JP2005027435A - 充電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的構成が簡単な充電制御タイマーを使用した充電装置において、二次電池の過充電を防止できると共に充電電流値が比較的小さい充電装置でも二次電池の過充電を検出することができるようにすることを目的とする。
【解決手段】あらかじめ設定されているタイマー満了時間により充電を停止するようにした充電装置において、このタイマー満了時間以前に充電を一時中断し、その後再度充電を開始したときに、このあらかじめ設定されているタイマー満了時間を中断時間に応じて可変する可変制御手段１１を設けたものである。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は例えば比較的小充電電流値で充電するようにした充電装置に適用して好適な充電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来例えばニッケル水素電池等の二次電池を充電する充電装置において、充電を終了するのに、例えば充電制御用タイマーを使用し、充電を開始してから定められた一定時間経過後に終了するようにしたり（特許文献１参照）、充電中に二次電池の電圧がマイナスデルタＶ値（−ΔＶ検出）、電池温度上昇勾配（ｄＴ／ｄｔ検出）、電池温度上限値（ＴＣＯ検出）等の現象を検知することで満充電になったと判断し、充電を終了するようにしていた。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭６３−１９４５３３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
然しながら、定められた一定時間経過後に充電を終了するようにしたときには、この充電した二次電池の使用又はこの二次電池の中断後に、再び充電を開始したとき、この二次電池の放電による電池容量の減少量の多少にかかわらず、この充電制御用タイマーがリセットされ、充電開始時点から改めて定められた一定時間充電を行い終了する。
【０００５】
この一定の充電時間は通常、放電終止電圧まで放電された二次電池を定格容量に至るまで充電できる時間に設定されている。
【０００６】
従って放電終止電圧に達するまでの放電をせずに再び充電を開始することが繰り返された場合等で過充電になり、この二次電池の性能劣化につながるおそれがある不都合があった。
【０００７】
また特許文献１には二次電池の充電中にＡＣ電源の瞬断などによりタイマーリセットを行なわないようにしたものが開示されているが、この二次電池が充電器から外されたときはこのタイマーはリセットされる。
【０００８】
またマイナスデルタＶ値、電池温度上昇勾配、電池温度上限値等の現象を検知するためには比較的大きな少なくとも０．５ＣｍＡ以上の充電電流（Ｃは二次電池の定格容量値）である必要があり、充電電流の小さい充電装置には不向きであった。
【０００９】
更に之等の現象による満充電検知は必ずしも確実に満充電を検知できるとは限らないため充電制御用タイマーを併用することが一般的であり、この場合上述同様の不都合があった。
【００１０】
本発明は、斯る点に鑑み比較的構成が簡単な充電制御タイマーを使用した充電装置において二次電池の過充電を防止できると共に充電電流値が比較的小さい充電装置でも二次電池の過充電を検出することが出来るようにすることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明充電装置は、あらかじめ設定されているタイマー満了時間により充電を停止するようにした充電装置において、このタイマー満了時間以前に充電を一時中断し、その後再度充電を開始したときに、このあらかじめ設定されているタイマー満了時間を中断時間に応じて可変する可変制御手段を設けたものである。
【００１２】
