JPH02504219A - 二次電池の充電時間を決定する方法および回路配列 - 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】 ［二次電池の充電時間を決定する方法および回路配列コ本発明は、−次電池を充 電するための異なる電圧レベルの交流または直流電圧源に接続されるようになっ ている電子的スイ・ンチング電源と、論理信号ユニットと、充電状態表示器手段 と、クロックパルスを生成し論理信号ユニットから供給される信号を混合して充 電状態表示器手段を制御するユニットとを有し、二次電池の充電時間の決定およ び実際の充電状態の表示の両方または何れか一方を行なう方法に関する。

シェーバのような特に小型の家庭用器具の二次電池は、切換えることなく１２Ｖ ないし２４０ｖの電圧源に接続される電子的スイッチング電源から充電すること がてきる。この型のスイッチング電源は、たとえばＥＰ−ＯＳ　　Ｏ０９５０７ ２に記載されている。

このようなスイッチング電源を装備した器具は直接連続する広範に異なる振巾の 電圧源によって動作することがしばしばであるから、使用者が彼のまたは彼女の 器具の二次電池の実際の充電状態を決定することは困難である。

したがって１本発明の目的は、入力電圧の大きさに依存して二次電池に供給され る電荷、または二次電池から放出される電荷を決定する必要なく、回置な限り正 確に二次電池の実際の電荷を反映するようにこのような器具の充電状態表示器手 段を制御することである。

請求の範囲１項の特徴部分に記載されている解決方法は、充電状態を決定するた めに必要な信号を電子的スイッチグミ源の二次回路から直接入手し、該信号を論 理レベル発生器を通してマイクロコントローラに供給して処理し、マイクロコン トローラが相応して充電状態表示器手段の制御および充電サイクルの終止の両方 または何れか一方を行なう容易なる方策を提供する。

上記方策を実現する有利を実施例および回路配列は以下の説明および副請求の範 囲から明白になるであろう。

本発明の根幹をなす概念を、以下に添付図面に示した実施例に基づいて詳細に説 明する。

添付図面において、 第１図は、二次電池を昇圧充電し、トリクル充電モードへ自動移行させる電子制 御手段を含む電子的スイッチング電源の回路図であり、 第２図は、昇圧充電モードからトリクル充電モードへの移行が発生したときに視 覚表示を与える点滅表示器を含む第１図の回路配列の図であり、 第３図は二次コイルのタッピングを含む第１図の回路配列の図であり。

第４図はブロック線図であり。

第５図は第４図に示すレベル発生器の実施例の回路図である。

さて、第１に示す電子的スイッチング電源は、変成器５、第１のトランジスタ１ ．３よび負荷回路内に設けられている第１のダイオード３１を備えた一次スイツ チング方式のブロッキング発振器型コンバータを含む。ブロッキング発振器型コ ンバータは、１００ないし２５Ｖの範囲内の、極端な場合には１２Ｖの直流また は交流源から、また交流源を使用する場合にはほぼ任意の周波数源からブリッジ 整流器４ないし抵抗２８を通して付勢される。整流された出力電圧は、直列チョ ーク８および２つの平滑コンデンサ９１．９２からなるろ波および平滑配列を通 して、ブロッキング発振器型コンバータ、すなわち電子制御手段の入力へ印加さ れる。

直流端子に並列に接続されているのは、変成器５の一次コイル５１．第１のトラ ンジスタｌのコレクタ・エミッタ回路および第２のコンデンサ１２からなる直列 配列である。第１の抵抗２１が第１のトランジスタｌのベースに接続され、この 抵抗の他方のリードは直列チョーク８を通して入力電圧端子の正極に接続されて いる。さらに、第１のトランジスタｌのベースは、第２のトランジスタ２のコレ クタ・エミッタ回路を通してｖｃ＃！すなわち参照電位に接続されている。第１ のトランジスタｌのエミッタは第１の定電圧ダイオード４１の陰極に接続されて いる。このダイオードの陽極は、第２のトランジスタ２のベースと、抵抗２６を 通して＃地すなわち参照電位とに接続されている。さらに、第１のトランジスタ ｌのエミッタは、第２の抵抗２２を通して変成器５の二次巻！５２の一端に接続 されている。変成器５の一次コイルおよび二次コイルの巻線の方向は図に黒点に よって示しである。

第１のコンデンサ１１は、抵抗２７を通して第１のトランジスタｌのベースに接 続され、また変成器５の二次コイル５２の一方の端に直接接続されている。二次 コイル５２の他方の端に接続されているのは、二次電池６１と、スイッチ６３お よび直流電動機６２の直列配列との並列回路を含む負荷６、および第３の１−ラ ンシスタ３のベースに接続されている抵抗２５と直列接続されたダイオード３５ の陽極である。

第２のダイオードの陽極は第３の抵抗２３および第３のダイオード３３の接合点 に接続され、またその陰極は、陽極を負荷６に接続されている第１のダイオード ３１の陰極と同様に、二次コイル５２の一方の端に接続されている。

さらに、第１のコンデンサ１１は、放電抵抗７２と放電用ダイオード７１の直列 配列からなる放電回路７に接続されている。放電抵抗７２は第３のトランジスタ ３のコレクタに接続され、トランジスタ３エミツタは二次コイル５２の他方の端 に、すなわち負荷６に接続されている。

フライバック電圧を制限するために、陽極を相互接続した定電圧ダイオード４２ および第４のダイオード３４の直列配列からなる回路が変成器５の一次コイル５ １に並列に接続されている。

任意選択として、第３のトランジスタ３のベースを抵抗３゜を通して直流電動器 ６２とスイッチ６３との接合点に接続することができる。この接続能力を第１図 に破線で示す。

