JP3157688B2

JP3157688B2 - 組電池の充電制御方法及び充電制御装置

Info

Publication number: JP3157688B2
Application number: JP30116794A
Authority: JP
Inventors: 英治門内; 勇一渡辺; 恵木下; 登伊藤; 寛治高田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-12-05
Filing date: 1994-12-05
Publication date: 2001-04-16
Anticipated expiration: 2016-04-16
Also published as: JPH08163786A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、密閉形ニッケル・水素
蓄電池等の集合体からなる組電池形態の、特に電気自動
車等の移動体に搭載される蓄電池について、その充電を
制御する方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】密閉型ニッケル・水素蓄電池は、エネル
ギー密度、出力密度、サイクル寿命等の基本特性に優
れ、電気自動車等の移動体の駆動用モータ等のための電
源として実用化への開発がすすんでいる。当該電池を電
気自動車用電源として用いる場合、所定の駆動出力を得
るためには電池容量が５０〜１２０Ａｈ程度で且つ１０
０〜３５０Ｖ程度の総電圧が必要となる。ニッケル・水
素電池はその最小単位である１セルの出力電圧が１．２
Ｖ程度であるため、多数のセルを直列に接続して所要の
総電圧を得ている。例えば、セルを１０個直列に接続し
て一つのモジュール電池とし、このモジュール電池を２
４個直列に接続すれば、合計２４０セルの組電池とな
り、２８８Ｖの総電圧が得られる。かかる組電池を充電
する場合は、単電池の場合と同様に、組電池の両端部間
に所定の充電電圧を印加して行い、充電の進行と共に組
電池の電圧や温度が上昇する点に着目して充電が完了し
たかどうかを判断する。

【０００３】しかしながら、上記のような組電池は多数
のセルの集合体であり、そのような多数のセルを互いに
物理的に完全に同一の個体に製造することは実質的に不
可能である。従って、組電池として直列に接続されてい
ても、各セルの放電の状態には個体差がある。また、組
電池としての空間的な配置構成により温度条件が異なる
等の、使用条件における微妙な差異もある。この結果、
放電の深さがセルによって、またモジュール電池によっ
て同一ではないのが現実である。従って、組電池全体に
対して充電を行っても、各セルについて見た場合、充電
の進度が同一ではない。すなわち、あるセルは電池容量
が１００％にまで回復していても、他のセルはまだ９０
％というような状態が起こる。従って、全てのセルにつ
いて１００％以上の電池容量を持たせるためには、さら
に一律に補充電を行って全体に電池容量を引き上げる必
要がある。図１２は、第１充電期間Ｔ１の後に充電条件
を変えて補充電たる第２充電期間Ｔ２をもつ２段階充電
方式を採用した場合の電池温度Ｔ、電池電圧Ｖ、充電電
流Ｉ及び電池温度の変化率ｄＴ／ｄｔの特性を示すグラ
フである。第１充電期間から第２充電期間への充電電流
の切替えのタイミングは、電池温度Ｔ、電池電圧Ｖ又は
電池温度の変化率ｄＴ／ｄｔの変化を捉えることにより
決定する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、電池温度に
よって充電できる電池容量の限度は一定ではない。従っ
て、この限度が下がっている状態において上記のような
従来の充電方法により一律に第２充電期間分の補充電を
行うと、かなり過充電になる場合があった。また、組電
池という特殊性のある電池については、前述のように個
々のセルの放電状態が一定でないが、その放電状態の個
体差が非常に小さい場合もある。すなわち、各セルの充
電前の放電の深さがほぼそろっていて、均一に充電が進
んでいる場合もある。かかる場合に一律に第２充電期間
分の補充電を行うと、エネルギーの無駄になり、全ての
セルについて過充電になってしまう。このように、従来
の充電方法では過充電になりやすく、組電池全体として
の過充電量が大きい。かかる過充電は電池の劣化を加速
するため電池の寿命が短くなるという問題点があった。

【０００５】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、組電池の状態、例えば電池温度
や充電の進行状態等に応じて適切に充電を制御すること
のできる方法及び装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

【０００７】本発明による組電池の充電制御方法は、複
数の蓄電池を直列に接続してなるモジュール電池の集合
体からなる組電池の充電制御方法であって、前記組電池
に対して第１の条件での主たる充電を行うステップと、
前記組電池の電池温度を検出し、前記組電池について、
その残容量と、その電池温度に対応する容量基準値とを
求め、かつ、前記モジュール電池のそれぞれについて両
端間の電圧とその電圧の変化率とを求めるステップと、
前記残容量が前記容量基準値に達したときの前記電圧の
モジュール間格差及び前記電圧の変化率のモジュール間
格差の少なくとも一方が所定値を超えるときは充電電流
を軽減して第２の条件での補充電を行い、前記所定値を
超えないときは充電を終了するステップとを備えたもの
である。