本発明によればタイマー満了時間以前に充電を一時中断し、その後再度充電を開始したとき、このあらかじめ設定されているタイマー満了時間を中断時間に応じて可変する可変制御手段を設けたので、一時中断し、その後再充電する時は中断時間即ち二次電池の放電時間に応じ充電時間を変えているので過充電することはない。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明充電装置の実施形態の例につき説明する。
図１は本例による充電装置の構成例を示し、図１において、１は二次電池２を電源として動作する如く構成された電子機器を示し、３は電源スイッチ、４はこの電子機器１の電気回路を示す。
【００１４】
また５ａ及び５ｂは夫々、この電子機器１の専用充電装置１０の一方の出力端子１０ａ及び他方の出力端子１０ｂに接続する如くなされた一方及び他方の充電端子であり、この一方の充電端子５ａを逆流防止用のダイオード６を介して二次電池２の正極に接続すると共にこの二次電池２の負極を他方の充電端子５ｂに接続する。
【００１５】
この電子機器１の専用の充電装置１０は充電制御用マイコン１１を有し、この充電制御用マイコン１１には充電制御用タイマーを構成するカウンタ１１ａを設ける。
【００１６】
この充電制御用マイコン１１の２次電池検出用ポート１１ｂをｎｐｎ形トランジスタ１２のコレクタに接続し、このトランジスタ１２のコレクタを正の直流電圧が供給されるマイコン用電源端子１４に接続し、このトランジスタ１２のエミッタを設置すると共に他方の出力端子１０ｂに接続する。このマイコン用電源端子１４よりの電源を充電制御用マイコン１１に供給する。
【００１７】
この充電制御用マイコン１１は二次電池検出用ポート１１ｂがハイレベル“１”のときは二次電池２が接続されてないと判断すると共にこの二次電池検出用ポート１１ｂがローレベル“０”のときは二次電池２が接続されていると判断する。
【００１８】
このトランジスタ１２のベース・エミッタ間に抵抗器１５を接続すると共にこのトランジスタ１２のベースを抵抗器１６を介してｐｎｐ形トランジスタ１７のコレクタに接続する。
このトランジスタ１７のエミッタを抵抗器１８を介して正の直流電圧が供給される電源端子１９に接続すると共にこのトランジスタ１７のコレクタを抵抗器２０を介して接地する。
【００１９】
このトランジスタ１７のベース・エミッタ間に抵抗器２１を接続すると共にこのトランジスタ１７のベースを抵抗器２２を介して一方の出力端子１０ａに接続する。
【００２０】
この場合、一方及び他方の出力端子１０ａ及び１０ｂが一方及び他方の充電端子５ａ及び５ｂに接続されたときは、トランジスタ１７がオンすると共にトランジスタ１２がオンとなり、二次電池検出用ポート１１ｂをローレベル“０”とする。
【００２１】
またこの充電制御用マイコン１１の充電コントロール用ポート１１ｃを抵抗器２３を介してｎｐｎ形トランジスタ２４のベースに接続し、このトランジスタ２４のコレクタを抵抗器２５及びツェナーダイオード２６の直列回路を介して電源端子１９に接続する。
【００２２】
このトランジスタ２４のエミッタを接地すると共にこのトランジスタ２４のベース・エミッタ間に抵抗器２７を接続する。
【００２３】
このツェナーダイオード２６及び抵抗器２５の接続点をｐｎｐ形トランジスタ２８のベースに接続し、このトランジスタ２８のエミッタを抵抗器２９を介して電源端子１９に接続すると共にこのトランジスタ２８のエミッタ・コレクタ間に抵抗器３０を接続し、このトランジスタ２８のコレクタを一方の出力端子１０ａに接続する。
【００２４】
この場合、充電制御用マイコン１１は一方及び他方の出力端子１０ａ及び１０ｂ間に二次電池２が接続されていることを検出したときに充電コントロール用ポート１１ｃをハイレベル“１”とし、トランジスタ２４をオンにし、トランジスタ２８にバイアス電流を流し、このトランジスタ２８を介して二次電池２に充電電流を供給する如くする。
【００２５】
