JPS59153427A

JPS59153427A - 電池充電回路

Info

Publication number: JPS59153427A
Application number: JP2477483A
Authority: JP
Inventors: 昭高橋; 守佐藤; 太田　要; 義典増田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1983-02-18
Filing date: 1983-02-18
Publication date: 1984-09-01
Also published as: JPH0447547B2

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】（利用分野）本発明は繰り返し充電可能な電池の充電回路に係り、特
に過充電等充電時の事故を起こしにくい装置に関する。

（従来技術）従来の充電回路は被充電中の電池の充電末期における発
熱を利用し、電池に内蔵したサーモスタットが開成する
ことを検出して充電を停止していた。しかしこの方式で
は周囲温度が低い時は過充電となる欠点があり、また逆
に周囲温度が高い場合には最初からサーモスタットが開
成して充電できないか、できても不足充電になるという
欠点があった。

（目　的）本発明の目的は、前記のよりな従来技術の欠点を除去し
、周囲温度に左右されない好適な電池充電回路を提供す
ることにある。

（概　要）本発明の特徴は、記憶部と演算部を有する演算装置、該
演算装置からの信号により予め定められた周期の鋸歯状
波を発生する手段、一方の入力端子に該鋸歯状波発生手
段が接続され、他方の入力端子に被充電電池が接続され
る比較回路、および核他方の入力端子に接続される定電
流充電回路を具備し、前記鋸歯状波の起点から前記比較
回路の出力が反転するまでの時間のデータを計測して前
記記憶部に貯え、前回記憶されたデータと今回バト測さ
れたデータとを比較し、このデータが減少傾向又は一定
である時に充電を停止するように構成した点にある、、
また、本発明の他の特徴は、前記鋸歯状波を発生する手
段に代えて、前記演算装置力・もの信号により予め定め
られた周期でかつその起点が予め定められた正の電圧以
上であり、その終点が電源心圧未滴である鋸歯状波を発
生する手段を具備し、ｉ＋＋記鋸歯状波の起点から前記
比較回路の出力が反転するまでの時間のデータを計測し
て前記記憶部に貯え、前回に記憶されたデータと今回計
測されたデータとを比較し、予め定められた時間よυ後
に、後者のデータが減少傾向又は一定になった時に充電
を停止するようにしだ点にある。

（実施例）第１図に本発明の一実施例のブロック図を、第２図にそ
の主要部の信号のタイミングチャートを示す。

第１図において、ｊは演算装置、２はＲＡＭ、３はＣＰ
Ｕ，　４　、　６は入力部、５．７は出力回路、８〜１
１は端子、１２は充電開始スイツチ、１３は定電流充電
回路、１４は比較器、１５はダイオード、１６は電池、
１７ｉ１コンデンザ、１８はトランジスタ、１９は抵抗
を示す。

１だ、第２図のＡ−Ｆは第１図のＡ−Ｆ点と対応する信
号を示す。

次に、本実施例の動作について説明する。

時刻ｔ、Ｋｉ［開始スイッチ１２が押されると入力部４
を経てＣＰＵ　３が作動し、出力回路５の出力端子９０
Ｂ点の信号はハイレベルになる。Ｂ点の信号がハイにな
ると、定電流充電回路１３はオンになる。これと同時に
出力回路７を介して端子１１から第２図Ｃの様な発振波
形を有する信号が出力される。

この出力は１ランジスタ１８のベースに加えられる。該
トランジスタ１８のコレクタは電源Ｖ。０とＧＮＤ間に
直列接続された抵抗１９、コンデンサ１７の中点に接続
されているので、トランジスタ１８がオンの時にはコン
デンサ１７は放電し、オフの時には充電される１、この
ため、Ｅ点の信号は＄２図Ｅの様な鋸歯状波になる。こ
の鋸歯状波の信号が比較器１４の正入力端子に印加され
る。

一方、比較器１４の負入力端子にダイオード１５を介し
て電池１６が接続されており、この電。

池１６は定電流充電回路１３によって充電される６比較
器１４は、Ｅ点の信号とＦ点の信号を比較し、その出力
端子１０、入力部６を介して、ＣＰＵ３に送る。

時刻１．から時間が経過すると、電池端子電圧の変化に
伴って比較器出力は第２図りの様に変化する。つまり、
第２図Ｅに示されている鋸歯状波の起点からＤ点の信号
が反転するまでの時間ｒが除除に増加する。この時間τ
は電池１６の端子電圧のピーク点（時刻１．）で極大と
なり、それ以降は減少する。したがって、記憶部にτの
値を記憶させ、次の値と比較した時減少していれば充電
完了と見てＢ点の信号レベルを下け、同時に０点の発振
も停止して完成モードから脱出する。。

