JP3814758B2 - 二次電池の充電制御方法および二次電池の充電制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、二次電池の充電制御方法および制御装置に関し、特に、二次電池の耐久性を高めること、すなわち初期の充放電性能を長期間維持するのに好適な二次電池の充電方法および制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
陽極(正極)の電極材にニッケル酸化物を採用するニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池等の充電に際し、満充電状態になると正極で酸素ガスが発生する。酸素ガスの発生を放置すると二次電池の内部圧力が上昇するので、発生した酸素ガスは陰極(負極)表面で局部電池反応させて消費させている。一般に、この局部電池反応による容量の漸減を見越して、負極の容量を正極の容量より大きく設定してある。例えば、負極の容量と正極の容量との比の値(NP比)は1.65〜2.0程度に設定される。しかし、電池の充電容量は正極律速であるため、負極容量が大きくても二次電池が大型化するだけであって、充電容量の増大は望めない。
【0003】
そこで、充電に際して、満充電未満(例えば97%)で充電を停止させて、酸素ガスの発生を抑制する充電方法が採られる(特開平5−111175号公報)。これにより、局部電池反応による負極の容量低減を防止できるので、結果的に負極の容量を小さくして二次電池の小型化つまり充電容量の増大を図ることができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、満充電未満で充電を停止させれば、二次電池の耐久性の点では好ましい。しかし、常に満充電未満で充電を停止していると、極板の数パーセント分が利用されない状態が繰り返される。その結果、利用されない数パーセント分の極板が劣化して充電量に寄与しないようになる。
【0005】
これを防ぐ為に、定期的に満充電以上の充電を行うことが考えられるが、単に、満充電以上の充電を行えば、満充電未満の充電の時とで、充電時間に差がでてしまい、ユーザが受ける印象が良好でない。
【0006】
本発明の目的は、上記問題点に鑑み、満充電未満での充電の繰り返しによる満充電量の低減を防止することができ、しかも充電の時間が常に略一定でシンプルな制御を行なえる二次電池の充電制御方法および制御装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、満充電未満で充電を停止する第1充電制御と、満充電以上で充電を停止する第2充電制御とを併用する二次電池の充電制御方法において、前記第1充電制御による充電を所定回数連続して行った場合、次の充電を第2充電制御で行うとともに、前記第1充電制御による充電が、第1の充電電流によって行われ、前記第2充電制御による充電が、前記第1の充電電流よりも大きい第2の充電電流による先行の充電と、前記第1の充電電流より小さい第3の電流による後行の充電とによって行われる点に第1の特徴がある。
【0008】
また、本発明は、二次電池の満充電未満の所定容量に対応するカットオフ電圧を設定するカットオフ電圧記憶手段と、第1の充電電流により充電を行い、二次電池の充電電圧が前記カットオフ電圧に達したときに充電を停止する第1充電制御手段と、前記第1の充電電流よりも大きい第2の充電電流により、二次電池の充電電圧が前記カットオフ電圧に達するまで充電を行った後、前記第1の充電電流より小さい第3の電流による充電を満充電まで行う第2充電制御手段と、前記第1充電制御手段および第2充電制御手段のいずれかを選択する切替手段とを具備した点に第2の特徴がある。
【0009】
また、本発明は、前記第2充電制御手段による充電完了時に二次電池の満充電電圧を記憶する満充電電圧記憶手段と、前記記憶された満充電電圧の履歴に基づいて前記カットオフ電圧の劣化分を補正する補正手段とを具備した点に第3の特徴がある。
【0010】
さらに、本発明は、前記第2充電制御手段による充電完了時に二次電池の満充電電圧を記憶する満充電電圧記憶手段と、二次電池の所定温度時の基準満充電電圧を設定する手段と、前記満充電電圧記憶手段による前記満充電電圧記憶時の二次電池の温度を記憶する温度記憶手段と、前記記憶された満充電電圧および前記記憶された二次電池の温度の履歴と前記基準満充電電圧とに基づいて前記カットオフ電圧の劣化分を補正する補正手段とを具備した点に第4の特徴がある。
【0011】
満充電未満の充電を繰り返すと、メモリ効果により初期の充放電特性が確保できなくなるが、第1〜第4の特徴によれば、満充電未満で充電が停止される第1充電制御が所定回数以上連続した場合には、満充電超えで充電を停止する第2充電制御が介在させられる。