このとき、トランジスタ２８のベースに接続されているツェナーダイオード２６により、このトランジスタ２８のバイアス電圧が決められているので、二次電池２の電圧によりこのトランジスタ２８のバイアス電圧が変化することがないことから、抵抗器３０の抵抗値Ｒ２を抵抗器２９の抵抗値Ｒ１より極めて大Ｒ２≫Ｒ１した場合に、ツェナーダイオード２６のツェナー電圧Ｖｚとトランジスタ２８の内部のダイオードのスレッシホールド電圧Ｖｆ成分と抵抗器２９の抵抗値Ｒ１とにより充電電流値（定電流）を決定することができる。
【００２６】
この充電電流Ｉｃは、二次電池２の定格容量をＣとし、連続充電における、満充電になるまでに必要な充電時間をＴｃｆとすると
Ｉｃ＝（Ｖｚ−Ｖｆ）／Ｒ１
であり、また充電量を定格容量の１３０％に設定すると、
Ｃ×１．３＝Ｉｃ×Ｔｃｆ
で与えられる。
【００２７】
次に図２のフローチャート及び図３〜図５を使用し充電動作につき説明する。
先ず図３に示す如く連続充電する場合につき説明する。充電装置１０の電源をオンしたときに、この二次電池２が連続充電において、満充電するまでに必要な充電時間Ｔｃｆをこの充電制御用マイコン１１のカウンタ１１ａにカウンタ初期値設定する（ステップＳ１）。
【００２８】
次に充電制御用マイコン１１の二次電池検出用ポート１１ｂがローレベル“０”であるかどうか即ち二次電池２に接続されているかどうかを判断し（ステップＳ２）、その後カウンタ１１ａを減少し（ステップＳ３）、その後二次電池２が接続しているかどうかを判断し（ステップＳ４）、図３に示す如く連続充電のときはカウンタ１１ａが「０」になるまでこのステップＳ３及びＳ４を繰り返す。
【００２９】
本例においてはカウンタ１１ａが「０」になったと判断した（ステップＳ５）ときには通常充電を終了し、その後トリクル充電を行う（ステップＳ６）。
この場合二次電池２が接続されているかどうかを判断し（ステップＳ７）、この二次電池２が接続している間、このトリクル充電を継続する。
【００３０】
これは、二次電池２は放置しておくと自己放電するので、本例においては、通常充電したあと（満充電状態）は、この自己放電分を補うためのトリクル充電を行う如くする。
【００３１】
一般に二次電池の１日（２４時間）あたりの自己放電量は定格容量の数％である。また本例では、トリクル充電はパルス充電で行うものとする。
【００３２】
このとき二次電池２の自己放電量をＮ％とし、この二次電池２の定格容量をＣ（ｍＡｈ）とし、トリクル充電における平均充電電流値をＩｃｔ（ｍＡ）とすると、１日あたりの自己放電量はＣ×０．０１Ｎであり、
Ｉｃｔ＝（Ｃ×０．０１Ｎ）／２４
で与えられる。
【００３３】
更に通常充電電流値をＩｃ（ｍＡ）と任意時間をＴとしたとき、図６に示す如くハイレベル時間をＴ、ローレベル時間を｛（Ｉｃ−Ｉｃｔ）／Ｉｃｔ｝Ｔとするパルスでパルス充電（トリクル充電）することにより、自己放電分を補うことができる。
【００３４】
このトリクル充電は、図１において、充電制御用マイコン１１の充電コントロール用ポート１１ｃから図６に示す如きパルスを出力し、トランジスタ２４のオン・オフにより実現することができる。
【００３５】
このトリクル充電中は充電制御用マイコン１１のカウンタ１１ａのカウント値は「０」である。
【００３６】
この図２のフローチャートにおいて、いかなる時点（ステップＳ４、Ｓ７）でも、充電装置１０から電子機器１が外され二次電池２と充電装置１０との接続が遮断された時は、ステップＳ８に移行し、カウンタ１１ａのカウント値を増加させる（カウンタ１１ａの最大値はＴｃｆ時間分のカウント値である。）。
【００３７】
この場合、二次電池２が接続されたかが判断され（ステップＳ９）、接続されないときは、カウンタ１１ａのカウント値がＴｃｆになったかどうかが判断され（ステップＳ１０）、カウント値がＴｃｆに達しないときは、再度二次電池２が接続されるまでカウンタ１１ａのカウント値を増加する。
【００３８】
