JP3699494B2 - Method for recovering performance of secondary battery and secondary battery charging device - Google Patents

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Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、搬送車、電気自動車、補助動力付き人力車両等の電動車両の電源として供する２次電池の性能を回復させるための方法およびこのような２次電池の充電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、搬送車、電気自動車、補助動力付き人力車両等の電動車両では、その電源として、密閉型鉛電池、密閉型ニッカド電池等の２次電池が用いられている。２次電池は、充放電のサイクルとして、一定電流での放電、および一定電流での充電を繰り返す場合には、一般的な充電方法（定電流充電、定電圧充電およびこれらの組み合わせ）を実施することにより、その容量を回復することが可能である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、２次電池の放電パターンとして、上述した一定電流での放電でなく、負荷が変動することにより、電動車両の走行時等に見られる不定形な放電、特に短時間に電流が立ち上がるパルス的な放電が生じる場合には、一般的な充電方法では十分な充電が行えず、電池容量の回復が困難であり、必要な電池容量が得られず、サイクル寿命が短くなるという問題があった。
【０００４】
この発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、不定形な放電と、充電とが繰り返される２次電池の性能を回復させ、サイクル寿命を延ばすことを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述した問題点を解決するために、請求項１記載の発明では、不定形な放電と、充電とが繰り返される２次電池の性能を回復させるための方法であって、前記２次電池の内部インピーダンスを測定し、当該内部インピーダンスが所定値以上になった場合、前記２次電池を充電し終えた後、前記２次電池を一定電流で放電させることを特徴とする。
【０００６】
また、請求項２記載の発明では、不定形な放電と、充電とが繰り返される２次電池の充電装置であって、前記２次電池を充電する充電手段と、前記２次電池に対する充電回数が所定数以上になった場合、前記２次電池の内部インピーダンスを測定するインピーダンス測定手段と、前記インピーダンス測定手段による測定の結果、前記内部インピーダンスが所定値以上になった場合、前記２次電池を前記充電手段により充電し終えた後、前記２次電池を一定電流で放電させる定電流放電手段とを具備することを特徴とする。
【０００７】
【作用】
この発明によれば、充電と不定形放電とが繰り返される２次電池の内部インピーダンスを測定し、当該内部インピーダンスが所定値以上の場合には、充電受け入れ性が低下したと判断し、２次電池を充電し終えた後、２次電池を一定電流で放電させ、充電に対する抵抗を減少させる。これにより、２次電池のサイクル寿命を延ばすことが可能となる。
【０００８】
【実施例】
次に図面を参照してこの発明の一実施例について説明する。
Ａ．第１実施例の構成
図１は本発明を適用した充電器を有する負荷モデルの構成を示すブロック図である。図において、１は充電器であり、スイッチＳＷ１がオン状態になると、定電流充電または定電圧充電によって２次電池２を充電する。上記スイッチＳＷ１は、不定形な放電により充電容量（放電容量）が初期の６０％まで低下するとオン状態となる。次に、上記２次電池２は、複数の電池セルから構成された、例えば密閉型鉛電池、密閉型ニッカド電池等である。３は、２次電池２の両端にスイッチＳＷ３を介して並列に接続されたインピーダンス測定器であり、スイッチＳＷ３がオン状態になると、０．１Ｈｚの周波数で、２次電池２の内部インピーダンスを測定する。内部インピーダンスの測定は、２次電池２の充電受け入れ性を見きわめるためのものである。この内部インピーダンス測定は、測定の結果、内部インピーダンスが所定値以上であり、２次電池２の充電受け入れ性が所定値より低下している場合には、２次電池２を充電し終えた後、１５Ａの一定電流で終止電圧まで放電を行うようになっている。なお、一定電流での放電は、必ずしも終止電圧まででなくてもよい。
