JP2011055588A - 充電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 太陽電池を電源とし、簡単な構成で効率よく二次電池を充電可能な充電装置を提供する。
【解決手段】 充電装置１００において、入力電圧フィードバック回路７は、マイコン１１からの信号によって太陽電池１の入力電圧の設定値を変化させる。すなわちマイコン１１は、入力電圧フィードバック回路７の抵抗７ｅ〜７ｈに対しロー信号を出力するか否かによって、異なる入力電圧設定値Ｖ１〜Ｖ５を順次設定させる。さらに、それぞれの電圧値に対する充電電流を計測し、充電時の太陽電池１の入力電圧を電池電圧に応じて許容可能な最大の充電電流が得られる入力電圧値に設定する。この設定を所定時間ごとに繰り返すことで、設定値の中で最大の入力電力を太陽電池１に入力させることができ、抵抗７ｅ〜７ｈによる簡単でコストも安い構成により、効率よく充電が可能である。
【選択図】図４

Description

本発明は電動工具用のリチウムイオン電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等の二次電池を、太陽電池を電力源として充電するための充電装置に関する。

従来、ニカド電池やリチウムイオン電池を充電する充電装置は、商用電源からの供給によって充電を行っている。しかしながら例えばコードレス電動工具等を商用電源が供給されていない所で使用する場合、使用者は作業量に応じて予備の電池を何本も準備しておかなくてはならなかった。そこで商用電源以外からの別の電源からも充電できる充電装置の要求があり、この要求に対応するため、電圧変換手段として複数のコンバータを設け、電力源とする電源に応じてコンバータをオンオフして駆動することにより、商用電源以外の電源によって電池パックを充電できる充電装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５―２４５１４５号公報（第３−６頁、第１図）

商用電源以外の電源として様々な電源が考えられるが、例えば環境に優しくクリーンであることを特徴として注目されている太陽電池を考える。太陽電池は、照射量が多ければ取出せる電力は増し、少なければ取出せる電力が減る。また、同じ照射量であってもどこの電圧値で太陽電池を使用するかによって発電電力が異なる。また、同一照射量でも動作温度によって発電電力が異なる。このような様々な条件において太陽電池から厳密に最大の電力を取出すために、マイコン等を用いた複雑な演算による方法が考えられる。しかし、そのような複雑な演算が可能なマイコンの利用は、コスト等の点で問題がある。

そこで本発明は、太陽電池を電源とした二次電池を効率よく充電するための安価で構成が簡単な充電装置を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、充電電圧を所定の電圧値に制御するための信号をフィードバックする充電電圧フィードバック回路と、充電電流を所定の電流値に制御するための信号をフィードバックする充電電流フィードバック回路と、充電電圧フィードバック回路及び充電電流フィードバック回路からのフィードバック信号によって出力を所定の電圧値及び所定の電流値に制御するスイッチング制御手段と、太陽電池からの入力電圧を所定入力電圧値に制御するための信号をフィードバックする入力電圧フィードバック回路と、太陽電池からの入力電圧を検出するための入力電圧検出手段と、充電電流を検出するための充電電流検出手段と、を有する太陽電池を入力電源として二次電池を充電するための充電装置であって、所定入力電圧値として複数の設定値のうちのいずれかを設定する入力電圧設定手段と、所定時間毎に入力電圧設定手段において選択可能な入力電圧値全てを順次選択し、選択可能な入力電圧値毎の充電電流を記憶する充電電流記憶手段と、二次電池の電池電圧を検出する電池電圧検出手段と、電池電圧検出手段が検出した電池電圧に応じた最大許容電流値を求める最大許容電流算出手段と、充電電流記憶手段により記憶された充電電流が最大許容電流を超えない範囲で最大になる入力電圧値を前記選択可能な入力電圧値から選択する入力電圧選択手段と、を有し、入力電圧設定手段は、所定時間毎に入力電圧を入力電圧選択手段が選択した入力電圧に設定を更新し、更新した前記入力電圧で充電を行うことを特徴としている。

このような構成によれば、光の照射量などの状態に拘わらず、電池電圧に応じた許容範囲内の設定値の中で太陽電池が常に最大電力を出力する設定となる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、入力電圧設定手段は、互いに異なる抵抗値を有する複数の抵抗により構成されていることを特徴としている。

このような構成によれば、太陽電池から充電装置への入力電圧は、入力電圧設定手段の複数の抵抗のいずれを選択するかにより変化する。

請求項３に記載の発明は、二次電池の状態を検出する電池状態検出手段と、電池状態検出手段が検出した状態に応じた最大充電電流を定める充電電流制限手段と、をさらに有し、入力電圧選択手段は、最大充電電流を超えないように入力電圧値を設定することを特徴としている。

このような構成によると、二次電池の種類や接続状態及び二次電池の温度等に応じた最大充電電流を超えない範囲で、設定値の中で太陽電池から最大の出力電力を得るように設定される。

請求項４に記載の発明は、太陽電池の電力を変換して二次電池に充電電流を提供するスイッチング制御手段と、太陽電池からの入力電力を検出するための入力電圧検出装置と、充電電流を検出するための充電電流検出手段と、スイッチング制御手段を動作させることで充電電流が二次電池に応じた電流となるように入力電圧を変更する入力制御手段と、を備えたことを特徴としている。

