JP2020031470A - 二次電池の充電制御方法及び充電制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】従来のＳＯＣ制御法の不具合の発生を抑制することができる二次電池の充電制御方法及び充電制御システムを提供する。【解決手段】本発明に係る二次電池の充電制御方法は、二次電池の充電率（ＳＯＣ）を演算して求めた演算ＳＯＣを基に二次電池の充電を制御する充電制御方法において、任意のタイミングで、演算ＳＯＣを、二次電池の実際のＳＯＣに合わせる補正作業を行う補正ステップを備えており、この補正作業は、演算ＳＯＣを基にした充電の制御を一旦中断した状態で充電を継続し、その間、二次電池の電池内圧値を測定し、この電池内圧値が予め設定した設定圧力値に達した時点で充電を停止するとともに設定圧力値に達した時点での演算ＳＯＣを新規のＳＯＣに書き換えて補正する作業であり、新規のＳＯＣは、予め把握しておいた電池内圧値と二次電池の実際のＳＯＣとの対応関係から求めた、上記した設定圧力値に対応する実際のＳＯＣである。【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池の充電制御方法及び充電制御システムに関する。

二次電池は、充電が可能な電池であり、充電することにより繰り返し使用することができる。このため二次電池には、携帯型電子機器の電源、電気自動車の電源、非常用電源などの色々な用途が見出されており、その用途は益々増えている。

このような二次電池の一種として、例えば、電解液にアルカリ水溶液を用いるアルカリ二次電池が挙げられる。このアルカリ二次電池の一般的な充電方法としては、定電流充電法が用いられる。この充電方法では、充電開始時から常に一定の電流を供給して充電を行い、当該アルカリ二次電池が蓄えることができる最大の容量までの充電がされたとみなされたときに電流の供給を停止し、充電を終了させる制御が行われる。ここで、当該アルカリ二次電池が蓄えることができる最大の容量までの充電がされた、すなわち、満充電されたとみなし、その時点で充電を終了させる制御方法としては、例えば、以下のようなものが挙げられる。

まず、アルカリ二次電池が満充電された状態に達すると当該電池の電圧が極大値に達した後、数ｍＶ低下する現象が起こるので、電池電圧が極大値を示した後に数ｍＶ低下したことを検出した時点で電流の供給を停止して充電を制御する方法がある。以下、この制御方法を−ΔＶ制御という。

次いで、アルカリ二次電池が満充電された状態に達すると当該電池の温度が急激に上昇する現象が起こるので、電池温度の単位時間当たりの上昇率を把握し、電池温度の上昇率が所定値に達した時点で電流の供給を停止して充電を制御する方法がある。以下、この制御方法をｄＴ／ｄｔ制御という。

ところで、−ΔＶ制御及びｄＴ／ｄｔ制御において、満充電状態と認定できる現象が発生するのは、過充電状態がかなり進んだ場合である。このように、アルカリ二次電池が過充電状態となると、電池内ではガスの発生量が増加し、内圧が上昇する。つまり、電池の充電を行っていて、電池電圧が極大値を示した後に数ｍＶ低下する現象を把握できる領域に入る、あるいは、電池温度の上昇率が変化したことを把握できる領域に入ると、電池の内部では圧力が急激に上昇する。

ここで、電池によっては、構造的に、上昇した電池内圧が許容できない場合がある。また、電池の内圧上昇に伴い電池の安全弁が開き、ガスとともに電解液が外部に放出されてしまい、電池寿命の低下を招く場合がある。このような不具合を回避するためには、これら−ΔＶ制御及びｄＴ／ｄｔ制御は、使用できない。

また、上記した−ΔＶ制御及びｄＴ／ｄｔ制御は、定電流充電法を用いることが前提条件である。このため、一定電流での充電を行わない場合も、これらの制御を用いることはできない。

そこで、ガス圧が上昇する領域にならないと満充電を認識できないような上記した−ΔＶ制御及びｄＴ／ｄｔ制御とは異なる電池の充電制御方法が種々提案されている。そのうちの１つとして特許文献１等で用いられているような電池の充電状態（State Of Charge：以下、ＳＯＣという）を把握して充電の制御を行う方法（以下、ＳＯＣ制御法という）が知られている。

ＳＯＣは、満充電容量に対する電池に蓄えられた容量の比率であり、充電率とも呼ばれる。基本的に、ＳＯＣが０％の場合、電池に蓄えられている容量は空の状態であり、ＳＯＣが５０％の場合、蓄えられている電池の容量は満充電の半分の状態であり、ＳＯＣが１００％の場合、電池は満充電の状態である。

ＳＯＣの把握の仕方としては、二次電池の充放電電流を計測し、その電流値を積算することにより充放電容量を算出し、この充放電容量から二次電池のＳＯＣを算出する。

ＳＯＣ制御法は、上記のようにして求めたＳＯＣの値が０％もしくは予め設定した下限値になったところで充電を開始し、ＳＯＣの値が１００％となったところで充電を終了する制御である。つまり、ＳＯＣ制御法では、充電量から満充電となったか否かを判断する。このため、ＳＯＣ制御法は、電池が過充電状態となる前に充電を終了させることが可能であるとともに、一定電流での充電に限らず採用可能である。よって、ＳＯＣ制御法は、上記した−ΔＶ制御及びｄＴ／ｄｔ制御を採用した場合の不具合を回避することができる。

