JPH10201111A - 充電制御方法および充電制御装置 - Google Patents
充電制御方法および充電制御装置Info
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Abstract
を充電制御する場合に、電池のメモリ効果と高温充電に
よる充電効率の低下現象の相乗的作用による電池用量の
低下を防ぎ、充電時間の短縮を図る。 【解決手段】 電池の残存容量が多い時は充電開始上限
温度を低く設定して相乗的作用による弊害を抑制し、残
存容量が少ない時は充電開始上限温度を高くして待機時
間を短くする。
Description
ミウム電池、ニッケル・水素電池などで代表される二次
電池の充電制御方法と、充電制御装置とに関するもので
ある。
の上限および下限を設定しておき、電池温度がこの設定
範囲内に入っている時に充電を開始するようにしてい
る。すなわち電池の種類や形式により決まった設定温度
範囲外の温度で充電を行うと、電池の劣化、充電効率の
低下、漏液(液涸れ)などが発生するおそれがあるから
である。ここに充電効率は、充電電気量に対する実際に
電池に蓄えられた電気量の比である。
放電することなく充電を行うと、電池性能が低下するこ
とがある。例えばニッケル・カドミウム電池やニッケル
・水素電池などのニッケル正極を有するニッケル(N
i)系の電池では、放電深度の浅い状態で繰り返えし充
電すると、放電時の電圧特性が低下する現象(メモリ効
果)が著しいことが知られている。
限温度(TU)は、電池のサイクル寿命を考慮した上で
充電効率を適切なレベル以上にするのに必要とする温度
に設定される。また、Ni系電池の充電効率は常温付近
が最も高く、常温以上は温度の上昇にしたがって充電効
率は低下する。すなわち毎回深い放電をしていれば、設
定したレベルの充電効率が得られ電池容量は大きく低下
することはないが、充電開始上限温度付近でメモリー効
果が発生するような浅い充放電を繰り返すと、電池容量
が極端に低下する。これはメモリ効果と高温で充電効率
が低下する現象との相乗的な作用により発生すると考え
られている。
めには、充電開始温度を十分に低くすればよい。しかし
電池には放電中の反応熱および内部抵抗による自己発熱
があるため、高温になる。このため使用直後の電池では
電池温度が高くなり、この電池温度が自然冷却により十
分に低下するまで長時間待機する必要が生じる。従って
充電待機時間が長くなり、充電所要時間が長くなるとい
う問題がある。
たものであり、前記相乗的な作用による電池容量の著し
い低下を防止し、充電待機時間と充電所要時間とを短縮
することができる充電制御方法を提供することを第1の
目的とする。またこの発明はこの方法の実施に直接使用
する充電制御装置を提供することを第2の目的とする。
状態を管理する電池管理装置付き電池に用いる充電制御
方法において、前記電池の残存容量を演算し、この残存
容量の減少に対応して充電開始上限温度を高くするよう
に設定し、電池温度がこの充電開始上限温度以下の時に
充電を開始することを特徴とする充電制御方法、により
達成される。
態を管理する電池管理装置付き電池を充電器で充電する
充電制御装置において、前記電池の温度検出部と、前記
電池の残存容量を演算する残存容量演算部と、前記電池
の残存容量の変化に対する充電開始上限温度の制御特性
を記憶するメモリと、前記制御特性を用いて電池温度に
対する充電開始上限温度を求める上限温度演算部と、電
池温度が前記上限温度演算部で求めた充電開始上限温度
以下の時に前記充電器に充電を開始させる充電制御部と
を備えることを特徴とする充電制御装置、により達成さ
れる。
係を示す制御特性は、電池管理装置に設けたメモリに記
憶することにより、電池毎に特有な制御特性を用いた制
御が可能になる。
図、図2は主としてCPUの機能を説明する図、図3は
動作を示す流れ図、図4は予備充電モードの動作を示す
流れ図、図5は充電モードの動作の前半を示す流れ図、
図6は同じく後半を示す流れ図、図7は制御特性を示す
図である。
はコントローラ、14は電池管理装置、16は充電器で
ある。電池管理装置14にはニッケル・カドミウム電池
