JP2001157369A - 電池の充放電制御方法 - Google Patents
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Abstract
る範囲が狭くなるのを防止して有効に使用する。 【解決手段】 電池の充放電制御方法は、完全に放電さ
れた状態よりも大きくなる放電上限値と、満充電された
状態よりも電池1の残存容量が小さくなる充電下限値と
を設定して充放電する。さらに、充放電制御方法は、電
池1の残存容量を演算して、残存容量を放電上限値と充
電下限値の間の充放電許容範囲に制御しながら充放電さ
せる。さらにまた、充放電制御方法は、最大充電容量が
減少すると、放電上限値を小さくして充電下限値を大き
く補正する。
Description
所定の範囲になるように制御しながら充放電させる方法
に関する。
ると電気性能が著しく低下する。電池を長い期間にわた
って使用するには、過充電と過放電を防止することに加
えて、残存容量が最大充電容量よりも小さいときに充電
を停止し、いいかえると満充電しない状態で充電を停止
し、また、残存容量が0になる前、すなわち完全に放電
させない状態で放電を停止することが大切である。
量」とは、満充電した二次電池を完全に放電するときに
出力できる最大の容量を意味するものとする。新しいは
電池は、定格容量が最大充電容量となる。ただ、充放電
させるにしたがって、電池が劣化して最大充電容量は減
少する。
を長くするために、たとえば、電気自動車に使用される
電池は、放電上限値と充電下限値とを設定し、残存容量
がこの範囲にあるように制御しながら充放電させてい
る。放電上限値は、たとえば、電池の最大充電容量の約
30%に設定し、充電下限値を最大充電容量の70%に
設定している。この充放電制御方法は、最大充電容量の
30〜70%を充放電許容範囲として、この範囲で電池
を充放電させるので、電池性能を低下することなく、極
めて長期間に使用できる特長がある。
値を設けて、この範囲で充放電する方法は、たとえば、
一定時間使用すると、最大充電容量を検出している。電
池の最大充電容量は、使用するにしたがって減少するか
らである。最大充電容量は、たとえば、満充電した電池
を完全放電して検出できる。放電上限値と充電下限値
は、最大充電容量に対して一定の割合で設定している。
このため、最大充電容量が減少すると、放電上限値と充
電下限値の範囲が狭くなって、実際に使用できる容量が
減少する。
る。この図の上のグラフは新しい電池の放電上限値と充
電下限値を示し、下のグラフは劣化して最大充電容量が
少なくなった電池の放電上限値と充電下限値を示して
る。この図に示すように、電池の最大充電容量が少なく
なると、充放電許容範囲が狭くなってユーザーが電池の
劣化を甚だしく感じて、容量が少なくなったことをクレ
ームする弊害がある。
を目的に開発されたもので、本発明の重要な目的は、電
池が劣化したときに、実質的に充放電できる範囲が狭く
なるのを防止して有効に使用できる電池の充放電制御方
法を提供することにある。
は、放電上限値と充電下限値を設定して充放電する。放
電上限値は、完全に放電された状態よりも電池1の残存
容量が大きくなる容量、いいかえると残存容量が0より
も大きい値である。充電下限値は、満充電された状態よ
りも電池1の残存容量が小さくなる状態である。
量を演算して、残存容量を放電上限値と充電下限値の間
の充放電許容範囲に制御しながら充放電させる。さらに
また、本発明の充放電制御方法は、電池1が劣化するな
どの原因で、最大充電容量が減少すると、放電上限値を
小さくして充電下限値を大きく補正する。放電上限値を
小さく充電下限値を大きくする補正は、充放電許容範囲
を拡大する補正である。したがって、本発明の充放電制
御方法は、電池1が劣化して最大充電容量が少なくなっ
たときに、充放電許容範囲が狭くなるのを少なくでき
る。
の10〜40%に設定する。また、充電下限値は、好ま
しくは、最大充電容量の60〜90%に設定する。電池
1の最大充電容量は、電池1の最大充電容量が減少する
情報を記憶装置に記憶させて、この記憶情報から最大充
