JP2879243B2 - 二次電池の充電制御回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は二次電池の充電制御回路であって、特に、
充電に伴う温度上昇が設定値を越えると充電を制限する
ものに関する。

［従来の技術］ 従来この種の充電制御は、充電手段としてインバータ
回路を備えるとともに、このインバータ回路の回路素子
それ自体に温度特性を持たせることにより、温度上昇に
伴ってインバータ回路からの出力を制限するものが一般
的である。

更にまた、温度検出手段をインバータ回路とは別に備
え、この検知手段が温度上昇を検知すると、インバータ
回路からの出力を制限するものも提案されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、インバータ回路の回路素子に温度特性
を持たせる方法では、二次電池の温度上昇に対して適切
に対応することは難しい。

一方、温度検知手段を別に設けてインバータ回路の出
力を制御する方法は、任意箇所の温度上昇に対応した出
力制御を行える反面、充電状態に対応した適切な制御を
行なおうとすると回路構成が複雑になり、その結果、逆
に誤動作のために適切な制御動作が行えない不都合があ
った。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであって、比
較的簡単な構成で、適切な出力制御を確実に行なえる充
電制御回路を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明にかかる充電制御回路は、第１図にその概略的
な構成を示す如く、充電による温度上昇が所定値に達す
ると信号を発生する温度検出手段と、該温度検出手段に
駆動電力を供給するコンデンサ41と、インバータ回路22
の動作と連動し、前記したコンデンサ41における充電量
を制御する手段と、上記した温度検出手段から送られる
信号の入力と連動して、インバータ回路22の動作を停止
する駆動制御手段とを備えている。

上記した温度検出手段は、二次電池６の表面またはそ
の近傍温度が、第２図（ａ）に示す上限温度Taを越える
と信号の出力を開始し、下限温度T_bを下廻るまで信号の
出力を持続可能とするとともに、出力信号の大きさが、
コンデンサ41の充電量に対応して変化する様に構成する
ことができる。

［作用］ 上記した構成により、インバータ回路22に商用交流電
源13を印加すると、所定の充電電圧に変換されて二次電
池６の充電が開始される。

それと同時に、充電量制御手段が作動し、コンデンサ
41を充電して温度検出手段を始動する。充電が進むと、
それに従って、例えば二次電池６の表面温度は上昇す
る。この温度上昇は、温度検出手段において連続的に検
出され、温度が設定値を越えると駆動制御手段に対して
信号を送り、駆動制御手段はインバータ回路22の動作を
強制的に停止する。

すると、充電量制御手段によるコンデンサ41に対する
充電は停止され、コンデンサ41は放電し、温度検出手段
の出力信号の大きさが低下または停止する結果、駆動制
御手段の動作が停止し、インバータ回路22は発振を再開
する。その瞬間、上記と略同様な手順で再度インバータ
回路22は発振を停止するので、例えばコンデンサ41の放
電時定数で決まる時間間隔で、インバータ回路22は間欠
的に駆動される結果、二次電池６に対する充電は、補充
電に移行するのである。

なお、上記した温度検知にヒステリシス特性を設ける
ことにより、一旦、二次電池６の表面温度が上限値Taに
達すると、商用交流電源13の入力を停止してインバータ
回路22の駆動を完全に止め、温度が下限値T_bを下廻るま
で、補充電状態を維持することができる。

［実施例］ 以下本発明を電気かみそりに実施した一例に基づいて
説明するがこれに限らず、充電装置を単独で、あるいは
充電手段を電源部分に備えた各種小型電気機器に於いて
も略同様に実施できることは勿論である。

本発明を実施する電気かみそり１は、第３図にその外
観形状を示す如く、外刃２を本体ケース３の上部に着脱
自在に取り付けるとともに、この外刃２の内側に螺旋状
の内刃４を摺接させて配設する。更に本体ケース３の内
部には、前記内刃４を回転駆動するモータ５と、このモ
ータ５に回転駆動電力を供給する二次電池６と、この二
次電池６への充電制御あるいはモータ５の回転制御等の
各種制御を行わせる電気回路７を収納している。また、
本体ケース３の正面中央に、モータ５への通電時期を規
制するスライド式スイッチ８のノブ９を備え、更にスイ
ッチノブ９の下方に、モータ５の回転制御状態を表示す
るモータ回転表示部10と、電池容量の変化を表示する電
池容量表示部11とを配設している。更にまた本体ケース
３の下部には、先端に電源プラグを設けた電源コード12
を挿脱自在に備え、二次電池６の充電に加え、商用交流
電源13によるモータ５の直接駆動を可能としている。

第４図は、上記した本体ケース３に内蔵する電気回路
７全体の概略的な構成を示すブロック図であって、二次
電池６の充電回路14と、モータ５の駆動回路15と、充電
回路14とモータ駆動回路15に対する各種検出動作を行な
う検出回路16と、検出回路16からの検出信号の入力に対
応して所定の信号を発生する制御回路17と、充電回路14
およびモータ駆動回路15の状態に対応した表示を行なう
表示回路18とから構成される。

