JP2635346B2 - 充電制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、２次電池の充電制御を行う充電制御装置に
関する。

〔従来の技術〕

従来から、蓄電池などの２次電池の充電は、過充電に
よる２次電池の性能劣化、あるいは不足充電による２次
電池の出力電圧不足または使用時間が短くなるなどの現
象が起こることを防ぐために、適正に行う必要があっ
た。

一方、２次電池は、定格が同じでも製造メーカ、電池
のタイプなどにより、充電の特性、過充電に対する劣化
の度合、あるいは過充電に対する耐劣化性などが異な
り、さらに、電池製造技術の進歩により、急速充電を行
うために充電時間を短くしても、つまり、充電電流を大
きくしても、性能劣化を起こさない２次電池も出現して
いる。したがって、充電特性の異なる２次電池が多種存
在することとなっている。

ここで、２次電池の充電特性が異なる一例を第２図に
従って説明する。

同図の実線は、電池電圧が充電時間とともに上昇し、
充電末期において電圧ピークを生じ、このピーク以後、
電池電圧が降下（−ΔＶ）する２次電池Ａの電圧および
表面温度特性を示している。同図の破線は、前記２次電
池Ａに比べて、電圧ピーク後の電池電圧降下が緩かでは
あるが、充電末期における電池温度の上昇が大きい２次
電池Ｂの電圧および表面温度特性を示している。

前記２次電池Ａに充電する場合、電圧ピーク後による
−ΔＶの電圧降下を検出して充電制御（−ΔＶ制御方
式）を行う充電制御装置を用いることができるが、同装
置を前記２次電池Ｂの充電に使用すると、−ΔＶの電圧
降下が検出されるまでに電池温度が上昇するので、２次
電池Ｂは温度上昇による性能劣化を起こすことになる。
このため、前記２次電池Ｂに充電する場合、２次電池Ｂ
の電池温度が所定温度になったことを検出して充電制御
を行う充電制御装置を用いるか、または電池温度の上昇
分が所定温度（ΔＴ）になったことを検出して充電制御
（ΔＴ制御方式）を行う充電制御装置を用いることにな
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の充電制御装置においては、充電特性の異なる２
次電池に充電を行う場合、それぞれ２次電池に合った充
電制御を選択する必要があり、したがって、２次電池の
タイプごとに充電制御装置を換える必要があった。した
がって、例えば、ユーザの立場からみれば、以前から使
用していた２次電池（電池パック）が改良されさらに急
速充電可能な２次電池が出現し、これに交換したい場
合、以前の充電制御装置を使用できず、急速充電用の充
電制御装置を別途に購入する必要があった。

逆に、２次電池を供給するメータの立場からみれば、
改良した電池とそれ用の充電制御装置が従前のものと共
用できないため、従前のものをも併せて供給する義務が
生じる。

本発明は、種々の充電特性の２次電池に対して、それ
ぞれに合った適正な充電が一つの装置でもって行える充
電制御装置を安価に供給することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成するために、本発明の充電制御装置に
おいては、２次電池へ充電電流を供給する充電回路と、
前記２次電池の温度を検出する温度検出回路と、前記２
次電池の端子電圧と前記温度検出回路の出力電圧とを切
り換えるスイッチと、このスイッチを通して入力された
信号に基づいて前記充電電流を制御する充電制御部とか
らなり、前記充電制御部は種々の２次電池の充電特性に
応じて選択される複数の制御方式を持った制御部を有
し、前記選択された制御部に応じて前記スイッチが切り
換えられ、前記スイッチを通して入力された信号と前記
選択された制御部とに基づいて前記充電回路の充電電流
を制御するようにしたものである。

〔作用〕

前記のように構成された充電制御装置によれば、種々
の２次電池の特性に応じて複数の制御部から各２次電池
に合った充電制御方式を選択するため、一つの充電制御
装置で種々の特性の２次電池に合った適正な充電を行う
ことができる。

〔実施例〕

第１図は本発明の第１実施例の構成図を示す。同図に
おいて、１は２次電池（以下、単に電池という）、２は
後述の充電制御部６からの信号に基づいて電池１に充電
電流を供給する充電回路、３は電池１の温度を検出し、
この温度に対応する電圧を出力する温度検出回路であ
る。

４は電池１の端子電圧と温度検出回路３の出力電圧と
を切り換えるアナログスイッチで、このアナログスイッ
チ４は前記各々の電圧が取り出される接点A,Bと切換接
片とからなり、後述の充電制御部６からの信号でもって
接点A,Bが切り換えられるようになっている。５はアナ
ログスイッチ４を介して入力される前記いずれかの電圧
をアナログ／デジタル変換するA/D変換回路である。

