JPH04281331A - 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】

【０００１】［発明の目的］

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、二次電池を適切、且つ
急速に充電することのできる充電装置に関するものであ
る。

【０００３】

【従来の技術】近年、シェーバ等の電気機器では充電可
能な電池、いわゆる二次電池を内蔵したものが種々提供
されている。このような二次電池を内蔵した電気機器で
は二次電池の容量が低下すると、充電装置を用いて二次
電池を充電する必要がある。

【０００４】ところで、従来の充電装置では二次電池を
急速に充電する方式として、いわゆるＶテーパ方式が採
用されている。このＶテーパ方式を採用する充電装置は
、充電中における二次電池の端子電圧を監視し、この二
次電池の端子電圧が予め設定した設定電圧を上回った場
合に、二次電池への充電電流を一定の減少率をもって徐
々に低下させて充電を継続するようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、二次電池の
端子電圧は、二次電池の温度上昇に応じて低下する傾向
があるので、上記設定電圧を一定の値に設定すると、低
温では充電不足となり、高温では過充電となる場合があ
った。

【０００６】このため、検出された二次電池の端子電圧
に温度補正を施して正確な端子電圧を算出することが考
えられる。

【０００７】しかしながら、二次電池の端子電圧に温度
補正を施すための補正回路を設けると、回路構成が複雑
になりコストが上昇するという問題点を有していた。

【０００８】また、二次電池の端子電圧は、二次電池の
温度上昇に応じて低下する傾向があるが、このときの温
度変化に対する端子電圧の特性は二次電池毎に異なる場
合があり、これを補正するための種々の調整回路を付加
すると更にコストが上昇するという問題点を有していた
。

【０００９】［発明の構成］

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、オンオフ動作
するスイッチング手段のオン時間に応じた充電電流を供
給して二次電池を充電する充電装置において、前記二次
電池へ供給される充電電流の充電時間による積分を演算
する充電量積算手段と、前記二次電池から放電する放電
電流の放電時間による積分を演算する放電量積算手段と
、前記充電量積算手段で演算された充電量から前記放電
量積算手段で演算された放電量を減算して当該二次電池
の充電量を算出する算出手段と、この算出手段で算出さ
れた充電量と、予め設定した基準値とを比較する比較手
段と、この比較手段による比較の結果、当該二次電池の
充電量が基準値を上回った場合に前記スイッチング手段
のオン時間を徐々に短く制御する制御手段とを有して構
成した。

【００１１】

【作用】本発明に係る手段は、充電量積算手段で演算さ
れた充電量から放電量積算手段で演算された放電量を減
算して当該二次電池の充電量を算出する。この算出され
た充電量と、予め設定した基準値とを比較し、この比較
の結果、当該二次電池の充電量が基準値を上回った場合
にオンオフ動作するスイッチング手段のスイッチング周
波数またはデューティ比を変更する等して、単位時間当
たりのオン時間を徐々に短く制御する。従って、当初は
スイッチング手段のオン時間に応じた充電電流を供給し
て二次電池を急速に充電し、その後有効充電量が基準値
を上回った場合には、充電電流を徐々に減少させて充電
を継続するので、電池の温度若しくは周囲の温度に影響
されることなく且つ過不足無く、最適な充電状態で充電
することができる。

【００１２】

【実施例】以下本発明に係る−実施例を図面を参照して
詳細に説明する。まず、図２を参照して本発明が適用さ
れる充電装置の全体的な構成を説明する。

【００１３】商用電源ＰＷが整流回路１と接続されてい
る。商用電源ＰＷを整流する整流回路１は、トランスＴ
Ｒの一次巻線ＴＲａの一方の端子と接続されると共に、
トランスＴＲの一次巻線ＴＲｂの一方の端子と接続され
ている。トランスＴＲの二次巻線ＴＲｃの一方の端子に
は逆流防止用のダイオードＤ１が接続されている。この
ダイオードＤ１を介して引き出される二次巻線ＴＲｃか
らの電源線には、充電可能な電池３ａ，３ｂが直列に接
続されると共に、モータ等の負荷５が接続される。

