JPH04244744A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は二次電池の充電回路に係
り、特に充電末期に二次電池の温度が上昇することを利
用して、充電制御する充電回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】二次電池の充電回路は種々のものが知ら
れているが、その一つとして二次電池は充電末期に温度
が上昇する特性を利用して充電する方式がある。この方
式の具体例としては、例えば特開昭５０−４４４３２号
公報（以下第１の従来例という）には、二次電池の温度
が所定値内にあり、かつ温度の時間に対する微分値が所
定の範囲内にある場合急速充電する例が記載されており
、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０から正になる時
点で充電を完了する例が記載されている。

【０００３】

【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の従来例および第２の従来例では、急速充電開始
時に温度センサーの自己発熱による温度上昇や、微分回
路の電源投入直後の出力不安定により、温度勾配が正と
なり充電開始直後に充電が停止し、著しい充電不足とな
ったり、また充電中の電気的ノイズが微分回路等に混入
、あるいは温度センサーと周囲雰囲気との熱抵抗が小さ
い場合、雰囲気温度の変化や気流の変化により、充電末
期のように急激な電池温度上昇を示さなくても、微分値
が所定値を超え、充電制御状態となり充電不足となるこ
とがあった。

【０００４】本発明の目的は、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、急速充電開始時に温
度センサーの自己発熱による温度上昇や、微分回路の電
源投入直後の出力不安定や、充電中における電気的ノイ
ズの微分回路等への混入、あるいは温度センサーと周囲
雰囲気との熱抵抗が小さい場合、雰囲気温度の変化や気
流の変化があっても、誤動作を引き起こすことがなく、
常に適正量充電でき、信頼性、安全性の高い充電回路を
提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の充電回路は二次電池の充電時間に対する温
度変化率を検出する温度変化率検出手段と、充電中の前
記温度変化率検出手段の出力と設定値との大小が反転し
たとき比較出力を発生する比較手段と、充電開始信号に
より充電を開始し、前記比較手段の比較出力に従って前
記二次電池の充電を制御する充電制御手段とからなる充
電回路において、比較手段が、比較出力を発生してから
所定時間は充電制御を禁止する信号識別手段を具備する
ことを特徴としている。

【０００６】

【作用】比較手段が比較出力を発生してから所定時間の
間は充電制御を禁止することにより、充電回路の電源投
入と同時に急速充電が開始するような構成の場合におけ
る温度センサーの自己発熱による誤動作や、微分回路の
電源投入直後の出力不安定による誤動作や、充電中の電
気的ノイズが微分回路等に混入あるいは雰囲気温度の変
化や気流の変化による誤動作することがなく、常に適正
量充電でき、信頼性、安全性の高い充電ができる。

【０００７】

【実施例】図１は本発明の一実施例に係わる二次電池の
充電回路を示したものである。図１において、充電用電
源１は交流電源の出力を整流して直流出力を得る直流電
源か、または他の比較的大容量の電池が使用される。充
電用電源１は充電制御回路２のスイッチング回路ＳＷを
介して、二次電池であるニッケル水素蓄電池（以下単に
電池という）３に接続されている。４は温度センサーで
、この例ではサーミスタＴｈを使用しており、電池３に
内蔵されるか、電池３の表面または近接して取り付けら
れる。５は温度変換回路で、温度センサー４の出力を温
度変化に対して直線的な電圧変化に変換するはたらきを
し、この例では抵抗Ｒ１とサーミスタＴｈの直列回路に
基準電圧Ｖｒ１を印加し、直列回路の中点を出力Ｖｔと
することにより、実現している。温度センサー４と温度
変換回路５とで温度検出回路を構成し、温度変換回路５
の出力は微分回路６の入力端子ａに接続されている。 温度検出回路と微分回路６とで温度変化率検出回路を構
成している。微分回路６は非反転入力端子に基準電圧

