JP2001275271A

JP2001275271A - 二次電池充電装置

Info

Publication number: JP2001275271A
Application number: JP2000091211A
Authority: JP
Inventors: Hirotaka Yamamoto; 浩貴山本
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-03-29
Filing date: 2000-03-29
Publication date: 2001-10-05

Abstract

(57)【要約】【課題】二次電池に対して充電回路を介して定電流定
電圧充電を行って充電を行う二次電池充電装置を提供す
るにある。【解決手段】二次電池に対して充電回路を介して定電
流定電圧充電を行って充電を行う二次電池充電装置であ
って、二次電池と該充電回路との間に挿入され制御信号
により充電電流を制限する電流制限手段と、二次電池の
端子電圧を監視し所定の閾値を基準として制御信号を出
力する電圧監視手段とを具備するようにしたものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、二次電池に対して
充電回路を介して定電流定電圧充電を行って充電を行う
二次電池充電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】リチウムイオン二次電池は、充電容量が
ごく少なくなり、過放電となった状態で定電流充電を行
うと、充電回路及び二次電池に過大な電流が流れる。

【０００３】過大な電流が流れると、二次電池だけでは
なく、充電回路の素子にも負担がかかるので、充電回路
の素子の耐電流を大きくしておく必要が生じるが、この
ようにすると回路規模が大きくなり、コストもかかって
しまう。

【０００４】そこで、従来は、図５に示すように、ＤＣ
／ＤＣ(直流／直流)コンバータを用い、そして充電電流
が流れる回路に検出抵抗を挿入して、この検出抵抗の両
端に発生した検出電圧を用いてトランジスタをオンオフ
して、ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する二次電池充電装
置が用いられている。

【０００５】充電回路１０は、一端側に交流を直流に変
換するＡＣアダプタなどの電源１１が端子Ｔ１とＴ２を
介して接続され、他端側にリチウムイオン電池などの二
次電池１２が端子Ｔ３とＴ４を介して接続され、二次電
池１２を充電回路１０により定電圧定電流で充電を行
う。

【０００６】端子Ｔ１と端子Ｔ２との間には、ＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータ１３が接続され、またトンジスタＱ１のエ
ミッタは端子Ｔ１に、ベースはＤＣ／ＤＣコンバータ１
３を介して端子Ｔ２に接続され、端子Ｔ２と端子Ｔ４と
は接続されている。

【０００７】また、トランジスタＱ１のコレクタは平滑
回路１４の一端に接続され、平滑回路１４の他端は検出
抵抗Ｒ１を介して端子Ｔ３に接続され、この検出抵抗Ｒ
１の両端にはトランジスタＱ２のベースとエミッタがそ
れぞれ接続されている。

【０００８】さらに、トランジスタＱ２のコレクタは、
平滑回路１４の他端と端子Ｔ２との間に接続された分圧
抵抗Ｒ２とボリウムＲ３との直列回路の分圧点に接続さ
れている。

【０００９】そして、ボリウムＲ３の中点は、二次電池
１２の両端の端子電圧Ｅ１に関連した帰還電圧Ｖ１がＤ
Ｃ／ＤＣコンバータ１３に入力され、ＤＣ／ＤＣコンバ
ータ１３はこの帰還電圧Ｖ１により定電圧にするか或い
は定電流にするかの動作状態が制御されている。

【００１０】以上の構成で、充電を開始すると、検出抵
抗Ｒ１を介して充電電流Ｉ１が図６(Ｂ)に示すように時
間ｔに従って流れるので、この充電電流Ｉ１により、図
６(Ａ)に示すように二次電池１２の端子電圧Ｅ１が時間
ｔに従って上昇する。

【００１１】なお、図６(Ａ)では、横軸は経過時間ｔ
を、縦軸は二次電池１２の端子電圧Ｅ１をそれぞれ示
し、図６(Ｂ)では、横軸に経過時間ｔを、縦軸は二次電
池１２に流れる充電電流Ｉ１をそれぞれ示している。

【００１２】そして、トランジスタＱ２のベースとエミ
ッタとの間に充電電流Ｉ１により発生した電位差が大き
くなり、トランジスタＱ２がオン状態となるので、分圧
抵抗Ｒ２の両端が短絡されて帰還電圧Ｖ１が高くなり、
電圧制御をなすことなく、二次電池１２に対して定電流
充電を行う。

