JPS6013253Y2 - 充電装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は電子機器に用いられるＮｉ −Ｃｄ電池の充電
装置に係り、特に、過放電バッテリーの充電に用いて好
適な充電装置に関する。

一般にＮｉ−Ｃｄ電池等の蓄電池を充電するのに比較的
大電流で急速充電をしたときは、この充電が１００％以
上充電され易く、この蓄電池が破壊する危険があるので
、従来はこの蓄電池を充電するのに７０％〜８０％充電
まで急速充電し、その後小電流で長時間充電して１００
％充電することが行われている。

斯る従来の充電方法では蓄電池を１００％充電するのに
７〜８時間の長時間掛かる欠点があった。

このような欠点に鑑みて以下に述べるようないわゆるピ
ークホールド方式の充電装置が既に提案されている。

一般にＮｉ−Ｃｄ電池を定電流で充電する場合には、Ｎ
ｉ−Ｃｄ電池の端子間電圧が第１図に示す如く略々８０
％充電時点Ｔ□までは徐々にわずかずつ増大し、この時
点Ｔ１より略々１００％充電時点Ｔ２までは比較的勾配
が急に増大し、この時点Ｔ２以後はこの端子間電圧が低
下することが知られている。

また定電流でＮｉ−Ｃｄ電池を充電する場合には、第１
図に示すように充電電圧特性は温度依存性を有し、温度
が高くなると充電電圧特性がゆるやかなカーブになる。

特にこの第１図に示す如き現象は１７２Ｃ（ここで蓄電
池（１００％充電したもの）の放電容量が例えば仏の電
流を流して１時間であるとき、この蓄電池を仏の電流で
充電することをＩＣという。

〕以上の電流で充電したとき顕著である。

上記ピークホールド式充電装置は、上述のような特性を
積極的に利用して、蓄電池にスイッチを介して定電流を
供給し充電するようにした充電装置に於いて、上記蓄電
池の端子電圧を所定の周期でサンプリングすると共に該
サンプリングされた端子電圧を保持回路で保持し、該保
持回路の出力電圧と上記蓄電池の端子電圧とを比較し、
上記端子電圧が上記保持回路の出力電圧より低くなった
ことを検出し、上記スイッチをオフするようにして充電
を終了するようにしたものである。

このようなピークホールド方式の充電装置によれば、充
電中に端子間電圧が予め決められた設定値に達した時に
充電を完了するようにした電圧検出方式に比べて１００
％充電時をより確実に判別することができるので、１０
０％充電時まで比較的大電流で急速充電することができ
、これによって充電時間の大巾な短縮が可能となる。

ところで、極端に過放電したＮｉ−Ｃｄ電池や長期間に
亘って放置したＮｉ−Ｃｄ［池、即ち電池の端子電圧が
終止電圧より低くなっている電池を定電流で充電する場
合、このＮｉ−Ｃｄ電池の端子間電圧は第２図に示す如
く充電開始時付近において負カーブ（右下がりの曲線）
特性を示すことが知られている。

さらにまた過放電電池を高温時において充電する場合は
、上述の負カーブ特性がフラットになって負カーブ領域
が長くなることが知られている。

このような場合にピークホールド式の充電装置を用いる
と、前記負カーブが正常な充電特性におけるピーク（第
１図のｐに対応）以後の特性に類似しているために、こ
の負カーブが存在している領域においてサンプリングパ
ルスが発生すると充電完了信号を発してしまい誤動作す
ることがあった。

この問題を解決するには、充電開始より所定時間だけサ
ンプリングを行なわないようにすればよい。

しかしこのようにすると、満充電に近い状態にあるＮｉ
−Ｃｄ電池を充電するような場合は、前記所定時間が経
過するより前に１００％充電が完了しても、尚サンプリ
ングが停止されていれば電池が過充電されてしまうこと
になる。

また鉛電池の充電方法として、充電電圧が急上昇する時
点付近の電圧を設定し、この設定電圧（充電初期値より
低い）を越えたときにサンプリングを開始する方法が知
られている。

しかしながら、Ｎｉ−Ｃｄ電池は、充電時の温度上昇や
その他の異常電圧等の原因により、充電特性のピーク点
が充電初期の電圧より低くなる場合があり、このような
場合、上記の充電方法では、上記設定電圧が充電初期値
より低いため充電開始後、充電電圧はいつまで経っても
設定電圧に達しない場合が生じ、このためサンプリング
が行われず、充電しつづけてしまう事態が生じる。

本考案は上述の如き実情に鑑みて考案されたものであっ
て、冒頭に述べた充電装置において、端子電圧が所定レ
ベル以下の場合に前記ピーク検出を所定時間停止せしめ
るようにしたものである。

