JPH0458734A - 二次電池の充電装置 - 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］ この発明は二次電池の充電装置であって、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２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点Ａを有す
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５７−１８４１
２号、同６０−１８１７７号公報参照）。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら充電電圧曲線は、充電末期に発生する真の
ピーク点Ａに達する前に、充電すべき二次電池の特性そ
れ自身あるいは充電回路の内外で発生する雑音の重畳に
起因して、擬似的なピーク点Ｂの発生は遵けられず、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
ピーク点Ａであると誤認する問題があった。

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。

本発明は更に、雑音の重畳に起因する電池電圧の検出誤
りを減少させた充電装置を提供することを目的とする。

本発明は更にまた、電池電圧の変化を利用した充電完了
時期の検出が困難な場合にあっても、安全に充電の絆了
制御が行なわ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］ 本発明は、第１図に概略的な構成を示す如く、電池電圧
の検出部４８と、検出された電圧値を記憶する記憶部５
０と、電池電圧検出部４８による検出値Ｎ１と記憶部５
０での記憶値Ｎ２とを比較し、検出値Ｎ１が記憶値Ｎ２
を上廻るとリセット信号Ｓ＋３を出力するとともに、記
憶部５０の記憶値Ｎ２を検出値Ｎ１と置き換える第１比
較部４９と、第１比較部４９からのリセット信号Ｓ１３
の入力と連動してカウント値がリセットされ、所定時間
をカウントし終えるとタイマー信号Ｓ＋４を発生するサ
ブタイマー５１と、サブタイマー５１からのタイマー信
号Ｓｚの出力期間に対応して、上記した記憶値Ｎ２と検
出値Ｎ貫との差電圧Ｖｓと設定値Ｖｓとを比較し、差電
圧値Ｖ４が設定値Ｖｓを超えると制御信号Ｓ＋を出力さ
せる第２比較部５２と、制御信号Ｓ１の入力と連動して
、二次電池１３に対する充電電流を停止または制限する
充電制御回路２３とを備えている。

前記した電池電圧検出部４８は、二次電池１３の端子電
圧ｖ３を微小時間間隔でサンプリングするとともに、所
定回数のサンプリング値を平均して検出値６丁を決定す
ることが好ましい。

また、充電時間の最大値Ｔ１を規制するメインタイマー
４４を更に備え、メインタイマー４４または第２比較部
５２の何れか一方から信号が出力されると、制御信号Ｓ
１を充電制御回路２３に送る様にしてもよい。

［作用ｊ 上記した構成により、第２図の時刻ｔｏに充電を開始す
ると、時刻ｔ１までは電池電圧ｖ３が上昇する一方であ
るので、第１比較部４９では、記憶部５０における記憶
値Ｎ２を電池電圧検出部４８における検出値Ｎ１で置き
換えるとともに、サブタイマー５１にリセット信号Ｓ１
３を送り、サブタイマー５１のカウント値を常にＯにし
ている。

ここで時刻ｔ１をピークに電池電圧■３が減少する結果
、記憶値Ｎ２はピーク点Ｂの電圧を維持するとともに、
リセット信号Ｓ１３が止まってサブタイマー５１はカウ
ントを開始し、サブタイマー５１が設定時間Ｔ２をカウ
ントし終えた時点で、記憶値Ｎ２と検出値ＮＩとの差電
圧■４が設定電圧Ｖｓと比較される。この時、設定時間
Ｔ２を、異常な電圧変動を排除可能な値に設定しておく
ことにより、差電圧ｖＪは十分小さく、更にその後には
その値も減少し、時刻ｊ＋２には記憶値Ｎ２を検出値Ｎ
１が超えてサブタイマー５１がリセットされる結果、第
２比較部５２における比較動作は停止される。

充電が進んで、時刻ｔ２にピーク点Ａを通過すると、上
記したのと同様に、サブタイマー５１がカウントを開始
する。時刻ｔ２＋に設定時間をカウントし終え、更に　
記憶値Ｎ２と検出値Ｎ＋どの差電圧ｖ４が時刻ｔ２２に
設定電圧Ｖｓを超えると、充電末期に存在するピーク点
Ａを通過したものと判断して、充電制御回路２３に制御
信号ｓ１を送り、二次電池１３に対する急速充電を停止
するのである。

