(57)【要約】【課題】  バッテリ過充電を防止し、必要以上の充電量の低下を防止する。【解決手段】  直流電源２ａとバッテリＢＴとの間に接続されたスイッチング素子ＦＥＴを、バッテリ電圧Ｖｂと脈動電圧とを比較して脈動電圧の最大値よりバッテリ電圧が低下した間だけオンして、バッテリを充電する。バッテリ電圧が満充電電圧に対して低下した場合にはその差分に応じて充電量を変えることから、満充電に近付くに連れて充電電流の供給時間が短くなるため、過充電が生じることのないバッテリ充電を行うことができる。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電装置本体と、前記充電装置本体と電源とを接続する電源接続ケーブルと、前記充電装置本体とバッテリとを接続するバッテリ接続ケーブルとを有するバッテリ充電装置であって、
前記充電装置本体は、前記電源からの電力により前記バッテリを充電する時にオンさせるスイッチング手段と、
前記バッテリの満充電電圧より低い第１電圧と当該満充電電圧に相当する第２電圧との間で所定の周期で上下する脈動電圧を出力する脈動電圧発生手段と、
前記バッテリの電圧と前記脈動電圧とを比較して前記バッテリの電圧が前記脈動電圧よりも低い間だけ前記スイッチング手段をオンさせる充電制御手段とを有することを特徴とするバッテリ充電装置。
【請求項２】
前記バッテリの負端子に充電電流を一定にするための定電流回路が接続され、
前記バッテリの電圧は、前記バッテリの正端子の電圧から前記負端子の電圧を差し引いて算出されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリ充電装置。
【請求項３】
前記スイッチング手段がオフの時に前記バッテリに暗電流を流すための暗電流供給手段が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のバッテリ充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車載バッテリの充電に好適なバッテリ充電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば自動二輪車の車載バッテリは、小型であり充電容量が小さいため、使用されずに放置される傾向がある冬季の期間に自然放電して充電量が低下する場合がある。またバッテリ能力が低下してくると短い期間でも充電量が低下してしまうため、そのような放置時の充電を行うためのバッテリ充電器がある。
【０００３】
バッテリ充電器における充電制御として、所定の過充電電圧を超えたら充電を停止してバッテリを保護するようにしているものがある。例えば第１の閾値とそれより低い第２の閾値とを設定し、初期状態として過充電電圧を第１の閾値として設定しておき、バッテリ電圧が第１の閾値を越えたら過充電とみなして過充電電圧を第２の閾値に切り替え、バッテリが放電されたら初期状態に戻すように制御するようにしたものがある（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−８０３４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１では、過充電を検知してから充電を停止するものであるため、バッテリにとって過充電状態になることから劣化の要因となる可能性があるという問題があった。
【０００５】
一方、バッテリの充電において、できるだけ過充電にならないようにするためには、定電圧電源による規定電圧への充電がある。もしくは、定電流電源による規定電圧への充電を用いて、例えば容量の１／１０程度の電流で満充電付近まで充電し、その後充電終了するのが望ましい。
【０００６】
しかしながら、満充電に達して充電を停止した場合にはその後の長期の放置で再度放電してしまうため、放電・充電を繰り返すことになり、頻繁な放電もバッテリの寿命にとって悪影響を及ぼす虞がある。満充電到達後も充電電流を継続して流す充電器があるが、その場合には過充電となり、バッテリの損傷や劣化の要因となってしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような課題を解決して、バッテリ過充電を防止し、必要以上の充電量の低下を防止するために本発明に於いては、充電装置本体と、前記充電装置本体と電源とを接続する電源接続ケーブルと、前記充電装置本体とバッテリとを接続するバッテリ接続ケーブルとを有するバッテリ充電装置であって、前記充電装置本体は、前記電源からの電力により前記バッテリを充電する時にオンするスイッチング手段と、前記バッテリの満充電電圧より低い第１電圧と当該満充電電圧に相当する第２電圧との間で所定の周期で上下する脈動電圧を出力する脈動電圧発生手段と、前記バッテリの電圧と前記脈動電圧とを比較して前記バッテリの電圧が前記脈動電圧よりも低い間だけ前記スイッチング手段をオン駆動する充電制御手段とを有するものとした。
