JP3239689B2 - 充電装置 - Google Patents

充電装置

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JP3239689B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はバッテリーの充電を精度
良く、無駄なく、かつ安全に行う充電装置に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】近年、小型のパソコンや家庭用ビデオカ
メラ等は小型化が進みバッテリーを電源とすることによ
り、どこへでも持ち運びが可能となり普及しつつある。
【0003】今後、ますますバッテリー駆動の電子機器
が増え、そして経済的にも省資源の面からも有利な充電
可能なバッテリーが使われるようになってきた。
【0004】しかし、充電可能なバッテリーはその寿命
を長くするためと、十分な充電を行いそのバッテリー能
力容量を引き出すためにはバッテリーの充電に最適な充
電機能が要求される。その機能は次のようなものであ
る。
【0005】a.ロスなく安全に充電ができる。 b.最適な充電状態で充電できる。
【0006】c.短時間で完全充電ができる。 以下に図2により従来の充電装置について説明する。
【0007】同図において、入力電源端子1,2から電
源の供給を受け充電電圧制御回路1C又は2Cと定電流
回路1A又は2Aと電流検出回路1B又は2Bとマイク
ロコンピュータ31によりバッテリー29又は79を充
電する。
【0008】充電電圧制御回路1Cは入力電源端子1と
トランジスタ20のエミッタと接続し、そのトランジス
タ20のコレクタからバッテリー29のプラス端子28
を介して充電する。そして、バッテリー29の電圧を抵
抗26と抵抗27で分圧した電圧は基準電源25と増幅
器23で比較し、その出力をトランジスタ21と抵抗2
2を介してトランジスタ20に加えバッテリー29への
充電電圧を制御する。
【0009】又、マイクロコンピュータ31のポートP
1によりトランジスタ24をON/OFFしトランジス
タ21をON/OFFすることでバッテリー29への充
電をON/OFF制御する。即ち、充電電圧制御回路1
Cとマイクロコンピュータ31でバッテリー29への充
電電圧制御および遮断する手段を構成することになる。
【0010】更に、バッテリー29の電圧を抵抗26と
抵抗27で分圧した電圧はマイクロコンピュータ31に
内蔵又は外部のA/Dコンバータ32のポートAD3に
入力し、バッテリー29の充電状態を監視するためのも
のである。
【0011】次に、定電流回路1Aはバッテリー29が
過放電により電圧が規定電圧以下の時、バッテリー29
を劣化させないために小さい電流で予備充電し、回復さ
せたり、充電が完了した後、自己放電に対し補充電する
ものである。
【0012】定電流回路1Aは、電流検出抵抗34から
制御用トランジスタ36を介してバッテリー29を充電
する。定電流動作は電流検出抵抗34に発生する電圧を
抵抗33と抵抗35で分圧し、抵抗33の電圧でトラン
ジスタ37をドライブし、トランジスタ37のエミッタ
−コレクタ間の電圧で抵抗34と制御用トランジスタ3
6のベース間電圧を一定に制御し定電流を得る。
【0013】電流検出回路1Bはバッテリー29に充電
された電流を抵抗19で電圧に変え、その電圧を増幅器
16と帰還抵抗17,18で増幅しマイクロコンピュー
タ31に内蔵又は外部のA/Dコンバータ32のポート
AD1に入力し計測する。即ち、電流検出回路1Bはバ
ッテリー29への充電電流を検知する手段となる。
【0014】バッテリー79側の充電電圧制御回路2C
と定電流回路2Aと電流検出回路2Bからなる充電回路
も上記と同一動作である。
【0015】以上のように構成された充電装置につい
て、以下その動作について詳しく説明する。
【0016】図2において、入力電源端子1,2から電
源の供給を受けトランジスタ20に流れる電流をON/
OFFし、バッテリー29のプラス端子28を介して充
電する。トランジスタ20のON/OFF制御はマイク
ロコンピュータ31のポートP1出力のハイ/ローによ
りトランジスタ24をON/OFFし行う。そして、バ
ッテリー29への充電はバッテリー29の電圧状態によ
って制御する。
【0017】まずバッテリー29の電圧は抵抗26と抵
抗27で分圧しマイクロコンピュータ31に内蔵又は外
部のA/Dコンバータ32のポートAD3に入力し、バ
ッテリー29の充電電圧を監視する。
【0018】ここで、バッテリー29の電圧が規定電圧
以上の場合はトランジスタ20を介してバッテリー容量
に相当する電流(約1〜2A:入力電源で制限する)で
充電を行う。そして充電が進むとバッテリー29の電圧
が充電電圧制御回路1Cで決まる電圧:V1で制限され
充電電流が減少する。基準電源25の電圧をVCとする
と V1=(R26+R27)/R27×VC〈R26,R27は抵抗
26、抵抗27の抵抗値〉 充電電流の減少は電流検出回路1Cの出力をマイクロコ
ンピュータ31に内蔵又は外部のA/Dコンバータ32
のポートAD1に入力し計測する。そしてマイクロコン
ピュータ31は規定の充電電流(約0.1A)以下にな