充電回路14は、商用交流電源13を整流部20で全波整流
したあと、温度ヒューズ21を介してインバータ回路22に
印加し、このインバータ回路22で入力電圧を所定の充電
電圧に降圧したあと、ニカド電池の様な二次電池６に充
電電流を供給する。

インバータ回路22は、第５図に示す如く、FET23をメ
イン回路のスイッチング素子として用いたものであっ
て、このFET23のゲート端子と並列に備えたスイッチン
グ用のトランジスタ24を、そのトランジスタ24のベース
側に備えた抵抗25に流れる電流が所定値を越えた期間に
対応してオンさせ、ゲート電圧をトランジスタ24でバイ
パスすることによりFET23のオフ時期を規制する。すな
わち、整流部20側からFET23のゲート端子にゲート電圧
が印加されるのと連動してFET23はオンし、メイン回路
と直列に接続された抵抗25に流れる電流は徐々に増大す
る。この電流が所定値を越えると、トランジスタ24はオ
ンしてFET23がオフする結果、FET23を通じて抵抗25に流
れる電流はなくなるが、インバータ回路22の出力コイル
26からパルス状の電圧が出力され、この電圧でツエナー
ダイオード27は導通して抵抗25に電流を流し続ける結
果、トランジスタ24のオン状態を更に持続する。出力コ
イル26からの出力電圧がなくなると、トランジスタ24は
再びオフし、上記した動作を繰り返すのである。

モータ駆動回路15は、上記した二次電池６側からの出
力電圧を、スイッチ８を介してモータ回転制御部28に印
加し、モータ５の回転速度を一定に維持する回転制御を
行なう一方、表示回路18のモータ回転表示部10におい
て、回転制御が行なわれている状態を、発光ダイオード
の点滅で表示する様にしている。

検出回路16には、AC入力の有無を検出する検出部29と
負荷駆動時期の検出部30とを備えて二次電池６の充放電
状態を常時検知するとともに、制御回路17で充電容量の
変化をタイマーを用いて積算することにより、電池容量
表示部11において二次電池６の現在容量を、発光ダイオ
ードの点滅個数の増減で相対表示する。更に、負荷量検
出部31で負荷電流の大きさを検出し、前記した現在容量
の相対表示時における増減割合を補正するとともに、電
池電圧検出部32で二次電池６の下限電圧と上限電圧を検
出し、電池容量の表示値を絶対補正する様にしている。

一方、二次電池６に対する急速充電が行なわれている
際、二次電池６の端子電圧が設定値に達したのを電池電
圧検出部32が検出したのち、制御回路17では更に一定時
間が経過するなどのソフトウェアにより予め設定された
条件に達したのを判断すると、インバータ回路22のFET2
3のゲート端子と並列に接続された制御用のトランジス
タ33に制御信号を送り、インバータ回路22の発振を断続
的に停止して、急速充電状態から補充電へと移行させ
る。更に周期温度検出部34において、例えば０℃以下の
様な低温下で充電が行なわれていることが検知される
と、通常の電池電圧による制御時よりも急速に充電電流
の絞り込みをかけ、二次電池６の内部ガス圧が異常に上
昇するのを防止する。更にまた、電池温度検出部35によ
り、二次電池６の表面温度を常時検知しておき、設定温
度を上廻って温度上昇したことが制御回路17で判断され
ると、制御回路17から前記したスイッチング用トランジ
スタ33に制御信号を直ちに送り、インバータ回路22によ
る充電動作を、急速充電から補充電へと移行する様に構
成している。

本発明は、上記した制御回路17におけるソフトウェア
による充電制御動作に加えて、第６図に示すハードウェ
アで構成した充電制御部40を別に備え、上記した温度検
知と連動した制御が働かない場合にあっても、直接的に
充電電流の絞り込みを可能とした構成に特徴を有する。

充電制御部40は、電源用として備えたコンデンサ41に
対し、スイッチング素子42を介して二次電池６を接続し
ておき、インバータ回路22が作動して出力コイル26から
二次電池６への充電期間に対応してスイッチング素子42
をオンし、コンデンサ41を二次電池６の端子電圧まで充
電する。コンデンサ41の充電電圧は、定電圧ダイオード
43で安定化されたあと、抵抗44・45で分圧して基準電圧
を形成する一方、二次電池６の周面に接触して配置され
たサーミスタ46と抵抗47で分圧して検出電圧を形成し、
各々を比較器48の入力電圧としている。

