JPH06261467A - 二次電池充電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 携帯用太陽電池充電器で、太陽電池セルの搭
載効率の良い低電圧大電流太陽電池より電圧の高い二次
電池を充電する場合、太陽電池電流に関係なく大電流充
電が出来、かつ任意電圧の二次電池を充電出来る充電器
を提供することを目的とする。併せて、太陽電池と商用
電源の併用充電も出来る二次電池充電器であり、自動的
に過充電防止機能が働く充電器を提供する事を目的とす
る。 【構成】 リンギングチョ−クコンバ−タの二次側に設
けたコンデンサの充電々荷を、二次電池電圧に見合った
電圧スイッチでＯＮ−ＯＦＦする事によりパルス充電を
行う充電回路。併せて太陽電池と商用電源の併用電源を
一つのリンギングチョ−クコンバ−タで機能する充電回
路。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する分野】本発明は太陽電池電源又は太陽電
池と商用入力を並列電源とする二次電池充電装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術と問題点】従来、太陽電池を電源とし二次
電池を充電する充電装置にはさまざまなものがあり、簡
易型のものでは、充電制御機能を持たず、充電しっ放し
であり充電状態をランプ等で表示チェックするのみのも
のもある。しかし太陽電池は定電流特性を持つ為、二次
電池の過充電を防止する為には種々の過充電防止機能が
附加されているのが、オ−ソドックスな方式としては一
般的である。

【０００３】例えば照射量に応じて光透過器や遮光板を
調整、制御する機能を附加したもの、あるいは充電器の
二次電池電圧、又は電流を検出して、充電を停止又は制
御する過充電防止回路を備えたものもある。

【０００４】これらの内、最も簡単なものでは、過充電
を検出して太陽電池を短絡したり、ＧａＰダイオ−ドを
順方向に太陽電池と並列接続して、高照射時ＧａＰダイ
オ−ドの順方向特性に従って太陽電池を短絡する方法が
とられている。

【０００５】又太陽電池電圧と異なる電圧の二次電池を
充電する場合は、ＤＣ−ＤＣコン （３） バ−タ等の充電装置が用いられる。この場合ＤＣ−ＤＣ
コンバ−タの変圧器巻数比によって二次電圧が決められ
る。しかし、太陽電池電圧より高い二次電池を充電する
場合、ＤＣ−ＤＣコンバ−タの変圧器巻数比を１より大
きくすれば良いわけであるが、この場合太陽電池より流
出する電流より二次電池充電々流の方が小さくなり二次
電池を効率的に充電するには好ましい充電方法とは云え
ない。

【０００６】さらに太陽電池からの給電がない時、商用
電源からも給電が出来る太陽電池と商用電源の併用給電
システムの充電装置は既知の技術である。これらの併用
給電システムは太陽電池あるいは商用電源のいずれかを
バックアップ電源として系統切替を行ったり、又は太陽
電池と商用電源の併列給電方式に於いて、二次電池の充
電々流を検出して常に充電々流が一定となる様、商用電
源側のＤＣ−ＤＣコンバ−タを制御する技術が使われて
いる。

【０００７】しかし太陽電池系統と商用電源系統を一組
のＤＣ−ＤＣコンバ−タで兼用し、かついずれの系統か
ら充電が行われた場合も、同様な効率的充電機能と過充
電防止機能等を備えた、併用給電方式の充電装置に関す
る技術はこれまでになかった。

【０００８】以上を要約すると、従来技術に於いては面
積効率の良い低電圧の太陽電池で高電圧の二次電池を充
電しようとする場合、ＤＣ−ＤＣコンバ−タの変圧器巻
線比により二次電池充電々流が小さくなり効果的な充電
が行えなかった。又、太陽電池の定電流特性の為に、従
来の充電回路では、別に過充電防止機能又は回路を附加
するか、過充電表示機能を設けなければならなかった。
さらに従来の充電回路では、充電器出力電圧はそれぞれ
の二次電池電圧に対応して決められている為、各々の充
電器毎に特定の電圧の二次電池しか充電出来ないという
問題があった。又、太陽電池と商用電源の併用給電シス
テムに於いて、各々の系統毎にＤＣ （４） −ＤＣコンバ−タ等を設けていた為、回路的に複雑とな
る欠点もあった。

