JP2511633B2 - 充電回路 - Google Patents

充電回路

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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00712Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • H02J7/007182Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters in response to battery voltage

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電池電圧を周期波形に変
換して等価測定する電圧測定回路を有する充電回路に関
し、特にニッケルカドミウム電池等の電池電圧をその設
置場所の温度条件によらず正確に測定できる充電回路に
関する。
【0002】
【従来の技術】従来のこの種の充電回路について図2な
いし図4を参照して説明する。
【0003】図2は従来の充電回路の回路図である。ま
た、図3はニッケルカドミウム電池の充電特性を示す図
であり、図4は充電回路の出力信号波形を示す図であ
る。
【0004】充電回路10Aは電池接続端子1に接続し
た複数セル積層のニッケルカドミウム電池20を定電流
源1から供給される一定の充電電流Iで充電する。ニッ
ケルカドミウム電池20は、充電電流Iを1C(A)と
すると(電池容量がmAHであるときには1C=1m
A)、1時間程度で充電が完了する(100%充電とい
う)。電池20の電池電圧VB は、100%充電の直前
にピーク電圧(電池20が5セルの場合には7V程度)
に達したあと下降を始める。この電圧下降速度は数mV
/秒程度のオーダーであり(電池20が5セルの場合に
は、0.3mV/秒程度)、この電圧下降時間が10分
程度続いて(電池電圧VB の下降電圧の合計は約200
mV)電池20の充電が終了する。従って、充電回路1
0Aは、この電圧下降特性を検出して電池20の充電完
了を知り、ついで充電を停止する。なお、このような電
圧降下特性は、ニッケル・水素電池でも生じる。
【0005】充電回路10Aは定電流源10の出力端,
即ち電池接続端子1に抵抗器3の一端を接続する。抵抗
器3の他端と接地電位との間にはタンタルコンデンサ6
を接続する。抵抗器3とタンタルコンデンサ6との接続
点をコンパレータ7の一方の入力端,即ち−端子に接続
する。コンパレータ7は、オープンコレクタ(またはオ
ープンドレイン)型のコンパレータであり、−端子と出
力端子とを接続して充電回路10Aの出力端子8とす
る。また、コンパレータ7の他方の入力端,即ち+端子
を基準電位Eに設定する。このコンパレータ7は、−端
子の電圧VC が+端子の基準電位Eを越えるとオン状態
となり、出力端子8が接地電位となる。
【0006】いま、ニッケルカドミウム20の電池電圧
B が基準電位Eより大きい場合について、充電回路1
0の動作を説明する。まずタンタルコンデンサ6の充電
電圧,つまりコンデンサ電圧VC が基準電位Eより小さ
いときには(時間tが0とTとの間等)、コンパレータ
7がオープン状態であり、タンタルコデンサ6は抵抗器
3を介して定電流源2により充電されており、コンデン
サ電圧VC は電池電圧VB および抵抗器3の抵抗値Rと
タンタルコデンサ7の容量値Cとの積である時定数TC
に依存する速度で上昇する。そして、コンデンサ充電期
間Tが経過し、コンデンサ電圧VC が基準電位Eを越え
ると、コンパレータ7の出力端子が接地電位となり、タ
ンタルコンデンサ6に充電されている電荷はコンパレー
タ7を通して急速に放電される。タンタルコンデンサ6
の放電後、コンパレータ7は再びオープン状態に戻り、
タンタルコンデンサ6は期間Tの充電と放電を繰り返
す。つまり、コンパレータ7は図4に示す周期Tの鋸歯
状波形Aの発振を続け、この鋸歯状波形の出力信号(つ
まりコンデンサ電圧VC )を出力端8に出力することに
なる。ここで、コンパレータ7の発振周期Tは、抵抗器
3の抵抗値Rとタンタルコンデンサ6の容量値Cとの積
である時定数TC にほぼ比例するとともに、コンパレー
タ7の−端子に印加しうる電圧が基準電位Eより相当大
きい場合には、この印加しうる電圧,つまり電池電圧V
B にほぼ反比例する。時定数TC は固定条件のもとでは
一定であり、従って、出力端子8に生じる発振周期Tの
信号,つまりコンデンサ電圧VC を発振周期Tと電池電
