JP3393656B2 - 電池充電装置および電池充電方法 - Google Patents

電池充電装置および電池充電方法

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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(以後ニッカド電池という)等の2次電池を充電する
電池充電装置および電池充電方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般にニッカド電池等の2次電池を短時
間で充電するために充電電流を大きくすると、低温にな
るにつれて陰極でのガス消費反応速度が低下するので、
低温時においては充電電流を低くする必要がある。そこ
で、本出願人が先に出願した特願平2−186764
(特開平4−340330)号のように電池温度を検出
し、該電池温度が設定値以下なら充電電流を下げる充電
法を提案した。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、電池のガス消
費反応速度が低下するのは、電池温度が低い時ばかりで
はなく、充電電流が大きい時や充電前に電池に残ってい
る電気量すなわち残容量が少ない時にも生じる。このた
め、単に電池温度を検出することにより充電電流を決定
しようとした場合、設定電池温度にマージンを持たせる
必要があり、広範囲の電池温度に対し効率的な短時間充
電を行うには問題となる。本発明の目的は、上記した従
来技術の欠点をなくし、ガス消費反応速度が低下してい
るか否かを判断して適正な充電電流で充電できるように
することである。
【0004】
【課題を解決するための手段】そこで、図3の充電曲線
1bに示すように低温になるにつれて電池のガス消費反
応速度が低下すると、電池の内部抵抗が大きくなって通
常の充電曲線1aに比較して電池電圧が上昇する点に着
目し、中レベルの充電電流で充電する充電初期において
検出した電池電圧と設定電圧値を比較し、検出電池電圧
が設定電圧値より大きい時、充電電流を下げ、以後この
小レベルの充電電流で充電し、検出電池電圧が設定電圧
値より小さい時中レベルの充電電流より大きい大レベル
充電電流で充電を行い、この大レベル充電電流での充電
時に検出した電池電圧が第2設定電圧値より小さい時大
レベル充電電流での充電を継続し、検出電池電圧が第2
設定電圧値より大きい時中レベルの充電電流で充電する
ようにした。
【0005】
【作用】この結果、電池のガス消費反応速度の状態を確
実に判別して充電する電池の状態に対応した充電電流で
充電することができるので、広範囲の電池温度に対し充
電時間を最短にすることができると共に低温時に電池に
ストレスを与えないで充電できるので電池の寿命が伸び
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、3は該電池組2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と平滑用コンデンサ1
2からなる整流平滑回路、20は高周波トランス21、
MOSFET22とPWM制御IC23からなる充電制
御手段である。該充電制御手段20は後述するシングル
チップマイクロコンピュータ(以後マイコンという)5
0の出力ポート56からの信号により電池組2への充電
開始・停止の制御を行う。PWM制御IC23はMOS
FET22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。3
0はダイオード31、32、チョークコイル33及び平
滑用コンデンサ34からなる整流平滑回路、40は抵抗
41、42からなる電池電圧検出手段であって、電池組
2の電池電圧を検出する。前記マイコン50は周知の如
くCPU51、ROM52、RAM53、タイマ54、
A/Dコンバータ55、出力ポート56、リセット入力
57等から構成される。該マイコン50は電池のガス消
費反応速度の状態を判別するために、電池電圧検出手段
40から入力される電池電圧を所定の比較基準電圧値と
比較し、比較結果に基づき後述する充電電流制御手段6
0に信号を送り充電電流を制御する。また、充電開始・
停止の信号を出力ポート56を介して発生する。60は
演算増幅器61、62、抵抗63a、63b、63c、
64〜66とアナログスイッチ67a、67bからなる
充電電流制御手段であって、アナログスイッチ67a、
67bは例えばCMOSIC4066等からなる。充電
電流を下げるには演算増幅器61による増幅度を上げれ
ば良い。すなわち、充電電流を最大にするにはアナログ
スイッチ67a、67bをオフして、演算増幅器61に
よる増幅度を最小にする。充電電流を下げるには、マイ
コン50の出力ポート56の信号によりアナログスイッ
チ67bのみをオンして、演算増幅器61による増幅度
を上げる。更に充電電流を下げるには、マイコン50の
出力ポート56の信号によりアナログスイッチ67aの
みをオンして、演算増幅器61による増幅度をさらに上
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7
4、リセットIC75からなる定電圧電源で、マイコン
50、演算増幅器61、62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57にリセット信号を出力する。
【0007】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は電池組2の接続待機状態となる(ステップ10
1)。電池組2を接続すると、マイコン50は電池接続
を電池電圧検出手段40の出力信号により判別し、充電
電流制御手段60のアナログスイッチ67bのみをオン
にして中位の増幅度にし、充電電流を中レベルI2にす
ると同時に、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
開始する(ステップ102)。充電開始と同時に、電池
組2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との差を差動増幅手段
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。すなわ
ち電流検出手段3、充電電流制御手段60、信号伝達手
段5、充電制御手段20及び整流平滑回路30を介して
充電電流が定電流となるように制御する。電池組2の電
圧を検出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Vin1とし
て取り込む(ステップ103)。電池のガス消費反応速
度が低下しているかどうか判別するために、入力した電
池電圧値Vin1と比較設定電圧値Vref1を比較する(ス
テップ104)。Vin1>Vref1の時はアナログスイッ
チ67aのみをオンして充電電流を中レベルI2より小
