充電装置
【課題】簡単かつ小型で低コストな充電装置を提供することを課題とする。
【解決手段】スイッチング素子１２のオンに同期してシャント抵抗１３の両端の電圧を入力し、入力したシャント抵抗１３の両端の電圧に基づいて、スイッチング素子１２がオンしているオン時間を設定し、二次電池１１の充電電流を制御する充電コントローラ１４を備え、シャント抵抗１３の抵抗値は、充電コントローラ１４が入力したアナログ電圧をデジタル電圧に変換する際のＡ／Ｄ変換電圧の最少分解能を二次電池１１の充電電流の検出可能な最小値で除した値以上となるように設定されることを特徴とする。
【解決手段】スイッチング素子１２のオンに同期してシャント抵抗１３の両端の電圧を入力し、入力したシャント抵抗１３の両端の電圧に基づいて、スイッチング素子１２がオンしているオン時間を設定し、二次電池１１の充電電流を制御する充電コントローラ１４を備え、シャント抵抗１３の抵抗値は、充電コントローラ１４が入力したアナログ電圧をデジタル電圧に変換する際のＡ／Ｄ変換電圧の最少分解能を二次電池１１の充電電流の検出可能な最小値で除した値以上となるように設定されることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池に入出力する電流を検出し、検出した電流に基づいて二次電池の充電を制御する充電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術としては、例えば以下に示す文献に記載されたものが知られている（特許文献１参照）。この文献１に記載された技術では、二次電池の負極とグランド（接地電位）との間に挿入されたシャント抵抗の両端に発生する電圧をオペアンプで増幅した後マイコンに入力し、二次電池に入出力される電流を検出している。
【０００３】
シャント抵抗を二次電池の負極側に接続した場合には、シャント抵抗と二次電池との接続点の電位は、二次電池に流れる電流の方向に応じて正電位もしくは負電位となる。すなわち、二次電池が充電される際には正電位となる一方、二次電池が放電する際には負電位となる。
【０００４】
このように、シャント抵抗と二次電池との接続点の電位、すなわちオペアンプに入力される電位は、二次電池に流れる電流方向に応じて正負逆電位となるので、この電位を正確に読み取るためには、電位の正負を反転したりオフセットしたりするオペアンプが必要になっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２８５８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、二次電池の負極側に接続されたシャント抵抗の両端の電圧に基づいて二次電池を流れる電流を検出する従来の技術においては、オペアンプが必要になっていた。このため、回路の構成が大型化する上に、コストの上昇を招いていた。
【０００７】
そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡単かつ小型で低コストな充電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、充電装置に着脱自在に接続される充電アダプターを介して外部からの給電により二次電池を充電する充電装置において、充電アダプターを介した外部からの給電を受けて、スイッチング信号に基づいてオン／オフされて、二次電池に充電電流を供給するスイッチング素子と、スイッチング素子と二次電池の正極との間に接続され、二次電池に流れる電流を検出するシャント抵抗と、スイッチング素子のオンに同期してシャント抵抗の両端の電圧を入力し、入力したシャント抵抗の両端の電圧に基づいて、スイッチング素子がオンしているオン時間を設定し、二次電池の充電電流を制御する充電コントローラとを備え、シャント抵抗の抵抗値は、充電コントローラが入力したアナログ電圧をデジタル電圧に変換する際のＡ／Ｄ変換電圧の最少分解能を二次電池の充電電流の検出可能な最小値で除した値以上となるように設定されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、二次電池の正極側にシャント抵抗が接続され、シャント抵抗の抵抗値は充電コントローラのＡ／Ｄ変換電圧の最少分解能を二次電池の充電電流の検出可能な最小値で除した値以上に設定されている。これにより、シャント抵抗で得られた電圧を増幅などの処理を施すことなく充電電流を検出することが可能となり、充電動作を的確に制御することが可能となす。この結果、簡単かつ小型で低コストな充電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態１に係る充電装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る、シャント抵抗の両端の電圧とスイッチング信号の変化を示すタイミングチャートである。
【図３】本発明の実施形態２に係る、シャント抵抗の両端の電圧とスイッチング信号の変化を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明の実施形態３に係る、シャント抵抗の両端の電圧とスイッチング信号の変化を示すタイミングチャートである。
【図５】本発明の実施形態４に係る、シャント抵抗の両端の電圧とスイッチング信号の変化を示すタイミングチャートである。
【図６】本発明の実施形態５に係る、シャント抵抗の両端の電圧とスイッチング信号の変化を示すタイミングチャートである。
【図７】本発明の実施形態６に係る、シャント抵抗の両端の電圧とスイッチング信号の変化を示すタイミングチャートである。
【図８】本発明の実施形態７に係る、ＡＣアダプターの種類による出力電圧波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を用いて本発明を実施するための実施形態を説明する。
【００１２】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１に係る充電装置の構成を示す図である。図１に示す実施形態１の充電装置は、二次電池１１、スイッチング素子１２、シャント抵抗１３ならびに充電コントローラ１４を備えて構成されている。この充電装置は、例えば電気かみそり、電動バリカン、脱毛器、電動歯ブラシなど充電式電気機器に組み込まれて機能することができる。
【００１３】
二次電池１１は、例えばニッケル水素電池やニカド電池（ニッケル・カドミウム電池）などの電池で構成される。二次電池１１は、アダプター接続端子１５に着脱自在に接続可能なＡＣアダプター１６を介して１００Ｖ〜２４０Ｖ程度の交流の商用電源から供給される交流電力を直流に変換して得られた直流電力によって充電される。
【００１４】
スイッチング素子１２は、アダプター接続端子１５の一方とシャント抵抗１３との間に接続され、例えばトランジスタなどで構成される。スイッチング素子１２は、ＡＣアダプター１６を介して与えられる直流電力を受けて、スイッチング信号に基づいてオン／オフ制御されることで二次電池１１に供給される充電電流を制御調整する。
【００１５】
シャント抵抗１３は、スイッチング素子１２と二次電池１１の正極（＋極）側との間に接続されている、シャント抵抗１３は、両端の電圧Ｖ０，Ｖ１に基づいて二次電池１１に流れる電流、すなわち二次電池１１に供給される充電電流、もしくは二次電池１１から放電される放電電流を検出する。シャント抵抗１３は、例えば数ｍ〜数百ｍΩ程度の低抵抗で構成されるが、後述するＡ／Ｄ変換の分解能との関係でその抵抗値が設定される。
