JP2002142379A

JP2002142379A - 電池の充電方法

Info

Publication number: JP2002142379A
Application number: JP2000337155A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Furukawa; 忠司古川
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2000-11-06
Filing date: 2000-11-06
Publication date: 2002-05-17

Abstract

(57)【要約】【課題】劣化した電池を能率よく短時間で所定の容量
まで充電する。【解決手段】電池の充電方法は、内部抵抗検出工程と
最終充電工程とで電池を充電する。内部抵抗検出工程
は、最終充電電圧以下の内部抵抗検出電圧で電池を充電
して、電池の内部抵抗を検出する。最終充電工程は、内
部抵抗の検出された電池を、最終充電電圧と最終充電電
流の定電圧定電流充電で充電する。最終充電工程で電池
を充電する最終充電電圧は、電池の設定電圧に、電池の
内部抵抗と最終充電電流の積を加算してなる電圧に設定
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電池を充電する方法
に関し、とくに、定電圧定電流充電で充電する方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】定電圧定電流充電は、電池を充電すると
きに、充電する電圧と電流の最大値を制限して充電す
る。この充電方法は、電池の特性を劣化することなく充
電できる特長がある。電池は、充電電流が大きすぎると
電気性能が低下する性質がある。また、充電電圧が高す
ぎても電気性能が低下する。定電圧定電流充電は、充電
電流と充電電圧の最大値を設定電圧と設定電流に制限し
ながら充電するので、電池性能を低下させることなく充
電できる。

【０００３】図１は、定電圧定電流充電される電池の電
圧と電流特性を示してる。この図に示すように、充電を
開始した最初は、電池電圧が低いので、充電電流が設定
電流に制限されて定電流充電される。充電が進行して電
池電圧が設定電圧まで上昇すると、電池電圧を設定電圧
に保持して充電される。このため、充電が進行して電池
の電圧が高くなるにしたがって、充電器の充電電圧であ
る設定電圧との差が少なくなって充電電流が減少する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】電池を定電圧定電流に
制限して充電する方法は、電池電圧が設定電圧まで上昇
すると、充電電流が次第に減少する。このため、充電電
流が減少する工程での充電時間が長くなって、トータル
の充電時間が長くなる。定電流で充電される工程では、
単位時間に充電できる容量が一定であるが、定電圧で充
電される工程では充電電流が次第に減少するので、単位
時間に充電できる容量が次第に減少する。とくに、充電
容量が大きくなって電池電圧が高くなると、充電電流が
著しく減少するので、単位時間の充電容量は著しく少な
くなり、所定の容量まで充電されるまでの時間が長くな
る。効率よく充電できる定電流充電の時間を長くする方
法は、トータルの充電時間を短縮ことに効果がある。た
だ、定電流充電する時間を長くするためには、設定電圧
を高くする必要があり、このことが電池のダメージを大
きくする弊害がある。

【０００５】充電容量が大きくなった電池は、充電電流
が極めて小さくなるので、この状態で、充電をタイマー
で中断する方法は、充電時間を短縮できるが、この方法
では、所定の容量まで充電できず、また、電池によって
充電できる容量にばらつきができる欠点がある。とく
に、劣化した電池は、同じ時間充電しても、充電容量に
対する充電電流の減少が甚だしく、タイマーで設定され
た時間を充電すると、充電される容量が小さくなってし
まう弊害がある。

【０００６】さらに、タイマーで充電時間を制限するこ
となく、電池を定電圧定電流充電すると、劣化した電池
を所定の容量まで充電するのに時間がかかる欠点があ
る。このため、電池を定電圧定電流で充電する方法は、
劣化した電池を所定の時間で能率よく充電できない欠点
がある。

【０００７】本発明は、このような欠点を解決すること
を目的に開発されたもので、本発明の重要な目的は、劣
化した電池を能率よく短時間で所定の容量まで充電でき
る電池の充電方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の充電方法は、内
部抵抗検出工程と最終充電工程とで電池を充電する。内
部抵抗検出工程は、最終充電電圧以下の内部抵抗検出電
圧で電池を充電して、電池の内部抵抗を検出する。最終
充電工程は、内部抵抗の検出された電池を、最終充電電
圧と最終充電電流の定電圧定電流充電で充電する。最終
充電工程で電池を充電する最終充電電圧は、電池の設定
電圧に、電池の内部抵抗と最終充電電流の積を加算して
なる電圧に設定される。

【０００９】内部抵抗検出工程においては、たとえば、
電池をパルス充電して、充電するときの電池電圧と、充
電を休止するときの電池電圧の差から内部抵抗を検出す
る。さらに、本発明の充電方法は、好ましくは、内部抵
抗検出工程の前に、内部抵抗検出電圧よりも低い予備充
電電圧に設定して予備充電工程で充電する。予備充電工
程も、好ましくは、電池を定電圧定電流充電する。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
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電方法を例示す
るものであって、本発明は充電方法を以下に特定しな
い。

