JPH03253232A - 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〕 本発明は二次電池の電圧、充電量、充電終了等を検出す
るために用いて好適な充電装置に関する。

〔発明の概要〕

本発明は二次電池の電圧、充電量、充電終了等を検出す
るために用いて好適な充電装置に関し二次電池を定電流
充電するための出力電流誤差検出手段と、出力電流検出
誤差手段の基準電圧を可変制御すると共に二次電池の電
圧を検出する制御手段とを具備し、出力電流検出誤差手
段の基準電圧可変制御時の二次電池の電圧を制御手段に
よって検出することで電池電圧検出時の精度を高めて充
電量及び充電終了検出等の行なえる充電装置が得られる
様にしたものである。

〔従来の技術〕

一般に、充電可能な二次電池等では、この二次電池充電
中の充電量を計測する場合、二次電池の開放電圧（Ｖ）
と充電量（％）との間に第４図の曲線（２０）に示され
る様な相関関係があれば二次電池の開放電圧Ｖ、、Ｖ２
・・・・■４を計測することで、この二次電池の充電量
を検出することが出来る。ここで、第６図への回路図に
示す様に、例えば、商用ＡＣ電源のコンセントに挿入さ
れるプラグ（１）を有する充電器（２１）の出力端にス
イッチング手段（２２）を介して充電すべき二次電池（
１２）を接続して充電中の開放電圧を計測する場合には
スイッチング手段（２２）を“オフ”状態にして、電圧
計（２３）等で二次電池（１２）の開放電圧を計測する
様にしている。一般に、二次電池（１２）を急速充電す
る場合、定電流充電が行なわれ、例えば比較的大きいＩ
Ａ〜２Ａの充電電流を二次電池（１２）に供給するため
、この大電流を“オン”“オフ”させるスイッチング手
段（２２）としては大電流用スイッチが必要となり、こ
の様なスイッチはコストが上昇するだけでなく、信頼性
も劣化する問題があった。

更に、この様に大電流で急速充電を行なっている場合、
充電器（２１）と二次電池（１２）間の配線抵抗、接点
抵抗、二次電池（１２）の内部抵抗で電圧降下が発生す
る。特に二次電池をケーシング内に収納し、一つの付属
部品として扱う。ビデオカメラ等では電池着脱時の正及
び負極端子は接点構造と威され、充電器（２１）に接点
構造を介し接続される形となる。

この部分の接点抵抗は通常は５０ｎ＋Ω〜１００ＩＩ＋
Ω程度であるが着脱を繰返していると、その値は２００
ｍΩ程度迄変化する。即ち、二次電池の着脱毎に接点抵
抗が変化し、充電中の二次電池の開放電圧の変化量は、
例えば、充電電流２Ａ、接点抵抗２００＋＋Ωでは０．
４■であるが、同じ充電電流２Ａ、接点抵抗１００−Ω
では０．２Ｖとなり、電圧変化量は大きくなる。即ち、
第５図の充電特性曲線に示す様に、急速充電時の電池電
圧特性曲線（２５）に対し、二次電池（１２）の開放電
圧特性曲線（２６）は破線で示される様に電圧差が発生
してしまう。尚、（２７）は急速充電時の充電電流特性
曲線を示している。この様な開放電圧の電圧変化の影響
を受けずに開放電圧を検出するために上述した第６図Ａ
に示す様にスイッチ手段（２２）を“オフ”にしこの時
の開放電圧を検出すれば大容量のスイッチング手段（２
２）を必要とする弊害が発生する。そこで第６図Ｂに示
す様に、二次電池（１２）を収納するケーシング（２４
）に多くの接点群（１３）　（１４）　（１３ａ）　（
１４ａ）を設は接点群のうち接点（１３）　（１４）間
に二次電池を接続し、接点（１３ａ）　（１４ａ）間に
電圧計（２３）等を接続して電圧を検出することも行な
われている。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来例で説明した様に、第６図Ａに示す構成の充電装置
では急速充電時の大電流１Ａ〜２Ａの電流を“オンパ゛
オフ”させるための大容量のスイッチング手段（２２）
を必要とし、この様な大電流に耐え得るスイッチング手
段はコストが高いだけでなく、信頼性も劣る問題があっ
た。更に第６図Ｂに示す構成の充電装置ではスペース、
コストの面で不利であるだけでなく二次電池の内部抵抗
を含んだまま測定するために開放電圧測定時の精度も劣
化する問題があった。

