JP2022099761A - バッテリー制御装置およびモバイルバッテリー - Google Patents

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Abstract

【課題】バッテリーへの充電時間を短くする。【解決手段】バッテリー制御装置６０は、バッテリー５２からの放電を制御する放電制御部６３と、バッテリー５２への充電を制御する充電制御部６５と、を備えている。放電制御部６３は、予め定められたプリチャージＳＯＣ７３よりも高い予め定められた下限ＳＯＣ７２までバッテリー５２からの放電を少なくとも実施可能に構成されている。充電制御部６５は、バッテリー５２の現在ＳＯＣ７０が、プリチャージＳＯＣ７３よりも低いときに、予め定められた第１充電レートＲ１よりも低い第２充電レートＲ２で充電され、かつ、バッテリー５２の現在ＳＯＣ７０が、プリチャージＳＯＣ７３以上のときに、第１充電レートＲ１で充電されるように構成されている。【選択図】図５

Description

本発明は、バッテリー制御装置およびモバイルバッテリーに関する。
例えば特許文献１には、複数の電池ユニットを備え、電池ユニットに対して充放電を行う電池システムが開示されている。ここで開示された電池システムにおいて、複数の電池ユニットへの充電には、バランス充電モードと、通常充電モードとが含まれており、バランス充電モードの後に、通常充電モードが実行される。
バランス充電モードでは、例えば複数の電池ユニットに電圧差が生じているときに、複数の電池ユニットに対してプリチャージを実行する。バランス充電モードにおけるプリチャージによって、各電池ユニットの電圧差が小さくなり、各電池ユニットの電圧値を均等化することができる。通常充電モードでは、バランス充電モードで電圧値が均等化された各電池ユニットに対して、通常充電を行う。そのため、各電池ユニットにおける充電状態のばらつきを抑えながら、各電池ユニットを満充電することができる。
国際公開第２０１４／１５６０４１号公報
ところで、近年、スマートフォンのような携帯端末の需要性が高まっている。携帯端末に電池切れが生じると、一定時間継続的に使用するのに必要な電力、例えばＳＯＣ２５％程度の電力を充電するのに１５分～３０分程度の充電時間が掛かる。携帯端末の充電には、携帯可能なモバイルバッテリーも利用されている。仮に携帯端末に電池切れが生じた場合、電源コンセントに携帯端末を接続する、または、モバイルバッテリーに携帯端末を接続して、携帯端末に対して充電を行う。特に、利用者が移動する必要がある場合、携帯端末を充電するために、モバイルバッテリーが使用され得る。
しかしながら、モバイルバッテリーにも充電切れが生じ得る。このように、携帯端末やモバイルバッテリーに対する充電容量が少なくなった場合、携帯端末やモバイルバッテリーに対して急速に充電できることが好ましい。例えばモバイルバッテリーに、特許文献１に開示されたバランス充電モードと、通常充電モードとを適用した場合、充電を行うことができるが、充電する時間を要する。急速に充電する場合、一定時間継続的に使用するのに必要な電力に達するまでに要する充電時間が、できるだけ短い方が好ましい。
ここで提案されるバッテリー制御装置は、バッテリーからの放電を制御する放電制御部と、バッテリーへの充電を制御する充電制御部と、を備えている。放電制御部は、予め定められたプリチャージＳＯＣよりも高い予め定められた下限ＳＯＣまでバッテリーからの放電を少なくとも実施可能に構成されている。充電制御部は、バッテリーのＳＯＣが、プリチャージＳＯＣよりも低いときに、予め定められた第１充電レートよりも低い第２充電レートで充電され、かつ、バッテリーのＳＯＣが、プリチャージＳＯＣ以上のときに、第１充電レートで充電されるように構成されている。
ここで提案されるバッテリー制御装置によれば、バッテリーへの充電時において、バッテリーのＳＯＣが、プリチャージＳＯＣよりも低いときには、相対的に低い第２充電レートで充電が行われ、プリチャージＳＯＣ以上になると、相対的に高い第１充電レートで充電が行われる。ここで、プリチャージＳＯＣは、放電における下限ＳＯＣよりも低く設定されているため、相対的に低い第２充電レートによる充電は、バッテリーのＳＯＣが下限ＳＯＣよりも低いときに終了する。そのため、相対的に低い第２充電レートによる充電に要する時間を短くすることができるため、第１充電レートによる充電と、第２充電レートによる充電とを含めた総充電時間を短くすることができる。
ここで提案されるバッテリー制御装置では、プリチャージＳＯＣと下限ＳＯＣとの差は、ＳＯＣ５％～ＳＯＣ３０％であってもよい。
