JPH0191626A

JPH0191626A - 電池充電装置

Info

Publication number: JPH0191626A
Application number: JP24919287A
Authority: JP
Inventors: Toshinori Suzuki; 鈴木　敏則
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1987-10-02
Filing date: 1987-10-02
Publication date: 1989-04-11

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】本発明電池充電装置を以下の項目に従って説明する。

Ａ、産業上の利用分野Ｂ１発明の概要Ｃ０従来技術［第６図］ａ、−射的背景す、従来の充電装置の例［第６図］Ｄ１発明が解決しようとする問題点Ｅ０問題点を解決するための手段Ｆ、実施例Ｆ−１，第１の実施例［第１図、第２図コミ９回路［第
１図コｂ、動作［第２図］ｂ−１，切換前ｂ−２，切換時以後Ｃ１特性［第３図］Ｆ−２，第２の実施例［第４図、第５図コミ１回路［第
４図］ｂ、タイミングチャート［第５図］Ｃ１特性［第３図コＧ１発明の効果（Ａ、産業上の利用分野）本発明は新規な電池充電装置に関する。詳しくは、二次
電池への給電と各制御回路への給電を−の電源にて行な
うようにした電池充電装置において、より多くの電流を
二次電池へ給電することにより、より早い充電を可能に
した新規な電池充電装置をを提供しようとするものであ
る。

（Ｂ、発明の概要）本発明電池充電装置は、電源ラインと二次電池との間に
スイッチング手段を設け、二次電池の端子電圧を検出し
、該端子室゛圧に応じたパルス信号にて前記スイッチン
グ手段を動作させ二次電池への給電を充電パルス信号に
て行なうようにすることにより、ＴＬ源を直に二次電池
に接続でき、充電時間を短くすることができるようにし
たものである。

（Ｃ，従来技術）［第６図］（ａ、−射的背景）ニッケルーカドミウム電池、鉛電池等の二次電池の充電
に使用する充電装置には、急速充電を行なうことができ
るものがあり、普通充電に比べ充電時間の短縮を図るこ
とができる。

ところで、このような充電装置において、充電用の電源
と制御回路用の電源を同一の電源から供給すると、急速
充電時に特に充電初期において充電用電源電圧の供給が
過度になり、制御回路に供給される電源電圧が低下し、
そのために、制御回路が誤動作を起こす惧れがある。

また、上記した充電用の電源と、制御回路用の電源を別
電源とすることも考えられるが、製品コストの増大にな
り実用的でない。

そこで、充電初期においては急速充電は行なわず普通充
電を行ない、電池の端子電圧が所定値以上になり、制御
回路の電源電圧の低下が起こらない状態になった後に急
速充電に８行するようにしたものがある。

（ｂ、従来の充電装置の例）［第６図］第６図は充電初
期において二次電池の端子電圧を測定することにより普
通充電から急速充電への切換を自動的に行なうようにし
た従来の充電装置の回路の一例ａを示すものである。

図において交流電源すは、トランス、ダイオードブリッ
ジ等により構成される整流回路Ｃに接続されている。

ｄは整流回路Ｃにおけるダイオードブリッジの一端から
延び他の回路素子とを結ぶ電源ラインである。

ｅは切換スイッチであり、普通充電と急速充電との切換
に使用されるものであり、共通接点は上記した７に＋　
？原うインｄに接続されると共に、独立接点の一方は急
速充電用のダイオードｆのアノードに接続され、他方の
独立接点は制限抵抗器ｇの一端に接続されている。

また、切換スイッチｅは後述するタイミング制御回路か
らの指令がないかぎり、その可動子が制限抵抗器側の独
立接点と接触しており、普通充電が行なわれるようにな
っている。

ｈは二次電池であり、正極側はダイオードｆのカソード
及び上記制限抵抗器ｇの他方の端子に接続されており、
負極側はグランドとされている。

ｉ％ｊは分圧抵抗器であり、電源ラインｄとグランドと
の間に直列に介挿されている。

ｋは比較器であり、入力端子の一方は直列に配設された
分圧抵抗器ｉとｊとの間と接続され、他方の入力端子は
ダイオードｆ及び制限抵抗器ｇと二次電池りとの間に接
続されており、二次電池りの端子電圧と分圧抵抗器ｊに
より決定される所定の電圧とを比較するようになってい
る。

