JP3935087B2 - バッテリの充電装置及びその方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、バッテリの充電装置及びその方法に係わり、例えば、車両に搭載されたバッテリの充電装置及びその方法に関する。
【0002】
従来、充電方式としては、例えば、一定の充電電流でバッテリ充電する定電流充電と一定電圧をバッテリに印加して充電する定電圧充電と提案されている(特許文献1)。
【0003】
ところで、バッテリに供給される充電電流は、全て起電力としてバッテリに充電されない場合がある。これは、バッテリの充電状態に応じた活物質量に比べて大量の充電電流が供給されると、活物質との酸化還元反応が追いつかなくなってしまうからである。なお、充電されなかった分の電気量は、水H2Oの電気分解として消費される。
【0004】
このため、充電効率が低い状態で充電を行うと、水の電気分解によって、酸素ガスや水素ガスが発生し、バッテリの電解液が減少してしまい、バッテリの劣化が進行してしまう。しかしながら、従来の定電圧充電、定電流充電では、充電効率に関係なく、一定の充電電圧、一定の充電電流でバッテリを充電している。
【0005】
このため、低い充電電圧、小充電電流で効率よくバッテリを充電すれば、劣化が進むことがないが、充電に時間がかかってしまう。一方、高い充電電圧、大充電電流でバッテリを充電すれば、充電にかかる時間は短縮できるが、満充電状態に近づくほど、充電効率が下がり、バッテリの劣化を早めてしまい、何れの方法も、バッテリの状態に応じた適切な充電を行うことができないという問題があった。
【0006】
また、バッテリには、上部が低比重、下部が高比重という成層化現象が生じることもある。この場合、下部の高比重の部分が端子電圧に現れるため、実際のSOC(充電状態)より高いSOCが推定又は実測されてしまう。この成層化現象を解消するには、敢えて、低い充電効率での充電を行って、酸素ガスや水素ガスを発生させることが考えられる。
【0007】
しかしながら、従来の定電圧充電、定電流充電では、充電効率に関係なく、一定の充電電圧、一定の充電電流でバッテリを充電している。このため、劣化が進まない程度に、酸素ガスや水素ガスを発生させることができず、この意味でも、バッテリの状態に応じた適切な充電を行うことができないという問題があった。
【0008】
また、従来の定電圧充電、定電流充電では、回生電流など車両の走行中にランダムに発生するエネルギーを有効にバッテリに充電していないという問題もあった。
【特許文献1】
特開2001−21630号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、バッテリの状態に応じた適切な充電を行うことができるバッテリの充電装置及びその方法を提供することを課題とする。
【0010】
上記課題を解決するためになされた請求項1記載の発明は、負荷に電力を供給するバッテリの充電開始から充電終了までの任意の時点について、前記バッテリに流れ込んでいる電気量のうち、起電力として前記バッテリに充電される電気量の割合である充電効率を検出する充電効率検出手段と、目標値と前記充電効率検出手段によって検出された充電効率とを比較して前記充電効率が前記目標値に近づくように前記充電電流を制御する充電電流制御手段とを備え、そして、前記充電電流制御手段が、前記バッテリの充電状態が所定値以下のとき、前記充電状態が前記所定値より高い時に比べて、低い充電効率を目標値として設定するものであることを特徴とするバッテリの充電装置に存する。
【0011】
請求項5記載の発明は、負荷に電力を供給するバッテリの充電開始から充電終了までの任意の時点について、前記バッテリに流れこんでいる電気量のうち、起電力として前記バッテリに充電される電気量の割合である充電効率を検出し、目標値と前記検出された充電効率とを比較して前記充電効率が前記目標値に近づくように前記充電電流を制御し、前記バッテリの充電状態が所定値以下のとき、前記充電状態が前記所定値より高い時に比べて、低い充電効率を目標値として設定することを特徴とするバッテリの充電方法に存する。
【0012】
