JPH04359636A - 充電器 - 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、携帯型カセットステレ
オやビデオカメラなどの電源に使用されている充電型の
ニッケル−カドミウム電池（以下ニッカド電池という）
の充電器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のニッカド電池用充電器は、充電す
べき電池が適度な放電をしているかいないかに関わらず
、強制的に充電を行うものであった。

【０００３】ニッカド電池は、その特性上浅い充放電を
繰り返すとメモリー効果と呼ばれる電池の端子電圧の降
下現象が発生し放電特性が劣化する。したがって、少量
放電のままで繰返し充電しないようにすることが必要で
あり、そのために充電に先立って残存する電力を完全に
放電を行わせるなどの余分な操作を行うことが必要であ
った。

【０００４】ニッカド電池は放電電流の大きさに依存し
て同じ放電量であってもその端子電圧が変化するので、
電池電圧が放電終止電圧（所定の電圧）になったか否か
を監視するだけでは正確な放電終止状態を知ることがで
きない。また、１００％放電した電池を充電することを
前提とした充電器で容量の残っている電池を充電すると
過充電となって電池の寿命を短くする恐れが有った。

【０００５】さらに、ニッカド電池は、１００％放電さ
せることなく、容量を残した状態で充電を繰り返すと、
その放電容量にまで電池容量が減少するという不都合を
有している。

【０００６】ニッカド電池を完全放電電圧まで放電させ
る放電手段を有し、充電に先立ち放電手段による放電を
選択的に行わせる充放電制御手段を設けた充電器は、特
開平２−１９３５３４号公報、特開昭６２−２５８３５
号公報に示される。

【０００７】電池を充電する前に放電用負荷を用いて一
旦所定電圧まで放電し、その後該電池に一定量の充電を
行う電池の充電方法が特開昭５９−６７８３８号公報に
示されている。

【０００８】電池の充電開始前に所定量放電させる放電
回路を具備し、放電による電池電圧が所定値にあるかど
うかによって放電状態を判断して過充電を防止すること
は、特開昭６３−１８９３１号公報に記載されている。

【０００９】放電完了後放置した電池が充電初期時に通
常と異なる電池電圧特性を示すことによる充電動作の誤
りを無くすることは、特公昭５８−８８６７４号公報に
示されている。

【００１０】蓄電池を放電させていって残存容量が０に
近づくとその端子電圧は蓄電池の種類などに関わらず急
激に低下すること、この端子電圧の低下する時間的な位
置にはほとんどバラツキがないこと、および蓄電池は充
放電を繰り返しても特性劣化を来さないことに着目し、
蓄電池を充電するとき、まずその残存容量を所定終端電
圧まで放電し、その後その蓄電池の容量に対応して所定
量充電することは、特公昭５２−４８２８４号公報に示
されている。

【００１１】しかしながら、これらの充電装置にあって
は、充電に先立つ放電を公称容量の電流で放電させるた
めの手段を有しておらず、公称容量の異なる電池を適切
に放電させることは困難であった。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】従来の汎用の充電器は
、被充電池を充電器に接続すると、ただちに充電を開始
し、充電時間も一定であるため過充電になったり、充電
不足になるものであったが、本発明はこのような不都合
をなくすものである。

【００１３】さらに、携帯用カセットステレオやビデオ
カメラなどの電源に使用されている充電型のニッケルカ
ドミウム電池を一般の使用者がその放電状態を知ること
ができずに過充電を行ってしまうことによって、寿命が
著しく損なわれる不都合をなくすものである。

【００１４】従来の充電器は放電状態の判定を行わず一
意的に充電を行っていたため、ニッカド電池に対して過
充電の状態を引き起こし、その結果ニッカド電池を甚だ
しく劣化することになりその寿命を極めて短いものとし
ていた。

【００１５】過充電をしてはいけないことを知っている
ユーザの場合でも、放電状態をユーザがチェックし、さ
らにその結果に応じて、ユーザ側でなんらかの方法によ
り適度な放電を行わせた後、充電を一定時間行わねばな
らなかった。しかしながら、ニッカド電池の放電特性は
使用機器や電池の公称容量（５００ｍＡｈ等）によって
も異なってくるため、知識を有するユーザであっても放
電状況の判定は極めて難しいものであった。

