JP2014195383A - 充電装置及び充電方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電池の劣化を抑制して長寿命化を図ることが可能な充電装置及び充電方法を提供することを目的とする。
【解決手段】今回充電時の電池２の充電停止充電量ｃｈを、電池２の実使用可能充電量範囲の中央相当値ΔＣａｖｅと、記憶部６に記憶されている実使用充電量ΔＣｎを２で除算した値との合計に、更新し、今回充電時の電池２の充電量が、更新した充電停止充電量になるように、電池２を充電する充電器６の動作を制御する。
【選択図】図３

Description

本発明は、電池を充電する充電装置及び充電方法に関する。

リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池などの電池では、高電圧になる頻度が高くなるほど劣化が急速に進む。例えば、満充電と短時間の放電が交互に繰り返されると、電池の電圧が比較的高いところで変動するため、電池の劣化が進んでしまう。また、高電圧になるまで電池を充電してしまうと、電池が過充電異常になるおそれがある。

そこで、電池が高電圧になる頻度を抑えるために、ソフトウエアやユーザのスイッチ操作によって、充電を停止するときの電池の充電量（以下、充電停止充電量という）をより低い値に切り替える技術がある（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、必要以上に充電停止充電量が抑えられてしまうと、使用中の電池の残充電量が足らなくなってしまうおそれがある。
そこで、電池の充電停止充電量として、過去複数回の充電における前回充電後ＳＯＣと充電後ＳＯＣの差である放電容量の平均値に基づいて目標充電量を設定する技術がある（例えば、特許文献２参照）。これにより、過去の電池の使用状況に応じて、充電停止充電量を適切に設定することができるため、必要以上に充電停止充電量が抑えられてしまうことを抑制することができる。

特開平１１−００４５４９号公報 特開２０１０−０８８２０６号公報

しかしながら、上述のように、電池の充電停止充電量として、過去複数回の充電における前回充電後ＳＯＣと充電後ＳＯＣの差である放電容量の平均値に基づいて目標充電量を設定する場合においても、満充電と短時間の放電が交互に繰り返されると、目標充電量は、放電後ＳＯＣと放電容量の平均値とに基づく目標充電量まで充電されるため、電池の電圧も比較的高いところで変動してしまう。そのため、電池の劣化が進むおそれがある。

本発明では、電池の劣化を抑制して長寿命化を図ることが可能な充電装置及び充電方法を提供することを目的とする。

本発明の充電装置は、充電器と、記憶部と、充電停止充電量更新部と、充電制御部とを備える。
上記充電器は、電池を充電する。

上記記憶部は、前回充電後の前記電池の充電量と今回充電前の前記電池の充電量との差分である前記電池の実使用充電量を記憶する。
上記充電停止充電量更新部は、今回充電時の前記電池の充電停止充電量を、前記電池の放電可能最小充電量から前記電池の充電可能最大充電量までの実使用可能充電量範囲の中央相当値と、前記記憶部に記憶されている実使用充電量を２で除算した値との合計に、更新する。

上記充電制御部は、今回充電時の前記電池の充電量が、前記充電停止充電量更新部により更新された充電停止充電量になるように、前記充電器の動作を制御する。
このように、充電停止充電量を、実使用可能充電量範囲の中央相当値を基準にして設定しているため、充放電中の電池の充電量を、中央相当値付近で変動させることができる。そして、この充電量の変動に伴って、充放電中の電池の電圧も変動させることができるため、充放電中の電池の電圧が比較的高くならず電池の劣化を抑制することができ電池の長寿命化を図ることができる。

本発明によれば、電池の劣化を抑制して長寿命化を図ることができる。

実施形態の充電装置を示す図である。 充電装置の動作を示すフローチャートである。 充放電時の電池の電圧変動の一例を示す図である。 充放電時の電池の電圧変動の他の例を示す図である。

図１は、実施形態の充電装置を示す図である。
図１に示す充電装置１は、電池２と、電圧検出部３と、電流検出部４と、制御部５と、記憶部６と、充電器７と、スイッチＳＷ１、ＳＷ２とを備える。なお、充電装置１は、例えば、電動フォークリフト、ハイブリッド車、又は電気自動車などの車両に搭載され、電池２を充電する。

