JP2002125326A - バッテリの充電制御方法 - Google Patents

バッテリの充電制御方法

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JP2002125326A
JP2002125326A JP2000312549A JP2000312549A JP2002125326A JP 2002125326 A JP2002125326 A JP 2002125326A JP 2000312549 A JP2000312549 A JP 2000312549A JP 2000312549 A JP2000312549 A JP 2000312549A JP 2002125326 A JP2002125326 A JP 2002125326A
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charging
temperature
pulse
charge
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Kazuhiko Yagi
一彦 八木
Yoshiji Ishikura
誉士 石倉
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Honda Motor Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 加温システムを新設せずに低温バッテリの充
電時間を短縮する。 【解決手段】 バッテリ温度Ｔが第１の所定温度（例え
ば、０℃）以下の場合は、充放電量が共に等しい第１の
パルス充放電を実施してバッテリを加温し、バッテリ温
度Ｔが第１の所定温度を越えると、充電量よりも放電量
の少ない第２のパルス充放電に切り替え、加温と同時に
充電も行う。バッテリ温度Ｔが第２の所定温度（例え
ば、１０℃）を越えると、通常充電に移行する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、バッテリの充電制
御方法に係わり、特に、低温バッテリの充電時間短縮に
有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、車両走行用の動力源としてエ
ンジンの他にモータを備えたハイブリッド車や、車両走
行用の動力源としてモータのみを備えた電気自動車が知
られている。これらの車両は、バッテリからの電力供給
によりモータを駆動するものであるから、放電によりバ
ッテリ残容量が減ると、バッテリへの充電が必要とな
る。
【０００３】放電したバッテリを充電するに当たって
は、バッテリ保護の観点から定格容量の１０分の１
（０．１Ｃ）で１０時間程度の充電を行うことが推奨さ
れており、バッテリの急速充電は、バッテリの劣化，及
び寿命の低下につながるため、あまり行われていなかっ
た。特に、電気自動車においては、夜間電力で充電して
おき、翌日に使用するような使い方が多い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、夜間に急に
車両を使いたい場合や、走行後に走行距離を伸ばすため
に再充電が必要な場合等には、バッテリの急速充電が求
められる。この急速充電時にバッテリ温度が充電適正温
度よりも低温、すなわち、図１０中のＴmin以下である
と、電解液の導電率が低下して電解液抵抗が急増してい
るので、充電電圧（図１０の電圧Ｖ）の上昇をもたら
す。特に、Ｌｉ系有機溶剤電解液は、室温での電解液抵
抗が水溶液系に比べて高いため、低温での抵抗上昇率が
より高くなるという傾向がある。
【０００５】そこで、充電電圧の上昇に伴う電解液の分
解を防止するため（リチウム系バッテリ）、あるいは、
酸素ガスの発生を防止するため（アルカリ系バッテ
リ）、充電電圧に上限を設定し、充電電圧が上限電圧
（図１０のＶmax）に達した場合は、定電力充電に移行
させるべく、充電電流（図１０の電流Ｉ）を絞ってい
た。このため、充電完了までに長時間を要したり、充電
不足を招いていた。
【０００６】この対策として、ヒータ等によってバッテ
リを加温してから充電を開始する充電制御方法も考えら
れる。しかしながら、この方法では加温システムが別途
必要になるため、バッテリをハイブリッド車や電気自動
車に搭載する場合には、車載レイアウト上、加温システ
ム設置のためのスペースが別途必要になり、さらには重
量増加にもつながるため、好ましくない。
