JP2004187366A

JP2004187366A - 汎用充電装置

Info

Publication number: JP2004187366A
Application number: JP2002349243A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiro Takano; 信宏高野; Kazuhiko Funabashi; 一彦船橋
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2002-11-29
Filing date: 2002-11-29
Publication date: 2004-07-02
Anticipated expiration: 2022-11-29
Also published as: US20040108834A1; DE60327978D1; CN1505236A; US7365515B2; EP1424758A3; CN100413175C; EP1424758B1; JP4536997B2; EP1424758A2

Abstract

【課題】充電待機時の低電力化と、充電開始時の電池組に流れる突入電流を抑制する汎用充電装置を提供するものである。
【解決手段】電池組に充電電流を供給するときは、充電中の電池電圧より大きくなる第一の出力電圧で設定し、充電中は所定の充電電流になるよう制御し、充電待機中は第一の出力電圧より低い第二の出力電圧で設定し、第二の出力電圧になるよう制御するようにした。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、携帯用機器等の電源として用いられている異なる素電池数の電池組を一台の充電装置で充電することができる汎用充電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
充電装置として種々のものがあり、特に異なる素電池数の電池組すなわち電池電圧の異なる電池組を一台の充電装置で充電することができる汎用充電装置が普及している。例えば、１．２Ｖの素電池をそれぞれ９個、１０個、１２個直列に接続してなる９．６Ｖ、１２Ｖ、１４．４Ｖの電池電圧を有する３種類の電池組は汎用充電装置があれば１台で充電することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、異なる素電池の電池組を全て充電する汎用充電装置においては、汎用充電装置が充電可能な最も素電池数の多い電池組に対応した出力電圧となるような制御が行われているため、素電池数の少ない電池組を実装して充電しようとした場合、この電池組を充電すべくスイッチ回路を閉じると、定電圧制御されている素電池数の多い電池組に対応した出力電圧が、素電池数の少ない電池組に印加され、スイッチ回路が閉じた瞬間過渡的に電池組に大きな突入電流が流れる。この結果、この充電ループに存在するスイッチ回路に大きなダメージを与えてしまうという問題がある。
【０００４】
また、電池組が実装されていない時や、電池組が満充電と判別され充電を終了するときにはスイッチ回路をオフし、充電電流の供給を遮断するが、電源回路は、充電可能な最も素電池数の多い電池組に対応した出力電圧となるよう制御されているため、消費電力が大きくなるという問題もある。
【０００５】
