JP2009044946A - 組電池の充電方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】組電池の充電方法は、複数の電池を直列に接続している組電池を、各々の電池の電圧を検出しながら定電圧・定電流充電する。この充電方法は、所定のサンプリング周期で各々の電池セルの電圧を検出し、いずれかの電池セル電圧があらかじめ設定している最大設定電圧を超えると、組電池を充電する充電電力を低下して定電圧・定電流充電する。
【選択図】図4
Description
組電池の充電方法は、複数の電池を直列に接続している組電池を、各々の電池の電圧を検出しながら定電圧・定電流充電する。この充電方法は、所定のサンプリング周期で各々の電池セルの電圧を検出し、いずれかの電池セル電圧があらかじめ設定している最大設定電圧を超えると、組電池を充電する充電電力を低下して定電圧・定電流充電する。
なお、不所望に過充電保護電圧を、電池電圧が超える場合は、電池の直列に接続された充電用スイッチング素子をオフする等の保護動作を行い、充電を停止する。
R=(Ec−Eo)/I
温度検出回路8が電池の温度を検出する。
[n=2のステップ]
検出した電池の温度から最大設定電圧(Vmax)を特定する。
[n=3のステップ]
定電圧・定電流充電を開始する。
[n=4、5のステップ]
充電電流(I)が最小電流(Imin)よりも小さくなったかどうかを判定する。最小電流(Imin)は、組電池1が満充電された状態における充電電流に設定している。したがって、組電池1の充電電流(I)が最小電流(Imin)よりも小さくなると満充電されたと判定して、充電を終了する。
[n=6のステップ]
充電電流(I)が最小電流(Imin)まで減少しないと、高電圧電池セルの電圧(Ecell)を最大設定電圧(Vmax)に比較する。充電電流(I)が最小電流(Imin)となるか、あるいは高電圧電池セルの電圧(Ecell)が最大設定電圧(Vmax)よりも高くなるまで、n=4と6のステップをループする。
[n=7のステップ]
高電圧電池セルの電圧(Ecell)が最大設定電圧(Vmax)よりも高くなると、電源回路4が組電池1を充電する充電電圧(Ec)を、たとえば、95%(12.6Vで充電している電源回路4にあっては、約12V)に低下して、組電池1を充電する電力を小さくし、n=3のステップに戻る。
その後、充電電流(I)が最小電流(Imin)以下になるまで、n=3、4、6、7のステップをループして、高電圧電池セルの電圧(Ecell)が最大設定電圧(Vmax)を超える毎に、電源回路4の出力電圧である充電電圧(Ec)を95%に低下して、組電池1を充電する。
なお、定率で充電電圧を下げる場合、現在の電池電圧を、定率を乗じて算出した充電電圧の下限値とする。充電電圧と電池電圧が逆転すると、充電ができなくなるからである。したがって、定率を乗じて算出した充電電圧が電池電圧より小さくなると、充電電圧を電池電圧に設定する。ここで、電池電圧とは、上述の電池セル電圧と同様に、各電池セルの電圧を加算した電圧値である。
また、ここで、上述に代わって、高電圧電池セルの電圧(Ecell)が最大設定電圧(Vmax)を超える毎に、充電電圧(Ec)を低下するとき、充電電圧(Ec)を、各電池セルの電圧を加算した電圧値である電池電圧とすることもできる。
温度検出回路8が電池の温度を検出する。
[n=2のステップ]
検出した電池の温度から最大設定電圧(Vmax)を特定する。
[n=3のステップ]
定電圧・定電流充電を開始する。
[n=4、5のステップ]
充電電流(I)が最小電流(Imin)よりも小さくなったかどうかを判定する。最小電流(Imin)は、組電池1が満充電された状態における充電電流に設定している。したがって、組電池1の充電電流(I)が最小電流(Imin)よりも小さくなると満充電されたと判定して、充電を終了する。、
[n=6のステップ]
充電電流(I)が最小電流(Imin)まで減少しないと、高電圧電池セルの電圧(Ecell)を最大設定電圧(Vmax)に比較する。充電電流(I)が最小電流(Imin)となるか、あるいは高電圧電池セルの電圧(Ecell)が最大設定電圧(Vmax)よりも高くなるまで、n=4と6のステップをループする。
[n=7のステップ]
高電圧電池セルの電圧(Ecell)が最大設定電圧(Vmax)よりも高くなると、電源回路4が組電池1を充電する設定電流(Ic)を、たとえば、80%に低下して、組電池1を充電する電力を小さくし、n=3のステップに戻る。
その後、充電電流(I)が最小電流(Imin)以下になるまで、n=3、4、6、7のステップをループして、高電圧電池セルの電圧(Ecell)が最大設定電圧(Vmax)を超える毎に、電源回路4の設定電流(Ic)を80%に低下して、組電池1を充電する。
