JP2005110389A

JP2005110389A - 充電器

Info

Publication number: JP2005110389A
Application number: JP2003339263A
Authority: JP
Inventors: Atsuaki Kumagai; 篤朗熊谷
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-09-30
Filing date: 2003-09-30
Publication date: 2005-04-21

Abstract

【課題】バッテリー端子の極性を考慮することなく、ケーブルを接続することができる充電器を提供する。
【解決手段】充電器１は、充電回路９のプラス充電端子７と第一ケーブル４とが導通し、かつマイナス充電端子８と第二ケーブル５とが導通する第一導通状態と、プラス充電端子７と第二ケーブル５とが導通し、かつマイナス充電端子８と第一ケーブル４とが導通する第二導通状態と、充電端子７，８とケーブル４，５とを非導通とする非導通状態とのいずれかとなるリレー回路１０を設けた。両ケーブル４，５をバッテリー端子３ａ，３ｂに取り付け際に、両ケーブル４，５間に発生するバッテリー電圧に基づいて、各ケーブル４，５に取り付けられたバッテリー端子３ａ，３ｂの極性を判定し、リレー回路１０を第一導通状態、又は第二導通状態とする判定制御回路１１を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリーに電気を供給する充電器に関するものである。

従来から、図３に示されるように、コンセントｂ等の外部交流電源からバッテリーｇに電気を供給する充電器ａはよく知られている。この充電器ａは、内部に備えられた充電回路ｄのプラス充電端子ｈと導通するクリップ状のプラス用ケーブルｅと、マイナス充電端子ｉと導通するマイナス用ケーブルｆとを備えている。そして、充電する際は、プラス用ケーブルｅをバッテリーｇのプラスバッテリー端子ｊへ挟んで接続し、マイナス用ケーブルｆをマイナスバッテリー端子ｋへ接続する。

しかし、上述の従来構成は、ケーブルをバッテリー端子に接続するときに、バッテリー端子の極性を確認した上で、その極性に対応するケーブルを接続しなければならなかった。したがって、作業者にとっては、極性の確認作業が面倒であると共に、夜間等の視界不良の環境では接続作業が困難であった。また、接続を間違えるとショートして充電器及びバッテリーを破損させてしまうことから、充電器の扱いに不慣れな者は接続作業を敬遠しがちであった。

そこで、本発明は、充電器とバッテリーを接続する作業を飛躍的に簡便なものとすることができる充電器を提供することを目的とする。

本発明は、外部交流電源を供給源とし、該外部交流電源より得た電気を出力するプラス充電端子及びマイナス充電端子を備えた充電回路と、バッテリーに備えられたプラスバッテリー端子及びマイナスバッテリー端子にそれぞれ取り付けられる第一ケーブル及び第二ケーブルとを備え、該バッテリー端子対を介して、バッテリーに電気を供給する充電器であって、プラス充電端子と第一ケーブルとが導通し、かつマイナス充電端子と第二ケーブルとが導通する第一導通状態と、プラス充電端子と第二ケーブルとが導通し、かつマイナス充電端子と第一ケーブルとが導通する第二導通状態と、充電端子とケーブルとが非導通となる非導通状態とのうち、いずれかの導通状態となる導通切換回路と、両ケーブルと導通切換回路とにそれぞれ電気的に接続され、両ケーブルをバッテリー端子から取り外した際に、導通切換回路を非導通状態とすると共に、両ケーブルをバッテリー端子に取り付けた際に、両ケーブル間に発生するバッテリー電圧に基づいて、各ケーブルが取り付けられたバッテリー端子の極性をそれぞれ判定し、第一ケーブルが取り付けられたバッテリー端子がプラスバッテリー端子であった場合は導通切換回路を第一導通状態とし、第一ケーブルが取り付けられたバッテリー端子がマイナスバッテリー端子であった場合は導通切換回路を第二導通状態とする判定制御回路とを備えたことを特徴とする充電器である。

