JP2747601B2 - 電池充電装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、ニッケルカドミウム電池と鉛蓄電池とに充
電を行う電池充電装置に係り、より詳細には、電池の内
部抵抗を検出することにより、充電の制御を行う電池充
電装置に関する。

＜従来の技術＞ ニッケルカドミウム電池に充電を行うときには、電池
の端子電圧が、充電の完了時に低下する性質に着目した
−ΔＶ検出方式が一般的であり、鉛蓄電池に充電を行う
ときには、充電の完了が近づくと端子電圧が急激に上昇
することを利用した検出方式の採用が一般的である。

しかし、ニッケルカドミウム電池と鉛蓄電池との双方
の電池の充電を行わなければならない充電装置では、装
置を簡単なものにする方法として、ニッケルカドミウム
電池と鉛蓄電池との双方において、充電時の内部抵抗の
変化が似ていることに着目した充電の制御方式が提案さ
れている。

またこの方式を実現する方法として、数秒間隔で間欠
的な定電流充電を行うと共に、充電時と非充電時との電
池の端子電圧の差異を取り出すと、この電圧が内部抵抗
に比例した電圧となることから、この差異の電圧を基準
電圧と比較し、差異電圧が基準電圧より高くなった場合
には、内部抵抗が高く、充電が充分に行われているとし
て、充電を停止する構成が示されている。

＜発明が解決しようとする課題＞ 上記の内部抵抗を検出することにより充電の制御を行
う方法は、１組の制御回路により、ニッケルカドミウム
電池と鉛蓄電池との双方の電池の充電制御を可能にして
いるが、内部抵抗は電池周囲の温度により大きく変化す
るため、同一内部抵抗を示した場合であっても、最適な
充電状態になっているとは言えず、周囲温度が異なる場
合には、充電量の不足が生じたり、あるいは過充電とな
って電池の劣化を招くという問題が生じていた。

本発明は上記課題を解決するため発案されたものであ
り、その目的は、周囲温度に関わりなく、常に最適な充
電を行うことのできる電池充電装置を提供することにあ
る。

＜課題を解決するための手段＞ 上記課題を解決するための本発明の電池充電装置は、 定電流化された充電電流を間欠的に供給することによ
り、ニッケルカドミウム電池と鉛蓄電池とに充電を行う
電地充電装置に適用し、 ニッケルカドミウム電池と鉛蓄電池とを被充電電池と
するとき、 この被充電電池の端子電圧を分圧する分圧回路と、 充電電流が供給されているときの分圧回路の出力電圧
を記憶する電圧記憶回路と、 電圧記憶回路の出力がアノードに接続されたダイオー
ドと、 このダイオードのカソードより出力される電圧と分圧
回路の出力電圧との比較を行う比較器とを備え、 比較器の出力に従って充電の制御を行う構成を採用す
る。

＜作用＞ 間欠的な非充電状態にあるときの被充電電池の端子電
圧をV1、その直前の充電状態にある被充電電池の端子電
圧をV2とし、分圧回路の分圧比をＮとすると共に、非充
電状態にあるときの分圧回路の出力電圧をV1a、電圧記
憶回路より出力される電圧をV2aとすると、電圧記憶回
路は非充電状態の直前の分圧回路の出力電圧を記憶して
いることから、電圧V1a、V2aは V1a＝V1/N V2a＝V2/N として示され、これら２つの電圧V1a、V2aの差異は、被
充電電池の内部抵抗に比例した電圧となる。

そして比較器の一方の入力には電圧V1aが導かれ、他
方の入力には、ダイオードを順方向に介して、電圧記憶
回路の出力が道かれていることから、ダイオードの順方
向電圧をV3とすると、比較器は、電圧V1aと電圧V4（た
だしV4＝V2a−V3）とを比較することになる。

一方、被充電電池は、同一の充電状態にある場合であ
っても、温度が高くなると内部抵抗が小さくなる性質が
あるため、温度が高くなると、充電が充分に行われた場
合であっても、電圧差（V2a−V1aとして示される）は小
さくなる。しかしダイオードの順方向電圧V3は、温度が
上昇すると低下することから、電圧V1aと電圧V4との差
異は大きくなる。つまり温度の影響によって生じた充電
電池の内部抵抗の変化によって生じる電圧差（V2a−V1a
JSD示される）の変化が、ダイオードの順方向電圧の温
度変化により生じる電圧変化によって打ち消される。

