JPH0447547B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （利用分野） 本発明は繰り返し充電可能な電池の充電回路に
係り、特に過充電等充電時の事故を起こしにくい
装置に関する。

（従来技術） 従来の充電回路は被充電中の電池の充電末期に
おける発熱を利用し、電池に内蔵したサーモスタ
ツトが開成することを検出して充電を停止してい
た。しかしこの方法では周囲温度が低い時は過充
電となる欠点があり、また逆に周囲温度が高い場
合には最初からサーモスタツトが開成して充電で
きないか、できても不足充電になるという欠点が
あつた。

（目的） 本発明の目的は、前記のような従来技術の欠点
を除去し、周囲温度に左右されない好適な電池充
電回路を提供することにある。

（概要） 本発明の特徴は、記憶部と演算部を有する演算
装置、該演算装置からの信号により予め定められ
た周期でかつその起点が予め定められた正の電圧
以上であり、その終点が電源電圧未満である鋸歯
状波を発生する手段、一方の入力端子に該鋸歯状
波発生手段が接続され、他方の入力端子に被充電
電池が接続される比較回路、および該他方の入力
端子に接続される定電流充電回路を具備し、前記
鋸歯状波の起点から前記比較回路の出力が反転す
るまでの時間のデータを計測して前記記憶部に貯
え、前回に記憶されたデータと今回計測されたデ
ータとを比較し、予め定められた時間より後に、
後者のデータが減少傾向又は一定になつた時に充
電を停止するようにした点にある。

（実施例） 第１図に本発明の原理を示すブロツク図を、第
２図にその主要部の信号のタイミングチヤートを
示す。

第１図において、１は演算装置、２はRAM、
３はCPU、４，６は入力部、５，７は出力回路、
８〜１１は端子、１２は充電開始スイツチ、１３
は定電流充電回路、１４は比較器、１５はダイオ
ード、１６は電池、１７はコンデンサ、１８はト
ランジスタ、１９は抵抗を示す。

また、第２図のＡ〜Ｆは第１図のＡ〜Ｆ点と対
応する信号を示す。

次に、本発明の原理動作について説明する。

時刻t₁に充電開始スイツチ１２が押されると入
力部４を経てCPU３が作動し、出力回路５の出
力端子９のＢ点の信号はハイレベルになる。Ｂ点
の信号がハイになると、定電流充電回路１３はオ
ンになる。これと同時に出力回路７を介して端子
１１から第２図Ｃの様な発振波形を有する信号が
出力される。

この出力はトランジスタ１８のベースに加えら
れる。該トランジスタ１８のコレクタは電源V_CC
とGND間に直列接続された抵抗１９、コンデン
サ１７の中点に接続されているので、トランジス
タ１８がオンの時にはコンデンサ１７は放電し、
オフの時には充電される。このため、Ｅ点の信号
は第２図Ｅの様な鋸歯状波になる。この鋸歯状波
の信号が比較器１４の正入力端子に印加される。

一方、比較器１４の負入力端子にダイオード１
５を介して電池１６が接続されており、この電池
１６は定電流充電回路１３によつて充電される。
比較器１４は、Ｅ点の信号とＦ点の信号を比較
し、その出力端子１０、入力部６を介して、
CPU３に送る。

時刻t₁から時間が経過すると、電池端子電圧の
変化に伴つて比較器出力は第２図Ｄの様に変化す
る。つまり、第２図Ｅに示されている鋸歯状波の
起点からＤ点の信号が反転するまでの時間τが
徐々に増加する。この時間τは電池１６の端子電
圧のピーク点（時刻t₂）で極大となり、それ以降
は減少する。したがつて、記憶部にτの値を記憶
させ、次の値と比較した時減少していれば充電完
了と見てＢ点の信号レベルを下げ、同時にＣ点の
発振も停止して充電モードから脱出する。