った時、バッテリー29が満充電になったと判断し、ポ
ートP1をハイにしてトランジスタ24をONさせトラ
ンジスタ21,20をOFFし充電を完了する。
【0019】又、バッテリー29が過放電等により電圧
が規定電圧以下の時、マイクロコンピュータ31のポー
トP2をローにして定電流回路1Aを動作させバッテリ
ー29を劣化させないように小さい電流(約0.1〜
0.2A固定)で予備充電し、回復させる。
【0020】又、充電が完了した後は、自己放電に対し
補充電を行うために時間を決めて定電流回路1Aを動作
させるものである。
【0021】定電流:i1は、以下の式で決まる。 (i1×R34)/(R33+R35)×R33=0.7V〈ト
ランジスタ37のVbe〉 i1=0.7×(R33+R35)/(R34×R33
〈R33,R34,R35は抵抗33,34,35の抵抗値〉
【0022】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の構成では、上記定電流回路1Aでバッテリー29が
0Vに近い時、入力電源端子1の電圧が15Vとすると
トランジスタ36の電力ロスは、約0.1A×15V=
1.5Wとなり、大きく放熱板も必要となる。
【0023】又、過放電時のバッテリー電圧状態によっ
て定電流回路1Aの電流値を変えたり、補充電時の電流
を変えることができない点や、更に、一方のバッテリー
が満充電に近付き入力電源の電流に余裕が出た時、それ
に応じて他方のバッテリーに必要な充電電流を流すこと
ができないという問題点を有していた。
【0024】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、安いコストでしかも精度良くかつ簡単にバッテリー
の充電電流を制御可能とする充電装置を提供することを
目的とする。
【0025】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の充電装置は、2個以上のバッテリーを充電す
る装置において、バッテリーへの充電電圧を制御又は遮
断する手段と、バッテリーへの充電電流を検知する手段
と、各バッテリーへの充電電流を切替える手段と、上記
検知した充電電流で、DC−DCコンバータの出力を制
御する手段とで構成するものである。
【0026】
【作用】本発明は上記の構成によって、安いコストでし
かも精度良くかつ簡単にバッテリーへの充電電流を制御
する充電装置を提供することができる。
【0027】
【実施例】以下本発明の充電装置の一実施例について図
1により説明する。
【0028】なお、従来技術と同一部分は同一番号を使
用し説明を省略して説明すると、同図において、基本的
には図2の従来技術のものと、電流検出回路1B,2B
と充電電圧制御回路1C,2Cは同じで、定電流回路1
A,2Aを無くしたものであり、ここでは特徴とするD
C−DCコンバータ回路と電流制御回路の動作について
説明する。
【0029】同図において、DC−DCコンバータ回路
はDC−DCコンバータ制御回路9とFET10とダイ
オード11とコイル12とコンデンサ13から成り、電
圧降下型である。DC−DCコンバータ制御回路9はF
ET10のON/OFFのパルス幅を制御する増幅器8
を持ち出力電流を制御する。又、DC−DCコンバータ
制御回路9には基準電源Vst(例えば電圧:2.5
V)を持ち、入力電源端子2(アース)間に抵抗ブリッ
ジ:抵抗6、抵抗7、抵抗4、抵抗5とスイッチ3を介
して電流検出抵抗19及び69を構成し、抵抗ブリッジ
に増幅器8の入力を接続する。
【0030】更に、抵抗ブリッジの抵抗6,7の交点
に、マイクロコンピュータ31のポートPWMから出力
したい電流に対応するパルス幅制御された信号を出しそ
の信号を抵抗35とコンデンサ38で平滑し抵抗34を
介して接続する。
【0031】DC−DCコンバータ回路の出力は切替え
スイッチ手段となる切替スイッチ用のトランジスタ14
とトランジスタ15を通してバッテリー29かバッテリ
ー79に充電される。
【0032】次に、DC−DCコンバータ回路とDC−
DCコンバータの出力制御手段となるマイクロコンピュ
ータ31によるバッテリー29への充電電流の制御につ
いて説明する。
【0033】トランジスタ14からバッテリー29への
充電電流をi19、電流検出抵抗19の抵抗値をR19、抵
抗6と抵抗7の交点電圧をV+、抵抗4と抵抗5の交点
電圧をV-、マイクロコンピュータ31のポートPWM
から出力したい電流に対応するパルス幅制御された信号
を抵抗35とコンデンサ38で平滑し抵抗34を介して
抵抗7に流れる電流をip、抵抗4と抵抗5と抵抗6と
抵抗7の各抵抗値をRとすると(スイッチ3はa側、又
電流検出抵抗19に流れる抵抗26,27からの電流は
バッテリー29への充電電流に比べ小さいので無視す
る)、 V+=Vst×1/2+R×ip-=(Vst−i19×R19)×1/2+i19×R9-=Vst×1/2+i19×R9×1/2 ここで、DC−DCコンバータ回路とトランジスタ14
からバッテリー29への充電電流i9を検知する回路は
閉ループとなっているので、 V+=V- が成り立つ。よって Vst×1/2+R×ip=Vst×1/2+i19×R