本発明の目的は上記した従来技術の欠点をなくし，充電待機時の低電力化と、充電開始時の電池組に流れる突入電流を抑制する汎用充電装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の汎用充電装置は、電池電圧の異なる電池組を一台の充電装置で充電するものであって、電池組へ充電電流を供給する電源回路と、電池組への充電電流の供給をオン・オフするスイッチと、該電源回路の出力電圧を検出する出力電圧検出回路と、電池組の電池電圧を検出する電池電圧検出回路とを備え、該スイッチをオンする前に該電源回路の出力電圧を変化させて、該電源回路の該出力電圧と該電池電圧検出回路が検出した電池組の電池電圧との差が所定範囲内になったときに該スイッチをオンする制御手段を備えたことを特徴としている。
【０００７】
請求項２に記載の汎用充電装置は、電池電圧の異なる電池組を一台の充電装置で充電するものであって、電池組へ充電電流を供給する電源回路と、該電源回路の出力電圧を検出する出力電圧検出回路と、出力電圧を複数の出力電圧に設定することが可能な出力電圧設定回路と、前記出力電圧検出回路と出力電圧設定回路の出力に基づいて前記電源回路に帰還をかけ出力電圧を所定の電圧に制御する出力電圧制御回路と、充電電流を検出する充電電流検出回路と、充電電流を設定する充電電流設定回路と、前記充電電流検出回路と充電電流設定回路との出力に基づいて前記電源回路に帰還をかけ充電電流を制御する充電電流制御回路と、電池組への充電電流の供給をオン・オフするスイッチと、該スイッチ回路を駆動するスイッチ駆動回路と、電池組の電池電圧を検出する電池電圧検出回路と、該電池電圧検出回路の出力に基づいて前記出力電圧設定回路、前記充電電流設定回路、及び前記スイッチ駆動回路を制御するマイコンと、該マイコンの電源となる前記電源回路からの出力を定電圧化する定電圧回路を備え、前記マイコンは、前記スイッチ駆動回路を介して前記スイッチをオンさせ、前記電源回路から電池組に充電電流を供給するときは、前記出力電圧設定回路を充電中の電池電圧より大きくなる第一の出力電圧で設定し、充電中は前記充電電流制御御回路の出力に基づいて所定の充電電流になるよう制御し、前記スイッチ駆動回路を介して前記スイッチをオフしている時は、前記出力電圧設定回路を第一の出力電圧より低い第二の出力電圧で設定し、前記出力電圧制御回路の出力に基づいて第二の出力電圧になるよう制御することを特徴としている。
【０００８】
請求項３に記載の汎用充電装置は、請求項２記載の装置において、前記マイコンが前記スイッチ駆動回路を介して前記スイッチがオフ状態からオン状態にさせる時は、前記スイッチ回路の開閉速度に併せて、前記出力電圧設定回路を介して出力電圧を第二の出力電圧から第一の出力電圧に切り替える信号を出力するように制御することを特徴としている。
【０００９】
請求項４記載の汎用充電装置は、請求項２記載の汎用充電装置において、前記マイコンは充電中の電池組の電池電圧に対応しその電池電圧より大きい第一の出力電圧を設定し、前記出力電圧設定回路に出力するようにしたことを特徴としている。
【００１０】
請求項５に記載の汎用充電装置は、請求項２記載の装置に対して、前記マイコンは前記スイッチ駆動回路を介して前記スイッチがオン状態からオフ状態にさせる時に対応して、前記出力電圧設定回路を介して出力電圧を第一の出力電圧から第二の出力電圧に切り替えるとともに、前記マイコンの電源をとなる前記定電圧回路は、前記電源回路の出力が第一の出力電圧から第二の出力電圧に減衰する時間は前記マイコンが動作する所定の電圧を維持できる能力を有することを特徴としている。
【００１１】
