JP2009225493A

JP2009225493A - バッテリの充電方法及びこれに用いる充電器

Info

Publication number: JP2009225493A
Application number: JP2008064031A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Igano; 光弘伊賀野
Original assignee: Yamaha Motor Electronics Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Electronics Co Ltd
Priority date: 2008-03-13
Filing date: 2008-03-13
Publication date: 2009-10-01

Abstract

【課題】充電器とバッテリの接続が甘い場合でも確実に満充電することができ、接続の状態によっては、充電を中止することができるバッテリの充電方法及びこれに用いる充電器を提供する。
【解決手段】充電器にバッテリが接続された状態で、前記バッテリの内部電圧を検出し、その後通電を実行して前記給電ラインにおける電流値及び電圧値を検出し、当該検出した電流値及び電圧値から、前記給電ラインの実際の内部抵抗値を検出し、前記実際の内部抵抗値が、正常な内部抵抗値の範囲内であれば充電を実行し、前記正常な内部抵抗値の範囲外であれば、前記実際の内部抵抗値に応じて充電方法を変更して充電を実行する、若しくは、充電を実行しない。
【選択図】図１

Description

この発明は、ゴルフカー等の電気自動車に用いるバッテリの充電方法及びこれに用いる充電器に関するものである。

電気自動車等に搭載された蓄電池を充電する充電装置において、充電ケーブルが外れた状態での充電電力の供給を回避し、充電ケーブルの接続端子が短絡した状態で充電することを防止するための充電装置が特許文献１に開示されている。この充電装置は、充電開始前に充電ケーブルの接続状態を確認するものである。

しかしながら、充電器とバッテリの接続において、つながりが甘い場合があったり、経年劣化により接触抵抗増加等による接触不良を起こしている場合がある。また、ケーブルの引っ張りや曲げの繰返しによる、あるいは一部断線やワイヤー線の腐食等による抵抗増加による経年劣化が生じる場合もある。この場合、バッテリが接続されていると認識して充電を行っても、充電の給電ラインにおける内部抵抗が高いため、バッテリになかなか蓄電されず、不十分な充電となる。これがゴルフカーのバッテリの場合、走行可能距離が規定より短くなるため、充電回数の増加（消費電力の増加）や、利用者の利便性低下などの問題が発生していた。このため、バッテリは、当該バッテリが持つ最大容量まで充電（満充電）されることが好ましい。また、充電器とバッテリの接触不良の度合いによっては、充電電流が過電流となり、発熱や発火等による部品破壊の原因になることもある。

特開平５−２７６６７６号公報

この発明は、上記従来技術を考慮したものであって、充電器とバッテリの接続が甘い場合でも確実に満充電することができ、接続の状態によっては、充電を中止することができるバッテリの充電方法及びこれに用いる充電器を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、請求項１の発明では、充電器の二次側からバッテリまでの給電ラインにおける内部抵抗値が正常か異常かを判断するデータを保有し、充電器に前記バッテリが接続された状態で、前記バッテリの内部電圧を検出し、その後通電を実行して、前記給電ラインにおける電流値及び電圧値を検出し、当該検出した電流値及び電圧値から、前記給電ラインの実際の内部抵抗値を検出し、前記実際の内部抵抗値が、正常な内部抵抗値の範囲内であれば充電を実行し、前記実際の内部抵抗値が、前記正常な内部抵抗値の範囲外であれば前記実際の内部抵抗値に応じて充電方法を変更して充電を実行する、若しくは、充電を実行しないことを特徴とするバッテリの充電方法。

請求項２の発明では、前記通電は、バッテリに印加する電圧値が一定になるように制御しながら、前記電流値を検出することを特徴としている。

請求項３の発明では、前記通電は、バッテリに流す電流値が一定になるように制御しながら、前記電圧値を検出することを特徴としている。

請求項４の発明では、前記給電ラインに既知抵抗値の抵抗部材を設け、これに通電して前記電流値及び電圧値を検出することを特徴としている。

請求項５の発明では、前記実際の内部抵抗値と内部抵抗値が正常か異常かを判断するデータとを比較し、前記実際の内部抵抗値に応じて充電方法を調整する制御回路を備えていることを特徴とする請求項１のバッテリの充電方法に用いる充電器を提供する。

請求項１の発明によれば、予め内部抵抗値が正常か異常かを判断するデータを保有し、実際の給電ラインにおける内部抵抗値をこのデータと比較し、内部抵抗値に応じて規定の充電を実行するか、充電方法を変えて充電を実行するか、充電を実行しないかを判断するため、正常範囲の給電ラインであれば、バッテリを常に満充電することができ、異常な給電ラインであれば、充電しないことで事故を未然に防ぐことができる。

