(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池の電圧を検出して、該検出電圧に応じて電源からの該電池に供給する充電電流を制御して、該電池の充電を制御する充電制御装置において、
前記電池の電圧を検出し、検出された電池電圧に応じて前記電池の状態を検出し、前記電池の状態に応じた充電電流により前記電池を充電する充電制御手段を有し、
前記充電制御手段は、前記電池への充電開始時に最小の初期充電電流により前記電池の充電を行ない、
前記初期充電電流での充電後に検出された電池電圧が正常であり、所定の電圧より小さいときには、前記初期充電電流より大きい予備充電電流により充電を行ない、
前記初期充電電流による充電後又は前記予備充電電流による充電後、前記電池電圧が所定の電圧より大きければ、前記予備充電電流より大きい急速充電電流により前記電池を充電することを特徴とする充電制御装置。
【請求項２】
前記充電制御手段は、前記電池に対して前記初期充電電流により所定時間充電を行なった後、検出された前記電池電圧が所定の電圧範囲外のときには、前記電池への充電を禁止することを特徴とする請求項１記載の充電制御装置。
【請求項３】
前記充電制御手段は、前記電池に対して前記予備充電電流により所定時間充電を行なった後、検出された前記電池電圧が一定の電圧に達していないときには、前記電池への充電を禁止することを特徴とする請求項１記載の充電制御装置。
【請求項４】
前記電池の温度を検出して、温度検出結果を前記充電制御手段に供給する温度検出手段を有し、
前記充電制御手段は、前記温度検出手段の温度検出結果に応じて前記電池への充電を禁止することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載の充電制御装置。
【請求項５】
前記充電制御手段は、充電電圧を検出し、前記充電電圧の異常を検出したときには前記電池への充電を禁止することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載の充電制御装置。
【請求項６】
前記充電制御手段は、前記電池に供給される電流を検出し、検出された電流が異常値であるときには、前記電池への充電を禁止することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項記載の充電制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は充電制御装置に係り、特に、電源から電池に供給する充電電流を制御することにより電池への充電を制御する充電制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、充電電池としてリチウムイオン電池が注目されている。リチウムイオン電池の充電制御は、一般に電池電圧、２〔Ｖ〕以下で、充電禁止、２〜２．９〔Ｖ〕で充電電流を数十ｍＡ程度とする予備充電、２．９〔Ｖ〕以上で充電電流を数百ｍＡ程度とするフル充電を行うようにしている。このような充電を行うために、充電制御装置を設けていた。
【０００３】
図４に従来の充電制御装置の一例のブロック構成図を示す。
従来の充電制御装置１は、ＡＣアダプタなどの電源Ｖccとマイコン４に駆動電圧を供給する電池２との間に設けられ、電源Ｖccにより電池２に充電を行う。充電制御装置１は、制御トランジスタＱ0 、ダイオードＤ、充電制御ＩＣ３から構成される。
【０００４】
制御トランジスタＱ0 は、ＰＮＰトランジスタから構成され、エミッタが電源電圧Ｖccが印加される電源端子Ｔinに接続され、コレクタがダイオードＤを介して電池２に接続され、ベースが充電制御ＩＣ３に接続される。ダイオードＤは、アノードが制御トランジスタＱ0 のコレクタに接続され、エミッタが電池２に接続される。
