JPH0667126B2 - 二次電池充電制御回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、二次電池の充電に用いられる二次電池充電制
御回路に関するものである。

従来の技術 近年、ポータブルビデオやハンドヘルドコンピュータ用
電源として、密閉形ニッケルカドミウム電池（以下ニカ
ド電池という）や密閉形鉛蓄電池等の二次電池が多く使
用されている。これらの二次電池の充電の終了を検出す
る回路として、充電々圧の上限を検出する方法や充電々
圧のピークを検出する方法が代表例として上げられる。

以下図面を参照しながら上述したような従来の充電々圧
のピークを検出することにより、二次電池の充電の終了
を検出する充電制御回路について説明する。

第３図は従来の充電の完了を検知する回路として、第４
図に示す電池充電々圧特性のうちピーク点Ｐを検出する
回路を具備し、充電の完了を検知する回路により検出が
不可能な場合に電池を保護する為に充電時間を制限する
充電時間制限タイマを具備する充電制御回路である。

第３図において、１は電源トランス、２は整流スタッ
ク、３は平滑コンデンサで、これら1,2,3により充電用
電源部を構成している。4,5はスイッチの役割を果すト
ランジスタ、6,7,8は抵抗,9は電圧比較を行なう演算増
幅器、10は抵抗、11はダイオード、12はコンデンサで、
電池の充電々圧特性のピーク点を記憶する回路である。
13はダイオード、14,15はコンデンサおよび抵抗で充電
時間制限タイマ16の時限を決定する回路である。17はコ
ンデンサ12の電荷を放電するスイッチ、18は充電される
二次電池である。

以上第３図のように構成された充電の完了を検知する回
路として電池の充電々圧特性のピーク点を検出する回路
を具備し、充電の完了を検知する回路により検出が不可
能な場合に電池を保護する為に充電時間を制限する充電
時間制限タイマを具備する充電制御回路について以下そ
の動作について説明する。

まず、放電済みの二次電池18を第３図に示すように接続
し、スイッチ17によりコンデンサ12の電荷を放電後スイ
ッチ17を開き、トランス１の１次側を交流電源に接続す
る。電池18の電荷は、抵抗10,ダイオード11を通じてコ
ンデンサ12を充電する。この場合演算増幅器９は非反転
入力の方が反転入力に比較してダイオード11の順方向電
圧分だけ高くバイアスされるため、出力はハイレベル
“H"を出力する。電源投入時は、充電時間制限タイマ16
の出力はハイレベル“H"となり、ダイオード13は逆バイ
アス状態にある。従って、演算増幅器９は抵抗8,7を通
じてトランジンスタ５をバイアスし、トランジスタ５お
よび抵抗６を介してそれに接続されたトランジスタ４も
バイアスし、ON状態とする。ON状態となったトランジス
タ４は、トランス１および整流スタック２および平滑コ
ンデンサ３で構成された直流電源部と電池18を接続し、
充電を行なう。

充電中の電池電圧は第４図に示す様にピーク点Ｐまでは
上昇し続け、その後は降下する。コンデンサ12の電圧は
電池電圧に追従して上昇し続け、やがてピーク点Ｐに達
し、その値を保持する。電池電圧が上昇している期間は
抵抗10,ダイオード11を通じてコンデンサ12を充電して
いるのでダイオード11は順方向にバイアスされ、演算増
幅器９も非反転入力側の方が反転入力側より高くバイア
スされ、出力はハイレベル“H"を出力している。やが
て、充電が完了に近づき電池電圧がピーク点Ｐより降下
を始めると、コンデンサ12の電圧の方が電池18の電圧よ
り高くなり、コンデンサ12の電荷はダイオード11を逆バ
イアスする。従って、演算増幅器９は反転入力の方が非
反転入力よりも高電位にバイアスされ、出力はローレベ
ル“L"を出力し、トランジスタ５および４はバイアスさ
れなくなってOFF状態となり、充電を終了する。

また、充電を行なう雰囲気温度が高くなると、電池の充
電々圧特性のピーク点Ｐがはっきりと現れなくなり、電
池の充電々圧特性のピークを検出する事により充電の完
了を検知する回路では検知が不可能となる。その際に、
通常の雰囲気状態にて上記検知手段を用いて充電した場
合に要する時間より少し長い時間に設定した充電時間制
限タイマ16にて充電を制御する、以下その際の動作につ
いて説明する。

