JPH0119568Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 本考案は二次電池の急速充電を行なう自動充電
装置に関するものである。

従来例の構成とその問題点 一般にNi−Cd電池等の二次電池を急速充電す
る場合には、第１図に示すように、大きな充電電
流Ｉにて充電を行なう必要がある。そして充電電
圧Ｖは充電が進むにつれて上昇していくが、たと
えば、充電雰囲気温度が０℃の場合にはV₁点、
20℃の場合にはV₂点、40℃の場合にはV₃点とい
う具合に充電電圧Ｖは上昇し、さらに前記した大
きな充電電流Ｉが流れ続けると、前記の各V₁点
（t₁時）、V₂点（t₂時）、V₃点（t₃時）を境として
電池内圧Ｐは急激に上昇し、さらに充電が進めば
電池内圧Ｐは電池の安全弁が作動するP_D点に達
して前記安全弁を作動させるため、これにより、
寿命の低下を招くものであつた。このような問題
をなくするためには、電池内圧Ｐの上昇が始まる
t₁時，t₂時，t₃時より第２図に示すように、充電
電流Ｉを漸減させればよく、このように充電電流
Ｉを漸減させると、第２図に示すように、電池内
圧ＰはP₁′，P₂′，P₃′という具合に抑制されるた
め、、電池は安全弁の作動圧P_D点に達することな
く、急速充電を行えるものである。

第３図は従来の自動充電装置の回路構成をした
もので、１は交流電源（図示せず）を整流平滑す
る電源整流回路、Ｂは充電しようとする二次電池
で、この二次電池ＢはたとえばNi−Cd電池であ
る。２は二次電池Ｂの電圧を検出する電圧検出回
路、３は電圧検出回路２の出力端子である。また
前記電源整流回路１のプラスとマイナス間には二
次電池ＢとダイオードD₁と主トランジスタQ₁を
直列に接続し、かつ前記電圧検出回路２の出力端
子３は抵抗R₁の一端とダイオードD₂のアノード
側との接続点に接続し、さらに前記抵抗R₁の他
端は電源整流回路１のプラス側に接続している。
また前記ダイオードD₂のカソード側は電界効果
トランジスタQ₂のゲートに接続し、かつこのダ
イオードD₂と電界効果トランジスタQ₂の接続点
には、コンデンサＣと抵抗R₂よりなる並列回路
の一方を接続し、かつ並列回路の他方は、電源整
流回路１のマイナス側に接続している。また前記
電界効果トランジスタQ₂のドレインは電源整流
回路１のプラス側に接続し、かつソースは抵抗
R₃を介してトランジスタQ₃のベースに接続し、
からにトランジスタQ₃はコレクタを電源整流回
路１のプラス側に接続するとともに、エミツタを
抵抗R₄を介して前記主トランジスタQ₁のベース
に接続し、また主トランジスタQ₁のコレクタ・
エミツタ間には抵抗R₅を接続している。

上記第３図で示した従来の回路の構成におい
て、たとえば、第１図における各温度の充電電
圧、すなわち０℃におけるV₁点、20℃における
V₂点、40℃におけるV₃点にて電圧検出回路２が
動作すれば、コンデンサＣは充電を停止して抵抗
R₂より放電を開始する。これにより、電界効果
トランジスタQ₂のゲート電位は時間経過ととも
に漸減する。すなわち、トランジスタQ₃を介し
て主トランジスタQ₁は徐々に不飽和状態となり、
第２図に示すように、充電電流Ｉは各温度におい
て等価的にI₀℃′，I₂₀℃′，I₄₀℃′のように漸減を
終了する。

