JPH0458471A - 二次電池の充電制御方法 - 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］ この発明は二次電池の充電制御方法であって、特に充電
時における電池電圧の変化を検出し、この検出値の大小
に対応した充電制御動作を行なうものに関する。

［従来の技術］ 従来この種の充電方法としては、第１図に示す如く、二
次電池の充電末期において電池電圧がピーク直置を右す
ることを利用し、そのピーク点Ａまたは更に所定電圧だ
け低下した時点を検知し、所定の充電制御動作を行なう
方法が開示されている（例えば、特公昭５７−１．８４
１．２号、同６０１８１７７号公報参照）。

しかし、電池電圧は充電開始直後の変動が激しく、充電
末期のピーク直置に達する前に擬似的なピーク点Ｂの発
生は避けられず、上記した方法では何れも、これらを充
電末期における真のピーク直置であると誤認する不都合
があった。

かかる問題に対して、充電開始から所定時間だけピーク
位置の検知動作を行なわない様にする方法も提案されて
いる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、充電初期の一定時間を一律に無視する様
に構成すると、ともすると真のピーク点Ａまでも見逃し
てしまう虞れが強い。

本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであって、充
電完了時期が確実に検知でき、不足充電あるいは過充電
が未然に防止される充電装置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］ 本発明にかかる充電制御方法は、第１図に示す如く、電
池電圧が設定値Ｖｍを超えたことが検知されたのち、所
定の充電完了時期の判定工程に入ることを特徴とする。

前記した充電完了時期の判定工程は、電池電圧がピーク
点Ａに達したのち、所定電圧Ｖｓだけ低下した時点を充
電完了時点と判定することが好まし０゜ ［作用Ｊ 上記した構成により、時刻ｔｏに充電を開始すると、時
刻いに電池電圧がＶｓを超えるまで、充電完了時期の判
定動作は行なわれない。ここで、設定電圧Ｖｍの値を、
例えば擬似的なピーク点Ｂの値よりも十分大きく設定し
ておくことにより、ピーク点Ｉ３は充電完了時期の判定
の対象となることなく、ピーク点Ａのみが判定の対象と
なるのである。

［実施例］ 以下この発明を、２本の二次電池を直列に繋いで一体に
パックした組電池の充電専用として構成した一例に基づ
いて説明するがこれに限らず、各種小型電気機器に内蔵
した二次電池の充電手段に対しても略同様に実施できる
ことは勿論である。

本発明にかかる充電装置１０は、第２図に示す如く、略
矩形状の本体ケース１１の上面１２側に、４紺の二次電
池１３を挿脱自在に収納可能な上方間Ｌ１の電池室１４
を設けるとともに、この電池室１４の開口を蓋体１５で
開閉自在に覆っている。

本体ケース１１の内部には、第３図に示す充電回路１６
を収納するとともに、本体ケース１１から電源プラグ１
７を延ばし、この電源プラグ１７を介して商用交流電源
１８を充電回路１６に接続可能としている。

充電回路１６は　本体ケース１１」二に備えたメインス
イッヂ１９を通じて入力された商用交流電源１８をイン
バータ回路２０に加え、このインバータ回路２０から出
力されるパルス状の充電電流を平滑回路２１で平滑する
ことにより、４．５〜５．５［Ｖ］程度の充電電圧ｖ１
を形成する。この充電電圧ｖＩを、ヒユーズ２２を介し
て４組の充電制御回路２３に印加し、この充電制御回路
２３で充電電圧を定電流化して、端子電圧が３［■］程
度の４組の二次電池１３に対し、で、並列状態で充電電
流を供給できる様にしている。

充電制御回路２３は、二次電池１３に流れる電流値を直
接制御する充電電流制御部２４と、該制御部２４による
制御量の補正を行なう補正部２５と、充電電流制御部２
４をオフして充電を停止可能とする充電時期規制部２６
とから構成される。

充電電流制御部２４は、第４図に示す如く、電流制御用
として備えたトランジスタ２７のペースエミッタ間と並
列に高抵抗２８を接続してベース電圧を制御可能とする
一方、コレクタ側に逆流防止用のダイオード２９を接続
し、更に、ベース側に補正部２５を備えている。

