JP6387498B2

JP6387498B2 - 二次電池の充電制御回路

Info

Publication number: JP6387498B2
Application number: JP2015012225A
Authority: JP
Inventors: 周平木村
Original assignee: クロイ電機株式会社
Priority date: 2015-01-26
Filing date: 2015-01-26
Publication date: 2018-09-12
Anticipated expiration: 2035-01-26
Also published as: JP2016140136A

Description

この発明は、二次電池の充電制御回路に関する。

電子機器や電力機器に電力を供給するバックアップ電源としては二次電池を使用することが一般的であり、その場合の二次電池としては常に満充電であることが要求されることがある。例えば、停電等の非常時に動作する機器では、停電発生が予測不明であるため、どのような状況であっても負荷に対して一定の時間の電力供給を保障出来るようにしておくことが必要である。このため、このような機器に採用される二次電池の充電制御回路では、二次電池は常に満充電状態に維持されていなければならない。

そこで、二次電池の自然放電を補い、常に満充電状態を保持するために満充電付近で微少電流を一定電圧で流し続けるトリクル充電方法が採用される。

このトリクル充電方法を採用する従来の充電制御回路では、二次電池電圧を監視し、同電圧に基づいて充電電流を制御している（特許文献１）。

特開平５−２１９６５５号公報

しかし、上記のトリクル充電を行う充電制御回路では、電池電圧の監視回路や充電電流の制御回路が必要であり、回路が複雑化することを避けられない。また、通常時は二次電池を負荷から切り離し、停電発生時等の非常時に二次電池を負荷に接続する切り替え回路なども必要であり、全体の構成が相当に複雑化していた。

この発明の目的は、上記の電池電圧の監視回路、充電電流の制御回路、および切り替え回路等が不要であり、簡易な構成でトリクル充電と非常時に自動的に電源を二次電池に切り替えることが可能な充電制御回路を提供することにある。

この発明の二次電池の充電制御回路は、直流定電圧源からの定電圧が入力される電流制限抵抗と、
前記定電圧源で駆動され、出力側に負荷が接続される出力端子が設けられた電源部と、
前記電流制限抵抗に流れる電流に対して順方向に直列接続される第1のダイオードを含む二次電池充電回路と、
前記二次電池充電回路に接続される二次電池と、
前記二次電池と前記出力端子間に、前記二次電池からの放電電流に対して順方向に接続される第2のダイオードを含む二次電池放電回路と、
前記電流制限抵抗が前記二次電池充電回路に接続される接続端子と、前記負荷端子間に、前記電流制限抵抗に流れる電流に対して順方向に接続され、前記二次電池が満充電状態で前記接続端子から電流が流れるフォトカプラ回路と、
前記フォトカプラ回路のオン時に、満充電であることを示す信号を外部出力する満充電信号出力端子と、を備えている。

通常時に二次電池の充電電圧が低い時は、直流定電圧源からの定電圧で二次電池が充電される。このとき、充電電流は電流制限抵抗と二次電池充電回路を流れる。電源部は負荷に対して電力供給している。二次電池が満充電になると、充電電流が流れなくなるが、自然放電して充電電圧が低下し始めると再び充電が開始される。こうしてトリクル充電が行われる。満充電状態では、フォトカプラ回路に電流が流れて、満充電であることを示す信号が外部に出力される。この信号は、例えば、制御部において二次電池が満充電状態であることを示すためのＬＥＤ点灯に利用される。

停電等の非常時になると、電源部の動作は停止するが、二次電池放電回路を介して、二次電池から負荷に電力が供給される。

この発明では、二次電池監視回路、充電電流制御回路、切り替え回路がなくても、トリクル充電と異常時での二次電池への自動切り替えが行われる。

この発明の実施形態の充電制御回路の回路図である。

図1は、この発明の実施形態の充電制御回路の回路図である。この充電制御回路は図示しない非常照明装置等に設けられている。

電源端子には、図示しない電源回路から２４Ｖの直流のＤＣ定電圧Ｖｃｃが印加されている。定電圧Ｖｃｃは、電源部であるＤＣ／ＤＣ回路１に入力電圧として入力される。ＤＣ／ＤＣ回路１は、ＤＣ／ＤＣ変換された１２Ｖを出力する。ＤＣ／ＤＣ回路１の出力側は、出力端子ＯＵＴに電気的に接続している。出力端子ＯＵＴは、図示しない装置回路（負荷）の電源端子に接続されている。つまり、充電制御回路は、外部の装置回路に電力を供給するように構成されている。

電源端子には、さらに電流制限抵抗Ｒ１が接続され、電流制限抵抗Ｒ１には第1のダイオードＤ１を含む二次電池充電回路２が接続されている。二次電池充電回路２は二次電池のバッテリー３の＋端子が接続されている。第1のダイオードＤ１は、電流制限抵抗Ｒ１に流れる電流に対して順方向に直列接続される。二次電池充電回路２の順方向降下電圧は、ここでは、概ね１Ｖとなるように設定されている。

バッテリー３は、本例では定格端子電圧が１３．６Ｖである。また、このバッテリーは鉛蓄電池で構成されているが、これ以外の二次電池であっても良い。

前記バッテリー３の＋端子と前記出力端子ＯＵＴ間には、バッテリー３からの放電電流に対して順方向に接続される第2のダイオードＤ２を含む二次電池放電回路４が接続されている。二次電池放電回路４の順方向降下電圧は、ここでは、概ね１．６Ｖとなるように設定されている。