【００１３】充電が進み、図６(Ｂ)に示すように、二次
電池１２への充電電流Ｉ１が減少してくると、検出抵抗
Ｒ１の両端の電位差が小さくなり、トランジスタＱ２が
オフ状態となって、帰還電圧Ｖ１が小さくなり、ＤＣ／
ＤＣコンバータ１３は安定動作の領域に入り、定電圧充
電を行うこととなる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような二次電池充電装置で、過放電状態の二次電池が接
続され、充電動作が始まると、二次電池の内部インピー
ダンスが低いので、ある程度の充電容量に達するまで大
電流が流れることとなる。

【００１５】このため、二次電池１２はもちろん充電回
路１０の素子や電源供給側のＡＣアダプタなどにも負担
をかけることとなり、発熱の問題も考慮する必要が生じ
るなどの問題が生じる。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、以上の課題を
解決するための二次電池充電装置の構成として、二次電
池に対して充電回路を介して定電流定電圧充電を行って
充電を行う二次電池充電装置であって、該二次電池と該
充電回路との間に挿入され制御信号により充電電流を制
限する電流制限手段と、二次電池の端子電圧を監視し所
定の閾値電圧を基準として前記制御信号を出力する電圧
監視手段とを有するようにしたものである。

【００１７】本発明は、充電対象となる二次電池が過充
電状態であっても、二次電池の端子電圧を監視し電流制
限手段を起動させることにより、二次電池や充電回路に
過剰な電流が流れることを防止することができ、充電回
路の回路素子や電力供給元となるＡＣアダプタなども必
要最小限の大きさで充電システムを実現することができ
る。

【００１８】また、万一、充電回路内の何らかの素子が
不具合を起こし、電力供給側と充電回路出力が短絡され
ても、電流制限手段があるので、二次電池に過大電流が
流れることを防止することができ、システムの安全上か
らも有利に運用することができる。

【００１９】更に、回路動作の初期であって、充電回路
が非動作のときであっても、必ず充電回路と二次電池と
の間に電流制限手段、とりわけ制限抵抗だけは挿入され
て電流制限ができる構成であるので、システムの安全管
理上からも有利に運用することができる。

【００２０】この他に、本発明においては、二次電池は
リチウムイオン電池であること、電流制限手段は充電回
路に直列に挿入された制限抵抗と該制限抵抗に並列に接
続され前記制御信号により制御される電流制御素子とか
らなること、および電圧監視手段はマイクロコンピュー
タ或いはコンパレータにより構成されていることを付加
的要件として含むものである。

【００２１】以上の付加的要件において、本発明は二次
電池としてリチウムイオン電池の充電に適用すると効果
的であり、電流制限手段の一部として受動素子である制
限抵抗を使用することは安全管理上有効であり、マイク
ロコンピュータを用いる場合は他の機能との併用が可能
であり、またデスクリート素子であるコンパレータを用
いるとローコストで実現できる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る二次電池充電
装置の実施の形態について図を用いて説明する。図１は
本発明の実施の１形態を略示的に示した全体構成図であ
る。なお、理解を容易にするため、従来の二次電池充電
装置と同一部分には同一の符号を付して説明する。

【００２３】充電回路１０の出力側の端子Ｔ３とＴ４、
および二次電池１２の端子Ｔ５と端子Ｔ６との間には、
電流制限手段として機能する電流制限回路２０が接続さ
れている。

【００２４】電流制限回路２０は、制限抵抗Ｒ４とこの
制限抵抗Ｒ４に並列に電流制御用素子Ｑ３、例えばトラ
ンジスタ、或いは電界効果トランジスタなどが並列に接
続され、この並列回路が端子Ｔ３とＴ５との間に接続さ
れている。

【００２５】二次電池１２が接続される端子Ｔ５と端子
Ｔ６の間の端子電圧Ｅ２は、回路を制御するための閾値
ＥＲを内蔵し電圧監視手段として機能するマイクロコン
ピュータ２１の入力端に印加されている。

【００２６】システムに内蔵しているマイクロコンピュ
ータ２１は、この閾値ＥＲと比較して、その結果により
回路制御素子２２を介して電流制限回路２０における電
流制御用素子Ｑ３の、例えば電界効果トランジスタのゲ
ートに電圧を印加してその内部抵抗を制御することによ
り二次電池１２へ供給する充電電流Ｉ２の制限を行うよ
うになっている。

【００２７】次に、以上のように構成された二次電池充
電装置２３の動作について、説明するが、先ず、マイク
ロコンピュータ２１により、図３に示すステップＳＴ１
に示すように、初期設定では、電流制御用素子Ｑ３の電
界効果トランジスタのゲート電圧を制御して電界効果ト
ランジスタをオフとして電流制限状態としておく。

