JPH0226234A - 蓄電池充電装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は蓄電池充電装置、特に蓄電池の充電電圧を充電
状態および温度条件に応じて制御しつつ蓄電池の充電を
行なう蓄電池充電装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来、鉛電池やＮｉＣｄ電池などの蓄電池充電方法とし
てはサイクル充電を行なう定電圧定電流充電が広く知ら
れている。

しかし、この充電方法は長期間充電器に蓄電池を接続し
ておくと過電流となって蓄電池を劣化させてしまうため
、その対策として第５図のような２段定電圧充電回路が
使用されている。

第５図において端子Ｔ１は直流電源電圧Ｖｉｎを入力す
る入力端子で、また端子Ｔ２は蓄電池Ｂの接続端子で、
これらの端子の間に形成される電源ラインは、電力制御
用のトランジスタＱ１のコレフタルエミッタ回路〜定電
流検出用の抵抗Ｒ２、蓄電池Ｂ〜保護用ダイオードＤ１
〜低電流検出用の抵抗Ｒ５により構成される。

抵抗Ｒ２の両端には、定電流制御用のトランジスタＱ２
のベース−エミッタが接続される。トランジスタＱ２の
コレフタルエミッタ回路は、抵抗Ｒ１とともにトランジ
スタＱ１のバイアス回路を形成する。

トランジスタＱ４、Ｑ５はエミッタを抵抗Ｒ７により共
通接地された差動増幅器を構成する。トランジスタＱ４
のコレクタは抵抗Ｒ２の出力点に接続され、トランジス
タＱ５のコレクタはトランジスタＱ１のベースを制御す
るように接続されている。

トランジスタＱ４のベースにはトランジスタＱ１の入力
点および抵抗Ｒ５の人力点の間の電圧を抵抗Ｒ６、ツェ
ナーダイオードＺＤＩで分圧した一定の基準電圧が入力
されている。また、差動増幅器の他方の入力端子である
トランジスタＱ５のベースには出力電圧の抵抗Ｒ３、Ｒ
４による分圧が人力されている。

この抵抗Ｒ３、Ｒ４の接続点に生じる検出電圧は端子Ｔ
３を介して接続されたサーミスタＴＨの抵抗値、および
この接続点に抵抗Ｒ８を介して人力されるトランジスタ
Ｑ３の導通度によっても制御される。

すなわち、サーミスタＴＨは蓄電池Ｂの近傍に設けられ
、電池の温度を検出する。検出温度が増大すると、サー
ミスタＴＨの抵抗値が低下し、トランジスタＱ５の検出
電圧は増大する。一方、通常トランジスタＱ３は一定以
上の充電電流が電源ラインに流れていれば、抵抗Ｒ５の
電圧降下により導通しているが、充電電流が一定以下に
なるとカットオフとなり、抵抗Ｒ８を介してトランジス
タＱ５の検出電圧が増大する。

′ｔＳ５図の回路は第６図のような定電流垂下特性を有
している。すなわち、ある一定の上限の充電電流を流さ
ないようにする定電流制御特性７１、また充電電流が上
限値以下の領域では定電圧制御特性７２、さらに充電電
流が所定値よりも小さい場合には出力電圧を低下させる
低電圧制御特性７３を有している。

次に第７図を参照して、第５図の回路の動作を説明する
。第７図では、第６図の符号７１〜７３により第６図の
３つの特性を参照しており、同図の横軸に時間、縦軸に
電流および電圧を取り、充電電流１ｏおよび充電（出力
）電圧ｖｏの変化を示している。

まず、放電した蓄電池Ｂが接続されると蓄電池已に大き
な充電電流が流れる。このときトランジスタＱ５の入力
電圧（抵抗Ｒ３、Ｒ４の分圧）は小さいため、トランジ
スタＱ５による制限は働かず、トランジスタＱ２による
定電流制御が行なわれる。すなわち、抵抗Ｒ２に流れる
充電電流が一定になるようにトランジスタＱ２がトラン
ジスタＱ１のベースを制御する。この制御状態は第６図
の符号７１に相当する。また、このときトランジスタＱ
３は導通状態にある。

次にある程度充電が進み蓄電池Ｂの端子電圧が上昇し、
トランジスタＱ５の入力電圧があるレベルに達すると、
トランジスタＱ５が蓄電池Ｂの両端電圧が一定になるよ
うに定電圧制御を開始する（第７図符号７２）。一般に
この符号７１．７２の定電流／定電圧充電状態を合わせ
てサイクル充電状態と呼ぶ。

