JP2020115718A

JP2020115718A - 充電装置

Info

Publication number: JP2020115718A
Application number: JP2019006289A
Authority: JP
Inventors: 広幸當山; Hiroyuki Toyama; 貴治大神田; Takaharu Okanda
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2019-01-17
Filing date: 2019-01-17
Publication date: 2020-07-30

Abstract

【課題】複数の二次電池の充電状態や寿命をできる限り均一にすることが望まれている。【解決手段】複数の二次電池を充電するための充電電力を出力する電力出力部と、複数の二次電池のそれぞれに充電電力を供給するか否かを切り替える切替部と、複数の二次電池に対して定電流充電および定電圧充電の少なくともいずれか一方を行う場合に電力出力部からの充電電力を複数の二次電池に並列に供給することを切替部に指示し、複数の二次電池のそれぞれにパルス充電を行う場合に電力出力部からの充電電力を複数の二次電池の一部ずつに対して異なるタイミングで供給することを切替部に指示する制御部と、を備える充電装置を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、充電装置に関する。

従来、複数の二次電池に対してパルス充電による充電を行う充電装置が知られている。（例えば、特許文献１参照）。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］特開２００４−２５４４９０号公報

しかしながら、特許文献１の充電装置では、複数の二次電池の電池容量および内部抵抗等のばらつきにより、複数の二次電池の充電状態に差異が生じ得る。また、充電状態の差異に起因して、複数の二次電池の寿命にばらつきが生じ得る。しかしながら、複数の二次電池の充電状態や寿命をできる限り均一にすることが望ましい。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、充電装置を提供する。充電装置は、複数の二次電池を充電するための充電電力を出力する電力出力部を備えてよい。充電装置は、複数の二次電池のそれぞれに充電電力を供給するか否かを切り替える切替部を備えてよい。充電装置は、複数の二次電池に対して定電流充電および定電圧充電の少なくともいずれか一方を行う場合に電力出力部からの充電電力を複数の二次電池に並列に供給することを切替部に指示し、複数の二次電池のそれぞれにパルス充電を行う場合に電力出力部からの充電電力を複数の二次電池の一部ずつに対して異なるタイミングで供給することを切替部に指示する制御部を備えてよい。

制御部は、複数の二次電池の数に応じてタイミングを決定してよい。

複数の二次電池の数を検出する検出部を更に備えてよい。

切替部は、複数の二次電池の全てに対して電力出力部を接続するか否かを切り替える充電モード切替器と、複数の二次電池のそれぞれに対して電力出力部を接続するか否かを切り替えるパルス切替器とを有してよい。

充電モード切替器は、ノーマリークローズ型の素子であってよい。

充電モード切替器は、機械的接点型の素子であってよい。

制御部は、パルス充電を行う場合に、パルス毎に複数の二次電池のそれぞれに応じた充電条件で充電を行ってよい。

制御部は、パルス充電を行う場合に、パルス毎に複数の二次電池のそれぞれに応じた充電電流で充電を行ってよい。

制御部は、パルス充電を行う場合に、パルス毎に複数の二次電池のそれぞれに応じたデューティ比で充電を行ってよい。

複数の二次電池のそれぞれの充電状態をモニタするモニタ部を更に備えてよい。

本発明の第２の態様においては、充電装置を備える電力変換装置を提供する。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

本実施形態に係る装置１００を、増設バッテリー１０ｅｘｔＡおよび１０ｅｘｔＢ、商用電源２０、および負荷３０と共に示す。比較例に係る装置１００を、増設バッテリー１０ｅｘｔＡおよび１０ｅｘｔＢ、商用電源２０、および負荷３０と共に示す。比較例に係る装置１００を用いて充電を行った場合における、充電電流と複数の二次電池１０の電圧の波形の一例を示す。本実施形態に係る装置１００が複数の二次電池１０を充電するフローを示す。本実施形態に係る装置１００を用いて充電を行った場合における、充電電流と複数の二次電池１０の電圧の波形の一例を示す。本実施形態の変形例に係る装置１００を、増設バッテリー１０ｅｘｔＡおよび１０ｅｘｔＢ、商用電源２０、および負荷３０と共に示す。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態に係る装置１００を、増設バッテリー１０ｅｘｔＡおよび１０ｅｘｔＢ（「１０ｅｘｔ」と総称する。）、商用電源２０、および負荷３０と共に示す。装置１００には、複数の外部端子が設けられている。複数の外部端子は、当該外部端子にそれぞれ接続された他の機器と装置１００本体とを電気的に接続する。本実施形態に係る装置１００は、当該外部端子に１または複数の増設バッテリーを接続する。本図における装置１００は、装置１００の内部に設けられた本体バッテリー１０ｉｎおよび装置１００の外部に設けられた１または複数の増設バッテリー１０ｅｘｔ（「本体バッテリー１０ｉｎ」および「増設バッテリー１０ｅｘｔ」を「二次電池１０」と総称する。）を充電する充電装置の一例である。これに代えて、装置１００は、複数の二次電池１０を充電する機能を有する他の装置であってよい。一例として、装置１００は、無停電電源装置（ＵｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙ：ＵＰＳ）またはＰＣＳ（ＰｏｗｅｒＣｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇＳｕｂｓｙｓｔｅｍ）などの電力変換装置であってよい。装置１００は、商用電源２０からの電力を複数の二次電池１０へ供給して複数の二次電池１０の充電を行い、停電等によって電力が断たれた場合に、複数の二次電池１０の少なくともいずれかから負荷３０へと電力を供給する。