【０００８】
特に、前記バッテリの負端子に充電電流を一定にするための定電流回路が接続され、前記バッテリの電圧は、前記バッテリの正端子の電圧から前記負端子の電圧を差し引いて算出されると良い。また、前記スイッチング手段がオフの時に前記バッテリに暗電流を流すための暗電流供給手段が設けられていると良い。
【発明の効果】
【０００９】
このように本発明によれば、バッテリの充電において、第１電圧と第２電圧との間で上下する脈動電圧とバッテリ電圧とを比較して、バッテリ電圧が満充電電圧に対して低下した場合にはその差分に応じて充電量を変えることから、満充電に近付くに連れて充電電流の供給時間が短くなるため、過充電が生じることのないバッテリ充電を行うことができる。
【００１０】
また、請求項２によれば、バッテリの負端子に定電流回路を接続して定電流で充電することにより、バッテリの正端子と負端子との電圧差が、バッテリの負端子に抵抗回路を用いた場合のように変化してしまうことがなく、安定した充電を行うことができる。また、請求項３によれば、満充電でスイッチング手段がオフ状態になってもバッテリに暗電流を流すことにより、自然放電を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は本発明が適用された自動二輪車Ｍの車載バッテリＢＴを充電するバッテリ充電装置の使用状態を示す全体説明図である。図１に示されるように、バッテリ充電装置１は、充電装置本体２と、電源接続ケーブル３と、バッテリ接続ケーブル４とを有する。車載バッテリＢＴは、例えば、一般的な自動二輪車用の１２Ｖ鉛電池であり、正端子および負端子を備えている。
【００１２】
電源接続ケーブル３の一端は充電装置本体２に接続され、他端は公知のプラグ３ｂにより電源としての例えば一派家庭用の１００Ｖ商用交流電源となるコンセントＰＷに接続されている。バッテリ接続ケーブル４の一端は充電装置本体２に接続され、他端は車載バッテリＢＴに接続されている。
【００１３】
充電装置本体２は、図２示されるように箱型形状をなす。充電装置本体２の側面には、電源接続ケーブル３の一端に設けられた端子３ａを着脱自在に接続するための電源端子孔５ａと、バッテリ接続ケーブル４の一端に設けられた端子４ａを着脱自在に接続するためのバッテリ端子孔５ｂとが設けられている。バッテリ接続ケーブル４の他端には、車載バッテリＢＴの正負の各端子に接続可能な例えば２つのワニ口クリップからなる端子４ｂが設けられている。
【００１４】
充電装置本体２の表面には、車載バッテリＢＴのバッテリ電圧を表示するモニタ２３と、車載バッテリＢＴが充電中であることを表示する表示灯２４と、車載バッテリＢＴの充電が完了していることを表示する表示灯２５とが設けられていても良い。表示灯２４・２５は、例えばＬＥＤであって良い。なお、これらの制御については、後述する回路から容易に構成可能であり、また本発明とは直接関係ないため省略する。
【００１５】
次に、図３を参照して、バッテリ充電装置１の回路構成について示す。なお、図３には、電源ＰＷおよび車載バッテリＢＴと接続した状態が示されている。図３に示されるように、バッテリ充電装置１内には、電源接続ケーブル３が接続される直流電源２ａと、直流電源２ａとバッテリＢＴの正端子（＋）とを適宜接続するためのスイッチング手段としてのスイッチング素子ＦＥＴと、スイッチング素子ＦＥＴのゲートを制御するための充電制御回路２ｂと、バッテリＢＴの負端子（−）と充電制御回路２ｂとを接続するラインに接続された平滑回路ＣＲおよび定電流回路Ｒｉとが設けられている。さらに、スイッチング素子ＦＥＴと並列に暗電流供給手段としての暗電流通電用抵抗Ｒｄが設けられている。なお、上記定電流回路Ｒｉは、バッテリＢＴに充電する時の充電電流を定電流化するためのものであり、例えば半導体素子からなる。平滑回路ＣＲはコンデンサと抵抗とを組み合わせた公知の回路である。
【００１６】
充電制御回路２ｂには、上記したスイッチング素子ＦＥＴのゲートを制御するためのゲート制御端子Ｏ１と、バッテリＢＴの正端子（＋）と接続されたバッテリ電圧検出端子Ｉ１と、バッテリＢＴの負端子（−）と接続された０点検出端子Ｉ２とが設けられている。充電制御回路２ｂは、例えば図４に示されるように、バッテリ電圧検出端子Ｉ１のバッテリ印加電圧Ｖｏから０点検出端子Ｉ２の０点電圧Ｖｉを差し引いたバッテリ電圧Ｖｂを出力する差動アンプＡＰ１と、脈動電圧としての例えば鋸歯波形状の鋸歯電圧Ｖｒを出力するランプ回路ＬＰ１と、差動アンプＡＰ１の出力Ｖｂと鋸歯電圧Ｖｒとを比較して比較結果をスイッチング素子ＦＥＴのゲートを制御するパルス状のゲート電圧Ｖｇとして出力するコンパレータＣＰ１とにより構成されていて良い。なお、この構成を１チップマイコンで実現しても良い。
【００１７】
