JPH0614473A

JPH0614473A - 充電装置

Info

Publication number: JPH0614473A
Application number: JP4188774A
Authority: JP
Inventors: Koji Umetsu; 浩二梅津; Masayoshi Sasaki; 真義笹木; Shojiro Sato; 正治郎佐藤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1992-06-23
Filing date: 1992-06-23
Publication date: 1994-01-21
Anticipated expiration: 2018-07-28
Also published as: US5408170A; JP3430264B2

Abstract

(57)【要約】【目的】充電終了の検出が容易で検出精度が高く、し
かも簡単な回路で低コストで、かつ充電容量にばらつき
が生じないようにする。【構成】充電電流の遮断前におけるスイッチ部８近傍
の電圧と、遮断後におけるスイッチ部８よりも２次電池
９側の電圧とを検出し、この電圧差がある設定電圧以下
となる状態を検出して満充電状態を判断し、充電を終了
する。定電圧充電期間においては、電池電圧が充電装置
の出力設定電圧に近づくに従って充電電流が減少し、上
記電圧差も減少する。したがって、この電圧差は電池開
放電圧を測定することに対応し、一定の端子電圧＝充電
容量という関係を検出し、充電終了検出精度を向上させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉛電池などの２次電池
を充電する充電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の充電装置（あるいは小型
のものを充電器と称して適宜用いる）で鉛電池などの２
次電池を充電する場合、図１７および図１８に示すよう
な定電圧、定電流充電が一般的に行われている。図１７
は充電電流と出力電圧との関係（充電器出力特性）を示
し、定電圧領域および定電流領域を適切に利用して所望
の充電が行われる。また、図１８は充電電圧・電流と充
電時間との関係（充電特性曲線）を示し、同様に定電流
領域および定電圧領域を利用して充電が行われる。

【０００３】このような方式の充電を行う従来の充電と
しては、例えば特開平３ー８２３４３号公報に記載され
たものがある。この装置では、２次電池の過充電状態を
検知し、充電電流を遮断したり、あるいは低レベルの充
電電流に切り換えたりすることにより、２次電池の過充
電を防止し、寿命、安全性等を確保している。

【０００４】また、これとは別に特開平１ー１９４８２
８号公報に記載されたものがある。この装置は、特にバ
ッテリー（２次電池）の内部抵抗自由電気化学的電位か
らのフィードバック信号に応じて迅速にバッテリーを充
電するものである。

【０００５】ところで、充電を行った場合、その充電終
了を検出することが必要であるが、従来の充電終了検出
方法としては、例えば次のような２つの方法がある。

【０００６】（Ｉ）タイマで充電時間を設定し、充電終
了を検出する方法これは、図１９（ａ）に示すようにタイマで充電時間を
予め設定しておき、その設定時間に至ると、充電される
２次電池の残容量に関係なく、一定時間が経過したとし
て充電を終了するものである。

【０００７】（ＩＩ）所定の電圧又は電流値を検出し
て、充電を終了する方法これは、図１９（ｂ）に示すように充電の電圧が所定値
になるか、あるいは電流が所定値になると、満充電であ
るとして充電を終了するものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
充電装置にあっては、前者の方法（Ｉ）の場合、満充電
の電池に対しても一定の時間が経過しないうちは、充電
が終了せず、充電容量にばらつきが生じるという問題点
があった。また、電池が複数（例えば、２個）並列に接
続された高容量電池に対してはタイマ時間を変更する必
要があり、面倒であるという欠点があった。

【０００９】一方、後者の方法（ＩＩ）の場合、設定す
る電圧又は電流値を高精度に調整する必要がある。した
がって、回路が複雑となり、コスト的にも高価になると
いう問題点があった。

【００１０】また、電池の内部インピーダンスの変化や
電池端子と充電器との接触抵抗により、充電電流の電圧
降下が発生し、接触抵抗の違いによって充電の終了した
電池間で充電容量にばらつきが生じるという欠点があっ
た。

【００１１】そこで本発明は、充電終了の検出が容易で
検出精度が高く、しかも簡単な回路で低コストで、かつ
充電容量にばらつきが生じない充電装置を提供すること
を目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の充電装置は、２次電池を装着し、出
力制御手段によって所定電圧以下の充電を定電流で行
い、該所定電圧を超える充電を定電圧で行うように制御
し、スイッチング手段により２次電池への充電電流を所
定周期で遮断するとともに、充電制御手段により該スイ
ッチング手段の作動を制御して充電の制御を行う充電制
御手段を有する充電装置において、充電電流の遮断前に
おける前記スイッチング手段近傍の電圧と、該遮断後に
おける前記スイッチング手段よりも２次電池側の電圧と
を検出する電圧検出手段を設け、前記充電制御手段は、
該電圧検出手段の出力に基づいて前記スイッチング手段
の作動を制御するようにしたことを特徴とする。

【００１３】また、好ましい態様として、前記充電制御
手段は、充電電流の遮断前における前記スイッチング手
段近傍の電圧と、該遮断後における前記スイッチング手
段よりも２次電池側の電圧との電位差を、基準値と比較
する比較手段を有し、該比較手段の比較結果によって充
電の制御を行うことを特徴とする。

【００１４】前記充電制御手段は、交流・直流変換器お
よびデジタル演算器を有することを特徴とする。

【００１５】前記電圧検出手段は、選択スイッチ手段お
よび電圧検出回路を有し、該選択スイッチ手段は、電圧
検出回路の入力側を、前記スイッチング手段より充電電
流供給側と、２次電池側とに選択的に接続し、充電電流
の遮断前に、前記電圧検出回路の入力側を前記スイッチ
ング手段よりも充電電流供給側に接続して検出処理を行
うことを特徴とする。

