JP2005295755A

JP2005295755A - 二次電池の放電制御方法およびその装置

Info

Publication number: JP2005295755A
Application number: JP2004110685A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Yoshida; 敏之吉田
Original assignee: Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 2004-04-05
Filing date: 2004-04-05
Publication date: 2005-10-20

Abstract

【課題】二次電池のサイクル寿命の低下を抑制できる二次電池の放電制御方法を提供する。
【解決手段】複数のセルＣで形成した二次電池Ｂの放電中の全体電圧の時間変化値が所定値に達したときには二次電池Ｂの放電を停止することで、電池容量が最も小さいセルＣが過放電したり、逆充電されたりすることを防止でき、二次電池Ｂのサイクル寿命の低下を抑制できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のセルで形成された二次電池の放電を制御する二次電池の放電制御方法およびその装置に関する。

従来、互いに直列に接続された複数のセルを備えた二次電池の電圧を測定し、この測定した電圧が予め設定された所定の電圧に達すると二次電池の放電を停止させる二次電池の放電制御方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００１−３０９５６９号公報（第４−５頁、図１−３）

しかしながら、上述の二次電池の放電制御方法では、二次電池の電圧が放電終止電圧になる前に、電池容量が最も小さいセルが過放電したり、電池容量が大きいセルにより逆充電されたりしてしまい、二次電池のサイクル寿命が低下するおそれがあるという問題点を有している。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、二次電池のサイクル寿命の低下を抑制できる二次電池の放電制御方法およびその装置を提供することを目的とする。

本発明は、複数のセルで形成された二次電池の放電中に測定した二次電池の電圧に基づいて演算した二次電池の全体電圧の時間変化値が所定値に達したときには二次電池の放電を停止させるものである。

本発明によれば、複数のセルで形成した二次電池の放電中の全体電圧の時間変化値が所定値に達したときには二次電池の放電を停止することで、電池容量が最も小さいセルが過放電したり、逆充電されたりすることを防止でき、二次電池のサイクル寿命の低下を抑制できる。

以下、本発明の第１の実施の形態の二次電池の放電制御装置の構成を図面を参照して説明する。

図１は充電制御装置および放電制御装置の機能をそれぞれ備えた充放電制御装置を示し、この充放電制御装置１は、例えば図２に示す業務用の電気掃除機２などに搭載され、この電気掃除機２の駆動源となる二次電池Ｂの充放電を制御するものである。そして、充放電制御装置１は、制御回路３および充電手段としての充電回路４を備え、二次電池Ｂおよび負荷としてのモータである電動送風機５にそれぞれ電気的に接続されている。

二次電池Ｂは、互いに直列に接続された複数、例えば２４本のセルＣを備えている。ここで、二次電池Ｂの全体電圧Ｖは、標準的には図３に示すように、放電開始初期に急激に降下し、所定の時間が経過すると緩やかに低下し、放電終始電圧Ｖ_０になる時間t1の直前に再度急激に降下するように変化する。また、例えば二次電池ＢのセルＣの電池容量に比較的ばらつきがある場合には、図４に示すように、最も小さいセルＣが時間t2で完全に放電し、この時間t2以降はこのセルＣが逆充電されて電圧が急降下するので、二次電池Ｂの全体電圧Ｖは段ができるように変化する。

電気掃除機２は、図２に示すように、被掃除面としての床面上を走行可能な掃除機本体11を備え、この掃除機本体11には、電動送風機５、二次電池Ｂおよび充放電制御装置１がそれぞれ収容されている。また、掃除機本体11には、電動送風機５の吸込側に連通する本体吸込口12が開口形成されている。この本体吸込口12には、ホース体13、延長管14および床ブラシ15が順次連通接続される。さらに、掃除機本体11には、電動送風機５の駆動をオンオフするスイッチ16が設けられている。

制御回路３は、二次電池Ｂ、充電回路４および電動送風機５にそれぞれ電気的に接続されている。また、この制御回路３は、二次電池Ｂの全体電圧Ｖを測定する電圧測定手段21、時間ｔを計測するタイマ手段22、および、電圧測定手段21で測定した全体電圧Ｖの時間変化値すなわちｄＶ／ｄｔを演算する演算手段23などを備えている。なお、電圧測定手段21は、個々のセルＣの電圧を測定してもよい。この場合には、例えば電圧測定手段21で測定した個々のセルＣの電圧をそれぞれ加算して二次電池Ｂの全体電圧Ｖとすることで、演算手段23にて二次電池Ｂの全体電圧Ｖの時間変化値ｄＶ／ｄｔを演算可能とする。

さらに、制御回路３は、電圧測定手段21で測定した全体電圧Ｖが、予め設定した放電終始電圧Ｖ_０になった場合、あるいは時間変化値ｄＶ／ｄｔが予め設定した所定値になった場合に、二次電池Ｂの放電を停止させる制御手段の機能を有している。また、この制御回路３は、電圧測定手段21で測定した全体電圧Ｖが予め設定した設定電圧Ｖ_Ｓになった後（時間t4以降）に、二次電池Ｂの全体電圧Ｖの時間変化値ｄＶ／ｄｔの測定を開始する制御手段の機能を有している。言い換えると、制御回路３は、電圧測定手段21で測定した全体電圧Ｖが予め設定した設定電圧Ｖ_Ｓになるまでは二次電池Ｂの放電の制御を無効にする。

