JP3033591B2 - 充電コントローラ - Google Patents

充電コントローラ

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JP3033591B2
JP3033591B2 JP2048302A JP4830290A JP3033591B2 JP 3033591 B2 JP3033591 B2 JP 3033591B2 JP 2048302 A JP2048302 A JP 2048302A JP 4830290 A JP4830290 A JP 4830290A JP 3033591 B2 JP3033591 B2 JP 3033591B2
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、バッテリの充電動作を制御する充電コント
ローラに関し、特に電源で駆動され、満充電を検出した
時はバッテリの充電動作を停止させるように制御する充
電コントローラに関する。
[従来の技術] 第2図を参照して、従来の技術によるバッテリの充電
について説明する。バッテリの例として以下Ni−Cd2次
電池について主に説明する。
Ni−Cd電池は放電時の電圧安定性がよく、2次電池と
して広く使用されている。
Ni−Cd電池の充電は、たとえば第2図(A)に示すよ
うな回路で行われる。直流電源回路52は充電用の最大電
圧、最大電流の容量を持つ電圧Va端子と、より小電流、
定電圧Vbの端子を有する。放電したバッテリ51はスイッ
チング回路53を介して直流電源回路52のVa端子に接続さ
れる。充電コントローラ54は、直流電源回路52から電圧
Vbを供給され、バッテリ51の端子間電圧を端子56、57か
ら入力する。バッテリ51の端子間電圧VBの所定に現象
が生じた時に充電コントローラ54の判別回路64は満充電
を検出し、制御信号をスイッチング回路53に送って、充
電回路53を開路させる。このようにして、バッテリ51の
過充電が防止される。
満充電の検出はいくつかの方法があるが、Ni−Cd電池
の場合には、−ΔVの検出によって行うのが適してい
る。
第2図(B)にNi−Cd電池の充電特性を示す。充電を
始めると端子間電圧VBは徐々に上昇し、満充電の状態
で最大値を取り、やがて下降する。この電圧降下−ΔV
は略一定の割合で起こるので、端子間電圧VBが明らか
に減少した時、満充電を検出すればよい。端子間電圧V
Bの絶対値を検出して満充電を判別することも不可能で
はないが、電池によるバラツキ等があり、正確な判断が
難しい。端子間電圧の絶対値による判別に比べ、相対的
な−ΔVの検出は、確実である。このため、Ni−Cd電池
の急速充電においては、ほとんどの場合満充電の検出は
−ΔVの検出によって行われている。
以上説明した従来の技術による充電コントローラは、
直流電源の接地電位、充電すべきバッテリの負極、充電
コントローラの接地電位を共通して動作させるものであ
った。
[発明が解決しようとする課題] 各回路の基準電位(接地電位)を共通として接続する
回路形式は安定性に優れているが、回路構成が複雑にな
る傾向がある。これに対して、チョッパー方式等の簡便
な回路においては、基準電位を随時変更する回路形式が
とられる。
ところが、基準電位をたとえば正極側にとった場合、
従来の充電コントローラは使用することができなかた。
本発明の目的は、基準電位がバッテリの正極側、負極
側いずれにあっても使用することのできる充電コントロ
ーラを提供することである。
[課題を解決するための手段] 本発明の充電コントローラは、一対の直流電源入力端
子と、バッテリ電圧検出端子とスイッチング信号出力端
子を有し、前記バッテリ電圧検出端子の電圧を基にバッ
テリの満充電を検出して前記スイッチング信号出力端子
からスイッチング信号を出力する満充電検出制御手段
と、正極が前記バッテリ電圧検出端子に接続され、負極
がバッテリに接続可能な第1の定電圧ダイオードと、負
極が前記バッテリ電圧検出端子に接続され、正極がバッ
テリに接続可能な第2の定電圧ダイオードと、一端が前
記バッテリ電圧検出端子に接続された無極性負荷と、バ
ッテリの仮充電を行い、前記バッテリ電圧検出端子にお
ける仮充電の前と後の電圧を比較することにより、前記
