JP4135297B2

JP4135297B2 - Battery pack charging device, charging method, and electric vehicle

Info

Publication number: JP4135297B2
Application number: JP2000132505A
Authority: JP
Inventors: 光博灘
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-05-01
Filing date: 2000-05-01
Publication date: 2008-08-20
Anticipated expiration: 2020-05-01
Also published as: JP2001314046A

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To charge a battery pack rapidly while avoiding degradation in the battery pack. SOLUTION: Battery temperatures of respective secondary batteries forming the battery pack are measured to detect the highest battery temperature. A current for charging the battery pack is set corresponding to the detected highest battery temperature, and the battery pack is charged with the set current. Since the battery temperature of the secondary battery changes depending upon a charging condition, when a charging current is set according to the highest battery temperature of the battery pack, large current can be flowed to the extent that the battery is not degraded. As a result, the battery pack can be prevented from being degraded and can be charged quickly. In particular, the current can be set according to the battery temperature, is suitable for equal charging in which the current temperature is apt to rise because the secondary battery may be kept in an overcharged condition intentionally.

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、組電池を構成する複数の二次電池を、迅速にかつ均一に充電する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
二次電池は蓄えた電気を使い切っても、充電して再び使用することができるので、各種電気機器の電源として広く使用されている。また、電気機器の仕様に合わせて所望の電圧値あるいは電流値を得るために、複数の二次電池を組み合わせた、いわゆる組電池も広く使用されている。
【０００３】
このような組電池は、充電と放電とを繰り返していると、組電池を構成している各二次電池（単電池）間で残存電気量にバラツキが生じる。このようなバラツキが生じると、次のような理由から組電池の容量が減少してしまう。すなわち、二次電池には予め定格の充電量あるいは定格の放電量が決められていて、定格充電量を越えて充電（過充電）したり、定格の残存電気量以下となるまで放電（過放電）すると二次電池が劣化し易くなる。このことから、二次電池の残存電気量がばらついている組電池を充電する場合、残存電気量の多い単電池は他の単電池より早く定格充電量に達してしまうので、それ以上充電を続けることができず、結局は、すべての二次電池を定格充電量まで充電することができなってしまう。また、組電池を放電する場合、残存電気量の少ない単電池は他の単電池よりも早く定格残存電気量に達してしまうので、それ以上放電を続けることができず、他の二次電池を定格残存電気量まで放電させることができない。このような理由から、組電池にバラツキが生じると、組電池全体が定格充電量に達する前に充電を中止し、また、組電池全体が定格残存電気量に達する前に放電を中止しなければならず、結果として組電池の容量が減少してしまうのである。
【０００４】
このような二次電池間のバラツキによる組電池の容量減少を避けるために、二次電池間の残存電気量を均等化させるための特殊な充電（均等充電）が行われている。定期的に均等充電を行えば、単電池間のバラツキを小さく抑えて、組電池の容量を維持することができる。
【０００５】
均等充電の最も基本的な原理は、組電池を意図的に過充電状態とするものである。すなわち、組電池中のある二次電池が満充電となっても、他の二次電池が満充電となるまでそのまま充電を続けるのである。満充電となった二次電池にはそれ以上充電されないので、他の二次電池が満充電となるまで充電を続ければ、全ての二次電池を満充電状態にそろえることができる。もちろん、普通に充電したのでは、前述したように、過充電となる二次電池の劣化を速めてしまうので、小さな電流で長い時間かけて充電することによって、過充電となる電池の劣化を回避する。
【０００６】
均等充電を迅速に行う技術として、例えば、普通に充電した後、充電を一旦休止し、電池温度が低下してから均等充電を開始する技術が提案されている（特開平４−３５１４３２）。普通充電は均等充電よりも大電流を流すので迅速に充電することができ、初めから均等充電を行うよりは充電時間を短縮化することができる。また、普通充電は均等充電よりも電流値が大きいため電池の発熱も大きいが、一旦電池を冷やしてから均等充電するので、電池温度の上昇によって電池の劣化が進むおそれもない。あるいは、特開平９−２９４３３７のように、組電池を構成する各二次電池の充電状態を検出し、満充電となった二次電池はバイパスして充電することで、迅速に均等充電する技術も提案されている。こうすれば、二次電池は過充電とはならないので、大電流を流して迅速に全ての二次電池を満充電状態とすることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、普通充電の後、電池の冷却時間をおいてから均等充電する方法では、電池温度が低下するまで均等充電を開始することができないため、均等充電を完了するために依然として時間がかかるという問題があった。また、二次電池毎の充電状態を検出して満充電となった二次電池はバイパスさせる方法は、均等充電を迅速に行うことができるが、各二次電池をバイパスさせるための複雑な機構が必要になると言う問題があった。
【０００８】
この発明は従来技術における上述のような課題を解決するためになされたものであり、簡素な機構を用いて、迅速に組電池の均等充電を行うことを可能とする技術を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の充電装置は次の構成を採用した。すなわち、
二次電池を複数接続して構成された組電池に対し、前記複数の二次電池の残存電気量を均等化する均等化充電を行う充電装置であって、
前記均等化充電を、前記組電池を充電するための電流値たる充電電流値で開始する充電手段と、
前記二次電池の中で最も温度が高い二次電池の温度を検出する電池温度検出手段と、
前記均等化充電において、前記検出した電池温度が、充電終期における温度上昇に対応して定められた境界温度以上となると、前記充電手段による充電の電流値を、前記充電電流値より小さな電流値に設定して前記充電を行わせる充電電流値設定手段と
を備えることを要旨とする。
【００１０】
また、上述の充電装置の対応する本発明の充電方法は、
二次電池を複数接続して構成された組電池に対し、前記複数の二次電池の残存電気量を均等化する均等化充電を行う充電方法であって、
前記均等化充電を、前記組電池を充電するための電流値たる充電電流値で開始し、
前記二次電池の中で最も温度が高い二次電池の温度を検出し、
前記均等化充電において、前記検出した電池温度が、充電終期における温度上昇に対応して定められた境界温度以上となると、前記充電の電流値を、前記充電電流値より小さな電流値に設定して前記充電を行わせることを要旨とする。
【００１１】
かかる充電装置および充電方法においては、組電池を構成している複数の二次電池の中で、最も温度が高い電池の温度を検出し、検出した温度に応じた電流値の電流を供給して組電池の充電を行う。
【００１２】
二次電池は充電状態に応じて電池温度が変化するので、電池温度を検出すれば、電池を劣化させない程度に大きな値の電流を供給することができる。このため、組電池を劣化させることなく、迅速に充電することができる。
【００１３】
かかる充電装置においては、前記二次電池の各々が蓄えている電気量を均等化しながら充電する均等充電を行うよう設定されているか否かを検出し、均等充電を行う旨が設定されている場合には、電池温度に応じた電流値を設定して、組電池を充電することとしても良い。
【００１４】
均等充電は、二次電池を過充電状態とするので、適切な電流値を設定しなければ電池の劣化を招きやすいが、電池温度を検出すれば、電池を劣化させない範囲で電流値を大きな値に設定することができる。このため、組電池を劣化させることなく、迅速に均等充電することができるので好適である。
【００１５】
かかる充電装置においては、電池温度が所定の第１の温度以上の場合には、電池温度が高くなるほど小さな電流値で充電するようにしても良い。
【００１６】
電池温度があまりに高くなると電池を劣化させる。従って、電池温度が所定温度以上となった場合に、電池温度の上昇につれて電流値を減少させ、電池の発熱を抑制することとすれば、電池が劣化するおそれがないので好適である。
【００１７】
かかる充電装置においては、電池温度が所定の第２の温度以下の場合には、電池温度が低くなるほど小さな電流値で充電するようにしても良い。
【００１８】
電池温度があまりに低くなると、二次電池の内部抵抗が増加する。電池の内部抵抗が増加した状態で、電流を流して充電しようとすると、組電池の端子電圧が上昇して電池を劣化させることがある。従って、電池温度が所定温度以下となった場合には、電池温度が低くなるに従って電流値を減少させれば、電池が劣化するおそれがないので好適である。尚、電池温度が所定の第１の温度以上の場合には電池温度の上昇につれて電流値を減少させるとともに、電池温度が所定の第２の温度以下の場合には、逆に電池温度が低くなるほど電流値を低下させるようにしても良いことは言うまでもない。
【００１９】
かかる充電装置においては、組電池が蓄えている電気量を検出し、検出した電気量と電池温度とに応じて設定された電流値で充電するようにしても良い。
【００２０】
組電池が使用される環境の影響を受けて、電池温度が多少高めの値となったり、あるいは低めの値となる場合があり得る。このような場合に、電池温度のみに基づいて大きな電流で充電したのでは、過充電状態となって電池の劣化を招くおそれがある。これに対し、電池温度に加えて、組電池が蓄えている電気量に応じて設定した電流値で充電すれば、電池を劣化させるおそれがないので好適である。
【００２１】
上出の充電装置においては、組電池に残存している電気量が大きいほど、設定する電流値の上限値を低くするようにしてもよい。
【００２２】
組電池に残存する電気量が大きければ、大電流を流したときに電池の劣化を招きやすいが、残存電気量が大きいほど電流値の上限値が低くなるようにすれば、電池を劣化させるおそれがないので好ましい。
【００２３】
発電装置と組電池と電動機とを搭載し、発電機あるいは組電池の電力を使用して電動機を駆動して走行する電動車両においては、組電池の電力が減少した場合には、発電機から電力を供給して組電池を充電してやらなければならない。組電池の充電中は、電動機に供給する電力が減少して車両の動力性能が低下するおそれがあるので、できるだけ迅速に充電することが望ましい。このような事情を踏まえて、本発明を、上述した充電装置を備える電動車両として把握することも可能である。かかる本発明の電動車両においては、組電池を迅速に充電することができるので、充電中に車両の動力性能が低下する期間を短縮することができるので好ましい。尚、かかる電動車両の搭載される発電装置としては、エンジンで駆動される発電機や、燃料電池などを適用することができる。
【００２４】
更に、かかる電動車両においては、次の構成をとるものとしても良い。すなわち、
