JPH0389814A - 二次電池の充電装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、例えばシェーバ或いはヘッドホンステレオ
等に用いられる二次電池の充電装置に関し、特にその二
次電池を急速に充電する充電装置に関するものである。

（従来の技術） 例えば、シェーバ或いはヘッドホンステレオ等では、充
電可能なニッカド電池等の二次電池が電源として用いら
れ、特にシェーバ等ではこのような二次電池が内蔵型と
されている場合が多い。

従来、このような二次電池に対する充電は、１０時間前
後〜１時間位の時間をかけてフル充電する、いわゆる（
１／１０）Ｃ充電〜ＩＣ−充電（ＩＣ充電は１時間でフ
ル充電となる電流で充電することを指す）が行われてい
た。

しかし、例えば二次電池内蔵型のシェーバの場合、充電
回路からも直接モータを駆動することのできる併用型の
ものでは問題が起ることは少ないが、二次電池のみをモ
ータ駆動の電源としているものでは、二次電池の残存容
量がモータ駆動をできない程度に低下したとき、充電時
間が長くかかると直ぐには用を足すことができないとい
う不都合が生じる。

そこで、このような不都合解消等のため、短時間での充
電がユーザ等から強く要望され、急速充電が行われるよ
うになってきている。急速充電は、非常に大きな充電電
流で行われる。このため、充電過剰となった場合に電池
の過熱、或いは最悪の場合は破裂等のおそれがあるので
、充電制御が重要となる。そして、現状では充電中の二
次電池の端子電圧を検出し、その電圧が一定の設定電圧
に達した時点で充電を止めるような制御をしている。

ところで、二次電池の特性には、個々の電池によって多
少のばらつきがあり、また充電雰囲気の温度によっても
電圧特性は変化する。このため、上記の充電を止める時
点の一定電圧を高く設定すると、電池によっては、フル
充電されても、その設定電圧に達しないことが考えられ
、この場合は過充電を招くことになる。したがって前述
の設定電圧は、安全上の面から、フル充電量に対して約
８０％相当の低めの電圧に設定するようにされている。

（発明が解決しようとする課題） 従来の二次電池の急速充電における充電制御は、充電中
の二次電池の端子電圧を検出し、過充電防止等の安全上
の面から、その端子電圧がフル充電量に対して約８０％
相当の設定電圧に達した時点で充電を止めるようにして
いた。

しかし、フル充電に近い状態までの充電をすることによ
る電池使用の効率化を考えたとき、従来の充電制御には
、なお改善の余地がある。

そこで、この発明は、二次電池を急速にしかも安全にフ
ル充電に近い状態まで充電することのできる二次電池の
充電装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） この発明は上記課題を解決するために、交流電源を整流
した直流により二次電池を充電する充電装置であって、
前記交流電源の投入により始動して一定周波数の発振信
号を出力する発振回路と、該発振回路から出力される発
振信号を分周して充電開始時からの時間を計測し所定時
間後にタイマ信号を出力するタイマ回路と、前記交流電
源の投入直後にリセット信号を発信して前記タイマ回路
を含む所要の回路を一旦リセットするリセット回路と、
充電される前記二次電池の端子電圧を監視し該端子電圧
が所定電圧を超えた時に端子電圧検出信号を出力する端
子電圧検出回路と、前記タイマ回路からのタイマ信号又
は前記端子電圧検出回路からの端子電圧検出信号の何れ
かにより動作して前記二次電池の充電を停止させる充電
停止手段とを有することを要旨とする。

（作用） タイマ回路には、充電電流と二次電池のフル充電容量か
ら求められる最大充電時間に相当する時間が所定時間と
して設定される。また、端子電圧検出回路には、上述の
タイマ回路により所定時間後には必らず充電が停止され
て過充電が避けられることから、フル充電容量に対して
１００％相当に近い電圧が所定電圧として設定される。

交流電源が投入されると、リセット回路からのリセット
信号により、タイマ回路を含む所要の回路が一旦リセッ
トされ、タイマ回路で充電開始時からの時間が計測され
、また、端子電圧検出回路では端子電圧の上昇が監視さ
れる。そして、充電が進行し、タイマ回路からのタイマ
信号又は端子電圧検出回路からの端子電圧検出信号のう
ち、何れか早く発生した信号により充電停止手段が動作
して二次電池の充電が終了する。したがって、大きな充
電電流で急速充電を行なっても、安全にフル充電に近い
状態までの充電が可能となる。

