JPH04109828A

JPH04109828A - 充電回路

Info

Publication number: JPH04109828A
Application number: JP2226328A
Authority: JP
Inventors: Hideki Tamura; 秀樹田村; Toshiharu Ohashi; 敏治大橋
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1990-08-27
Filing date: 1990-08-27
Publication date: 1992-04-10

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、充電による電池電圧の上昇を抑制して電池内
の電解液の電気分解を防止する充電回路に関する。

（従来の技術）従来、Ｎｉ　−（：：ｄ電池や鉛蓄電池等の蓄電池を１
セルまたは２セル以上直列接続し、これらの蓄電池に大
電流を供給することにより急速充電を行う充電回路が知
られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上記充電回路にあっては、例えば長期間放置
していた蓄電池を接続して急速充電すると、放置により
蓄電池の内部抵抗が上昇しているために著しく電池電圧
が上昇する。そして、この電池電圧が電池内の電解液が
電気分解を起こす電圧以上、すなわち、該蓄電池の各セ
ルに対して１セル当たり、例えば２．０■以上の電圧が
印加されると、上記電解液が電気分解してガス（水素ガ
ス）の発生を生じさせることになる。この結果、蓄電池
の劣化や破損を招くことになる。

本発明は、上記問題を解消するもので、充電による電池
電圧の上昇を抑制して電池内の電解液の電気分解を防止
する充電回路を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は、第１の充電電流
で蓄電池の充電を行う充電回路において、上記蓄電池の
電池電圧を検知する電圧検知手段と、上記蓄電池のセル
数に基づいて制御電圧を設定する設定手段と、上記電池
電圧と上記制御電圧とを比較する比較手段と、上記電池
電圧が上記制御電圧以上になると上記第１の充電電流を
第２の充電電流（〈第１の充電電流）に切り換える切換
手段とを備えたものである。

また、請求項２では、第１の所定時間および第２の所定
時間が設定されたタイマと、充電開始後に上記第１の所
定時間が経過すると蓄電池を上記第２の所定時間だけ充
電解除状態にする充電解除手段と、上記第２の所定時間
内に電池電圧を検知する電圧検知手段と、該電圧検知手
段の検知結果に基づいて蓄電池のセル数を検知するセル
数検知〈乏シ慢ノ手段とを備えた。

〔作用〕

上記構成の充電回路によれば、第１の充電電流で蓄電池
への充電が開始され、該蓄電池の電池電圧が検知され、
蓄電池のセル数に基づいて設定された制御電圧と比較さ
れる。そして、上記電池電圧が上記制御電圧以上になる
と第１の充電電流を第２の充電電流（く第１の充Ｎ′Ｒ
流）に切り換えられる。

また、請求項２では、充電開始後に第１の所定時間が経
過すると蓄電池への充Ｉｌｌ流が第２の所定時間だけ停
止されて充電解除状態にされる。この第２の所定時間内
に電池電圧が検知され、この検知結果に基づいて蓄電池
のセル数が自動的に検知されて制御電圧が設定される。

〔実施例〕

第１図は本発明に係る充電回路の第１実施例を示す回路
図である。

整流器１およびコンデンサＣ１は交流電源２からの交流
を整流、平滑してトランスＴに出力するものである。Ｆ
ＥＴＧｈ　は後述するＰ　Ｗ　Ｍ　ｉｌｌ　ＩＩＩＩ］
回路７からのスイッチングパルスに応じてトランスＴの
一次側コイルＬ１に流入する電流をスイッチングするも
のである。トランスＴは一次側コイルＬ１に流入する電
流のスイッチングにより二次側コイルＬ２に電力を励起
させるものである。整流平滑回路４はダイオードＤ１．
Ｄ２　、チョークコイルＬ３およびコンデンサＣ２から
なり、二次側コイルＬ２からの出力を整流、平滑して蓄
電池３に充電電流として供給するものである。