【０００９】

【発明の目的】携帯用太陽電池充電器で、太陽電池セル
の搭載効率の良い低電圧大電流太陽電池より電圧の高い
二次電池を充電する場合、太陽電池電流に関係なく大電
流充電が出来る充電器を提供することを目的とする。
又、一つの充電器で任意の電圧の二次電池を充電出来る
機能並びに、別に過充電防止機能を附加することなく、
充電回路の定数を設定するだけで過充電防止機能が自動
的に働く充電器を提供することを目的とする。併せて、
太陽電池と商用電源の併用充電も出来る二次電池充電器
を提供することを目的とする。

【００１０】

【目的を達成する為の手段】太陽電池はセル組合わせで
電圧、電流を任意に可変出来るが、携帯用太陽電池充電
器の場合小さな搭載面積で最も面積効率の良いセルの組
合せ、すなわち分割セル数の少ない低電圧、大電流の太
陽電池が望ましい。

【００１１】そこで太陽電池電圧より高い電圧の二次電
池を充電する場合、トランス巻線比によらないで太陽電
池電圧に無関係に、コンデンサのパルス放電による効果
的な充電を行う様、回路構成されている事を本発明は特
徴としている。

【００１２】すなわち本発明は太陽電池を電源とし、一
次巻線と二次巻線及び制御巻線を有する変圧器の前記一
次巻線に主スイッチ素子が直列に接続され、前記変圧器
の制御巻線は前記主スイッチ素子の駆動信号として入力
される様に構成されたリンギングチョ−クコンバ−タに
於いて、前記変圧器の二次巻線は該リンギングチョ−ク
コンバ−タがＯＦＦ時に充電される様に整流体を通して
コンデンサを並列に接続し、前記コンデンサの充電々圧
が一定値以上になるとＯＮする第２のスイッチ素子を通
して該コンデンサの電荷が二次電池に充電 （５） され、前記コンデンサより前記二次電池への充電々流が
流れている間は、前記リンギングチョ−クコンバ−タの
主スイッチ素子の駆動信号を停止させる事を特徴とする
二次電池充電装置である。

【００１３】又、上記のコンデンサのパルス放電々圧を
任意に可変設定して、一個の充電器で任意電圧の二次電
池への充電を可能とする様に回路構成されている事を特
徴としている。

【００１４】すなわち前記コンデンサの充電々圧を検出
して、第２のスイッチ素子を導通させるコンデンサ充電
々圧検出回路又は検出素子は、任意の電圧の二次電池に
対応して検出電圧の設定値が可変可能であり、任意電圧
の二次電池充電を可能とする充電機能を有する事を特徴
とする二次電池充電装置である。

【００１５】さらに上記コンデンサのパルス放電々圧設
定値と二次電池電圧との定数関係を選定する事により、
本発明の充電回路の中で自動的に過充電防止動作が行わ
れ、特に過充電防止回路を設けなくても良い様な、簡単
な充電回路で構成されている事を特徴としている。

【００１６】すなわち、前記コンデンサ充電々圧検出回
路又は検出素子は、二次電池満充電々圧近傍の検出電圧
に設定する事により、二次電池の過充電防止機能を有す
る事を特徴とする二次電池充電装置である。

【００１７】又、太陽電池と商用入力の平滑整流電源を
一組のリンギングチョ−クコンバ−タで共用し、いずれ
の系統からも、上に述べたパルス充電効果、任意の二次
電池充電機能及び過充電防止作用が働く様回路構成され
ている事を特徴としている。

【００１８】すなわち商用入力を平滑整流した電源を、
逆流防止ダイオ−ドを介して前記 （６） リンギングチョ−クコンバ−タの変圧器一次巻線に巻き
足したタップに接続する事により、太陽電池系統のリン
ギングチョ−クコンバ−タ回路及び変圧器二次側の二次
電池充電回路が共有して構成され、前記変圧器一次巻線
巻き足しタップの巻数と前記一次巻線の巻数比は商用入
力を平滑整流した電圧と太陽電池の開放電圧の比にほぼ
比例する様にした事を特徴とし、