（実施例） 以下、この発明の実施例を第１図ないし第４図に基づい
て説明する。この実施例は、シェーバに用いられている
二次電池の充電装置に適用されている。

第１図は交流電源からの交流を整流するダイオ−ドブリ
ッジ及びスイッチングレギ二し−夕等を含む充電回路の
回路図を示し、第２図は、第１図中１０で示される充電
終了制御回路の回路図を示している。

まず、第１図の充電回路の構成をその動作とともに説明
する。

第１図において、７は交流電源の入力端子であり、シェ
ーバに接続された電源コンセントの差込み等により、入
力端子７から商用電源であるＡＣ１００〜２４０ｖが供
給されると、その交流はダイオードブリッジＤ１を通っ
て全波整流され、チョークＬ、及びコンデンサｃ２　、
ｃ３からなる平滑回路で平滑されて直流となる。この直
流電圧が抵抗Ｒ２、ダイオードＤ４を介してｎチャネル
ＭＯ８ＦＥＴ　（以下、ｎ　Ｍ　ＯＳ等のようにいう）
Ｑ＋のゲートに加えられ、そのｎ　Ｍ　ＯＳ　Ｑ　＋が
オンに転じる。Ｌ２　、Ｌ３　、Ｌ４は同一コアに巻か
れたコイルであり、スイッチングトランスを形成してい
る。コイルＬ２には整流された電圧が発生し、これに励
起されてコイルＬ３　、Ｌ４にも直流電圧が発生するよ
うになっている。

コイルＬ２に整流された電圧が加えられている時間に比
例して、これに流れる電流が増加し、ｎ　Ｍ　ＯＳ　Ｑ
　ｔがオンに転じたことに伴なって、その電流はｎ　Ｍ
　ＯＳ　Ｑ　＋のソースに接続された抵抗Ｒ５、Ｒ６、
Ｒ７、Ｒ８に流れ込み、そのソース電圧が上昇する。ソ
ース電圧が上昇し、抵抗Ｒ７、Ｒ８の接続点の電位がト
ランジスタＱ２のオン電圧に達すると、そのトランジス
タＱ２がオンに転じ、ダイオードＤ５を介してｎ　Ｍ　
ＯＳ　Ｑ　＋のゲート電圧がゼロＶ付近まで低下して、
そのｎ　Ｍ　ＯＳＱ＋がオフとなる。この間、コイルＬ
４に発生する直流電圧により二次電池８が充電され、ｎ
　Ｍ　Ｏ８Ｑ＋がオフしてコイルＬ４の電圧がゼロＶに
なった後も、コイルＬ５に蓄えられたエネルギーにより
、それまでの電流が所要時間維持されるように動作する
。

ｎ　Ｍ　ＯＳ　Ｑ　ｔがオフすると、ス・イツチングト
ランスに蓄えられていたエネルギーは、ダイオードＤ２
、抵抗Ｒ３ｓ　Ｒ４及びコンデンサＣ４により構成され
るリセット回路で消費される。このとき、コンデンサＣ
５とダイオードＤ８の接続点の電位は、コイルＬ３に発
生した電圧の極性が逆転しているので、（−）の電位に
なる。したがって、コンデンサＣ５には、平滑回路から
の直流電圧が、抵抗Ｒ２を通してチャージされ、両者の
接続点の電位が徐々に上昇する。そして、これに伴って
ダイオードＤ４を介してｎ　Ｍ　ＯＳ　Ｑ　＋のゲート
電圧が上昇し、オン電圧に達すると、再びｎ　Ｍ　ＯＳ
Ｑ＋がオンに転じ、このサイクルが繰返されることによ
り充電が進行する。この間、コイルＬ４の両端の間に、
抵抗Ｒ１１、ダイオード［）１０とともに接続されたＬ
ＥＤが点灯して充電中、であることが表示される。