充電をスタートさせるまでは、前述した通常の状態での
充電と同一である。しかし、高温下では、演算増幅器９
および、抵抗10,ダイオード11,コンデンサ12により構成
された、電池の充電々圧特性のピーク点を検出し、充電
完了を検知する回路では検出が不可能となり、演算増幅
器９の出力は、電池の充電が完了してもハイレベル“H"
の状態のままとなる。ところが、やがて充電時間制限タ
イマが働き、充電時間制限タイマの出力はローレベル
“L"となり、演算増幅器９の出力電流を抵抗8,ダイオー
ド13を通じて全て引き込んで、トランジスタ５にバイア
スを与えなくする。従って、トランジスタ５および４は
OFF状態となり充電を終了する。

以上のように、充電の完了を検知する回路として電池の
充電々圧特性のピーク点を検出する回路を具備し、充電
の完了を検知する回路により検出が不可能な場合に電池
を保護する為に充電時間を制限する充電時間制限タイマ
を具備する充電制御回路は動作する。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のような構成では、充電制限時間が固
定されているので、完全に充電した電池を接続した場合
はすぐに充電完了を検知する回路により検出され一度充
電は終了する。しかし、充電終了後の電池の雰囲気温度
の変化や充電の完了を検知する回路の特性により、充電
が再びスタートするという欠点を有していた。この現象
は充電時間制限タイマ16によって制限されるまで繰り返
し発生する。

これらの主な原因はコンデンサ12の漏れ電流である。電
池のピーク電圧検出後は、ダイオード11を逆バイアスし
て演算増幅器９の出力をローレベル“L"とするが、その
後長時間放置するとコンデンサ12の電圧は自己の漏れ電
流により電圧が下がり、やがて電池18の電圧よりも降下
するとダイオード11を順バイアスして、演算増幅器９の
出力を再びハイレベル“H"として充電状態とする事にあ
る。

特に、上記現象は、異なる容量の電池を１台の充電器で
行なう場合、充電制限時間は最も容量の大きい電池に合
わせて決定されるため、小容量の電池を充電した場合に
多く発生している。

本発明は上記欠点に鑑み、充電完了後は再び充電がスタ
ートしないように充電再突入防止手段を具備する充電制
御回路を提供するものである。

問題点を解決するための手段 この目的を達成するために本発明の充電制御回路は、充
電の完了を検知する回路と、充電時間を制限する充電時
間制限タイマと、タイマ時間を切換える時限定数変更回
路とから構成したものである。

作用 この構成によって、充電の完了を検出する回路によって
電池の充電の完了を検出した後は、大電流による充電を
終了するとともに、時限定数変更回路にて時限定数を切
換えて充電時間を制限するタイマの制限時間を短縮して
急速に充電時間タイマからも充電の完了の信号させ、充
電終了後の電池の電圧変化や充電の完了を検出する回路
の保持時間の限界等の理由から充電の完了を検出する回
路から再び充電を指示する信号が出力されても充電時間
制限タイマからの充電完了の信号により再び大電流によ
る充電に突入する事を防止する機能を有することとな
る。

実施例 以下本発明の一実施例について、図面を参照しながら説
明する。第１図は、充電の完了を検出する回路として電
池の充電々圧のピークを検出する事により充電の完了を
検知する回路を具備した充電制御回路の構成を示すもの
である。第１図において１〜18は従来例と同じ要素であ
る。19は抵抗で時限定数変更回路の時限定数を変更する
ためのものである。20はトランジスタで、時限定数変更
回路の抵抗定数を抵抗19を接続したり遮断したりして時
限定数を切り換えるスイッチの役割をする。

以上のように構成された充電制御回路について、以下そ
の動作を説明する。

まず、放電済みの二次電池18を第１図に示すように接続
し、スイッチ17によりコンデンサ12の電荷を放電後スイ
ッチ17を開き、トランス１の１次側に交流電源を接続す
る。この場合演算増幅器９は非反転入力の方が反転入力
に比較してダイオード11の順方向電圧分だけ高くバイア
スされる為、出力はハイレベル“H"を出力する電源投入
時は、充電時間制限タイマ16の出力はハイレベル“H"と
なり、ダイオード13は逆バイアス状態にある。従って、
演算増幅器９は抵抗8,7を通じてトランジスタ５をバイ
アスし、トランジスタ５および抵抗６を介してそれに接
続されたトランジスタ４もバイアスし、ON状態とする。
ON状態となったトランジスタ４は、トランス１および整
流スタック２および平滑コンデンサ３で構成された直流
電源部と電池18を接続し充電を行なう。

