JP2012005268A - 充電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電池の高温時と過電圧時とで同じ比較手段を用いて充電を停止できるように構成することによって、安価で安全な充電装置を提供する。
【解決手段】電力供給手段と電力供給停止手段１６０とを有する充電装置において、電池電圧信号ラインは、電池パックの複数のセルの中の１つでも所定の電圧に達した場合に過電圧状態を示すものである。電力供給停止手段１６０は、電池温度信号ラインの電圧が電池パックの許容温度範囲を超える第１の温度に相当する第１のしきい値電圧に達した場合、又は、電池電圧信号ラインの電圧が電池パックの許容電圧範囲を超える第１の電圧に相当する第２のしきい値電圧に達した場合に、電池パックが高温状態又は過電圧状態であるとして、電力供給手段からの電池パックへの電力の供給を停止するように構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、２次電池からなる電池パックを充電する充電装置に関するものである。

電動工具において、コードレス電動工具の駆動源となる電池として更なる高容量化、軽量化が要望されている。この要望に対して、出力密度が高いリチウムイオン電池が用いられ始めている。

リチウムイオン電池においては、過電圧・過放電を行うと、電池の劣化・発火の可能性があり、一般的には電池パック内において、専用の保護ＩＣや、マイコンを設け、過放電・過電圧を監視し、電池電圧が所定電圧値以下又は以上の場合には、前記専用の保護ＩＣやマイコンから信号を出力し、この信号に基づき充放電経路を遮断してしまうといった安全性に対する対策が行われている（例えば特許文献１参照）。また、過電圧等の理由で電池温度が異常に上昇してしまった場合においても、充電が停止するような構成になっているのが一般的である。

特開平６−１４１４７９号公報

ところで、前述したようなリチウムイオン電池を充電するための充電装置においては、過電圧信号又は温度信号を検出し、この検出値を各検出値（信号）にそれぞれ対応するある所定値と比較する等の手段を用いて、信号値（検出値）が所定値以上又は所定値以下であるか否かを判別し、充電を停止する。しかし、充電を停止するということでは、高温時も、過電圧時も同じであるが、それぞれの所定値が違うため、場合によっては個々に二つの比較手段が必要になり、設置面積やコストの点で不利である。

そこで、本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくし、電池の高温時と過電圧時とで同じ比較手段を用いて充電を停止できるように構成することによって、安価で安全な充電装置を提供することである。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

すなわち、上記目的を達成するため、本発明は、複数のセルから成る電池パックを充電するための電力供給手段と、電池パックの温度情報を有する電池温度信号ラインと、電池パックの電圧情報を有する電池電圧信号ラインとに接続される電力供給停止手段とを有する充電装置に適用され、以下のような特徴を有するものである。

本発明の充電装置において、電池電圧信号ラインは、電池パックの複数のセルの中の１つでも所定の電圧に達した場合に過電圧状態を示すものである。電力供給停止手段は、電池温度信号ラインの電圧が第１の温度に達した場合、又は、電池電圧信号ラインの電圧が第１の電圧に達した場合に、電池パックが高温状態又は過電圧状態であるとして、電力供給手段からの電池パックへの電力の供給を停止するように構成されていることを特徴とする。

さらに好ましくは、電池温度信号ラインと電池電圧信号ラインとに接続され、電池温度信号ラインの電圧が第２の温度に達した場合、又は、電池電圧信号ラインの電圧が第２の電圧に達した場合に、電池パックが高温状態又は過電圧状態であるとして、電力供給手段からの電池パックへの電力の供給を停止するように構成されているマイコンを有することを特徴とする。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

すなわち、本発明によれば、電池の高温時と過電圧時とで同じ比較手段である電力供給停止手段を用いて充電を停止できるので、安価で安全な充電装置を提供することが可能となる。また、電力供給停止手段とマイコンとを併用して双方で充電を停止できるので、より一層、信頼性の高い充電装置を提供することが可能となる。

本発明の前提として検討した充電装置の一例を示す回路図である。 本発明の一実施形態である充電装置の一例を示す回路図である。 本発明の一実施形態である充電装置において、電力供給停止手段におけるオペアンプの入出力の関係の一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

また、以下においては、本発明の特徴を分かり易くする為に、本発明の前提として検討した充電装置と比較して、本発明の一実施形態である充電装置を説明する。

＜本発明の前提として検討した充電装置＞
まず、図１を用いて、本発明の前提として検討した充電装置について説明する。図１は、本発明の前提として検討した充電装置の一例を示す回路図であり、電池の高温時と過電圧時とで個々に別々の手段で充電を停止するように構成した場合の一例である。

