JP3231801B2 - バッテリの充電装置 - Google Patents

バッテリの充電装置

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JP3231801B2 JP10332591A JP10332591A JP3231801B2 JP 3231801 B2 JP3231801 B2 JP 3231801B2 JP 10332591 A JP10332591 A JP 10332591A JP 10332591 A JP10332591 A JP 10332591A JP 3231801 B2 JP3231801 B2 JP 3231801B2
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    • H02J7/52—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries acting upon multiple batteries simultaneously or sequentially for charge balancing, e.g. equalisation of charge between batteries
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、バッテリの充電装置に
係り、特に、複数個のバッテリセルを直列接続して構成
された組みバッテリを充電するバッテリの充電装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】近年、バッテリによって駆動される電動
車両が開発されている。車両搭載用のバッテリには、小
型、軽量、大出力容量などが要求され、これらの条件を
満足するバッテリとして、多数のバッテリセルを直列接
続して構成された組みバッテリが用いられることが多
い。
【０００３】このような組みバッテリへの充電は、以下
に図７〜図１２に関して説明するように、いずれも直列
接続されたバッテリセルの両端子間に、バッテリセル数
に応じた電圧を印加することによって行われていた。
【０００４】また、一般的に、バッテリでは満充電後に
さらに充電を続けても、そのエネルギが電極に蓄えられ
ずに電解液の電気分解に消費され、組みバッテリの寿命
に好ましくない影響を及ぼしてしまう。そこで、バッテ
リを充電する際には、満充電状態を検出し、それ以後は
充電を行わないようにする必要がある。
【０００５】図７において、組みバッテリ５０は、複数
のＮｉ／Ｚｎバッテリセル５０−１、５０−２…、５０
−ｎを直列接続して構成されている。メイン電源５３か
らは、組みバッテリ充電用の電力が可変定電流制御回路
５１に供給される。可変定電流制御回路５１は、供給さ
れた電力を制御し、予定の充電電流ＩCHを組みバッテリ
５０に供給する。
【０００６】過電圧検出回路５２は、過充電を防止する
ために組みバッテリ５０の直列電圧ＶBAを検出し、図８
(a) に示したように、電圧ＶBAが過電圧レベルＶTHに達
すると、過電圧検出信号Ｓ１を可変定電流制御回路５１
に供給する。可変定電流制御回路５１では、図８(b) に
示したように、過電圧検出信号Ｓ１を検出すると充電電
流ＩCHをカットするか、あるいは組みバッテリ５０の自
己放電電流に近い電流値で充電するトリクル充電に切り
換える。
【０００７】図９は複数の鉛バッテリセル６０−１、６
０−２…、６０−ｎによって構成された組みバッテリ６
０の充電方法を示した図であり、前記と同一の符号は、
同一または同等部分を表している。
【０００８】この例では、間欠制御回路６１が組みバッ
テリ６０の直列電圧ＶBAに基づいて可変定電流制御回路
５１を制御し、図１０に〜で示した間欠充電が繰り
返えされる。
【０００９】図１０において、可変定電流制御回路５１
は、電圧ＶBAが予定値Ｖ2 に達するまでは一定の電流を
出力し（）、その後、電圧ＶBAが上限値Ｖ2 を維持す
る電流を出力する（）。次いで、電圧ＶBAが上限値Ｖ
2 から下限値Ｖ1 に低下するまで充電電流を直線的に減
少させ（）、さらに、電圧ＶBAが下限値Ｖ1 で維持さ
れるように充電電流を増加させる（）。このような間
欠充電では、前記のタイムサイクルが予定の時間以上
になると満充電と判断して充電を終了する。
【００１０】図１１は複数のＮｉ／Ｃｄバッテリセル７
０−１、７０−２…、７０−ｎによって構成された組み
バッテリ７０の充電方法を示した図であり、前記と同一
の符号は、同一または同等部分を表している。
【００１１】ピーク値検出回路７１は、過充電を防止す
るために組みバッテリ７０の直列電圧ＶBAを検出し、図
１２(a) に示したように、電圧ＶBAがピーク値ＶP に達
すると、可変定電流制御回路５１にピーク検出信号Ｓ２
を出力する。可変定電流制御回路５１は、ピーク検出信
号Ｓ２が入力されると、図１２(b) に示したように、充
電電流ＩCHをカットするか、あるいは自己放電電流に近
い電流値で充電するトリクル充電に切り換える。
【００１２】このように、従来の組みバッテリへの充電
は、組みバッテリの直列電圧ＶBAを検出して該電圧ＶBA
が満充電状態を示す電圧に達するまで行われるようにな
っていた。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来技術で
は、組みバッテリが満充電状態に達したか否かが、その
直列電圧ＶBAをパラメータとして判定される。したがっ
て、組みバッテリを構成する各バッテリセルの容量や充
電量にばらつきがあると、あるバッテリセルが満充電と
