JP2008079464A

JP2008079464A - 充電制御方式

Info

Publication number: JP2008079464A
Application number: JP2006258023A
Authority: JP
Inventors: Yasuhisa Oshima; 靖久大嶋
Original assignee: Saxa Inc
Current assignee: Saxa Inc
Priority date: 2006-09-22
Filing date: 2006-09-22
Publication date: 2008-04-03

Abstract

【課題】電池駆動機器において電源電圧により補助電源への充電を効率よく行なう。
【解決手段】バッテリ２５と、補助電池であるキャパシタＣ１と、その両者を接続する給電／充電用スイッチング回路２００と、１チップコンピュータから成る制御装置２１とからなり、制御装置２１は、キャパシタＣ１の端子電圧について設定した閾値と、周囲温度について設定した閾値に基づき、前記端子電圧が第一の閾値より高いときは充電を行わず、第一の閾値と第二の閾値の間にあるときは、周辺温度が閾値を超えたとこのみ充電し、第二の閾値よりも下がったときは、周辺温度に無関係に充電するよう給電／充電用スイッチング回路２００を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、充電制御方式、とくに電池駆動機器における電源電池から補助電池への充電を効率よく行なうための充電制御方式に関する。

例えば、遠隔監視システムにおいては、複数の遠隔監視端末装置（子機）で収集したデータを中継用端末装置（親機）を介してセンタ装置に集めて、一括的に管理しているが、上記子機や親機を構成する遠隔監視端末装置の駆動電源は、設置場所が自由に設定できることから、通常電池が用いられている。この場合、一度設置した上記遠隔監視端末装置における電池の交換は通常は煩雑で容易でないため、電池寿命は長い方が好ましく、通常は１０年程度の長期の使用を前提としている。

ところで、電池寿命は電池特性に依存し、電池出力を直接システム電源に使用しているため、電池から大電流放電を繰り返し行うと、電池特性の劣化が大きくなる。
また、電池は一般に内部抵抗が大きく、とくに遠隔監視システムにおけるように、間欠通信時にパルス的に大電力を消費するシステムでは、電池出力電圧が低下して電源が供給出来ない場合がある。そのため、特に長期間使用により電池特性が劣化した場合や、冬季などにおける低温動作時には、電池出力が低下して十分な電力を供給できないことが起こる。
このような問題を解決するためには、電池容量を大きくすればよいが、大容量の電池はコストが掛かり現実的解決法とはいえない。

そこで、例えば電源電池に対してキャパシタを並列に接続することで、ピーク電流をキャパシタに負担させて電池寿命を長くしたものが知られている。例えば、第１のエネルギ蓄積装置に対してキャパシタである第２のエネルギ蓄積装置を並列に接続して、それらに接続された負荷のピーク需要時には負荷電流の多くの部分を第２のエネルギ蓄積装置から供給し、より低い負荷電流需要時には、第２のエネルギ蓄積装置を充電することで、電池寿命を延ばすことが提案されている（特許文献１参照）。

しかしながら、このようにキャパシタを電源電池に用いる場合でも、従来はキャパシタへの充電は、無制御、即ち電源電池の状態や、キャパシタの充電状態に関わりなく行なっていたため、電池からキャパシタへの充電（チャージ）は、必ずしも効率的ではなかった。

そこで、電源電池の電圧レベルに応じてキャパシタへの充電電流を増減させるものも提案されている。これは、発光用のキャパシタを有するストロボ回路と、このストロボ回路を含む各種回路に共通の電源となる電源電池とを備えたストロボ内蔵カメラにおいて、その電源電圧のレベルに応じてキャパシタへの充電電流の増減制御するものである（特許文献２）。
しかしながら、この発明も、キャパシタに充電する場合に周囲温度を考慮するものではなく、単にストロボ回路用のキャパシタを充電するには大電力を要することから、他の回路の動作を保障するために、キャパシタへの充電電流を増減制御するものであって、電源電池による充電の効率や電源電池の延命を考慮したものではない。