【
０００８】Ｖｒ２＝Ｖｒ１×Ｒ５／（Ｒ４＋Ｒ５）

【０
００９】があたえられた演算増幅器７と、微分回路６の
入力端子ａと演算増幅器７の反転入力端子との間に直列
に接続されたコンデンサＣ１および抵抗Ｒ２と、演算増
幅器７の反転入力端子と出力端子（微分回路６の出力端
子ｂ）との間に並列に接続されたコンデンサＣ２および
抵抗Ｒ３とで構成されている。ここで基準電圧Ｖｒ２は
設定値ＶｋとＶｒ１との関係が、Ｖｒ１−Ｖｒ２＝Ｖｋ
となるように選定されている。微分回路６は電池３の温
度上昇率を捉えるように定数が選定されている。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し、
Ｖｔは温度にほぼ反正比例する電圧変化を示すが、微分
回路６の出力ＶｏはＶｒ２を基準とすると

【００１０】
Ｖｏ＝−Ｃ１×Ｒ３×ｄＶｔ／ｄｔ

【００１１】で表さ
れ、従って温度が上昇するとＶｏも正の値となる。微分
回路６の出力は比較手段である電圧比較器８の反転入力
端子に入力され、電圧比較器８の非反転入力端子には基
準電圧Ｖｒ１が入力される。電圧比較器８は微分回路６
の出力がＶｒ１を越えると出力が反転し低レベルとなり
、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比較出力を発生する。

【００１２】電圧比較器８の出力は、信号識別回路９の
入力端子ｃに接続されている。信号識別回路９の入力端
子ｃはＮＯＲ回路１０の第１の入力端子に入力されると
ともに、抵抗Ｒ６とコンデンサＣ３とで構成される時定
数回路を介して第１のタイマー回路１１に入力され、Ｎ
ＯＲ回路１０の第２の入力端子はタイマー回路１１の出
力端子が接続されている。ＮＯＲ回路１０の出力端子は
、抵抗Ｒ７とコンデンサＣ４とで構成される積分回路に
入力され、積分回路の出力は信号識別回路９の出力端子
ｄを介して充電制御回路２のフリップフロップ回路１２
の第１のリセット端子Ｒ１に接続されている。なお抵抗
Ｒ７とコンデンサＣ４とで構成される積分回路は、ＮＯ
Ｒ回路１０の二つの入力に印加される信号のタイミング
のずれにより発生するハザードを吸収するためのもので
ある。

【００１３】フリップフロップ回路１２はセット端子Ｓ
とリセット端子Ｒ１，Ｒ２の三つの入力端子と一つの出
力端子Ｑをもち、ＮＯＲ回路１３とＮＯＲ回路１４とＮ
ＯＴ回路１５とで構成されている。リセット端子Ｒ１，
Ｒ２はＮＯＲ回路１３の第１及び第２の入力端子にそれ
ぞれ接続され、ＮＯＲ回路１３の第３の入力端子はＮＯ
Ｒ回路１４の出力端子とＮＯＴ回路１５の入力端子とに
接続され、ＮＯＲ回路１４の第１の入力端子はＮＯＲ回
路１３の出力端子に接続され、ＮＯＲ回路１４の第２の
入力端子はフリップフロップ回路１２はセット端子Ｓに
接続され、ＮＯＴ回路１５の出力端子はフリップフロッ
プ回路１２の出力端子Ｑに接続されている。

【００１４】フリップフロップ回路１２のリセット端子
Ｒ２はスタートパルスにより起動する第２のタイマー回
路１６の出力端子が接続され、スタートパルスはフリッ
プフロップ回路１２のセット端子Ｓにも印加される。第
２のタイマー回路１６は、温度変化率検出手段と比較手
段と信号識別回路とによる制御が正常に作動しなかった
場合、このタイマーの限時出力で強制的に充電制御させ
るためのものである。フリップフロップ回路１２の出力
端子Ｑは、スイッチング回路ＳＷの制御端子に接続され
ている。