ｌはタイミング制御回路であり、その入力側は比較器に
の出力端子に接続され、比較器にの信号を受けて、前記
切換スイッチｅに切換信号を出力するようになっている
。

しかして、充電が開始されると、整流回路Ｃにより整流
された電流は電７原ラインｄ−切換スイッチｅ−制限抵
抗器ｇを経由して、二次電池りに流れるとともに、電源
ラインｄから直接、分圧抵抗器ｉ、ｊ、比較器ｋ及びタ
イミング制御回路℃に各別に供給される。

そして、時間の経過に伴ない、二次電池りの充電量が増
加すると二次電池りの端子電圧が高くなり、分圧抵抗器
ｊによる所定電圧より高くなると、比較器ｋにより、こ
れが判断され、「Ｈ」信号をタイミング制ｆ′Ｊ１１回
路℃に出力する。ｒＨＪ信号が入力されたタイミング制
御回路Ａは切換スイッチｅに切換指令信号を出力し、こ
れにより、切換スイッチｅの可動子がダイオードｆ側の
独立接点に切り換わることとなる。

切換スイッチｅの可動子がダイオードｆ側の独立接点に
接触することにより、電源ラインｄからの電流がダイオ
ードｆを経て、直接二次電池に流れるようになり、急速
充電が開始される。

第３図は充電曲線を示すもので上記従来例ａは点線で示
される充電曲線ｍを得る。

尚、同図において、縦軸は二次電池の端子電圧を、横軸
は充電時間を示す。

上記従来例ａにおける充電曲線ｍは充電開始から二次電
池りの端子電圧が所定値■。（Ｖ）に達する時刻ｔｏ　
　（分）までの間、即ち、普通充電時には比較的紙やか
な勾配（充電曲線ｍｌ）で表わされ、時刻ｔｏ　　（分
）８行、即ち、急速充電時には充電曲線ｍ、に比して急
な勾配（充電曲線ｍ２）で表わされる。

（Ｄ、発明が解決しようとする問題点）しかしながら、
このような従来の充電装置ａにあっては、充電初期にお
いて二次電池りの端子電圧を所定値（急速充電をしたと
きに二次電池側に過度に電流が流れない程度の電圧値）
まで上昇させるのに普通充電しかできず、全体の充電に
多大の時間を要してしまうという問題がある。

（Ｅ、問題点を解決するための手段）そこで、本発明電池充電装置は、上記した問題点を解決
するために、−の電源ラインと、該電源ラインと二次電
池との間に介挿されたスイッチング手段と、二次電池の
端子電圧を検出する電圧検出手段と、該電圧検出手段に
より検出した二次電池の端子電圧に応じてスイッチング
手段を制御するタイミング制御手段と、を有する電池充
電装置において、タイミング制御手段はパルス信号を出
力し、スイッチング手段を動作させ、二次電池への給電
を充電パルス信号にて行ない、タイミング制御手段から
出力するパルス信号のデユーティサイクルを前記電圧検
出手段により検出した二次電池の端子電圧に応じて異な
らしめ、充電初期段階において充電パルス信号のデユー
ティサイクルを短くしたものである。

従って、本発明電池充電装置によれば、充電パルス信号
により二次電池を充電し、この充電パルス信号のデユー
ティサイクルを二次電池の端子電圧に応じて制御するの
で、制御部への給電も、特に充電初期において制御部に
誤動作が起きない程度に充分に供給でき、また、電源ラ
インを電圧降下を生ずる素子を介さずに二次電池に接続
したので、充電時間を短縮することができる。

（Ｆ、実施例）以下に、本発明電池充電装置の詳細を添附図面に示した
実施例に従って説明する。

（Ｆ−１，第１の実施例）［第１図、第２図コ（ａ、回
路）［第１図］第１図は本発明電池充電装置の第１の実施例１を示すも
のである。

２は交流電源である。

３は定電流回路でありその入力端子は交流電源２に接続
されている。

４は定電圧回路であり、電源ライン５を介して定電流回
路３の出力端子に接続されている。

６は制御用の電源ラインであり後述する制御回路に所定
電圧を印加するためのラインである。

７はバックアップ用のコンデンサーであり、その一端は
上記電源ライン６に接続され、また、他端はグランドさ
れている。そして、該コンデンサー７は定電圧回路４の
直後に配置されており、充電電圧の変動により制御回路
に供給される電（原電圧の低下を補償するように設けら
れている。

８はＰＮＰ形トシトランジスターりそのスイッチング動
作を利用して充電パルス信号を発生させ二次電池９への
充電電圧の供給を制御するようになっており、そのエミ
ッターは電源ライン５に、コレクターは電池９の正極側
に夫々接続されている。

