JP3809455B2 - 充電装置 - Google Patents
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Description
本発明は、二次電池を充電する充電装置に関する。
特許文献1には、二次電池の充電装置が開示される。この二次電池の充電装置は、二次電池を充電する充電手段と、二次電池に通電される充電電流の電流値を測定する電流測定手段と、二次電池に印加される電圧、又は二次電池の電池電圧を検出する電圧測定手段と、二次電池の充電を制御する充電制御装置と、を備える。
そして、特許文献1の充電装置は、この二次電池を所定の電圧値で、一定時間、印加した後、印加電圧を満充電平衡電位に切り換える。そして、該満充電平衡電位で印加している間に、該満充電平衡電位における電流値を検出して、該電流値を所定の判定基準値と比較し、該電流値が該判定基準値より大きいときは、再び、二次電池を該所定の電圧値で印加する。以上のフローを繰り返す一方、検出された電流値が上述の判定基準値以下のときには、該二次電池の充電を停止する。
従来、二次電池を充電する場合、ΔT制御方式や−ΔV制御方式などで、二次電池に供給する電力を制御している。このような制御方式で電力を供給する場合、その制御方式を実現する制御回路は複雑となり、且つ、充電電力を十分に供給できる大型の受動素子などを使用しなければならない。
これに対して、上記特許文献1の充電装置では、充電電圧を出力する電源装置と二次電池との間には、基本的には、バッファ抵抗素子とスイッチング素子とを接続すればよい。しかも、上記特許文献1の充電装置では、そのスイッチング素子のスイッチングを時間に基づいて制御すればよい。したがって、上記特許文献1の充電装置では、上述した従来の制御方式で電力を供給する充電装置に比べて、制御回路が簡易となり、且つ、充電電力を供給できる受動素子を使用する必要が無くなる。
しかしながら、上記特許文献1の充電装置では、二次電池の充電を開始した直後に流れる突入電流が大きい。また、上記特許文献1の充電装置では、使用した直後の二次電池を充電しようとすると、その充電開始直後からしばらくの期間において、充電電流が過大となってしまうことがある。これらの電流は、充電電流が安定している定常時の電流より大きい。
このように上記特許文献1の充電装置で二次電池を充電する場合、その充電期間中には、その定常時の充電電流に比べて、大きな電流が流れることがある。そのため、上記特許文献1の充電装置では、その定常時の充電電流より大きな電流が流れるときであっても、安定した電力を供給するために、電源装置として、その大きな電流より大きい定格電流を出力できるものを使用する必要がある。
たとえば、電源装置の定格電流を超える過大な突入電流が流れると、電源装置の出力電圧は、低下する。その電源装置から給電されている充電制御用のマイクロコンピュータは、供給される電圧が低下してしまうと、動作を停止してしまう。マイクロコンピュータが停止すると、充電の制御がなされなくなり、二次電池は、充電されなくなる。
本発明は、二次電池を充電する時に発生する過大な電流を抑制することができる充電装置を得ることを目的とする。
本発明に係る充電装置は、二次電池を充電する充電電圧を出力する電源装置と、電源装置と二次電池との間に接続され、二次電池を充電する電流が流れる第一の抵抗素子と、第一の抵抗素子と直列に接続される第一のスイッチング素子と、第一の抵抗素子および第一のスイッチング素子の全体と並列に接続され、第一の抵抗素子より大きい抵抗値を有する第二の抵抗素子と第二のスイッチング素子とを直列に接続してなる回路と、第一の抵抗素子に流れる電流を検出する充電電流検出手段と、充電開始時には第二のスイッチング素子のみを閉じ、充電開始から所定の時間が経過したら第一のスイッチング素子のみを閉じ、さらに所定の期間が経過したタイミングにおける充電電流検出手段による検出電流が所定の規定値以下である場合には第二のスイッチング素子を閉じるスイッチ制御手段と、を有するものである。
この構成を採用すれば、充電開始時には、第一の抵抗素子より大きい抵抗値を有する第二の抵抗素子を介して、電源装置を二次電池に接続する。また、充電開始から所定の時間が経過したら、第一の抵抗素子を介して電源装置を二次電池に接続する。したがって、充電開始に流れる突入電流は、たとえば充電開始時に第一の抵抗素子を接続する場合に比べて、抑制される。その結果、二次電池の充電開始直後に発生する過大な突入電流を抑制することができる。
また、この構成を採用すれば、第一のスイッチング素子のみを閉じた後さらに所定の期間が経過したタイミングにおいて、充電電流検出手段による検出電流が所定の規定値以下である場合には、電源装置は、第一の抵抗素子および第二の抵抗素子による並列回路を介して、二次電池に接続される。この並列回路の抵抗値は、第一の抵抗素子の抵抗値および第二の抵抗素子の抵抗値より小さくなる。したがって、使用した直後に二次電池の充電を開始して、充電開始からしばらくの期間において充電電流が過大となってしまう場合には、第一の抵抗素子のみでの充電を継続して、二次電池を充電する時に発生する過大な電流を抑制しつつ、それ以外の場合には、第一の抵抗素子および第二の抵抗素子による低抵抗の並列回路で、効率よく充電することができる。
そして、このように二次電池を充電する時に発生する過大な電流を抑制することができるので、電源装置として定格電流が小さい小型のものを使用することができる。
本発明に係る充電装置は、上述した発明の構成に加えて、二次電池の満充電時の電圧と略等しい電圧を出力する基準電圧発生回路と、二次電池と基準電圧発生回路との間に接続され、第三の抵抗素子と第三のスイッチング素子とを直列に接続してなる回路と、第三の抵抗素子に流れる電流が所定の判定値以下である場合、二次電池の充電が完了したと判断する満充電判定手段と、を有し、スイッチ制御手段が、充電を開始してから満充電判定手段が充電が完了したと判断するまでの期間において、間欠的に第一のスイッチング素子および第二のスイッチング素子を開き、その第一のスイッチング素子および第二のスイッチング素子を開いている期間において第三のスイッチング素子を閉じることで、満充電判定手段による充電完了の判定を行わせるものである。
この構成を採用すれば、充電期間中において、二次電池の充電が完了したことを判断することができる。しかも、第三の抵抗素子に流れる電流が所定の判定値以下であることに基づいて充電完了を判断するので、二次電池の充電が完了した時点では、この第三の抵抗素子に流れる電流が小さい状態となる。その結果、たとえば、第三のスイッチング素子のスイッチ接点の接触抵抗などによる電圧ドロップを考慮することなく、二次電池の充電電圧を正確に判断することができる。
