JPH0549182A

JPH0549182A - 組電池の充電装置

Info

Publication number: JPH0549182A
Application number: JP22461291A
Authority: JP
Inventors: Toshio Maruyama; 敏雄丸山; Momoki Watanabe; 百樹渡辺
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1991-08-08
Filing date: 1991-08-08
Publication date: 1993-02-26

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】電源用のコンデンサを省略した充電装置で良
好な充電を行う。【構成】商用電源１からトランス５により降圧された
交流電圧が整流器６により全波整流される。整流電圧は
インダクタンス27、還流ダイオード26、スイッチング素
子30を介して組電池29に印加され、その瞬時値は検知回
路Ａにより検知されている。整流電圧の瞬時値が変化し
ａ点電圧がインバータ12の内部の基準電圧以上に達し整
流電圧が組電池29の出力電圧より大きくなると、スイッ
チング素子30がターンオンし、組電池29に充電電流が流
れる。充電電流が大きくなると、シャント抵抗24の両端
に発生する電圧も大きくなり、これが抵抗15、16により
生成される基準電圧より大きくなると、比較器25の出力
がアクティブとなり、スイッチング素子30はターンオフ
し、組電池29に充電電流が流れなくなる。この繰り返し
により組電池29に流れる充電電流はパルス電流となり、
整流電圧に同期したものとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は直列接続された複数の蓄
電池である組電池を充電する充電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の組電池を充電するに当たって
は、図８に示すような充電装置が用いられる。商用電源
１の商用交流はトランス５で降圧され、整流器６で全波
整流された後、電源用のコンデンサ４にチャージされ
る。整流器６の出力段にはコンデンサ４の他、インダク
タンス27、組電池29、スイッチング素子30が直列に接続
されている。図中２は発振器であって、発振器２から出
力されたパルスはドライバー３を介してスイッチング素
子30のゲートに導かれている。即ち、発振器２のパルス
によってスイッチング素子30がオンオフし、組電池29に
パルス電流が流れて、組電池29が充電されるようになっ
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】さて、スイッチング電
源の場合、スイッチング素子のスイッチング周波数を高
くすると、電源用のコンデンサを小容量のものにするこ
とができ、全体の小型化点で有利であるということは周
知である。だが、上記充電装置による場合、スイッチン
グ周波数を整流器６の出力電圧（整流電圧）の周波数よ
り高くし、コンデンサ４の容量を小さくすると、コンデ
ンサ４の出力電圧が脈動する他、整流電圧が１半波であ
る期間にスイッチング素子30が２回以上オンオフし、良
好な充電を行う上で以下に述べる問題が生ずる。

【０００４】例えば、図９に示す場合、整流電圧が１半
波である期間にスイッチング素子30が２回オンオフし
て、２パルス分のパルス電流が流れている。図中のパ
ルスが出力される期間では、コンデンサ４にチャージさ
れた電力が十分であることから、のパルスの平均電流
は十分に大きい。ところが、図中のパルスが出力され
る期間では、放電によりコンデンサ４に僅かな電力しか
残っていないことから、のパルスの平均電流はのパ
ルスに比べて可なり小さい。即ち、スイッチング周波数
を高くし、コンデンサ４の容量を小さくすると、大きな
充電電流を得ることができず、この結果、充電時間が長
くなる。

【０００５】また、充電電流は整流回路６からの出力電
流とコンデンサ４からの出力電流とが加算されたもので
あるが、整流器６の出力周波数とスイッチング周波数と
の位相差により、前者の出力電流が一定せず、これに伴
って充電電流も安定しない。この問題を回避するには大
容量のコンデンサ４を使用せざるを得ず、結局として、
装置全体の小型化は望めないというのが現状であった。

【０００６】本発明は上記背景の下で創作されたもので
あり、その目的とするところは、電源用のコンデンサを
省略した構成でありながら、良好な充電を行うことがで
きる組電池の充電装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１にかか
る組電池の充電装置は、直列接続された複数の蓄電池で
ある組電池を充電する装置であって、商用交流を降圧す
るトランスと、トランスの二次電圧を全波整流又は半波
整流すると共に整流電圧を組電池に出力する整流回路
と、整流回路と組電池との間に接続したスイッチ回路
と、前記整流電圧の瞬時値を検知する検知回路と、前記
整流電圧に同期したパルス電流を組電池に与えるべく、
検知回路の検知結果に基づいてスイッチ回路をオンオフ
制御する制御部とを具備していることを特徴としてい
る。