【０００７】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、加温システムを新設
せずに低温バッテリの充電時間を短縮することのできる
バッテリの充電制御方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、以下の手段を採用した。請求項１に記載
した発明は、バッテリ温度が所定温度（例えば、実施の
形態では１０℃）以下の場合は、充電と放電を交互に繰
り返すパルス充放電によりバッテリを加温してから充電
を開始することを特徴とする。
【０００９】このような構成では、充電時の化学反応熱
（発熱）と放電時の化学反応熱（吸熱）とが相殺されな
がら、ジュール熱（＝(電流Ｉ)2×内部抵抗Ｒ）による
発熱効果によってバッテリが加熱される。これにより、
電解液抵抗が減少し、充電中の急激な電圧上昇が抑制さ
れる。
【００１０】請求項２に記載した発明は、バッテリ温度
が第１の所定温度（例えば、実施の形態における０℃）
以下の場合は、充放電量が共に等しい第１のパルス充放
電を実施し、バッテリ温度が前記第１の所定温度を越え
ると、充電量よりも放電量の少ない第２のパルス充放電
に切り替えることを特徴とする。
【００１１】このような構成において、バッテリ温度が
第１の所定温度以下の場合は、ジュール熱による発熱効
果によってバッテリが加熱されるので、電解液抵抗が減
少し、急激な電圧上昇が抑制される。また、バッテリ温
度が第１の所定温度を越えた場合は、「充電量＝放電
量」のパルス充放電から「充電量＞放電量」のパルス充
放電に切り替わるので、加熱と同時に充電も行われる。
【００１２】請求項３に記載した発明は、請求項２記載
のバッテリの充電制御方法において、前記第１のパルス
充放電では、バッテリ温度が低いほど充電区間の充電量
と放電区間の放電量が小さく設定されることを特徴とす
る。このような構成では、バッテリ温度が低いほど、つ
まり、電解液抵抗が大きいほど充電量が抑えられるの
で、電圧上昇がより確実に抑制される。
【００１３】請求項４に記載した発明は、請求項２又は
請求項３記載のバッテリの充電制御方法において、前記
第２のパルス充放電では、パルス幅又は／及びパルス振
幅により放電量が設定されることを特徴とする。このよ
うな構成では、１パルス当たりの放電時間や放電電流を
選択的に規制しながら、パルス放電量の調整が自在にな
る。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら、
本発明に係るバッテリの充電制御方法の一実施の形態に
ついて説明する。この方法の実施に用いられる充電制御
装置は、例えば電気自動車やハイブリッド車両に搭載さ
れたモータ等の負荷へ電力供給を行うバッテリ１の充電
に供されるものであり、図１に示すように、制御部２，
充電器３，電流センサ４，電圧センサ５，及び温度セン
サ６を備える。
【００１５】制御部２には、バッテリ１からモータや発
電機等の負荷へ供給される放電電流、及び、負荷からバ
ッテリ１へ供給される充電電流を検出する電流センサ４
から出力される電流Ｉの信号と、バッテリ１の端子電圧
を検出する電圧センサ５から出力される電圧Ｖの信号
と、バッテリ１の温度を検出する温度センサ６から出力
されるバッテリ温度Ｔの信号とが入力される。
【００１６】次に、図２のフローチャートを参照しなが
ら、本実施の形態に係るバッテリの充電制御方法につい
て説明する。図２のフローチャートは、制御部２が実行
する充電制御フローを示しており、この充電制御フロー
のステップＳ１では、温度センサ６で検出したバッテリ
温度Ｔの領域判定を行う。
【００１７】ここで、「バッテリ温度Ｔ≦０℃（第１の
所定温度）」の場合、すなわち、バッテリ温度Ｔが充電
適正温度以下の領域であってその低温側にある場合はス
テップＳ２に進んで第１のパルス充放電を実施し、「０
℃＜バッテリ温度Ｔ≦１０℃（第２の所定温度）」の場
合、すなわち、バッテリ温度Ｔが前記充電適正温度以下
の領域であってその高温側にある場合はステップＳ１１
に進んで第２のパルス充放電を実施し、「１０℃＜バッ
テリ温度Ｔ」の場合、すなわち、バッテリ温度Ｔが充電
適正温度の場合はステップＳ２１に進んで通常充電を実
施する。
【００１８】ステップＳ２では、制御部２に予め記憶さ
れているバッテリ温度−パルス充電量マップを参照し
て、バッテリ温度Ｔに応じたパルス充電量[Ａｈ]を設定
する。図８は、バッテリ温度−パルス充電量マップの一
例を示しており、「バッテリ温度Ｔ≦０℃」の領域で