電池２は、負荷８に電力を供給する、充電可能な電池であり、例えば、リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池などとする。なお、電池２は、充電装置１の外部に備えられてもよい。また、電池２は、直列接続又は並列接続された複数の電池により構成されてもよい。

電圧検出部３は、電池２の電圧を検出するものであり、例えば、電圧計とする。
電流検出部４は、充電時の電池２へ流れる電流や放電時の電池２から流れる電流を検出するものであり、例えば、電流計とする。

制御部５（コンピュータ）は、充電停止充電量更新部９と、充電制御部１０とを備える、また、制御部５は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、マルチコアＣＰＵ、プログラマブルなデバイス（ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）など）などに構成され、記憶部６に記憶されているプログラムをＣＰＵ、プログラマブルなデバイス、又はＰＬＤなどが読み出して実行することにより、充電停止充電量更新部９や充電制御部１０が実現される。

充電停止充電量更新部９は、電圧検出部３により検出される電圧や電流検出部４により検出される電流に基づいて、現在の電池２の充電量を求める。なお、充電停止充電量更新部９により求められる充電量は、例えば、電圧［Ｖ］、電力量［Ｗｈ］、電流量［Ａｈ］、又は満充電量に対する残充電量の割合を示すＳＯＣ（State Of Charge）［％］などとする。例えば、充電停止充電量更新部９は、電圧検出部３により検出される電圧を、現在の電池２の充電量とする。また、充電停止充電量更新部９は、電圧検出部３により検出される電圧と電流検出部４により検出される電流との乗算結果を時間で積分した電力量を、現在の電池２の充電量とする。また、充電停止充電量更新部９は、電流検出部４により検出される電流を時間で積分した電流量を、現在の電池２の充電量とする。また、充電停止充電量更新部９は、電圧検出部３により検出される電圧に対応する初期ＳＯＣを、記憶部６に記憶される電池２の電圧と電池２のＳＯＣとが対応付けられた情報から取り出し、その初期ＳＯＣと電流検出部４により検出される電流を時間積分した電流量との加算結果であるＳＯＣを、現在の電池２の充電量とする。

また、充電停止充電量更新部９は、前回充電後の電池２の充電量と今回充電前の電池２の充電量との差分である電池２の実使用充電量ΔＣｎを求める。
また、充電停止充電量更新部９は、電池２の放電可能最小充電量ｄｃｈ（電池２の放電がこれ以上進むと過放電になるときの電池２の充電量を示す過放電閾値以上の充電量）から電池２の充電可能最大充電量ｃｈ＿ｍａｘ（電池２の充電がこれ以上進むと過充電になるときの電池２の充電量を示す過充電閾値以下の充電量）までの実使用可能充電量範囲の中央相当値ΔＣａｖｅを算出する。例えば、充電停止充電量更新部９は、ΔＣａｖｅ＝（ｄｃｈ＋ｃｈ＿ｍａｘ）／２を計算することにより、中央相当値ΔＣａｖｅを算出する。また、充電停止充電量更新部９は、中央相当値ΔＣａｖｅとして、（ｄｃｈ＋ｃｈ＿ｍａｘ）／２＋α（常数）から（ｄｃｈ＋ｃｈ＿ｍａｘ）／２−β（常数）までの範囲の値に設定するように構成してもよい。なお、αとβは同じ値でも異なる値でもよい。

また、充電停止充電量更新部９は、実使用充電量ΔＣｎ及び中央相当値ΔＣａｖｅに基づいて、充電時の電池２の充電停止充電量ｃｈを更新する。
充電制御部１０は、充電停止充電量更新部９により更新された充電停止充電量ｃｈに基づいて、スイッチＳＷ１、ＳＷ２のそれぞれの切換動作や充電器７の動作を制御する。スイッチＳＷ１、ＳＷ２がそれぞれ充電器７側に切り替えられると、電池２と充電器７とが互いに接続され、充電器７から電池２へ電力が供給可能になる。一方、スイッチＳＷ１、ＳＷ２がそれぞれ負荷８側に切り替えられると、電池２と負荷８とが互いに接続され、電池２から負荷８へ電力が供給可能になる。

