JP2638647B2 - Battery charging circuit - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) この発明は蓄電池の充電回路に係り、特に充電末期に
蓄電池の端子電圧波形に現れる微小電圧変動を検出して
充電を制御する充電回路に関する。Description of the Invention [Object of the Invention] (Field of Industrial Application) The present invention relates to a charging circuit for a storage battery, and in particular, controls charging by detecting a minute voltage fluctuation appearing in a terminal voltage waveform of the storage battery at the end of charging. Charging circuit.
(従来の技術) 蓄電池(二次電池)の充電方式は種々のものが知られ
ているが、特に本発明に類似したものとして、例えば特
公昭61−5339号公報(以下、第1の従来例という)に記
載された充電回路がある。(Prior Art) A variety of charging methods for a storage battery (secondary battery) are known. In particular, a method similar to the present invention is disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. 61-5339 (hereinafter referred to as a first conventional example). ).
この第1の従来例においては、蓄電池の充電量に対応
した端子電圧の変化に応答する微分回路を蓄電池に並列
に接続し、この微分回路の出力、つまり蓄電池の充電量
に対応して変化する蓄電池の端子電圧の微分値が設定値
まで低下したことを検出して、蓄電池の充電を停止させ
ている。すなわち、蓄電池の端子電圧は一般には充電末
期に急速に上昇してピークを示した後低下し、それに伴
い微分回路の出力も低下するので、この微分回路の出力
が設定値まで低下したことを検出したとき例えば充電を
停止させれば、適切な充電ができる。In this first conventional example, a differentiating circuit responding to a change in terminal voltage corresponding to the amount of charge of the storage battery is connected in parallel to the storage battery, and changes in accordance with the output of the differentiator, that is, the amount of charge of the storage battery. The charging of the storage battery is stopped by detecting that the differential value of the terminal voltage of the storage battery has decreased to the set value. That is, the terminal voltage of the storage battery generally rises rapidly at the end of charging, shows a peak, then falls, and the output of the differentiating circuit also drops.Therefore, it is detected that the output of this differentiating circuit has dropped to the set value. When charging is stopped, for example, appropriate charging can be performed.
しかしながら、蓄電池の充電電圧特性は蓄電池の種類
や充電電流および周囲温度等によって異なり、例えば充
電量が蓄電池の電気容量にほぼ達する充電末期に至って
も端子電圧がピークを示さないことがある。このような
場合、上記第1の従来例においては微分回路の出力が設
定値まで低下しないので、充電を停止させることができ
ず、過充電状態となる。However, the charging voltage characteristics of the storage battery vary depending on the type of the storage battery, the charging current, the ambient temperature, and the like. For example, the terminal voltage may not show a peak even at the end of charging when the charged amount substantially reaches the electric capacity of the storage battery. In such a case, in the first conventional example, the output of the differentiating circuit does not decrease to the set value, so that charging cannot be stopped and an overcharge state occurs.
また、一度充電完了した蓄電池を誤って再充電した場
合は、蓄電池の端子電圧が低下しないため、微分回路の
出力はやはり設定値まで低下せず、充電を停止させるこ
とができないので、過充電となってしまう。さらに、蓄
電池を複数本直列接続して充電する場合、設定値を蓄電
池の直列本数に応じて変更する必要がある。また、個々
の蓄電池の充電電圧特性が揃っていないと、合成された
充電電圧の特性が平坦となるため、充電が完了しても微
分回路がそれを検知できず、過充電状態となる。従っ
て、蓄電池を複数本直列にして充電する場合は、充電電
圧特性の揃った蓄電池を選別しなければならず、しかも
充放電サイクルの繰り返しにより特性が次第に不揃いと
なることも考慮しなければならない。In addition, if the storage battery that has been charged once is recharged by mistake, the output of the differentiating circuit does not drop to the set value and the charging cannot be stopped because the terminal voltage of the storage battery does not drop. turn into. Furthermore, when a plurality of storage batteries are connected in series and charged, it is necessary to change the set value according to the number of storage batteries in series. Further, if the charging voltage characteristics of the individual storage batteries are not uniform, the characteristics of the combined charging voltage become flat, so that even if the charging is completed, the differentiating circuit cannot detect the charging voltage, resulting in an overcharged state. Therefore, when charging a plurality of storage batteries in series, it is necessary to select storage batteries having uniform charging voltage characteristics, and also to consider that the characteristics become gradually uneven due to repetition of charge / discharge cycles.
一方、別の充電方式として充電時における蓄電池の端
子電圧のピーク値を検出し、端子電圧がピーク値より一
定値ΔVだけ低下した時点で充電を停止させる方式があ
る。この方式の具体例として、例えば特公昭59−37264
号公報(以下、第2の従来例という)がある。これは、
蓄電池の端子電圧よりツェナーダイオードによる定電圧
(ツェナー電圧)分だけ低い電圧を検出する電圧検出部
の検出電圧と、記憶部の記憶電圧とを比較部で比較し、
検出電圧が記憶電圧より大きいとき記憶電圧を上昇させ
ることにより、記憶電圧を蓄電池の端子電圧のピーク値
に対応する検出電圧と概略等しくなるようにして、これ
ら記憶電圧と検出電圧との差を演算増幅器により増幅し
た値をツェナーダイオードで比較し、この差が所定値を
越えるたとき充電を停止させるようにしたものである。On the other hand, as another charging method, there is a method in which the peak value of the terminal voltage of the storage battery during charging is detected, and the charging is stopped when the terminal voltage falls below the peak value by a constant value ΔV. As a specific example of this method, for example, Japanese Patent Publication No. 59-37264
(Hereinafter referred to as a second conventional example). this is,
The comparison unit compares the detection voltage of the voltage detection unit that detects a voltage lower than the terminal voltage of the storage battery by a constant voltage (Zener voltage) by the Zener diode with the storage voltage of the storage unit,
When the detected voltage is higher than the storage voltage, the storage voltage is increased to make the storage voltage substantially equal to the detection voltage corresponding to the peak value of the terminal voltage of the storage battery, and the difference between the storage voltage and the detection voltage is calculated. The value amplified by the amplifier is compared by a Zener diode, and when the difference exceeds a predetermined value, charging is stopped.
