JP4313913B2 - 電気自動車用バッテリパック充電装置及び方法 - Google Patents

電気自動車用バッテリパック充電装置及び方法 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電気自動車に係り、より詳しくは、電気自動車のバッテリパックを充電する装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電気自動車はガソリン自動車とは異なりモジュール化されているバッテリの限定されたエネルギーを利用して走行するものであって、バッテリの限定されたエネルギーが消耗されると外部電源によってバッテリを充電しなければならない。
【０００３】
以下、添付図面に基づいて従来の技術について説明する。
【０００４】
図１は従来のバッテリ充電方法によるバッテリ電圧の波形図である。
図１に示すように、定電力（ＣＰ）、定電圧（ＣＶ１）、定電圧（ＣＶ２）の３段階で充電を行った。
【０００５】
各充電段階の切換は次のようである。
初期に定電力を利用して充電を行った後、バッテリパックの電圧が１４．７＊モジュール個数に到達すると、２段階に切り換えられる。この時、所要時間は約２時間程度である。
【０００６】
２段階では１４．７の定電圧充電を行い、この時の所要時間は１段階の２．５倍、即ち５時間程度である。
【０００７】
次いで、約５時間程度の時間が経過した後、３段階でも１５．８Ｖの定電圧充電を行い、この時の時間は１段階の半分程度の時間、即ち１時間程度であり、１時間を超えることはできないようになっている。
【０００８】
しかし、図１のように、従来においては、２段階及び３段階で激しい不均衡によってモジュールをモニタリングすることができない。これはバッテリモジュールの互いに異なるガッシング（gassing）特性に起因する。
【０００９】
また、従来においては、２段階及び３段階で時間によって制御を行うため充電中の任意のモジュールのフェイル（fail）時に拡散の恐れがある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、鉛酸バッテリの充電状態（ＳＯＣ：state of charge）が８０％以上では、互いに異なるガッシング特性によって入力電流に応じて充電電圧特性が互いに相異する。このような現象がバッテリ管理システム（ＢＭＳ：battery management system）では、バッテリの不均衡及びフェイル現象と同一に検知されるので、バッテリパックの充電制御及び残存容量計算の際に問題になる。
【００１１】
本発明は従来の問題点を解決するためのものであって、その目的は、充電電流対充電電圧の関係を用いた各充電段階の転換によって、各モジュール状態を実時間でモニタリングして安全性を向上させる電気自動車用バッテリパック充電装置及び方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明による電気自動車用バッテリパック充電装置は、電源の供給を受けて充電を行い、放電を行って電源を供給するためのバッテリパックと、前記バッテリパックを定電力充電した後、前記バッテリパックの電圧が第１電圧以上であれば定電流充電を行い、その後、前記バッテリパックの電圧ピーク値が第２電圧以上になる度に順次に電流を小さくしながら定電流充電を行い、前記バッテリパックの電圧が第３電圧以上であれば第４電圧で定電圧充電を行った後、第５電圧以上であれば充電を終了するように制御するバッテリ充電制御部と、前記バッテリ充電制御部の制御によって外部電源の供給を受けて前記バッテリを充電するバッテリ充電部と、を含み、前記バッテリ充電制御部は、定電流充電をする時、第１電流でバッテリパックを定電流充電した後、第２電圧以上であれば第２電流で充電を行い、再び前記第２電圧以上であれば第３電流で充電を行い、さらにまた前記第２電圧以上であれば第４電流で充電を行うことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明による電気自動車用バッテリパック充電方法は、バッテリパックを定電力充電しながら前記バッテリパックの電圧が第１電圧以上であるかどうかを判断する第１段階と、前記バッテリパックの電圧が第１電圧以上であれば定電流充電を行うと共にバッテリパックの電圧ピーク値が第２電圧以上になるたびに順次に電流を小さくしながら定電流充電を行う第２段階と、前記バッテリパックの電圧が第３電圧以上であれば第４電圧で定電圧充電を行った後、充電電圧が第５電圧以上であれば充電を終了する第３段階と、を含み、前記第２段階は、前記バッテリパックを第１電流で定電流充電した後、第２電圧以上であれば第２電流で充電を行い、再び前記第２電圧以上であれば第３電流で充電を行い、さらにまた前記第２電圧以上であれば第４電流で充電を行う段階であることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明による好ましい実施例を説明する。
