JP2000308274A

JP2000308274A - 電池の充電電流制御装置

Info

Publication number: JP2000308274A
Application number: JP11114343A
Authority: JP
Inventors: Itsuki Komatsu; 巖小松; Takanobu Ogawa; 貴伸緒川; Tomohiro Kanetani; 知宏金谷
Original assignee: Aichi Electric Co Ltd
Current assignee: Aichi Electric Co Ltd
Priority date: 1999-04-22
Filing date: 1999-04-22
Publication date: 2000-11-02

Abstract

(57)【要約】【課題】短時間で電池の充電を完了し、かつ、充電中
においては、電池のガス発生，温度上昇を防いだ電池の
長寿命化に寄与する充電電流制御装置を提供することに
ある。【解決手段】電池２の残存容量Ｓを、電池２の電圧・
温度及び電池２への充電電流から算出手段もしくは、電
池の充・放電量から算出する手段を用いて推定し、電池
２の残存容量Ｓが少ないときは、電池２への充電電流Ａ
を大きくし、電池２の残存容量Ｓの増加に従って充電電
流Ａを連続的に小さくするようにしたので、常に電池２
が充電中にガス発生を起こさない限界の範囲の充電電流
Ａで充電を行うことが可能となり、この結果、電池２を
短時間で充電するにもかかわらず、電池の長寿命化に寄
与する充電が実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電池電力貯蔵装置
等において、夜間等限られた時間内で迅速・確実に、し
かも、安全に電池の充電を行うようにした電池の充電電
流制御装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から電池の充電制御方式は、各種の
方式が開発されており、その一例として定電流充電方式
においては電池の充電開始から充電終了まで、前記電池
の定格容量の約２割以下の小さな充電電流で充電してい
た。又、前記定電流充電方式に対応して定電流定電圧充
電方式も開発されており、この充電方式の場合は、電池
の充電開始からあらかじめ設定した所定の充電電圧に達
するまでは、事前に設定した一定の充電電流で充電し、
この後は、更に、所定の電圧を維持しつつ一定時間充電
を行うようにしていた。

【０００３】更に、他の例としては２段階定電流充電方
式があり、この充電方式は電池が所定の充電電圧に達す
るまで一定の充電電流で充電を行い、電池電圧が所定の
電圧に達した後は、最初の充電電流よりも小さい電流で
充電を行い、電池電圧が所定の電圧になるまで充電す
る。この充電方式における、即ち、小電流での充電と、
充電末期においては所定の電圧を保持しようとする電圧
抑制制御は、主に電池内部でのガス発生を抑制し、電池
が発生ガスによって損傷するのを保護するために行われ
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記した３種類の充電
制御方式においては、いづれも、充電時電池内部でのガ
ス発生を抑制するうえから、必要以上に電池への充電電
流を小さくしていたので、充電時間が長くなるという問
題があった。

【０００５】また、前記の各充電制御方式は、それぞれ
充電末期において電圧抑制制御を行っているが、これは
電圧を指標として電池の保護を図っている関係上、電池
の温度が上昇した場合、電池の内部抵抗が低下し、充電
中にもかかわらず電池電圧が降下するという現象が生
じ、この結果、電圧が上昇しないにもかかわらず電池内
の温度が上昇を続けるという熱逸走状態が発生し、電池
を損傷しその寿命が低下するという問題があった。

【０００６】更に、前記の各電池の充電制御方式におい
ては、充電の終了を時間で判断することが多く、即ち、
所定時間充電するという方式が採用されているため、電
池自体が過充電となったり、逆に、充電不足を誘発する
大きな要因となっていた。

【０００７】本発明は、前記の種々な問題点に鑑み、電
池の充電に際して電池内でのガス発生や温度の異常上昇
等の現象を防ぎ、電池の充電を短時間で円滑・良好に行
うとともに、過充電・充電不足を確実に解消すること
で、電池の長寿命化を可能とした、改良された電池の充
電電流制御装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに請求項１記載の電池の充電電流制御装置は、電池の
残存容量を検出して電池の充電電流を設定するための電
池残存容量検出手段と、前記電池の充電時異常電圧及び
異常温度を検出した場合、電池の充電を中止させる異常
電圧・温度検出手段と、更に、前記電池の残存容量の増
加に伴い電池に充電する充電電流を任意に、かつ、連続
的に順次低減するように制御可能とした充電電流指令手
段とを具備して充電電流制御手段を構成した。

【０００９】請求項２記載の電池の充電電流制御装置
は、請求項１記載の充電電流制御装置において、前記電
池の残存容量検出手段は、電池の充電量及び放電量デー
タをデータ処理手段により演算処理して、充電開始時に
おける電池の残存容量を算出するように構成した。

【００１０】請求項３記載の電池の充電電流制御装置
は、請求項１記載の充電電流制御装置にいて、前記電池
の残存容量検出手段は、電池の充電中において電池に充
電している充電電流と電池の充電中における電圧及び温
度情報に基づくデータをデータ処理手段により演算処理
して、電池の充電中における残存容量を算出するように
構成した。

【００１１】請求項４記載の電池の充電電流制御装置
は、請求項１記載の充電電流制御装置において、前記充
電電流指令手段は、電池の充電開始時に算出した電池の
残存容量と、電池の充電中に算出した電池残存容量とを
データ処理手段により常に演算処理して、電池の充電電
流を電池の残存容量に対応して設定するように構成し
た。

【００１２】請求項５記載の電池の充電電流制御装置
は、請求項１記載の充電電流制御装置において、前記充
電電流指令手段は、電池の充電中における電池電圧の増
加に伴って充電電流を、連続的に、かつ、順次低減させ
る手段を具備して構成した。

【００１３】請求項６記載の電池の充電電流制御装置
は、請求項１記載の充電電流制御装置において、前記充
電電流制御手段は、電池の充・放電量情報に基づくデー
タにより算出した電池の残存容量と、充電中における電
池への充電電流及び電池の電圧，温度検出情報に基づく
データを処理して算出した電池の残存容量とを比較し、
少なくとも一方の残存容量が所定の設定値以上に達した
時点で、電池への充電を終了させる手段を具備して構成
した。