本発明に係る他の充電装置は、複数の二次電池を個別に充電する充電電圧を出力する電源装置と、電源装置と複数の二次電池のそれぞれとの間に接続される複数の切替用のスイッチング素子と、複数の切替用のスイッチング素子と電源装置との間に接続され、二次電池を充電する電流が流れる第一の抵抗素子と、第一の抵抗素子と直列に接続される第一のスイッチング素子と、第一の抵抗素子および第一のスイッチング素子の全体と並列に接続され、第一の抵抗素子より大きい抵抗値を有する第二の抵抗素子と第二のスイッチング素子とを直列に接続してなる回路と、第一の抵抗素子に流れる電流を検出する充電電流検出手段と、複数の切替用のスイッチング素子を1つずつ順番に切り換えて閉じ、その各閉じている期間において、まず第二のスイッチング素子のみを閉じ、充電開始から所定の時間が経過したら第一のスイッチング素子のみを閉じ、さらに所定の期間が経過したタイミングにおける充電電流検出手段による検出電流が所定の規定値以下である場合には第二のスイッチング素子を閉じるスイッチ制御手段と、を有するものである。
この構成を採用すれば、各二次電池を充電する際に、充電開始時に流れる突入電流は抑制される。その結果、各二次電池の充電開始直後に発生する過大な突入電流を抑制することができる。
また、この構成を採用すれば、使用した直後に二次電池の充電を開始して、充電開始からしばらくの期間において充電電流が過大となってしまう場合には、第一の抵抗素子のみでの充電を継続して、二次電池を充電する時に発生する過大な電流を抑制しつつ、それ以外の場合には、第一の抵抗素子および第二の抵抗素子による低抵抗の並列回路で、効率よく充電することができる。
そして、このように二次電池を充電する時に発生する過大な電流を抑制することができるので、電源装置として定格電流が小さい小型のものを使用することができる。
さらに、この構成を採用すれば、複数の二次電池を順番に切り換えて充電するので、たとえばこの複数の二次電池の中の一部に使用直後のものが混在している場合であっても、それぞれの二次電池を適当な充電電流で充電することができる。
他の発明に係る充電装置は、上述した各発明の構成に加えて、電源装置が、交流電圧を整流する回路と、その整流された電圧に基づいて充電電圧を生成するトランスとを有し、スイッチ制御手段が、トランスを介して供給される電力で動作するマイクロコンピュータにおいて実現されるものである。
この構成を採用すれば、電源装置は、1つのトランスで、二次電池を充電し、スイッチ制御手段へ電力を供給することができる。その結果、これらを別々のトランスで実現する場合より、充電装置を小型化することができる。
また、この構成では、二次電池を充電する時に発生する過大な電流が抑制されている。そのため、このように1つのトランスで二次電池の充電とスイッチ制御手段への電力供給とを実現したとしても、たとえば充電開始時の突入電流によってスイッチ制御手段の動作が停止してしまうことはなく、二次電池を充電することができる。
他の発明に係る充電装置は、上述した各発明の構成に加えて、第二の抵抗素子の抵抗値が、第一の抵抗素子の抵抗値の2倍以上、且つ、4倍以下であり、充電電流検出手段によって検出電流と比較される所定の規定値は、電源装置の定格電流の60%以上、且つ、80%以下であるものである。
この構成を採用すれば、突入電流のピーク値を半分以下に抑えることができる。突入電流のピーク値と、第一の抵抗素子により安定的に充電しているときの定常時の充電電流とを同レベルにすることができる。その結果、電源装置として、定常時の充電電流に対して若干の余裕を有する程度の定格電流を有する小型のものを使用することができる。
しかも、第一のスイッチング素子のみを閉じた後さらに所定の期間が経過したタイミングにおいて、第一の抵抗素子および第二の抵抗素子による並列回路を介して電源装置を二次電池に接続することで、そのように若干の余裕を有する電源装置の能力をフルに活用することができる。その結果、第二の抵抗素子のみで充電するときがあるにもかかわらず、二次電池の充電時間を短縮することができる。
他の発明に係る充電装置は、上述した各発明の構成に加えて、第二のスイッチング素子のみを閉じてから、第一のスイッチング素子のみを閉じるまでの所定の期間が、50ミリ秒以上、且つ、200ミリ秒以下であるものである。
この構成を採用すれば、充電開始時の突入電流が流れる期間には、第二の抵抗素子のみが確実に接続される。その結果、突入電流を確実に低減することができる。しかも、第二の抵抗素子のみを接続している期間を必要最小限に抑えることで、そのような電流の抑制期間による二次電池の充電時間の長期化を最小限に抑えることができる。
他の発明に係る充電装置は、上述した各発明の構成に加えて、第一のスイッチング素子のみを閉じてから、充電電流検出手段による検出電流に基づく判断を実行するまでの所定の期間が、50ミリ秒以上、且つ、200ミリ秒以下であるものである。
この構成を採用すれば、第一の抵抗素子のみを接続し、充電電流が確実に安定した状態において、第二の抵抗素子の接続の可否を正しく判断することができる。しかも、第二の抵抗素子が接続できる状態である場合に、第一の抵抗素子のみで充電している期間を最小限に抑えることができ、二次電池の充電時間を最大限に短縮することができる。
本発明では、二次電池を充電する時に発生する過大な電流を抑制することができる。
以下、本発明の実施の形態に係る充電装置を、図面に基づいて説明する。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る充電装置1を示すブロック図である。この充電装置1は、商用交流電源2から供給される電力で、二次電池3を充電するものである。
図1は、本発明の実施の形態1に係る充電装置1を示すブロック図である。この充電装置1は、商用交流電源2から供給される電力で、二次電池3を充電するものである。
二次電池3には、たとえば、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池などがある。また、二次電池3は、JIS規格(JIS C 8500)などにおいて、その容量に応じて単一、単二、単三などのサイズに規格化されているものがある。
充電装置1は、電源コネクタ10を有する。電源コネクタ10は、一対の入力端子11,12を有する。一対の入力端子11,12は、商用交流電源2に接続される。一対の入力端子11,12には、商用交流電源2が出力する交流電圧が印加される。
電源コネクタ10の一対の入力端子11,12は、内部的には、電源装置としてのスイッチング電源装置13に接続される。図2は、図1中のスイッチング電源装置13の構成例を示すブロック図である。スイッチング電源装置13は、交流電圧を整流する回路としての全波整流回路31と、コンデンサ32と、トランス33と、電源用スイッチング素子34と、第一のフィルタ回路35と、第二のフィルタ回路36と、を有する。
トランス33は、フェライトコア41と、一次側巻線42と、2つの二次側巻線43,44と、を有する。一次側巻線42および2つの二次側巻線43,44は、フェライトコア41に巻きつけられる。
全波整流回路31は、たとえばブリッジ接続された4つのダイオードで構成される。一対の入力端子11,12は、全波整流回路31に接続される。全波整流回路31は、一対の入力端子11,12に入力される交流電圧を全波整流して出力する。なお、全波整流回路31に替えて、半端整流回路を用いてもよい。