本発明の前提として検討した充電装置は、交流電源１から電力が供給されており、出力側に接続された電池パック２を充電する装置である。この充電装置は、電流検出手段３、充電制御信号伝達手段４、充電電流信号伝達手段５、整流平滑回路６、電力供給制御手段７、電力供給制御信号経路８、電池種判別回路９、整流平滑回路１０、スイッチング回路２０、整流平滑回路３０、定電圧電源回路４０、マイコン５０、充電電流制御回路６０、充電電流設定手段７０、電池温度検出手段８０、電池電圧検出手段９０、充電電圧制御手段１００、表示手段１３０、電池温度高温時電力供給停止手段１４０、過電圧時電力供給停止手段１５０等から構成される。

交流電源１は、例えば商用電源等の外部電源である。電池パック２は、直列に接続された電池セル２ａ、抵抗等の電池種判別手段２ｂ、サーミスタ等の感温素子２ｃ、電池セル２ａの電圧を監視し、複数のセルの中の一つでも電圧が所定値以上に達した場合は、所定の信号を出力する保護ＩＣ２ｄから構成される。電池種判別手段２ｂは、電池種判別抵抗であり、電池種判別回路９の抵抗と基準値である電圧Ｖｃｃの値を分圧する。分圧された値は、マイコン５０のＡ／Ｄ入力ポート５２に入力され、マイコン５０はＦＥＴ１０８，１０９，１１０をオンオフすることによりセル数に対応した充電電圧を設定する。

電流検出手段３は、整流平滑回路３０と充電電圧制御手段１００との間に接続され、電池パック２に流れる充電電流を検出する抵抗からなる。充電制御信号伝達手段４は、スイッチング回路２０とマイコン５０等に接続され、ＰＷＭ制御ＩＣ２３のオンオフを制御する信号を伝達するホトカプラ等からなる。充電電流信号伝達手段５は、スイッチング回路２０と充電電圧制御手段１００と充電電流制御回路６０等に接続され、充電電流の信号をＰＷＭ制御ＩＣ２３に帰還するホトカプラ等からなる。整流平滑回路６は、定電圧電源回路４０とスイッチング回路２０等に接続され、ＰＷＭ制御ＩＣ２３の電源となる整流平滑回路であり、トランス６ａ、整流ダイオード６ｂ、平滑コンデンサ６ｃから構成される。

電力供給制御手段７は、充電電圧制御手段１００と電力供給制御信号経路８等に接続され、電池パック２への電力の供給をオンオフ制御する回路であり、リレー等のスイッチで構成される電力供給開閉手段７ａ、電力供給開閉手段７ａを制御するＦＥＴ７ｂ、抵抗７ｃで構成される。ＦＥＴ７ｂのゲートにはマイコン５０の出力ポート５１ｂからの信号が電力供給制御信号経路８のダイオード８ａを介して入力される。このマイコン５０からの信号によって電力供給開閉手段７ａが制御される。ここでは、マイコン５０からハイ信号が出力され、ＦＥＴ７ｂのゲートに前記ハイ信号が入力された場合に、前記電力供給開閉手段７ａは電力供給状態になるものとする。

電力供給制御信号経路８は、電力供給制御手段７とマイコン５０と電池温度高温時電力供給停止手段１４０と過電圧時電力供給停止手段１５０等に接続され、電力供給制御手段７への制御信号の経路を決めるための回路であり、ダイオード８ａ，８ｂ，８ｃから構成される。電池種判別回路９は、電池パック２の電池種判別手段２ｂからマイコン５０に繋がる信号ライン上に接続され、電池種を判別する抵抗からなる。

整流平滑回路１０は、交流電源１に接続され、交流電源１を全波整流及び平滑して出力する回路であり、全波整流回路１１と平滑用コンデンサ１２から構成される。スイッチング回路２０は、整流平滑回路１０に接続され、整流平滑回路１０の出力を切り替えるタイミングを調整する回路であり、高周波トランス２１、ＭＯＳＦＥＴ２２とＰＷＭ制御ＩＣ２３から構成される。ＰＷＭ制御ＩＣ２３は、ＭＯＳＦＥＴ２２の駆動パルス幅を変えて整流平滑回路３０の出力電圧を調整するスイッチング電源ＩＣである。整流平滑回路３０は、スイッチング回路２０に接続され、スイッチング回路２０の出力を整流及び平滑して出力する回路であり、ダイオード３１、平滑コンデンサ３２、放電用抵抗３３から構成される。