【０００９】
また、上記２次電池２には、スイッチＳＷ２を介して不定形放電負荷４と、スイッチＳＷ４を介して定電流放電器５とが並列に接続されている。上記不定形放電負荷４は、電動車両の走行時等に見られる不定形な放電、特に短時間で電流が立ち上がるパルス的な放電（ＤＯＤ；放電深度、３０％）が生じる負荷に相当する。また、上記定電流放電器５は、前述した内部インピーダンス測定において、２次電池２の充電受け入れ性が所定値より低下していると判断された時、１５Ａの一定電流で放電を行う場合の負荷である。また、６は、シーケンサであり、所定のタイミングで、上述したスイッチＳＷ１〜ＳＷ４のオン・オフ制御を行うようになっている。このため、上述したスイッチＳＷ１〜ＳＷ４は、各々、リレーの接点に相当する。
【００１０】
Ｂ．実施例の動作
次に、上述した実施例の動作について説明する。ここで、図２および図３は本実施例の動作を説明するためのフローチャートである。図において、まず、ステップＳ１で変数Ｎを「０」に設定する。この変数Ｎは、２次電池２に対する充電回数をカウントするものである。次に、ステップＳ２へ進み、スイッチＳＷ１をオン状態にする。そして、ステップＳ３において、充電器１により２次電池２への充電を開始する。ステップＳ４では、充電が終了したか否かを判断する。そして、充電が終了していない場合には、ステップＳ４における判断結果は「ＮＯ」となり、ステップＳ４を繰り返し実行する。
【００１１】
一方、充電が終了すると、ステップＳ４における判断結果は「ＹＥＳ」となり、ステップＳ５へ進む。ステップＳ５では、スイッチＳＷ１をオフ状態にする。次に、ステップＳ６へ進み、スイッチＳＷ２をオン状態にする。そして、ステップＳ７において、不定形放電負荷４により放電を開始する。次に、ステップＳ８において、放電が終了したか否かを判断する。そして、不定形放電負荷４による放電が終了していない場合には、ステップＳ８における判断結果は「ＮＯ」となり、ステップＳ８を繰り返し実行する。
【００１２】
一方、不定形放電負荷４による放電が終了した場合には、ステップＳ８における判断結果は「ＹＥＳ」となり、ステップＳ９へ進む。ステップＳ９では、スイッチＳＷ２をオフ状態とする。次に、ステップＳ１０において、変数Ｎを「１」だけインクリメントする。ステップＳ１１では、上記変数Ｎが「１０」以上であるか否かを判断する。すなわち、２次電池２に対する充電回数が１０回以上になったか否かを判断する。そして、変数Ｎが「１０」より小さければ、ステップＳ１１における判断結果は「ＮＯ」となり、ステップＳ１へ戻る。以下、変数Ｎが「１０」以上になるまで、上述したステップＳ１〜Ｓ１０を繰り返し実行し、充電と不定形放電とを繰り返す。
【００１３】
そして、変数Ｎが「１０」以上になると、すなわち２次電池２に対する充電が１０回以上行われると、ステップＳ１１における判断結果は「ＹＥＳ」となり、ステップＳ１２へ進む。ステップＳ１２では、スイッチＳＷ３をオン状態にする。次に、ステップＳ１３へ進み、インピーダンス測定器３によって、０．１Ｈｚの周波数で、２次電池２の内部インピーダンスを測定する。ステップＳ１４では、インピーダンス測定器３による内部インピーダンスの測定が終了したか否かを判断する。そして、内部インピーダンスの測定が終了していない場合には、ステップＳ１４における判断結果は「ＮＯ」となり、ステップＳ１４を繰り返し実行する。
【００１４】
一方、インピーダンス測定器３による内部インピーダンスの測定が終了した場合には、ステップＳ１４における判断結果は「ＹＥＳ」となり、ステップＳ１５へ進む。ステップＳ１５では、内部インピーダンスの測定の結果、２次電池２の充電受け入れ性が所定値より低下しているか否かを判断する。そして、２次電池２の充電受け入れ性が低下していなければ、ステップＳ１５における判断結果は「ＯＫ」となり、ステップＳ１へ戻る。以下、２次電池２の充電受け入れ性が低下していなければ、上述したステップＳ１〜Ｓ１５を繰り返し実行する。すなわち、充電が１０回以上繰り返されるまで、充電器１による充電と、不定形放電とを繰り返す。そして、充電が１０回以上になると、インピーダンス測定器３により、２次電池２の内部インピーダンスを測定し、２次電池２が十分に充電受け入れ性があれば、上記処理を繰り返す。
