JP4533329B2

JP4533329B2 - 充電制御用半導体集積回路、その充電制御用半導体集積回路を使用した充電装置

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Publication number: JP4533329B2
Application number: JP2006052700A
Authority: JP
Inventors: 智彦釜谷
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2006-02-28
Filing date: 2006-02-28
Publication date: 2010-09-01
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Description

本発明は、充電制御用半導体集積回路、その充電制御用半導体集積回路を使用した充電装置及び２次電池接続検出方法に関し、特に、２次電池の充電状態に応じて該２次電池の接続状態の検出を行う充電制御用半導体集積回路、その充電制御用半導体集積回路を使用した充電装置及び２次電池接続検出方法に関する。

従来、充電装置に装着されている２次電池の接続状態を確認する方法として次のようなものがあった。第１の方法は、電池装着時にはオンとなり、非装着時にはオフ状態となるスイッチ手段を設けるようにしたものである（例えば、特許文献１参照。）。第２の方法は、電池パックに内蔵された温度検出用のサーミスタに電流を供給し、サーミスタの端子電圧を検出して電池の有無を判定するものである（例えば、特許文献２参照。）。前記第１の方法は、スイッチ手段が余分に必要となり、スペース及びコストが共に増加するという問題があった。また、前記第２の方法は、サーミスタを内蔵していない電池では採用できず、更に、サーミスタ検出用に専用の接続端子を追加する必要があり、やはり、スペース及びコストが共に増加するという問題があった。また、第１及び第２の各方法において、電池装着は検出できても、電池が確実に充電装置の接続端子に電気的に接触しているかどうかは分からないという問題があった。

そこで、スイッチ手段やサーミスタを用いない第３の方法として、充電装置の電池接続端子に所定の電圧値以上の電圧が発生した場合は、充電電流を供給し、該充電電流値が満充電時の充電電流しきい値よりも大きければ電池が接続されたと判定し、小さければ満充電と判定するものがあった（例えば、特許文献３参照。）。更に、満充電時の充電電流しきい値近辺に２つの判定電流値しきい値を設け、該２つのしきい値を所定の時間以上かけて通過した場合は満充電と判定し、所定の時間未満の時間で通過した場合は、電池が取り外されたと判定するようにしていた。

また、スイッチ手段やサーミスタを用いない第４の方法として、間欠充電を行い、充電を停止している間に電池接続端子の電圧測定を行い、充電中に充電電流の測定を行って、その結果から電池接続の有無を判定するものがあった（例えば、特許文献４参照。）。
特開平１０−２８５８１２号公報特許２９２７３５４号公報特許３２０３５３８号公報特開平１０−２２５００１号公報

しかし、前記第３の方法では、過放電された電池の充電ができないという問題があった。過放電された電池に対して直ちに大電流で充電すると、発熱や発火等の重大な事故を招く恐れがあるため、所定の電圧に達するまでは、小電流による充電を行う必要があった。このことから、電池が装着されたときに電池の有無を判定する電池電圧のしきい値は過放電された電池電圧より高く設定する必要があった。満充電時の充電電流しきい値近辺に２つの判定電流値しきい値を設けて満充電と電池接続検出の判定を行う場合は、満充電電流の前後に２つの判定電流値を設定し、該電流区間を所定の時間以上かけて通過したかどうかを検出しているため、満充電電流値の他に更に２つの判定電流値を設定する必要があるので、回路規模が増大するという問題があった。
また、前記第４の方法では、間欠充電を行う必要があり、一般的な定電流−定電圧充電方式に、更に間欠充電を行うための手段を追加する必要があることから、スペース及びコストが共に増加するという問題があった。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、実装スペース及びコストの増加を最小限にする簡単な回路で２次電池の電池接続を検出することができる充電制御用半導体集積回路、その充電制御用半導体集積回路を使用した充電装置を得ることを目的とする。

この発明に係る充電制御用半導体集積回路は、充電用トランジスタを介して２次電池に充電電流を供給し、該２次電池に対して充電を行う充電装置における、前記充電用トランジスタの動作制御を行う充電制御用半導体集積回路において、
前記充電用トランジスタから出力された充電電流値の検出を行い、該検出した充電電流値を示す信号を生成して出力する充電電流検出回路部と、
前記電池電圧とあらかじめ設定された１つ以上の所定値との電圧比較を行い、該比較結果を示す信号を生成して出力する電圧比較回路部と、
前記電池電圧、並びに前記充電電流検出回路部及び該電圧比較回路部から出力された各信号に基づいて、前記充電用トランジスタに対して、所定の充電電流を出力させる定電流充電、又は前記電池電圧が所定値で一定になるように充電電流を出力させる定電圧充電を行わせる充電制御回路部と、
前記２次電池の電池電圧が入力される入力端に接続され、前記充電制御回路部から入力された制御信号に応じて駆動制御される電流源と、
を備え、
前記充電制御回路部は、前記電池電圧が第２所定値以上になったことを検出すると、第２所定時間の間、前記電池電圧が前記第２所定値よりも大きい第３所定値以上になったか否かの検出を行い、電池電圧が前記第２所定値よりも大きい第３所定値以上になったことを検出すると２次電池の接続異常と判定し、所定の異常処理を行い、前記２次電池から電源供給が行われる負荷の消費電流を制御する外部からの制御信号に応じて前記電流源の駆動制御を行うものである。

また、前記充電制御回路部は、前記２次電池への充電開始時に、第１所定時間の間、前記電池電圧が前記第２所定値よりも小さい第１所定値未満になったか否かの検出を行い、電池電圧が第１所定値未満になったことを検出すると２次電池の接続異常と判定し、所定の異常処理を行うようにした。

また、前記充電制御回路部は、前記２次電池への充電電流値が第４所定値未満になると、第３所定時間の間、前記充電電流が第４所定値未満の第５所定値未満になったか否かの検出を行い、該充電電流値が該第５所定値未満になったことを検出すると、２次電池の接続異常と判定し、所定の異常処理を行うようにした。

