JP2007252062A - バッテリの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリの充電を過充電にして、このバッテリに所望の大きさの容量を確保させると共に、このバッテリの寿命が良好に保たれるようにする。
【解決手段】バッテリ５を充電する直前の放電積算量を検出する一方、このバッテリ５の上記充電が過充電となるようにしてその充電積算量を検出する。放電積算量に対する充電積算量の「過充電率」が、このバッテリ５の使用の進行に伴い減少するよう、バッテリ５の過充電を制御するようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリを充電する場合に、この充電を過充電にし、このバッテリの過充電の程度をバッテリの使用の進行に伴い変化させるようにしたバッテリの制御装置に関するものである。

上記バッテリの過充電には、従来、下記特許文献１に示されるものがある。この公報のものによれば、鉛バッテリであるバッテリの充電、放電サイクルの所定数毎など、定期的にのみバッテリを過充電する、というものである。そして、この構成によれば、バッテリの寿命の向上が達成されることとされている。
特開２００１−１６０４２２号公報

ところで、バッテリの種類によっては、所望の容量を確保するため、充電をする毎に過充電したい場合がある。そして、このような過充電によれば、第１に、電極が活性化されて、電極に硫酸鉛が付着するということが防止され、つまり、サルフェーションの発生が防止される。また、第２に、バッテリ内の電解液が攪拌されて、その下部が高比重になるという電解液の成層化が防止される。つまり、上記のように過充電にしてやれば、バッテリに所望の大きさの容量が確保されることとされている。

しかし、上記過充電を単に幾度も繰り返すと、これら過充電によりバッテリにおける電極や電解液の劣化が加速されて、寿命が急速に低下するおそれを生じる。

本発明は、上記のような事情に注目してなされたもので、本発明の目的は、バッテリの充電を過充電にして、このバッテリに所望の大きさの容量を確保させると共に、このバッテリの寿命が良好に保たれるようにすることである。

また、本発明の他の目的は、バッテリの放電量を制御することにより、このバッテリの寿命が良好に保たれるようにすることである。

請求項１の発明は、バッテリ５を充電する直前の放電積算量を検出する一方、このバッテリ５の上記充電が過充電となるようにしてその充電積算量を検出し、上記放電積算量に対する充電積算量の「過充電率」が、このバッテリ５の使用の進行に伴い減少するよう、上記バッテリ５の過充電を制御するようにしたものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明に加えて、上記「過充電率」が、バッテリ５の使用の初期で１．２−１．３、使用の末期で１．０５−１．１５となるようにしたものである。

請求項３の発明は、バッテリ５の放電により、その端子電圧が降下して所定値に達したとき、警告を発するようにし、
上記所定値を、上記バッテリ５の使用の進行に伴い、減少させるようにしたものである。

請求項４の発明は、請求項１の発明に加えて、バッテリ５の放電により、その端子電圧が降下して所定値に達したとき、警告を発するようにし、
上記所定値を、上記バッテリ５の使用の進行に伴い、減少させるようにしたものである。

請求項５の発明は、請求項１から４のうちいずれか１つの発明に加えて、上記バッテリ５を鉛バッテリとしたものである。

なお、この項において、上記各用語に付記した符号は、本発明の技術的範囲を後述の「実施例」の項や図面の内容に限定解釈するものではない。

本発明による効果は、次の如くである。

請求項１の発明は、バッテリを充電する直前の放電積算量を検出する一方、このバッテリの上記充電が過充電となるようにしてその充電積算量を検出し、上記放電積算量に対する充電積算量の「過充電率」が、このバッテリの使用の進行に伴い減少するよう、上記バッテリの過充電を制御するようにしている。

ここで、バッテリの使用の初期では、上記「過充電率」をある程度大きくし、つまり、過充電による充電積算量を比較的大きくしても、バッテリの劣化の進行は抑制される。一方、バッテリの使用の末期では、既に、バッテリは劣化が進行しているため、上記「過充電率」をあまりに大きくし、つまり、過充電による充電積算量をあまりに大きくすると、上記バッテリの劣化が加速される傾向となる。