【００１４】また、電池３ａと３ｂとの間には、電流を
検出するための微小な抵抗Ｒ１が接続されている。この
抵抗Ｒ１の両端は端子Ｐ１，Ｐ３を介して検出積算部７
と接続されている。この検出積算部７は抵抗Ｒ１へ流れ
る電流の向きに応じて充電電流であるか又は放電電流で
あるかを検出する。例えば、端子Ｐ１の電位が端子Ｐ３
の電位より高い場合には、充電電流であることが検出さ
れ、逆に端子Ｐ１の電位が端子Ｐ３の電位より低い場合
には、放電電流であることが検出される。

【００１５】また、検出積算部７は電池３ａ，３ｂへ供
給される充電電流の充電時間による積分を演算して充電
量を算出すると共に、電池３ａ，３ｂから放電される放
電電流の放電時間による積分を演算して放電量を算出す
る。また、検出積算部７は前記充電量から前記放電量を
減算して、当該二次電池に実際に充電されている充電量
（以下、単に有効充電量という）を算出すると共に、こ
の算出した有効充電量を後述する記憶回路１９に記憶す
る。

【００１６】表示回路９は検出積算部７と接続され、こ
の検出積算部７によって算出された有効充電量を表示す
る。この表示回路９は前記有効充電量を段階的に表示す
る複数のＬＥＤ、又は、有効充電量を数字で表示する液
晶表示部等の適宜の表示部で構成される。この表示回路
９の表示内容を視認することにより有効充電量を容易に
確認することができる。

【００１７】整流回路１は発振制御回路１１、トランジ
スタＴｒ１及びトランスＴＲの一次巻線ＴＲｂの一方の
端子と接続されている。トランスＴＲの一次巻線ＴＲｂ
の他方の端子は発振制御回路１１と接続されている。ま
た、発振制御回路１１はトランジスタＴｒ１のベースと
接続されている。発振制御回路１１によってオンオフ動
作するトランジスタＴｒ１は、トランスＴＲの一次巻線
ＴＲａの他方の端子と接続されている。発振制御回路１
１は前記有効充電量と、予め設定した基準値とを比較し
、この比較の結果、有効充電量が基準値を上回った場合
に前記トランジスタＴｒ１のオン時間を徐々に短く制御
する。

【００１８】次に、図３を参照して検出積算部７とその
周辺装置を説明する。検出積算部７は検出電圧増幅回路
（以下、単に増幅回路と略称する）１３と、電圧極性検
出回路（以下、単に検出回路と略称する）１５と、検出
電圧積算回路（以下、単に積算回路と略称する）１７と
、記憶回路１９とから構成されている。抵抗Ｒ１の両端
が増幅回路１３及び検出回路１５と接続されている。 増幅回路１３は抵抗Ｒ１の両端に生じた電圧を増幅する
。また、検出回路１５は抵抗Ｒ１の両端に生じた電圧の
極性を検出する。例えば、端子Ｐ１の電位が端子Ｐ３の
電位より高い場合には、抵抗Ｒ１へ充電電流が流れたこ
とを検出し、逆に端子Ｐ１の電位が端子Ｐ３の電位より
低い場合には、抵抗Ｒ１へ放電電流が流れたことを検出
する。また、検出積算部７は常に動作状態にあり、電池
３ａ，３ｂの自己放電による微小な放電電流及び検出積
算部７自体で消費される微小な消費電流をも検知する。

【００１９】積算回路１７は増幅回路１３と接続される
と共に、検出回路１５と接続されている。積算回路１７
は増幅回路１３及び検出回路１５からの情報を入力して
充電電流と充電時間を検知すると共に、放電電流と放電
時間を検知する。また、積算回路１７は充電電流の充電
時間による積分を演算する充電量積算手段と、放電電流
の放電時間による積分を演算する放電量積算手段と、前
記充電量積算手段で演算された充電量から前記放電量積
算手段で演算された放電量を減算して有効充電量を算出
する算出手段とを有している。

【００２０】記憶回路１９は積算回路１７と接続され、
上記有効充電量に係る情報を記憶する。この有効充電量
に係る情報としては、例えば、有効充電量に対応した電
圧値若しくは８ビットのデジタルデータ等が用いられる
。記憶回路１９は表示回路９及び発振制御回路１１と接
続され、上記有効充電量に係る情報が表示回路９及び発
振制御回路１１へ与えられる。