かかる構成にあっては、両ケーブルがバッテリー端子に取り付けられた際に、両ケーブル間に電圧が発生し、第一ケーブルと第二ケーブルとの間に電位差が生じる。そして、本発明にかかる判定制御回路は、この電位差に基づいて、各ケーブルに接続されたバッテリー端子の極性をそれぞれ検出し、検出したバッテリー端子の極性に応じて適正に導通切換回路を制御して、充電端子とケーブルとを導通させることとなる。これにより、ケーブルをいずれのバッテリー端子に取り付けても、適正に極性が一致することとなり、ケーブル取り付け時にバッテリー端子の極性を考慮する必要が無くなる。

ここで、判定制御回路が、両ケーブルをバッテリー端子に取り付けた際に結線されて電流が流れる判定用結線回路を備え、この判定用結線回路を流れた電流の方向により、前記バッテリー端子の極性を判定する構成が提案される。

かかる構成にあって、ケーブルをバッテリー端子に取り付けると、判定用結線回路にバッテリー電圧が発生し、電流が流れる。そして、この判定用結線回路には、接続されたバッテリーのプラスバッテリー端子からマイナスバッテリー端子に向かって電流が流れるため、第一ケーブルがプラスバッテリー端子に取り付けられた場合と、第二ケーブルがプラスバッテリー端子に取り付けられた場合とでは、電流の方向性が異なってくる。そこで、この電流の方向性の違いからケーブルに接続された各バッテリー端子の極性を判定することが可能となる。

ここで、判定用結線回路の電流方向性を検出する構成としては、従来技術を用いて種々の構成が提案され得る。例えば、判定用結線回路が、直列接続された複数の抵抗を備え、第一ケーブルがプラスバッテリー端子に取り付けられた場合に、電流が該抵抗を所定の第一方向に流れ、第一ケーブルがマイナスバッテリー端子に取り付けられた場合に、電流が所定の第二方向に流れる構成が好適である。

かかる構成とすることにより、簡易な構成で判定用結線回路の電流方向性を検出することが可能となり、メンテナンスもしやすい。

また、判定制御回路が、バッテリー端子から両ケーブルを取り外した際に、判定用結線回路の直流電圧がゼロになることを検出すると共に、ゼロとなった直流電圧を検出すると、導通切換回路を非導通状態とする構成が提案される。

かかる構成とすることにより、例えば、導通切換回路が第一導通状態又は第二導通状態に自己保持された場合であっても、ケーブルをバッテリー端子に取り付ける際には、ケーブルと充電端子とを非導通とすることができることとなり、取り付け時にショートすることを回避できる。

また、判定制御回路が、第一ケーブルがプラスバッテリー端子に取り付けられた場合は、導通切換回路に第一信号を出力し、第一ケーブルがマイナスバッテリー端子に取り付けられた場合は、第二信号を出力すると共に、導通切換回路が、第一信号を検出する第一検出部及び第二信号を検出する第二検出部と、第一検出部が第一信号を検出すると導通状態となる第一スイッチ部及び第二検出部が第二信号を検出すると導通状態となる第二スイッチ部とを備え、第一スイッチ部が導通状態となると第一導通状態となり、第二スイッチ部が導通状態となると第二導通状態となる構成が提案される。

かかる構成とすることにより、各ケーブルに取り付けられたバッテリー端子の極性に応じて、充電回路の充電端子極性とバッテリーのバッテリー端子極性とを一致させることが可能となる。

本発明の充電器は、両ケーブルをバッテリー端子に取り付けた際に、両ケーブル間に発生するバッテリー電圧に基づいて、各ケーブルに取り付けられたバッテリー端子の極性をそれぞれ判定し、この判定結果から充電端子とケーブルとを適正に導通させる構成としたため、作業者がバッテリー端子の極性を全く考慮することなくケーブルをバッテリー端子に接続してもショートすることなく確実に充電することが可能となる。これにより、充電器とバッテリーの接続作業が飛躍的に簡便となり、不慣れな者も接続作業を行うことが可能となる優れた効果が生まれる。