特開２００５−２６９８２４号公報

ところで、ＳＯＣ制御法の場合、充放電時の電流値を測定し、その積算値からＳＯＣを算出するので、充電効率と放電効率との差、電流値の測定誤差、自己放電等により、電流の積算値に誤差が蓄積されていくことがある。これは、充放電の回数が増えるほど、また放置した時間が長いほど誤差の蓄積量は多くなる。

このように演算したＳＯＣに誤差が蓄積されると実際の電池のＳＯＣと乖離が生じる。例えば、演算したＳＯＣに対して実際の電池のＳＯＣが小さい値となった場合、演算結果は未だ電池の容量が残っていることを示しているにもかかわらず、実際には電池の容量が不足しており、電圧低下が起こり放電できなくなる不具合が生じるおそれがある。

このため、上記のような不具合を回避することができるようにＳＯＣ制御法を改良することが望まれている。

本発明は、上記の事情に基づいてなされたものであり、その目的とするところは、従来のＳＯＣ制御法の不具合の発生を抑制することができる二次電池の充電制御方法及び充電制御システムを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明によれば、二次電池の満充電容量と、前記二次電池に供給される充電電流及び前記二次電池から放出される放電電流を測定し、これら充電電流及び放電電流の値から求めた前記二次電池に蓄えられている容量と、を基に前記二次電池の充電率を演算し、得られた演算充電率が予め規定した下限値に達した時点で充電を開始し、得られた演算充電率が予め規定した上限値に達した時点で充電を停止することにより前記二次電池の充電を制御する、二次電池の充電制御方法において、任意のタイミングで、前記演算充電率の値を補正する補正作業を行う補正ステップを備えており、前記補正作業は、前記演算充電率が予め規定した上限値に達した時点で充電を停止する制御を一旦中断した状態で充電を継続し、その間、前記二次電池の内部の圧力の値である電池内圧値を測定し、前記電池内圧値が予め設定した設定圧力値に達した時点で前記充電を停止するとともに、前記設定圧力値に達した時点での前記演算充電率を新規の充電率に書き換えて補正する、二次電池の充電制御方法が提供される。

また、前記新規の充電率は、予め把握しておいた前記電池内圧値と前記二次電池の実際の充電率との対応関係から求めた、前記設定圧力値に対応する実際の充電率であり、前記設定圧力値は、前記二次電池の前記実際の充電率が１００％の場合に対応する前記電池内圧値以上、且つ、予め把握しておいた前記二次電池を充電した際の前記二次電池の電圧と前記電池内圧値との関係から求めた、前記電圧の極大値に対応する前記電池内圧値以下の範囲の圧力値に設定されている構成とすることが好ましい。

また、前記任意のタイミングは、前記充電の回数が予め規定した回数に達した時点である構成とすることが好ましい。

また、前記任意のタイミングは、前記二次電池を最初に満充電にした時点からの経過時間、又は、前記補正作業を行った時点からの経過時間が、予め規定した時間に達した時点である構成とすることが好ましい。

また、本発明によれば、二次電池に供給される充電電流及び前記二次電池から放出される放電電流を測定する電流測定部と、前記二次電池の内部の圧力を測定する圧力測定部と、前記二次電池の充放電を制御する制御部と、を備えており、前記制御部は、前記電流測定部により測定された前記充電電流及び前記放電電流の値から求めた前記二次電池に蓄えられている容量を求め、得られた容量と、予め求めておいた前記二次電池の満充電容量とを基に前記二次電池の充電率を演算して演算充電率を得る処理と、前記演算充電率が予め規定した上限値に達した時点で外部電源からの前記充電電流の供給を停止するとともに、前記二次電池を負荷に対し放電が可能な状態とする処理と、前記演算充電率が予め規定した下限値に達した時点で前記負荷から前記二次電池を切り離すとともに、前記二次電池を前記外部電源に接続して前記充電電流を供給し充電を開始する処理と、任意のタイミングで行う、前記演算充電率を補正する補正処理であって、前記演算充電率が予め規定した上限値に達した時点で前記外部電源からの前記充電電流の供給を停止することを一旦中断して、前記演算充電率が予め規定した上限値を超えても充電を継続し、前記圧力測定部で測定した前記二次電池の内部の圧力が予め設定した設定圧力値に達した時点で前記外部電源からの前記充電電流の供給を停止するとともに、前記設定圧力値に達した時点での前記演算充電率を新規の充電率に書き換えて補正する補正処理と、を実行する、二次電池の充電制御システム。

前記新規の充電率は、予め把握しておいた前記電池内圧値と前記二次電池の実際の充電率との対応関係から求めた、前記設定圧力値に対応する実際の充電率であり、前記設定圧力値は、前記二次電池の前記実際の充電率が１００％の場合に対応する前記電池内圧値以上、且つ、予め把握しておいた前記二次電池を充電した際の前記二次電池の電圧と前記電池内圧値との関係から求めた、前記電圧の極大値に対応する前記電池内圧値以下の範囲の圧力値に設定されている構成とすることが好ましい。

また、前記制御部は、前記充電の回数をカウントするカウンタを更に含んでおり、前記カウンタでカウントした回数が予め規定した回数に達したタイミングで前記補正処理を実行する構成とすることが好ましい。

また、前記制御部は、経過時間を計測できるタイマを更に含んでおり、前記タイマを用いて、前記二次電池を最初に満充電にした時点からの経過時間、又は、前記補正作業を行った時点からの経過時間を計測し、当該経過時間が予め規定した時間に達したタイミングで前記補正処理を実行する構成とすることが好ましい。