【００１４】請求項７記載の電池の充電電流制御装置
は、請求項１記載の充電電流制御装置において、前記充
電電流制御手段は、複数の電池を同時に充電する際に生
ずる電池毎の充電状態の不均一を是正する手段として、
電池の充電時に必要に応じて電池の定格容量の０．０１
〜０．０５（％）程度の小さい充電電流にて電池を任意
に過充電することで電池の充電状態を均一化する均等充
電手段を具備して構成した。

【００１５】請求項８記載の電池の充電電流制御装置
は、請求項１記載の充電電流制御装置において、前記充
電電流制御手段は、充電している電池のすべて、あるい
は、その一部の電池の温度情報を検出して、前記電池の
いづれかの温度情報の検出値が事前に設定した所定値を
超えた時点で充電を強制的に中止もしくは終了させる充
電解除手段を具備して構成したことを特徴とする。

【００１６】請求項９記載の電池の充電電流制御装置
は、請求項１記載の充電電流制御装置において、前記充
電電流制御手段は、充電している電池のすべて、あるい
は、その一部の電池の電圧情報を検出して、前記電池の
いづれかの電圧情報の検出値が事前に設定した所定値を
超えたとき充電を強制的に中止もしくは終了させる充電
解除手段を具備して構成した。

【００１７】本発明の充電電流制御装置は、電池の残存
容量を常に把握して、前記電池の残存容量に見合った充
電電流で電池を充電するとともに、充電中において電池
電圧に異常が生じた場合は、直ちに充電を中止して電池
を損傷を防止できるので、常に電池を損傷させることの
ない限度の大きさの充電電流を用いて、安全・確実かつ
迅速に電池の充電を行うことができる。

【００１８】また、本発明の充電電流制御装置は、電池
の残存容量を常に監視して、電池の残容容量が少ないと
きは、電池への充電電流を大きく設定して急速に充電を
行い、電池の残存容量が増加するに従って、電池への充
電電流を、電池が短時間に受け入れることのできる小さ
な充電量に設定して充電するように構成したので、従来
の充電方法に比べて短時間で充電することができ、か
つ、電池の残存容量が増大している際に大きな充電電流
で充電されることにより発生する弊害を確実に阻止する
ことを可能とした。

【００１９】さらに、本発明の充電電流制御装置は、電
池の充電中は、前記電池のすべて、あるいは前記電池の
一部の代表的な電池温度を常時監視することにより、電
池が異常温度に達する前に充電を自動または手動で中止
・終了させるようにした。更に、電池の充電中は前記電
池の電圧を電池毎に、もしくは複数個ごとに常時監視
し、前記電池電圧のいずれかが電池を劣化させてしまう
おそれのある所定の電圧に達したら、電池の充電を自動
または手動で中止・終了させるようにしたので、電池の
損傷を未然に回避して電池を長寿命化することを可能と
した。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図１ない
し図３により説明する。図１は例えば、昼間時商用電源
の補助的役割を果すために設置されている電力貯蔵装置
の電池に、その使用により減少した電流量を、深夜に短
時間で充電可能とした電池の充電装置（以下、充電電流
制御装置という）を示す。なお、本発明は、昼間時にお
いても必要に応じて電池の充電を行う場合に使用できる
ことは言うまでもない。

【００２１】そして、前記図１に示す充電電流制御装置
１は、大別して図示しない電池貯蔵装置に内蔵されてい
る電池２と、電池２の電圧を電圧計等で検出する電池電
圧検出装置３と、電池の温度をサーミスタ等の温度セン
サにより検出する電池温度検出装置４と、商用電源ＡＣ
を直流に変換するコンバータＡ₁ と電池２から出力され
る直流を交流に変換するインバータＢ₁ を具備してなる
充電手段５と、更に、コンバータＡ₁ からの出力電流
（充電電流）と電池２からの出力電流（放電電流）とを
検出する、例えば、シャント抵抗あるいは変流器等から
なる電池の充・放電電流検出手段６と、前記検出した電
池２の電圧・温度情報及び電池２への充電電流及び電池
からの放電電流情報のデータをベースにして電池２の残
存容量を常時把握するとともに、電池２への充電電流を
最適に設定するための各種（検出・指令・操作）の手段
を具備した充電電流制御手段７とによって構成されてい
る。図１に示す８は商用電源ＡＣ及び電池２の電源によ
って駆動する例えば、エアコン等の負荷（必要に応じて
商用電源ＡＣのみで駆動可能なことは言うまでもない）
を示している。

【００２２】次に、本発明の主要部を構成する充電電流
制御手段７について説明する。この充電電流制御手段７
は、図２に示すように、第１，第２の電池残存容量検出
手段１１，１２と、電池２の異常電圧，異常温度検出手
段１３，１４と、電池２の電圧，温度等各種情報のデー
タを基にして各種演算処理するデータ処理手段１５と、
データ処理手段１５により演算処理された充電電流に基
づき、充電手段５を駆動制御して電池２に所定の充電電
流を給電するための指令を出力する充電電流指令手段１
６と、前記データ処理手段１５にて演算処理して算出し
た充電中の電池２の残存容量と、事前に設定した充電完
了を示す電池２の電圧に対応する電池２の残存容量のい
づれかがあらかじめ設定した値をこえた時、あるいは、
充電中において電池２の電圧及び温度が、事前に設定し
た電圧及び温度の数値を超過した場合、充電手段５に充
電停止の指令を出力する運転・停止指令手段１７とによ
って構成されている。

【００２３】つづいて、前記充電電流制御手段７を構成
する各検出手段及び指令手段について説明する。最初
に、第１の電池残存容量検出手段１１は、電池２が備え
ている電流量（Ａｈ）に対する電池２が放電した電流量
（Ａｈ）の比によって電池２の残存容量Ｓ（％）を把握
するもので、その残存容量Ｓ（％）は、次のようにして
算出する。

【００２４】

【数１】

【００２５】前記数式において、Ａ_O ：放電電流量（Ａｈ）Ａ_B ：電池定格容量（Ａｈ）を示す

【００２６】そして、放電電流量Ａ_O は、放電電流瞬時
値Ｉの放電時間ｔでの積分計算値∫ _t Ｉ・ｄｔである。
今、例えば、電池２の放電電流量が５０（Ａｈ），電池
定格容量を７０（Ａｈ）とした場合、電池２の残存容量
Ｓは前記〔数１〕式に前記数値を代入することにより、
Ｓ＝｛（７０−５０）／７０｝×１００となり、電池の
残存容量Ｓは２８．５７（％）となる。

