JP2987385B2

JP2987385B2 - 二次電池の充電制御方法

Info

Publication number: JP2987385B2
Application number: JP2167489A
Authority: JP
Inventors: 勝昭舌間
Original assignee: Kyushu Hitachi Maxell Ltd
Current assignee: Kyushu Hitachi Maxell Ltd
Priority date: 1990-06-26
Filing date: 1990-06-26
Publication date: 1999-12-06
Anticipated expiration: 2014-12-06
Also published as: JPH0458470A

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方法であって、特に
過充電の防止を図ったものに関する。

［従来の技術］従来この種の充電制御方法としては、充電に必要とす
る時間をタイマーで規制し、予め設定した時間をタイマ
ーがカウントし終えると、強制的に充電を停止するもの
が一般的である。

また、充電の進行に伴って、二次電池の端子電圧や表
面温度が上昇することを利用し、かかる電池の状態変化
を検知して充電末期を知り、所定の充電制御動作を行な
うものも各種提案されている。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、充電量を時間でのみ制御する方法で
は、満充電時期を正確に知ることは難しく、充電量を過
不足が生じる虞れが強い。

一方、電池の物理的変化を検知する方法では、比較的
正確に充電末期が検知できる反面、検知動作それ自体を
的確に行なうことが難しく、検知ミスにより適切な制御
が行なわれず、過充電に陥る危険性もある。

本発明はかかる不都合に対してなされたものであっ
て、過充電を未然に防止した充電制御方法を提供するこ
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方法は、第２図に示す如く、
二次電池13の容量が僅少な状態から満充電に至るまでに
要する充電時間T₁を、第１図で示す様なメインタイマー
44で規制して充電制御を可能とする一方、メインタイマ
ー44による充電制御が働く前に、充電の完了時期を二次
電池13の状態変化を利用して検知し、充電の完了制御動
作を可能とするものである。

更に上記した充電にかかる二次電池13を取り外すこと
なく、充電中の二次電池13に対する充電動作を中断可能
とするとともに、その充電の中断中は、メインタイマー
44のカウント動作も同時に中断されてカウント値を維持
する様に構成している。

なお、上記した二次電池13は、第３図に示すごとく、
開閉自在な蓋体15を備えた電池室14中に収納するととも
に、蓋体15の開放時には、充電動作およびメインカウン
ター44のカウント動作を中断する様に構成することが可
能である。

［作用］上記した構成により、時刻t₀に充電を開始すると、メ
インカウンター44が計時を開始すると同時に、二次電池
13の充電に伴う状態変化を調べ、充電完了時期が検知さ
れると、所定の充電制御動作が行なわれる。

ここでメインタイマー44は、例えば充電を一時的に中
断しても、二次電池を取り出して充電を完全に終了しな
い限り、カウント値をリセットすることなくそのまま維
持する。したがって、上記した充電完了時の検知が働か
ない場合にあっても、メインタイマー44が適切に働い
て、充電の開始からT₁後に時刻t₃に所定の充電制御がな
されるのである。

［実施例］以下この発明を、２本の二次電池を直列に繋いで一体
にパックした組電池の充電専用として構成した一例に基
づいて説明するがこれに限らず、各種小型電気機器に内
蔵した二次電池の充電手段に対しても略同様に実施でき
ることは勿論である。

本発明を実施する充電装置10は、第３図に示す如く、
略矩形状の本体ケース11の上面12側に、４組の二次電池
13を挿脱自在に収納可能な上方開口の電池室14を設ける
とともに、この電池室14の開口を蓋体15で開閉自在に覆
っている。本体ケース11の内部には、第４図に示す充電
回路16を収納するとともに、本体ケース11から電源プラ
グ17を延ばし、この電源プラグ17を介して商用交流電源
18を充電回路16に接続可能としている。

充電回路16は、本体ケース11上に備えたメインスイッ
チ19を通じて入力された商用交流電源18をインバータ回
路20に加え、このインバータ回路20から出力されるパル
ス状の充電電流を平滑回路21で平滑することにより、4.
5〜5.5［Ｖ］程度の充電電圧V₁を形成する。この充電電
圧V₁を、ヒューズ22を介して４組の充電制御回路23に印
加し、この充電制御回路23で充電電圧を定電流化して、
端子電圧が３［Ｖ］程度の４組の二次電池13に対して、
並列状態で充電電流を供給できる様にしている。

