JPH01160327A - 二次電池充電制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、二次電池を急速充電する充電器の充電制御回
路に関するものである。

ニッケル・カドミウム電池（以下二カド電池トいう）等
の二次電池を充電すると、第３図に示す充電電圧特性の
ように、Ｐ点でピーク電圧ｖＢＰを示してそれ以後降下
する特性を有している。この降下電圧を検出して充電電
流を制御する事によって急速充電を制御する手段が広く
一般的に用いられている。本発明は、この制御方式を応
用して充電器を構成する際の、最適構成回路を提供する
ものである。

従来の技術 次に、図面を参照しながら従来の充電器の構成回路につ
いて説明する。第２図は従来の充電器の構成回路図であ
る。第２図におい゛て、１は直流電源部、２は充電電流
検出抵抗、３は電流制御回路、４は電圧制御回路、６は
充電の状態を表示する表示回路、７は抵抗、８はＬＥＤ
、１２は降下電圧を検出する降下電圧検出回路、１３．
１４は抵抗、１６は充電される二次電池、１６はダイオ
ード、１７はインピーダンス変換用の増幅器、１８はピ
ーク電圧を記憶する回路構成するダイオード、１９はピ
ーク電圧を記憶するコンデンサで、２０は充電シーケン
スロジック回路である。以上の様に構成された充電器の
構成回路について、その動作を説明する。

１ず、直流電源部１を駆動し、電池１６を取シ除いた状
態では、電圧制御回路４が働き直流電源部を規定の電圧
に制御する。この電圧は、電池１６の充電電圧特性の最
大値よシやや高い値とする。

この時、充電シーケンスロジック回路２０はリセット状
態となっている。この場合、表示回路６は”Ｌｏ”を出
力し、表示ＬＥＤｓは消灯、ダイオード１６のカソード
側は”Ｌｏ”となシ、ダイオード１６を通じて記憶コン
デンサー１９の電荷を放電する。

次に、電池１５を接続すると、電圧制御回路４は働かな
くなる。同時に、電流制御回路が働き電流制御回路で決
定される電流値で急速充電がスタートする。この時、充
電シーケンスロジック回路２０は、リセット状態が解除
され、充電シーケンスがスタートし、電流制御回路３へ
急速充電信号を送り、表示回路り、へ急速充電中信号を
送り、放電用ダイオード１６のカソード側をＬＯ”→”
Ｈｉ”にする。この時記憶コンデンサ１９のｘ圧ＶＣは
、はぼ零Ｖである。１７はＦＥＴ入力又はＭＯ３ＦＥＴ
入力演算増＄１を器を用いたインピーダンス変換回路で
、入力電圧ｖｃと同じ電圧を出力し、降下電圧検出回路
１２の○入力されている。リセット状態が解除された時
点から、電池１６の電圧ＶＢを抵抗１３．１４で分割し
て得られる比電圧ｖＢｓがダイオード１８を通ってコン
デンサ１９を充電する。コンデンサ電圧ｖｃがほぼ電池
比電圧ｖＢｓになるまで充電する。電池比電圧ｖＢｓは
同時に、降下電圧検出回路１２のＯ入力に入力される。