請求項２の発明によれば、バッテリに印加する電圧値が一定になるように制御しながら前記電流値を検出することで給電ラインの内部抵抗値を求めるので、バッテリに印加する電圧値を一定にコントロールする機能を備えた一般的な充電器に対して、新たな部品追加をせずに、給電ラインの異常診断機能を付加することができる。

請求項３の発明によれば、バッテリに流す電流値が一定になるように制御しながら、前記電圧値を検出することで、給電ラインの内部抵抗値を求めるので、請求項２と同様の効果を得ることができる。

請求項４の発明によれば、給電ラインに既知抵抗値の抵抗部材を設け、これに通電して前記電流値及び電圧値を検出するため、充電器が定電圧や定電流を発生させなくても給電ラインの内部抵抗値を正確に求めることができ、充電器の消費電力低減ができる。

請求項５の発明によれば、給電ラインの状態を自動的に検出し、最適な充電方法を選択してくれるので、常に安全にバッテリを満充電することができる。

この発明は、充電器の二次側からバッテリまでの給電ラインにおける内部抵抗値が正常か異常かを判断するデータを保有し、充電器に前記バッテリが接続された状態で、前記バッテリの内部電圧を検出し、その後通電を実行して、前記給電ラインにおける電流値及び電圧値を検出し、当該検出した電流値及び電圧値から、前記給電ラインの実際の内部抵抗値を検出し、前記実際の内部抵抗値が、正常な内部抵抗値の範囲内であれば充電を実行し、前記実際の内部抵抗値が、前記正常な内部抵抗値の範囲外であれば前記実際の内部抵抗値に応じて充電方法を変更して充電を実行する、若しくは、充電を実行しないバッテリの充電方法及びこれに用いる充電器である。

図１はこの発明に係る実施例１のバッテリの充電方法のフローチャート図である。

ステップＳ１：
充電器にバッテリを接続する。この操作は、利用者が行う。

ステップＳ２：
バッテリの電圧を検出する。この検出は、充電器側の電圧センサ（図２参照）で検出する。このようにバッテリの電圧を検出するのは、バッテリが充電器に接続されたか判断するためであり、さらに充電の際に充電器側の電圧レベルをバッテリよりも高くし、充電電流を流すためである。なお、バッテリの接続確認は、ステップＳ１でのバッテリ接続時に充電器内のコンデンサに向かって一瞬流れる突入電流を充電器内の電流センサで検出して行ってもよい。

ステップＳ３：
充電器のスイッチをオンにして、ステップＳ２で検出したバッテリの電圧よりも高い一定値の電圧を印加する。

ステップＳ４：
ステップＳ３で印加した電圧値が一定になるように制御しながら、充電器内の電流センサ（図２参照）により、電流値を検出する。

ステップＳ５：
充電器内の制御回路（図２参照）にて給電ラインの実際の内部抵抗値Ｒを検出する。この検出は、まず、ステップＳ２でのバッテリ電圧Ｅと、ステップＳ３での印加電圧Ｖと、ステップＳ４での充電電流Ｉを基に、Ｒ＝（Ｖ−Ｅ）／Ｉで演算して求める。この実際の内部抵抗値Ｒにはバッテリの内部抵抗値も含まれた値であるので、この値Ｒからバッテリの内部抵抗値ｒを引いて充電器内の給電ラインにおける実際の内部抵抗値Ｒを求めることができる。バッテリの内部抵抗値ｒは、予め計測した値を使ってもよく、所定の計測器等で随時測定した値を使ってもよい。

ステップＳ６：
ステップＳ５で求めた内部抵抗値Ｒが、予めデータとして保有する正常な内部抵抗値の範囲内、すなわち正常な内部抵抗値未満であるかを判断する。この正常な内部抵抗値とは、充電器が規定の充電を行って、バッテリを満充電することが可能な給電ラインの内部抵抗値である。