補正部２５は、制御用トランジスタ３０のペース−エミ
ッタ端と並列にダイオード３１を備え、該ダイオード；
３】に、定電圧回路３２から出力される安定電圧■２を
印加してベース電圧を一定に維持し、平滑回路２１から
出力される充電電圧ｖ１の変動にかかわらずトランジス
タ２７のベース電圧を一定に維持して、二次電池１３に
流れる電流を定電流化する。同時に、ダイオ−ニド３１
は充電電流制御部２４のトランジスタ２７と接触する様
に配置されており、トランジスタ２７の温度上昇に起因
してコレクタ電流が増加しようとすると、ダイオード３
］の温度も同時に上昇して補正部２５のベース電圧を丁
げ、充電電流制御部２４の抵抗２Ｂに流れる電流を下げ
てベース電圧を低下させ、トランジスタ２７のコレクタ
電流を一定に維持する温度補正を行なう様にしている。

充電時期規制部２６は、充電電流制御部２４の抵抗２８
と並列に接続したスイッヂング用トランジスタ３３であ
って、後記する制御回路３４から出力される制御信号Ｓ
１の入力と連動してオンし、充電電流制御部２４のトラ
ンジスタ２７をオフして、二次電池１３に対する充電を
停止または制限できる様にしている。

制御回路３４はワンチップマイコンが使用され、ｒ？、
　ＯＭ内に記憶されたブト１グラムによってその動作が
規制されるものであって、ソフト的に第５図の様な機能
回路が構成され、充電中における二次電池１３の電池電
圧ｖ３を検出して所定の充電制御動作を行なう一方、検
知回路３５から出力される信号の入力と連動して所定の
制御動作を行ない、その制御内容に対応した表示を表示
部３６で行なう様にしている。

表示部３６は、赤および緑の発光ダイオード３７ａ・３
７ｂを１組とし、充電すべき各組の二次電池１３に対し
て】！Ｉｌずつ本体ケース１１上に配置したものであっ
て、二次電池１３が電池室１４内から抜かれている場合
は消灯し、充電中は赤色が点灯する一方、充電が完γし
て補充電に移行すると緑色が点灯する。更に、二次電池
１３がショートするなどの異常が発生すると、赤色が点
滅して異常を知らせる。

検知回路３５には、第３図に示す如く、平滑回路２１か
ら出力される充電電圧ｖ１の値を検知し、この電圧値が
設定値を超えて上昇すると信号Ｓ２を発生する回路電圧
検知部３８と、充電回路１６の温度変化をサーミスタ３
９を用いて検知し、温度が設定値を超えて上りＩすると
信号Ｓ３を発生ずる周囲温度検知部４０とを備え、両検
知部３８・４０から制御回路３４への信号入力があると
、充電制御回路２３に制御信号Ｓｒを送って二次電池１
３への充電を強制的に停止するとともに、表示部３６に
おける赤色の発光ダイオード３７を点滅して異常の発生
を知らせる。更に制御回路３４からは、プログラムが正
常に動作している期間に対応して信号Ｓ４が出力されて
おり、かかる信号Ｓ４の停止時期を動作異常検知部４１
で検知し、制御回路３４にリセット信号Ｓ５を送って初
期状態に戻す。また、電池室１４を覆う蓋体１５の閉止
位置および開放位置に対応してスイッチ４２を切り換え
可能とするとともに、このスイッチ４２の切り換え状態
を、ＲＳフリップフロップを備えた蓋開閉時期検知部４
３で２段階の信号変化Ｓ６に換え、制御回路３４に蓋体
１５の開閉状態を知らせる。

制御回路３４は、第５図に示す如く、二次電池１３の充
電容量がゼロの状態から満充電どなるまでに必要とする
充電時間Ｔ＋をカウントすると信号Ｓ目を発生するメイ
ンタイマー４４と、電池電圧■３を検出し、この電圧■
３が所定の状態になると信号Ｓ１２を発生する充電完了
時期の検出手段４５とを備え、制御信号発生部４６に対
し′Ｃ何れか一方から信号入力があると、デー１−ティ
比が１６分の１程度の制御信号Ｓ１を充電制御回路２３
に送り、充電電流制御部２４を短期間づつ間欠的にオン
させ、急速充電状態から補充電状態へと移行させる様に
している。

上記した充電完了時期の検出手段４５は、電圧緩衝部４
７を介して入力された二次電池１３の端子電圧ｖ３を、
Ａ／１）変換器を備えた電池電圧検出部４８でデジタル
値Ｎ１に変更したあと、第１比較部４９において第１図
に示す設定電圧Ｖｍと比較され、検出値Ｎ１が設定電圧
Ｖｍを１廻ると検出手段４５に信すＳｅａを送って始動
させる。設定電圧ν川は、充電末１υ［のピーク電圧よ
り稍低い値に設定され、真のピーク点Ａのみが検知対象
となる様にしている。

