し、及び／又はソフトウェアレベル上の補助機能終了電圧を定義するための、例えば、マイクロコントローラの形態のプロセッサを有してもよい。ＤＣコンバータをプロセッサと共に備える電気回路は、非常に正確な出力を送給することができる。また、それぞれの二次電池に対してカスタマイズされたより複雑な出力信号を提供することが可能である。したがって、より短い充電時間及びより長い電池寿命を有する、更により良好な充電手順を提供することができる。
【００５８】
本提案の更なる態様では、上記のような電気回路のうちの１つを用いて二次電池を充電する方法が提供される。このプロセスでは、二次電池の充電電流は、正温度係数を有する抵抗器を通って流れる。これにより、正温度係数を有する抵抗器の抵抗が、抵抗器を通る電流により増加する。この増加した抵抗が、二次電池の充電電流を制限し、フィードバックサブ回路が、ＤＣコンバータのフィードバック入力により高い電圧を提供する。したがって、電池は、過電流及び二次電池への損傷に関連する危険性を回避する方法で充電される。
【００５９】
二次電池２、例えばリチウムイオン電池を充電するための、既に知られている電気回路１が、図１に示されている。回路は、中央制御素子としてのリチウムイオン充電器ＩＣ（集積回路）３を備える。リチウムイオン充電器ＩＣ３は、リチウムイオン充電器ＩＣ３を入力ＤＣ電圧５に接続するための入力コネクタ４を有する。リチウムイオン充電器ＩＣ３は、二次電池２の正極端子（アノード）７にシャント抵抗器１２を介して接続された出力コネクタ６を更に備える。電池が充電されるとき、二次電池２を流れる充電電流はまた、シャント抵抗器１２を通って流れることにより、充電電流１３に比例するシャント抵抗器１２の電圧降下をもたらす。二次電池２の負極端子（カソード）８は、充電器ＩＣ３の接地コネクタ９に接続される。接地コネクタ９は、入力ＤＣ電圧５の接地に更に接続される。リチウムイオン充電器ＩＣ３は、２つのフィードバックコネクタ１０、１１を備える。電圧フィードバックコネクタ１０、１１は、二次電池２の電圧１４を決定するために使用されてもよく、電流フィードバックコネクタ１０、１１は、充電電流１３を決定するために使用されてもよい。充電電流１３及び充電電圧１４を常に測定することにより、リチウムイオン充電器ＩＣ３は、出力電流を調整して、例えば図２に示されるような充電電流１３及び充電電圧１４の予めプログラムされたタイムラインを達成することができる。
【００６０】
図２に示される充電プロセスは、リチウムイオン電池及びリチウムポリマー電池に通常使用される定電流（ｃｃ）／定電圧（ｃｖ）充電プロセスである。それは、時間ｔにわたる電流Ｉ及び電圧Ｕを示している。充電電流１３は、充電プロセスの開始時に一定に保たれる。これにより、充電プロセスの開始時に過電流を回避する充電電流１３が制限される。その間、充電電圧１４は徐々に増加する。所定の期間後、又は所定の値の充電電圧１４に達した後、充電プロセスは定電圧段階に切り替わる。通常、電池電圧が充電電圧の終了に達すると、定電圧段階が開始される。その時点で、二次電池は、通常、その公称静電容量の７０％〜８０％に充電される。定電圧段階では、充電電圧１４は一定に保たれ、一方、充電電流１３は、電池充電が増加するにつれて徐々に減少する。
【００６１】
ＣＣ／ＣＶ充電法を実装するリチウムイオン充電器ＩＣ３を二次電池２に充電するための電気回路１の欠点は、高度に複雑であることであり、リチウムイオン充電器ＩＣ３を高価な部品としている。
【００６２】
以下では、二次電池を使用するかみそり、脱毛器、歯ブラシなどの家庭用電気器具に使用される提案された電気回路の具体例が記載される。
【００６３】