さらに充電を続けると、トランジスタＱ１による定電圧
制御によって、充電電流は満充電に近づくに従って減少
していく。そして、充電電流がある電流値以下となると
抵抗Ｒ５を介してトランジスタＱ３がカットオフし、ト
ランジスタＱ５の検出電圧を増加させることにより出力
電圧を低下させる（第７図の符号７３）。この充電状態
をトリクル充電状態という。このトリクル充電制御を行
なうことにより、蓄電池Ｂに長期充電を行なった場合で
も蓄電池Ｂの劣化を最少限に抑えることができる。

［発明が解決しようとする課題］ また、サーミスタＴＨによる温度補償は次のように行な
われる。

すなわち、蓄電池Ｂの充放電は化学変化を利用している
ため、蓄電池Ｂの温度によって充電電圧が変化する。こ
の温度に依存する充電電圧特性はたとえば、カルシウム
合金による電極を用いた鉛電池の場合では第８図のよう
になっており、サイクル充電では約−３０ｍＶ／ｌ、ト
リクル充電では約−２０ｍ　Ｖ　／　”Ｃの変化率で調
節するのがよい、従って、サーミスタＴＨは、高温度領
域ではトランジスタＱ５の検出電圧を増加させ、低温度
領域では同検出電圧を低下させ、上記の充電電圧制御特
性に近付けるようになっている。

ところが、この温度計数は蓄電池の種類によって違うた
め、そのつと蓄電池Ｂに合った温度計数となるように回
路定数を設定する必要がある。

さらに、上記従来例では抵抗Ｒ３、Ｒ４による電圧帰還
回路の分割比切り換えにより充電電圧制御を行なってい
るので、温度計数はサイクル状態もしくはトリクル状態
のどちらかでしか設定できない。例えばサイクル状態で
約−３０ｍＶ／ｌに設定するとトリクル状態では約−２
７ｍ　Ｖ　／　”Ｃ程度になってしまう本来−２０ｍ　
Ｖ　／　℃の温度計数であるために低温では過充電、高
温では充電不足になり、逆に、トリクル状態で約−２０
ｍ　Ｖ　／　”Ｃに設定するとサイクル状態では約−２
２ｍＶ／ｌ：どなってしまい、低温では充電不足、高温
では過充電となってしまうという問題がある。

本発明の課題は以上の問題を解決することである。

［課題を解決するための手段］ 以上の課題を解決するために、本発明においては、蓄電
池の充電電圧を充電状態および温度条件に応じて制御し
つつ蓄電池の充電を行なう蓄電池充電装置において、前
記蓄電池の充電電圧に通した温度補償計数を設定する手
段を設け、設定された温度補償計数を用いて前記温度条
件を補償しつつ充電電圧を制御する構成を採用した。

［作　用コ 以上の構成によれば、トリクル充電への切り換え時など
の充電電圧切り換え時に適切な温度補償を行なうことが
できる。

［実施例］ 以下、図面に示す実施例に基づき、本発明の詳細な説明
する。

第１図は本発明を採用した蓄電池充電装置の実施例を示
している。

第１図においてトランジスタＱ１は、従来同様のパワー
トランジスタである。また、トランジスタＱ２も従来同
様に、抵抗Ｒ２とともに定電流制御を行なう、さらに、
トランジスタＱ３も抵抗Ｒ５とともにトリクル充電への
切り換えを行なうための電流低下検出機能を有する。サ
ーミスタＴＨの機能も同じで、蓄電池Ｂの温度に応じて
充電電圧を制御する。ただし、これらの素子の電圧ない
し電流情報の授受は従来と異なっている。以下、詳細に
回路を説明する。

トランジスタＱ１のベースはオペアンプＯＰＩによって
制御される。オペアンプＯＰ１の一入力端子には充電電
圧を検出する抵抗Ｒ３、Ｒ４の分圧が人力されている。

トランジスタＱ１のバイアス電源はオペアンプＯＰＩ内
部から供給される。

一方、オペアンプＯＰＩの基準電源端子である＋端子に
は、オペアンプＯＰ２、ＯＦ２の出力が抵抗ＲＩＯ１Ｒ
１１により加算されて入力される。

このうち、オペアンプＯＰ２は抵抗Ｒ１の出力点に接続
されたツェナーダイオードＺＤＩにより形成される基準
電圧を分割して出力するボルテージフォロワである。こ
の分割値はトリクル充電時の電圧切り換えを行なうトラ
ンジスタＱ７、抵抗Ｒ１２、Ｒ１３により制御される。

