JP2008141806A - Storage battery charging circuit by solar cell - Google Patents

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潔 水真
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a secondary battery charging circuit capable of charging the secondary battery, even if the secondary battery is over-discharged. <P>SOLUTION: The secondary battery charging circuit includes a solar cell 1, a secondary battery 2 and a control circuit 7. N-channel type MOSFETs Q1, Q2 having small on-resistance are connected between the solar cell 1 and the secondary battery 2. The control circuit 7 performs on/off control of the Q1, Q2. The control circuit 7 executes repetition of a secondary battery supplementary charge mode to surely perform the on/off control of the Q1, Q2 in a constant cycle, whenever before VA>VB. The secondary battery supplementary charge mode shifts to a rapid charge mode to maintain Q1, Q2 in an on-state, when the secondary battery voltage exceeds a fixed voltage. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

この発明は、太陽電池により蓄電池を充電する、太陽電池による蓄電池充電回路に関する。   The present invention relates to a storage battery charging circuit using a solar battery that charges the storage battery using a solar battery.

太陽電池の電力を二次電池に充電するには、一般的には、ショットキーバリアダイオード等のダイオードと電流制限用の抵抗とを、太陽電池と二次電池との間に接続している（特許文献１参照）。図１は、このような二次電池充電回路の基本的な回路構成図を示している。同図において、太陽電池１と二次電池２との間には、ショットキーバリアダイオード３と電流制限用の抵抗４との直列回路が接続されている。太陽電池１の出力電圧（太陽電池電圧）が二次電池２の充電電圧（二次電池電圧）よりも高い場合は、太陽電池電圧に基づいて二次電池２が充電される。ダイオード３は、二次電池電圧が太陽電池電圧よりも高い場合に、二次電池２から太陽電池１に対して電流が逆流しないように機能する。   In order to charge the secondary battery with the electric power of the solar battery, a diode such as a Schottky barrier diode and a current limiting resistor are generally connected between the solar battery and the secondary battery ( Patent Document 1). FIG. 1 shows a basic circuit configuration diagram of such a secondary battery charging circuit. In the figure, a series circuit of a Schottky barrier diode 3 and a current limiting resistor 4 is connected between a solar cell 1 and a secondary battery 2. When the output voltage (solar cell voltage) of the solar battery 1 is higher than the charging voltage (secondary battery voltage) of the secondary battery 2, the secondary battery 2 is charged based on the solar battery voltage. The diode 3 functions so that current does not flow backward from the secondary battery 2 to the solar battery 1 when the secondary battery voltage is higher than the solar battery voltage.

しかし、図１に示すように回路構成では、ダイオード３及び抵抗４による損失が大きく、充電効率が極めて悪い不都合がある。   However, as shown in FIG. 1, the circuit configuration has a large loss due to the diode 3 and the resistor 4, and has a disadvantage that the charging efficiency is extremely poor.

そこで、ダイオード３及び抵抗４に代えて、オン抵抗が数ｍΩであるＮチャンネル型のＭＯＳＦＥＴを使用し、このＭＯＳＦＥＴをオンオフ制御することによって二次電池を充電する回路が提案されている。   In view of this, a circuit for charging a secondary battery by using an N-channel MOSFET having an on-resistance of several mΩ instead of the diode 3 and the resistor 4 and performing on / off control of the MOSFET has been proposed.

図２は、このＭＯＳＦＥＴを使用した二次電池充電回路の基本的な回路構成図である。太陽電池１と二次電池２との間にはＮチャンネル型のＭＯＳＦＥＴ５が接続されており、このＭＯＳＦＥＴ５をドライブ回路６を介して制御部７によりオンオフ制御する。すなわち、太陽電池電圧が二次電池電圧以上であればＭＯＳＦＥＴ５をオンして二次電池を急速充電するとともに、二次電池電圧が太陽電池電圧以上になるとＭＯＳＦＥＴをオフすることによって二次電池２から太陽電池１に電流が逆流するのを防止する。制御部７の電源電圧は、太陽電池電圧と二次電池電圧のいずれかから得るようにする。このようにＭＯＳＦＥＴ５を用いることによって、太陽電池１から二次電池２に充電電流が流れている時の損失を小さくし、全体として充電効率を上げるようにする。
特開平７−１６３０６３５号公報 FIG. 2 is a basic circuit configuration diagram of a secondary battery charging circuit using this MOSFET. An N-channel MOSFET 5 is connected between the solar cell 1 and the secondary battery 2, and the MOSFET 5 is on / off controlled by the control unit 7 via the drive circuit 6. That is, if the solar battery voltage is equal to or higher than the secondary battery voltage, the MOSFET 5 is turned on to rapidly charge the secondary battery, and when the secondary battery voltage becomes higher than the solar battery voltage, the MOSFET is turned off to turn off the MOSFET. The current is prevented from flowing back into the solar cell 1. The power supply voltage of the control unit 7 is obtained from either the solar battery voltage or the secondary battery voltage. Thus, by using MOSFET5, the loss when the charging current is flowing from the solar cell 1 to the secondary battery 2 is reduced, and the charging efficiency as a whole is increased.
JP-A-7-1630635

