JP2002300733A - 電池の満充電検出法 - Google Patents

電池の満充電検出法

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JP2002300733A
JP2002300733A JP2001099247A JP2001099247A JP2002300733A JP 2002300733 A JP2002300733 A JP 2002300733A JP 2001099247 A JP2001099247 A JP 2001099247A JP 2001099247 A JP2001099247 A JP 2001099247A JP 2002300733 A JP2002300733 A JP 2002300733A
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Takero Ishimaru
健朗 石丸
Nobuhiro Takano
信宏 高野
Kazuhiko Funabashi
一彦 船橋
Kiyoko Fujieda
基予子 藤枝
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Koki Holdings Co Ltd
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Hitachi Koki Co Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Tests Of Electric Status Of Batteries (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 充電末期における電池電圧の立上りの小さい
高温状態の電池や未使用の電池を含め、電池電圧の変曲
点を確実に検出して満充電を検出できるようにする。 【解決手段】 演算手段により演算された最新時間値が
最大時間値より第1所定時間以上小さくなったこと及び
最新時間値が最小時間値より第2所定時間以上大きくな
ったことを検出する検出手段とを備え、検出手段が、最
新時間値が最大時間値より第1所定時間以上小さくなっ
たことを検出した後の最新時間値が最小時間値より第2
所定時間以上大きくなったことを検出した時満充電と判
断するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はニッケル・カドミウ
ム電池等の2次電池の満充電を検出する電池の満充電検
出法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】充電中の2次電池の変曲点を検出して充
電末期すなわち満充電を検出する満充電検出法として、
特開昭63−190525号や特開昭63−20612
4号に示されるように、電池電圧が所定の値ΔE(ΔE
は電池電圧のA/D変換後の例えば1ビット分の量)変
化するのに要する時間Tiの変動を検出することによっ
て行うものがある。これらに示されている具体的処理方
法は、逐次演算される時間値Ti-2、Ti-1、Tiにお
いて、最新時間値Tiとその1つ前の時間値Ti -1を比
較し、両者が、Ti≧Ti-1×γ(γ=1,2,3…)
なる関係を満たす時、満充電と判断して充電を停止する
というものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この方法だ
と、例えば、図5の充電曲線のO−A区間においては常
にTi≧Ti-1が成り立つため、γのとりかたによって
は、Ti≧Ti-1×γが成り立ってしまい、満充電にな
る前に充電を止めてしまう恐れすなわち不足充電となる
恐れがある(課題1)。また、実際に、満充電付近にお
いてTi≧Ti-1となる区間(C付近)でも、充電曲線
の立上りが小さい場合にはTi≧Ti-1×γとならない
うちに電池電圧がピーク点Eに達してしまう恐れすなわ
ち過充電となる恐れがある(課題2)。
【0004】本発明の目的は、上記した従来技術の欠点
をなくし、満充電を確実に検出できるようにして不足充
電、過充電を防止できるようにすることである。
【0005】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明において
は、まず課題2を解決するために演算した時間値Tiの
隣どうしの値を比較するのではなく、時間値Tiの中か
らあらかじめ最小値Tminを求めておき、この最小値
Tminと最新時間値Tiが、Ti≧Tmin×γ1
(γ1=任意の定数)の関係を満たした時、満充電と判
断して充電を停止するようにした。これにより、変曲点
Cの通過をより高い精度で検出することができる。
【0006】また、課題1の解決法としては、変曲点C
の通過を確認する前に、もうひとつの変曲点Aの通過を
確認することにした。変曲点Aを検出する方法は、変曲
点Cを検出する方法と逆で、時間値Tiの中からあらか
じめその最大時間値Tmaxを求めておき、このTma
xと最新時間値Tiが、Ti×γ2≦Tmax(γ2=
任意の定数)の関係を満たしたら、変曲点Aを通過した
ものとみなすものとした。
【0007】すなわち、Ti×γ2≦Tmaxと、Ti
