JPH04150733A - 二次電池の充電回路 - 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充電回路に係り、特に充電時の二次
電池の温度を検出して充電を制御する方式の充電回路に
関する。

（従来の技術） 二次電池の充電方式には種々のものがあるが、その一つ
として充電末期に二次電池の温度が上昇する特性を利用
し、二次電池の温度を温度センサで検出してその検出結
果に基づいて充電を制御する方式がある。

この方式の具体例として、例えば特開昭５０−４４４３
２号公報（以下、第１の従来例という）には、二次電池
の温度が所定値以下で、かつ時間に対する温度の微分値
が所定の範囲内にあるとき急速充電する例が記載され、
また特開昭５２−１１２７４１号公報（以下、第２の従
来例という）には、温度勾配が負またはＯから正に転じ
る時点で充電を終了させる例が記載されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述した第１、第２の従来例では温度セ
ンサの不良、あるいは温度センサと電子回路との接続不
良が生じると、温度センサから正しい温度検出結果が電
子回路に伝達されず、二次電池の充電終了制御がなされ
なくなってしまう。この結果、二次電池は過充電となっ
て異常温度上昇を生じ、電池自身あるいは電池を使用し
ている機器の破損を引き起こすことがある。

また、第２の従来例ではニッケル水素電池等のように充
電初期から電池が発熱し、充電とともに温度が若干上昇
するような電池を充電する場合、はとんど充電されない
うちに温度勾配が正になり、充電が終了してしまい、著
しい充電不足になることがある。

本発明はこのような従来の問題点を解決するためになさ
れたもので、二次電池の温度検出系が正常に動作しない
場合であっても、二次電池の破損や機器の破損を引き起
こすことがなく、さらに充電初期から発熱が生じて充電
とともに温度が若干上昇するような二次電池を充電する
場合においても適正な充電ができ、信頼性および安全性
の高い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） 上記の課題を解決するため、本発明の充電回路は二次電
池の温度変化に対して出力がほぼ直線的に変化する温度
検出手段と、温度検出手段の出力の微分値を得る微分手
段と、充電中の微分値と設定値とを比較し、その大小関
係が反転したとき反転出力を発生する比較手段と、二次
電池の充電開始とともに起動され、所定時間経過後に限
時出力を発生するタイマー回路と、比較手段の反転出力
およびタイマー回路の限時出力のうち先に発生された方
の出力によって二次電池の充電を制御する充電制御手段
とを具備することを特徴とする。

（作用） ニッケル水素電池をはじめとする二次電池では、充電初
期や中期における電池内部で発生する熱量は僅かであり
、二次電池の温度上昇も僅かであるが、充電末期になる
と電池内部で発生する熱量が急激に増大し、発熱と放熱
がバランスするまで表面温度が上昇する。このときの温
度上昇率は、充電電流が大きいほど大きくなるが、温度
上昇率そのものは周囲温度にはあまり影響を受けない。

本発明では、このような二次電池の特性に着目し、温度
検出手段の出力を微分することで温度上昇率を電圧に変
換し、充電中の微分値と設定値との大小関係が反転した
とき充電を制御するため、充電初期や中期に僅かの温度
上昇が生じるような場合でも充電が停止されて充電不足
を引起こすことはなく、常に適切な量の充電がなされる
。

また、温度センサを含む温度検出回路、微分回路および
比較回路が正常に動作しない場合、本発明ではタイマー
回路の限時出力によって二次電池の充電制御がなされる
ため、過充電による二次電池の異常温度上昇が防止され
る。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る充電回路の構成を示す
ブロック図である。同図において、充電用電源１には充
電制御回路２を介して二次電池であるニッケル水素電池
（以下、単に電池という）３が接続されている。充電用
電源１は交流電源の出力を整流して直流を得る電源や、
他の比較的大容量の電池が使用される。

温度センサ４は電池３の温度を検出するためのもので、
この例では電池３に内蔵されるか、または電池３に近接
して設置されたサーミスタＴｈを使用している。温度変
換回路５は、温度センサ４の出力を温度変化に対して直
線的に、つまり温度変化にほぼ比例して変化する電圧の
出力値Ｖｔに変換する回路である。