【００２１】次に、図１を参照して発振制御回路１１と
その周辺装置を説明する。発振制御回路１１は基準電圧
発生回路２１と、コンパレータ２３と、タイマ２５と、
リファレンス電圧発生回路２７と、充電状態監視回路２
９と、パルス幅制御回路３１とから構成されている。ま
た、パルス幅制御回路３１は鋸歯状波発振回路３３と、
矩形波発生部３５を有している。

【００２２】基準電圧発生回路２１はコンパレータ２３
の一方の端子と接続され、所定の基準電圧Ｖｓを発生し
てコンパレータ２３の一方の端子へ出力する。また、コ
ンパレータ２３の他方の端子は記憶回路１９と接続され
、上記有効充電量に対応する電圧Ｖｘを入力する。コン
パレータ２３は有効充電量と、予め設定した基準値とを
比較する比較手段であり、有効充電量に対応する電圧Ｖ
ｘが基準電圧Ｖｓを上回った場合に反転して、例えばＨ
レベルの信号を出力する。タイマ２５はコンパレータ２
３と接続され、コンパレータ２３から有効充電量が予め
設定した基準値を上回ったことを示す信号、例えば上記
Ｈレベルの信号を入力したときにタイマ動作を開始する
。

【００２３】リファレンス電圧発生回路２７はタイマ２
５と接続されると共に、充電状態監視回路２９と接続さ
れている。充電状態監視回路２９は充電状態を監視し、
充電が安定して行われるようにリファレンス電圧発生回
路２７を制御する。また、リファレンス電圧発生回路２
７は基準となるリファレンス電圧を発生させるものであ
り、タイマ２５からのタイマ情報に応じて時間の経過と
共に徐々にリファレンス電圧を上昇させる。リファレン
ス電圧発生回路２７はパルス幅制御回路３１と接続され
、上記リファレンス電圧をパルス幅制御回路３１へ出力
する。

【００２４】パルス幅制御回路３１は有効充電量が基準
値を上回った場合にスイッチング手段であるトランジス
タＴｒ１のオン時間を徐々に短く制御する制御手段であ
る。鋸歯状波発振回路３３は所定周期の鋸歯状波を発生
させる。矩形波発生部３５は鋸歯状波発振回路３３と接
続され、上記鋸歯状波から上記リファレンス電圧のレベ
ルに応じたパルス幅の矩形波を生成する。矩形波発生部
３５はトランジスタＴｒ１のベースと接続され、上記矩
形波のパルスをトランジスタＴｒ１のベースへ出力する
。この矩形波のパルス幅によってトランジスタＴｒ１の
オン時間が制御される。

【００２５】次に、図４を参照して作用を説明する。

【００２６】まず、初期充電においては鋸歯状波発振回
路３３が図４（Ｃ）に示すように所定周期Ｔ１の鋸歯状
波Ｐｗを発生する。このときリファレンス電圧発生回路
２７は、一定レベルのリファレンス電圧Ｖｒを発生して
いる。図４（Ｃ），（Ｄ）に示すように鋸歯状波Ｐｗの
レベルがリファレンス電圧Ｖｒを上回った間をパルス幅
とする矩形波が生成される。このパルス幅Ｔ２の矩形パ
ルスは矩形波発生部３５からトランジスタＴｒ１のベー
スへ出力される。トランジスタＴｒ１はこの矩形波発生
部３５からの矩形パルスに応じてスイッチング動作し、
パルス幅Ｔ２に相応する期間だけオンする。トランジス
タＴｒ１のスイッチング動作によってトランスＴＲの一
次巻線ＴＲａへ電流が流れる。これによりトランスＴＲ
の二次巻線ＴＲｃへ電流が流れ、電池３ａ，３ｂが充電
される。

【００２７】このように電池３ａ，３ｂが充電されると
、充電電流が抵抗Ｒ１を流れる。積算回路１７は増幅回
路１３及び検出回路１５からの情報を入力して充電電流
と充電時間を検知し、充電電流を充電時間で積分するこ
とにより充電量を算出する。ここで、電池３ａ，３ｂへ
の充電を中断してモータ等の負荷５を動作させた場合は
、この負荷５によって電流が消費され、電池３ａ，３ｂ
が放電する。積算回路１７は増幅回路１３及び検出回路
１５からの情報を入力して放電電流と放電時間を検知し
、放電電流を放電時間で積分することにより放電量を算
出する。また、積算回路１７は上記充電量から放電量を
減算して有効充電量を算出する。このように積算回路１
７は充電電流又は放電電流を検知する毎に上記有効充電
量を算出する。この有効充電量に係る情報は記憶回路１
９を介して発振制御回路１１へ与えられる。

