JPH04121031A - 二次電池の充電回路 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は二次電池の充電回路に係り、特に充電時の二次
電池の温度を検出して充電を制御する充電回路に関する
。

（従来の技術） 二次電池の充電方式は種々提案されているが、特に二次
電池の温度変化を検出して充電を制御する方式としては
、例えば特開昭８３−７６２７５号公報に記載された充
電回路がある。

この公知例においては、二次電池の温度を検出する温度
センサからの出力信号を温度監視回路で監視し、二次電
池の温度が設定値まで上昇したとき充電を停止させるよ
うにしている。

（発明か解決しようとする課題） 上述した公知例の充電回路では、充電を停止する設定値
の温度を周囲温度か常温のときに約１００％充電される
ように設定すると、周囲温度か低い場合に過充電傾向と
なる。このため、通常は設定値を低めの温度に設定し、
低温充電時でも過充電にならないようにしている。

しかしながら、設定値を低めの温度に設定すると、常温
では充電量が１００％に達せず、特に高温の場合は著し
い充電不足になることがある。

また、温度センサが不良となったり、あるいは温度セン
サと温度監視回路との接続が不良になったりすると、温
度監視回路で二次電池の温度を正しく監視することがで
きないため、二次電池が過充電となって異常温度上昇が
生し、二次電池の破損や、それを使用する機器の破損等
を引き起こすことがある。

本発明はこのような従来の問題点を解決するためになさ
れたもので、周囲温度に関わらすほぼ１００％の充電が
でき、また温度検知が正しくなされない場合でも二次電
池や機器の破損等を引き起こすことがなく、信頼性、安
全性の高い二次電池の充電回路を提供することを目的と
する。

［発明の構成コ （課題を解決するための） 上記の課題を解決するため、本発明の充電回路は、第１
の充電用電源と、この第１の充電用電源より小さい電流
を出力する第２の充電用電源と、第１の充電期間に第１
の充電用電源を二次電池に接続し、第２の充電期間に第
２の充電用電源を二次電池に接続する切換手段と、二次
電池の温度を検出し、その温度に対応した出力信号を発
生する温度センサと、この温度センサからの出力信号に
より二次電池の温度が設定値に達したことを検知し、検
知出力を発生する温度検知手段と、第１の充電期間の開
始とともに起動され、所定時間後に限時出力を発生する
タイマー回路と、第１の充電期間中に温度検知手段から
発生される検知出力によって第１の充電期間から第２の
充電期間に移行させ、タイマー回路から発生される限時
出力によって充電を終了させる制御手段とを具備するこ
とを特徴とする。

なお、タイマー回路として第１の充電期間の開始ととも
に起動され、所定時間後に限時出力を発生する第１のタ
イマー回路と、第２の充電期間の開始とともに起動され
、所定時間後に限時出力を発生する第２のタイマー回路
とを設け、第１の充電期間中に温度検知手段から発生さ
れる検知出力によって第１の充電期間から第２の充電期
間に移行させ、第１および第２のタイマー回路のうち先
に発生された限時出力によって充電を終了させるように
してもよい。

（作用） ニッケル水素蓄電池をはじめとする二次電池では、充電
末期になると電池内部から熱が発生し、発熱と放熱がバ
ランスするまで表面温度が上昇する。充電電流が大きく
なるほど、温度上昇率は大きくなり、発熱と放熱がバラ
゛ンスした後の温度も高くなる。二次電池の種類や周囲
温度にもよるが、充電末期後に至っても０．３〜０．５
ＣｍＡ以上の電流で充電を続けると温度が異常に高くな
る。

本発明においては、二次電池に内蔵または近接される温
度センサを介して二次電池の温度上昇を検知し、二次電
池の温度が所定値に達したとき第１の充電期間である第
１の充電用電源による急速充電期間から、第２の充電期
間である第２の充電用電源による補充電に切換え、さら
にタイマー回路を用いて第１の充電期間の開始から所定
時間経過したことをもって補充電を終了する。この後は
、例えばトリクル充電に移行する。

従って、温度検知が正常になされない場合でも、タイマ
ー回路の限時出力より充電制御が可能となるので、二次
電池や機器の破損等を引き起こすことかない。また、周
囲温度の変化による充電の過不足がなく、略１００％充
電が行われる。

