JPH04299032A - バッテリの充電装置 - Google Patents

バッテリの充電装置

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JPH04299032A
JPH04299032A JP3103325A JP10332591A JPH04299032A JP H04299032 A JPH04299032 A JP H04299032A JP 3103325 A JP3103325 A JP 3103325A JP 10332591 A JP10332591 A JP 10332591A JP H04299032 A JPH04299032 A JP H04299032A
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cell
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charging
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Satoshi Honda
聡 本田
Masayuki Toriyama
鳥山　正雪
Hiroyuki Suzuki
博之 鈴木
Yoshihiro Nakazawa
中沢　祥浩
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
    • H02J7/0016—Circuits for equalisation of charge between batteries using shunting, discharge or bypass circuits

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】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、バッテリの充電装置に
係り、特に、複数個のバッテリセルを直列接続して構成
された組みバッテリを充電するバッテリの充電装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】近年、バッテリによって駆動される電動
車両が開発されている。車両搭載用のバッテリには、小
型、軽量、大出力容量などが要求され、これらの条件を
満足するバッテリとして、多数のバッテリセルを直列接
続して構成された組みバッテリが用いられることが多い
。
【０００３】このような組みバッテリへの充電は、以下
に図７〜図１２に関して説明するように、いずれも直列
接続されたバッテリセルの両端子間に、バッテリセル数
に応じた電圧を印加することによって行われていた。
【０００４】また、一般的に、バッテリでは満充電後に
さらに充電を続けても、そのエネルギが電極に蓄えられ
ずに電解液の電気分解に消費され、組みバッテリの寿命
に好ましくない影響を及ぼしてしまう。そこで、バッテ
リを充電する際には、満充電状態を検出し、それ以後は
充電を行わないようにする必要がある。
【０００５】図７において、組みバッテリ５０は、複数
のＮｉ／Ｚｎバッテリセル５０−１、５０−２…、５０
−ｎを直列接続して構成されている。メイン電源５３か
らは、組みバッテリ充電用の電力が可変定電流制御回路
５１に供給される。可変定電流制御回路５１は、供給さ
れた電力を制御し、予定の充電電流ＩＣＨを組みバッテ
リ５０に供給する。
【０００６】過電圧検出回路５２は、過充電を防止する
ために組みバッテリ５０の直列電圧ＶＢＡを検出し、図
８（ａ）　に示したように、電圧ＶＢＡが過電圧レベル
ＶＴＨに達すると、過電圧検出信号Ｓ１を可変定電流制
御回路５１に供給する。可変定電流制御回路５１では、
図８（ｂ）　に示したように、過電圧検出信号Ｓ１を検
出すると充電電流ＩＣＨをカットするか、あるいは組み
バッテリ５０の自己放電電流に近い電流値で充電するト
リクル充電に切り換える。
【０００７】図９は複数の鉛バッテリセル６０−１、６
０−２…、６０−ｎによって構成された組みバッテリ６
０の充電方法を示した図であり、前記と同一の符号は、
同一または同等部分を表している。
【０００８】この例では、間欠制御回路６１が組みバッ
テリ６０の直列電圧ＶＢＡに基づいて可変定電流制御回
路５１を制御し、図１０に■〜■で示した間欠充電が繰
り返えされる。
【０００９】図１０において、可変定電流制御回路５１
は、電圧ＶＢＡが予定値Ｖ２　に達するまでは一定の電