また、入力端子７からの交流電圧が高くなった場合は、
ダイオードＤＢを介して抵抗Ｒ９に加えられる電圧が高
くなり、抵抗Ｒ７とＲ８との接続点の電圧がトランジス
タＱ２がオンするのに必要な電圧に達するまでの時間が
、前述の時間より短かくなり、ｎ　Ｍ　ＯＳ　Ｑ　＋の
オンになる時間間隔が短かくなる。これに対し、オフの
期間は前述の場合と余り変らない。この結果、充電回路
からの１サイクル当りの平均出力が余り変化しないこと
になり、海外等で商用電源の電圧が２４０ｖ等の地域で
も国内等の場合と同様の充電ができるようになっている
。

Ｍはモータ、ＳＷはシェーバのオン・オフスイッチであ
る。

次に、第２図の充電終了制御回路の構成を、第３図、ｊ
ｉ１４図のタイミングチャートを用いてその動作ととも
に説明する。

なお、第２図中の■〜■の各端子は、第１図中１０で示
される充電終了制御回路（集積回路）部分の各端子■〜
■のそれぞれに対応する。また、第３図、第４図の（ａ
）〜（ｍ）の各信号或いは電圧の波形は、第２図中の（
ａ）〜（ｍ）で示す各点に現われる信号或いは電圧の波
形をそれぞれ示している。

充電終了制御回路１０は、第１図に示すような１個の集
積回路としてまとめられ、第２図に示すようなロジック
回路で構成されている。第２図において、２０は発振回
路、３０はタイマ回路としての分周回路（以下、タイマ
回路というときも符号３０を用いる）、４０は端子電圧
検出回路としてのコンパレータ、５０はリセット回路、
Ｑ３は充電停止手段を構成するｎ　Ｍ　ＯＳである。

充電終了制御回路１０の電源には、第１図におけるダイ
オードブリッジＤ、とコンデンサＣ２の接続点から抵抗
Ｒｔｓを通じてツェナダイオードＺＤ及びコンデンサＣ
ＩＯにより安定化された電圧が、端子■を介して供給さ
れている。

発振回路２０は、ＮＡＮＤゲート、インバータＩＮＶＩ
　　　Ｉ　ＮＶ２　、ニア：／デンサＣ１？及び抵抗Ｒ
２＋で構成され、そのＮＡＮＤゲートが、そのインバー
タＩＮＶ、に接続されている側の入力がＨレベルのとき
インバータとして働き、コンデンサＣＩ　１及び抵抗Ｒ
２１の時定数で現定される一定の周波数で発振する。発
振回路２０からの発振信号出力は、インバータＩＮＶ３
〜ＩＮＶ５で波形整形された後（第４図（ｅ））　、分
周回路３０及びリセット回路５０におけるＤフリップフ
ロップに入力されるようになっている。

タイマ回路としての分周回路３０は、Ｄフリップフロッ
プが所要個数だけ接続されたダウンカウンタで構成され
ており、発振回路２０からの発振信号を分周して充電開
始時から、設定された所定時間Ｔ後に、タイマ信号（第
４図（ｉ））を出力するようになっている。この所定時
間Ｔは、充電電流と二次電池８のフル充電容量から求め
られる最大充電時間に相当する時間に設定されている。

また、リセット回路５０は、抵抗Ｒ２３、Ｒ２４、Ｅ）
ＭＯＳＱ４　、Ｑｓ　、ｎＭＯ５Ｑ６、Ｑ７からなる組
合せ回路、インバータＩＮＶ９、ＳＲフリップフロップ
５ＲＦＦｏ　　（以下、単に５ＲＦＦ等のようにもいう
）及び２個のＤフリップフロップＤＦＦ、　　ＤＦＦ２
で構成されている。

入力端子７に交流電源が投入されると、充電終了制御回
路にも電源が供給され、動作を開始するが、電源投入時
は、分周回路３０、コンパレータ４０とｎ　Ｍ　ＯＳ　
Ｑ　３との間に接続された第１、第２の５ＲＦＦ、　　
５ＲＦＦ２等の状態は不定であり、充電停止手段として
のｎＭＯ８Ｑ３の出力■も不定である。このため、電源
投入時に、これらの回路を一旦初期状態にリセットする
必要があることから、上述のリセット回路５０が設けら
れている。

