JPH04145841A

JPH04145841A - 急速充電方式

Info

Publication number: JPH04145841A
Application number: JP26471090A
Authority: JP
Inventors: Zenjiro Uchida; 善次郎内田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1990-10-01
Filing date: 1990-10-01
Publication date: 1992-05-19

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】（イ）産業上の利用分野本発明は、ニラカド力ドニウム電池やニラカド水素電池
等の二次電池を、定電流により急速充電する方式に関す
る。

（ロ）従来の技術一般に、二次電池の急速充電には定電流が用いられ、従
来は、特開平１−１０３１２７号公報に開示されている
ように、急速充電の初期段階から一定の大電流を流し、
電池の端子電圧がピーク値から予め定められたΔＶだけ
下がったことを検出して満充電を判断し、急速充電を停
止するようにしていた。

（ハ）発明が解決しようとする課題従来の技術では、急速充電の初期段階から大電流を流す
ため、既に充電されている電池を再び急速充電してしま
うと、電池の温度が急速に上昇し、このため電池の劣化
が激しくなるという課題があった。

また、過放電の電池では特に、大電流の影響で第６図Ａ
に示すように、満充電になっていないにもかかわらず、
満充電時のΔＶと同様の電圧現象が発生することがあっ
た。このため、急速充電の開始後３〜５分程度の一定時
間は、−ΔＶ検出を禁止しなければならなかった。従っ
て、第６図Ｂに示すように、既に充電されている電池を
再び急速充電するときにも、満充電になったか否かに係
わらず、少なくとも上記一定時間は急速充電を続行しな
くてはならず、温度」１昇による電池の劣化は、促進さ
れる一方であった。

（ニ）課題を解決するための手段本発明は、二次電池を定電流により充１ｔする急速充電
方式であって、急速充電サイクルの初期段階において、
前記定電流の値を時間毎に段階的に上昇させるようにし
て、上記課題を解決するものである。

（ホ）作用本発明では、急速充電サイクルの初期段階において、定
電流の値を時間毎に段階的に上昇させるようにしている
ので、既に充電されている電池を再び急速充電しても、
温度上昇は極力抑えられる。また、初期段階において、
疑似的な一Δ■が発生することもなくなる。

（へ）実施例第２図は、本発明の実施例の概略構成を示すブロック図
であり、ｌはニッケルカドニウム（Ｎｉｃｄ）電池又は
ニッケル水素電池（Ｎ　ｉ　−ＭＨ）電池等の二次電池
よりなる電池パック２が着脱自在なパーソナルコンピュ
ータ等の情報機器本体、３は一端がＡＣプラグ４に結合
され他端がケーブル５を介して本体１に接続され、ＡＣ
電圧をＤＣ電圧に変換して本体に供給するＡＣアダプタ
ー機能と、電池パック２への充電機能とを備えたＡＣア
ダプター＆チャージャーである。

本体］は、ケーブル５を接続するためのＤＣプラグ６、
供給される電源電圧をＤＣ−ＤＣ変換して負荷７に供給
する本体電源回路８、電源供給ラインに挿入された電源
スィッチ９、電源スィッチ９と連動し電源スィッチのオ
ンオフを検出するための急速充電検出スイッチ１０、電
池種別検出用のスイッチ１１、ＤＣプラグ６の端子ＨＰ
２から電池パック２の入出力端子に向かって順方向に挿
入されたダイオード］２、電池パック２の入出力端子か
らＤＣプラグ６の端子ＨＰＩに向かって順方向に挿入さ
れたダイオード１３を有する。

一方、ＡＣアダプター＆チャージャー３は、電源トラン
ス１４の一次側に、ラインフィルタ１５、整流回路１６
、平滑回路１７、−次側コイル１８、スイッチング素子
１９、スイッチング素子のオンオフを制御するＰＷＭ制
御回路２０、フォトカブラ２１の受光部であるフォトト
ランジスタ２１１を有する。