流を出力し（■）、その後、電圧ＶＢＡが上限値Ｖ２　
を維持する電流を出力する（■）。次いで、電圧ＶＢＡ
が上限値Ｖ２　から下限値Ｖ１　に低下するまで充電電
流を直線的に減少させ（■）、さらに、電圧ＶＢＡが下
限値Ｖ１　で維持されるように充電電流を増加させる（
■）。このような間欠充電では、前記■のタイムサイク
ルが予定の時間以上になると満充電と判断して充電を終
了する。
【００１０】図１１は複数のＮｉ／Ｃｄバッテリセル７
０−１、７０−２…、７０−ｎによって構成された組み
バッテリ７０の充電方法を示した図であり、前記と同一
の符号は、同一または同等部分を表している。
【００１１】ピーク値検出回路７１は、過充電を防止す
るために組みバッテリ７０の直列電圧ＶＢＡを検出し、
図１２（ａ）　に示したように、電圧ＶＢＡがピーク値
ＶＰ　に達すると、可変定電流制御回路５１にピーク検
出信号Ｓ２を出力する。可変定電流制御回路５１は、ピ
ーク検出信号Ｓ２が入力されると、図１２（ｂ）　に示
したように、充電電流ＩＣＨをカットするか、あるいは
自己放電電流に近い電流値で充電するトリクル充電に切
り換える。
【００１２】このように、従来の組みバッテリへの充電
は、組みバッテリの直列電圧ＶＢＡを検出して該電圧Ｖ
ＢＡが満充電状態を示す電圧に達するまで行われるよう
になっていた。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来技術では
、組みバッテリが満充電状態に達したか否かが、その直
列電圧ＶＢＡをパラメータとして判定される。したがっ
て、組みバッテリを構成する各バッテリセルの容量や充
電量にばらつきがあると、あるバッテリセルが満充電と
なっても他のバッテリセルが満充電となっていないため
に充電が継続されてしまい、その結果、特定のセルだけ
に過充電が生じて組みバッテリの寿命が低下してしまう
という問題があった。
【００１４】本発明の目的は、上記した従来技術の問題
点を解決して、過充電を生じさせずに充電することの可
能なバッテリの充電装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明では、複数のバッテリセルを直列接続し
て構成された組みバッテリの充電装置において、各バッ
テリセルの端子電圧に基づいてバッテリへの充電電流を
制御するようにした。
【００１６】
【作用】このような構成によれば、組みバッテリを構成
する各バッテリセルが満充電に達したか否かに応じて充
電電流を制御することができるようになるので、特定の
バッテリセルへの過充電が原因となる組みバッテリの劣
化を防止できるようになる。
【００１７】
【実施例】以下、図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。
【００１８】図１は本発明の一実施例であるバッテリ充
電装置のブロック図である。
【００１９】同図において、組みバッテリ１０を構成す
る各バッテリセル１０−１、１０−２…、１０−ｎには
、それぞれの端子電圧を検出するセル電圧検出回路１１
−１、１１−２…、１１−ｎが接続されている。各セル
電圧検出回路１１−１〜１１−ｎで検出された端子電圧
Ｖｓ１、ｓ２…Ｖｓｎは、全て電流コントロール回路１
２に入力される。
【００２０】電流コントロール回路１２は、セル電圧検
出回路１１−１〜１１−ｎによる検出電圧に基づいて最
適な充電電流ＩＣＨを決定する。可変定電流制御回路１
３は、メイン電源１４から出力される電力をレギュレー
トして、前記決定された充電電流ＩＣＨを出力する。
【００２１】このような構成において、バッテリセル１
０−１〜１０−ｎの少なくとも一つが満充電となって、
その端子電圧Ｖｓｘ（以下、セル電圧と略する）が上昇
すると、電圧コントロ−ル回路１２は、可変定電流制御
回路１３に対して充電中止を指示する。可変定電流制御
回路１３は、充電中止が指示されると組みバッテリ１０
への電流供給を中止する。
【００２２】本実施例によれば、組みバッテリ１０を構
成するバッテリセル１０−１〜１０−ｎの少なくとも一
つが満充電となれば充電が中止されるので、過充電によ
ってバッテリセルが劣化あるいは破壊してしまうことが
ない。
【００２３】なお、本実施例では、満充電が検出される
と、可変定電流制御回路１３は充電電流の供給を中止す
るものとして説明したが、本発明はこれのみに限定され
るものではなく、満充電が検出された後はトリクル充電
を行うようにしても良い。
【００２４】このようにすれば、既に満充電となったバ
ッテリセルを過充電によって劣化させることなく、充電