ここで提案されるモバイルバッテリーは、筐体と、筐体内に配置され、５Ｃ以上の充電レートで充電可能なバッテリーと、筐体内に配置された送電ユニットと、バッテリーおよび送電ユニットに接続されたバッテリー制御装置と、を備えている。バッテリー制御装置は、バッテリーからの放電を制御する放電制御部と、バッテリーへの充電を制御する充電制御部と、を備えている。放電制御部は、予め定められたプリチャージＳＯＣよりも高い予め定められた下限ＳＯＣまでバッテリーからの放電を実施可能に構成されている。充電制御部は、バッテリーのＳＯＣが、プリチャージＳＯＣよりも低いときに、予め定められた第１充電レートよりも低い第２充電レートで充電され、かつ、バッテリーのＳＯＣが、プリチャージＳＯＣ以上のときに、第１充電レートで充電されるように構成されている。
ここで提案されるモバイルバッテリーでは、送電ユニットは、ワイヤレス送電デバイスを含んでいてもよい。
実施形態に係る充電システムを模式的に示すブロック図である。 バッテリー制御装置によるバッテリーからの放電の制御の手順を示すフローチャートである。 バッテリーの放電時における電流値および電圧値を示すグラフである。 バッテリー制御装置によるバッテリーへの充電の制御の手順を示すフローチャートである。 バッテリー制御装置によるバッテリーへの充電の制御の手順を示すフローチャートである。 バッテリーの充電時における電流値および電圧値を示すグラフである。 他の実施形態に係る充電システムを模式的に示すブロック図である。
以下、ここで開示されるバッテリー制御装置およびモバイルバッテリーの一実施形態について図面を参照して説明する。ここで説明される実施形態は、当然ながら特に本発明を限定することを意図したものではない。本発明は、特に言及されない限りにおいて、ここで説明される実施形態に限定されない。各図面は模式的に描かれており、必ずしも実物を反映しているものではない。また、同一の作用を奏する部材・部位には、適宜に同一の符号を付し、重複する説明は適宜に省略されるものとする。
図１は、本実施形態に係る充電システム１０を模式的に示すブロック図である。本実施形態では、バッテリー制御装置およびモバイルバッテリーは、図１に示す充電システム１０によって実現されるものである。ここでは、まず充電システム１０の構成について説明する。充電システム１０は、給電装置２０と、モバイルバッテリー５０と、携帯端末８０とを備えている。充電システム１０では、給電装置２０からモバイルバッテリー５０に対して急速充電される。そして、例えば充電されたモバイルバッテリー５０を使用して携帯端末８０が充電される。
給電装置２０、モバイルバッテリー５０および携帯端末８０は、適宜に制御装置を備えている。制御装置は、各装置の種々の処理を制御する装置である。制御装置は、予め定められたプログラムに沿って駆動するコンピュータによって具現化され得る。具体的には、制御装置の各機能は、制御装置を構成する各コンピュータの演算装置（プロセッサ、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro-processing unit）とも称される）や記憶装置（メモリーやハードディスクなど）によって処理される。例えば、制御装置の各構成は、コンピュータによって具現化されるデータを予め定められた形式で記憶するデータベース、データ構造、予め定められたプログラムに従って所定の演算処理を行う処理モジュールなどとして、または、それらの一部として具現化されうる。各装置に組み込まれた制御装置は、互いにデータを通信し、協働して機能するように構成されていてもよい。
給電装置２０は、給電ユニット２１と、電源ユニット２２と、給電制御装置２３とを有している。給電ユニット２１は、モバイルバッテリー５０に対して充電するように構成されている。給電ユニット２１は、例えばモバイルバッテリー５０に対して電力を送信可能（言い換えると、供給可能）なものであり、高出力での供給が可能なものが採用されているとよい。給電ユニット２１は、例えばワイヤレス式、すなわち非接触型の給電デバイスである。ただし、給電ユニット２１は、接触型の給電デバイスであってもよい。
電源ユニット２２は、外部電源３０に接続されている。電源ユニット２２は、外部電源３０との間で電力を受け取り、かつ、給電ユニット２１を通じてモバイルバッテリー５０や携帯端末８０のような外部装置に電力を供給する装置である。外部電源３０は、１００Ｖや２００ＶのＡＣ電源あってもよい。電源ユニット２２は、ＡＣ／ＤＣコンバータを備えていてもよい。
給電制御装置２３は、給電ユニット２１および電源ユニット２２に電気的に接続されている。給電制御装置２３は、給電ユニット２１からモバイルバッテリー５０に供給される電力を制御する。また、給電制御装置２３は、外部電源３０から電源ユニット２２への電力の受け取りを制御する。
モバイルバッテリー５０は、筐体５１と、バッテリー５２と、受電ユニット５４と、送電ユニット５６と、バッテリー制御装置６０とを備えている。筐体５１は、内部に所定の空間を有している。バッテリー５２、受電ユニット５４、送電ユニット５６、および、バッテリー制御装置６０は、筐体５１内に配置されている。
