JP2000023387A

JP2000023387A - 充電回路

Info

Publication number: JP2000023387A
Application number: JP10191666A
Authority: JP
Inventors: Sumio Komi; 澄男小見
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1998-07-07
Filing date: 1998-07-07
Publication date: 2000-01-21
Anticipated expiration: 2018-07-07
Also published as: JP3265570B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電源部の温度上昇を抑制し、バッテリを十分
に充電することができる充電回路を提供することを課題
とする。【解決手段】電源部から開閉部を介してバッテリを充
電する充電電流を検出し、前記充電電流が所定電流値を
越えるときに開閉部を開及び閉し、前記充電電流が前記
所定電流値でないときに前記開閉部を閉じたままとする
ことによって前記バッテリを充電する充電回路であっ
て、前記電源部の温度により前記開閉部の開閉を制御す
ることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バッテリの充電時
に、充電電流を流すことによって上昇する電源部の温度
からバッテリに流れ込む充電電流を制御してバッテリを
充電する充電回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、バッテリによる停電対策を行う通
信機器の充電回路では、浮動充電方式によりバッテリを
充電している場合が多い。すなわち、充電回路の電源部
が、バッテリとバッテリにも接続された通信装置とに対
して給電を同時に行うことが多い。また、電源部の駆動
電源が停電したり、電源部に故障が生ずると、電源部か
らバッテリと装置とに対する給電が途絶える。それに伴
って、無瞬断でバッテリ側から装置に放電を開始する。
そして、バッテリ側からの放電後に、駆動電源が復電す
れば、再度、上記のように、バッテリと装置とへ給電を
同時に行う。すなわち、バッテリの充電が再開される。

【０００３】ここで、従来の充電回路について、特開平
１０−５１９７２号公報に説明されている。以下、該公
報について、図６、図７を用いて説明する。図６におい
て、２１は二次電池２２の充電を行うパルス充電装置で
ある。パルス充電装置２１は、後述する直流電源装置３
１と、直流電源装置３１の出力を所定の周期で接続する
スイッチ回路３２と、このスイッチ回路３２のスイッチ
ング素子のオンオフを制御する制御回路３３とから構成
されている。

【０００４】また、図中、２３は二次電池２２に通電さ
れる充電電流の電流値を測定する電流測定手段であり、
２４は二次電池２２に印加される電圧または二次電池２
２の電池電圧を検出する電圧測定手段である。そして、
２５は電流測定手段２３と電圧測定手段２４からの出力
に基づいて二次電池２２の内部インピーダンスを計算す
る内部インピーダンス測定手段である。

【０００５】さらに、図中、２６は二次電池２２の内部
温度を測定する電池温度測定手段である。電池温度測定
手段２６は、温度によって抵抗値が変化するサーミスタ
等の温度検出素子を含んで構成される。そして、二次電
池２２の内部温度または二次電池２２の外壁温度を温度
センサで検出して検出温度を示す信号を出力する。

【０００６】そして、２７は二次電池２２が満充電状
態、すなわち、充電が１００％完了したことを検出する
満充電検出装置である。２８は充電制御装置であり、内
部インピーダンス測定手段２５により計算した内部イン
ピーダンスの値に基づいて、パルス充電装置２１に充電
開始を指令する。パルス充電装置２１はこの充電開始指
令を受けると、充電動作を開始する。

【０００７】上記の内部インピーダンスが小さい場合に
は、充電制御装置２８からの指令によりパルス充電装置
２１は、二次電池２２にパルス充電によって充電を開始
する。この充電期間中に内部インピーダンス測定手段２
５により二次電流２２の内部インピーダンスを計算す
る。また、これと平行して電池温度測定手段２６により
二次電池２２の電池温度Ｔを測定する。

【０００８】充電制御装置２８は、内部インピーダンス
測定手段２５で計算した内部インピーダンスが上限値以
上であるかを判断する。ここで上限値は、電池の温度上
昇の勾配（ｄＴ／ｄｔ）が予め定めた基準の温度上昇の
勾配以上になったときに満充電状態の検出と判断する電
池温度検出法を用いて定められた値である。

