JP3161272B2 - 電池の充電装置 - Google Patents

電池の充電装置

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  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はニッケル・カドミウム電
池等の２次電池を充電するための充電装置に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】２次電池の充電において、電池電圧の変
化を一定時間ごとにサンプリングし、電池電圧の変化を
検出して充電を終了する充電装置の従来例として特開昭
５３−１０３５４４号、特開昭５４−１５８６４１号等
がある。また、電池温度の変化を一定時間ごとにサンプ
リングし、電池温度の変化を検出して充電を終了する充
電装置の従来例として特開平２−２４６７３９号、特開
平６−１１３４７５号等がある。一方、電池温度によっ
て充電電流を切り換える充電装置の従来例として特開平
４−３４０３３０号がある。電池残容量によって充電電
流を切り換える充電装置の従来例として特開平６−６９
３９号がある。
【０００３】
【発明が解決しょうとする課題】図４（ａ）に示すよう
に充電電流が小さい時は、充電時間が長く、単位時間に
対する電池電圧及び電池温度の変化量が小さく、反対に
図４（ｂ）のように充電電流が大きい時は、充電時間が
短く、単位時間に対する電池電圧及び電池温度の変化量
が大きい。更に、充電電流の大小に差がある時は、上記
の特徴が更に顕著に現われる。このため、充電電流を切
り換える充電装置に電池電圧あるいは電池温度のサンプ
リング検出方式を適用する場合、次の問題が生じる。す
なわち充電電流を小さくすると、充電時間が長くなると
共に電池電圧あるいは電池温度の単位時間に対する変化
量が小さくなる。このため、充電電流が小さい時のサン
プリング時間を充電電流が大きい方に合わせたサンプリ
ング時間にすると、電池電圧あるいは電池温度の変化量
が小さくなるため、満充電検出の検出不良が生じ、電池
を過充電にする恐れがある。逆に、充電電流が大きい時
のサンプリング時間を充電電流が小さい方に合わせたサ
ンプリング時間にすると、電池電圧あるいは電池温度の
変化量が大きくなり満充電検出の検出精度が良くなる
が、充電時間に対するサンプル期間が長くなるので検出
の遅れが生じ、電池を過充電にする恐れがある。本発明
の目的は、上記の問題を解決するもので、電池電圧ある
いは電池温度の変化を応答良く検出することにより、電
池の満充電検出を確実に行えるようにすることである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的は、充電電流が
小さい時はサンプリング時間を長くすると共に電池電圧
及び電池温度の変化量判別値を小さくし、充電電流が大
きい時はサンプリング時間を短くすると共に電池電圧及
び電池温度の変化量判別値を大きくすることにより達成
される。
【０００５】
【作用】上記手段により、電池電圧、電池温度の十分な
変化量がとれ、応答性の良い確実な満充電検出制御がで
きるようになる。
【０００６】
【実施例】図１は本発明の一実施例を示す回路図であ
る。１は交流電源、２は複数の再充電可能な電池を接続
した電池組２Ａと該電池組２Ａに接触または近接して配
置され電池温度を検出する電池温度検出手段２Ｂからな
る電池パック、３は電池組２Ａに流れる充電電流を検出
する電流検出手段、４、５はホトカプラ等からなる信号
伝達手段、１０は全波整流回路１１、平滑用コンデンサ
１２からなる整流平滑回路、２０は高周波トランス２
１、ＭＯＳＦＥＴ２２、ＰＷＭ制御ＩＣ２３からなる充
電制御手段である。ＰＷＭ制御ＩＣ２３はＭＯＳＦＥＴ
２２の駆動パルス幅を変えて整流平滑回路１０の出力電
圧を調整するスイッチング電源用ＩＣである。３０はダ
イオード３１、３２、チョークコイル３３、平滑用コン
デンサ３４からなる整流平滑回路、４０は抵抗４１、４
２からなる電池電圧検出手段で、電池組２Ａの電池電圧
