(57)【要約】【課題】部品点数が少なく、回路構成が単純で、過放電防止のために蓄電池を負荷側から切り離した後の消費電流がゼロである蓄電池の過放電防止回路を提供する。【解決手段】蓄電池２０から負荷３０に至る電力供給線路４０に直列に挿入されたＭＯＳリレーＲＹ１と、常開接点のスイッチＳＷ１と、常閉接点のスイッチＳＷ２と、ＭＯＳリレーＲＹ１のフォトダイオード１１に直列に接続されるツェナーダイオードＺＤ及び抵抗Ｒ１とを備え、蓄電池２０の端子電圧が所定値以上では、スイッチＳＷ１の操作によりツェナーダイオードＺＤがブレークダウンしてフォトダイオード１１に電流が流れてＭＯＳリレーＲＹ１がオン状態を維持し、蓄電池２０の端子電圧が前記所定値未満になると、ツェナーダイオードＺＤがオフ状態に変わってＭＯＳリレーＲＹ１がオフ状態となる構成である。【選択図】図１
2013230064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトダイオードと、前記フォトダイオードの出力光によってオン、オフが制御されるＭＯＳＦＥＴとを有するＭＯＳリレーと、
常開接点を有する第１のスイッチと、
前記フォトダイオードに直列に接続されるツェナーダイオード及び前記ツェナーダイオードに流れる電流を制限する抵抗とを備え、
前記ＭＯＳＦＥＴは蓄電池から負荷に至る電力供給線路に直列に挿入され、
前記蓄電池の一方の端子に前記ＭＯＳＦＥＴの一方の端子が接続され、前記ＭＯＳＦＥＴの他方の端子と前記蓄電池の他方の端子間に前記フォトダイオードと前記ツェナーダイオードと前記抵抗とが直列に接続され、
前記第１のスイッチは、操作時のみ前記フォトダイオードと前記ツェナーダイオードとを含む直列回路に前記蓄電池からの電圧を印加するものであり、
前記蓄電池の端子電圧が所定値以上では、前記第１のスイッチの操作により前記ツェナーダイオードがブレークダウンして前記フォトダイオードに電流が流れて前記ＭＯＳＦＥＴがオン状態を維持し、
前記蓄電池の端子電圧が前記所定値未満になると、前記ツェナーダイオードがオフ状態となって前記ＭＯＳＦＥＴがオフ状態に変わることを特徴とする蓄電池の過放電防止回路。
【請求項２】
常閉接点又は常開接点を有する第２のスイッチが設けられており、前記第２のスイッチが操作されたときに前記フォトダイオードへの通電を遮断する又は前記フォトダイオードへの印加電圧を零にする、請求項１記載の蓄電池の過放電防止回路。
【請求項３】
蓄電池から負荷に至る電力供給線路に直列に挿入されるリレーの接点と、
常開接点を有する第１のスイッチと、
前記リレーの励磁コイルに直列に接続されるトランジスタと、
前記トランジスタに制御電流を流すためのツェナーダイオード及び前記ツェナーダイオードに流れる電流を制限する抵抗とを備え、
前記蓄電池の一方の端子に前記リレーの接点の一方の端子が接続され、前記リレーの接点の他方の端子と前記蓄電池の他方の端子間に前記リレーの励磁コイルと前記トランジスタとが直列接続され、
前記第１のスイッチは、操作時のみ前記ツェナーダイオードを介して前記トランジスタの制御極に前記蓄電池からの電圧を印加するものであり、
前記蓄電池の端子電圧が所定値以上では、前記第１のスイッチの操作により前記ツェナーダイオードがブレークダウンし、オン状態の前記トランジスタを介して前記励磁コイルに電流が流れて前記リレーの接点がオン状態を維持し、
前記蓄電池の端子電圧が前記所定値未満になると、前記ツェナーダイオードがオフ状態に変わり、前記トランジスタがオフ状態となって前記リレーの接点がオフ状態となることを特徴とする蓄電池の過放電防止回路。
【請求項４】
常閉接点又は常開接点を有する第２のスイッチが設けられており、前記第２のスイッチが操作されたときに前記トランジスタをオフにする、請求項３記載の蓄電池の過放電防止回路。
【請求項５】
前記ツェナーダイオードへの印加電圧を調整する可変抵抗を有する、請求項１乃至４のいずれか１項記載の蓄電池の過放電防止回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電池（２次電池）の過放電による障害を未然に防止するための蓄電池の過放電防止回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