二次電池を複数接続して構成された組電池と、該組電池の電力を用いて車両を駆動する電動機と、前記組電池に対し、前記複数の二次電池の残存電気量を均等化する均等化充電を行う充電装置と、該車両の走行中に発電して該充電装置に電力を供給可能な発電装置とを備えた電動車両であって、
前記充電装置は、
前記均等化充電を、前記組電池を充電するための電流値たる充電電流値で開始する充電手段と、
前記二次電池の中で最も温度が高い二次電池の温度を検出する電池温度検出手段と、
前記均等化充電において、前記検出した電池温度が、充電終期における温度上昇に対応して定められた境界温度以上となると、前記充電手段による充電の電流値を、前記充電電流値より小さな電流値に設定して前記充電を行わせる充電電流値設定手段と
を備え、
前記発電装置は、前記電動機が使用する電力と前記充電手段による充電の電流値とに基づいて発電を行い、該発電した電力を前記充電装置に供給すること
を要旨とする。
【００２５】
かかる電動車両においては、組電池の中で、電池温度が最も高い電池の温度を検出するとともに、電動車両を駆動する電動機が使用する電力と充電手段による充電の電流値とに基づいて、前記発電装置が発電した電力を用い、前記設定した電流値で、前記組電池の均等充電を行う。
【００２６】
このようにして組電池に供給する電流値を設定すれば、例えば電動機で大きな電力が必要な場合には、組電池を充電するための電流値を減少させることができる。従って、組電池の充電中に電動機に供給すべき電力が減少して車両の動力性能が低下するといった現象を回避することができるので好適である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の作用・効果をより明確に説明するために、本発明の実施の形態を、次のような順序に従って説明する。
Ａ．第１実施例：
Ａ−１．装置構成：
Ａ−２．第１実施例の均等充電方法：
Ｂ．第２実施例：
Ｂ−１．第２実施例の均等充電方法：
Ｂ−２．変形例：
Ｃ．電動車両への適用例：
【００２８】
Ａ．第１実施例：
Ａ−１．装置構成：
図１は、第１実施例の充電装置１００を用いて組電池２００を充電する様子を概念的に示した説明図である。組電池２００は、複数の二次電池２１０を直列に接続して構成されている。尚、二次電池の接続方法は直列に限られるものではなく、二次電池が並列に接続されていても、あるいは直列と並列とが混在するように接続されていても構わない。また、本実施例の二次電池はニッケル水素電池を用いているが、リチウムイオン電池やニッケル・カドミウム電池など、周知の二次電池に適用することができる。
【００２９】
充電装置１００は、組電池２００に充電すべき電力を供給する電源回路１１０と、電源回路１１０を制御する制御回路１２０と、組電池に充電される電流値を検出する電流検出器１３０と、組電池を構成する各二次電池の温度を検出する電池温度検出器１３２と、検出した各電池温度の中で最も高い温度を検出する最高温度検出回路１３４と、組電池の端子電圧を検出する電圧検出器１３６と、制御回路１２０に対して充電開始を指示する充電開始スイッチＳＷａ１４０と、均等充電の開始を指示する均等充電開始スイッチＳＷｂ１４２とから構成されている。本実施例では、温度検出器１２２としてサーミスタを使用しているが、これに限らず、熱電対などの他の周知の温度検出器を適用することができる。
【００３０】
制御回路１２０は、いわゆる中央演算装置ＣＰＵと、演算に必要なデータを一時的に記憶しておくＲＡＭと、演算のためのプログラムやデータなどが記憶されているＲＯＭと、時間の経過を検出するタイマなどを備えた周知のマイクロコンピュータである。
【００３１】
組電池２００を充電装置１００にセットして充電開始スイッチＳＷａ１４０を押すと、制御回路１２０の制御の下で、電源回路１１０から組電池２００に電流が流れて組電池の充電が開始される。充電開始スイッチＳＷａ１４０の代わりに均等充電開始スイッチＳＷｂ１４２を押せば組電池２００の均等充電を行うこともできる。均等充電とは、前述したように、組電池２００を構成する各二次電池に残存する電気量を均等化させながら充電する特殊な充電方法である。制御回路１２０は、いずれの充電を行う場合にも、組電池２００が適切な電流値で充電されるよう、最高温度検出回路１３４の出力に基づいて電源回路１１０を制御する。このため、本実施例の充電装置１００を用いれば、組電池２００を劣化させることなく、迅速に充電することが可能となっている。尚、電圧検出器１３６は、充電中の組電池２００の端子間電圧を検出しており、端子間電圧が異常に高くなった場合には即座に充電を中止することができる。
【００３２】
Ａ−２．第１実施例の充電方法：
図１に示すような本実施例の充電装置１００は、二次電池の最高温度に応じて適切な電流値で充電しているために、組電池２００を劣化させることなく迅速に充電することができる。これを説明するために、先ず初めに、組電池２００を均等充電する場合を例にとって以下に説明する。
【００３３】
図２は、第１実施例の均等充電方法において、二次電池に充電すべき電流値が、二次電池の最高電池温度に対して設定されている様子を概念的に示す説明図である。尚、図２に示す最高電池温度とは、組電池２００を構成する複数の二次電池の中で最も温度の高い電池の温度を意味している。図示するように、第１実施例の均等充電方法においては、所定の境界温度Ｔc を境として、最高電池温度が境界温度Ｔc より低い場合には一定の電流値Ａ1 で充電し、最高電池温度が境界温度Ｔc より高い場合には電流値Ａ１よりも小さな電流値Ａ２で充電するように設定されている。電流値Ａ２は、組電池２００の仕様や組電池を充電する環境によっても変動するが、０．１Ａ（アンペア）ないし５Ａの範囲から実験的な手法によって適した値を選択することができ、より好ましくは、０．５Ａないし２Ａの値をとる。電流値Ａ１は、組電池に大電流を流して急速に充電するときの電流値とほぼ同じ値の電流値に設定されている。
【００３４】
ここで、図２の中の境界温度Ｔc の意味するところについて説明する。図３は、二次電池を一定電流で充電したときの電池温度の変化を示した説明図である。図３の横軸には、ＳＯＣ（Ｓtate of Ｃharge ）と呼ばれる指標を採って示している。ＳＯＣとは、二次電池にどの程度の電力が残存しているかを示す指標であって、二次電池に残存している電気量を、二次電池を満充電したときに蓄えられる電気量で除した値として定義される。ＳＯＣは、種々の方法を用いて検出することができる。最も直接的には、二次電池の電解液の比重を計測することでＳＯＣを算出することができる。他に、端子電圧とＳＯＣとの相関関係を利用する方法や、充電した電気量と放電した電気量とを積算してＳＯＣを算出する方法などを適用することもできる。
【００３５】
図３に示すように、電流値一定の条件で二次電池を充電すると、ＳＯＣの増加とともに電池温度は上昇していく。これは、充電のための電流を流すことによって、二次電池の内部抵抗に相当するジュール熱が発生することによるものである。ＳＯＣが１００％（すなわち、二次電池が満充電された状態）に達する充電終期では、電池温度は急激に上昇する特性を示す。すなわち、図３のように、電池温度をＳＯＣに対して整理すると、電池温度が急激に上昇する変曲点が現れる。図２に示した境界温度Ｔc は、この変曲点の電池温度を意味している。尚、実際には、厳密に変曲点が現れる温度を境界温度Ｔc とする必要はなく、後述するように、変曲点の温度より少し高めの温度を境界温度Ｔc として採用している。
【００３６】
第１実施例の充電装置１００は、組電池２００を充電するための電流値を、図２に示すように、組電池の最高電池温度に応じて設定することによって、組電池を劣化させることなく迅速に均等充電することが可能となっている。
【００３７】
図４は、第１実施例の充電装置１００を用いて均等充電を行う処理の流れを示すフローチャートであり、図５は、図４に示す処理を行うことによって、組電池が均等充電される様子を示す説明図である。以下、図５を参照しながら、図４のフローチャートに従って、第１実施例の均等充電方法について説明する。
【００３８】
図１に示したように、充電装置１００に組電池２００をセットして、均等充電開始スイッチＳＷｂ１４２を押すと、図４に示す均等充電が開始される。図４に示すように、均等充電を開始すると、先ず初めに、組電池２００の最高電池温度Ｔmax を検出する（ステップＳ１００）。組電池２００の最高電池温度Ｔmax とは、複数の二次電池の中で最も温度の高い電池の電池温度である。
【００３９】
次いで、検出した最高電池温度Ｔmax と所定の境界温度Ｔc との大小関係を比較する（ステップＳ１０２）。最高電池温度Ｔmax が境界温度Ｔc より低い場合は（ステップＳ１０２：ｎｏ）、電流値Ａ１で組電池２００の充電を開始する（ステップＳ１０４）。
【００４０】
組電池２００の充電を電流値Ａ１で開始した後の変化を、図５を用いて説明する。図５は、充電開始後の、各二次電池のＳＯＣおよび電池温度と、組電池に流す電流値の変化を示した説明図であり、横軸に充電開始からの経過時間を、縦軸の上段に各二次電池のＳＯＣの変化を、縦軸の中段に各二次電池の電池温度の変化を、縦軸の下段に組電池の供給する電流値をそれぞれ示している。尚、組電池２００には複数の二次電池が含まれているが（図１参照）、図が煩雑化することを避けるために、図５では、組電池２００の中の３つの二次電池のみを表示している。
【００４１】
図５の上段に示すように、充電開始直後のｔ0 の時点では、二次電池間のＳＯＣには大きなバラツキが生じている。組電池２００に電流値Ａ１を流して充電を開始すると、各二次電池のＳＯＣは次第に増加していく。ここで、各二次電池は直列に接続されており、いずれの二次電池にも同じ値の電流が流れるから、図５に示すように、各二次電池のＳＯＣはほぼ同じように増加していく。
【００４２】
また、各二次電池に電流を流すと、内部抵抗によってジュール熱が発生するので、電池温度も次第に上昇する。周知のように、ジュール熱の発生量は電流値の２乗と抵抗値とにそれぞれ比例する。ここで、各二次電池を流れる電流値は同じであり、また内部抵抗も電池間でそれほど大きな違いは無いことから、ジュール熱の発生量はいずれの二次電池もほぼ等しく、従って、図５の中断に示すように、各二次電池の電池温度はほぼ同じように増加していく。尚、各二次電池は同じ組電池に組み込まれて同じように使用されているが、電池の冷却条件や内部抵抗などの僅かな違いによって、充電開始直後から電池温度は各電池間で若干ばらついている。図４のステップＳ１００においては、図５の中で一点鎖線で表示した電池１の温度を検出している。
【００４３】
電流値Ａ１で充電していくと、充電を開始した時点でＳＯＣの最も多かった電池（図５では、実線で表示した電池２）が最も速く充電され、ＳＯＣが１００％近くまで充電されると、図３を用いて前述したように電池温度が急激に上昇し始める。その結果、実線で表示した電池２の温度が最高電池温度として検出されるようになる。
【００４４】
これを、図４のフローチャートに沿って説明すると、検出した最高電池温度Ｔmax が境界温度Ｔc を越えるまでは、電流値Ａ１で充電を続ける（ステップＳ１００ないしステップＳ１０４）。尚、充電中も、ステップＳ１０６において、組電池２００の端子電圧が異常に上昇していないことを確認し、異常に上昇している場合は（ステップＳ１０６：ｎｏ）電圧異常を示す図示しない警報ランプを点灯させて（ステップＳ１０８）、充電を中止する。
【００４５】
電流値Ａ１で充電していると、図５を用いて前述したように、電池２がＳＯＣ１００％近くまで充電されるにともない電池温度が急激に上昇し、やがて電池温度が境界温度Ｔc を越えたことが検出される（ステップＳ１０２：ｙｅｓ）。本実施例においては、前述したように、充電開始前の電池温度に若干のバラツキが存在することを考慮して、ＳＯＣが１００％近くまで充電された電池の検出を容易とするために、境界温度Ｔc は図３に示した変曲点の温度よりも高めの温度に設定されている。
【００４６】
こうして、最高電池温度Ｔmax が境界温度Ｔc を越えたら、タイマをセットし（ステップＳ１１０）、組電池２００に流す電流値をＡ２に変更し、電流値Ａ２で充電を継続する（ステップＳ１１２）。図５の下段に示されるように、電流値Ａ２は電流値Ａ１に比べて小さな値に設定されている。電流値Ａ２で充電中も、組電池２００の端子電圧が異常に上昇していないことを確認し（ステップＳ１１４）、ステップＳ１１０で設定した時間が経過するまで充電を継続する（ステップＳ１１６）。
【００４７】
ここで、再び図５を参照しながら、電流値Ａ２で充電することにより各二次電池が充電されていく様子を説明する。最高電池温度Ｔmax が境界温度Ｔc を越え、電流値がＡ１からＡ２に変更された時刻をｔ1 とする。充電開始直後の時刻ｔ0 から時刻ｔ1 の期間では、いずれの二次電池もほぼ同じように充電されるので、時刻ｔ1 では各二次電池のＳＯＣのバラツキは減少していない。また、電池２と表示した二次電池のＳＯＣはほぼ１００％に達しているが、電池１および電池３と表示した二次電池のＳＯＣはまだ１００％に達していない。
【００４８】