上記図２に示すＭＯＳＦＥＴを使用する充電回路では、図１に示すような充電効率の低下の問題が解消されるが、自己放電等を原因とする過放電によって二次電池電圧が０Ｖ付近に下がってしまうと、ＭＯＳＦＥＴ５がオンした時には制御部７に対して電源電圧が供給できない不具合が生じてくる。すなわち、二次電池２の内部インピーダンスは太陽電池１のインピーダンスよりも低いために、二次電池電圧が０Ｖ付近に低下してしまうと、ＭＯＳＦＥＴ５がオンした時には太陽電池電圧も０Ｖに低下してしまう。このように、二次電池電圧が０Ｖ付近に低下してしまうと、制御部７に供給する電源電圧も０Ｖ付近に低下してしまうことになり、その結果ＭＯＳＦＥＴ５をオンオフ制御ができなくなり、充電不能の状態に陥ってしまう不都合があった。   In the charging circuit using the MOSFET shown in FIG. 2, the problem of the decrease in charging efficiency as shown in FIG. 1 is solved. However, the secondary battery voltage is lowered to around 0 V due to overdischarge caused by self-discharge or the like. Therefore, when the MOSFET 5 is turned on, a problem that the power supply voltage cannot be supplied to the control unit 7 occurs. That is, since the internal impedance of the secondary battery 2 is lower than the impedance of the solar battery 1, if the secondary battery voltage decreases to around 0V, the solar battery voltage also decreases to 0V when the MOSFET 5 is turned on. . As described above, when the secondary battery voltage decreases to near 0V, the power supply voltage supplied to the control unit 7 also decreases to near 0V. As a result, the MOSFET 5 cannot be turned on / off and cannot be charged. There was an inconvenience that fell into the state of.

この発明の目的は、二次電池が過放電してしまっても二次電池の充電を行うことのできる二次電池充電回路を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a secondary battery charging circuit capable of charging a secondary battery even if the secondary battery is overdischarged.

また、この発明は、ＭＯＳＦＥＴのようなスイッチ素子を使用した回路構成で二次電池電圧が０Ｖ付近にまで低下した場合であっても、上記補充電によって二次電池に対する充電が可能となる二次電池充電回路を提供することにある。   Further, according to the present invention, the secondary battery can be charged by the auxiliary charging even when the secondary battery voltage is reduced to near 0 V in a circuit configuration using a switching element such as a MOSFET. The object is to provide a battery charging circuit.

この発明の太陽電池による二次電池充電回路は、太陽電池と二次電池との間にＭＯＳＦＥＴ等のようなスイッチ素子を接続している。また、太陽電池及び二次電池を電源として前記スイッチ素子を制御する制御回路を備えている。この制御回路によってスイッチ素子をオンオフ制御することで、太陽電池から二次電池への充電制御を行う。   In the secondary battery charging circuit using the solar battery of the present invention, a switch element such as a MOSFET is connected between the solar battery and the secondary battery. Moreover, the control circuit which controls the said switch element by using a solar cell and a secondary battery as a power supply is provided. By controlling on / off of the switch element by this control circuit, charge control from the solar cell to the secondary battery is performed.

制御回路は、太陽電池電圧が二次電池電圧以上の時に次の（１）（２）の制御を行う。   The control circuit performs the following controls (1) and (2) when the solar battery voltage is equal to or higher than the secondary battery voltage.

（１）前記スイッチ素子を一定の周期でオンオフ制御するパルス信号を形成し、オン期間に充電を行う二次電池補充電モードを繰り返し実行する。 (1) A pulse signal for performing on / off control of the switch element at a constant cycle is formed, and a secondary battery supplementary charging mode in which charging is performed during an on period is repeatedly executed.

（２）前記二次電池補充電モードにおいて、二次電池電圧が一定電圧以上になれば、前記スイッチ素子をオン状態に維持する急速充電モードに移行する。 (2) In the secondary battery supplementary charging mode, when the secondary battery voltage becomes equal to or higher than a certain voltage, the mode is shifted to a quick charging mode in which the switch element is maintained in the ON state.

上記補充電モードにおいて、二次電池電圧が一定電圧以上にならない場合は二次電池が異常であると判断する。   In the auxiliary charge mode, when the secondary battery voltage does not exceed a certain voltage, it is determined that the secondary battery is abnormal.

上記の制御によって、太陽電池電圧が二次電池電圧以下になると、制御回路から出力されるパルス信号によってスイッチ素子がオンオフ制御される。すなわち、パルス信号のＯＮ期間においては、太陽電池電圧により二次電池の充電が行われる。このように、太陽電池電圧が二次電池電圧以上になると、すなわち、二次電池電圧が低下してくると、二次電池補充電モードが繰り返し実行されるために、過放電状態になった二次電池に対しても充電することが可能になる。   When the solar battery voltage becomes equal to or lower than the secondary battery voltage by the above control, the switch element is ON / OFF controlled by the pulse signal output from the control circuit. That is, in the ON period of the pulse signal, the secondary battery is charged with the solar battery voltage. As described above, when the solar battery voltage becomes equal to or higher than the secondary battery voltage, that is, when the secondary battery voltage decreases, the secondary battery supplementary charging mode is repeatedly executed. The secondary battery can be charged.

