充电电路、应急用点灯装置及照明装置.pdf

本发明涉及一种充电电路、应急用点灯装置及照明装置。在电池的充电中，节省电力和实现长寿命化。运算控制部(16)通过使开关(17)通断，并利用来自变换电路(15)的直流对电池(13)进行间歇充电。运算控制部(16)中设有电压比较单元(30)，用于对由电压检测器(21)检测出的电池电压(V)、和设定在电压设定器(29)中的规定值(V0)进行比较，当电池电压(V)超过规定值(V0)时，省略间歇充电单元即通断控制单元(24)中的间歇充电的至少1个周期的补充充电。

1.  一种充电电路，其特征在于，具有：变换电路，将来自商用电源的交流电压变换成直流电压；开关，可控制从上述变换电路对电池的供电；间歇充电单元，使上述开关通断，来进行上述电池的间歇充电；电池电压检测单元，检测用上述间歇充电单元进行间歇充电时的补充充电开始时的电池电压；以及电压比较单元，当由上述电池电压检测单元检测出的、补充充电开始时的电池电压超过规定值时，省略上述间歇充电单元中的间歇充电的至少一个周期的补充充电。

2.  如权利要求1所述的充电电路，其特征在于，上述间歇充电单元将上述电池的满充电后的补充充电的导通时间设定在3秒以内、关断时间设定为30秒～3分钟以内。

3.  如权利要求1所述的充电电路，其特征在于，上述间歇充电单元将上述电池的满充电后的补充充电的导通时间设定在30秒以内、关断时间设定为30秒～3分钟以内。

4.  一种应急用点灯装置，其特征在于，具有：如权利要求1至3中任一项所述的充电电路；被上述充电电路进行间歇充电的电池；以及点灯装置，在停电时，利用由上述电池供给的电源点亮光源。

5.  一种照明装置，其特征在于，具有：器具本体；设在器具上的光源；以及，如权利要求4所述的应急用点灯装置。

充电电路、应急用点灯装置及照明装置
技术领域
本发明涉及对停电时向应急灯或引路灯供给电源而进行点灯的电池进行充电的充电电路、应急用点灯装置及照明装置。
背景技术
例如，在停电时由电池向应急灯或引路灯等照明装置供给电源，以便在停电时也可以维持规定时间的点灯。为此，需要预先对电池充电，使其具有的电力能够在发生停电后至少使照明装置点灯规定时间以上。
作为电池的充电方式，具有间歇式充电和涓流充电两种。间歇式充电是，在初期充电中充到满充电状态，其后设置休止区间，在经过休止区间后用补偿充电来补充在休止区间由自放电减少的容量，冲电是利用定时器控制进行的。涓流充电是，用较低的充电电流连续进行充电，由此使电池始终维持满充电状态。
有如下的已有技术：在二次电池(电池)的充电过程中，使其充电电流间歇地通断，根据充电电流断之前的电池电压Von和充电电流断之后的开放电池电压Voff，求出相当于二次电池的内部阻抗R的值，对与二次电池的初期时的内部阻抗R相当的值Z(int)、和与最新的二次电池的内部阻抗R相当的值Z(now)进行比较，来判断二次电池的寿命(例如，参照专利文献1)。
此外，还有如下的已有技术：在进行间歇充电时，流过比初期充电期间的充电电流大的充电电流来对二次电池进行补充充电，并且，设置比充电初期长的休止期间，以防止二次电池的平均温度降低而引起劣化，进而改善二次电池的寿命(例如，参照专利文献2)。
专利文献1：日本专利特开2003-139827号公报(图2，图3)；
专利文献2：日本专利特开2003-236632号公报(图3)。
但是，在专利文献2公开的技术中，只要是补充充电期间，就不管二次电池的充电状态而进行补充充电，因此，即使是在二次电池中剩余本来不需要充电的容量的情况下，也进行充电。这导致电力的浪费，充电的机会增多，有可能缩短二次电池的寿命。
发明内容
本发明的目的在于，提供电池的充电时可实现节省电力和长寿命化的充电电路、应急用点灯装置及照明装置。
