JP3767438B2

JP3767438B2 - 充電装置および充電方法

Info

Publication number: JP3767438B2
Application number: JP2001272112A
Authority: JP
Inventors: 典彦枚田; 慎也緒方; 健一酒井
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2001-09-07
Filing date: 2001-09-07
Publication date: 2006-04-19
Anticipated expiration: 2021-09-07
Also published as: JP2003087991A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車等に搭載される電池を充電する充電装置および充電方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電気自動車等に搭載される電池の充電方法としては、電池の電圧が所定電圧に達するまで所定電流で充電し、その後、電流値を小さくして充電を行う方法が知られている。途中で充電電流値を小さくするのは、電池の内部抵抗による影響を小さくして、より満充電に近い状態まで充電を行わせるためである。なお、所定電圧に達した後の充電パターンとしては、充電電圧が所定電圧に保たれるように電流値を減少させる定電圧充電と、一定の電流値で充電を行う定電流充電とがある。いずれの場合であっても、充電終止電流値は電池劣化によらず所定の値に設定される。また、特開平１０−１４５９８１号公報に記載されている充電方法では、所定電圧に達した後に定電圧充電を行うものにおいて、電池の内部抵抗が大きいものほど充電終止電流値を大きくするようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の充電方法では、充電終止電流値は電池劣化に関わらず所定値に設定されるため、劣化が進んで電池の内部抵抗が大きくなると、内部抵抗による電圧降下の影響により、所定の充電量が得られないという欠点があった。また、特開平１０−１４５９８１号公報に記載されている充電方法では充電終止電流を従来より大きく設定しているため、充電終止電圧により早く達してしまい所定の充電量が得られなかった。
【０００４】
本発明の目的は、電池が劣化していても、十分な充電量が得られる充電装置および充電方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明による充電装置は、電池の電圧が所定電圧に達するまで所定電流値で充電し、その後、所定電流値よりも小さな定電流値で電池の電圧が所定電圧に達するまで充電する定電流充電動作を、定電流値を順に減少させて繰り返し実行する多段定電流充電により、電池の充電を行う充電装置に適用され、電池の電圧を検出する電圧検出手段と、充電電流を検出する電流検出手段と、電圧検出手段および電流検出手段により検出された電圧および充電電流に基づいて、電池の内部抵抗または基準状態電池の最大出力可能電力と電池の最大出力可能電力との比である出力劣化度合いを算出する劣化演算手段と、劣化演算手段により算出された内部抵抗または出力劣化度合いに基づいて、内部抵抗または出力劣化度合いの大きな電池ほど小さな値となる充電終止電流値を算出する電流値演算手段と、定電流値が電流値演算手段により算出された充電終止電流値以下となった場合に、定電流値に代えて充電終止電流値で定電流充電動作を行い、電池の電圧が所定電圧となった時点で多段定電流充電を終了する制御手段とを備えて上述の目的を達成する。
さらに、電池の温度を検出する温度検出手段を設けて、電池温度が所定温度より大きい場合には充電終止電流値を所定温度における充電終止電流値よりも大きく設定し、電池温度が所定温度より小さい場合には充電終止電流値を所定温度における充電終止電流値よりも小さく設定するようにしても良い。