【００１６】
充電コントローラ１４は、本充電装置の動作を制御する制御中枢として機能し、プログラムに基づいて各種動作処理を制御するコンピュータに必要な、ＣＰＵや記憶装置等のハードウェア資源を備えた例えばマイクロコンピュータ等により実現される。したがって、充電コントローラ１４を構成するマイクロコンピュータのＣＰＵで処理プログラムが実行されることによって、二次電池１１の充電動作が制御される。充電コントローラ１４は、二次電池１１の負極（−極）が接続された共通のグランド（接地電位）に接続されている。
【００１７】
充電コントローラ１４は、スイッチング素子１２にスイッチング信号を与え、このスイッチング信号に基づいてスイッチング素子１２をオン／オフ制御する。このオン／オフ制御において、スイッチング信号のデューティ比、すなわちスイッチング信号の１周期あたりのオン時間を可変制御することで充電電流が増減制御される。これにより、充電コントローラ１４は、例えば二次電池１１の電池電圧に応じた所望の充電電流を二次電池１１に供給して、二次電池１１を充電制御する。
【００１８】
充電コントローラ１４は、シャント抵抗１３の両端に発生した電圧Ｖ０，Ｖ１を入力し、スイッチング信号のデューティ比、すなわちスイッチング素子１２がオンしているオン時間を決定する。なお、充電コントローラ１４に入力される電圧Ｖ０，Ｖ１が充電コントローラ１４の電源電圧を超えるような場合には、例えば抵抗により分圧することで降圧した後充電コントローラ１４入力するものとする。充電コントローラ１４は、このようなスイッチング信号によりスイッチング素子１２をオン／オフ制御しながら二次電池１１に充電電流を供給制御して二次電池１１が満充電に至るまで充電する。
【００１９】
二次電池１１が満充電されたことを判定する方法としては、従来から様々な手法が知られている。例えばスイッチング素子１２のオン／オフ制御におけるスイッチング信号の１周期分の電流を算出してそれを積算することで現在の電池容量を算出する手法や、二次電池１１の電池電圧の絶対値に基づいて判定する方法、充電時の電池電圧が−△Ｖ降下したことを検出して判定する方法、あるいはこれらの組み合わせによる方法などが挙げられる。
【００２０】
シャント抵抗１３の抵抗値は、以下のようにして決定される。
【００２１】
充電コントローラ１４の電源電圧をＶＤＤ（Ｖ）として、充電コントローラ１４が備えている、入力したアナログ信号を内部処理する際のデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換機能の分解能を例えばＮビットする。このような場合に、Ａ／Ｄ変換で検出できる最小の電圧値、すなわちＡ／Ｄ変換電圧の最少分解能（ＬＳＢ）は、次式（１）で表される。
【００２２】
（数１）
最少分解能（ＬＳＢ）＝ＶＤＤ／２Ｎ （Ｖ） …（１）
したがって、１ＬＳＢはＶＤＤ／２Ｎ （Ｖ）となる。
【００２３】
次に、検出しようとする充電電流の最小値（充電電流の最少分解能）をＩｍｉｎ（Ａ）に設定すると、シャント抵抗１３の抵抗値Ｒとの関係は次式（２）で表される。
【００２４】
（数２）
Ｉｍｉｎ×Ｒ≧ＶＤＤ／２Ｎ …（２）
したがって、シャント抵抗１３の抵抗値Ｒは、次式（３）で表される。
【００２５】
（数３）
Ｒ≧（ＶＤＤ／２Ｎ ）／Ｉｍｉｎ …（３）
このように、シャント抵抗１３の抵抗値は、（Ａ／Ｄ変換電圧の最少分解能）／（充電電流の検出可能な最小値）以上となるように設定される。
【００２６】
例えば、充電コントローラ１４の電源電圧ＶＤＤが３Ｖ程度で、Ａ／Ｄ変換の分解能が１０ビットとすると、Ａ／Ｄ変換電圧の最少分解能（ＬＳＢ）は、２．９ｍＶ程度となる。そして、充電電流の検出可能な最小電流値を１０ｍＡ程度とすると、シャント抵抗１３の抵抗値Ｒは２９０ｍΩ程度に設定される。
【００２７】
このように、充電電流の検出可能な最小電流値を一定とした場合に、充電コントローラ１４のＡ／Ｄ変換の分解能が高くなる程、シャント抵抗１３の抵抗値Ｒを小さくすることが可能となる。
【００２８】
図２はスイッチング素子１２がオンした後のシャント抵抗１３の両端の電圧Ｖ０，Ｖ１とスイッチング信号のオン時間との関係を示すタイミングチャートである。
【００２９】
シャント抵抗１３の両端の電圧Ｖ０，Ｖ１は、図２に示すように、スイッチング素子１２がオンすると、ＡＣアダプター１６の容量成分とシャント抵抗１３とによる過渡現象により突出電圧が発生し、その後徐々に一定の電圧に遷移する。このような電圧変化に対して、スイッチング素子１２がオンした直後のシャント抵抗１３の両端の電圧Ｖ０（ｔ），Ｖ１（ｔ）を充電コントローラ１４に入力する。充電コントローラ１４は、入力した電圧とシャント抵抗１３の抵抗値Ｒとにより二次電池１１の充電電流を算出することができる。充電コントローラ１４は、このようにして検出された充電電流に基づいて、図２に示すようにスイッチング信号の１周期におけるオン時間（ｔon）を設定し、二次電池１１に供給される充電電流を調整制御して二次電池１１の充電を制御する。シャント抵抗１３の両端の電圧Ｖ０（ｔ），Ｖ１（ｔ）とスイッチング信号のオン時間との関係は、例えば実機による実験により取得して定めることができる。このようにして定められた両者の関係は、例えばテーブルデータとして充電コントローラ１４の記憶装置に記憶されて予め用意され、このテーブルデータを参照することでスイッチング信号のオン時間が逐次設定される。あるいは、上記両者の関係を演算式として表し、この演算式に基づいてスイッチング信号のオン時間を算出して設定することも可能である。
【００３０】
このように、上記実施形態１においては、二次電池１１の充電電流もしくは放電電流を検出するシャント抵抗１３を二次電池１１の正極側に接続してシャント抵抗１３の両端の電圧Ｖ０，Ｖ１を検出する構成を採用している。このような構成を採用することで、シャント抵抗１３の両端の電圧Ｖ０，Ｖ１は、電流の向きにかかわらず正電位となる。このため、シャント抵抗１３で発生する電位の正負を反転したりオフセットを施すためのオペアンプなどの構成が不要となる。
【００３１】
また、シャント抵抗１３の両端の電圧Ｖ０，Ｖ１を検出することで、周囲温度の変化による二次電池１１の内部抵抗や電池電圧などの変動の影響を排除することが可能となる。このため、二次電池１１を流れる電流を精度よく検出することができる。
【００３２】
さらに、二次電池１１の充電電流を検出する際に、Ａ／Ｄ変換時の最少分解能以上の電圧が充電コントローラ１４に入力されるようにシャント抵抗１３の抵抗値を設定している。このような構成を採用することで、シャント抵抗１３で発生する電圧を増幅することなく充電コントローラ１４に入力することが可能となる。これにより、電圧を増幅するオペアンプなどの構成が不要となる。
【００３３】
したがって、従来に比べて、構成が簡略化されるとともに小型化することができ、コストの低減を図ることができる。また、オペアンプなどの増幅回路は、個々のばらつきが大きいため、個々の機器毎にばらつきを補正するのが一般的であり、検出精度の低下を招くおそれがあった。しかし、この実施形態１では、オペアンプなどの増幅回路が不要となるため、二次電池１１に流れる電流を精度よく検出することが可能となる。このため、二次電池１１の種類やＡＣアダプター１６の種類によって充電電流がそれぞれ異なった場合であって、充電電流を精度よく検出することができる。したがって、様々な種類の二次電池１１やＡＣアダプター１６であっても、二次電池１１の充電動作を的確に制御することが可能となる。
