JPH0488836A - 充電コントローラ - 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、バッテリの充電に関し、特にいわゆるマイコ
ンを用いたマイコン式バッテリ用充電コントローラに関
する。

［従来の技術］ Ｎｉ−Ｃｄ等のバッテリは、充電をすることによって繰
返し使用される。放電したバッテリの充電は、直流電源
からバッテリに急速充電を行ない、満充電を検出した後
、トリクル充電に切換え、所定の充電を終えた後、再使
用に供する。

近年、１つの充電装置で複数個のバッテリを充電するこ
と等が行なわれるようになった。このような場合に従来
通り、個々の機器を組合わせて充電装置を構成すると、
部品点数が増大し、製造コストが高くなり、装置が大型
化してしまう。

そこで、充電装置にマイクロコンピュータを組込み、マ
イコン制御による充電操作が行なわれるようになった。

［発明が解決しようとする課題］ 用途に応じて、種々のセル数、電流容量等を有するバッ
テリが市販されている。また、複数個のバッテリをまと
めた種々のバッテリパックも使用されている。

たとえば、同一電流容量の直流電源を用いて蓄積電流容
量が大きく興なるバッテリを充電する場合、充電時間に
対するバッテリの端子間電圧の変化を示す充電特性はか
なり異なったものとなる。

すなわち、同一電圧のバッテリであれば、同一の直流電
源を用いることができるが、電流容量が変わると充電時
間も変化する。ところか、従来のマイコン制御バッテリ
充電装置は、設定された一定の制御を行なっている。し
たがって、バッテリの種類が変わると、必ずしも適切な
充電操作が行なわれているとは限らなかった。

本発明の目的は、バッテリの種類に応じて充電操作の制
御を可変設定できる充電コントローラを提供することで
ある。

′Ｌ課題を解決するための手段］ 本発明の充電コントローラは、充電制御プログラムを記
憶するＲＯＭ、一時記憶を行なうＲＡＭ、演！処理を行
なうＣＰＵ、信号の入出力を行なう複数の入出力端子を
備えたマイクロコンピュータを用いて、バッテリの充電
を制御する充電コントローラであって、入出力端子か充
電動作に関する初期不感時間、急速充電強制終了時間を
入力する端子を含み、ＲＡＭが入力した初期不感時間、
急速充電強制終了時間を一時記憶するレジスタを含み、
ＲＯＭに記憶された充電制御プログラムか初期不感時間
および強制充電終了時間を用いて、バッテリの充電動作
を制御するプログラムを含む。

［作用］ バッテリの充電操作において、満充電の時に端子間電圧
は最大値を取り、その後低下する。すなわち、端子間電
圧がピークを示した時か満充電がなされた時である。し
かし、特に未使用や休止後のバッテリでは、充電操作初
期の端子間電圧がピーりを示すことかある。このピーク
は満充電とは関係ない、そこで、初期にピークが出現し
ても、それを無視するための暗闇設定が行なわれる。ま
た、劣化したバッテリでは満充電のピークを示さないこ
とがある。この場合、急速充電を続けると無駄に電流を
消費することになるので、満充電の電圧ピークが出現し
なかった時に、急速充電を強制的に終了させるための時
間の設定が行なわれる。

これらの時間パラメータとして適切な値は、直流電源の
電流容量、バッテリの電流容量等によって大きく変化す
る。これらの時間パラメータを複数種類用意し、充電す
べきバッテリの定格等に合わせて適切なパラメータを入
力することにより、充電すべきバッテリの定格に応じた
適切な充電操作が行なえる。

口実雄側］ 第１図に本発明の実施例による充電コントローラを概略
的に示す、１つの直流電源で２つのバッテリＢ１、Ｂ２
を充電できるシステムを構成するものとする。

充電コントローラは、マイクロコンピュータ１を含む、
このマイクロコンピュータ１は、その内部にＣＰＵ２、
ＲＯＭ３、Ｒ，ＡＭ４を含む、ＲＯＭ３は、処理プログ
ラムを記憶する固定メモリである。ＲＡＭ４は、処理操
作のためのパラメータや、処理操作中に生じるデータ等
を一時記憶するためのレジスタ等として働く、一時記憶
装置である。また、ＣＰＵ２は、データやパラメータに
基いて、処理プログラムにしたがって演算操作を行なう
中央処理装置である。

