JPH03293935A - 充電検出装置 - 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、電解液を使用している二次電池を充電すると
ともに、その充電完了時期を検出するための充電検出装
置に関する。

〈従来の技術〉 従来、二次電池の充電方法としては大別して定電圧充電
法と定電流充電法とがあり、充電完了時期の検出方法と
しては端子電圧検出法と端子電圧変化の検出法および電
池内圧検出法等がある。

定電圧充電法は、充電初期には大電流で充電できるが、
充電後期では小電流でしか充電できないので、急速充電
には適さない、急速充電に適しているのは、充電初期か
ら充電後期まで一定の大電流を流すことができる定電流
充電法である。

端子電圧検出法は、充電中の電池の端子電圧が所定の値
になった時点を充電完了時期とする方法である。

端子電圧変化の検出法は、二次電池の端子間電圧を検出
し、その端子間電圧の勾配（時間変化率）が所定値以上
に達した時点を充電完了時期とする方法である。１を池
内圧検出法は、充電完了時期に電池内部に気泡が発生す
ることを利用し、電池内のガス圧が所定値以上に達した
時点を充電完了時期とする方法である。

〈発明が解決しようとする課題〉 端子電圧検出法は、充電中における二次電池の端子間電
圧が電池の温度によって大きな影響を受ける。第３図に
鉛蓄電池の端子間電圧の温度特性を示す、横軸は充電時
間を表す。

充電完了時期Ｔ、における端子間電圧の上昇は、電池温
度が低いときは急激であるが、電池温度が高くなるに従
って次第に緩慢なものとなる。このため、充電完了判定
の基準値を電池温度に応じて調整しなければならないが
、この調整はむずかしいものである。特に、充電器内に
温度センサーが内蔵されている場合、電池の温度と充電
器の温度が相違する事がある。この場合は温度による調
整は正しく行われない事になる。

端子間電圧の判定基準値の調整が正確でないと、充電完
了時期Ｔ０を経過しても充電を続行することがある。そ
うなると、過充電を起こし、電池が異常に加熱するだけ
でなく、充電完了時期Ｔ、の正確な検出がますます困難
になる。そして、そのまま放置すると、電池内部の電解
液が電気分解を起こし、水素ガスと酸素ガスとなって放
出される結果、電池としての機能が破壊されてしまうお
それがある。

電池内圧検出法は充電完了時期に電池内部に気泡が発生
することを利用するものであるが、電池内部に圧力セン
サをセットし、かつ、電池全体を密封状態にしなければ
ならず、特殊な構造の電池となるため、はとんど用いら
れていないのが実情である。

一般的には、内圧検出を行わないで、気泡が発生するか
どうかを目視で監視し、一定収上の量の気泡が発生した
ときに充電をストップするという方法をとっている。し
かし、この方法は、自動車用のバッテリのように外部か
ら電池内部が観察できる透明容器をもったものに限られ
、容器が透明でない鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池
、アルカリ蓄電池等に対しては適用できないという制約
がある。

本発明は、このような事情に鑑みて創案されたものであ
って、二次電池の種類を問わず簡易な作業で充電を行え
るとともに、電解液の電気分解を起こすことなく急速充
電することができ、温度変動による影響を受けることな
く充電完了時期を正確に検出することができる充電検出
装置を提供することを目的とする。

く課題を解決するための手段〉 本発明は、前記の目的を達成するために、次のような構
成をとる。

すなわち、本発明の充電検出装置は、気泡音検出センサ
と、気泡量判定手段とを有し、前記気泡ａ検出センサは
、充電完了時期付近で二次電池内部で発生する気泡音を
ピンクアップして充電完了時期を知るものであり、前記
気泡量判定手段は、前記気泡音量が所定の基準値以上に
なったときに充電完了判定信号を出力するものである。

〈作用〉 本発明の上記構成による作用は、次のとおりである。

■　気泡音検出センサがピンクアップするのは二次電池
内部の気泡音であるから、この気泡音検出センサを二次
電池の表面に接触させるだけで内部気泡前をピックアッ
プできる。気泡音検出センサを電池内部にセットする必
要もなければ、電池全体を密封構造にする必要もない。

また、対象とする二次電池は透明容器を備えたものに限
らず、容器が不透明なものであってもよい。

■　気泡量判定手段は、気泡音検出センサによって生成
された電気量が基準値以上になったときに充電完了判定
信号を出力するから、この充電完了判定信号によって自
動的に充電を終了したり、報知器を動作させることが可
能である。従来のように気泡発生を目視観察する必要が
ない。