一方、オペアンプＯＰ３はサイクル充電ないしトリクル
充電期間で温度計数を制御するボルテージフォロワであ
る。オペアンプＯＰ３の手入力端子は抵抗Ｒ１４を介し
てオペアンプＯＰ４の出力端子に接続されている。

オペアンプＯＰ４はサーミスタの検出温度を入力するた
めの誤差増幅器を構成する。すなわち、オペアンプＯＰ
４の手入力端子にはツェナーダイオードＺＤＩの基準電
圧の抵抗Ｒ７、Ｒ９による分圧が入力され、一方、−入
力端子には同基準電圧のサーミスタＴＨおよび抵抗Ｒ６
による分圧が入力される。つまり、オペアンプＯＰ４は
、抵抗Ｒ７、Ｒ８の一定の分圧値との差電圧としてサー
ミスタＴＨの検出温度情報を出力する。

一方、オペアンプＯＰ３の手入力端子は抵抗Ｒ１５を介
してサイクル充電ないしトリクル充電期間において温度
計数を切り換えるためのトランジスタＱ６によっても制
御される。

すなわち、トリクル充電への切り換えを行なうトランジ
スタＱ３のコレクタは抵抗Ｒ２０を介してツェナーダイ
オードＺＤＩによる基準電圧に接続され、また、そのベ
ース〜エミッタには低電流検出用の抵抗Ｒ５が挿入され
ている。さらにトランジスタＱ３のコレクタ電圧は、抵
抗Ｒ１７、Ｒ１８により分圧されてトランジスタＱ６の
ベースに、また抵抗Ｒ１６、Ｒ１９により分圧されてト
ランジスタＱ７に入力されている。

つぎに以上の構成における動作につき説明する。

第１図の回路において端子Ｔ１、Ｔ１間に直流電源を接
続し、また負荷として端子Ｔ２、Ｔ２に放電した蓄電池
Ｂを接続すると、回路はそれまで充電電流が流れていな
いため低電圧充電状態であるが、出力電圧の低下により
トランジスタＱ１の制御電流が増加し、抵抗Ｒ２の電圧
降下がＱ２のペースエミッタ電圧（ＶＢＥ）を越えると
トランジスタＱ２が導通し定電流充電が行なわれる。こ
れは、第７図の符号７１の定電流充電状態である。充電
電流の上限値はＶ　Ｂ　Ｅ／Ｒ２により与えられる。

この状態で蓄電池が充電されていくと、蓄電池端子間電
圧が上昇する。蓄電池Ｂの端子電圧は抵抗Ｒ３およびＲ
４によって分割されてオペアンプＯＰＩの一端子に接続
されているため、中端子の電圧と比較されることによっ
て定電圧制御が行なわれる。すなわち蓄電池Ｂの端子間
電圧がある電圧以上に上がろうとしても、オペアンプＯ
Ｐ１による定電圧制御が働き端子間電圧は一定になる。

これは、第７図７２の定電圧充電状態である。

この状態になると、蓄電池Ｂが充電されるにつれて充電
電流は減少していく。そして、はぼ満充電に近い電流値
になると抵抗Ｒ５の電圧降下がトランジスタＱ３のＶＢ
Ｅ以下になり、トランジスタＱ３が遮断される。これに
より、トランジスタＱ６、Ｑ７がバイアスされて導通し
、オペアンプＯＰＩの中端子に接続された基準電圧およ
び温度計数を切り換える。これにより、低電圧充電（ト
リクル充電）状態への切り換えが行なわれるとともに、
温度計数が変更される。

上記のうち基準電圧の切り換えは次のようにして行なわ
れる。低電圧制御への切り換え前では、オペアンプＯＰ
２の出力はトランジスタＱ７がオフのためツェナーダイ
オードＺＤ１の電圧に等しいが、トランジスタＱ７のオ
ンによりこれが抵抗Ｒ１２、Ｒ１３の分圧値まで減少す
る。この減少分だけオペアンプＯＰＩの中端子の基準電
圧が低下し、低電圧制御に８行する。

一方、サーミスタＴＨの検出温度値に対応するオペアン
プＯＰ４の出力は常時オペアンプＯＰ３を介してオペア
ンプＯＰＩの中端子に加算されているが、この加算分は
トランジスタＱ６のオンにより抵抗Ｒ１４、Ｒ１５で分
圧され、その分だけ低下する。従って、抵抗Ｒ１４、Ｒ
１５の分圧値を適当に選択することにより、温度補償特
性を第８図のサイクル充電電圧に適した特性からトリク
ル充ｉｔ圧に適した特性に切り換えることかできる。

