JP6956240B2 - 電池装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

本願は、２０１９年１１月１９日に出願された台湾特許出願第１０８１４１８６号についての優先権を主張するものであり、これらの全ては引用によって本願に援用される。

本発明は、電池装置及びその制御方法に関し、特に、蓄電池の電池装置及びその制御方法に関する。

電子製品及び電気自動車の開発に伴い、蓄電池（二次電池とも呼ばれる）の応用がより一般的になっている。従って、現在の技術では、蓄電池のサイクル寿命を効果的に延ばすことが重要になっている。現在の市場需要が変化し続けているため、殆どの消費者は、高速充電機能を有する電子製品を好む。しかしながら、高速充電は蓄電池を過充電し易く、蓄電池のサイクル寿命を短くする可能性がある。また、蓄電池が重負荷（heavy load）に電力を供給する場合、重負荷は、大電流を必要とするため、蓄電池が過放電し易くなり、蓄電池の容量が低くなり過ぎる。電池容量が少ないことも、蓄電池のサイクル寿命を短くする上で重要な要素である。

蓄電池の放電過程において、負荷が重負荷から軽負荷に変化した場合、蓄電池に電圧上昇現象が生じる。従来の技術では電圧上昇現象を考慮していないため、蓄電池は、通常、蓄電池の放電処理が終了した後に、電圧が一定の割合で充電される。従って、蓄電池が目標電圧に達するまで充電されると、電圧上昇現象が、蓄電池の電池電圧をさらに上昇させる。その結果、蓄電池の電池電圧が上昇し、定格飽和電圧（公称容量とも呼ばれる）を超える。その結果、従来の技術では、蓄電池が過充電されることが多い。

これに鑑み、本発明は、上記の課題を解決するための電池装置及びその制御方法を提案する。蓄電池の実際の用途によれば、本発明は、充電電圧を自動的に調整して、過充電を回避することができる。また、本発明は、蓄電池の過放電を効果的に防止することもできる。

蓄電池の過充電及び過放電を効果的に防止することができる電池装置及びその制御方法を提供する。

電池装置は、蓄電池ユニットと、電流検知ユニットと、温度検知ユニットと、ストレージユニットと、処理ユニットと、を含む。電流検知ユニットは、蓄電池ユニット及び負荷に接続されており、負荷電流を検出する。温度検知ユニットは、蓄電池ユニットの電池温度を測定するように構成されている。ストレージユニットは、蓄電池ユニットのサイクル数、複数の閾値間隔及び複数の充電電圧値を記憶するように構成されており、複数の閾値間隔の各々は、複数の充電電圧値の各々に対応する。処理ユニットは、蓄電池ユニット及びストレージユニットに接続されており、負荷電流及び電池温度を受け取るように構成されている。処理ユニットは、放電記録処理を実行するように構成されており、放電記録処理は、負荷電流、電池温度及びサイクル数に基づいて蓄電池ユニットの放電深度（ＤＯＤ）を取得するステップと、処理ユニットが負荷電流、電池温度及びＤＯＤを取得する毎に、処理ユニットが、負荷電流、電池温度及びＤＯＤをストレージユニットに記憶するステップと、を含む。また、処理ユニットは、充電処理を実行するように構成されており、充電処理は、ストレージユニットから複数のＤＯＤの最大値を取得するステップと、最大値がある複数の閾値間隔のうち最大値を含む閾値間隔を作業閾値間隔として特定するステップと、作業閾値間隔に対応する充電電圧値をメイン充電値として選択するステップと、メイン充電値と等しいＤＣ電圧を用いて蓄電池ユニットの定電圧充電を実行するステップと、を含む。

蓄電池ユニットの制御方法は、負荷電流を検出するステップと、蓄電池ユニットの電池温度を検出するステップと、蓄電池ユニットのサイクル数、複数の閾値間隔及び複数の充電電圧値を記憶するステップと、を含み、複数の閾値間隔の各々は、複数の充電電圧値の各々に対応する。放電記録処理を実行するステップは、負荷電流を受け取ってストレージユニットに記憶するステップと、電池温度を受け取ってストレージユニットに記憶するステップと、負荷電流及び電池温度を取得する毎に負荷電流及び電池温度をストレージユニットに記憶して、複数の負荷電流及び複数の電池温度を生成するステップと、を含む。充電手順を実行するステップは、ストレージユニットから複数の負荷電流の最大値を取得するステップと、ストレージユニットから複数の電池温度の最大値を取得するステップと、複数の負荷電流の最大値、複数の電池温度の最大値及びサイクル数に基づいて、蓄電池ユニットの放電深度（ＤＯＤ）を算出するステップと、複数の閾値間隔のうちＤＯＤを含む閾値間隔を作業閾値間隔として特定するステップと、作業閾値間隔に対応する充電電圧値をメイン充電値として選択するステップと、メイン充電値と等しいＤＣ電圧を用いて蓄電池ユニットの定電圧充電を実行するステップと、を含む。

本発明の一実施形態による、従来の蓄電池の放電の波形を示す図である。 本発明の一実施形態による電池装置のブロック図である。 本発明の一実施形態による電池装置の制御方法のフローチャートである。 本発明の他の実施形態による電池装置の制御方法のフローチャートである。 本発明の他の実施形態による電力システムのブロック図である。

添付の図面を参照しながら本発明を説明するが、同様の参照番号は全体を通して類似又は同等一の要素を示すのに用いられる。図面は、本発明を説明するためのものであり、縮尺通りに描かれるとは限らない。本発明のいくつかの態様では、説明のために、応用例を参照に以下に説明する。多数の特定の詳細、関係及び方法が、本発明の十分な理解を提供するために記載されていることを理解されたい。しかしながら、当業者であれば、本発明を、これらの特定の詳細なしに又は他の方法を用いて実施できることを容易に理解するであろう。他の実施形態において、周知の構造又は動作は、本発明が曖昧にならないようにするために、詳述されていない。本発明は、図示した動作又はイベントの順序に限定されるものではなく、いくつかの動作は、異なる順序及び／又は他の動作若しくはイベントと同時に起こり得る。また、全ての示された動作又はイベントが、本発明による方法を実施するために必要とされるわけではない。