【００１５】
図２は本発明の実施例による電気自動車用バッテリパック充電装置の構成図である。図２に示されているように、電気自動車用バッテリパック充電装置はバッテリ充電制御部１０と充電部２０とバッテリパック３０とからなる。
【００１６】
バッテリ充電制御部１０はバッテリパック３０の状態を把握して、それに従ってバッテリバック３０の充電のための制御信号を出力する。バッテリ充電部２０は、外部から印加される電源を直流電源に変換してスイッチＳがオンになる時にバッテリパック３０充電のための電気的信号を出力する。
【００１７】
以下、このように構成された本発明の実施例による電気自動車用バッテリパックの充電装置の動作を図２ないし図４に基づいて詳しく説明する。
【００１８】
図３は本発明の実施例による電気自動車用バッテリパック充電方法の流れ図であり、図４は本発明の実施例による電気自動車用バッテリパックの充電試験結果を示した波形図である。
【００１９】
まず、運行された電気自動車がバッテリ放電モードになると、使用者はバッテリパック３０を充電するためにプラグを交流電源に連結してスイッチＳをオンにする。
【００２０】
その後、バッテリ充電制御部１０はバッテリパック３０の初期充電状態（ＳＯＣinitial）を検知し（Ｓ２０）、バッテリパック３０を充電するようにバッテリ充電部２０を制御する。
【００２１】
これによって、外部の３相交流電源は、バッテリ充電部２０内の整流器２１を通して直流に変換され、直流に変換された５．４ｋｗの電力を利用してバッテリパック３０を充電する（Ｓ１０）。これと同時に、バッテリ充電制御部１０はバッテリパック３０の充電電圧を検知する（Ｓ２０）。
【００２２】
次いで、バッテリパック３０の充電電圧が１４．７Ｖ＊モジュール個数であったり、バッテリパック３０内のモジュールのうちの任意のモジュールの最大電圧が１５．０Ｖであれば、バッテリ充電制御部１０は、バッテリ充電部２０を制御して１１Ａで定電流充電を行う（Ｓ３０）。この時の充電波形は図４に示されている通りである。
【００２３】
このような充電状態で、図４のように、再びバッテリパック３０の充電電圧が１４．７Ｖ＊モジュール個数であったり、バッテリパック３０内のモジュールのうちの任意のモジュールの最大電圧が１５．０Ｖ以上であれば（Ｓ４０）、バッテリ充電制御部１０は、バッテリ充電部２０を制御して７．６Ａでバッテリパック３０を定電流充電する（Ｓ５０）。
【００２４】
その後、図４のように、再びバッテリパック３０の充電電圧が１４．７Ｖ＊モジュール個数であったり、バッテリパック３０内のモジュールのうちの任意のモジュールの最大電圧が１５．１Ｖ以上であれば（Ｓ６０）、バッテリ充電制御部１０はバッテリ充電部２０を制御して３．８Ａでバッテリパック３０を定電流充電する（Ｓ７０）。
【００２５】
このような充電状態で、図４のように、再びバッテリパック３０の充電電圧が１４．７Ｖ＊モジュール個数であったり、バッテリパック３０内のモジュールのうちの任意のモジュールの最大電圧が１５．１Ｖ以上であれば（Ｓ８０）、バッテリ充電制御部１０はバッテリ充電部２０を制御して２Ａでバッテリパック３０を定電流充電する（Ｓ９０）。
【００２６】
このような充電状態で、バッテリパック３０の充電電圧が１５．８Ｖ＊モジュール個数であったりバッテリパック３０内のモジュールのうちの任意のモジュールの最大電圧が１６．１Ｖ以上であれば（Ｓ１００）、バッテリ充電制御部１０はバッテリ充電部２０を制御して１５．８Ｖ＊モジュール個数の電圧でバッテリパック３０を定電圧充電する（Ｓ１１０）。
【００２７】