かかる構成の汎用充電装置では、電池組に充電電流を供給するときは、充電中の電池電圧より大きくなる第一の出力電圧で設定し、充電中は所定の充電電流になるよう制御し、充電待機中は第一の出力電圧より低い第二の出力電圧で設定し、第二の出力電圧になるよう制御している。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態に係わる汎用充電装置の構成を示した回路図である。図において，１は交流電源、２は複数の素電池を直列接続した電池組、３は電池組２に流れる充電電流を検出する電流検出回路、４は抵抗４ａ、４ｂからなる出力電圧検出回路で、電源回路の２次側整流平滑回路３０の出力電圧を抵抗４ａ、４ｂで分圧し、出力電圧制御回路８０に入力する。５は２次側整流平滑回路３０の出力電圧、及び充電電流の信号をＳＷ制御ＩＣ２３に帰還する信号伝達手段であり、ホトカプラ等からなる。６は電池組２への充電電流の供給をオン・オフせしめるスイッチ回路で、リレーから構成されており、電池組２に充電電流を供給する時は、リレーをオンし、それ以外の電池組２が実装されていないときや、電池組２が満充電と判別され、充電を終了させるときはリレーをオフさせ充電電流の供給を遮断する。
【００１３】
７はスイッチ回路をドライブするスイッチ駆動回路であり、マイコン５０の出力ポート５６の出力に基づいてスイッチ６をドライブする例えばデジタルトランジスタから構成されている。
【００１４】
８は抵抗８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄからなる出力電圧設定回路で、抵抗８ａ、８ｂの分圧比で設定された電圧値を、抵抗８ｃ、抵抗８ｄに連なる夫々の出力ポートを“Ｌ”レベルに選択することで電圧値を変えられ、抵抗８ｃ、抵抗８ｄに連なる夫々の出力ポートを“ハイ・インピーダンス”レベルにすることも可能であり、これにより４種の２次側整流平滑回路３０の出力電圧に相当する電圧値を選択でき、出力電圧を制御するための基準電圧になる。
【００１５】
９は抵抗９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄからなる充電電流設定回路であり、出力ポート５６からの信号に対応して演算増幅器６２の反転入力端に印加する電圧値を変えるものであり、抵抗９ａ、９ｂの分圧比で設定された電圧値を、抵抗９ｃ、抵抗９ｄに連なる夫々の出力ポートを“Ｌ”レベルに選択することで電圧値を変えられ、抵抗９ｃ、抵抗９ｄに連なる夫々の出力ポートを“ハイ・インピーダンス”レベルにすることも可能であり、これにより４種の電流値に相当する電圧値を選択できる。
【００１６】
１０は全波整流回路１１と平滑用コンデンサ１２からなる１次側整流平滑回路、２０は高周波トランス２１、ＭＯＳＦＥＴ２２とＳＷ制御ＩＣ２３、ＳＷ制御ＩＣ用定電圧回路２４、起動抵抗２５からなるスイッチング回路であり、高周波トランス２１は１次巻線２１ａ、２次巻線２１ｂ，３次巻線２１ｃ，４次巻線２１ｄからなり，直流の入力電圧が印可される１次巻線２１ａに対し，２次巻線２１ｂはＳＷ制御ＩＣ用の出力巻線、３次巻線２１ｃは電池組２を充電するための出力巻線，４次巻線２１ｄはマイコン５０，充電電流制御手段６０等の電源用の出力巻線である。なお１次巻線２１ａに対し，２次巻線２１ｂ，４次巻線２１ｄは同極性の構成であり，３次巻線２１ｃは逆極性である。ＳＷ制御ＩＣ２３はＭＯＳＦＥＴ２２の駆動パルス幅を変えて出力電圧を調整するスイッチング電源ＩＣである。また、ＳＷ制御ＩＣ用定電圧回路２４はダイオード２４ａ、３端子レギュレータ２４ｂ、コンデンサ２４ｃ、２４ｄから構成されおり、２次巻線２１ｂからの出力電圧を定電圧化する。
【００１７】
３０はダイオード３１、平滑用コンデンサ３２、抵抗３３からなる２次側整流平滑回路、４０は抵抗４１、４２からなる電池電圧検出回路で、電池組２の端子電圧を分圧する。５０は演算手段（ＣＰＵ）５１、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５３、タイマ５４、Ａ／Ｄコンバータ５５、出力ポート５６、リセット入力ポート５７からなるマイコンである。ＣＰＵ５１は、Ａ／Ｄコンバータ５５の入力データに基づいて、サンプリングごとに最新の電池電圧と複数サンプリング前の電池電圧とを比較し、その結果に基づいて電池組２の満充電は判別する。ＲＡＭ５３はサンプリングした最新の電池電圧までの所定数のサンプリングした電池電圧を記憶する。