【００１１】本発明の充電方法は、ハイブリッドカーや
電気自動車を走行させる電池の充電方法に最適である。
それは、電池を劣化させることなく短時間で能率よく充
電でき、とくに、劣化した電池をも効率よく短時間で充
電できるからである。自動車に搭載される電池は、つね
に効率よく速やかに充電されることが大切である。充電
効率が悪くて充電に時間がかかると、発電機を駆動する
ためにエンジンの運転時間が長くなるからである。とく
に、エンジンは、低負荷で運転されるときに出力に対す
る燃料消費が大きくなる特性があるので、低電流で電池
を充電する時間が長くなってエンジンを低負荷で運転す
る時間が長くなると、燃費が極め悪化して、ハイブリッ
ドカーの特長が失われる弊害がある。このため、ハイブ
リッドカーの電池を充電する方法は、つねに電池を短時
間で能率よく所定の容量まで充電できることが特に大切
である。

【００１２】図２は、ハイブリッドカーに搭載される電
池の充放電制御機構のブロック図である。このブロック
図の充放電制御機構は、電池１の充放電を制御する充放
電コントローラ２と、この充放電コントローラ２に制御
されてモーター４への供給電力を制御するインバータ３
と、充放電コントローラ２に制御されて電池１を充電す
る発電機５とを備える。

【００１３】充放電コントローラ２は、たとえば、アク
セル（図示せず）から自動車をモーター４で走行させる
信号が入力されると、インバータ３を制御して電池１か
らモーター４に電力を供給する。モーター４に供給する
電力は、アクセルの開度等で調整される。モーター４が
自動車を走行させると電池１が放電される。

【００１４】充放電コントローラ２は、電池１が放電さ
れて、電池１の残存容量が最低容量よりも少なくなる
と、放電を停止しあるいは放電を停止することなく、発
電機５を制御して電池１の残存容量が設定容量となるま
で充電する。放電を停止あるいは停止することなく充電
を開始する最低容量は、好ましくは満充電容量の３０〜
４０％に設定される。また、充電を終了する設定容量は
５０〜７０％に設定される。たとえば、最低容量は約４
０％、設定容量は約６０％に設定される。自動車に搭載
される電池１は、電池１の劣化を少なくして、極めて長
い期間にわたって使用できるように、最低容量と設定容
量を決める。最低容量を小さくして設定容量を大きくす
ると、電池１を実質的に充放電できる容量は大きくなる
が、電池１の寿命は短くなる。したがって、ハイブリッ
ドカーに使用される電池１の最低容量と設定容量は、電
池１の寿命と実質的に充放電できる容量の両方を考慮し
て決定する。

【００１５】ただ、本発明は用途をハイブリッドカーに
は特定してない。ハイブリッドカー以外の用途であっ
て、電池の実質容量をできるかぎり大きくする用途にお
いては、最低容量を０ないしほぼ０％とし、設定容量を
１００〜ほぼ１００％とする。最低容量は、これよりも
電池の最低容量が少なくならないようにする容量である
から、放電している電池の残存容量が最低容量になると
放電を停止し、あるいは放電させながら充電して残存容
量が最低容量よりも小さくならないようにする。

【００１６】充放電コントローラ２は、電池１の電圧、
充放電の電流、温度等を検出して、電池１の残存容量を
演算する。放電している電池１の残存容量が最低容量に
なると充電を開始し、充電している電池１の残存容量が
設定容量になると充電を停止させる。

【００１７】充放電コントローラ２は、発電機５を制御
して、定電圧定電流充電で電池１を充電する。図３は、
充電される電池１の残存容量と電圧と電流が変化する特
性を示している。この図に示す充電方法は、残存容量が
最低容量になった電池１を、予備充電工程と、内部抵抗
検出工程と、最終充電工程とで設定容量まで充電する。

【００１８】最初に予備充電工程で電池１を充電する。
この工程は、定電圧定電流充電の設定電圧を、内部抵抗
検出工程と最終充電工程における充電電圧よりも低い予
備充電電圧（ＥV1）に設定して充電する。予備充電工程
は、電池電圧が予備充電電圧（ＥV1）まで上昇したこと
を検出し、あるいは、あらかじめ設定しているタイマー
がタイムアップして完了される。

【００１９】内部抵抗検出工程は、電池１を最終充電電
圧（ＥVT）以下の内部抵抗検出電圧（ＥV2）で充電し
て、内部抵抗を検出する工程である。この工程は、電池
１を定電圧定電流でパルス充電して、充電するときの電
池電圧と、充電を休止するときの電池電圧の差から内部
抵抗を検出する。電池１の内部抵抗（Ｒ）は、下記の式
で演算される。Ｒ＝（Ｅ1−Ｅ0）／Ｉただし、この式において、Ｅ1は電流Ｉで充電するとき
の充電電圧、Ｅ0は充電を休止したときの電池電圧、Ｉ
は充電電流である。

【００２０】内部抵抗検出工程は、かならずしも定電圧
定電流のパルス充電で内部抵抗を検出する必要はない。
定電圧定電流ではないパルス充電とすることもでき、ま
た、充電電流を変更して内部抵抗を演算することもでき
る。また、パルス充電ではなくて、充電と充電を休止す
る状態で、充電電流および充電電圧と、充電を休止する
ときの電池電圧を検出して、前記の式で内部抵抗を演算
することもできる。