【０００９】そして、充電制御装置２８はその判断に基
づいて、内部インピーダンスが、上限値以上である場合
には、パルス充電装置２１に充電停止指令を出力する。
充電停止指令を受けたパルス充電装置は充電動作を停止
し、充電が完了する。

【００１０】つづいて、図７を用いて、パルス充電回路
２１から出力される充電電流の制御について説明する。
図中、２９はマイクロコンピュータである。マイクロコ
ンピュータ２９は、ＣＰＵ９１、メモリ９２、出力ポー
ト９３及び入力ポート９４のＡ／Ｄ変換器等を内蔵して
おり、二次回路２２の電池電圧、充電電流及び温度を示
す信号がＡ／Ｄ変換器に入力される。この入力をメモリ
９２に記憶したソフトウェアを利用してＣＰＵ９１で信
号処理し、出力ポート９３より制御指令信号を制御回路
３３へ出力する。

【００１１】制御回路３３は、出力ポート９３から出力
される充電開始・停止指令に応じてスイッチ回路３２の
オン・オフ動作を制御する。たとえば、不図示の充電制
御装置２８から二次電池２２の温度が高く、上記の内部
インピーダンスが上限値以上であるため充電を停止する
充電停止指令の信号が出力されると、マイクロコンピュ
ータ９にその信号が入力される。

【００１２】そして、上記のプロセスにより制御回路３
３からの制御信号がスイッチ回路３２に入力される。ス
イッチ回路３２では、制御信号に従ってスイッチをオフ
して、パルス充電装置２１から二次電池２２への充電電
流の出力を停止させる。すなわち、二次電池２２の温度
のよりスイッチ回路３２をオン・オフして充電効率を高
めるとしている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来技
術においては、以下のような問題点があった。

【００１４】まず、バッテリの充電時には、電源部から
バッテリに給電する充電電流は大きくなり、所定の電流
値以上の充電電流を出力することになる。そのため、電
源部の温度が高くなる。電源部の温度が高くなると、後
述するように電流供給量が低下する場合がある。しかし
ながら、従来技術においては、バッテリの温度が高くな
った場合にのみ、スイッチをオン・オフして充電電流の
出力を抑制し、バッテリの充電効率を高めるに過ぎなか
った。

【００１５】また、バッテリへの充電電流の供給量を低
下させないために、電源部の温度を下げる必要がある。
そのために、電源部には大きな放熱器を必要としてい
た。したがって、電源部の小型化を図ることが困難であ
った。

【００１６】さらに、充電回路の電源部には、通常、保
護機能が設けられている。この保護機能は、電源部の温
度の上昇を防止すべく、電源部の温度が一定以上の温度
になると、電源部の出力電圧を低下させる機能である。
したがって、この保護機能により、充電電圧を維持する
ことができない場合も生ずる。この場合には、電源部か
ら充電電流が出力されないため、バッテリの充電を充分
に行えないことになる。

【００１７】（発明の目的）本発明にかかる充電回路
は、電源部の温度上昇を抑制し、バッテリを十分に充電
することができる充電回路を提供することを目的とす
る。

【００１８】また、電源部に必要な放熱器の容積を縮小
させることにより、電源部の小型化を図ることを目的と
する。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の充電回路は、電
源部から開閉部を介してバッテリを充電する充電電流を
検出し、前記充電電流が所定電流値を越えるときに開閉
部を開及び閉し、前記充電電流が前記所定電流値以下の
ときに前記開閉部を閉じたままとすることによって前記
バッテリを充電する充電回路であって、前記電源部の温
度により前記開閉部の開閉を制御することを特徴とす
る。

