JP2009017703A

JP2009017703A - 二次電池の充電制御回路及びこれを用いた充電制御装置

Info

Publication number: JP2009017703A
Application number: JP2007177465A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Kimura; 大輔木村; Koichi Yamaguchi; 公一山口; Iwao Kitamura; 巌北村
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date: 2007-07-05
Filing date: 2007-07-05
Publication date: 2009-01-22
Also published as: WO2009005097A1; KR101079125B1; JP2012196137A; US20100176768A1; KR20090122305A; JP5201281B2; US8860376B2

Abstract

【課題】本発明は、二次電池の温度に基づいて、きめ細かな制御を行うことができ、充電時の安全性を確保するとともに、二次電池の充電効率を高めることができる充電制御回路及びこれを用いた充電制御装置を提供することを目的とする。
【解決手段】入力された検出電圧から二次電池８１の温度を検出する温度検出端子ＴＤＥＴと、
４つの基準温度Ｔ１〜Ｔ４に対応する４つの閾値電圧Ｖ１〜Ｖ４を有し、該４つの閾値電圧Ｖ１〜Ｖ４と前記温度検出端子ＴＤＥＴに入力された前記検出電圧とを比較し、前記検出電圧の温度範囲を示す温度領域信号を出力する温度比較部１０と、
該温度比較部１０から出力された前記温度領域信号に基づいて、充電電流及び／又は充電電圧を制御する制御部２０と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池の充電制御回路及びこれを用いた充電制御装置に関し、特に、二次電池の温度を検出し、これに基づいて充電電流及び／又は充電電圧を制御する二次電池の充電制御回路及びこれを用いた充電制御装置に関する。

従来から、定電圧源に接続され、定電圧源の電源電圧によって２次電池を充電する充電回路であって、２次電池の温度を抵抗値の変化として検出するサーミスタと、サーミスタの一端の電圧が所定の低電圧以下に降下したことを検出する電圧検出部とを有し、電圧検出部が所定の低電圧以下に降下したことを検出したとき、定電圧電源の電源電圧による２次電池の充電を停止する充電回路が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−２７４８７１号公報

しかしながら、上述の特許文献１に記載の構成では、サーミスタの一端の電圧が所定の定電圧以下に降下したとき、つまり２次電池の高温を検出したときに充電を停止する制御しか行えないため、２次電池の過充電や加熱の防止しか対応できず、２次電池の温度変化に応じたきめ細かな制御を行うことができなかった。

そこで、本発明は、二次電池の温度に基づいて、きめ細かな制御を行うことができ、充電時の安全性を確保するとともに、温度範囲に応じた適切な制御を行ない、二次電池の充電効率を高めることができる充電制御回路及びこれを用いた充電制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、第１の発明に係る二次電池(８１)の充電制御回路(５０)は、入力された検出電圧から二次電池(８１)の温度を検出する温度検出端子(ＴＤＥＴ)と、
４つの基準温度（Ｔ１〜Ｔ４）に対応する４つの閾値電圧（Ｖ１〜Ｖ４）を有し、該４つの閾値電圧（Ｖ１〜Ｖ４）と前記温度検出端子（ＴＤＥＴ）に入力された前記検出電圧とを比較し、前記検出電圧の温度範囲を示す温度領域信号を出力する温度比較部(１０)と、
該温度比較部(１０)から出力された前記温度領域信号に基づいて、充電電流及び／又は充電電圧を制御する制御部(２０)と、を備えたことを特徴とする。

これにより、４つの基準温度を設けることにより、二次電池の温度に応じてきめ細かな充電制御を行うことができる。

第２の発明は、第１の発明に係る二次電池(８１)の充電制御回路(５０)において、
前記温度比較部(１０)は、入力端子の一方が前記温度検出端子(ＴＤＥＴ)に並列に接続され、入力端子の他方が分圧回路（Ｒ０〜Ｒ５）からなる閾値電圧設定回路に接続された４つのコンパレータ（１１〜１４）を含むことを特徴とする。

これにより、簡素な回路構成により温度検出端子に入力された検出電圧を４つの閾値電圧と同時に比較することができ、温度に応じた適切な充電制御を行なうことが可能となる。

第３の発明は、第１又は第２の発明に係る二次電池(８１)の充電制御回路(５０)において、
前記二次電池(８１)の端子電圧を検出し、該端子電圧の電圧範囲を示す電池電圧信号を出力する電池電圧検出部（３０）を含み、
前記制御部(２０)は、該電池電圧検出部(３０)から出力される前記電池電圧信号と、前記温度比較部(１０)から出力される前記温度領域信号とが入力され、これらの信号に基づいて制御信号を出力するロジック部(２１)を含むことを特徴とする。