【0012】
特に、第1の特徴によれば、第2充電制御において、先行の充電では大きい電流で充電が行われるので、充電時間が短縮され、満充電近くで行われる後行の充電では緩やかに充電が行われるので、第1の充電制御に比して充電時間を略同等とすることができる。
【0013】
第2の特徴によれば、第2の充電制御における充電電流の切替えタイミングを、第1の充電制御のカットオフ電圧値とすることができ、特別な判別手段をもつことなくシンプルな制御が行なえる。
【0014】
また、第3,4の特徴によれば、二次電池の劣化により第2充電制御による満充電電圧の変化が生じることに鑑み、満充電電圧の履歴により劣化程度を判断し、その結果を基準満充電電圧に反映させることができる。特に第4の特徴では、満充電時の温度履歴をも考慮してカットオフ電圧の補正を行うことができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図1は、二次電池(以下、「バッテリ」という)とその充電器とを含む電動車両のシステム構成を示すブロック図である。同図において、電池部1にはバッテリ11、バッテリ温度検出部12、バッテリ容量計算部13、およびメモリ14が設けられる。一方、充電器2には、環境温度検出部21、充電電流検出部22、充電電圧検出部23、放電器24、充電制御部25、AC/DCコンバータ26、表示部27、およびマイクロコンピュータを含むECU28が設けられる。充電器2には、例えば家庭用100ボルト電源等の電源3からAC/DCコンバータ26を介して電流が供給される。車体4には車体の動力を発生するモータ41と、モータ41を制御するモータドライバ42と、バッテリ11の残容量を表示する残容量表示部43とが設けられる。モータドライバ42にはバッテリ11から電流が供給される。
【0016】
バッテリ11には、例えば、1.2VのNi−MH電池を1セルとし、それを20個集合させた24V−5Ahのものを用いることができる。1セルのNP比は1.2程度のもので単2サイズのバッテリ20本で5Ahを達成するコンパクトで高エネルギ密度のものが使用される。
【0017】
なお、上記システムの各部は、上記区分けに限らず、電動車両の形態等によって変形し得る。例えば、充電電流検出部22、充電電圧検出部23、充電制御部25、およびECU28は充電器2にではなく、電池部1に設けてもよい。また、残容量表示部43を車体4に代えて、もしくは車体4とともに電池部1に設けてもよい。
【0018】
上記システムにおけるバッテリ11の充電制御は、満充電(バッテリの規定容量の100%の充電状態)近傍における満充電未満(例えば、97%)の充電状態で充電を停止する第1充電制御(以下、「通常充電」という)と、満充電を所定量超えた状態で充電を停止する第2充電制御(以下、「リフレッシュ充電」という)とを含む。概略的には、通常充電モードで複数回充電される毎(所定充電回数毎、または1回充電毎に発生させる乱数が所定値と一致する毎)にリフレッシュ充電が行われる。
【0019】
フローチャートを参照して充電制御を詳細に説明する。図2は通常充電の第1要部の処理を示すフローチャートである。ステップS101〜S108は充電前温度判定処理である。ステップS101では、表示部27で「充電中」の表示を行う。ステップS102では、、バッテリ温度検出部12でバッテリ温度TB0を検出する。ステップS103では、バッテリ温度TB0が、予め設定されている充電開始温度Tmax以下か否かの判断がなされる。充電開始温度Tmaxは例えば40°〜50°Cに設定される。この判断が肯定となるまで、所定の待ち時間(REST)をおいてステップS103の処理が繰り返される。ステップS103が肯定になれば、ステップS104に進む。ステップS104では、環境温度検出部21で環境温度TA0を検出する。ステップS105では、充電回数カウンタN1をインクリメント(+1)する。充電回数カウンタN1の値によりバッテリ11の総充電回数を検出できる。ステップS106では、環境温度TA0とバッテリ温度TB0との差が、予め設定されている充電開始温度差ΔTOK以下か否かの判断がなされる。充電開始温度差ΔTOKは例えば0〜10°Cに設定される。
【0020】
環境温度TA0とバッテリ温度TB0との差が充電開始温度ΔTOK以下になれば、ステップS109に進む。ステップS109では、カウンタN2の値が基準値Nref以上か否かを判断する。カウンタN2はバッテリ11の総充電回数を計数するカウンタN1とは違い、リフレッシュ充電間の通常充電回数を計数するために使用される。したがって、リフレッシュ充電の終了毎に「1」でリセットされる(ステップS138参照)。