【００２０】また、本発明の充電回路は、電源部から開
閉部を介してバッテリを充電する充電電流を検出し、前
記充電電流が所定電流値を越えるときに開閉部を開及び
閉し、前記充電電流が前記所定電流値以下のときに前記
開閉部を閉じたままとすることによって前記バッテリを
充電する充電回路であって、前記充電電流を検出する検
出回路と、前記検出回路の出力を入力するフリップフロ
ップ回路とを備え、前記フリップフロップ回路の出力に
より前記開閉部を開閉することにより前記バッテリを充
電することを特徴とする。

【００２１】（作用）本発明にかかる充電回路は、熱検
出素子を電源部の内部に備え、電源部の充電電流による
温度上昇を熱検出素子によって検出し、開閉部の開閉を
制御する。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる充電回路の
実施形態について、図１を用いて説明する。図１は、本
発明の充電回路の構成を示すブロック図である。図１に
おいて、１は充電電流２を検出する検出回路、３は設定
された発振周期を出力する発振器、４は検出回路１から
の出力をＤ入力端子から入力するＤタイプフリップフロ
ップ回路（D-Flip Flop回路；以下、Ｄ−ＦＦ回路とい
う。）、５はＤ−ＦＦ回路４からの出力により開閉され
る開閉部５３を備える充電開閉回路、６は検出回路１及
び発振器３、Ｄ−ＦＦ回路４の電源入力端子にそれぞれ
接続されている基準電源回路、７は充電回路の電源であ
る電源部、８は電源部７から出力される充電電流２を蓄
電するバッテリである。

【００２３】なお、電源部７は、バッテリ８の充電ばか
りでなく、装置へも電力を供給するという浮遊充電方式
を採用していても構わない。

【００２４】つぎに、本実施形態の充電回路を構成して
いる検出回路１等について、図２に示すブロック図を用
いて説明する。図２において、検出回路１は、充電電流
２を電圧変換する抵抗１０と、抵抗１０により変換され
た変換電圧と後述する基準電源回路６において生成され
る基準電圧とを比較し検出する比較検出器１１から構成
される。

【００２５】Ｄ−ＦＦ回路４は、比較検出器１１からの
出力をＤ入力端子から入力する。また、発振器３からの
出力をＣＬＫ入力端子から入力する。発振器３は、無安
定マルチバイブレータから構成される。なお、Ｄ−ＦＦ
回路４からの出力は、発振器３において設定された周期
に依存する。

【００２６】また、充電開閉回路５は、バッテリ８を駆
動させるドライバー５１及び開閉部５３の接点を開閉す
る継電器５２により構成される。さらに、電源部７の入
力部と出力部とには、入力電源９からの電圧を電源部７
またはバッテリ８等に投入する投入器９１を設けてい
る。投入器９１は２接点型であり、電源部７の入力部側
が接点９１Ａ、電源部７の出力部側が９１Ｂである。

【００２７】さらに、開閉部５３の一端子は、接点９１
Ｂの片端と接続される。一方、開閉部５３の他端子は、
継電器５２を介してバッテリ８の入力端子に接続されて
いる。なお、電源部７は、定電圧電源であり、充電電流
を出力するために上昇する温度から電源部７を保護する
機能を有する過電流保護回路を具備する。基準電源回路
６は、シャント式安定化電源回路により構成される。電
源部７及び基準電源回路６の内部構造については後述す
る。

【００２８】つぎに、本実施形態の動作について説明す
る。バッテリ８を充電する場合には、電源部７から充電
電流２が出力される。また、バッテリ８に流れ込む充電
電流２は、検出回路１内の抵抗１０により電圧に変換さ
れる。その変換電圧と基準電源回路６で生成される基準
電圧とを比較検出器１１に入力して両者を比較し検出す
る。

【００２９】そして、検出結果はＤ−ＦＦ回路４に入力
される。検出結果は、上記の変換電圧が基準電圧よりも
高い場合には、充電電流２が所定電流値を越える電流で
あるとしてＤ−ＦＦ回路４に‘Ｈ’が入力される。ま
た、変換電圧が基準電圧よりも低い場合には、充電電流
２が所定電流値以下の電流であるためＤ−ＦＦ回路４に
‘Ｌ’が入力される。

