JPH07502860A - 蓄電池の充電方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ’Ｉｔ池の充電方法 従来の技術 本発明は、請求の範囲第１項の上位概念による１１！池の充電方法及び請求の範 囲第６項の上位概念による蓄電池用充電装置に関する。

例えば電動工具等の電動装置においてはますますバッテリが、繰返し充電のでき る簡易交換形のｓｉｔ池に置き換えられている。このような蓄電池は、例えばＮ １Ｃａｄ−セル、Ｎ　ｉ　Ｈ−セル等の直列に接続された個別のセルを有してい る。セルの温度を検出するためには、例えばＮＴＣ−抵抗又はダイオード等の適 合するセンサがセルの間に挿入される。ｗ電池の再充電の際には、例えば温度− １電圧−１時間−遮断等の種々異なる遮断判定基準が考慮される。また頻繁には これらの複数の判定基準の組み合わせが用いられる。１時間までの充電時間の際 に遮断判定基準の１つの考慮のもとて障害が生じた場合にはセルの損傷はまだ回 避することができた。

発明の利点 請求の範囲第１項の特徴部分に記載の本発明による方法ならびに請求の範囲第６ 項の特徴部分に記載の本発明による装置によって得られる利点は、充電時間が著 しく短縮される場合でもセルの寿命を延ばす保護充電サイクルが保証されること である。

ファジィ論理を用いることにより様々な周辺条件が考慮され、非常に保護の行き 届いた充電方法が実現のための著しいコストの上昇を伴うことなく実現可能であ る。

本発明による方法の有利な実施例では蓄電池の電圧と温度ないしはＩｌ！電池の セルの電圧と温度ならびにこれらの測定値の時間導関数（微分）がめられる。比 較的僅かな信号を用いるだけで既に充分に保護の施される充電方法が実現され得 る。

本発明による方法の別の有利な実施例では、種々異なる充電過程が、Ｉｌ！池の 温度が高いか低いか、あるいは＊を池ないしはセルの温度が上昇しているか下降 しているかの判定基準に従って識別され得る。これらの測定値を考慮することに より簡単な手法で保護の施される＊１池の充電が保証され得る。

本発明の別の有利な実施例は従属請求項に記載される。

蓄電池用充電装置の有利な実施例では、ファジィ−プロセッサが設けられている 。この種のプロセッサを用いることにより、充電装置は蓄電池に対して極めて適 切に保護の施された充電を行うことができる。これにより個々のセルの寿命が延 びる。

特にＮ　ｉ　Ｃａ　ｄ−及び／又はＮ１Ｈ−蓄電池の充電に本発明による方法な いし充電装置を用いることは非常に有利である。

図面 図１は本発明による充電装置のブロック回路図である。

図２は本発明による蓄電池の充電方法の実行を表すフローチャートである。

図３は入力量に関するメンバーシップ関数である。

図４は出力量に関するメンバーシップ関数である。

実施例の説明 次に本発明を図面に基づき詳細に説明する。

図１には蓄電池３の充電のための充電装置１の概略的なブロック回路図が示され ている。充電装置は適当な配電源に接続可能である。取り出された電圧はフィル タ回路５によって平滑化され整流器７に供給される。

これからの出力信号はＤＣ−変換器９を介して電流制御器１１へさらに供給され る。電流制御器１１の出力端子１３には蓄電池３が接続されている。

蓄電池は温度センサを備えている。この温度センナはここではＮＴＣ抵抗１５と して構成されており、例えばこの実施例ではその一方の端部が蓄電池３の１つの 端子に接続されている。ＮＴＣ抵抗１５は、他方で充電装置１の入力端子１７に 接続されている。

充電装置１は、マイクロプロセッサ１９を有している。このマイクロプロセッサ １９は、ファジィ論理回路２１を有している。このファジィ論理回路には入力信 号として、充電すべきｗ電池３に給電される電圧Ｕと、符号ｄＵで示されたこの 電圧の時間に関する導関数と、Ｉ！池の温度Ｔと、符号ｄＴで示された時間に関 する導関数が供給される。