【０００８】また、補充電を行うステップの後に、組電
池の両端間の電圧と、電池温度に対応する補充電時の電
圧基準値とを読み、その差が所定値以下であれば補充電
を継続し、所定値を超えていれば補充電を中止して警報
出力を発するステップをさらに有するものである。

【０００９】

【００１０】本発明による組電池の充電制御装置は、複
数のモジュール電池の直列集合体からなる組電池のため
の充電制御装置であって、前記組電池の充放電電流を検
出する電流検出手段と、前記電流検出手段によって検出
された電流を時間により積分処理して前記組電池の電池
容量の初期値に加減算することにより電池容量の残容量
を求める電池容量計測手段と、前記組電池の電池温度を
検出する電池温度検出手段と、前記複数のモジュール電
池のそれぞれの両端間の電圧を検出する電圧検出手段
と、前記残容量が、電池温度に対応する容量基準値に達
したとき、前記電圧のモジュール間格差及び前記電圧の
変化率の少なくとも一方が所定値を超えていれば第１の
信号を、超えていなければ第２の信号をそれぞれ生じる
判断手段と、前記組電池の両端に接続されて充電を行
い、前記第１の信号を受けた場合は充電電流を軽減しつ
つ補充電を行い、前記第２の信号を受けた場合は充電を
終了する充電装置とを備えたものである。

【００１１】また、組電池の充放電電流を検出する電流
検出手段と、前記電流検出手段によって検出された電流
を時間により積分処理して前記組電池の電池容量の初期
値に加減算することにより電池容量の残容量を求める電
池容量計測手段と、前記組電池の両端間の電圧を検出す
る電圧検出手段と、前記組電池の電池温度を検出する電
池温度検出手段と、前記残容量と、電池温度に対応する
容量基準値とを比較し、前記残容量が前記容量基準値に
達したとき第１の信号を出力する容量比較手段と、前記
電圧と、電池温度に対する補充電時の電圧基準値との差
を所定値と比較し、その差が所定値を超えていれば第２
の信号を出力する電圧比較手段と、前記組電池の両端に
接続されて充電を行い、前記第１の信号を受けた場合は
充電電流を軽減した補充電を開始し、前記第２の信号を
受けた場合は充電を中止する充電装置とを備えたもので
ある。

【００１２】

【作用】本発明による組電池の充電制御方法では、当初
は、組電池に対して第１の条件での主たる充電を行い、
次に組電池の電池温度を検出し、組電池について、その
残容量と、その電池温度に対応する容量基準値とを求
め、残容量が容量基準値に達したとき充電電流を軽減し
て第２の条件での補充電を行う。

【００１３】また、組電池に対して第１の条件での主た
る充電を行い、次に組電池の電池温度を検出し、組電池
について、その残容量と、その電池温度に対応する容量
基準値とを求め、かつ、モジュール電池のそれぞれにつ
いて両端間の電圧とその電圧の変化率を求める。そし
て、残容量が容量基準値に達したときの電圧のモジュー
ル間格差及び電圧の変化率のモジュール間格差の少なく
とも一方が所定値を超えるときは充電電流を軽減して第
２の条件での補充電を行い、所定値を超えないときは充
電を終了する。

【００１４】また、補充電を開始した後に、組電池の両
端間の電圧と、電池温度に対応する補充電時の電圧基準
値とを読み、その差が所定値以下であれば補充電を継続
し、所定値を超えていれば補充電を中止して警報出力を
発する。

【００１５】また、本発明の組電池の充電制御装置は、
電池の充放電電流を電流検出手段により検出し、検出さ
れた電流を電池容量計測手段が時間により積分処理して
組電池の電池容量の初期値に加減算することにより電池
容量の残容量を求め、電池温度検出手段により組電池の
電池温度を検出する。そして、判断手段は、残容量が電
池温度に対応する容量基準値に達したとき所定の出力を
生じ、充電装置はこれによって充電電流を軽減した補充
電を行う。