【００３０】Ｄ−ＦＦ回路４には、さらに、発振器３に
おいて設定された発振周期のクロックもＣＬＫ入力端子
から入力される。そして、Ｄ−ＦＦ回路４からの出力
は、発振器３において設定された発振周期によって、Ｑ
出力端子から充電開閉回路５に入力される。

【００３１】充電開閉回路５は、上記のように開閉部５
３を備えられており、開閉部５３の開閉は、発振器３で
設定した発振周期によって制御される。具体的には、充
電電流が所定電流値を越える電流である場合には、Ｑ出
力端子からの出力が、‘Ｌ’となり、閉じていた開閉部
５３が開く。すなわち、充電状態を解放する。そして、
検出回路１に流れる充電電流２が、遮断される。

【００３２】そして、検出回路１において、充電電流２
が所定電流値を越えるの電流として検出されなくなった
ときは、Ｄ−ＦＦ回路４のＤ入力端子から入力される入
力信号は反転する。すなわち、Ｄ−ＦＦ回路４のＤ入力
端子から‘Ｌ’が入力される。したがって、Ｄ−ＦＦ回
路４のＣＬＫ入力端子から‘Ｈ’が入力されると、Ｄ−
ＦＦ回路４のＱ出力端子からの出力が、‘Ｈ’となる。
よって、開閉部５３を閉じる。それにより、ふたたびバ
ッテリ８は充電される。

【００３３】なお、本実施形態において、検出回路１の
位置はバッテリ８の出力側に設けた構成について説明し
たが、検出回路１の設置位置は、バッテリ８の入力側に
設けて、バッテリ８に入力される充電電流２を検出して
もよい。

【００３４】つぎに、図３を用いて電源部７の温度検出
について説明する。図３は、検出回路１及び基準電源回
路６、電源部７の内部構造を示した回路図である。電源
部７の内部には、ヒートシンク７２が備えられている。
ヒートシンク７２には、電力供給用のパワートランジス
タが設けられており、さらに、その１部の温度を測定す
るためにサーミスタ等の熱検出素子７１を配置する。こ
の熱検出素子７１は、充電電流２の増加により、ヒート
シンク７１の温度が上昇するので、電源部７の温度を検
出する。

【００３５】また、基準電源回路６には、シャントレギ
ュレータ６１が設けられている。また、上記比較検出器
１１に入力される基準電圧を変動させる抵抗Ｒ１、Ｒ２
も設けられている。抵抗Ｒ１は、熱検出素子７１と並列
に接続されている。熱検出素子７１は、温度係数が負で
ある素子を使用している。

【００３６】つづいて、電源部７の温度上昇の検出動作
について説明する。まず、電源部７の温度が上昇する
と、ヒートシンク７２及びこれに固着された熱検出素子
７１の温度も上昇する。すなわち、電源部７の温度が上
昇すると、熱検出素子７１のインピーダンスが低下し、
電源部７の温度を検出することができる。なお、熱検出
素子７１には、ポジティブサーミスタ、ネガティブサー
ミスタ等を使用することができる。

【００３７】そして、熱検出素子７１のインピーダンス
の変化により、電源部７から基準電源回路６に流れる電
流量は変化する。また、熱検出素子７１のインピーダン
スの変化は、基準電圧の高低も変化させる。すなわち、
基準電源回路６では、電源部７から出力される電流を検
出している。また、電源部７の内部の温度上昇によって
基準電圧の高低の制御も行っている。

【００３８】また、抵抗Ｒ２を熱検出素子７１と並列に
接続することもできる。この場合には、逆の特性を備え
た熱検出素子７１を使用する。すなわち、熱検出素子７
１は、温度係数が正である素子を使用している。なお、
抵抗Ｒ２のリファレンス電圧をＶref０として、比較検
出器１１に入力される基準電源であるリファレンス電圧
をＶref１とすると、Ｖref１＝（１＋Ｒ１／Ｒ２）・Ｖref０の関係が成立する。