【０００５】
充電制御ＩＣ３は、１チップのＩＣから構成される。充電制御ＩＣ３は、電源端子Ｔinに接続され、電源端子Ｔinから電源電圧Ｖccが供給され、駆動される。また、充電制御ＩＣ３は、ダイオードＤと電池２との接続点に接続され、電池２の電圧を検出する。さらに、充電制御ＩＣ３は、マイコン４に接続され、マイコン４から供給される制御信号に応じて制御される。
【０００６】
充電制御ＩＣ３は、電池２の電圧を検出して、２〔Ｖ〕以下であれば、充電を禁止する。また、充電制御ＩＣ３は、電池２の電圧を検出して、２〜２．９〔Ｖ〕であれば、予備充電を行う。さらに、電池２の電圧が２．９〔Ｖ〕以上となると、マイコン４が駆動可能となるので、マイコン４により計時を行い、所定の時間、フル充電を行うようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、従来の充電制御装置では、マイコン４が電池２の電圧が２．９〔Ｖ〕以上、すなわち、フル充電状態のときでないと、駆動されないので、フル充電のときだけ、マイコン４により計時を行い、タイマ制御を行っていたため、電池２の電圧が２．９〔Ｖ〕以下のときには、単に電池２の電圧を検出し、検出電圧だけで、制御が行われ、異常保護動作が不十分であるなどの問題点があった。
【０００８】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、電源や電池の異常を検出して異常保護を確実に行うことができる充電制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電池の電圧を検出して、検出電圧に応じて電源からの電池に供給する充電電流を制御して、電池の充電を制御する充電制御装置において、電池（２）の電圧を検出し、検出された電池電圧に応じて電池（２）の状態を検出し、電池（２）の状態に応じた充電電流により電池（２）を充電する充電制御手段（１０１）を有し、充電制御手段（１０１）は、電池（２）への充電開始時に最小の初期充電電流により電池（２）の充電を行ない、初期充電電流での充電後に検出された電池電圧が正常であり、所定の電圧より小さいときには、初期充電電流より大きい予備充電電流により充電を行ない、初期充電電流による充電後又は予備充電電流による充電後、電池電圧が所定の電圧より大きければ、予備充電電流より大きい急速充電電流により電池（２）を充電することを特徴とする。
【００１０】
また、充電制御手段（１０１）は、電池（２）に対して初期充電電流により所定時間充電を行なった後、検出された電池電圧が所定の電圧範囲外のときには、電池（２）への充電を禁止することを特徴とする。
【００１１】
充電制御手段（１０１）は、電池（２）に対して予備充電電流により所定時間充電を行なった後、検出された電池電圧が一定の電圧に達していないときには、電池（２）への充電を禁止することを特徴とする。
【００１５】
電池（２）の温度を検出して、温度検出結果を充電制御手段に供給する温度検出手段（１０２）を有し、充電制御手段（１０１）は温度検出手段（１０２）の温度検出結果に応じて電池（２）への充電を禁止することを特徴とする。
【００１６】
充電制御手段（１０１）は、充電電圧を検出し、充電電圧の異常を検出したときには電池（２）への充電を禁止することを特徴とする。
【００１７】
充電制御手段（１０１）は、電池（２）に供給される電流を検出し、検出された電流が異常値であるときには電池（２）への充電を禁止することを特徴とする。
【００１８】