特開２００３−５３３９６１号公報特開平１−１３８５４３号公報

本発明は、従来の充電制御装置（方式）における以上のような問題を解決するためになされたものであって、その目的は、電池駆動機器における電源電池による充電効率を向上させることでその電池寿命を延ばすことである。

請求項１の発明は、第１の電池と、第１の電池で充電される第２の電池とを有し、前記第１及び第２の電池で給電を行う充電制御方式であって、充電のため第１の電池と第２の電池との接続を制御する制御手段と、第２の電池の端子電圧を測定する手段と、周囲温度の測定手段を有し、前記制御手段は、前記端子電圧測定手段で測定された第２の電池の端子電圧と、前記周囲温度測定手段により測定された周囲温度とに基づき前記第１の電池と第２の電池との接続を開閉制御することを特徴とする。
請求項２の発明は、第１の電池と、第１の電池で充電される第２の電池とを有し、前記第１及び第２の電池で給電を行う充電制御方式であって、充電のため第１の電池と第２の電池との接続を制御する制御手段と、第２の電池の端子電圧を測定する手段と、周囲温度の測定手段を有し、前記制御手段は、前記端子電圧測定手段で測定された第２の電池の端子電圧が所定の閾値以下で、かつ前記周囲温度測定手段で測定された周囲温度が所定の閾値以上であるとき、前記第１の電池と第２の電池とを接続するよう制御することを特徴とする。
請求項３の発明は、第１の電池と、第１の電池で充電される第２の電池とを有し、前記第１及び第２の電池で給電を行う充電制御方式であって、第１の電池と第２の電池との接続を制御する制御手段と、第２の電池の端子電圧を測定する手段と、周囲温度の測定手段を有し、前記制御手段は、前記端子電圧測定手段で測定された第２の電池の端子電圧が第１の閾値とそれよりも低い第２の閾値の間にあり、かつ前記周囲温度測定手段で測定された周囲温度が所定の閾値以上であるとき前記第１の電池と第２の電池とを接続し、第２の電池の端子電圧が前記第２の閾値を下回ったときは、前記周囲温度に無関係に前記第１の電池と第２の電池に接続するよう制御することを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載された充電制御方式において、前記第２の電池は、第１の電池以外の電源から充電可能であることを特徴とする。

本発明によれば、ピーク電流に対して第１及び第２の電池の給電（又は放電）で対応することができるため、第１の電池の負担を軽減するとともに、第２の電池に対する充電を効率よく行うことができるため、電池の寿命を延ばすことができる。
また、電池の劣化を見込んだ安全率の低減および冬季など低温時の電池特性の低下を改善でき、電池容量を低減することができる。

本発明の充電制御方式の１実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態の充電制御方式が適用される遠隔監視システムを概略的に示すブロック図である。
この遠隔監視システムは、例えば、検針センター１０、検針センター１０と、有線又は無線電話回線網などの商用通信回線４０を介して接続される遠隔監視端末装置２０と、遠隔監視端末装置２０に接続された例えばガスなどの検針用機器（ガスメータなど）３０からなっている。

遠隔監視端末装置２０は、図１に示すように、遠隔監視端末装置２０全体を制御するための１チップマイクロコンピュータ２１、この１チップマイクロコンピュータ２１の入出力端に接続された回線制御部２２、時計機能を内蔵したカレンダＩＣ２３、サーミスタなどからなる温度検知部２４、及びバッテリ２５、バッテリ２５に接続された電源回路２６等からなっている。

図２は、遠隔監視端末装置２０の要部を拡大して示したブロック図である。
図示のように、第１の電池であるバッテリ（電源電池）２５は、給電／充電用スイッチング回路２００を介して第２の電池であるキャパシタＣ１に接続されている。
ここで、給電／充電用スイッチング回路２００は、トランジスタＴ１、Ｔ２、抵抗Ｒ１〜Ｒ３からなり、バッテリ２５からの充電電流を後述するようにオン／オフ制御して、オン時に、バッテリ２５からキャパシタＣ１へ充電電流を流すように構成されている。