増設バッテリー１０ｅｘｔは、装置１００の外部端子に接続される、１または複数の二次電池である。本図においては、一例として、装置１００の外部に、第１増設バッテリー１０ｅｘｔＡおよび第２増設バッテリー１０ｅｘｔＢの２つの増設バッテリー１０ｅｘｔが設けられている場合を示す。

装置１００は、内部バッテリー１０ｉｎ、Ａ／Ｄ変換器１２０、電力出力部１３０、Ｄ／Ａ変換器１４０、切替部１５０、制御部１６０、検出部１７０、およびモニタ部１８０を備える。

内部バッテリー１０ｉｎは、装置１００の内部に設けられた二次電池である。本図においては、内部バッテリー１０ｉｎが１つである場合を示しているが、内部バッテリー１０ｉｎは、装置１００の内部に複数設けられていてもよい。内部バッテリー１０ｉｎおよび増設バッテリー１０ｅｘｔを二次電池１０と総称する。

二次電池１０は、充電を行うことによって電気を蓄えて繰り返し使用することができる電池であり、蓄電池とも呼ばれる。二次電池１０は、自動車、航空機、および農業機械等の各種車両のほか、ノートパソコン、デジタルカメラ、携帯電話、およびスマートフォン等の様々な機器に幅広く利用されている。二次電池１０は、例えば、鉛蓄電池、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンポリマー二次電池、ニッケル・水素蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・鉄蓄電池、ニッケル亜鉛蓄電池、参加銀・亜鉛蓄電池、およびコバルトチタンリチウム二次電池等である。これら二次電池１０は、電気を使用していなくても、時間と共に蓄えた電気が徐々に失われる自然放電が起こる。本実施形態の装置１００は、このような二次電池１０の充電を行う。

Ａ／Ｄ変換器１２０は、商用電源からの交流電源（ＡＣ電源）を直流電源（ＤＣ電源）に変換する。Ａ／Ｄ変換器１２０は、変換された直流電源を電力出力部１３０およびＤ／Ａ変換器１４０へ供給する。なお、本図においては、装置１００が交流電源を入力する場合を一例として示したが、これに限定されるものではない。装置１００が直流電源を入力する場合、Ａ／Ｄ変換器１２０は省略されてもよい。

電力出力部１３０は、複数の二次電池１０を充電するための充電電力を出力する。電力出力部１３０は、例えば、チョッパ回路等であってよい。電力出力部１３０は、電流のオン／オフを制御することによって、Ａ／Ｄ変換器１２０から供給された直流電源から、充電電力として任意の電圧や電流を疑似的に生成する。そして、電力出力部１３０は、生成した充電電力を複数の二次電池１０へ供給する。また、電力出力部１３０は、停電等によって電力が断たれた場合に、複数の二次電池１０の少なくともいずれかから供給される電力を負荷へと供給する。

Ｄ／Ａ変換器１４０は、Ａ／Ｄ変換器１２０が変換した直流電源を交流電源に変換する。また、Ｄ／Ａ変換器１４０は、停電等によって電力が断たれた場合に、複数の二次電池１０の少なくともいずれかから供給される直流電源を交流電源に変換する。Ｄ／Ａ変換器１４０は、変換した交流電源を装置１００の外部に接続される負荷へ供給する。なお、本図においては、装置１００が交流電源を出力する場合を一例として示したが、これに限定されるものではない。装置１００が直流電源を出力する場合、Ｄ／Ａ変換器１４０は省略されてもよい。