【0021】
カウンタN2の値が基準値Nref以上であれば、ステップS121(図4)に進む。ステップS121からリフレッシュ充電の処理に入る。一方、カウンタN2の値が基準値Nref未満ならばステップS109からステップS113(図3)に進み、充電手順が開始される。このように、通常充電が所定回数以上行われ、前回のリフレッシュ充電から間があいたときにリフレッシュ充電が選択される。基準値Nrefは20回未満、好ましくは10回とするのがよい。その理由は図7に関して後述する。
【0022】
なお、カウンタN2の値で充電モードを選択するのに限らず、変形可能である。例えば、乱数を発生させ、発生した乱数Nranが基準値Nrefと一致したか否かを判断する。通常充電10回毎にリフレッシュ充電を1回実施するようにしたい場合は、0〜9の乱数を発生させる。そして、基準値Nrefは0〜9のうちの一つに決定する。この設定により、発生された乱数Nranが基準値Nrefと一致した場合は、ステップS121(図4)に進む。こうして、おおよそ10回毎にリフレッシュ充電が選択される。
【0023】
環境温度TA0とバッテリ温度TB0との差が充電開始温度ΔTOK以下になっていない場合は、ステップS107に進む。ステップS107では、「お急ぎ充電」指示がなされているか否かを判断する。「お急ぎ充電」は、通常充電で充電を停止するため設定される満充電未満の基準充電量よりも低めの充電量で充電を停止させる特殊な動作モードをいい、短時間で充電を終了したい要請に応えられる。例えば、「お急ぎ充電スイッチ」を充電器2に設けておき、このスイッチのオン・オフいかんによってステップS107の判断が決定される。なお、「お急ぎ充電」のモードを備えるかどうかは任意である。
【0024】
「お急ぎ充電」で充電を停止させる判断基準となる充電量は、例えばバッテリ11の温度上昇率により判断される。この判断基準となる充電量に対応する基準温度上昇率を予め設定しておき、この基準温度上昇率に相当するバッテリ11の温度上昇が検出された場合に充電を停止する(ステップS120参照)。
【0025】
「お急ぎ充電」が選択されていたならば、ステップS107は肯定となり、ステップS110に進む。ステップS110では、充電回数を計数するカウンタN2の値が基準値Nref以上か否かを判断する。カウンタN2の値が基準値Nref未満ならばステップS110からステップS112(図3)に進み、充電が開始される。カウンタNの値が基準値Nref以上であればステップS111に進み、表示器27で注意喚起のため「お急ぎ充電不可」の表示を行わせる。続いて、ステップS121(図4)に進み、リフレッシュ充電の処理を開始する。なお、ステップS110の判断機能は、ステップS109と同様、乱数を基準値と比較して判断する機能に置き換えることができる。
【0026】
前記ステップS107が否定、つまり「お急ぎ充電」が選択されていなかった場合は、ステップS108に進む。ステップS108では、環境温度TA0とバッテリ温度TB0との差が、予め設定されている充電開始温度差ΔTOK以下か否かの判断がなされる。ステップS108が否定ならば、所定の待ち時間をおいてステップS108の判断が継続される。ステップS108が肯定ならば、ステップS109に進む。
【0027】
図3は、通常充電の第2要部の処理を示すフローチャートである。ステップS113では、算出式(式1)を使用してカットオフ電圧Vcを算出する。Vc=V0-(TA0-25)×α+β…(式1)。カットオフ電圧の算出式に関してはさらに後述する。ステップS114では充電を開始する。通常充電では、一定の充電電流、例えば1.6アンペアの電流を供給して充電を行う。
【0028】
ステップS115では、バッテリ電圧Vがカットオフ電圧Vc以上か否かを判断する。バッテリ電圧Vがカットオフ電圧以上であれば満充電に対する所定割合、例えば97%の充電量が充電されたと判断されるので、ステップS116で充電を停止する。ステップS117ではカウンタN2の値をインクリメントする。ステップS109およびステップS110を乱数により判断するようにすれば、このステップS117は削除できる。続いて、ステップS118では、表示部27に「充電終了」を表示させる。
【0029】
