JP3680502B2 - 電池の充電方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明はニッケル・カドニウム電池、ニッケル・水素電池等のアルカリ電解液系２次電池を充電する充電方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から広く用いられているニッケル・カドミウム電池等の満充電検出手段として、充電中の電池電圧Ｖを一定周期毎にサンプリングし、その最大値ＶＭＡＸを随時更新し、電池電圧Ｖが最大値ＶＭＡＸより一定値以下になったら、すなわち△Ｖ＝ＶＭＡＸ−Ｖ≧δ（例えば電池電圧をＡ／Ｄコンバータを用いデジタル変換する場合、δはある所定のビット数である。）になったら、電池電圧がピーク値から所定電圧下降したと判別して充電を停止させる−△Ｖ検出方式があった。
【０００３】
しかしながら、図４に示すようにマイコンのＡ／Ｄコンバータに入力される電池電圧がＡ／Ｄコンバータのしきい値付近を通過する際にはＡ／Ｄ変換器の持つ量子化誤差のため、そのデジタル変換値が双方の値に変動することがある（例えば分解能２５６ビット／５Ｖフルスケールの場合、入力電圧が（１２８．５／２５６）＊５Ｖ付近の場合、デジタル変換された値は１２８と１２９の両方の値に変動する。）。このため、δの値には２以上のマージンを持たせなければならず、このような設定で満充電検出を行った場合、電池が過充電となり、電池のサイクル寿命を低減させてしまう恐れがあった。本発明の目的は、上記欠点を解消し、電池電圧が充電末期のピーク点よりわずかに下がった時点で満充電と判別することができるようにすることである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、所定サンプリング時間の間に複数回のサンプリングを行って複数個の電池電圧を検出すると共に所定サンプリング時間内のこれら電池電圧の最大値、最小値を検出記憶し、所定サンプリング時間経過毎に最小値を比較して最も大きい最小値をピーク値とし、ピーク値判断後の所定サンプリング時間経過毎にピーク値と最大値との差が所定値以上となった時満充電と判別することにより達成される。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明充電方法を実施するための充電装置の一実施形態を示す回路図である。１は交流電源、２は複数の充電可能な素電池を直列に接続した電池組である。３は電池組２に流れる充電電流を検出する電流検出手段、４は充電の開始及び停止を制御する信号を伝達する充電制御信号伝達手段、５は充電電流の信号をＰＷＭ制御ＩＣ２３に帰還する充電電流信号伝達手段である。充電制御伝達信号手段４と充電電流信号伝達手段５はホトカプラ等からなる。１０は全波整流回路１１と平滑用コンデンサ１２からなる整流平滑回路、２０は高周波トランス２１、ＭＯＳＦＥＴ２２とＰＷＭ制御ＩＣ２３からなるスイッチング回路である。ＰＷＭ制御ＩＣ２３はＭＯＳＦＥＴ２２の駆動パルス幅を変えて整流平滑回路１０の出力電圧を調整するスイッチング電源ＩＣである。３０はダイオード３１、３２、チョークコイル３３と平滑用コンデンサ３４からなる整流平滑回路、４０は抵抗４１、４２、入力保護用ダイオード４３からなる電池電圧検出手段で、電池組２の端子電圧を分圧する。５０は演算手段（ＣＰＵ）５１、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５３、タイマ５４、Ａ／Ｄコンバータ５５、出力ポート５６ａ、５６ｂ、リセット入力ポート５７からなるマイコンである。６０は演算増幅器６１、６２、抵抗６３〜６６からなる充電電流制御手段、７０は電源トランス７１、全波整流回路７２、平滑コンデンサ７３、３端子レギュレータ７４、リセットＩＣ７５からなる定電圧電源で、マイコン５０、充電電流制御手段６０等の電源となる。リセットＩＣ７５はマイコン５０を初期状態にするためにリセット入力ポート５７にリセット信号を出力する。８０は充電電流を設定する充電電流設定手段であって、前記出力ポート５６ｂからの信号に対応して演算増幅器６２の反転入力端に印加する電圧値を設定するものである。
