JPS6020733A - 急速充電制御装置 - Google Patents

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】 本発明は、シール形鉛蓄電池等の２次電池の充電装置に
おいて、急速な完全充電制御を自動的に行なう急速充電
制御装置に関するものである。

従来のこの種の急速充電制御装置により充電を行なうと
、充電初期には定電流充電制御が行なわれ、蓄電池は一
定の電流で充電され、充電電圧は徐々に上昇する。蓄電
池の充電が進行し、充電電圧が定電圧充電制御回路によ
って制限される電圧に上昇すると、限時制御回路が動作
を開始するとともに定電圧充電制御が行なわれ、充電電
圧は一定に保たれ、一方充電電流は漸次減少する。この
後、限時制御回路の動作終了によって定電圧光′亀制御
は解除され、以後蓄電池は細流電流によって充電される
。

シール形鉛蓄電池をコードレス工具等の動力源として利
用する場合、充電、放電の繰り返しが蓄電池に加えられ
るが、サイクル寿命全延長させるためには、一般に前回
数￥を量の１０５　％程度の充電量の確保が必豐とされ
る。この時例えば充電温度が低い場合、蓄電池の充電受
入れ特性が低下するため、上述の限時制御回路の動作終
了時点での充電量は、定電圧充電制御電圧に蓄電池の充
電温度に対応した適切な補償を行なっても１００％程度
であり、災に不足分の５％の充電量を得るためには細流
電流による微弱な充電によらなければならないため、所
要充電量を確保するだめの充電時間は数時間にも及ぶの
が現状である。

もちろん、限時制御回路の動作時間を延長することによ
り、限時制御回路の動作終了時の充電量は増大が可能で
あるが、逆に高温下での充電時に／ 過充電となり、電解液の減少をきたすという新たな問題
点を提起してしまう。また、タイマ用コンデンサの放電
時定数を利用する簡単な長時間タイマは、限時動作時間
の延長に伴い不安定となシ、限られたコスト、答積内で
の時間延長は極めて困難である。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくシ、こ
の棟の急速充電制御装置において、限時制御回路の１回
の起動による動作時間を延長することなく完全充電時間
の短縮を計った高性能な充電装置を提供することにある
。

本発明は、蓄電池の充電終期において、限時制御回路の
限時動作終了時に尾電圧充電制御が解除され細流充電に
切シ換わる時の充電電圧が下降する割合は、蓄電池の充
電状態が完全充電にある程低く、逆に充電不足の場合は
高い特性を有するという実験結果に発明者らが着目し、
この時点での限時制御回路内の放電継続中のタイマ用コ
ンデンサの充電電圧と時限用基準電圧発生回路の電圧出
力の比較において、蓄電池が充電不足であるときの充電
電圧の急速な下降特性により時限用基準電圧発生回路の
電圧出力をタイマ用コンデンサの充電電圧より低下させ
、定電圧充電制御回路の動作によって該タイマ用コンデ
ンサを再充電し限時制御回路の限時動作を再開させ、蓄
電池が充電不足であるときは定電圧充電を延長させるこ
とにより完全充電に至る時間を短縮させるようにしたも
のである。

