充電装置
【課題】Li-ion電池等の充電に際して、充電電圧を下げずに最大限の充電容量を得ることができるとともに、充電時間も短くできる安全な充電装置の提供。
【解決手段】本発明に係る充電装置は、電流制御信号に基づいた充電電流を供給する充電回路と、充電電流を検出する検出回路と、二次電池の少なくとも１つのセルの端子電圧が所定の設定電圧になったときにアラーム信号を出力し、二次電池の全てのセルの端子電圧が設定電圧未満になったときにアラーム信号を解除するアラーム回路と、アラーム信号が入力されるまでは、充電電流を所定の一定電流とする電流制御信号を出力し、アラーム信号が入力されている状態では、充電電流を所定の下限電流とする電流制御信号を出力し、アラーム信号が解除されると、充電電流を、所定の下限電流から漸増させる電流制御信号を出力する制御信号生成回路と、充電回路を制御する充電制御信号を出力する制御回路とを備えている。
【解決手段】本発明に係る充電装置は、電流制御信号に基づいた充電電流を供給する充電回路と、充電電流を検出する検出回路と、二次電池の少なくとも１つのセルの端子電圧が所定の設定電圧になったときにアラーム信号を出力し、二次電池の全てのセルの端子電圧が設定電圧未満になったときにアラーム信号を解除するアラーム回路と、アラーム信号が入力されるまでは、充電電流を所定の一定電流とする電流制御信号を出力し、アラーム信号が入力されている状態では、充電電流を所定の下限電流とする電流制御信号を出力し、アラーム信号が解除されると、充電電流を、所定の下限電流から漸増させる電流制御信号を出力する制御信号生成回路と、充電回路を制御する充電制御信号を出力する制御回路とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン二次電池等の二次電池を充電する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池（以下、単に「Li-ion電池」という。）の充電方法は、大きくは、定電流／定電圧方式とパルス充電方式の２種類に分けることができる。
定電流／定電圧方式は、電池の端子電圧が一定の電圧になるまで定電流充電を行い、一定の電圧に達したところで定電圧充電に切り替えて、満充電状態となるまで定電圧充電を行う方式である。
パルス充電方式は、電池の端子電圧が一定の電圧になるまで定電流充電を行い、一定の電圧に達したところでパルス状の定電流で充電する方式が一般的である。
定電流／定電圧充電方式は、電池へのダメージが小さいものの、充電時間が長いという欠点がある。
パルス充電方式は、短時間で充電が可能なものの、充電方式が定電流方式であることから、一時的には過電圧状態となってしまうため、リチウム金属の析出により発火等が発生する危険がある。
【０００３】
日本国内では、電気用品安全法（ＰＳＥ法）の規定に対応する必要があり、Li-ion電池においては、１セル単位で厳格な電池電圧（4.25Ｖ／セル以下）の管理が求められるようになっている。２セルのLi-ion電池の充電制御においては、以上のような厳密な充電制御が困難であることから、充電容量が減少するというデメリットがありながら、充電電圧を低めに制御して、ＰＳＥ法の規定する電池電圧のしきい値（4.25Ｖ／セル）を越えないようにしている。若しくは、１セル単位で充電を監視する必要があり、この場合、充電回路の規模が大きくなるデメリットが発生する。前記しきい値を以下においては、規定電圧と表記する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３４１６９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１には、二次電池を第１の電流値で定電流充電し、電池電圧が第１の電圧値に達したあとに、電流値をステップダウンさせながら、タイマーによって所定時間ずつ定電流充電する二次電池の充電方法が開示されている。この技術をLi-ion電池の充電装置に用いると、第１の電圧値を規定電圧に対して十分に低く設定しなければ、特許文献１の図７に示されているように、電池電圧が徐々に増加して規定電圧を越えてしまうおそれがある。そのため、セルの電圧が規定電圧を越えないことを確実にするためには、定電流充電を終了する第１の電圧値を低めに設定することや、別途充電電流を監視する回路が必要となるので、小さい回路規模で、十分に短い時間で満充電とすることや、充電容量を最大限利用することは困難であった。
本発明は、例えば、Li-ion電池の充電に際して、充電電圧を下げずに最大限の充電容量を得ることができるとともに、充電時間も短くできる安全な充電装置の提供を目的としてなされたものである。Li-ion電池以外の二次電池の充電も適用対象であることはいうまでもない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の請求項１に係る充電装置は、
電源から供給される直流電流を制御して充電対象の二次電池に充電する充電装置であり、
前記電源と前記二次電池の間に介在して、電流制御信号に基づいた充電電流を前記二次電池に供給する充電回路と、
前記充電回路によって前記二次電池に供給される充電電流を検出する検出回路と、
前記二次電池の少なくとも１つのセルの端子電圧が所定の設定電圧になったときにアラーム信号を出力し、前記二次電池の全てのセルの端子電圧が設定電圧未満になったときに前記アラーム信号を解除するアラーム回路と、
前記アラーム信号が入力されるまでは、前記充電回路における充電電流を所定の一定電流とする電流制御信号を出力し、
前記アラーム信号が入力されている状態では、前記充電回路における充電電流を所定の下限電流とする電流制御信号を出力し、
前記アラーム信号が解除されると、前記充電回路における充電電流を、前記所定の下限電流から漸増させる電流制御信号を出力する制御信号生成回路と、
前記検出回路で検出した充電電流が、前記電流制御信号に基づいた電流に一致するように前記充電回路を制御するための充電制御信号を出力する制御回路と
を備えていることを特徴とするものである。
【０００７】
請求項２の発明は、アラーム回路が二次電池に付設されている場合の構成であり、
少なくとも１つのセルで構成された二次電池を充電対象とする充電装置であり、少なくとも１つのセルの端子電圧が所定の設定電圧になったときにアラーム信号を出力し、前記二次電池の全てのセルの端子電圧が設定電圧未満になったときに前記アラーム信号を解除するアラーム回路が付加されている二次電池に対して、電源から供給される直流電流を制御して充電する充電装置において、
前記電源と前記二次電池の間に介在して、電流制御信号に基づいた充電電流を前記二次電池に供給する充電回路と、
前記充電回路によって前記二次電池に供給される充電電流を検出する検出回路と、
前記アラーム信号が入力されるまでは、前記充電回路における充電電流を所定の一定電流とする電流制御信号を出力し、
前記アラーム信号が入力されている状態では、前記充電回路における充電電流を所定の下限電流とする電流制御信号を出力し、
前記アラーム信号が解除されると、前記充電回路における充電電流を、前記所定の下限電流から漸増させる電流制御信号を出力する制御信号生成回路と、
前記検出回路で検出した充電電流が、前記電流制御信号に基づいた電流に一致するように前記充電回路を制御するための充電制御信号を出力する制御回路と
を備えている。
【０００８】
請求項３では、
前記制御信号生成回路は、
所定の電圧が印加された第１抵抗と第２抵抗との直列回路と、
前記第２抵抗に並列接続されたコンデンサと、