記憶部６は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）などとする。
充電器７は、充電制御部１０の動作制御により、外部からの電力を電池２に供給して電池２を充電する。

図２は、制御部５の動作を示すフローチャートである。
まず、充電停止充電量更新部９は、電池２の充電を開始する旨の充電開始指令が外部から入力されると、電池２の実使用充電量ΔＣｎを算出する（Ｓ１）。例えば、充電停止充電量更新部９は、充電開始指令が外部から入力されると、電池２の実使用充電量ΔＣｎとして、前回充電後の電池２の電圧と今回充電前の電池２の電圧との差分である電池２の実使用電圧幅ΔＶｎを算出する。

このように、充電量として電圧を使用する場合は、実使用電圧幅ΔＶｎを実使用充電量ΔＣｎとして使用する。この場合、ΔＶｎ＿ｍａｘをΔＣｎ＿ｍａｘとして使用することも同様であり、以降、ΔＣａｖｅなども同様である。

次に、充電停止充電量更新部９は、今回の充電で算出した実使用充電量ΔＣｎが、記憶部６に記憶されているΔＣｎ＿ｍａｘ（前回の充電で算出した実使用充電量ΔＣｎ）よりも大きいと判断すると（Ｓ２：Ｙｅｓ）、記憶部６に記憶されているΔＣｎ＿ｍａｘを今回の充電で算出した実使用充電量ΔＣｎに更新する（Ｓ３）。例えば、図３に示すように、充電停止充電量更新部９は、今回の充電で算出した実使用電圧幅ΔＶ２が、記憶部６に記憶されているΔＶｎ＿ｍａｘ（前回の充電で算出した実使用電圧幅ΔＶ１）よりも大きいと判断すると、ΔＶｎ＿ｍａｘを今回の充電で算出した実使用電圧幅ΔＶ２に更新する。また、充電停止充電量更新部９は、今回の充電で算出した実使用電圧幅ΔＶ４が、記憶部６に記憶されているΔＶｎ＿ｍａｘ（前回の充電で算出した実使用電圧幅ΔＶ３）よりも大きいと判断すると、ΔＶｎ＿ｍａｘを今回の充電で算出した実使用電圧幅ΔＶ４に更新する。また、充電停止充電量更新部９は、今回の充電で算出した実使用電圧幅ΔＶ６が、記憶部６に記憶されているΔＶｎ＿ｍａｘ（前回の充電で算出した実使用電圧幅ΔＶ５）よりも大きいと判断すると、ΔＶｎ＿ｍａｘを今回の充電で算出した実使用電圧幅ΔＶ６に更新する。

一方、充電停止充電量更新部９は、今回の充電で算出した実使用充電量ΔＣｎが、記憶部６に記憶されているΔＣｎ＿ｍａｘ（前回の充電で算出した実使用充電量ΔＣｎ）以下であると判断すると（Ｓ２：Ｎｏ）、記憶部６に記憶されているΔＣｎ＿ｍａｘを更新しない（Ｓ４）。例えば、図３に示すように、充電停止充電量更新部９は、今回の充電で算出した実使用電圧幅ΔＶ３が、記憶部６に記憶されているΔＶｎ＿ｍａｘ（前回の充電で算出した実使用電圧幅ΔＶ２）以下であると判断すると、記憶部６に記憶されているΔＶｎ＿ｍａｘを更新しない。また、充電停止充電量更新部９は、今回の充電で算出した実使用電圧幅ΔＶ５が、記憶部６に記憶されているΔＶｎ＿ｍａｘ（前回の充電で算出した実使用電圧幅ΔＶ４）以下であると判断すると、記憶部６に記憶されているΔＶｎ＿ｍａｘを更新しない。