さい小レベルI3に下げ、以後この小レベルの充電電流
I3での充電を継続する(ステップ105・図4参
照)。Vin1<Vref1の時はアナログスイッチ67a、
67bをオフして充電電流を中レベルI2より大きい大
レベルI1に上げる(ステップ106・図6参照)。次
いで、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Vin2として取り
込む(ステップ107)。充電電流の上昇により、電池
のガス消費反応速度が低下しているかどうか判別するた
めに、入力した電池電圧値Vin2と第2比較設定電圧値
Vref2を比較する(ステップ108)。Vin2>Vref2
の時はアナログスイッチ67bのみをオンして、充電電
流を中レベルI2に下げ、以後この中レベルの充電電流
I2で充電を継続する(ステップ109・図5参照)。
Vin2<Vref2の時は充電電流を大レベルI1のままにし
て充電を継続し、満充電の判別をするステップ110に
進むステップ110において満充電別したら、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IC23に伝達し、充電を
停止する(ステップ111)。次いで、電池組2が取り
出されるのを判別する(ステップ112)。電池組2の
取り出しが判別したらステップ101に戻り、次の電池
組2の充電のための待機をする。
【0008】上記実施例によれば、ステップ104にお
いて、充電初期で電池温度及び残容量に基づいて変化す
るガス消費反応速度の大小を検出し、この検出結果に対
応して充電電流を大レベルI1または小レベルI3に設
定し、電池温度及び残容量に応じた充電電流で充電を行
う。またステップ108において、充電電流の大小に基
づいて変化するガス消費反応速度の大小を検出し、この
検出結果に対応してガス消費反応速度の大小に応じて充
電電流を中レベルI2または大レベルI1に設定して充
電するようにしたので、広範囲の電池温度に対し充電時
間を最短にすることができる。
【0009】
【発明の効果】以上のように本発明は、電池のガス消費
反応速度の状態を確実に判別してガス消費反応速度に対
応した充電電流で充電するようにしたので、広範囲の電
池温度に対し充電時間を最短にすることができる。ま
た、低温時に電池にストレスを与えないで充電できるの
で電池の寿命が伸びる等の効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明充電装置の一実施例を示す回路図。
【図2】本発明充電装置の制御法の一実施例を示すフロ
ーチャート。
【図3】通常温度時及び低温時における充電曲線を示す
グラフ。
【図4】電池温度と電池電圧及び充電電流の関係を示す
グラフ。
【図5】電池温度と電池電圧及び充電電流の関係を示す
グラフ。
【図6】電池温度と電池電圧及び充電電流の関係を示す
グラフ。
【符号の説明】
20は充電制御手段、40は電池電圧検出手段、50は
マイコン、60は充電電流制御手段である。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−97234(JP,A) 特開 昭51−60941(JP,A) 実開 平2−68642(JP,U) 実開 昭63−100928(JP,U)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 充電初期に中レベルの充電電流で充電す
    るように2次電池への充電を制御する充電制御手段と、
    充電時の電池電圧を検出する電池電圧検出手段と、該電
    池電圧検出手段からの電池電圧と設定値を比較する比較
    手段と、該比較手段で電池のガス消費反応速度の低下に
    よる電池の内部抵抗の増加に基づき充電初期の電池電圧
    が設定値より大きいと判別した時充電電流を下げ、以後
    この小レベルの充電電流で充電する充電電流制御手段を
    備えたことを特徴とする電池充電装置。
  2. 【請求項2】 前記検出電池電圧が設定値より小さい時
    充電電流を中レベルより大きい大レベルの充電電流に設
    定し大レベル充電電流により充電し、大レベル充電電
    流での充電時の検出電池電圧が第2設定値より大きいと
    判別した時、中レベルの充電電流に戻して充電し、検出
    電池電圧が第2設定値より小さいと判別した時大レベル
    充電電流での充電を継続するようにしたことを特徴とす
    る請求項1記載の電池充電装置。
  3. 【請求項3】 電源と電池との間に設けられ、充電電流
    の供給、停止を制御する充電制御手段と、充電時の電池
    電圧を検出する電池電圧検出手段と、該電池電圧検出手
    段からの電池電圧と設定値を比較する比較手段と、充電
    電流の大小を制御する充電電流制御手段と、比較手段の
    比較結果を受け充電電流制御手段を介して充電電流の大
    きさを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、中
    レベルの充電電流で充電する充電初期の電池電圧が設定
    値より大きいと判断した時充電電流を中レベルより小さ
    い小レベルの充電電流で充電を行うよう制御し、充電初
    期の電池電圧が設定値より小さいと判断した時充電電流
    を中レベルより大きい大レベルの充電電流で充電を行う
    よう制御し、大レベルの充電電流による充電時の電池電
    圧が第2設定値より小さいと判断した時大レベルの充電
    電流での充電を継続するよう制御し、大レベルの充電電
    流による充電時の電池電圧が第2設定値より大きいと判
    断した時中レベルの充電電流で充電を行うように制御す
    るようにしたことを特徴とする電池充電装置。
  4. 【請求項4】 次のステップからなる電池充電方法。 a 充電初期に中レベルの充電電流で充電する。 b aの充電時の電池電圧を検出し、検出電池電圧と設
    定値を比較する。 c 検出電池電圧が設定値より大きい時充電電流を中レ
    ベル充電電流より小さい小レベルの充電電流に設定し、
    小さい時充電電流を中レベル充電電流より大きい大レベ
    ルの充電電流に設定する。 d 検出電池電圧が設定値より大きい時小レベルの充電
    電流で充電する。 e 検出電池電圧が設定値より小さい時大レベルの充電
    電流で充電する。 f eでの充電時の電池電圧を検出し、検出電池電圧と
    第2設定値を比較する。 g 検出電池電圧が第2設定値より大きい時充電電流を
    中レベル充電電流に設定し、小さい時充電電流を大レベ
    ル充電電流に設定する。 h 検出電池電圧が第2設定値より大きい時中レベルの
    充電電流で充電する。 j 検出電池電圧が第2設定値より小さい時大レベルの
    充電電流で充電する。
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