このような構成によれば、光の照射量などの状態に拘わらず、電池電圧に応じた許容範囲内の設定値の中で太陽電池が常に最大電力を出力する設定となる。

本発明の請求項１及び４記載の充電装置によれば、太陽電池の照射量などの状態を検出することなく、二次電池への充電電流を電池電圧に応じた許容範囲内で最大にするように太陽電池から充電装置への入力電圧を設定することで常に電池電圧に応じた許容範囲内の設定値の中で最大電力を出力させることができ、効率のよい充電装置とすることができる。

請求項２に記載の充電装置によれば、請求項１に記載の充電装置による効果に加え、複数の抵抗からいずれかを選択するという簡単な構成で、設定値の中で太陽電池から最大の電力を得ることが可能となる。

請求項３に記載の充電装置によれば、請求項１または請求項２に記載の充電装置による効果に加え、二次電池の状態に応じた最大充電電流を超えない設定となるので、二次電池の状態を勘案することなく安全に充電を行うことが可能である。

このように、本発明による充電装置によれば、太陽電池を電源とした安価で簡単な構成で効率よく充電が可能な充電装置を提供することができるという優れた効果を奏し得る。

本発明の一実施の形態による太陽電池の出力電圧に対する出力電流および出力電力の関係における照射量による変化を示す図。 本発明の一実施の形態による太陽電池の出力電圧に対する出力電流の関係における温度による変化を示す図。 本発明の一実施の形態による太陽電池の出力電圧に対する出力電流の関係における照射量が有意に少ない場合を示す図。 本発明の一実施の形態による充電装置及び二次電池を示す回路図。 本発明の一実施の形態による充電方法を示すフローチャート。 本発明の変形例による充電方法を示すフローチャート。 本発明の変形例による充電方法における電池温度とリミット電流との関係を示す表。

本発明の一実施の形態による充電装置について図１から図５を参照しながら説明する。

まず、本実施の形態による充電装置１００の電源となる太陽電池１の出力特性について説明する。太陽電池１は、例えばシリコン（ＳＩ）等の半導体の持つ光電効果を利用して発電する発電装置である。

図１に、太陽電池１の出力特性における照射量依存性の一例を示す。図１は、横軸が太陽電池の出力電圧、縦軸が出力電流および出力電力を示している。また、照射量Ｐ１＞照射量Ｐ２であり、照射量Ｐ１の方が多く太陽光線が照射された状態であることを示している。図１に示すように、太陽電池１は照射量によって出力特性が変化する。すなわち照射量が多ければ照射量Ｐ１のように取出せる電力は増し、少なければ照射量Ｐ２のように取出せる電力が減る。図１の破線は、例えば照射量Ｐ１の場合の出力電圧に対する出力電力の変化を示している。このように、同じ照射量であってもどこの電圧値で太陽電池を使用するかで発電電力が異なる。図１を用いてこのことを説明する。

図中の照射量Ｐ１におけるＡ点で太陽電池を使用した場合、電力は電圧ｘ電流であるので、例えばこの点における電圧値がＶａ、電流値がＩａであるとすると、取出せる電力はＶａｘＩａとなる。一方Ａ’点で太陽電池を使用した場合を考える。Ａ’は例えばＡ点における電圧の半分の値の地点であるとすると、電圧値は１／２Ｖａとなる。また図中からわかるようにＡ点とＡ’点ではほとんど電流は変化がない。よって、Ａ’点における電流Ｉａ’はＡ点同様ほぼＩａとなる。よってＡ’点において取出せる電力は１／２ＶａｘＩａとなる。すなわち、Ａ’点において取出せる電力はＡ点において取出せる電力の１／２となる。

ある程度以上の照射量があり、同一温度時においては照射量Ｐ２（照射量Ｐ１＞照射量Ｐ２）の場合においても同様のことがいえる。ある照射量において取出せる電力が最大になる点は、図中における横軸である電圧のラインから縦線を引いて出力特性にぶつかる点と、その点から縦軸である電流のラインへ横線を引いた場合の横軸、縦軸、横線、縦線で囲まれることによって構成される長方形の面積が最大(例えば図１のＷｍａｘ)になる場所である。この長方形の面積は横軸（電圧）ｘ縦軸（電流）=電力となる。以下この点を最大動作点と称する。

ここで、二次電池を太陽電池に直結して充電を行った場合を考える。この場合太陽電池の電圧は二次電池の電圧まで低下することになる。例えば図１の特性を有する太陽電池を１／２Ｖａの電圧を有する二次電池に直結すると、太陽電池の電圧も１／２Ｖａまで低下する。照射量Ｐ１であるとすると流れる充電電流はＩａとなる。よって、取出せる電力の最大値は先に述べたようにＶａｘＩａであるのに、直結にすると１／２ＶａｘＩａの電力しか取出せないことになる。

一方、太陽電池と二次電池との間に太陽電池の電圧をある所定の値になるように制御するようなスイッチング回路を設けた場合を考える。太陽電池の電圧をＶａに保つような制御を行えば、先の述べたように照射量Ｐ１の場合はＶａｘＩａの電力を取出すことができる。よって、例えば１／２Ｖａの電圧を有する二次電池を充電する場合、充電電流は、以下のようになる。すなわち、出力電力＝効率ｘ入力電力であるから、出力電圧ｘ出力電流＝効率ｘ入力電圧ｘ入力電流と表せる。ここで、出力電圧は１／２Ｖａ、入力電圧はＶａ、入力電流はＩａであり、効率を例えば８５％とすると、１／２Ｖａｘ出力電流=０．８５ｘＶａｘＩａから、出力電流＝２ｘ０．８５Ｉａ=１．７Ｉａとなり、直結時に比べ約１．７倍の充電電流で充電を行なう事ができる。

