JPH0819190A - リチウムイオン電池用充電器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被充電電池の充電残存容量によらず、充電停
止まで長時間待つ煩しさのない、コンパクト化かつ軽量
化かつコストダウンされたリチウムイオン電池用充電器
を得る。 【構成】 予め、被充電電池が満充電になる前の充電電
流（設定充電電流）ｉ１を設定し、かつ、その設定充電
電流ｉ１が充電電流検出回路で検出されてから、被充電
電池が満充電に達するまでに適当なタイマ時間に、タイ
マコントロール回路で切換えられるようにしておくの
で、被充電電池の充電残存容量によらず、マイコンなど
の演算回路を使用しなくても、このタイマ時間の早送り
機能により、被充電電池が満充電になると速やかに充電
が停止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はリチウムイオン電池用充
電器に関し、特に充電時間を制御するリチウムイオン電
池用充電器に関する。

【０００２】

【従来の技術】繰り返し充電および放電可能な電池の充
電には、一般に、その被充電電池の充電特性を利用した
定電流充電方式や定電圧充電方式を用いている。たとえ
ば、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池におい
ては定電流充電方式を用い、リチウムイオン電池におい
ては、始めに定電流充電方式を用い、ある所定電圧に達
すると、被充電電池に長時間大電流が流れないように、
定電圧充電方式に切換える。

【０００３】さて、未充電の電池（空の電池）を満充電
できる時間（充電停止時間Ｔ）で充電を停止するように
予め設定されているリチウムイオン電池用充電器を用い
ると、充電残存容量（充電されて残っている容量）が少
ない電池、または未充電の電池を充電する場合には適す
るが、充電残存容量が多い電池（満充電に近い電池）を
充電する場合は、比較的早く満充電状態に達するにもか
かわらず充電が続けられる。

【０００４】図６は、上記リチウムイオン電池用充電器
を用いて、充電残存容量が多い電池を充電した場合の充
電特性を示す図である。

【０００５】図６において、横軸は、充電時間［Ｈ］で
ある。縦軸は、充電電流［Ｉ］、および充電電圧［Ｖ］
である。０は原点である。充電停止時間Ｔは、未充電の
電池を満充電できる時間である。

【０００６】被充電電池の充電電流は、満充電に近づく
に従い０に収束する特性を持っている。また、被充電電
池の充電電圧は、満充電に近づくに従い、一定電圧に収
束する特性をもっている。多くのリチウムイオン電池用
充電器では、ほぼ０（一般に１０〜２０［ｍＡ］程度）
になった充電電流が検出されると、被充電電池が満充電
状態に達した目安としている。

【０００７】この図６から、被充電電池が、充電停止時
間Ｔ以前に、既に満充電状態に達していることがわか
る。

【０００８】特開平６−３８３９２号公報では、この満
充電時の充電電流の特性を用いたリチウムイオン電池用
充電器の充電時間の制御、特に、充電を停止する時間の
制御手段がいくつか提案されている。

【０００９】その手段の１つに、被充電電池の充電開始
前の電池電圧を利用して、充電停止時間を設定しておく
ものがある。すなわち、充電開始前の充電電圧を検出
し、まず、検出された充電電圧から充電残存容量を演算
し、次にその充電残存容量から、被充電電池を満充電、
またはほぼ満充電するのに必要な充電時間（充電残存容
量に逆比例する）を演算して、その充電時間により、充
電の停止時間を設定していた。そして、個々の被充電電
池により、その被充電電圧は多様な値をとるため、これ
らすべての演算は、その都度、リチウムイオン電池用充
電器内に装備されたマイコンなどの演算回路により実行
されていた。