切替部１５０は、電力出力部１３０と複数の二次電池１０との間に設けられ、複数の二次電池１０のそれぞれに充電電力を供給するか否かを切り替える。また、切替部１５０は、停電等によって電力が断たれた場合に、電力出力部１３０と複数の二次電池１０とを接続する。切替部１５０は、充電モード切替器１５２とパルス切替器１５４とを有する。

充電モード切替器１５２は、複数の二次電池１０の全てに対して電力出力部１３０を接続するか否かを切り替える。本図においては、一例として、充電モード切替器１５２は、電力出力部１３０と複数の二次電池１０のそれぞれとの間に設けられた複数の充電モード切替器１５２ｉｎ、１５２ａ、および１５２ｂ（充電モード切替器１５２と総称する。）を含む。充電モード切替器１５２ｉｎは、電力出力部１３０と内部バッテリー１０ｉｎとの間に設けられる。充電モード切替器１５２ａは、電力出力部１３０と第１増設バッテリー１０ｅｘｔＡとの間に設けられる。充電モード切替器１５２ｂは、電力出力部１３０と第２増設バッテリー１０ｅｘｔＢとの間に設けられる。これら複数の充電モード切替器１５２ｉｎ、１５２ａ、および１５２ｂは、制御部１６０からの共通の充電モード切替信号によってオン／オフ制御される。

充電モード切替器１５２は、ノーマリークローズ型の素子であってよい。また、充電モード切替器１５２は、機械的接点型の素子であってよい。これにより、充電モード切替器１５２は、停電等によって電力が断たれた場合に、機械的に閉状態となり、電力出力部１３０と複数の二次電池１０とを接続することができる。しかしながら、これに限定されるものではない。充電モード切替器１５２は、半導体スイッチ等の電子スイッチであってもよい。この場合、停電等によって電力が断たれた際に、充電モード切替器１５２は、複数の二次電池１０から供給された電力を用いて閉状態となるように制御されてよい。

パルス切替器１５４は、複数の二次電池１０のそれぞれに対して電力出力部１３０を接続するか否かを切り替える。本図においては、一例として、パルス切替器１５４は、電力出力部１３０と複数の二次電池１０のそれぞれとの間に設けられた複数のパルス切替器１５４ｉｎ、１５４ａ、および１５４ｂ（パルス切替器１５４と総称する。）を含む。パルス切替器１５４ｉｎは、電力出力部１３０と内部バッテリー１０ｉｎとの間に設けられる。パルス切替器１５４ａは、電力出力部１３０と第１増設バッテリー１０ｅｘｔＡとの間に設けられる。パルス切替器１５４ｂは、電力出力部１３０と第２増設バッテリー１０ｅｘｔＢとの間に設けられる。すなわち、複数のパルス切替機１５４ｉｎ、１５４ａ、および１５４ｂは、それぞれ、複数の充電モード切替器１５２ｉｎ、１５２ａ、および１５２ｂと並列に接続される。これら複数のパルス切替器１５４ｉｎ、１５４ａ、および１５４ｂは、制御部１６０からの個別のパルス切替信号によってオン／オフ制御される。

パルス切替器１５４は、半導体スイッチ等の電子スイッチであってよい。これにより、パルス切替器１５４は、制御部１６０からのパルス切替信号に対する応答速度を速くすることができる。しかしながら、これに限定されるものではない。パルス切替器１５４は、機械的接点型の素子であってもよい。

制御部１６０は、複数の二次電池１０に対して定電流充電および定電圧充電の少なくともいずれか一方を行う場合に、充電モード切替器１５２に充電モード切替信号を供給して、電力出力部１３０からの充電電力を複数の二次電池１０に並列に供給することを切替部１５０に指示する。また、制御部１６０は、複数の二次電池１０のそれぞれにパルス充電を行う場合に、パルス切替器１５４にパルス切替信号を供給して、電力出力部１３０からの充電電力を複数の二次電池１０の一部ずつに対して異なるタイミングで供給することを切替部１５０に指示する。この場合、制御部１６０は、複数の二次電池１０の数に応じて当該タイミングを決定する。これについては後述する。

また、制御部１６０は、電力出力部１３０に対して充電電力制御信号を供給して、電力出力部１３０が出力する充電電力、例えば、充電電流や充電電圧の大きさを制御する。

検出部１７０は、複数の二次電池１０の数を検出する。すなわち、検出部１７０は、内部バッテリー１０ｉｎおよび増設バッテリー１０ｅｘｔの合計の数を検出する。検出部１７０は、検出した複数の二次電池１０の数を制御部１６０へ供給する。