また、トランスの二次側には、第１及び第２の２つのコ
イル２２．２３を備え、各々に、整流回路２４，２５、
平滑回路２６．２７が接続されている。平滑回路２６の
出力は、第１接点Ｓ１が順方向に挿入されたダイオード
２８を介してＤ’Ｃプラグ２９の端子Ｐｌに接続され、
且つ、第２接点Ｓ２がＤＣプラグ２９の端子Ｐ２に接続
されたリレー３０に接続されている。

さらに、平滑回路２６の出力側には、電源の定電圧化及
び定電流化を実現するため、定電圧回路３１、電流検出
回路３２、定電流回路３３．７オトカプラ２１のフォト
ダイオード２１０が設けられている。これら定電圧回路
及び定電流回路の制御は、マイクロコンピュータ３４に
より行われ、このマイクロコンピュータ３４には、ＤＣ
プラグ２９の端子Ｐ３．Ｐ４から、本体側の急速充電検
出スイッチ１０．電池種別検出スイッチ１１のスイッチ
出力が、そして、オープン電池＆−ΔＶ検出回路３５及
びショート電池検出回路３６から検出信号が入力される
。尚、リレー３０及びＬＥＤ３７の各ドライバ３８．３
９も、マイクロコンピュータ３４により制御される。

二次側の他の平滑回路２７の出力側には、トリクル充電
電流をＤＣプラグ２９の端子Ｐ２を介して電池パック２
に供給するため、トリクル充電制御抵抗４０が挿入され
ている。

本実施例では、トリクル充電電流Ｉｒは０．ＩＣ以下の
１５０ｍＡに設定されており、電池が装着されていない
オープン時に供給ライン４２の電圧は２３Ｖになるよう
設定されている。また、アダプターモードでは、リレー
３０の接点がＳｌと接続されて、供給ライン４１には１
６Ｖの定電圧が供給され、急速充電モードでは、リレー
３０の接点が８２と接続されて、供給ライン４２には２
３Ｖの定電圧が供給され、且つ、その定電流値は後に説
明するように、時間と共に段階的に上昇するよう制御さ
れる。

次に、ＡＣアダプター＆チャージャー３の具体構成を第
３図に示し、より詳細に説明する。

まず、マイクロコンピュータ３４は、端子ＣＯＭＰから
入力されるアナログ電圧をデジタル電圧に変換するＡＤ
変換器５０と、プログラム及びＮ；−ｃｄ電池用とＮｉ
　−ＭＨ電池用の各々のへ■値を記憶するＲＯＭ５　］
と、ＡＤ変換器５０からの入力電圧ＢＶ、そのピーク電
圧Ｐ　Ｅ　ＥＫ　、後述の充電制御に使用する各種フラ
グＩＮＦ、５ＨＯＲＴＦ、ＢＡＴＦ、ＤＥＩ、ＴＡを記
憶するためのＲＡＭ５２と、安全タイマー、ショートタ
イマー、充電タイマー、−へ■タイマー等の各種タイマ
ー５３とを内蔵する。

オープン電池＆−ΔＶ検出回路３５は、マイクロコンピ
ュータ３４からパルス信号ＰＷＭを入力して制波の基準
電圧Ｖ１を出力するトランジスタ６００及びコンデンサ
６０１よりなる側波電圧発生回路６０と、この側波基準
電圧Ｖ１とライン４２の抵抗分割電圧Ｖｓとを比較する
コンパレータ６１と、コンパレータ６１の出力によりオ
ンオフし、その出力を端子ＣＯＰＭに入力するトランジ
スタ６２よりなり、ライン４２の電圧に応じたアナログ
一り圧をＣＯＭ　Ｐ端ｒ・に入力する。