なっても他のバッテリセルが満充電となっていないため
に充電が継続されてしまい、その結果、特定のセルだけ
に過充電が生じて組みバッテリの寿命が低下してしまう
という問題があった。
【００１４】本発明の目的は、上記した従来技術の問題
点を解決して、過充電を生じさせずに充電することの可
能なバッテリの充電装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】 上記した目的を達成す
るために、本発明は、複数のバッテリセルを直列接続し
て構成された組みバッテリの充電装置において、各バッ
テリセルに並列接続され、各バッテリセルが満充電状態
になると、当該バッテリセルへの充電電流をバイパスす
るバイパス手段を具備し、前記バイパス手段は、ダイオ
ードと電流制限用抵抗とを直列接続して構成されたこと
を特徴とする。
【００１６】
【作用】上記した特徴によれば、バイパス電流が電流制
限用抵抗により制限されてダイオードの発熱が防止さ
れ、自己発熱によるオン抵抗の低下が防止されるので、
バッテリセルが満充電電圧を維持できるようになる。
【００１７】
【実施例】以下、図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。
【００１８】図１は、本発明の一実施例であるバッテリ
充電装置のブロック図であり、組みバッテリ１０を構成
する各バッテリセル１０−１、１０−２…、１０−ｎに
は、バイパス回路１５−１〜１５−ｎが並列接続されて
いる。各バイパス回路１５−１〜１５−ｎは、図２に示
したように、セル電圧Ｖsxが満充電電圧ＶFUになると、
充電電流をバイパス電流ＩBPとして通過させるように作
用する。
【００１９】
【００２０】 可変定電流制御回路１６は、メイン電源
１４から出力される電力をレギュレートして充電電流Ｉ
CHを出力する。
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【００２６】 図３は、前記バイパス回路１５の従来構
成を示した図であり、バイパス回路１５の入出力端子間
には、ダイオードＤ1 ，Ｄ2 ，Ｄ3 が順方向に直列接続
され、ダイオードＤ1 〜Ｄ3 による順方向電圧はバッテ
リセルの満充電電圧ＶFUに設定される。
【００２７】このような構成において、バッテリセル１
０−１〜１０−ｎの少なくとも一つが満充電となって、
そのセル電圧Ｖsxが満充電電圧ＶFUに達すると、充電電
流は各ダイオードを介してバイパスされるので、過充電
によってバッテリセルが劣化してしまうことがない。
【００２８】 しかしながら、上記した従来技術では、
セル電圧Ｖsxが上昇すると、ダイオードが完全にオン状
態となる前の中間領域からバイパス電流が徐々に流れ始
める。そして、セル電圧Ｖsxの上昇に伴ってバイパス電
流が増加すると、ダイオードの自己発熱によってダイオ
ードのオン電圧が低下（約−２ｍＶ／°Ｃ）してしま
う。
【００２９】この結果、バッテリからの電流の持ち出し
が生じてしまい、満充電電圧ＶFUを維持することができ
なくなってしまう。換言すれば、バッテリセルが満充電
状態でないにもかかわらず充電電流がバイパスされてし
まうことになる。
【００３０】 このような問題を解決するために、本発
明では、図４に示したように、パイパス電流制限用の抵
抗Ｒ1 をダイオードＤ1 ，Ｄ2 ，Ｄ3 に直列接続してい
る。このような構成によれば、バイパス電流が抵抗Ｒ1
で制限されてダイオードの発熱が防止されるので、バッ
テリからの電流の持ち出しが抑制される。
【００３１】 図５は、抵抗Ｒ1 を接続した場合（実
線）と接続しない場合（点線）との、セル電圧Ｖsxの変
化を表した図であり、抵抗Ｒ1 を接続すれば、充電終了
後の電圧低下が抑制されることがわかる。
【００３２】
【００３３】
【００３４】
【００３５】
【００３６】
【００３７】
【００３８】
【００３９】
【００４０】
【００４１】ところで、前記図４に関して説明した実施
例では、過充電が防止されてバッテリを保護することが
できるものの、バイパス回路とバッテリセルとが常に接
続されているため、図６に示したように、充電終了後に
ダイオードを介して流れる暗電流によって充電容量（セ
ル電圧）が徐々に低下してしまう。
【００４２】そこで、以下では、上記した問題点を解決
し、バッテリセルが満充電状態で維持できるようにした
本発明の第２実施例について説明する。図１３は本発明
の第２実施例である充電装置のブロック図であり、前記
と同一の符号は同一または同等部分を表している。図１
３において、バイパス回路１５の入出力端子間には、コ
イルＹによって開閉される接点Ｙａが直列接続されてい
る。
【００４３】組みバッテリを構成する各バッテリセル１
０−１〜１０−ｎ（図示せず）の端子電圧は、それぞれ
電圧監視回路４０−１〜４０−ｎ（図示せず）に入力さ
れている。電圧監視回路４０−１〜４０−ｎの各フォト
ダイオード５１−１〜５１−ｎと対になったフォトトラ
ンジスタ５２−１〜５２−ｎの出力は、充電器３０の多
入力ＮＯＲゲート３３に入力されている。
【００４４】なお、各電圧監視回路４０−１〜４０−ｎ
の構成・動作は同様なので、ここでは電圧監視回路４０
−１のみを参照して説明する。
【００４５】電圧監視回路４０−１のコンパレータ４１
の非反転入力端子には、バッテリセル１０−１が満充電
となったときの端子電圧ＶFUが入力されている。したが
って、バッテリセル１０−１が満充電状態でなければダ
イオード４２を介して電流が流れるので、コンパレータ
４１の出力は“Ｌ”レベルとなってトランジスタＱ1は
オフ状態となる。