この第2の従来例では、記憶電圧と検出電圧との差を
演算幅器により増幅した電圧がツェナー電圧を超えると
充電を停止させるわけであるが、ツェナー電圧は周囲温
度により変化するため、充電不足となって機器の作動時
間が短くなったり、逆に過充電となって蓄電池の性能を
著しく損なうことがある。また、記憶部の記憶素子とし
て電気化学素子の一種である電流積分記憶素子を用いて
いるが、この種の記憶素子は自己放電や外部へのリーク
電流、さらには周囲温度の影響を受けて記憶電圧が変動
するため、上記と同様の問題が発生する。In the second conventional example, charging is stopped when the voltage obtained by amplifying the difference between the storage voltage and the detection voltage by the arithmetic width unit exceeds the Zener voltage. However, since the Zener voltage changes depending on the ambient temperature, the charging is stopped. Insufficiency may cause the operation time of the device to be short, and conversely, overcharging may significantly impair the performance of the storage battery. In addition, a current integration storage element, which is a type of electrochemical element, is used as a storage element of the storage unit. However, this type of storage element stores data under the influence of self-discharge, leakage current to the outside, and ambient temperature. Since the voltage fluctuates, the same problem as described above occurs.
また、特公昭60−18177号公報(以下、第3の従来例
という)には、蓄電池の端子電圧より第1のツェナーダ
イオードによるツェナー電圧と逆流阻止ダイオードの順
方向電圧分だけ低い電圧(すなわちピーク点電圧に対応
した対応電圧)を記憶するコンデンサにより構成された
記憶回路の出力電圧と、端子電圧より第2のツェナーダ
イオードのツェナー電圧だけ低い電圧(すなわちピーク
後における蓄電池の端子電圧に対応する対応電圧)を出
力する検出回路の出力電圧とを比較回路で比較し、対応
電圧が低下して比較回路で比較される両電圧が一致した
時点、すなわち端子電圧がΔV低下した時点で充電を停
止させる回路が開示されている。Japanese Patent Publication No. Sho 60-18177 (hereinafter referred to as a third conventional example) discloses a voltage lower than a terminal voltage of a storage battery by a zener voltage by a first zener diode and a forward voltage of a backflow prevention diode (that is, a peak voltage). An output voltage of a storage circuit constituted by a capacitor storing a corresponding voltage corresponding to a point voltage, and a voltage lower than the terminal voltage by the Zener voltage of the second Zener diode (that is, a voltage corresponding to the terminal voltage of the storage battery after the peak). The comparison circuit compares the output voltage of the detection circuit that outputs the voltage with the output voltage of the detection circuit, and stops charging when the corresponding voltage decreases and the two voltages compared by the comparison circuit match, that is, when the terminal voltage decreases by ΔV. A circuit is disclosed.
この第3の従来例においても、ツェナーダイオードを
用いることにより、温度変化によってΔVはが大きく変
動するため、充電不足となったり過充電となったりする
おそれがある。Also in the third conventional example, when a Zener diode is used, ΔV fluctuates greatly due to a temperature change, and thus there is a possibility that the battery may be insufficiently charged or overcharged.
また、ΔVはツェナーダイオードの組み合わせで決ま
るが、市販されているツェナーダイオードのツェナー電
圧は離散的(0.2〜1V間隔)であり、蓄電池に適正なΔ
Vを得る組み合わせが得られにくく、この点からも上記
と同様な問題が発生する。しかも、蓄電池の直列本数が
少ない場合は適正なΔVが小さく、例えば直列本数が1
〜3本程度の場合のΔVは数mV〜数十mV程度であり、ツ
ェナーダイオードの組み合わせでこのような値を得るこ
とは工業的に困難であるため、実用的でない。Although ΔV is determined by the combination of zener diodes, the zener voltage of a commercially available zener diode is discrete (at intervals of 0.2 to 1 V), and an appropriate ΔV
It is difficult to obtain a combination for obtaining V, and this also causes the same problem as described above. In addition, when the number of serial storage batteries is small, the appropriate ΔV is small.
ΔV in the case of about 3 is about several mV to several tens mV, and it is industrially difficult to obtain such a value by a combination of Zener diodes, so that it is not practical.
さらに、第3の従来例ではコンデンサとダイオードと
を主要素とする記憶回路を用いているため、コンデンサ
自身のリークや、ダイオードその他の部品からのリーク
等により記憶電圧が変動してしまい、やはり充電不足や
過充電の原因となる。Further, in the third conventional example, since a storage circuit having a capacitor and a diode as main elements is used, the storage voltage fluctuates due to leakage of the capacitor itself, leakage from a diode or other components, and the like. It causes shortage and overcharge.
また、第1、第2、第3の従来例のいずれも、蓄電池
の直列本数により回路定数を変更しなければならないと
いう煩雑さがあった。Further, in each of the first, second, and third conventional examples, there was a trouble that the circuit constant had to be changed depending on the number of series storage batteries.
さらに、第2、第3の従来例では、ピーク後に充電を
停止させるため、過充電となり、特に30分以下で充電完
了するような超急速充電の場合には、電池性能の劣化が
著しくなることがある。Furthermore, in the second and third conventional examples, the charging is stopped after the peak, so that the battery is overcharged. In particular, in the case of the ultra-rapid charging in which the charging is completed in 30 minutes or less, the deterioration of the battery performance becomes remarkable. There is.