一方、第１および第２のタイマー回路を設け、先に発生
された限時出力によって充電を終了させるようにすると
、充電が既に完了している電池を誤って再度充電したよ
うな場合、補充電による過充電量が少なくて済む。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例の充電回路のブロック図であ
る。

第１図において、二次電池であるニッケル水素蓄電池（
以下、単に電池という）１は、スイッチＳＷＩ、ＳＷ２
からなる切換回路２を介して第１および第２の充電用電
源３，４に選択的に接続される。スイッチＳＷＩ、ＳＷ
２は、トランジスタ、サイリスタ、リレー等が使用され
る。第１の充電用電源３は急速充電用、第２の充電用電
源４は補充重用であり、いずれも交流電源の出力を整流
して直流出力を得るか、または他の比較的大容量の電池
が使用される。但し、その出力電流は第１の充電用電源
３より第２の充電用型Ｒ４の方が小さい。

温度センサ５は、電池１の温度に対応した出力信号を得
る例えばサーミスタ等の素子であり、電池１に内蔵され
るか、または電池１に近接して設置されている。温度セ
ンサ５の出力信号は、温度検知回路６に入力される。温
度検知回路６は、温度センサ５からの出力信号により電
池１の温度が設定値に達したことを検知する回路であり
、その具体的な構成は後述する。

温度検知回路６の出力は、制御回路７に入力されている
。制御回路７には、タイマー回路８も接続されている。

制御回路７とタイマー回路８は、電源投入時やスイッチ
等に連動して発生されるスタートパルスが入力されるこ
とによって起動される。制御回路７は、温度検知回路６
の検知出力およびタイマー回路８の限時出力に基づいて
切換回路２のスイッチＳＷＩ、ＳＷ２のオン・オフ状態
を切換える。制御回路７の具体的な構成は後述する。

次に、第２図を参照して第１図の充電回路の動作を説明
する。

電源投入時やスイッチ等に連動して発生されるスタート
パルスが制御回路７に入力されると、制御回路７の出力
端子すは高レベルとなる。これにより切換回路２のスイ
ッチＳＷＩがオン状態となり、急速充電の第１の充電期
間が開始される。また、スタートパルスはタイマー回路
８の入力端子ｄにも入力され、第１の充電期間の開始と
同時にタイマー回路８は計時動作を開始する。この第１
の充電期間では、電池ｌは第１充電用電源３からの電流
１１で急速充電される。

充電が進み、やがて充電末期になると、電池１の温度が
上昇し始める。電池１の温度は温度センサ５により電気
信号に変換され、出力端子ｆより温度検知回路６の入力
端子ｇに入力される。温度検知回路６は温度センサ５か
らの出力信号か予め定めた設定値の温度（例えば５０℃
〜６０℃）に相当する電圧値に達すると、出力端子りよ
り検知出力を発生する。この温度検知回路６の検知出力
は、制御回路７の入力端子ｉに入力される。制御回路７
は温度検知回路６からの検知出力を受けると、切換回路
２のスイッチＳＷＩをオフ状態、スイッチＳＷ２をオン
状態とし、第２の充電期間を開始させる。

第２の充電期間においては、電池１はスイッチＳＷ２を
介して第２の充電用電源４によって補充電される。この
第２の充電期間では、第１の充電期間より少ない電流Ｉ
２でゆっくり充電されるので、電池１の発熱量は小さく
なって、電池１の温度は下かり、充電が進むと再び緩や
かに温度か上昇しはじめる。充電がさらに進み、タイマ
ー回路８の計時時間が予め設定された限時時間Ｔに達す
ると、タイマー回路８の出力端子ｅより限時出力が発生
され、制御回路７の入力端子Ｊに入力される。制御回路
７は、タイマー回路８からの限時出力を受けると、スイ
ッチＳＷ２をオフ状態とする。これにより電池１は第１
および第２の充電用電源３．４のいずれからも充電電流
が供給されなくなり、充電か停止される。