ステップS115が否定の場合、つまり充電量が所定値に達していないと判断される場合は、ステップS119に進み、環境温度TA0とバッテリ温度TB0との差が、予め設定されている充電開始温度差ΔTOK以下か否かを判断する。環境温度TA0とバッテリ温度TB0との差が充電開始温度差ΔTOK以下であればステップS115で判断を続けるが、環境温度TA0とバッテリ温度TB0との差が充電開始温度差ΔTOK以上あればステップS120に進んで、バッテリ温度の変化量ΔT/Δtが所定値、例えば毎分1°C以上であるか否かを判断する。バッテリ温度は充電量が満充電の90〜95%になると急に温度上昇率が大きくなる。そこで、このように温度変化率が所定値以上か否かで充電量が約90%以上になったかどうかを判別することができる。ステップS120が肯定ならば、「お急ぎ充電」に見合った充電量が得られたと判断してステップS116に進み、充電を停止する。
【0030】
なお、「お急ぎ充電」に対応する充電量が得られたか否かを、温度変化率で判断するのに代えて、充電カットオフ電圧を、2段に設定して、その内の低い方を「お急ぎ充電」終了判断用のカットオフ電圧とし、高い方を「お急ぎ充電」以外の通常充電終了判断用のカットオフ電圧とすることができる。
【0031】
続いて、リフレッシュ充電の処理を説明する。図4はリフレッシュ充電の第1要部の処理を示すフローチャートである。ステップS121では、容量計算部13でバッテリ11の残容量Cを検出する。ステップS122では、残容量Cが放電基準残容量ΔC以下か否かを判断する。通常充電を繰り返すと、「充電メモリ効果」により、所定充電電圧における充電量が減少するとともに、放電容量も低下する。そこで、リフレッシュ充電に先立ってバッテリの残容量を検出し、これが放電基準容量ΔC以下であれば、放電を行ってバッテリ11の放電カーブを初期の状態に回復させる。
【0032】
ステップS122が肯定ならば、ステップS123に進んで、追加放電つまり「リフレッシュ放電」を開始する。ステップS124では、バッテリ電圧Vが所定の放電カットオフ電圧Vd以下であるか否かを判断する。バッテリ電圧Vが放電カットオフ電圧Vd以下であれば、ステップS125に進んでバッテリ温度TB0がTmax以下であるかを判断する。放電によりバッテリ温度は上昇するので、これが所定の充電開始温度まで下がるのを待って、充電に移行するためである。
【0033】
バッテリ温度が下がったと判断されたならばステップS126に進み、カウンタN3を「1」でリセットする。カウンタN3はリフレッシュ放電後のリフレッシュ充電回数を判断するために設けられる。
【0034】
ステップS122が否定であれば、ステップS127に進み、カウンタN3の値が放電基準カウンタNdis以下か否かを判断する。この判断が否定ならば、ステップS123に移行する。つまり、所定回数Ndisを超過する回数、リフレッシュ放電を行っていない場合は、バッテリ11の残容量Cが放電基準残容量ΔCより大きい場合であってもリフレッシュ放電を行うよう処理される。
【0035】
ステップS127が肯定ならば、ステップS128でカウンタN3をインクリメントする。なお、リフレッシュ放電が終了したならば、残容量表示部43の残容量のゼロ表示を更正するため、容量指示データ「0」を出力する。
【0036】
図5は、リフレッシュ放電の第2要部のフローチャートである。図4のステップS128に続いて、図5のステップS129に進み、カットオフ電圧Vcを式1を使って算出する。ステップS130で充電を開始する。リフレッシュ充電は2段階の充電電流により行う。その理由は図6に関して後述する。ここでは、高い電流(例えば2.5アンペア)により第1段目の充電を開始する。ステップS131では、バッテリ電圧Vがカットオフ電圧Vc以上か否かを判断する。バッテリ電圧Vがカットオフ電圧以上であれば満充電に対する所定割合、例えば97%の充電量が充電されたと判断されるので、ステップS132で充電を停止する。ステップS133では、前記第1段目の充電電流より低い電流(例えば1.0アンペア)により第2段目の充電を開始する。
【0037】
ステップS134では、バッテリ11の電圧変化Vdrpが基準降下電圧-ΔV以上か否かを判断する。基準降下電圧-ΔVは所定処理時間dt内の変化電圧であり、例えば50mVに設定する。すなわち、ステップS134では、バッテリ電圧Vが垂下傾向になったか否かが判断される。バッテリ電圧が垂下傾向になったならば、充電量が満充電を超えた(飽和した)と判断されるので、ステップS135で充電を停止する。
【0038】
ステップS136では、充電中の最大バッテリ電圧Vmax(n)とバッテリ11の最大温度Tmax(n)とを記録する。これらバッテリ電圧と温度とを記録した後、リフレッシュ充電が終了したので、残容量表示部43の残容量の満充電表示を更正するため、容量指示データ「100」を出力する。
【0039】