そして、制御回路３は、充電回路４を制御して二次電池Ｂを充電する充電制御手段の機能を有している。

また、充電回路４は、制御回路３により制御されるもので、二次電池Ｂの複数のセルＣを充電可能とする。

そして、電動送風機５は、二次電池Ｂから供給される電力により駆動されるものである。

次に、上記第１の実施の形態の二次電池の放電制御方法を図５に示すフローチャートをそれぞれ参照して説明する。

まず、作業者がスイッチ16をオンすると、二次電池Ｂの放電が開始される（ステップ１）。

このとき、制御回路３は、電圧測定手段21で測定した電動送風機５の全体電圧Ｖが、予め設定した所定の放電終始電圧Ｖ_０になったかどうかを判断する（ステップ２）。

このステップ２で、電圧測定手段21で測定した電動送風機５の全体電圧Ｖが、予め設定した所定の放電終始電圧Ｖ_０になったと制御回路３が判断した場合には、制御回路３が二次電池Ｂの放電を停止する（ステップ３）。

一方、ステップ２で、電圧測定手段21で測定した電動送風機５の全体電圧Ｖが、予め設定した所定の放電終始電圧Ｖ_０になっていないと制御回路３が判断した場合には、電圧測定手段21で測定した電動送風機５の全体電圧Ｖが、予め設定した設定電圧Ｖ_Ｓになったかどうかを制御回路３が判断する（ステップ４）。

このステップ４で、電圧測定手段21で測定した電動送風機５の全体電圧Ｖが、予め設定した設定電圧Ｖ_Ｓになっていないと制御回路３が判断した場合には、ステップ２に戻る。

一方、ステップ４で、電圧測定手段21で測定した電動送風機５の全体電圧Ｖが、予め設定した設定電圧Ｖ_Ｓになったと制御回路３が判断した場合には、電圧測定手段21で測定した電動送風機５の全体電圧Ｖとタイマ手段22で計測する時間とに基づいて演算手段23が電圧の時間変化値ｄＶ／ｄｔを演算し、この電圧の時間変化値ｄＶ／ｄｔが予め設定した所定値に達したかどうかを制御回路３が判断する（ステップ５）。

このステップ５で、電圧の時間変化値ｄＶ／ｄｔが予め設定した所定値に達したと制御回路３が判断した場合には、ステップ３に進んで二次電池Ｂの放電を停止させる。

一方、ステップ５で、電圧の時間変化値ｄＶ／ｄｔが予め設定した所定値に達していないと制御回路３が判断した場合には、電圧測定手段21で測定した電動送風機５の全体電圧Ｖが予め設定された放電終始電圧Ｖ_０になったかどうかを制御回路３が判断する（ステップ６）。

このステップ６で、電圧測定手段21で測定した電動送風機５の全体電圧Ｖが予め設定された放電終始電圧Ｖ_０になったと制御回路３が判断した場合には、ステップ３に進んで二次電池Ｂの放電を停止させる。

一方、このステップ６で、電圧測定手段21で測定した電動送風機５の全体電圧Ｖが予め設定された放電終始電圧Ｖ_０になっていないと制御回路３が判断した場合には、ステップ５に戻る。

上述したように、上記第１の実施の形態では、複数のセルＣで形成した二次電池Ｂの放電中の全体の全体電圧Ｖの時間変化値ｄＶ／ｄｔが所定値に達したときには二次電池Ｂの放電を制御回路３が停止させる構成とした。

この結果、例えば図４に示すような二次電池Ｂの放電の際には、放電終始電圧Ｖ_０になった際（時間t3）に二次電池Ｂの放電を停止させる従来の放電制御方法では、時間t2から時間t3までの間、電池容量が最も小さいセルＣが過放電したり、逆充電されたりしたが、本実施の形態では、時間t2で二次電池Ｂの放電を停止できるので、電池容量が最も小さいセルＣの過放電、あるいは逆充電を確実に防止でき、二次電池Ｂのサイクル寿命の低下を抑制できる。

また、二次電池Ｂの全体電圧Ｖが設定電圧Ｖ_Ｓになった後に二次電池Ｂの全体電圧Ｖの時間変化値ｄＶ／ｄｔの演算を演算手段23が開始する、すなわち、二次電池Ｂの全体電圧Ｖが設定電圧Ｖ_Ｓになるまでは、二次電池Ｂの放電の制御を無効にすることで、放電開始初期に二次電池Ｂの全体電圧Ｖが急激に降下して全体電圧Ｖの時間変化値ｄＶ／ｄｔが急激に変化することを制御回路３が検知し二次電池Ｂの放電を誤って停止してしまうことを、確実に防止できる。