そして、上記二次電池補充電モードにおいて、二次電池電圧が一定電圧以上になれば、スイッチ素子をオン状態に維持して急速充電モードに移行する。この急速充電モードでは、スイッチ素子のＯＮ期間が、上記パルス信号によるＯＮ期間に比べて十分に長いために、太陽電池電圧により二次電池に対する充電が急速に行われる。この発明では、上記補充電モードにおいて、二次電池電圧が一定電圧以上にならない場合は二次電池が異常であると判断し、充電を停止する。   Then, in the secondary battery supplementary charging mode, when the secondary battery voltage becomes equal to or higher than a certain voltage, the switching element is maintained in the ON state to shift to the quick charging mode. In this quick charge mode, the ON period of the switch element is sufficiently longer than the ON period of the pulse signal, so that the secondary battery is rapidly charged by the solar battery voltage. In the present invention, in the above-described auxiliary charging mode, when the secondary battery voltage does not exceed a certain voltage, it is determined that the secondary battery is abnormal, and charging is stopped.

この発明では、さらに二次電池電圧を充電するコンデンサを備えている。このコンデンサは、制御回路の電源を確保するために設けられる。たとえ、二次電池電圧が０Ｖ付近に低下しても補充電制御によりコンデンサの充電電圧の低下が防がれる。その結果、二次電池電圧が一定以上の電圧となる。スイッチ素子のオン期間が長い急速充電モードに移行しても制御回路の電源電圧を確保できる。   The present invention further includes a capacitor for charging the secondary battery voltage. This capacitor is provided to secure the power supply for the control circuit. For example, even if the secondary battery voltage is lowered to around 0V, the charge voltage of the capacitor is prevented from being lowered by the auxiliary charge control. As a result, the secondary battery voltage becomes a certain voltage or more. The power supply voltage of the control circuit can be ensured even when the mode is shifted to the quick charge mode in which the ON period of the switch element is long.

この発明では、スイッチ素子は、Ｎチャンネル型のＭＯＳＦＥＴで構成される。これにより、充電時のＭＯＳＦＥＴによる損失が極めて小さくなり、全体として二次電池充電回路の充電効率を上げることができる。   In the present invention, the switch element is composed of an N-channel type MOSFET. Thereby, the loss by MOSFET at the time of charge becomes very small, and it can raise the charging efficiency of a secondary battery charging circuit as a whole.

また、この発明の制御部は、急速充電モードにおいて、二次電池電圧が第２の所定時間が経過するまでに充電停止電圧に上昇するとスイッチ素子をオフし、さらに、その後、第２の所定時間が経過するまでに充電可能電圧に下降するとスイッチ素子をオンするように制御する。   Further, the controller of the present invention turns off the switch element when the secondary battery voltage rises to the charge stop voltage before the second predetermined time elapses in the quick charge mode, and then turns on the second predetermined time. When the voltage drops to a chargeable voltage before the time elapses, the switch element is controlled to turn on.

上記の構成により、急速充電モードにおいて、二次電池を急速に充電することができるとともに、一定電圧以上に充電しないように制御することが可能である。   With the above configuration, in the quick charge mode, the secondary battery can be charged quickly and can be controlled so as not to be charged above a certain voltage.

この発明によれば、二次電池補充電モードによって、二次電池電圧が０Ｖ付近にまで低下した場合にも二次電池に対する充電を可能にする。また、二次電池電圧を充電するコンデンサを設けたことによって、二次電池電圧がかなり低下した状態でも二次電池補充電モードを実行することができ、結果として、二次電池電圧が過放電等によって０Ｖ付近に限りなく低下しても充電が可能となる。   According to the present invention, the secondary battery can be charged even when the secondary battery voltage drops to near 0 V by the secondary battery supplementary charging mode. In addition, by providing a capacitor for charging the secondary battery voltage, the secondary battery auxiliary charging mode can be executed even when the secondary battery voltage is considerably reduced. As a result, the secondary battery voltage is overdischarged, etc. Therefore, charging is possible even if the voltage drops to near 0V.

図３は、この発明の実施形態である太陽電池による二次電池充電回路の回路構成図を示している。   FIG. 3 shows a circuit configuration diagram of a secondary battery charging circuit using a solar battery according to an embodiment of the present invention.

太陽電池１と二次電池２との間には充電制御部８が接続されている。充電制御部８は、制御部７によって制御され、この制御部７に対しては、太陽電池１の太陽電池電圧と二次電池２の二次電池電圧が電源として供給されている。   A charge control unit 8 is connected between the solar cell 1 and the secondary battery 2. The charging control unit 8 is controlled by the control unit 7, and the solar cell voltage of the solar cell 1 and the secondary battery voltage of the secondary battery 2 are supplied to the control unit 7 as power sources.

二次電池２には、順方向のダイオードＤ１を介してコンデンサＣ１が接続されており（順方向とは、コンデンサＣ１に対して充電電流が流れる方向）、このコンデンサＣ１に対しダイオードＤ１を介して二次電池電圧が充電され、且つ、順方向のダイオードＤ２を介してもこのコンデンサＣ１に対し太陽電池電圧が充電されるようになっている。また、制御部７に対しては、このコンデンサＣ１の充電電圧が順方向に接続されたダイオードＤ３を介して供給され、また、太陽電池電圧が順方向に接続されたダイオードＤ４を介して供給されるようなっている。   A capacitor C1 is connected to the secondary battery 2 via a forward diode D1 (the forward direction is a direction in which a charging current flows to the capacitor C1), and the capacitor C1 is connected to the secondary battery 2 via the diode D1. The secondary battery voltage is charged, and the solar cell voltage is charged to the capacitor C1 even through the forward diode D2. In addition, the charging voltage of the capacitor C1 is supplied to the control unit 7 via the diode D3 connected in the forward direction, and the solar cell voltage is supplied via the diode D4 connected in the forward direction. It has come to be.

