JP6500911B2 - 電池装置、充電制御装置および充電制御方法 - Google Patents
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Description
二次電池の電圧、電流および温度を測定する測定部と、
測定部からの測定電圧、測定電流および測定温度が供給され、二次電池の充電電圧および充電電流を制御する制御部とを有し、
制御部は、
測定電圧が所定の電圧より大きいか、または、測定温度が常温領域外のとき、定電流定電圧充電を行うように充電電圧および充電電流を制御し、
測定電圧が所定の電圧より小さく、且つ、測定温度が常温領域内のときに、急速充電を行うように充電電圧および充電電流を制御し、
急速充電においては、その公称容量を超えた電流値を第1の充電電流に設定し、
設定した第1の充電電流による定電流充電を行いながら、二次電池の測定電圧を、定電流定電圧充電においてサイクル数が設定値以下の場合の充電電圧である規定充電電圧より小の第1の閾値電圧と比較し、
測定電圧が第1の閾値電圧より大となると、第1の充電電流を所定量減少させて第2の充電電流にすると共に、第1の閾値電圧を所定量上昇させて第2の閾値電圧とし、
設定した第2の充電電流による定電流充電を行いながら、二次電池の測定電圧を規定充電電圧より小の第2の閾値電圧と比較し、
測定電圧が第2の閾値電圧より大となると、第2の充電電流を所定量減少させて第3の充電電流にすると共に、第2の閾値電圧を所定量上昇させて第3の閾値電圧とし、
測定電圧と閾値電圧との比較と、充電電流の減少および閾値電圧の所定量上昇とを繰り返し、第nの充電電流が所定電流まで低下し、且つ測定電圧が所定電圧より大となる場合に、急速充電を終了して定電流定電圧充電に切り換える制御を行い、
二次電池のサイクル数に応じて定電流定電圧充電時の充電電圧及び所定電圧を下げることを特徴とする電池装置である。
本開示は、充電対象の二次電池の測定電圧、測定電流および測定温度が供給され、二次電池の充電電圧および充電電流を制御する充電制御装置であって、
測定電圧が所定の電圧より大きいか、または、測定温度が常温領域外のとき、定電流定電圧充電を行うように充電電圧および充電電流を制御し、
測定電圧が所定の電圧より小さく、且つ、測定温度が常温領域内のときに、急速充電を行うように充電電圧および充電電流を制御し、
急速充電においては、その公称容量を超えた電流値を第1の充電電流に設定し、
設定した第1の充電電流による定電流充電を行いながら、二次電池の測定電圧を、定電流定電圧充電においてサイクル数が設定値以下の場合の充電電圧である規定充電電圧より小の第1の閾値電圧と比較し、
測定電圧が第1の閾値電圧より大となると、第1の充電電流を所定量減少させて第2の充電電流にすると共に、第1の閾値電圧を所定量上昇させて第2の閾値電圧とし、
設定した第2の充電電流による定電流充電を行いながら、二次電池の測定電圧を規定充電電圧より小の第2の閾値電圧と比較し、
測定電圧が第2の閾値電圧より大となると、第2の充電電流を所定量減少させて第3の充電電流にすると共に、第2の閾値電圧を所定量上昇させて第3の閾値電圧とし、
測定電圧と閾値電圧との比較と、充電電流の減少および閾値電圧の所定量上昇とを繰り返し、第nの充電電流が所定電流まで低下し、且つ測定電圧が所定電圧より大となる場合に、急速充電を終了して定電流定電圧充電に切り換える制御を行い、
二次電池のサイクル数に応じて定電流定電圧充電時の充電電圧及び所定電圧を下げることを特徴とする充電制御装置である。
本開示は、充電対象の二次電池の測定電圧、測定電流および測定温度を受け取り、二次電池の充電電圧および充電電流を制御する充電制御方法であって、
測定電圧が所定の電圧より大きいか、または、測定温度が常温領域外のとき、定電流定電圧充電を行うように充電電圧および充電電流を制御し、