本発明に係る二次電池の充電制御方法は、二次電池の充放電における任意のタイミングで、演算充電率を、二次電池の実際の充電率に合わせる補正作業を行う補正ステップを備えており、前記補正作業は、前記二次電池の内部の圧力の値である電池内圧値を測定し、前記電池内圧値が予め設定した設定圧力値に達するまで充電を継続し、前記設定圧力値に達した時点で充電を停止するとともに前記演算充電率を新規の充電率に書き換えて補正する作業である。このような補正作業により、演算充電率と、二次電池の実際の充電率とのずれが補正される。

よって、本発明によれば、従来のＳＯＣ制御法の不具合の発生を抑制することができる二次電池の充電制御方法及び充電制御システムを提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る充電制御システムの構成を概略的に示したブロック図である。 ニッケル水素二次電池を充電する際の電池の電圧、電池の温度及び電池の内部の圧力の変化とＳＯＣとの関係を示したグラフである。 本発明の第２の実施形態に係る充電制御システムの構成を概略的に示したブロック図である。

［第１の実施形態］
本発明に係る二次電池の充電制御方法を用いた充電制御システム２を含む電源装置４について図面を参照しながら以下に説明する。

電源装置４は、駆動対象である負荷６の第１ケーブルＫ１が接続される第１出力端子部８と、負荷６の第２ケーブルＫ２が接続される第２出力端子部１０と、充電のための電力を供給する外部電源１２の第１ケーブルＫ３が接続される第１入力端子部１４と、外部電源１２の第２ケーブルＫ４が接続される第２入力端子部１６と、外部電源１２の制御信号入力端子１３から延びる制御信号線１５が接続される電源用端子１７と、を備えている。ここで、負荷６としては、特に限定されるものではなく、例えば、モータ、電子機器等が挙げられる。また、外部電源１２としては、特に限定されるものではなく、例えば、発電機等が挙げられる。

電源装置４には、負荷６に電力を供給するための電源であるとともに充電対象である二次電池と、充電制御システム２とが含まれている。この充電制御システム２には、この二次電池の状態を把握する各種のセンサ、上記したセンサからの情報を基に各種演算を行い充電の制御を行う制御装置、及び、得られた演算結果を基に制御装置から出力された指令により電流の流れを切り替えるスイッチが含まれている。

二次電池としては、特に限定されるものではないが、例えば、ニッケル水素二次電池１８が挙げられる。このニッケル水素二次電池１８としては、容器２０の中に、正極及び負極がセパレータを介して重ね合わされて形成された電極群１９がアルカリ電解液とともに収容されており、当該容器２０が、封口体により密封されている、密閉型のニッケル水素二次電池１８が用いられる。本実施形態においては、上記した容器２０に、一端部が容器２０の内部に挿入されているチューブ２２が取り付けられている。そして、このチューブ２２の他端部には、ニッケル水素二次電池１８の内部の圧力を測定することができる圧力センサ２４が取り付けられている。圧力センサ２４としては特に限定されるものではなく、例えば、ダイヤフラムゲージ等を用いることができる。この圧力センサ２４は、測定されたニッケル水素二次電池１８の内部の圧力値の情報を出力する圧力値出力端子２６を有している。なお、当該チューブ２２の一端部は、気密性及び液密性を保持した状態で容器２０に挿入されている。

このニッケル水素二次電池１８は、第１出力端子部８と第１入力端子部１４との間に延びる第１配線２８の途中に設けられたスイッチ４４に、正極端子３２が正極側配線３４を介して接続されており、第２出力端子部１０と第２入力端子部１６との間に延びる第２配線３６の途中に設けられた第１接点３８に、負極端子４０が負極側配線４２を介して接続されている。

ここで、スイッチ４４は、ニッケル水素二次電池１８を、負荷６及び外部電源１２の何れか一方に接続することの切り替えをする。このスイッチ４４は、接続先を切り替える指令の信号が入力される切替信号入力端子７４を有している。

また、ニッケル水素二次電池１８に供給される充電電流及びニッケル水素二次電池１８から放出される放電電流を測定することができる電流センサ４８が、負極側配線４２の部分に配設されている。なお、電流センサ４８は、正極側配線３４の部分に配設されても構わない。この電流センサ４８としては、特に限定されるものではなく、例えば、ホール電流検出器型センサ、シャント抵抗器型センサ等を用いることができる。この電流センサ４８は、ニッケル水素二次電池１８に供給される充電電流及びニッケル水素二次電池１８から放出される放電電流の測定値の情報を出力する電流値出力端子５０を有している。

更に、必要に応じてニッケル水素二次電池１８の電圧を測定する電圧センサ５２を配設することが好ましい。この電圧センサ５２としては、一般的に用いられているものであれば特に限定されない。電圧センサ５２は、一方のプローブ５４が正極側配線３４に接続され、他方のプローブ５６が負極側配線４２に接続されている。この電圧センサ５２は、測定されたニッケル水素二次電池の電圧値の情報を出力する電圧値出力端子５８を有している。