ステップS137ではカットオフ電圧の、バッテリ劣化係数βを算出する。バッテリ11は劣化するので、カットオフ電圧を固定のまま補正しないと、正確に充電量を制御できないからである。補正のための算出式は式1の説明と併せて後述する。ステップS138では、カウンタN2を「1」でリセットする。ステップS109およびステップS110を乱数に基づいて判断するように変形した場合はステップS138は削除できる。ステップS139では、表示部27に「充電終了」を表示させる。
【0040】
図6はリフレッシュ充電の際の充電時間の経過に伴うバッテリ電圧Vとバッテリ温度TB1の変化を示す図であり、上述の2段階充電をした場合と、一定電流で充電したときのものを示す。同図において、2段階充電時のバッテリ電圧Vは線V(2)で、1段階充電時のバッテリ電圧Vは線V(1)で示す。また、2段階充電時のバッテリ温度TB1は線T(2)で示し、1段階充電時のバッテリ温度TB1は線T(1)で示す。
【0041】
図示のように、2段階充電では、第1段階において高い電流(2.5アンペア)で充電するので、比較的短時間で満充電(97%)に近い充電量に達することができる。したがって、その後に低電流(1.0アンペア)による充電に移行したとしても、合計でも短時間で満充電を超える充電を行うことができる。
【0042】
1段階充電のように、通常充電と同じ電流(1.6アンペア)で一貫して充電を行うと、全充電時間は2段階充電の場合よりも大幅に長時間化する。さらに、長時間をかけた1段階充電と、充電時間の短い2段階充電とでは、バッテリ温度TB1にΔTだけの違いがある。
【0043】
このような2段階充電によれば、満充電超えのリフレッシュ充電を行った場合でも、通常充電と変わらない短時間で充電が終了する。したがって、通常充電とリフレッシュ充電とを意識していないユーザに対して、充電時間の違いによる違和感を生じさせない。また、バッテリ温度TB1の上昇度合も少ないので、バッテリの耐久性も向上する。
【0044】
図7は通常充電の回数と充電量の変化の関係を示す図である。同図において、充電回数が10回までは初期の充電特性カーブに乗って充電量は増大するので、大きい充電量が得られる(線A)。しかし、充電回数が多くなる程、充電特性に変化を生じ、満充電に対応するバッテリ電圧Vにあっても、初期状態のように大きい充電量は得られない。充電回数が20回までは線Bに示すようにほぼ実用的な充電量5Ahであるが、充電回数が20回を超え、25回になると(線C)、充電量4.7Ahまで低下するので、実用上好ましくない。本実施形態では、乱数NranおよびカウンタN2との比較基準値Nrefを「10」としたので、仮に「お急ぎ充電」が頻繁に行われたとしても、少なくとも充電回数10回のうち1回はリフレッシュ充電が行われる。
【0045】
図8は環境温度TA0と充電終了電圧V1との関係を示す図である。この図のように、環境温度TA0によって充電終了電圧V1は変化する。すなわち、環境温度TA0が高くなるにつれて充電終了電圧は低下する。したがって、充電を終了させるか否かの判断基準となるカットオフ電圧Vcも、この充電終了電圧V1と同様、環境温度に応じて変化させるのがよい。上記式1はこのような充電終了電圧V1の特性に基づいて決定されている。
【0046】
図8において、環境温度25°Cのときの充電終了電圧を基準電圧V0とする。基準電圧V0は例えば29.6Vである。環境温度が25°Cから偏倚した場合、充電終了電圧V1はその偏倚量に比例して変化する。したがって、環境温度TA0に対応するカットオフ電圧Vcは、式1aに示すように、基準電圧V0から環境温度TA0と基準環境温度25°Cとの差に、補正係数α(例えば0.01)を乗算した値を除した値とすることができる。Vc=V0-(TA0-25)×α)…(式1a)。
【0047】
先に示した式1では、式1aで算出されるカットオフ電圧Vcに対してさらに係数βを加算している。この係数βは、充電回数を重ねる毎に劣化するバッテリの特性を考慮した劣化係数である。ステップS137で行われる劣化係数βの算出では次の計算式が使用される。β={(Vmax(1)/Vmax(R))-(Tmax(1)-25)×γ}-{Vmax(n)/Vmax(R))-(Tmax(n)-25)×γ}…(式2)。
【0048】
式2において、Vmaxは充電毎のバッテリ最大電圧(満充電電圧)、Tmaxは充電毎のバッテリ最大温度である。また、それぞれに付加されている符号(1)はそれぞれの初期値つまり初回充電時の値、符号(n)は現在値、符号(R)は基準値であることを示す。この基準値は環境温度25°Cのときの値である。バッテリは劣化するので、式2において、バッテリ電圧Vmax(n)はバッテリ電圧Vmax(1)より低くなり、バッテリ温度Tmax(n)はバッテリ温度Tmax(1)より高くなる。したがって、係数βは充電回数を重ねるほど大きい値となり、カットオフ電圧Vcは高くなるように劣化補正される。なお、式2において係数γは温度補正係数である。