しかしながら、第３図に示す従来の回路構成に
おける第２図の充電電流漸減モードは、漸減領域
t₇−t₁＝t₅−t₂＝t₈−t₃になるもので、これは、第
３図に示す放電タイマ回路のコンデンサＣと抵抗
R₂の時定数で決定される。この場合、一般に抵
抗R₂の抵抗値、およびコンデンサＣの容量値の
温度依存は無視できる程度のものであるため、各
雰囲気温度における充電電流漸減領域時間は同等
になるものである。したがつて第３図に示す従来
の回路構成においては、第２図の充電モードにお
いて、充電開始時t₀より充電電流Ｉが漸減を終了
するまでの各雰囲気温度での充電量を比較した場
合、０℃の充電量＜20℃の充電量＜40℃の充電量
となるもので、これにより、たとえば20℃の充電
量を適正とした場合、０℃においては不足充電と
なり、また40℃においては過充電傾向となるもの
で、したがつて40℃の場合は、長期的な充電、放
電のサイクルの面で考えれば、二次電池の寿命劣
化につながるという欠点を有するものであつた。

考案の目的 本考案は上記従来の欠点に鑑み、各雰囲気温度
における充電量の不均衡を除去し、各雰囲気温度
において適正な充電量を簡単な構成にして、電池
内圧の上昇を十分に抑制した状態で確保すること
ができる自動充電装置を提供することを目的とす
るものである。

考案の構成 上記目的を達成するために本考案は、二次電池
の電圧を検出する電圧検出回路の出力端子にダイ
オードを介してコンデンサと負特性の抵抗温度特
性を有する感温半導体抵抗器の並列回路の一端を
接続し、かつこの並列回路の他端を電源整流回路
のマイナス側に接続し、前記二次電池の電圧が設
定電圧以上に達したときに前記電圧検出回路の信
号により、充電されたコンデンサの電荷を放電さ
せ、かつこのコンデンサの端子電圧により比例動
作して充電雰囲気温度により充電電流が漸減する
時間を自動的に制御し、微少電流以下まで充電電
流を漸減させるドライブ回路を設けたもので、こ
の構成によれば、負特性の抵抗温度特性を有する
感温半導体抵抗器を採用しているため、雰囲気温
度が低い場合は抵抗値が大きくなり、その結果、
コンデンサとの時定数による充電電流の漸減時間
は長くなり、一方、雰囲気温度が高い場合は抵抗
値が小さくなり、その結果、コンデンサとの時定
数による充電電流の漸減時間は短くなるという具
合に、各雰囲気温度での充電量はほぼ同一となる
ため、従来のように雰囲気温度が高い、あるいは
低い場合、過充電になつたり、あるいは不足充電
になつたりするということはなくなり、したがつ
て、各雰囲気温度において常に適正な充電量を確
保することができるものである。

実施例の説明 以下、本考案の一実施例を第４図にもとづいて
説明する。なお、この第４図においては、従来例
で示した第３図と同一部品については同一番号を
付しており、第３図と異なる点のみを説明する。
すなわち、この第４図に示す本考案の一実施例に
おいては、従来のコンデンサＣと並列に接続され
た抵抗R₂の替りに、負特性の抵抗温度特性を有
するサーミスタよりなる感温半導体抵抗器R₂′を
用いたものである。

