JP2013070478A

JP2013070478A - 充電装置

Info

Publication number: JP2013070478A
Application number: JP2011206064A
Authority: JP
Inventors: Masanori Watanabe; 正規渡邉
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2011-09-21
Filing date: 2011-09-21
Publication date: 2013-04-18
Anticipated expiration: 2031-09-21
Also published as: JP5673470B2

Abstract

【課題】過充電を防止しつつ、より短時間で充電を完了させることができることができる充電装置を提供する。
【解決手段】記録手段２１１は、所定の充電容量を有する充電池１５０を満充電状態にするために必要な満充電電気量と充電池１５０の温度との相関関係を記録する。推定手段２１２は、充電池１５０への充電をおこなう際に、記録手段２１１で記録した相関関係、および充電池１５０の現在温度と充電池１５０の現在の残存電気量に基づいて、現在の充電池１５０を満充電状態にするために必要な必要電気量を推定する。充電制御手段２１３は、充電用電源１０２を制御することによって、充電池１５０の開放電圧の上限値より高い電圧で充電池１５０を充電し、推定手段２１２で推定された必要電気量を充電池１５０に供給すると充電池１５０への充電を終了させる。
【選択図】図５

Description

本発明は、充電池に対する充電をおこなう充電装置に関する。

従来、充電池の充電時間を短縮するため、充電池の上限電圧より高い電圧（過電圧）で充電をおこなう技術が知られている（特許文献１参照）。特許文献１では、トリクル充電から定電流定電圧充電をおこなうようにした電池パックおよびその充電器において、トリクル充電の初期には従来通りの微小電流によるトリクル充電をおこない、トリクル充電の終了電圧よりも低い所定の切換え電圧に達すると、トリクル充電時よりも大きな中電流で充電をおこなう。これによって終了電圧に達すると定電流（ＣＣ）充電に切換わり、終止電圧をＯＣＶ電圧として、その終止電圧よりも高い過電圧を充電端子間に印加して大電流で超急速充電をおこなう。充電電流が一定値レベルに垂下すると、定電圧（ＣＶ）充電に切り換わり、過電圧を印加し、さらに充電電流が垂下すると終止電圧へ低下する。これにより、電池のセルが過充電になることを防止しつつ、多くの電荷を注入して、充電時間を短縮している。

特開２００７−２８８８８９号公報

しかしながら、上述した従来技術では、通常の上限電圧以下での充電と比較して短時間で充電をおこなえるものの、過電圧を印加した後に電圧を段階的に低下させているので、充電を終了させるのに要する時間が長くなってしまうという問題点がある。上述した従来技術では、上限電圧より高い電圧での充電をおこなっている際に充電池に供給される電流が下がり始めると、段階的に電圧を低下させており、上限電圧より高い電圧での充電をおこなっている時間はごくわずかである。このような制御をおこなうのは過充電を防止するためであるが、より短時間に充電を完了させるためには、上限電圧より高い電圧状態をより長く継続させる必要がある。

本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、上限電圧より高い電圧での充電をおこなう際に、上限電圧より高い電圧状態の継続期間を適切に制御して、過充電を防止しつつ、より短時間で充電を完了させることができることができる充電装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、所定の充電容量を有する充電池を充電する充電制御手段と、前記充電池を充電池容量が空の状態から満充電状態にするために必要な電気量である満充電電気量と前記充電池の温度との相関関係を記録する記録手段と、前記充電池への充電をおこなう際に、前記記録手段によって記録された前記相関関係、および前記充電池の現在温度と前記充電池の現在の残存電気量に基づいて、現在の前記充電池を満充電状態にするために必要な電気量である必要電気量を推定する推定手段と、を備え、前記充電制御手段は前記充電池の開放電圧の上限値である上限電圧より高い電圧で前記充電池を充電し、前記推定手段によって推定された前記必要電気量を供給すると前記上限電圧より高い電圧での充電を終了する第１充電手段を有することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、上限電圧より高い電圧での充電をおこなう際に、供給すべき電気量（必要電気量）をあらかじめ推定しておき、必要電気量の供給が完了した時点で充電を停止するので、上限電圧より高い電圧での充電をおこなう期間を適切に制御することができ、過充電を防止しつつ、より短時間に充電池の充電を完了させることができる。

