JPH1066276A

JPH1066276A - 充電保護装置および充電装置

Info

Publication number: JPH1066276A
Application number: JP8219520A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Kaneko; 正金子
Original assignee: INTEGURAN KK; Japan Tobacco Inc
Current assignee: INTEGURAN KK; Japan Tobacco Inc
Priority date: 1996-08-21
Filing date: 1996-08-21
Publication date: 1998-03-06
Also published as: US5932990A; EP0831571A2; EP0831571A3

Abstract

(57)【要約】【課題】直列接続された複数の電池を均一に、しかも
安定に充電することができ、充放電の繰り返しに対して
長寿命化を図り得る充電保護装置および充電装置を提供
する。【解決手段】高利得増幅器(１４)にて、電池の端子間
電圧と、定電圧回路(１３)にて求められる上記電池の完
全充電電圧に相当する基準電圧とを直接比較し、電池の
充電電圧が完全充電電圧に達したとき、電池に対して並
列に設けられた半導体スイッチ回路(１１)をスイッチ駆
動する。同時にこの半導体スイッチ回路を負帰還制御に
より定電流駆動することで、電池に供給される充電電流
を強制的にバイパスし、電池の過充電を防いでその充電
電圧を一定化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は直列接続された複数
の電池を均一にバランス良く充電するに好適な充電保護
装置および充電装置に関する。

【０００２】

【関連する背景技術】近時、電池を動力源とした工業用
ロボットや電気自動車の開発が盛んに進められている。
従来、この種の用途には専ら鉛蓄電池が用いられている
が、最近では効率高いＮi-Ｃd電池やＬi電池、更にはＮ
i-Ｈ電池等の、所謂イオン電池を用いることが試みられ
ている。このイオン電池は、通常、１単位セル当たり
２.０〜４.２ボルトの出力を有しており、これを複数個
直列接続して所要の電圧を得るようにして電気自動車に
搭載される。

【０００３】ところで上記電池は、繰り返し充電して使
用されるが、一般的には上述した如く直列接続した状態
のまま、その直列回路の両極間に所定の電流を供給して
各電池の充電が行われる。ところが各電池には製造に起
因する特性のバラツキがあることのみならず、配列・配
置状態による放熱条件の違いに起因する内部抵抗の差も
ある。この為、直列接続された複数の電池の特性（電池
容量）が全て均一であるとは言い難い。

【０００４】これにも拘わらず、上述した如く直列接続
した状態のまま、直列的に各電池を充電すると、容量残
量の少ない電池（性能の劣る電池）が過剰充電され、逆
に容量残量の多い電池（性能の良い電池）は充電不足と
なると言う問題がある。このような状態のまま、その充
放電を繰り返すと性能の良い電池までが特性劣化し、直
列接続された全ての電池の寿命が大きく劣化すると言う
不具合がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような問題を解消
するべく、例えば特公平６−２８４９１号公報には直列
に接続された複数の電池のそれぞれに充電調整装置（充
電保護装置）を接続し、各電池の充電電圧に応じてその
充電電流を分流してバイパスすることで、前記各電池の
充電電圧を一定化する技術が開示される。

【０００６】しかしながらこの公報に開示の技術は、特
定の電池だけが放電し尽くす状態を避けるべく、その自
己放電電流に相当する細流充電電流を各電池に定常的に
供給しながら（充電しながら）、その電池を使用するこ
とを対象としたものであり、例えば３００mA程度の僅か
な細流充電電流をバイパス制御しているに過ぎない。特
に上記細流充電電流を調整するべく、各電池に対して並
列に設けられるバイパス回路（インピーダンス回路）を
アナログ的（リニア）に作動させて、該電池の充電電圧
に応じてバイパス電流を連続的に可変する構成としてい
る。

【０００７】ところが、例えば電気自動車に搭載される
電池のように、その充電容量が或る程度低下した時点で
これを充電するような場合、その充電電流として数十ア
ンペア以上の電流が電池に供給されるので、上記公報に
開示の技術では対処することができないと言う問題があ
った。具体的には数十アンペア以上の充電電流を、その
充電電圧に応じて連続的に分流制御する場合、上述した
如くアナログ的に動作させるインピーダンス回路ではそ
の負荷損失が極めて大きくなり、実質的にこれを実現す
ることが甚だ困難となる。これ故、従来では、例えば特
開平８−３３２１９号公報に示されるように、直列接続
された複数の電池と同数の充電器を準備し、これらの充
電器を並列駆動して上記各電池をそれぞれ独立に、且つ
同時に充電する等の手法が採られている。

