JP2000069688A - 電池の充電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】充電条件の変動や装置の特性ばらつきにもかか
わらず高精度の満充電判定が可能な電池の充電装置を提
供すること。 【解決手段】端子電圧の単位充電量当たりの変化量（Ｓ
１０）に基づいて電池の満充電を判定する（Ｓ１３）。
すなわち、本構成では、従来のように端子電圧や電池温
度の単なる単位時間当たりの変化率ではなく、単位充電
量当たりのそれらの変化量により満充電を判定するの
で、たとえ充電電流がばらついても正確に満充電を判定
することができ、更に、端子電圧や温度の絶対値ではな
くその変化量により満充電を判定するので、センサ誤差
や電池特性のばらつきによる検出精度の低下を回避する
ことができる。特に、単位充電量当たりの端子電圧の変
化量に基づいて電池の満充電を判定する場合には、更
に、外部環境温度変化の満充電検出精度への影響を一層
低減することができ、かつ、電池の熱容量による温度検
出遅れの影響を回避して満充電判定の一層の高精度化を
図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電池の充電装置に
関し、特にその満充電判定に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、例えば、電気自動車に使われる電
池には、高性能で長寿命なＮｉーＭＨ電池電池が使われ
るようになってきた。ＮｉーＭＨ電池の満充電判定法と
しては、以下の二つの方法が知られている。まず、第１
の方法として、充電末期に充電効率が低下して電池が発
熱する性質を利用して、単位時間当たりの温度変化量ｄ
Ｔ／ｄｔが所定値に達した場合に満充電と判断する時間
当たり温度変化率検出式満充電判定法が知られており、
例えば特開平６ー２９０８１６には、電池温度及び外気
温度を判定し、充電開始時の電池温度と外気温度の差を
補正するなどの工夫が提案されている。

【０００３】また、第２の方法として、単位時間当たり
の電圧変化量ｄＶ／ｄｔに基づいて満充電を検出する時
間当たり端子電圧変化率検出式満充電判定法が知られて
いる。更に、第３の方法として、特開平８ー１４０２８
３号公報は、端子電圧の絶対値が所定値に達したことで
満充電を検出する端子電圧絶対値検出式満充電判定法を
提案している。

【０００４】また更に、第４の方法として、特開平６ー
２９０８１６号公報は、電池温度と外気温度との温度差
が所定値に達したことで満充電を検出する温度差検出式
満充電判定法を提案している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の４つの満充電判定法には次に説明する欠点があ
った。まず、時間当たりの端子電圧又は電池温度の変化
率で満充電判定する上記第１、第２の方法では、充電電
流などが異なる種々の充電設備を用いる場合、満充電時
の時間当たりの端子電圧又は電池温度の変化率の値が変
動してしまい、正確な満充電判定が困難となる。

【０００６】次に、上記第１、第２の方法では、時間当
たりの端子電圧又は電池温度の変化率と満充電との関係
が電池温度が高温となると大きく変化するので、正確な
満充電判定が困難となる。次に、端子電圧の絶対値又は
電池温度の上昇量で満充電判定する上記第３の方法で
は、端子電圧又は電池温度と満充電との関係が電池温度
が高温となると大きく変化するので、正確な満充電判定
が困難となる。

【０００７】また、上記第３の方法では、端子電圧絶対
値の測定は、測定すべき電池の特性ばらつきや検出回路
系の誤差の影響を大きく受けるので検出精度が低下して
しまう。更に、第４の方法では、室温が変化すると、正
確な満充電判定が困難となる。本発明は、上記問題点に
鑑みなされたものであり、充電条件の変動や装置の特性
ばらつきにもかかわらず高精度の満充電判定が可能な電
池の充電装置を提供することをその目的としている。

【０００８】また、本発明は、上記問題点に鑑みなされ
たものであり、電池が高温となっても高精度の満充電判
定が可能な電池の充電装置を提供することをその目的と
している。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載した本発
明の電池の充電装置によれば、端子電圧又は電池温度の
単位充電量当たりの変化量に基づいて電池の満充電を判
定する。すなわち、本構成では、従来のように端子電圧
や電池温度の単なる単位時間当たりの変化率ではなく、
単位充電量当たりのそれらの変化量により満充電を判定
するので、たとえ充電電流がばらついても正確に満充電
を判定することができ、更に、端子電圧や温度の絶対値
ではなくその変化量により満充電を判定するので、セン
サ誤差や電池特性のばらつきによる検出精度の低下を回
避することができる。

