JPH04351427A - 充電制御回路 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電池パック内に装着さ
れ、電池の残容量を検出しながら充電制御を行う充電制
御回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のニッカド電池や鉛電池等の充電可
能な２次電池を電源として動作する機器として、上記電
池が装着される電池パック（図６のＢ）を備え、この電
池パックを機器本体（図６のＡ）に着脱自在に装着して
使用するものがある。この機器では、電池の充電は、電
池パックを機器本体から取り外し、充電器（図６のＣ）
に接続して行う。

【０００３】この種の機器としては、電池の残容量を検
出しながら充電制御を行う充電制御回路と、電池の残容
量を表示する表示器とを、電池パックに設けたものがあ
る。しかし、このように電池パックに表示器を設けると
、電池パックが大形となり、コストアップの要因となる
という問題があった。そこで、この種の機器では表示器
を機器本体側に設けるようにしてある。

【０００４】このように表示器を機器本体側に設けた場
合の電池パックの充電制御回路１’を図７に示す。この
充電制御回路１’は、電池Ｄに直列に接続され充放電電
流を検出する検出抵抗２と、検出抵抗２の両端電圧から
電流を検知する電流検出回路３と、電流検出回路３の出
力から充放電いずれの状態にあるかを判別する充放電判
別回路４と、電流検出回路３の出力に応じて電池Ｄの残
容量を算出する演算回路５と、演算回路５により算出し
た残容量に応じた出力を機器本体に出力する残容量出力
回路６’と、上記演算回路５の動作制御の下で動作して
充電器に充電制御出力を与える制御出力回路９とからな
る。

【０００５】この従来の充電制御回路１’では、電池パ
ックが機器本体に装着され、電池Ｄから機器本体に供給
された場合、機器本体に供給される電流で検出抵抗２に
発生する電圧降下分を電流検出回路３が検出する。そし
て、この電流検出回路３の出力に含まれる検出抵抗２に
流れる電流方向（つまりは極性）を示す成分から充放電
判別回路４が充放電状態の判別を行う。上述のように電
池パックが機器本体に装着されている場合には、充放電
判別回路４は放電状態であると判定する。そして、この
充放電判定結果及び放電電流の検出値から演算回路５が
電池Ｄの残容量を算出する。この算出結果は残容量出力
回路６’で適宜信号に変換して機器本体に与える。

【０００６】ここで、上記充電制御回路１’の場合には
、残容量出力回路６’が残容量を５段階に区分けし、例
えば該当する残容量に対応する制御出力端子Ｔ４　〜Ｔ
８　のいずれかをハイレベルとすることにより、残容量
値を機器本体に出力するようにしてある。電池パックを
機器本体から外して充電器により電池の充電を行う場合
には、検出抵抗２に流れる電流方向（極性）が逆になる
ので、これにより充放電判別回路４が充電であると判定
する。この際には演算回路５は制御出力回路９を介して
充電器の動作制御を行い、電池Ｄを適宜に充電するよう
に制御する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに表示器を機器本体側に設けた場合の充電制御回路１
’は、機器本体への装着時に電源供給端子となり、充電
器に接続された場合には充電端子となる端子（以下、こ
の端子を電源端子と呼ぶ）Ｔ１　，Ｔ２　及び充電器を
制御する信号を出力する制御出力端子Ｔ３　の他に、電
池の残容量を示す信号を出力する制御出力端子Ｔ４　〜
Ｔ８　を、電池パックに設ける必要がある。このため、
電池パックの端子数が増えて、大形化及びコストアップ
の要因となる問題があった。なお、上記制御出力端子Ｔ
４　〜Ｔ８　は１つにすることも可能であり、この場合
には図７の場合よりは端子数を削減できるが、それでも
電池パックに残容量出力回路６’用の制御端子が別個に
必要であることに変わりはない。

【０００８】本発明は上述の点に鑑みて為されたもので
あり、その目的とするところは、電池パックの端子数を
減らすことができる充電制御回路を提供することにある
。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明では、上記目的を
達成するために、充放電電流を検出する電流検出手段と
、電流の極性から充電と放電との判別を行う充放電判別
手段と、検出される電流値と電流の極性から電池の残容
量を算出する演算手段と、放電時に電池の残容量を示す
信号を機器本体に出力する残容量出力手段と、充電時に
充電器を制御する信号を出力する制御信号出力手段とを
備え、上記残容量出力手段と制御信号出力手段とが同一
の制御出力端子から信号を出力している。