定電圧電源回路４０は、整流平滑回路１０とスイッチング回路２０等に接続され、マイコン５０やオペアンプ６１，６５等の各種回路へ安定化した電圧Ｖｃｃを供給するための回路であり、トランス４１ａ〜４１ｃ、スイッチング素子４２、制御素子４３、整流ダイオード４４、コンデンサ４５，４７、レギュレータ４６、リセットＩＣ４８から構成される。リセットＩＣ４８は、充電装置に交流電源１が投入された時にリセット信号を出力するＩＣである。

マイコン５０は、充電制御信号伝達手段４と表示手段１３０に繋がる出力ポート５１ａ、電力供給制御信号経路８と充電電圧制御手段１００に繋がる出力ポート５１ｂ、電池パック２からの信号ラインや充電電流制御回路６０と電池温度検出手段８０と電池電圧検出手段９０と電池温度高温時電力供給停止手段１４０と過電圧時電力供給停止手段１５０等が繋がるＡ／Ｄ入力ポート５２、定電圧電源回路４０が繋がるリセットポート５３、電池温度や電池電圧等に基づいて電池温度高温や過電圧等の判定処理等を行うＣＰＵ５４等から構成される。このマイコン５０は、Ａ／Ｄ入力ポート５２に入力される各種信号を処理し、その結果に基づく各種信号を出力ポート５１ａ，５１ｂから出力して、充電装置の動作を制御している。

充電電流制御回路６０は、充電電流設定手段７０とマイコン５０等に接続され、充電電流設定手段７０による設定に基づき充電電流を制御するための回路であり、オペアンプ６１，６５、抵抗６２，６３，６４，６６，６７、ダイオード６８から構成される。充電電流設定手段７０は、充電電流制御回路６０に接続され、充電電流を所定の電流値に設定してオペアンプ６５の入力とするための回路であり、抵抗７１，７２から構成される。基準電圧Ｖｃｃが抵抗７１，７２によって分圧された値が充電電流を設定する際の基準値となる。

電池温度検出手段８０は、電池パック２の感温素子２ｃからマイコン５０に繋がる信号ライン上に接続される回路であり、抵抗８１，８２から構成される。基準電圧Ｖｃｃは感温素子２ｃと抵抗８２の並列抵抗と、抵抗８１により分圧され、その値がマイコン５０のＡ／Ｄ入力ポート５２に電池温度情報として入力される。電池電圧検出手段９０は、電力供給制御手段７の出力とマイコン５０との間に接続される回路であり、抵抗９１，９２から構成される。電池パック２に供給する電圧すなわち電池パック２の電圧は抵抗９１，９２によって分圧され、その値がマイコン５０のＡ／Ｄ入力ポート５２に電池電圧情報として入力される。

充電電圧制御手段１００は、整流平滑回路３０と電力供給制御手段７とマイコン５０等に接続され、充電電圧を制御するための回路であり、抵抗１０１，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７，１１１，１１２，１１３，１１４，１１５，１１６，１１７、ポテンショメータ１０２、ＦＥＴ１０８，１０９，１１０、コンデンサ１１８、シャントレギュレータ１１９、整流ダイオード１２０から構成される。充電電圧は、マイコン５０の出力ポート５１ｂからの信号により、抵抗１０１、ポテンショメータ１０２の直列抵抗と、抵抗１０４及び抵抗１０５及び抵抗１０６及び抵抗１０７との分圧値がシャントレギュレータ１１９の基準値となるように定められる。例えば、抵抗１０１、ポテンショメータ１０２の直列抵抗と、抵抗１０４とで定められる値は２セルのリチウムイオン電池を充電するための値、抵抗１０４と抵抗１０５の並列抵抗（ＦＥＴ１０８をオンさせることによる並列抵抗）とで定められる値は３セルのリチウムイオン電池を充電するための値、抵抗１０４と抵抗１０６の並列抵抗（ＦＥＴ１０９をオンさせることによる並列抵抗）とで定められる値は４セルのリチウムイオン電池を充電するための値、抵抗１０４と抵抗１０７の並列抵抗（ＦＥＴ１１０をオンさせることによる並列抵抗）とで定められる値は５セルのリチウムイオン電池を充電するための値と定める。