【０００６】
次に図１の回路図、図２及び図３のフローチャートを参照して、本発明の充電方法の動作を説明する。電源を投入するとマイコン５０は電池組２の接続待機状態となる（ステップ１００）。電池組２を接続すると、マイコン５０は電池組接続を電池電圧検出手段４０からの信号により判別し、出力ポート５６ｂより充電制御信号伝達手段４を介しＰＷＭ制御ＩＣ２３に充電開始信号を伝達し、充電を開始する（ステップ１１０）。充電開始と同時に電池組２に流れる充電電流を電流検出手段３により検出し、この充電電流に対応する電圧と充電電流設定基準値との差を充電電流制御手段６０より信号伝達手段５を介してＰＷＭ制御ＩＣ２３に帰還をかける。すなわち、充電電流が大きい場合にはパルス幅を狭め、小さい場合にはパルス幅を広げたパルスを高周波トランス２１に与え整流平滑回路３０で直流に平滑し、充電電流を一定に保つ。電流検出手段３、充電電流制御手段６０、信号伝達手段５、スイッチング回路２０、整流平滑回路３０を介して充電電流を所定電流値となるように制御する。
【０００７】
充電を開始するとＲＡＭ５３の記憶データであるピーク値ＶＭＡＸ、最大値νｍａｘ、最小値νｍｉｎをイニシャルリセットし（ステップ１２０）、１０ｍ秒タイマをスタートさせる（ステップ１３０）。所定時間１０ｍ秒が経過すると（ステップ１４０）、電池組２の電圧を分圧した電池電圧検出手段４０の出力信号をＡ／Ｄコンバータ５５でＡ／Ｄ変換し、電池電圧Ｖとして取り込む（ステップ１５０）。そしてＶとνｍａｘを比較し（ステップ１６０）、Ｖ＞νｍａｘならばステップ１７０に進みＶの値をνｍａｘとして更新し、Ｖ≦νｍａｘならばステップ１７０をスキップしてステップ１８０に進む。
【０００８】
ステップ１８０では、Ｖとνｍｉｎを比較し、Ｖ＜νｍｉｎならばステップ１９０に進みＶの値をνｍｉｎとして更新し、Ｖ≧νｍｉｎならばステップ１９０をスキップしてステップ２００に進む。次に１秒毎カウンタをインクリメントし（ステップ２００）、１秒毎カウンタの値が１００未満ならば１０ｍ秒タイマを再スタートさせ（ステップ２２０）、ステップ１４０〜ステップ２１０の処理を繰り返し、１秒毎カウンタの値が１００ならばステップ２３０に進む。この時νｍａｘ、νｍｉｎには過去１秒間における１００サンプリング中の最大値、最小値が記憶されている。
【０００９】
即ち、例えば分解能２５６ビット／５Ｖフルスケールの場合、電池電圧が徐々に上昇して（１２８．５／２５６）＊５Ｖ近傍になった場合、デジタル変換された値は量子化誤差により１２８と１２９の両方の値に変動することになるが、サンプリングを１００回行うのであるから、１２８と１２９になることが少なくとも１回はあると推定できる。この場合、１２８が最小値νｍｉｎ、１２９が最大値νｍａｘとなる。
【００１０】
ステップ２３０では、νｍｉｎとＶＭＡＸを比較し、νｍｉｎ＞ＶＭＡＸならばステップ２４０に進みνｍｉｎの値をＶＭＡＸとして更新し、νｍｉｎ≦ＶＭＡＸならばステップ２４０をスキップしてステップ２５０に進む。ステップ２５０では△Ｖ＝ＶＭＡＸ−νｍａｘを算出する。次に△Ｖが１ビット以上か否かの判断を行い（ステップ２６０）、１ビット未満ならばνｍａｘとνｍｉｎをリセットし（ステップ２９０）、１０ｍ秒タイマを再スタートさせ（ステップ３００）、１秒毎カウンタをクリアし（ステップ３１０）、再度ステップ１４０〜ステップ２５０の処理を繰り返す。
【００１１】
即ち、次の第１サンプリング時間内において、電池電圧が降下して（１２６．５／２５６）×５Ｖ近傍になった場合、デジタル変換された値は１２６と１２７の両方の値に変動することになる。この場合、１２６が最小値νｍｉｎ、１２７が最大値νｍａｘとなるが、最小値νｍｉｎ（＝１２６）はピーク値ＶＭＡＸ（＝１２８）より小さいのでピーク値ＶＭＡＸは更新されず１２８のままとなる。従って、ΔＶは１２８−１２７＝１となり、満充電と判別し充電を停止する。
【００１２】
次いで電池組２が取り出されるのを判別し（ステップ２８０）、電池組２が取り出されたならばステップ１００に戻り、次の電池の充電のための待機をする。
【００１３】