【００３４】
（実施形態２）
図３は本発明の実施形態２に係る、スイッチング素子１２がオンした後のシャント抵抗１３の両端の電圧Ｖ０，Ｖ１とスイッチング信号のオン時間との関係を示すタイミングチャートである。なお、実施形態２の構成は、先の実施形態１と同様である。
【００３５】
この実施形態２では、図３のタイミングチャートに示すように、スイッチング素子１２がオンした後のシャント抵抗１３の両端の電圧Ｖ０，Ｖ１におけるピーク電圧Ｖ０peak，Ｖ１peakを充電コントローラ１４に入力する。充電コントローラ１４は、入力したピーク電圧Ｖ０peak，Ｖ１peakとシャント抵抗１３の抵抗値Ｒとにより二次電池１１の充電電流を算出することができる。充電コントローラ１４は、このようにして検出された充電電流に基づいて、図３に示すようにスイッチング信号の１周期におけるオン時間（ｔon）を逐次設定し、二次電池１１に供給される充電電流を調整制御して二次電池１１の充電を制御する。
【００３６】
シャント抵抗１３の両端のピーク電圧Ｖ０peak，Ｖ１peakとスイッチング信号のオン時間との関係は、例えば実機による実験により取得して定めることができる。このようにして定められた両者の関係は、例えばテーブルデータとして充電コントローラ１４の記憶装置に記憶されて予め用意され、このテーブルデータを参照することでスイッチング信号のオン時間が逐次設定される。あるいは、上記両者の関係を演算式として表し、この演算式に基づいてスイッチング信号のオン時間を算出して設定することも可能である。
【００３７】
このように、上記実施形態２においては、先の実施形態１と同様の効果を得ることができる。
【００３８】
（実施形態３）
図３は本発明の実施形態３に係る、スイッチング素子１２がオンした後のシャント抵抗１３の両端の電圧Ｖ０，Ｖ１とスイッチング信号のオン時間との関係を示すタイミングチャートである。なお、実施形態３の構成は、先の実施形態１と同様である。
【００３９】
この実施形態３では、図４のタイミングチャートに示すように、充電コントローラ１４は、スイッチング素子１２がオンした後のシャント抵抗１３の両端の電圧Ｖ０，Ｖ１におけるピーク電圧Ｖ０peak，Ｖ１peak、を入力する。充電コントローラ１４は、さらにピーク電圧発生以後の予め設定された所定時間（ｔ１）後の電圧Ｖ０（ｔ１），Ｖ１（ｔ１）を入力する。充電コントローラ１４は、入力したピーク電圧Ｖ０peak，Ｖ１peakならびに電圧Ｖ０（ｔ１），Ｖ１（ｔ１）とシャント抵抗１３の抵抗値Ｒとにより二次電池１１の充電電流を算出することができる。充電コントローラ１４は、このようにして検出された充電電流に基づいて、図３に示すようにスイッチング信号の１周期におけるオン時間（ｔon）を１周期毎に設定し、二次電池１１に供給される充電電流を調整制御して二次電池１１の充電を制御する。
【００４０】
シャント抵抗１３の両端のピーク電圧Ｖ０peak，Ｖ１peakならびに電圧Ｖ０（ｔ１），Ｖ１（ｔ１）とスイッチング信号のオン時間との関係は、例えば実機による実験により取得して定めることができる。このようにして定められた両者の関係は、例えばテーブルデータとして充電コントローラ１４の記憶装置に記憶されて予め用意され、このテーブルデータを参照することでスイッチング信号のオン時間が設定される。あるいは、上記両者の関係を演算式として表し、この演算式に基づいてスイッチング信号のオン時間を算出して設定することも可能である。
【００４１】
このように、上記実施形態３においては、先の実施形態１，２と同様の効果を得ることができる。さらに加えて、スイッチング素子１２がオンした後所定の時間（ｔ１）後のシャント抵抗１３の両端の電圧Ｖ０（ｔ１），Ｖ１（ｔ１）を考慮して充電電流を検出しているので、ＡＣアダプター１６が同種であってもそのばらつきを吸収して、充電電流の検出精度を高めることができる。これにより、二次電池１１の充電動作を精度よく制御することができる。
【００４２】
（実施形態４）
図５は本発明の実施形態４に係る、スイッチング素子１２がオンした後のシャント抵抗１３の両端の電圧Ｖ０，Ｖ１とスイッチング信号のオン時間との関係を示すタイミングチャートである。なお、実施形態４の構成は、先の実施形態１と同様である。
【００４３】
この実施形態４では、図５のタイミングチャートに示すように、スイッチング素子１２がオンした後のシャント抵抗１３の両端の電圧Ｖ０，Ｖ１を連続して監視して充電コントローラ１４に入力する。充電コントローラ１４は、入力した電圧Ｖ０，Ｖ１の電圧差（Ｖ１（ｔ）−Ｖ０（ｔ））が予め設定された第１の閾値以下に達したときにスイッチング信号がオフされるように、スイッチング信号の１周期におけるオン時間（ｔon）を設定する。このように、充電コントローラ１４は、スイッチング信号のオン時間を１周期毎に設定することで、二次電池１１に供給される充電電流を調整制御して二次電池１１の充電を制御する。なお、第１の閾値は、実機による実験により定めることができる。
【００４４】
このように、上記実施形態４においては、先の実施形態１と同様の効果を得ることができる。さらに加えて、シャント抵抗１３の両端の電圧が第１の閾値以下になることでスイッチング信号の１周期におけるオン時間を設定することで、充電電流の検出精度を高めることができる。これにより、二次電池１１の充電動作を精度よく制御することができる。
【００４５】
（実施形態５）
図６は本発明の実施形態５に係る、スイッチング素子１２がオンした後のシャント抵抗１３の両端の電圧Ｖ０，Ｖ１とスイッチング信号のオン時間との関係を示すタイミングチャートである。なお、実施形態５の構成は、先の実施形態１と同様である。
【００４６】
この実施形態５では、図６のタイミングチャートに示すように、スイッチング素子１２がオンした後のシャント抵抗１３の両端の電圧Ｖ０，Ｖ１を連続して監視して充電コントローラ１４に入力する。充電コントローラ１４は、入力した電圧Ｖ０，Ｖ１の電圧差（Ｖ１−Ｖ０）の積算値とシャント抵抗１３の抵抗値Ｒとによりスイッチング素子１２がオンした後に二次電池１１に供給された総充電電流量を算出することが可能となる。したがって、電圧差（Ｖ１−Ｖ０）の積算値が予め設定された第２の閾値を超えたときにスイッチング信号がオフされるように、スイッチング信号の１周期におけるオン時間（ｔon）を逐次設定する。このように、充電コントローラ１４は、スイッチング信号のオン時間を逐次設定することで、二次電池１１に供給される充電電流を調整制御して二次電池１１の充電を制御する。なお、第２の閾値は、実機による実験により定めることができる。
【００４７】
このように、上記実施形態５においては、先の実施形態１と同様の効果を得ることができる。さらに加えて、シャント抵抗１３の両端の電圧差の積算値が予め設定された第２の閾値を超えたことに基づいてスイッチング信号の１周期におけるオン時間を設定することで、充電電流の検出精度を高めることができる。これにより、二次電池１１の充電動作を精度よく制御することができる。
【００４８】
（実施形態６）
図７は本発明の実施形態６に係る、スイッチング素子１２がオンした後のシャント抵抗１３の一方端の電圧Ｖ１とスイッチング信号を示すタイミングチャートである。なお、実施形態６の構成は、先の実施形態１と同様である。
【００４９】