バッテリー５２は、急速充電が可能な設計が施された仕様になっており、高出力型のバッテリーによって構成されている。例えばバッテリー５２には、いわゆるハイブリット車の駆動用電源用のバッテリー技術が適宜転用されているとよい。かかるバッテリー５２は、５Ｃ以上（例えば、８Ｃ以上、１０Ｃ以上など）の充電レートで充電可能である。バッテリー５２は、充電レートが５Ｃ以上の電流値での充電でも、劣化が小さく抑えられ得るように設計されているとよい。
本明細書では、バッテリー５２の理論容量を１時間で完全に充電または放電させる電流の大きさが１Ｃと定義されている。例えば、バッテリー５２の容量が２Ａｈであれば、１Ｃは２Ａになる。３Ｃは１Ｃの３倍の電流値に相当し、上述の例では、理論容量を２０分で完全に充電または放電する電流値を意味する。例えばバッテリー５２の充電レートが５Ｃである場合、３分程度の充電で理論容量の１５％程度の充電を実現できる。５分程度の充電で、バッテリー５２の理論容量の２５％程度の充電を実現できる。今後、ハイブリッド車の駆動用電源用のバッテリー技術がさらに適用されれば、さらに高い充電電流値によってさらなる短時間での充電を実現することができる。このため、数秒から数十秒で所要の電力をバッテリー５２に充電することができるようになるものと期待される。
なお、図示は省略するが、本実施形態に係るモバイルバッテリー５０は、高出力用のバッテリー５２の他に、いわゆる高容量型のバッテリーを備えていてもよい。高容量型のバッテリーは、例えば充電レートが１Ｃ～３Ｃ程度の充電レートで充放電が許可されるものである。高容量型のバッテリーは、例えば４００Ｗｈ／Ｌ～８００Ｗｈ／Ｌ程度のエネルギー密度を有する。
本実施形態では、バッテリー５２は、バッテリーセル５３を有している。バッテリー５２が有するバッテリーセル５３の数は、１つであってもよいが、ここでは複数である。バッテリーセル５３の数は特に限定されない。バッテリーセル５３の数が複数の場合には、複数のバッテリーセル５３は、直列で接続されていてもよいし、並列で接続されていてもよい。
受電ユニット５４は、給電装置２０の給電ユニット２１から電力が供給される。受電ユニット５４は、高出力で受信可能なものであるとよい。ここで、受電ユニット５４は、ワイヤレス受電デバイスを含む。ワイヤレス受電デバイスは、例えば給電装置２０の給電ユニット２１から非接触型の給電（ワイヤレス給電）方式で電力が供給されるものである。非接触型の給電方式には、電磁誘導方式や、磁界共鳴方式や、電界結合方式や、電波受信方式などが採用され得る。ただし、受電ユニット５４は、接触型の受電デバイスであってもよい。
送電ユニット５６は、携帯端末８０に対して充電するように構成されており、電力の送信が可能なものである。送電ユニット５６は、ワイヤレス送電デバイスを含む。ワイヤレス送電デバイスは、例えば携帯端末８０の後述の端末受電ユニット８４へ非接触型の給電（ワイヤレス給電）方式で電力を供給するものである。ただし、送電ユニット５６は、接触型の送電デバイスであってもよい。本実施形態では、送電ユニット５６から携帯端末８０への給電は、例えば携帯端末８０の後述の内蔵バッテリー８２の劣化が小さく抑えられる程度に低く抑えられた電流値で給電するように電流値が制御されるとよい。
このようなモバイルバッテリー５０によれば、給電装置２０から急速充電によって、短時間で所要の電力を得ることができる。このため、利用者は、給電装置２０が設置された場所で充電のために長時間待機する必要がない。そして、モバイルバッテリー５０から携帯端末８０へは、携帯端末８０の内蔵バッテリー８２が劣化しない程度に定められた電流値で、ゆっくりと給電されるとよい。例えば、給電装置２０からモバイルバッテリー５０に充電された後で、モバイルバッテリー５０から携帯端末８０に充電されてもよい。
バッテリー制御装置６０は、バッテリー５２の充放電を制御する。ここでは、図示は省略するが、バッテリー制御装置６０は、バッテリー５２の充放電を制御する充放電制御回路と、バッテリー５２に対して過充電や過放電が行われることを防止するためにバッテリー５２を保護するバッテリー保護回路とを備えている。バッテリー制御装置６０は、バッテリー５２、受電ユニット５４および送電ユニット５６に電気的に接続されている。バッテリー制御装置６０は、記憶部６１と、放電制御部６３と、充電制御部６５とを備えている。記憶部６１、放電制御部６３および充電制御部６５の詳細については、後述する。
携帯端末８０として、例えばスマートフォンや携帯電話やタブレット端末やモバイルＰＣなどが挙げられる。携帯端末８０は、内蔵バッテリー８２と、端末受電ユニット８４と、端末制御装置８６と、を備えている。
内蔵バッテリー８２は、携帯端末８０に電力を供給する電源となるバッテリーである。内蔵バッテリー８２は、携帯端末８０をある程度の時間、連続的に使用するのに必要な所要の充電容量を備えているとよい。