次に、充電停止充電量更新部９は、今回充電時の電池２の充電停止充電量ｃｈを、中央相当値ΔＣａｖｅと、記憶部６に記憶されているΔＣｎ＿ｍａｘを２で除算した値との合計に、更新し、その更新後の充電停止充電量ｃｈを記憶部６に記憶させる（Ｓ５）。このとき、充電停止充電量更新部９は、更新した充電停止充電量ｃｈが、充電可能最大充電量ｃｈ＿ｍａｘ以上であると判断すると、その充電停止充電量ｃｈを、充電可能最大充電量ｃｈ＿ｍａｘにさらに更新する。例えば、図３に示すように、充電停止充電量更新部９は、今回充電時の電池２の充電停止電圧Ｖｃｈを、電池２の放電可能最小電圧Ｖｄｃｈから電池２の充電可能最大電圧Ｖｃｈ＿ｍａｘまでの実使用可能電圧範囲の中央相当値ΔＶａｖｅと、記憶部６に記憶されているΔＶｎ＿ｍａｘを２で除算した値との合計に、更新し、その更新後の充電停止電圧Ｖｃｈを記憶部６に記憶させる。このとき、充電停止充電量更新部９は、更新した充電停止電圧Ｖｃｈが、充電可能最大電圧Ｖｃｈ＿ｍａｘ以上であると判断すると、その充電停止電圧Ｖｃｈを、充電可能最大電圧Ｖｃｈ＿ｍａｘにさらに更新する。

そして、充電制御部１０は、現在の電池２の充電量が、Ｓ５で更新した充電停止充電量ｃｈになるように、充電器７の動作を制御することで電池２を充電する（Ｓ６）。例えば、充電制御部１０は、現在の電池２の電圧が、更新した充電停止電圧Ｖｃｈになるように、充電器７の動作を制御することで電池２を充電する。

このように、実施形態の充電装置１によれば、充電停止充電量ｃｈを実使用可能充電量範囲の中央相当値ΔＣａｖｅを基準にして設定しているため、充放電中の電池２の充電量を、中央相当値ΔＣａｖｅ付近で変動させることができる。そして、この充電量の変動に伴って、充放電中の電池２の電圧も変動させることができるため、充放電中の電池２が高電圧にならず電池２の劣化を抑制することができ電池２の長寿命化を図ることができる。

また、実施形態の充電装置１によれば、充放電中の電池２の充電量を中央相当値ΔＣａｖｅ付近で変動させることができるため、電池２の充電停止充電量として、過去複数回の充電における電池２の実使用充電量の平均値と電池２の満充電量との中間の値を設定する場合に比べて、充放電中の電池２の充電量をより低いところで変動させることができるので、電池２が高電圧で繰り返し充電することをさらに抑えることができる。

また、実施形態の充電装置１によれば、充放電中の電池２の充電量を中央相当値ΔＣａｖｅ付近で変動させることができるため、電池２が高電圧になるまで充電されず、電池２が過充電異常になることを防止することができる。

なお、上記実施形態では、今回の充電で算出した実使用充電量ΔＣｎがΔＣｎ＿ｍａｘ（前回の充電で算出したΔＣｎ）よりも大きいとき、ΔＣｎ＿ｍａｘを今回の充電で算出した実使用充電量ΔＣｎに更新する構成であるが、今回の充電で算出した実使用充電量ΔＣｎがΔＣｎ＿ｍａｘ（現在から過去ｔ回の充電において算出された各実使用充電量ΔＣｎのうちの最大の実使用充電量ΔＣｎ）よりも大きいとき、ΔＣｎ＿ｍａｘを今回の充電で算出した実使用充電量ΔＣｎに更新してもよい。

なお、今回の充電で算出した実使用充電量ΔＣｎがΔＣｎ＿ｍａｘ（現在から過去ｔ回の充電において算出された各実使用充電量ΔＣｎのうちの最大の実使用充電量ΔＣｎ）よりも大きいとき、ΔＣｎ＿ｍａｘを今回の充電で算出した実使用充電量ΔＣｎに更新することは、今回も含めて過去ｔ＋１回の実使用充電量ΔＣｎのうちの最大の実使用充電量ΔＣｎをΔＣｎ＿ｍａｘとして更新することと同じである。そして、更新されたΔＣｎ＿ｍａｘを利用して、ｃｈ＝ΔＣａｖｅ＋ΔＣｎ＿ｍａｘ／２の式から充電停止充電量ｃｈを求める。

