JPH01138931A - 充電器の制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、Ｎｉ　−ｃｄ主電池ような２次電池を充電し
、その電池の温度を測定して充電制御を行う充電器の制
御回路に関する。

（従来技術） 従来から、蓄電池の充電制御方式には、電池電圧検知方
式、タイマー制御方式、電池温度検知方式等が知られて
いる。蓄電池は、充電すると、−般に、第１６図に示す
ような汽電時間−電圧特性を示し、第１７図に示すよう
な充電時間−温度特性を示す。

電池電圧検知方式は、電池を充電した時に上昇していく
電池電圧を検出し、ある設定電圧になると、充電を停止
するものである。ところが、電池個々の電圧のバラツキ
、温度特性のバラツキにより、容ｆｆ１１００％時の電
池電圧は大きくバラツクため、電池が過充電にならない
ように充電するためには、１００％充電時の電圧に、制
御電圧を設定するのではなく、８０％程度の充電時の電
圧に設定しなければならない。そのため、常に容量不足
状態になっている。

次に、タイマー制御方式は、電池の容量に関係なく、一
定時間電池に充電電流を流すものである。

そのため、容量が満杯の電池を、この制御方式の充電器
にて繰り返し接続して充電すると、過充電を繰り返すた
め、電池が劣化する虞れがある。

電池温度検知方式は、第１７図に示すように、電池は、
充電容量が１００％を越えてさらに充電すると、温度上
昇する特性を有することを利用して、この上昇した温度
を検知して、充電を停止するものである。ところが、こ
の場合、大負荷で使用した直後の電池は、放電で温度が
上昇しており、充電器に接続しても温度が下がるまで充
電を開始しないので充電時間が長くかかる。

このように従来のいずれの充電制御方式も何らかの解決
課題を有している。

（発明の目的） 本発明は、上記問題点を解消するもので、電池温度など
に関係なく、電池の容量がなくなっている時には、直ち
に充電を開始し、容量が１００％以上になると過充電に
ならずに充電を完了制御することができる充電器の１ｌ
ｌｔ１１回路を提供することを目的とする。

（発明の構成） 本発明は、電池の温度を検知する温度検知回路を有し、
この検知信号に基いて電池への充′Ｒ電流を制御する充
電器の制御回路において、温度検知回路の検知信号の状
態に応じて、電池温度が充電により上昇した場合と放電
により上昇した場合とを識別する温度上昇識別手段を備
え、放電による温度上昇時には充電開始可能としたもの
である。

この構成により、上昇している電池温度が、充電により
上昇したものか、放電により上昇したものかを見分ける
ことができ、放電による温度上昇時は直ちに充電を開始
することができる。

（実施例） 本発明の第１実施例による構成を第１図、第２図により
説明する。

これらの図において、１は交流電源、２はノイズフィル
タ回路、３は整流回路、４はスイッチング回路、５はト
ランス、６は整流回路、７は被充電用の電池（１！池バ
ツク）で、整流回路６の出力に充電器としての出力が得
られ、その出力端子ａ。

ｂに電池７は接続される。８は充電電流を検出して充電
電流を制御するためスイッチング回路４に出力するＰ　
Ｗ　Ｍ　ＩＩＩ御回路、９は１！池の電圧を検知し充電
制御のための信号を出力する電圧検知充電制御回路、１
０は電池の温度を検知するセンサ、１１はセンサ１０の
検知信号を入力とした温度検知充電制御回路、１２は上
記電圧検知充電制御回路９と温度検知充電制御回路１１
の出力のＡＮＤをとるＡＮＤ回路で、このＡＮＤ回路１
２の出力は上記Ｐ　Ｗ　Ｍ　ｉｌ制御回路８に与えられ
る。

上記電圧検知充電制御回路９、温度検知充電制御回路１
１、ＡＮＤ回路１２は後述から明らかなように、電池の
温度が充電により上押した場合と放電により上昇した場
合とを識別する手段を構成しており、放電により温度上
昇している場合には、直ちに充電を開始することができ
るように機能するものである。

電圧検知充電制御回路９は、温度特性を持たない定電流
源による電流で抵抗Ｒ１とポリ１−ム■Ｒとダイオード
Ｄ１．Ｄ２．Ｄ３により基準電圧を作り、この基準電圧
と電池電圧とをオペアンプＯＰ１で比較するものである
。また、抵抗Ｒ２により基準電圧にヒステリシスを持た
せている。

