JP2010288391A

JP2010288391A - リチウムイオンバッテリの充電制御方法

Info

Publication number: JP2010288391A
Application number: JP2009140924A
Authority: JP
Inventors: Noritoshi Ueda; 文紀上田; Takeshi Morita; 剛森田; Yuichi Hara; 佑一原; Atsushi Kawase; 篤史川瀬; Takuya Shimamoto; 卓弥島本
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2009-06-12
Filing date: 2009-06-12
Publication date: 2010-12-24
Anticipated expiration: 2029-06-12
Also published as: JP5568898B2

Abstract

【課題】外部電源からの充電時における電圧中央値を正しく検出するリチウムイオンバッテリの充電制御方法を提供することである。
【解決手段】車両に搭載されたリチウムイオンバッテリであって、外部電源からの充電及び車両走行中のモータからの充電が可能なリチウムイオンバッテリの充電制御方法において、外部電源が充電器に充電可能な状態で接続されているか否かを判断し（Ｓ０１）、外部電源が充電器に充電可能な状態で接続されている場合に、外部電源の周波数を検出し（Ｓ０３）、検出された周波数に応じて、リチウムイオンバッテリに印加される充電電圧のサンプリングレートを定め（Ｓ０５）、定められたサンプリングレートに従って充電電圧を測定し（Ｓ１１）、測定された複数の充電電圧の平均値を、外部電源からの充電時における電圧中央値として求める（Ｓ１３）。
【選択図】図１

Description

本発明は、外部電源からの充電及び車両走行中のモータからの充電が可能なリチウムイオンバッテリの充電制御方法に関する。

リチウムイオンバッテリを充電するためには電圧検出精度が重要であるため、充電器の出力電圧を一定の直流電圧に変換する構造となっており、直流正弦波（脈流）から変換する構造が必要である（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−２９５０７６号公報（図１参照）

特許文献１の図１に開示された充電器において、逆流防止用のダイオードＤ５及びコンデンサＣ４を用いずに更に小型化することが考えられるが、その場合にはリチウムイオンバッテリの端子電圧も正弦波となる。よって、リチウムイオンバッテリの端子電圧が所定の電圧以上になった場合に充電を制御しようとすると、満充電となる前に充電が停止され、電池を満充電できないという問題があった。

本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、外部電源からの充電時における電圧中央値を正しく検出するリチウムイオンバッテリの充電制御方法を提供することである。

本発明の特徴は、車両に搭載されたリチウムイオンバッテリであって、外部電源からの充電及び車両走行中のモータからの充電が可能なリチウムイオンバッテリの充電制御方法において、外部電源が充電器に充電可能な状態で接続されているか否かを判断し、前記外部電源が充電器に充電可能な状態で接続されている場合に、前記外部電源の周波数を検出し、検出された周波数に応じて、リチウムイオンバッテリに印加される充電電圧のサンプリングレートを定め、定められたサンプリングレートに従って前記充電電圧を測定し、測定された複数の充電電圧の平均値を、外部電源からの充電時における電圧中央値として求めることである。

本発明の特徴によれば、出力電圧が正弦波で変動している方式の充電器の出力電圧の中央値を正しく検出することができるので、満充電となる前に充電が停止されることを抑制し、電池を満充電することができる。すなわち、出力電圧の中央値を使用することにより、リチウムイオンバッテリの充電が電圧最大値で早期に終了してしまうことを抑制することができる。また、リチウムイオンバッテリへの悪影響を防止して、廉価な充電器を使用することができる。

本発明の特徴において、外部電源が充電器に充電可能な状態で接続されているか否かを検出することにより、外部電源からの充電が行われているのか、車両走行中のモータからの充電が行われているのかを判断し、外部電源からの充電時と車両走行中のモータからの充電時とで異なる方法によって、リチウムイオンバッテリに印加される充電電圧を検知してもよい。これにより、リチウムイオンバッテリへ入力される電圧波形の違いによる充電
電圧の変化を正確に監視することができる。

