(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の二次電池(1A)と第２の二次電池(1B)が脱着できるように接続される充電端子(2)を有する充電器であって、
第１の二次電池(1A)の充電端子(2)は電源回路(3)の出力に接続され、第２の二次電池(1B)の充電端子(2)は一つの制御スイッチ(4)を介して電源回路(3)の出力に接続され、
この一つの制御スイッチ(4)をオンオフに制御して、制御スイッチ(4)をオンオフに切り換える状態で電源回路(3)の出力電圧を検出する制御回路(5)を備えており、
第１の充電端子(2A)と第２の充電端子(2B)のいずれか一方に二次電池(1)を装着する状態で、制御回路(5)が制御スイッチ(4)をオンにする状態とオフにする状態で電源回路(3)の出力電圧を検出し、検出した出力電圧でもって二次電池(1)が第１の充電端子(2A)と第２の充電端子(2B)のいずれに装着されたかを検出し、
制御回路(5)が、制御スイッチ(4)をオンにする状態とオフにする状態で電源回路(3)の出力電圧を検出し、検出した出力電圧が変化しないとき、第１の二次電池(1A)が第１の充電端子(2A)に装着されたことを検出し、検出した出力電圧が変化するとき、第２の二次電池(1B)が第２の充電端子(2B)に装着されたことを検出し、
制御スイッチ(4)は、ＦＥＴであって、このＦＥＴの寄生ダイオード(6)は充電電流が流れる方向に接続され、  
制御回路(5)が、制御スイッチ(4)をオンにする状態とオフにする状態で電源回路(3)の出力電圧を検出し、検出した出力電圧が、電池に充電電流を流した状態での電池電圧より、電池に充電電流を流した状態での電池電圧と寄生ダイオード(6)の電圧降下との和に変化したとき、第２の二次電池(1B)が第２の充電端子(2B)に装着されたことを検出する充電器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の二次電池を充電できる充電器に関し、とくに二次電池の装着位置を電気的に判別して充電する充電器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の二次電池を充電できる充電器、とくに、異なる種類の二次電池を充電できる充電器は、各々の二次電池を最適な充電電流で充電することが大切である。たとえば、単三タイプの二次電池と、単四タイプの二次電池では、最適な充電電流が異なる。二次電池は、定格電流よりも大きな電流で充電すると、充電効率が低下するばかりでなく、電池性能を低下させて寿命が短くなる。反対に充電電流を定格電流よりも小さくすると、所定の時間で充電できなくなって充電時間が長くなる。単三タイプの二次電池は単四タイプよりも大容量であるから、最適な充電電流は単四タイプよりも大きくなる。二次電池の容量は、最適な条件で充電する電流値を特定するひとつのパラメーターである。たとえば、二次電池を１Ｃの充電電流で充電するとき、容量が１７００ｍＡＨである単三タイプの二次電池の充電電流は１．７Ａとなり、容量が１０００ｍＡＨである単四タイプの二次電池の充電電流は１Ａとなる。このように、複数の異なる容量の二次電池を充電する充電器は、二次電池の容量によって最適な充電電流とすることが大切である。
【０００３】
さらに、充電器は、異なる種類の二次電池を充電する場合も、電池に最適な電流で充電することが大切である。また、電池の種類によっては満充電を検出する方式も異なる。たとえば、ニッケル−水素電池やニッケル−カドミウム電池等のアルカリ二次電池は、定電流充電して満充電でき、さらにピーク電圧や−ΔＶを検出して満充電を検出できる。ところが、リチウムイオン二次電池等は満充電されるまで定電流充電することができず、最初の定電流充電の後、定電圧充電して満充電する。また、満充電の検出も、たとえば定電圧充電するときの充電電流で識別する。
【０００４】