全波整流回路31の出力は、コンデンサ32に接続される。また、コンデンサ32は、トランス33の一次側巻線42の一端と電源用スイッチング素子34とを直列に接続した回路と並列に接続される。電源用スイッチング素子34は、制御信号によりオン状態とオフ状態との間に切り替わるようにスイッチング制御される。電源用スイッチング素子34がオン状態になると、一次側巻線42に電流が流れる。電源用スイッチング素子34がオフ状態になると、一次側巻線42に電流がなくなる。一次側巻線42には、この電流の変化に基づく電圧が発生する。
トランス33の2つの二次側巻線43,44の中の一方の二次側巻線43は、第一のフィルタ回路35に接続される。第一のフィルタ回路35は、ダイオード51と、コンデンサ52とを有する。ダイオード51およびコンデンサ52は、一方の二次側巻線43と閉ループを構成する。ダイオード51は、一方の二次側巻線43からコンデンサ52に電流を流す向きに接続される。
トランス33の一次側巻線42に電流の変化に基づく電圧が発生すると、フェライトコア41に形成される磁束は、変化する。フェライトコア41に形成される磁束が変化すると、フェライトコア41に巻きつけられている一方の二次側巻線43は、電圧を発生する。第一のフィルタ回路35は、この一方の二次側巻線43に発生する電圧を平滑化するとともに、この平滑化した直流電圧を出力する。
トランス33の2つの二次側巻線43,44の中の他方の二次側巻線44は、第二のフィルタ回路36に接続される。第二のフィルタ回路36は、ダイオード61と、コンデンサ62とを有する。ダイオード61およびコンデンサ62は、他方の二次側巻線44と閉ループを構成する。ダイオード61は、他方の二次側巻線44からコンデンサ62に電流を流す向きに接続される。
トランス33の一次側巻線42に電流の変化に基づく電圧が発生すると、フェライトコア41に形成される磁束は、変化する。フェライトコア41に形成される磁束が変化すると、フェライトコア41に巻きつけられている他方の二次側巻線44は、電圧を発生する。第二のフィルタ回路36は、この他方の二次側巻線44に発生する電圧を平滑化するとともに、この平滑化した直流電圧を出力する。
図1に戻って、スイッチング電源装置13は、2つの充電用スイッチング素子14,15と、マイクロコンピュータ16とに接続される。2つの充電用スイッチング素子14,15は、制御信号により開状態あるいは閉状態に制御される。2つの充電用スイッチング素子14,15の一端は、第一のフィルタ回路35のコンデンサ52の一端に接続される。第一のフィルタ回路35のコンデンサ52の他端は、充電装置1のグランド17に接続される。
2つの充電用スイッチング素子14,15の中の、第一のスイッチング素子としての、一方の充電用スイッチング素子14の他端は、第一の抵抗素子としての第一バッファ抵抗素子18の一端に接続される。この実施の形態1に係る充電装置1では、第一バッファ抵抗素子18として0.11オームの抵抗値を有するものを使用する。
2つの充電用スイッチング素子14,15の中の、第二のスイッチング素子としての、他方の充電用スイッチング素子15の他端は、第二の抵抗素子としての第二バッファ抵抗素子19の一端に接続される。この実施の形態1に係る充電装置1では、第二バッファ抵抗素子19として0.33オームの抵抗値を有するものを使用する。なお、この第二バッファ抵抗素子19には、たとえば、充電開始時のスパイク状の突入電流を抑制し、且つ、後述する並列での充電時の電流の最大値がスイッチング電源装置13の定格電流に近い値となるような抵抗値のものを選択すればよい。
第二バッファ抵抗素子19の他端および第一バッファ抵抗素子18の他端は、電池ホルダ20に接続される。電池ホルダ20は、所定のサイズの二次電池3が収容できる図示外のホルダ本体と、このホルダ本体に収容された二次電池3の2つの端子と接触する2つの電池端子21,22と、を有する。第二バッファ抵抗素子19の他端および第一バッファ抵抗素子18の他端は、この2つの電池端子21,22の中の一方の電池端子21に接続される。2つの電池端子21,22の中の他方の電池端子22は、グランド17に接続される。
電池ホルダ20の一方の電池端子21には、他にも、第三のスイッチング素子としての判定用スイッチング素子23の一端が接続される。判定用スイッチング素子23は、制御信号により開状態あるいは閉状態に制御することができる。判定用スイッチング素子23の他端には、第三の抵抗素子としての判定用抵抗素子24の一端に接続される。判定用抵抗素子24の他端は、基準電圧回路25が接続される。基準電圧回路25は、電池ホルダ20に収容される二次電池3の満充電電圧と略同じ電圧を発生する。基準電圧回路25が発生する電圧としては、たとえば、グランド17を基準として約1.4ボルトとなる電圧としている。
マイクロコンピュータ16は、タイマ26、図示外の中央処理装置、図示外のメモリ、図示外のI/Oポート、図示外のA/Dコンバータ、これらを接続する図示外のシステムバスなどを有する。
I/Oポートは、設定に応じたレベルの信号を出力したり、入力される信号のレベルをシステムバスへ出力したりする。I/Oポートは、スイッチング電源装置13の電源用スイッチング素子34、他方の充電用スイッチング素子15、一方の充電用スイッチング素子14、判定用スイッチング素子23などが接続される。I/Oポートは、これらのスイッチング素子に制御信号を出力する。
A/Dコンバータは、入力されるアナログ信号をサンプリングしてデジタル値へ変換する。A/Dコンバータには、第一バッファ抵抗素子18の両端や、判定用抵抗素子24の両端が接続される。そして、A/Dコンバータは、第一バッファ抵抗素子18に発生している電圧のデジタル値や、判定用抵抗素子24に発生している電圧のデジタル値をシステムバスへ出力する。
メモリは、図示外の充電制御プログラムを記憶する。中央処理装置は、メモリからのこの充電制御プログラムを読み込んで実行する。これにより、マイクロコンピュータ16には、PWM(Pulse Width Modulation)制御部27、スイッチ制御手段としてのスイッチ制御部28、充電電流検出手段としての充電電流検出部29、満充電判定としての満充電判定部30が実現される。
なお、この充電制御プログラムは、予めマイクロコンピュータ16のメモリに読み込まれていてもよいが、たとえば図示外のコンピュータ読み取り可能な記録媒体や、図示外の通信媒体を介して、マイクロコンピュータ16のメモリに記憶されてもよい。
PWM制御部27は、I/Oポートに対して設定を行うことで、スイッチング電源装置13の電源用スイッチング素子34を、オン状態とオフ状態との間で切り換える制御信号を出力する。
スイッチ制御部28は、I/Oポートに対して設定を行うことで、他方の充電用スイッチング素子15、一方の充電用スイッチング素子14および判定用スイッチング素子23を、オン状態とオフ状態との間で切り換える制御信号を出力する。
充電電流検出部29は、A/Dコンバータから、第一バッファ抵抗素子18に発生している電圧のデジタル値を読み込む。充電電流検出部29は、その読み込んだデジタル値と所定の判定値とを比較する。充電電流検出部29は、その比較結果を、充電電流の比較結果としてスイッチ制御部28へ出力する。
満充電判定部30は、A/Dコンバータから、判定用抵抗素子24に発生している電圧のデジタル値を読み込む。満充電判定部30は、その読み込んだデジタル値と所定の判定値とを比較する。満充電判定部30は、その比較結果を、満充電の判定結果としてスイッチ制御部28へ出力する。