【００２８】この電流制限状態では、充電回路１０と二
次電池１２との間に制限抵抗Ｒ４が挿入されている状態
となっているので、充電電流Ｉ２が制限された状態で二
次電池１２に流れている。

【００２９】一方、マイクロコンピュータ２１は、ステ
ップＳＴ２に示すように、この二次電池１２の端子電圧
Ｅ２の電圧監視動作を行っており、さらにステップＳＴ
３に至って二次電池１２が過放電状態にあるか否かの判
断を行う。

【００３０】リチウムイオン電池などの二次電池１２
は、充電容量と端子電圧との間に相互関係があるので、
この特性を利用して端子電圧を監視することにより充電
回路側の対応を柔軟に行うことができる。

【００３１】そこで、二次電池１２が過放電状態にある
か否かは、この二次電池１２の端子電圧Ｅ２がマイクロ
コンピュータ２１に内蔵する予め設定した閾値ＥＲを越
えたか否かにより判断することができる。

【００３２】ステップＳＴ３においては、図４(Ａ)に示
すように、マイクロコンピュータ２１に内蔵する閾値Ｅ
Ｒより端子電圧Ｅ２が低いＰ点の状態にあるときは、過
放電状態にあると判断される。

【００３３】なお、図４(Ａ)では、横軸に経過時間ｔ
を、縦軸は二次電池１２の端子電圧Ｅ２をそれぞれ示
し、図４(Ｂ)では、横軸に経過時間ｔを、縦軸は二次電
池１２に流れる充電電流Ｉ２をそれぞれ示している。

【００３４】この過放電状態では、図４(Ａ)に示すよう
に、電流制限区間Ａの中にあり制限抵抗Ｒ４が挿入され
た状態にあるので、ステップＳＴ４に示すように、充電
回路１０から定電圧で二次電池１２を駆動し、充電電流
Ｉ２は電流制限された状態で流れている。

【００３５】また、端子電圧Ｅ２は充電時間の経過と共
に充電が進み上昇する傾向があるので、マイクロコンピ
ュータ２１はこの電流制限区間Ａから脱したか否かをス
テップＴ２にリターンして電圧監視動作を続ける。

【００３６】定電圧充電を続けた結果、マイクロコンピ
ュータ２１は、二次電池１２の端子電圧Ｅ２が、図４
(Ａ)に示すように、閾値ＥＲに達したときは、過放電状
態が解除されたと判断しステップＳＴ５に移行する。

【００３７】先に、回路制御素子２２を介して電流制御
用素子Ｑ３の電界効果トランジスタのゲート電圧を制御
してオフ状態とし、この後、回路の電圧上昇により充電
回路１０から定電流充電による充電電流Ｉ２が流れる。

【００３８】閾値ＥＲを越えると、図４(Ｂ)に示すよう
に、充電電流Ｉ２は急激に所定値ＩＭまで上昇して二次
電池１２を充電するが、時間ｔの経過と共に充電が進む
に従って充電電流Ｉ２は徐々に充電電流Ｉ２で示すカー
ブを描いて減少する。

【００３９】一方、二次電池１２の端子電圧Ｅ２は、図
４(Ａ)に示すように、閾値ＥＲを越えると、充電電流Ｉ
２が増加するので、電圧上昇率が電流制限区間Ａの場合
に比べて大きくなり、端子電圧Ｅ２で示す大きなカーブ
を描いて上昇し、定電流充電動作となる。

【００４０】充電が進むと、二次電池１２への充電電流
Ｉ２が減少してくるので、従来と同じく図５に示す制限
抵抗Ｒ１の両端の電位差が小さくなり、トランジスタＱ
２がオフ状態となって、帰還電圧Ｖ１が小さくなり、Ｄ
Ｃ／ＤＣコンバータ１３は安定動作の領域に入り、定電
圧充電を行うこととなる。

【００４１】図２は本発明に係る二次電池充電装置の他
の実施態様を示すブロック図であり、この場合はデスク
リートな回路素子で二次電池充電装置を構成したものを
示しており、理解を容易にするために、図１に示すもの
と同一の機能を有する回路素子に対しては同一の符号を
付してその説明を省略する。

