JP2645913B2

JP2645913B2 - 充電制御装置

Info

Publication number: JP2645913B2
Application number: JP2309422A
Authority: JP
Inventors: 善次郎内田
Original assignee: Sanyo Denki Co Ltd
Current assignee: Sanyo Denki Co Ltd
Priority date: 1990-11-14
Filing date: 1990-11-14
Publication date: 1997-08-25
Anticipated expiration: 2012-08-25
Also published as: JPH04145840A

Description

【発明の詳細な説明】（イ）産業上の利用分野本発明は、ニッケルカドニウム（Ni−cd）電池，ニッ
ケル水素（Ni−MH）電池等の二次電池を急速充電する充
電制御装置に関する。

（ロ）従来の技術一般に、二次電池には、充電末期において、電池の端
子電圧がピーク値に達した後大きく低下するＡタイプ
や、電池の温度が大きく上昇するＢタイプなど、充電特
性が異なる複数の種類が存在する。

従来は、特開平１−190226号公報に開示されているよ
うに、上記電圧降下（−ΔＶ）を検出して充電制御する
−ΔＶ充電制御手段と、上記温度上昇（ΔＴ）検出して
充電制御するΔＴ充電制御手段とを設け、電池の種類に
応じていずれかの制御手段を選択することにより、充電
特性の大きく異なる複数種類の電池に対応できるように
していた。

（ハ）発明が解決しようとする課題従来技術においては、上記A,Bの如く充電特性が大き
く異なる複数の電池に対しては、確かに十分対応するこ
とができる。

しかしながら、充電特性がほぼ同一であってもその具
体的な値が異なる電池も、二次電池には存在する。他え
ば、ニッケルカドニウム電池とニッケル水素電池とは、
共に、充電開始から徐々に端子電圧が上昇し、ピーク電
圧に達した後大きく電圧が降下するという上記Ａタイプ
の充電特性を持つが、具体的な降下電圧値ΔＶは異な
り、通常、ニッケル水素電池の法がニッケルカドニウム
電池より小さい。

このように充電特性が類似する複数種類の電池に対し
ては、上記従来技術を適用しても対処できず、従って、
このような電池に対しては装着できる電池を１種類に限
定せざるを得なかった。

（ニ）課題を解決するための手段本発明は、複数種類の二次電池を選択的に装着可能な
装着部と、前記二次電池に急速充電用の充電電流を供給
する充電回路と、充電中の電池端子電圧がピーク値に達
した後該ピーク値から所定電圧低下したことを検出する
検出手段を含み、該検出に応答して前記充電回路を制御
し急速充電を終了する充電制御手段と、電池の種類毎に
異なる前記所定電圧を記憶する記憶手段と、前記装着部
に装着された電池の種類を識別する識別手段と、該識別
手段の識別結果に応じて前記記憶手段から対応する所定
電圧を読み出す読み出し手段とを有し、読み出された所
定電圧を前記検出に用いることにより、上記課題を解決
するものである。

（ホ）作用本発明では、装着された電池の種類に応じて異なる所
定電圧が読み出され、ピーク値からの電圧降下がこの所
定電圧より低下したか否かが検出されるので、わずかな
構成の追加で、充電特性が類似する異なる種類の電池に
も対応できるようになる。

（ヘ）実施例第２図は、本発明の実施例の概略構成を示すブロック
図であり、１はニッケルカドニウム（Ni−cd）電池又は
ニッケル水素電池（Ni−MH）電池等の二次電池よりなる
電池パック２が着脱自在なパーソナルコンピュータ等の
情報機器本体、３は一端がACプラグ４に結合され他端が
ケーブル５を介して本体１に接続され、AC電圧をDC電圧
に変換して本体に供給するACアダプター機能と、電池パ
ック２への充電機能とを備えたACアダプター＆チャージ
ャーである。

本体１は、ケーブル５を接続するためのDCプラグ６、
供給される電源電圧をDC−DC変換して負荷７に供給する
本体電源回路８、電源供給ラインに挿入された電源スイ
ッチ９、電源スイッチ９と連動し電源スイッチのオンオ
フを検出するための急速充電検出スイッチ10、電池種別
検出用のスイッチ11、DCプラグ６の端子HP2から電池パ
ック２の入出力端子に向かって順方向に挿入されたダイ
オード12、電池パック２の入出力端子からDCプラグ６の
端子HP1に向かって順方向に挿入されたダイオード13を
有する。