本発明の具体的実施例を図面を用いて詳細に説明する。

第１図は本発明になる急速充電制御装置の電気回路図で
あり、第２図は充電特性及び各部の信号出力を模擬的に
示したタイムチャートである。

第３図及び第４図は本発明の要点になる限時制御動作の
再開、終了時の谷部の信号出力を模擬的に示したタイム
チャートである。まず本発明の構成について説明すると
、第１図において、ｌは蓄電池２の急一連充電制御装置
全体を示し、３は降圧トランス、４はトランス３の１次
巻線中に埋め込まれトランス３が異常温度上昇した際に
溶断する温度ヒユーズ、５はトランス３の２次巻線のセ
ンタタップ出力端子に接続された過電流遮断用電流ヒー
ーズであり、ｂｌ　７はそれぞれトランス３０２次１ｉ
１１１出力を整流するダイオードである。８は蓄電池２
の充電を制御するパワートランジスタ等の制御素子（以
下トランジスタと称する。）であり、９は蓄電池２の底
部等に当接して設けられ、蓄電池２が異常温度上昇した
際に充電路を開放する感温スイッチであり、℃は充電路
の平滑用コンデンサ、１１は該コンデンサに並列に接続
された放電用抵抗器である。なお、蓄電池２と急速充電
制御装置との接続において、充電用プラス端子、マイナ
ス端子、電圧検知端子をそれぞｎ２α、２１）、　２ｃ
で示す。℃、１３はそれぞれ降圧トランス３の２次側出
力を整流し、蓄電池２の充電路とは別個の電源回路を形
成するダイオードであり、１４は平滑用コンデンサ、１
５は発光ダイオードから成る充電表示灯、１６は発光ダ
イオード１５０点灯を制御するトランジスタ、１７ハト
ランジスタ１６のベース電流制限用抵抗器、脂は発光ダ
イオードｂの順方向電流を制限する抵抗器である。発光
ダイオードｂは、コンデンサ１４の充電電圧がコンデン
サ１０の充電電圧ヨリも高い場合にトランジスタ拓にベ
ースｔ　１Ｍ　電流れて点灯するようになっている。四
はコンデンサ１４の充電電圧によって駆動されるトラン
ジスタ、初はトランジスタυのベース電流制限用抵抗器
であり、トランジスタＢは差込プラグ２１が図示しない
交流電源から切シ離され急速充電制御装置１が非動作状
態にある時は非導通。状態になシ、蓄電ａ２が電圧検知
端子かを介して放電されるのを防止すると共に、動作状
態にあるときコレクタ、エミッタ間電圧が飽和してほぼ
Ｏｖになり、後述の定電圧充電制御回路等に蓄電池２の
充電電圧を与える。乙はトランジスタ８にベース電流を
供給する抵抗器であり、２３はトランジスタ８の出力電
流を定電流化するためのベース電流制御用トランジスタ
、２４は蓄電池２の充電路に仲介して設けられた電１［
検出用抵抗器、２５は定電流制御を安定化させるための
発振防止用コンデンサ、２６は逆流防止用ダイオードで
あり、定電流充電制御回路を２７で示す。２８はトラン
ジスタ８に並列に接続された細流充電用バイパス抵抗器
、２９は該抵抗器に直列に接続された逆流防止用ダイオ
ードであり、これらの抵抗器、ダイオードにより細流充
電回路３ｏを構成する。次に３１で定電圧光電制御回路
を示し、３２はトランジスタ８のベース電位を制御する
演算増幅器であり、３３は感温スイッチ９と同一の場所
に設けられ蓄電池２の充電温度を検出する感温抵抗器、
３４．３５はそれぞれ該感温抵抗器に直列に接続された
抵抗器、半固定抵抗器であり、その両端はトランジスタ
１９を介して蓄電池２の両端に接続されている。従って
、演算増幅器３２０反転入力端には蓄電池２の充電電圧
を分圧した電圧が印力口され、半固定抵抗器３５により
精密な定電圧充電制御電圧が設定でき、また感温抵抗器
３３により蓄電池の１セル当たり例えば約−５，５ｍ１
７．の温度補償が行なわれるようになっている。同様に
して３６．３７はそれぞれ互いに直列に接続されたツェ
ナーダイオード、抵抗器であり、ツェナーダイオード３
６の両端電圧は演算増幅器３２の非反転入力端に基準電
圧として与えられる。３７は演算増幅器記の出力端にそ
のベースを接続されたトランジスタであり、逆流阻止ダ
・ｆオード３８を介してトランジスタ８のベース電圧を
制御する。

３９で限時制御回路を示し、４０はタイマ用コンデンサ
、４１は該コンデンサの充電を制御する比較器であり、
４２．４３はそれぞれ互いに直列に接続されその両端を
ツェナーダイオード３６の両端に接続された抵抗器であ
り、その接続端は比較器４１の非反転入力端に接続され
、該入力端にツェナーダイオード３６の電圧よシわずか
に低い基準電圧？印加する。比較器４１の反転入力端は
演算増幅器３２の反転入力端に接続され、蓄電池２の充
電電圧の分圧出力が与えられる。４４はタイマ用コンデ
ンサ４ｏの充電時定数決定用抵抗器、４５は逆流防止用
ダイオード、砺はタイマ用コンデンサの放電時定数決定
用の冒抵抗器である。４７はその信号出力により定電圧
充電制御回路（に限時動作を与える比較器であり、４８
は該比較器の低レベルの信号出方により駆動サレツェナ
ーダイオードあの両側を短絡するトランジスタ等のスイ
ッチング素子、４９は逆流防止用ダイオードであり、５
０はトランジスタ４８が急速充′屯制御装置ｌの起動時
、過渡的な比較器４７の低レベルの信号出力により駆動
されるのを防止し、〃・つ逆に限時制御回路３９の時限
動作終了時の高レベルから低レベルへの信号出力の反転
時にトランジスタ４８の短絡動作開始に遅延動作を与え
るベースｉ４Ｌ圧槓分用コンデンサであシ、５１ハ該ト
ランジスタにベース電流を供給子る抵抗器である。比較
器４７の非反転入力端にはタイマ用コンデンサ４０の充
電電圧が印加されている。５２は時限用基準電圧発生回
路であり、トランジスタ５３のベース、・エミッタ間電
位が比較器４７０反転入力端に準定電圧基準電圧として
与えられている。すなわち、トランジスタ５３のベース
電流は蓄電池２の充電電圧を駆動源として抵抗器５４を
介して与えられ蓄電池２の充電電圧に対応して変化する
から、これに応じて該トランジスタ５３のベース、エミ
ッタ間電圧も蓄電池の充電電圧の大小に対応してわずか
に変化する。なお、蓄電池２が充電電圧の異常に低い不
良電池の場合には、トランジスタ５３は非導通状態を保
つので、抵抗器５５によってトランジスタ５６が駆動さ
れ、トランジスタ８のベース電位は降下し、蓄電池２へ
の給電が防止されるようになって、いる。５７は逆流防
止用ダイオードである。

