CN104584317B - 二次电池的充电装置以及二次电池的充电方法 - Google Patents

Abstract

具备：充电电力检测单元，其检测由充电电源对二次电池的充电电力；以及满充电判定单元，其在根据充电电力检测单元的检测值而计算出的可充电电力成为规定电力以下的情况下，作出满充电判定。而且，具备充电控制单元，该充电控制单元重复进行以下充电控制直到作出满充电判定的次数达到规定的满充电判定次数为止：从充电电源向二次电池供给电力直到作出满充电判定为止，如果作出了满充电判定则停止电力供给，从停止电力供给起经过了规定时间之后再开始电力供给，持续进行电力供给直到再次作出满充电判定为止。并且，具备：检测二次电池的温度的单元；以及满充电判定次数设定单元，其至少根据作出满充电判定时的二次电池的温度，温度越低则将满充电判定次数设定得越多。

Description

二次电池的充电装置以及二次电池的充电方法

技术领域

本发明涉及一种二次电池的充电控制。

背景技术

作为二次电池的充电装置，已知实施以下所谓追加充电的充电装置：根据二次电池的温度、电压来检测电池的满充电状态，如果检测出满充电状态则暂停充电，从暂停充电起经过规定时间之后再开始充电。作为进行这种追加充电的充电装置，在日本JP2003-143770A中公开了一种检测满充电检测时的峰值电压且峰值电压越低则使追加充电的重复次数越增加的充电装置。

发明内容

然而，存在以下问题：当如上述文献那样设定追加充电的重复次数时，可能产生无法使二次电池的实际充电状态接近满充电状态的情况。

因此，本发明的目的在于，能够使二次电池接近与满充电状态更接近的状态，并且设定为能够避免执行无用的追加充电的、适当的追加充电的重复次数。

附图说明

图1是第一实施方式的充电系统的结构图。

图2是第一实施方式的充电控制例程的流程图。

图3是满充电判定次数表。

图4是执行充电控制的情况下的时序图。

图5是用于说明第一实施方式的效果的时序图。

图6是第二实施方式的充电系统的结构图。

图7是第二实施方式的充电控制例程的流程图。

图8是停止时间对应图。

图9是用于说明第二实施方式的效果的时序图。

图10是充电停止时间修正用的修正系数表。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。

(第一实施方式)

图1是本发明的实施方式的充电系统的结构图。

充电系统构成为包括电池3、向电池3提供充电电力的作为充电电源的充电器2以及控制充电器2的控制器1。还具备检测从充电器2提供给电池3的充电电流的作为充电电力检测单元的电流传感器4、检测电池电压的作为充电电力检测单元的电压传感器5以及检测电池3的温度的作为温度检测单元的温度传感器6。

控制器1根据电流传感器4、电压传感器5的检测值计算从充电器2向电池3充入的电力，向充电器2发送基于计算出的充电电力的充电电力指令。另外，还读入温度传感器6的检测值。将在后文中说明控制器1的内部结构。

充电器2向电池3供给基于来自控制器1的充电电力指令的充电电力。

电池3例如是作为用于驱动电动车的驱动电动机的电力源而使用的锂离子电池等二次电池，通过从充电器2提供的充电电力来进行充电。

将电流传感器4、电压传感器5以及温度传感器6的检测值读入控制器1。

接着，说明控制器1的内部结构。此外，参照图2的流程图来说明各结构部中的运算内容。

控制器1构成为包括可充电电力计算部11、作为满充电判定单元和充电控制单元的充电电力指令部10、计时器12、计数器14以及作为满充电判定次数设定单元的满充电判定次数设定部13。

可充电电力计算部11读入电流传感器4和电压传感器5的检测值，根据它们来计算可充电电力。可充电电力是指不会加快电池3的劣化而能够对电池3充电的电力的最大值，是电池3能够接受的电力。该可充电电力通常除了被称为可充电电力以外还被称为可输入电力、最大可充电电力或者最大可输入电力。

充电电力指令部10向充电器2发送基于由可充电电力计算部11计算出的可充电电力的充电电力指令。另外，充电电力指令部10在由可充电电力计算部11计算出的可充电电力成为预先设定的规定电力以下的情况下，判定为是满充电状态，并停止充电，即将充电电力指令设为零(kW)。并且，在判定为是满充电状态的情况下，向满充电判定次数设定部13发送用于设定作为规定次数的满充电判定次数的指令(以下称为满充电判定次数设定指令)。如果发送了停止时间设定指令，则读入后述的计时器12的计数值，在计数值成为零的时间点，再开始向充电器2发送基于可充电电力的充电电力指令，进行所谓的追加充电。计时器12预先设定了满充电判定后的停止时间，开始倒计数(每隔规定时间减少计数值的处理)。但是，计数值的最小值设为零。

