JPH0429077A - 電池の管理装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、電池の充電及び／又は放電を管理するための
装置に関する。

［従来の技術］ 過放電及び過充電は蓄電池の寿命を短くする。

このため、蓄電池の充電完了時点及び放電完了時点を知
ることは重要なことである。蓄電池の充電完了及び放電
完了を知るための従来の代表的な方法として、蓄電池の
電圧を検出して判定する方法がある。また、充電管理を
時間のみで行う方法がある。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、充電式又は非充電式の放電末期を電池の電圧の
みによって検出することは困難であった。

また、蓄電池の充電完了を電圧のみによって検出するこ
とは困難であった。また、蓄電池は経時変化によって内
部損失が増大するので、過放電を時間のみの管理で防止
することは困難であった。

そこで、本発明の目的は、電池の充電完了及び／又は放
電完了を正確且つ８昌に検出及び／又は制御することが
可能な電池の管理装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するための本発明は、充電式又は非充電
式の電池の電圧を所定周期で検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段で検出した電圧又はこの電圧データを
保持するアナログ又はディジタルの保持手段と、前記保
持手段に保持された第１の電圧又はデータと前記第１の
電圧又はデータよりも後の周期で検出された第２の電圧
又はデータとをアナログ又はディジタル比較し、前記第
２の電圧又はデータが前記第１の電圧又はデータよりも
所定値以上低くなった時に放電末期を示す信号を出力す
る放電末期判定手段とから成る電池の管理装置に係わる
ものである。

なお、請求項２に示すように、電池の電圧をアナログ・
ディジタル変換し、ＣＰＵ及びメモリを使用して放電末
期を検出することが望ましい。

請求項３に係わる発明は、蓄電池の充電電流及び放電電
流を検出する電流検出手段と、前記蓄電池の電圧を検出
する電圧検出手段と、前記電流検出手段で検出された電
流を積算し、且つ前記電圧検出手段で検出した電圧に基
づいて前記蓄電池の放電末期を検出し、放電末期状態か
らの充電に際しては、予め設定されている前記蓄電池の
実容量を満たす充電動作を行い、放電途中からの充電に
際しては、前記蓄電池の完全充電状態から放電された放
電容量を前記電流の積算値に基づいて検知し、且つ前記
放電容量に対応するように前記蓄電池の充電を制御する
制御手段とから成る電池の管理装置に係わるものである
。

なお、請求項４に示すように検出電圧をディジタル信号
に変換し、これに基づいて過放電を判定することが望ま
しい。

請求項５に示す発明は、蓄電池の充電電流及び放電電流
を検出する電流検出手段と、前記蓄電池の放電期間に、
放電電流の積算値を前記電流検出手段の出力に基づいて
求め、この放電電流の積算値を保持し、且つ前記蓄電池
の充電期間に、充電電流の積算値を前記電流検出手段の
出力に基づいて求め、この充電電流の積算値が前記放電
電流の積算値の所定倍にほぼ等しくなるまで前記蓄電池
の充電を行う充放電制御手段とから成る電池の管理装置
に係わるものである。

〔作　用］ 請求項１．２及び４の発明の判定手段又は制御手段は、
放電電圧の変化に基づいて放電末期を判定するので、こ
の判定を正確に行うことができる。

請求項３及び５の制御手段は、放電量に見合う充電を行
うので、過充電を防ぐことができる。

［実施例コ 次に、第１図〜第３図を参照して本発明の実施例に係わ
る蓄電池の充放電管理装置を説明する。

外部の交流電源端子１は整流器、平滑フィルタ等から成
る直流電源回路２に接続されている。直流電源回路２の
出力直流端子３は第１のスイッチＳ１を介して出力端子
４に接続されていると共に、逆流阻止用ダイオード５と
半導体制御端子（トランジスタ）を含む充電電流制御回
路６と電流検出抵抗７とを介して主蓄電池８に接続され
ている。

出力端子４に接続されている負荷９に対して蓄電池８か
ら選択的に電力を供給するため１こ、電流検出抵抗７と
出力端子４との間に第２のスイ・ソチＳ２が接続されて
いる。蓄電池８の一端に接続された電圧検出ライン１θ
はＡ／Ｄ　（アナログ・ディジタル）変換器１１を介し
てマイコン（マイクロコンピュータ）１２に接続されて
いる。

