JP3635900B2 - 電池の充電装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は電池異常判別手段を備えたニッケル・カドミウム電池等の２次電池の充電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電池の充電装置の一例を図４を用いて説明する。図において、１は交流電源、２は電池２ｅに接触または近接して設けられたサーミスタ等の感温素子２ａと、電池２ｅの正極、負極及び感温素子２ａに夫々連なる正極端子２ｂ、負極端子２ｃ及び温度端子２ｄ等からなる電池組であり、電池２ｅは充電可能な素電池を複数直列に接続したもので、感温素子２ａは負の温度係数を有するＮＴＣタイプである。３は電池２ｅに流れる充電電流を検出する電流検出手段、４は充電の開始及び停止を制御する信号を伝達する充電制御信号伝達手段、５は充電電流の信号をＰＷＭ制御ＩＣ２３に帰還する充電電流信号伝達手段である。充電制御伝達信号手段４と充電電流信号伝達手段５はホトカプラ等からなる。６、７、８は電池組２の正極端子２ｂ、負極端子２ｃ及び温度検出端子２ｄに夫々対応する充電正極端子、充電負極端子及び温度検出端子である。１０は全波整流回路１１と平滑用コンデンサ１２からなる整流平滑回路、２０は高周波トランス２１、ＭＯＳＦＥＴ２２とＰＷＭ制御ＩＣ２３からなるスイッチング回路である。ＰＷＭ制御ＩＣ２３はＭＯＳＦＥＴ２２の駆動パルス幅を変えて整流平滑回路１０の出力電圧を調整するスイッチング電源ＩＣである。３０はダイオード３１、３２、チョークコイル３３と平滑用コンデンサ３４からなる整流平滑回路、４０は抵抗４１、４２からなる電池電圧検出手段で、抵抗４１、４２により決定される分圧比で分圧し、分圧電圧をマイコン５０のＡ／Ｄコンバータ５５に入力する。５０は演算手段（ＣＰＵ）５１、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５３、タイマ５４、Ａ／Ｄコンバータ５５、出力ポート５６、リセット入力ポート５７からなるマイコンである。ＲＡＭ５３はサンプリングした電池電圧を記憶する電池電圧記憶手段５３１、サンプリングした電池温度を記憶する電池温度記憶手段５３２を内蔵する。６０は演算増幅器６１、６２、抵抗６３〜６６からなる充電電流制御手段、７０は電源トランス７１、全波整流回路７２、平滑コンデンサ７３、３端子レギュレータ７４、リセットＩＣ７５からなる定電圧電源で、ここでは５Ｖ電源を作り、マイコン５０、充電電流制御手段６０等の電源となる。リセットＩＣ７５はマイコン５０を初期状態にするためにリセット入力ポート５７にリセット信号を出力する。８０は充電電流を設定する充電電流設定手段であって、前記出力ポート５６からの信号に対応して演算増幅器６２の反転入力端に印加する電圧値を変えるものである。９０は電池温度検出手段で５Ｖの定電圧電源と接続された抵抗９１と、抵抗９２と温度検出端子８と温度端子２ｄによって接続されている感温素子２ａとによって分圧された電圧をマイコン５０のＡ／Ｄコンバータ５５に入力し、この入力電圧を電池温度に換算し充電を制御する構成となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記した充電装置において、例えば電池２ｅの素電池群が容量的にアンバランスで、充電途中に容量の少ない素電池が電解液漏れを起こして、電解液により正極端子２ｂと温度端子２ｄとが接続してしまった場合、正確な電池温度を検出することができず、電池温度検出による確実な満充電検出ができなくなるという欠点があった。
【０００４】