【００３９】さらに、熱検出素子７１の特性は、ヒート
シンク７２の検出温度、電源部７の放熱器の容量等によ
って定めることができる。

【００４０】つぎに、図４に示すタイムチャートを用い
て上記の充電回路の動作を詳細に説明する。まず、時刻
Ｔ₀時において、投入器９１は解放状態にある。この場
合には、電源部７からバッテリ８へ充電電流２は出力さ
れていない。したがって、検出回路１に流れ込む電流
は、バッテリ８に充電されていた電荷によるものであ
る。そのため、充電電流２は検出されない。したがっ
て、比較検出器１１からの出力は‘Ｌ’である。また、
このとき、発振器３の出力も‘Ｌ’であるため、Ｄ−Ｆ
Ｆ回路４からの出力は、‘Ｈ’状態となる。よって、開
閉部５３は閉じられている。

【００４１】つづいて、Ｔ₁時に投入器９１を閉じる
と、Ｔ₂時から電源部７の出力電圧が立ち上がる。そし
て、電源部７から所定の電流以上の充電電流が出力され
る。それに伴って、バッテリ８の充電が開始される。し
たがって、比較検出器１１からの出力も立ち上がる。そ
して、発振器３の出力が‘Ｈ’となるＴ₃時まで、バッ
テリ８は充電される。その後、開閉部５３は解放状態と
なる。そして、バッテリ８は、充電されなくなる。

【００４２】つぎに、開閉部５３の開閉に伴うバッテリ
８の充電量の推移と電源部７の温度上昇について、図５
を用いて説明する。図５は、時刻Ｔ₁からＴ_nの間のバッ
テリ８の充電量の推移と電源部７の温度上昇を示してい
る。本図において、充電開閉回路５がある場合とない場
合について説明する。

【００４３】まず、図中にとして示す点線は、充電開
閉回路５がない場合に上昇する電源部７の温度を示して
いる。また、図中にとして示す太線は、充電回路があ
る場合に上昇する電源部７の温度を示している。そし
て、図中にとして示す細線は、充電回路がない場合
に、バッテリ８に充電されている充電量について示して
いる。さらに、グラフの下段には、図４において説明し
た開閉部５３の開閉を示している。

【００４４】まず、充電回路を設けない場合に、バッテ
リ８に充電される充電量と電源部７の温度について説明
する。図５によると、時刻Ｔ₁からＴ_nの間に、バッテリ
８に充電される充電量と電源部７の温度とが、共に徐々
に上昇する。そして、充電回路を設けていないため、電
源部７の出力部とバッテリ８の入力部とが直結してい
る。そのため、電源部７は充電電流２を所定電流値を越
える状態で給電し続ける。

【００４５】したがって、電源部７の温度が高くなり、
として示す電源部７の温度が、過電流保護回路がＯＮ
される温度以上になる。すると、電源部７を発熱から保
護する保護機能が働き、電源部の出力電圧が低下する。
よって、バッテリ８に充電電流が入力されない。そのた
め、として示すバッテリ８に充電された蓄電圧が放電
され充電量が低下する。

【００４６】一方、充電開閉回路５を設けた場合に、バ
ッテリ８に充電される充電量と電源部７の温度について
説明する。上記のように、充電開閉回路５に備えられて
いる開閉部５３は、Ｄ−ＦＦ回路４のＱ出力端子からの
出力に応じて開閉される。そのため、充電電流２は電源
部７から断続的に出力される。したがって、として示
すように、時刻Ｔ₁からＴ_nの間の時間当たりの電源部７
の温度上昇を抑制することができる。

【００４７】具体的には、温度上昇を抑制することによ
り、電源部７は過電流保護回路がＯＮされる温度以上に
ならないため、過電流保護回路は作動しない。すなわ
ち、充電電圧を維持することができる。そのため、バッ
テリ８の充電効率を高めることができる。