請求項２に記載の発明によれば、上限電圧以下の電圧での充電時に供給した電気量を、この充電によって増加した残存電気量の割合で除すことのよって満充電電気量を算出しているので、満充電電気量を用いれば、充電池の残存電気量によらず、当該温度において充電池を満充電状態にするために必要な必要電気量を知ることができる。

請求項３に記載の発明によれば、それぞれの温度における満充電電気量の比例関係を推定し、当該比例関係を用いて他の温度における満充電電気量を推定するので、１回の充電（１つの温度における満充電電気量）によって、すべての温度帯における満充電電気量を知ることができる。

請求項４に記載の発明によれば、上限電圧より高い電圧での充電後の充電池の開放電圧が上限値を超えている場合、すなわち過充電状態となった場合、上限値以下となるまで充電池から電気を放電させるので、万一過充電状態となった場合でも、充電池への負荷を最小限にとどめ、充電池の劣化を防止することができる。

請求項５に記載の発明によれば、充電池の劣化度合いによって複数の相関関係が記録されるので、充電池の劣化度合いに応じて満充電電気量を推定することができ、例え充電池が劣化したとしても、この満充電電気量を用いれば、充電池を満充電状態にするために必要な必要電気量を的確に知ることができる。

請求項６に記載の発明によれば、充電池は車両に搭載され、車両駆動用の電力源として用いられるので、充電池の現在温度に基づいて必要電気量を推定することにより、幅広い温度領域での使用が予想される車両駆動用の充電池の充電制御を適切に行うことができる。

実施の形態にかかる充電装置１００の構成を示すブロック図である。制御部１１０の機能的構成を示すブロック図である。記録手段２１１が記録する満充電電気量−温度マップの一例を示すグラフである。残存電力量−開放電圧マップの一例を示すグラフである。電池電圧―ＳＯＣマップの一例を示すグラフである。充電装置１００の動作を示すフローチャートである。充電装置１００の動作を示すフローチャートである。充電池１５０の充電所要時間の一例を示すグラフである。充電所要時間と電池温度の関係の一例を示すグラフである。充電所要時間の改善率と電池温度の関係の一例を示すグラフである。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる充電方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。

（実施の形態）
（充電装置１００の構成）
図１は、実施の形態にかかる充電装置１００の構成を示すブロック図である。充電装置１００は、充電池１５０を充電する装置である。充電池１５０は、充電をおこなうことによって電荷を蓄えて、くり返し使用することができる電池である。なお、ここでの充電池１５０は、車両に搭載され、車両駆動用の電力源として用いられるものとする。
図１においては、充電池１５０と充電装置１００とを一体に示しているが、充電池１５０は、充電装置１００から取り外して任意の電気製品で使用することが可能である。本実施の形態において、充電池１５０の開放電圧（ＯＣＶ：ｏｐｅｎｃｉｒｃｕｉｔｖｏｌｔａｇｅ）の上限を４．１Ｖとする。開放電圧とは、充電池１５０の端子間に何も接続しない状態における電圧である。また、充電池１５０の充電容量は５０Ａｈとする。

ここで、一般に、通常の充電装置では、開放電圧の上限値を超えない電圧でＣＣＣＶ充電（定電流−定電圧充電）をおこなう。すなわち、通常の充電装置では、充電池１５０に対して４．１Ｖ以下で充電をおこなう。これは、過充電にともなう電池の劣化、安全性の低下などの問題を回避するためである。
一方、本実施の形態にかかる充電装置１００は、充電終了後の充電池１５０の開放電圧が上限値を超えないように制御した上で、開放電圧の上限値を超えた電圧で充電をおこなう。これにより、充電装置１００は、充電に要する時間を短縮して、短時間に充電をおこなうようにしている。

なお、充電装置１００は、開放電圧の上限値を超えた電圧での充電（以下、「急速充電」という）の他、通常のように開放電圧の上限値を超えない電圧での充電（以下、「通常充電」）もおこなう。急速充電をおこなうと、一時的にではあるが開放電圧の上限値を超えるので、充電池１５０の劣化につながる可能性がある。このため、急速充電は、たとえば、外出先や緊急時のクイックチャージ機能として用いるのが効率的であり、充電池１５０の劣化を最小限に留める上で好ましい。急速充電は、たとえば１日に１回程度に制限するのが望ましい。なお、詳細は後述するが、本実施の形態による急速充電は、低温時における充電や大電流での充電で効果が高い。