【０００８】本発明の請求項２にかかる組電池の充電装
置は、直列接続された複数の蓄電池である組電池を充電
する装置であって、商用交流を全波整流又は半波整流す
ると共に整流電圧を組電池に出力する整流回路と、整流
回路と組電池との間に接続したスイッチ回路と、前記整
流電圧の瞬時値を検知する検知回路と、前記整流電圧に
同期したパルス電流を組電池に与えるべく、検知回路の
検知結果に基づいてスイッチ回路をオンオフ制御する制
御部と、前記組電池と直列に接続したインダクタンス
と、直列接続された組電池とインダクタンスとに並列接
続した還流ダイオードとを具備していることを特徴とし
ている。

【０００９】

【実施例】以下、本発明にかかる組電池の充電装置の実
施例について図面を参照して説明する。図１は充電装置
の回路図である。

【００１０】まず、第１の実施例について説明する。図
中１は商用電源であって、商用電源１の商用交流はトラ
ンス５により降圧される。トランス５の二次側にはダイ
オードブリッジ等からなる整流器６( 整流回路に相当す
る) が接続されており、整流器６によりトランス５の二
次電圧が全波整流される。整流器６の出力端には、検知
回路Ａが接続されている他、ダイオード23、インダクタ
ンス27、組電池29、スイッチング素子30（スイッチ回路
に相当する）、シャント抵抗24が直列に接続されてい
る。更に、直列接続されたインダクタンス27と組電池29
との間には還流ダイオード26が並列に接続されている。
組電池29はニッカド電池等の蓄電池を直列に複数接続し
たものが使用されている。なお、ダイオード23は組電池
29からの出力電流が検知回路Ａ側に逆流しないために設
けられている。

【００１１】検知回路Ａは抵抗７と抵抗８とを直列に接
続した回路であって、整流器６の出力たる整流電圧の瞬
時値を図中ａ点電圧として検出し、制御回路Ｂに出力す
るようになっている。

【００１２】次に、制御回路Ｂについて説明する。整流
電圧の瞬時値の情報を含むａ点電圧はインバータ12に導
かれており、ここで内部の基準電圧と比較され、Ｄ−フ
リップフロップ28のＰＲ入力端子に出力される。またａ
点電圧は、ダイオード９、平滑用コンデンサ10、ツェナ
ーダイオード11からなる定電圧回路にも導かれており、
コンデンサ10、ツェナーダイオード11により定電圧化さ
れ、Ｄ−フリップフロップ28のＣＬ入力端子に導かれて
いる他、抵抗15、16からなる分圧回路を介して比較器25
のプラス入力に導かれている。比較器25のマイナス入力
には、シャント抵抗24の一端が接続されている。即ち、
抵抗15、16により生成された基準電圧とシャント抵抗24
の両端により発生した電圧とを比較器25により比較す
る。この比較器25の出力はＤ−フリップフロップ28のＣ
Ｐ入力端子に導かれ、Ｄ−フリップフロップ28の出力は
スイッチング素子30のゲートに導かれている。なお、ダ
イオード９は平滑用コンデンサ10にチャージされた電力
が検知回路Ａ側に逆流することを防止するために設けら
れている。

【００１３】以上のように構成された充電装置の動作に
ついて説明する。商用電源１から商用交流がトランス５
の一次側に印加されると、トランス５により降圧された
電圧が整流器６の一次側に印加され、整流器６により全
波整流された整流電圧が生成される。図２中には整流電
圧が点線で示されている。整流電圧は図示の通り全波波
形となっており、この瞬時値がグランド電位から上昇す
ると、これに伴って検知回路Ａのａ点電圧も上昇する。
ａ点電圧がインバータ12の内部の基準電圧以上に達する
と、インバータ12の出力がＨからＬに変化して、Ｄ−フ
リップフロップ28がプリセットされ、Ｄ−フリップフロ
ップ28の出力はＬからＨになる。整流電圧は検知回路Ａ
の他に、ダイオード23、インダクタンス27を介して組電
池29とスイッチング素子30との間に印加されており、整
流電圧が組電池29の出力電圧より大きくなることを条件
に、スイッチング素子30がターンオンし、組電池29に充
電電流が流れる。この充電電流が大きくなると、シャン
ト抵抗24の両端に発生する電圧も大きくなる。この電圧
が抵抗15、16により生成される基準電圧より大きくなる
と、比較器25の出力がアクティブとなり、その結果、Ｄ
−フリップフロップ28の出力はＨからＬに戻り、スイッ
チング素子30はターンオフし、組電池29に充電電流が流
れなくなる。