［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１ｏは、第３図に示す如く、略
矩形状の本体ケース１１の上面１２側に、４組の二次電
池１３を挿脱自在に収納可能な上方開口の電池室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４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上に備えたメインスイ
ッチ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■１を
形成する。この充電電圧Ｖ１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２
３で充電電圧を定電流化して、端子電圧が３［ｖ］程度
の４組の二次電池１３に対して、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５図に示す如く、電流制御用
として備えたトランジスタ２７のベース−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３ｏのベース−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
１に、定電圧回路３２がら出力される安定電圧ｖ２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■１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、ダイオード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３１の
温度も同時に上昇して補正部２５のベース電圧を下げ、
充電電流制御部２４の抵抗２８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チ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、ＲＯＭ
内に記憶されたプロ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１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■３を
検出して所定の充電制御動作を行なう一方、検知回路３
５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３Ｂ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１組ずつ本体ケース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、充電が完了して補
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４図に示す如く、平滑回路２１か
も出力される充電電圧■１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昇すると信
号Ｓ３を発生する周囲温度検知部４０とを備え、両検知
部３８・４゜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Ｓ１を送って二次電池１３
への充電を強制的に停止するとともに、表示部３６にお
ける赤色の発光ダーイオード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
４３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１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となるまでに必要とする
充電時間Ｔ１をカウントすると信号Ｓ１１を発生するメ
インタイマー４４と、電池電圧ｖ３を検出し、この電圧
■３が所定の状態になると信号ＳＩ２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
対して何れか一方から信号入力があると、デユーティ比
が１６分の１程度の制御信号Ｓ＋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、′電池室１４
内を介して入力された二次電池１３の端子電圧ｖ３を、
Ａ／Ｄ変換器を備えた電池電圧検出部４Ｂでデジタル値
Ｎ１に変更したあと、第１比較部４９において、記憶部
５０から出力される記憶値Ｎ２と比較される。第１比較
部４９では、検出値Ｎ１が記憶値Ｎ２より大きいと、記
憶部５０の記憶値Ｎ２を検出値Ｎ＋と置き換えて記憶値
Ｎ２を更新することにより、記憶部５０に電池電圧Ｖ３
の最大値に対応した値Ｎ２を常に保持可能とすると同時
に、サブタイマー５１にリセット信号Ｓ１３を送る。サ
ブタイマー５１は、例えば５分程度の時間Ｔ２をカウン
トするとタイマー信号ＳＩ４を第２比較部５２に送るも
のであって、この第２比較部５２では、サブタイマー５
１からタイマー信号Ｓ　１３が出力されている期間に対
応して、記憶値Ｎ２と検出値Ｎ＋とから求められる差電
圧■４を設定電圧Ｖｓと比較する。ここで差電圧ＶＪが
設定電圧Ｖｓを上廻ると、第２比較部５２から制御信号
発生部４６に信号ＳＩ２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電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工
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１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１０６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１０８で
表示部３６のＬＥＤ３７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１１１で所定の処理を行なったあと、ステップ１
０２で蓋体１５が開けられて工程Ａに戻るのを待つ。逆
に充電途中の場合は、ステップ１１２およびステップ１
１３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ＮＩ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
１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分をカウントし縮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１１５でメインタイマー４４が設定
時間Ｔ１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１］０の充電終了時のルー
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］以下の場合は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ＬＥＤ３７を点滅処理して異常を表
示する。

上記したステップ１１６で電池電圧ｖ３の検出値Ｎ１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から始まる充電末期の検出工程Ｃに入る。かかる
工程Ｃでは、ステップ１１７で、記憶部５０における記
憶値Ｎ２と上記した検出値Ｎ１との大小を比較する。こ
こで、記憶値Ｎ２が検出値Ｎ１より小さい場合には、ス
テップ１１８で記憶値Ｎ２と検出値Ｎ１を置き換えると
ともに、ステップ１１９でサブタイマー５１のカウント
値をクリアしたあと、ステップ１２０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１１７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１２１で記
憶値Ｎ２が設定時間Ｔ２を超えて維持されているか否か
を判定し、Ｎｏの場合はステップ１２２でサブタイマー
５１をカウントアツプし、ステップ１２３でサブタイマ
ー５１のカウント値が例えば設定時間Ｔ２の５分に達し
たが否かを判定する。ここで５分が経過している場合は
、更にステップ１２４で、記憶値Ｎ２と検出値Ｎ１とか
ら求められる差電圧■４が、例えば４０［ｍＶ］程度の
設定値Ｖｓに達しているか否かを判定し、ＹＥＳ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１１１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せるとともに、緑色のＬ
ＥＤ３７を点灯して充電が終了したことを知らせる。逆
にステップ１２４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Ｎ＋の変化状態につい
て調べ、少なくともどちらが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１１１に移って充
電を終了する様にしている。

なお、上記した各工程とは別に、所定の一定時間間隔で
割り込みをかけ、この割り込み時に回路電圧検知部３８
と周囲温度検知部４ｏがらの出ヵ信号Ｓ？・Ｓ３を調べ
、異常が検知されると充電を強制的に停止する。更に上
記したプログラムの流れの中に複数箇所、割り込み動作
を許容する待ち期間を設定し、この期間に入る毎に動作
異常検知部４１に信号Ｓｓを送り、該検知部４１におい
てハード的にプログラムの動作異常に対応する一方、こ
の待ち期間とは異なった時期に割り込みがかかると、プ
ログラムの暴走と判断して充電を停止することにより、
ソフト的に対応できる様にしている。