上記したように、所定サンプリング時間（実施形態では１秒）の間に複数回（実施形態では１００回）のサンプリングを行って複数個の電池電圧を検出すると共に所定サンプリング時間内のこれら電池電圧の最大値νｍａｎ、最小値νｍｉｎを検出記憶し、所定サンプリング時間経過毎に最小値νｍｉｎを比較して最も大きい最小値νｍｉｎをピーク値ＶＭＡＸとし、ピーク値判断後の所定サンプリング時間経過毎にピーク値ＶＭＡＸと最大値νｍａｘとの差が所定値（実施形態では１ビット）以上となった時満充電と判別する、すなわち電池電圧が充電末期のピーク点よりわずかに下がった時点で満充電と判別するようにしたので、過充電を防止し、電池のサイクル寿命の低減を抑制することができる。
【００１４】
なお、上記実施形態では過去１秒間における１００サンプリング中のデータの最大値と最小値を検出するとしたが、これに限るものではない。しかし、電池電圧の変化は充電電流、電池温度の影響を大きく受けるので、上記サンプリング時間及びサンプリング数の設定にあたってはこれらを考慮する必要がある。
【００１５】
本発明によれば、電池電圧が充電末期のピーク点よりわずかに下がった時点で満充電と判別することができるようになるので、過充電を防止し電池のサイクル寿命の低減を抑制することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明充電方法を実施するための充電装置の一実施形態を示す回路図。
【図２】 本発明充電方法の動作説明用フローチャート。
【図３】 本発明充電方法の動作説明用フローチャート。
【図４】 従来の電池の充電電圧特性の一例を示すグラフ。
【符号の説明】
２は電池組、４０は電池電圧検出手段、５０はマイコンである。
【発明が属する技術分野】
本発明はニッケル・カドニウム電池、ニッケル・水素電池等のアルカリ電解液系２次電池を充電する充電方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から広く用いられているニッケル・カドミウム電池等の満充電検出手段として、充電中の電池電圧Ｖを一定周期毎にサンプリングし、その最大値ＶＭＡＸを随時更新し、電池電圧Ｖが最大値ＶＭＡＸより一定値以下になったら、すなわち△Ｖ＝ＶＭＡＸ−Ｖ≧δ（例えば電池電圧をＡ／Ｄコンバータを用いデジタル変換する場合、δはある所定のビット数である。）になったら、電池電圧がピーク値から所定電圧下降したと判別して充電を停止させる−△Ｖ検出方式があった。
【０００３】
しかしながら、図４に示すようにマイコンのＡ／Ｄコンバータに入力される電池電圧がＡ／Ｄコンバータのしきい値付近を通過する際にはＡ／Ｄ変換器の持つ量子化誤差のため、そのデジタル変換値が双方の値に変動することがある（例えば分解能２５６ビット／５Ｖフルスケールの場合、入力電圧が（１２８．５／２５６）＊５Ｖ付近の場合、デジタル変換された値は１２８と１２９の両方の値に変動する。）。このため、δの値には２以上のマージンを持たせなければならず、このような設定で満充電検出を行った場合、電池が過充電となり、電池のサイクル寿命を低減させてしまう恐れがあった。本発明の目的は、上記欠点を解消し、電池電圧が充電末期のピーク点よりわずかに下がった時点で満充電と判別することができるようにすることである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、所定サンプリング時間の間に複数回のサンプリングを行って複数個の電池電圧を検出すると共に所定サンプリング時間内のこれら電池電圧の最大値、最小値を検出記憶し、所定サンプリング時間経過毎に最小値を比較して最も大きい最小値をピーク値とし、ピーク値判断後の所定サンプリング時間経過毎にピーク値と最大値との差が所定値以上となった時満充電と判別することにより達成される。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明充電方法を実施するための充電装置の一実施形態を示す回路図である。１は交流電源、２は複数の充電可能な素電池を直列に接続した電池組である。