なお、電池１６の端子電圧が第２図Ｆのような
ピーク点を過ぎると減少する電圧変化を示すの
は、ニツカド電池のような電池は充電開始以降充
電完了まではその端子電圧が単調に上昇していく
が、充電末期になると電池の内部温度が上昇し、
これにより等化内部抵抗が減少するためである。

また、上記の実施例では、CPU３からの指令
によつて、出力回路７から出力される矩形波の発
振周波数は14Hzになされている。

次に、本発明の原理の一具体例を第３図を用い
て説明する。この具体例では、取り込んだ８個の
データτを平均して、前の８個のデータτの平均
値と比較し、後者の平均値が前者のそれより小さ
くなつた時、充電完了としている。また、データ
τの取り込みは16秒、32秒、64秒および128秒の
４段階の切り換えが可能にされている。ここで
は、データτの取り込みは16秒間隔でなされるよ
うになつているものとする。

ステツプS1……データτのサンプリングの時
間間隔を決めるインターバルタイマが終了した
か否かの判断がなされる。ノーであれば、ステ
ツプS2へ進み、イエスであればステツプS3へ
進む。

ステツプS2……タイマが加算される。

したがつて、ステツプS1がイエスになつた
時は、データτのサンプリング時間が来た時で
ある。例えば、本具体例ではスタートから16秒
が経過したことになる。

ステツプS3……充電データτが取り込まれる。

ステツプS3……充電データが加算される。

ステツプS5……充電データの加算回数が８回
目かどうかの判断がなされる。ノーであれば、
ステツプS6に進み、イエスであればステツプ
S7へ進む。

ステツプS6……充電データの加算回数が８回
目でないときには、インターバルタイマがスタ
ートし、再度ステツプS1，S2の処理がなされ
る。

このようにして、ステツプS5がイエスになる
まで、すなわち、16秒間隔のデータが８個加算さ
れるまでの処理が行なわれる。８個のデータが加
算されると、次のステツプS7へ進む。

ステツプS7……前回の８個のデータの和と、
今回の８個のデータの和との大小が比較され、
後者が前者と等しいかあるいは大きければステ
ツプS8へ進む。逆に、後者が前者より小さけ
れば、充電は終了する。

ステツプS8……前回の８個のデータの和を捨
てて、今回の８個のデータの和を記憶する。そ
して、次の８個のデータの和との比較に使用す
る。

次に、本発明原理の第２具体例を第４図で説明
する。上記の第１具体例では、適当な時間々隔で
充電データをサンプリングするものであつた。

しかし、電源異常例えば落雷サージ及び誘導負
荷の起動等により、第１図のＦ点の電圧V_Fに、
第４図ａのV_Fカーブに示す様なａ，ｂの正負パ
ルスがのり、それぞれのａ，ｂの正負のパルスが
たまたまデータ取り込みタイミングと合致した場
合には、記憶部２のメモリエリア内には夫々異常
なデータが入力されてしまう。

このため、Ｎ−１回目の８個のデータの和がＮ
回目の８個のデータの和より大きくなり、Ｎ−１
回目からＮ回目のデータが入つた時充電が停止し
てしまうことになる。また仮にａの異常がなくと
もＮ回目からＮ＋１回目のデータが入つた時も、
Ｎ回目のデータがＮ＋１回目のデータより大きく
なるので、充電が停止してしまうことになる。

この対策として８個のデータのうち最大値と最小
値の２個を捨て、残り６個のデータの和を比較す
ることにすれば、第４図ｂに示されている様に単
調増加になつて充電は継続される。なお、この方
法は電源異常に限らず他の原因による異常時にも
効果があることは勿論である。

このような８個のデータのうちの最大値と最小
値の２個を捨て、残り６個のデータの和を比較す
る方法について、第５図で説明する。第５図は第
３図のステツプS4に代わるステツプを示す。こ
のステツプ以外の処理は第３図のものと同じであ
るので、説明は省略し、第５図のステツプの説明
のみを行なうに止める。