以上の充電方式によれば、定電流定電圧充電のため比較
的短時間で蓄電池を充電でき、また蓄電池をそのまま充
電器に接続しておいても低電圧充電に自動的に切り換わ
フて蓄電池を劣化させることがなく、また、サイクル充
電およびトリクル充電においてはそれぞれ最適な温度計
数が選択されるため従来のように充電制御状態によって
過充電、あるいは充電不足などを生じることがなく、広
い温度範囲で蓄電池を効率よく充電できるという特徴が
ある。

なお、第１図の回路は第２図〜第４図に示すように変更
してもよい。

第２図の場合には、第１図における温度計数を切り換え
るためのボルテージフォロワとしてのオペアンプＯＰ３
を省略し、トランジスタＱ６のコレクタを抵抗Ｒ１５を
介してオペアンプＯＰ１の十入力端子の電圧加算点に接
続している。その他の構成は第１図と同じである。この
ような構成によりオペアンプの数を減少し、より簡単な
構成によフて上記同様の動作が可能である。

第３図の場合には、さらに第２図におけるオペアンプＯ
Ｐ２によるボルテージフォロワも省略し、オペアンプＯ
ＰＩの加算点には抵抗ＲＩＯによりツェナーダイオード
ＺＤＩの基準電圧を入力するとともに、抵抗ａｌｌ、Ｒ
１４により温度検出値を出力するオペアンプＯＰ４の出
力を加算している。そして、抵抗Ｒ１１、Ｒ１４の接続
点を低電圧制御への切り換え時にオンとなるトランジス
タＱ６のコレクタにより制御するようにしている。これ
により、トランジスタＱ６により、温度計数の切り換え
と、低電圧制御への移行を行なうことができ、構成をよ
り簡略化することができる。

第４図の構成は第３図の電流低下検出用トランジスタＱ
３をオペアンプなどによるコンパレータＣＭＰＩに変更
している。コンパレータＣＭＰＩの一入力端子にはツェ
ナーダイオードＺＤＩの基準電圧を抵抗Ｒ１６、Ｒ１７
により分圧して人力し、抵抗Ｒ５の電圧降下を子端子に
人力し、その出力によりトランジスタＱ６を制御するよ
うにしている。第３図の構成では、電流低下検出電圧で
あるトランジスタＱ３のＶＢＥは温度に依存して変化す
るが、第４図のようにコンパレータを用いることにより
温度安定度を向上すると共に、電流検出精度を改善でき
る。さらに、トランジスタの電圧降下分を減少でき、効
率改善、あるいは電源の出力インピーダンス低減が可能
である。

［発明の効果］ 以上から明らかなように、本発明によれば、蓄電池の充
電電圧を充電状態および温度条件に応じて制御しつつ蓄
電池の充電を行なう蓄電池充電装置において、前記蓄電
池の充電電圧に通した温度補償計数を設定する手段を設
け、設定された温度補償計数を用いて前記温度条件を補
償しつつ充電電圧を制御する構成を採用しているので、
トリクル充電への切り換え時などの充電電圧切り換え時
に適切な温度補償を行なうことができ、充電電圧により
過充電、充電不足などを生じることなく適切な充電条件
を設定できるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による蓄電池充電装置を示す回路図、第
２図〜第４図は第１図の回路の変形例をそれぞれ示した
回路図、第５図は従来装置の回路図、第６図は従来装置
の充電制御特性を示した線図、第７図は充電時の電流／
電圧変化を示した線図、第８図は鉛電池の適切な温度補
償特性を示した線図である。 ＯＰ１〜ＯＰ４・・・オペアンプ Ｑ１〜Ｑ３、Ｑ６、Ｑ７・・・トランジスタＺＤ１・・
・ツェナーダイオード ＴＨ・・・サーミスタ Ｂ・・・蓄電池 大電装工の田躇ゼ 第１図 犬ｆ１ｆｆｉ／１回路画 第２図 犬霞致１の回路区 第３図 大電候工の回陽凶 第４図 イ；！、＃ＡＡ１　ｆ）ω隆菌 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）蓄電池の充電電圧を充電状態および温度条件に応じ
   て制御しつつ蓄電池の充電を行なう蓄電池充電装置にお
   いて、前記蓄電池の充電電圧に適した温度補償計数を設
   定する手段を設け、設定された温度補償計数を用いて前
   記温度条件を補償しつつ充電電圧を制御することを特徴
   とする蓄電池充電装置。