次に、以上の構成を有する実施の形態1に係る充電装置1の動作を説明する。
まず、充電装置1の電源コネクタ10を、商用交流電源2に接続する。スイッチング電源装置13は、この商用交流電源2の交流電圧を直流電圧へ変換して、2つの充電用スイッチング素子14,15およびマイクロコンピュータ16へ出力する。
マイクロコンピュータ16は、このスイッチング電源装置13から供給される電力で動作を開始する。マイクロコンピュータ16には、PWM制御部27、スイッチ制御部28、充電電流検出部29、満充電判定部30が実現される。PWM制御部27は、スイッチング電源装置13の電源用スイッチング素子34を、オン状態とオフ状態との間で切り換える。これにより、スイッチング電源装置13は、約1.8ボルトに制御された電圧を2つの充電用スイッチング素子14,15へ出力し、約5ボルトに制御された電圧をマイクロコンピュータ16へ出力する。この電圧により、マイクロコンピュータ16は、安定した動作を開始する。なお、スイッチング電源装置13が2つの充電用スイッチング素子14,15へ定常的に供給可能な定格電流は、たとえば4アンペアあればよい。
次に、電池ホルダ20に二次電池3を入れる。電池ホルダ20に二次電池3が収容されると、スイッチ制御部28、充電電流検出部29および満充電判定部30は、二次電池3の充電制御を開始する。なお、二次電池3の充電制御を開始する前には、他方の充電用スイッチング素子15、一方の充電用スイッチング素子14および判定用スイッチング素子23は、開状態にあるものとする。
図3は、図1の充電装置1における二次電池3の充電制御を示す第一のタイミングチャートである。図3のタイミングチャートは、二次電池3の充電を開始した直後のものである。図3のタイミングチャートは、二次電池3を使用した後、所定の時間(たとえば30分)が経過してから、二次電池3の充電を開始した場合のものである。図3(A)は、他方の充電用スイッチング素子15の開閉状態である。図3(B)は、一方の充電用スイッチング素子14の開閉状態である。図3(C)は、判定用スイッチング素子23の開閉状態である。図3(D)は、二次電池3の充電電流である。図3(D)において縦軸は、充電電流であり、図の上側になるほど、電流値が大きくなる。また、図3において、横軸は、時間である。タイミングチャートの左端のタイミングにおいて、充電が開始される。
図4は、図1の充電装置1における二次電池3の充電制御を示す第二のタイミングチャートである。図4のタイミングチャートは、二次電池3の充電を開始してからしばらく経過した後のものである。図4(A)は、他方の充電用スイッチング素子15の開閉状態である。図4(B)は、一方の充電用スイッチング素子14の開閉状態である。図4(C)は、判定用スイッチング素子23の開閉状態である。図4(D)は、判定用抵抗素子24に流れるチェック電流である。図4(D)において縦軸は、電流であり、図の上側になるほど、電流値が大きくなる。また、図4において、横軸は、時間である。
図3に示すように、二次電池3の充電制御を開始すると、スイッチ制御部28は、まず、他方の充電用スイッチング素子15を閉じる。他方の充電用スイッチング素子15が閉じると、電池ホルダ20に収容されている二次電池3は、第二バッファ抵抗素子19および他方の充電用スイッチング素子15を介して、スイッチング電源装置13に接続される。スイッチング電源装置13は、約1.8ボルトの電圧を出力する。スイッチング電源装置13から二次電池3へは、図3(D)に示すように、電流が流れる。充電電流は、他方の充電用スイッチング素子15を閉じてから20〜30ミリ秒の期間においては、過大な突入電流が流れる。その突入電流が流れた後、充電電流は、安定する。
この第二バッファ抵抗素子19を経由して流れる充電電流により、二次電池3は、充電される。このとき、第二バッファ抵抗素子19の抵抗値(0.33オーム)および他方の充電用スイッチング素子15の接点の接触抵抗などがあるため、二次電池3に実際に印加される電圧は、約1.6ボルトになる。
他方の充電用スイッチング素子15を閉じてから100ミリ秒経過すると、スイッチ制御部28は、他方の充電用スイッチング素子15を開くとともに、一方の充電用スイッチング素子14を閉じる。なお、スイッチ制御部28は、タイマ26のカウント時間に基づいてこの経過時間を判断する。他方の充電用スイッチング素子15を開くとともに、一方の充電用スイッチング素子14を閉じると、電池ホルダ20に収容されている二次電池3は、第一バッファ抵抗素子18および一方の充電用スイッチング素子14を介して、スイッチング電源装置13に接続される。第一バッファ抵抗素子18の抵抗値は、0.11オームである。したがって、この期間には、図3(D)に示すように、他方の充電用スイッチング素子15を閉じている期間の電流より大きな充電電流が流れる。
一方の充電用スイッチング素子14を閉じてから100ミリ秒経過すると、スイッチ制御部28は、充電電流検出部29による充電電流の比較結果を取得する。一方の充電用スイッチング素子14を閉じている状態では、第一バッファ抵抗素子18に充電電流が流れている。第一バッファ抵抗素子18は、この充電電流による電圧を発生している。充電電流検出部29は、この第一バッファ抵抗素子18に発生している電圧のデジタル値と所定の判定値とを比較し、その比較結果をスイッチ制御部28へ出力する。
スイッチ制御部28は、充電電流検出部29による充電電流の比較結果が、第一バッファ抵抗素子18に発生している電圧のデジタル値が所定の判定値より小さいことを示している場合には、他方の充電用スイッチング素子15を閉じる。それ以外の場合には、スイッチ制御部28は、他方の充電用スイッチング素子15を開いたままにする。
この実施の形態1では、スイッチング電源装置13の定格電流の75%の電流値に相当する値(実際には、3アンペア)を、所定の判定値として使用している。スイッチング電源装置13の定格電流の75%の電流値は、図3(D)において水平な点線で示されている。この図3(D)の場合、一方の充電用スイッチング素子14を閉じてから100ミリ秒が経過したタイミングでは、第一バッファ抵抗素子18に発生している電圧のデジタル値は、所定の判定値より小さい。そのため、スイッチ制御部28は、他方の充電用スイッチング素子15を閉じる。
これにより、一方の充電用スイッチング素子14とともに、他方の充電用スイッチング素子15が閉じている状態になる。この状態では、第一バッファ抵抗素子18および一方の充電用スイッチング素子14と、第二バッファ抵抗素子19および他方の充電用スイッチング素子15は、並列に接続されることになり、その抵抗値は、約0.0825オームになる。二次電池3は、この約0.0825(=0.33×0.11/(0.33+0.11))オームの抵抗を介して、スイッチング電源装置13に接続される。したがって、図3(D)に示すように、他方の充電用スイッチング素子15のみを閉じている場合より大きな充電電流が流れる。また、一方の充電用スイッチング素子14のみを閉じている場合より大きな充電電流が流れる。