これにより、二次電池の端子電圧に基づいて行われる通常の定電流制御及び／又は定電圧制御と、本発明の二次電池の温度に基づく制御を組み合わせた制御を行うことができ、二次電池の端子電圧と温度の双方のパラメータを考慮して、最適な二次電池の充電制御を行うことができる。

第４の発明は、第１〜３のいずれか一つの発明に係る二次電池(８１)の充電制御回路(５０)において、
前記４つの基準温度（Ｔ１〜Ｔ４）は、最も高い基準温度(Ｔ４)と２番目に高い基準温度（Ｔ３）との間で所定の高温度域（Ｔ３〜Ｔ４）、最も低い基準温度（Ｔ１）と２番目に低い基準温度(Ｔ２)との間で所定の低温度域（Ｔ１〜Ｔ２）、前記２番目に高い基準温度(Ｔ３)と前記２番目に低い基準温度(Ｔ２)との間で所定の標準温度域（Ｔ２〜Ｔ３）を定めるように各々設定され、
前記制御部(２０)は、前記温度領域信号が高温度域（Ｔ３〜Ｔ４）又は前記低温度域（Ｔ１〜Ｔ２）にあるときには、前記充電電流を所定の小電流（Ｉ１）とする電流制御を行い、前記温度領域信号が前記標準温度域（Ｔ２〜Ｔ３）にあるときには、前記充電電流を所定の大電流(Ｉ２)とする電流制御を行うことを特徴とする。

これにより、二次電池の温度が高温度域又は低温度域にあるときには、二次電池の負担が少ない小電流で充電を行い、二次電池の温度が標準温度域にあるときには、二次電池への負担を考慮する必要がないので、大電流で充電を行う充電電流制御を行うことができ、二次電池の負担と効率を最大限に考慮した適切な充電制御を行うことができる。

第５の発明は、第４の発明に係る二次電池(８１)の充電制御回路(５０)において、
前記制御部(２０)は、前記温度領域信号が前記高温度域（Ｔ３〜Ｔ４）より高い範囲にあるとき、又は前記低温度域（Ｔ１〜Ｔ２）より低い範囲にあるときには、前記充電電流の供給を停止する電流制御を行うことを特徴とする。

これにより、二次電池の充電可能温度領域外では確実に充電を停止することができ、二次電池に過度の負担をかける状態を確実に防ぐことができ、二次電池の寿命を延ばすことができる。

第６の発明に係る二次電池(８１)の充電制御装置（１００）は、第１〜５のいずれか一つの発明に係る二次電池(８１)の充電制御回路(５０)を基板(６０)上に有し、
該基板を収容するパッケージ(７０)を有することを特徴とする。

これにより、充電制御回路の搬送や、種々の電子機器への組み付け及び設置を容易に行うことができ、電子機器への搭載が容易になる。

なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例に過ぎず、図示の態様に限定されるものではない。

本発明によれば、充電制御を二次電池の温度に応じてきめ細かく行うことができ、二次電池の負担と充電効率を考慮した適切な充電制御を行うことができる。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。

図１は、本発明を適用した実施例に係る充電制御回路５０及びこれを用いた充電制御装置１００の全体構成図である。

図１において、本実施例に係る充電制御回路５０は、温度検出端子ＴＤＥＴと、温度比較部１０と、制御部２０とを備える。また、本実施例に係る充電制御装置１００は、充電制御回路５０を基板６０上に備え、基板６０を収容するパッケージ７０を更に備える。基板６０は、例えば半導体基板であってもよく、基板６０をパッケージ７０に収容した充電制御装置７０は、例えば充電制御用の半導体集積回路装置として構成されてもよい。

本実施例に係る充電制御回路５０及びこれを用いた充電制御装置１００は、ＶＤＤ１端子と、ＶＲＥＧ端子と、ＢＡＴ端子と、ＧＮＤ端子を備えてよい。ＶＤＤ１端子には、ＡＣアダプタ（図示せず）を搭載した充電器９０が接続され、充電制御回路５０に電源電圧が供給される。ＢＡＴ端子には、電池パック８０に収容された二次電池８１の正端子が接続され、ＢＡＴ端子から二次電池８１に充電電流を供給できるように構成されている。ＶＲＥＧ端子は、基準電圧を出力する端子であり、温度検出端子ＴＤＥＴに基準電圧を供給する。ＧＮＤ端子は、接地されてアース電位（０Ｖ）を充電制御回路５０に供給する端子である。

温度検出端子ＴＤＥＴは、二次電池８１の温度を検出する端子であり、電池パック８０内に収容された二次電池８１の負端子に接続されたサーミスタ８２に接続される。サーミスタ８２は、二次電池８１の温度を検出する温度センサであり、温度の変化に応じて、その抵抗値が変化する。本実施例においては、温度が上昇するにつれて抵抗値が下がる、負の温度係数を有するＮＴＣ（ＮｅｇａｔｉｖｅＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）サーミスタを例に挙げて説明するが、他の態様であっても適用可能である。なお、通常は、電池パック８０内にサーミスタ８２が内蔵されており、電池パック８０に設けられたサーミスタ端子ＴＨに温度検出端子ＴＤＥＴを接続することにより、温度検出端子ＴＤＥＴをサーミスタ８２に接続できるように構成されている。