温度検知充電制御回路１１は、電池温度を検出するセン
サとしてのサーミスタＲｔｈと抵抗Ｒ３によって抵抗分
割した電圧と、抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５により抵抗分割した
電圧とをオペアンプＯＰ２で比較するものである。また
、抵抗Ｒ６によりｍｒｌヒステリシスを持たせている。

上記構成の動作を、通常充電の場合と電池の使用直後で
温度が高い場合の信号波形を示す第３図とともに説明す
る。

まず、充電されていない電池パックを充電器に接続する
と、電池は充電されていないので、電圧も温度も低いた
め、充電器は１Ｃの充電′Ｒ流を流し、充電を開始する
。充電容量が８０％以上になると、電圧検知充電制御回
路９が動作し、その出力信号がｌ−１ｉ　ｏ　ｈ　（高
）からしＯＷ（低）になる。

しかし、温度検知充電制御回路１１の出力はＨｌＱｈの
ままであるので、ＡＮＤＩｉｌｉｌ路１２の出力はｌｏ
ｗのままである。したがって、電池７には充電電流が流
れ続ける。そのため電池温度が上昇してくる。そして、
電池温度が制ａｍ度以上になると、温度検知充電制御回
路１１が動作して、その出力が）（ｉｇｈからＬＯＷに
変る。このため、ＡＮｏ回路１２の出力は、ＬＯＷから
ＨｉＱｈに変り、充電ｍ流は図示のように末期ｍ流に変
る。それぞれの電圧検知充電制御回路９．温度検知充電
制御回路１１では電圧あるいは温度が初期の制御レベル
に達した後は、ヒステリシスにより、制御電圧、制御温
度は低くなる。そのため、充電電流が低くなっても、再
充電することはない。

使用直後の電池パックは、放電を行った直後のために、
温度が高くなっている。そのため、温度検知充電制御回
路１１が動作し、その出力はＬＯＷになっており、また
ヒステリシスにより制御［ｌ電圧が低くなっている。し
かし、電池電圧は低いために、電圧検知充電制御回路９
の出力は）（ｉｇｈのままであるので、ＡＮＤ回路１２
の出力はＬＯＷとなり、電池７には充電電流が流れる。

そして、充電していくうちに電池温度は低下し、温度検
知充電制御回路１１の出力もＨｉｑｈになり、−り御温
度も高くなる。その後、充電を続けると、通常時と同じ
動作をする。このように、充電制御は、電圧が高く、か
つ温度が高い時に働くので、１００％充電が可能となる
。また、従来の温度制御とは違い、ｒＩｉ電直後の電池
の温度上昇時にも、直ちに充電を開始することができる
。

次に、本発明の第２実施例を説明する。

上記第１実施例では電圧検知充電制御回路９や温度検知
充電制御回路１１の出力を保持するのに、大きなヒステ
リシスが必要である。温度検知充電制御回路１１では、
末期電流時には、電池温度はほぼ周囲温度と同じになる
。また使用直後も周囲温度が高い時には＆１ＩｔＩＩｌ
温度まで下がらないことがある。

この問題に対処するための第２実施例構成を第４図に示
す。本実施例ではＡＮＤ回路１２の代わりに、Ｒ−Ｓフ
リップ７Ｏツブ２１を用いるようにする。電圧検知充電
制御回路９の出力をＲ、−８フリツプフロツプ２１のリ
セット（Ｒ）入力に、温度検知充電制御回路１１の出力
はインバータゲート２２を通して、セット（Ｓ）入力に
入れる。

この構成により、第５図に示すように通常充電時、電圧
検知充電制御回路９の出力が）（ｉｇｈからＬＯＷに変
り、温度検知充電制御回路１１の出力が１−１ｉＱｈか
らＬＯＷに変ると、フリップ７０ツブ２１の出力はｌ−
１−１ｉになり、充ｌ！電流は末期電流に下がる。

そして、電池温度が下がって温度検知充電制御回路１１
の出力がＬＯＷから）ｌｉｇｈに変っても、フリツプフ
ロツプ２１は出力を保持する。

次に使用直後の電池温度の高い場合について説明すると
、ＡＮＤとトランジスタは電池温度が高く温度検知充電
制御回路１１の出力がｌｏｗで、電池電圧が低く電圧検
知充電１１ｆ１回路９の出力がＬＯＷの時は、フリップ
７０ツブ２１のＲ，８入力が共にＨｉａｈとなり、その
出力が不安定になるため、この時は強制的にＬＯＷにし
て充電電流を流す。電池温度が下がってからは、通常時
と同じように動作する。かくして温度ヒステリシスが小
さくても、また、どの周囲温度であっても正確な充電動
作が得られ易い。