【００２７】前記第１の電池残存容量検出手段１１は、
電池２の充電開始時における電池２の残存容量Ｓの検出
と、この残存容量Ｓにより充電開始時刻を検出するもの
であり、データ処理手段１５には、前記電池２の残存容
量Ｓに対応する充電電流Ａと、その充電電流Ａに対応す
る電池電圧情報が、〔表１〕に示すように、事前にデー
タベース化して格納されている。前記〔表１〕のデータ
は、定格容量７０（Ａｈ）の電池での例を示す。

【００２８】

【表１】

【００２９】なお、前記〔表１〕に示されるデータは、
電池２の残存容量Ｓを３０〜１００（％）の間で８分割
したものが例示されているが、実際はより細かく分割す
る。例えば、残存容量Ｓを１段階毎に少数第２位まで細
分化（例えば、前記算出した残存容量２８．５７（％）
の如く）したものがデータとして格納されている。又、
前記データ処理装置１５には、〔表２〕に示すように、
電池２の残存容量Ｓに対応して、充電開始時刻を設定す
るデータも格納されている。

【００３０】

【表２】

【００３１】この充電開始時刻の設定は、例えば、午後
１１：００〜午前７：００までの間で適用される深夜電
力（割引料金）を利用するために設定したもので、電池
２の残存容量Ｓを把握することにより、深夜電力が利用
できる間に、即ち、割安電気料金で充電作業を終えるこ
とが前提となる。なお、充電開始時刻は、いつでも手動
操作手段１９により任意に設定変更することができる。

【００３２】前記第２の電池残存容量検出手段１２は、
電池２の電圧情報と、電池２の温度情報を基に電池２の
補正電圧値を、更に、前記補正電圧値に電池２の充電電
流情報をあわせることで、電池２の残存容量Ｓを算出す
ることができる。

【００３３】そして、電圧計等からなる電池電圧検出装
置３は、最初に、例えば、充電開始後０．５秒毎に電池
電圧をサンプリングし、このサンプリングした電池電圧
データをもとにして、２秒間毎に電池電圧の平均値（後
述するＶ_dcT ）を求める。即ち、前記第２の残存容量検
出手段１２は、電池電圧検出装置３が０．５秒毎に検出
した電池電圧をデータ処理手段１５に送出し、２秒間毎
に電池電圧の平均値Ｖ _dcT を算出する。なお、算出値は
例えば、小数第２位まで求めるものとする。

【００３４】また、前記第２の残存容量検出手段１２
は、サーミスタ等図示しない温度センサからなる電池温
度検出装置４を用いて検出した電池２の温度データを、
データ処理手段１５に送出し、前記した電池電圧データ
Ｖ_dcT を、例えば、２０（℃）（基準温度）における電
圧データに演算処理により補正する。なお、前記電圧デ
ータＶ_dcT を基準温度のデータに補正する場合は、次に
示す〔数２〕の式により補正して算出する。

【００３５】

【数２】

【００３６】前記数式において、Ｖ’_dc：電池電圧補正値（Ｖ）Ｖ_dcT ：温度Ｔ（°Ｃ）における電池電圧（Ｖ）Ｔ：電池温度（°Ｃ）２０：基準温度（°Ｃ） α：温度係数（電池固有の数値）

【００３７】又、電池２の電圧情報Ｖ’_dcに対応する電
池２の充電電流Ａを判別するデータ（例えば、〔表１〕
に示す電池電圧Ｖ’_dcを細分化したデータ）は事前にデ
ータ処理手段１５に入力されている。即ち、〔表１〕に
おいて、電池電圧Ｖ’_dcが２．２８（Ｖ／セル）と検出
されれば、その電圧に対応する充電電流Ａは３０．６Ａ
と直ちに設定することができる。

【００３８】又、電池２の温度情報Ｔも事前にデータ処
理手段１５に入力されており、例えば、電池２の温度Ｔ
の上限値を５０（℃）に、下限値が−１０（℃）に予め
設定されていれば、電池温度Ｔを検出し、そのデータが
前記上下限値内におさまっているかを比較し、上限値，
下限値をこえていれば電池２の温度は異常温度であるこ
とを認識することができる。

【００３９】次に、電池２の放電電流量と充電電流量は
次式によって求めることができる。なお、次式におい
て、放電電流瞬時値Ｉおよび充電電流瞬時値Ｉ_dcは、図
１に示す充・放電電流検出手段６にて検出することがで
きる。

【００４０】

【数３】

【００４１】前記数式において、Ａ_O ：放電電流量（Ａｈ）Ｉ：放電電流瞬時値（Ａ）Ａ_dc：コンバータ出力電流量（充電電流量）（Ａｈ）Ｉ_dc：充電電流瞬時値（Ａ）ｔ_O ：放電時間（ｈ）ｔ_c ：充電時間（ｈ）

【００４２】そして、前記電池２の満充電判断は、前記
〔数３〕式に示すコンバータ出力電流量Ａ_dcと、電池２
から出力される放電電流量Ａ₀ との比較によって行わ
れ、例えば、Ａ_dc≧Ａ_O の条件式で充電を終了させる。
実際には電池２の充電効率をふまえ、例えば、（Ａ_dc／
０．９５（充電効率９５％））≧Ａ₀ の条件式で充電を
終了させる。この比較はすべてデータ処理手段１５によ
り演算処理される。

【００４３】次に、異常電圧検出手段１３は電池２の電
圧値を検出したとき、その電圧Ｖ_dc _T が本例では２．６
（Ｖ／セル）を超えた場合、異常電圧と判断するように
設定されており、この異常電圧となる２．６（Ｖ／セ
ル）のデータは事前にデータ処理手段１５に入力されて
いるものとする。

【００４４】又、異常温度検出手段１４は、前記したよ
うに、電池２の検出温度Ｔが、事前に設定したデータ処
理手段１５に入力されている上限値（５０℃）及び下限
値（−１０℃）を超えた場合、電池２の温度が異常であ
ると判断し、充電作業を停止させる判断目安とする。