最初に他方の充電用スイッチング素子15を閉じてから約24秒(図3でM1で示される時間)経過すると、スイッチ制御部28は、一方の充電用スイッチング素子14および他方の充電用スイッチング素子15を開く。これにより、二次電池3は、スイッチング電源装置13から切り離される。二次電池3の充電が中断する。
なお、1回の充電期間が30秒より長くなると、後述する充電終了の判定をする充電サイクルにおいて、二次電池3を過剰に充電してしまうことが考えられる。二次電池3は、過剰に充電されると、その繰り返し使用回数が減ってしまうなどの問題が生じる。また、1回の充電期間が20秒より短いと、充電完了となるまでの充電期間が長くなってしまう。
一方の充電用スイッチング素子14および他方の充電用スイッチング素子15を開いてから約3秒(図3でM2で示される時間)が経過すると、スイッチ制御部28は、判定用スイッチング素子23を閉じる。判定用スイッチング素子23が閉じると、電池ホルダ20に収容されている二次電池3は、判定用スイッチング素子23および判定用抵抗素子24を介して、基準電圧回路25に接続される。基準電圧回路25は、約1.4ボルトの電圧を出力する。したがって、二次電池3の充電電圧が約1.4ボルトになっていない場合、基準電圧回路25と二次電池3との間に電流が流れる。この電流により、判定用抵抗素子24は、電圧を発生する。
なお、この3秒の待ち時間において、二次電池3の内部状態が安定する。この待ち時間が1秒以下であると、二次電池3の内部状態が安定した状態になりきっておらず、その結果として二次電池3の充電電圧を安定した測定値に基づいて正しく判定することができなくなる。
判定用スイッチング素子23を閉じてから8ミリ秒経過すると、スイッチ制御部28は、満充電判定部30による満充電の判定結果を取得する。満充電判定部30は、判定用抵抗素子24に発生している電圧のデジタル値と所定の判定値とを比較し、その比較結果を満充電の判定結果としてスイッチ制御部28へ出力する。満充電判定部30は、判定用抵抗素子24に発生している電圧のデジタル値が所定の判定値より小さい場合、満充電状態であると判断する。図4(D)には、この所定の判定値に相当する電流のレベルを、点線で示す。
なお、この判定用スイッチング素子23を閉じてから満充電を判断するまでの期間が5ミリ秒より短くなると、安定した測定値に基づいて満充電を判断することができなくなる。また、15ミリ秒よりも長い時間待ったとしても、8ミリ秒待つ場合での満充電の判断結果と変わりはない。
満充電判定部30による満充電の判定結果が満充電状態である場合、スイッチ制御部28は、充電を終了する。満充電判定部30による満充電の判定結果が満充電状態でない場合、スイッチ制御部28は、上述した、他方の充電用スイッチング素子15を閉じてからこの満充電の判定までの充電サイクルを、再度実行する。
つまり、スイッチ制御部28は、満充電判定部30が満充電であると判定するまで、約27秒周期の充電サイクルを繰り返し実行する。そして、図4に示すように、判定用抵抗素子24に流れるチェック電流が所定の判定値に相当する電流レベルを下回ると、スイッチ制御部28は、充電を終了する。充電が終了した時点では、二次電池3は、基準電圧回路25が出力する電圧に略等しい約1.4に充電される。
図5は、図1の充電装置1における二次電池3の充電制御を示す第三のタイミングチャートである。図5のタイミングチャートは、二次電池3の充電を開始した直後のものである。図5のタイミングチャートは、二次電池3を使用した直後に、その二次電池3の充電を開始した場合のものである。図5(A)は、他方の充電用スイッチング素子15の開閉状態である。図5(B)は、一方の充電用スイッチング素子14の開閉状態である。図5(C)は、判定用スイッチング素子23の開閉状態である。図5(D)は、二次電池3の充電電流である。図5(D)において縦軸は、充電電流であり、図の上側になるほど、電流値が大きくなる。また、図5において、横軸は、時間である。タイミングチャートの左端のタイミングにおいて、充電が開始される。
図5のタイミングチャートに示すように、使用した直後から充電を開始した場合、充電を開始した直後の充電サイクルでは、一方の充電用スイッチング素子14を閉じた際の充電電流が、所定の判定値に相当する電流レベル(3A)より大きくなることがある。
スイッチ制御部28は、他方の充電用スイッチング素子15のみを閉じ、その後、それを開放すると同時に一方の充電用スイッチング素子14を開く。スイッチ制御部28は、一方の充電用スイッチング素子14を閉じてから100ミリ秒経過したタイミングにおいて、充電電流検出部29による充電電流の比較結果を取得する。そして、この比較結果が、第一バッファ抵抗素子18に発生している電圧のデジタル値が所定の判定値より大きいことを示している場合には、スイッチ制御部28は、他方の充電用スイッチング素子15を開いたままにする。
したがって、図5のタイミングチャートに示すように、使用した直後から二次電池3の充電を開始した場合、充電を開始した直後の充電サイクルでは、そのサイクルの開始から約200ミリ秒後(図5中でM3で示される時間)のタイミングにおいて、他方の充電用スイッチング素子15が閉じられることはない。他方の充電用スイッチング素子15を閉じることなく、充電が行われる。
なお、使用した直後から充電を開始した場合であっても、その充電を開始してから数〜数十サイクル(時間にして数分)もすると、一方の充電用スイッチング素子14を閉じた際の充電電流は、所定の判定値に相当する電流レベル(3アンペア)より小さくなる。一方の充電用スイッチング素子14を閉じた際の充電電流は、所定の判定値に相当する電流レベルより小さくなると、スイッチ制御部28は、各充電サイクルにおいて他方の充電用スイッチング素子15を閉じるようになり、各充電サイクルでの充電電流の波形は、図3に示すようなものへと変化する。
その後、図4(D)に示すように、判定用抵抗素子24に流れるチェック電流が所定の判定値に相当する電流レベルを下回ると、スイッチ制御部28は、充電を終了する。充電が終了した時点では、二次電池3は、基準電圧回路25が出力する電圧に略等しい約1.4ボルトに充電される。
なお、参考に、図1に示す充電装置1において、他方の充電用スイッチング素子15と第二バッファ抵抗素子19が無い場合について説明する。充電サイクルの開始時に、一方の充電用スイッチング素子14のみを閉じ、その24秒後に一方の充電用スイッチング素子14を開き、その3秒後に判定用スイッチング素子23を閉じ、その8ミリ秒後に判定用スイッチング素子23を開く場合の、充電電流の波形を図6および図7に示す。
図6は、二次電池3を使用した後、所定の時間(たとえば30分)が経過してから、二次電池3の充電を開始した場合のタイミングチャートである。図6(A)は、一方の充電用スイッチング素子14の開閉状態である。図6(B)は、判定用スイッチング素子23の開閉状態である。図6(C)は、二次電池3の充電電流である。
図6(C)に示すように、充電開始時に一方の充電用スイッチング素子14を閉じた場合には、突入電流が、非常に大きくなる。この場合の突入電流は、実施の形態1の充電装置1の場合の突入電流の数倍のピーク値を有する。突入電流のピーク値は、スイッチング電源装置13の定格電流(4アンペア)を超えてしまう。場合によっては、この突入電流によって、マイクロコンピュータ16へ供給している電圧がドロップし、充電制御が停止してしまう。
