JPH04299030A

JPH04299030A - 充電回路

Info

Publication number: JPH04299030A
Application number: JP6184391A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Furukawa; 薫古川
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1991-03-26
Filing date: 1991-03-26
Publication date: 1992-10-22

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、充電電流を抵抗により
検出して該充電電流を制御する充電回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、図２に示すように、電池パック７
内の蓄電池Ｂへの充電電流を抵抗１により検出し、上記
充電電流が一定になるようにトランスＴの一次側のスイ
ッチングを制御（ＰＷＭ制御）するインバータ方式の充
電回路が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、電池パック
７内の蓄電池Ｂに蓄えられるエネルギーは比較的大きく
、例えばＮｉＣｄ電池を数セル内蔵する電池パック７で
は端子間がショートすると１００Ａ以上の電流が流れ、
この電流により電池温度が２００℃に達することもある
。

【０００４】一方、上記インバータ方式の充電回路は、
商用トランスを用いて充電電流を供給する充電回路に比
べて多くの部品点数が必要とされ、一方、二次側の出力
電圧が低いため、小型化に伴って各部品間及び基板のパ
ターンの絶縁距離が短くなる傾向にある。

【０００５】このため、充電回路の冷却用の通風孔等か
ら導電性のゴミ等が侵入し、例えば出力ダイオードＤ２
がショートすると短絡電流、すなわち大電流が流れるこ
とになる。そして、この短絡電流によりチョークコイル
Ｌ０や抵抗１が発熱し、この熱により基板が焦げて発煙
を起こしたり、電池温度の上昇によって電池パック７の
ハウジングの樹脂が熱変形したり発火する虞れがある。

【０００６】一方、上記出力ダイオードＤ２及び出力ダ
イオードＤ１は一次側がスイッチングする毎に電流が流
れたり、逆方向電圧によりオフになったりするので、出
力ダイオードＤ１，Ｄ２の電流変化（ｄＩ／ｄｔ）や電
圧変化（ｄＶ／ｄｔ）は極めて大きく、このため出力ダ
イオードＤ１，Ｄ２にかかるストレスによって故障し易
くなる。また、充電回路の出力端子は露出しているため
、該出力端子に人体等が接触すると、静電気（高電圧）
により上記出力ダイオードＤ１，Ｄ２内にホットスポッ
トなる導電部が生成され、このホットスポットにより出
力ダイオードＤ１，Ｄ２がショート破壊することがある
。そして、この状態で蓄電池Ｂが接続されると短絡電流
が流れ、この短絡電流によりチョークコイルＬ０等が発
熱して基板の焦げ等が生じたり、電池温度の上昇によっ
て電池パック７のハウジングの樹脂が発火したり等する
危険を伴う。

【０００７】本発明は、上記問題を解決するもので、充
電電流の検出用抵抗と兼用することができるとともに、
異常時の場合に回路を遮断して回路保護を図る素子を用
いた充電回路を提供することを目的とする。

【０００８】

【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、蓄電池への充電電流を抵抗により検出し
て該充電電流を制御する充電回路において、その内部抵
抗を用いて充電電流の検出を行うとともに異常時に溶断
する溶断素子を用いたものである。

【０００９】

【作用】上記構成の充電回路によれば、溶断素子の内部
抵抗を用いて蓄電池への充電電流が検出されて充電電流
が制御されるとともに、大きな異常電流が流れた場合や
異常発熱が生じた場合等の異常時に溶断素子が溶けて回
路を遮断し、充電回路の保護を図るようにしている。

【００１０】

【実施例】図２は本発明に係るインバータ方式の充電回
路の第１実施例の全体構成を示す回路図である。本充電
回路は抵抗１、電源部２、ＰＷＭ制御部３、整流平滑部
４、定電流制御部５、充電制御部６、電池パック７、高
周波トランスＴ及びスイッチング素子（ＦＥＴ）Ｑ１等
から構成されている。

【００１１】電源部２は商用電源２１等からの交流を整
流、平滑して直流に変換し、トランスＴの一次側コイル
Ｌ１等に電源供給するとともに、ノイズフィルタ及び一
次側回路の保護機能（ヒューズ２２）を有するものであ
る。ＰＷＭ制御部３はＰＷＭ制御用ＩＣ１等からなり、
定電流制御部５からフォトカプラＰＣを介して入力され
る制御信号に応じてＦＥＴＱ１のスイッチングを制御す
るものである。整流平滑部４は出力ダイオードＤ１，Ｄ
２、チョークコイルＬ０及びコンデンサＣ０等からなり
、上記ＦＥＴＱ１のスイッチングによりトランスＴの二
次側コイルＬ２に発生した交流を整流、平滑して電池パ
ック７内の蓄電池Ｂに充電電流を供給するものである。なお、コンデンサＣ１，Ｃ２及び抵抗Ｒ１，Ｒ２はノイ
ズ発生防止用のスナバ回路を構成するものである。