などの電池18が含まれる。交流電源20から供給され
る交流は、充電器16で整流され、ダイオード22を介
して所定の充電モードで電池18を充電する。
してモータ10に所定の電流・電圧を供給し、モータ1
0を駆動する。例えばモータ10を直流モータとした場
合は、コントローラ12は電池18の出力電圧を所定の
デューティでオン・オフ制御するチョッパー方式のもの
とすることができる。
は外部信号Bに基づきデューティを連続的に変化させて
モータ10の駆動電圧・電流を制御する。また充電中な
どの放電禁止すべき状況であれば、コントローラ12は
デューティを0にする。すなわちモータ10への電圧・
電流の供給を停止し、その旨を表示装置24に表示す
る。
ー)である。その機能については後記する。28は電源
回路であり(図2)、電池18の電圧(例えば24V)
を所定電圧(例えば5V)に降圧してCPU26などを
駆動する。
る。電流検出部30は、電池18の充放電電流Iを検出
し所定電圧の信号にしてCPU26に入力するものであ
る。電圧検出部32は電池18の正極電圧Vを所定電圧
の信号に変えてCPU26に入力する。
る電池温度検出部であり、具体的には電池温度Tによっ
て変化するサーミスタ34の電流変化を増幅しかつ所定
電圧に変換してCPU26に入力する。ここに電池温度
Tは電池18の内部の温度であり、例えば電解液の温度
とする。
(Electrically Erasable / Programable Read Only Mem
ory)である。EEPROM36はCPU26で演算に使
う種々のデータ、例えば電池18のタイプやその特性デ
ータ、電池温度Tによる容量低下特性などをメモリする
と共に、演算途中のデータや演算結果である残存容量や
電池18の履歴などをメモリする。この発明に用いる充
電開始上限温度(TU)と残存容量との関係を示す制御
特性(図7)もこのEEPROMに記憶される。
26はコントローラ12あるいは充電器16から起動指
令が来ると、初期化処理を行う。なおCPU26はソフ
トウェアにより作動するが、図2ではその機能をブロッ
ク化して示した。
か否かを充電判別部40で判別する。この判別は、ダイ
オード22と充電器16との間のパワーライン42の電
圧Vcをデジタル化してCPU26に入力し、この電圧
Vcが正の所定電圧以上なら充電中と判断し、通信イン
ターフェース38を介して表示装置24に表示させ、ま
た後記LED54を点灯させる。この時には充電電流の
大きさから充電方式を決定して充電器16に指令する
が、この点は後記する。
容量演算部44(図2)で演算する。すなわち電池電流
検出部30により検出した電流Iと充電時間との積(ア
ンペア時)によって充電量を求める。
初期容量が予め記憶されていて、充電量の積算値がこの
初期容量を超えた時は充電量をこの初期容量とすること
により、充電量の積算誤差が蓄積されるのを防ぐ。また
正確に充電方式に従って充電を終了した場合には、充電
量は初期容量にリセットされる。
積から電力を求め、電力の大小によって充電量を補正し
てもよい(電力補正)。この補正は、充電電流の大小や
充電方式によって充電効率が変化することを考慮して行
うものである。この結果はEEPROM36にメモリさ
れ、必要に応じて通信インターフェース38を介してコ
ントローラ12に送られ、表示装置24に表示される。
ら放電中か否かを判別し、放電中と判別すれば、残存容
量演算部44は放電量の演算を行う。すなわち電池電流
検出部30で検出する放電電流に時間を積算して放電量
(アンペア時)を求める。残存容量演算部44はこれを
EEPROM36に記憶している残存容量から減算する
ことにより残存容量の現在値を求める。
補正(電力補正)を加えてもよいのは勿論である。この
補正後の残存容量はEEPROM36にメモリされる。
またこの結果は通信インターフェース38を介してコン
トローラ12に送られ、表示装置24に表示される。
この充電器16は電源20から供給される交流を直流に
変換するAC/DCコンバータ46と、充電電流検出部
48と、デューティ演算部50と、出力制御部52とを
持つ。デューティ演算部50は、電池管理装置14で指