温度検出端子ＴＤＥＴは、抵抗Ｒ５を介してＶＲＥＧ端子にも接続されており、ＶＲＥＧ端子で供給される基準電圧に対し、抵抗Ｒ５とサーミスタ８２で分圧回路を構成し、サーミスタ８２の両端に印加される分圧電圧を検出するように接続されている。上述のように、サーミスタ８２にＮＴＣサーミスタを適用した場合、サーミスタ８２の抵抗値は温度が上昇するにつれて低くなるので、それにつれて温度検出端子ＴＥＤＴで検出する検出電圧も低くなる。このように、二次電池８１の温度が変化すれば、サーミスタ８２の抵抗値も変化し、それにより温度検出端子ＴＥＤＴに入力される検出電圧も変化するので、温度検出端子ＴＥＤＴは、入力される検出電圧に基づいて二次電池８１の温度を検出することができる。

温度比較部１０は、温度検出端子ＴＤＥＴに入力された検出電圧を、４つの基準温度に対応して設定された閾値電圧と比較し、検出電圧の含まれる温度範囲を示す信号を出力する処理を行う回路部である。

温度比較部１０の構成要素は、４つのコンパレータ１１〜１４と、レギュレータ１５と、抵抗Ｒ０〜Ｒ４である。４つのコンパレータ１１〜１４は、温度検出端子ＴＤＥＴに入力された検出電圧を、４つの閾値電圧と比較を行うための比較手段である。コンパレータ１１〜１４は、各々１つの閾値電圧との比較のみを行うが、それらは同時に行われることが好ましいので、４つのコンパレータ１１〜１４の入力端子の一方は、総て温度検出端子ＴＤＥＴと並列に接続される。これにより、一度に４つの基準電圧との比較を行うことができる。

レギュレータ１５は、所定の基準電圧を発生させるための手段であり、ＶＲＥＧ端子から出力される基準電圧の電圧源としての役割と、コンパレータ１１〜１４に閾値電圧を供給するための電圧源としての役割を果たす。

抵抗Ｒ０〜Ｒ４は、コンパレータ１１〜１４で行われる比較において、基準となる閾値電圧を設定するための分圧回路を構成する分圧抵抗である。閾値電圧は、温度検出端子ＴＤＥＴに入力される検出電圧の温度換算値を考慮し、適切な４つの基準温度が設定されるように、これに対応した閾値電圧の設定がなされる。レギュレータ１５から印加される基準電圧Ｖｒｅｆにより、各抵抗Ｒ０〜Ｒ４に一定電流Ｉ＝Ｖｒｅｆ／（Ｒ０＋Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４）が流れるので、コンパレータ１１の閾値電圧は（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４）・Ｉ、コンパレータ１２の閾値電圧は（Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４）・Ｉ、コンパレータ１３の閾値電圧は（Ｒ３＋Ｒ４）・Ｉ、コンパレータ１４の閾値電圧はＲ４・Ｉで各々設定される。サーミスタ８２は、温度が高くなるにつれて抵抗値が低くなり、温度が低い状態では抵抗値が高くその検出電圧は大きい状態であるので、コンパレータ１１の閾値電圧が最も低い基準温度に対応し、コンパレータ１４の閾値電圧は、最も高い基準温度に対応する。同様に、コンパレータ１２の閾値電圧は２番目に低い温度に対応し、コンパレータ１３の閾値電圧は、２番目に高い基準温度に対応することになる。この、４つの基準温度の設定については、後に詳説する。

抵抗Ｒ０〜Ｒ４で構成された分圧回路により設定された各コンパレータ１１〜１４の閾値電圧は、各コンパレータ１１〜１４の、検出電圧が入力されていない方の入力端子に入力され、検出電圧の比較対象の閾値電圧となる。なお、各コンパレータ１１〜１４に入力される検出電圧と閾値電圧は、一方が反転入力端子に入力され、他方が非反転入力端子に入力されるが、どちらが反転入力端子又は非反転端子に入力されるかは、用途に応じて定めてよい。つまり、検出電圧が閾値電圧を超えたときに、ハイレベルの信号を出力するかローレベルの信号を出力するかは、適宜用途に応じて定めることができる。

また、ノイズ等の影響を防ぐため、各コンパレータ１１〜１４には、ヒステリシスを持たせるようにしてよい。これにより、ハンチング等の状態を防止することができる。

かかる温度比較部１０における処理により、検出電圧が含まれる温度領域を示す温度領域信号が出力され、二次電池８２の温度が、４つの基準温度との関係で、どの温度領域にあるかを判定することができる。