入力端子７に交流電源が投入されて充電が開始される時
、充電終了制御回路に、端子■から電源が供給される。

リセット回路５０は、この電源の立上り時にｐＭＯＳＱ
４及びｎＭＯｓＱ７がオンとなるので、インバータＩＮ
Ｖ９の入力はＬレベルであり、その出力はＨレベルとな
る（第３図（Ｃ））。このため、５ＲＦＦｏがセットさ
れ、そのＱ出力がＨレベルとなり（第３図（ｄ））、Ｏ
Ｒアゲ−ＯＲ＋の出力がＨレベルとなって（第４図（ｆ
））　、回路全体がリセット状態になる。

次いで、電源の供給により、抵抗Ｒ２３、Ｒ２４の接続
点の電圧がｎＭＯｓＱ＋ｓがオンするのに必要な電圧に
達すると、ｎＭＯ８Ｑｙがオフ、ｐＭＯｓＱｓがオンと
なってインバータＩＮＶ９の出力はＬレベルとなる。こ
のとき５ＲＦＦｏのＱ出力は変化しない。

一方、電源の供給により、発振回路２０も同時に動作し
ているので上述のリセット状態に入ってから、インバー
タＩＮＶ５から２回立下り信号が出力されると、Ｄフリ
ップフロップＤＦＦ２の出力がＨレベルとなり、５ＲＦ
ＦＯがリセットされる。この結果、そのＱ出力がＬレベ
ル、ＯＲアゲ−ＯＲ＋の出力がＬレベルとなって回路全
体のリセットが解除される（第３図（ｂ）、（ｄ））。

このようにして、交流電源の投入直後に、回路全体は、
−旦リセットがかけられて初期状態に設定される。

なお、端子■にＬレベル信号を入力することで、任意に
リセットをかけることもできる。但し、この場合は発振
回路は動作しない。

初期状態に設定された後、タイマ回路３０が動作し、設
定された分周段に従って充電時間をカウントする。例え
ば、発振回路２０の発振周波数を３．４５ｋＨｚ、分周
段を２２段とすると、設定時間Ｔは約１０分となって、
分周回路３０は、その時間経過後に、タイマ信号として
の立上り信号を発生する（第４図（１））。そして、こ
の立上り信号によりＯＲゲー）ＯＲ２の出力がＨレベル
となり、第２の５ＲＦＦ２がセットされ、そのＱ出力が
ＨレベルとなってｎＭＯｓＱ３がオンに転じる。この結
果、充電停止手段の出力■はＬレベルとなる。このＬレ
ベル出力は、充電回路におけるｎ　Ｍ　ＯＳ　Ｑ　＋の
ゲートに与えられるため、ｎ　Ｍ　ＯＳ　Ｑ　＋がオフ
となり、電源投入時、即ち充電開始時から所定の設定時
間である１０分経過後に充電が自動的に終了する。

上述の充電制御は、充電される二次電池８の残存容量が
僅少にＡっている時の制御態様であり、その充電電流と
二次電池８のフル充電容量から求められる最大充電時間
に相当する設定時間Ｔだけ充電されることにより、フル
充電に近い状態までの充電が可能となる。

一方、残存容量がかなり残っている状態、例えば残量５
０％の二次電池８の場合は、約５分てフル充電に近い状
態までの充電が完了する。そこで、このような二次電池
に対しては、次のような制御態様がとられる。

即ち、ニッカド電池等の二次電池８は、充電の進行に従
ってその端子電圧が上昇する。したがって、この場合の
制御は、端子電圧検出回路としてのコンパレータ４０に
より、その端子電圧の上昇が監視され、端子電圧が設定
された所定電圧を超えた時に充電が停止される。

二次電池８の端子電圧は、充電回路における抵抗Ｒ１３
を介してコンパレータ４０の（−）入力端子■に与えら
れ、（＋）入力端子■には、充電終了制御回路に与えら
れる電源電圧を抵抗Ｒ１４、Ｒ１５で分割した電圧が所
定電圧として設定されている（第４図（ｊ））。この所
定電圧としては、前述の制御態様により所定時間後には
必らず充電が停止して過充電による危険発生等のおそれ
が防止されることから、フル充電容量、に対して１００
％相当に近い電圧が設定されている。なお、充電電圧特
性は雰囲気温度によって変化するため、所定電圧は温度
補償することが必要である。