電流検出抵抗７の両端には電流検出用差動増幅器１３が
接続され、この出力端子はＡ／Ｄ変換器１４を介してマ
イコン１２に接続されている。

直流端子３に接続されている電圧検出ライン１５は外部
電源の有無を検出するための電圧検出回路１６を介して
マイコン１２に接続されている。

マイコン１２はＣＰＵ１７と、充放電管理プログラムを
含むＲＯＭ１８と、ＲＡＭ１９と、入出力ポート（図示
せず）とを含む汎用のものであり、充放電管理機能を有
する他に、蓄電池８を電源として動作するデータ処理機
器即ち負荷９の制御機能も有する。

マイコン１２にはブザーとランプから成る過放電警報装
置２０及び過充電警報装置２１及び電池寿命警報装置２
１ａが接続されている。

２２は副蓄電池であって、逆流阻止用ダイオード２３及
び充電回路２４を介して直流端子３に接続されている。

この副蓄電池２２は第３のスイ・ソチＳ３を介して出力
端子４に選択的に接続される。

なお、第３のスイッチＳ３はマイコン１２に接続されて
おり、主蓄電池８が過放電（放電末期）になった時にオ
ンに制御され、第１及び第２のスイッチＳ１、Ｓ２のい
ずれか一方がオンの時にオフ制御される。

マイコン１２の電源ライン２５は制御電源２６に接続さ
れていると共に、スイ・ソチ２７を介してバックアップ
電源２８に接続されている。ノ（・ツクアップ電源２８
はＲＡＭ１９をバッファ・ツブするものであって、その
容量は小さい。従って、マイコン１２のＲＡＭ１９以外
の部分にはスイ・ソチ２７を介して起動時のみにバッフ
ァ・ツブ電源２８から電力が供給される。スイッチ２７
を起動時のみオンにするために、スイッチ２７はタイマ
２つを介して京間接点構成の電源スィッチ３０に接続さ
れている。電源スィッチ３０は機器の電源スィッチとし
ての機能も有し、これをオン操作すると機器の電源がオ
ンになり、且つタイマ２９が始動して一定時間のみスイ
ッチ２７をオン制御する。

点線で囲んで示す検出部３１の電源ライン３２も制御電
源２６に接続されている。なお、制御電源２６は出力端
子４に接続されている。

出力端子４とクランドとの間に接続されたコンデンサ３
３は、スイッチＳ１、Ｓ２の切り換え時の電圧変動を補
償するものである。

第２図はマイコン１２のプログラム動作を等確約に示す
ブロック図である。電圧検出用Ａ／Ｄ変換器１コ−は第
１図のＲＡＭ１９に対応する前値ホールドメモリ４０に
接続されている。この前値ホールドメモリ４０はＡ／Ｄ
変換器１１から所定のサンプリング周期で送られてくる
電圧データを保持して出力する。

一方の入力端子が前値ホールドメモリ４ｏに（続され、
他方の入力端子がＡ／Ｄ変換器１１に１続されている。

電圧変化検出用比較回路４１は、メモリ４０から得られ
る１サンプリング周期前（第１の電圧データＶ１と次の
周期の第２の電圧；−タｖ２との差Ｖｌ−Ｖ２を示すデ
ータを出力］る。

過放電（放電末期）判定用比較回路４２の一ブの入力端
子は電圧変化検出用比較回路４１に接をされ、他方の入
力端子は放電末期電圧変化を示１基準信号源４３に接続
されている。この過放電平定用比較回路４２は、蓄電池
８の電圧変化が放電末期のために大きくなったが否かを
判定する。川ち、蓄電池８の電圧は第３図の放電特性で
示すＪうに、放電末期において単位時間当りの低下カリ
きくなる。基準信号源４３は第３図の放電末期における
ｔｌからｔ２までの所定時間における電圧低下Ｖｌ−Ｖ
２に相当するデータを発生する。従って、過放電判定比
較回路４２は、蓄電池８の電圧変化が第３図の放電特性
線のｔ２時点に至ったことを検出する。これにより、従
来の蓄電池電圧のみで過放電を検出する場合よりも正確
な検出が可能になり、比較回路４２に接続された過放電
警報装置２０によって正確に過放電を知ることができる
。

電流検出用Ａ／Ｄ変換器１４に接続された電流積算回路
４４は、サンプリング周期毎に電流値を積算し、アンペ
ア時（Ａｈ）で示される充電容量又は放電容量を出力す
る。なお、電流積算回路４４は過放電判定用比較回路４
２の放電末期を示す出力でリセットされる。また、過充
電判定用比較回路４５の充電完了を示す出力によっても
電流積算回路４４はリセットされる。