次に、本発明の第３実施例を説明する。

上記第１．第２実施例においては、温度検知充電制御回
路１１による温度検知は、絶対温度を検知している。し
かし、これでは周囲温度が低い時には電池温度も低いた
めに、電池がＩＩＩＷＪ瀾度まで上昇するまでに過充電
になる虞れがある。そこで第３実施例では、第６図にそ
の要部のみを示すが、温度検知充電制御回路１１におい
て、サーミスタＲｔｈｌ　、　Ｒｔｈ２を直列に接続し
た回路を用い、サーミスタＲｔｈ１で電池温度を、サー
ミスタ８ｔｈ２で周囲温度を検出するようにする。その
他の構成は上記実施例と同様である。

この構成により、電池の周囲温度に対する相対的な温度
上昇が設定値以上になると、温度検知充電制御回路１１
の出力が）ｌｉｇｈからしＯＷに変り、的確に充′Ｍｉ
ｆｆｉ流を末期電流に制御することができ、周囲温度が
低い時の過充電を防止できる。

次に、本発明の第４実施例を説明する。

上記の各実施例による制御回路の場合、電池容量が８０
％以上入った電池でも放置したものであれば、電圧が制
御電圧まで上昇し、かつ温度が上昇するまで充電する。

そのため、これを繰り返せば、電池の過充電となる。そ
こで、第４実施例では、第７図に示すように、電池パッ
クを充電器に接続すれば、動作するタイマ回路Ｔを設け
、このタイマ回路Ｔが動作しているある一定時間、温度
検知充電制御回路１１の制御温度を低下せしめ同回路１
１の出力をＬＯＷに保持する構成とする。

かくして、この構成により、タイ７時間の間に、もし電
池の容量が満杯であれば、すぐに電池電圧が高くなるの
で、電圧検知充電制御回路９の出力もＬｏｗとなり、充
電電流は末期電流へ下がる。

したがって、電池パックの充電器への接続の繰り返しに
よる過充電を防止することができる。

次に本発明の第５’Ｊ１例を説明する。第８図は基本的
なブロック構成を示し、第９図は要部の具体的回路構成
を示す。

この実施例において、電池温度検知回路３１は、ダイオ
ードで構成した温度センサＤＳ１オペアンプＯＰ１、抵
抗Ｒ８１〜Ｒ５３、ボリュームＶＲ１で構成され、電池
温度変化を電圧変化に変換している。

Δ■発生回路３２は、サンプルホールド回路３３、クロ
ック発生回路３４、減算増幅回路３５から構成されてい
る。サンプルホールド回路３３は、トランジスタＱ１、
オペアンプＯＰ２、コンデンサＣＨ１から構成されてお
り、クロック発生回路３４は、クロック発生用集積回路
ＩＣ１、外付は用の抵抗Ｒｙ１．ＲＶｔ　、およびコン
ーデンサＣｒｔ　、ＣＶｔから構成され、減算増幅回路
３５はオペアンプＯＰ３、抵抗ＲＭ１〜ＲＭ４で構成さ
れ、上記ΔＴ発生回路３２によりクロック発生回路３４
のつくりだす周期のΔＴを得ることができる。

比較回路３６は、基準電圧用の抵抗Ｒｒｅｆ１、ツェナ
ーダイオードＤｚ１およびコンパレータＣ０Ｐ１、抵抗
ＲＤ、コンデンサＣＤから構成され、Δｆが基準電圧を
越えるとき出力がト１ｉｇｈになる。

ΔＴ検知充電制御回路３７は、コンパレータＣ０Ｐ２と
基準電圧用の抵抗Ｒｒｅｔ’２、ツェナーダイオードＤ
Ｚ２から構成されている。

第１温度検知充電制御回路３８は、コンパレータＣ０Ｐ
３と基準電圧用抵抗Ｒｒｅｆ３、ツェナーダイオード０
２３から構成され、Δ「検知充電１１１１１回路３７と
第１温度検知充電制御回路３８の出力を受ける形でＡＮ
Ｄ回路１２が設けられている。このＡＮＤ回路１２はＡ
ＮＤゲートＩＣ４と抵抗ＲＸ、　トランジスタＱ２から
構成されている。

ラッチ回路３９は、ＮＡＮＤゲート［Ｃ２，ＩＣ３と抵
抗ＲＬＡから構成され、比較回路３６とＡＮＩ）回路１
２の信号を受けている。このラッチ回路３９の入力にＨ
ｉ　Ｑ　ｈが入ると、その出力はＰＷＭ制御回路８の第
２図のＡ点に伝えられ、充電をストップさせる。

