JPH07110110B2

JPH07110110B2 - 電池充電器

Info

Publication number: JPH07110110B2
Application number: JP1272052A
Authority: JP
Inventors: 武次大原; 祐一湯浅
Original assignee: Ryobi Ltd
Current assignee: Ryobi Ltd
Priority date: 1989-10-18
Filing date: 1989-10-18
Publication date: 1995-11-22
Anticipated expiration: 2010-11-22
Also published as: DE4033119C2; DE4033119A1; US5113128A; JPH03135336A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明はニッケルカドミウム電池等を充電するための
充電器に関するものである。

［従来の技術］ニッケルカドミウム電池等の充電を行う場合、充電完了
後にも充電を続けると過充電となり電池の破損、焼損を
招くおそれがある。そこで、電池電圧を測定して充電終
了を検出し、充電電流をしゃ断することが行われてい
る。電池電圧によって満充電を検出する一例として、次
のような方法がある。電池の電圧は、充電開始から時間
が経過するにつれ、第８図のように変化する。時間t₁に
おいて満充電となった後、充電を継続すると電圧がわず
かに下降する。この下降電圧−ΔＶは、電池のセル数
（通常は、1.2Vのセルを複数個積層して電池を構成す
る）に比例する。したがって、最大電圧値からの下降電
圧−ΔＶを検出することにより、満充電を検出すること
ができる。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、従来の技術には次のような問題があっ
た。

充電器に用いるトランスを小型化し、充電器の小型化を
図るため、スイッチング電源を用いる場合が多い。すな
わち、数十〜数百KHz程度の高周波スイッチングを行っ
て電力を供給し、トランスを小型化するものである。と
ころが、このようなスイッチング電源を用いると、電池
電圧にノイズが重畳し、電圧を正確に測定できないこと
がある。このため、満充電が完了していないにも拘らず
充電が停止したり、充電が完了しているにも拘らず充電
が停止されなかったりする誤動作のおそれがあった。ま
た、演算制御手段が暴走する等して、電流が流れ続けた
場合、過充電により電池が破損されるおそれがあった。

この発明は上記の課題を解決して、スイッチング電源を
用いる場合にも誤動作を生じることなく充電停止を行う
ことのできる充電器を提供するとともに、過充電による
電池破損を防止することのできる充電器を提供すること
を目的とする。

［課題を解決するための手段］請求項１に係る電池充電器の全体構成を第２図に示す。
この電池充電器は、供給停止信号が与えられるとその出力を停止し、通常は
高周波スイッチングを行って出力を出すスイッチング電
源２、スイッチング電源からの電圧を変圧するトランス４、トランス４の二次側に接続された被充電電池への電力供
給路10に挿入され、しゃ断信号を受けて電力供給路10を
しゃ断するしゃ断手段６、被充電電池８両端の電圧に対応したディジタル値を出力
するA/D変換器12、所定時間ごとに、定められた期間スイッチング電源２に
供給停止信号を与え、供給停止信号が与えられている期
間中にA/D変換器12の出力を読み込んで充電終了か否か
を判断し、充電終了であればしゃ断手段６にしゃ断信号
を与える演算制御手段14、所定のしきい値によって、被充電電池８への充電電流の
有無を検出し、検出出力を出す電流検出手段18、電流検出手段18の検出出力に基づき、充電電流の流れ始
めにより時限動作を開始し、演算制御手段14が供給停止
信号を出力する間隔である前記所定時間より長い時限に
よってしゃ断信号をしゃ断手段26に与えるものであっ
て、充電電流の停止によってリセットされるタイマ16、を備えている。

［作用］被充電電池８が電路10に挿入されると、トランス４、し
ゃ断手段６を介して、スイッチング電源２から電力が供
給される。これにより、電池８が充電され始める。充電
開始から所定時間経過すると、演算制御手段14は供給停
止信号を出し、スイッチング電源２からの電力供給を一
時停止する。電力供給を停止している間に、演算制御手
段14は、A/D変換器12からの出力を取り込み、満充電か
否かを判断する。満充電に達していなければ、上記の動
作を繰り返す。満充電に達すれば、演算制御手段14は、
しゃ断信号を出力し、しゃ断手段６によって電力供給路
10をしゃ断する。したがって、満充電とともに充電電流
の供給が停止される。ここで、A/D変換器12を介しての
電圧値の取り込みは、スイッチング電源２を停止して行
うので、測定誤差による誤動作のおそれがない。