以下の説明において、特に明記しない場合、充電は、充電池１５０の充電容量（すななち、５０Ａ）と同じ電流でおこなうものとし、充電池１５０に供給可能な電流が０．５Ａになった時点で充電完了したものとする（１Ｃ＿０．５Ａｃｕｔ充電）。

充電装置１００は、充電用電源１０２、電流計１０３、電圧計１０４、温度センサ１０５、抵抗１０６、スイッチ１０７、制御部（ＥＣＵ）１１０によって構成される。充電用電源１０２は、電源回路によって構成され、充電池１５０に充電用の電力を供給する。電流計１０３は、充電池１５０に供給される電流量および充電池１５０から放電される電流量を計測する。電圧計１０４は、充電池１５０の電池電圧を計測する。温度センサ１０５は、充電池１５０の温度を計測する。抵抗１０６およびスイッチ１０７は、充電池１５０からの放電に用いられる。

制御部１１０は、ＣＰＵ、制御プログラム等を格納・記憶するＲＯＭ、制御プログラムの作動領域としてのＲＡＭ、周辺回路等とのインターフェースをとるインターフェース部などを含んで構成される。
制御部１１０は、電流計１０３、電圧計１０４、温度センサ１０５などの出力値に基づいて充電池１５０への充電を制御する。具体的には、制御部１１０は、充電用電源１０２から充電池１５０に供給する電流量や充電を終了するタイミングなどを制御する。

図２は、制御部１１０の機能的構成を示すブロック図である。制御部１１０は前記制御プログラムを実行することにより、記録手段２１１、推定手段２１２、充電制御手段２１３（第１充電手段２１３ａ、第２充電手段２１３ｂ）、放電制御手段２１４を実現する。
記録手段２１１は、所定の充電容量を有する充電池１５０を充電池容量が空の状態から満充電状態にするために必要な電気量（以下、「満充電電気量」という）と充電池１５０の温度との相関関係を記録する。一般に、充電池１５０は、その温度が低くなると内部抵抗が高くなるので、電池容量が低くなることが知られている。このような電池容量の温度変化にともなって、充電池１５０を満充電電気量は温度によって変化する。記録手段２１１は、このような満充電電気量と充電池１５０の温度との相関関係を、図３に示すような満充電電気量−温度マップとして記録する。

図３は、記録手段２１１が記録する満充電電気量−温度マップの一例を示すグラフである。図３に示すような満充電電気量と温度との相関関係図を、以下「マップ」という。図３のグラフにおいて、縦軸は、満充電電気量、横軸は充電池１５０の温度である。また、図３において符号３０１で示すのは充電池１５０の新品時における相関関係であり、符号３０２に示すのは一定期間使用をくり返して電池容量が低下した充電池１５０の相関関係である。図３に示すように、充電池１５０は、その温度が低くなるにつれて電池容量が小さくなり、満充電電気量は小さくなる。

また、充電池１５０は、電池として使用をしていく中で充電と放電をくり返すことによって、電池容量が低下することが知られている。このため、符号３０２で示す一定期間使用した状態は、符号３０１で示す充電池１５０の新品時の状態と比べて、全体的に満充電電気量が小さくなっていることがわかる。記録手段２１１は、充電池１５０に対する充電がおこなわれる毎に、満充電電気量および温度を記録して、現在の充電池１５０の状態に適合した相関関係を推定し、マップを更新していく。

図２の説明に戻り、推定手段２１２は、充電池１５０への充電をおこなう際に、記録手段２１１で記録した相関関係、および充電池１５０の現在温度と充電池１５０の現在の残存電気量に基づいて、現在の充電池１５０を満充電状態にするために必要な電気量（以下、「必要電気量」という）を推定する。

具体的には、推定手段２１２は、記録手段２１１で記録された相関関係のマップから、現在の充電池１５０の状態に適したマップを選択し、現在の充電池１５０の温度に対応する満充電電気量を読み出す。そして、推定手段２１２は、満充電電気量から現在の蓄電池１５０の残存電気量を差引くことによって必要電気量を推定する。