測定電圧が所定の電圧より小さく、且つ、測定温度が常温領域内のときに、急速充電を行うように充電電圧および充電電流を制御し、
急速充電においては、その公称容量を超えた電流値を第1の充電電流に設定し、
設定した第1の充電電流による定電流充電を行いながら、二次電池の測定電圧を、定電流定電圧充電においてサイクル数が設定値以下の場合の充電電圧である規定充電電圧より小の第1の閾値電圧と比較し、
測定電圧が第1の閾値電圧より大となると、第1の充電電流を所定量減少させて第2の充電電流にすると共に、第1の閾値電圧を所定量上昇させて第2の閾値電圧とし、
設定した第2の充電電流による定電流充電を行いながら、二次電池の測定電圧を規定充電電圧より小の第2の閾値電圧と比較し、
測定電圧が第2の閾値電圧より大となると、第2の充電電流を所定量減少させて第3の充電電流にすると共に、第2の閾値電圧を所定量上昇させて第3の閾値電圧とし、
測定電圧と閾値電圧との比較と、充電電流の減少および閾値電圧の所定量上昇とを繰り返し、第nの充電電流が所定電流まで低下し、且つ測定電圧が所定電圧より大となる場合に、急速充電を終了して定電流定電圧充電に切り換える制御を行い、
二次電池のサイクル数に応じて定電流定電圧充電時の充電電圧及び所定電圧を下げることを特徴とする充電制御方法である。
なお、本開示の説明は、下記の順序にしたがってなされる。
<1.一実施の形態>
<2.変形例>
「バッテリパック」
本開示の一実施の形態は、図1に示すように、二次電池の電池セル1と制御部2と関連する素子とが同一の筐体(ケース)内に収納されているバッテリパックに対して本開示を適用したものである。電池セル1は、例えばリチウムイオン二次電池である。電池セル1の規定充電電圧が例えば4.35Vに設定されている。
制御部2によって電池セル1に対する充電動作が制御される。制御部2によってなされる制御は、図2のフローチャートで示される。なお、充電時には、充電装置の正負の出力端子とバッテリパックのコネクタ3a、3bとが接続され、充電装置の通信端子とコネクタ3c、3dとが接続される。充電装置は、一例として商用電源から所定の値の充電電圧と充電電流とを生成するものであり、バッテリパックの制御部2との通信によって、充電電圧および充電電流が設定される。通信方式としては、例えばシリアル通信が使用される。
ステップST1:充電が開始される。
ステップST2:電池セル1の電圧(電池電圧)が測定される。例えば2秒間測定され、その平均値が使用される。
ステップST3:測定電圧が所定の電圧例えば4.1V以上であるか、またはバッテリパックの温度が常温領域外であるか否かが調べられる。ステップST3は、満充電付近まで充電されているかどうかの判定と、急速充電を行うのに適した温度環境であるかどうかの判定とを行うものである。
ステップST5:ステップST4の判定結果が肯定の場合では、充電電圧が電池セル1の規定充電電圧(例えば4.35V)に設定される。
ステップST6:定電流定電圧充電が行われる。例えば規定の充電電圧として4.35Vが使用され、充電電流が0.7ItAに設定される。なお、電流ItAは、(ItA=定格容量(Ah)/1(h))と定義され、1Cと等しい値である。
ステップST8:満充電条件が成立することによって満充電が検出される。
ステップST9:そして、充電動作が終了する。
ステップST12:設定された充電電圧および充電電流によって急速充電を行う。
ステップST14:ステップST13の判定結果が肯定の場合、すなわち、電池電圧が閾値電圧Aより大と判定されると、充電電流が所定量例えば0.1ItA低下させると共に閾値電圧Aを所定量10mV上昇させる処理がなされる。