第一项发明涉及的充电电路，具有：变换电路，将来自商用电源的交流电压变换成直流电压；开关，可控制从上述变换电路对电池的供电；间歇充电单元，使上述开关通断来进行上述电池的间歇充电；电池电压检测单元，检测用上述间歇充电单元进行间歇充电时的补充充电开始时的电池电压；以及电压比较单元，当由上述电池电压检测单元检测出的、补充充电开始时的电池电压超过规定值时，省略上述间歇充电单元中的间歇充电的至少一个周期的补充充电。
在本项发明及以下的发明中，在不特别指定的情况下，用语的定义及技术含义如下。变换电路，用于将交流的商用电源的交流电压变换成规定的直流电压的电路，例如由具有开关元件的降压断续开关电路构成，通过改变开关元件的导通占空比可改变输出电压。开关由运算控制部进行通断控制，将来自变换电路的直流电流提供给电池，例如可使用场效应晶体管FET。此外，电池可使用镍镉(NiCd)电池或镍氢电池等各种二次电池。
间歇充电单元是通过通断开关来进行电池的间歇充电的单元，对开关进行通断控制来进行电池的间歇充电。间歇充电是如下的充电方式：在初期充电中处于满充电状态，其后设置休止区间，在经过休止区间后，利用补充充电补偿在休止区间因自放电而减少的容量。
电池电压检测单元用于检测在间歇充电单元中进行间歇充电时的电池电压。此外，补充充电开始时的电池电压包含补充充电开始前的电池电压。
本发明中，当补充充电开始时的电池电压超过规定值的时候，省略至少一个周期的补充充电。
通常，在电池新的时候，内部阻抗值小，自放电量也小，所以不需要补充充电，因此，在电池处于这种状态时，省略不必要的补充充电。
根据本发明，在不需要补充充电时省略补充充电，所以可节省电力。此外，可省略电池处于满充电状态时的补充充电，所以可实现电池地长寿命化。
第二项发明涉及的充电电路结构是，在第一项发明中，上述间歇充电单元将上述电池的满充电后的补充充电的导通时间设定在3秒以内、关断时间设定为30秒～3分钟以内。
第三项发明涉及的充电电路结构是，在第一项发明中，上述间歇充电单元将上述电池的满充电后的补充充电的导通时间设定在30秒以内、关断时间设定为30秒～3分钟以内。
第二项发明或第三项发明是，将以前的充电区间及休止区间为数时间单位的结构，改进成补充充电时的通断时间(补充充电区间、休止区间)较短，可将休止区间中因自放电而引起的自放电量抑制成较小，将补充充电的导通时间设定为3秒以内或30秒以内、关断时间为30秒～3分钟以内。
根据本发明，缩短休止区间，因此可将因自放电引起的自放电量抑制成较小。当关断时间为30秒～3分钟以内时可抑制自放电量，所以，即使在休止区间中发生停电的时候，也可以将电池保持在近乎满充电的状态。
第四项发明涉及的应急用点灯装置，具有：如权利要求1至3中任一项所述的充电电路；被上述充电电路进行间歇充电的电池；以及点灯装置，在停电时，利用由上述电池供给的电源点亮光源。
本发明是点亮例如应急灯或引路灯的应急用点灯装置，光源例如是白炽灯、荧光灯或发光二极管。根据本发明，可得到具有第一项至第三项中任一项发明的效果的应急用点灯装置。
第五项发明涉及的照明装置，具有：器具本体；设在器具上的光源；以及，如权利要求4所述的应急用点灯装置。根据本发明，可得到具有第四项发明的效果的照明装置。
发明效果
根据第一项发明，在不需要补充充电时可省略补充充电，所以可节省电力，可实现电池的长寿命化。根据第二项或第三项发明，可缩短补充充电的休止区间，所以可将自放电引起的自放电量抑制成较小，即使在休止区间中发生停电的情况下，也可以将电池保持在几乎满充电状态。根据第四项发明，可得到具有第一项至第三项中任一项发明的效果的应急用点灯装置。根据第五项发明，可得到具有第四项发明的效果的照明装置。
附图说明
图1是本发明实施方式的照明装置的结构框图。