本発明によれば、電池への充電開始時に最小の初期充電電流により電池の充電を行ない、初期充電電流での充電後に検出された電池電圧が正常であり、所定の電圧より小さいときには、初期充電電流より大きい予備充電電流により充電を行ない、初期充電電流による充電後又は予備充電電流による充電後、電池電圧が所定の電圧より大きければ、予備充電電流より大きい急速充電電流により電池を充電することにより、急速充電を行なう場合でも電池を確実に異常状態から保護できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の充電制御装置の一実施例のブロック構成図を示す。同図中、図４と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
本実施例の充電制御装置１００は、充電制御ＩＣ１０１に制御トランジスタＱ0 の他に、サーミスタ１０２、及び、発光ダイオード１０３を接続した構成とされている。
【００２０】
充電制御ＩＣ１０１は、ロジックなどにより構成され、制御トランジスタＱ0 のエミッタ側に供給され、ＡＣアダプタから供給される電源電圧により駆動され。充電制御ＩＣ１０１は、後述するように電圧検出による充電制御のみならず、タイマ起動による充電制御を可能としている。充電制御ＩＣ１０１には、サーミスタ１０２及び発光ダイオード１０３が接続され、サーミスタ１０２による温度による充電制御、及び、発光ダイオード１０３による充電状態の表示を可能としている。
【００２１】
サーミスタ１０２は、電池２に近接して設けられ、電池２の温度に応じて抵抗を変化する。サーミスタ１０２には、充電制御ＩＣ１０１から電流が供給され、温度に応じた電圧を生成する。サーミスタ１０２の電圧は、充電制御ＩＣ１０１により検出され、電池２の温度による充電制御が行われる。
また、発光ダイオード１０３は、赤色及び緑色の発光が可能とされ、未充電時には、無点灯、充電時には赤色点灯、充電終了時には緑色点灯、充電後の異常検出による充電禁止時には赤色点滅が行われる。
【００２２】
次に、充電制御ＩＣ１０１の充電制御処理を図面とともに説明する。
図２に本発明の充電制御装置の一実施例の充電制御ＩＣの充電制御処理フローチャートを示す。
ＡＣアダプタが電源端子Ｔinに接続されると、まず、接続されたＡＣアダプタ側の電源電圧Ｖccを検出して、検出電圧Ｖccが所定の電圧範囲にあるか否かを判定する（ステップＳ１）。このとき、ＡＣアダプタの出力が、通常２．５〔Ｖ〕〜６．３〔Ｖ〕であるとすると、ステップＳ１では、検出電圧Ｖccが２．５〔Ｖ〕〜６．３〔Ｖ〕の範囲であるか、否かを判定する。
【００２３】
ステップＳ１で、検出電圧Ｖccが２．５〔Ｖ〕〜６．３〔Ｖ〕の範囲外のときは、ＡＣアダプタに異常があると判断できるので、充電を禁止する（ステップＳ２）。また、ステップＳ１で、検出電圧Ｖccが２．５〔Ｖ〕〜６．３〔Ｖ〕の範囲内であれば、ＡＣアダプタは正常に動作していると判断し、次に処理を行う。
ステップＳ１の判定結果、ＡＣアダプタが正常に動作していると判定された場合には、次に、電池２側の端子の電圧を検出することにより電池がセットされているか否かのチェックを行う（ステップＳ３）。ステップＳ３で、電池がセットされていなければ、充電を禁止する（ステップＳ２）。
【００２４】
また、ステップＳ３で、電池２がセットされていれば、次に、サーミスタ１０２からの温度検出信号に応じて電池２の温度を検出し、電池２の温度が所定の範囲内にあるか、否かのチェックを行う（ステップＳ４）。例えば、リチウムイオン電池では、温度３℃〜４３℃で、安定に動作する。このため、セットされる電池２がリチウムイオン電池である場合には、ステップＳ４では、電池２の温度が３℃〜４３℃であるか、否かを判定する。ステップＳ４は、請求項６の実施例に相当する。
【００２５】
ステップＳ４で、電池２の温度が３℃〜４３℃の範囲外であれば、電池２の動作が不安定になるので、電池２への充電を禁止する（ステップＳ２）。また、ステップＳ４で、非充電時に電池２の温度が３℃〜４３℃の範囲内であれば、電池２を安定に動作可能であるので、次に、初期充電を行う（ステップＳ５）。