１０は制御回路であり、タイミング回路１１、サンプル
ホールド回路１２、Ａ／Ｄ変換回路１３及び制御部１４
から成り、例えば、マイクロコンピュータ−のソフトウ
ェア処理により構成してもよい。

タイミング回路１１は、制御部１４及びスイッチングト
ランジスター８のベースに接続され、制御部１４からの
指令信号に応じてスイッチングトランジスター８へベー
ス電圧を印加し、該スイッチングトランジスター８の動
作を制御すると共に、サンプルホールド回路１２及びＡ
／Ｄ変換回路１３に接続され、それらに所定のパルス信
号を送出するようにされている。

サンプルホールド回路１２はその入力端子がスイッチン
グトランジスター８と二次電池９との間に接続されると
共に、出力端子はＡ／Ｄ変換回路１３の入力端子に接続
されている。

制御部１４は電圧比較部１４ａ及びタイミング制御部１
４ｂとから構成されており、電圧比較部１４ａは、Ａ／
Ｄ変換回路１３と参照電圧用抵抗器１５とに接続されて
おり、Ａ／Ｄ変換回路１３において出力されるＡ／Ｄ変
換及びエンコードされたディジタル信号と、参照電圧用
抵抗器１５により予め設定された電圧例えば、６Ｖを図
示しない手段によりＡ／Ｄ変換することにより得られる
ディジタル信号とを比較し、その比較結果をタイミング
制御部１４ｂに送出するようになっている。

また、タイミング制御部１４ｂは上記した電圧比較部１
４ａにおいて得た比較結果に応じて指令信号をタイミン
グ回路１１に送出するようになっている。

（ｂ、動作）［第２図コ以下に、本発明電池充電装置の第１の実施例１の回路動
作を第２図に示すタイミングチャート図に従い端子電圧
が初期値ＯＶである二次電池を例として説明する。

この第１の実施例１は二次電池の端子電圧が６■を越え
たときに充電パルス信号のデユーティサイクルを切り換
えるようになっている。

尚、充電開始時から充電パルス信号のデユーティサイク
ルの切り換わるまでの期間を「切換前」といい、充電パ
ルスの切換時及び切換後を「切換時以後」という。

また、第２図の図中Ａ−Ｇは第１図のブロック図中にも
示されるように信号線の信号内容を示すもので、Ａはタ
イミング回路１１からスイッチングトランジスタ８に送
出される信号、Ｂはスイッチングトランジスタ８から二
次電池９に送出される充電パルス信号、Ｃは二次電池９
の端子電圧を示す。

Ｄは電源ライン５の電圧レベル信号であり、最大電圧レ
ベルが例えばＩＯＶとされている。

Ｅはタイミング回路１１からサンプルホールド回路１２
に送出されるゲートパルスであり、Ｂの「ＯＮ」の立上
がりより稍遅れて出力される。

Ｆはサンプルホールド回路からＡ／Ｄ変換回路１３に送
出される信号である。

Ｇは制御部１４のタイミング制御部１４ｂからタイミン
グ回路１１に送出される信号である。

（ｂ−１，切換前）充電開始直後においては、電源ライン５の電圧レベルは
１０■（信号Ｄ）であり、二次電池９の端子電圧はＯｖ
（信号Ｃ）である。この状態においてスイッチングトラ
ンジスタ８はＯＦＦ状態であり、二次電池９に電流が供
給されていない（信号Ｂ）。

二次電池９の端子電圧がＯＶであることによりサンプル
ホールド回路１２は、Ａ／Ｄ変換回路１３を介して制御
部１４の電圧比較部１４ａに信号Ｆ（ＯＶ）を送出する
。電圧比較部１４ａにおいてはこの信号Ｆと参照用電圧
抵抗器１５により得られる所定電圧（６Ｖ）とを比較し
、信号Ｆ　（ＯＶ）＜６Ｖを判断したのち、制御部１４
のタイミング制御部１４ｂからタイミング回路１１に信
号Ｇにより’Ｌｏｗ」であることを送出する。信号Ｇを
受けたタイミング回路１１は、デユーティサイクル８０
％のパルス信号（信号Ａ）をスイッチングトランジスタ
８に送出し、スイッチングトランジスタ８は、信号Ａを
受けて、信号Ａのデユーティ期間でＯＦＦ、非デユーテ
ィ期間でＯＮするように動作する。そして、スイッチン
グトランジスタ８のＯＮにより電源ライン５の信号Ｄ（
ＩＯＶ）がスイッチングトランジスタ８を介して二次電
池９に印加され、また、スイッチングトランジスタ８の
ＯＦＦにより、二次電池９の給電が停止される。

