JPH10500558A - 充電過程を温度に依存して終了する充電可能バッテリを充電する充電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 充電可能バッテリ（２）を充電する充電装置であって、前記バッテリ（２）に充電電流を供給する第１手段（１０，４，１６）と、前記充電電流の供給の開始時における前記バッテリ（２）の初期温度より高い終了温度に前記バッテリが達した場合に前記充電電流の供給を停止する第２手段（４，１６）と、少なくとも２つである複数の所定の温度範囲のいずれに前記初期温度があるかを決定し、このようにして決定された瞬時の温度範囲に応じて前記終了温度を選択する第３手段（１８．．５８）とを具える。

Description

【発明の詳細な説明】 充電過程を温度に依存して終了する充電可能バッテリを充電する充電装置 本発明は、充電可能バッテリを充電する充電装置であって、 前記バッテリに充電電流を供給する第１手段と、 前記充電電流の供給の開始における前記バッテリの初期温度より高い終了温度に 前記バッテリが達した場合に前記充電電流の供給を終了する第２手段とを具える 充電装置に関するものである。 このような充電装置は、特に、米国特許明細書第４，８１６，７３７号から既 知である。ＮｉＣｄ（ニッケル−カドミウム）およびＮｉＭＨ（ニッケル−金属 水化物）バッテリのような充電可能バッテリを充電する場合、前記バッテリの温 度は、その充電過程の終了時に急速に上昇する。充電を終了しないと、やがて前 記バッテリが損傷し、その寿命が短くなる恐れがある。したがって、前記バッテ リ温度が特定の制限値を越えた時に充電過程を停止することが重要である。既知 の充電装置においては、バッテリ温度の上昇を、前記バッテリ温度と周囲温度と の差を測定することによって決定する。このような差の測定は、周囲温度測定用 の一方と、前記バッテリ温度測定用の他方の２つの温度センサを必要とする。充 電開始時に前記バッテリの初期温度を測定し、メモリに記憶する場合、前記周囲 温度測定用センサを省くことができる。結果として、前記バッテリ温度は、絶え ず測定され、前記記憶された初期温度と比較される。瞬時の温度と前記記憶され た初期温度との差が所定のしきい値を越えると、充電は終了する。この形式の測 定は、温度センサを１つのみ必要とし、機械的構造に関して有利であるが、前記 初期温度の記憶は、ディジタルメモリおよびアナログ−ディジタル変換器によっ てのみ実現される。前記アナログ−ディジタル変換器は、瞬時の温度値をディジ タル瞬時温度信号に絶えず変換し、この信号が前記記憶された初期温度と比較さ れる。しかしながら、前記アナログ−ディジタル変換器およびディジタル信号処 理は、比較的複雑であり、前記充電装置を、多くの用途に対して不必要に高価に してしまう。 したがって、本発明の目的は、過度の温度における過充電を簡単な方法におい て防止することができる、充電可能バッテリ用充電装置を提供することである。 これを達成するために、本発明によれば、序章において規定した形式の充電装置 において、少なくとも２つの複数の温度範囲のどの温度範囲に前記初期温度があ るかを決定し、前記終了温度をこのように決定された瞬時の温度範囲に依存して 選択する第３手段をさらに具えることを特徴とする。 本発明による充電装置は、充電開始時において、充電すべきバッテリの温度が どの温度範囲にあるかを単に決定する。これが決定すると、充電を停止すべき対 応する終了温度が選択される。これは、アナログ−ディジタル変換器による継続 的な温度測定を必要とせず、単に、選択された終了温度に達したかどうかの検知 を必要とする。 最も簡単な変形例において、前記温度範囲の数を２つとし、この場合において 、測定を行い、充電開始時のバッテリ温度が所定の温度、例えば１５°Ｃより上 か下かを決定する。前記温度が１５°Ｃ以下であることが分かった場合、比較的 低い終了温度、例えば４０°Ｃを選択する。他方の場合において、比較的高い終 了温度、例えば６０°Ｃを選択する。より多数の温度範囲が、対応する数の終了 温度によって区別され、選択されることは明らかであろう。