JP2658063B2 - 二次電池充電制御回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、二次電池の充電に用いられる二次電池充電
制御回路に関するものである。

従来の技術 近年、携帯用電話やポータブルビデオおよびハンドヘ
ールドコンピュータ用電源として、密閉形ニッケル・カ
ドミウム電池（ニカド電池）や鉛シール電池等の二次電
池が多く使用されている。これらの二次電池の充電の終
了を検出する回路として、充電電圧の上限を検出する方
法や充電電圧のピークを検出する方法が代表例として上
げられる。

以下、図面を参照しながら上述したような従来の充電
電圧のピークを検出することにより、二次電池の充電の
終了を検出する充電制御回路について説明する。

第４図は従来の充電の完了を検知する回路として、第
２図に示す電池充電電圧特性のうち、ピーク点Ｐを検出
する回路を具備し充電状態を表示するLED回路を具備し
た充電制御回路である。

第４図において、21は電源トランス、22は整流スタッ
ク、23は平骨コンデンサでこれら21,22,23により充電器
の電源部をなす。24,25はスイッチの役割を果たすトラ
ンジスタ、26,27,28は抵抗、29は充電状態を表示するLE
D、30は電圧比較を行う演算増幅器、31は抵抗、32はダ
イオード、33はコンデンサで電池の充電電圧特性のピー
ク点を記憶する回路である。34はコンデンサ33の電荷を
放電するスイッチ、35は充電される二次電池である。

以上、第４図のように構成された充電の完了を検知す
る回路として、電池の充電電圧特性のピーク点を検出す
る回路を具備し、充電時にLEDの点灯によって充電状態
を表示する回路を具備する充電制御回路について以下そ
の動作について説明する。

まず、放電済の二次電池35を第４図に示すように接続
し、スイッチ34によりコンデンサ33の電荷を放電後、ス
イッチ34を開きトランス21の１次側を交流電源に接続す
る。電池35の電荷は、抵抗31,ダイオード32を通じてコ
ンデンサ33を充電する。この場合、演算増幅器30は非反
転入力の方が反転入力に比較してダイオード32の順方向
電圧分だけ高くバイアスされるため、出力はハイレベル
“H"を出力する。この時、LED29は点灯し充電中を表示
する。電源投入時は演算増幅器30は抵抗27を通じてトラ
ンジスタ25をバイアスし、トランジスタ25および抵抗26
を介してそれに接続されたトランジスタ24もバイアス
し、ON状態とする。ON状態となったトランジスタ24はト
ランス21および整流スタック22および平骨コンデンサ23
で構成された直流電源部と電池35を接続し充電を行う。

充電中の電池電圧は第２図Ａに示す様にピーク点Ｐま
では上昇し続け、その後は降下する。コンデンサ33の電
圧は電池電圧に追従して上昇し続け、やがてピーク点Ｐ
に達しその値を保持する。電池電圧が上昇している期間
は、抵抗31,ダイオード32を通じてコンデンサ33を充電
しているのでダイオード32は順方向にバイアスされ、演
算増幅器30も非反転入力側の方が反転入力より高くバイ
アスされ出力はハイレベル“H"を出力している。やがて
充電が完了に近づき、電池電圧がピーク点Ｐより降下を
始めると、コンデンサ33の電圧の方が電池35の電圧より
高くなり、コンデンサ33の電荷はダイオード31を逆バイ
アスする。従って、演算増幅器30は反転入力の方が非反
転入力より高電位にバイアスされ、出力はローレベル
“L"を出力し、トランジスタ25および24はバイアスされ
なくなり、OFF状態となり充電を終了しLED29は消灯し、
充電終了を表示する。

以上のように、充電の完了を検知する回路として電池
の充電電圧特性のピーク点を検出する回路を具備し、充
電時にLEDの点灯によって充電状態を表示する回路を具
備する。

発明が解決しようとする問題点 近年、携帯電話用の充電器は、自動車内でのカーバッ
テリーを電源として使用される物が多くなってきてい
る。

このように屋外での充電時には電池温度は雰囲気温度
と自己発熱により高温または低温になりうる場合があ
り、そのような条件下での急速充電は電池のサイクル寿
命の低下の原因となる。前記のような回路構成では雰囲
気温度の変化の大きい屋外での充電を行った場合、電池
温度に対する保護的な動作は設けられていない。前記欠
点に鑑み充電中に電池の内部温度を検出し、その温度が
設定範囲外の温度の場合は急速充電を休止し、電池温度
が再び設定範囲内に復帰した場合、再度急速充電を行う
手段を具備し、急速充電を休止する際にはタイマー回路
による経過時間の測定も休止させておくことで充電不足
となることを防ぐことができる二次電池充電制御回路を
提案するものである。