キャパシタＣ１と給電／充電用スイッチング回路２００との間には、逆流防止用のダイオードＤ１が接続されており、充電されたキャパシタＣ１からバッテリ２５側へ電流が流れるのを阻止している。
なお、給電／充電用スイッチング回路２００の上記トランジスタＴ１とダイオードＤ１の間には定電流回路２０２を接続することが好ましい。このように定電流回路２０２を接続することにより、バッテリ２５からの充電電流に変動があってもキャパシタＣ１には常に一定の電流が流れ込むようにすることができ、他方、突入電量によりキャパシタの電池寿命が劣化するのを防止している。
さらに、キャパシタＣ１とシステム側には直流電圧を所定の直流電圧に変換するためのＤＣ／ＤＣ変換器２０４が接続されている。

１チップマイクロコンピュータ２１は、キャパシタＣ１の端子電圧及びバッテリ周辺温度を測定するサーミスタ２４からの温度データの入力に基づき、給電／充電用スイッチング回路２００を次のようにオン／オフ制御してキャパシタＣ１への充電を制御する。
即ち、前記マイクロコンピュータ２１は、サーミスタ２４で計測した周辺温度と、自身が備えるカレンダーＩＣ２３でのタイマー機能に基づき、時間データと共に温度データを収集して例えば、その記憶手段（ＲＡＭ）に記憶する。

検針センタ１０では、各端末装置２０の設置地域、場所、季節などにより特定の温度を閾値Ｐとして初期設定する。また、前記閾値Ｐは、カレンダ機能を利用して、例えば各月単位で、日中の一番気温の高い時刻とされる時刻（例えば午後１時）におけるサーミスタ２４の計測温度を記録しておき、その上位５日の平均気温とするなど随時設定可能である。

本願発明では、キャパシタＣ１へのチャージ条件は、先ず第１にキャパシタＣ１の端子電圧が所定値を下回ったときに行う。これはキャパシタＣ１の端子電圧が所定値よりも高い間はバッテリ２５の放電を行わないようにするためである。
第２の条件は、周囲温度が高いときに行う。つまり、バッテリ２５内の化学反応は温度が高い程活発に行われるから、バッテリ２５の周りの温度が高いときに放電するのが有利であるからである。

本願発明では、この二つの条件を組み合わせてキャパシタＣ１への充電を行う。
具体的には、例えば、（１）キャパシタＣ１の端子電圧について二つの閾値Ｖ１、Ｖ２を設定し、上記端子電圧が第１の閾値Ｖ１を越える範囲にあればキャパシタＣ１の充電量は十分であるとして充電は行わない。つまり前記スイッチング回路のトランジスタＴ１はオフとなる。

（２）キャパシタＣ１の端子電圧が、第１の閾値Ｖ１以下に下降してもまだ第２の閾値Ｖ２よりも高いとき、つまり上記端子電圧が第１の閾値Ｖ１と第２の閾値Ｖ２の間にある段階では、キャパシタＣ１の電力にまだ若干の余裕があるので、周囲温度が閾値Ｐより高くなったとき、つまり、バッテリ２５の能力が上がったときに、バッテリ２５とキャパシタＣ１とを接続して充電を行う。

（３）キャパシタＣ１の端子電圧が第２の閾値Ｖ２まで降下したときは、キャパシタＣ１の電力が不足状態であるので、温度条件が上記閾値に達しなくとも直ちにキャパシタを充電する。

次に、充電を行うための制御について説明する。
図２において、キャパシタＣ１の端子電圧は、Ａ／Ｄ変換器２１ｂを介して、デジタルデータに変換されて１チップマイクロコンピュータ２１に入力される。
ここで、１チップマイクロコンピュータ２１の記憶装置（ＲＡＭ）に格納されている第１及び第２の閾値Ｖ１、Ｖ２と比較される。上記キャパシタＣ１の端子電圧が第１の閾値Ｖ１よりも高いときは、その入出力端子２１ａの出力端子に出力Ｌ（Ｌｏｗ）を出す。これによりトランジスタＴ２はオフ、従ってトランジスタＴ１はオフとなり、バッテリ２５はキャパシタＣ１から切り離され充電は行われない。