過放電判定用比較回路４５の一方の入力端子は電流積算
回路４４に接続され、他方の入力端子は参照信号発生回
路４６に接続されている。参照信号発生回路４６は電流
積算回路４４とスイッチ制御回路４７とに接続されてい
る。

この参照信号発生回路４６は、主蓄電池８が放電末期か
ら充電が行われた場合には主蓄電池８の実容量（公称容
量）の所定倍（１，０〜１．５倍程度）を示す参照信号
を比較回路４５に与え、また、主蓄電池の放電途中から
充電が行われた場合には、主蓄電池８の完全充電状態が
ら放電途中までの放電容量を前記電流積算回路４４の出
力に基づいて予め検知し、この放電容量の所定倍（１゜
０〜１．５倍程度）の値を参照信号として比較回路４５
に与えるものである。要するに、参照信号発生回路は、
充電終了を示す信号を参照信号として比較回路４５に供
給する。

過充電判定用比較回路４５は、参照信号で示されている
容量よりも電流積算値が大きくなったことを検出し、こ
れを過充電警報装置２１に知らせ、且つ充電制御回路４
８にも知らせる。

寿命判定回路４６ａは、電流積算回路４４とスイッチ制
御回些４７とに接続されている。またこの寿命判定回路
４６ａは主蓄電池８の実容量（公称容量）よりも所定量
だけ小さい基準値（例えば実容量の６／１ｏの値）を内
蔵し、この基準値と主蓄電池８が放電末期までの放電容
量とを゛比較器て比較し、完全充電状態から放電末期ま
での放電容量が前記基準値よりも小さくなった時に、こ
れを示す信号を例えば発光素子から成る寿命警報装置２
１ｇに通知する。なお、寿命判定回路４６ａにおける放
電容量の検知は、放電末期を示すスイッチＳ２のオフ信
号に同期して電流積算回路４４の出力を読み込むことに
よって行う。

スイッチ制御回路４７は電圧検出回路１６及び過放電判
定回路４２等に接続されており、ライン４９．５０．５
１に第１、第２及び第３のスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３の
制御信号を出力する。

［動　作］ 次に、この充放電管理装置の動作を説明する。

主蓄電池８が完全に充電（満充電）されているものと仮
定し、且つ交流電源端子１に電源を接続しないで蓄電池
８て負荷９を駆動する場合において、電源スィッチ３０
をオン操作すると、第２図のスイッチ制御回路４７が電
圧検出回路１６の電圧無しの出力に応答して第１のスイ
ッチＳｌをオフ制御し、第２のスイッチＳ２をオン制御
する。これにより、蓄電池８と電流検出抵抗７と第２の
スイッチＳ２と負荷９とから成る放電閉回路が形成され
、蓄電池８の放電が始まる。電流検出抵抗７に流れる放
電電流は差動増幅器１３で電圧に変換された後にＡ／Ｄ
変換器１４の入力となり、第２図に等確約に示す電流積
算回路４４によって積算される。これにより、蓄電池８
の放電開始から現在時点までの放電量を知ることができ
る。

一方、電圧検出用Ａ／Ｄ変換器１１から得られる電圧デ
ータは第２図の前値ホールドメモリ４０に順次に書き込
まれる。メモリ４０は１サンプリング期間のみ電圧デー
タを保持して出力する。比較回路４１はメモリ４０から
得られる１サンプリング周期前の第１の電圧データｖ１
と現時点の第２の電圧データ■２とを比較し、この差を
示す出力Ｖｌ−Ｖ２を発生する。

過放電判定用比較回路４２は基準信号と差信号Ｖｌ−Ｖ
２とを比較し、差信号Ｖｌ−Ｖ２が基準信号よりも大き
くなったか否かを判定する。差信号Ｖｌ−Ｖ２が基準信
号の値よりも大きくなった時は、蓄電池８の放電末期と
判断し、これを示す信号を過放電警報装置２０に送ると
共に、これを電流積算回路４４及びスイッチ制御回路４
７に通知する。

スイッチ制御回路４７は過放電を示す信号に応答して第
２のスイッチＳ２をオフに制御し、第３のスイッチＳ３
をオンに制御する。これにより、主蓄電池８の放電が停
止し、副蓄電池２２から負荷９に電力が供給される。機
器の使用者は過放電警報に基づいて副蓄電池２２の放電
終了前に必要な操作（例えば、データの記録媒体ディス
クに対する書き込み）を行う。

