JP2677072B2 - 二次電池の充電回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は二次電池の充電回路に関
し、特に深い充放電および過剰な充電を排除し、二次電
池のサイクル寿命と信頼性を高めた二次電池の充電回路
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のリチウム電池やニッケルカドミニ
ウム電池などの二次電池に対する充電と運用内容につい
ては、図４および図５に示す方法がある。図４は充電回
路を示し、図５は二次電池１と電子回路３１の使用状態
を示す。

【０００３】二次電池は、充放電の繰返し回数、充放電
の大小の程度を示す充放電の深さや充電電流の大きさに
よって寿命が定まり、鉛蓄電池のような大型でメンテナ
ンス可能なものや、充電の都度二次電池を着脱するもの
を除き、用途は一般に限定されている。

【０００４】従って、メンテナンス可能なものを除き、
充電回路と、二次電池およびその使用回路は互いに分離
する方法がとられていた。

【０００５】また、充電回路は図４に示すように過充電
による二次電池１の影響を緩和するため、充電によって
二次電池１の電圧が規定電圧に達したとき満充電検出回
路２１によりこれを検出し、遅延回路２２で一定時間遅
延させて二次電池１を十分に充電させた後、インバータ
２３の出力でトランジスタ２４をオフとして充電を停止
する。つまり、遅延時間により十分に充電させるととも
に過充電を防止している。また、抵抗Ｒ１により充電電
流の抑制をしている。尚、図４において、抵抗Ｒ２１，
Ｒ２２は電圧設定用である。

【０００６】一方、電子機器の電源障害に対応したバッ
クアップ用として用いるときは、図６に示す如く大容量
のコンデンサ３３を電源回路２，ダイオードＤ１〜Ｄ３
とともに用いる方法が一般にとられている。

【０００７】この方法は、図３（ｂ）のコンデンサ放電
特性で表わされるように、コンデンサ３３の放電による
端子間の電圧低下が著しく、一般に負荷電流の小さいメ
モリ回路３２等に用いられ、かつ短時間のバックアップ
用である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】この従来の二次電池の
充電回路では、過充電に対する保護が不十分であり、従
って二次電池の寿命をさらに延し、その信頼性を高める
には充放電電流の極小化らなびに深い充放電の抑止が必
要である。

【０００９】この為、過充電抑止とともに、二次電池の
充電開始電圧の最適化を図るための二次電池の電圧測定
を行ない、その電圧の設定を負荷の電子回路側の電圧に
近づけることによって充電回数の逓減を図り、また二次
電池の充電電流を抑制するため定電流回路を設けること
が必要となる。さらに、二次電池の障害を検出する機能
も必要となる。

【００１０】さらに、電源回路のバックアップ用として
二次電池を用いる場合は、従来のコンデンサの使用にお
ける電圧効果に対処できるように上述した諸施策を施し
た二次電池とその充電回路が必要となるといったさまざ
まな問題点がある。

【００１１】本発明の目的は上述した欠点を除去し、二
次電池に対する深い充放電と過充電を抑止し、また二次
電池の障害検出を可能とするとともに、コンデンサによ
る電圧効果の問題を大幅に改善したバックアップ用二次
電池を運用しうる二次電池の充電回路を提供することに
ある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の二次電池の充電
回路は、二次電池の充電開始電圧を検出し、所定の定電
流による充電を施す充電手段と、前記充電手段によって
昇圧した二次電池の端子電圧が所定の満充電レベルに達
した場合にこれを検出し、過充電抑圧のために設定した
所定の時間経過後に前記充電手段による充電を停止させ
る充電停止手段と、前記充電手段による充電開始後、所
定の時間経過するも二次電池の端子電圧が前記所定の満
充電レベルに達しない場合に二次電池の異常と判定して
充電を停止させる異常判定手段と、二次電池が所定の定
電圧まで低下したときにこれを検出し、前記充電手段に
よって即時充電を行なうとともに、前記異常判定手段に
よる二次電池の異常判定ならびに充電の停止を併せ実行
する電圧低下監視手段とを備えて構成される。

【００１３】また本発明の二次電池の充電回路は、負荷
の電子回路ならびに前記充電回路に共通な電源回路を設
け、前記充電回路と前記二次電池を前記電源回路と前記
負荷の電子回路間に前記電源回路の出力と並行に接続
し、供給電源を含む前記電源回路に障害を有するときに
は前記電子回路に前記二次電池をバックアップ用電源と
して電源を供給するものとして運用する構成を有する。