を分圧する。５０はＣＰＵ５１、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５
３、タイマ５４、Ａ／Ｄコンバータ５５、出力ポート５
６、リセット入力ポート５７からなるシングルチップマ
イクロコンピュータ（以後マイコンという）である。マ
イコン５０は電池組２Ａの状態に対応して充電電流を切
り換える充電電流切換手段を制御し、充電電流に応じて
電池電圧あるいは電池温度のサンプリング時間を切り換
えるサンプリング時間切換手段であり、充電電流に応じ
て電池電圧あるいは電池温度の変化量判別値を設定する
判別値設定手段であり、サンプリング電池電圧あるいは
電池温度を記憶し、サンプリングごとに電池電圧あるい
は電池温度の書換えを行い、サンプリングごとに最新の
電池電圧あるいは電池温度と前のサンプリング電池電圧
あるいは電池温度との差すなわち変化量を判別値設定手
段による設定値と比較する演算手段である。ＲＡＭ５３
はサンプリング電池電圧を記憶する電池電圧記憶手段５
３１、サンプリング電池温度を記憶する電池温度記憶手
段５３２を内蔵する。６０は演算増幅器６１、６２、抵
抗６３〜６７、充電電流切換手段６８からなる充電電流
制御手段である。充電電流切換手段６８は例えばＣＭＯ
ＳＩＣのアナログスイッチ４０６６等からなる。定電流
充電電流をＩ1と大きくする時は、マイコン５０の出力
ポート５６の信号により充電電流切換手段６８をオフし
て、初段の増幅度を下げる。定電流充電電流をＩ2（Ｉ1
＞Ｉ2）と小さくする時は、マイコン５０の出力ポート
５６の信号により充電電流切換手段６８をオンして、初
段の増幅度を上げる。７０は電源トランス７１、全波整
流回路７２、平滑コンデンサ７３、三端子ボルテージレ
ギュレータ７４、リセットＩＣ７５からなる定電圧電源
で、マイコン５０、充電電流制御手段６０等の電源とな
る。リセットＩＣ７５はマイコン５０を初期状態にする
ためにリセット入力ポート５７にリセット信号を出力す
る。
【０００７】次に、図１の回路図及び図２のフローチャ
ートを参照して動作の説明をする。電源を投入すると、
マイコン５０は電池パック２の接続待機状態となる（ス
テップ１０１）。電池パック２を接続すると、マイコン
５０は電池パック２の接続を電池電圧検出手段４０の信
号により判断し、出力ポート５６より信号伝達手段４を
介してＰＷＭ制御ＩＣ２３に充電開始信号を伝達し、充
電を開始する（ステップ１０２）。充電開始と同時に、
電池組２Ａに流れる充電電流を電流検出手段３により検
出し、この充電電流値と基準値Ｖｒｅｆとの差を充電電
流制御手段６０より信号伝達手段５を介してＰＷＭ制御
ＩＣ２３に帰還をかける。すなわち、充電電流が大きい
場合はパルス幅を狭め、逆の場合はパルス幅を広げ、パ
ルス幅に比例したパルスを高周波トランス２１に与え、
整流平滑回路３０で直流に平滑し、充電電流を一定に保
つ。電流検出手段３、充電電流制御手段６０、信号伝達
手段５、スイッチング回路２０及び整流平滑回路３０を
介して定電流制御を行う。次いで、電池電圧の勾配すな
わち充電開始前の電池電圧と充電開始から所定時間経過
後の電池電圧との差から電池組２Ａの残容量を判断し
（ステップ１０３）、勾配が小さい時は残容量が少ない
電池組２Ａと判断し、充電電流をＩ1に設定し（ステッ
プ１０４）、サンプリング時間ｔをＴ1に、電池電圧の
変化量判別値ＫVをＫV1に設定する（ステップ１０
５）。勾配が大きい時は残容量が多い電池組２Ａと判断
し、充電電流をＩ2に設定し（ステップ１０６）、サン
プリング時間ｔをＴ2に、電池電圧の変化量判別値ＫVを
ＫV2に設定する（ステップ１０７）。ここで、充電電
流、サンプリング時間、変化量判別値はＩ1＞Ｉ2、Ｔ1
＜Ｔ2、ＫV1＞ＫV2 の関係にある。次いで、電池電圧の
変化量を判断して電池組２Ａの満充電検出を行う。電池
組２Ａの電池電圧を分圧した電池電圧検出手段４０の出
力信号をＡ／Ｄコンバータ５５でＡ／Ｄ変換し、電池電
圧値Ｖｉｎとして取り込み（ステップ１０８）、電池電
圧値Ｖｉｎより前にサンプリングして記憶している電池
電圧値Ｖｐｒｅを減算してΔＶｉｎを求め（ステップ１
