JP3282859B2 - 電源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、充電装置とは切り離し
て単独に持ち運び、使用可能な携帯用無線機やパソコン
等の電気機器に搭載される電源装置、電気機器に対して
着脱自在な二次電池パック、および、二次電池の充電に
使用される充電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】充電装置とは切り離して単独で自由に持
ち運び、そのまま使用可能な各種の電気機器、例えば、
携帯用無線機やノート型パソコンが実用化されている。
これらの電気機器に搭載される電源装置の多くは、二次
電池を電気機器内に固定した形式、あるいは、二次電池
を収納した二次電池パックを電気機器に着脱自在に取り
付ける形式を採り、後者では、二次電池パックと電気機
器内の回路部分で電源装置が構成される。これらの二次
電池の充電には、急速充電が可能な充電装置を利用でき
る。

【０００３】急速充電が可能な充電装置は、一般的に、
家庭用の１００Ｖ電源を接続した据え置き型のもので、
例えば、電気機器を使用しない時間を利用して、充電装
置に電気機器を連結させた状態で、電源装置あるいは二
次電池パックを電気機器から取り外すことなく、二次電
池の急速充電を行う。

【０００４】一般的な再充電のプロセスは、例えば、二
次電池の全容量を３０分以内に充電させ得る大きさの一
定電流を二次電池に供給して充電する急速充電過程と、
急速充電過程に引き続いて行われる、二次電池の全容量
を５〜８時間で充電させ得る大きさの一定電流を二次電
池に供給して充電する通常充電過程とで構成され、急速
充電過程から通常充電過程への移行は、充電装置に内蔵
された充電電圧の検知回路が−ΔＶと呼ばれる充電電圧
の低下を検知した段階で実施される。

【０００５】−ΔＶと呼ばれる充電電圧の低下は、ニッ
ケル−カドミウム電池等の限られた種類の二次電池の充
電において観察される特異な現象であって、放電完了ま
たは放電途中の状態から比較的大きな一定電流で二次電
池に充電を続けていると、次第に充電電圧が上昇する
が、二次電池内部の活物質の再生完了に伴って二次電池
の内部抵抗が一時的に下がり、これにより、充電完了の
直前に突然、わずかな充電電圧の低下が観察される現象
である。

【０００６】急速充電は、６００mAｈの容量のニッケル
−カドミウム電池の場合、例えば６００mAの一定電流を
通じて行われ、放電完了の状態から約１時間で−ΔＶが
検知されて、急速充電が６０mAの通常充電に切り替わ
る。

【０００７】しかし、二次電池の放電経歴や放電後の長
期間の放置、充電時の温度環境等によって、充電完了時
に明白な−ΔＶが検知されない場合がある。そして、急
速充電の完了時期を−ΔＶの検知のみに頼ると、二次電
池が破損して再使用不能になる可能性がある。

【０００８】つまり、内部の活物質の再生が完了した二
次電池をそのままにして、さらに急速充電を継続する
と、供給電力がそのまま二次電池内でジュール熱に変換
されて内部発熱を起こし、二次電池の内圧が上昇して、
二次電池内部の電極構造の破損等を引き起こす可能性が
ある。

【０００９】従って、充電装置にはタイマーが併設さ
れ、急速充電開始後、一定時間が経過すると−ΔＶが検
知されなくても強制的に通常充電に切り替えている。こ
れにより、万が一、−ΔＶを検知し損なっても二次電池
が危険な状態に陥る前に急速充電を終了させる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】二次電池パックを装着
した電気機器を、充電装置に結合して急速充電を実施し
ている期間も使用可能、すなわち、急速充電中も二次電
池パックに電気機器側の負荷を接続したままにしておく
と、充電装置側で−ΔＶの誤検知を起こす可能性があ
る。急速充電中の二次電池パックから負荷側に電流が取
り出された場合、あるいは、急速充電用の電流の一部が
負荷側に取り出された場合、充電装置側から見た電源装
置側の負荷抵抗が減少して、充電電圧が低下する。この
電圧低下を充電装置側で−ΔＶと誤認すると、二次電池
の充電が不十分な場合であっても、その時点で急速充電
が中止される。