モニタ部１８０は、複数の二次電池１０のそれぞれの充電状態をモニタする。モニタ部１８０は、例えば、基準電圧に対する、内部バッテリー１０ｉｎの電圧Ｖｉｎ、第１増設バッテリー１０ｅｘｔＡの電圧Ｖａ、第２増設バッテリー１０ｅｘｔＢの電圧Ｖｂを検出する。モニタ部１８０は、検出した複数の二次電池１０のそれぞれの充電状態を制御部１６０へ供給する。

図２は、比較例に係る装置１００を、増設バッテリー１０ｅｘｔＡおよび１０ｅｘｔＢ、商用電源２０、および負荷３０と共に示す。図２においては、図１と同じ機能および構成を有する部材に対して同じ符号を付すとともに、以下相違点を除き説明を省略する。比較例に係る装置１００は、検出部１７０を備えていない。また、比較例に係る装置１００の切替部１５０は、本図に示すように、電力出力部１３０と複数の二次電池１０との間に接続された１つの切替器のみで構成されている。

図３は、比較例に係る装置１００を用いて充電を行った場合における、充電電流と複数の二次電池１０の電圧の波形の一例を示す。本図に示すように、比較例に係る装置１００は、充電初期時に定電流−定電圧（ＣｏｎｓｔａｎｔＣｕｒｒｅｎｔ−ＣｏｎｓｔａｎｔＶｏｌｔａｇｅ：ＣＣ−ＣＶ）充電により複数の二次電池１０をまとめて急速充電する。すなわち、制御部１６０は、切替部１５０を閉状態となるように制御した状態で、複数の二次電池１０に対して定電流充電を行い、二次電池１０の電圧が設定電圧に達した後、電流を絞って複数の二次電池１０に対して定電圧充電を行う。この際、複数の二次電池１０の電池容量や内部抵抗等のばらつきにより各二次電池１０に流れる充電電流にばらつきが生じる。しかしながら、各二次電池１０が満充電に近づくにつれ、次第に各二次電池１０に流れる充電電流が均等になる。

複数の二次電池１０を満充電した後、比較例に係る装置１００は、自然放電を補うべく、パルス充電により複数の二次電池１０をまとめてスタンバイ充電する。すなわち、制御部１６０は、予め定められたデューティ比（Ｔ_１／（Ｔ_１＋Ｔ_２））で切替部１５０をオン／オフ制御し、複数の二次電池１０の全てに同時にパルス電流を供給する。この際、オンパルス時（Ｔ_１の期間）には、上述のように、各二次電池１０に流れる充電電流にばらつきが生じる。そして、この充電電流が均等になる前にオフパルス（Ｔ２の期間）となると、パルス充電を長期間繰り返した場合に、各二次電池１０の充電状態に差異が生じ得る。そして、各二次電池１０の差異に起因して、各二次電池１０の寿命にばらつきが生じ得る。本実施形態に係る装置１００は、このような複数の二次電池１０の充電状態や寿命のばらつきを低減し、複数の二次電池１０の充電状態や寿命ができる限り均一となるような制御を行う。

図４は、本実施形態に係る装置１００が複数の二次電池１０を充電するフローを示す。ステップ４１０において、検出部１７０は、複数の二次電池１０の数を検出する。すなわち、検出部１７０は、内部バッテリー１０ｉｎおよび増設バッテリー１０ｅｘｔの合計の数を検出する。内部バッテリー１０ｉｎの数が既知、例えば、１つである場合、検出部１７０は、装置１００に接続された増設バッテリー１０ｅｘｔの数Ｎを検出し、増設バッテリー１０ｅｘｔの数Ｎに内部バッテリー１０ｉｎの数である１を加えて、複数の二次電池１０の数を検出してよい。検出部１７０は、例えば、装置１００に接続された増設バッテリー１０ｅｘｔの数Ｎを、ユーザ入力、および、ネットワークを介した他の装置からの入力等により検出してもよい。また、検出部１７０は、例えば、外部端子に設けられたスイッチ等による接続検出および外部端子に接続されたパターンの導通検出等により、装置１００に接続された増設バッテリー１０ｅｘｔの数Ｎを自動的に検出してもよい。検出部１７０は、検出した複数の二次電池１０の数（例えば、Ｎ＋１）を制御部１６０へ供給する。