【００１２】定電流制御部５は充電電流を抵抗１により
検出してフォトカプラＰＣを介して制御信号をＰＷＭ制
御部３に出力することにより充電電流が一定になるよう
に制御するものである。すなわち、充電により蓄電池Ｂ
の電池電圧が変動しても充電電流は定電流になるため、
蓄電池Ｂのセル数の異なる電池パック７が接続されても
、充電時間をほぼ一定にするようになっている。上記抵
抗１は異常時に溶断する溶断素子である電流ヒューズ１
ａ（図１）で構成され、電流ヒューズ１ａの内部抵抗を
用いて充電電流を検出するとともに、充電電流が所定電
流以上になると溶断して回路を遮断するようにしている
。

【００１３】充電制御部６はマイコンＩＣ２等からなり
、電池パック７内の電池温度センサ７１からの温度信号
に基づいて満充電を検知するもので、満充電が検知され
ると蓄電池Ｂへの電流をトリクル電流（微小電流）に切
り換える（満充電制御）べく、フォトカプラＰＣを介し
て切換信号をＰＷＭ制御部３に出力するようにしている
。そして、上記切換信号によりＦＥＴＱ１のオン時間が
短くなり、蓄電池Ｂへの電流がトリクル電流に低下する
。

【００１４】電池パック７は蓄電池Ｂを内蔵するととも
に、蓄電池Ｂの電池温度を検知すべくダイオードＤ３，
Ｄ４等からなる電池温度センサ７１を内蔵している。す
なわち、充電により電池温度が上昇すると、これに応じ
て上記ダイオードＤ３，Ｄ４の順方向電圧ＶＦが変化す
るため、該順方向電圧ＶＦを温度信号として充電制御部
６に出力するようにしている。

【００１５】次に、上記充電回路の動作について説明す
る。商用電源２１等が電源部２に接続されると、電源部
２により直流に変換されて一次側に電源供給される。そ
して、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２を通してコンデンサＣ１１に
充電され、コンデンサＣ１１の電圧がＰＷＭ制御用ＩＣ
１の動作可能電圧以上になると、ＰＷＭ制御用ＩＣ１が
動作を開始してＦＥＴＱ１のスイッチングを開始させる
。このＦＥＴＱ１のスイッチングによりトランスＴの二
次側コイルＬ２，Ｌ３等に電力が誘起され、二次側コイ
ルＬ３の誘起電力により上記コンデンサＣ１１の電圧が
上記動作可能電圧以上に維持される。

【００１６】一方、二次側コイルＬ２に誘起された電力
は出力ダイオードＤ１，Ｄ２及びチョークコイルＬ０等
により整流、平滑され、電池パック７内の蓄電池Ｂに充
電電流が供給される。すなわち、ＦＥＴＱ１のオンのと
きに二次側コイルＬ２に誘起されたエネルギーは出力ダ
イオードＤ１を介してチョークコイルＬ０及びコンデン
サＣ０に蓄えられ、ＦＥＴＱ１のオフのときに上記チョ
ークコイルＬ０及びコンデンサＣ０に蓄えられたエネル
ギーが出力ダイオードＤ２を介して蓄電池Ｂに充電電流
として供給される。

【００１７】この充電電流は電流ヒューズ１ａの内部抵
抗により検出され、定電流制御部５により上記充電電流
が一定になるようにＰＷＭ制御部３を介してＦＥＴＱ１
のスイッチングが制御される。すなわち、電流ヒューズ
１ａに流れる電流が大きくなると、電流ヒューズ１ａの
端子間電圧が上昇し、オペアンプ５１からの出力電圧も
上昇する。このため、フォトカプラＰＣに流れる電流が
大きくなり、この電流増加がＰＷＭ制御用ＩＣ１により
検出され、ＦＥＴＱ１のオン期間が短くなって充電電流
が小さくなる。一方、電流ヒューズ１ａに流れる電流が
小さくなると、電流ヒューズ１ａの端子間電圧が低下し
、オペアンプ５１からの出力電圧も低下し、フォトカプ
ラＰＣに流れる電流が小さくなり、この電流がＰＷＭ制
御用ＩＣ１により検出されてＦＥＴＱ１のオン期間が長
くなって充電電流が大きくなる。