このように構成することによって、Ｎｉ−Ｃｄ電池を過
充電してしまう危険を確実に防止できると共に、過放電
したＮｉ−Ｃｄ電池であっても充電初期の負カーブ特性
によって充電装置が誤動作して充電を終了してしまうよ
うなことがなく適確な充電電圧のピーク点を検出するこ
とができる。

次に本考案を適用した充電装置に付き第３図〜第５図を
参照して説明する。

第３図において、１は商用電源が供給される商用電源入
力端子を示し、この商用電源入力端子１に供給される商
用電源を整流回路２を介して定電流回路３に供給し、こ
の定電流回路３の出力側に例えば２７３Ｃ程度の電流例
えばめの定電流が得られる如くし、この定電流回路３の
出力側に得られる定電流をスイッチ回路４を介して充電
しようとするＮｉ−Ｃｄ電池５の充電端子に供給し、こ
の定電流回路３の出力側に得られる定電流に依り、この
Ｎｉ−Ｃｄ’［池５を充電する如くする。

また６はアステーブルマルチバイブレークに依り構成し
た例えば２〜川分に１個のパルスを発生するサンプリン
グパルス発生器を示す。

このサンプリングパルス発生器６から発生するパルス間
隔はＮｉ −Ｃｄ電池５を充電時充電端子間電圧の変化
が検出できる時間とする。

このサンプリングパルス発生器６の出力側に得られるサ
ンプリングパルスをＡＮＤ回路１８を介してＡＮＤ回路
７及び８の夫々の一方の入力端子に供給している。

なおこのＡＮＤ回路１８の一方の入力端子には後述する
ように端子電圧検出回路１３から制御信号が供給され、
これによってＮｉ−Ｃｄ電池５の端子電圧が所定レベル
（例えば５ （Ｖ））未満の場合には、サンプリングパ
ルス発生器６からサンプリングパルスがＡＮＤ回路１８
の他方の入力端子に供給されても出力側にはサンプリン
グパルスが得られず、また上記所定レベル以上の場合に
は出力側にサンプリングパルスが得られるようになって
いる。

そしてＡＮＤ回路７の出力側に得られるサンプリングパ
ルスをサンプリングホールド回路９のサンプリングパル
ス入力端子に供給し、またＡＮＤ回路８の出力側に得ら
れる信号をオフ信号としてスイッチ回路４に供給する。

またＮｉ−Ｃｄ電池５の端子電圧をこのサンプリングホ
ールド回路９に供給すると共に比較回路１０の一方の入
力端子に供給する。

このサンプリングホールド回路９においてはサンプリン
グパルス入力端子にサンプリングパルスが存在する毎に
そのときのＮｉ −Ｃｄ電池５の端子電圧を保持するよ
うになされたものである。

このサンプリングホールド回路９の出力信号を比較回路
１０の他方の入力端子に供給する。

この比較回路１０はホールド回路９の出力信号とＮｉ−
Ｃｄ電池５の端子電圧を比較し、この端子電圧がホール
ド回路９の出力信号の電圧より高いときはその出力側に
ハイ信号“Ｎ９９例えば正の電圧を得、この端子電圧が
ホールド回路９の出力信号の電圧より低いときはその出
力側にロー信号“Ｌ゛例えば負の電圧を得る如くなした
ものである。

この比較回路１０の出力側に得られる信号をＡＮＤ回路
７の他方の入力端子に供給すると共にこの比較回路１０
の出力信号をインバータ回路１１を介してＡＮＤ回路８
の他方の入力端子に供給する。

第３図の充電回路２４は上述の如く構成されているので
、Ｎｉ−Ｃｄ電池５を充電する場合はスイッチ回路４を
オンとして定電流回路３よりの電流をこのＮｉ−Ｃｄ電
池５の充電端子に供給する。

このときＡＮＤ回路１８の出力側に第４図Ａに示す如き
例えば５分毎に１個のパルス６ａが存するサンプリング
パルス信号が得られたとする。

充電開始時はＮｉ−Ｃｄ電池５の端子電圧は第４図Ｂの
曲線５ａに示す如く徐々に増大しているので、サンプリ
ングホールド回路９の出力信号９ａより高く、このとき
は比較回路１０の出力側には第４図Ｃに示す如くハイ信
号１６Ｈ？？となり、ＡＮＤ回路７は導通となりＡＮＤ
回路７の出力側に第４図りに示す如きサンプリングパル
ス信号７ａが得られ、このＡＮＤ回路７の出力側に得ら
れるサンプリングパルス信号７ａをサンプリングホール
ド回路９に供給し、このサンプリングパルスに依りＮｉ
−Ｃｄ電池５の端子電圧を順次サンプリング腰このサ
ンプリングホールド回路９の出力側には第４図Ｂの曲線
９ａに示す如き階段状電圧が得られる。