タイマ16は、電力供給路10に電流が流れ始めると時限動
作を開始し、所定時限でしゃ断信号を出力するように構
成されており、電力供給路10に電流が流れなくなるとリ
セットされるようになっている。上記所定時限は、演算
制御手段14が供給停止信号を出力する間隔より長く設定
されている。したがって、通常は、所定時限到来より早
く電流が停止されてリセットが掛けられるので、しゃ断
信号は出力されない。しかし、演算制御手段14が暴走す
る等して、電流が流れ続けた場合にはしゃ断信号が出力
され、過充電による電池破損を防止することができる。

［実施例］この発明の一実施例による電池充電器のブロック図を第
３図に示す。スイッチング電源２は、整流平滑回路20、
スイッチング回路22、スイッチング制御回路24を有して
いる。整流平滑回路20は、入力された商用交流を整流し
平滑するものである。スイッチング回路22は、整流平滑
出力を数十〜数百Hzでスイッチングして、トランス４の
一次側4aに与えるものである。スイッチング回路22は、
スイッチング制御回路24から停止信号が与えられると、
トランス４に対して出力を与えない。すなわち電力の供
給を停止する。

トランス４は、一次側4a、二次側4b,4cを備えている。

トランス４の二次側4bには、しゃ断手段であるトランジ
スタ26が接続されている。このトランジスタ26を介し
て、被充電電池であるバッテリー８が接続される。トラ
ンジスタ26のゲートがＬレベルとなると、トランジスタ
26は電力供給路10をしゃ断し、バッテリー８への充電電
流を止める。

バッテリー８と並列に分圧抵抗R101,R102が接続されて
いる。分圧抵抗R102の電圧は、ゲイン切り換えアンプ28
を介して、マイクロコンピュータ30の入力端子ANに入力
される。ゲイン切り換えアンプ28は、マイクロコンピュ
ータ30の制御によってゲインを切り換えることのできる
アンプである。

マイクロコンピュータ30は、A/D変換器を内部に備えて
おり、入力端子ANに与えられた電圧をディジタル値に変
換した後、処理を行う。処理の結果により、充電を終了
するときには、マイクロコンピュータ30は、出力MOをＬ
レベルにする。出力MOは、トランジスタ26のゲートに与
えられている。すなわち、出力MOのＬレベルをしゃ断信
号としている。また、出力P42からは、3secごとに約6ms
ecの期間中Ｌレベルとなる供給停止信号が出力され、ス
イッチング制御回路24の制御入力Ｃに与えられる。

電流測定用シャント抵抗RBには、増幅器32が接続され、
電池８を流れる充電電流の値が測定されている。増幅器
32の出力はコンパレータ34に与えられる。コンパレータ
34は基準値と入力された電流値とを比較して、入力され
た電流値が基準値を上回っていれば出力をＬレベルに
し、下回っていれば出力をＨレベルにする。基準値は充
電電流より小さい値にされているので、バッテリー８に
電流が流れるとＬレベルを出力し、電流が停止するとＨ
レベルを出力する。すなわち増幅器32およびコンパレー
タ34によって、電流検出手段18が構成されている。

コンパレータ34の出力はタイマー回路36のリセット端子
Ｒに与えられる。したがって、タイマー回路36は、コン
パレータ34からのＬレベル出力により時限動作を開始
し、Ｈレベル出力によりリセットされる。タイマー回路
36は、時限動作開始後、所定時限TMが経過したら、出力
端子TOをＨレベルとする。この出力TOは、トランジスタ
26のゲートに与えられる。すなわち、このＨレベルをし
ゃ断信号としている。