請求項1及び5記載の発明によれば、充電状態が所定値以下のときは、充電状態が所定値より高いときに比べて、低い充電効率を目標値として設定し、充電電流を制御している。これにより、低充電状態のときは、多少ガッシングが発生しても、迅速に、最大の電気量をバッテリに充電することができ、低充電状態のときに少しでも早く高充電状態に制御することができる。
【0013】
請求項2記載の発明は、負荷に電力を供給するバッテリの充電開始から充電終了までの任意の時点について、前記バッテリに流れ込んでいる電気量のうち、起電力として前記バッテリに充電される電気量の割合である充電効率を検出する充電効率検出手段と、目標値と前記充電効率検出手段によって検出された充電効率とを比較して前記充電効率が前記目標値に近づくように前記充電電流を制御する充電電流制御手段とを備え、そして、前記充電電流制御手段が、余剰電流が発生したとき、前記余剰電流が発生していないときに比べて、低い充電効率を目標値として設定して、前記検出した充電効率に基づいて前記バッテリに対する充電電流を制御するものであることを特徴とするバッテリの充電装置に存する。
【0014】
請求項6記載の発明は、負荷に電力を供給するバッテリの充電開始から充電終了までの任意の時点について、前記バッテリに流れこんでいる電気量のうち、起電力として前記バッテリに充電される電気量の割合である充電効率を検出し、目標値と前記検出された充電効率とを比較して前記充電効率が前記目標値に近づくように前記充電電流を制御し、余剰電流が発生したとき、前記余剰電流が発生していないときに比べて、低い充電効率を目標値として設定することを特徴とするバッテリの充電方法に存する。
【0015】
請求項2及び6記載の発明によれば、瞬間的に充、水の電気分解が生じても、バッテリ劣化が過度に進むことはない。このことに着目し、回生電流など瞬間的に余剰電流が発生したとき、余剰電流が発生していないときに比べて、低い充電効率を目標値として設定し、電電流を制御している。従って、回生電流などランダムに、かつ、瞬間的に発生する余剰電流を有効にバッテリの充電に使うことができる。
【0016】
請求項3記載の発明は、請求項1記載のバッテリの充電装置であって、前記充電電流制御手段は、前記検出した充電効率が0とみなせるとき、前記バッテリに対する充電電流量を減少させることを特徴とするバッテリの充電装置に存する。
【0017】
請求項3記載の発明によれば、検出した充電効率が0とみなせるとき、充電電流制御手段が、バッテリに対する充電電流量を減少させる。従って、充電電流のほとんどが、水の電気分解に消費される充電効率0とみなせるときに、充電電流を減少させて、水の電気分解を抑えることができる。
【0018】
請求項4記載の発明は、請求項1〜3何れか1項記載のバッテリの充電装置であって、前記充電電流制御手段は、所定のタイミング毎に、充電効率が100%未満の値となるように、前記充電電流を制御することを特徴とするバッテリの充電装置に存する。
【0019】
請求項4記載の発明によれば、所定のタイミング毎に、充電効率が予め定めた100%未満の値となるように、充電電流を制御する。従って、バッテリの劣化が進まない程度に、水を電気分解して、ガスを発生させ、成層化を解消することもできるようになる。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるバッテリの充電装置及びその方法を、図面に基づいて説明する。図1は、本発明のバッテリの充電方法を実施したバッテリの充電装置の一実施の形態を示すブロック図である。図1のバッテリの充電装置は、例えば、エンジンに加えてモータジェネレータ10を有するハイブリッド車両に搭載されている。
【0023】
このハイブリッド車両は、通常はエンジンのみを車両の推進力としているが、高負荷時には、バッテリ11からの電力によりモータジェネレータ10をモータとして機能させ、モータジェネレータ10からも推進力を得ている。また、減速時や制動時には、モータジェネレータ10を発電機として機能させ、バッテリ11を充電している。
【0024】
なお、モータジェネレータ10からの充電電圧は、モータジェネレータ10に内蔵された図示しないレギュレータによって定電圧に制御される。この図示しないレギュレータの制御端子は、インタフェース回路(以下、I/F)12を介してマイクロコンピュータ(以下、μCOM)13に接続されており、上記充電電圧は、μCOM13からの指示信号S1により制御されることとなる。また、モータジェネレータ10は、回生電流が流れると、その旨を伝える回生信号S2をI/F12を介して、μCOM13に出力する。