太陽電池１の出力端子には、抵抗分圧回路からなる太陽電池電圧検出回路９が接続され、太陽電池電圧の検出電圧ＶＡが制御部７に出力される。また、二次電池２の出力側に、抵抗分圧回路からなる二次電池電圧検出回路１０が接続され、検出電圧ＶＢが制御部７に出力される。   A solar cell voltage detection circuit 9 including a resistance voltage dividing circuit is connected to the output terminal of the solar cell 1, and a detection voltage VA of the solar cell voltage is output to the control unit 7. In addition, a secondary battery voltage detection circuit 10 including a resistance voltage dividing circuit is connected to the output side of the secondary battery 2, and the detection voltage VB is output to the control unit 7.

充電制御部８は、直列に接続された２つのＮチャンネル型ＭＯＳＦＥＴＱ１、Ｑ２を含み、これらのＭＯＳＦＥＴＱ１、Ｑ２は、ドライブ回路８０によってドライブされる。ドライブ回路８０は、制御部７からのドライブ信号ＤＳを受け、この信号ＤＳに基づいてＭＯＳＦＥＴＱ１、Ｑ２をオンオフ駆動する。   The charge control unit 8 includes two N-channel MOSFETs Q1 and Q2 connected in series, and these MOSFETs Q1 and Q2 are driven by a drive circuit 80. The drive circuit 80 receives the drive signal DS from the control unit 7 and drives the MOSFETs Q1 and Q2 on and off based on the signal DS.

制御部７は、ＣＰＵ７０、ＣＰＵ電源回路７１、制御系電源回路７２を備えている。ＣＰＵ電源回路７１には、太陽電池電圧及び二次電池電圧が入力し、この電圧に基づいてＣＰＵ７０を駆動するための電源電圧（５Ｖ）を生成する。制御系電源回路７２は、太陽電池電圧及び二次電池電圧を入力として、ドライブ回路８０の電源電圧と後述のＤＣ−ＤＣコンバータの制御用ＩＣに必要な入力電圧を生成する。   The control unit 7 includes a CPU 70, a CPU power supply circuit 71, and a control system power supply circuit 72. The CPU power supply circuit 71 receives a solar battery voltage and a secondary battery voltage, and generates a power supply voltage (5 V) for driving the CPU 70 based on these voltages. The control system power supply circuit 72 receives the solar battery voltage and the secondary battery voltage as inputs, and generates a power supply voltage for the drive circuit 80 and an input voltage necessary for a control IC for a DC-DC converter described later.

ＣＰＵ７０は、ＣＰＵ電源回路７１で生成されたＣＰＵ電源電圧（５Ｖ）の供給を受けて、充電制御部８のドライブ回路８０に対してドライブ信号ＤＳを出力するとともに、太陽電池電圧検出電圧ＶＡと二次電池電圧検出電圧ＶＢを所定のタイミングごとに検出する。後述のように、ＣＰＵ７０は、上記電圧ＶＡ、ＶＢを検出して、ＶＡ＞ＶＢの場合に、パルス信号としてドライブ信号ＤＳをドライブ回路８０に対して出力する。ドライブ回路８０は、このパルス信号のドライブ信号ＤＳを受けると、パルス信号のＯＮ期間においてはＭＯＳＦＥＴＱ１、Ｑ２をオンし、ＯＦＦ期間においてはＭＯＳＦＥＴＱ１、Ｑ２をオフする。したがって、ＭＯＳＦＥＴＱ１、Ｑ２がオンする上記ＯＮ期間においては、太陽電池電圧により二次電池２が充電され、ＯＦＦ期間においては充電が停止される。ドライブ回路８０に対してパルス信号であるドライブ信号ＤＳが出力されるために、上記の充電が、繰り返し行われることになる。この動作モードは、二次電池補充電モードという。   The CPU 70 receives the supply of the CPU power supply voltage (5 V) generated by the CPU power supply circuit 71, outputs the drive signal DS to the drive circuit 80 of the charge control unit 8, and outputs the drive voltage DS to the solar battery voltage detection voltage VA. The secondary battery voltage detection voltage VB is detected at every predetermined timing. As will be described later, the CPU 70 detects the voltages VA and VB, and outputs a drive signal DS to the drive circuit 80 as a pulse signal when VA> VB. When receiving the drive signal DS of the pulse signal, the drive circuit 80 turns on the MOSFETs Q1 and Q2 during the ON period of the pulse signal and turns off the MOSFETs Q1 and Q2 during the OFF period. Therefore, the secondary battery 2 is charged by the solar cell voltage during the ON period when the MOSFETs Q1 and Q2 are turned on, and the charging is stopped during the OFF period. Since the drive signal DS, which is a pulse signal, is output to the drive circuit 80, the above charging is repeated. This operation mode is referred to as a secondary battery auxiliary charging mode.