端末受電ユニット８４は、モバイルバッテリー５０と電気的に接続されている。端末受電ユニット８４は、上記のようなワイヤレス受電デバイスを含む。ただし、端末受電ユニット８４は、接触型の受電デバイスであってもよい。ここでは、モバイルバッテリー５０の送電ユニット５６から端末受電ユニット８４に電力が供給されて、内蔵バッテリー８２が充電される。
端末制御装置８６は、内蔵バッテリー８２および端末受電ユニット８４に電気的に接続されている。端末制御装置８６は、端末受電ユニット８４を通じて供給される電力を制御すると共に、内蔵バッテリー８２への充電を制御する。ここでは、端末制御装置８６は、例えば内蔵バッテリー８２への充電を制御する充電制御回路と、内蔵バッテリー８２が過充電されないように、内蔵バッテリー８２を保護するバッテリー保護回路とを有する。
次に、モバイルバッテリー５０において、バッテリー制御装置６０によるバッテリー５２の充放電の制御について説明する。以下、バッテリー５２の充電、放電は、それぞれ複数のバッテリーセル５３の充電、放電を意味する。
本実施形態では、バッテリー５２の充電状態（以下、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）という。）に基づいて、バッテリー５２の充放電が制御される。ここで、バッテリー５２の現在のＳＯＣのことを、現在ＳＯＣという。
図２は、バッテリー制御装置６０によるバッテリー５２からの放電の制御の手順を示すフローチャートである。図３は、バッテリー５２の放電時における電流値および電圧値を示すグラフである。次に、バッテリー制御装置６０によるバッテリー５２からの放電の制御について、図２のフローチャートに沿って説明する。本実施形態では、バッテリー５２の放電は、図１に示すように、例えばモバイルバッテリー５０の送電ユニット５６と、携帯端末８０の端末受電ユニット８４とが電気的に接続されている状態のときであり、かつ、モバイルバッテリー５０から携帯端末８０に対して充電されるときに行われる。バッテリー５２からの放電は、図１のバッテリー制御装置６０の放電制御部６３によって実現される。放電制御部６３は、バッテリー５２からの放電を制御する。
本実施形態では、バッテリー５２には、図３に示すように、予め定められた上限ＳＯＣ７１と、上限ＳＯＣ７１よりも低い、予め定められた下限ＳＯＣ７２とが設定されている。上限ＳＯＣ７１および下限ＳＯＣ７２は、図１に示す記憶部６１に記憶されている。上限ＳＯＣ７１および下限ＳＯＣ７２の具体的な数値は特に限定されない。上限ＳＯＣ７１は、例えばＳＯＣ８０％～ＳＯＣ９５％であり、好ましくはＳＯＣ８０％～ＳＯＣ９０％であり、特に好ましくはＳＯＣ８０％～ＳＯＣ８５％である。下限ＳＯＣ７２は、例えばＳＯＣ０％～ＳＯＣ１５％であり、好ましくはＳＯＣ５％～ＳＯＣ１５％であり、特に好ましくはＳＯＣ１０％～ＳＯＣ１５％である。
ここで、上限ＳＯＣ７１に対応したバッテリー５２の電圧値を上限電圧値Ｖ７１といい、下限ＳＯＣ７２に対応したバッテリー５２の電圧値を下限電圧値Ｖ７２という。以下の説明において、ＳＯＣは電圧値に置き換えられることができる。例えば現在ＳＯＣ７０（図２参照）、上限ＳＯＣ７１および下限ＳＯＣ７２は、それぞれバッテリー５２の現在の電圧値（以下、バッテリー５２の電圧値という。）、上限電圧値Ｖ７１および下限電圧値Ｖ７２に置き換えることができる。
図１の放電制御部６３は、現在ＳＯＣ７０（図２参照）が少なくとも下限ＳＯＣ７２になるまで、バッテリー５２からの放電を制御する。言い換えると、放電制御部６３は、バッテリー５２の電圧値が少なくとも下限電圧値Ｖ７２になるまで、バッテリー５２からの放電を制御する。本実施形態では、下限ＳＯＣ７２は、定電流（以下、ＣＣ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）という。）放電でバッテリー５２を放電するときの現在ＳＯＣ７０の下限値である。
ここでは、まず図２のステップＳ１０１では、図１の放電制御部６３は、バッテリー５２の現在ＳＯＣ７０が下限ＳＯＣ７２より高いか否かを判定する。ここで、現在ＳＯＣ７０が下限ＳＯＣ７２以下であると判定された場合には、バッテリー５２からの放電は行われず、図２のフローチャートを終了する。
一方、ステップＳ１０１において、バッテリー５２の現在ＳＯＣ７０が下限ＳＯＣ７２よりも高いと判定された場合には、次にステップＳ１０３に進む。ステップＳ１０３では、放電制御部６３は、ＣＣ放電の制御を行う。例えば図３では、時間Ｔ１０においてＣＣ放電が開始される。
次に、図２のステップＳ１０５では、ＣＣ放電中において、放電制御部６３は、バッテリー５２の現在ＳＯＣ７０が下限ＳＯＣ７２以下であるか否かを判定する。ここで、現在ＳＯＣ７０が下限ＳＯＣ７２よりも高いままであると判定された場合には、ステップＳ１０５の処理を再度実行する。