【0025】
上述したバッテリの充電装置はまた、バッテリ11の充電電流を検出する電流センサ14と、バッテリ11の両端電圧を検出する電圧センサ15とを備えている。上述した電流センサ14及び電圧センサ15は、図示しないイグニッションスイッチのオン状態によって閉回路状態となる回路上に配置されている。
【0026】
上述した電流センサ14及び電圧センサ15の出力は、I/F12におけるA/D変換が行われた後に、μCOM13に取り込まれる。このμCOM13は、予め設定される制御プログラムに従って動作するCPU13aと、このCPU13aの制御プログラムを予め保持するROM13bと、CPU13aの演算実行時に必要なデータを一時的に保持するRAM13cとから構成される。
【0027】
また、上記ROM13bには、ハイブリッド車両への搭載時点におけるバッテリ11の満充電時の内部抵抗Rfがバッテリ11の固有値として予め格納されている。
【0028】
上記μCOM13内のCPU13aは、バッテリ11に流れ込んでいる電気量のうち、起電力としてバッテリ11に充電される電気量の割合である充電効率を求めると共に、求めた充電効率に応じた充電電流を算出し、算出した充電電流が流れるように図示しないレギュレータの充電電圧を制御する。
【0029】
次に、上述したバッテリ11の充電効率の基本的な考え方と、充電中におけるバッテリ11の充電効率の求め方とについて、若干説明しておく。
【0030】
まず、バッテリ11が設定充電電圧値VTにより定電圧充電される際に、それ以前の充放電が行われていない間にバッテリ11の電極の表面に絶縁性の不動態膜が形成されていると、充電開始直後の段階で、設定充電電圧値VTの電圧がバッテリ11に印加されることで、不動態膜が徐々に破壊されてやがて解消される。
【0031】
この場合には、バッテリ11の充電が開始されても、設定充電電圧値VTに応じた値の充電電流ICHGが即座に流れ始めるのではなく、図2のグラフに示すように、不動態膜の破壊の進行により電極の導電性が徐々に回復するのに伴って、バッテリ11の充電電流ICHGが、設定充電電圧値VTに応じた値へと徐々に増加することになる。
【0032】
そして、バッテリ11の充電電流ICHGが設定充電電流値VTに応じた値へと徐々に増加している段階では、充電効率の低下はないと見なすことができる。よって、充電電流ICHGの値が設定充電電流値VTに応じた値に達するまでの期間は、充電時間の経過とは無関係に、充電効率=100%で充電されているものと見なされる。
【0033】
一方、充電電流ICHGの値が設定充電電流値VTに応じた値に達すると、その時点では、不動態膜が完全に破壊されて不動態膜を因子とする抵抗成分がなくなる。このことから、設定充電電圧値VTによる定電圧充電の状況下にあるバッテリ11の充電電流ICHGの値を司るのは、バッテリ11の内部起電力E0と、バッテリ11の内部抵抗Rのみとなる。
【0034】
不動態膜の破壊の進行によりバッテリ11の充電電流ICHGの値が設定充電電流値VTに応じた最大値に達するまでの期間に、バッテリ11の内部起電力E0は上昇するが、その上昇量ΔE0は内部起電力E0に対して非常に小さい値である。従って、充電電流ICHGの値が最大値に達した時点におけるバッテリ11の抵抗成分は、実質的に、上昇分ΔE0に相当する抵抗成分を含まないと考えられる。
【0035】
そこで、電極の表面に絶縁性の不動態膜が形成されていないバッテリ11に設定充電電流値VTによる定電圧を印加し始めた時点か、或は、電極の表面に形成されていた不動態膜が設定充電電圧値VTによる定電圧の印加により完全に破壊されて、バッテリ11の充電電流ICHGの値が設定充電電圧値VTに応じた最大値に達した時点を、バッテリ11の充電開始時点であるものとする。
【0036】
そして、この充電開始時点のバッテリ11は、図3に示すように、バッテリ11の内部抵抗R0と、起電力E0とを直列に接続した等価回路に置き換えることができる。なお、充電開始時点の内部抵抗R0は、次式で表すことができる。
R0=Rp0+Rpol0
なお、Rp0は、充電開始時のバッテリ11の純抵抗を示し、Rpol0は、充電開始時のバッテリ11の分極抵抗成分を示す。
【0037】