■　充電完了時期付近における気泡発生量の時間変化率
は、電池温度の変動にあまりかかわりなく安定しており
、かつ、比較的急速に立ち上がっていく、シたがって、
気泡量判定手段による充電完了時期判定のための基準値
の設定はむずかしくないし、充電完了時期の検出も正確
に行える。

■　目視観察によることなく自動的に充電完了時期を検
出でき、かつ、その検出が正確であるから、過充電によ
る電解液の電気分解によって電解液の枯渇又は多量の消
もうを起こす心配がなく、大電流による急速充電が可能
となる。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図は実施例に係る充電検出装置の回路図である。

図において、１は商用電源、２は変圧器、３は全波整流
を行うダイオードプリフジと平滑コンデンサからなる整
流器である。整流器３の正極端子にスイッチトランジス
タ４のコレクタが接続され、そのエミッタが逆流防止ダ
イオード５を介して一方の充１を端子ａに接続され、整
流器３の負極端子に他方の充電端子すが接続されている
。

充電端子ａ、ｂに二次電池６の両端子が接続されるよう
になっている。この接続をするために二次電池６を充電
検出装置にセントした状態で、二次電池６の容器７に接
触する位置に、二次電池６の内部で発生する気泡音をピ
ックアップするコンデンサマイク８が設けられている。

コンデンサマイク８に増幅器９が接続され、増幅器９に
フィルタ１０が接続され、フィルタの後にダイオード１
１、抵抗１００．オペアンプ１０１．積分コンデンサ１
２．放電抵抗１３による積分回路が接続されている０以
上のコンデンサマイク８．増幅器９゜フィルタｌＯ１整
流ダイオード１１．抵抗１００゜積分コンデンサ１２．
オペアンプ１０１．および放電抵抗１３が気泡音検出セ
ンサ１４を構成している。

気泡音検出センサ１４におけるオペアンプの出力はコン
パレータ１５の非反転入力端子（＋）に接続され、コン
パレータ１５の反転入力端子（−）は基準電圧Ｖｒｅｆ
をつくる電圧可変型基準電源１６に接続されている。コ
ンパレータ１５の出力端子はフリップフロップ１７のセ
ント入力端子に接続され、そのリセット入力端子はリセ
ットスイッチ１８を介してグランドに接続されている。

フリップフロップ１７の亘出力端子はスイッチトランジ
スタ４のベースに接続されている。以上のコンパレータ
１５．基準電源１６．フリップフロップ１７およびリセ
ットスイッチ１８が気泡量判定手段１９を構成している
。

次に、上記構成の充電検出装置の動作を説明する。

気泡量判定手段１９におけるコンパレータ１５に対する
基準電＃１６の基ｆ１！電圧Ｖ　ｒｅｆは、充電対象の
二次電池６のｍ類や容量等に応じて、充電完了時期にお
ける積分コンデンサ１２の出力電圧に対応づけた状態で
予め設定してお（。

充電を開始する段階では、フリップフロップ１７のリセ
ットスイッチ］８が前もってＯＮとされており、フリッ
プフロップ１７の互出力端子は“Ｈ゛レベルなっている
。したがって、スイッチトランジスタ４は導通状態とな
っている。その後、リセットスイッチ１ＢはＯＦＦにす
るが、フリップフロップ１７の回出万端子の“Ｈルベル
の状態はそのまま維持される。

以下、充電開始から充電終了までの動作を第２図のタイ
ムチャートを参照しながら説明する。

整流器３の正極端子から出力された電流は、スイッチト
ランジスタ４．逆流防止ダイオード５゜充電端子ａ、二
次電池６．充電端子す、整流器３の負極端子の経路で流
れ、二次電池６を充電する。

スイッチトランジスタ４のベース電流が十分与えられて
いる状態で、トランジスタは完全に導通しており、二次
電池６に対する充電電流は十分に大きな値になっている
。この値はトランスの内部抵抗と、トランスの２次電圧
、ダイオードの電圧降下、充電されている電池の電圧等
で定まるため、充電電流の値をトランスの内部抵抗の選
らぶことによって、決める事ができる。充電に伴って二
次電池６の端子間電圧が次第に上昇する。

二次電池６に対する充電が完了間際になると、二次電池
６の内部に気泡が発生し出す。気泡の発生量は最初は単
発的であるが、次第に増加し、最終的にはかなり激しく
なる。