定される充電電流を出力するためのデューティを決め
る。出力制御部52は、このデューティに対応してコン
バータ46のスイッチング素子をオン・オフ制御するた
めの信号(PWM信号)を出力する。
LED(発光ダイオード)54と、これを駆動するLE
Dドライバ56とを備える。このLEDドライバ56に
は、電池管理装置14から送られる充電中であることを
示す信号が入力され、この信号に基づいてLED54が
点灯される。
放電度合判断部57は、充電開始指令に基づいて電池1
8の放電の度合を判断するものであり、この放電の度合
は充電が必要か否かを判断するために用いられる。ここ
に充電開始指令は、例えば充電器16に設けた充電開始
スイッチ(表示せず)の操作により入力されるものとす
る。また充電判別部40でパワーライン42の電圧Vc
が所定電圧以上になったことを判別した時に、この充電
開始指令がこの放電度合判断部57に入力されるように
してもよい。
の判断データとしては、種々のものが使用可能である。
ここでは、前回の充電から後に放電指令が有ったか否か
をEEPROM36のデータから判定し、放電度合の判
断資料とする。また前回の充電以後の自己放電量や、残
存容量も用いる。
部58に入力され、ここで充電の要否が判別される。例
えば前回の充電から1回も放電が行われていない時や、
この時自己放電量が所定値以下である時や、残存容量が
所定値以上である時には、充電は不要と判断する。この
ようにして充電が不要と判断されると、充電器16に充
電を停止する旨の信号を送り、また表示装置であるLE
D54を所定時間点灯させる。このような状態をここで
は「にせ充電」と言う。
まず充電器16のパワーライン42の電圧Vcが設定値
以上になったことや、手動で充電開始スイッチを操作す
ることにより、充電開始指令が放電度合判断部57に入
力される(図3のステップ100)。放電度合判断部5
7は、この充電開始指令が入力されると前回の充電から
後に放電が行われた回数をEEPROM36が記憶する
履歴データに基づいて求める。
づき充電の要否を判別する。この実施態様では放電回数
が0であれば充電を不要と判断する(ステップ10
2)。この放電回数が1回でもあれば、電池18の残存
容量が所定値以下か否かを判別する(ステップ10
4)。ここに残存容量は前記残存容量演算部44で演算
される。従ってこの場合には残存容量演算部44は放電
の度合を検出する放電度合検出部ともなっている。
に放電が1度も行われていない時は、充電要否判別部5
8は前回の充電が完全充電されたものか、不十分な充電
で終ったのかをEEPROM36のデータに基づいて判
定する(ステップ106)。充電が不完全で終った時に
は、ステップ104に入る。すなわち残存容量が少なけ
れば電池の良否を判定するステップ108に入り、多け
ればステップ110に入る。
算し、この自己放電量が所定値(例えば400mAh)
以上なら充電モード100に入り、以下ならにせ充電モ
ードに入る(ステップ112)。すなわち実際には充電
を行わせることなく、にせ充電タイマによる計時を開始
すると共にLED54だけを点灯させる(ステップ11
2)。そしてにせ充電タイマに設定した所定の時間を経
過すると(ステップ114)、LED54を消して(ス
テップ116)、にせ充電モードを終る。このにせ充電
モードでは充電電流を0にしてよいのは勿論であるが微
少電流を流し続けてもよい。
対する残存容量の低下率特性を用いる。すなわち放置時
間および電池温度の増加と共に自己放電量は増加し、こ
の関係は電池18に対して決まっているから、この関係
をEEPROM36に予めメモリしておく。従って電池
18の放置中の電池温度Tと時間が求まれば、この関係
式(あるいはこの関係を示すマップ)を用いて自己放電
量を求めることができる。
部44で行うことができる。従ってこの実施態様では、
残存容量演算部44はこの自己放電量を求める放電度合
検出部も兼ねている。なおこの残存容量演算部44は残
存容量を求める際に、この自己放電量による補正を行っ
てもよい。
時、およびステップ110で自己放電量が所定値(40
0mAh)以上の時には、ステップ108に入って電池
