JP7425763B2 - 充電制御装置及び充電制御方法 - Google Patents
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Description
このリチウムイオン二次電池は、温度が高い環境下や満充電(充電率が高い)に近い状態で長期間使用すると、内部電極と電解質の副反応によりガスが発生し、電池が膨れてしまう。
特にスマートフォンに広く使われているリチウムイオンポリマー二次電池は、外装がラミネート材であるため、ストレス限界を超えると、急激に大きな膨れに至ってしまうことがある。
つまり、現状においては、電池が膨れる要因となる高い温度、高い電圧(高い充電率)の使用シーンが増え、電池の膨れが加速するという懸念がある。
特許文献1の充電制御装置では、二次電池の温度及び残容量を検出する検出部と、ここで検出した温度及び残容量に基づき所定時間内での算出値を算出する演算部と、該演算部での算出値が所定値よりも大きいときにカウント値を所定数増加させる加算部と、該加算部でのカウント値の大きさに基づき二次電池を充電するときの充電終止電圧値を設定する充電設定部と、を備える。
具体的には、特許文献1の充電制御装置では、加算部にて、演算部が温度及び残容量に基づく算出値を算出する毎に、当該算出値に対応する所定の数値、例えば、0,1,2などをカウント値に加算する。また、充電設定部では、カウント値の大きさに基づいて、二次電池を充電するときの充電終止電圧値を設定するが、その際、カウント値が大きくなるに従って充電終止電圧値が小さくなるようにその値を変更して設定する。
また、特許文献2の監視ユニットでは、電池モジュールの状態として、該電池モジュールの温度、充放電電流、充電率(SOC:State of Charge)をそれぞれ検出し、検出した各情報を制御装置に伝達する。
また、特許文献2では、通信状態と保存状態とで異なる温度及び電流、又は温度及びSОCといったパラメータを用いてガス発生量に相関した係数を算出しており、これによって電池ストレス度の計算が面倒になるという不具合がある。
本発明の第1態様に示す充電制御装置では、二次電池の温度及び充電率等のパラメータを所定のタイミングで検出する検出部と、該検出部で検出した温度及び充電率の値に基づき、電池のストレス度に相当するカウント値を算出する演算部と、該演算部にて算出が行われる毎に得られたカウント値を累積しかつ当該カウント値を累積カウント値として記憶する記憶部と、該記憶部に記憶された累積カウント値の大きさに基づき、該累積カウント値が大きくなるに従って前記二次電池を充電するときの充電終止電圧値が段階的に小さくなるように当該充電終止電圧値を複数設定する充電制御部と、を具備し、前記演算部は、前記検出部により前記二次電池から検出された温度及び充電率に基づき、当該二次電池のカウント値を算出するための演算式を1又は複数設定することを特徴とする。
この充電制御装置100は検出部101、演算部102、記憶部103及び充電制御部104を有する。
演算部102は、検出部101で検出した温度及び充電率の値に基づき、電池のストレス度に相当するカウント値を算出する。
また、この演算部102では、検出部101により二次電池から検出された温度及び充電率に基づき、当該二次電池のカウント値を算出するための演算式を1又は複数設定している。
記憶部103は、演算部102にて算出が行われる毎に得られたカウント値を累積し、その累積値を累積カウント値として記憶する。
その後、記憶部103では、演算部102にて算出がなされる毎に得られたカウント値を累積し、かつその累積値を累積カウント値として記憶する。
このとき、充電制御部104では、記憶部103に記憶された累積カウント値が大きくなるに従って、二次電池を充電するときの充電終止電圧値が段階的に小さくなるように当該充電終止電圧値を設定する。
次に、本発明の第1実施形態に係る充電制御装置200について、図2~図11を参照して説明する。
まず、充電制御装置200(図2参照)の概要について説明する。
この充電制御装置200では、リチウムイオン電池の膨れ要因である、電池温度(℃)及び電池残量値に相当する電池充電率(%)といったパラメータを定期的に読み取り、これらパラメータに相当したストレス値(以下カウント値と称す)を算出する。