この状態で、充電電流値をＡ１からＡ２に減少させて充電を継続すると、ＳＯＣが１００％に達していない電池１のＳＯＣおよび電池３のＳＯＣは、いずれも徐々に増加していく。時刻ｔ0 から時刻ｔ1 までのＳＯＣの増加速度に比べて、時刻ｔ1 以降の増加速度が遅くなっているのは、充電電流値がＡ１からＡ２に減少していることによる。また、電池２のＳＯＣについては、１００％に達した後は、それ以上充電することができないので、１００％のまま保たれる。このように、時刻ｔ1 以降の充電においては、ＳＯＣが１００％に達した二次電池はそれ以上充電されることなく、ＳＯＣが１００％に達していない二次電池のみ充電されるので、充電するに従い、すべての二次電池のＳＯＣが１００％に向かって収束していく。
【００４９】
ここで、第１実施例の均等充電方法において、最高電池温度Ｔmax が境界温度Ｔc に達した後は、電流値をＡ１からＡ２に減少させている理由について説明する。
【００５０】
一般に、二次電池が満充電となっても、更に充電しようとして電流を流し続けると、二次電池はそれ以上の電力を蓄えることができないので、投入した電気エネルギーが熱に変換され、その結果、電池温度が上昇して電池の劣化を速めることが知られている。第１実施例の充電方法においては、このような電池温度の上昇による劣化を回避するために、組電池の中のいずれかの二次電池が満充電状態に近づいたら、それ以上電池温度が上昇しない程度まで電流値を減少させるのである。電流値をある程度まで減少させれば、発熱量と二次電池の放熱量とをバランスさせることができるので、電池温度の上昇を回避することができる。電池温度の上昇を回避するための電流値は、二次電池の内部抵抗や放熱条件などによって異なるので、予め実験的に求めておく。図５に示す電流値Ａ２は、このような実験によって求められた電流値である。
【００５１】
第１実施例の均等充電方法においては、最高電池温度Ｔmax が境界温度Ｔc に達した後は、こうして求めた電流値Ａ２で充電しているので、電池２は満充電状態で充電されるにも関わらず、図５の中断に示すように、電池２の電池温度はほぼ一定値に保たれている。すなわち、時刻ｔ1 以降の充電によって電池２の劣化が速まるおそれはない。尚、満充電に達していない電池１および電池３については、充電電流値をＡ２に変更した後は、電池温度が僅かずつ低下する傾向にある。これは、電池１および電池３は供給された電力を充電する分、電池２ほどには発熱しないため、発熱量と放熱量とのバランスが放熱側に傾いたためである。
【００５２】
こうして、図４のステップＳ１１０で設定した時間が経過したら、第１実施例の均等充電方法を終了する。
【００５３】
以上に説明した第１実施例の均等充電方法においては、組電池２００を構成する二次電池の中のいずれかがＳＯＣ１００％付近まで充電されるまでは、通常の充電と同程度の大きな電流値を流して急速に充電する。いずれかの二次電池がＳＯＣ１００％付近まで充電されたら、電池温度が上昇しないように予め設定された電流値で引き続き充電することにより、すべての二次電池をＳＯＣ１００％まで充電する。このように、第１実施例においては、大電流で急速に充電した後、従来技術の均等充電方法のように、電池の冷却時間を設けることなく、続けて小さな電流値で充電を開始することができるので、その分、均等充電に要する時間を短縮化することができる。もちろん、充電電流が小さければ、すべての二次電池を満充電とするにはそれだけ時間が必要であるが、本実施例においては、すべての二次電池を大電流で予め充電してから、小電流による充電に切り換えるので、小電流で充電するのは各二次電池の充電量のバラツキ分のみで良い。従って、小さな電流値で迅速に充電を完了することができる。
【００５４】
また、第１実施例の均等充電方法においては、二次電池の最高電池温度を検出し、検出した最高電池温度によって電流値を切り換えることで、容易に均等充電を行うことができる。すなわち、従来技術として提案されている均等充電方法のように、個々の二次電池のＳＯＣを検出して、ＳＯＣ１００％に達した二次電池に流れる電流をバイパスさせるといった複雑な機構を必要とせず、簡便な機構で均等充電を行うことが可能である。
【００５５】
上述した均等充電方法を用いれば、厳格な条件設定を行わなくても、確実に均等充電を行うことができるという利点もある。すなわち、前述したように、最高電池温度Ｔmax が境界温度Ｔc に達した後、電流値Ａ２で所定の時間だけ充電するが、充電時間が多少長く設定されていても、電池の発熱量と放熱量とがバランスするので電池温度が上昇することはない。従って、充電時間を多少長めに設定しておくことにより、確実に均等充電することができる。また、逆に充電時間が短く設定されていた場合でも、前述したように、いずれかの二次電池のＳＯＣが１００％に達した後は、充電した分だけ他の二次電池のＳＯＣが増加するので、ＳＯＣのバラツキを確実に改善することができる。
【００５６】
尚、以上に説明した均等充電方法では、組電池の端子電圧が異常に上昇した場合には、充電を中止するものとしたが、端子電圧に限らず、電池温度が異常に上昇した場合にも充電を中止ものとすることも好適である。二次電池の種類によっては、端子電圧があまり上昇しないものや、あるいは電池温度が上昇すると端子電圧が逆に低下し始めるものも存在するので、電池温度が異常に上昇したことを検出して充電を中止することとすれば、組電池の劣化を回避することができるので好ましい。
【００５７】
以上では、均等充電する場合を例にとって説明したが、第１実施例の充電方法は均等充電する場合に限らず、通常の充電を行う場合にも有効である。すなわち、通常の充電を行う場合は、組電池に大電流を流すことにより、ＳＯＣがほぼ１００％となるまで急速に充電する。このとき、組電池中に満充電を越えて過充電される二次電池が発生すると組電池が劣化するので、組電池中に満充電となった二次電池が発生したことを検出したら充電を終了する。二次電池が満充電となったことは、端子電圧の変化を検出するなど種々の方法を用いて検出することができるが、組電池が多数の二次電池から構成されている場合は、検出精度が低下する場合がある。
【００５８】
ここで、第１実施例の充電方法を用いる場合、充電中の組電池の最高電池温度Ｔmax を検出し、最高電池温度Ｔmax が境界温度Ｔc を越えたら、電流値を低めの値に切り換えて充電を続ける。図３を用いて前述したように、電池温度はＳＯＣが１００％に達する少し前から急激に上昇するので、最高電池温度Ｔmax を検出することで、組電池中のいずれかの二次電池がＳＯＣ１００％の近傍まで充電されたことを検出することができる。
【００５９】
こうして組電池中の二次電池がＳＯＣ１００％に達する直前に電流値を低くして、いずれかの二次電池が満充電状態に達したら充電を終了する。二次電池が満充電となったことは、端子電圧の変化を検出するといった周知の方法を適用することができる。こうすれば、満充電となる直前で電流値を低下させ、ゆっくりと充電しながら満充電となった二次電池を検出することができるので、検出精度を向上させることができる。また、満充電の検出タイミングが多少遅れたとしても、二次電池には小さな電流しか流れないので、電池の劣化を回避することができる。
【００６０】
これに対して、電池温度を検出することなく最後まで一定の電流値で充電した場合は、満充電となった二次電池の検出タイミングが僅かに遅れただけで、その二次電池には大きな電流が流れて電池を劣化させてしまう。このため、組電池が多数の二次電池から構成されている場合には、満充電となった二次電池の検出が遅れたことによる電池の劣化を回避するために、早めに充電を終了してやらなければならない場合も生じる。このような場合でも、第１実施例の充電方法を適用すれば、電池を劣化させることなく、充分に、かつ迅速に組電池を充電することができる。
【００６１】
Ｂ．第２実施例：
以上の説明した第１実施例の充電方法においては、電流値は２種類の値しかとり得ず、いずれの電流値とするかを、組電池の最高電池温度Ｔmax の検出結果に基づいて決定した。これに対して、検出した最高電池温度Ｔmax に応じて電流値を変更しても良い。以下、最高電池温度Ｔmax に応じて種々の電流値を設定する第２実施例の充電方法について説明する。
【００６２】
Ｂ−１．第２実施例の均等充電方法：
第２実施例の充電方法は、図１に示した第１実施例の充電装置１００を実施することができる。ただし、第１実施例の充電方法においては、制御回路１２０は、最高温度検出回路１３４を用いて、組電池２００の最高電池温度Ｔmax を検出し、検出した最高電池温度Ｔmax に基づいて、電流値を２段階に切り換えていた。これに対して、第２実施例の充電方法では、組電池２００に流すべき電流値を、制御回路１２０が最高電池温度Ｔmax に基づいて算出する。以下では、第１実施例での説明と同様に、初めに組電池２００を均等充電する場合を例にとって、第２実施例の充電方法について説明する。
【００６３】
図６は、第２実施例の均等充電方法において、二次電池に充電すべき電流値が、組電池の最高電池温度に対して設定されている様子を概念的に示す説明図である。図示するように、第２実施例の均等充電方法においては、電池温度が温度Ｔd から温度Ｔe に増加するに従って、電流値はＡ１からＡ２に減少するように設定されている。電池温度が温度Ｔe より高くなると、電流値は電池温度によらず一定値Ａ２に設定されている。電流値Ａ１およびＡ２の値は、前述した第１実施例の充電方法で用いた電流値を使用することができる。
【００６４】
また、電池温度が温度Ｔb から温度Ｔd の範囲では、電流値は電池温度によらず一定値Ａ１に設定されている。電池温度が温度Ｔa から温度Ｔb の範囲では、電池温度が低くなるに従って、電流値もＡ１からＡ２に減少するように設定され、電池温度が温度Ｔa より低くなると、電池温度によらず電流値は一定値Ａ２に設定されている。
【００６５】
ここで、電池温度Ｔb および電池温度Ｔd の意味するところについて説明する。図７は、電流値一定の条件で二次電池を充電したときの電池温度の変化を、二次電池のＳＯＣを横軸にとって示した説明図である。第１実施例において前述したように、ＳＯＣの増加にともなって電池温度が急激に上昇する変曲点が存在している。図７に示されているように、電池温度Ｔd は、ほぼ変曲点の温度に設定されている。また、電池温度Ｔe は、ＳＯＣが１００％となる直前の温度（例えばＳＯＣが９５％となる温度）に設定されている。
【００６６】
尚、図６において、電池温度が温度Ｔb 以下の範囲でも温度が低くなるに従って、小さな電流値が設定されているのは、次のような理由によるものである。すなわち、電池温度が低くなると電池の内部抵抗が増加する傾向がある。内部抵抗が増加した状態で大きな電流を流すと、端子電圧が上昇して二次電池が破壊してしまう場合がある。このようなことを避けるために、電池温度が所定の温度Ｔb より低くなる場合は、電流値を減少させるのである。温度Ｔb の値は、二次電池の仕様や電流値Ａ１の設定によっても異なるので、予め実験的に求めておく。また、電流値がある程度まで小さくなれば、それ以上に減少させる必要はない。
【００６７】
第２実施例の充電方法を用いて、組電池を均等充電する処理は、第１実施例の充電方法とほぼ同様に行うことができる。以下、第１実施例の充電方法の説明で使用した図４のフローチャートを流用しながら、第２実施例の充電処理について説明する。
【００６８】
第２実施例においても、均等充電処理を開始すると先ず初めに、組電池２００の最高電池温度Ｔmax を検出する（図４のステップＳ１００相当）。次いで、検出した最高電池温度Ｔmax と所定の温度Ｔe との大小関係を比較する（ステップＳ１０２相当）。図７を用いて説明したように、温度Ｔe は組電池中の二次電池のいずれかがほぼＳＯＣ１００％となっていると考えられる温度であり、通常は、最高電池温度Ｔmax は温度Ｔe よりも低い値となっている。
【００６９】
続いて、検出した最高電池温度Ｔmax から図６に示した関係に基づいて電流値を算出し、算出した電流値で組電池２００の充電を開始する（ステップＳ１０４相当）。第１実施例の場合と同様に、充電中に組電池の端子電圧を検出し（ステップＳ１０６相当）、端子電圧が異常に上昇した場合は電圧異常を示す警報ランプを点灯させて（ステップＳ１０８相当）充電を中止する。尚、端子電圧に限らず、電池温度の異常上昇を検出して充電を中止するようにしても構わない。こうして、再び最高電池温度Ｔmax を検出し、以上のような処理を繰り返し行う。
【００７０】
こうして充電を続けていくと、組電池中の各二次電池のＳＯＣは次第に増加していき、それとともに各二次電池の温度も少しずつ上昇していく（図７参照）。やがて、いずれかの二次電池のＳＯＣが１００％付近まで増加すると、最高電池温度Ｔmax が温度Ｔd に達するので、図６の設定に従って電流値を少しずつ減少させながら、更に充電を続けていく。
【００７１】
最高電池温度Ｔmax が温度Ｔe に達すると（ステップＳ１０２相当：ｙｅｓ）、タイマをセットした後（ステップＳ１１０相当）、電流値Ａ２で組電池をゆっくりと充電する（ステップＳ１１２相当）。すなわち、最高電池温度Ｔmax が温度Ｔe に達したことから、いずれかの二次電池のＳＯＣがほぼ１００％に達したと考えられるので、今度は小さな電流値で所定時間だけ充電させることにより、未充電の二次電池のＳＯＣを１００％まで増加させてやるのである。
【００７２】