正常な電池組２を充電した際には、マイコン５０のＡ／Ｄコンバータ５５には、５Ｖ定電圧電源の電圧を抵抗９１、抵抗９２及び感温素子２ａとによって分圧した電圧が入力され、電池温度が低い時には大きな電圧が、逆に電池温度が高い時には小さな電圧がＡ／Ｄコンバータ５５に入力される。例えば電池温度が設定温度以上となったなら充電を停止するとした場合には、マイコン５０はＡ／Ｄコンバータ５５に入力された電圧が設定電圧以下となった時に充電を停止する信号を出力ポート５６から発生する。しかし、上記したように素電池が電解液漏れを起こしたことにより正極端子２ｂと温度端子２ｄとが接続してしまうと、Ａ／Ｄコンバータ５５に入力される電圧に、電池２ｅの電圧を電解液の抵抗と、抵抗９２と感温素子２ａとによって分圧した電圧が上乗せされることになり、図３に示した充電特性から分かるように充電が進み電池温度が上昇しているのにも拘らず、Ａ／Ｄコンバータ５５に入力される電圧は上昇する。このため、マイコン５０は電池温度を実際の電池温度よりも低くみなし、電池温度が問題となる程上昇していたとしてもマイコン５０はこれを感知して充電を停止することができず、過充電となり電池組２の寿命を低下させてしまう恐れがある。
本発明の目的は、上記欠点を解消し、被充電電池の異常を検出する電池の充電装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、電池温度検出手段に定電圧電源との接続を制御するスイッチング素子を設けると共にスイッチング素子が制御され定電圧電源が接続されていない時の電池温度検出手段の検出値が所定値以上である時被充電電池は異常状態であると判別する電池異常判別手段を備えることにより達成される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明電池の充電装置の一実施形態を図１の回路図に示す。なお、図４の充電装置と同一部には同一の符号を付したので説明を省略する。本発明充電装置では、図に示すように電池温度検出手段９０に５Ｖの定電圧電源と抵抗９１、９２との接続を制御するスイッチング素子９４を設けると共にマイコン５０にスイッチング素子９４にオン信号を発生する出力ポート５８を設けた。
【０００７】
以下、図１の回路図及び図２のフローチャートを用いて本発明充電装置の動作を説明する。電源を投入するとマイコン５０は出力ポート５６をイニシャルセットし、電池組２の接続待機状態となる（ステップ１０１）。電池組２が接続されると、マイコン５０は出力ポート５６より充電制御信号伝達手段４を介してＰＷＭ制御ＩＣ２３に充電開始信号を伝達すると共に充電電流設定手段８０を介して、充電電流Ｉに対応する充電電流設定基準値ＶＩを設定し、充電電流設定基準値ＶＩを演算増幅器６２に印加し、充電電流Ｉで充電を開始する（ステップ１０２）。充電開始と同時に電池組２に流れる充電電流を電流検出手段３により検出し、この充電電流に対応する電圧と充電電流設定基準値ＶＩとの差を充電電流制御手段６０より信号伝達手段５を介してＰＷＭ制御ＩＣ２３に帰還をかける。すなわち、充電電流が大きい場合はパルス幅を狭めたパルスを高周波トランス２１に与え整流平滑回路３０で直流に平滑し、充電電流を一定値Ｉに保つ。
次いで、サンプリングタイマをスタートさせ（ステップ１０３）、サンプリングタイマ時間Δｔが経過したら再度サンプリングタイマを再スタートさせ（ステップ１０４、ステップ１０５）、出力ポート５８のオン信号を解除しスイッチング素子９４をオフし、電池温度検出手段９０と５Ｖの定電圧電源との接続を遮断する（ステップ１０６）。その後、Ａ／Ｄコンバータ５５に入力された電圧を最新の電池温度検出手段９０の検出値ＶｉｎとしてＣＰＵ５１に出力する（ステップ１０７）。ＣＰＵ５１は電池温度検出手段９０の検出値Ｖｉｎと記憶手段５３２の記憶データである電池異常判別用比較値Ｖｉとを比較し（ステップ１０８）、Ｖｉｎ＜Ｖｉならば出力ポート５８よりオン信号を発生してスイッチング素子９４をオンさせ、電池温度検出手段９０と定電圧電源とを接続する（ステップ１１０）。その後、スイッチング素子９４がオンである時の電池温度検出手段９０の検出値に基づいて満充電検出を行う（ステップ１１１）。