一方、第4図の従来例として、例えば特開平1−1443
29号公報には蓄電池の微小電圧変動を抽出し、この微小
電圧変動が一定値以上になったことを検出して充電を制
御する方式が記載されている。この方式は、ノイズの影
響で検出回路が誤まって検出動作を行なうことがある。
このような場合、ノイズの影響で充電が完了していない
にも拘らず充電制御がなされることになり、充電不足が
となってしまう。On the other hand, as a conventional example shown in FIG.
No. 29 describes a method of extracting a minute voltage fluctuation of a storage battery, detecting that the minute voltage fluctuation has become a certain value or more, and controlling charging. In this method, the detection circuit may perform a detection operation erroneously due to the influence of noise.
In such a case, charging control is performed even though charging has not been completed due to the influence of noise, resulting in insufficient charging.
(発明が解決しようとする課題) 上述したように、蓄電池の充電量に対応した端子電圧
の変化に応答する微分回路の出力が設定値まで低下した
ことを検出して蓄電池の充電を停止させる方式(第1の
従来例)は、蓄電池の充電電圧特性によって充電末期で
も端子電圧がピークを示さない場合、充電を停止させる
ことができず、過充電状態となってしまう。また、一度
充電完了した蓄電池を誤まって再充電た場合も過充電と
なってしまう。さらに、蓄電池を複数本直列接続して充
電する場合、設定値を著電池の直列本数に応じて変更す
る必要たり、充電電圧特性の揃った蓄電池を選別しなけ
ればならないという欠点がある。(Problems to be Solved by the Invention) As described above, the method of detecting that the output of the differentiating circuit in response to the change in the terminal voltage corresponding to the charge amount of the storage battery has decreased to a set value, and stopping the charging of the storage battery. In the first conventional example, if the terminal voltage does not show a peak even at the end of charging due to the charging voltage characteristics of the storage battery, charging cannot be stopped, resulting in an overcharged state. In addition, when a storage battery that has been charged once is erroneously recharged, overcharge occurs. Further, when a plurality of storage batteries are connected in series and charged, there are drawbacks that the set value needs to be changed according to the number of serial batteries and that storage batteries having uniform charging voltage characteristics must be selected.
蓄電池の端子電圧を検出する電圧検出部の検出電圧
と、記憶部の記憶電圧との差を演算幅器により増幅した
値がツェナー電圧を超えたとき充電を停止させる方式
(第2の従来例)は、ツェナー電圧の温度特性や記憶電
圧の変動により、充電不足や過充電となることがある。A method in which charging is stopped when a value obtained by amplifying a difference between a detection voltage of a voltage detection unit for detecting a terminal voltage of a storage battery and a storage voltage of a storage unit by an arithmetic width unit exceeds a zener voltage (second conventional example) In some cases, undercharging or overcharging may occur due to fluctuations in the temperature characteristics of the Zener voltage or the storage voltage.
蓄電池の端子電圧のピーク点電圧に対応した対応電圧
と、ピーク後における端子電圧に対応する対応電圧とを
比較回路で比較し、両電圧が一致した時点で充電を停止
させる方式(第3の従来例)においても、ツェナーダイ
オードや記憶電圧の変動が生じやすい記憶素子を用いる
ことにより、充電不足となったり過充電が起こりやす
い。A comparison circuit compares a corresponding voltage corresponding to the peak voltage of the terminal voltage of the storage battery with a corresponding voltage corresponding to the terminal voltage after the peak, and stops charging when both voltages match (third conventional method). In the example, too, the use of a zener diode or a storage element in which the storage voltage is likely to fluctuate causes a shortage of charge or overcharge.
また、第1〜第3の従来例はいずれも、蓄電池の直列
本数により回路定数を変更しなければならないという煩
雑さがあり、加えて第2、第3の従来例ではピーク後に
充電を停止させるため、特に超急速充電の場合には、過
充電により電池性能の劣化が著しくなることがある。Further, in each of the first to third conventional examples, there is a trouble that the circuit constant has to be changed according to the number of series of storage batteries, and in addition, in the second and third conventional examples, charging is stopped after a peak. Therefore, particularly in the case of ultra-rapid charging, the battery performance may be significantly degraded due to overcharging.
蓄電池の微小電圧変動を抽出し、この微小電圧変動が
一定値以上になったことを検出して充電を制御する方式
(第4の従来例)は、第1〜第3の従来例のような問題
はないが、ノイズの影響で微小電圧変動が一定値以上に
なったことを誤検出してしまうことがあり、そのような
場合は充電が完了していないにも拘らず充電制御がなさ
れることになり、充電不足となってしまう。A method of extracting minute voltage fluctuations of a storage battery and detecting that the minute voltage fluctuations are equal to or more than a certain value to control charging (fourth conventional example) is similar to the first to third conventional examples. Although there is no problem, it may be erroneously detected that the minute voltage fluctuation has exceeded a certain value due to the influence of noise. In such a case, charging control is performed even though charging is not completed. As a result, the battery becomes insufficiently charged.
本発明はこのような従来の問題点を解決するためにな
されたもので、蓄電池の種類や充電電流および周囲温度
等によらず充電を適切に制御でき、また充電完了状態の
蓄電池を誤って充電した場合でも過充電を起こすことが
なく、蓄電池を複数本直列接続して同時に充電を行う場
合、蓄電池の直列接続本数が変化したり、充電電圧特性
が不揃いであっても過充電を起さず、さらにノイズの影
響で充電制御がなされることによる充電不足の心配もな
い蓄電池の充電回路を提供することを目的とする。The present invention has been made in order to solve such a conventional problem, and it is possible to appropriately control charging regardless of the type of the storage battery, charging current and ambient temperature, and to erroneously charge a storage battery in a fully charged state. If multiple batteries are connected in series and charging is performed at the same time without overcharging, even if the number of batteries connected in series changes or the charging voltage characteristics are not uniform, overcharging does not occur. It is another object of the present invention to provide a charging circuit for a storage battery that does not have a fear of insufficient charging due to charge control being performed under the influence of noise.