以下の説明は、本発明の一実施形態である。本発明の目的は、本発明の一般的な原理を例示することであり、特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

図１は、本発明の一実施形態による、従来の蓄電池の放電の波形を示す図である。蓄電池の放電過程において、負荷の変動によって、蓄電池に電圧上昇現象が発生する可能性がある。蓄電池が放電すると、畜電池の放電量が増加し、蓄電池の電圧が低下する。蓄電池の電圧がカットオフ放電電圧まで低下すると、蓄電池の放電が停止し、放電量の増加が停止する。

図１に示すように、蓄電池の電池電圧の初期値は４ボルトである。蓄電池が放電を開始し、負荷に電力を供給すると、蓄電池の電池電圧が４ボルトから低下し、蓄電池の放電量が徐々に増加する。蓄電池の電池電圧が３．６ボルトになるまで低下すると、負荷が軽負荷になるように変化し、蓄電池の電池電圧が増加する現象が、電圧上昇現象として知られている。

蓄電池が重負荷に電力を供給する場合、電圧上昇現象が大きくなる（電圧の増加が大きくなる）。蓄電池が軽負荷に電力を供給する場合、電圧上昇現象が小さくなる（電圧の増加が小さくなる）。具体的には、負荷の変化量が大きいほど、電圧上昇現象が大きくなる。逆に、負荷の変化量が少ないほど、電圧上昇現象が小さくなる。例えば、負荷が全負荷から無負荷に変化した場合、電圧上昇現象が最も大きくなる。負荷が軽負荷から無負荷に変化した場合、電圧上昇現象がより小さくなる。

従って、従来の技術では、一定の定電圧で蓄電池を充電する。いくつかの実施形態では、蓄電池が重負荷に電力を供給した後に、蓄電池を、次の放電のために充電する必要がある。このとき、従来の充電技術では、蓄電池が充電されている過程において、蓄電池の電圧が初期設定値（定格飽和電圧）を超えるような電圧上昇現象を考慮していなかった。蓄電池の電圧が初期設定値を超えると、蓄電池が過充電になる。本発明は、蓄電池の過充電を防止するために、電圧上昇現象を用いた電池装置の制御方法を主に提案する。

図２は、本発明の一実施形態による電池装置１００のブロック図である。図２に示すように、電池装置は、蓄電池ユニット１０２と、電流検知ユニット１０３と、温度検知ユニット１０４と、ストレージユニット１０５と、処理ユニット１０１と、を含む。処理ユニット１０１は、蓄電池ユニット１０２と、電流検知ユニット１０３と、温度検知ユニット１０４と、ストレージユニット１０５と、の各々に接続されている。また、処理ユニット１０１は、電圧調整装置２００に接続されている。処理ユニット１０１は、電圧調整装置２００を制御して、定電圧充電を行うための直流電圧Ｖ１（ＤＣ電圧Ｖ１とも呼ばれる）を蓄電池１０２に出力する。いくつかの実施形態では、蓄電池ユニット１０２が放電すると、処理ユニット１０１は、電圧調整装置２００がＤＣ電圧Ｖ１を出力するのを停止する。従って、蓄電池ユニット１０２が放電する場合に、電圧調整装置２００が蓄電池ユニット１０２を充電することによって蓄電池ユニット１０２が損傷するのを回避することができる。

蓄電池装置１００の電流検知ユニット１０３は、蓄電池ユニット１０２と負荷３００との間に接続されており、負荷電流Ｉｏを検出する。負荷電流Ｉｏは、蓄電池ユニット１０２により生成され、負荷電流Ｉｏは、電流検知ユニット１０３及び負荷３００を通過する。いくつかの実施形態では、電流検知ユニット１０３は、ホールセンサ又は電流検出抵抗器等であってもよいが、本発明は、これらに限定されない。電流検知ユニット１０３は、負荷電流Ｉｏに従って、第１検知信号Ｓ１を処理ユニット１０１に出力する。処理ユニット１０１は、第１検知信号Ｓ１に基づいて、負荷電流Ｉｏの値を取得する。

電池装置１００の温度検知ユニット１０４は、蓄電池ユニット１０２の電池温度を検出するように構成されている。蓄電池ユニット１０２が充放電している場合、蓄電池ユニット１０２の電池温度は上昇し続ける。温度検知ユニット１０４は、蓄電池ユニット１０２の電池温度を検知し、第２検知信号Ｓ２を処理ユニット１０１に出力する。処理ユニット１０１は、第２検知信号Ｓ２に基づいて、電池温度の値を取得する。

蓄電池装置１００のストレージユニット１０５は、蓄電池ユニット１０２のサイクル数、複数の閾値間隔、複数の充電電圧値を記憶するように構成されており、複数の閾値間隔の各々は、複数の充電電圧値の各々に対応する。蓄電池ユニット１０２のサイクル数は、蓄電池ユニット１０２が充放電を完了した回数を表す。いくつかの実施形態では、サイクル数が「１」の場合には、蓄電池ユニット１０２が放電処理を完了し、蓄電池ユニット１０２をフル充電する充電処理を完了したことを表す。蓄電池ユニット１０２のサイクル数は、蓄電池ユニット１０２のサイクル寿命を表す。一般的な蓄電池では、蓄電池のサイクル数は、蓄電池の定格サイクル数に達するまで増加し続ける。サイクル数が定格サイクル数に達すると、蓄電池のサイクル寿命が過ぎ、蓄電池が使用できなくなる。