０９）、ΔＶｉｎが変化量判別値ＫVより大きいかどう
かの判断を行う（ステップ１１０）。ΔＶｉｎが変化量
判別値ＫV以下の場合、ＶｉｎをＶｐｒｅにし（ステッ
プ１１１）、ｔ時間経過をチェックし（ステップ１１
２）、再度ステップ１０８〜ステップ１１０の処理を行
う。ステップ１１０においてΔＶｉｎが変化量判別値Ｋ
Vより大きい場合、マイコン５０は出力ポート５６より
信号伝達手段４を介して充電停止信号をＰＷＭ制御ＩＣ
２３に伝達し、充電を停止する（ステップ１１３）。次
いで、電池パック２が取り出されるのを判断する（ステ
ップ１１４）。電池パック２の取り出しを判断したらス
テップ１０１に戻り、次の電池パック２の充電のための
待機をする。
【０００８】次に、図１の回路図及び図３のフローチャ
ートを参照して本発明の他の実施例の説明をする。電源
を投入すると、マイコン５０は電池パック２の接続待機
状態となる（ステップ２０１）。電池パック２を接続す
るとマイコン５０は電池パック２の接続を電池電圧検出
手段４０の信号により判断してステップ２０２に進む。
ステップ２０２において、マイコン５０は電池温度検出
手段２Ｂからの信号をＡ／Ｄコンバータ５５を介して入
力し、電池組２Ａが低温かどうかを判断する。電池組２
Ａが低温でない時は、充電電流をＩ1に設定し（ステッ
プ２０３）、サンプリング時間ｔをＴ1に、電池温度の
変化量判別値ＫTをＫT1に設定する（ステップ２０
４）。電池組２Ａが低温の時は、充電電流をＩ3に設定
し（ステップ２０５）、サンプリング時間ｔをＴ3に、
電池温度の変化量判別値ＫTをＫT3に設定する（ステッ
プ２０６）。ここで、充電電流、サンプリング時間、変
化量判別値はＩ1＞Ｉ3、Ｔ1＜Ｔ3、ＫT1＞ＫT3 の関係に
ある。次いで、マイコン５０は出力ポート５６より信号
伝達手段４を介してＰＷＭ制御ＩＣ２３に充電開始信号
を伝達して充電を開始し（ステップ２０７）、電池温度
の変化を判断して電池組２Ａの満充電検出を行う。電池
温度を検出する電池温度検出手段２Ｂの出力信号をＡ／
Ｄコンバータ５５でＡ／Ｄ変換し、電池温度Ｔｉｎとし
て取り込み（ステップ２０８）、電池温度Ｔｉｎより前
にサンプリングして記憶している電池温度Ｔｐｒｅを減
算しΔＴｉｎを求め（ステップ２０９）、ΔＴｉｎが変
化量判別値ＫTより大きいかどうかの判断を行う（ステ
ップ２１０）。ステップ２１０においてΔＴｉｎが変化
量判別値ＫTより小さい場合、ＴｉｎをＴｐｒｅにし
（ステップ２１１）、ｔ時間経過をチェックし（ステッ
プ２１２）、再度ステップ２０８〜ステップ２１０の処
理を行う。ステップ２１０においてΔＴｉｎが変化量判
別値ＫTより大きい場合、マイコン５０は出力ポート５
６より信号伝達手段４を介して充電停止信号をＰＷＭ制
御ＩＣ２３に伝達し、充電を停止する（ステップ２１
３）。次いで、電池パック２が取り出されるのを判断す
る（ステップ２１４）。電池パック２の取り出しを判断
したらステップ２０１に戻り、次の電池パック２の充電
のための待機をする。
【０００９】図５は本発明の他の実施例を示すフローチ
ャートである。フローチャートの説明をする前に電池電
圧Ｖと該電池電圧の変化量ΔＶｉｎについて図６を参照
して説明する。図６において、Ａは充電開始時、Ｂは電
池電圧変化量ΔＶｉｎが大きく増加する時点、Ｃは満充
電時点を示す。前記時点Ｂは、電池組２Ａへの充電入力
エネルギが電池組２Ａの活物質の変換に使われていたの
が、満充電に近づき充電入力エネルギが電池陽極の酸素
ガス発生のエネルギに費やされ始め、電池内圧と電池温
度が上昇し始めることにより電池電圧変化量ΔＶｉｎが
増加し始める時点で、電池電圧変化量ΔＶｉｎは第１変
化量判別値Ｋv以上となる。電池電圧変化量ΔＶｉｎ
は、図６に示す如く、充電開始時Ａにおいて大きくな
り、その後は徐々に減少して時点Ｂ近傍まで最小値を維
持する。Ｂ時点近傍から急激に増加してピーク値に達し
た後急激に減少し、Ｃ時点では第２変化量判別値Ｋw以
下となる。
【００１０】図５のフローチャートはこの電池電圧変化
量ΔＶｉｎを監視して満充電を検出するようにしたもの