一方、ステップＳ１０５において現在ＳＯＣ７０が下限ＳＯＣ７２以下であると判定された場合には、次にステップＳ１０７に進む。図３では、時間Ｔ１１において、バッテリー５２の現在ＳＯＣ７０が下限ＳＯＣ７２以下になる。図２のステップＳ１０７では、放電制御部６３は、バッテリー５２に対して定電圧（以下、ＣＶ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）という。）放電の制御を行う。
次にステップＳ１０９では、ＣＶ放電中において、放電制御部６３は、バッテリー５２の現在の電流値（以下、現在電流値という。）Ａ１０が目標電流値Ａ１１以下であるか否かを判定する。目標電流値Ａ１１は、図１の記憶部６１に予め記憶されており、適宜に設定される。ここで、現在電流値Ａ１０が目標電流値Ａ１１よりも高いままであると判定された場合には、ステップＳ１０９の処理を再度実行する。一方、ステップＳ１０９において、現在電流値Ａ１０が目標電流値Ａ１１以下であると判定された場合には、次にステップＳ１１１に進み、バッテリー５２からの放電の制御が終了する。なお、図３では、時間Ｔ１２において、現在電流値Ａ１０が目標電流値Ａ１１以下になり、バッテリー５２からの放電が終了する。
図４Ａおよび図４Ｂは、バッテリー制御装置６０によるバッテリー５２への充電の制御の手順を示すフローチャートである。図５は、バッテリー５２の充電時における電流値および電圧値を示すグラフである。次に、バッテリー５２への充電の制御について、図４Ａおよび図４Ｂのフローチャートに沿って説明する。本実施形態では、バッテリー５２の充電は、図１に示すように、給電装置２０の給電ユニット２１と、モバイルバッテリー５０の受電ユニット５４とが電気的に接続されている状態のときであり、かつ、給電装置２０からモバイルバッテリー５０に対して充電されるときに行われる。バッテリー５２への充電の制御は、充電制御部６５によって実現される。充電制御部６５は、バッテリー５２への充電を制御する。
本実施形態では、充電制御部６５は、バッテリー５２に対してプリチャージと、急速充電とを行う。ここでは、バッテリー５２には、図５に示すように、予め定められたプリチャージＳＯＣ７３が設定されている。プリチャージＳＯＣ７３に対応するバッテリー５２の電圧値のことを、プリチャージ電圧値Ｖ７３という。以下の説明において、ＳＯＣを電圧値に置き換えるとき、プリチャージＳＯＣ７３は、プリチャージ電圧値Ｖ７３に置き換えられることができる。プリチャージＳＯＣ７３は、下限ＳＯＣ７２よりも低いものであり、図１の記憶部６１に予め記憶されている。プリチャージＳＯＣ７３は、例えばＳＯＣ０％～ＳＯＣ１５％であり、好ましくはＳＯＣ０％～ＳＯＣ１０％であり、特に好ましくはＳＯＣ０％～ＳＯＣ５％である。プリチャージＳＯＣ７３と下限ＳＯＣ７２との差は、例えばＳＯＣ５％～ＳＯＣ３０％であり、好ましくはＳＯＣ１０％～ＳＯＣ３０％であり、特に好ましくはＳＯＣ１５％～ＳＯＣ３０％である。
充電制御部６５は、現在ＳＯＣ７０が予め定められたプリチャージＳＯＣ７３になるまで、プリチャージを行い、その後、急速充電を行う。
ここでは、まず図４ＡのステップＳ２０１では、充電制御部６５は、バッテリー５２の現在ＳＯＣ７０が保護ＳＯＣ７４よりも高いか否かを判定する。ここで、保護ＳＯＣ７４とは、バッテリー５２が過放電の状態であるときの現在ＳＯＣ７０の上限値である。すなわち現在ＳＯＣ７０が保護ＳＯＣ７４以下のとき、バッテリー５２は過放電状態になる。保護ＳＯＣ７４は、予め定められた値であり、図１の記憶部６１に予め記憶されている。図５に示すように、保護ＳＯＣ７４は、プリチャージＳＯＣ７３よりも低い。保護ＳＯＣ７４に対応するバッテリー５２の電圧値のことを、保護電圧値Ｖ７４という。以下、ＳＯＣを電圧値に置き換えるとき、保護ＳＯＣ７４は、保護電圧値Ｖ７４に置き換えられることができる。
本実施形態では、図４ＡのステップＳ２０１において、バッテリー５２の現在ＳＯＣ７０が保護ＳＯＣ７４以下であると判定された場合には、バッテリー５２への充電は行われない方が好ましい。よって、現在ＳＯＣ７０が保護ＳＯＣ７４以下の場合には、バッテリー５２への充電は行われずに、図４Ａおよび図４Ｂのフローチャートを終了する。
一方、ステップＳ２０１において、現在ＳＯＣ７０が保護ＳＯＣ７４よりも高いと判定された場合には、次に、図４ＡのステップＳ２０３に進む。ステップＳ２０３では、充電制御部６５は、バッテリー５２の現在ＳＯＣ７０がプリチャージＳＯＣ７３よりも低いか否かを判定する。ここで、現在ＳＯＣ７０がプリチャージＳＯＣ７３以上であると判定された場合には、ステップＳ２０３の判定をＮＯとする。この場合、バッテリー５２に対してプリチャージの制御を行わずに、次に図４ＡのステップＳ２０９の急速充電の処理に進む。
一方、ステップＳ２０３において、バッテリー５２の現在ＳＯＣ７０がプリチャージＳＯＣ７３よりも低いと判定された場合、次に、図４ＡのステップＳ２０５に進む。ステップＳ２０５では、充電制御部６５は、バッテリー５２に対してプリチャージを行うため、第２充電レートＲ２で充電（ここでは、ＣＣ充電）するように制御する。図５では、時間Ｔ２０において、バッテリー５２の現在ＳＯＣ７０がプリチャージＳＯＣ７３よりも低いため、バッテリー５２に対するプリチャージが開始される。