图2是表示本发明的参考方式中的充电电路的运算控制部一例的结构框图。
图3是本发明的参考方式中的充电图形一例的说明图。
图4是本发明的参考方式中的充电电路的内部阻抗运算单元的运算内容的说明图。
图5是本发明的参考方式中的充电图形另一例的说明图。
图6是表示本发明实施方式中的充电电路的运算控制部一例的结构框图。
图7是表示本发明实施方式中的运算控制部根据补充充电开始时的电池电压进行的间歇充电的处理内容的流程图。
图8是表示本发明实施方式中的运算控制部根据补充充电开始时的电池电压进行的间歇充电另一例的处理内容的流程图。
具体实施方式
图1是本发明实施方式的照明装置的结构框图。充电电路11将来自商用电源12的交流电变换成直流电后对电池13充电，利用间歇充电始终对电池13充电。在电池13上经点灯装置31连接着光源14，当光源14的电源停电时，由电池13向光源14供给电源而点亮光源14。光源14例如是白炽灯或荧光灯、发光二极管等，照明装置例如是应急灯或引路灯等照明装置。此外，电池13例如是镍氢电池。
商用电源12的交流电压被输入到充电电路11的变换电路15中，被变换成规定的直流电压。变换电路15例如由具有开关元件的降压断续开关电路构成，根据来自运算控制部16的控制指令来改变开关元件的导通占空比，由此改变输出电压。
由运算控制部16通过开关驱动电路18来控制开关17的通断，将来自变换电路15的直流电流经充电电阻19间歇地供给电池13，从而对电池13进行间歇充电，开关17例如使用场效应晶体管FET。
运算控制部16例如由微型计算机构成，控制开关17的通断，进行电池13的间歇充电。此时，向变换电路15输出控制指令，来调整变换电路15的输出电压。此外，来自变换电路15的充电电流经电流检测器20检测后输入给元算控制部16，同样地，电池13的电池电压经电压检测器21检测后输入给运算控制部16。
运算控制部16根据电流检测器20检测的充电电流I、电池电压检测装置即电压检测器21检测的补充充电开始时的电池电压、该部充充电结束时的电池电压，来求得电池13的内部阻抗相应值，并在该值大于等于规定值时，判定为电池寿命已到。之后，将运算控制部16的电池寿命已到的判定结果输出给输出装置22。输出装置22例如在被判定为电池寿命已到时，在显示器等上点灯显示。
图2是表示运算控制16一个例子的结构框图。运算控制部16将用于对电池13进行间歇充电的充电图形预先存储在充电图形存储部23中，通断控制单元24根据存储在该充电图形存储单元23中的充电图形向开关驱动电路18输出通断控制指令，以对开关进行通断控制，以便对电池13进行间歇充电。即，通断控制单元24作为控制开关17的通断来进行电池13的间歇充电的间歇充电单元而动作。充电图形存储部23也可以由定时器功能构成。
图3是充电图形一个例子的说明图。对于新的电池13来说，最初在初始充电区间T0处于满充电状态，其后设置充电的休止区间T1，经过该休止区间T1后，在补充充电区间T2处于满充电状态。即，在补充充电区间T2中补充在休止区间T1期间因自放电而减少的容量，重复该动作进行补充充电，以便始终保持大致满充电状态。
这里，在本发明的实施方式中，通过缩短补充充电的休止区间T1和补充充电区间T2，能够将休止区间中的自放电所引起的自放电量抑制成较小。例如，将补充充电区间T2(开关的导通时间)设定在3秒以内或30秒以内，将休止区间T1(开关的断开时间)设定成30秒至3分钟以内。由此，缩短了休止区间T1，所以，能够将由自放电引起的自放电量抑制成较小。而且，能够缩短补充充电区间T2，减少在满充电状态下进行过充电的情况，可实现电池的长寿命化。此外，在断开时间被设定成30秒至3分钟以内时能够抑制自放电量，因此，即使在休止期间中发生停电的情况下，电池13也处于近乎满充电的状态，对光源14的电源供给也能适宜地进行。