また、判定制御回路が、両ケーブルをバッテリー端子に取り付けた際に結線されて電流が流れる判定用結線回路を備え、この判定用結線回路を流れた電流の方向により、バッテリー端子の極性を判定する構成とした場合は、ケーブルの取り付け方により、判定用結線回路に流れる電流の方向性が異なってくる。したがって、この電流の方向性の違いからケーブルに接続された各バッテリー端子の極性を判定することが可能となる。

また、判定用結線回路が、直列接続された複数の抵抗を備えた構成とした場合は、簡易な構成で判定用結線回路の電流方向性を検出することが可能となり、メンテナンスもしやすい利点がある。

さらに、判定制御回路が、判定用結線回路の直流電圧がゼロになると、導通切換回路を非導通状態とする構成とした場合は、ケーブルをバッテリー端子に取り付ける際には、ケーブルと充電端子とを非導通とすることができることとなり、取り付け時にショートしてしまうことがない。

また、判定制御回路が、導通切換回路に第一、第二信号を出力し、導通切換回路が、第一信号に基づいて第一導通状態となり、第二信号に基づいて第二導通状態状態となる構成とした場合は、各ケーブルに取り付けられたバッテリー端子の極性に応じて、充電回路の充電端子極性とバッテリーのバッテリー端子極性とを一致させることが可能となる。

本発明にかかる充電器１は、図１に示されるように、バッテリー３に突設された二つのバッテリー端子３ａ，３ｂに、先端が導電材料からなるクリップ状の二つのケーブル４，５をそれぞれ挟んで取り付けることにより、相互を電気的に接続させて、コンセント２（外部交流電源）を供給源として電気をバッテリー３に供給するものである。

上述のバッテリー３は、ＤＣ１２Ｖの鉛蓄電池であって、充電器１からの電気が入力されるプラスバッテリー端子３ａとマイナスバッテリー端子３ｂとを備えている。このバッテリー３は、公知のバッテリーが好適に用いられる。なお、バッテリー３の構造の詳細については、公知技術であるため省略する。

一方、充電器１には、ＡＣ１００ＶのＡＣアダプター６、及び充電端子７，８を具備した充電回路９が内蔵されている。そして、ＡＣアダプター６をコンセント２に接続することにより、プラス充電端子７、及びマイナス充電端子８から電気が出力される。この充電回路９は、公知の充電回路が好適に用いられる。図２に示されるように、本実施形態例にあっては、ワンチップ型の充電回路９を採用すると共に、充電中は発光ダイオードが点灯するようにして、作業者に現在の充電状況を適正に報知する構成としている。なお、充電回路９の構成の詳細については、公知技術であるため省略する。

次に、本発明の要部について説明する。
本発明にかかる充電器１は、第一ケーブル４と第二ケーブル５とを備えている。この第一、第二ケーブル４，５は、リレー回路１０（導通切換回路）を介して、充電回路９の充電端子７，８と電気的に接続されることとなる（図１，２参照）。

このリレー回路１０は、次の三つの導通状態のうち、いずれかとなる。一つは、プラス充電端子７と第一ケーブル４とが導通し、かつマイナス充電端子８と第二ケーブル５とが導通する第一導通状態である。二つ目は、プラス充電端子７と第二ケーブル５とが導通し、かつマイナス充電端子８と第一ケーブル４とが導通する第二導通状態である。三つ目は、充電端子７，８とケーブル４，５とが非導通となる非導通状態である。

そして、このリレー回路１０は、図２に示されるように、ＲＡコイル（第一検出部）２０とＲＢコイル（第二検出部）２１とを備えている。さらに、ＲＡコイル２０に電流が流れると導通状態（ＯＮ）となり、これに対し電流が流れない場合に非導通状態（ＯＦＦ）となる一組のＲＡスイッチ２２ａ，２２ｂ（第一スイッチ部）と、ＲＢコイル２１に電流が流れると導通状態となり、これに対し電流が流れない場合に非導通状態となる一組のＲＢスイッチ２３ａ，２３ｂ（第二スイッチ部）とを備えている。

さらに詳述すると、プラス充電端子７と第一ケーブル４とを結ぶ第一導電線路２５上にＲＡスイッチ２２ａが接続され、このＲＡスイッチ２２ａがＯＮとなることによって、プラス充電端子７と第一ケーブル４とが導通する。