なお、マイクロコンピュータ30、タイマー回路36へは、
電源回路38から電源が供給される。また、リセット回路
40は、マイクロコンピュータ30を初期化するためのもの
である。

第４図に、マイクロコンピュータ30に格納されたプログ
ラムのフローチャートを示す。マイクロコンピュータ30
はこのフローチャートに従って、制御を行う。

ステップS₁〜S₈まではバッテリーの公称電圧値を認識す
るためのステップであり、ステップS₉以後は充電完了の
有無を判断するステップである。まず、公称電圧値認識
のためのステップS₁〜S₈について説明する。

組電池は、公称電圧値によって各種の組電池（セル数の
異なる各組電池）に分類される。これらは単セルあたり
公称電圧値1.2Vであり、通常は公称電圧値2.4V（２セ
ル）、4.8V（４セル）、7.2V（６セル）、9.6V（８セ
ル）、12.0V（10セル）の組電池に分類されている。充
電時間と電池電圧との関係を第８図に示す。第８図に示
すように、充電開始後40秒も経過すれば相当量の電圧が
充電される。この40秒経過時における各種の組電池の電
圧を示すのが第９図である。図に示すように40秒経過時
の電池電圧は、各々一定の幅を有するものの各組電池に
対して特定されたものとなる。

また、満充電を知るための−ΔＶは、組電池のセル数に
比例する（１セルあたり−15mV程度）。したがって、組
電池の種類（セル数）を知ることにより、正確に充電終
了を検出することができる。

第３図において、バッテリー８（組電池）を差し込む
と、マイクロコンピュータ30がリセットされ、充電が開
始される。この時、マイクロコンピュータ30は、ゲイン
切り換えアンプ28のゲインを最小値に選択する（ステッ
プS₁）。この実施例では、10倍、５倍、3.33倍、2.5
倍、２倍のゲイン切り換えを可能としているので、初期
倍率として２倍が選択される。初期倍率を最小値とする
のは、10セルのバッテリーに対しても、A/D変換器（マ
イクロコンピュータ30に内蔵）のオーバーフローを起こ
さないようにするためである。

充電開始から40秒経過後（ステップS₃）、マイクロコン
ピュータ30は、端子P42から供給停止信号を出力する
（ステップS₄）。これを受けて、スイッチング制御回路
24は、スイッチング回路22の出力を停止させる。すなわ
ち、バッテリー８への充電電流を止める。この間に、マ
イクロコンピュータ30は、ゲイン切り換えアンプ28の出
力を取り込んでディジタル値に変換する（ステップ
S₅）。バッテリー８の両端の電圧は、分圧抵抗R101,R10
2によって1/10に分圧されており、アンプ28のゲインは
２に選択されているので、マイクロコンピュータ30へ
は、バッテリー８の電圧の0.2倍の電圧値が取り込まれ
る。

マイクロコンピュータ30は、読み込んだ電圧値に基づい
て、組電池の種類（セル数）を判断する（ステップ
S₆）。次に、認識したセル数に基づき、ゲイン切り換え
アンプ28のゲインを切り換える（ステップS₇）。セル数
と倍率との関係は次表のとおりである。

上記のように、セル数によって倍率を変え、A/D変換器
に入力する電圧をほぼ同じレベル（2.4V）にしている。
すなわち、２以上のセル数を有するバッテリーに対して
も、セル数を２として扱うことを可能としている。

次に、マイクロコンピュータ30は、供給停止信号の出力
をやめ、充電を再開する（ステップS₈）。なお、上記の
処理期間中には、スイッチング回路22の出力が停止し、
トランス４の二次側4cに接続された電源回路38への電力
供給も停止される。しかし、停止期間を数msecとしてお
けば、電源回路38のコンデンサによりマイクロコンピュ
ータ30への電力供給がなされ、正常な動作を行うことが
可能である。