標準的なＤＣコンバータ２３を用いて二次電池２２を充電するための提案された電気回路２１が、図３に示されている。ＤＣコンバータ２３は、入力ＤＣ電圧２５に接続された入力コネクタ２４を備える。入力ＤＣ電圧２５の接地は、ＤＣコンバータ２３の接地コネクタ２９に接続される。ＤＣコンバータ２３は、二次電池２２の正極端子２７に接続された出力コネクタ２６を更に備える。（例えば、１つのみの）フィードバック入力として、ＤＣコンバータ２３は、電圧フィードバックコネクタ３０を備える。電圧フィードバックコネクタ３０は、互いに直列に配設され、二次電池２２に並列に配置された２つの抵抗器３３、３４を備える分圧器に接続されている。分圧器の第１の抵抗器３３は、ＤＣコンバータ２３の出力コネクタ２６に接続され、二次電池２２の正極端子２７及び分圧器の第２の抵抗器３４は、二次電池２２の負極端子２８に接続されている。電圧フィードバックコネクタ３０は、２つの抵抗器３３、３４の間の分圧器に接続される。高分子正温度係数抵抗器３５は、二次電池２２に直列に配置され、二次電池２２の負極端子２８に接続されている。高分子正温度係数抵抗器３５はまた、分圧器に直列に接続され、分圧器の第２の抵抗器３４及びＤＣコンバータ２３の接地コネクタ２９に接続されている。
【００６４】
これにより、電圧フィードバックコネクタ３０における電圧は、２つの抵抗器３３、３４の抵抗値、及び充電電流によって引き起こされる高分子正温度係数抵抗器３５の電圧降下に依存して、電池電圧の特定の割合に対応する。
【００６５】
ＤＣコンバータ２３に入力ＤＣ電圧２５が供給されると、ＤＣコンバータ２３は、出力電流を調節することによって、フィードバック電圧、即ち電圧フィードバックコネクタにおける電圧レベルを、その指定フィードバック電圧値、例えば０．８Ｖに維持するように試みる。
【００６６】
二次電池２２が電気回路２１に接続されるとき、最初は、充電電流は、ゼロになる。したがって、電圧フィードバックコネクタ３０におけるフィードバック電圧は、二次電池がフル充電電池よりも小さい電池電圧を有する場合、フィードバック電圧が指定フィードバック電圧値、例えば０．８Ｖよりも小さいように選択される電池電圧及び２つの抵抗器３３、３４の抵抗値によってのみ決定される。したがって、ＤＣコンバータ２３は、二次電池２２を充電する出力コネクタ２６に出力電流を供給する。この出力電流は、高分子正温度係数抵抗器３５を通って流れ、それを介して電圧降下をもたらす。この電圧降下は、フィードバック電圧を指定フィードバック電圧値のより近くにシフトさせる。したがって、電圧フィードバックコネクタにおける電圧レベルは、電池電圧と充電電流との重畳に対応する。
【００６７】
高分子正温度係数抵抗器３５の抵抗は開始時に非常に小さいため、電圧降下も非常に小さく、指定フィードバック電圧値に到達するのに最初に十分でないフィードバック電圧のわずかなシフトのみをもたらす。更に、充電電流は、高分子正温度係数抵抗器３５内のエネルギーを消散させて、高分子正温度係数抵抗器３５の温度の上昇をもたらし、したがって、高分子正温度係数抵抗器３５の抵抗の増加をもたらす。増加した抵抗は、高分子正温度係数抵抗器３５を超えるより大きな電圧降下をもたらし、フィードバック電圧を指定フィードバック電圧値に更にシフトさせる。フィードバック電圧がＤＣコンバータ２３の指定フィードバック電圧値に等しい出力電流に達すると、ＤＣコンバータ２３は、出力電流の増加を停止する。したがって、高分子正温度係数抵抗器３５は、充電電流のリミッタとして作用する。
【００６８】