ステップ１０８において、Ｖｉｎ≧Ｖｉならばステップ１０９で電池組２が異常状態にあると判別し、ステップ１１２に進み充電を停止する。
【０００８】
スイッチング素子９４をオフし、電池温度検出手段９０と定電圧電源との接続を遮断すると、通常であればＡ／Ｄコンバータ５５に入力される電圧は０Ｖである。すなわち、正常な状態の電池組２であればステップ１０８においてＶｉｎ＜Ｖｉとなり電池組２が異常状態であると判別されることはない。これに対して、電池２ｅが電解液漏れを起こし電解液により正極端子２ｂと温度端子２ｄとが接続してしまった場合には、スイッチング素子９４をオフとしたとしてもＡ／Ｄコンバータ５５に電池２ｅの電圧を電解液の抵抗と、抵抗９２と感温素子２ａとによって分圧した電圧が入力されるため、ステップ１０８においてＶｉｎ≧Ｖｉとなり電池組２が異常状態であると判断される。なお、正常な状態の電池組２であっても、スイッチング素子９４がオフの時にＡ／Ｄコンバータ５５に僅かな電圧が入力されることがあるため、Ｖｉ＞０であることが望ましい。
【０００９】
ステップ１１１において電池組２が満充電状態であると判断したならば、ステップ１１２に進み出力ポート５６より充電制御信号伝達手段４を介して充電停止信号をＰＷＭ制御ＩＣ２３に伝達して充電を停止し、ステップ１１３で電池組２が取外されたことを感知したならばステップ１０１に戻る。
ステップ１１１において行う満充電検出には種々の検出方法があるが、例えばＡ／Ｄコンバータ５５に入力された電圧を電池温度に換算し充電開始からの電池の温度上昇値が所定の温度上昇値以上になるのを検出して充電を制御するΔＴ検出法、特開昭６２−１９３５１８号、特開平２−２４６７３９号、実開平３−３４６３８号公報等に記載されている充電時における所定時間当りの電池温度上昇率（温度勾配）が所定値以上になるのを検出して充電を制御するΔＴ／Δｔ検出法等の満充電検出法を用いて行えば良い。
【００１０】
【発明の効果】
上記したように本発明によれば、電池温度検出手段に定電圧電源との接続を制御するスイッチング素子を設けると共にスイッチング素子が制御され定電圧電源が接続されていない時の電池電圧検出手段の検出値が所定値以上である時被充電電池は異常状態であると判別する電池異常判別手段を備えた構成としたので、被充電電池の異常を検出する電池の充電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明電池の充電装置の一実施形態を示す回路図。
【図２】本発明電池の充電装置の一実施形態を示すフローチャート。
【図３】充電装置により充電された電池の充電特性を示すグラフ。
【図４】従来の電池の充電装置の一例を示す回路図。
【符号の説明】
２は電池組、２ａは感温素子、２ｂは正極端子、２ｃは負極端子、２ｄは温度端子、２ｅは電池、５０はマイコン、５５はＡ／Ｄコンバータ、９０は電池温度検出手段、９４はスイッチング素子である。

Claims (1)

1. 正極端子と負極端子と温度端子と複数の素電池と感温素子とを有し、前記温度端子が感温素子を介して前記負極端子と接続された電池組を充電する電池の充電装置であって、
   電圧源と、
   一端が前記電圧源と接続され、他端が前記負極端子と略同電位に接続され、前記温度端子が両端の間に接続され、前記感温素子を介して電池温度を電圧に変換して検出する電池温度検出手段と、
   前記電池温度検出手段に電圧源との接続を制御するスイッチング素子を設けると共にスイッチング素子が制御され電圧源が接続されていない時の電池温度検出手段の検出値が所定値以上である時前記電池組は異常状態であると判別する電池異常判別手段を備えたことを特徴とする電池の充電装置。

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