マイクロコンピュータ］には、多数の入出力端子Ｐ１、
Ｐ２、Ｐ３．・・・が設けられており、種々の信号や電
源電圧等が出入する４図中、マイクロコンピュータ１の
左辺に示す端子Ｐ１は、制御用の電源入力を入力する端
子、端子Ｐ２は、バッテリＢ１の急速充電を表示するた
めの赤色ＬＥＤを点灯させるための電流を供給する出力
端子、端子Ｐ３は、バッテリＢ１がトリクル充電中であ
ることを表示するための緑色ＬＥＤに電流を供給するた
めの出力端子である６また、端子Ｐ４、Ｐ５は、バッテ
リＢ２の急速充電およびトリクル充電を表示するための
赤色および緑色ＬＥＤ駆動用電流を供給する圧力端子で
ある。端子Ｐ６、Ｐ７は、クロックジェネレータからク
ロック信号を入力する入力端子である。端子Ｐ８、Ｐ９
は、充電操作初期における不感時間設定用の選択信号を
入力するための入力端子である。また、端子ＰＩＯは、
充電操作において、満充電を検出するための一Δ■検出
の精度設定用の選択信号を入力するための入力端子であ
る。また、マイクロコンピュータ１の右辺上に示される
端子Ｐｉ　１．ＰＩ３、ＰＩ３、ＰＩ３は、急速充電を
強制的に終了させるための、急速充電強制終了時間設定
用の選択信号を入力する端子である。これら入力端子Ｐ
８〜Ｐ１４は、充電操作をバッテリの定格等に合わせて
きめ細かに設定するための選択信号の入力端子である。

端子Ｐ１５は、外部で検出した充電電流の値を入力する
ための＠流検出１言号入力端子である。また、端子Ｐ１
６、ＰＩ３は、バッテリＢ２を充電するためのスイッチ
を駆動するトリクル充電信号および、急速充電信号を出
力する出力端子である。

また、端子Ｐ１８、ＰＩ３は、バッテリＢ１を充電する
ためのスイッチを駆動するトリクル充ｔｆ＝号および、
急速充電信号を出力する出力端子である。また、端子Ｐ
２０、Ｐ２１は、バッテリＢ２およびバッテリＢＴの逆
接を検出する逆説検出回路からの逆接検出信号の入力端
子である。１子Ｐ２２は、急速充電中のバッテリの端子
電圧から一定の値を減算した減算値を入力する端子であ
る。

端子Ｐ２３は、急速充電中のバッテリの端子電圧を分圧
した分圧値を入力する端子である。すなわち、端子Ｐ２
３には、急速充電中のバッテリの端子電圧に比例しな値
か得られ、端子Ｐ２２は、充電中のバッテリ端子電圧の
電圧変化を忠実に再現する信号か得られる。

第１図に示すようなマイクロコンピュータを周辺機器と
組合わせることによって、所望の充電操作を行なう。

第２図は、第１図のマイクロコンピュータを用いて実現
される充電回路の要部を示すブロック図である。

直流電源回路１１は、交流電源１２から電力を受け、い
くつかの直流を供給する。第１の直流■１は、バッテリ
Ｂ１およびバッテリＢ２を充電するための充電を源であ
り、最も高い電圧とＩ＆も大きな電流値を有する。バッ
テリＢ１ないしバッテリＢ２の端子電圧は、分圧回路１
４によって分圧され、充電制御口８１３に供給される。

充電制御回路１３は第１図のマイクロコンピュータ１を
主要部として含む、また、この端子電圧は減算回路１５
を介して、そのレベルを変換され、充電制御回路１３に
供給される。すなわち、分圧回路１４の供給する電圧は
バッテリ端子電圧そのものを縮小スケールで表わし、減
算回路１５が供給する電圧はバッテリ端子電圧の変化を
縮小せずそのまま忠実に表現する。充電制御回路１３は
、直流電源回路１１から制御用を源電圧Ｖ２を受けて作
動する。この電圧■２は、充電用の電圧Ｖ１よりは低い
安定度の高い電圧である。Ｖ２がｖｌより小さいので、
分圧回路１４によって端子電圧を分圧しないと、充電制
御回路１３でバッテリ端子電圧そのものを測定すること
が困難となる。バッテリＢ１およびバッテリＢ２には、
それぞれ逆接検出口Ｎ１８．１９が並列に接続されてお
り、バッテリが逆方向に接続された場合、それを検出し
て２値の検出信号とし、充電制御回路１３に供給する。