第1又は第2の定電圧ダイオードを介して前記バッテリ
電圧検出端子に接続されるバッテリの極性を検出する極
性検出手段と、前記バッテリ極性が正極であるときに
は、バッテリを前記第1の定電圧ダイオードの負極に接
続してバッテリの満充電を前記満充電検出制御手段に検
出させ、前記バッテリの極性が負極であるときには、バ
ッテリを前記第2の定電圧ダイオードの正極に接続して
バッテリの満充電を前記満充電検出制御手段に検出させ
る接続切替手段とを有する。
[作用] 満充電検出制御手段のバッテリ端子電圧検出端子に、
無極性負荷と共に2つの定電圧ダイオ−ドが逆並列に接
続されているので、2つの形式の電圧分割回路を作成す
ることができる。すなわち、正電圧側に負荷を配置し、
負電圧側に定電圧ダイオ−ドを配した配置と、正電圧側
に定電圧ダイオ−ドを配置し、負電圧側に負荷を配置し
た2つの回路配置が可能である。バッテリの正極が基準
電位に接続されるか、負極が基準電位に接続されるかに
従って、バッテリ端子電圧に対する電圧分割回路を選択
することにより、1つの充電コントローラによって、2
つの回路配置に適応させることができる。
[実施例] 第1図に本発明の実施例による充電コントローラを示
す。第1図(A)は充電コントローラを示す回路図であ
る。満充電検出制御回路10は一対の直流電源入力端子T
D、TF、バッテリ電圧検出端子Xとスイッチング信号出
力端子TEを有する。バッテリ電圧検出端子Xには、ツェ
ナーダイオ−ドZD1のアノードが接続され、そのカソー
ドはバッテリ端子電圧入力端子TAに接続されている。同
様、バッテリ電圧検出端子Xに、ツェナーダイオ−ドZD
2のカソードが接続され、そのアノードはバッテリ端子
電圧入力端子TCに接続されている。また、抵抗Rで図示
された無極性負荷がバッテリ電圧検出端子Xとバッテリ
端子電圧入力端子TBの間に接続されている。バッテリ端
子電圧は、その回路形式により端子TA、TCのいずれかと
端子TBの間に接続される。このようにして、充電コント
ローラ1が構成されている。
なお、満充電検出制御回路10の構成例を第1図(B)
に示す。バッテリ検出端子Xに、A/D変換器11が接続さ
れ、検出した電圧をデジタル信号に変換する。A/D変換
器11の出力は、マイクロコンピュータシステム12に供給
され、演算処理される。マイクロコンピュータシステム
12が満充電を判断した時には、その出力がスイッチング
信号発生器13に送られ、充電回路に接続されたスイッチ
ング回路を開路させる制御信号を発生させる。
マイクロコンピュータシステム12は、所定のプログラ
ムに従って、バッテリ電圧が最大値を過ぎて−ΔVの電
圧降下を示したか否かを検出し、−ΔVを検出した時に
は満充電と判断する。
第3図は、正の−ΔV検出モ−ドの場合の充電コント
ローラの使用方法を示す。
第3図(A)は充電コントローラと他の回路要素との
結線状態を示す回路図である。直流の電源回路22は、最
大電圧Vaの端子と、中間電圧Vbの端子と接地端子を有す
る。電源回路22の接地端子とVa端子との間に、バッテリ
21とスイッチング素子23との直列接続が接続される。ス
イッチング素子23は、たとえばバイポーラトランジスタ
で構成される。スイッチング素子23とバッテリ21との接
続点の電圧Vcは、充電コントローラのバッテリ端子電圧
入力端子TAに接続される。また、バッテリ端子電圧入力
端子TBと、直流電源入力端子TFは、共に接地電位に接続
される。充電コントローラの正の直流電源入力端子であ
るTDは、電源回路の中間電圧Vbに接続され、スイッチン
グ信号出力端子TEはスイッチング素子23に接続される。
なお、この結線においてはバッテリ端子電圧入力端子TC
は使用しない。
このような充電コントローラの結線は、充電回路の回
路形式に従って選択的に行われる。バッテリの両端子に
接続されたバッテリ端子電圧入力端子TA、TBの電位と、
充電コントローラ1内の満充電検出回路である−ΔV検
出回路15の電源電圧との関係を第3図(B)に示す。
充電コントローラ1に供給される電源電圧は、接地電
位とVbであり、それらは−ΔV検出回路15に供給され
る。第3図(C)に示すように、バッテリの端子間電圧
Vcは、0からVaまで変化する可能性があり、中間電圧Vb