充電が開始され、タイマ回路３０で設定時間Ｔがカウン
トされる前に、二次電池８の端子電圧が、設定された所
定電圧を超えると（第４図（ｋ））、コンパレータ４０
の出力が反転し、インバータＩＮＶ、の出力がＨレベル
となって、第１の５ＲＦＰ＋　がセットされる（第４図
（１））。この結果、前述の制御態様の場合と同様に、
ＯＲゲートＯＲ２の出力がＨレベルとなり、第２の５Ｒ
ＦＦ２を介してｎＭＯｓＱ３がオンに転じ、充電停止手
段の出力■がＬレベルとなる（第４図（ｍ））。その後
、タイマ回路３０からタイマ信号が出力されても出力■
は変化しない。なお、第４図（ｋ）中の破線は、充電が
進行しても二次電池８の端子電圧が設定された所定電圧
に達しない場合を示しており、この場合は、第４図の（
１）、（ｍ）中の破線で示すように、タイマ回路３０か
らのタイマ信号により充電が停止される。

このように、残存容量がかなり残っている場合において
も、安全にフル充電に近い状態までの充電が可能となる
。また、当初は、二次電池８の残存容量が僅少な状態で
充電が開始され、その充電の途中で交流電源の瞬時停電
や瞬時電圧低下、電源コンセントの連続的な抜差し等に
より、第３図の（ａ）、（ｃ）、（ｄ）に示すように、
タイマ回路３０がその都度リセットされて時間計測が不
定となっても、コンパレータ４０による端子電圧の監視
により、過充電となることなく、安全にフル充電に近い
状態までの充電が行われる。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明によれば、交流電源の投
入により始動して一定周波数の発振信号を出力する発振
回路と、この発振回路から出力される発振信号を分周し
て充電開始時からの時間を計測し所定時間後にタイマ信
号を出力するタイマ回路と、交流電源の投入直後にリセ
ット信号を発信してタイマ回路を含む所要の回路を一旦
リセットするリセット回路と、充電される二次電池の端
子電圧を監視しその端子電圧が所定電圧を超えた時に端
子電圧検出信号を出力する端子電圧検出回路と、タイマ
回路からのタイマ信号又は端子電圧検出回路からの端子
電圧検出信号の何れかにより動作して二次電池の充電を
停止させる充電停止手段とを具備させたため、タイマ回
路には充電電流と二次電池のフル充電容量から求められ
る最大充電時間に相当する時間を所定時間として設定し
、また、電圧検出回路には、タイマ回路により所定時間
後には必らず充電が停止されて過充電による危険発生の
おそれが防止されることからフル充電容量に対し１００
％相当に近い電圧を所定電圧として設定することができ
て、二次電池の残存容量の程度に関係なく、その二次電
池を急速にしかも安全にフル充電に近い状態まで確実に
充電することができ、電池使用の効率化を実現すること
ができるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図はこの発明に係る二次電池の充電装
置の実施例を示すもので、第１図は充電回路の回路図、
第２図は上記充電回路に組込まれた充電終了制御回路の
回路図、第３図及び第４図は作用を説明するための各信
号等のタイミングチャートである。 ７：交流電源の入力端子、　　８：二次電池、１０：充
電終了制御回路、　　２０：発振回路、３０：タイマ回
路、 ４０：コンパレータ（端子電圧検出回路）、５０：リセ
ット回路、 ＤＩ　＝ダイオードブリッジ、 Ｑ３　：充電停止手段を構成するｎ　Ｍ　ＯＳ　。 代理ノ、弁理士三好秀和 第　１ 図 □Ｔ−−−−−−− 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　交流電源を整流した直流により二次電池を充電する充
   電装置であって、 前記交流電源の投入により始動して一定周波数の発振信
   号を出力する発振回路と、該発振回路から出力される発
   振信号を分周して充電開始時からの時間を計測し所定時
   間後にタイマ信号を出力するタイマ回路と、前記交流電
   源の投入直後にリセット信号を発信して前記タイマ回路
   を含む所要の回路を一旦リセットするリセット回路と、
   充電される前記二次電池の端子電圧を監視し該端子電圧
   が所定電圧を超えた時に端子電圧検出信号を出力する端
   子電圧検出回路と、前記タイマ回路からのタイマ信号又
   は前記端子電圧検出回路からの端子電圧検出信号の何れ
   かにより動作して前記二次電池の充電を停止させる充電
   停止手段とを有することを特徴とする二次電池の充電装
   置。