本発明による充電方法は、電池の電圧が所定電圧に達するまで所定電流値で充電する第１の充電工程と、第１の充電工程の後に実行され、所定電流値よりも小さな定電流値で電池の電圧が所定電圧に達するまで充電する定電流充電動作を、定電流値を順に減少させて繰り返し実行して多段定電流充電を行う行う第２の充電工程とを有する充電方法に適用され、第２の充電工程における定電流値が、劣化度合いの大きな電池ほど小さく設定される充電終止電流値以下となった場合に、定電流値に代えて充電終止電流値で充電を行い、電池の電圧が所定電圧となった時点で多段定電流充電を終了することにより上述の目的を達成する。
【０００６】
【発明の効果】
（１）請求項１の発明によれば、劣化度合いの大きな電池ほど小さな値となる充電終止電流値が電流値演算手段により算出され、その充電終止電流値に基づいて電池の充電が制御されるので、劣化している電池であっても従来よりも満充電に近い充電状態まで充電することができる。
（２）請求項２の発明によれば、充電中の電池温度によらず、より満充電に近い充電状態まで充電することができる。
（３）請求項３の発明によれば、劣化度合いの大きな電池ほど充電終止電流値が小さく設定されるので、劣化している電池であっても従来よりも満充電に近い充電状態まで充電することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明による充電装置の一実施の形態を示す図である。図１は電気自動車の充電装置の構成を示す図であり、二次電池１は複数の単位電池（以下、セルと呼ぶ）Ｃ１〜Ｃｎを直列接続したものである。各セルＣ１〜Ｃｎには、抵抗７とトランジスタ８とで構成される容量調整回路Ａ１〜Ａｎ、および各セルＣ１〜Ｃｎのセル電圧を検出するセル電圧検出回路Ｂ１〜Ｂｎがそれぞれ設けられている。各容量調整回路Ａ１〜Ａｎのトランジスタ８は、バッテリーコントローラ（以下ではＢ／Ｃと記す）４からの信号によりオン・オフされる。Ｂ／Ｃ４は、二次電池１を放電する際の充電電流の制御を行う制御部４ａ、充電制御に関する各種演算を行う演算部４ｂ、演算結果等を記憶する記憶部４ｃを備えている。
【０００８】
Ｂ／Ｃ４には、電圧検出回路Ｂ１〜Ｂｎで検出された各セルＣ１〜Ｃｎのセル電圧が入力される。例えば、Ｂ／Ｃ４からの信号により容量調整回路Ａ１のトランジスタ８をオンすると、セルＣ１の充電電流の一部が容量調整回路Ａ１にバイパスされる。その結果、セルＣ１に流れる充電電流が減少し、バイパスされない場合に比べて単位時間当たりの充電量が低下する。他の容量調整回路Ａ２〜Ａｎについても同様である。
【０００９】
二次電池１にはリレースイッチ５を介して充電器６が接続されている。充電器６はＢ／Ｃ４の制御部４ａの指示に基づいて電流を出力する。なお、図１に示す充電装置では充電電流の制御部をＢ／Ｃ４に設けたが、充電器６側に設けても良い。リレースイッチ５のオン・オフはＢ／Ｃ４により行われ、充電を行う際にはオンとされ、充電が終了するとオフとされる。２は二次電池１の温度を検出する温度センサである。充電電流は電流センサ９により検出され、二次電池１の電圧は総電圧検出センサ３により検出される。
【００１０】
図２は本実施の形態の充電装置による充電パターンを示す図である。図２は充電中に検出される二次電池１の電圧Ｖと充電電流Ｉの変化を示したものであり、横軸は時間ｔを、縦軸は二次電池１の電圧Ｖおよび充電電流Ｉを表している。図２に示すように、充電前期では一定の電流値で充電を行う定電流充電が行われ、充電後期では多段定電流充電と呼ばれる方式で二次電池１の充電が行われる。充電開始後、充電電流がＩ_０（時刻ｔ０）に達したならば定電流充電に移行する。定電流充電に移行した後に、二次電池１を構成するセルのセル電圧が充電目標電圧に達したならば、多段定電流充電に移行する。多段定電流充電に移行したならば充電電流ＩをΔIだけ下げて、一定の電流値Ｉ_０−ΔIで充電を行う。
【００１１】
その後、セル電圧が充電目標電圧に達する度に充電電流ＩをΔIずつ下げて同様の充電を行う。ΔIだけ下げたときの電流値が充電終止電流値Ｉ_ＣＦよりも小さくなる時刻ｔ１では、充電電流ＩをＩ_ＣＦに設定する。その後、充電電流Ｉ_ＣＦで充電を行い時刻ｔ２にセル電圧が充電目標電圧に達したならば、多段定電流充電を停止して一連の充電作業を終了する。充電終止電流値Ｉ_ＣＦの設定方法については後述する。