【０００８】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たもので、その目的は、例えば電気自動車に搭載される
イオン電池のように、直列接続された複数の電池を均一
に、しかも安定に充電することができ、またその長寿命
化を図ることのできる充電保護装置および充電装置を提
供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
べく本発明は、充電電源に接続された電池の両極間に接
続されて、該電池に供給される充電電流を該電池の充電
電圧に応じて分流することでその充電電圧を一定化する
充電保護装置に係り、例えば大電力電界効果トランジスタからなり、前記
電池に対して並列に設けられて該電池に供給される充電
電流のバイパス回路を形成する半導体スイッチ回路と、上記電池に印加された端子間電圧を昇圧する昇圧回
路、例えばチャージポンプＩＣを備え、この昇圧回路の
出力電圧から所定の定電圧、例えば前記電池の完全充電
電圧に相当する基準電圧を生起する定電圧回路と、上記昇圧回路の出力電圧を受けて作動する高利得増
幅回路であって、前記電池の端子間電圧と前記電源回路
により生起された定電圧とを比較して前記半導体スイッ
チ回路をスイッチ駆動する高利得増幅回路と、このスイッチ駆動によって前記半導体スイッチ回路
を流れる電流を一定化制御する負帰還回路とを具備したことを特徴としている。

【００１０】特に請求項２に記載するように、前記高利
得増幅回路を、電池に印加された端子間電圧を一方の入
力端子に直接入力し、他方の入力端子に前記定電圧回路
にて生起された所定の定電圧を入力して比較する増幅器
として構成したことを特徴としている。また請求項３に
記載するように、前記負帰還回路を、半導体スイッチ回
路が形成するバイパス電流路に介装された電流検出抵抗
と、この電流検出抵抗に生起される電圧を該半導体スイ
ッチ回路または前記高利得増幅回路に負帰還する帰還抵
抗ととして構成したことを特徴としている。

【００１１】つまり本発明に係る充電保護装置は、昇圧
回路の出力により駆動される高利得増幅回路にて、電池
に印加されている端子間電圧と、該電池の完全充電電圧
として前記定電圧回路にて生起された所定の定電圧とを
直接比較して、上記端子間電圧が上記定電圧（完全充電
電圧）を越えたとき、前記半導体スイッチ回路をスイッ
チ的に導通駆動することで、前記電池に供給される充電
電流を該半導体スイッチ回路を介してバイパスするよう
にしている。更にこのとき該半導体スイッチ回路を流れ
る電流を負帰還制御により一定化（定電流化）すること
で前記電池に供給される電流の全てをバイパスするよう
にし、その両端間電圧である電池の充電電圧を前記所定
の定電圧（完全充電電圧）に保つようにしたことを特徴
としている。また昇圧回路を用いて前記電池の端子間電
圧を昇圧することで、上記半導体スイッチ回路および高
利得増幅回路の作動に必要な駆動電圧を確保することを
特徴としている。

【００１２】また請求項４に記載の発明は、前記高利得
増幅回路を、並列に設けた複数の高利得増幅器により構
成し、各増幅器の一方の入力端子に、電池に印加された
端子間電圧をそれぞれ共通に直接入力すると共に、他方
の入力端子には前記定電圧回路により生成される互いに
異なる定電圧をそれぞれ入力して比較動作させ、その出
力を加算して前記半導体スイッチ回路をスイッチ駆動す
るようにしたことを特徴としている。つまり並列に設け
た複数の高利得増幅器からの出力により、電池の端子間
電圧に応じて半導体スイッチ回路を段階的にスイッチ駆
動することで、電流値の大きな充電電流を効率的にバイ
パスするようにしたことを特徴としている。