抵抗Ｒ１は上記充電電流に応じた電圧を帰還増幅器５に
出力するものである。帰還増幅器５は抵抗Ｒ２、Ｒ３お
よびコンデンサＣ３により増幅率を設定されるもので、
上記抵抗Ｒ１からの電圧を上記増幅率で増幅して抵抗Ｒ
５およびフォトカブラＰＣを通してＰ　Ｗ　Ｍ　ＩＩＩ
　ｍ回路７に出力するようにしている。また、帰還増幅
器５に係る増幅率は、後述するマイコン６により第１の
充電電流１１から第２の充電電流Ｉ２に切り換えるべく
抵抗Ｒ４が抵抗Ｒ３に並列接続されると、変更されるよ
うになされている。

Ｐ　Ｗ　Ｍ　ＩＩ　ＩＩＩ回路７は蓄電池３への充電電
流を定電流制御するもので、蓄電池３に後述する第１の
充電電流１１、第２の充電電流Ｉ２あるいはトリクル電
流Ｉ３を供給させるべく帰還増幅器５からの電圧信号に
応じたデユーティのスイッチングパルスをＦＥＴＱｌに
出力するようにしている。また、Ｐ　Ｗ　Ｍ　ｉｌｌ　
ＩＩＩ］ＩＩＩは後述するマイコン６からの完了信号（
あるいは抑止信号）を受けてＦＥＴＱｌへのスイッチン
グパルスのデユーティを極めて小さくするか、あるいは
上記スイッチングパルスをオフにするようにしている。

すなわち、蓄電池３ヘトリクル電流Ｔ３　　（第３図参
照）が供給され、あるいは供給電流がオフにされること
になる。

マイコン６はタイマを内蔵しており、充電開始から所定
時間Ｔ１が経過すると、蓄電池３への充！電流を停止し
て充電解除状態にすべくスイッチＳＷを所定時間Ｔ２　
　（第３図、ｔ１時点〜１２時点）だけオフにするもの
である。また、マイコン６は分圧抵抗Ｒｓ　、Ｒ７を介
して蓄電池３の電池電圧Ｖｃを検知する機能、上記１２
時点での電池電圧Ｖｃと予め記憶している閾値とを比較
する機能、該比較結果から蓄電池３のセル数を識別する
機能、該識別したセル数から制御電圧Ｖｏを演算して設
定する機能および電池電圧Ｖｃが上記制御電圧Ｖｏ以上
になると第１の充電電流１１から第２の充電電流Ｉ２に
切り換えるべく帰還増幅器５の抵抗Ｒ３に抵抗Ｒ４を並
列接続する機能を有している。なお、上記閾値は電池電
圧Ｖｃが、例えば９．６ｖ〜１２Ｖであれば８セルであ
ることを識別し、１２Ｖ〜１６Ｖであれば１０セルであ
ることを識別することができる値に設定されている。

すなわち、１セル当たり１．２Ｖ〜１．５■を持たせて
いる。

さらに、マイコン６は蓄電池３の満充電を検知するため
のΔＴ　ｉｌＪ　８部６０およびタイマ６１を有してい
る。すなわち、△Ｔ　ＩＩＩ　８部６０により電池温度
が単位時間当たりの温度上昇、すなわち温度上昇率６丁
が所定値を越えたことが検知されるが、タイマ６１によ
り充電完了時間に達したことが検知されると、蓄電池３
が満充電になったと判断して抵抗Ｒ８およびフォトカブ
ラＰＣを通してＰＷＭ制御回路７に完了信号を出力する
ようにしている。

温度センサ８は蓄電池３の電池温度を検知して増幅回路
９に出力するものである。増幅回路９は温度センサ８か
らの電池温度信号を増幅してΔＴ制御部６０に出力する
ものである。

なお、マイコン６は上記スイッチＳＷのオフ期間、すな
わち１２時間に整流平滑回路４からの出力を抑止すべく
抵抗Ｒ８およびフォトカプラＰＣを通してＰＷＭ制御回
路７に抑止信号を出力するようにしてもよい。