制御装置６０は、リード線６２を介して圧力センサ２４の圧力値出力端子２６と接続されている圧力信号入力端子６４と、リード線６６を介して電流センサ４８の電流値出力端子５０と接続されている電流信号入力端子６８と、リード線７０を介して電圧センサ５２の電圧値出力端子５８と接続されている電圧信号入力端子７２と、リード線７６を介してスイッチ４４の切替信号入力端子７４と接続されている切替信号出力端子７８と、リード線７７を介して電源用端子１７と接続されている制御信号出力端子７９と、充電の回数をカウントできるカウンタ８６と、時間を計測できるタイマ８８と、電流センサ４８から送られてきた電流値を積算し、得られた積算値からニッケル水素二次電池１８の充電率（ＳＯＣ）を演算処理する演算処理部９０と、を備えている。

次に、本発明に係る充電制御システム２を用いてニッケル水素二次電池１８を充電する際の充電制御方法について説明する。

まず、ニッケル水素二次電池１８のＳＯＣが０％であるとする。この状態から充電を開始する場合、最初の充電モードとして、制御装置６０は、スイッチ４４に、ニッケル水素二次電池１８と外部電源１２とを接続させるための指令の信号を送る。これにより、スイッチ４４は、ニッケル水素二次電池１８と負荷６との間は切り離し、ニッケル水素二次電池１８と外部電源１２との間を接続した状態とする。その後、制御装置６０は、外部電源１２に向けて駆動開始の指令の信号を送る。なお、外部電源１２が、発電機でない場合（例えば、電池、ソーラーバッテリー等の場合）は、駆動開始の指令の信号を送る必要はない。これにより、外部電源１２からニッケル水素二次電池１８に充電電流が供給され充電が行われる。この充電の間、電流センサ４８は、充電電流を測定し、得られた充電電流値を制御装置６０に送る。制御装置６０の演算処理部９０は、電流センサ４８からの電流値を積算し、得られた積算値から充電された容量を演算するとともに、当該ニッケル水素二次電池１８の満充電時の容量の値に対する充電された容量の比率を演算し、充電中のニッケル水素二次電池１８のＳＯＣを把握する。ここで、ニッケル水素二次電池１８の満充電時の容量は、予め測定して求めておくか、当該ニッケル水素二次電池１８の定格容量を用いる。

上記のように演算して求めたＳＯＣの値が１００％になった時点で、制御装置６０は、ニッケル水素二次電池１８が満充電の状態となったと判断し、外部電源１２に向けて駆動を停止する指令の信号を送る。なお、外部電源１２が、発電機でない場合（例えば、電池、ソーラーバッテリー等の場合）は、駆動を停止する指令の信号を送る必要はない。次いで、制御装置６０は、スイッチ４４に対し、ニッケル水素二次電池１８と外部電源１２との間を切り離し、ニッケル水素二次電池１８と負荷６との間を接続させるための指令の信号を送る。スイッチ４４は、当該信号を受け、ニッケル水素二次電池１８と外部電源１２とを切り離し、ニッケル水素二次電池１８と負荷６とを接続した状態とする。これにより、充電を終了させると同時に放電が可能な状態となる。

放電中は、電流センサ４８により、放電電流を測定し、得られた放電電流値を制御装置６０に送る。制御装置６０の演算処理部９０は、電流センサ４８からの電流値を積算し、得られた積算値から放電された容量を演算するとともに、当該ニッケル水素二次電池１８の満充電時の容量の値に対する放電された容量の比率を演算し、放電中のニッケル水素二次電池１８のＳＯＣを把握する。つまり、放電中は、ＳＯＣが１００％である満充電状態からどの程度の容量が消費され、現在のＳＯＣが何％であるかを把握する。

その後、放電が進み、上記のようにして演算して求めたＳＯＣの値が、例えば、０％となった時点で、制御装置６０は、スイッチ４４に対して、ニッケル水素二次電池１８の接続先を負荷６から外部電源１２に切り替える指令を送る。この指令を受けたスイッチ４４は、ニッケル水素二次電池１８を負荷６から切り離された状態とすると同時に、ニッケル水素二次電池１８を外部電源１２に接続された状態とする。その後、制御装置６０は、外部電源１２に向けて駆動開始の指令の信号を送る。なお、外部電源１２が、発電機でない場合（例えば、電池、ソーラーバッテリー等の場合）は、駆動開始の指令の信号を送る必要はない。これにより、外部電源１２からニッケル水素二次電池１８に充電電流が供給され充電が行われる。

ここで、充電を開始するタイミングとしては、上記のように、ＳＯＣが０％となった時点に限定されない。ある程度の放電が可能な容量を残した状態から充電を開始するために、ＳＯＣが０％に到達する前の状態、例えば、ＳＯＣが１０％や２０％といった状態で充電を開始しても構わない。

また、電圧センサ５２から得られたニッケル水素二次電池１８の電圧を参照して充電を開始するタイミングを見計らうことも可能である。例えば、ニッケル水素二次電池１８の電圧が０Ｖとなった情報が制御装置６０に送られた時点で、制御装置６０は、スイッチ４４に対してニッケル水素二次電池１８の接続先を負荷６から外部電源１２に切り替える指令を送る。これにより、ニッケル水素二次電池１８が負荷６と切り離されるとともに、ニッケル水素二次電池１８が外部電源１２に接続された状態となる。この状態から充電を開始する。なお、電圧値を参照して充電を開始するタイミングを見計らう場合、充電を開始する電圧値は、上記のように、電圧が０Ｖとなった時点に限定されず、接続された負荷６の最低駆動電圧値に設定しても構わない。