【００１２】
次に、図２に示した充電パターンに関する充電動作を、図３，４のフローチャートを参照しながら説明する。図３，４は充電動作のメインフローを示すフローチャートであり、Ｂ／Ｃ４で実行される充電動作プログラムの処理手順を示したものである。このメインフローは充電器６とＢ／Ｃ４とが接続されるとスタートし、ステップＳ１０１において二次電池１を充電しても良いか否かの判定が行われる。ここでは、温度センサ２で検出される電池温度と、総電圧検出センサ３により検出される二次電池１の開放電圧とから充電可能か充電不可かが判定される。例えば、電池使用直後で電池温度が所定範囲よりも高い場合には、充電不可と判定される。充電可と判定されるとステップＳ１０２へ進み、充電不可と判定されるとステップＳ１１７に進む。
【００１３】
ステップＳ１０２では、電圧検出回路Ｂ１〜Ｂｎにより各セルＣ１〜Ｃｎのセル電圧をそれぞれ検出する。一般的に、セルの劣化などによりセルＣ１〜Ｃｎの各セル電圧にはバラツキがある。そのため、充電の際に各セルの容量調整が行われる。ステップＳ１０３では、容量調整に関する設定を行う。一例としては、セル電圧が充電目標電圧を上限とする所定電圧範囲内のときには容量調整回路Ａ１〜Ａｎのトランジスタ８をオンして容量調整を行い、セル電圧が所定電圧範囲より低い場合にはトランジスタ８をオフして容量調整を行わない。
【００１４】
例えば、図５に示す例では、セルＣ１およびセルＣｎのセル電圧Ｖc1，Ｖcnが所定電圧範囲内にあって、それぞれ容量調整回路Ａ１，Ａｎのトランジスタ８がオンされて電流ｉがバイパスされている。このときのバイパス電流ｉは抵抗７の抵抗値により決まる。
【００１５】
その後、ステップＳ１０４でリレースイッチ５をオンさせた後に、ステップＳ１０５において充電を開始する。充電開始後、二次電池１の電圧Ｖおよび充電電流Ｉは図２に示すように上昇する。ステップＳ１０６では二次電池１の充電電流Ｉが定電流充電を開始する所定電流値Ｉ_０となったか否かを判定し、Ｉ＝Ｉ_０と判定されるとステップＳ１０７に進んで定電流充電を開始する。
【００１６】
ステップＳ１０８では、各セルＣ１〜Ｃｎのセル電圧を検出する。ステップＳ１０９では、複数のセルＣ１〜Ｃｎの内で最大のセル電圧を有するものが図２の充電目標電圧Ｖｆに達したか否かを判定する。ステップＳ１０９においてＹＥＳと判定されるとステップＳ１１０へ進み、ＮＯと判定されるとステップＳ１１９へと進む。ステップＳ１０９からステップＳ１１９へ進んだ場合には、ステップＳ１１９において多段充電フラグがセットされているか否かを判定する。ステップＳ１１９でＹＥＳと判定されるとステップＳ１１３へ進み、ＮＯと判定されるとステップＳ１０８へ戻る。
【００１７】
ステップＳ１１０では充電電流をΔＩだけ減少する。ステップＳ１１１では多段充電フラグをセットする。すなわち、充電電流値Ｉ_０をＩ_０−ΔＩへと減少させた時点から、多段定電流充電に移行する。ステップＳ１１２では容量調整の再設定が行われる。設定方法はステップＳ１０３と同様である。ステップＳ１１３では、充電電流値Ｉが図２に示す充電終止電流値Ｉ_ＣＦ以下であるか否かを判定する。ステップＳ１１３においてＮＯと判定されるとステップＳ１０８へ戻り、ＹＥＳと判定されるとステップＳ１１４へ進んで充電電流値ＩをＩ＝Ｉ_ＣＦに設定する。
【００１８】
なお、図３，４では図示を省略したが、充電終止電流値Ｉ_ＣＦは二次電池１の充電が開始されると所定のタイミングで算出される。充電終止電流値Ｉ_ＣＦの設定方法については後述する。
【００１９】
続くステップＳ１１５およびステップＳ１１６の処理は、上述したステップＳ１０８およびステップＳ１０９と同様の処理である。すなわち、充電終止電流値Ｉ_ＣＦで充電を行い、セルＣ１〜Ｃｎのいずれかが充電目標電圧Ｖｆに達したならばステップＳ１１７へ進む。ステップＳ１１７では、多段充電フラグをリセットした後に充電を終了する。その後、ステップ１１８に進んで図１のスイッチ５をオフして一連の充電作業を終了する。
【００２０】
《充電終止電流値Ｉ_ＣＦの設定方法の説明》