制御部２０は、ロジック部２１と出力コントロール部（充電電流制御部）２２を含み、温度比較部１０のコンパレータ１１〜１４から出力された温度領域信号に基づき、充電電流及び／又は充電電圧の制御を行う。

ロジック部２１は、ロジック回路を含み、温度領域信号に基づいて、検出された温度領域に応じた充電電流及び／又は充電電圧の制御を行う出力指令信号を出力する。かかる充電電流及び／又は充電電圧の制御は、温度領域に応じて、所定の小電流又は大電流を出力する指令を出すことにより行われてよい。リチウムイオン等を用いた二次電池８１は、充電時、二次電池８１自身の温度に応じて大電流を流すことの可能な温度領域と、大電流を流せず、小電流しか流せない温度領域と、電流を全く流せない温度領域とが存在する。よって、ロジック部２１は、入力された温度領域信号が、どのような充電電流を流すのが適切なのかをロジック回路により判定し、適切なレベルの充電電流を流す出力指令を出す制御を行う。

出力コントロール部２２は、トランジスタ素子を含み、ロジック部２１からの出力指令信号に従い、これに応じた充電電流を出力する。例えば、ロジック部２１から所定の低電流又は所定の高電流を出力する指令を受けた場合には、指令に応じた所定の低電流又は高電流等の定電流を出力する。

なお、ロジック部２１は、温度領域信号のみではなく、二次電池８１の電池電圧に基づく充電制御を行えるように構成してもよい。具体的には、例えば、図１において、二次電池８１の正端子に接続されているＢＡＴ端子は、電池電圧検出部３０に接続され、電池電圧検出部３０の出力信号が、ロジック部２１に入力されるように構成されている。電池電圧検出部３０は、ＢＡＴ端子から二次電池８１の端子電圧を検出することができ、その端子電圧の大きさの範囲を検出することができる。すなわち、電池電圧検出部３０は、例えばその内部には、温度比較部１０と同じように、コンパレータにより比較の対象となる閾値電圧が設定され、検出された電池電圧が閾値電圧を超えたか否かを判定できるように構成されてよい。これにより、二次電池８１の電池電圧をロジック回路のパラメータの対象に加えることができ、電池電圧の大きさを考慮しつつ充電電流及び／又は充電電圧の制御を行うことができる。

本実施例において、例えば、二次電池８１がリチウムイオン電池の場合には、二次電池８１の劣化を防ぐため、その端子電圧の大きさにより、充電電流を小電流で供給する必要があるのか、大電流で供給しても良いのかの判定を行い、これに基づいて充電電流制御を行う必要がある。そのような充電電流の充電制御を、ロジック部２１は併せて行ってよい。例えば、二次電池８１の端子電圧が所定電圧より低い場合には、充電電流を小電流に制御して充電を行う必要がある。一方、所定電圧を超えている場合には、大電流で充電を行っても問題ない。よって、制御部２０は、二次電池８１の端子電圧に応じて、所定の低電流で充電を行ったり、所定の高電流で充電を行ったりする２段階の定電流充電制御を行う。これにより、二次電池８１の端子電圧に応じた適切な充電電流制御を実現でき、二次電池８１の劣化を防ぐことができるが、このような電池電圧に基づく充電電流制御を、ロジック部２１が行うことにより、二次電池８１の温度及び電池電圧の双方を考慮した適切な制御を行うことができる。

なお、２段階の定電流制御は、出力コントロール部２２に出力する信号を、所定の２段階の定電流に対応する指令信号を出力することにより、実行されてよい。

また、ロジック部２１は、電池電圧に基づく定電圧制御を実行できるように構成されてよい。上述のように、二次電池８１が所定電圧より高い場合には、高電流による定電流充電制御を行うが、二次電池８１が満充電に近付き、満充電に近い所定の電圧を超えた場合には、定電流充電制御から、定電圧充電制御に切り換えることが好ましい。電池電圧検出部３０で、そのような満充電付近の所定の電圧を閾値電圧として設定しておき、これを超えたときに対応する電池電圧信号を出力し、ロジック部２１において、かかる電池電圧信号が出力されたら、定電圧制御に切り換えるようなロジック回路を備えていれば、かかる定電圧制御を実行することができる。

過熱保護部４０は、充電制御回路５０又は充電制御装置１００自体の温度が上昇して一定温度以上の過熱状態となったときに、ロジック部２１に充電電流の出力を停止する信号を出力する回路部であり、安全のために設けられてもよい。

次に、かかる構成を有する充電制御回路５０及びこれを用いた充電制御装置１００において、温度比較部１０でなされる４つの基準温度の設定方法について説明する。

図２は、電池温度と充電電圧及び充電電流の安全領域との関係を示した図である。図２（ａ）は、電池温度に対する充電電流の関係を示した図であり、横軸が電池温度、縦軸が充電電流を示している。