一方、ACアダプター＆チャージャー３は、電源トラン
ス14の一次側に、ラインフィルタ15、整流回路16、平滑
回路17、一次側コイル18、スイッチング素子19、スイッ
チング素子のオンオフを制御するPWM制御回路20、フォ
トカプラ21の受光部であるフォトトランジスタ211を有
する。

また、トランスの二次側には、第１及び第２の２つの
コイル22,23を備え、各々に、整流回路24,25、平滑回路
26,27が接続されている。平滑回路26の出力は、第１接
点S1が順方向に挿入されたダイオード28を介してDCプラ
グ29の端子P1に接続され、且つ、第２接点S2がDCプラグ
29の端子P2に接続されたリレー30に接続されている。

さらに、平滑回路26の出力側には、電源の定電圧化及
び定電流化を実現するため、定電圧回路31、電流検出回
路32、定電流回路33、フォトカプラ21のフォトダイオー
ド210が設けられている。これら定電圧回路及び定電流
回路の制御は、マイクロコンピュータ34により行われ、
このマイクロコンピュータ34には、DCプラグ29の端子P
3,P4から、本体側の急速充電検出スイッチ10,電池種別
検出スイッチ11のスイッチ出力が、そして、オープン電
池＆−ΔＶ検出回路35及びショート電池検出回路36から
検出信号が入力される。尚、リレー30及びLED37の各ド
ライバ38,39も、マイクロコンピュータ34により制御さ
れる。

二次側の他の平滑回路27の出力側には、トリクル充電
電流をDCプラグ29の端子P2を介して電池パック２に供給
するため、トリクル充電制御抵抗40が挿入されている。

本実施例では、トリクル充電電流Irは0.1C以下の150m
Aに設定されており、電池が装着されていないオープン
時に供給ライン42の電圧は23Vになるよう設定されてい
る。また、アダプターモードでは、リレー30の接点がS1
と接続されて、供給ライン41には16Vの定電圧が供給さ
れ、急速充電モードでは、リレー30の接点がS2と接続さ
れて、供給ライン42には23Vの定電圧が供給され、且
つ、その定電流値は後に説明するように、時間と共に段
階的に上昇するよう制御される。

次に、ACアタプター＆チャージャー３の具体構成を第
３図に示し、より詳細に説明する。

まず、マイクロコンピュータ34は、端子COMPから入力
されるアナログ電圧をデジタル電圧に変換するAD変換器
50と、プログラム及びNi−cd電池用とNi−MH電池用の各
々のΔＶ値を記憶するROM51と、AD変換器50からの入力
電圧BV,そのピーク電圧PEEK,後述の充電制御に使用する
各種フラグINF,SHORTF,BATF,DELTAを記憶するためのRAM
52と、安全タイマー，ショートタイマー，充電タイマ
ー，−ΔＶタイマー等の各種タイマー53とを内蔵する。

オープン電池＆−ΔＶ検出回路35は、マイクロコンピ
ュータ34からパルス信号PWMを入力して鋸波の基準電圧V
1を出力するトランジスタ600及びコンデンサ601よりな
る鋸波電圧発生回路60と、この鋸波基準電圧V1とライン
42の抵抗分割電圧Vsとを比較するコンパレータ61と、コ
ンパレータ61の出力によりオンオフし、その出力を端子
COPMに入力するトランジスタ62よりなり、ライン42の電
圧に応じたアナログ電圧をCOMP端子に入力する。

ここで、電圧Vsは、ライン42の電圧が22Vのとき基準
電圧V1の最高値とほぼ同電位になるように設定されてお
り、V1の最低値は0Vである。従って、DCプラグ29がDCプ
ラグ５と接続されていないか、若しくは、電池が未装着
のオープン電池状態では、ライン42の電圧は23Vと22Vよ
り常に高くなるので、COMP端子にはＨの信号が入力され
続け、一方、DCプラグが接続され、且つ、電池が装着さ
れた状態では、ライン42の電圧は電池電圧に低下するの
で、COMP端子への入力信号によりマイクロコンピュータ
34は、DCプラグ29が接続されているか否か、及び、オー
プンバッテリー状態であるか否かを判定できる。

ショート電池検出回路36は、ライン42の抵抗分割電圧
と定電圧レギュレータ63からの基準電圧を比較して、ラ
イン42の電圧が10V以下であることを検出するコンパレ
ータ64と、コンパレータ64の出力によりオンオフするト
ランジスタ65,66よりなり、トランジスタ65はリレード
ライバ38に接続され、トランジスタ66はコンパレータ61
の−端子に接続されている。