前記コンデンサに並列接続された開閉手段とを備え、
前記アラーム信号が入力されたときには前記開閉手段を閉じ、
前記アラーム信号が入力されない状態、および、解除されたときには前記開閉手段を開くように制御され、
前記コンデンサの端子電圧を前記電流制御信号として出力するように構成されている。
【０００９】
請求項４では、
前記開閉手段は、
コレクタが第３の抵抗を介して前記コンデンサの一端に接続され、エミッタが前記コンデンサの他端に接続されたトランジスタを含み、
前記トランジスタのベースには前記アラーム信号が入力されるように構成されている。
請求項５では、
前記充電電流が、所定の基準時間以上の間、継続して所定の基準電流値以下の状態のときに、満充電状態を検出し、前記充電回路における充電電流をゼロとする電流制御信号を出力する満充電検出回路を備えている。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に係る発明では、
二次電池の電圧が上昇してアラーム信号が入力されるまでは、前記充電回路における充電電流を一定電流として定電流充電を行うので、短時間で充電することができる。
前記アラーム信号が入力されると、前記充電回路における充電電流を所定の下限電流として、前記アラーム信号が解除されてからは、前記充電回路における充電電流を前記所定の下限電流から漸増させて充電して、二次電池の電圧が上昇してアラーム信号が入力されるとまた、前記充電回路における充電電流を所定の下限電流とするという過程を繰り返して充電するので、二次電池の電圧が、設定電圧を越えることを防止できる。したがって、充電電圧を下げずに最大限の充電容量を得ることができるとともに、充電時間も短くでき、安全な充電を行うことができる。
請求項２では、アラーム回路が付設された二次電池を対象とするので、充電装置の構成を簡略化することができる。
請求項３では、
前記制御信号生成回路は、第１抵抗を介して電圧が供給されるコンデンサを備え、前記コンデンサの端子電圧を前記電流制御信号として出力するように構成されているので、簡単な回路で漸増する充電電流検出信号を生成することができる。
請求項４では、
前記コンデンサの両端に、第３抵抗を介してトランジスタが接続され、前記トランジスタを前記アラーム信号でオンオフ制御するように構成されているので、前記制御信号生成回路を簡単な回路で構成することができる。
請求項５では、
前記充電電流が、所定の基準時間以上の間、継続して所定の基準電流値以下の状態のときに、満充電状態を検出して充電を完了するので、確実に充電を終了させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る充電装置の実施例１を示したブロック図である。
【図２】前記充電装置における制御信号生成回路の概念説明図である。
【図３】前記充電装置における制御信号生成回路の詳細説明図である。
【図４】前記充電装置の詳細ブロック図である。
【図５】前記充電装置における各信号の変化を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明に係る充電装置を実施するための形態を、図面を参照して説明する。
図１において、
１は本発明に係る充電装置であり、電源Ｐから供給される直流電流を制御して充電対象の二次電池Ｂに充電する。
前記二次電池Ｂは少なくとも１つのセルから構成されており、少なくとも１つのセルの端子電圧が所定の設定電圧になるとアラーム信号ＡＬを出力し、前記二次電池Ｂの全てのセルの端子電圧が設定電圧未満になった状態でアラーム信号ＡＬを解除するアラーム回路４が、前記二次電池Ｂと一体に付設されている。
【００１３】
前記充電装置１は、
前記電源Ｐと前記二次電池Ｂの間に介在して、充電制御信号Ｓ１に基づいた充電電流Ｉを前記二次電池Ｂに供給する充電回路２と、
前記充電回路２によって前記二次電池Ｂに充電される充電電流Ｉを検出して充電電流検出信号Ｓ２として出力する検出回路３と、
前記アラーム信号ＡＬが入力されるまでは、前記充電回路２における充電電流Ｉを一定電流とする電流制御信号Ｓ３を出力し、前記アラーム信号ＡＬが入力されている状態では、前記充電回路２における充電電流Ｉを所定の下限電流とする電流制御信号Ｓ３を出力し、前記アラーム信号ＡＬが解除されると、前記充電回路２における充電電流Ｉを前記所定の下限電流から漸増させる電流制御信号Ｓ３を出力する制御信号生成回路５と、
前記検出回路３から出力される前記充電電流検出信号Ｓ２と、前記制御信号生成回路５から出力される電流制御信号Ｓ３とを比較して、前記充電電流Ｉが、前記電流制御信号Ｓ３に基づいた電流になるように前記充電制御信号Ｓ１を出力する制御回路６と
を備えている。
【００１４】
前記制御信号生成回路５は、図２に示したように、
前記電流制御信号Ｓ３を前記アラーム信号ＡＬの状態に基づいて、以下のように切り替えて出力する機能を備えたものである。
すなわち、前記制御信号生成回路５は、
前記アラーム信号ＡＬが入力されるまでは、前記充電回路２における充電電流Ｉを一定電流とする電流制御信号Ｓ３を出力し、
前記アラーム信号ＡＬが入力されている状態では、前記充電回路２における充電電流Ｉを所定の下限電流（電流０の場合を含む。）とする電流制御信号Ｓ３を出力し、
前記アラーム信号ＡＬが解除されると、前記充電回路２における充電電流Ｉを前記所定の下限電流から漸増させる電流制御信号Ｓ３を出力するものである。
なお、充電開始の時点では、二次電池のＢの状態に応じて適切な予備充電を行ったあと、前記アラーム信号ＡＬが入力されるまでは、前記一定電流による定電流充電を行う。
【００１５】
なお、前記アラーム回路４は、セルの端子電圧が規定電圧を瞬時も越えないように、また、できるだけ短時間で満充電とするために、電池前記二次電池Ｂの少なくとも１つのセルの端子電圧が所定の設定電圧になると、遅れることなく直ちにアラーム信号ＡＬを出力し、前記二次電池Ｂの全てのセルの端子電圧が設定電圧未満になると、遅れることなく直ちにアラーム信号ＡＬを解除する必要がある。すなわち、アラーム信号の出力／解除のタイミングが遅れないように、ヒステリシス特性を持たせない必要がある。
【実施例１】
【００１６】
以下に、本発明に係る充電装置の実施例１を、図１〜３を参照して説明する。
実施例１は、充電対象の二次電池をリチウムイオン二次電池（以下、単に「Li-ion電池」と表記する。）とする充電装置である。
Li-ion電池に関しては、電気用品安全法に基づいて、１セルの端子電圧が所定の規定電圧を越えないように、１セル単位で厳密な電池電圧の管理が求められている。したがって、アラーム回路４がアラーム信号ＡＬを出力する設定電圧は、前記規定電圧を越えないように、前記規定電圧未満の値に設定されている。
本実施例１において、充電対象とするLi-ion電池Ｂは２セル以上の複数のセルで構成されており、さらに、アラーム回路４も一体的に付設されている。したがって、実施例１の充電装置１はアラーム回路４は備えていない。
【００１７】
前記Li-ion電池Ｂに付設されているアラーム回路４は、
少なくとも何れか１つのセルの端子電圧が前記規定電圧未満の所定の設定電圧になるとアラーム信号ＡＬを出力し、全てのセルの端子電圧が前記設定電圧未満になった状態でアラーム信号ＡＬを解除するように構成されている。
実施例１において、充電回路２、検出回路３、制御信号生成回路５、制御回路６は前述した通りであるので、その説明は省略する。
【００１８】
図１において、
