JP2577656B2 - 二次電池の充電方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はより正確な動作を行うことのできる二次電池
の充電方式に関する。

〔従来の技術〕

二次電池特にNi−Cd蓄電池は緊急時であっても使用で
きるように急速充電を行うことが多い。たとえ急速充電
であっても、電池にダメージを与えないように定電流充
電を行うと共に過充電を防止する制御を行うことが必要
である。充電制御方式としては、従来、−ΔＶ充電検出
方式、電圧検出方式、温度制御方式、タイマ方式などが
ある。

−ΔＶ充電検出方式は、Ni−Cd蓄電池に適用すること
が多い。Ni電極が充電終了となるとき発熱するため、電
圧が或る値まで上昇した後ΔＶだけ降下することを検出
し、そのとき充電終了とする方式であり、雰囲気温度に
左右されず略100％の充電量が確保できる特徴がある。
第４図は−ΔＶ充電検出方式の従来の電池充電回路構成
を示すブロック図である。該第４図において、１は電
池、２は充電用電源、３は充電検出スイッチ、４はパル
ス発生器、5,6はゲート回路、７は電圧比較回路、８は
尖頭値保持回路を示す。該充電用電源２から該電池１を
充電するとき、当初は該充電検出スイッチ３を閉じて充
電を開始する。該電池１と充電電流とに応じて充電が進
行するとき、該パルス発生器４からのパルスにより該ゲ
ート５を閉じ、その時の電池電圧を該尖頭値保持回路８
で保持する。該尖頭値保持回路８はダイオード・抵抗素
子・コンデンサを使用する公知の回路であって、コンデ
ンサの両端の電圧が保持される電圧である。該ゲート５
を閉じて電圧を保持した時から、所定時間経過後に該ゲ
ート６を閉じる。そのとき該ゲート５は開いているた
め、従前の電池電圧を保持した値と、新しい電圧とを該
比較回路７により比較する、第５図は第４図による電池
１の電圧などの時間的変化を示す図である。充電を開始
したときは、電池両端の電圧の変化が大きく、そのため
単位時間当たりの電圧変化値（単位時間は例えば１分間
とする）は、極端に、大きく変化するが、間もなく電池
電圧の変化は小さくなって電圧変化係数は極めて小さな
値となる。次に充電が進み、例えば60分経過の後は電池
電圧の単位時間当たりの変化が再び大きくなる。そこで
単位時間当たりの時間の前後における電圧値を、第４図
の該比較回路７において比較するのである。後の時刻に
おける電圧値が、前の時刻における電圧値より大きいと
測定したときは充電中と判断する。第５図に示すように
充電終了のときは、以後の電圧値が低下するので該比較
回路７において比較すると、後の時刻における電圧値が
より小さくなっている。そのため低下値が所定値ΔＶよ
り大きく変化したことを検出したとき、該比較回路７は
出力を発し、該充電検出スイッチ３をオフに制御する。
該スイッチ３がオフとされたことにより、該電池１充電
は完了する。ΔＶは該電池１と充電電流とにより予め設
定して置く。この時電池電圧の低下は前述のように電極
に発熱を生じたことに基づいている。

〔発明が解決しようとする課題〕

第４図に示す従来の電池充電回路では、該尖頭値保持
回路８により、保持している電位が時間の経過と共にコ
ンデンサ充電電荷が漏れて電位降下が起こるため、該ゲ
ート６が閉じて該比較回路７で比較する他方の電位は必
ずしも所定時間前の電位ではない。そのため−ΔＶの検
出に誤差を生じるため、トリクル充電への切り換えが的
確に行われない欠点を有する。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の目的は前述の従来の欠点を解消し、二次電池
の充電完了の時における最大電圧値をディジタル回路に
より正確に保持し、且つ高精度のタイミングでトリクル
充電への切換えを的確に行い得る二次電池の充電方式を
提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

二次電池に対し急速充電を行う電源を具備し、急速充
電の開始後、該電池の両端の電圧を測定して尖頭値検出
回路により電圧最大値を検出し、次に測定電圧が低下し
て低下値が所定値以下となったとき充電終了であると検
出する二次電池の充電方式において、該尖頭値検出回路
はディジタル回路で構成すると共に、該ディジタル回路
は（イ）一方の入力端子に充電中の電池電圧を印加し、
他方の入力端子に定電圧電源からの電圧を抵抗分割した
電圧と、D/A変換器出力電圧とを印加し、両入力端子の
印加電圧を比較し、比較した結果の出力を発生する第１
電圧比較回路と（ロ）該第１電圧比較回路の出力に対応
するアナログ値を得るためのクロックパルス発生器・パ
ルスカウンタ・D/A変換器と（ハ）一方入力端子は前記
第１電圧比較回路の一方の入力端子と接続され、他方の
入力端子に前記D/A変換器出力を抵抗分割して印加し、
両入力端子の印加電圧を比較し、比較した結果の出力に
より充電終了を検出する第２電圧比較回路とで構成する
ことを特徴とする。