こうして、所定時間が経過するまで、一定の電流値Ａ２での充電を継続したら、第２実施例の均等充電処理を終了する。尚、電流値Ａ２での充電中も、組電池２００の端子電圧が異常に上昇していないことを確認し（ステップＳ１０６相当）、異常に上昇している場合は充電を中止する。また、電流値Ａ２での充電中に、組電池の使用環境といった組電池の冷却性能に関わる要因から、最高電池温度Ｔmax が温度Ｔe 以下となった場合には、温度Ｔe となるまでの間、再び電流値Ａ１で充電することとしても良い。あるいは、電流値Ａ２の設定値を、最高電池温度Ｔmax に応じて若干高めの値に修正し、修正した電流値Ａ２＋αで充電するようにしても良い。こうすれば、同じ充電時間内により完全に均等充電を行うことができ、あるいは、充電した電流量を検出していれば、より迅速に均等充電を行うことができるので好適である。
【００７３】
以上に説明した第２実施例の均等充電処理では、充電にともなって電池温度が急激に上昇し始める温度に達した時点から、電流値を徐々に減少させることができる。このように、温度が急激に上昇し始めるタイミングから、電流値を少しずつ減らしていけば、電池温度の上昇を回避しながら、組電池に多量の電流を供給することができる。その結果、電池を劣化させることなく、組電池を迅速に均等充電することが可能となる。
【００７４】
以上では、均等充電する場合を例にとって説明したが、第２実施例の充電方法も、第１実施例の充電方法と同様に、均等充電する場合に限らず、通常の充電を行う場合にも有効である。すなわち、組電池に大電流を流して急速に充電する場合、組電池の最高電池温度Ｔmax を検出し、所定温度以上では電流値を徐々に減少させれば、充電を終了するタイミングが遅れた場合でも、電池を劣化させるおそれが無くなるので好適である。
【００７５】
Ｂ−２．変形例：
以上に説明した第２実施例では、組電池に流すべき電流値は、最高電池温度Ｔmax に応じて設定されていたが、最高電池温度に加えて、組電池のＳＯＣも考慮して電流値を設定することとしても良い。以下に説明する第２実施例の充電方法の変形例は、最高電池温度と組電池のＳＯＣとに基づいて電流値を設定する。
【００７６】
図８は、第２実施例の変形例において、最高電池温度と、組電池のＳＯＣとに応じて、適切な電流値が設定されている様子を示す説明図である。図示するように、第２実施例の変形例においては、図６に示した電池温度と電流値と同様な関係が、組電池のＳＯＣ毎に設定されている。すなわち、同じ電池温度であっても、組電池のＳＯＣが高い値の場合は電流値の設定は小さな値に、ＳＯＣが低い値の場合は電流値の設定は大きな値に設定されている。
【００７７】
これは、次のようなことを考慮したものである。二次電池の電池温度は、組電池が置かれている環境温度によって、多少変動する。特に、しばらくの期間でも、組電池が充放電していない場合には、環境温度の影響を受けて電池温度は次第に変化していく。すなわち、電池温度が低いからと言って、組電池のＳＯＣが必ずしも小さな値であるとは限らない。特に、組電池が熱的な平衡状態に達していない場合には、組電池のＳＯＣが高い値であるにも関わらず、電池温度は低い場合が考えられる。このような場合に、最高電池温度Ｔmax が低いからといって、大きな電流値で充電すると、電池温度が急激に上昇して電池が劣化してしまう場合がある。これに対して、図８に示した第２実施例の変形例のように、組電池のＳＯＣが高くなるほど、電流値の設定を控えめにしておけば、組電池が熱的な平衡状態に達する前であっても、大きな電流を流して電池を劣化させるおそれがないので好適である。
【００７８】
尚、図８に示すように、組電池のＳＯＣ毎に電池温度と電流値との関係を設定する代わりに、簡易的には図９に示すような設定とすることもできる。すなわち、電流値に上限値を設けておき、組電池のＳＯＣが高くなるほど、電流値の上限値を低くするのである。このようにしておけば、組電池のＳＯＣが高い値であるにもかかわらず、大きな電流値が流れて電池を劣化させるおそれが無くなるので好適である。
【００７９】
Ｃ．電動車両への適用例：
電動車両は、走行中に組電池の放電と充電とを頻繁に繰り返している。すなわち、通常は組電池に蓄えた電力で電動機を駆動することによって走行し、車両の減速時には電動機で発電した電力を組電池に充電する動作、いわゆる回生動作を行いながら走行する。このように頻繁に充放電を繰り返していると、組電池を構成する各二次電池間のＳＯＣのバラツキが次第に大きくなり、組電池の容量が減少していく。組電池の容量が減少すれば、電動車両の航続距離が短くなってしまうので、定期的に組電池の均等充電を行って組電池の容量を回復させてやる必要がある。しかし、車両の走行状態は絶えず変化するために、できるだけ迅速に均等充電を完了することが望ましい。本実施例の充電装置は、前述したように迅速に均等充電を行うことができるので、電動車両用の組電池の充電装置として好適である。以下では、本実施例の充電装置を用いて、電動車両用の組電池を充電する実施例について簡単に説明する。
【００８０】
図１０は、本実施例の充電装置を搭載するハイブリッド車両の構成を示す説明図である。ハイブリッド車両とは、エンジンと電動機とを動力源とする車両のことである。図示するように、かかるハイブリッド車両は、エンジン２１０と、エンジンを制御する制御ユニット２２０と、モータ２３０と、組電池２４０と、駆動回路２５０などから構成されている。エンジン２１０の出力は、モータ２３０を介して車軸２６０に伝わり車輪を回転させるようになっている。組電池２４０に蓄えた電力を駆動回路２５０を介してモータ２３０に供給することにより、モータ２３０の出力で車軸２６０を回転させることも可能である。組電池２４０には、最高電池温度検出器２４２が内蔵されている。最高電池温度検出器２４２は、組電池２４０を構成する複数の二次電池の中で、最も温度の高い二次電池の電池温度を検出する。駆動回路２５０は、半導体素子を用いて構成されたインバータである。駆動回路２５０は、制御ユニット２２０の制御の下、組電池２４０の直流電流を適切な電流値および周波数の交流電流に変換して、モータ２３０に供給する。駆動回路２５０には、電流検出器や電圧検出器が内蔵されていて、組電池２４０が充放電する電流値や組電池２４０の端子電圧を検出することが可能となっている。
【００８１】
以上のような構成のハイブリッド車両は、車両の運転条件に応じて、エンジン２１０およびモータ２３０の２つの動力源を使い分けたり、更には、余分な動力を電気エネルギーとして蓄えておくことによって、車両全体としてのエネルギ効率を向上させることができる。
【００８２】
図１１は、上述したハイブリッド車両で均等充電を行う処理の流れを示したフローチャートである。図１１に示す処理は、制御ユニット２２０に内蔵されたＣＰＵが行う。また、本実施例では、車両の走行時間や、充放電回数などの経時的な情報に基づいて、半ば定期的に均等充電を行う。もちろん、組電池２４０のＳＯＣのバラツキを検出して、均等充電を開始するようにしても良い。
【００８３】
均等充電処理を開始すると、先ず始めに最高電池温度Ｔmax を検出する（ステップＳ２００）。最高電池温度Ｔmax は、組電池２４０に内蔵された最高電池温度検出器２４２を用いて行う。次いで、最高電池温度Ｔmax と設定温度Ｔe との大小関係を判断する（ステップＳ２０２）。本実施例では、電池温度と電流値の設定は図９に示すような設定を用いており、設定温度Ｔe は、組電池中のいずれかの二次電池がほぼＳＯＣ１００％になっていると推定される温度である。
【００８４】
最高電池温度Ｔmax が設定温度Ｔe より低い場合には、図９に示した関係に基づいて電流値を算出する（ステップＳ２０４）。組電池のＳＯＣは、組電池が充放電する電気量を積算して算出する。このような方法でＳＯＣを算出すると算出誤差が発生するおそれがあるが、本実施例では定期的に均等充電を行い、その度にＳＯＣを１００％にリセットするので、このような簡便な方法でＳＯＣを算出しても算出誤差を十分に小さくすることができる。
【００８５】
電流値の算出に続いて、車両の運転条件に応じて電流値の修正を行う（ステップＳ２０６）。例えば、車両の急発進時などのように大きな動力を必要とする場合には、モータ２３０に大電流を供給しなければならない。このような場合には、充電する電流を減らして、必要な電流をモータに供給してやるのである。
【００８６】
こうして車両運転条件に応じて修正した電流値を組電池２４０に供給して充電する（ステップＳ２０８）。組電池２４０への充電は、制御ユニット２２０の制御の下、モータ２３０で発電した電力を駆動回路２５０から組電池２４０に供給することによって行う。
【００８７】
組電池２４０の最高電池温度Ｔmax が設定温度Ｔe を越えるまで、以上のような一連の処理を繰り返し行う。最高電池温度Ｔmax が設定温度Ｔe を越えたら、組電池に流す電流値を一旦Ａ２に設定し（ステップＳ２１０）、組電池に充電する電流の積算値をリセットする（ステップＳ２１２）。すなわち、最高電池温度Ｔmax が設定温度Ｔe を越えて組電池中のいずれかの二次電池のＳＯＣがほぼ１００％に達した後は、予め定めた所定量の電流を供給することによって、満充電となっていない二次電池のＳＯＣをほぼ１００％まで増加させる。そこで、充電した電流値を積算するために、充電電流の積算値をリセットしておくのである。続いて、設定した電流値を車両の運転条件に応じて修正した後（ステップＳ２１４）、修正した電流値で組電池を充電する（ステップＳ２１６）。このとき、組電池に流れる電流値と時間とを乗算した値を充電積算値として蓄積しておく。次いで、充電積算値が所定量に達したか否かを判断し（ステップＳ２１８）、所定量に達していなければ、ステップＳ２１４に戻って、続く一連の処理を繰り返す。こうして所定量充電したと判断したら（ステップＳ２１８：ｙｅｓ）、均等充電を終了する。
【００８８】
以上説明した方法を用いて電動車両の組電池を均等充電すれば、最高電池温度が低い間は大電流を流して組電池を急速に充電するので、迅速に均等充電することができる。また、最高電池温度が上昇するに従って電流値を少しずつ減少させることにより、電池温度の上昇を抑制しながら充電するので、電池温度が大きく上昇して電池を劣化させるおそれがない。尚、以上の説明では、均等充電する場合を例にとって説明したが、前述の各種実施例の場合と同様に、均等充電に限らず、通常の充電を行う場合にも好適であることは言うまでもない。
【００８９】
以上、各種の実施例について説明してきたが、本発明は上記すべての実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することができる。
【００９０】
例えば、上述した電動車両においては、エンジンの出力を直接車軸に伝えることも可能な、いわゆるパラレルハイブリッド方式と呼ばれる方式が採用されているものとして説明したが、エンジンの出力はもっぱら発電のために使用され、車軸には電動機の出力のみが伝達されるシリアルハイブリッド方式の電動車両とすることもできる。
【００９１】
また、上述した電動車両においては、エンジンの代わりに燃料電池などの発電装置を搭載し、発電装置からの電力および組電池からの電力とで電動機を駆動する電動車両としても構わない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例の充電装置の構造を概念的に示す説明図である。
【図２】第１実施例の充電方法において、電池温度に対して電流値が設定されている様子を示す説明図である。
【図３】一定電流で二次電池を充電するときの電池温度を、ＳＯＣを横軸にとって整理した説明図である。
【図４】第１実施例の充電方法を用いて均等充電を行う処理の流れを示したフローチャートである。
【図５】第１実施例の充電方法を用いて均等充電を行ったときに、各二次電池の電池温度とＳＯＣが、次第に変化する様子を示す説明図である。
【図６】第２実施例の充電方法において、電池温度に対して電流値が設定されている様子を示す説明図である。
【図７】第２実施例の充電方法において閾値として使用される設定温度の設定方法を示す説明図である。
【図８】第２実施例の変形例の充電方法において、電池温度とＳＯＣとに対して電流値が設定されている様子を示す説明図である。
【図９】第２実施例の他の変形例の充電方法において、電池温度とＳＯＣとに対して電流値が設定されている様子を示す説明図である。
【図１０】本実施例の充電方法を適用した電動車両の構成を概念的に示す説明図である。
【図１１】電動車両に搭載された組電池を、本実施例の方法を用いて均等充電する処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１００…充電装置
１１０…電源回路
１２０…制御回路
１２２…温度検出器
１３０…電流検出器
１３２…電池温度検出器
１３４…最高温度検出回路
１３６…電圧検出器
１４０…充電開始スイッチＳＷａ
１４２…均等充電開始スイッチＳＷｂ
２００…組電池
２１０…エンジン
２１０…二次電池
２２０…制御ユニット
２３０…モータ
２４０…組電池
２４２…最高電池温度検出器
２５０…駆動回路
２６０…車軸[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a technique for quickly and uniformly charging a plurality of secondary batteries constituting an assembled battery.