以上のようにして、バッテリーの種類の認識が終わる
と、次に充電完了の有無を判断する。まず、マイクロコ
ンピュータ30は、供給停止信号をスイッチング制御回路
24に与え、充電を一時停止する。その間に、アンプ28の
出力を取り込む（ステップS₁₂）。取り込んだ電池電圧
（アンプ28の出力）が、前回より上昇したか否かを判断
する（ステップS₁₃）。上昇していれば、最高電圧値に
到達していないので、ステップS₉に戻る。充電停止から
6msec経過すれば、マイクロコンピュータ30は供給停止
信号の出力をやめ、充電を再開する。充電再開後、３秒
経過すると（ステップS₁₀）、マイクロコンピュータ30
は、再び供給停止信号を出力して、充電を一時停止する
（ステップS₁₁）。以下同様の動作を繰り返す。マイク
ロコンピュータ30は、供給停止信号出力中に電池電圧を
読み込むので、スイッチング回路22からのスイッチング
ノイズによる測定誤差を生じることがない。

マイクロコンピュータ33は、上記の動作を繰り返し、電
池電圧が前回より下降すれば、最高電圧値を記憶する
（ステップS₁₃,S₁₄,S₁₅）。その後、マイクロコンピュ
ータ30は、最高電圧値からの下降電圧値（最高電圧値−
現在の電池電圧値）を演算する（ステップS₁₆）。この
下降電圧値が所定の値（ここでは−30mV）に達すると、
マイクロコンピュータ30は、しゃ断信号をトランジスタ
26に与える（ステップS₁₇,S₁₈）。これにより、トラン
ジスタ26は、オフとなり、バッテリー８への充電が停止
される。

以上のようにして、満充電を検出し、充電の停止を行
う。なお、この実施例では、−ΔＶによって満充電を検
出したが、電圧の絶対値検出等他の方法を用いてもよ
い。また、A/D変換器に余裕があれば、ゲイン切り換え
アンプ28を用いずに、直接電池電圧を測定するようにし
てもよい。

次に、タイマー回路36の動作を説明する。このタイマー
回路36はマイクロコンピュータ30が暴走する等して、充
電電流が流れ続けた場合の保護のために設けられてい
る。タイマー回路36は、リセット入力ＲがＬレベルとな
ると、時限動作を開始し、所定の時限（この実施例では
２分）を経過すると、出力TOからしゃ断信号を出力るも
のである。また、リセット入力ＲがＨレベルになると、
時限動作を中止するとともに、時限動作用のカウンタ等
をリセットする。このタイマー回路36のリセット入力Ｒ
には、コンパレータ34からの出力が与えられている。コ
ンパレータ34は、前述のように、充電電流が流れている
とＬレベル、流れていないとＨレベルの出力を出す。し
たがって、タイマー回路36は電流の流れ始めにより時限
動作を開始する。マイクロコンピュータ30が正常に動作
していれば、３秒ごとに充電電流が停止する。したがっ
て、リセット入力ＲにＨレベルの信号が与えられ、タイ
マー回路36がリセットされるので、タイマー回路36から
しゃ断信号が出力されることはない。しかし、マイクロ
コンピュータ30が暴走し、スイッチング制御回路24に対
して供給停止信号を出力しなくなれば充電電流が流れ続
ける。すなわち、タイマー回路36はリセットされず２分
経過後にしゃ断信号を出力する。このしゃ断信号によっ
てトランジスタ26がオフとなり、充電電流の供給が停止
される。このようにして、マイクロコンピュータ30が故
障した場合であっても、バッテリー８が過充電による破
損を生じないようにしている。

第３図のブロック図をさらに詳細に表わしたのが第５図
および第６図である。第５図はスイッチング電源２、ト
ランス４、バッテリー８の近傍の回路を表わしたもので
ある。交流入力ACは整流回路RECにおいて整流され、ス
イッチング回路を構成するトランジスタ50を介してトラ
ンス４の一次巻線4aに与えられる。トランジスタ50のゲ
ートには、スイッチング制御IC52のスイッチング出力Ｓ
が接続されている。スイッチング制御IC52は、スイッチ
ング出力Ｓより高周波パルスを出力する。したがって、
一次巻線4aには高周波スイッチングされた電圧が与えら
れる。