前記対応する終了温 度は、バッテリの形式に依存し、関連した充電可能バッテリの技術的なデータお よび仕様書に従う。 本発明による充電装置の一実施例は、前記第３手段が、 温度依存信号を発生する第４手段と、 少なくとも２つの所定の温度範囲を規定する少なくとも１つの基準信号を発生す る第５手段と、 前記温度依存信号と少なくとも１つの基準信号とを比較し、前記充電電流の供給 の開始時に瞬時の温度範囲を示す決定信号を供給する第６手段と、 前記充電電流の供給の開始後、前記少なくとも１つの基準信号を前記決定信号に 応じて変更する第７手段とを含むことを特徴とする。 この実施例において、充電開始時におけるバッテリ温度の測定値である信号と 、基準信号とを比較する。この比較の結果により、前記初期温度がある温度範囲 が与えられる。次に、この結果を基礎として、前記基準信号の値を選択された終 了温度の制限である新たな値に変更する。前記バッテリの充電を、前記バッテリ 温度の測定値である信号の値が前記変更された基準信号と等しくなった時に中止 する。 前記温度依存信号を発生する手段を、種々の方法において実現することができ る。この目的のために、本発明による充電装置の一実施例は、前記第４手段が、 前記バッテリに熱結合した温度感応抵抗を具えることを特徴とする。同じ目的の ために、他の実施例は、前記第４手段が、前記バッテリのハウジングに機械的に 結合したひずみゲージを具え、前記ひずみゲージの温度係数が、前記バッテリの ハウジングの温度係数と異なることを特徴とする。 ２つの温度範囲を有する極めて簡単な実施例は、前記第３手段が、 第１抵抗および温度感応抵抗を具え、前記第１抵抗および温度感応抵抗を第１ノ ードにおいて相互接続した第１分圧器と、 第２抵抗および基準抵抗を具え、前記基準抵抗の抵抗値を前記決定信号に応じて 段階的に可変とし、前記第２抵抗および基準抵抗を第２ノードにおいて相互接続 した第２分圧器と、 前記第１および第２ノードに接続された入力部を有し、前記決定信号を供給する 出力部を有するコンパレータとを含むことを特徴とする。 前記２つの分圧器は、タップ間の電圧における平衡点が前記温度感応抵抗によ る温度に依存し、前記可変基準抵抗によって変化する抵抗ブリッジを形成する。 充電開始時に、前記コンパレータは、前記温度抵抗の抵抗値と前記基準抵抗の抵 抗値とを比較する。充電開始後、前記コンパレータのバイナリ出力信号は、２つ の新たな基準抵抗値のいずれを選択すべきかを規定する。 この実施例は、さらに、前記温度感応抵抗が負の温度係数を有し、前記基準抵 抗が、固定抵抗と、この固定抵抗と個々のスイッチングトランジスタによって並 列に配置することができる２つの抵抗との並列配置を具え、さらに本充電装置が 、前記充電電流の供給の開始後に前記個々のスイッチングトランジスタの一方を ターンオンする第８手段を具えることを特徴としてもよい。 負の温度係数（ＮＴＣ）を有する抵抗の抵抗値は、温度が上昇すると低下する 。より高い温度における前記ブリッジの平衡点は、前記基準抵抗のより小さい値 に対して達成される。このより小さい値は、前記基準抵抗と並列に抵抗を配置す ることによって得られる。この並列抵抗の値は、前記選択された終了温度におけ る前記ＮＴＣ抵抗の低下した抵抗値によって決定される。 本実施例は、さらに、前記第８手段が、前記コンパレータの出力部に結合され 、前記決定信号を受けるデータ入力部を有し、開始信号を受けるクロック入力部 を有し、相補制御信号を供給する２つの相補出力部を有するフリップフロップと 、前記相補制御信号を前記個々のスイッチングトランジスタに前記開始信号の命 令に従って伝送するゲート回路とを具えることを特徴としてもよい。 前記フリップフロップは、前記充電過程の開始を示す開始信号を受け取ること によって前記決定信号の状態をラッチする。この状態に応じて、前記スイッチン グトランジスタの一方はターンオンし、適切な抵抗を前記固定基準抵抗に並列に 接続する。前記ゲート回路は、充電が開始されない間は前記制御信号を阻止し、 それによって、前記初期温度の測定を抑制する。これは、この時、前記スイッチ ングトランジスタのどちらも駆動すべきでないからである。 