充電して繰り返し使用できる蓄電池は過放電すると充電しても再利用が困難になる。このため、メーカが推奨する使用電圧以下になった場合には、負荷への接続をオフにすることが必要となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、部品点数が少なく、回路構成が単純で、過放電防止のために蓄電池を負荷側から切り離した後の消費電流がゼロである蓄電池の過放電防止回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様は蓄電池の過放電防止回路であり、
フォトダイオードと、前記フォトダイオードの出力光によってオン、オフが制御されるＭＯＳＦＥＴとを有するＭＯＳリレーと、
常開接点を有する第１のスイッチと、
常閉接点を有する第２のスイッチと、
前記フォトダイオードに直列に接続されるツェナーダイオード及び前記ツェナーダイオードに流れる電流を制限する抵抗とを備え、
前記ＭＯＳＦＥＴは蓄電池から負荷に至る電力供給線路に直列に挿入され、
前記蓄電池の一方の端子に前記ＭＯＳＦＥＴの一方の端子が接続され、前記ＭＯＳＦＥＴの他方の端子と前記蓄電池の他方の端子間に前記第２のスイッチと前記フォトダイオードと前記ツェナーダイオードと前記抵抗とが直列に接続され、
前記第１のスイッチは、操作時のみ前記フォトダイオードと前記ツェナーダイオードとを含む直列回路に前記蓄電池からの電圧を印加するものであり、
前記蓄電池の端子電圧が所定値以上では、前記第１のスイッチの操作により前記ツェナーダイオードがブレークダウンして前記フォトダイオードに電流が流れて前記ＭＯＳＦＥＴがオン状態を維持し、
前記蓄電池の端子電圧が前記所定値未満になると、前記ツェナーダイオードがオフ状態となって前記ＭＯＳＦＥＴがオフ状態に変わることを特徴とする。
【０００５】
本発明の第２の態様は蓄電池の過放電防止回路であり、
蓄電池から負荷に至る電力供給線路に直列に挿入されるリレーの接点と、
常開接点を有する第１のスイッチと、
常閉接点を有する第２のスイッチと、
前記リレーの励磁コイルに直列に接続されるトランジスタと、
前記トランジスタに制御電流を流すためのツェナーダイオード及び前記ツェナーダイオードに流れる電流を制限する抵抗とを備え、
前記蓄電池の一方の端子に前記リレーの接点の一方の端子が接続され、前記リレーの接点の他方の端子と前記蓄電池の他方の端子間に前記リレーの励磁コイルと前記トランジスタとが直列接続され、
前記第２のスイッチは前記ツェナーダイオードへの通電経路をなし、
前記第１のスイッチは、操作時のみ前記フォトダイオードと前記ツェナーダイオードとを含む直列回路に前記蓄電池からの電圧を印加するものであり、
前記蓄電池の端子電圧が所定値以上では、前記第１のスイッチの操作により前記ツェナーダイオードがブレークダウンし、オン状態の前記トランジスタを介して前記励磁コイルに電流が流れて前記リレーの接点がオン状態を維持し、
前記蓄電池の端子電圧が前記所定値未満になると、前記ツェナーダイオードがオフ状態に変わり、前記トランジスタがオフ状態となって前記リレーの接点がオフ状態となることを特徴とする。
【０００６】
前記第１又は第２の態様において、前記ツェナーダイオードへの印加電圧を調整する可変抵抗を有するとよい。
【０００７】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る蓄電池の過放電防止回路は、部品点数が少なく、回路構成が単純である。また、過放電防止のために蓄電池を負荷側から切り離した後の消費電流がゼロである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る蓄電池の過放電防止回路の実施の形態１を示す回路図。
【図２】本発明の実施の形態２を示す回路図。
【図３】本発明の実施の形態３を示す回路図。
【図４】本発明の実施の形態４を示す回路図。
【図５】本発明の実施の形態５を示す回路図。
【図６】本発明の実施の形態６を示す回路図。
【図７】本発明の実施の形態７を示す回路図。
【図８】本発明の実施の形態８を示す回路図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００１１】
