JPH08140281A - 充電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 深放電した充電式バッテリ装置４を活性化
し、出力電圧を引き上げ急速充電できるようにする。 【構成】 予備充電ＯＮ／ＯＦＦ回路と予備充電回路７
を設け、急速充電を行うまえに微弱電流で予備充電を行
い、充電電圧が所定の電圧に達した後急速充電する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はバッテリ充電装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年パーソナルコンピュータ、ワードプ
ロセッサ、ビデオカメラ、ファクシミリ、携帯電話など
の小型でバッテリを内蔵した持ち運び可能な電子機器が
普及している。これらの電子機器は商用電源を使える所
では、商用電源により電子機器本体を動作させる。商用
電源が使えないところでは、充電式バッテリの電源によ
り動作させる。そして、充電式バッテリの電圧が低下し
た場合は電子機器本体の動作を止め、機器内蔵の充電回
路で充電するか、または、バッテリを取り外し外部の充
電器で充電を行う。また、使用する充電式バッテリの標
準充電電流では充電に時間がかかるので、標準の充電電
流より数倍から数十倍の電流を流し短時間で急速充電す
る。

【０００３】一般的に充電式バッテリは経年変化により
劣化したとき短絡破損することが多いこと、動作してい
なくとも若干の漏れ電流を流れるため長く放置しておく
と深放電となり出力電圧が低下すると言う性質がある。
このような充電式バッテリを急速充電する場合、出力電
圧が放電終止電圧より相当低いか短絡した充電式バッテ
リは、負荷が重く充電できないという問題がある。以下
に一例を示す。

【０００４】図１１に従来のバッテリ充電装置の構成例
を示す。図において、１は急速充電ＯＮ／ＯＦＦスィッ
チ回路、２は充電制御マイクロプロセッサ（以後充電制
御マイコンと略す）、１０はＡ／Ｄコンバータ、３は充
電制御マイコン２とＡ／Ｄコンバータ１０に電源を供給
する定電圧電源装置、１２はセル、４はニッケルカドミ
ュウム蓄電池・ニッケル水素蓄電池など定電流充電を行
うタイプの複数のセル１２を直列に接続した充電式バッ
テリ装置で、ここでは６個のセル１２を直列に接続して
いる例について説明する。５は外部電源装置で、急速充
電時は定電流電源として働き、電子機器本体１３を駆動
するときは定電圧電源として働く。

【０００５】なお、急速充電時は例えば、１Ｃ〜２Ｃの
充電率に相当する電流で充電する。ここでＣは充電率
で、例えば容量１２００ｍＡｈの充電式バッテリ装置４
なら１Ｃは１２００ｍＡの電流で充電することを意味
し、２Ｃなら２４００ｍＡ、１／２Ｃなら６００ｍＡで
充電することを意味する。９は電子機器の主電子回路部
（例えばコンピュータの場合はＣＰＵ回路やＩ／Ｏ周辺
回路等）、１３は電子機器本体である。

【０００６】次に、図１２に従来のバッテリ充電装置の
充電制御マイコン２が実行する充電制御のフローチャー
トを示す。この図を用いて動作を説明する。図１２にお
いてステップ１で、外部電源装置５の電源が入っている
ときに、電子機器本体１３の電源スイッチ（図示せず）
をオフにすると、充電制御マイコン２がそれを検出して
充電スタートする。ステップ２で、充電制御マイコン２
が充電を行うよう急速充電ＯＮ／ＯＦＦスィッチ回路１
をオンとなるよう制御する。

【０００７】そして、充電開始してから充電式バッテリ
装置４の出力電圧が安定するまでの時間、例えば３分間
充電してからステップ３に進み、充電制御マイコン２は
充電式バッテリ装置４の出力電圧をＡ／Ｄコンバータ１
０を介して読み取り、充電式バッテリ装置４に短絡状態
のセル１２を含むかを出力電圧（例えば８ｖ以上か否
か）により判定する。一般に短絡したセル１２は出力電
圧が０ｖで充電できないので、８ｖ未満なら６個の内１
個以上は短絡しているセル１２があると判定しステップ
７に進み、充電異常として充電を停止する。８ｖ以上な
らステップ４に進み充電式バッテリ装置４は満充電にな
ったか判定する。満充電になったならステップ５に進
み、充電正常として充電を停止する。満充電でなければ
ステップ６に進み、急速充電を継続して行いステップ３
に戻る。

【０００８】なお、満充電の判定として、充電式バッテ
リの種類によるが、充電式バッテリ装置４の電圧が上昇
し規定の電圧に達したら充電を終える方法、電圧が上が
り続けたあと下がったときを充電終了とする−△Ｖ法、
および蓄電池温度の上昇を検出して充電を終える方法な
どがある。以上の動作は充電制御マイコン２が正常に動
作できる場合で、もし充電式バッテリ装置４に含まれる
セル１２がすべて深放電または短絡状態とすると、充電
式バッテリ装置４の出力電圧が０ｖか０ｖに近い電圧に
なる。

【０００９】そして、充電制御マイコン２が急速充電し
たとき、充電制御マイコン２は定電圧電源３を介して、
充電式バッテリ装置４と同じ外部電源装置５から電源を
取っているため、供給される電圧が充電式バッテリ装置
４の出力電圧と同じ電圧に下がる。そのため充電制御マ
イコン２は動作できなくなる。そして、ハードウェアが
自律的に急速充電ＯＮ／ＯＦＦスィッチ回路１をオフに
する。 その結果、急速充電電流が流れなくなって負荷
が軽くなり、充電制御マイコン２が動作できるようにな
る。また、充電制御マイコン２が急速充電にすると、供
給される電圧が充電式バッテリ装置４の出力電圧と同じ
電圧に下がり、充電制御マイコン２が動作できなくな
る、と言う動作を繰り返す。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】以上の従来例のように
深放電状態または短絡状態のセル１２を含む充電式バッ
テリ装置４を急速充電すると、充電制御マイコン２が動
作不能・復旧を繰り返すため急速充電を断続的に行うこ
とになり、充電式バッテリ装置４に内蔵の正常なセル１
２があれば過充電されるという問題があった。充電式バ
ッテリ装置４を長く放置しておいたり、深放電したため
に出力電圧がさがり充電制御マイコン２が充電制御でき
ず、充電式バッテリ装置４を充電できないと言う問題が
あった。