【００４５】充電電流指令手段１６は、第１，第２の残
存容量検出手段１１，１２およびデータ処理手段１５に
充電電流Ａを設定させるもので、例えば〔表１〕におい
て、電池２の電池電圧Ｖ’_dcが２．２８（Ｖ／セル）の
場合、充電電流Ａを３０．６（Ａ）と設定させる。前記
設定された充電電流Ａは当然のことながら、充電手段５
のコンバータＡ₁ が駆動したとき、電池２に供給され
る。

【００４６】さらに、運転・停止指令手段１７は、前記
充電電流指令手段１６により充電電流Ａが設定されたと
き、コンバータＡ₁ を直ちに駆動制御させて電池２の充
電を行なうものである。なお、このとき、電池２の充電
開始または充電停止条件が設定されている場合は、前記
充電開始または充電停止条件が満たされたときに、充電
開始または充電停止の指令をコンバータＡ₁ に出力し、
また、電池電圧Ｖ’_dcや電池温度Ｔに異常があれば、コ
ンバータＡ₁ に駆動停止指令を出力して充電作業を停止
させるように構成されている。

【００４７】なお、図２中、１８は電池２の残存容量Ｓ
を始め、電池電圧Ｖ’_dc，電池温度Ｔ，充電電流Ａな
ど、各種情報を表示可能な情報表示手段である。１９は
充電電流制御手段７の運転条件を手動操作にて変更可能
な手動操作手段であり、例えば、充電時の運転開始時刻
や残存容量Ｓ，充電電流Ａ等を必要に応じて変更するこ
とができる。

【００４８】なお、データ処理手段１５には概略次のよ
うな動作プログラムが設定されている。

【００４９】（１）電池２の充・放電量に基づいて電池
２の残存容量Ｓを算出するプログラム（２）放電電流量Ａ₀ と充電電流量Ａ_dcとを対比して両
者が一致したとき、あるいは充電電流量Ａ_dcが多いとき
充電完了を指令するプログラム（３）電池２の残存容量Ｓ（もしくは電池２の電池電圧
Ｖ’_dc）に基づいて充電電流Ａを設定するプログラム（４）電池２の電圧Ｖ’_dc、温度Ｔ、充電電流Ａの各情
報に基づいて電池２の残存容量Ｓをリアルタイムに算出
し、かつ、表示するプログラム（５）電池２の残存容量Ｓに基づいて充電開始時刻を設
定し、かつ、開始時刻にコンバータＡ₁ を駆動制御して
充電を開始させるプログラム（６）電池２の温度Ｔによって電池電圧Ｖ_dcT を補正す
るプログラム（７）充電開始，充電終了（停止）を設定したプログラ
ム（８）電池２の電圧Ｖ_dcT ，温度Ｔの情報と事前に設定
した異常電圧，温度の基準値とを対比し、基準値を超え
た電圧，温度情報を検出した場合、直ちに電池２に充電
停止指令を出力するプログラム（９）電池２の残存容量Ｓと対応する充電電流Ａと電池
電圧Ｖ’_dcとを事前に設定し、充電中に算出した電池２
の電池電圧Ｖ’_dcに応動して、電池２に充電する充電電
流Ａを任意に可変できるようにしたプログラム

【００５０】次に、本発明の動作を図３に示すフローチ
ャート図によって説明する。電池２の充電に際しては、
最初に、充・放電電流検出手段６（図１参照）により、
図３に示すフローチャートのＳ₁ にて電池２の放電電流
瞬時値Ｉを検出し、前記放電電流瞬時値Ｉを充電電流制
御手段７の第１の電池残存容量検出手段１１→データ処
理手段１５に送出し、電池２の放電電流量Ａ₀ を前記
［数３］式により算出するとともに、この算出値に基づ
いて電池２の残存容量Ｓを［数１］式にて演算処理す
る。即ち、前記算出した電池２の放電電流量Ａ₀ と電池
２の定格容量Ａ_B との比によって電池２の残存容量Ｓを
算出するとともに、この残存容量Ｓに基づき電池２の充
電開始時刻を［表２］により設定する。

【００５１】今、例えば、残存容量Ｓが〔表２〕で示す
ように、４０％未満であれば充電開始時刻は、前記デー
タ処理手段１５によって午前１：００と自動設定され
る。この時刻設定はあくまでも深夜電力料金が利用でき
る時間内に充電が完了できることを前提に設定されてい
る。従って、必要に応じて充電開始時刻を早くしたり、
遅くする場合は、手動操作手段１９を手動操作すること
により、電池２の充電開始時刻を任意に変更して設定す
ることができる。

【００５２】時刻が電池２の充電開始時刻に到達する
と、運転・停止指令手段１７からの指令によりコンバー
タＡ₁ が駆動し、商用電源ＡＣからコンバータＡ₁ を介
して電池２に微少な充電電流（例えば、０．１（Ａ））
が約２０〜３０秒間流れる。この状態で、電池２の充電
電流Ａ、電池電圧Ｖ_dcT 及び温度Ｔをそれぞれ検出（図
３のＳ₂ ，Ｓ₃ 参照）し、その検出信号をそれぞれ第２
の残存容量検出手段１２に送出する。前記第２の残存容
量検出手段１２に送出された充電電流Ａ、電池電圧Ｖ
_dcT 及び温度Ｔの各情報はデータ処理手段１５に送出さ
れ、ここで演算処理される。

【００５３】即ち、前記データ処理手段１５は、［数
２］に示すように、電池２の電圧Ｖ_dc _T 及び電池温度Ｔ
から電池電圧補正値Ｖ’_dcを演算処理する。そして、前
記電池２の温度Ｔおよび電圧Ｖ_dcT の各情報が異常温度
および異常電圧でないかを判断（Ｓ₄ ）し、どちらか一
方でも異常であることが検出された場合は、データ処理
手段１５→運転・停止指令手段１７に電池２の充電を停
止する指令、即ち、コンバータＡ₁ の運転停止指令を出
力し、電池２の充電作業を強制的に中止もしくは終了さ
せる。

【００５４】また、前記電池２の温度Ｔ，電圧Ｖ_dcT が
正常であると充電電流制御手段７が判断すると、充電電
流Ａが０．１Ａのときの残存容量Ｓを〔表３〕により求
める。そして、前記データ処理手段１５にて演算処理し
た電圧Ｖ’_dcが、例えば、２．０１（Ｖ／セル）であれ
ば、データ処理手段１５はこの電圧値（２．０１（Ｖ／
セル））に対応する電池残存容量Ｓは、〔表３〕より３
０（％）であると認識できる。