具体的には、前記電圧比較回路部は、前記第２所定値と前記電池電圧との電圧比較を行い、該比較結果を示す第２信号を生成して前記充電制御回路部に出力する第２コンパレータを備えるようにした。

また、具体的には、前記電圧比較回路部は、
前記第１所定値と前記電池電圧との電圧比較を行い、該比較結果を示す第１信号を生成して前記充電制御回路部に出力する第１コンパレータと、
前記第２所定値と前記電池電圧との電圧比較を行い、該比較結果を示す第２信号を生成して前記充電制御回路部に出力する第２コンパレータと、
を備えるようにした。

この場合、前記充電制御回路部は、２次電池の接続検出を行う間、前記負荷の消費電流を低減させるための前記外部からの制御信号が入力されると前記電流源を作動させ、前記負荷の消費電流を低減させるための前記外部からの制御信号の入力が停止すると前記電流源の動作を停止させるようにした。

また、具体的には、前記充電制御回路部は、前記２次電池の接続異常と判定すると、該２次電池への充電電流の供給を停止させるようにした。

また、この発明に係る充電装置は、２次電池に対して定電流充電又は定電圧充電を行う充電装置において、
入力された制御信号に応じて、前記２次電池への充電電流の供給制御を行う充電用トランジスタと、
前記２次電池に供給される充電電流と前記２次電池の電圧から、前記充電用トランジスタを制御する充電制御用半導体集積回路と、
を備え、
前記充電制御用半導体集積回路は、
前記充電用トランジスタから出力された充電電流値の検出を行い、該検出した充電電流値を示す信号を生成して出力する充電電流検出回路部と、
前記電池電圧とあらかじめ設定された１つ以上の所定値との電圧比較を行い、該比較結果を示す信号を生成して出力する電圧比較回路部と、
前記電池電圧、並びに前記充電電流検出回路部及び該電圧比較回路部から出力された各信号に基づいて、前記充電用トランジスタに対して、所定の充電電流を出力させる定電流充電、又は前記電池電圧が所定値で一定になるように充電電流を出力させる定電圧充電を行わせる充電制御回路部と、
前記２次電池の電池電圧が入力される入力端に接続され、前記充電制御回路部から入力された制御信号に応じて駆動制御される電流源と、
を備え、
前記充電制御回路部は、前記電池電圧が第２所定値以上になったことを検出すると、第２所定時間の間、前記電池電圧が前記第２所定値よりも大きい第３所定値以上になったか否かの検出を行い、電池電圧が前記第２所定値よりも大きい第３所定値以上になったことを検出すると２次電池の接続異常と判定し、所定の異常処理を行い、前記２次電池から電源供給が行われる負荷の消費電流を制御する外部からの制御信号に応じて前記電流源の駆動制御を行うものである。

本発明の充電制御用半導体集積回路、その充電制御用半導体集積回路を使用した充電装置によれば、例えば、充電開始時点、予備充電モードから急速充電モードに切り換わる時点、充電完了時点、再充電モード開始時点におけるモード切り換え時の待機時間を利用して、電池電圧及び／又は充電電流をチェックすることで、２次電池の接続検出を行うようにしたことから、過放電状態の２次電池の充電も可能となり、間欠充電を行う必要もなく、実装スペース及びコストの増加を最小限にする簡単な回路で２次電池の電池接続を検出することができる。

また、前記各待機時間は、充電モードを変更する際の確認時間として従来から設けられていた時間であり、電池電圧判定にヒステリシスを持たせたコンパレータを使用したため、電池接続検出用に新たに判定用の基準電圧や基準電流を追加する必要がなく、電圧判定に用いる電圧値や電流値も、従来の定電流−定電圧充電方式におけるモード切り換え時に判定用として使用していた値をそのまま利用することができ、スペースの増加やコストアップの抑制が可能になった。

次に、図面に示す実施の形態に基づいて、本発明を詳細に説明する。
第１の実施の形態．
図１は、本発明の第１の実施の形態における２次電池の充電装置の構成例を示した図である。
図１において、充電装置１は、ＡＣアダプタ等のような直流電源５を電源にし、リチウムイオン電池等からなる２次電池６に対して、定電流充電又は定電圧充電を行って充電を行う。２次電池６は、負荷７に接続され該負荷７に電源供給を行っている。

充電装置１は、ベースに入力された信号に応じた電流を２次電池６に供給するＰＭＯＳトランジスタからなる充電用のパワートランジスタＱ１と、該パワートランジスタＱ１から２次電池６に供給される充電電流ｉｃｈの電流値検出を行うための抵抗Ｒ１とを備えている。更に、充電装置１は、２次電池６から直流電源５への電流の逆流を防止するためのダイオードＤ１と、前記２次電池６の電圧である電池電圧Ｖｂ及び抵抗Ｒ１の両端電圧から得られた充電電流ｉｃｈの電流値情報から、２次電池６に対して定電流充電又は定電圧充電を行うようにパワートランジスタＱ１の動作制御を行う充電制御回路２とを備えている。

充電制御回路２は、１つのＩＣに集積されており、直流電源接続端子Ｐ１、充電制御信号出力端子Ｐ２、第１充電電流検出端子Ｐ３、第２充電電流検出端子Ｐ４、電池接続端子Ｐ５及び接地端子Ｐ６を備え、接地端子Ｐ６は接地電圧に接続されている。２次電池６は接続端子である電池端子Ｂ＋と電池端子Ｂ−を備え、２次電池６の正側電極に接続された電池端子Ｂ＋は電池接続端子Ｐ５に、２次電池の負側電極に接続された電池端子Ｂ−は接地端子Ｐ６にそれぞれ接続されている。
また、充電制御回路２は、直流電源５から電源供給がされているか否かの検出を行う電源電圧検出回路部１１と、入力された制御信号に応じてパワートランジスタＱ１の動作制御を行う充電電流制御回路部１２と、抵抗Ｒ１の両端電圧から充電電流ｉｃｈの検出を行う充電電流検出回路部１３とを備えている。また、充電制御回路２は、所定の基準電圧Ｖｒを生成して出力する基準電圧発生回路部１４と、コンパレータ１５〜１７と、抵抗Ｒ１１〜Ｒ１４と、充電電流制御回路部１２の動作制御を行う制御回路部１８とを備えている。