初期充電は、請求項２、７の実施例に相当し、通常電源電圧２〔Ｖ〕以下で充電する。初期充電は、電池２を微小な電流で充電することにより、休止後の電池などの復活を図るために行う。初期充電は、電池２に、例えば、１ｍＡの充電電流を１４秒間供給する。
【００２６】
ステップＳ５で、初期充電後、電池２の電圧チェックを行う（ステップＳ６）。例えば、セットされる電池２の電圧が正常時に２〔Ｖ〕〜４．３〔Ｖ〕であるとすると、ステップＳ６では、電池２の電圧を検出して、検出電圧が２〔Ｖ〕〜４．３〔Ｖ〕の電圧範囲内にあるか、否かを検出する。
ステップＳ６で、電池２の検出電圧が２〔Ｖ〕〜４．３〔Ｖ〕の電圧範囲内になければ、電池２に劣化などによる異常があると判断できるので、充電を禁止する（ステップＳ７）。また、ステップＳ６で、電池２の検出電圧が２〔Ｖ〕〜４．３〔Ｖ〕の電圧範囲内にあれば、電池２は正常であると判断できる。
【００２７】
ステップＳ６で正常であると判断された電池２は、次に、電池２の検出電圧が所定の電圧以上か、否かが判断される（ステップＳ８）。例えば、リチウムイオン電池などでは、出力電圧が低いときに、いきなり大電流を供給し、急速充電を行うと、電池に急激に大きな充電電流が流れ込み、電池を劣化させる等の悪影響を及ぼす。よって、電圧が所定レベル以下、例えば、２．９〔Ｖ〕以下の場合には、小さい電流、例えば、数十ｍＡ程度の電流で予備充電を行い、所定レベルとした後に、数百ｍＡ程度の大きな電流で急速充電を行った方が電池を劣化させずに済む。このため、ステップＳ８で、電池の検出電圧が所定の電圧以上か、否かの判断を行う。
【００２８】
ステップＳ８で、電池２の検出電圧が所定の電圧、２．９〔Ｖ〕以下の場合には、まず、予備充電を行う時間を計時する１５分タイマをスタートさせる（ステップＳ９）。ステップＳ９で、１５分タイマをスタートさせた後、制御トランジスタＱ0 をオンして、電池に数十〔ｍＡ〕程度の電流を供給し、予備充電を行う（ステップＳ１０）。
【００２９】
ステップＳ１０の予備充電を１５分タイマがタイムアウトするまでの時間、電池の電圧を検出しつつ行い（ステップＳ１１）、電池の電圧が２．９〔Ｖ〕となると、予備充電から急速充電に切り替える（ステップＳ１２）。
このとき、例えば、出力電圧が２〔Ｖ〕〜４．３５〔Ｖ〕程度のリチウムイオン電池では、正常時には、出力電圧が２〔Ｖ〕〜２．９〔Ｖ〕の低電圧のときには、数十〔ｍＡ〕程度の電流を供給し、予備充電を行った場合、１５分以内に確実に２．９〔Ｖ〕以上の電圧に復帰する。
【００３０】
したがって、ステップＳ１１、Ｓ１２で、電池２の電圧の検出結果、電池２の電圧が２．９〔Ｖ〕に達せずに、１５分タイマがタイムアウトした場合、電池２に異常があると判断できるので、充電を禁止する（ステップＳ７）。
また、ステップＳ１１、Ｓ１２で、予備充電を行ってから１５分以内に電池２の電圧が２．９〔Ｖ〕となると、正常の状態であると判断でき、予備充電から急速充電に切り替わり、まず、４時間タイマをスタートする（ステップＳ１３）。
【００３１】
ステップＳ１３で、４時間タイマがスタートすると、急速充電を開始する（ステップＳ１４）。急速充電では、制御トランジスタＱ0 をオンして、電池に数百ｍＡのフル充電電流を供給する。
急速充電の間は、温度チェック（ステップＳ１５）、過電流チェック（ステップＳ１６）、電圧チェック（ステップＳ１７）が行われる。
【００３２】
ステップ１５の温度チェックは、充電時の電池２の温度が所定の範囲にあるか、否かのチェックを行う。例えば、リチウムイオン電池では、充電時には、通常、温度３℃〜５０℃の範囲となる。このため、セットされる電池がリチウムイオン電池である場合には、ステップＳ１５では、電池２の温度が３℃〜５０℃であるか、否かを判定する。
【００３３】