そこで、前記のように、バッテリの充電を過充電とし、その一方、上記「過充電率」が、このバッテリの使用の進行に伴い減少するようにしている。このため、バッテリの充電を過充電にしたことによって、その使用の各時期に、それぞれより大きい容量が確保されることとなる。一方、バッテリの使用の進行に伴い、過充電の程度が小さくされるため、バッテリの使用の各時期において、その劣化が上記過充電により加速される、ということは、それぞれ抑制されて、良好な寿命が確保される。

請求項２の発明は、上記「過充電率」が、バッテリの使用の初期で１．２−１．３、使用の末期で１．０５−１．１５となるようにしている。

ここで、上記バッテリの使用の初期、末期に、上記「過充電率」が１．２，１．０５未満であれば、充電容量が不足しがちとなり、１．３，１．１５を越えると、バッテリの劣化が加速されがちとなる。

このため、上記発明によれば、バッテリの使用の各時期における過充電により、このバッテリには、より大きい容量が、より精度よく確保される。一方、バッテリの使用の各時期の劣化が過充電により加速される、ということは、それぞれより精度よく抑制されて、より良好な寿命も確保される。

請求項３の発明は、バッテリの放電により、その端子電圧が降下して所定値に達したとき、警告を発するようにし、
上記所定値を、上記バッテリの使用の進行に伴い、減少させるようにしている。

ここで、バッテリの放電深さが大きい場合には、このバッテリの劣化が加速されて、寿命が急速に低下することが知られている。そこで、上記のように所望の放電量を得る上で、ある程度の端子電圧の下降を許容する一方、この端子電圧の過度の下降を防止する上で、警告を発するようにしている。このため、この警告が発せられたとき、この警告に従って、上記バッテリの放電を停止させるなど対処すれば、上記放電深さが小さく抑制されて、このバッテリの寿命の向上が達成される。

また、上記所定値を、上記バッテリの使用の進行に伴い、減少させるようにしている。

ここで、上記バッテリの使用の初期では、バッテリは劣化していないため、一般に、過充電による充電積算量が大きくなりがちであって、充電終了期の端子電圧も高くなりがちである。一方、上記バッテリの使用が進行して中期から末期になるに従い、上記バッテリの劣化が進行して、その充電終了期の端子電圧はそれぞれ低下しがちとなる。

そこで、上記のように構成したのであり、即ち、バッテリの使用の進行に伴い、充電終了期の端子電圧が低下するにつれて、警告を発するための端子電圧の所定値の値も減少させるようにしている。よって、バッテリの使用の各時期において、互いにより均一で、かつ、より大きい放電積算量を可及的に得ることができると共に、上記警告により、上記バッテリの使用の進行の各時期において、放電深さがあまりに大きくなることが抑制されて、このバッテリの寿命の向上が達成される。

請求項４の発明は、前記請求項１に従属するものであって、バッテリの放電により、その端子電圧が降下して所定値に達したとき、警告を発するようにし、
上記所定値を、上記バッテリの使用の進行に伴い、減少させるようにしている。

このため、上記請求項１に基づく効果の他、次の効果も生じる。

即ち、バッテリの使用の進行に伴い、過充電の程度が小さくされて充電終了期の端子電圧が低下させられると共に、上記警告のための上記所定値が減少させられる。このため、バッテリの使用の各時期において、互いにより均一で、かつ、より大きい放電積算量を積極的に得ることができると共に、上記警告により、上記バッテリの使用の各時期において、放電深さがあまりに大きくなることが抑制されて、バッテリの寿命の向上が達成される。

請求項５の発明は、上記バッテリを鉛バッテリとしている。

ここで、上記鉛バッテリは、一般に、より大容量の保持が可能であり、また、汎用性が高いものである。このため、鉛バッテリを例えば車両に適用してやれば、車両が要求する大きなエネルギーと低価格化とに十分に対応できる。