この二次電池２が再度接続されたときはステップＳ３に移行する。またステップＳ１０においてカウンタ１１ａのカウント値がＴｃｆになったときはステップＳ２に移行する。
【００３９】
この電子機器１が充電装置１０より外された時間はこの電子機器１を使用しているので、その分この二次電池２は放電されている。従って、この電子機器１が外されて放電したことによる二次電池２の電池容量の減少分を補うための充電と、更に計算上満充電になるまでの時間分だけ充電をすることにより過充電を防止することができる。
【００４０】
この場合、充電装置１０よりの二次電池２への充電電流値と電子機器１における二次電池２の放電電流値が等しいときは、充電装置１０より電子機器１が外された（放電した）時間と同じ時間を充電時間とすることで、電子機器１が外されて放電したことによる二次電池２の電池容量の減少分だけを補うことができる。
【００４１】
再度この二次電池を検出した（ステップＳ９）ときには電子機器１が外されていた時間分だけカウンタ１１ａのカウント値が増加されている（ステップＳ８）ので、｛（カウンタ１１ａのカウント値の増加された分）＋（電子機器１が外された時点でのカウンタ１１ａのカウント値）｝、即ち｛（外された時間）＋（電子機器１が外された時点での充電の残り時間）｝充電する。
【００４２】
この制御はあらゆる状態（ステップＳ４、ステップＳ７）において、図４、図５に示す如く、何度でも充電装置１０から電子機器１を外した場合にも実行される。
【００４３】
更に述べるに、図４、図５に示す如く充電スタートからＴｃ時間後に電子機器１を外して充電を停止する（充電中はカウンタ１１ａはカウント値減少のカウントを行う。）。電子機器１を外して充電を停止した時点ではカウンタ１１ａがカウント値をＴｃ時間分減少しているので、残りの充電時間は連続充電における満充電になるまでに必要な充電時間Ｔｃｆとの差分の（Ｔｃｆ−Ｔｃ）時間である。
【００４４】
ここで、電子機器１をＴｄ時間使用したとすると、二次電池２はその分の電池容量が減少していることになる。従って、この電池容量の減少分を補うための充電をＴｄ時間するために、この電子機器１を外してから再充電を始めるまでの間、このカウンタ１１ａのカウント値を増加させる。
【００４５】
この二次電池２の再充電を始めた時点では、先程の残りの充電時間である（Ｔｃｆ−Ｔｃ）時間に増加された分のＴｄ時間が加算され、残りの充電時間は｛Ｔｄ＋（Ｔｃｆ−Ｔｃ）｝時間だけ充電することにより、過充電を防止することができる。
【００４６】
この制御はあらゆる状態（ステップＳ４、ステップＳ７）においても何度でも充電装置１０から電子機器１を外しても同様で、｛（外されている時間）＋（電子機器１が外された時点での充電の残り時間）｝だけ充電することにより過充電を防止することができる。
【００４７】
上述において、二次電池２の充電電流値と放電電流値とに差異がある場合は、カウンタ１１ａのカウント値の単位時間あたりの減少量と増加量とに差を持たせることにより、上述同様にして過充電を防止する制御を実現することができる。
【００４８】
即ち、この充電電流値をＩｃ、この放電電流値をＩｄとし、電子機器１が外されていた（使用した）時間がＴｄであったとき、カウンタ１１ａの単位時間あたりの減少量を｛（Ｉｄ／Ｉｃ）×（カウンタ１１ａの単位時間の増加量）｝とすることにより、電子機器１が外されて放電したことによる二次電池２の電池容量の減少分を補うための充電は、充電電流Ｉｃで（Ｉｄ／Ｉｃ）×Ｔｄ時間を充電時間とする。
【００４９】
従って電子機器１が一度外されて再充電しようとしたときには、「放電によって減った容量分」を補うために必要な時間｛（Ｉｄ／Ｉｃ）×Ｔｄ］と、さらに計算上満充電にするために必要な時間（電子機器１が外された時点での充電の残り時間）を加算した時間を充電時間とする。
【００５０】