【００１１】本発明は以上のような課題を解消するため
になされたもので、第一の目的は長く放置しておいた
り、深放電したために出力電圧が下がってしまった充電
式バッテリ装置４を活性化し、出力電圧を引き上げ急速
充電できるようにすることを目的とする。

【００１２】第二の目的は急速充電するとき深放電また
は短絡した充電式バッテリ装置の重い負荷で、充電制御
マイコン２が制御不能、復旧を繰り返さないようにする
ことを目的とする。

【００１３】また、第三の目的は熱的ストレスを少なく
し、実装スペースの小さい部品を使用できる充電装置を
得ることを目的とする。

【００１４】また、第四の目的は充電式バッテリ装置が
短絡したセルを内臓するか否かを早く検出することを目
的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】第一の発明に係わる充電
装置は、自己放電電流より大きく、充電式バッテリ装置
の容量に応じた標準の充電電流より小さい電流で充電式
バッテリ装置を充電する予備充電手段と、充電式バッテ
リ装置の容量に応じた標準の充電電流より大きい電流で
充電式バッテリ装置を充電する急速充電手段と、あらか
じめ決めておいた所定の基準電圧と充電式バッテリ装置
の充電電圧とを比較する比較手段と、予備充電手段によ
って充電し、比較手段により基準電圧と充電式バッテリ
装置の充電電圧を比較し、この充電電圧が基準電圧より
高ければ、急速充電手段により急速充電するよう制御す
る充電制御手段と、を備えたものである。

【００１６】第二の発明に係わる充電装置は充電制御手
段が、予備充電手段によって充電し、所定の時間後に比
較手段により基準電圧と充電式バッテリ装置の充電電圧
を比較し、この充電電圧が基準電圧より低ければ、充電
を停止する手段を備えたものである。

【００１７】第三の発明に係わる充電装置は、充電式バ
ッテリ装置の容量に応じた標準の充電電流で充電する予
備充電手段と、充電式バッテリ装置の容量に応じた標準
の充電電流より大きい電流で充電式バッテリ装置を充電
する急速充電手段と、所定の時間充電し、正常な充電式
バッテリ装置なら達し、短絡したセルを含む充電式バッ
テリ装置なら達し得ない電圧を基準電圧とし、この基準
電圧と充電式バッテリ装置の充電電圧とを比較する比較
手段と、予備充電手段によって充電し、所定の時間後に
比較手段により基準電圧と充電式バッテリ装置の充電電
圧を比較し、この充電電圧が基準電圧より低いなら充電
を停止し、高いなら急速充電手段により充電するよう制
御する充電制御手段と、を備えたものである。

【００１８】第四の発明に係わる充電装置は予備充電手
段が抵抗素子を備えたものである。

【００１９】第五の発明に係わる充電装置は予備充電手
段が、ゲートに一定電圧を加えた電界効果トランジスタ
を備えたものである。

【００２０】第六の発明に係わる充電装置は予備充電手
段が定電流回路を備えたものである。

【００２１】第七の発明に係わる充電装置は予備充電手
段および充電制御手段が予備充電の電流または急速充電
の電流を流す電界効果トランジスタと、急速充電の電流
を流すよう電界効果トランジスタを制御する第一のスイ
ッチング素子と、予備充電の電流を流すよう電界効果ト
ランジスタを制御する第二のスイッチング素子と、を備
えたものである。

【００２２】第八の発明に係わる充電装置は、充電式バ
ッテリ装置の容量に応じた標準の充電電流より大きい電
流で充電式バッテリ装置を充電する急速充電手段と、急
速充電手段により充電するよう制御する充電制御手段
と、充電式バッテリ装置から充電制御手段に電源を供給
する電源供給手段と、を備えたものである。

【００２３】

【作用】第一の発明においては、予備充電手段が、自己
放電電流より大きく、充電式バッテリ装置の容量に応じ
た標準の充電電流より小さい電流で充電式バッテリ装置
を充電する。また、急速充電手段は充電式バッテリ装置
の容量に応じた標準の充電電流より大きい電流で充電式
バッテリ装置を充電する。比較手段はあらかじめ決めて
おいた所定の基準電圧と充電式バッテリ装置の充電電圧
とを比較する。そして、充電制御手段は、予備充電手段
によって充電し、比較手段により基準電圧と充電式バッ
テリ装置の充電電圧を比較し、この充電電圧が基準電圧
より高ければ、急速充電手段により急速充電するよう制
御する。

【００２４】第二の発明においては、充電制御手段が、
予備充電手段によって充電し、所定の時間後に比較手段
により基準電圧と充電式バッテリ装置の充電電圧を比較
し、この充電電圧が基準電圧より低ければ、充電を停止
するよう制御する。

【００２５】第三の発明においては、予備充電手段が充
電式バッテリ装置の容量に応じた標準の充電電流で充電
する。また、急速充電手段は充電式バッテリ装置の容量
に応じた標準の充電電流より大きい電流で充電式バッテ
リ装置を充電する。比較手段は、所定の時間充電し、正
常な充電式バッテリ装置なら達し、短絡したセルを含む
充電式バッテリ装置なら達し得ない電圧を基準電圧と
し、この基準電圧と充電式バッテリ装置の充電電圧とを
比較する。そして、充電制御手段は、予備充電手段によ
って充電し、所定の時間後に比較手段により基準電圧と
充電式バッテリ装置の充電電圧を比較し、この充電電圧
が基準電圧より低いなら充電を停止し、高いなら急速充
電手段により充電するよう制御する。

【００２６】第四の発明においては、予備充電手段が抵
抗素子により充電電流を流す。

【００２７】第五の発明においては、予備充電手段がゲ
ートに一定電圧を加えた電界効果トランジスタにより充
電電流を流す。

【００２８】第六の発明においては、予備充電手段が定
電流回路により充電電流を流す。

【００２９】第七の発明においては、電界効果トランジ
スタが予備充電の電流または急速充電の電流を流す。そ
して、第一のスイッチング素子が急速充電の電流を流す
よう電界効果トランジスタを制御し、第二のスイッチン
グ素子が予備充電の電流を流すよう電界効果トランジス
タを制御する。