【００１０】特に、単位充電量当たりの端子電圧の変化
量に基づいて電池の満充電を判定する場合には、更に、
外部環境温度変化の満充電検出精度への影響を一層低減
することができ、かつ、電池の熱容量による温度検出遅
れの影響を回避して満充電判定の一層の高精度化を図る
ことができる。更に、電池温度が４０℃以上の高温にな
っても、充電量当たりの端子電圧又は電池温度の変化は
たとえば単に端子電圧の絶対値や電池温度に比較してや
優れた検出感度をもつので、満充電判定精度を向上する
ことができる。

【００１１】請求項２記載の構成によれば請求項１記載
の電池の充電装置において更に、端子電圧又は電池温度
の単位充電量当たりの変化量が、正のピーク値（又は、
その後の減少状態）となる場合に満充電と判定するの
で、請求項記載の作用効果の一層の向上を図ることがで
きる。請求項３記載の構成によれば請求項２記載の電池
の充電装置において更に、充電量が今回の充電動作直前
の累計放電量以上となり、かつ、前記端子電圧の単位充
電量当たりの変化量が正のピーク値となる場合に満充電
と判定するので、一層の判定精度の向上を図ることがで
きる。

【００１２】更に説明すれば、電池がなんらかの障害を
発生しない限り、通常では、充電ロスの分だけ、前回の
放電量より今回の満充電までの充電量は大きいはずであ
る。したがって、今回の充電量が前回の放電量（たとえ
ば前回の満充電判定時から今回の充電動作開始までの累
計充放電量として定義される）よりも少なければ、満充
電と判定しないので、判定精度を向上することができ
る。

【００１３】なお、今回の充電量が前回の放電量（たと
えば前回の満充電判定時から今回の充電動作開始までの
累計充放電量として定義される）よりも少ないにもかか
わらず満充電と判定した場合には、警報を出力したり、
再度、満充電判定を行ってもよい。請求項４記載の構成
によれば請求項１乃至３のいずれか記載の電池の充電装
置において更に、充電量が今回の充電動作直前の累計放
電量未満又は電池温度が所定値以上であり、かつ、前記
端子電圧の単位充電量当たりの変化量が負の値となる場
合に満充電と判定する。

【００１４】このようにすれば、電池が高温となっても
一層正確に満充電を判定することができる。請求項５記
載の構成によれば請求項１乃至４のいずれかに記載の電
池の充電装置において更に、電池温度の単位充電量当た
りの変化量が急増し始める場合に満充電と判定するの
で、従来の電池温度に基づく満充電判定よりも充電電流
変化による満充電判定精度の低下を抑止することができ
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の電池の充電装置の
好適な態様を以下の実施例により具体的に説明する。

【００１６】

【実施例】この実施例の電気自動車用の電池の充電装置
を図１に示すブロック図を参照して説明する。１は、組
み電池、２は１の組み電池中の１モジュール単位の電池
を示し、さらにモジュール内に複数の単電池セルが存在
する。３は温度センサ、４は電流センサ、５は電池モジ
ュール２の両端の電圧を検出する電圧検出回路、６は温
度検出回路、７は電流検出回路、８は各検出回路５，
６，７からの信号に基づいて充電制御装置９を制御する
コントローラである。

【００１７】電圧検出回路５はモジュール電圧をデジタ
ルデータに変換した後、それを時間的多重化によりシリ
アル電圧信号としてマイコン内蔵のコントローラ８に入
力する。温度センサ３は、各モジュールそれぞれの所定
の一つの単電池セルの外周面に接着されて各温度センサ
は温度検出回路６から給電されている。各温度センサ３
の抵抗変化により検出される単電池２の温度は温度検出
回路６でデジタルデータに変換され、各デジタルデータ
は時間的に多重化によりシリアル温度信号とされて、コ
ントローラ８に入力される。

【００１８】組み電池１は、充電制御装置９により略一
定の充電電流を給電されて充電され、組み電池１の充電
電流は電流センサ４で検出され、電流検出回路７でデジ
タルデータに変換されてコントローラ８に送られる。こ
のコントローラ８により制御される組み電池１の充電制
御の実際を図２のフローチャートを参照して説明する。