第１図の回路配列の動作のモードを以下に詳細に説明する。

ブリッジ整流器６による整流および直列チョーク８と並列コンデンサ９１．９２ によるｊ波の後に、第１の抵抗２１を通る低ベース電流が、スイクチングトラン シスタとして動作する第１のトランジスタを駆動する。第１のトランジスタがス イッチオンするために、第１のトランジスタ１および変成器５の一次コイル５工 の回路通路を通して正帰還効果か発生し、第１のトランジスタ１をさらに駆動す るので第１のトランジスタ１は導通状態になる。コレクタ電流は線形に上昇し、 第２の抵抗２２にまたがりて電流に比例する電圧が発生する。電流が所定の尖頭 値に到達すると、第１の定電圧ダイオード４１を通して第２のトランジスタ２が 駆動されて導通し、第１トランジスタのベースを参照電位に接続、すなわち接地 するので第１のトランジスタｌからベース電流を取り上げ、該トランジスタ１を 遮断させる。オフ期間の始めに変成器５の二次コイルに誘起する電圧の極性は、 第１のコンデンサ１１の点Ｐｌ側て変化する。

ブロッキング発振器型コンバータの原理によれば、変成器５内に蓄積されたエネ ルギは第１のダイオード３工を通して負荷６へ引き渡される。

変成器５の反転過程中、変成器５の一次コイル５１に並列接続されているダイオ ード３４８よび定電圧ダイオード４２はオフ期間中のフライバック電圧尖頭値を 制限する。

変成器放を期間全体に亘って点Ｐｌに発生する負電圧は第２のダイオードを通し て点Ｐ３にすなわち第３のトランジスタ３のベース回路内の第３のダイオード３ ３と第３の抵抗２３との接合点に伝えられる。この負電圧は、ｐ−ｎ−ｐトラン ジスタで構成されている第３のトランジスタ３を導通せしめる。

第１のトランジスタｌが導通状態中に、第１のコンデンサ１１は抵抗２７を通し て Ｕｃ＋＋　＝　ｕｓｅｋ、　（１−ｅ　−”で）に等しい電圧まで充電され、第 １のコンデンサ１１０点Ｐ２には負極性か発生する。

第３のトランジスタ３か導通すると１点Ｐ２のこの負極性電荷は放電回路７を通 して、すなわち放電用ダイオード７１、放電抵抗７２ならびに放電抵抗７２に並 列接続されている発光ダイオードｌＯ１および第３のトランジスタ３の導通中の コレクタ・エミッタ回路を通して点Ｐ４へ、すなわち二次電池６１の正端子へ放 電する。

第１のコンデンサ１１の放電とそれに続く電荷の反転は発光ダイオード１０を駆 動して、この過程の視覚表示を与えさせる。またこの配列における並列接続され た放電抵抗７２は。

電荷の反転を発光ダイオード１０の順方向電圧以下に抑える。

反転帯電した第１のコンデンサ１１における電圧は以下の通っである。

Ｕｃ＋＋　＝　Ｕｓ（＝　Ｕｎａｔｔ）　　ＵＦ５１−　Ｕｃｔｓａｔｙ３＋υ 、７□但し、Ｕ　Ｃ１ｌは１反転帯電した第１のコンデンサ１１における電圧、 Ｕ６は負荷６における電圧、ＵＦ？Ｉは放電用ダイオード７１にまたがる電圧降 下、Ｕｃｔ＊ａｔｒｓは第３のトランジスタ３のコレクタ・エミッタ飽和電圧、 Ｕｏｌは第１のダイオード３１にまたがる電圧降下である。

第３のトランジスタ３のコレクタ・エミッタ飽和電圧は、第１のコンデンサの電 荷反転過程の終りには無視できる。放電用ダイオード７１および第１のダイオー ド３１にまたがる電圧降下は、これらのダイオードがほぼ同一の構造であるため にほぼ等しく、互いに相殺し合うので反転帯電した第１のコンデンサ１１におけ る電圧は５点Ｐ２における正符号を有する負荷電圧Ｕ６に一致する。

反転帯電した第１のコンデンサ１１および負荷６におけるこの極性反転電圧は、 変成器放電期間の終了後１点Ｐ４における出力電圧が未だに所望値に到達してい ないために、第２および第３のトランジスタからなる電圧コンパレータがそのオ フ状態にスイッチしている時、点Ｐ２における正電圧がたとえば１２Ｖのような 極めて低い動作電圧においてさえ第１のトランジスタｌを再び即時にスイッチオ ンさせることを保証するのて。

重要である。

出力電圧Ｕｒ、が所望値に到達するかまたはそれを越えると、第２および第３の トランジスタ２，３は導通を保持し、点Ｐ１においてＭｌのコンデンサ１１は変 成器５の二次コイル５２を通して負荷６の正端子に電気的に接続され、また点Ｐ ２において抵抗２７および導電中の第２のトランジスタ２を通して接地すなわち 参照電位に接続される。これは第１のコンデンサ１１の点Ｐ２を点Ｐ１に対して 再び負ならしめる。この負電圧の大きさは、放電用ダイオード７１．発光ダイオ ードｌＯまたは放電抵抗７２および抵抗２７によりて決定される。導通中の電圧 コンパレータ、すなわち導通中の第２および！＠３のトランジスタ２．３は負荷 電圧Ｕ６が所定の所望値以下に降下するまで。

第１のトランジスタ１が再びスイッチオンするのを防ぎ、それによりコンパレー タ、すなわち第２および第３のトランジスタ２．３を遮断せしめる。第２および 第３のトランジスタ２．３が非導通状態にあると、第１のコンデンサ１１は第１ の抵抗２１ならびに抵抗２７を通して再び負荷電圧Ｕ６と第１のトランジスタｌ のベース・エミッタ電圧との電圧値の和まで充電される。この過程のために、第 ３のダイオード３３は、第３の抵抗２３および第５の抵抗２５で構成される分圧 器を第１の抵抗２１から減結合する。ゲルマニウムダイオードであることが好ま しいダイオード３５は、二次電池の電圧特性を温度の関数として電子回路によっ て模擬するのに役立つ。