次に、ステップＳ２０７では、プリチャージ中において、充電制御部６５は、現在ＳＯＣ７０がプリチャージＳＯＣ７３以上であるか否かを判定する。ここで、現在ＳＯＣ７０がプリチャージＳＯＣ７３よりも低いと判定された場合には、ステップＳ２０７の処理を再度実行し、プリチャージを継続する。
一方、ステップＳ２０７において、現在ＳＯＣ７０がプリチャージＳＯＣ７３以上であると判定された場合、プリチャージを終了するために、次に、ステップＳ２０９に進む。ステップＳ２０９では、充電制御部６５は、バッテリー５２に対して急速充電を行うため、プリチャージにおける第２充電レートＲ２よりも高い第１充電レートＲ１で充電を行うように制御する。ここでの急速充電は、ＣＣ充電である。図５では、時間Ｔ２１において、バッテリー５２の現在ＳＯＣ７０がプリチャージＳＯＣ７３以上になるため、急速充電が開始される。
ここで、急速充電における第１充電レートＲ１は、例えば５Ｃ～２０Ｃであり、好ましくは１０Ｃ～２０Ｃであり、より好ましくは１５Ｃ～２０Ｃである。プリチャージにおける第２充電レートＲ２は、例えば０．０５Ｃ～０．５Ｃであり、好ましくは０．１Ｃ～０．５Ｃであり、より好ましくは０．３Ｃ～０．５Ｃである。
次に、図４ＡのステップＳ２１１では、充電制御部６５は、急速充電中、バッテリー５２の現在ＳＯＣ７０が上限ＳＯＣ７１よりも低いか否かを判定する。現在ＳＯＣ７０が上限ＳＯＣ７１以上の場合、バッテリー５２が過充電状態であるといえる。ここで、現在ＳＯＣ７０が上限ＳＯＣ７１よりも低いと判定された場合には、次にステップＳ２１３に進む。
ステップＳ２１３では、充電制御部６５は、バッテリー５２の現在の充電容量である現在充電容量Ｃ１０が目標充電容量Ｃ１１よりも小さいか否かを判定する。目標充電容量Ｃ１１は、充電によって得たいバッテリー５２の充電容量であり、バッテリー５２ごとに設定されるものである。目標充電容量Ｃ１１は、図１の記憶部６１に予め記憶されている。ここで、バッテリー５２の現在充電容量Ｃ１０が目標充電容量Ｃ１１よりも小さいと判定された場合には、ステップＳ２１１に戻り、急速充電を継続する。
一方、ステップＳ２１３においてバッテリー５２の現在充電容量Ｃ１０が目標充電容量Ｃ１１以上である場合には、ステップＳ２１５に進み、急速充電が終了し、充電制御部６５によるバッテリー５２への充電の制御が終了する。なお、図５では、時間Ｔ２２において、現在充電容量Ｃ１０が目標充電容量Ｃ１１以上になり、バッテリー５２への充電が終了する。
上記の図４ＡのステップＳ２１１において、バッテリー５２の現在ＳＯＣ７０が上限ＳＯＣ７１以上であると判定された場合には、バッテリー５２が過充電状態であるため、次に図４ＢのステップＳ２１７に進む。ステップＳ２１７では、充電制御部６５は、バッテリー５２への急速充電において、ＣＣ充電からＣＶ充電に切り替える。
その後、図４ＢのステップＳ２１９では、充電制御部６５は、図４ＡのステップＳ２１３と同様に、バッテリー５２の現在充電容量Ｃ１０が目標充電容量Ｃ１１よりも小さいか否かを判定する。ステップＳ２１９において、バッテリー５２の現在充電容量Ｃ１０が目標充電容量Ｃ１１よりも小さいと判定された場合には、ステップＳ２１９を再度実行し、ＣＶ充電を継続する。
一方、ステップＳ２１９において、バッテリー５２の現在充電容量Ｃ１０が目標充電容量Ｃ１１以上であると判定された場合には、ステップＳ２２１に進み、急速充電（ＣＶ充電）が終了し、充電制御部６５によるバッテリー５２への充電の制御が終了する。
次に、本発明者は、下記の表１の例１～例４におけるモバイルバッテリーを準備し、モバイルバッテリーが備えるバッテリーの充電容量が目標充電容量Ｃ１１（図４Ａ参照）までに到達するまでの総充電時間について測定した。ここで、総充電時間とは、プリチャージによる充電時間と、急速充電による充電時間との合計時間のことである。
例１～例４では、モバイルバッテリーのバッテリーセルとして、正極活物質にニッケルマンガンコバルトを含有する、いわゆるＮＭＣ三元系のリチウム含有遷移金属複合酸化物を用い、負極活物質にグラファイトを用い、セパレータにポリエチレン（ＰＥ）およびポリプロピレン（ＰＰ）を用い、かつ、電解液にエチレンカーボネートやエチルメチルカーボネートを用いた。例１～例４における急速充電における第１充電レートＲ１は、１１Ａであり、プリチャージにおける第２充電レートＲ２は、０．２Ａである。
例１および例２において使用されたモバイルバッテリー５０では、本実施形態の充電制御部６５による充電の制御を実行するバッテリー制御装置６０によって構成されており、図５に示すように、プリチャージＳＯＣ７３が下限ＳＯＣ７２よりも低く設定されている。例１および例２において、上限ＳＯＣ７１は、８５％であり、上限ＳＯＣ７１に対応する上限電圧値Ｖ７１は、３．９Ｖである。下限ＳＯＣ７２は、５％であり、下限ＳＯＣ７２に対応する下限電圧値Ｖ７２は、３．３Ｖである。プリチャージＳＯＣ７３は、０％であり、プリチャージＳＯＣ７３に対応するプリチャージ電圧値Ｖ７３は、３．０Ｖである。