３は電池組２に流れる充電電流を検出する電流検出手段、４は充電の開始及び停止を制御する信号を伝達する充電制御信号伝達手段、５は充電電流の信号をＰＷＭ制御ＩＣ２３に帰還する充電電流信号伝達手段である。充電制御伝達信号手段４と充電電流信号伝達手段５はホトカプラ等からなる。１０は全波整流回路１１と平滑用コンデンサ１２からなる整流平滑回路、２０は高周波トランス２１、ＭＯＳＦＥＴ２２とＰＷＭ制御ＩＣ２３からなるスイッチング回路である。ＰＷＭ制御ＩＣ２３はＭＯＳＦＥＴ２２の駆動パルス幅を変えて整流平滑回路１０の出力電圧を調整するスイッチング電源ＩＣである。３０はダイオード３１、３２、チョークコイル３３と平滑用コンデンサ３４からなる整流平滑回路、４０は抵抗４１、４２、入力保護用ダイオード４３からなる電池電圧検出手段で、電池組２の端子電圧を分圧する。５０は演算手段（ＣＰＵ）５１、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５３、タイマ５４、Ａ／Ｄコンバータ５５、出力ポート５６ａ、５６ｂ、リセット入力ポート５７からなるマイコンである。６０は演算増幅器６１、６２、抵抗６３〜６６からなる充電電流制御手段、７０は電源トランス７１、全波整流回路７２、平滑コンデンサ７３、３端子レギュレータ７４、リセットＩＣ７５からなる定電圧電源で、マイコン５０、充電電流制御手段６０等の電源となる。リセットＩＣ７５はマイコン５０を初期状態にするためにリセット入力ポート５７にリセット信号を出力する。８０は充電電流を設定する充電電流設定手段であって、前記出力ポート５６ｂからの信号に対応して演算増幅器６２の反転入力端に印加する電圧値を設定するものである。
【０００６】
次に図１の回路図、図２及び図３のフローチャートを参照して、本発明の充電方法の動作を説明する。電源を投入するとマイコン５０は電池組２の接続待機状態となる（ステップ１００）。電池組２を接続すると、マイコン５０は電池組接続を電池電圧検出手段４０からの信号により判別し、出力ポート５６ｂより充電制御信号伝達手段４を介しＰＷＭ制御ＩＣ２３に充電開始信号を伝達し、充電を開始する（ステップ１１０）。充電開始と同時に電池組２に流れる充電電流を電流検出手段３により検出し、この充電電流に対応する電圧と充電電流設定基準値との差を充電電流制御手段６０より信号伝達手段５を介してＰＷＭ制御ＩＣ２３に帰還をかける。すなわち、充電電流が大きい場合にはパルス幅を狭め、小さい場合にはパルス幅を広げたパルスを高周波トランス２１に与え整流平滑回路３０で直流に平滑し、充電電流を一定に保つ。電流検出手段３、充電電流制御手段６０、信号伝達手段５、スイッチング回路２０、整流平滑回路３０を介して充電電流を所定電流値となるように制御する。
【０００７】
充電を開始するとＲＡＭ５３の記憶データであるピーク値ＶＭＡＸ、最大値νｍａｘ、最小値νｍｉｎをイニシャルリセットし（ステップ１２０）、１０ｍ秒タイマをスタートさせる（ステップ１３０）。所定時間１０ｍ秒が経過すると（ステップ１４０）、電池組２の電圧を分圧した電池電圧検出手段４０の出力信号をＡ／Ｄコンバータ５５でＡ／Ｄ変換し、電池電圧Ｖとして取り込む（ステップ１５０）。そしてＶとνｍａｘを比較し（ステップ１６０）、Ｖ＞νｍａｘならばステップ１７０に進みＶの値をνｍａｘとして更新し、Ｖ≦νｍａｘならばステップ１７０をスキップしてステップ１８０に進む。
【０００８】
ステップ１８０では、Ｖとνｍｉｎを比較し、Ｖ＜νｍｉｎならばステップ１９０に進みＶの値をνｍｉｎとして更新し、Ｖ≧νｍｉｎならばステップ１９０をスキップしてステップ２００に進む。次に１秒毎カウンタをインクリメントし（ステップ２００）、１秒毎カウンタの値が１００未満ならば１０ｍ秒タイマを再スタートさせ（ステップ２２０）、ステップ１４０〜ステップ２１０の処理を繰り返し、１秒毎カウンタの値が１００ならばステップ２３０に進む。この時νｍａｘ、νｍｉｎには過去１秒間における１００サンプリング中の最大値、最小値が記憶されている。
【０００９】