【００５５】

【表３】

【００５６】この電池電圧Ｖ’_dc（２．０１（Ｖ／セ
ル））と充電電流Ａ（０．１Ａ）より算出した電池２の
残存容量Ｓと、［数１］にて電池２の放電電流量Ａ₀ と
定格容量Ａ_B より算出する残存容量Ｓとはほぼ一致す
る。通常は後者の［数１］にて電池２の残存容量Ｓを求
めるが、放電電流量Ａ₀ が何らかの理由により算出でき
ないときは、前者の電池電圧Ｖ’_dcと充電電流Ａとによ
って電池２の残存容量Ｓを算出する。

【００５７】また、電池２に出力すべき充電電流Ａは電
池電圧Ｖ’_dcを算出することで決定し、例えば、電池電
圧Ｖ’_dcが２．０１（Ｖ／セル）の時は、出力すべき充
電電流Ａは図４より、３４．５（Ａ）である（図３のＳ
₆ 参照）。なお、この充電電流Ａを電池２に流すと、電
池電圧Ｖ’_dcは上昇するので、この電池電圧Ｖ’_dcの上
昇に従って出力すべき充電電流Ａは、図示しない図４に
示すように減少してくる。

【００５８】出力すべき充電電流Ａ（３４．５（Ａ））
が決定すると、充電電流制御手段７は運転・停止指令手
段１７からコンバータＡ₁ に運転指令が出力し、コンバ
ータＡ₁ から電池２に決定した充電電流Ａ（３４．５
（Ａ））を通電して充電を開始する（図３のＳ₇ 参
照）。

【００５９】また、このときの電池２の残存容量Ｓは、
演算処理した充電電流Ａ（３４．５（Ａ））と、新たに
算出する電池電圧Ｖ’_dcとの関係から、［表１］のデー
タテーブルを利用して検出され、検出した電池２の残存
容量Ｓは情報表示手段１８に表示され、充電過程におい
ても電池２の残存容量Ｓは、前記情報表示手段１８にて
容易に確認することができる。

【００６０】前記充電電流Ａ（（３４．５（Ａ））で電
池２の充電を開始した場合、電池電圧Ｖ’_dcは２．２８
（Ｖ／セル）まで短時間で上昇し、出力すべき充電電流
Ａは〔表１〕に示すように３０．６（Ａ）まで減少す
る。

【００６１】そして、図３のＳ₅ において、電池２の残
存容量Ｓは充電開始初期は３０％であり、電池電圧Ｖ’
_dcも２．２８（Ｖ／セル）と図４のＸ点（電池残存容量
７０〜８０（％），２．４（Ｖ／セル））以下であるた
め、充電電流Ａを図４の充電電流指令曲線１にもとづい
て充電を行う。

【００６２】すなわち、充電電流制御手段７は、〔表
１〕において電池２の電圧Ｖ’_dcが２．２８（Ｖ／セ
ル）で残存容量Ｓが３０％のとき、充電時に出力すべき
充電電流Ａを３０．６（Ａ）と容易に設定することがで
きる。前記算出された充電電流３０．６（Ａ）は、デー
タ処理手段１５から充電電流指令手段１６に送出され、
この指令手段１６よりコンバータＡ₁ に前記３０．６
（Ａ）の充電電流Ａで電池２を充電させる制御指令が出
力され、電池２に３０．６（Ａ）の充電電流を通電して
充電を開始する。（図３のＳ₆ ，Ｓ₇ 参照）。

【００６３】そして、充電を開始してから一定時間が経
過すれば、当然のことながら電池２の残存容量Ｓは電池
電圧Ｖ’_dcとともに徐々に増加し、又、電池２の温度も
上昇する。このため、本発明の充電電流制御手段７は、
図４に充電電流指令曲線で示すように、電池２の残存容
量Ｓ及び電池電圧の増加に従って充電電流Ａを連続的に
減少させるように設けられている。

【００６４】即ち、電池２の充電は大きい充電電流Ａで
充電を行えば充電完了に要する時間は短くなる。しか
し、電池２への充電電流Ａを大きくしたままの状態で充
電を続行すれば、電池２自体を傷める危険性が増える。
充電電流Ａが大きいということは、短時間で電池２に与
えられる充電量が大きいということであり、電池２の残
存容量Ｓが少ないときは、電池２は充電量のすべてを受
け入れることができる反面、電池２の残存容量Ｓが多い
ときは、充電電流Ａが大きすぎると、電池２は充電量の
すべてを受け入れることが難しく、この結果、電池２の
温度を上昇させ、電池２内部でガス発生という現象が生
じ、電池２を損傷することになる。

【００６５】前記の点に鑑み、本発明は、図３のフロー
チャートで示すように、常に電池２に給電する充電電流
Ａ，電池２の電圧Ｖ_dcT ・温度Ｔを検出し、これらの検
出情報をもとにして現在の電池２の残存容量Ｓを把握
し、この残存容量Ｓに適した充電電流Ａを演算処理し、
新たな充電電流Ａを設定しながら電池２に給電を行い充
電作業を円滑に行うものである。

【００６６】次に充電中における電池２の残存容量Ｓを
算出しながら、電池２に充電する充電電流Ａを設定する
場合について説明する。この場合は、電池２の充電中に
おける電圧Ｖ_dcT ・温度Ｔと、充電電流Ａを検出して電
池２の残存容量Ｓを把握（推定）し、この残存容量Ｓを
ベースとして充電電流Ａを設定するもので、その基本と
なるのは電池電圧Ｖ_dcT の検出である。この電池電圧Ｖ
_dcT は例えば、０．５秒毎に電池電圧をサンプリング
し、これを２秒間における電池電圧の平均値Ｖ_dc _T を求
めることによって算出する。

【００６７】この作業は電池電圧の検出情報を第２の残
存容量検出手段１２を介してデータ処理手段１５に送出
することにより行う。又、電池２の温度情報も同様にし
て算出する。一方、電池２に充電される電流Ａは、充・
放電電流検出手段６にて検出する（図３のＳ₂ 〜Ｓ
₃ ）。

