JPH01270742A

JPH01270742A - 蓄電池の充電回路

Info

Publication number: JPH01270742A
Application number: JP9672488A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Shiojima; 塩島　信雄
Original assignee: Toshiba Battery Co Ltd
Current assignee: FDK Twicell Co Ltd
Priority date: 1988-04-21
Filing date: 1988-04-21
Publication date: 1989-10-30
Anticipated expiration: 2012-05-14
Also published as: JP2610298B2

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）本発明は蓄電池の充電回路に係り、特に蓄電池の端子電
圧またはこれに比例した電圧の時間変化に対する微分値
を検出して充電を制御する充電回路に関する。

（従来の技術）蓄電池の充電方法としては種々のものが知られているが
、特に急速充電に用いられるものとして、充電時におけ
る蓄電池の端子電圧の時間変化に対する微分値を検出し
て充電を制御する（充電を停止または充電電流を減少さ
せる）方法がある。この方法の具体例は、例えば特公昭
６１−５３３９号公報に記載されている。この従来技術
では電池の両端にコンデンサと抵抗の直列回路からなる
微分回路を接続し、この微分回路の出力電圧（抵抗とコ
ンデンサとの接続点の電圧）が、ピーク前に発生する谷
点電圧より低い所定値まで低下した時点で充電を停止さ
せるようにしている。

（発明が解決しようとする課題）従来技術において抵抗とコンデンサの直列回路からなる
微分回路の出力電圧ｖ　ｏｕｔは、抵抗の値をＲ，コン
デンサの容量値をＣ１蓄電池の端子電圧をＶＢとすると
、次式（１）で表される。

Ｖｏｕｔ　−Ｒ−Ｃ（ｄＶＢ／ｃｌｔ　−ｄＶｏｕｔ／
ｄｔ）　−（１）端子電圧ＶＢの正確な微分値は式（１
）の右辺第１項であり、第２項は誤差分である。この誤
差分の影響はＲＣＯ値が大きくなるに従って大きくなる
。

ここで、蓄電池の端子電圧ＶＢの時間変化は一般に小さ
いから、その微分値を微分回路で検出するためには、Ｒ
Ｃの値（時定数）を数１０秒と著しく大きくする必要が
ある。この結果、上記の誤差分が大きくなってしまい、
ＶＢの正確な微分出力が得られない。

従って蓄電池の充電量を適切に制御することが難しくば
かりでなく、充電初期から微分回路の出力電圧Ｖ　ｏｕ
ｔが所定値に達してしまい、著しい充電不足となること
があった。

（課題を解決するための手段）本発明に係る蓄電池の充電回路は、蓄電池の端子電圧ま
たはそれに比例した電圧の時間変化に対する微分値を得
る微分回路を、演算増幅器と、この演算増幅器の反転入
力端子と微分回路の入力端子との間に接続されたコンデ
ンサと、演算増幅器の反転入力端子と出力端子との間に
接続された抵抗とを主体として構成し、この微分回路の
出力電圧を検出する検出回路の出力に基づいて蓄電池の
充電を制御するようにしたものである。

（作　用）本発明において微分回路の出力電圧は、抵抗の値をＲ，
コンデンサの容量値をＣ１蓄電池の端子電圧をＶＢとす
ると、Ｃ−Ｒ（ｄＶ　Ｂ／ｄｔ）　、すなわちＶＢの正
確な微分値に比例した値となり、従来技術における微分
回路の出力に含まれていた微分回路自体の出力の微分値
に相当する誤差分の項は含まれない。

従って、この微分回路の出力電圧Ｖ　ｏｕｔが例えばピ
ーク前に発生する谷点電圧より低い所定値まで低下する
か、またはｖ　ｏｕｔが所定値に達するか、あるいはｖ
　ｏｕｔの最大値から所定値ないし所定率だけ低下した
ことを検出回路で検出して充電を制御すれば、適切な充
電量が得られる。

（実施例）第１図は本発明の一実施例に係る蓄電池の充電回路を示
したものである。

第１図において、蓄電池１は充電制御回路２を介して充
電用電源３に接続されている。充電制御回路２は例えば
スイッチング回路によって構成される。充電用電源２は
交流電源を整流して直流を得る直流電源か、または他の
比較的大容量の電池が使用される。

蓄電池１にはさらに微分回路４が接続されている。この
微分回路４は従来技術におけるような単なるＣＲ微分回
路でなく、微分演算回路５と、反転増幅回路６とで構成
されている。

微分演算回路５は非反転入力端子が接地された演算増幅
器７と、この演算増幅器７の反転入力端子と微分回路４
の入力端子ａ（蓄電池１の一端）との間に接続された抵
抗Ｒ１，コンデンサＣ１の直列回路と、演算増幅器７の
反転入力端子と出力端子との間に接続された抵抗Ｒ２，
コンデンサＣ２の並列回路とで構成され、演算増幅器７
の出力端子が微分演算回路５の出力端子すとなっている
。なお、抵抗Ｒ１，コンデンサＣ２は微分演算回路５の
動作を安定化するためのもので、必ずしも必要なもので
はない。

