JPH07118868B2 - 蓄電池を充電するための方法および回路 - Google Patents
蓄電池を充電するための方法および回路Info
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- JPH07118868B2 JPH07118868B2 JP1502893A JP50289389A JPH07118868B2 JP H07118868 B2 JPH07118868 B2 JP H07118868B2 JP 1502893 A JP1502893 A JP 1502893A JP 50289389 A JP50289389 A JP 50289389A JP H07118868 B2 JPH07118868 B2 JP H07118868B2
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/90—Regulation of charging or discharging current or voltage
- H02J7/94—Regulation of charging or discharging current or voltage in response to battery current
- H02J7/953—Regulation of charging or discharging current or voltage in response to battery current in response to charge current gradient
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/90—Regulation of charging or discharging current or voltage
- H02J7/96—Regulation of charging or discharging current or voltage in response to battery voltage
- H02J7/963—Regulation of charging or discharging current or voltage in response to battery voltage in response to battery voltage gradient
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- Control Of Voltage And Current In General (AREA)
- Control Of Electrical Variables (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Meter Arrangements (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 適当な方法および回路により特別なノウハウまたは操作
を知らないユーザーが未知の充電状態から最小の時間で
蓄電池を充電し、長期間にわたって容量を維持できるよ
うにしなければならない。本特許出願は過充電とならな
いよう保護し、かつ充電状態と無関係な作用により生じ
た誤動作を防止するため蓄電池を充電中にエネルギーの
供給を制御するための発明を述べるものである。
を知らないユーザーが未知の充電状態から最小の時間で
蓄電池を充電し、長期間にわたって容量を維持できるよ
うにしなければならない。本特許出願は過充電とならな
いよう保護し、かつ充電状態と無関係な作用により生じ
た誤動作を防止するため蓄電池を充電中にエネルギーの
供給を制御するための発明を述べるものである。
誤まった取扱いに対処する操作（ドイツ特許出願第3408
657号の極性反転）とは別に、蓄電池が過充電により崩
壊されないように保護するためのいくつかの方法および
回路がこれまでにも提案されている。
657号の極性反転）とは別に、蓄電池が過充電により崩
壊されないように保護するためのいくつかの方法および
回路がこれまでにも提案されている。
文献（例えば、ISBN3−7883−0142−２）から所定値
（例えば、充電電圧、電流、温度または勾配、充電量の
終了３点）でエネルギー供給をしゃ断することは信頼性
のある規準ではないことは周知である。従って、充電電
流または電圧の傾向のうちのある特徴を利用することが
提案されている。
（例えば、充電電圧、電流、温度または勾配、充電量の
終了３点）でエネルギー供給をしゃ断することは信頼性
のある規準ではないことは周知である。従って、充電電
流または電圧の傾向のうちのある特徴を利用することが
提案されている。
例えば、空になった電池は、開始時の定電流充電（CC
D）時に電圧が低下し、完全充電までに増加し、その後
再び減少するという傾向を示し、特徴のある最大値が生
じる。最終の電圧低下は、過熱および圧力により生じる
もので、オープン電池では生じない。（電流依存）電圧
が最終値に達するが、この最終値は連続的にエネルギー
を供給しても最大値を更に上昇するものではない。
D）時に電圧が低下し、完全充電までに増加し、その後
