JPH03265431A - 蓄電池の充電回路 - 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） 本発明は蓄電池の充電回路に係り、特に充電電流を少な
くとも二段階に切換えて充電を行なう充電回路に関する
。

（従来の技術） 蓄電池の充電方式は種々知られているが、その一つに充
電電流を多段階に切換えて充電を行う方式がある。この
方式による具体例として、例えば特開昭６３−２０２２
３４号公報に記載された充電回路がある。この公知例の
充電回路においては、急速充電回路、補充電定電流回路
の各回路と、タイマ回路に予め設定した時間および充電
時の検出温度に基づいて各回路を切換えて充電を行わせ
る出力電流制御回路と、充電電圧を多段階に・検出する
多段階電圧検出回路と、設定時間が可変のタイマ回路と
、温度センサおよび高温・低温検出回路を備えている。

通常の温度の場合、充電が開始されると急速定電流回路
が選択され、充電電圧がＶ＋　　（８０〜９０％充電さ
れた時の値）に達すると補充電定電流回路が選択され、
次いでタイマ回路が働くとトリクル定電流回路が選択さ
れる。すなわち、急速定電流回路を選択している時に８
０〜９０％、補充電定電流回路を選択している時に１０
〜２０％それぞれ充電し、合わせて１００％充電するよ
うにしている。出力電流制御回路は、高温（約＋４５℃
〜＋５５℃）が検出された時にタイマ回路に設定されて
いる充電時間をクリアし、かつ多段階電圧検出回路で検
出された時の充電電圧に基づいてタイマ回路に新たな充
電時間を再設定して補充電の時間を延長することにより
、高温時における充電不足を解消するようにし、また低
温（約０℃〜＋１０℃以上）が検出された時はトリクル
充電に切換えて、酸素による電池の内圧上昇を抑える制
御を行う。

（発明が解決しようとする課題） 上述した従来の技術では、充電電圧がＶ。

（８０〜９０％充電された時の値）に達すると補充電定
電流回路が選択されるが、充電電圧は負の温度勾配を持
っているため、通常の温度範囲（＋１０℃〜＋４５℃）
であっても周囲温度により過不足充電が生じてしまうと
いう問題がある。すなわち、周囲温度が比較的高い場合
は■、に達した時の充電量が小さいため充電不足となり
易く、周囲温度が比較的低い場合は逆に■１に達した時
の充電量が大きいため過充電となり易い。

また、電池温度を検知して充電電流を切換えるようにし
ているが、電池温度を測定するためには温度センサと温
度センサの出力を電気量に変換する回路が必要であり、
さらにセンサを電池表面に固定しなければならないとい
う煩雑さがある。

さらに、電池を充゛電器と着脱可能にする場合は、温度
センサの接続端子を新たに設ける必要があり、しかも互
換性を考慮すると温度センサとして極めて高精度のもの
を使用しなければならなかった。

本発明は、温度センサを必要とせずに、短時間で蓄電池
の電気容量のほぼ１００％まで充電を行うことができる
蓄電池の充電回路を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は、蓄電池の充電末期における端子電圧波形中に
現れる微小電圧変動を検出して、急速充電から補充電へ
の切換えを行ない、補充電の開始後所定状態に達１．て
から補充電を終了することを骨子としている。

すなわち、本発明の充電回路は第コの充電用電源と、こ
の第１の充電用電源より小さい電流を出力する第２の充
電用電源と、第１の充電期間に第１の充電用電源を蓄電
池に接続し、第２の充電期間に第２の充電用電源を蓄電
池に接続する切換手段と、蓄電池の充電末期における端
子電圧波形中に現れる充電量に対応した端子電圧変化よ
り高い周波数成分からなる微小電圧変動を抽出する微小
電圧変動抽出回路を含み、その微小電圧変動の発生状態
から充電終了を検出する第１、の充電終了検出手段と、
第２の充電期間の開始から所定状態に達したことをもっ
て（例えば第１の充電期間または第２の充電期間の開始
から所定時間経過したこ止をもって）充電終了を検出す
る第２の充電終了検出手段と、第１の充電期間中に第１
の充電終了検出手段で充電終了が検出されたとき第２の
充電期間に移行させ、第２の充電期間中に第２の充電終
了検出手段で充電終了が検出されたとき第２の充電期間
を終了させる制御手段とを備えたことを特徴とする。