以上説明したように、本発明によれば、外部電源からの充電時における電圧中央値を正しく検出するリチウムイオンバッテリの充電制御方法を提供することができる。

図２に示した充電器から出力される正弦波波形の直流電圧について出力波形の中央値を演算する方法の一例を示すフローチャートである。本発明の実施の形態に係わるリチウムイオンバッテリの充電制御方法を実施する際に使用する充電器の一例を示す回路図である。正弦波波形からなる充電電圧に対する読取りタイミングの例を示すグラフである。

以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付している。

図２を参照して、本発明の実施の形態に係わるリチウムイオンバッテリの充電制御方法を実施する際に使用する充電器の一例について説明する。交流電源からなる外部電源１１の出力端子には、４つのダイオードＤ１〜Ｄ４からなるダイオードブリッジを用いた整流回路１２が接続されている。整流回路１２の出力端子には平滑コンデンサＣの両電極が接続されている。更に、整流回路１２の出力端子には、インダクタンスＬｒ、半導体スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４が接続されている。具体的には、素子Ｑ１及び素子Ｑ２が直列に接続され、素子Ｑ３及び素子Ｑ４が直列に接続され、これら２つの組が並列に接続されている。

素子Ｑ１のエミッタ電極と素子Ｑ４のコレクタ電極の間に、トランスＴの１次側巻線Ｌ１が接続されている。トランスＴの２次側巻線Ｌ２の両端子にリチウムイオンバッテリが接続されることにより、リチウムイオンバッテリは充電可能な状態で充電器に接続されることになる。また、図示は省略するが、半導体スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４各々のオン／オフを制御するコントローラを充電器は備えている。

図２に示す充電器は、外部電源１１から入力される交流電圧を一定の直流電圧に変換して出力する機能を保有していない為、トランスＴの２次側巻線Ｌ２の両端子から出力される電圧（出力電圧）は、図２に示すように、正弦波波形（脈流）の電圧となる。

本発明の実施の形態に係わるリチウムイオンバッテリの充電制御方法は、図２に示した充電器から出力される正弦波波形の直流電圧について、出力波形の中央値を演算する方法である。

図１を参照して、図２に示した充電器から出力される正弦波波形の直流電圧について出力波形の中央値を演算する方法の一例を説明する。ここでは、充電器が備えるコントローラ（図示せず）の動作として説明する。

（イ）先ずＳ０１段階において、外部電源１１が充電器に充電可能な状態で接続されているか否か、すなわち図２に示す状態で外部電源１１が充電器に接続されているか否かを判断する。外部電源１１が充電器に充電可能な状態で接続されていることを検出した場合、Ｓ０２段階に進み、充電器から出力される正弦波波形の直流電圧の検出タイミングを切替える。なお、検出タイミングには、少なくとも、外部電源１１からの充電時における検出タイミングと、車両走行中のモータからの充電時における検出タイミングが含まれ、Ｓ
０１で外聞電源１１の接続を確認した場合には、外部電源１１からの充電時における検出タイミングへ切替える。

（ロ）Ｓ０３段階に進み、交流電源からなる外部電源１１の周波数を検出する。Ｓ０５段階に進み、検出された周波数に応じて、リチウムイオンバッテリに印加される充電電圧、すなわち充電器からの出力電圧のサンプリングレートを定める。ここでは、外部電源１１の周波数の２Ｎ倍の周波数をサンプリングレートとして設定する。その後、Ｓ０９段階に進み、リチウムイオンバッテリへの充電を開始する。

（ハ）充電を開始した後、Ｓ１１段階に進み、定められたサンプリングレートに従って充電電圧を測定する。具体的には、外部電源１１の２Ｎ倍の周波数で充電電圧の瞬時値を読取る。所定回数の測定を実施した後、Ｓ１３段階に進み、測定された複数の充電電圧の平均値を、外部電源１１からの充電時における電圧中央値として求める。

（ニ）Ｓ１５段階に進み、求めた電圧中央値と充電終止電圧とを比較し、Ｓ１７段階に進み、求めた電圧中央値が充電終止電圧に達していれば充電を終了し、必要に応じて、充電終止電圧を変更する。