さらに図１からはマイクロプロセッサ１９が測定値処理段２０を備えていること がわかる。この処理段２０では電圧の時間導関数（時間微分）ｄＵ／ｄｔならび に温度の時間導関数（時間微分）ｄＴ／ｄｔが生ぜしめられる。さらに可及的に エラーのない後続処理を保証するために、前記信号処理段２０において信号の平 滑化が行われる。

入力信号は論理回路によって評価され、その結果から充ｉｔ流■が算出される。

この算出値によって電流制御器１１が蓄電池３の充電過程のために設定される。

それ故マイクロコンピュータ１９、すなわちそのファジィ制御回路２１は制御線 路２３を介して電流制御器１１と接続されている。

次に図２に示されているフローチャートに基づき当該蓄電池の充電方法を詳細に 説明する。

図１の充電装置１の動作開始の際には当該の充電方法は第１ステツプ３１で開始 される。まず第２ステツプ３３において充電装置を動作準備状態におくために用 いられる通常の初期化が行われる。

第３のステップ３５では、充電装置１の出力端子１３に接続された蓄電池３の種 別が適切な手法で確認される。

後続のステップ３７では充電装置１に供給された測定値が測定され、評価論理回 路（ファジィ論理回路２１）のための次のステップ３９で処理される。

処理された測定筐は次のステップ４１でファジィ論理回路によって処理ないし評 価され、充電電流制御に必要な充ｔｔ流Ｉが算出される。充電過程の制御は次の ステップ４３によって示される。

ここにおいて間合せステップ４５において、充電すべき蓄電池３が完全に充電さ れている状態か否かの問合せが行われる。まだ完全に充電されていない状態の場 合には当該システムは方法ステップ３７に戻る。このステップでは測定値が測定 され、ステップ３９の測定値処理に従ってファジィ論理回路において処理される （ステップ４１）。

最後にａｍ池が所望の充電状態にもたらされた場合には、後続のステップ４７に おいて維持充電が行われる。

充電装置１が無負荷動作しない限り細流充電は保持される。無負荷動作に関する 間合せは方法ステップ４９において行われる。

蓄電池が充電装置１から取り外された場合にはこれが無負荷動作問合せステップ ４９において識別される。

充電すべき新たな蓄電池の接続の際には当該の方法はステップ３３に戻る。この ステップは装置の初期化に用いられる。前記した方法ステップ３５〜４９は順次 連続して行われる。

図１からはファジィ論理回路２１がいくつかの入力信号を処理していることがわ かる。例えばここでは充電すべき！’電池の温度Ｔと電圧Ｕとが入力信号として 受け取られ、さらにこれらの測定値の時間に関する変化値が受け取られている。

図３にはこれらの入力量の所謂メンバーシップ関数が示されている。一番上のダ イヤグラムは、摂氏温度℃に関する蓄電池温度である。これは符号μ丁で示され ている。

この図には帰属度が異なるクラス毎に示されている。

すなわち“低い蓄電池温度”、。通常の蓄電池温度”、１高いないし大きな蓄電 池温度”等のクラス毎にプロットされている。この帰属度は、値ｎｏ″と値″１ ″との間で連続的に表される。この場合値“０”には“帰属度なし”のメツセー ジが属し、値″１″には１００％の帰属度”のメツセージが属する。

これらのクラスはここでは次のように区分される。

すなわち第１のクラス“低い蓄電池温度”が−４℃よりも低い全ての値に対して 帰属度“１″をとるように区分される。このクラスの帰属度は一４℃において値 “１″から＋７℃において値“０″に低下する。

第２のクラス゛通常の蓄電池温度”は−４℃に対す特表千７−５０２８６０　（ ４） る値“Ｏｎから＋７℃における値“１″へ上昇する帰属度の度合を有している。

この帰属度は＋４５℃まで値“１′に維持され、＋６５℃において値′０″に低 下する。

蓄電池温度の第３のクラスは＋４５℃から＋６５℃までの上昇する帰属度を有す る。この帰属度は＋６５℃よりも上の全ての温度に対して値″１″に維持される 。

図３の第２のダイヤグラムにはセル毎の蓄電池電圧に対するメンバーシップ特性 図が示されている。符号μＵ＊によっては、評価された電圧値が充電過程の制御 のために用いられることが表されている。