図４は、二次電池２２を充電するための本発明の電気回路２１の電池電圧３７及び充電電流３６の進行を示す。電池電圧は、経時的に、終了充電電圧に対応する値まで徐々に増加する。充電電流３６は、開始時に大きな値を有し、これは、二次電池への損傷を回避するために依然として十分に小さく、ゼロまで徐々に減少する。充電電流及び充電電圧の経時的な進行は、図２に示される高価な充電器ＩＣ３のものと同様であるが、より単純かつ安価な電気回路２１で達成される。
【００６９】
図５は、図３の電気回路に基づいており、かついくつかの追加的な特徴を備える、本提案の別の実施形態を示す。ダイオード３８は、ＤＣコンバータ２３の入力ＤＣ電圧２５と入力コネクタ２４との間に設けられる。このダイオード３８は、入力ＤＣ電圧２５が誤った極性で供給されている場合に、ＤＣコンバータ２３及び二次電池２２への損傷を防止する。それは、逆電流遮断ダイオードとしても機能する。ＤＣコンバータ２３の入力コネクタ２４は、コンデンサ３９に更に接続される。コンデンサ３９の第２のコネクタは、接地に接続される。この入力コンデンサ３９は、ＤＣコンバータ２３及び／又は二次電池２２の損傷をもたらし得る入力ＤＣ電圧における入力電圧及びフィルタ電圧ピークを安定化させることができる。
【００７０】
別のコンデンサ４０は、電圧フィードバックコネクタと接地との間に接続され、フィードバック電圧上の高周波ノイズを平滑化する。フィードバック電圧におけるノイズは、そうでなければ、ＤＣコンバータ２３の不規則な挙動をもたらし得る。このコンデンサ４９は、二次電池２２の充電を調整するために適用されるＰＷＭフィルタリング（パルス幅変調フィルタリング）にとって重要である。ＤＣコンバータ２３の電圧フィードバックコネクタ３０におけるフィードバック電圧を平滑化し、その結果、パルス幅変調は、電圧フィードバックコネクタ３０で検出不可能となる。
【００７１】
別のコンデンサ４１は、ＤＣコンバータ２３の出力コネクタ２６と接地との間に設けられる。ＤＣコンバータの出力電流は、（大きい）リップル（例えば、１Ａの公称電流を有する＋−０．５Ａ）を示す。コンデンサ４１の静電容量は、電池内に流れる電流が平滑となる（及びリップルを有しない）ように、このリップルを除去する。補助的に、リップル電流は、正温度係数抵抗器３５（ＰＰＴＣ）及びそれに対応して電圧フィードバックコネクタ３０における（大きな）電圧リップルをもたらす。したがって、コンデンサ４１は、システム品質及び性能を向上させるための提案に従って設けられてもよい。このように、コンデンサ４１は、出力電圧を平滑化し、より一定の出力信号をもたらす。
【００７２】
図３又は図５の電気回路が入力ＤＣ電圧２５ではなく二次電池２２に接続されている場合、電池電圧は、抵抗器３３、３４、及び４３を有する分圧器に印加される（図５による回路の場合）。したがって、望ましくない待機電流が、二次電池２２を放電する抵抗器３３、３４、４３を通って流れる。この待機電流を回避するために、図５の電気回路は、二次電池２２の正極端子２７と分圧器の第１の抵抗器３３（又は直列に接続された抵抗器３３、３４、及び４３のライン）との間に配設されたフィードバックスイッチ４２を有する。フィードバックスイッチ４２が開放されると、フィードバックサブ回路は、二次電池２２から切断され、待機電流が抵抗器３３、３４、及び４３を有する分圧器を通って流れることを防止する。フィードバックスイッチ４２は、入力電圧がＤＣコンバータに供給されるときにスイッチが閉じられるように、入力ＤＣ電圧に接続されたトランジスタ、例えば、ＭＯＳＦＥＴトランジスタとして実現され得る。それにより、フィードバックスイッチ４２は、入力ＤＣ電圧が切断されるか、又は低すぎるときに自動的に開放する。
【００７３】