図7は、二次電池3を使用した直後に、二次電池3の充電を開始した場合のタイミングチャートである。図7(A)は、一方の充電用スイッチング素子14の開閉状態である。図7(B)は、判定用スイッチング素子23の開閉状態である。図7(C)は、二次電池3の充電電流である。
図7(C)に示すように、充電開始時に一方の充電用スイッチング素子14を閉じた場合には、突入電流が、非常に大きくなる。また、充電を開始した直後の充電サイクルでは、一方の充電用スイッチング素子14を閉じた際の充電電流が、スイッチング電源装置13の定格電流(4アンペア)を超えてしまう。したがって、スイッチング電源装置13としては、定格電流が4アンペアより大きいものを使用する必要がある。
以上のように、この実施の形態1に係る充電装置1では、電池ホルダ20に収容される二次電池3を、所定の電圧に充電することができる。しかも、二次電池3の充電電流を、2クーロン(たとえば二次電池の容量が2000mAHの場合、4アンペア)以下に抑えることができるので、ニッケル水素電池を充電する場合であっても、充電時の温度上昇を抑制し、電池寿命を縮めてしまうことはない。
そして、この実施の形態1に係る充電装置1は、充電開始時には、第一バッファ抵抗素子18より大きい抵抗値(0.33オーム)を有する第二バッファ抵抗素子19を介して、スイッチング電源装置13を二次電池3に接続する。また、充電開始から100ミリ秒が経過したら、第一バッファ抵抗素子18を介してスイッチング電源装置13を二次電池3に接続する。したがって、充電開始に流れる突入電流は、たとえば充電開始時に第一バッファ抵抗素子18を接続する場合に比べて、抑制される。その結果、二次電池3の充電開始直後に発生する過大な突入電流を抑制することができる。なお、この充電開始から第一バッファ抵抗素子18を接続するまでの所定の期間は、50ミリ秒以上、且つ、200ミリ秒以下であれば、同様の効果を期待することができる。
また、この実施の形態1に係る充電装置1は、一方の充電用スイッチング素子14のみを閉じた後さらに100ミリ秒が経過したタイミングにおいて、充電電流検出部29による検出電流が所定の規定値(3アンペア)以下である場合には、スイッチング電源装置13を、第一バッファ抵抗素子18および第二バッファ抵抗素子19による並列回路を介して、二次電池3に接続する。この並列回路の抵抗値は、第一バッファ抵抗素子18の抵抗値より小さく、且つ、第二バッファ抵抗素子19の抵抗値より小さい。したがって、使用した直後に二次電池3の充電を開始して、充電開始からしばらくの期間(たとえば数分)において充電電流が過大となってしまう場合には、第一バッファ抵抗素子18のみでの充電を継続して、二次電池3を充電する時に発生する過大な電流を抑制しつつ、それ以外の場合には、第一バッファ抵抗素子18および第二バッファ抵抗素子19による低抵抗の並列回路で、効率よく充電することができる。なお、この一方の充電用スイッチング素子14のみを閉じてから、充電電流検出部29による検出電流の判定までの所定の期間は、50ミリ秒以上、且つ、200ミリ秒以下であれば、同様の効果を期待することができる。
そして、このように二次電池3を充電する時に発生する過大な電流を抑制することができるので、この実施の形態1に係る充電装置1では、スイッチング電源装置13として定格電流が小さい小型のもの(たとえば定格電流が4アンペアのもの)を使用することができる。
この実施の形態1に係る充電装置1は、充電期間中において、二次電池3の充電が完了したことを判断する。しかも、判定用抵抗素子24に流れる電流が3アンペア(=スイッチング電源装置13の定格電流(4アンペア)の75%)以下であることに基づいて充電完了を判断するので、二次電池3の充電が完了した時点では、この判定用抵抗素子24に流れる電流が小さい状態となる。その結果、たとえば、判定用スイッチング素子23のスイッチ接点の接触抵抗などによる電圧ドロップを考慮することなく、二次電池3の充電電圧を正確に判断することができる。
この実施の形態1に係る充電装置1では、スイッチング電源装置13は、1つのトランス33で、二次電池3を充電し、且つ、スイッチ制御部28などが実現されるマイクロコンピュータ16へ電力を供給する。その結果、これらを別々のトランス33で実現する場合より、充電装置1は小型化される。また、上述したように、この構成では、二次電池3を充電する時に発生する過大な電流が抑制されている。そのため、このように1つのトランス33で二次電池3の充電とマイクロコンピュータ16への電力供給とを実現したとしても、たとえば充電開始時の突入電流によってマイクロコンピュータ16の動作が停止してしまうことはなく、二次電池3を充電することができる。
この実施の形態1に係る充電装置1は、第二バッファ抵抗素子19の抵抗値は、第一バッファ抵抗素子18の抵抗値の3倍であり、充電電流検出部29によって検出電流と比較される所定の規定値は、スイッチング電源装置13の定格電流の75%である。そのため、突入電流のピーク値を半分以下に抑えることができる。突入電流のピーク値と、第一バッファ抵抗素子18により安定的に充電しているときの定常時の充電電流とを同レベルにすることができる。その結果、スイッチング電源装置13として、定常時の充電電流に対して若干の余裕を有する程度の定格電流(たとえば4アンペア)を有する小型のものを使用することができる。
しかも、一方の充電用スイッチング素子14のみを閉じた後さらに100ミリ秒が経過したタイミングにおいて、第一バッファ抵抗素子18および第二バッファ抵抗素子19による並列回路を介してスイッチング電源装置13を二次電池3に接続することで、そのように25%の余裕を有するスイッチング電源装置13の能力をフルに活用することができる。その結果、第二バッファ抵抗素子19のみで充電するときがあるにもかかわらず、二次電池3の充電時間は短縮される。
なお、第二バッファ抵抗素子19の抵抗値は、第一バッファ抵抗素子18の抵抗値の2倍以上、且つ、4倍以下であり、充電電流検出部29によって検出電流と比較される所定の規定値(3アンペア)は、スイッチング電源装置13の定格電流の60%以上、且つ、80%以下であれば、上述したものと同様の効果を期待することができる。
この実施の形態1に係る充電装置1は、充電開始時の突入電流が流れる30ミリ秒程度の期間には、第二バッファ抵抗素子19のみを確実に接続する。その結果、突入電流を確実に低減する。しかも、第二バッファ抵抗素子19のみを接続している期間を必要最小限に抑えることで、そのような電流の抑制期間による二次電池3の充電時間の長期化は、最小限に抑えられている。
この実施の形態1に係る充電装置1は、第一バッファ抵抗素子18のみを接続し、充電電流が確実に安定した状態(その切替から100ミリ秒後)において、第二バッファ抵抗素子19の接続の可否を正しく判断している。しかも、第二バッファ抵抗素子19が接続できる状態である場合に、第一バッファ抵抗素子18のみで充電している期間を最小限に抑えているので、二次電池3の充電時間は、最大限に短縮される。
実施の形態2.