【００１６】また、本発明の組電池の充電制御装置は、
電池の充放電電流を電流検出手段により検出し、検出さ
れた電流を電池容量計測手段が時間により積分処理して
組電池の電池容量の初期値に加減算することにより電池
容量の残容量を求め、電池温度検出手段により組電池の
電池温度を検出する。さらに、電圧検出手段は複数のモ
ジュール電池のそれぞれの両端間の電圧を検出する。そ
して、判断手段は、残容量が電池温度に対応する容量基
準値に達したとき、電圧のモジュール間格差及び電圧の
変化率の少なくとも一方が所定値を超えていれば第１の
信号を、超えていなければ第２の信号をそれぞれ生じ、
充電装置は、第１の信号を受けて充電電流を軽減した補
充電を行い、第２の信号を受けた場合は充電を終了す
る。

【００１７】また、電池の充放電電流を電流検出手段に
より検出し、検出された電流を電池容量計測手段が時間
により積分処理して組電池の電池容量の初期値に加減算
することにより電池容量の残容量を求め、電池温度検出
手段により組電池の電池温度を検出する。そして、容量
比較手段は、残容量と、電池温度に対応する容量基準値
とを比較し、容量が容量基準値に達したとき第１の信号
を出力し、電圧比較手段は、前記電圧と、電池温度に対
する補充電時の電圧基準値との差を所定値と比較し、そ
の差が所定値を超えていれば第２の信号を出力する。充
電装置は第１の信号を受けた場合は充電電流を軽減して
さらに補充電を行うが、第２の信号を受けた場合は充電
を中止する。

【００１８】

【実施例】

（実施例１）図１は、電気自動車等の移動体に搭載され
る、密閉型ニッケル・水素蓄電池の集合体からなる蓄電
池の内部回路図である。この電池１は複数（本実施例で
は例えば２４個とする）のモジュール１０１、１０２、
１０３、．．．、及び１２４を直列接続して成る組電池
（以下組電池１という）であり、各モジュールはさらに
複数（通常１０個）のセルの直列接続体により構成され
ている。図２は、本発明の組電池の充電制御装置等を示
すブロック回路図である。図２において、電圧検出回路
２０１〜２２４の一対の入力端子は、それぞれモジュー
ル１０１〜１２４の各両端部に接続され、各モジュール
１０１〜１２４の両端部間の電圧に比例したアナログ電
圧出力信号をＡ／Ｄ変換器７に入力する。モジュール１
０２の内部には電池温度センサ２が設けられていて、そ
の出力はＡ／Ｄ変換器７に送られる。ここで、電池温度
センサ２は例えばサーミスタ温度センサである。なお、
電池温度センサ２をモジュール１０２内に設ける例を示
したが、これは一例として示したに過ぎず他のモジュー
ルに設けても良い。また２つ以上のモジュールに電池温
度センサ２を設けてＣＰＵ８においてその出力値の平均
又は最大をとる構成にすることもできる。

【００１９】組電池１の両端部の間には充電装置１２、
及びスイッチ５と負荷６との直列体が接続されている。
負荷６は電気自動車におけるモータ等である。通常の走
行状態においてはスイッチ５が閉路され負荷６に電流を
供給し得る状態になっている。充電時にはスイッチ５を
開いて負荷６を切り離し、充電装置１２によりＤＣ充電
電圧を印加する。充電装置のプラグ１３は、電気自動車
を停止させた状態で例えばＡＣ２００Ｖの電源に接続さ
れる。充電装置１２が起動しているときは、そのことを
示す信号がＡ／Ｄ変換器７に送られる。負荷６に流れる
電流は例えばホール素子等の電流センサ３によって検出
されＡ／Ｄ変換器７に送られる。組電池１の両端間には
例えば抵抗分圧を利用した電圧センサ４が接続され、組
電池１の両端間の電圧（総電圧）に比例する電圧をＡ／
Ｄ変換器７に入力する。Ａ／Ｄ変換器７のディジタル出
力信号はＣＰＵ８に送られる。ＣＰＵ８には記憶装置と
してのＲＯＭ９が接続されている。Ａ／Ｄ変換器７、Ｃ
ＰＵ８及びＲＯＭ９は充電制御回路１０を構成する。そ
して、ＣＰＵ８の出力は表示装置１１に送られる。表示
装置１１は例えば電気自動車の運転席正面に配置され、
運転者によって視認されるようになっている。