【００１５】
一方、上記処理において、内部インピーダンスの測定の結果、２次電池２の充電受け入れ性が低下している場合には、ステップＳ１５における判断結果が「ＮＧ」となり、ステップＳ１６へ進む。ステップＳ１６では、スイッチＳＷ３をオフ状態とする。次に、ステップＳ１７へ進み、スイッチＳＷ１をオン状態とする。そして、図３に示すステップＳ１８において、充電器１により２次電池２を充電する。次に、ステップＳ１９において、充電が終了したか否かを判断する。そして、充電が終了していない場合には、ステップＳ１９における判断結果は「ＮＯ」となり、ステップＳ１９を繰り返し実行する。
【００１６】
一方、充電が終了すると、ステップＳ１９における判断結果は「ＹＥＳ」となり、ステップＳ２０へ進む。ステップＳ２０では、スイッチＳＷ１をオフ状態とする。次いで、ステップＳ２１において、スイッチＳＷ４をオン状態とし、ステップＳ２２へ進む。ステップＳ２２では、定電流放電器５により、２次電池２を１５Ａの一定電流で定電流放電させる。次に、ステップＳ２３において、定電流放電が終了したか否かを判断する。放電終了は、２次電池２の出力端子間電圧を監視し、終止電圧に達するまで行われる。そして、定電流放電が終了していない場合には、ステップＳ２３における判断結果は「ＮＯ」となり、ステップＳ２３を繰り返し実行する。
【００１７】
一方、定電流放電が終了した場合には、ステップＳ２３における判断結果は「ＹＥＳ」となり、図２に示すステップＳ１へ戻る。以下、上述したステップＳ１〜Ｓ２３を繰り返し実行する。すなわち、インピーダンス測定の結果、２次電池２の内部インピーダンスが所定値以上になり、充電受け入れ性が低下した場合には、定電流放電器５により一定電流で放電させることにより、充電に対する抵抗を減少させる。上述した様子を図４を参照して説明する。図４は、不定形な放電と、充電とが繰り返される２次電池２に対し、定電流放電を行なった場合の効果を示す特性図である。図において、パルス的な不定形放電により充電容量が初期の６０％にまで低下した２次電池２を充電後、１５Ａの一定電流で終止電圧まで放電し、その後、定電流、定電圧充電を行うことにより、不定形な放電と充電とが繰り返された場合であっても電池容量が初期の容量レベルまで回復することが分かる。したがって、２次電池２のサイクル寿命を延ばすことができるようになる。なお、一定電流での放電は、１５Ａに限定されるものではなく、ある条件下（放電時間、放電器の能力）に応じて決まる。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、不定形な放電と、充電とが繰り返される２次電池の性能を回復させることができ、２次電池のサイクル寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を適用した充電器を有する負荷モデルの構成を示すブロック図である。
【図２】 本実施例の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】 本実施例の動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】 不定形な放電と、充電とが繰り返される２次電池２に対し、定電流放電を行なった場合の効果を示す特性図である。
【符号の説明】
１……充電器（充電手段）、２……２次電池、３……インピーダンス測定器（インピーダンス測定手段）、４……不定形放電負荷、５……定電流放電器（定電流放電手段）、６……シーケンサ。[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a method for recovering the performance of a secondary battery used as a power source for an electric vehicle such as a transport vehicle, an electric vehicle, and a manpowered vehicle with auxiliary power, and a charging device for such a secondary battery .