【００１６】前記スイッチング手段より充電電流供給側
に、電子機器駆動用の電源端子を有することを特徴とす
る。

【００１７】前記電子機器駆動用の電源端子が接続され
る前記充電電流供給路の接続点と、前記スイッチング手
段との間に、逆流阻止手段を設け、前記２次電池側から
前記電子機器側へ電流が流れないように構成したことを
特徴とする。

【００１８】

【作用】本発明では、充電電流の遮断前におけるスイッ
チング手段近傍の電圧と、遮断後におけるスイッチング
手段よりも２次電池側の電圧とが検出され、この電圧差
がある設定電圧以下となる状態が検出されることによ
り、満充電状態が判断されて充電が終了する。この場
合、定電圧充電期間において電池電圧が充電装置の出力
設定電圧に近づくに従って充電電流が減少し、上記電圧
差も減少する。

【００１９】したがって、この電圧差を検出することに
より、これが電池開放電圧を測定することになるため、
一定の端子電圧＝充電容量という関係を検出して充電を
適切に終了させることができる。よって、充電終了の検
出が容易で、充電終了の検出精度を向上させることがで
きる。また、充電の操作が簡単で、しかも接触抵抗の違
いがあっても充電の終了した電池間で充電容量にばらつ
きが生じない。

【００２０】さらに、電圧差の検出は相対値比較であ
り、絶対値電圧を検出する際に必要な基準電圧を必要と
せず、電圧検出回路を用いた場合の絶対値ばらつき調整
（オペアンプのオフセット調整やＡ／Ｄコンバータの基
準電圧調整など）を要しない。その結果、回路構成を簡
素化でき、スペースを小さくできるとともに、コストが
低減する。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。第１実施例図１は本発明に係わる充電装置の第１実施例を示すブロ
ック図であり、いわゆるフライバックコンバータ方式を
採用した例である。この図において、１はＡＣコネクタ
で、交流電源（例えば、ＡＣ１００Ｖ）に接続される。
ＡＣコネクタ１からの交流電源（ＡＣ入力）は入力フィ
ルタ２を介して整流・整流回路３に供給され、ここで整
流（例えば、脈流）、平滑された後、トランス４の１次
側に供給され、パワーＭＯＳＦＥＴ５によってスイッチ
ングされる。

【００２２】パワーＭＯＳＦＥＴ（能動素子に相当）５
は、そのゲートにＰＷＭ（Pulse Wi-dth Modulation）
制御回路６からＰＷＭパルスが印加されて駆動され、ス
イッチング動作を行う。これにより、トランス４の２次
側出力が制御される。

【００２３】トランス４は、１次側をパワーＭＯＳＦＥ
Ｔ５によってスイッチングされることにより、２次側に
所定の出力電圧を発生し、その２次側出力は整流・平滑
回路７に供給され、直流に整流、平滑された後、スイッ
チ部８を介して、鉛電池などの２次電池９に供給され
る。

【００２４】２次電池９の負極側には充電電流検出抵抗
１０が介挿されており、この点の電位は出力電流信号と
して出力制御回路１１に入力される。また、スイッチ部
８の出力側（すなわち、図中にＡで示す点で２次電池９
の正極側）の電圧（以下、Ａ点電圧という）は出力電圧
信号として出力制御回路１１および電池電圧検出回路１
２に入力されている。

【００２５】電池電圧検出回路（電圧検出手段）１２は
２次電池９の正極側の電位を検出して充電終了の判断を
行い、充電制御回路１３を制御するもので、電池電圧検
出回路１２および充電制御回路１３の詳しい構成は、図
２に示す。

【００２６】充電制御回路（充電制御手段）１３は２次
電池９の充電状態に応じてスイッチ部（スイッチング手
段）８の作動を制御するもので、交流・直流変換器やデ
ジタル演算器を有し（図示略）、充電電流の遮断前にお
けるスイッチング部８近傍の電圧と、該遮断後における
スイッチング部８よりも２次電池９側の電圧との電位差
を、基準値と比較する比較手段を有している。そして、
この比較手段の比較結果によって充電の制御を行い、具
体的には、例えば２次電池１１の非装着時（非充電状
態）には充電のためのスイッチ部８をオフしたり、所定
周期のパルスでスイッチ部８をオン／オフして充電電流
を２次電池９に供給したりする。そして、充電制御回路
１３による充電状態の制御は表示部１４に表示される。

【００２７】出力制御回路（出力制御手段）１１は主に
エラーアンプなどによって構成され、整流、平滑された
２次側出力電圧および出力電流を基準値と比較し、その
エラー出力をフォトカプラ回路１５を経由してＰＷＭ制
御回路６に出力する。これにより、整流、平滑された２
次側出力情報がトランス４の１次側にフィードバックさ
れてＰＷＭ制御（電流フィードバック制御）され、前述
した図１７に示すような定電圧、定電流の充電出力特性
が得られる。

【００２８】このような充電出力特性によると、例えば
未充電状態の２次電池９を充電器に装着した状態は充電
出力特性で定電流領域の点ａであり、充電により電池端
子電圧が上昇すると、次いで、点ｂに移行し、次第に充
電電流が減少し、点ｃで満充電となる。

【００２９】図２は、電池電圧検出回路１２および充電
制御回路１３を含む回路部分の詳しい構成を示す図であ
り、本実施例の特徴部分である。この例はＣＰＵを用い
た例である。図２において、２次電池９の正極側のＡ点
電圧はＡ／Ｄコンバータ２１に入力されてＡ／Ｄ変換さ
れた後、ＣＰＵ（メモリを含むマイクロコンピュータに
相当）２２に出力される。ＣＰＵ２２はメモリ（図示
略）に格納されているプログラム（後述の図３参照）に
従って一定の周期又は任意の周期でスイッチ部８をオン
／オフ制御し、充電電流をオン／オフ遮断する。また、
ＣＰＵ２２による充電制御の内容は充電表示部２３によ
って外部に表示される。