≧Tmin×γ1の2つのステップを経た時に、電池が
満充電状態になったと判断し、充電を停止するようにし
た。
【0008】
【発明の実施の形態】図1は本発明の一実施形態を示す
回路図である。図1において、1は交流電源、2は複数
の充電可能な電池を接続した電池組、3は電池組2に流
れる充電電流を検出する電流検出手段、4は充電の開始
及び停止を制御する信号を伝達する充電制御信号伝達手
段、5は充電電流の信号をPWM制御IC23に帰還す
る充電電流信号伝達手段で、充電制御信号伝達手段4及
び充電電流信号伝達手段5はホトカプラ等からなる。1
0は全波整流回路11と平滑用コンデンサ12からなる
整流平滑回路、20は高周波トランス21、MOSFE
T22とPWM制御IC23からなる充電電流制御手段
である。PWM制御IC23はMOSFET22の駆動
パルス幅を変えて整流平滑回路30の出力電圧を調整す
るスイッチング電源用ICである。30はダイオード3
1、32、チョークコイル33、平滑用コンデンサ34
からなる整流平滑回路、40は抵抗41、42からなる
電池電圧検出手段で、電池組2の電池電圧を分圧する。
50は演算手段(CPU)51、ROM52、RAM5
3、タイマ54、A/Dコンバータ55、出力ポート5
6、リセット入力ポート57からなるシングルチップマ
イクロコンピュータ(以後マイコンと呼ぶ)である。演
算手段51では、電池電圧が所定の値ΔE変化するのに
要する時間Tiを計測し、その最大時間値Tmaxある
いは最小時間値Tminを算出する。RAM53は最大
時間値Tmax及び最小時間値Tminを記憶する。6
0は演算増幅器61、62、抵抗63〜66からなる差
動増幅手段、70は電源トランス71、全波整流回路7
2、平滑コンデンサ73、三端子ボルテージレギュレー
タ74、リセットIC75からなる定電圧電源で、マイ
コン50、増幅手段60等の電源となる。リセットIC
75はマイコン50を初期状態にするためにリセット入
力ポート57にリセット信号を出力する。
【0009】次に、図1の回路図、図2〜図4のフロー
チャート及び図5の充電特性カーブをもとに、本実施形
態の満充電検出制御動作の説明をする。
【0010】電源を投入すると、マイコン50は電池組
2の接続待機状態となる(ステップ1)。電池組2を接
続すると、マイコン50は電池接続を電池電圧検出手段
40の信号により判別し、出力ポート56より充電制御
信号伝達手段4を介してPWM制御IC23に充電開始
信号を伝達し、充電を開始する(ステップ2)。充電開
始と同時に、電池組2に流れる充電電流を電流検出手段
3により検出し、この充電電流値と基準値Vrefとの
差を差動増幅手段60より充電電流信号伝達手段5を介
して、PWM制御IC23に帰還をかける。すなわち、
充電電流が大きい場合はパルス幅を狭め、逆の場合はパ
ルス幅を広げ、パルス幅に比例したパルスを高周波トラ
ンス21に与え、整流平滑回路30で直流に平滑し、充
電電流を一定に保つ。電流検出手段3、差動増幅手段6
0、信号伝達手段5及びスイッチング回路20及び整流
平滑回路30を介して定電流制御をする。
【0011】変曲点A、変曲点Cの通過を検出する具体
的な処理方法を図2〜図4のフローチャートに従って説
明する。
【0012】まず、マイコン内部において、後述する最
小時間値Tmin、最大時間値Tmaxをそれぞれ初期
設定する(ステップ3)。
【0013】まず変曲点Aの通過を検出する方法を説明
する。
【0014】充電開始直後における電池電圧のA/D変
換値を取り込み、これをVoとする(ステップ10)。
つぎに、再度、電池電圧を取り込み、これをViとする
(ステップ11)。そして、Viが、Voに対して、A
/D変換の分解能にして1ビット分だけ大きくなったか
否か、すなわちVi>Voとなったか否かを判断する
(ステップ12)。そして、Vi>Voとなるまでステ
ップ11〜ステップ12を繰り返す。Vi>Voになっ
たらタイマTを0にリセットし(ステップ13)、Vo
をViの値に書き換える(ステップ14)。
【0015】次に、一定のサンプリング時間(数100
μ〜1秒程度)が経過してから(ステップ20)、電池
電圧のA/D変換値を取り込み、これをViとし(ステ
ップ21)、ViとVoを比較する(ステップ22)。
Vi=VoならばタイマTをカウントアップし(ステッ
プ23)、ステップ20に戻り、再度、ステップ20〜
ステップ22の動作を繰り返す。Vi>Voならば、T
の値をTiに代入し(ステップ24)、タイマTを0に
リセットし(ステップ25)、VoをViの値に書き換
える(ステップ26)。そしてステップ30に進む。
【0016】ステップ30では演算した時間値Tiの最
大値Tmaxを求める。TiとTmaxを比較し(ステ
ップ30)、Ti>Tmaxならば、Tiの値をTma
xとして更新する(ステップ31)。1番最初の場合
は、Tmaxには初期値として0が設定されているの
で、TmaxにはT1が更新され、以降は最大値が更新
されていくことになる。そして次のステップ40に進
む。Ti≦Tmaxの時はステップ31の処理は行わず
そのままステップ40に進む。
【0017】ステップ40では、TiがTmaxより一
定量以上小さくなったか否かを判別するが、実際の計算
方法としては、Tiの整数倍Ti×γ2(γ2=1,
