JPH0488837A - 充電コントローラ - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、バッテリの充電に間し、特にいわゆるマイコ
ン制御によって種々のバッテリを充電するための充電コ
ントローラに関する。

［従来の技術］ Ｎｉ−Ｃｄ等のバッテリは、充電をすることによって繰
返し使用される。放電したバッテリの充電は、直流電源
からバッテリに急速充電を行ない、満充電を検出した後
、トリクル充電に切換え、所定の充電を終えた後、再使
用に供する。

近年、１つの充電装置で複数個のバッテリを充電するこ
と等が行なわれるようになった。このような場合に従来
通り、個々の機器を組合わせて充電装置を構成すると、
部品点数が増大し、製造コストが高くなり、装置が大型
化してしまう。

そこで、充電装置にマイクロコンピュータを組込み、マ
イコン制御による充電操作が行なわれるようになった。

［発明が解決しようとする課１！］ バッテリはその材料によって主な性質が定まる。

たとえば、Ｎｉ−Ｃｄバッテリは単位セル当り、約１．
２■の起電力を発生し、電荷残量によらず安定した特性
を示す、しかし、同じ材料のバッテリでも、その用途に
応じて直列接続されるセル数や電流容量は種々である。

たとえば、直列接続されるセル数は２〜１０程度が多い
。

満充電は、通常バッテリ端子間電圧の絶対値やピーク形
成後の電圧降下（−ΔＶ）を検出することによって行な
われる。これらの電圧値を一定の精度、たとえば１００
ｍＶの精度で設定すると、たとえばセル数２の場合とセ
ル数１０の場合とでは大きく異なる精度で満充電を検出
することになってしまう。

従来のマイコン制御のバッテリ充電装置は、設定された
一定の条件で充電制御を行なっている。

したがって、バッテリの直列接続セル数が異なる等、種
類の興なるバッテリの充電においては必ずしも適切な制
御が行なわれていなかった。

本発明の目的は、バッテリの種類に応じてバッテリの充
電操作の制御を可変設定できる充電コントローラを提゛
供することである。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明の充電コントローラは、充電制御プログラムを記
憶するＲＯＭ、一時記憶を行なうＲＡＭ、演算処理を行
なうＣＰＵ、信号の入出力を行なう複数の入出力端子を
備えたマイクロコンピュータを用いて、バッテリの充電
を制御する充電コントローラであって、入出力端子が、
バッテリの満充電検出の検出精度選択用パラメータを入
力する端子を含み、ＲＡＭが、入力した満充電検出の検
出精度選択用パラメータを一時記憶するレジスタを含み
、ＲＯＭに記憶された充電制御プログラムが、検出精度
選択用パラメータを用いて、バッテリの充電動作を制御
するプログラムを含む。

［作用］ Ｎｉ−Ｃｄ等のバッテリにおいて、充電を進めていくと
バッテリの端子間電圧はやがて最大値Ｖｐに達し、その
後降下する。すなわち１．１度満充電の時が端子間電圧
最大の時であり、これ以上充電するとかえって端子間電
圧は降下する。多くの場合は、満充電後の電圧降下（−
ΔＶ）を検出して満充電の検出としている。たとえば、
−１００ｍＶの端子間電圧の変化を一ΔＶとしている。

ところが、同じ一ΔＶの値をＶＰが約２．４ｖの場合に
も、約１２Ｖの場合にも用いるとすれば、実際上はバッ
テリの種類によって異なる精度の満充電検出を行なって
いることになってしまう。

充電するバッテリの定格等に合わせて−ΔＶの検出精度
選択用パラメータを入力することにより、バッテリの種
類に応じた適切な充電制御を行なうことが可能となる。

［実施例〕 第１図に本発明の実施例による充電コントローラを概略
的に示す、１つの直流電源で２つのバッテリＢ１．Ｂ２
を充電できるシステムを構成するものとする。

充電コントローラは、マイクロコンピュータ１を含む、
このマイクロコンピュータ１は、その内部にＣＰＵ２、
ＲＯＭ３、ＲＡＭ４を含む、ＲＯＭ３は、処理プログラ
ムを記憶する固定メモリである。ＲＡＭ４は、処理操作
のためのパラメータや、処理操作中に生じるデータ等を
一時記憶するためのレジスタ等として働く、一時記憶装
置である。また、ＣＰＵ２は、データやパラメータに基
いて、処理プログラムにしたがって演算操作を行なう中
央処理装置である。