【００１９】さらに太陽電池電源と商用入力平滑整流電
源のいずれの系統からも任意電圧の二次電池充電可能な
機能及び二次電池の過充電防止機能のいずれか又は両方
を有する事を特徴とする二次電池充電装置である。

【００２０】

【作用】すなわち本発明は次の様な作用を呈する。 搭載効率の良い太陽電池充電器であり、特に低電圧の
太陽電池であっても、入力電圧に無関係に二次電池への
大電流パルス充電が出来る。 任意電圧の二次電池を、コンデンサ放電々圧を可変設
定する事により充電出来る。 太陽電池による過充電防止機能が、コンデンサ放電々
圧を二次電池満充電々圧近傍に選ぶことにより、自動的
に働く。 太陽電池、商用電源の二系統併用充電が出来、かつ商
用電源による充電回路が太陽電池充電回路と共用出来、
いずれの系統からも任意電圧の二次電池充電及び過充電
防止機能を有する。

【００２１】

【実施例】一例としてポケットタイプ（凡、幅６０×長
さ１２０×厚さ１０）程度の携帯用充電器に搭載出来る
多結晶シリコン太陽電池の最大容量は０.８Ｗである。
この容量でセルを組合わせた場合、セルの単位面積を大
きくし、直列セル数を少なくした方が分割損が少なく搭
載面積効率が良い。

【００２２】 （７） すなわち上記大きさの充電装置に１セルの大きさが５４
×１７程度のセルが７セル搭載出来るとすると、１セル
当りの電圧は約０.５７Ｖであるので、太陽電池開放電
圧は、０.５７Ｖ×７セル≒４Ｖである。従って太陽電
池容量０.８Ｗの場合、面積効率良く搭載した場合、４
Ｖ２００ｍＡの太陽電池が搭載出来る。

【００２３】この太陽電池で例えば１２Ｖの二次電池を
充電しようとする場合、従来のＤＣ−ＤＣコンバ−タに
よる充電器の変換効率を１と考えても、二次電池の充電
々流は最大６７ｍＡとなり、太陽電池電流より充電々流
が少なくなり効果的な充電が行えない。

【００２４】そこで４Ｖ２００ｍＡの太陽電池電圧より
高い電圧の二次電池を充電する場合でも、上記の太陽電
池電流より大きな充電々流が流せるリンギングチョ−ク
コンバ−タ方式の二次電池充電回路の実施例を図１に示
す。

【００２５】又太陽電池電源のＤＣ４Ｖ、２００ｍＡ及
び商用入力を平滑整流したＤＣ１００Ｖの異なった電圧
の二系統併用充電を考えた場合、入力電圧に無関係にパ
ルス電流による効果的な充電が行えるニ系統併用の一組
のリンギングチョ−クコンバ−タ方式の充電回路の実施
例を図２に示す。図３は各部の動作波形を示す。

【００２６】図１に於いて、太陽電池Ｓを電源とし、逆
流防止ダイオ−ドＤ1を通して変圧器Ｔ1の１次巻線Ｎ1
と主スイッチ素子Ｑ1の直列回路によりリンギングチョ
−クコンバ−タの一次回路が構成されている。

【００２７】主スイッチ素子Ｑ1の駆動信号は変圧器Ｔ1
の制御巻線ＮCより抵抗Ｒ2、Ｒ3、ダイオ−ドＤ2、コン
デンサＣ2を通して供給される。変圧器Ｔ1の各巻線の極
性は図のドットを巻始めとし、制御巻線ＮCは１次巻 （８） 線Ｎ1と同極性に巻かれている。

【００２８】変圧器Ｔ1の二次巻線Ｎ2は図のドットの如
く、１次巻線Ｎ1とは逆極性に巻かれ、ダイオ−ドＤ3を
通しコンデンサＣ3に接続されている。コンデンサＣ3は
ダイオ−ドＤ6を通して、コンデンサ電圧検出素子例え
ばツェナ−ダイオ−ドＺ1により電圧検出するように接
続されている。