ステップ４２０において、制御部１６０は、検出部１７０から供給された複数の二次電池１０の数（例えば、Ｎ＋１）に基づいて、パルス充電を行う場合のタイミングを決定する。制御部１６０は、例えば、二次電池１０が１つであった場合（増設バッテリー１０ｅｘｔが増設されていない場合）における、パルス充電時のオンパルス時間をＴ_１、オフパルス時間をＴ_２とすると、パルス周期ｔをｔ＝（Ｔ_１＋Ｔ_２）／（Ｎ＋１）により算出する。すなわち、制御部１６０は、二次電池１０が１つであった場合のオンパルス時間およびオフパルス時間の和を、複数の二次電池１０の数で除算することで、パルス周期ｔを算出する。そして、制御部１６０は、算出したパルス周期に基づいて各二次電池１０へのオンパルスの開始時刻を決定する。制御部１６０は、例えば、パルス充電開始時刻をｔ_０、ｎを正の整数とすると、内部バッテリー１０ｉｎへのオンパルスの開始時刻ＴｉｎをＴｉｎ＝ｔ０＋（３ｎ−２）×ｔにより決定する。また、制御部１６０は、増設バッテリー１０ｅｘｔＡへのオンパルスの開始時刻ＴｅｘｔＡをＴｅｘｔＡ＝ｔ０＋（３ｎ−１）×ｔにより決定する。また、制御部１６０は、増設バッテリー１０ｅｘｔＢへのオンパルスの開始時刻ＴｅｘｔＢをＴｅｘｔＢ＝ｔ０＋３ｎ×ｔにより決定する。

なお、この際、制御部１６０は、どのような順番で複数の二次電池１０のパルス充電を行うかを決定してもよい。上述の説明においては、制御部１６０が、内部バッテリー１０ｉｎのパルス充電を先に行い、外部バッテリー１０ｅｘｔのパルス充電を後に行う場合を一例として示したが、これに限定されるものではない。制御部１６０は、モニタ部１８０から供給された各二次電池１０の充電状態に基づいて、（例えば、パルス充電中のオフパルス期間における電圧が低い二次電池１０を優先して）パルス充電を行う順番を決定してもよい。

ステップ４３０において、装置１００は、複数の二次電池１０に対して定電流充電（ＣＣ充電）を行う。すなわち、制御部１６０は、複数の充電モード切替器１５２ｉｎ、１５２ａ、および１５２ｂの全てに対して共通の充電モード切替信号を供給して、複数の充電モード切替器１５２ｉｎ、１５２ａ、および１５２ｂを全て閉状態に制御する。これにより、充電モード切替器１５２は、複数の二次電池１０の全てに対して電力出力部１３０を接続する。そして、装置１００は、電力出力部１３０から充電電力を電流を一定として複数の二次電池１０に並列に供給して、複数の二次電池１０に対して定電流充電を行う。

ステップ４４０において、装置１００は、二次電池１０の電圧が設定電圧以上となったか否かを判定する。制御部１６０は、例えば、モニタ部１８０から供給された複数の二次電池１０の電圧Ｖｉｎ、Ｖａ、およびＶｂ（充電モード切替器１５２が閉状態の場合、全て同じ電圧となる。）と、設定電圧とをコンパレータに入力し、コンパレータの出力に基づいて二次電池１０の電圧が設定電圧以上となったか否かを判定してよい。なお、この際、制御部１６０は、図示せぬ温度センサ等によって測定された雰囲気温度および電池表面温度等に応じて基準となる設定電圧を制御してもよい。ステップ４４０において、二次電池１０の電圧が設定電圧未満であると判定された場合、装置１００は、処理をステップ４３０へ戻して定電流充電を継続する。

ステップ４４０において、二次電池１０の電圧が設定電圧以上であると判定された場合、ステップ４５０において、装置１００は、複数の二次電池１０に対して定電圧充電（ＣＶ充電）を行う。すなわち、制御部１６０は、複数の充電モード切替器１５２ｉｎ、１５２ａ、および１５２ｂを全て閉状態に制御したまま、電力出力部１３０に充電電流を絞るように制御する。そして、装置１００は、電力出力部１３０から充電電力を電圧を一定として複数の二次電池１０に並列に供給して、複数の二次電池１０に対して定電圧充電を行う。

ステップ４６０において、装置１００は、二次電池１０の電圧が定格充電電圧以上となったか否かを判定する。制御部１６０は、例えば、モニタ部１８０から供給された複数の二次電池１０の電圧Ｖｉｎ、Ｖａ、およびＶｂと、定格充電電圧とをコンパレータに入力し、コンパレータの出力に基づいて二次電池１０の電圧が定格充電電圧以上となったか否かを判定してよい。なお、この際、制御部１６０は、図示せぬ温度センサ等によって測定された雰囲気温度および電池表面温度等に応じて基準となる定格充電電圧を制御してもよい。ステップ４６０において、二次電池１０の電圧が定格充電電圧未満であると判定された場合、装置１００は、処理をステップ４５０へ戻して定電圧充電を継続する。