上記の構成において、本急速充電制御装置の動作につい
て説明すると、差込プラグ２１を図示しない交流電源に
接続すると、第２図で示した如く、充゛屯初期は定電流
充電制御、充電終期には限時定電圧充電制御が行なわれ
、蓄電池２の充電温度が低い場合等の１回目の限時制御
動作１が終了した時点での充電が不完全である場合には
、本発明の要点である限時制御動作２が再開され、蓄電
池２は急速に短時間で完全充電に到る。充電初期の蓄電
池２の充電電圧Ｖが所定の電圧ｖＯに達するまでは、ト
ランジスタ８は抵抗器ス及びトランジスタるの作用によ
り定電圧充電制御が行なわれ、蓄電池″２は許容充電電
流で充電される。この状態に−おいては、演算増幅器３
２の反転入力端に加わる蓄電池２の充電電圧Ｖを分圧し
た電圧Ｖ′はツェナーダイオード３６のツェナー電圧■
に対してＶ’　＜％の関係にあり、演算増幅器３２の出
力端からはほぼ該増幅器の駆動電圧に等しい電圧が出力
され、トランジスタ３７は遮断状態を保つ。同様にして
比較器４１の非反転入力端に加えられる電圧１′はＶｚ
よりもわずかに低い電圧でありから、比較器４１の出力
端も寸で上昇し飽和する。

蓄電池２の充電が進行し、その充電電圧が所定の１［■
に達する時刻つにおいては、まずＶ′＝■ｚ′となり、
比較器用の出力端の′電圧出力は反転しＯＶとなシ、タ
イマ用コンデンサ４０は抵抗器砺を介して放電を開始し
、以後充電電圧ＣＶは徐々に降下する。この時点におい
ては、演算増幅器３２の各入力端はＶ’　（Ｖｚの関係
にあるので依然トランジスタｍは遮断状態におかれ、更
に短い時間、蓄電池２は定電流充電が継続される。時刻
ワにおいて、蓄電池２の充電電圧Ｖが所定の電圧■に達
すると、Ｖ’　＝　Ｖａ＋となシ、演算増幅器３２の出
力端の電圧は定電圧充電制御を行なうべく下降し、トラ
ンジスタ３７は導通を開始し、トランジスタ８からは蓄
電池２に対して一定の電圧が印加され、以後充電電圧工
は漸時減少する。時刻〕において、蓄電池の充′ｌ１ｌ
ｆが前回放ｔｆに対してほぼ１００　％弱になると、充
電電流は乃まで低下し、コンデンサ幻の脈動する充電電
圧はコンデンサ１４の充電電圧に上昇接近し、該２つの
コンデンサの充電電圧差がトランジスタ１６のエミッタ
、ベース所要電圧降下値以下になるため、トランジスタ
止のベース電流は消失し、該トランジスタは遮断状態に
移行するから、発光ダイオードは消灯する。

＆電池２の充電量は入れ性が良く、前回放電量に対して
ほぼ１０５％’ｉ超え完全充電が完了する頃、放電途上
にあるタイマ用コンデンサ４０の充電量ＦＥ　ｃ　ｖは
比較器この反転入力端に印加されている時限用基準′電
圧発生回路５２の出力電圧よりも低くな−リ、該比較器
の出゛力端の電圧出力はこれまでの高レベルから低レベ
ルのＯｖに反転し、トランジスタ４８のエミッタ電位を
下げる。これにより該トランジスタは導通状態となシ、
ツェナーダイオード３６の両端は短絡され演算増幅器３
２のトランジスタ８への定電圧制御指示電圧は下降し、
トランジスタ８は以後遮断状態となり、限時制御回路の
動作が終了する。蓄電池２は以後細流充電（ロ）路間を
介して光′屯される。