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明は、上記の課題を解決するため、蓄電池の充電
末期において端子電圧波形中に充電量に対応した端子電
圧変化により周波数の十分高い微小電圧変動が生じるこ
とに着目し、この微小電圧変動を抽出した後、パルス信
号に整形し、このパルス信号を計数する計数手段の出力
により充電を制御するようにしたことを特徴とするもの
である。[Means for Solving the Problems] In order to solve the above-described problems, the present invention provides a terminal device having a sufficiently high frequency due to a terminal voltage change corresponding to a charged amount in a terminal voltage waveform at the end of charging of a storage battery. Focusing on the occurrence of voltage fluctuations, extracting this minute voltage fluctuation, shaping it into a pulse signal, and controlling charging by the output of a counting means for counting this pulse signal. .
(作用) 密閉形ニッケルカドニウム蓄電池をはじめとする蓄電
池では、充電末期に至ると充電初期や中間では見られな
かった微小電圧変動が端子電圧波形に現れる。この現象
が発生する理由は、充電末期に至ると陽極から酸素ガス
が発生し、この酸素ガスがセパレータを透過して陰極側
へ拡散し、陰極と反応して吸収される際の蓄電池内の物
理的変化あるいは化学反応により、微小電圧変動を引起
こすものと考えられる。(Operation) In a storage battery such as a sealed nickel-cadmium storage battery, a minute voltage fluctuation which is not seen in the initial stage or in the middle of charging appears in the terminal voltage waveform at the end of charging. The reason for this phenomenon is that oxygen gas is generated from the anode at the end of charging, and this oxygen gas permeates through the separator and diffuses to the cathode side, reacts with the cathode and is absorbed in the storage battery. It is considered that a minute change in voltage is caused by a chemical change or a chemical reaction.
このような蓄電池の充電末期の端子電圧の微小変動
は、蓄電池の種類、充電電流および周囲温度等により充
電電圧特性が変化しても常に現れるので、この微小電圧
変動をハイパスフィルタや微分回路回により抽出し、そ
の抽出された微小電圧変動をパルス信号にしてから計数
手段に入力すれば、計数手段が予め設定された計数値に
達したとき充電を制御することによって、確実に充電末
期に充電制御がなされることになり、過充電が防止され
る。Such a small change in the terminal voltage at the end of charging of the storage battery always appears even if the charge voltage characteristics change due to the type of the storage battery, the charging current, the ambient temperature, and the like. If the extracted minute voltage fluctuation is converted into a pulse signal and input to the counting means, the charging is controlled when the counting means reaches a preset count value, so that the charge control is surely performed at the end of charging. Is performed, and overcharging is prevented.
また、充電完了済みの蓄電池を再充電する場合でも、
再充電開始後、若干の時間遅れでガスが発生することに
より微小電圧変動が生じるため、同様に過充電が未然に
防止される。Also, when recharging a charged battery,
Since the gas is generated with a slight time delay after the start of recharging, a minute voltage fluctuation occurs, so that overcharging is similarly prevented.
一方、蓄電池を複数(n)本直列接続して充電する場
合、過充電時には蓄電池のn本の端子電圧の合成電圧波
形に個々の蓄電池の端子電圧波形状の微小電圧変動の合
成が重畳されるが、その際には最も電気容量の小さい蓄
電池の微小電圧変動が最初に現れる。このため蓄電池1
本の充電を行う場合と同じ充電回路を用いて、電気容量
の最も小さい蓄電池が充電末期に達した時点で充電が制
御されることになり、やはり過充電は起らない。On the other hand, when a plurality (n) of storage batteries are connected in series and charged, at the time of overcharging, the synthesis of minute voltage fluctuations in the terminal voltage waveform shape of each storage battery is superimposed on the composite voltage waveform of the n battery terminal voltages. However, in that case, a minute voltage fluctuation of the storage battery having the smallest electric capacity appears first. Therefore, the storage battery 1
Using the same charging circuit as in the case of performing book charging, charging is controlled when the storage battery with the smallest electric capacity reaches the end of charging, so that overcharging does not occur.
さらに、微小電圧変動を整形したパルス信号を数を計
数してその計数値が所定値に達するまで充電を続行する
ため、ノイズが混入しても計数値が若干増加するだけで
あり、微小電圧変動の振幅が一定値以上になったとき充
電を制御する方式のようにノイズの影響で充電制御が誤
って行なわれることによる充電不足が避けられる。Furthermore, since the number of pulse signals obtained by shaping the minute voltage fluctuation is counted and charging is continued until the counted value reaches a predetermined value, even if noise is mixed, the counted value only slightly increases. Insufficient charging due to erroneous charging control due to noise, such as a method of controlling charging when the amplitude of a signal exceeds a certain value, can be avoided.
(実施例) 第1図は本発明の一実施例に係る蓄電池の充電回路を
示したものである。蓄電池1は充電制御回路2を介して
充電用電源3に接続されている。充電制御回路2は充電
電流を制御するスイッチング回路により構成される。充
電用電源3には、交流電源を整流して直流を得る直流電
源か、または他の比較的大容量の電池が使用される。(Embodiment) FIG. 1 shows a charging circuit for a storage battery according to an embodiment of the present invention. The storage battery 1 is connected to a charging power supply 3 via a charging control circuit 2. The charging control circuit 2 includes a switching circuit that controls a charging current. As the charging power supply 3, a DC power supply that rectifies an AC power supply to obtain a DC power, or another relatively large-capacity battery is used.