なお、電池１６の端子電圧が第２図Ｆのようなピーク点
を過さ゛ると減少する電圧変化を示すのは、ニノカド電
池のような電池は充電開始以降丸亀完了までをよその端
子電圧が単調に上昇していくが、充電末期になると電池
の内部温度が上昇し、これにより等化内部抵抗が減少す
るためである。

また、上記の実施例では、ＣＰＵ３からの指令によって
、出力回路７かも出力される矩形波の発振周波数は１４
Ｈｚ　にな芒れでいる。

次に、本実施例の一具体例を第３図を用いて説明する。

この具体例では、取り込んだ８ＷＡのデータτを平均し
て、前の８１１！ｉｌのデータτの平均値と比較し、後
者の平均値が前者のそれより小さくなりた時、充電完了
としている。また、データτの取り込みは１６秒、３２
秒、６４秒および１２８秒の４段階の切り換えがｄ」能
にされている。ここでは、データＴの取り込みは１６秒
間隔でなされるようになっているものとする。

ステップＳ１　　・・データτのザンプリングの時間間
隔を決めるインターバルタイマが終了したか否かの判断
がなされる。ノーであれば、ステップＳ２へ進み、イエ
スであればステップＳ３へ進む。

ステップＳ２　　・・・タイマが加算される。

したがって、ステップＳ１がイエスになった時は、デー
タｒのサンプリング時間が来た時である。例えば、本具
体例ではスタートから１６秒が経過したことになる。

ステップＳ３　　・・・充電データτが取り込まれる。

ステップＳ４　　・・・充電データが加算される。

ステップＳ５　　・・・光磁データの加算回数が８回目
かどうかの判断がなされる。ノーでちれば、ステップＳ
６に進み、イエスであればステップＳ７へ進む。

ステップＳ６　　・・・充′区データの加算回数が８回
目でないときには、インターバルタイマがスタートし、
再度ステップＳｌ、Ｓ２の処理がなされる。

このようにして、ステップＳ５がイエスζ（なるまで、
すなわち、１６秒間隔のデーターが８個加算されるまで
の処理が行なわれる。８（至）のデータが加算されると
、次のステップＳ７へ進む１１ステツプＳ７　　・・・
６１１回の８個のデータの和と、今回の８個のデータの
和との大小が比較され、後者が前者と等しいかあるいは
大きければステップＳ８へ進む。逆に、後者が前者より
小さければ、充電は終了する９、ステップＳ８　　・・・前回の８個のｉ′−りの和を捨
てて、今回の８個のデータの和を記憶する。そして、次
の８＠のデータの和との比較に使用する。

次に、本発明の第２具体例を第４図で説明Ｊる。

上記の第１具体例では、適尚な時間々隔て充電データを
サンプリングするものであった。

しかし、電源異常例えば落雷サージ及び誘導負荷の起動
等により、第１図のＦ点の電圧Ｖ、　　に、第４図（ａ
）のＶ、　　カーブに示す様なａ、ｂの正負パルスがの
り、それぞれのａ、ｂの正負パルスがたまたまデータ取
シ込みタイミングと合致した場合には、記憶部２のメモ
リエリア内には夫々異常なデータが入力されてしまう。

このため、Ｎ−１回月の８ｆｆＡのデータの和がＮ回目
の８蘭のデータの和より犬きくな、？、Ｎ−１回月から
Ｎ回目のデータが入った時充電が停止してしまうことに
なる。また仮にａの異常がなくともＮ回目からＮ　＋　
１回月のデータが入った時も、ＮＩＰＩ目のデータがＮ
＋１１白目のデータより大きくなるので、充電が停止し
てし１うことになる。

この対策として８個のデータのうち最大値と最小値の２
ａＩを捨て、残り６＠のデータの和を比較することにす
れは、第４図（ｂ）に示されている様に単調増加になっ
て充電は継続される。なお、この方法は醒源異常に限ら
ず他の原因による異常時にも効果がおることは勿論であ
る。

このような８個のデータの９ちの最大値と最小値の２１
＋５を捨て、ＩＡシロ鯛のデータの和を比較する方法に
ついて、第５図で説明する。第５図は第３図のステップ
８４に代わるステップを示す。このステップ以外の処理
は！！８３図のものと同じであるので、説明は省略し、
第５図のステップの説明のみを行なうに止める。