（作用） 密閉形ニッケルカドニウム蓄電池をはじめとする蓄電池
では、充電末期に至ると充電初期や中期では見られなか
った微小電圧変動が端子電圧波形に現れる。この現象が
発生する理由は、充電末期に至ると陽極から酸素ガスが
発生し、その酸素ガスがセパレータを透過して陰極側へ
拡散して、陰極との反応により吸収される際の蓄電池内
の物理的変化あるいは化学反応によるものと考えられる
。

そこで、このような蓄電池の充電末期の微小電圧変動を
抽出する回路を設け、この微小電圧変動が抽出されたと
き、第１．の充電用電源による急速充電から第２の充電
用電源による補充電に切り換え、さらにタイマ回路を用
いて第１の充電期間または第２の充電期間の開始から所
定時間経過したことをもって補充電を終了する。

その後は、例えばトリクル充電に移行する。これにより
温度センサを用いることなく、短時間で１００％充電が
行われる。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る蓄電池の充電回路を示
ｌまたものである。

第１図において、蓄電池１はスイッチＳ１゜Ｓ２からな
る切換回路２を介して第１および第２の充電用電源３，
４に選択的に接続される。

スイッチＳｌ、Ｓ２はトランジスタ、サイリスタまたは
リレー等が使用される。第１の充電用電源３は急速充電
用、第２の充電用電源４は補充電用であり、いずれも交
流電源の出力を整流して直流出力を得る直流電源か、ま
たは他の比較的大容量の電池が使用される。但し、その
出力電流は第１の充電用電源３より第２の充電用電源４
の方が小さい。

蓄電池１には、さらに第１の充電終了検出回路５が接続
されている。第１の充電終了検出回路５は、微小電圧変
動抽出回路６と信号処理回路７とで構成されている。微
小電圧変動抽出回路６は、非反転入力端子が接地された
演算増幅器８と、この演算増幅器８の反転入力端子と微
小電圧変動抽出回路６の入力端子ａ（蓄電池］の一端）
との間に接続されたコンデンサＣＩと抵抗Ｒ０の直列回
路と、演算増幅器８の反転入力端子と出力端子との間に
接続された抵抗Ｒ２とからなるバイパスフィルタによっ
て構成され、演算増幅器８の出力端子は微小電圧変動抽
出回路６の出力端子ｌ）に接続されている。この微小電
圧変動抽出回路６は、蓄電池１の充電末期における端子
電圧波形中に現れる微小電圧変動の周波数成分の少なく
とも一部を通過させるバイパス特性となっている。

微小電圧変動抽出回路６の出力端子すは、信号処理回路
７の入力端子Ｃに接続されている。

信号処理回路７は、この例では電圧比較器９と計数回路
］Ｏにより構成され、電圧比較器９の反転入力端子は信
号処理回路７の入力端子Ｃに、出力端子は計数回路１０
の計数入力端子にそれぞれ接続されている。また、電圧
比較器９の非反転入力端子には基準電圧ｖｔｈが印加さ
れている。計数回路１０の出力端子は信号処理回路７の
出力端子ｄに接続されている。

信号処理回路７の出力端子ｄは、制御回路１１の入力端
子ｅに接続されている。制御回路１１は、３つのＯＲ回
路１２，１３．１４と、ディバイダ回路１５および時定
数回路１６からなる。制御回路１］の入力端子ｅはＯＲ
回路１２の一方の入力端子に接続され、ＯＲ回路１２の
他方の入力端子には電源投入時やスイッチ等の動作に連
動して発生されるスタートパルスが入力される。ＯＲ回
路１２の出力端子は、ＯＲ回路１３の一方の入力端子と
ディバイダ回路１５のクロック端子Ｃに接続されている
。