すなわち、バッテリを誤って逆方向の接続した場合は、
これらの逆接検出回路かその逆方向接続を検出し、充電
制御回路１３は充電作業を停止させる。また、バッテリ
Ｂ１およびバッテリＢ２には直列に急速充電用のスイッ
チ２１．２２が接続されている。また、この急速充電用
スイッチ２１．２２に並列にトリクル充電用のスイッチ
２３．２４が接続されている。これらのスイッチ２１〜
２４を通る充電電流はｔ流検出回路２６を介して、接地
電位に接続される。各充電スイッチ２１〜２４は、充電
制御回路１３からの制御信号を受けてスイッチ動作を制
御される。また、電流検出回路２６はそこを流れる電流
を検出し、電流値を充電制御回Ｆ＃１１３に供給する。

充電制御回＃１１３から充電スイッチ２１〜２４のいず
れかに信号が出力され、充電か行なわれている時は、制
御信号回路１３からＬＥＤ駆動回路２８にも同様の信号
が供給され、充電状態を表示するためのＬＥＤ３１〜３
４を駆動して、有色表示を行なう、たとえば、バッテリ
Ｂ１がトリクル充電中、バッテリＢ２か急速充電中であ
れば、バッテリＢ２用の緑色ＬＥＤ３２とバッテリＢ２
用の赤色ＬＥＤ３３が点灯する。

充電制御回路１３は、第１図に示したＲＯＭ　Ｂ内に格
納された所定の充電プログラムにしたがって、バッテリ
Ｂ１およびバッテリＢ２の充電動作を制御する。

このようにして制御される充電特性の例を、第３図およ
び第４図に示す。

第３図は正常な充電特性の例を示す６図中横軸は充電時
間ｔを示し、継軸はバッテリの端子間電圧Ｖを示す６ バッテリの急速充電が開始すると、新たに使用を開始す
るバッテリや、暫く使用しなかったバッテリ等の場合に
は、その初期に電圧値にピークを生ずることか多い。こ
のようなピークを満充電を示すピークと誤って認定しな
いように、充電開始後、初期の時間は満充電検出を行な
わないための不感時間ｔ１が設定されている。すなわち
、不感時間内に図に示すようなピークＰｋ１か表われて
も、充電回路はこのピークを無視する。ところで、この
初期ピークの表われる時期は、直流電源容量、バッテリ
容量等に依存して変化する。そこで、充電回路、バッテ
リの定格に合わせて適当な不惑時間ｔ１を設定する。こ
の充電動作の初期における不感時間ｔ１は、マイクロコ
ンピュータ１の端子Ｐ８、Ｐ９に入力される信号によっ
て設定される。

急速充電を続けるにしなかってバッテリの端子間電圧■
は、次第に上昇し、やがて最大値Ｖｐに達し、続いて減
少を始める。この最大値を経た後、端子間電圧か減少を
する現象を一Δ■と呼ぶ、すなわち、端子間電圧をモニ
タし、−Δ■（ピークＰｋｏ）を検出した時は、バッテ
リが満充電されたと認めることができる。

なお、バッテリの直流セル数（定格電圧）や周囲機器の
精度により、−Δ■の値として、どのような値を設定す
れば満充電の検出に十分であるかが変化する。このなめ
、−ΔＶ検出のための設定電圧として、たとえば１００
ｍＶと２００ｍＶの２種類を選択できるようにされてい
る。端子間電圧がこの設定電圧以上の電圧降下を示した
時、満充電が認定される。

第１図のマイクロコンピュータ１の端子ＰＩＯに入力さ
れる信号がこの検出精度を法定する。

満充電が検出された時は、急速充電を終了し、トリクル
充電に切換える。この時、バッテリの端子間電圧のモニ
タも終了する。その後、トリクル充電が継続する。なお
、トリクル充電に対しても所定の長時間（たとえば１２
時間）が経過した時には、トリクル充電を終了させるた
めの操作が行なわれる。

第４図は、劣化したバッテリの充電特性の例を示す、第
３図同様、横軸は充電時間ｔを表わし、縦軸はバッテリ
の端子間電圧Ｖを表わす。

長期間の使用により劣化したバッテリ等においては、満
充電のピークが表われないことがある。

たとえば１図示のように充電の初期において、不感時間
内にピークＰｋ１が表われ、その後急速充電を続けても
、バッテリ端子間電圧の減少は生じない、このような場
合、満充電のピークが検出されないので、そのまま急速
充電を続けるといつまでも急速充電が続けられることに
なってしまう。