前記制御系電源回路７２で生成された電源電圧は、ドライブ回路８０の電源電圧として供給されるとともに、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１に入力し、このコンバータ１１において１００Ｖ以上の電圧に変換される。さらにこの変換された電圧は、疑似正弦波回路１２に入力され、ここで１００Ｖの疑似正弦波に変換される。この変換された疑似正弦波は、（疑似正弦波の）ＡＣ１００Ｖの電源電圧１３として外部機器に出力される。   The power supply voltage generated by the control system power supply circuit 72 is supplied as a power supply voltage for the drive circuit 80 and is input to the DC-DC converter 11 where it is converted to a voltage of 100 V or higher. Further, the converted voltage is input to the pseudo sine wave circuit 12, where it is converted into a pseudo sine wave of 100V. The converted pseudo sine wave is output to an external device as a power source voltage 13 of AC 100 V (of a pseudo sine wave).

上記実施形態に係る二次電池充電回路は、太陽電池パネルを備えたポータブルな充電回路であって、ＡＣ１００Ｖの出力端子を備えている。したがって、この充電回路を室外に持ち出すことによって、入力電源電圧がＡＣ１００Ｖの電子機器等を駆動することが可能になる。   The secondary battery charging circuit according to the above embodiment is a portable charging circuit including a solar battery panel, and includes an AC100V output terminal. Therefore, by taking this charging circuit out of the room, it becomes possible to drive an electronic device having an input power supply voltage of AC 100V.

次に、上記の二次電池充電回路の動作を説明する。   Next, the operation of the secondary battery charging circuit will be described.

図４は、上記二次電池充電回路の充電制御動作を示すフローチャートである。   FIG. 4 is a flowchart showing the charging control operation of the secondary battery charging circuit.

制御部７のＣＰＵ７０は、充電開始時において、ドライブ信号ＤＳを第１のパルス信号で形成する。第１のパルス信号は、ＯＮ期間が３秒間であり、ＯＦＦ期間が０．２秒間である。この第１のパルス信号からなるドライブ信号ＤＳでＭＯＳＦＥＴＱ１、Ｑ２をオンオフ制御していくことによって、太陽電池電圧検出電圧ＶＡ＞二次電池電圧検出電圧ＶＢとなれば、ＳＴ１→ＳＴ２と進む。ＳＴ１においてＶＢ＞＝ＶＡであれば、二次電池の充電が不可能であるとみなして、ＳＴ６に進む。ＳＴ６では充電制御を停止する。   The CPU 70 of the control unit 7 forms the drive signal DS with the first pulse signal at the start of charging. The first pulse signal has an ON period of 3 seconds and an OFF period of 0.2 seconds. If the solar cell voltage detection voltage VA> the secondary battery voltage detection voltage VB is satisfied by controlling the MOSFETs Q1, Q2 with the drive signal DS comprising the first pulse signal, the process proceeds from ST1 to ST2. If VB> = VA in ST1, it is considered that the secondary battery cannot be charged, and the process proceeds to ST6. In ST6, the charging control is stopped.

上記ＳＴ２においては、ＶＢをチェックし、二次電池電圧が一定電圧８Ｖ以下であるかどうかの判定を行う。８Ｖ以下でなければ二次電池電圧で制御部７の電源電圧を保証できるためにＳＴ７に進んで急速充電モードに入る。急速充電モードは、後述するように、３０秒間隔でドライブ信号をＤＳをオンオフするモードである。したがって、３０秒ごとに、ＭＯＳＦＥＴＱ１、Ｑ２がオンし、このＯＮ期間において太陽電池電圧によって二次電池に急速充電が行われる。   In ST2, the VB is checked to determine whether or not the secondary battery voltage is a constant voltage of 8V or less. If it is not less than 8V, the power supply voltage of the control unit 7 can be guaranteed with the secondary battery voltage, so the process proceeds to ST7 and enters the quick charge mode. As will be described later, the quick charge mode is a mode in which the drive signal DS is turned on and off at intervals of 30 seconds. Therefore, the MOSFETs Q1 and Q2 are turned on every 30 seconds, and the secondary battery is rapidly charged by the solar battery voltage during this ON period.

上記ＳＴ２において、二次電池電圧が８ボルト以下であれば、ＳＴ３に進み、二次電池補充電モード（以下、補充電モードと称する）に入る。補充電モードでは、補充電タイマカウントを開始する。タイマカウントによって１分間経過するとＳＴ４に進み、二次電池電圧検出電圧ＶＢをチェックする。この時、ドライブ信号ＤＳはオフにする。そして、二次電池電圧が８Ｖ以下であれば、ＳＴ５に進み、８Ｖを超えていれば、ＳＴ８に進む。ＳＴ８では、ＳＴ７と同様に急速充電モードを実行する。ＳＴ５では、補充電タイマカウント値の積算値が２０分に達しているかどうかを判定し、達していなければＳＴ２に戻り、ＳＴ２以下の処理を繰り返す。補充電タイマカウント値の積算値が２０分を超えていればＳＴ９に進む。ＳＴ９では、補充電モードが２０分間継続されたが、二次電池電圧が充分に上昇しなかったとみなし、二次電池の異常処理（エラー処理）を行う。このエラー処理では、たとえば、図外の表示器に、二次電池が異常であることを表示する。なお、エラー処理では、ドライブ信号ＤＳをＯＦＦ状態に固定する。   In ST2, if the secondary battery voltage is 8 volts or less, the process proceeds to ST3 and enters a secondary battery auxiliary charging mode (hereinafter referred to as an auxiliary charging mode). In the auxiliary charging mode, the auxiliary charging timer count is started. When 1 minute elapses due to the timer count, the process proceeds to ST4 to check the secondary battery voltage detection voltage VB. At this time, the drive signal DS is turned off. And if a secondary battery voltage is 8V or less, it will progress to ST5, and if it exceeds 8V, it will progress to ST8. In ST8, the quick charge mode is executed as in ST7. In ST5, it is determined whether or not the integrated value of the auxiliary charging timer count value has reached 20 minutes. If not, the process returns to ST2 and repeats the processes from ST2 onward. If the integrated value of the auxiliary charging timer count value exceeds 20 minutes, the process proceeds to ST9. In ST9, the auxiliary charging mode is continued for 20 minutes, but it is considered that the secondary battery voltage has not risen sufficiently, and abnormality processing (error processing) of the secondary battery is performed. In this error processing, for example, a display unit outside the figure displays that the secondary battery is abnormal. In error processing, the drive signal DS is fixed to the OFF state.