【００２０】次に、上記のように構成された充電制御装
置についてその動作を説明する。まず、図２において、
電気自動車の走行中は、スイッチ５が閉路され負荷６に
電流が流れる。電流センサ３は負荷電流を検出し、Ａ／
Ｄ変換器７を介してＣＰＵ８に電流値に相当する信号を
送る。ＣＰＵ８は、これを単位時間ごとに積分処理して
組電池１の容量［電流・時間］の消費量を求め、これを
初期容量（所定値）から減じて現時点に於ける残容量を
常に把握する。また、後述の充電中に於いては、充電装
置１２から供給される充電電流を電流センサ３によって
検出し、同様にＣＰＵ８によって積分処理し、直前の容
量に逐次加算して充電中の残容量を把握する。

【００２１】次に、充電制御方法について図３のフロー
チャートを参照しつつ、説明する。充電を行なう場合
は、図２のスイッチ５を開いて負荷６を切り離し、充電
装置１２を起動させて充電を開始する。充電は第１充電
期間における定電力充電（主充電）と第２充電期間にお
ける定電流充電（補充電）とによって行われる。定電力
充電から定電流充電への切換え及び充電の停止は、ＣＰ
Ｕ８から充電制御装置１２へ信号を送ることによって行
われる。まず、充電を開始すると、充電装置１２から５
〜６ｋＷの定電力による充電電流が組電池１に供給され
る（ステップＳ１１）。一方、図２において、温度セン
サ２は常時電池温度を検出し、その瞬時値を電圧として
出力している。その出力はＡ／Ｄ変換器７を介してＣＰ
Ｕ８に瞬時温度データとして入力される。ここでＣＰＵ
８は、瞬時温度データを一定周期で複数回読取り、その
平均値を電池温度Ｔに相当するデータ（以下単に電池温
度Ｔという）として読み取る（ステップＳ１２）。

【００２２】次に、ステップＳ１３において、電池温度
Ｔに対応する容量基準値ＡＨ_refをＲＯＭ９（図２）か
ら読む。ここで、容量基準値について説明する。図４は
電池温度に対する電池容量の、過充電にならない範囲で
の上限値を示すグラフである。この例は電池容量が１０
０［Ａ・時間］の電池についての特性を示すものである
が、図に示すように１００［Ａ・時間］の能力を有する
電池であっても、常に１００［Ａ・時間］まで充電がで
きるとは限らず、温度によって容量限度が低下する。例
えば電池温度４０℃では、９５［Ａ・時間］程度までし
か充電できないし、電池温度−２０℃では７６［Ａ・時
間］程度までしか充電できない。なお、充電を行なえる
実用上の範囲は−２０℃〜６０℃である。このように、
その時の電池温度によって充電できる容量の限度が決ま
っている。この、電池温度に対する容量限度が、容量基
準値ＡＨ_refである。各種電池温度に対する容量基準値
ＡＨ_refは、図４のグラフに示す具体的な数値をあらか
じめＲＯＭ９に記憶させておく。

【００２３】図３に戻って、ステップＳ１３では、容量
基準値ＡＨ_ref［Ａ・時間］の他に、ＣＰＵ８が積分処
理によって常時把握している組電池１の残容量ＡＨ［Ａ
・時間］を読む。次に、ステップＳ１４では、残容量Ａ
Ｈが容量基準値ＡＨ_refに達したかどうかを判断する。
達していればステップＳ１５に進み、達していなければ
ステップＳ１１に戻る。ステップＳ１５では充電装置１
２（図２）に信号を送って定電力充電を終了させ、引き
続いて補充電たる定電流充電を行わしめる。定電流充電
では、微少な充電電流で、残容量が各モジュールについ
て１００％〜１１０％になるように充電する。定電流充
電を所定時間行なえば充電は完了する。