本発明のバッテリの制御装置に関し、バッテリの充電を過充電にして、このバッテリに所望の大きさの容量を確保させるようにすると共に、このバッテリの寿命が良好に保たれるようにする、という目的を実現するため、本発明を実施するための最良の形態は、次の如くである。

即ち、バッテリを充電する直前の放電積算量を検出する一方、このバッテリの上記充電が過充電となるようにしてその充電積算量を検出し、上記放電積算量に対する充電積算量の「過充電率」が、このバッテリの使用の進行に伴い減少するよう、上記バッテリの過充電を制御するようにしている。

本発明をより詳細に説明するために、その実施例を添付の図１−３に従って説明する。

図１において、符号１は、ゴルフ場におけるゴルフカートなどの車両に設けられる電動式走行駆動装置である。

上記走行駆動装置１は、不図示の車体に支持されて駆動車輪と互いに連動連結される走行駆動用の電動機２と、非車載の充電器３に対し、カップリング４により連結、連結解除可能となるよう連結されて充電可能とされる鉛バッテリであるバッテリ５と、運転者の操作量に応じて上記バッテリ５から上記電動機２への放電量（電力供給量）を制御するモータコントローラ６とを備えている。

上記充電器３は、充電スタンドなどに設けられる商用電源９（ＡＣ１００Ｖ、５０／６０Ｈｚ）から交流電流を入力して降圧処理する入力部１０と、この入力部１０から出力される交流電流を直流に交換して上記バッテリ５に向けて出力する出力部１１と、上記バッテリ５が充電されるときの各種充電処理モードを記憶している充電処理記憶部１２と、この充電処理記憶部１２が記憶している各種充電処理モードのうちから、いずれか一つの充電処理モードを選択し、このモードに基づき上記バッテリ５を充電させると共に、その充電積算量を記憶する充電制御処理部１３と、後述するモータコントローラ６と互いに通信信号を交信可能とする通信処理部１４とを備えている。

前記モータコントローラ６は、上記電動機２にバッテリ５から供給されるべき駆動電流、つまり、電動機２に対するバッテリ５からの放電電流を制御するモータ駆動電流制御部１７と、運転者が操作可能なアクセルペダルなどの操作部１８への操作量を検出してその検出信号を出力するモータ制御処理部１９と、このモータ制御処理部１９から出力される検出信号に基づき、上記電動機２に対するバッテリ５からの放電電流を演算して上記モータ駆動電流制御部１７の制御を実行させる駆動電流演算部２０と、バッテリ５の充電直前の上記電動機２に対する放電積算量、およびこの放電積算量に基づくバッテリ５の現在の蓄電量を記憶する放電処理記憶部２１と、上記充電器３の通信処理部１４とカップリング２２により連結、連結解除可能となるよう連結されて互いに通信信号を交信可能とする通信処理部２３とを備えている。また、上記放電処理記憶部２１からの出力信号により警告を発する警告手段２５が設けられている。

運転者が車両を走行させる場合には、上記各カップリング４，２２への操作により、充電器３と、バッテリ５およびモータコントローラ６とは互いに離脱させられる。そして、運転者が上記操作部１８を操作すると、この操作部１８への操作量が上記モータコントローラ６のモータ制御処理部１９により検出される。このモータ制御処理部１９による検出信号により、電動機２に対するバッテリ５の放電電流が駆動電流演算部２０により演算される。

上記駆動電流演算部２０の演算結果に基づき、上記モータ駆動電流制御部１７が電動機２に対するバッテリ５の放電電流の大きさを自動制御する。つまり、上記操作部１８への操作量に応じて上記バッテリ５から上記電動機２に対し自動的に所定の放電量が放電される。すると、上記電動機２が運転者にとって所望の駆動力を出力し、上記車両が加速、減速される。これにより、上記車両は、運転者の所望の走行速度で走行可能とされる。