【0049】
次に、残容量表示部43によるバッテリ11の残量表示方法を説明する。図9はバッテリの放電曲線を示す図である。図示のようにバッテリの初期状態で、規定のバッテリ電圧V0のときに放電容量AH1であったとする。このバッテリが劣化すると、規定のバッテリ電圧V0のときに放電容量AH2(<AH1)になる。つまり、劣化したバッテリは、初期状態のバッテリよりも早い時期に空になる。したがって、初期状態の満充電状態の位置に「Full」の指標を置き、バッテリの初期状態における空の位置に「Empty」の指標を置いて、残量表示部43のスケールつまり表示範囲を設定すると、劣化時には残容量が空になっても、残量指針は「Empty」を指さない。図9に示したように「Empty」の移動が生じる。この場合、ユーザがバッテリの劣化を認識していないと、残容量がないのにもかかわらず、あるものと誤認することがある。
【0050】
そこで、本実施形態では、バッテリに劣化を生じて規定電圧値に対応する放電容量が低下した場合には、これに合わせて残容量表示部43のスケールを狭めるようにした。
【0051】
図10はバッテリ劣化前の残容量表示部43の正面図、図11はバッテリ劣化時の残容量表示部43の正面図である。図10,図11において、残容量表示部43の表示エリアは残容量表示エリア431と警告エリア432とからなる。残量指針433は残量表示エリア431と警告エリア432とをカバーして動き、残容量に対応した位置を指す。警告エリア432を表示するための部分円板つまり扇形プレート50は、残量表示エリア431の部分円形窓51と同じ曲率を有していて、部分円形窓51の曲率に沿って、該部分円形窓51に重なる位置まで変位可能に構成される。扇形プレート50は警告エリア432を示す第1着色部分501に加えて、残容量1/2の位置を示す目盛および「1/2」の文字表示を有する第2着色部分502を備える。これら着色部分501,502の境目には空の位置を示す目盛および「E」の文字表示を設ける。さらに、満充電の位置を示す目盛および「F」の文字表示を残量表示エリア431に設ける。
【0052】
上記構成において、バッテリが劣化していない状態では、図10に示すように、扇形プレート50は残量指針433の回動中心と同じ回転中心で図中反時計方向寄りの位置に変位している。この状態では「E」の文字表示とその目盛が部分円形窓51の左端に位置している。したがって、「1/2」の文字表示およびその目盛は部分円形窓51の中央に位置している。
【0053】
一方、バッテリが劣化したときは、図11に示すように、扇形プレート50を劣化相当分だけ時計方向に変位させる。すなわち、バッテリの絶対容量に対するリフレッシュ充電時に検出される満充電容量(相対容量)の割合を算出し、この割合に従って扇形プレート50を移動させる。したがって、この状態では「E」の文字表示とその目盛が部分円形窓51の左端から中央方向にずれて位置する。結果的に、残容量表示エリア431の低残容量範囲の変位により残容量表示エリア431が狭められる。つまり表示スケールが縮小される。但し、低残容量範囲がずれて表示スケールは縮小されるが、低残容量範囲つまり警告エリア432自体の大きさは変化していない。したがって、警告エリア432のユーザに対する警告機能を維持しながら、バッテリ11の劣化に関してもユーザに認識をさせることができる。
【0054】
このように、空を表す「E」の文字とその目盛とが変位して表示スケールが縮小されることにより、ユーザはバッテリの劣化およびその程度を容易に認識することができる。なお、表示スケールの縮小は空の表示位置をずらすのに限らず、満充電の表示位置を空の側にずらすことによっても実現できる。
【0055】
表示スケールを劣化の程度に応じて縮小する残容量表示部43は上記アナログ式表示に限らず、デジタル式のセグメント表示によっても実現することができる。図12は劣化前のバッテリ残容量のセグメント表示例、図13は劣化時のバッテリ残容量のセグメント表示例を示す図である。図12に示すように劣化前には10個のセグメントが残容量表示範囲として設定されていたものが、図13に示すように劣化時には残容量表示範囲は8個のセグメントに縮小され、残りの2個のセグメントは警告エリアとして使用される。
【0056】
図14は、上記実施形態の要部機能を示すブロック図である。同図において、通常充電部6は満充電未満で充電を停止する第1充電制御を行い、リフレッシュ充電部7は、満充電を所定量超えた状態で充電を停止する第2充電制御を行う。リフレッシュ充電部6では、通常電制御部6で使用される充電電流とは異なる2段階の充電電流が使用される。したがって、これら通常充電部6およびリフレッシュ充電部7には電源3から供給される電流を所定値に設定する手段が設けられる。