が完了していない他のバッテリセルを引き続き充電でき
るようになる。
【００２５】図２は本発明の第２実施例である充電装置
のブロック図であり、前記と同一の符号は同一または同
等部分を表している。本実施例では、各バッテリセル１
０−１、１０−２…、１０−ｎにバイパス回路１５−１
〜１５−ｎが並列接続されている。各バイパス回路１５
−１〜１５−ｎは、図３に示したように、セル電圧Ｖｓ
ｘが満充電電圧ＶＦＵになると、充電電流をバイパス電
流ＩＢＰとして通過させるように作用する。
【００２６】図４（ａ）　は、前記バイパス回路１５の
一実施例の構成を示した図である。同図において、バイ
パス回路１５の入出力端子間には、ダイオードＤ１　，
Ｄ２，Ｄ３　が順方向に直列接続され、ダイオードＤ１
　〜Ｄ３　による順方向電圧はバッテリセルの満充電電
圧ＶＦＵに設定される。
【００２７】このような構成によれば、セル電圧Ｖｓｘ
が上昇して満充電電圧ＶＦＵに達すると、充電電流は各
ダイオードを介してバイパスされるので、過充電によっ
てバッテリセルが劣化してしまうことがない。
【００２８】ところで、上記した実施例では、セル電圧
Ｖｓｘが上昇すると、ダイオードが完全にオン状態とな
る前の中間領域からバイパス電流が徐々に流れ始める。 そして、セル電圧Ｖｓｘの上昇に伴ってバイパス電流が
増加すると、ダイオードの自己発熱によってダイオード
のオン電圧が低下（約−２ｍＶ／°Ｃ）してしまう。
【００２９】この結果、バッテリからの電流の持ち出し
が生じてしまい、満充電電圧ＶＦＵを維持することがで
きなくなってしまう。換言すれば、バッテリセルが満充
電状態でないにもかかわらず充電電流がバイパスされて
しまうことになる。
【００３０】このような問題を解決するためには、同図
（ｂ）　に示したように、パイパス電流制限用の抵抗Ｒ
１　をダイオードＤ１　，Ｄ２　，Ｄ３　に直列接続す
れば良い。このような構成によれば、パイパス電流が抵
抗Ｒ１　で制限されてダイオードの発熱が防止されるの
で、バッテリからの電流の持ち出しが抑制される。
【００３１】図１４は、抵抗Ｒ１　を接続した場合（実
線）と接続しない場合（点線）との、セル電圧Ｖｓｘの
変化を表した図であり、抵抗Ｒ１　を接続すれば、充電
終了後の電圧低下が抑制されることがわかる。
【００３２】図５は、前記バイパス回路１５の他の実施
例の構成を示した図である。
【００３３】同図において、バイパス回路１５の入出力
端子間に直列接続された抵抗Ｒ２　、Ｒ３　の接続点に
はトランジスタＴｒのベースが接続され、該トランジス
タＴｒのコレクタは抵抗Ｒ４　を介して入力端子に接続
され、トランジスタＴｒのエミッタは出力端子に接続さ
れている。
【００３４】このような構成によれば、セル電圧Ｖｓｘ
が上昇して満充電電圧ＶＦＵに達すると、トランジスタ
Ｔｒのベース電圧が上昇してオン状態となり、充電電流
がトランジスタＴｒによってバイパスされるので、過充
電によってバッテリセルが劣化してしまうことがない。
【００３５】図６は本発明の第３実施例である充電装置
のブロック図であり、前記と同一の符号は同一または同
等部分を表している。
【００３６】本実施例では、各バッテリセル１０−１、
１０−２…、１０−ｎのそれぞれに、セル電圧検出回路
１１−１〜１１−ｎ、電流コントロール回路１８−１〜
１８−ｎ、および可変定電流制御回路１９−１〜１９−
ｎが並列接続されている。
【００３７】このような構成において、バッテリセル１
０−１〜１０−ｎのいずれかが満充電となって、そのセ
ル電圧Ｖｓｘが上昇すると、該バッテリセルに対応した
電圧コントロ−ル回路１２が可変定電流制御回路１３に
対して充電中止を指示する。
【００３８】可変定電流制御回路１３は、充電中止が指
示されると、そのバッテリセルへのへの電流供給を中止
する。
【００３９】本実施例によれば、組みバッテリ１０を構
成する各バッテリセル１０−１〜１０−ｎごとに充電が
行われるので、過充電によってバッテリセルが劣化して
しまうことがないばかりか、全てのバッテリセルを満充
電状態にできるので、組みバッテリの充電容量を効率良
く活用できるようになる。
【００４０】なお、本実施例では、満充電が検出される
と、可変定電流制御回路１９は充電電流の供給を中止す
るものとして説明したが、本発明はこれのみに限定され
るものではなく、前記同様、満充電が検出された後はト
リクル充電を行うようにしても良い。
【００４１】ところで、前記図４（ｂ）　に関して説明
した実施例では、過充電が防止されてバッテリを保護す
ることができるものの、バイパス回路とバッテリセルと