＜実施例＞ 第１図は本発明の一実施例の電気的構成を示すブロッ
ク線図である。

図において、充電用の電力を発生する電源回路19のプ
ラス出力は、充電電流の定電流化を行う定電流回路、充
電回路の開閉を行うスイッチ部、充電初期の動作を制御
するスタートタイマ、補充電の制御を行うサブタイマ等
によって構成された電流制御回路を介して、逆流を防止
するダイオードD2のアノードに接続されている。

そしてダイオードD2のカソードは、抵抗R1の一方の端
子と、被充電電池11のプラス端子に接続されている。ま
た電源回路19からのマイナス出力は、抵抗によって構成
され、電流値を電圧値に変換する電流検出回路18を介し
て、被充電電池11のマイナス端子に接続されている。

抵抗R1の他方の端子は、一方の端子が接地された抵抗
R2の他方の端子に接続されると共に、OPアンプ131とOP
アンプ15とのそれぞれのプラス入力に導かれている。そ
してOPアンプ15の出力は、それ自身のマイナス入力と比
較器16のマイナス入力とに接続されており、OPアンプ13
1の出力は、ダイオードD3のアノードに導かれている。
またダイオードD3のカソードは、一方の端子が接地され
たコンデンサC1の他方の端子とFET Q1のゲートに接続さ
れている。

このFET Q1のドレインはプラス電源Ｐに接続され、ソ
ースは、OPアンプ131のマイナス入力とダイオードD1の
アノードに導かれている。そしてダイオードD1のカソー
ドは、一方の端子が接地された抵抗R3の他方の端子、お
よび比較器16のプラス入力に接続されている。また電流
制御回路17には、電流検出回路18の出力と比較器の出力
とが導かれている。

以上の構成において、分圧回路12は２つの抵抗R1、R2
によって構成され、電圧記憶回路13は、OPアンプ131、
ダイオードD3、コンデンサC1、FET Q1により構成されて
いる。

以下に本発明の実施例の動作説明を行うが、まず電圧
記憶回路13の動作についての説明を行った後、全体の動
作説明を行う。

電圧記憶回路13内のOPアンプ131は、分圧回路12の出
力電圧とFET Q1のソース電圧とが等しくなるように動作
するが、OPアンプ131の出力は、ダイオードD3を介して
ホールド用のコンデンサC1に接続されているため、プラ
ス入力の電圧が上昇するときには、ソース電圧と分圧回
路12の出力とが等しくなるようにコンデンサC1に充電を
行う。しかし分圧回路12の出力電圧が下降したときに
は、コンデンサC1の放電が行われないため、ソース電圧
は下降しない。つまり電圧記憶回路13は、分圧回路12よ
り出力される電圧の最大電圧の記憶を行い、記憶した電
圧を出力する。

第２図は、ニッケルカドミウム電池の充電時の端子電
圧の変化を示す説明図である。同図を参照しつつ、以下
に本発明の実施例の全体の動作説明に移る。

電流制御回路17は、パルス状の充電電流を被充電電池
11（ニッケルカドミウム電池）に供給することから、そ
の端子電圧もパルス状に変化する電圧P21となり、この
ときのパルス状の電圧の電圧差V11は、被充電電池11の
内部抵抗に流れる充電電流の電圧降下を示す電圧とな
る。

第３図は主要部の電圧波形の変化を示す説明図であ
る。

間欠的な非充電状態にあるときの被充電電池11の端子
電圧をV1、その直前の充電状態にある被充電電池の端子
電圧をV2とし、分圧回路12の分圧比をＮとすると共に、
非充電状態にあるときの分圧回路の出力電圧を（V1a−
１）、電圧記憶回路13より出力される電圧を（V2a−
１）とすると、電圧記憶回路13は非充電状態の直前の分
圧回路12の出力電圧を記憶していることから、電圧（V1
a−１）、（V2a−１）は （V1a−１）＝V1/N （V2a−１）＝V2/N として示され、電圧（V1a−１）は実線52により示す変
化となり、電圧（V2a−１）は、実線55と一点鎖線56と
により示す変化となる。