上記０点電圧Ｖｉは定電流回路Ｒｉによる電圧であり、定電流回路Ｒｉの抵抗をＲｉで表すと、充電時にバッテリに流れる充電電流Ｉｂは、Ｖｉ／Ｒｉとなり、一定である。そして、ＣＲ回路により０点電圧Ｖｉは平滑化されて０点検出端子Ｉ２に入力される。上記した各電圧の関係は、図３に示されるように、Ｖｂ＝Ｖｏ−Ｖｉとなる。
【００１８】
また、鋸歯電圧Ｖｒは、図５の上段部分に示されるように、第２電圧ＶＬから第１電圧ＶＨに至るまで漸増して、第１電圧ＶＨに達したら第２電圧ＶＬに切り替わり、それを所定の周期で順次繰り返す鋸歯波形となって出力される。
【００１９】
また、コンパレータＣＰ１で鋸歯電圧Ｖｒとバッテリ電圧Ｖｂ（二点鎖線）とを比較し、バッテリ電圧Ｖｂが鋸歯電圧Ｖｒ以下になった間だけコンパレータＣＰ１からハイレベル電圧が出力され、そのハイレベル電圧が上記したゲート制御端子Ｖｇからゲート電圧Ｖｇとして出力される。これにより、スイッチング素子ＦＥＴはゲート電圧Ｖｇが出力されている時間だけオンする。
【００２０】
このようにして構成されたバッテリ充電装置１による充電制御要領について図６を参照して示す。なお、この図６は本発明における充電制御要領を分かり易く示したものである。図５の二点鎖線で示されるように自然放電などによりバッテリ電圧Ｖｂが漸減ると、その電圧低下に応じてゲート電圧Ｖｇが出力される時間（パルス幅）が増大する。図６に示されるように、バッテリ電圧Ｖｂが満充電電圧に相当する第１電圧ＶＨより下がったら、スイッチング素子ＦＥＴのオン時間の増大に応じて充電電流Ｉｂが流れる時間も増大する。また、バッテリ電圧Ｖｂが充電を開始すべき第２電圧ＶＬを設定しておく。この第２電圧ＶＬは、上記した鋸歯電圧Ｖｒの最小電圧に対応し、したがってバッテリ電圧Ｖｂが第２電圧ＶＬ以下になっている間は、コンパレータＣＰ１の比較結果として出力されるハイレベル電圧が常時出力状態（パルス幅１００％状態）となるため、充電電流Ｉｂが常時流れ、バッテリ充電装置１は１００％充電状態となる。
【００２１】
そして、バッテリＢＴが充電されてきて、バッテリ電圧Ｖｂが上昇して第２電圧ＶＬ以上になったら、再度バッテリ電圧Ｖｂと鋸歯電圧Ｖｒとの比較結果に応じてスイッチング素子ＦＥＴがオン／オフする。バッテリ電圧Ｖｂが第１電圧ＶＨに近付くに連れて充電電流Ｉｂの流れる時間が短くなり、バッテリ電圧Ｖｂが第１電圧ＶＨに達したら充電電流Ｉｂの供給は無くなり、充電停止状態となる。なお、本制御ではバッテリ電圧Ｖｂの減少に応じて充電電流Ｉｂのパルス幅が増大するため、バッテリＢＴが劣化していない状態での充電制御においては、バッテリ電圧Ｖｂは第２電圧ＶＬ以下まで減少するようなことはなく、常に第１電圧ＶＨに近い状態に維持されることとなる。
【００２２】
このように、バッテリＢＴの充電において、満充電（ＶＨ）に近付くに連れて充電電流Ｉｂの供給時間が短くなっていくことから、結果として過充電が生じることのないバッテリ充電装置を達成することができる。なお、１チップマイコン化した場合には、ブラシレスモータなどで用いられているＰＷＭ制御を適用可能であり、制御を容易に構成でき、制御装置を安価に構成し得る。
【００２３】
なお、充電停止状態であっても、その時にはスイッチング素子ＦＥＴがオフしているが、上記した暗電流通電用抵抗Ｒｄを介して暗電流Ｉｄが流れるようになっている。この暗電流Ｉｄは、対象となるバッテリＢＴの自然放電分に相当する値に設定されていると良い。これにより、満充電後に自然放電により再び放電状態になってしまうことが防止され、放電と充電とを繰り返すことによるバッテリの寿命低下を防止することができる。
【００２４】
また、上記実施形態のランプ回路ＬＰ１で発生する脈動電圧波形は、鋸歯波形に限られず、三角波など他の波形であって良い。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明が適用されたバッテリ充電装置の使用状態を示す全体説明図である。
【図２】バッテリ充電装置を示す斜視図である。
【図３】バッテリ充電装置の概略構成を示すブロック図である。
【図４】充電制御回路を示す図である。
【図５】スイッチング制御要領を示す波形図である。
【図６】充電制御要領を示す波形図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  バッテリ充電装置
２  充電装置本体
２ａ直流電源
２ｂ  充電制御回路
３  電源接続ケーブル
４  バッテリ接続ケーブル
ＢＴ  車載バッテリ
ＣＰ１  コンパレータ
ＦＥＴ  スイッチング素子
ＬＰ１  ランプ回路
ＰＷ  電源
Ｒｄ  暗電流通電用抵抗
Ｒｉ  定電流回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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