上記の場合、電動機２に対するバッテリ５の放電積算量が上記放電処理記憶部２１に記憶される。そして、上記車両が長時間走行するなどして、上記バッテリ５の放電積算量が増加し、つまり、蓄電量が減少した場合には、バッテリ５の充電のため、車両が停止させられる。そして、このバッテリ５の充電に際し、まず、上記各カップリング４、２２への操作により、上記充電器３と、バッテリ５およびモータコントローラ６とが互いに連結される。すると、上記電源９から入力部１０、出力部１１、およびカップリング４を通しバッテリ５に充電電流が供給されることにより、バッテリ５が充電されて、その蓄電量が回復させられる。また、この際、上記充電積算量が上記充電制御処理部１３に記憶される。

図２において、上記バッテリ５の充電方法につき説明する。この充電方法は通常充電に適用されるものであって、多段式充電方法といわれるものである。この充電の充電初期（０−Ｔ１）では、充電電流は３Ａ（アンペア）とされ、上記充電器３とモータコントローラ６とにより、まず、バッテリ５に異常があるか否かが判断され、異常のないものにつき、以下の充電が続行される。

このように充電が続行された場合の上記充電初期に続く充電中間期（Ｔ１−Ｔ２，Ｔ２−Ｔ３）では、充電電流は主に一定値の高電流である１４Ａとされ、これは１４時間続けられる。また、これに続く他の充電中間期（Ｔ３−Ｔ４）では、充電電流が１４Ａから４Ａにまで直線的に降下させられ、これは４．５時間続けられる。また、これに続く充電終了期（Ｔ４−Ｔ５）では充電電流が一定値の低電流である４Ａとされ、これに続くイコライズ充電期（Ｔ５−Ｔ６）でも、充電電流が一定値の低電流である４Ａとされる。

上記充電により、上記バッテリ５の端子電圧Ｖは上昇させられ、上記充電終了期には過充電状態とされる。つまり、上記バッテリ５を充電する直前に上記放電処理記憶部２１により検出されて記憶された放電積算量（ＡＨ）と、上記バッテリ５への過充電につき、上記充電処理記憶部１２により検出されて記憶された充電積算量（ＡＨ）とを対比したとき、上記放電積算量に対する充電積算量の「過充電率」が１．０を越えることとされている。

上記の場合、放電積算量に対する充電積算量の「過充電率」が、このバッテリ５の使用の進行に伴い減少するよう、上記バッテリ５の過充電を制御することとされている。

ここで、バッテリ５の使用の初期では、上記「過充電率」をある程度大きくし、つまり、過充電による充電積算量を比較的大きくしても、バッテリ５の電極や電解液の劣化の進行は抑制される。一方、バッテリ５の使用の末期では、既に、バッテリ５の電極や電解液の劣化は進行しているため、上記「過充電率」をあまりに大きくし、つまり、過充電による充電積算量をあまりに大きくすると、上記バッテリ５の電極や電解液の劣化が加速される傾向となる。

そこで、前記のように、バッテリ５の充電を過充電とし、その一方、上記「過充電率」が、このバッテリ５の使用の進行に伴い減少するようにしている。このため、バッテリ５の充電を過充電にしたことによって、その使用の各時期に、それぞれより大きい容量が確保されることとなる。一方、バッテリ５の使用の進行に伴い、過充電の程度が徐々に小さくされるため、バッテリ５の使用の初期から末期に至る各時期において、そのバッテリ５の電極や電解液の劣化が上記過充電により加速される、ということは、それぞれ抑制されて、良好な寿命が確保される。