本発明は叙上の問題点を解決するために成されたもので
、その目的とするところは上記した各種抵抗分の電圧降
下による誤差を少くするために充電時電流が小さい所で
電圧を検出する様にし、電池電圧検出精度を向上させた
充電装置を得る様にしたものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の充電装置はその例が第１図及び第２図に示され
ている様に、二次電池（１２）を定電流充電するための
出力電流誤差検出手段（１７）と、出力電流誤差検出手
段（１７）の基準電圧を可変制御すると共に二次電池（
１２）の電圧を検出する制御手段（１０）とを具備し、
出力電流誤差検出手段（１７）の基準電圧可変制御時の
二次電池（１２）の電圧を制御手段（１０）によって検
出して成るものである。

〔作用〕

本発明の充電装置によれば、出力電流誤差検出手段（１
７）の基準電圧源ＲＥＦ、及びＲＥＦ！の基準電圧を制
御手段（１０）で切換えることで切換時の二次電池（１
２）の電圧を検出し、この検出時の電池開放電圧の検出
精度を高めると共に充電量、充電終了検出をも可能とし
たものである。

〔実施例〕

以下、本発明の充電装置の一実施例を第１図乃至第３図
について説明する。第１図は本例の全体的な系統図を示
すものであり、第２図は第１図の要部の回路図で充電の
為の制御回路をＣＰＵで行なう場合の回路例であり、第
３図は本例の充電特性曲線説明図である。

第１図で商用交流電源のコンセントに挿入された交流プ
ラグ（１）からの交流電圧は入力フィルタ（２）、整流
回路（３）、変換トランス（４）並に整流平滑回路（５
）を介して直流化されて、この直流電圧は二次電池（１
２）の陽極端子が接続され、充電が行なわれる正端子（
１３）に供給される。負端子（１４）には二次電池（１
２〉の陰極端子が接続されると共に充電電流検出用の抵
抗器（１５）が負端子（１４）と接地間に接続され充電
電流検出用の抵抗器（１５）と負端子（１４）の接続点
から取り出された充電電流は出力制御回路（８）に供給
される。平滑回路（５）から正端子（１３）を介して二
次電池（１２）に供給される充電電圧は充電電圧検出回
路（９）にも供給され、充電電圧検出回路（９）で検出
された検出電圧は充電用制御回路（１０）に供給される
。充電用の制御回路（１０）には表示部（１１）が接続
される。この表示部（１１）で例えば、第４図で説明し
た様に電池開放電圧を計測することで充電量表示が行な
われる。充電用の制御回路（１０）はマイクロコンピュ
ータ（以下ＣＰＵと記す）等で構成され、出力制御回路
（８）を制御する。出力制御回路（８）内には後述する
も、充電電流検出用抵抗器（１５）のホット端子から供
給される充電電流と基準電流とを比較する定電流制御手
段とを有する。ＣＰＵ（１０）は出力制御回路（８）内
の定電流制御手段の基準電圧を切換制御する制御信号を
出力する。出力制御回路（８）の出力はフォトカプラ（
７）の発光素子に供給される。この発光素子から発光さ
れた光は受光素子で電気信号に変換されてＰＷＭ　（パ
ルス幅変調）制御回路（６）に供給され、整流回路（３
）から変換トランジスタに供給される直流出力をトラン
ジスタ（１６）を介してＰＷＭする。