【００３０】第八の発明においては、急速充電手段が充
電式バッテリ装置の容量に応じた標準の充電電流より大
きい電流で充電式バッテリ装置を充電する。そして、充
電制御手段は急速充電手段により充電するよう制御す
る。また、電源供給手段は充電式バッテリ装置から充電
制御手段に電源を供給する。

【００３１】

【実施例】

実施例１．短絡または深放電の充電式バッテリ装置４を
いきなり急速充電すると、重い負荷のため電源が充電制
御マイコン２を駆動できなくなるので、本実施例では電
源の容量を増やさずに、不活性の充電式バッテリ装置４
を活性化できる程度の軽い負荷の電流で充電しておき、
充電電圧が上昇し、急速充電に切り換えても動作できる
電圧になったら急速充電しようとするものである。

【００３２】充電式バッテリ装置４に急速充電を行う前
の予備充電は、不活性の充電式バッテリ装置４を活性化
できる充電率、例えば自己放電率より大きく標準の充電
率（１／１０Ｃを中心に１／１５Ｃ〜１／７Ｃの範囲）
より小さい、１／３０Ｃ〜１／２０Ｃの充電率で決まる
電流で、容量１２００ｍＡｈの充電式バッテリ装置４な
ら４０ｍＡ〜６０ｍＡの充電電流で充電を行う。そし
て、予備充電の電流を少なくすることにより予備充電回
路に消費電力の少ない、小さい部品を使用し、小型の充
電装置を得ようとするものである。

【００３３】そして、予備充電中に充電制御マイコン２
が充電式バッテリ装置４の充電電圧が所定の電圧（例え
ば６ｖ以上）に達しているかを判定し、所定の電圧に達
していれば（６ｖ以上なら）急速充電を行うものであ
る。ただし、この所定の電圧は、充電式バッテリ装置４
の充電電圧がこの値に達していれば、急速充電に切り換
えても充電制御マイコン２が正常に動作できる電圧とす
るものである。以後、この所定の電圧を充電制御マイコ
ン２の動作可能電圧と称す。なお、この電圧は充電制御
マイコン２を構成する素子の動作電圧で決まるものであ
る。

【００３４】本発明による実施例を図１に示す。図１は
従来例の図１１と比較し、予備充電を行うための予備充
電ＯＮ／ＯＦＦスィッチ回路６と予備充電回路７が付加
されたものである。図において、６は予備充電ＯＮ／Ｏ
ＦＦスィッチ回路、７は予備充電を行う予備充電回路、
他は従来例と同じで説明を省略する。なお、外部電源装
置５は、負荷が重い急速充電時は定電流源として働き、
急速充電電流と定電圧電源装置３の電源を供給する。負
荷が軽い予備充電時は定電圧源として働き、予備充電電
流と定電圧電源装置３の電源を供給する。定電圧電源装
置３は充電制御マイコン２およびＡ／Ｄコンバータ１０
の電源を供給する。

【００３５】これらの構成において、充電制御マイコン
２が実行する充電制御のフローチャートを図２に示す。
図２は従来例の図１２と比較し、予備充電を行うステッ
プと充電式バッテリ装置４の出力電圧が６ｖ以上か判定
するステップが付加されたものである。図において、充
電制御マイコン２はステップ１で充電スタートし、ステ
ップ２で充電制御マイコン２が予備充電を行うよう急速
充電ＯＮ／ＯＦＦスィッチ回路１をオフにし、予備充電
ＯＮ／ＯＦＦスィッチ回路６をオンに制御する。

【００３６】そして、ステップ３で充電式バッテリ装置
４の出力電圧をＡ／Ｄコンバータ１０を介して充電制御
マイコン２が読み取り、充電制御マイコン２の動作可能
電圧、例えば６ｖ以上か判定し、６ｖ未満ならステップ
２にもどり継続して予備充電を行う。６ｖ以上ならステ
ップ４に進み充電制御マイコン２は予備充電ＯＮ／ＯＦ
Ｆスィッチ回路６をオフに、急速充電ＯＮ／ＯＦＦスィ
ッチ回路１をオンに制御し、充電式バッテリ装置４の出
力電圧が安定するまでの時間、例えば３分間急速充電す
る。そして、ステップ５に進み、充電式バッテリ装置４
の出力電圧を充電制御マイコン２がＡ／Ｄコンバータ１
０を介して読み取り、その出力電圧が充電式バッテリ装
置４に短絡状態のセル１２を含んでいれば充電しても達
しえない電圧かを判定する。例えば、従来例のように直
列接続した６個のセル１２なら出力電圧が８ｖ以上かに
より短絡セルの有無を判定する。以下ステップ６、７、
８、および９はそれぞれ、従来例の図１２のステップ
４、５、６および７と同じで説明を省略する。

【００３７】以上のように充電式バッテリ装置４の出力
電圧が急速充電を行っても充電制御マイコン２が動作で
きる電圧かを、充電制御マイコン２が予備充電中に判定
し、充電制御マイコン２が動作できるなら急速充電を行
うので、従来例のように短絡した充電式バッテリ装置４
の重い負荷を急速充電することはない。

【００３８】また、充電制御マイコン２が充電式バッテ
リ装置４に急速充電を行う前に、負荷の軽い微小電流で
予備充電を行うので、深放電したために出力電圧が下が
ってしまった充電式バッテリ装置４を充電し、充電制御
マイコン２の動作可能電圧に充電電圧を引き上げること
ができる。ただし、短絡したセルは充電できないが、急
速充電で重い負荷をかけないように充電制御マイコン２
が制御するので、充電制御マイコン２が動作できなくな
ることはない。また、正常な充電式バッテリ装置４なら
予備充電からすぐに急速充電できる。さらに、微弱電流
で予備充電したので予備充電回路に消費電力の少ない小
型の部品が使用できる。