また、抵抗Ｒ９，コンデンサＣ４およびダイオードＤ３
はスナバ回路を構成するものである。

ここで、上記制御電圧■θの演算、設定について説明す
る。

ｉ＋ｌ１１１電圧Ｖｏは蓄電池３の各セル内の電解液が
電気分解する臨界電圧以下（例えば、２Ｖ／セル）に設
定されている。すなわち、例えば、１．２ＶのＮｉ−Ｃ
ｄ電池を８セル（個）直列接続した電池バックを充電す
る場合であれば、上記制御電圧Ｖｏは、Ｖｏ　＝２ＶＸ８　（セル）＝１６Ｖに設定される。

また、例えば１２Ｖの鉛蓄電池を１ｌｌｉｌ充電する場
合であれば、この蓄電池３は１．２■のセルを１０個有
するので、上記制ａｉｉ圧Ｖｏは、Ｖｏ　＝２ＶＸ１０
　（セル）＝２０Ｖに設定される。

なお、上記制御電圧Ｖｏは１．８ｖ〜２ｖが好ましい。

次に、上記第１実施例の充電回路の動作について第２図
のフローチャートおよび第３図のタイムチャートを用い
て説明する。なお、第１の充電電流１１は正常状態の充
電電流で、第２の充Ｎ電流Ｉ２　　（＜Ｉｔ　）は電池
電圧Ｖｃが制御電圧Ｖｏ以上に上昇した後の充電電流で
ある。また、トリクル電流Ｉ３　　（＜Ｉ２　）は満充
電を維持する電流である。さらに、充電開始時にはスイ
ッチＳＷはオンしている。

充電が開始されるとステップＳ１で第１の充電電流１１
がスイッチＳＷを通して蓄電池３へ供給され、ＴｚＦＲ
間経過するとくステップ＄２でＹＥＳ）、ステップＳ３
で充Ｉ！′Ｒ流を停止すべくスイッチＳＷがオフにされ
、この充電解除状態は１２時間が経過するまで継続され
る（ステップＳ４）。

上記１２時間が経過すると（ステップＳ４でＹＥＳ）、
ステップＳ５で蓄電池３の電池電圧Ｖｃが読み込まれ、
ステップＳ６で上記電池電圧Ｖｃとマイコン６に予め記
憶している閾値とが比較され、この比較結果に基づいて
蓄電池３のセル数が識別される。

すなわち、本充電回路に接続される蓄電池３は、過放電
されたものや、はとんど容量が使われないうちに再充電
されるもの等が混在しており、電池電圧Ｖｃが蓄電池毎
に異なっている。一方、蓄電池３の電池電圧Ｖｃは充電
開始直後から短時間で上昇し、その後、満充電近くまで
ほぼ同じ電圧で安定する。従って、電池電圧Ｖｃを検知
する前にＴ１時間だけ（第３図のｔ１時点まで）充電す
ることにより、充電前の蓄電池３の状態に関係なく電池
電圧Ｖｃはほぼ同じ電圧になる。これにより過放電され
た蓄電池３等であってもセル数の識別誤差が小さくなる
。

また、長期間放置していた蓄電池３の電池電圧Ｖｃは充
電電流を流すと著しく高くなり、更にこの電池電圧Ｖｃ
は放置期間により異なる。このため、充電Ｎ流をＴ１時
間流した後、１２時間（第３図、ｔ１時点〜ｔ２時点）
だけスイッチＳＷをオフにして充電解除状態にして電池
電圧Ｖｃを安定させ、１２時点で電池電圧Ｖｃを検知す
る。これにより長期間放置していた蓄電池３であっても
セル数の識別誤差が小さくなる。