【００１３】更に請求項５に記載の発明は、上述した充
電保護装置を、電池との接続端子を露出させて、前記半
導体スイッチ回路，昇圧回路を含む定電圧回路，高利得
増幅回路，および負帰還回路を一体にモールド封止して
モジュール構造化することを特徴としている。また請求
項６に記載の発明に係る充電装置は、上述した充電保護
装置を直列接続された複数の電池の各両極間にそれぞれ
個別に接続して設け、充電電源より前記各電池に直列的
に供給される充電電流を、前記各充電保護装置にて該電
池の充電電圧に応じて分流することで、直列接続した複
数の電池の充電電圧をそれぞれ一定化することを特徴と
するものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態に係る充電保護装置と、該充電保護装置を用い
て構成される充電装置について説明する。図１は充電装
置の全体的な概略構成図で、１a,１b,〜１nは直列接続
された複数の電池である。これらの各電池１a,１b,〜１
nは、従来一般的な鉛蓄電池であっても良く、或いは前
述したＬi-Ｈ電池等のＬiイオン電池であっても良い。
また電池自体を構成する、所謂単位セルであっても良
い。しかしてこれらの電池１a,１b,〜１nの直接回路
は、例えばスイッチ２を介してモータ等の負荷３に接続
されて、該負荷３の駆動電源として使用される。また上
記電池１a,１b,〜１nの直接回路の両極間には充電電源
４が接続され、該充電電源４から直列的に充電電流Ｉch
argeが供給されて前記各電池１a,１b,〜１nがそれぞれ
充電されるようになっている。尚、この充電電源４は、
前記電池１a,１b,〜１nの直列回路に対して選択的に接
続されるものである。

【００１５】さて直列接続された上記電池１a,１b,〜１
nの各両極間には、本発明に係る充電保護装置５a,５b,
〜５nがそれぞれ接続されている。これらの各充電保護
装置５(５a,５b,〜５n)は、例えば図２に示すように構
成されるもので、基本的には各充電保護装置５(５a,５
b,〜５n)がそれぞれ接続された電池１(１a,１b,〜１n)
の電極間電圧が所定の充電電圧Ｖfullに達したとき、該
電池１に供給される充電電流Ｉchargeを分流してバイパ
スする機能を備えたものである。

【００１６】即ち、充電保護装置５は、電池１の両極間
に並列接続されて該電池１に供給される充電電流Ｉchar
geのバイパス回路を構成する半導体スイッチ回路１１
と、前記電池１の両極間に加わる両極間電圧（充電電
圧）Ｖを、例えば２倍に昇圧する昇圧回路１２と、この
昇圧回路１２を含み、該昇圧回路１２による昇圧電圧か
ら所定の定電圧、例えば前記電池１の完全充電電圧Ｖfu
llに相当する基準電圧を生起する定電圧回路１３と、前
記昇圧電圧を受けて作動し、前記電池１の両極間電圧Ｖ
と上記基準電圧Ｖfullとを比較して前記半導体スイッチ
回路１１をスイッチ駆動する演算増幅器からなる高利得
増幅回路１４と、この高利得増幅回路１４によってスイ
ッチ駆動されて前記半導体スイッチ回路１１を流れる電
流を定電流制御する負帰還回路１５とからなる。

【００１７】前記バイパス回路を構成する半導体スイッ
チ回路１１は、例えば低電圧動作型の大電力用電界効果
トランジスタ２１、具体的には動作確認により選別され
たＭＯＳ型のＦＥＴ（米国ＩＲ社製；型名IRFP-054）か
らなり、そのドレイン電極Ｄ側を正極端子１６を介して
電池１の正極(＋)に接続し、ソース電極Ｓ側を負極端子
１７を介して前記電池１の負極(−)に接続する如く構成
される。尚、図２に示す構成例では、そのソース電極側
に負帰還回路１５の一部をなす電流検出用抵抗２２が介
装されている。

【００１８】一方、正極端子１６に接続された前記昇圧
回路１２は、例えばチャージポンプＩＣと称されている
小電力倍電圧レギュレータ（米国リニアテクノロジー社
製；型名LTC-1044）からなり、その入力電圧Ｖを約２倍
の電圧に昇圧している。定電圧回路１３は上記昇圧回路
１２を含み、該昇圧回路１２の出力端子と前記負極端子
１７との間に直列に介装された保護抵抗２３と定電圧レ
ギュレータ（米国ＴＩ社製；型名TL-431）２４とからな
り、例えば前記電池１の完全充電電圧Ｖfullに相当する
基準電圧を所定の定電圧として生成している。尚、この
定電圧レギュレータ２４により生起される基準電圧は、
図示しないトリマにより可変設定（微調整）されるよう
になっている。