【００１４】以後は上記した繰り返しとなり、その結
果、組電池29に流れる充電電流は図２に示すようにパル
ス電流となる。このパルス電流は、整流器６の出力電
圧、即ち、整流電圧に同期していることから、従来のよ
うに整流器６の出力に電源用のコンデンサが無くとも、
充電期間中、非常に安定したものになる。また、整流器
６等により規制されるものの、商用電源１の容量に上限
が無いことから、大きなパルス電流を取り出すことが可
能となる。更に、インダクタンス27及び還流ダイオード
26によりそのパルス幅が広げられていることも併せる
と、非常に大きな充電電流が組電池29に流れることにな
り、充電に要する時間を短くできる。

【００１５】ところで、組電池を構成する蓄電池（本実
施例ではニッカド電池）は同型のものを使用するのが一
般的であるとはいえ、同型の蓄電池であっても容量、内
部抵抗、自己放電などの特性には僅かながらもバラツキ
が存在する。従来の充電装置を使用して組電池の充電を
繰り返し行うと、各蓄電池の特性のバラツキから、次に
述べるような問題の生じることが、今回の装置を開発す
る過程で判った。即ち、組電池の充電を繰り返し行う
と、複数の蓄電池の中でも特定の蓄電池の充電不足が顕
著となる結果、他の蓄電池との充電量のバランスが大き
くなり、組電池としての充電量が低下するばかりか、充
電不足の蓄電池の劣化の進行を早め、組電池の寿命が縮
まることになる。

【００１６】従来、0.1 〜0.2 ＣＡ程度の充電電流で、
周波数は直流或いは高周波により充電を行っていたが、
第１の実施例のように充電電流を１ＣＡ程度にし、100
Ｈｚ前後の周波数で充電する、言い換えると、大きな充
電電流を間欠的に組電池29に与えてこれを充電すると、
組電池29を構成する各蓄電池がバランス良く充電され、
たとえ劣化の進んだ組電池であっても十分に充電できる
ことが実験により確かめられており、上記した問題もあ
る程度は回避されることが判った。よって、先の述べた
メリットも併せると、組電池29の充電は非常に良好なも
のとなる。

【００１７】なお、第１の実施例の変形例として、制御
回路Ｂの基準電圧を生成するに当たり三端子レギュレー
タを使用したり、別途の電源から引き込むようにしても
良く、図３に示すように高周波発振器31、アンドゲート
32を付加して、間欠的な高周波スイッチングを行うよう
な形態を採ってもよい。また整流器６としては半波整流
器を使用するようにしてもかまわない。

【００１８】さて、二次電池の充電は一般に充電初期に
はなるべく多くの電流を流し、急速に充電を行う一方、
充電末期には小さな電流を流し、ゆっくり充電した方が
良いことが知られており、組電池の充電を行う場合も同
様なことが言える。図４、図５は第１の実施例の回路の
充電初期、充電末期の電圧電流波形を夫々示すグラフで
ある。図４に示す充電初期においては、整流電圧のピー
クと組電池29の出力電圧との差が大きいことから、充電
電流は素早く立ち上がり、最大電流設定値を直ぐに超え
る結果、図示のような波形となる。一方、図５に示す充
電末期においては、組電池29の出力電圧は高く、整流電
圧のピークとの差は小さいことから、充電電流の立ち上
がりが遅く、最大電流設定値を超えるには時間がかか
り、その結果、図示のような波形となる。つまり充電初
期に充電電流が小さいが、充電末期に充電電流が大きく
理想とは逆となる。この点を是正した回路として図６に
示すものがある（第２の実施例とする）。

【００１９】第２の実施例が第１の実施例と大きく異な
るのは、第１にトランスを使用せず、商用電源１の商用
交流を直接に整流器６の一次側に通電した点、第２に抵
抗18、ツェナーダイオード19、抵抗20、ダイオート17か
らなる過電圧保護回路を新たに設けた点、第３に高イン
ピーダンスのインダクタンス33を使用した点である。こ
の過電圧保護回路について説明すると、整流電圧がツェ
ナーダイオード19のツェナー電圧より高くなると、ツェ
ナーダイオード19に電流が流れ、抵抗20の両端に発生す
る電圧が大きくなる。この電圧はＤ−フリップフロップ
28のＣＬ入力端子に導かれていることから、Ｄ−フリッ
プフロップ28の出力はＨからＬに変化し、スイッチング
素子30がターンオフして、充電電流が遮断される。な
お、抵抗20の両端に発生する電圧をツェナーダイオード
11の電圧以上になることを防止するためにダイオード17
が設けられており、ツェナーダイオード19に過電流が流
れることを防止するために抵抗18が設けられている。