ステップＳ４１・・・充電入力データが１回月のもので
あるか否かの判断がなされる。イエスであれば、次のス
テップＳ４２に進み、ノーであれば、ステップＳ４３に
進む。

ステップＳ４２・・・１回月の入力データが最小データ
として記憶される。

スフ　ツブ８４３・・・ステップＳ４１でノーの時は、
ステップ８４３に入り、ここで入力データが２回月のも
のであるか否かの判断がなされる。イエスであれば、ス
テップＳ４４へ進み、ノーであれば、ステップ８４７へ
進む。

ステップ３４４・・・２回目の入力データが、ステップ
Ｓ４２で記憶された最小データと比べられる。

そして、該最小データが該２回目の入力データよυ小さ
ければステップ８４５へ進み、逆に大きければ、ステッ
プＳ４６へ進む。

ステップ８４５・・・該２回目の入力データが最大デー
タとして記憶される。

ステップＳ４６・・・ステップＳ４２で記憶された最小
データを最大データとして記憶する。

ステップ８４６の次に再度ステップ８４２の処理が行な
われる。そして、前記２回目の入力データが最小データ
として記憶される。゛以上のステップによシ、第１回目の入力データと第２回
目の入力データとの大小が比較され、前者の方が後者よ
り１１・さければ、最小データとして第１回目のデータ
が記憶され、最大データとして第２回目のデータが記憶
される。逆に、前者の方が後者より大きければ、最小デ
ータとして第２回目のデータが記憶され、最大データと
して第１回目のデータが記憶されることになる。

ステップ８４７・・・第３回目の入力データが、繭記簾
犬データより大きいか否かの判断がなされる。イエスで
あれば、ステップ８４８へ進み、ノーであれば、ステッ
プＳ５０へ進む。

ステップ８４８・・前の最大データを消して、該第３回
目の入力データを最大データとして記１憎才る。

ステップＳ４９・・・ステップ８４８で消去される前回
の最大データを加算する。

ステップＳ５０・・・入力データが前記最小データよｐ
小さいか否かの判断がなされる。イエスであれば、ス戸
ノグＳ５１へ進み、ノーであればステップＳ４９へ進む
。

ステップＳ５１・・・前の最小データを消して、今回の
入力データを最小データとして記憶する。

ステップＳ４９・・ステップＳ５０でノーであれば、今
回の入力データは既に登録されている最小データと最大
データの間に存在するデータであるので、これを加算す
る１、また、ステップ８５１の後にこのステップ８４９
が来る時は、ステップ８５１で消去される前回の最小デ
ータを加算する。

以上の手ｊ県により、８１固のデータのうちの最大値と
最小値の２個が捨てられ、残り６＠のデータが加算され
る。そして、第５図には図示されていない第３図と同じ
手順により、前の６個のデータの和が次の６１ＩｌＩ］
のデータの和よυ大きくなった時鴫池の充電は終了した
ものとして、電池の充電作業は停止させられる。

次に、本発明の第２実施例を第６図および第７図で説明
する。この実施例は、前記１図で説明した第１実施例に
比べて、実質的にはトランジスタ１８のエミツタにツェ
ナダイオード２４を接続した点で相違する。なお、抵抗
２０と２１はトランジスタ１８のペースにバイアス電圧
を与えるための抵抗であり、また、ダイオード２５はツ
ェナダイオード２４の温度補償用である。また、２２゜
２３は抵抗を示し、その他の符号は第１図と同じ物を示
す。第６図の図示さハてぃない所は、第１図と同一であ
る。

この実施例は、電池によっては内部で短絡又は断線して
いる物があるが、このような時に充１を速やかに停止す
ることができるようにしたものである。第６図に示され
ているように、トランジスタ１８のエミツタにツェナタ
イオード２４を接続すると、コンデンサ１７１７）一方
の端子のＥ点に発生する鋸歯状波は、第７図の８端に示
すように、０ボルトからＶＬ　　ボルト（ただし、ＶＬ
　はツェナダイオード２４のツェナ電圧）１で上げるこ
とができる。

したがって、短絡電池では端子電圧がＶＬ　以下である
ため、鋸歯状波期間中に比較器出力が反転することがな
い。本実施例ではこの様な場合に充ｔを停止する様に演
算部が構成されている。