【００１６】ここで電池の公称容量とは、「一定の負荷
をかけて所定の終止電圧まで放電させたとき取りだしう
る電気量」であり、電流・時間を単位として表される。 そして、公称容量を所定時間すなわち１時間で放電する
ときの電流値を１Ｃとして表す。

【００１７】

【課題を解決するための手段】ニッカド電池は充放電を
適度に繰り返したほうが、寿命を長く保てる。そこで、
被充電池を一旦１Ｃで１００％放電させてから充電を開
始するようにしたのが、本発明である。

【００１８】

【作用】充電型ニッカド電池の放電特性を図６に示す。 図６中Ｃという記号はニッカド電池の公称容量（５００
ｍＡｈ等）として示される電流量であり、これはニッカ
ド電池の仕様によって異なるものである。図６において
１Ｃとあれば公称容量の１倍の電流量で放電させた場合
の電池の端子電圧の変化のグラフを表す。放電特性は放
電電流の違いによって、図６のように異なっており、１
０Ｃで放電させた場合は放電容量６０％の時点で電池の
端子電圧は１．１Ｖまで下がってしまう。ニッカド電池
を使用している各種機器は使用電力が一定でないため、
例えば電池の端子電圧が１．１Ｖになった時点で各種機
器が動作しなくなってもこの電池がどの程度の放電状態
であるかは分からない。

【００１９】しかし、例えば６０％の放電容量で端子電
圧が１．１Ｖに低下したこのニッカド電池をしばらく放
置し端子電圧が回復した後、再び１Ｃの電流容量で放電
させると端子電圧は放電容量が１００％となった時点で
１．１Ｖに低下するので、放電容量１００％を知ること
が可能である。本発明はこの点に着目し充電開始前にニ
ッカド電池の放電容量を１００％としておき、この電池
を所定量充電するものである。

【００２０】

【実施例】以下、本発明について実施例に基づいて詳細
に説明する。

【００２１】本発明の装置のポイントとなる検出回路の
原理図を図１に示す。この回路は図６に示した放電特性
を利用して１００％放電状態を検出しようとするもので
ある。

【００２２】ニッカド電池などの被充電電池１は充電端
子１Ａおよび１Ｂ間に接続される。商用電源を整流して
直流電圧を得た電源回路２の出力は、充電回路３および
切り換えスイッチ４の固定端子４ｂおよび可動端子４ａ
を介して充電端子１Ａおよび１Ｂに供給される。切り換
えスイッチ４の他方の固定接点４ｃには、放電検出回路
５が被充電電池１と並列に接続される。切り換えスイッ
チ４の可動接点４ａと充電端子１Ａとの間にはリレー７
の接点７ａと放電用抵抗Ｒ１　とが直列に接続された放
電回路６が被充電電池と並列になるように接続されてい
る。

【００２３】放電検出回路５は、電池電圧検出回路８と
規準電圧供給回路９と電圧比較器１０と駆動回路１１と
から構成される。

【００２４】切り換えスイッチ４の固定接点４ｃに接続
された抵抗Ｒ２　が電池電圧検出回路８を構成し、抵抗
Ｒ２　と固定接点４ｃの接続点が電圧比較器１０の第一
の入力端子Ａに接続されて電池電圧Ｖｂを供給する。

【００２５】規準電圧供給回路９は抵抗Ｒ３　と抵抗Ｒ
４　とが直列に接続されて構成され、電圧比較器１０の
第二の入力端子Ｂには、電源電圧＋Ｖを抵抗Ｒ３　と抵
抗Ｒ４　とで分圧した規準電圧Ｖｓが供給される。

【００２６】電圧比較器１０の出力Ｃはランプ１２およ
びリレー７を駆動する駆動回路１１に接続される。駆動
回路１１はリレー７やランプ１２に電力を供給するため
のドライバー回路であり、トランジスタなどで容易に構
成することができる。