【００４６】トランジスタＱ1 がオフ状態ではコイルＹ
が励磁されないので、コイルＹによって開閉される接点
Ｙａは開放状態を維持し、バッテリへの充電が行われ
る。また、トランジスタＱ1 がオフ状態では、フォトダ
イオード５１−１が発光するので、フォトトランジスタ
５２−１がオン状態となる。この結果、ＮＯＲゲート３
３には“Ｌ”レベルの信号が出力されるので、他のフォ
トトランジスタ５２−２〜５２−ｎもオン状態であれ
ば、ＮＯＲゲート３３の出力は“Ｈ”レベルを維持し、
タイマ３２はスタートしない。
【００４７】ここで、バッテリセル１０−１が満充電状
態となってダイオード４２に電流が流れなくなると、コ
ンパレータ４１の出力が“Ｈ”レベルとなってトランジ
スタＱ1 がオン状態となる。この結果、コイルＹが励磁
されるので接点Ｙａが閉じて充電電流がバイパスされ
る。
【００４８】また、トランジスタＱ1 がオン状態ではフ
ォトダイオード５１−１が発光しなくなるのでフォトト
ランジスタ５２−１がオフ状態となる。したがって、充
電器３０ではＮＯＲゲート３３に“Ｈ”レベルの信号が
出力されてその出力が“Ｌ”レベルとなり、タイマ３２
がスタートする。すなわち、タイマ３２はバッテリセル
セル１０−１〜１０−ｎのいずれか１つが満充電状態と
なると計時を開始する。タイマ３２には、各セルが満充
電状態となるまでの時間のばらつきに相当する時間情報
が予めセットされているので、計時開始後、全てのセル
が満充電状態となる時間が経過すると、充電回路３１に
対して充電電流の供給停止を指示する。
【００４９】充電電流の供給が停止すると、コイルＹが
非励磁状態となって接点Ｙａが開放される。したがっ
て、本実施例によれば、暗電流によってバッテリが放電
してしまうことがない。
【００５０】
【００５１】また、本発明の充電装置は上記した各実施
例の構成に限定されるものではなく、複数のバッテリセ
ルを直列接続して構成されたバッテリの充電装置におい
て、各バッテリセルの端子電圧に基づいてバッテリへの
充電電流を制御する全ての充電装置を含むものである。
【００５２】さらに、上記した各実施例では、組みバッ
テリを構成する各バッテリセルの端子電圧に基づいて充
電電流を制御するものとして説明したが、容量や充電量
のばらつきが小さい複数のバッテリセルを１つのグルー
プにまとめ、各グループの端子電圧に基づいて充電電流
を制御するようにしても良い。
【００５３】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、バッテリを構成する各バッテリセルが満充電
に達すると充電電流がバイパスされるので、過充電によ
るバッテリの劣化を防止できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例である充電装置のブロック
図である。
【図２】 図１の動作を説明するための図である。
【図３】 図１に示したバイパス回路の従来構造を示し
た図である。
【図４】 図１に示したバイパス回路の実施例を示した
図である。
【図５】 セル電圧の変化を示した図である。
【図６】 セル電圧の変化を示した図である。
【図７】 従来技術のブロック図である。
【図８】 図７の動作を説明するための図である。
【図９】 従来技術のブロック図である。
【図１０】 図９の動作を説明するための図である。
【図１１】 従来技術のブロック図である。
【図１２】 図１１の動作を説明するための図である。
【図１３】 本発明の第２実施例である充電装置のブロ
ック図である。
【符号の説明】
１０…組みバッテリ、１０−１〜１０−ｎ…バッテリセ
ル、１４…メイン電源、１５−１〜１５−ｎ…バイパス
回路回路
フロントページの続き (72)発明者 中沢 祥浩 埼玉県和光市中央一丁目４番１号 株式 会社 本田技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭49−127148（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−127140（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−182685（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02J 7/00 - 7/12 H02J 7/34 - 7/36

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数のバッテリセルを直列接続して構成
    されたバッテリの充電装置において、 各バッテリセルに並列接続され、各バッテリセルが満充
    電状態になると、当該バッテリセルへの充電電流をバイ
    パスするバイパス手段と、前記各バイパス手段に直列接続されたスイッチ手段とを
    具備し、 前記バイパス手段は、ダイオードと電流制限用抵抗とを
    直列接続して構成され、前記ダイオードがバッテリセル
    に対して順方向に接続され、前記スイッチ手段はバッテリセルの端子電圧が満充電電
    圧になると接点を閉成する ことを特徴とするバッテリの
    充電装置。
  2. 【請求項２】 いずれかのバッテリセルが満充電状態と
    なった時点からの経過時間を計測する計時手段をさらに
    具備し、予定の時間が経過すると、全てのバッテリセル
    への給電を終了することを特徴とする請求項１に記載の
    バッテリの充電装置。
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