バッテリー８の両端の電圧は、抵抗R101,R102によって
分圧され端子Ａに出力される。この端子Ａは第６図の端
子Ａに接続されている。第６図において、端子Ａからの
電圧は演算増幅器281に与えられている。演算増幅器281
の出力は、マイクロコンピュータ30のA/D変換入力端子A
Nに与えられる。また、演算増幅器281には抵抗R3,R4,R
5,R6,R7が接続されており、各抵抗の他端はマイクロコ
ンピュータのポートP50,P63,P62,P61,P60に接続されて
いる。マイクロコンピュータ30は、各ポートのいずれか
ひとつを接地するように制御を行う。これにより次式に
基づくゲインＧの選択を行っている。

なお、ここで、ｒはR3からR7のうち選択された抵抗値を
示している。

マイクロコンピュータ30は、出力ポートP42を通常はＬ
とし、3secごとに6msecの間だけＨ（供給停止信号）を
出力する。出力ポートP42をＨにすることにより、トラ
ンジスタTR4が導通し、端子ＦがＬレベルとなって、第
５図の発光ダイオードPC1−２に電流が流れる。これに
より、スイッチング制御IC52の制御入力Ｃに接続された
フォトトランジスタTPC1−２が導通し、制御入力端子Ｃ
をＬレベルにする。スイッチング制御IC52は、制御入力
ＣにＬレベルが与えられると、スイッチング出力ＳをＬ
レベルとし、トランジスタ50をしゃ断する。したがっ
て、マイクロコンピュータ30が、出力ポートP42からＨ
レベルの信号（すなわち供給停止信号）を出力すると、
スイッチング電源の供給が停止される。

また、マイクロコンピュータ30は、ポートMOからＬレベ
ルの出力を出して、しゃ断信号とする。ポートMOがＬレ
ベルとなると、トランジスタTr1がしゃ断する。これに
よって、端子Ｄに接続された、発光ダイオードPC2（第
５図）が非導通となる。したがって、トランス４の二次
巻線4dに接続されたフォトトランジスタTPC2がしゃ断し
て、トランジスタ26もしゃ断する。このようにして、充
電が停止される。

タイマ回路36は、第６図の左端に表われている。タイマ
回路36のリセット端子Ｒには、コンパレータ34の出力が
与えられている。コンパレータ34の一方の入力には、抵
抗R13,R14によって分圧されたしきい値が入力されてい
る。他方の入力には、増幅器32の出力が与えられてい
る。増幅器32には、シャント抵抗RB（第５図）に流れる
電流値が入力されているので、しきい値を越えた充電電
流が流れると、コンパレータ34は出力をＬにする。ま
た、しきい値より小さい電流の場合（充電電流が流れて
いない場合）には、出力をＨにする。タイマIC36は、コ
ンパレータ34の出力がＬになるとスタートし、出力がＨ
になるとリセットされる。すなわち、充電電流の流れ始
めによってスタートし、充電電流の停止によってリセッ
トされる。

第５図において、誤差増幅器60は、基準抵抗VRRの電圧
とシャント抵抗RBの電圧との差を出力し、発光ダイオー
ドPC1−１に与える。シャント抵抗RBに流れる電流が設
定値より大きい場合には発光ダイオードPC1−１の輝度
が増し、設定値より小さい場合には発光ダイオードPC1
−１の輝度が低下する。発光ダイオードPC1−１の光
は、スイッチング制御IC52に接続されたフォトトランジ
スタTPC1−１のベースに与えられている。スイッチング
制御IC52は、FB端子の電圧値によって、スイッチング出
力Ｓから出力するパルスのデューティ比を変化させ、充
電電流の実効値を一定にするように制御する。

なお、第６図のリセットIC70は、マイクロコンピュータ
30の暴走を検出して、リセットをかけるものである。マ
イクロコンピュータ30が正常に動作していると、割込み
のためのパルスがポートP43から出力される。リセットI
C70は、このパルスを入力端子WDに取り込む。マイクロ
コンピュータ30が異常となり、ポートP43からパルスが
出力されなくなると、リセットIC70は、端子RST1からリ
セット信号を出力する。これによって、マイクロコンピ
ュータ30がリセットされる。