マイクロコンピュータ１には、多数の入出力端子Ｐ１、
Ｂ２、Ｂ３、・・・が設けられており、種々の信号や電
源電圧等が出入する０図中、マイクロコンピュータ１の
左辺に示す端子Ｐ１は、制御用の電源入力を入力する端
子、端子Ｐ２は、バッテリＢ１の急速充電を表示するた
めの赤色ＬＥＤを点灯させるための電流を供給する出力
端子、端子Ｐ３は、バッテリＢ１がトリクル充電中であ
ることを表示するための緑色ＬＥＤに電流を供給するた
めの出力端子である。また、端子Ｐ４、Ｐ５は、バッテ
リＢ２の急速充電およびトリクル充電を表示するための
赤色および緑色ＬＥＤ駆動用電流を供給する出力端子で
ある。端子Ｐ６、Ｐ７は、クロックジェネレータからク
ロック信号を入力する入力端子である。端子Ｐ８、Ｐ９
は、充電操作初期における不感時間設定用の選択信号を
入力するための入力端子である。また、端子ＰＩＯは、
充電操作において、満充電を検圧するための−Δ■検出
の精度設定用の選択信号を入力するための入力端子であ
る４また、マイクロコンピュータ１の右辺上に示される
端子ｐＨ、ＰＩ２、ＰＩ３、ＰＩ３は、急速充電を強制
的に終了させるための、急速充電強制終了時間設定用の
選択信号を入力する端子である。これら入力端子２８〜
Ｐ１４は、充電操作をバッテリの定格等に合わせてきめ
細かに設定するための選択信号の入力端子である。

端子Ｐ１５は、外部で検出した充電を流の値を入力する
ための電流検出信号入力端子である４また、端子Ｐ１６
、ＰＩ３は、バッテリＢ２を充電するためのスイッチを
駆動するトリクル充電信号および、急速充電信号を出力
する出力端子である。

また、端子Ｐ１８、ＰＩ３は、バッテリＢ１を充電する
ためのスイッチを駆動するトリクル充を信号および、急
速充電信号を出力する出力端子である。また、端子Ｐ２
０、Ｐ２１は、バッテリＢ２およびバッテリＢ１の逆接
を検出する逆説検出回路からの逆接検出信号の入力端子
である。端子Ｐ２２は、急速充電中のバッテリの端子電
圧から一定の値を減算した減算値を入力する端子である
。

端子Ｐ２３は、急速充電中のバッテリの端子電圧を分圧
した分圧値を入力する端子である。すなわち、端子Ｐ２
３には、急速充電中のバッテリの端子電圧に比例した値
が得られ、端子Ｐ２２は、充電中のバッテリ端子電圧の
電圧変化を忠実に再現する信号が得られる。

第１図に示すようなマイクロコンピュータを周辺機器と
組合わせることによって、所望の充電操作を行なう。

第２図は、第１図のマイクロコンピュータを用いて実現
される充電回路の要部を示すブロック図である。

直流電源回路１１は、交流電源１２から電力を受け、い
くつかの直流を供給する。第１の直流■１は、バッテリ
Ｂ１およびバッテリＢ２を充電するための充電電源であ
り、最も高い電圧と最も大きな電流値を有する。バッテ
リＢ１ないしバッテリＢ２の端子電圧は、分圧回路１４
によって分圧され、充電制御回路１３に供給される。充
電制御回路１３は第１図のマイクロコンピュータ１を主
要部として含む、また、この端子電圧は減算回路１５を
介して、そのレベルを変換され、充電制御回路１３に供
給される。すなわち、分圧回路１４の供給する電圧はバ
ッテリ端子電圧そのものを縮小スケールで表わし、減算
回路１５が供給する電圧はバッテリ端子電圧の変化を縮
小せずそのまま忠実に表現する。充電制御回路１３は、
直流電源回路１１から制御用電源電圧■２を受けて作動
する。この電圧■２は、充電用の電圧■１よりは低い安
定度の高い電圧である。Ｖ２が■１より小さいので、分
圧回路１４によって端子電圧を分圧しないと、充電制御
回路１３でバッテリ端子電圧そのものを測定することが
固数となる。バッテリＢ１およびバッテリＢ２には、そ
れぞれ逆接検出口＃Ｂ１８．１９が並列に接続されてお
り、バッテリが逆方向に接続された場合、それを検出し
て２値の検出信号とし、充電制御回路１３に供給する。