【００３０】２次電池９は内部電圧がＶｃ、内部抵抗が
Ｒｂ、各端子の接触抵抗が何れもＲａで表される。ま
た、ＡＣコネクタ１からの交流電源を入力して整流・整
流し、トランス４の１次側でパワーＭＯＳＦＥＴ５によ
りスイッチングして２次側に充電出力を発生する一連の
部分は、説明の都合上、図２において充電器３０として
表されている。

【００３１】動作説明以上の構成において、２次電池９を装着してＡＣ入力を
供給すると、充電制御回路１３によりスイッチ部８がオ
ン／オフ制御されて充電電流が２次電池９に供給され、
充電が開始される。そして、充電の過程では２次側出力
電圧および出力電流が基準値と比較され、そのエラー出
力がフォトカプラ回路１５を経由してＰＷＭ制御回路６
に出力される。これにより、整流、平滑された２次側出
力情報がトランス４の１次側にフィードバックされて電
流フィードバック制御が行われ、定電圧、定電流の充電
特性のもとで２次電池９の充電が行われる。

【００３２】ここで、図３は急速充電を行う場合のＣＰ
Ｕ２２によって実行される充電制御のプログラムを示す
フローチャートである。充電がスタートすると、まずス
テップＳ１で急速充電をオン（開始）する。これは、充
電制御回路１３によりスイッチ部８をオン／オフ制御し
て充電電流が２次電池９に供給し、充電を開始すること
を意味する。

【００３３】次いで、ステップＳ２で充電時間をカウン
トするＣＣタイマをスタートさせる。これにより、充電
開始からの経過時間がカウントされる。次いで、ステッ
プＳ３でＣＣタイマが一定時間をカウントして終了（タ
イムアップ）したか否を判別し、終了していなければ、
このステップＳ３にとどまり、終了すると、ステップＳ
４に進む。

【００３４】ステップＳ４では充電電流遮断前の電圧Ｖ
ｏ₁を検出する。電圧Ｖｏ₁は図２に示すようにＡ点電圧
であり、充電出力電圧に相当する。次いで、ステップＳ
５で充電電流を遮断し、ステップＳ６で充電電流遮断後
の電圧Ｖｏ₂を検出する。電圧Ｖｏ₂は、充電電流を遮断
したときのＡ点電圧である。

【００３５】次いで、ステップＳ７で遮断前後の電圧差
ΔＶを次式に従って演算する。 ΔＶ＝Ｖｏ₁−Ｖｏ₂ ここで、前述した図１８に示す充電曲線の定電圧充電期
間で考えると、遮断前のＡ点電圧（充電中の電池端子電
圧）は電圧を一定に制御しているため、電流に関係な
く、一定の電圧値となっている。すなわち、一定の電圧
値＝基準電圧と考えられる。したがって、Ｖｏ₁＝Ｋ
（固定電圧値）と置くことができ、ΔＶ＝Ｋ−Ｖｏ₂と
変形できる。

【００３６】一方、遮断後の電圧Ｖｏ₂は電池開放電圧
を測定しているから、ΔＶを測定するということは、電
池開放電圧を測定していることになる。したがって、Ｖ
ｏ₂＝電池開放電圧＝Ｋ−ΔＶとして電池開放電圧を求
めることができる。

【００３７】図４は充電電流を周期的に遮断したときの
充電特性曲線である。また、図５は図４におけるＸ部を
拡大した曲線を示している。これらの図から明らかであ
るように、充電電流の遮断によって発生する電圧差ΔＶ
が電池電圧上昇に伴って減少していくことが分かる。し
たがって、電圧差ΔＶを算出し、その値から電池電圧を
推定することで、充電が終了したか否かを正確に判断可
能であることになる。

【００３８】そのため、再びプログラムに戻ると、ステ
ップＳ７で演算した電圧差ΔＶをステップＳ８である所
定の設定電圧値（データＶ）と比較し、電圧差ΔＶ＜デ
ータＶとなる所を検出する。電圧差ΔＶ＜データＶが成
立しないときは、充電終了の遮断状態を解除してステッ
プＳ１に戻って同様の処理を繰り返し、ある一定期間充
電を再開する。この期間はＣＰＵ２２のタイマ設定でカ
ウントし、タイマ終了で再度充電電流を遮断して前述し
た電圧差ΔＶの再測定を行う。

【００３９】そして、電圧差ΔＶ＜データＶが成立する
と、充電終了検出点又は満充電検出表示（例えば、充電
表示部２３によって外部に表示）として処理し、充電を
終了する。

【００４０】ここで、上記電圧差ΔＶの検出から電池開
放電圧を検出するという処理は、充電電流遮断前の電圧
Ｖｏ₁が一定の電圧となる定電圧充電期間で検出処理す
ることが条件となる。そこで、次に、電圧Ｖｏ₁が一定
とならない図４の定電流充電期間について考察する。

【００４１】図４に示すように、この定電流充電期間の
電圧差ΔＶは定電圧充電期間の充電終了検出点のΔＶに
比べ、非常に大きな電圧差となっている。これは、定電
流充電期間の充電電流値が充電終了検出時点の充電電流
と比べて大きいために、ΔＶ＝Ｉｂ・Ｒｂ（ただし、Ｉ
ｂ：充電電流、Ｒｂ：電池内部インピーダンスや接触抵
抗）なる式によって表される電圧降下が生じてしまうか
らである。

【００４２】したがって、ΔＶと比較する設定電圧値
（データＶ）を定電流充電期間で発生するΔＶの値より
も小さな電圧値として設定することにより、定電流充電
期間において上記同様に電圧差ΔＶ＜データＶの成立を
判別して充電終了検出を行っても誤動作を回避すること
ができる。

【００４３】次に、定電圧充電期間における充電電流遮
断前後の電圧差ΔＶが２次電池９の内部インピーダンス
や電池端子と充電器との接触抵抗などの影響を受けない
ことについて説明する。