【００１０】なお、電流検出手段を２重積分型のＡ／Ｄ
変換器を用いて構成した場合に、残容量の計測誤差が生
じないようにするために、電流検出手段の動作に同期さ
せて制御信号出力手段を動作させることが好ましい。ま
た、種別の異なる電池に変更して機器に使用することを
可能とするために、電池の種類を記憶する記憶手段を設
け、且つ制御信号出力手段を電池の種別に応じて動作さ
せて、電池を適切に充電できるようにしてもよい。

【００１１】さらに、電池の不使用期間を計時する計時
手段を備え、不使用期間が長くなった場合に上記制御信
号出力手段を電池を一定時間だけ過充電するように動作
させると、長期間の放置で不活性状態となった電池を活
性化することができて好ましい。上述のように残容量出
力手段と制御信号出力手段とが同一の制御出力端子から
信号を出力するようにした場合に、万一制御信号出力手
段の信号が出力されている際に、残容量出力手段の信号
が出力されるといった誤動作が起こった場合に対処する
ために、残容量出力手段と制御信号出力手段との制御出
力端子から出力される信号のロジックを逆とすることが
安全の面から好ましい。

【００１２】また、電池パックが充電器に接続されたこ
とを検出する方法として、電池パックの放置状態で、制
御信号出力手段から充電器から微小電流を供給させる信
号を出力する方法を採用することができる。

【００１３】

【作用】本発明は、上述のように残容量出力手段と制御
信号出力手段とが同一の制御出力端子から信号を出力す
ることにより、残容量出力手段と制御信号出力手段との
信号を出力する制御出力端子を兼用して、端子数を少な
くするようにしたものである。

【００１４】

【実施例】本実施例の充電制御回路１は、図６（ａ）に
示す電池パックＢ内に設けられ、電池の残容量を検出し
ながら充電制御を行うものである。本実施例の充電制御
回路１においても、電池Ｄから機器本体Ａに電源を供給
する電源端子Ｔ１　，Ｔ２　間に、電池Ｄに直列に検出
抵抗２を挿入し、この検出抵抗２の両端電圧から充放電
電流の電流値を検出している。

【００１５】電流検出回路３は、上記検出抵抗２の両端
電圧から充放電電流の電流値を検出するもので、検出抵
抗２の両端電圧を２重積分するＡ／Ｄ変換器を用いて構
成してある。充放電判別回路４は電池Ｄが充放電いずれ
の状態にあるかを判別するもので、上記電流検出回路３
から出力される２重積分波形の極性から電池Ｄの充放電
状態を判別する。

【００１６】第１のメモリ７は電池の種類を記憶し、第
２のメモリ８は電池Ｄの使用状態を記憶するものである
。なお、第１のメモリ７は、電池の種類を示す要素とし
て、電池の容量（定格容量）を記憶すると共に、例えば
急速充電が可能か否かといったデータも記憶している。 演算回路５は、上記充放電判別回路４の出力に応じて充
放電いずれの状態にあるかを知り、放電中には第１のメ
モリ７に記憶してある電池Ｄの容量を基準として、この
値から電流検出回路３で検出された電流値を減算して、
現在の電池の容量、即ち残容量を算出する。そして、こ
の算出した残容量値を、例えば電池容量に対するパーセ
ンテージに換算する。また逆に、充電中には上記放電中
に求めた残容量に電流検出回路３で検出された電流値を
加算して現在の残容量を算出する。

【００１７】出力回路６は、上記演算回路５で求めた電
池容量に対するパーセンテージで表された残容量値を、
制御出力端子Ｔ３　を介して機器本体Ａに出力するもの
で、図２に示す期間Ｔにおけるローレベル期間で、電池
容量に対する残容量の割合を示すようにしてある。つま
り、この出力回路６は図７に示された従来例の残容量出
力回路として動作するものである。なお、図２（ａ）〜
（ｆ）では、夫々残容量が１００％，８０％，６０％，
５０％，３０％，１０％の場合を示す。

【００１８】ところで、本実施例の場合には上記出力回
路６が、充電時に電池の残容量に応じて充電器を制御す
る信号を出力する図７に示された従来例の制御出力回路
の働きを兼ねており、演算回路５の制御の下で動作する
。ここで、この出力回路６が制御出力回路として動作す
る場合には、本来の残容量出力回路として動作する場合
とは出力信号のロジックを逆にしてある。なお、この点
の詳細な説明は後述する。