次に、充電終止電流値Ｉ_ＣＦの設定方法について説明する。従来は、二次電池１が新品で基準温度の場合のときの電池状態に基づいて、充電終止電流値が予め決められていた。また、特開平１０−１４５９８１号に記載されている装置では、電池温度が高いほど、または所定温度における内部抵抗が大きいほど、充電終止電流値を大きく設定していた。しかし、本実施の形態では、二次電池１の内部抵抗が大きいものや劣化が進んでいるものほど、または、電池温度が低いものほど充電終止電流値Ｉ_ＣＦを小さく設定するようにした。
【００２１】
二次電池１の劣化は、二次電池１の内部抵抗の大きさ、または二次電池１の出力劣化から知ることができる。よって、充電終止電流値Ｉ_ＣＦの設定方法としては、(a)二次電池１の内部抵抗に基づいて設定する方法と、(b)二次電池１の出力劣化に基づいて設定する方法とがある。なお、二次電池１の内部抵抗や出力劣化は放電時（車両走行時）のデータから算出することができ、放電時には所定のタイミングでこれらの演算が行われる。
【００２２】
（ａ）内部抵抗に基づくＩ_ＣＦの設定
最初に、二次電池１の内部抵抗に基づく充電終止電流値Ｉ_ＣＦの設定方法について説明する。この方法の場合、車両走行時に二次電池１の内部抵抗を算出し、その内部抵抗に基づいて充電時の充電終止電流値Ｉ_ＣＦを設定する。図６は内部抵抗の演算手順を示すフローチャートであり、図６を参照して内部抵抗算出手順を説明する。
【００２３】
図６に示す動作は、車両のイグニッションＳＷがオンされるとスタートし、所定時間間隔で繰り返し実行される。ステップＳ２０１では、図１のセンサ３により二次電池１の総電圧を検出する。ステップＳ２０２では、センサ９により充放電電流を検出する。ステップＳ２０３では、検出された総電圧値および充放電電流値を記憶部４ｃ（図１参照）にいったん記憶する。ステップＳ２０１およびステップＳ２０２で検出された電圧値および電流値は、記憶部４ｃに対のデータとして記憶される。
【００２４】
ステップＳ２０４では、記憶部４ｃに記憶された電圧値および電流値の対から成るデータの数ｎが所定数ｎ_０以上となったか否かを判定する。ステップＳ２０４においてデータ数ｎが所定数ｎ_０より少ないと判定されるとステップＳ２０１へ戻り、データ数ｎが所定数ｎ_０以上と判定されるとステップＳ２０５へ進む。ステップＳ２０５では、電圧値および電流値に関するサンプリングデータに基づいて、回帰演算により二次電池１の内部抵抗Ｒ_０を算出する。なお、ここで算出される内部抵抗Ｒ_０は、電池温度が基準温度であるとした場合の値である。基準温度としては、例えば２０℃が用いられる。以下では、基準温度＝２０℃として説明する。
【００２５】
図７に示す符号２０はサンプリングデータを示しており、このサンプリングデータ２０を用いた回帰演算によりＩ−Ｖ特性直線Ｌ１を求める。Ｉ−Ｖ特性直線Ｌ１の傾きの大きさは、二次電池１の内部抵抗Ｒに等しい。また、Ｉ−Ｖ特性直線Ｌ１のＶ切片が、二次電池１の開放電圧Ｅを示している。二次電池１の内部抵抗Ｒは電池劣化および電池温度に依存しているので、Ｉ−Ｖ特性直線Ｌ１から算出された内部抵抗Ｒを基準温度２０℃における内部抵抗Ｒ_０に補正する。
【００２６】
図８は内部抵抗の温度依存性を示す特性図であり、内部抵抗Ｒ_０への温度補正はこの特性図に基づいて行われる。図８において２０℃のときの内部抵抗をＲ(20)、電池温度Ｔｂのときの内部抵抗をＲ(Tb)とすると、基準温度２０℃における内部抵抗Ｒ_０は次式（１）で表される。
【数１】
Ｒ_０＝k0(Tb)×Ｒ …（１）
ただし、k0(Tb)＝Ｒ(20)／Ｒ(Tb)
【００２７】
図８において、電池温度Ｔｂが基準温度２０℃よりも高い場合にはＲ(20)＞Ｒ(Tb)となるので、式（１）のk0(Tb)はk0(Tb)＞１となる。すなわち、回帰演算により得られた内部抵抗Ｒを大きくする方向に補正する。逆に、電池温度Ｔｂが基準温度２０℃よりも低い場合には、Ｒ(20)＜Ｒ(Tb)となるのでk0(Tb)＜１となり、内部抵抗Ｒを小さくする方向に補正する。k0(Tb)はマップとして予め記憶部４ｃに記憶されている。
【００２８】