蓄電池1には、さらに微小電圧変動抽出回路を構成す
るハイパスフィルタ4が接続されている。ハイパスフィ
ルタ4は一端が入力端子aを介して蓄電池1の陽極に接
続されたコンデンサCと、このコンデンサCの他端に反
転入力端子が接続され、非反転入力端子が接地され、出
力端子がハイパスフィルタ4の出力端子bに接続された
演算増幅器5と、この演算増幅器5の反転入力端子と出
力端子との間に接続された抵抗Rとからなるアクティブ
フィルタにより構成されている。ここで、ハイパスフィ
ルタ4は蓄電池1の充電末期に現れる端子電圧VBの微小
電圧変動を抽出し得るように低減遮断周波数が選定され
ている。The storage battery 1 is further connected to a high-pass filter 4 constituting a minute voltage fluctuation extraction circuit. The high-pass filter 4 has a capacitor C having one end connected to the anode of the storage battery 1 via the input terminal a, an inverting input terminal connected to the other end of the capacitor C, a non-inverting input terminal grounded, and an output terminal connected to the high-pass filter. It comprises an active filter comprising an operational amplifier 5 connected to the output terminal b of the filter 4 and a resistor R connected between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier 5. Here, reducing the cut-off frequency as the high-pass filter 4 may extract a small voltage fluctuation of the terminal voltage V B appearing at the end of charging of the storage battery 1 is selected.
ハイパスフィルタ4の出力端子bは、整形回路6の入
力端子cに接続されている。整形回路6は計数回路9の
動作を確実にするためには、ハイパスフィルタ4の出力
信号である微小電圧変動をパルス信号に整形する回路で
あり、この例では電圧比較器7により構成されている。
この電圧比較器7の反転入力端子は整形回路6の入力端
子cに、出力端子は整形回路6の出力端子dにそれぞれ
接続されている。また、電圧比較器7の非反転入力端子
には基準電圧Vthが印加されている。整形回路6の出力
端子dは、計数回路9の入力端子に接続されている。The output terminal b of the high-pass filter 4 is connected to the input terminal c of the shaping circuit 6. The shaping circuit 6 is a circuit for shaping a minute voltage fluctuation, which is an output signal of the high-pass filter 4, into a pulse signal in order to ensure the operation of the counting circuit 9, and is constituted by a voltage comparator 7 in this example. .
The inverting input terminal of the voltage comparator 7 is connected to the input terminal c of the shaping circuit 6, and the output terminal is connected to the output terminal d of the shaping circuit 6. The reference voltage Vth is applied to the non-inverting input terminal of the voltage comparator 7. The output terminal d of the shaping circuit 6 is connected to the input terminal of the counting circuit 9.
計数回路9の出力端子fは、フリップフロップ8のリ
セット端子Rに接続されている。フリップフロップ8の
セット端子Sには、電源投入時やスイッチ等の動作に運
動して発生するスタートパルスが印加される。フリップ
フロップ8の出力端子Qは、充電制御回路2の制御端子
と計数回路9のリセット端子gとに接続されている。The output terminal f of the counting circuit 9 is connected to the reset terminal R of the flip-flop 8. To the set terminal S of the flip-flop 8, a start pulse generated when the power is turned on or when the switch or the like moves is applied. The output terminal Q of the flip-flop 8 is connected to the control terminal of the charging control circuit 2 and the reset terminal g of the counting circuit 9.
充電制御回路2はフリップフロップ8の出力端子Qが
高レベルのとき急速充電状態となり、低レベルのとき充
電制御状態となる。充電制御状態では、蓄電池1の充電
を完全に停止させるか、または充電電流を減少させる。
また、計数回路9はフリップフロップ8の出力端子Qが
高レベルのとき計数状態で、低レベルのときリセット状
態になる。The charge control circuit 2 enters the fast charge state when the output terminal Q of the flip-flop 8 is at a high level, and enters the charge control state when the output terminal Q is at a low level. In the charging control state, the charging of the storage battery 1 is completely stopped or the charging current is reduced.
The counting circuit 9 is in a counting state when the output terminal Q of the flip-flop 8 is at a high level, and is in a reset state when the output terminal Q is at a low level.
次に、第1図の充電回路の動作を第2図の電圧波形図
を参照して説明する。Next, the operation of the charging circuit of FIG. 1 will be described with reference to the voltage waveform diagram of FIG.
充電回路の電源投入時またはスイッチ動作等に連動し
て発生するスタートパルスがフリップフロップ8のセッ
ト端子Sに加わると、フリップフロップ8の出力端子Q
は高レベルとなり、充電制御回路2は急速充電状態、計
数回路9は計数状態となる。この状態では充電用電源3
から蓄電池1に大電流が供給され、急速充電が開始され
る。When a start pulse generated at power-on of the charging circuit or in conjunction with a switch operation is applied to the set terminal S of the flip-flop 8, the output terminal Q of the flip-flop 8
Is at a high level, the charge control circuit 2 is in a quick charge state, and the counter circuit 9 is in a count state. In this state, the charging power source 3
Supplies a large current to the storage battery 1 to start rapid charging.
この充電過程において、蓄電池1の端子電圧VBは第2
図(a)に示すように充電初期は電圧の上昇が急激であ
り、充電中期には電圧の上昇穏やかとなり、充電末期は
再び急激な電圧上昇を示してピークに達した後、下降し
始める。充電末期に達すると、蓄電池1の陽極から酸素
ガスが発生することにより、密閉形の蓄電池の場合は第
2図(a)に破線で示すように内圧Pが上昇する。In this charging process, the terminal voltage V B of the battery 1 and the second
As shown in FIG. 7A, the voltage rises sharply at the beginning of charging, rises gently during the middle stage of charging, and at the end of charging, the voltage again rises sharply, reaches a peak, and then starts falling. At the end of charging, oxygen gas is generated from the anode of the storage battery 1, so that in the case of a sealed storage battery, the internal pressure P increases as shown by the broken line in FIG. 2 (a).