充電制御手段２１３は、充電用電源１０２を制御することによって、充電池１５０の開放電圧の上限値より高い電圧で充電池１５０を充電し、推定手段２１２で推定された必要電気量を充電池１５０に供給すると充電池１５０への充電を終了させる第１充電手段２１３ａを有する。具体的には、第１充電手段２１３ａは、充電池１５０の開放電圧の上限値より高い電圧（たとえば、４．２Ｖ）が上限電圧となるように、充電用電源１０２を制御して充電池１５０の充電をおこなう。この間、第１充電手段２１３ａは、充電池１５０に供給された電力量を積算して、必要電力量に達したタイミングで、充電用電源１０２からの電力供給を停止させる。このように、あらかじめ必要充電量を推定して、必要充電量を供給したタイミングで充電を停止することによって、充電池１５０の開放電圧の上限値より高い電圧で充電をおこなっても、過充電を防止することができる。
また充電制御手段２１３は、充電用電源１０２を制御することによって、充電池１５０の開放電圧の上限値以下の電圧で充電池１５０を充電する第２充電手段２１３ｂを有する。具体的には、第２充電手段２１３ｂは、充電池１５０の開放電圧の上限値以下の電圧（たとえば、４．１Ｖ）が上限電圧となるように、充電用電源１０２を制御して充電池１５０の充電をおこなう。

放電制御手段２１４は、充電後の充電池１５０の開放電圧が上限値を超えている場合、上限値以下となるまで充電池１５０から電気を放電させる。具体的には、放電制御手段２１４は、充電後の充電池１５０の開放電圧をモニターし、開放電圧が４．１Ｖより高い場合、スイッチ１０７を閉じて抵抗１０６に電流が流れるようにする。このような放電の結果、開放電圧が４．１Ｖ以下になると、放電制御手段２１４は、スイッチ１０７を開けて放電を停止する。なお、放電制御手段２１４による放電の結果、充電池１５０の電圧が下がりすぎた場合（たとえば、開放電圧が４．０８Ｖ以下になった場合など）には、再度充電池１５０への充電をおこなうようにしてもよい。

（マップ作成方法の詳細）
つづいて、図３に示した満充電電気量―温度マップの作成方法の詳細について説明する。上述したように、充電池１５０は、くり返しの使用による経年劣化などによって電池容量が低下する。このため、記録手段２１１は、図３に示したマップの作成に先立って、充電池１５０の劣化状態を把握するため、満充電状態からの放電をおこない、残存電気量と開放電圧の値をマップとして記録する。

図４は、残存電力量−開放電圧マップの一例を示すグラフである。図４のグラフにおいて、縦軸は、電池電圧、横軸は容量（放電流量）である。また、図４において符号４０１で示すのは充電池１５０の新品時における相関関係（電池容量Ｃ_１）であり、符号４０２に示すのは電池容量がＣ_２に低下した際の相関関係であり（Ｃ_１＞Ｃ_２）、符号４０３に示すのは電池容量がＣ_３にさらに低下した際の相関関係である（Ｃ_２＞Ｃ_３）。なお、図４のマップを作成する際の放電は、定量および不定量のどちらでおこなってもよい。また、図４は放電温度２５℃におけるマップである。

図４のようなマップから、現在の充電池１５０がどのような劣化状態にあるのかを知ることができる。たとえば、満充電状態から電池容量Ｃ_４放電した場合（Ｃ_３＞Ｃ_４）、新品状態（電池容量Ｃ_１）では電池電圧がＶ_１となる。電池容量がＣ_２の場合、すなわち容量がＣ_２／Ｃ_１×１００％劣化している場合には、満充電状態からＣ_４放電した際の電池電圧はＶ_２となる（Ｖ_１＞Ｖ_２）。また、電池容量がＣ_３の場合、すなわち容量が（Ｃ_３／Ｃ_１）×１００％劣化している場合には、満充電状態からＣ_４放電した際の電池電圧はＶ_３となる（Ｖ_２＞Ｖ_３）。

記録部２１１は、さらに、図４のマップの容量（放電流量）をＳＯＣ（ｓｔａｔｅｏｆｃｈａｒｇｅ：充電状態）に変換して、図５に示すような電池電圧―ＳＯＣマップを作成する。
図５は、電池電圧―ＳＯＣマップの一例を示すグラフである。図５のグラフにおいて、縦軸は、電池電圧、横軸はＳＯＣ（％）である。また、図５において符号５０１で示すのは充電池１５０の新品時における相関関係（電池容量Ｃ_１）であり、符号５０２に示すのは電池容量がＣ_２に低下した際の相関関係であり（Ｃ_１＞Ｃ_２）、符号５０３に示すのは電池容量がＣ_３にさらに低下した際の相関関係である（Ｃ_２＞Ｃ_３）。