また、この充電制御装置200では、カウントアップされた累積カウント値に応じて段階的に充電終止電圧の設定値を低下させ、次回以降、電池を充電する際に、変更後の低い充電終止電圧設定により充電を行い膨れ抑制を図る。
一般的に、リチウムイオン電池は、電池温度(℃)や電池充電率(%)が高いほどストレスが蓄積され、限界を超えると膨れ始める性質があるが、逆に限界点以下であれば大きな膨れは発生しない(図11(A)、図11(B)参照)。
ただ、通常使用で充放電を繰り返した場合であっても、使用時間の減少は徐々進んでいく。このため、長期にわたる機器を使用後の使用時間の減少は、ユーザーにとって違和感は少ない。
従って、現状では、膨れによって電池カバー外れの発生や、ユーザーに与える安全性への不安等を考慮すると、使用時間の減少よりも膨れ抑制を優先するべきと考える。
さらに、上記充電制御装置200では、ストレス限界点となる累積カウント値に到達するまでに膨れリスクの少ない充電終止電圧値まで低下するよう、当該充電終止電圧値、切り替え段階数(以降Stepと称す)、Step移行期間設定を適宜決定する。
このとき、上記充電制御装置200では、読み取る温度(℃)や充電率(%)を、必要に応じて補正値の加算が可能なように設定しておく。
また、上記充電制御装置200では、充電終止電圧値の変更後、新設定の終止電圧値で満充電制御となるが、機器上の残量表示も、新しく設定された充電終止電圧で充電率100%に補正する制御を行う。
この充電制御装置200は、負荷部1、制御部2、電源回路部3、カウンタ値加算/記憶部4、充電条件設定部5、充放電制御部6、外部電源7、残容量検出部8、温度検出部9、二次電池10及びクロック部13を有する。
また、制御部2は、カウンタ値演算部12、充電率/温度補正値情報部14及び累積カウンタ閾値判定部15を有する。
負荷部1は、例えば、電源から供給された電源電圧により動作する回路などである。
二次電池10は電源供給源となるものであって、機器に電力を供給する。
電源回路部3は二次電池10からの給電を基にして各部の仕様に則した電圧源を生成し、各部に電源供給している。
二次電池10は充放電が可能なリチウムイオン電池を使用し、外部電源7が接続されることで、充放電制御部6を介して所定の条件にて充電が行われる。
残容量検出部8は、一般的にクーロンカウンタやガスゲージICの名称で知られている。この充電率情報は、ユーザーが機器表示上で確認可能ないわゆる電池残量情報としてパーセント表示されているものであり、電池満充電状態を充電率100%、機器の起動が不能となる状態を充電率0%とする(100%以上、0%以下の数値は存在しない)。
制御部2には、各種機能制御の他に、温度検出部9の温度情報と残容量検出部8の電池充電率情報を演算するカウンタ値演算部12、読み取った温度及び充電率の補正値情報を格納している充電率/温度補正値情報部14、及び累積カウント値の閾値判定を行い、充電条件の変更指示を送出する累積カウンタ閾値判定部15を有している。
なお、カウンタ値演算部12には近似演算式F1(後述する)が予め記憶されている。
通常、制御部2ではこのクロック周波数をベースにほぼ毎秒のペースで各種情報の読み取りを行っており、今回も同じタイミングで温度(℃)、充電率(%)の読み取り、カウント値の計算、カウント値の加算、カウント値の記憶処理を行う。
〔ステップS101~S104〕
図3に示すように、カウンタ値演算部12にて、クロックを基にした定期タイミング(本実施形態では約毎秒タイミング)で、温度検出部9から温度(℃)情報と、残容量検出部8から電池充電率(%)情報とを読み取る(ステップS101、102)。
また、電池充電率(%)情報は、電池の充電率の大きさを示す%値である。満充電状態を100%(最大値)、機器の起動が不能となる充電率を0%(最小値)とする。充電率(%)のデータは先に述べた通り、残容量検出部8で検出した情報を用いる。
その後、カウンタ値演算部12では、両情報に対して、必要に応じて補正値を加算する(ステップS103、104)。当該補正値は、サーミスタが読み取る温度と実際の電池温度との補正、及びStep移行後の充電率の補正のために用いる。