いくつかの実施形態では、ストレージユニット１０５に記憶された複数の閾値間隔及び複数の充電電圧値は、表１のように示されるが、本発明は、これに限定されない。

処理ユニット１０１は、蓄電池ユニット１０２の放電深度（ＤＯＤ）を算出し、表１に示すように、ＤＯＤが何れの閾値間隔に含まれるかを特定する。次に、処理ユニット１０１は、特定された閾値間隔に対応する充電電圧値を取得する。例えば、ＤＯＤが閾値間隔０〜５００００に含まれる処理ユニット１０１が算出した場合、処理ユニット１０１は、充電電圧値４．４ボルトをストレージユニット１０５から取得する。次いで、処理ユニット１０１は、電圧調整ユニット２００を制御して、４．４ボルトのＤＣ電圧で蓄電池ユニット１０２の定電圧充電を実行する。ストレージユニット１０５に記憶された複数の閾値間隔は、実際の状況に応じて柔軟に設定することができる。

従って、本発明においては、蓄電池ユニット１０２のＤＯＤが重要な役割を果たしており、以下に、ＤＯＤを取得する方法について詳細に説明する。

図２に示すように、処理ユニット１０１は、蓄電池ユニット１０２を放電するように制御し、定電圧充電を実行するように電圧調整装置２００を制御して、蓄電池ユニット１０２を充電するために使用することができる。

先ず、処理ユニット１０１が蓄電池ユニット１０２を放電するように制御すると、処理ユニット１０１は、放電記録処理を同時に実行する。

放電記録処理の間、処理ユニット１０１は、電流検知ユニット１０３から第１検知信号Ｓ１を受信し、蓄電池ユニット１０２が出力した負荷電流Ｉｏの値を特定することができる。処理ユニット１０１は、温度検知ユニット１０４から第２検知信号Ｓ２を受信し、蓄電池ユニット１０２の電池温度の値を特定する。

いくつかの実施形態では、処理ユニット１０１は、所定時間毎に電流検知ユニット１０３の第１検知信号Ｓ１を読み取り、負荷電流Ｉｏの値を決定する。所定時間の単位は、秒、分、時間、日又は週等であってもよいが、本発明は、これらに限定されない。ユーザは、実際の需要に応じて適切な所定時間を設定することができる。以下の表２に示すように、処理ユニット１０１が負荷電流Ｉｏの値を特定する毎に、処理ユニット１０１は、負荷電流Ｉｏの値をストレージユニット１０５に記憶し、負荷電流Ｉｏの値を表す電流係数を設定するが、本発明は、これに限定されない。

表２では、処理ユニット１０１によって設定された電流係数は、負荷電流Ｉｏに比例する。一般に、負荷電流Ｉｏが大きいほど、負荷３００が必要とする動作電流が大きくなる。例えば、電気自動車が高速で走行する場合、蓄電池は、より高い負荷電流Ｉｏを供給する。逆に、電気自動車が低速で走行する場合、蓄電池は、より低い負荷電流Ｉｏを供給する。さらに、一般に、殆どの蓄電池が１Ｃを超える負荷電流を出力する場合、蓄電池は、保護モードを実行して、蓄電池の損傷を防ぐ。その結果、処理ユニット１０１がストレージユニット１０５に表２を生成する場合、処理ユニット１０１は、通常、１Ｃを超える負荷電流Ｉｏを読み取ることができない。従って、１Ｃの負荷電流Ｉｏに対応する電流係数が最大値となるが、本発明は、これに限定されない。

本発明におけるＣ（Ｃレート）は、蓄電池の容量の単位を表している。電池の充電電流（又は、放電電流）の単位を表すアンペア（又は、ミリアンペア）を除いて、当業者であれば、Ｃ（Ｃレート）を定格容量（電流×時間）の電流部分とすることができ、Ｃ（Ｃレート）を電流値の単位として用いることができることを理解することができる。Ｃ（Ｃレート）は、時間に反比例する。そのため、Ｃ（Ｃレート）の値が大きくなると、電池の充放電電流が大きくなり、電池の充電／放電時間が短くなることを意味する。逆に、Ｃ（Ｃレート）の値が小さくなると、電池の充放電電流が小さくなり、電池の充電／放電時間が長くなることを意味する。例えば、１Ｃは、電池の全ての電気容量が１時間で完全に充電又は放電されることを表している。２Ｃは、電池の全ての電気容量が０．５時間（３０分）で完全に充電又は放電されることを表している。１０Ｃは、電池の全ての電気容量が０．１時間（６分）で完全に充電又は放電されることを表している。０．５Ｃは、電池の全ての電気容量が２時間（１２０分）で完全に充電又は放電されることを表している。例えば、蓄電池の容量が１００００ｍＡｈの場合には、１Ｃは、電流値が１００００ｍＡであり、２Ｃは、電流値が２００００ｍＡであることを表す。従って、Ｃ（Ｃレート）は、本発明の動作及び原理の説明を容易にするために、本発明における負荷電流Ｉｏの値を表しているが、本発明は、これに限定されない。

いくつかの実施形態では、処理ユニット１０１は、所定時間毎に温度検知ユニット１０４の第２検知信号Ｓ２を読み取り、電池温度の値を決定することができる。所定時間の単位は、秒、分、時間、日又は週等であってもよいが、本発明は、これに限定されない。ユーザは、実際の需要に応じて適切な所定時間を設定することができる。以下の表３に示すように、処理ユニット１０１が電池温度の値を特定する毎に、処理ユニット１０１は、電池温度の値をストレージユニット１０５に記憶し、負荷電流Ｉｏの値を表す温度係数を設定するが、本発明は、これに限定されない。