図3は、本開示の一実施の形態の充電制御を示すグラフである。図3の横軸が時間経過を示し、縦軸が電圧(mV)または電流(mA)とSOC(%)とを示す。このグラフでは、時刻Tにおいて、急速充電から定電流定電圧充電に切り換わっている。なお、急速充電から定電流定電圧充電に切り換えずに、満充電まで急速充電を行うようにしても良い。本開示の一実施の形態のように、急速充電から定電流定電圧充電に切り換えるのは、充電電流を次第に小とする本開示の場合では、急速充電のみでは、充電にかかる時間が長くなる可能性があるためである。
図4のグラフから分かるように、本開示の一実施の形態では、大電流で充電される期間において、閾値電圧が規定充電電圧(4350(mV))より小さい範囲に設定されている。本開示の発明者の実験等によると、サイクル経過による容量劣化には、二次電池の高電圧時間の他、高電圧状態での大電流による充電も関係があることが判明した。そのため、充電電流を逐次低減させていく制御では、初回の大電流充電時は閾値電圧Aを低く設定しておき、充電電流の低下に伴って閾値電圧Aを逐次上げていく制御を行なっている。この制御により、目標である急速充電と容量劣化の抑制を両立させている。
二次電圧の様々な測定データ(サイクル数、総動作時間、高電圧放置時間、高温放置時間、充放電時間、容量値、インピーダンス等)を参照して、測定データの値が設定した値以上になったと判定される場合、容量劣化が進んでいると判断して、充電パラメータを可変する。
以上、本開示の実施形態について具体的に説明したが、上述の各実施形態に限定されるものではなく、本開示の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の実施形態において挙げた構成、方法、工程、形状、材料および数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料および数値などを用いても良い。
2,43,53 制御部
5,44,54 電流検出抵抗
Claims (5)
- 二次電池と、
前記二次電池の電圧、電流および温度を測定する測定部と、
前記測定部からの測定電圧、測定電流および測定温度が供給され、前記二次電池の充電電圧および充電電流を制御する制御部とを有し、
前記制御部は、
前記測定電圧が所定の電圧より大きいか、または、前記測定温度が常温領域外のとき、定電流定電圧充電を行うように前記充電電圧および前記充電電流を制御し、
前記測定電圧が所定の電圧より小さく、且つ、前記測定温度が常温領域内のときに、急速充電を行うように前記充電電圧および前記充電電流を制御し、
前記急速充電においては、その公称容量を超えた電流値を第1の充電電流に設定し、
設定した第1の充電電流による定電流充電を行いながら、前記二次電池の測定電圧を、定電流定電圧充電においてサイクル数が設定値以下の場合の充電電圧である規定充電電圧より小の第1の閾値電圧と比較し、
前記測定電圧が前記第1の閾値電圧より大となると、前記第1の充電電流を所定量減少させて第2の充電電流にすると共に、前記第1の閾値電圧を所定量上昇させて第2の閾値電圧とし、
設定した第2の充電電流による定電流充電を行いながら、前記二次電池の測定電圧を前記規定充電電圧より小の前記第2の閾値電圧と比較し、
前記測定電圧が前記第2の閾値電圧より大となると、前記第2の充電電流を所定量減少させて第3の充電電流にすると共に、前記第2の閾値電圧を所定量上昇させて第3の閾値電圧とし、
前記測定電圧と閾値電圧との比較と、前記充電電流の減少および閾値電圧の所定量上昇とを繰り返し、第nの充電電流が所定電流まで低下し、且つ前記測定電圧が所定電圧より大となる場合に、前記急速充電を終了して定電流定電圧充電に切り換える制御を行い、
前記二次電池のサイクル数に応じて定電流定電圧充電時の充電電圧及び前記所定電圧を下げることを特徴とする