【００１９】この充電制御ルーチンは、外部からコンロ
トローラ８に入力される充電指令により開始され、所定
の短いインタバルで繰り返し実施されるものとする。ま
ず、Ｓ１にてコントローラ８の各部を初期化する。これ
により後述する充電開始のタイマーがリセットされ、充
電完了フラグＦｌａｇはＯＦＦとされる。次に、組み電
池１の端子電圧Ｖ、充電電流Ｉ、各温度センサ３からの
温度信号の最高値からなる電池温度Ｔが読み込まれ（Ｓ
２）、充電開始後の経過時間をタイマーでカウントし
（Ｓ３）、この充電開始後の累計の充電量Ｑｇを充電電
流Ｉの積分により算出し（Ｓ４）、所定の充電異常判定
動作を実行し（Ｓ５）、充電異常であれば所定の充電異
常処理を行い（Ｓ６）、そうでなければ満充電を示すＦ
ｌａｇをオン（満充電）かどうかを調べ（Ｓ７）、満充
電であれば微小電流で行う均等充電処理を行い（Ｓ１
４）、その後、ルーチンを終了する。なお、上記充電異
常判定動作及び充電異常処理は本実施例の要旨ではない
のでその詳細な説明は省略する。

【００２０】一方、Ｓ７にて満充電ではない（ＯＦＦ）
と判定された場合には、直前の所定の単位充電量当たり
の端子電圧Ｖの変化（増加）量ｄＶ／ｄＡｈを算出する
（Ｓ８）。ここでは、単位充電量を定格容量に対して
0．０１〜３％好ましくは１％とする。また、所定の単
位充電量当たりの端子電圧Ｖの変化（増加）量ｄＶは今
回平均端子電圧Ｖ１と前回平均端子電圧Ｖ２との差とす
る。

【００２１】なお、今回平均端子電圧Ｖ１は、現時点の
直前の単位充電量が充電される期間において所定タイミ
ングでＳ２にて読み込まれた端子電圧Ｖのデータの平均
値とされ、同じく、前回平均端子電圧Ｖ２は、現時点よ
り単位充電量が充電される時間前の前回時点の直前の単
位充電量が充電される期間において所定タイミングでＳ
２にて読み込まれた端子電圧Ｖのデータの平均値とされ
る。これにより、ｄＶ／ｄＡｈの無用の変動の影響を排
除することができる。もちろん、端子電圧Ｖの変化（増
加）量ｄＶは他の方式で算出してもよい。

【００２２】次に、Ｓ９にて、Ｓ４で算出している今回
の充電開始時点からの充電量Ｑｇが、消費した容量（放
電量）Ｑｓを超えたかどうかチェックする。なお、この
実施例では、消費した容量（放電量）Ｑｓは、ここでは
前回の満充電時点から今回の充電開始までの間の充放電
電流の積算を図２に図示しない放電ルーチンで行って記
憶しておくことにより得るものとするが他の方法で求め
てもよい。

【００２３】Ｓ９にてＱｇがＱｓを超過したと判定した
場合には、Ｓ８にて求めたｄＶ／ｄＡｈの正のピーク又
はそれを超えたかどうかをすなわち正のピークか又はそ
の後の減少状態かどうかを検出する（Ｓ１０）。この実
施例では、過去３回のｄＶ／ｄＡｈの算出値を記憶して
おき、ｄＶ／ｄＡｈの算出値が単調減少状態である場合
に正のピークまたはその後の減少状態と判定するが、他
の判定手順の採用も可能である。

【００２４】Ｓ１０にてｄＶ／ｄＡｈが正のピークまた
はその後の減少状態と判断されれば、満充電と判定して
Ｓ１３にてＦｌａｇをＯＮとし、次回のループ時にＳ１
４の均等充電に移れるようにする。一方、Ｓ１０にて、
未だｄＶ／ｄＡｈのピーク又はその後の減少状態が検出
されない場合には、Ｓ１１にてｄＶ／ｄＡｈの値が負に
なっていないかどうかチェックする。この判定は、例え
ば過去３回分のｄＶ／ｄＡｈ算出値を記憶しておき、い
ずれも負値になっているかどうか判断することによって
確実に行うことができる。同様に、Ｓ９にて、ＱｇがＱ
ｓ以上であると判定した場合には、Ｓ１１にてｄＶ／ｄ
Ａｈの値が負になっていないかどうかチェックする。