図６に戻って、ステップＳ２０６では、ステップＳ２０５で算出された内部抵抗Ｒ_０を記憶部４ｃに記憶する。次いで、ステップＳ２０７において、ステップＳ２０３で記憶された電圧値および電流値を、すなわち、サンプリングされたデータを記憶部４ｃから消去し、一連の処理を終了する。
【００２９】
上述した内部抵抗Ｒ_０の演算は所定時間毎に実行され、記憶部４ｃに格納される内部抵抗は最新のものに更新される。なお、電池劣化を表す内部抵抗は急激に変化することはまれなので、演算繰り返しの時間間隔である所定時間は３０分程度に設定される。
【００３０】
次に、充電終止電流値Ｉ_ＣＦの設定方法について説明する。図９は充電終止電流値Ｉ_ＣＦの設定動作を説明するフローチャートであり、充電器６とＢ／Ｃ４とが接続されると動作がスタートする。ステップＳ３０１では、二次電池１の温度が安定するまで所定時間待機する。これは、二次電池１が充電開始されてから電池温度が安定するまでにある程度の時間が必要だからであり、所定時間としては、例えば、充電開始から１０分程度に設定すれば良い。ステップＳ３０２では図１の温度センサ２により二次電池１の温度Ｔｂを検出する。
【００３１】
ステップＳ３０３では、車両走行中に演算された内部抵抗Ｒ_０を記憶部４ｃから読み込む。ステップＳ３０４では、読み込んだ基準温度２０℃における内部抵抗Ｒ_０を、センサ２で検出された電池温度Ｔｂにおける充電中の内部抵抗Ｒｃに補正する。この場合も、図８の特性図に基づいて、次式（２）により内部抵抗Ｒｃ(Tb)を算出する。
【数２】
Ｒｃ＝k1(Tb)×Ｒ_０ …（２）
ただし、k1(Tb)＝１／k0(Tb)＝Ｒ(Tb)／Ｒ(20)
【００３２】
続くステップＳ３０５では、次式（３）により充電終止電流値Ｉ_ＣＦを算出する。式（３）において、Ｒｓ(20)およびＩ_ＣＦ０(20)は二次電池１が新品であって基準温度状態にある場合の内部抵抗値および充電終止電流値であり、予め記憶部４ｃに記憶されている。また、αは定数である。
【数３】

【００３３】
図１０は、式（３）で表されるＩ_ＣＦとＲ_０との関係を図示したものである。式（３）のk0(Tb)は電池温度Ｔｂにより大きさが異なり、Ｔｂ＞２０℃ではk0(Tb)＞１、Ｔｂ＜２０℃ではk0(Tb)＜１となる。図１０において、曲線Ｌ２は電池温度Ｔｂが２０℃の場合の関係を示しており、曲線Ｌ３はＴｂ＞２０℃の場合の関係を、曲線Ｌ４はＴｂ＜２０℃の場合の関係をそれぞれ示す。図１０に示した曲線Ｌ２〜Ｌ４からも分かるように、回帰演算により算出された内部抵抗Ｒ_０が大きければ大きいほど充電終止電流値Ｉ_ＣＦは小さく設定される。また、算出された内部抵抗Ｒ_０が同一値Ｒ_０’であっても、充電中の電池温度Ｔｂが低い場合ほど充電終止電流値Ｉ_ＣＦは小さく設定される。
【００３４】
例えば、内部抵抗値としてＲ_０’が得られたとしても、そのときの電池温度Ｔｂが基準温度２０℃よりも大きい場合には、充電終止電流値Ｉ_ＣＦ(3)は基準温度時の充電終止電流値Ｉ_ＣＦ(2)よりも小さく設定される。逆に、電池温度Ｔｂが基準温度２０℃よりも小さい場合には、充電終止電流値Ｉ_ＣＦ(4)はＩ_ＣＦ(2)よりも大きく設定される。
【００３５】
（ｂ）二次電池１の出力劣化に基づくＩ_ＣＦの設定
次に、二次電池１の出力劣化に基づく充電終止電流値Ｉ_ＣＦの設定方法について説明する。この方法の場合、車両走行時に二次電池１の出力劣化を算出し、その出力劣化に基づいて充電時の充電終止電流値Ｉ_ＣＦを設定する。図１１は出力劣化の演算手順を示すフローチャートであり、図１１を参照して出力劣化算出手順を説明する。
【００３６】
図１１に示すフローチャートにおいて、ステップＳ４０１〜Ｓ４０４およびステップＳ４０７の処理内容は、図６に示したフローチャートの対応するステップＳ２０１〜Ｓ２０４およびステップ２０７と同一内容である。すなわち、ステップＳ４０１〜Ｓ４０４の処理により、図７に示すようなサンプリングデータ２０を車両走行中にサンプリングする。
【００３７】
続くステップＳ４０５では、サンプリングデータ２０に基づいて二次電池１の出力劣化係数Ｍ_０を求める。この出力劣化係数Ｍ_０は、電池温度が基準温度２０℃であるとした場合の値である。図７に示した電圧Vminは二次電池１を放電する際の下限電圧であり、電池寿命維持のために設けられたものである。二次電池１を下限電圧Vminよりも小さな電圧で使用すると電池寿命が著しく低下する。