充電制御回路23は、二次電池13に流れる電流値を直接
制御する充電電流制御部24と、該制御部24による制御量
の補正を行なう補正部25と、充電電流制御部24をオフし
て充電を停止可能とする充電時期規制部26とから構成さ
れる。

充電電流制御部24は、第５図に示す如く、電流制御用
として備えたトランジスタ27のベース−エミッタ間と並
列に高抵抗28を接続してベース電圧を制御可能とする一
方、コレクタ側に逆流防止用のダイオード29を接続し、
更に、ベース側に補正部25を備えている。

補正部25は、制御用トランジスタ30のベース−エミッ
タ端と並列にダイオード31を備え、該ダイオード31に、
定電圧回路32から出力される安定電圧V₂を印加してベー
ス電圧を一定に維持し、平滑回路21から出力される充電
電圧V₁の変動にかかわらずトランジスタ27のベース電圧
を一定に維持して、二次電流13に流れる電流を定電流化
する。同時に、ダイオード31は充電電流制御部24のトラ
ンジスタ27と接触する様に配置されており、トランジス
タ27の温度上昇に起因してコレクタ電流が増加しようと
すると、ダイオード31の温度も同時に上昇して補正部25
のベース電圧を下げ、充電電流制御部24の抵抗28に流れ
る電流を下げてベース電圧を低下させ、トランジスタ27
のコレクタ電流を一定に維持する温度補正を行なう様に
している。

充電時期規制部26は、充電電流制御部24の抵抗28と並
列に接続したスイッチング用トランジスタ33であって、
後記する制御回路34から出力される制御信号S₁の入力と
連動してオンし、充電電流制御部24のトランジスタ27を
オフして、二次電流13に対する充電を停止または制限で
きる様にしている。

制御回路34はワンチップマイコンが使用され、ROM内
に記憶されたプログラムによってその動作が規制される
ものであって、ソフト的に第１図の様な機能回路が構成
され、充電中における二次電池13の電池電圧V₃を検出し
て所定の充電制御動作を行なう一方、検知回路35から出
力される信号の入力と連動して所定の制御動作を行な
い、その制御内容に対応した表示を表示部36で行なう様
にしている。

表示部36は、赤および緑の発光ダイオード37a・37bを
１組とし、充電すべき各組の二次電池13に対して１組ず
つ本体ケース11上に配置したものであって、二次電池13
が電池室14内から抜かれている場合は消灯し、充電中は
赤色が点灯する一方、充電が完了して補充電に移行する
と緑色が点灯する。更に、二次電池13がショートするな
どの異常が、発生すると、赤色が点滅して異常を知らせ
る。

検知回路35には、第４図に示す如く、平滑回路21から
出力される充電電圧V₁の値を検知し、この電圧値が設定
値を超えて上昇すると信号S₂を発生する回路電圧検知部
38と、充電回路16の温度変化をサーミスタ39を用いて検
知し、温度が設定値を超えて上昇すると信号S₃を発生す
る周囲温度検知部40とを備え、両検知部38・40から制御
回路34への信号入力があると、充電制御回路23に制御信
号S₁を送って二次電池13への充電を強制的に停止すると
ともに、表示部36における赤色の発光ダイオード37を点
滅して異常の発生を知らせる。更に制御回路34からは、
プラグラムが正常に動作している期間に対応して信号S₄
が出力されており、かかる信号S₄の停止時期を動作異常
検知部41で検知し、制御回路34にリセット信号S₅を送っ
て初期状態に戻す。また、電池室14を覆う蓋体15の閉止
位置および開放位置に対応してスイッチ42を切り換え可
能とするとともに、このスイッチ42の切り換え状態を、
RSフリップフロップを備えた蓋開閉時期検知部43で２段
階の信号変化S₆に換え、制御回路34に蓋体15の開閉状態
を知らせる。

制御回路34は、第１図に示す如く、二次電池13の充電
容量がゼロの状態から満充電となるまでに必要とする充
電時間T₁をカウントすると信号S₁₁を発生するメインタ
イマー44と、電池電圧V₃を検出し、この電圧V₃が所定の
状態になると信号S₁₂を発生する充電完了時期の検出手
段45とを備え、制御信号発生部46に対して何れか一方か
ら信号入力があると、デューティ比が16分の１程度の制
御信号S₁を充電制御回路23に送り、充電電流制御部24を
短期間づつ間欠的にオンさせ、急速充電状態から補充電
状態へと移行させる様にしている。