一方、比較器16のプラス入力には、電圧記憶回路13の
出力が、ダイオードD1を介して導かれていることから、
ダイオードD1の順方向の電圧降下を（V3−１）として示
すと、電圧記憶回路13の出力（実線52、55、および一点
鎖線56により示す）より、電圧（V3−１）が降下した電
圧が導かれることとなる（破線57により示す）。

また温度が上記状態より低いときには、被充電電池11
の内部抵抗が高くなるため、分圧回路12の出力電圧の変
化は、破線51、54によって示す変化となり、その電圧変
化の幅は、温度が高いときの変化の幅に比して増加す
る。

そのため温度が低いときの、非充電状態にあるときの
分圧回路の出力電圧を（V1a−２）、電圧記憶回路13よ
り出力される電圧を（V2a−２）とすると （V1a−１）＝（V1a−２） （V2a−１）＜（V2a−２） となる。

またこのときのダイオードD1による電圧降下を（V3−
２）とすると （V3−１）＜（V3−２） となる。

そのため、時刻T11の直後において比較器16のプラス
入力に導かれる電圧は、温度が高いときのそれを（V4−
１）、低いときのそれを（V4−２）とするときには （V4−１）＝（V2a−１）−（V3−１） （V4−２）＝（V2a−２）−（V3−２） となる。

一方、被充電電池11の端子電圧は分圧回路12によって
分圧されていることから （V2a−２）−（V2a−１） ≒（V3−２）−（V3−１） となる。

そのため、温度が低いときの比較器16のプラス入力の
電圧変化は、温度が高いときの電圧変化と同様の変化
（破線57により示す）となり、被充電電池11に充分な充
電が行われた時刻T11において、プラス入力とマイナス
入力の信号のレベルが反転することとなり、その出力が
反転する。

その結果、電流制御回路17は、充電電流を半分の電流
値に変化させると共に、サブタイマ13の動作を起動さ
せ、完全な充電のための補充電を行った（実線58、また
は破線59により示す）後、時刻T12において充電を終了
させる。

また鉛蓄電池の内部抵抗の変化も同様の変化（温度が
上昇すると内部抵抗が小さくなり、温度が低くなると内
部抵抗が大きくなる）を示すため、その充電時の動作は
上記と同様の動作となることから、詳細な動作説明を省
略する（ただし鉛蓄電池の場合、その端子電圧の変化
は、充電が完了に近づくに従って急激に上昇する変化を
示す）。

なお本発明は上記実施例に限定されず、比較器16の入
力抵抗が大きい場合には、OPアンプ15を省略した構成と
することが可能である。

また電圧記憶回路13により記憶される充電の初期t1時
の電圧は、リークによる自然放電によって低下させる構
成となっているが、より放電を確実にするために、初期
充電が完了する時刻T13において、コンデンサC1を放電
する回路を追加した構成とすることが可能である。

＜発明の効果＞ 本発明に係る電池充電装置は、電圧記憶回路によっ
て、分圧回路により分圧された被充電電池の端子電圧を
記憶させると共に、その出力を、順方向に接続されたダ
イオードを介して比較器に導き、この比較器によって、
分圧回路の出力と電圧記憶回路の出力との比較を行う構
成なっているので、温度変化によって生じる被充電電池
の端子電圧の変化が、ダイオードの順方向の電圧降下の
変化により相殺されるため、周囲温度に関わりなく、常
に最適な充電を行うことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の電気的構成を示すブロック
線図、 第２図は、ニッケルカドミウム電池の充電時の端子電圧
の変化を示す説明図、 第３図は主要部の電圧波形の変化を示す説明図である。 11……被充電電池 12……分圧回路 13……電圧記憶回路 16……比較器 D1……ダイオード。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】定電流化された充電電流を間欠的に供給す
   ることにより、ニッケルカドミウム電池と鉛蓄電池とに
   充電を行う電池充電装置において、 ニッケルカドミウム電池と鉛蓄電池とを被充電電池とす
   るとき、 この被充電電池の端子電圧を分圧する分圧回路と、 充電電流が供給されているときの前記分圧回路の出力電
   圧を記憶する電圧記憶回路と、 この電圧記憶回路の出力がアノードに接続されたダイオ
   ードと、 このダイオードのカソードより出力される電圧と前記分
   圧回路の出力電圧との比較を行う比較器とを備え、 この比較器の出力に従って充電の制御を行うことを特徴
   とする電池充電装置。