［他の実施例］ 第７図および第８図は各々、本発明の他の実施例を示す
。

第７図の実施例にあっては、上記した構成に加えて、充
電を開始してからサブタイマー５１の設定時間Ｔ２より
短い、例えば２分程度の時間Ｔ３が経過したことをステ
ップ１３０で検出すると、ステップ１３１に移って、記
憶部５０における記憶値Ｎ２をその時の検出値Ｎｌで強
制的におきかえることを＊徴とする。かかる構成により
、充電開始直後に異常な大きさの擬似ビークＢが発生す
ることにより、ピーク位置Ｂから１２時間後における電
圧差ｖ６が設定値Ｖｓを超える様な場合にあっても、サ
ブタイマー５１におけるカウント開始の基準をＢ点に維
持したまま、この擬似ピーク点Ｂを超えた位置の電圧値
が比較の対象となり、真のピーク位置Ａと誤認するのが
有効に防止される。擬似ピーク点Ｂが発生しない場合に
あっても、上記した検知動作には何ら影響を与えないし
、満充電状態の電池を充電する場合にあっても、単に充
電初期の一定時間を無視するよりも、短時間に充電制御
状態に入ることが可能となる。

一方、第８図に示す実施例にあっては、ステップ１４０
で記憶値Ｎ２と検出値Ｎ１から求められる差電圧ＶＪが
設定値Ｖｓを超えたことが検知される毎に、ステップ１
４１で記憶値を一定ｆｉｎずつ減少させていくことを特
徴とする。かかる構成により、充電開始直後以外におい
て異常なピーク点が発生した場合にあっても、真のピー
ク点Ａと誤認することが未然に防止される。

［発明の効果］ 本発明は上記の如く、電池電圧のピーク点を検知したの
ち、更に所定時間Ｔ２だけ経過してから、ピーク値と検
出値の差電圧の大きさを検出する様にしたので、充電初
期あるいは中期に発生する擬似的なピーク点を真のピー
ク点Ａと誤認することなく充電完了時期が確実に検知で
き、過不足がない適切な充電制御動作が行なえる。

更に、電池電圧を複数回検出してその平均値をとって検
出値Ｎ１とすることにより、充電電流にパルス状の信号
が重畳した場合にあっても、検出値Ｎ１の異常が可及的
に防止される。

更にまた、メインタイマー４４によって充電時間の最大
値を規制することにより、電池電圧の変化を利用した充
電完了時の検知が正常に行なわれなかった場合において
も、過充電が未然に防止できるなど多くの利点を有する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる充電装置の基本的な構成を示す
概略図、第２図は検知動作を説明するためのグラフであ
る。 第３図ないし第６図は、本発明を実施した一例を示し、 第３図は全体的な構成を示す外観斜視図、第４図は充電
回路の構成を示すブロック図、第５図は充電制御回路の
具体的な構成を示す電気回路図、 第６図は制御回路の動作を示す流れ図である。 第７図および第８図はおのおの、他の実施例を示す流れ
図である。 二次電池、 蓋体、 充電制御回路、 メインタイマー 制御信号発生部、 電池電圧検出部、 第１比較部、 記憶部、 サブタイマー 第２比較部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、二次電池（１３）の充電時における電池電圧を検出
   し、この検出値の大小に対応して所定の充電制御動作を
   行なう充電装置であつて、 電池電圧の検出部（４８）と、 電池電圧検出部（４８）による検出値を記憶可能とする
   記憶部（５０）と、 電池電圧検出部（４８）から出力される検出値と記憶部
   （５０）から出力される記憶値とを比較し、検出値が記
   憶値を上廻るとリセット信号Ｓ＿１＿３を出力するとと
   もに、記憶部（５０）の記憶値を検出値と置き換える第
   １比較部（４９）と、第１比較部（４９）からのリセッ
   ト信号Ｓ＿１＿３の入力と連動してカウント値がリセッ
   トされ、所定時間Ｔ＿２をカウントし終えるとタイマー
   信号Ｓ＿１＿４を発生するサブタイマー（５１）と、 サブタイマー（５１）からのタイマー信号Ｓ＿１＿４の
   出力期間に対応して、上記した記憶値と検出値との差電
   圧Ｖ＿４と設定電圧Ｖ＿ｓとを比較し、差電圧Ｖ＿４が
   設定電圧Ｖ＿ｓを超えると制御信号Ｓ＿１を出力させる
   第２比較部（５２）と、 制御信号Ｓ＿１の入力と連動して、二次電池（１３）に
   対する充電電流を停止または制限する充電制御回路（２
   ３）と を備えた二次電池の充電装置。 ２、上記した電池電圧検出部（４８）は、二次電池（１
   ３）の端子電圧を微小時間間隔でサンプリングするとと
   もに、所定回数分のサンプリング値を平均して検出値を
   決定する請求項１記載の充電装置。 ３、第２比較部（５２）からの出力信号Ｓ＿１＿２は、
   充電時間の最大値Ｔ＿１を規制するメインタイマー（４
   ４）からの出力信号Ｓ＿１＿１とともに制御信号発生部
   （４６）に入力され、 メインタイマー（４４）または第２比較部（５２）の少
   なくとも何れか一方から信号が出力されるのと連動して
   、制御信号発生部（４６）から制御信号Ｓ＿１が充電制
   御回路（２３）に送られる請求項１または２記載の充電
   装置。