は、バッテリ温度Ｔが低いほど、充放電パルスの充電区
間での充電量と放電区間での放電量が小さくなるように
設定されている。
【００１９】ステップＳ３〜Ｓ５は、ステップＳ２で設
定した充電量のパルス充電を行う処理であり、このとき
の電流（パルス振幅）Ｉは、電圧センサ５で検出した電
圧Ｖがバッテリ１の上限電圧（Ｖmax）を越えないよう
に設定される。この「上限電圧」は、例えばリチウム系
バッテリでは電解液の分解を招く電圧を、また、アルカ
リ系バッテリでは酸素ガスの発生を招く電圧を意味し、
このフローチャートでは上限電圧を４．２[Ｖ／セル]に
設定している。
【００２０】また、ステップＳ３のパルス充電開始と同
時に、制御部２内に設けられたタイマを起動し、充電時
間（パルス幅）のカウントも開始する。ステップＳ４で
は、「０℃＜バッテリ温度Ｔ≦１０℃」であるかを判定
し、その判定結果が「ＹＥＳ」の場合、すなわち、バッ
テリ１がある程度加温され、少量であれば上限電圧Ｖma
xに至らない充電も可能な場合はステップＳ１２に進
み、「ＮＯ」の場合はステップＳ５に進む。
【００２１】ステップＳ５では、電流センサ４で検出し
た電流Ｉとタイマでカウントした充電時間との積算値で
ある充電量と、ステップＳ２で設定した設定充電量とに
ついて「充電量＞設定充電量」であるかを判定し、その
判定結果が「ＹＥＳ」の場合、すなわち、１回のパルス
充電が終了した場合はステップＳ６のパルス放電開始に
進み、「ＮＯ」の場合、すなわち、１回のパルス充電が
未終了の場合はステップＳ３に戻る。
【００２２】ステップＳ６〜Ｓ８は、ステップＳ３〜Ｓ
５で実施したパルス充電量と同量のパルス放電を行う処
理である。すなわち、ステップＳ６では、充電電流と等
しい電流を充電時間と等しい時間だけ放電するパルス放
電を開始する（図３）。同時に、充電時間である前回タ
イマ値をメモリに保持してタイマをリセットし、放電時
間のカウントも開始する。
【００２３】ステップＳ７では、ステップＳ４と同様に
「０℃＜バッテリ温度Ｔ≦１０℃」であるかを判定し、
その判定結果が「ＹＥＳ」の場合はステップＳ１１に進
み、「ＮＯ」の場合はステップＳ８に進む。
【００２４】ステップＳ８では、電流センサ４で検出し
た電流Ｉとタイマでカウントした放電時間との積算値で
ある放電量と、ステップＳ３〜ステップＳ５までのパル
ス充電による充電量（電流Ｉ×メモリに保持されたタイ
マ値）との間に「放電量＝充電量」が成立するかを判定
し、その判定結果が「ＹＥＳ」の場合、すなわち、１回
のパルス放電が終了した場合はステップＳ３に戻り、
「ＮＯ」の場合はステップＳ６に戻る。
【００２５】ステップＳ１，Ｓ４，Ｓ７のいずれかにお
いて「０℃＜バッテリ温度Ｔ≦１０℃」の場合に実行さ
れるステップＳ１１では、図８のバッテリ温度−パルス
充電量マップを参照してパルス充電量を設定する。この
バッテリ温度−パルス充電量マップに示す通り、「０℃
＜バッテリ温度Ｔ≦１０℃」の領域では、バッテリ温度
Ｔに関係なくパルス充電量は一定に設定されている。
【００２６】このステップＳ１１では、パルス充電量だ
けでなく、パルス放電量の設定も併せて行う。「０℃＜
バッテリ温度Ｔ≦１０℃」の場合は、バッテリ加熱のみ
を目的とした「充電量＝放電量」のパルス充放電に代え
て、加熱及び充電の双方を目的とした充電傾向のパルス
充電量を実施するからである。このため、パルス放電量
はパルス充電量よりも少なめに設定する（図４）。
【００２７】ステップＳ１２〜Ｓ１４は、ステップＳ１
１で設定した充電量のパルス放電を行う処理であり、ス
テップＳ１２の電流Ｉは、ステップＳ３〜Ｓ５の場合と
同様に、電圧センサ５で検出した電圧Ｖがバッテリ１の
上限電圧Ｖmaxを越えないように設定される。同時にタ
イマを起動し、充電時間のカウントも開始する。
【００２８】ステップＳ１３では、「１０℃＜バッテリ
温度Ｔ」であるかを判定し、その判定結果が「ＹＥＳ」
の場合、すなわち、バッテリ温度Ｔが充電適正温度まで
加温されてパルス充放電による加熱が不要になった場合
はステップＳ１４に進み、「ＮＯ」の場合はステップＳ
２１に進む。ステップＳ１４では、ステップＳ５と同様
に「充電量＞設定充電量」が成立するかを判定し、その
判定結果が「ＹＥＳ」の場合はステップＳ１５のパルス
放電開始に進み、「ＮＯ」の場合はステップＳ１３に戻
る。
【００２９】ステップＳ１５〜Ｓ１７は、ステップＳ１
２〜Ｓ１４で実施したパルス充電量よりも少量のパルス
放電を行う処理である。すなわち、ステップＳ１５で