一方、反転増幅回路６は非反転入力端子が接地された演
算増幅器８と、この演算増幅器８の反転入力端子と反転
増幅回路６の入力端子Ｃとの間に接続された抵抗Ｒ３、
および演算増幅器８の反転入力端子と出力端子との間に
接続された抵抗Ｒ４により構成され、演算増幅器８の出
力端子が反転増幅回路６の出力端子ｄとなっている。

ここで、蓄電池１の端子電圧をＶＢとすると、微分演算
回路５の出力電圧Ｖｌは、Ｖｌ　−−Ｃ１−Ｒ２（ｄＶＢ／ｄｔ）であり、また反
転増幅回路６の増幅率ＡはＡ−−Ｒ４／Ｒ３であるから
微分回路４の出力電圧ｖ　ｏｕｔは次式（３）で表され
る。

Ｖｏｕｔ　−Ａ−Ｃ１・Ｒ２（ｄＶＢ／ｄｔ）　　　＝
１３）これは式（２）と同一（Ｃ−Ｃ１，Ｒ−Ｒ２）で
あり、ｖ　ｏｕｔは誤差分の項を含まず、ＶＢの時間変
化に対する微分値に正確に比例した値となる。

微分回路４の出力端子（反転増幅回路６の出力端子ｄ）
は、検出回路９の入力端子ｅに接続されている。検出回
路９はこの例では電圧比較器１０により構成され、電圧
比較器１０の非反転入力端子は検出回路９の入力端子ｅ
に、出力端子は検出回路９の出力端子ｆに接続されてい
る。また、電圧比較器１０の反転入力端子には基準電圧
ｖ　ｔｈｉが印加されている。

検出回路９の出力端子ｆは、フリップフロップ回路１１
のリセット端子Ｒに接続されている。フリップフロップ
回路１１のセット端子Ｓには、電源投入時やスイッチ等
の動作に連動して発生するスタートパルスが印加される
。フリップフロラ回路１１の出力端子Ｑは、充電制御回
路２の制御入力端子に接続されている。

充電制御回路２はフリップフロップ回路１１の出力端子
Ｑが高レベルのとき急速充電状態となり、低レベルのと
き充電制御状態となる。充電制御状態では、蓄電池１の
充電を完全に停止させるか、または充電電流を減少させ
る。

次に、第１図の充電回路の動作を第２図に示す電圧波形
を参照して説明する。

充電回路の電源投入時やスイッチ等の動作に連動して発
生するスタートパルスがフリップフロップ回路１１のセ
ット端子Ｓに加わると、フリップフロップ１１の出力端
子Ｑは高レベルとなり、充電制御回路２は急速充電状態
となる。この状態では充電用電源３から蓄電池１に大電
流が供給され、急速充電が開始される。このとき蓄電池
１の端子電圧ＶＢは、第２図（ａ）に示すように充電時
間の経過に伴い徐々に上昇する。充電が進んで充電末期
になるとＶＢは急激に上昇し、やがてピークに達し、そ
の後は次第に低下する。

このような蓄電池１の端子電圧ＶＢの変化に応じて、微
分回路４の出力電圧ｖ　ｏｕｔは第２図（ｂ）のように
変化する。微分回路４の出力電圧Ｖ　ｏｕｔは検出回路
９に入力され、電圧比較器１ｏで基準電圧Ｖ　ｔｈｌと
比較される。基準電圧ｖ　ｔｈｔは微分回路４の出力電
圧Ｖ　ｏｕｔがピーク（Ｐ点）となる前に発生する谷点
電圧ＶＬより低い値に設定されている。充電末期になり
、Ｖ　ｏｕｔ　＜　Ｖ　ｔｈｌになると（Ｐ１点）、検
出回路９の出力が低レベルとなるから、フリップフロッ
プ回路１１はリセット状態となる。フリップフロップ回
路１１の出力端子Ｑはリセット状態において低レベルと
なるから、充電制御回路２は充電制御状態となり、蓄電
池１の充電を停止させるか、または充電電流を減少させ
る。

このようにして１、本発明では蓄電池１の端子電圧ＶＢ
の時間変化に対する正確な微分値が微分回路４により得
られるので、微分回路４の出力電圧ｖ　ｏｕｔが基準電
圧Ｖ　ｔｈｌで与えられる設定、値より低下したとき充
電制御を行なうことにより、蓄電池１に充電不足等を生
じることなく、適切な量だけ充電することができる。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく、例えば
第１図では検出回路９における電圧比較器１０の反転入
力端子に、微分回路４の出力電圧Ｖ　ｏｕｔがピー２２
点に達する前に発生する谷点電圧ＶＬより低い基準電圧
Ｖ　ｔｈｌを印加しておき、Ｖｏｕｔ　＜　Ｖｔｈｌの
とき充電制御を行なうようにしたが、検出回路９を第３
図〜第５図に示すように構成してもよい。