７は、使用者が充電開始を指示するための充電開始スイッチであり、この充電開始スイッチ７がオンされると、制御回路６は、必要に応じて予備充電を行い、そのあと、前記制御信号生成回路５から出力される電流制御信号Ｓ３に基づいて定電流充電を開始する。
【００１９】
８は、満充電状態を検出したときに、満充電検出信号Ｓ４を前記制御回路６へ出力して、充電電流を０として充電を終了するように制御する満充電検出回路である。
前記充電電流検出信号Ｓ２が、所定時間以上継続して、所定の基準電流値以下であるときに、前記満充電状態を検出するように構成されている。
【００２０】
なお、前記制御信号生成回路５においては、
定電流充電における一定電流値を設定する定電流設定機能、
下限電流を０もしくは０に近い電流値に設定する下限電流設定機能、および
充電電流を漸増させる特性を設定する漸増電流設定機能を備えている。
【００２１】
以下に、実施例１における前記制御信号生成回路５のより具体的な構成を図３に基づいて説明する。
図３の（Ａ）において、
５１は安定して正確な基準電圧Vrefを生成する基準電圧生成回路である。
前記基準電圧Vrefとアースとの間には、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２との直接回路を備え、さらに、前記第２抵抗Ｒ２に並列接続されたコンデンサＣと、前記コンデンサＣに並列接続された開閉手段５２とを備えている。
前記開閉手段５２は、前記アラーム信号ＡＬが入力されたときには閉じ、前記アラーム信号ＡＬが入力されない状態、および、解除されたときには前記開閉手段５２を開くように構成されている。
前記コンデンサＣの端子電圧を前記電流制御信号Ｓ３として出力するように構成されている。
図３の（Ｂ）は、前記開閉手段５２が閉じた状態を説明する図であり、
図３の（Ｃ）は、前記開閉手段５２が開いた状態を説明する図である。
【００２２】
前記開閉手段５２が閉じた状態では、図３の（Ｂ）に示したように、前記第３抵抗Ｒ３はアースされることになるので、前記基準電圧Vrefは、前記第１抵抗Ｒ１と、第２抵抗Ｒ２と第３抵抗Ｒ３との並列抵抗（合成抵抗値＝Ｒ２・Ｒ３／（Ｒ２＋Ｒ３））の分圧比で分圧されて前記コンデンサＣに印加される。
したがって、前記第３抵抗Ｒ３の抵抗値を十分に低くすると、前記コンデンサＣに印加される電圧は十分に低い電圧となり、前記電流制御信号Ｓ３は充電電流Ｉを下限電流とすることができる。
また、前記コンデンサＣの両端は、前記第２抵抗Ｒ２と前記第３抵抗Ｒ３との並列抵抗で短絡されることになるので、前記第３抵抗Ｒ３の抵抗値を十分に低くすると、前記アラーム信号ＡＬが入力された直後には前記コンデンサＣに蓄積された電荷が放電され、前記アラーム信号ＡＬが解除されたときには、後述するように、前記コンデンサＣの端子電圧は下限値から漸増する。
【００２３】
前記開閉手段５２が開いた状態では、図３の（Ｃ）に示したように、前記基準電圧は、前記第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２との分圧比で分圧されて前記コンデンサＣに印加される。
したがって、前記開閉手段５２が閉じた状態から開いた状態に変化した直後は、第１抵抗Ｒ１とコンデンサＣとによって時定数回路が構成され、前記コンデンサＣの端子電圧、すなわち、前記電流制御信号Ｓ３は、前記時定数回路で規定される漸増特性に基づいて漸増する。第１抵抗Ｒ１とコンデンサＣの値は、前記コンデンサＣの端子電圧に基づいた電流制御信号Ｓ３が、所定の漸増特性で漸増するように設定されている。
【００２４】
前記コンデンサＣの端子電圧が前記分圧された電圧に到達したあとは、前記コンデンサＣの端子電圧、すなわち、前記電流制御信号Ｓ３は一定の状態で持続する。
前記第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２との分圧比は、前記分圧された電圧に基づいた電流制御信号Ｓ３が、前記定電流充電における電流値を所定の電流値とするように設定されている。
【００２５】
図４は、前記実施例１の詳細な回路を示したものである。
図４において、
充電回路２は、充電電流を制御するための第１トランジスタ２１と、逆流防止ダイオード２２とを備えている。
検出回路３は、前記充電電流による電圧降下を検出するための低抵抗３１と、前記低抵抗３１の両端の電圧を検出して充電電流検出信号Ｓ２として出力するアンプ３２とを備えている。
制御信号生成回路５は、
図３における開閉手段５２に代わる開閉手段としての第２トランジスタＱ２と、
Li-ion電池Ｂに付設されたアラーム回路４から出力されるアラーム信号ＡＬを２値化するためのリセット回路５５と、
前記リセット回路５５の出力の極性を前記第２トランジスタＱ２の入力に適合させるための論理反転回路を構成する第３トランジスタＱ３と、
図３と同様の抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，コンデンサＣを備えている。
【００２６】
前記制御回路６は、前記充電電流検出信号Ｓ２と前記充電電流制御信号Ｓ３とが入力され、充電制御信号Ｓ１を出力する比較増幅器６１と、充電制御信号出力回路６２とを備えている。
前記充電制御信号出力回路６２には、前記充電制御信号Ｓ１、満充電検出信号Ｓ４、充電開始信号Ｓ５が入力され、前記充電回路２に対する前記充電制御信号Ｓ１を出力するとともに、前記満充電検出信号Ｓ４に基づいて充電電流を０とし、前記充電開始信号Ｓ５に基づいて充電開始するように構成されている。
【００２７】
次に、上記実施例１の充電装置における、Li-ion電池に対する充電過程を、図５を参照して説明する。
図５の（Ａ）は、前記Li-ion電池Ｂに印加される充電電圧の変化を示したものであり、
図５の（Ｂ）は、前記Li-ion電池Ｂに供給される充電電流の変化を示したものであり、
図５の（Ｃ）は、前記Li-ion電池Ｂのアラーム回路４から出力されるアラーム信号ＡＬの状態を示したものである。
【００２８】
充電開始スイッチ７がオンされると、充電開始回路７１においては、Li-ion電池Ｂのセット状態、Li-ion電池Ｂの端子電圧、電源の状態等の充電開始条件をチェックして、これらの充電開始条件が全て満足した場合に、充電開始信号Ｓ５を出力して充電を開始する。
充電初期では、予備充電を行い、その後、定電流充電に移行する。この場合には、図５の（Ａ）に示したように、前記Li-ion電池Ｂの電圧は低いため、アラーム信号ＡＬは出力されていないので、前記制御信号生成回路５からは、充電電流を所定の一定電流（たとえば、1A）とするための電流制御信号Ｓ３が出力される。
図５の（Ｂ）に示した過程１のように、一定電流による定電流充電が進行することにより、図５の（Ａ）に示した過程１のように、Li-ion電池Ｂの電圧は漸増する。この状態では、図５の（Ｃ）の過程１に示したように、アラーム信号ＡＬは出力されていない。
【００２９】
図５の（Ａ）の過程２に示したように、Li-ion電池Ｂのセルの電圧が設定電圧になると、図５の（Ｃ）の過程２に示したように、アラーム回路４からアラーム信号ＡＬが出力される。この場合のアラーム信号ＡＬは、ローレベルのときに、セルの電圧が設定電圧になったことを示し、ハイレベルのときに、セルの電圧が設定電圧未満であることを示す仕様となっている。これに加え、規定の環境温度（例えば、45°Ｃ）以上において設定電圧（例えば、4.25Ｖ／セルより低い電圧）に達した時は、ハイレベル×1/2レベルのアラーム信号ＡＬが出力される。
【００３０】
アラーム信号ＡＬが出力されると、
図３の開閉手段５２は閉じられ、図４のトランジスタＱ２はオンとなるので、