次に、定電圧回路31及び定電流回路33について説明す
る。

定電圧回路31は、ライン42と接地間に、抵抗R1,フォ
トダイオード210,シャントレギュレータ70を直列接続
し、且つ、直列抵抗R2,R4,R5の分圧点Ａをシャントレギ
ュレータ70のVref端子に接続して構成されている。シャ
ントレギュレータ70はそのVref電圧が常に一定であり、
また、R3,C3は発振防止用の素子である。

抵抗R5には、並列にトランジスタQ1が接続され、その
ベースには、抵抗R7を介してマイクロコンピュータ34か
らの信号T0が入力されている。

従って、ライン42の電圧V0が上昇または下降しようと
すると、フォトダイオード210に流れる電流が増加また
は減少し、この電流がフォトトランジスタ211によりPWM
制御回路20にフィードバックされ、電圧V0の下降または
上昇させるようスイッチング素子がオンオフして、電圧
V0を一定に保つよう働く。また、V0＝｛１＋R2/（R4＋R
5）｝Vrefであるので、トランジスタQ1がオンすると（R
4＋R5）がR4のみとなって、電圧V0が高くなる。ここで
は、16Vから25Vへと変化する。

一方、定電流回路33は、電流検出抵抗32の一端Ｃと定
電圧レギュレータ63の出力に接続された直列抵抗R13,R1
2,R11,R10,R9と、その分圧点Ｄの電圧を＋端子に入力
し、−端子に電流検出抵抗32の他端Ｂの電圧を抵抗R8を
介して入力するコンパレータ71と、フォトダイオード21
0とシャントレギュレータ70のカソードとの接続点Ｅか
らコンパレータ71の出力に向かって順方向に挿入された
ダイオード72と、直列抵抗R13,R12,R11に各々並列に接
続され、マイクロコンピュータ34からの信号T1,T2,T3を
各ベースに各々入力するトランジスタQ1,Q2,Q3とよりな
る。

この回路では、電池パック２が装着されると、ライン
41から電池パック２を介して電流検出抵抗32に矢印方向
の電流が流れ、この電流が増加または減少しようとする
と、コンパレータ71の出力が低下または上昇し、これに
応じてダイオード72を介してフォトダイオード210を流
れる電流が増加または減少し、この電流がフィードバッ
クされて、電流検出抵抗32に流れる電流を減少または増
加させるように働き、結果として電流を一定に保つ。

さらに、信号T1,T2,T3がＨからＬになると、トランジ
スタQ2,Q3,Q4がそれぞれオンして抵抗R13,R12,R11が短
絡され、これによって、Ｄ点の基準電圧が上昇する。従
ってこの時、電流検出抵抗32を流れる定電流値が高くな
る。ここでは、信号T1,T2,T3に応じて、定電流値が、1A
＝0.6C,1.7A＝1C,2.5A＝1.5Cと順に変化する。尚、T0〜
T3が全てＨであるときの定電流値は、0.3A＝0.2Cに設定
されている。

ところで、本実施例では、Ni−cdとNi−MHの２種類の
電池を使用可能であって、その電池種別は、第５図に示
す構成により識別される。

即ち、電池パックの挿入部には電池種別スイッチとし
てのマイクロスイッチ91が設けられており、Ni−cd電池
200では、第５図Ａに示すように、このスイッチ91に対
応する位置はフラットになっているが、Ni−MH電池201
では、第５図Ｂに示すように、スイッチに対応する部分
に凸部202が形成されている。

よって、矢印にしたがって、Ni−cd電池200を挿入し
た場合には、スイッチと電池とは接続せず、スイッチは
オフのままであるが、Ni−MHを挿入した場合には、凸部
によりスイッチが押し込まれ、スイッチはオンする。そ
して、このオンオフスイッチ出力が、DCプラグ端子HP4
及びP4を介してマイクロコンピュータに入力される。

第３図に戻って、LED37は、赤と緑の２色のLED370及
び部371から構成されており、LEDドライバ39も２つのト
ランジスタ390及び391からなる。

以下、第１図のフローチャート及び第４図の波形図を
参照して、実施例の動作を詳しく説明する。

ACプラグ４をコンセントに差し込むと、ACアダプター
＆チャージャー３はパワーオンリセットされ、内部状態
がクリアされると共に、リレー30が接点S1側に接触し、
プラグ端子P1にライン41から16Vの定電圧を供給するア
ダプタモードとなる。このモードでは、電池が装着され
た状態では、ライン42から端子P2を介して0.1C以下のト
リク充電電流が電池パック２に供給される。