次に第２温度検知充電制御回路４０は、基準電圧用抵抗
Ｒｒｅｆ４、ツェナーダイオードＤＺ４と、基準電圧に
ヒステリシスを持たすための抵抗ＲＹ１、トランジスタ
Ｑ３と、比較用コンパレータＣ０Ｐ４　、抵抗ＲＹ２か
ら構成されている。この第２温度検知充電制御回路４０
の出力が＋＋ａｈになると、この出力は、ＰＷＭ制御回
路８の第２図の８点に伝えられ、充電電流を減らす。

時間遅延信号発生回路４１は、時間遅延信号発生用ｌ！
積回路ＩＣｓと外付は用抵抗ＲＴ２　、ＲＶ２〜ＲＶ５
　、コンデンサＣＶ２　、Ｃ７０、トランジスタＱ４か
ら構成されており、ＡＮＤ回路１２の出力が時間遅延信
号発生回路４１で定めた時間内しかラッチ回路３９に影
響しないようにしである。具体的回路の構成は以上の通
りである。

次に上記構成の動作を説明する。

電池７の温度が高い時に充電を開始すると、電池温度検
知回路３１の検出出力は、第１温度検知充電制御回路３
８で基準電圧を越え、ＡＮＤ回路１２にＨｉ　Ｑ　ｈが
入力される。一方、Δ「発生回路３２の出力は、電池が
充電されているものなら大きく、充電されていないもの
なら小さくなる。

この状況を第１０図（ａ）　（ｂ）に示す。いま、充電
されている充電済電池の場合、Δ丁検知充電制御回路３
７の出力は、同回路３７の入力が基準電圧を越すためｌ
−１−１ｉとなり、ＡＮＤ回路１２に伝えられる。する
と、ＡＮＤ回路１２の両人力は、１−１−１ｉ、ＨｉＱ
Ｆｌとなり、その出力もＨｉｇｈになり、ラッチ回路３
９を通して、充ｆｆ１１！流をストップする。

一方、充電されていない、すなわち放電流電池の場合、
ＡＮＤ回路１２の両人力は、）ｌｉＱｈ。

ＬＯＷとなり、その出力はＬＯＷであり、したがって充
電電流は流れ続ける。これらの動作時の各部の入出力信
号は第１１図に示す。

次に、電池７の温度がさらに高く、電池の劣化の可能性
がある場合、第２温度検知充電制御回路４０の出力がＨ
ｉｇｈとなり、充電電流を少なくして、長時間充電モー
ドに切り換える。この時、第２温度検知充電制ｉｌｌ＠
路４０の基準電圧はヒステリシスによって下がり、電池
の温度が安全な温度に下がるまでこの状態を保持して、
温度が下がると、第２温度検知充電制御回路４０の出力
がＬＯＷになり、充電電流は元に戻り、急速充電モード
となり、基準電圧も元に戻る。この動作状況を第１２図
に示す。

次に本発明の第６実施例を第１３図に示す。

本実施例は、電池を所定時間放電させ、その時の電圧降
下を検出して電池が過充電状態にあるか放電状態にある
かを判定する回路を備えたことに特徴を有する。すなわ
ち、基本的回路に加えて、電池７を放電させる放電回路
５１と、放電時間を制御する放電制御回路５２と、一定
時間後の電圧を基準電圧と比較する電圧比較回路５３と
、この比較回路５３の出力で温度検知充電制御回路１１
の制御を解除する制御解除回路５４とから構成されてい
る。なお、制御解除回路５４には解除信号を一定時間保
持するためのタイマを含む。

電池７を充電器に接続した時の動作を次に説明する。電
池温度が高い時、温度検知充電ｌ１Ｉｌｔ１１回路１１
が動作し充電を制御する。ここに、充電を行うか否かを
判定するために、放電回路５１により一定時間放電し、
その一定時間後の放電電圧を電圧比較回路５３により基
準電圧と比較し、第１４図（ａ）に示すように、族１１
圧が基準電圧より低い時は、放電状態であると判定し、
制御解除回路５４が動作し、充電制御を解除する。逆に
第１４図（ｂ）に示すように、放電電圧が基準電圧より
高い時は、充電状態の電池であると判定し、制御解除回
路５４は動作せず充電制御されたままとなる。