そして、設定充電電圧値VTによる充電中のバッテリ11においては、起電力が上昇する。
∵起電力E0→E0+ΔE0
一方、純抵抗や分極抵抗成分は、バッテリ11の起電力が上昇し、充電電圧VTとバッテリ11の起電力との電位差が小さくなるため、低下する。
∵純抵抗Rp0→Rp′(Rp′<Rp0)
分極抵抗成分Rpol0→Rpol′(Rpol′<Rpol0)
なお、Rp′は、充電中の任意のバッテリ11の純抵抗を示し、Rpol′は充電中の任意の分極抵抗成分を示す。
【0038】
ここで、バッテリ11の内部起電力E0の上昇分ΔE0を、起電力上昇分の抵抗の変化分RE0として捉えると、充電中のバッテリ11の内部抵抗R′は、図4の等価回路に示すように、次式で表される。
R′=RE0+Rp′+Rpol′
【0039】
ところで、バッテリ11の充電の際に、バッテリ11に流れ込んだ総電気量と、起電力としてバッテリ11に充電された電気量とが等しい、即ち、充電効率が理想値である100%ならば、
R0=R′
が成立すると考えられる。つまり、充電効率100%のときは、常に内部抵抗R′が一定であると考えられる。これは、起電力上昇分に相当する抵抗が増加した分(=RE0)、純抵抗や分極抵抗成分が減少するからである。
【0040】
これに対して、充電効率100%以下のとき、バッテリ11の内部抵抗R′は、図5の等価回路に示すように、電気分解などにより失われた電気量に相当するロス抵抗RLOSS分、上乗せされた値になると考えられる。従って、充電中の内部抵抗R′は次式で表される。
R′=RE0+Rp′+Rpol′+RLOSS
以上のことから、充電中の任意の内部抵抗R′から充電開始時の内部抵抗R0を差し引けば、ロス抵抗RLOSSを求めることができる。
∴RLOSS=R′−R0
【0041】
つまり、図6に示すように、バッテリ11の内部抵抗は、満充電状態に近づくほど、増加し、充電開始時の内部抵抗R0から、増加した分がロス抵抗RLOSSに相当する。
【0042】
ところで、実際にバッテリ11に流れ込んでいる電気量に相当する充電電流をICHG(実測)、ICHG(実測)のうち、起電力としてバッテリ11に実際に蓄積される電気量に相当する実効電流をICHG(実効)、ICHG(実効)とICHG(実測)との差分であり、起電力としてバッテリ11に蓄積されず、水H2Oの電気分解などに消費されてしまう電気量に相当するロス電流をILOSSとし、これを式で表すと、
ICHG(実測)=ICHG(実効)+ILOSS
【0043】
そうすると、バッテリ11の充電効率は、次式
充電効率=[ICHG(実効)/ICHG(実測)]×100%
によって求めることができる。
【0044】
上述したICHG(実測)は、実際にバッテリ11に流れ込む充電電流の値であるから、I/F12を介して電流センサ14の出力を収集することで実測できる。ところが、ICHG(実効)や、ILOSSは、ICHG(実測)のように実際に測定することができない。このため、上記した充電効率の式、
充電効率=[ICHG(実効)/ICHG(実測)]×100%
を、測定乃至算出可能な別のファクタに置き換える必要がある。
【0045】
ところで、バッテリ11の満充電状態では、活物質量が極めて少なくなるため、ICHG(実測)の殆どが水H2Oの電気分解などに消費されてしまい、起電力としてはバッテリ11に蓄積されないことになる。
【0046】
また、充電中のバッテリ11の内部抵抗R′=RE0+Rp′+Rpol′+RLOSSのうち、ロス抵抗RLOSSは、その時点における、バッテリ11に流れ込む電気量のうち、起電力としてバッテリ11に蓄積されない電気量の値に対応すると考えることができる。従って、充電中の任意の時点におけるロス抵抗RLOSSの値を、充電効率=0、つまり満充電状態にあるバッテリ11におけるロス抵抗成分RLOSSfで除せば、バッテリ11の充電効率の低下率を表す値を求めることができる。
【0047】
充電中の任意の時点におけるロス抵抗分RLOSSは、上述したように次式により求めることができる。
RLOSS=R′−R0
一方、充電効率=0の状態にあるときのロス抵抗RLOSSfについて説明する。充電効率=0にあるときとは、ロス抵抗RLOSSの値が、最大値となるバッテリ11の満充電状態のことである。このとき、充電効率=0、つまり、満充電状態時のロス抵抗RLOSSfの値に対して、これを除いた、バッテリ11の内部抵抗RE0+Rp′+Rpol′が、無視できるほど圧倒的に小さいという、