ここで、バッテリ５の使用の進行とは、次のようなものである。即ち、第１に、充電、放電サイクルの積算量（サイクル数）が増加してゆくことである。例えば、上記車両の一例としてのゴルフカートがゴルフコースを１ラウンド走行するとき、充電、放電が１回ずつ行われる。そして、これが１サイクルと計算され、上記ラウンド走行が多くなるに従い、上記使用が進行する。また、第２に、バッテリ５の使用開始から使用不可になるまでの全体的な充電時間や、充電量の全積算量が増加してゆくことである。第３に、上記と同様に全体的な放電時間や放電量の積算量が増加してゆくことである。上記したバッテリ５の使用の進行時期は、上記充電処理記憶部１２や放電処理記憶部２１に記憶された各積算量により定められる。

上記「過充電率」は、バッテリ５の使用の初期で１．２−１．３、使用の中期で１．１５−１．２、使用の末期で１．０５−１．１５とされている。

ここで、上記バッテリ５の使用の初期、中期、末期に、上記「過充電率」が１．２，１．１５，１．０５未満であれば、充電容量が不足しがちとなり、１．３，１．２，１．１５を越えると、バッテリ５の劣化が加速されがちとなる。

このため、上記構成によれば、バッテリ５の使用の各時期における過充電により、このバッテリ５には、より大きい容量が、より精度よく確保される。一方、バッテリ５の使用の初期から末期に至る各時期において、バッテリ５の電極や電解液の劣化が過充電により加速される、ということは、それぞれより精度よく抑制されて、より良好な寿命も確保される。

図３は、バッテリ５の端子電圧Ｖと、各種走行状態（定常走行時、中間走行時、登坂走行、始動時）における放電電流値と、警告を発するための所定値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３との関係を示すグラフ図である。図３から明らかなように、一般的に、定常走行時よりも登坂走行、始動時の方がバッテリ５の放電電流値が大きくなり、これに伴い、上記端子電圧Ｖはより大きく低下する。

図３において、走行状態が登坂走行、始動時である場合に着目すれば、上記バッテリ５の放電により、その端子電圧Ｖが下降して所定値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３のいずれかに達したとき、上記放電処理記憶部２１による上記所定値の検出により、前記警告手段２５により警告が発せられるようになっている。この警告とは、音や光など五感に訴えるものであってもよく、車両の走行や放電を自動的に停止させたり、充電を促したりするような信号であってもよい。なお、上記走行状態が定常走行時や中間走行時である場合には、上記所定値の値は、上記所定値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の各値よりも少し大きくされる。

ここで、バッテリ５の放電深さが大きい場合には、このバッテリ５の劣化が加速されて、寿命が急速に低下することが知られている。そこで、上記のように所望の放電量を得る上で、ある程度の端子電圧Ｖの下降を許容する一方、この端子電圧Ｖの過度の下降を防止する上で、上記警告手段２５が警告を発するようにしている。このため、この警告手段２５により警告が発せられたとき、この警告に従って、上記バッテリ５の放電を停止させるなど対処すれば、上記放電深さが小さく抑制されて、このバッテリ５の寿命の向上が達成される。

また、上記所定値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を、上記バッテリ５の使用の進行（初期、中期、末期）に伴い、漸次、減少（Ｖ１→Ｖ２→Ｖ３）させるようにしている。

ここで、上記バッテリ５の使用の初期では、バッテリ５は劣化していないため、一般に、過充電による充電積算量が大きくなりがちであって、充電終了期の端子電圧Ｖも高くなりがちである（Ｖ≧Ｖ１）。一方、上記バッテリ５の使用が進行して中期になるに従い、上記バッテリ５の劣化が進行して、その充電終了期の端子電圧Ｖは低下しがちとなる（Ｖ１＞Ｖ≧Ｖ２）。また、上記バッテリ５の使用が更に進行して末期になるに従い、上記バッテリ５の劣化が更に進行して、その充電終了期の端子電圧Ｖは更に低下しがちとなる（Ｖ２＞Ｖ≧Ｖ３）。