次に、第３図および第４図を参照して本実施例をさらに
具体的に説明する。

第３図は、温度センサ５としてサーミスタを用いた場合
の温度検知回路６の具体的な構成例である。温度センサ
５としてのサーミスタＲｔｈは温度検知回路６の入力端
子ｇに接続仝れている。温度検知回路６は一端に基準電
圧■か印加され、他端が入力端子ｇに接続された抵抗Ｒ
１と、基準電圧Ｖを分圧する抵抗Ｒ２，Ｒ３と、非反転
入力端子が抵抗Ｒ２，Ｒ３の接続点に接続され、反転入
力端子か入力端子ｇに接続され、出力端子か温度検知回
路６の出力端子りに接続された電圧比較器９とで構成さ
れる。

この温度検知回路６においては、入力端子ｇである抵抗
Ｒ１とサーミスタＲｔｈの接続点の電圧Ｖａと、抵抗Ｒ
２，Ｒ３の接続点の電圧ｖｂとか電圧比較器９て比較さ
れる。この結果、出力端子りのレベルはＶａ＞Ｖｂのと
き低レベルとなり、Ｖａ＜Ｖｂのとき高レベルとなる。

サーミスタＲ１ｈは温度が高くなると抵抗値か低下する
負特性サーミスタが用いられる。そこで、サーミスタＲ
１ｈの温度（電池１の温度）か設定値Ｔ１に達したとき
Ｖａ＜Ｖｂとなるように、サーミスタＲ１ｈの特性に合
せて抵抗Ｒ，，Ｒ２゜Ｒ３の値を選定すれば、電池１の
温度が設定値Ｔ１に達したとき温度検知回路６から高レ
ベルの検知出力を発生させることができる。

第４図は、制御回路７の具体的な構成例であり、ＣＲ時
定数回路１０と、ＯＲ回路１１゜１２と、フリップフロ
ップ１３．１４及びＡＮＤ回路１５からなる。制御回路
７の入力端子ｉはＯＲ回路１１の第１入力端子に接続さ
れ、入力端子ｊはＯＲ回路１１の第２入力端子とＯＲ回
路１２の第１入力端子に接続されている。

ＣＲ時定数回路１０の出力点は、ＯＲ回路１１の第３入
力端子とＯＲ回路１２の第２入力端子に接続されている
。ＯＲ回路１１．１２の出力端子は、フリップフロップ
１３．１４のリセット入力端子Ｒ，，Ｒ２にそれぞれ接
続されている。フリップフロップ１３．１４のセット入
力端子Ｓ、、Ｓ２は制御回路７の入力端子ａに接続され
ている。フリップフロップ１３の非反転出力端子Ｑ１は
制御回路７の出力端子すに接続され、反転出力端子Ｑ１
はＡＮＤ回路１５の第１入力端子に接続され、フリップ
フロップ１４の非反転入力端子Ｑ２はＡＮＤ回路１５の
第２入力端子に接続されている。そして、ＡＮＤ回路１
５の出力端子が制御回路７の出力端子Ｃに接続されてい
る。制御回路７の出力端子す、　　ｃは、第１図の切換
回路２のスイッチｓｗｉ。

ＳＷ２の制御入力端子に接続され、それぞれの出力が高
レベルのとき対応するスイッチをオン状態、低レベルの
とき対応するスイッチをオフ状態とする。

充電回路の電源が投入されると、ＣＲ時定数回路］Ｏか
らその時定数で定まる幅のパルスがＯＲ回路１１−．１
．２をそれぞれ介してフリ・ツブフロップ１３．１４の
リセット入力端子ＲＲ２に入力され、フリップフロップ
１３．１４の非反転出力端子Ｑ１．Ｑ２が低レベルとな
る。

従って、制御回路７の出力端子す、ｃも低レベルとなり
、切換回路２のスイ・ソチＳＷＩ。

ＳＷ２はオフ状態で待機している。この状態でスタート
パルスが制御回路７の入力端子ａに加わると、フリップ
フロップ１３．１４の非反転出力端子Ｑ１．Ｑ２は高レ
ベル、フリップフロップ１３の反転出力端子Ｑ、は低レ
ベルとなり、制御回路７の出力端子すは高レベル、制御
回路７の出力端子ｃ　（ＡＮＤ回路１５の出力）は低レ
ベルとなるため、スイッチＳＷＩがオン状態となり、ス
イッチＳＷ２はオフ状態を保つ。これにより第１の充電
期間が開始し、電池１は急速充電される。