RLOSSf≫RE0+Rp′+Rpol′の関係が成立する。
【0048】
従って、バッテリ11の固有の満充電状態における内部抵抗Rfは、
Rf=RE0+Rp′+Rpol′+RLOSSf≒RLOSSf
の関係が成立する。
【0049】
よって、バッテリ11の満充電状態におけるロス抵抗値RLOSSfは、ROM13b内に格納されたバッテリ11固有の満充電抵抗値Rfに置き換えることができる。
【0050】
以上から、充電中の任意の時点におけるガス抵抗RLOSSを、充電効率=0、つまり、満充電状態におけるガス抵抗RLOSSfで除した値は、次式で求めることができる。
(R′−R0)/Rf
【0051】
従って、充電中の任意の時点におけるバッテリ11の充電効率の低下成分を表す値を、
(R′−R0)/Rf
なる式によって求めることができ、これから1を差し引いた、
[1−(R′−R0 )]/Rf×100%
なる式によって、充電中の任意の時点におけるバッテリ11の充電効率を求めることができる。
【0052】
以上が、バッテリ11の充電効率の基本的な考え方と、充電中におけるバッテリ11の充電効率の求め方である。
【0053】
次に、上述したバッテリ11の充電効率を求めるために必要となる、充電動作中におけるバッテリ11の内部抵抗R′の求め方について、説明しておく。
【0054】
先に説明した不動態膜がバッテリ11の電極表面に形成されていないものとして、バッテリ11の状態を式で表すと、バッテリ11の端子電圧Vであるところの設定充電電圧値VTから、充電開始前におけるバッテリ11の内部起電力E0を減じた値が、バッテリ11の内部抵抗R′に、充電電流ICHGを乗じた値と等しくなるはずである。
VT−E0=R′×ICHG
【0055】
従って、充電時のバッテリ11の内部抵抗R′は、次式、
R′=(VT−E0)/ICHG
で求めることができる。
【0056】
なお、充電開始前におけるバッテリ11の内部起電力E0は、その時点におけるバッテリ11の開回路電圧OCVの値に等しいことから、この開回路電圧OCVの値を求めればよいことになる。
【0057】
そこで、充電開始前におけるバッテリ11の開回路電圧OCVの具体的な求め方を、放電中の端子電圧及び放電電流からバッテリの充電状態SOCを求める方式に関連する本出願人による出願である、特開2002−236157公報において提案した内容を用いて、以下に説明する。
【0058】
まず、バッテリ11が放電を行った際に、I/F12を介して電流センサ14や電圧センサ15の出力を周期的に収集し、バッテリ11の端子電圧V及び放電電流Iを周期的に相当する。そして、その測定値を用いたバッテリ11の純抵抗Rpの測定と、この純抵抗Rpの成分のみに依存した、つまり、分極の影響を含まないバッテリ11の電圧−電流特性の割出とを行う。
【0059】
これと共に、バッテリ11の放電電流が減少中における端子電圧Vと放電電流Iとの測定値から、分極の影響を含むバッテリ11の電圧−電流特性の割出を行う。
【0060】
そして、これらバッテリ11の分極の影響を含まない電圧−電流特性と分極の影響を含む電圧−電流特性とを用いて、分極の影響を除いた計算上のバッテリ11の開回路電圧OCVを算出する。
【0061】
次に、前記ROM13bに格納された制御プログラムに従いCPU13aが行う処理を図7〜図9のフローチャートを参照して以下説明する。
バッテリ11からの給電を受けてμCOM13が起動しプログラムがスタートすると、CPU13aは、まず、不図示の充放電回路に対するバッテリ11の接続状態を確認して、バッテリ11が放電中であるか否かを確認する(ステップS1)。
【0062】
バッテリ11が放電中でない場合は(ステップS1でN)、充電中であると判断して後述する充電制御処理に進む(ステップS4)。これに対して、放電中である場合(ステップS1でY)、CPU13aは、上述したようにバッテリ11の分極の影響を含まない電圧−電流特性と分極の影響を含む電圧−電流特性とを検出し、これらを用いて、分極の影響を除いた計算上のバッテリ11の開回路電圧OCVを算出する(ステップS2)。そして、充電開始時点のバッテリ11の内部起電力E0としてRAM13c内に格納した後、再びステップS1に戻る。
【0063】