ディバイダ回路１５は例えば３段のシフトレジスタによ
り構成されたもので、第１段目の出力端子Ｑ。はＯＲ回
路１３の一方の入力端子に接続され、第２段目の出力端
子Ｑ、はスイッチＳ、の制御端子に接続れれ、第３段目
の出力端子Ｑ２はスイッチＳ２の制御端子とＯＲ回路１
３の他方の入力端子に接続される。ＯＲ回路１３の出力
端子は、信号処理回路７内の計数回路１０のリセット端
子Ｒに接続されている。

ＣＲ時定数回路１６は電源投入を検出する回路であり、
その出力端子はＯＲ回路１４の一方の入力端子に接続さ
れる。ＯＲ回路］４の出力端子は、ディバイダ回路１５
のリセット端子Ｒに接続されている。

第２の充電終了検出回路１７はタイマ回路１８によって
構成され、そのリセット端子Ｒにはディバイダ回路〕５
の第３段目の出力端子Ｑ３が接続され、出力端子はＯＲ
回路１４の他方の入力端子に接続されている。タイマ回
路１８はリセット端子Ｒに高レベルの信号が入力される
と計時動作を開始し、予め設定された限時時間が経過す
ると出力端子が高レベルになるように構成されている。

次に、第１図の充電回路の動作を第２図の電圧波形図を
参照して説明する。第２図において（ａ）は蓄電池１の
端子電圧ｖ３の波形、（ｂ）は微小電圧変動抽出回路６
であるバイパスフィルタの出力波形、（ｅ）は電圧比較
器９の出力波形、（ｄ）は計数回路１０の出力波形をそ
れぞれ示している。

充電回路の電源が投入されると、ＣＲ時定数回路１６か
らその時定数で定まる幅のパルスがＯＲ回路１４を介し
てディバイダ回路］５のリセット端子Ｒに入力され、デ
ィバイダ回路１５の第１段目の出力端子Ｑ。が高レベル
となる。

この状態ではディバイダ回路１５の第２、第３段目の出
力端子Ｑ１．Ｑ２は低レベルであるため、切換回路２に
おけるスイッチＳ、、Ｓ２は共にオフであり、第１およ
び第２の充電用電源３．４から蓄電池〕には充電電流が
供給されない。また、ディバイダ回路１５の出力端子Ｑ
。

が高レベルになると、ＯＲ回路１３の出力端子、つまり
計数回路１０のリセット端子Ｒも高レベルとなり、計数
回路１０はリセット状態となる。

次に、機器の電源投入やスイッチ等の動作に連動して発
生するスタートパルスがＯＲ回路１２の一方の入力端子
に印加されると、ＯＲ回路１２を介してディバイダ回路
１５のクロック端子Ｃにパルスが入力され、ディバイダ
回路１５の第２段目の出力端子Ｑ１が高レベルとなる。

これによりスイッチＳ１がオン状態となり、第１の充電
期間が開始される。この第１の充電期間では、蓄電池１
は第１の充電用電源３がらの電流Ｉ、で急速充電される
。この時、ディバイダ回路１５の出力端子Ｑ。ｌＱ２は
低レベルであり、ＯＲ回路１３の出力端子、つまり計数
回路１０のリセット端子Ｒが低レベルであるため、計数
回路１０は計数状態となる。

蓄電池１の充電が進み充電末期に達すると、蓄電池１の
陽極から酸素ガスが発生ずることにより、密閉形の蓄電
池の場合は第２図（ａ）に破線で示すように内圧Ｐが上
昇する。ここで、充電末期において酸素ガスが発生して
いる時点での蓄電池１の端子電圧■、の波形を拡大する
と、第２図（ａ）中にＱて囲んだ拡大図に示されるよう
な微小電圧変動が断続的に現れる。この微小電圧変動の
周波数成分は、蓄電池コの充電量の変化に対応する端子
電圧ＶＢのマクロ的な変化の周波数成分より十分に高く
、またこの微小電圧変動のレベルは、変動の出現当初は
小さいが、充電がさらに進み酸素ガスの発生量が多くな
るに従フて大きくなる。