また、前記電流制限抵抗Ｒ１が前記二次電池充電回路２に接続される接続端子Ｐと、前記出力端子ＯＵＴ間に、電流制限抵抗Ｒ１に流れる電流に対して順方向に接続され、バッテリー３が満充電状態のときに前記接続端子Ｐから電流が流れるフォトカプラ回路５が接続されている。また、フォトカプラ回路５の受光トランジスタはオン時に満充電信号を出力する制御出力端子（満充電信号出力端子）ＣＯＵＴに接続されている。満充電信号は、装置回路内のＬＥＤ発光回路等に接続され、点灯することで外部に対しバッテリー３が満充電であることを示す。なお、フォトカプラ回路５は、ここでは、接続端子Ｐの電圧Ｖｐが概ね１４．６Ｖになるとオンして内部の発光ダイオードが点灯するように設定されている。

以上の構成で、２４ＶのＤＣ定電圧Ｖｃｃが充電制御回路に供給されているときは、バッテリー３に対してトリクル充電が行われ、且つ、出力端子ＯＵＴに出力電圧１２Ｖが出力され、停電等で定電圧Ｖｃｃが供給されなくなると、出力端子ＯＵＴにバッテリー３から１２Ｖが供給される。以下、詳細な動作について説明する。

２４ＶのＤＣ定電圧Ｖｃｃが充電制御回路に供給されている通常状態で、バッテリー３が充電されていない状態のときは、定電圧ＶｃｃがＤＣ／ＤＣ回路１に供給されることにより、ここでＤＣ１２Ｖに変換され出力端子ＯＵＴに出力される。また、このとき、二次電池充電回路２の出力電圧Ｖ１（＝バッテリ充電電圧）は、ＤＣ／ＤＣ回路１の出力電圧Ｖ２（＝１２Ｖ）よりも低いため、二次電池放電回路４に電流が流れない。これにより、定電圧Ｖｃｃに基づいて電流制限抵抗Ｒ１と二次電池充電回路２を介して、バッテリー３に充電電流が流れ続ける。なお、バッテリー３への充電電流の大きさは、電流制限抵抗Ｒ１の値を調整することで任意に設定することが出来る。

次に、充電が進み、バッテリー３の充電電圧が上昇していくに応じて、接続端子Ｐの電圧Ｖｐも上昇していく（Ｖｐ＝Ｖ１＋二次電池充電回路２の降下電圧１Ｖ）。電圧Ｖｐが１４．６Ｖになるとフォトカプラ回路５がオンし、それによって、電圧Ｖｐが低下し二次電池充電回路２に流れる充電電流が停止する。また、フォトカプラ回路５がオンすることで、制御出力端子ＣＯＵＴに満充電信号が出力される。

バッテリー３が満充電状態から自然放電が進むと出力電圧Ｖ１が低下し、それにより再び二次電池充電回路２に電流が流れ始めてバッテリー３の充電が再開される。このとき、接続端子Ｐの電圧Ｖｐが（Ｖ１＋二次電池充電回路２の降下電圧１Ｖ）に低下するためフォトカプラ回路５がオフする。

以上の動作が繰り返されることで、トリクル充電が実現され、バッテリー３は常に満充電状態に保持され、また、満充電信号は制御出力端子ＣＯＵＴに出力される。
一方、停電等により、２４ＶのＤＣ定電圧Ｖｃｃがゼロとなる非常時になると、ＤＣ／ＤＣ回路１の動作が停止するため、バッテリー３から、二次電池放電回路４に放電電流が流れ、出力端子ＯＵＴから回路に電流が供給される。このときの出力電圧は、バッテリー３の充電電圧１３．６Ｖ−二次電池放電回路４の順方向降下電圧１．６Ｖ＝１２Ｖである。したがって、通常状態時と同じ１２Ｖが電源電圧として回路に印加される。

以上のように、この実施形態の充電制御回路は、電池電圧の測定部や充電電流制御部がなくても、自動的にトリクル充電が可能である。また、通常時から非常時に切り替わる時や、非常時から通常時に復帰する時に、出力をＤＣ／ＤＣ回路１とバッテリー３間で切り替えるスイッチ制御回路も不要である。

１−ＤＣ／ＤＣ回路
２−二次電池充電回路
３−バッテリー
４−二次電池放電回路
５−フォトカプラ回路

Claims

直流定電圧源からの定電圧が入力される電流制限抵抗と、
前記直流定電圧源からの前記定電圧で駆動され、負荷が接続された出力端子と出力側で接続された電源部と、
前記電流制限抵抗に流れる電流に対して順方向に直列接続される第1のダイオードを含む二次電池充電回路と、
前記二次電池充電回路に接続される二次電池と、
前記二次電池と前記出力端子間に、前記二次電池からの放電電流に対して順方向に接続される第2のダイオードを含む二次電池放電回路と、
前記電流制限抵抗と前記二次電池充電回路とを接続する接続端子と、前記出力端子との間に、前記電流制限抵抗に流れる電流に対して順方向に接続され、前記二次電池が満充電の状態で前記接続端子から電流が流れるフォトカプラ回路と、
前記フォトカプラ回路のオン時に、満充電であることを示す信号を外部の装置回路に出力する満充電信号出力端子と、を備える二次電池の充電制御回路。
前記フォトカプラ回路は、前記接続端子の電圧が、前記二次電池の満充電電圧に前記二次電池充電回路の順方向降下電圧を加えた電圧に上昇したときにオンするように設定されている、請求項１記載の二次電池の充電制御回路。
前記二次電池放電回路は、前記二次電池から放電電流が流れているときの該二次電池放電回路の出力電圧が、前記電源部の出力電圧と等しくなるように設定されている、請求項１又は２記載の二次電池の充電制御回路。