この下限電圧VminとＩ−Ｖ特性直線Ｌ１との交点の電流値をImaxとすると、二次電池１の最大出力可能電力Pmaxは次式（４）により与えられる。
【数４】
Pmax＝Vmin×Imax …（４）
【００３８】
ところで、二次電池１の内部抵抗Ｒは電池温度Ｔｂに依存しているため（図８参照）、特性直線Ｌ１の傾きの大きさ（内部抵抗Ｒの大きさ）はサンプリング時の電池温度によって変化する。そのため、基準温度２０℃における最大出力可能電力Pmax(20)を求めるには、特性直線Ｌ１を温度補正したものを用いる必要がある。内部抵抗Ｒは図８に示したような温度依存性があって式（１）のように補正されるので、例えば、特性直線Ｌ１の傾きの大きさをβとした場合、Ｖ切片がＥで傾きの大きさがβ・k0(Tb)である特性直線を用いて最大出力可能電力Pmax(20)を算出すれば良い。電池温度Ｔｂが大きくなるほど内部抵抗が小さくなり、特性直線Ｌ１の傾きは小さくなる。そのため、温度補正された最大出力可能電力Pmax(20)は、式（４）で算出されるPmaxよりも大きくなる。
【００３９】
一方、図７に示す直線Ｌ０は、二次電池１が新品であって電池温度が基準温度２０℃の時のＩ−Ｖ特性直線を示したものである。特性直線Ｌ０における最大出力可能電力Pmax0(20)は、下限電圧Vminと交点の電流値Imax0との積になる。このとき、Ｉ−Ｖ特性直線Ｌ１で示す状態の二次電池１の出力劣化係数Ｍは次式（５）で与えられる。なお、特性直線Ｌ０の最大出力可能電力Pmax0(20)は、予め記憶部４ｃに記憶されている。
【数５】
Ｍ＝Pmax(20)／Pmax0(20) …（５）
【００４０】
ステップＳ４０６では、ステップＳ４０５で算出された出力劣化係数Ｍを記憶部４ｃに記憶する。次いで、ステップＳ４０７において記憶部４ｃに記憶されているサンプリングされたデータを消去し、一連の処理を終了する。この出力劣化係数Ｍの演算の場合も、前述した内部抵抗Ｒと同様に所定時間毎に実行され、記憶部４ｃに格納される出力劣化係数Ｍは最新のものに更新される。
【００４１】
図１２は充電終止電流値Ｉ_ＣＦの設定動作を示すフローチャートであり、ステップＳ５０１およびＳ５０２の処理内容は図８のステップＳ３０１およびＳ３０２と同様である。ステップＳ５０３では、出力劣化係数Ｍを記憶部４ｃから読み込む。次いで、ステップＳ５０４では、充電終止電流値Ｉ_ＣＦを式（６）により算出する。式（６）において、γは定数である。また、k0(Tb)は充電中の電池温度Ｔｂを考慮して設けたものであり、出力劣化係数が同一値であっても、充電中の電池温度Ｔｂが低い場合ほど充電終止電流値Ｉ_ＣＦは小さく設定される。
【数６】
Ｉ_ＣＦ＝γ×k0(Tb)×Ｉ_ＣＦ０(20)×Ｍ …（６）
【００４２】
上述したように、本実施の形態では、二次電池１の劣化程度が大きいほど、また、電池温度Ｔｂが低いほど充電終止電流値Ｉ_ＣＦを小さく設定するようにした。その結果、次のような特徴を有する。
【００４３】
二次電池１の内部抵抗Ｒは電池劣化や電池温度変化によって変化するが、劣化が進んだり電池温度が低下すると内部抵抗Ｒは大きくなる。この内部抵抗Ｒのために、二次電池１の充電電圧は開放電圧に内部抵抗による電圧上昇を加えたものとなる。そのため、充電の際の電圧と充電状態SOC（state of charge）との関係は図１３に示すようなものとなる。図１３において、Ｌ１０は開放電圧とSOCとの関係を示す曲線である。一方、充電時には内部抵抗による電圧上昇ΔＶ１，ΔＶ２が生ずるため、SOCの上昇とともに充電電圧は曲線Ｌ１１，Ｌ１２のように増加する。二次電池１の充電は、充電電圧が上限値Ｖｓとなるまで行われる。
【００４４】
曲線Ｌ１２で示す電池は、曲線Ｌ１１で示す電池よりも劣化が進んでいたり電池温度が低かったりして内部抵抗がより大きな状態となっている。そのため、曲線Ｌ１２の電圧上昇ΔＶ２は、内部抵抗が小さい曲線Ｌ１１の電圧上昇ΔＶ１よりも大きくなっている。その結果、充電上限電圧Ｖｓまで充電しても、曲線Ｌ１１の場合には充電状態SOC1までしか充電されず、曲線Ｌ１２の場合にはより低い充電状態SOC2までしか充電されない。