次に、上述した充電制御処理におけるCPU13aの詳細な処理手順を図8及び図9を参照して以下説明する。
まず、CPU13aは、I/F12を介して電流センサ14の出力である充電電流ICHGや、電圧センサ15の出力である充電電圧Vの取得を行う(ステップS401)。次に、取得した充電電流ICHGが、前回取得した充電電流ICHGに比べて増加しているか否かを判断する(ステップS402)。
【0064】
増加している場合は(ステップS402でY)、不動態膜を因子とする抵抗成分があると判断して、再びステップS401に戻る。一方、増加していない場合は(ステップS402でN)、CPU13aは、不動態膜を因子とする抵抗成分がないと判断して、直前のステップS401で取得した充電電流ICHGを、充電開始時点の充電電流ICHG0とし、充電電圧Vを設定充電電圧値VTとして、RAM13c内に格納する(ステップS403)。
【0065】
次に、CPU13aは、次式
R0=(VT−E0)/ICHG0
を用いて、計算上の充電開始時点におけるバッテリ11の内部抵抗R0を求める(ステップS404)。
【0066】
次に、CPU13aは、再び、I/F12を介して電流センサ14の出力である充電電流ICHGを取り込み(ステップS405)、取り込んだ充電電流ICHGを現時点での充電電流ICHG′としてRAM13c内に格納する(ステップS406)。その後、CPU13aは、次式
R′=(VT−E0)/ICHG′
を用いて、現時点におけるバッテリ11の内部抵抗R′を求める(ステップS407)。
【0067】
次に、ステップS407で求めた内部抵抗R′の値と、ROM13bに格納されている満充電抵抗値Rfと、RAM13c内に格納されている内部抵抗R0とを用いて、この時点における、バッテリ11の充電効率を次式、
[1−(R′−R0)/Rf]×100%
により求める(ステップS408)。
【0068】
次に、CPU13aは、求めた充電効率が0%と見なせるか否かを判断する(図9のステップS409)。充電効率0%とみなせる場合(ステップS409でY)、CPU13aは、充電電流が、例えば、1/2になるような充電電圧を算出すると共に、算出した充電電圧を指示する指示信号S1をモータジェネレータ10内のレギュレータに対して出力した後(ステップS410)、ステップS411に進む。
【0069】
以上のように充電電流を制御すれば、充電電流のほとんどが、水の電気分解に消費される充電効率0とみなせるときに、充電電流を減少させて、水の電気分解を抑えることができる。
【0070】
一方、充電効率0%でない場合(ステップS409でN)、CPU13aは、モータジェネレータ10から回生信号S2が出力されているか否かを判断する(ステップS412)。回生信号S2が出力されていれば(ステップS412でY)、CPU13aは、例えば、充電効率が0%に近づくまで充電電流を上昇させるような充電電圧を算出すると共に、算出した充電電圧を指示する指示信号S1をモータジェネレータ10内のレギュレータに対して出力した後(ステップS413)、ステップS411に進む。
【0071】
つまり、瞬間的に充電効率を下げても、水の電気分解も瞬間的に生じるため、バッテリ劣化が過度に進むことはないことに着目し、回生電流など瞬間的に余剰電流が発生したとき、充電効率を0%近くまで下げ、余剰電流が発生していないときに比べて、低い充電効率となるように、充電電流を制御している。このため、回生電流などランダムに、かつ、瞬間的に発生する余剰電流を有効にバッテリの充電に使うことができる。
【0072】
回生信号S2が出力されていなければ(ステップS412でN)、CPU13aは、次に、バッテリ11の充電状態を示すSOC(State Of Charge)が、例えば、50%以下の低SOCであるか否かを判断する(ステップS414)。なお、上記SOCは次式で表される。
SOC=(OCV-n−OCV-e)/(OCV-f−OCV-e)×100
なお、OCV-fは満充電状態での開回路電圧を示し、OCV-nは現在の開回路電圧を示し、OCV-eは放電終止状態での開回路電圧を示す。
【0073】