なお、パワートランジスタＱ１は充電用トランジスタを、充電制御回路２は充電制御用半導体集積回路をそれぞれなす。また、基準電圧発生回路部１４、コンパレータ１５〜１７及び抵抗Ｒ１１〜Ｒ１４は電圧比較回路部をなし、充電電流制御回路部１２及び制御回路部１８は充電制御回路部をなす。また、コンパレータ１５は第１コンパレータを、コンパレータ１６は第２コンパレータをそれぞれなす。

直流電源５からの電源電圧Ｖｄｄは、直流電源接続端子Ｐ１を介して電源電圧検出回路部１１に入力されると共にパワートランジスタＱ１のソースに入力され、パワートランジスタＱ１のゲートは充電制御信号出力端子Ｐ２を介して充電電流制御回路部１２に接続されている。電源電圧検出回路部１１は、直流電源接続端子Ｐ１の電圧が所定の規定電圧以上になると制御回路部１８に所定の信号Ｓｖを出力し、直流電源５から電源供給されたことを知らせる。充電電流制御回路部１２は、制御回路部１８から入力された制御信号Ｓｃに応じて、充電制御信号出力端子Ｐ２を介してパワートランジスタＱ１のゲートに充電制御信号を出力し、充電電流ｉｃｈの制御を行う。

パワートランジスタＱ１のドレインは、抵抗Ｒ１を介してダイオードＤ１のアノードに接続され、ダイオードＤ１のカソードは電池端子Ｂ＋及び電池接続端子Ｐ５にそれぞれ接続されている。また、パワートランジスタＱ１のドレインは第１充電電流検出端子Ｐ３に接続されており、第１充電電流検出端子Ｐ３と第２充電電流検出端子Ｐ４との間に抵抗Ｒ１が接続されている。充電電流検出回路部１３は、第１充電電流検出端子Ｐ３及び第２充電電流検出端子Ｐ４を介して入力された抵抗Ｒ１の両端電圧から充電電流ｉｃｈの電流値の検出を行い、該検出した電流値の情報を示す信号Ｓｉを制御回路部１８に出力する。

基準電圧発生回路部１４から出力された基準電圧Ｖｒと接地電圧との間に抵抗Ｒ１４、Ｒ１３、Ｒ１２及びＲ１１が直列に接続され、抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２との接続部の電圧である第１電圧Ｖ１が、コンパレータ１５の反転入力端に入力されている。また、抵抗Ｒ１２と抵抗Ｒ１３との接続部の電圧である第２電圧Ｖ２が、コンパレータ１６の反転入力端に、抵抗Ｒ１３と抵抗Ｒ１４との接続部の電圧である第３電圧Ｖ３が、コンパレータ１７の反転入力端にそれぞれ入力されている。コンパレータ１５の出力信号である第１電圧検出信号Ｓ１、コンパレータ１６の出力信号である第２電圧検出信号Ｓ２及びコンパレータ１７の出力信号である第３電圧検出信号Ｓ３はそれぞれ制御回路部１８に出力される。

コンパレータ１５は、電池接続端子Ｐ５の電圧である電池電圧Ｖｂと第１電圧Ｖ１との電圧比較を行い、電池電圧Ｖｂが第１電圧Ｖ１以上になると、コンパレータ１５から出力された第１電圧検出信号Ｓ１はローレベルからハイレベルに立ち上がる。逆に、電池電圧Ｖｂが第１電圧Ｖ１未満になると、第１電圧検出信号Ｓ１はハイレベルからローレベルに立ち下がる。
コンパレータ１６は、電池電圧Ｖｂと第２電圧Ｖ２の電圧を比較し、電池電圧Ｖｂが第２電圧Ｖ２以上になると、コンパレータ１６から出力された第２電圧検出信号Ｓ２はローレベルからハイレベルに立ち上がる。逆に、電池電圧Ｖｂが第２電圧未満になると、コンパレータ１６から出力された第２電圧検出信号Ｓ２はハイレベルからローレベルに立ち下がる。

コンパレータ１７は、電池電圧Ｖｂと第３電圧Ｖ３の電圧を比較し、電池電圧Ｖｂが第３電圧Ｖ３以上になると、コンパレータ１７から出力された第３電圧検出信号Ｓ３はローレベルからハイレベルに立ち上がる。逆に、電池電圧Ｖｂが第３電圧Ｖ３未満になると、コンパレータ１７から出力された第３電圧検出信号Ｓ３はハイレベルからローレベルに立ち下がる。
制御回路部１８は、論理回路で構成されており、電源電圧検出回路部１１の出力信号Ｓｖ、充電電流検出回路部１３からの出力信号Ｓｉ、コンパレータ１５から出力された第１電圧検出信号Ｓ１、コンパレータ１６から出力された第２電圧検出信号Ｓ２及びコンパレータ１７から出力された第３電圧検出信号Ｓ３から、充電モードを決定し、制御信号Ｓｃを用いて、充電電流制御回路部１２を介して充電の可否、充電電流値、充電電圧を制御する。なお、第１電圧Ｖ１は第１所定値を、第２電圧Ｖ２は第２所定値を、第３電圧Ｖ３は第３所定値をそれぞれなす。