また、マイナス充電端子８と第二ケーブル５とを結ぶ第二導電線路２６上にＲＡスイッチ２２ｂが接続され、このＲＡスイッチ２２ｂがＯＮとなることによって、マイナス充電端子８と第二ケーブル５とが導通する。

一方、ＲＡスイッチ２２ａの第一ケーブル４側の接続点３０とＲＡスイッチ２２ｂの充電回路９側の接続点３１とを結ぶ第三導電線路２８上にＲＢスイッチ２３ｂが接続され、このＲＢスイッチ２３ｂがＯＮとなることによって、マイナス充電端子８と第一ケーブル４とが導通する。

また、ＲＡスイッチ２２ｂの第二ケーブル４側の接続点３２とＲＡスイッチ２２ａの充電回路９側の接続点３３とを結ぶ第四導電線路２７上にＲＢスイッチ２３ａが接続され、このＲＢスイッチ２３ａがＯＮとなることによって、プラス充電端子７と第二ケーブル５とが導通する。

かかる構成にあって、ＲＡコイル２０に電流が流れると、ＲＡスイッチ２２ａ，２２ｂが同時にＯＮとなって、リレー回路１０が第一導通状態となる。一方、ＲＢコイル２１に電流が流れると、ＲＢスイッチ２３ａ，２３ｂがＯＮとなって、リレー回路１０が第二導通状態となる。一方、コイル２０，２１に電流が流れない場合は、両スイッチ２２，２３がＯＦＦとなって、リレー回路１０は非導通状態となる。

さらに、充電器１は、両ケーブル４，５とリレー回路１０とに電気的に接続された判定制御回路１１を備えている。この判定制御回路１１は、ＩＣ回路により構成され、三つの機能に大別される。一つは、両ケーブル４，５をバッテリー端子３ａ，３ｂから取り外した際に、第一導通状態又は第二導通状態のいずれかに自己保持されたリレー回路１０を開放し、非導通状態とする自己保持開放機能である。

もう一つは、両ケーブル４，５がバッテリー端子３ａ，３ｂに取り付けられた際に、両ケーブル４，５間に発生するバッテリー電圧に基づいて、各ケーブル４，５に取り付けられたバッテリー端子３ａ，３ｂの極性を判定するバッテリー極性判定機能である。

最後の一つは、第一ケーブル４が取り付けられたバッテリー端子がプラスバッテリー端子３ａであると判定した場合に、リレー回路１０を第一導通状態とし、第一ケーブル４が取り付けられたバッテリー端子がマイナスバッテリー端子３ｂであると判定した場合に、リレー回路１０を第二導通状態とする回路切換機能である。

ここで、前記バッテリー判定機能を担う判定制御回路１１は、直列接続された二つの抵抗Ｒ１，Ｒ２により構成された判定用結線回路１２を備えている（図２参照）。さらに詳述すると、抵抗Ｒ１は、一端が第一ケーブル４と接続し、他端が抵抗Ｒ２と接続している。また、抵抗Ｒ２は、一端が第二ケーブル５と接続し、他端が抵抗Ｒ１と接続されている。そして、両ケーブル４，５がバッテリー端子３ａ，３ｂに取り付けられると、判定用結線回路１２が結線されて、抵抗Ｒ１，Ｒ２を含むループ回路が形成される。そして、かかる回路に、バッテリー３に残留するバッテリー電圧に基づいて両抵抗Ｒ１，Ｒ２に電流が流れる。そして、判定制御回路１１が、抵抗Ｒ１に流れた電流の方向性を検知する。そして、リレー回路１０に後述の第一又は第二信号を出力する。

また、前記自己保持開放機能を担う判定制御回路１１は、ゼロ・クロス回路を応用した回路により構成される。すなわち、バッテリー端子３ａ，３ｂから両ケーブル４，５を取り外した際に、判定用結線回路１２の抵抗Ｒ１の直流電圧がゼロになることを検出すると共に、ゼロとなった直流電圧を検出すると、両コイル２０，２１の電流をＯＦＦとすることにより、両スイッチ２２，２３を開放し、リレー回路１０を非導通状態とする。