電池装置。 - 急速充電時の充電電圧を二次電池の前記規定充電電圧よりも高い電圧に設定するようにした請求項1に記載の電池装置。
- 充電対象の二次電池の測定電圧、測定電流および測定温度が供給され、前記二次電池の充電電圧および充電電流を制御する充電制御装置であって、
前記測定電圧が所定の電圧より大きいか、または、前記測定温度が常温領域外のとき、定電流定電圧充電を行うように前記充電電圧および前記充電電流を制御し、
前記測定電圧が所定の電圧より小さく、且つ、前記測定温度が常温領域内のときに、急速充電を行うように前記充電電圧および前記充電電流を制御し、
前記急速充電においては、その公称容量を超えた電流値を第1の充電電流に設定し、
設定した第1の充電電流による定電流充電を行いながら、前記二次電池の測定電圧を、定電流定電圧充電においてサイクル数が設定値以下の場合の充電電圧である規定充電電圧より小の第1の閾値電圧と比較し、
前記測定電圧が前記第1の閾値電圧より大となると、前記第1の充電電流を所定量減少させて第2の充電電流にすると共に、前記第1の閾値電圧を所定量上昇させて第2の閾値電圧とし、
設定した第2の充電電流による定電流充電を行いながら、前記二次電池の測定電圧を前記規定充電電圧より小の前記第2の閾値電圧と比較し、
前記測定電圧が前記第2の閾値電圧より大となると、前記第2の充電電流を所定量減少させて第3の充電電流にすると共に、前記第2の閾値電圧を所定量上昇させて第3の閾値電圧とし、
前記測定電圧と閾値電圧との比較と、前記充電電流の減少および閾値電圧の所定量上昇とを繰り返し、第nの充電電流が所定電流まで低下し、且つ前記測定電圧が所定電圧より大となる場合に、前記急速充電を終了して定電流定電圧充電に切り換える制御を行い、
前記二次電池のサイクル数に応じて定電流定電圧充電時の充電電圧及び前記所定電圧を下げることを特徴とする
充電制御装置。 - 急速充電時の充電電圧を二次電池の前記規定充電電圧よりも高い電圧に設定するようにした請求項3に記載の充電制御装置。
- 充電対象の二次電池の測定電圧、測定電流および測定温度を受け取り、前記二次電池の充電電圧および充電電流を制御する充電制御方法であって、
前記測定電圧が所定の電圧より大きいか、または、前記測定温度が常温領域外のとき、定電流定電圧充電を行うように前記充電電圧および前記充電電流を制御し、
前記測定電圧が所定の電圧より小さく、且つ、前記測定温度が常温領域内のときに、急速充電を行うように前記充電電圧および前記充電電流を制御し、
前記急速充電においては、その公称容量を超えた電流値を第1の充電電流に設定し、
設定した第1の充電電流による定電流充電を行いながら、前記二次電池の測定電圧を、定電流定電圧充電においてサイクル数が設定値以下の場合の充電電圧である規定充電電圧より小の第1の閾値電圧と比較し、
前記測定電圧が前記第1の閾値電圧より大となると、前記第1の充電電流を所定量減少させて第2の充電電流にすると共に、前記第1の閾値電圧を所定量上昇させて第2の閾値電圧とし、
設定した第2の充電電流による定電流充電を行いながら、前記二次電池の測定電圧を前記規定充電電圧より小の前記第2の閾値電圧と比較し、
前記測定電圧が前記第2の閾値電圧より大となると、前記第2の充電電流を所定量減少させて第3の充電電流にすると共に、前記第2の閾値電圧を所定量上昇させて第3の閾値電圧とし、
前記測定電圧と閾値電圧との比較と、前記充電電流の減少および閾値電圧の所定量上昇とを繰り返し、第nの充電電流が所定電流まで低下し、且つ前記測定電圧が所定電圧より大となる場合に、前記急速充電を終了して定電流定電圧充電に切り換える制御を行い、
前記二次電池のサイクル数に応じて定電流定電圧充電時の充電電圧及び前記所定電圧を下げることを特徴とする
充電制御方法。
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