ここで、電圧Ｖｓは、ライン４２の電圧が２２Ｖのとき
基準電圧■１の最高値とほぼ同電位になるように設定さ
れており、Ｖｌの最低値はＯｖである。従って、ＤＣプ
ラグ２９がＤＣプラグ５と接続されていないか、若しく
は、電池が未装着のオープン電池状態では、ライン４２
の電圧は２３■と２２Ｖより常に高くなるので、ＣＯＭ
Ｐ端子にはＨの信号が入力され続け、一方、ＤＣプラグ
が接続され、Ｒ４つ、電池が装着された状態では、ライ
ン４２の電圧は電池電圧に低下するので、ＣＯＭＰ端子
への入力信号によりマイクロコンピュータ３４は、ＤＣ
プラグ２９が接続されているか否か、及び、オープンバ
ッテリー状態であるか否かを判定できる。

ショート電池検出回路３６は、ライン４２の抵抗分割電
圧と定電圧レギュレータ６３からの基準電圧を比較して
、ライン４２の電圧がｌＯｖ以下であることを検出、す
るコンパレータ６４と、コンパレータ６４の出力により
オンオフするトランジスタ６５．６６よりなり、トラン
ジスタ６５はすレードライバ３８に接続され、トランジ
スタ６６はコンパレータ６１の一端子に接続されている
。

次に、定電圧回路３１及び定電流回路３３について説明
する。

定電圧回路３１は、ライン４２と接地間に、抵抗Ｒ１，
フォトダイオード２１Ｏ，シャントレギュレータ７０を
直列接続し、且つ、直列抵抗Ｒ２、Ｒ４，Ｒ５の分圧点
Ａをシャントレギュレタ７０のＶｒｅｆ端子に接続して
構成されている。シャントレギュレータ７０はそのＶｒ
ｅｆ電圧が常に一定であり、また、Ｒ３，Ｃ３は発振防
止用の素子である。

抵抗Ｒ５には、並列にトランジスタＱ１が接続され、そ
のベースには、抵抗Ｒ７を介してマイクロコンピュータ
３４からの信号ＴＯが入力されている。

従って、ライン４２の電圧ＶＯが」１昇または下降しよ
うとすると、フォトダイオード２１０に流れる電流が増
加または減少し、この電流がフォトトランジスタ２１１
によりＰＷＭ制御回路２０にフィードバックされ、電圧
■０を下降または上昇させるようスイッチング素子がオ
ンオフして、電圧ＶＯを一定に保つよう働く。また、Ｖ
Ｏ＝　１１＋Ｒ２／　（Ｒ４＋Ｒ５）ｌ　Ｖｒｅ　ｆで
あるので、トランジスタＱ１がオンすると（Ｒ４＋Ｒ５
）がＲ４のみとなって、電圧■０が高くなる。ここでは
、１６Ｖから２５Ｖへと変化する。

一方、定電流回路３３は、電流検出抵抗３２の一端Ｃと
定電圧レギュレータ６３の出力に接続された直列抵抗Ｒ
１３，Ｒ１２，Ｒ１１，ＲＩＯ。

Ｒ９と、その分圧点りの電圧を十端子に入力し、一端子
に電流検出抵抗３２の他端Ｂの電圧を抵抗Ｒ８を介して
入力するコンパレータ７１と、フォトダイオード２１０
とシャントレギュレータ７０のカソードとの接続点Ｅか
らコンパレータ７１の出力に向かって順方向に挿入され
たダイオード７２と、直列抵抗Ｒ１３，Ｒ１２，Ｒ１１
に各々並列に接続され、マイクロコンピュータ３４から
の信号ＴＩ、Ｔ２．Ｔ３を各ベースに各々入力するトラ
ンジスタＱｌ、Ｑ２．Ｑ３とよりなる。

この回路では、電池パック２が装着されると、ライン４
１から電池パック２を介して電流検出抵抗３２に矢印方
向の電流が流れ、この電流が増加または減少しようとす
ると、コンパレータ７１の出力が低下または」−昇し、
これに応じてダイオード７２を介してフォトダイオード
２１０を流れる電流が増加または減少し、この電流がフ
ィードバックされて、電流検出抵抗３２に流れる電流を
減少または増加させるように働き、結果として電流を一
定に保つ。