図３は、正弦波波形からなる充電電圧に対する読取りタイミングの例を示すグラフである。図３中の縦線のうち実線で示すタイミングＴ１、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ６がＮ＝２、すなわち外部電源１１の周波数（ｆ）の４倍の周波数（４ｆ）で読取る場合の読取りタイミングを示し、破線で示すタイミングＴ２、Ｔ５がＮ＝１、すなわち外部電源１１の周波数（ｆ）の２倍の周波数（２ｆ）で読取る場合の読取りタイミングを示す。

読取りタイミングは充電電圧の周波数に応じて定められているため、少ないサンプリング回数であっても、その平均値を充電電圧の中央値として精度良く求めることができる。

なお、上記した充電電圧の読取りタイミングの設定は、外部電源１１による充電時のみ行う。車両走行中のモータからの充電時における検出タイミングは固定しないが、外部電源１１による充電時よりも詳細に、即ち読取り間隔を狭くすることが望ましい。

以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、以下の作用効果が得られる。

外部電源１１が図２の充電器に充電可能な状態で接続されているか否かを判断し（Ｓ０１）、外部電源１１が充電器に充電可能な状態で接続されている場合に外部電源１１の周波数を検出し（Ｓ０３）、検出された周波数に応じてリチウムイオンバッテリに印加される充電電圧のサンプリングレートを定め（Ｓ０５）、定められたサンプリングレートに従って充電電圧を測定し（Ｓ１１）、測定された複数の充電電圧の平均値を、外部電源１１からの充電時における電圧中央値として求める（Ｓ１３）。

これにより、出力電圧が正弦波で変動している方式の充電器の出力電圧の中央値を正しく検出することができるので、満充電となる前に充電が停止されることを抑制し、電池を満充電することができる。すなわち、出力電圧の中央値を使用することにより、リチウムイオンバッテリの充電が電圧最大値で早期に終了してしまうことを抑制することができる。また、リチウムイオンバッテリへの悪影響を防止して、廉価な充電器を使用することができる。

外部電源１１が充電器に充電可能な状態で接続されているか否かを検出することにより、外部電源１１からの充電が行われているのか、車両走行中のモータからの充電が行われているのかを判断し、外部電源１１からの充電時と車両走行中のモータからの充電時とで
異なる方法によって、リチウムイオンバッテリに印加される充電電圧を検知する（Ｓ０２）。これにより、リチウムイオンバッテリへ入力される電圧波形の違いによる充電電圧の変化を正確に監視することができる。

上記のように、本発明は、１つの実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。すなわち、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ限定されるものである。

１１外部電源
１２整流回路
Ｃ平滑コンデンサ
Ｄ１〜Ｄ４ダイオード
Ｔトランス
Ｑ１〜Ｑ４半導体スイッチ素子
Ｌ１１次側巻線
Ｌ２２次側巻線

Claims

車両に搭載されたリチウムイオンバッテリであって、外部電源からの充電及び車両走行中のモータからの充電が可能なリチウムイオンバッテリの充電制御方法において、
外部電源が充電器に充電可能な状態で接続されているか否かを判断し、
前記外部電源が充電器に充電可能な状態で接続されている場合に、前記外部電源の周波数を検出し、
検出された周波数に応じて、リチウムイオンバッテリに印加される充電電圧のサンプリングレートを定め、
定められたサンプリングレートに従って前記充電電圧を測定し、
測定された複数の充電電圧の平均値を、外部電源からの充電時における電圧中央値として求める
ことを特徴とするリチウムイオンバッテリの充電制御方法。
外部電源が充電器に充電可能な状態で接続されているか否かを検出することにより、外部電源からの充電が行われているのか、車両走行中のモータからの充電が行われているのかを判断し、
外部電源からの充電時と車両走行中のモータからの充電時とで異なる方法によって、リチウムイオンバッテリに印加される充電電圧を検知する
ことを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオンバッテリの充電制御方法。