【００２７】以下、公称容量１１０ｍＡｈのニッカド電
池を例にして本発明の回路動作を説明する。

【００２８】この時、１Ｃは１１０ｍＡ×１時間である
から、公称容量における放電電流値は１１０ｍＡであり
、１００％放電時の電池の端子電圧が１．１Ｖであるた
め、放電抵抗Ｒ　の値は、 Ｒ１　＝１．１（Ｖ）／０．１１（Ａ）＝１０（Ω）で
あるから、抵抗Ｒ１　の値を１０Ωにしておけば電池の
端子電圧が１．１Ｖになったときに１００％放電状態で
あることが検出できる。

【００２９】この判定を行うため、電源回路２の出力電
圧＋Ｖを抵抗Ｒ３　、Ｒ４　で分圧して１．１Ｖの規準
電圧Ｖｓが電圧比較器１０の第二の入力端子Ｂに供給さ
れる。

【００３０】電圧比較器１０の第一の入力端子Ａには電
池１の電圧Ｖｂが与えられるので、電圧比較器１０の三
つの端子Ａ，Ｂ，Ｃの電圧の関係が下記の条件を満たす
ようにすれば、１００％放電状態の検出とそれに続く操
作が可能になる。

【００３１】Ｖｂ＞Ｖｓ　　のとき　　出力Ｃ＝＋Ｖ（
電圧比較器１０の電源電圧） Ｖｂ≦Ｖｓ　　のとき　　出力Ｃ＝０Ｖ（ＧＮＤレベル
）この条件を満足して、電圧比較器１０の出力Ｃが＋Ｖ
のときは、まだ１００％放電状態ではないため、この出
力＋Ｖで駆動回路１１を動作させ、ランプ１２およびリ
レー７をＯＮ状態とし、放電用抵抗Ｒ１　を通じて電池
１を放電させる。

【００３２】放電を継続して１００％放電状態になると
電圧比較器１０の出力Ｃは０Ｖとなり駆動回路１１は否
動作状態となってリレー７およびランプ１２はＯＦＦ状
態となり放電用抵抗Ｒ１　を通じての放電は停止する。 使用者はこのランプ１２の消灯によって切り換えスイッ
チ４を充電側４ｂに切り換えればよい。

【００３３】ここで放電用抵抗Ｒ１　の値は、充電器の
対象とするニッカド電池１の公称容量に基づいて設定す
ればよいが、公称容量の異なる電池を充電できるように
する場合には、電池のＪＩＳ形式或いは公称容量を銘記
した複数の放電用抵抗を用意するとともに放電用抵抗Ｒ
１　をソケットにより交換可能な形式として使用に当た
って被充電電池の公称容量と同一の放電用抵抗を差し替
える方法や、ロータリースイッチなどに予め複数の放電
用抵抗を取り付けておき使用に当たってロータリースイ
ッチの銘板に表記されたＪＩＳ形式或いは公称容量の位
置にスイッチを設定する切り換えスイッチによる方法、
あるいは、ダイヤル部分の該当する位置にＪＩＳ形式あ
るいは公称容量を銘記した可変抵抗器の使用などによっ
て抵抗値を変化できるようにし、充電電池の公称容量に
対応した電流値で放電させるようにすることなどができ
る。

【００３４】電池電圧検出回路５の抵抗Ｒ２　は電池１
を装着していない場合、または切り換えスイッチ４が充
電側４ｂに投入されているときに電圧比較器１０の第一
の入力端子Ａを常に０Ｖとしてリレー７やランプ１２を
ＯＦＦ状態にするためのプルダウン抵抗としての働きを
もなす。

【００３５】図２に本発明による充電器による充電を自
動化する例を示す。。

【００３６】上記した実施例と異なる点は、切り換えス
イッチ４がＡ接点およびＢ接点を内蔵した充放電切り換
えリレー２１に置き換えられことと、電源回路２の出力
＋Ｖの出力部に電源スイッチ２２を追加したことである
。

【００３７】充放電切り換えリレー２１は放電検出回路
５の電圧比較器１０の出力Ｃに接続されており、出力Ｃ
が＋Ｖのとき放電検出回路５を被充電電池１に接続する
と同時に充電回路３を被充電電池１から切離し、出力Ｃ
が０Ｖのとき放電検出回路５から被充電電池１を切り離
すと同時に充電回路３を被充電電池１に接続する働きを
持つ。