このダイヤグラムはここでは２つのクラス、すなわち第１のクラス“小さな蓄電 池電圧“と第２のクラス“大きな蓄電池電圧に”対する帰属度に基づいている。

ここでもこれらの帰属度は特性曲線経過によって値″１″と値“０″の間で示さ れる。１００％の帰属度、すなわち値″１″は、１．５Ｖ／ｃｅ　ｌ　ｌ以下の ｗ１１Ｌ池電圧によって定められる。その後このクラスの帰属度は、１．５Ｖ／ ｃ　ｅ　ｌ　］の電圧に対する値”ｏ″に低下する。

第２のクラス“大きな蓄電池電圧”は、１．５Ｖ／ｃｅｌｌにおける値“０”か ら開始され、１．６Ｖ／ｃｅｌｌの際に値“′１″をとる。

図３における第３のダイヤグラムは蓄電池温度の変化が時間に関して示されてい る。この場合の単位にはｍＫ／ｓが選定されている。

このダイヤグラムはここでは３つのクラスに区別される。すなわち“負の温度変 化”、正の温度変化”、“非常に大きな正の温度変化”に区別される。

第１のクラス負の温度変化”の帰属度は、ｄＴ／ｄ　ｔ　＝−２０ｍＫ／ｓに対 して値″１″を有しており、ｄ　Ｔ／ｄ　ｔ　＝　１３ｍＫ／ｓまでに値″０″ に低下する。

第２のクラスの帰属度はｄ　Ｔ　／　ｄ　ｔ　＝　−２０ｍ　Ｋ　／　ｓにおけ る（直”ｏ″からｄ　Ｔ／　ｄ　ｔ　＝　１３　ｍＫ／　ｓにおける値“１″へ 上昇し、ｄＴ／ｄ　ｔ　＝２７ｍＫ／ｓから値“０”へ低下する。この値“０” にはｄＴ／ｄｔ＝８５ｍＫ／ｓの際に達する。

相応に第３のクラス“非常に大きな正の温度変化”の帰属度は、ｄＴ／ｄ　ｊ＝ ２７ｍＫ／ｓとｄＴ／ｄｔ＝８５ｍＫ／ｓの間で値″０″から値″１″へ上昇す る。

最後に図３の第４のダイヤグラムには、蓄電池に給電される電圧の時間に関する 電圧変化がプロットされている。この場合変化値ｄＵ／ｄｔは単位“ｍ　Ｖ　／ 　ｃｅｌｌ、ｓ″を有する。すなわちセルおよび毎秒毎にｍＶ単位で測定される 。

電圧変化μｄＵの帰属度は、ここでも３つのクラスを有する。すなわち“負の電 圧変化”、“正の電圧変化７、′非常に大きな正の電圧変化”に分けられる。

第１のクラス“負の電圧変化”は、ｄＵ／ｄｔ＝−６ｍＶ／ｃｅ　ｌ　ｌ、ｓに おいて値″１”を有し、ｄＵ／ｄ　ｔ＝−０，１ｍＶ／ｃｅ　ｌ　ｌ、ｓまでに 値“０”に低下する。

この値範囲においては第２のクラスの帰属度は値“０”から値″１″へ上昇し、 さらに０．６〜１．５ｍＶ／ｃｅｌｌ、ｓの間で値″Ｏ”へ低下する。

相応に゛′非常に大きな電圧変化”のクラスにおいても値″０″から値″１”へ の帰属度の上昇が観察される。１．５ｍＶ／ｃ　ｅ　ｌ　ｌ、ｓよりも上では当 該第３のクラスの帰属度は保持され続ける。

もちろん個々のメンバーシップ特性図における２つのクラス間の移行領域に対す る数値はここでは単なる一例として選定されたものである。それらの設定は充電 すべき蓄電池に適合され得る。