〔作 用〕

急速充電・トルクル充電を切換え制御する回路は、当
初において急速充電を行うように制御して置く。そのた
め当初は二次電池に対し充電用電源から急速充電を始め
る。該電池の充電が略終了する頃、該電池の両端の電圧
について上記の構成の該ディジタル回路で構成された尖
頭値検出回路により検出測定する。即ち、第１電圧比較
回路の一方の入力端子には充電中の電池の電圧を、他方
の入力端子には定電圧電源からの電圧を抵抗分割した電
圧と後述するD/A変換器出力電圧とを印加して比較す
る。

例えば一方の入力端子の電圧が他方の入力端子電圧よ
り高い値のとき、第１電圧比較回路は信号“H"を出力
し、その状態が継続中であれば充電中であると判断す
る。D/A変換器出力値もアナログ値として大きな値とな
る。

第２電圧比較回路の一方の入力端子には第１電圧の比
較回路の一方の入力端子の電圧が、他方の入力端子には
D/A変換器出力電圧、即ち一方の入力端子の電圧よりdV
低い電圧が印加されている。各電圧比較回路の一方の入
力端子には電池の充電電圧が印加されていて、急速充電
が完了の頃は充電特性のため、その電圧がdVだけ低下す
る。そのため第２電圧比較回路の入力端子の電圧は同値
となる場合が起こる。同値となったときに第２電圧比較
回路の出力により、急速充電回路は充電終了と判断され
必要に応じてトリクル充電に切換えられる。このときdV
の値は電池電圧に関係しない所定値に選択されているか
ら、急速充電終了の判断が正確にできる。

〔実施例〕

第１図は本発明の二次電池の充電方式の実施例を示す
全体図である。第１図において、１は充電すべき二次電
池、２は充電用電源、10は急速充電・トリクル充電切換
制御回路、11はディジタル・尖頭値保持回路兼比較回
路、12は定電圧源、13は制御出力端子を示す。その動作
は前述の〔作用〕の欄に記載した所と同じである。

次に第２図は本発明の実施例として、第１図中の特に
該ディジタル保持回路兼比較回路11を詳細に示した構成
図である。即ち、第２図において、１は充電すべき二次
電池、２は充電用電源、10は急速充電・トリクル充電切
換制御回路、12は定電圧源、13は該ディジタル・尖頭保
持回路兼比較回路11の出力端子、14はツェナダイオー
ド、15乃至19は抵抗素子、20は第１電圧比較回路、21は
第２電圧比較回路、22はナンド回路、23はバイナリカウ
ンタ、24はD/A変換器、25はバッファ増幅器、26はクロ
ック発生源を示す。

該第１電圧比較回路20の非反転入力端子（＋）には、
該電池１の電圧が、該ツェナダイオード14によりレベル
シフトされて印加される。該第１電圧比較回路20の反転
入力端子（−）には該定電圧源12の電圧を該抵抗素子16
と抵抗素子17〜19との比で分割した値と、D/A変換器24
の出力とが入力される。そのため入力端子（＋）の方が
（−）の方より高ければ、該第一電圧比較回路20の出力
は“H"となる。その出力は該ナンド回路22の一方の入力
となり、該ナンド回路22の他の入力は該クロック発生源
26からのクロックである。そのため該ナンド回路22の出
力はクロックが“H"となったときに対応して発生し、該
バイナリカウンタ23において分周カウントされる。カウ
ント値を該D/A変換器24で変換し、アナログ出力として
該バッファ増幅器25により増幅して、その出力を該抵抗
素子17,18の接続点に印加する。

若し、第１電圧比較回路20の反転入力端子（−）の電
圧が、該第１電圧比較回路20の非反転入力端子（＋）の
電圧（電池電圧に対応）より高くなると、第１電圧比較
回路20の出力は“L"になる。この動作はD/A変換器24の
出力値を一定にしたままであるから、第１電圧比較回路
20の反転入力端子（−）の電圧は、充電電池の電圧最大
値を維持していることを示す。