第３図においては、検出回路９を構成する電圧比較器１
０の反転入力端子に微分回路４の出力端子を接続し、非
反転入力端子に基準電圧Ｖ　ｔｈ２を印加している。こ
の基準電圧Ｖ　ｔｈ２は第２図（ｂ）に示すように、微
分回路４の出力電圧ｖ　ｏｕｔがピー２２点に達する前
に発生する谷点電圧ＶＬより高（、ピーク値ｖＰより低
い値に設定されている。

この場合には、充電が進んで充電末期となり、ｖ　ｏｕ
ｔ　＞　ｖ　ｔｈｚとなる第２図（ｂ）の２２点で充電
制御を行なえばよい。このようにすると、充電電流をさ
らに大きくしてより短時間（１時間未満）で充電する場
合に問題となるＰ点とＰＬ点点間過充電を防ぐことがで
き、電池寿命を損なうことがない。

第４図は微分回路４の出力電圧ｖ　ｏｕｔと、このｖ　
ｏｕｔを微小電圧ΔＶ分だけ低い方向にシフトした電圧
の最大値を保持するピーク保持回路１２の出力電圧Ｖｈ
ｌとを電圧比較器１０で比較し、この電圧比較器１０の
比較結果に基づいて、Ｖｏｕｔ＜ｖｈｔとなる第２図（
ｂ）の２３点で充電制御を行なうようにしたものである
。

また、第５図は微分回路４の出力電圧Ｖ　ｏｕｔと、こ
のｖ　ｏｕｔを抵抗Ｒ５，Ｒ６によって分圧した電圧Ｖ
ｄの最大値を保持するピーク保持回路１３の出力電圧Ｖ
　ｔｈ２とを電圧比較器１０で比較し、この電圧比較器
１０の比較結果に基づいて、Ｖｏｌｔ＜Ｖｈ２、すなわ
ち微分回路４の出力電圧Ｖｏｕｔが所定率だけ低下する
第２図（ｂ）の２４点で充電制御を行なうようにしたも
のである。

なお、第４図および第５図の検出回路９をそれぞれ用い
た場合の充電制御点Ｐ３．Ｐ４は、ピーク点であるＰ点
に近く、かつ互いに接近している。

従って、これらの実施例によると、充電電流をより大き
くし、より短時間（例えば１時間未満）で充電を行なう
場合に問題となるＰ点とＰＬ点点間過充電を防ぐことが
できる。これにより電池寿命を損なうことがなくなるだ
けでなく、微分回路４の出力電圧ｖ　ｏｕｔがピーク値
ｖＰを過ぎて下降し始めた時点を検出しているため、充
Ｋｍを適切にでき、かつより確実に充電制御を行なうこ
とが可能となる。

なお、上記実施例では微分回路４を微分演算回路５と反
転増幅回路６とにより構成したが、反転増幅回路６を用
いず、微分演算回路５の出力を直接検出回路に入力して
もよい。その場合、検出回路において基準電圧の極性を
変えればよい。

また、本発明に基づく充電制御は、例えばタイマー制御
・電圧制御・温度制御等の従来の各種の充電制御法と組
合わせて実施することもできる。

その他、本発明は要旨を逸脱しない範囲で種々変形して
実施することが可能である。

（発明の効果）本発明によれば、蓄電池の端子電圧またはそれに比例し
た電圧の時間変化に対する微分値を得る微分回路を、演
算増幅器とコンデンサおよび抵抗からなる微分演算回路
によって構成することによって、蓄電池の端子電圧の正
確な微分値に比例した値を得ることができるので、この
微分回路の出力電圧を検出する検出回路の出力に基づい
て蓄電池の充電を制御することで、過不足充電を起こす
ことがなく、常に適切な充電量が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る蓄電池の充電回路の回
路図、第２図は同実施例の動作を説明するための電圧波
形図、第３図〜第５図は検出回路の他の構成例を示す図
である。１・・・蓄電池、２・・・充電制御回路、３・・・充電
用電源、４・・・微分回路、５・・・微分演算回路、６
・・・反転増幅回路、７．８・・・演算増幅器、９・・
・検出回路。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第２図

Claims

【特許請求の範囲】蓄電池の端子電圧またはそれに比例した電圧の時間変化
に対する微分値を得る微分回路と、この微分回路の出力
電圧を検出する検出手段と、この検出手段の出力に基づ
いて前記蓄電池の充電を制御する充電制御手段とを備え
た蓄電池の充電回路において、前記微分回路は演算増幅器と、この演算増幅器の反転入
力端子と前記微分回路の入力端子との間に接続されたコ
ンデンサと、前記演算増幅器の反転入力端子と出力端子
との間に接続された抵抗とを有することを特徴とする蓄
電池の充電回路。