気泡音検出センサ１４におけるコンデンサマイク８は、
二次電池６の容器７に接触しているので二次電池６の気
泡音を良好にピックアップして電流に変換する。この検
出電流は、増幅器９によって増幅され、フィルタ１０に
よって気泡音の周波数帯域の電流成分のみを通過させ、
その他の音の周波数の電流成分はカントする。フィルタ
１０を通過した気泡音検出電流は交流信号であるが、こ
れを整流ダイオード１１と抵抗１００によって整流され
た電流を積分コンデンサ１２とオペアンプ１０１による
積分回路で直流信号に直す。

オペアンプ１０１の直流出力は気泡の発生量の増大とと
もに上昇し、基準電源１６の基準電圧Ｖｒｅｆ以上にな
ったときに、コンパレータ１５の出力端子が“Ｌ”レベ
ルから“Ｈ”レベルに反転し、フリップフロップ１７の
回出力端子が“Ｈ”レベルから“Ｌ”レベルに反転する
。このフリップフロップ１７からの“Ｌルベルの出力が
充電完了判定信号としてスイッチトランジスタ４のベー
スに与えられるから、スイッチトランジスタ４は遮断し
て二次電池６に対する充電を終了する。

充電完了時期Ｔ０の付近での二次電池６の気泡発生量は
、電池の温度の影響をあまり受けないから、気泡音検出
センサ１４における積分コンデンサ１２の出力電圧の上
昇も安定しており、気泡量判定手段１９におけるフリッ
プフロップ１７が充電完了判定信号をスイッチトランジ
スタ４に対して出力するタイミングは、充電完了時期Ｔ
０として使用できる。したがって、大電流によって二次
電池６を充電しても過充電となることはない。

なお、上記実施例では、気泡量判定手段１９からの充電
完了判定信号をスイッチトランジスタ４に与えて充電を
自動的に終了させるように構成したが、本発明はこれに
これに限定されるものではなく、ブザーやランプなどの
報知器に充電完了判定信号を与えて、報知器を動作させ
ることで作業者に充電完了を知らせるようにしてもよい
。

〈発明の効果〉 本発明によれば、次の効果が発揮される。

（ａ）センサを電池内部にセットしたり電池全体を密封
化する必要および気泡発生を目視観察する必要がなく、
気泡音検出センサを二次電池の表面に接触させるだけで
二次電池内部の気泡量をピックアップできる。充電完了
時期付近における気泡発生量の時間変化率が温度の影響
を受けにくいので、充電完了時期判定のための基準値の
設定はむずかしくない０以上により、簡易な作業で充電
を行うことができる。

（ｂ）気泡音検出センサを二次電池表面に接触させるだ
けでよいから、対象とする二次電池としては透明容器を
備えたものに限らず、充電完了時期付近で気泡を発生す
るものであれば、開放型鉛蓄電池、密閉型鉛蓄電池、ニ
ッケルカドミウム電池アルカリ蓄電池の種類を問わずい
ずれにも適用することができる。

（Ｃ）充電末期における気泡の発生と発生量は比較的温
度変動の影響を受けにくく安定しており、充電電流が大
きい場合、ある程度急速に立ち上がるので、充電完了時
期を正確に検出することができる。したがって、過充電
による電解液の電気分解が少なく、大電流によって急速
充電することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の一実施例に係り、第１Ｍ
は充電検出装置の電気的構成を示す回路図、第２図は動
作説明に供するタイムチャートである。 第３図は従来の端子電圧検出法による端子間電圧の温度
特性図である。 ４・・・スイッチトランジスタ、５・・・逆流防止ダイ
オード、６・・・二次電池、７・・・容器、８・・・コ
ンデンサマイク、１２・・・積分コンデンサ、１４・・
・気泡音検出センサ、１５・・・コンパレータ、１６・
・・基準電源、１７・・・フリップフロップ、１９・・
・気泡量判定手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）気泡音検出センサ（１４）と、気泡量判定手段（
   １９）とを有し、 前記気泡音検出センサ（１４）は、充電完了時期付近で
   二次電池（６）内部で発生する気泡音をピックアップし
   て電気量に変換するものであり、前記気泡量判定手段（
   １９）は、前記気泡音電気量が所定の基準値以上になっ
   たときに充電完了判定信号を出力するものである ことを特徴とする充電検出装置。