接着，运算控制部16的内部阻抗运算单元25，从通断控制单元24输入各自的补充充电区间T2的补充充电开始时刻和补充充电结束时刻，并且在电池13的间歇充电中，每当进行补充充电时，从电压检测器21输入电池13的补充充电开始时的电池电压V1、和该补充充电结束时的电池电压V2，此外，从电流检测器20输入充电电流I。
图4是内部阻抗运算单元25的运算内容的说明图。在内部阻抗运算单元25中，求出补充充电开始时的电池电压V1和该补充充电结束时的电池电压V2之间的差电压ΔV(V1-V2)，并求出该差电压ΔV(V1-V2)除以充电电流I而得到的值，即，求出内部阻抗相应值ΔR。由内部阻抗运算单元25求出的内部阻抗相应值ΔR，按时间序列保存在运算结果存储部26中。
寿命判断单元27比较存储在运算结果存储单元26中的内部阻抗相应值ΔR和预先存储在规定值存储部28中的规定值，并将该比较结果存储到运算结果存储部26中，并且，当内部阻抗相应值ΔR大于等于规定值时，判定为电池的寿命已到，并向输出装置22输出该信息。在此，预先存储在规定值存储部28中的规定值是用于判定电池13的寿命的内部阻抗相应值ΔR0，例如，是可使照明装置的光源14在满足规定基准的照度的情况下连续点亮20分钟的内部阻抗相应值，或者是假设电池13的寿命已到时的内部阻抗相应值。该内部阻抗相应值ΔR0是根据电池13的种类而预先作为固定值设定的。
如此地，连续监视间歇充电中的补充充电中的内部阻抗相应值ΔR，当内部阻抗相应值ΔR大于等于一定值时判断为寿命已到。由于获得内部阻抗相应值ΔR的运算所需要的、补充充电开始时的电池电压V1和该补充充电结束时的电池电压V2的时间差是补充充电区间T2，是短时间，因此，能够在几乎不受周围温度变化影响的状态下，计算内部阻抗相应值ΔR。因此，不需要对计算的内部阻抗相应值ΔR进行温度补偿，可简便且高精度地求出内部阻抗相应值ΔR。而且，不是与初期的内部阻抗相应值而是同预先确定的规定值进行比较，来进行寿命末期的判定，因此，在计算内部阻抗相应值时，不必修正为与初期的内部阻抗相应值的测量条件相同的条件下的内部阻抗相应值。
而且，在充电电流I的变动少的情况下，可以预先把充电电流I作为设定值存储而适当使用，在此情况下，也可以不使用电流检测器20。
图5是充电图形的另一例说明图。在电池13新的时候，如图5(a)所示，将休止区间T1设定成较长而减少补充充电的次数，根据电池13的使用期间，如图5(b)、图5(c)所示，慢慢地缩短休止区间T1而增加补充充电的次数。
在电池13新的时候，即使减少补充充电的次数，也可以保持满充电状态。此外，如果在满充电状态下进行过充电，则电池13的劣化提前、寿命缩短。因此，在电池13新的时候，将休止区间T1设定成较长而减少补充充电的次数，随着电池13的使用期间变长，慢慢地缩短休止区间T1而增加补充充电的次数。例如，当电池13的平均寿命为4至5年的情况下，在最初的1.5年间用图5(a)的充电图形进行补充充电，在下一个1.5年间用图5(b)的充电图形进行补充充电，之后用图5(c)的充电图形进行充电。该充电图形也可以由定时器功能来构成。
图6是表示运算控制部16的另一例的结构框图。在图2所示的运算控制部16中，追加设置电压比较单元30，用于比较由电压检测器21检测出的电池电压V和设定在电压设定器29中的规定值V0，当电池电压V超过规定值的时候，省略间歇充电单元即通断控制单元24中的间歇充电的至少一个周期的补充充电。对于与图3所示要素相同的要素标注相同标记，并省略了重复的说明。
电压比较单元30输入补充充电开始时的由电压检测器21检测出的电池电压V，并将其与设定在电压设定器29中的规定值V0进行比较。并且，当补充充电开始时的电池电压V超过规定值的时候，省略下一周期的补充充电。由此，在满充电状态下进行过充电的情况减少，可实现电池13的长寿命化，还可以节省能量。