充電中の電池電圧は第４図にピーク点Ｐまでは上昇し続
け、その後は降下する。コンデンサ12の電圧は電池電圧
に追従して上昇し続け、やがてピーク点Ｐに達しその値
を保持する。電池電圧が上昇している期間は抵抗10,ダ
イオード11を通じてコンデンサ12を充電しているのでダ
イオード11は順方向にバイアスされ、演算増幅器９も非
反転入力側の方が反転入力より高くバイアスされ出力は
ハイレベル“H"を出力している。やがて、充電が完了に
近づき電池電圧がピーク点Ｐより降下を始めると、コン
デンサ12の電圧の方が電池電圧より高くなりコンデンサ
12の電荷はダイオード11を逆バイアスする。従って、演
算増幅器９は反転入力の方が非反転入力より高くバイア
スされ出力はローレベル“L"を出力し、トランジスタ５
および４はバイアスされなくなりOFF状態となり充電を
終了する。同時に、演算増幅器９の出力がローレベル
“L"になると、抵抗21を通じてトランジスタ20をON状態
とする。すると抵抗15と抵抗19の合成抵抗は、抵抗15だ
けの場合より非常に小さく、コンデンサ14と抵抗15,19
の合成抵抗によって決定される時限定数は極めて小さ
く、充電時間制限タイマは数秒から数分で制限時間とな
りローレベル“L"を出力する。その後、この状態にて長
時間放置すると、コンデンサ12の電荷が自己の漏れ電流
により放電し、電池電圧以下に低下し、ダイオード11を
順バイアスし、演算増幅器９はハイレベル“H"を出力す
る。しかし、充電時間制限タイマ16はローレベル“L"を
出力している為、演算増幅器９の出力電流はすべてダイ
オード13を通じて充電時間制限タイマ16に吸込まれ、ト
ランジスタ５および４をドライブ出来ない状態に保持
し、再び充電状態に突入する事を防止する。

以上のように本実施例によれば、充電の完了を検出する
回路と充電時間を制限する充電時間制限タイマと、タイ
マ時間を切換える時限定数変更回路を備え、充電の完了
を検出する回路により電池の充電の完了を検出した後
は、充電を終了するとともに、時限定数変更回路にて時
限定数を切換えて充電時間を制限するタイマの制限時間
を短縮して急速に充電時間制限タイマからも充電の完了
の信号を出力させ、充電終了後の電池の電圧変化や充電
の完了を検出する回路の保持時間の限界等の理由から充
電の完了を検出する回路から再び充電を指示する信号が
出力されても充電時間制限タイマからの充電完了の信号
により再び充電に突入する事を防止する機能を具備する
ことができる。

以下本発明の第２の実施例について第２図を参照しなが
ら説明する。構成要素は第１図の構成と同様なものであ
る。第１図の構成要素と異なるのは、電池の充電の完了
を検出回路から出力と、充電時間制限タイマの両方の出
力により、スイッチトランジスタ4,5を制御したものに
対し、スイッチトランジスタ4,5は、充電時間制限タイ
マの出力のみで制御し、電池の充電の完了を検出する回
路は、タイマ時間の切換えを行なう時限定数変更回路の
みの制御を行なう点である。