【００１０】また、特開昭６２−１００１３９号公報に
示されたリチウムイオン電池用充電器においては、満充
電を検出すると、タイマ時間を極端に早くし、カウント
アップさせて、充電の停止時間を制御していた。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、被充電
電池の充電開始前の充電電圧を検出し、検出された多様
な充電電圧の値に応じて、その都度、リチウムイオン電
池用充電器内に装備されたマイコンなどの演算回路を用
いて充電時間を演算し、その充電時間により、充電停止
時間を設定しなければならなかったので、そのマイコン
の分、リチウムイオン電池用充電器の大きさは大きく、
その重量は重くなり、またコストアップの要因となると
いう問題点があった。

【００１２】さらに、満充電を検出するために、満充電
時の０に収束した非常に微小な充電電流（一般に１０〜
２０［ｍＡ］程度）を検出するのは困難であり、また、
ノイズなどにより検出回路が誤作動する可能性があると
いう問題点もあった。

【００１３】本発明は、以上のような問題点を解決する
ためになされたもので、上記被充電電池の充電残存容量
にかかわらず、充電停止まで長時間待つ煩しさのない、
コンパクト化かつ軽量化かつコストダウンされたリチウ
ムイオン電池用充電器を得ることを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１におけ
るリチウムイオン電池用充電器は、被充電電池が満充電
になる前のその被充電電池の充電残存容量を予め設定す
る設定手段と、上記設定手段により設定された充電残存
容量を検出する検出手段と、上記検出手段によりその充
電残存容量が検出された時点から所定時間、その被充電
電池を充電する充電手段とを設けたものである。

【００１５】本発明の請求項２におけるリチウムイオン
電池用充電器は、請求項１におけるリチウムイオン電池
用充電器の上記所定時間が、充電残存容量が検出された
時点で制御される制御手段を設けたものである。

【００１６】

【作用】請求項１のリチウムイオン電池用充電器におい
て、被充電電池の満充電になる前の充電残存容量が予め
設定され、上記充電残存容量が検出された時点から所定
時間その被充電電池が充電されるので、マイコンなどの
演算機を使用しなくても、被充電電池が満充電になると
速やかに充電が停止される。

【００１７】請求項２のリチウムイオン電池用充電器に
おいて、充電残存容量が検出された時点で、上記所定時
間を制御するので、上記所定時間を、満充電までに要す
る適当な時間となるよう切換えることが可能である。

【００１８】

【実施例】以下、本発明によるリチウムイオン電池用充
電器の実施例を、図面を参照しながら説明する。

【００１９】図１は、リチウムイオン電池用充電器の実
施例の構成を示すブロック図である。

【００２０】図１において、リチウムイオン電池用充電
器は、電源回路１と、電力変換回路３と、出力回路５
と、被充電電池６と、充電電流検出回路７と、充電電圧
検出回路９と、制御回路１１と、タイマコントロール回
路１３と、タイマＩＣ１５とを含む。

【００２１】電源回路１は、ＡＣ入力電源の場合は、Ａ
Ｃ入力電源を整流平滑し、ＤＣ変換して出力する。ま
た、ＤＣ入力電源の場合は、そのまま出力する。電力変
換回路３は、電源回路１と制御回路１１とに接続され、
電源回路１から入力されたＤＣ電源を、制御回路１１か
ら得られる充電情報により、充電方式に合せた必要な電
力（電圧および電流）に変換する。

【００２２】制御回路１１から得られる充電情報には、
以下に述べる充電電流検出回路７や、充電電圧検出回路
９や、タイマコントロール回路１３から与えられた様々
な情報と、それらの情報により制御回路１１が設定した
充電方式およびタイマ時間が含まれる。

【００２３】出力回路５は、電力変換回路３に接続さ
れ、電力変換回路３から入力された電力を整流し平滑化
することにより、安定した充電電圧および充電電流を出
力する。被充電電池６は、出力回路５に接続され、出力
回路５から出力された充電電圧および充電電流により充
電される。充電電流検出回路７は、出力回路５に接続さ
れ、出力回路５から出力された充電電流を検出する。充
電電圧検出回路９も、出力回路５に接続され、出力回路
５から出力された充電電圧を検出する。