ステップＳ１５で、電池２の温度が３℃〜５０℃の範囲外であれば、電池２に異常があると判断できるので、電池２への充電を禁止する（ステップＳ７）。また、ステップＳ１５で、非充電時に電池２の温度が３℃〜５０℃の範囲内であれば、正常に急速充電が行われていると判断できる。
また、ステップＳ１６の過電流チェックは、電池２に供給される電流が過電流であるか、否かをチェックする。例えば、リチウムイオン電池には、正常な状態では、１〔Ａ〕以上の電流が流れることはない。但し、電池の種類によっては１〔Ａ〕で流すようにしてもよい。
【００３４】
よって、電池２に供給される電流が過電流、すなわち、１〔Ａ〕以上であるか、否かをチェックすることにより、過電流をチェックできる。電池２に供給される電流は、例えば、制御トランジスタＱ0 のコレクタ側の電圧を検出することにより検出できる。
ステップＳ１６で、電池２に流れる電流が１〔Ａ〕以上であれば、電池２に異常があると判断できるので、電池２への充電を禁止する（ステップＳ７）。また、ステップＳ１６で、電池２に流れる電流が１〔Ａ〕以上であれば、正常に急速充電が行われていると判断できる。
【００３５】
また、ステップＳ１７では、電池２の電圧が所定レベル以下か、否かをチェックする。電池２の最適動作時の最大出力電圧が４．３５〔Ｖ〕であるとすると、電池２が正常であれば、電池２の出力電圧は４．３５〔Ｖ〕以上になることはない。よって、ステップＳ１７で、電池２の出力電圧が所定の電圧、４．３５〔Ｖ〕以上か、否かを判定することにより、電池２の異常を検出できる。
【００３６】
ステップＳ１７で、電池２の電圧が所定の電圧、４．３５〔Ｖ〕以上であれば、電池２に異常があると判断できるので、電池２への充電を禁止する（ステップＳ７）。また、ステップＳ１７で、電池２の電圧が所定の電圧、４．３５〔Ｖ〕以下であれば、電池２は正常であると判断できる。
また、急速充電を行っている間には、電池２の充電状態をチェックしている（ステップＳ１９）。ステップＳ１９では、電池２に流れる電流に応じてフル充電チェックを行う。例えば、リチウムイオン電池では、電池に流れる電流が６０ｍＡ以下となると、電流が電池に流れ込まない状態であるので、電池はフル充電状態であると判断できる。
【００３７】
ステップＳ１９で、電池２に流れる電流が６０ｍＡ以上のときには、まだ、充電が可能な状態であると判断できるので、ステップＳ１４に戻って、急速充電を続ける。また、ステップＳ１９で、電池２に流れる電流が６０ｍＡ以下となったときには、フル充電状態にあると判断して、急速充電を終了する（ステップＳ２０）。
【００３８】
ステップＳ２０で、充電を終了した後にも、電池２の電圧チェックを行う（ステップＳ２１）。ステップＳ２１での電池２の電圧チェックの結果、電池２の電圧が所定の電圧、３．９〔Ｖ〕より低下すれば、ステップＳ１３に戻って、再び急速充電を行う。また、電池２が正常であれば、４時間以内に満充電状態となる。なお、通常は、２時間で充電は完了する。このため、ステップＳ１３で、４時間タイマがタイムアウトした場合には、電池２に異常があると、判断できるので、電池２への充電を禁止する（ステップＳ７）。
【００３９】
なお、ステップＳ１〜Ｓ３では、まだ、充電を行っていない状態なので、充電状態を表示する発光ダイオード１０３は、無点灯の状態とする。
また、ステップＳ４〜Ｓ６、Ｓ８〜Ｓ１９では、電池２への充電を行っている状態であり、充電状態を認識できるように発光ダイオード１０３を赤色の点灯状態とする。
【００４０】
さらに、ステップＳ２０、Ｓ２１では、充電が終了した状態であり、充電完了状態を認識できるように発光ダイオード１０３を緑色の点灯状態とする。
また、ステップＳ７の充電禁止状態では、充電開始後に異常を検出した状態となり、異常状態を認識できるように発光ダイオード１０３を赤色の点滅状態とする。
【００４１】