従って、バイパスフィルタからなる微小電圧変動抽出回
路６の出力端子すには、第２図（ｂ）に示すように蓄電
池］の端子電圧ＶＢの微小電圧変動に対応した出力が現
れる。この微小電圧変動抽出回路６の出力は信号処理回
路７に入力され、電圧比較器９で基準電圧ｖｔｈと比較
される。電圧比較器９の出力には第２図（ｅ）に示すよ
うに蓄電池１の端子電圧ＶＢの微小電圧変動に対応した
パルス信号が現れ、これが計数回路］０の計数入力端子
に入力される。

計数回路１０は、入力されたパルス信号の数が予め設定
された値ｎに達すると、第２図（ｄ）に示すようにその
出力端子ｄが高１ノベルとなる。

計数回路１０の出力端子ｄが高レベルになると、ＯＲ回
路１２を介してディバイダ回路］５のクロック端子Ｃが
高レベルとなり、ディバイダ回路１５の第２段目の出力
端子Ｑ２が高レベルとなる。この出力端子Ｑ２が高レベ
ルになると、ＯＲ回路］、３を介して計数回路１０のリ
セット端子Ｒが高レベルとなる。これにより計数回路１
０はリセットされて、その出力端子ｄは低レベルとなり
、さらにＯＲ回路１２を介（７てディバイダ回路１５の
クロック端子Ｃが低レベルとなる。すなわち、第１の充
電期間が終了するとディバイダ回路１５のクロック端子
Ｃにパルス信号が入力され、第２の充電期間が開始され
る。

第２の充電期間中は、ディバイダ回路１５の出力端子Ｑ
２は高１ノベルとなるから、切換回路２におけるスイッ
チＳ２がオンとなり、蓄電池１は第２の充電用電源４に
よって補充電される。

この第２の充電期間では蓄電池］は第１の充電期間より
小さい電流１２　　（１２＜ＩＩ　）でゆっくりと充電
されるので、端子電圧■、は第１の充電期間より緩やか
な変化をする。第２の充電期間が開始されると、タイマ
回路１８のリセット端子Ｒが高レベルとなってタイマ回
路１８はリセットされ、計時動作を開始する。充電が進
み、タイマ回路１８の計時時間が予め設定された限時時
間Ｔに達すると、タイマ回路１８の出力が高レベルとな
り、これがＯＲ回路１４を介してディバイダ回路１５の
リセット端子Ｒに入力される。これによりディバイダ回
路１５はリセット状態となり、出力端子Ｑ。のみ高レベ
ルの状態となる。このため切換回路２におけるスイッチ
Ｓ、、Ｓ２は共にオフとなり、第１および第２の充電用
電源３，４のいずれからも蓄電池１に充電電流は供給さ
れなくなって、充電が停止する。

このように本実施例によれば、第１の充電期間では大電
流■１で急速充電を行ない、第１の充電終了検出回路５
において蓄電池１の端子電圧波形中に現れる微小電圧変
動をパルス信号として抽出するとともに、そのパルス信
号の数が設定された数ｎに達し、た時点で第２の充電期
間に移行する。第２の充電期間では、第２の充電期間よ
り小さい電流■２で補充電を行い、第２の充電終了検出
回路１７を構成するタイマ回路１８が限時動作した時点
で充電を停止する。

これにより、従来のように温度センサを用いることなく
短時間で蓄電池ゴをその電気容量のほぼ１００％まで充
電することができる。例えば１　、−５ＣａＡ、　　Ｉ
　２−ＩＣｔｓＡとすると、第１の充電期間において約
１０分間で電気容量のほぼ８０％、第２の充電期間にお
いて約１２分間（タイマ１８の限時時間）で電気容量の
ほぼ２０％をそれぞれ充電でき、全充電期間を通して約
２２分間でほぼ１．００％充電できることになる。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく、次のよ
うに種々変形して実施することができる。

（１）実施例ではタイマ回路１８が第２の充電期間開始
と同時に計時動作を開始するようにしたが、第１の充電
期間開始と同時に計時動作を開始するようにしてもよく
、かつタイマ回路１８の限時時間を第１および第２の充
電期間の合計となるように設定してもよい。このように
すると、制御回路１１の構成がより簡単なものとなる。