図１は本発明の実施の形態１を示す。この図において、蓄電池の過放電防止回路１は、フォトダイオード１１と、フォトダイオード１１の出力光によってオン、オフが制御されるＭＯＳＦＥＴ１２とを有するフォトＭＯＳリレーＲＹ１と、常開接点を有する第１のスイッチとしての押しボタンスイッチＳＷ１と、常閉接点を有する第２のスイッチとしての押しボタンスイッチＳＷ２と、ＭＯＳリレーＲＹ１のフォトダイオード１１に直列に接続されるツェナーダイオードＺＤ及びツェナーダイオードＺＤに流れる電流を制限するために直列に挿入された抵抗Ｒ１とを備えている。
【００１２】
そして、鉛蓄電池等の蓄電池２０の一方の端子２１（図示の例では正側）と負荷３０の一方の端子３１とを結ぶ電力供給線路４０にＭＯＳリレーＲＹ１のＭＯＳＦＥＴ１２が直列に挿入されている。蓄電池２０の他方の端子２２（図示の例では負側）と負荷３０の他方の端子３２とは電力供給線路４１で直結されている。蓄電池２０の一方の端子２１にＭＯＳＦＥＴ１２の一方の端子が接続され、ＭＯＳＦＥＴ１２の他方の端子と蓄電池２０の他方の端子２２間に、押しボタンスイッチＳＷ２とＭＯＳリレーＲＹ１のフォトダイオード１１とツェナーダイオードＺＤと抵抗Ｒ１とが直列に接続される。押しボタンスイッチＳＷ１はＭＯＳＦＥＴ１２の蓄電池２０側と負荷３０側との間に接続されている。すなわち本例では、押しボタンスイッチＳＷ１は蓄電池２０の一方の端子２１と、押しボタンスイッチＳＷ２とフォトダイオード１１との接続点との間に接続されており、押圧操作時のみオンとなるものである。
【００１３】
前記ツェナーダイオードＺＤのツェナー電圧は、蓄電池２０の定格電圧の何％以下でオフするかで決める。抵抗Ｒ１の抵抗値Ｒは、ＭＯＳリレーＲＹ１がオンとなるフォトダイオード１１の電流値をＩ、蓄電池２０から負荷３０を遮断する開放電圧値をＶ、ツェナー電圧をＶｚとしたとき、
Ｒ≦（Ｖ−Ｖｚ）／Ｉ
に設定する。
【００１４】
この蓄電池の過放電防止回路１の動作を説明すると、蓄電池２０の端子電圧が所定の開放電圧値以上（つまり、メーカが推奨する使用電圧以上）の場合、押しボタンスイッチＳＷ１の押圧操作により、フォトダイオード１１とツェナーダイオードＺＤとを含む直列回路に蓄電池２０からの電圧が印加され、ツェナーダイオードＺＤがブレークダウンしてフォトダイオード１１に電流が流れてＭＯＳＦＥＴ１２がターンオンする。これにより押しボタンスイッチＳＷ１の押圧操作の有無にかかわらずフォトダイオード１１、ツェナーダイオードＺＤ及び抵抗Ｒ１の経路で電流が継続して流れることになり、ＭＯＳＦＥＴ１２はオン状態を維持し（ＭＯＳリレーＲＹ１が自己保持し）、負荷３０に蓄電池２０から電力が供給される。
【００１５】
蓄電池２０の端子電圧が前記開放電圧値未満（つまり、メーカが推奨する使用電圧未満で過放電に近づいた状態）になると、ツェナーダイオードＺＤの両端の電圧がツェナー電圧未満でツェナーダイオードＺＤがオフ状態となるため、ＭＯＳＦＥＴ１２がオフ状態に変わり、蓄電池２０から負荷３０への電力供給が遮断される。
【００１６】
押しボタンスイッチＳＷ２は蓄電池２０と負荷３０とを強制的に切り離すためのものであり、蓄電池２０の端子電圧が低下していない場合であっても、押しボタンスイッチＳＷ２を押圧操作することでＭＯＳリレーＲＹ１のフォトダイオード１１への通電をオフとしてＭＯＳＦＥＴ１２をオフ状態にすることができる。
【００１７】
本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。
【００１８】
(1) 部品点数が少なく、回路構成が単純である。
(2) 過放電防止のために蓄電池２０を負荷３０側から切り離した後の消費電流がゼロである。
(3) フォトＭＯＳリレーＲＹ１を用いているため、ＭＯＳＦＥＴ１２がオン状態を維持する自己保持動作のための消費電力が少なくて済む。
(4) 負荷３０側が過負荷又は短絡していることにより、電圧降下が起きた場合も、フォトＭＯＳリレーＲＹ１のＭＯＳＦＥＴ１２がオフになるので、過電流を回避するための安全回路機能もある。
【００１９】
