JP3820658B2

JP3820658B2 - バッテリ充電制御装置

Info

Publication number: JP3820658B2
Application number: JP33559996A
Authority: JP
Inventors: 浩太郎桐谷
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1996-12-16
Filing date: 1996-12-16
Publication date: 2006-09-13
Anticipated expiration: 2016-12-16
Also published as: JPH10174303A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、バッテリの充電形態をバッテリの温度に応じた切り換え電圧に従い定電流充電から定電圧充電、またはその逆の切り換えを行なう装置に関するものである。なお、このようなバッテリ充電制御装置を利用する分野としては人工衛星のバッテリ充電制御が例として挙げられる。
【０００２】
【従来の技術】
図７は衛星におけるバッテリ充電制御装置を表す図であり、１はＶ／Ｔカーブ（バッテリ温度とバッテリ電圧との相対関係を表したカーブであり、この電圧において定電圧充電と定電流充電の切り換えが行なわれる。）を選択するコマンド、２はコマンド１によりＶ／Ｔカーブの一つを選択する信号を出力するＶ／Ｔカーブ選択回路、３はバッテリ温度を電圧に変換した信号（Ｔｂａｔ）、４−１、４−２、・・・、４−ｎはバッテリ温度信号３と内部に含まれているＶ／Ｔカーブの情報から充電制御切り換え電圧（Ｖｃ）を出力するＶ／Ｔカーブ回路、５−１、５−２、・・・、５−ｎは選択されたときにバッテリ温度信号３を４−１、４−２、・・・、４−ｎに入力するスイッチ、６−１、６−２、・・・、６−ｎは電流の逆流を防ぐダイオード、７はバッテリ電圧信号（Ｖｂａｔ）、８は選択されたＶ／Ｔカーブの充電制御切り換え電圧とバッテリ電圧信号７を比較する電圧比較装置、９は電圧比較装置の出力のレベルを反転する装置、１０はバッテリの定電流充電回路、１１はバッテリノ定電圧充電回路である。
【０００３】
このような構成の従来のバッテリ充電制御装置は、ハードウエアのみで制御されておりバッテリの温度を温度センサーで測定し、その温度の関数として定まる値にバッテリ電圧が達したら定電流充電から定電圧充電に、逆にこの値以下となると定電圧充電から定電流充電に切り換えを行なう作用を有している。上記したように、このバッテリ温度に対応した切り換え電圧の変化はＶ／Ｔカーブとよばれ、図２に示すように通常複数用意されている。また、この複数あるＶ／Ｔカーブの中でバッテリに最適なＶ／Ｔカーブはバッテリの性能および劣化の度合いにより変わる。
【０００４】
次に動作について説明する。まず、バッテリの運用者はバッテリの状態を考慮し予め複数あるＶ／Ｔカーブから１つを選択する。具体的には、Ｖ／Ｔカーブ選択回路２にコマンド１を送信すると、Ｖ／Ｔカーブ選択回路２の出力のどれかが通電しスイッチ５−１、５−２、・・・、５−ｎのどれかがＯＮになり、バッテリ温度信号（Ｔｂａｔ）が対応するＶ／Ｔカーブ回路４−１、４−２、・・・、４−ｎの一つに入力されるようになる。ここでは、説明のため５−１がＯＮになったと想定する。するとＶ／Ｔカーブ回路４−１が動作し、バッテリ温度信号（Ｔｂａｔ）に対応した定電流／定電圧充電切り換え電圧（Ｖｃ）を出力する。この電圧は逆流防止のダイオード６−１を経由して電圧比較回路８に入力される。電圧比較回路８では定電流／定電圧充電切り換え電圧とバッテリ電圧信号（Ｖｂａｔ）７を比較し、Ｖｂａｔ＜ＶｃならばＬレベル、Ｖｂａｔ≧ＶｃならばＨレベルの電圧を出力する。この出力がＬレベルのとき、即ちＶｂａｔ＜Ｖｃのときは、反転回路９により定電流充電回路１０がＯＮになり、Ｈレベルのとき、即ちＶｂａｔ≧Ｖｃのときは定電圧回路１１がＯＮになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のバッテリ充電制御装置は以上のように、Ｖ／Ｔカーブにもとづく定電圧充電／定電流充電の切り換えをハードウエアの回路により実施していたため、比較的少数のカーブしか設定できなかった。また、このカーブを増やそうとすると必然的にハードウエア回路数が増えることになり、コストが増加する。このため、かならずしも最適な切り換え電圧で定電圧／定電流の切り換えができるわけではなかった。また、Ｖ／Ｔカーブはバッテリによって異なるためバッテリが変わる度にハードウエアを再設計する必要があり、コストがかかるという問題があった。