破線で示すように、抵抗３０の一方のリードを第３の抵抗２３と第３のトランジ スタ３のベースとの接合点に接続し、他方のリードをスイッチ６３と直流電動機 ６２との接合点に＃統することによって、別のスイッチを設けることなく第３の 抵抗２３および第５の抵抗２５で構成される分圧器を、直流電動機６２がターン オしンな時にたとえば２．９ないし２．６ｖのような低い出力電圧レベルに至ら しめることが可能である。これにより、負荷または消費が電圧を低い平均二次電 池電圧以下に低下せしめるまで、出力電流を増加させることはない、幹線動作に おいては、直流電動機６２が二次電池６１の高い最終充電電圧で連続的に動作す ることがない、直流電動機６２がターンオフした後、二次電池６１は急速に再充 電される。

本発明の回路配列の動作のモードの以上の説明から明らかなように、第２および 第３のトランジスタ２．３の回路によって形成されている電圧コンパレータが所 定値に接近または到達した時に、二次電池６１の大きい昇圧充電電流を小さいト リクル充電電流まで減少させるためには少数の成分しか必要としない、この配列 においては、二次電池の電圧は大きい充電電流が二次電池６１内へ流入している 時には測定されず、負荷が低い時にのみ測定される。これは、二次電池６１の個 々のセルの内部抵抗が異なるために発生する誤りを避ける０反転帯電した第１の コンデンサの電圧は負荷電圧にほぼ等しいから、４０ないし５０ｍＡ程度の連続 定格電流における正常充電は、たとえば１２ｖのような低い動作電圧においても 遂行され得る。最後に、電源プラグを引抜いても、電流が電圧コンパレータ回路 またはブロッキング発振器型コンバータを通って流れることができないので、昇 圧充電すなわち連続充電のための電子制御手段は二次電池から電流を引き出すこ とはない。

第２図に示す本発明の解決方法の変形は、第１図に示す電子的スイッチング電源 のための電子制御手段に極めて類似している。この回路配列においては、同等成 分に対しては同一参照番号を付してあり、従って第１の実施例の説明を参照され たい。

第２図の回路配列と第１図の回路配列との相違点は、ＪＡ光ダイオード１０が放 電用抵抗７２に並列に接続されているのではなく、第３のトランジスタ３のコレ クタ回路内に挿入されており、その陰極が抵抗２９を通して接地すなわち参照電 位に接続されていることである。また充電回路７は第３のトランジスタ３のコレ クタに接続されているのではなく、変成器５の二次コイル５２と負荷６との接合 点に直接接続されている。

この変形回路においては、発光ダイオード１０は出力電圧か所定値に到達すると 二次電池６１に接続されるために、発光ダイオードｌＯは昇圧充電サイクルか完 了するか、またはトリクル充電への移行中に点減し始める０発光ダイオードｌＯ は比較的大きい電流を流すので、二次電池電圧は急速に所望値ＵＡ。

または最高二次電池電圧以下に低下し、第２および第３のトランジスタ２．３か らなるコンパレータを非導通に戻す、ブロッキング発振器型コンバータ回路は、 コンパレータ電圧が再び所望値に到達するまで、発光ダイオード１０が引出した エネルギをスイッチングトランジスタｌを通して供給する。この過程は約２Ｈｚ のサイクルで繰返されるのて１回路かトリクル充電モートに切り替わる過程にあ ることを表示する。

第１図の配列のように、この配列の最高電池電圧はて与えられる。

第３図に示す本発明の解決方法の変形は、その詳細において第１図の回路配列に 酷似しているが、第１図の配列と異なっているのは、第２の抵抗２２が変成器５ の二次コイル５２のタップに接続されていることである。第１のトランジスタ１ のターンオン期間には、二次コイル５２のタップに二次電池６１の電圧に電気的 に直列に接続された正の電圧を発生する。このタップにおける動作電圧に比例し て変化する圧電圧は、第１のトランジスタｌの尖頭電流に、従って二次電流の線 形化または全動作電圧範囲に亘る電力に変化をもたらす、これは、第１のトラン ジスタ１の遮断の型に無関係に発生する。

第３図に示す配列においては、第１のトランジスタｌは第２の抵抗２２を流れる 線形に上昇する電流がＵ　　＝　Ｕ　２４１　　＋　Ｕ　ａｃｙ＊なる電圧を発 生した時に遮断される。この条件が満足されると、第２のトランジスタ２が駆動 されて第１のトランジスタｌからベース電流を取り上げるので後者は遮断される 。

第３図に示す配列のさらなる変更は、第１の定電圧ダイオード４１を第１のトラ ンジスタ１のエミッタではなくベースに接続することによって可能となる。第１ のトランジスタ１のベースは、それによって所定電位に維持される。線形に上昇 する電流によって第１のトランジスタ１のエミッタの電圧が（ベース電圧）−（ ベース・エミッタ閾値電圧）の値に到達すると、正のベース電流の流れが阻止さ れて第１のトランジスタｌはその非導通状態におかれる。

第４図に示す種々のパラメータを含むブロック線図は、たとえば第１図、第２図 または第３図に従って構成できるスイッチング電源ＳＮ、論理発生器ＬＧ、マイ クロコントローラＭＣ。

本実施例においては２セル二次電池でありスイッチＳを通して例えば直流電動機 のような負荷りに接続される電池Ｂ、および例えば若干のセグメントからなるＬ ＣＤである手段Ａを含む。