本発明のこれらのおよび他の態様を、添付した図の参照と共に説明する。 図１は、本発明による充電装置の実施例の回路図である。 図２は、本発明による充電装置の代わりの実施例の回路図である。 図３は、本発明による充電装置において使用されるひずみゲージを有するバッ テリを示す。 これらの図において、同様の要素は、同一の参照符を有する。 図１は、本発明による充電装置の実施例の回路図を示す。充電可能バッテリ２ を、スイッチ４を経てＤＣ電源１０の正電源端子６および負電源端子８に接続し 、前記負電源端子を設置する。ＤＣ電源１０は、例として、整流器ブリッジ１２ および変圧器１４を具えるが、適切な直流電圧を供給する他の電源を使用しても よい。スイッチ４を、スイッチ４を閉にすることができる開始信号ＳＴＲＴを受 ける入力部と、スイッチ４を開にすることができる信号ＤＳを受ける入力部とを 有するインタフェース回路１６を経て動作させる。スイッチ４を、リレーまたは スイッチングトランジスタとすることができる。インタフェース回路１６を、ス イッチ４を制御する電子装置に関係するセット−リセットフリップフロップとす ることができる。 バッテリ２の温度を、バッテリ２に熱結合した温度感応素子１８によって測定 する。温度感応素子１８を、例えば、負の温度係数（ＮＴＣ）を有する抵抗とす る。この抵抗の代わりに、例えば、図３において示すように、バッテリ２のジャ ケット７６上の、前記バッテリジャケットの温度係数と等しくない温度係数を有 するように選択したひずみゲージ７４を選択することもできる。適切に選択した 場合において、前記ひずみゲージは、正または負の温度係数を有する温度感応抵 抗として動作する。明らかに、このようなひずみゲージを有する充電可能バッテ リを、ここに記述したバッテリ充電器と異なるが、前記バッテリに熱結合した温 度感応素子に応じて充電過程を停止させるバッテリ充電器と結合して使用するこ ともできる。 抵抗２０と直列の温度感応素子１８を、アースと正電源端子２２との間に配置 し、この正電源端子２２は、ＤＣ電源１０から、または他の適切な電源電圧源か ら正電源電圧を受ける。抵抗２０および温度感応素子１８を、ノード２４におい て相互に接続し、温度依存分圧器を形成する。アースおよび正電源端子２２間の 第２分圧器は、抵抗値が段階的に可変の基準抵抗２６と、抵抗２８とを具え、こ れらの抵抗を、ノード３０において互いに接続する。この場合において、基準抵 抗２６は、固定抵抗３２と２つの並列抵抗３４および３６から成り、これらの抵 抗３４および３６を、固定抵抗３２に並列に、個々のスイッチングトランジスタ ３８および４０によって配置することができる。ノード２４および３０を、出力 部４４を有するコンパレータ４２の入力部に接続し、出力部４４は決定信号ＤＳ を供給し、ノード３０における電圧がノード２４における電圧より高い場合、決 定信号ＤＳは比較的高く、逆の場合、比較的低い。決定信号ＤＳを、開始信号Ｓ ＴＲＴを受けるように配置されたクロック入力部５０と、開始信号ＳＴＲＴの立 ち上がりエッジによって決定信号ＤＳの値を引き継ぐ出力部５２とを有するフリ ップフロップ４８のデータ入力部４６に印加する。出力部５２からの信号ＣＳ１ は、スイッチングトランジスタ４０を切り換える制御信号として機能する。フリ ップフロップ４８の相補出力部５４は、スイッチングトランジスタ３８を切り換 える相補制御信号ＣＳ２を供給する。相補制御信号ＣＳ１およびＣＳ２を、スイ ッチングトランジスタ４０および３８の制御電極に接続された出力端子を有する 個々のＡＮＤゲート５６および５８の入力部に印加する。開始信号ＳＴＲＴを、 ＡＮＤゲート５６および５８の他の入力部に印加し、この結果として、スイッチ ングトランジスタ３８および４０は、開始信号ＳＴＲＴがロウの場合、両方とも 非導通状態になる。 バッテリ２の充電の開始時に、開始信号ＳＴＲＴはロウであり、前記コンパレ ータは、温度感応素子１８の抵抗値と固定抵抗３２の抵抗値とを比較する。前記 固定抵抗の値は、所定の温度、例えば１５°Ｃにおける温度感応素子１８の抵抗 値に対応する。したがって、バッテリ２の初期温度が１５°Ｃより上か下かが決 定される。