[0002]
[Prior art]
Secondary batteries are widely used as a power source for various electric devices because they can be charged and used again even if the stored electricity is used up. In addition, so-called assembled batteries in which a plurality of secondary batteries are combined are widely used in order to obtain a desired voltage value or current value in accordance with the specifications of the electrical equipment.
[0003]
When such an assembled battery is repeatedly charged and discharged, the amount of remaining electricity varies among the secondary batteries (unit cells) constituting the assembled battery. When such a variation occurs, the capacity of the assembled battery decreases for the following reason. In other words, the rated charge amount or rated discharge amount is determined in advance for the secondary battery, and charging (overcharge) exceeds the rated charge amount, or discharge (overdischarge) until the rated remaining amount of electricity is not exceeded. ), The secondary battery is likely to deteriorate. For this reason, when charging an assembled battery in which the amount of remaining electricity in the secondary battery varies, the unit cell with a large amount of remaining electricity will reach the rated charge earlier than other cells, so continue to charge further. In the end, all the secondary batteries cannot be charged up to the rated charge. In addition, when discharging a battery pack, a unit cell with a small amount of remaining electricity reaches the rated remaining amount of electricity earlier than other cells, so it cannot continue to discharge further, and other secondary batteries cannot be used. It cannot be discharged to the rated residual electricity. For this reason, if variations occur in the assembled battery, charging must be stopped before the entire assembled battery reaches the rated charge level, and discharge must be stopped before the entire assembled battery reaches the rated remaining charge level. As a result, the capacity of the assembled battery is reduced.
[0004]
In order to avoid such a decrease in capacity of the assembled battery due to the variation between the secondary batteries, special charging (equal charging) is performed to equalize the amount of remaining electricity between the secondary batteries. If regular charge is performed regularly, the variation between the single cells can be suppressed to a small level, and the capacity of the assembled battery can be maintained.
[0005]
The most basic principle of equal charging is to intentionally put an assembled battery in an overcharged state. That is, even if a secondary battery in the assembled battery is fully charged, charging continues as it is until another secondary battery is fully charged. Since the fully charged secondary batteries are not charged any more, if all the secondary batteries are charged until they are fully charged, all the secondary batteries can be fully charged. Of course, normal charging speeds up the deterioration of secondary batteries that become overcharged as described above, so charging over a long time with a small current avoids deterioration of overcharged batteries. To do.
[0006]
As a technique for quickly performing uniform charging, for example, a technique is proposed in which charging is temporarily stopped after normal charging, and uniform charging is started after the battery temperature is lowered (Japanese Patent Laid-Open No. 4-351432). In normal charging, a larger current flows than in uniform charging, so that charging can be performed quickly, and charging time can be shortened compared to performing uniform charging from the beginning. In addition, since the current value of the normal charging is larger than that of the uniform charging, the battery generates much heat. However, since the battery is evenly charged after the battery is once cooled, there is no possibility of deterioration of the battery due to an increase in battery temperature. Alternatively, as in Japanese Patent Laid-Open No. 9-294337, the charging state of each secondary battery constituting the assembled battery is detected, and the fully charged secondary battery is bypassed and charged, thereby quickly and evenly charging. Has also been proposed. In this way, since the secondary batteries are not overcharged, all the secondary batteries can be fully charged quickly by passing a large current.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, with the method of charging evenly after allowing the battery to cool after normal charging, it is not possible to start equalizing until the battery temperature drops, so it takes time to complete the charging evenly. was there. In addition, the method of bypassing a fully charged secondary battery by detecting the charging state of each secondary battery can quickly perform equal charging, but a complicated mechanism for bypassing each secondary battery. There was a problem that would be necessary.
[0008]
The present invention has been made to solve the above-described problems in the prior art, and an object of the present invention is to provide a technique that enables quick and uniform charging of assembled batteries using a simple mechanism. And
[0009]
[Means for solving the problems and their functions and effects]
  In order to solve at least a part of the problems described above, the charging device of the present invention employs the following configuration. That is,
  An assembled battery constructed by connecting multiple secondary batteriesIn contrast, the equalization charging is performed to equalize the remaining amount of electricity of the plurality of secondary batteries.A charging device,
  Charging means for starting the equalization charging at a charging current value that is a current value for charging the assembled battery;
  Battery temperature detecting means for detecting the temperature of the secondary battery having the highest temperature among the secondary batteries;
  In the equalization charging,The detected battery temperature isWhen the temperature exceeds a boundary temperature determined corresponding to the temperature rise at the end of charging, the charging current value by the charging means is smaller than the charging current value.Set to current valueTo charge the batteryCharging current value setting means and
  It is a summary to provide.
[0010]
  Moreover, the charging method of the present invention corresponding to the above-described charging device is as follows.
  An assembled battery constructed by connecting multiple secondary batteriesIn contrast, the equalization charging is performed to equalize the remaining amount of electricity of the plurality of secondary batteries.Charging method,
  The equalization charging is started with a charging current value that is a current value for charging the assembled battery,
  Detecting the temperature of the secondary battery having the highest temperature among the secondary batteries,
  In the equalization charging,The detected battery temperature isWhen the temperature exceeds the boundary temperature determined corresponding to the temperature rise at the end of charging, the charging current value is smaller than the charging current value.Set to current valueTo charge the batteryThis is the gist.
[0011]
In such a charging apparatus and charging method, the temperature of the battery having the highest temperature is detected from the plurality of secondary batteries constituting the assembled battery, and a current having a current value corresponding to the detected temperature is supplied. Charge the battery pack.
[0012]
Since the battery temperature of the secondary battery changes depending on the state of charge, if a battery temperature is detected, a large current can be supplied to the extent that the battery is not deteriorated. For this reason, it can charge rapidly, without degrading an assembled battery.
[0013]
In such a charging device, when it is set to perform equal charge by detecting whether or not it is set to perform equal charge for charging while equalizing the amount of electricity stored in each of the secondary batteries Alternatively, the battery pack may be charged by setting a current value corresponding to the battery temperature.
[0014]
Equal charging causes the secondary battery to become overcharged, so battery deterioration is likely to occur unless an appropriate current value is set.However, if battery temperature is detected, the current value is set to a large value within a range that does not deteriorate the battery. Can be set to For this reason, it is preferable because the battery can be quickly and uniformly charged without deteriorating the battery pack.
[0015]
In such a charging device, when the battery temperature is equal to or higher than a predetermined first temperature, charging may be performed with a smaller current value as the battery temperature increases.
[0016]
If the battery temperature becomes too high, the battery will deteriorate. Therefore, when the battery temperature is equal to or higher than the predetermined temperature, it is preferable to reduce the current value as the battery temperature rises to suppress the heat generation of the battery because there is no possibility that the battery deteriorates.
[0017]
In such a charging device, when the battery temperature is equal to or lower than a predetermined second temperature, the battery may be charged with a smaller current value as the battery temperature becomes lower.
[0018]
If the battery temperature becomes too low, the internal resistance of the secondary battery increases. If an attempt is made to charge the battery by supplying a current while the internal resistance of the battery is increased, the terminal voltage of the assembled battery may increase and the battery may be deteriorated. Therefore, when the battery temperature is equal to or lower than the predetermined temperature, it is preferable to reduce the current value as the battery temperature decreases, since the battery is not likely to deteriorate. Note that when the battery temperature is equal to or higher than the predetermined first temperature, the current value is decreased as the battery temperature increases, and when the battery temperature is equal to or lower than the predetermined second temperature, the battery temperature is decreased. Needless to say, the current value may be decreased.
[0019]
In such a charging device, the amount of electricity stored in the assembled battery may be detected, and charging may be performed with a current value set according to the detected amount of electricity and the battery temperature.
[0020]
Under the influence of the environment in which the assembled battery is used, the battery temperature may become a slightly higher value or a lower value. In such a case, if the battery is charged with a large current based only on the battery temperature, the battery may be overcharged and the battery may be deteriorated. On the other hand, if the battery is charged with a current value set according to the amount of electricity stored in the assembled battery in addition to the battery temperature, the battery is not likely to be deteriorated.
[0021]
In the above charging apparatus, the upper limit value of the current value to be set may be lowered as the amount of electricity remaining in the assembled battery increases.
[0022]
If the amount of electricity remaining in the assembled battery is large, the battery is likely to deteriorate when a large amount of current is passed. However, if the remaining amount of electricity is large, the upper limit value of the current value may be lowered, which may deteriorate the battery. This is preferable because there is not.
[0023]
In an electric vehicle equipped with a power generation device, an assembled battery, and an electric motor, and driven by driving the electric motor using the electric power of the generator or the assembled battery, if the electric power of the assembled battery decreases, the electric power from the generator To charge the battery pack. During charging of the battery pack, it is desirable to charge the battery as quickly as possible because the electric power supplied to the electric motor may decrease and the power performance of the vehicle may deteriorate. In view of such circumstances, the present invention can be grasped as an electric vehicle including the above-described charging device. In the electric vehicle according to the present invention, the assembled battery can be charged quickly, which is preferable because the period during which the power performance of the vehicle decreases during charging can be shortened. Note that a generator driven by an engine, a fuel cell, or the like can be applied as a power generation device on which such an electric vehicle is mounted.
[0024]
  Further, such an electric vehicle may have the following configuration. That is,
  An assembled battery configured by connecting a plurality of secondary batteries, an electric motor for driving the vehicle using the electric power of the assembled battery,A charging device that performs equalization charging that equalizes the remaining amount of electricity of the plurality of secondary batteries with respect to the assembled battery;Generating electric power while the vehicle is runningSupply power to the chargerAn electric vehicle equipped with a possible power generation device,
  The charging device is:
    Charging means for starting the equalization charging at a charging current value that is a current value for charging the assembled battery;
    Battery temperature detecting means for detecting the temperature of the secondary battery having the highest temperature among the secondary batteries;
    In the equalization charging,The detected battery temperature isWhen the temperature exceeds a boundary temperature determined corresponding to the temperature rise at the end of charging, the charging current value by the charging means is smaller than the charging current value.Set to current valueTo charge the batteryCharging current value setting means and
With
The power generation device generates power based on electric power used by the electric motor and a current value of charging by the charging unit, and supplies the generated electric power to the charging device.thing
  Is the gist.