【００２４】上記のように、本来充電できる容量の上限
値を電池温度を考慮して判断することにより、容量限度
の低下する高温域（例えば４０℃以上）や低温域（例え
ば−１０℃以下）において、充電限度容量を相対的に低
く設定することになるので、著しく過充電になる事態を
未然に防ぐことができる。従って、過充電により電池に
与える損害が少なく、また、エネルギーの損失も少ない
ので、充電の効率が向上する。上記のように本来充電で
きる容量の上限値を電池温度を考慮して充電を行った場
合（Ａ）と、本来充電できる容量の上限値を電池温度を
考慮せずに常に一定値（例えば１００［Ａ・時間］）と
して、この一定値に達したときから補充電を開始する場
合（Ｂ）とについて、それぞれ充放電試験を行った。そ
して、１回の充電により走行できる距離がサイクル数
（充放電の回数）の増加に伴ってどのように変化するか
を調べた。なお、第１充電期間の充電電流値は１０Ａと
し、第２充電期間の充電電流は２Ａで充電時間は３時間
とした。また充電時の電池温度は、主として日本国内に
おける１年を通じての気象条件を考慮して−２０℃〜４
０℃の範囲とし、−２０℃、０℃、２０℃及び４０℃の
順で繰り返し行った。放電は電気自動車のモータを疑似
負荷として行った。その試験結果を図５に示す。図５に
おいて、横軸はサイクル数を示し、縦軸は走行（可能）
距離［ｋｍ］を示す。図より明らかなように、Ａの場合
はサイクル数が２００に達してもほぼ初期の走行距離を
維持しているが、Ｂの場合では、サイクル数の増加と共
に走行距離は急速に低下し、サイクル数１００に至って
は初期の走行距離の半分以下になっている。このよう
に、温度による充電容量限度を考慮しない場合（Ｂの場
合）には、電池の劣化が早くなることがわかる。この原
因は特に高温域及び低音域での著しい過充電により電池
の劣化が加速されるからである。

【００２５】（実施例２）次に、実施例２について説明
する。図６は、実施例２における充電制御方法を示すフ
ローチャートである。なお、回路構成は図２の実施例１
の構成と同じであるので、その説明を省略する。また、
図６のステップＳ２１〜Ｓ２３はそれぞれ図３のステッ
プＳ１１〜Ｓ１３と同一であるので、説明を省略する。
さて、図６のステップＳ２４においては、組電池１（図
２）の残容量ＡＨが容量基準値ＡＨ_refに対する所定の
値に達したか否かを判断する。例えば、残容量ＡＨが容
量基準値ＡＨ_refの９０％に達したか否かを判断する。
達していなければステップＳ２１に戻る。達していれ
ば、ステップＳ２５に進む。ステップＳ２５では、図２
の電圧検出回路２０１〜２２４により検出されＣＰＵ８
に送られてくる２４個のモジュール１０１〜１２４の各
電圧Ｖm1〜Ｖm24についてそれらの単位時間あたりの上
昇速度、すなわちｄＶmi／ｄｔ(i=1〜24)を求める。単
位時間とは例えば１分である。そして、ステップＳ２６
において、残容量ＡＨが容量基準値ＡＨ_refに達したか
どうかを判断する。達していなければステップＳ２１に
戻り、既述の動作を繰り返す。残容量ＡＨが容量基準値
ＡＨ_refに達したら、ステップＳ２７に進み、２つの条
件について判断する。条件のうち１つは、モジュール１
０１〜１２４の各電圧Ｖmi（Ｖm1〜Ｖm24）のモジュー
ル間格差が所定の値を超えているか否かである。また他
の１つは、ｄＶmi／ｄｔの値のモジュール間格差が所定
の値を超えているか否かである。これら所定の値の例と
しては、前者が０．０１［Ｖ］であり、後者が０．００
２５［Ｖ／分］である。２つの条件はアンド（ＡＮＤ）
条件として扱うが、必要によりオア（ＯＲ）条件として
扱うこともできる。条件が成立すればステップＳ２８に
進み、充電装置１２（図２）に信号を送って補充電たる
定電流充電を行わしめ、その後充電を終了する。一方、
ステップＳ２７にて条件が成立しなければ充電装置１２
に停止信号を送って、定電流充電を行うことなくそのま
ま充電を終了する。このように、各モジュール１０１〜
１２４の電圧及びそれらの変化率のどちらもが所定の値
より小さい場合、すなわち各モジュール１０１〜１２４
の電池容量がほぼ均一である場合にはさらに補充電を行
うことなく、充電を終了する。従ってその場合は過充電
にならない。

【００２６】上記実施例２のように、定電流充電を常に
は行わない充電方法を採用した場合をＣの場合として、
実施例１のＡの場合と特性を比較する。図７は組電池１
（図２）のエネルギー効率（＝（出力／入力）×１０
０）がサイクル数の増加と共にどのように変化するかを
示すグラフである。このグラフより明らかなように、Ｃ
の場合は、Ａの場合より平均的にエネルギー効率が数％
高い。これはＡの場合は常に定電流充電によって補充電
されるため組電池１全体としての過充電量が大きく、エ
ネルギーの損失が大きいのに対し、Ｃの場合は定電流充
電をされない場合が多いからである。但し、Ｃの場合に
も、例えば３サイクルに１回程度の割合でモジュール間
の電圧格差が所定値より大きくなり、その結果定電流充
電（補充電）が行われるので、その時は一次的にエネル
ギー効率がＡの場合と同程度にまで下がる。