【００１１】なお、通常充電で行う場合にも、負荷の消
費電流が多い場合に、充電量よりも放電量が多くなり、
充電が不十分なまま充電を中止することがある。

【００１２】従って、従来の電気機器では、電気機器か
ら二次電池パックを取り外して、二次電池パック単体を
充電装置に装填した状態でのみ急速充電を可能とし、電
気機器に二次電池を内蔵した状態で充電を行う場合に
は、専ら充電電流を落とした通常充電だけを実施させて
いた。しかし、通常充電だけでは、二次電池の充電完了
までの必要時間が急速充電の場合の４〜５倍にも達して
電気機器の実用性を損なわせる結果となる。

【００１３】そこで、充電装置に電気機器を連結する操
作によって機械的に作動するスイッチを電気機器側に設
け、このスイッチにより、充電装置に電気機器を連結し
た状態で二次電池パックを負荷から遮断する解決法が考
えられた。すなわち、充電装置に電気機器を連結してい
る期間は、電気機器を使用不可能とし、これにより二次
電池パック単体で充電する場合に負荷条件を揃え、充電
装置側から見た充電電圧の低下を起こさない。

【００１４】しかし、この解決法では、急速充電に引き
続いて通常充電を行う場合、電気機器を動作させても影
響のない（−ΔＶを検知する必要のない）通常充電の期
間まで電気機器が完全に使用不可能になる。例えば、携
帯用無線機では、充電期間中にも緊急な呼び出しを検知
でき、呼び出しに応答できる態勢が継続されることが望
ましい。携帯用無線機では、従って、少なくとも通常充
電の期間、できれば急速充電の期間も、呼び出し信号を
操作者に通知でき、必要ならば、充電を中断してでも無
線の受信と送信を実施できることが望ましい。

【００１５】電気機器側に機械的に作動するスイッチを
設けることは、電気機器の設計上の拘束を増す。例え
ば、携帯用無線機の例では、無線機本体に二次電池パッ
クが着脱可能に装着され、二次電池パック部分を充電装
置に設けた凹所に挿入して、二次電池パックの底部分に
設けた電極を通じて充電を行う。この例では、無線機本
体から取り外した二次電池パック単体でも、充電装置の
同一の凹所に挿入して同様な姿勢で充電を実施できる。
しかし、この例では、機械的に作動するスイッチを、無
線機本体にではなくて、二次電池パックの底に設ける必
要があり、スイッチの実装体積が、同一容積の二次電池
パックに収容できる二次電池の体積を減少させる。

【００１６】機械的に作動するスイッチは、一般的に、
コストが高く、スイッチの実装構造や配線等が電気機器
全体の小型化の制約となり、電気機器の携帯性、操作性
を損なわせるが、特に、電気機器に装着した二次電池パ
ック部分を充電装置に拘束して充電する形式を選択した
場合には、従来の二次電池パックとの互換性を損なわせ
る結果となる。

【００１７】本発明の目的は、充電期間を通じて電気機
器を少なくとも部分的に使用できるにもかかわらず、−
ΔＶを充電装置側で誤検知する心配がなく、従って、二
次電池が充電不十分なままで急速充電あるいは通常充電
が終了する心配のない電源装置、この電源装置の実施態
様の１つである二次電池パック、および、この電源装置
を充電する充電装置を提供することを目的としている。

【００１８】

【課題を解決するための手段】図１は、本発明の基本的
な構成の説明図である。図１において、請求項１の電源
装置は、充電電圧の低下を検知して充電を完了する充電
装置１０に配置した給電用電極１１に対応させて設けた
充電用電極２１と、該充電用電極２１に直列に接続され
た二次電池２２と、を有し、負荷３０に対する前記二次
電池２２からの電力供給が可能な状態で、前記充電装置
１０による前記二次電池２２の充電を可能とした電源装
置２０において、急速充電が行われる前記電源装置２０
と前記充電装置１０の連結状態で、前記充電装置１０側
から充電中を示す電気信号を受け取る受信電極２３と、
該受信電極２３が前記電気信号を受信している期間、前
記負荷３０に対する前記二次電池２２からの電力供給
を、少なくとも前記充電装置１０における前記充電電圧
の低下の検知水準を越える電圧低下が起きない水準に抑
制する省電力手段２４と、を設けたものである。