[0025]
  In such an electric vehicle, the temperature of the battery having the highest battery temperature among the assembled batteries is detected, and the electric power used by the electric motor that drives the electric vehicle is used.Based on the power and the current value of the charging by the charging means, the assembled battery is uniformly charged with the set current value using the power generated by the power generation device.
[0026]
If the current value supplied to the assembled battery is set in this way, for example, when a large amount of electric power is required by the electric motor, the current value for charging the assembled battery can be reduced. Therefore, it is possible to avoid a phenomenon in which the electric power to be supplied to the electric motor during charging of the assembled battery is reduced and the power performance of the vehicle is deteriorated.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, in order to more clearly describe the operation and effect of the present invention, embodiments of the present invention will be described in the following order.
A. First embodiment:
A-1. Device configuration:
A-2. The equal charging method of the first embodiment:
B. Second embodiment:
B-1. Equal charge method of the second embodiment:
B-2. Variation:
C. Application examples for electric vehicles:
[0028]
A. First embodiment:
A-1. Device configuration:
FIG. 1 is an explanatory diagram conceptually showing a state in which the assembled battery 200 is charged using the charging device 100 of the first embodiment. The assembled battery 200 is configured by connecting a plurality of secondary batteries 210 in series. In addition, the connection method of a secondary battery is not restricted to series, You may connect so that a secondary battery may be connected in parallel, or a series and parallel may be mixed. The secondary battery of this embodiment uses a nickel metal hydride battery, but can be applied to a known secondary battery such as a lithium ion battery or a nickel-cadmium battery.
[0029]
The charging device 100 includes a power supply circuit 110 that supplies power to be charged to the assembled battery 200, a control circuit 120 that controls the power supply circuit 110, a current detector 130 that detects a current value charged in the assembled battery, A battery temperature detector 132 for detecting the temperature of each secondary battery constituting the battery, a maximum temperature detection circuit 134 for detecting the highest temperature among the detected battery temperatures, and a voltage for detecting the terminal voltage of the assembled battery It comprises a detector 136, a charge start switch SWa140 that instructs the control circuit 120 to start charging, and an equal charge start switch SWb142 that instructs the start of equal charge. In this embodiment, the thermistor is used as the temperature detector 122, but the present invention is not limited to this, and other known temperature detectors such as a thermocouple can be applied.
[0030]
The control circuit 120 detects a so-called central processing unit CPU, a RAM that temporarily stores data necessary for calculation, a ROM that stores programs and data for calculation, and the passage of time. It is a known microcomputer provided with a timer and the like.
[0031]
When the assembled battery 200 is set in the charging device 100 and the charging start switch SWa140 is pressed, a current flows from the power supply circuit 110 to the assembled battery 200 under the control of the control circuit 120, and charging of the assembled battery is started. If the equal charge start switch SWb142 is pressed instead of the charge start switch SWa140, the assembled battery 200 can be charged evenly. As described above, the equal charge is a special charge method in which charge is performed while equalizing the amount of electricity remaining in each secondary battery constituting the assembled battery 200. The control circuit 120 controls the power supply circuit 110 based on the output of the maximum temperature detection circuit 134 so that the assembled battery 200 is charged with an appropriate current value, regardless of which charging is performed. For this reason, if the charging apparatus 100 of a present Example is used, it will be possible to charge rapidly, without degrading the assembled battery 200. FIG. The voltage detector 136 detects the inter-terminal voltage of the assembled battery 200 being charged, and can immediately stop charging when the inter-terminal voltage becomes abnormally high.
[0032]
A-2. Charging method of the first embodiment:
Since the charging device 100 of the present embodiment as shown in FIG. 1 is charged with an appropriate current value according to the maximum temperature of the secondary battery, it can be quickly charged without degrading the assembled battery 200. it can. In order to explain this, first, a case where the assembled battery 200 is equally charged will be described below as an example.
[0033]
FIG. 2 is an explanatory view conceptually showing that the current value to be charged in the secondary battery is set with respect to the maximum battery temperature of the secondary battery in the equal charging method of the first embodiment. The maximum battery temperature shown in FIG. 2 means the temperature of the battery having the highest temperature among the plurality of secondary batteries constituting the assembled battery 200. As shown in the figure, in the equal charge method of the first embodiment, when the maximum battery temperature is lower than the boundary temperature Tc with a predetermined boundary temperature Tc as the boundary, charging is performed at a constant current value A1, and the maximum battery temperature is When the temperature is higher than the boundary temperature Tc, the battery is set to be charged with a current value A2 smaller than the current value A1. The current value A2 varies depending on the specifications of the assembled battery 200 and the environment in which the assembled battery is charged, but a suitable value can be selected by an experimental method from the range of 0.1 A (ampere) to 5 A. Preferably, it takes a value of 0.5A to 2A. The current value A1 is set to a current value that is substantially the same as the current value when a large current is passed through the assembled battery and charged rapidly.
[0034]
Here, the meaning of the boundary temperature Tc in FIG. 2 will be described. FIG. 3 is an explanatory diagram showing changes in battery temperature when the secondary battery is charged with a constant current. The horizontal axis of FIG. 3 shows an index called SOC (State of Charge). The SOC is an index indicating how much power remains in the secondary battery, and the amount of electricity remaining in the secondary battery is the amount of electricity stored when the secondary battery is fully charged. Defined as the value divided by. The SOC can be detected using various methods. Most directly, the SOC can be calculated by measuring the specific gravity of the electrolyte of the secondary battery. In addition, a method of using the correlation between the terminal voltage and the SOC, a method of calculating the SOC by integrating the charged amount of electricity and the discharged amount of electricity, or the like can be applied.
[0035]
As shown in FIG. 3, when the secondary battery is charged under a condition where the current value is constant, the battery temperature increases as the SOC increases. This is because Joule heat corresponding to the internal resistance of the secondary battery is generated by supplying a current for charging. At the end of charging when the SOC reaches 100% (that is, the state where the secondary battery is fully charged), the battery temperature exhibits a characteristic of rapidly increasing. That is, as shown in FIG. 3, when the battery temperature is arranged with respect to the SOC, an inflection point at which the battery temperature rapidly increases appears. The boundary temperature Tc shown in FIG. 2 means the battery temperature at this inflection point. Actually, the temperature at which the inflection point appears strictly does not need to be the boundary temperature Tc. As will be described later, a temperature slightly higher than the temperature at the inflection point is adopted as the boundary temperature Tc.
[0036]
The charging apparatus 100 according to the first embodiment sets the current value for charging the assembled battery 200 according to the maximum battery temperature of the assembled battery, as shown in FIG. 2, without deteriorating the assembled battery. It is possible to charge evenly quickly.
[0037]
FIG. 4 is a flowchart showing a flow of processing for performing equal charging using the charging device 100 of the first embodiment, and FIG. 5 shows a state in which the assembled battery is equally charged by performing the processing shown in FIG. It is explanatory drawing which shows. Hereinafter, the equal charging method according to the first embodiment will be described with reference to FIG.
[0038]
As shown in FIG. 1, when the assembled battery 200 is set in the charging device 100 and the equal charge start switch SWb142 is pressed, the equal charge shown in FIG. 4 is started. As shown in FIG. 4, when uniform charging is started, first, the maximum battery temperature Tmax of the assembled battery 200 is detected (step S100). The maximum battery temperature Tmax of the assembled battery 200 is the battery temperature of the battery having the highest temperature among the plurality of secondary batteries.
[0039]
Next, the magnitude relationship between the detected maximum battery temperature Tmax and a predetermined boundary temperature Tc is compared (step S102). When the maximum battery temperature Tmax is lower than the boundary temperature Tc (step S102: no), charging of the assembled battery 200 is started at the current value A1 (step S104).
[0040]
A change after charging of the assembled battery 200 at the current value A1 will be described with reference to FIG. FIG. 5 is an explanatory diagram showing changes in the SOC and battery temperature of each secondary battery and the current value passed through the assembled battery after the start of charging. The horizontal axis indicates the elapsed time from the start of charging, and the vertical axis The upper row shows the change in SOC of each secondary battery, the middle row on the vertical axis shows the change in battery temperature of each secondary battery, and the lower row on the vertical axis shows the current value supplied by the assembled battery. The assembled battery 200 includes a plurality of secondary batteries (see FIG. 1), but in order to avoid complication of the figure, in FIG. Only showing.
[0041]
As shown in the upper part of FIG. 5, there is a large variation in the SOC between the secondary batteries at time t0 immediately after the start of charging. When charging is started by supplying the current value A1 to the assembled battery 200, the SOC of each secondary battery gradually increases. Here, since each secondary battery is connected in series and the current of the same value flows through any secondary battery, the SOC of each secondary battery increases almost in the same manner as shown in FIG. To go.
[0042]
Further, when a current is passed through each secondary battery, Joule heat is generated by the internal resistance, so that the battery temperature gradually increases. As is well known, the amount of Joule heat generated is proportional to the square of the current value and the resistance value. Here, since the current value flowing through each secondary battery is the same and the internal resistance is not so different between the batteries, the amount of Joule heat generated is almost the same in all the secondary batteries. As shown in the interruption, the battery temperature of each secondary battery increases almost in the same manner. Each secondary battery is incorporated in the same assembled battery and used in the same way, but the battery temperature varies slightly between the batteries immediately after the start of charging due to slight differences in battery cooling conditions and internal resistance. ing. In step S100 of FIG. 4, the temperature of the battery 1 indicated by the alternate long and short dash line in FIG. 5 is detected.
[0043]
When the battery is charged at the current value A1, the battery with the highest SOC (in FIG. 5, the battery 2 indicated by the solid line) is charged the fastest when charging is started, and the SOC is charged to nearly 100%. As described above with reference to FIG. 3, the battery temperature starts to rise rapidly. As a result, the temperature of the battery 2 indicated by the solid line is detected as the maximum battery temperature.
[0044]
This will be described with reference to the flowchart of FIG. 4. Charging is continued at the current value A1 until the detected maximum battery temperature Tmax exceeds the boundary temperature Tc (steps S100 to S104). Even during charging, in step S106, it is confirmed that the terminal voltage of the assembled battery 200 has not risen abnormally. If it has risen abnormally (step S106: no), an alarm lamp (not shown) indicating a voltage abnormality. Is turned on (step S108), and charging is stopped.
[0045]
When the battery is charged at the current value A1, as described above with reference to FIG. 5, as the battery 2 is charged to nearly 100% of the SOC, the battery temperature rapidly rises and eventually the battery temperature exceeds the boundary temperature Tc. Is detected (step S102: yes). In the present embodiment, as described above, in order to facilitate detection of a battery charged with an SOC of nearly 100% in consideration of a slight variation in battery temperature before the start of charging, The temperature Tc is set to a temperature higher than the temperature at the inflection point shown in FIG.
[0046]
Thus, when the maximum battery temperature Tmax exceeds the boundary temperature Tc, a timer is set (step S110), the current value passed through the assembled battery 200 is changed to A2, and charging is continued at the current value A2 (step S112). As shown in the lower part of FIG. 5, the current value A2 is set to a smaller value than the current value A1. Even during charging at the current value A2, it is confirmed that the terminal voltage of the assembled battery 200 has not increased abnormally (step S114), and charging is continued until the time set in step S110 elapses (step S116).
[0047]
Here, referring to FIG. 5 again, a state in which each secondary battery is charged by charging at the current value A2 will be described. The time when the maximum battery temperature Tmax exceeds the boundary temperature Tc and the current value is changed from A1 to A2 is defined as t1. During the period from time t0 to time t1 immediately after the start of charging, all the secondary batteries are charged in substantially the same manner, so that the variation in SOC of each secondary battery does not decrease at time t1. Further, the SOC of the secondary battery indicated as battery 2 has reached almost 100%, but the SOC of the secondary batteries indicated as battery 1 and battery 3 has not yet reached 100%.