さらに、二次電池Ｂの全体電圧Ｖが予め設定された所定の放電終始電圧Ｖ_０になると、二次電池Ｂの放電を制御回路３が停止させることで、条件により全体電圧Ｖの時間変化値ｄＶ／ｄｔが所定値にならずに二次電池Ｂが放電終始電圧Ｖ_０になる場合などでも、二次電池Ｂの放電を確実に停止させることができ、二次電池ＢのセルＣの過放電を、より確実に防止でき、信頼性を向上できる。

次に、第２の実施の形態の制御を図６に示すフローチャートを参照して説明する。なお、上記第１の実施の形態の制御と同様の制御については、同一ステップ番号を付してその説明を省略する。

この第２の実施の形態では、上記第１の実施の形態のステップ４の制御に代えて、タイマ手段22で時間ｔを計測し、二次電池Ｂの放電開始から所定の時間が経過したかどうかを制御回路３が判断する（ステップ７）。なお、この所定の時間は、例えば二次電池Ｂの電圧が設定電圧Ｖ_Ｓになる時間t4以上となるように設定する。

そして、このステップ７で、二次電池Ｂの放電開始から所定の時間が経過したと制御回路３が判断した場合には、ステップ５に進む。

一方、ステップ７で、二次電池Ｂの放電開始から所定の時間が経過していないと制御回路３が判断した場合には、ステップ２に戻る。

このように、二次電池Ｂの放電開始から所定の時間が経過した後に二次電池Ｂの全体電圧Ｖの時間変化値ｄＶ／ｄｔの演算を演算手段23が開始する、すなわち、二次電池Ｂの放電開始から所定の時間が経過するまでは、二次電池Ｂの放電の制御を無効にすることで、放電開始初期に二次電池Ｂの全体電圧Ｖが急激に降下して全体電圧Ｖの時間変化値ｄＶ／ｄｔが急激に変化することを制御回路３が検知し二次電池Ｂの放電を誤って停止してしまうことを、確実に防止できる。

なお、上記各実施の形態において、ステップ６の制御をしない制御とすることも可能である。この場合には、制御回路３での処理を簡略化できる。

また、電動送風機５に代えて、モータなどを負荷とする構成も可能である。

さらに、上記各実施の形態の制御を組み合わせた制御をすることも可能である。

そして、設定電圧Ｖ_Ｓ、放電終始電圧Ｖ_０、時間変化値ｄＶ／ｄｔの所定値、あるいは所定の時間などは、それぞれ二次電池Ｂの電圧値などに応じて任意に設定する。

本発明の第１の実施の形態の二次電池の放電制御装置を示すブロック図である。同上二次電池の放電制御装置を収容した掃除機本体である。同上二次電池の放電制御装置による二次電池の放電時間と全体電圧および全体電圧の時間変化との一の例を示すグラフである。同上二次電池の放電制御装置による二次電池の放電時間と全体電圧および全体電圧の時間変化との他の例を示すグラフである。同上二次電池の放電制御方法を示すフローチャートである。本発明の第２の実施の形態の二次電池の放電制御方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１充電制御装置を機能として有する充放電制御装置
３制御手段を機能として有する制御回路
21 電圧測定手段
23 演算手段
Ｂ二次電池
Ｃセル

Claims

複数のセルで形成された二次電池の放電中に、この二次電池の電圧を測定し、
この測定した電圧に基づいて前記二次電池の全体電圧の時間変化値を演算し、
前記時間変化値が所定値に達したときには前記二次電池の放電を停止する
ことを特徴とした二次電池の放電制御方法。
二次電池の放電開始から所定の時間が経過した後に前記二次電池の全体電圧の時間変化値の演算を開始する
ことを特徴とした請求項１記載の二次電池の放電制御方法。
二次電池の電圧が所定の電圧値に達した後に前記二次電池の全体電圧の時間変化値の演算を開始する
ことを特徴とした請求項１記載の二次電池の放電制御方法。
二次電池の電圧が予め設定された所定の放電終止電圧になると、前記二次電池の放電を停止する
ことを特徴とした請求項１ないし３いずれか一記載の二次電池の放電制御方法。
複数のセルで形成された二次電池の電圧を測定する電圧測定手段と、
前記電圧測定手段で測定した前記二次電池の電圧に基づいて前記二次電池の全体電圧の時間変化値を演算する演算手段と、
前記時間変化値が所定値に達したときには前記二次電池の放電を停止させる制御手段と
を具備したことを特徴とした二次電池の放電制御装置。
演算手段は、二次電池の放電開始から所定の時間が経過した後に前記二次電池の全体電圧の時間変化値を演算する
ことを特徴とした請求項５記載の二次電池の放電制御装置。
演算手段は、電圧測定手段で測定した二次電池の電圧が所定の電圧値に達した後に前記二次電池の全体電圧の時間変化値を演算する
ことを特徴とした請求項５記載の二次電池の放電制御装置。
制御手段は、二次電池の電圧が予め設定された所定の放電終止電圧になると、前記二次電池の放電を停止させる
ことを特徴とした請求項５ないし７いずれか一記載の二次電池の放電制御装置。