【００４５】
図１４は図２の多段充電時におけるセル電圧および充電電流の変化を示したものであり、充電終了間際の変化を示す。Ｌ２１〜Ｌ２４は充電時における二次電池１のＩ−Ｖ特性直線を示している。図１４において、電流値Ｉ３は従来の場合の充電終止電流値を示しており、電流値Ｉ２は特開平１０−１４５９８１号に記載されている装置の場合の充電終止電流値を示している。各特性直線Ｌ２１〜Ｌ２４で表される電池状態におけるSOCをそれぞれSOC21，SOC22，SOC23，SOC24とすると、SOC21＜SOC22＜SOC23＜SOC24となっている。
【００４６】
二次電池１が充電電流Ｉ１で充電されると、図１４のｄからｅへと電池状態が変化してSOCが増加する。ｅにおいてセル電圧が充電目標電圧Ｖｆとなると、充電電流がΔＩだけ減少される。充電電流の減少ΔＩにより、セルの電圧および電流は特性直線Ｌ２１上のｅからｆへと変化する。このときの電圧変化ΔＶは、内部抵抗Ｒを用いてΔＶ＝ΔＩ×Ｒとなる。
【００４７】
その後、電流値Ｉ２で充電が行われると、SOCが増加してｆからｇへと電池状態が変化する。ｇにおいて再びセル電圧が充電目標電圧Ｖｆとなると充電電流がΔＩだけ減少され、セルの電圧および電流は特性直線Ｌ２２上のｇからｈへと変化する。そして、電流値Ｉ３で充電が行われ、電池状態がｈからｉへと変化する。ｉにおいてセル電圧が充電目標電圧Ｖｆとなると、充電電流は充電終止電流値Ｉ_ＣＦに設定され、セルの電圧および電流は特性直線Ｌ２３上のｉからｊへと変化する。そして、充電終止電流値Ｉ_ＣＦで充電が行われると電池状態がｊからｐへと変化し、ｐにおいてセル電圧が充電目標電圧Ｖｆに達したならば充電を終了する。
【００４８】
本実施の形態の場合、充電終了とともに充電電流ＩがＩ＝０となると内部抵抗による電圧上昇がゼロとなり、セルの開放電圧はＶ_Ｂとなる。一方、電流値Ｉ２で充電を行って充電状態が図１４のｉとなったところで充電終了した場合、セルの開放電圧はＶ_Ａとなる。また、電流値Ｉ３で充電を行って充電状態が図１４のｇとなったところで充電終了した場合、セルの開放電圧はＶ_Ｃとなる。開放電圧はSOCが大きいほど高く、図１４ではSOC＝１００％で開放電圧Ｖｆとなる。
【００４９】
本実施の形態では、電池劣化が大きいほど充電終止電流値が低く設定されるので、充電終止電流値Ｉ_ＣＦは、電池劣化や電池温度を考慮しない従来の充電終止電流値Ｉ３や、劣化につれてとともに充電終止電流値を大きくする特開平１０−１４５９８１号の場合の充電終止電流値Ｉ２よりも小さく設定される。そのため、充電終了後の開放電圧Ｖ_Ｂは従来の場合の開放電圧Ｖ_Ａ，Ｖ_Ｃよりも大きくなり、より満充電に近い状態まで二次電池１を充電することができる。
【００５０】
上述した実施の形態では、充電電流を多段で減少させたが、図１５のＬ２０のように減少させてもよい。図１５は、充電中の電流値の変化（Ｌ２０）、充電電圧の変化（Ｌ２１）および充電量（SOC）の変化（Ｌ２２）を示したものである。図１５に示す充電パターンでは、時刻ｔ０に充電電流をＩ_０から充電終止電流値Ｉ_ＣＦに減少させ、その後、充電電圧が上限電圧Ｖｓに達する時刻ｔ２まで充電終止電流値Ｉ_ＣＦで充電を行う。
【００５１】
破線Ｌ３０は従来の充電パターンの電流変化を示したものである。すなわち、電流値Ｉ_０で時刻ｔ０まで充電したならば、電流値をＩ_２まで減少させる。その後、電流値Ｉ_２による充電により、充電電圧および充電量はＬ３１およびＬ３２に示すように変化する。そして、時刻ｔ３に充電電圧が上限電圧Ｖｓに達したときに、充電が終了する。すなわち、この場合の充電終止電流値はＩ_２である。図１５に示すように、従来の充電終止電流値Ｉ_２で充電を行った場合の充電量はＷ’であり、充電終止電流値Ｉ_ＣＦで充電を行った場合の充電量Ｗの方がより充電量が大きいことがわかる。
【００５２】