图7是表示在运算控制部16中根据补充充电开始时的电池电压V进行的间歇充电的处理内容的流程图。首先，根据充电图形判断是否到达补充充电开始时刻(S1)，当到补充充电开始时刻时，输入来自电压检测器21的电池电压(S2)，并把该输入的电池电压做为补充充电开始时的电池电压(S3)。然后，利用电压比较单元30判断补充充电开始时的电池电压V是否超过设定在电压设定器29中的规定值V0(S4)，当充充电开始时的电池电压V超过规定值V0的时候，仅延迟间歇充电的1个周期(T1+T2)+ΔT的时间(S5)。其中，ΔT是用于确实地省略间歇充电的1个周期的宽余时间。然后，确认间歇充电的动作没结束，并返回到步骤S1(S6)。由此，省略下一个周期中的补充充电。
另一方面，在步骤S4的处理中，当补充充电开始时的电池电压V未超过设定在电压设定器29中的规定值V0的时候，由通断控制单元24开始补充充电(S7)。然后，判断该周期下的补充充电是否结束(S8)，当该周期下的补充充电已结束时，输入来自电压检测器21的电池电压(S9)，将该输入的电池电压作为补充充电结束时的电池电压(S10)。然后，确认间歇充电的动作没结束，返回到步骤S1(S11)。
在步骤S3得到的补充充电开始时的电池电压、和在步骤S10得到的补充充电结束时的电池电压，被输入到内部阻抗运算单元25中，计算出内部阻抗相应值ΔR。如此地，当补充充电开始时的电池电压V超过规定值V0的时候，省略1个周期的补充充电。
在以上的说明中，当补充充电电压V超过规定值V0的时候，省略了下一个周期的补充充电，但也可以省略2个周期的补充充电。例如，也可以在电池电压V超过规定值V0时，考虑电池13的使用时间；而在电池13新的时候，如图5(a)所示，省略2个周期的补充充电；经过规定期间后，如图5(b)所示，省略1个周期的补充充电。而且，电池13的使用时间例如可以由定时器功能来管理。
图8是表示该场合的运算控制部16中的处理内容的流程图。在图8中，在图7的基础上追加了步骤S12和步骤S13。对与图7中的步骤相同的步骤标注相同附图标记，并省略其说明。
即，在步骤S4的判断中，当补充充电开始时的电池电压V超过规定值V0的时候，判断电池的可使用时间是否大于等于规定期间(S12)，当大于等于规定期间的时候，仅延迟间歇充电的2个周期2(T1+T2)+ΔT的时间(S13)。在此，ΔT是用于确实地省略间歇充电的2个周期的富余时间。然后，确认间歇充电动作未结束，并返回到步骤S1(S6)。由此，省略下一个周期中的补充充电。
如此地，当补充充电开始时的电池电压V超过规定值V0的时候，要考虑电池13的使用时间；在电池13新的时候，如图5(a)所示，省略2个周期的补充充电；经过规定期间后，如图5(b)所示，省略1个周期的补充充电。因此，在不需要进行补充充电时，省略补充充电，因此，可节省电力。此外，由于可以省略电池为满充电状态时的补充充电，所以可实现电池的长寿命化。
根据本发明的实施方式，可以在几乎不受周围温度变化的影响的状态下计算内部阻抗相应值，所以不需要对所算出的内部阻抗相应值进行温度补偿，能够简便且高精度地求出内部阻抗相应值。此外，不是与初期的内部阻抗相应值、而是与预先设定的规定值进行比较，来进行寿命末期的判定，所以，不需要修正计算出的内部阻抗相应值。因此，即使不使电池13放电，也可以适宜地判断电池寿命，可以容易地进行电池13的寿命末期判定，并通知使用者。
此外，可缩短补充充电区间及补充充电的休止区间，所以，在补充充电的休止区间中将因自放电引起的自放电量抑制成较小，即使在休止期间发生停电的时候，也可以将电池保持在几乎满充电状态。再者，在不需要补充充电时省略补充充电，所以，可以节省能量，实现电池的长寿命化。