【００２７】図８は、図５と同様の、サイクル数に対す
る走行距離の変化を示すグラフである。図８より明らか
なようにＣの場合はＡの場合よりさらに特性が改善され
ていることがわかる。Ａの場合は前述のようにサイクル
数２００程度までは初期の走行距離をほぼ維持するが、
サイクル数がさらに増えると徐々に低下し始め、サイク
ル数６００に至っては走行距離は激減する。しかし、Ｃ
の場合はサイクル数が６００に達してもなお初期の状態
の７０〜８０％程度の走行距離を維持している。これ
は、Ｃの場合は定電流充電（補充電）をされる回数がＡ
の場合より少ないため、電池の劣化が遅いからである。
なお、サイクル数の少ない初期の段階ではＣの場合より
もＡの場合の方が走行距離が若干大きくなることが多
い。これはＡの場合は常に定電流充電をされているのに
対して、Ｃの場合は定電流充電が所定の条件のときしか
行われないため、電池容量に若干の差が生じるからであ
る。

【００２８】（実施例３）次に、実施例３について説明
する。図９はまだ劣化に至っていない正常な電池を第２
充電期間において定電流充電（補充電）する場合の、電
池温度とそのときの組電池１（図２）の端子間電圧値と
の関係を示すグラフである。このように、第２充電期間
開始後の正常な組電池１の電圧は電池温度に応じてほぼ
所定の値を有する。従って、ある電池温度に対して組電
池１の電圧は何Ｖであるべきかという基準電圧が設定で
きる。そこで、種々の電池温度に対する基準電圧を予め
ＲＯＭ９（図２）に記憶させておく。図１０は、前述の
Ａの場合、Ｃの場合、そしてＢの場合のそれぞれについ
て、サイクル数に対する電圧のずれの変化を示すグラフ
である。ここで、電圧のずれとは、図９の特性によって
決定されるところの、その時の電池温度に対する組電池
１の基準電圧からのずれ（＋のずれ、すなわち増加）を
意味する。図１０から明らかなように、Ｂの場合はサイ
クル数の増加と共に急速に電圧のずれが大きくなる。こ
れは電池の劣化が早いため内部抵抗が急速に増加してい
るからである。一方、Ａの場合は、サイクル数が４００
を超える頃から電圧のずれが急増する。Ｃの場合は電圧
のずれの増加が非常に遅いが、サイクル数６００近傍で
は少し増加する。このように、電池の劣化は補充電時の
電圧が基準値からどの程度ずれているかを検出すること
により、知ることができる。このことに着目して充電を
制御したのが以下の方法である。

【００２９】図１１は、実施例３における充電制御方法
を示すフローチャートである。なお、回路構成は図２の
実施例１の構成と同じであるのでその説明を省略する。
また、図１１のステップＳ３１〜Ｓ３５はそれぞれ図３
のステップＳ１１〜Ｓ１５と同一であるので、説明を省
略する。図１１において、ステップＳ３５にて充電装置
１２（図２）に信号を送って、定電流充電（補充電）が
開始されると、次のステップＳ３６において組電池１の
電圧Ｖを読み、かつ、電池温度Ｔに対応する補充電時の
基準電圧Ｖ_refを読む。次に、ステップＳ３７において
Ｖ−Ｖ_refの値を求め、それが所定値以下であるかどう
か判断する。所定値以下であればステップＳ３８に進ん
で定電流充電をそのまま継続し、その後充電を終了す
る。一方、ステップＳ３７において所定値を超えていれ
ばステップＳ３９に進み、充電装置１２に信号を送って
充電を中止し、表示装置１１（図２）に警報出力を送
る。所定値を超えているのは、電池の容量の低下（劣
化）に伴って内部抵抗が大きくなり、充電時の電圧が上
昇しているからである。上記のようにして充電を中止す
る方法は、組電池１を構成する各モジュール１０１〜１
２４（図２）において全体として均一に劣化が進行して
いる場合に、特に有効である。組電池１が全体として均
一に劣化した場合にはモジュール間の電圧格差が大きく
ならないため、電圧格差の増大を監視しても電池の劣化
を捉えることは困難だからである。