図２(ａ)において、４つの基準温度Ｔ１〜Ｔ４が示されている。温度範囲Ｔ１〜Ｔ４が、充電可能な温度領域であり、温度範囲Ｔ１〜Ｔ２が低温度域、温度範囲Ｔ２〜Ｔ３が標準温度域、温度範囲Ｔ３〜Ｔ４が高温度域を表している。

標準温度域Ｔ２〜Ｔ３においては、二次電池８１の温度条件としては安全領域にあるので、充電電流は、大電流に設定してよい。一方、低温度域Ｔ１〜Ｔ２及び高温度域Ｔ３〜Ｔ４においては、安全領域とはいえないので、小電流に設定する。更に、低温度域Ｔ１〜Ｔ２の下限Ｔ１より低い温度範囲、及び高温度域Ｔ３〜Ｔ４の上限Ｔ４より高い温度範囲においては、充電可能領域にはないので、充電電流をゼロに設定している。

このように、４つの基準温度を設けた設定により、二次電池８１の特性と安全性を考慮して二次電池８１の寿命を延ばすとともに、充電効率も高いきめ細かな充電制御を行うことができる。

図２（ｂ）は、電池温度に対する充電電圧の関係を示した図であり、横軸が電池温度、縦軸が充電電圧を示している。図２（ｂ）においては、標準温度域Ｔ２〜Ｔ３の間に、更に推奨温度域Ｔ５〜Ｔ６が示されている。

図２（ｂ）においても、安全領域である標準温度域Ｔ２〜Ｔ３においては、最も高い充電電圧Ｖ３で充電し、高温度域Ｔ３〜Ｔ４では、それよりも低い充電電圧Ｖ２で充電し、低温度域Ｔ１〜Ｔ２では更に低い充電電圧Ｖ１で充電を行っている。また、低温度域の下限Ｔ１よりも低い温度範囲及び高温度域の上限Ｔ４よりも高い温度範囲では、充電可能温度領域にないので、充電を行わないこととしている。

なお、推奨温度域Ｔ５〜Ｔ６においては、特に標準領域Ｔ２〜Ｔ３の外側部分と異なる充電電圧の設定を行っていないが、必要に応じて、推奨温度域Ｔ５〜Ｔ６には更に高い充電電圧を設定する等の、更にきめ細かい基準温度及びこれに対応する閾値電圧の設定を行うようにしてもよい。二次電池８１の特性に応じた、最適な充電電圧制御の実現が期待できる。

このように、充電電圧においても、温度領域に応じた基準温度を４つ以上設定することにより、二次電池８１の安全性を十分考慮した充電制御を行うことができる。

次に、本実施例に係る充電制御回路５０及びこれを用い充電制御装置１００の充電制御の具体的な制御の一例について説明する。

まず、理解の容易のため、従来から行われている二次電池８１の電池電圧に基づく制御例について説明する。図３は、電池電圧に基づく定電流制御及び定電圧制御の各電流及び各電圧の変化を示すタイミングチャートである。図３（ａ）は、ＶＤＤ１端子から供給されるＡＣアダプタ電源電圧の時間変化、図３（ｂ）は二次電池８１の電圧の時間変化、図３（ｃ）は充電電流の時間変化、図３（ｄ）はＬＥＤの点灯パターンの時間変化を各々示した図である。横軸は総て時間を示す。

図３において、時刻ｔ１のとき、端子ＶＤＤ１から５ＶのＡＣアダプタ電圧が供給される。このとき、ＢＡＴ端子から電池電圧検出部３０により検出される電池電圧は、小電流Ｉ１で充電可能な閾値電圧Ｖ１０＝１．５４Ｖ以下であるが、初回接続時は、初回接続時遅延時間を経てから、時刻ｔ２において充電電流が小電流Ｉ１の設定値である４５ｍＡ流れる。このとき、ＬＥＤはＯＮとなって点灯し、充電中であることを表示する。

その後、時刻ｔ３において電池電圧は小電流Ｉ１で充電可能な閾値電圧Ｖ１０＝１．５４Ｖに上昇し、電圧検出遅延時間を経て、時刻ｔ４において小電流Ｉ１が４５ｍＡ流れる。次いで、電池電圧は上がり続け、時刻ｔ５において、大電流Ｉ２による充電が可能な閾値電圧Ｖ２０＝３．１０Ｖに達する。このとき、同時に時刻ｔ５で充電電流は大電流Ｉ２＝４５０ｍＡに切り換わっている。このような切り換わり制御は、制御部２０のロジック部２１で行われ、大電流の出力は、出力コントロール部２２でなされる。