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, secondary batteries such as sealed lead batteries and sealed nickel cadmium batteries have been used as power sources in electric vehicles such as transport vehicles, electric cars, and manpowered vehicles with auxiliary power. When a secondary battery repeats discharging at a constant current and charging at a constant current as a charge / discharge cycle , a general charging method (constant current charging, constant voltage charging, or a combination thereof) is performed . It is possible to recover the capacity.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However , the discharge pattern of the secondary battery is not a discharge with a constant current as described above, but an irregular discharge, such as when the electric vehicle travels , especially in a pulsed manner in which the current rises in a short time due to fluctuations in the load. When a large discharge occurs, there is a problem that sufficient charging cannot be performed by a general charging method, it is difficult to recover the battery capacity, the required battery capacity cannot be obtained, and the cycle life is shortened.
[0004]
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to restore the performance of a secondary battery in which irregular discharge and charging are repeated and to extend the cycle life .
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the aforementioned problems, in the first aspect of the present invention, a method for restoring and irregular discharge, the performance of the secondary battery charging and is repeated, the inside of the secondary battery the impedance is measured, if those internal impedance is equal to or greater than Tokoro value, after it has finished charging the secondary battery, characterized in that discharging the secondary battery with a constant current.
[0006]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a secondary battery charging device in which irregular discharge and charging are repeated, and charging means for charging the secondary battery, and the number of times the secondary battery is charged. If equal to or greater than a predetermined number, the impedance measuring means for measuring the internal impedance of the secondary battery, the results of measurement by the impedance measuring means, if the internal impedance exceeds a predetermined value, the secondary battery And a constant current discharging means for discharging the secondary battery with a constant current after charging by the charging means .
[0007]
[Action]
According to the present invention, to measure the internal impedance of the secondary battery charging and the irregular discharge is repeatedly, if those internal impedance is above a predetermined value, determines that the charge acceptance is reduced, After charging the secondary battery, the secondary battery is discharged at a constant current to reduce the resistance to charging. Thereby, the cycle life of the secondary battery can be extended.
[0008]
【Example】
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
A. Diagram 1 of the first embodiment is a block diagram showing a configuration of a load model with charger according to the present onset bright. In the figure, reference numeral 1 denotes a charger. When the switch SW1 is turned on, the secondary battery 2 is charged by constant current charging or constant voltage charging. The switch SW1 is turned on when the charge capacity (discharge capacity) is reduced to 60% of the initial value due to irregular discharge. Next, the secondary battery 2 is composed of a plurality of battery cells, for example, a sealed lead battery, a sealed nickel cadmium battery, or the like. 3 is an impedance measuring instrument connected in parallel to both ends of the secondary battery 2 via the switch SW3. When the switch SW3 is turned on, the internal impedance of the secondary battery 2 is measured at a frequency of 0.1 Hz. To do. The measurement of the internal impedance is for determining the charge acceptability of the secondary battery 2. As a result of the measurement, when the internal impedance is equal to or higher than a predetermined value and the charge acceptability of the secondary battery 2 is lower than the predetermined value , after charging the secondary battery 2, Discharging is performed at a constant current of 15 A up to the end voltage. It should be noted that the discharge at a constant current does not necessarily have to reach the end voltage.
[0009]
The secondary battery 2 is connected in parallel with an indeterminate discharge load 4 via a switch SW2 and a constant current discharger 5 via a switch SW4. The irregular discharge load 4 corresponds to a load that generates an irregular discharge that is seen when the electric vehicle is traveling , in particular, a pulsed discharge (DOD; depth of discharge, 30%) in which a current rises in a short time. The constant current discharger 5 is a load when discharging at a constant current of 15 A when it is determined in the above-described internal impedance measurement that the charge acceptance of the secondary battery 2 is lower than a predetermined value. It is. A sequencer 6 performs on / off control of the switches SW1 to SW4 described above at a predetermined timing. For this reason, each of the switches SW1 to SW4 described above corresponds to a relay contact.