先にも述べたように、太陽電池の最大動作点における電圧値はある程度以上の照射量で同一温度下であれば、図１の照射量Ｐ１および照射量Ｐ２のように、概ね同じ電圧値付近となる。しかし、太陽電池がおかれた条件によって、例えば図２に示すように、温度が高い場合はこの電圧値は低下し、最大動作点が相当程度ずれる。すなわち、温度Ｔ１のときには実線のような出力特性となり、最大動作点は出力電圧Ｖｂ、出力電流Ｉｂの点Ｂとなる。温度Ｔ１より低い温度Ｔ２のときには破線のような出力特性となり、最大動作点は、出力電圧Ｖｃ、出力電流Ｉｃの点Ｃとなる。

図３に示すように、太陽電池への照射量が低下している場合においても相当程度ずれることがある。すなわち、照射量Ｐ３のときには実線のような出力特性となり、最大動作点は出力電圧Ｖｄ、出力電流Ｉｄの点Ｄとなる。照射量Ｐ３より低い照射量Ｐ４のときには破線のような出力特性となり、最大動作点は、出力電圧Ｖｅ、出力電流Ｉｅの点Ｅとなる。

上記のような様々な条件において太陽電池から厳密に最大の電力を取出すためには、例えばマイコン等を用いた複雑な演算を要する。しかしこのような複雑な演算を実行可能な高性能なマイコンは、コストが高い等の問題がある。本実施の形態による充電装置は、高性能のマイコンを必要としない構成となっている。

図４は、本発明の一実施の形態による充電装置を示す回路ブロック図である。図４に示すように、充電装置１００は、外部に接続された太陽電池１を電源とし、電池パック３を充電する充電装置である。

電池パック３は、充電対象となる電池パックであり、１セル以上の電池が接続された電池組３ａと、電池組３ａの種類又はセル数等を判別するための判別抵抗からなる電池種判別抵抗３ｂと、電池組３ａの近傍に設定され電池温度を監視するためのサーミスタ等の感温抵抗３ｃから構成される。

太陽電池１は、光が入射することにより発電する電源である。太陽電池１は、充電装置１００に取り外し可能に構成してもよい。充電装置１００は、平滑コンデンサ６、スイッチング電源回路８を有しており、２次電池を有する電池パック３を充電する充電電力を出力する。また、充電装置１００は、入力電圧検出回路１５、入力電圧フィードバック回路７、充電電圧フィードバック回路９、充電電流フィードバック回路１０、マイコン１１、補助電源２、電池種判別回路４、電池温度検出回路５、電池電圧検出回路１２、充電オンオフ回路１３を有し、充電電力を制御している。

平滑コンデンサ６は、太陽電池１の出力を平滑する。スイッチング電源回路８は、充電電圧及び充電電流を制御するための回路であり、ＤＣ／ＤＣコンバータ８ａ、ＰチャネルのＦＥＴ８ｂ、整流ダイオード８ｃ、コイル８ｄ、平滑コンデンサ８ｅから構成される。本実施形態においては、太陽電池の電圧を降圧して、充電電圧を生成する。ＤＣ／ＤＣコンバータ８ａは、平滑コンデンサ６のプラス側およびマイナス側の出力と、ＦＥＴ８ｂのゲートに接続されている降圧のための回路である。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ８ａには、後述する充電電圧フィードバック回路９と充電電流フィードバック回路１０とが出力するフィードバック信号が入力され、その信号に応じてＦＥＴ８ｂのスイッチングのタイミングを制御することにより、充電電流および充電電圧を制御する。なお、ＦＥＴ８ｂのソースは、太陽電池１のプラス側に接続されている。整流ダイオード８ｃは、ＦＥＴ８ａのドレインと太陽電池１のマイナス側との間に接続されている。コイル８ｄの入力側はＦＥＴ８ｂのドレインに接続され、平滑コンデンサ８ｅは、コイル８ｄの出力側と太陽電池１のマイナス側との間に接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ８ａの出力を平滑する。

入力電圧検出回路１５は、入力電圧を検出するための入力電圧検出回路であり、太陽電池１のプラス側に接続された抵抗１５ａ及び抵抗１５ｂからなる。入力電圧は抵抗１５ａと抵抗１５ｂによって分圧され、その分圧値が後述するマイコン１１のＡ／Ｄポート１１ｆに入力されることのよってマイコン１１は入力電圧を読みとる。

入力電圧フィードバック回路７は、抵抗７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆ、７ｇ、７ｈ、オペアンプ７ｉから構成される。抵抗７ａ、７ｂは、互いに直列に接続され、入力である太陽電池１の出力電圧を分圧し、分圧された値はオペアンプ７ｉの非反転入力端子に入力される。また、抵抗７ｃ、７ｄは、互いに直列に接続され、電圧Vｃｃの値を分圧し、入力電圧をある所定値に保つための入力電圧設定値としてオペアンプ７ｉの反転入力部に入力する。この電圧値を第１入力電圧設定値Ｖ１という。

抵抗７ｃと７ｄとの接続点には、抵抗７ｅ、７ｆ、７ｇ、７ｈのそれぞれ一端が接続され、他端はマイコン１１の出力ポート１１ｄにそれぞれ接続されている。例えば、後述するマイコン１１の抵抗７ｅに連なるポートからロー信号を出力することで、オペアンプ７ｉの反転入力部に入力される入力電圧の設定値を、電圧Ｖｃｃの抵抗７ｃと抵抗７ｄ、７ｅの並列抵抗との分圧値に設定することができる。この値は、前述の電圧Ｖｃｃを抵抗７ｃと抵抗７ｄで分圧した第１入力電圧設定値Ｖ１とは異なる第２入力電圧設定値Ｖ２となる。