【００２９】ツェナ−ダイオ−ドＺ1の直列抵抗Ｒ7によ
り、検出信号は第２のスイッチ素子例えばサイリスタＳ
1のゲ−トに送出されるよう接続されている。尚ダイオ
−ドＤ7は二次電池Ｂの電圧を検出するようツェナ−ダ
イオ−ドＺ1に接続されている。

【００３０】一方コンデンサＣ3は放電ル−トとして、
ダイオ−ドＤ4、二次電池Ｂ、第２のスイッチ素子Ｓ1及
び電流検出抵抗Ｒ0に接続されている。

【００３１】二次電池Ｂの充電々流を検出する電流検出
抵抗Ｒ0により、抵抗Ｒ8、抵抗５を通して第３のスイッ
チ素子Ｑ2に信号を与え、主スイッチ素子Ｑ1の駆動、停
止を行う様接続されている。以上の構成により太陽電池
を電源とするリンギングチョ−クコンバ−タ方式の二次
電池充電回路が構成されている。

【００３２】次に図２に於いて商用入力ＡＣを電源と
し、全波整流器Ｄ8を通して直流側がコンデンサＣ4によ
り平滑され、逆流防止ダイオ−ドＤ9を介して変圧器Ｔ1
の１次巻線Ｎ1の巻き足しタップＮ1′に接続され、リン
ギングチョ−クコンバ−タの１次側回路を太陽電池側と
共有している。以上により太陽電池と商用電源の併用方
式のリンギングチョ−クコンバ−タによる二次電池充電
器の全回路が構成されている。

【００３３】 （９） 次に図３の各部の動作波形と対比しながら動作説明を行
う。先ず、太陽電池Ｓが照射されると、逆流防止ダイオ
−ドＤ1、抵抗Ｒ1を通して主スイッチ素子、例えばトラ
ンジスタＱ1のベ−スに駆動信号が与えられ、トランジ
スタＱ1がＯＮする。これにより変圧器Ｔ1の１次巻線Ｎ
1に図３（１）の様に電圧Ｖが印加される。

【００３４】一方リンギングチョ−クコンバ−タの変圧
器はギャップを有している為、等価的にインダクタンス
となっている。従って１次巻線Ｎ1の電流、すなわちト
ランジスタＱ1のコレクタ電流は図３（２）の如く三角
波状に上昇する。

【００３５】１次巻線Ｎ1により制御巻線ＮCに誘起され
た電圧によって、トランジスタＱ1のベ−ス電流は継続的
に供給され、コレクタ電流（１次電流）Ｉ1は三角波状
に増加を続け、やがてトランジスタＱ1の電流増巾率ｈ
ｆｅ以上にコレクタ電流が増加するとトランジスタＱ1
はベ−ス電流不足となり、自動的にＯＦＦする。この間
は図３（１）（２）の波形の期間０−１で表される。

【００３６】トランジスタＱ1がＯＦＦすると、ＯＮの
期間は変圧器Ｔ1に有するインダクタンスに蓄えられた
エネルギ−が、２次巻線Ｎ2よりダイオ−ドＤ3を通して
コンデンサＣ3に充電する。この経過は図３の１−２期
間でありコンデンサ充電々流ＩＣは（３）の様に三角波
状に減少し、コンデンサ充電が終わると共にコンデンサ
Ｃ3の電圧ＶCは期間１−２の波形（５）の様に上昇す
る。

【００３７】コンデンサ充電々流ＩＣがゼロになると、
変圧器のインダクタンスとコンデンサＣ3の共振により
ダイオ−ドＤ3にリカバリ−電流が流れ、変圧器Ｔ1の制
御巻線ＮCにキック電圧が発生し再び主スイッチ素子Ｑ1
がＯＮする。これが図３の期間２であり、期間０−１と
同様の繰返しが期間２−３で行われる。 （１０） これまでの動作はリンギングチョ−クコンバ−タの基本
動作で周知のものである。