尚、充電初期段階においてスイッチングトランジスタ８
のＯＮにより二次電池９に給電が為されたとき、二次電
池９の端子電圧ＣがＯｖであるため、二次電池９側への
電流が過大となり、電源ライン５の信号りが０■付近ま
で降下してしまい、制御回路１０側への給電が充分に為
されなくなる慣れがある。そのために、充電が開始され
、スイッチングトランジスタ８がＯＮするまでの間にバ
ックアップ用コンデンサ７に給電し、蓄電しておいて、
電源ライン５側からの給電が停止されてもこのバックア
ップ用コンデンサ７の放電により制御回路１０への給電
が行なわれる。

また、タイミング回路１１は信号Ａの立上がりより稍遅
れてサンプルホールド回路１２にゲートパルス信号Ｅを
出力し、信号Ｅを受けたサンプルホールド回路１２は二
次電池９の端子電圧Ｃをサンプリングし、上述のように
制御部１４の電圧比較部１４ａにＡ／Ｄ変換回路１３を
介して信号Ｆを出力する。

しかして、二次電池９は、タイミング回路１１から送出
される信号Ａによるスイッチングトランジスタ８の０Ｎ
−ＯＦＦ動作により充電が繰り返され、その端子電圧Ｃ
は徐々に上昇して行くこととなる。

（ｂ−２，切換時以後）二次電池９の端子電圧Ｃの上昇により、その電圧がサン
プルホールド回路１２及びＡ／Ｄ変換回路１３を介して
制御部１４の電圧比較部１４ａにおいて参照用電圧抵抗
器１５による所定の電圧（６■）と比較され、Ｆ＞６Ｖ
となったときにタイミング制御部１４ｂの信号Ｇにより
ｒＨｆｇＪであることを送出し、タイミング回路１１に
デユーティサイクルの切換指令が出力され、これを受け
たタイミング回路１１はデユーティサイクル２０％の信
号Ａを出力するようになっている。

そして、デユーティサイクル２０％の信号Ａを受けたス
イッチングトランジスタ８はＯＮ状態８０％、ＯＦＦ状
態２０％を繰り返すこととなり、二次電池９への充電も
スイッチングトランジスタ８の０Ｎ−ＯＦＦ動作により
繰り返されることとなり、その端子電圧Ｃも次第に上昇
していくこととなる。

（ｃ、特性）［第３図コ第３図において、上記第１の実施例１による充電曲線は
符号１６の実線で示すようになる。

上記第１の実施例１における充電曲線１６は、充電開始
から二次電池９の端子電圧Ｃが所定値（６■）に達する
までの間の切換前の充電曲線１６ａは前記従来例ａの充
電曲線ｍ１よりも急勾配で、また、二次電池９の端子電
圧Ｃが所定値（６Ｖ）を越えると充電曲線１６ｂは更に
急勾配になり、時間が短縮されて一定値まで行くことが
解る。

（Ｆ−２，第２の実施例）［第４図、第５図］第４図及
び第５図は本発明電池充電装置の第２の実施例ＩＡを示
すものである。

尚、この第２の実施例ＩＡが前記第１の実施例１と相違
するところは参照用電圧抵抗器１５及びホ１］御部１４
の電圧比較部１４ａを有さす、後述する検索部及び電圧
検出用テーブルを有する点であり、従って、相違する部
分についてのみ説明し、相違しない部分については第１
の実施例１における符号と同じ符号を付することによっ
て説明を省略する。

（ａ、回路）［第４図コ第２の実施例ＩＡは電池９の端子電圧に応じ、充電パル
スのデユーティサイクルを多段階に変化させることによ
り充電の制御を行なうものである。

１４ｃは制御部１４の検索部であって、タイミング制御
部１４ｂと共に制御部１４を構成するもので、前記Ａ／
Ｄ変換回路１３のディジタル信号が入力されるようにな
っている。

１７は電圧検出用テーブルであって、所定のアドレスに
指令信号が対応して記１意され、制御部１４の検索部１
４ｃに接続されている。

しかして、検索部１４ｃはサンプルホールド回路１２か
らＡ／Ｄ変換回路１３を介して信号Ｆのディジタル信号
が人力されると、電圧検出用テーブル１７をアクセスし
て、上記ディジタル信号に対応したアドレスにより指定
される指定信号を読み出し、更に、この指令信号を制御
部１４のタイミング制御部１４ｂに送出する。