【００４４】図２に示す２次電池９の内部インピーダン
スＲｂおよび電池端子と充電器との接触抵抗Ｒａを合成
し、合成抵抗Ｒｃとして考えると、Ｒｃ＝Ｒｂ＋２・Ｒａとなる。充電中の電池端子電圧Ｖｏ₁は次の式で表され
る。Ｖｏ₁＝ΔＶ＋Ｖｃ＝Ｉｂ・Ｒｃ＋Ｖｃ

【００４５】このときの電池端子電圧と電流の関係は図
６のように示される。充電中の電池端子電圧Ｖｏ₁は前
述したように、定電圧制御期間中であるため、充電電流
Ｉｂが変化しても一定に制御されている。したがって、
上式を変形すると、Ｖｃ＝Ｖｏ₁−ΔＶＶｃ＝Ｖｏ₁−Ｉｂ・ＲｃＶｃ＝Ｋ−ΔＶとなり、このときの検出点は図６のＳ₁点となる。

【００４６】同様に、ここで上記合成抵抗Ｒｃの値が大
きく変化（大きくなる：Ｒｃ’に変化）したときを考え
てみると、この場合もＶｃ’＝Ｖｏ₁−Ｉｂ・Ｒｃ’ Ｖｃ’＝Ｋ−ΔＶなる式が成立し、このときの検出点はＳ₂点となる。な
お、Ｖｃ’は合成抵抗Ｒｃの値が大きく変化したときの
電池内部電圧である。

【００４７】図６に示すように、充電電流Ｉｂの値が変
化するだけで、Ｖｃ＝Ｖｃ’という式が成立し、ΔＶは
等電圧で検出されていることがわかる。以上のことか
ら、充電器に接続される電池が変って内部インピーダン
スＲｂが変化しても、また、電池端子と充電器との接触
抵抗Ｒａが変化しても本実施例による電圧差ΔＶ検出方
式は、等電圧値で検出することができる。

【００４８】さらに、図１８に示すような充電特性とな
る２次電池の場合、電池開放電圧と充電量との関係は、
一般的に相関関係が成り立つため、一定の充電量で検出
することができ、充電終了や満充電表示が可能になる。

【００４９】このように、本実施例では内部インピーダ
ンスＲｂや電池端子と充電器との接触抵抗Ｒａが変化し
ても、充電電流遮断前後の電圧差ΔＶを測定し、これが
電池開放電圧を測定することになるため、一定の端子電
圧＝充電容量という関係を検出して充電を適切に終了さ
せることができ、充電終了の検出が容易で、充電終了の
検出精度を向上させることができる。その結果、充電の
操作が簡単で、しかも接触抵抗の違いがあっても充電の
終了した電池間で充電容量にばらつきが生じることがな
いという効果を得られる。

【００５０】また、充電電流遮断前の電圧は図１８の充
電曲線に示すように、定電圧充電期間において一定の電
圧値となり、この電圧と充電電流遮断後の電圧（すなわ
ち、電池開放電圧）との電圧差を検出しているので、こ
の電圧差が相対値比較であることから、絶対値電圧を検
出する際に必要な基準電圧を必要としない。

【００５１】さらに、本実施例の構成によると、電圧検
出回路を用いた場合の絶対値ばらつき調整（オペアンプ
のオフセット調整やＡ／Ｄコンバータの基準電圧調整な
ど）を必要としない。その結果、回路構成を簡素化で
き、スペースを小さくできるとともに、コスト低減を図
ることができる。

【００５２】なお、上記実施例ではマイクロプロセッサ
（ＣＰＵ）を使用して構成したが、電圧差ΔＶの検出に
はオペアンプ等を使用することも可能である。また、本
実施例による電圧差ΔＶ検出方式は、電池電圧を一定に
精度良く検出することができるため、電池開放電圧と充
電量とに相関関係がある場合、充電中の充電容量をも検
出することが可能になる。

【００５３】第２実施例次に、図７は本発明に係わる充電装置の第２実施例を示
すブロック図である。本実施例の説明に当り、前記第１
実施例と同一構成部分には同一番号を付して重複説明を
省略する。図７において、整流・平滑回路７とスイッチ
部８の間には逆流防止用のダイオード４１が介挿されて
いる。また、４２は選択スイッチであり、選択スイッチ
４２はダイオード４１のアノード側（入力側）の電圧
（以下、Ａ１点電圧という）と、スイッチ部８の出力側
の電圧（以下、Ａ２点電圧という）とを交互にピックア
ップして電圧検出回路１２へ選択出力するようになって
いる。上記選択スイッチ４２および電圧検出回路１２は
全体として電圧検出手段１００を構成する。なお、Ａ１
点電圧の測定点は、ダイオード４１のアノード側（入力
側）でなく、ダイオード４１のカソード側（出力側）に
あっても基本的に問題はないが、入力側にあった方がよ
り高精度にスイッチ部８の入力側電圧を検出できる。

【００５４】図８は、電池電圧検出回路１２および充電
制御回路１３を含む回路部分の詳しい構成を示す図であ
り、本実施例の特徴部分である。この例は同じくＣＰＵ
を用いた例である。図８において、スイッチ部８の入力
側の電圧（すなわち、Ａ１点電圧）と、スイッチ部８の
出力側の電圧（Ａ２点電圧）とは、選択スイッチ４２に
よって切り換えられて交互にＡ／Ｄコンバータ５１に入
力されてＡ／Ｄ変換された後、ＣＰＵ５２に出力され
る。ＣＰＵ５２はＡ１点電圧とＡ２点電圧の差に基づい
て充電制御を行う。

【００５５】また、ダイオード（逆流阻止手段）４１
は、例えばＶＴＲ（電子機器に相当）駆動用の電源供給
がある場合に、２次電池９からＶＴＲ（図示略）側へ電
流が流れ込まないようするために設けられている。な
お、このダイオード４１の１次側は電子機器駆動用の電
源端子となっている。