表示手段１３０は、マイコン５０に接続され、充電の状態を表示するための回路であり、ＬＥＤ１３１、抵抗１３２，１３３から構成される。抵抗１３２のマイコン５０の出力ポート５１ａに連なるポートからハイ信号を出力すると、ＬＥＤ１３１は赤点灯し、抵抗１３３のマイコン５０の出力ポート５１ａに連なるポートからハイ信号を出力すると、ＬＥＤ１３１は緑点灯し、両方のポートからハイ信号を出力するとＬＥＤ１３１は橙に点灯する。

電池温度高温時電力供給停止手段１４０は、電池パック２の感温素子２ｃから電池温度検出手段８０を介してマイコン５０に繋がる信号ライン上に接続される回路であり、オペアンプ１４１、抵抗１４２，１４３から構成される。ここでは、感温素子２ｃはＮＴＣサーミスタ（温度上昇と共に抵抗値が低下する）であるものとし、電池温度検出手段８０における電池温度と対応する電圧値は温度上昇と共に低下する。電池温度が上昇し電池温度検出手段８０において検出される値が、電圧Ｖｃｃを抵抗１４２，１４３で分圧した基準値以下にあるとオペアンプ１４１の出力はハイ信号からロー信号となる。この時、電力供給制御手段７において電池セル２ａに電力を供給すべくマイコン５０の出力ポート５１ｂからダイオード８ａを介して供給されるハイ信号は、ダイオード８ｂを介してローレベルに落ちるため、電力供給制御手段７において電力を供給できない状態になる。すなわち、電池セル２ａが所定値以上の高温に達した場合には、マイコン５０からの信号の有無に関わらず（例えばマイコン５０が故障してマイコン５０からハイ信号が出力され続けたとしても）充電が停止される。

過電圧時電力供給停止手段１５０は、電池パック２の保護ＩＣ２ｄからの信号ラインとマイコン５０との間に接続される回路であり、ＦＥＴ１５１、抵抗１５２，１５３から構成される。ここでは、通常時には過電圧時電力供給停止手段１５０のラインにロー信号が入力され、逆に複数ある電池セル２ａの中の１つでも電圧が所定値以上に達した場合は、過電圧時電力供給停止手段１５０のラインに何らの信号も出力されないものとする。通常時においては、過電圧時電力供給停止手段１５０のラインにはロー信号が入力されているため、ＦＥＴ１５１はオフ状態となり、ＦＥＴ１５１のドレインは抵抗１５２を介してＶｃｃの電位になっている。一方、複数ある電池セル２ａの中の１つでも電圧が所定値以上に達した場合は、過電圧時電力供給停止手段１５０のラインに何らの信号も出力されないので、ＦＥＴ１５１には抵抗１５３を介してＶｃｃの電位が入力されオン状態となる。すると、ＦＥＴ１５１のドレインの電位はローレベルとなる。この時、電力供給制御手段７において電池セル２ａに電力を供給すべくマイコン５０の出力ポート５１ｂからダイオード８ａを介して供給されるハイ信号は、ダイオード８ｃを介してローレベルに落ちるため、電力供給制御手段７において電力を供給できない状態になる。すなわち、電池セル２ａが過電圧状態になった場合には、マイコン５０からの信号の有無に関わらず（例えばマイコン５０が故障してマイコン５０からハイ信号が出力され続けたとしても）充電が停止される。

以上のように、本発明の前提として検討した充電装置においては、電池温度高温時電力供給停止手段１４０と、過電圧時電力供給停止手段１５０という２つの停止手段を有して、電池セル２ａが高温に達した場合には電池温度高温時電力供給停止手段１４０により充電を停止させ、又、電池セル２ａが過電圧状態になった場合には過電圧時電力供給停止手段１５０により充電を停止させていた。このため、電池セル２ａの高温時と過電圧時とで個々に別々の手段が必要になり、設置面積やコストの点で不利であった。これを改善したのが本発明の一実施形態である充電装置であり、以下において説明する。

＜本発明の一実施形態である充電装置＞
図２を用いて、本発明の一実施形態である充電装置について説明する。図２は、本発明の一実施形態である充電装置の一例を示す回路図であり、電池の高温時と過電圧時とで１つの手段で充電を停止するように構成した場合の一例である。

図２に示す本発明の一実施形態である充電装置は、図１における電池温度高温時電力供給停止手段１４０と、過電圧時電力供給停止手段１５０という２つの停止手段を、電力供給停止手段１６０として１つにしたものである。これに伴い、電力供給制御信号経路８はダイオード８ａ，８ｄからなる構成となっている。