上述の系統図の要部の具体的回路を第２図で説明する。

第１図と対応部分には同一符号を付して説明する。変換
トランス（４）の１次側巻線の一端は整流回路（１３）
の一端に他端はＰＷＭ制御回路（６）を構成する出力ト
ランジスタ（１６）のコレクタに接続され、エミッタは
接地される。トランジスタ（１６）のベースはＰＷＭ制
御回路（１６）の出力端に接続されている。ＰＷＭＩＩ
Ｉ？１１回路（６）の入力端にはフォトカプラ（７）を
構成するフォトトランジスタの如き受光素子Ｔ、、２の
コレクタが接続され、エミッタは接地され、ベースに発
光素子ＣＤ　２からの光を受光する。フォトカプラ（７
）を構成する発光ダイオード等から成る発光素子ＣＤ　
２のアノードは充電する二次電池（１２）の陽極が接続
される正端子（１３）に抵抗器Ｒ１を介して接続され、
発光素子ＣＤ、のカソードは出力制御回路（８）を構成
する出力電流誤差検出用のオペアンプ（１７）の出力端
に接続されている。変換トランス（４）の二次巻線側に
はダイオードＣＤ、とコンデンサＣ０等からなる整流、
平滑回路（５）が設けられている。変換トランス（４）
の二次巻線の一端は接地され、他端はダイオードＣＤ　
＋のアノードに接続され、ダイオードＣＤ、のカソート
ハコンデンサＣＩの一端に接続されると共に二次電池（
１２）の接続される正端子（１３）に接続されている。

コンデンサＣＩの他端は接地される。二次電池（１２）
の陰極の接続される負端子（１４）には充電電流検出用
抵抗器（１５）が接続され、この抵抗器（１５）の一端
は接地されている。抵抗器（１５）と負端子（１４）の
接続中点から取り出された充電電流は定電流制御手段を
構成する出力電流誤差検出用のオペアンプ（１７）の非
反転入力端子に供給される。このｌオペアンプ（１７）
の反転入力端子はスイッチＳＷの可動接片ａに接続され
、スイッチＳＷの固定接点す、　　ｃは二つの基準電圧
源ＲＥＦ、及びＲＥＦ、に接続されている。基準電圧源
ＲＥＦ。

及びＲＥＦ、の他端は各々接地されている。この基準電
圧源ＲＥＦ、及びＲＥＦ２の電圧はスイッチＳＷを介し
て切換選択するだけでなく、１つの基準電圧源の電圧を
連続的に可変する電圧可変手段を設ける様にしてもよい
。このスイッチＳＷ又は電圧可変手段はＣＰ　Ｕ　（１
０）の出力で制御される。

ＣＰ　Ｕ　（１０）内にはデジタル−アナログ変換手段
及びアナログ−デジタル変換手段等を含みスイッチＳＷ
を制御する制御信号（１０ａ）をアナログ信号に変換し
て出力すると共にアナログ的な充電電流をデジタル変換
してＣＰ　Ｕ　（１０）に供給する。

上述の構成に於ける本例の動作を第３図の充電特性曲線
図と共に説明する。

第１図及び第２図で商用ＡＣ電源を入力フィルタ（２）
、整流回路（３）、ＰＷＭ制御回路（６）、変換トラン
ス（４）、整流、平滑回路（５）を介して充電電圧が二
次電池（１２）に供給される。オペアンプ（１７）は抵
抗器（１５）に流れる充電電流を基準電圧源ＲＥＦ、と
比較し、その出力誤差電流をフォトカプラ用の発光素子
ＣＤ、に流し、第３図Ａに示す急速充電電流特性曲線（
２７〉の定電流曲線（２７ａ）で示す様に例えば、２Ａ
になる様に定電流駆動する。

この定電流制御が行なわれる期間■　（第３図Ａ参照）
では急速充電時間電池電圧特性曲線（２５）及び電池開
放電圧特性曲線（２６）は徐々に電圧を上昇させ、飽和
領域■ではこれらの電圧が一定となり、充電電流は徐々
に降下して行く。一般にはこのＩ及び■領域ではスイッ
チングレギレータは定電流及び定電圧制御を行なうこと
になる。

本例では定電流制御手段のみを示している。

上述のオペアンプ（１７）の誤差信号はフォトカプラ（
７）の発光素子ＣＤ、→受光素子Ｔｒ！を介してＰＷＭ
制御回路（６）に供給され、トランジスタ（１６）と変
換トランス（４）並に整流、平滑回路（５）を介して二
次電池（１２）に供給する充電電流（図示していないが
充電電圧も含めて）の出力を一定に制御する。