【００１４】さらに、本発明の二次電池の充電回路は、
前記充電回路と前記電源回路を含む電源側と、前記二次
電池と前記電子回路を含む負荷側とに着脱自由に分離構
成して運用する構成を有する。

【００１５】

【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。

【００１６】図１は、本発明の第一の実施例の回路図で
ある。

【００１７】図１に示す実施例は、二次電池を負荷に対
するバックアップ用電源として運用する場合の充電回路
を例とし、二次電池１と、電源回路２と、負荷とする電
子回路３と、本発明に直接かかわる充電回路４のほか、
電源回路２と電子回路３とを結合し電源供給路を形成す
るダイオードＤ１，Ｄ２を備えてなる。

【００１８】充電回路４は、二次電池１の満充電状態を
検出する満充電検出回路５，二次電池１の充電開始電圧
を検出する充電開始電圧検出回路６，二次電池１の電圧
低下状態を検出する電圧低下検出回路７，過充電を抑止
する時間制限を付与するための＃１遅延回路８，二次電
池１の障害時の充電時間抑制のための時間設定を行なう
＃２遅延回路１１，電源回路２とともに二次電池に対す
る定電流源を形成するドライブ用増幅器１８およびトラ
ンジスタ１９，＃１遅延回路８の動作設定用のＲＳフリ
ップフロップ１０，ＯＲゲート１５，ＮＯＲゲート１
４，＃２遅延回路１１の動作を制御するＲＳフリップフ
ロップ１２，ＲＳフリップフロップ１０，１２を制御す
るＡＮＤゲート１３，ドライブ用増幅器１８のゲート制
御入力回路としてのインバータ１７およびＯＲゲート１
６のほか、電圧設定用の抵抗Ｒ１〜Ｒ７を備えて成る。

【００１９】これら各構成部品中、充電開始電圧検出回
路６と、ＡＮＤゲート１３，ＮＯＲゲート１４，＃１遅
延回路８，ＯＲゲート１６，インバータ１７，ドライブ
用増幅器１８，トランジスタ１９，抵抗Ｒ５，Ｒ６，Ｒ
７および電源回路２が充電手段を構成する。

【００２０】また、満充電検出回路５，ＲＳフリップフ
ロップ１０，ＯＲゲート１５，＃１遅延回路８，ＯＲゲ
ート１６，インバータ１７が充電停止手段を構成する。

【００２１】また、電圧低下検出回路７，ＡＮＤゲート
１３，ＯＲゲート１５，ＮＯＲゲート１４，＃１遅延回
路８，ＯＲゲート１６，インバータ１７，ドライブ用増
幅器１８およびトランジスタ１９が電圧低下監視手段を
構成する。

【００２２】また、電圧低下検出回路７，ＡＮＤゲート
１３，ＲＳフリップフロップ１０，１２，＃２遅延回路
１１，ＯＲゲート１６，インバータ１７，ドライブ用増
幅器１８およびトランジスタ１９が異常判定手段を構成
する。

【００２３】次に、図１の第１の実施例の動作について
説明する。図１に示す第１の実施例は、前述した如く、
二次電池をバックアップ用電源として用いた場合の充電
回路を例としている。また、図３（ａ），（ｂ）はそれ
ぞれ、二次電池の充電特性（ａ）および放電特性（ｂ）
の一例を示し、図３中の点Ａ，Ｂ，Ｃは二次電池１の電
圧値の検出点である。なお、図３（ｂ）にはコンデンサ
の放電特性を併記して示している。

【００２４】リチウムやニッケルカドミウム電池のよう
な二次電池は、電気エネルギーを化学エネルギーに変換
し貯蔵する方法で、充放電の際に電解質から発生するガ
スや熱が発生し、そのはたらきによって充放電を繰り返
すうちに充放電容量が低下し二次電池の寿命となる。