ここで、充電末期において酸素ガスが発生し陰極と反
応し吸収される時点での蓄電池1の端子電圧VBの波形に
は、第2図(a)中に○で囲んだ拡大図に示されるよう
な微小電圧変動が断続的に現れる。この微小電圧変動の
周波数成分は、蓄電池1の充電量の変化に対応する端子
電圧VBのマクロ的な変化の周波数成分より十分高い。ま
た、この微小電圧変動のレベルは変動の出現当初は小さ
いが、充電がさらに進んで酸素ガスの発生量が多くなる
と、微小電圧変動のレベルも大きくなる。Here, the waveform of the terminal voltage V B of the battery 1 at the time the oxygen gas is reacted to absorb the generated cathode at the end of charging is illustrated in an enlarged view surrounded by ○ in Fig. 2 (a) Such minute voltage fluctuations appear intermittently. Frequency component of the small voltage fluctuation is sufficiently higher than the frequency components of the macroscopic change in the terminal voltage V B corresponding to a change in the amount of charge of the storage battery 1. The level of the minute voltage fluctuation is small at the beginning of the fluctuation, but the level of the minute voltage fluctuation increases as the charging proceeds further and the amount of generated oxygen gas increases.
このようにハイパスフィルタ4の出力端子bには、第
2図(b)に示すように蓄電池1の端子電圧VBの微小電
圧変動に対応した出力が現れる。このハイパスフィルタ
4の出力は整形回路6に入力され、電圧比較器7で基準
電圧Vthと比較される。電圧比較器7の出力は第2図
(c)に示すように蓄電池1の端子電圧VBの微小電圧変
動に応したパルス信号が現れ、これが計数回路9の入力
端子eに供給される。This output terminal b of the high-pass filter 4 so that the output appears corresponding to the minute voltage variation of FIG. 2 (b) the terminal voltage of the battery 1 as shown in V B. The output of the high-pass filter 4 is input to a shaping circuit 6 and compared with a reference voltage Vth by a voltage comparator 7. The output of the voltage comparator 7 appears pulse signal respond to small voltage fluctuation of the terminal voltage V B of the battery 1 as shown in FIG. 2 (c) is, and is supplied to an input terminal e of the counting circuit 9.
計数回路9は、入力端子eに入力されたパルス信号の
数が予め設定された値nに達すると、第2図(d)に示
すように出力端子fは高レベルとなり、フリップフロッ
プ8をリセット状態とする。フリップフロップ8の出力
端子Qはリセット状態において低レベルとなるから、充
電制御回路2は充電制御状態となり、蓄電池1の充電を
停止させるか、または充電電流を減少させる制御を行な
う。When the number of pulse signals input to the input terminal e reaches the preset value n, the counting circuit 9 sets the output terminal f to a high level as shown in FIG. 2 (d) and resets the flip-flop 8. State. Since the output terminal Q of the flip-flop 8 is at the low level in the reset state, the charge control circuit 2 is in the charge control state, and performs control to stop charging the storage battery 1 or reduce the charging current.
このようにして蓄電池1の充電末期に端子電圧波形に
現れる微小電圧変動をハイパスフィルタ4により検出
し、その出力が基準電圧Vthを越える毎に発生されるパ
ルス信号の数を計数回路9で計数し、その数がnに達し
たとき充電を制御することにより、蓄電池1を過充電を
起すことなく常に適切な量まで充電することができる。
すなわち、充電電圧特性が蓄電池の種類や充電電流およ
び周囲温度等によって種々異なるのに対して、上記のよ
うな微小電圧変動は充電末期に必ず現れる現象であるた
め、これを利用して充電末期を検出することで充電を制
御すれば、過充電となることはない。In this way, the minute voltage fluctuation appearing in the terminal voltage waveform at the end of charging of the storage battery 1 is detected by the high-pass filter 4, and the number of pulse signals generated each time the output exceeds the reference voltage Vth is counted by the counting circuit 9. By controlling the charging when the number reaches n, the storage battery 1 can always be charged to an appropriate amount without causing overcharging.
In other words, while the charging voltage characteristics vary depending on the type of storage battery, charging current, ambient temperature, and the like, the above-described minute voltage fluctuation is a phenomenon that always appears at the end of charging. If charging is controlled by detection, overcharging will not occur.
また、充電の終わった蓄電池を誤って再充電しようと
した場合でも、充電末期と同様に酸素ガスが発生して微
小電圧変動が生じ、充電制御を行なうことができるの
で、過充電を防止することが可能である。In addition, even if an attempt is made to recharge a charged storage battery by mistake, oxygen gas is generated as in the last stage of charging, and a slight voltage fluctuation occurs, and charge control can be performed. Is possible.
一方、蓄電池を複数本直列接続して充電する場合に
は、充電末期において最も電気容量の小さい蓄電池の微
小電圧変動が最初に現れ、その時点で全ての蓄電池の充
電が制御されるので、電気容量の小さい蓄電池が過充電
状態となるようなことない。このため蓄電池を複数本直
列にして同時に充電する場合、従来のように充電電圧特
性の揃った蓄電池を選別するという手間を省くことがで
きる。On the other hand, when a plurality of storage batteries are connected in series and charged, a minute voltage fluctuation of the storage battery with the smallest electric capacity appears first at the end of charging, and the charging of all the storage batteries is controlled at that time. There is no possibility that the storage battery having a small value becomes overcharged. Therefore, when a plurality of storage batteries are connected in series and charged simultaneously, it is possible to save the trouble of selecting storage batteries having uniform charging voltage characteristics as in the related art.
さらに、急速充電中にノイズが侵入しても、計数回路
9の計数値がnに達するまで充電を続けるため、ノイズ
により直ちに充電制御するような誤動作が発生すること
がなく、充電不足を避けることができる。Further, even if noise enters during the rapid charging, charging is continued until the count value of the counting circuit 9 reaches n. Therefore, malfunction such as charging control immediately due to noise does not occur, and shortage of charging is avoided. Can be.