降下電圧検出回路１２で設定される検出降下電圧をΔｖ
ｓ　とすると、急速充電中は、−Δｖｓ＜ｖＢｓ−ｖｃ
の状態であ）、降下電圧検出回路１２は、Ｈｉ”レベ／
’ｔｉｔシーケンスロジックに出力し、充電シーケンス
ロジックは、急速充電状態を保持し、各ブロックに信号
を出力する。第３図に示す充電電圧特性のうち、ピーク
点Ｐの電圧■ＢＰに至るまでは、電池電圧はゆっくわと
上昇してゆく。従って、前述したーΔｖｓ＜ｖＢｓ−ｖ
ｃが成立し、急速充電の状態を保持する。やがて、充電
が完了に近づき電池電圧がピークになった時、電池電圧
ｖＢＰ　、電池比電圧ＶＢＳＰとなシ、コンデンサ１９
の電圧もピーク値■ｃＰとなシ、はぼＶＢＳＰと同一の
電圧となる。この場合、−Ａζ＜ＶＢＳＰ−■ＣＰが成
立し、降下電圧検出回路１２は、”Ｈｉ”のままを保持
し、急速充電を継続する。さらに充電が進行すると、電
池電圧が降下を開始する。やがて降下電圧が降下電圧検
出回路１２の設定降下電圧になると、−Δｖｓ＞ｖＢＳ
−ｖｃとなシ、降下電圧検出回路１２（ｆ−ｉ、”Ｈｉ
”→″ＬＯ”を充電ンーケンスロシック２ｏに出力する
。ここで、充電シーケンスロジックは充電完了信号を充
電制御回路３および、表示回路ｅに出力する。電流制御
回路３は、直流電源部１を微少電流制御して、電池に永
久に流しても安全な微少電流充電を行う。また、表示回
路６は、表示ＬＥＤｓを点滅させて、充電の完了を表示
する。以上の様にして、第２図に示す充電器の構成回路
は動作する。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記構成では、電池電圧のピーク値を記憶
する回路が、コンデンサとダイオードとインピーダンス
変換回路によって構成されている為、コンデンサーのリ
ーク電流や半導体のリーク電流が電池電圧の検出降下電
圧に影響すると共に、これらをモノリンツヤＩＣ化する
際に、高入方インピーダンスの増幅器を必要とし、Ｊ−
ＦＥＴのプロ、セスやＭＯＳ−ＦＥＴ又はＢ　ｉ　−Ｃ
ＭＯＳの）・ロセスが必要となり、コストがｕｐする。

本発明は上記問題点に鑑み、低インピーダンスの記憶回
路を用いた充電器の構成回路を提供する敵共に、低コス
トのモバシックＩＣ化の可能な充電器の構成回路を提供
するものである。

問題点を解決するための手段 この目的を達成する為に、本発明の二次電池充電制御回
路は、電圧制御回路と電流制御回路で構成された電源制
御回路と、論理回路で構成された充電シーケンスロジッ
ク回路と、電池電圧又はその比電圧をデジタル記憶する
回路と、そのデジタル記憶された電圧をアナログ電圧に
変換するデジタル・アナログ変換回路と、記憶電圧の最
大値と電池電圧又はその比電圧を比較して規定の降下電
圧を検出する回路と、電池電圧の上昇が無くなった時点
から規定の時間を制限するタイマー回路と。

充電の状態を表示する表示回路から構成されている。

作　　　用 上記構成により、構成素子の特性によシミ池の充電制御
特性が影響を受ける事が無くなると共に、低インピーダ
ンスの電池電圧記憶回路を応用する為、一般のバイボー
ラフ”ロセスにてモノリシックＩＣ化か可能となる。

実施例 以下本発明の実施例について、図面を参照しながら説明
する。第１図は本発明の充電器の構成回路図である。第
１図において、６は充電シーケンスロジック、９はデジ
タル・アナログ変換回路、１ｏはピーク電圧記憶カウン
ター、１１はカウンター制御、２１はタイマーである。

その他は第２図と同じである。

以上の様に構成された充電器の構成回路についてその動
作を説明する。

まず、直流電源部１を駆動し、電池１６を取シ除いた状
態では、電圧制御回路４が働き直流電源部を規定の電圧
に制御する。この電圧は、電池１５の充電電圧特性の最
大値よシやや高い値とする。

この時、充電シーケンスロジック６はリセット状態とな
っている。この場合、表示回路６は”Ｌｏ”を出力し、
表示ＬＥＤ８は消灯、ピーク電圧記憶カウンターはクリ
アーの状態、タイマー２１もリセット状態である。従っ
て、デジタル・アナログマ換回路９″出力は初期状態に
あシ・電池０充電１圧特性のうち最低値よりやや低い電
圧に相当する電圧値を出力する。