【００２５】つまり、急激な充放電や、過充電や、過放
電での放置は二次電池の寿命を縮める原因となる。

【００２６】このため、二次電池１はできるだけ小さな
充電電流が充電し、かつ二次電池１の電圧が低下する前
に充電するように制御されることが望ましい。

【００２７】図１の充電回路４は、二次電池１の電圧が
図３（ｂ）に示す点Ｂ以下の電圧であることを検出する
こと、つまり二次電池１が電源を供給する電子回路３の
稼働に十分な電圧の下限範囲としての設定値４．３Ｖを
示す点Ｂを充電開始電圧検出回路６で検出する。ここで
４．３Ｖは、（４．８Ｖ−１０％×４．８Ｖ）による概
似値として示される値である。

【００２８】次に、ＲＳフリップフロップ１０をリセッ
トするとともに、＃１遅延回路８をリセットして、ＯＲ
ゲート１６，イバータ１７を介して充電用ゲート機能と
して存在するトランジスタ１９のドライブ用増幅器１８
のゲート（Ｇ）をオンとしてドライブ用増幅器１８の出
力を可動状態にする。

【００２９】ドライブ用増幅器１８の出力によりトラン
ジスタ１９をオンとし、電源回路２の出力する充電電流
を抵抗Ｒ５を介しトランジスタ１９経由で二次電池１に
供給して充電を行う。この充電電流は、抵抗Ｒ５の出力
をドライブ用増幅器１８の負帰還入力とし、ドライブ用
増幅器１８の出力でトランジスタ１９のベース電流を制
御することにより、トランジスタ１９に流れるコレクタ
電流、すなわち二次電池１の充電電流を定電流に制御す
る。

【００３０】この定電流制御により、充電開始時におい
て電源回路２の出力電圧と二次電池１の電位差で生じる
充電電流の突入電流を抑制でき、緩やかな充電が行わ
れ、二次電池１に与へるストレスの大幅な軽減が図れ
る。

【００３１】充電により二次電池１の電圧が昇圧し、満
充電検出回路５によってその電圧が図３（ａ）に示す点
Ａの４．５Ｖに達すると二次電池１が充電され、二次電
池１の容量を満しつつあることを点Ａの電圧の検出によ
り判断する。

【００３２】この検出でＲＳフリップフロップ１０がセ
ットされ、ＯＲゲート１５を介して＃１遅延回路８６の
遅延動作を開始する。この遅延動作による遅延時間によ
り、二次電池１が十分に充電されて容量を満すととも
に、一方で二次電池１が過放電になることを防いでい
る。

【００３３】＃１遅延回路８の設定遅延時間に達する
と、＃１遅延回路８はＯＲゲート１６およびインバータ
１７を介してドライブ用増幅器１８のゲートをオフと制
御し、ドライブ用増幅器１８の出力をオフとする。ドラ
イブ用増幅器１８の出力オフにより、ゲート機能のトラ
ンジスタ１９はオフとなり、二次電池１の充電は停止さ
れ充電が完了する。

【００３４】さて、充電開始電圧検出回路６で、図３
（ｂ）の点Ｂの電圧を検出し、＃１遅延回路８をリセッ
トし、二次電池１の充電を開始するに際して、さらにＲ
Ｓフリップフロップ１２をセットした後＃２遅延回路１
１を動作させ、この遅延時間内に二次電池１の障害など
で二次電池１の電圧が図３（ａ）の点Ａに昇圧しない場
合は二次電池１の異常と判断し、ドライブ用増幅器１８
のゲートを閉じることによりトランジスタ１９をオフと
して充電を停止し、図示しない警報を出力する。

【００３５】また同様に、二次電池１の障害の監視機能
として、電圧低下検出回路７により二次電池１の電圧の
低下を検出している。

【００３６】電圧低下検出回路７の検出によって、即時
充電を開始するとともに、一方では時間内に昇圧しない
場合は前述と同様に二次電池１が障害であると判断し、
ゲート機能のトランジスタ１９をオフに制御し、二次電
池１の充電を停止する。

【００３７】このようにして、二次電池１の運用状態を
改善しサイクル寿命と信頼性を高めることができる。

【００３８】なお、図１においては、電源回路２の出力
に並列に二次電池１とその充電回路４を設置し、負荷側
の電子回路３へ電源を供給することによって、電源回路
２を含めた電源障害に対応し、バックアップ用電源とし
て二次電池１を用いることができる。