次に、第１図のフローチャートに示すように、マイク
ロコピュータ34は、端子COMPへの入力により、ACアダプ
ター＆チャージャー３のDCプラグ29が、本体１側のDCプ
ラグ６と接続されているか、また、オープンバッテリー
状態であるか否か判定する。DCプラグが接続状態にあ
り、且つ、バッテリーが装着されていれば、さらに端子
P3からの急速充電検出スイッチ入力により、本体１の電
源スイッチ９がオンされているか判定し、オンされてい
れば内部の禁止フラグINFが０であるかチェックする。
そして、INFが０であるとき、急速充電モードに入る。

急速充電モードでは、マイクロコンピュータ34は、信
号T0をＨにし、リレードライバ38を駆動してリレー30の
接点をS1からS2に切り替えると共に、定電圧回路31のト
ランジスタQ1をオンしてライン41からの電池オープン時
の供給電圧を25Vにアップさせ、さらに、信号T2〜T4を
ＨにしてトランジスタQ2〜Q4をオフにし、0.2Cの急速充
電を開始する。そして、開始と共に、安全タイマー530
及び充電タイマー531をスタートさせる。尚、ライン42
の電位は、勿論、電池２の電圧と同電位になる。

0.2C充電の開始後、マイクロコンピュータ34は、端子
P4からの電池種別検出スイッチ入力を読み取って電池種
別を判定し、Ni−cd電池であれば、フラグBATFを０にす
ると共にドライバ390を駆動して、赤色LED370を点灯
し、Ni−MH電池であれば、フラグBATFを１にすると共に
ドライバ390及び391を駆動して、LED370及び371を点灯
し、LED37を橙色に点灯する。

次に、マイクロコンピュータ34は、充電タイマーによ
り0.2C充電を開始してから20秒間経過したか判定し、経
過していれば信号T1をＨからＬにしてトランジスタQ2を
オンにし定電流値を0.6Cに上昇させる。その後、充電タ
イマーにより20秒経過する毎に信号T2,T3を順にＨから
Ｌにして、第４図Ａに示すように、定電流値を順に1C,
1.5Cへと変化させる。これに伴い、電池電圧BVは同図に
示すように徐々に上昇し、第６図Ａに示す従来例の如
く、充電初期に大電流を急激に与えることにより生ずる
疑似ピーク電圧は発生しなくなる。この効果は、定電流
値を変化させるステップ数を細かくするほどより効果的
である。

0.1C〜1.5Cの各急速充電サイクルにおいては、STEP−
A,B,Dに示すように、DCプラグの接続状態，オープンバ
ッテリー状態，本体スイッチ状態が常時検出されてお
り、DCプラグが外れるか、電池が外されるか、本体スイ
ッチ９がオンにされると、急速充電は停止され、LED37
も消灯する。

また、マイクロコンピュータ34は、AD変換器50の出力
によって、電池電圧BVを一定周期でサンプリングしてお
り、前回のサンプリング値の最新のサンプリング値を常
に比較して、大きいほうの値をPEEKとしてRAM52に記憶
するようにしている。そして、最新のサンプリング値が
PEEKより低くなったとき、ピーク電圧が発生したと判断
する。

ピーク電圧が発生した後は、ピーク値と最新のサンプ
リング電池電圧BVとの差が、予めROM51に記憶されてい
るΔＶ値を越えたか否かを判定し、越えたとき−ΔＶが
発生したと判断する。そして、ΔＶタイマーによりこの
状態が１分間続けば満充電と判断して禁止フラグINFを
１にし、第４図Ａの如く、急速充電を終了する。つま
り、信号T0をL,T1〜T3をH,リレー30の接点をS1にして、
アダプタモードに戻り、電池２に対しては0.1C以下のト
リクル充電に入る。

もし、急速充電開始後80分経過しても、ピーク電圧が
又は−ΔＶが検出されないときは、安全タイマー530に
よって急速充電は停止される。

ところで、ピーク電圧の発生後、本実施例では、フラ
グBATFの判定により、電池の種別に応じてROM51から異
なるΔＶ値を読み出すようにしており、この処理によっ
て、２種の電池に対応できるようにしている。