そして、この指令信号に応じてタイミング制御部１４ｂ
は４ビツトのバイナリ−信号をタイミング回路１１に送
出することとなり、これを受けてタイミング回路１１は
充電パルスのデユーティサイクル２’＝１６段階で制御
することが可能となる。

尚、この制御をさらに精密にするには上記ビット数を増
加すれば良いことは勿論である。

（ｂ、タイミングチャート）［第５図］以下に本発明電
池充電装置の第２の実施例ＩＡの回路動作を第５図に示
すタイミングチャート図に従って説明する。

尚、信号Ｂは１６段階のデユーティサイクルに制御され
ることになり、例えば、２０％〜８０％を４％の間隔に
均等割りにしたデユーティサイクルを有する充電パルス
信号を用いるものとする。

また、信号Ｇは４ビツトのタイミング信号から構成され
ている。

しかして、充電開始直後においては、信号Ｆのレベルが
Ｄ　（Ｖ）てあり、信号ＧはＧ　１、Ｇ　２、Ｇ８、Ｇ
４を各々２°　２１．２２．２３のケタにおける信号と
すると、１６進コード「０」の状態であり、信号Ｂはデ
ユーティサイクル２０％の充電パルス信号である。そし
て、信号Ｆのレベルが徐々に増加するに伴ない、信号Ｇ
は「１」、「２」、・・・、「Ｅ」、「Ｆ」に相当する
状態となり、更に、信号Ｂに示す充電パルス信号のデユ
ーティサイクルも２４％、２８％、・・・、７６％、８
０％と段階的に増加して二次電池９への充電が行なわれ
る。

そして、その後は充電終了までデユーティサイクル８０
％のパルス充電が継続されることとなる。

（ｃ、特性）［第３図コ第３図において、上記第２の実施例ＩＡによる充電曲線
は符号１８の実線で示すようになる。

上記第２の実施例ＩＡにおける充電曲線１８は、充電開
始から充電完了まで充電パルス信号のデユーティサイク
ルが段階的に制御されているため、路間−の勾配で表わ
される。

（Ｇ、発明の効果）以上に記載したところから明らかなように、木、発明電
池充電装置は、−の電源ラインと、該電源ラインと二次
電池との間に介挿されたスイッチング手段と、二次電池
の端子電圧を検出する電圧検出手段と、該電圧検出手段
により検出した二次電池の端子電圧に応じてスイッチン
グ手段を制御するタイミング制御手段とを有する電池充
電装置において、タイミング制御手段はパルス信号を出
力し、スイッチング手段を動作させ、二次電池への給電
を充電パルス信号にて行ない、少なくとも、二次電池の
端子電圧が電源ラインからｍ続的な給電を受けても、他
の制御部が誤動作を起さない程度の電圧まで上昇するま
で、タイミング制御手段から出力するパルス信号のデユ
ーティサイクルを前記電圧検出手段により検出した二次
電池の端子電圧に応じて異ならしめるようにされたこと
を特徴とする。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明電池充電装置の実施の一例を
示すもので、第１図は回路図、第２図はタイムチャート
図、第３図は各実施例及び従来例における充電曲線を示
す充電曲線図、第４図及び第５図は本発明電池充電装置
の第２の実施例を示すもので、第４図は回路図、第５図
はタイムチャート図、第６図は従来の電池充電装置にお
ける回路図である。符号の説明５・・・電源ライン、８・・・スイッチング手段、９・・・二次電池、１１・・・タイミング制御手段、１２・・・電圧検出手段５−口じ−−−−−−−−−−±１曙じユ。第２置充電曲線図第６図Ｇ４　　　　　　　　　−−−−−一タイムチャート図第５図

Claims

【特許請求の範囲】一の電源ラインと、該電源ラインと二次電池との間に介
挿されたスイッチング手段と、二次電池の端子電圧を検
出する電圧検出手段と、該電圧検出手段により検出した
二次電池の端子電圧に応じてスイッチング手段を制御す
るタイミング制御手段とを有する電池充電装置において
、タイミング制御手段はパルス信号を出力し、スイッチン
グ手段を動作させ、二次電池への給電を充電パルス信号
にて行ない、少なくとも、二次電池の端子電圧が電源ラ
インから継続的な給電を受けても、他の制御部が誤動作
を起さない程度の電圧まで上昇するまで、タイミング制
御手段から出力するパルス信号のデューティサイクルを
前記電圧検出手段により検出した二次電池の端子電圧に
応じて異ならしめるようにされたことを特徴とする電池充電装置