上記第４図に示す回路構成において動作を説明
する。二次電池Ｂの電圧Ｖが第１図に示すよう
に、電圧検出回路２の設定電圧、すなわち電池の
内圧が著しく上昇し始める電圧、つまり０℃V₁
点、20℃V₂点、40℃V₃点以下のときは電圧検出
回路２の出力端子３の電位は二次電池Ｂの電圧と
同等の電位となり、その結果、コンデンサＣは抵
抗R₁、ダイオードD₂を介して充電され、かつ電
界効果トランジスタQ₂およびトランジスタQ₃，
Q₁がいずれもオンとなつて二次電池Ｂの充電は
開始される。この充電が進むにつれて電池電圧Ｖ
は上昇し、電圧検出回路２の設定電圧、つまり０
℃V₁点、20℃V₂点、40℃V₃点以下に達すると、
電圧検出回路２の出力端子３の電位は零付近まで
低下し、かつダイオードD₂のアノード側の電位
がカソード側の電位よりも低くなり、したがつて
コンデンサＣには充電電流が流れなくなる。その
結果、コンデンサＣの両端電圧、すなわち電界効
果トランジスタQ₂のゲート電位は、感温半導体
抵抗器R₂′によりコンデンサＣの放電が開始され
るため、徐々に漸減し、さらに電界効果トランジ
スタQ₂のソース電位も低下するため、トランジ
スタQ₃は飽和状態より不飽和状態となり、かつ
主トランジスタQ₁も同様に飽和状態より不飽和
状態となる。したがつて、本考案の一実施例にお
ける第１図の動作モードにおいて、充電電流Ｉは
第５図に示すように漸減を開始する。すなわち、
電池内圧Ｐが急激に上昇を開始しようとするとき
に充電電流Ｉを漸減させて電池の内圧Ｐの上昇を
低く抑制するものである。そしてコンデンサＣの
放電がさらに進むと、電界効果トランジスタQ₂
およびトランジスタQ₃はオフとなり、そして主
トランジスタQ₁もオフとなり、充電電流Ｉの漸
減は完了するが、この充電電流漸減完了後は主ト
ランジスタQ₁のコレクタ・エミツタ間に並列に
接続した抵抗R₅により二次電池Ｂに補充電電流
を流すものである。また第１図に示すように大き
な一定電流Ｉにて充電をした場合には、その雰囲
気温度により電池内圧Ｐを著しく上昇を開始する
点は、たとえば０℃V₁点、20℃V₂点、40℃V₃点
という具合に異なり、かつ充電時における二次電
池Ｂの電気化学反応も異なり、一般的には０℃t₁
−t₀＜20℃t₂−t₀＜40℃t₃−t₀となる。すなわち低
温域においては、電池内圧Ｐが著しく上昇を開始
する時間は早く、また高温域においては遅いもの
であり、たとえば第２図の充電モードにおいて、
０℃の場合に、20℃と同様の充電開始時t₀より充
電電流漸減開始時t₂までの時間を設定し、20℃と
同様の漸減時間にて漸減電流を流せば、電池内圧
Ｐは充電電流の漸減開始直後には二次電池Ｂの安
全弁作動圧P_D付近まで達するものである。すな
わち、安全弁作動圧のバラツキ等を考慮すれば、
安全弁作動の危険性があるものであり、したがつ
て本考案の一実施例では、低温時、たとえば０℃
においては第５図に示すように、充電電流漸減開
始点をt₁時のように短く設定し、かつ充電電流漸
減領域をt₆−t₁という具合に長くとるようにした
もで、これにより、電池内圧Ｐの上昇をP₁のよ
うに低く抑制しながら二次電池Ｂが持つている電
池容量100％を漸減充電電流にて充電することが
できる。また高温域、たとえば40℃においては、
前記低温域とは逆に充電開始時t₀より充電電流開
始点t₃までを長く設定し、かつ充電電流漸減領域
をt₄−t₃という具合に短くとるようにしたもの
で、これにより、電池内圧の上昇をP₃のように
低く抑制しながら二次電池Ｂが持つている電池容
量100％を漸減充電電流にて充充電することがで
きる。したがつて、20℃の総充電量を適正基準と
すれば、０℃においては充電電流の漸減領域が長
くなり、かつ40℃においては充電電流の漸減領域
が短くなるため、本考案の一実施例を示した第４
図の構成による充電動作モードは、第５図に示す
ように、充電電流が等価的に図示したI0℃，I20
℃，I40℃という具合に漸減し、かつ電池内圧Ｐ
もP₁（０℃），P₂（20℃），P₃（40℃）という具合に
十分に低く抑制される。

