JPH0789719B2 - 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ールドコンピュータ
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、充電電圧の上限を検出する方法や、充
電電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電
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４図は従来の充電の完了を検知する回路として、第２
図に示す電池充電電圧特性のうち、ピーク点ｐを検出す
る回路を備え、充電の完了を検知する回路では検出が不
可能な場合に電池を保護するために充電時間を制限する
充電制御タイマとを備えた充電制御回路である。

第４図において、21は電源トランス、22は整流スタッ
ク、23は平滑コンデンサで、これら21,22,23により充電
器の電源部が構成されている。24,25はスイッチの役割
を果たすトランジスタ、26,27,28は抵抗、29は電圧比較
を行う演算増幅器、30は抵抗、31はダイオード、32はコ
ンデンサで、電池の充電電圧特性のピーク点を記憶する
回路である。33はダイオード、34,35はコンデンサおよ
び抵抗で充電時間制限タイマ36の時限を決定する回路で
ある。37はコンデンサ32の電荷を放電するスイッチ、38
は充電される二次電池である。

この第４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、電池の充電電圧特性のピーク点を検出する回
路を備え、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
時間制限タイマを備えた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、放電済の二次電池38を第４図に示すように接続
し、スイッチ37を閉じてコンデンサ32の電荷を放電後、
スイッチ37を開き、トランス21の１次側を交流電源に接
続する。電池38の電荷は、抵抗30、ダイオード31を通じ
てコンデンサ32を充電する。この場合、演算増幅器29は
非反転入力の方が反転入力に比較してダイオード31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36の出力はハイレベル“H"となり、ダイオード33は逆
バイアス状態にある。従って、演算増幅器29は抵抗28,2
7を通じてトランジスタ25をバイアスし、トランジスタ2
5をバイアスし、トランジスタ25および抵抗26を介して
それに接続されたトランジスタ24もバイアスし、これを
ON状態とする。ON状態となったトランジスタ24はトラン
ス21および整流スタック22および平滑コンデンサ23で構
成された直流電源部と電池38を接続し、充電を行う。充
電中の電池電圧は第２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32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30、ダイオード31を通じてコンデンサ32を充電して
いるのでダイオード31は順方向にバイアスされ、演算増
幅器29も非反転入力側の方が反転入力より高くバイアス
されて出力はハイレベル“H"を保っている。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32の電圧の方が電池38の電圧より高く
なり、コンデンサ32の電荷はダイオード31を逆バイアス
する。従って、演算増幅器29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"に
転じ、トランジスタ25および24はバイアスされなくな
り、OFF状態となって充電を終了する。

また、充電を行なう雰囲気温度が高くなると、電池の充
電電圧特性のピーク点ｐがはっきりと現れなくなり、電
池の充電電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36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29お
よび抵抗30、ダイオード31、コンデンサ32により構成さ
れた電池の充電電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29
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29の出力電流を抵抗28、ダイオード33を
通じてすべて引き込んで、トランジスタ25にバイアスを
与えなくする。従って、トランジスタ25および24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
充電電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、完全に充電した電
池を接続した場合は、すぐに充電の完了を検知する回路
により充電完了状態が検出され、充電は終了するが充電
中の電池の雰囲気温度の変化や電池の劣化状態などによ
り、電池電圧がピーク値から設定値以上降下せずに充電
の完了を検知することができず、また充電制限時間が固
定されているのでそれまで充電が続き、電池に対して過
充電状態となり電池の劣化を促進する。

これらの主な原因は電池の特性によるものであるが、こ
の状態が発生すると電池の劣化を非常に早めることにな
る。

本発明は上記欠点に鑑み、電池電圧がピーク値から一定
時間内に降下しなかった場合、充電を終了させる手段を
具備した充電制御回路を提案するものである。

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
電の完了を検出する回路と、充電時間を制御する充電時
間を制限するトータルタイマと、電池の電圧がピーク値
から一定時間内に設定電圧以上降下しなかった場合、充
電を終了とするピークタイマと電池電圧上昇中はピーク
タイマをリセットする手段から構成されている。

作 用 この構成により、充電中の電池の雰囲気温度の変化や電
池の劣化状態などにより、電池電圧がピーク値から設定
値以上降下しなかった場合、ピークタイマによって充電
を終了する。