さて、ここで本発明の袈点となる限時制御動作の再開に
ついて動作を祝明すると、蓄電８２０充電温度が低く、
受電受は入れ性が悪い場合には、限時制御回路の動作終
了時の充電量は１００％程度であシ、第２図、第３図を
参照すると、時刻Ｔ４において、上述と同様にして限時
制御動作ｌが終了するが、充電不足のため細流充電に移
行したときの充Ｗ、を圧■が下降する割合が高く、限時
制御動作１の終了直後の時刻Ｔ／において、時限用基準
電圧発生回路の出力電圧はタイマ用コンデンサの充電電
圧ＣＶよシも低下する。従って比較器４７の出力端は再
び高レベルに反転し、下降中であったツェナーダイオー
ド凹の両端電圧は再び上昇し、瞬時蓄電池２は定電流充
電制御により定電圧充電制御電圧に達するまで充電され
る。この動作に呼′応して比較器４１の出方端からも一
時高レベルの′電圧出力がなされ、タイマ用コンデンサ
４ｏを充電する。これにより、限時制御動作２が再開さ
れ、蓄電池は再び定電圧充電制御にょυ急速に充電され
る。限時制御動作２の動作時間は、抵抗器４４のタイマ
用コンデンサ４ｏの充電抵抗器の存在にょシ、始めの限
時制御動作時間よシも短いものとなる。なお、゛蓄電池
が完全充電に至るまで適切な時間長の限時制御動作２が
繰り返し行なわれる。

第４図を参照すると、蓄電池２が完全充電状態にあると
（時刻Ｔ５）、細流充電に移行後の充電電圧が下降する
割合は低く、限時制御動作終了後、時限用基準電圧発生
回路の出力電圧はタイマ用コンデンサの充電電圧ａＶを
下まわることがないので、限時制御動作は再開されない
。

本発明の具体的実施例においては、時限用基準電圧−発
生回路５２はトランジスタ５３、抵抗器５４の組み合わ
せによって構成したが、これに限定されることなく、例
えば抵抗器とツェナーダイオードを能動に接続したもの
とし、ツェナー電圧が通過電流に対応して若干変化する
特性を利用してもよい本発明によれば、限時制御動作終
了時において苔′亀池が光゛鑞不足である時は、限時制
御動作を再開させ、定電圧充電制御が継続して行なわれ
るようにしたので、゛蓄電池を急速に完全充電に至らし
めることができる。

また、２回目以降の限時制御動作の動作時間は、初回の
それと比較して短いものであるから、余分な過充電が防
止でき、蓄電池内の電解液等の消耗による寿命低下を防
止できる等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

■ 第１図は本発明になる急速充電装置の電気回路′、第２
図は充電特性及び各部の信号出力を模擬的に示したタイ
ムチャート、第３図及び第４図は本発明の要点になる限
時制御動作の再開、終了時の各部の信号出力を模擬的に
示したタイムチャートである。 図において、２は蓄電池、８は制御素子、２７は定電流
制御回路、加は細流充電回路、３１は定電圧充電制御回
路、３９は限時制御回路、釦はタイマ用コンデンサ、４
７は比較器、４８はスイッチング菓子、５２は時限用基
準電圧発生回路である。 特許出願人の名称　日立工機株式会社 千２図 ＋３・図 クイマｍコ〉〒７１の茫電１募ａＣ−１７手続補正書（
方式） ］　事件の表示　昭和５８年特許願第１２７１９６号２
発明の名称　急速充電制御装置 ３　補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　東京都千代田区大手町二丁目６番２号連絡先　
電話（勝田）０２９２−７３−８１１１４　補正命令の
［ｊイマｊ 昭和５８年１０月２５日 以　上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ＠電池の充電を制御する制御素子と、前記制御素子に定
   電流制御信号を出力する定電流充電制御回路と、前記制
   御素子に定電流制御信号を出力する定電圧充電制御回路
   と、前記制御素子に並列に接続した細流充電回路を備え
   たものにおいて、前記定電圧充電制御回路の制御動作開
   始によって放電を開始するタイマ用コンデンサと、該タ
   イマ用コンデンサの充電電圧が時限用基準電圧発生回路
   の′１孔圧出力以下になると前記定電圧充電制御回路内
   の定電圧設定用基準電圧出力を降下させるスイッチング
   素子に駆動信号を出力する比較器とから成る前記定電圧
   充電制御回路の限時制御回路を設け、前記限時制御回路
   の限時動作終了後は前記蓄電池に細流充電を行なわせ、
   かつ前記時限用基準電圧発生回路の電圧出力を前記蓄電
   池の充電電圧に対応した準定電圧出力としたことを特徴
   とする急速充電制御装置。