図２は本発明の実施の形態２を示す。この図において、蓄電池の過放電防止回路１Ａは、押しボタンスイッチＳＷ２とフォトＭＯＳリレーＲＹ１のフォトダイオード１１との間に可変抵抗ＶＲを追加したものである。この場合、ツェナーダイオードＺＤの選択の幅を広くし、蓄電池２０を負荷３０から切り離す開放電圧値を任意に設定できるようにしている。その他の構成及び動作は実施の形態１と実質的に同じである。
【００２０】
図３は本発明の実施の形態３を示す。この図において、蓄電池の過放電防止回路１Ｂは、押しボタンスイッチＳＷ２とフォトダイオード１１との間に可変抵抗ＶＲを追加するとともに、フォトＭＯＳリレーＲＹ１のＭＯＳＦＥＴ１２の負荷側端子と押しボタンスイッチＳＷ２との間にダイオードＤが挿入されている。また、押しボタンスイッチＳＷ１は蓄電池２０の一方の端子２１と、押しボタンスイッチＳＷ２と可変抵抗ＶＲとの接続点との間に接続されている。ダイオードＤの極性は押しボタンスイッチＳＷ１がオンのときに蓄電池２０から負荷３０に電流が流れない向きである。その他の回路構成は実施の形態１と同様である。
【００２１】
前記実施の形態１，２では押しボタンスイッチＳＷ１は負荷電流の最大値を考慮してスイッチ選択が必要であるが、図３の実施の形態３ではダイオードＤを設けたことで、押しボタンスイッチＳＷ１の開閉能力が小さくてもよい（つまり、小電流対応のスイッチを選択可能となる）。その他の動作は実施の形態１と実質的に同じである。
【００２２】
図４は本発明の実施の形態４を示す。この実施の形態４は実施の形態１のフォトＭＯＳリレーＲＹ１の代わりに一般的な電磁リレーを用いている。図４において、蓄電池の過放電防止回路１Ｃは、励磁コイル５０と、これによりオン、オフされる接点５１とを有する電磁リレーＲＹ２と、常開接点を有する第１のスイッチとしての押しボタンスイッチＳＷ１と、常閉接点を有する第２のスイッチとしての押しボタンスイッチＳＷ２と、励磁コイル５０の通電をオン、オフするトランジスタＱとを有している。トランジスタＱはオン状態にするためのベース電流が少なくて済むダーリントン・トランジスタであることが望ましい。
【００２３】
そして、鉛蓄電池等の蓄電池２０の一方の端子２１（図示の例では正側）と負荷３０の一方の端子３１とを結ぶ電力供給線路４０に電磁リレーＲＹ２の接点５１が直列に挿入されている。蓄電池２０の他方の端子２２（図示の例では負側）と負荷３０の他方の端子３２とは電力供給線路４１で直結されている。蓄電池２０の一方の端子２１に接点５１の一方の端子が接続され、接点５１の他方の端子と蓄電池の他方の端子２２間に、励磁コイル５０とトランジスタＱとが直列に接続される。同じく接点５１の他方の端子と蓄電池の他方の端子２２間に、ダイオードＤと押しボタンスイッチＳＷ２と可変抵抗ＶＲとが直列に接続されている。可変抵抗ＶＲで可変調整された電圧がツェナーダイオードＺＤと抵抗Ｒ１の直列接続を介してトランジスタＱのベース（制御極）に印加されている。トランジスタＱのベース、エミッタ間に抵抗Ｒ２が接続されている。
【００２４】
押しボタンスイッチＳＷ１は接点５１の蓄電池２０側と負荷３０側との間に接続されている。すなわち本例では、押しボタンスイッチＳＷ１は蓄電池２０の一方の端子２１と、押しボタンスイッチＳＷ２と可変抵抗ＶＲとの接続点との間に接続されており、押圧操作時のみオンとなるものである。
【００２５】
この蓄電池の過放電防止回路１Ｃの動作を説明すると、蓄電池２０の端子電圧が所定の開放電圧値以上の場合、押しボタンスイッチＳＷ１の押圧操作により、可変抵抗ＶＲで調整後の蓄電池２０からの電圧がツェナーダイオードＺＤと抵抗Ｒ１の直列接続を介してトランジスタＱのベースに印加され、ツェナーダイオードＺＤがブレークダウンしてトランジスタＱに所定値以上のベース電流（つまりトランジスタをターンオンする制御電流）が流れてトランジスタＱがターンオンする。これにより押しボタンスイッチＳＷ１の押圧操作の有無にかかわらず励磁コイル５０及びトランジスタＱの経路で電流が継続して流れることになり、電磁リレーＲＹ２の接点５１はオン状態を維持し（電磁リレーＲＹ２は自己保持し）、負荷３０に蓄電池２０から電力が供給される。
【００２６】