この実施形態６では、図７のタイミングチャートに示すように、スイッチング素子１２がオンした後のシャント抵抗１３の一方端のピーク電圧Ｖ１peakをスイッチング素子１２充電コントローラ１４に入力する。充電コントローラ１４は、入力したピーク電圧
Ｖ１peakと予め設定された上限電圧ならびに下限電圧とを比較する。充電コントローラ１４は、比較の結果、ピーク電圧Ｖ１peakが上記上限電圧を上回った場合、あるいは上記下限電圧を下回った場合には、本充電装置に対応した正規なＡＣアダプター１６ではなく、不適当なＡＣアダプター１６がアダプター接続端子１５に接続されたものと推定する。このような場合には、安全上の観点から、スイッチング素子１２をオフして充電動作を停止する。なお、上記上限電圧ならびに下限電圧は、実機による実験により取得して定めることができる。
【００５０】
このように、この実施形態６は、不適当なＡＣアダプター１６が本充電装置に接続されたことを検出ことが可能となる。これにより、充電装置の異常発熱などによる発火や発煙を防止して、安全性を確保し、損傷などを回避することができる。なお、この実施形態６は、上記実施形態１〜５と組み合わせて実施することができる。
【００５１】
（実施形態７）
図８は本発明の実施形態７に係る、ＡＣアダプターの種類による出力電圧波形を示す図であり、同図（ａ）は電源トランス式のＡＣアダプターの出力電圧波形であり、同図（ｂ）はスイッチング式のＡＣアダプターの出力電圧波形である。なお、実施形態７の構成は、先の実施形態１と同様である。
【００５２】
この実施形態７では、スイッチング素子１２がオンした直後のシャント抵抗１３の両端の電圧Ｖ０，Ｖ１をスイッチング信号の数周期分充電コントローラ１４で観測する。充電コントローラ１４は、観測の結果に基づいて、ＡＣアダプター１６の種類、すなわち電源トランス式かもしくはスイッチング式かを判定する。
【００５３】
ＡＣアダプター１６が電源トランス式（全波整流）の場合には、商用交流電源の電源周波数の６０Ｈｚもしくは５０Ｈｚの周期で図８（ａ）に示すように電圧が大きく変動する。このため、シャント抵抗１３の両端の電位差（Ｖ１−Ｖ０）は、スイッチング素子１２がオンするタイミングによってばらつきが大きくなる。これに対して、ＡＣアダプター１６がスイッチング式（スイッチング整流）の場合には、図８（ｂ）に示すように出力電圧は電源トランス式に比べて安定している。このため、シャント抵抗１３の両端の電位差（Ｖ１−Ｖ０）は、スイッチング素子１２がオンするタイミングによるばらつきが電源トランス式に比べて小さくなる。
【００５４】
このような特性を利用して、充電コントローラ１４は、ＡＣアダプター１６の種類を判定している。例えば電源トランス式とスイッチング式との電位差（Ｖ１−Ｖ０）のばらつきを実機により予め取得し、その取得したばらつきに基づいてばらつきの大小を判定する判定値を設ける。この判定値とシャント抵抗１３の両端の電位差（Ｖ１−Ｖ０）とを比較することで、シャント抵抗１３の両端の電位差（Ｖ１−Ｖ０）のばらつきを判断することができる。
【００５５】
ＡＣアダプター１６の種類が判別されると、判別されたＡＣアダプターの種類に応じて、スイッチング信号のオン時間を変えるようにしている。すなわち、先の実施形態１〜３で使用するテーブルデータを電源トランス式のものとスイッチング式のものとの２種類用意し、ＡＣアダプターの種類に応じて使い分ける。一方、先の実施形態４〜６では、それぞれの閾値を電源トランス式のものとスイッチング式のものとの２種類用意し、ＡＣアダプターの種類に応じて使い分ける。
【００５６】
このように、この実施形態７では、ＡＣアダプター１６の種類に応じてスイッチング信号のオン時間を変えることで、ＡＣアダプター１６の特性に応じて二次電池１１の充電電流を最適に制御することが可能となる。これにより、二次電池１１の充電動作を精度よく制御することができる。なお、この実施形態７は、上記実施形態１〜６と組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１１…二次電池
１２…スイッチング素子
１３…シャント抵抗
１４…充電コントローラ
１５…アダプター接続端子
１６…ＡＣアダプター
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池に入出力する電流を検出し、検出した電流に基づいて二次電池の充電を制御する充電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術としては、例えば以下に示す文献に記載されたものが知られている（特許文献１参照）。この文献１に記載された技術では、二次電池の負極とグランド（接地電位）との間に挿入されたシャント抵抗の両端に発生する電圧をオペアンプで増幅した後マイコンに入力し、二次電池に入出力される電流を検出している。
【０００３】
シャント抵抗を二次電池の負極側に接続した場合には、シャント抵抗と二次電池との接続点の電位は、二次電池に流れる電流の方向に応じて正電位もしくは負電位となる。すなわち、二次電池が充電される際には正電位となる一方、二次電池が放電する際には負電位となる。
【０００４】
このように、シャント抵抗と二次電池との接続点の電位、すなわちオペアンプに入力される電位は、二次電池に流れる電流方向に応じて正負逆電位となるので、この電位を正確に読み取るためには、電位の正負を反転したりオフセットしたりするオペアンプが必要になっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２８５８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、二次電池の負極側に接続されたシャント抵抗の両端の電圧に基づいて二次電池を流れる電流を検出する従来の技術においては、オペアンプが必要になっていた。このため、回路の構成が大型化する上に、コストの上昇を招いていた。
【０００７】
そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡単かつ小型で低コストな充電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、充電装置に着脱自在に接続される充電アダプターを介して外部からの給電により二次電池を充電する充電装置において、充電アダプターを介した外部からの給電を受けて、スイッチング信号に基づいてオン／オフされて、二次電池に充電電流を供給するスイッチング素子と、スイッチング素子と二次電池の正極との間に接続され、二次電池に流れる電流を検出するシャント抵抗と、スイッチング素子のオンに同期してシャント抵抗の両端の電圧を入力し、入力したシャント抵抗の両端の電圧に基づいて、スイッチング素子がオンしているオン時間を設定し、二次電池の充電電流を制御する充電コントローラとを備え、シャント抵抗の抵抗値は、充電コントローラが入力したアナログ電圧をデジタル電圧に変換する際のＡ／Ｄ変換電圧の最少分解能を二次電池の充電電流の検出可能な最小値で除した値以上となるように設定されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、二次電池の正極側にシャント抵抗が接続され、シャント抵抗の抵抗値は充電コントローラのＡ／Ｄ変換電圧の最少分解能を二次電池の充電電流の検出可能な最小値で除した値以上に設定されている。これにより、シャント抵抗で得られた電圧を増幅などの処理を施すことなく充電電流を検出することが可能となり、充電動作を的確に制御することが可能となす。この結果、簡単かつ小型で低コストな充電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態１に係る充電装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る、シャント抵抗の両端の電圧とスイッチング信号の変化を示すタイミングチャートである。
