JP3695266B2 - 満充電判別方法 - Google Patents
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Description
【発明が属する技術分野】
本発明はニッケル・カドミウム電池(以下ニカド電池という)やニッケル・水素電池(以下ニッケル水素電池という)等の2次電池の電池温度検出による満充電判別方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
電池の充電制御方法として、所定時間毎の電池電圧をサンプリングし、充電末期のピーク電圧を検出することにより満充電と判別して充電電流の供給を制御する方法、所定時間毎の電池温度をサンプリングして電池温度上昇(電池温度勾配)を演算し、電池温度勾配が所定値以上になったら満充電と判別して充電電流の供給を制御する方法(以下dT/dt検出方法という)がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
前記電池電圧検出のよる満充電判別方法は、充電末期のピーク電圧の出現が顕著でないニッケル水素電池のような電池には不向きである。
【0004】
また前記dT/dt検出方法の場合は、電池の種類、電池の状態、充電開始時の電池温度、充電電流あるいは周囲温度に関係なく一つの判別値で充電制御を行った場合、その上記の要因によっては、充電途中に電池温度勾配が所定値以上上昇して充電が停止して充電不足が生じたり、また逆に電池が満充電になっても所定値以上上昇しないために充電が停止せず電池は過充電になり、充電末期の酸素ガス発生に伴う電解液漏れを引き起こし電池のサイクル寿命を低減させる恐れがあった。
【0005】
このためdT/dt検出方法による満充電判別を行う判別値を、電池の種類、電池の状態、充電開始時の電池温度、充電電流あるいは周囲温度の条件に対応して変えるようにしており、制御的に複雑になるといった問題を生じる。
【0006】
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくし、電池の種類、電池の状態、充電開始時の電池温度、充電電流あるいは周囲温度に関係なく、制御的に簡潔であり、且つ確実な満充電判別が可能な電池温度検出による満充電判別方法を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、電池温度勾配の変化量(d2T/dt2)が満充電間際に急激に上昇した後に減少することに着目し、所定時間毎に電池温度をサンプリングして電池温度勾配の変化量を演算し、この変化量が増大後減少したのを検出して満充電と判別することにより達成される。
【0008】
【発明の実施の形態】
図1は本発明満充電判別方法を行う充電装置の一実施形態を示す回路図である。図において、1は交流電源、2は複数の素電池を直列接続した電池組であって、素電池に接触または近接して電池温度を検出する例えばサーミスタ等からなる感温素子2Aを装備している。3は電池組2に流れる充電電流を検出する電流検出手段、4は充電の開始及び停止を制御する信号を伝達する充電制御信号伝達手段、5は検出した充電電流の信号をPWM制御IC23に帰還する充電電流信号伝達手段である。充電制御伝達信号手段4及び充電電流信号伝達手段5は例えばホトカプラ等からなる。10は全波整流回路11、平滑用コンデンサ12からなる整流平滑回路、20は高周波トランス21、MOSFET22、PWM制御IC23からなるスイッチング回路である。PWM制御IC23はMOSFET22の駆動パルス幅を変えて整流平滑回路10の出力電圧を調整するスイッチング電源ICである。30はダイオード31、32、チョークコイル33、平滑用コンデンサ34からなる整流平滑回路、40は抵抗41、42からなる電池電圧検出手段で、電池組2の端子電圧を分圧する。50は演算手段(CPU)51、ROM52、RAM53、タイマ54、A/Dコンバータ55、出力ポート56、リセット入力ポート57、入力ポート58からなるマイコンである。CPU51はサンプリング毎に最新の電池温度と複数サンプリング前の電池温度とを比較すると共に最新の電池温度勾配と複数サンプリング前の電池温度勾配とを比較する。RAM53はサンプリングした最新の電池温度までの所定数のサンプリングした電池温度と、最新の電池温度勾配までの所定数の電池温度勾配と、電池温度勾配の変化量の最大値を記憶する。60は演算増幅器61、62、抵抗63〜66からなる充電電流制御手段、70は電源トランス71、全波整流回路72、平滑コンデンサ73、3端子レギュレータ74、リセットIC75からなる定電圧電源で、マイコン50、充電電流制御手段60等の電源となる。リセットIC75はマイコン50を初期状態にするためにリセット入力ポート57にリセット信号を出力する。80は充電電流を設定する充電電流設定手段であって、前記出力ポート56からの信号に対応して演算増幅器62の反転入力端に印加する電圧値を変えるものである。90は電池温度検出手段で、5Vの定電圧電源と接続された抵抗91と、抵抗92と感温素子2Aとによって分圧された電圧をマイコン50のA/Dコンバータ55に入力し、マイコン50はこの入力された電圧により電池温度を検出する。
【0009】
次に図1の回路図、図2のフローチャートを参照して、本発明満充電判別方法を採用した充電装置の動作を説明する。
【0010】
電源を投入するとマイコン50は、電池組2の接続待機状態となる(ステップ101)。電池組2を接続すると、マイコン50は電池接続を電池電圧検出手段40からの信号により判別し、出力ポ−ト56より充電制御信号伝達手段4を介してPWM制御IC23に充電開始信号を伝達すると共に出力ポート56より充電電流設定手段80を介して充電電流設定基準電圧値Vi0を演算増幅器62に印加し、充電電流I0で充電を開始する(ステップ102)。充電開始と同時に電池組2に流れる充電電流を電流検出手段3により検出し、この充電電流に対応する電圧と充電電流設定基準値Vi0との差を充電電流制御手段60より信号伝達手段5を介してPWM制御IC23に帰還をかける。すなわち、充電電流が大きい場合はパルス幅を狭めたパルスを、逆の場合はパルス幅を広げたパルスを高周波トランス21に与え整流平滑回路30で直流に平滑し、充電電流を一定に保つ。電流検出手段3、充電電流制御手段60、信号伝達手段5、スイッチング回路20、整流平滑回路30を介して充電電流を所定電流値I0となるように制御する。