その後、電池電圧は上昇し続け、時刻ｔ６で満充電の上限電圧であるＶ４＝４．２０Ｖに達する。このとき、充電制御は定電圧制御に切り換わり、Ｖ４０＝４．２０Ｖを維持するような定電圧制御がなされる。また、充電電流は、大電流Ｉ２＝４５０ｍＡから徐々に減少し始め、時刻ｔ７で充電終了の閾値であるＩ０＝３８ｍＡよりも減少する。充電電流が充電終了の閾値Ｉ０以下となって所定の電流遅延時間が経過したら、時刻ｔ８において充電を完了する。このように、最後の充電終了は、充電電流が所定の閾値以下になって所定時間経過してから行う制御にしてもよい。なお、かかる制御は、定電圧制御に切り換わって以降は、出力コントロール部２２において充電電流を検出し、これをロジック部２１に入力し、ロジック部２１で制御指令を出力するようにしてよい。

時刻ｔ８において充電完了したら、充電電流の供給を停止するとともに、ＬＥＤをＯＦＦにして消灯し、充電中でないことを表示するが、電池電圧の監視は、電池電圧検出部３０により継続する。電池電圧が減少し、時刻ｔ９において再充電開始の閾値Ｖ３０＝３．９９Ｖ以下の状態となり、所定の再充電遅延が経過したら、時刻ｔ１０において再充電を開始する。この場合は、電池電圧は当然に大電流供給可能閾値のＶ２０＝３．１０Ｖ以上であるので、大電流Ｉ２で再充電を行ってよい。また、ＬＥＤをＯＮにして点灯させ、充電中であることを表示する。

時刻ｔ１０から大電流の充電を再開し、電池電圧が満充電の上限閾値電圧Ｖ４０＝４．２０Ｖに時刻ｔ１１で達したら、その後は充電電流が減少してゆく。このときの充電電流は出力コントロール部２２により監視され、充電電流が、充電終了の閾値であるＩ０＝３８ｍＡ以下となって所定の電流検出遅延時間が経過したら、時刻ｔ１３において充電完了となり、充電電流の供給も停止する。図３のタイミングチャートはここで終了するが、以下、同様の制御を繰返してよい。

このように、本実施例に係る充電制御回路５０及び充電制御装置１００は、二次電池８１の電池電圧に基づく定電流制御及び／又は定電圧制御も可能なように構成してよい。このように構成することにより、二次電池８１の電池電圧に基づく充電制御と、温度に基づく制御を組合せ、より安全で適切な充電制御を行なうことができる。

次に、図４を用いて、本実施例に係る充電制御回路５０及びこれを用いた充電制御装置１００により実行される、電池温度に基づく充電制御の一例を説明する。

図４は、二次電池８１の電池温度に基づく充電制御の一例を示したタイミングチャートである。図４（ａ）は、ＶＤＤ１端子に入力される充電器電圧の時間変化を示した図であり、図４（ｂ）は、ＢＡＴ端子から検出される電池電圧の時間変化を示した図であり、図４（ｃ）は、温度検出端子ＴＤＥＴの端子電圧の時間変化を示した図である。また、図４（ｄ）は、電池温度の時間変化、図４（ｅ）は、充電電流の時間変化、図４（ｆ）は、ＬＥＤの点灯パターンの時間変化を示した図である。なお、図４(ａ)〜（ｆ）の横軸は総て時間を示す。

なお、図４（ｄ）は、温度検出端子ＴＤＥＴで検出される検出電圧に基づいて、これを電池の温度に換算したタイミングチャートであるので、図４（ｃ）の電圧変化と、逆の関係となる。つまり、温度検出端子ＴＤＥＴに入力された検出電圧が増加すれば電池温度は減少し、検出電圧が減少すれば電池温度は増加することになる。よって、電池温度の最も低い基準温度Ｔ１は、温度検出端子ＴＤＥＴの検出電圧の最も高い閾値電圧Ｖ１に対応し、電池温度の最も高い基準温度Ｔ４は、温度検出端子ＴＤＥＴの検出電圧の最も低い閾値電圧Ｖ４に対応する。同様に、電池温度の２番目に低い基準温度Ｔ２は、温度検出端子ＴＤＥＴの検出電圧の２番目に高い閾値電圧Ｖ２に対応し、電池温度の２番目に高い基準温度Ｔ３は、温度検出端子ＴＤＥＴの検出電圧の２番目に低い閾値電圧Ｖ３に対応する。このような関係を踏まえ、以下、充電制御の内容は、理解と説明の容易のため、温度検出端子ＴＤＥＴの検出電圧ではなく、電池温度に基づいて説明するが、電池電圧で表現しても同じ内容を説明できることは言うまでもない。

図４において、電池温度が最初に標準温度域Ｔ２〜Ｔ３の範囲内にあるときには、充電電流は、大電流Ｉ２＝４５０ｍＡで供給されている。また、ＶＤＤ１端子の充電器電圧は最初から安定して５Ｖが供給され、ＢＡＴ端子の電池電圧は、図３において説明した電池電圧に基づく制御における小電流供給可能閾値であるＶ２０＝３．１Ｖ以上の電圧値を示している。このとき、ＬＥＤはＯＮであり、点灯して充電中を表示している。