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、例え
ば第1図ではハイパスフィルタ4を抵抗とコンデンサと
演算増幅器とからなるアクティブフィルタにより構成し
たが、コンデンサと直列に別の抵抗を接続して動作を安
定化させてもよく、他の方式のアクティブフィルタ、ま
たは演算増幅器を用いないパッシブフィルタ、あるいは
ディジタルフィルタでもよい。さらに、単なるハイパス
フィルタに代えて、交流電源の周波数等による誤動作を
防ぎ、動作を安定させるために、ローパスフィルタの機
能をハイパスフィルタに付加したバンドパスフィルタを
用いてもよい。The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in FIG. 1, the high-pass filter 4 is constituted by an active filter including a resistor, a capacitor and an operational amplifier, but another resistor is connected in series with the capacitor. The operation may be stabilized, and another type of active filter, a passive filter without an operational amplifier, or a digital filter may be used. Further, instead of a simple high-pass filter, a band-pass filter having a function of a low-pass filter added to the high-pass filter may be used to prevent malfunction due to the frequency of the AC power supply and stabilize the operation.
また、第1図では整形回路6を電圧比較器7のみで構
成したが、第3図〜第6図に示すように構成してもよ
い。Further, in FIG. 1, the shaping circuit 6 is constituted only by the voltage comparator 7, but may be constituted as shown in FIG. 3 to FIG.
第3図は電圧比較器7の反転入力端子の前に整流回路
11を挿入した例である。整流回路11は図では1個のダイ
オードを用いた半波整流回路を示したが、全波整流回路
でもよく、またダイオードと演算増幅器とを組み合わせ
た理想ダイオード回路でも良いし、絶対値回路であって
もよい。FIG. 3 shows a rectifier circuit before the inverting input terminal of the voltage comparator 7.
This is an example in which 11 is inserted. The rectifier circuit 11 is a half-wave rectifier circuit using one diode in the figure, but may be a full-wave rectifier circuit, an ideal diode circuit combining a diode and an operational amplifier, or an absolute value circuit. You may.
第4図は電圧比較器7の反転入力端子の前に、ハイパ
スフィルタ4の出力の最大値と最小値との差を出力する
ピーク・ツー・ピーク検出回路12を挿入したものであ
る。このようにすると電圧比較器7の入力レベルが2倍
となり、検出精度が向上する。FIG. 4 shows that a peak-to-peak detection circuit 12 for outputting a difference between the maximum value and the minimum value of the output of the high-pass filter 4 is inserted in front of the inverting input terminal of the voltage comparator 7. By doing so, the input level of the voltage comparator 7 is doubled, and the detection accuracy is improved.
第5図は整流回路11と電圧比較器7との間に積分回路
13を挿入した例である。第6図はピーク・ツー・ピーク
検出回路12と電圧比較器7との間に積分回路13を挿入し
た例である。第5図および第6図のように構成すると、
ノイズによる誤動作、あるいは蓄電池1の端子に充電回
路の供給端子を接触接続して電流を供給する場合の振動
・衝撃による接触抵抗の変化が引き起こすハイパスフィ
ルタ4の出力変化に起因する誤動作を防止することがで
きる。FIG. 5 shows an integrating circuit between the rectifier circuit 11 and the voltage comparator 7.
This is an example in which 13 is inserted. FIG. 6 shows an example in which an integrating circuit 13 is inserted between the peak-to-peak detecting circuit 12 and the voltage comparator 7. When configured as shown in FIGS. 5 and 6,
To prevent malfunction due to noise or malfunction due to a change in output of the high-pass filter 4 caused by a change in contact resistance due to vibration or shock when a supply terminal of a charging circuit is connected to a terminal of the storage battery 1 to supply current. Can be.
第1図では整形回路6に通常の電圧比較器7を用いた
が、ヒステリシス特性を付加した電圧比較器を用いる
と、微小電圧変動抽出回路の出力に微小振幅のノイズが
重畳している場合の誤動作を防止することもできる。In FIG. 1, a normal voltage comparator 7 is used for the shaping circuit 6. However, when a voltage comparator with a hysteresis characteristic is used, a case where noise of a minute amplitude is superimposed on the output of the minute voltage fluctuation extracting circuit is shown. Malfunction can also be prevented.
第1図ではハイパスフィルタ4と整形回路6とを直接
接続したが、これらの間に増幅器を挿入して整形回路6
の入力レベルを高くし、整形を容易にすることも可能で
ある。In FIG. 1, the high-pass filter 4 and the shaping circuit 6 are directly connected.
It is also possible to increase the input level of, and to facilitate shaping.
また、第1図では微小電圧変動抽出回路として、ハイ
パスフィルタを用いた例を示したが、電圧変動の傾斜を
捕える微分回路を用いても同様の効果が得られる。Although FIG. 1 shows an example in which a high-pass filter is used as the minute voltage fluctuation extracting circuit, a similar effect can be obtained by using a differentiating circuit that captures the slope of the voltage fluctuation.
さらに、第1図では整形回路6からのパルス信号を計
数回路9で計数し、急速充電が開始されてから累積パル
ス数が予め設定された値nに達すると充電を制御するよ
うにしているが、計数回路9のリセット端子gに一定時
間毎にリセットパルスを加え、一定時間内に発生するパ
ルス数がnに達したら充電を制御するようにしてもよ
い。Further, in FIG. 1, the pulse signal from the shaping circuit 6 is counted by the counting circuit 9, and the charging is controlled when the accumulated pulse number reaches a preset value n after the rapid charging is started. Alternatively, a reset pulse may be applied to the reset terminal g of the counting circuit 9 at regular intervals, and charging may be controlled when the number of pulses generated within the constant time reaches n.