６は前記A/D変換回路５の出力信号を受けて充電を制
御するCPUなどでなる充電制御部で、この充電制御部６
は、種々の電池の特性にそれぞれ対応する複数の制御方
式を持った制御部6a,6b,6c（第１図では制御部を３個し
か示していないが、制御部を４個以上配設したものであ
ってもよい）と、外部から入力された切換信号でもって
制御部6a,6b,6cの中から１個の制御部を選択する制御部
切換回路6dと、この制御部切換回路6dにより選択された
制御部でもって充電回路２を制御する信号およびアナロ
グスイッチ４を切り換える信号を出力する制御回路6eと
からなるものである。なお、充電制御部６はソフトプロ
グラムにより後述する所定の手順により制御動作を実行
する。

ここで、前記温度検出回路３の一例を第３図を用いて
説明する。同図において、D₀は定電圧ダイオードで、こ
の定電圧ダイオードD₀は抵抗R₂を介して入力された直流
電圧Ｅから定電圧を得るためのものである。3aは温度に
より抵抗値が変化する温度検知素子（サーミスタ）、3b
は前記温度検知素子3aの抵抗値変化を電圧として出力す
るオペアンプで、この出力電圧と前記温度検知素子3aの
抵抗値とは比例関係になるものである。前記の構成によ
り、電池１の温度変化はオペアンプ3bの出力電圧でもっ
て得ることができる。なお、前記電池１の温度変化と前
記温度検知素子3aの抵抗値変化との関係は、第４図に示
すように非線形となるが、この非線形関係は、充電制御
部６でもって補正され、充電回路２へ出力されるように
なっている。

次に、前記構成の制御動作を第５図のフローチャート
を用いて説明する。同図において、ステップS₁で、充電
開始前に、制御回路6eは制御部切換回路6dに入力された
切換信号を調べ、これが制御部6aを選択するときステッ
プS₂へ、制御部6bを選択するときステップS₉へ移る。い
ま、ここで、制御部6aをいわゆる−ΔＶ制御方式、制御
部6bをΔＴ制御方式であるとする。制御部6aが選択され
た場合には、制御回路6eはアナログスイッチ４を接点Ａ
に切り換え、前記A/D変換回路５の出力信号の最大値が
記憶されるEmをリセット（Em＝０）する。ステップS
₃で、前記A/D変換回路５の出力信号はサンプリングさ
れ、電圧Eiなるサンプリング値が取り込まれる。ステッ
プS₄で、前記最大値Emと前記サンプリング値Eiとが比較
され、Em＜Eiであれば、ステップS₅で、前記最大値Emが
前記サンプリング値Eiに更新され、ステップS₇へ移行
し、予め設定された時間（所定時間）が経過していなけ
れば、ステップS₃に戻り、再び、A/D変換回路５の出力
信号のサンプリングからの処理が繰返される。これらス
テップS₃〜ステップ_７の処理が繰返されることにより、
サンプリング値EmにA/D変換回路５の出力信号の最大値
が記憶されることになる。

その後、ステップS₄で、Em≧Eiとなれば、ステップS₆
で、予め設定された値ΔＶとEm−Eiとが比較され、Em−
Ei≧ΔＶであれば、ステップS₈へ移行し、制御回路6eは
電池１への充電が完了した（満充電）と判断して、充電
回路２へ電池１への充電電流を停止、または小電流にす
る信号を出力する（以下、単に満充電動作という）。

一方、ステップS₆で、Em−Ei＜ΔＶであれば、ステッ
プS₇で、所定時間が経過したかどうかが判定され、所定
時間が経過したとき、ステップS₈で前述した満充電動作
が行われる。

また、制御部6bが選択された場合には、ステップS₉で
アナログスイッチ４は接点Ｂに切り換えられ、ステップ
S₁₀でA/D変換回路５の出力信号がサンプリングされ、温
度Ｔなるサンプリング値が取り込まれ、ステップS₁₁で
前記サンプリング値は初期温度値T₀として記憶される。
次に、ステップS₁₂で、再び、A/D変換回路５の出力信号
がサンプリングされ、このサンプリング値Tiが記憶され
る。

そして、ステップS₁₃で、予め設定された値ΔＴとTi
−T₀とが比較され、Ti−T₀≧ΔＴであれば、ステップS₈
へ移行し、前述と同様に満充電動作を行う。一方、ステ
ップS₁₃で、Ti−T₀＜ΔＴであれば、ステップS₁₄で、所
定時間経過したかどうかを判定し、所定時間が経過した
とき、ステップS₈へ移行し、満充電動作が行われ、ま
た、所定時間が経過していなければ、ステップS₁₂に戻
り、再び、A/D変換回路５の出力信号のサンプリングか
らの処理が繰返される。