18が長期間の放置により使用不可能なものか否かを判
別する。このためまず電池電圧Vが正常時(例えば24
V)に比べて著しく低い(例えば16V)か否かを判定
する(ステップ108)。電池電圧Vがしきい値(16
V)以下なら予備充電モード(ステップ120)にな
り、しきい値以上なら通常の充電モード(ステップ12
2)になる。
図4に示すように小さい充電電流(0.5A)で充電開
始し、一定時間(例えば1時間)の予備充電タイマの計
時を開始させ、待機していることを表示するLEDをオ
ンにする(ステップ124)。そして電池電圧Vがしき
い値(16V)以上に回復するか否かをタイマの設定時
間(1時間)監視する(ステップ126,128)。
に回復すれば、電池18は使用可能であるとして予備充
電を終了する(ステップ130)。すなわち充電電流を
0にして待機を示すLEDをオフにする。そして充電モ
ード(ステップ122)に入る。電池電圧Vがしきい値
(16V)に回復しなければ、電池18は長期間の放置
により使用不可能であると判断し、電池に異常有りとす
る表示をする(ステップ132)。この時には充電電流
を0にして、待機を示すLEDをオフにする。
5、6を用いて説明する。充電器16の電源が投入さ
れ、電池18の放電の度合いが少なく、また電池が不良
でないと判断されて充電モード(ステップ122)に入
ると、CPU26ではサーミスタ34が出力する信号に
基づいて温度計測部60で電池温度Tを求める。
容量に対する充電開始上限温度TUを、図7に示す制御
特性を用いて演算する(ステップ136)。この演算は
EEPROM36に予め記憶された電池18に対する制
御特性を用いて、CPU26の上限温度演算部61で行
う。
上限温度TUより低くなっているか否かを判定し(ステ
ップ138)、電池温度Tがこの上限温度TU以下にな
るまで待機LEDをオンとして待機する(ステップ14
0)。この温度TとTUの比較は後記する充電制御部6
6で行う。
は、電池温度Tが充電開始下限温度TLより高いことも
同時に判定する。ここではこの下限温度TLは0℃の固
定値とする。従ってCPU26では電池温度Tが0<T
<TUの充電可能な温度範囲に入っているか否かを判定
する。
始する(ステップ202)。このテスト充電は充電方式
を決定するために一定電圧を電池18に印加して、この
時の充電電流Iを求めるものである。なお、電池サイク
ル寿命や充電効率を向上させる為には、この充電電流I
によって、その電流量に最適な充電方式を適用すること
が望ましい。
Iは不安定で変動する。そこで僅かな遅延時間(数ミリ
秒程度)を設定しておき、安定した充電電流Iを用いて
判別する。この電流Iの安定は、充電電流Iの変化率
(単位時間に対する変化量)を演算し、この変化率が所
定値以下になったことから判別してもよい。図2の電流
安定判別部62はこの変化率の大小を判別する。また6
4は充電電流Iをしきい値I0と比較して充電方式を判
別する充電方式判別部である。
6に送られ、所定の充電方式により充電制御を行う。充
電電流Iがしきい値I0以下なら、第1充電方式を選択
する。この実施態様では−ΔV方式を選択する。この−
ΔV方式は、Ni−Cd電池では充電終期に充電電圧が
最大値に達した後降下する点に着眼し、最大値から−Δ
Vだけ降下した時点を充電終了と判別するものである。
この−ΔVの演算は図2の−ΔV演算部68が行う。
値をセットする(ステップ206)。CPU26はこの
充電方式の時は4.5時間のタイマをセットした後、本
充電を開始する(ステップ208)。
2充電方式を選択する(ステップ204)。この第2充
電方式としては、ここではdT/dt方式を用いる。こ
の方式は電池温度Tが充電末期に急上昇する点に着眼
し、電池温度Tの時間に対する変化率dT/dtが設定
値以上になった時点で充電を終了させるものである。こ
のdT/dtの演算は図2のdT/dt演算部70が行
う。
ップ204)、第2充電方式の充電電流や終了条件をセ
ットする(ステップ212)。すなわちdT/dtの値
などを設定する。そしてタイマを1.5時間にセットし
た後、本充電を開始する(ステップ214)。この時の