また、整形回路6の出力端子dと計数回路9の入力端
子eとの間にゲート回路を挿入し、計数回路9へ入力す
るパルス信号の数を制限するようにしてもよい。Further, a gate circuit may be inserted between the output terminal d of the shaping circuit 6 and the input terminal e of the counting circuit 9 to limit the number of pulse signals input to the counting circuit 9.
その他、本発明は要旨を逸脱しない範囲で種々変形し
て実施することができる。In addition, the present invention can be variously modified and implemented without departing from the gist.
[発明の効果] 本発明によれば、蓄電池の充電末期において端子電圧
波形中に現れる、充電量に対応した端子電圧変化より高
い周波数成分である微小電圧変動分を検出し、この微小
電圧変動をパルス信号に整形して計数し、その計数値が
設定値に達したことを検出して蓄電池の充電を制御する
構成としたことにより、蓄電池の種類や充電電流および
周囲温度等による充電電圧特性の変化によらず確実に充
電末期を検出して充電を制御でき、過充電による蓄電池
の寿命低下を防止することが可能となる。[Effects of the Invention] According to the present invention, a minute voltage fluctuation, which is a frequency component higher than a terminal voltage change corresponding to a charged amount and appears in a terminal voltage waveform at the end of charging a storage battery, is detected, and this minute voltage fluctuation is detected. It is shaped into a pulse signal and counted, and by detecting that the count value has reached a set value, the charging of the storage battery is controlled, so that the charging voltage characteristics depending on the type of storage battery, charging current, ambient temperature, etc. Charging can be controlled by reliably detecting the end of charging irrespective of the change, and it is possible to prevent the life of the storage battery from being shortened due to overcharging.
また、充電完了後の蓄電池を誤って充電した場合、速
やかに充電制御状態になることによって過充電が防止さ
れ、乾電池を誤って充電しようとした場合でも、直ちに
充電制御状態となり、過充電が防止される。In addition, if the storage battery is incorrectly charged after the completion of charging, the battery immediately enters the charge control state to prevent overcharging. Even if the battery is erroneously charged, the battery immediately enters the charge control state to prevent overcharging. Is done.
さらに、蓄電池を複数本直列接続して充電する場合に
は、充電末期において電気容量の小さい蓄電池が過充電
状態となることが無く、充電電圧特性の揃った蓄電池を
選別する必要がないという利点がある。Furthermore, when a plurality of storage batteries are connected in series and charged, there is an advantage that a storage battery having a small electric capacity does not become overcharged at the end of charging, and it is not necessary to select storage batteries having uniform charging voltage characteristics. is there.
また、本発明では微小電圧変動の振幅が一定値以上に
なったとき充電を制御する方式と異なり、微小電圧変動
を整形したパルス信号の数が所定値に達するまで充電を
続けるため、例えばノイズがあっても計数値が若干増加
するだけであり、充電制御がノイズの影響を受けること
は少ない。Further, in the present invention, unlike the method of controlling charging when the amplitude of the minute voltage fluctuation becomes equal to or more than a certain value, the charging is continued until the number of pulse signals obtained by shaping the minute voltage fluctuation reaches a predetermined value. Even if it does, the count value only slightly increases, and the charge control is hardly affected by noise.
第1図は本発明の一実施例に係る蓄電池の充電回路の構
成を示す回路図、第2図は同実施例の動作を説明するた
めの電圧波形図、第3図〜第6図は本発明における整形
回路の他の構成例を示す回路図である。 1……蓄電池、2……充電制御回路、3……充電用電
源、4……ハイパスフィルタ(微小電圧変動抽出手
段)、6……整形回路、9……計数回路。FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a charging circuit for a storage battery according to one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a voltage waveform diagram for explaining the operation of the embodiment, and FIGS. FIG. 9 is a circuit diagram illustrating another configuration example of the shaping circuit according to the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Storage battery, 2 ... Charging control circuit, 3 ... Charging power supply, 4 ... High-pass filter (small voltage fluctuation extraction means), 6 ... Shaping circuit, 9 ... Counting circuit.
Claims (2)
に現れる充電量に対応した端子電圧変化より高い周波数
成分の微小電圧変動を抽出する微小電圧変動抽出手段
と、 この手段により抽出された前記微小電圧変動をパルス信
号に整形する整形手段と、 この整形手段から出力される前記パルス信号を計数する
計数手段と、 この計数手段による前記パルス信号の計数値が所定値に
達したとき前記蓄電池の充電を制御する充電制御手段と を備えたことを特徴とする蓄電池の充電回路。1. A minute voltage fluctuation extracting means for extracting a minute voltage fluctuation of a frequency component higher than a terminal voltage change corresponding to a charge amount appearing in a terminal voltage waveform appearing in a terminal voltage waveform at the end of charging of a storage battery; Shaping means for shaping the voltage fluctuation into a pulse signal; counting means for counting the pulse signal output from the shaping means; and charging of the storage battery when the count value of the pulse signal by the counting means reaches a predetermined value. And a charge control means for controlling the charging time.
ルタまたは微分回路であり、前記整形手段は電圧比較器
を含むことを特徴とする請求項1記載の蓄電池の充電回
路。2. The storage battery charging circuit according to claim 1, wherein said minute voltage fluctuation extracting means is a high-pass filter or a differentiation circuit, and said shaping means includes a voltage comparator.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25392089A JP2638647B2 (en) | 1989-09-29 | 1989-09-29 | Battery charging circuit |
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---|---|---|---|
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JPH03118730A JPH03118730A (en) | 1991-05-21 |
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Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP3177528B2 (en) * | 1991-09-19 | 2001-06-18 | 東芝電池株式会社 | Rechargeable battery charging circuit |
-
1989
- 1989-09-29 JP JP25392089A patent/JP2638647B2/en not_active Expired - Lifetime
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