図５は、補充電モード時のドライブ信号ＤＳの波形を示している。   FIG. 5 shows the waveform of the drive signal DS in the auxiliary charging mode.

ドライブ信号ＤＳの全体のオンオフ制御サイクルは、ＳＴ１に示すように、３秒間のＯＮ期間と０．２秒間のＯＦＦ期間の繰り返しサイクルである。   The entire on / off control cycle of the drive signal DS is a repetition cycle of an ON period of 3 seconds and an OFF period of 0.2 seconds as shown in ST1.

図５に示すように、補充電モードでは、３秒間のＯＮ期間に図示するパルス信号をドライブ信号ＤＳとして出力する。すなわち、補充電モードの時のドライブ信号ＤＳは、５ｍｓを１周期とするパルス信号で構成される。このパルス信号のデューティ比は１０％に設定され、周波数は２００Ｈｚに設定される。したがって、ＯＮ期間は、０．５ｍｓとなる。補充電モードでは、上記のパルス信号からなるドライブ信号ＤＳをドライブ回路８０に対して３秒間供給し、０．２秒間待つ。このサイクルを繰り返す。したがって、補充電モードにおいては、０．５ｍｓの非常に短いＯＮ期間が繰り返され、これにより二次電池２が少しづつ充電されていく。なお、この補充電モードが実行されている時に、４．５ｍｓのＯＦＦ期間において、二次電池２に並列に接続されているコンデンサＣ１が太陽電池電圧によって充電される。したがって、仮に、この補充電モードの時に二次電池２の充電電圧が０Ｖに限りなく近い状態であったとしても、コンデンサＣ１の充電電圧によって次のサイクルのＯＮ期間において制御部７を駆動することができる。このコンデンサＣ１は、このコンデンサＣ１に対する充電電流方向（順方向）のダイオードＤ２を介して太陽電池１に接続され、また、同じく充電電流方向（順方向）のダイオードＤ１を介して二次電池２に接続されているために、仮に二次電池電圧が０Ｖになったとしても、コンデンサＣ１の充電電圧が０Ｖとはならない（ダイオードＤ１、Ｄ２を介してコンデンサＣ１の充電電圧が逆流しない）。したがって、このコンデンサＣ１の充電電圧によって制御部７に対する電源電圧を確実に供給することができる。   As shown in FIG. 5, in the auxiliary charge mode, a pulse signal shown in the figure is output as the drive signal DS during an ON period of 3 seconds. In other words, the drive signal DS in the auxiliary charge mode is composed of a pulse signal with one cycle of 5 ms. The duty ratio of this pulse signal is set to 10%, and the frequency is set to 200 Hz. Therefore, the ON period is 0.5 ms. In the auxiliary charge mode, the drive signal DS composed of the above pulse signal is supplied to the drive circuit 80 for 3 seconds and waits for 0.2 seconds. Repeat this cycle. Therefore, in the auxiliary charge mode, a very short ON period of 0.5 ms is repeated, whereby the secondary battery 2 is charged little by little. In addition, when this auxiliary charge mode is executed, the capacitor C1 connected in parallel to the secondary battery 2 is charged by the solar battery voltage in the OFF period of 4.5 ms. Therefore, even if the charging voltage of the secondary battery 2 is almost as close to 0V as in the auxiliary charging mode, the controller 7 is driven by the charging voltage of the capacitor C1 during the ON period of the next cycle. Can do. The capacitor C1 is connected to the solar cell 1 through a diode D2 in the charging current direction (forward direction) with respect to the capacitor C1, and is also connected to the secondary battery 2 through a diode D1 in the charging current direction (forward direction). Because of the connection, even if the secondary battery voltage becomes 0V, the charging voltage of the capacitor C1 does not become 0V (the charging voltage of the capacitor C1 does not reversely flow through the diodes D1 and D2). Therefore, the power supply voltage to the control unit 7 can be reliably supplied by the charging voltage of the capacitor C1.