すなわち、バッテリを誤って逆方向の接続した場合は、
これらの逆接検出回路がその逆方向接続を検出し、充電
制御回路１３は充電作業を停止させる。また、バッテリ
Ｂ１およびバッテリＢ２には直列に急速充電用のスイッ
チ２１．２２が接続されている。また、この急速充電用
スイッチ２１．２２に並列にトリクル充電用のスイッチ
２３．２４か接続されている。これらのスイッチ２１〜
２４を通る充電電流は電流検出回路２６を介して、接地
電位に接続される。各充電スイッチ２１〜２４は、充電
制御回＃１１３からの制御信号を受けてスイッチ動作を
制御される。また、電流検出回路２６はそこを流れる電
流を検出し、電流値を充電制御回路１３に供給する。充
電制御回路１３から充電スイッチ２１〜２４のいずれか
に信号が出力され、充電が行なわれている時は、制御信
号回路１３からＬＥＤ駆動回路２８にも同様の信号が供
給され、充電状態を表示するためのＬＥＤ３１〜３４を
駆動して、有色表示を行なう、たとえば、バッテリＢ１
がトリクル充電中、バッテリＢ２が急速充電中であれば
、バッテリＢ２用の緑色ＬＥＤ３２とバッテリＢ２用の
赤色ＬＥＤ３３が点灯する。

充電制御回路１３は、第１図に示したＲＯＭ３内に格納
された所定の充電プログラムにしたがって、バッテリＢ
１およびバッテリＢ２の充電動作を制御する。

このようにしで制御される充電特性の例を、第３図およ
び第４図に示す。

第３図は正常な充電特性の例を示す。図中横軸は充電時
間ｔを示し、縦軸はバッテリの端子間電圧■を示す。

バッテリの急速充電が開始すると、新たに使用を開始す
るバッテリや、習く使用しなかったバッテリ等の場合に
は、その初期に電圧値にピークを生ずることが多い、こ
のようなピークを満充電を示すピークと誤って認定しな
いように、充電開始後、初期の時開は満充電検出を行な
わないための不感時間ｔ１が設定されている。すなわち
、不感時間内に図に示すようなピークＰｋ１か表われて
も、充電回路はこのピークを無視する。ところで、この
初期ピークの表われる時期は、直流電源容量、バッテリ
容量等に依存して変化する。そこで、充電回路、バッテ
リの定格に合わせて適当な不感時Ｖｌｔ１を設定する。

この充電動作の初期における不感時間ｔ１は、マイクロ
コンピュータ１の端子Ｐ８、Ｐ９に入力される信号によ
って設定される。

急速充電を続けるにしたがってバッテリの端子間電圧■
は、次第に上昇し、やがて最大値Ｖｐに達し一続いて減
少を始める。この最大値を経た後、端子間電圧が減少を
する現象を−Δ■と呼ぶ、すなわち、端子間電圧をモニ
タし、−Δ■（ピークＰｋｏ）を検出した時は、バッテ
リが満充電されたと認めることができる。

なお、バッテリの直流セル数（定格電圧）や周囲機器の
精度により、−ΔＶの値として、どのような値を設定す
れば満充電の検出に十分であるかが変化する。このため
、−Δ■検出のための設定電圧として、たとえば１００
ｍＶと２００ｍＶの２種類を選択できるようにされてい
る。端子間電圧がこの設定電圧以上の電圧降下を示した
時、満充電が認定される。

第１図のマイクロコンピュータ１の端子ＰＩＯに入力さ
れる信号がこの検出精度を決定する。

満充電が検出された時は、急速充電を終了し、トリクル
充電に切換える。この時、バッテリの端子間電圧のモニ
タも終了する。その後、トリクル充電が継続する。なお
、トリクル充電に対しても所定の長時間（たとえば１２
時間）が経過した時には、トリクル充電を終了させるた
めの操作が行なわれる。

第４図は、劣化したバッテリの充電特性の例を示す、第
３図同様、横軸は充電時間ｔを表わし、縦軸はバッテリ
の端子間電圧■を表わす。

長期間の使用により劣化したバッテリ等においては、満
充電のピークが表われないことがある。

たとえば、図示のように充電の初期において、不感時間
内にピークＰｋ１が表われ、その後急速充電を続けても
、バッテリ端子間電圧の減少は生じない、このような場
合、満充電のピークが検出されないので、そのまま急速
充電を続けるといつまでも急速充電か続けられることに
なってしまう。