このような構成において、図２は、図１の充電装置１の動作例を示したフローチャートであり、図３は、図１の充電装置１における充電電流ｉｃｈと電池電圧Ｖｂとの変化の例を示した図である。図３を参照しながら図２を用いて図１の充電装置の動作について説明する。
まず最初に、充電開始時の２次電池の接続確認動作について説明する。
図２において、ステップＳ１で充電制御回路２に直流電源５が接続されると、ステップＳ２で、制御回路部１８は、充電電流制御回路部１２に対してパワートランジスタＱ１をオフさせて遮断状態にさせるリセット動作を行わせ、ステップＳ３で、電源電圧検出回路部１１は、直流電源接続端子Ｐ１から入力された電源電圧Ｖｄｄの電圧チェックを行う。

ステップＳ３で、直流電源接続端子Ｐ１から入力された電源電圧Ｖｄｄが所定の規定電圧未満の場合は、ステップＳ２に戻り、該規定電圧以上であれば、ステップＳ４で、制御回路部１８は、所定の充電開始待機時間Ｔ１の間、充電電流制御回路部１２に対してパワートランジスタＱ１をオフさせて遮断状態にさせ充電電流ｉｃｈの供給を停止させる。次に、ステップＳ５で、充電開始待機時間Ｔ１の間に、制御回路部１８は、入力されている第１電圧検出信号Ｓ１、第２電圧検出信号Ｓ２及び第３電圧検出信号Ｓ３から電池電圧Ｖｂのチェックを行う。

ステップＳ５で、電池電圧Ｖｂが第１電圧Ｖ１未満のときは、ステップＳ１８に進み、ステップＳ１８で、制御回路部１８は、２次電池６が接続されていないか又は２次電池６が異常であると判断し、充電開始待機時間Ｔ１経過後も、引き続き充電電流制御回路部１２に対してパワートランジスタＱ１をオフさせて遮断状態にさせ充電電流ｉｃｈの供給を停止させ、２次電池６への充電を禁止して、ステップＳ５に戻る。正常な２次電池６が接続されていれば、電池接続端子Ｐ５には第１電圧Ｖ１以上の電圧が入力されていることから、コンパレータ１５から出力されている第１電圧検出信号Ｓ１はハイレベルになっている。ステップＳ５で、電池電圧Ｖｂが第１電圧Ｖ１以上であり第２電圧Ｖ２未満であるときは、ステップＳ６に進み、ステップＳ６で、制御回路部１８は、充電電流制御回路部１２に対して、予備充電モードの動作を行わせる。

予備充電モードは、過放電状態のリチウムイオン電池にいきなり大電流で充電を行うと、発熱・発火の恐れがあるため、電池電圧Ｖｂが所定の電圧に上昇するまでは数十ｍＡと少ない電流で充電を行う充電モードである。図３では、予備充電時の充電電流値はｉ１で示している。
次に、ステップＳ５で、電池電圧Ｖｂが第２電圧Ｖ２以上である場合は、コンパレータ１６の出力信号Ｓ２がローレベルからハイレベルに変化し、後述するステップＳ１０の急速充電モードに移行する。なお、第１電圧Ｖ１は予備充電が行える最低電圧に設定されており、第２電圧Ｖ２は大電流による急速充電が行える最低電圧に設定されている。

充電開始待機時間Ｔ１は数ｍｓｅｃと極めて短時間であるが、電池が接続されていないか、又はショートした電池のような異常電池が接続されている場合は、図３の点線Ａのように、直流電源５を接続したときに、電池接続端子Ｐ５の電圧が第１電圧Ｖ１以上であったとしても、該電圧は急速に低下するため、充電開始待機時間Ｔ１経過中に第１電圧Ｖ１未満（ほぼ０Ｖ）になってしまう。このため、充電開始待機時間Ｔ１経過後、ステップＳ５で、コンパレータ１５からの第１電圧検出信号Ｓ１がローレベルであれば、制御回路部１８は、２次電池６が接続されていない、又は２次電池６がショートしている状態にあると判定し、ステップＳ１８に進んで充電を禁止する。なお、制御回路部１８によって、ステップＳ１８の状態でも、常時ステップＳ５の電池電圧チェックは行われているため、制御回路部１８は、電池電圧Ｖｂが第１電圧Ｖ１以上に回復し、コンパレータ１５からの第１電圧検出信号Ｓ１がハイレベルになると２次電池６への充電を行う。

次に、予備充電モードから、急速充電モードに移行するときの２次電池接続確認動作について説明する。
ステップＳ６の予備充電を行っている間、制御回路部１８は、ステップＳ７での電池電圧チェックを常時行っており、電池電圧Ｖｂが第２電圧Ｖ２以上になると、コンパレータ１７からの第２電圧検出信号Ｓ２がローレベルからハイレベルに変化し、ステップＳ８の急速充電待機時間Ｔ２に移行する。急速充電待機時間Ｔ２は、図３のＴ２で示した時間である。急速充電待機時間Ｔ２の間は、制御回路部１８は、充電電流制御回路部１２に対して予備充電モードの動作、すなわちパワートランジスタＱ１に対して電流値ｉ１の充電電流ｉｃｈを出力させる。急速充電待機時間Ｔ２は、数ｍｓｅｃという極めて短い時間である。正常な２次電池６が接続されている場合は、図３の実線で示すように、急速充電待機時間Ｔ２経過中の電池電圧Ｖｂは緩やかに上昇している。

しかし、予備充電中に２次電池６が外された場合は、図３の点線Ｂで示すように、電池接続端子Ｐ５の電圧は、急速に上昇し、急速充電待機時間Ｔ２の間に、第３電圧Ｖ３を超えて予備充電時の最大充電電圧である第４電圧Ｖ４に達してしまう。
制御回路部１８は、急速充電待機時間Ｔ２の間、ステップＳ９で、電池電圧Ｖｂをチェックし、電池電圧Ｖｂが第２電圧Ｖ２以上で第３電圧Ｖ３未満であり、コンパレータ１６からの第２電圧検出信号Ｓ２がハイレベルのままの場合は、ステップＳ１０の急速充電モードに移行する。
急速充電モードは、最初に、２次電池６を短時間に充電するため大電流による定電流充電を行い、電池電圧Ｖｂが第３電圧Ｖ３になると、２次電池６に対して定電圧充電を行う充電モードである。図３では、急速充電時における定電流充電時の電流をｉ３で示し、定電流充電から定電圧充電に移行するときの電池電圧ＶｂをＶ３で示している。