【００１５】充電制御回路２のスイッチング回路ＳＷは
、フリップフロップ回路１２の出力端子Ｑが高レベルの
時に急速充電状態となり、低レベルの時充電制御状態と
なり、充電制御状態では電池３の充電を完全に停止させ
るか、充電電流を減少させるように構成されている。

【００１６】次に図１の充電回路の動作を図２の充電特
性図を参照しながら説明する。一般に電池３の端子電圧
Ｖｂは、図２ａに実線で示すように充電初期は急激に上
昇し充電中期は緩やかに上昇し充電末期はピークを示す
。電池３の温度Ｔｂは図２ｂに実線で示すように充電初
期および充電中期は緩やかに上昇し充電末期には急激に
上昇する。

【００１７】図１において、充電回路の電源投入時また
はスイッチ等に連動して発生するスタートパルスがフリ
ップフロップ回路１２のセット端子Ｓに加わると、フリ
ップフロップ回路１２の出力端子Ｑは高レベルとなり、
充電制御回路２のスイッチング回路ＳＷは急速充電状態
となる。この状態では充電用電源１から電池３に大電流
が供給され、急速充電が開始される。

【００１８】微分回路６の出力電圧Ｖｏは図２ｃに実線
で示すように充電初期、つまり充電開始時点ｔ＝０から
時刻ｔａまでの期間は、温度センサーの自己発熱や微分
回路のコンデンサの充電、充電電流の急激な変化等によ
り、設定値Ｖｋを超えることがあり、電圧比較器８は比
較出力を発生することがある。また、充電中に電気的ノ
イズあるいは温度センサー４と電池３との熱抵抗が小さ
い場合、雰囲気温度の変化や気流の変化により温度セン
サー４の出力が変化し、図２ｃに示すような微分出力に
ピークＡが発生し、図２ｄに示すように比較出力がｔｂ
，ｔｃ間発生することがあるが、図２ｅに示すように比
較出力が発生してからｔａ間は第１のタイマーの出力は
高レベルとなり、ｔｂ＜ｔａ，ｔｃ＜ｔａであればＮＯ
Ｒ回路１０の出力は低レベルのままであり、充電制御回
路２は急速充電状態を維持している。

【００１９】充電が進み充電末期となり、図２ｂに示す
ように電池温度が急激に上昇すると、図２ｃに示すよう
に微分出力も上昇し時刻ｔ＝ｔｄで設定値Ｖｋを超え、
比較出力が発生し、第１のタイマーの出力はｔ＝ｔｄか
らｔａ時間の間は高レベルとなる。第１のタイマーの限
時時間が過ぎ、ｔ＞ｔｄ＋ｔａとなるとＮＯＲ回路１０
の二つの入力に印加される信号はどちらも低レベルとな
り、ＮＯＲ回路１０の出力は高レベルとなり、フリップ
フロップ回路１２の出力Ｑが低レベルとなり、充電制御
回路は充電制御状態となる。

【００２０】なお第２のタイマー１６は急速充電開始と
同時に起動し、温度変化率検出回路等が正常に作動せず
、時刻ｔ＝ｔｄ＋ｔａを過ぎてもフリップフロップ回路
１２のリセット端子Ｒ１が高レベルとならず、急速充電
が継続する場合でも、第２のタイマー１６の限時出力が
発生するとフリップフロップ回路１２のリセット端子Ｒ
２が高レベルとなり、フリップフロップ回路１２の出力
Ｑが低レベルとなり、充電制御回路２のスイッチング回
路ＳＷは充電制御状態となり、電池が著しい過充電とな
ることを防止する。

【００２１】図３は信号識別回路９の別の実施例で、信
号識別回路９の入力端子ｃはＮＯＴ回路１７の入力端子
に接続されるとともに、抵抗Ｒ６とコンデンサＣ３とで
構成される時定数回路を介して第１のタイマー回路１１
に接続され、ＮＯＴ回路１７の出力端子は信号識別回路
９の出力端子ｅに接続され、第１のタイマー回路１１の
出力は信号識別回路９の出力端子ｆに接続されている。