同様に、マイコン１１の抵抗７ｆに連なるポートからロー信号を出力することで、オペアンプ７ｉの反転入力部に入力される入力電圧の設定値を、電圧Ｖｃｃの抵抗７ｃと抵抗７ｄ、７ｆの並列抵抗との分圧値に設定することができ、この値は第３入力電圧設定値Ｖ３となる。同様に、マイコン１１の抵抗７ｇに連なるポートからロー信号を出力することで、オペアンプ７ｉの反転入力部に入力される入力電圧の設定値を、電圧Ｖｃｃの抵抗７ｃと抵抗７ｄ、７ｇの並列抵抗との分圧値に設定することができ、この値は第４入力電圧設定値Ｖ４となる。同様に、マイコン１１の抵抗７ｈに連なるポートからロー信号を出力することで、オペアンプ７ｉの反転入力部に入力される入力電圧の設定値を、電圧Ｖｃｃの抵抗７ｃと抵抗７ｄ、７ｈの並列抵抗との分圧値に設定することができ、この値は第５入力電圧設定値Ｖ５となる。

太陽電池１の出力電圧値は、マイコン１１の出力信号に応じて設定された入力電圧設定値になるように、オペアンプ７ｉの出力信号に基づいて制御される。この入力電圧設定値として設定する値は、太陽電池１から概ね最大電力に近い電力を取出すことのできる値に設定する。

充電電圧フィードバック回路９は、抵抗９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、オペアンプ９ｅ、ダイオード９ｆから構成される。抵抗９ａ、９ｂはスイッチング電源回路８の出力電圧、すなわち充電電圧を分圧し、分圧された値はオペアンプ９ｅの非反転入力端子に入力される。また、抵抗９ｃ、９ｄは電圧Vｃｃの値を分圧し、その分圧電圧は、充電電圧をある所定値に保つための充電電圧設定値としてオペアンプ９ｅの反転入力端子に入力される。抵抗９ａ、９ｂによって分圧される充電電圧と、電圧Vｃｃを抵抗９ｃ、９ｄによって分圧した充電電圧設定値との差に応じた信号がオペアンプ９ｅから出力され、その信号に基づきＤＣ／ＤＣコンバータ８ａがスイッチングＦＥＴ８ｂをスイッチングすることによって充電電圧を制御する。ここで、オペアンプ９ｅの出力側にはダイオード９ｆが直列に接続されているため、充電電圧設定値は、実際にはこの設定値以上に電池電圧を上昇させないためのリミット電圧値である。このように、ＤＣ／ＤＣコンバータ８ａは、電圧が充電電圧設定値より低下した場合は電圧を上昇させるようにＦＥＴ８ｂのスイッチングを行い、逆に設定値より上昇した場合は電圧を低下させるようにＦＥＴ８ｂスイッチングを行うことによって所定の電圧を維持する。

充電電流フィードバック回路１０は、シャント抵抗１０ａと、抵抗１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、オペアンプ１０ｇ、１０ｈ、ダイオード１０ｉから構成される。シャント抵抗１０ａに電流が流れることにより、電流ｘシャント抵抗ｘ（−１）というマイナス電位がオペアンプ１０ｇの非反転入力端子に入力される。オペアンプ１０ｇ及び抵抗１０ｂ、１０ｃ、１０ｄは反転増幅回路を構成しており、オペアンプ１０ｇの非反転入力端子に入力された充電電流に比例したマイナス電位の値の１０ｄ／１０ｃ倍の値がその出力から出力される。出力された値は、オペアンプ１０ｈの非反転入力端子に入力される。一方、オペアンプ１０ｈの反転入力端子には、入力電圧フィードバック回路７からのフィードバック信号であるオペアンプ７ｉの出力が入力されている。オペアンプ１０ｈは、シャント抵抗１０ａに流れる充電電流と、入力電圧フィードバック回路７の出力とに応じた電流制御信号を出力し、ＤＣ／ＤＣコンバータ８ａによりＦＥＴ８ｂのスイッチングを制御し充電電流を制御する。このとき、オペアンプ１０ｈの出力側にはダイオード１０ｉが直列に接続されているため、電流制御信号は、実際には充電電流を所定値以上に上昇させないための信号である。

ここで、入力電圧（太陽電池１の電圧）が入力電圧フィードバック回路７において設定した入力電圧設定より上昇した場合を考える。本実施形態においては、オペアンプ９ｅ、１０ｈからのフィードバック出力に基づいてスイッチング電源回路８において充電電圧及び充電電流が制御される。すなわちオペアンプ９ｅ、１０ｈの非反転入力部と反転入力部の電位が同電位（イマジナリーショート）になるようにスイッチング電源回路８においてスイッチング制御が行われる。入力電圧が上昇することにより入力電圧フィードバック回路７におけるオペアンプ７ｉの入力部の釣り合いが取れなくなる。また、オペアンプ７ｉの出力は充電電流フィードバック回路１０のオペアンプ１０ｈの入力部に入力されているのでオペアンプ１０ｈの入力部の釣り合いも取れなくなる。すると、スイッチング電源回路８は、オペアンプ１０ｈからのフィードバック信号に基づきオペアンプ７ｉ、１０ｈの入力部の釣り合いが取れるようにスイッチングを行う。このスイッチングを行うことにより充電電流を、入力電圧が入力電圧設定まで低下するような値にまで上昇させる。逆に、入力電圧（太陽電池の電圧）が入力電圧フィードバック回路７において設定した入力電圧設定より低下した場合は、スイッチング電源回路８は、充電電流を、入力電圧が入力電圧設定まで上昇するような値にまで低下させる。すなわち、照射量が増し、太陽電池の電圧が上昇してきた場合は、充電電流を上昇させ、逆に照射量が減り、太陽電池の電圧が低下してきた場合は、充電電流を低下させるようにスイッチング電源回路８が制御を行うことによって太陽電池の電池電圧をある所定の値に制御させている。