である。すなわち電池電圧変化量ΔＶｉｎが前記第１変
化量判別値Ｋv以上となったことを検出して時点Ｂの通
過を判断し、次に電池電圧変化量ΔＶｉｎが第２変化量
判別値Ｋw以下となったことを検出して満充電となった
ことを検出するようにしたものである。なお、前記第１
変化量判別値Ｋv及び第２変化量判別値Ｋwは、電池組２
Ａの種類及び充電環境等によっても変化するが、夫々１
セルあたり５ｍＶ及び２．５ｍＶである。
【００１１】以下図５のフローチャートを説明する。ス
テップ３０２は後述する比較電池電圧値Ｖｐｒｅ等を初
期値にイニシャルセットすると共に同じく後述するフラ
ッグＦＬＡＧを０にセットする初期設定のステップであ
る。ステップ３０３において電池組２Ａが低温か否かを
判断し、低温ならステップ３０９に進んで充電電流をＩ
3に設定すると共にステップ３１０においてサンプリン
グ時間ｔ、第１変化量判別値Ｋv及び第２変化量判別値
Ｋwを夫々充電電流Ｉ 3 に対応したＴ3、Ｋv3及びＫw3に
設定する。電池組２Ａが低温でないならステップ３０４
に進み、電池残容量が少ないか否かの判断を行い、残容
量が多いと判断したならばステップ３０７に進んで充電
電流をＩ2に設定すると共にステップ３０８においてサ
ンプリング時間ｔ、第１変化量判別値Ｋv及び第２変化
量判別値Ｋwを夫々充電電流Ｉ 2 に対応したＴ2、Ｋv2及
びＫw2に設定する。ステップ３０４で残容量が少ないと
判断したならばステップ３０５に進んで充電電流をＩ1
に設定すると共にステップ３０６においてサンプリング
時間ｔ、第１変化量判別値Ｋv及び第２変化量判別値Ｋw
を夫々充電電流Ｉ 1 に対応したＴ1、Ｋv1及びＫw1に設定
する。ここで、充電電流、サンプリング時間、変化量判
別値はＩ1＞Ｉ2＞Ｉ3、Ｔ1＜Ｔ2＜Ｔ3、ＫV1＞ＫV2＞Ｋ
v3、Ｋw1＞Ｋw2＞Ｋw3、Ｋvi＞Ｋwi の関係にある。
【００１２】ステップ３１４は前記時点Ｂを通過したか
否かを表すＦＬＡＧが１か否かを判断するステップで、
ＦＬＡＧが０であり時点Ｂを通過していない時にはステ
ップ３１５に進んで電池電圧変化量△Ｖｉｎが第１変化
量判別値Ｋv以上か否かの判断を行い、ＦＬＡＧが１で
あり時点Ｂを通過しているならステップ３１９に進んで
電池電圧変化量△Ｖｉｎが第２変化量判別値Ｋw以下か
否かの判断を行う。前記ステップ３１５において電池電
圧変化量△Ｖｉｎが、第１変化量判別値Ｋv以上ならス
テップ３１８に進んでＦＬＡＧを１にし、第１変化量判
別値Ｋvより小さければステップ３１６に進んで比較電
池電圧値ＶｐｒｅをＶｉｎに書き換え、ステップ３１７
においてサンプリング時間ｔが経過したと判断したなら
ばステップ３１２に戻る。ステップ３１９において電池
電圧変化量△Ｖｉｎが、第２変化量判別値Ｋw以下なら
ステップ３２０に進んで充電を停止し、第２変化量判別
値Ｋwより大きければステップ３１６に進んで上記と同
様に比較電池電圧値を書き換える。
【００１３】図１においては充電電流を３種類にする構
成については記載されていないが、例えば前記抵抗６７
及び充電電流切換手段６８の組を更に１個追加し、該切
換手段６８のオンオフを制御することにより３種類の充
電電流とすることが可能である。また上記実施例におい
ては、電池温度で満充電を検出する場合、電池パック２
が低温か否かを判断して充電電流を設定するようにした
が、低温電池か否かの判断の代わりに図２と同様に、電
池残容量の多少を判断して充電電流を設定するようにす
ることも可能である。
【００１４】
【発明の効果】本発明によれば、充電電流が小さい時は
サンプリング時間を長くすると共に電池電圧または電池
温度の変化量判別値を小さくし、充電電流が大きい時は
サンプリング時間を短くすると共に電池電圧または電池
温度の変化量判別値を大きくし、電池電圧あるいは電池
温度の変化を応答良く確実に検出するようにしたので、
確実な満充電検出ができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す回路図。
【図２】電池電圧の変化量を検出して電池の満充電検出