スイッチング電１ｔＳＮが発生し論理発生器ＬＧへ供給されるパラメータを以下 に説明する。

パラメータＥＫは１２Ｖより大きいかまたは等しい振巾の入力電圧Ｕ、、がスイ ッチング電源ＳＮに印加されているか否か。

すなわちコンバータが発振しているか否かを表わす、第１図のスイッチング電源 においては、このパラメータＥＫは例えＬｆトランジスタ３のコレクタから入手 回部である。パラメータ１２ｖ、４８Ｖ、ｌ　００／２４０ＶおよびＴＫは例え ば第１図の点Ｐｌから入手できる。この点ＰＩは入力電圧Ｕｃに比例する。

パラメータＬＣは“低充電”を意味し、電池Ｂの電圧すなわち第１図の点Ｐ４に おける電圧が所定の閾値以下に低下したことを、すなわち電池電荷が例えば２０ ％の低レベルまで低下したことを表わす、パラメータＭＫは負荷りがスイッチＳ を通して接続されているか否かを表わし、この状態は第１図の点Ｐ４から入手で きる。

上記パラメータは、マイクロコントローラＭＣにおける爾後の評価に適するよう に、論理レベル発生器ＬＧ内において処理される。マイクロコントローラは、生 成された周期的信号（クロックパルス）に依存して、処理されたパラメータを評 価し、充電状態表示器Ａを制御する。

第５図は、第４図の論理レベル発生器ＬＧの実施例を示す。

抵抗Ｒ１を通して論理レベル発生器の正の参照電位が電池電圧の正極へ印加され る。′回路ＩＣＩは電池電圧が所定値１例えば２セル二次電池において２ｖ以下 に低下したことを決定する。

これは二次電池が僅かな電荷しか保持していないことを意味し、ＩＣＩは信号Ｒ Ｓ＝リセットを供給してマイクロコントローラをリセットさせる。抵抗Ｒ１およ びコンデンサＣ１は回路ＩＣ１のためのフィルタとして働く。

パラメータ１２Ｖ、４８Ｖ、１００−２４０ＶおよびＴＫはコンバータＣ２およ び抵抗Ｒ４を通してトランジスタＴｌのベースへ印加される。これらのパラメー タは、入力電圧に比例する第１図の点Ｐ１から入手される。抵抗Ｒ３およびＲ４ を通してトランジスタＴＩは約３０ＫＨｚであるコンバータ周波数によってター ンオンする。抵抗Ｒ１２およびコンデンサＣ３はコンバータ周波数の効果を抑圧 する時定数を発生し、従って、トランジスタＴ１の導通を維持する。その結果Ｔ １は１２Ｖを越える入力電圧が存在する場合は絶えずオンとなる０例えば自動車 電池が接続されている場合のように１２Ｖの入力電圧が存在すればコンバータは 休止することなく、すなわちパンチングせずに発振し続ける。４８ｖの入力電圧 １例えば船の電源に接続された場合、コンバータが中断されることなく発振を続 ければ、ある時間後に二次電池は過充電されよう、従って第１図のトランジスタ ２は特定の間隔でトランジスタ３を通して導通せしめられ、それによってコンバ ータの発振を中断させるようにしである。約２Ｈｚの間隔でコンバータの発振を 間欠的に中断させることをパンチングと呼ぶ、このようなパンチング状態の存否 に依存して、連続信号（入力電圧１２ｖ）または交番信号（入力電圧４８Ｖ）の 何れかが１２Ｖ／３４８Ｖ出力に発生する。

コンデンサＣ２の下流から、抵抗Ｒ５，ダイオードＤｌおよび抵抗Ｒ６を通して 同じ入力信号がトランジスタＴ２へ印加される。印加された交流電圧は、入力電 圧が約７０Ｖより大きい場合に限ってトランジスタＴ２が導通するように１分圧 器Ｒ６／Ｒ７によってトランジスタＴのベースにおいて降圧される。

この７０Ｖの閾値は、４８Ｖないし１００Ｖの範囲内には標準化された動作電圧 が存在しないから選択されたのである。トランジスタＴ１と同様に、トランジス タＴ２もコンバータ周波数によりてターンオンするが、抵抗Ｒ１３およびコンデ ンサＣ５によって発生する時定数がこのコンバータ周波数を抑圧するように影響 する。

その結果、トランジスタＴ２は約７０Ｖの入力電圧から絶えず導通状態に保持さ れる。抵抗Ｒ５はダイオードＤＩのための限流抵抗として働き、一方、ダイオー ドＤＩは尖頭値整流器として働く、コンデンサＣ２を通して印加される電圧は、 コンデンサＣ４によって積分される０周囲温度が約３０℃より低い場合には、充 電サイクルの始動時に論理レベル発生器の１００−２４０Ｖ出力に低出力信号が 発生する０周囲温度が約３０℃より高い場合には、１２Ｖ／４８Ｖパラメータで 説明したパンチング機能が、３０℃以下の温度における動作よりも早く設定され る。これは、高周囲温度においては、二次電池が受入れる電荷は低周囲温度より も少ないからである。約３０℃という閾値は、２５℃ないし３５℃の範囲の温度 において二次電池の電荷受人れ虚像が約１／２まで低下するので選択されたので ある。

パンチングが早めに設定されるので２充電機能が高い温度において検出される。

少なくとも１２Ｖの入力電圧の存否を表わすパラメータＥＫは、ダイオードＤ３ および抵抗Ｒ９を通してトランジスタＴ３のベースに印加される。この信号は、 例えば８１図のトランジスタ３のコレクタから入手する。ダイオードＤ３はトラ ンジスタ３のコレクタから減結合するためのものであり、一方、抵抗Ｒ９は第１ 図のＴ３のコレクタ負荷を軽減するように働く、コンデンサＣ６はトランジスタ Ｔ３のコレクタに存在するコンバータ周波数を積分する。１２■を越える入力電 圧か印加されると、すなわちコンバータが発振すると、ダイオードＤ３の尖頭値 整流機能、コンデンサＣ６の積分機能および抵抗Ｒ８およびＲ９によってコンバ ータ周波数が排除されるので、トランジスタＴ３は導通し続ける。