機器の使用者は、その後、交流電源端子１を交流電源に
接続してほぼ空になった主蓄電池８及びある程度放電し
た副蓄電池２２を充電する。電源端子１に電圧が供給さ
れると、電圧検出回路１６の出力に応答してスイッチ制
御回路４７は第１のスイッチＳ■をオンに制御する。従
って、負荷９に対する電力供給が可能な状態になる。

マイコン１２の充電制御回路４８は充電期間においては
、比較的大きな充電電流が流れるように充電電流制御回
路６を制御する。蓄電池８の充電電流は抵抗７て検出さ
れ、Ａ／Ｄ変換器１４てディジタル化されてマイコン１
２に送られる。マイコン１２における電流積算回路４４
は充電電流の積算値を出力する。この積算値か参照信号
発生回路４６から発生している参照信号（実容量の１゜
１〜１．５倍の値）に達したことを比較回路４５が検出
すると、過充電検出出力が発生し、これか過充電警報装
置２１に送られる。使用者はこの警報に基づいて電源端
子１を電源から切り離す。なお、過充電検出信号に応答
して充電制御回路４８は充電電流が大幅に低減するよう
に充電電流制御回路６を制御するので、電源端子１の電
源からの切り離しが遅れても、大幅な過充電状態が発生
しない。また、必要に応して電源端子１を電源に接続し
た状態を維持し、自然放電を補うように蓄電池８の充電
を小電流で継続させることができる。

なお、過充電検出時点の電流積算回路４４の充電電流積
算値は寿命判定回路４６ａ（マイコン１２のＲＡＭＩ　
９）に書き込まれ、蓄電池８の寿命の判定に使用される
。即ち、この積算値が蓄電池８の実容量の約６／１０よ
りも小さくなった時に寿命を示す信号を警報装置２１ａ
に送る。

これにより、使用者は蓄電池８を交換する。

ところで、蓄電池８を過放電状態（放電末期）まで連続
的に使用しないで、中断することがある。

この様な場合であっても電流積算回路４４をリセットし
ない限り、放電電流の積算を過放電検出まで継続させる
ことができる。

また、蓄電池を途中まで放電させた後に、電源端子１を
交流電源に接続することがある。この場合には、電圧検
出回路１６によって外部電源投入が検知され、これに応
答してマイコン１２の参照信号発生回路４６は電流積算
回路４４の積算値（放電容量）を読み込み、新しい参照
信号（放電容量の１．０〜１．５倍信号）を発生する。

電流積算回路４４は積算値の出力後にリセットされ、充
電電流の積算を開始する。蓄電池８が充電され、積算値
と参照信号とが一致すると、比較回路４５から充電終了
を示す出力が発生し、充電制御回４８が充電電流を低減
するように充電電流制御路６を制御する。この場合には
、過充電警報装２１から警報を発生させてもよいし、発
生させくてもよい。

本実施例は次の効果を有する。

（１）　過放電を所定時間の前後間の電圧変に基づいて
検出するので、この検出を正確に行ことが可能になる。

（２）　放電電流の電流を積算し、これにょて蓄電池８
の放電容量値を検知し、この放電容の所定倍（１，０〜
１．５倍程度）の充電を行ことによって過充電を防ぐこ
とができる。また、蓄電池８の寿命の判定を行うことが
できる。

（３）　副蓄電池２２を設けたので、主蓄電ジ８の過放
電検出後における機器の最低限の動作メ可能である。

（４）　マイコン１２を機器の制御と充放電を理との両
方に使用されているので、コストを低ささせることがで
きる。

［変形例］ 本発明は上述の実施例に限定されるものでなく、例えば
次の変形が可能なものである。

（１）　充放電制御回路をマイコンで形成する代りに、
第２図に対応する個別回路で形−成することができる。

また、電圧及び電流検出信号をＡ／Ｄ変換せずに、アナ
ログ信号のまま処理することができる。即ち、第２図に
示す回路をアナログ回路で形成してもよい。

（２）　　Ａ／Ｄ変換器１１．１４を独立に設けたが、
これを共通のＡ／Ｄ変換器とし、電圧検出信号と電流検
出信号とをマルチプレクサで時分割多重して共通のＡ／
Ｄ変換器でディジタル信号に夫々変換してもよい。また
、電圧検出回路１６をＡ／Ｄ変換器に置き換えることが
できる。