なお、放電されて充電が必要なバッテリー３であっても、常に残存電圧があることが一般的であり、両ケーブル４，５を当該バッテリー３のバッテリー端子３ａ，３ｂに取り付けることにより、両ケーブル４，５に数Ｖ程度の電圧が負荷される。

次に、充電器１の動作を使用方法と合わせて説明する。
バッテリー３と充電器１とが互いに接続されていない状態で、まず、コンセント２に充電器１のＡＣアダプター６を差し込む。そして、第一ケーブル４と第二ケーブル５とを、バッテリー端子３ａ，３ｂの極性を考慮することなく、各バッテリー端子３ａ，３ｂに挟んで取り付ける。なお、本発明は、両ケーブル４，５がバッテリー端子３ａ，３ｂから取り外されて非導通状態のときは、ケーブル４，５と充電回路９とが非導通となっているため、取り付け時にショートしない。

仮に、第一ケーブル４がプラスバッテリー端子３ａに取り付けられ、第二ケーブル５がマイナスバッテリー端子３ｂに取り付けられたとすると、充電器１の判定用結線回路１２には、図２の回路図中、反時計回りに電流が流れる。すなわち、抵抗Ｒ１には、右から左方向に電流が流れる。

そして、この抵抗Ｒ１の電流方向により判定制御回路１１は、フォトカプラを経由して、ＲＡコイル２０に第一信号を出力し、ＲＡコイル２０に電流を流す。このＲＡコイル２０に電流が流れると、両ＲＡスイッチ２２ａ，２２ｂがＯＮとなって、第一導電線路２５と第二導電線路２６とが形成され、非導通状態であったリレー回路１０が第一導通状態となる。これにより、プラス充電端子７と第一ケーブル４とが導通し、かつマイナス充電端子８と第二ケーブル５とが導通することとなり、充電回路９の端子極性とバッテリー３の端子極性とが一致する。

一方、仮に、第一ケーブル４がマイナスバッテリー端子３ｂに接続され、第二ケーブル５がプラスバッテリー端子３ａに取り付けられたとすると、判定用結線回路１２の抵抗Ｒ１には、上述の場合と反対方向に電流が流れることとなる。このような場合には、判定制御回路１１が抵抗Ｒ１の電流方向に基づいて、ＲＢコイル２１に第二信号を出力し、ＲＢコイル２１に電流を流す。すると、両ＲＢスイッチ２３ａ，２３ｂがＯＮとなり、第三導電線路２８と第四導電線路２７とが形成されて、リレー回路１０が非導通状態から第二導通状態となる。これにより、プラス充電端子７と第二ケーブル５とが導通し、かつマイナス充電端子８と第一ケーブル４とが導通することとなり、充電回路９の端子極性とバッテリー３の端子極性とが一致する。

すなわち、本発明にかかる充電器１は、接続時にバッテリー３の端子極性を全く考慮しなくても、充電器１が適正に接続制御するため、接続作業に不慣れな作業者であってもショートすることなく確実にバッテリー３に電気を供給できる。

なお、充電を終了、或いは中断するために、両ケーブル４，５をバッテリー端子３ａ，３ｂから取り外すと、判定制御回路１１は、抵抗Ｒ１の直流電圧がゼロになるのを検出し、両コイル２０，２１をＯＦＦとする。これにより、両スイッチ２２，２３が開放され、第一導通状態又は第二導通状態のいずれかに自己保持されたリレー回路１０が非導通状態となる。これにより、充電回路９からの電気供給が寸断されると共に、次に充電器１とバッテリー３とを接続したときに、極性の不一致を理由にショートしてしまう事態を回避することができる。

なお、別の実施形態例として、判定用結線回路１２に、ホール素子等の半導体素子（図示省略）を採用し、判定用結線回路１２の電線のうち、所定電線に半導体素子を近接させて判定用結線回路１２の電流方向性を検出する構成としても良い。また、ＣＰコイルを採用する構成としてもよく、適宜回路構成を変更することができる。