正電位に接続されている抵抗Ｒ２，Ｒ１２，Ｒ１３およびＲ１４はプルアップ抵 抗であり、入力信号が不確定である場合に関連出力に正電位を与える。

パラメータＬＣ＝“低充電”は、例えば第１図の点Ｐ４からｌＩ！値スイッチを 使用して入手する。クリップ７０ツブでよいこの閾値スイッチは、電池電圧が所 定値以下に低下した時に応答する。この閾値電圧は、二次電池の残留電荷が約２ ０％に低下したことを表わすように限定されている。抵抗ＲＩＯを通ることによ り、このパラメータＬＣは爾後のマイクロコントローラのための対応レベルに調 整される。

パラメータＭＫは、第４図のスイッチＳまたは第１のスイッチ６３が閉じている か否か、すなわち負荷である電動機が接続されているか否かを表わす、抵抗Ｒ１ １およびコンデンサＣ７は、負荷のオンおよびオフ時に発生する過渡電圧を抑圧 する。

もし電源をオンにするのと同時に電動機が動作すれば、この期間は二次電池充電 時間には算入されない。

実際に発生し得る数例を以下に説明する。

例えば、シェーバ用２セル式ニッケル・カドミウム二次電池の残留容量が約２０ ％となるまで放電したものとすれば、マイクロコントローラＭＣはパラメータＬ Ｃ（低充電）によってこの状態を検出し、表示器Ａの全セグメントを消灯させる 。その後、もし二次電池が１００−２４０Ｖ電源からスイッチング電源を通して 充電されれば、二次電池の容量および３０℃以下の周囲温度におけるスイッチン グ電源の充電電流を考えると完全充電までに約１時間を要することになり、充電 時間の１５分後毎に充電状態表示器Ａのセグメントの関連する１つが対応パラメ ータおよび論理レベル発生器内で発生されるクロックパルスに基づいて駆動され ることになろう、約１時間後、充電状態“完全″　（全セグメント点灯）が表示 されよう、３０℃をこける周囲温度で１００−２４０Ｖ電源を充電に使用すると 、“完全”充電は約２時間後でなければ表示されないであろう。

対照的に、もし１２Ｖ電源（たとえば自動車の電池）を充電に使用すれば、“完 全”充電状態が表示されるまでには約１６時間を、従って“半完全”状態（セグ メント２０−４０％および４０−６０％）が表示されるまでには約８時間を要使 用。

４８Ｖの電源を充電に使用する場合には、約４時間以内に完全充電が得られるよ うにマイクロコントローラが調整されている。

もちろん、完全充電サイクルに単一の電圧源を使用するのではなく、２つの電源 を（たとえば先ず１００−２４０Ｖ電源を、次いで１２Ｖ電源を）使用できるよ うにしである。電池が部分的にしか放電していない場合にも、これは適用される 。

同様に、対応する放電も表示器内で考慮される。たとえば、もち電動ａ！（負荷 Ｌ）が電池のみて動作していれば、表示器制御は約１時間後に電池の残留容量が ２０％まで放電するであろうとの想定に基づくことがてきる。同様に、非使用期 間中の二次電池の自己放電は発生するクロックパルスによって勘酌され、充電状 態表示器は相応してリセットされる。

以上に説明した方法および装置が第１図、第２図および第３図に示した電子的ス イッチング電源に限定されるものではないことは理解されよう、印加される入力 電圧の適切な振幅、周囲温度の上昇および残留容量閾値を表示する信号が二次回 路内で入手できるような全てのスイッチング電源が使用に適する。

マイクロコントローラ内で発生されるクロックパルスおよびとにかく使用てきる パラメータによって、例えば特定時間後に二次電池が少なくとも２０％（残留容 量閾値）まで放電するであろう残留を含む、さらに、有用な情報を利用者に提供 することができる。このような二次電池の保守は二次電池セルを“訓練”するの で、セルの最適性能および寿命がもたらされる。

ＦＩＧ、５ 補正歯の写しく翻訳文）提出（特許法第１８４条の８）１、国際出願番号　　　 　ＰＣＴ／ＤＥ８９１０００７９２、発明の名称　　　　二次電池の充電時間を 決定する方法および回路配列 ３、特許出願人 住　所　ドイツ連邦共和国　６０００ フランクフルトアムマイン　リュッセルスハイマーシュトラーセ　２２ 名　称　ブラウン　アクチーエンゲゼルシャフト国　籍　ドイツ連邦共和国 ４、代理人 住　所　東京都港区芝３丁目４番１１号芝シティビル　電話０３−４５２−０４ ４３６、添付書類の目録 明　　　細　　　書 ［二次電池の充電時間を決定する方法および回路配列］本発明は、二次電池の充 電時間を決定し且つ実際の充電状態を表示する方法および回路配列に関する。

シェーバのような特に小型の家庭用器具の二次電池は、切換えることなく１２ｖ ないし２４０ｖの電圧源に接続される電子的スイッチング電源から充電すること ができる。この型のスイッチング電源は、たとえばＥＰ−ＯＳ　　Ｏ０９５０７ ２に記載されている。

このようなスイッチング電源を装備した器具は直接連続する広範に異なる振巾の 電圧源によって動作することがしばしばであるから、使用者が彼のまたは彼女の 器具の二次電池の実際の充電状態を決定することは困難である。

したかって、本発明の目的は、入力電圧の大きさに依存して二次電池に供給され る電荷、または二次電池から放出される電荷を決定する必要なく、可能な限り正 確に二次電池の実際の電荷を反映するようにこのような器具の充電状態表示器手 段を制御することである。