（３）　第１のスイッチＳＬを省き、外部電源が電源端
子１に接続された時には必ず外部電源から負荷９に電力
が供給されるようにしてもよい。

（４）　過放電検出後に所定の遅延時間を有して第２の
スイッチＳ２をオフにするように構成し、この遅延時間
内に機器の最低限必要な処理（データのディスク書き込
み等）を行うようにしてもよい。、この場合には副蓄電
池２２を省くことが可能になる。

（５）　ダイオード５の代り又はこれに直列にスイッチ
を設け、蓄電池８を直流端子３に選択的に接続するよう
にしてもよい。

（６）　直眸電源回路２は別体であってもよい。

（７）　充電型゛流の検出及び積算と放電電流の検出及
び積算を別の回路で行うこともできる。

（８）　充電電流制御回路６をトランジスタ以外の半導
体制御素子（ＦＥＴ、サイリスタ）又は可変抵抗器で構
成することができる。

（９）　蓄電池８の代りに非充電式の電池を使用して負
荷９を駆動する場合における放電末期の検出にも本発明
を適用することができる。この場合には放電末期の警報
にづいて電池を交替する。

［発明の効果］ 請求項１．２によれば、過放電を正確に検出することが
できる。

請求項３．４．５によれば、過充電を防止することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係わる蓄電池の管理装置を示
すブロック図、 第２図は第１図のマイコンを等確約に示すブロック図、 第３図は蓄電池の放電特性を示す図である。 ３・・・直流端子、６・・充電電流制御回路、７・・・
電流検出抵抗、８・・１１池、１ｏ・・・電圧検出ライ
ン、１１・・・Ａ／Ｄ変換器、１２・・・マイコン、２
ｏ・・・過放電警報装置、２１０・過充電警報装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ［１］電池の電圧を所定周期で検出する電圧検出手段と
   、 前記電圧検出手段で検出した電圧又はこの電圧データを
   保持する保持手段と、 前記保持手段に保持された第１の電圧又はデータと前記
   第１の電圧又はデータよりも後の周期で検出された第２
   の電圧又はデータとを比較し、前記第２の電圧又はデー
   タが前記第１の電圧又はデータよりも所定値以上低くな
   った時に放電末期を示す信号を出力する放電末期判定手
   段と から成る電池の管理装置。 ［２］前記電圧検出手段は前記電池の電圧を所定のサン
   プリング周期でサンプリングしてディジタル信号に変換
   するアナログ・ディジタル変換器であり、 前記保持手段は前記アナログ・ディジタル変換器の出力
   を記憶するメモリであり、 前記放電末期判定手段は前記メモリに保持された前記第
   １の電圧のデータと前記第１の電圧よりも後の周期にお
   いて前記アナログ・ディジタル変換器から得られた前記
   第２の電圧のデータとの差が所定値以上になった時に放
   電末期を示す信号を出力するＣＰＵである請求項１記載
   の電池の管理装置。 ［３］蓄電池の充電電流及び放電電流を検出する電流検
   出手段と、 前記蓄電池の電圧を検出する電圧検出手段と、前記電流
   検出手段で検出された電流を積算し、且つ前記電圧検出
   手段で検出した電圧に基づいて前記蓄電池の放電末期を
   検出し、放電末期状態からの充電に際しては、予め設定
   されている前記蓄電池の実容量を満たす充電動作を行い
   、放電途中からの充電に際しては、前記蓄電池の完全充
   電状態から放電された放電容量を前記電流の積算値に基
   づいて検知し、且つ前記放電容量に対応するように前記
   蓄電池の充電を制御する制御手段とから成る電池の管理
   装置。 ［４］前記電圧検出手段は前記蓄電池の電圧を所定のサ
   ンプリング周期でサンプリングしてディジタル信号に変
   換するディジタル・アナログ変換器であり、 前記制御手段は前記ディジタル・アナログ変換器から得
   られた第１の電圧データとこれよりも後の周期で得られ
   た第２の電圧データとの差が所定値以上になったことに
   よって前記放電末期を検出するように構成されているこ
   とを特徴とする請求項２記載の電池の管理装置。 ［５］蓄電池の充電電流及び放電電流を検出する電流検
   出手段と、 前記蓄電池の放電期間に、放電電流の積算値を前記電流
   検出手段の出力に基づいて求め、この放電電流の積算値
   を保持し、且つ前記蓄電池の充電期間に、充電電流の積
   算値を前記電流検出手段の出力に基づいて求め、この充
   電電流の積算値が前記放電電流の積算値の所定倍にほぼ
   等しくなるまで前記蓄電池の充電を行う充放電制御手段
   とから成る電池の管理装置。