【００６８】そして、今、コンバータＡ₁ から出力中の
充電電流Ｉ_dcが２９．２（Ａ）で検出され、かつ、電池
電圧Ｖ’_dcがデータ処理手段１５による演算処理にて
２．３８Ｖ／セルと算出された場合、新たな充電電流指
令値Ａは、前記電池電圧Ｖ’_dc（２．３８Ｖ／セル）を
ベースとして図４に示す充電電流指令曲線１から２９．
０（Ａ）と決定する。この２９．０（Ａ）の充電電流Ａ
を電池２に流し、電池電圧Ｖが２．３８（Ｖ／セル）な
らば、その時点の残存容量Ｓは、〔表１〕から判明する
ように、約６０（％）であることが判る。

【００６９】前記のように、充電開始時は、電池電圧
Ｖ’_dcが２．０１（Ｖ／セル）なので、充電電流Ａを３
４．５（Ａ）で充電し、時間の経過とともに電池２の残
存容量Ｓは順次上昇して電池電圧Ｖ’_dcも順次上昇す
る。しかし、電池電圧Ｖ’_dcが上昇し、かつ、残存容量
Ｓが増加しても、前記のように、充電電流Ａを連続的に
減少させることにより、電池２を傷めることなく充電作
業を良好に行うことができる。この充電作業は図３のＳ
₂ 〜Ｓ₇ を順次繰返して行われるもので、その目安は、
電池２の残存容量Ｓが図４（Ｘ点）に示す（電池残存容
量Ｓ約７５％）に達するまで行われる。

【００７０】前記電池２の残存容量Ｓの増加と電池電圧
Ｖ’_dcの上昇につれて充電電流Ａが順次暫減することは
〔表１〕および図４において明瞭に判明するが、この充
電電流Ａの暫減は、充電中における電池電圧Ｖ_dcT 及び
温度Ｔを常時検出し、これら検出した検出情報をデータ
処理手段１５にて演算処理し、算出した設定値（電圧値
Ｖ’_dc）と、あらかじめデータ処理手段１５に入力され
ている〔表１〕及び図４に示す各電池電圧データＶ’_dc
（Ｖ／セル）とを常時比較して合致する充電電流データ
を算出し、即ち、電池電圧Ｖ’_dcが２．３８（Ｖ／セ
ル）と算出されれば、〔表１〕及び図４から判るように
この電圧２．３８（Ｖ／セル）と合致する充電電流Ａは
２９．０（Ａ）であることが直ちに算出され、その指令
は充電電流指令手段１６を経てコンバータＡ₁ に出力さ
れ、直ちに充電電流Ａをそれまで出力していた充電電流
値から２９．０（Ａ）に自動変更して充電作業を続行す
るものである。

【００７１】この場合、充電電流Ａを２９．０（Ａ）に
変更し、かつ、電池電圧Ｖ’_dcが２．３８（Ｖ／セル）
に達した時点で、電池２の残存容量Ｓは〔表１〕によ
り、約６０（％）であることを把握（推定）することが
でき、この残存容量Ｓ，電池電圧Ｖ等の検出情報は、必
要に応じて充電電流制御手段５の情報表示手段１８によ
り、常に確認することができる。

【００７２】以上説明した充電電流Ａの設定について、
再度図４の充電電流Ａと電池電圧Ｖ’_dcとの関係を示す
説明図に基づいて説明する。図４は定格容量７０〔Ａ
ｈ〕の電池での例を示す。電池２の充電に際して本発明
では、電池２の残存容量Ｓ（および電池電圧Ｖ’_dc）が
増加するに従い充電電流Ａを暫時低減するように設定さ
れている。

【００７３】即ち、図４においては、充電電流Ａの変化
を本例では３本の曲線を描いて示しており、前述した電
池２の充電開始時においては、電池２の残存容量Ｓ及び
電池電圧Ｖ’_dcが低下しているため、大きな充電電流Ａ
が電池２に通電されるが、この通電電流（充電電流Ａ）
は、図４に示す充電電流指令曲線１で示す如く、電池電
圧Ｖ’_dcの上昇及び電池２の残存容量Ｓの増加に伴い、
暫次低下している。そして、図３のＳ₂ 〜Ｓ₇ に示す充
電作業を繰返し行い、電池電圧Ｖ’_dcが２．４（Ｖ／セ
ル）に達した（電池２の残存容量Ｓ７０〜８０％の中間
当り）Ｘ点において、前記充電電流指令曲線１に示す充
電電流Ａでの充電作業を一旦停止する。

【００７４】前記図４に示すＸ点における充電電流Ａ
は、前記電池電圧Ｖ’_dc（または残存容量Ｓ）から判断
できるもので、即ち、本例では前記Ｘ点が約２．４（Ｖ
／セル）の電池電圧Ｖ’_dcを示す地点に設定されている
ので、〔表１〕では具体的に例示していないが、前記Ｘ
点における充電電流Ａは約１８．４（Ａ）である。電池
２への充電は電池２の残存容量Ｓが約７５（％）（図４
のＸ点参照）に達すると、前記充電電流指令曲線１での
充電作業は終了する。即ち、図３のＳ₅ において、電池
２の残存容量Ｓは設定値以上の７５％に達した場合は、
図３および図４に示す次の充電電流指令曲線２に移るこ
とになる。

【００７５】前記充電電流指令曲線２に示される充電作
業は充電電流Ａが違うことを除けば基本的に前記充電電
流指令曲線１で説明した内容と同じである。従って、図
３のＳ₈ 〜Ｓ₉ に示す検出作業はＳ₂ 〜Ｓ₃ と同じであ
る。充電電流指令曲線２で充電を再開する時には充電電
流を一度０．１（Ａ）に落とす。このように充電電流Ａ
を前記１８．４（Ａ）から０．１（Ａ）に変更すること
により、電池電圧Ｖ’ _dcが低下する。つまり、前記０．
１（Ａ）の電流は１０数秒間しか流さないものの、電池
電圧Ｖ’_dcは２．４（Ｖ／セル）から通電電流の低減に
伴い低減する。