制御信号生成回路５から出力される電流制御信号Ｓ３は、充電電流が所定の下限電流となるような電流制御信号Ｓ３となり、図５の（Ｂ）の過程２に示したように、充電電流Ｉは一端、所定の下限電流に制御される。
【００３１】
その後、図５の（Ａ）の過程３に示したように、Li-ion電池Ｂのセルの電圧が設定電圧未満に低下すると、図５の（Ｃ）の過程３に示したように、アラーム信号ＡＬは解除される。
出力されていたアラーム信号ＡＬが解除されると、
図３の開閉手段５２は開かれ、図４のトランジスタＱ２はオフとなるので、
制御信号生成回路５から出力される電流制御信号Ｓ３は、コンデンサＣの端子電圧の上昇に応じて漸増する電流制御信号Ｓ３となるので、図５の（Ｂ）の過程３に示したように、充電電流Ｉは漸増するように制御される。
【００３２】
ここで、再び、図５の（Ａ）の過程４に示したように、Li-ion電池Ｂのセルの電圧が設定電圧になると、図５の（Ｃ）の過程４に示したように、アラーム回路４からアラーム信号ＡＬが出力され、図５の（Ｂ）の過程２に示したように、充電電流Ｉは一端、所定の下限電流に制御される。
【００３３】
ここで、再び、図５の（Ａ）の過程５に示したように、Li-ion電池Ｂのセルの電圧が設定電圧未満になると、図５の（Ｃ）の過程５に示したように、アラーム信号ＡＬが解除され、図５の（Ｂ）の過程５に示したように、充電電流Ｉは漸増するように制御される。
【００３４】
以上のように、Li-ion電池Ｂの端子電圧が上昇して設定電圧に到達するたびに、アラーム信号ＡＬが出力されて、充電電流が一端、下限電流に下げられ、そのあと、Li-ion電池Ｂの端子電圧が設定電圧未満に下がると、アラーム信号ＡＬが解除されて、漸増する充電電流で充電される。という過程が、満充電状態が検出されるまで繰り返される。
【００３５】
なお、前記充電電流Ｉが、所定時間（たとえば、180msec）以上継続して、所定の基準電流値流（たとえば、33mA）以下であるときに満充電を検出する。
【００３６】
以上のようにして、本発明に係る充電装置によれば、
各セルの端子電圧を常に監視して、各セルの何れか、または、全てが設定電圧に達すると充電電流を下限電流に下げて、全てのセルの電圧が設定電圧未満になると、充電電流を下限電流から緩やかに上昇させるような漸増電流によって充電することを繰り返すので、従来の定電流によるパルス充電方式のようにセルの電圧が設定電圧を越える危険を完全に防止することができる。
また、環境温度によって満充電電圧を変えたいときにおいても、アラーム信号ＡＬに対し、リセット回路５５で２値化を行い、充電電流の制御を行うので、環境温度に適した充電電圧の設定が可能となる。したがって、前記設定電圧を、規定電圧ぎりぎりの高い電圧に設定することができるので、Li-ion電池の容量を最大限利用することができる。
また、定電流充電を行っているため定電圧充電に比べて充電時間を短縮することができる。
【００３７】
なお、前記制御信号生成回路５は、実施例１で示したように、ＲＣ直列回路による時定数回路を用いて漸増する充電電流制御信号Ｓ３を生成して出力するように構成したが、漸増する充電電流制御信号Ｓ３を生成して出力するものであれば、ＲＣ直列回路による時定数回路に限定されるものでないことは当然である。
たとえば、種々の波形生成回路を用いることができ、アナログ回路に限らず、デジタル回路もしくはソフトウエアによって漸増する充電電流制御信号Ｓ３を生成して出力してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明にかかる充電装置は、Li-ion電池に限らず、種々の二次電池を対象とする充電装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００３９】
Ｂ 二次電池、Li-ion電池
Ｐ 電源
１ 充電装置
２ 充電回路
３ 検出回路
４ アラーム回路
５ 制御信号生成回路
５２ 開閉手段
Ｑ２ 第２トランジスタ
Ｒ１ 第１抵抗
Ｒ２ 第２抵抗
Ｒ３ 第３抵抗
Ｃ コンデンサ
６ 制御回路
Ｉ 充電電流
Ｓ１ 充電制御信号
Ｓ２ 充電電流検出信号
Ｓ３ 電流制御信号
Ｓ４ 満充電検出信号
Ｓ５ 充電開始信号
ＡＬ アラーム信号
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン二次電池等の二次電池を充電する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池（以下、単に「Li-ion電池」という。）の充電方法は、大きくは、定電流／定電圧方式とパルス充電方式の２種類に分けることができる。
定電流／定電圧方式は、電池の端子電圧が一定の電圧になるまで定電流充電を行い、一定の電圧に達したところで定電圧充電に切り替えて、満充電状態となるまで定電圧充電を行う方式である。
パルス充電方式は、電池の端子電圧が一定の電圧になるまで定電流充電を行い、一定の電圧に達したところでパルス状の定電流で充電する方式が一般的である。
定電流／定電圧充電方式は、電池へのダメージが小さいものの、充電時間が長いという欠点がある。
パルス充電方式は、短時間で充電が可能なものの、充電方式が定電流方式であることから、一時的には過電圧状態となってしまうため、リチウム金属の析出により発火等が発生する危険がある。
【０００３】
日本国内では、電気用品安全法（ＰＳＥ法）の規定に対応する必要があり、Li-ion電池においては、１セル単位で厳格な電池電圧（4.25Ｖ／セル以下）の管理が求められるようになっている。２セルのLi-ion電池の充電制御においては、以上のような厳密な充電制御が困難であることから、充電容量が減少するというデメリットがありながら、充電電圧を低めに制御して、ＰＳＥ法の規定する電池電圧のしきい値（4.25Ｖ／セル）を越えないようにしている。若しくは、１セル単位で充電を監視する必要があり、この場合、充電回路の規模が大きくなるデメリットが発生する。前記しきい値を以下においては、規定電圧と表記する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３４１６９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１には、二次電池を第１の電流値で定電流充電し、電池電圧が第１の電圧値に達したあとに、電流値をステップダウンさせながら、タイマーによって所定時間ずつ定電流充電する二次電池の充電方法が開示されている。この技術をLi-ion電池の充電装置に用いると、第１の電圧値を規定電圧に対して十分に低く設定しなければ、特許文献１の図７に示されているように、電池電圧が徐々に増加して規定電圧を越えてしまうおそれがある。そのため、セルの電圧が規定電圧を越えないことを確実にするためには、定電流充電を終了する第１の電圧値を低めに設定することや、別途充電電流を監視する回路が必要となるので、小さい回路規模で、十分に短い時間で満充電とすることや、充電容量を最大限利用することは困難であった。
本発明は、例えば、Li-ion電池の充電に際して、充電電圧を下げずに最大限の充電容量を得ることができるとともに、充電時間も短くできる安全な充電装置の提供を目的としてなされたものである。Li-ion電池以外の二次電池の充電も適用対象であることはいうまでもない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の請求項１に係る充電装置は、
電源から供給される直流電流を制御して充電対象の二次電池に充電する充電装置であり、