【００４８】

【発明の効果】上述のように、本発明にかかる充電回路
は、開閉部を具備しており、開閉部の開閉は電源部の温
度により制御されている。電源部の温度は充電電流を出
力することにより上昇する。そして、電源部の温度が上
昇すると開閉部が開かれる。そのため、電源部は充電電
流を出力しない。ゆえに、電源部の温度上昇を抑制する
ことができる。

【００４９】具体的には、電源部の温度を過電流保護回
路が作動する温度にまで上昇させないようにすることが
できる。そのため、電源部の電圧をバッテリを充電する
ことができる充電電圧に維持することができる。よっ
て、バッテリの充電を十分に行えるようになる。

【００５０】また、上記のように、開閉部の開閉は電源
部から出力される充電電流によって制御される。開閉部
が開閉されると、充電電流は断続的にバッテリへ出力さ
れる。これに伴い、一定時間当たりに出力される充電電
流は減少する。そのため、上昇する電源部の温度を抑制
することができる。したがって、電源部の温度は上昇し
にくい。そのため、電源部の内部に設けられている放熱
器の容量を小さくすることができる。すなわち、電源部
そのものの小型化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の充電回路の構成を示すブロック図であ
る。

【図２】本発明の充電回路を構成している各々の回路を
示すブロック図である。

【図３】本発明の充電回路の電源部及び基準電源回路、
検出回路の内部の構成を示すブロック図である。

【図４】本発明の充電回路の動作を示すタイムチャート
である。

【図５】バッテリの充電量の推移と電源部の温度上昇の
関係について示したグラフである。

【図６】従来技術にかかる充電回路の構成を示すブロッ
ク図である。

【図７】従来技術にかかる充電回路の充電装置の構成を
示すブロック図である。

【符号の説明】

１検出回路２充電電流３発振器４Ｄタイプフリップフロップ回路（Ｄ−ＦＦ回路）５充電開閉回路６基準電源回路７電源部８バッテリ９入力電源１０抵抗１１比較検出器２１パルス充電装置２２二次電池２３電流測定手段２４電圧測定手段２５内部インピーダンス測定手段２６電池温度測定手段２７満充電検出装置２８充電制御装置５１ドライバ５２継電器５３開閉部６１シャントレギュレータ７１熱検出素子７２ヒートシンク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電源部から開閉部を介してバッテリを充
電する充電電流を検出し、前記充電電流が所定電流値を
越えるときに前記開閉部を開及び閉し、前記充電電流が
前記所定電流値以下のときに前記開閉部を閉じたままと
することによって前記バッテリを充電する充電回路であ
って、前記電源部の温度により前記開閉部の開閉を制御するこ
とを特徴とする充電回路。
【請求項２】請求項１記載の充電回路において、さら
に前記電源部の温度を検出する熱検出素子と、前記熱検
出素子からの出力によって前記充電電流値を検出する基
準電圧を制御する基準電源回路とを備え、前記基準電圧
によって前記充電電流値を検出することを特徴とする充
電回路。
【請求項３】電源部から開閉部を介してバッテリを充
電する充電電流を検出し、前記充電電流が所定電流値を
越えるときに前記開閉部を開及び閉し、前記充電電流が
前記所定電流値以下のときに前記開閉部を閉じたままと
することによって前記バッテリを充電する充電回路であ
って、前記充電電流を検出する検出回路と、前記検出回路の出
力を入力するフリップフロップ回路とを備え、前記フリ
ップフロップ回路の出力により前記開閉部を開閉するこ
とにより前記バッテリを充電することを特徴とする充電
回路。
【請求項４】前記検出回路は前記充電電流を電圧に変
換する抵抗と、前記電圧と前記電源部の温度により制御
される基準電圧とを比較し検出する比較検出器とを備え
ることを特徴とする請求項３記載の充電回路。
【請求項５】前記電源部の温度を検出する熱検出素子
を備え、前記熱検出素子からの出力によって前記基準電
圧を変化させることを特徴とする請求項４記載の充電回
路。
【請求項６】前記開閉部の開閉頻度を前記熱検出素子
の特性により決定することを特徴とする請求項２乃至５
のいずれかに記載の充電回路。