（２）実施例では第１の充電終了検出回路５の充電終了
検出と同時に第１の充電期間を停止させるように１．た
が、別にタイマ回路を追加し、第１の充電期間の開始と
同時に計時動作を開始させ、この追加したタイマ回路の
限時時間経過時点および第１の充電終了検出回路５の充
電終了検出時点のうち早い方のタイミングで第１の充電
期間を終了するようにしてもよい。このようにすると、
例えば充電末期の端子電圧波形に微小電圧変動が十分に
現れない等、なんらかの理由で第１の充電終了検出をで
きない場合でも、一定時間内に第１の充電期間を強制的
に終了させることができ、動作の信頼性を高めることが
できる。

（３）実施例では第２の充電終了検出回路１７を時間制
御するタイマ回路１８で構成したが、微小電圧変動検出
による制御、電圧制御、−ΔＶ制御なと、他の制御力に
よるものであってもよい。

（４）実施例では第１および第２の充電期間中のみ充電
電流を流すようにしたが、雨期間中以外の期間に、第２
の充電用電源の出力電流１２より更に小さい電流１３を
流して、トリクル充電をするようにしてもよいし、電源
投入中はＩ、、Ｉ２とは別に１３を流すようにしてもよ
い。

（５）実施例では微小電圧変動抽出回路をバイパスフィ
ルタにより構成したが、バンドパスフィルタで構成して
もよく、微分回路により構成してもよい。

その他、本発明は要旨を逸脱しない範囲で種々変形して
実施することが可能である。

（発明の効果） 本発明によれば、第１の充電期間に充電末期の蓄電池の
端子電圧波形中に現れる充電量に対応した端子電圧変化
より高い周波数成分である微小電圧変動分を抽出する微
小電圧変動抽出回路を含む第１の充電終了検出回路で充
電終了タイミングを検出するまで急速充電を行い、第２
の充電期間ではタイマ回路を用いた第２の充電終了検出
回路で充電終了を検出するまで補充電を行なうことによ
り、温度センサを用いることなく、短時間で蓄電池をそ
の電気容量のほぼ１００％まで充電することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る充電回路の構成を示す
図、第２図は同実施例の動作を説明するための電圧波形
図である。 １・・・蓄電池、２・・・切換回路、３・・・第１の充
電用電源、４・・・第２の充電用電源、５・・・第１の
充電終了検出回路、６・・・微小電圧変動抽出回路、７
・・・信号処理回路、１１・・・制御回路、１７・・・
第２の充電終了検出回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１の充電用電源と、 この第１の充電用電源より小さい電流を出力する第２の
   充電用電源と、 第１の充電期間に第１の充電用電源を蓄電池に接続し、
   第２の充電期間に第２の充電用電源を蓄電池に接続する
   切換手段と、 蓄電池の充電末期における端子電圧波形中に現れる充電
   量に対応した端子電圧変化より高い周波数成分からなる
   微小電圧変動を抽出する微小電圧変動抽出回路を含み、
   その微小電圧変動の発生状態から充電終了を検出する第
   １の充電終了検出手段と、 第２の充電期間の開始から所定状態に達したことをもっ
   て充電終了を検出する第２の充電終了検出手段と、 第１の充電期間中に第１の充電終了検出手段で充電終了
   が検出されたとき第２の充電期間に移行させ、第２の充
   電期間中に第２の充電終了検出手段で充電終了が検出さ
   れたとき第２の充電期間を終了させる制御手段と を備えたことを特徴とする蓄電池の充電回路。
2. （２）第１の充電終了検出手段は、微小電圧変動抽出回
   路の出力電圧と基準電圧とを比較する電圧比較器と、こ
   の電圧比較器から出力されるパルス信号を計数する計数
   回路とを有し、計数回路の、計数値が予め設定された数
   に達したことをもって充電終了を検出することを特徴と
   する請求項１に記載の蓄電池の充電回路。