【００１８】
６０は演算増幅器６１、６２、抵抗６３〜６７、ダイオード６８からなる充電電流制御回路であり、充電電流検出回路３に流れる充電電流を検出し、この充電電流に対応する電圧を反転増幅させた出力電圧と、充電電流設定回路９で設定された充電電流設定基準電圧との差を増幅し、信号伝達手段５を介してＳＷ制御ＩＣ２３に帰還をかけ制御する。すなわち、充電電流が大きい場合はパルス幅を狭めたパルスを、逆の場合はパルス幅を広げたパルスを高周波トランス２１に与え整流平滑回路３０で直流に平滑し、充電電流を一定に保つ。すなわち電流検出回路３、充電電流制御回路６０、信号伝達手段５、スイッチング回路２０、整流平滑回路３０を介して充電電流を設定電流値となるように制御する。
【００１９】
７０は電源トランス７１、全波整流回路７２、平滑コンデンサ７３、３端子レギュレータ７４、リセットＩＣ７５からなる定電圧回路で、マイコン５０、充電電流制御手段６０等の電源となる。リセットＩＣ７５はマイコン５０を初期状態にするためにリセット入力ポート５７にリセット信号を出力する。
【００２０】
８０は演算増幅器８１、抵抗８２〜８５、ダイオード８６からなる出力電圧設定回路であり、出力電圧検出回路４からの電圧と出力電圧設定回路８からの電圧との差を増幅し、信号伝達手段５を介してＳＷ制御ＩＣ２３に帰還をかけ出力電圧を制御する。
【００２１】
次に、本発明の実施の形態に係わる汎用充電装置の出力電圧制御方法について、図２に示したフローチャートに従って説明する。図２（ａ）は出力電圧制御方法の第１実施例に係わるフローチャートであり、図２（ｂ）は第２実施例に係わるフローチャートである。
【００２２】
図２（ａ）に示した第１実施例において、まず、電池組２が実装されているかどうかの判断がされる（Ｓ１）。電池組２が実装されていない場合は、電池組２が実装されるまで待機する。出力電圧設定回路８が出力電圧制御回路８０に出力する電圧は、抵抗８ｃ、抵抗８ｄに連なる出力ポート５６からの出力（以下、それぞれを「第１ポート出力」、「第２ポート出力」という。）のそれぞれを“Ｌ”レベルあるいは“Ｈ”レベルにすることで４通りに可変することができ、これにより２次側整流平滑回路３０から４通りの出力電圧を選択的に出力させることができる。
【００２３】
電池組２が実装されていない充電待機時は（Ｓ１：ＮＯ）、２次側整流平滑回路３０からの出力電圧が最も低くなるよう、例えば、第１ポート出力と第２ポート出力を共に“Ｌ”レベルとする。これにより、待機時における消費電力の低減化を図ることができる。
【００２４】
電池組２が汎用充電装置に実装されると（Ｓ１：ＹＥＳ）、マイコン５０は電池電圧検出回路４０の出力に基づいて電池電圧を検出し（Ｓ２）、検出した電池電圧に基づいて第１ポート出力と第２ポート出力を決定する（Ｓ３）。例えば、第１ポート出力と第２ポート出力をそれぞれ“Ｌ”レベル、“Ｈ”レベルとすることにより２次側整流平滑回路３０からの出力電圧が２番目に低くなるようにし、第１ポート出力と第２ポート出力をそれぞれ“Ｈ”レベル、“Ｌ”レベルとすることにより２次側整流平滑回路３０からの出力電圧が３番目に低くなる（２番目に高くなる）ようにする。また、第１ポート出力と第２ポート出力を共に“Ｈ”レベルとすることにより２次側整流平滑回路３０からの出力電圧が最も高くなるようにする。そして、検出した電池電圧が所定電圧以下（例えば、１２Ｖ以下）の場合には、２番目に低い電圧、例えば、１３Ｖが２次側整流平滑回路３０から出力されるように第１出力ポートと第２出力ポートを制御し、検出した電池電圧が所定電圧よりも高い場合には、２番目に高い電圧が２次側整流平滑回路３０から出力されるように第１出力ポートと第２出力ポートを制御する。