ステツプS41……充電入力データが１回目のも
のであるか否かの判断がなされる。イエスであ
れば、次のステツプS42に進み、ノーであれ
ば、ステツプS43に進む。

ステツプS42……１回目の入力データが最小デ
ータとして記憶される。

ステツプS43……ステツプS41でノーの時は、
ステツプS43に入り、ここで入力データが２回
目のものであるか否かの判断がなされる。イエ
スであれば、ステツプS44へ進み、ノーであれ
ば、ステツプS47へ進む。

ステツプS44……２回目の入力データが、ステ
ツプS42で記憶された最小データと比べられ
る。そして、該最小データが該２回目の入力デ
ータより小さければステツプS45へ進み、逆に
大きければ、ステツプS46へ進む。

ステツプS45……該２回目の入力データが最大
データとして記憶される。

ステツプS46……ステツプS42で記憶された最
小データを最大データとして記憶する。

ステツプS46の次に再度ステツプS42の処理が
行なわれる。そして、前記２回目の入力データが
最小データとして記憶される。

以上のステツプにより、第１回目の入力データ
と第２回目の入力データとの大小が比較され、前
者の方が後者より小さければ、最小データとして
第１回目のデータが記憶され、最大データとして
第２回目のデータが記憶される。逆に、前者の方
が後者より大きければ、最小データとして第２回
目のデータが記憶され、最大データとして第１回
目のデータが記憶されることになる。

ステツプS47……第３回目の入力データが、前
記最大データより大きいか否かの判断がなされ
る。イエスであれば、ステツプS48へ進み、ノ
ーであれば、ステツプS50へ進む。

ステツプS48……前の最大データを消して、該
第３回目の入力データを最大データとして記憶
する。

ステツプS49……ステツプS48で消去される前
回の最大データを加算する。

ステツプS50……入力データが前記最小データ
より小さいか否かの判断がなされる。イエスで
あれば、ステツプS51へ進み、ノーであればス
テツプS49へ進む。

ステツプS51……前の最小データを消して、今
回の入力データを最小データとして記憶する。

ステツプS49……ステツプS50でノーであれば、
今回の入力データは既に登録されている最小デ
ータと最大データの間に存在するデータである
ので、これを加算する。また、ステツプS51の
後にこのステツプS49が来る時は、ステツプ
S51で消去される前回の最小データを加算す
る。

以上の手順により、８個のデータのうちの最大
値と最小値の２個が捨てられ、残り６個のデータ
が加算される。そして、第５図には図示されてい
ない第３図と同じ手順により、前の６個のデータ
の和が次の６個のデータの和より大きくなつた時
電池の充電は終了したものとして、電池の充電作
業は停止させられる。

次に、本発明の第一実施例を第６図および第７
図で説明する。この実施例は、前記１図で説明し
た本発明の原理に比べて、実質的にはトランジス
タ１８のエミツタにツエナダイオード２４を接続
した点で相違する。なお、抵抗２０と２１はトラ
ンジスタ１８のベースにバイアス電圧を与えるた
めの抵抗であり、また、ダイオード２５はツエナ
ダイオード２４の温度補償用である。また、２
２，２３は抵抗を示し、その他の符号は第１図と
同じ物を示す。第６図の図示されていない所は、
第１図と同一である。

この実施例は、電池によつては内部で短絡又は
断線している物があるが、このような時に充電を
速やかに停止することができるようにしたもので
ある。第６図に示されているように、トランジス
タ１８のエミツタにツエナダイオード２４を接続
すると、コンデンサ１７の一方の端子のＥ点に発
生する鋸歯状波は、第７図の右端に示すように、
０ボルトからV_Lボルト（ただし、V_Lはツエナダ
イオード２４のツエナ電圧）まで上げることがで
きる。

したがつて、短絡電池では端子電圧がV_L以下
であるため、鋸歯状波機関中に比較器出力が反転
することがない。本実施例ではこの様な場合に充
電を停止する様に演算部が構成されている。