続いて、ステップＳ７で上記識別されたセル数から制ａ
電圧Ｖｏが上述のように演算されて設定された後、ステ
ップＳ８でスイッチＳＷが再びオンされる。この後、ス
テップＳ９で再び第１の充電型Ｉ１１で蓄電池３が充電
され、ステップＳ１０で電池電圧Ｖｃと制御電圧ＶＯが
比較される。そして、電池電圧Ｖｃが制御電圧Ｖｏ以下
であれば（ステップＳ１０でＮＯ）、ステップＳ９に戻
って引き続き第１の充電電流■１で蓄電池３が充電され
る。一方、電池電圧Ｖｃが制卸電圧ＶＯ以上になるとく
ステップＳｔ＋でＹＥＳ）　、ステップＳ１１で蓄電池
３への供給Ｉ！ｉ流は第１の充Ｎ電流１１から第２の充
電電流Ｉ２に切り換えられ（第３図、１３時点）、第２
の充電１１流Ｉ２が蓄電池３に供給される。このため、
第３図に示すように、ｔ３時時点時の電池電圧Ｖｃは制
御電圧ＶＯ以下になる。

この後、例えばｔ４時点で電池温度の温度上昇率ΔＴが
単位時間当たり所定値以上になるか、タイマ６１により
充電完了時間に達したことが検知されると、第２の充電
電流■２からトリクル電流Ｉ３に切り換えられ、あるい
は供給電流がオフにされ、充電が完了する。

すなわち、例えば、急速充電を行うべく第１の充電電流
■１を大電流に設定して急速充電を開始し、電池電圧Ｖ
ｃが制御電圧Ｖｏ以上になると、第２の充電型１１２に
切り換えることにより、急速充電を行いつつ電池電圧Ｖ
ｃが高くなり過ぎて電池内の電解液が電気分解すること
を防止することができる。

次に、本発明に係る充電回路の第２実施例を第４図を用
いて説明する。

第２実施例では、スイッチＳＷに代えて蓄電池３への供
給電流を１２時間だけ微小電流（例えばトリクル電流１
３）に切り換え、あるいは供給電流をオフにして蓄電池
３への充電電流を停止して実質的に充電解除状態になる
ようにしたものである。なお、第１図と同一符号が付さ
れたものは同一機能を果たすものである。

すなわち、マイコン６は充電開始からＴ１時間が経過す
ると、１２時間だけ蓄電池３への供給電流を微小ｍ流、
あるいはオフにすべくＰＷＭｉｌＪ１１回路７に切換信
号を出力する。Ｐ　Ｗ　Ｍ　１ｉｌＪ　１０回路７はマ
イコン６からの切換信号を受けてＦＥＴＱｔへのスイッ
チングパルスのデユーティを極めて小さくするか、ある
いは上記スイッチングパルスをオフにするようにしてい
る。

すなわち、蓄電池３にはほとんど電流が流れないか、あ
るいは全く流れない充電解除状態になるので、上述した
第１実施例のスイッチＳＷで充電電流を遮断する場合と
同様に、長期間放置していた蓄電池３であっても１２時
間の終了時点くｔ２時点）での電池電圧Ｖｃを安定させ
ることができる。

次に、上記第２実施例の充電回路の動作について第５図
のフローチャートを用いて説明する。

充電が開始されると第１の充電型！Ｉｔが蓄電池３へ供
給され（ステップ５２１）、１１時間経過すると（ステ
ップＳ　２２でＹＥＳ）　、蓄電池３への充電電流を停
止すべく蓄電池３への供給電流が第１の充電電流１１か
ら微小電流切り換えられ、あるいはオフにされ（ステッ
プ８２３）、この状態が１２時間経過するまで継続され
る（ステップＳ　２４でＮｏ）。上記１２時間が経過す
ると（ステップ８２４でＹＥＳ）、電池電圧Ｖｃが読み
込まれてマイコン６に予め記憶している閾値と比較され
、蓄電池３のセル数が識別され、該識別されたセル数か
ら制御電圧ＶＯが演算されて設定される（ステップ８２
５〜ステツプ８２７）。