定電流充電から定電圧充電に移行すると、図３の充電電流のグラフから分かるように、充電電流ｉｃｈが次第に減少する。制御回路部１８は、急速充電中はステップＳ１１で充電電流検出回路部１３から信号Ｓｉを用いて常時充電電流ｉｃｈのチェックを行っている。
また、ステップＳ９で、電池電圧Ｖｂが第３電圧Ｖ３以上であり、コンパレータ１７からの第３電圧検出信号Ｓ３がローレベルに立ち下がった場合は、前記したように予備充電中に２次電池６が取り外された場合であり、制御回路部１８は、２次電池なしと判定し、ステップＳ１９で、充電電流制御回路部１２に対してパワートランジスタＱ１をオフさせて遮断状態にし、２次電池６への充電を禁止する。

次に、充電完了時における２次電池の接続確認動作について説明する。
前記したように、制御回路部１８は、ステップＳ１０の急速充電中は、ステップＳ１１で常時充電電流ｉｃｈをチェックしており、充電電流ｉｃｈの電流値が、急速充電時の第３電流ｉ３未満で予備充電時の第１電流ｉ１以上の充電完了電流である第２電流ｉ２未満になると、ステップＳ１２の充電終了待機時間Ｔ３に移行する。充電終了待機時間Ｔ３は、図３のＴ３に示す時間であり、このとき、まだ充電電流ｉｃｈの供給が続けられている。
充電終了待機時間Ｔ３は、数ｍｓｅｃと短いため、正常な２次電池が接続されている場合は、図３の実線で示すように充電終了待機時間Ｔ３内の充電電流ｉｃｈの変化は非常に小さい。

しかし、急速充電中に２次電池６が外された場合は、図３の点線Ｃで示すように充電電流ｉｃｈは急速に減少するため、予備充電電流値である第１電流ｉ１未満になってしまう。そこで、充電終了待機時間Ｔ３の間、充電電流ｉｃｈが第１電流ｉ１以上で、かつ第２電流ｉ２未満の場合は、制御回路部１８は、充電完了としてステップＳ１４に移行し、充電を終了する。また、充電終了待機時間Ｔ３の間、充電電流ｉｃｈが第２電流ｉ２以上である場合は、制御回路部１８は、充電が完了していないと判断してステップＳ１０に戻る。しかし、充電終了待機時間Ｔ３の間に充電電流ｉｃｈが第１電流ｉ１未満になった場合は、制御回路部１８は、２次電池６が接続されていないと判定し、ステップＳ１９に進む。

次に、再充電開始時における２次電池の接続確認動作について説明する。
制御回路部１８は、ステップＳ１４の充電終了中も、ステップＳ１５で電池電圧Ｖｂのチェックを行っている。電池電圧Ｖｂが、第３電圧Ｖ３未満になると、コンパレータ１７からの第３電圧検出信号Ｓ３がローレベルに立ち下がり、ステップＳ１６の再充電開始待機時間Ｔ４に移行する。再充電開始待機時間Ｔ４は、図３のＴ４で示した時間であり、この間はまだ充電電流ｉｃｈを供給していない。再充電開始待機時間Ｔ４は、数ｍｓｅｃと短いため正常な２次電池６が接続されている場合は、図３の実線で示すように再充電開始待機時間Ｔ４内の電圧変化は非常に小さい。しかし、充電終了時に２次電池６が外された場合は、図３の点線Ｄで示すように電池電圧Ｖｂは急速に低下し、コンパレータ１６からの第２電圧検出信号Ｓ２がローレベル、又はコンパレータ１５からの第１電圧検出信号Ｓ１がローレベルに立ち下がる。

そこで、制御回路部１８は、再充電開始待機時間Ｔ４の間、ステップＳ１７で電池電圧Ｖｂのチェックを行い、コンパレータ１６からの第２電圧検出信号Ｓ２がハイレベルであれば、２次電池６が接続された状態で電池電圧Ｖｂが低下したと判定し、ステップＳ１０に戻り、急速充電を再開する。また、制御回路部１８は、コンパレータ１６からの第２電圧検出信号Ｓ２がローレベル、又はコンパレータ１５からの第１電圧検出信号Ｓ１がローレベルであれば、２次電池６が外されたか、又は２次電池６がショート状態になったと判定し、ステップＳ１８に移行する。更に、コンパレータ１７からの第３電圧検出信号Ｓ３がハイレベルであれば、ステップＳ１４に戻り、制御回路部１８は、再度電池電圧Ｖｂのチェックを行う。

再充電開始時の２次電池接続判定として、コンパレータ１５又は１６のいずれの出力信号を使用するかは、２次電池が取り外されたときの電池接続端子Ｐ５の電圧低下速度と、再充電開始待機時間Ｔ４との相対関係で決定すればよい。すなわち、電池接続端子Ｐ５の電圧低下速度が緩やかか、再充電開始待機時間Ｔ４が短く、再充電開始待機時間Ｔ４の間に電池接続端子Ｐ５の電圧が確実に第２電圧Ｖ２になる見込みのない場合は、コンパレータ１６からの第２電圧検出信号Ｓ２を使用するようにすればよい。逆に、再充電開始待機時間Ｔ４の間に電池接続端子Ｐ５の電圧が確実に第１電圧Ｖ１になる見込みのない場合は、コンパレータ１５からの第１電圧検出信号Ｓ１を使用するようにすればよい。
なお、第１電流ｉ１は第５所定値を、第２電流ｉ２は第４所定値をそれぞれなし、充電開始待機時間Ｔ１及び再充電開始待機時間Ｔ４はそれぞれ第１所定時間をなし、急速充電待機時間Ｔ２は第２所定時間を、充電終了待機時間Ｔ３は第３所定時間をそれぞれなす。