再び減少するという傾向を示し、特徴のある最大値が生
じる。最終の電圧低下は、過熱および圧力により生じる
もので、オープン電池では生じない。（電流依存）電圧
が最終値に達するが、この最終値は連続的にエネルギー
を供給しても最大値を更に上昇するものではない。
完全充電時で限界値が発生することに関する同様の説明
が、電池の内部抵抗の傾向および定電圧充電（CVC）時
の充電電流の傾向にてあてはまる。
が、電池の内部抵抗の傾向および定電圧充電（CVC）時
の充電電流の傾向にてあてはまる。
これらの事実は周知であるが、これらの事実には適当な
理由付けがされていない。
理由付けがされていない。
CCCでは、蓄電池の電圧がある程度低下すると、充電電
流を切り（−dV法）、CVCでは電流が最小値を通過して
所定レベル（米国特許出願第3889172号）まで増加する
（フランス特許出願第1489957号）と、充電電流を切る
と言われている。
流を切り（−dV法）、CVCでは電流が最小値を通過して
所定レベル（米国特許出願第3889172号）まで増加する
（フランス特許出願第1489957号）と、充電電流を切る
と言われている。
これらの方法の欠点は、蓄電池が過充電されることおよ
びオープン電池又は漏えい電流のあるセルでは効果がな
いということである。
びオープン電池又は漏えい電流のあるセルでは効果がな
いということである。
欧州特許第181112号は、CCCで過充電を防止するための
電圧曲線の転換点を開示している。この点では蓄電池は
完全に充電されず、完全充電された電池では効果は生じ
ない。
電圧曲線の転換点を開示している。この点では蓄電池は
完全に充電されず、完全充電された電池では効果は生じ
ない。
米国特許第4710694号には電圧の傾きが所定値になった
ときCCCを終了する鉛−酸蓄電池用充電器が記載されて
いる。完全充電に達するには、時間制御された充電工程
が更に必要である。この傾きは、電池の数および容量に
依存しているので、この原則は、あるタイプおよび寸法
の半空状態の電池にしか適用できない。
ときCCCを終了する鉛−酸蓄電池用充電器が記載されて
いる。完全充電に達するには、時間制御された充電工程
が更に必要である。この傾きは、電池の数および容量に
依存しているので、この原則は、あるタイプおよび寸法
の半空状態の電池にしか適用できない。
フランス特許出願第2203198号は、鉛−酸蓄電池用の充
電方法を開示している。充電電流は、測定サイクルの期
間中しゃ断され、測定された電圧が先のサイクルで測定
された電圧以下になったとき充電を終了する。この特徴
は、完全充電の電池で生じるが、完全放電の蓄電池また
は温度または電流が変化したときでも生じる。充電期間
は、充電サイクルの中断により大幅に長くなっている。
電方法を開示している。充電電流は、測定サイクルの期
間中しゃ断され、測定された電圧が先のサイクルで測定
された電圧以下になったとき充電を終了する。この特徴
は、完全充電の電池で生じるが、完全放電の蓄電池また
は温度または電流が変化したときでも生じる。充電期間
は、充電サイクルの中断により大幅に長くなっている。
先に述べたすべての方法の欠点は、充電を終了するため
の規準が、異なった特徴を１つの特徴としてとらえ、こ
れら作用が充電状態に基づくものであるかまたは他の影
響によるのかどうかを区別できないことである。
の規準が、異なった特徴を１つの特徴としてとらえ、こ
れら作用が充電状態に基づくものであるかまたは他の影
響によるのかどうかを区別できないことである。
新規な本発明は、簡単な測定結果（例えば、端子電圧）
を充電状態の判断に使用せず、蓄電池の等価回路図に基
づき蓄電池の端子電圧および充電電流の勾配から蓄電池
の内部電圧および内部抵抗に関連するパラメータ（Ｓ）
を誘導し、更に処理する点で既知の原理と異なる。
を充電状態の判断に使用せず、蓄電池の等価回路図に基
づき蓄電池の端子電圧および充電電流の勾配から蓄電池
の内部電圧および内部抵抗に関連するパラメータ（Ｓ）
を誘導し、更に処理する点で既知の原理と異なる。
第1a図は、蓄電池の簡略化された等価回路図を示す。電
池電圧（Uo）に直列な内部抵抗（Rv＋Rii）は、空の電
池を特徴とするRv分と完全充電された蓄電池を示す内部
抵抗Riiから成る。回路の部品およびその挙動は、２つ
の抵抗の中心に接続されRiiおよびUoに並列なコンデン
サＣにより、電流または電圧の変動分すなわちそれらの
周波数応答から識別できる。この場合、端子電圧Uaより
もより正確に充電プロセスを示す内部電圧Uiを計算でき
る。
池電圧（Uo）に直列な内部抵抗（Rv＋Rii）は、空の電
池を特徴とするRv分と完全充電された蓄電池を示す内部
抵抗Riiから成る。回路の部品およびその挙動は、２つ
の抵抗の中心に接続されRiiおよびUoに並列なコンデン
サＣにより、電流または電圧の変動分すなわちそれらの
周波数応答から識別できる。この場合、端子電圧Uaより
もより正確に充電プロセスを示す内部電圧Uiを計算でき
る。
空電池の充電開始時にはUoは上昇するが、Uiは高抵抗蓄
電池Rviには影響されず、ほぼ一定値まで急激に低下す
るので、その結果端子電圧Uaが低下する。この結果だけ
でなく、充電回路R1（リード線、接点）の抵抗またはそ
の変化分は、他の充電プロセスで誤動作を起す。