【００２０】上記した第２の実施例による場合には、ト
ランスレスの構成とした関係上、商用電圧をＡＣ100 Ｖ
とすると、整流電圧の最大値は約140 Ｖとなる。二次電
池を組電池として使用する場合の殆どは定格が24Ｖ以下
であり、12Ｖ系の組電池29の充電電圧は充電初期の低い
ときで12Ｖ、充電末期の高いときで16Ｖ程度であり、整
流電圧の最大値に比べて十分に小さい( 図７参照）。そ
れ故、充電電流の立ち上がりが充電初期と末期とで異な
るということがなく、充電電流の大きさも一定となり、
第１の実施例の場合に比べると、理想の形に近づき、良
好な充電を行う上でより有利となる。

【００２１】但し、第１の実施例の場合と異なり、充電
電流のパルス幅が小さくなり過ぎるので、高インピーダ
ンスのインダクタンス33、還流ダイオード26が必須とな
る。また組電池29の充電電圧も最大140 Ｖになる可能性
があるので、第２の実施例のような過電圧防止回路を設
けることが望ましい。

【００２２】なお、本発明にかかる組電池の充電装置
は、上記第１、第２の実施例のようにスイッチング素子
30がターンオフするタイミングを充電電流の検出結果に
より行うのでなく、スイッチング素子30のオン時間を規
制することにより行うような形態を採っても良い。

【００２３】

【発明の効果】以上、本発明の請求項１にかかる組電池
の充電装置による場合には、充電電流がパルス電流であ
り、整流電圧に同期していることから、整流回路の出力
段にコンデンサが無くとも、充電電流は、充電期間中、
非常に安定したものになる。また、商用電源の容量が非
常に大きいので、大きな充電電流を作り出すことができ
る。それ故、組電池の充電に要する時間を短くでき、良
好な充電を行うことができる。しかもコンデンサを省略
することができることから、装置の小型化、軽量化、低
価格化を図ることができる。

【００２４】本発明の請求項２にかかる組電池の充電装
置による場合には、整流電圧が非常に高く、大きな充電
電流を作り出すことができる他、充電初期から充電末期
まで同じパルス電流で充電できるようになっているの
で、請求項１による場合に比べて、より良好な充電を行
うことができる。しかもトランスレスの構成となってい
るので、装置の小型化、軽量化、低価格化が実現され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を説明するための図であ
って、組電池の充電装置の回路図である。

【図２】第１の実施例の電圧電流波形を示すグラフであ
る。

【図３】第１の実施例の変形例を示す図１に対応する図
である。

【図４】充電初期の図２に対応する図である。

【図５】充電末期の図２に対応する図である。

【図６】本発明の第２の実施例を説明するための図であ
って、組電池の充電装置の回路図である。

【図７】第２の実施例の電圧電流波形を示すグラフであ
る。

【図８】従来の組電池の充電装置を説明するための図で
あって、図１に対応する図である。

【図９】従来装置の問題点を説明するための図２に対応
する図である。

【符号の説明】

１商用電源５トランス６整流器Ａ検知回路Ｂ制御回路 26 還流ダイオード 27 インダクタンス 29 組電池 30 スイッチング素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直列接続された複数の蓄電池である組電
池を充電する装置であって、商用交流を降圧するトラン
スと、トランスの二次電圧を全波整流又は半波整流する
と共に整流電圧を組電池に出力する整流回路と、整流回
路と組電池との間に接続したスイッチ回路と、前記整流
電圧の瞬時値を検知する検知回路と、前記整流電圧に同
期したパルス電流を組電池に与えるべく、検知回路の検
知結果に基づいてスイッチ回路をオンオフ制御する制御
回路とを具備していることを特徴とする組電池の充電装
置。
【請求項２】直列接続された複数の蓄電池である組電
池を充電する装置であって、商用交流を全波整流又は半
波整流すると共に整流電圧を組電池に出力する整流回路
と、整流回路と組電池との間に接続したスイッチ回路
と、前記整流電圧の瞬時値を検知する検知回路と、前記
整流電圧に同期したパルス電流を組電池に与えるべく、
検知回路の検知結果に基づいてスイッチ回路をオンオフ
制御する制御回路と、前記組電池と直列に接続したイン
ダクタンスと、直列接続された組電池とインダクタンス
とに並列接続した還流ダイオードとを具備していること
を特徴とする組電池の充電装置。