上記ｉ制御解除口路５４は、第１５図（ａ）に示すよう
に、内蔵のタイマ出力により一定時間、解除信号を保持
しく出力がＨｉａｈ）、一定時間以上経過すると、解除
信号はリセットされる（出力がＬＯＷ）。さらに、電池
温度が一度、温度検知充電制御回路１１における制御温
度以下になった場合も、第１５図（ｂ）に示すように、
その時点で、解除信号はリセットされる。かくして、電
池の温度が高い時に、電池が放電状態であるか、過充電
状態かが判断されて、適切に充電制御がなされる。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、被充電用の２次電池の温
度が＾い場合に、それが充電によるものか、放電による
ものかを識別判断して、充電を制御するようにしたので
、電池温度が下がるのを持たずに充ｆｆ１ｆＦｌ始がで
き、電池容量を常に１００％に充電することができ、電
池の不活性化をなくすることができる。また、さらに電
池の温度が高い場合でも、徐々にでも充電していくこと
で、温度が下がるまでに、少しでも充電することができ
るようになり、充電時間を大巾に短縮することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例による充電器の制御回路の
１０ツク構成図、第２図は同制御回路の具体的回路図、
第３図は同回路の動作を説明するための通常充電と使用
直後の充電の信号波形図、第４図は第２実施例による制
御回路のブロック構成図、第５図は同実施例の第３図相
当図、第６図は第３実施例による要部回路図、第７図は
第４実施例による要部回路図、第８図は第５実施例によ
るブロック構成図、第９図はその具体的回路図、第１０
図（ａ）　（ｂ）はΔ丁発生回路のタイムチャート図、
第１１図はΔＴ検知制御回路のタイムチャート図、第１
２図は電池温度と第２温度検知充電制御回路の基準電圧
の関係図、第１３図は第６実施例によるブロック構成図
、第１４図（ａ）　（ｂ）。 第１５図（ａ）　（ｂ）はそれぞれ同実施例の動作を説
明するための図、第１６図は電池の充電特性図、第１７
図は電池温度上昇特性図である。 ７・・・電池、９・・・電圧検知充電制御回路、１０・
・・センサ、１１・・・温度検知充電制御回路、１２・
・・ＡＮＤ回路、２１・・・Ｒ−８フリツプ７０ツブ、
Ｒｔｈｌ、Ｒｔｈ２・・・す、−ミスタ、３１・・・電
池温度準知回路、３６・・・比較回路、３８・・・第１
温度検知充電ｔ１１制御回路、４０・・・第２温度検知
充電制御回路、５１・・・放電回路、５３・・・電圧比
較回路、５４・・・制御解除回路。 特許出願人　　　　　　松下電工株式会社代　理　人　
　　　　　弁理士　小谷悦司同　　　　　　　　弁理士
　長１）正 向　　　　　　　　弁理士　板谷康夫 第　　５ ｉ業丸ｔ ィ久円、ｔａ、　　（！５仁シ晶Ｊ覧力（高・・ＩＩＩ
り的闇 第１０図 １間を 第１４図 に１ノ１−１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電池の温度を検知する温度検知回路を有し、この検
   知信号に基いて電池への充電電流を制御する充電器の制
   御回路において、温度検知回路の検知信号の状態に応じ
   て、電池温度が充電により上昇した場合と放電により上
   昇した場合とを識別する温度上昇識別手段を備え、放電
   による温度上昇時には充電開始可能としたことを特徴と
   する充電器の制御回路。 ２、温度上昇識別手段は、温度検知回路と電池の電圧を
   検知する電圧検知回路と、これら両回路の出力のＡＮＤ
   をとるＡＮＤ回路により構成され、このＡＮＤ回路の出
   力により充電電流を制御するようにしたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の充電器の制御回路。 ３、温度上昇識別手段は、温度検知回路と電池の電圧を
   検知する電圧検知回路の出力信号をＲ−Ｓフリップフロ
   ップによりＡＮＤをとるとともに、温度検知回路の信号
   を保持する構成としたことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の充電器の制御回路。 ４、温度検知回路は、周囲温度と電池温度との差を検知
   する構成としたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の充電器の制御回路。 ５、電池が接続されることにより始動するタイマを備え
   、このタイマの始動後の一定時間は温度検知回路が作動
   しないように構成して電池の充電容量をチェックするこ
   とを特徴とした特許請求の範囲１項記載の充電器の制御
   回路。 ６、温度上昇識別手段は、電池の温度変化を検知する回
   路を有したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の充電器の制御回路。 ７、温度検知回路は、温度検知出力と基準値とを比較す
   る比較回路を有し、かつ、この比較回路の出力に基き電
   池の高温時には充電モードを長時間充電モードとし、電
   池の温度が所定値まで低下した時に急速充電モードに切
   換える回路を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の充電器の制御回路。 ８、電池を所定時間放電させ、その時の電圧降下を検出
   して電池が過充電状態にあるか放電状態にあるかを判定
   する回路を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の充電器の制御回路。