マイコン１１は、ＣＰＵ１１ａ、出力ポート１１ｂ、１１ｃ、１１ｅ、１１ｄ、Ａ／Ｄポート１１ｅ、１１ｆから構成され、充電装置１００の動作を制御している。

電池電圧検出回路１２は、抵抗１２ａ、１２ｂから構成される。電池電圧は抵抗１２ａと１２ｂによって分圧され、マイコン１１のＡ／Ｄポート１１ｆに入力される。

充電オンオフ回路１３は、マイコン１１の抵抗１３Ａに連なる出力ポート１１ｂから信号によって制御される。充電を行う場合は、マイコン１１の充電オンオフ回路１３に連なる出力ポート１１ｂから例えばハイ信号を出力することにより、充電装置１００と電池組３ａとが接続され、充電が行われる。逆に充電を終了する場合は、マイコン１１の出力ポート１１ｂから例えばロー信号を出力することにより充電装置１００と電池組３ａとの間が遮断されることによって充電が終了させられる。

電池種判別回路４は、電池パック４ａの種類を判別するための電池種判別手段であり、抵抗４ａから構成される。電池種は、抵抗４ａと、電池パック３内に設定された電池種判別抵抗３ｂとで電圧Ｖｃｃを分圧した値を後述するマイコン１１のＡ／Ｄポート１１ｅに入力することによって判別する。ここでいう電池種とは、例えばリチウムイオン電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池といった電池そのものの種類の違い、又は、リチウムイオン電池におけるセル数の違い（例えば４セル、５セルといった違い）または接続状態（直列、並列）の違いを差すものである。電池種を判別する必要があるのは、電池種によって充電制御方法が異なるため、電池種によってそれぞれ適した充電を行う必要があるためである。

電池温度検出回路５は、抵抗５ａ、５ｂより構成される電池温度検出手段である。電池温度は、抵抗５ａと、抵抗５ｂ及び電池パック３内の電池温度によって抵抗値が変化する感温素子である感温抵抗３ｃの並列抵抗とで電圧Ｖｃｃを分圧した値を、後述するマイコン１１のＡ／Ｄポート１１ｅに入力することによって読取る。

充電状態表示回路１４は、充電の有無をユーザに報知するための表示回路であり、抵抗１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、ＬＥＤ１４ｄ、ＦＥＴ１４ｅからなる。充電中においては、マイコン１１の抵抗１４ｂに連なる出力ポート１１ｃからハイ信号を出力することにより、ＦＥＴ１４ｅをオンさせ、ＬＥＤ１４ｄを点灯させる。逆に充電していない場合は、出力ポート１１ｃからロー信号を出力することにより、ＦＥＴ１４ｅをオフさせ、ＬＥＤ１４ｄを消灯させる。

補助電源２は、マイコン１１や各オペアンプ等の電源であり、ＤＣ／ＤＣコンバータ２ａと、ＰｃｈのＦＥＴ２ｂと、整流ダイオード２ｃと、コイル２ｄと、平滑コンデンサ２ｅと、抵抗２ｆ、２ｇとから構成される。本実施形態においては、太陽電池の電圧を降圧して、マイコン１１等の電源となる電圧Ｖｃｃを生成する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２ａは、平滑コンデンサ６の出力を降圧する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２ａは、出力電圧を抵抗２ｆ、２ｇによって分圧した値が、ＤＣ／ＤＣコンバータ２ａの内部において設定されているある所定値になるようにスイッチング素子であるＦＥＴ２ｂをスイッチングする。抵抗２ｆ、２ｇの値は所望の電圧Vｃｃを抵抗２ｆ、２ｇによって分圧した場合の値がＤＣ／ＤＣコンバータ２ａの内部において設定されている所定電圧になるように設定すればよい。

次に図４の回路ブロック図、図５のフローチャートを参照して本実施の形態による充電装置の動作を説明する。

まず入力電源である太陽電池１が充電装置に接続されると、補助電源２に太陽電池によって電源が供給されることにより、マイコン１１に電力が供給され、マイコン１１が動作状態になる。電池が実装される前においては充電が行われていない状態をユーザに報知するためにLＥＤ１４ｄは消灯状態となっている（ステップ５０１）。LＥＤ１４ｄを消灯するためには、マイコン１１の抵抗１４ｂと連なる出力ポート１１ｃからロー信号を出力することによりＦＥＴ１４ｅをオフさせる。