そして、充電が進んで電池１の温度が上昇し、設定値を
越えると、温度検知回路６の８カが高レベルとなって制
御回路７の入力端子ｌに加わり、さらにＯＲ回路１１を
介してフリップフロップ１３のリセット入力端子Ｒ８に
加わるため、フリップフロップ１３の非反転出力端子Ｑ
、は低レベル、反転入力端子の、は高レベルとなり、制
御回路７の出力端子すは低レベル、出力端子Ｃは高レベ
ルとなるため、スイッチＳＷＩはオフ状態、スイッチＳ
Ｗ２はオン状態となる。これにより第１の充電期間か終
了して第２の充電期間が開始し、電池１は補充電される
。

さらに充電が進み、タイマー回路８か限時時間Ｔに達し
てその出力端子ｄか高レベルになると、制御回路７の入
力端子ｊ及びＯＲ回路１２を介してフリップフロップ１
４のリセット入力端子Ｒ２が高レベルとなり、フリップ
フロップ１４の非反転出力端子Ｑ２が低レベルになる。

このため制御回路７の出力端子Ｃが低レベルとなり、切
換回路２のスイッチＳＷ２かオフ状態となるため、第２
の充電期間が終了する。

なお、通常はこのような動作を行うが、周囲温度が低く
電池１の温度が充電末期になっても設定値まで上昇しな
い場合や、温度センサ５や温度検知回路６の異常や接続
不良等により、温度検知回路６から制御回路７に正常に
検知出力が伝わらない場合には、第１の充電期間の開始
とともに計時動作を開始しているタイマー回路８か限時
時間に達し、その出力端子ｅが高レベルになる。これに
より制御回路７の入力端子ｊが高レベルとなり、ＯＲ回
路１１．１２をそれぞれ介してフリップフロップ１３．
１４のリセット入力端子Ｒ，，Ｒ２が高レベルになるた
め、フリップフロップ１３．１４の非反転出力端子Ｑ３
．Ｑ２が同時に低レベルとなり、切換回路２のスイッチ
ＳＷＩ、ＳＷ２は共にオフ状態となる。従って、第１の
充電期間が終了し、同時に第２の充電期間が開始するこ
となく充電動作は終了する。

第５図は本発明の他の実施例に係る充電回路のブロック
図であり、第１のタイマー回路８Ａと第２のタイマー回
路８Ｂが設けられている。

第１のタイマー回路８Ａは第１図の実施例におけるタイ
マー回路８に対応するものであって、第１の充電期間の
開始とともに起動される。第２のタイマー回路８Ｂは第
２の充電期間の開始とともに起動され、所定時間経過後
に限時出力を発生する。タイマー回路８Ａ、８Ｂの出力
は、ＯＲ回路１６に入力され、ＯＲ回路１６の出力端子
が制御回路７の入力端子ｊに接続される。

従って、制御回路７はタイマー回路８Ａ、８Ｂのうち先
に発生した方の限時出力により第２の充電期間を終了さ
せることになる。

この実施例によれば、−度充電完了した電池を誤って再
度充電したような場合、第１の充電期間が直ぐ終了して
第２の充電期間に移行し、第２の充電期間に入ると第２
のタイマー回路８Ｂの限時出力によって比較的短時間の
間に充電が停止されるので、第２の充電期間が短くて済
み、■２での過充電量が最小限に抑えられるという利点
がある。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく、次のよ
うにして種々変形して実施することができる。

■　実施例では、第１の充電期間において切換回路２の
急速充電用のスイッチＳＷＩのみオン状態としたが、補
充電用のスイッチＳＷ２もオン状態としてもよい。すな
わち、第１の充電用電源３と第２の充電用電源４の出力
電流を合せた電流値を１１としてもよい。このようにす
ると、第１の充電用電源３の出力電流容量は第２の充電
用電源４の出力電流容量分だけ先の実施例の動作説明の
場合より小さくて済む。

■　実施例では、第１および第２の充電用電源３，４の
二種類の電源を用意するように説明したが、一種類のみ
の充電用電源を用い、外部からの制御により第１の充電
期間と第２の充電期間とで出力電流値を可変するように
してもよい。