19×1/2 R×ip=i19×R19×1/2 i19=2R/R19×ip 又、電流ipはマイクロコンピュータ31のポートPW
Mのパルス幅に比例するので、バッテリー29への充電
電流i19はマイクロコンピュータ31のポートPWMの
パルス幅で自由に制御可能である。かつ電流検出回路1
Bの増幅器16の出力をA/Dコンバータ32のポート
AD1で測定し、その値によりマイクロコンピュータ3
1のポートPWMのパルスを変え充電電流を補正するこ
とも可能である。
【0034】よって、バッテリー29の電圧が0Vに近
い時でもDC−DCコンバータ回路でFET10のON
期間を短くするように、マイクロコンピュータ31のP
WMパルスを制御することにより規定の微少な予備充電
電流を電力ロス無く充電可能である。かつ電流検出回路
1Bの増幅器16の出力をA/Dコンバータ32のポー
トAD1で測定しその値によりマイクロコンピュータ3
1のポートPWMのパルスを変え充電電流を補正するこ
とも可能である。
【0035】そして、過放電時のバッテリー電圧が大き
く低下していない場合は多めの予備充電電流を流し速く
充電を完了することが可能となる。
【0036】又、バッテリー29が満充電に近付き充電
電流が減り、入力電源の電流に余裕が出た時、電流検出
回路1Bの増幅器16の出力をA/Dコンバータ32の
ポートAD1でバッテリー29の充電電流i19を測定
し、予め入力電源の最大電流i mをマイクロコンピュー
タ31に入力しておけば“im−i19”の電流をバッテ
リー79の充電に振り向けることができる。そのために
スイッチ3をb側にし、トランジスタ70をOFFしト
ランジスタ15をONするようにポートP4,P3をハ
イ、ローを設定し、そしてマイクロコンピュータ31の
ポートPWMから“im−i19”の電流に相当するパル
スを出力することにより逐次、バッテリー29の充電電
流i19が低下する状態を検出し、バッテリー79に充電
電流を増やして流すことが可能となる。
【0037】以上のように本発明は、2個以上のバッテ
リーを充電するために入力電源端子に並列接続した複数
対のプラス端子、マイナス端子と、これらの各対のプラ
ス端子、マイナス端子と前記入力電源端子間にそれぞれ
介在させた充電電圧制御回路と、入力側が前記入力電源
端子に接続され、出力側が切換スイッチを介して前記複
数対のプラス端子、マイナス端子の一つに選択的に接続
されるDC−DCコンバータ回路と、前記入力電源端子
と各複数対のプラス端子、マイナス端子間に介在させた
電流検出回路とを備え、電流検出回路で検出した電流値
によりマイクロコンピュータでDC−DCコンバータと
切換スイッチの少なくとも一方を制御する構成としたも
のであり、DC−DCコンバータ回路でバッテリー電圧
が0Vに近い時でも、マイクロコンピュータのPWMパ
ルスで規定の微少な予備充電電流を電力ロス無く充電可
能である。
【0038】そして、過放電時のバッテリー電圧が大き
く低下していない場合は多めの予備充電電流を流し速く
充電を完了することが可能となる。
【0039】又、一方のバッテリーが満充電に近付き充
電電流が減り、入力電源の電流に余裕が出た時、それに
応じて他方のバッテリーに充電電流を流すことが可能で
あり、安いコストでしかも精度良くかつ簡単にバッテリ
ーの充電電流を制御可能とする優れた充電装置を実現す
るものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の実施例における充電装置の回路
【図2】従来の充電装置の回路図
【符号の説明】
1,2 入力電源端子 3 スイッチ 4,5,6,7,17,18,22,26,27,6
7,68 抵抗 8,16,23,66,73 増幅器 9 DC−DCコンバータ制御回路 10 FET 11 ダイオード 12 コイル 13,38 コンデンサ 14,15,20,21,24,37,70,71,7
4,87 トランジスタ 19,69,34,84 電流検出抵抗 25,75 基準電源 28,78 プラス端子 29,79 バッテリー 30,80 マイナス端子 31 マイクロコンピュータ 32 A/Dコンバータ 33,35,83,85 抵抗 36,86 制御用トランジスタ 72,76,77 抵抗

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 2個以上のバッテリーを充電するために
    入力電源端子に並列接続した複数対のプラス端子、マイ
    ナス端子と、これらの各対のプラス端子、マイナス端子
    と前記入力電源端子間にそれぞれ介在させた充電電圧制
    御回路と、入力側が前記入力電源端子に接続され、出力
    側が切換スイッチを介して前記複数対のプラス端子、マ
    イナス端子の一つに選択的に接続されるDC−DCコン
    バータ回路と、前記入力電源端子と各複数対のプラス端
    子、マイナス端子間に介在させた電流検出回路とを備
    え、電流検出回路で検出した電流値によりマイクロコン
    ピュータでDC−DCコンバータと切換スイッチの少な
    くとも一方を制御する充電装置。
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