【０００６】
この発明のバッテリ充電制御装置は、衛星に搭載されるバッテリ充電制御装置において、制御プログラムと、バッテリの性能及び劣化の度合いにより変化し、バッテリ温度と当該バッテリ温度に依存して定まるバッテリ電圧との関係を表すバッテリ電圧とバッテリ温度の曲線（以下Ｖ／Ｔカーブと呼ぶ）を記憶するメモリと、当該衛星がコマンド信号により、Ｖ／Ｔカーブを選択するための情報を受けて、上記メモリに記憶されたＶ／Ｔカーブから、測定されたバッテリの温度に対する切り換え電圧（Ｖｃ）を計算し、測定されたバッテリ電圧（Ｖｂａｔ）が、Ｖｂａｔ＜Ｖｃならば定電流充電回路をＯＮにし、Ｖｂａｔ≧Ｖｃならば定電圧充電回路をＯＮにする切り換え制御指令を出力するＣＰＵと、各々のバッテリの特性に応じて、バッテリ温度に対して、定電圧充電が必須となる領域の上限を定める上限電圧値とバッテリ電圧を比較する第１の電圧比較装置と、各々のバッテリの特性に応じて、バッテリ温度に対して、定電流充電が必須となる領域の下限を定める下限電圧値とバッテリ電圧を比較する第２の電圧比較装置と、上記第１の電圧比較装置からのバッテリ電圧が上限電圧値以上かどうかを示す信号と上記ＣＰＵで決定された定電圧充電を選択したかどうかを示す切り換え信号が論理和され、その論理出力と上記第２の電圧比較装置からのバッテリ電圧が下限電圧値以下かどうかを示す信号とを論理積をとり、ＣＰＵが暴走した時でも、充電不足や過充電を防止するための論理積装置と、上記論理積装置から、バッテリ電圧が上限電圧値以上の場合とＶｂａｔ≧Ｖｃの場合に、Ｈレベルが出力されて、所定の定電圧を出力する定電圧充電回路と、上記論理積装置から、バッテリ電圧が下限電圧値以下の場合とＶｂａｔ＜Ｖｃの場合に、Ｌレベルが出力されて、所定の定電流を出力する定電流充電回路とで構成されるものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１において、１はＶ／Ｔカーブを選択するためのコマンド、１２は動作プログラムおよびＶ／Ｔカーブを記憶したメモリ、１３はメモリ１２からプログラムを読み込み、実行するＣＰＵ、３はバッテリ温度を電圧に変換した信号、１４はバッテリ電圧信号、バッテリ温度信号、および充電制御回路ＯＮ／ＯＦＦ信号を入出力するＩ／Ｏインターフェース、７はバッテリ電圧信号、１０は定電流充電回路、１１は定電圧充電回路である。
【０００８】
次に動作について説明する。図２に説明のために想定したＶ／Ｔカーブ群を、図３にソフトウエアの動作を表すフローチャートを示す。最初に、コマンド１により図２に示す複数のＶ／Ｔカーブの中から、ひとつのカーブを選択する。ここでは、説明のため第ｎ番のカーブを選択したものとする。この選択した番号ｎに対応したＶ／Ｔカーブの係数（ａ［ｎ］，ｂ［ｎ］）をメモリ１２からＣＰＵ１３にロードする。次にバッテリ温度信号（Ｔｂａｔ）３を、Ｉ／Ｏインターフェース１４を介して読み込む。このバッテリ温度信号（Ｔｂａｔ）３と選択されたＶ／Ｔカーブの係数（ａ［ｎ］，ｂ［ｎ］）とから、切り換え電圧（Ｖｃ）を計算する。バッテリ電圧信号（Ｖｂａｔ）７をＩ／Ｏインターフェース１４を介して読み込む。バッテリ電圧信号（Ｖｂａｔ）７と切り換え電圧（Ｖｃ）を比較し、Ｖｂａｔ＜Ｖｃならば定電流充電回路１０をＯＮにし、Ｖｂａｔ≧Ｖｃならば定電圧充電回路１１をＯＮにする。
なお、以上の動作はすべて、メモリ１２に予め記録されたプログラムをＣＰＵ１３にロードし、実行することでソフトウエア的に実現される。