また抵抗素子17,18は第１電圧比較回路20の反転入力
端子（−）の電圧と、第２電圧比較回路21の反転入力端
子（−）の電圧との差を一定にするように動作してい
る。（D/A変換器24の一定値出力の動作が関与してい
る）。そのため、第２電圧比較回路21の反転入力端子
（−）の電圧は、電池電圧の最大値より一定の電圧だけ
低い電圧を維持している。その電圧差を「dV」と表現す
る。急速充電の終了を検出する−ΔＶと対応して考えら
れるから同様に表現する。（この電圧値を充電終了後の
判断用比較電圧の差値ということができる）。

次に第２電圧比較回路21は非反転入力端子（＋）に電
池１の充電電圧をツェナーダイオード14によりシフトし
た値が入力される。また反転入力端子（−）には上述の
ように電池１の充電最大値よりdV低い電圧値に維持され
ている。従って、電池１の電圧が急速充電の終期になる
と非反転入力端子（＋）の電圧が反転入力端子（−）の
電圧より高くなる。それまで第２電圧比較回路の出力は
“H"であったが、急速充填が完全になると電池の電圧低
下が発生し、充電最大値電圧よりdVだけ低下すると、そ
の後は第２電圧比較回路21の出力は“L"に変化する。

第３図は該電池の電圧変化・回路内の端子電圧変化を
示す図である。曲線Ａは該電池の電圧変化、即ち第１電
圧比較回路20の非反転入力端子（＋）と、第２電圧比較
回路21の非反転入力端子（＋）との電圧変化を示してい
る。

曲線Ｂは第２電圧低各回路21の反転入力端子（−）の
電圧変化を示す。第２電圧比較回路21の出力は曲線Ａが
曲線Ｂより高い電圧のとき“H"であって、時刻Tc以後は
その状態が逆転するから、出力は“L"に変化する。従っ
て、出力端子13の電位が“H"から“L"に変化したとき、
制御回路10は急速充電からトリクル充電に切換える。

第２図においてクロック発生源26、ナンド回路22、バ
イナリカウンタ23はディジタル動作を行い、D/A変換器2
4の分解能に基づく量子化誤差の範囲内で充電中の電池
の最大値が正確に保持される。

また電池電圧の保持がなされた後に、該第２電圧比較
回路21から“L"が出力されるまでの端子（−）の電圧変
化dVは充電される電池の電圧に関係なく、 dV＝｛1/（１＋ｋ）｝Vr｛k/（１＋ｋ）｝Ve となる。ここで、ｋ＝（抵抗16・抵抗17）＝（抵抗19・
抵抗18） Vr＝定電圧源12の電圧 Ve＝量子化誤差である。

〔発明の効果〕

このように本発明によるときは、充電終了のため電池
電圧が最大値となったとき、その値をディジタル回路に
より保持しているから、保持電圧が正確であり、且つ充
電終了後の判断用比較電圧値の差値を充電電池の電圧に
関係ない値に設定することができて、その値も正確であ
るから、急速充電の終了後必要であればトリクル充電へ
の切換えが的確に行うことができる効果をもたらす。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の二次電池の充電方式の実施例を示す全
体図、第２図はその実施例の詳細な構成を示す図、第３
図は第２図の電圧変化を示す図、第４図は従来の電池充
電回路の構成を示す図、第５図は第４図の電圧変化を示
す図である。 １……電池、２……充電用電源 10……急速充電・トリクル充電切換制御回路 11……ディジタル尖頭値保持回路兼比較回路 12……定電圧源、13……制御出力端子 20……第１電圧比較回路、21……第２電圧比較回路

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】二次電池に対し急速充電を行う電源を具備
   し、急速充電の開始後、該電池の両端の電圧を測定して
   尖頭値検出回路により電圧最大値を検出し、次に測定電
   圧が低下して低下値が所定値以下となったとき充電終了
   であると検出する二次電池の充電方式において、該尖頭
   値検出回路はディジタル回路で構成すると共に、該ディ
   ジタル回路は（イ）一方の入力端子に充電中の電池電圧
   を印加し、他方の入力端子に定電圧電源からの電圧を抵
   抗分割した電圧と、D/A変換器出力電圧とを印加し、両
   入力端子の印加電圧を比較し、比較した結果の出力を発
   生する第１電圧比較回路と（ロ）該第１電圧比較回路の
   出力に対応するアナログ値を得るためのクロックパルス
   発生器・パルスカウンタ・D/A変換器と（ハ）一方の入
   力端子は前記第１電圧比較回路の一方の入力端子と接続
   され、他方の入力端子に前記D/A変換器出力を抵抗分割
   して印加し、両入力端子の印加電圧を比較し、比較した
   結果の出力により充電終了を検出する第２電圧比較回路
   とで構成することを特徴とする二次電池の充電方式。