【００１９】しかして高利得増幅回路１４は、高利得な
演算増幅器（米国モトローラ社製；型名LM-393）を主体
として構成されるもので、前記昇圧回路１２により昇圧
された電圧を駆動源Ｖccとして印加されて作動する。こ
の高利得増幅回路１４はその負側入力端子に前記正極端
子１６を介して前記電池１の正極(＋)に加わる充電電
圧、つまり電池１の端子間電圧Ｖを入力し、他方の正側
入力端子に入力抵抗２５を介して前記定電圧回路１３に
より生起された基準電圧（完全充電電圧Ｖfull）を入力
したものである。そして高利得増幅回路１４は、これら
の電圧を相互に比較し、その比較結果に応じて前記半導
体スイッチ回路１１（大電力用電界効果トランジスタ２
１）をスイッチ駆動している。具体的には上記高利得増
幅回路１４は、電池１の端子間電圧Ｖが基準電圧Ｖfull
に達したとき、これを検出して前記電界効果トランジス
タ２１を導通駆動している。

【００２０】この電界効果トランジスタ２１の導通によ
り前記電池１の両極間をバイパスするバイパス回路が前
記正極端子１６および負極端子１７を介して形成され、
該バイパス回路の内部抵抗に応じて前記電池１に供給さ
れる電流Ｉchargeがバイパスされる。尚、このようにし
てバイパスされる電流Ｉpassは、電池１aを通過した電
流と加算されて、次段の電池１bにそのまま充電電流Ｉc
hargeとして供給される。

【００２１】しかしてバイパス回路を介して電池１をバ
イパスされる電流は、前述した如く電界効果トランジス
タ２１のソース電極Ｓ側に介装された電流検出用抵抗２
２によって検出されている。そしてその電流値に応じて
該抵抗２２の両極間に発生する電圧は、帰還抵抗２６を
介して前記高利得増幅回路１４の正側入力端子に負帰還
されている。この負帰還により高利得増幅回路１４は、
前記電界効果トランジスタ２１を定電流駆動し、該電界
効果トランジスタ２１（バイパス回路）を介して前記電
池１に供給される充電電流Ｉchargeの殆どをバイパス通
流するべく動作する。そして電池１への充電電流Ｉchar
geの供給を最少にし、その過充電を防いで当該電池１の
充電電圧を前述した完全充電電圧Ｖfullに規定し、且つ
一定に保持するものとなっている。

【００２２】即ち、上述した如く構成される充電保護装
置５の特徴的なところは、高利得増幅回路１４によって
電池１の端子間電圧Ｖと、定電圧回路１３によって生起
された電池１の完全充電電圧Ｖfullに相当する基準電圧
とを直接的に比較し、この高利得増幅回路１４にて半導
体スイッチ回路１１をスイッチ駆動すると共に、該半導
体スイッチ回路１１を定電流駆動する点にある。また上
記端子間電圧Ｖと電池１の完全充電電圧に相当する基準
電圧とを比較するべく、上記端子間電圧Ｖを昇圧回路１
２により昇圧し、この昇圧電圧に基づいて上記基準電圧
を生成すると共に、高利得増幅回路１４の駆動電圧Ｖcc
を確保している点にある。

【００２３】かくして上述した如く構成された充電保護
装置５によれば、充電電源４からの電池１への充電電流
Ｉchargeの供給により電池１が充電され、その充電に伴
って電池１の端子間電圧Ｖが次第に上昇して、該端子電
圧Ｖが前記基準電圧によって規定される電池１の完全充
電電圧Ｖfullに達すると、高利得増幅回路１４はこれを
高感度に検出して半導体スイッチ回路１１を導通駆動す
る。特に端子間電圧Ｖと基準電圧（完全充電電圧Ｖful
l）とを直接比較することにより、簡易にして高感度に
電圧検出して半導体スイッチ回路１１を構成する電界効
果トランジスタ２１を直接的にスイッチ駆動する。

【００２４】するとこのスイッチ駆動によって瞬時に導
通する半導体スイッチ回路１１は、前述した負帰還制御
の下で定電流駆動されて前記充電電流Ｉchargeに相当す
る電流を該半導体スイッチ回路１１（バイパス回路）を
介して流すことになる。この結果、図３にその動作特性
を示すように、電池１の端子間電圧（充電電圧）Ｖがそ
の完全充電電圧Ｖfullに達した時点で、前記充電電源４
から電池１に供給される充電電流Ｉchargeの全てが強制
的に半導体スイッチ回路１１に引き込まれ、該半導体ス
イッチ回路１１を介してバイパスされる。そして充電電
源４から供給される充電電流Ｉchargeの前記電池１への
供給、つまり電池１のそれ以上の充電が阻止され、これ
によって電池１の過充電が防がれる。