即ち、例えば分解能２５６ビット／５Ｖフルスケールの場合、電池電圧が徐々に上昇して（１２８．５／２５６）＊５Ｖ近傍になった場合、デジタル変換された値は量子化誤差により１２８と１２９の両方の値に変動することになるが、サンプリングを１００回行うのであるから、１２８と１２９になることが少なくとも１回はあると推定できる。この場合、１２８が最小値νｍｉｎ、１２９が最大値νｍａｘとなる。
【００１０】
ステップ２３０では、νｍｉｎとＶＭＡＸを比較し、νｍｉｎ＞ＶＭＡＸならばステップ２４０に進みνｍｉｎの値をＶＭＡＸとして更新し、νｍｉｎ≦ＶＭＡＸならばステップ２４０をスキップしてステップ２５０に進む。ステップ２５０では△Ｖ＝ＶＭＡＸ−νｍａｘを算出する。次に△Ｖが１ビット以上か否かの判断を行い（ステップ２６０）、１ビット未満ならばνｍａｘとνｍｉｎをリセットし（ステップ２９０）、１０ｍ秒タイマを再スタートさせ（ステップ３００）、１秒毎カウンタをクリアし（ステップ３１０）、再度ステップ１４０〜ステップ２５０の処理を繰り返す。
【００１１】
即ち、次の第１サンプリング時間内において、電池電圧が降下して（１２６．５／２５６）×５Ｖ近傍になった場合、デジタル変換された値は１２６と１２７の両方の値に変動することになる。この場合、１２６が最小値νｍｉｎ、１２７が最大値νｍａｘとなるが、最小値νｍｉｎ（＝１２６）はピーク値ＶＭＡＸ（＝１２８）より小さいのでピーク値ＶＭＡＸは更新されず１２８のままとなる。従って、ΔＶは１２８−１２７＝１となり、満充電と判別し充電を停止する。
【００１２】
次いで電池組２が取り出されるのを判別し（ステップ２８０）、電池組２が取り出されたならばステップ１００に戻り、次の電池の充電のための待機をする。
【００１３】
上記したように、所定サンプリング時間（実施形態では１秒）の間に複数回（実施形態では１００回）のサンプリングを行って複数個の電池電圧を検出すると共に所定サンプリング時間内のこれら電池電圧の最大値νｍａｎ、最小値νｍｉｎを検出記憶し、所定サンプリング時間経過毎に最小値νｍｉｎを比較して最も大きい最小値νｍｉｎをピーク値ＶＭＡＸとし、ピーク値判断後の所定サンプリング時間経過毎にピーク値ＶＭＡＸと最大値νｍａｘとの差が所定値（実施形態では１ビット）以上となった時満充電と判別する、すなわち電池電圧が充電末期のピーク点よりわずかに下がった時点で満充電と判別するようにしたので、過充電を防止し、電池のサイクル寿命の低減を抑制することができる。
【００１４】
なお、上記実施形態では過去１秒間における１００サンプリング中のデータの最大値と最小値を検出するとしたが、これに限るものではない。しかし、電池電圧の変化は充電電流、電池温度の影響を大きく受けるので、上記サンプリング時間及びサンプリング数の設定にあたってはこれらを考慮する必要がある。
【００１５】
本発明によれば、電池電圧が充電末期のピーク点よりわずかに下がった時点で満充電と判別することができるようになるので、過充電を防止し電池のサイクル寿命の低減を抑制することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明充電方法を実施するための充電装置の一実施形態を示す回路図。
【図２】 本発明充電方法の動作説明用フローチャート。
【図３】 本発明充電方法の動作説明用フローチャート。
【図４】 従来の電池の充電電圧特性の一例を示すグラフ。
【符号の説明】
２は電池組、４０は電池電圧検出手段、５０はマイコンである。
Claims (1)
- 所定サンプリング時間の間に複数回のサンプリングを行って複数個の電池電圧を検出すると共に所定サンプリング時間内のこれら電池電圧の最大値、最小値を検出記憶し、所定サンプリング時間経過毎に最小値を比較して最も大きい最小値をピーク値とし、ピーク値判断後の所定サンプリング時間経過毎にピーク値と最大値との差が所定値以上となった時満充電と判別するようにしたことを特徴とする電池の充電方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17978197A JP3680502B2 (ja) | 1997-07-04 | 1997-07-04 | 電池の充電方法 |