【００１９】上記充電制御回路１の動作を以下に説明す
る。なお、初めに図６（ｃ）に示すように電池パックＢ
を機器本体Ａに装着して、電池Ｄから機器本体Ａに電源
の供給を行う場合について説明する。この場合には、電
池Ｄ→電源端子Ｔ１　→機器本体Ａ→電源端子Ｔ２　→
検出抵抗２の経路で放電電流が流れ、検出抵抗２に電圧
降下により電圧が発生する。この際の検出抵抗２の電圧
降下分を電流検出回路３が２重積分して演算回路５に出
力する。この２重積分した電流検出回路３の出力を図４
（ａ）に示す。なお、この際に２重積分した出力は充放
電判別回路４にも与えられ、充放電判別回路４では２重
積分した出力波形の極性から放電状態にあることを判別
して、演算回路５に判別結果を出力する。

【００２０】この放電時には、演算回路５は、第１のメ
モリ７に記憶してある電池Ｄの容量を読み出し、この容
量から電流検出回路３で検出された電流値から求められ
る消費された容量を減算し、現在の残容量を算出する。 ここで、電池Ｄの容量が満充電にない状態で使用される
ことがあるものでは、充電時の容量を例えば第２のメモ
リ８等に記憶しておき、この容量を基にして現在の残容
量を算出すればよい。

【００２１】上記演算回路５では上述のようにして算出
した残容量値を電池容量（定格容量）に対するパーセン
テージに換算し、出力回路６に与えられる。出力回路６
では上記演算回路５で算出された残容量値を、図２の期
間Ｔにおけるローレベル期間で示された出力信号として
機器本体Ａに出力する。この出力信号は機器本体Ａの備
えるマイクロコンピュータ等からなる制御回路（図示せ
ず）に与えられ、この出力信号を例えばパーセンテージ
データに換算して機器本体Ａの備える表示器（図示せず
）に表示する。

【００２２】このようにして、充電制御回路１は、電池
Ｄが放電されているときは、電池Ｄの残容量を機器本体
Ａに送り、電池Ｄの容量がどの程度残っているかをユー
ザに知らせるのである。次に、電池パックＢを充電器Ｃ
に接続して充電する場合の動作を説明する。まず、電池
パックＢが充電器Ｃに装着される初期状態について説明
する。電池パックＢを充電器Ｃに装着する前には、電流
検出回路３では電流が検知されていない。この際に演算
回路５は図３（ａ）に示すパルス幅の狭いパルス信号を
出力するように出力回路６を制御する。

【００２３】そして、電池パックＢが充電器Ｃに接続さ
れると、充電器Ｃ→電源端子Ｔ１　→電池Ｄ→検出抵抗
２→電源端子Ｔ２　の経路で充電電流が流れる。ここで
、充電器では上記出力回路６の出力がハイレベルの期間
に応じた充電電流を電池Ｄに供給するように動作するた
め、上述の場合には充電器Ｃからは微小電流が電池Ｄに
供給されることになる。この場合には上記放電時と同様
にして電流検出回路３が充電電流を検出する。但し、こ
の充電時における検出抵抗２の両端電圧を電流検出回路
３が２重積分した出力波形の極性は放電時とは逆となる
ので、これにより充放電判別回路４が充電状態にあると
判別する。

【００２４】つまり、上述のように電流検出回路３では
電流が検知されていない場合に、出力回路６から上記パ
ルス幅の狭いパルス信号を出力することにより、電池パ
ックＢが充電器Ｃに装着されたこと、つまりは充電状態
にあることを検出できるようにしてある。ここで、上記
微小電流は、充電開始を検知するだけのもので、例えば
電池Ｄの自然放電を補う程度の電流とすればよい。

【００２５】その後、演算回路５は、図３（ａ）の状態
から同図（ｃ）に示す状態へと徐々に充電器Ｃによる充
電電流を増加させるように、出力信号の周期を短くする
と共に、パルス幅を広くするように出力回路６を制御す
る。そして、充電電流が所定値に達した時点で、その電
流値を維持するように出力回路６の出力信号のパルス幅
を制御する。なお、上述の場合には充電電流を増加させ
るために、周期も短くしていたが、パルス幅を広げるだ
けで充電電流を増加させるようにしてもよい。