図５のようなマップから、現在の充電池のＳＯＣを知ることができる。たとえば、電池容量がＣ_２に低下した充電池において電池電圧がＶ_４の場合、ＳＯＣはＳ_４（％）となる（図５の点線参照）。
なお、図４および図５で示したマップについて、実際には、たとえば満充電容量変化５％刻み、満充電作成温度も変化させてマップを作成するようにするのが好ましい。これにより、１回の放電操作で現在の電池劣化状態を知ることができ、どのような電圧からでも現在のＳＯＣを求めることができる。たとえば、不定量（場合によって１７Ａｈ、３１Ａｈなど）の劣化の場合であっても、各種劣化電池のＳＯＣ−ＯＣＶの関係から、満充電から放電した容量とそのときの開放電圧で、劣化状態で一致するマップは１つしかないので、劣化状態を把握することができる。

このように、図４および図５から把握した充電池１５０の充電状態を用いて、記録手段２１１は図３に示した図３に示した満充電電気量―温度マップを作成する。記録手段２１１は、開放電圧の上限値以下での充電（通常充電）をおこなう際に、充電池１５０が満充電状態になるまでに供給した電気量を、通常充電によって増加した充電池１５０の残存電気量の充電容量に対する割合によって除すことによって、満充電電気量を算出する。

具体的には、記録手段２１１は、
１．充電開始時における充電池１５０の充電状態（ＳＯＣ）
２．充電における供給電気量
３．充電時における充電池１５０の温度
を記録する。上記１．が図４および図５から把握される値である。

また、記録手段２１１は、充電池が取りえる温度帯における満充電電気量の比例関係を推定し、所定の温度における満充電電気量から、所定の温度以外の他の温度における満充電電気量を推定して、相関関係を記録するようにしてもよい。これは、満充電電気量は温度にほぼ比例するためである。
なお、温度による比例配分の値についても、充電池１５０の劣化によって比率が変化する可能性があるので、実測値を用いて逐次更新していく。

（充電装置１００の動作）
つづいて、充電装置１００の動作ついて説明する。
図６および図７は、充電装置１００の動作を示すフローチャートである。図６のフローチャートにおいて、充電装置１００は、まず、今回の充電が急速充電であるか否かを判断する（ステップＳ６０１）。急速充電であるか否かは、たとえば、ユーザからの設定入力や充電池１５０の状態などによって判断する。今回の充電が急速充電である場合は（ステップＳ６０１：Ｙｅｓ）、図７のステップ４０８に移行する（結合子Ａ）。

一方、今回の充電が急速充電でない場合（ステップＳ６０１：Ｎｏ）、充電装置１００は、通常充電をおこなう。充電装置１００は、記録手段３１１によって、現在の充電装置１００の充電状態（充電開始ＳＯＣ）および現在の充電池１５０の温度（電池温度）を検知する（ステップＳ６０２）。つぎに、充電装置１００は、充電用電源１０２から充電池１５０に電源を供給して、充電池１５０を充電する（ステップＳ６０３）。この間、記録手段３１１は、電流計１０３からの出力値に基づいて、充電池１５０に供給された電流量を積算する。

充電装置１００は、充電用電源１０２から充電値１５０に流れる電流量（充電電流）が０．５Ａ以下になるまでは（ステップＳ６０４：Ｎｏ）、ステップＳ６０３に戻り、充電池１５０への充電を継続する。そして、充電電流が０．５Ａ以下になると（ステップＳ６０４：Ｙｅｓ）、充電装置１００は、充電値１５０の充電が完了したものとして充電を停止する（ステップＳ６０５）。記録手段２１１は、積算した電流量と充電開始ＳＯＣに基づいて必要電気量を算出し（ステップＳ６０６）、算出した必要電気量を温度と対応づけて記録してマップを更新し（ステップＳ６０７）、本フローチャートによる処理を終了する。このとき、記録手段２１１は、現在の充電池１５０の温度以外の温度における必要電気量を、ステップＳ６０６で算出した必要で流量を用いて推定して、マップの更新に用いてもよい。
以上が通常充電時における処理である。