また、鋸歯状波の終点を電源電圧ＶＣＣよシ低い■Ｈの
点に定めておけば、断線電池又は１池未挿入で充電開始
スイッチ１２を押した場合は、Ｆ点の電圧はＶ。０に等
しくなりやはり鋸歯状波期間中に比較器１４の出力が反
転することがない。本実施例では、この様な場合にも充
電を停止する様に演算部が構成されている、しかしながら、完全放電電池を充電する場合は充ＩＫ開
始後成る一定期間、端子電圧がｖＬ　　に達しない事が
ある。本実施例では、この一定期間ｔ８の間、比較器出
力が反転しなくても、充電を継続する様に演算部が構成
されている。

また、過放電電池を充電した場合は、第７図のＶＢ　　
（電池の充１を電圧）カーブの様に充電開始スイッチは
端子電圧が減少する場合がある。したがって、本実施例
では、この期間に、前回のデータが次の回のデータより
も大きくなっても、充電を継続するように、演算装置１
が構成されている。

なお、上記の期間はオフセット期間ｔ。と呼ばれ、１ｏ
は例えば、２分、４分、８分および１６分の選択が６４
能になされている。

次に、この寮施例の一具体例を第８図で説明する。）ステップ８５１・・・演算装置内の充電用領域をクリア
する１゜ステップＳ５２・・・入力禁止タイマをスタートさせる
。

ステップＳ５３・・該入力禁止タイマが終了したが否か
の判断がなされる７、ノ・−であれば、ステップ８５４
へ進み、イエスであれば、ステップＳ５５へ進む。

ステップＳ５４・・・タイマを加算する。

ステップ６５２〜Ｓ５４により、前記一定期間ｔ、Ｉの
処理が行なわれ、完全放電電池の充電が正常に行なわれ
る。

ステップ８５５・・・入力禁止タイマが終了すると、第
１回目のデータが入力される。

ステップ８５６・・・上記のデータが内部で短絡した電
池のデータか否かの判断がなされる。これは、鋸歯状波
期間中に、比較器１４の出力が反転しないこと、および
該出力がハイレベルであることによって検知される。

ステップ８５７・・・上記のデータが断線電池文は電池
未挿入のデータか否かの判断がなされる。

これは、鋸歯状波期間中に、比較器１４の出力が反転し
ないこと、および該出力がロウレベルであることによっ
て検知される。

ステップ８５８・・・エラーカウンタに１が加算される
。

ステップＳ５９・・・エラーカウントが７に等しくなっ
たか否かの判断がなされる。そして、７に等しい場合は
、短絡電池又は断線電池とみなして充電を終了する。な
おここではエラーカウントを７とし、短絡データ又は断
線データが続けて７回取り込まれた時、短絡又は断線電
池と判断したが、この回数は７に限定されないことは明
らかである。

ステップＳ６０・・・短絡データおよび断線データでな
い時は、上記エラーカウンタのカウント値はクリアされ
る。

ステップＳ６１・・・タイマがタイムエンド又はタイム
アブしているか否かの判断がなされる。最初はタイマが
スタート状態にないので、タイムエンド又はタイムアブ
しており、ステップＳ６１からステップＳ６２へ進む。

ステップＳ６２・・・ステップ８５５で取り込んだ充電
データが１回目か否かを判断し、１回目ならばステップ
Ｓ６３へ進む。また、２回目以上なら、ステップ８６５
へ進む。

ステップＳ６３・・・オフセットタイマをスタートさせ
る。

ステップ８６４・・・オフセットタイマが加算される３
゜ステップＳ６１で該オフセットタイマがタイムエンド
又はタイムアブするまで、ステップ８５５〜６１　およ
びステップ８６４のループが繰り返される。

オフセットタイマがエンドになると、ステップＳ６２へ
進み、今度は充電データ入力は２回目以上であるので、
ステップＳ６５へ進む。

ステップ８６５・・・充電データの処理が行なわれる。

このステップにおいては第３図の破線Ａで囲まれたステ
ップと同じデータ処理が行なわれる。

ステップＳ６６・・・インターバルタイマがスタートさ
せられる。このステップは、第３図のステップＳ６と同
じである。

なｐ１第８図における破線Ｂで囲まれたステップでは、
完全放電電池に対して充電開始後一定期間ｔ８の間、比
較器１４の出力が反転しなくても充電を継続させるため
の、該一定期間ｔ８の処理がなされる。