ここで第１比較部４９から信号Ｓｅａが出力されると、
第２比較部５０は上記した検出値ＨＩと記憶部５１から
出力される記憶値Ｎ２どの比較動作を開始すると同時に
、ザブタイマー５２はカウント動作を始める。第２比較
部５０では、検出値Ｎ１が記憶値Ｎ２より大きいと、記
憶部５１の記憶値Ｎ２を検出値Ｎ１と置き換えて記憶値
Ｎ２を更新することにより、記憶部５１に電池電圧ｖ３
の最大値を常に保持可能とすると同時に、サブタイマー
　５２にリセット信号Ｓ１４を送る。サブタイマー５２
は、例えば５分程度の時間Ｔ２をカウントすると夕・イ
マー伊号Ｓ’５を第３比較部５３に送るものであって、
この第３比較部５３では、ザブタイマー５２からタイマ
ー１８号Ｓ１６が出力されている期間に対応して、記憶
値Ｎ２と検出値Ｎ１との差電圧Ｖｍを設定電圧Ｖｓと比
較する。ここで差電圧ｖ４が設定電圧ＶＳを士別ると、
第３比較部５３から制御信号発生部４６に向けて信号Ｓ
１２が送られ、該発生部４６から充電制御回路２３に所
定の制御信号Ｓ１が送られる結果、急速充電が終了して
補充主に移行するのである。

次に、第６図に示す流れ図に従って、上記した充電装置
１０における制御動作を更に詳細に説明する。

メインスイッチ１９をオンして充電装置１０をスタート
すると、ステップ１０１でＲＡＭ領域を初期化したあと
、電池室１４の蓋体１５が開放されている場合の処理上
程Ａに入る。

かかる工程Ａは、充電中にステップ１０２で蓋体１５が
開放されたことが検知されると、ステップ１０３で充電
を一時中断したあとになされるものであって、ステップ
１０４において、第５図に示す充電完了時期の検出手段
４５において使用するデータ領域をクリアしたあと、ス
テップ１０５で二次電池１３が抜かれるか否かを調べる
とともに、ステップ］０６で蓋体１５が閉じられるのを
待つ。ステップ１０５で電池１３が抜かれたことが判定
されると、ステップ１０７に移ってメインタイマー４４
のカウント値をクリアするとともに、ステップｉｏｓで
表示部３６のＬ　Ｅ　Ｉ）　３７を消灯して電池１３が
抜かれたことを表示する。更に、ステップ１０６で蓋体
１５が閉じられたことが判断されると、ステップ１０９
で充電の開始処理を行なったあと、ステップ１１０から
始まる工程Ｂに入る。

かかる工程Ｂでは、ステップ１１０において、充電が何
らかの理由で既に終了状態にあるか否かを判定し、充電
が終了状態であれば、以下の処理を行なうことなく、ス
テップ］１−１で所定の処理を行なったあと、ステップ
】０２で器体１５が開けられて］−稈へに戻るのを持つ
。逆に充電途中の場合は、ステップ１１２およびステッ
プ１１３で、検出データを例えば１６回分加算してその
平均をとって電池電圧の検出値Ｎ１を決定することによ
り、インバータ回路２０から出力されるパルス状のノイ
ズが電池電圧に重畳するなどした場合にあっても、検出
値Ｎ＋が異常に高くなるのを防止している。

次にステップ１１４でメインタイマー４４のカウント値
を単位量だけカウントアツプし、ステップ１１５で、メ
インタイマー４４が充電時間の上限値Ｔ１である例えば
７５分をカウントし終えたことが判断されると、ステッ
プ１１１．１０２および１１０を巡回する充電の終了ル
ープに入る。

一方、先のステップ１．１５でメインタイマー４４が設
定時間ＴＩに達していないことが判断されると、ステッ
プ１１６において、ステップ１１３で検出された電池電
圧ｖ３の検出値Ｎ１が正常か否かを判定する。すなわち
、充電される電池１３は２本が直列に接続されているた
め、２．０〜３．５［Ｖ］の範囲にあると正常と判断し
、３．５　　［Ｖ］以上あると、電池１３が挿入されず
に充電電圧ｖ１がそのまま検出されているものと判断し
て、ステップ１１１．１０２および１１０の充電ｐ７時
のループに入る。更に、検出値Ｎ＋が０．５〜２．０［
Ｖ］の場合には１本の電池が内部でショートしているも
のと判断し、０．５　　［Ｖ］以ドの場合は２本ともに
ショートしていると判断して、ステップ１１１に移って
充電を強制的に停止するとともに、赤色のＬＥＤ；３７
を点滅処理して異常を表示する。