【００２５】
通常、第１ポート出力と第２ポート出力は共に“Ｈ”レベルに設定されており、２次側整流平滑回路３０からは、最も高い電圧、例えば、４０Ｖの出力がある。上記の例で、検出した電池電圧が１２Ｖの場合には、第１ポート出力と第２ポート出力をそれぞれ“Ｈ”レベル、“Ｌ”レベルに切り換え、２次側整流平滑回路３０からの出力を１３Ｖに落とす。このとき、コンデンサ３２に蓄えられていた電荷が抵抗３３を介して所定の時定数で放電されるため、第１ポート出力と第２ポート出力を切り換えた後、所定時間が経過したかどうかの判断を行う（Ｓ４Ａ）。所定時間が経過し（Ｓ４Ａ：ＹＥＳ）、２次側整流平滑回路３０からの出力が１３Ｖに落ちたところで、マイコン５０は出力ポート５６を介して、スイッチ駆動回路７に信号を出力してスイッチ６をオフ状態からオン状態にする（Ｓ５）。
【００２６】
その後、第１の出力ポートと第２の出力ポートを共に“Ｈ”レベルに切り換え（Ｓ６）、出力電圧設定回路８を介して２次側整流平滑回路３０からの出力電圧を、例えば、１３Ｖから充電可能な４０Ｖに増加させる。スイッチ６のリレーは実際の信号に対し、接点が閉じるまでには若干の時間遅れがあり、この時間遅れを補正するように、スイッチ駆動回路７に出力する信号に対して、出力電圧設定回路８に出力する信号を上記の時間に合わせて遅らせるようにすれば、リレーが閉じた瞬間、過渡的に電池組２に大きな突入電流を抑制し、この結果、この充電ループに存在するスイッチ回路６のリレーへのダメージをなくすることが可能になる。
【００２７】
また、電池組２の充電が完了した場合等の、前記スイッチがオン状態からオフ状態にさせる時は、マイコン５０は前記出力電圧設定回路８を介して出力電圧を充電時の電池電圧より高い設定電圧から、充電待機時の低電圧出力に切り替えるが、このときは、出力電圧を充電時の電池電圧より高い設定電圧から充電待機時の低電圧出力に減衰する間は、定電圧制御回路は電源回路の出力を絞る信号、すなわち、電源回路の出力をオフする信号を出力する。そのためマイコン５０の電源をとなる定電圧回路７０は、電源回路の出力が電池電圧より高い設定電圧から充電待機時の低電圧出力に減衰する時間はマイコン５０が動作する所定の電圧を維持できる能力を有することが必要であり、この減衰する時間に対応して、定電圧回路７０のコンデンサ７２、７３の容量を選定する必要がある。
【００２８】
図２（ｂ）に示したフローチャートは、図２（ａ）に示したフローチャートのＳ４Ａの処理がＳ４Ｂの処理に変更された点のみが異なっている。Ｓ３で第１ポート出力と第２ポート出力の信号レベルが適宜決定されると、２次側整流平滑回路３０からの出力電圧Ｖｏｕｔが電池電圧Ｖｉｎ近傍まで低下したかどうかの判断を行う（Ｓ４Ｂ）。例えば、２次側整流平滑回路３０からの出力電圧Ｖｏｕｔが電池電圧Ｖｉｎよりも５Ｖ以上低くなるまで待機し（Ｓ４Ｂ：ＹＥＳ）、その上でリレーを閉じるようにしている。出力電圧Ｖｏｕｔと電池電圧Ｖｉｎの比較を行うためには、２次側整流平滑回路３０からの出力電圧ＶｏｕｔはＡ／Ｄ変換した値でなければならないので、電池電圧Ｖｉｎを抵抗４１，４２を介してＡ／Ｄコンバータ５５に入力するのと同様の構成が２次側整流平滑回路３０の出力電圧をＡ／Ｄ変換するために必要となる。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように、請求項１乃至５記載の発明によれば，充電待機時の低電力化と、充電開始時の電池組に流れる突入電流を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係わる汎用充電装置の構成を示した回路図。