請求の範囲ｌに記載されている方法および請求の範囲７に記載されている回路配 列は、充電状態を決定するために必要な信号を電子的スイッチグミ源の二次回路 から直接入手し、該信号を論理レベル発生器を通してマイクロコントローラに供 給して処理し、マイクロコントローラが相応して充電状態表示器手段の制御およ び充電サイクルの終止の両方または何れか一方を行なう容易なる方策を提供する 。

上記方策を実現する有利は実施例および回路配列は以下の説明および副請求の範 囲から明白になるてあろう。

本発明の根幹をなす概念を、以下に添付図面に示した実施例に基づいて詳細に説 明する。

添付図面において、 第１図は、二次電池を昇圧充電し、トリクル充電モードへ自動移行させる電子制 御手段を含む電子的スイッチング電源の回路図であり。

第２図は、昇圧充電モードからトリクル充電モードへの移行が発生したときに視 覚表示を与える点滅表示器を含む第１図の回路配列の図であり、 第３図は二次コイルのタッピングを含む第１図の回路配列の図であり。

第４図はブロック線図であり。

第５図は第４図に示すレベル発生器の実施例の回路図であ第１図の回路配列の動 作のモードを以下に詳細に説明する。

ブリッジ整流器６による整流および直列チョーク８と並列コンデンサ９１．９２ によるろ波および平滑の後に、第１の抵抗２１を通る低ベース電流か、スイッチ ンタトランジスタとして動作する第１のトランジスタを駆動する。第１のトラン ジスタがスイッチオンするために、第１のトランジスタ１および変成器５の一次 コイル５１の回路通路を通して正帰還効果が発生し、＄１のトランジスタｌをさ らに駆動するので第１の１−ランジスタ１は導通状態になる。コレクタ電流は線 形に上昇し、第２の抵抗２２にまたがって電流に比例する電圧か発生する。

電流が所定の尖頭値に到達すると、第１の定電圧ダイオード４１を通して第２の トランジスタ２が駆動されて導通し、第１トランジスタのベースを参照電位に接 続、すなわち接地するので第１のトランジスタｌからベース電流を取り上げ、該 トランジスタｌを遮断させる。オフ期間の始めに変成器５の二次コイルに誘起す る電圧の極性は、第１のコンデンサ１１の点Ｐｌ側で変化する。ブロッキング発 振器型コンバータの原理によれば、変成器５内に蓄積されたエネルギは第１のダ イオード３１を通して負荷６へ引き渡される。

変成器５の反転過程中、変成器５の一次コイル５１に並列接続されているダイオ ード３４および定電圧ダイオード４２はオフ期間中のフライバック電圧尖頭値を 制限する。

反転帯電した＠１のコンデンサ１１における電圧は以下の通りである。

Ｕｃｌｌ　＝　０６（＝　Ｕａａｔｔ）　−ＵＦ５１−　ＵｅＥ＊ａｔ４ｆｆ　 ＋　Ｕｒｔ□但し・Ｕｃｌｌは・反転帯電した第１のコンデンサ１１における電 圧、Ｕ６は負荷６における電圧＊　Ｕ　Ｆ　？　＋は放電用ダイオード７１にま たがる電圧降下、ｕｃＥｓａｔ、’ｒｚは第３のトランジスタ３のコレクタ・エ ミッタ飽和電圧、Ｕ　、３．は第１のダイオード３１にまたがる電圧降下である 。

第３のトランジスタ３のコレクタ・エミッタ飽和電圧は、第１のコンデンサの電 荷反転過程の終りには無視できる。放電用ダイオード７１および第１のダイオー ド３１にまたがる電圧降下は、これらのダイオードがほぼ同一の構造であるため にほぼ等しく、互いに相殺し合うので反転帯電した第１のコンデンサ１１に３け る電圧は、点Ｐ２における正符号を有する負荷電圧Ｕ６に一致する。

反転帯電した第１のコンデンサ１１および負荷６におけるこの極性反転電圧は、 変成器放電期間の終了後、点Ｐ４における出力電圧が未だに所望値に到達してい ないために、第２および第３のトランジスタからなる電圧コンパレータがそのオ フ状態にスイッチしている時１点Ｐ２における正電圧がたとえば１２Ｖのような 極めて低い動作電圧においてさえ第１のトランジスタ１を再び即時にスイッチオ ンさせることを保証するので１重要である。

出力電圧Ｕ６が所望値に到達するかまたはそれを越えると、第２および第３の 抵抗２５で構成される分圧器を、直流電動機６２がターンオンした時にたとえば ２．９ないし２．６ｖのような低い出力電圧レベルに至らしめることが可能であ る。これにより、負荷または消費が電圧を低い平均二次電池電圧以下に低下せし めるまで２出力電流を増加させることはない、幹線動作においては、直流電動機 ６２が二次電池６１の高い最終充電電圧て連続的に動作することがない、直流電 動機６２がターンオフした後。

二次電池６１は急速に再充電される。

回路配列の動作のモードの以上の説明から明らかなように、！ｓ２および第３の トランジスタ２．３の回路によって形成されている電圧コンパレータが所定値に 接近または到達した時に、二次電池６１の大きい昇圧充電電流を小さいトリクル 充電電流まで減少させるためには少数の成分しか必要としない、この配列におい ては、二次電池の電圧は大きい充電電流が二次電池６１内へ流入している時に哄 測定されず、負荷が低い時にのみ測定される。これは、二次電池６１の個々のセ ルの内部抵抗が異なるために発生する誤りを避ける０反転帯電した第１のコンデ ンサの電圧は負荷電圧にほぼ等しいから、４０ないし５０　ｍ　Ａ程度の連続定 格電流における正常充電は、たとえば１２ｖのような低い動作電圧においても遂 行され得る。最後に、電源プラグを引抜いても、電流が電圧コンパレータ回路ま たはブロッキング発振器型コンバータを通って流れることかできないので、昇圧 充電すなわち連続充電のための電子制御手段は二次電池から電流を引き出すこと はない。