第３図は温度センサ４にサーミスタＴｈを用いた場合の
温度変換回路５の具体例であり、サーミスタＴｈの両端
が接続される入力端子ａ。

ｂのうち一方の入力端子ａは基準電圧Ｖ　ｒｅｆが印加
され、他方の入力端子すは抵抗Ｒを介して接地きれると
ともに、出力端子Ｃに接続されている。

サーミスタＴｈの抵抗値は温度上昇とともに非線形に低
下するが、抵抗Ｒの抵抗値をサーミスタＴｈの特性に合
せて適宜選定することにより、出力端子Ｃ（サーミスタ
Ｔｈと抵抗Ｒとの接続点）からはサーミスタＴｈの検出
温度にほぼ正比例した電圧の出力Ｖｔが得られる。温度
センサ４と温度変換回路５とで温度検出手段を構成して
いる。

温度変換回路５の出力は微分回路６に入力され、微分さ
れる。微分回路６の出力は電圧比較器７の一方の入力端
子に入力される。電圧比較器７の他方の入力端子には、
設定値Ｖｋが入力されている。電圧比較器７は微分回路
６の出力である微分値か設定値Ｖｋを越えると出力が反
転し、電池３の温度上昇率が設定値Ｖｋに相当する温度
上昇率に達したことを示す反転出力を発生する。

一方、タイマー回路８は充電開始とともに起動され、所
定の時間（限時時間）経過後に限時出力を発生する。こ
のタイマー回路８の出力端子は、電圧比較器７の出力端
子とともに充電制御回路２の制御端子に接続されている
。

充電制御回路２は例えばスイッチング回路か、またはス
イッチング回路と抵抗の並列回路により構成される。通
常の充電時にはスイッチング回路はオン状態である。一
方、制御端子に所定の信号が与えられると、スイッチン
グ回路がオフ状態となって充電制御状態となるように構
成されている。

次に、第１図の充電回路の動作を第２図に示す充電特性
図を参照して説明する。なお、第２図で（ａ）は電池３
の端子電圧（電池電圧）ＶＢと温度（電池温度）Ｔａ、
（ｂ）は温度変換回路５の出力Ｖ　ｔ　、　（ｅ）は微
分回路６の出力（微分値）ｖｔ’の変化をそれぞれ示し
ている。

充電が開始されると、充電用電源１から充電制御回路２
を介して電池３に充電電流が供給され始める。これに伴
い電池電圧ＶＢが上昇し、電池温度ＴＢはほぼ一定か若
しくは直線的に僅かずつ上昇する。

充電が進み、充電末期になると、電池３の温度が急激に
上昇し始める。電池３の温度は温度センサ４により電気
信号に変換され、さらに温度変換回路５によって温度に
ほぼ正比例する電圧の出力Ｖｔに変換される。この温度
変換回路５の出力Ｖｔは微分回路６に入力され、時間に
対する電池３の温度上昇率に対応した電圧の微分値が出
力Ｖｔ′として得られる。この微分回路６の出力ｖｔ′
は、充電初期や中期では０または僅かにプラスの電圧と
なり、充電末期には急激に上昇する。

電圧比較器７は微分回路６の出力ｖｔ′と設定値Ｖｋと
を比較し、 Ｖｔ’　　＞Ｖｋ となった時点で反転出力を発生する。この反転出力は充
電制御回路２に入力され、充電制御回路２を充電制御状
態とする。充電制御回路２は充電制御状態になると、ス
イッチング回路がオフ状態となるため、充電を停止する
か、あるいは抵抗が充電路に挿入されることによって、
充電電流を通常より小さくする。

通常の充電動作は、以上のようにして行われる。

一方、温度センサ４、温度検出回路５、微分回路６およ
び電圧比較器７等の異常や、これらの間の接続不良など
があると、電池３の温度上昇率が微分回路６の出力ｖｔ
′が設定値Ｖ　ｋ　１．：達するような温度上昇率にな
っても、電圧比較器７の反転出力が充電制御回路２に正
しく伝わらない。このような場合は、やがてタイマー回
路８から限時出力が発生され、充電制御回路２に入力さ
れる。充電制御回路２は、この限時出力を受けると充電
制御状態となり、先と同様に充電を停止するか、または
充電電流を減少させる制御を行う。