図8は、本発明の実施の形態2に係る充電装置1を示すブロック図である。この充電装置1は、商用交流電源2から供給される電力で、2つの二次電池3,4を充電するものである。
図8は、本発明の実施の形態2に係る充電装置1を示すブロック図である。この充電装置1は、商用交流電源2から供給される電力で、2つの二次電池3,4を充電するものである。
この実施の形態2に係る充電装置1は、2つの電池ホルダ71,72と、切替用のスイッチング素子としての2つの切替用スイッチング素子73,74と、スイッチ制御部75と、を有する。
2つの電池ホルダ71,72の中の一方の電池ホルダ71には、一方の二次電池3が収容され、他方の電池ホルダ72には、他方の二次電池4が収容される。
2つの切替用スイッチング素子73,74の一方の切替用スイッチング素子73は、一方の電池ホルダ71と第二バッファ抵抗素子19との間に接続される。他方の切替用スイッチング素子74は、他方の電池ホルダ72と第二バッファ抵抗素子19との間に接続される。
スイッチ制御部75は、この2つの切替用スイッチング素子73,74、他方の充電用スイッチング素子15、一方の充電用スイッチング素子14および判定用スイッチング素子23へ、オン状態とオフ状態とを切り換える制御信号を出力する。
実施の形態2に係る充電装置1のこれ以外の構成要素は、実施の形態1に係る充電装置1の構成要素と同様の機能を有するものであり、同一の名称および同一の符号を使用して説明を省略する。
次に、以上の構成を有する実施の形態2に係る充電装置1の動作を説明する。
充電装置1の電源コネクタ10を、商用交流電源2に接続した後、2つの電池ホルダ71,72それぞれに、2つの二次電池3,4を入れる。なお、2つの二次電池3,4の充電制御を開始する前には、2つの切替用スイッチング素子73,74、他方の充電用スイッチング素子15、一方の充電用スイッチング素子14および判定用スイッチング素子23は、開状態にあるものとする。
スイッチ制御部75は、まず、2つの切替用スイッチング素子73,74の中の一方の切替用スイッチング素子73を閉じる。次に、スイッチ制御部75は、他方の充電用スイッチング素子15、一方の充電用スイッチング素子14および判定用スイッチング素子23に対して制御信号を出力して、充電サイクルを実行する。充電サイクルを1回実行したら、スイッチ制御部75は、閉じていた一方の切替用スイッチング素子73を開く。
一方の切替用スイッチング素子73を開いた後、スイッチ制御部75は、2つの切替用スイッチング素子73,74の中の他方の切替用スイッチング素子74を閉じる。次に、スイッチ制御部75は、他方の充電用スイッチング素子15、一方の充電用スイッチング素子14および判定用スイッチング素子23に対して制御信号を出力して、充電サイクルを1回実行する。充電サイクルを1回実行したら、スイッチ制御部75は、閉じていた他方の切替用スイッチング素子74を開く。
なお、これらの充電サイクルにおいて、他方の充電用スイッチング素子15、一方の充電用スイッチング素子14および判定用スイッチング素子23の制御は、実施の形態1の充電装置1による場合と同様である。
以上の2回の充電サイクルの実行が完了すると、さらに同じサイクル(2回の充電サイクル)を繰り返す。すなわち、スイッチ制御部75は、上述した2つの切替用スイッチング素子73,74を1つずつ閉じた状態での充電サイクルを繰り返し実行する。スイッチ制御部75は、切替用スイッチング素子73,74を1つずつ順番に閉じて、充電サイクルを1回ずつ実行する。
そして、ある充電サイクルにおいて一方の二次電池が満充電になると、スイッチ制御部75は、その満充電になった二次電池に対応する切替用スイッチング素子を抜かして、残りの切替用スイッチング素子を閉じたままにして充電サイクルを実行する。
2つの二次電池3,4が満充電になると、スイッチ制御部75は、充電サイクルの実行を終了する。この充電サイクルの実行が完了した時点では、すべての二次電池3,4は、基準電圧回路25が出力する電圧に略等しい約1.4ボルトに充電される。
以上のように、この実施の形態2に係る充電装置1では、2つの電池ホルダ71,7220に収容される2つの二次電池3,4を、所定の電圧に充電することができる。しかも、各二次電池3,4の充電電流を、2クーロン以下に抑えることができるので、ニッケル水素電池を充電する場合であっても、充電時の温度上昇を抑制し、電池寿命を縮めてしまうことはない。
そして、この実施の形態2に係る充電装置1は、2つの二次電池3,4のそれぞれを充電する際に、充電開始時に流れる突入電流を抑制している。その結果、2つの二次電池3,4それぞれの充電開始直後に発生する過大な突入電流を抑制する。また、この実施の形態2に係る充電装置1は、使用した直後に二次電池の充電を開始して、充電開始からしばらくの期間(たとえば数分)において充電電流が過大となってしまう場合には、第一バッファ抵抗素子18のみでの充電を継続して、二次電池を充電する時に発生する過大な電流を抑制しつつ、それ以外の場合には、第一バッファ抵抗素子18および第二バッファ抵抗素子19による低抵抗の並列回路で、効率よく充電することができる。
そして、このように二次電池を充電する時に発生する過大な電流を抑制することができるので、この実施の形態2に係る充電装置1は、スイッチング電源装置13として定格電流が小さい小型のものを使用することができる。
さらに、この実施の形態2に係る充電装置1は、複数の二次電池3,4を順番に切り換えて充電するので、たとえばこの複数の二次電池3,4の中の一部に使用直後のものが混在している場合であっても、複数の二次電池3,4それぞれを適当な充電電流で充電する。
なお、実施の形態2の充電装置1は、2つの二次電池3,4を充電するものであるが、3つ以上の二次電池を充電する充電装置1であっても、電池ホルダおよび切替用スイッチング素子をその二次電池の数だけ設け、1つずつ順番に閉じて充電サイクルを実行するように構成すれば、その3つ以上の二次電池を充電することができる。
以上の各実施の形態は、本発明の好適な実施の形態の例であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変形、変更が可能である。たとえば、実施の形態1,2では、満充電の判定にあたり判定用抵抗素子24と基準電圧回路25を利用しているが、これらの回路を利用せず、従来良く知られているピーク電流制御、ΔT制御、タイマー制御などを使用して満充電を行ったり、検知するようにしてもよい。
また、上記各実施の形態では、スイッチング電源装置13の1つのトランス33で、二次電池3や二次電池3,4を充電する充電電圧を生成し、且つ、充電を制御するマイクロコンピュータ16へ給電している。この他にもたとえば、二次電池3や二次電池3,4を充電する充電電圧を生成するトランスと、マイクロコンピュータ16へ給電する電圧を生成するトランスとを別々に設けるようにしてもよい。この場合であっても、二次電池3や二次電池3,4を充電する時に発生する過大な電流を抑制することができる。
上記実施の形態2では、判定用スイッチング素子23の一端は、第二バッファ抵抗素子19の他端に接続されている。この他にもたとえば、判定用スイッチング素子(23)を、電池ホルダと同数設けるようにしてもよい。
図9は、本発明の実施の形態2に係る充電装置1の変形例を示すブロック図である。図9の変形例では、充電装置1は、2つの判定用スイッチング素子81,82を有する。一方の判定用スイッチング素子81の一端は、一方の電池ホルダ71に接続される。他方の判定用スイッチング素子82の一端は、他方の電池ホルダ72に接続される。図9の変形例の場合、スイッチ制御部83は、各充電サイクルにおいて、その充電サイクルで充電する二次電池3,4側の判定用スイッチング素子81,82を閉じることで、その充電サイクルで充電した二次電池3,4の充電状態を判定させる。このようなスイッチング制御とすることで、図9の変形例に係る充電装置1は、実施の形態2に係る充電装置1と等価な動作を実現することができる。