[0010]
B. Next, the operation of the above-described embodiment will be described. Here, FIG. 2 and FIG. 3 are flowcharts for explaining the operation of this embodiment. In the figure, first, a variable N is set to “0” in step S1. This variable N counts the number of times the secondary battery 2 is charged. Next, the process proceeds to step S2, and the switch SW1 is turned on. In step S3, charging of the secondary battery 2 by the charger 1 is started. In step S4, it is determined whether charging has been completed. If the charging is not completed, the determination result in step S4 is “NO”, and step S4 is repeatedly executed.
[0011]
On the other hand, when the charging is completed, the determination result in step S4 is “YES”, and the process proceeds to step S5. In step S5, the switch SW1 is turned off. Next, the process proceeds to step S6, and the switch SW2 is turned on. In step S7, discharge is started by the irregular discharge load 4. Next, in step S8, it is determined whether or not the discharge has ended. If the discharge by the irregular discharge load 4 has not ended, the determination result in step S8 is “NO”, and step S8 is repeatedly executed.
[0012]
On the other hand, when the discharge by the irregular discharge load 4 is completed, the determination result in step S8 is “YES”, and the process proceeds to step S9. In step S9, the switch SW2 is turned off. Next, in step S10, the variable N is incremented by “1”. In step S11, it is determined whether or not the variable N is “10” or more. That is, it is determined whether or not the number of times of charging the secondary battery 2 has become 10 or more. If the variable N is smaller than “10”, the determination result in step S11 is “NO”, and the process returns to step S1. Thereafter, the above-described steps S1 to S10 are repeatedly executed until the variable N becomes “10” or more, and charging and irregular discharge are repeated.
[0013]
When the variable N becomes “10” or more, that is, when the secondary battery 2 is charged 10 times or more, the determination result in step S11 is “YES”, and the process proceeds to step S12. In step S12, the switch SW3 is turned on. Next, it progresses to step S13 and the internal impedance of the secondary battery 2 is measured with the frequency of 0.1 Hz with the impedance measuring device 3. FIG. In step S14, it is determined whether or not the measurement of the internal impedance by the impedance measuring device 3 is completed. If the measurement of the internal impedance is not completed, the determination result in step S14 is “NO”, and step S14 is repeatedly executed.
[0014]
On the other hand, when the measurement of the internal impedance by the impedance measuring device 3 is completed, the determination result in step S14 is “YES”, and the process proceeds to step S15. In step S15, it is determined whether or not the charge acceptability of the secondary battery 2 is lower than a predetermined value as a result of measuring the internal impedance. If the charge acceptability of the secondary battery 2 is not lowered, the determination result in step S15 is “OK”, and the process returns to step S1. Hereinafter, if the charge acceptance of the secondary battery 2 is not lowered, the above-described steps S1 to S15 are repeatedly executed. That is, the charging by the charger 1 and the irregular discharge are repeated until the charging is repeated 10 times or more. Then, when charging is performed ten times or more, the internal impedance of the secondary battery 2 is measured by the impedance measuring device 3, and if the secondary battery 2 has sufficient charge acceptability, the above processing is repeated.
[0015]
On the other hand, in the above process, when the charge acceptance of the secondary battery 2 is reduced as a result of the internal impedance measurement, the determination result in step S15 is “NG”, and the process proceeds to step S16. In step S16, the switch SW3 is turned off. Next, the process proceeds to step S17, and the switch SW1 is turned on. In step S <b> 18 shown in FIG. 3, the secondary battery 2 is charged by the charger 1. Next, in step S19, it is determined whether or not charging is completed. If the charging is not completed, the determination result in step S19 is “NO”, and step S19 is repeatedly executed.