【００２５】特にこの際、電界効果トランジスタ２１に
よって構成される半導体スイッチ回路１１は、スイッチ
動作によって導通し、その後は定電流駆動されて充電電
源４から供給される充電電流Ｉchargeを強制的にバイパ
スするので、前述した特公平６−２８４９１号公報に示
されるアナログ的に駆動されるインピーダンス回路のよ
うな大きな負荷損失を招くことなしに、電池１の過充電
を確実に、且つ効率的に防止することができ、大電流の
充電電流Ｉchargeをバイパスする上で好適である。

【００２６】尚、一旦導通駆動され、定電流駆動される
半導体スイッチ回路１１は、高利得増幅回路１４のヒス
テリシス特性と相俟って、例えば電池１の自己放電作用
によりその端子間電圧Ｖが、該電池１の定常動作電圧Ｖ
stdを下回った時点でオフ動作するように設定されてい
る。この半導体スイッチ回路１１のオフ動作を規定する
定常動作電圧Ｖstdは、電池１が前述したイオン電池で
ある場合には、例えばその完全充電電圧Ｖfull（４.１
ボルト）より僅かに低い４.０ボルトとして設定され
る。

【００２７】ちなみに電池１が前述した鉛蓄電池の場合
には、半導体スイッチ回路１１をオン動作させる完全充
電電圧Ｖfullとしては、例えば３.２ボルトに設定さ
れ、またそのオフ動作を規定する電圧Ｖstdは２.２ボル
ト等として設定される。このときの電圧保護装置５の動
作特性は、図３において破線で示す通りであり、またそ
のときの定電流駆動も、鉛蓄電池の充電に適した充電電
流に応じて設定することは勿論のことである。

【００２８】従って上述した構成の複数個の充電保護装
置５を、直列接続された複数の電池１(１a,１b,〜１n)
の各両極間にそれぞれ接続してなる充電装置によれば、
各充電保護装置５によって上記複数の電池１a,１b,〜１
nの充電電圧Ｖがそれぞれ完全充電電圧Ｖfullに規定
（一定化）され、余分な充電電流Ｉchargeは各充電保護
装置５a,５b,〜５nなおける半導体スイッチ回路１１を
介してそれぞれバイパスされる。これ故、各電池１a,１
b,〜１nの過充電を防ぎ、且つ各電池１a,１b,〜１nの充
電電圧を一定化し、その電池特性を揃えることが可能と
なり、充放電の繰り返しに対してもその長寿命化を図る
ことができる。

【００２９】尚、直列接続した複数の電池１a,１b,〜１
nのそれぞれに充電保護装置５を接続するに際しては、
例えばその充電保護装置５を前述した正極端子１６およ
び負極端子１７だけを露出させて絶縁性合成樹脂材にて
一体にモールドし、電池１の両端子間に直接装着可能な
モジュール構造化しておくことが望ましい。具体的には
（厚み１０mm×幅５０mm×長さ１３０mm）程度の樹脂モ
ールドされたモジュール構造として充電保護装置５を実
現すれば、これを電池１の端子間に、見掛け上その電池
１の一部をなすように直接装着することが可能となるの
で、その取り扱い自体を簡単なものとし、更には電池１
の特性安定化を保証する為の標準部品として利用するこ
とも可能となる。

【００３０】ところで前述した充電保護装置５における
負帰還回路１５は、電流検出用抵抗２２を電界効果トラ
ンジスタ２１のソース電極Ｓ側に介装し、該抵抗２２に
て検出された電圧を高利得増幅回路１４に負帰還するも
のとして構成したが、例えば図４に示すように電流検出
用抵抗２２を電界効果トランジスタ２１のドレイン電極
Ｄ側に介装し、該抵抗２２の両極間に生じる電圧自体に
より電界効果トランジスタ２１を直接的に負帰還制御す
ることで、その定電流化を図るようにしても良い。上記
抵抗２２としては、例えば構造上、電界効果トランジス
タ２１の熱抵抗損失と同程度の、所謂カッパータイプの
低熱抵抗損失型のものを用いるようにすれば良い。この
ようにすれば上記抵抗２２自体に定電流化の機能を持た
せることができ、バイパス電流による上記抵抗２２での
電圧降下に相当する分だけ電界効果トランジスタ２１の
発熱損失（ソース・ドレイン電極間電圧）を抑えること
が可能となるので、該電界効果トランジスタ２１の安定
した動作を保証することが可能となる。しかも抵抗２２
での負荷損失を増やして電界効果トランジスタ２１に掛
かる負担を低減することが可能となる。