【００１８】一方、例えば出力ダイオードＤ２がショー
トして電流ヒューズ１ａに短絡電流（異常電流）が流れ
ると、この短絡電流により電流ヒューズ１ａが溶断され
、回路が遮断される。このように、短絡電流が流れると
、電流ヒューズ１ａが溶断されて回路が遮断されること
により、回路保護を行うことができる。また、１の溶断
素子で充電電流の検出による充電制御と回路保護の両機
能を兼用させることができ、回路構成を簡素化すること
ができる。

【００１９】また、電流ヒューズ１ａが溶断されると、
オペアンプ５１の入力が開放状態になりオペアンプ５１
の出力電圧が飽和電圧まで上昇する。すなわち、充電電
流が極めて大電流になったのと同様の状態になり、上述
したようにフォトカプラＰＣに流れる電流が大きくなり
、この電流増加によりＦＥＴＱ１のオン期間が極めて短
くなる。このため、二次側にはほとんど電力が誘起され
ないことになる。一方、例えば電流ヒューズ１ａを抵抗
１以外の個所に設けたとすると、電流ヒューズ１ａが溶
断されると抵抗１の電圧は０Ｖになり、ＦＥＴＱ１のオ
ン期間が極めて長くなる。更に二次側が遮断されている
ため、二次側コイルＬ２に誘起されたエネルギーが一次
側に戻り、ＦＥＴＱ１、ダイオードＤ１１，Ｄ１２等の
破損を招くことになる。そして、このＦＥＴＱ１等の破
損により電源部２のヒューズ２２やＰＷＭ制御用ＩＣ１
等の破損を招くことになる。従って、電流ヒューズ１ａ
を抵抗１として用いたことによりこれらの破損を防止す
ることができる。

【００２０】また、抵抗１の抵抗値は、例えば５ｍΩ〜
１０ｍΩが選択されるが、このような低抵抗値ではバラ
ツキの小さい抵抗は少ない。例えば、セメント抵抗（巻
線抵抗）であれば上述した抵抗値は得られる。ところが
、充電回路の出力電流（充電電流）はスイッチングによ
る高周波成分を多く含むため、上記セメント抵抗では巻
線によるインダクタンス成分により、正確に充電電流を
検出することができない。

【００２１】また、マンガニン線や銅線を所定寸法に切
断して抵抗１として用いることも考えられるが、寸法精
度や径のバラツキにより抵抗値がばらつくことになる。このため、定電流制御部５の可変抵抗ＶＲ１によりオペ
アンプ５１のゲインを調整して上記マンガニン線等の抵
抗値のバラツキによる充電電流のバラツキを低減する必
要が生じる。

【００２２】一方、上述した電流ヒューズ１ａは電流に
よる溶断特性を安定させるために、内部抵抗のバラツキ
が小さくなるように製造されている。すなわち、電流ヒ
ューズ１ａの抵抗値のバラツキによる充電電流のバラツ
キが極めて小さいため、上記可変抵抗ＶＲ１によるオペ
アンプ５１のゲイン調整が容易になるか、あるいは無調
整化が図れる。

【００２３】なお、ヒューズ取付具を用いて電流ヒュー
ズ１ａを回路に接続してもよいが、この場合、接触抵抗
の影響を受けるため、好ましくは電流ヒューズ１ａとリ
ード線とが直接半田付けされたもの（ピッグテール型）
を用いるのがよい。また、ヒューズの溶断線の構造は巻
線タイプのものよりも単線タイプのものが好ましく、板
状タイプのものが更に好ましい。

【００２４】次に、本発明に係る充電回路の第２実施例
について図３を用いて説明する。なお、図３では要部の
み図示しているが充電回路全体の構成は図２（第１実施
例）と共通する。第２実施例では上記電流ヒューズ１ａ
に代えて温度ヒューズ１ｂを設け、更に該温度ヒューズ
１ｂをチョークコイルＬ０に熱結合させている。すなわ
ち、上記温度ヒューズ１ｂは出力ダイオードＤ１，Ｄ２
等の短絡（異常時）によって大電流（短絡電流）が流れ
ると自己発熱により溶断するが、短絡電流に対する溶断
動作レベルを安定させるべく、短絡電流が流れると発熱
するチョークコイルＬ０と熱結合させている。