電池Rviには影響されず、ほぼ一定値まで急激に低下す
るので、その結果端子電圧Uaが低下する。この結果だけ
でなく、充電回路R1（リード線、接点）の抵抗またはそ
の変化分は、他の充電プロセスで誤動作を起す。
電荷量が増加すると、RiiおよびUoが増加し、完全充電
時には最大値に達する。この最大値は、完全に充電され
た蓄電池を識別するので、蓄電池充電器を制御する上で
理想的な規準となる。その理由は、この規準は電池の種
類、数、容量、温度、寄生抵抗および他の影響とは無関
係であるからである。
時には最大値に達する。この最大値は、完全に充電され
た蓄電池を識別するので、蓄電池充電器を制御する上で
理想的な規準となる。その理由は、この規準は電池の種
類、数、容量、温度、寄生抵抗および他の影響とは無関
係であるからである。
抵抗値Riiおよび電圧（Ui）の変化は、測定可能な信号U
aおよびＩを変調するので、これより本発明により完全
充電状態での限界値を示すパラメータ（Ｓ）を種々の多
くの方法で抽出できる。
aおよびＩを変調するので、これより本発明により完全
充電状態での限界値を示すパラメータ（Ｓ）を種々の多
くの方法で抽出できる。
完全充電を実現し、過充電を回避するために、RiiとUi
に関連するパラメータ（Ｓ）が限界値に達したとき、ま
ずエネルギー供給をスイッチオフするよう、無害な最小
レートまで減少することを推奨し、開示する。これによ
り、勾配dS/dtはゼロに接近する。
に関連するパラメータ（Ｓ）が限界値に達したとき、ま
ずエネルギー供給をスイッチオフするよう、無害な最小
レートまで減少することを推奨し、開示する。これによ
り、勾配dS/dtはゼロに接近する。
等価回路の要素を知れば、作動条件が（例えば、電流変
動）変化した場合、まず端子電圧の反応を考慮し、これ
と完全充電状態への到達とを区別することができる。
動）変化した場合、まず端子電圧の反応を考慮し、これ
と完全充電状態への到達とを区別することができる。
従って、充電電流も充電電圧も一定値に調節する必要は
ないので他のすべての方法と更に区別される。
ないので他のすべての方法と更に区別される。
不完全充電または過充電を防止できるといったすでに述
べた利点とは別に、限界値を認識するために別のセンサ
を設ける必要もないし、２つの簡略なワイヤを蓄電池に
接続するだけで充分である。更に、異なる蓄電池に対し
同じ回路を使用できるし、製造時に較正点をセットする
必要もない。
べた利点とは別に、限界値を認識するために別のセンサ
を設ける必要もないし、２つの簡略なワイヤを蓄電池に
接続するだけで充分である。更に、異なる蓄電池に対し
同じ回路を使用できるし、製造時に較正点をセットする
必要もない。
もう一つの利点は、コンスタント・コントロールスイッ
チが不要な為、蓄電池を発電機に接続して充電する場
合、特に太陽電池に接続したり、エネルギーの再生に使
用する場合大きな利点をもたらす。
チが不要な為、蓄電池を発電機に接続して充電する場
合、特に太陽電池に接続したり、エネルギーの再生に使
用する場合大きな利点をもたらす。
ある値からパラメータを計算し、限界値（最大値、最小
値を認識する方法、回路およびプログラム技術は、文献
（アナログ、デジタル、コンピュータ）からすでに知ら
れている。
値を認識する方法、回路およびプログラム技術は、文献
（アナログ、デジタル、コンピュータ）からすでに知ら
れている。
これらの技術は、わずかに変化する低速の複雑な操作で
あるので、アナログインターフェースを備えたマイクロ
プロセッサを使用することが好ましい。基本的には、限
界値の認識、比較演算、エネルギースイッチング操作と
組み合わせて測定値を処理するすべての回路を考慮す
る。これらの回路は、ディスクリート部品、ハイブリッ
ドまたはモノリシックICのいずれでもよく、コンピュー
タデバイス（例えば、プロセスコントローラ、マイクロ
プロセッサ）のプログラムによりその機能を実行でき
る。
あるので、アナログインターフェースを備えたマイクロ
プロセッサを使用することが好ましい。基本的には、限
界値の認識、比較演算、エネルギースイッチング操作と
組み合わせて測定値を処理するすべての回路を考慮す
る。これらの回路は、ディスクリート部品、ハイブリッ
ドまたはモノリシックICのいずれでもよく、コンピュー
タデバイス（例えば、プロセスコントローラ、マイクロ
プロセッサ）のプログラムによりその機能を実行でき
る。
上記回路、部品の基本的機能および必要プログラム化技
術も専門家には周知であるが、蓄電池充電のための請求
した制御のための本願は新規であり、自明ではない。
術も専門家には周知であるが、蓄電池充電のための請求
した制御のための本願は新規であり、自明ではない。
１） 第1b図は、請求の範囲第１項から第９項による充
電方法の一つの可能な実施態様を示す。ここでは、電流
および電圧計の測定地に依存した信号が計算回路へ送ら
れる。これら信号は、この計算回路で処理され、内部抵
抗（Rii）または内部電圧（Ui）に関連した副パラメー
タ値（Ｓ）が計算される。微分回路または中間の記憶お
よび減算回路または他の応用手段により、誘導値dS/dt
を信号として得て比較器へ送られ、比較器はスイッチま
たは他の手段を作動することにより供給エネルギーを無