【００７６】このように、充電電流指令曲線２で充電を
再開する時は、例えば０．１（Ａ）の充電電流Ａを１０
数秒間流し、電池電圧Ｖ’_dcを低減させる。そして、充
電電流指令曲線１の時と同様に、電池電圧Ｖ’_dcを算出
し、その電池電圧Ｖ’_dcをもとに〔表４〕もしくは図４
にて出力すべき充電電流Ａを算出する。例えば、充電電
流Ａの低減によって電池電圧Ｖ’_dcが２．４（Ｖ／セ
ル）から２．２８（Ｖ／セル）まで下がったとする。そ
の時出力すべき充電電流Ａは〔表４〕及び図４から１
５．２（Ａ）である。しかし電池残存容量Ｓは７５
（％）程度のため、電池電圧Ｖ’_dcは短時間に２．２８
（Ｖ／セル）から２．３４〜２．３７（Ｖ／セル）まで
上昇し、充電電流Ａも１２〜１５（Ａ）程度まで減少す
る。

【００７７】

【表４】

【００７８】このように、電池２に充電する電流Ａは電
池２の電圧Ｖ’_dcがあらかじめ設定した設定値（図３の
Ｘ点）に達したら、一旦充電を停止させた状態（通電は
維持）で、充電電流Ａを一度微小電流に減少させ、それ
に従い電池電圧Ｖ’_dcも減少するため、一度降下した電
池電圧Ｖ’_dcをもとに次の充電を開始する。これはあく
までも電池２の残存容量Ｓが充電開始に比べ大幅に増加
していることにより、大きな充電電流を流すことによっ
て生じる弊害を排除するためである。

【００７９】従って、充電電流指令曲線２によって充電
を再開する場合は、前記のように、充電電流Ａの再設定
と前回と同様に電池２の異常温度、電圧をチェックし、
かつ、残存容量Ｓが設定値（例えば、この場合は図４の
Ｂ点が基準となり、このＢ点での残存容量Ｓは１００％
に設定されている）以下であれば、電池電圧Ｖ’_dcをも
とに充電電流Ａを設定して電池２の充電を続行すること
になる（Ｓ₁₂〜Ｓ₁₃参照）。

【００８０】なお、〔表４〕に示す数値（電池２の残存
容量Ｓ，充電電流Ａ，電池電圧Ｖ’ _dc）はすべて〔表
１〕と同様に概略的に示すもので、実際には〔表１〕で
説明したように、実状に合致する数値を細分化してデー
タ処理手段１５に事前に入力されている。また、〔表
４〕は定格容量７０（Ａｈ）の電池での例を示す。

【００８１】充電電流指令曲線２に示す充電作業は、図
３に示すＳ₈ 〜Ｓ₁₃を順次繰返すことにより〔表４〕及
び図４に示すように、電池２の残存容量Ｓが暫時増加
（電池電圧Ｖ’_dcの増加）するに従い充電電流Ａは暫減
し、図４に示すＢ点に到達することにより残存容量Ｓは
ほぼ１００％となって電池２への充電を終える。

【００８２】このように、電池２への充電は、常に電池
２に充電する充電電流Ａを、充電電流制御手段７により
電池電圧Ｖ’_dc等の検出情報をもとにして演算処理し、
常に充電に最適な電流Ａを選択して充電作業を行うこと
ができるように構成されているので、充電作業は電池２
を損傷することなく円滑・良好に行うことができる。

【００８３】そして、電池２の充電によりその残存容量
Ｓが１００％に達したことがデータ処理手段１５の演算
により確定されれば、運転・停止指令手段１７からコン
バータＡ₁ に充電終了の指令信号が出力され、コンバー
タＡ₁ の駆動を停止させることにより充電作業を終え
る。

【００８４】前記充電終了時点での電池電圧Ｖ’_dcは、
図３，４に示すように、２．４（Ｖ／セル）なので、電
池２への充電は電池２内部でガスを発生させることなく
行うことができる。しかも、この充電に要する時間は、
充電電流Ａを下げすぎることがないので、従来の充電方
法に比べて短くすることができる。

【００８５】次に、電池２を複数個同時に充電する場合
について説明する。この場合も基本的には図５に示すよ
うに、充電電流制御装置１の構成はほぼ同じである。異
なる点をあげれば、電池２の電圧，温度の検出手段が全
体及び電池２個々（もしくはブロック毎）に設置されて
いることである。これは、電池２が複数であれば、すべ
てが同じ状況で存在することはあり得ず、個々に状態が
異なることは充分考えられるからである。このため、本
例では複数の電池２を同時に充電する場合は、電池２個
々の情報（電圧，温度）を事前に把握しながら充電を行
うものである。

【００８６】充電に際しては、充電電流指令曲線１，２
に従って充電作業を行う点は図３で示すのと同じである
ので、その説明は省略する。ただ、充電電流指令曲線
１，２に基づいて充電を行っているとき、電池２のいづ
れかに異常電圧，異常温度が検出されれば、その検出時
点で充電作業はすべて停止される。異常状況が把握で
き、異常状況が解決すれば再度充電を行う。

【００８７】充電電流指令曲線１，２に従って充電作業
が完了した時点で、図３に示すように、充電電流指令曲
線３に基づき、１００％まで充電を行った電池２に対
し、必要時に過充電（均等充電）を実施する。これは、
電池２が複数の場合、すべて残存容量Ｓが１００％であ
るという保証は難しく、また、電池２がすべて同一状態
であるとは限らない。従って、電池電圧，温度を個々に
検出してはいるものの、個々の電池２の残存容量Ｓを把
握して充電作業を行うことは可能であるが、非常に困難
を伴うため、本例では検出情報の平均値に基づいて充電
作業を行うことになる。

【００８８】この結果、充電完了時、残存容量Ｓが１０
０％のものもあれば、１００％以下（例えば、９９
（％））のものも存在することは充分考えられる。この
ため、充電が一旦終了した時点で、図３に示すＳ₁₄で電
池２に過充電を行うか否かを判断し、行う場合は、これ
までと同じように、複数の電池２の電池電圧Ｖ_dcT より
Ｖ’_dcを算出し、その電池電圧Ｖ’_dcに基づいて〔表
５〕及び図３に示す充電電流Ａを複数の電池２に通電し
て充電を行うものである（図３のＳ₁₄〜Ｓ₂₀参照）。