ステップS103及びS104の補正処理で得た各算出値を、予め設定した演算式に入力してカウント値の計算を行う。
なお、本実施形態では演算式として、使用するリチウムイオン電池のストレス度を近似した、温度が10℃2倍則、充電率が10%2倍則に基づく以下の近似演算式F1を用いる。
[数式1]
近似演算式F1=(0.0156eA)×(0.0010eB1)
ただし、A=0.0693×温度(℃)、B1=0.0693×充電率(%)
つまり、この近似演算式F1では、温度値、充電率値が小さければ小さいほど、カウント値は小さくなり、温度値、充電率値が高ければ高いほどカウント値は大きくなる関係が示されている。
なお、カウント値は温度が60℃を超えた場合に1より大きくなる。また、温度検出部9では温度を1℃刻み、残容量検出部8にて充電率を1%刻みの数値で読み出しすることができ、これら数値に従いカウンタ値演算部12にてカウント値を算出可能とする。
そして、カウンタ値演算部12では、予め設定した近似演算式F1に基づき計算したカウンタ算出値を、ほぼ毎秒毎に、カウンタ値加算/記憶部4のRAMにカウントアップ記憶していくが、このとき、精度を高めるため、カウンタ算出値を小数点以下のできるだけ多くの桁数(例えば10桁など)まで演算する。
毎秒読み込むカウンタ算出値はその瞬間での電池ストレス度に相当し、カウントアップされた累積カウント値はこれまで蓄積された電池の総ストレス量に相当することになる。
そして、カウンタ値演算部12では、この一連の動作を定期タイミング(本実施形態では約毎秒タイミング)で繰り返し、カウント値のカウントアップをするとともに、記憶も上記演算がされる毎に同じタイミングで行う。なお、累積カウント値は永久的に増加していく。
次に、累積カウンタ閾値判定部15では、図4に示すように、カウンタ値加算/記憶部4の累積カウント値が、予め設定したカウンタ閾値に到達したか否かを比較判定するとともに、該比較判定処理を前述した定期タイミング(本実施形態では約毎秒タイミング)の度に行なう。
このとき、累積カウンタ閾値判定部15では、カウンタ値加算/記憶部4の累積カウント値が、予め設定したカウンタ閾値540kカウント(kは1000倍を表す)、920kカウント、1740kカウント、2310kカウント、2580kカウント又は3240kカウントに到達したか否かで、次に進むStep1~6を選択する。
ステップS501にて累積カウント値が540kカウント(kは1000倍を表す)に達するまでは、ステップS901に示すように、充電終止電圧の設定を、機器購入時の初期設定である4.20Vとしかつ電池電圧4.20Vに達するまで充電を行う。
その後、二次電池10の長期間の使用を経て、カウンタ値加算/記憶部4の累積カウント値が540kカウントに達すると、累積カウンタ閾値判定部15ではStep1へ移行すると判断し、充電条件設定部5に対して充電終止電圧設定値を0.05V低くした「4.20V→4.15V」に変更するよう指示を出す(ステップS902)。
このため、ステップS702にて充電中ではないことと、ステップS802にて現状の電池電圧が変更後の充電終止電圧設定値4.15Vよりも十分低いこと(本実施形態では余裕度を見て3.95V以下であることで設定)の双方を確認する。
その後、ステップS902にて、ステップS702及びS802の双方の条件を満たしたタイミング(ステップS702及びS802共にNO)で、充電条件設定部5の充電終止電圧値を4.15Vに初めて切り替える。それ以降の充電は4.15Vで行う。
その後、継続使用で累積カウント値が増加していき、920kカウント(kは1000倍を表す)に達した場合には、累積カウンタ閾値判定部15ではStep2へ移行したと判断し、充電条件設定部5に対して、充電終止電圧値を更に0.05V低くして「4.15V→4.10V」に切り替えるように指示を出す(ステップS903)
それ以降の充電は、4.10Vに達するまで行い、Step1と同じく変更後の充電終止電圧における満充電状態で充電率が100%になるよう補正する。