上記キャパシタＣ１の端子電圧が閾値Ｖ１以下でかつ閾値Ｖ２よりも高いときは、１チップマイクロコンピュータ２１はサーミスタ２４からの温度出力に基づき、その温度ｐと所定の閾値Ｐとを比較して、その閾値Ｐ以上であるときは、入出力端子２１ａの出力端子に出力Ｈ（Ｈｉｇｈ）を出す。これによりトランジスタＴ２がオン、Ｔ１がオンし、バッテリ２５からの充電電流は定電圧回路２０２で定電流にされ、ダイオードＤ１を通してキャパシタＣ１に流入してキャパシタＣ１を充電する。
ここで、充電によりキャパシタＣ１の端子電圧が上昇して、やがて第１の閾値Ｖ１を超えたことがＡ／Ｄ変換器にて検出できると、１チップマイクロコンピュータ２１の出力端子にＬを出力し、従って、トランジスタＴ１がオフとなりバッテリ２５からキャパシタＣ１に流入する充電電流は遮断される。

以上の制御において、サーミスタ２４で測定した温度が所定の温度に達していないときは、既に述べたように１チップマイクロコンピュータ２１は給電／充電用スイッチング回路２００を遮断して、つまりトランジスタＴ１を非導通にして充電は行わない。

キャパシタＣ１の端子電圧が第２の閾値よりも低いときは、この場合は既に述べたように、キャパシタＣ１の充電量が不足しているため直ちに給電／充電用スイッチング回路２００を導通、つまりトランジスタＴ１を導通してバッテリ２５からキャパシタＣ１に充電する。
なお、マイクロコンピュータ２１は、キャパシタ充電後はキャパシタ充電回路をオフして、キャパシタＣ１をシステム電源としてここから給電する。

図３は、以上で説明した遠隔監視システムにおける遠隔監視端末装置の充電制御のタイミングをまとめて示したタイミング図である。
遠隔監視端末装置２０は、検針センター１０からの呼出があるとこれに応答するため、その端末消費電力は急激に立ち上がる。センターからの呼出がないとき、つまり端末待機時には、遠隔監視端末装置２０は節電モードであるが、キャパシタＣ１は、遠隔監視端末装置２０が休止中にも電源電池２５に代わってシステムに給電しているから、キャパシタＣ１の端子電圧は、前回の充電からシステム電源としての消耗により時間と共に降下する。
図中、時間ｔ１における検針センター１０からの呼出に伴い、給電／充電用スイッチング回路２００が閉じバッテリ２５とキャパシタｃ１とが共に給電するが、キャパシタＣ１には、その直後にバッテリ２５から充電され、その結果図示のようにキャパシタの端子電圧は上昇する。

検針終了後、キャパシタ端子電圧が所定の電圧まで上昇すると給電／充電用スイッチング回路２００がオフとなり、バッテリ２５からキャパシタＣ１への充電電流が遮断される。
バッテリ２５が遮断された後は、上述のようにキャパシタＣ１がシステム電源として給電するから時間と共にその端子電圧が降下する。時間ｔ２において端子電圧が第１の閾値Ｖ１に達すると、その時の周囲温度はこの場合、所定の閾値を上回っているため、既に述べたように給電／充電用スイッチング回路２００がオンとなりキャパシタＣ１への充電を行う。

キャパシタＣ１の端子電圧は、図示のように、充電後は常に下降し時間ｔ３では第１の閾値Ｖ１を下回る。しかし、この場合は周囲温度ｐは図示のように所定温度Ｐに達していないため給電は行わない。
時間ｔ４では前記端子電圧は第２閾値Ｖ２を下回ったため、この場合前記マイクロコンピュータは、周囲の温度ｐに関係なく給電／充電用スイッチング回路２００をオンにしてキャパシタＣ１への充電を行う。