[0048]
In this state, when the charging current value is decreased from A1 to A2 and the charging is continued, both the SOC of the battery 1 and the SOC of the battery 3 whose SOC has not reached 100% gradually increase. The increase rate after time t1 is slower than the increase rate of SOC from time t0 to time t1 because the charging current value decreases from A1 to A2. Further, the SOC of the battery 2 is kept at 100% after reaching 100%, since it cannot be charged any more. Thus, in the charging after time t1, the secondary battery whose SOC has reached 100% is not charged any more, and only the secondary battery whose SOC has not reached 100% is charged. Accordingly, the SOCs of all the secondary batteries converge toward 100%.
[0049]
Here, the reason why the current value is decreased from A1 to A2 after the maximum battery temperature Tmax reaches the boundary temperature Tc in the equal charge method of the first embodiment will be described.
[0050]
In general, even if the secondary battery is fully charged, if the current continues to flow to further charge, the secondary battery cannot store any more power, so the input electrical energy is converted into heat, and as a result It is known that the battery temperature rises and the deterioration of the battery is accelerated. In the charging method of the first embodiment, in order to avoid such deterioration due to an increase in battery temperature, if any secondary battery in the assembled battery approaches a fully charged state, the battery temperature further increases. The current value is reduced to such an extent that it does not. If the current value is reduced to some extent, the amount of heat generated and the amount of heat released from the secondary battery can be balanced, so that an increase in battery temperature can be avoided. Since the current value for avoiding the rise in battery temperature varies depending on the internal resistance of the secondary battery, heat dissipation conditions, and the like, it is experimentally obtained in advance. A current value A2 shown in FIG. 5 is a current value obtained by such an experiment.
[0051]
In the equal charging method of the first embodiment, after the maximum battery temperature Tmax reaches the boundary temperature Tc, the battery 2 is charged in the fully charged state because it is charged with the current value A2 thus obtained. Regardless, as shown in the interruption of FIG. 5, the battery temperature of the battery 2 is maintained at a substantially constant value. That is, there is no possibility that the deterioration of the battery 2 is accelerated by charging after the time t1. In addition, about the battery 1 and the battery 3 which have not reached full charge, after changing a charging current value into A2, there exists a tendency for battery temperature to fall little by little. This is because the battery 1 and the battery 3 do not generate as much heat as the battery 2 because the supplied power is charged, and the balance between the heat generation amount and the heat dissipation amount is inclined to the heat dissipation side.
[0052]
Thus, when the time set in step S110 of FIG. 4 has elapsed, the equal charge method of the first embodiment is terminated.
[0053]
In the equal charging method of the first embodiment described above, a current value as large as that of normal charging until any of the secondary batteries constituting the assembled battery 200 is charged to near SOC 100%. To charge quickly. When any secondary battery is charged to near SOC 100%, all the secondary batteries are charged to SOC 100% by continuing charging at a preset current value so that the battery temperature does not rise. As described above, in the first embodiment, after charging rapidly with a large current, charging is continuously started with a small current value without providing a cooling time for the battery as in the conventional equal charging method. Therefore, the time required for uniform charging can be shortened accordingly. Of course, if the charging current is small, it takes a long time to fully charge all the secondary batteries. However, in this embodiment, all the secondary batteries are precharged with a large current before the small battery is charged. Since the charging is switched to the current charging, the charging with the small current is only required for the variation in the charging amount of each secondary battery. Therefore, charging can be completed quickly with a small current value.
[0054]
Further, in the equal charge method of the first embodiment, equal charge can be easily performed by detecting the maximum battery temperature of the secondary battery and switching the current value according to the detected maximum battery temperature. In other words, unlike the charge equalization method proposed as the prior art, a complicated mechanism for detecting the SOC of each secondary battery and bypassing the current flowing through the secondary battery that has reached 100% SOC is not required. It is possible to perform uniform charging with a simple mechanism.
[0055]
If the above-described equal charge method is used, there is an advantage that even charge can be reliably performed without strict condition setting. That is, as described above, after the maximum battery temperature Tmax reaches the boundary temperature Tc, the battery is charged for a predetermined time at the current value A2, but even if the charging time is set a little longer, the heat generation amount and the heat dissipation amount of the battery The battery temperature will not rise. Therefore, even charging can be ensured by setting the charging time slightly longer. On the contrary, even if the charging time is set short, after the SOC of any secondary battery reaches 100% as described above, the SOC of the other secondary battery increases by the amount charged. Therefore, the variation in SOC can be reliably improved.
[0056]
In the equal charge method described above, charging is stopped when the terminal voltage of the assembled battery abnormally increases. However, not only the terminal voltage but also the battery temperature abnormally increases. It is also preferable to stop charging. Depending on the type of secondary battery, there are some that the terminal voltage does not rise very much, or some that the terminal voltage starts to decrease when the battery temperature rises, so it is charged by detecting that the battery temperature has risen abnormally It is preferable to stop the operation because deterioration of the assembled battery can be avoided.
[0057]
In the above description, the case of equal charge has been described as an example. However, the charging method of the first embodiment is not limited to the case of equal charge but is also effective for normal charge. That is, when performing normal charging, the battery is rapidly charged until the SOC becomes almost 100% by flowing a large current through the assembled battery. At this time, if a secondary battery that is overcharged in excess of full charge is generated in the assembled battery, the assembled battery deteriorates. Therefore, if it is detected that a fully charged secondary battery has occurred in the assembled battery, charging is performed. finish. The secondary battery is fully charged can be detected using various methods, such as detecting changes in the terminal voltage, but it is detected when the assembled battery is composed of many secondary batteries. Accuracy may be reduced.
[0058]
Here, when the charging method of the first embodiment is used, the maximum battery temperature Tmax of the assembled battery being charged is detected, and when the maximum battery temperature Tmax exceeds the boundary temperature Tc, the current value is switched to a lower value for charging. Continue. As described above with reference to FIG. 3, since the battery temperature rapidly increases slightly before the SOC reaches 100%, any secondary battery in the assembled battery can be detected by detecting the maximum battery temperature Tmax. It can be detected that the battery has been charged to the vicinity of%.
[0059]
Thus, the current value is lowered immediately before the secondary battery in the assembled battery reaches 100% SOC, and the charging is terminated when any secondary battery reaches the fully charged state. A well-known method of detecting a change in terminal voltage can be applied to the fact that the secondary battery is fully charged. By so doing, the current value can be reduced just before full charge, and the fully charged secondary battery can be detected while slowly charging, so that the detection accuracy can be improved. Further, even if the detection timing of full charge is somewhat delayed, only a small current flows through the secondary battery, so that deterioration of the battery can be avoided.
[0060]
On the other hand, when charging at a constant current value until the end without detecting the battery temperature, the detection timing of the fully charged secondary battery is slightly delayed, and the secondary battery has a large delay. Current flows and the battery deteriorates. For this reason, when the assembled battery is composed of a large number of secondary batteries, in order to avoid the deterioration of the battery due to the delayed detection of the fully charged secondary battery, the charging should be terminated early. There are cases where it must be done. Even in such a case, if the charging method of the first embodiment is applied, the assembled battery can be charged sufficiently and quickly without deteriorating the battery.
[0061]
B. Second embodiment:
In the charging method of the first embodiment described above, the current value can take only two types, and which current value is determined is determined based on the detection result of the maximum battery temperature Tmax of the assembled battery. . On the other hand, the current value may be changed according to the detected maximum battery temperature Tmax. Hereinafter, the charging method of the second embodiment in which various current values are set according to the maximum battery temperature Tmax will be described.
[0062]
B-1. Equal charge method of the second embodiment:
The charging method of the second embodiment can implement the charging device 100 of the first embodiment shown in FIG. However, in the charging method of the first embodiment, the control circuit 120 detects the maximum battery temperature Tmax of the assembled battery 200 using the maximum temperature detection circuit 134, and based on the detected maximum battery temperature Tmax, the current value Was switched to two stages. On the other hand, in the charging method of the second embodiment, the control circuit 120 calculates the current value to be passed through the assembled battery 200 based on the maximum battery temperature Tmax. In the following, similarly to the description in the first embodiment, the charging method of the second embodiment will be described by taking as an example the case where the assembled battery 200 is initially charged equally.
[0063]
FIG. 6 is an explanatory diagram conceptually showing that the current value to be charged in the secondary battery is set with respect to the maximum battery temperature of the assembled battery in the equal charging method of the second embodiment. As shown in the figure, in the equal charging method of the second embodiment, the current value is set to decrease from A1 to A2 as the battery temperature increases from the temperature Td to the temperature Te. When the battery temperature becomes higher than the temperature Te, the current value is set to a constant value A2 regardless of the battery temperature. As the values of the current values A1 and A2, the current values used in the charging method of the first embodiment described above can be used.
[0064]
Further, when the battery temperature is in the range from the temperature Tb to the temperature Td, the current value is set to a constant value A1 regardless of the battery temperature. When the battery temperature is in the range from the temperature Ta to the temperature Tb, the current value is set to decrease from A1 to A2 as the battery temperature decreases. When the battery temperature becomes lower than the temperature Ta, the current value does not depend on the battery temperature. It is set to a constant value A2.
[0065]
Here, the meaning of the battery temperature Tb and the battery temperature Td will be described. FIG. 7 is an explanatory diagram showing the change in battery temperature when the secondary battery is charged under a condition where the current value is constant, with the SOC of the secondary battery as the horizontal axis. As described above in the first embodiment, there is an inflection point at which the battery temperature rapidly increases as the SOC increases. As shown in FIG. 7, the battery temperature Td is set to a temperature at an inflection point. The battery temperature Te is set to a temperature immediately before the SOC reaches 100% (for example, a temperature at which the SOC reaches 95%).
[0066]
In FIG. 6, the reason why the smaller current value is set as the temperature decreases even when the battery temperature is equal to or lower than the temperature Tb is as follows. That is, when the battery temperature decreases, the internal resistance of the battery tends to increase. If a large current is passed with the internal resistance increased, the terminal voltage may increase and the secondary battery may be destroyed. In order to avoid this, when the battery temperature is lower than the predetermined temperature Tb, the current value is decreased. Since the value of the temperature Tb varies depending on the specifications of the secondary battery and the setting of the current value A1, it is obtained experimentally in advance. Further, if the current value becomes small to some extent, it is not necessary to reduce it further.
[0067]
The process of equally charging the assembled battery using the charging method of the second embodiment can be performed in substantially the same manner as the charging method of the first embodiment. Hereinafter, the charging process of the second embodiment will be described using the flowchart of FIG. 4 used in the description of the charging method of the first embodiment.
[0068]
Also in the second embodiment, when the equal charging process is started, first, the maximum battery temperature Tmax of the assembled battery 200 is detected (corresponding to step S100 in FIG. 4). Next, the magnitude relationship between the detected maximum battery temperature Tmax and a predetermined temperature Te is compared (corresponding to step S102). As described with reference to FIG. 7, the temperature Te is a temperature at which any of the secondary batteries in the assembled battery is considered to be approximately 100% SOC, and normally the maximum battery temperature Tmax is higher than the temperature Te. The value is low.
[0069]
Subsequently, a current value is calculated from the detected maximum battery temperature Tmax based on the relationship shown in FIG. 6, and charging of the assembled battery 200 is started with the calculated current value (corresponding to step S104). As in the case of the first embodiment, the terminal voltage of the assembled battery is detected during charging (corresponding to step S106), and if the terminal voltage rises abnormally, the alarm lamp indicating the voltage abnormality is turned on (corresponding to step S108). ) Stop charging. Not only the terminal voltage but also an abnormal rise in battery temperature may be detected to stop charging. Thus, the maximum battery temperature Tmax is detected again, and the above processing is repeated.
[0070]
If charging is continued in this way, the SOC of each secondary battery in the assembled battery gradually increases, and the temperature of each secondary battery also increases little by little (see FIG. 7). Eventually, when the SOC of any of the secondary batteries increases to near 100%, the maximum battery temperature Tmax reaches the temperature Td. Therefore, charging continues further while gradually decreasing the current value according to the setting of FIG.