本発明の一実施形態である充電装置は、交流電源１から電力が供給されており、出力側に接続された電池パック２を充電する装置である。この充電装置は、電流検出手段３、充電制御信号伝達手段４、充電電流信号伝達手段５、整流平滑回路６、電力供給制御手段７、電力供給制御信号経路８、電池種判別回路９、整流平滑回路１０、スイッチング回路２０、整流平滑回路３０、定電圧電源回路４０、マイコン５０、充電電流制御回路６０、充電電流設定手段７０、電池温度検出手段８０、電池電圧検出手段９０、充電電圧制御手段１００、表示手段１３０、電力供給停止手段１６０等から構成される。

この本発明の一実施形態である充電装置において、整流平滑回路１０とスイッチング回路２０と整流平滑回路３０と充電電圧制御手段１００等は、電池パック２の複数の電池セル２ａから成るリチウムイオン電池を充電するための電力供給手段として機能する。

また、充電装置を構成する電力供給停止手段１６０は、複数の電池セル２ａから成るリチウムイオン電池の温度情報を有する電池温度信号ラインである感温素子２ｃからのラインと、複数の電池セル２ａから成るリチウムイオン電池の電圧情報を有する電池電圧信号ラインである保護ＩＣ２ｄからのラインとに接続されている。この電力供給停止手段１６０は、詳細は後述するが、感温素子２ｃからのラインの電圧がリチウムイオン電池の許容温度範囲を超える温度に相当する電圧（しきい値電圧）、例えば６５℃に相当する電圧に達した場合、又は、保護ＩＣ２ｄからのラインの電圧がリチウムイオン電池の許容電圧範囲を超える電圧に相当する電圧（しきい値電圧）、例えば１セル当たり４．２５Ｖに達した場合に、リチウムイオン電池が高温状態又は過電圧状態であるとして、電力供給手段からのリチウムイオン電池への電力の供給を停止するように構成されている。

この電力供給停止手段１６０からの出力信号を用いて、電力供給制御手段７は、感温素子２ｃからのラインの電圧がリチウムイオン電池の許容温度範囲を超える温度に相当する電圧に達した場合、又は、保護ＩＣ２ｄからのラインの電圧がリチウムイオン電池の許容電圧範囲を超える電圧に相当する電圧に達した場合に、リチウムイオン電池への電力の供給をオフするように構成されている。

以下において、電力供給停止手段１６０について詳細に説明する。他の構成要素については、図１と同様であるので、ここでの説明は省略する。

電力供給停止手段１６０は、電池パック２の感温素子２ｃから電池温度検出手段８０を介した信号ライン、及び電池パック２の保護ＩＣ２ｄからの信号ラインと、マイコン５０の出力ポート５１ｂとの間に接続される回路であり、比較器であるオペアンプ１６１、抵抗１６２，１６３，１６４から構成されている。オペアンプ１６１の反転入力端子（−）には、電圧Ｖｃｃとグランド間に直列接続された抵抗１６２と抵抗１６３との接続点が接続され、この接続点は抵抗１６４を介して電池パック２の保護ＩＣ２ｄからの信号ラインに接続されると共に、マイコン５０のＡ／Ｄ入力ポート５２に接続されている。また、オペアンプ１６１の非反転入力端子（＋）には、電池温度検出手段８０の電圧Ｖｃｃとグランド間に直列接続された抵抗８１と抵抗８２との接続点が接続され、この接続点は電池パック２の感温素子２ｃからの信号ラインに接続されると共に、マイコン５０のＡ／Ｄ入力ポート５２に接続されている。そして、オペアンプ１６１の出力端子は、電力供給制御信号経路８のダイオード８ｄのカソード側に接続され、アノード側はマイコン５０の出力ポート５１ｂに接続されると共に、ダイオード８ａを介して電力供給制御手段７のＦＥＴ７ｂのゲートに接続されている。