なお、図２中、端子Ｅ１は、工場出荷時におけるキャパシタＣ１に対する外部電源からの給電用端子である。この端子Ｅ１間に外部電源（充電器）２０６を接続することにより、キャパシタＣ１の初期充電は工場において出荷時に行うことが出来る。このため、その分バッテリ２５に対する負荷が軽減され、その分バッテリ寿命を延ばすことができる。

このように、本発明によれば、キャパシタへの充電制御を行うことで効率的な充電ができ、電池の寿命を延ばすことができる。
なお、以上の説明中、遠隔監視端末装置２０は、検針用機器３０を備え検針センター１０と直接通信するものとして説明したが、この遠隔監視端末装置は、検針用機器３０を備えないいわゆる親機と称する、複数の子機と称する遠隔監視端末装置を管理する遠隔監視端末装置であってもよい。また、以上の説明では、本発明の充電制御方式を遠隔監視システムにおける充電制御方式について説明を行なったが、本発明は、これに限定されず電源電池と補助電池を用いる電源システムにおける充電制御方式に適用可能である。

本発明の充電制御方式が適用される遠隔監視システムを概略的に示すブロック図である。遠隔監視端末装置２０の要部を拡大して示したブロック図である。遠隔監視システムにおける端末装置の充電制御のタイミングをまとめて説明するタイミング図である。

符号の説明

１０・・・検針センター、２０・・・遠隔監視端末装置、２１・・・１チップマイクロコンピュータ、２２・・・回路制御装置、２３・・・カレンダーＩＣ、２４・・・サーミスタ、２５・・・電池（バッテリ）、２６・・・電源回路、３０・・・検針用機器、４０・・・商用通信網、２００・・・給電／充電用スイッチング回路、２０２・・・低電流回路、２０４・・・ＤＣ／ＤＣコンバータ。

Claims

第１の電池と、第１の電池で充電される第２の電池とを有し、前記第１及び第２の電池で給電を行う充電制御方式であって、
充電のため第１の電池と第２の電池との接続を制御する制御手段と、第２の電池の端子電圧を測定する手段と、周囲温度の測定手段を有し、
前記制御手段は、前記端子電圧測定手段で測定された第２の電池の端子電圧と、前記周囲温度測定手段により測定された周囲温度とに基づき前記第１の電池と第２の電池との接続を開閉制御することを特徴とする充電制御方式。
第１の電池と、第１の電池で充電される第２の電池とを有し、前記第１及び第２の電池で給電を行う充電制御方式であって、
充電のため第１の電池と第２の電池との接続を制御する制御手段と、第２の電池の端子電圧を測定する手段と、周囲温度の測定手段を有し、
前記制御手段は、前記端子電圧測定手段で測定された第２の電池の端子電圧が所定の閾値以下で、かつ前記周囲温度測定手段で測定された周囲温度が所定の閾値以上であるとき、前記第１の電池と第２の電池とを接続するよう制御することを特徴とする充電制御方式。
第１の電池と、第１の電池で充電される第２の電池とを有し、前記第１及び第２の電池で給電を行う充電制御方式であって、
第１の電池と第２の電池との接続を制御する制御手段と、第２の電池の端子電圧を測定する手段と、周囲温度の測定手段を有し、
前記制御手段は、前記端子電圧測定手段で測定された第２の電池の端子電圧が第１の閾値とそれよりも低い第２の閾値の間にあり、かつ前記周囲温度測定手段で測定された周囲温度が所定の閾値以上であるとき前記第１の電池と第２の電池とを接続し、第２の電池の端子電圧が前記第２の閾値を下回ったときは、前記周囲温度に無関係に前記第１の電池と第２の電池に接続するよう制御することを特徴とする充電制御方式。
請求項１ないし３のいずれかに記載された充電制御方式において、
前記第２の電池は、第１の電池以外の電源から充電可能であることを特徴とする充電制御方式。