装着される二次電池を最適な充電電流で満充電するために、各々の電池に専用の装着部を設け、二次電池がどこに装着されたかを検出して、二次電池を最適な状態で充電する充電器は開発されている。この充電器は、たとえば、単三タイプと単四タイプの二次電池を装着する装着部を各々設け、二次電池がいずれの装着部に装着されたかを検出して、充電電流を制御している。この充電器は、二次電池が何れの装着部に装着されたかを検出する検出スイッチを設けている。検出スイッチは、装着された二次電池に押されるプランジャやバネ等の検出部を備えている。二次電池が装着されて検出部が押されると、検出スイッチがオンオフに切り換えられて装着されたことが検出される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この構造の充電器は、構造が複雑で組み立て等の製作に手間がかかる欠点がある。それは、二次電池の装着を検出できる位置に検出スイッチを配設するからである。とくに、充電器はできるかぎりコンパクトに設計されるので、検出スイッチを配設するのが特に難しい。さらに、機械的に二次電池の装着を検出するスイッチは、機械的な可動部分の動きが悪くなったり、あるいは接点が接触不良を起こす等の故障が起こりやすく、充分な耐久性を実現するのが難しい。とくに、狭いスペースに配置するために小さく設計している検出スイッチは、故障しやすくて寿命が短くなる欠点がある。
【０００６】
この欠点は、たとえば、装着される二次電池に接続される＋側の充電端子を専用の電源に接続して解消できる。この充電器は、単三タイプの二次電池を装着する充電端子を、この電池を最適な電流で充電できる電源回路に接続し、単四タイプの二次電池の充電端子を、単四タイプの二次電池を最適な電流で充電できる電源回路に接続している。したがって、この充電器は、所定の位置に装着された二次電池を、最適な電流で充電できる特長がある。しかしながら、この構造の充電器は、たとえば単三タイプと単四タイプの二次電池を充電する充電端子を、ひとつの電源回路に接続できず、各々の電池に専用の電源回路を設ける必要があって、電源回路が複雑で製造コストが高くなる欠点がある。
【０００７】
本発明は、従来の充電器が有する以上の全ての欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、簡単で故障しない安価な回路で、二次電池がどこに装着されたかを確実に検出できる充電器を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の充電器は、第１の二次電池１Ａと第２の二次電池１Ｂが脱着できるように接続される充電端子２を有する。第１の二次電池１Ａの充電端子２は、電源回路３の出力に接続され、第２の二次電池１Ｂの充電端子２は、一つの制御スイッチ４を介して電源回路３の出力に接続されている。さらに、充電器は、この一つの制御スイッチ４をオンオフに制御して、制御スイッチ４をオンオフに切り換える状態で電源回路３の出力電圧を検出する制御回路５を備える。この充電器は、第１の充電端子２Ａと第２の充電端子２Ｂのいずれか一方に二次電池１を装着する状態で、制御回路５が制御スイッチ４をオンにする状態とオフにする状態で電源回路３の出力電圧を検出し、検出した出力電圧でもって二次電池１が第１の充電端子２Ａと第２の充電端子２Ｂのいずれに装着されたかを検出する。
更に、制御回路５が、制御スイッチ４をオンにする状態とオフにする状態で電源回路３の出力電圧を検出し、検出した出力電圧が変化しないとき、第１の二次電池１Ａが第１の充電端子２Ａに装着されたことを検出し、検出した出力電圧が変化するとき、第２の二次電池１Ｂが第２の充電端子２Ｂに装着されたことを検出する。
また、制御スイッチ４は、ＦＥＴであって、このＦＥＴの寄生ダイオード６は充電電流が流れる方向に接続される。そして、制御回路５が、制御スイッチ４をオンにする状態とオフにする状態で電源回路３の出力電圧を検出し、検出した出力電圧が、電池に充電電流を流した状態での電池電圧より、電池に充電電流を流した状態での電池電圧と寄生ダイオード６の電圧降下との和に変化したとき、第２の二次電池１Ｂが第２の充電端子２Ｂに装着されたことを検出する。
【０００９】