問題点を解決するための手段 この目的を達成するために本願発明の充電制御回路
は、電池電圧を検出する電池電圧検出部と、電池電圧が
ピーク値から設定値以上降下した時に充電を完了、いわ
ゆる−ΔＶ制御を行う充電制御手段と、電池の内部温度
を検出する温度検出手段と、電池温度に応じて電池の充
電状態を制御する温度制御手段とを具備したものであ
る。

温度制御手段は電池温度が設定範囲以上に高温または
低温になった際に、電池電圧がピーク値到達後の場合に
は充電を完了させ、電池電圧がピーク値到達以前の場合
充電を休止し、電池温度が設定範囲内に復帰した場合充
電を再開させ、急速充電を休止する際には、タイマー回
路による経過時間の測定も休止させておくことで充電不
足の状態で充電を終了することのない構成とした。

作用 この構成により本発明の充電回路によって充電中、電
池温度が設定範囲以上に高温及び低温になった時、充電
電流制御を可変し、急速充電を休止し電池温度が再び設
定範囲内に復帰した時は、休止前の電池電圧がピーク値
に到達後の場合、電池温度の上昇は充電末期の自己発熱
を主因とするものであるから、温度制御手段は充電を完
了させ、ピーク値に到達する前の場合、電池温度が設定
範囲に対して高温もしくは低温となるのは雰囲気温度の
影響と判断し、この範囲内に復帰した後再び急速充電を
行うことにより、充電中に電池を保護し劣化防止機能を
有することとなる。

なお充電休止の際には、タイマー回路による経過時間
の測定も休止させておくことで、充電休止により生じる
充電時間の測定誤差を防止でき、充電不足の状態で充電
を終了することを防止できる。

実 施 例 以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら
説明する。第１図は充電中に電池電圧がピーク値から設
定値以上、降下した時に充電を完了する充電制御手段と
充電中に電池の内部温度を検出する手段と、検出された
信号により充電電流制御を可変する手段を有した二次電
池充電制御回路の構成を示すものである。第１図におい
て、１は充電回路が充電する電池である。２は電池１の
電圧によってコンデンサ３を充電するための手段であ
る。３は電池１の電圧によって充電されるコンデンサで
ある。４はコンデンサ３をリセットするためのリセット
回路である。５は比較器６の非反転入力に接続された基
準電圧発生回路である。６は基準電圧発生回路５による
基準電圧とコンデンサ３の電圧を比較するための比較器
である。７はコンデンサ３の充電開始から比較器６の反
転出力が出力されるまでの時間をカウントするカウント
手段である。８はカウント手段７でカウントされたカウ
ント値の最小値を記憶するための記憶手段んある。９は
記憶手段８によって記憶されているカウント最小値とカ
ウント手段７による現在のカウント値を比較する比較手
段である。10はカウント手段５によるカウント値が記憶
手段によって記憶されたカウント最小値よりも設定値以
上増加したことを比較定段９が判断した時に充電電流を
制御し、充電を完了する手段である。11は充電開始から
の時間をカウントし、設定された時間に達すると充電を
終了させるタイマー回路である。12は電池１を充電する
ための直流安定化電源である。13は電池の内部温度を検
出する回路である。次に動作を説明する。まず放電済の
二次電池１を第１図に示すように接続し直流安定化回路
により電池１の充電を開始し、リセット回路４をOFFに
して解除すると同時にカウント手段７のカウント及びタ
イマ回路11のカウント及びタイマー回路11をスタートさ
せる。この場合、コンデンサ３は電池電圧によってこれ
を充電する手段２を通じて充電され、このコンデンサ３
の電圧が基準電圧回路５の電圧より高くなると比較器６
の出力は反転出力となる。ここでカウント手段７はカウ
ントを停止すると同時にリセット回路４に信号を出し、
コンデンサ３を放電させる。次に比較手段９により記憶
手段８に記憶されているカウント値と現在のカウント値
を比較しカウント手段によってカウントされた値の方が
小さければその値を記憶手段８に記憶する。充電中の電
池電圧は第２図Ａに示すようにピーク値まで上昇し続け
その後は降下する。これに対応しカウント手段７によっ
てカウントした値は、電池１のピーク点で最小となり、
その後増加する。電池電圧が上昇している期間はカウン
ト手段７によってカウントされた値は、記憶手段８によ
って記憶されている値よりも常に小さく、充電電流制御
手段によって電池１に充電を続ける。やがて充電が完了
に近づき、電池電圧がピーク点Ｐよりも降下を始めると
記憶手段８によって記憶されている値の方がカウント手
段によってカウントされた値よりも小さくなり、これが
連続的に続くことを比較手段９によって認識し、記憶さ
れている値とカウントされた値の差が設定値に達すると
充電電流制御手段10によって充電電流が可変される。ま
た、一定時間内カウント値の変化が設定値に達しない場
合は、保護タイマー回路11によって充電を終了する。こ
こで第２図Ｂに示されるように、電池の内部温度は充電
末期の電池電圧のピーク値ぐらいから上昇し始める。こ
のため、電池内部温度検出回路13によって異常温度上昇
が検出された場合、充電電流制御可変により急速充電が
休止される。その時の電池電圧が第２図Ｂに示すピーク
値以後であるならば充電を終了する。この電池の温度上
昇は自己発熱によるものであり、電池は充電末期にある
から、その温度が充電設定範囲に復帰した場合に再度、
急速充電が行なわれ、電池が過充電状態となることがな
い。ピーク値以前の場合はタイマーを一時ストップさ
せ、電池温度が再び設定範囲内に復帰した時、タイマー
を作動させると共に急速充電を開始させる。第３図はこ
の制御をフローチャートによって示すものであり、本実
施例においては第１図の7,8,9,10,11はマイクロコンピ
ュータによって実現した。