なお、定率を乗じて算出した充電電流値が満充電検出電流設定値より小さくなった場合は、満充電を誤検出することになるので、算出する充電電流の下限は、満充電検出電流設定値までとする。
なお、図7において、前述の図1に示す実施例と同じ構成要素については、同符号を付してその詳細な説明を省略する。
図8は、標準温度域における設定電流を0.7C(約0.5C以上1.2C以下の範囲で設定できる。)、低温度域における設定電流を0.1C(満充電時に低下する電流の満充電検出電流値よりも大きく設定する。)、高温度域における設定電流を0.35C(上記標準温度域における設定電流の半分程度に設定される。)に設定している。
ここで、例えば、表1におけるA[V]は3.5V、B[V]は4.0Vとすることができる。また、例えば、表2におけるC[%]は40%、D[%]は80%とすることができる。
つまり、高電圧電池セルが最大設定電圧を超えると、組電池1を充電する設定電流を下げ、この低下した設定電流を、あらかじめ電池の温度で変更、設定された設定電流としている。換言するなら、このような設定電流は、多段階に設定された設定電流としている。
上記の設定電流では、3段階の設定電流(I2)、(I3)、(I1)としているが、3段階を超える多段階の設定電流として、高電圧電池セルの電圧が、そのときの電池温度における最大設定電圧を超えると、出力電流の最大値である設定電流を1ランク低い電流値に下げることもできる。
温度検出回路8が電池の温度を検出する。
[n=2のステップ]
制御回路25が、検出した電池温度から最大設定電圧(Vmax)を特定する。
[n=3のステップ]
制御回路25が、検出した電池温度から、電池を充電する設定電流(Ic)を特定して、電源回路24に出力する。制御回路25は、記憶回路に記憶されるデータに基づいて、電池温度から設定電流(Ic)を特定する。設定電流(Ic)は、図8に示すように、検出される電池の温度帯域によって、低温域設定電流(I1)と標準設定電流(I2)と高温域設定電流(I3)のいずれかに特定される。
[n=4のステップ]
組電池1の充電を開始する。電源回路24は、出力電流の最大値を、n=3のステップで特定された設定電流(Ic)に制御しながら、組電池1を定電圧・定電流充電する。
[n=5、6のステップ]
充電電流(I)が最小電流(Imin)以下になったかどうかを判定する。最小電流(Imin)は、組電池1が満充電された状態における充電電流に設定している。したがって、組電池1の充電電流(I)が最小電流(Imin)以下になると満充電されたと判定して、充電を終了する。
[n=7のステップ]
充電電流(I)が最小電流(Imin)まで減少していないと、制御回路25は、このステップにおいて、高電圧電池セルの電圧(Ecell)を最大設定電圧(Vmax)に比較する。
[n=8のステップ]
高電圧電池セルの電圧(Ecell)が最大設定電圧(Vmax)以下であると、このステップで、温度検出回路8が電池の温度を検出し、検出した電池温度から設定電流(Ic)を特定する。
[n=9のステップ]
制御回路25は、現在の設定電流(Ic)と、n=8のステップで特定した設定電流(Ic)とから、最新の設定電流(Ic)を特定する。たとえば、現在の設定電流がn=3のステップで特定した設定電流(Ic)である場合は、n=8のステップで特定した設定電流(Ic)と、n=3のステップで特定した設定電流(Ic)から最新の設定電流(Ic)を特定する。制御回路25は、現在の設定電流(Ic)と、n=8のステップで特定した設定電流(Ic)とが等しい時には、この設定電流を最新の設定電流(Ic)として、電源回路24に出力する。さらに、制御回路25は、現在の設定電流と、n=8のステップで特定した設定電流とが異なる時には、低い方の値を最新の設定電流(Ic)として、電源回路24に出力する。
[n=10のステップ]
電源回路24は、出力電流の最大値を、前のステップで特定された最新の設定電流(Ic)に制御しながら、組電池1の充電を継続する。その後、n=5のステップに戻る。
[n=11のステップ]
高電圧電池セルの電圧(Ecell)が最大設定電圧(Vmax)よりも高くなると、このステップで、現在の設定電流(Ic)が、最も低い設定電流である低温域設定電流(I1)まで下げられているかどうかを判定する。現在の設定電流(Ic)が低温域設定電流(I1)と等しいとき、設定電流(Ic)をこれ以上、下げることができないので、n=6のステップに進んで充電を終了する。
[n=12のステップ]