は、充電電流よりも小さい電流を充電時間と等しい時間
だけ放電するパルス放電を開始する（図４）。同時に、
充電時間である前回タイマ値をメモリに保持してタイマ
をリセットし、放電時間のカウントも開始する。
【００３０】ステップＳ１６では、ステップＳ１３と同
様に「１０℃＜バッテリ温度Ｔ」であるかを判定し、そ
の判定結果が「ＹＥＳ」の場合はステップＳ２１に進
み、「ＮＯ」の場合はステップＳ１７に進む。
【００３１】ステップＳ１７では、電流センサ４で検出
した電流Ｉとタイマでカウントした放電時間との積算値
である放電量と、ステップＳ１１で設定した設定放電量
との間に「放電量＝設定放電量」が成立するかを判定
し、その判定結果が「ＹＥＳ」の場合、すなわち、１回
のパルス放電が終了した場合はステップＳ３に戻り、
「ＮＯ」の場合はステップＳ６に戻る。
【００３２】ステップＳ１，Ｓ１３，Ｓ１６のいずれか
において「１０℃＜バッテリ温度Ｔ」の場合、すなわ
ち、バッテリ温度Ｔが充電適正温度領域にあり、パルス
充放電によるバッテリ加熱を要しない場合に実行される
ステップＳ２１では、通常電流での充電のみを行う通常
充電を開始する（図５）。ステップＳ２２では、温度セ
ンサで検出したバッテリ温度Ｔを用いて、「バッテリ温
度Ｔ＞５０℃」であるかを判定する。
【００３３】ステップＳ２２は、バッテリ保護および充
電効率の観点から、充電中のバッテリ温度Ｔが所定温度
未満であるかを判定するものであり、その判定結果が
「ＹＥＳ」の場合、すなわち、バッテリ温度Ｔが５０℃
に設定された上限温度を越えた場合はステップＳ２３〜
Ｓ２６をスキップして充電を終了し、「ＮＯ」の場合は
ステップＳ２３に進む。
【００３４】ステップＳ２３では、電圧センサ５で検出
した電圧Ｖを用いて「セル電圧＝４．２[Ｖ／セル]」で
あるかを判定し、その判定結果が「ＹＥＳ」の場合、す
なわち、セル電圧が前記上限電圧Ｖmaxに達した場合は
ステップＳ２４に進み、「ＮＯ」の場合はステップＳ２
２に戻る。ステップＳ２４では、充電電流を絞って定電
圧充電に移行する。同時にタイマ値をリセットし、定電
圧充電時間のカウントを開始する。
【００３５】ステップＳ２５では、ステップＳ２２と同
様に「バッテリ温度Ｔ＞５０℃」であるかを判定し、そ
の判定結果が「ＹＥＳ」の場合はステップＳ２６をスキ
ップして充電を終了し、「ＮＯ」の場合はステップＳ２
６に進む。ステップＳ２６では、ステップＳ２４の定電
圧充電開始から所定時間が経過したかをタイマ値から判
定し、その判定結果が「ＮＯ」の場合はステップＳ２５
に戻り、「ＹＥＳ」の場合は充電を終了する。
【００３６】次に、図３，図４，及び図９を参照しなが
ら、本実施の形態に係るバッテリの充電制御方法の作用
について説明する。なお、図３中、ハッチングを施した
符号Ａはジュール熱変換分、Ｂは見かけの充電量からジ
ュール熱変換分Ａを差し引いた実際の充電量、Ｃは見か
けの放電量からジュール熱変換分Ａを差し引いた実際の
放電量を示している。
【００３７】バッテリ温度Ｔが充電適正温度の下限温度
（本実施の形態では、１０℃）よりも低温である場合で
あって、その温度領域の低温側である０℃以下のとき
は、図３及び図９に示すように、充放電量が共に等しい
第１のパルス充放電を繰り返し実施するので、ジュール
熱の発熱効果によってバッテリ１が加熱され、充電中の
電圧上昇が抑制される。
【００３８】特に、バッテリ温度Ｔが低いほど、パルス
幅（放電時間）にパルス振幅（放電電流）を乗じて得ら
れるパルス面積、すなわち、パルス充電量が小さく設定
されているので、低温バッテリ充電中の電圧上昇はより
確実に抑制される。なお、この第１のパルス充放電中
は、「充電量＝放電量」であることから、結果的にはバ
ッテリ加熱のみが実施され、バッテリ１の残容量は増加
しない。
【００３９】第１のパルス充放電によってバッテリ加温
が進み、バッテリ温度Ｔが０℃を越えると、図４及び図
９に示すように、充電量よりも放電量の少ない第２のパ
ルス充放電を繰り返し実施するので、通常充電前にバッ
テリ加熱と同時に充電も行われるようになり、低温バッ
テリであっても充電時の電圧Ｖが上限電圧Ｖmaxに達す
ることなく、短時間で急速充電を行える。
【００４０】なお、本発明は上記実施の形態に限られる
ものではなく、また、前述した各具体的数値は、一例で
あって、これに限られるものではない。例えば、上記実
施の形態では、「０℃＜バッテリ温度Ｔ≦１０℃」の場
合は、パルス放電時の電流（パルス振幅）をパルス充電
時の電流よりも小さく設定しているが（図４）、例えば