上記補充電モードが実行されることによって、二次電池電圧が仮に何らかの原因で０Ｖ付近に低下したとしても上記コンデンサＣ１の充電電圧によって制御部７の動作が保証できるから、その後の補充電モードの実行によって二次電池電圧を０Ｖから上昇させることが可能になる。   By executing the auxiliary charging mode, even if the secondary battery voltage drops to near 0 V for some reason, the operation of the control unit 7 can be guaranteed by the charging voltage of the capacitor C1, so that in the subsequent auxiliary charging mode Execution makes it possible to raise the secondary battery voltage from 0V.

図６は急速充電モードの時の制御方法を示している。   FIG. 6 shows a control method in the quick charge mode.

図示のように、急速充電モードでは、二次電池電圧が３０秒を経過するまでに充電停止電圧に上昇するとＭＯＳＦＥＴＱ１、Ｑ２をオフする。３０秒経過後に充電可能電圧以下になっていれば、再びＦＥＴＱ１、Ｑ２をオンする。   As shown in the figure, in the quick charge mode, when the secondary battery voltage rises to the charge stop voltage before 30 seconds elapses, the MOSFETs Q1 and Q2 are turned off. If the voltage is less than the chargeable voltage after 30 seconds, the FETs Q1 and Q2 are turned on again.

このような制御によって、二次電池充電電圧を、常時適正な充電電圧にすることができる。   By such control, the secondary battery charging voltage can be always set to an appropriate charging voltage.

急速充電モードにおいて、３０秒経過しても二次電池電圧が充電停止電圧に上昇しない場合には、一旦、ドライブ信号ＤＳをオフし（約０．２ｓ）、その時充電可能電圧以下であるなら（図７のＢ点）、再び、ドライブ信号ＤＳを３０秒間を最長としてオンする。また、上記０．２ｓ後の二次電池電圧が充電可能の電圧以上である場合にはさらにドライブ信号ＤＳをオフ状態にするが、３０ｓ以内に充電可能電圧まで低下すると（図８のＣ点）、充電を再開する。   In the quick charge mode, if the secondary battery voltage does not rise to the charge stop voltage even after 30 seconds, the drive signal DS is once turned off (about 0.2 s), and if it is below the chargeable voltage at that time ( Again, the drive signal DS is turned on for 30 seconds as the longest. Further, when the secondary battery voltage after 0.2 s is equal to or higher than the rechargeable voltage, the drive signal DS is further turned off. However, when the rechargeable voltage is reduced within 30 s (point C in FIG. 8). , Resume charging.

急速充電モードにおいて満充電になると充電を停止する。この検出は、ドライブ信号ＤＳをオフにしてから３０秒が経過しても二次電池電圧が充電可能電圧にまで降下しない場合に、満充電になったものと判断する。満充電になると、ドライブ信号ＤＳをオフ状態に維持して待機状態とする。そして、二次電池電圧が充電再開電圧にまで下降すると再び充電を開始しする（図９参照）。   Charging is stopped when the battery is fully charged in the quick charge mode. In this detection, if the secondary battery voltage does not drop to the chargeable voltage even after 30 seconds have passed since the drive signal DS was turned off, it is determined that the battery is fully charged. When the battery is fully charged, the drive signal DS is maintained in an off state to enter a standby state. Then, when the secondary battery voltage falls to the charge resumption voltage, charging is started again (see FIG. 9).

また、ドライブ信号ＤＳをオン状態にして３０秒が経過しても二次電池電圧が充電停止電圧にまで上昇しない場合に、ドライブ信号ＤＳを一端オフ状態とし（図１０のＡ点）、その後３０秒後に二次電池電圧が充電可能電圧に降下しない場合（図１０のＢ点）、満充電になったものと判断する。   If the secondary battery voltage does not rise to the charge stop voltage even after 30 seconds have passed since the drive signal DS is turned on, the drive signal DS is turned off once (point A in FIG. 10), and then 30 If the secondary battery voltage does not drop to a chargeable voltage after 2 seconds (point B in FIG. 10), it is determined that the battery is fully charged.

なお、上記の急速充電モードの動作は、二次電池２の容量や太陽電池１の大きさ等に基づいて、適切に変更することが可能である。   The operation in the above-described quick charge mode can be appropriately changed based on the capacity of the secondary battery 2 and the size of the solar battery 1.

図３に示す二次電池充電回路では、疑似正弦波を出力する回路を備えている。すなわち制御系電源回路７２の出力電圧に基づいてＤＣ−ＤＣコンバータ１１の制御用ＩＣが二次電池電圧を１３０Ｖ付近のＤＣ電圧に昇圧し、疑似正弦波回路１２で疑似正弦波を生成する。この疑似正弦波は疑似正弦波ＡＣ１００Ｖ１３として出力端子に導かれ、外部の電気機器に電源として入力される。   The secondary battery charging circuit shown in FIG. 3 includes a circuit that outputs a pseudo sine wave. That is, the control IC of the DC-DC converter 11 boosts the secondary battery voltage to a DC voltage near 130 V based on the output voltage of the control system power supply circuit 72, and the pseudo sine wave circuit 12 generates a pseudo sine wave. This pseudo sine wave is guided to an output terminal as a pseudo sine wave AC100V13, and is input to an external electric device as a power source.