【００３９】図２は、本発明の第２の実施例を示すブロ
ック図である。

【００４０】図２は、電源回路２と充電回路４とを含む
電源側３５と、二次電池１と負荷とする電子回路３とを
含む負荷側３６を備え、電源側３５と負荷側３６はプラ
グ，レセプタクルにより互いに分離可能な構成とし、か
つ負荷側３６は携帯用電子機器としての構成を有する。
図２（ａ）は電源側３５の負荷側３６が一体化した状
態，また図２（ｂ）は電源側３５と負荷側３６を分離し
た状態を示す。このような構成とすることにより、電源
側３５と負荷側３６の接続時は、電子回路３は必要とす
る電源を電源回路２から受け、二次電池１は充電回路４
により充電される。

【００４１】また、負荷側３６を携帯用電子機器として
用いるときには、図２（ｂ）の如く電子回路３は二次電
池１から電源を受けて動作する。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、二次電池
の過充電や過放電を防止する方法を高じ、充電電流を定
電流制御することによって二次電池の寿命と信頼性を著
しく高めることができる効果を有する。

【００４３】また本発明の充電回路を有した二次電池を
電子機器に内蔵することによって、主供給電源の障害時
のバックアップ用として長時間の使用に耐えうることが
出来、電子機器の信頼性を高める効果を有する。

【００４４】さらに、携帯用電子機器用として、電子機
器の携帯時には、本発明の充電回路を備えた電源回路を
切り離して二次電池を電源として使用し、電子機器と電
源回路の接続時にあっては電子機器が電源回路から電源
の供給を受けて使用することができるとともに、これと
並行して二次電池に本発明の充電回路によって充電を施
すことができ、使用者をして二次電池の充電作業から開
放することができる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例の構成を示す回路図であ
る。

【図２】本発明の第二の実施例の構成を示すブロック図
である。

【図３】図１の二次電池１の充放電特性の一例を示す図
である。

【図４】従来の充電回路の構成を示すブロック図であ
る。

【図５】従来の電子回路の第一の電源例を示す図であ
る。

【図６】従来の電子回路の第二の電源例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ 二次電池 ２ 電源回路 ３ 電子回路 ４ 充電回路 ５ 満充電検出回路 ６ 充電開始電圧検出回路 ７ 電圧低下検出回路 ８ ＃１遅延回路 ９ ＃２遅延回路 １０，１２ ＲＳフリップフロップ １３ ＡＮＤゲート １４ ＮＯＲゲート １５，１６ ＯＲゲート １７ インバータ １８ ドライブ用増幅器 １９ トランジスタ ２１ 満充電検出回路 ２２ 遅延回路 ２３ インバータ ２４ トランジスタ ３１ 電子回路 ３２ メモリ回路 ３５ 電子側 ３６ 負荷側

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−91627（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−145933（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−91733（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−218326（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−114349（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭54−169725（ＪＰ，Ｕ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 二次電池の充電開始電圧を検出し、所定
   の定電流による充電を施す充電手段と、前記充電手段に
   よって昇圧した二次電池の端子電圧が所定の満充電レベ
   ルに達した場合にこれを検出し、過充電抑圧のために設
   定した所定の時間経過後に前記充電手段による充電を停
   止させる充電停止手段と、前記充電手段による充電開始
   後、所定の時間経過するも二次電池の端子電圧が前記所
   定の満充電レベルに達しない場合に二次電池の異常と判
   定して充電を停止させる異常判定手段と、二次電池が所
   定の定電圧まで低下したときにこれを検出し、前記充電
   手段によって即時充電を行なうとともに、前記異常判定
   手段による二次電池の異常判定ならびに充電の停止を併
   せ実行する電圧低下監視手段とを備えて成ることを特徴
   とする二次電池の充電回路。
2. 【請求項２】 負荷の電子回路ならびに前記充電回路に
   共通な電源回路を設け、前記充電回路と前記二次電池を
   前記電源回路と前記負荷の電子回路間に前記電源回路の
   出力と並行に接続し、供給電源を含む前記電源回路に障
   害を有するときには前記電子回路に前記二次電池をバッ
   クアップ用電源として電源を供給するものとして運用す
   ることを特徴とする請求項１記載の二次電池の充電回
   路。
3. 【請求項３】 前記充電回路と前記電源回路を含む電源
   側と、前記二次電池と前記電子回路を含む負荷側とに着
   脱自由に分離構成して運用することを特徴とする請求項
   １記載の二次電池の充電回路。