図７の説明に移り、急速充電時の処理を説明する。図６のステップＳ６０１において、今回の充電が急速充電である場合は（ステップＳ６０１：Ｙｅｓ、結合子Ａ）、充電装置１００は、現在の充電装置１００の充電状態（残存電気量）および現在の充電池１５０の電池温度を検知する（ステップＳ６０８）。つぎに、充電装置１００は、推定手段２１２によって、ステップＳ６０８で検知した情報およびマップから今回の充電における必要充電量を推定する（ステップＳ６０９）。

つづいて、充電装置１００は、充電用電源１０２から充電池１５０に電源を供給して、充電池１５０を充電する（ステップＳ６１０）。この間、充電制御手段２１３は、電流計１０３からの出力値に基づいて、充電池１５０に供給された電流量を積算する。充電装置１００は、充電用電源１０２から充電値１５０に供給された電流量の積算値が必要電気量以上になるまでは（ステップＳ６１１：Ｎｏ）、ステップＳ６１０に戻り、充電池１５０への充電を継続する。そして、積算値が必要電気量以上になるまでは（ステップＳ６１１：Ｙｅｓ）、充電装置１００は、充電値１５０の充電が完了したものとして充電を停止する（ステップＳ６１２）。

その後、充電装置１００は、充電後の充電池１５０の開放電圧（ＯＣＶ）が４．１Ｖ以下であるか否かを判断し（ステップＳ６１３）、４．１Ｖ以下である場合（ステップＳ６１３：Ｎｏ）、すなわち過充電状態でない場合は、そのまま本フローチャートによる処理を終了する（結合子Ｂ）。
一方、開放電圧が４．１Ｖ以下でない場合は（ステップＳ６１３：Ｙｅｓ）、過充電状態であるものとして、放電制御手段２１４によって、充電池１５０からの放電をおこなう（ステップＳ６１４）。なお、放電制御手段２１４による放電の結果、充電池１５０の電圧が下がりすぎた場合（たとえば、開放電圧が４．０８Ｖ以下になった場合など）には、再度充電池１５０への充電をおこなうようにしてもよい。なお、このときの充電は、図６に示した通常充電でおこなう。
以上のようにして、充電装置１００は充電池１５０の充電をおこなう。

図８は、充電池１５０の充電所要時間の一例を示すグラフである。図８において、横軸は充電開始からの経過時間、左軸は充電池１５０の電池電圧、右軸は充電池１５０の充電容量である。また、図８において、実線で示すのが本実施の形態にかかる充電方法（急速充電）における測定値（ＶＡ，ＩＡ）であり、点線で示すのが従来技術による充電方法（通常充電）における測定値（ＶＢ，ＩＢ）である。

本実施の形態にかかる充電方法では、符号ＶＡに示すように電池電圧の上限値を４．２Ｖとしており、所定の充電容量Ｃ_ＸＡｈまで充電するまでの所要時間は、符号ＩＡに示すようにＴ_１となる。一方、従来技術による充電方法では、符号ＶＢに示すように電池電圧の上限値を４．１Ｖ（開放電圧の上限値）としており、所定の充電容量Ｃ_ＸＡｈまで充電するまでの所要時間は、符号ＩＢに示すようにＴ_２となる（Ｔ_１＜Ｔ_２）。このように、本実施の形態にかかる充電方法では、従来技術による充電方法と比較して、充電時の所要時間を大幅に短縮することができる。

図９は、充電所要時間と電池温度の関係の一例を示すグラフである。図９において、縦軸は充電所要時間、横軸は電池温度である。また、実線で示すのが本実施の形態にかかる充電方法（急速充電）における測定値であり、点線で示すのが従来技術による充電方法における測定値である。図９に示すように、特に電池温度が低温の場合において、本実施の形態にかかる充電方法では充電時間を大幅に短縮できていることがわかる。

図１０は、充電所要時間の改善率と電池温度の関係の一例を示すグラフであり、図９に示した本実施の形態にかかる充電方法における所要時間と従来技術による充電方法における所要時間の差分を、充電方法における所要時間で除したものである。図１０に示すように、本実施の形態にかかる充電方法によって、充電時間を大幅に短縮できていることがわかる。