このようなバッテリは、性能が劣化しているなめ、いく
ら長時間充電を行なっても満充電ピークは出現しない、
適当に充電を打切らないと、充電効率は極めて悪いもの
となる。そこで、ある程度の時間、急速充電を行なって
も満充電のピークが表われない時は、充電を停止するの
が好ましい、たとえば、正常なバッテリであれば、満充
電に必要十分な時間の３倍程度の時間を急速充電を強制
的に終了させるための時間ｔ２として設定する。この時
間ｔ２は、直流電源の容量、バッテリの電流容量等に依
存して変化する。そこで、充を回ＮＩ−バッテリの定格
等に合わせて適当な急速充電強制終了時間ｔ２を設定す
る。

第１図のマイクロコンピュータの端子ｐＨ〜Ｐ１４に入
力される急速充電強制終了時間が、この強制的に急速充
電を終了させるための時間ｔ２を決める。すなわち、急
速充電の時間が強制的に急速充電を終了させるための時
間ｔ２にまで到達した時には、急速充電を停止し、トリ
クル充電に切換える。

なお、充電に際してはバッテリが正しく装着されている
か否かのチエツク等も行なわれる。

第２図に示す充電回路によって、充電操作を制御するた
めのフローチャートを第５図および、第６図を参照して
説明する。

第５図はメインルーチンのフローチャートを示す、メイ
ンルーチンにおいては、主として充電動作が制御される
。

まず、フローかスタートしくステップＳＬ）、諸レジス
タの初期設定等のイニシャライズ工程が行なわれる（ス
テップＳ２）、続いて初期不感時間ｔ１か入力される（
ステップＳ３）、この初期不惑時間ｔ１は、ＲＡＭ内に
設けられたレジスタＩ　ＳＴ　（Ｔ）に記憶される（ス
テップＳ４）、続いて満充電を検出するための検出精度
Δ■が入力され（ステップＳ５）、ＲＡＭ内のレジスタ
ＤＥＬ　（Ｗ＞に記憶される（ステップＳ６）、続いて
急速充電を強制的に終了させるための、急速充電強制終
了時間ｔ２を入力しくステップＳ７）、ＲＡＭ内のレジ
スタ２ＮＤ　（Ｔ）に記憶される（ステップＳ８）、こ
の一連の動作により、この後に行なわれる充電操作の諸
パラメータが設定される。

次にバッテリＢ１が装着されているか否かが判定される
（ステップＳ９）、バッテリＢ１が装着されていれば、
ＹＥＳの矢印にしたがってステップＳＩＯに進み、バッ
テリＢ１の急速充電が行なわれる。バッテリＢ１の急速
充電後、次のステップＳｌｌにおいて、他方のバッテリ
Ｂ２の装着がされているか否かが判定される。バッテリ
Ｂ２も装着されていれば、ＹＥＳの矢印にしたがい、次
のステップ３１２に進み、バッテリＢ１はトリクル充電
、バッテリＢ２は急速充電される。バッテリＢ２も急速
充電された時には、バッテリＢ１、バッテリＢ２を共に
トリクル充電する（ステップ３１３＞、その後、トリク
ル充電も十分性なわれた時には充電を停止する（ステッ
プ５ｉ４）、バッテリＢ１の装着判定の時（ステップＳ
９）、バッテリＢ１が装着されていない時には、Ｎｏの
矢印にしたがってステップＳ１７に進み、バッテリＢ２
が装着されているか否かが判定される（ステップ３１７
）、バッテリＢ２が装着されている時は、ＹＥＳの矢印
にしたがって次のステップＳ１８に進み、バッテリＢ２
を急速充電する。バッテリＢ２が満充電された時には、
急速充電を終了し、バッテリＢ２をトリクル充電する（
ステップ５１９）、トリクル充電を終了し−た時には、
充電を停止する（ステップ＄２０＞、なお、バッテリＢ
２も装着されていない時には、ステップ３１７からＮＯ
の矢印にしたがって、ステ・ｙ　７”　Ｓ　９に戻る。

また、ステップ３１１においてバッテリＢが装着されて
いなかワた時には、ステップ８１５に進み、バッテリＢ
１のみをトリクル充電し、その後充電を停止する（ステ
ップ５１６）。

