JPH0714261B2 - 充電器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、２次電池を急速充電する充電器に関するもの
である。

［従来の技術］ NiCd電池等の２次電池（以下、単に電池と呼ぶ。）を急
速充電する充電器としては種々のものが提案されてい
る。この種の充電器を第６図に示す。この充電器は、電
池Ｂの温度に応じて充電電流を制御する温度制御回路２
と、充電時間を制限するタイマ３とを備え、これら温度
制御回路２及びタイマ３の出力をオアゲート７を介して
充電電流制御回路１に入力して、電池Ｂが過充電される
ことを防止するようにしたものである。つまり、この充
電器は、タイマ３の限時時間内で、温度センサＳで検出
される電池Ｂの温度が所定温度以下であるとき、充電電
流制御回路１で電池Ｂを急速充電するものである。な
お、上記温度制御回路２は、電池Ｂが満充電されたこと
を電池Ｂの温度から検知し、満充電時には充電電流を大
電流から微少電流に切り換えて、電池Ｂが過充電される
ことを防止するためと、電池Ｂの温度が高いときに充電
を行うと電池寿命が短くなるので、これを防止するため
に設けてある。ところで、周囲温度が低いと、電池Ｂの
温度が仲々上昇せず、このため温度制御回路２だけであ
ると、温度制御回路２が動作するまでに大電流で２〜３
倍に過充電されてしまう。しかも、このような低温時に
は電池Ｂのガス吸収能力が低下しているので、電池Ｂの
内圧が上昇して、ガスが噴出する恐れがある。そこで、
これを防止するために急速充電時間を制限するタイマ３
を設けてある。タイマ３は、充電器への電源の投入時、
あるいは電池パック式の充電器では電池Ｂを装着した電
池パック４を充電器本体に接続した時点から計時動作を
開始するようにしてある。

ところで、電動工具や玩具等のように電池Ｂを短時間に
放電する機器では、残容量がある状態で充電を行うとい
った使われ方は極めてまれで、常に電池Ｂが空の状態で
充電される場合が多い。従って、このような機器におい
ては充電電気量制御とするのが有効である。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、電池Ｂを短時間に放電する機器では大電
流で電池Ｂを放電するために、放電時に電池Ｂの温度が
上昇する。このように温度が上昇した電池Ｂを充電しよ
うとすると、温度制御回路２が動作して充電開始時には
微少電流でしか充電できず、つまり直ぐには急速充電を
行うことができず、しかもタイマ３の限時時間が経過す
ると微少電流に切り換えられるため、電池Ｂが大電流で
充電される期間が短くなるという問題があった。即ち、
電池Ｂが急速充電される期間は、電池Ｂの温度が温度制
御回路２の制御温度以下に冷却されてから、タイマ３の
限時時間となるまでであり、このため大電流による急速
充電時間が短くなり、充電不足となるのである。

本発明は上述の点に鑑みて為されたものであり、その目
的とするところは、温度制御回路とタイマとで急速充電
を制御する充電器を、電池を急速に放電して電池の温度
が上昇する機器に用いた場合にも、電池の充電不足が生
じないようにすることにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明は２次電池の充電電
流を制御する充電電流制御回路と、２次電池の温度が所
定温度以下のとき２次電池を大電流で急速充電すると共
に、２次電池の温度が所定温度以上のとき微少電流で充
電するように上記充電電流制御回路を制御する温度制御
回路と、２次電池の温度が所定温度以下のとき限時動作
を行うように温度制御回路で制御され、電池が大電流で
急速充電される時間を一定時間に制限するタイマとを備
えている。

［作用］ 本発明は、従来の充電器の温度制御回路とタイマとが独
立して充電電流制御回路の制御を行っていたために充電
不足を生じていた点に着目し、タイマの動作を温度制御
回路の動作に従属させ、つまりは２次電池が大電流で急
速充電される時間だけをタイマで計時して一定時間に制
限することにより、２次電池が実質的に充電される急速
充電時間を一定にして、２次電池の充電不足が生じない
ようにしたものである。

［実施例］ 本実施例の充電器は、第１図に示すように、電池Ｂを充
電する充電電流制御回路１と、電池Ｂの温度に応じて充
電電流を制御する温度制御回路２と、急速充電時間を計
時するタイマ３と、電池Ｂが装着された電池パック４を
充電器本体Ａに接続したことを検知する電池パック検知
回路５とに備えており、電池パック検知回路５の出力で
タイマ３をリセットすると共に、温度制御回路２の出力
でタイマ３の計時動作の開始制御を行い、タイマ３の出
力で温度制御回路２を強制的に充電電流を微少電流に切
り換えるように制御するようにしてある。なお、温度セ
ンサＳは電池パック４に設けてあり、電池パック４を充
電器本体Ａに接続したとき温度センサＳが温度制御回路
２に接続される。そこで、本実施例の充電器では、この
温度センサＳを用いて電池パック４の接続状態を検知す
るようにしてある。