かくして、本実施例では、外部から入力される切換信
号に基づいて、制御部が選択されるので、電池１の充電
特性に応じた適正な充電を行うことができる。なお、切
換信号は、制御部6a,制御部6b以外の制御部（例えば、
制御部6cなど）を選択するものであってもよく、また、
外部から切換スイッチ等を用いて選択入力するものの
他、例えば、第６図に示すように、各々の電池（電池パ
ック）1,1に凹凸を配設し、この凹凸でもって切換スイ
ッチを切り換え、この信号を切換信号とするものであっ
てもよい。

次に、本発明の第２実施例について説明する。

本実施例の構成は、図示していないが前述の第１図に
示した第１実施例構成において制御部切換回路6dを削除
したものであり、充電開始と同時に制御部6a,6b,6cを順
次切り換え、各制御部の制御動作に基づいて、充電が完
了したかどうかを調べ、前記各制御部のいずれかの充電
完了条件を満足した時に満充電動作に移行するようにし
たものである。

ここで、この第２実施例の制御動作を、第７図のフロ
ーチャートを用いて説明する。

ます、ステップS₁₅で、アナログスイッチ４が接点Ｂ
に切り換えられ、ステップS₁₆で、A/D変換回路５の出力
信号がサンプリングされ、温度Ｔなるサンプリング値が
取り込まれ、ステップS₁₇で、前記サンプリング値が初
期温度値T₀として記憶される。次に、ステップS₁₈で、
アナログスイッチ４が接点Ａに切り換えられ、値Fmがリ
セットされ、ステップS₁₉で、前記A/D変換回路５の出力
信号がサンプリングされ、電圧Eiなるサンプリング値が
取り込まれる。次に、ステップS₂₀で、前記値Emと前記
サンプリング値Eiとが比較され、Em＜Eiであれば、ステ
ップS₂₁で、前記値Emが前記値Eiに更新され、後記ステ
ップS₂₃へ移行する。

一方、ステップS₂₀で、Em≧Eiであれば、ステップS₂₂
で、予め設定された値ΔＶとEm−Eiとが比較され、Em−
Ei≧ΔＶであれば、ステップS₂₇へ移行して満充電動作
が行われる。また、前記ステップS₂₂で、Em−Ei＜ΔＶ
であれば、ステップS₂₃で、再び、アナログスイッチ４
が接点Ｂに切り換えられる。そして、ステップS₂₄で、A
/D変換回路５の出力信号がサンプリングされ、温度Tiな
るサンプリング値が取り込まれる。そして、ステップS
₂₅で、予め設定された値ΔＴとTi−T₀とが比較され、Ti
−T₀≧ΔＴであれば、ステップS₂₇へ移行して満充電動
作が行われる。一方、前記ステップS₂₅で、Em−Ei＜Δ
Ｖであれば、ステップS₂₆で、所定時間経過したかどう
かが判定され、所定時間が経過したとき、ステップS₂₇
で満充電動作が行われる。また、前記ステップS₂₆で、
所定時間が経過していなければ、ステップS₁₈に戻り、
再び、アナログスイッチ４が接点Ａに切り換えられ、ス
テップS₁₉以降の処理が繰返される。

かくして、本実施例では、前記の動作が繰返されるこ
とにより、Em−Ei≧ΔＶ（−ΔＶ検知）またはTi−T₀≧
ΔＴ（ΔＴ検知）のいずれかの条件が満足されると満充
電動作が行われることになる。したがって、例えば、充
電末期における電池温度上昇が大きい電池はΔＴ検知に
より充電制御でき、充電末期の温度上昇が緩かな電池は
−ΔＶ検知により充電制御できるので、電池の充電特性
に応じた適正な充電を行うことができる。

第８図は本発明の第３実施例の構成図を示す。本実施
例は前述した第１図の充電回路２において、電池１への
充電電流をも切り換えるようにしたたものであり、か
つ、充電電流を定電流にする機能を備えたものである。
例えば、15分程度の急速充電ができる電池は、１時間充
電の電池に比べ充電電流を４倍程度必要であり、１つの
充電装置で15分充電、１時間充電など複数の充電時間に
対応しようとすると電流も切り換えることができなけれ
ばならない。急速充電の電池に対してはΔＴ検知による
充電制御でなければならず、１時間充電の電池に対して
は−ΔＶ検知の充電制御の方がよいといった場合があ
り、したがって、充電制御方式つまり制御部をも連動し
て変更する必要がある。