害な値に減じて主充電方法を終了する。
電方法の一つの可能な実施態様を示す。ここでは、電流
および電圧計の測定地に依存した信号が計算回路へ送ら
れる。これら信号は、この計算回路で処理され、内部抵
抗（Rii）または内部電圧（Ui）に関連した副パラメー
タ値（Ｓ）が計算される。微分回路または中間の記憶お
よび減算回路または他の応用手段により、誘導値dS/dt
を信号として得て比較器へ送られ、比較器はスイッチま
たは他の手段を作動することにより供給エネルギーを無
害な値に減じて主充電方法を終了する。
種々の数学的演算または技術的操作により、完全充電時
に最大値を示す内部抵抗値（Rii）の開示したように性
質を特徴とする多数の異なるパラメータ（Ｓ）を得るこ
とができる。ＳをRii自体、または等価相互コンダクタ
ンク（1/Rii）またはその結果生じる内部電圧Ui、また
は簡略化された等価回路図内で作用するRiiの性質に関
連する別のパラメータで表示するかどうかは本発明の基
本的原理にとっては重要ではない。通常置換パタラメー
タ値Ｓも、完全充電時に極限値に接近するが、他の予想
値により誘導値（Ｓ′）を計算することもできる。かか
るRii関連パラメータの操作は、本発明が同じ基本概念
に依存しているので、本発明にカバーされると考えら
れ、逆にＳ′からパラメータＳを計算することもでき
る。
に最大値を示す内部抵抗値（Rii）の開示したように性
質を特徴とする多数の異なるパラメータ（Ｓ）を得るこ
とができる。ＳをRii自体、または等価相互コンダクタ
ンク（1/Rii）またはその結果生じる内部電圧Ui、また
は簡略化された等価回路図内で作用するRiiの性質に関
連する別のパラメータで表示するかどうかは本発明の基
本的原理にとっては重要ではない。通常置換パタラメー
タ値Ｓも、完全充電時に極限値に接近するが、他の予想
値により誘導値（Ｓ′）を計算することもできる。かか
るRii関連パラメータの操作は、本発明が同じ基本概念
に依存しているので、本発明にカバーされると考えら
れ、逆にＳ′からパラメータＳを計算することもでき
る。
蓄電池の等価回路図の要素またはそれらの性質（例え
ば、時定数）は充電電流の変化から知ることができる。
この電流変化は、充電プロセスと比較して短時間に生じ
なければならなく、自然に（例えば発電機）より生じる
こともできるし、強制的に生じさせることもできるし、
少なくともスイッチオン時にはいつでも生じる。
ば、時定数）は充電電流の変化から知ることができる。
この電流変化は、充電プロセスと比較して短時間に生じ
なければならなく、自然に（例えば発電機）より生じる
こともできるし、強制的に生じさせることもできるし、
少なくともスイッチオン時にはいつでも生じる。
従って、充電回路内の電圧ロスまたは電流変化により生
じる電圧変化を計算回路内で考慮できる。
じる電圧変化を計算回路内で考慮できる。
第1c図は、別の可能な実施態様を示す。測定および制御
のためアナログインターフェースを備えたマイクロコン
ピュータを使用している。本例では、電流計は、簡単な
抵抗器Rmと置換されている。抵抗器Rmの両端では蓄電池
用電圧（Ua）および充電電流（Um−Ua）が得られ、サン
プリングされ、これよりパラメータＳが計算できる。Ｓ
の値をS1として記憶し、遅延時間の後に同じ方法でS2を
計算する。傾きdS/dt（本例では（S2−S1））がゼロに
近付くと、MCはエネルギー源の制御、好ましくはスイッ
チオフにより充電を終了する。
のためアナログインターフェースを備えたマイクロコン
ピュータを使用している。本例では、電流計は、簡単な
抵抗器Rmと置換されている。抵抗器Rmの両端では蓄電池
用電圧（Ua）および充電電流（Um−Ua）が得られ、サン
プリングされ、これよりパラメータＳが計算できる。Ｓ
の値をS1として記憶し、遅延時間の後に同じ方法でS2を
計算する。傾きdS/dt（本例では（S2−S1））がゼロに
近付くと、MCはエネルギー源の制御、好ましくはスイッ
チオフにより充電を終了する。
次の例では、先の例と同じようにRii関連パラメータを
処理する限りエネルギー源を定電流源または定電圧源か
らも構成できる。本例では、所定の値は回路には周知で
あるので、一定の所定値を測定する必要はない。
処理する限りエネルギー源を定電流源または定電圧源か
らも構成できる。本例では、所定の値は回路には周知で
あるので、一定の所定値を測定する必要はない。
もし、前述の電源が、階段状又は連続的に制御され、セ
ッテングされるようプログラムされるならば、MC又は制
御ロジックは、等価回路の構成部とその作用を計算する
ことに必要な前述の変形例を与えることができる。
ッテングされるようプログラムされるならば、MC又は制
御ロジックは、等価回路の構成部とその作用を計算する
ことに必要な前述の変形例を与えることができる。
２） パルス状電流による充電蓄電池の充電を簡略にす
るために、ACラインの電圧の整流するとき生じるような
パルス状電流が用いられることが多い。パルス状電流の
ような交流電流に重畳されたDC電流を用いると、未公知
の利点がある。
るために、ACラインの電圧の整流するとき生じるような
パルス状電流が用いられることが多い。パルス状電流の
ような交流電流に重畳されたDC電流を用いると、未公知