制御スイッチ４は、ＭＯＳＦＥＴとすることができる。制御スイッチ４は、二次電池１に充電電流を流す方向に接続しているダイオードとスイッチング素子とを並列に接続したものとすることもできる。
【００１０】
制御回路５は、第１の充電端子２Ａと第２の充電端子２Ｂのいずれに二次電池１が装着されたかを検出して、二次電池１が第１の充電端子２Ａに装着される状態と、第２の充電端子２Ｂに装着される状態とで、電源回路３の出力を変更するように制御することができる。
【００１１】
さらに、本発明の充電器は、第１の充電端子２Ａと第２の充電端子２Ｂに、異なるタイプの二次電池１を装着する構造とすることもできる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための充電器を例示するものであって、本発明は充電器を以下のものに特定しない。
【００１３】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１４】
図１と図２に示す回路図の充電器は、第１の二次電池１Ａと第２の二次電池１Ｂを充電する。充電器は、図示しないが、複数の二次電池を脱着できるように装着する装着部をケースに設けている。この装着部に、第１の二次電池１Ａと第２の二次電池１Ｂに接続される充電端子２を設けている。図の充電器は、ふたつの二次電池１を装着するものであるが、本発明の充電器は、３つ以上の二次電池を装着する構造とすることもできる。
【００１５】
図の充電器は、第１の充電端子２Ａと第２の充電端子２Ｂとに異なるタイプの二次電池１を装着して充電する。異なるタイプの二次電池１は、単三タイプと単四タイプのように容量が異なる二次電池、あるいはニッケル−水素電池やニッケル−カドミウム電池等のアルカリ二次電池とリチウムイオン二次電池のように種類が異なる二次電池である。図の充電器は、第１の充電端子２Ａに単三タイプの二次電池を装着して、第２の充電端子２Ｂに単四タイプの二次電池を装着する。ただし、第１の充電端子２Ａに単二タイプの二次電池を装着して、第２の充電端子２Ｂに単三タイプの二次電池を装着するようにすることもできる。さらに、図３に示すように、３つの二次電池１を充電する充電器は、第１の充電端子２Ａに単二タイプの二次電池を、第２の充電端子２Ｂに単三タイプの二次電池を、第３の充電端子２Ｃに単四タイプの二次電池を装着して充電するようにする。
【００１６】
第１の二次電池１Ａを充電する第１の充電端子２Ａは、電源回路３の出力に接続され、第２の二次電池１Ｂを充電する第２の充電端子２Ｂは、制御スイッチ４を介して電源回路３の出力に接続している。図の充電器は、ふたつの二次電池１を装着して充電するが、３つ以上の二次電池を装着して充電する充電器は、図３に示すように、第１ないし第３のマイナス側の充電端子２を制御スイッチ４を介して並列に接続する。各々の制御スイッチ４は、制御回路５で一緒に、あるいは別々にオンオフに切り換えられる。
【００１７】
図の充電器の制御スイッチ４は、ＭＯＳＦＥＴである。ＭＯＳＦＥＴは、寄生ダイオード６を有する。ＭＯＳＦＥＴは、この寄生ダイオード６が二次電池１を充電できる方向となるように、電源回路３の出力と第２の充電端子２Ｂとの間に接続される。ＭＯＳＦＥＴである制御スイッチ４は、ＭＯＳＦＥＴをオフに切り換える状態で、寄生ダイオード６を介して充電電流が流れる。寄生ダイオード６は約０．６Ｖの電圧降下を生じる。寄生ダイオード６の電圧降下は、抵抗のように電流に比例して大きくならず、所定の電流範囲でほぼ一定の電圧となる。したがって、ＭＯＳＦＥＴである制御スイッチ４は、オフの状態で充電電流が流れると約０．６Ｖの電圧降下が発生する。充電電流が流れる状態でＭＯＳＦＥＴがオンに切り換えられると、内部抵抗が著しく小さくなって、制御スイッチ４の電圧降下はほとんど無視できる電圧となる。このため、オン状態の制御スイッチ４の電圧降下はほぼ０Ｖとなる。このように、ＭＯＳＦＥＴである制御スイッチ４は、オンオフに切り換えられて電圧降下が変化する。
【００１８】