【０００９】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２を示すもので、図において３はバッテリ温度を電圧に変換した信号、７はバッテリ電圧信号、１５は切り換え電圧の上限を設定する切り換え上限電圧発生装置、１６は切り換え電圧の下限を設定する切り換え下限電圧発生装置、１７は切り換え上限電圧、１８は切り換え下限電圧を表す。１９は切り換え上限電圧１７とバッテリ電圧信号７を比較する電圧比較装置、２０は実施の形態１で示したソフトウエアにより決定された充電制御形態を示すＩ／Ｏインタフェース１４からの切り換え制御信号で定電圧充電時にＨレベル、定電流充電時にＬレベルとなる信号、２１はＩ／Ｏインタフェース１４からの切り換え制御信号２０と電圧比較装置１９の出力の論理和をとる論理和装置、２２は切り換え下限電圧１８とバッテリ電圧信号７を比較する電圧比較装置、２３は論理和装置２１と電圧比較装置２２との論理積をとる論理積装置、９は入力レベルと反対のレベルを出力する反転装置、１０はバッテリの定電流充電回路、１１はバッテリの定電圧充電回路である。
【００１０】
ところで、実施の形態１においては、定電流充電／定電圧充電の切り換えをソフトウエアで実現することによりＶ／Ｔカーブの数をコストをほとんど上げずに増やすことができる。しかしながら、例えば本装置を人工衛星のバッテリ充電制御に利用する場合、ＣＰＵは宇宙環境においては放射線の影響等により暴走することがある。実施の形態１で述べた構造では、ＣＰＵが暴走した場合にバッテリ電圧に関係なく定電圧充電になりほとんどバッテリが充電されなかったり、逆に、定電流回路がＯＮになりつづけ過充電されたりするおそれがある。そこで、上記で説明したハードウエア回路を付加することによって、実施の形態１の効果はそのままで、ＣＰＵが暴走した時でも、充電不足や過充電を防ぐことを考える。
【００１１】
まず、基本的な考え方を説明する。バッテリの特性に応じて、各々のバッテリ温度において定電流充電が必須となるバッテリ電圧の領域と定電圧充電が必須となるバッテリ電圧の領域がそれぞれ定められる。さらに、定電流充電が必須となるバッテリ電圧の領域に対しては上限値、定電圧充電が必須となるバッテリ電圧に対しては下限値が、各々のバッテリ電圧において定まる。これは、図２で設定したＶ／Ｔカーブ群の上下に非常用のＶ／Ｔカーブ（Ｖ／Ｔ−Ｕ，Ｖ／Ｔ−Ｌ）を設定することになる。この様子を図５に示す。この図５において、領域Ｌでは必ず定電流充電となり、領域Ｕでは必ず定電圧充電にならなくてはならない。領域Ｍでは、ＣＰＵの機能が正常であれば選択されたＶ／Ｔカーブによる充電制御が行なわれる。
【００１２】
次に図４に基づいて詳細な動作を説明する。バッテリ温度信号（Ｔｂａｔ）３は常に切り換え上限電圧発生装置１５と切り換え下限電圧発生装置１６に入力され、その時のバッテリ温度における切り換え電圧の上限値１７と下限値１８が出力されている。切り換え上限電圧（Ｖｃｕ）１７とバッテリ電圧信号（Ｖｂａｔ）７は電圧比較器１９で比較され、Ｖｂａｔ＜ＶｃｕならばＬレベルを出力、Ｖｂａｔ≧ＶｃｕならばＨレベルが電圧比較器１９から出力される。この出力とＣＰＵ１３でソフトウエアにより計算されＩ／Ｏインタフェース１４を経由して出力される切り換え制御信号２０との論理和がとられる。この場合のＩ／Ｏインタフェース１４からの信号ロジックは、定電圧充電の場合はＨレベル、定電流充電の場合はＬレベルとなるようにしておく。この論理和装置２１の出力は図６に示すように、バッテリ電圧信号（Ｖｂａｔ）７が切り換え上限電圧１７以上、即ち図４の領域Ｕに属しているならば、Ｉ／Ｏインタフェース１４からの切り換え制御信号２０のレベルがＨレベル／Ｌレベルどちらの場合でもＨレベルとなる。一方、切り換え下限電圧（Ｖｃｌ）１８とバッテリ電圧信号（Ｖｂａｔ）７は電圧比較器２２で比較され、Ｖｂａｔ＜ＶｃｌならばＬレベル、Ｖｂａｔ≧ＶｃｌならばＨレベルが電圧比較器２２から出力される。この電圧比較器２２の出力と論理和装置２１の出力を論理積装置２３に入力する。この論理積装置２３の出力は図６に示すように、Ｉ／Ｏインタフェース１４からの切り換え制御信号のレベルによらず、領域ＵにおいてはＨ、領域ＬにおいてはＬとなる。この出力がＬレベルならば、論理反転装置９により論理が反転されＨレベルが入力されることで定電流充電回路１０が動作し、Ｈレベルならば定電圧充電回路１１が動作する。
【００１３】