上記のように構成された充電制御回路について、以下そ
の動作を説明する。

まず、放電済みの二次電池18を第２図に示すように接続
し、スイッチ17によりコンデンサ12の電荷を放電後スイ
ッチ17を開き、トランス１の１次側を交流電源に接続す
る。電源を接続するとトランス１および整流スタック２
および平滑コンデンサ３によって構成された直流電源部
から充電時間制限タイマ16に電荷が与えられ動作を開始
する。その場合充電時間制限タイマ16の出力はハイレベ
ル“H"を出力し、スイッチトランジスタ５および４はON
状態となり、直流電源部と電池18を接続し充電状態とな
る。また、コンデンサ12は、抵抗10およびダイオード11
を通じて充電される為、ダイオード11は順方向にバイア
スされている。従って、演算増幅器９は、非反転入力の
方が反転入力に比べダイオード11の順方向電圧分だけ高
くバイアスされハイレベル“H"を出力している。従っ
て、抵抗21を介して接続されたトランジスタ20は逆バイ
アスされOFF状態である。従って、時限定数変更回路
は、コンデンサ14および抵抗15のみによって時限定数が
決定されており、充電時間制限タイマ16はこの定数によ
ってゆっくりと動作している。このまま充電が継続して
充電の制限時間が来ると充電時間制限タイマの出力はロ
ーレベル“L"を出力し、スイッチトランジスタ4,5をOFF
として充電を終了する。ところが、一般の場合充電が継
続すると、充電中の電池電圧は第４図に示す様にピーク
点Ｐまで上昇し続けその後は降下する。コンデンサ12の
電圧は電池電圧に追従して上昇し続け、やがてピーク点
Ｐに達し、その値を保持する。電池電圧が上昇している
期間は抵抗10,ダイオード11を通じてコンデンサ12を充
電しているのでダイオード11は順方向にバイアスされ、
演算増幅器９はハイレベル“H"を出力している。やが
て、充電が完了に近づき電池電圧がピーク点Ｐより降下
を始めると、コンデンサ12の電圧の方が電池18の電圧よ
り高くなりコンデンサ12の電荷はダイオード11を逆バイ
アスする。従って、演算増幅器９は反転入力の方が非反
転入力より高電位にバイアスされ、出力はローレベル
“L"を出力する。従って、抵抗21を介して接続された時
限定数変更回路のトランジスタ20はON状態となり、時限
定数の抵抗15と並列に抵抗19を接続し、コンデンサ14
と、抵抗15により決定される時限定数より極度に小さい
時限定数とする。従って充電時間制限タイマ16の制限時
間が極度に短縮され、充電時間制限タイマ16は数秒から
数分以内でローレベル“L"を出力し、スイッチトランジ
スタ4,5をOFF状態として充電を終了する。

また、この状態で長時間放置し、コンデンサ12の電荷が
自己放電し電池18の電圧よりも降下して再びダイオード
11を順方向にバイアスし、演算増幅器９がハイレベル
“H"を出力しても、充電時間制限タイマ16はローレベル
“L"を保持している為、再び充電に突入することを防止
する機能を有することができる。

以上、充電の完了を検出する回路と充電時間を制限する
充電時間制限タイマ16と、タイマ時間を切換える時限定
数変更回路を備え、充電の完了を検出する回路により電
池の充電の完了した後は、時限定数変更回路にて時限定
数を切換えて充電時間を制限するタイマの制限時間を短
縮して急速に充電時間制限タイマから充電の完了の信号
を出力させ、充電を終了させると共に、充電終了後の電
池の電圧変化や充電の完了を検出する回路の保持時間の
限界等の理由から充電の完了を検出する回路から再び充
電を指示する信号が出力されても、充電時間制限タイマ
により充電完了の信号が保持されている為、再び充電に
突入する事を防止する機能を具備することができる。

発明の効果 以上のように本発明は、充電の完了を検出する回路と充
電時間を制限する充電時間制限タイマと、タイマ時間を
切換える時限定数変更回路を設けることにより、充電終
了後再び充電の完了を検出する回路が再び充電を指示す
る信号を出力しても、再び充電に突入する事を防止する
機能を具備する事が可能となり、その実用効果は大なる
ものがある。

尚、本実施例において、充電の完了を検出する回路とし
て、電池の充電電圧特性のピークを検出する回路につい
て述べたが、電池の上限電圧を検出する回路や、温度の
上限を検知する回路等、充電の完了を検出する回路とし
ては何でも使用出来る事はいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の二次電池充電制御回路の一実施例を示
す回路図、第２図は他の例を示す回路図、第３図は従来
例を示す回路図、第４図は二次電池の充電電圧特性図で
ある。 16……充電時間制限タイマ、18……電池。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】充電の完了を検出する回路と、充電時間を
   制限する充電時間制限タイマと、タイマ時間を切換える
   時限定数変更回路を備え、充電の完了を検出する回路に
   より電池の充電完了を検出した後は、充電を終了すると
   共に、時限定数変更回路にて時限定数を切換えて充電時
   間を制限するタイマの制限時間を短縮して急速に充電時
   間制限タイマからも充電の完了の信号を出力させ、充電
   の完了を検出する回路から再び充電を指示する信号が出
   力されても充電時間制限タイマからの充電完了の信号に
   より再び充電が開始されることを阻止する機能を有した
   二次電池充電制御回路。
2. 【請求項２】電池の充電完了を検出後、充電時間制限タ
   イマにより充電完了の信号が保持されている特許請求の
   範囲第１項記載の二次電池充電制御回路。