電容量を演算する。電池1の最大充電容量が減少する記
憶情報は、たとえば、電池1の内部抵抗に対する最大充
電容量の関係である。
タイミングを設定して、最大容量検出タイミングになる
と、最大充電容量を検出することもできる。最大容量検
出タイミングにおいて、最大充電容量を検出するには、
満充電した電池1を完全に放電して、放電電流の積算値
から演算する。また、タイマーによらず、最大容量検出
タイミングを、電池1の残存容量が、設定された回数だ
け放電上限値または充電下限値になるタイミングに設定
することもできる。この方法は、電池1の残存容量が、
設定された回数だけ充電下限値になると、電池1を満充
電して最大充電容量を検出し、電池1の残存容量が充電
下限値に達する回数が設定された値になると、電池1を
完全に放電して演算した残存容量を補正して、より正確
に残存容量を演算できる。
を検出して演算し、あるいは、電池電圧を検出して演算
できる。
づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明
の技術思想を具体化するための電池の充放電制御方法を
例示するものであって、本発明は電池の充放電制御方法
を以下の方法に特定しない。
理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する
番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決
するための手段の欄」に示される部材に付記している。
ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材
に特定するものでは決してない。
る回路を示している。この図の装置は、電池1と、電池
1の最大充電容量と残存容量を検出する演算回路2と、
電池1が劣化する情報を記憶している劣化情報記憶装置
3と、演算回路2に設定された電池1の残存容量を表示
する残存容量表示器4と、電池1の充放電を制御する充
放電制御装置5とを備える。
使用される。ただ、電気自動車以外の用途にも使用でき
る。電気自動車に使用される電池1は、多数の二次電池
を直列に接続している。二次電池は、ニッケル−カドミ
ウム電池、ニッケル−水素電池、またはリチウムイオン
二次電池等である。
温度を検出する。電池1の温度は温度センサー6で検出
する。この温度センサー6は、電池1に接近して配設さ
れ、あるいは電池1に接触して設けられる。電池1に流
れる電流は、電池1と直列に接続している電流検出抵抗
(図示せず)に発生する電圧を増幅して検出する。充電
電流と放電電流は、電流検出抵抗に発生する+−が逆に
なるので、+−の極性で充電と放電を識別できる。複数
の二次電池を直列に接続している電池1は、各々の二次
電池の電圧と温度とを別々に検出し、あるいは、複数の
二次電池を直列に接続した電池ユニットを1ユニットと
して、電圧と温度を検出する。
される劣化情報から、あるいは、満充電した電池1を完
全に放電して、電池1の最大充電容量を演算する。劣化
情報から最大充電容量を演算する方法は、電池1を満充
電する必要がなく、また、完全に放電する必要もなく、
残存容量を充放電許容範囲として、速やかに最大充電容
量を演算できる。
は、たとえば、電池1の内部抵抗を検出して、内部抵抗
から最大充電容量を演算する。電池1は劣化すると内部
抵抗が大きくなると共に、最大充電容量が減少する。電
池1の内部抵抗は、劣化する状態と関連しているので、
内部抵抗から最大充電容量を演算することができる。内
部抵抗に対する劣化情報は劣化情報記憶装置3に記憶さ
せる。演算回路2は、電池1の内部抵抗を検出し、この
内部抵抗を劣化情報に比較して、最大充電容量を演算す
る。
と電圧から検出できる。内部抵抗による電圧降下が、電
池1の出力電圧を低下させるからである。内部抵抗によ
る電圧降下は、電池1に電流を流さないときの出力電圧
と、電池1に所定の電流を流す状態での出力電圧との差
から演算できる。電圧降下を電流で割ると内部抵抗が演
算される。
を完全に放電して最大充電容量を演算することもでき
る。この方法で最大充電容量を演算する方法は、たとえ