圧VB との対照表が予め用意されたマイクロコンピュー
タ等に入力すれば、ニッケルカドミウム電池20の電池
電圧VBを容易に等価測定でき、また、この電池20の
充電完了時点も容易に知ることができる。
【0007】上述のとおり、図2の充電回路は電池電圧
B をコンパレータ7の発振周期Tに換算して測定する
が、この電池電圧測定方法は、アナログ・ディジタル変
換器を用いる電圧測定器より安価にしかも高精度に電圧
を測定できるという利点がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】この従来の充電回路
は、一般に、ニッケルカドミウム電池等の電池をラジエ
ータ等の発熱部品の近傍等,多様な場所で接続して充電
する必要がある。このような短時間に温度が大きく変化
する場所において十分な精度で電池電圧を測定するに
は、図2の抵抗器3の抵抗値Rとタンタルコンデンサ6
の容量値Cとの積である時定数TC を広い温度範囲に亘
って一定値に保つ必要がある。一般に、抵抗値Rより容
量値Cの方の温度変動が大きく、従来の充電回路10A
においても、時定数TC の温度変化を少なくするため
に、容量値Cの温度変化が少ないタンタルコンデンサ6
を用いている。
【0009】しかし、タンタルコンデンサ6でも、その
温度容量変化率は+0.2%/°C程度ある。従って、
充電回路10Aの温度が初期温度から5°Cだけ上昇す
るとコンパレータ7の発振周期TはΔT=0.01T
(=1%)だけ長くなり(図4の鋸歯状波形B参照)、
この充電回路10Aは電池電圧VB を真値より約1%だ
け低く測定することになる。一方、充電完了時のニッケ
ルカドミウム電池の電池電圧VB は約7Vであり、充電
完了時付近における電池電圧VB の60秒あたり下降電
圧は僅か20mV程度(電池電圧VB の0.3%)であ
る。従って、この充電回路10Aを大きな温度変化にさ
らされる場所で電池の充電完了点の検出に使用する場合
には、この発振周期Tの基ずく測定電圧に無視し得ない
誤差を生じることになる。特に、高温充電時においてこ
の測定電圧を充電完了点の検出に用いると、100%充
電の前に電池の充電完了と判定する不具合を生じること
になる。
【0010】上述のとおり、この電池電圧VB を発振周
期Tに変換して測定する充電回路10Aにおいては、タ
ンタルコデンサ6の容量値Cの温度変化による発振周期
Tの変化を減少させるのが電池電圧VB の正確な測定の
ために極めて重要である。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の充電回路は、電
池を充電する定電流源と、一方の入力端と出力端とが接
続されるとともに他方の入力端が基準電位に設定され前
記電池の電圧に依存する周期の出力信号を前記出力端に
生じるコンパレータと、前記コンパレータの一方の入力
端と接地電位との間に接続したタンタルコンデンサと、
前記定電流源の出力端子と前記コンパレータの一方の入
力端との間に挿入した抵抗器と、前記定電流源の出力端
子と前記コンパレータの一方の入力端との間において前
記抵抗器に直列接続され前記タンタルコンデンサの容量
値の温度変動に起因する前記出力信号の周期の変動を補
償する温度補償素子とを備える。
【0012】また、前記充電回路は、前記温度補償素子
が、順方向電圧を印加されたダイオードであってもよ
い。
【0013】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。
【0014】図1は本発明の一実施例の回路図である。
【0015】この充電器10は、従来の充電回路10A
の回路に加え、抵抗器3とコンパレータ7との間にダイ
オード4と5とを直列に接続している。これらダイオー
ド4および5は、タンタルコンデンサ6の充電を可能と
するように順方向に電圧が印加されるように接続されて
いる。この充電器10は、5セルを直列に接続したニッ
ケルカドミウム電池20の充電用に設計されている。こ
のニッケルカドミウム電池20の電池電圧VB は、充電
完了時に約7Vである。このときのダイオード4および
5による電圧降下をそれぞれ1.0V程度にするように
抵抗器3の抵抗値Rを設定すると、タンタルコンデンサ
6の充電電圧VC が約5Vになる。基準電位Eは、この
充電電圧VC の約1/2の2.5Vに設定する。
【0016】上記のパラメータ設定により、ダイオード
4および5各各における順方向電圧の温度変化率は−
2.3mV/°Cになるので、基準電位E=2.5V付
近におけるこれらダイオード(4および5のいずれか)
1本当り順方向電圧の温度変化量は、(−2.3×10