前記電源と前記二次電池の間に介在して、電流制御信号に基づいた充電電流を前記二次電池に供給する充電回路と、
前記充電回路によって前記二次電池に供給される充電電流を検出する検出回路と、
前記二次電池の少なくとも１つのセルの端子電圧が所定の設定電圧になったときにアラーム信号を出力し、前記二次電池の全てのセルの端子電圧が設定電圧未満になったときに前記アラーム信号を解除するアラーム回路と、
前記アラーム信号が入力されるまでは、前記充電回路における充電電流を所定の一定電流とする電流制御信号を出力し、
前記アラーム信号が入力されている状態では、前記充電回路における充電電流を所定の下限電流とする電流制御信号を出力し、
前記アラーム信号が解除されると、前記充電回路における充電電流を、前記所定の下限電流から漸増させる電流制御信号を出力する制御信号生成回路と、
前記検出回路で検出した充電電流が、前記電流制御信号に基づいた電流に一致するように前記充電回路を制御するための充電制御信号を出力する制御回路と
を備えていることを特徴とするものである。
【０００７】
請求項２の発明は、アラーム回路が二次電池に付設されている場合の構成であり、
少なくとも１つのセルで構成された二次電池を充電対象とする充電装置であり、少なくとも１つのセルの端子電圧が所定の設定電圧になったときにアラーム信号を出力し、前記二次電池の全てのセルの端子電圧が設定電圧未満になったときに前記アラーム信号を解除するアラーム回路が付加されている二次電池に対して、電源から供給される直流電流を制御して充電する充電装置において、
前記電源と前記二次電池の間に介在して、電流制御信号に基づいた充電電流を前記二次電池に供給する充電回路と、
前記充電回路によって前記二次電池に供給される充電電流を検出する検出回路と、
前記アラーム信号が入力されるまでは、前記充電回路における充電電流を所定の一定電流とする電流制御信号を出力し、
前記アラーム信号が入力されている状態では、前記充電回路における充電電流を所定の下限電流とする電流制御信号を出力し、
前記アラーム信号が解除されると、前記充電回路における充電電流を、前記所定の下限電流から漸増させる電流制御信号を出力する制御信号生成回路と、
前記検出回路で検出した充電電流が、前記電流制御信号に基づいた電流に一致するように前記充電回路を制御するための充電制御信号を出力する制御回路と
を備えている。
【０００８】
請求項３では、
前記制御信号生成回路は、
所定の電圧が印加された第１抵抗と第２抵抗との直列回路と、
前記第２抵抗に並列接続されたコンデンサと、
前記コンデンサに並列接続された開閉手段とを備え、
前記アラーム信号が入力されたときには前記開閉手段を閉じ、
前記アラーム信号が入力されない状態、および、解除されたときには前記開閉手段を開くように制御され、
前記コンデンサの端子電圧を前記電流制御信号として出力するように構成されている。
【０００９】
請求項４では、
前記開閉手段は、
コレクタが第３の抵抗を介して前記コンデンサの一端に接続され、エミッタが前記コンデンサの他端に接続されたトランジスタを含み、
前記トランジスタのベースには前記アラーム信号が入力されるように構成されている。
請求項５では、
前記充電電流が、所定の基準時間以上の間、継続して所定の基準電流値以下の状態のときに、満充電状態を検出し、前記充電回路における充電電流をゼロとする電流制御信号を出力する満充電検出回路を備えている。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に係る発明では、
二次電池の電圧が上昇してアラーム信号が入力されるまでは、前記充電回路における充電電流を一定電流として定電流充電を行うので、短時間で充電することができる。
前記アラーム信号が入力されると、前記充電回路における充電電流を所定の下限電流として、前記アラーム信号が解除されてからは、前記充電回路における充電電流を前記所定の下限電流から漸増させて充電して、二次電池の電圧が上昇してアラーム信号が入力されるとまた、前記充電回路における充電電流を所定の下限電流とするという過程を繰り返して充電するので、二次電池の電圧が、設定電圧を越えることを防止できる。したがって、充電電圧を下げずに最大限の充電容量を得ることができるとともに、充電時間も短くでき、安全な充電を行うことができる。
請求項２では、アラーム回路が付設された二次電池を対象とするので、充電装置の構成を簡略化することができる。
請求項３では、
前記制御信号生成回路は、第１抵抗を介して電圧が供給されるコンデンサを備え、前記コンデンサの端子電圧を前記電流制御信号として出力するように構成されているので、簡単な回路で漸増する充電電流検出信号を生成することができる。
請求項４では、
前記コンデンサの両端に、第３抵抗を介してトランジスタが接続され、前記トランジスタを前記アラーム信号でオンオフ制御するように構成されているので、前記制御信号生成回路を簡単な回路で構成することができる。
請求項５では、
前記充電電流が、所定の基準時間以上の間、継続して所定の基準電流値以下の状態のときに、満充電状態を検出して充電を完了するので、確実に充電を終了させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る充電装置の実施例１を示したブロック図である。
【図２】前記充電装置における制御信号生成回路の概念説明図である。
【図３】前記充電装置における制御信号生成回路の詳細説明図である。
【図４】前記充電装置の詳細ブロック図である。
【図５】前記充電装置における各信号の変化を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明に係る充電装置を実施するための形態を、図面を参照して説明する。
図１において、
１は本発明に係る充電装置であり、電源Ｐから供給される直流電流を制御して充電対象の二次電池Ｂに充電する。
前記二次電池Ｂは少なくとも１つのセルから構成されており、少なくとも１つのセルの端子電圧が所定の設定電圧になるとアラーム信号ＡＬを出力し、前記二次電池Ｂの全てのセルの端子電圧が設定電圧未満になった状態でアラーム信号ＡＬを解除するアラーム回路４が、前記二次電池Ｂと一体に付設されている。
【００１３】
前記充電装置１は、
前記電源Ｐと前記二次電池Ｂの間に介在して、充電制御信号Ｓ１に基づいた充電電流Ｉを前記二次電池Ｂに供給する充電回路２と、
前記充電回路２によって前記二次電池Ｂに充電される充電電流Ｉを検出して充電電流検出信号Ｓ２として出力する検出回路３と、
前記アラーム信号ＡＬが入力されるまでは、前記充電回路２における充電電流Ｉを一定電流とする電流制御信号Ｓ３を出力し、前記アラーム信号ＡＬが入力されている状態では、前記充電回路２における充電電流Ｉを所定の下限電流とする電流制御信号Ｓ３を出力し、前記アラーム信号ＡＬが解除されると、前記充電回路２における充電電流Ｉを前記所定の下限電流から漸増させる電流制御信号Ｓ３を出力する制御信号生成回路５と、
前記検出回路３から出力される前記充電電流検出信号Ｓ２と、前記制御信号生成回路５から出力される電流制御信号Ｓ３とを比較して、前記充電電流Ｉが、前記電流制御信号Ｓ３に基づいた電流になるように前記充電制御信号Ｓ１を出力する制御回路６と
を備えている。
【００１４】
前記制御信号生成回路５は、図２に示したように、
前記電流制御信号Ｓ３を前記アラーム信号ＡＬの状態に基づいて、以下のように切り替えて出力する機能を備えたものである。
すなわち、前記制御信号生成回路５は、
前記アラーム信号ＡＬが入力されるまでは、前記充電回路２における充電電流Ｉを一定電流とする電流制御信号Ｓ３を出力し、