この後、蓄電池３への供給電流が微小電流（あるいはオ
フ状！Ｉりから第１の充電Ｎ流１１に切り換えられて蓄
電池３が第１の充電電流１１で充電され、電池電圧Ｖｃ
と制御電圧Ｖｏが比較される（ステップＳ２ａ〜ステツ
プ５３０）。そして、電池電圧Ｖｃが制御電圧Ｖｏ以下
であれば（ステップ８３０でＮｏ）　、ステップＳ　２
９に戻って引き続き第１の充電電流１１で蓄電池３が充
電され、一方、電池電圧Ｖｃが制御電圧Ｖｏ以上になる
と（ステップ８３０でＹＥＳ）　、第１の充Ｉｆｌｆ流
■１がら第２の充電電流Ｉ２に切り換えられ、第２の充
電電流Ｉ２が蓄電池３に供給される（ステップ５３１）
。

この後、電池ＩＩＩの温度上昇率ΔＴが単位時間当たり
所定値以上になるか、タイマ６１により充電完了時間に
達したことが検知されると、第２の充電電流Ｉ２からト
リクル電流Ｉ３に切り換えられ、あるいは供給電流がオ
フにされ、充電が完了する。

なお、上記第１実施例および第２実施例では、電池電圧
Ｖｃから蓄電池３のセル数を自動的に識別して制御電圧
ＶＯを演算して設定したが、蓄電池３のセル数を操作ス
イッチ等により設定可能とし、この設定に基づいて制御
電圧Ｖｏを演算して設定するようにしてもよい。

〔発明の効果〕

本発明は、電池電圧が蓄電池のセル数に基づいて設定さ
れた制御電圧以上になると第１の充電電流を第２の充電
電流（く第１の充電電流）に切り換えるので、電池電圧
が高くなり過ぎることにより電池内の電解液が電気分解
してガス発生することを防止することができ、従って、
蓄電池の容量劣化や破損を防止することができる。

また、充電開始後に第１の所定時間になると充電電流を
第２の所定時間だけ停止し、すなわち蓄電池を充電解除
状態にして電池電圧を検知し、この検知結果に基づいて
蓄電池のセル数を検知するので、充電電流の影響を受け
ることなく蓄電池のセル数の識別誤差を低減することが
できるとともに、自動的に蓄電池のセル数を検知して制
御電圧を設定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る充電回路の第１実施例を示す回路
図、第２図は第１実施例の充電回路の動作を示すフロー
チャート、第３図は第１実施例の充電回路の動作を示す
タイムチャート、第４図は本発明に係る充電回路の第２
実施例を示す回路図、第５図は第２実施例の充電回路の
動作を示すフローチャートである。３・・・蓄電池、５・・・帰還増幅器、６・・・マイコ
ン、７・・・Ｐ　Ｗ　Ｍ　ｉｌＪ　１１１回路、Ｑｌ・
・・ＦＥＴ、Ｒ６，Ｒ７・・・分圧抵抗、ＳＷ・・・ス
イッチ。特許出願人　　　松下電工株式会社第図

Claims

【特許請求の範囲】１、第１の充電電流で蓄電池の充電を行う充電回路にお
いて、上記蓄電池の電池電圧を検知する電圧検知手段と
、上記蓄電池のセル数に基づいて制御電圧を設定する設
定手段と、上記電池電圧と上記制御電圧とを比較する比
較手段と、上記電池電圧が上記制御電圧以上になると上
記第１の充電電流を第２の充電電流（＜第１の充電電流
）に切り換える切換手段とを備えたことを特徴とする充
電回路。２、請求項１記載の充電回路において、第１の所定時間
および第２の所定時間が設定されたタイマと、充電開始
後に上記第１の所定時間が経過すると蓄電池を上記第２
の所定時間だけ充電解除状態にする充電解除手段と、上
記第２の所定時間内に電池電圧を検知する電圧検知手段
と、該電圧検知手段の検知結果に基づいて蓄電池のセル
数を検知するセル数検知手段とを備えたことを特徴とす
る充電回路。