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【００２２】

【作用】請求項１の電源装置では、少なくとも充電中を
通じて、省電力手段２４が二次電池２２から負荷３０に
流れる電流を抑制して、または、充電装置１０から供給
されて負荷３０に流れる電流を抑制して、充電装置１０
の側から見た二次電池２２の端子電圧の低下を、少なく
とも−ΔＶとして検知される水準以下に抑制する。この
抑制は、例えば、充電装置１０から供給される充電用の
電流の一部を通常は抵抗器等で消費させておき、負荷側
で電力が必要な場合に抵抗器から負荷に通電を切り替え
る動作で実現してもよい。

【００２３】電流抑制の一例は、負荷３０に対する供給
電流をＯＦＦし、充電装置１０に電源装置を接続してい
る期間について、負荷３０の機能を完全な停止状態に保
つ選択である。

【００２４】充電中の負荷３０の動作による−ΔＶの誤
検知を避けることで、充電開始の際の操作者による電源
スイッチのＯＦＦを義務づける必要がなくなる。また、
充電完了後の充電装置１０に接続した状態で、操作者の
関知しない負荷３０の動作が二次電池２２の予期せざる
蓄積容量の消耗を引き起こし、操作者が充電完了と判断
して充電装置１０に対する接続を解除したときに、実際
には残留容量がわずかである事態も避け得る。

【００２５】充電中であることは、充電装置１０側から
送出された電気信号を受信電極２３を介して省電力手段
２４で受信することによって認知される。受信電極２３
は、電源装置に対する充電中を示す電気信号の受渡しを
行う。

【００２６】電源装置２０を充電装置１０に連結する操
作は、同時に、受信電極２３と充電用電極２１を、それ
ぞれ充電装置１０側の相当する電極（１３、２３）に接
続させる。

【００２７】受信電極２３は、好ましくは、充電用電極
２１に隣接して配置され、充電用電極２１と同様の寸法
形状に構成される。この構成は、電源装置２０における
受信電極２３の実装と充電装置１０における信号電極１
３の実装の両方を容易なものにし、電源装置２０を充電
装置１０に連結した状態における受信電極２３と信号電
極１３の接触をより確実なものにする。

【００２８】充電装置１０は、例えば、二次電池の全容
量を３０分程度で充電できる大きさの一定電流を出力し
て、二次電池２２を充電するとともに、出力電圧を二次
電池２２の端子電圧とみなして刻々と検知して記憶し、
現在の出力電圧の値をそれまでの値と比較し、−ΔＶと
みなせる電圧低下が確認された段階で充電を中止させ
る。

【００２９】

【００３０】

【００３１】

【００３２】

【実施例】図２は、実施例の携帯用無線機の充電システ
ムの説明図である。ここでは、充電器４０の凹所３９に
無線機本体８０を挿入した状態で、無線機本体８０に接
続された電池部６０の二次電池６１に対する急速充電が
行われる。

【００３３】図２において、無線機本体８０は、端子８
３、８４、８５と端子６３、６４、６５の間で電池部６
０を切離し可能である。電池部６０は、充電用電極６
７、６８の間にニッケル−カドミウム電池６１を直列に
接続し、ニッケル−カドミウム電池６１の両端から出力
を端子６３、６４に取り出す。また、充電器４０側から
充電中を示す電気信号を受け取る受信電極６９を端子６
５に直結する。

【００３４】無線機本体８０は、操作者の音声信号を電
波信号に変調して、アンテナ９０から送出する送信部８
１と、アンテナ９０を通じて受信された外部からの電波
信号を音声信号に復調してスピーカを作動させ、音声を
再生する受信部８２とを備える。スイッチ９１は、無線
機本体８０全体の電源をＯＮ−ＯＦＦする。

【００３５】送信電源８６は、送信部８１に電源を供給
して、その発振器、増幅回路、変調回路等を動作させ
る。受信電源８７は、受信部８２に電源を供給して、そ
の受信回路、変調回路、音声増幅回路等を動作させる。

【００３６】１チップマイクロコンピュータ８９は、充
電器４０から無線機本体８０を取り外した通常の使用状
態において、操作者のスイッチ操作に応じて送信部８１
と受信部８２を交互に切り替える。マイコン電源８８
は、１チップマイクロコンピュータ８９に電源供給す
る。

【００３７】１チップマイクロコンピュータ８９は、ま
た、スイッチ９１をＯＮさせた状態で充電器４０に無線
機本体８０を連結している期間、すなわち、受信端子６
９から端子８５を通じて、充電器４０側から充電中を示
す電気信号が入力されている期間には、送信電源８６、
受信電源８７を制御して、送信部８１と受信部８２の機
能を完全に停止させる。無線機本体８０全体の消費電力
を１チップマイクロコンピュータの消費電力水準にまで
低下させる。