発明の効果 以上のように本発明は、充電中に電池の内部温度を検
出し、異常温度を検知した際に充電電流制御可変し、急
速充電を休止することにより電池の発熱等を押え、電池
の劣化を防ぐことが可能となり、その実用効果は大なる
ものがある。

なお急速充電を休止する構成とすると、トータルの充
電時間を測定することにおいても充電制御を行う二次電
池充電制御回路の場合は、あらかじめ設定した充電時間
が経過することにより充電不足の状態で充電が終了して
しまうが、充電休止の際は、タイマー回路による経過時
間の測定も休止させておく構成としているので、常に満
充電を行うことができる二次電池充電制御回路を提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の二次電池充電回路の一実施例を示す回
路図、第２図A,Bは二次電池の充電電圧の特性と相対的
カウント値の特性図、及び充電時の電池内部温度上昇の
特性図、第３図は本発明の二次電池充電制御回路の一実
施例の充電制御を説明したフローチャート、第４図は従
来の二次電池充電回路の一実施例を示す回路図である。 １……二次電池、２……電池電圧によってコンデンサ３
を充電する手段、３……コンデンサ、４……リセット回
路、５……基準電圧発生回路、６……比較器、７……カ
ウント手段、８……記憶手段、９……比較手段、10……
充電電流制御回路、11……タイマー回路、12……直流安
定化電源、13……電池内部温度検出回路。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電池両端に接続され、電池電圧を検出する
   電池電圧検出部と、前記電池電圧がピーク値から設定値
   以上降下した時に充電を完了する充電制御手段と、電池
   の内部温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手
   段によって検出された電池温度が設定範囲以上高温また
   は低温になった場合前記電池の充電状態を制御する温度
   制御手段と、充電開始からの充電経過時間を測定するタ
   イマー回路を備えた二次電池充電制御回路であって、 電池温度が設定範囲以上高温または低温になった時、 前記電池電圧がピーク値到達後の場合、前記温度制御手
   段は充電を完了させ、 前記電池電圧がピーク値到達以前の場合、前記温度制御
   手段は充電を休止するとともに前記タイマー回路による
   経過時間の測定を停止させ、電池温度が設定範囲内に復
   帰した場合充電を再開させると共に、タイマー回路によ
   る経過時間の測定を再開させることを特徴とする二次電
   池充電制御回路。