一方、例３および例４において使用されるモバイルバッテリーでは、プリチャージＳＯＣと下限ＳＯＣとが同じに設定されている構成が、例１および例２のモバイルバッテリー５０と異なっているが、その他の構成は同じである。例３および例４における下限ＳＯＣとプリチャージＳＯＣは、共に５％であり、対応する電圧値は、３．３Ｖである。なお。例３および例４における上限ＳＯＣは、例１および例２における上限ＳＯＣ７１と同じく、８５％であり、対応する上限電圧値は、３．９Ｖである。例１および例３では、充電の開始電圧を３．０Ｖとし、例２および例４では、充電の開始電圧を２．５Ｖとした。
例１～例４のモバイルバッテリーに対して、充電を行い、そのときの総充電時間を計測した。下記表１において、例１～例４における総充電時間を示している。
Figure 2022099761000002
表１に示すように、例１と例３とを比較すると、例３よりも例１の方が、総充電時間が短いことが分かる。また、例２と例４とを比較すると、例４よりも例２の方が、総充電時間が短いことが分かる。これは、例１および例２では、本実施形態のようにプリチャージＳＯＣ７３が下限ＳＯＣ７２よりも低く設定されていることで、プリチャージから急速充電に移行するタイミングが、例３および例４に比べて早くなったためであると考えられる。その結果、例１および例２では、プリチャージにおける充電時間が短くなったため、総充電時間が短くなったと考えられる。
以上、本実施形態では、図１に示すように、モバイルバッテリー５０は、筐体５１と、バッテリー５２と、送電ユニット５６と、バッテリー制御装置６０とを備えている。バッテリー５２は、筐体５１内に配置され、５Ｃ以上の充電レートで充電可能なものである。送電ユニット５６は、筐体５１内に配置されている。バッテリー制御装置６０は、バッテリー５２および送電ユニット５６に接続されている。バッテリー制御装置６０は、バッテリー５２からの放電を制御する放電制御部６３と、バッテリー５２への充電を制御する充電制御部６５とを備えている。放電制御部６３は、図３に示すように、予め定められたプリチャージＳＯＣ７３よりも高い予め定められた下限ＳＯＣ７２までバッテリー５２からの放電を実施可能に構成されている。充電制御部６５は、図４ＡのステップＳ２０３のように、バッテリー５２のＳＯＣ（ここでは、現在ＳＯＣ７０）が、プリチャージＳＯＣ７３よりも低いときに、予め定められた第１充電レートＲ１よりも低い第２充電レートＲ２で充電される（図４ＡのステップＳ２０５参照）ように構成されている。充電制御部６５は、図４ＡのステップＳ２０７のように、バッテリー５２のＳＯＣ（ここでは、現在ＳＯＣ７０）が、プリチャージＳＯＣ７３以上のときに、ステップＳ２０９のように、第１充電レートＲ１で充電されるように構成されている。
本実施形態では、バッテリー５２への充電時において、現在ＳＯＣ７０がプリチャージＳＯＣ７３よりも低いときには、第２充電レートＲ２でプリチャージが行われ、現在ＳＯＣ７０がプリチャージＳＯＣ７３以上になると、第１充電レートＲ１で急速充電が行われる。ここで、従来では、上記の例３および例４に示すように、プリチャージＳＯＣ７３と下限ＳＯＣ７２とが同じ値に設定されていた。すなわち、ＣＣ放電が終了するときのバッテリー５２のＳＯＣと、急速充電が開始されるバッテリー５２のＳＯＣとが同じであった。そのため、プリチャージによる充電時間が長くなることで、バッテリー５２の総充電時間も長くなっていた。
しかしながら、本実施形態では、図５に示すように、プリチャージＳＯＣ７３は、放電における下限ＳＯＣ７２よりも低く設定されている。そのため、従来と比較して、プリチャージによるバッテリー５２への充電は、現在ＳＯＣ７０が下限ＳＯＣ７２よりも低いときに終了する。そのため、プリチャージに要する充電時間を短くすることができるため、バッテリー５２の総充電時間を短くすることができる。
なお、本実施形態では、プリチャージは、バッテリー５２に含まれる複数のバッテリーセル５３（図１参照）の電圧差を小さくして、複数のバッテリーセル５３の電圧値を均等化するために行われる。そのため、電圧値が均等化された複数のバッテリーセル５３に対して急速充電が行われるため、バッテリーセル５３の充電状態のばらつきを抑えながら、バッテリー５２を満充電の状態にすることができる。本実施形態では、上述のように、図５に示すように、プリチャージＳＯＣ７３を下限ＳＯＣ７２よりも低く設定することで、プリチャージに要する充電時間を短くすることができる。ここで、プリチャージによる充電時間を短くした場合であっても、プリチャージによって複数のバッテリーセル５３の電圧値を均等化することができる。よって、本実施形態であっても、バッテリー５２を安定して充電することができる。