現在の設定電流(Ic)が低温域設定電流(I1)と等しくないとき、現在の設定電流(Ic)が低温域設定電流(I1)よりも大きいと判定して、設定電流(Ic)を1ランク低い電流値に下げる。すなわち、現在の設定電流(Ic)が標準設定電流(I2)のときは、設定電流(Ic)を高温域設定電流(I3)に下げ、現在の設定電流(Ic)が高温域設定電流(I3)のときは、設定電流(Ic)を低温域設定電流(I1)に下げる。制御回路25は、1ランク下げた設定電流を最新の設定電流(Ic)として、電源回路24に出力する。その後、n=10のステップに進み、組電池1の充電を継続する
2…電池セル
3…電池
4…電源回路
5…制御回路
6…電圧検出回路
7…電流検出回路
8…温度検出回路
9…商用電源
10…スイッチング素子
11…トランス
12…電圧フィードバック回路
13…電流フィードバック回路
14…入力回路
15…記憶回路
16…電力低減回路
20…ACアダプタ
24…電源回路
25…制御回路
33…電流フィードバック回路
34…駆動回路
35…記憶回路
36…電力低減回路
51…組電池
53…電池
60…最大電圧検出回路
61…差動アンプ 61A…プラス側差動アンプ
61B…マイナス側差動アンプ
62…抵抗分圧回路
63…OR回路
70…設定電圧検出回路 70A…充電制御用の設定電圧検出回路
70B…放電制御用の設定電圧検出回路
71…差動アンプ 71A…プラス側差動アンプ
71B…マイナス側差動アンプ
72…分圧比変更回路
73…OR回路
74…分圧抵抗 74A…抵抗器
75…スイッチング素子
76…差動アンプ 76A…プラス側差動アンプ
76B…マイナス側差動アンプ
77…分圧比変更回路
81…基準電圧回路
82…基準電圧回路
93…電池
94…電圧検出回路
95…温度センサ
96…演算回路
97…出力端子
98…通信端子
100…パック電池
200…電子機器
300…パック電池
400…電子機器
Claims (13)
- 複数の電池を直列に接続している組電池を、各々の電池の電圧を検出しながら定電圧・定電流充電する組電池の充電方法であって、
所定のサンプリング周期で各々の電池セルの電圧を検出し、いずれかの電池セル電圧があらかじめ設定している最大設定電圧を超えると、組電池を充電する充電電力を低下して定電圧・定電流充電する組電池の充電方法。 - 所定のサンプリング周期で各々の電池セルの電圧を検出し、いずれかの電池セル電圧があらかじめ設定している最大設定電圧を超えると、組電池を充電する充電電圧を低下して定電圧・定電流充電する請求項1に記載される組電池の充電方法。
- いずれかの電池セル電圧が最大設定電圧を超えると、組電池を充電する充電電圧を特定の割合で低下させる請求項2に記載される組電池の充電方法。
- いずれかの電池セル電圧が最大設定電圧を超えると、組電池を充電する充電電圧を低下させると共に、充電電圧を低下させる割合を、電池セル電圧と最大設定電圧との差電圧から特定し、差電圧が大きいと充電電圧を低下させる割合を大きくする請求項2に記載される組電池の充電方法。
- いずれかの電池セル電圧が最大設定電圧を超えると、組電池を充電する充電電圧を低下させると共に、充電電圧を低下させる割合を、最大設定電圧を超えた電池セルの内部抵抗から特定し、電池セルの内部抵抗が大きいと充電電圧を低下させる割合を大きくする請求項2に記載される組電池の充電方法。
- いずれかの電池セル電圧が最大設定電圧を超えると、組電池を充電する充電電圧を、各電池セルの電圧を加算した電圧値である電池電圧に低下して充電する請求項2に記載される組電池の充電方法。
- 所定のサンプリング周期で各々の電池セルの電圧を検出し、いずれかの電池セル電圧があらかじめ設定している最大設定電圧を超えると、組電池を充電する設定電流を低下して定電圧・定電流充電する請求項1に記載される組電池の充電方法。
- いずれかの電池セル電圧が最大設定電圧を超えると、組電池を充電する設定電流を特定の割合で低下させる請求項7に記載される組電池の充電方法。
- いずれかの電池セル電圧が最大設定電圧を超えると、組電池を充電する設定電流を低下させると共に、設定電流を低下させる割合を、電池セル電圧と最大設定電圧との差電圧から特定し、差電圧が大きいと設定電流を低下させる割合を大きくする請求項7に記載される組電池の充電方法。
- いずれかの電池セル電圧が最大設定電圧を超えると、組電池を充電する設定電流を低下させると共に、設定電流を低下させる割合を、最大設定電圧を超えた電池セルの内部抵抗から特定し、電池セルの内部抵抗が大きいと設定電流を低下させる割合を大きくする請求項7に記載される組電池の充電方法。
- 最大設定電圧を電池の温度で変更する請求項1に記載される組電池の充電方法。
- 設定電流を電池の温度で変更する請求項7に記載される組電池の充電方法。
- 低下される設定電流が、多段階に設定された設定電流である請求項12に記載される組電池の充電方法。
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