このように本第１の実施の形態における充電装置は、充電開始時点、予備充電モードから急速充電モードに切り換わる時点、充電完了時点、再充電開始時点の４つの時点における各待機時間を利用して、電池接続端子Ｐ５の電圧、又は充電電流ｉｃｈをチェックすることにより、２次電池６の接続確認を行うようにした。このことから、間欠充電を行う必要がなく、過放電電池の充電も可能になった。また、待機時間は、充電モードを変更する際の確認時間として従来から設けていた時間であり、判定に用いる電圧値や電流値も、従来の定電流−定電圧充電方式におけるモード切り換え時の判定用として用いている値をそのまま利用することができ、従来のコンパレータをそのまま使用して２次電池の接続確認を行えるようにしたことから、スペースの増加やコストアップを低減させることができる。

また、上記待機時間Ｔ１〜Ｔ４のすべてにおいて電池接続の確認をする必要がない場合は、必要とする任意の時点だけで接続確認を行うようにしてもよい。また、充電制御回路２が形成されたＩＣには、２次電池接続確認方式のすべての回路、又は複数方式の回路を形成しておき、どの時点での接続確認方式を無効にするか、又は有効にするかを製造プロセスの途中で選択できるようにすればよい。該選択の方法としては、例えば、トリミングヒューズをカットするような方法で実現することができる。
更に、第１電圧Ｖ１、第２電圧Ｖ２、第３電圧Ｖ３、予備充電電流である第１電流ｉ１、定電流充電時の第３電流ｉ３、充電完了時の第２電流ｉ２、及び各待機時間Ｔ１〜Ｔ４の各設定値も、製造段階でトリミングして設定するようにしておくことで、１品種の充電用半導体集積回路で多くの充電仕様に対応することができる。

第２の実施の形態．
前記第１の実施の形態において、電池接続端子Ｐ５と接地端子Ｐ６と間のインピーダンスは通常かなり大きくなっており、電池接続端子Ｐ５と接地端子Ｐ６との間には配線による浮遊容量が存在する。このため、該浮遊容量に電荷が溜まって、電池接続端子Ｐ５と接地端子Ｐ６との間に電圧が発生している場合がある。通常であれば、前記浮遊容量は極めて小さいことから、該電圧は短時間で放電されるが、前記のようにインピーダンスが極めて大きい場合は、待機時間内に放電しきれない可能性がある。そこで、充電開始待機時間Ｔ１、急速充電待機時間Ｔ２及び再充電開始待機時間Ｔ４の間、電流負荷２０をオンさせることにより前記浮遊容量に溜まった電荷を放電させ、確実に２次電池接続の検出を行うことができるようにしてもよく、このようにしたものを本発明の第２の実施の形態とする。

図４は、本発明の第２の実施の形態における２次電池の充電装置の構成例を示した図である。なお、図４では、図１と同じもの又は同様のものは同じ符号で示し、ここではその説明を省略すると共に図１との相違点のみ説明する。
図４における図１との相違点は、電池接続端子Ｐ５と接地端子Ｐ６との間に電流負荷２０を接続するようにしたことと、充電制御回路２に、制御回路部１８へ外部信号を入力するための外部信号入力端子Ｐ７を設けたことにある。これに伴って、図１の充電制御回路２を充電制御回路２ａにし、図１の充電装置１を充電装置１ａにした。なお、充電制御回路２ａは充電制御用半導体集積回路をなし、電流負荷２０は電流源をなす。

図４において、充電装置１ａは、ＡＣアダプタ等のような直流電源５を電源にし、リチウムイオン電池等からなる２次電池６に対して、定電流充電又は定電圧充電を行って充電を行う。
充電装置１ａは、パワートランジスタＱ１と、抵抗Ｒ１と、ダイオードＤ１と、前記２次電池６の電圧である電池電圧Ｖｂ及び抵抗Ｒ１の両端電圧から得られた充電電流ｉｃｈの電流値情報から、２次電池６に対して定電流充電又は定電圧充電を行うようにパワートランジスタＱ１の動作制御を行う充電制御回路２ａとを備えている。

充電制御回路２ａは、１つのＩＣに集積されており、直流電源接続端子Ｐ１、充電制御信号出力端子Ｐ２、第１充電電流検出端子Ｐ３、第２充電電流検出端子Ｐ４、電池接続端子Ｐ５、接地端子Ｐ６及び外部信号入力端子Ｐ７を備え、外部信号入力端子Ｐ７には、負荷７をスリープ状態にするためのスリープ信号等のような外部信号Ｓｅが入力されている。
また、充電制御回路２ａは、電源電圧検出回路部１１と、充電電流制御回路部１２と、充電電流検出回路部１３と、基準電圧発生回路部１４と、コンパレータ１５〜１７と、抵抗Ｒ１１〜Ｒ１４と、制御回路部１８と、制御回路部１８からの制御信号に応じて駆動制御される電流負荷２０とを備えている。

電流負荷２０は、電池接続端子Ｐ５と接地端子Ｐ６との間に接続され、電流負荷２０の制御端子に制御回路部１８からの制御信号が入力されており、該制御信号に応じて電流負荷２０の駆動制御が行われる。制御回路部１８は、外部信号入力端子Ｐ７を介して入力された外部信号Ｓｅに応じて、充電開始待機時間Ｔ１、急速充電待機時間Ｔ２及び再充電開始待機時間Ｔ４の各間、電流負荷２０をオンさせ、その他の期間では、外部信号Ｓｅに関係なく電流負荷２０をオフさせる。電流負荷２０は、オンすると所定の電流が流れ、オフすると遮断状態になる。