ステップ４６０において、二次電池１０の電圧が定格充電電圧以上であると判定された場合、ステップ４７０において、装置１００は、複数の二次電池１０に対してパルス充電を行う。すなわち、制御部１６０は、充電モード切替信号によって複数の充電モード切替器１５２ｉｎ、１５２ａ、および１５２ｂを全て閉状態から開状態に制御する。そして、制御部１６０は、ステップ４２０で決定したタイミングに基づいて、複数のパルス切替機１５４ｉｎ、１５４ａ、および１５４ｂに対して個別のパルス切替信号を供給する。これにより、パルス切替器１５４は、複数の二次電池１０の一部ずつに対して異なるタイミングで電力出力部１３０を接続する。そして、装置１００は、電力出力部１３０から充電電力を複数の二次電池１０の一部ずつに対して異なるタイミングで供給して、複数の二次電池１０に対してパルス充電を行う。

なお、上述の説明では、装置１００が複数の二次電池１０の１つずつに対して個別にパルス充電を行う場合を一例として示したが、これに限定されるものではない。装置１００は、例えば、複数の二次電池１０を複数のグループに分け、当該グループごとにパルス充電を行ってもよい。

また、制御部１６０は、パルス充電を行う場合に、パルス毎に複数の二次電池１０のそれぞれに応じた充電条件で充電を行ってよい。例えば、制御部１６０は、パルス充電を行う場合に、パルス毎に複数の二次電池１０のそれぞれに応じた充電電流で充電を行ってもよい。例えば、制御部１６０は、充電状態が低い二次電池１０に対してパルス充電を行う場合に、充電電流を増加するように電力出力部１３０を制御してもよい。すなわち、制御部１６０は、モニタ部１８０から供給されたパルス充電中のオフパルス期間における複数の二次電池１０の各電圧Ｖｉｎ、Ｖａ、およびＶｂを取得し、予め定められた閾値と複数の二次電池１０の各電圧Ｖｉｎ、Ｖａ、およびＶｂとを比較して、当該閾値よりも低い電圧を有する二次電池１０に対して充電を行う場合に、当該閾値よりも高い電圧を有する二次電池１０に対して充電を行う場合よりも充電電流が大きくなるように電力出力部１３０を制御してよい。これとは反対に、制御部１６０は、充電状態が高い二次電池１０に対してパルス充電を行う場合に、充電電流を減少するように電力出力部１３０を制御してもよい。すなわち、制御部１６０は、モニタ部１８０から供給されたパルス充電中のオフパルス期間における複数の二次電池１０の各電圧Ｖｉｎ、Ｖａ、およびＶｂを取得し、予め定められた閾値と複数の二次電池１０の各電圧Ｖｉｎ、Ｖａ、およびＶｂとを比較して、当該閾値よりも高い電圧を有する二次電池１０に対して充電を行う場合に、当該閾値よりも低い電圧を有する二次電池１０に対して充電を行う場合よりも充電電流が小さくなるように電力出力部１３０を制御してよい。

また、制御部１６０は、パルス充電を行う場合に、パルス毎に複数の二次電池１０のそれぞれに応じたデューティ比で充電を行ってもよい。例えば、制御部１６０は、充電状態が低い二次電池１０に対してパルス充電を行う場合に、オンパルスが長くなるようにデューティ比を設定してパルス切替器１５４を制御してもよい。すなわち、制御部１６０は、モニタ部１８０から供給されたパルス充電中のオフパルス期間における複数の二次電池１０の各電圧Ｖｉｎ、Ｖａ、およびＶｂを取得し、予め定められた閾値と複数の二次電池１０の各電圧Ｖｉｎ、Ｖａ、およびＶｂとを比較して、当該閾値よりも低い電圧を有する二次電池１０に対して充電を行う場合に、当該閾値よりも高い電圧を有する二次電池１０に対して充電を行う場合よりもオンパルスが長くなるようにデューティ比を設定してパルス切替器１５４を制御してもよい。これとは反対に、制御部１６０は、充電状態が高い二次電池１０に対してパルス充電を行う場合に、オンパルスが短くなるようにデューティ比を設定してパルス切替器１５４を制御してもよい。すなわち、制御部１６０は、モニタ部１８０から供給されたパルス充電中のオフパルス期間における複数の二次電池１０の各電圧Ｖｉｎ、Ｖａ、およびＶｂを取得し、予め定められた閾値と複数の二次電池１０の各電圧Ｖｉｎ、Ｖａ、およびＶｂとを比較して、当該閾値よりも高い電圧を有する二次電池１０に対して充電を行う場合に、当該閾値よりも低い電圧を有する二次電池１０に対して充電を行う場合よりもオンパルスが短くなるようにデューティ比を設定してパルス切替器１５４を制御してもよい。