■　実施例では、第２の充電期間が終了すると充電電流
が完全に遮断されるようにしたが、新たに第３の充電用
電源を切換回路２のスイッチＳＷＩ、ＳＷ２の接続点に
接続するか、またはスイッチＳＷＩまたはＳＷ２に並列
に抵抗を接続し、第２の充電期間後も補充電より更に少
ない工、なる電流で充電するようにしてもよい。

この電流Ｉ３は０．ＩＣｍＡに程度に設定される。この
ようにすると、より１００％に近く充電ができ、また自
己放電による充電量の低下を防止することができる。

■　実施例では、二次電池としてニッケル水素蓄電池を
例にとり説明したか、本発明は他の二次電池、例えばニ
ッケルカドミウム蓄電池や鉛蓄電池などの充電回路にも
適用することか可能である。

その他、本発明は要旨を逸脱しない範囲で種々変形して
実施することかできる。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明によれば二次電池の温度上
昇を検知し、その温度が設定値に達したとき第１の充電
用電源による急速充電から第２の充電用電源による補充
電に切換え、さらにタイマー回路の限時出力により充電
を終了させる構成とすることにより、周囲温度が変化し
ても充電の過不足がなく、短時間で略１００％の充電か
でき、また温度検知か正しくなされない場合でもタイマ
ー回路の限時出力により充電を制御できるので、二次電
池や機器の破損を引く起こすことがなく、信頼性および
安全性が向上する。

また、第１および第２の充電期間の開始時にそれぞれ起
動される第１および第２のタイマー回路のうち先に発生
された限時出力によって充電を停止させることにより、
充電が既に完了した二次電池を誤って充電した場合の過
充電量を最小限に抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る二次電池の充電回路の
構成を示すブロック図、第２図は同実施例の動作を説明
するための図、第３図は温度検知回路の具体的な構成例
を示す回路図、第４図は制御回路の具体的な構成例を示
す回路図、第５図は本発明の他の実施例に係る二次電池
の充電回路の構成を示すブロック図である。 １・・・ニッケル水素蓄電池（二次電池）２・・・切換
回路 ３・・第１の充電用電源 ４・・・第２の充電用電源 ５・・・温度センサ ６・・・温度検知回路 ７・・・制御回路 ８・・・タイマー回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１の充電用電源と、 この第１の充電用電源より小さい電流を出力する第２の
   充電用電源と、 第１の充電期間に第１の充電用電源を二次電池に接続し
   、第２の充電期間に第２の充電用電源を二次電池に接続
   する切換手段と、 前記二次電池の温度を検出し、その温度に対応した出力
   信号を発生する温度センサと、 この温度センサからの出力信号により前記二次電池の温
   度が設定値に達したことを検知し、検知出力を発生する
   温度検知手段と、 第１の充電期間の開始とともに起動され、所定時間後に
   限時出力を発生するタイマー回路と、第１の充電期間中
   に温度検知手段から発生される検知出力によって第１の
   充電期間から第２の充電期間に移行させ、前記タイマー
   回路から発生される限時出力によって充電を終了させる
   制御手段と を具備することを特徴とする二次電池の充電回路。
2. （２）第１の充電用電源と、 この第１の充電用電源より小さい電流を出力する第２の
   充電用電源と、 第１の充電期間に第１の充電用電源を二次電池に接続し
   、第２の充電期間に第２の充電用電源を二次電池に接続
   する切換手段と、 前記二次電池の温度を検出し、その温度に対応した出力
   信号を発生する温度センサと、 この温度センサからの出力信号により前記二次電池の温
   度が設定値に達したことを検知し、検知出力を発生する
   温度検知手段と、 第１の充電期間の開始とともに起動され、所定時間後に
   限時出力を発生する第１のタイマー回路と、 第２の充電期間の開始とともに起動され、所定時間後に
   限時出力を発生する第２のタイマー回路と、 第１の充電期間中に温度検知手段から発生される検知出
   力によって第１の充電期間から第２の充電期間に移行さ
   せ、前記第１および第２のタイマー回路のうち先に発生
   された方の限時出力によって充電を終了させる制御手段
   と を具備することを特徴とする二次電池の充電回路。