このＮｉ−Ｃｄ電池５の端子間電圧が増大している間即
ち略々１００％充電時点Ｔ２までは上述動作を順次行う
。

このときはインバータ回路１１の出力側即ちＡＮＤ回路
８の他方の入力端子はロー信号４４ Ｌ ９９であるの
でこのＡＮＤ回路８は非導通である。

次にこのＮｉ−Ｃｄ電池５が１００％充電された後は、
このＮｉ−Ｃｄ電池５の端子間電圧５ａがサンプリング
ホールド回路９の出力電圧９ａより低くなるので、比較
回路１０の出力側はロー信号“°Ｌ゛となり、ＡＮＤ回
路７の他方の入力端子はロー信号４４ Ｌ ？？となり
、このＡＮＤ回路７は非導通となり、サンプリングホー
ルド回路９はサンプリングパルスが供給されず前の状態
を保持する。

又このときはインバータ回路１１の出力側即ちＡＮＤ回
路８の他方の入力端子はハイ信号“°Ｈパとなり、この
ＡＮＤ回路８が導通となりこのＡＮＤ回路８の出力側に
第４図Ｅに示す如きオフ信号８ａが得られ、このオフ信
号８ａに依りスイッチ回路４をオフとし、Ｎ１−Ｃｄｆ
ｉ池５の充電を停止し、このＮｉ −Ｃｄ電池５の充電
を終了する。

次に第３図の充電回路２４の回路動作に付き説明する。

先ず、充電すべきＮｉ−Ｃｄ電池５（例えば単１電池１
０本）の端子電圧がトランジスタＱ１のベース端子に供
給されると、この端子電圧の大小によってトランジスタ
Ｑ１が導通状態又は非導通状態になる。

即ち、Ｎｉ−Ｃｄ電池５の端子電圧がトランジスタＱ□
のスレッショールド電圧値（例えば５〔Ｖ〕）以上の場
合にはこのトランジスタＱ１は導通し、これ未満の場合
には非導通となる。

なおこのスレッショールド電圧値はＮｉ −Ｃｄｉ［池
５ （７）終止電圧値程度に定められている。

先ず、Ｎｉ−Ｃｄ電池５の充電開始時の端子電圧が５〔
■〕未満の場合を説明する。

この場合、上述したようにトランジスタＱ、が非導通状
態になり、また分圧抵１□及びＲ２によって分圧された
電圧がトランジスタＱ２のベース端子に供給されるので
、このトランジスタＱ２が導通する。

トランジスタＱ２が導通すると、トランジスタＱ２のコ
レクタ端子の電位が下がり、これによってトランジスタ
Ｑのベース端子の電位が下がってこのトランジスタＱ３
が導通する。

そしてトランジスタＱが導通すると、トランジスタＱ３
のコレクタ端子の電位が上がるので、ＳＣＲ１６のゲー
トｉ［圧が上がってこのＳＣＲｌ ５が導通する。

５ＣＲ１６が導通すると、このＳＣＲ１６のアノード側
に接続された抵抗Ｒ３を介して所定の電流が流れ、５Ｃ
Ｒ１６のアノード側の電位が下がってこの５ＣＲ１６が
導通状態を保持している間ＡＮＤ回路１８の一方の入力
端子にはロー信号４ＧＬ“が供給される。

従ってこの場合には、ＡＮＤ回路１８の出力側は常にロ
ー信号“Ｌ°′が得られる。

またＡＮＤ回路１８の他方の入力端子には第５図Ａに示
すようなサンプリングパルス（パルス間隔が例えば３分
）がサンプリングパルス発生器６から供給されている。

このサンプリングパルスは１１１６カウンタ２２にも供
給され、サンプリングパルスが１ｅａ供給された時にこ
の１１１６カウンタ２２の出力が第５図Ｂに示すように
ローレベルに下がるようになっている。

なおトランジスタＱ４はＳＣＲｌ ６が導通している時
にはｌ１１６カウンタ２２から第５図Ｂに示すようなハ
イレベル信号がベース端子に供給されて導通しているが
、上述のように１１１６カウンタ２２の出力レベルが下
がって第５図Ｂに示すような上記ローレベル信号がベー
ス端子に供給されると非導通状態になる。

このトランジスタＱ、が非導通状態になると、これによ
ってＳＣＲ１６が再び非導通状態に復帰し、この状態が
以後継続される。

従ってＳＣＲ１６のアノード側の電位が上がってＡＮＤ
回路１８の一方の入力端子にハイ信号“Ｈ°゛が供給さ
れるので、サンプリングパルスがこのＡＮＤ回路１８を
通過（で充電回路２４に供給される。