を越えてしまうと、−ΔV検出回路15は判断することが
できなくなってしまう。このため、バッテリ端子間電圧
Vcは、ツェナーダイオ−ドZD1と、抵抗Rの直列回路に
供給され、その接続点からVx=Vc−Vzとして検出され
る。ツェナ−電圧VzはVcの値によらず一定であるので、
Vcが−ΔVを示した時には、Vxも同様に−ΔVを示す。
ツェナー電圧Vzの値を適当に選択することにより、中間
電圧Vxが−ΔVを示す時には、その値を0〜Vbの範囲に
おさめることができる。
第4図は、負の−ΔV検出モ−ドを説明するための図
であり、第4図(A)は負の−ΔV検出モ−ドの結線状
態を示す。電源回路22は、第3図(A)に示した電源回
路と同様のものである。バッテリ21は、そのカリード側
に接続されたスイッチング素子25を介して電源回路22に
接続されている。このバッテリ21とスイッチング素子25
の接続点の電圧Vcが、充電コントローラ1のバッテリ電
圧入力端子TCに接続される。バッテリ端子電圧入力端子
TBは、直流電源入力端子TDと共に、電源回路のVa端子、
バッテリ21のアノードに接続される。また、充電コント
ローラ1の他の直流電源入力端子TFは、電源回路22の中
間電圧端子Vbに接続される。スイッチング信号出力端子
TEは、スイッチング素子25に接続される。
この結線状態の要部を第4図(B)に示す。すなわ
ち、充電コントローラ1内の−ΔV検出回路15は、電源
電圧としてVaとVbを与えられ、バッテリ端子電圧は、抵
抗負荷Rとツェナーダイオ−ドZD2の直列回路の両端に
接続される。抵抗負荷R側の端子TAは、基準電圧Vaに接
続されているので、バッテリの端子電圧Vcは、Vaに対し
て変化する。
端子電圧Vcは、第4図(C)に示すように、充電が進
むに従って次第に下降し、満充電の時最小値を経験し、
その後上昇する。この電圧上昇−ΔV(実際は正方向の
電圧変化であるが、正の−ΔV検出と同様に−ΔVと表
現する)を検出することによって、満充電を検出するこ
とができる。バッテリ端子電圧Vcは、電源電圧Vbよりも
小さな値となってしまうので、そのままでは−ΔV検出
回路15で検出することはできない。そのため、抵抗Rと
ツェナーダイオ−ドZD2の直列回路に端子間電圧が供給
され、Vx=Vc+Vzの値がバッテリ電圧検出端子Xから−
ΔV検出回路15に供給される。このようにして、負の−
ΔV検出が行われる。
次に、第3図または第4図のように結線された充電コ
ントローラを用いて充電動作を制御する動作を、第5図
の基本動作フローチャートに従って説明する。
第5図(A)は充電動作制御の概略フローチャートで
ある。先ず処理がスタートすると、バッテリの初期電圧
を検出し、その値をV1として記憶する(ステップS1)。
続いて、一定時間急速充電を行う(ステップS2)。急
速充電後バッテリの電圧を検出し、その値をV2として記
憶する(ステップS3)。初期電圧V1と充電後の電圧V2を
比較する(ステップS4)。
もし、充電後の電圧V2が初期電圧V1よりも大きけれ
ば、バッテリのアノード側で電圧検出がされているの
で、Yの矢印に従って正の−ΔV検出(ステップS5)を
行う。もしも初期電圧V1の方が充電後の電圧V2よりも大
きければ、バッテリのカリード側で電圧検出がされてい
るので、Nの矢印に従って負の−ΔV検出(ステップS
6)を行う。このようにして−ΔVを検出した時には動
作を終了させる。
次に、第5図(B)を参照して、正の−ΔV検出の場
合を説明する。充電がスタートした後、一定のタイミン
グで生じるクロック信号で起動してバッテリの電圧を検
出し、その値をVnとして記憶する(ステップS11)。
この検出電圧Vnと前回の検出電圧Voとを比較する(ス
テップS12)。もし、前回の電圧Voの方が新しい電圧Vn
よりも大きい時には、最大値を過ぎ減少が始まったこと
を検出したので、Yの矢印に従って、−ΔV検出の処理
を行う。新たに検出した電圧Vnが、前回の電圧Voよりも
大きい時は、バッテリ電圧が上昇を続けているので、N
の矢印に従って新たに検出した電圧Vnを前回の検出電圧
Voとして記憶し(ステップS13)、電圧検出を繰り返
す。
正の−ΔV検出の場合を説明したが、負の−ΔV検出
の場合には、電圧の変化の向きが逆になるが、変化の関