上記した充電完了時期の検出手段45は、電圧緩衝部47
を介して入力された二次電池13の端子電圧V₃を、A/D変
換器を備えた電池電圧検出部48でデジタル値N₁に変更し
たあと、第１比較部49において、記憶部50から出力され
る記憶値N₂と比較される。第１比較部49では、検知値N₁
が記憶値N₂より大きいと、記憶部50の記憶値N₂を検出値
N₁と置き換えて記憶値N₂を更新することにより、記憶部
50に電池電圧V₃の最大値を常に保持可能とすると同時
に、サブタイマー51にリセット信号S₁₃を送る。サブタ
イマー51は、例えば５分程度の時間T₂をカウントすると
タイマー信号S₁₄を第２比較器52に送るものであって、
この第２比較部52では、サブタイマー51からタイマー信
号S₁₄が出力されている期間に対応して、記憶値N₂と検
出値N₁との差電圧V₄を設定電圧V_Sと比較する。ここで差
電圧V₄が設定電圧V_Sを上廻ると、第２比較部52から制御
信号発生部46に信号S₁₂が送られ、該発生部46から充電
制御回路23に所定の制御信号S₁が送られる結果、急速充
電が終了して補充電に移行するのである。

次に、第６図に示す流れ図に従って、上記した充電装
置10における制御動作を更に詳細に説明する。

メインスイッチ19をオンして充電装置10をスタートす
ると、ステップ101でRAM領域を初期化したあと、電池室
14の蓋体15が開放されている場合の処理工程Ａに入る。

かかる工程Ａは、充電中にステップ102で蓋体15が開
放されたことが検知されると、ステップ103で充電を一
時中断したあとになされるものであって、ステップ104
において、第１図に示す充電完了時期の検出手段45にお
いて使用するデータ領域をクリアしたあと、ステップ10
5で二次電池13が抜かれるか否かを調べるとともに、ス
テップ106で蓋体15が閉じられるのを待つ。ステップ105
で電池13が抜かれたことが判定されると、ステップ107
に移ってメインタイマー44のカウント値をクリアすると
ともに、ステップ108で表示部36のLED37を消灯して電池
13が抜かれたことを表示する。更に、ステップ106で蓋
体15が閉じられたことが判断されると、ステップ109で
充電の開始処理を行なったあと、ステップ110から始ま
る工程Ｂに入る。

かかる工程Ｂでは、ステップ110において、充電何ら
かの理由で既に終了状態にあるか否かを判定し、充電が
終了状態であれば、以下の処理を行なうことなく、ステ
ップ111で所定の処理を行なったあと、ステップ102で蓋
体15が開けられて工程Ａに戻るのを待つ。逆に充電途中
の場合は、ステップ112およびステップ113で、検出デー
タを例えば16回分加算してその平均をとって電池電圧の
検出値N₁を決定することにより、インバータ回路20から
出力されるパルス状のノイズが電池電圧に重畳するなど
した場合にあっても、検出値N₁が異常に高くなるのを防
止している。次にステップ114でメインタイマー44のカ
ウント値をカウントアップし、ステップ115でメインタ
イマー44が、充電時間の上限値T₁である例えば75分をカ
ウントし終えたことが判断されると、ステップ111、102
および110を巡回する充電の終了工程に入る。

一方、先のステップ115でメインタイマー44が設定時
間T₁に達していないことが判断されると、ステップ116
において、ステップ113で検出された電池電圧V₃の検出
値N₁が正常か否かを判定する。すなわち、充電される電
池13は２本が直列に接続されているため、2.0〜3.5
［Ｖ］の範囲にあると正常と判断し、3.5［Ｖ］以上あ
ると、電池13が挿入されずに充電電圧V₁がそのまま検知
されているものと判断して、ステップ111、102および11
0の充電終了時のループに入る。更に検出値N₁が0.5〜2.
0［Ｖ］の場合には１本の電池が内部でショートしてい
るものと判断し、0.5［Ｖ］以下の場合は２本ともにシ
ョートしていると判断して、ステップ111に移って充電
を強制的に停止するとともに、赤色のLED37を点滅処理
して異常を表示する。