【0057】
電源3から供給される電流は、これら通常充電部6およびリフレッシュ充電部7のいずれかを介してバッテリ11に供給される。いずれかの充電部が、切替部8の切替えによって選択される。切替部8は、通常充電の回数を計数するカウンタ9の値N2が所定値(20回未満であることが好ましい)になったときにリフレッシュ充電部7側に切り替えられる。カウンタ9はリフレッシュ充電部7による充電が終了したときにリセットされる。
【0058】
カウンタ9は、乱数発生器から発生される乱数が所定値であった場合に、切替部8に対してリフレッシュ充電部7への切替を指示する機能で置き換えることができる。この機能を使用すれば、マイクロコンピュータのプログラム上の処理で充電部の切り替えを行うことができるので、ハードウェアの追加が少なくてすむ。
【0059】
通常充電部6では、充電時間を短縮した「お急ぎ充電」つまり短縮充電が可能である。このために、通常充電部6には充電停止基準としてのカットオフ電圧が2種類設定される。一つは、カットオフ電圧演算部15で演算される第1カットオフ電圧であり、他の一つは短縮カットオフ電圧設定部16によって設定される、第1カットオフ電圧より低い第2カットオフ電圧である。これにより、「お急ぎ充電」では比較的短時間で充電を終了させることができる。なお、「お急ぎ充電」の終了時点を、電圧基準によるのではなく、バッテリ温度の上昇率が所定値を超過したときを基準とすることができる。
【0060】
「お急ぎ充電」は、図示しないお急ぎ充電スイッチが操作されてカットオフ電圧指定部17で前記第2カットオフ電圧が指定されたときに行うようにできる。但し、カウンタ9がカウントアップした場合には、リフレッシュ充電部7による充電が選択されるので、表示部27の機能である短縮充電拒否表示部18で、「お急ぎ充電不可」等の注意表示が行われる。
【0061】
通常充電部6およびリフレッシュ充電部で使用されるカットオフ電圧は、基準電圧V0を、環境温度検出部21で検出される環境温度TA0で補正することによって決定される。さらに、基準満充電電圧、初期満充電電圧Vmax(1)、現在満充電電圧Vmax(n)、初期最大バッテリ温度Tmax(1)、現在最大バッテリ温度Tmax(n)に基づいてバッテリ11の劣化補正が行われる。初期満充電電圧Vmax(1)および現在満充電電圧Vmax(n)は充電電圧検出部23で検出され、初期最大バッテリ温度Tmax(1)および現在最大バッテリ温度Tmax(n)はバッテリ温度検出部12で検出される。
【0062】
電圧垂下検出部29は、充電中増大傾向にあったバッテリ電圧が垂下傾向に転じたことを検出する。バッテリ電圧が垂下傾向を示した場合は、バッテリ容量が飽和したと判断できるので、リフレッシュ充電を停止させる。このように、リフレッシュ充電では、バッテリ電圧が所定のカットオフ電圧に達したときに充電を終えるのではなく、飽和状態の検出により充電を停止する。
【0063】
図15は、本実施形態の第2の要部機能を示すブロック図である。リフレッシュ充電は所定条件の下に、リフレッシュのための放電を行った後、実施される。放電器24の機能としてのリフレッシュ放電部32はバッテリ11の放電特性を回復するための機能である。残容量判別部33はバッテリ11の残容量が基準残容量以下かどうかを判別し、残容量が基準残容量以下であればリフレッシュ放電部32に放電指示を出力する。カウンタ34は残容量判別部33の判別結果によりリフレッシュ放電指示がなされなかった場合にインクリメントされる。つまりカウンタ34のカウンタ値はリフレッシュ放電の間隔を代表する。そして、カウンタ34の値が、予め定められるリフレッシュ放電の判断基準値に達したときは、カウントアップする。リフレッシュ放電部32は、バッテリ11の残容量が基準残容量より多い場合であっても、カウンタ34のカウントアップに応答してバッテリ11をリフレッシュのため放電する。
【0064】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなとおり、請求項1〜4の発明によれば、満充電未満で停止する充電が所定回数以上連続したときは、次の充電が満充電超えで停止するようにできる。したがって、満充電未満での充電が続きすぎるのを防止して、劣化したバッテリの極板をリフレッシュできるので、結果的にバッテリの耐久性が向上する。また、満充電未満での充電が主となるので、極板の容量に余裕分を持たないでもよくなり、局部電池反応による負極の容量低減に配慮しない限界設計が可能となる。すなわち、負極の容量を大きくしない、NP比を小さくしたコンパクトで高容量なバッテリを提供することができる。
【0065】