また、鋸歯状波の終点を電源電圧V_CCより低い
V_Hの点に定めておけば、断線電池又は電池未挿
入で充電開始スイツチ１２を押した場合は、Ｆ点
の電圧はV_CCに等しくなりやはり鋸歯状波機関中
に比較器１４の出力が反転することがない。本実
施例では、この様な場合にも充電を停止する様に
演算部が構成されている。

しかしながら、完全放電電池を充電する場合は
充電開始後成る一定機関、端子電圧がV_Lに達し
ない事がある。本実施例では、この一定機関t_Sの
間、比較器出力が反転しなくても、充電を継続す
る様に演算部が構成されている。

また、過放電電池を充電した場合は、第７図の
V_B（電池の充電電圧）カーブの様に充電開始後或
機関は端子電圧が減少する場合がある。したがつ
て、本実施例では、この機関に、前回のデータが
次の回のデータよりも大きくなつても、充電を継
続するように、演算装置１が構成されている。な
お、上記の機関はオフセツト機関t₀と呼ばれ、t₀
は例えば、２分、４分、８分および16分の選択が
可能になされている。

次に、この実施例の一具体例を第８図で説明す
る。

ステツプS51……演算装置内の充電用領域をク
リアする。

ステツプS52……入力禁止タイマをスタートさ
せる。

ステツプS53……該入力禁止タイマが終了した
か否かの判断がなされる。ノーであれば、ステ
ツプS54へ進み、イエスであれば、ステツプ
S55へ進む。

ステツプS54……タイマを加算する。

ステツプS52〜S54により、前記一定期間t_Sの処
理が行なわれ、完全放電電池の充電が正常に行な
われる。

ステツプS55……入力禁止タイマが終了する
と、第１回目のデータが入力される。

ステツプS56……上記のデータが内部で短絡し
た電池のデータか否かの判断がなされる。これ
は、鋸歯状波期間中に、比較器１４の出力が反
転しないこと、および該出力がハイレベルであ
ることによつて検知される。

ステツプS57……上記のデータが断線電池又は
電池未挿入のデータか否かの判断がなされる。
これは、鋸歯状波期間中に、比較器１４の出力
が反転しないこと、および該出力がロウレベル
であることによつて検知される。

ステツプS58……エラーカウンタに１が加算さ
れる。

ステツプS59……エラーカウントが７に等しく
なつたか否かの判断がなされる。そして、７に
等しい場合は、短絡電池又は断線電池とみなし
て充電を終了する。なおここではエラーカウン
トを７とし、短絡データ又は断線データが続け
て７回取り込まれた時、短絡又は断線電池と判
断したが、この回数は７に限定されないことは
明らかである。

ステツプS60……短絡データおよび断線データ
でない時は、上記エラーカウンタのカウント値
はクリアされる。

ステツプS61……タイマがタイムエンド又はタ
イムアプしているか否かの判断がなされる。最
初はタイマがスタート状態にないので、タイム
エンド又はタイムアプしており、ステツプS61
からステツプS62へ進む。

ステツプS62……ステツプS55で取り込んだ充
電データが１回目か否かを判断し、１回目なら
ばステツプS63へ進む。また、２回目以上な
ら、ステツプS65へ進む。

ステツプS63……オフセツトタイマをスタート
させる。

ステツプS64……オフセツトタイマが加算され
る。

ステツプS61で該オフセツトタイマがタイムエ
ンド又はタイムアプするまで、ステツプS55〜61
およびステツプS64のループが繰り返される。オ
フセツトタイマがエンドになると、ステツプS62
へ進み、今度は充電データ入力は２回目以上であ
るので、ステツプS65へ進む。

ステツプS65……充電データの処理が行なわれ
る。このステツプにおいては第３図の破線Ａで
囲まれたステツプと同じデータ処理が行なわれ
る。

ステツプS66……インターバルタイマがスター
トさせられる。このステツプは、第３図のステ
ツプS6と同じである。

なお、第８図における破線Ｂで囲まれたステツ
プでは、完全放電電池に対して充電開始後一定期
間t_Sの間、比較器１４の出力が反転しなくても充
電を継続させるための、該一定期間t_Sの処理がな
される。