第１図の具体回路を第２図に示す。本実施例の充電器
は、商用電源をトランスＴ、ダイオードD₁,D₂で整流し
た直流電圧を電源として動作するもので、この直流電圧
を充電電流制御回路１を介して電池Ｂに印加して電池Ｂ
の充電を行う。充電電流制御回路１は、電池Ｂと直列に
接続され導通時に電池Ｂに大電流を供給するSCRQ₁と、
このSCRQ₁をバイアスするツエナダイオードZD₃及び抵抗
R₂,R₁₃からなるバイアス回路と、このSCRQ₁に並列に接
続されSCRQ₁の非導通時に電池Ｂに微少電流を供給する
抵抗R₀と、温度制御回路２あるいはタイマ３の出力に応
じてSCRQ₁の導通を制御するトランジスタQ₂とで構成し
てある。温度制御回路２及びタイマ３は商用電源の整流
出力を抵抗R₁及びコンデンサC₁からなる平滑回路で平滑
して得た直流電圧を電源として動作するもので、温度制
御回路２をオペアンプOP₂を用いたコンパレータで構成
すると共に、タイマ３をタイマIC6を用いて構成してあ
る。タイマ３の限時時間は、タイマIC6の発振端子に
接続されたコンデンサC₂と、この発振端子と基準電圧
出力端子との間に接続された抵抗R₃とで決まる。電池
パック検知回路５もオペアンプOP₁を用いたコンパレー
タで構成してあり、抵抗R₇を介して温度センサＳに電流
を供給し、電池パック４が充電器本体Ａに接続された場
合に入力電圧が下降することから電池パック４の接続を
検知するようにしてある。上記温度制御回路２を構成す
るコンパレータの基準電圧は、タイマIC6の基準電圧出
力端子の出力をツエナダイオードZD₁で定電圧化した
電圧を、抵抗R₉,R₁₀とで分圧して得ており、また電池パ
ック検知回路５を構成するコンパレータの基準電圧は上
記定電圧を抵抗R₅,R₆とで分圧して得ている。なお、温
度制御回路２の出力には急速充電を行っていることを表
示する発光ダイオードLDを設けてある。

今、短時間で放電する機器に用いられた電池パック４が
充電器本体Ａに接続された場合について説明する。な
お、電池パック４を接続しない状態では、電池パック検
知回路５の抵抗R₇を介して電流が流れないので、電池パ
ック検知回路５の入力はハイレベルとなり、このときの
電池パック検知回路５の出力もハイレベルとなってい
る。電池パック４が接続されると、抵抗R₇を介して温度
センサＳに電流が流れ、電池パック検知回路５の入力が
ローレベルになり、このため電池パック検知回路５の出
力がローレベルとなる。このローレベル出力はタイマIC
6のリセット端子に入力され、タイマ３がリセットさ
れる。なお、この電池パック検知回路５の出力はダイオ
ードD₄を介して抵抗R₉,R₁₀の接続点に印加されており、
温度制御回路２のコンパレータの基準電圧は電池パック
４が外されている場合には、定常時の基準電圧よりも高
くしてある。そして、電池パック検知回路５の出力がロ
ーレベルになると、温度制御回路２を構成するコンパレ
ータの基準電圧は抵抗R₉,R₁₀で決まる値になる。この場
合には、電池Ｂの温度が第３図（ａ）に示すように基準
電圧で決まる所定温度T₁よりも高いので、温度制御回路
２の入力は基準電圧よりも低く、温度制御回路２の出力
はローレベルとなる。従って、トランジスタQ₂のエミッ
タ電位がベース電位より低くなり、トランジスタQ₂がオ
ンする。このため、SCRQ₁はオフとなり、抵抗R₀を介し
て電池Ｂに微少電流が供給される。なお、このときタイ
マ３は計時動作が停止された状態になっている。

そして、電池Ｂが冷却されて電池Ｂの温度が所定温度T₁
よりも低下すると、温度センサＳの両端電圧は高くな
り、温度制御回路２の出力がハイレベルになる。このと
きには、トランジスタQ₂のエミッタ電位がベース電位以
上に高くなって、トランジスタQ₂がオフする。従って、
SCRQ₁がバイアス回路によって導通され、電池ＢにはSCR
Q₁を介して第３図（ｂ）に示すように大電流が供給さ
れ、急速充電が開始される。このように温度制御回路２
の出力がハイレベルになると、ダイオードD₃を介してタ
イマIC6のスタート端子にハイレベル信号が入力さ
れ、タイマ３は計時動作を開始する。ここで、電池Ｂが
冷却され、急速充電が開始されたときの充電電流による
エネルギは、電池Ｂの充電に使われ、電池Ｂの発熱とは
ならずに電池Ｂが正規に充電される。この電池Ｂが温度
上昇するのは、電池Ｂが100％近く充電され、充電のエ
ネルギが発熱に使われるようになってからである。そし
て、このタイマ３がタイムアップすると、タイマIC6の
出力端子がハイレベルになり、温度制御回路２の基準
電圧が高く引き上げられる。従って、温度制御回路２の
出力がローレベルになり、上述の電池Ｂの温度が高い場
合と同様にして、トランジスタQ₂をオンすることによ
り、抵抗R₀を介して微少電流で電池Ｂが充電される。こ
こで、タイマ３の限時時間を電池Ｂが所望の充電状態と
なる時間に設定しておけば、温度制御回路２とタイマ３
とを備える充電器でも電池Ｂが充電不足となることがな
い。なお、この充電器を電池Ｂを急速に放電しない機器
に用いた場合には、電池パック４を充電器本体Ａに接続
した時点から直ぐに温度制御回路２の出力がハイレベル
になって急速充電が行われ、以降はタイマ３がタイムア
ップするまで急速充電が行われる。