制御スイッチ４には、ＭＯＳＦＥＴに代わって、ダイオードとスイッチング素子を並列に接続したもので構成することもできる。この制御スイッチのダイオードは、二次電池に充電電流を流す方向に接続される。スイッチング素子は、トランジスターや寄生ダイオードのないＦＥＴ、あるいはリレーの接点で、オン状態でダイオードよりも電圧降下の小さいものである。この制御スイッチは、ＭＯＳＦＥＴと同じように動作する。すなわち、充電電流が流れる状態でスイッチング素子がオフになると、ダイオードの電圧降下である０．６Ｖの電圧降下が発生する。スイッチング素子がオンに切り換えられると、電圧降下はほぼ０Ｖとなる。このため、スイッチング素子をオンオフに切り換えて制御スイッチの電圧降下を変化できる。
【００１９】
さらに、制御スイッチにはダイオードを接続していないトランジスターやＦＥＴ、あるいはリレー等のスイッチング素子も使用できる。この制御スイッチは、オフの状態で電流が流れないので、抵抗が大きくなって電圧降下も大きくなる。オンに切り換えられると抵抗が小さくなって電圧降下も小さくなる。このため、制御スイッチをオンオフに切り換えて電圧降下を変化できる。
【００２０】
制御回路５は、制御スイッチ４をオンオフして、第１の充電端子２Ａと第２の充電端子２Ｂのいずれに二次電池１が装着されたかを検出する。図１に示すように、第１の充電端子２Ａにのみ二次電池１が接続されるとき、制御スイッチ４をオンオフに切り換えても電源回路３の出力電圧は変化しない。制御スイッチ４のオンオフに関係なく電源回路３の出力電圧が電池電圧となるからである。しかしながら、図２に示すように、第２の充電端子２Ｂにのみ二次電池１を接続して、制御スイッチ４をオンオフに切り換えると、電源回路３の出力電圧が変化する。それは、制御スイッチ４をオフにするときの電源回路３の出力電圧が、電池電圧と寄生ダイオード６の電圧降下（約０．６Ｖ）との和となり、制御スイッチ４をオンにする状態では、制御スイッチ４の電圧降下がほぼ０Ｖとなるので、電源回路３の出力電圧が電池電圧となるからである。したがって、制御回路５が制御スイッチ４をオンオフに切り換えて、電源回路３の出力電圧が変化するときは、第２の充電端子２に二次電池１が接続されたと判定でき、電源回路３の出力電圧が変化しないときは、第１の充電端子２Ａに二次電池１が接続されたと判定できる。
【００２１】
ダイオードのない制御スイッチは、オフに切り換えられると抵抗が無限大になる。このため、この制御スイッチを備える充電器は、制御回路が制御スイッチをオフにすると電源回路の充電は無負荷電圧まで上昇し、制御スイッチをオンにすると電池電圧に低下する。このため、第２の充電端子に二次電池を接続する状態で制御スイッチがオンオフに切り換えられると、電源回路の出力電圧は無負荷電圧と電池電圧に変動する。第１の充電端子に二次電池を接続するときは、制御スイッチをオンオフに切り換えても、電源回路の出力電圧は電池電圧となって変化しない。したがって、制御回路は、制御スイッチをオンオフに切り換えて、電源回路の出力電圧が変動すると、二次電池が第２の充電端子に装着されたと判定し、電源回路の出力電圧が変動しないと二次電池が第１の充電端子に装着されたと判定する。
【００２２】
図３に示すように、３つ以上の充電端子２を備える充電器は、第１の充電端子２Ａにのみ二次電池１が装着される状態で、全ての制御スイッチ４をオンオフに切り換えると、電源回路３の出力電圧は電池電圧となって変化しない。第２の充電端子２Ｂにのみ二次電池１を装着する状態で、全ての制御スイッチ４をオンオフに切り換えると、電源回路３の出力電圧は、ひとつのダイオードの電圧降下（約０．６Ｖ）に相当する電圧変化する。さらに、第３の充電端子２Ｃにのみ二次電池１を装着して、制御スイッチ４をオンオフに切り換えると、電源回路３の出力電圧は、ふたつのダイオードの電圧降下（約１．２Ｖ）に相当する電圧変化する。したがって、制御回路５が制御スイッチ４をオンオフに切り換えて、第１ないし第３の充電端子２のどこに二次電池１を装着しているかを判別できる。３つ以上の充電端子を備える充電器は、ダイオードを有する制御スイッチを使用する。ダイオードのないスイッチを制御スイッチに使用する充電器は、制御スイッチをオフにする状態で電源回路の出力電圧が無負荷電圧となるで、二次電池を第２の充電端子に接続したのか、あるいは第３の充電端子に接続したのかを判定できなくなるからである。