【００２５】そして、出力ダイオードＤ１，Ｄ２等の短
絡事故によりチョークコイルＬ０及び温度ヒューズ１ｂ
に短絡電流が流れると、温度ヒューズ１ｂが自己発熱と
チョークコイルＬ０の発熱により短時間で温度上昇して
溶断する。

【００２６】このように、温度ヒューズ１ｂは自己発熱
とチョークコイルＬ０の発熱との相乗効果により、電流
ヒューズを用いた場合よりも溶断動作を短時間、且つ安
定して行うことができる。

【００２７】次に、本発明に係る充電回路の第３実施例
について図４を用いて説明する。なお、図４では要部の
み図示しているが充電回路全体の構成は図２（第１実施
例）と共通する。第３実施例では温度ヒューズ１ｂに抵
抗１ｃを直列接続するとともに、これらの温度ヒューズ
１ｂと抵抗１ｃとを熱結合したもので、ＰＷＭ制御部３
、定電流制御部５あるいはフォトカプラＰＣ等が故障し
たり、ゴミ等の侵入等により充電回路が短絡して誤動作
し、充電回路の出力電流が過大となった場合（異常時）
にも迅速に溶断させるようにしている。

【００２８】すなわち、電流ヒューズでは、例えば定格
電流の２倍以上にならないと溶断せず、従って電流ヒュ
ーズが溶断するまでの間、上述した過大電流が出力側に
流れるが、第３実施例では上記過大電流による温度ヒュ
ーズ１ｂの自己発熱と抵抗１ｃの発熱の相乗効果により
温度ヒューズ１ｂが迅速に溶断する。

【００２９】次に、本発明に係る充電回路の第４実施例
について図５を用いて説明する。なお、図５では要部の
み図示しているが充電回路全体の構成は図２（第１実施
例）と共通する。第４実施例では、図６に示すように、
金属ケース９に収納された温度ヒューズ１ｂを電池パッ
ク７に接触させて熱結合させている。すなわち、蓄電池
Ｂの電池温度は電池パック７内に設けられた電池温度セ
ンサ７１を用いて充電制御部６により検知されており、
充電制御部６は蓄電池Ｂが所定温度まで上昇すると満充
電になったと判断してトリクル電流（微小電流）に切り
換える（満充電制御）ようにしている。

【００３０】ところが、外部ノイズやゴミ等の侵入等に
より回路が短絡して上記満充電制御が行われなかったり
、あるいは信号の伝達が正確にされずに充電電流がトリ
クル電流に切り換えられないことが起こると、蓄電池Ｂ
が過充電になって発熱し、この発熱により発煙が生じた
り破裂する虞れがある。

【００３１】従って、上述したように外部ノイズ等によ
り充電回路が誤動作して蓄電池Ｂが過充電により発熱し
た場合（異常時）、温度ヒューズ１ｂが溶断して充電電
流が遮断されるので、蓄電池Ｂの過充電による発熱を停
止することができる。

【００３２】なお、内部抵抗を有するとともに異常時に
回路を遮断するものであれば、電流ヒューズや温度ヒュ
ーズ以外のもの、例えばブレーカであってもよい。

【００３３】

【発明の効果】本発明は、１の溶断素子で、大きな異常
電流が流れたり蓄電池の異常発熱が生じた等の異常時に
溶断して回路を遮断するとともに、内部抵抗を用いて充
電電流を検出するようにしたので、回路保護と充電電流
の検出による充電制御の両機能を兼用させることができ
、回路構成を簡素化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るインバータ方式の充電回路の第１
実施例の要部を示す回路図である。

【図２】第１実施例の全体構成を示す回路図である。

【図３】本発明に係る充電回路の第２実施例の要部を示
す回路図である。

【図４】本発明に係る充電回路の第３実施例の要部を示
す回路図である。

【図５】本発明に係る充電回路の第４実施例の要部を示
す回路図である。

【図６】第４実施例に係る温度ヒューズの取付状態を示
す断面図である。

【符号の説明】

１，１ｃ　　抵抗２　　電源部３　　ＰＷＭ制御部４　　整流平滑部５　　定電流制御部６　　充電制御部７　　電池パック１ａ　　電流ヒューズ１ｂ　　温度ヒューズＢ　　蓄電池Ｌ０　　チョークコイル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　蓄電池への充電電流を抵抗により検出
して該充電電流を制御する充電回路において、その内部
抵抗を用いて充電電流の検出を行うとともに異常時に溶
断する溶断素子を用いたことを特徴とする充電回路。