次に、電池パック３が充電装置１００に実装されたか否かを判別する。電池パック３の接続は、例えばマイコン１１のＡ／Ｄポート１１ｅに入力される電池温度検出回路５の検出信号の変化によって判別すればよい（ステップ５０２）。続いて、電池種検出回路４からの検出信号に基づき、電池種を判別する（ステップ５０３）。電池種は電池パック３内の電池種判別抵抗３ｂの抵抗値に対応して設定されており、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池といった種類に違いや、出力電圧１４．４Ｖ、１８Ｖ電池といった電圧帯又は電池パック３内の電池セルの組数に基づいて設定される。

ここで、充電開始前においては、入力電圧の設定を第１入力電圧設定値Ｖ１になるように定める。上述したように、この第１入力電圧設定値Ｖ１は、抵抗７ｅ〜７ｈに連なるマイコン１１の出力ポート１１ｄから信号を出力しないようにすることによって、抵抗７ｃ、７ｄによって設定される値と定義する（ステップ５０４）。

次に充電を開始する（ステップ５０５）。充電の開始は、マイコン１１の充電オンオフ制御回路１３ａに連なる出力ポート１１ｂから信号を出力することによって制御される。充電が開始されたら、充電の開始をユーザに報知するために、充電状態表示回路１４におけるLＥＤ１４ｄを点灯させる（ステップ５０６）。LＥＤ１４ｄを点灯させるには、マイコン１１の抵抗１４ｂに連なる出力ポート１１ｃからハイ信号を出力し、ＦＥＴ１４ｅをオンさせる。

本実施の形態による充電装置１００は、複数の入力電圧を設定することが可能な回路を有し、所定時間毎に入力電圧を変化させ、その時の充電電流が電池パック３で許容できる充電電流に対応する入力電圧に設定するように構成されている。以下、その方法を示す。

ステップ５０５で充電を開始すると、その時のオペアンプ１０ｇの出力部から出力される値をマイコン１１のＡ／Ｄポート１１ｆにおいて検出することによって充電電流を検出し、その値を記憶する（ステップ５０７）。次に、入力電圧の設定を第２入力電圧設定値Ｖ２に設定する。第２入力電圧設定値Ｖ２は、抵抗７ｃと、抵抗７ｄ、７ｅの並列抵抗とによって設定され、抵抗７ｅに連なるマイコン１１の出力ポート１１ｄからロー信号を出力することによって設定される値である（ステップ５０８）。その時のオペアンプ１０ｇの出力端子から出力される値をマイコン１１のＡ／Ｄポート１１ｆにおいて検出することによって充電電流を検出し、その値を記憶する（ステップ５０９）。

次に、入力電圧の設定を第３入力電圧設定値Ｖ３とする。第３入力電圧設定値Ｖは、抵抗７ｃと、抵抗７ｄ、７ｆの並列抵抗とによって設定され、抵抗７ｆに連なるマイコン１１の出力ポート１１ｄからロー信号を出力することによって設定される値である（ステップ５１０）。その時のオペアンプ１０ｇの出力端子から出力される値をマイコン１１のＡ／Ｄポート１１ｆにおいて検出することによって充電電流を検出し、その値を記憶する（ステップ５１１）。

次に、入力電圧の設定を第４入力電圧設定値Ｖ４とする。第４入力電圧設定値Ｖ４は、抵抗７ｃと、抵抗７ｄ、７ｇの並列抵抗とによって設定され、抵抗７ｇに連なるマイコン１１の出力ポート１１ｄからロー信号を出力することによって設定される値である（ステップ５１２）。その時のオペアンプ１０ｇの出力部から出力される値をマイコン１１のＡ／Ｄポート１１ｆにおいて検出することによって充電電流を検出し、その値を記憶する（ステップ５１３）。

次に、入力電圧の設定を第５入力電圧設定値Ｖ５とする。第５入力電圧設定値Ｖ５は、抵抗７ｃと、抵抗７ｄ、７ｈの並列抵抗とによって設定され、抵抗７ｈに連なるマイコン１１の出力ポート１１ｄからロー信号を出力することによって設定される値である（ステップ５１４）。その時のオペアンプ１０ｇの出力部から出力される値をマイコン１１のＡ／Ｄポート１１ｆにおいて検出することによって充電電流を検出し、その値を記憶する（ステップ５１５）。

次に、電池パック３の電池電圧に基づく最大限供給可能な最大許容電流を求め、ステップ５０７、５０９、５１１、５１３、５１５において検出され記憶された充電電流の値の中からその最大許容電流を超えない範囲で最大の充電電流の時の入力電圧に電圧値を設定する。すなわち、設定したい入力電圧設定値になるように、マイコン１１の出力ポート１１ｄから対応するロー信号を出力する。このようにステップ５０７〜５１６のような処理を行うことで、電池電圧に応じて一番充電電流が大きくなる太陽電池の動作電圧を簡易に検出することができる。

次に、充電を開始して所定時間が経過したか否かを判別する（ステップ５１７）。ステップ５１７において所定時間経過したと判別した場合は、先ほどステップ５０７〜５１６において行ったように入力電圧をＶ１〜Ｖ５まで変化させ、その際のそれぞれの充電電流を検出、記憶する。また、電池パック３の電池電圧に基づく最大限供給可能な最大許容電流を求め、記憶された充電電流の値の中からその最大許容電流を超えない範囲で最大の充電電流の時の入力電圧に電圧値を設定する（ステップ５１８〜５２８）。この処理を一定時間毎に繰返すことのよって常に最適な動作電圧で充電を効率良く行うことができる。