【００３８】以上の様にしてリンギングチョ−クコンバ
−タがＯＮ−ＯＦＦを繰返し、コンデンサＣ3の電圧が
上昇する。期間３−４−５−５′の様にコンデンサＣ3
の電圧が図３（５）の様に上昇し、ツェナ−ダイオ−ド
Ｚ1のブレ−クオ−バ−電圧に達すると、第２のスイッ
チ素子例えばサイリスタＳ1が図３（４）の時期５′の
様に導通し、従ってコンデンサＣ3の電荷がダイオ−ド
Ｄ4→二次電池Ｂ→サイリスタＳ1→電流検出抵抗Ｒ0の
ル−トで放電し、二次電池Ｂに図３（６）の充電々流Ｉ
Bが流れる。図３の期間５′−６−７はこの様子を示
す。

【００３９】尚二次電池Ｂに充電々流ＩBが流れている
間は、電流検出抵抗Ｒ0により電流検出して、第３のス
イッチ素子例えばトランジスタＱ2をＯＮして、主スイ
ッチ素子Ｑ1をＯＦＦ状態にし、リンギングチョ−クコ
ンバ−タの発振を止める。この様子は期間５−６−７−
８で示している。

【００４０】この様にリンギングチョ−クコンバ−タの
出力コンデンサＣ3を繰返し充電し、所定の電圧になる
毎にコンデンサＣ3を放電させ、二次電池を充電すれ
ば、入力電源の太陽電池電圧には無関係に高い電圧の二
次電池であっても、ツェナ−ダイオ−ドＺ1のブレ−ク
オ−バ−電圧を選定する事により、高い電流でのパルス
充電が可能となる。

【００４１】例えば４Ｖ２００ｍＡの太陽電池を用いて
変圧器Ｔ1の１次巻線Ｎ1対２次巻線Ｎ2の巻数比を１対
０.５に選び、ツェナ−ダイオ−ドＺ1のブレ−クオ−バ
−電圧１５Ｖものを選べば１２Ｖの二次電池を太陽電池
Ｓの電流２００ｍＡより高いパルス電流で充電する事が
出来る。 （１１）

【００４２】ツェナ−ダイオ−ドＺ1はコンデンサＣ3の
電圧を検出しているので、二次電池が満充電になり１５
Ｖ近くまで上昇すると、コンデンサの充電々圧が１５Ｖ
よりわずかに高い値で充放電を繰返す。従って放電々流
ピ−ク値は、二次電池電圧の満充電々圧への上昇に伴っ
て漸減し、充電々流は零に近づき、自動的に過充電防止
機能が働く。

【００４３】又、ツェナ−ダイオ−ドＺ1を選定すれ
ば、どの様な定格電圧の二次電池も上述の様に効果的に
パルス充電が出来、かつ過充電防止が行える事は言うま
でもない。例えばツェナ−ダイオ−ドＺ1を９Ｖに選べ
ば６Ｖ系の二次電池、１５Ｖに選べば１２Ｖ系の二次電
池充電器となる。尚変圧器の１次巻線と２次巻線の巻数
比を１より小さく選ぶ方が、コンデンサＣ3への充電々
流が大きくとれ効果的である。

【００４４】次に図２の太陽電池と商用電源の併列充電
器の様に商用入力ＡＣを全波整流器Ｄ8で整流し、コン
デンサＣ4で平滑して、逆流防止ダイオ−ドＤ9を通して
変圧器Ｔ1の１次巻線Ｎ1の巻き足しタップＮ1′に接続
すれば、太陽電池電源が商用入力からでも上記と全く同
じ様に充電を行う事が出来る。この時変圧器Ｔ1の１次
巻線Ｎ1と巻き足しタップＮ1′との巻数比は太陽電池電
圧と商用整流電圧との比、例えば太陽電池電圧４Ｖ、商
用整流電圧１４１ＶとすればＮ1対Ｎ1′を１対３５にす
れば、二次電池への充電々流、充電パルス、充電時間等
はいずれの系統からの充電も全く同じとなる。

【００４５】尚図１、図２の回路に於いて、入力コンデ
ンサＣ0は太陽電池の利用率を良くする為のものであ
る。すなわちスイッチング回路の各サイクルＯＦＦ時の
太陽電池エネルギ−はコンデンサＣ0に蓄えられ、ＯＮ
時にスイッチング回路に放出されるので太陽電池の利用
効率は良くなる。 （１２）