この状態で、バッテリパック３０の充電電流が０．２Ａ以下であったり、バッテリパック３０内のモジュールのうちの任意のモジュールの最大電圧が１６．３Ｖ以上であれば（Ｓ１２０）、充電を完全に終了する（Ｓ１１０）。この時、定電圧充電時間は１時間以上でなければならない。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、本発明は電気自動車の鉛酸バッテリの充電状態が８０％以上では互いに異なるガッシング特性による充電電圧特性の差異を最少化するためにマルチ定電流充電を行い、その後は入力電流が少ないため出力電圧差が大きくないので定電圧充電を行うことによりバッテリパックが誤作動するのを防止し、安全性を向上させ得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のバッテリパックの充電時の時間による電圧波形図である。
【図２】本発明の実施例による電気自動車用バッテリパック充電装置の構成図である。
【図３】本発明の実施例による電気自動車用バッテリパック充電方法の流れ図である。
【図４】本発明の実施例による電気自動車用バッテリパックの充電試験結果を示した波形図である。
【符号の説明】
１０ バッテリ充電制御部
２０ 充電部
３０ バッテリパック
Ｓ スイッチ

Claims (7)

  1. 電源の供給を受けて充電を行い、放電を行って電源を供給するためのバッテリパックと、前記バッテリパックを定電力充電した後、前記バッテリパックの電圧が第１電圧以上であれば定電流充電を行い、その後、前記バッテリパックの電圧ピーク値が第２電圧以上になる度に順次に電流を小さくしながら定電流充電を行い、前記バッテリパックの電圧が第３電圧以上であれば第４電圧で定電圧充電を行った後、第５電圧以上であれば充電を終了するように制御するバッテリ充電制御部と、前記バッテリ充電制御部の制御によって外部電源の供給を受けて前記バッテリを充電するバッテリ充電部と、を含み、
    前記バッテリ充電制御部は、定電流充電をする時、第１電流でバッテリパックを定電流充電した後、第２電圧以上であれば第２電流で充電を行い、再び前記第２電圧以上であれば第３電流で充電を行い、さらにまた前記第２電圧以上であれば第４電流で充電を行うことを特徴とする電気自動車用バッテリパック充電装置。
  2. バッテリパックを定電力充電しながら前記バッテリパックの電圧が第１電圧以上であるかどうかを判断する第１段階と、前記バッテリパックの電圧が第１電圧以上であれば定電流充電を行うと共にバッテリパックの電圧ピーク値が第２電圧以上になるたびに順次に電流を小さくしながら定電流充電を行う第２段階と、前記バッテリパックの電圧が第３電圧以上であれば第４電圧で定電圧充電を行った後、充電電圧が第５電圧以上であれば充電を終了する第３段階と、を含み、
    前記第２段階は、前記バッテリパックを第１電流で定電流充電した後、第２電圧以上であれば第２電流で充電を行い、再び前記第２電圧以上であれば第３電流で充電を行い、さらにまた前記第２電圧以上であれば第４電流で充電を行う段階であることを特徴とする電気自動車用バッテリパック充電方法。
  3. 前記第１、第２、第３、第４電流はそれぞれ１１Ａ、７．６Ａ、３．８Ａ、２Ａであることを特徴とする請求項２に記載の電気自動車用バッテリパック充電方法。
  4. 前記第２段階は、前記バッテリパックを第１電流で定電流充電した後、バッテリパックのモジュールのうちのいずれか１つの最大電圧が１５．１Ｖ以上であれば第２電流で充電を行い、再び１５．１Ｖ以上であれば第３電流で充電を行い、さらにまた１５．１Ｖ以上であれば第４電流で充電を行う段階であることを特徴とする請求項２に記載の電気自動車用バッテリパック充電方法。
  5. 前記第２段階は、前記バッテリパックを第４電流で定電流充電しながら、前記バッテリパックのモジュールのうちのいずれか１つの電圧でも１６．１Ｖ以上であれば前記第３段階に移ることを特徴とする請求項４に記載の電気自動車用バッテリパック充電方法。
  6. 前記第１段階は、前記バッテリパックを定電力充電しながら、前記バッテリパックのモジュールのうちのいずれか１つの電圧でも１５．０Ｖ以上であれば前記第２段階に移ることを特徴とする請求項２に記載の電気自動車用バッテリパック充電方法。
  7. 前記第３段階は、第４電圧で定電圧充電を行った後、前記バッテリパックのモジュールのうちのいずれか１つの電圧でも１６．３Ｖ以上であれば充電を終了することを特徴とする請求項２に記載の電気自動車用バッテリパック充電方法。
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