また、第８図における破線Ｃで囲まれたステツ
プでは、過放電電池のための前記オフセツト期間
t₀の処理がなされている。

次に、第６図における回路にダイオード２５が
入れられている理由について説明する。

比較器１４の正入力側の端子の電圧温度特性は
主にツエナーダイオード２４に依存しており−
ΔV_Zである。一方、比較器１４の負入力側は、電
池１６を定電圧源と見た場合、ダイオード２５が
接続されていないと放電防止用ダイオード１５の
温度特性による変化分を抵抗分圧した値−ΔV_D1
｛R₂₂／（R₂₂＋R₂₃）｝となる。この値は抵抗分圧
されているので、正入力側よりも小さな値とな
る。したがつて、ダイオード２５を接続し、−
ΔV_D2を追加して比較器１４の負入力側の温度特
性を調整した。つまり、ダイオード２５は温度補
償用に接続されている。

（効果） 本発明によれば、次のような種々の効果があ
る。

(1) 周囲温度の低い時の過充電、高い時の充電不
可あるいは充電不足という従来技術の欠点を解
消することができる。

(2) 従来技術では、満充電の電池を充電すると温
度上昇するまでに時間がかかるため過充電とな
るが、本発明では比較的早く充電を停止でき過
充電の程度を小さくすることができる。

(3) 電池にサーモスタツトを付ける必要がないの
で、サーモスタツトを削減できる。このため、
電池の重量低減、コストダウンが図れ、さらに
サイズを小さくすることができる。

(4) 瞬時の電源異常があつても、正常に電池を充
電することができる。

(5) 完全放電々池あるいは過放電々池に対しても
充電することができる。

(6) 内部での短絡又は断線している電池を早期に
発見して、充電を停止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理を示すブロツク図、第２
図は第１図の主要部の信号のタイムチヤート、第
３図は本発明の原理の一具体例における演算部の
機能を示すフローチヤート、第４図は電源異常が
あつた時、この電源異常をデータとして取り込ま
ないようにすることの説明図、第５図は第４図の
ような場合に対処した演算部の機能を示すフロー
チヤート、第６図は本発明の第一実施例の回路
図、第７図は第６図の動作の説明図、第８図は前
記第２実施例における演算部の機能を示すフロー
チヤートである。 １……演算装置、２……RAM、３……CPU、
４，６……入力部、５，７……出力回路、１３…
…定電流充電回路、１４……比較器、１６……電
池、２４……ツエナダイオード。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 記憶部と演算部を有する演算装置、該演算装
   置からの信号により予め定められた周期でかつそ
   の起点が予め定められた正の電圧以上であり、そ
   の終点が電源電圧未満である鋸歯状波を発生する
   手段、一方の入力端子に該鋸歯状波発生手段が接
   続され、他方の入力端子に被充電電池が接続され
   る比較回路、および該他方の入力端子に接続され
   る定電流充電回路を具備し、前記鋸歯状波の起点
   から前記比較回路の出力が反転するまでの時間の
   データを計測して前記記憶部に貯え、前回の記憶
   されたデータと今回計測されたデータとを比較
   し、予め定められた時間より後に、後者のデータ
   が減少傾向又は一定になつた時に充電を停止する
   ようにしたことを特徴とする電池充電回路。 ２ 前期比較回路の出力が予め定められた時間経
   過しても反転しないときには、充電を停止するよ
   うにしたことを特徴とする前記特許請求の範囲第
   １項記載の電池充電回路。 ３ 充電開始後、予め定められた時間内に、前回
   に記憶されてデータが今回計測されたデータより
   大きくなつても充電を継続するようにしたことを
   特徴とする前記特許請求の範囲第１項記載の電池
   充電回路。