特許請求の範囲の構成要素と実施の形態との間の対応関係は次の通りである。電池として電気自動車に搭載される二次電池１を例に説明したが、二次電池の用途は問わない。出力劣化度合いは出力劣化係数Ｍの逆数に対応している。総電圧検出センサは電圧検出手段に、電流センサ９は電流検出手段に、温度センサ２は温度検出手段に対応している。演算部４ｂは劣化演算手段および電流値演算手段に対応し、制御部４ａは制御手段にそれぞれ対応している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による充電装置の一実施の形態を示す図である。
【図２】充電パターンを示す図である。
【図３】充電動作のメインフローを示すフローチャートである。
【図４】図３のフローチャートに続く処理手順を示すフローチャートである。
【図５】容量調整を説明する図である。
【図６】内部抵抗の演算手順を示すフローチャートである。
【図７】サンプリングデータ２０およびＩ−Ｖ特性直線Ｌ１を示す図である。
【図８】内部抵抗の温度依存性を示す特性図である。
【図９】充電終止電流値Ｉ_ＣＦの設定動作を説明するフローチャートである。
【図１０】式（３）で表されるＩ_ＣＦとＲ_０との関係を図示したものである。
【図１１】出力劣化の演算手順を示すフローチャートである。
【図１２】充電終止電流値Ｉ_ＣＦの設定動作を示すフローチャートである。
【図１３】充電の際の電圧と充電状態SOCとの関係を示す図である。
【図１４】多段充電時におけるセル電圧および充電電流の変化を示した図である。
【図１５】充電中の電流値の変化、充電電圧の変化および充電量の変化を示した図である。
【符号の説明】
１二次電池
２温度センサ
３総電圧検出センサ
４バッテリーコントローラ
６充電器
９電流センサ
２０サンプリングデータ
Ｌ０，Ｌ１，Ｌ２１〜Ｌ２４Ｉ−Ｖ特性直線
Ｉ_ＣＦ充電終止電流値
Ｍ出力劣化係数

Claims

電池の電圧が所定電圧に達するまで所定電流値で充電し、その後、前記所定電流値よりも小さな定電流値で前記電池の電圧が前記所定電圧に達するまで充電する定電流充電動作を、前記定電流値を順に減少させて繰り返し実行する多段定電流充電により、前記電池の充電を行う充電装置において、
前記電池の電圧を検出する電圧検出手段と、
充電電流を検出する電流検出手段と、
前記電圧検出手段および前記電流検出手段により検出された電圧および充電電流に基づいて、前記電池の内部抵抗または基準状態電池の最大出力可能電力と前記電池の最大出力可能電力との比である出力劣化度合いを算出する劣化演算手段と、
前記劣化演算手段により算出された前記内部抵抗または前記出力劣化度合いに基づいて、前記内部抵抗または前記出力劣化度合いの大きな電池ほど小さな値となる充電終止電流値を算出する電流値演算手段と、
前記定電流値が前記電流値演算手段により算出された充電終止電流値以下となった場合に、前記定電流値に代えて前記充電終止電流値で前記定電流充電動作を行い、前記電池の電圧が前記所定電圧となった時点で前記多段定電流充電を終了する制御手段とを備えることを特徴とする充電装置。
請求項１に記載の充電装置において、
前記電池の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、
前記電流値演算手段は、前記温度検出手段で検出された温度が所定温度より大きい場合には前記充電終止電流値を前記所定温度における充電終止電流値よりも大きく設定し、前記温度検出手段で検出された温度が所定温度より小さい場合には前記充電終止電流値を前記所定温度における充電終止電流値よりも小さく設定することを特徴とする充電装置。
電池の電圧が所定電圧に達するまで所定電流値で充電する第１の充電工程と、前記第１の充電工程の後に実行され、前記所定電流値よりも小さな定電流値で前記電池の電圧が前記所定電圧に達するまで充電する定電流充電動作を、前記定電流値を順に減少させて繰り返し実行して多段定電流充電を行う第２の充電工程とを有する充電方法において、
前記第２の充電工程における定電流値が、劣化度合いの大きな電池ほど小さく設定される充電終止電流値以下となった場合に、前記定電流値に代えて前記充電終止電流値で前記定電流充電動作を行い、前記電池の電圧が前記所定電圧となった時点で前記多段定電流充電を終了することを特徴とする充電方法。