前記コンパレータからの決定信号ＤＳは、前記初期温度が１５°Ｃよ り低い場合、比較的低い値を有し、前記初期温度が１５°Ｃより高い場合、比較 的高い値を有する。開始信号ＳＴＲＴの立ち上がりエッジによって、スイッチ４ は閉になり、バッテリ２の充電が開始される。同時に、決定信号ＤＳの瞬時の値 がフリップフロップ４８によってラッチされ、スイッチングトランジスタ３８お よび４０の一方が、ＡＮＤゲート５６および５８を経てターンオンする。結果と して、トランジスタ３４および３６の一方が、固定抵抗３２と並列に配置される 。これは、基準抵抗２６の値を、バッテリ２の充電過程を停止すべき所望の終了 温度に対応する新たな値に減少させる。前記初期温度が１５°Ｃより下の場合、 例えば、４０°Ｃの終了温度を選択し、抵抗３６を並列に接続する。前記初期温 度が１５°Ｃより上の場合、例えば、６０°Ｃの終了温度を選択し、抵抗３４を 並列に接続する。抵抗３４および３６の値を、固定抵抗３２および抵抗３４また は３６の並列配置が、６０°Ｃおよび４０°Ｃにおける抵抗値に各々対応するよ うに選択する。バッテリ２の温度は、バッテリ２を充電すると上昇する。前記選 択された終了温度に到達すると、決定信号ＤＳは、比較的低い値から比較的高い 値にに上昇する。この信号の上昇は、インタフェース回路１６に、スイッチ４を 開にし、バッテリ２の充電を停止すべきであることを示す。これは、前記バッテ リを、過充電または高すぎる温度による損傷から保護し、ＮｉＭＨ（ニッケル金 属水化物）バッテリの場合において特に重要である。 負の温度係数（ＮＴＣ）を有する温度感応素子の代わりに、正の温度係数（Ｐ ＴＣ）を有する素子を使用することもできる。この場合において、基準抵抗２６ の値を、前記初期温度を決定した後、段階的に増加すべきである。これを、ＡＮ Ｄゲート５６および５８をＮＡＮＤゲートに置き換えることによって達成するこ とができる。このとき、スイッチングトランジスタ３８および４０の一方は、選 択的に、ターンオンの代わりにターンオフする。 前記終了温度を決定するために、これまでは前記初期温度の決定において２つ の温度範囲が存在すると仮定した。温度範囲の数を、最適の終了温度に関して高 い精度を得るために、任意に増加することができる。図２は、再び例として、前 記範囲の数を４つに増やすことができる方法を示す。ここで、追加の抵抗６０を 、抵抗２８と抵抗３２との間に配置し、これは、前記バッテリの充電の開始時に ノード２４における電圧と比較することができる２つの基準値を提供する。コン パレータ４２および追加のコンパレータ６２によって、４つの温度範囲を区別す ることができる。デコーダ６４は、コンパレータ４２の出力信号ＤＳおよびコン パレータ６２の出力信号ＤＳ２を、４つの制御信号ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３およ びＣＳ４に変換し、これらのうち１つが、開始信号ＳＴＲＴの立ち上がりエッジ の出現によってハイになる。４つの制御信号ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３およびＣＳ ４を、スイッチングトランジスタ３８および４０と、２つの他のスイッチングト ランジスタ６６および６８とに印加し、これにより、２つの他のトランジスタ７ ０および７２を並列に接続することができる。 充電開始後、前記コンパレータの一方の出力信号、例えば、コンパレータ４２ からの決定信号ＤＳにおける信号上昇が、前記選択された終了温度に達する規準 を形成する。 前記バッテリの温度を測定する方法と、前記バッテリの充電開始時に区別する 温度範囲の数と、前記選択された終了温度の制限である基準値を検知された温度 範囲に応じて変更する方法とは、ここに開示した例に限定されない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヒリセン エデュアルド エンゲルベルト アルフォンサス オランダ国 5621 ベーアー アインドー フェン フルーネヴァウツウェッハ １ (72)発明者 ファン マーレン マルティヌス ヘンリ クス オランダ国 5621 ベーアー アインドー フェン フルーネヴァウツウェッハ １