上記したステップ116で電池電圧V₃の検出値N₁が正常
な範囲に入っていることが判定されると、ステップ117
から始まる充電末期の検出工程Ｃに入る。かかる工程Ｃ
では、ステップ117で、記憶部50における記憶値N₂と上
記した検出値N₁との大小を比較する。ここで、記憶値N₂
が検出値N₁より小さい場合には、ステップ118で記憶値N
₂と検出値N₁を置き換えるとともに、ステップ119でサブ
タイマー51のカウント値をクリアしたあと、ステップ12
0で検出データを初期設定し、ステップ112に戻って検出
データの加算平均処理を行なう。

逆にステップ117で、記憶値N₂の方が検出値N₁よりも
大きいと判定された場合には、ステップ121で記憶値N₂
が設定時間T₂を超えて維持されているか否かを判定し、
NOの場合はステップ122でサブタイマー51をカウントア
ップし、ステップ123でサブタイマー51のカウント値が
例えば設定時間T₂の５分に達したか否かを判定する。こ
こで５分が経過している場合は、更にステップ124で、
記憶値N₂と検出値N₁との差電圧N₄が、例えば40［mV］程
度の設定値V_Sに達しているか否かを判定し。YESであれ
ば、充電末期のピーク位置Ａを超えたと判断し、ステッ
プ111における充電終了処理を行ない、二次電池13に対
する充電を補充電に移行させるとともに、緑色のLED37
を点灯して充電が終了したことを知らせる。逆にステッ
プ124で設定電圧V_Sに達していないと判断された場合に
は、更に継続してメインタイマー44のカウント値および
電池電圧の検出値N₁の変化状態について調べ、少なくと
もどちらか一方が条件を満足すると満充電状態になった
と判断し、ステップ11に移って充電を終了する様にして
いる。

なお、充電の完了時期の検出を電池電圧の変化を利用
して検出するのに代えて、電池の表面温度あるいは内部
ガス圧の変化など、適宜変更して実施できる。

［発明の効果］本発明は上記の如く、タイマーによる充電時間の検知
と、二次電池の状態変化を利用した充電完了時期の検知
とを同時に行ない、どちらか一方の検知が働くと充電終
了動作を行なう様にするとともに、充電を中断可能と
し、その中断中も中断前のカウント値をタイマーはその
まま維持することにより、過充電が確実に防止される。

また二次電池13を、開閉自在な蓋体15を備えた電池室
14に収納して充電するとともに、蓋体15を開放した時に
は充電を停止するが、タイマー44のカウント値は保存し
ておき、蓋体15が閉じられるとタイマー44のカウントを
再開することにより、過不足がない適切な充電制御が行
なえる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施した概略的な構成を示すブロック
図、第２図は制御動作を説明するためのグラフである。第３図ないし第６図は、本発明を充電装置に実施した一
例を示し、第３図は全体的な構成を示す外観斜視図、第４図は充電回路の構成を示すブロック図、第５図は充電制御回路の具体的な構成を示す電気回路
図、第６図は制御回路の動作を示す流れ図である。 13……二次電池、 14……電池室 15……蓋体、 23……充電制御回路、 44……メインタイマー、 46……制御信号発生部、 49……第１比較部、 50……記憶部、 51……サブタイマー。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】二次電池（13）の容量が僅少な状態から満
充電に至るまでに要する充電時間をメインタイマー（4
4）で規制して充電制御を可能とする一方、メインタイマー（44）による充電制御が働く前に、充電
完了時期を二次電池（13）の状態変化を利用して検知
し、充電の完了制御動作を可能とする充電制御方法であ
って、上記した充電にかかる二次電池（13）を取り外すことな
く、二次電池（13）に対する充電動作を中断可能とする
とともに、その充電の中断中は、メインタイマー（44）
のカウント動作も同時に中断されてカウント値を維持す
ることを特徴とする二次電池の充電制御方法。
【請求項２】上記した二次電池（13）は、開閉自在な蓋
体（15）を備えた電池室（14）中に収納されるととも
に、蓋体（15）の開放時には、充電動作およびメインタ
イマー（44）のカウント動作が中断される請求項１記載
の充電制御方法。