ニッケル水素二次電池１８は、上記したような充電作業及び放電作業が順次繰り返し行われることにより、負荷６の駆動のために使用される。

ところで、充電及び放電を繰り返し行っていると、電流値の積算値を基に演算して求めているＳＯＣの値と、実際の電池のＳＯＣの値との間にずれが生じることがある。このようなずれが生じる要因としては、充電した分だけの容量を放電できないといった充電効率と放電効率との差、電池の自己放電、制御装置６０に含まれる各種メモリーやコンピュータの稼働に用いられる電流（暗電流）の存在等が挙げられる。これらの要因により消費された分の容量が減算されたものが実際に蓄えられている容量となるので、実際の電池の残容量と、電流値を積算して演算して得られた残容量とを比べるとずれが生じる。

上記のように、演算したＳＯＣと実際のＳＯＣとがずれていると、例えば、演算したＳＯＣは電池の容量がまだ残っていることを表示していても、実際のＳＯＣはその表示よりも低下していることがあり、この場合、電池の電圧が見積もりよりも早期に低下して放電できなくなってしまうことがある。このため、ＳＯＣのずれを補正することが重要となる。

補正作業の手順としては、制御装置６０は、充放電における任意のタイミングで、ＳＯＣが１００％に到達しても充電停止の指令は行わず、充電を継続する。このとき、制御装置６０は、圧力センサ２４によりニッケル水素二次電池１８の内部の圧力を監視し、この圧力の値が、予め設定した設定圧力値に達した時点で、外部電源１２に対して充電を停止する指令の信号を送る。これにより、充電を終了させる。そして、制御装置６０は、スイッチ４４に対し、ニッケル水素二次電池１８の接続先を外部電源１２から負荷６へ切り替える指令を送る。これにより、ニッケル水素二次電池１８は、外部電源１２と切り離され、負荷６と接続された状態となり、放電が可能な状態となる。

ここで、本発明においては、ニッケル水素二次電池１８について、充電を行っている際の、実際のＳＯＣの変化と、電池内部の圧力（電池内圧値）、電池の温度及び電池の電圧の変化との関係を調べておく。その結果を図２に示す。この図２から、電池内圧値と実際のＳＯＣとの対応関係が把握できるので、電池内圧値を測定すれば、実際のＳＯＣの値がわかる。よって、電池内圧値が予め設定した設定圧力値に達した時点で、演算したＳＯＣの値を電池内圧値から把握できる実際のＳＯＣの値に書き換えると、演算したＳＯＣの値と実際のＳＯＣの値とのずれを補正することができる。

上記した設定圧力値については、以下の範囲内で設定する。
まず、下限については、実際のＳＯＣの値が１００％に対応する電池内圧値に設定する。一方、上限については、図２において、電池の電圧が極大値Ｍを示したときのＳＯＣに対応する電池内圧値に設定する。この範囲内であれば、実際のＳＯＣは１００％を超えて満充電の状態となり、且つ、電池内圧値が高くなり過ぎる前に充電を終了できる。

ここで、図２を基に、−ΔＶ制御及びｄＴ／ｄｔ制御と比較して、より詳しく本発明に係るＳＯＣ制御法について説明する。

−ΔＶ制御では、電池の電圧を監視し、電圧値が極大値Ｍを示した後、数ｍＶ低下する現象、つまり、図２中Ａで示された領域に現れる現象を捉えて充電を終了する。

ｄＴ／ｄｔ制御では、電池の温度を監視し、温度の上昇率が急激に高くなる現象、つまり、図２中Ａで示された領域に現れる現象を捉えて充電を終了する。

これら−ΔＶ制御及びｄＴ／ｄｔ制御において、充電を終了させる段階では、ＳＯＣが１００％の状態（満充電の状態）を超え、大幅に過充電状態となっており、電池の内部圧力が上昇しきった状態である。つまり、電池に対しては過酷な状態となっている。

これに対し、ＳＯＣ制御法は、電池に供給される電流量を測定し、その積算値から充電容量を計算し、この充電容量と満充電容量との比率を演算し、ＳＯＣを求め、このＳＯＣが１００％になったところ、つまり、図２中のＢで示した満充電になった時点で充電を終了する。ＳＯＣが１００％であれば、図２から明らかなように、電池の内部の圧力の上昇度合いは僅かであり、電池に対して過酷な状態とはなっていない。

しかしながら、ＳＯＣ制御法では、最初のうちは、演算したＳＯＣの値と実際のＳＯＣの値との間にずれはそれほど無いものの、充放電を繰り返すうちに演算したＳＯＣの値と実際のＳＯＣの値との間のずれが大きくなり、演算したＳＯＣの値が１００％の満充電を指し示していても、実際には満充電になっていない不具合が生じることがある。

そこで、ＳＯＣ制御法では、演算したＳＯＣの値と実際のＳＯＣの値とのずれを修正する補正作業が必要となる。この補正作業は、演算したＳＯＣの値が１００％を超えても充電を継続させる。そして、電池の圧力が、図２のＰの範囲内において予め設定しておいた所定の圧力値（設定圧力値）に達した時点で充電を終了させる。そして、この充電を終了させた時点で、演算していたＳＯＣの値を設定圧力値に対応する実際のＳＯＣの値に書き換えて補正する。