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．充電可能バッテリ（２）を充電する充電装置であって、前記バッテリ（２） に充電電流を供給する第１手段（１０，４，１６）と、前記充電電流の供給の開 始時における前記バッテリ（２）の初期温度より高い終了温度に前記バッテリが 達した場合に前記充電電流の供給を停止する第２手段（４，１６）とを具える充 電装置において、前記充電装置が、さらに、少なくとも２つである複数の所定の 温度範囲のいずれに前記初期温度があるかを決定し、このようにして決定された 瞬時の温度範囲に応じて前記終了温度を選択する第３手段（１８．．５８）を具 えることを特徴とする充電装置。 ２．請求の範囲１に記載の充電装置において、前記第３手段（１８．．５８）が 、温度依存信号を発生する第４手段（１８，２０）と、 少なくとも１つの基準信号を発生し、前記少なくとも２つの所定の温度範囲を 規定する第５手段（２８，３２）と、 前記温度依存信号および少なくとも１つの基準信号を比較し、前記充電電流の 供給の開始時に、前記瞬時の温度範囲を示す基準信号（ＤＳ）を発生する第６手 段（４２）と、 前記充電電流の供給の開始後、前記少なくとも１つの基準信号を前記決定信号 に応じて変更する第７手段（４６．．５８）とを具えることを特徴とする充電装 置。 ３．請求の範囲２に記載の充電装置において、前記第３手段（１８．．５８）が 、第１抵抗（２０）および温度感応抵抗（１８）を具え、前記第１抵抗および温 度感応抵抗（１８）を第１ノード（２４）において相互接続した第１分圧器と、 第２抵抗（２８）および基準抵抗（２６）を具え、前記基準抵抗（２６）の抵抗 値を前記決定信号（ＤＳ）に応じて段階的に可変とし、前記第２抵抗（２８）お よび基準抵抗（２６）を第２ノード（３０）において相互接続した第２分圧器と 、 前記第１および第２ノード（２４，３０）に接続した入力部を有し、前記基準 信号（ＤＳ）を供給する出力部を有するコンパレータ（４２）とを含むことを 特徴とする充電装置。 ４．請求の範囲３に記載の充電装置において、前記温度感応抵抗（１８）が負の 温度係数を有し、前記基準抵抗（２６）が、固定抵抗（３２）と、この固定抵抗 に個々のスイッチングトランジスタ（４６．．５８）によって並列に配置するこ とができる２つの並列抵抗（３４，３６）との並列配置を具え、前記充電装置が 、前記充電電流の供給の開始後、前記個々のスイッチングトランジスタ（３８， ４０）の一方をターンオンする第８手段（４６．．５８）をさらに具えることを 特徴とする充電装置。 ５．請求の範囲４に記載の充電装置において、前記第８手段が、前記コンパレー タ（４２）の出力部（４４）に結合して前記決定信号（ＤＳ）を受けるデータ入 力部（５０）を有し、開始信号（ＳＴＲＴ）を受けるクロック入力部（５０）を 有し、相補制御信号（ＣＳ１，ＣＳ２）を供給する２つの相補出力部（５２，５ ４）を有するフリップフロップ（４８）と、前記相補制御信号（ＣＳ１，ＣＳ２ ）を前記個々のスイッチングトランジスタ（４０，３８）に前記開始信号（ＳＴ ＲＴ）の命令に従って伝送するゲート回路（５６，５８）とを具えることを特徴 とする充電装置。 ６．請求の範囲２、３、４または５に記載の充電装置において、前記第４手段（ １８，２０）が前記バッテリ（２）に熱結合した温度感応抵抗（１８）を具える ことを特徴とする充電装置。 ７．請求の範囲２、３、４または５に記載の充電装置において、前記第４手段（ １８，２０）が前記バッテリ（２）のハウジング（７６）に機械的に結合したひ ずみゲージ（７４）を具え、前記ひずみゲージ（７４）の温度係数が前記バッテ リ（２）のハウジング温度係数と異なることを特徴とする充電装置。 ８．充電過程を温度に依存して終了する充電可能バッテリを充電する充電装置に おいて使用する充電可能バッテリ（２）において、前記バッテリに、前記バッテ リ（２）のハウジング（７６）に機械的に結合したひずみゲージ（７４）を設け 、前記ひずみゲージ（７４）の温度係数が前記バッテリ（２）のハウジング温度 係数と異なることを特徴とするバッテリ（２）。