殆どの蓄電池では、電池温度が６０℃を超えると、蓄電池は、保護モードを実行して、蓄電池の損傷を防ぐ。その結果、処理ユニット１０１がストレージユニット１０５に表３を生成する場合、処理ユニット１０１は、通常、６０℃を超える電池温度を読み取ることができない。従って、６０℃の電池温度に対応する温度係数が最大値となるが、本発明は、これに限定されない。

他の実施形態では、処理ユニット１０１は、表４に示すように、電池温度の変化の範囲を表す温度係数を設定することもできる。

表３と同様に、処理ユニット１０１は、通常、６０℃を超える電池温度を読み取ることができない。従って、６０℃の電池温度に対応する温度係数が最大値となるが、本発明は、これに限定されない。

表３又は表４では、通常、電池温度が高いほど、蓄電池の使用時間が長いこと又は蓄電池が出力する負荷電流Ｉｏが高いことを意味する。具体的には、いくつかの実施形態では、表３又は表４の電池温度は、表２の負荷電流Ｉｏに対応することができる。実際の需要に応じて、処理ユニット１０１を調整して、表３又は表４の何れかをストレージユニット１０５に生成することができる。

いくつかの実施形態では、処理ユニット１０１が電池温度及び負荷電流Ｉｏを取得する毎に、処理ユニット１０１は、負荷電流Ｉｏと、電池温度と、サイクル数と、に基づいて、蓄電池ユニット１０２のＤＯＤを計算する。先ず、処理ユニット１０１は、負荷電流Ｉｏを、対応する電流係数に変換し、電池温度を、対応する温度係数に変換する。次に、処理ユニット１０１は、以下に示す式（１）を用いてＤＯＤを算出する。
電流係数×温度係数×サイクル数＝放電深度（ＤＯＤ） （１）

処理ユニット１０１は、蓄電池ユニット１０２のＤＯＤを算出し、ＤＯＤをストレージユニット１０５に記憶する。処理ユニット１０１がＤＯＤの計算を完了すると、放電記録処理が完了する。蓄電池ユニット１０２が依然として負荷３００に負荷電流Ｉｏを供給し続ける場合、処理ユニット１０１は、放電記録処理を繰り返し実行して、複数のＤＯＤをストレージユニット１０５に生成する。処理ユニット１０１は、蓄電池ユニット１０２の相対充電率（ＲＳＯＣ）が３％未満である（又は、これと等しい）ことを検出すると、処理ユニット１０１は、蓄電池ユニット１０２が負荷電流Ｉｏを供給することを停止し、処理ユニット１０１は、放電記録処理を繰り返し実行するのを停止する。

当業者にとって、ＲＳＯＣは、蓄電池の残りの電気容量を定義することができる。ＲＳＯＣは、通常、パーセントで表される。蓄電池の残りの容量は、充電電流、放電電流、電池温度及びサイクル数の影響を受ける。一般に、ＲＳＯＣの範囲は０％〜１００％である。蓄電池が完全に充電されると、ＲＳＯＣは１００％になる。蓄電池が完全に放電されると、ＲＳＯＣは０％になる。一般に、蓄電池ユニット１０２のＲＳＯＣが３％未満の場合（又は、３％と等しい場合）、蓄電池ユニット１０２の電圧は、最小放電電圧に達する。このとき、蓄電池ユニット１０２が充電されていない場合には、蓄電池ユニット１０２が破損する可能性がある。

蓄電池ユニット１０２が負荷電流Ｉｏの供給を停止すると、処理ユニット１０１は、放電記録処理の実行を停止する。同時に、処理ユニット１０１は、表２及び表３（又は、表４）の生成と、複数のＤＯＤの計算と、を完了する。

処理ユニット１０１が電圧調整装置２００を制御して蓄電池ユニット１０２を充電すると、処理ユニット１０１は、充電処理を実行する。充電処理の間、処理ユニット１０１は、ストレージユニット１０２からＤＯＤの最大値を選択する。表１によれば、処理ユニット１０１は、複数の閾値間隔のうち最大値を含む閾値間隔を作業閾値間隔として特定する。例えば、表１において、最大値が５００００〜１０００００の範囲の閾値間隔にあると処理ユニット１０１が特定した場合、処理ユニット１０１は、５００００〜１０００００の閾値間隔を作動閾値間隔とする。

次に、処理ユニット１０１は、表１から、作業閾値間隔に対応する充電電圧値をメイン充電値（main charging value）として選択する。例えば、５００００〜１０００００の閾値間隔を作業閾値間隔として選択した後、処理ユニット１０１は、４．３７５ボルト（Ｖ）をメイン充電値として選択する。

最後に、処理ユニット１０１は、電圧調整装置２００を制御して、定電圧充電を行うためのＤＣ電圧Ｖ１を蓄電池ユニット１０２に供給する。ＤＣ電圧Ｖ１の値は、メイン充電値（例えば、４．３７５ボルト）と等しい。

他のいくつかの実施形態では、放電記録処理の間、処理ユニット１０１は、表２及び表３（又は、表４）をストレージユニット１０５に記憶することのみを完了する。処理ユニット１０１が充電処理を実行する場合、処理ユニット１０１は、電流係数の最大値（例えば、２５６）を選択し、温度係数の最大値（例えば、３２）を選択する。次に、処理ユニット１０１は、最大電流係数（例えば、２５６）及び最大温度係数（例えば、３２）を式（１）に代入して、ＤＯＤを算出する。

次に、処理ユニット１０１は、表１に従って、ＤＯＤが何れの閾値間隔にあるかを特定し、対応する充電電圧値をメイン充電値として選択する。最後に、処理ユニット１０１は、電圧調整装置２００を制御してＤＣ電圧Ｖ１を供給し、蓄電池ユニット１０２の定電圧充電を実行する。ＤＣ電圧Ｖ１の値は、メイン充電値と等しい。