を行う本発明の一実施例を示すフローチャート。
【図３】電池温度の変化量を検出して電池の満充電検出
を行う本発明の他の実施例を示すフローチャート。
【図４】充電電流に対する電池の充電特性を示すグラ
フ。
【図５】本発明の更に他の実施例を示すフローチャー
ト。
【図６】充電時の電池電圧と電池電圧変化量を示すグラ
フ。
【符号の説明】
２は電池パック、２Ａは電池組、２Ｂは電池温度検出手
段、４０は電池電圧検出手段、５０はマイコン、５３１
は電池電圧記憶手段、５３２は電池温度記憶手段、６８
は充電電流切換手段である。

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 充電電源と被充電電池との間に接続され
    たスイッチング素子と、電池の電池電圧を検出する電池
    電圧検出手段と、該電池電圧検出手段の検出出力を所定
    時間間隔でサンプリング入力し、電池電圧が所定状態に
    到達した時に満充電と検出し、前記スイッチング素子を
    介して充電を停止させる制御手段とを有する電池充電装
    置であって、 電池の状態に対応して充電電流を切り換える充電電流切
    換手段と、充電電流に対応して前記サンプリング時間を
    切り換えるサンプリング時間切換手段とを備えたことを
    特徴とする電池の充電装置。
  2. 【請求項２】 充電電源と被充電電池との間に接続され
    たスイッチング素子と、電池の温度を検出する電池温度
    検出手段と、該電池温度検出手段の検出出力を所定時間
    間隔でサンプリング入力し、電池温度が所定状態に到達
    した時に満充電と検出し、前記スイッチング素子を介し
    て充電を停止させる制御手段とを有する電池充電装置で
    あって、 電池の状態に対応して充電電流を切り換える充電電流切
    換手段と、充電電流に対応して前記サンプリング時間を
    切り換えるサンプリング時間切換手段とを備えたことを
    特徴とする電池の充電装置。
  3. 【請求項３】 前記電池の状態を、電池の残容量とした
    ことを特徴とする請求項１記載の電池の充電装置。
  4. 【請求項４】 前記電池の状態を、電池の温度としたこ
    とを特徴とする請求項１または請求項２記載の電池の充
    電装置。
  5. 【請求項５】 前記サンプリングした電池電圧と前にサ
    ンプリングした電池電圧との差すなわち電池電圧変化量
    を演算し、該電池電圧変化量が所定の変化量判別値より
    大きくなった時満充電とすることを特徴とした請求項１
    記載の電池の充電装置。
  6. 【請求項６】 前記電池電圧の変化量判別値を充電電流
    に対応して設定するようにしたことを特徴とする請求項
    ５記載の電池の充電装置。
  7. 【請求項７】 前記サンプリングした電池温度と前にサ
    ンプリングした電池温度との差すなわち電池温度変化量
    を演算し、該電池温度変化量が所定の変化量判別値より
    大きくなった時満充電とすることを特徴とした請求項２
    記載の電池の充電装置。
  8. 【請求項８】 前記電池温度の変化量判別値を充電電流
    に対応して設定するようにしたことを特徴とする請求項
    ７記載の電池の充電装置。
  9. 【請求項９】 前記サンプリングした電池電圧と前にサ
    ンプリングした電池電圧との差すなわち電池電圧変化量
    を演算し、該電池電圧変化量が所定の第１変化量判別値
    以上となったか否かを判断し、電池電圧が第１変化量判
    別値以上となった後の最新サンプリング電池電圧の変化
    量が所定の第２変化量判別値以下となった時満充電とす
    ることを特徴とした請求項１記載の電池の充電装置。
  10. 【請求項１０】 前記電池電圧の第１変化量判別値及び
    第２変化量判別値を充電電流に対応して設定するように
    したことを特徴とする請求項９記載の電池の充電装置。
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