【００３１】またこのようにして電界効果トランジスタ
２１をスイッチ駆動するに際して、仮に１つの演算増幅
器により構成される前記高利得増幅回路１４における増
幅利得が不足するような場合には、演算増幅器を多段に
設けることで電界効果トランジスタ２１をスイッチ駆動
するに必要な増幅利得を確保するようにすれば良い。
尚、このようにして高利得増幅回路１４の利得を高く設
定し、且つ電界効果トランジスタ２１（半導体スイッチ
回路１１）をスイッチ動作させるようにした場合には、
当然のことながら発振等の高周波特性が問題となる。従
ってこのような問題に対しては、特に図示しないが、適
宜発振防止用のコンデンサを負荷する等の高周波特性補
償を施せば良いことは勿論のことである。

【００３２】さて上述した実施形態においては、充電電
源４によって充電される電池１の充電電圧Ｖがその完全
充電電圧Ｖfullに達したとき、充電保護装置５によって
その充電電流Ｉchargeを強制的にバイパスし、これによ
って該電池１の過充電を防ぐものとしたが、電池１の充
電電圧Ｖに応じて半導体スイッチ回路１１を段階的にス
イッチ駆動し、該半導体スイッチ回路１１を通してバイ
パスする電流値を階段的に可変設定するようにしても良
い。

【００３３】図５はこの階段的電流制限（バイパス）を
実現する充電保護装置６の概略構成を示すもので、基本
的には前述した図２に示す充電保護装置５と同様に構成
される。この充電保護装置６が先に示した充電保護装置
５と異なる点は、高利得増幅回路１４を、並列に設けた
複数の高利得増幅器１４a,１４b,〜１４mによって構成
している点にある。

【００３４】これらの高利得増幅器１４a,１４b,〜１４
mの各一方の負側入力端子には、前記電池１の正極(＋)
に加わる充電電圧、つまり電池１の端子間電圧Ｖが前記
正極端子１６を介して共通にそれぞれ直接入力されるよ
うになっている。また各高利得増幅器１４a,１４b,〜１
４mの他方の正側入力端子には、前記定電圧回路１３に
より生起され、且つ直列接続された複数の抵抗２５a,２
５b,〜２５mからなる分圧回路より分圧された、互いに
異なる基準電圧Ｖa,Ｖb,〜Ｖmがそれぞれ入力されるよ
うになっている。尚、上記基準電圧Ｖaは、例えば前記
電池１の完全充電電圧Ｖfullとして設定され、基準電圧
Ｖb,〜Ｖmは上記基準電圧Ｖaから所定電圧ずつ低下した
電位としてそれぞれ設定されるようになっている。特に
基準電圧Ｖmは、電池１の定常動作電圧Ｖstdに設定さ
れ、電池１の充電電圧Ｖが定常動作電圧Ｖstdに達した
時点からその充電電流Ｉchargeの段階的な分流を開始す
るように定められている。

【００３５】これらの各高利得増幅器１４a,１４b,〜１
４mの出力は、互いに加算されて半導体スイッチ回路１
１に与えられ、該半導体スイッチ回路１１をスイッチ駆
動するものとなっている。しかして半導体スイッチ回路
１１を構成する低電圧駆動型の大電力用電界効果トラン
ジスタ２１のソース電極側には、直列接続された電流検
出用の抵抗２２,２７が介装されており、その接続点に
生起される電圧が上記電界効果トランジスタ２１のゲー
ト電極に負帰還されるようになっている。このように構
成された負帰還回路１５の上記抵抗２２,２７の抵抗値
比により、該半導体スイッチ回路１１を介してバイパス
される電流の最大電流値が、該電界効果トランジスタ２
１に対する負帰還制御によって規定される。