满充电判定次数设定部13如果接收到来自充电电力指令部10的满充电判定次数设定指令，则计算与电池温度相应的满充电判定次数，对计数器14设定计算出的满充电判定次数。此外，电池温度越低则与电池温度相应的满充电判定次数越多，将在后文中详细说明。

计数器14在每次通过追加充电作出满充电判定时将计数值递增。该计数值是初始值设为零并在每次通过追加充电作出满充电判定时递增的值，成为从开始追加充电起作出满充电判定的次数的累加值。如果计数器14的计数值达到所设定的满充电判定次数，则充电电力指令部10结束充电控制。

图2是控制器1执行的充电控制例程的流程图。

在步骤S10中，控制器1运算可充电电力。更详细地说，在可充电电力计算部11中根据电流传感器4的检测值以及电压传感器5的检测值来运算可充电电力，向充电电力指令部10发送该可充电电力，充电电力指令部10向充电器2发送充电电力指令。

在此，说明可充电电力的运算方法的一个例子。首先，计算预先决定的满充电电压与电压传感器5的检测值之间的偏差、即到满充电电压为止的电压上升量ΔV。接着，使用电压上升量ΔV和预先测定的电池3的电阻R来计算电池3的电压达到满充电电压为止的电流上升量ΔI。然后，能够根据电压上升量ΔV和电流上升量ΔI计算到成为满充电电压为止的电力上升量、即可充电电力。

在步骤S20中，控制器1通过充电电力指令部10进行是否为满充电状态的判定。具体地说，在可充电电力成为预先决定的规定电力以下的情况下，判定为是满充电状态(以下将该判定称为“满充电判定”)。如果从本步骤的判定的目的出发，则也可以将规定电力设定为零(kW)，但有可能由于各传感器4、5的检测误差等而可充电电力不减少到零而不会判定为是满充电状态。因此，设定即使存在各传感器4、5的误差也能够判定为是满充电状态那样的大致接近零(kW)的值。

在判定的结果是作出了满充电判定的情况下，执行步骤S30的处理，在判定的结果是没有作出满充电判定的情况下，再次执行步骤S10的处理。

此外，满充电判定始终是可充电电力成为规定电力以下的判定，不是电池3实际上成为满充电状态的判定(负极离子吸收量达到最大)。

在步骤S30中，控制器1判定在步骤S20中的满充电判定是否为第一次的满充电判定。即，判定计数器14的计数值是否为零。在计数器14的计数值为零的情况下，判定为在步骤S20中的满充电判定并非是追加充电中的满充电判定而进入到步骤S50。另一方面，在计数器14的计数值比零大的情况下，判定为在步骤S20中的满充电判定为追加充电中的满充电判定而进入到步骤S40。

在步骤S40中，控制器1设定首次满充电判定之后到充电控制结束为止的满充电判定次数N。即，在此设定的满充电判定次数N为进行追加充电的次数。但是，还能够将满充电判定次数N+1设定为开始充电控制起直到充电控制结束为止的满充电判定次数，由此将进行追加充电的次数设为N次。以下以将满充电判定次数N设定为首次满充电判定之后到充电控制结束为止的进行追加充电的次数来进行说明。

满充电判定次数设定部13读入温度传感器6的检测值，参照预先存储的满充电判定次数表来决定满充电判定次数N，设定所决定的次数(满充电判定次数N)，并且对判定为满充电的次数进行计数。满充电判定次数表例如图3所示，电池温度越低则设定为次数越多。这是基于电池温度越低则到消除极化为止的时间越长的特性。例如，在锂离子电池的情况下，极化起因于由作为扩散物质的锂离子的扩散而产生的浓度差，电池温度越低则电解液的粘度越高，浓度差的消除越需要时间。因此，在充电停止过程中极化不被完全消除，当进行追加充电时表观为立即处于满充电状态。因此，电池温度越低则将满充电判定次数设定得越多，由此能够接近真正的满充电状态。

此外，如果停止时间对应图满足电池温度越低则设定越多的停止次数这样的条件，则停止时间图并不限于图3。例如，也可以将温度区域分割为多个区间，对每个区间设定停止次数。

在步骤S50中，控制器1判定作出满充电判定的次数(即计数器14的计数值)是否成为作为在步骤S30中设定的满充电判定次数的N次以上。在作出满充电判定的次数为N次以上的情况下，使计数器14的计数值复位至零，并且通过充电电力指令部10将充电电力指令值设为零[kW]并向充电器2发送，结束充电控制。