【００２８】図４（Ａ）に示すように電池３ａ，３ｂへ
の充電時間が経過するに応じて有効充電量に対応する電
圧Ｖｘが上昇する。コンパレータ２３は有効充電量と、
予め設定した基準値とを比較しており、時刻ｔ１におい
て電圧Ｖｘが基準電圧Ｖｓを上回った場合に反転して、
Ｈレベルの信号を出力する。タイマ２５は図４（Ｂ）に
示すようにコンパレータ２３から上記Ｈレベルの信号を
入力したときにタイマ動作を開始する。リファレンス電
圧発生回路２７は図４（Ｃ）に示すようにタイマ２５か
らのタイマ情報を入力すると、時刻ｔ１からの時間の経
過に応じて徐々にリファレンス電圧Ｖｒを上昇させる。 パルス幅制御回路３１は鋸歯状波Ｐｗのレベルがリファ
レンス電圧Ｖｒを上回ったときだけＨレベルの矩形波を
生成する。このとき徐々にリファレンス電圧Ｖｒが上昇
するので、図４（Ｄ）に示すように生成される矩形波の
パルス幅Ｔ２が徐々に短くなり、オンデューティが小さ
くなる。この矩形パルスは矩形波発生部３５からトラン
ジスタＴｒ１のベースへ出力される。トランジスタＴｒ
１はこの徐々に短くなるパルス幅Ｔ２の矩形パルスに応
じてスイッチング動作し、パルス幅Ｔ２に相応する期間
だけオンする。従って、トランジスタＴｒ１のオン時間
は矩形パルスのパルス幅Ｔ２に応じて徐々に短くなる。 この結果、電池３ａ，３ｂへ流れる充電電流が傾斜的に
減少し、有効充電量が所定の基準値に達するまでの初期
充電においては、トランジスタＴｒ１のオン時間を長く
して急速に充電し、有効充電量が所定の基準値を上回る
と、トランジスタＴｒ１のオン時間を徐々に短くして適
切に充電することができる。

【００２９】尚、上記の実施例では有効充電量が所定の
基準値を上回ると矩形パルスのパルス幅を徐々に短くす
る、発振デューティの変化によってオン時間を変更する
ように構成したが、本発明はこれに限定されること無く
適宜の方法、例えば、電圧制御型発振回路を用いて上記
有効充電量に応じて矩形パルスのパルス周期を変化させ
るように構成してもよい。

【００３０】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれば
、有効充電量が基準値を上回った場合にオンオフ動作す
るスイッチング手段のオン時間を徐々に短く制御するよ
うに構成したので、当初はスイッチング手段のオン時間
に応じた充電電流を供給して二次電池を急速に充電し、
その後有効充電量が基準値を上回った場合には、充電電
流を徐々に減少させて適切に充電することができ、電池
の温度若しくは周囲の温度に影響されることなく最適に
充電することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】発振制御回路とその周辺装置のブロック図であ
る。

【図２】本発明に係る実施例の全体的なブロック図であ
る。

【図３】検出積算部とその周辺装置のブロック図である
。

【図４】本発明に係る実施例の作用を説明するための各
部の信号波形図である。

【符号の説明】

３ａ，３ｂ　　電池 ７　　検出積算部 １１　　発振制御回路 １７　　検出電圧積算回路 ２３　　コンパレータ ３１　　パルス幅制御回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　オンオフ動作するスイッチング手段の
   オン時間に応じた充電電流を供給して二次電池を充電す
   る充電装置において、前記二次電池へ供給される充電電
   流の充電時間による積分を演算する充電量積算手段と、
   前記二次電池から放電する放電電流の放電時間による積
   分を演算する放電量積算手段と、前記充電量積算手段で
   演算された充電量から前記放電量積算手段で演算された
   放電量を減算して当該二次電池の充電量を算出する算出
   手段と、この算出手段で算出される充電量と、予め設定
   した基準値とを比較する比較手段と、この比較手段によ
   る比較の結果、当該二次電池の充電量が基準値を上回っ
   たときに前記スイッチング手段のオン時間を徐々に短く
   制御する制御手段と、を有することを特徴とする充電装
   置。