【図２】（ａ）は図１に示した汎用充電装置の動作を説明した第１実施例に係わるフローチャート、（ｂ）は第２実施例に係わるフローチャート。
【符号の説明】
２は電池組、３は充電電流検出回路、４は出力電圧検出回路、６はスイッチであるリレー、７はスイッチ駆動回路、８は出力電圧設定回路、９は充電電流設定回路、１０は１０は１次側整流平滑回路、２０はスイッチング回路、３０は２次側整流平滑回路、４０は電池電圧検出回路、５０はマイコン、６０は充電電流制御回路、７０定電圧回路で、８０は出力電圧制御回路である。

Claims

電池電圧の異なる電池組を一台の充電装置で充電する汎用充電装置であって、電池組へ充電電流を供給する電源回路と、電池組への充電電流の供給をオン・オフするスイッチと、該電源回路の出力電圧を検出する出力電圧検出回路と、電池組の電池電圧を検出する電池電圧検出回路とを備え、該スイッチをオンする前に該電源回路の出力電圧を変化させて、該電源回路の該出力電圧と該電池電圧検出回路が検出した電池組の電池電圧との差が所定範囲内になったときに該スイッチをオンする制御手段を備えたことを特徴とする汎用充電装置。
電池電圧の異なる電池組を一台の充電装置で充電する汎用充電装置であって、電池組へ充電電流を供給する電源回路と、該電源回路の出力電圧を検出する出力電圧検出回路と、出力電圧を複数の出力電圧に設定することが可能な出力電圧設定回路と、前記出力電圧検出回路と出力電圧設定回路の出力に基づいて前記電源回路に帰還をかけ出力電圧を所定の電圧に制御する出力電圧制御回路と、充電電流を検出する充電電流検出回路と、充電電流を設定する充電電流設定回路と、前記充電電流検出回路と充電電流設定回路との出力に基づいて前記電源回路に帰還をかけ充電電流を制御する充電電流制御回路と、電池組への充電電流の供給をオン・オフするスイッチと、該スイッチ回路を駆動するスイッチ駆動回路と、電池組の電池電圧を検出する電池電圧検出回路と、該電池電圧検出回路の出力に基づいて前記出力電圧設定回路、前記充電電流設定回路、及び前記スイッチ駆動回路を制御するマイコンと、該マイコンの電源となる前記電源回路からの出力を定電圧化する定電圧回路を備え、前記マイコンは、前記スイッチ駆動回路を介して前記スイッチをオンさせ、前記電源回路から電池組に充電電流を供給するときは、前記出力電圧設定回路を充電中の電池電圧より大きくなる第一の出力電圧で設定し、充電中は前記充電電流制御御回路の出力に基づいて所定の充電電流になるよう制御し、前記スイッチ駆動回路を介して前記スイッチをオフしている時は、前記出力電圧設定回路を第一の出力電圧より低い第二の出力電圧で設定し、前記出力電圧制御回路の出力に基づいて第二の出力電圧になるよう制御することを特徴とする汎用充電装置。
前記マイコンが前記スイッチ駆動回路を介して前記スイッチがオフ状態からオン状態にさせる時は、前記スイッチ回路の開閉速度に併せて、前記出力電圧設定回路を介して出力電圧を第二の出力電圧から第一の出力電圧に切り替える信号を出力するように制御することを特徴とする請求項２記載の汎用充電装置。
前記マイコンは充電中の電池組の電池電圧に対応しその電池電圧より大きい第一の出力電圧を設定し、前記出力電圧設定回路に出力するようにしたことを特徴とする請求項２記載の汎用充電装置
前記マイコンは前記スイッチ駆動回路を介して前記スイッチがオン状態からオフ状態にさせる時に対応して、前記出力電圧設定回路を介して出力電圧を第一の出力電圧から第二の出力電圧に切り替えるとともに、前記マイコンの電源をとなる前記定電圧回路は、前記電源回路の出力が第一の出力電圧から第二の出力電圧に減衰する時間は前記マイコンが動作する所定の電圧を維持できる能力を有することを特徴とする請求項２記載の汎用充電装置。