蓄電池２０の端子電圧が前記開放電圧値未満になると、ツェナーダイオードＺＤの両端の電圧がツェナー電圧未満でツェナーダイオードＺＤがオフ状態に変わり、トランジスタＱがオフ状態となり、電磁リレーＲＹ２の接点５１がオフとなって蓄電池２０から負荷３０への電力供給が遮断される。
【００２７】
なお、ダイオードＤを設けたことで、押しボタンスイッチＳＷ１の開閉能力が小さくてもよく、小電流対応のスイッチを選択可能となる。
【００２８】
以上の実施の形態１〜４は第２のスイッチとしての押しボタンスイッチＳＷ２が常閉接点の場合であったが、押しボタンスイッチＳＷ２が常開接点の場合を実施の形態５〜８に示す。
【００２９】
図５は本発明の実施の形態５を示す。この図において、蓄電池の過放電防止回路１Ｄは、実施の形態１の常閉接点の代わりに、常開接点の押しボタンスイッチＳＷ２を用いている。この場合、押しボタンスイッチＳＷ２を操作して接点を閉じることで、フォトダイオード１１とツェナーダイオードＺＤとからなる直列回路の両端を短絡し、フォトダイオード１１への印加電圧が零となるようにしている。この結果、フォトＭＯＳリレーＲＹ１のＭＯＳＦＥＴ１２がオフとなって蓄電池２０と負荷３０とを強制的に切り離すことができる。その他の構成及び動作は実施の形態１と実質的に同じである。
【００３０】
図６は本発明の実施の形態６を示す。この図において、蓄電池の過放電防止回路１Ｅは、実施の形態２の常閉接点の代わりに、常開接点の押しボタンスイッチＳＷ２を用いている。この場合、押しボタンスイッチＳＷ２を操作して接点を閉じることで、フォトダイオード１１とツェナーダイオードＺＤとからなる直列回路の両端を短絡し、フォトダイオード１１への印加電圧が零となるようにしている。この結果、フォトＭＯＳリレーＲＹ１のＭＯＳＦＥＴ１２がオフとなって蓄電池２０と負荷３０とを強制的に切り離すことができる。その他の構成及び動作は実施の形態２と実質的に同じである。
【００３１】
図７は本発明の実施の形態７を示す。この図において、蓄電池の過放電防止回路１Ｆは、実施の形態３の常閉接点の代わりに、常開接点の押しボタンスイッチＳＷ２を用いている。この場合、押しボタンスイッチＳＷ２を操作して接点を閉じることで、フォトダイオード１１とツェナーダイオードＺＤとからなる直列回路の両端を短絡し、フォトダイオード１１への印加電圧が零となるようにしている。この結果、フォトＭＯＳリレーＲＹ１のＭＯＳＦＥＴ１２がオフとなって蓄電池２０と負荷３０とを強制的に切り離すことができる。その他の構成及び動作は実施の形態３と実質的に同じである。
【００３２】
図８は本発明の実施の形態８を示す。この図において、蓄電池の過放電防止回路１Ｇは、実施の形態４の常閉接点の代わりに、常開接点の押しボタンスイッチＳＷ２を用いている。この場合、押しボタンスイッチＳＷ２を操作して接点を閉じることで、トランジスタＱのベースエミッタ間を短絡して、トランジスタＱをオフにしている。この結果、電磁リレーＲＹ２の励磁コイル５０への通電が遮断され、接点５１が開くことで蓄電池２０と負荷３０とを強制的に切り離すことができる。その他の構成及び動作は実施の形態４と実質的に同じである。
【００３３】
以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。
【符号の説明】
【００３４】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ  蓄電池の過放電防止回路
１１  フォトダイオード
１２  ＭＯＳＦＥＴ
２０  蓄電池
３０  負荷
４０，４１  電力供給線路
５０  励磁コイル
５１  接点
Ｄ  ダイオード
Ｑ  トランジスタ
Ｒ１，Ｒ２  抵抗
ＲＹ１  フォトＭＯＳリレー
ＲＹ２  電磁リレー
ＳＷ１，ＳＷ２  押しボタンスイッチ
ＶＲ  可変抵抗
ＺＤ  ツェナーダイオード
【図１】
2013230064.tif 000003
【図２】
2013230064.tif 000004
【図３】
2013230064.tif 000005
【図４】
2013230064.tif 000006
【図５】
2013230064.tif 000007
【図６】
2013230064.tif 000008
【図７】
2013230064.tif 000009
【図８】
2013230064.tif 000010