この補正作業では、電池の内部の圧力がある程度高くなるまで充電を行うが、上記した設定圧力値は、−ΔＶ制御で到達するＡの領域に相当する圧力よりも低い圧力値に設定している。詳しくは、設定圧力値は、実際のＳＯＣが１００％を示す図２中のＢ線で示した部分（電池の圧力曲線の上昇率が高くなり始める部分）に相当する圧力値（図２中においてＢ線と圧力曲線とが交差するＥ点で示される圧力値）から、電池の電圧が極大値Ｍを示しているときのＳＯＣを表す図２中のＣ線で示した部分に相当する圧力値（図２中においてＣ線と交差するＤ点で示される圧力値）の間（図２中においてＰで示される範囲内）に設定することが好ましい。

このように、補正作業で採用する設定圧力値は、−ΔＶ制御で到達するＡの領域に相当する圧力値よりも低いので、電池に対する負担は−ΔＶ制御の場合に比べて低い。

次に、補正作業を行う任意のタイミングの決め方としては、演算したＳＯＣと実際のＳＯＣとのずれが無視できない程度に大きくなるようなタイミングとすることが好ましい。演算したＳＯＣと実際のＳＯＣとのずれの大きさは、基本的に、充放電の回数に比例する。このため、例えば、充電の回数が所定回数経過したことを補正が必要となる条件とすることが好ましい。具体的には、制御装置６０は、カウンタ８６で充電を行った回数をカウントし、得られた回数が予め設定した回数に到達した時点で補正が必要であると判断し、補正作業を開始する。具体的な回数については、電池の種類や使用環境によるので、予め試験を行い、データを収集して適切な回数を把握しておくことが好ましい。なお、一例として、定格容量が２５０Ａｈのニッケル水素二次電池と消費電力が９Ｗの制御装置との組み合わせにおいては、充電の回数が２０回に達した時点で補正作業を行うことが好ましい。

また、演算したＳＯＣと実際のＳＯＣとのずれの大きさは、時間の経過にも比例する。詳しくは、ニッケル水素二次電池１８は、時間の経過とともに、自己放電が進み、実際の容量は減る。特に、負荷６の駆動を行わず、ニッケル水素二次電池１８を放電させずに長期間放置した場合などは、自己放電は進む。このため、経過時間が長くなるほど、演算したＳＯＣと実際のＳＯＣとのずれは大きくなる。よって、電池を最初に満充電にした時点からの経過時間、又は、補正作業を行った時点からの経過時間が所定時間に達したことを補正が必要となる条件とすることが好ましい。具体的には、制御装置６０は、最初にニッケル水素二次電池１８を満充電とした時点からの経過時間、又は、補正作業を行った時点からの経過時間をタイマ８８で計測し、得られた経過時間が予め設定した時間に達した時点で補正が必要であると判断し、補正作業を開始する。具体的な時間については、電池の種類や使用環境によるので、予め試験を行い、データを収集して適切な時間を把握しておくことが好ましい。なお、一例として、定格容量が２５０Ａｈのニッケル水素二次電池と停止時の消費電力が０．２Ｗの制御装置との組み合わせにおいては、最初に満充電とした時点からの経過時間、又は、補正作業を行った時点からの経過時間が１０００時間に達した時点で次の補正作業を行うことが好ましい。

ここで、充電回数が所定の回数に達していない場合でも、経過時間が所定時間に達した場合は、経過時間を優先させて補正作業を行うことが好ましい。

［第２の実施形態］
本発明に係る二次電池の充電制御方法を用いた充電制御システム１０２を含む電源装置１０４について図３を参照しながら以下に説明する。なお、第２の実施形態に係る電源装置１０４を説明するに当たり、既に説明した第１の実施形態に係る電源装置４と同じ構成については、第１の実施形態に係る電源装置４と同じ参照符号を付してその詳細な説明は省略し、第１の実施形態に係る電源装置４と異なる部分について詳しく説明する。

電源装置１０４においては、第１の実施形態の電源装置４におけるスイッチ４４を省略し、正極側配線３４が第１配線２８に直接接続されている。更に、電源装置１０４においては、第１配線２８の途中にＯＮ・ＯＦＦスイッチ１０６が配設されている。このＯＮ・ＯＦＦスイッチ１０６は、電池１８と外部電源１２とが接続された状態と、電池１８と外部電源１２とが切り離された状態との切り替えを行う。制御装置６０は、リード線１７６を介してＯＮ・ＯＦＦスイッチ１０６の切替信号入力端子１７４と接続されている切替信号出力端子１７８を備えている。

電源装置１０４を用いて充電を行う場合、まず、負荷６の第１ケーブルＫ１及び第２ケーブルＫ２を電源装置１０４の第１出力端子部８及び第２出力端子部１０からそれぞれ外した状態とする。この状態のとき、制御装置６０は、ＯＮ・ＯＦＦスイッチ１０６へニッケル水素二次電池１８と外部電源１２とを接続させるための指令の信号を送る。ＯＮ・ＯＦＦスイッチ１０６は、ニッケル水素二次電池１８と外部電源１２とを接続させる。その後、制御装置６０は、外部電源１２に向けて駆動開始の指令の信号を送る。これにより、外部電源１２からニッケル水素二次電池１８に充電電流が供給され充電が行われる。

充電を終了させる場合、制御装置６０は、外部電源１２に対して充電を停止する指令の信号を送る。これにより、充電は終了する。そして、制御装置６０は、ＯＮ・ＯＦＦスイッチ１０６へニッケル水素二次電池１８と外部電源１２とを切り離すための指令の信号を送る。これにより、ニッケル水素二次電池１８は、外部電源１２と切り離され、電源装置１０４は、放電可能状態となる。