第２図に示す解決方法の変形は、第１図に示す電子的スイッチング電源のための 電子制御手段に極めて類似している。この回路配列においては、同等成分に対し ては同一参照番号を付してあり、従りて第１の実施例の説明を参照されたい、第 ２図の回路配列と第１図の回路配列との相違点は、発光ダイオード１０が放電用 抵抗７２に並列に接続されているのではなく。

第３のトランジスタ３のコレクタ回路内に挿入されており、その陰極が抵抗２９ を通して接地すなわち参照電位に接続されていることである。また充電回路７は 第３のトランジスタ３のコレクタに接続されているのてはなく、変成器５の二次 コイル５２と負荷６との接合点に直接接続されている。

この変形回路においては、発光ダイオードｌＯは出力電圧が所定値に到達すると 虹電池６１に接続されるために１発光ダイオードｌＯは昇圧充電サイクルが完了 するか、またはトリクル充電への移行中に点滅し始める０発光ダイオード１０は 比較的大きい電流を流すので、二次電池電圧は急速に所望値ＵＡ、または最高二 次電池電圧以下に低下し、第２および！ｓ３のトランジスタ２．３からなるコン パレータを非導通に戻す、ブロッキング発振器型コンバータ回路は、コンパレー タ電圧が再び所望偵に到達するまで、発光ダイオードｌＯか引出したエネルギを スイッチングトランジスタ１を通して供給する。この過程は約２Ｈｚのサイクル で繰返されるのて２回路がトリクル充電モートに切り替わる過程にあることを表 示する。

第１図の配列のように、この配列の最高電池電圧はで与えられる。

第３図に示す本発明の解決方法の変形は、その詳細において第１図の回路配列に 酷似しているが、第１図の配列と異なっているのは、第２の抵抗２２が変成器５ の二次コイル５２のタップに接続されていることである。第１のトランジスタエ のターンオン期間には、二次コイル５２の夕・ンブに二次電池６１の電圧に電気 的に直列に接続された正の電圧を発生する。このタップにおける動作電圧に比例 して変化する反電圧は、第１のトランジスタ１の尖頭電流に、従って二次電流の 線形化または全動作電圧範囲に亘る電力に変化をもたらす、これは、第１のトラ ンジスタｌの遮断の型に無関係に発生する。

第３図に示す配列においては、第１のトランジスタ１は第２の抵抗２２を流れる 線形に上昇する電流がＵ　＝　Ｕ　２４１　＋　Ｕ　５ｉｙｚなる電圧を発生し た時に遮断される。この条件が満足されると、第２のトランジスタ２が駆動され て第１のトランジスタｌからベース電流を取り上げるので後者は遮断される。

［請求の範囲］ １、　異なる振巾の電圧源から電子的スイッチグミ源（ＳＮ）によって充電され る二次電池（６１）の充電時間を決定し、実際の充電状態を表示する方法であっ て （ａ）　　電子的スイッチング電源（ＳＮ）の二次回路から、 −電子的スイッチング電源（ＳＮ）が発振しているか否かを決定することによっ て入力電圧の存否、 −スイッチング電源の発振を表わし且つ入力電圧に比例する信号を１発振の間欠 的中断および信号の所定閾値の超過に関して検査することによって印加された入 力レベルの大きさ、 −負荷（６２）が二次電池（６１）へ接続されているか、または切離されている か、−二次電池電圧か所定閾値より高いかまたは低いかを決定することによりて 残留容量閾値を越えたか否か の諸パラメータを論理信号ユニット（ＬＧ）によって入手し、 （ｂ）　　論理信号ユニット（ＬＧ）は、これらのパラメータ（１２Ｖ／４８Ｖ 、１００／２４０■、ＥＫ、ＬＣ，ＭＫ）に対応付けられた信号をクロックパル ス発生ユニット（ＭＣ）に供給し、クロックパルス発生ユニットは、残留容量が 所定閾値以下に低下したときに充電時間および充電状態表示器手段（Ａ＞をリセ ットし、且つ印加された入力レベルの持続時間および大きさに依存して、また＃ 、続された負荷（６２）によってもたらされる二次電池（６１）の放電の持続時 間に依存して前記表示器手段（Ａ）を決定または制御するように前記パラメータ を組合わせる。

ことを特徴とする方法。

７、　パラメータを検知する論理信号ユニット（ＬＧ）、充電時間を決定するク ロックパルス発生ユニット（ＭＣ）、およびクロックパルス発生ユニット（ＭＣ ）によって制御される充電状態表示器手段（Ａ）を有し、入力レベルの大きさを 表わす信号（パラメータ１２Ｖ、４８ＶおよびＺｏｏ−２４０Ｖ）は第１のトラ ンジスタのベースと、分圧回路（Ｒ６，Ｒ７）を通して第２のトランジスタ（Ｔ ２）のベースとに供給され、入力電圧の存在を表わす信号（パラメータＥＫ）は 第３のトランジスタ（Ｔ３）のベースに供給され且つ電子的スイッチング電源（ ＳＮ）の発振の効果はタイミング要素によフて抑圧され、論理信号ユニット（Ｌ Ｇ）は閾値スイッチを通して二次電池電圧（パラメータＬＣ）および負荷（６２ ）か接続されているか否かを表わす信号（ＭＫ）をも受けるのて１００Ｖより低 い入力レベルを表わす信号（パラメータ１２Ｖおよび４８Ｖ）は第１のトランジ スタ（Ｔｌ）の出力回路から取出し可能であり。