【図３】本発明の実施形態２に係る、シャント抵抗の両端の電圧とスイッチング信号の変化を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明の実施形態３に係る、シャント抵抗の両端の電圧とスイッチング信号の変化を示すタイミングチャートである。
【図５】本発明の実施形態４に係る、シャント抵抗の両端の電圧とスイッチング信号の変化を示すタイミングチャートである。
【図６】本発明の実施形態５に係る、シャント抵抗の両端の電圧とスイッチング信号の変化を示すタイミングチャートである。
【図７】本発明の実施形態６に係る、シャント抵抗の両端の電圧とスイッチング信号の変化を示すタイミングチャートである。
【図８】本発明の実施形態７に係る、ＡＣアダプターの種類による出力電圧波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を用いて本発明を実施するための実施形態を説明する。
【００１２】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１に係る充電装置の構成を示す図である。図１に示す実施形態１の充電装置は、二次電池１１、スイッチング素子１２、シャント抵抗１３ならびに充電コントローラ１４を備えて構成されている。この充電装置は、例えば電気かみそり、電動バリカン、脱毛器、電動歯ブラシなど充電式電気機器に組み込まれて機能することができる。
【００１３】
二次電池１１は、例えばニッケル水素電池やニカド電池（ニッケル・カドミウム電池）などの電池で構成される。二次電池１１は、アダプター接続端子１５に着脱自在に接続可能なＡＣアダプター１６を介して１００Ｖ〜２４０Ｖ程度の交流の商用電源から供給される交流電力を直流に変換して得られた直流電力によって充電される。
【００１４】
スイッチング素子１２は、アダプター接続端子１５の一方とシャント抵抗１３との間に接続され、例えばトランジスタなどで構成される。スイッチング素子１２は、ＡＣアダプター１６を介して与えられる直流電力を受けて、スイッチング信号に基づいてオン／オフ制御されることで二次電池１１に供給される充電電流を制御調整する。
【００１５】
シャント抵抗１３は、スイッチング素子１２と二次電池１１の正極（＋極）側との間に接続されている、シャント抵抗１３は、両端の電圧Ｖ０，Ｖ１に基づいて二次電池１１に流れる電流、すなわち二次電池１１に供給される充電電流、もしくは二次電池１１から放電される放電電流を検出する。シャント抵抗１３は、例えば数ｍ〜数百ｍΩ程度の低抵抗で構成されるが、後述するＡ／Ｄ変換の分解能との関係でその抵抗値が設定される。
【００１６】
充電コントローラ１４は、本充電装置の動作を制御する制御中枢として機能し、プログラムに基づいて各種動作処理を制御するコンピュータに必要な、ＣＰＵや記憶装置等のハードウェア資源を備えた例えばマイクロコンピュータ等により実現される。したがって、充電コントローラ１４を構成するマイクロコンピュータのＣＰＵで処理プログラムが実行されることによって、二次電池１１の充電動作が制御される。充電コントローラ１４は、二次電池１１の負極（−極）が接続された共通のグランド（接地電位）に接続されている。
【００１７】
充電コントローラ１４は、スイッチング素子１２にスイッチング信号を与え、このスイッチング信号に基づいてスイッチング素子１２をオン／オフ制御する。このオン／オフ制御において、スイッチング信号のデューティ比、すなわちスイッチング信号の１周期あたりのオン時間を可変制御することで充電電流が増減制御される。これにより、充電コントローラ１４は、例えば二次電池１１の電池電圧に応じた所望の充電電流を二次電池１１に供給して、二次電池１１を充電制御する。
【００１８】
充電コントローラ１４は、シャント抵抗１３の両端に発生した電圧Ｖ０，Ｖ１を入力し、スイッチング信号のデューティ比、すなわちスイッチング素子１２がオンしているオン時間を決定する。なお、充電コントローラ１４に入力される電圧Ｖ０，Ｖ１が充電コントローラ１４の電源電圧を超えるような場合には、例えば抵抗により分圧することで降圧した後充電コントローラ１４入力するものとする。充電コントローラ１４は、このようなスイッチング信号によりスイッチング素子１２をオン／オフ制御しながら二次電池１１に充電電流を供給制御して二次電池１１が満充電に至るまで充電する。
【００１９】
二次電池１１が満充電されたことを判定する方法としては、従来から様々な手法が知られている。例えばスイッチング素子１２のオン／オフ制御におけるスイッチング信号の１周期分の電流を算出してそれを積算することで現在の電池容量を算出する手法や、二次電池１１の電池電圧の絶対値に基づいて判定する方法、充電時の電池電圧が−△Ｖ降下したことを検出して判定する方法、あるいはこれらの組み合わせによる方法などが挙げられる。
【００２０】
シャント抵抗１３の抵抗値は、以下のようにして決定される。
【００２１】
充電コントローラ１４の電源電圧をＶＤＤ（Ｖ）として、充電コントローラ１４が備えている、入力したアナログ信号を内部処理する際のデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換機能の分解能を例えばＮビットする。このような場合に、Ａ／Ｄ変換で検出できる最小の電圧値、すなわちＡ／Ｄ変換電圧の最少分解能（ＬＳＢ）は、次式（１）で表される。
【００２２】
（数１）
最少分解能（ＬＳＢ）＝ＶＤＤ／２Ｎ （Ｖ） …（１）
したがって、１ＬＳＢはＶＤＤ／２Ｎ （Ｖ）となる。
【００２３】
次に、検出しようとする充電電流の最小値（充電電流の最少分解能）をＩｍｉｎ（Ａ）に設定すると、シャント抵抗１３の抵抗値Ｒとの関係は次式（２）で表される。
【００２４】
（数２）
Ｉｍｉｎ×Ｒ≧ＶＤＤ／２Ｎ …（２）
したがって、シャント抵抗１３の抵抗値Ｒは、次式（３）で表される。
【００２５】
（数３）
Ｒ≧（ＶＤＤ／２Ｎ ）／Ｉｍｉｎ …（３）
このように、シャント抵抗１３の抵抗値は、（Ａ／Ｄ変換電圧の最少分解能）／（充電電流の検出可能な最小値）以上となるように設定される。
【００２６】
例えば、充電コントローラ１４の電源電圧ＶＤＤが３Ｖ程度で、Ａ／Ｄ変換の分解能が１０ビットとすると、Ａ／Ｄ変換電圧の最少分解能（ＬＳＢ）は、２．９ｍＶ程度となる。そして、充電電流の検出可能な最小電流値を１０ｍＡ程度とすると、シャント抵抗１３の抵抗値Ｒは２９０ｍΩ程度に設定される。
【００２７】
このように、充電電流の検出可能な最小電流値を一定とした場合に、充電コントローラ１４のＡ／Ｄ変換の分解能が高くなる程、シャント抵抗１３の抵抗値Ｒを小さくすることが可能となる。
【００２８】
図２はスイッチング素子１２がオンした後のシャント抵抗１３の両端の電圧Ｖ０，Ｖ１とスイッチング信号のオン時間との関係を示すタイミングチャートである。
【００２９】