低SOCであると判断すると(ステップS414でY)、CPU13aは、充電効率の目標値を80%に設定する。CPU13aは、この目標値とステップS408で割り出した充電効率とを比較し、充電効率が目標値80%に近づくような充電電流を流すための充電電圧を算出すると共に、算出した充電電圧を指示する指示信号S1をモータジェネレータ10内のレギュレータに対して出力した後(ステップS415)、ステップS411に進む。
【0074】
一方、SOCが50%より大きい、高SOCであると判断すると(ステップS414でN)、CPU13aは、充電効率の目標値を100%に設定する。CPU13aは、この目標値とステップS408で割り出した充電効率とを比較し、充電効率が目標値100%に近づくような充電電圧を算出すると共に、算出した充電電圧を指示する指示信号S1をモータジェネレータ10内のレギュレータに対して出力した後(ステップS416)、ステップS411に進む。
【0075】
上述したバッテリの充電装置は、SOCが50%(=所定値)以下の低SOCのときは、SOCが50%より高い高SOCのときに比べて、低い充電効率を目標値として設定し、充電電流を制御している。これにより、低充電状態のときは、多少ガッシングが発生しても、迅速に、最大の電気量をバッテリに充電することができ、低充電状態のときに少しでも早く高充電状態に制御することができる。
【0076】
また、ステップS411において、CPU13aは、ステップS410、413、415及び416において、充電電圧が変えられたか否かを判断する。充電電圧に変化がなければ(ステップS411でN)、CPU13aは、直ちに図8のステップS405に進み、再び充電効率を算出する。これに対して、充電電圧に変化があれば(ステップS411でY)、CPU13aは、ステップS408で算出した充電効率と、今までバッテリ11に供給した電気量に基づき、この時点での開回路電圧OCVを算出する(ステップS417)。
【0077】
そして、算出した開回路電圧OCVを充電開始時点のバッテリ11の電圧E0としてRAM13c内に格納する(ステップS418)。その後、CPU13aは、I/F12を介して電流センサ14の出力である充電電流ICHGや、電圧センサ15の出力である充電電圧Vの取得を行い(ステップS419)、ステップS403に戻る。
【0078】
なお、ステップS419からステップS403に進んだ場合、ステップS419で取得した充電電流ICHGを、充電開始時点の充電電流ICHG0とし、充電電圧Vを設定充電電圧値VTとして、RAM13c内に格納する。以上の充電制御処理は、モータジェネレータ10からの充電が終了するまで繰り返し行われる。そして、充電が終了すると、直ちに充電制御処理は終了し、再び図7のステップS1に戻る。
【0079】
以上のバッテリの充電装置によれば、CPU13aは、充電効率検出手段、充電電流制御手段として働き、検出した充電効率に基づき、バッテリ11に対する充電電流量を制御している。これにより、起電力としてバッテリ11に充電されなかった電流により、水が電気分解されることを抑制しつつ、なるべく大きな充電電流でバッテリ11を充電することができ、充電によるバッテリ11の劣化の進行を防止しつつ、バッテリ11に対する充電を短時間で行うことができる。
【0080】
また、上述したCPU13aの動作に加えて、所定のタイミングになる毎に、充電効率が100%未満の値となるように、充電電流を制御することも考えられる。このようにすれば、バッテリの劣化が進まない程度に、水を電気分解して、ガスを発生させ、成層化を解消することもできる。
【0081】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1及び5記載の発明によれば、低充電状態のときは、多少ガッシングが発生しても、迅速に、最大の電気量をバッテリに充電することができ、低充電状態のときに少しでも早く高充電状態に制御することができるので、バッテリに対する充電を短時間で行うことができるバッテリの充電装置を得ることができる。
【0082】
請求項2及び6記載の発明によれば、回生電流などランダムに、かつ、瞬間的に発生する余剰電流を有効にバッテリの充電に使うことができるので、バッテリに対する充電を短時間で行うことができるバッテリの充電装置を得ることができる。
【0083】
請求項3記載の発明によれば、充電電流のほとんどが水の電気分解に消費される充電効率0とみなせるときに、充電電流を減少させて、水の電気分解を抑えることができるので、より一層、充電によるバッテリの劣化の進行を防止することができるバッテリの充電装置を得ることができる。