比較器48はオペアンプが使用され、プラス端子に前記
した基準電圧を入力する一方、マイナス端子に検出電圧
を入力するとともに、出力端子を制御用トランジスタ49
のベース端に接続することにより、二次電池６の表面温
度が上昇してサーミスタ46の抵抗が減少し、検出電圧が
基準電圧を下廻ると、比較器48の出力が「Ｌ」から
「Ｈ」に反転し、トランジスタ49をオンして、インバー
タ回路22に備えたFET223のゲート端子をアースすること
により、インバータ回路22の発振を強制的に停止可能と
している。

更に比較器48はオープンコレクタタイプであって、出
力端には抵抗50を介してコンデンサ41の充電電圧が印加
されるとともに、抵抗51を介して正帰還がかけられてお
り、所定のヒステリシス特性を有する様に構成されてい
る。

上記構成により、第２図の時刻t₀にインバータ回路22
に商用交流電源13を接続した直後はコンデンサ41に対す
る充電はなく、トランジスタ49はベース電圧が低いため
にオフ状態であり、インバータ回路22は正常な発振を開
始する。その直後にスイッチング素子42はオンし、コン
デンサ41は二次電池６により急速に充電され、比較器48
は所定の比較動作を開始する。ここで二次電池６の充電
が進み、電池表面の温度が上昇して時刻t₁に上限温度Ta
に達すると、サーミスタ46両端の比較電圧は基準電圧を
下廻って出力は反転する。すると、トランジスタ49はオ
ンしてインバータ回路22の発振を強制的に停止し、それ
にともなってスイッチング素子42はオフし、コンデンサ
41に対する充電が止まって放電が開始される。コンデン
サ41の両端電圧が低下してトランジスタ49のオン電圧を
も下廻ると、トランジスタ49はオフしてインバータ回路
22は発振動作を再開するが、その瞬間にスイッチング素
子42はオンしてコンデンサ41は電池電圧まで充電され、
インバータ回路22は再度オフする。上記したオンオフの
周期は、コンデンサ41の放電時定数で決まり、インバー
タ回路22を例えば急速充電時の数十分の１程度で間欠駆
動をさせることにより、二次電池６は急速充電状態から
補充電状態へと強制的に移行されるのである。上記した
間欠発振の状態は、比較器48にヒステリシスを設けてい
るために、二次電池６の表面温度が第２図（ａ）で示す
上限温度Taを下廻っても持続し、インバータ回路22への
商用交流電源13の入力を断って、二次電池６の表面温度
が下限温度T_bを下廻った時点でリセットされる。

なお、コンデンサ41を充電する電源は、二次電池６に
限らず、電源電圧側から供給することも可能である。ま
た、スイッチング素子42をオンする信号は、充電用の出
力コイル26からの出力で兼用するのに代えて、別に検出
専用のコイルを設け、その出力信号を利用するのもよ
い。電源電圧側から前記したオン信号を供給することに
より、インバータ回路22を間欠発振させるのではなく、
完全に停止させることも可能である。

［発明の効果］ 本発明は上記のごとく、温度検出手段の駆動電力をコ
ンデンサ41から供給するとともに、このコンデンサ41の
充電量を、インバータ回路22の動作と連動して制御する
様にしたので、比較的簡単な構成で、確実に急速充電か
ら補充電へと移行させることができる。

更に、温度検知時にヒステリシス特性をもたせること
により、温度検知が一旦働くと、コンセントを抜いて完
全に充電を停止するまで補充電の状態を維持でき、二次
電池の過充電が可及的に抑制される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的な構成を説明する概略図、第２
図（ａ）〜（ｃ）は制御の状態を示す波形図である。 第３図ないし第６図は本発明を電気かみそりに実施した
一例を示し、第３図は外観状態を示す一部を破断した正
面図、第４図は電気回路全体の概略的な構成を示すブロ
ック図、第５図はインバータ回路の構成を示す電気回路
図、第６図は本発明の要部の具体的な構成を示す電気回
路図である。 ６……二次電池、13……商用交流電源、16……検出回
路、22……インバータ回路、40……充電制御部、41……
コンデンサ、46……サーミスタ、48……比較器。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】インバータ回路（22）の動作を制御して、
   二次電池（６）に対する急速充電の終了時期を規制する
   充電制御回路であって、 充電による温度上昇が所定値に達すると信号を発生する
   温度検出手段と、 この温度検出手段に駆動電力を供給するコンデンサ41
   と、 インバータ回路（22）の動作と連動し、前記したコンデ
   ンサ（41）における充電量を制御する手段と、 上記した温度検出手段から送られる信号の入力と連動し
   て、インバータ回路（22）の動作を停止する駆動制御手
   段と を備えた二次電池の充電制御回路。
2. 【請求項２】上記した温度検出手段は、 二次電池（６）の表面またはその近傍温度が上限温度Ta
   を越えると信号の出力を開始し、下限温度T_bを下廻るま
   で信号の出力を持続可能とするとともに、 出力信号の大きさが、コンデンサ（41）の充電量に対応
   して変化することを特徴とする請求項１記載の充電制御
   回路。