また、ステップS903での充電は、ステップS703にて充電中ではないことと、ステップ803にて現状の電池電圧が変更後の充電終止電圧設定値3.9Vよりも低いという条件を満たしたタイミングで実施する。
また、これらステップS703,S803の条件が満たされないYESの場合には、ステップS902にて充電終止電圧値が4.15Vでの充電を継続する。
その後、継続使用で累積カウント値が増加していき、1740kカウント(kは1000倍を表す)に達した場合には、累積カウンタ閾値判定部15ではStep3へ移行したと判断し、充電条件設定部5に対して、充電終止電圧値を更に0.05V低くして、「4.10V→4.05V」に切り替えるように指示を出す(ステップS904)
それ以降の充電は4.05Vで行い、Step1、Step2と同じく変更後の充電終止電圧における満充電状態で充電率が100%になるよう補正する。
また、ステップS904での充電は、ステップS704にて充電中ではないことと、ステップ804にて現状の電池電圧が変更後の充電終止電圧設定値3.85Vよりも低いという条件を満たしたタイミングで実施する。また、これらステップS704,S804の条件が満たされないYESの場合には、ステップS903にて充電終止電圧値が4.10Vでの充電を継続する。
以降、累積カウンタ閾値判定部15では、図5に示すように累積カウント値が2310kを超過した場合にStep4(ステップS605、705、805、905)に進み、2580kを超過した場合にStep5(ステップS606、706、806、906)に進み、3240kを超過した場合に最終のStep6(ステップS607、707、807、907)に進む。
また、ステップS605~607,ステップS905~907での判断及び設定する充電終止電圧設定は、0.05Vずつ低減させる設定とする。また、100%補正についてはStep1~3までと同様であるため重複した説明を省略する。
具体的には、以下の数式2により求められる。
[数式2]
60秒/1.2秒×60分×24時間×45日=3240k
ただし、kは1000倍を表す
このフローチャートでは、電池が抜かれた場合(ステップS1101)に、制御部2(カウンタ値加算/記憶部4)への電源供給が途絶えるため、これまでの累積カウント値はリセット(初期値のゼロ)される(ステップS1102)。
通常、電池膨れは、電池抜き行為を行わず、同一電池を長期間使用し続けているユーザーで発生し易いと考えられる。このため、ステップS1102で示される電池抜きによるカウント値リセットは、影響度が小さいとされる。
表示機能を持つモバイル通信機器では、誤動作時のデバックのために、メニュー上の操作やハードスイッチで再起動に移行できることが多い。
その後、再び機器起動が行われた際には(ステップS1203~S1204)、前記ROMで一時的に格納しておいた累積カウント値情報をRAMに復元させる(ステップS1205)。これにより、再起動実施後でも直前の累積カウント値を引き継ぐことを可能とする。
この動作時は、前述の再起動時と異なり、カウンタ値加算/記憶部4(RAM)の累積カウント値情報は消失せず保持される(ステップS1302)。このため、機器を休止、電源OFFから復帰した際(ステップS1303~S1304)は、直前までの累積カウント値を引き継ぐことを可能とする。
そして、これらの制御では、電池を抜く行為以外の電源OFFや休止、再起動時においては累積カウント値情報の保持又は復元を可能とし、カウント値リセットによる膨れ発生リスクをできるだけ抑制することができる。
そして、本発明を適用した場合には、累積カウント値が540kカウントに達すると、以降の充電終止電圧値を初期設定の4.20Vから4.15Vに低減させる(Step1の処理)。
以降は、累積カウント値が920kカウントに達すると、充電終止電圧値を4.15Vから4.10Vに低減させ(Step2の処理)、累積カウント値が1740kカウントに達すると、充電終止電圧値を4.10Vから4.05Vに低減させる(Step3の処理)。
さらに以降は、累積カウント値が3240kカウントに達すると、充電終止電圧値を3.95Vから3.90Vに低減させるというように、設定した累積カウンタ閾値を更新していく毎に、充電終止電圧値を0.05Vずつ段階的に低減させる。そして、最終ステップ(Step6の処理)では、充電終止電圧は3.90Vに設定する。