このような電力供給停止手段１６０の構成により、電池セル２ａが、通常状態である場合、高温状態である場合、過電圧状態である場合には、以下のような動作となる。

電池セル２ａのセル電圧が通常状態である場合は、抵抗１６４に連なるラインにはロー信号が入力されている。このため、オペアンプ１６１の反転入力端子（−）には電圧Ｖｃｃを抵抗１６２及び抵抗１６３と抵抗１６４との並列抵抗とで分圧した値が入力されている。図１において前述したように、本実施形態においても、感温素子２ｃはＮＴＣサーミスタ（温度上昇と共に抵抗値が低下する）であるものとし、電池温度検出手段８０における電池温度と対応する電圧値は温度上昇と共に低下する。電池温度が上昇し電池温度検出手段８０において検出される値が、電圧Ｖｃｃを抵抗１６２及び抵抗１６３と抵抗１６４との並列抵抗とで分圧した基準値以下にあるとオペアンプ１６１の出力はハイ信号からロー信号となる。この時、電力供給制御手段７において電池セル２ａに電力を供給すべくマイコン５０の出力ポート５１ｂからダイオード８ａを介して供給されるハイ信号は、ダイオード８ｄを介してローレベルに落ちるため、電力供給制御手段７において電力を供給できない状態になる。すなわち、電池セル２ａが所定値以上の高温に達した場合には、マイコン５０からの信号の有無に関わらず（例えばマイコン５０が故障してマイコン５０からハイ信号が出力され続けたとしても）充電が停止される。このような制御を行うには、電圧Ｖｃｃを抵抗１６２及び抵抗１６３と抵抗１６４との並列抵抗とで分圧した値が、所望の充電を停止したい電池温度に相当する値になるように抵抗１６２，１６３，１６４を決定すればよい。

また、図１において前述したように、本実施形態においても、通常時には電力供給停止手段１６０の抵抗１６４に連なるラインにロー信号が入力され、逆に複数ある電池セル２ａの中の１つでも電圧が所定値以上に達した場合は、何らの信号も入力されないものとする。複数ある電池セル２ａの中の１つでも電圧が所定値以上に達した場合は、電力供給停止手段１６０の抵抗１６４に連なるラインに何らの信号も出力されないので、このため、オペアンプ１６１の反転入力端子（−）には電圧Ｖｃｃを抵抗１６２及び抵抗１６３とで分圧した値が入力される。一方、オペアンプ１６１の非反転入力端子（＋）には電池温度検出手段８０における電圧Ｖｃｃを抵抗８１と抵抗８２で分圧した値以下の値が電池温度（感温素子２ｃの値）に対応して入力される。この時、電圧Ｖｃｃを抵抗８１及び抵抗８２と感温素子２ｃとの並列抵抗とで分圧した値よりも、電圧Ｖｃｃを抵抗１６２と抵抗１６３で分圧した値の方が大きくなるように抵抗１６２，１６３を設定しておけば、電池温度に関係なく過電圧時においては、オペアンプ１６１の出力がハイ信号からロー信号となる。この時、電力供給制御手段７において電池セル２ａに電力を供給すべくマイコン５０の出力ポート５１ｂからダイオード８ａを介して供給されるハイ信号は、ダイオード８ｄを介してローレベルに落ちるため、電力供給制御手段７において電力を供給できない状態になる。すなわち、電池セル２ａが過電圧状態になった場合には、マイコン５０からの信号の有無に関わらず（例えばマイコン５０が故障してマイコン５０からハイ信号が出力され続けたとしても）充電が停止される。

以上説明した本実施形態である充電装置について、通常時、高温時、過電圧時のオペアンプ１６１の入力と出力の関係を示すと図３のようになる。図３は、電力供給停止手段１６０におけるオペアンプ１６１の入出力の関係の一例を示す図である。

通常時には、オペアンプ１６１の非反転入力端子に電圧Ｖｃｃを抵抗８１及び抵抗８２と感温素子２ｃとの並列抵抗とで分圧した値が入力され、反転入力端子に電圧Ｖｃｃを抵抗１６２及び抵抗１６３と抵抗１６４との並列抵抗とで分圧した値が入力される。この通常時は、抵抗８１及び抵抗８２の抵抗値と感温素子２ｃからのラインとの合成抵抗で入力される電圧値と、抵抗１６２及び抵抗１６３の抵抗値と抵抗１６４の抵抗値との合成抵抗で入力される電圧値とが比較され、非反転入力端子に入力される電圧が大きいので、オペアンプ１６１の出力はハイレベルであり、充電が維持される。

高温時には、オペアンプ１６１の非反転入力端子に電圧Ｖｃｃを抵抗８１及び抵抗８２と感温素子２ｃとの並列抵抗とで分圧した値が入力され、反転入力端子に電圧Ｖｃｃを抵抗１６２及び抵抗１６３と抵抗１６４との並列抵抗とで分圧した値が入力される。この高温時は、抵抗８１及び抵抗８２の抵抗値と感温素子２ｃからのラインとの合成抵抗で入力される電圧値と、抵抗１６２及び抵抗１６３の抵抗値と抵抗１６４の抵抗値との合成抵抗で入力される電圧値とが比較され、通常時と逆に反転入力端子に入力される電圧が大きくなるので、オペアンプ１６１の出力はローレベルとなり、充電が停止される。