【００２４】制御回路１１は、充電完了表示部を含み、
充電電流検出回路７と充電電圧検出回路９とに接続さ
れ、充電電流検出回路７で検出された充電電流と、充電
電圧検出回路９で検出された充電電圧とをもとに、被充
電電池の充電状況を判定し、タイマＩＣ１５のタイマ時
間および充電方式を切換える。

【００２５】タイマコントロール回路１３は、制御回路
１１に接続され、タイマＩＣ１５の発振周波数を変える
ための素子（スイッチおよび抵抗およびコンデンサ）を
有する。タイマＩＣ１５は、タイマコントロール回路１
３に接続され、タイマコントロール回路１３内の素子
（スイッチおよび抵抗およびコンデンサ）の時定数によ
り決まる発振周波数で発振する。そして、その発振周波
数のクロックによりタイマ時間をカウントし、カウント
したクロック数が、予め設定されている総クロック数に
なったとき、充電を停止させる信号と、必要があれば充
電停止表示を出させるための信号を制御回路１１に出力
する。

【００２６】制御回路１１は、この充電時間の情報が与
えられると、満充電でなければ電力変換回路３に上記の
様々な充電情報を送り出す。満充電であれば、充電完了
表示する。この実施例では、制御回路１１が、充電完了
表示部を含んでいるが、制御回路１１の外部に充電完了
表示部が接続されていてもよい。また、充電完了表示が
不要であれば、充電完了表示部は無くともよい。

【００２７】以下に、タイマコントロール回路１３の具
体例とともに、そのタイマコントロール回路を用いたリ
チウムイオン電池用充電器による充電時のタイマ機能に
ついて述べる。

【００２８】図２は、タイマコントロール回路１３の第
１の具体例を示す回路図である。図２において、タイマ
コントロール回路１３は、トランジスタＱ１と、コンデ
ンサＣ１、Ｃ２と、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３とを含む。ト
ランジスタはスイッチとして使用されており、スイッチ
の役割を果たすもの（たとえばリレーなど）であれば、
当然トランジスタに限らない。

【００２９】トランジスタＱ１は、ベースが端子ａで制
御回路１１に、エミッタがコンデンサＣ２に、コレクタ
がノードＡでコンデンサＣ１に接続されている。コンデ
ンサＣ１、Ｃ２は、ノードＢで抵抗Ｒ１、Ｒ２とに接続
されている。抵抗Ｒ２は、ノードＣで抵抗Ｒ３に接続さ
れている。抵抗Ｒ１は端子ｇで、抵抗Ｒ３は端子ｆで、
図１のタイマＩＣ１５に接続されている。ノードＡは、
端子ｈで図１のタイマＩＣ１５に接続され、かつ接地さ
れている。ノードＣは、端子ｅで図１のタイマＩＣ１５
に接続されている。

【００３０】トランジスタＱ１がＯＮのとき充電停止時
間（タイマ時間）が４時間、トランジスタＱ１がＯＦＦ
のときタイマ時間が３０分となるように、コンデンサＣ
１、Ｃ２、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３により、時定数を予め
調整しておく。充電開始時は、トランジスタＱ１がＯＮ
され、タイマ時間が４時間に設定される。

【００３１】予め、被充電電池が満充電になる前の充電
電流（設定充電電流；一般に、百〜数百［ｍＡ］）ｉ１
を設定しておく。ただし、設定充電電流ｉ１が検出され
たときの被充電電池が、調整した上記タイマ時間３０分
以内に満充電になるようにする。充電電流が図１の充電
電流検出回路７により検出され、図１の制御回路１１で
監視される。ここで、充電電流が設定充電電流ｉ１にな
ると、制御回路１１はトランジスタＱ１をＯＦＦさせ
て、タイマ時間を４時間から３０分に切換える。つま
り、総クロック数を４時間でカウントする始めの設定か
ら、３０分でカウントする設定に切換える。仮に、充電
開始から充電電流が設定充電電流ｉ１になるまで１時間
を要したとすると、その時点で既に、総クロック数の１
／４がカウントされている。残りの３／４のクロック
を、総クロック数を３０分でカウントする設定にする
と、そのカウントの速さは、タイマ時間が４時間に設定
されているときの８倍となる。したがって、残りの３時
間分が、２２．５分でカウントされる。