このため、図3~図5での制御では、ストレス限界点に到達するまでには、膨れリスクの少ない充電終止電圧設定まで段階的に移行を完了させておくことで、ストレス限界点3240kカウント以降の膨れリスクを低減することが可能となる。
また、一般的に機器の使用期間が増えてきた場合には、電池内部に析出物が発生し易くなり、内部短絡による熱暴走での発火リスクが高まる。
しかしながら、本発明の制御では、図3~図5での処理がStep1からStep6へと進むに従い、電池電圧が低くなることで容量密度も下がり、万が一、内部短絡が発生した際に熱暴走を防止する効果も期待できる。
この制御設定例では、演算前に、必要に応じて温度と充電率に補正値を加算できるように設定しておく。例えば、温度(℃)については、温度監視デバイス(サーミスタ等)の検出温度が必ずしも電池温度と一致するとは限らないため、事前に相関を検証し補正値を加えられるようにしておく。
温度の補正値はStepが進んでも変化するものではないため補正値を一律としている。一方、充電率(%)については、Stepが進むに従って充電終止電圧が低くなるため、充電中や充電完了時(満充電時)の電池電圧が初期に比べて低くなる。
そして、図3~図5のフローチャートでは、前述した通り、Step1~Step6において満充電時の充電率を100%となるよう補正しているため、Step毎に充電率100%時の電池電圧が異なる。
このため、図3~図5の制御では、Stepが進むほど、大きな補正値を付加してカウント値(電池ストレス度)を調整する。
また、補正後の温度や充電率はマイナスになる場合が出てくる。その条件下では、温度が十分低いことや充電率が十分低い状態、又はStep移行が進んだ状態であり、膨れリスクが少ない。このときは、誤演算の可能性を回避するため、マイナス時はカウント値を一律ゼロとしてもよい。勿論、そのまま計算して得られたカウント値をカウントアップしても良い。
また、カウント値がある一定以下(例えば、0.1以下)の条件下では、カウント値を累積しないなどの追加設定をしても良い。
また、このときには、リスクの少ないカウント値をカウントアップしないことで最終Step6までの移行期間をより長く確保できる。
今回の実施形態で説明した演算式(数式1)では、温度、充電率に対するリチウムイオン二次電池の膨れ影響度を近似化した一例であり、必ずしも固定特性ではない。この演算式(数式1)は、使用するリチウムイオン電池の特性に応じて影響度が近似できるものであれば、任意に設定すれば良い。
また、ステップS501での判別に使用される累積カウンタ閾値についても、機器保証の耐用年数や客先契約の中で想定される使用期間を参考に膨れ影響が出ないように、Step移行のタイミングや各Stepの間隔、頻度は最適化を行えば良い。
すなわち、図3~図5の制御では、同環境下での使用の場合、初期のStepほどカウント値は大きくなり、累積カウント値の積み上げスピードが速くなり、逆にStep数が進むほどカウント値は小さくなり、累積カウント値の積み上げスピードは遅くなる。
図10の例では、1日の総カウント値を約15kカウントと仮定した時のStep移行タイミングをグラフ化している。例えば、本制御を行わない場合には、破線で示すように約200日後に電池の膨れが発生すると推測される。
一方、本実施形態の制御を行なった場合には、実線で示すように、少なくとも600日までストレス限界を超えず、かつ、限界点到達時には既に十分低い充電終止電圧設定となっているためその後の膨れリスクも低いことが明らかとなった。
なお、本実施形態の制御においては、勿論、Step6までの期間を確保するよりも充電終止電圧が高い期間(例えば初期やStep1やStep2)を優先し、できるだけ初期に、機器使用時間を確保する設定にしても良いし、全てのStep移行間隔を均一に設定しても良い。
その後、記憶部203となるカウンタ値加算/記憶部4では、演算部202にて算出がなされる毎に得られたカウント値を累積し、かつその累積値を累積カウント値として記憶する。