【００８９】

【表５】

【００９０】充電内容は前回と同じであるが、充電電流
Ａは残存容量Ｓが１００％に達している電池２が相当数
あることを勘案すれば、小電流である程度時間をかけて
行うことになる。すなわち、残存容量Ｓが１００〜１１
０％まで充電電流Ａを小電流として少しづつ低減させな
がら通電させて充電（残存容量が１００％の場合は過充
電となる）を行う。これは、電池２の中で残存容量Ｓが
１００％に達している電池２を損傷しないためである。
以上のようにして充電作業を行うことにより、複数の電
池２を同時充電する場合、充電量にバラツキを生じさせ
ることなく、すべての電池２で一様の残存容量Ｓが得ら
れるように充電することが可能となる。

【００９１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、電池への充電に際して電池の残存容量が少ないとき
は大きな充電電流で電池の充電を行い、充電が進行して
残存容量が順次増加した場合は、増加量に対応して充電
電流を連続的に暫減しながら電池の充電を行うようにし
たので、電池を傷めることなく短時間での充電が可能と
なり、しかも、短時間充電にもかかわらず電池の長寿命
化をはかることができる。

【００９２】電池の充電に際しては、常に電池の残存容
量を把握しながら電池への充電電流を設定して充電する
ように構成されており、充電作業は電池の残存容量に適
した充電電流を通電して行うことができるので、電池の
充電作業は電池を傷めることなく効率的に行うことがで
きる。しかも、充電電流の設定は、充電時において電池
電圧、電池温度の各検出情報をデータ処理して即座に算
出するように構成したので、充電電流の設定が迅速・確
実に行うことができる。

【００９３】電池への充電は、電池の残存容量を把握し
ながら行うとともに、残存容量が事前に設定した設定値
に到達したときは、一部の電池に対して充電電流を小電
流にて過充電を行う手段を具備させているので、複数の
電池を同時充電する場合、充電不足の電池が存在して
も、前記過充電を行うことにより、複数の電池群をほぼ
同一の残存容量で充電することができるため、電池の充
電は、電池が複数個でも充電不足を発生させることなく
迅速・容易に行うことができることはもとより、電池の
長寿命化を容易にはかることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の充電電流制御装置の構成を概略的に示
す概略構成図である。

【図２】本発明の充電電流制御装置の要部を示す充電電
流制御手段のブロック図である。

【図３】本発明の実施例の動作を説明するためのフロー
チャート図である。

【図４】電池電圧と充電電流と電池の残存容量との関係
を説明するための説明図である。

【図５】本発明の他の実施例を概略的に示すブロック図
である。

【符号の説明】

１充電電流制御装置２電池３電池電圧検出装置４電池温度検出装置５充電手段６充・放電電流検出手段７充電電流制御手段８負荷１１第１の電池残存容量検出手段１２第２の電池残存容量検出手段１３電池の異常電圧検出手段１４電池の異常温度検出手段１５データ処理手段１６充電電流指令手段１７運転・停止指令手段ＡＣ商用電源Ａ₁ コンバータＢ₁ インバータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2G016 CA00 CB12 CB22 CB31 CB32 CC03 CC04 CC07 CC24 CC27 CC28 5G003 AA01 BA01 BA03 CA05 CA11 CA20 CB01 DA04 DA12 DA15 DA18 EA05 GB06 GC05 5H030 AA02 AA03 AA06 AS01 AS18 BB01 DD08 FF22 FF42 FF43

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電池の残存容量を検出して電池の充電電
流を設定するための電池残存容量検出手段と、前記電池
の充電時異常電圧及び異常温度を検出した場合、電池の
充電を中止させる異常電圧・温度検出手段と、更に、前
記電池の残存容量の増加に伴い電池に充電する充電電流
を任意に、かつ、連続的に順次低減するように制御可能
とした充電電流指令手段とを具備して充電電流制御手段
を構成したことを特徴とする電池の充電電流制御装置。
【請求項２】前記電池の残存容量検出手段は、電池の
充電量及び放電量のデータをデータ処理手段により演算
処理して、充電開始時における電池の残存容量を算出す
るように構成したことを特徴とする請求項１記載の電池
の充電電流制御装置。
【請求項３】前記電池の残存容量検出手段は、電池の
充電中において電池に充電している充電電流と電池の充
電中における電圧及び温度検出情報に基づくデータをデ
ータ処理手段により演算処理して、電池の充電中におけ
る残存容量を常に算出するように構成したことを特徴と
する請求項１記載の電池の充電電流制御装置。
【請求項４】前記充電電流指令手段は、電池の充電開
始時に算出した電池の残存容量と、電池の充電中に算出
した電池残存容量とをデータ処理手段により常に演算処
理して、電池の充電電流を電池の残存容量に対応して設
定するように構成したことを特徴とする請求項１記載の
電池の充電電流制御装置。
【請求項５】前記充電電流指令手段は、電池の充電中
における電池電圧の増加に伴って充電電流を、連続的
に、かつ、順次低減させる手段を具備させて構成してこ
とを特徴とする請求項１記載の電池の充電電流制御装
置。
【請求項６】前記充電電流制御手段は、電池の充・放
電量情報に基づく電池の残存容量と、充電中における電
池の充電電流及び電池の電圧，温度データを基にして算
出した電池の残存容量とを比較し、少なくとも一方の残
存容量が所定の設定値以上に達した時点で、電池への充
電を終了させる手段を具備して構成したことを特徴とす
る請求項１記載の電池の充電電流制御装置。
【請求項７】前記充電電流制御手段は、複数の電池を
同時に充電する際に生ずる電池毎の充電状態の不均一を
是正する手段として、電池の充電時に必要に応じて電池
の定格容量の０．０１〜０．０５（％）程度の小さい充
電電流にて電池を任意に過充電することで、電池の充電
状態を均一化する均等充電手段を具備して構成したこと
を特徴とする請求項１記載の電池の充電電流制御装置。
【請求項８】前記充電電流制御手段は、充電している
電池のすべて、あるいは、その一部の電池の温度情報を
検出して、前記電池のいづれかの温度情報の検出値が事
前に設定した所定値を超えた時点で充電を強制的に中止
もしくは終了させる充電解除手段を具備して構成したこ
とを特徴とする請求項１記載の電池の充電電流制御装
置。
【請求項９】前記充電電流制御手段は、充電している
電池のすべて、あるいは、その一部の電池の電圧情報を
検出して、前記電池のいづれかの電圧情報の検出値が事
前に設定した所定値を超えたとき充電を強制的に中止も
しくは終了させる充電解除手段を具備して構成したこと
を特徴とする請求項１記載の電池の充電電流制御装置。