本実施形態では、プリチャージＳＯＣ７３と下限ＳＯＣ７２との差は、ＳＯＣ５％～ＳＯＣ３０％である。例えばプリチャージＳＯＣ７３と下限ＳＯＣ７２との差をＳＯＣ５％よりも小さくすると、プリチャージに要する充電時間が相対的に長くなり、バッテリー５２の総充電時間が、多くの利用者にとって長いと感じられる時間になる。例えばプリチャージＳＯＣ７３と下限ＳＯＣ７２との差をＳＯＣ３０％よりも大きくすると、プリチャージによってバッテリー５２が安定化しない、すなわちバッテリー５２が有する複数のバッテリーセル５３の電圧値が均等化し難い。しかしながら、本実施形態では、プリチャージＳＯＣ７３と下限ＳＯＣ７２との差を、ＳＯＣ５％～ＳＯＣ３０％とすることで、プリチャージに要する充電時間を短くしつつ、バッテリー５２を安定化させる、すなわちバッテリー５２が有する複数のバッテリーセル５３の電圧値を均等化し易くすることができる。
本実施形態では、図１の送電ユニット５６は、ワイヤレス送電デバイスを含む。このことで、モバイルバッテリー５０を持ち運びしている間に、送電ユニット５６から、例えば携帯端末８０に電力を供給し、携帯端末８０（詳しくは内蔵バッテリー８２）に対して充電を行うことができる。また、モバイルバッテリー５０と例えば携帯端末８０との接続状態を気にすることなく、携帯端末８０から所定の範囲にモバイルバッテリー５０を配置することで、携帯端末８０を容易に充電することができる。
なお、本実施形態では、バッテリー５２およびバッテリー制御装置６０は、モバイルバッテリー５０に備えられており、モバイルバッテリー５０によって実現されていた。しかしながら、バッテリー制御装置６０は、モバイルバッテリー５０による実現に限定されない。
図６は、他の実施形態に係る充電システム１０Ａの概念図である。図６に示すように、充電システム１０Ａは、給電装置２０と、携帯端末８０Ａを備えている。充電システム１０Ａでは、図１に示すようなモバイルバッテリー５０は省略されている。携帯端末８０Ａは、高出力用のバッテリー５２と、受電ユニット５４と、バッテリー制御装置６０とを備えている。この携帯端末８０Ａのバッテリー５２、受電ユニット５４、バッテリー制御装置６０は、それぞれ図１のモバイルバッテリー５０のバッテリー５２、受電ユニット５４、バッテリー制御装置６０と同じものである。このように、高出力用のバッテリー５２、受電ユニット５４およびバッテリー制御装置６０が携帯端末８０Ａに備えられている場合であっても、上記実施形態と同様の効果が得られる。
１０、１０Ａ 充電システム
２０ 給電装置
５０ モバイルバッテリー
５１ 筐体
５２ バッテリー
５４ 受電ユニット
５６ 送電ユニット
６０ バッテリー制御装置
６１ 記憶部
６３ 放電制御部
６５ 充電制御部
７０ 現在ＳＯＣ
７１ 上限ＳＯＣ
７２ 下限ＳＯＣ
７３ プリチャージＳＯＣ

Claims (4)

  1. バッテリーからの放電を制御する放電制御部と、
    バッテリーへの充電を制御する充電制御部と、
    を備え、
    前記放電制御部は、予め定められたプリチャージＳＯＣよりも高い予め定められた下限ＳＯＣまでバッテリーからの放電を少なくとも実施可能に構成されており、
    前記充電制御部は、
    バッテリーのＳＯＣが、前記プリチャージＳＯＣよりも低いときに、予め定められた第１充電レートよりも低い第２充電レートで充電され、かつ、
    バッテリーのＳＯＣが、前記プリチャージＳＯＣ以上のときに、前記第１充電レートで充電されるように構成された、バッテリー制御装置。
  2. 前記プリチャージＳＯＣと前記下限ＳＯＣとの差は、ＳＯＣ５％～ＳＯＣ３０％である、請求項１に記載されたバッテリー制御装置。
  3. 筐体と、
    前記筐体内に配置され、５Ｃ以上の充電レートで充電可能なバッテリーと、
    前記筐体内に配置された送電ユニットと、
    前記バッテリーおよび前記送電ユニットに接続されたバッテリー制御装置と、
    を備え、
    前記バッテリー制御装置は、
    前記バッテリーからの放電を制御する放電制御部と、
    前記バッテリーへの充電を制御する充電制御部と、
    を備え、
    前記放電制御部は、予め定められたプリチャージＳＯＣよりも高い予め定められた下限ＳＯＣまで前記バッテリーからの放電を少なくとも実施可能に構成されており、
    前記充電制御部は、
    前記バッテリーのＳＯＣが、前記プリチャージＳＯＣよりも低いときに、予め定められた第１充電レートよりも低い第２充電レートで充電され、かつ、
    前記バッテリーのＳＯＣが、前記プリチャージＳＯＣ以上のときに、前記第１充電レートで充電されるように構成された、モバイルバッテリー。
  4. 前記送電ユニットは、ワイヤレス送電デバイスを含む、請求項３に記載されたモバイルバッテリー。
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