このような構成において、制御回路部１８は、外部信号入力端子Ｐ７を介して負荷７をスリープ状態にするための外部信号Ｓｅが入力されると、充電開始待機時間Ｔ１、急速充電待機時間Ｔ２及び再充電開始待機時間Ｔ４の各間、電流負荷２０をオンさせ、その他の間は、電流負荷２０をオフさせる。
充電制御回路２ａ内の電池接続端子Ｐ５と接地端子Ｐ６との間のインピーダンスは通常かなり高インピーダンス状態になっている。また、電池接続端子Ｐ５と接地端子Ｐ６との間には配線による浮遊容量が存在する。このため、該浮遊容量に電荷が溜まって、電池接続端子Ｐ５と接地端子Ｐ６との間に電圧が発生している場合がある。

通常であれば、前記浮遊容量は極めて小さいため、電池接続端子Ｐ５と接地端子Ｐ６との間の電圧は短時間で放電されるが、前記したようにインピーダンスが極めて高い場合は、各待機時間内に放電しきれない可能性がある。このことから、電流負荷２０を充電開始待機時間Ｔ１、急速充電待機時間Ｔ２及び再充電開始待機時間Ｔ４の各間でオンさせることにより、浮遊容量に溜まった電荷を放電させ、確実に電池接続の検出が行えるようにしている。電流負荷２０で放電させる電流値は、前記インピーダンス、浮遊容量及び待機時間を考慮して、製造プロセスの途中で選択するか、外部信号入力端子Ｐ７を介して入力された外部信号Ｓｅによって、０Ａから数ｍＡの範囲で設定することができる。

外部信号入力端子Ｐ７に入力される外部信号Ｓｅによって、制御回路部１８は、各待機時間Ｔ１〜Ｔ４や複数の接続確認方法の内、有効（又は無効）にする時点の情報、電流負荷２０の電流値の設定データ、第１電圧Ｖ１〜第３電圧Ｖ３、第１電流ｉ１〜第３電流ｉ３、及び各待機時間Ｔ１〜Ｔ４の内、必要な項目の設定を行う。
図５は、図４の充電装置１ａの動作例を示したフローチャートである。なお、図５では、図２と同様のフローは同じ符号で示しており、ここではその説明を省略すると共に図２との相違点のみ説明する。また、図４の充電装置１ａにおける充電電流ｉｃｈと電池電圧Ｖｂとの変化の例を示した図は、図３と同様であるので省略する。

図５における図２との相違点は、図２のステップＳ４、Ｓ８及びＳ１６において、それぞれ電流負荷２０がオンすることにある。これに伴って、図２のステップＳ４、Ｓ８及びＳ１６を、ステップＳ４ａ、Ｓ８ａ及びＳ１６ａにしたことにある。
図５のステップＳ４ａ、Ｓ８ａ及びＳ１６ａにおいて、制御回路部１８は、外部信号入力端子Ｐ７を介して、負荷７をスリープ状態にすることを示す外部信号Ｓｅが入力されると、電流負荷２０をオンさせる。

このように、本第２の実施の形態における充電装置は、前記第１の実施の形態における充電制御回路に、電池接続端子Ｐ５と接地端子Ｐ６との間にある浮遊容量等の容量に蓄積された電荷を放電する電流負荷２０を設けるようにしたことから、前記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができると共に、外部信号によって充電条件及び接続確認条件を任意に設定することができるようにしたことから、充電制御回路をなす１品種のＩＣで多くの充電仕様に対応させることができる。

本発明の第１の実施の形態における２次電池の充電装置の構成例を示した図である。図１の充電装置１の動作例を示したフローチャートである。図１の充電装置１における充電電流ｉｃｈと電池電圧Ｖｂとの変化の例を示した図である。本発明の第２の実施の形態における２次電池の充電装置の構成例を示した図である。図４の充電装置１ａの動作例を示したフローチャートである。

符号の説明

１，１ａ充電装置
２，２ａ充電制御回路
５直流電源
６２次電池
７負荷
１１電源電圧検出回路部
１２充電電流制御回路部
１３充電電流検出回路部
１４基準電圧発生回路部
１５〜１７コンパレータ
１８制御回路部
２０電流負荷
Ｑ１パワートランジスタ
Ｒ１，Ｒ１１〜Ｒ１４抵抗
Ｄ１ダイオード