【００３０】なお、上記実施例１〜３は密閉型ニッケル
・水素蓄電池の集合体からなる組電池を充電制御の対象
として説明したが、本発明の方法・装置は必ずしもこれ
に限るものではなく、鉛蓄電池やニッケル・カドミウム
蓄電池等の集合体からなる組電池に対しても適用可能で
ある。

【００３１】

【発明の効果】以上のように構成された本発明による組
電池の充電制御方法及び充電制御装置は、以下の効果を
奏する。

【００３２】請求項１の組電池の充電制御方法では、最
初は、組電池に対して第１の条件での主たる充電を行
い、次に組電池の電池温度を検出し、組電池について、
その残容量と、その電池温度に対応する容量基準値とを
求め、残容量が容量基準値に達したとき充電電流を軽減
して第２の条件での補充電を行うので、電池温度を考慮
した適切な容量基準値に基づいて補充電への切り換えが
行われる。従って、補充電による充電量が大きすぎて著
しく過充電になるような事態を招かないので、電池の劣
化が遅くなり、電池の寿命を延ばすことができる。

【００３３】また、請求項２の組電池の充電制御方法で
は、モジュール電池のそれぞれについて両端間の電圧と
その電圧の変化率を求め、そして、残容量が容量基準値
に達したときの電圧のモジュール間格差及び電圧の変化
率のモジュール間格差の少なくとも一方が所定値を超え
るときは充電電流を軽減して第２の条件での補充電を行
い、所定値を超えないときは充電を終了するようにした
ので、モジュール電池の電圧のばらつきが少ないときに
はあえて補充電を行わない。従って、過充電になる場合
が少なくなるので、電池の劣化が遅くなって長寿命にな
る。

【００３４】また、請求項３の組電池の充電制御方法で
は、補充電を開始後に、組電池の両端間の電圧と、電池
温度に対応する補充電時の電圧基準値とを読み、その差
が所定値以下であれば補充電を継続し、所定値を超えて
いれば補充電を中止して警報出力を発するようにしたの
で、電池が劣化して内部抵抗が増加している場合にはそ
のことを迅速に検出して知らせることができ、また無駄
な補充電を行わずに済む。

【００３５】また、請求項４の組電池の充電制御装置で
は、電流検出手段により検出された電流を電池容量計測
手段が時間により積分処理して組電池の電池容量の初期
値に加減算することにより電池容量の残容量を求め、こ
の残容量が、組電池の電池温度に対応する容量基準値に
達したとき充電電流を軽減して補充電を開始する。従っ
て、電池温度を考慮した電池容量に基づいて充電条件の
切り換えが行われ、補充電による充電量が大きすぎて著
しく過充電になるような事態を招かない。この結果、電
池の劣化が遅くなり、電池の寿命を延ばすことができ
る。

【００３６】また、請求項５の組電池の充電制御装置
は、電流検出手段により検出された電流を電池容量計測
手段が時間により積分処理して組電池の電池容量の初期
値に加減算することにより電池容量の残容量を求め、こ
の残容量が電池温度に対応する容量基準値に達したと
き、電圧のモジュール間格差及び電圧の変化率の少なく
とも一方が所定値を超えていれば充電電流を軽減して補
充電を行い、所定値を超えていなければ即刻充電を終了
するように構成されている。この結果、モジュール電池
の電圧のばらつきが少ないときにはあえて補充電を行わ
ない。従って、過充電になる場合が少なくなるので、電
池の劣化が遅くなって長寿命になる。

【００３７】また、請求項６の組電池の充電制御装置で
は、主たる充電によって組電池の残容量がその時の電池
温度に対応する容量基準値に達したとき充電電流を軽減
してさらに補充電を行う一方、組電池の電圧と、電池温
度に対する補充電時の電圧基準値との差を所定値と比較
し、その差が所定値を超えていれば補充電を中止する。
従って、電池が劣化して内部抵抗が増加している場合に
はそのことを迅速に検出して知らせることができ、また
無駄な補充電を行わずに済む。