一般的な満充電検出方式である二次電池のマイナスデルタＶ値（−ΔＶ検出）、電池温度上昇勾配（ｄＴ／ｄｔ検出）、電池温度上限値（ＴＣＯ検出）等では少なくとも０．５ＣｍＡ以上の充電電流が必要とされるが、本例では充電時間により制御しているので充電電流値が比較的小さい０．１ＣｍＡ程度であっても過充電防止機能を持った充電装置を得ることができる。
【００５１】
また本例によれば充放電による二次電池２の電池容量の増減を充放電時間により換算しているため、この二次電池２の電圧を監視するための構成を必要としない簡単な構成で確実で安定な過充電防止を実現できる。
【００５２】
図７は本発明の実施の形態の他の例を示す。この図７につき説明するに図１に対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。
【００５３】
この図７例においては、図１例において充電制御用マイコン１１を電子機器１内に設け、この充電制御用マイコン１１により充電装置１０を制御する如くしたものである。本例においては、電源スイッチ３及び電子機器の電気回路４の接続点をこの充電制御用マイコン１１の電子機器使用検出用ポート１１ｅに接続し、電源スイッチ３がオンのとき使用中と判断する。また二次電池２よりこの充電制御用マイコン１１に電源を供給すると共に電源スイッチ３のオン・オフによりこの充電制御用マイコン１１のカウンタ１１ａをリセットしない如くする。
【００５４】
また、この充電装置１０には充電電流を出力端子１０ａ，１０ｂに出力する定電流発生回路４０を設け、この定電流発生回路４０の充電コントロール端子１０ｃに充電制御用マイコン１１の充電コントロール用ポート１１ｃに接続し、この充電制御用マイコン１１により定電流発生回路４０を制御するようにすると共にこの定電流発生回路４０の充電検出端子１０ｄに充電制御用マイコン１１の充電検出用ポート１１ｄを接続し、充電制御用マイコン１１に充電中か不充電中かを知らせるようにする。
【００５５】
この充電制御用マイコン１１においては充電検出用ポート１１ｄにより二次電池２の充電を検出したときにはカウンタ１１ａのカウント値を減少し、不充電を検出したときにはカウント１１ａのカウント値を増加する如くする。
【００５６】
その他は図１例と同様に構成する。この図７例においても、図１例同様の作用効果が得られることは容易に理解できよう。
【００５７】
尚本発明は上述例に限ることなく本発明の要旨を逸脱することなく、その他種々の構成が採り得ることは勿論である。
【００５８】
【発明の効果】
本発明によれば二次電池の充放電を充放電時間により制御しているので、充電電流値が比較的小さい０．１ＣｍＡ程度であっても過充電防止機能を持った充電装置を得ることができる。
【００５９】
また本発明によれば充放電による二次電池の電池容量の増減を充放電時間により換算しているため、この二次電池の電圧を監視するための構成を必要としない簡単な構成で確実で安定な過充電防止を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明充電装置の実施の形態の例を示す構成図である。
【図２】本発明の説明に供するフローチャートである。
【図３】本発明の説明に供する線図である。
【図４】本発明の説明に供する線図である。
【図５】本発明の説明に供する線図である。
【図６】本発明の説明に供する線図である。
【図７】本発明の実施の形態の他の例を示す構成図である。
【符号の説明】
１‥‥電子機器、２‥‥二次電池、４‥‥電子機器の電気回路、１０‥‥充電装置、１１‥‥充電制御用マイコン、１１ａ‥‥カウンタ、１１ｃ‥‥充電コントロール用ポート

Claims (1)

1. あらかじめ設定されているタイマー満了時間により充電を停止するようにした充電装置において、
   前記タイマー満了時間以前に充電を一時中断し、その後再度充電を開始したときに、前記あらかじめ設定されているタイマー満了時間を中断時間に応じて可変する可変制御手段を
   設けたことを特徴とする充電装置。

Images