【００２５】Ｓ１１にて、ｄＶ／ｄＡｈが負値になって
いれば満充電と判定してＳ１３に進み、ｄＶ／ｄＡｈが
負値になっていなければ満充電はまだであると判定して
Ｓ１２に進んで、ＦｌａｇをＯＦＦとしてＳ２にリター
ンする。このようにすれば、高精度の満充電判定を実現
することができる。 更に説明すれば、この実施例で
は、Ｓ９において今回の充電開始時点からの累計の充電
量Ｑｇが前回の満充電時点から今回の充電開始までの間
の充放電電流の積算値以下である場合には、後述するよ
うに通常の場合（電池温度が高温である場合以外）には
満充電にはなる筈がないので、満充電と判定をしないよ
うにしてなんらかの原因による誤判定を回避する。

【００２６】更に、Ｓ９において今回の充電開始時点か
らの累計の充電量Ｑｇが前回の満充電時点から今回の充
電開始までの間の充放電電流の積算値以下である場合で
も、後述するように電池温度が高温である場合には満充
電となる場合があり、かつ、この場合には通常のピーク
値判定（Ｓ１０）が困難であるものの、満充電時にはｄ
Ｖ／ｄＡｈが負値になるという現象が生じるので、これ
を利用して満充電判定を行う。

【００２７】このようにすれば、高温時にｄＶ／ｄＡｈ
が満充電時に明確なピーク値をもたないニッケル水素電
池などのアルカリ二次電池でも正確に満充電判定を行う
ことができ、更に回路誤動作などによる満充電誤判定も
回避することができる。以下、ミッシュメタルを負極活
物質とし、水酸化ニッケルを正極活物質とし、ＫＯＨ水
溶液を電解液とするニッケル水素電池の各種電池特性に
ついて、図３〜図８の電池特性図を参照して説明する。

【００２８】図３は、定電流（０．１Ｃ）で充電した時
のモジュール２の充電量Ｑｇ（図では充電容量Ａｈと表
記）と電圧との関係を示す特性図である。なお、１モジ
ュールは、１０セルの単電池からなっており、図中の温
度は外部環境温度を示している。図３から充電末期には
端子電圧の上昇ピークが生じるが、この上昇ピークは高
温度ほど小さくなり、５０℃ではピークが生じないこと
がわかる。

【００２９】図４は、単位充電量当たりのモジュール電
圧変化ｄＶ／ｄＡｈと充電量Ｑｇとの関係を示す特性図
である。充電末期にはｄＶ／ｄＡｈが正のピークＰ２０
〜Ｐ４０を持っており、外部環境温度が高温になるほど
正のピークの大きさが減少し、５０℃では正のピークが
全く現れないことがわかる。また、正のピークが現れた
時点から更に充電容量を大きくすると、いずれの外部環
境温度でもｄＶ／ｄＡｈは負の値（たとえばＰ３０’）
となり、一方、５０℃ではｄＶ／ｄＡｈは早期に負の値
（Ｐ５０’）となることがわかる。

【００３０】図５は、電池温度と充電量Ｑｇとの関係を
示す特性図である。充電末期には充電効率の低下に伴い
電池温度が上昇すること、単位充電量当たりの電池温度
の増加率ｄＴ／ｄＡｈが急増する点Ｘを満充電判定点と
することができ、これを用いれば高温時でも満充電判定
を行うことができることがわかる。図６は、環境温度３
０℃において充電電流を変更した場合の単位充電量当た
りのモジュール電圧変化ｄＶ／ｄＡｈと充電量Ｑｇとの
関係を示す特性図である。充電電流を変更しても（充電
時間を変更しても）、正確に満充電判定できることがわ
かる。

【００３１】図７は、充電電流を変更した場合における
単位時間当たりの端子電圧の変化量ｄＶ／ｄｍｉｎと、
単位充電量当たりの端子電圧の変化量ｄＶ／ｄＡｈとを
図示する特性図である。特に小電流充電時におけるピー
ク値のシャープネス性において後者が格段に優れている
ことがわかる。結局、この実施例によれば、外部環境温
度の変化に影響を受けない電圧パラメータを用いること
が可能とであり、かつ充電電流の違い、４０℃以上の高
温度でも誤作動無く確実な満充電の判定が可能となる。
さらに、ｄＶ／ｄＡｈは、電圧の絶対値ではなく相対的
な電圧変化をパラメータとしているので、電圧センサ誤
差や電池特性のばらつき・変動に関係なく、確実な動作
が可能となる。