【００５６】動作説明以上の構成において、図９は急速充電を行う場合のＣＰ
Ｕ５２によって実行される充電制御のプログラムを示す
フローチャートである。このフローチャートの説明に当
り、前記第１実施例と同一処理を行うステップには同一
番号を付して重複説明を省略する。

【００５７】ステップＳ３までの処理は同様であり、次
いで、ステップＳ５で充電電流を遮断し、ステップＳ１
１で選択スイッチ４２（フローでは単に、ＳＷ２と表示
する）をスイッチ部８の入力側に切り換えるとともに、
ステップＳ１２でＡ１点電圧ＶＡ１を測定する。また、
ステップＳ１３では選択スイッチ４２（すなわち、ＳＷ
２）をスイッチ部８の出力側に切り換え、ステップＳ１
４でＡ２点電圧ＶＡ２を測定する。

【００５８】次いで、ステップＳ１５でスイッチ部８の
入力／出力側の電圧差ΔＶを次式に従って演算する。 ΔＶ＝ＶＡ１−ＶＡ２その後、ステップＳ８に進み、電圧差ΔＶを設定電圧値
（データＶ）と比較し、電圧差ΔＶ＜データＶとなる所
を検出する。電圧差ΔＶ＜データＶが成立しないとき
は、充電終了の遮断状態を解除してステップＳ１に戻っ
て同様の処理を繰り返し、ある一定期間充電を再開す
る。この期間はＣＰＵ５２のタイマ設定でカウントし、
タイマ終了で再度充電電流を遮断して前述した電圧差Δ
Ｖの再測定を行う。

【００５９】そして、電圧差ΔＶ＜データＶが成立する
と、充電終了検出点又は満充電検出表示（例えば、充電
表示部２３によって外部に表示）として処理し、充電を
終了する。

【００６０】ここで、充電電流遮断中のＡ１点電圧ＶＡ
１は充電装置の無負荷時出力端子電圧に相当する。図１
０に本実施例の出力特性を示す。この場合、電池から外
部負荷であるＶＴＲへの電流の逆流を防止するダイオー
ド４１があるため、充電電流に依存した電圧降下が発生
する。この電圧降下はダイオード４１の特性のばらつき
や温度特性により変化する。しかし、前述したように充
電電流遮断時のＡ１点電圧ＶＡ１は充電装置の無負荷時
出力電圧となるため、一定の電圧値（固定値）となる。
したがって、Ａ１点電圧ＶＡ１は固定電圧値＝Ｋとな
る。そのため、ΔＶ＝Ｋ−ＶＡ２と変形できる。

【００６１】一方、充電電流遮断中のＡ２点電圧ＶＡ２
は電池開放電圧を測定していることになるため、ＶＡ１
とＶＡ２の電位差ΔＶは結果的に電池開放電圧を測定し
ていることになり、ＶＡ２＝Ｖｃ＝電池開放電圧＝Ｋ−
ΔＶなる式で表される。

【００６２】なお、充電電流を周期的に遮断したときの
充電特性曲線は前述した図４に示すものと同様である。
また、図１１は図４におけるＸ部を拡大した曲線を示し
ている。なお、図１１においては説明の都合上、スイッ
チ部８をＳＷ１で図示し、選択スイッチ４２をＳＷ２で
図示している。これらの図から明らかであるように、充
電電流遮断中の電圧差ΔＶが電池電圧上昇に伴って減少
していくことが分かる。したがって、電圧差ΔＶを算出
し、その値から電池電圧を推定することで、充電が終了
したか否かを正確に判断可能であることになる。

【００６３】ここで、上記電圧差ΔＶの検出から電池開
放電圧を検出するという処理は、充電電流遮断時のＡ１
点電圧ＶＡ１が一定の電圧となることが条件となる。こ
の場合、Ａ１点電圧ＶＡ１は図４の定電流充電期間およ
び定電圧充電期間において、充電電流をスイッチ部８で
遮断しているため、充電装置の無負荷時出力電圧とな
る。したがって、定電流充電期間中の電池端子電圧変動
はスイッチ部８によって遮断することにより、無負荷時
電圧とすることができ、かつダイオード４１の電圧変動
のない安定した電圧源を供給することができる。

【００６４】次に、充電電流遮断時の遮断スイッチ（す
なわち、スイッチ部８）入力と、出力の電圧差ΔＶが２
次電池の内部インピーダンスや電池端子と充電装置との
接触抵抗などの影響を受けないことについて説明する。

【００６５】図８に示す２次電池９の内部インピーダン
スＲｂや電池端子と充電装置との接触抵抗Ｒａと、スイ
ッチ部８のオン抵抗Ｒｃおよびダイオード４１のオン抵
抗Ｒｄを合成し、合成抵抗をＲｔとして考えると、Ｒｔ＝２・Ｒａ＋Ｒｂ＋Ｒｃ＋Ｒｄとなる。充電中の電池端子電圧ＶＡ１は次の式で表され
る。ＶＡ１＝ΔＶ＋Ｖｂ＝Ｉｂ・Ｒｔ＋ＶｃＶｃ＝ＶＡ１−Ｉｂ・Ｒｔ

【００６６】このときの電池端子電圧と電流の関係は図
１２のように示される。充電中の電池端子電圧ＶＡ１は
前述したように、充電装置の無負荷時出力電圧であるた
め、充電電流Ｉｂが変化しても一定に制御されている。
したがって、上式を変形すると、Ｖｃ＝ＶＡ１−ΔＶＶｃ＝Ｋ−ΔＶとなり、このときの検出点は図１２のＳ₁点となる。

【００６７】同様に、ここで上記合成抵抗Ｒｔの値が大
きく変化（大きくなる：Ｒｔ’に変化）したときを考え
てみると、この場合もＶｃ’＝ＶＡ１−Ｉｂ・Ｒｔ’ Ｖｃ’＝Ｋ−ΔＶなる式が成立し、このときの検出点はＳ₂点となる。な
お、Ｖｃ’は合成抵抗Ｒｔの値が大きく変化したときの
電池内部電圧である。