過電圧時には、オペアンプ１６１の非反転入力端子に電圧Ｖｃｃを抵抗８１及び抵抗８２と感温素子２ｃとの並列抵抗とで分圧した値が入力され、反転入力端子に電圧Ｖｃｃを抵抗１６２及び抵抗１６３で分圧した値が入力される。この過電圧時は、抵抗８１及び抵抗８２の抵抗値と感温素子２ｃからのラインとの合成抵抗で入力される電圧値と、抵抗１６２及び抵抗１６３の抵抗値の合成抵抗で入力される電圧値とが比較され、通常時と逆に反転入力端子に入力される電圧が大きくなるので、高温時と同様に、オペアンプ１６１の出力はローレベルとなり、充電が停止される。

以上のように、本発明の一実施形態である充電装置においては、１つの電力供給停止手段１６０を有して、電池セル２ａが高温に達した場合、又、電池セル２ａが過電圧状態になった場合には、電力供給停止手段１６０により電力供給制御手段７を制御して充電を停止させることができる。このため、電池セル２ａの高温時と過電圧時とで同じ電力供給停止手段１６０を用いて充電を停止できるので、安価で安全な充電装置を提供することが可能となる。

また、電力供給停止手段１６０の他に、マイコン５０にも、電池パック２の感温素子２ｃから電池温度検出手段８０を介した信号ライン、及び電池パック２の保護ＩＣ２ｄから抵抗１６４を介した信号ラインが接続されているので、マイコン５０においても、電池セル２ａが高温に達した場合、又、電池セル２ａが過電圧状態になった場合には、電力供給制御手段７を制御して充電を停止させることができる。このため、電力供給停止手段１６０とマイコン５０とを併用して双方で充電を停止できるので、より一層、信頼性の高い充電装置を提供することが可能となる。

この電力供給停止手段１６０とマイコン５０との双方で充電を停止させる場合には、これに限られるものではないが、例えばマイコン５０では電池セル２ａの許容温度範囲を超えた５５℃の温度、電力供給停止手段１６０ではそれより高い６５℃の温度で充電を停止させる例が考えられる。また、電池セル２ａの許容電圧範囲を超えた電圧で充電を停止させる場合にも、マイコン５０で充電を停止させる電圧よりも電力供給停止手段１６０で充電を停止させる電圧の方を高く設定する例が考えられる。このような設定にする理由は、例えばマイコン５０が故障してマイコン５０から充電信号が出力され続けたとしても、電力供給停止手段１６０で確実に充電を停止できるようにするためである。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、本実施の形態ではリチウムイオン２次電池について説明したが、ニッケルカドミウム２次電池や、ニッケル水素２次電池であっても良い。

本発明の充電装置は、リチウムイオン２次電池等の２次電池を充電する充電装置に利用可能である。

１…交流電源、
２…電池パック、２ａ…電池セル、２ｂ…電池種判別手段、２ｃ…感温素子、２ｄ…保護ＩＣ、
３…電流検出手段、
４…充電制御信号伝達手段、
５…充電電流信号伝達手段、
６…整流平滑回路、６ａ…トランス、６ｂ…整流ダイオード、６ｃ…平滑コンデンサ、
７…電力供給制御手段、７ａ…電力供給開閉手段、７ｂ…ＦＥＴ、７ｃ…抵抗、
８…電力供給制御信号経路、８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ…ダイオード、
９…電池種判別回路、
１０…整流平滑回路、１１…全波整流回路、１２…平滑用コンデンサ、
２０…スイッチング回路、２１…高周波トランス、２２…ＭＯＳＦＥＴ、２３…ＰＷＭ制御ＩＣ、
３０…整流平滑回路、３１…ダイオード、３２…平滑コンデンサ、３３…放電用抵抗、
４０…定電圧電源回路、４１ａ〜４１ｃ…トランス、４２…スイッチング素子、４３…制御素子、４４…整流ダイオード、４５，４７…コンデンサ、４６…レギュレータ、４８…リセットＩＣ、
５０…マイコン、５１ａ，５１ｂ…出力ポート、５２…Ａ／Ｄ入力ポート、５３…リセットポート、５４…ＣＰＵ、
６０…充電電流制御回路、６１，６５…オペアンプ、６２，６３，６４，６６，６７…抵抗、６８…ダイオード、
７０…充電電流設定手段、７１，７２…抵抗、
８０…電池温度検出手段、８１，８２…抵抗、
９０…電池電圧検出手段、９１，９２…抵抗、
１００…充電電圧制御手段、１０１，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７，１１１，１１２，１１３，１１４，１１５，１１６，１１７…抵抗、１０２…ポテンショメータ、１０８，１０９，１１０…ＦＥＴ、１１８…コンデンサ、１１９…シャントレギュレータ、１２０…整流ダイオード、
１３０…表示手段、１３１…ＬＥＤ、１３２，１３３…抵抗、
１４０…電池温度高温時電力供給停止手段、１４１…オペアンプ、１４２，１４３…抵抗、
１５０…過電圧時電力供給停止手段、１５１…ＦＥＴ、１５２，１５３…抵抗、
１６０…電力供給停止手段、１６１…オペアンプ、１６２，１６３，１６４…抵抗。