【００４２】この場合は、二次電池１２の端子電圧Ｅ３
を監視するのに、マイクロコンピュータ２１ではなく電
圧監視手段として機能する論理素子であるコンパレータ
２４を用い、閾値ＥＲを付与するのに内蔵ではなく外付
けの例えば基準電圧発生器２５からの閾値電圧ＥＲＶを
用いて二次電池充電装置２６を構成したものである。

【００４３】このように構成しても、図１に示す構成の
二次電池充電装置２３と同様に図３に示すフローチャー
ト図に示す動作と同様な動作を行い、端子電圧Ｅ３は図
４に示す端子電圧Ｅ２と、充電電流Ｉ３は図４に示す充
電電流Ｉ２に対応し、それぞれ同様な変化を示す。

【００４４】すなわち、二次電池１２の端子電圧Ｅ３
は、コンパレータ２４に絶えず入力されているが、この
端子電圧Ｅ３が基準電圧発生器２５から入力される閾値
電圧ＥＲＶを越えると、その出力端の電圧は極性が反転
する。

【００４５】そして、この極性の反転は、回路制御素子
２２Ａを介して電流制御用素子Ｑ３として機能する電界
効果トランジスタのゲートに印加され、この電界効果ト
ランジスタのドレインとソース間をオンオフする制御を
行い、制限抵抗Ｒ４をショートしたり開放したりして充
電電流Ｉ３の制限解除又は電流制限を行う。

【００４６】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明に係る二
次電池充電装置によれば、充電対象となる二次電池が過
放電状態であっても、二次電池の端子電圧を監視し電流
制限手段を起動させることにより、二次電池や充電回路
に過剰な電流が流れることを防止することができ、充電
回路の回路素子や電力供給元となるＡＣアダプタなども
必要最小限の大きさで充電システムを実現することがで
きる。

【００４７】また、万一、充電回路内の何らかの素子が
不具合を起こし、電力供給側と充電回路出力が短絡され
ても、電流制限手段があるので、二次電池に過大電流が
流れることを防止することができ、システムの安全上か
らも有利に運用することができる。

【００４８】更に、回路動作の初期であって、充電回路
が非動作のときであっても、必ず充電回路と二次電池と
の間に電流制限手段、とりわけ制限抵抗だけは挿入され
て電流制限ができる構成であるので、システムの安全管
理上からも有利に運用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実施の形態を示すブロック図であ
る。

【図２】本発明に係る他の実施の形態を示すブロック図
である。

【図３】図１、図２に示す実施の形態の動作を説明する
フローチャート図である。

【図４】図１、図２に示す実施の形態の動作を説明する
特性図である。

【図５】従来の二次電池充電装置の構成を示すブロック
図である。

【図６】図５に示す二次電池充電装置の動作を説明する
特性図である。

【符号の説明】

１０；充電装置、１１；電源、１２；二次電池、１３；
ＤＣ／ＤＣコンバータ、１４；平滑回路、２０；電流制
限回路、２１；マイクロコンピュータ、２２；回路制御
素子、２３；二次電池充電装置、２４；コンパレータ、
２５；基準電圧発生器、２６；二次電池充電装置、Ｅ
Ｒ；閾値、ＥＲＶ；閾値電圧、Ｑ１〜Ｑ２；トランジス
タ、Ｑ３；電流制御用素子、Ｒ１；検出抵抗、Ｒ２；分
圧抵抗、Ｒ３；ボリウム、Ｒ４；制限抵抗、Ｖ１；帰還
電圧、Ｅ１〜Ｅ３；端子電圧、Ｉ１〜Ｉ３；充電電流、
Ａ；電流制限区間

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】二次電池に対して充電回路を介して定電
流定電圧充電を行って充電を行う二次電池充電装置であ
って、該二次電池と該充電回路との間に挿入され制御信号によ
り充電電流を制限する電流制限手段と、二次電池の端子電圧を監視し所定の閾値を基準として前
記制御信号を出力する電圧監視手段とを具備することを
特徴とする二次電池充電装置。
【請求項２】前記二次電池は、リチウムイオン電池で
ある請求項１に記載の二次電池充電装置。
【請求項３】前記電流制限手段は、充電回路に直列に
挿入された制限抵抗と該制限抵抗に並列に接続され前記
制御信号により制御される電流制御素子とからなる請求
項１に記載の二次電池充電装置。
【請求項４】前記電圧監視手段は、マイクロコンピュ
ータにより構成された請求項１に記載の二次電池充電装
置。
【請求項５】前記電圧監視手段は、前記閾値と前記端
子電圧とを比較するコンパレータにより構成された請求
項１に記載の二次電池充電装置。