【００３９】次に、予備充電回路７を抵抗器で構成した
例を示す。図３は図１の外部電源装置５から予備充電Ｏ
Ｎ／ＯＦＦスィッチ回路６および予備充電回路７経由充
電式バッテリ装置４に充電する経路を示したもので、こ
のうち予備充電回路７を抵抗器Ｒで構成した例を示し
た。外部電源装置５の出力電圧をＶ0 、充電式バッテリ
装置４の出力電圧をＶｂ 、抵抗値をＲとし、抵抗値Ｒ
に比べ外部電源装置５の内部抵抗と予備充電ＯＮ／ＯＦ
Ｆスィッチ回路６のオン抵抗が非常に小さいと仮定すれ
ば、充電式バッテリ装置４に流す充電電流は（Ｖo ーＶ
ｂ ）／Ｒとなる。

【００４０】そして、充電式バッテリ装置４の出力電圧
Ｖｂが充電制御マイコン２動作可能電圧Ｖｍのとき、充
電電流Ｉb は Ｉb ＝（Ｖo ーＶｍ ）／Ｒ で、この電流が予備充電電流Ｉb として深放電の充電式
バッテリ装置４を充電できる軽い負荷の電流、即ち、自
己放電率より大きく標準充電率（１／１０Ｃを中心に１
／１５Ｃ〜１／７Ｃの範囲）より小さい充電率、例えば
１／３０Ｃ〜１／２０Ｃの充電率で、容量１２００ｍＡ
ｈの充電式バッテリ装置４なら４０ｍＡ〜６０ｍＡの充
電電流となるように設定する。この場合、深放電または
短絡で充電式バッテリ装置４の出力電圧が０vのときが
最も重い負荷となり、予備充電電流は最大Ｖo ／Ｒの電
流を流すことになる。この負荷が急速充電の負荷より軽
くなるよう予備充電電流値を定める。例えば１Ｃ〜２Ｃ
の充電率の急速充電電流とすれば、容量１２００ｍＡｈ
の充電式バッテリ装置４なら１２００ｍＡ〜２４００ｍ
Ａの充電電流より少ない値となるようＶo 、Ｒを決め
る。

【００４１】以上のように、予備充電回路７を構成する
ので抵抗１つで済み、小型で実装スペース少なくでき
る。また、充電制御に充電制御マイコン２を使用した例
について示したがマイクロコンピュータでなく電子回路
で構成してもよい。また、充電制御マイコン２は充電式
バッテリ装置４の出力電圧をＡ／Ｄコンバータを介して
読み取って所定の電圧との比較を行なっているが、Ａ／
Ｄコンバータを用いず、充電式バッテリ装置４の出力電
圧と所定の電圧との比較回路を設け、その出力を読み取
る方法でもよい。

【００４２】実施例２．本実施例は図４に示すように、
実施例１の予備充電回路７を抵抗器と半導体で構成した
ものである。図において、Ｒ１、Ｒ２は抵抗器、ＦＥＴ
１は電界効果トランジスタで、他は実施例１の図３と同
じで説明を省略する。図４において、予備充電回路７の
抵抗器Ｒ１、Ｒ２は電界効果トランジスタＦＥＴ１のゲ
ートに一定電圧を加えるための分圧抵抗で、この分圧抵
抗によりゲートに一定電圧を加えると電界効果トランジ
スタＦＥＴ１のドレイン・ソース間は抵抗として動作
し、予備充電電流を流すことができる。

【００４３】このときの電界効果トランジスタＦＥＴ１
のドレイン・ソース間抵抗Ｒdsは電界効果トランジスタ
ＦＥＴ１の特性とゲート・ソース間に加わる電圧Ｖgsで
決まる。 充電電流は実施例１と同じように外部電源装
置５の出力電圧をＶ0 、充電式バッテリ装置４の出力電
圧をＶb とし、ドレイン・ソース間の抵抗Ｒdsとすれば
充電式バッテリ装置４に流す充電電流は（Ｖo ーＶb ）
／Ｒdsとなる。すなわち、実施例１の抵抗器ＲをＲdsに
置き換えたものである。

【００４４】 そして、充電式バッテリ装置４の出力電
圧Ｖｂが充電制御マイコン２動作可能電圧Ｖｍのときの
電流（Ｖo ーＶｍ ）／Ｒdsが深放電の充電式バッテリ
装置４を充電できる軽い負荷の電流、即ち、自己放電率
より大きく標準充電率（１／１０Ｃを中心に１／１５Ｃ
〜１／７Ｃの範囲）より小さい充電率、例えば１／３０
Ｃ〜１／２０Ｃの充電率で決まる電流となるように設定
する。 この場合、深放電または短絡で充電式バッテリ
装置４の出力電圧が０vのときが最大の負荷で、予備充
電電流としては最大Ｖo ／Ｒdsの電流を流すことになる
が、この電流値が急速充電電流より少ない値にする。そ
して、オン抵抗Ｒdsとなるゲート・ソース間電圧Ｖgsを
電界効果トランジスタＦＥＴ１の特性から求め、ゲート
に加える電圧から分圧抵抗器Ｒ１、Ｒ２の値を決める。

【００４５】実施例１で、例えば予備充電電流を５０ｍ
Ａとし、電源電圧Ｖoを１５vとした場合は予備充電回路
７の抵抗器Ｒに２〜３Ｗの抵抗が必要で、面実装タイプ
の部品は使えず挿入タイプの部品を必要とした。本実施
例の２〜３Ｗの電界効果トランジスタは面実装タイプの
ものが使用でき、面実装ラインでの自動組立が可能とな
り製造が容易になる。また、抵抗器Ｒ１、Ｒ２は電界効
果トランジスタＦＥＴ１のゲートに加える電圧を決定す
るための分圧抵抗であり、電界効果トランジスタのゲー
トは高インピーダンスなので、抵抗器Ｒ１、Ｒ２は１／
１０Ｗ程度の小型の面実装抵抗器で構成できる。

【００４６】実施例３．本実施例は図５に示すように、
実施例１の予備充電回路７を定電流回路で構成したもの
である。図５において、ＴＲ１はトランジスタ、Ｒ３、
Ｒ４は抵抗器、Ｄは定電圧ダイオードで、他は実施例１
の図３と同じで説明を省略する。 次に動作について説
明する。抵抗器Ｒ３と定電圧ダイオードＤに電流が流れ
ると定電圧ダイオードＤに一定電圧Ｖz の電圧降下が生
じ、トランジスタＴＲ１のベースに電流が流れる。そし
て、定電圧ダイオードＤに並列に接続されたＴＲ１のベ
ース・エミッタと抵抗器Ｒ４に定電圧ダイオードＤと同
じ電圧が加わる。