次に、電池１６を接続すると、電圧制御回路４は働かな
くなる。同時に、充電シーケンスロジック６のリセット
が解除され、各ブロックに急速充電中の信号を出力する
。従って、電流制御回路３は、充電シーケンスロジック
６から急速充電信号“Ｈｉ”を受けて、電流検出抵抗２
によって充電電流を検出しながら、電流制御回路３にて
決定される電流値にて直流電源部を制御して急速充電を
スタートする。表示回路６は充電シーケンスロジック５
より、急速充電信号”Ｈｉ”を受けて、表示ＬＥＤ８を
点灯して急速充電中を表示する。急速充電がスタートす
ると、ピーク電圧記憶カウンターもクリアー状態が解除
される。この時点で、ピーク電圧記憶カウンター１０の
データーをデジタル・アナログ変換するデジタル・アナ
ログ変換回路９の出力電圧■ＤＡは、第６図のように電
池１６の電圧ＶＢを抵抗１３．１４で分割して得られる
比電圧■Ｂｓよシ低い（ｖＤＡくＶＢＳ）。

従って、カウンタ制御回路１１は、”Ｈｉ”レベｌしを
出力する。この時タイマー２１はリセット状態となシ、
ピーク電圧記憶カウンター１０は、カラン）ｕｐ動作を
行なう。ピーク電圧記憶カウンター１０のカウントｕｐ
動作に対応して、デジタル・アナログ変換回路９の出力
電圧ｖＤＡの電圧も上昇し、ＶＤＡ≧ｖＢｓの状態とな
った時点で、カウンター制御回路１１は”Ｌｏ”を出力
し、ピーク電圧記憶カウンター１０およびデジタル・ア
ナログ変換回路９は、その状態を保持する。同時に。

カウンター制御回路１１がＬｏ”になった時点から、タ
イマー２１はスタートする。充電進行中においては、電
池電圧ＶＢは時間と共に上昇してゆ＜、従、て、ＶＢＳ
＞　ｖＤＡとなシ、再びカウンター制御回路１１はｆｆ
　Ｈｌ　ｎを出力し、タイマー２１をリセットし、ピー
ク電圧記憶カウンター１０はカラン）ｕｐ動作を行ない
、ｖＢＳ≦ｖＤＡの状態にて、再びカウンター制御回路
１１はＩＴ　Ｌ　Ｏ”を出力し、ピーク電圧記憶カウン
ター１ｏおよびデジタル・アナログ変換回路９をその状
態で保持すると同時に、タイマー２１をスタートさせる
。従って、ピーク電圧記憶カウンタ１０およびデジタル
・アナログ変換回路および、カウンター制御回路１１は
、常に■Ｂｓ＝ｖＤＡが成立する様に働く。

降下電圧検出回路１２は、本回路で設定される検出降下
電圧ｆＶｓとすると、急速充電中は、−ΔＶＳ＜ＶＢＳ
　　ＶＤＡ　　でｈる為、”Ｈｉ　”ｔｊ１７している
。

やがて、充電が進行し、第３図に示す充電電圧特性のう
ち、やがてピーク点Ｐに達する。この時電池電圧を■Ｂ
Ｐその比電圧ＶＢＳＰ、デジタル・アナログ変換回路の
出力電圧をｖＤＡＰとすれば、ＶＢＳＰ＝ｖＤＡＰが成
立する。さらに、充電が継続すると、電池電圧は降下を
開始する。その時、ｖｓｓくｖＤＡＰ　となシ、カウン
ター制御回路ばＬＯ”のままとなシ、ピーク電圧記憶カ
ウンター１０および、デジタル・アナログ変換回路９は
そのままの状態を保持して、ｖＤＡＰを出力する。これ
が電池のピーク電圧を記憶した電圧である。同時に、タ
イマー２１は動作を継続する。

電池電圧が降下を継続して、降下電圧検出回路１２にお
いて、−ΔｖＳ＞　ｖＢＳ−ｖＤＡＰ　Ｋな一’　た時
点で、降下電圧検出回路１２は、”Ｌｏ”を出力する。

この信号を受けて、充電シーケンスロジック５は充電完
了信号を各ブロックに出力する。電流制御回路３は、充
電シーケンスロジック６から充電完了信号″ＬＯ”を受
けて、安全な微少電流（トリクル電流）になる様に、直
流電源部１を制御する。充電表示回路６は、充電完了信
号を充電シーケンスロジック６から受けて１表示ＬＥＤ
ｓを点滅させ充電完了を表示する。以上の様にして本発
明の充電制御回路は動作する。