【００２２】充電制御回路２のフリップフロップ回路１
２は二つのセット端子Ｓ１，Ｓ２と二つのリセット端子
Ｒ１，Ｒ２と一つの出力端子Ｑをもち、ＮＯＲ回路１３
，１８とＮＯＴ回路１５とで構成されている。リセット
端子Ｒ１はＮＯＲ回路１３の第１の入力端子に接続され
、リセット端子Ｒ２はＮＯＲ回路１３の第２の入力端子
に接続され、ＮＯＲ回路１３の第３の入力端子はＮＯＲ
回路１８の出力端子とＮＯＴ回路１５の入力端子とに接
続され、ＮＯＲ回路１８の第１の入力端子ＮＯＲ回路１
３の出力端子に接続され、ＮＯＲ回路１８の第２の入力
端子はフリップフロップ回路１２のセット端子Ｓ１に、
ＮＯＲ回路１８の第３の入力端子はフリップフロップ回
路１２のセット端子Ｓ２に接続され、ＮＯＴ回路１５の
出力端子はフリップフロップ回路１２の出力端子Ｑに接
続されている。フリップフロップ回路１２のセット端子
Ｓ１またはＳ２と、リセット端子Ｒ１またはＲ２の両方
が同時に高レベルとなった場合は、セット信号が優先さ
れ出力端子Ｑは高レベルとなる。

【００２３】フリップフロップ回路１２のセット端子Ｓ
１は信号識別回路９の出力端子ｆに、リセット端子Ｒ１
は信号識別回路９の出力端子ｅに接続されている。リセ
ット端子Ｒ２はスタートパルスにより起動する第２のタ
イマー回路１６の出力端子が接続され、スタートパルス
はフリップフロップ回路１２のセット端子Ｓ２にも印加
される。第２のタイマー回路１６は、温度変化率検出手
段と比較手段と充電制御弁別回路とによる制御が正常に
作動しなかった場合、このタイマーの限時出力で強制的
に充電制御させるためのものである。フリップフロップ
回路１２の出力端子Ｑは、スイッチング回路２の制御端
子に接続されている。

【００２４】図３において、電圧比較器８の出力が比較
出力を発生し信号識別回路９の入力端子ｃに加わると、
ＮＯＴ回路１７の高レベル出力が信号識別回路９の出力
端子ｅを介してフリップフロップ回路１２のリセット端
子Ｒ１に加わるが、比較出力の発生と同時に抵抗Ｒ６と
コンデンサＣ３とで構成される時定数回路を経て第１の
タイマー回路１１が起動され、ｔａ時間だけ出力は高レ
ベルとなる。したがって電圧比較器８の比較出力が発生
してからｔａ時間に達する前に比較出力が消滅した場合
は、信号識別回路９の出力端子ｆを介してフリップフロ
ップ回路１２のセット端子Ｓ１に高レベル信号が加わる
ため、フリップフロップ回路１２の出力端子Ｑは高レベ
ルのままで充電制御回路２は急速充電状態を維持するが
、電圧比較器８の比較出力が発生してからｔａ時間以降
も比較出力が発生していれば、フリップフロップ回路１
２のセット端子Ｓ１，Ｓ２とも低レベルとなり、一方リ
セット端子Ｒ１が高レベルとなるため出力端子Ｑが低レ
ベルとなり、充電制御回路２のスイッチング回路ＳＷは
充電制御状態となる。

【００２５】上記図１では温度変化率検出手段は抵抗と
コンデンサと演算増幅器からなるアナログ式微分回路を
用いているが、温度検出手段の出力を一定時間ｔｃ毎に
測定し前回測定値との差ΔＶを算出し、この差が設定値
を超えたとき、充電を制御するようにしてもよい。

【００２６】本発明は、上記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、温度検出手段はサーミスタＴｈと温度変
換回路５の抵抗Ｒとを図１のように接続する例を示した
が、サーミスタＴｈと温度変換回路５の抵抗Ｒとを図３
のように入れ換え、サーミスタＴｈで検知する温度にほ
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、微分回路６の出力Ｖｏ／と設定値Ｖｋとを電圧比較
器７で比較し、