【0084】
請求項4記載の発明によれば、バッテリの劣化が進まない程度に、水を電気分解して、ガスを発生させ、成層化を解消することもできるようになるバッテリの充電装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のバッテリの充電方法を実施したバッテリの充電装置の一実施の形態を示すブロック図である
【図2】充電時間と充電電流との関係を示すグラフである。
【図3】充電開始時点におけるバッテリ11の等価回路である。
【図4】充電中(充電効率=100%)におけるバッテリ11の等価回路である。
【図5】充電中(充電効率=100%未満)におけるバッテリ11の等価回路である。
【図6】充電時間とバッテリ11の内部抵抗との関係を示すグラフである。
【図7】図1のバッテリの充電装置を構成するCPU13aの処理手順を示すフローチャートである。
【図8】充電制御処理におけるCPU13aの処理手順を示すフローチャートである。
【図9】充電制御処理におけるCPU13aの処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
11 バッテリ
13a CPU(充電効率検出手段、充電電流制御手段)
Claims (6)
- 負荷に電力を供給するバッテリの充電開始から充電終了までの任意の時点について、前記バッテリに流れ込んでいる電気量のうち、起電力として前記バッテリに充電される電気量の割合である充電効率を検出する充電効率検出手段と、
目標値と前記充電効率検出手段によって検出された充電効率とを比較して前記充電効率が前記目標値に近づくように前記充電電流を制御する充電電流制御手段とを備え、そして、
前記充電電流制御手段が、前記バッテリの充電状態が所定値以下のとき、前記充電状態が前記所定値より高い時に比べて、低い充電効率を目標値として設定するものである
ことを特徴とするバッテリの充電装置。 - 負荷に電力を供給するバッテリの充電開始から充電終了までの任意の時点について、前記バッテリに流れ込んでいる電気量のうち、起電力として前記バッテリに充電される電気量の割合である充電効率を検出する充電効率検出手段と、
目標値と前記充電効率検出手段によって検出された充電効率とを比較して前記充電効率が前記目標値に近づくように前記充電電流を制御する充電電流制御手段とを備え、そして、
前記充電電流制御手段が、余剰電流が発生したとき、前記余剰電流が発生していないときに比べて、低い充電効率を目標値として設定して、前記検出した充電効率に基づいて前記バッテリに対する充電電流を制御するものである
ことを特徴とするバッテリの充電装置。 - 請求項1記載のバッテリの充電装置であって、
前記充電電流制御手段は、前記検出した充電効率が0とみなせるとき、前記バッテリに対する充電電流量を減少させる
ことを特徴とするバッテリの充電装置。 - 請求項1〜3何れか1項記載のバッテリの充電装置であって、
前記充電電流制御手段は、所定のタイミング毎に、充電効率が100%未満の値となるように、前記充電電流を制御する
ことを特徴とするバッテリの充電装置。 - 負荷に電力を供給するバッテリの充電開始から充電終了までの任意の時点について、前記バッテリに流れこんでいる電気量のうち、起電力として前記バッテリに充電される電気量の割合である充電効率を検出し、
目標値と前記検出された充電効率とを比較して前記充電効率が前記目標値に近づくように前記充電電流を制御し、
前記バッテリの充電状態が所定値以下のとき、前記充電状態が前記所定値より高い時に比べて、低い充電効率を目標値として設定する
ことを特徴とするバッテリの充電方法。 - 負荷に電力を供給するバッテリの充電開始から充電終了までの任意の時点について、前記バッテリに流れこんでいる電気量のうち、起電力として前記バッテリに充電される電気量の割合である充電効率を検出し、
目標値と前記検出された充電効率とを比較して前記充電効率が前記目標値に近づくように前記充電電流を制御し、
余剰電流が発生したとき、前記余剰電流が発生していないときに比べて、低い充電効率を目標値として設定する
ことを特徴とするバッテリの充電方法。
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