電圧調整装置２００による電池ユニット１０２の充電処理の間、処理ユニット１０１は、蓄電池ユニット１０２の電池電圧を検出する。蓄電池ユニット１０２の電池電圧が誤差範囲内でメイン充電値に近づくと、処理ユニット１０１は、充電処理を停止し、電圧調整装置２００による蓄電池ユニット１０２の充電を停止する。同時に、処理ユニット１０１は、ストレージユニット１０５内のサイクル数を増加させる。

蓄電池ユニット１０２が次の放電処理を実行する場合、処理ユニット１０１は、上述した放電記録処理を再実行し、表２及び表３（又は、表４）を再生成する。完成した表２及び表３（又は、表４）に従って、処理ユニット１０１は、次の充電処理を実行する。

いくつかの実施形態では、蓄電池ユニット１０２は、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル金属水素化物（ＮｉＭＨ）電池、ニッケル亜鉛電池、リチウム電池、炭素亜鉛電池、アルミニウム電池等であってもよいが、本発明は、これらに限定されない。

いくつかの実施形態では、処理ユニット１０１は、コントローラ、中央処理装置（ＣＰＵ）、グラフィックス処理ユニット（ＧＰＵ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、マイクロ制御ユニット（ＭＣＵ）、マイクロ処理ユニット（ＭＰＵ）等であってもよいが、本発明は、これらに限定されない。

いくつかの実施形態では、ストレージユニット１０５は、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、フラッシュメモリ、電気的消去可能プログラマブル読み取り専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、不揮発性メモリ、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、又は、ソリッドステートディスク（ＳＳＤ）等であってもよいが、本発明は、これらに限定されない。

図３は、本発明の一実施形態による電池装置１００の制御方法４００のフローチャートである。図２及び図３を参照して、以下の各実施形態を説明する。制御方法４００は、主に電池装置１００によって実行され、電池装置１００は、ステップ４０１で開始する。

ステップ４０１では、電池装置の電流検知ユニット１０３が負荷電流Ｉｏを検出し、蓄電池ユニット１０２が負荷電流Ｉｏを負荷３００に出力する。また、電池装置１００の温度検知ユニット１０４は、蓄電池ユニット１０２の電池温度を検出する。電流検知ユニット１０３は、第１検知信号Ｓ１を処理ユニット１０１に出力し、温度検知ユニット１０４は、第２検知信号Ｓ２を処理ユニット１０１に出力する。第１検知信号Ｓ１及び第２検知信号Ｓ２に従って、処理ユニットは、蓄電池ユニット１０２が出力した負荷電流Ｉｏの値及び蓄電池ユニット１０２の電池温度の値を特定することができる。このとき、処理ユニット１０１は、負荷電流Ｉｏに対応する電流係数を設定し、電池温度に対応する温度係数を設定する。次に、電池装置１００は、続けてステップ４０３を実行する。

ステップ４０３では、ストレージユニット１０５は、蓄電池ユニット１０２のサイクル数、複数の閾値間隔及び複数の充電電圧値を記憶するように構成されており、表１に示すように、複数の閾値間隔の各々は、複数の充電電圧値の各々に対応する。次に、電池装置１００は、続けてステップ４０５を実行する。

ステップ４０５では、処理ユニット１０１は、蓄電池ユニット１０２のＲＳＯＣが３％よりも大きいかどうかを判別する。処理ユニット１０１が、蓄電池ユニット１０２のＲＳＯＣが３％よりも大きいと判別した場合、処理ユニットは、ステップ４０７に進み、放電記録処理を実行する。処理ユニット１０１が、蓄電池ユニット１０２のＲＳＯＣが３％未満である（又は、これと等しい）と判別した場合、処理ユニットは、ステップ４１３に進み、充電処理を実行する。

処理ユニット１０１がステップ４０７に進むと、処理ユニット１０１は、続けてステップ４０９を実行する。ステップ４０９では、負荷電流Ｉｏ、電池温度及びサイクル数に従って、処理ユニット１０１は、蓄電池ユニット１０２のＤＯＤを計算する。処理ユニット１０１は、負荷電流Ｉｏを電流係数に変換し、電池温度を温度係数に変換する。処理ユニット１０１は、最大電流係数及び最大温度係数を式（１）に代入して、ＤＯＤを算出する。次に、処理ユニット１０１は、続けてステップ４１１を実行する。

ステップ４１１では、処理ユニット１０１は、負荷電流Ｉｏ、電流係数、電池温度、温度係数及びＤＯＤをストレージユニット１０５に記憶する。ステップ４１１の完了後、処理ユニット１０１は、ステップ４０５に戻る。ＲＳＯＣが依然として３％よりも大きい場合、処理ユニット１０１は、ステップ４０７〜４１１の実行を続けて、負荷電流Ｉｏ及び電池温度の新たな値を取得する。処理ユニット１０１は、ＤＯＤも計算する。その結果、ステップ４０５〜４１１を繰り返し実行した後、ストレージユニット１０５は、複数のＤＯＤを記憶する。同時に、ステップ４０５〜４１１を繰り返し実行した後、処理ユニット１０１は、表２及び表３（又は、表４）をストレージユニット１０５に生成する。ＲＳＯＣが３％未満である（又は、これと等しい）場合、処理ユニット１０１は、ステップ４１３に進み、充電処理を実行する。充電処理は、ステップ４１５で開始する。

ステップ４１５では、処理ユニット１０１は、ストレージユニット１０５からＤＯＤの最大値を取得する。次に、処理ユニット１０１は、続けてステップ４１７を実行する。

ステップ４１７では、ストレージユニット１０５に記憶された表１に従って、処理ユニット１０１は、複数の閾値間隔のうちＤＯＤの最大値を含む閾値間隔を作業閾値間隔として特定する。例えば、０〜５００００の範囲の閾値間隔に最大値があると処理ユニット１０１が特定した場合、処理ユニット１０１は、０〜５００００の閾値間隔を作動閾値間隔とする。次に、処理ユニット１０１は、ステップ４１９に進む。