ところで、実施の形態２においてはＣＰＵ異常時に過充電および充電不足の両者についてハードウエア回路による対策を施しているが、バッテリの性能および使用条件によってはどちらかの対策を施すだけでＣＰＵ異常時の対策として十分な場合もありうる。
【００１４】
【発明の効果】
第１の発明によるバッテリ充電制御装置は、定電圧充電／定電流充電の切り換えをメモリに記憶されたＶ／Ｔカーブに基づいて行なっているため、Ｖ／Ｔカーブの数をハードウエアを増加させることなく、簡単に増やすことができるという効果を持つ。また、軌道上において、Ｖ／Ｔカーブを変更することもできるという効果、バッテリに依存せずハードウエアの標準化ができるという効果も持つ。
【００１５】
また、第２の発明によれば、第１の発明の効果に加え、ＣＰＵが故障しメモリに記憶されたＶ／Ｔカーブが正常に機能しない場合に、ハードウエア回路により実現された定電圧充電が必須となるバッテリ電圧の下限値および定電流充電が必須となるバッテリ電圧の上限値の情報を用いることで、過充電もしくは充電不足が発生することを防ぐ効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるバッテリ充電制御装置の実施の形態１を示す図である。
【図２】設定される複数のＶ／Ｔカーブを示した図である。
【図３】この発明によるバッテリ充電制御装置のプログラムの動作を示すフローチャートである。
【図４】ＣＰＵが暴走したときに充電不足や過充電になることを防ぐ機能を追加したバッテリ充電制御装置の実施の形態２を示す図である。
【図５】切り換えの上限電圧と下限電圧、および定電流充電すべき領域と定電圧充電すべき領域を示した図である。
【図６】図４に示した各領域における充電形態を、途中の論理装置の状態とともに示した表。
【図７】従来のバッテリ充電制御装置の構造を示す図である。
【符号の説明】
１Ｖ／Ｔカーブ指定コマンド、２Ｖ／Ｔカーブ選択回路、３バッテリ温度信号、４Ｖ／Ｔカーブ回路、５スイッチ、６ダイオード、７バッテリ電圧信号、８電圧比較装置、９論理反転装置、１０定電流充電回路、１１定電圧充電回路、１２メモリ、１３ＣＰＵ、１４Ｉ／Ｏインターフェース、１５切り換え上限電圧発生装置、１６切り換え下限電圧発生装置、１７切り換え上限電圧、１８切り換え下限電圧、１９電圧比較装置、２０切り換え制御指令、２１論理和装置、２２電圧比較装置、２３論理積装置。

Claims

衛星に搭載されるバッテリ充電制御装置において、
制御プログラムと、バッテリの性能及び劣化の度合いにより変化し、バッテリ温度と当該バッテリ温度に依存して定まるバッテリ電圧との関係を表すバッテリ電圧とバッテリ温度の曲線（以下Ｖ／Ｔカーブと呼ぶ）を記憶するメモリと、
当該衛星がコマンド信号により、Ｖ／Ｔカーブを選択するための情報を受けて、上記メモリに記憶されたＶ／Ｔカーブから、測定されたバッテリの温度に対する切り換え電圧（Ｖｃ）を計算し、測定されたバッテリ電圧（Ｖｂａｔ）が、Ｖｂａｔ＜Ｖｃならば定電流充電回路をＯＮにし、Ｖｂａｔ≧Ｖｃならば定電圧充電回路をＯＮにする切り換え制御指令を出力するＣＰＵと、
各々のバッテリの特性に応じて、バッテリ温度に対して、定電圧充電が必須となる領域の上限を定める上限電圧値とバッテリ電圧を比較する第１の電圧比較装置と、
各々のバッテリの特性に応じて、バッテリ温度に対して、定電流充電が必須となる領域の下限を定める下限電圧値とバッテリ電圧を比較する第２の電圧比較装置と、
上記第１の電圧比較装置からのバッテリ電圧が上限電圧値以上かどうかを示す信号と上記ＣＰＵで決定された定電圧充電を選択したかどうかを示す切り換え信号が論理和され、その論理出力と上記第２の電圧比較装置からのバッテリ電圧が下限電圧値以下かどうかを示す信号とを論理積をとり、ＣＰＵが暴走した時でも、充電不足や過充電を防止するための論理積装置と、
上記論理積装置から、バッテリ電圧が上限電圧値以上の場合とＶｂａｔ≧Ｖｃの場合に、Ｈレベルが出力されて、所定の定電圧を出力する定電圧充電回路と、
上記論理積装置から、バッテリ電圧が下限電圧値以下の場合とＶｂａｔ＜Ｖｃの場合に、Ｌレベルが出力されて、所定の定電流を出力する定電流充電回路と、
で構成されることを特徴とするバッテリ充電制御装置。