在步骤S60中，控制器1使对作出满充电判定的次数进行计数得到的计数器的值递增。计数器在每次在步骤S20中作出满充电判定时使计数值递增，直到在步骤S50中判定为计数值为规定次数以上为止。

在步骤S70中，控制器1通过充电电力指令部10将充电电力指令值设为零[kW]并向充电器2发送，停止充电。

在步骤S80中，控制器1通过充电电力指令部10判定是否经过了充电停止时间。充电停止时间为预先设定的时间，例如设为几分钟左右。

如上所述，作出满充电判定的时间点的电池温度越低则设定越多的充电停止次数(满充电判定次数为N，以下还记载为充电停止次数)，重复进行追加充电直到满充电的判定次数变成充电停止次数为止，使电池3的充电状态接近真正的满充电状态。

图4是执行上述充电控制的情况下的时序图。

在开始充电时，电池电压逐渐上升。此外，可充电电力为固定值直到定时T1为止。这是因为虽然通过运算而计算出更大的可充电电力，但由于充电器2的供给能力的上限为P1而可充电电力受到限制。

从电池电压接近满充电电压的定时T1起，所计算出的可充电电力变得低于作为充电器2的供给能力的上限的P1，由此可充电电力开始降低，在成为为了判定是否为满充电而设定的规定值P2以下的定时T2，作出满充电判定而暂时停止充电。然后，从充电停止时间经过后的定时T3起，开始追加充电。此后，同样地重复进行充电的停止、再开始，直到满充电判定成为充电停止次数N次为止。

图5是对电池3充入的电力量的时序图。作为比较例，还示出满充电判定次数与电池温度无关而固定(两次)的情况。在本实施方式和比较例中将充电停止时间均设为预先设定的规定时间。

此外，将真正的满充电状态(是指接近真正的满充电状态的状态，以下还简称为真正的满充电状态)下的电力量设为P24[kWh]。另外，例如将电池温度设为-25[℃]左右。因而，在本实施方式中，根据图3的表将满充电判定次数设定为三次。也就是说，本实施方式的追加充电次数为三次，与此相对，在比较例中，追加充电次数为两次。

在本实施方式和比较例中均在电力量成为P21[kWh]的定时T21首次作出满充电判定。在本实施方式中，在此设定满充电判定次数N。

在本实施方式和比较例中，均在经过了充电停止时间的定时T22再开始充电，在电力量成为P22[kWh]的定时T23作出满充电判定，将满充电判定计数器设为1。然后，在经过了充电停止时间的定时T24再开始充电，在电力量成为P23[kWh]的定时T25作出满充电判定，将满充电判定计数器设为2。

在将追加充电的次数设定为两次的比较例中，在此结束充电，因此以比真正的满充电状态下的电力量P24[kWh]少的电力量P23结束充电。与此相对，在本实施方式中，追加充电次数为三次，因此在经过了充电停止时间的定时T26再开始充电，进行充电直到作出第三次满充电判定的定时T27为止。由此，充电电力量成为P24[kWh]，能够设为真正的满充电状态。

此外，如果比较例的预先设定的追加充电的次数为三次，则与本实施方式同样地能够设为真正的满充电状态。但是，在电池温度例如为10[℃]、20[℃]的情况下，已经成为真正的满充电状态之后也进行无用的追加充电。与此相对，在根据电池温度来设定追加充电的次数的本实施方式中，电池温度越高则追加充电的次数越少，因此也不会进行这种无用的追加充电。

如上所述，根据本实施方式，得到以下效果。

由于二次电池的内部产生极化，在可充电的状态下有时也表观为处于满充电状态。因此，在检测出满充电状态之后将充电暂停规定时间来等待极化消除，并进行追加充电。然而，当二次电池的温度降低时，极化的消除速度变慢，一次追加充电的可充电的电力量减少，因此，例如在如上述专利文献1那样根据峰值电压而设定的重复次数的情况下，有可能无法充入足够的电力。另一方面，当设定为在二次电池的温度低的情况下也能够处于满充电状态的重复次数时，则在二次电池的温度处于常温的情况下无用地进行追加充电。

根据本实施方式，具备满充电判定次数设定部13，该满充电判定次数设定部13至少根据作出满充电判定时的电池温度来设定满充电判定次数N，电池温度越低则满充电判定次数设定部13将满充电判定次数N设定得越多。由此，能够将追加充电的重复次数设定为与电池温度相应的适当的次数，因此能够设为真正的满充电状态并且避免实施无用的追加充电。

(第二实施方式)