の利点がある。
第2a,b図は、パルス状交流成分（Uw,Iw）と充電中の傾
向を示す低速の平均値（Ug,Ig）に対するに蓄電池電圧
（Ua）および充電電流Ｉの時間変化を示す。交流成分の
周波数に比較した時定数（RVi,C,Rii）は高いので、充
電回路の抵抗値R1＝Uw/Iwおよび内部電圧Ui＝Ug−Ig＊R
Iは、交流電圧の振幅および交流電流の振幅より計算で
きる。平均充電電流Igが変動するときは、時定数（Rv,
C,Rii）の影響を考慮できる。
向を示す低速の平均値（Ug,Ig）に対するに蓄電池電圧
（Ua）および充電電流Ｉの時間変化を示す。交流成分の
周波数に比較した時定数（RVi,C,Rii）は高いので、充
電回路の抵抗値R1＝Uw/Iwおよび内部電圧Ui＝Ug−Ig＊R
Iは、交流電圧の振幅および交流電流の振幅より計算で
きる。平均充電電流Igが変動するときは、時定数（Rv,
C,Rii）の影響を考慮できる。
上記のようにR1,Uiおよひパラメータ（Ｓ）を計算する
には、充電電流Ｉおよび蓄電池電圧（Ua）のDC成分（U
g,Ig）およびAC成分（Uw,Iw）を、適当な回路、例えば
フィルタまたはパルス周期サンプリングまたはデジタル
計算ユニットにより誘導できる。
には、充電電流Ｉおよび蓄電池電圧（Ua）のDC成分（U
g,Ig）およびAC成分（Uw,Iw）を、適当な回路、例えば
フィルタまたはパルス周期サンプリングまたはデジタル
計算ユニットにより誘導できる。
３） 電流がゼロまたは最小値になった瞬間に整流する
ことにより交流ライン電流のパルス分を除けば、技術的
に実施法を簡略化できる。充電回路R1では電圧のロスが
ないので、この点で測定された電圧はUiとなる。
ことにより交流ライン電流のパルス分を除けば、技術的
に実施法を簡略化できる。充電回路R1では電圧のロスが
ないので、この点で測定された電圧はUiとなる。
一定のDC電流は不要であること、充電電流はスイッチン
グする必要がないことおよびUiに関連するパラメータを
処理するという事実により他の方法に対する定義がなさ
れる。
グする必要がないことおよびUiに関連するパラメータを
処理するという事実により他の方法に対する定義がなさ
れる。
第３図は、一つの可能な実施態様を示す。充電電流は、
抵抗器Rvにより容易に調節できる。適当な検出器によ
り、単一パルスの最小値を使用して（Um）、蓄電池電圧
のリップル分からＳを計算し、スイッチオフ認知論理回
路へ送る。
抵抗器Rvにより容易に調節できる。適当な検出器によ
り、単一パルスの最小値を使用して（Um）、蓄電池電圧
のリップル分からＳを計算し、スイッチオフ認知論理回
路へ送る。
４） 蓄電池内部電圧が所定値より下に留まれば、過充
電時の冷却が回避される。異なる内部抵抗値での電圧ロ
スは考慮されない程度に留まるので、通常の定電圧充電
は極めて適しているとは言えない。本発明によれば、蓄
電池内部電圧（Ui）を測定し、この電圧をセット値と比
較し、内部電圧Uiがプリセット値に一致するようにこの
電圧を再調節すれば、このことが回避できる。
電時の冷却が回避される。異なる内部抵抗値での電圧ロ
スは考慮されない程度に留まるので、通常の定電圧充電
は極めて適しているとは言えない。本発明によれば、蓄
電池内部電圧（Ui）を測定し、この電圧をセット値と比
較し、内部電圧Uiがプリセット値に一致するようにこの
電圧を再調節すれば、このことが回避できる。
一つの可能な実施方法として、プログラマブル電流源、
例えばスイッチングコントローラが蓄電池に給電しても
よい。蓄電池電圧（Ua）を測定し、既知の電流（fI）に
より蓄電池内部電圧を見出す。セット点から外れていれ
ば、電流を再調節する。
例えばスイッチングコントローラが蓄電池に給電しても
よい。蓄電池電圧（Ua）を測定し、既知の電流（fI）に
より蓄電池内部電圧を見出す。セット点から外れていれ
ば、電流を再調節する。
５） 多くの場合、異なる容量の蓄電池は、最適な充電
レートで充電することが好ましい。一般に、ユーザーは
容量を知り、これに対し充電電流を調節しなければなら
ない。電池容量に対し充電電流を自動調節すると、次に
本発明により、電流制御により荷電池内部電圧（dUi/d
t）を制御する。実際には、前記傾きの偏差信号により
プログラマブル電流源を駆動し、上記のような回路によ
り実施できる。
レートで充電することが好ましい。一般に、ユーザーは
容量を知り、これに対し充電電流を調節しなければなら
ない。電池容量に対し充電電流を自動調節すると、次に
本発明により、電流制御により荷電池内部電圧（dUi/d
t）を制御する。実際には、前記傾きの偏差信号により
プログラマブル電流源を駆動し、上記のような回路によ
り実施できる。
６） 直列接続された蓄電池を定電圧充電する際には、
電池の数に応じて予め充電電圧をセットしなければなら
ない。この場合自動調節することがより有利である。こ
のような利点は、本発明によればまず開回路電圧を測定
し、これより始めて、充電電圧を階段状に増加させる
か、最小電流が発生するまで連続的に増加させる。
電池の数に応じて予め充電電圧をセットしなければなら
ない。この場合自動調節することがより有利である。こ
のような利点は、本発明によればまず開回路電圧を測定