充電電流Iは、前記ステップ206、212でセットさ
れた値となるように制御される。
16)、CPU26では常にタイマの積算時間がステッ
プ208、214に設定した時間をオーバーフローして
いるか否かを判定する(ステップ222)。オーバーフ
ローしていれば充電は終了とする。オーバーフローして
いなければそのまま充電を続け、ステップ206、21
2で設定した充電終了条件を満たした時点で充電を終了
させる(ステップ214)。この充電の終了は図2の充
電終了判別部72で行われる。
モリ(EEPROM36)に、図7に示す制御特性を記
憶したから、電池18ごとに特有な特性を記憶させるこ
とができ、電池ごとに最適な上限温度TUを決定するこ
とにより、最適な充電制御を行うことができる。また残
存容量の計算はこの実施態様に限定されるものではな
く、電池の種類や劣化の程度等に基づいて最適な方法を
用いればよい。本発明はニッケル・カドミウム電池以外
の二次電池にも適用でき、電池の特性に合わせて充電方
法などを変更してよいのは勿論である。
量が多い時は充電開始上限温度を低く設定するから、浅
い充放電を繰り返す場合のメモリ効果と、高温での充電
による充電効率の低下現象との相乗作用による電池容量
の著しい低下(相乗的作用)を防止することができる。
また残存容量が少ない時には充電開始上限温度を高く設
定するから、電池の使用により放電直後に電池温度が上
昇していても、電池の冷却に要する待機時間を短くする
ことができ、充電に要する時間が長くなるのを防ぐこと
ができる。
に直接使用する充電制御装置が得られる。ここに制御特
性は充電管理装置のメモリに記憶させておくことができ
る(請求項3)。
を示す図
Claims (3)
- 【請求項1】 充放電状態を管理する電池管理装置付き
電池に用いる充電制御方法において、前記電池の残存容
量を演算し、この残存容量の減少に対応して充電開始上
限温度を高くするように設定し、電池温度がこの充電開
始上限温度以下の時に充電を開始することを特徴とする
充電制御方法。 - 【請求項2】 充放電状態を管理する電池管理装置付き
電池を充電器で充電する充電制御装置において、前記電
池の温度検出部と、前記電池の残存容量を演算する残存
容量演算部と、前記電池の残存容量の変化に対する充電
開始上限温度の制御特性を記憶するメモリと、前記制御
特性を用いて電池温度に対する充電開始上限温度を求め
る上限温度演算部と、電池温度が前記上限温度演算部で
求めた充電開始上限温度以下の時に前記充電器に充電を
開始させる充電制御部とを備えることを特徴とする充電
制御装置。 - 【請求項3】 前記電池管理装置は、電池に特有な前記
制御特性を記憶するメモリを有する請求項2の充電制御
装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP01779097A JP3707636B2 (ja) | 1997-01-16 | 1997-01-16 | 充電制御方法および充電制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publication Number | Publication Date |
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JPH10201111A true JPH10201111A (ja) | 1998-07-31 |
JP3707636B2 JP3707636B2 (ja) | 2005-10-19 |
Family
ID=11953520
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP01779097A Expired - Lifetime JP3707636B2 (ja) | 1997-01-16 | 1997-01-16 | 充電制御方法および充電制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3707636B2 (ja) |
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