このとき、充電制御部204となる累積カウンタ閾値判定部15では、記憶部203に記憶された累積カウント値が大きくなるに従って、二次電池を充電するときの充電終止電圧値が段階的に小さくなるように当該充電終止電圧値を設定する(図3~図5のStep1~Step6参照)。
すなわち、本実施形態の充電制御装置200では、予め記憶部203に設定された演算式F1に基づきカウント値を演算するという簡易な方式により、二次電池性能に対応した最適な充電終止電圧値を得ることができ、高い精度で二次電池の膨れ防止の管理を行うことができる。
しかしながら、上記充電制御装置100では、今回の制御によりStepが進むことで電池電圧が低くなり容量密度も下がるため、万一、内部短絡が発生した際には熱暴走を防止する効果も期待できる。
次に、本発明の第2実施形態に係る充電制御装置200について、図12~図14を参照して説明する。
第1実施形態では、二次電池10の温度(℃)及び充電率(%)の情報を基にして、カウント値を算出した。しかし、第2実施形態では、充電率(%)と等価の関係にある電池電圧(V)を使用してカウント値を算出する。
そして、図13(B-1)及び(B-2)に示す電圧とカウント値の関係グラフを基にして、第1実施形態で用いた充電率を電圧値に変更した以下の近似式F2から、カウント値を計算する。
[数式3]
近似演算式F2=(0.0156eA)×(2.274E-13eB2)
ただし、A=0.0693×温度(℃)、B2=6.9315×電圧V(V)
カウンタ値演算部12にて、定期的なタイミングで温度検出部9からの温度(℃)情報を読み取った後(ステップS101)、必要に応じて温度値補正を行う(ステップS103)。
カウンタ値演算部12にて、温度読取と同じタイミングで、残容量検出部8を介して二次電池10の電池電圧(V)に関する情報を読み取った後(ステップS105)、必要に応じて電圧値補正を行う(ステップS106)。
ステップS103及びS106の補正処理で得た各算出値を、予め設定した上記近似演算式F2に入力することで電池ストレスに相当するカウント値の計算を行った後、次のステップS401に進む。
なお、図12において、ステップS401及び「B」以降は第1実施形態と同様のためここでの説明を省略する。
すなわち、本実施形態の充電制御装置200では、予め記憶部203に設定された相応の演算式に基づきカウント値を演算するという簡易な方式により、第1実施形態と同様、二次電池性能に対応した最適な充電終止電圧値を得ることができ、高い精度で二次電池の膨れ防止の管理を行うことができる。
次に、本発明の第3実施形態に係る充電制御装置200について、図15~図17を参照して説明する。
第1及び第2実施形態では、カウント値の計算として各Step共通の演算式F1,F2を用いたが、使用する電池種類よっては、電池の劣化が進んだ際、特性グラフ(倍測特性)が変化する場合が想定される。
例えば、電池の劣化が進んだ際、これまでより劣化度(電池のストレス度)が1.2倍加速することが想定される電池を使用する場合は、図16(B-1)(B-2)に示すように、温度60℃、充電率100%時にカウント値が「≒1」ではなく「≒1.2」になるような以下の近似演算式F3を用いる。
[数式4]
近似演算式F3=(0.0188eA)×(0.0010eB1)
ただし、A=0.0693×温度(℃)、B1=0.0693×充電率%
そして、この図15のフローチャートでは、第1実施形態における図3のフローチャートと比較して処理内容が異なるのがステップS203である。
(初期状態からStep1~3までの処理)
このときの処理では、第1実施形態と同様、定期タイミングで読み取った温度(℃)情報と充電率(%)情報を基にして、必要に応じて温度補正、充電率補正をかけた後、予め設定した近似演算式F1によりカウント値を演算、加算、記憶する。
その後、カウント値が累積し、Step4まで移行が進んだ場合には、近似演算式F3に切り替え、以降は同演算式でカウント値の計算、加算、記憶をしていく。
第1実施形態から変更している点は、ステップS203にてカウント値演算式を複数設定し、Step4以降で使用する演算式をF1からF3にした点であり、これによりステップS401でのカウント値加算を加速してStep移行を早め、より膨れにくい制御を行うことが可能となる。