１００ｖより高い入力レベルを表わす信号（パラメータ１００−２４０Ｖ）は第 ２のトランジスタ（Ｔ２）の出力から取出し可能であり、入力電圧の存在を表わ す信号（パラメータＥＫ）は第３のトランジスタ（Ｔ３）の出力回路から取出し 可能であり、残留容量か所定閾値より上か下かを表わす信号（ＬＣＫ）および接 続された負荷（６２）を表わす信号（Ｍに）は他の出力から取出し可能てありて 、これらの信号をクロックパルス発生ユニット（ＭＣ＞に引き渡すようにした請 求項１．２または３に記載の方法を実現する回路配列。

国際調査報告 国際調査報告

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．二次電池を充電するための異なる電圧レベルの交流または直流電圧源に接続 されるようになっている電子的スイッチング電線（ＳＮ）、論理信号ユニット（ ＬＧ）、充電状態表示器手段（Ａ）およびクロックパルスを発生し，論理信号ユ ニット（ＬＧ）から供給される信号を組合せて充電状態表示器手段（Ａ）を制御 するユニット（ＭＣ）を有し、二次電池の充電時間の決定および実際の充電状態 の表示の両方または何れか一方を行なう方法であって、電子的スイッチング電源 （ＳＮ）の二次回路から （ａ）電子的スイッチング電源（ＳＮ）が発振しているか否かを決定することに よる入力電圧の存否、 （ｂ）電子的スイッチング電源（ＳＮ）の発振の間欠的中断を決定することによ る種々の入力レベル、 （ｃ）負荷が二次電池に接続されているかまたは二次電池から切り離されている か、 （ｄ）電池電圧が所定の閾値より高いかまたは低いかを決定することによる残留 容量閾値を越えているかまたは越えていないか の諸パラメータを論理信号ユニット（ＬＧ）によって入手することを特徴とする 方法。
2. ２．二次電池を残留容量閾値から完全に充電された状態まで完全充電するために 必要な長さの時間を有する第１の期間が１００ないし２４０Ｖ電源からの充電時 間を決定し、約５０Ｖの入力電圧源からの交電は第１の期間の約４倍の時間を要 するものとし、約１２Ｖの入力電圧源からの充電は第１の期間の約１６倍の時間 を要するものとすることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. ３．二次電池を残留容量閾値から完全に充電された状態まで完全充電するために 必要な長さの時間を有する第１の期間が１００ないし２４０Ｖ電源からの充電時 間を決定し、１００Ｖより低い入力電圧源からの充電は第１の期間の約１６倍の 時間を要求するものとすることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. ４．約３０℃より高い周囲温度においては、電荷受け入れ低減挙動が確立される ために、１００ないし２４０Ｖ電線からの充電時間が２倍になることを特徴とす る請求項２または３に記載の方法。
5. ５．スイッチング電源は、充電時間が終了した後にターンオフされることを特徴 とする請求項２、３また４に記載の方性。
6. ６．充電時間に従って、若干のセグメントからなろ充電状態表示器手段が、二次 電池の関連充電状態を表示するように制御されることを特徴とする請求項２、３ または４に記載の方法。
7. ７．論理信号ユニット（ＬＧ）内においては、種々の入力レベルを表わす信号（ パラメータ１２Ｖ，４８Ｖ，１００−２４０Ｖ）は第１のトランジスタ（Ｔ１） のベースと、また分圧器（Ｒ６／Ｒ７）を通して第２のトランジスタ（（Ｔ２） のベースとに供給され、入力電圧の存否を表わす信号（パラメータＥＫ）は第３ のトランジスタ（Ｔ３）のベースに供給され、電子的スイッチング電源（ＳＮ） の発振の効果はタイミング要素によって抑圧され、電池電圧（パラメータＬＣ） は閾値スイッチを通して論理信号ユニット（ＬＧ）に供給され、１００Ｖより低 い入力レベル（パラメータ１２Ｖおよび４８Ｖ）の信号が第１のトランジスタ（ Ｔ１）の出力回路から取り出し可能であり、１００Ｖより高い入力レベルの信号 （パラメータ１００−２４０Ｖ）は第２のトランジスタ（Ｔ２）の出力回路から 取り出し可能であり、入力電圧の存否を表わす信号（パラメータＥＫ）は第３の トランジスタ（Ｔ３）の出力回路から取り出し可能であることを特徴とする請求 項１、２または３に記載の方法を実現する回路配列。
8. ８．約３０℃よワ高い周囲温度の存在を表わす信号（パラメータＴＫ）も第２の トランジスタ（Ｔ２）の出力回路から取り出し得ることを特徴とする請求項７に 記載の回路配列。
9. ９．論理信号ユニット（ＬＧ）は、電池電圧が所定値以下に低下した時にマイク ロコントローラ（ＭＣ）をリセットする回路（ＩＣ１）を含むことを特徴とする 請求項７または８に記載の回路配列。 １…第１のトランジスタ ２…第２のトランジスタ ３…第３のトランジスタ ４…ブリッジ整流器 ５…変成器 ６…負荷 ７…放電回路 ８…直列チョーク １０…発光ダイオード １１…第１のコンデンサ １２…第２のコンデンサ ２１，２２，２３，２５，２７，２８，３０…抵抗３１，３２，３３，３４，３ ５…ダイオード４１，４２…低電圧ダイオード ５１…変成器一次コイル ５２…変成号二次コイル ６１…二次電池 ６２…直流電動機 ６３…スイッチ ７１…放電用ダイオード ７２…放電抵抗 ９１，９２…平滑コンデンサＡ…充電状態表示器Ｂ…二次電池Ｌ…負荷ＬＧ…論 理発生器ＭＣ…マイクロコントローラＳ…スイッチＳＮ…スイッチング電源発明 の詳細な説明