[0016]
On the other hand, when the charging is completed, the determination result in step S19 is “YES”, and the process proceeds to step S20. In step S20, the switch SW1 is turned off. Next, in step S21, the switch SW4 is turned on, and the process proceeds to step S22. In step S22, the secondary battery 2 is discharged at a constant current of 15A by the constant current discharger 5. Next, in step S23, it is determined whether or not constant current discharge has ended. The end of the discharge is performed until the voltage between the output terminals of the secondary battery 2 is monitored and the end voltage is reached. If the constant current discharge has not ended, the determination result in step S23 is “NO”, and step S23 is repeatedly executed.
[0017]
On the other hand, when the constant current discharge is completed, the determination result in step S23 is “YES”, and the process returns to step S1 shown in FIG. Thereafter, steps S1 to S23 described above are repeatedly executed. That is, as a result of the impedance measurement, the internal impedance of the secondary battery 2 becomes more than Tokoro value, if the charge acceptance is lowered, by discharging at a constant current by the constant current discharger 5, reducing the resistance to charge Let The state described above will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a characteristic diagram showing the effect when constant current discharge is performed on the secondary battery 2 in which irregular discharge and charging are repeated . In the figure, after charging the secondary battery 2 whose charging capacity has been reduced to 60% of the initial due to pulse-like irregular discharge, it is discharged to a final voltage with a constant current of 15 A, and then constant current and constant voltage charging is performed. it makes the battery capacity even when the charge and irregular discharge is repeated it is found that to recover to the initial volume level. Therefore, the cycle life of the secondary battery 2 can be extended. The discharge at a constant current is not limited to 15 A, but depends on certain conditions (discharge time, discharger capability).
[0018]
【The invention's effect】
As more than the above Description, according to the present invention, the irregular discharge performance of the secondary battery charging and is repeated able to restore, Ru can extend the cycle life of the secondary battery.
[Brief description of the drawings]
1 is a block diagram showing a configuration of a load model with this onset bright applied charger.
FIG. 2 is a flowchart for explaining the operation of the embodiment;
FIG. 3 is a flowchart for explaining the operation of the embodiment;
FIG. 4 is a characteristic diagram showing an effect when a constant current discharge is performed on the secondary battery 2 in which the irregular discharge and the charging are repeated .
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Charger (charging means), 2 ... Secondary battery, 3 ... Impedance measuring device (impedance measuring means), 4 ... Amorphous discharge load, 5 ... Constant current discharger (constant current discharging means) , 6: Sequencer.

Claims (2)

不定形な放電と、充電とが繰り返される２次電池の性能を回復させるための方法であって、
前記２次電池の内部インピーダンスを測定し、当該内部インピーダンスが所定値以上になった場合、前記２次電池を充電し終えた後、前記２次電池を一定電流で放電させる
ことを特徴とする２次電池の性能を回復させるための方法。 A method for restoring and irregular discharge, the performance of the secondary battery charging and is repeated,
Measuring the internal impedance of the secondary battery, if those internal impedance is equal to or greater than Tokoro value, after it has finished charging the secondary battery, discharging the secondary battery with a constant current
The method for restoring the performance of the secondary battery, wherein the this. 不定形な放電と、充電とが繰り返される２次電池の充電装置であって、
前記２次電池を充電する充電手段と、
前記２次電池に対する充電回数が所定数以上になった場合、前記２次電池の内部インピーダンスを測定するインピーダンス測定手段と、
前記インピーダンス測定手段による測定の結果、前記内部インピーダンスが所定値以上になった場合、前記２次電池を前記充電手段により充電し終えた後、前記２次電池を一定電流で放電させる定電流放電手段と
を具備することを特徴とする２次電池の充電装置。 A rechargeable battery charging device in which irregular discharge and charging are repeated,
A charging means for charging the secondary battery,
If charge count for said secondary battery exceeds a predetermined number, the impedance measuring means for measuring the internal impedance of the secondary battery,
Result of measurement by the impedance measuring means, if the internal impedance exceeds a predetermined value, the secondary battery after finishing charging by said charging means, a constant current discharge for discharging the secondary battery with a constant current And a charging device for a secondary battery.
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