また、制御部１６０は、充電状態が良好な二次電池１０に対しては、パルス充電を行わないように制御してもよい。すなわち、制御部１６０は、モニタ部１８０から供給されたパルス充電中のオフパルス期間における複数の二次電池１０の各電圧Ｖｉｎ、Ｖａ、およびＶｂを取得し、予め定められた閾値と複数の二次電池１０の各電圧Ｖｉｎ、Ｖａ、およびＶｂとを比較して、当該閾値よりも高い電圧を有する二次電池１０に対しては、パルス充電を行わないように制御してもよい。

また、上述のように、複数の二次電池１０のグループごとにパルス充電を行う場合には、制御部１６０は、各グループに含まれる二次電池１０の数に応じた充電電流およびデューティ比で充電を行ってもよい。すなわち、制御部１６０は、各グループに含まれる二次電池の数の増加に応じて、充電電流が大きくなるように電力出力部１３０を制御してよい。また、制御部１６０は、各グループに含まれる二次電池の数の増加に応じて、オンパルスが長くなるようにデューティ比を設定してパルス切替器１５４を制御してもよい。

また、制御部１６０は、図示せぬ温度センサ等によって測定された雰囲気温度および電池表面温度等に応じた充電電流およびデューティ比で充電を行ってもよい。

また、上述の説明では、装置１００が複数の二次電池１０の数を検出して、複数の二次電池１０に対してパルス充電を行うタイミングを決定する場合を一例として示したが、これに限定されるものではない。装置１００は、例えば、増設バッテリー１０ｅｘｔを接続することが可能な外部端子の数に応じて、複数の二次電池１０の最大数を予め記憶し、当該二次電池１０の最大数に基づいて、複数の二次電池１０に対してパルス充電を行うタイミングを予め決定しておいてもよい。この場合、装置１００は、二次電池１０が接続されていないラインについては無負荷状態としたまま、複数の二次電池１０が最大数接続されている場合と同様に切替部１５０を制御してもよい。これに代えて、装置１００は、二次電池１０が接続されていないラインについては充電電力を供給しないように切替部１５０を制御してもよい。このように、装置１００は、複数の二次電池１０の数の検出やタイミングの決定の処理を省略してもよい。

図５は、本実施形態に係る装置１００を用いて充電を行った場合における、充電電流と複数の二次電池１０の電圧の波形の一例を示す。本図に示すように、本実施形態に係る装置１００によれば、図４のフローに従って複数の二次電池１０の一部ずつに対して個別にパルス充電を行うので、複数の二次電池１０の間に、電池容量や内部抵抗のばらつきがあったとしても、パルス充電時の充電電流のばらつきを低減することができ、複数の二次電池１０の充電状態をできる限り均一にすることができる。また、これにより、本実施形態に係る装置１００によれば、充電状態の差に起因する複数の二次電池１０の寿命をできる限り均一にすることができる。

また、一般に、二次電池は、放電が進行した状態で放置するとサルフェーションと呼ばれる現象によって電池性能が著しく低下する。したがって、電池の劣化を防止し、電池の需要を長くするためには、自然放電を補う必要がある。ここで、自然放電を補うための技術として、トリクル充電という手法が知られている。しかしながら、トリクル充電では、二次電池に対して絶えず微小電流を供給して充電するので、二次電池の電極の劣化が進んでしまう。これに対して、本実施形態に係る装置１００は、複数の二次電池１０に対してパルス充電を行うので、電極の劣化の進行を比較的遅くすることができ、二次電池１０の寿命を長く保つことができる。

また、本実施形態に係る装置１００によれば、充電モード切替器１５２とパルス切替器１５４とをそれぞれ個別に設け、充電モード切替器１５２についてはノーマリークローズの機械的接点型の素子とし、パルス切替器１５４については電子スイッチとするので、停電等によって電力が断たれた場合でも電力出力部１３０と複数の二次電池１０とを機械的に接続することができる一方、パルス充電時には制御部１６０からのパルス切替信号に対する応答速度を速くすることができる。

また、本実施形態に係る装置１００によれば、温度センサ等によって測定された雰囲気温度および電池表面温度等に応じて、基準となる設定電圧、定格充電電圧、充電電流、およびデューティ比の少なくともいずれかを制御するので、二次電池１０が高温状態で使用された場合に二次電池１０が熱暴走することを防止するとともに、二次電池１０が低温状態で使用された場合に二次電池１０の充電不足を解消することができる。