これによって前述したようなピークホールド方式による
充電電圧のピーク点検出が行なわれることになる。

以上のように本実施例においては、充電すべきＮｉ−Ｃ
ｄ電池５の端子電圧が例えば５〔ｖ〕以下の場合には、
充電開始時から所定時間、即ち部分間（３分×１６）だ
けサンプリングパルスを供給しないようにし、しかる後
に通常のピークホールド方式による充電電圧のピーク点
検出を行なうように構成されている。

なおＮｉ−Ｃｄ電池の場合、過放電したものと放置によ
る自然放電したものとを比較すると１００％充電に要す
る時間の差は高々１０％程度しかないので、自然放電し
た電池を１００％充電するのに要する時間を考慮して過
放電した電池を１００％充電する場合の充電時間を大ま
かに推測することができる。

例えば単１の電池１昧を１００％充電するのに要する時
間は２時間程度である。

従ってサンプリングパルスを停止しておくべき時間をこ
の範囲内で種々に変更してよい。

次に、Ｎｉ−Ｃｄ′ｗＬ池５の充電開始時の端子電圧が
５〔■〕以上の場合には、トランジスタＱ１が導通する
のでトランジスタＱ２及びＱ３は共に非導通状態になる
。

これによってＳＣＲｉ ５は非導通状態となるので、こ
のアノード側からＡＮＤ回路１８の一方の入力端子にハ
イ信号“Ｈ′′が供給される。

従ってこの場合は、充電開始と同時にサンプリングパル
スがＡＮＤ回路１８を通過し、これによって直ちに前述
したピークホールド方式による充電電圧のピーク点検出
が行なわれる。

このように構成した充電装置によれば、充電すべきＮｉ
−Ｃｄ電池の端子電圧が過放電や自然放電によって所定
レベル未満である場合に、充電開始時から所定時間（４
８分間）サンプリングパルスの供給を停止せしめて充電
電圧のピーク点検出を行なわないようにしたので、過放
電したＮｉ−Ｃｄ電池５を高温時に充電する場合であっ
ても充電初期に現われる負カーブ特性の領域を完全に経
過した後に充電電圧のピーク点検出が開始される。

従って負カーブ特性による充電装置の誤動作を確実に防
止できる。

また、満充電状態に近い状態のＮｉ−Ｃｄ電池を充電す
る場合には充電開始時にピーク検出が停止されることな
くピークホールド方式による充電電圧のピーク点検出が
行なわれるので過充電の危険は全くない。

さらに、ピークホールド方式によって充電電圧のピーク
点を確実に検出できると共に、上述のサンプリングパル
スの供給停止期間には比較的大電流を供給してＮｉ−Ｃ
ｄ電池５を充電するようにすればより急速な充電を行な
うことも可能である。

またＮｉ−Ｃｄ電池自体の特性のバラツキ、温度変化等
に影響されることなく常に１００％充電時を検出できる
。

以上本考案を一実施例に基いて説明したが、本考案はこ
の実施例に限定されるものではなく、本考案の技術的思
想に基いてその他種々の構成が取り得ることは勿論であ
る。

例えば、Ｎｉ −Ｃｄ電池５の端子電圧を検出して、こ
の検出信号に基いてサンプリングパルス発生器６を所定
時間動作させないようにしてもよい。

以上の如く本考案は、Ｎｉ−Ｃｄ電池の端子電圧を検出
するための電圧検出回路を設け、検出電圧が所定レベル
以下の場合における前記電圧検出回路からの検出信号に
基いて前記ピーク検出を所定時間停止せしめるようにし
たものである。

従って、本考案による充電装置によれば、過充電の危険
が全くなく、しかも過放電電池を高温時に充電する場合
であっても充電初期における負カーブ特性によって誤動
作することなく満充電時を確実に検出できる。

また上記所定時間後には必らずサンプリングが開始され
るので、充電初期電圧がピー久電圧がより高い場合であ
っても、確実にピーク点を検出して充電を停止させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第４図及び第５図は夫々本考案の説明
に供する線図、第３図は本考案の充電装置を示す回路図
である。 なお図面に用いられている符号において、５・・・・・
・Ｎｉ−Ｃｄ電池、６・・・・・・サンプリングパルス
発生器、１３・・・・・・端子電圧検出回路、１６・・
・・・・ＳＣＲ，２４・・・・・・充電回路である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. Ｎｉ−Ｃｄ電池の端子電圧を所定の周期でサンプリング
   すると共に、このサンプリングされた端子電圧を保持回
   路で保持し、前記端子電圧と前記保持回路の出力電圧と
   を比較することによって充電電圧のピーク点を検出して
   自動的に充電を停止させるようにした充電装置において
   、充電開始時の前記端子電圧を検出するための電圧検出
   回路を設け、前記端子電圧が所定レベルより低い場合に
   おける前記電圧検出回路からの検出信号に基いて前記ピ
   ーク検出を所定時間停止せしめるようにしたことを特徴
   とする充電装置。