時間が経過し、時刻ｔ１に達して、電池温度が高温度域Ｔ３〜Ｔ４の範囲内に入ったときには、充電電流は、小電流であるＩ１＝４５ｍＡの供給に切り換わる。このような切り替え制御は、温度比較部１０のコンパレータ１１〜１４の出力に基づいて、ロジック部２１で切り換えの指示がなされ、出力コントロール部２２で小電流供給が行われて実行されてよい。

電池温度が上昇し続け、時刻ｔ２において、電池温度が充電可能範囲である温度域を超えてしまった場合には、所定の充電停止検出時間経過後、時刻ｔ３において充電電流の供給を停止する。また、ＬＥＤもＯＦＦとなって消灯し、充電中ではないことを示す。このとき、ＢＡＴ端子の電池電圧は、小電流Ｉ１の充電電流可能な範囲内にあるが、電池温度の条件が充電可能条件を満たしていないので、充電を停止する。このように、電池電圧が充電可能な範囲内であっても、電池温度が温度条件を満たしていないときは、安全性の観点から充電を停止する。このように、安全性に関わる電池温度に基づく制御を、電池電圧に基づく制御よりも優先させることにより、充電時の安全性を高め、二次電池８１の寿命を確実に延ばすことができる。

次に、電池温度がまた下がってきて、時刻ｔ４において電池温度が高温度域Ｔ３〜Ｔ４の範囲に入り、所定の充電停止解除遅延時間が経過したら、時刻ｔ５において充電を再開し、小電流Ｉ１で充電電流を供給する。同時に、ＬＥＤをＯＮとして点灯させ、充電中であることを表示する。このように、本実施例に係る充電制御回路５０及び充電制御装置１００では、電池温度が充電可能な温度域に入った場合でも、高温度域Ｔ３〜Ｔ４にある場合には、小電流Ｉ１で充電を行う。これにより、きめ細かに慎重を期す充電制御を行うことができ、安全性を向上させ、二次電池８１の寿命を長持ちさせる適切な充電制御を行なうことができる。

電池温度が下がり続け、時刻ｔ６において電池温度が標準温度域Ｔ２〜Ｔ３に入ったときには、大電流Ｉ２による充電電流制御を開始する。これにより、二次電池８１の温度状態が良好な場合には、大電流Ｉ２で充電を行うことができ、安全性を考慮しつつ充電効率を高めることができる。

電池電圧が下降し続け、時刻ｔ７で電池温度が低温度域Ｔ１〜Ｔ２に入ったら、充電電流を小電流Ｉ１に切り換える制御を行う。低温度域Ｔ１〜Ｔ２も、高温度域Ｔ３〜Ｔ４と同様に小電流Ｉ１による充電電流の供給を行う温度領域であるので、充電電流を小電流Ｉ１に切り換えて供給する。これにより、低温度域Ｔ１〜Ｔ２においても、充電の安全性を高めることができる。

電池温度が下降し続け、時刻ｔ８において電池温度が低温度域Ｔ１〜Ｔ２の下限温度Ｔ１以下となり、所定の充電停止検出遅延時間が経過したら、時刻ｔ９において充電電流の供給を停止し、ＬＥＤもＯＦＦとして消灯する。充電可能温度範囲を下回った状態であるので、充電を停止し、二次電池８１を保護する制御を行う。

電池温度が上昇し、時刻ｔ１０において電池温度が低温度域Ｔ１〜Ｔ２の範囲内に入ったら、所定の充電停止解除遅延時間経過後、時刻ｔ１１において充電電流の供給を開始し、ＬＥＤを点灯させる。このときの電池温度は、低温度域Ｔ１〜Ｔ２であるので、小電流Ｉ１の充電電流の供給を行う。

電池温度が上昇し続け、時刻ｔ１２において電池温度が標準温度域に入ったら、充電電流の供給を大電流Ｉ２に切り換え、急速充電を行う。

このように、本実施例に係る充電制御回路５０及び充電制御装置１００においては、４つの基準温度Ｔ１〜Ｔ４と、これに対応する４つの閾値電圧Ｖ１〜Ｖ４を設定し、検出された電池温度がどの温度範囲にあるかによって制御内容を切り換え、電池の安全性を考慮したきめ細かい制御を行うことができる。

また、図３で説明した電池温度に基づく制御も組み合わせた充電制御を行うことにより、更にきめ細かな安全性を充電効率の高い制御を行うことができる。本実施例においては、電池温度に基づく定電流制御も、電池温度に基づく定電流制御も、大電流Ｉ２と小電流Ｉ１の値を同じとしているので、電池電圧に基づく充電制御と電池温度に基づく充電制御を組合せても、定電流制御の出力は、ロジック部２１内の出力の切り換え制御を行うだけで良いので、ロジック回路構成を簡素にすることができる。