図６に示すように、放電時間（パルス幅）を充電時間よ
りも短く設定してもよい。
【００４１】また、パルス充放電時の電流パターンは矩
形波に限らず、例えば図７に示すような三角波、その他
の形状であってもよい。さらに、第１及び第２の所定温
度は、例えばリチウム系やアルカリ系といったバッテリ
の種類や、同一種類のバッテリであっても個体差によっ
て適宜の値に設定可能である。
【００４２】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、以下の効果を得る。 （１）請求項１記載の発明によれば、充放電時のジュー
ル熱による発熱効果によってバッテリが加熱され、これ
により、電解液抵抗が減少して充電中の急激な電圧上昇
が抑制されるので、低温バッテリを短時間で充電でき
る。
【００４３】（２）請求項２記載の発明によれば、バッ
テリ温度が第１の所定温度以下の場合は、ジュール熱に
よる発熱効果によってバッテリが加熱され、その後、バ
ッテリ温度が第１の所定温度を越えると、「充電量＝放
電量」のパルス充放電から「充電量＞放電量」のパルス
充放電に切り替え、加熱と同時に充電も行われるように
したので、低温バッテリを更に短時間で充電できる。
【００４４】（３）請求項３記載の発明によれば、バッ
テリ温度が低いほど、つまり、電解液抵抗が大きいほど
充電量が抑えられ、これにより、低温バッテリ充電中の
電圧上昇をより確実に抑制できる。
【００４５】（４）請求項４記載の発明によれば、１パ
ルス当たりの放電時間や放電電流を選択的に規制しなが
ら、パルス放電量の調整が自在になるので、ユーザから
の多種多様な充電制御要求に応え得るようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るバッテリ充電制御方法の実施に
用いる充電制御装置のシステム構成図である。
【図２】 本発明に係るバッテリ充電制御方法の一実施
の形態を示すフローチャートである。
【図３】 第１のパルス充放電の一形態を示すタイムチ
ャートである。
【図４】 第２のパルス充放電の一形態を示すタイムチ
ャートである。
【図５】 通常充電の一形態を示すタイムチャートであ
る。
【図６】 第２のパルス充放電の他の形態を示すタイム
チャートである。
【図７】 パルス充放電時の電流パターンとして、三角
波を用いた場合のタイムチャートである。
【図８】 バッテリ温度に応じて設定されるパルス充電
量を示すバッテリ温度−パルス充電量マップである。
【図９】 本発明に係るバッテリ充電制御方法を実施し
た場合のバッテリ温度，充放電電圧，充放電電流，及び
バッテリ残容量の変化を示すタイムチャートである。
【図１０】 従来のバッテリ充電制御方法を実施した場
合のバッテリ温度，充放電電圧，充放電電流，及びバッ
テリ残容量の変化を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１ バッテリ ２ 制御部 ３ 充電器 ４ 電流センサ ５ 電圧センサ ６ 温度センサ
フロントページの続き Ｆターム(参考） 5G003 AA01 BA01 CA05 CA12 CB01 CB07 CC02 FA06 5H030 AA01 AS08 BB01 BB21 DD20 FF22 FF41

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 バッテリ温度が所定温度以下の場合は、
    充電と放電とを交互に繰り返すパルス充放電によりバッ
    テリを加温してから充電を開始することを特徴とするバ
    ッテリの充電制御方法。
  2. 【請求項２】 バッテリ温度が第１の所定温度以下の場
    合は、充放電量が共に等しい第１のパルス充放電を実施
    し、 バッテリ温度が前記第１の所定温度を越えると、充電量
    よりも放電量の少ない第２のパルス充放電に切り替える
    ことを特徴とするバッテリの充電制御方法。
  3. 【請求項３】 前記第１のパルス充放電では、バッテリ
    温度が低いほど充電区間の充電量と放電区間の放電量が
    小さく設定されることを特徴とする請求項２記載のバッ
    テリの充電制御方法。
  4. 【請求項４】 前記第２のパルス充放電では、パルス幅
    又は／及びパルス振幅により放電量が設定されることを
    特徴とする請求項２又は請求項３記載のバッテリの充電
    制御方法。
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