【００３８】この実施例は、充放電切り換えリレー２１
および電源スイッチ２２を追加することにより、上記実
施例の充電開始に先立つ放電と、この放電による１００
％放電を検出した時点での切り換えスイッチ４の切り換
え操作を自動的に行えるようにしたものである。

【００３９】使用者は、ニッカド電池１をホルダー２３
に装着後電源スイッチ２２をオン状態にするだけでよい
。電源スイッチ２２をオンにすると、放電検出回路５お
よび充電回路３に電力が供給されるが、放電検出回路５
はニッカド電池１が１００％放電状態にない場合にはリ
レー２１をオフ状態（図２の状態）に維持し、放電回路
６のリレー７をオン状態にするので、ニッカド電池１の
残存する電力は公称容量に対応する電流値で放電される
。ニッカド電池１が１００％放電状態になると、放電検
出回路５の働きにより放電回路６のリレー７はオフ状態
となって放電回路６が遮断されると同時に充放電切り換
えリレー２１がオン状態となって被充電電池１は放電検
出回路５から切り離され、充電回路３に接続されて所定
の充電操作が行われる。

【００４０】したがって、使用者は、ホルダー２３に被
充電電池１を装着し電源スイッチ２２を投入するだけで
、充電に先立つ放電をする必要があるかどうかを判断し
たり放電の終了を監視することもなく、さらに、放電検
出回路５が放電終了を検知した時点で切り換えスイッチ
４を切り換える操作を行うこともなしに、自動的に最適
な充電を行うことができる。

【００４１】図３は、図２の電源スイッチ２２の投入を
自動的に行わせるようにするための変形例である。

【００４２】電源スイッチ２２に代えてリミットスイッ
チ３１を電池ホルダー２３の適宜個所に取り付けること
によって、電池ホルダー２３に被充電電池１を挿入する
だけで、自動的に充電に先立つ放電の必要性の判断、放
電の開始、放電の終了の検出、充電開始操作が行え、す
べての操作が自動化される。

【００４３】図４は、充電の終了を知らせる手段を付加
した例である。

【００４４】図１、図２、図３に示される充電器におい
て、充電回路３の出力側に充電電流検出回路４１と、該
充電電流検出回路４１の出力により動作する充電終了報
知ランプ４２を接続する。

【００４５】充電電流検出回路４１は、既知の電流検出
回路で構成されるものであり、充電電流を常に監視して
いる。充電終期になり充電電流が減少して規定値以下の
電流値になると充電終了報知ランプ４２を点灯あるいは
消灯して使用者に充電の終了を知らせることができる。

【００４６】図５に、充電終了時に自動的に充電回路３
が遮断されるようにした例を示す。図４に示される充電
電流検出回路４２から出力される充電終了を検出した信
号によって動作する充電終了リレー５１の接点を充電電
流供給回路中に挿入する。

【００４７】このようにすれば、充電電流検出回路４１
が充電終了時を検出して充電終了を知らせる信号を出力
すると、この信号によって充電終了リレー５１が作動し
、充電電流供給回路中に挿入された充電終了リレー５１
の接点がオフとなって、充電回路３が切り離され充電が
終了するので、充電を完全に自動化できる。

【００４８】本発明に用いられるリレーやランプは、半
導体を利用した部品とすることもできる。また、ランプ
に代えてブザーなどの音響発生手段を用いて放電や充電
終了を報知するように構成することもできる。

【００４９】本明細書では、放電用抵抗Ｒ１　に抵抗を
用いたが、抵抗に代えて放電電流を検出する手段および
この放電電流値によって導通が制御される半導体スイッ
チとからなる放電電流制御手段を用いることによって、
１Ｃの放電をより正確に行うようにすることができる。

【００５０】

【発明の効果】本発明によれば、ニッカド電池の放電状
態に合わせて残存する電気量を充電に先立って自動的に
１００％放電させることができるとともに、充電の完了
を検知して自動的に充電を終了させることができる。し
たがって、ニッカド電池のメモリ効果による容量の減少
を防ぐことができるとともに、放電状態に関係なく過充
電を防ぐことができて電池の長寿命化を図ることができ
る。