【００３２】

【実施例２】他の実施例を図８を参照して説明する。上
記実施例では、電圧変化ｄＶ／ｄＡｈによる満充電判定
について説明したが、温度変化ｄＴ／ｄＡｈを用いて満
充電判定を行っても、従来の温度変化ｄＴ／ｄｔによる
満充電判定よりも判定精度を向上することができる。

【００３３】たとえば、充電器の充電能力によって充電
電流が変わる場合、満充電時の温度上昇は、充電時のエ
ネルギーＷｈ（ほぼＡｈ・Ｖ）に応じて上昇する。従来
から用いらていた単位時間当たりの電池温度変化ｄＴ／
ｄｔを算出して満充電を判定すると、単位時間内に充電
するエネルギーが充電電流によって変化するため、ｄＴ
／ｄｔの算出値が電流依存性をもつようになり、正確な
判定が困難となる。一方、単位充電量あたりの電池温度
変化ｄＴ／ｄｔでは、単位充電量を充電する際の充電エ
ネルギーが電流によってほぼ等しいので、満充電付近の
温度上昇が等しくなり、正確に満充電を判定することが
できる。

【００３４】なお、この実施例の満充電判定を実行する
には、図２に示すフローチャートにおいて、Ｓ８にて単
位充電量当たりの電池温度の増加率ｄＴ／ｄＡｈを算出
し、Ｓ９、Ｓ１１を省略し、Ｓ１０にて単位充電量当た
りの電池温度の増加率ｄＴ／ｄＡｈが急増し始めたかど
うかを判定すればよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例１の電池の充電装置のブロック図であ
る。

【図２】 図１に示す電池の充電装置の充電制御動作の
一例を示すフローチャートである。

【図３】 実施例に用いたニッケル水素の充電特性を示
す特性図である。

【図４】 実施例に用いたニッケル水素の充電特性を示
す特性図である。

【図５】 実施例に用いたニッケル水素の充電特性を示
す特性図である。

【図６】 実施例に用いたニッケル水素の充電特性を示
す特性図である。

【図７】 実施例に用いたニッケル水素の充電特性を示
す特性図である。

【符号の説明】

１は電池、２は単電池（電池モジュール）、３は温度セ
ンサ、４は８はコントローラ（充電状態判定手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 徹也 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 山下 貴史 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 Ｆターム(参考） 5G003 AA01 BA03 CA01 CA11 CB01 CC02 FA08 5H030 AA03 AS08 AS18 BB01 FF22 FF43

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】充電時に検出した電池の端子電圧及び充電
   量に関するパラメータに基づいて得た前記端子電圧の単
   位充電量当たりの変化量又は電池温度の単位充電量当た
   りの変化量に基づいて前記電池の満充電を判定する充電
   状態判定手段を有することを特徴とする電池の充電装
   置。
2. 【請求項２】請求項１記載の電池の充電装置において、 前記充電状態判定手段は、前記端子電圧の単位充電量当
   たりの変化量が正のピーク値となる場合に満充電と判定
   することを特徴とする電池の充電装置。
3. 【請求項３】請求項２記載の電池の充電装置において、 前記充電状態判定手段は、前記充電量が今回の充電動作
   直前の累計放電量以上となり、かつ、前記端子電圧の単
   位充電量当たりの変化量が正のピーク値となる場合に満
   充電と判定することを特徴とする電池の充電装置。
4. 【請求項４】請求項１乃至３のいずれか記載の電池の充
   電装置において、 前記充電状態判定手段は、前記充電量が今回の充電動作
   直前の累計放電量未満又は電池温度が所定値以上であ
   り、かつ、前記端子電圧の単位充電量当たりの変化量が
   負の値となる場合に満充電と判定することを特徴とする
   電池の充電装置。
5. 【請求項５】請求項１乃至４のいずれかに記載の電池の
   充電装置において、 前記充電状態判定手段は、前記電池温度の単位充電量当
   たりの変化量が急増し始める場合に満充電と判定するこ
   とを特徴とする電池の充電装置。