| US09/106,306 US5998970A (en) | 1997-07-04 | 1998-06-29 | Battery charging operation and a detection of a fully charged condition of the charged battery |
| DE19829840A DE19829840C2 (de) | 1997-07-04 | 1998-07-03 | Batterieladeverfahren und Batterieladegerät zur Durchführung des Verfahrens |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17978197A JP3680502B2 (ja) | 1997-07-04 | 1997-07-04 | 電池の充電方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1127866A JPH1127866A (ja) | 1999-01-29 |
| JP3680502B2 true JP3680502B2 (ja) | 2005-08-10 |
Family
ID=16071789
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17978197A Expired - Lifetime JP3680502B2 (ja) | 1997-07-04 | 1997-07-04 | 電池の充電方法 |
Country Status (3)
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| US (1) | US5998970A (ja) |
| JP (1) | JP3680502B2 (ja) |
| DE (1) | DE19829840C2 (ja) |
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| US7129675B2 (en) * | 2001-10-03 | 2006-10-31 | Trojan Battery Company | System and method for battery charging |
| US7528579B2 (en) | 2003-10-23 | 2009-05-05 | Schumacher Electric Corporation | System and method for charging batteries |
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| JP3161272B2 (ja) * | 1994-06-03 | 2001-04-25 | 日立工機株式会社 | 電池の充電装置 |
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| JPH08140206A (ja) * | 1994-11-09 | 1996-05-31 | Fuji Heavy Ind Ltd | 電気自動車のバッテリ管理方法 |
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1997
- 1997-07-04 JP JP17978197A patent/JP3680502B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1998
- 1998-06-29 US US09/106,306 patent/US5998970A/en not_active Expired - Lifetime
- 1998-07-03 DE DE19829840A patent/DE19829840C2/de not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| DE19829840A1 (de) | 1999-01-21 |
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