【図面の簡単な説明】

【図１】組電池の内部回路構成を示す図である。

【図２】本発明による組電池の充電制御装置の概略構成
を示すブロック回路図である。

【図３】本発明の実施例１の充電制御方法を示すフロー
チャートである。

【図４】組電池の電池温度に対応する本来の電池容量の
上限値を示すグラフである。

【図５】実施例１に関して、組電池を搭載した電気自動
車の充電後の走行（可能）距離がサイクル数の増加にと
もなってどのように変化するかを示すグラフである。

【図６】本発明の実施例２の充電制御方法を示すフロー
チャートである。

【図７】実施例２に関して、組電池のエネルギー効率が
サイクル数の増加にともなってどのように変化するかを
示すグラフである。

【図８】実施例１及び２に関して、組電池を搭載した電
気自動車の充電後の走行（可能）距離がサイクル数の増
加にともなってどのように変化するかを示すグラフであ
る。

【図９】補充電時の電池温度と電圧の関係を示すグラフ
である。

【図１０】図９に示す電圧からのずれがサイクル数の増
加にともなってどのように変化するかを示すグラフであ
る。

【図１１】本発明の実施例３の充電制御方法を示すフロ
ーチャートである。

【図１２】第１充電期間Ｔ１の後に充電条件を変えて補
充電たる第２充電期間Ｔ２をもつ２段階充電方式を採用
した場合の電池温度Ｔ、電池電圧Ｖ、充電電流Ｉ及び電
池温度の変化率ｄＴ／ｄｔの特性を示すグラフである。

【符号の説明】

１組電池２温度センサ３電流センサ４電圧センサ７Ａ／Ｄ変換器８ＣＰＵ９ＲＯＭ１０充電制御回路１２充電装置１０１〜１２４モジュール２０１〜２２４電圧検出回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伊藤登大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者高田寛治大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (56)参考文献特開平１−144327（ＪＰ，Ａ) 実開昭62−64141（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02J 7/00 - 7/36

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の蓄電池を直列に接続してなるモジ
ュール電池の集合体からなる組電池の充電制御方法であ
って、前記組電池に対して第１の条件での主たる充電を行うス
テップと、前記組電池の電池温度を検出し、前記組電池について、
その残容量と、その電池温度に対応する容量基準値とを
求め、かつ、前記モジュール電池のそれぞれについて両
端間の電圧とその電圧の変化率とを求めるステップと、前記残容量が前記容量基準値に達したときの前記電圧の
モジュール間格差及び前記電圧の変化率のモジュール間
格差の少なくとも一方が所定値を超えるときは充電電流
を軽減して第２の条件での補充電を行い、前記所定値を
超えないときは充電を終了するステップと、を備えたことを特徴とする組電池の充電制御方法。
【請求項２】前記補充電を行うステップの後に、前記
組電池の両端間の電圧と、電池温度に対応する補充電時
の電圧基準値とを読み、その差が所定値以下であれば補
充電を継続し、所定値を超えていれば補充電を中止して
警報出力を発するステップをさらに有することを特徴と
する請求項１の組電池の充電制御方法。
【請求項３】複数のモジュール電池の直列集合体から
なる組電池のための充電制御装置であって、前記組電池の充放電電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段によって検出された電流を時間により
積分処理して前記組電池の電池容量の初期値に加減算す
ることにより電池容量の残容量を求める電池容量計測手
段と、前記組電池の電池温度を検出する電池温度検出手段と、前記複数のモジュール電池のそれぞれの両端間の電圧を
検出する電圧検出手段と、前記残容量が、電池温度に対応する容量基準値に達した
とき、前記電圧のモジュール間格差及び前記電圧の変化
率の少なくとも一方が所定値を超えていれば第１の信号
を、超えていなければ第２の信号をそれぞれ生じる判断
手段と、前記組電池の両端に接続されて充電を行い、前記第１の
信号を受けた場合は充電電流を軽減しつつ補充電を行
い、前記第２の信号を受けた場合は充電を終了する充電
装置と、を備えたことを特徴とする組電池の充電制御装置。
【請求項４】複数のモジュール電池の直列集合体から
なる組電池のための充電制御装置であって、前記組電池の充放電電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段によって検出された電流を時間により
積分処理して前記組電池の電池容量の初期値に加減算す
ることにより電池容量の残容量を求める電池容量計測手
段と、前記組電池の両端間の電圧を検出する電圧検出手段と、前記組電池の電池温度を検出する電池温度検出手段と、前記残容量と、電池温度に対応する容量基準値とを比較
し、前記残容量が前記容量基準値に達したとき第１の信
号を出力する容量比較手段と、前記電圧と、電池温度に対する電圧基準値との差を所定
値と比較し、その差が所定値を超えていれば第２の信号
を出力する電圧比較手段と、前記組電池の両端に接続されて充電を行い、前記第１の
信号を受けた場合は充電電流を軽減した補充電を開始
し、前記第２の信号を受けた場合は充電を中止する充電
装置と、を備えたことを特徴とする組電池の充電制御装置。