2,3…)がTmax以下ならば変曲点Aを通過したも
のとみなすことにした。すなわち、Ti×γ2とTma
xを比較し(ステップ40)、Ti×γ2>Tmaxな
らば、ステップ20に戻り、Ti×γ2≦Tmaxなら
ば、変曲点Aを通過したものとみなして、次の過程であ
る変曲点Cの通過を検出するステップ50以降に進む。
【0018】変曲点Cの通過を検出する処理は、まず、
ステップ20からステップ22での処理と同様に、ステ
ップ50からステップ52の処理を行う。そして、ステ
ップ52においてVi>Voならば、ステップ54、ス
テップ55、ステップ56を経た後、ステップ60に進
む。ステップ60ではタイマTiの最小値Tminを求
める。TiとTminを比較し(ステップ60)、Ti
<Tminならば、Tiの値をTminとして更新する
(ステップ61)。1番最初の場合は、Tminには初
期値として∞が設定されているので、TminにはTi
が更新され、以降は最大値が更新されていくことにな
る。そして次のステップ70に進む。Ti≧Tminの
時はステップ61の処理は行わずそのままステップ70
に進む。
【0019】ステップ70ではTiがTminより一定
量以上大きくなった否かを判別する。ここでは、ステッ
プ40と逆で、Tmin×γ1とTiを比較し(ステッ
プ70)、Ti<Tmin×γ1ならばステップ50に
戻り、Ti≧Tmin×γ1ならば、変曲点Cを通過し
たものとみなして、充電を停止する(ステップ10
0)。
【0020】そして、電池が取り出されるのを待ち(ス
テップ101)、電池が取り出されたら次の充電のため
に待機する(ステップ1)。
【0021】上記実施形態によれば、電池電圧変化の変
曲点特に充電末期の電池電圧の立上りの小さい高温状態
の電池や未使用の電池でも、変曲点を確実に検出できる
ようになる。この結果不足充電及び過充電を起すことな
く完全に充電できるようになる。
【0022】
【発明の効果】本発明によれば電池を確実に充電できる
ようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明満充電検出法を採用した回路の一実施形
態を示す回路図。
【図2】本発明満充電検出法の動作説明用フローチャー
ト。
【図3】本発明満充電検出法の動作説明用フローチャー
ト。
【図4】本発明充電装置の動作説明用フローチャート。
【図5】充電特性を示すグラフであって、(a)電池電
圧、(b)電池電圧Vに対する時間tの変化量dt/d
v、(c)マイコンによりデジタル処理されたdt/d
vを示す。
【符号の説明】
20は充電電流制御手段、40は電池電圧検出手段、5
0は演算手段51、記憶手段53を有し、満充電判別を
行うマイコンである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 船橋 一彦 茨城県ひたちなか市武田1060番地 株式会 社日立工機インフォメーションテクノロジ ー内 (72)発明者 藤枝 基予子 茨城県ひたちなか市武田1060番地 株式会 社日立工機インフォメーションテクノロジ ー内 Fターム(参考) 2G016 CB03 CC03 CC04 CC05 CC07 CC10 CC16 CC17 CD06 CD09 CD10 CD14 5G003 AA01 BA01 CA01 CA17 CC02 GB04 GC05 5H030 AA01 AS20 BB03 FF43 FF52

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被充電電池の電池電圧を検出する電池電
    圧検出手段と、電池電圧検出手段の出力に基づいて電池
    電圧が所定量変化するのに要する時間を逐次演算する演
    算手段と、演算手段により演算された時間の最大時間値
    及び最小時間値をを記憶する記憶手段と、演算手段によ
    り演算された最新時間値が最大時間値より第1所定時間
    以上小さくなったこと及び最新時間値が最小時間値より
    第2所定時間以上大きくなったことを検出する検出手段
    とを備え、検出手段が、最新時間値が最大時間値より第
    1所定時間以上小さくなったことを検出した後の最新時
    間値が最小時間値より第2所定時間以上大きくなったこ
    とを検出した時満充電と判断することを特徴とした電池
    の満充電検出法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105304964A (zh) * 2015-11-26 2016-02-03 杭州青橄榄网络技术有限公司 基于电流与时间参数的电瓶充满判断方法
CN108828456A (zh) * 2018-07-11 2018-11-16 惠州志顺电子实业有限公司 镍氢电池充电判满方法、装置及包括该装置的充电器
WO2024009185A1 (ja) * 2022-07-08 2024-01-11 株式会社半導体エネルギー研究所 蓄電システム
CN117650295A (zh) * 2024-01-29 2024-03-05 深圳市本荣新能源科技有限公司 一种锂电池储能系统的动态管控方法及系统

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