図４には出力量μ工、すなわち充ｉｔ流のメンバーシップ関数が示されている。

この充ｔｔ流は、制御線路２３から供給される制御信号に依存して電流制御器１ １から出力端子１３を介して蓄電池３に供給されるアンペアで測定される充ｔｔ 流Ｉは、４つのクラスに区別される。すなわち充ａｍ流は、ＯＡ、２Ａ、４Ａ、 ６Ａに分けられる。

クラス゛’ＯＡ″の帰属度は、−２Ａ〜ＯＡの開で値０”から値″１”へ上昇す る。その後ＯＡ〜＋２Ａの開で再びイ直″０″になる。

クラス″２Ａ″の帰属度は、ＯＡにおける値″０″から出発する。値″１”には ＋２Ａにおいて達し、その後再び値″０”に低下する。この値“０″は４Ａにお いて達成される。

クラス″４Ａ”の帰属度は、＋２Ａ〜４Ａの間で値ＩＯ″から値”１”に上昇し 、その後再び値″０”に低下する。この値”ｏ”は６Ａにおいて達成される。

最後にクラス″６Ａ”に対しては４Ａ〜６Ａの開で値“０″から値“１”への帰 属度の上昇が決定し、その後８Ａにおいて値“Ｏ”へ低下する。

図１による充電装置を用いてないしは前記のメンバーシップ関数を用いて実現可 能な充ｉｔ流は、図３に示したような入力量の評価から得られる。以下に示すテ ーブルからは、その際に検出可能な制御特性値セットが読出し可能である。この 制御特性値セクトからはＷ！電池の穐々異なる充電状態ないし温度状態に対する 充ａｍ流が読出され得る。以下のテーブルでは測定値が符号Ｘで示されている。

この測定値は重み付けなしで保持される。

例えば以下のテーブルにおいて制御セットの第１段目に着目すれば、重み付けさ れていないセル毎の蓄電池電圧が大である場合、充ｉｔ流ＩはＯＡの値をとって いる。この場合は、温度も、この温度の時間的な変化も、時間毎の蓄電池電圧の 変化も重要ではない。

その他の符号Ｘの付されている蓄電池の電圧状態は、評価に含まれない。この場 合はその他の入力量のみが充電流の設定調整に用いられる。いずれにしてもｗｔ 池湿温度低い場合、温度変化が負の場合でも正の場合でもａｔ池における電圧変 化は考慮されない。温度変化が負である最初の場合では、充電電流Ｉは４Ａであ る。蓄電池における温度変化が正である最初の場合では充ｉｔ流Ｉは６Ａである 。

さらにこのテーブルからは蓄電池の温度が高い場合には電圧変化ｄＵは影響を与 えないままであることが見て取れる。ａｔ池の温度変化が負か、正か、非常に大 きな正かに応じて充ｉｔ流はそれぞれ２Ａ、ＯＡ、ＯＡとなる。

その他の場合においても、温度、時間毎の電圧の変化、および時間に関する温度 変化によって充ｔｔｆｉ　Ｉが設定調整される。それぞれの値は以下のテーブル から読出される。

（テーブル） Ｕ＊　Ｔ　ｄＵ　ｄＴ　Ｔ 大　ｘ　ｘ　ｘ　。

Ｘ　低い　Ｘ　負　４ Ｘ　低い　Ｘ　正　６ Ｘ　低い　負　大きな正　Ｏ Ｘ　常温　正　負　６ Ｘ　常温　正　正　６ Ｘ　常温　正　大きな正　４ Ｘ　常温　大きな正　負　６ Ｘ　常温　大きな正　正　６ Ｘ　常温　大きな正　大きな正　４ Ｘ　常温　負　負　６ Ｘ　常温　負　正　Ｏ Ｘ　常温　負　大きな正　Ｏ Ｘ　高い　Ｘ　負　２ Ｘ　高い　Ｘ　正　Ｏ Ｘ　高い　Ｘ　大きな正　０ フアジイ論理装置を用いることにより、蓄電池における電圧及び温度並びにこれ らの値の時間導関数を充電過程期間中にめることが可能となる。その開成のよう な概念−すなわち“電圧が高い”、“電圧が低ｕＮ″、または“電圧の上昇”、 ′電圧の低下”−との論理結合が可能である。この場合は次のような概念−すな わち″温度が高い”、“温度が低い”または゛′湯温度上昇”、゛温度の低下” −を前記概念と論理結合させることも可能である。いずれにしても種々異なる条 件のもとて常時最適な充４ＩＬｉｔ流の設定調整が保証される。