このように構成する場合、充電停止充電量更新部９は、現在から過去ｔ回の充電において算出される各実使用充電量ΔＣｎを記憶部６に記憶させる。また、充電停止充電量更新部９は、例えば、図４に示すように、例えばｔ＝３の場合、今回の充電で算出した実使用電圧幅ΔＶ４が、記憶部６に記憶されているΔＶｎ＿ｍａｘ（現在から過去３回の充電において算出された各実使用電圧幅ΔＶ１〜ΔＶ３のうちの最大の実使用電圧幅ΔＶ２）よりも大きいと判断すると、ΔＶｎ＿ｍａｘを今回の充電で算出した実使用電圧幅ΔＶ４に更新する。以降の制御部５の動作は、図２に示す動作と同様である。

このように構成することにより、図２に示す動作を実行する充電装置１に比べて、充電停止充電量ｃｈの変動を安定させることができるため、充放電中の電池２の充電量を中央相当値ΔＣａｖｅにより近づけて変動させることができ、電池２が高電圧で繰り返し充電することをさらに抑えることができる。

なお、上記変形例ではｔ＝３としたが、ｔ＝３に限らない。また、ｔは複数回に限らず、例えばｔ＝１の場合、図３の実施形態と同じになる。ｔ＝１の場合は、前回の充電で算出した実使用充電量ΔＣｎがΔＣｎ＿ｍａｘになり、今回の充電で算出した実使用充電量ΔＣｎとΔＣｎ＿ｍａｘを比較している。なお、ｔ＝１の場合も、今回も含めて過去ｔ＋１回の実使用充電量ΔＣｎのうちの最大の実使用充電量ΔＣｎをΔＣｎ＿ｍａｘとして更新することと同じである。また、ｔ＝０として、今回の充電で算出した実使用充電量ΔＣｎを利用し、ｃｈ＝ΔＣａｖｅ＋ΔＣｎ／２としてもよい。また、回数ｔを可変にしてもよい。

また、現在から過去数回の実使用充電量ΔＣｎのうちの最大の実使用充電量ΔＣｎをΔＣｎ＿ｍａｘとして更新することに限定されず、例えば、過去ｕ時間（所定期間）に算出された複数の実使用充電量ΔＣｎのうちの最大の実使用充電量ΔＣｎをΔＣｎ＿ｍａｘとして更新してもよい。

１ 充電装置
２ 電池
３ 電圧検出部
４ 電流検出部
５ 制御部
６ 記憶部
７ 充電器
８ 負荷
９ 充電停止充電量更新部
１０ 充電制御部

Claims (4)

1. 電池を充電する充電器と、
   前回充電後の前記電池の充電量と今回充電前の前記電池の充電量との差分である前記電池の実使用充電量を記憶する記憶部と、
   今回充電時の前記電池の充電停止充電量を、前記電池の放電可能最小充電量から前記電池の充電可能最大充電量までの実使用可能充電量範囲の中央相当値と、前記記憶部に記憶されている実使用充電量を２で除算した値との合計に、更新する充電停止充電量更新部と、
   今回充電時の前記電池の充電量が、前記充電停止充電量更新部により更新された充電停止充電量になるように、前記充電器の動作を制御する充電制御部と、
   を備えることを特徴とする充電装置。
2. 請求項１に記載の充電装置であって、
   前記記憶部は、過去複数充電回数分の前記実使用充電量を記憶し、
   前記充電停止充電量更新部は、今回充電時の前記電池の充電停止充電量を、前記中央相当値と、前記記憶部に記憶されている各実使用充電量のうちの最大の実使用充電量を２で除算した値との合計に、更新する
   ことを特徴とする充電装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の充電装置であって、
   前記充電停止充電量更新部は、前記更新後の充電停止充電量が前記充電可能最大充電量以上であるとき、前記更新後の充電停止充電量を前記充電可能最大充電量にさらに更新する
   ことを特徴とする充電装置。
4. コンピュータが、
   前回充電後の電池の充電量と今回充電前の前記電池の充電量との差分である前記電池の実使用充電量を記憶部に記憶させ、
   今回充電時の前記電池の充電停止充電量を、前記電池の放電可能最小充電量から前記電池の充電可能最大充電量までの実使用可能充電量範囲の中央相当値と、前記記憶部に記憶されている実使用充電量を２で除算した値との合計に、更新し、
   今回充電時の前記電池の充電量が前記更新した充電停止充電量になるように、前記電池を充電する充電器の動作を制御する
   ことを特徴とする充電方法。
   

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