在第二实施方式中，除了第一实施方式的控制以外，还根据满充电判定时的电池温度来设定满充电判定后的充电停止时间。

图6是第二实施方式的充电系统的结构图。基本上与第一实施方式相同，但是满充电判定次数设定部13不仅计算出满充电判定次数还计算出满充电判定后的充电停止时间。不同点在于：将所设定的充电停止时间设定于计时器12。

图7是在第二实施方式中控制器1执行的充电控制例程的流程图。在第一实施方式中，控制器1根据电池温度来设定满充电判定次数N，但是在第二实施方式中，根据电池温度，除了设定满充电判定次数N以外还设定充电停止时间。在此，说明与第一实施方式的不同点。

步骤S110、S120、S130与图2的步骤S10、S20、S30相同，因此省略说明。

在步骤S140中，控制器1通过与图2的步骤S40相同的过程来设定与电池温度相应的满充电判定次数N，还根据电池温度来设定充电停止时间。

在此，电池温度越低则设定的满充电判定次数N越多，这一点与第一实施方式相同，但是电池温度越低则与第一实施方式相比设定的满充电判定次数N越少。在后文中说明这一点。

关于充电停止时间，读入温度传感器6的检测值，参照预先存储的停止时间对应图来决定停止时间，对计时器12设定所决定的设定时间，并且使计时器12开始倒计数。停止时间对应图例如图8所示，电池温度越低则设定越长的停止时间。这是基于电池温度越低则到极化消除为止的时间越长的特性。例如在锂离子电池的情况下，极化起因于由作为扩散物质的锂离子的扩散而产生的浓度差，电池温度越低则电解液的粘度越高，浓度差的消除越需要时间。因而，电池温度越低则将充电停止时间设定得越长，由此到再开始充电为止充分地消除极化。

另外，通过在充分地消除了极化的状态下进行追加充电，每次追加充电的充电电力量变多。因此，能够使到真正的满充电为止所需的追加充电的次数减少。但是，与电池温度低的状态相比，在电池温度高的状态下消除极化所需的时间短，因此通过延长充电停止时间来消除极化的效果小。因而，能够通过根据电池温度设定充电停止时间来减少追加充电的次数的区域仅限于电池温度低的区域。

此外，如果满足电池温度越低则设定越长的停止时间这种条件，则停止时间对应图并不限于图8。例如，也可以将温度区域分割为多个区间，对每个区间设定停止时间。

另外，如果在第一次的满充电判定之后设定满充电判定次数和充电停止时间，则维持该设定值直到充电控制结束为止。

步骤S150-S180与图2的步骤S50-S80相同，因此省略说明。

如上所述，作出满充电判定的时间点的电池温度越低，则将满充电判定次数设定得越多并且将充电停止时间设定得越长来重复进行追加充电，使电池3的充电状态接近真正的满充电状态。

图9是对电池3充入的电力量的时序图。作为比较例，还示出进行了第一实施方式的控制的情况。此外，将真正的满充电状态下的电力量设为P35[kWh]。另外，电池温度与图5同样地为-25[℃]左右，在第一实施方式中，根据图3的表将满充电判定次数设定为三次，在第二实施方式中设定为两次。

第一实施方式的图与图5相同，在定时T31作出首次满充电判定，之后，重复三次追加充电，在定时T41成为真正的满充电状态。

与此相对，在第二实施方式中，在定时T31作出首次满充电判定之后，停止充电直到比定时T32迟的定时T33为止。由此，在促进极化消除的状态下进行追加充电，在通过第一次追加充电作出满充电判定时，电力量成为比第一实施方式中的第一次追加充电结束时的电力量P32大的P33[kWh]。然后，在第二次追加充电结束的定时T39，电力量成为P35[kWh]、即真正的满充电状态。

如上所述，除了电池温度越低则将追加充电的次数设定得越多以外，电池温度越低还将满充电判定后的充电停止时间设定得越长，由此能够缩短到真正的满充电状态为止的时间。

此外，在上述说明中，设为维持首次满充电判定后设定的满充电判定次数和充电停止时间直到控制结束为止。但是，为了进一步提高充电控制的效率，也可以在每次作出满充电判定时修正充电停止时间。例如，在追加充电中，电池电压接近满充电电压，因此与满充电判定前相比充电电流变小，不容易产生由极化引起的扩散物质的浓度差。也就是说，在满充电判定后停止充电的过程中电池电压不容易降低。因此，满充电判定次数越多则极化的影响越小，能够使用于等待极化被消除的充电停止时间缩短。因此，将满充电次数越多则越变小的作为1以下的值的修正系数α乘以与电池温度相应地设定的充电停止时间，满充电判定次数越多则将充电停止时间设定得越短，防止将充电停止时间设定为需要长度以上。