【００３８】図２において、充電器４０は、家庭用の１
００Ｖ電源に接続されるコンセントプラグ４１を備えた
据え置き型のもので、充電時に無線機本体を挿入する凹
所３９を上部に有する。

【００３９】充電器４０は、充電器４０内で使用する直
流電圧を得るための変圧トランス４２、整流器４３、充
電器４０内の電気回路を作動させる定電圧出力を得るた
めの定電圧回路４４、ニッケル−カドミウム電池６１を
急速充電する定電流出力を得るための急速充電回路４５
を備える。

【００４０】急速充電回路４５は、また、急速充電のた
めの定電流出力の電圧を刻々と検知して継続的に記憶す
る一方で、記憶されたそれまでの電圧値に現在の電圧値
を比較して、−ΔＶに相当する電圧低下が検知された段
階で急速充電を中止し、それ以降は低い定電流を出力し
て通常充電に移行させる。

【００４１】急速充電回路４５は、さらに、急速充電開
始後の時間を計測して、一定時間が経過すると仮に−Δ
Ｖが検知されなくても強制的に急速充電を中止して通常
充電に切り替えるタイマーを備える。これにより、万が
一、充電電圧の低下を検出する部分が−ΔＶを検知し損
なっても、二次電池が危険な状態に陥る前に急速充電を
終了させる。

【００４２】ここで、電池部６０のニッケル−カドミウ
ム電池６１の容量は６００mAｈに選択されており、急速
充電の定電流値は６００mA、通常充電の定電流値は６０
mAに選択されている。従って、放電完了したニッケル−
カドミウム電池６１を充電器４０に装着して急速充電を
開始すると、１時間前後で−ΔＶが検知されて通常充電
に移行する。

【００４３】このように構成された実施例の携帯用無線
機の充電システムは、充電器４０の凹所３９に無線機本
体８０を挿入した状態で、無線機本体８０に接続された
電池部６０の二次電池６１に対する急速充電を実施する
が、急速充電〜通常充電の期間を通じてスイッチ９１を
ＯＮしたままでよく、充電完了後に、操作者が無線機本
体８０を充電器４０から抜き取るまで、無線機本体８０
は、内部の１チップマイクロコンピュータ８９による節
電動作以外の機能を停止している。

【００４４】これにより、充電中の送信部８１や受信部
８２の動作による−ΔＶの誤検知を避ける。また、充電
完了後に充電装置４０に接続したままの状態で、送信部
８１や受信部８２を動作させてニッケル−カドミウム電
池６１の容量を消耗させ、操作者が充電完了と判断して
充電器４０から抜き取ったときに、実際には残留容量が
わずかである事態を避ける。

【００４５】そして、急速充電回路４５において、万が
一、−ΔＶを検知し損なった場合でも、タイマーが一定
時間を限度にして急速充電を中止させるから、二次電池
が危険な状態に陥ることはない。

【００４６】図２の実施例では、無線機本体８０の機能
の大部分を停止したが、消費電力の少ない部分を選択し
て、充電中も限定的に無線機本体８０を利用できるよう
にしてもよい。送信機能が１．２〜１．３Ａという大電
流を要するのに対し、受信の待ち状態（スケルチ状態）
の維持は１０〜５０ｍＡ以下で済む。従って、受信の待
ち状態の維持と操作者に対する受信の通知だけであれ
ば、−ΔＶと誤検知される充電電圧の低下を引き起こさ
ないで済む。

【００４７】このような変形例の携帯用無線機は、送信
部８１の全体を一括してＯＮ−ＯＦＦさせる図２の送信
電源８６をそのままにして、受信電源８７を、受信部８
２の受信検知部に電源供給を続けながら、その他の部分
を一括してＯＮ−ＯＦＦできるものとし、１チップマイ
クロコンピュータ８９からの指令で省電力状態に設定さ
れた充電期間中も、受信検知部だけは引き続き動作可能
にしておく。

【００４８】１チップマイクロコンピュータ８９は、ス
イッチ９１をＯＮさせた状態で、端子８５を通じて電気
信号が入力されている期間、受信部８２に、外部からの
呼び出し信号を検知して操作者に通知する機能を残して
おく。