【0011】
次いで満充電検出制御を行う。RAM53における記憶デ−タである6サンプリング前までの電池温度Ti-06、Ti-05、……、Ti-01と、6サンプリング前までの電池温度勾配dT/dt(i-06)、dT/dt(i-05)、……、dT/dt(i-01)と、最新の電池温度勾配と6サンプリング前のdT/dt(i-06)との減算によって求める電池温度勾配の変化量の最大値を記憶するデ−タd2T/dt2(MAX)をイニシャルリセットし(ステップ103)、電池温度サンプリングタイマをスタートさせる(ステップ104)。サンプリングタイマ時間が△tを経過したら(ステップ105)、再度サンプリングタイマをスタートさせる(ステップ106)。なおステップ103における∞はマイコン50におけるA/D変換の最大値を示す。
【0012】
次いで感温素子2A及び電池温度検出手段90の抵抗91、92で分圧した分圧値をA/Dコンバータ55でA/D変換して取り込み電池温度Tinとして取り込む(ステップ107)。そして演算手段51にてTinと6サンプリング前のデ−タTi-06との差から最新の電池温度勾配としてのdT/dt(in)=Tin−Ti-06を求め(ステップ108)、dT/dt(in)が負か否かの判別を行い(ステップ109)、dT/dt(in)が負の時はdT/dt(i n)のデータを0とし(ステップ110)、dT/dt(in)が正の時はステップ110をスキップし、引き続き演算手段51にてdT/dt(in)と6サンプリング前の電池温度勾配デ−タdT/dt(i-06)との差から最新の電池温度勾配の変化量としてのd2T/dt2(in)=dT/dt(in)−dT/dt(i-06)を求め(ステップ111)、d2T/dt2(in)が負か否かの判別を行い(ステップ112)、d2T/dt2(in)が負の時はd2T/dt2(in)のデータを0とし(ステップ113)、d2T/dt2(in)が正の時はステップ113をスキップする。そして演算手段51にてd2T/dt2(in)と電池温度勾配の変化量の最大値を記憶したデ−タd2T/dt2(MAX)とを比較演算し(ステップ114)、d2T/dt2(in)がd2T/dt2(MAX)より予め設定された判別値Kより小さいか否かの判断、すなわち充電末期の電池温度上昇に対応し、電池温度勾配の変化量が増大後減少したか否かの判断を行う。d2T/dt2(MAX)− d2T/dt2(in)≧Kの時は、マイコン50は出力ポ−ト56より充電制御信号伝達手段4を介して充電停止信号をPWM制御IC23に伝達し充電を停止する(ステップ118)。次いで電池組2が取り出されるのを判別する(ステップ119)。電池組2の取り出しを判別したらステップ101に戻り、次の電池組2の充電のための待機をする。
【0013】
ステップ114においてd2T/dt2(MAX)− d2T/dt2(in)≧Kでない時は、d2T/dt2(in)とd2T/dt2(MAX)との比較を行い(ステップ115)、d2T/dt2(in)がd2T/dt2(MAX)より大きければ、d2T/dt2(in)の値をd2T/dt2(MAX)として更新し(ステップ116)、d2T/dt2(in)がd2T/dt2(MAX)より小さければ、ステップ116をスキップする。
【0014】
次いでRAM53における記憶デ−タである6サンプリング前までの電池温度Ti-06、Ti-05、……、Ti-01と、6サンプリング前までの電池温度勾配dT/dt(i-06)、dT/dt(i-05)、……、dT/dt(i-01)を、Ti-05→Ti-06、Ti-04→Ti-05、………、Tin→Ti-01に、またdT/dt(i-05)→dT/dt(i-06)、dT/dt(i-04)→dT/dt(i-05)、……、dT/dt(in)→dT/dt(i-01)に夫々の記憶デ−タを1サンプリング前の記憶エリアに移し替え(ステップ117)、再度ステップ105からの処理を行う。
【0015】
上記実施形態の説明において、満充電判別方法をステップ114に示した最新の電池温度勾配の変化量d2T/dt2(in)が、充電中の電池温度勾配の変化量の最大値を記憶したデータd2T/dt2(MAX)と比較して、電池温度勾配の変化量が増大後減少したのを検出して満充電を判別するようにしたが、これに限るものではなく、図3の充電中の電池温度特性における電池温度勾配の変化量d2T/dt2に示すように変化量が第1所定値以上になり、続いて第2所定値以下になるのを検出したら満充電と判別してもよい。要するに図3に示す充電末期に出現する電池温度勾配の変化量d2T/dt2の変化を検出できれば良い。
【0016】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、電池の種類、電池の状態、充電開始時の電池温度、充電電流あるいは周囲温度に関係なく、制御的に簡潔であり、且つ確実な満充電判別が可能な満充電判別方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明満充電判別方法を採用した充電装置の一実施形態を示す回路図。
【図2】図1の動作説明用フローチャート。
【図3】充電中の電池温度、電池温度勾配、電池温度勾配の変化量の特性を示す説明用グラフ。
【符号の説明】
2は電池組、2Aは感温素子、50はマイコン、51は演算手段(CPU)、53はRAM、55はA/Dコンバータ55、90は電池温度検出手段である。
Claims (1)
- 所定時間毎に電池温度をサンプリングし、サンプリング毎に電池温度勾配の変化量を演算すると共に電池温度勾配変化量の最大値を求め、最新サンプリング時の電池温度勾配変化量が前記最大値から所定量以上降下したことを検出したら満充電と判別することを特徴とした満充電判別方法。
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