シャント抵抗１３の両端の電圧Ｖ０，Ｖ１は、図２に示すように、スイッチング素子１２がオンすると、ＡＣアダプター１６の容量成分とシャント抵抗１３とによる過渡現象により突出電圧が発生し、その後徐々に一定の電圧に遷移する。このような電圧変化に対して、スイッチング素子１２がオンした直後のシャント抵抗１３の両端の電圧Ｖ０（ｔ），Ｖ１（ｔ）を充電コントローラ１４に入力する。充電コントローラ１４は、入力した電圧とシャント抵抗１３の抵抗値Ｒとにより二次電池１１の充電電流を算出することができる。充電コントローラ１４は、このようにして検出された充電電流に基づいて、図２に示すようにスイッチング信号の１周期におけるオン時間（ｔon）を設定し、二次電池１１に供給される充電電流を調整制御して二次電池１１の充電を制御する。シャント抵抗１３の両端の電圧Ｖ０（ｔ），Ｖ１（ｔ）とスイッチング信号のオン時間との関係は、例えば実機による実験により取得して定めることができる。このようにして定められた両者の関係は、例えばテーブルデータとして充電コントローラ１４の記憶装置に記憶されて予め用意され、このテーブルデータを参照することでスイッチング信号のオン時間が逐次設定される。あるいは、上記両者の関係を演算式として表し、この演算式に基づいてスイッチング信号のオン時間を算出して設定することも可能である。
【００３０】
このように、上記実施形態１においては、二次電池１１の充電電流もしくは放電電流を検出するシャント抵抗１３を二次電池１１の正極側に接続してシャント抵抗１３の両端の電圧Ｖ０，Ｖ１を検出する構成を採用している。このような構成を採用することで、シャント抵抗１３の両端の電圧Ｖ０，Ｖ１は、電流の向きにかかわらず正電位となる。このため、シャント抵抗１３で発生する電位の正負を反転したりオフセットを施すためのオペアンプなどの構成が不要となる。
【００３１】
また、シャント抵抗１３の両端の電圧Ｖ０，Ｖ１を検出することで、周囲温度の変化による二次電池１１の内部抵抗や電池電圧などの変動の影響を排除することが可能となる。このため、二次電池１１を流れる電流を精度よく検出することができる。
【００３２】
さらに、二次電池１１の充電電流を検出する際に、Ａ／Ｄ変換時の最少分解能以上の電圧が充電コントローラ１４に入力されるようにシャント抵抗１３の抵抗値を設定している。このような構成を採用することで、シャント抵抗１３で発生する電圧を増幅することなく充電コントローラ１４に入力することが可能となる。これにより、電圧を増幅するオペアンプなどの構成が不要となる。
【００３３】
したがって、従来に比べて、構成が簡略化されるとともに小型化することができ、コストの低減を図ることができる。また、オペアンプなどの増幅回路は、個々のばらつきが大きいため、個々の機器毎にばらつきを補正するのが一般的であり、検出精度の低下を招くおそれがあった。しかし、この実施形態１では、オペアンプなどの増幅回路が不要となるため、二次電池１１に流れる電流を精度よく検出することが可能となる。このため、二次電池１１の種類やＡＣアダプター１６の種類によって充電電流がそれぞれ異なった場合であって、充電電流を精度よく検出することができる。したがって、様々な種類の二次電池１１やＡＣアダプター１６であっても、二次電池１１の充電動作を的確に制御することが可能となる。
【００３４】
（実施形態２）
図３は本発明の実施形態２に係る、スイッチング素子１２がオンした後のシャント抵抗１３の両端の電圧Ｖ０，Ｖ１とスイッチング信号のオン時間との関係を示すタイミングチャートである。なお、実施形態２の構成は、先の実施形態１と同様である。
【００３５】
この実施形態２では、図３のタイミングチャートに示すように、スイッチング素子１２がオンした後のシャント抵抗１３の両端の電圧Ｖ０，Ｖ１におけるピーク電圧Ｖ０peak，Ｖ１peakを充電コントローラ１４に入力する。充電コントローラ１４は、入力したピーク電圧Ｖ０peak，Ｖ１peakとシャント抵抗１３の抵抗値Ｒとにより二次電池１１の充電電流を算出することができる。充電コントローラ１４は、このようにして検出された充電電流に基づいて、図３に示すようにスイッチング信号の１周期におけるオン時間（ｔon）を逐次設定し、二次電池１１に供給される充電電流を調整制御して二次電池１１の充電を制御する。
【００３６】
シャント抵抗１３の両端のピーク電圧Ｖ０peak，Ｖ１peakとスイッチング信号のオン時間との関係は、例えば実機による実験により取得して定めることができる。このようにして定められた両者の関係は、例えばテーブルデータとして充電コントローラ１４の記憶装置に記憶されて予め用意され、このテーブルデータを参照することでスイッチング信号のオン時間が逐次設定される。あるいは、上記両者の関係を演算式として表し、この演算式に基づいてスイッチング信号のオン時間を算出して設定することも可能である。
【００３７】
このように、上記実施形態２においては、先の実施形態１と同様の効果を得ることができる。
【００３８】
（実施形態３）
図３は本発明の実施形態３に係る、スイッチング素子１２がオンした後のシャント抵抗１３の両端の電圧Ｖ０，Ｖ１とスイッチング信号のオン時間との関係を示すタイミングチャートである。なお、実施形態３の構成は、先の実施形態１と同様である。
【００３９】
この実施形態３では、図４のタイミングチャートに示すように、充電コントローラ１４は、スイッチング素子１２がオンした後のシャント抵抗１３の両端の電圧Ｖ０，Ｖ１におけるピーク電圧Ｖ０peak，Ｖ１peak、を入力する。充電コントローラ１４は、さらにピーク電圧発生以後の予め設定された所定時間（ｔ１）後の電圧Ｖ０（ｔ１），Ｖ１（ｔ１）を入力する。充電コントローラ１４は、入力したピーク電圧Ｖ０peak，Ｖ１peakならびに電圧Ｖ０（ｔ１），Ｖ１（ｔ１）とシャント抵抗１３の抵抗値Ｒとにより二次電池１１の充電電流を算出することができる。充電コントローラ１４は、このようにして検出された充電電流に基づいて、図３に示すようにスイッチング信号の１周期におけるオン時間（ｔon）を１周期毎に設定し、二次電池１１に供給される充電電流を調整制御して二次電池１１の充電を制御する。
【００４０】
シャント抵抗１３の両端のピーク電圧Ｖ０peak，Ｖ１peakならびに電圧Ｖ０（ｔ１），Ｖ１（ｔ１）とスイッチング信号のオン時間との関係は、例えば実機による実験により取得して定めることができる。このようにして定められた両者の関係は、例えばテーブルデータとして充電コントローラ１４の記憶装置に記憶されて予め用意され、このテーブルデータを参照することでスイッチング信号のオン時間が設定される。あるいは、上記両者の関係を演算式として表し、この演算式に基づいてスイッチング信号のオン時間を算出して設定することも可能である。
【００４１】
このように、上記実施形態３においては、先の実施形態１，２と同様の効果を得ることができる。さらに加えて、スイッチング素子１２がオンした後所定の時間（ｔ１）後のシャント抵抗１３の両端の電圧Ｖ０（ｔ１），Ｖ１（ｔ１）を考慮して充電電流を検出しているので、ＡＣアダプター１６が同種であってもそのばらつきを吸収して、充電電流の検出精度を高めることができる。これにより、二次電池１１の充電動作を精度よく制御することができる。
【００４２】
（実施形態４）
図５は本発明の実施形態４に係る、スイッチング素子１２がオンした後のシャント抵抗１３の両端の電圧Ｖ０，Ｖ１とスイッチング信号のオン時間との関係を示すタイミングチャートである。なお、実施形態４の構成は、先の実施形態１と同様である。
【００４３】