−■−記したステップ１１〔３で電池電圧■３の検出値
ＮＩが正常な範囲に入っていることが判定されると、ス
テップ１１７において検出（ｉｌｌＮ　＋が、例えば３
［Ｖ］程度の設定電圧Ｖｍを超えているか否かを１１１
定し、かかる判定がＹＥＳであれば、ステップ１１Ｂか
ら始まる充電末期の検知工程Ｃに入る。

かかる工程Ｃでは、ステップ１．１．８で、記憶部５１
における記憶値Ｎ２と」−記した検出値Ｎ＋どの大小を
比較する。ここで、記憶値Ｎ２が検出４１１　Ｎ　＋よ
り小さい場合には、ステップ１１９で記憶値Ｎ２と検＋
ｌ；　（＋＋’ｔ　Ｎ　ｌを置き換えるとともに、ステ
ップ１２０でサブタイマー５２のカウント値をクリアし
たあと、ステップ１２１で検出データを初期設定し、ス
テップ１１２に戻って検出データの加算平均処理を行な
う。

逆にステップ］】Ｂで、記憶値Ｎ２の方が検出値Ｎ１よ
りも大きいと判定された場合には、ステップ１２２で記
憶値Ｎ２が設定時間Ｔ２を超えて維持されているか盃か
を判定し、Ｎｏの場合はステップ１２３でサブタ・ｆマ
ー５２をカウントアツプし、ステップ１２４でザブタイ
マー５２のカウント値が例えば設定時間Ｔ２の５分に達
したか否かを判定する。ここで５分が軽過している場合
は、更にステップ１２５で、記憶値Ｎ２と検出ＷＮ＋と
の差電圧ｖ４が、例えば４０　［ｍＶ］程度の設定値Ｖ
ｓに達しているか否かを判定し、Ｙ　Ｅ　Ｓであれば、
充電末期のピーク位置Ａを超えたと判断し、ステップ１
１１における充電終了処理を行ない、二次電池１３に対
する充電を補充電に移行さＶるとともに、緑色のＬ　Ｅ
　Ｄ　３７を点灯して充電が終ｒしたことを知らせる。

逆にステップ１２５で設定電圧Ｖｓに達していないと判
断された場合には、更に継続してメインタイマー４４の
カウント値および電池電圧の検出値Ｎ１の変化状態につ
いて調べ、少なくともどちらか一方が条件を満足すると
満充電状態になったと判断し、ステップ１−１−１に移
って充電を終了する様にしている。

なお、電池電圧が設定値Ｖｍを超えたのちに行なわれる
充電完了時期の判定方法は、適宜変更して実施できるこ
とは勿論である。

［発明の効果Ｊ 本発明は上記の如く、電池電圧が設定電圧Ｖｍを１廻る
範囲内を充電完了時期の判定可能範囲とすることにより
、充電初期に発生しやすい電池電圧の変動を充電末期と
誤認することが防止され、充？ｌｆ完了時期が安定して
検知でき、過不足がない充電制御動作が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる充電制御方法を説明するための
グラフである。 第２図ないし第６図は、本発明を実施した一例を示し、 第２図は全体的な構成を示す外観斜視図、第３図は充電
回路の構成を示すブロック図、第４図は充電制御回路の
具体的な構成を示す電気回路図、 第５図は制御回路の構成を示すブロック図、第６図は制
御回路の動作を示す流れ図である。 １３・・・・二次電池、 ２３・・・・充電制御回路、 ４４・・・・メインタイマー ４６・・・・制御信号発生部、 ４８・・・・電池電圧検出部、 ４９・・・・第１比較部、 ５０・・・・第２比較部、 ５１　・　・　・　・記憶部、 ５２・・・・サブタイマー ５３・・・・第３比較部。 発　　明　　者 丹波地 明

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、充電中における電池電圧の変化を測定し、検知され
   た電圧変化から充電完了時期を判定する充電制御方法で
   あって、 電池電圧が設定値Ｖｍを超えたことが検知されたのち、 上記した充電完了時期の判定工程に入ることを特徴とす
   る二次電池の充電制御方法。 ２、前記した充電完了時期の判定工程は、 電池電圧がピーク点Ａに達したのち、所定電圧Ｖｓだけ
   低下した時点を充電完了時点と判定する請求項１記載の
   充電制御方法。