次に満充電か否かを判別する（ステップ５２９）。満充電の判別方法には様々な方法があるが、例えばリチウムイオン電池を充電する場合においては、電池電圧検出回路１２において検出される電池電圧が所定値に達した場合に満充電を判別する方法等が挙げられる。この際の満充電と判別する電池電圧の所定値は、ステップ５０３において検出した電池種に基づき、例えば４セル直列接続のリチウムイオン電池であれば、４セルｘ４．２Ｖ=１６．８Ｖ、５セル直列接続のリチウムイオン電池であれば、５セルｘ４．２Ｖ=２１Ｖといったようにセルあたり４．２Ｖに設定すればよい。尚、設定する所定値の値はこれに限るものではない。

ニッケルカドミウム電池の場合は、例えば、電池温度検出回路５において検出される電池温度が、充電中において所定温度以上に達したら充電を満充電と判別するといった方法が挙げられる。尚、これらの満充電検出方法は一例でありこれに限るものではなく、適宜定める必要がある。

ステップ５２９において、満充電と判別した場合は、充電を終了する（ステップ５３０）。ステップ５２９において満充電でないと判別された場合は、再びステップ５１７に戻る。充電の終了は、マイコン１１の充電オンオフ制御回路１３ａに連なる出力ポート１１ｂからの信号を出力することによって制御される。ステップ５３０において充電を終了させたら、充電が終了したことをユーザの報知するために充電状態表示回路１４のLＥＤ１４ｂを消灯させる（ステップ５３１）。LＥＤ１４ｂを消灯するにはマイコン１１の抵抗１４ｂに連なる出力ポートからロー信号を出力し、ＦＥT１４ｅをオフさせる。

次に電池パック３が充電装置１００から抜かれたか否かを判別し（ステップ５３２）、抜かれた場合はステップ５０１に戻る。このように所定時間毎に入力電圧を変化させその際に充電電流を検出、記憶し、その中において充電電流が最大になる値に入力電圧を設定することによって、一番充電電流が大きくなる太陽電池の動作電圧を簡易に検出することができ、効率の良い充電が可能になる。

以上説明したように、本発明の一実施の形態による充電装置１００において、マイコン１１は、入力電圧フィードバック回路７の抵抗７ｅ〜７ｈに対しロー信号を出力するか否かによって、異なる入力電圧設定値Ｖ１〜Ｖ５を順次設定させる。さらに、それぞれの電圧値に対する充電電流を計測して記憶し、電池パック３の電池電圧に応じた最大許容電流を超えない範囲で最大の充電電流が得られる入力電圧設定値に、充電時の太陽電池１の入力電圧を設定する。この設定を所定時間ごとに繰り返すことで、常に電池電圧に応じた最大の入力電力を太陽電池１に入力させることができる。また、太陽電池１の入力電圧の設定は、抵抗７ｅ〜７ｈのいずれかを選択することによりなされるため、簡単でコストも安い構成により、効率よく充電が可能である。

次に図４の回路ブロック図、図６のフローチャートおよび図７の表を参照ながら本実施の形態による充電装置の動作の変形例を説明する。図６のフローチャートにおいて、ステップ６０１〜ステップ６１５、ステップ６１８〜ステップ６２８、ステップ６３１〜ステップ６３４は、それぞれ図５のステップ５０１〜ステップ５１５、ステップ５１７〜ステップ５２７、ステップ５２９〜ステップ５３２と同一の処理であるので、詳細説明を省略する。

まず入力電源である太陽電池１が充電装置に接続されると、補助電源２に太陽電池によって電源が供給されることにより、マイコン１１に電力が供給され、マイコン１１が動作状態になる。電池が実装される前においては充電が行われていない状態をユーザに報知するためにLＥＤ１４ｄは消灯状態となっている（ステップ６０１）。次に、電池パック３が充電装置１００に実装されたか否かを判別する。（ステップ６０２）。続いて、電池種検出回路４からの検出信号に基づき、電池種を判別する（ステップ６０３）。

充電開始前においては、入力電圧の設定を第１入力電圧設定値Ｖ１になるように定める（ステップ６０４）。次に充電を開始する（ステップ６０５）。充電が開始されたら、充電の開始をユーザに報知するために、充電状態表示回路１４におけるLＥＤ１４ｄを点灯させる（ステップ６０６）。

ステップ６０５で充電を開始すると、その時の充電電流を検出し、その値を記憶する（ステップ６０７）。次に、入力電圧の設定を第２入力電圧設定値Ｖ２に設定し（ステップ６０８）、その時の充電電流を検出し、その値を記憶する（ステップ６０９）。入力電圧の設定を第３入力電圧設定値Ｖ３とし（ステップ６１０）、その時の充電電流を検出し、その値を記憶する（ステップ６１１）。同様に、入力電圧の設定を第４入力電圧設定値Ｖ４とし（ステップ６１２）、その時の充電電流を検出し、その値を記憶する（ステップ６１３）。さらに、入力電圧の設定を第５入力電圧設定値Ｖ５とし（ステップ６１４）、その時の充電電流を検出し、その値を記憶する（ステップ６１５）。