また、ステップS203での演算式設定に際しては、温度(℃)におけるカウント値に重み付け(≒1.2)をしたが、充電率(%)側に重み付けしても良いし、両方に重み付けしても良い。
特に、本実施形態の充電制御装置200では、カウント値演算式を複数設定し、Step4以降で使用する演算式F1を演算式F3に変更することで、ステップS401でのカウント値加算を加速してStep移行を早め、より膨れにくい制御を行うことが可能となる。
2 制御部
3 電源回路部
4 カウンタ値加算/記憶部
5 充電条件設定部
6 充放電制御部
7 外部電源
8 残容量検出部
9 温度検出部
10 二次電池
12 カウンタ値演算部
13 クロック部
14 充電率/温度補正値情報部
15 累積カウンタ閾値判定部
100 充電制御装置
101 検出部
102 演算部
103 記憶部
104 充電制御部
200 充電制御装置
201 検出部
202 演算部
203 記憶部
204 充電制御部
Claims (8)
- 二次電池の温度及び充電率のパラメータを所定のタイミングで検出する検出部と、
該検出部で検出した温度及び充電率の値に基づき、電池のストレス度に相当するカウント値を算出する演算部と、
該演算部にて算出が行われる毎に得られたカウント値を累積しかつ当該カウント値を累積カウント値として記憶する記憶部と、
該記憶部に記憶された累積カウント値の大きさに基づき、該累積カウント値が大きくなるに従って、前記二次電池を充電するときの充電終止電圧値が段階的に小さくなるように当該充電終止電圧値を複数設定する充電制御部と、を具備し、
前記演算部は、前記検出部により前記二次電池から検出された温度及び充電率に基づき、当該二次電池のカウント値を算出するための演算式を1又は複数設定し、
前記演算部では、前記検出部で検出する充電率を、該充電率と等価の関係にある電池電圧に変更してカウント値を算出することを特徴とする充電制御装置。 - 前記演算部は、前記演算式が複数設定されている場合に、これら演算式の中から前記累積カウント値の大きさに基づき最適なものを選択することを特徴とする請求項1に記載の充電制御装置。
- 前記演算式は過去における温度、充電率と電池ストレス度を示すカウント値との関係に基づいて決定されることを特徴とする請求項1又は2のいずれか1項に記載の充電制御装置。
- 前記検出部で読み取った温度や充電率を、必要に応じて補正する補正値情報部がさらに設けられることを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の充電制御装置。
- 前記演算部では前記演算式により演算するカウント値を小数点以下可能な限り多数の桁数まで算出することを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載の充電制御装置。
- 前記充電制御部では、段階的に変更する充電終止電圧の最終設定を、十分膨れリスクが少ない充電終止電圧値設定とし、使用する電池のストレス限界点に相当した累積カウント値までに、充電終止電圧設定の最終設定に到達するように設定することを特徴とする請求項1~5のいずれか1項に記載の充電制御装置。
- 前記記憶部では、前記二次電池が物理的に外されない限り、記憶された累積カウント値は保持又は復元可能とすることを特徴とする請求項1~6のいずれか1項に記載の充電制御装置。
- 二次電池の温度及び充電率のパラメータを所定のタイミングで検出する検出段階と、
該検出段階で検出した温度及び充電率の値に基づき、電池のストレス度に相当するカウント値を算出する演算段階と、
該演算段階にて算出が行われる毎に得られたカウント値を累積しかつ当該カウント値を累積カウント値として記憶する記憶段階と、
該記憶段階に記憶された累積カウント値の大きさに基づき、該累積カウント値が大きくなるに従って、前記二次電池を充電するときの充電終止電圧値が段階的に小さくなるように当該充電終止電圧値を複数設定する充電制御段階と、を具備し、
前記演算段階は、前記検出段階により前記二次電池から検出された温度及び充電率に基づき、当該二次電池のカウント値を算出するための演算式を1又は複数設定するとともに、前記充電率を、該充電率と等価の関係にある電池電圧に変更してカウント値を算出することを特徴とする充電制御方法。