【００３２】このタイマ時間の早送り機能により、充電
残存容量が比較的多い被充電電池の充電（再充電）をす
る場合、単なるタイマ機能では充電が停止するまで（充
電停止表示が出るまで）４時間待つところを、１時間２
２．５分で充電停止となる。

【００３３】図３は、本発明の図２のタイマコントロー
ル回路１３の第１の具体例を適用したリチウムイオン電
池用充電器を用いて、充電残存容量の多い電池を充電し
た場合の充電特性を示す図である。

【００３４】図３において、横軸は、充電時間［Ｈ］を
表わし、縦軸は、充電電圧［Ｖ］および充電電流［Ｉ］
を表わす。０は原点である。充電停止時間Ｔは、未充電
の電池（空の電池）を満充電できる時間である。充電停
止時間ｔは、本発明のタイマ時間の早送り機能により早
められた充電停止時間である。

【００３５】図４は、タイマコントロール回路１３の第
２の具体例を示す回路図である。図４において、タイマ
コントロール回路１３は、トランジスタＱ２、Ｑ３と、
コンデンサＣ１、Ｃ３、Ｃ４と、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３
とを含む。第１の具体例の場合と同様に、トランジスタ
Ｑ２、Ｑ３は、スイッチの役割を果たすものであればト
ランジスタに限らない。

【００３６】トランジスタＱ２は、ベースが制御回路１
１に、エミッタがコンデンサＣ３に、コレクタがノード
Ａに接続されている。トランジスタＱ３は、ベースが制
御回路１１に、エミッタがコンデンサＣ４に、コレクタ
がノードＡに接続されている。コンデンサＣ３は、ノー
ドＤでコンデンサＣ４に接続されている。ノードＤは、
ノードＥに接続されている。コンデンサＣ１は、ノード
Ａに接続され、ノードＥで抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２に接続さ
れている。ノードＡは、端子ｈでタイマＩＣ１５に接続
され、さらに、接地されている。抵抗Ｒ１は、端子ｇで
タイマコントロール回路１３に接続されている。抵抗Ｒ
２は、ノードＣで抵抗Ｒ３に接続されている。抵抗Ｒ３
は、端子ｆでタイマＩＣ１５に接続されている。ノード
Ｃは、端子ｅでタイマＩＣ１５に接続されている。

【００３７】トランジスタＱ３、Ｑ４がＯＮのとき、タ
イマ時間が４時間、トランジスタＱ３がＯＦＦのとき６
０分、トランジスタＱ３、Ｑ４がＯＦＦのとき３０分と
なるように、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、コンデンサＣ１、
Ｃ３、Ｃ４により、時定数を予め調整しておく。また、
定電流充電方式から定電圧充電方式に切換える充電電圧
（設定充電電圧）を設定しておく。

【００３８】充電開始後の定電流充電領域において、定
電圧充電方式に切換えられる設定充電電圧に至るまで、
トランジスタＱ３がＯＦＦされ、タイマ時間は６０分に
設定されて、保護タイマ時間として用いられる。この保
護タイマ時間により、被充電電池に長時間、異常な大電
流が流れ続けることを防止する。仮に、充電開始から充
電電圧が設定充電電圧に至るまで３０分を要したとする
と、図１のタイマＩＣ１５では、既に総クロック数の１
／２がカウントされ、残りの１／２のクロック数からは
トランジスタＱ３がＯＮされて（トランジスタＱ４はＯ
Ｎのままである）、タイマ時間が４時間に設定され、ク
ロックがカウントされる。以下、上記第１の具体例の場
合と同様に、設定充電電流ｉ１が検出された時点で、ト
ランジスタＱ４がＯＦＦされ、タイマ時間は４時間から
３０分に切換えられて、タイマ時間の早送りが行なわれ
る。