对于修正系数α，例如制作成图10所示那样的表，读入该表。此外，在图10中，在满充电判定次数为一次～四次的过程中，修正系数α随着每次作出满充电判定而逐渐减小，但是第四次以后将修正系数α设为固定。第四次以后将修正系数α设为固定是因为极化的影响几乎不会变化。

另外，也可以在每次作出满充电判定时读入电池温度，根据该电池温度重新修正满充电判定次数。能够设定与追加充电过程中的电池温度上升对应的适当的满充电判定次数。

如上所述，在本实施方式中，除了与第一实施方式相同的效果以外，还得到以下那样的效果。

还具备停止时间设定部13，该停止时间设定部13至少根据满充电判定时的电池温度来设定充电停止时间，电池温度越低则将充电停止时间设定得越长，因此加快极化消除直到追加充电开始为止，能够更有效地进行追加充电。

进行在每次作出满充电判定时减少充电停止时间的减少修正，因此能够设为与极化的消除程度相应的充电停止时间，能够进行更有效的追加充电。

在上述减少修正中，如果满充电判定的次数成为规定次数，则此后保持满充电判定的次数成为规定次数的时间点的停止时间，因此在上述极化的影响不会变化之后也能够设为适当的充电停止时间。

以上，说明了本发明的实施方式，但上述实施方式只不过示出了本发明的应用例的一部分，并不是要将本发明的技术范围限定为上述实施方式的具体结构。

本申请主张基于在2012年8月20日向日本专利局申请的特愿2012-181793的优先权，通过参照将该申请的全部内容组合到本说明书中。

Claims (5)

1.一种二次电池的充电装置，具备：

充电电源，其能够输出用于对二次电池进行充电的电力；

充电电力检测单元，其检测由上述充电电源向上述二次电池充入的电力；

满充电判定单元，其在根据上述充电电力检测单元的检测值计算出的可充电电力成为预先设定的规定电力以下的情况下，作出满充电判定；

充电控制单元，其重复进行以下充电控制直到作出上述满充电判定的次数达到作为规定次数的满充电判定次数为止：从上述充电电源向上述二次电池供给电力直到作出上述满充电判定为止，如果作出了上述满充电判定则停止从上述充电电源向上述二次电池的电力供给，如果从停止电力供给起经过了规定时间则再开始电力供给，持续进行电力供给直到再次作出满充电判定为止；

温度检测单元，其检测上述二次电池的温度；以及

满充电判定次数设定单元，其至少根据作出上述满充电判定时的上述温度检测单元的检测温度来设定上述满充电判定次数，

其中，上述温度检测单元的检测温度越低则上述满充电判定次数设定单元将上述满充电判定次数设定得越多。

2.根据权利要求1所述的二次电池的充电装置，其特征在于，

还具备停止时间设定单元，该停止时间设定单元至少根据作出上述满充电判定时的上述温度检测单元的检测温度来设定停止上述电力供给的时间，

上述温度检测单元的检测温度越低则上述停止时间设定单元将停止上述电力供给的时间设定得越长。

3.根据权利要求2所述的二次电池的充电装置，其特征在于，

还具备停止时间修正单元，该停止时间修正单元在每次作出满充电判定时对由上述停止时间设定单元设定的停止时间进行减少修正。

4.根据权利要求3所述的二次电池的充电装置，其特征在于，

如果上述满充电判定的次数达到规定次数，则此后上述停止时间修正单元保持满充电判定的次数达到规定次数的时间点的停止时间。

5.一种二次电池的充电方法，包括以下步骤：

充电电力检测步骤，检测由能够输出用于对二次电池进行充电的电力的充电电源向上述二次电池充入的电力；

满充电判定步骤，在根据上述充电电力检测步骤中的检测值计算出的可充电电力成为预先设定的规定电力以下的情况下，作出满充电判定；以及

充电控制步骤，重复进行以下充电控制直到从充电开始起作出上述满充电判定的次数达到规定次数为止：从上述充电电源向上述二次电池供给电力直到作出上述满充电判定为止，如果作出了上述满充电判定则停止从上述充电电源向上述二次电池的电力供给，如果从停止电力供给起经过了规定时间则再开始电力供给，持续进行电力供给直到再次作出满充电判定为止，

该二次电池的充电方法的特征在于，还包括以下步骤：

温度检测步骤，检测上述二次电池的温度；以及

满充电判定次数设定步骤，至少根据作出上述满充电判定时的上述温度检测步骤中的检测温度来设定上述规定次数，上述温度检测步骤中的检测温度越低则将上述规定次数设定得越多。