このようなバッテリは、性能が劣化しているため、いく
ら長時間充電を行なっても満充電ピークは出現しない、
適当に充電を打切らないと、充電効率は極めて悪いもの
となる。そこで、ある程度の時開、急速充電を行なって
も満充電のピークか表われない時は、充電を停止するの
が好ましい、たとえば、正常なバッテリであれば、満充
電に必要十分な時間の３倍程度の時間を急速充電を強制
的に終了させるための時間ｔ２として設定する。この時
間ｔ２は、直流電源の容量、バッテリのｔ流容量等に依
存して変化する。そこで、充電回路、バッテリの定格等
に合わせて適当な急速充電強制終了時間ｔ２を設定する
。

第１図のマイクロコンピュータの端子ｐＨ〜Ｐ１４に入
力される急速充電強制終了時間が、この強制的に急速充
電を終了させるための時間ｔ２を決める。すなわち、急
速充電の時間が強制的に急速充電を終了させるための時
間ｔ２にまで到達した時には、急速充電を停止し、トリ
クル充電に切換える。

なお、充電に際してはバッテリが正しく装着されている
か否かのチエツク等も行なわれる。

第２図に示す充電回路によって、充１！操作を制御する
ためのフローチャートを第５図および、第６図を参照し
て説明する。

第５図はメインルーチンのフローチャートを示す、メイ
ンルーチンにおいては、主として充電動作が制御される
。

まず、フローがスタートシ（ステップＳｔ）、諸レジス
タの初期設定等のイニシャライズ工程が行なわれる（ス
テップＳ２）、続いて初期不感時間ｔ１が入力される（
ステップＳ３）、この初期不感時間ｔ１は、ＲＡＭ内に
設けられたレジスタＩ　ＳＴ　（Ｔ）−に記憶される（
ステップＳ４）、続いて満充電を検出するための検出精
度ΔＶが入力され（ステップ３５）、ＲＡＭ内のレジス
タＤＥＬ　（Ｗ＞に記憶される（ステップ３６＞、ｌい
て急速充電を強制的に終了させるための、急速充電強制
終了時間ｔ２を入力しくステップＳ７）、ＲＡＭ内のレ
ジスタ２ＮＤ　（Ｔ）に記憶される（ステップ５８）４
この一連の動作により、この後に行なわれる充電操作の
諸パラメータが設定される。

次にバッテリＢ１が装着されているか否かが判定される
（ステップＳ９）、バッテリＢ１が装着されていれば、
ＹＥＳの矢印にしたがってステップＳ１０に進み、バッ
テリＢ１の急速充電が行なわれる。バッテリＢ１の急速
充電後、次のステップＳｌｌにおいて、他方のバッテリ
Ｂ２の装着がされているか否かが判定される。バッテリ
Ｂ２も装着されていれば、ＹＥＳの矢印にしながい、次
のステップＳ１２に進み、バッテリＢ１はトリクル充電
、バッテリＢ２は急速充電される。バッテリＢ２も急速
充電された時には、バッテリＢ１、バッテリＢ２を共に
トリクル充電する（ステップ８１１）、その後、トリク
ル充電も十分性なわれた時には充電を停止する（ステッ
プ８１４）、バッテリＢ１の装着判定の時（ステップＳ
９）、バッテリＢ１が装着されていない時には、ＮＯの
矢印にしたがってステップＳ１７に進み、バッテリＢ２
が装着されているか否かが判定される（ステップ８１７
）、バッテリＢ２が装着されている時は、ＹＥＳの矢印
にしたがって次のステップＳ１８に進み、バッテリＢ２
を急速充電する。バッテリＢ２が満充電された時には、
急速充電を終了し、バッテリＢ２をトリクル充電する（
ステップ５１９）、トリクル充電を終了した時には、充
電を停止する（ステップ３２０）、なお、バッテリＢ２
も装着されていない時には、ステップ８１７からＮｏの
矢印にしたがって、ステップＳ９に戻る。

また、ステップＳｌｌにおいてバッテリＢが装着されて
いなかった時には、ステップＳ１５に進み、バッテリＢ
１のみをトリクル充電し、その後充電を停止する（ステ
ップ５１６）。