【００６８】図１２に示すように、充電電流Ｉｂの値が
変化するだけで、Ｖｃ＝Ｖｃ’という式が成立し、ΔＶ
は等電圧で検出されていることがわかる。以上のことか
ら、充電器に接続される電池が変って内部インピーダン
スＲｂが変化しても、また、電池端子と充電器との接触
抵抗Ｒａ、電流遮断のためのスイッチ部８のオン抵抗Ｒ
ｃ、ダイオード４１のオン電圧のばらつき等が変化して
も、本実施例による電圧差ΔＶ検出方式は、電池の開放
等電圧値で検出することができる。

【００６９】さらに、図１８に示すような充電特性とな
る２次電池の場合、電池開放電圧と充電量との関係は、
一般的に相関関係が成り立つため、一定の充電量で検出
することができ、充電終了や満充電表示が可能になる。

【００７０】このように、第２実施例では内部インピー
ダンスＲｂや電池端子と充電器との接触抵抗Ｒａ、電流
遮断のためのスイッチ部８のオン抵抗Ｒｃ、ダイオード
４１のオン電圧等がばらついたとしても、充電電流遮断
時におけるスイッチ部８の入力と出力側の電圧差ΔＶを
測定し得るため、上記各要素に影響しない電圧差＝電池
開放電圧を検出することができる。

【００７１】また、充電電流遮断時におけるスイッチ部
８の入力側電圧は充電器の無負荷時出力電圧となるた
め、負荷電流によって出力電圧が変動するような充電器
特性であっても、一定の基準電圧とすることができる。
したがって、充電終了の検出が容易で、充電終了の検出
精度を向上させることができる。その結果、充電の操作
が簡単で、しかも接触抵抗等の違いがあっても充電の終
了した電池間で充電容量にばらつきが生じることがない
という効果を得られる。

【００７２】さらに、この基準電圧に対していくら電圧
差があるかを検出しているため、これは結果的に相対値
比較を行っていることになる。したがって、絶対値電圧
測定で必要なさらなる基準電圧源を必要としない。例え
ば、オペアンプのオフセット調整やＡ／Ｄコンバータの
基準電圧調整などを必要としない。その結果、回路構成
を簡素化でき、スペースを小さくできるとともに、コス
ト低減を図ることができる。

【００７３】第３実施例次に、図１３は本発明に係わる充電装置の第３実施例を
示すブロック図である。本実施例の説明に当り、前記第
１実施例と同一構成部分には同一番号を付して重複説明
を省略する。図１３において、６１は選択スイッチであ
り、選択スイッチ６１はスイッチ部８の入力側の電圧
（以下、Ａ１点電圧という）と、スイッチ部８の出力側
の電圧（以下、Ａ２点電圧という）とを交互にピックア
ップして電圧検出回路１２へ選択出力するようになって
いる。上記選択スイッチ６１および電圧検出回路１２は
全体として電圧検出手段１０１を構成する。

【００７４】図１４は、電池電圧検出回路１２および充
電制御回路１３を含む回路部分の詳しい構成を示す図で
あり、本実施例の特徴部分である。この例は同じくＣＰ
Ｕを用いた例である。図１４において、スイッチ部８の
入力側の電圧（Ａ１点電圧）と、スイッチ部８の出力側
の電圧（Ａ２点電圧）とは、選択スイッチ６１によって
切り換えられて交互にＡ／Ｄコンバータ６２に入力され
てＡ／Ｄ変換された後、ＣＰＵ６３に出力される。ＣＰ
Ｕ６２はＡ１点電圧とＡ２点電圧の差に基づいて充電制
御を行う。なお、前記第２実施例と異なり、逆流防止用
のダイオードは設けられていない。、

【００７５】動作説明以上の構成において、図１５は急速充電を行う場合のＣ
ＰＵ６２によって実行される充電制御のプログラムを示
すフローチャートである。このフローチャートの説明に
当り、前記第１実施例と同一処理を行うステップには同
一番号を付して重複説明を省略する。

【００７６】ステップＳ３までの処理は同様であり、次
いで、ステップＳ２１で選択スイッチ６１をスイッチ部
８の入力側に切り換えてＡ１点電圧Ｖａ１を測定する。
その後、ステップＳ２２で急速充電をオフする。次い
で、ステップＳ２３で選択スイッチ６１をスイッチ部８
の出力側に切り換えてＡ２点電圧Ｖａ２を測定する。

【００７７】次いで、ステップＳ２４でスイッチ部８の
入力／出力側の電圧差ΔＶを次式に従って演算する。 ΔＶ＝Ｖａ１−Ｖａ２その後、ステップＳ８に進み、電圧差ΔＶを設定電圧値
（データＶ）と比較し、電圧差ΔＶ＜データＶとなる所
を検出する。電圧差ΔＶ＜データＶが成立しないとき
は、充電終了の遮断状態を解除してステップＳ１に戻っ
て同様の処理を繰り返し、ある一定期間充電を再開す
る。この期間はＣＰＵ６３のタイマ設定でカウントし、
タイマ終了で再度充電電流を遮断して前述した電圧差Δ
Ｖの再測定を行う。

【００７８】そして、電圧差ΔＶ＜データＶが成立する
と、充電終了検出点又は満充電検出表示（例えば、充電
表示部２３によって外部に表示）として処理し、充電を
終了する。

【００７９】ここで、前述した図１８に示す充電曲線の
定電圧充電期間で考えると、遮断前のＡ１点電圧（充電
中の電池端子電圧）は充電器３０の出力制御回路１１に
より一定の電圧に制御している。すなわち、一定の電圧
値＝基準電圧とみなすことができる。したがって、遮断
前のＡ１点電圧の測定値Ｖａ１は固定電圧値となり、Ｖ
ａ１＝Ｋ（固定電圧値）と置くことができ、ΔＶ＝Ｋ−
Ｖａ２と変形できる。