し、これより始めて、充電電圧を階段状に増加させる
か、最小電流が発生するまで連続的に増加させる。
一つの可能な実施例では、電圧制御器からの電流（Ｉ）
と所定値とをマイクロプロセッサが比較する。電流が所
定値より小さければ、電圧制御器で電圧を高くするよう
調節する。電流が所定値に達すれば、この調節を終了
し、充電電圧を所定値に維持する。
と所定値とをマイクロプロセッサが比較する。電流が所
定値より小さければ、電圧制御器で電圧を高くするよう
調節する。電流が所定値に達すれば、この調節を終了
し、充電電圧を所定値に維持する。
７） 通常充電回路は、多数の電子部品、素子およびコ
ントローラを必要とし、これらは組立てなければならな
い。一つのケースに内蔵でき、よって小電力エレクトロ
ニクスの新しい素子となるわずか数個の半導体素子を用
いるだけで、本明細書に示した方法、原理、回路変形例
の多くを実現できる。
ントローラを必要とし、これらは組立てなければならな
い。一つのケースに内蔵でき、よって小電力エレクトロ
ニクスの新しい素子となるわずか数個の半導体素子を用
いるだけで、本明細書に示した方法、原理、回路変形例
の多くを実現できる。
第4a図は、等価回路を示し、第4b図はハイブリッド技術
による変形例を示す。一つの基板、例えば測定および制
御論理として働くマイクロコンピュータ上には、充電電
流制御器として働くパワートランジスタおよび内部電圧
源VCIが設けられ、これらが機能的に接続されている。
電源および蓄電池を接続するには３つの端子しか必要で
ない。例えば、充電状態を信号化するには更に接続する
こともできる。回路全体は別の要素として一つのケース
に内蔵できる。
による変形例を示す。一つの基板、例えば測定および制
御論理として働くマイクロコンピュータ上には、充電電
流制御器として働くパワートランジスタおよび内部電圧
源VCIが設けられ、これらが機能的に接続されている。
電源および蓄電池を接続するには３つの端子しか必要で
ない。例えば、充電状態を信号化するには更に接続する
こともできる。回路全体は別の要素として一つのケース
に内蔵できる。
第4c図には、別の実施例が示されている。全回路は、一
つの半導体チップに集積化され、３つのピンしか有しな
い標準的ケースに内蔵される。ここでも、別の信号を表
示できるよう所定の接続をすることもできる。
つの半導体チップに集積化され、３つのピンしか有しな
い標準的ケースに内蔵される。ここでも、別の信号を表
示できるよう所定の接続をすることもできる。
充電制御回路に加えて、一つの素子上に整流器、またス
イッチモードコントローラ（SMPS）を集積化すれば、ユ
ーザーに対し別の簡略化ができる。かかる素子は、４配
線で実現できるので、この結果、バッテリー充電装置
（第4d図）の製造が大幅に簡略化される。
イッチモードコントローラ（SMPS）を集積化すれば、ユ
ーザーに対し別の簡略化ができる。かかる素子は、４配
線で実現できるので、この結果、バッテリー充電装置
（第4d図）の製造が大幅に簡略化される。
８） 再生 蓄電池を再生するには、充放電を繰り返さなければなら
ない。本発明によれば、この方法はコース制御装置（例
えば、マイクロコンピュータが、蓄電池を充電する手段
の附勢と、次に所定の放電電圧に達するまでの放電回路
による放電を交互に繰り返すようにしてこの方法を自動
化する。本発明の別の特徴は、放電容量が増加するま
で、この方法を何回も繰り返すことにある。放電容量の
増加は、例えば放電電流を測定し、時間積分するか、ま
たは所定放電電流での放電時間を測定し、積分すること
により評価できる。
ない。本発明によれば、この方法はコース制御装置（例
えば、マイクロコンピュータが、蓄電池を充電する手段
の附勢と、次に所定の放電電圧に達するまでの放電回路
による放電を交互に繰り返すようにしてこの方法を自動
化する。本発明の別の特徴は、放電容量が増加するま
で、この方法を何回も繰り返すことにある。放電容量の
増加は、例えば放電電流を測定し、時間積分するか、ま
たは所定放電電流での放電時間を測定し、積分すること
により評価できる。
９） 蓄電池充電装置は、種々の普遍的方法により使用
することが予想される。充放電回路の一般的装置によ
り、蓄電池の機能および容量をテストでき、必要な場合
蓄電池を再生できる。充電容量または放電容量を表示す
ることは、ユーザーには助けになる。
することが予想される。充放電回路の一般的装置によ
り、蓄電池の機能および容量をテストでき、必要な場合
蓄電池を再生できる。充電容量または放電容量を表示す
ることは、ユーザーには助けになる。
充電電流の自動調節は、キーボード、スイッチまたは他
の手段により機能を選択するだけで種々の蓄電池の最適
な充電、テストまたは再生を専門家でない人でもできる
ようにする。
の手段により機能を選択するだけで種々の蓄電池の最適
な充電、テストまたは再生を専門家でない人でもできる
ようにする。
第５図は、可能な実施例の一つを示す。いずれも蓄電池
に接続されている充電または放電回路をキーの指令で、
コールされた機能に従って作動できるようにマイクロプ
ロセッサがプログラムされる。電流は、電流測定回路に
より永久的に記録され、マイクロコンピュータで計算さ
れ、表示される。