前記アラーム信号ＡＬが入力されている状態では、前記充電回路２における充電電流Ｉを所定の下限電流（電流０の場合を含む。）とする電流制御信号Ｓ３を出力し、
前記アラーム信号ＡＬが解除されると、前記充電回路２における充電電流Ｉを前記所定の下限電流から漸増させる電流制御信号Ｓ３を出力するものである。
なお、充電開始の時点では、二次電池のＢの状態に応じて適切な予備充電を行ったあと、前記アラーム信号ＡＬが入力されるまでは、前記一定電流による定電流充電を行う。
【００１５】
なお、前記アラーム回路４は、セルの端子電圧が規定電圧を瞬時も越えないように、また、できるだけ短時間で満充電とするために、電池前記二次電池Ｂの少なくとも１つのセルの端子電圧が所定の設定電圧になると、遅れることなく直ちにアラーム信号ＡＬを出力し、前記二次電池Ｂの全てのセルの端子電圧が設定電圧未満になると、遅れることなく直ちにアラーム信号ＡＬを解除する必要がある。すなわち、アラーム信号の出力／解除のタイミングが遅れないように、ヒステリシス特性を持たせない必要がある。
【実施例１】
【００１６】
以下に、本発明に係る充電装置の実施例１を、図１〜３を参照して説明する。
実施例１は、充電対象の二次電池をリチウムイオン二次電池（以下、単に「Li-ion電池」と表記する。）とする充電装置である。
Li-ion電池に関しては、電気用品安全法に基づいて、１セルの端子電圧が所定の規定電圧を越えないように、１セル単位で厳密な電池電圧の管理が求められている。したがって、アラーム回路４がアラーム信号ＡＬを出力する設定電圧は、前記規定電圧を越えないように、前記規定電圧未満の値に設定されている。
本実施例１において、充電対象とするLi-ion電池Ｂは２セル以上の複数のセルで構成されており、さらに、アラーム回路４も一体的に付設されている。したがって、実施例１の充電装置１はアラーム回路４は備えていない。
【００１７】
前記Li-ion電池Ｂに付設されているアラーム回路４は、
少なくとも何れか１つのセルの端子電圧が前記規定電圧未満の所定の設定電圧になるとアラーム信号ＡＬを出力し、全てのセルの端子電圧が前記設定電圧未満になった状態でアラーム信号ＡＬを解除するように構成されている。
実施例１において、充電回路２、検出回路３、制御信号生成回路５、制御回路６は前述した通りであるので、その説明は省略する。
【００１８】
図１において、
７は、使用者が充電開始を指示するための充電開始スイッチであり、この充電開始スイッチ７がオンされると、制御回路６は、必要に応じて予備充電を行い、そのあと、前記制御信号生成回路５から出力される電流制御信号Ｓ３に基づいて定電流充電を開始する。
【００１９】
８は、満充電状態を検出したときに、満充電検出信号Ｓ４を前記制御回路６へ出力して、充電電流を０として充電を終了するように制御する満充電検出回路である。
前記充電電流検出信号Ｓ２が、所定時間以上継続して、所定の基準電流値以下であるときに、前記満充電状態を検出するように構成されている。
【００２０】
なお、前記制御信号生成回路５においては、
定電流充電における一定電流値を設定する定電流設定機能、
下限電流を０もしくは０に近い電流値に設定する下限電流設定機能、および
充電電流を漸増させる特性を設定する漸増電流設定機能を備えている。
【００２１】
以下に、実施例１における前記制御信号生成回路５のより具体的な構成を図３に基づいて説明する。
図３の（Ａ）において、
５１は安定して正確な基準電圧Vrefを生成する基準電圧生成回路である。
前記基準電圧Vrefとアースとの間には、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２との直接回路を備え、さらに、前記第２抵抗Ｒ２に並列接続されたコンデンサＣと、前記コンデンサＣに並列接続された開閉手段５２とを備えている。
前記開閉手段５２は、前記アラーム信号ＡＬが入力されたときには閉じ、前記アラーム信号ＡＬが入力されない状態、および、解除されたときには前記開閉手段５２を開くように構成されている。
前記コンデンサＣの端子電圧を前記電流制御信号Ｓ３として出力するように構成されている。
図３の（Ｂ）は、前記開閉手段５２が閉じた状態を説明する図であり、
図３の（Ｃ）は、前記開閉手段５２が開いた状態を説明する図である。
【００２２】
前記開閉手段５２が閉じた状態では、図３の（Ｂ）に示したように、前記第３抵抗Ｒ３はアースされることになるので、前記基準電圧Vrefは、前記第１抵抗Ｒ１と、第２抵抗Ｒ２と第３抵抗Ｒ３との並列抵抗（合成抵抗値＝Ｒ２・Ｒ３／（Ｒ２＋Ｒ３））の分圧比で分圧されて前記コンデンサＣに印加される。
したがって、前記第３抵抗Ｒ３の抵抗値を十分に低くすると、前記コンデンサＣに印加される電圧は十分に低い電圧となり、前記電流制御信号Ｓ３は充電電流Ｉを下限電流とすることができる。
また、前記コンデンサＣの両端は、前記第２抵抗Ｒ２と前記第３抵抗Ｒ３との並列抵抗で短絡されることになるので、前記第３抵抗Ｒ３の抵抗値を十分に低くすると、前記アラーム信号ＡＬが入力された直後には前記コンデンサＣに蓄積された電荷が放電され、前記アラーム信号ＡＬが解除されたときには、後述するように、前記コンデンサＣの端子電圧は下限値から漸増する。
【００２３】
前記開閉手段５２が開いた状態では、図３の（Ｃ）に示したように、前記基準電圧は、前記第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２との分圧比で分圧されて前記コンデンサＣに印加される。
したがって、前記開閉手段５２が閉じた状態から開いた状態に変化した直後は、第１抵抗Ｒ１とコンデンサＣとによって時定数回路が構成され、前記コンデンサＣの端子電圧、すなわち、前記電流制御信号Ｓ３は、前記時定数回路で規定される漸増特性に基づいて漸増する。第１抵抗Ｒ１とコンデンサＣの値は、前記コンデンサＣの端子電圧に基づいた電流制御信号Ｓ３が、所定の漸増特性で漸増するように設定されている。
【００２４】
前記コンデンサＣの端子電圧が前記分圧された電圧に到達したあとは、前記コンデンサＣの端子電圧、すなわち、前記電流制御信号Ｓ３は一定の状態で持続する。
前記第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２との分圧比は、前記分圧された電圧に基づいた電流制御信号Ｓ３が、前記定電流充電における電流値を所定の電流値とするように設定されている。
【００２５】
図４は、前記実施例１の詳細な回路を示したものである。
図４において、
充電回路２は、充電電流を制御するための第１トランジスタ２１と、逆流防止ダイオード２２とを備えている。
検出回路３は、前記充電電流による電圧降下を検出するための低抵抗３１と、前記低抵抗３１の両端の電圧を検出して充電電流検出信号Ｓ２として出力するアンプ３２とを備えている。
制御信号生成回路５は、
図３における開閉手段５２に代わる開閉手段としての第２トランジスタＱ２と、
Li-ion電池Ｂに付設されたアラーム回路４から出力されるアラーム信号ＡＬを２値化するためのリセット回路５５と、
前記リセット回路５５の出力の極性を前記第２トランジスタＱ２の入力に適合させるための論理反転回路を構成する第３トランジスタＱ３と、
図３と同様の抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，コンデンサＣを備えている。
【００２６】
前記制御回路６は、前記充電電流検出信号Ｓ２と前記充電電流制御信号Ｓ３とが入力され、充電制御信号Ｓ１を出力する比較増幅器６１と、充電制御信号出力回路６２とを備えている。