本実施形態の二次電池充電回路では、スイッチ素子としてＮチャンネル型のＭＯＳＦＥＴＱ１、Ｑ２を用いているためにオン抵抗が極めて小さく、このため充電時の損失が従来に比べて極めて小さい。また、二次電池電圧が一定電圧以下（図４では８Ｖ以下）になると補充電モードが実行されて二次電池電圧が８Ｖ以上になるように制御される。８Ｖ以上になると急速充電モードに切り換わり二次電池２の充電が充分に行われるようになる。これにより、二次電池２が過放電状態になった場合でも補充電モードが繰り返し実行されることによって一定電圧以上にすることができる。   In the secondary battery charging circuit of this embodiment, since the N-channel MOSFETs Q1 and Q2 are used as switching elements, the on-resistance is extremely small, and therefore the loss during charging is extremely small compared to the conventional case. Further, when the secondary battery voltage becomes equal to or lower than a certain voltage (8 V or lower in FIG. 4), the auxiliary charging mode is executed and the secondary battery voltage is controlled to be 8 V or higher. If it becomes 8V or more, it will switch to quick charge mode and the secondary battery 2 will fully be charged. Thereby, even when the secondary battery 2 is in an overdischarged state, the auxiliary charging mode is repeatedly executed, so that the voltage can be made a certain voltage or higher.

従来の二次電池充電回路の概略構成図Schematic configuration diagram of a conventional secondary battery charging circuit 従来の二次電池充電回路の概略構成図Schematic configuration diagram of a conventional secondary battery charging circuit この発明の実施形態に係る二次電池充電回路の回路構成図The circuit block diagram of the secondary battery charging circuit which concerns on embodiment of this invention 充電制御動作を示す概略のフローチャートSchematic flowchart showing charge control operation 補充電モード時のドライブ信号波形図Drive signal waveform diagram in auxiliary charge mode 急速充電モード時の制御方法を示す図Diagram showing control method in quick charge mode 急速充電モード時の制御方法を示す図Diagram showing control method in quick charge mode 急速充電モード時の制御方法を示す図Diagram showing control method in quick charge mode 急速充電モード時の制御方法を示す図Diagram showing control method in quick charge mode 急速充電モード時の制御方法を示す図Diagram showing control method in quick charge mode

符号の説明Explanation of symbols

１−太陽電池
２−二次電池
７−制御部
８−充電制御部
Ｑ１、Ｑ２−Ｎチャンネル型のＭＯＳＦＥＴ 1-solar cell 2-secondary battery 7-control unit 8-charge control unit Q1, Q2-N-channel type MOSFET

Claims (4)

太陽電池にスイッチ素子を介して二次電池を接続し、前記太陽電池及び二次電池を電源として前記スイッチ素子を制御する制御回路を備え、前記制御回路により前記スイッチ素子をオンオフ制御することにより、太陽電池から二次電池への充電制御を行う、太陽電池による二次電池充電回路において、
前記制御回路は、二次電池電圧が一定電圧以下のときに、次の（１）（２）の制御を行うことを特徴とする太陽電池による二次電池充電回路。
（１）前記スイッチ素子を一定の周期でオンオフ制御するパルス信号を形成し、オン期間に充電を行う二次電池補充電モードを繰り返し実行する。
（２）前記二次電池補充電モードにおいて、二次電池電圧が一定電圧以上になれば、前記スイッチ素子をオン状態に維持する急速充電モードに移行する。 A secondary battery is connected to the solar battery via a switch element, and includes a control circuit that controls the switch element using the solar battery and the secondary battery as a power source, and the switch element is turned on and off by the control circuit. In the secondary battery charging circuit by the solar battery, which performs charging control from the solar battery to the secondary battery
The control circuit performs the following controls (1) and (2) when the secondary battery voltage is equal to or lower than a certain voltage: a secondary battery charging circuit using a solar battery.
(1) A pulse signal for performing on / off control of the switch element at a constant cycle is formed, and a secondary battery supplementary charging mode in which charging is performed during an on period is repeatedly executed.
(2) In the secondary battery supplementary charging mode, when the secondary battery voltage becomes equal to or higher than a certain voltage, the mode is shifted to a quick charging mode in which the switch element is maintained in the ON state. 充電電流方向に接続されたダイオードを介して前記太陽電池と前記二次電池に接続されるコンデンサを備えることを特徴とする、請求項１記載の太陽電池による二次電池充電回路。   The secondary battery charging circuit using a solar cell according to claim 1, further comprising a capacitor connected to the solar cell and the secondary battery via a diode connected in a charging current direction. 前記スイッチ素子は、Ｎチャンネル型のＭＯＳＦＥＴで構成される請求項１又は２記載の太陽電池による二次電池充電回路。   The secondary battery charging circuit using a solar cell according to claim 1, wherein the switch element is configured by an N-channel MOSFET. 前記制御部は、前記急速充電モードでは、前記二次電池電圧が第２の所定時間が経過するまでに充電停止電圧に上昇すると前記スイッチ素子をオフし、さらに、その後、第２の所定時間が経過するまでに充電可能電圧に下降すると前記スイッチ素子をオンするように制御する請求項２又は３記載の二次電池充電回路。   In the quick charge mode, the control unit turns off the switch element when the secondary battery voltage rises to a charge stop voltage before the second predetermined time elapses, and then turns on the second predetermined time. 4. The secondary battery charging circuit according to claim 2, wherein the switching element is controlled to be turned on when the voltage drops to a chargeable voltage before elapses.
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