JPS62100139A - 二次電池充電制御回路 - 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】 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、ポータプルビデオやハンドベルトコンピュータ用
電源として、密閉形ニッケルカドミウム電池（以下二カ
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ｎ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列として上げられる・
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
を検出する充電制量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正特性のうちピーク点Ｐｉ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。４．６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、１゜は抵抗、１１はダイオード、１２
はコンデンサで、電池の充電々正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正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ｎ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′。

となシ、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
、り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、Ｏ
Ｎ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シ
高くバイアスされ、出力はノ・イレベル“Ｈ”　ｉ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よシ降下を始めると、コンデンサ１２の電圧の方
が電池１８の電圧よシ高くなシ、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シも高電位にバイア
スされ、出力はローレベル“Ｌ　′ｌ　全出力し、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
態となシ、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
電々正特性のピーク点Ｐがはつきシと現れなくなシ、電
池の充電々正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
合に要する時間よシ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、電池の充電々正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シ、
演算増幅器９の出力は、電池の充電が完了してもノ・イ
レペル゛Ｈｕ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′”となシ、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）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
充電々正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勺、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シ
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゛ＬＩ＋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ミ圧が下がシ、やがて電池１８の電
圧よシ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“Ｈ１１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濫み、充電完了後は再び充電かスタ
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全切
換えて充電時間？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ょシ再び大電流によ
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
。

実施列 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
検知する回路全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は従来列と同じ要素で
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を接続したシ遮断した
シして時限定数を切シ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６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シ高くバイアス
され出力はハイレベル“Ｈ１１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よシ降下を
始めると、コンデンサ１２の電圧の方が電池電圧よシ高
くなシコンデンサ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
転入力よシ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状態となシ充電を終了する。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だけの場合よシ
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９０−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
＋１　Ｌ　１１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
を検出する回路にょシミ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の実施列について第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
カババイレベル“ＨＩ＋を出力し、スイッチトランジス
タ５および４はＯＮ状態となシ、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１ｏ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ベダイ
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２ｏ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
くシと動作している。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４．６ｉ０７Ｆ
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はハイレベノ曜
′Ｈ″を出力している。やがて、充電か完了に近づき電
池電圧がピーク点Ｐよシ降下を始めると、コンデンサ１
２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シ
高電位にバイアスされ、出力はローレベル゛Ｌ　Ｉ＋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２ｏはＯＮ状態となシ、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）決定される時限定数よシ極度に
小さい時限定数とする６従って、充電時間制限タイマ１
６の制限時間が極度に短縮され、充電時間制限タイマ１
６は数秒から数分以内でローレベル゛’　Ｌ　”　ｉ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゛″ＨＩ＋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）
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
ものかある。

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量回路の一実施例を示
す回路図、第２図は他の列を示す回路図、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。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名区　
　　　　　　σｎ Ｇ■丁ｐ 区 ａ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （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. （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。