ば、メモリ効果で一時的に最大充電容量が減少する電
池、たとえば、ニッケル−カドミウム電池やニッケル−
水素電池に適している。満充電した電池1を完全に放電
して最大充電容量を演算するときに、メモリ効果による
容量の一時的な減少を回復できるからである。電池1を
満充電して完全に放電させる演算回路2は、充放電制御
装置5を制御して、電池1を満充電した後、完全に放電
する。そして、満充電された電池1が完全に放電される
までの放電電流を積算して最大充電容量を演算する。
充電容量を演算する演算回路2は、タイマーで最大充電
容量を検出するタイミング、すなわち、最大容量検出タ
イミングを設定している。タイマーが、最大容量検出タ
イミングになると、電池1を満充電し、その後完全に放
電して最大充電容量を演算する。
て最大充電容量を演算する演算回路2は、残存容量が放
電上限値となる回数が設定された回数となり、あるい
は、充電下限値となる回数が設定された回数となるタイ
ミングに、最大充電容量を演算することもできる。この
方法は、電池1の残存容量が設定された回数だけ充電下
限値になったときに、充電下限値を越えて電池1を満充
電し、その後に完全に放電して最大充電容量を検出する
ことができる。また、電池1の残存容量が充電下限値に
達する回数が設定された値になるときに、放電上限値を
越えて電池1を完全に放電させて、最大充電容量を演算
し、また、演算している残存容量を補正することもでき
る。
も演算して残存容量表示器4に出力する。残存容量は、
電池1の充電容量から放電容量を減算して演算する。充
電容量は、充電電流の積算値と充電効率との積で演算さ
れる。放電容量は放電電流の積算値で演算できる。
が、放電上限値よりも大きく、充電下限値よりも小さく
なる範囲、すなわち、充放電許容範囲となるように、充
放電制御装置5を制御する。放電上限値と充電下限値は
演算回路2に内蔵される半導体メモリ等の記憶素子(図
示せず)に記憶している。
も残存容量が大きくなる状態であって、電池1を放電さ
せるときに、電池1の劣化を最小にできる値、たとえ
ば、最大充電容量の10〜40%、さらに好ましくは2
0〜30%に設定する。放電上限値を低く設定するほ
ど、実際に電池1を放電できる容量が増加する。反対に
放電上限値を高くすると、電池1の実質放電容量は少な
くなるが、電池1の劣化を少なくできる。
存容量が小さくなる状態であって、電池1を充電すると
きの劣化を最小にできる値、たとえば、最大充電容量の
60〜90%、好ましくは70〜80%に設定する。充
電下限値を高く設定するほど、実際に電池1を充電でき
る容量は増加する。反対に充電下限値を低くすると、電
池1の実質放電容量は少なくなるが、電池1の劣化を少
なくできる。
される寿命と要求される放電容量とを考慮して前述の範
囲で最適に設定される。さらに、演算回路2は、放電上
限値と充電下限値を一定の値とはしないで、電池1の最
大充電容量によって、放電上限値と充電下限値を変更す
る。電池1の実質的に放電できる容量を大きく保持しな
がら、電池1の劣化を少なくするためである。
と充電下限値を変更する状態を示している。この図に示
すように、電池1の最大充電容量が矢印で示すように減
少すると、演算回路2は、放電上限値を小さく、充電下
限値を大きくして、充放電許容範囲を広げる。この図に
おいて、演算回路2は、最大充電容量が減少すると、放
電上限値を最大充電容量の30%から20%に変更し
て、充電下限値を70%から80%に変更する。
変更すると、電池1の最大充電容量が2/3に減少して
も、実質的に充放電できる容量は減少しない。最大充電
容量が減少したときに、どの程度に放電上限値と充電下
限値を変更するかは、電池の用途、電池の種類、最大充
電容量、放電電流、充電電流等を考慮して最適値とす
る。ただし、いかなる用途においても、放電上限値は完
全に電池1が放電されず、また充電下限値は最大充電容
量の100%よりも小さく設定される。電池1の急激な
劣化を防止するためである。
大充電容量を、半導体メモリ等に記憶している。内部抵
抗に対する最大充電容量は、内部抵抗をパラメターとす
る関数として記憶され、あるいは、内部抵抗の特定範囲