ステップ４１９では、処理ユニット１０１は、作業閾値間隔に対応する充電電圧値をメイン充電値として選択し、処理ユニット１０１は、電圧調整装置２００を制御して、ＤＣ電圧Ｖ１を供給し、蓄電池ユニット１０２の定電圧充電を実行する。ＤＣ電圧Ｖ１の値は、メイン充電値と同じである。例えば、図１に示すように、作業閾値間隔が０〜５００００の場合、作業閾値間隔に対応する充電電圧値は、４．４ボルトである。従って、処理ユニット１０１は、電圧調整デバイス２００を制御して、４．４ボルトを有するＤＣ電圧Ｖ１を供給し、蓄電池ユニット１０２の定電圧充電を実行する。次に、処理ユニットは、ステップ４２１に進む。

ステップ４２１では、処理ユニット１０１は、蓄電池ユニット１０２の電池電圧が誤差範囲内でメイン充電値に近づいているかどうかを判別する。蓄電池ユニット１０２の電池電圧が誤差範囲内でメイン充電値に近づくと、処理ユニット１０１は、ステップ４２３を実行する。ステップ４２３では、処理ユニットは、充電処理の実行を停止し、ストレージユニット１０５内のサイクル数を増加する。いくつかの実施形態では、誤差範囲は約±５％であるが、本発明は、これに限定されない。

ステップ４２１では、蓄電池ユニット１０２の電池電圧が誤差範囲内でメイン充電値に近づいていない場合、処理ユニット１０１は、ステップ４１９，４２１を繰り返し実行する。電池装置１００が充電処理を停止すると、蓄電池ユニット１０２のＲＳＯＣが１００％であることを表す（つまり、蓄電池ユニット１０２が完全に充電されている）。

図４は、本発明の他の実施形態による電池装置１００の制御方法５００のフローチャートである。図２及び図４を参照して、以下の各実施形態を説明する。制御方法５００は、主に電池装置１００によって実行され、電池装置１００は、ステップ５０１で開始する。（図３に示す）制御方法４００と比較して、制御方法５００のステップ５０１〜５０７は、制御方法４００のステップ４０１〜４０７と同じである。従って、本実施形態では、本発明は、ステップ５０９からのみ示されている。

ステップ５０９では、処理ユニット１０１は、電流検知ユニット１０３の第１検知信号Ｓ１を受信し、負荷電流Ｉｏの値を取得する。処理ユニット１０１は、温度検知ユニット１０４の第２検知信号Ｓ２を受信し、電池温度の値を取得する。次に、処理ユニット１０１は、続けてステップ５１１を実行する。

ステップ５１１では、処理ユニットは、負荷電流Ｉｏの値及び電池温度の値をストレージユニット１０５に記憶する。次に、処理ユニット１０１は、ステップ５０５に戻り、ＲＳＯＣが３％よりも大きいかどうかを判別する。ＲＳＯＣが３％よりも大きい場合、処理ユニット１０１は、ステップ５０７〜５１１を実行し続ける。ステップ５０５〜５１１を繰り返すことにより、ストレージユニット１０５は、複数の負荷電流Ｉｏ、複数の電池温度、複数の電流係数及び複数の温度係数を記憶する。これにより、処理ユニット１０１は、表２及び表３（又は、表４）を生成し、ストレージユニット１０５に記憶する。

ステップ５０５では、処理ユニット１０１が、蓄電池ユニット１０２のＲＳＯＣが３％未満である（又は、これと等しい）ことを判別した場合、処理ユニット１０１は、放電記録処理を停止し、ステップ５１３で充電処理を実行する。

ステップ５１５では、処理ユニット１０１は、負荷電流Ｉｏの最大値と、電池温度の最大値と、を取得する。表２に従って、処理ユニット１０１は、負荷電流の最大値に対応する電流係数を取得する。表３に従って、処理ユニット１０１は、電池温度の最大値に対応する温度係数を取得する。次に、処理部１０１は、ステップ５１７を実行する。

ステップ５１７では、負荷電流Ｉｏの最大値、電池温度の最大値及びサイクル数に従って、処理ユニット１０１は、蓄電池ユニット１０２のＤＯＤを計算する。処理ユニット１０１は、ステップ５１５で取得した電流係数及び温度係数を式（１）に代入して、ＤＯＤを算出する。表１に従って、処理ユニットは、ＤＯＤが何れの閾値間隔にあるかを特定する。例えば、表１によれば、５００００〜１０００００の閾値間隔内にＤＯＤがあると処理ユニット１０１が特定した場合、処理ユニットは、この閾値間隔を作業閾値間隔とする。次に、処理ユニット１０１は、ステップ５１９〜５２３を実行する。制御方法５００のステップ５１９〜５２３は、制御方法５００のステップ４１９〜４２３と同じであるため、本発明は、説明を繰り返さない。

図４及び図５に示す本発明によって提案された制御方法４００，５００は、蓄電池ユニットが過充電されるのを効果的に防ぐことができる。表５を参照されたい。表５は、本発明の制御方法４００を用いて蓄電池で行われた実験の結果を示している。実験用の蓄電池の最大充電電圧は、４．４ボルトである。

図２、図３及び表５を参照されたい。表５では、負荷電流Ｉｏが小さいほど、負荷３００が必要とする電力が小さくなる（軽負荷）。逆に、負荷電流Ｉｏが大きいほど、負荷３００が必要とする電力が大きくなる（重負荷）。負荷電流Ｉｏが０．２Ｃよりも小さい場合、処理ユニット１０１は、電圧調整装置２００を制御して、４．４ボルトの充電電圧で蓄電池ユニット１０２を充電する。このとき、充電処理完了後に、蓄電池のＲＳＯＣは１００％であり、蓄電池ユニットが完全に充電される。負荷電流Ｉｏが０．２Ｃよりも小さい場合、蓄電池では電圧上昇現象が発生しにくい。従って、蓄電池を、最大充電電圧４．４ボルトを用いて充電することができる。