図６は、本実施形態の変形例に係る装置１００を、増設バッテリー１０ｅｘｔＡおよび１０ｅｘｔＢ、商用電源２０、および負荷３０と共に示す。図６においては、図１と同じ機能および構成を有する部材に対して同じ符号を付すとともに、以下相違点を除き説明を省略する。本図における切替部１５０は、パルス切替器１５４を有しておらず、充電モード切替器１５２が、図１におけるパルス切替器１５４の機能を兼用する。すなわち、制御部１６０は、定電流−定電圧充電により複数の二次電池を急速充電する場合に、複数の充電モード切替器１５２に対して、共通の充電モード切替信号を供給する一方、パルス充電により複数の二次電池をスタンバイ充電する場合には、複数の充電モード切替器１５２に対して、個別のパルス切替信号を供給する。このように、本変形例に係る装置１００によれば、充電モード切替器１５２がパルス切替器１５４の機能を兼用するので、パルス切替器１５４を別途設ける必要がなく、部品点数を削減することができる。このように、本実施形態に係る装置１００は、充電モード切替器１５２およびパルス切替器１５４の両者の機能を実現可能であれば、どのような回路構成であってもよい。

本発明の様々な実施形態は、フローチャートおよびブロック図を参照して記載されてよく、ここにおいてブロックは、（１）操作が実行されるプロセスの段階または（２）操作を実行する役割を持つ装置のセクションを表わしてよい。特定の段階およびセクションが、専用回路、コンピュータ可読媒体上に格納されるコンピュータ可読命令と共に供給されるプログラマブル回路、および／またはコンピュータ可読媒体上に格納されるコンピュータ可読命令と共に供給されるプロセッサによって実装されてよい。専用回路は、デジタルおよび／またはアナログハードウェア回路を含んでよく、集積回路（ＩＣ）および／またはディスクリート回路を含んでよい。プログラマブル回路は、論理ＡＮＤ、論理ＯＲ、論理ＸＯＲ、論理ＮＡＮＤ、論理ＮＯＲ、および他の論理操作、フリップフロップ、レジスタ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プログラマブルロジックアレイ（ＰＬＡ）等のようなメモリ要素等を含む、再構成可能なハードウェア回路を含んでよい。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０二次電池
１００装置
１２０Ａ／Ｄ変換器
１３０電力出力部
１４０Ｄ／Ａ変換器
１５０切替部
１６０制御部
１７０検出部
１８０モニタ部

Claims

複数の二次電池を充電するための充電電力を出力する電力出力部と、
前記複数の二次電池のそれぞれに前記充電電力を供給するか否かを切り替える切替部と、
前記複数の二次電池に対して定電流充電および定電圧充電の少なくともいずれか一方を行う場合に前記電力出力部からの前記充電電力を前記複数の二次電池に並列に供給することを前記切替部に指示し、前記複数の二次電池のそれぞれにパルス充電を行う場合に前記電力出力部からの前記充電電力を前記複数の二次電池の一部ずつに対して異なるタイミングで供給することを前記切替部に指示する制御部と、
を備える充電装置。
前記制御部は、前記複数の二次電池の数に応じて前記タイミングを決定する、請求項１に記載の充電装置。
前記複数の二次電池の数を検出する検出部を更に備える、請求項２に記載の充電装置。
前記切替部は、前記複数の二次電池の全てに対して前記電力出力部を接続するか否かを切り替える充電モード切替器と、前記複数の二次電池のそれぞれに対して前記電力出力部を接続するか否かを切り替えるパルス切替器とを有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の充電装置。
前記充電モード切替器は、ノーマリークローズ型の素子である、請求項４に記載の充電装置。
前記充電モード切替器は、機械的接点型の素子である、請求項４または５に記載の充電装置。
前記制御部は、前記パルス充電を行う場合に、パルス毎に前記複数の二次電池のそれぞれに応じた充電条件で充電を行う、請求項１から６の何れか一項に記載の充電装置。
前記制御部は、前記パルス充電を行う場合に、パルス毎に前記複数の二次電池のそれぞれに応じた充電電流で充電を行う、請求項７に記載の充電装置。
前記制御部は、前記パルス充電を行う場合に、パルス毎に前記複数の二次電池のそれぞれに応じたデューティ比で充電を行う、請求項７または８に記載の充電装置。
前記複数の二次電池のそれぞれの充電状態をモニタするモニタ部を更に備える、請求項１から９のいずれか一項に記載の充電装置。
請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の充電装置を備える電力変換装置。