【００３９】したがって、第２の具体例のタイマコント
ロール回路１３は、第１の具体例のタイマコントロール
回路１３を用いた場合のタイマ時間の早送り機能に加
え、充電開始後、被充電電池に充電された容量が少ない
間は、定電流充電方式により効率よく充電することがで
き、さらに上記のような充電開始後の定電流充電領域で
の保護タイマ機能を加えることが可能となる。

【００４０】図５は、タイマコントロール回路１３の第
２の具体例を適用したリチウムイオン電池用充電器を用
いて、充電残存容量が少ない電池を充電した場合の充電
特性を示す図であり、充電電圧が設定充電電圧に至った
時、第１の具体例の場合と同じ充電残存容量をもってい
たものとする。

【００４１】図５において、横軸は、充電時間［Ｈ］を
表わし、縦軸は、充電電圧［Ｖ］および充電電流［Ｉ］
を表わす。０は原点である。充電停止時間Ｔは、未充電
電池（空の電池）を満充電できる時間である。充電停止
時間ｔは、本発明のタイマ時間の早送り機能により早め
られた充電停止時間である。ｉ１は、設定充電電流であ
る。ｖ１は、設定充電電圧である。

【００４２】上記の第１の具体例の図２の回路図、およ
び第２の具体例の図４の回路図において、回路を構成す
る素子は、図１のタイマＩＣ１５の時定数を決められる
素子であれば、スイッチ、コンデンサ、抵抗の３種に限
らない。またその素子の数は、その制御に図１の制御回
路１１がマイコンなどの演算回路を要しない程度であれ
ば、この限りではない。

【００４３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、被充電電
池の満充電になる前の充電残存容量が予め設定され、上
記充電残存容量が検出された時点から所定時間、その被
充電電池が充電されるので、マイコンなどの演算回路を
使用しなくても、被充電電池が満充電になると速やかに
充電が停止される。

【００４４】その結果、被充電電池の充電残存容量によ
らず、充電停止まで長時間待つ煩しさのない、コンパク
ト化かつ軽量化かつコストダウンされたリチウムイオン
電池用充電器を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のリチウムイオン電池用充電器
の全体の構成を示すブロック図である。

【図２】本発明のリチウムイオン電池用充電器の実施例
のタイマコントロール回路１３の第１の具体例を示す回
路図である。

【図３】本発明の第１の具体例のタイマコントロール回
路１３を用いたリチウムイオン電池用充電器により充電
した場合の充電特性を示す図である。

【図４】本発明のリチウムイオン電池用充電器の実施例
のタイマコントロール回路１３の第２の具体例を示す回
路図である。

【図５】本発明の第２の具体例のタイマコントロール回
路１３を用いたリチウムイオン電池用充電器により充電
した場合の充電特性を示す図である。

【図６】従来のリチウムイオン電池用充電器により充電
した場合の充電特性を示す図である。

【符号の説明】

１ 電源回路 ３ 電力変換回路 ５ 出力回路 ６ 被充電電池 ７ 充電電流検出回路 ９ 充電電圧検出回路 １１ 制御回路 １３ タイマコントロール回路 １５ タイマＩＣ ｉ１ 設定充電電流 ｖ１ 設定充電電圧 ｔ 充電停止時間

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被充電電池が満充電になる前の前記被充
   電電池の充電残存容量を予め設定する設定手段と、 前記設定手段により設定された前記充電残存容量を検出
   する検出手段と、 前記検出手段により前記充電残存容量が検出された時点
   から所定時間、前記被充電電池を充電する充電手段とを
   含むリチウムイオン電池用充電器。
2. 【請求項２】 前記充電残存容量が検出された時点で、
   前記所定時間を制御する制御手段を含む請求項１のリチ
   ウムイオン電池用充電器。