Claims

充電用トランジスタを介して２次電池に充電電流を供給し、該２次電池に対して充電を行う充電装置における、前記充電用トランジスタの動作制御を行う充電制御用半導体集積回路において、
前記充電用トランジスタから出力された充電電流値の検出を行い、該検出した充電電流値を示す信号を生成して出力する充電電流検出回路部と、
前記電池電圧とあらかじめ設定された１つ以上の所定値との電圧比較を行い、該比較結果を示す信号を生成して出力する電圧比較回路部と、
前記電池電圧、並びに前記充電電流検出回路部及び該電圧比較回路部から出力された各信号に基づいて、前記充電用トランジスタに対して、所定の充電電流を出力させる定電流充電、又は前記電池電圧が所定値で一定になるように充電電流を出力させる定電圧充電を行わせる充電制御回路部と、
前記２次電池の電池電圧が入力される入力端に接続され、前記充電制御回路部から入力された制御信号に応じて駆動制御される電流源と、
を備え、
前記充電制御回路部は、前記電池電圧が第２所定値以上になったことを検出すると、第２所定時間の間、前記電池電圧が前記第２所定値よりも大きい第３所定値以上になったか否かの検出を行い、電池電圧が前記第２所定値よりも大きい第３所定値以上になったことを検出すると２次電池の接続異常と判定し、所定の異常処理を行い、前記２次電池から電源供給が行われる負荷の消費電流を制御する外部からの制御信号に応じて前記電流源の駆動制御を行うことを特徴とする充電制御用半導体集積回路。
前記充電制御回路部は、前記２次電池への充電開始時に、第１所定時間の間、前記電池電圧が前記第２所定値よりも小さい第１所定値未満になったか否かの検出を行い、電池電圧が第１所定値未満になったことを検出すると２次電池の接続異常と判定し、所定の異常処理を行うことを特徴とする請求項１記載の充電制御用半導体集積回路。
前記充電制御回路部は、前記２次電池への充電電流値が第４所定値未満になると、第３所定時間の間、前記充電電流が第４所定値未満の第５所定値未満になったか否かの検出を行い、該充電電流値が該第５所定値未満になったことを検出すると、２次電池の接続異常と判定し、所定の異常処理を行うことを特徴とする請求項１記載の充電制御用半導体集積回路。
前記充電制御回路部は、前記２次電池への充電電流値が第４所定値未満になると、第３所定時間の間、前記充電電流が第４所定値未満の第５所定値未満になったか否かの検出を行い、該充電電流値が該第５所定値未満になったことを検出すると、２次電池の接続異常と判定し、所定の異常処理を行うことを特徴とする請求項２記載の充電制御用半導体集積回路。
前記電圧比較回路部は、前記第２所定値と前記電池電圧との電圧比較を行い、該比較結果を示す第２信号を生成して前記充電制御回路部に出力する第２コンパレータを備えることを特徴とする請求項１又は３記載の充電制御用半導体集積回路。
前記電圧比較回路部は、
前記第１所定値と前記電池電圧との電圧比較を行い、該比較結果を示す第１信号を生成して前記充電制御回路部に出力する第１コンパレータと、
前記第２所定値と前記電池電圧との電圧比較を行い、該比較結果を示す第２信号を生成して前記充電制御回路部に出力する第２コンパレータと、
を備えることを特徴とする請求項２又は４記載の充電制御用半導体集積回路。
前記充電制御回路部は、２次電池の接続検出を行う間、前記負荷の消費電流を低減させるための前記外部からの制御信号が入力されると前記電流源を作動させ、前記負荷の消費電流を低減させるための前記外部からの制御信号の入力が停止すると前記電流源の動作を停止させることを特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６記載の充電制御用半導体集積回路。
前記充電制御回路部は、前記２次電池の接続異常と判定すると、該２次電池への充電電流の供給を停止させることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６又は７記載の充電制御用半導体集積回路。
２次電池に対して定電流充電又は定電圧充電を行う充電装置において、
入力された制御信号に応じて、前記２次電池への充電電流の供給制御を行う充電用トランジスタと、
前記２次電池に供給される充電電流と前記２次電池の電圧から、前記充電用トランジスタを制御する充電制御用半導体集積回路と、
を備え、
前記充電制御用半導体集積回路は、
前記充電用トランジスタから出力された充電電流値の検出を行い、該検出した充電電流値を示す信号を生成して出力する充電電流検出回路部と、
前記電池電圧とあらかじめ設定された１つ以上の所定値との電圧比較を行い、該比較結果を示す信号を生成して出力する電圧比較回路部と、
前記電池電圧、並びに前記充電電流検出回路部及び該電圧比較回路部から出力された各信号に基づいて、前記充電用トランジスタに対して、所定の充電電流を出力させる定電流充電、又は前記電池電圧が所定値で一定になるように充電電流を出力させる定電圧充電を行わせる充電制御回路部と、
前記２次電池の電池電圧が入力される入力端に接続され、前記充電制御回路部から入力された制御信号に応じて駆動制御される電流源と、
を備え、
前記充電制御回路部は、前記電池電圧が第２所定値以上になったことを検出すると、第２所定時間の間、前記電池電圧が前記第２所定値よりも大きい第３所定値以上になったか否かの検出を行い、電池電圧が前記第２所定値よりも大きい第３所定値以上になったことを検出すると２次電池の接続異常と判定し、所定の異常処理を行い、前記２次電池から電源供給が行われる負荷の消費電流を制御する外部からの制御信号に応じて前記電流源の駆動制御を行うことを特徴とする充電装置。
前記充電制御回路部は、前記２次電池への充電開始時に、第１所定時間の間、前記電池電圧が前記第２所定値よりも小さい第１所定値未満になったか否かの検出を行い、電池電圧が第１所定値未満になったことを検出すると２次電池の接続異常と判定し、所定の異常処理を行うことを特徴とする請求項９記載の充電装置。
前記充電制御回路部は、前記２次電池への充電電流値が第４所定値未満になると、第３所定時間の間、前記充電電流が第４所定値未満の第５所定値未満になったか否かの検出を行い、該充電電流値が該第５所定値未満になったことを検出すると、２次電池の接続異常と判定し、所定の異常処理を行うことを特徴とする請求項９記載の充電装置。
前記充電制御回路部は、前記２次電池への充電電流値が第４所定値未満になると、第３所定時間の間、前記充電電流が第４所定値未満の第５所定値未満になったか否かの検出を行い、該充電電流値が該第５所定値未満になったことを検出すると、２次電池の接続異常と判定し、所定の異常処理を行うことを特徴とする請求項１０記載の充電装置。
前記電圧比較回路部は、前記第２所定値と前記電池電圧との電圧比較を行い、該比較結果を示す第２信号を生成して前記充電制御回路部に出力する第２コンパレータを備えることを特徴とする請求項９又は１１記載の充電装置。
前記電圧比較回路部は、
前記第１所定値と前記電池電圧との電圧比較を行い、該比較結果を示す第１信号を生成して前記充電制御回路部に出力する第１コンパレータと、
前記第２所定値と前記電池電圧との電圧比較を行い、該比較結果を示す第２信号を生成して前記充電制御回路部に出力する第２コンパレータと、
を備えることを特徴とする請求項１０又は１２記載の充電装置。
前記充電制御回路部は、２次電池の接続検出を行う間、前記負荷の消費電流を低減させるための前記外部からの制御信号が入力されると前記電流源を作動させ、前記負荷の消費電流を低減させるための前記外部からの制御信号の入力が停止すると前記電流源の動作を停止させることを特徴とする請求項９、１０、１１、１２、１３又は１４記載の充電装置。
前記充電制御回路部は、前記２次電池の接続異常と判定すると、該２次電池への充電電流の供給を停止させることを特徴とする請求項９、１０、１１、１２、１３、１４又は１５記載の充電装置。