さらに、信号ＴＩ、Ｔ２．Ｔ３がＨからＩ７になると、
トランジスタＱ２．Ｑ３．Ｑ４がそれぞれオンして抵抗
Ｒ１３，Ｒ１２，Ｒ１１が短絡され、これによって、Ｄ
点の基準電圧が上昇する。

従ってこの時、電流検出抵抗３２を流れる定電流値が高
くなる。ここでは、信号ＴＩ、Ｔ２．Ｔ３に応じて、定
電流値が、ＩＡ＝０．６Ｃ，１，７Ａ＝ＩＣ，２，５Ａ
＝１．５０と順に変化する。

尚、ＴＯ−Ｔ３が全てＨであるときの定電流値は、０．
３Ａ＝０．２Ｃに設定されている。

ところで、本実施例では、Ｎ１−ｃｄとＮｉＭＨの２種
類の電池を使用可能であって、その電池種別は、第５図
に示す構成により識別される。

即ち、電池パックの挿入部には電池種別スイッチとして
のマイクロスイッチ９１が設けられており、Ｎ１−ｃｄ
電池２００では、第５図Ａに示すように、このスイッチ
９１に対応する位置はフラットになっているが、Ｎ１−
Ｍｌ−Ｉ電池２０１では、第５図Ｂに示すように、スイ
ッチに対応する部分に凸部２０２が形成されている。

よって、矢印にしたがって、Ｎ１−ｃｄ電池２００を挿
入した場合には、スイッチと電池とは接触せず、スイッ
チはオフのままであるが、Ｎｉ−ＭＨを挿入した場合に
は、凸部によりスイッチが押し込まれ、スイッチはオン
する。そして、このオンオフスイッチ出力が、ＤＣプラ
グ端子ＨＰ４及びＲ４を介してマイクロコンピュータに
入力される。　　　　　　　　・・“・第３図に戻って、ＬＥＤ３７は、赤と緑の２色のＬＥＤ
　３７０及び部３７１がら構成されており、ＬＥＤドラ
イバ３９も２つのトランジスタ３９０及び３９１からな
る。

以下、第１図のフローチャート及び第４図の波形図を参
照して、実施例の動作を詳しく説明する。

ＡＣプラグ４をコンセントに差し込むと、ＡＣアダプタ
ー＆チャージャー３はパワーオンリセットされ、内部状
態がクリアされると共に、リレー３０が接点Ｓｌ側に接
触し、プラグ端子Ｐ１にライン４１から１６Ｖの定電圧
を供給するアダプタモードとなる。このモードでは、電
池が装着された状態では、ライン４２から端子Ｐ２を介
して０、ＩＣ以下のトリクル充電電流が電池パック２に
供給される。

次に、第１図のフローチャートに示すように、マイクロ
コンピュータ３４は、端子ＣＯＭＰへの入力により、Ａ
Ｃアダプター＆チャージャー３のＤＣプラグ２９が、本
体１側のＤＣプラグ６と接続されているか、また、オー
プンバッテリー状態であるか否か判定する。ＤＣプラグ
が接続状態にあり、且つ、バッテリーが装着されていれ
ば、さらに端子Ｐ３からの急速充電検出スイッチ入力に
より、本体１の電源スィッチ９がオンされているか判定
し、オンされていれば内部の禁止フラグＩＮＦがＯであ
るかチエツクする。そして、ＩＮＦがＯであるとき、急
速充電モードに入る。

急速充電モードでは、マイクロコンピュータ３４は、信
号ＴＯをＨにし、リレードライバ３８を駆動してリレー
３０の接点を８１から８２に切り替えると共に、定電圧
回路３１のトランジスタＱ１をオンしてライン４１から
の電池オープン時の供給電圧を２５Ｖにアップさせ、さ
らに、信号Ｔ２〜Ｔ４をＨにしてトランジスタＱ２〜Ｑ
４をオフにし、０．２０の急速充電を開始する。そして
、開始と共に、安全タイマー５３０及び充電タイマー５
３１をスタートさせる。尚、ライン４２の電位は、勿論
、電池２の電圧と同電位になる。