以上のように、電池２の電圧に関係なく、所定の充電制御手順で、電池２に充電を行うことができるので、タイマ起動による異常検出動作を行いつつ、電池２への充電を行える。
図３に本発明の充電制御装置の一実施例の動作波形図を示す。図３（Ａ）は電池電圧、図３（Ｂ）は充電電流の遷移状態を示す。
【００４２】
電源端子ＴinにＡＣアダプタを接続、出力端子Ｔout に電池２を接続すると、充電制御装置１００は、まず、電池２の温度を検出した後、電池２に１ｍＡの充電電流を供給し、初期充電を行う。初期充電の結果、電池２の電圧が２〔Ｖ〕程度まで上昇すると、次に、数十ｍＡ程度の充電電流を電池２に供給し、予備充電を行う。
【００４３】
予備充電により電池２の電圧が２．９〔Ｖ〕に達すると、数百ｍＡの充電電流を電池２に供給し、急速充電（フル充電）を行う。急速充電の結果、電池２に流れる込む電流が６０ｍＡ以下に低下すると、フル充電状態であると判断され、充電が停止される。
充電が停止されてから、電池２の電圧が３．９〔Ｖ〕以下に低下すると、再び急速充電が行われる。
【００４４】
以上のように、電池２の電圧、すなわち、電池２の充電状態とは、関係なく、初期充電、予備充電、急速充電等、所定の充電制御手順で、電池２に充電を行うことができるので、電池２に不要な負荷をかけることなく、充電を行える。また、このとき、初期充電、予備充電、急速充電の所定の充電制御手順は、すべて、充電制御装置１００に内蔵された制御ロジックにより動作が制御されるので、電池２に接続されるマイコン４などに処理を行わせる必要がなく、マイコン４の処理の負荷を低減できる。
【００４５】
さらに、充電制御装置１００は、電源電圧により動作するので、電池２の電圧が低減しても初期充電、予備充電、急速充電の所定の充電制御手順により充電制御を行うことができ、電池２の電圧により動作するマイコン４とは異なり、非常保護動作を確実に行える。
なお、本実施例では、初期充電、予備充電、急速充電の所定の充電制御手順を充電制御ＩＣ１０１に制御ロジックを内蔵して実現したが、これに限られるものではなく、充電制御ＩＣ１０１にマイコンなどを内蔵して、ソフトウェアにより実現するようにしてもよい。
【００４６】
また、本実施例では、リチウムイオン電池が１セルの場合について説明したが、複数セルの場合にも適用できることは言うまでもない。複数セルの場合には、各部の設定電圧などを変える必要がある。
【００４７】
【発明の効果】
上述の如く、本発明によれば、電池への充電開始時に最小の初期充電電流により電池の充電を行ない、初期充電電流での充電後に検出された電池電圧が正常であり、所定の電圧より小さいときには、初期充電電流より大きい予備充電電流により充電を行ない、初期充電電流による充電後又は予備充電電流による充電後、電池電圧が所定の電圧より大きければ、予備充電電流より大きい急速充電電流により電池を充電することにより、急速充電を行なう場合でも電池を確実に異常状態から保護できる等の特長を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の充電制御装置の一実施例のブロック構成図である。
【図２】本発明の充電制御装置の一実施例の充電制御処理のフローチャートである。
【図３】本発明の充電制御装置の一実施例の動作波形図である。
【図４】従来の充電制御装置の一例のブロック構成図である。
【符号の説明】
２  電池
３  マイコン
１００  充電制御装置
１０１  充電制御ＩＣ
１０２  サーミスタ
１０３  発光ダイオード
Ｑ0   制御トランジスタ
Ｄ  ダイオード
【図１】
0003758361.tif 000002
【図２】
0003758361.tif 000003
【図３】
0003758361.tif 000004
【図４】
0003758361.tif 000005