そこで、上記のように構成したのであり、即ち、バッテリ５の使用の進行に伴い、充電終了期の端子電圧Ｖが低下するにつれて、警告を発するための端子電圧Ｖの所定値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の値も減少させるようにしている。よって、バッテリ５の使用の各時期において、互いにより均一で、かつ、より大きい放電積算量を可及的に得ることができると共に、上記警告により、上記バッテリ５の使用の各時期において、放電深さがあまりに大きくなることが抑制されて、このバッテリ５の寿命の向上が達成される。

また、前記したように、バッテリ５の使用の進行に伴い「過充電率」を減少させるようにすると共に、上記警告を発するための所定値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を減少させるようにした場合、次の作用効果が生じる。

即ち、バッテリ５の使用の進行に伴い、過充電の程度が小さくされて充電終了期の端子電圧Ｖが低下させられると共に、上記警告のための上記所定値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３が減少させられる。このため、バッテリ５の使用の各時期において、互いにより均一で、かつ、より大きい放電積算量を積極的に得ることができると共に、上記警告により、上記バッテリ５の使用の各時期において、放電深さがあまりに大きくなることが抑制されて、バッテリ５の寿命の向上が達成される。

また、前記したように、バッテリ５を鉛バッテリとしている。

ここで、上記鉛バッテリは、一般に、より大容量の保持が可能であり、また、汎用性が高いものである。そこで、上記したように、鉛バッテリを車両に適用したのであり、このため、この鉛バッテリによれば、車両が要求する大きなエネルギーと低価格化とに十分に対応できる。

なお、上記車両は、ゴルフ場のような特定された域内のみを走行するものに限定されることはなく、一般公道を走行可能な一般車両であってもよい。また、上記バッテリ５は、鉛バッテリに限定されるものではなく、ニッケル・カドミウムバッテリや酸化銀・亜鉛バッテリであってもよい。また、上記バッテリ５への過充電は、充電毎に毎回してもよいが、必ずしも充電毎に毎回する必要はない。また、上記充電処理記憶部１２と放電処理記憶部２１とにより構成される制御装置を、上記充電器３およびモータコントローラ６とは別体に設けてもよい。

バッテリを含む走行駆動装置の電気ブロック図である。 通常充電の充電方法を示すグラフ図である。 バッテリの端子電圧と、警告を発するための所定値との関係を示す図である。

符号の説明

１ 走行駆動装置
２ 電動機
３ 充電器
４ カップリング
５ バッテリ
６ モータコントローラ
９ 電源
１２ 充電処理記憶部
１３ 充電制御処理部
１４ 通信処理部
１７ モータ駆動電流制御部
１８ 操作部
１９ モータ制御処理部
２０ 駆動電流演算部
２１ 放電処理記憶部
２２ カップリング
２３ 通信処理部
２５ 警告手段
Ｖ 端子電圧
Ｖ１ 所定値
Ｖ２ 所定値
Ｖ３ 所定値

Claims (5)

1. バッテリを充電する直前の放電積算量を検出する一方、このバッテリの上記充電が過充電となるようにしてその充電積算量を検出し、上記放電積算量に対する充電積算量の過充電率が、このバッテリの使用の進行に伴い減少するよう、上記バッテリの過充電を制御するようにしたことを特徴とするバッテリの制御装置。
2. 上記過充電率が、バッテリの使用の初期で１．２−１．３、使用の末期で１．０５−１．１５となるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のバッテリの制御装置。
3. バッテリの放電により、その端子電圧が降下して所定値に達したとき、警告を発するようにし、
   上記所定値を、上記バッテリの使用の進行に伴い、減少させるようにしたことを特徴とするバッテリの制御装置。
4. バッテリの放電により、その端子電圧が降下して所定値に達したとき、警告を発するようにし、
   上記所定値を、上記バッテリの使用の進行に伴い、減少させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のバッテリの制御装置。
5. 上記バッテリを鉛バッテリとしたことを特徴とする請求項１から４のうちいずれか１つに記載のバッテリの制御装置。

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