また、上述のリレー回路１０に代えて、他の構成の導通切換回路としても勿論良い。例えば、ＲＡ，ＲＢコイル２０，２１に代えて、半導体素子を採用した回路構成が提案される。

また、本発明は、鉛蓄電池以外のバッテリーに用いることもできる。

なお、本発明の実施の形態は、本発明の主旨を逸脱しない限り、種々の形態に変更することができる。

充電器１とバッテリー３の接続状況を示す説明図である。充電器１の電気回路図である。従来構成の充電器ａを示す説明図である。

符号の説明

１充電器
２コンセント
３バッテリー
３ａプラスバッテリー端子
３ｂマイナスバッテリー端子
４第一ケーブル
５第二ケーブル
６ＡＣアダプター
７プラス充電端子
８マイナス充電端子
９充電回路
１０リレー回路
１１判定制御回路
１２判定用結線回路
２０ＲＡコイル
２１ＲＢコイル
２２ＲＡスイッチ
２３ＲＢスイッチ

Claims

外部交流電源を供給源とし、該外部交流電源より得た電気を出力するプラス充電端子及びマイナス充電端子を備えた充電回路と、
バッテリーに備えられたプラスバッテリー端子及びマイナスバッテリー端子にそれぞれ取り付けられる第一ケーブル及び第二ケーブルとを備え、該バッテリー端子対を介して、バッテリーに電気を供給する充電器であって、
プラス充電端子と第一ケーブルとが導通し、かつマイナス充電端子と第二ケーブルとが導通する第一導通状態と、プラス充電端子と第二ケーブルとが導通し、かつマイナス充電端子と第一ケーブルとが導通する第二導通状態と、充電端子とケーブルとが非導通となる非導通状態とのうち、いずれかの導通状態となる導通切換回路と、
両ケーブルと導通切換回路とにそれぞれ電気的に接続され、両ケーブルをバッテリー端子から取り外した際に、導通切換回路を非導通状態とすると共に、両ケーブルをバッテリー端子に取り付けた際に、両ケーブル間に発生するバッテリー電圧に基づいて、各ケーブルが取り付けられたバッテリー端子の極性をそれぞれ判定し、第一ケーブルが取り付けられたバッテリー端子がプラスバッテリー端子であった場合は導通切換回路を第一導通状態とし、第一ケーブルが取り付けられたバッテリー端子がマイナスバッテリー端子であった場合は導通切換回路を第二導通状態とする判定制御回路とを備えたことを特徴とする充電器。
判定制御回路が、
両ケーブルをバッテリー端子に取り付けた際に結線されて電流が流れる判定用結線回路を備え、この判定用結線回路を流れた電流の方向により、前記バッテリー端子の極性を判定することを特徴とする請求項１記載の充電器。
判定用結線回路が、直列接続された複数の抵抗を備え、第一ケーブルがプラスバッテリー端子に取り付けられた場合に、電流が該抵抗を所定の第一方向に流れ、第一ケーブルがマイナスバッテリー端子に取り付けられた場合に、電流が所定の第二方向に流れることを特徴とする請求項２記載の充電器。
判定制御回路が、
バッテリー端子から両ケーブルを取り外した際に、判定用結線回路の直流電圧がゼロになることを検出すると共に、ゼロとなった直流電圧を検出すると、導通切換回路を非導通状態とすることを特徴とする請求項２又は請求項３記載の充電器。
判定制御回路が、
第一ケーブルがプラスバッテリー端子に取り付けられた場合は、導通切換回路に第一信号を出力し、第一ケーブルがマイナスバッテリー端子に取り付けられた場合は、第二信号を出力すると共に、
導通切換回路が、
第一信号を検出する第一検出部、及び第二信号を検出する第二検出部と、
第一検出部が第一信号を検出すると導通状態となる第一スイッチ部、及び第二検出部が第二信号を検出すると導通状態となる第二スイッチ部とを備え、
第一スイッチ部が導通状態となると第一導通状態となり、第二スイッチ部が導通状態となると第二導通状態となることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の充電器。