に接続されている充電または放電回路をキーの指令で、
コールされた機能に従って作動できるようにマイクロプ
ロセッサがプログラムされる。電流は、電流測定回路に
より永久的に記録され、マイクロコンピュータで計算さ
れ、表示される。
10）同一タイプおよび寸法の蓄電池でも製造方法および
製造日よりの経過年数に応じて容量が異なり、直列接続
した場合、蓄積電池容量は、最低容量の電池により制限
される。等しくない容量の蓄電池を完全放電すると、そ
の結果電圧が反転したり、最も低い容量の蓄電池に不可
逆的な損傷が与えられる。一つの蓄電池がスイッチオフ
されると、直列の全蓄電池を流れる電流が中断され、よ
って、他の蓄電池の容量もなくなる。
製造日よりの経過年数に応じて容量が異なり、直列接続
した場合、蓄積電池容量は、最低容量の電池により制限
される。等しくない容量の蓄電池を完全放電すると、そ
の結果電圧が反転したり、最も低い容量の蓄電池に不可
逆的な損傷が与えられる。一つの蓄電池がスイッチオフ
されると、直列の全蓄電池を流れる電流が中断され、よ
って、他の蓄電池の容量もなくなる。
本発明および第７図によれば、直列接続回路が閉じたま
まになるよう完全充電または放電した直列接続された蓄
電池から外れて電流をパイパスラインへ流れるようスイ
ッチングするための回路ブレーカーでなくて、切換スイ
ッチが設けられる。この切換スイッチは、蓄電池の充電
状態に応じて作動する充電制御論理回路により作動され
る。
まになるよう完全充電または放電した直列接続された蓄
電池から外れて電流をパイパスラインへ流れるようスイ
ッチングするための回路ブレーカーでなくて、切換スイ
ッチが設けられる。この切換スイッチは、蓄電池の充電
状態に応じて作動する充電制御論理回路により作動され
る。
前記回路が蓄電池の各々を保護し、別個の装置を形成し
ないとき、蓄電池の最も簡単かつ信頼性の高い利用がで
きる。蓄電池および電子回路の寸法のため、蓄電池の内
部または補助部として（第８図）上記の制御用、保護用
および充電用電子回路を設置できることは言うまでもな
い。
ないとき、蓄電池の最も簡単かつ信頼性の高い利用がで
きる。蓄電池および電子回路の寸法のため、蓄電池の内
部または補助部として（第８図）上記の制御用、保護用
および充電用電子回路を設置できることは言うまでもな
い。
いくつかの例、例えば多量の蓄電池を使用しなければな
らない場合、シングル・セルのグループを保護すると良
好（例えばコスト的に有効）である。第９図に実施例を
示す。
らない場合、シングル・セルのグループを保護すると良
好（例えばコスト的に有効）である。第９図に実施例を
示す。
Claims (15)
- 【請求項１】充電中変化する充電電流（Ｉ）にて単一ま
たは直列接続された蓄電池を充電、特にクイック充電す
る方法において、 充電電流（Ｉ）および蓄電池端子電圧（Ua）を自動的に
測定するか、またはその一方を既知の値に調節しなが
ら、他方の値だけを測定し、充電電流（Ｉ）および充電
電圧（Ua）の一時的経過からパラメータ（Ｓ）を誘導し
てその勾配（dS/dt）を比較器に送って、この勾配が、
蓄電池の完全充電状態の基準値としてのパラメータの限
界内で、ゼロすなわち所定の最小値より小さくなったと
き、供給エネルギをスイッチオフするかまたは減少して
過充電を防止するようにして蓄電池の充電を行い、 蓄電池の等価回路上において計算された内部抵抗値（Ri
i）または蓄電池内部電圧（Ui）に関連する前記パラメ
ータは電圧（Ua）と電流（Ｉ）の変化から計算され、そ
の一時的経過が記録され、さらにこのパラメータの勾配
（dS/dt）は自動的に測定、制御用の信号に変換され、
その変換信号は完全充電状態の認識のために比較器に送
られる、 ことを特徴とする前記充電方法。 - 【請求項２】蓄電池にパルス状にエネルギを供給し、蓄
電池およびリード線の内部抵抗値（Rvi）を計算できる
ようパルス成分をフィルタで除き、これよりパラメータ
（Ｓ）およびその一時的経過を計算することを特徴とす
る請求の範囲第１項に記載の方法。 - 【請求項３】交流ライン電流を整流することによりパル
ス状の直流電流を発生し、電流最小値における蓄電池電
圧（Ua）の経過を測定し、これよりパラメータ（Ｓ）を
算出することを特徴とする請求の範囲第２項に記載の方
法。 - 【請求項４】充電電流（Ｉ）を調節することにより、蓄
電池電圧（Ua）、特に蓄電池の内部電圧（Ui）を所定基
準値に調節し、充電電流（Ｉ）の経過からパラメータ
（Ｓ）を計算することを特徴とする請求の範囲第１、２
または３項に記載の方法。 - 【請求項５】充電電流を調節することにより制御ユニッ
トが蓄電池電圧（Ua）または蓄電池内部電圧（Ui）の勾
配（dU/dt）を与えられる基準値を入力しセットするこ
とを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載の
方法。 - 【請求項６】制御ユニットは最小電流が生じるまで電源
電圧を自動的に増加することを特徴とする請求の範囲第
１、２または３項に記載の方法。 - 【請求項７】制御ユニットは、蓄電池容量を再生するよ
う蓄電池の充放電を自動的に繰り返し、蓄電池容量が増
加するだけ好ましくは繰り返すことを特徴とする請求の