また本考案の一実例における第４図の構成にお
いて、充電電流の漸減は主トランジスタQ₁で行
なうが、その漸減時間および漸減充電電流の制御
はコンデンサＣの端子電圧により、電界効果トラ
ンジスタQ₂、抵抗R₃、トランジスタQ₃、抵抗R₄
によつて比例制御される。すなわち、電圧検出回
路２が作動する直前のコンデンサＣの電圧をＥと
し、かつ充電電流が漸減中の任意のときの電界効
果トランジスタQ₂のゲート電位をｅとし、漸減
開始より終了までの時間をＴとすれば、コンデン
サＣと感温半導体抵抗器R₂′により、ｅ＝Eexp−
Ｔ／R₂′Cの放電式が成立する。すなわち、前記感温 半導体抵抗器R₂′は負特性の抵抗温度特性を有す
るため、雰囲気温度が低い場合、たとえば０℃の
場合は、半導体抵抗器R₂′の抵抗値が大きくなり、
その結果、コンデンサＣとの時定数による充電電
流Ｉの漸減時間は長くなり、一方、雰囲気温度が
高い場合、たとえば40℃の場合は、半導体抵抗器
R₂′の抵抗値が小さくなり、その結果、コンデン
サＣとの時定数による充電電流Ｉの漸減時間は短
くなるもので、これにより、第５図に示す漸減領
域時間の関係、すなわち、０℃t₆−t₁＞20℃t₅−
t₂＞40℃t₄−t₃の関係が容易に得られるものであ
る。この結果、各雰囲気温度での充電量はほぼ同
一となるため、従来のように雰囲気温度が変わる
ことにより、過充電になつたり、あるいは不足充
電になつたりするということはなくなるものであ
る。

また第４図に示すコンデンサＣと感温半導体抵
抗器R₂′との並列回路よりなる放電回路４を、第
６図に示すように感温半導体抵抗器R₂′と抵抗R₆
の直列回路とコンデンサＣとを並列接続したも
の、第７図に示すように２個の感温半導体抵抗器
R₂′と抵抗R₇の直列回路とコンデンサＣとを並列
接続したもの、第８図に示すように２個の感温半
導体抵抗器R₂′を並列接続したものにコンデンサ
Ｃを並列接続したものにすれば、任意の雰囲気温
度において、充電電流漸減開始点の設定と、充電
電流漸減領域時間の設定とを精度よく行うことが
できるものである。

考案の効果 以上のように本考案によれば、負特性の抵抗温
度特性を有する感温半導体抵抗器を採用している
ため、雰囲気温度が低い場合は抵抗値が大きくな
り、その結果、コンデンサとの時定数による充電
電流の漸減時間は長くなり、一方、雰囲気温度が
高い場合は抵抗値が小さくなり、その結果、コン
デンサとの時定数による充電電流の漸減時間は短
くなるという具合に、各雰囲気温度での充電量は
ほぼ同一となるため、従来のように雰囲気温度が
高い、あるいは低い場合、過充電になつたり、あ
るいは不足充電になつたりするということはなく
なり、したがつて、各雰囲気温度において常に適
正な充電量を確保することができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は充電電流を一定とした場合の充電時間
と電池電圧、電池の内部電圧との関係を示す特性
図、第２図は従来の自動充電装置における充電時
間と電池の内部電圧、充電電流との関係を示す特
性図、第３図は従来の自動充電装置の電気回路
図、第４図は本考案の一実施例を示す自動充電装
置の電気回路図、第５図は同充電装置における充
電時間と電池の内部電圧、充電電流との関係を示
す特性図、第６図、第７図、第８図は同充電装置
における放電回路の各実施例を示す回路図であ
る。 Ｂ……二次電池、１……電源整流回路、２……
電圧検出回路、４……放電回路、Ｃ……コンデン
サ、R₂′……感温半導体抵抗器、Q₁……主トラン
ジスタ、Q₂……電界効果トランジスタ、Q₃……
トランジスタ、D₂……ダイオード、R₁，R₃，R₄
……抵抗。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 電源整流回路の両端に充電しようとする二次電
   池と主トランジスタを直列接続してなる主回路
   と、前記二次電池の電圧を検出する電圧検出回路
   とを備え、前記電圧検出回路の出力端子にダイオ
   ードを介してコンデンサと負特性の抵抗温度特性
   を有する感温半導体抵抗器の並列回路の一端を接
   続し、かつこの並列回路の他端を前記電源整流回
   路のマイナス側に接続し、前記二次電池の電圧が
   設定電圧以上に達したときに前記電圧検出回路の
   信号により、充電されたコンデンサの電荷を放電
   させ、かつこのコンデンサの端子電圧により比例
   動作して充電雰囲気温度により充電電流が漸減す
   る時間を自動的に制御し、微少電流以下まで充電
   電流を漸減させるドライブ回路を設けた自動充電
   装置。