【００２６】ここで、一定に維持される充電電流は次の
ようにして決定する。つまり、第１のメモリ７には、電
池Ｄの容量データと共に、急速充電可能であるか否かの
データも記憶してあるので、これらデータに基づいて上
記電流値を決定する。例えば、電池Ｄが急速充電可能な
電池である場合には、１Ｃ充電を行うようにし、また急
速充電できない電池である場合には、０．２Ｃ充電を行
うように、出力回路６の出力信号のパルス幅を制御する
。つまり、種別の異なる電池Ｄに変更する場合には、上
記第１のメモリ７のデータを変更するだけで、出力回路
６を電池Ｄの種別に応じて動作させて、電池Ｄを適切に
充電させることができるのである。従って、電池Ｄの種
別の変更が容易となる利点がある。

【００２７】なお、この充電制御回路１では、電流検出
回路３により充電電流を検出しているので、この充電電
流が一定となるように出力信号のデューティを制御して
定電流制御を行うことが可能である。また、演算回路５
は第１のメモリ７のデータに応じて出力回路６のデュー
ティを制御し、常に電池Ｂにとって最適な条件で充電を
行うことも可能である。

【００２８】上述のようにして電池Ｄが充電され、この
電池Ｄの残容量が第１のメモリ７に記憶してある電池容
量を越えると、演算回路５は出力回路６の出力が図３（
ａ）の出力信号となるように制御し、これで充電が完了
する。以上の動作をまとめたフローチャートを図５に示
す。以下に、第２のメモリ８の機能について説明する。 この第２のメモリ８は充電電流や放電電流が検出されな
かった時間、つまりは電池Ｂが放置されていた期間を記
憶するもので、次のような充電制御を行うために設けて
ある。

【００２９】ニッカド電池等の電池Ｄでは、放置時間が
長くなると、不活性となり、通常の充電では活性しきれ
ない。そこで、上述のように第２のメモリ８を用いて、
電池Ｄが放置されていた時間の計時を行い、電池Ｄが長
期間放置されていた場合には、充電において電池Ｄの残
容量が第１のメモリ７に記憶してある電池容量に達して
も、その後の所定時間は充電状態を継続する。即ち、過
充電を行う。これにより、電池Ｄを活性化し、電池Ｄの
本来の能力を引き出すのである。

【００３０】なお、上述の場合には電池Ｄの放置時間を
計時するために、第２のメモリ８と演算回路５とで構成
されたプログラムタイマを用いていたが、リセッタブル
なタイマを用いてもよい。また、本実施例では充電状態
を検出するために、短いパルス信号を出力しているので
、電流検出回路３で電流が検出されないことから、電池
パックの放置状態を検出できる。

【００３１】ところで、本実施例のように電流検出回路
３として２重積分型のＡ／Ｄ変換器を用いた場合には次
の点に注意が必要である。つまり、２重積分型のＡ／Ｄ
変換器では、実際に電流（電圧）を検出して積分してい
る電流検出期間（図４中のイ）の他に、逆積分期間（図
４中のロ）及び零校正期間（図４中のハ）がある。従っ
て、演算回路５においては、逆積分期間や零校正期間の
間も電流検出期間と同様の電流が流れているものとして
計算を行っている。従って、もしこれら時間の間に電流
値が変化すると、その誤差分により正確な残容量を検出
できなくなる。

【００３２】そこで、本実施例の場合には２重積分のＡ
／Ｄ変換器の動作に同期して出力回路６を動作させてい
る。つまり、Ａ／Ｄ変換器の１サイクル（図４中の縦破
線で示す）の経過時点で出力回路６のデューティの切換
を行うように演算回路５が出力回路６の制御を行ってい
る。なお、図４の場合にはデューティが１００％の状態
から５０％の状態に切り換えた場合を示す。

【００３３】次に、出力回路６が残容量出力回路と制御
出力回路として動作している際に、出力のロジックを逆
にしてある理由、つまりは残容量出力回路として動作し
ている場合の出力は図２で説明したローレベル期間で機
器本体を制御し、制御出力回路として動作している場合
の出力は図３で説明したハイレベル期間で充電器を制御
してある理由について説明する。

【００３４】例えば、上記出力回路６が誤動作し、充電
中に残容量のデータが出力されたとする。この場合、電
池Ｄの残容量が１００％である場合には、図２（ａ）に
示すように出力回路６の出力はローレベル状態を保持す
るので、充電器による電池Ｄの充電が停止される。そし
て、残容量が少ない場合には残容量を示すデータで充電
器が電池Ｄを充電するが、この充電により電池Ｄの残容
量が増加すると、図２の（ｆ）から同図（ａ）に示すよ
うに、ローレベル期間が長くなるので、充電電流が減少
していき、やがては零となる。即ち、出力回路６が誤動
作しても、電池Ｄを極度に過充電するといった状態が起
こらない。これにより、安全性を確保してある。