なお、本実施の形態では、充電時に供給した電流量から満充電電気量を算出してマップを作成したが、マップの作成方法はこれにかぎらない。たとえば、蓄電池１５０の残存電気量別（たとえば、残存電気量率４０％，４５％，５０％・・など）における必要電気量と電池温度との関係を、それぞれマップにしてもよい。この場合、充電時における残存電気量から今回の充電に用いるマップを選択し、充電時における電池温度から必要電気量を読み取って充電期間を制御する。

また、本実施形態での充電池１５０は、車両に搭載され、車両駆動用の電力源として用いられるものとしたが、充電池の種別はこれに限らない。たとえば、携帯電話用やパソコン用など、種々の産業機械等の充電池に適用可能であるが、幅広い温度領域での使用が予想される車両駆動用の充電池に適用するのがより好ましい。

以上説明したように、本実施の形態にかかる充電装置１００は、上限電圧より高い電圧での充電をおこなう際に、供給すべき電気量（必要電気量）をあらかじめ推定しておき、必要電気量の供給が完了した時点で充電を停止する。これにより、上限電圧より高い電圧での充電をおこなう期間を適切に制御することができ、過充電を防止しつつ、より短時間に充電池の充電を完了させることができる。

また、充電装置１００は、通常充電時に供給した電気量を、充電によって増加した残存電気量の割合で除すことのよって満充電電気量を算出している。このため、満充電電気量を用いれば、充電池の残存電気量によらず、当該温度において充電池を満充電状態にするために必要な必要電気量を知ることができる。

また、充電装置１００は、それぞれの温度における満充電電気量の比例関係を推定し、当該比例関係を用いて他の温度における満充電電気量を推定する。これにより、１回の充電（１つの温度における満充電電気量）によって、すべての温度帯における満充電電気量を知ることができる。

また、充電装置１００は、充電後の充電池の開放電圧が上限値を超えている場合、すなわち過充電状態となった場合、上限値以下となるまで充電池から電気を放電させる。これにより、万一過充電状態となった場合でも、充電池への負荷を最小限にとどめ、充電池の劣化を防止することができる。

１００……充電装置、１０２……充電用電源、１０３……電流計、１０４……電圧計、１０５……温度センサ、１０６……抵抗、１０７……スイッチ、１１０……制御部（ＥＣＵ）、２１１……記録手段、２１２……推定手段、２１３……充電制御手段、２１３ａ……第１充電手段、２１３ｂ……第２充電手段、２１４……放電制御手段。

Claims

所定の充電容量を有する充電池を充電する充電制御手段と、
前記充電池を充電池容量が空の状態から満充電状態にするために必要な電気量である満充電電気量と前記充電池の温度との相関関係を記録する記録手段と、
前記充電池への充電をおこなう際に、前記記録手段によって記録された前記相関関係、および前記充電池の現在温度と前記充電池の現在の残存電気量に基づいて、現在の前記充電池を満充電状態にするために必要な電気量である必要電気量を推定する推定手段と、を備え、
前記充電制御手段は、前記充電池の開放電圧の上限値である上限電圧より高い電圧で前記充電池を充電し、前記推定手段によって推定された前記必要電気量を供給すると前記上限電圧より高い電圧での充電を終了する第１充電手段を有することを特徴とする充電装置。
前記充電制御手段は、前記上限電圧以下の電圧で充電をおこなう第２充電手段をさらに有し、
前記記録手段は、前記第２充電手段による充電の際に、前記充電池が満充電状態になるまでに供給した電気量を、前記第２充電手段による充電によって増加した前記充電池の前記残存電気量の前記充電容量に対する割合によって除すことによって、前記満充電電気量を算出することを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
前記記録手段は、前記充電池が取りえる温度帯における前記満充電電気量の比例関係を推定し、所定の温度における前記満充電電気量から、前記所定の温度以外の他の温度における前記満充電電気量を推定して前記相関関係を記録することを特徴とする請求項２に記載の充電装置。
前記第１充電手段による充電後の前記充電池の前記開放電圧が前記上限値を超えている場合、前記上限値以下となるまで前記充電池から電気を放電させる放電制御手段をさらに含んだことを特徴とする請求項１乃至３に何れか１項記載の充電装置。
前記記録手段は、前記充電池の劣化度合いによって複数の前記相関関係を記録することを特徴とする請求項１乃至４に何れか１項記載の充電装置。
前記充電池は車両に搭載され、前記車両の駆動用の電力源として用いられることを特徴とする請求項１乃至５に何れか１項記載の充電装置。