次に、電池パック３の電池電圧に基づく最大限供給可能な最大許容電流を求め、ステップ６０７、６０９、６１１、６１３、６１５において検出され記憶された充電電流の値の中からその最大許容電流を超えない範囲で最大の充電電流の時の入力電圧に電圧値を設定する。このとき、電池の状態を検出する（ステップ６１６）。ここで、電池の状態とは電池の種類、電池の温度などである。電池温度が低い時にあまり多く電流を流すと、電池の性質上好ましくない。そこで図７に示すように、例えば電池温度が温度Ｔ３(例えば０℃)より高く温度Ｔ４(例えば４０℃)よりも低い場合、最大流せるリミット電流を例えば電流Ｉ７とし、温度がＴ３よりも低い場合にはリミット電流を電流Ｉ８と定めておく。すなわち、ステップ６０７、６０９、６１１、６１３、６１５において検出され、入力電圧値として設定する電圧値の時の充電電流が、温度に応じて設定された上記リミット電流を超えている場合には、その次に大きい充電電流が得られたときの入力電圧設定値になるようにする(ステップ６１７)。このように温度に応じたリミット電流を設けることで、電池の性能を低下や危険のない範囲で、一番充電電流が大きくなる太陽電池の動作電圧を簡易に検出することができる。

次に、充電を開始して所定時間が経過したか否かを判別する（ステップ６１８）。ステップ６１８において所定時間経過したと判別した場合は、先ほどステップ６０７〜６１６において行ったように入力電圧をＶ１〜Ｖ５まで変化させ、その際のそれぞれの充電電流を検出、記憶し、電池電圧および電池温度など電池状態に応じて取りうる最大の充電電流であった入力電圧に設定する（ステップ６１９〜６３０）。この処理を一定時間毎に繰返すことのよって常に最適な動作電圧で充電を効率良く行うことができる。

次に満充電か否かを判別する（ステップ６３１）。ステップ６３１において、満充電と判別した場合は、充電を終了する（ステップ６３２）。ステップ６３１において満充電でないと判別された場合は、再びステップ６１８に戻る。ステップ６３２において充電を終了させたら、充電が終了したことをユーザの報知するために充電状態表示回路１４のLＥＤ１４ｂを消灯させる（ステップ６３３）。次に電池パック３が充電装置１００から抜かれたか否かを判別し（ステップ６３４）、抜かれた場合はステップ６０１に戻る。

このように所定時間毎に入力電圧を変化させその際に充電電流を検出、記憶し、その中において、電池の状態に応じて充電電流が最大になる値に入力電圧を設定することによって、とりうる最大の充電電流となる太陽電池の動作電圧を簡易に検出することができ、効率の良く安全に充電が可能になる。

さらに、電池状態に応じて充電電流の最大許容値を超えないように設定が可能であり、より安全に充電を行うことができる。

本発明による充電装置は、上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。例えば、充電装置１００の回路構成については上記に限定されず、同様の作用、動作をするものであれば、他の構成でもよい。

本発明の充電装置は、二次電池の充電装置として利用可能である。

１：太陽電池 ３：電池パック ３ａ：電池組 ３ｂ：電池種判別抵抗 ３ｃ：感温抵抗 ７：入力電圧フィードバック回路 ８：スイッチング電源回路 ９：充電電圧フィードバック回路 １０：充電電流フィードバック回路 １１：マイコン １３：充電オンオフ回路 １５：入力電圧検出回路

Claims (4)

1. 充電電圧を所定の電圧値に制御するための信号をフィードバックする充電電圧フィードバック回路と、充電電流を所定の電流値に制御するための信号をフィードバックする充電電流フィードバック回路と、前記充電電圧フィードバック回路及び前記充電電流フィードバック回路からのフィードバック信号によって出力を前記所定の電圧値及び前記所定の電流値に制御するスイッチング制御手段と、太陽電池からの入力電圧を所定入力電圧値に制御するための信号をフィードバックする入力電圧フィードバック回路と、前記太陽電池からの入力電圧を検出するための入力電圧検出手段と、充電電流を検出するための充電電流検出手段と、を有する太陽電池を入力電源として二次電池を充電するための充電装置であって、
   前記所定入力電圧値として複数の設定値のうちのいずれかを設定する入力電圧設定手段と、
   所定時間毎に前記入力電圧設定手段において選択可能な入力電圧値全てを順次選択し、選択可能な前記入力電圧値毎の充電電流を記憶する充電電流記憶手段と、
   前記二次電池の電池電圧を検出する電池電圧検出手段と、
   前記電池電圧検出手段が検出した電池電圧に応じた最大許容電流値を求める最大許容電流算出手段と、
   前記充電電流記憶手段により記憶された充電電流が前記最大許容電流を超えない範囲で最大になる入力電圧値を前記選択可能な入力電圧値から選択する入力電圧選択手段と、
   を有し、前記入力電圧設定手段は、前記所定時間毎に前記入力電圧を前記入力電圧選択手段が選択した入力電圧に設定を更新し、更新した前記入力電圧で充電を行うことを特徴とする充電装置。
2. 前記入力電圧設定手段は、互いに異なる抵抗値を有する複数の抵抗により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
3. 前記二次電池の状態を検出する電池状態検出手段と、
   前記電池状態検出手段が検出した状態に応じた最大充電電流を定める充電電流制限手段と、
   をさらに有し、
   前記入力電圧選択手段は、前記最大充電電流を超えないように入力電圧値を設定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の充電装置。
4. 太陽電池の電力を二次電池に充電するための充電装置であって、
   前記太陽電池の電力を変換して前記二次電池に充電電流を提供するスイッチング制御手段と、
   前記太陽電池からの入力電力を検出するための入力電圧検出装置と、
   充電電流を検出するための充電電流検出手段と、
   前記スイッチング制御手段を動作させることで、前記充電電流が前記二次電池に応じた電流となるように前記入力電圧を変更する入力制御手段と、
   を備えることを特徴とする充電装置。

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