【００３５】

【発明の効果】本発明は上述のように、残容量出力手段
と制御信号出力手段とが同一の制御出力端子から信号を
出力しているので、残容量出力手段と制御信号出力手段
との信号を出力する制御出力端子を兼用して、端子数を
少なくできる。また、電流検出手段を２重積分型のＡ／
Ｄ変換器を用いて構成した場合に、電流検出手段の動作
に同期させて制御信号出力手段を動作させるようにすれ
ば、残容量の計測誤差が生じない利点が得られる。

【００３６】さらに、電池の種類を記憶する記憶手段を
備え、上記制御信号出力手段を電池の種別に応じて動作
させると、制御信号出力手段を電池の種別に応じて動作
させて電池を適切に充電でき、このため種別の異なる電
池に変更して機器に使用することが可能となる。さらに
また、電池の不使用期間を計時する計時手段を備え、不
使用期間が長くなった場合に上記制御信号出力手段を電
池を一定時間だけ過充電するように動作させると、長期
間の放置で不活性状態となった電池を活性化することが
できる。

【００３７】また、残容量出力手段と制御信号出力手段
との制御出力端子から出力される信号のロジックを逆と
すると、上述のように残容量出力手段と制御信号出力手
段とが同一の制御出力端子から信号を出力するようにし
た場合に、万一制御信号出力手段の信号が出力されてい
る際に、残容量出力手段の信号が出力されるといった誤
動作が起こった場合に、電池が過充電されることがなく
、安全である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の回路図である。

【図２】同上の出力回路の残容量を表す出力の説明図で
ある。

【図３】同上の出力回路の充電器の制御出力の説明図で
ある。

【図４】同上の電流検出回路として２重積分型のＡ／Ｄ
変換器を用いた場合の出力回路の充電時における動作制
御方法を示す説明図である。

【図５】同上の動作を示すフローチャートである。

【図６】（ａ）は電池パックの斜視図である。 （ｂ）は充電器の斜視図である。 （ｃ）は電池パックを装着した機器本体の斜視図である
。

【図７】従来例の回路図である。

【符号の説明】

Ａ　　機器本体 Ｂ　　電池パック Ｃ　　充電器 Ｄ　　電池 Ｔ３　　　制御出力端子 １　　充電制御回路 ２　　検出抵抗 ３　　電流検出回路 ４　　充放電判別回路 ５　　演算回路 ６　　出力回路 ７　　第１のメモリ ８　　第２のメモリ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　電池パックに設けられ、電池の残容量
   を検出しながら充電制御を行う充電制御回路であって、
   充放電電流を検出する電流検出手段と、電流の極性から
   充電と放電との判別を行う充放電判別手段と、検出され
   る電流値と電流の極性から電池の残容量を算出する演算
   手段と、放電時に電池の残容量を示す信号を機器本体に
   出力する残容量出力手段と、充電時に充電器を制御する
   信号を出力する制御信号出力手段とを備え、上記残容量
   出力手段と制御信号出力手段とが同一の制御出力端子か
   ら信号を出力して成ることを特徴とする充電制御回路。
2. 【請求項２】　　上記電流検出手段を２重積分型のＡ／
   Ｄ変換器を用いて構成した場合において、上記電流検出
   手段の動作に同期させて制御信号出力手段を動作させて
   成ることを特徴とする請求項１記載の充電制御回路。
3. 【請求項３】　　電池の種類を記憶する記憶手段を備え
   、上記制御信号出力手段を電池の種別に応じて動作させ
   ることを特徴とする請求項１記載の充電制御回路。
4. 【請求項４】　　電池の不使用期間を計時する計時手段
   を備え、不使用期間が長くなった場合に上記制御信号出
   力手段を電池を一定時間だけ過充電するように動作させ
   ることを特徴とする請求項１記載の充電制御回路。
5. 【請求項５】　　残容量出力手段と制御信号出力手段と
   の制御出力端子から出力される信号のロジックを逆にし
   て成ることを特徴とする充電制御回路。
6. 【請求項６】　　電池パックの放置状態で、制御信号出
   力手段から充電器から微小電流を供給させる信号を出力
   させて成ることを特徴とする充電制御回路。