０．２Ｃ充電の開始後、マイクロコンピュータ３４は、
端子Ｐ４からの電池種別検出スイッチ入力を読み取って
電池種別を判定し、Ｎ１−ｃｄ電池であれば、フラグＢ
ＡＴＦを０にすると共にドライバ３９０を駆動して、赤
色ＬＥＤ３７０を点灯し、Ｎｉ−ＭＨ主電池あれば、フ
ラグＢＡＴＦを１にすると共にドライバ３９０及び３９
１を駆動して、ＬＥＤ３７０及び３７１を点灯し、Ｉ−
ＥＤ３７を橙色に点灯する。

次に、マイクロコンピュータ３４は、充電タイマーによ
り０．２Ｃ充電を開始してから２０秒間経過したか判定
し、経過していれば信号ＴＩをＨからＬにしてトランジ
スタＱ２をオンにし定電流値を０．６Ｃに上昇させる。

その後、充電タイマーにより２０秒経過する毎に信号Ｔ
２．Ｔ３を順にＨからＬにして、第４図Ａに示すように
、定電流値を順にＩＣ，１，５Ｃへと変化させる。これ
に伴い、電池電圧ＢＶは同図に示すように徐々に」１昇
し、第６図Ａに示す従来例の如く、充電初期に大電流を
急激に与えることにより生ずる疑似ピーク電圧は発生し
なくなる。この効果は、定電流値を変化させるステップ
数を細かくするほどより効果的である。

０．１Ｃ〜１．５Ｃの各急速充電サイクルにおいては、
５ＴＥＰ−Ａ、Ｂ、Ｄに示すように、ＤＣプラグの接続
状態、オープンバッテリー状態。

本体スイッチ状態が常時検出されており、ＤＣプラグが
外れるか、電池が外されるか、本体スイッチ９がオンに
されると、急速充電は停止され、ＬＥＤ３７も消灯する
。

また、マイクロコンピュータ３４は、ＡＤ変換器５０の
出力によって、電池電圧ＢＶを一定周期でサンプリング
しており、前回のサンプリング値と最新のサンプリング
値を常に比較して、大きいほうの値をＰＥＥＫとしてＲ
ＡＭ５２に記憶するようにしている。そして、最新のサ
ンプリング値がＰＥＥＫより低くなったとき、ピーク電
圧が発生したと判断する。

ピーク電圧が発生した後は、ピーク値と最新のサンプリ
ング電池電圧ＢＶとの差が、予めＲＯＭ５１に記憶され
て、いる△■値を越えたか否かを判定し、越えたとき−
ΔＶが発生したと判断する。

そして、Δ■タイマーによりこの状態が１分間続けば満
充電と判断して禁止フラグＩＮＦを１にし、第４図Ａの
如く、急速充電を終了する。つまり、信号ＴＯをり、Ｔ
ｌ〜Ｔ３をＨ，リレー３０の接点を８１にして、アダプ
タモードに戻り、電池２に対しては０．ＩＣ以下のトリ
クル充電に入る。

もし、急速充電開始後８０分経過しても、ピーク電圧が
又はｍへＶが検出されないときは、安全タイマー５３０
によって急速充電は停止される。

ところで、ピーク電圧の発生後、本実施例では、フラグ
ＢＡＴＦの判定により、電池の種別に応じてＲＯＭ５　
］から異なるへ■値を読み出すようにしており、この処
理によって、２種の電池に対応できるようにしている。

また、０．２Ｃ〜１．５Ｃの各充電サイクルにおいては
、５ＴＥＰ−Ｃに示すように、電池電圧ＢＶがＩＯＶ以
下であるか判定することによって、電池が短絡した異常
な状態にあるか否か判定している。