本発明の充電制御回路の基本動作について説明した。次
に、本発明の充電制御回路の保護機能について説明する
。今、第１図の充電器の構成回路において、急速充電を
行ない、電池の充電電圧特性のうち、ピーク点Ｐに達し
たと仮定する。この時電池電圧■ＢＰ、電池比電圧ＶＢ
、ＳＰ、デジタル・アナログ変換回路の出力電圧ｖＤＡ
Ｐ＝ＶＢＳＰ’：、、！：なっている。通常の場合前述
した様に、やがて電池電圧が降下して降下電圧検出回路
１２によって充電末期を検出して充電完了する。しかし
、非常に高温下における充電や、電池の品梯によっては
、第４図に示す充電電圧特性の様に、降下電圧が降下電
圧検出回路１２が有する検出降下電圧Δｖ８″！で至ら
ない場合がある。この場合、急速充電状態が永続し大変
危険な状態となる。

そこで、カウンター制御回路１１が”　Ｈｉ”→″’Ｌ
ｏ“′になった点からタイマー２１を動作させこの問題
点を解決している。通常の場合、カウンター制御回路１
１が”Ｈｉ”→”Ｌｏ”になっても、再び電池電圧が上
昇しＬＯ”→”　Ｈｔ″になシ、この時、タイマー２１
はリセットされる。この時間はタイマー２１の制限時間
ＴＦに比較し、非常に短く、従って、タイマ２１がタイ
ムｕｐする事はない。

電池電圧のピーク点以後は、カウンター制御回路は“Ｌ
Ｏ″を保持する為、タイマー２１は動作を継続する。そ
の後第４図に示す様に、ピーク点Ｐからタイマー２１で
制限される時間ＴＦにてタイ−ｑ　−２１ハ充！シーケ
ンスロジックにタイムアツプの信号を送り、本充電器の
構成回路は充電を完了する。

発明の効果 以上の様に、電圧制御回路と電流制御回路で構成された
電源制御回路と、論理回路で構成された充電シーケンス
ロジック回路と、電池電圧又はその比電圧をデジタル記
憶する回路と、そのデジタル記憶された電圧をアナログ
電圧に変換するデジタルアナログ変換回路と、記憶電圧
の最大値と電池電圧又はその比電圧を比較して規定の降
下電圧を検出する回路と、電池電圧の上昇、が無くなっ
た時点から規定の時間を制限するタイマー回路と、充電
の状態を表示する表示回路から構成する事により、構成
素子の特性によシミ池の充電制御特性が影響を受ける事
が無くなり、良好な充電制御特性を有する二次電池充電
制御回路が構成出来、その利用効果は大なるものがある
。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の実施例を示す回路図、第２図は従来例
を示す回路図、第３図は電池の充電電圧特性図、第４図
はタイマー制御を示す特性図、第・　６図はオーバー電
圧時の特性図である。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名、２ 区　　〉ミ Ｑ） ロ　　　： 区　　〉　ゑ 祖 〉（； ６ト４ 区 Ｕ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）電圧制御回路と、電流制御回路で構成された電源
   制御回路と、論理回路で構成された充電シーケンスロジ
   ック回路と、電池電圧又は、その比電圧をデジタル記憶
   する回路と、そのデジタル記憶された電圧をアナログ電
   圧に変換するデジタル・アナログ変換回路と、記憶電圧
   の最大値と電池電圧又はその比電圧を比較して規定の降
   下電圧を検出する回路と、電池電圧の上昇が無くなった
   時点から規定の時間を制限するタイマー回路と、充電の
   状態を表示する表示回路から構成された二次電池充電制
   御回路。
2. （２）電池電圧又は、その比電圧をディジタル記憶する
   回路が、オーバーフローした場合に充電を終了させる手
   段を有する特許請求の範囲第１項記載の二次電池充電制
   御回路。
3. （３）回路を、モノリシックＩＣで構成した特許請求の
   範囲第１項又は第２項記載の二次電池充電制御回路。