ところで、上記タイマ３の設定時間を温度制御回路２に
よって温度制御がかかる時間よりも若干長くしておく
と、急速充電時の電流よりも小さく、且つ微少電流より
も大きい第３の電流値の電流で電池Ｂを充電することが
できる。なお、このような充電は押込み充電と呼ばれ
る。つまり、タイマ３の設定時間を温度制御回路２によ
って温度制御がかかる時間よりも若干長くしておくと、
充電により電池Ｂの温度が第４図（ａ）に示すように上
昇する。そして、電池Ｂの温度が所定温度T₁以上に上昇
すると、温度制御回路２の出力がローレベルとなり、充
電電流が微少電流に切り換えられると共に、タイマ３の
計時動作が停止される。このように充電電流が微少電流
になると、電池Ｂの温度が低下し、温度制御回路２の出
力が再びハイレベルになり、急速充電が開始されると共
に、タイマ３の動作が開始されるというように、第４図
（ｂ）に示すように充電電流が大電流と微少電流とに繰
り返し切り換えられ、この動作は断続的に計時動作する
タイマ３の計時時間が設定時間に達するまで行われる。
この期間には平均電流が急速充電電流の約半分となり、
所謂補充電が行われる。なお、上述のように積極的にタ
イマ３の時間を長くしなくても、残容量がある状態で充
電を行うと、上記補充電状態になる場合がある。このよ
うに補充電を行うと、若干過充電にすることができ、電
池Ｂを活性化することができる効果がある。しかも、タ
イマ３と温度制御回路２との出力を相互にフィードバッ
クすることにより、充電不足の防止と、補充電とを余り
部品を増やすことなく達成できる。ところで、第３図の
回路ではタイマ３をタイマIC6で構成してあったが、発
振回路とフリップフロップで構成しても良い。

［実施例２］ 本実施例は、タイマIC6がスタート端子をを備えてい
ない場合の回路であり、タイマ３の計時動作の開始制御
を、発振用端子に接続されたコンデンサC₂の両端電圧
をクランプすることにより行っている。つまり、第５図
に示すように温度制御回路２の出力と発振用端子との
間にダイオードD₃を接続し、温度センサＳで検出される
温度が所定温度T₁以下のときローレベルとなる温度制御
回路２の出力で、コンデンサC₂が充電されないようにし
てタイマ３の計時動作の開始制御を行っている。本実施
例も上述の第１の実施例と同様に温度センサＳで検出さ
れる電池Ｂの温度が所定温度T₁以上に上昇したとき、タ
イマ３が計時動作を開始し、動作的には上述の第１の実
施例と同様に動作する。

［発明の効果］ 本発明は上述のように、２次電池の充電電流を制御する
充電電流制御回路と、２次電池の温度が所定温度以下の
とき２次電池を大電流で急速充電すると共に、２次電池
の温度が所定温度以上のとき微少電流で充電するように
上記充電電流制御回路を制御する温度制御回路と、２次
電池の温度が所定温度以下のとき限時動作を行うように
温度制御回路で制御され、電池が大電流で急速充電され
る時間を一定時間に制限するタイマとを備えているの
で、タイマの動作を温度制御回路の動作に従属させ、つ
まりは２次電池が大電流で急速充電される時間をタイマ
で計時して一定時間に制限することができ、このため２
次電池が実質的に充電される急速充電時間を一定にで
き、２次電池の充電不足が生じない効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の回路構成を示すブロック
図、第２図は同上の具体回路図、第３図及び第４図は同
上の動作説明図、第５図は他の実施例の具体回路図、第
６図は従来例の回路構成を示すブロック図である。 １は充電電流制御回路、２は温度制御回路、３はタイ
マ、Ｂは２次電池である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】２次電池の充電電流を制御する充電電流制
   御回路と、２次電池の温度が所定温度以下のとき２次電
   池を大電流で急速充電すると共に、２次電池の温度が所
   定温度以上のとき微少電流で充電するように上記充電電
   流制限回路を制御する温度制御回路と、２次電池の温度
   が所定温度以下のとき限時動作を行うように温度制御回
   路で制御され、電池が大電流で急速充電される時間を一
   定時間に制限するタイマとを備えた充電器。