放電可能状態となった電源装置１０４には、第１出力端子部８及び第２出力端子部１０に負荷６の第１ケーブルＫ１及び第２ケーブルＫ２がそれぞれ接続される。これにより、負荷６へ電力が供給される。

上記したような充電作業において、第１の実施形態と同様なＳＯＣに基づく充電制御が行われる。また、第１の実施形態と同様に任意のタイミングでＳＯＣの補正作業が行われる。

なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。上記した実施形態では、圧力センサ２４は、ニッケル水素二次電池１８と別体としたが、本発明はこの態様に限定されるものではなく、例えば、圧力センサ２４をニッケル水素二次電池１８に内蔵させても構わない。
また、本発明において二次電池としては、ニッケル水素二次電池のほか、ニッケルカドミウム二次電池、リチウムイオン二次電池等の二次電池であってもよい。

＜本発明の態様＞

本発明の第１の態様は、二次電池の満充電容量と、前記二次電池に供給される充電電流及び前記二次電池から放出される放電電流を測定し、これら充電電流及び放電電流の値から求めた前記二次電池に蓄えられている容量と、を基に前記二次電池の充電率を演算し、得られた演算充電率が予め規定した下限値に達した時点で充電を開始し、得られた演算充電率が予め規定した上限値に達した時点で充電を停止することにより前記二次電池の充電を制御する、二次電池の充電制御方法において、任意のタイミングで、前記演算充電率の値を補正する補正作業を行う補正ステップを備えており、前記補正作業は、前記演算充電率が予め規定した上限値に達した時点で充電を停止する制御を一旦中断した状態で充電を継続し、その間、前記二次電池の内部の圧力の値である電池内圧値を測定し、前記電池内圧値が予め設定した設定圧力値に達した時点で前記充電を停止するとともに、前記設定圧力値に達した時点での前記演算充電率を新規の充電率に書き換えて補正する、二次電池の充電制御方法である。

本発明の第２の態様は、前述した本発明の第１の態様において、前記新規の充電率は、予め把握しておいた前記電池内圧値と前記二次電池の実際の充電率との対応関係から求めた、前記設定圧力値に対応する実際の充電率であり、前記設定圧力値は、前記二次電池の前記実際の充電率が１００％の場合に対応する前記電池内圧値以上、且つ、予め把握しておいた前記二次電池を充電した際の前記二次電池の電圧と前記電池内圧値との関係から求めた、前記電圧の極大値に対応する前記電池内圧値以下の範囲の圧力値に設定されている、二次電池の充電制御方法である。

本発明の第３の態様は、前述した本発明の第１又は２の態様において、前記任意のタイミングは、前記充電の回数が予め規定した回数に達した時点である、二次電池の充電制御方法である。

本発明の第４の態様は、前述した本発明の第１又は２の態様において、前記任意のタイミングは、前記二次電池を最初に満充電にした時点からの経過時間、又は、前記補正作業を行った時点からの経過時間が、予め規定した時間に達した時点である、二次電池の充電制御方法である。

本発明の第５の態様は、二次電池に供給される充電電流及び前記二次電池から放出される放電電流を測定する電流測定部と、前記二次電池の内部の圧力を測定する圧力測定部と、前記二次電池の充放電を制御する制御部と、を備えており、前記制御部は、前記電流測定部により測定された前記充電電流及び前記放電電流の値から求めた前記二次電池に蓄えられている容量を求め、得られた容量と、予め求めておいた前記二次電池の満充電容量とを基に前記二次電池の充電率を演算して演算充電率を得る処理と、前記演算充電率が予め規定した上限値に達した時点で外部電源からの前記充電電流の供給を停止するとともに、前記二次電池を負荷に対し放電が可能な状態とする処理と、前記演算充電率が予め規定した下限値に達した時点で前記負荷から前記二次電池を切り離すとともに、前記二次電池を前記外部電源に接続して前記充電電流を供給し充電を開始する処理と、任意のタイミングで行う、前記演算充電率を補正する補正処理であって、前記演算充電率が予め規定した上限値に達した時点で前記外部電源からの前記充電電流の供給を停止することを一旦中断して、前記演算充電率が予め規定した上限値を超えても充電を継続し、前記圧力測定部で測定した前記二次電池の内部の圧力が予め設定した設定圧力値に達した時点で前記外部電源からの前記充電電流の供給を停止するとともに、前記設定圧力値に達した時点での前記演算充電率を新規の充電率に書き換えて補正する補正処理と、を実行する二次電池の充電制御システムである。

本発明の第６の態様は、前述した本発明の第５の態様において、前記新規の充電率は、予め把握しておいた前記電池内圧値と前記二次電池の実際の充電率との対応関係から求めた、前記設定圧力値に対応する実際の充電率であり、前記設定圧力値は、前記二次電池の前記実際の充電率が１００％の場合に対応する前記電池内圧値以上、且つ、予め把握しておいた前記二次電池を充電した際の前記二次電池の電圧と前記電池内圧値との関係から求めた、前記電圧の極大値に対応する前記電池内圧値以下の範囲の圧力値に設定されている、二次電池の充電制御システムである。

本発明の第７の態様は、前述した本発明の第５又は６の態様において、前記制御部は、前記充電の回数をカウントするカウンタを更に含んでおり、前記カウンタでカウントした回数が予め規定した回数に達したタイミングで前記補正処理を実行する、二次電池の充電制御システムである。