即ち、ショートタイマーによって電池電圧ＢＶがＩＯＶ
以下である状態が３０秒以上続くかどうかチエツクし、
続く場合はショートバッテリーと判断して急速充電を停
止し、フラグＢＡＴＦに基ずき電池の種別に応じて、Ｎ
１−ｃｄ電池の場合はＬＥＤ３７を赤色に点滅させ、Ｎ
ｉ−ＭＨ主電池場合はＬＥＤ３７を橙色に点滅させるよ
うにしている。

以上の急速充電サイクルが終了すると、マイクロコンピ
ュータ３４の処理は第１図の先頭に戻り、ここで、ＤＣ
プラグの接続状態及びオープンバッテリー状態の判定が
行われ、ＤＣプラグの接続が外れるか、オープンバッテ
リー状態になると、禁止フラグＩＮＦを０に戻して再び
同一の判定を繰り返す。さらに、ＤＣプラグが接続され
ておりオープンバッテリー状態で無いときは、本体スイ
ッチ状態の判定と、これに続く禁止フラグＩＮＦの判定
が行われ、本体スイッチ９がオンのとき、及び、禁止フ
ラグが１のときは、ＩＮＦを操作すること無く処理は先
頭に戻り、ＩＮＦがＯのときのみ急速充電モードに移る
。

つまり、電池２が一旦急速充電されると、本体スイッチ
９をオンオフしても、ＤＣプラグを外すか、電池２を取
り外さないかぎり、不用意に急速充電モードには入らな
いよう構成されている。言い換えれば、急速充電後にＤ
Ｃプラグを外して本体を使用し、その後Ｉ）　Ｃプラグ
を差し込むか、若しくは、ＤＣプラグを接続したまま電
池を交換すれば、必ず急速充電が行われる。

第４図Ｂは、急速充電により満充電になった電池を、再
び急速充電した過充電状態を示す図であるが、本発明で
は、急速充電の初期状態においては上述したように、充
電電流を段階的に徐々に」１昇させるので、電池電圧も
徐々にしか上昇せず、充電による温度上昇も、第６図Ｂ
に示す従来例に比べれば極力抑えることができるように
なる。

よって、電池の劣化が防止される。

また、従来例では、−ΔＶ検出タイマーで定まる数分間
は、既にピーク電圧が発生していても１．５０の急速充
電を継続させなくてはならないが、本発明では、ステッ
プ充電モードの６０秒間さえ待てば、その後のピーク電
圧の発生に応じて一へＶ検出を行なって充電を終了でき
、このため、過充電時の充電時間を短くでき、より一層
温度上昇を抑えることができる。

（ト）発明の効果本発明によれば、電池の温度」１昇が抑えられるので電
池の劣化を防止することができる。また、初期段階にお
ける疑似的な−へＶの発生も防止できるので、−ΔＶ検
出を一定時間禁止する必要がなくなり、より一層温度上
昇を抑えて劣化を防止できると共に、制御自体を簡略化
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の処理内容を示すフローチャー
ト、第２図は本実施例の概略ブロック図、第３図は本実
施例の詳細回路図、第４図は本実施例における電圧及び
電流波形図、第５図は本実施例の要部構造を示す図、第
６図は従来例における電圧及び電流波形図である。１・・・・・本体、２・・・・・電池パック、３・・・
・・ＡＣアダプタ＆チャージャー　６，２９・・・・・
ＤＣプラグ、９・・・・・電源スィッチ、１０・・・・
・急速充電スイッチ、１１・・・・・電池種別検出スイ
ッチ、１４・・・・・電源トランス、３０・・・・・リ
レー　３１・・・・・定電圧回路、３３・・・・・定電
流回路、３４・・・・・マイクロコンピュータ、３５・
・・・・オープン電池＆−Δ■検出回路、３６・・・・
・ショート電池検出回路、３７・・ＬＥＤｏ

Claims

【特許請求の範囲】

二次電池を定電流により充電する急速充電方式であって
、急速充電サイクルの初期段階において、前記定電流の
値を時間毎に段階的に上昇させるようにしたことを特徴
とする急速充電方式。