前記充電制御信号出力回路６２には、前記充電制御信号Ｓ１、満充電検出信号Ｓ４、充電開始信号Ｓ５が入力され、前記充電回路２に対する前記充電制御信号Ｓ１を出力するとともに、前記満充電検出信号Ｓ４に基づいて充電電流を０とし、前記充電開始信号Ｓ５に基づいて充電開始するように構成されている。
【００２７】
次に、上記実施例１の充電装置における、Li-ion電池に対する充電過程を、図５を参照して説明する。
図５の（Ａ）は、前記Li-ion電池Ｂに印加される充電電圧の変化を示したものであり、
図５の（Ｂ）は、前記Li-ion電池Ｂに供給される充電電流の変化を示したものであり、
図５の（Ｃ）は、前記Li-ion電池Ｂのアラーム回路４から出力されるアラーム信号ＡＬの状態を示したものである。
【００２８】
充電開始スイッチ７がオンされると、充電開始回路７１においては、Li-ion電池Ｂのセット状態、Li-ion電池Ｂの端子電圧、電源の状態等の充電開始条件をチェックして、これらの充電開始条件が全て満足した場合に、充電開始信号Ｓ５を出力して充電を開始する。
充電初期では、予備充電を行い、その後、定電流充電に移行する。この場合には、図５の（Ａ）に示したように、前記Li-ion電池Ｂの電圧は低いため、アラーム信号ＡＬは出力されていないので、前記制御信号生成回路５からは、充電電流を所定の一定電流（たとえば、1A）とするための電流制御信号Ｓ３が出力される。
図５の（Ｂ）に示した過程１のように、一定電流による定電流充電が進行することにより、図５の（Ａ）に示した過程１のように、Li-ion電池Ｂの電圧は漸増する。この状態では、図５の（Ｃ）の過程１に示したように、アラーム信号ＡＬは出力されていない。
【００２９】
図５の（Ａ）の過程２に示したように、Li-ion電池Ｂのセルの電圧が設定電圧になると、図５の（Ｃ）の過程２に示したように、アラーム回路４からアラーム信号ＡＬが出力される。この場合のアラーム信号ＡＬは、ローレベルのときに、セルの電圧が設定電圧になったことを示し、ハイレベルのときに、セルの電圧が設定電圧未満であることを示す仕様となっている。これに加え、規定の環境温度（例えば、45°Ｃ）以上において設定電圧（例えば、4.25Ｖ／セルより低い電圧）に達した時は、ハイレベル×1/2レベルのアラーム信号ＡＬが出力される。
【００３０】
アラーム信号ＡＬが出力されると、
図３の開閉手段５２は閉じられ、図４のトランジスタＱ２はオンとなるので、
制御信号生成回路５から出力される電流制御信号Ｓ３は、充電電流が所定の下限電流となるような電流制御信号Ｓ３となり、図５の（Ｂ）の過程２に示したように、充電電流Ｉは一端、所定の下限電流に制御される。
【００３１】
その後、図５の（Ａ）の過程３に示したように、Li-ion電池Ｂのセルの電圧が設定電圧未満に低下すると、図５の（Ｃ）の過程３に示したように、アラーム信号ＡＬは解除される。
出力されていたアラーム信号ＡＬが解除されると、
図３の開閉手段５２は開かれ、図４のトランジスタＱ２はオフとなるので、
制御信号生成回路５から出力される電流制御信号Ｓ３は、コンデンサＣの端子電圧の上昇に応じて漸増する電流制御信号Ｓ３となるので、図５の（Ｂ）の過程３に示したように、充電電流Ｉは漸増するように制御される。
【００３２】
ここで、再び、図５の（Ａ）の過程４に示したように、Li-ion電池Ｂのセルの電圧が設定電圧になると、図５の（Ｃ）の過程４に示したように、アラーム回路４からアラーム信号ＡＬが出力され、図５の（Ｂ）の過程２に示したように、充電電流Ｉは一端、所定の下限電流に制御される。
【００３３】
ここで、再び、図５の（Ａ）の過程５に示したように、Li-ion電池Ｂのセルの電圧が設定電圧未満になると、図５の（Ｃ）の過程５に示したように、アラーム信号ＡＬが解除され、図５の（Ｂ）の過程５に示したように、充電電流Ｉは漸増するように制御される。
【００３４】
以上のように、Li-ion電池Ｂの端子電圧が上昇して設定電圧に到達するたびに、アラーム信号ＡＬが出力されて、充電電流が一端、下限電流に下げられ、そのあと、Li-ion電池Ｂの端子電圧が設定電圧未満に下がると、アラーム信号ＡＬが解除されて、漸増する充電電流で充電される。という過程が、満充電状態が検出されるまで繰り返される。
【００３５】
なお、前記充電電流Ｉが、所定時間（たとえば、180msec）以上継続して、所定の基準電流値流（たとえば、33mA）以下であるときに満充電を検出する。
【００３６】
以上のようにして、本発明に係る充電装置によれば、
各セルの端子電圧を常に監視して、各セルの何れか、または、全てが設定電圧に達すると充電電流を下限電流に下げて、全てのセルの電圧が設定電圧未満になると、充電電流を下限電流から緩やかに上昇させるような漸増電流によって充電することを繰り返すので、従来の定電流によるパルス充電方式のようにセルの電圧が設定電圧を越える危険を完全に防止することができる。
また、環境温度によって満充電電圧を変えたいときにおいても、アラーム信号ＡＬに対し、リセット回路５５で２値化を行い、充電電流の制御を行うので、環境温度に適した充電電圧の設定が可能となる。したがって、前記設定電圧を、規定電圧ぎりぎりの高い電圧に設定することができるので、Li-ion電池の容量を最大限利用することができる。
また、定電流充電を行っているため定電圧充電に比べて充電時間を短縮することができる。
【００３７】
なお、前記制御信号生成回路５は、実施例１で示したように、ＲＣ直列回路による時定数回路を用いて漸増する充電電流制御信号Ｓ３を生成して出力するように構成したが、漸増する充電電流制御信号Ｓ３を生成して出力するものであれば、ＲＣ直列回路による時定数回路に限定されるものでないことは当然である。
たとえば、種々の波形生成回路を用いることができ、アナログ回路に限らず、デジタル回路もしくはソフトウエアによって漸増する充電電流制御信号Ｓ３を生成して出力してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明にかかる充電装置は、Li-ion電池に限らず、種々の二次電池を対象とする充電装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００３９】
Ｂ 二次電池、Li-ion電池
Ｐ 電源
１ 充電装置
２ 充電回路
３ 検出回路
４ アラーム回路
５ 制御信号生成回路
５２ 開閉手段
Ｑ２ 第２トランジスタ
Ｒ１ 第１抵抗
Ｒ２ 第２抵抗
Ｒ３ 第３抵抗
Ｃ コンデンサ
６ 制御回路
Ｉ 充電電流
Ｓ１ 充電制御信号
Ｓ２ 充電電流検出信号
Ｓ３ 電流制御信号
Ｓ４ 満充電検出信号
Ｓ５ 充電開始信号
ＡＬ アラーム信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源から供給される直流電流を制御して充電対象の二次電池に充電する充電装置であり、
前記電源と前記二次電池の間に介在して、電流制御信号に基づいた充電電流を前記二次電池に供給する充電回路と、
前記充電回路によって前記二次電池に供給される充電電流を検出する検出回路と、
前記二次電池の少なくとも１つのセルの端子電圧が所定の設定電圧になったときにアラーム信号を出力し、前記二次電池の全てのセルの端子電圧が設定電圧未満になったときに前記アラーム信号を解除するアラーム回路と、
前記アラーム信号が入力されるまでは、前記充電回路における充電電流を所定の一定電流とする電流制御信号を出力し、
前記アラーム信号が入力されている状態では、前記充電回路における充電電流を所定の下限電流とする電流制御信号を出力し、