-3V/°C)/2.5V=−0.1%/°Cとなる。こ
のダイオード順方向電圧の減少は、等価的に電池電圧V
B を増加させている。即ちダイオード4と5とにより電
池電圧VB を等価的に+0.2%/°C増加させてい
る。この等価的な電池電圧VB の温度変化方向は、タン
タルコンデンサ6の温度容量変化率+0.2%/°Cの
変化方向とは同方向でしかも同じ程度の大きさである。
【0017】ここで、コンパレータ7の発振周期Tは、
上述のとおり、抵抗器3の抵抗値Rとタンタルコンデン
サ6の容量値Cとの積である時定数TC に比例するとと
もに、コンパレータ7の−端子に印加しうる電圧が基準
電位Eより相当大きい場合には、この印加しうる電圧,
即ち電池電圧VB にほぼ反比例する。従って、コンパレ
ータ7は、温度変化があっても、タンタルコンデンサ6
の容量値の変化による発振周期Tの変化をダイオード4
および5の順方向電圧の変化により補償している。上述
のとおり、この充電回路10は、温度の変動する場所に
置かれても出力端8からの出力信号の発振周期Tが変化
しないので、電池20の電池電圧VB を精度よく測定で
きる。
【0018】なお、本発明の充電回路は、図1の実施例
の基準電位E,温度補償用のダイオード4および5の必
要数量等を限定するものではなく、抵抗器3の抵抗値R
およびタンタルコンデンサ6の容量値Cとともに、電池
電圧VB の必要な測定精度に応じて適切に定めてよい。
【0019】また、充電回路10においては、タンタル
コンデンサ6の温度容量変化特性に起因する時定数TC
の温度変化をダイオード4および5によって補償してい
るが、本発明の充電回路の温度補償回路は上記回路に限
られるものではない。即ち別の手段によってタンタルコ
ンデンサ6の温度容量変化による時定数TC の温度変化
を補償し、出力信号の発振周期Tをどの温度に対しても
一定に保つようにしてもよい。例えば、図1のダイオー
ド4および5に代えて負の温度抵抗変化を有するサーミ
スタを含む抵抗器回路を接続すると、抵抗器3の抵抗値
Rと上記サーミスタを含む抵抗器回路の抵抗値との和は
負の温度抵抗変化を示し、この温度抵抗変化はタンタル
コンデンサ6の温度容量変化をキャンセルする方向であ
るので、発振周期Tの温度変化を減少させることができ
る。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように本発明の充電回路
は、定電流源とコンパレータの一方の入力端との間にダ
イオード等の温度補償素子を抵抗器と直列に接続したの
で、タンタルコンデンサの容量値の温度変動に起因する
出力信号の周期変動をなくすることができる。この結
果、この充電回路は、周囲温度の影響を受けずに電池電
圧を正確に測定することができ、また電池の充電完了時
点を正しく知ることができるので、特に温度上昇にさら
される場所においても誤って充電完了とする不具合を避
けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の回路図である。
【図2】従来の充電回路の回路図である。
【図3】ニッケルカドミウム電池の充電特性を示す図で
ある。
【図4】充電回路の出力信号波形を示す図である。
【符号の説明】
1 電池接続端子 2 定電流源 3 抵抗器 4,5 ダイオード 6 タンタルコンデンサ 7 コンパレータ 8 出力端子 10,10A 充電回路 20 ニッケルカドミウム電池

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電池を充電する定電流源と、一方の入力
    端と出力端とが接続されるとともに他方の入力端が基準
    電位に設定され前記電池の電圧に依存する周期の出力信
    号を前記出力端に生じるコンパレータと、前記コンパレ
    ータの一方の入力端と接地電位との間に接続したタンタ
    ルコンデンサと、前記定電流源の出力端子と前記コンパ
    レータの一方の入力端との間に挿入した抵抗器と、前記
    定電流源の出力端子と前記コンパレータの一方の入力端
    との間において前記抵抗器に直列接続され前記タンタル
    コンデンサの容量値の温度変動に起因する前記出力信号
    の周期の変動を補償する温度補償素子とを備えることを
    特徴とする充電回路。
  2. 【請求項2】 前記温度補償素子が、順方向電圧を印加
    されたダイオードであることを特徴とする請求項1記載
    の充電回路。
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