Claims (6)

1. 複数のセルから成る電池パックを充電するための電力供給手段と、
   前記電池パックの温度情報を有する電池温度信号ラインと、前記電池パックの電圧情報を有する電池電圧信号ラインとに接続される電力供給停止手段とを有し、
   前記電池電圧信号ラインは、前記電池パックの複数のセルの中の１つでも所定の電圧に達した場合に過電圧状態を示すものであり、
   前記電力供給停止手段は、前記電池温度信号ラインの電圧が第１の温度に達した場合、又は、前記電池電圧信号ラインの電圧が第１の電圧に達した場合に、前記電池パックが高温状態又は過電圧状態であるとして、前記電力供給手段からの前記電池パックへの電力の供給を停止するように構成されていることを特徴とする充電装置。
2. 請求項１記載の充電装置において、
   前記電力供給停止手段は、
   比較器と、第１、第２及び第３の抵抗とを有し、
   前記比較器の一方の入力端子には、前記電池温度信号ラインの電圧が入力され、他方の入力端子には、所定の電圧を前記第１及び第２の抵抗により分圧した分圧電圧と、前記第３の抵抗を介して前記電池電圧信号ラインの電圧とが入力され、
   さらに、前記比較器の一方の入力端子には、所定の電圧を第４及び第５の抵抗により分圧した分圧電圧が入力されており、
   前記電池温度信号ラインの電圧が第１の温度に達した場合は、前記電池温度信号ラインと前記第４及び第５の抵抗の抵抗値との合成抵抗で入力される電圧値と、前記第１及び第２の抵抗の抵抗値と前記第３の抵抗の抵抗値との合成抵抗で入力される電圧値との比較により、前記比較器の出力が反転して前記高温状態となり、
   前記電池電圧信号ラインの電圧が第１の電圧に達した場合は、前記電池温度信号ラインと前記第４及び第５の抵抗の抵抗値との合成抵抗で入力される電圧値と、前記第１及び第２の抵抗の抵抗値の合成抵抗で入力される電圧値との比較により、前記比較器の出力が反転して前記過電圧状態となるように構成されていることを特徴とする充電装置。
3. 請求項２記載の充電装置において、
   さらに、前記電力供給手段から前記電池パックに供給する電力のオンオフを制御する電力供給制御手段を有し、
   前記電力供給制御手段は、前記電池温度信号ラインの電圧が第１の温度に達した場合、又は、前記電池電圧信号ラインの電圧が第１の電圧に達した場合で、前記比較器の出力が反転した場合に、前記反転した出力信号を用いて前記電池パックへの電力の供給をオフするように構成されていることを特徴とする充電装置。
4. 請求項３記載の充電装置において、
   さらに、前記電池温度信号ラインと前記電池電圧信号ラインとに接続され、前記電池温度信号ラインの電圧が第２の温度に達した場合、又は、前記電池電圧信号ラインの電圧が第２の電圧に達した場合に、前記電池パックが高温状態又は過電圧状態であるとして、前記電力供給手段からの前記電池パックへの電力の供給を停止するように構成されているマイコンを有し、
   前記電力供給制御手段は、前記マイコンからの出力により、前記電池温度信号ラインの電圧が第２の温度に達した場合、又は、前記電池電圧信号ラインの電圧が第２の電圧に達した場合に、前記電池パックへの電力の供給をオフするように構成されていることを特徴とする充電装置。
5. 請求項４記載の充電装置において、
   前記第１の温度と前記第２の温度との関係は、前記第１の温度が前記第２の温度より高く設定され、
   前記第１の電圧と前記第２の電圧との関係は、前記第１の電圧が前記第２の電圧より高く設定されていることを特徴とする充電装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の充電装置において、
   前記セルは、リチウムイオン電池からなることを特徴とする充電装置。

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