このようにして、温度センサ４、温度検出回路５、微分
回路６および電圧比較器７等の回路に異常が生じたり、
これらの間の接続不良が生じた場合でも、充電制御回路
２はタイマー回路８の限時出力により充電制御状態とな
るので、過充電により電池３が異常温度になるのを防止
できる。

本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、次の
ように種々変形して実施することができる。

■　実施例では、温度検出手段を構成するサーミスタＴ
ｈと温度変換回路５の抵抗Ｒを第３図のように接続した
が、第４図に示すようにサーミスタＴｈと温度変換回路
５の抵抗Ｒの位質を入れ換え、サーミスタＴｈで検出す
る電池温度にほぼ逆比例する電圧が発生するようにして
もよい。この場合、電圧比較器７において微分回路６の
出力Ｖｔ’　と設定値Ｖｋとを比較し、Ｖｔ’　＜Ｖｋ となった時点で反転出力を発生するようにすればよい。

■　実施例では、温度検出手段をサーミスタＴｈと温度
変換回路５で構成したが、温度検出手段の構成はこれに
限られず、例えば抵抗温度センサと抵抗−電圧変換器と
の組合わせによるものや、定電流を流したときのダイオ
ードの順方向電圧降下が温度に対してほぼ直線的に変化
する特性を利用したものであってもよい。

■　実施例では、二次電池としてニッケル水素電池を用
いたが、本発明は他の二次電池、例えばニッケルカドミ
ウム電池や鉛蓄電池などを用いた場合にも適用すること
が可能である。

その他、本発明は要旨を逸脱しない範囲で種々変形して
実施することができる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば二次電池の温度変
化に対して出力がほぼ直線的に変化する温度検出手段と
、温度検出手段の出力の微分値を得る微分手段と、充電
中の微分値と設定値とを比較し、その大小関係が反転し
たとき反転出力を発生する比較手段と、さらに二次電池
の充電開始とともに起動され、所定時間経後に限時出力
を発生するタイマー回路を設け、これら比較手段の反転
出力およびタイマー回路の限時出力のうち先に出力され
た方によって二次電池の充電を制御する構成とすること
により、通常は比較手段の出力で充電を制御し、温度セ
ンサを含む温度検出系や微分手段および比較手段あるい
はそれらの間の接続が不良の場合でもタイマー回路の限
時出力により充電制御を行うことが可能である。

従って、二次電池の過充電による異常温度上昇のおそれ
がなく、電池や機器の破損を引き起こすことがなくなり
、信頼性、安全性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る二次電池の充電回路の
構成を示すブロック図、第２図は第１図の動作を説明す
るための充電特性図、第３図および第４図は第１図にお
ける温度変換回路の具体的な構成例を示す回路図である
。 １・・・充電用電源 ２・・・充電制御回路 ３・・・二次電池にニッケル水素電池）４・・・温度セ
ンサ ５・・・温度変換回路 ６・・・微分回路 ７・・・電圧比較器 ８・・・タイマー回路 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）二次電池の温度変化に対して出力がほぼ直線的に
   変化する温度検出手段と、 前記温度検出手段の出力の微分値を得る微分手段と、 充電中の前記微分値と設定値とを比較し、その大小関係
   が反転したとき反転出力を発生する比較手段と、 前記二次電池の充電開始とともに起動され、所定時間経
   過後に限時出力を発生するタイマー回路と、 前記比較手段の反転出力および前記タイマー回路の限時
   出力のうち先に発生された方の出力によって前記二次電
   池の充電を制御する充電制御手段と を具備することを特徴とする二次電池の充電回路。
2. （２）前記温度検出手段は、前記二次電池の温度を検出
   しその温度に対応した信号を発生する温度センサと、こ
   の温度センサの出力信号を温度変化に対してほぼ正比例
   または反比例する電圧の出力に変換する温度変換回路と
   からなることを特徴とする請求項１記載の二次電池の充
   電回路。