【００２７】Ｖｏ／Ｖｋ

【００２８】となった時点Ｔ１で比較出力が発生するよ
うにすればよい。本発明の実施例では、温度検出手段は
サーミスタＴｈと温度変換回路５とで構成したが、他の
構成であってもよい。例えば、抵抗温度センサーと抵抗
−電圧変換器の組合せや、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。また、実施例
では温度変化率検出手段は抵抗とコンデンサと演算増幅
器からなるアナログ式微分回路を用いているが、温度検
出手段の出力を一定時間ｔｃ毎に測定し前回測定値との
差ΔＶを算出し、この差が設定値を超えたとき、充電を
制御するようにしてもよい。さらに、実施例では、蓄電
池としてニッケル水素電池を例にとり説明したが、本発
明は、他の蓄電池例えばニッケルカドミウム蓄電池や、
鉛蓄電池などにも適用可能である。

【００２９】前記充電制御手段が、充電開始信号により
セットし前記比較手段の比較出力によりリセットするセ
ット優先フリップフロップを備え、前記信号識別手段は
このセット優先フリップフロップのセット入力に、前記
比較手段が比較出力を発生してから所定時間の間連続し
て充電開始信号を出力することを特徴とするものでもよ
い。

【００３０】前記温度変化率検出手段は、二次電池の温
度変化に対して出力がほぼ比例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回路とか
らなることを特徴とするものでもよい。

【００３１】前記温度変化率検出手段は、前記温度検出
手段の出力を一定時間ごとに測定し、前回との温度差に
相当する電圧を出力することを特徴とするものでもよい
。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、二次電池の時間に対す
る温度変化率を検出する温度変化率検出手段と、充電中
の前記温度変化率検出手段の出力と設定値との大小が反
転したとき比較出力を発生する比較手段と、充電開始信
号により充電を開始し、前記比較手段の比較出力に従っ
て前記二次電池の充電を制御する充電制御手段とからな
る充電回路において、信号識別手段により比較手段が比
較出力を発生してから所定時間は充電制御を禁止するこ
とにより、充電回路の電源投入と同時に急速充電が開始
するような構成にした場合の温度センサーの自己発熱に
よる誤動作や、微分回路の電源投入直後の出力不安定に
よる誤動作や、充電中の電気的ノイズが微分回路等に混
入あるいは雰囲気温度の変化や気流の変化による誤動作
することがなく、常に適正量充電でき、信頼性、安全性
の高い充電ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明の実施例に係わる二次電池の充電回
路の構成を示すブロック図である。

【図２ａ】　　電池端子電圧の充電特性図である。

【図２ｂ】　　電池温度の充電特性図である。

【図２ｃ】　　微分出力の充電特性図である。

【図２ｄ】　　比較出力の充電特性図である。

【図２ｅ】　　第１のタイマー出力の充電特性図である
。

【図２ｆ】　　ＮＯＲ回路出力の充電特性図である。

【図３】　　信号識別回路の別の具体例のブロック図で
ある。

【符号の説明】

１…充電用電源 ２…充電制御回路 ３…電池 ４…温度センサー ５…温度変換回路 ６…微分回路 ８…電圧比較器 ９…信号識別回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　二次電池の充電時間に対する温度変化
   率を検出する温度変化率検出手段と、充電中の上記温度
   変化率検出手段の出力と予め決めた設定値との大小が反
   転したとき比較出力を発生する比較手段と、充電を開始
   し上記比較出力に従って二次電池の充電を制御する充電
   制御手段とからなる充電回路において、上記比較手段が
   、比較出力を発生してから予め決められた時間は、充電
   制御を禁止する信号識別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. 【請求項２】　　上記信号識別手段が、比較出力を発生
   してから所定時間は、充電制御手段に入力させないこと
   を特徴とする特許請求の範囲請求項１記載の二次電池の
   充電回路。