図５の電気回路の分圧器は、３つの抵抗器を備える。第１の抵抗器３３は、フィードバックスイッチ４２を介して二次電池の正極端子２７に接続され、電圧フィードバックコネクタ３０に接続される。第２及び第３の抵抗器３４及び４３は、二次電池２２の電圧フィードバックコネクタ３０と負極端子２８との間で互いに直列に配設されている。第３の抵抗器４３は、抵抗器４３の第１のコネクタと第２のコネクタとの間に配設された切換可能なバイパス４４を有する。したがって、抵抗器はバイパスされて、ゼロの実効抵抗をもたらすことができる。切換可能なバイパス４４は、切換可能なバイパス４４にパルス幅変調を適用することができる制御ユニットによって制御される。したがって、切換可能なバイパスを有する第３の抵抗器４３は、多くの機能を果たすことができる。バイパスは、減少した充電電流（トリクル充電）を有する前調整段階のためにスイッチオフにすることができる。制御ユニットは、切換可能なバイパスにパルス幅変調を適用して、出力電流を調整することができる。充電の終了時に、制御ユニットは、切換可能なバイパスにパルス幅変調を提供して、充電終了電圧を設定することができる。本提案に沿って、この特徴は、単純なパルス幅変調（ＰＷＭ）を使用して、ＣＣ／ＣＶ挙動の種類をシミュレートする。このパルス幅変調が使用される場合、既に考察された理由により、電圧フィードバックコネクタ３０と接地との間にコンデンサ４０を設けることが好ましい。
【００７４】
例示として、図３及び５に示される回路の好適な機能範囲の考えを、ヘアカット又は除去器具（シェーバー、脱毛器）、歯ブラシ又はスキントリートメントデバイス（マッサージ）などの電気家庭用器具を用いた典型的な用途に提供するために、以下のデータが回路の典型的な機能データとして提示される。
電池充電終了電圧：４．０５Ｖ
電池過電圧保護：４．２５Ｖ
指定フィードバック電圧値：８００ｍＶ
充電電流：１Ａ
前調整／トリクル電流：１００ｍＡ
ＤＣ入力電圧：約５〜１６Ｖ
入力電流：約３５０〜９００ｍＡ
【００７５】
これらの値が本提案の概念から逸脱することなく特定の装置の要件に回路を適合させるための知識に基づいて当業者によって補正され得ることは、本提案の範囲内である。回路の電気部品は、当該技術分野において、当業者の知識に従って選択される。
【００７６】
図６は、ＰＰＴＣの抵抗４５の温度依存性の例を示す。電流に対する依存性は同様であるが、これは、電流が増加すると、部品内の温度の内部上昇を引き起こすためである。非常に高い抵抗を有する曲線の平坦部は、ＰＰＴＣのいわゆるトリッピング後に到達される。これは、本提案による電気回路では到達されないことが好ましい。通常、０．５オームよりも小さい、はるかに低い抵抗で、ＰＰＴＣにおける電圧は既に十分高いため、フィードバック電圧がＤＣコンバータの指定フィードバック電圧値を超え、ＤＣコンバータが充電電流を二次電池に送給することを停止し、それによってＰＰＴＣの抵抗を迅速に減少させる。
【００７７】
二次電池を充電するための提案された電気回路及び二次電池を充電するための対応する方法は、一般的に使用される高価な充電器ＩＣに対する安価かつ単純な代替を提供し、安全充電を確実にし、二次電池への損傷を回避し、電池寿命を維持する。
【００７８】
本明細書で開示する寸法及び値は、列挙された正確な数値に厳密に限られるとして理解されるべきではない。その代わりに、特に指示がない限り、このような寸法はそれぞれ、列挙された値とその値を囲む機能的に同等な範囲との両方を意味することが意図されている。例えば、「４０ｍｍ」として開示される寸法は、「約４０ｍｍ」を意味することが意図される。
【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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