【００４７】また、一般にトランジスタのベース・エミ
ッタ間電圧Ｖbeは一定であるので抵抗Ｒ４には一定電圧
が加わる。従って、（抵抗に加わる電圧）／抵抗値が一
定の関係から、予備充電電流Ｉb は下式に示すように負
荷に関係なく一定である。 Ｉb ＝（Ｖz ーＶbe）／Ｒ４ そして、この場合も実施例１と同様に予備充電電流Ｉb
は自己放電率より大きく標準充電率（１／１０Ｃを中心
に１／１５Ｃ〜１／７Ｃの範囲）より小さい充電率、例
えば１／３０Ｃ〜１／２０の充電率で、容量１２００ｍ
Ａｈの充電式バッテリ装置４なら４０ｍＡ〜６０ｍＡの
電流となるよう設定する。

【００４８】以上のようにして充電式バッテリ装置４を
定電流で充電できる。なお、本実施例と実施例１、２の
最大電力損失を下記の条件で比較すると、 （１）外部電源装置５の出力電圧：Ｖ0 ＝１５v （２）充電電流：Ｉb ＝５０ｍＡ （３）充電制御マイコン２の動作可能電圧： Ｖm ＝６
v 本実施例の場合、予備充電時の最大電力損失は、充電式
バッテリ装置４の出力が０ｖのときで、 １５v ×０．０５Ａ＝０．７５W である。

【００４９】実施例１および実施例２の場合、最大充電
電流は充電式バッテリ装置４の出力が０ｖのときで、 ０．０５Ａ × １５v／（１５vー６v）＝０．０８３Ａ 予備充電時の最大電力損失は、 １５v ×０．０８３Ａ＝１．２５Ｗ 従って、本実施例は実施例１、２と比較し６０％電力損
失を低減できる。また、実施例１の予備充電回路７を抵
抗器Ｒで構成した場合の充電電流は（Ｖｏ − Ｖb ）
／Ｒで充電が進み充電式バッテリ装置４の出力電圧 Ｖb
が高くなると充電電流は減少するが、本実施例の定電
流充電では一定電流で充電するので効率良く充電でき
る。

【００５０】実施例４．本実施例は実施例２の急速充電
ＯＮ／ＯＦＦスィッチ回路１、予備充電ＯＮ／ＯＦＦス
ィッチ回路６、および予備充電回路７の３つの回路があ
わせもつ機能と同じ機能を少ない部品数で、構成したも
のである。図６は実施例２の急速充電ＯＮ／ＯＦＦスィ
ッチ回路１、予備充電ＯＮ／ＯＦＦスィッチ回路６、お
よび予備充電回路７を図示したもので、図７は本実施例
を示す。図６において、Ｒ１、Ｒ２は抵抗器、ＦＥＴ
１、ＦＥＴ４、ＦＥＴ５は電界効果トランジスタ，ＴＲ
４，ＴＲ５はトランジスタで、部品数は７個である。他
は実施例１と同じである。なお、本実施例では電界効果
トランジスタＦＥＴ４、ＦＥＴ５はＰーチャネルのタイ
プを使用しているがＮーチャネルでもよい。Ｐーチャネ
ルの場合はゲート・ソース間電圧（Ｖｇｓ）にマイナス
の電位差が生じる様にゲートの電位をソースの電位より
下げてやればよい。またNーチャネルの場合はゲート・
ソース間電圧（Ｖｇｓ）にプラスの電位差が生じるよう
にゲートの電位をソース、及びドレインの電位より高く
してやればよい。

【００５１】次に動作は、充電制御マイコン２が急速充
電ＯＮ命令を出力するとトランジスタＴＲ４のベース・
エミッタ間に電流が流れトランジスタＴＲ４がＯＮにな
る。そして、電界効果トランジスタＦＥＴ４のゲートの
電位は、ほぼ０ｖ（ＴＲ４の飽和電圧）になり、ゲート
・ソース間にマイナスの電位差が生じＦＥＴ４のドレイ
ン・ソース間は導通し、外部電源装置５から充電式バッ
テリ装置４に急速充電電流が流れる。次に、充電制御マ
イコン２が急速充電ＯＦＦの命令を出力するとトランジ
スタＴＲ４のベース・エミッタ間に電流が流れず、トラ
ンジスタＴＲ４がＯＦＦになる。

【００５２】そして、電界効果トランジスタＦＥＴ４が
オフ状態になり、ソース・ドレイン間が遮断され急速充
電電流は流れない。そして充電制御マイコン２が予備充
電ＯＮの命令を出力するとトランジスタＴＲ５がＯＮに
なる。そして電界効果トランジスタＦＥＴ５は前記ＦＥ
Ｔ４と同原理でソース・ドレイン間が導通し、予備充電
回路７を介して外部電源装置５から充電式バッテリ装置
４に予備充電電流が流れる。また、充電制御マイコン２
が予備充電ＯＦＦの命令を出力するとトランジスタＴＲ
５がＯＦＦになる。そして電界効果トランジスタＦＥＴ
５がオフ状態になり、ソース・ドレイン間が遮断され充
電電流は流れない。

【００５３】これに対し図７においてＲ１、Ｒ２は抵抗
器。ＦＥＴ１は予備充電または急速充電電流を流す働き
をする電界効果トランジスタで、ＦＥＴ２は急速充電
の、ＦＥＴ３は予備充電のオン・オフ制御する電界効果
トランジスタである。他は実施例１と同じである。な
お、部品数は５個である。また、電界効果トランジスタ
ＦＥＴ１はＰーチャネルタイプで、電界効果トランジス
タＦＥＴ２、ＦＥＴ３はＮーチャネルタイプで構成し
た。ＦＥＴ１にＮ−チャネルを使用することもできる
が、その場合ドレインまたはソースにかかる電位より高
い電位をゲートにかけるようにドライブする。