また、第８図における破線Ｃで囲まれたステンプでは、
過放電電池のだめの前記オフセット期間ｔｏの処理がな
されている。

次に、第６図における回路にダイオード２５が入れられ
ている理由について説明する。

比較器１４の正入力側の端子の電圧温度特性は主にツェ
ナーダイオード２４に依存しており−Δ■２である。一
方、比較器１４の負入力側は、電池１６を定電圧源と見
た場合、ダイオード２５が接続されていないと放電防止
用ダイオード１５の温度特性による変化分を抵抗分圧し
た値−ノｖＤ１１　＆！／　（Ｒ２□＋Ｒｘｓ　））と
なる。この値は抵抗分圧されているので、正入力側より
も小さな値となる。したがって、ダイオード２５を接続
し、−１ｖＤ２を追加して比較器１４の負入力側の温度
特性を調整した。つまり、ダイオード２５は温度補償用
に接続されている。

（効　果）本発明によれば、次のような種々の効果がある。

（１）周囲温度の低い時の過充電、高い時の充電不可あ
るいは充電不足という従来技術の欠点を解消することが
できる。

（２）従来技術では、満充電の電池を充電すると温度上
昇するまでに時間がかかるため過充電となるが、本発明
では比較的早く充電を停止でき過充電の程度を小さくす
ることができる。

（３）！池にサーモスタットを付ける必要がないので、
サーモスタットを削減できる。このため、電池の重量低
減、コストダウンが図れ、さらにサイズを小さくするこ
とができる。、（４）瞬時の′電源異常があっても、正常に゛電池を充
電することができる、（５）完全放電々池あるいは過放電々池に対しても充電
することができる。

（６）内部で短絡又は断線している電池を早期に発見し
て、充電を停止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図は第１
図の主要部の信号のタイムチャート、第３図は本発明の
一具体例における演算部の機能を示すフローチャート、
第４図は電源異常があった時、この電源異常をデータと
して取り込まないようにすること９説明図、第５図は第
４図のような場合に対処した演算部の機能を示すフロー
チャート、第６図は本発明の第２実施例の回路図、第７
図は第６図の動作の説明図、第８図は前記第２実施例に
おける演算部の機能を示すフローチャートである。１・・演算装置、２−・・貼Ｍ、　３・・・ＣＰＵ、　
４　＋　６・・・入力部、５．７・・・出力回路、１３
・・・定電流充電回路、１４・・・比較器、１６・・・
電池、２４・・ツェナダイオード矛　１　図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）記憶部と演算部を有する演算装置、該演算装置か
らの４８号により予め定められた周期の鋸歯状波を発生
する手段、一方の入力端子に咳鋸歯状波発生手段が接続
され、他方の入力端子に被充電電池が接続される比較回
路、および該他方の入力端子に接続きれる定電流充電回
路を具備し、前記鋸歯状波の起点から前記比較回路の出
力が反転する葦での時間のデータを計測して前記記憶部
に貯え、前回記憶されたデータと今回計測されたデータ
とを比較し、このデータが減少傾向又は一定である時に
充電を停止するように構成したことを特徴とする覗池充
゛α回路。
（２）前記比較されるデータが、予め定められた複数の
ｍ数のデータの和又は平均であることを特徴とする特許路。
（３）前記複数個数のデータの和又は平均が最大と最／
１・のデータを除いたデータの和又は平均であることを
特徴とする前記特許請求の範囲第２項記載の寛池充′邂
回路。
（４）記憶部と演算部を有する演算装置、該演算装置か
らの信号により予め定められた周期でかつその起点が予
め定められた正の電圧以上であり、その終点が戒源１圧
未満である鋸歯状波を発生する手段、一方の入力端子に
該鋸歯状波発生手段が接続され、他方の入力端子に波光
１ｔ１を池が接続される比較回路、および該他方の入力
端子に接続される定電流充電回路を具備し、前記鋸歯状
波の起点から前記比較回路の出力が反転するまでの時間
のデータを計測して前記記憶部に貯え、前回に記憶され
たデータと今回計測されたデータとを比較し、予め定め
られた時間より後に、後者のデー夕が減少傾向又は一定
になった時に充電を停止するようにしたことを％徴とす
る電池充電回路。
（５）前記比較回路の出力が予め定められた時間経過し
ても反転しないときには、充電を停止するようにしたこ
とを特徴とする特許項記載の電池充電回路。
（６）充電開始後、予め定められた時間内に、前回に記
憶されたデータが今回計測されたデータより犬きくなっ
ても充電を継続するようにしたことを特徴とするｍＩ記
特許請求の範囲第４項記載の電池充電回路。