特に、図9の変形例に係る充電装置1では、スイッチ制御部83は、以下のようなスイッチング制御へ変更することもできる。すなわち、スイッチ制御部83は、たとえば、一方の二次電池3を充電する充電サイクルにおいて、他方の判定用スイッチング素子82を閉じて、他方の二次電池4の充電状態を判定させる。また、スイッチ制御部83は、他方の二次電池4を充電する充電サイクルにおいて、一方の判定用スイッチング素子81を閉じて、一方の二次電池3の充電状態を判定させる。
この変形例でのスイッチング制御とすることで、一方の二次電池3または4を充電している最中に、他方の二次電池4または3の充電状態を判定することが可能となる。各充電サイクルにおいて、その充電サイクルにおいて充電する二次電池3,4の充電状態を判定する必要がなくなる。その結果、各充電サイクルの時間から、充電状態の判定のための時間を削除して、各充電サイクルの時間を約27秒から約24秒へ短縮することができる。複数の二次電池3,4を、より短い充電時間で急速に充電することができる。
また、実施の形態2の充電装置1の場合、並行して充電する二次電池の数がn(nは、2以上の自然数)になると、その並行して充電する二次電池の本数の分だけ、充電が完了するまでの時間が長くなってしまうが、この変形例でのスイッチング制御とすることで、より短時間で充電することができる。
本発明に係る充電装置は、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池などの二次電池を充電するために使用することができる。
1 充電装置
3,4 二次電池
13 スイッチング電源装置(電源装置)
14 一方の充電用スイッチング素子(第一のスイッチング素子)
15 他方の充電用スイッチング素子(第二のスイッチング素子)
16 マイクロコンピュータ
18 第一バッファ抵抗素子(第一の抵抗素子)
19 第二バッファ抵抗素子(第二の抵抗素子)
23 判定用スイッチング素子(第三のスイッチング素子)
24 判定用抵抗素子(第三の抵抗素子)
25 基準電圧発生回路
28,75,83 スイッチ制御部(スイッチ制御手段)
29 充電電流検出部(充電電流検出手段)
30 満充電判定部(満充電判定手段)
31 全波整流回路(交流電圧を整流する回路)
33 トランス
73 一方の切替用スイッチング素子(切替用のスイッチング素子)
74 他方の切替用スイッチング素子(切替用のスイッチング素子)
3,4 二次電池
13 スイッチング電源装置(電源装置)
14 一方の充電用スイッチング素子(第一のスイッチング素子)
15 他方の充電用スイッチング素子(第二のスイッチング素子)
16 マイクロコンピュータ
18 第一バッファ抵抗素子(第一の抵抗素子)
19 第二バッファ抵抗素子(第二の抵抗素子)
23 判定用スイッチング素子(第三のスイッチング素子)
24 判定用抵抗素子(第三の抵抗素子)
25 基準電圧発生回路
28,75,83 スイッチ制御部(スイッチ制御手段)
29 充電電流検出部(充電電流検出手段)
30 満充電判定部(満充電判定手段)
31 全波整流回路(交流電圧を整流する回路)
33 トランス
73 一方の切替用スイッチング素子(切替用のスイッチング素子)
74 他方の切替用スイッチング素子(切替用のスイッチング素子)
Claims (7)
- 二次電池を充電する充電電圧を出力する電源装置と、
上記電源装置と上記二次電池との間に接続され、上記二次電池を充電する電流が流れる第一の抵抗素子と、
上記第一の抵抗素子と直列に接続される第一のスイッチング素子と、
上記第一の抵抗素子および上記第一のスイッチング素子の全体と並列に接続され、上記第一の抵抗素子より大きい抵抗値を有する第二の抵抗素子と第二のスイッチング素子とを直列に接続してなる回路と、
上記第一の抵抗素子に流れる電流を検出する充電電流検出手段と、
充電開始時には上記第二のスイッチング素子のみを閉じ、充電開始から所定の時間が経過したら上記第一のスイッチング素子のみを閉じ、さらに所定の期間が経過したタイミングにおける上記充電電流検出手段による検出電流が所定の規定値以下である場合には上記第二のスイッチング素子を閉じるスイッチ制御手段と、
を有することを特徴とする充電装置。 - 前記二次電池の満充電時の電圧と略等しい電圧を出力する基準電圧発生回路と、
前記二次電池と上記基準電圧発生回路との間に接続され、第三の抵抗素子と第三のスイッチング素子とを直列に接続してなる回路と、
上記第三の抵抗素子に流れる電流が所定の判定値以下である場合、前記二次電池の充電が完了したと判断する満充電判定手段と、
を有し、
前記スイッチ制御手段は、充電を開始してから上記満充電判定手段が充電が完了したと判断するまでの期間において、間欠的に前記第一のスイッチング素子および第二のスイッチング素子を開き、その前記第一のスイッチング素子および第二のスイッチング素子を開いている期間において上記第三のスイッチング素子を閉じることで、上記満充電判定手段による充電完了の判定を行わせる、
ことを特徴とする請求項1記載の充電装置。 - 複数の二次電池を個別に充電する充電電圧を出力する電源装置と、
上記電源装置と上記複数の二次電池のそれぞれとの間に接続される複数の切替用のスイッチング素子と、
上記複数の切替用のスイッチング素子と上記電源装置との間に接続され、上記二次電池を充電する電流が流れる第一の抵抗素子と、
上記第一の抵抗素子と直列に接続される第一のスイッチング素子と、
上記第一の抵抗素子および上記第一のスイッチング素子の全体と並列に接続され、上記第一の抵抗素子より大きい抵抗値を有する第二の抵抗素子と第二のスイッチング素子とを直列に接続してなる回路と、
上記第一の抵抗素子に流れる電流を検出する充電電流検出手段と、
上記複数の切替用のスイッチング素子を1つずつ順番に切り換えて閉じ、その各閉じている期間において、まず上記第二のスイッチング素子のみを閉じ、充電開始から所定の時間が経過したら上記第一のスイッチング素子のみを閉じ、さらに所定の期間が経過したタイミングにおける上記充電電流検出手段による検出電流が所定の規定値以下である場合には上記第二のスイッチング素子を閉じるスイッチ制御手段と、
を有することを特徴とする充電装置。 - 前記電源装置は、交流電圧を整流する回路と、その整流された電圧に基づいて充電電圧を生成するトランスとを有し、
前記スイッチ制御手段は、上記トランスを介して供給される電力で動作するマイクロコンピュータにおいて実現される、
ことを特徴とする請求項1から3の中のいずれか1項記載の充電装置。 - 前記第二の抵抗素子の抵抗値は、前記第一の抵抗素子の抵抗値の2倍以上、且つ、4倍以下であり、
前記充電電流検出手段によって検出電流と比較される前記所定の規定値は、前記電源装置の定格電流の60%以上、且つ、80%以下である、
ことを特徴とする請求項1から4の中のいずれか1項記載の充電装置。 - 前記第二のスイッチング素子のみを閉じてから、前記第一のスイッチング素子のみを閉じるまでの前記所定の期間は、50ミリ秒以上、且つ、200ミリ秒以下であることを特徴とする請求項1から4の中のいずれか1項記載の充電装置。
- 前記第一のスイッチング素子のみを閉じてから、前記充電電流検出手段による検出電流に基づく判断を実行するまでの前記所定の期間は、50ミリ秒以上、且つ、200ミリ秒以下であることを特徴とする請求項1から4の中のいずれか1項記載の充電装置。
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