【００２１】最終充電工程は、内部抵抗の検出された電
池１を、最終充電電圧（ＥVT）と最終充電電流（Ｉ）の
定電圧定電流充電で充電する。最終充電電圧（ＥVT）
は、下記の式で示すように、電池１の設定電圧（ＥS）
に、電池１の内部抵抗（Ｒ）と最終充電電流（Ｉ）の積
を加算してなる電圧に設定される。ＥVT＝ＥS＋Ｒ×Ｉ

【００２２】最終充電電圧（ＥVT）をこの電圧値に設定
して充電すると、電池１に印加される電圧が内部抵抗の
大小に関係なく設定電圧（ＥS）になる。設定電圧（Ｅ
S）は、電池１を理想的な状態で充電できる電圧に設定
される。設定電圧（ＥS）に設定して定電圧定電流充電
される電池１は、最初は電池電圧が低いので、図３に示
すように充電電流が一定電流に制限されて充電される。
その後、電池電圧が高くなると電圧が設定電圧（ＥS）
の定電圧に設定されて充電される。最終充電工程におい
て電池１の残存容量は次第に増加する。残存容量が設定
容量になると、充放電コントローラ２は、電池１の充電
を停止する。

【００２３】図３の充電方法は、最終充電工程における
最終充電電圧（ＥVT）を一定にしている。最終充電電圧
（ＥVT）は、定電流される充電電流を基準として前述の
式で演算した値に設定している。ただ、本発明の充電方
法は、最終充電工程において、最終充電電圧（ＥVT）を
充電電流で変化させて、常に電池１に印加される電圧を
設定電圧（ＥS）とすることもできる。最終充電電圧
（ＥVT）は、上記の式で示すように、充電電流をパラメ
ーターとして変化するので、充電電流（Ｉ）をパラメー
ターとして、上記の式で演算される最終充電電圧（ＥV
T）に設定すると、電池１に印加される電圧を常に設定
電圧（ＥS）にできる。この充電方法は、電池電圧が設
定電圧（ＥS）よりも高くならないので、電池１をより
理想的な状態で充電できる。とくに、この方法は、電池
電圧が設定電圧（ＥS）よりも高くなると弊害が発生す
る電池、たとえばリチウムイオン二次電池等の充電に最
適である。

【００２４】

【発明の効果】本発明の電池の充電方法は、劣化した電
池を能率よく短時間で所定の容量まで充電できる特長が
ある。それは、本発明の充電方法が、最終充電電圧以下
の内部抵抗検出電圧で電池を充電しながら電池の内部抵
抗を検出する内部抵抗検出工程と、内部抵抗の検出され
た電池を、最終充電電圧と最終充電電流の定電圧定電流
充電で充電する最終充電工程とで電池を充電しており、
最終充電工程で電池を充電する最終充電電圧を、電池の
設定電圧に、電池の内部抵抗と最終充電電流の積を加算
してなる電圧に設定しているからである。この充電方法
は、最終充電電圧を、ただ単に大きくするのではなく、
電池の設定電圧に、電池の内部抵抗と最終充電電流の積
を加算してなる電圧に設定して充電するので、電池に印
加される電圧を、内部抵抗の大小に関係なく常に設定電
圧とすることができる。このため、電池の充電容量が大
きくなっても、定電流充電する時間を理想的に長くしな
がら、効果的に短時間で充電できる。しかも、この充電
方法は、設定電圧を高くすることなく充電するので、電
池のダメージを極減しながら理想的に充電できる。さら
に、本発明の充電方法は、電池の内部抵抗で最終充電電
圧を決定するので、内部抵抗の大きく異なる電池、たと
えば、劣化した電池であっても、能率よく短時間で所定
の容量まで充電できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の電池の充電方法における電圧電流特性を
示すグラフ

【図２】ハイブリッドカーに搭載される電池の充放電制
御機構のブロック図

【図３】本発明の電池の充電方法における電圧電流特性
を示すグラフ

【符号の説明】

１…電池２…充放電コントローラ３…インバータ４…モーター５…発電機

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電池を最終充電電圧以下の内部抵抗検出
電圧で充電して、内部抵抗を検出する内部抵抗検出工程
と、内部抵抗検出工程で内部抵抗が検出された電池を、
最終充電電圧と最終充電電流の定電圧定電流充電で充電
する最終充電工程とで電池を充電する方法であって、最終充電工程で電池を充電する最終充電電圧を、電池の
設定電圧に、電池の内部抵抗と最終充電電流の積を加算
してなる電圧に設定して定電圧定電流充電する電池の充
電方法。
【請求項２】内部抵抗検出工程において電池をパルス
充電し、充電するときの電池電圧および充電電流と、充
電を休止するときの電池電圧の差から内部抵抗を検出す
る請求項１に記載される電池の充電方法。
【請求項３】内部抵抗検出工程の前に、内部抵抗検出
電圧よりも低い予備充電電圧に設定する予備充電工程で
充電する請求項１に記載される電池の充電方法。
【請求項４】予備充電工程が定電圧定電流充電である
請求項３に記載される電池の充電方法。