この実施形態４では、図５のタイミングチャートに示すように、スイッチング素子１２がオンした後のシャント抵抗１３の両端の電圧Ｖ０，Ｖ１を連続して監視して充電コントローラ１４に入力する。充電コントローラ１４は、入力した電圧Ｖ０，Ｖ１の電圧差（Ｖ１（ｔ）−Ｖ０（ｔ））が予め設定された第１の閾値以下に達したときにスイッチング信号がオフされるように、スイッチング信号の１周期におけるオン時間（ｔon）を設定する。このように、充電コントローラ１４は、スイッチング信号のオン時間を１周期毎に設定することで、二次電池１１に供給される充電電流を調整制御して二次電池１１の充電を制御する。なお、第１の閾値は、実機による実験により定めることができる。
【００４４】
このように、上記実施形態４においては、先の実施形態１と同様の効果を得ることができる。さらに加えて、シャント抵抗１３の両端の電圧が第１の閾値以下になることでスイッチング信号の１周期におけるオン時間を設定することで、充電電流の検出精度を高めることができる。これにより、二次電池１１の充電動作を精度よく制御することができる。
【００４５】
（実施形態５）
図６は本発明の実施形態５に係る、スイッチング素子１２がオンした後のシャント抵抗１３の両端の電圧Ｖ０，Ｖ１とスイッチング信号のオン時間との関係を示すタイミングチャートである。なお、実施形態５の構成は、先の実施形態１と同様である。
【００４６】
この実施形態５では、図６のタイミングチャートに示すように、スイッチング素子１２がオンした後のシャント抵抗１３の両端の電圧Ｖ０，Ｖ１を連続して監視して充電コントローラ１４に入力する。充電コントローラ１４は、入力した電圧Ｖ０，Ｖ１の電圧差（Ｖ１−Ｖ０）の積算値とシャント抵抗１３の抵抗値Ｒとによりスイッチング素子１２がオンした後に二次電池１１に供給された総充電電流量を算出することが可能となる。したがって、電圧差（Ｖ１−Ｖ０）の積算値が予め設定された第２の閾値を超えたときにスイッチング信号がオフされるように、スイッチング信号の１周期におけるオン時間（ｔon）を逐次設定する。このように、充電コントローラ１４は、スイッチング信号のオン時間を逐次設定することで、二次電池１１に供給される充電電流を調整制御して二次電池１１の充電を制御する。なお、第２の閾値は、実機による実験により定めることができる。
【００４７】
このように、上記実施形態５においては、先の実施形態１と同様の効果を得ることができる。さらに加えて、シャント抵抗１３の両端の電圧差の積算値が予め設定された第２の閾値を超えたことに基づいてスイッチング信号の１周期におけるオン時間を設定することで、充電電流の検出精度を高めることができる。これにより、二次電池１１の充電動作を精度よく制御することができる。
【００４８】
（実施形態６）
図７は本発明の実施形態６に係る、スイッチング素子１２がオンした後のシャント抵抗１３の一方端の電圧Ｖ１とスイッチング信号を示すタイミングチャートである。なお、実施形態６の構成は、先の実施形態１と同様である。
【００４９】
この実施形態６では、図７のタイミングチャートに示すように、スイッチング素子１２がオンした後のシャント抵抗１３の一方端のピーク電圧Ｖ１peakをスイッチング素子１２充電コントローラ１４に入力する。充電コントローラ１４は、入力したピーク電圧
Ｖ１peakと予め設定された上限電圧ならびに下限電圧とを比較する。充電コントローラ１４は、比較の結果、ピーク電圧Ｖ１peakが上記上限電圧を上回った場合、あるいは上記下限電圧を下回った場合には、本充電装置に対応した正規なＡＣアダプター１６ではなく、不適当なＡＣアダプター１６がアダプター接続端子１５に接続されたものと推定する。このような場合には、安全上の観点から、スイッチング素子１２をオフして充電動作を停止する。なお、上記上限電圧ならびに下限電圧は、実機による実験により取得して定めることができる。
【００５０】
このように、この実施形態６は、不適当なＡＣアダプター１６が本充電装置に接続されたことを検出ことが可能となる。これにより、充電装置の異常発熱などによる発火や発煙を防止して、安全性を確保し、損傷などを回避することができる。なお、この実施形態６は、上記実施形態１〜５と組み合わせて実施することができる。
【００５１】
（実施形態７）
図８は本発明の実施形態７に係る、ＡＣアダプターの種類による出力電圧波形を示す図であり、同図（ａ）は電源トランス式のＡＣアダプターの出力電圧波形であり、同図（ｂ）はスイッチング式のＡＣアダプターの出力電圧波形である。なお、実施形態７の構成は、先の実施形態１と同様である。
【００５２】
この実施形態７では、スイッチング素子１２がオンした直後のシャント抵抗１３の両端の電圧Ｖ０，Ｖ１をスイッチング信号の数周期分充電コントローラ１４で観測する。充電コントローラ１４は、観測の結果に基づいて、ＡＣアダプター１６の種類、すなわち電源トランス式かもしくはスイッチング式かを判定する。
【００５３】
ＡＣアダプター１６が電源トランス式（全波整流）の場合には、商用交流電源の電源周波数の６０Ｈｚもしくは５０Ｈｚの周期で図８（ａ）に示すように電圧が大きく変動する。このため、シャント抵抗１３の両端の電位差（Ｖ１−Ｖ０）は、スイッチング素子１２がオンするタイミングによってばらつきが大きくなる。これに対して、ＡＣアダプター１６がスイッチング式（スイッチング整流）の場合には、図８（ｂ）に示すように出力電圧は電源トランス式に比べて安定している。このため、シャント抵抗１３の両端の電位差（Ｖ１−Ｖ０）は、スイッチング素子１２がオンするタイミングによるばらつきが電源トランス式に比べて小さくなる。
【００５４】
このような特性を利用して、充電コントローラ１４は、ＡＣアダプター１６の種類を判定している。例えば電源トランス式とスイッチング式との電位差（Ｖ１−Ｖ０）のばらつきを実機により予め取得し、その取得したばらつきに基づいてばらつきの大小を判定する判定値を設ける。この判定値とシャント抵抗１３の両端の電位差（Ｖ１−Ｖ０）とを比較することで、シャント抵抗１３の両端の電位差（Ｖ１−Ｖ０）のばらつきを判断することができる。
【００５５】
ＡＣアダプター１６の種類が判別されると、判別されたＡＣアダプターの種類に応じて、スイッチング信号のオン時間を変えるようにしている。すなわち、先の実施形態１〜３で使用するテーブルデータを電源トランス式のものとスイッチング式のものとの２種類用意し、ＡＣアダプターの種類に応じて使い分ける。一方、先の実施形態４〜６では、それぞれの閾値を電源トランス式のものとスイッチング式のものとの２種類用意し、ＡＣアダプターの種類に応じて使い分ける。
【００５６】
このように、この実施形態７では、ＡＣアダプター１６の種類に応じてスイッチング信号のオン時間を変えることで、ＡＣアダプター１６の特性に応じて二次電池１１の充電電流を最適に制御することが可能となる。これにより、二次電池１１の充電動作を精度よく制御することができる。なお、この実施形態７は、上記実施形態１〜６と組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１１…二次電池
１２…スイッチング素子
１３…シャント抵抗
１４…充電コントローラ
１５…アダプター接続端子
１６…ＡＣアダプター
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電装置に着脱自在に接続される充電アダプターを介した外部からの給電により二次電池を充電する充電装置において、
前記充電アダプターを介した外部からの給電を受けて、スイッチング信号に基づいてオン／オフされて、前記二次電池に充電電流を供給するスイッチング素子と、