【００８０】一方、充電電圧遮断中のＡ２点電圧Ｖａ２
は電池開放電圧を測定していることになるため、Ｖａ１
とＶａ２の電圧差ΔＶは結果的に電池開放電圧を測定し
ていくことになる。したがって、Ｖａ２＝Ｖｃ＝電池開
放電圧＝Ｋ−ΔＶとして電池開放電圧を求めることがで
きる。

【００８１】充電電流を周期的に遮断したときの充電特
性曲線は前述した図４と同様である。また、図４のＸ部
を拡大した曲線も図５に示すものと同様である。これら
の図から明らかであるように、充電電流遮断中の電圧差
ΔＶが電池電圧上昇に伴って減少していくことが分か
る。したがって、この電圧差ΔＶを算出し、その値から
電池電圧を推定することで、充電が終了したか否かを正
確に判断可能であることになる。

【００８２】ここで、上記電圧差ΔＶの検出から電池開
放電圧を検出するという処理は、充電電流遮断前のＡ１
点電圧の測定値Ｖａ１が一定の電圧となる定電圧充電期
間で検出処理することが条件となる。そこで、次に、電
圧Ｖａ１が一定とならない図４の定電流充電期間につい
て考察する。

【００８３】図４に示すように、この定電流充電期間の
電圧差ΔＶは定電圧充電期間の充電終了検出点のΔＶに
比べ、非常に大きな電圧差となっている。これは、定電
流充電期間の充電電流値が充電終了検出時点の充電電流
と比べて大きいために、ΔＶ＝Ｉｂ・Ｒｂ（ただし、Ｉ
ｂ：充電電流、Ｒｂ：電池内部インピーダンスや接触抵
抗）なる式によって表される電圧降下が生じてしまうか
らである。

【００８４】したがって、ΔＶと比較する設定電圧値
（データＶ）を定電流充電期間で発生するΔＶの値より
も小さな電圧値として設定することにより、この第３実
施例でも定電流充電期間において上記同様に電圧差ΔＶ
＜データＶの成立を判別して充電終了検出を行っても誤
動作を回避することができる。

【００８５】次に、定電圧充電期間における充電電流遮
断前後の電圧差ΔＶが２次電池９の内部インピーダンス
や電池端子と充電器との接触抵抗、選択スイッチ６１の
オン抵抗などの影響を受けないことについて説明する。

【００８６】図１４に示す２次電池９の内部インピーダ
ンスＲｂや電池端子と充電器との接触抵抗Ｒａおよびス
イッチ部８のオン抵抗Ｒｃを合成し、合成抵抗をＲｔと
して考えると、Ｒｔ＝Ｒｂ＋２・Ｒａ＋Ｒｃとなる。充電中の電池端子電圧Ｖａ１は次の式で表され
る。Ｖａ１＝ΔＶ＋Ｖｂ＝Ｉｂ・Ｒｔ＋ＶｃＶｃ＝Ｖａ１−Ｉｂ・Ｒｔ

【００８７】このときの電池端子電圧と電流の関係は図
１６のように示される。充電電流遮断前のＡ１点電圧の
測定値Ｖａ１は前述したように、充電器出力制御電圧で
あるため、充電電流Ｉｂが変化しても一定に制御されて
いる。したがって、上式を変形すると、Ｖｃ＝Ｖａ１−ΔＶＶｃ＝Ｖａ１−Ｉｂ・ＲｔＶｃ＝Ｋ−ΔＶとなり、このときの検出点は図１６のＳ₁点となる。

【００８８】同様に、ここで上記合成抵抗Ｒｔの値が大
きく変化（大きくなる：Ｒｔ’に変化）したときを考え
てみると、この場合もＶｃ’＝Ｖａ１−Ｉｂ・Ｒｔ’ Ｖｃ’＝Ｋ−ΔＶなる式が成立し、このときの検出点はＳ₂点となる。な
お、Ｖｃ’は合成抵抗Ｒｔの値が大きく変化したときの
電池内部電圧である。

【００８９】図１６に示すように、充電電流Ｉｂの値が
変化するだけで、Ｖｃ＝Ｖｃ’という式が成立し、ΔＶ
は等電圧で検出されていることがわかる。以上のことか
ら、充電器に接続される電池が変って内部インピーダン
スＲｂが変化しても、また、電池端子と充電器との接触
抵抗Ｒａが変化しても本実施例による電圧差ΔＶ検出方
式は、等電圧値で検出することができる。

【００９０】さらに、図１８に示すような充電特性とな
る２次電池の場合、電池開放電圧と充電量との関係は、
一般的に相関関係が成り立つため、一定の充電量で検出
することができ、充電終了や満充電表示が可能になる。

【００９１】このように、第３実施例では内部インピー
ダンスＲｂや電池端子と充電器との接触抵抗Ｒａ、電流
遮断のためのスイッチ部８のオン抵抗Ｒｃ等がばらつい
たとしても、充電電流遮断前におけるスイッチ部８の入
力と、充電電流遮断後におけるスイッチ部８の出力側と
の電圧差ΔＶを測定しているため、上記各要素に影響し
ない電圧差＝電池開放電圧を検出することができる。

【００９２】したがって、充電終了の検出が容易で、充
電終了の検出精度を向上させることができる。その結
果、充電の操作が簡単で、しかも接触抵抗等の違いがあ
っても充電の終了した電池間で充電容量にばらつきが生
じることがないという効果を得られる。

【００９３】また、前述した図１８に示すような充電特
性となる２次電池は、一般的に端子電流と充電容量に相
関関係が成り立つため、前記電圧差を任意に設定するこ
とで、充電中の充電量をも検出することができる。