ステップＳ７：
ステップＳ６で実際の内部抵抗値Ｒが正常範囲内であれば、規定の充電を実行する。

ステップＳ８：
ステップＳ６で実際の内部抵抗値Ｒが正常値を超えている場合、予めデータとして保有する異常内部抵抗値以上であるかを判断する。この異常な内部抵抗値とは、給電ラインの断線、後述するプラグ、レセプタクル間の接続ミス、ケーブル（後述）の経年劣化による細線化などにより、バッテリへの充電不可、若しくは、充電電流により、劣化部焼損等の恐れがある給電ラインの内部抵抗値である。この異常な内部抵抗値は、予め電流値に置き換えたデータとして保有してもよい。例えば、基準電流値（電流Ｘ）を用意して、この基準電流値と実際の電流値のデータを比較し、これが所定値以上であれば正常、以下であれば異常としてもよい。所定値以下の場合、新たな基準電流値（電流Ｘより低い電流Ｙ）を用意し、この電流値で再び比較し、正常か異常かを判断してもよい。
あるいは、正常な内部抵抗値に対してどのくらいの比率で抵抗値が増加したら異常であるとの基準を定めて算出してもよい。その他、基準内部抵抗値を定め、この基準内部抵抗値と実際の内部抵抗値Ｒとの差を算出し、その差の値に応じて異常か正常かを判断してもよい。

ステップＳ９：
ステップＳ８で実際の内部抵抗値Ｒが異常な内部抵抗値未満である場合、充電電流値及び充電時間を調整する。この充電時間は、実際の内部抵抗値Ｒの値に応じて、調整される。

ステップＳ１０：
ステップＳ８で実際の内部抵抗値Ｒが異常な内部抵抗値以上である場合、充電器とバッテリの接続不良を音（例えばブザーやサイレン等）や光（例えばランプや非常灯等）で通知する。

ステップＳ１１：
充電を実行しない処理をする。

図２はこの発明に係る実施例１のバッテリの充電方法に用いるための充電器の概略図である。

図示したように、充電器１内には、電源２に対して一次側回路３と二次側回路４が備わる。一次側回路３と二次側回路４の間には、トランス５が介在される。一次側回路３には、ブリッジ回路６と、コンデンサ７と、スイッチング回路８が備わる。スイッチング回路８は、充電のオンオフのスイッチングを制御するものである。二次側回路４には、コンデンサ９と、電圧センサ１０と、電流センサ１１が備わる。充電器１にはバッテリ１２を接続するためのプラグ１３が備わる。このプラグ１３はケーブル１４の先端に設けられる。なお、プラグ１３が直接充電器１の本体に設けられていてもよい。バッテリ１２にはレセプタクル１５が備わる。プラグ１３とレセプタクル１５を接続することにより、充電器１とバッテリ１２は接続される。給電ラインとは、二次側回路４のトランス５から、コンデンサ９を通ってプラグ１３までのことをいう。

電圧センサ１０及び電流センサ１１からの電圧値及び電流値は、制御回路１６内に送られる。この制御回路１６には、図１のステップＳ５で示した実際の内部抵抗値Ｒを求めるための演算回路が備わる。制御回路１６内には、この実際の内部抵抗値Ｒと正常な内部抵抗値や異常な内部抵抗値と比較するための比較器（コンパレータ）が備わる（図示省略）。実際の内部抵抗値Ｒが異常である場合、その結果が異常通知回路１７に送られ、図１のステップＳ１０で示したように、警報ブザーやランプ等の異常通知手段１８を作動させる。これと同時に、制御回路１６は、図１のステップＳ１１で示したように、充電を実行しない処理が行われる。実際の内部抵抗値Ｒが正常範囲内である場合には、規定の充電を実行する。

図３は充電中の電流と時間の関係を示すグラフ図である。

グラフが示すように、充電開始直後（ａの時間帯）は大電流の定電流制御による充電が行われ、次に中電流の定電流制御による充電が行われ（ｂの時間帯）、次に定電圧制御による充電が行われ（ｃの時間帯）次に小電流の定電流制御による充電が行われる（ｄの時間帯）。このような多段式の充電制御を行うのは、バッテリを劣化させないで、短時間で充電を行うためである。

充電はこのような過程によって行われるので、実際の内部抵抗値Ｒが大きいときに通常の充電時間で充電を終了すると、内部抵抗での消費電力が大きくなるため、バッテリに供給される電力量が実質的に減少し、バッテリの満充電率が低下してしまう。そこで、この発明に係る充電方法では、実際の内部抵抗値Ｒが正常内部抵抗値以上であって異常内部抵抗値未満である場合には、グラフの点線のように制御を変更することにしている。つまり、充電直後（ａの時間帯）の電流値を少し下げ、充電終了近く（ｄの時間帯）における充電時間を長くし（時間ｅだけ長くする）トータルの充電電力量は増加させる。これにより最大電流値が下がるので、内部抵抗での消費電力を低減して充電の安全性を確保するとともに、内部抵抗での消費電力を補ってバッテリを満充電させるのに必要な電力量を供給できる。