特に、満充電超えまで充電を行う場合に、満充電未満までで充電停止する場合と異なり、二段階の電流を切り替えて使用する手段により、満充電近くでは緩やかに充電を行いつつも、短時間で充電を終えることができる。したがって、満充電未満で充電を停止する制御と満充電超えまで充電する制御の充電時間差を小さくすることができ、充電時間のばらつきによりユーザに不安感を抱かせることがない。また、第2の充電制御における充電電流の切替えタイミングを、第1の充電制御のカットオフ電圧値とすることができ、特別な判別手段をもつことなくシンプルな制御が行なえる。
【0066】
さらに、請求項3,4の発明によれば、二次電池の劣化を検出して、その劣化程度に応じて、充電停止の判断に用いられるカットオフ電圧の補正を行うことができる。その結果、二次電池の劣化にかかわらず、所定の充電容量まで充電をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態に係るバッテリ充電制御装置を含む電動車両のシステム構成を示すブロック図である。
【図2】 通常充電の第1要部の処理を示すフローチャートである。
【図3】 通常充電の第2要部の処理を示すフローチャートである。
【図4】 リフレッシュ充電の第1要部の処理を示すフローチャートである。
【図5】 リフレッシュ放電の第2要部のフローチャートである。
【図6】 リフレッシュ充電の際の充電時間の経過に伴うバッテリ電圧とバッテリ温度の変化を示す図である。
【図7】 通常充電の回数と充電量の変化の関係を示す図である。
【図8】 環境温度と充電終了電圧との関係を示す図である。
【図9】 バッテリの放電曲線を示す図である。
【図10】 バッテリ劣化前の残容量表示部の正面図である。
【図11】 バッテリ劣化時の残容量表示部の正面図である。
【図12】 劣化前のバッテリ残容量のセグメント表示例を示す図である。
【図13】 劣化時のバッテリ残容量のセグメント表示例を示す図である。
【図14】 本発明の一実施形態の要部機能を示すブロック図である。
【図15】 本発明の一実施形態に係る第2要部の機能を示すブロック図である。
【符号の説明】
1…電池部、 2…充電器、 3…電源、 4…車体、 6…通常充電部、 7…リフレッシュ充電部、 8…切替部、 9…カウンタ、 11…バッテリ、 12…バッテリ温度検出部、 15…カットオフ電圧検出部、17…カットオフ電圧指定部、 18…短縮充電拒否表示部、 21…環境温度検出部、 23…充電電圧検出部、 27…表示部、 28…ECU、 29…電圧垂下検出部、32…リフレッシュ放電部
Claims (4)
- 満充電未満で充電を停止する第1充電制御と、満充電以上で充電を停止する第2充電制御とを併用する二次電池の充電制御方法において、
前記第1充電制御による充電を所定回数連続して行った場合、次の充電を第2充電制御で行うとともに、
前記第1充電制御による充電が、第1の充電電流によって行われ、
前記第2充電制御による充電が、前記第1の充電電流よりも大きい第2の充電電流による先行の充電と、前記第1の充電電流より小さい第3の電流による後行の充電とによって行われることを特徴とする二次電池の充電制御方法。 - 二次電池の満充電未満の所定容量に対応するカットオフ電圧を設定するカットオフ電圧記憶手段と、
第1の充電電流により充電を行い、二次電池の充電電圧が前記カットオフ電圧に達したときに充電を停止する第1充電制御手段と、
前記第1の充電電流よりも大きい第2の充電電流により、二次電池の充電電圧が前記カットオフ電圧に達するまで充電を行った後、前記第1の充電電流より小さい第3の電流による充電を満充電まで行う第2充電制御手段と、
前記第1充電制御手段および第2充電制御手段のいずれかを選択する切替手段とを具備したことを特徴とする二次電池の充電制御装置。 - 前記第2充電制御手段による充電完了時に二次電池の満充電電圧を記憶する満充電電圧記憶手段と、
前記記憶された満充電電圧の履歴に基づいて前記カットオフ電圧の劣化分を補正する補正手段とを具備したことを特徴とする請求項2記載の二次電池の充電制御装置。 - 前記第2充電制御手段による充電完了時に二次電池の満充電電圧を記憶する満充電電圧記憶手段と、
二次電池の所定温度時の基準満充電電圧を設定する手段と、
前記満充電電圧記憶手段による前記満充電電圧記憶時の二次電池の温度を記憶する温度記憶手段と、
前記記憶された満充電電圧および前記記憶された二次電池の温度の履歴と前記基準満充電電圧とに基づいて前記カットオフ電圧の劣化分を補正する補正手段とを具備したことを特徴とする請求項2記載の二次電池の充電制御装置。
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