このようにして、各バッテリの装着を確認し、順に急速
充電、トリクル充電を行なう。

第５図のメインルーチンのフローにおける急速充電、ト
リクル充電等の充電を終了するタイミングは、タイマ割
込みルーチンの検出結果によって行なわれる。

第６図は、タイマ割込みルーチンのフローチャートを示
す。

タイマ割込みがスタートすると、急速充電中であるか否
かが判断される（ステップ３２１＞、急速充電中の場合
は、ＹＥＳの矢印にしたがって次のステップＳ２２に進
み、バッテリが短絡しているか否かが判定される。バッ
テリが短絡されていない時は、ＮＯの矢印にしたがい、
次のステップ３２３に進む、ステップ８２３では、急速
充電の時間が不感時間内か否かが判断される。すなわち
、不感時間内であればＹＥＳの矢印にしたがい、Δ■の
検出を行なうことなく、リターンする。充電初期の不感
時間を経過していれば、Ｎｏの矢印にしたがって次のス
テップＳ２４に進み、急速充電強制終了時間に達したか
否かが判断される（ステップ５２４）、強制終了時間に
達していれば、ＹＥＳの矢印にしたがい、ステップＳ２
６にジャンプして急速充電からトリクル充電へ切替える
。

いまだ終了時間に達していない時には、Ｎｏの矢印にし
たがって−Δ■の検出工程（ステップ５２５）が行なわ
れる４−Δ■が検出された時は、ＹＥＳの矢印にしたが
って、急速充電をトリクル充電へ切換える（ステップ３
２６）、その後、リターンする。

ステップＳ２１において、急速充電中でなかった時には
、トリクル充電中であるか否かが判断される（ステップ
３２７）、　トリクル充電中であれば、ＹＥＳの矢印に
したがい、トリクル充電の完了時間に達したか否かが判
定される（ステップ５２８）、このトリクル充電完了時
間は、通常１２時間等の十分長い時間に設定されている
。完了時間に達している時には、トリクル充電を終了し
くステップＳ２９＞、リターンする。また、ステップ３
２７において、トリクル充電中ではないと判定された時
は、急速充電でもトリクル充電でもないため、そのまま
リターンする。また、ステップ３２８で、トリクル充電
の完了時間に至っていない時には、そのままトリクル充
電をｍ枕するためにリターンする。

また、ステップＳ２２において、バッテリか短絡してい
る時には充電動作に入ることなく、アラームを発しくス
テップＳ３０ン、操作者に注意を促し、充電は行なわな
い。

以上説明したように、第１図に示すマイクロコンピュー
タを用いて、第２図のような充電回路を構成し、第５図
、第６図に示しなよような充電動作を行なうことができ
る。この充電動作は、設定した不感時間、−Δ■検出精
度、急速充電終了時間にしたがうて、バッテリの定格に
応じたきめ細かい充電動作を行なう。

なお、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこ
れらに制限されるものではない、たとえば、種々の変更
、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であ
ろう。

第６図は、充電制御のタイマ割込みルーチンのフローチ
ャートである。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、充電動作を開始
する前に満充電検出用の検出精度を所望の値に設定する
ことにより、充電すべきバッテリの直列接続セル数等に
応じた適切な充電動作制御を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例による充電コントローラを示
す概略図、 第２図は、第１図の充電コントローラを用いて実現され
る充！口路のブロック図、 第３図は、正常な充電特性の例を示すグラフ、第４図は
、劣化したバッテリの充電特性の例を示すグラフ、 第５図は、充電制御のメインルーチンを示すフローチャ
ート、 図において、 １８．１９ ２１．２２ ２３．２４ マイクロコンピュータ ＰＵ ＯＭ ＡＭ 直流電源回路 充電制鄭回路 分圧回路 減算回路 逆接検出回路 急速充電スイッチ トリクル充電スイッチ 電流検出回路 ＬＥＤ駆動回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）、充電制御プログラムを記憶するＲＯＭ、一時記
   憶を行なうＲＡＭ、演算処理を行なうＣＰＵ、信号の入
   出力を行なう複数の入出力端子を備えたマイクロコンピ
   ュータを用いて、バッテリの充電を制御する充電コント
   ローラであって、前記入出力端子が、バッテリの満充電
   検出の検出精度選択用パラメータを入力する端子を含み
   、 前記ＲＡＭが、入力した満充電検出の検出精度選択用パ
   ラメータを一時記憶するレジスタを含み、 前記ＲＯＭに記憶された充電制御プログラムが、前記検
   出精度選択用パラメータを用いて、バッテリの充電動作
   を制御するプログラムを含む充電コントローラ。