が常に接続されているため、図１５に示したように、充
電終了後にダイオードを介して流れる暗電流によって充
電容量（セル電圧）が徐々に低下してしまう。
【００４２】そこで、以下では、上記した問題点を解決
し、バッテリセルが満充電状態で維持できるようにした
本発明の第４実施例について説明する。図１３は本発明
の第４実施例である充電装置のブロック図であり、前記
と同一の符号は同一または同等部分を表している。図１
３において、バイパス回路１５の入出力端子間には、コ
イルＹによって開閉される接点Ｙａが直列接続されてい
る。
【００４３】組みバッテリを構成する各バッテリセル１
０−１〜１０−ｎ（図示せず）の端子電圧は、それぞれ
電圧監視回路４０−１〜４０−ｎ（図示せず）に入力さ
れている。電圧監視回路４０−１〜４０−ｎの各フォト
ダイオード５１−１〜５１−ｎと対になったフォトトラ
ンジスタ５２−１〜５２−ｎの出力は、充電器３０の多
入力ＮＯＲゲート３３に入力されている。
【００４４】なお、各電圧監視回路４０−１〜４０−ｎ
の構成・動作は同様なので、ここでは電圧監視回路４０
−１のみを参照して説明する。
【００４５】電圧監視回路４０−１のコンパレータ４１
の非反転入力端子には、バッテリセル１０−１が満充電
となったときの端子電圧ＶＦＵが入力されている。した
がって、バッテリセル１０−１が満充電状態でなければ
ダイオード４２を介して電流が流れるので、コンパレー
タ４１の出力は“Ｌ”レベルとなってトランジスタＱ１
はオフ状態となる。
【００４６】トランジスタＱ１　がオフ状態ではコイル
Ｙが励磁されないので、コイルＹによって開閉される接
点Ｙａは開放状態を維持し、バッテリへの充電が行われ
る。また、トランジスタＱ１　がオフ状態では、フォト
ダイオード５１−１が発光するので、フォトトランジス
タ５２−１がオン状態となる。この結果、ＮＯＲゲート
３３には“Ｌ”レベルの信号が出力されるので、他のフ
ォトトランジスタ５２−２〜５２−ｎもオン状態であれ
ば、ＮＯＲゲート３３の出力は“Ｈ”レベルを維持し、
タイマ３２はスタートしない。
【００４７】ここで、バッテリセル１０−１が満充電状
態となってダイオード４２に電流が流れなくなると、コ
ンパレータ４１の出力が“Ｈ”レベルとなってトランジ
スタＱ１　がオン状態となる。この結果、コイルＹが励
磁されるので接点Ｙａが閉じて充電電流がバイパスされ
る。
【００４８】また、トランジスタＱ１　がオン状態では
フォトダイオード５１−１が発光しなくなるのでフォト
トランジスタ５２−１がオフ状態となる。したがって、
充電器３０ではＮＯＲゲート３３に“Ｈ”レベルの信号
が出力されてその出力が“Ｌ”レベルとなり、タイマ３
２がスタートする。すなわち、タイマ３２はバッテリセ
ルセル１０−１〜１０−ｎのいずれか１つが満充電状態
となると計時を開始する。タイマ３２には、各セルが満
充電状態となるまでの時間のばらつきに相当する時間情
報が予めセットされているので、計時開始後、全てのセ
ルが満充電状態となる時間が経過すると、充電回路３１
に対して充電電流の供給停止を指示する。
【００４９】充電電流の供給が停止すると、コイルＹが
非励磁状態となって接点Ｙａが開放される。したがって
、本実施例によれば、暗電流によってバッテリが放電し
てしまうことがない。
【００５０】なお、本実施例では、図４（ｂ）　に関し
て説明したバイパス回路に接点Ｙａを直列接続するもの
として説明したが、図４（ａ）　や図５に関して説明し
たバイパス回路に接点Ｙａを直列接続しても、充電終了
後の暗電流が遮断される点では同等の効果が達成される
。
【００５１】また、本発明の充電装置は上記した各実施
例の構成に限定されるものではなく、複数のバッテリセ
ルを直列接続して構成されたバッテリの充電装置におい
て、各バッテリセルの端子電圧に基づいてバッテリへの
充電電流を制御する全ての充電装置を含むものである。
【００５２】さらに、上記した各実施例では、組みバッ
テリを構成する各バッテリセルの端子電圧に基づいて充
電電流を制御するものとして説明したが、容量や充電量
のばらつきが小さい複数のバッテリセルを１つのグルー
プにまとめ、各グループの端子電圧に基づいて充電電流
を制御するようにしても良い。
【００５３】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、バッテリを構成する各バッテリセルが満充電
に達したか否かに応じて充電電流が制御されるので、過