本例では電池電圧を測定するときは、ＣＰ　Ｕ　（１０
）からスイッチＳＷに制御信号を出力しスイッチＳＷの
可動接片ａを基準電圧源ＲＥＦ、側に切換える。この基
準電圧源ＲＥＦ２の基準電圧■１は第３図Ａ及びその拡
大波形図の第３図Ｂ及びＣに示す様に急速充電電流特性
曲線（２７）及び定電流曲線（２７ａ）に於いて、スイ
ッチング時の定電流が例えば、微小電流の０．１Ａ以下
（０を含む）になる様に設定する。この様な０．１Ａの
スイッチング定電流制御時の急速充電時電池電圧特性曲
線（２５）の急速充′ｔ４２Ａ電池電圧（２５ａ）は電
池開放電圧特性曲線（２６）の０．ＬＡ充電時電池電圧
ξ電池開放電圧となる。この時の二次電池の電圧を充電
電圧検出回路（９）で検出し、この検出電圧をＣＰ　Ｕ
　（１０）に供給し、第４図に示した関係に基づき表示
部（１１）上のＬＥＤ　（例えば２５％充電量を表示す
る表示素子）を点灯させることで２５％の充電が完了し
たことを表示することが出来る。この様な制御信号（１
０ａ）による急速充電と電圧検出充電を行なう為の基準
電圧源ＲＥＦ、及びＲＥＦ、の切換は例えば１分〜５分
の間に１回程度の周期で行なわれる。定電圧制御領域■
に入っても、この様なスイッチングを行なえば第３図Ｃ
に示す様に電池の充電終了状態をも検出することが出来
る。即ち、急速充電２Ａ電池電圧（２５ａ）と０．１Ａ
充電時電池電圧（２６ａ）の電圧差−ΔＶを電圧測定し
、この−ΔＶが所定の電圧値以下となった時に充電終了
とする様にすればよい。

この様な充電装置によれば電池電圧の検出精度は大幅に
改善される。即ち、微小電流が実施例の様に０．１Ａで
あれば接点抵抗が２００ｓ＋Ωと大きく変化しても、　
０．１　Ａ　Ｘ　２００ｍ＋Ω＝０．０２Ｖと戒り、２
Ａの充電電流切換に比べ２０倍近くに二次電池電圧検出
精度を上げることができる。

更に第６図Ａで説明した様な大容量のスイッチ（２２）
が不用となって小型化が出来る様になり、充電量を表示
することや充電終了状態を検出することの出来る充電装
置が得られる。

尚本発明は軟土の実施例に限定されることなく本発明の
要旨を逸脱しない範囲で種々変更し得ることは明らかで
ある。

〔発明の効果〕

本発明の充電装置によれば電池電圧検出精度が向上し、
回路も簡単となり、充電量の表示や充電終了検出の出来
るものが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の充電装置の一実施例を示す系統図、第
２図は本発明の充電装置の一実施例を示す要部の回路図
、第３図は本発明の充電特性曲線説明図、第４図は従来
の電池電圧−充電量特性曲線図、第５図は従来の充電特
性曲線説明図、第６図は従来の充電装置の構成国である
。 （７）はフォトカプラ、（８）は出力制御回路、（９）
は充電電圧検出回路、（１０）はＣＰＵ、（１１）は表
示部、（１２）は二次電池、（１７）はオペアンプであ
る。 →尤■ 従来の電泄電斤〜究電を狩性曲祿園 第４図 →Ｆｆｒ間（ｒ） 従来のた＠ｆｆ柱曲線圓 第５図 従来の構瓜田 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 二次電池を定電流充電するための出力電流誤差検出手段
   と、 上記出力電流誤差検出手段の基準電圧を可変制御すると
   共に上記二次電池の電圧を検出する制御手段とを具備し
   、 上記出力電流誤差検出手段の基準電圧可変制御時の二次
   電池の電圧を上記制御手段によって検出して成ることを
   特徴とする充電装置。