また、0.2C〜1.5Cの各充電サイクルにおいては、STEP
−Ｃに示すように、電池電圧BVが10V以下であるか判定
することによって、電池が短絡した異常な状態にあるか
否か判定している即ち、ショートタイマーによって電池電圧BVが10V以
下である状態が30秒以上続くかどうかチェックし、続く
場合はショートバッテリーと判断して急速充電を停止
し、フラグBATに基づき電池の種別に応じて、Ni−cd電
池の場合はLED37を赤色に点滅させ、Ni−MH電池の場合
はLED37を橙色に点滅させるようにしている。

以上の急速充電サイクルが終了すると、マイクロコン
ピュータ34の処理は第１図の先頭に戻り、ここで、DCフ
ラグの接続状態及びオープンバッテリー状態の判定が行
われ、DCプラグの接続が外れるか、オープンバッテリー
状態になると、禁止フラグINFを０に戻して再び同一の
判定を繰り返す。さらに、DCプラグが接続されておりオ
ープンバッテリー状態で無いときは、本体スイッチ状態
の判定と、これに続く禁止フラグINFの判定が行われ、
本体スイッチ９がオンのとき、及び、禁止フラグが１の
ときは、INFを操作すること無く処理は先頭に戻り、INF
が０のときのみ急速充電モードに移る。

つまり、電池２が一旦急速充電されると、本体スイッ
チ９をオンオフしても、DCプラグを外すか、電池２を取
り外さないかぎり、不用意に急速充電モードには入らな
いよう構成されている。言い換えれば、急速充電後にDC
プラグを外して本体を使用し、その後DCプラグを差し込
むか、若しくは、DCプラグを接続したまま電池を交換す
れば、必ず急速充電が行われる。

第４図Ｂは、急速充電により満充電になった電池を、
再び急速充電した過充電状態を示す図であるが、本発明
では、急速充電の初期状態においては上述したように、
充電電流を段階的に徐々に上昇させるので、電池電圧も
徐々にしか上昇せず、充電による温度上昇も、第６図Ｂ
に示す従来例に比べれば極力抑えることができるように
なる。よって、電池の劣化が防止される。

また、従来例では、−ΔＶ検出タイマーで定まる数分
間は、既にピーク電圧が発生していても1.5Cの急速充電
を継続させなくてはならないが、本発明では、ステップ
充電モードの60秒間さえ待てば、その後のピーク電圧の
発生に応じて−ΔＶ検出を行なって充電を終了でき、こ
のため、過充電時の充電時間を短くでき、より一層温度
上昇を抑えることができる。

（ト）発明の効果本発明によれば、ニッケルカドニウム電池とニッケル
水素電池の如く、ピーク値からの降下電圧値のみが異な
り充電特性がほぼ同一の複数種類の電池に対しても、適
切な充電制御を行うことが可能となり、使用電池の適用
範囲を広げることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の処理内容を示すフローチャー
ト、第２図は本実施例の概略ブロック図、第３図は本実
施例の詳細回路図、第４図は本実施例における電圧及び
電流波形図、第５図は本実施例の要部構造を示す図、第
６図は従来例における電圧及び電流波形図である。１……本体、２……電池パック、３……ACアダプタ＆チ
ャージャー、6,29……DCプラグ、９……電源スイッチ、
10……急速充電スイッチ、11……電池種別検出スイッ
チ、14……電源トランス、30……リレー、31……定電圧
回路、33……定電流回路、34……マイクロコンピュー
タ、35……オープン電池＆−ΔＶ検出回路、36……ショ
ート電池検出回路、37……LED。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数種類の二次電池を選択的に装着可能な
装着部を備えた充電制御装置において、前記二次電池に
急速充電用の充電電流を供給する充電回路と、充電中の
電池端子電圧がピーク値に達した後該ピーク値から所定
電圧低下したことを検出する検出手段を含み、該検出回
路におる電圧低下の検出に応答して前記充電回路を制御
することによって急速充電を終了する充電制御手段と、
電池の種類毎に異なる所定電圧を記憶する記憶手段と、
前記装着部に装着された電池の種類を識別する識別手段
と、該識別手段の識別結果に応じて前記記憶手段から対
応する所定電圧を読み出す読み出し手段を有し、充電終
了後の所定電圧低下の相違する複数の二次電池を判別し
て充電電流を制御することを特徴とした充電制御装置。