なお、図３及び図４において、具体的な電流値や電圧値を例に挙げて説明したが、あくまで一例に過ぎず、用途に応じて種々の設定が可能であることは言うまでもない。本実施例においては、４つの基準温度及びこれに対応する４つの閾値電圧を設定する例について説明したが、もっと多く基準温度及び閾値電圧を設定し、更にきめ細かな充電制御を行うようにしてもよい。また、本実施例においては、電池温度が低温度域Ｔ１〜Ｔ２と高温度域Ｔ３〜Ｔ４にあるときには、同じ値の小電流Ｉ１を用いたが、電池の特性により、小電流Ｉ１の値を、低温度域Ｔ１〜Ｔ２と高温度域Ｔ３〜Ｔ４で異なる値としてもよい。これにより、二次電池８１の特性に合わせて、更にきめ細かで適切な制御が期待できる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

本発明を適用した実施例に係る充電制御回路５０及びこれを用いた充電制御装置１００の全体構成図である。電池温度と充電電圧及び充電電流の安全領域との関係を示した図である。電池電圧に基づく定電流制御及び定電圧制御の各電流及び各電圧の変化を示すタイミングチャートである。図３（ａ）は、ＡＣアダプタ電源電圧の時間変化を示した図である。図３（ｂ）は、二次電池８１の電圧の時間変化を示した図である。図３（ｃ）は、充電電流の時間変化を示した図である。図３（ｄ）は、ＬＥＤの点灯パターンの時間変化を示した図である。二次電池８１の電池温度に基づく充電制御の一例を示したタイミングチャートである。図４（ａ）は、ＶＤＤ１端子に入力される充電器電圧の時間変化を示した図である。図４（ｂ）は、ＢＡＴ端子から検出される電池電圧の時間変化を示した図である。図４（ｃ）は、温度検出端子ＴＤＥＴの端子電圧の時間変化を示した図である。図４（ｄ）は、電池温度の時間変化を示した図である。図４（ｅ）は、充電電流の時間変化を示した図である。図４（ｆ）は、ＬＥＤの点灯パターンの時間変化を示した図である。

符号の説明

ＴＤＥＴ温度検出端子
１０温度比較部
１１、１２、１３、１４コンパレータ
１５レギュレータ
Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５抵抗
２０制御部
２１ロジック部
２２出力コントロール部
３０電池電圧検出部
４０過熱保護部
５０充電制御回路
６０基板
７０パッケージ
８０電池パック
８１二次電池
８２サーミスタ
９０充電器
１００充電制御装置

Claims

入力された検出電圧から二次電池の温度を検出する温度検出端子と、
４つの基準温度に対応する４つの閾値電圧を有し、該４つの閾値電圧と前記温度検出端子に入力された前記検出電圧とを比較し、前記検出電圧の温度範囲を示す温度領域信号を出力する温度比較部と、
該温度比較部から出力された前記温度領域信号に基づいて、充電電流及び／又は充電電圧を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする二次電池の充電制御回路。
前記温度比較部は、入力端子の一方が前記温度検出端子に並列に接続され、入力端子の他方が分圧回路からなる閾値電圧設定回路に接続された４つのコンパレータを含むことを特徴とする請求項１に記載の二次電池の充電制御回路。
前記二次電池の端子電圧を検出し、該端子電圧の電圧範囲を示す電池電圧信号を出力する電池電圧検出部を含み、
前記制御部は、該電池電圧検出部から出力される前記電池電圧信号と、前記温度比較部から出力される前記温度領域信号とが入力され、これらの信号に基づいて制御信号を出力するロジック部を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の二次電池の充電制御回路。
前記４つの基準温度は、最も高い基準温度と２番目に高い基準温度との間で所定の高温度域、最も低い基準温度と２番目に低い基準温度との間で所定の低温度域、前記２番目に高い基準温度と前記２番目に低い基準温度との間で所定の標準領域を定めるように各々設定され、
前記制御部は、前記温度領域信号が高温度域又は前記低温度域にあるときには、前記充電電流を所定の小電流とする電流制御を行い、前記温度領域信号が前記標準領域にあるときには、前記充電電流を所定の大電流とする電流制御を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の二次電池の充電制御回路。
前記制御部は、前記温度領域信号が前記高温度域より高い範囲にあるとき、又は前記低温度域より低い範囲にあるときには、前記充電電流の供給を停止する電流制御を行うことを特徴とする請求項４に記載の二次電池の充電制御回路。
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の二次電池の充電制御回路を基板上に有し、
該基板を収容するパッケージを有することを特徴とする二次電池の充電制御装置。