【００５４】次に動作は、充電制御マイコン２が急速充
電ＯＮ命令を出力すると電界効果トランジスタＦＥＴ２
がオン状態に、そして電界効果トランジスタＦＥＴ１は
前記ＦＥＴ４と同原理でソース・ドレイン間が導通し、
外部電源装置５から充電式バッテリ装置４に急速充電電
流が流れる。次に、充電制御マイコン２が急速充電ＯＦ
Ｆ命令を出力すると電界効果トランジスタＦＥＴ２がオ
フ状態となるが電界効果トランジスタＦＥＴ１の動作は
充電制御マイコン２からの予備充電ＯＮ／ＯＦＦ命令に
よって決まる。

【００５５】すなわち充電制御マイコン２が予備充電Ｏ
Ｎ命令を出力すると電界効果トランジスタＦＥＴ３はオ
ン状態となり、抵抗器Ｒ１、Ｒ２、電界効果トランジス
タＦＥＴ１が図６の予備充電回路７と同じ構成を成し、
実施例２で説明したように電界効果トランジスタＦＥＴ
１が抵抗として働く。 この回路を介して外部電源装置
５から充電式バッテリ装置４に予備充電電流が流れる。
そして、充電制御マイコン２が予備充電ＯＦＦ命令を出
力すると電界効果トランジスタＦＥＴ３がオフ状態に、
そして電界効果トランジスタＦＥＴ１がオフ状態にな
り、ソース・ドレイン間が遮断され予備充電電流は流れ
ない。

【００５６】以上のように構成したので、実施例２の図
６に示す回路では、急速充電電流は電界効果トランジス
タＦＥＴ４により流し、予備充電電流はＦＥＴ１とＦＥ
Ｔ５により流すのに対し、本実施例図７の回路では、上
記の機能を電界効果トランジスタＦＥＴ１が急速充電電
流または予備充電電流を流すので部品数を減らすことが
できる。また、本実施例図７の電界効果トランジスタＦ
ＥＴ２、ＦＥＴ３は電界効果トランジスタＦＥＴ１の高
インピーダンスのゲートに電圧を加えるための微弱な電
流を流せばよく、ミニモールドの小さい面実装の部品を
使用できる。

【００５７】実施例５．本実施例は予備充電を一定時間
行っても充電式バッテリ装置４の充電電圧が充電制御マ
イコン２の動作可能電圧に達しない場合は、充電異常と
して予備充電を停止するものである。本実施例の構成図
は実施例１の図１と同じで、構成の説明を省略する。充
電制御マイコン２が実行する充電制御のフローチャート
を図８に示す。図８は実施例１の図２にステップ１０を
追加したものである。

【００５８】図において、充電制御マイコン２はステッ
プ１で充電スタートし、ステップ２で充電制御マイコン
２が予備充電を行うよう急速充電ＯＮ／ＯＦＦスィッチ
回路１をオフにし、予備充電ＯＮ／ＯＦＦスィッチ回路
６をオンとなるよう制御する。そして、ステップ３で充
電制御マイコン２が充電式バッテリ装置４の出力電圧を
Ａ／Ｄコンバータ１０を介して充電式バッテリ装置４の
出力電圧を読み取り、充電制御マイコン２の動作可能電
圧、例えば６ｖ以上か判定し、６ｖ未満ならステップ１
０に進み、規定時間、即ち正常の充電式バッテリ装置４
なら予備充電開始した後、充電制御マイコン２の動作可
能電圧に達するはずの時間を経過したか判定する。

【００５９】規定時間経過したならステップ９に進み充
電異常として充電を停止する。規定時間経過していなけ
ればステップ２にもどり継続して予備充電を行う。６ｖ
以上ならステップ４に進み、充電制御マイコン２は予備
充電ＯＮ／ＯＦＦスィッチ回路６をオフにし、急速充電
ＯＮ／ＯＦＦスィッチ回路１をオンに制御し、充電式バ
ッテリ装置４の出力電圧が安定するまでの時間、例えば
３分間急速充電する。以下は、図２と同じで説明を省略
する。

【００６０】ここで、規定時間について例えば、深放電
したために出力電圧が下がってしまったニッケルカドミ
ュウム電池は一般に１分以内の予備充電で活性化し出力
電圧を充電制御マイコン２の動作可能電圧に引き上げる
ことができるので、規定時間を１分にすればよい。そこ
で、予備充電回路の部品は定格で定まる発熱に耐えるほ
どの性能は必要なく、１分間に相当する発熱に耐えうる
部品でよく小型化できる。

【００６１】実施例１、２、３と同じ様に、本実施例の
予備充電回路７は図３、図４、および図５に示す構成と
することができる。また、本実施例の急速充電ＯＮ／Ｏ
ＦＦスィッチ回路１、予備充電ＯＮ／ＯＦＦスィッチ回
路６、および予備充電回路７を図７の構成とすることも
できる。

【００６２】実施例６．本実施例は充電式バッテリ装置
４を急速充電する前に、予備充電において不活性の充電
式バッテリ装置４を活性化し、充電式バッテリ装置４に
短絡セルを含むか否か区別しようとするものである。実
施例１の予備充電率では後述の様に充電式バッテリ装置
４に短絡セルを含むか否か区別できないので、本実施例
は充電電流を多くして深放電のセル１２は早く電圧上昇
させ、短絡したセル１２との区別をしようとするもので
ある。本実施例は予備充電で実施例１より多くの充電電
流を流すため予備充電回路に用いる部品は大きくなる
が、短絡有無を早く検出しようとするものである。本実
施例の構成は実施例１の図１と同じで、説明を省略す
る。本実施例の予備充電電流は実施例１より多い標準の
充電率、即ち１／1５Ｃ〜１／７Ｃの充電率で決まる電
流で、容量１２００ｍＡｈの充電式バッテリ装置４なら
８０ｍＡ〜１７０ｍＡの充電電流で予備充電を行う。充
電制御マイコン２が実行する充電制御のフローチャート
を図９に示す。

【００６３】図において、充電制御マイコン２はステッ
プ１で充電スタートし、ステップ２で充電制御マイコン
２が予備充電を行うよう急速充電ＯＮ／ＯＦＦスィッチ
回路１をオフにし、予備充電ＯＮ／ＯＦＦスィッチ回路
６をオンとなるよう制御する。そして、深放電の充電式
バッテリ装置４の電圧が回復し、充電式バッテリ装置４
の出力電圧が安定するまでの時間、例えば３分間予備充
電する。