第８図において、７は商用電源で、この商用電源７に
より供給される交流電圧はダイオードD₁,D₂,D₃,D₄およ
びコンデンサC₁でもって整流されるようになっている。
８は前記整流された電圧をトランジスタQ₁でもってスイ
ッチングすることで駆動されるトランスで、このトラン
ス８は一次巻線L₁および二次巻線L₂により構成され、一
次巻線L₁にはトランジスタQ₁が直列接続されるようにな
っている。また、二次巻線L₂に励起された電圧は、二次
巻線L₂に接続されたダイオードD₅,D₆とコイルL₃とコン
デンサC₂とでもって整流され、電池１へ充電電流として
供給されるようになっている。

電池１は充電電流検出のための抵抗R₃が直列接続され
ており、電池１への充電電流により抵抗R₃の端子間に発
生した電圧が、抵抗R₄を介して、オペアンプ10の非反転
入力“＋”端子に入力されるようになっている。このオ
ペアンプ10の増幅率は帰還抵抗R₅と、抵抗R₆,R₇とでも
って決定されるものであり、前記抵抗R₇は、トランジス
タQ₂が導通すると抵抗R₆と並列接続され、前記トランジ
スタQ₂が遮断すると前記抵抗R₆との接続が断たれるよう
になっている。つまり、前記オペアンプ10の増幅率は、
トランジスタQ₂が導通すると大きくなり、トランジスタ
Q₂が遮断すると小さくなるようになっている。

一方、トランジスタQ₂のベースは充電制御部６に接続
されており、この充電制御部６は充電時間に応じた信号
を前記トランジスタQ₂のベースに出力するようになって
いる。すなわち、15分充電の場合は、充電制御部６によ
り出力されたハイ信号でもってトランジスタQ₂が導通さ
れ、また、１時間充電の場合は、充電制御部６により出
力されたロー信号でもってトランジスタQ₂が遮断される
ようになっている。

また、９はPWM回路で、前記オペアンプ10の出力電圧
がフォトカプラ11を介して入力され、この入力電圧の大
小に応じて出力パルス（繰返しパルス）の幅を変調する
ようになっている。このPWM回路９の出力は、トランジ
スタQ₁のベースに接続されており、前記出力パルス幅に
応じて前記トランジスタQ₁を導通または遮断するように
なっている。

したがって、本充電回路２は、15分充電の場合、充電
制御部６の出力信号でもってオペアンプ10の増幅率が大
きくなり、PWM回路９を介して充電電流を大きくするよ
うに切り換えられ、１時間充電の場合、オペアンプ10の
増幅率は小さくなり、もって充電電流を小さくするよう
に切り換えられる。

なお、本実施例においても、第８図では図示を省略し
ているが、第１図における電池の温度を検出する温度検
出回路３、充電制御部６などを備えており、第１実施例
と同様に充電制御方式の切り換えがなされるようになっ
ている。

かくして、複数の充電時間に対応させて充電電流を切
り換ることができるとともに、制御制御方式の切り換え
をも連動して行うことができることになる。

また、前記各実施例において充電制御部６をCPUにて
構成しているものにあっては、ソフトプログラムの変更
のみで容易に所望の充電制御動作を得ることができる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、一つの充電制御装置に
複数の制御方式を持った制御部を配設し、異なった充電
特性の２次電池ごとに、適宜、制御部を選択するように
したことにより、大きなコストアップにつながることな
く、一つの充電制御装置でもって、種々の充電特性をも
った２次電池に対して適正な充電制御を行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の構成図、第２図は電池に
よって充電特性が異なることを説明する図、第３図は温
度検出回路の構成図、第４図は電池の温度変化と温度検
知素子の抵抗値変化との関係図、第５図は第１実施例の
動作を示すフローチャート、第６図は切換スイッチと電
池（電池パック）との関係の一例を示す図、第７図は第
２実施例の動作を示すフローチャート、第８図は第３実
施例の構成図である。 １……２次電池、２……充電回路、３……温度検出回
路、４……アナログスイッチ（スイッチ）、６……充電
制御部、6a,6b,6c……制御部。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】２次電池へ充電電流を供給する充電回路
   と、前記２次電池の温度を検出する温度検出回路と、前
   記２次電池の端子電圧と前記温度検出回路の出力電圧と
   を切り換えるスイッチと、このスイッチを通して入力さ
   れた信号に基づいて前記充電電流を制御する充電制御部
   とからなる充電制御装置であって、前記充電制御部は種
   々の２次電池の充電特性に応じて選択される複数の制御
   方式を持った制御部を有し、前記選択された制御部に応
   じて前記スイッチが切り換えられ、前記スイッチを通し
   て入力された信号と前記選択された制御部とに基づいて
   前記充電回路の充電電流を制御するようにしたことを特
   徴とする充電制御装置。