これによって特殊な状態でも充電が続き、電池に対して
過充電状態となり、電池の劣化を促進することなく充電
する機能を有することとなる。

実施例 以下、本発明の１実施例について図面を参照しながら説
明する。第１図は電池の雰囲気温度の変化や電池の劣化
状態などにより、電池電圧がピーク値から設定値以上降
下しなかった場合に充電を終了するピークタイマと、電
池電圧が上昇中はピークタイマをリセットする手段を具
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は充電回路により充電される二次電池であ
る。２は電池１の電圧によってコンデンサ３を充電する
ための手段、４はコンデンサ３をリセットするためのリ
セット回路である。５は比較器６の非反転入力に接続さ
れた基準電圧発生回路であり、６は基準電圧発生回路５
による基準電圧とコンデンサ３の電圧を比較するための
比較器である。７はコンデンサ３の充電開始から比較器
６の反転出力が出力されるまでの時間をカウントするカ
ウント手段である。８はカウント手段７でカウントされ
たカウント値の最小値を記憶するための記憶手段であ
る。９は記憶手段８によって記憶されているカウント最
小値と、カウント手段７によりカウントされる現在のカ
ウント値とを比較する比較手段である。10はカウント手
段５によるカウント値が記憶手段によって記憶されたカ
ウント最小値よりも設定値以上増加したことを比較手段
９が判断した時、またはトータルタイマ11、ピークタイ
マ12からの信号入力があった時に充電電流を制御し、充
電を完了する手段である。11は充電開始から充電時間を
制御する充電時間制御用の第１のタイマであるトータル
タイマ、12は電池１の電圧がピーク値から設定値以上降
下しなかった場合に充電を終了する第２のタイマとして
のピークタイマである。13は電池１を充電するための直
流安定化電源である。

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。

まず放電済の二次電池１を、第１図に示すように接続し
直流安定化回路により電池１の充電を開始し、トータル
タイマ11とピークタイマ12をスタートし、リセット回路
４をOFFにして解除すると同時に、カウント手段７のカ
ウントをスタートさせる。この場合、コンデンサ３は電
池電圧によってこれを充電する手段２を通じて充電さ
れ、このコンデンサ３の電圧が基準電圧回路５の電圧よ
り高くなると比較器６の出力は反転出力となる。ここで
カウント手段７はカウントを停止すると同時にリセット
回路４に信号を出し、コンデンサ３を放電させる。次に
比較手段９により記憶手段８に記憶されているカウント
値と、現在のカウント値とを比較し、カウント手段によ
ってカウントされた値の方が小さければ、その値を記憶
手段８に記憶し、同時にピークタイマ12をリセットスタ
ートする。これを繰り返し電池１に充電を続けると、充
電中の電池電圧は第２図に示すようにピーク値まで上昇
し続け、その後は降下する。これに対応しカウント手段
７によってカウントした値は、電池１のピーク点で最小
となり、その後増加する。電池電圧が上昇している期
間、カウント手段７によってカウントされた値は、記憶
手段８によって記憶されている値よりも常に小さく、充
電電流制御手段によって電池１に充電を続ける。やがて
充電が完了に近づき、電池電圧がピーク点ｐよりも降下
を始めると記憶手段８によって記憶されている値の方が
カウント手段によってカウントされた値よりも小さくな
りこれが連続的に続くことを比較手段９によって認識
し、充電電流制御手段10によって充電を終了する。また
充電を行う雰囲気温度の変化や、電池の劣化状態などに
より電池電圧がピーク値から設定値以上降下せず、電池
の充電電圧特性のピークを検出することより充電の完了
を検知する回路では検出が不可能となるため、通常の状
態にて上記検出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トータルタイマ11によって
充電を制御する。しかし、この現象が充電初期段階に発
生した場合、トータルタイマ11だけの制御だと電池１に
対して過充電となるため、ピークタイマ12によって充電
を制御する。第３図はこの制御をフローチャートによっ
て示すものであり、本実施例においては第１図の7,8,9,
10,11,12はマイクロコンピュータによって実現した。

以上のように本実施例によれば、充電を行う雰囲気温度
の変化や電池の劣化状態などにより、電池電圧がピーク
値から設定値以上降下せず、電池の充電電圧特性のピー
クを検出することにより、充電の完了を検知することが
不可能となった場合、トータルタイマまたはピークタイ
マで充電を制御し、電池の劣化を促進しない機能をもた
せることができる。

発明の効果 以上のように本発明は、充電される二次電池の電池電圧
を検出し、電池電圧がそのピーク値に達した時に測定を
開始するピークタイマを設け、一定時間内に電池電圧が
ピーク値から設定値以上降下しなかった場合に、充電を
制御する機能をもたせることにより、電池状態が正常な
場合には満充電を行うことができると共に、異常時には
確実に過充電の防止を行い、劣化、漏液を防ぐことがで
きるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の二次電池充電回路の一実施例を示す回
路図、第２図は二次電池の充電電圧特性と相対的カウン
ト値との関係を示す特性図、第３図は本発明の二次電池
充電制御回路の一実施例の充電制御を説明したフローチ
ャート、第４図は従来例を示す回路図である。 １……二次電池、２……電池電圧によってコンデンサ３
を充電する手段、３……コンデンサ、４……リセット回
路、５……基準電圧発生回路、６……比較器、７……カ
ウント手段、８……記憶手段、９……比較手段、10……
充電電流制御回路、11……トータルタイマ、12……ピー
クタイマ、13……直流安定化電源。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】充電される二次電池の両端に接続された電
   池電圧検出手段を有し、そのピーク値から設定値以上低
   下した時に充電を完了させる二次電池充電制御回路にお
   いて、充電時間を測定し、充電時間の制限を行うトータ
   ルタイマと、電池電圧がそのピーク値に達した時に測定
   を開始し、一定時間後に設定電圧以上降下しなかった場
   合に充電を終了とするピークタイマと、電池電圧上昇中
   に前記ピークタイマをリセットする手段を有することを
   特徴とした二次電池充電制御回路。