本発明の第８の態様は、前述した本発明の第５又は６の態様において、前記制御部は、経過時間を計測できるタイマを更に含んでおり、前記タイマを用いて、前記二次電池を最初に満充電にした時点からの経過時間、又は、前記補正作業を行った時点からの経過時間を計測し、当該経過時間が予め規定した時間に達したタイミングで前記補正処理を実行する、二次電池の充電制御システムである。

２ 充電制御システム
４ 電源装置
６ 負荷
１２ 外部電源
１８ ニッケル水素二次電池
２４ 圧力センサ
４８ 電流センサ
５２ 電圧センサ
６０ 制御装置
８６ カウンタ
８８ タイマ

Claims (8)

1. 二次電池の満充電容量と、前記二次電池に供給される充電電流及び前記二次電池から放出される放電電流を測定し、これら充電電流及び放電電流の値から求めた前記二次電池に蓄えられている容量と、を基に前記二次電池の充電率を演算し、得られた演算充電率が予め規定した下限値に達した時点で充電を開始し、得られた演算充電率が予め規定した上限値に達した時点で充電を停止することにより前記二次電池の充電を制御する、二次電池の充電制御方法において、
   任意のタイミングで、前記演算充電率の値を補正する補正作業を行う補正ステップを備えており、
   前記補正作業は、前記演算充電率が予め規定した上限値に達した時点で充電を停止する制御を一旦中断した状態で充電を継続し、その間、前記二次電池の内部の圧力の値である電池内圧値を測定し、前記電池内圧値が予め設定した設定圧力値に達した時点で前記充電を停止するとともに、前記設定圧力値に達した時点での前記演算充電率を新規の充電率に書き換えて補正する、二次電池の充電制御方法。
2. 前記新規の充電率は、予め把握しておいた前記電池内圧値と前記二次電池の実際の充電率との対応関係から求めた、前記設定圧力値に対応する実際の充電率であり、
   前記設定圧力値は、前記二次電池の前記実際の充電率が１００％の場合に対応する前記電池内圧値以上、且つ、予め把握しておいた前記二次電池を充電した際の前記二次電池の電圧と前記電池内圧値との関係から求めた、前記電圧の極大値に対応する前記電池内圧値以下の範囲の圧力値に設定されている、請求項１に記載の二次電池の充電制御方法。
3. 前記任意のタイミングは、前記充電の回数が予め規定した回数に達した時点である、請求項１又は２に記載の二次電池の充電制御方法。
4. 前記任意のタイミングは、前記二次電池を最初に満充電にした時点からの経過時間、又は、前記補正作業を行った時点からの経過時間が、予め規定した時間に達した時点である、請求項１又は２に記載の二次電池の充電制御方法。
5. 二次電池に供給される充電電流及び前記二次電池から放出される放電電流を測定する電流測定部と、前記二次電池の内部の圧力を測定する圧力測定部と、前記二次電池の充放電を制御する制御部と、を備えており、
   前記制御部は、
   前記電流測定部により測定された前記充電電流及び前記放電電流の値から求めた前記二次電池に蓄えられている容量を求め、得られた容量と、予め求めておいた前記二次電池の満充電容量とを基に前記二次電池の充電率を演算して演算充電率を得る処理と、
   前記演算充電率が予め規定した上限値に達した時点で外部電源からの前記充電電流の供給を停止するとともに、前記二次電池を負荷に対し放電が可能な状態とする処理と、
   前記演算充電率が予め規定した下限値に達した時点で前記負荷から前記二次電池を切り離すとともに、前記二次電池を前記外部電源に接続して前記充電電流を供給し充電を開始する処理と、
   任意のタイミングで行う、前記演算充電率を補正する補正処理であって、前記演算充電率が予め規定した上限値に達した時点で前記外部電源からの前記充電電流の供給を停止することを一旦中断して、前記演算充電率が予め規定した上限値を超えても充電を継続し、前記圧力測定部で測定した前記二次電池の内部の圧力が予め設定した設定圧力値に達した時点で前記外部電源からの前記充電電流の供給を停止するとともに、前記設定圧力値に達した時点での前記演算充電率を新規の充電率に書き換えて補正する補正処理と、を実行する、二次電池の充電制御システム。
6. 前記新規の充電率は、予め把握しておいた前記電池内圧値と前記二次電池の実際の充電率との対応関係から求めた、前記設定圧力値に対応する実際の充電率であり、
   前記設定圧力値は、前記二次電池の前記実際の充電率が１００％の場合に対応する前記電池内圧値以上、且つ、予め把握しておいた前記二次電池を充電した際の前記二次電池の電圧と前記電池内圧値との関係から求めた、前記電圧の極大値に対応する前記電池内圧値以下の範囲の圧力値に設定されている、請求項５に記載の二次電池の充電制御システム。
7. 前記制御部は、前記充電の回数をカウントするカウンタを更に含んでおり、前記カウンタでカウントした回数が予め規定した回数に達したタイミングで前記補正処理を実行する、請求項５又は６に記載の二次電池の充電制御システム。
8. 前記制御部は、経過時間を計測できるタイマを更に含んでおり、前記タイマを用いて、前記二次電池を最初に満充電にした時点からの経過時間、又は、前記補正作業を行った時点からの経過時間を計測し、当該経過時間が予め規定した時間に達したタイミングで前記補正処理を実行する、請求項５又は６に記載の二次電池の充電制御システム。

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