第５図および第６図の実施例において、マイクロコンピ
ュータ30がバッテリー８の電圧を取り込む時の波形を、
第７図に示す。波形FCCが供給停止信号（ここでは、端
子Ｆの電圧）を示しており、波形BTVがバッテリー８の
電圧を示している。波形FCCについては１目盛が2Vであ
り、波形BTVについては１目盛が0.5Vである。スイッチ
ング回路すなわちトランジスタ50が動作しているとき
は、バッテリー８両端の電圧は、スイッチングの影響を
受けて大きく変動しており、不安定である。しかし、波
形FCCの立上がりαによって、スイッチング電源が停止
すると、βに示すように電圧が安定する。また、スイッ
チング電源が停止するので、スイッチング電源からのノ
イズの影響を受けることがない。マイクロコンピュータ
30は、この安定した期間内に（この実施例では、停止か
ら5msec後）バッテリー８の電圧を読み込む。したがっ
て、誤動作を生じるおそれがない。

なお、第１図に、さらに他の実施例による電池充電器の
全体構成を示す。第１図に示す電池充電器は、第２図に
示す電池充電器から、電流検出手段18およびタイマ16を
取り除いたものである。第１図のように構成すること
で、過充電による電池破損の防止という効果は得られな
いが、スイッチング電源を用いて充電器の小型化を図り
つつ誤動作を防止するという効果を得ることができる。

［発明の効果］請求項１の充電器において、演算制御手段14は、スイッ
チング電源２を停止して電池電圧の取り込みを行う。し
たがって、安定した状態で電池電圧を取り込むことがで
き、測定誤差による誤動作のおそれがない。すなわち、
スイッチング電源を用いて充電器の小型化を図りつつ、
誤動作を防止することができる。

また、充電電流が流れ始めると時限動作を開始して所定
時限でしゃ断信号を出力し、充電電流の停止によりリセ
ットされるタイマを設けている。当該所定時限は、演算
制御手段が供給停止信号を出力する間隔より長く設定し
ている。したがって、演算制御手段が暴走する等して、
電流が流れ続けた場合であってもしゃ断信号が出力さ
れ、過充電による電池破損を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はさらに他の実施例による電池充電器の全体構成
図、第２図は請求項１に係る電池充電器の全体構成図、第３図は一実施例による電池充電器を示すブロック図、第４図はマイクロコンピュータ30に格納されたプログラ
ムのフローチャートを示す図、第５図および第６図は第３図のブロック図の詳細を示す
回路図、第７図はマイクロコンピュータ30が電池電圧を取り込む
ときの波形を示す図、第８図は充電時間と電池電圧との関係を示す図、第９図は組電池のセル数と電圧との関係を示す図であ
る。２……スイッチング電源４……トランス６……しゃ断手段８……電池 10……電力供給路 12……A/D変換器 14……演算制御手段 16……タイマ 18……電流検出手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】供給停止信号が与えられるとその出力を停
止し、通常は高周波スイッチングを行って出力を出すス
イッチング電源、スイッチング電源からの電圧を変圧するトランス、トランスの二次側に接続された被充電電池への電力供給
路に挿入され、しゃ断信号を受けて電力供給路をしゃ断
するしゃ断手段、被充電電池両端の電圧に対応したディジタル値を出力す
るA/D変換器、所定時間ごとに、定められた期間スイッチング電源に供
給停止信号を与え、供給停止信号が与えられている期間
中にA/D変換器の出力を読み込んで充電終了か否かを判
断し、充電終了であればしゃ断手段にしゃ断信号を与え
る演算制御手段、を備えた電池充電器であって、所定のしきい値によって、被充電電池への充電電流の有
無を検出し、検出出力を出す電流検出手段、電流検出手段の検出出力に基づき、充電電流の流れ始め
により時限動作を開始し、演算制御手段が供給停止信号
を出力する間隔である前記所定時間より長い時限によっ
てしゃ断信号をしゃ断手段に与えるものであって、充電
電流の停止によってリセットされるタイマ、を備えた電池充電器。