このようにして、各バッテリの装着を確認し、順に急速
充電、トリクル充電を行なう。

第５図のメインルーチンのフローにおける急速充電、ト
リクル充電等の充電を終了するタイミングは、タイマ割
込みルーチンの検出結果によって行なわれる。

第６図は、タイマ割込みルーチンのフローチャートを示
す。

タイマ割込みがスタートすると、急速充電中であるか否
かが判断される（ステップ５２１）、急速充電中の場合
は、ＹＥＳの矢印にしたがって次のステップＳ２２に進
み、バッテリが短絡しているか否かが判定される。バッ
テリか短絡されていない時は、Ｎｏの矢印にしたがい、
次のステップ３２３に進む、ステップ＄２３では、急速
充電の時間が不感時間内か否かが判断される。すなわち
、不惑時間内であればＹＥＳの矢印にしたがい、Δ■の
検出を行なうことなく、リターンする。充電初期の不感
時間を経過していれば、ＮＯの矢印にしたがって次のス
テップＳ２４に進み、急速充電強制終了時間に達したか
否かが判断される（ステップ５２４）、強制終了時間に
達していれば、ＹＥＳの矢印にしながい、ステップ３２
６にジャンプして急速充電からトリクル充電へ切替える
。

いまだ終了時開に達していない時には、Ｎｏの矢印にし
たがって一ΔＶの検出工程（ステップ５２５）が行なわ
れる。−ΔＶが検出された時は、ＹＥＳの矢印にしたが
って、急速充電をトリクル充電へ切換える（ステップＳ
２６＞、その後、リターンする。

ステップ３２１において、急速充電中でなかった時には
、トリクル充電中であるか否かが判断される（ステップ
Ｓ’２７＞、トリクル充電中であれば、ＹＥＳの矢印に
したがい、トリクル充電の完了時間に達したか否かが判
定される〈ステップ８２８）、このトリクル充電完了時
間は、通常１２時間等の十分長い時間に設定されている
。完了時間に達している時には、トリクル充電を終了し
くステップ５２９）、リターンする。また、ステップＳ
２７において、トリクル充電中ではないと判定された時
は、急速充電でもトリクル充電でもないため、そのｔま
リターンする。また、ステップＳ２８で、トリクル充電
の完了時間に至っていない時には、そのままトリクル充
電を継続するためにリターンする。

また、ステップＳ２２において、バッテリが短絡してい
る時には充電動作に入ることなく、アラームを発しくス
テ・ンプ５３０）、操作者に注意を促し、充電は行なわ
ない。

以上説明したように、第１図に示すマイクロコンピュー
タを用いて、第２図のような充電回路を構成し、第５図
、第６図に示したよような充電動作を行なうことができ
る。この充電動作は、設定した不感時間、−ΔＶ検出精
度、急速充電終了時間にしたがって、バッテリの定格に
応じたきめ細かい充電動作を行なう。

なお、実施例に沿って本発明を説明したか、本発明はこ
れらに制限されるものではない、たとえば、種々の変更
、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であ
ろう。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、充電動作を開始
する前に充電動作初期における不感時間を所望の値に設
定し、さらに満充電が検出されない時に、急速充電を強
制的に終了させるための急速充電強制終了時間を所望の
値に設定することにより、充電すべきバッテリのｔ温容
量や充電回路の特性に応じた適切な充電動作を実施する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例による充電コントローラを示
す概略図、 第２図は、第１図の充電コントローラを用いて実現され
る充電回路のブロック図、 第３図は、正常な充電特性の例を示すグラフ、第４図は
、劣化したバッテリの充電特性の例を示すグラフ、 第５図は、充電制御のメインルーチンを示すフローチャ
ート、 第６図は、充電制御のタイマ割込みルーチンのフローチ
ャートである。 図において、 １８．１９ ２１．２２ ２３．２４ マイクロコンピュータ ＰＵ ＯＭ ＡＭ 直流電源回路 充電制御回路 分圧回路 減算回路 逆接検出回路 急速充電スイッチ トリクル充電スイッチ 電流検出回路 ＬＥＤ駆動回路 嘘＝ 鄭 −’ＣＭトｚＱｌ饗＄［賛田〉 第５図 一’Ｃ？’　ｌトコＣ讐ｔ←勤Ｉ−田〉タイマ割込みル
ーチン 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）、充電制御プログラムを記憶するＲＯＭ、一時記
   憶を行なうＲＡＭ、演算処理を行なうＣＰＵ、信号の入
   出力を行なう複数の入出力端子を備えたマイクロコンピ
   ュータを用いて、バッテリの充電を制御する充電コント
   ローラであって、前記入出力端子が充電動作に関する初
   期不感時間、急速充電強制終了時間を入力する端子を含
   み、 前記ＲＡＭが入力した初期不感時間、急速充電強制終了
   時間を一時記憶するレジスタを含み、前記ＲＯＭに記憶
   された充電制御プログラムが前記初期不感時間および強
   制充電終了時間を用いて、バッテリの充電動作を制御す
   るプログラムを含む 充電コントローラ。