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Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002236154A (ja) | 2001-02-07 | 2002-08-23 | Sanyo Electric Co Ltd | 電池の残容量補正方法 |
WO2008108102A1 (ja) | 2007-03-07 | 2008-09-12 | Panasonic Corporation | リチウム系二次電池の急速充電方法およびそれを用いる電子機器 |
WO2012095894A1 (ja) | 2011-01-14 | 2012-07-19 | トヨタ自動車株式会社 | リチウムイオン電池の劣化速度推定方法、および劣化速度推定装置 |
JP2015118024A (ja) | 2013-12-19 | 2015-06-25 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 二次電池モジュールおよび二次電池監視装置 |
WO2019016998A1 (ja) | 2017-07-19 | 2019-01-24 | 三菱電機株式会社 | 蓄電池システム充電制御装置、蓄電池システム及び蓄電池充電制御方法 |
JP2020038138A (ja) | 2018-09-05 | 2020-03-12 | 富士電機株式会社 | 蓄電池診断装置、システム、プログラム、および方法 |
JP2020068628A (ja) | 2018-10-26 | 2020-04-30 | Necプラットフォームズ株式会社 | 充電制御装置、機器、充電制御方法、充電制御プログラム |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3371146B2 (ja) * | 1992-08-18 | 2003-01-27 | ソニー株式会社 | バッテリとバッテリ課金方法 |
-
2021
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-
2024
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Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002236154A (ja) | 2001-02-07 | 2002-08-23 | Sanyo Electric Co Ltd | 電池の残容量補正方法 |
WO2008108102A1 (ja) | 2007-03-07 | 2008-09-12 | Panasonic Corporation | リチウム系二次電池の急速充電方法およびそれを用いる電子機器 |
WO2012095894A1 (ja) | 2011-01-14 | 2012-07-19 | トヨタ自動車株式会社 | リチウムイオン電池の劣化速度推定方法、および劣化速度推定装置 |
JP2015118024A (ja) | 2013-12-19 | 2015-06-25 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 二次電池モジュールおよび二次電池監視装置 |
WO2019016998A1 (ja) | 2017-07-19 | 2019-01-24 | 三菱電機株式会社 | 蓄電池システム充電制御装置、蓄電池システム及び蓄電池充電制御方法 |
JP2020038138A (ja) | 2018-09-05 | 2020-03-12 | 富士電機株式会社 | 蓄電池診断装置、システム、プログラム、および方法 |
JP2020068628A (ja) | 2018-10-26 | 2020-04-30 | Necプラットフォームズ株式会社 | 充電制御装置、機器、充電制御方法、充電制御プログラム |
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