図４はこの発明に係る実施例２のバッテリの充電方法のフローチャート図である。

実施例２では、給電ラインの内部抵抗の検出方法が実施例１と異なる。ステップＳ３において、充電器のスイッチをオンにして一定電流を通電させる。この後、ステップＳ４において、通電させた電流値が一定値になるよう制御しながら、電圧センサにて電圧値を検出する。このような工程によって得た一定電流値、測定電圧値から実施例１と同様に給電ラインの実際の内部抵抗値Ｒを検出する。以降の工程については実施例１と同様である。

図５はこの発明に係る実施例３のバッテリの充電方法のフローチャート図である。

実施例３では、実施例２と同様に、給電ラインの内部抵抗の検出方法が実施例１と異なる。ステップＳ３において、充電器のスイッチをオンにして、予め充電器内の回路に設置した抵抗部材に対し、通電する。この後、ステップＳ４において、電流値及び電圧値をそれぞれ電流センサ及び電圧センサで検出する。その後、抵抗部材への通電ラインを切断する。このような工程によっても電流値、電圧値を検出することができる。その他の工程については実施例１と同様である。

図６はこの発明に係る実施例３のバッテリの充電方法に用いるための充電器の概略図である。

二次側回路４に、抵抗部材１９とトランジスタ２０が配設される。実際の内部抵抗値Ｒを求めるに際し、電流値と電圧値を検出するが、実施例３では、上述したように、抵抗部材１９に通電するスイッチとなるトランジスタ２０を設け、このトランジスタ２０のベース側は制御回路１６に接続し、したがって制御回路１６にてオンオフ制御を行う。これにより、制御回路１６にて電流値と電圧値の検出工程も制御することが可能となる。その他の構成、作用、効果については図２と同様である。

本実施例では、正常な内部抵抗値と異常な内部抵抗値をデータとして保有したが、いずれか一方のみ保有して、給電ラインの正常／異常を判断してもよい。

本実施例には記載しなかったが、工場出荷時に、充電器に接続された給電ラインの内部抵抗を測定し、その値をデータとして制御回路に記憶させておいてもよい。これにより、より正確な内部抵抗値判断ができる。

この発明に係る実施例１のバッテリの充電方法のフローチャート図である。この発明に係る実施例１のバッテリの充電方法に用いるための充電器の概略図である。充電中の電流、電圧と時間の関係を示すグラフ図である。この発明に係る実施例２のバッテリの充電方法のフローチャート図である。この発明に係る実施例３のバッテリの充電方法のフローチャート図である。この発明に係る実施例３のバッテリの充電方法に用いるための充電器の概略図である。

符号の説明

１：充電器、２：電源、３：一次側回路、４：二次側回路、５：トランス、６：ブリッジ回路、７：コンデンサ、８：スイッチング回路、９：コンデンサ、１０：電圧センサ、１１：電流センサ、１２：バッテリ、１３：プラグ、１４：ケーブル、１５：レセプタクル、１６：制御回路、１７：異常通知回路、１８：異常通知手段、１９：抵抗部材、２０：トランジスタ

Claims

充電器の二次側からバッテリまでの給電ラインにおける内部抵抗値が正常か異常かを判断するデータを保有し、
充電器に前記バッテリが接続された状態で、
前記バッテリの内部電圧を検出し、その後通電を実行して、
前記給電ラインにおける電流値及び電圧値を検出し、
当該検出した電流値及び電圧値から、前記給電ラインの実際の内部抵抗値を検出し、
前記実際の内部抵抗値が、正常な内部抵抗値の範囲内であれば充電を実行し、
前記実際の内部抵抗値が、前記正常な内部抵抗値の範囲外であれば前記実際の内部抵抗値に応じて充電方法を変更して充電を実行する、若しくは、充電を実行しないことを特徴とするバッテリの充電方法。
前記通電は、バッテリに印加する電圧値が一定になるように制御しながら、前記電流値を検出することを特徴とする請求項１に記載のバッテリの充電方法。
前記通電は、バッテリに流す電流値が一定になるように制御しながら、前記電圧値を検出することを特徴とする請求項１に記載のバッテリの充電方法。
前記給電ラインに既知抵抗値の抵抗部材を設け、これに通電して前記電流値及び電圧値を検出することを特徴とする請求項１に記載のバッテリの充電方法。
前記実際の内部抵抗値と内部抵抗値が正常か異常かを判断するデータとを比較し、前記実際の内部抵抗値に応じて充電方法を調整する制御回路を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のバッテリの充電方法に用いる充電器。