【００６４】次に、ステップ３に進み充電制御マイコン
２はＡ／Ｄコンバータ１０を介して充電式バッテリ装置
４の出力電圧を読み取り、短絡状態のセル１２があるか
を判定する。判定方法は充電式バッテリ装置４の充電電
圧が基準電圧例えば８ｖ以上かにより判定する。そし
て、基準電圧８ｖ未満ならステップ７に進み充電異常と
して充電を停止する。基準電圧８ｖ以上ならステップ４
に進み、充電制御マイコン２は予備充電ＯＮ／ＯＦＦス
ィッチ回路６をオフにし、急速充電ＯＮ／ＯＦＦスィッ
チ回路１をオンに制御し急速充電を行う。そして、ステ
ップ５で充電式バッテリ装置４は満充電になったか判定
する。満充電になったなら充電正常としてステップ６に
進み充電を停止する。満充電でなければステップ４に戻
り継続して急速充電を行う。

【００６５】充電電流について、一般に実施例１の充電
率１／３０Ｃ〜１／２０Ｃでは、充電制御マイコン２が
充電式バッテリ装置４の出力電圧により短絡セル１２の
有無を識別できない。例えば、充電式バッテリ装置４を
６ｖに充電したとすると、６個の正常なセル１２が各々
１．０ｖに充電され、１．０ｖ×６個＝６ｖに達する場
合もあるし、１個の短絡セル１２と５個の正常なセル１
２を含み、正常なセル１２が１．２ｖに充電され０ｖ×
１個＋１．２ｖ×５個＝６ｖに達する場合もあるため、
短絡の有無を識別できない。

【００６６】そこで、充電率を標準の充電率、例えば１
／１０Ｃ中心に、１／１５Ｃ〜１／７Ｃの範囲に上げる
と、一般に３分以内に、セル１つ当たりの充電電圧は
１．３５ｖに達するが１．５ｖを超えることはないの
で、例えば、充電式バッテリ装置４の充電電圧は、６個
の正常なセル１２を含む場合、１．３３ｖに充電すれば
１．３３ｖ×６個＝８ｖに達するのに対し、短絡セル１
個と５個の正常なセル１２を含む場合、正常なセル１２
を１．５ｖに充電しても０ｖ×１個＋１．５ｖ×５個＝
７．５ｖで８ｖに達しないので、充電制御マイコン２は
短絡判定の基準電圧を８ｖに選定すれば、充電式バッテ
リ装置４の出力電圧により１つ以上の短絡セル１２を含
むか判定できる。

【００６７】以上のように、標準の充電率での予備充電
において、深放電の充電式バッテリ装置４を活性化でき
ると共に、充電式バッテリ装置４に内蔵するセル１２の
短絡有無を早く検出でき、充電作業の短縮が計れる。な
お、充電制御マイコン２の動作可能電圧は６ｖとし本実
施例の短絡判定の８ｖより低いので、動作可能電圧のチ
ェックを省いたが、動作可能電圧が８ｖ以上なら充電式
バッテリ装置４の出力電圧がその電圧に達したのを確か
めてから急速充電に切り換える。実施例１、２、３と同
様に、本実施例の予備充電回路７は図３、図４、および
図５に示す構成とすることができる。また、本実施例の
急速充電ＯＮ／ＯＦＦスィッチ回路１、予備充電ＯＮ／
ＯＦＦスィッチ回路６、および予備充電回路７を図７の
構成とすることもできる。

【００６８】実施例７．本実施例は充電制御マイコン２
の電源を充電式バッテリ装置４からとることにより、従
来例のように深放電または短絡状態のセル１２を含む充
電式バッテリ装置４を断続的な動作不能復旧を繰り返す
ような充電を行わないようにするものである。すなわ
ち、充電式バッテリ装置４の出力が充電制御マイコン２
を駆動できれば充電し、駆動できなければ充電しない。
本実施例の構成を図１０に示す。図１０は従来例の図１
１の定電圧電源装置３が外部電源装置５に接続されてい
たのを充電式バッテリ装置４に接続した点が異なる。他
は同一なので説明を省略する。

【００６９】次に動作について説明する。充電式バッテ
リ装置４が装着されると充電制御マイコン２が動作し、
充電式バッテリ装置４が充電制御マイコン２を正常に動
作できるだけの容量を有するなら、外部電源装置５の電
源入っている状態で電子機器本体１３の電源スイッチ
（図示せず）をオフにすると、充電制御マイコン２は急
速充電ＯＮ／ＯＦＦスィッチ回路１をオンにして充電式
バッテリ装置４を急速充電する。 以後の動作は従来例
の図１２と同じで説明を省略する。

【００７０】次に充電式バッテリ装置４の出力電圧が充
電制御マイコン２の動作可能電圧に達しないなら充電制
御マイコン２は充電制御できず、急速充電ＯＮ／ＯＦＦ
スィッチ回路１をオンにすることはない。以上のように
して、充電式バッテリ装置４が充電制御マイコン２を正
常に動作させるだけの容量がないなら充電制御できない
ので、従来例のように深放電状態または短絡状態の充電
式バッテリ装置４を急速充電すると、充電制御マイコン
２が動作不能、復旧を繰り返し急速充電を断続的に行う
ことはない。

【００７１】

【発明の効果】第一の発明は、充電制御手段が、充電式
バッテリ装置の充電電圧が急速充電できる電圧に達した
なら急速充電を行うので、従来例のように深放電または
短絡した充電式バッテリ装置４のために、充電制御マイ
コン２が動作できなくなることはない。 また、充電制
御手段が充電式バッテリ装置に急速充電を行う前に、負
荷の軽い微弱電流で充電するので、深放電の充電式バッ
テリ装置をこの微弱電流で充電して、急速充電出来る電
圧に引き上げたあと、急速充電できる。さらに、微弱電
流で予備充電したので予備充電回路に消費電力の少ない
小型の部品が使用できる。

【００７２】第二の発明は、予備充電は所定の短時間内
に終えるので、予備充電回路の部品は定格で定まる発熱
に耐えるほどの性能は必要なく、規定時間内の発熱に耐
えうる部品でよく小型化できる。