前記アラーム信号が解除されると、前記充電回路における充電電流を、前記所定の下限電流から漸増させる電流制御信号を出力する制御信号生成回路と、
前記検出回路で検出した充電電流が、前記電流制御信号に基づいた電流に一致するように前記充電回路を制御するための充電制御信号を出力する制御回路と
を備えていることを特徴とする充電装置。
【請求項２】
少なくとも１つのセルで構成された二次電池を充電対象とする充電装置であり、少なくとも１つのセルの端子電圧が所定の設定電圧になったときにアラーム信号を出力し、前記二次電池の全てのセルの端子電圧が設定電圧未満になったときに前記アラーム信号を解除するアラーム回路が付加されている二次電池に対して、電源から供給される直流電流を制御して充電する充電装置において、
前記電源と前記二次電池の間に介在して、電流制御信号に基づいた充電電流を前記二次電池に供給する充電回路と、
前記充電回路によって前記二次電池に供給される充電電流を検出する検出回路と、
前記アラーム信号が入力されるまでは、前記充電回路における充電電流を所定の一定電流とする電流制御信号を出力し、
前記アラーム信号が入力されている状態では、前記充電回路における充電電流を所定の下限電流とする電流制御信号を出力し、
前記アラーム信号が解除されると、前記充電回路における充電電流を、前記所定の下限電流から漸増させる電流制御信号を出力する制御信号生成回路と、
前記検出回路で検出した充電電流が、前記電流制御信号に基づいた電流に一致するように前記充電回路を制御するための充電制御信号を出力する制御回路と
を備えていることを特徴とする充電装置。
【請求項３】
前記制御信号生成回路は、
所定の電圧が印加された第１抵抗と第２抵抗との直列回路と、
前記第２抵抗に並列接続されたコンデンサと、
前記コンデンサに並列接続された開閉手段とを備え、
前記アラーム信号が入力されたときには前記開閉手段を閉じ、
前記アラーム信号が入力されない状態、および、解除されたときには前記開閉手段を開くように制御され、
前記コンデンサの端子電圧を前記電流制御信号として出力するように構成されていることを特徴とする請求項１または２の何れか１項に記載の充電装置。
【請求項４】
前記開閉手段は、
コレクタが第３の抵抗を介して前記コンデンサの一端に接続され、エミッタが前記コンデンサの他端に接続されたトランジスタを含み、
前記トランジスタのベースには前記アラーム信号が入力されるように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の充電装置。
【請求項５】
前記充電電流が、所定の基準時間以上の間、継続して所定の基準電流値以下の状態のときに、満充電状態を検出し、前記充電回路における充電電流をゼロとする電流制御信号を出力する満充電検出回路を備えていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の充電装置。
【請求項１】
電源から供給される直流電流を制御して充電対象の二次電池に充電する充電装置であり、
前記電源と前記二次電池の間に介在して、電流制御信号に基づいた充電電流を前記二次電池に供給する充電回路と、
前記充電回路によって前記二次電池に供給される充電電流を検出する検出回路と、
前記二次電池の少なくとも１つのセルの端子電圧が所定の設定電圧になったときにアラーム信号を出力し、前記二次電池の全てのセルの端子電圧が設定電圧未満になったときに前記アラーム信号を解除するアラーム回路と、
前記アラーム信号が入力されるまでは、前記充電回路における充電電流を所定の一定電流とする電流制御信号を出力し、
前記アラーム信号が入力されている状態では、前記充電回路における充電電流を所定の下限電流とする電流制御信号を出力し、
前記アラーム信号が解除されると、前記充電回路における充電電流を、前記所定の下限電流から漸増させる電流制御信号を出力する制御信号生成回路と、
前記検出回路で検出した充電電流が、前記電流制御信号に基づいた電流に一致するように前記充電回路を制御するための充電制御信号を出力する制御回路と
を備えていることを特徴とする充電装置。
【請求項２】
少なくとも１つのセルで構成された二次電池を充電対象とする充電装置であり、少なくとも１つのセルの端子電圧が所定の設定電圧になったときにアラーム信号を出力し、前記二次電池の全てのセルの端子電圧が設定電圧未満になったときに前記アラーム信号を解除するアラーム回路が付加されている二次電池に対して、電源から供給される直流電流を制御して充電する充電装置において、
前記電源と前記二次電池の間に介在して、電流制御信号に基づいた充電電流を前記二次電池に供給する充電回路と、
前記充電回路によって前記二次電池に供給される充電電流を検出する検出回路と、
前記アラーム信号が入力されるまでは、前記充電回路における充電電流を所定の一定電流とする電流制御信号を出力し、
前記アラーム信号が入力されている状態では、前記充電回路における充電電流を所定の下限電流とする電流制御信号を出力し、
前記アラーム信号が解除されると、前記充電回路における充電電流を、前記所定の下限電流から漸増させる電流制御信号を出力する制御信号生成回路と、
前記検出回路で検出した充電電流が、前記電流制御信号に基づいた電流に一致するように前記充電回路を制御するための充電制御信号を出力する制御回路と
を備えていることを特徴とする充電装置。
【請求項３】
前記制御信号生成回路は、
所定の電圧が印加された第１抵抗と第２抵抗との直列回路と、
前記第２抵抗に並列接続されたコンデンサと、
前記コンデンサに並列接続された開閉手段とを備え、
前記アラーム信号が入力されたときには前記開閉手段を閉じ、
前記アラーム信号が入力されない状態、および、解除されたときには前記開閉手段を開くように制御され、
前記コンデンサの端子電圧を前記電流制御信号として出力するように構成されていることを特徴とする請求項１または２の何れか１項に記載の充電装置。
【請求項４】
前記開閉手段は、
コレクタが第３の抵抗を介して前記コンデンサの一端に接続され、エミッタが前記コンデンサの他端に接続されたトランジスタを含み、
前記トランジスタのベースには前記アラーム信号が入力されるように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の充電装置。
【請求項５】
前記充電電流が、所定の基準時間以上の間、継続して所定の基準電流値以下の状態のときに、満充電状態を検出し、前記充電回路における充電電流をゼロとする電流制御信号を出力する満充電検出回路を備えていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の充電装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−１３２９４（Ｐ２０１３−１３２９４Ａ）
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４５９３６（Ｐ２０１１−１４５９３６）
【出願日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【出願人】（０００１００７４６）アイコム株式会社 (273)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【出願人】（０００１００７４６）アイコム株式会社 (273)
【Ｆターム（参考）】
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