充電によるバッテリの劣化を防止できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】　　本発明の一実施例である充電装置のブロッ
ク図である。
【図２】　　本発明の第２実施例である充電装置のブロ
ック図である。
【図３】　　第２図の動作を説明するための図である。
【図４】　　図２に示したバイパス回路の一実施例を示
した図である。
【図５】　　図２に示したバイパス回路の他の実施例を
示した図である。
【図６】　　本発明の第３実施例である充電装置のブロ
ック図である。
【図７】　　従来技術のブロック図である。
【図８】　　図７の動作を説明するための図である。
【図９】　　従来技術のブロック図である。
【図１０】　　図９の動作を説明するための図である。
【図１１】　　従来技術のブロック図である。
【図１２】　　図１１の動作を説明するための図である
。
【図１３】　　本発明の第４実施例である充電装置のブ
ロック図である。
【図１４】　　セル電圧の変化を示した図である。
【図１５】　　セル電圧の変化を示した図である。
【符号の説明】
１０…組みバッテリ、１０−１〜１０−ｎ…バッテリセ
ル、１１−１〜１１−ｎ…セル電圧検出回路、１２…電
流コントロール回路、１３…可変定電流制御回路、１４
…メイン電源

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　複数のバッテリセルを直列接続して構
    成されたバッテリの充電装置において、各バッテリセル
    の端子電圧に基づいてバッテリへの充電電流を制御する
    ことを特徴とするバッテリの充電装置。
  2. 【請求項２】　　各バッテリセルの端子電圧をそれぞれ
    検出するセル電圧検出手段と、セル電圧検出手段で検出
    された端子電圧に基づいて、バッテリへの充電電流を決
    定する電流制御手段と、前記決定された充電電流をバッ
    テリへ供給する電流供給手段とを具備したことを特徴と
    する請求項１記載のバッテリの充電装置。
  3. 【請求項３】　　各バッテリセルに並列接続され、該バ
    ッテリセルへの充電電流をバイパスするバイパス手段を
    具備し、前記各バイパス手段は、バッテリセルが満充電
    状態になると、該バッテリセルへの充電電流をバイパス
    することを特徴とする請求項１記載のバッテリの充電装
    置。
  4. 【請求項４】　　前記バイパス手段は、バッテリセルの
    端子電圧が満充電電圧になると導通するトランジスタに
    よって構成されたことを特徴とする請求項３記載のバッ
    テリの充電装置。
  5. 【請求項５】　　前記バイパス手段は、ダイオードを直
    列接続して構成されたことを特徴とする請求項３記載の
    バッテリの充電装置。
  6. 【請求項６】　　前記バイパス手段は、前記ダイオード
    に電流制限用抵抗を直列接続して構成されたことを特徴
    とする請求項５記載のバッテリの充電装置。
  7. 【請求項７】　　各バイパス手段に直列接続されたスイ
    ッチ手段と、各バッテリセルの端子電圧をそれぞれ検出
    するセル電圧検出手段と、各セル電圧検出手段での検出
    結果に基づいて、前記各スイッチ手段を作動させるスイ
    ッチ作動手段とをさらに具備し、前記各スイッチ作動手
    段は、バッテリセルの端子電圧が満充電電圧になると、
    前記スイッチ手段の接点を閉成することを特徴とする請
    求項５または請求項６記載のバッテリの充電装置。
  8. 【請求項８】　　いずれかのバッテリセルが満充電状態
    となった時点からの経過時間を計測する計時手段をさら
    に具備し、予定の時間が経過すると、全てのバッテリセ
    ルへの給電を終了することを特徴とする請求項７記載の
    バッテリの充電装置。
  9. 【請求項９】　　各バッテリセルの端子電圧をそれぞれ
    検出するセル電圧検出手段と、各セル電圧検出手段で検
    出された端子電圧に基づいて、当該バッテリセルへの充
    電電流を決定する電流制御手段と、前記決定された充電
    電流を当該バッテリセルへ供給する電流供給手段とを具
    備したことを特徴とする請求項１記載のバッテリの充電
    装置。
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Cited By (7)

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