表５に示すように、負荷電流Ｉｏが増加すると、蓄電池の充電電圧が低下する。負荷電流Ｉｏが増加するため、蓄電池の電池温度も上昇する。表２及び表３によれば、負荷電流Ｉｏが高いほど、電流係数が高くなる。電池温度が高いほど、温度係数が高くなる。式（１）によれば、処理ユニット１０１によって算出されたＤＯＤが高くなる。表１によれば、ＤＯＤが高くなるほど、ＤＯＤが含まれる閾値間隔も高くなる。表１によれば、ＤＯＤがより高い閾値間隔に含まれる場合、対応する充電電圧がより低くなる。

負荷電流Ｉｏが高くなると、負荷３００が重負荷に近づくため、蓄電池の電圧上昇現象がより顕著になる。従って、最大充電電圧で蓄電池を充電する必要がない。

表５に示すように、負荷電流Ｉｏが０．４Ｃに達すると、処理ユニット１０１は、制御方法４００により、５００００〜１０００００の閾値間隔にＤＯＤがあることを算出し、処理ユニット１０１は、表１に従って、充電電圧として４．３７５ボルトを選択する。充電処理が完了すると、蓄電池のＲＳＯＣは９９％になる。電圧上昇現象により、蓄電池のＲＳＯＣは単独で１００％まで増加する。これにより、蓄電池を完全に充電することができる。

従って、負荷電流Ｉｏが大きくなると、電圧上昇現象がより顕著になるので、電池への充電電圧を低くすることができる。このようにして、本発明は、電池が過充電されるのを防ぐだけでなく、電気を節約して、省エネルギー効果を得ることができる。

図５は、本発明の他の実施形態による電力システム８００のブロック図である。図２及び図５を参照されたい。電力システム８００は、ＡＣ／ＤＣ変換装置８１０と、システム制御ユニット８０３と、電池装置１００と、を含む。また、システム制御ユニット８０３は、スイッチング装置８０３ａと、電圧調整装置８０３ｂと、を含む。ＡＣ／ＤＣ変換装置８１０は、ＡＣ電力９００に接続されており、ＡＣ／ＤＣ変換装置８１０は、ＡＣ電力９００をシステム制御ユニット８０３用のＤＣ電力に変換する。スイッチングデバイス８０３ａによって、システム制御ユニット８０３は、ＡＣ／ＤＣ変換装置８１０が出力したＤＣ電力を、電圧調整装置８０３ｂ及び負荷３００に供給する。

ＡＣ／ＤＣ変換装置８１０が負荷３００にＤＣ電力を供給し続けるため、電池装置１００は、電力を負荷３００に供給する必要がない。このとき、システム制御ユニット８０３は、電池ユニット１０２の放電を停止するように電池装置１００の処理ユニット１０１に通知し、処理ユニット１０１は、放電記録処理を停止する。同時に、処理ユニット１０１が、蓄電池ユニット１０２のＲＳＯＣが３％未満（又は、これと等しい）と判別した場合、処理ユニット１０１は、電圧調整装置８０３ｂを制御してＤＣ電力を出力させ、電圧調整装置８０３ｂは、蓄電池ユニット１０２の定電圧充電を実行する。

ＡＣ電力９００が遮断された場合や低すぎる場合、ＡＣ／ＤＣ変換装置８１０は、ＤＣ電力を負荷３００に供給することができない。このとき、システム制御ユニット８０３は、蓄電池ユニット１０２を制御して負荷３００に電力を供給するように電池装置１００の処理ユニット１０１に通知し、処理ユニット１０１は、放電記録処理を開始する。このとき、システム制御ユニット８０３は、スイッチング装置８０３ａを制御して、電池装置１００とＡＣ／ＤＣ変換装置８１０との間のラインを遮断し、ＡＣ／ＤＣ変換装置８１０の出力が電池ユニット１０２から供給される電力を受けるのを防ぐ。これにより、ＡＣ／ＤＣ変換装置８１０が、電池ユニット１０２から供給される電力によって破損するのを回避することができる。

ＡＣ電力９００が回復すると、蓄電池ユニット１０２は、負荷３００への電力供給を停止する。または、蓄電池ユニット１０２のＲＳＯＣが３％未満（又は、３％と等しい）の場合、処理ユニット１０１は、蓄電池ユニット１０２の放電を停止する。ＡＣ電力９００が回復すると、処理ユニット１０１は、電圧調整装置８０３ｂを制御し、ＡＣ電力９００を調整してＤＣ電力を出力し、電圧調整装置８０３ｂは、蓄電池ユニット１０２の定電圧充電を実行する。

いくつかの他の実施形態では、電圧調整装置８０３ｂを電池装置１００内に配置することができるが、本発明は、これに限定されない。

結論として、本発明は、主に、電圧上昇現象を用いて充電電圧を調整し、蓄電池を充電する。これにより、電池の過充電を効果的に防止することができ、省電電力効果を得ることができる。

本発明を、好ましい実施形態に関して上述したが、本発明の範囲を限定することを意図するものではなく、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく当業者に理解されるべきである。代わりに、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって決定されるべきである。

本明細書で使用される用語は、特定の実施形態のみを説明する目的で使用され、本発明を限定することを意図するものではない。本明細書で使用される場合、「１つの（a）」、「１つの（an）」及び「その（the）」という単数形は、文脈が他の意味を明確に示さない限り、複数形も含むことを意図している。さらに、「含む」、「有する」又はこれらの変形は、詳細な説明及び／又は特許請求の範囲で使用される限りにおいて、「備える」という用語と同様に包括的であることを意図している。