それによりＩ！池の充分に保護された充電が実現可能となり、１′電池の個々の セルの非常に長い寿命が保証される。

可及的に均一でかつ充分に保護された充電過程を保証するために、有利には充電 期間のセツティングの際に蓄電池の温度と電圧の制御値が複数の測定サイクルに 亘って平均化される。

異なる周辺条件をめることによって充電期間を１５分かまたは単に５分だけに大 幅に短縮する際にも蓄電池の保護が維持され得る。

前記実施例からは、当該方法及び前記充電装置がＮ１ｃａｄ−セルまたはＮ１Ｈ −セルを有する蓄電池の充電方法において用いることに非常によく適しているこ とがあきらかである。

−２０２４６８Ｉか

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．蓄電池の瞬時の電圧並びに蓄電池の温度及び／又は電圧と温度の時間導関数 （時間微分）を充電電流の設定調整のために測定する、蓄電池の充電方法におい て、 測定値をファジィ論理（ロジック）に従って相互に論理結合させることを特徴と する、蓄電池の充電方法。
2. ２．前記電圧および温度ならびに該電圧と温度の時間導関数を求める、請求の範 囲第１項記載の蓄電池の充電方法。
3. ３．“電圧が高い”、“電圧が低い”、“電圧の上昇”または“電圧の低下”等 の状態識別を行い、充電過程を相応に制御する、請求の範囲第１項又は２項記載 の蓄電池の充電方法。
4. ４．“蓄電池の温度が高い”、“蓄電池の温度が低い”“蓄電池の温度の上昇” および“蓄電池の温度の低下”等の状態識別を行う、請求の範囲第１項〜３項い ずれか１項に記載の蓄電池の充電方法。
5. ５．蓄電池の瞬時の電圧または温度が複数回の測定に亘って検出され、そして例 えば平均化される、請求の範囲第１項〜４項いずれか１項に記載の蓄電池の充電 方法。
6. ６．蓄電池の瞬時の電圧および／または蓄電池の温度を求めるための平均化手段 と、充電過程を制御する制御装置とを有する、請求項１〜５項いずれか１項に記 載の方法の充電過程を実施するための蓄電池用充電装置において、 前記制御装置（１）は、充電過程に要する特性量がファジィ論理に従って充電電 流（Ｉ）の設定調整のために論理結合されるように構成されていることを特徴と する、蓄電池用充電装置。
7. ７．前記制御装置（１）において、電圧（Ｕ）および温度（Ｔ）ならびに該電圧 と温度の時間導関数（時間微分）に対応する信号が相互に論理結合される、請求 の範囲第６項記載の蓄電池用充電装置。
8. ８．前記重圧（Ｕ）および温度（Ｔ）は、順次連続する複数の測定周期において 検出および平均化可能である、請求の範囲第６項または７項記載の蓄電池用充電 装置。
9. ９．前記制御装置（１）は、マイクロプロセッサ（１９）として構成されている 、請求の範囲第６項〜８項いずれか１項に記載の蓄電池用充電装置。
10. １０．前記制御装置（１）は、ファジィープロセッサ（１９，２１）として構成 されている、請求の範囲第６項〜９項いずれか１項に記載の蓄電池用充電装置。
11. １１．前記充電装置は、ＮｉＣａｄ−蓄電池及び／又はＮｉＨ−蓄電池の充電に 用いられる、請求の範囲第６項〜１０項いずれか１項に記載の蓄電池用充電装置 。