【００４６】

【発明の効果】以上述べた様に本発明の二次電池充電器
を用いれば、携帯用の充電器として太陽光、商用入力い
ずれからでも充電が出来、かつ携帯用として不可欠な小
型の充電器に最も搭載効率の良い太陽電池を搭載出来
る。又太陽電池電圧より高い電圧の二次電池を充電する
場合にあっても、太陽電池電流より高いパルス電流で効
果的に充電出来、自動的に過充電防止機能も働く充電器
を提供するものである。さらに一台の充電器で任意電圧
の二次電池も充電可能であり、携帯用充電器として多機
能を有し、かつ小型軽量な充電器を提供するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のリンギングチョ−クコンバ−タ方式の
二次電池充電器

【図２】本発明の太陽電池と商用電源併列充電器

【図３】本発明の二次電池充電器の各部動作波形

【符号の説明】

Ｓ 太陽電池 Ｔ1 変圧器 Ｑ1 主スイッチ素子 Ｓ1 第２のスイッチ素子例えばサイリスタ Ｑ2 第３のスイッチ素子例えばトランジスタ ＡＣ 商用入力電源 Ｚ1 ツェナ−ダイオ−ド Ｂ 二次電池 Ｃ0〜Ｃ4 コンデンサ Ｄ1〜Ｄ9 ダイオ−ド （１３） Ｒ0 電流検出抵抗 Ｒ1〜Ｒ10 抵抗

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 太陽電池を電源とし、一次巻線、二次巻
   線及び制御巻線を有する変圧器の前記一次巻線に主スイ
   ッチ素子が直列に接続され、前記変圧器の制御巻線は前
   記主スイッチ素子の駆動信号として入力される様に構成
   されたリンギングチョ−クコンバ−タに於いて、前記変
   圧器の二次巻線は該リンギングチョ−クコンバ−タがＯ
   ＦＦ時に充電される様に整流体を通してコンデンサを並
   列に接続し、前記コンデンサの充電々圧が一定値以上に
   なるとＯＮする第２のスイッチ素子を通して該コンデン
   サの電荷が二次電池に充電され、前記コンデンサより前
   記二次電池への充電々流が流れている間は、前記リンギ
   ングチョ−クコンバ−タの主スイッチ素子の駆動信号を
   停止させる事を特徴とする二次電池充電装置。
2. 【請求項２】 前記コンデンサの充電々圧を検出して、
   第２のスイッチ素子を導通させるコンデンサ充電々圧検
   出回路は、任意の電圧の二次電池に対応して前記検出電
   圧の設定値が可変可能であり、任意電圧の二次電池充電
   を可能とする充電機能を有する事を特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の二次電池充電装置。
3. 【請求項３】 前記コンデンサ充電々圧検出回路は、二
   次電池満充電々圧近傍の検出電圧に設定する事により、
   二次電池の過充電防止機能を有する事を特徴とする特許
   請求の範囲第１項及び第２項記載の二次電池充電装置。
4. 【請求項４】 商用入力を平滑整流した電源を、逆流防
   止ダイオ−ドを介して前記リンギングチョ−クコンバ−
   タの変圧器一次巻線に巻き足したタップに接続する事に
   より、特許請求の範囲第１項記載のリンギングチョ−ク
   コンバ−タ回路及び変圧器二次側の二次電池充電回路が
   共有して構成される二次電池充電装置に於いて、前記変
   圧器一次巻線巻き足しタップの巻数と前記一次巻線の巻
   数比は商用入力を平滑整流した電圧と太陽電池の開放電
   圧の比にほぼ比例する様にした事を特徴とする二次電池
   充電装置。 （２）
5. 【請求項５】 太陽電池電源と商用入力平滑整流電源の
   併用充電方式に於ける特許請求の範囲第４項記載の二次
   電池充電装置に於いて、特許請求の範囲第２項に述べる
   任意電圧の二次電池充電可能な充電機能及び特許請求の
   範囲第３項に述べる二次電池の過充電防止機能のいずれ
   か又は両方を有する事を特徴とする二次電池充電装置。