【００７３】第三の発明は、標準の充電率で予備充電す
るので、従来例のように深放電または短絡した充電式バ
ッテリ装置４のために、充電制御マイコン２が動作でき
なくなることはない。また、充電式バッテリ装置４に内
蔵するセル１２の短絡有無を早く検出でき、充電作業の
短縮が計れる。

【００７４】第四の発明は、予備充電回路７を抵抗器１
つで構成するので、小型にでき、実装スペースを少なく
できる。

【００７５】第五の発明は、 面実装タイプの電界効果
トランジスタが使えるので、面実装ラインでの自動組立
が可能となり製造が容易になる。また、電界効果トラン
ジスタのゲートに一定電圧を加える回路は、微弱電流を
流せばよく小型で面実装タイプの部品が使える。

【００７６】第六の発明は、充電式バッテリ装置が短絡
していても定電流しか流れないので電力損失少なく、定
電流で充電するので効率良く充電できる。

【００７７】第七の発明は、一つ電界効果トランジスタ
で予備充電または急速充電電流を流せるように構成した
ので、小さい面実装の部品を使用でき部品数を少なくで
きる。電界効果トランジスタを制御するゲート回路は、
微弱電流を流せばよく小型で面実装タイプの部品が使え
る。

【００７８】第八の発明は、充電式バッテリ装置が充電
制御手段に電源を供給するので、正常に動作させるだけ
の充電容量がないなら充電制御手段が動作できないた
め、従来例のように深放電状態または短絡状態の充電式
バッテリ装置４を急速充電すると、充電制御マイコン２
が動作不能、復旧を繰り返し急速充電を断続的に行うこ
とはなく、動作が安定する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１による、回路構成図であ
る。

【図２】この発明の実施例１による、充電プロセスチャ
ートである。

【図３】この発明の実施例１の予備充電回路を抵抗で構
成した図である。

【図４】この発明の実施例２の予備充電回路を半導体と
抵抗で構成した図である。

【図５】この発明の実施例３の予備充電回路を定電流回
路で構成した図である。

【図６】この発明の実施例４の予備充電と急速充電を切
り換える回路を示す図である。

【図７】この発明の実施例４の上記の回路を少ない部品
で構成した図である。

【図８】この発明の実施例５による充電プロセスチャー
トである。

【図９】この発明の実施例６による充電プロセスチャー
トである。

【図１０】この発明の実施例７の回路構成図である。

【図１１】従来の回路構成図である。

【図１２】従来の充電プロセスチャートである。

【符号の説明】

１．急速充電ＯＮ／ＯＦＦスイッチ回路 ２．充電制御マイコン ３．定電圧電源装置 ４．充電式バッテリ装置 ５．外部電源装置 ６．予備充電ＯＮ／ＯＦＦスイッチ回路 ７．予備充電回路 １０．Ａ／Ｄコンバータ １２．セル １３．電子機器本体

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 以下の構成要素を有する充電装置。 １．自己放電電流より大きく、充電式バッテリ装置の容
   量に応じた標準の充電電流より小さい電流で前記充電式
   バッテリ装置を充電する予備充電手段、 ２．前記充電式バッテリ装置の容量に応じた標準の充電
   電流より大きい電流で前記充電式バッテリ装置を充電す
   る急速充電手段、 ３．あらかじめ決めておいた所定の基準電圧と前記充電
   式バッテリ装置の充電電圧とを比較する比較手段、 ４．前記予備充電手段によって充電し、前記比較手段に
   より前記基準電圧と前記充電式バッテリ装置の充電電圧
   を比較し、この充電電圧が前記基準電圧より高ければ、
   前記急速充電手段により急速充電するよう制御する充電
   制御手段。
2. 【請求項２】 前記充電制御手段は、前記予備充電手段
   によって充電し、所定の時間後に前記比較手段により前
   記基準電圧と前記充電式バッテリ装置の充電電圧を比較
   し、この充電電圧が前記基準電圧より低ければ、充電を
   停止するよう制御することを特徴とする請求項１記載の
   充電装置。
3. 【請求項３】 以下の構成要素を有する充電装置。 １．充電式バッテリ装置の容量に応じた標準の充電電流
   で充電する予備充電手段、 ２．前記充電式バッテリ装置の容量に応じた標準の充電
   電流より大きい電流で前記充電式バッテリ装置を充電す
   る急速充電手段、 ３．所定の時間充電し、正常な充電式バッテリ装置なら
   達し、短絡したセルを含む充電式バッテリ装置なら達し
   得ない電圧を基準電圧とし、この基準電圧と前記充電式
   バッテリ装置の充電電圧とを比較する比較手段、 ４．前記予備充電手段によって充電し、所定の時間後に
   前記比較手段により前記基準電圧と前記充電式バッテリ
   装置の充電電圧を比較し、この充電電圧が基準電圧より
   低いなら充電を停止し、高いなら前記急速充電手段によ
   り充電するよう制御する充電制御手段。
4. 【請求項４】 前記予備充電手段は抵抗素子で構成した
   ことを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記
   載の充電装置。
5. 【請求項５】 前記予備充電手段は、ゲートに一定電圧
   を加えた電界効果トランジスタで構成したことを特徴と
   する請求項１、請求項２または請求項３記載の充電装
   置。
6. 【請求項６】 前記予備充電手段は定電流回路で構成し
   たことを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３
   記載の充電装置。
7. 【請求項７】 前記予備充電手段および前記充電制御手
   段は予備充電の電流または急速充電の電流を流す電界効
   果トランジスタと、前記急速充電の電流を流すよう前記
   電界効果トランジスタを制御する第一のスイッチング素
   子と、前記予備充電の電流を流すよう前記電界効果トラ
   ンジスタを制御する第二のスイッチング素子とを具備す
   ることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３
   記載の充電装置。
8. 【請求項８】 以下の構成要素を有する充電装置。 １．前記充電式バッテリ装置の容量に応じた標準の充電
   電流より大きい電流で充電式バッテリ装置を充電する急
   速充電手段、 ２．前記急速充電手段により充電するよう制御する充電
   制御手段、 ３．前記充電式バッテリ装置から前記充電制御手段に電
   源を供給する電源供給手段。