【００４９】このように構成された変形例の携帯用無線
機は、充電器４０に無線機本体８０を挿入した状態で、
電池部６０の二次電池６１に対する急速充電を行うが、
急速充電〜通常充電の期間を通じてスイッチ９１をＯＮ
したままでよく、この期間中に無線機本体８０に対する
呼び出しがあれば、無線機本体８０の受信部８２がこれ
を検知して、低消費電力で済む方法（ＬＥＤの点滅等）
によって、操作者に呼び出しがあることを知らせる。

【００５０】操作者は、このとき、急速充電の途中であ
っても、充電器４０から無線機本体８０を抜き取って通
常どおりに受信と送信を実施でき、用件が済めば、再び
無線機本体８０を充電器４０に挿入して、急速充電を開
始させる。この中途半端な放電状態から急速充電を再開
した場合でも、１チップマイクロコンピユータ８９によ
る省電力制御は、急速充電回路４５における−ΔＶの誤
検知を生じさせることなく、ニッケル−カドミウム電池
６１の内部の活物質が再生されて、本物の−ΔＶが検知
されるまで急速充電を継続させる。

【００５１】

【発明の効果】請求項１の電源装置によれば、充電中で
あっても、充電装置側で−ΔＶを誤検知することなく、
少なくとも部分的に電気機器を使用できる。部分的な使
用は、例えば、携帯用無線機であれば、電波発振や音声
再生等の消費電力の大きな部分を除く、消費電力の小さ
な呼び出し電波信号の検知、呼び出し人の識別、記憶保
持、時間や温度の計測等の機能に充当される。また、ノ
ート型パソコンであれば、ディスクドライブや画面表示
以外の機能に充当される。

【００５２】従って、充電が不十分な状態で急速充電が
中止されて、不十分な充電状態の二次電池を充電完了と
勘違いする心配がなくなり、二次電池を毎回その容量一
杯に活用できる。また、充電中も電気機器を働かせるの
で、電気機器の実質的な使用効率と実用性が高まる。

【００５３】また、電気機器の表面で元来その配置が必
須である充電用電極と一緒に信号電極を実装できるか
ら、機械的に作動するスイッチを取り付ける場合に比較
して、追加される実装用の体積が小さく、配線構造も簡
略化される。従って、電気機器の設計上の制約が小さく
なり、電気機器全体の小型化、薄型化に有利である。

【００５４】さらに、充電装置に連結する操作によっ
て、元来その連結が必須である充電電極と一緒に信号電
極の連結が確保されるから、充電を始める際の操作を誤
る心配がない。また、充電装置に連結される電源装置側
の部分（二次電池パックの挿入構造等）の外観を従来と
同様にできるから、従来の急速充電を実施できない充電
装置や、信号電極を持たない従来の二次電池パックに対
する互換性にも問題がない。

【００５５】

【００５６】

【００５７】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本的な構成の説明図である。

【図２】実施例の携帯用無線機の充電システムの説明図
である。

【符号の説明】

１０ 充電装置 １１ 給電用電極 １２ 急速充電回路 １３ 信号電極 １４ 信号発生手段 ２０ 電源装置 ２１ 充電用電極 ２２ 二次電池 ２３ 受信電極 ２４ 省電力手段 ３０ 負荷

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02J 7/00 - 7/12 H02J 7/34 - 7/36 H01M 10/44

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 充電電圧の低下を検知して充電を完了す
   る充電装置（１０）に配置した給電用電極（１１）に対
   応させて設けた充電用電極（２１）と、該充電用電極
   （２１）に直列に接続された二次電池（２２）と、を有
   し、負荷（３０）に対する前記二次電池（２２）からの
   電力供給が可能な状態で、前記充電装置（１０）による
   前記二次電池（２２）の充電を可能とした電源装置（２
   ０）において、 前記急速充電が行われる前記電源装置（２０）と前記充
   電装置（１０）の連結状態で、前記充電装置（１０）側
   から充電中を示す電気信号を受け取る受信電極（２３）
   と、 該受信電極（２３）が前記電気信号を受信している期
   間、前記負荷（３０）に対する前記二次電池（２２）か
   らの電力供給を、少なくとも前記充電装置（１０）にお
   ける前記充電電圧の低下の検知水準を越える電圧低下が
   起きない水準に抑制する省電力手段（２４）と、 を設けたことを特徴とする電源装置。