に対する、最大充電容量値として記憶している。
される残存容量を、液晶等のモニタに表示し、あるい
は、発光ダイオードの点数や発光色で表示する。残存容
量表示器4は、最大充電容量に対する相対値として残存
容量を表示する。
れて電池1の充放電を制御する。充放電制御装置5は、
電池1の残存容量が充放電許容範囲にあるときは、放電
スイッチと充電スイッチの両方をオンにして、充電と放
電を許容する。残存容量が放電上限値以下になると、放
電スイッチをオフにして放電を禁止し、充電スイッチを
オンにして充電を許容する。また、電池1の残存容量が
充電下限値以上になると、放電スイッチをオンにして放
電を許容し、充電スイッチをオフにして充電を禁止す
る。
によって変化するので、充放電制御装置5は、演算回路
2からの信号に制御されて、電池1を充放電許容範囲で
充放電させる。
1の最大充電容量を演算回路2で検出し、電池1の最大
充電容量によって放電上限値と充電下限値とを変更し、
電池1の残存容量が充放電許容範囲になるように、充放
電制御装置5で電池1の充放電を制御する。
したときに、実質的に充放電できる範囲が狭くなるのを
防止しながら有効に使用して、電池の劣化もできる限り
少なくできる特長がある。それは、本発明の充放電制御
方法が、電池の残存容量を放電上限値と充電下限値の間
の充放電許容範囲に制御しながら充放電させると共に、
電池の最大充電容量が減少するときに、放電上限値を小
さく、充電下限値を大きく補正して、充放電許容範囲を
広くしているからである。
て最大充電容量が少なくなったときに、実際に使用でき
る容量の減少を少なくできるので、ユーザーに、電池の
劣化を意識させることなく使用できる特長がある。
して廃棄する直前まで電池を有効に使用できる特長もあ
る。従来の充放電制御方法は、電池を廃棄するまで、狭
い充放電許容範囲で充放電させて充分に保護しながら使
用する。本発明の充放電制御方法は、電池が劣化して最
大充電容量が減少するにしたがって、充放電許容範囲を
拡大して、有効に使用するので、電池の劣化は増加する
が、有効に利用できる容量を多くできる。このため、電
池を完全に劣化するまで有効に利用できる特長がある。
値と充電下限値を示すグラフ
を示す回路図
の放電上限値と充電下限値を示すグラフ
Claims (7)
- 【請求項1】 残存容量が完全に放電された状態よりも
大きくなる放電上限値と、満充電された状態よりも電池
(1)の残存容量が小さくなる充電下限値とを設定すると
共に、電池(1)の残存容量を演算し、残存容量を放電上
限値と充電下限値の間の充放電許容範囲に制御しながら
充放電させる電池の充放電制御方法において、 電池(1)の最大充電容量が減少すると、放電上限値を小
さくして充電下限値を大きく補正することを特徴とする
電池の充放電制御方法。 - 【請求項2】 放電上限値が最大充電容量の10〜40
%で、充電下限値が最大充電容量の60〜90%である
請求項1に記載される充放電制御方法。 - 【請求項3】 電池(1)の最大充電容量が減少する情報
を記憶装置に記憶させて、この記憶情報から電池(1)の
最大充電容量を演算する請求項1に記載される電池の充
放電制御方法。 - 【請求項4】 タイマーで最大容量検出タイミングを設
定して、最大容量検出タイミングになると最大充電容量
を検出する請求項1に記載される電池の充放電制御方
法。 - 【請求項5】 電池(1)の残存容量が、設定された回
数、放電上限値または充電下限値になるタイミングに、
最大充電容量を検出する最大容量検出タイミングを設定
している請求項1に記載される電池の充放電制御方法。 - 【請求項6】 電池(1)の残存容量が、設定された回
数、充電下限値になると、電池(1)を満充電して最大充
電容量を検出する請求項5に記載される電池の充放電制
御方法。 - 【請求項7】 電池(1)の残存容量が充電下限値に達す
る回数が設定された値になると、電池(1)を完全に放電
して演算した残存容量を補正する請求項5に記載される
電池の充放電制御方法。
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