【００５１】本発明によれば、従来の充電装置のように
充電に先立つ放電を行うときに放電状態をがどの程度で
あるのかを知る必要がなく、単に充電に先立って放電開
始させればよく、充電操作を極めて簡単にすることがで
きる。

【００５２】また、電池ホルダーにリミットスイッチを
設けることにより、電池をホルダーに装着するだけで充
電を開始することができる。

【００５３】さらに、充放電切り換えリレーを追加する
ことによって自動的に放電と充電の過程を選択するので
、さらに操作を簡単にすることができ、省力化できる。

【００５４】また、放電用抵抗Ｒ１　を差し込み方式ま
たは切り替えスイッチや可変抵抗器による方法などによ
って変更できるようにすると、種々のタイプのニッカド
電池に対応することが可能となる。さらに可変抵抗器を
用いる場合には、微調整用のバーニヤダイアルを使用し
て設定精度を高めることができるとともに、ＪＩＳ形式
以外の容量の電池であっても公称容量が分かっている電
池であれば対応することができる。

【００５５】以上のように、本発明は、ニッカド電池を
簡単にしかも確実に公称容量分だけ充電でき、電池寿命
を長くすることができる効果的なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る充電器の一実施例の回路図である
。

【図２】本発明に係る充電器において、自動的に充放電
を切り換えるようにした他の実施例の回路図である。

【図３】本発明に係る充電器において、充電の開始を自
動的に行えるようにした実施例の回路図である。

【図４】本発明に係る充電器において、充電の終了を報
知するようにした実施例の回路図である。

【図５】本発明に係る充電器において、充電の終了を自
動的に行えるようにした実施例の回路図である。

【図６】充電型のニッカド電池の放電電流の大きさをパ
ラメータとした、電池電圧−放電容量特性図である。

【符号の説明】

１　　被充電電池 ２　　電源回路 ３　　充電回路 ４　　切り換えスイッチ ５　　放電検出回路 ６　　放電回路 ７，２１，５１　　リレー ８　　電池電圧検出回路 ９　　規準電圧供給回路 １０　　電圧比較器 １１　　駆動回路 １２　　放電表示ランプ ２２　　電源スイッチ ２３　　電池ホルダー ３１　　リミットスイッチ ４１　　充電電流検出回路 ５１　　充電終了用リレー

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　被充電電池が接続される充電端子と、
   商用電源を直流電源に変換する電源回路と、充電電流を
   制御する充電回路と、放電検出回路と、放電回路とから
   なる充電器において、充電端子に充電回路または放電検
   出回路のいずれかを選択的に接続する切り換え手段を設
   けるとともに、充電端子に並列にリレー接点と放電用抵
   抗からなる公称容量の電流値で電池を放電させる放電回
   路を接続し、該放電検出回路は電池電圧検出回路と規準
   電圧供給回路と電圧比較器と駆動回路とからなり、該電
   池電圧検出回路は電圧比較器の第一の入力端子に接続さ
   れ、該規準電圧供給回路は電池の放電終止電圧に等しい
   電圧を規準電圧として供給するように電圧比較器の第二
   の入力端子に接続されており、該電圧比較器の出力はリ
   レーを駆動する駆動回路に接続されるものであって、電
   池の電圧が放電終止電圧よりも高いときに充電に先立ち
   電池の残存電力を放電回路により放電させるようにした
   ことを特徴とする電池の充電器。
2. 【請求項２】　　切り換え手段を放電検出回路の出力に
   より動作する充放電切り換えリレーとし、電源回路の出
   力に電源スイッチを設けたことを特徴とする請求項１記
   載の充電器。
3. 【請求項３】　　電源スイッチを電池ホルダーの内部に
   設けたリミットスイッチとしたことを特徴とする請求項
   ２記載の充電器。
4. 【請求項４】　　充電回路の出力に充電電流検出回路を
   設けるとともに、充電電流が所定値に減少したことによ
   り動作する充電終了報知手段を設けたことを特徴とする
   請求項１記載の充電器。
5. 【請求項５】　　充電電流検出回路の出力で動作する充
   電終了用リレーを充電回路の出力に挿入したことを特徴
   とする請求項１記載の充電器。