係としては同様である。従って、新旧検出電圧Vn、Voの
大小関係比較のブロックにおいて、YとNとを交換すれ
ばよい。
以上、−ΔV検出によって満充電を検出する場合につ
いて説明したが、他の満充電検出を行ってもよい。
以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明は
これらに制限されるものではない。たとえば、種々の変
更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明で
あろう。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、同一の充電コ
ントローラを結線を選択することにより、バッテリの正
極側を基準電位とする方式でも、負極側を基準電位とす
る方式でも使用することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(A)、(B)は、本発明の実施例を説明するた
めの充電コントローラの回路図と、満充電検出制御回路
の回路図、 第2図(A)、(B)は従来の技術によるバッテリの充
電を説明するための充電回路の回路図および充電特性の
グラフ、 第3図(A)、(B)、(C)は、正の−ΔV検出モー
ドを説明するための、結線状態を示す回路図、その要部
を示す回路図、および電圧変化のグラフ、 第4図(A)、(B)、(C)は、負の−ΔV検出モー
ドを説明するための、結線状態を示す回路図、その要部
を示す回路図、および電圧変化のグラフ、 第5図(A)、(B)は、本発明の実施例による充電コ
ントローラを用いた充電の基本動作を説明するためのフ
ローチャートであり、第5図(A)は充電動作制御のフ
ローチャート、第5図(B)は正の−ΔV検出のフロー
チャートである。 図において、 1……充電コントローラ 10……満充電検出制御回路 11……A/D変換器 12……マイクロコンピュータシステム 13……スイッチング信号発生器 15……−ΔV検出回路 TA、TB、TC……バッテリ端子電圧入力端子 TD、TF……直流電源入力端子 X……バッテリ電圧検出端子 TE……スイッチング信号出力端子 ZD……ツェナーダイオ−ド R……抵抗 21……バッテリ 22……電源回路 23……スイッチング素子 25……スイッチング素子 51……バッテリ 52……直流電源回路 53……スイッチング回路 54……充電コントローラ 64……判別回路
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02J 7/00 - 7/10 H01M 10/44 - 10/46

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一対の直流電源入力端子と、バッテリ電圧
    検出端子とスイッチング信号出力端子を有し、前記バッ
    テリ電圧検出端子の電圧を基にバッテリの満充電を検出
    して前記スイッチング信号出力端子からスイッチング信
    号を出力する満充電検出制御手段と、 正極が前記バッテリ電圧検出端子に接続され、負極がバ
    ッテリに接続可能な第1の定電圧ダイオードと、 負極が前記バッテリ電圧検出端子に接続され、正極がバ
    ッテリに接続可能な第2の定電圧ダイオードと、 一端が前記バッテリ電圧検出端子に接続された無極性負
    荷と、 バッテリの仮充電を行い、前記バッテリ電圧検出端子に
    おける仮充電の前と後の電圧を比較することにより、前
    記第1又は第2の定電圧ダイオードを介して前記バッテ
    リ電圧検出端子に接続されるバッテリの極性を検出する
    極性検出手段と、 前記バッテリ極性が正極であるときには、バッテリを前
    記第1の定電圧ダイオードの負極に接続してバッテリの
    満充電を前記満充電検出制御手段に検出させ、前記バッ
    テリの極性が負極であるときには、バッテリを前記第2
    の定電圧ダイオードの正極に接続してバッテリの満充電
    を前記満充電検出制御手段に検出させる接続切替手段と を有する充電コントローラ。
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