範囲第１〜６項のいずれかに記載の方法。 - 【請求項８】直列接続された蓄電池を充電し、過充電ま
たは全放電または極性反転を防止するためのスイッチン
グ論理回路が蓄電池の充電状態に応じて切換えスイッチ
を作動させ、これにより電流をバイパスラインへスイッ
チングすることにより蓄電池を完全放電または放電時に
直列接続から外すことを特徴とする請求の範囲第１、２
または３項に記載の方法。 - 【請求項９】充電中変化する充電電流（Ｉ）を供給する
ための手段と、充電電流（Ｉ）および蓄電池電圧（Ua）
を自動測定または両パラメータのうちの一方を調節し、
他方のパラメータを測定するための手段と、過充電を防
止するためのエネルギ供給をスイッチオフまたは減少さ
せるための手段と、充電電流および蓄電池電圧の時間経
過からパラメータ（Ｓ）を誘導し、勾配（dS/dt）を基
準演算器へ送り、これによりパラメータ（Ｓ）の限度範
囲内でこの勾配（dS/dt）が蓄電池の完全充電状態の基
準としての最小値よりも低くなったときエネルギ供給を
スイッチオフまたは減少させるスイッチオフ−論理手段
とから成り、請求の範囲第１から８項のいずれかに記載
の方法を実行するための回路において、スイッチオフ−
論理手段では、計算回路により内部抵抗値（Rii）また
は蓄電池内部電圧（Ui）によるパラメータ（Ｓ）を電流
−電圧変化から計算し、このパラメータの勾配（dS/d
t）を信号に変換し、完全充電状態を認識できるように
この信号を比較演算器へ送ることを特徴とする回路。 - 【請求項１０】マイクロプロセッサが前記スイッチオフ
−論理手段の機能を奏する請求の範囲第９項に記載の回
路。 - 【請求項１１】全回路が単一要素（element）を構成す
ることを特徴とする請求の範囲第９項または第10項に記
載の回路。 - 【請求項１２】指令入力を通して蓄電池の充放電を開始
すること、蓄電池へ送られまたは蓄電池から引き出され
る電流またはエネルギ量を測定し、表示すること、請求
の範囲第７項に記載の方法により蓄電池を再生するため
の自動制御ユニットが設けられていること、充電電流、
蓄電池の電圧の少なくとも何れか一方を特定の蓄電池に
自動的に調節することを特徴とする請求の範囲第９項の
回路を備えた蓄電池充電器。 - 【請求項１３】充電状態に応じて論理回路が切換えスイ
ッチを作動させ、これにより電流をバイパスラインへス
イッチングして完全充電または放電または極性の反転し
た蓄電池を直列回路から外すことを特徴とする請求の範
囲第９項記載の回路。 - 【請求項１４】一つの蓄電池または蓄電池パックに内蔵
または接続されたことを特徴とする請求の範囲第13項記
載の回路。 - 【請求項１５】前記切換スイッチにより単一セルまたは
単一セルのグループを直接接続から外すことを特徴とす
る請求の範囲第13項記載の回路。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| AT65488 | 1988-03-11 | ||
| AT654/88 | 1988-03-11 | ||
| PCT/AT1989/000027 WO1989008940A1 (fr) | 1988-03-11 | 1989-03-10 | Procede et variantes de circuits de charge d'accumulateurs |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03500959A JPH03500959A (ja) | 1991-02-28 |
| JPH07118868B2 true JPH07118868B2 (ja) | 1995-12-18 |
Family
ID=3496294
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1502893A Expired - Lifetime JPH07118868B2 (ja) | 1988-03-11 | 1989-03-10 | 蓄電池を充電するための方法および回路 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5256957A (ja) |
| EP (1) | EP0409847B1 (ja) |
| JP (1) | JPH07118868B2 (ja) |
| AT (1) | ATE106631T1 (ja) |
| AU (1) | AU630603B2 (ja) |
| DE (1) | DE58907791D1 (ja) |
| WO (1) | WO1989008940A1 (ja) |
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- 1989-03-10 DE DE58907791T patent/DE58907791D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1989-03-10 AT AT89903024T patent/ATE106631T1/de not_active IP Right Cessation
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