【００３６】かくしてこのように構成された充電保護装
置６によれば、高利得増幅回路１４を構成する複数の高
利得増幅器１４a,１４b,〜１４mは、電池１の充電電圧
Ｖを段階的に比較し、その出力を加算して半導体スイッ
チ回路１１をスイッチ駆動する。この結果、半導体スイ
ッチ回路１１は前記各高利得増幅器１４a,１４b,〜１４
mからの出力を受けて段階的に通電駆動され、前記電池
１の充電電圧Ｖに応じて充電電源４から供給される充電
電流Ｉchargeを分流して、該半導体スイッチ回路１１を
通じて流すことになる。

【００３７】つまり半導体スイッチ回路１１は、図６に
その特性を示すように電池１の充電電圧Ｖに応じた電流
を階段的にバイパスし、電池１に対して供給する電流を
低減する。そして電池１の充電電圧が完全充電電圧Ｖfu
llに達したとき、前記充電電源４から供給される充電電
流Ｉchargeの全てを強制的にバイパスし、電池１への電
流供給を阻止する。この結果、電池１は完全充電電圧Ｖ
fullに充電された時点で充電電流Ｉchargeの供給が中止
されることになり、その過充電が防止され、且つ充電電
圧が上記完全充電電圧Ｖfullに規定された一定の充電状
態に保持されることになる。

【００３８】ちなみにこのようにして半導体スイッチ回
路１１によるバイパス電流を、電池１の充電電圧Ｖに応
じて段階的に制御するようにしても、高利得増幅器１４
a,１４b,〜１４mが、正極端子１６を介して与えられる
電池１の充電電圧Ｖを直接的に検出して高感度にスイッ
チ動作し、また半導体スイッチ回路１１を構成する電界
効果トランジスタ２１もまた前記各高利得増幅器１４a,
１４b,〜１４mからの出力を受けて段階的にスイッチ動
作するだけなので、電流値の大なる充電電流Ｉchargeを
バイパスするに適し、前述した特公平６−２８４９１号
公報に示されるアナログ的に駆動されるインピーダンス
回路に比較して効率的にバイパス制御を行い得る。

【００３９】尚、このような構成の充電保護装置６につ
いても、前述した充電保護装置５と同様に樹脂モールド
してモジュール化すれば、その取り扱いが容易となるこ
とは言うまでもない。またここで用いる高利得増幅器１
４a,１４b,〜１４mの数や各高利得増幅器１４a,１４b,
〜１４mに対して設定する基準電圧Ｖa,Ｖb,〜Ｖmは、充
電電流Ｉchargeを階段的にバイパス制御しようとする電
池１の充電レベル（充電電圧Ｖ）に応じて定めれば良い
ものである。また充電保護装置６における半導体スイッ
チ回路１１での発熱損失を低減する場合には、前記各高
利得増幅器１４a,１４b,〜１４mに対応させて複数の電
界効果トランジスタ２１を並列に設け、これらの電界効
果トランジスタ２１を各別にスイッチ駆動するように構
成しても良い。その他、本発明はその要旨を逸脱しない
範囲で種々変形して実施することができる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、充
電電源により充電される電池の端子間電圧を昇圧回路を
介して昇圧した電圧から生起される所定の定電圧、具体
的には前記電池の完全充電電圧に相当する基準電圧と、
前記電池の端子間電圧とを高利得増幅回路により直接的
に比較して、前記電池に対して並列に設けられて前記電
池に対するバイパス回路を構成する大電力電界効果トラ
ンジスタからなる半導体スイッチ回路をスイッチ駆動
し、このスイッチ駆動によって前記半導体スイッチ回路
を流れる電流を一定化制御するようにしているので、電
池の充電電圧が所定の電圧に達したとき、これを高感度
に検出して充電電源から電池に供給される充電電流を強
制的にバイパスして該電池の過充電を効果的に防ぎ、そ
の充電電圧を簡易にして効率的に一定化することができ
る。

【００４１】特に請求項２に記載するように、前記高利
得増幅回路にて、電池の充電電圧と基準電圧とを直接的
に比較しているので、半導体スイッチ回路を高感度にス
イッチ動作させて、電池の充電電圧を制御することがで
きる。また請求項３に記載するように、負帰還回路にて
半導体スイッチ回路を通じてバイパスする電流を一定化
し、これによって電池に対する充電電流を強制的にバイ
パスするので、電池の過充電を効率的に防ぎ、その充電
電圧を一定化することができる。