前記スイッチング素子と前記二次電池の正極との間に接続され、前記二次電池に流れる電流を検出するシャント抵抗と、
前記スイッチング素子のオンに同期して前記シャント抵抗の両端の電圧を入力し、入力した前記シャント抵抗の両端の電圧に基づいて、前記スイッチング素子がオンしているオン時間を設定し、前記二次電池の充電電流を制御する充電コントローラとを備え、
前記シャント抵抗の抵抗値は、前記充電コントローラが入力したアナログ電圧をデジタル電圧に変換する際のＡ／Ｄ変換電圧の最少分解能を前記二次電池の充電電流の検出可能な最小値で除した値以上となるように設定される
ことを特徴とする充電装置。
【請求項２】
前記充電コントローラは、前記スイッチング素子がオンした後の前記シャント抵抗の両端のピーク電圧に基づいて、前記スイッチング素子がオンしているオン時間を設定する
ことを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
【請求項３】
前記充電コントローラは、前記スイッチング素子がオンした後の前記シャント抵抗の両端のピーク電圧、ならびにピーク電圧発生以後であって前記スイッチング素子がオンした後の所定時間後の前記シャント抵抗の両端の電圧に基づいて、前記スイッチング素子がオンしているオン時間を設定する
ことを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
【請求項４】
前記充電コントローラは、前記スイッチング素子がオンした後の前記シャント抵抗の両端の電圧差が予め設定された一定値以下になったときに前記スイッチング素子をオフし、前記スイッチング素子がオンしているオン時間を設定する
ことを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
【請求項５】
前記充電コントローラは、前記スイッチング素子がオンした後の前記シャント抵抗の両端の電圧の積算値を算出し、算出した積算値に基づいて前記スイッチング素子がオンしているオン時間を設定する
ことを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
【請求項６】
前記充電コントローラは、前記スイッチング素子がオンした後の前記シャント抵抗の一方端の電圧と、予め設定された上限値ならびに下限値とを比較し、前記シャント抵抗の一方端の電圧が前記上限値以上もしくは前記下限値以下の場合には、前記スイッチング素子をオフして充電動作を停止する
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の充電装置。
【請求項７】
前記充電コントローラは、前記スイッチング素子がオンした後の前記シャント抵抗の両端の電圧差をスイッチング信号の数周期分取得し、取得した前記シャント抵抗の両端の電圧差と予め設定された判定値との比較結果に基づいて前記シャント抵抗の両端の電圧差のばらつきの大小を判定し、前記シャント抵抗の両端の電圧差のばらつきの大小に基づいて前記充電アダプターの種類を判定する
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の充電装置。
【請求項１】
充電装置に着脱自在に接続される充電アダプターを介した外部からの給電により二次電池を充電する充電装置において、
前記充電アダプターを介した外部からの給電を受けて、スイッチング信号に基づいてオン／オフされて、前記二次電池に充電電流を供給するスイッチング素子と、
前記スイッチング素子と前記二次電池の正極との間に接続され、前記二次電池に流れる電流を検出するシャント抵抗と、
前記スイッチング素子のオンに同期して前記シャント抵抗の両端の電圧を入力し、入力した前記シャント抵抗の両端の電圧に基づいて、前記スイッチング素子がオンしているオン時間を設定し、前記二次電池の充電電流を制御する充電コントローラとを備え、
前記シャント抵抗の抵抗値は、前記充電コントローラが入力したアナログ電圧をデジタル電圧に変換する際のＡ／Ｄ変換電圧の最少分解能を前記二次電池の充電電流の検出可能な最小値で除した値以上となるように設定される
ことを特徴とする充電装置。
【請求項２】
前記充電コントローラは、前記スイッチング素子がオンした後の前記シャント抵抗の両端のピーク電圧に基づいて、前記スイッチング素子がオンしているオン時間を設定する
ことを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
【請求項３】
前記充電コントローラは、前記スイッチング素子がオンした後の前記シャント抵抗の両端のピーク電圧、ならびにピーク電圧発生以後であって前記スイッチング素子がオンした後の所定時間後の前記シャント抵抗の両端の電圧に基づいて、前記スイッチング素子がオンしているオン時間を設定する
ことを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
【請求項４】
前記充電コントローラは、前記スイッチング素子がオンした後の前記シャント抵抗の両端の電圧差が予め設定された一定値以下になったときに前記スイッチング素子をオフし、前記スイッチング素子がオンしているオン時間を設定する
ことを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
【請求項５】
前記充電コントローラは、前記スイッチング素子がオンした後の前記シャント抵抗の両端の電圧の積算値を算出し、算出した積算値に基づいて前記スイッチング素子がオンしているオン時間を設定する
ことを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
【請求項６】
前記充電コントローラは、前記スイッチング素子がオンした後の前記シャント抵抗の一方端の電圧と、予め設定された上限値ならびに下限値とを比較し、前記シャント抵抗の一方端の電圧が前記上限値以上もしくは前記下限値以下の場合には、前記スイッチング素子をオフして充電動作を停止する
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の充電装置。
【請求項７】
前記充電コントローラは、前記スイッチング素子がオンした後の前記シャント抵抗の両端の電圧差をスイッチング信号の数周期分取得し、取得した前記シャント抵抗の両端の電圧差と予め設定された判定値との比較結果に基づいて前記シャント抵抗の両端の電圧差のばらつきの大小を判定し、前記シャント抵抗の両端の電圧差のばらつきの大小に基づいて前記充電アダプターの種類を判定する
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の充電装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−７０４７６（Ｐ２０１２−７０４７６Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１０８８４（Ｐ２０１０−２１０８８４）
【出願日】平成２２年９月２１日（２０１０．９．２１）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２１日（２０１０．９．２１）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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