【００２３】
制御回路５は、どこの充電端子２に二次電池１が装着されたかを判定して、装着された二次電池１を電源回路３が最適な条件で充電できるように電源回路３を制御する。たとえば、第１の充電端子２Ａを単三タイプの二次電池の装着部として、第２の充電端子２Ｂを単四タイプの二次電池の装着部とする充電器は、第１の充電端子２Ａに二次電池１が装着されることを検出するときは、単三タイプの二次電池を最適条件で充電できる出力電圧と電流に制御し、第２の充電端子２Ｂに二次電池１が装着されることを検出するときは、単四タイプの二次電池を最適条件で充電できる出力電圧と電流に制御する。すなわち、第２の充電端子２Ｂに装着された単四タイプの二次電池の充電電流を小さくなるように制御する。
【００２４】
制御回路５は、制御スイッチ４を所定の周期でオンオフに切り換えて、第２の充電端子２Ｂに装着された二次電池１の充電電流を減少させることができる。制御スイッチ４がオフになると、第２の充電端子２Ｂに接続された二次電池１は、寄生ダイオード６を介して充電されるので充電電流が小さくなる。制御スイッチ４をオンにすると、電源回路３の出力が直接に二次電池１に供給されて充電電流が大きくなる。したがって、制御スイッチ４をオンオフに切り換えるデューティを変更して、第２の充電端子２Ｂの二次電池１の充電電流を制御できる。
【００２５】
さらに、ダイオードのない制御スイッチにおいても、制御スイッチを所定の周期でオンオフに切り換えて、第２の充電端子に装着された二次電池の充電電流を減少させることができる。ダイオードのない制御スイッチは、オフの状態では充電電流が流れなくなる。このため、制御スイッチをオンオフに切り換えるデューティを変更して、第２の充電端子の二次電池の充電電流を制御できる。この充電器は、第２の充電端子に装着された二次電池の充電電流を実質的に小さくしながらパルス充電できる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の充電器は、簡単で故障しない安価な回路で、二次電池がどこに装着されたかを確実に検出できる特長がある。それは、本発明の充電器が、第１の充電端子を電源回路の出力に接続すると共に、第２の充電端子を、制御スイッチを介して電源回路の出力に接続しており、この制御スイッチをオンオフに切り換える状態で電源回路の出力電圧を検出して、検出した出力電圧でもって二次電池が第１の充電端子と第２の充電端子のいずれに装着されたかを検出しているからである。本発明の充電器は、従来のように、機械的な可動部分を有する検出スイッチを装着部に設けることなく二次電池が装着されたことを検出する。このため、動きが悪くなったり、接触不良を起こすことなく、充分な耐久性を実現して長寿命にできると共に、検出スイッチを必要としないので、組み立てにかかる手間を省いて製造コストを低減できる。また、本発明の充電器は、二次電池がどの充電端子に装着されたかを確実に検出できるので、装着される各々の二次電池に専用の電源回路を設けることなく極めて簡単な回路構成として製造コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例にかかる充電器の第１の充電端子に二次電池を装着した状態を示す回路構成図
【図２】図１に示す充電器の第２の充電端子に二次電池を装着した状態を示す回路構成図
【図３】本発明の他の実施例にかかる充電器の回路構成図
【符号の説明】
１…二次電池            １Ａ…第１の二次電池
１Ｂ…第２の二次電池
２…充電端子            ２Ａ…第１の充電端子
２Ｂ…第２の充電端子
２Ｃ…第３の充電端子
３…電源回路
４…制御スイッチ
５…制御回路
６…寄生ダイオード
【図１】
0003837342.tif 000002
【図２】
0003837342.tif 000003
【図３】
0003837342.tif 000004