【００４２】また請求項４に記載の発明によれば、並列
に設けた複数の高利得増幅器によって半導体スイッチ回
路を段階的にスイッチ駆動するので、この場合には電池
の充電電圧に応じて電流値の大きな充電電流を効率的に
バイパスすることができる。更に請求項５に記載するよ
うに、上述した充電保護装置をモールド封止してモジュ
ール構造化することにより、その取り扱いの簡単化を図
ることができる。

【００４３】また請求項６に記載の発明に係る充電装置
によれば、上述した充電保護装置を直列接続された複数
の電池の各両極間にそれぞれ個別に設けているので、充
電電源より前記各電池に直列的に供給される充電電流
を、前記各充電保護装置にて該電池の充電電圧に応じて
分流し、直列接続した複数の電池の充電電圧を効果的に
均一化することができる。この結果、繰り返し充放電を
行う場合であっても、各電池の電池特性の安定化と長寿
命化を図ることが可能となる等の実用上多大なる効果が
奏せられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る充電装置の全体的な概略構成図。

【図２】本発明の一実施形態に係る充電保護装置の概略
的な構成図。

【図３】図２に示す充電保護装置における充電電流のバ
イパス特性を示す図。

【図４】本発明の別の実施形態に係る充電保護装置の概
略的な構成図。

【図５】本発明の更に別の実施形態に係る充電保護装置
の概略的な構成図。

【図６】図５に示す充電保護装置における充電電流のバ
イパス特性を示す図。

【符号の説明】

１,１a,１b,〜１n 電池４充電電源５,５a,５b,〜５n 充電保護装置６充電保護装置１１半導体スイッチ回路１２昇圧回路（チャージポンプＩＣ）１３定電圧回路１４高利得増幅回路１５負帰還回路２１低電圧動作型の大電力用電界効果ト
ランジスタ２２電流検出用抵抗２４定電圧レギュレータ２６帰還抵抗

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】充電電源に接続された電池の両極間に接
続され、該電池に供給される充電電流を該電池の充電電
圧に応じて分流してその充電電圧を一定化する充電保護
装置であって、前記電池に対して並列に設けられて該電池に供給される
充電電流のバイパス回路を形成する半導体スイッチ回路
と、上記電池に印加された端子間電圧を昇圧する昇圧回路を
含み、この昇圧回路の出力電圧から所定の定電圧を生起
する定電圧回路と、上記昇圧回路の出力電圧を受けて作動し、前記電池の端
子間電圧と前記電源回路により生起された定電圧とを比
較して前記半導体スイッチ回路をスイッチ駆動する高利
得増幅回路と、このスイッチ駆動によって前記半導体スイッチ回路を流
れる電流を一定化制御する負帰還回路とを具備したこと
を特徴とする充電保護装置。
【請求項２】前記高利得増幅回路は、電池に印加され
た端子間電圧を一方の入力端子に直接入力し、他方の入
力端子に前記定電圧回路にて生起された所定の定電圧を
入力して比較動作する増幅器からなることを特徴とする
請求項１に記載の充電保護装置。
【請求項３】前記負帰還回路は、半導体スイッチ回路
が形成するバイパス電流路に介装された電流検出抵抗
と、この電流検出抵抗に生起される電圧を該半導体スイ
ッチ回路または前記高利得増幅回路に負帰還する帰還抵
抗とからなることを特徴とする請求項１に記載の充電保
護装置。
【請求項４】前記高利得増幅回路は、並列に設けられ
た複数の増幅器からなり、各増幅器は、電池に印加され
た端子間電圧を各一方の入力端子にそれぞれ共通に直接
入力すると共に、他方の入力端子に互いに異なる定電圧
をそれぞれ入力して比較動作し、その出力を加算して前
記半導体スイッチ回路をスイッチ駆動することを特徴と
する請求項１に記載の充電保護装置。
【請求項５】電池との接続端子を露出させ、前記半導
体スイッチ回路，定電圧回路，高利得増幅回路，および
負帰還回路を一体にモールド封止してモジュール構造化
してなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに
記載の充電保護装置。
【請求項６】請求項１乃至５のいずれかに記載の複数
の充電保護装置を、直列接続された複数の電池の各端子
間にそれぞれ個別に接続してなり、充電電源より前記各
電池に供給される充電電流を、前記各充電保護装置にて
該電池の充電電圧に応じて分流して前記各電池の充電電
圧をそれぞれ一定化することを特徴とする充電装置。