【００９４】なお、充電電流遮断前の電圧は、図１８の
充電曲線に示すように、定電圧充電期間において一定の
電圧値となる。この電圧と充電電流遮断後の電圧（電池
開放電圧）との電圧差を検出するということは、結果的
に相対値比較を行っていることになる。したがって、絶
対値電圧測定で必要なさらなる基準電圧源を必要としな
い。例えば、オペアンプのオフセット調整やＡ／Ｄコン
バータの基準電圧調整などを必要としない。その結果、
回路構成を簡素化でき、スペースを小さくできるととも
に、コスト低減を図ることができる。

【００９５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
充電電流の遮断前におけるスイッチング手段近傍の電圧
と、遮断後におけるスイッチング手段よりも２次電池側
の電圧とを検出し、この電圧差がある設定電圧以下とな
る状態を検出することにより、満充電状態を判断して充
電を終了しているので、定電圧充電期間において電池電
圧が充電装置の出力設定電圧に近づくに従って充電電流
が減少し、上記電圧差も減少するという現象から、上記
電圧差を検出することにより、一定の端子電圧＝充電容
量という関係を検出して充電を適切に終了させることが
できる。

【００９６】したがって、充電終了の検出を容易に行う
ことができ、充電終了の検出精度を向上させることがで
きる。また、充電の操作が簡単で、しかも接触抵抗の違
いがあっても充電の終了した電池間で充電容量にばらつ
きが生じないという効果が得られる。

【００９７】さらに、電圧差の検出は相対値比較であ
り、絶対値電圧を検出する際に必要な基準電圧を必要と
せず、電圧検出回路を用いた場合の絶対値ばらつき調整
（オペアンプのオフセット調整やＡ／Ｄコンバータの基
準電圧調整など）を要しない。その結果、回路構成を簡
素化でき、スペースを小さくできるとともに、コストを
低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る充電装置の第１実施例のブロック
図である。

【図２】同実施例における電池電圧検出回路および充電
制御回路を含む回路部分の詳しい構成を示す図である。

【図３】同実施例の充電制御のプログラムを示すフロー
チャートである。

【図４】同実施例における充電特性を示す図である。

【図５】同実施例における図４のＸ部を拡大した曲線を
示す図である。

【図６】同実施例における電池端子電圧と電流の関係を
示す図である。

【図７】本発明に係る充電装置の第２実施例のブロック
図である。

【図８】同実施例における電池電圧検出回路および充電
制御回路を含む回路部分の詳しい構成を示す図である。

【図９】同実施例の充電制御のプログラムを示すフロー
チャートである。

【図１０】同実施例における充電出力特性を示す図であ
る。

【図１１】同実施例における充電特性を拡大した曲線を
示す図である。

【図１２】同実施例における電池端子電圧と電流の関係
を示す図である。

【図１３】本発明に係る充電装置の第３実施例のブロッ
ク図である。

【図１４】同実施例における電池電圧検出回路および充
電制御回路を含む回路部分の詳しい構成を示す図であ
る。

【図１５】同実施例の充電制御のプログラムを示すフロ
ーチャートである。

【図１６】同実施例における電池端子電圧と電流の関係
を示す図である。

【図１７】従来の充電装置の充電特性を示す図である。

【図１８】従来の充電装置の充電モードを説明する図で
ある。

【図１９】従来の充電装置の充電方式を説明する図であ
る。

【符号の説明】

２入力フィルタ３、７整流・平滑回路４トランス５パワーＭＯＳＦＥＴ６ＰＷＭ制御回路８スイッチ部（スイッチング手段）９２次電池１１出力制御回路（出力制御手段）１２電池電圧検出回路（電圧検出手段）１３充電制御回路（充電制御手段）１４表示部１５フォトカプラ回路２１、５１、６２Ａ／Ｄコンバータ２２、５２、６３ＣＰＵ２３充電表示部３０充電器４１ダイオード（逆流阻止手段）４２、６１選択スイッチ１００、１０１電圧検出手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２次電池を装着し、出力制御手段によっ
て所定電圧以下の充電を定電流で行い、該所定電圧を超
える充電を定電圧で行うように制御し、スイッチング手段により２次電池への充電電流を所定周
期で遮断するとともに、充電制御手段により該スイッチング手段の作動を制御し
て充電の制御を行う充電制御手段を有する充電装置にお
いて、充電電流の遮断前における前記スイッチング手段近傍の
電圧と、該遮断後における前記スイッチング手段よりも
２次電池側の電圧とを検出する電圧検出手段を設け、前記充電制御手段は、該電圧検出手段の出力に基づいて
前記スイッチング手段の作動を制御するようにしたこと
を特徴とする充電装置。
【請求項２】前記充電制御手段は、充電電流の遮断前
における前記スイッチング手段近傍の電圧と、該遮断後
における前記スイッチング手段よりも２次電池側の電圧
との電位差を、基準値と比較する比較手段を有し、該比較手段の比較結果によって充電の制御を行うことを
特徴とする請求項１記載の充電装置。
【請求項３】前記充電制御手段は、交流・直流変換器
およびデジタル演算器を有することを特徴とする請求項
１記載の充電装置。
【請求項４】前記電圧検出手段は、選択スイッチ手段
および電圧検出回路を有し、該選択スイッチ手段は、電圧検出回路の入力側を、前記
スイッチング手段より充電電流供給側と、２次電池側と
に選択的に接続し、充電電流の遮断前に、前記電圧検出回路の入力側を前記
スイッチング手段よりも充電電流供給側に接続して検出
処理を行うことを特徴とする請求項１記載の充電装置。
【請求項５】前記スイッチング手段より充電電流供給
側に、電子機器駆動用の電源端子を有することを特徴と
する請求項４記載の充電装置。
【請求項６】前記電子機器駆動用の電源端子が接続さ
れる前記充電電流供給路の接続点と、前記スイッチング
手段との間に、逆流阻止手段を設け、前記２次電池側から前記電子機器側へ電流が流れないよ
うに構成したことを特徴とする請求項５記載の充電装
置。