１００…電池装置
１０１…処理ユニット
１０２…蓄電池ユニット
１０３…電流検知ユニット
１０４…温度検知ユニット
１０５…ストレージユニット
２００…電圧調整装置
３００…負荷
４００…制御方法
４０１〜４２３…ステップ
５００…制御方法
５０１〜５２３…ステップ
８００…電力システム
８０３…システム制御ユニット
８０３ａ…スイッチング装置
８０３ｂ…電圧調整装置
８１０…ＡＣ／ＤＣ変換装置
９００…ＡＣ電力
Ｖ１…ＤＣ電圧
Ｓ１…第１検知信号
Ｓ２…第２検知信号
Ｉｏ…負荷電流

Claims (10)

1. 電池装置であって、
   蓄電池ユニットと、
   前記蓄電池ユニット及び負荷に接続された電流検知ユニットであって、負荷電流を検出する電流検知ユニットと、
   前記蓄電池ユニットの電池温度を測定するように構成された温度検知ユニットと、
   前記蓄電池ユニットのサイクル数、複数の閾値間隔及び複数の充電電圧値を記憶するように構成されたストレージユニットであって、前記複数の閾値間隔の各々は、前記複数の充電電圧値の各々に対応するストレージユニットと、
   前記蓄電池ユニット及び前記ストレージユニットに接続された処理ユニットであって、前記負荷電流及び前記電池温度を受け取るように構成された処理ユニットと、を備え、
   前記処理ユニットは、放電記録処理を実行するように構成されており、
   前記放電記録処理は、
   前記負荷電流、前記電池温度及び前記サイクル数に基づいて蓄電池ユニットの放電深度（ＤＯＤ）を取得するステップと、
   前記処理ユニットが前記負荷電流、前記電池温度及び前記ＤＯＤを取得する毎に、前記処理ユニットが、前記負荷電流、前記電池温度及び前記ＤＯＤを前記ストレージユニットに記憶するステップと、を含み、
   前記処理ユニットは、充電処理を実行するように構成されており、
   前記充電処理は、
   前記ストレージユニットから前記複数のＤＯＤの最大値を取得するステップと、
   前記複数の閾値間隔のうち前記最大値を含む閾値間隔を作業閾値間隔として特定するステップと、
   前記作業閾値間隔に対応する前記充電電圧値をメイン充電値として選択するステップと、
   前記メイン充電値と等しいＤＣ電圧を用いて前記蓄電池ユニットの定電圧充電を実行するステップと、を含む、電池装置。
2. 前記処理ユニットは電圧調整装置に接続されており、前記処理ユニットは、前記畜電池ユニットの定電圧充電を行うための前記ＤＣ電圧を供給するように前記電圧調整装置を制御する、請求項１に記載の電池装置。
3. 前記蓄電池ユニットの電池電圧が誤差範囲内で前記メイン充電値に近づいたと前記処理ユニットが検出した場合に、前記処理ユニットは、前記充電処理を停止し、前記ストレージユニット内の前記サイクル数を増加させる、請求項２に記載の電池装置。
4. 前記処理ユニットは、前記蓄電池ユニットの相対充電率が３％を超えると判別した場合に、前記放電記録処理を実行する、請求項３に記載の電池装置。
5. 前記処理ユニットは、前記蓄電池ユニットの相対充電率が３％未満である（又は、これと等しい）ことを判別した場合に、前記放電記録処理を停止し、前記充電処理を実行する、請求項３に記載の電池装置。
6. 蓄電池ユニットの制御方法であって、
   前記負荷電流を検出するステップと、
   前記蓄電池ユニットの電池温度を検出するステップと、
   前記蓄電池ユニットのサイクル数、複数の閾値間隔及び複数の充電電圧値を記憶するステップであって、前記複数の閾値間隔の各々は、前記複数の充電電圧値の各々に対応する、ステップと、
   放電記録処理を実行するステップと、
   充電処理を実行するステップと、を含み、
   前記放電記録処理を実行するステップは、
   前記負荷電流を受け取ってストレージユニットに記憶するステップと、
   前記電池温度を受け取ってストレージユニットに記憶するステップと、
   前記負荷電流及び前記電池温度を取得する毎に前記負荷電流及び前記電池温度を前記ストレージユニットに記憶して、複数の負荷電流及び複数の電池温度を生成するステップと、を含み、
   前記充電処理を実行するステップは、
   前記ストレージユニットから前記複数の負荷電流の最大値を取得するステップと、
   前記ストレージユニットから前記複数の電池温度の最大値を取得するステップと、
   前記複数の負荷電流の前記最大値、前記複数の電池温度の前記最大値及び前記サイクル数に基づいて、前記蓄電池ユニットの放電深度（ＤＯＤ）を算出するステップと、
   前記複数の閾値間隔のうち前記ＤＯＤを含む閾値間隔を作業閾値間隔として特定するステップと、
   前記作業閾値間隔に対応する前記充電電圧値をメイン充電値として選択するステップと、
   前記メイン充電値と等しいＤＣ電圧を用いて前記蓄電池ユニットの定電圧充電を実行するステップと、を含む、制御方法。
7. 前記蓄電池ユニットの電池電圧が誤差範囲内で前記メイン充電値に近づいた場合に、前記充電処理が停止され、前記ストレージユニット内の前記サイクル数が増加される、請求項６に記載の制御方法。
8. 前記蓄電池ユニットの相対充電率が３％を超える場合に、前記放電記録処理が実行される、請求項７に記載の制御方法。
9. 前記蓄電池ユニットの相対充電率が３％以下である場合に、前記放電記録処理が停止され、前記充電処理が実行される、請求項７に記載の制御方法。
10. 前記制御方法は、前記蓄電池ユニットを含む電池装置によって実行される、請求項６に記載の制御方法。

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