[0071]
When the maximum battery temperature Tmax reaches the temperature Te (equivalent to step S102: yes), after setting the timer (equivalent to step S110), the assembled battery is slowly charged with the current value A2 (equivalent to step S112). That is, since the maximum battery temperature Tmax has reached the temperature Te, it is considered that the SOC of any secondary battery has reached almost 100%. This is because the SOC of the rechargeable secondary battery is increased to 100%.
[0072]
Thus, if the charging at the constant current value A2 is continued until the predetermined time elapses, the equal charging process of the second embodiment is finished. Even during charging at the current value A2, it is confirmed that the terminal voltage of the assembled battery 200 has not increased abnormally (corresponding to step S106), and if abnormally increased, charging is stopped. In addition, during charging at the current value A2, if the maximum battery temperature Tmax is lower than the temperature Te due to factors related to the cooling performance of the assembled battery, such as the usage environment of the assembled battery, until the temperature Te is reached, It is good also as charging with electric current value A1 again. Alternatively, the set value of the current value A2 may be corrected to a slightly higher value according to the maximum battery temperature Tmax, and charging may be performed with the corrected current value A2 + α. By doing so, it is preferable that the equal charge can be performed completely within the same charge time, or if the charged current amount is detected, the equal charge can be performed more quickly.
[0073]
In the equal charge process of the second embodiment described above, the current value can be gradually decreased from the point of time when the battery temperature reaches a temperature at which the battery temperature starts to rise suddenly with charging. In this way, if the current value is decreased little by little from the timing at which the temperature starts to rise rapidly, a large amount of current can be supplied to the assembled battery while avoiding an increase in battery temperature. As a result, the assembled battery can be quickly and uniformly charged without degrading the battery.
[0074]
In the above description, the case of equal charge has been described as an example. However, the charge method of the second embodiment is not limited to the case of equal charge as in the case of the charge method of the first embodiment. It is valid. In other words, when charging a battery pack with a large current, the maximum battery temperature Tmax of the battery pack is detected, and if the current value is gradually decreased above a predetermined temperature, the timing for ending charging is delayed However, this is preferable because there is no risk of deterioration of the battery.
[0075]
B-2. Variation:
In the second embodiment described above, the current value to be passed through the assembled battery is set in accordance with the maximum battery temperature Tmax. However, in addition to the maximum battery temperature, the current value is set in consideration of the SOC of the assembled battery. It may be set. In the modification of the charging method of the second embodiment described below, the current value is set based on the maximum battery temperature and the SOC of the battery pack.
[0076]
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a state in which an appropriate current value is set according to the maximum battery temperature and the SOC of the assembled battery in a modification of the second embodiment. As shown in the figure, in the modification of the second embodiment, the same relationship between the battery temperature and the current value shown in FIG. 6 is set for each SOC of the assembled battery. That is, even at the same battery temperature, the current value is set to a small value when the SOC of the assembled battery is high, and the current value is set to a large value when the SOC is low.
[0077]
This is in consideration of the following. The battery temperature of the secondary battery varies somewhat depending on the environmental temperature where the assembled battery is placed. In particular, when the assembled battery is not charged / discharged even for a while, the battery temperature gradually changes under the influence of the environmental temperature. That is, just because the battery temperature is low, the SOC of the assembled battery is not necessarily a small value. In particular, when the assembled battery does not reach a thermal equilibrium state, the battery temperature may be low even though the SOC of the assembled battery is high. In such a case, even if the maximum battery temperature Tmax is low, if the battery is charged with a large current value, the battery temperature may rapidly increase and the battery may deteriorate. In contrast, as in the modification of the second embodiment shown in FIG. 8, as the SOC of the assembled battery increases, if the current value is set more conservatively, the assembled battery reaches a thermal equilibrium state. Even before, there is no possibility of deteriorating the battery by flowing a large current, which is preferable.
[0078]
In addition, as shown in FIG. 8, instead of setting the relationship between the battery temperature and the current value for each SOC of the assembled battery, it is possible to simply set as shown in FIG. That is, an upper limit value is provided for the current value, and the upper limit value of the current value is lowered as the SOC of the assembled battery increases. This is preferable because there is no possibility that a large current value flows and deteriorates the battery even though the SOC of the battery pack is high.
[0079]
C. Application examples for electric vehicles:
The electric vehicle frequently repeats discharging and charging of the assembled battery during traveling. That is, the vehicle normally travels by driving the electric motor with electric power stored in the assembled battery, and when the vehicle decelerates, it travels while performing an operation of charging the assembled battery with electric power generated by the electric motor, that is, a so-called regenerative operation. When charging / discharging is repeated frequently in this way, the variation in SOC between the secondary batteries constituting the assembled battery gradually increases, and the capacity of the assembled battery decreases. If the capacity of the assembled battery is reduced, the cruising distance of the electric vehicle is shortened. Therefore, it is necessary to periodically charge the assembled battery to restore the capacity of the assembled battery. However, since the running state of the vehicle changes constantly, it is desirable to complete the equal charge as quickly as possible. Since the charging device of the present embodiment can perform uniform charging quickly as described above, it is suitable as a charging device for an assembled battery for an electric vehicle. Below, the Example which charges the assembled battery for electric vehicles using the charging device of a present Example is described easily.
[0080]
FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating a configuration of a hybrid vehicle on which the charging device of the present embodiment is mounted. A hybrid vehicle is a vehicle that uses an engine and an electric motor as power sources. As illustrated, the hybrid vehicle includes an engine 210, a control unit 220 that controls the engine, a motor 230, an assembled battery 240, a drive circuit 250, and the like. The output of the engine 210 is transmitted to the axle 260 via the motor 230 to rotate the wheels. By supplying the electric power stored in the assembled battery 240 to the motor 230 via the drive circuit 250, the axle 260 can be rotated by the output of the motor 230. The assembled battery 240 incorporates a maximum battery temperature detector 242. The highest battery temperature detector 242 detects the battery temperature of the secondary battery having the highest temperature among the plurality of secondary batteries constituting the assembled battery 240. The drive circuit 250 is an inverter configured using a semiconductor element. Under the control of the control unit 220, the drive circuit 250 converts the direct current of the assembled battery 240 into an alternating current having an appropriate current value and frequency and supplies the alternating current to the motor 230. The drive circuit 250 includes a current detector and a voltage detector, and can detect a current value charged / discharged by the assembled battery 240 and a terminal voltage of the assembled battery 240.
[0081]
The hybrid vehicle configured as described above uses the two power sources of the engine 210 and the motor 230 in accordance with the driving conditions of the vehicle, and further stores excess power as electric energy so that the entire vehicle can be stored. As a result, energy efficiency can be improved.
[0082]
FIG. 11 is a flowchart showing a flow of processing for performing equal charging in the hybrid vehicle described above. The processing shown in FIG. 11 is performed by a CPU built in the control unit 220. Further, in the present embodiment, even charging is performed semi-periodically based on time-dependent information such as the running time of the vehicle and the number of charge / discharge cycles. Of course, it is also possible to detect the SOC variation of the assembled battery 240 and start the uniform charging.
[0083]
When the equal charging process is started, first, the maximum battery temperature Tmax is detected (step S200). The maximum battery temperature Tmax is determined using a maximum battery temperature detector 242 built in the assembled battery 240. Next, the magnitude relationship between the maximum battery temperature Tmax and the set temperature Te is determined (step S202). In this embodiment, the battery temperature and current value are set as shown in FIG. 9, and the set temperature Te is estimated that any of the secondary batteries in the assembled battery is almost SOC 100%. Temperature.
[0084]
If the maximum battery temperature Tmax is lower than the set temperature Te, a current value is calculated based on the relationship shown in FIG. 9 (step S204). The SOC of the assembled battery is calculated by integrating the amount of electricity that the assembled battery charges and discharges. If the SOC is calculated by such a method, a calculation error may occur. However, in this embodiment, the equal charge is periodically performed and the SOC is reset to 100% each time. Even if the SOC is calculated, the calculation error can be sufficiently reduced.
[0085]
Following the calculation of the current value, the current value is corrected according to the driving conditions of the vehicle (step S206). For example, when a large amount of power is required, such as when the vehicle starts suddenly, a large current must be supplied to the motor 230. In such a case, the current to be charged is reduced and the necessary current is supplied to the motor.
[0086]
In this way, the current value corrected in accordance with the vehicle operating conditions is supplied to the assembled battery 240 and charged (step S208). Charging the assembled battery 240 is performed by supplying the power generated by the motor 230 to the assembled battery 240 from the drive circuit 250 under the control of the control unit 220.
[0087]
The series of processes as described above are repeated until the maximum battery temperature Tmax of the assembled battery 240 exceeds the set temperature Te. When the maximum battery temperature Tmax exceeds the set temperature Te, the current value flowing through the assembled battery is once set to A2 (step S210), and the integrated value of the current charged in the assembled battery is reset (step S212). That is, after the maximum battery temperature Tmax exceeds the set temperature Te and the SOC of any secondary battery in the assembled battery reaches almost 100%, the battery is fully charged by supplying a predetermined amount of current. The SOC of the secondary battery that is not is increased to almost 100%. Therefore, in order to integrate the charged current value, the integrated value of the charging current is reset. Subsequently, after the set current value is corrected according to the driving conditions of the vehicle (step S214), the assembled battery is charged with the corrected current value (step S216). At this time, a value obtained by multiplying the current value flowing through the assembled battery by time is accumulated as a charge integrated value. Next, it is determined whether or not the integrated charge value has reached a predetermined amount (step S218). If it has not reached the predetermined amount, the process returns to step S214 and the following series of processes is repeated. If it is determined that a predetermined amount of charging has been performed in this manner (step S218: yes), the equal charging is terminated.
[0088]
If the assembled battery of the electric vehicle is evenly charged using the method described above, the battery pack is rapidly charged by flowing a large current while the maximum battery temperature is low, so that the battery can be uniformly charged quickly. Moreover, since the current value is gradually decreased as the maximum battery temperature rises, charging is performed while suppressing the rise in battery temperature, there is no possibility that the battery temperature will rise greatly and the battery will deteriorate. In the above description, the case of equal charge has been described as an example. However, as in the case of the above-described various embodiments, it is needless to say that the present invention is suitable not only for equal charge but also for normal charge. .
[0089]
Although various embodiments have been described above, the present invention is not limited to all the embodiments described above, and can be implemented in various modes without departing from the scope of the invention.
[0090]
For example, in the above-described electric vehicle, it has been described that a so-called parallel hybrid system that can transmit the engine output directly to the axle is adopted, but the engine output is used exclusively for power generation. In addition, a serial hybrid electric vehicle in which only the output of the electric motor is transmitted to the axle can be used.
[0091]
Further, the electric vehicle described above may be an electric vehicle in which a power generation device such as a fuel cell is mounted instead of the engine, and the electric motor is driven by electric power from the power generation device and electric power from the assembled battery.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram conceptually showing the structure of a charging apparatus according to an embodiment.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a state in which a current value is set with respect to battery temperature in the charging method of the first embodiment.
FIG. 3 is an explanatory diagram in which the battery temperature when charging a secondary battery with a constant current is arranged with the SOC as a horizontal axis.
FIG. 4 is a flowchart showing a flow of processing for performing equal charge using the charging method of the first embodiment.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a state in which the battery temperature and SOC of each secondary battery gradually change when uniform charging is performed using the charging method of the first embodiment.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a state in which a current value is set with respect to battery temperature in the charging method of the second embodiment.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a method for setting a set temperature used as a threshold in the charging method according to the second embodiment.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing how current values are set for battery temperature and SOC in a charging method according to a modification of the second embodiment.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing how current values are set for battery temperature and SOC in a charging method according to another modification of the second embodiment;
FIG. 10 is an explanatory diagram conceptually showing the structure of an electric vehicle to which the charging method of the embodiment is applied.
FIG. 11 is a flowchart showing a flow of processing for equally charging an assembled battery mounted on an electric vehicle using the method of this embodiment.
[Explanation of symbols]
100: Charging device
110: Power supply circuit
120 ... Control circuit
122 ... Temperature detector
130: Current detector
132 ... Battery temperature detector
134 ... Maximum temperature detection circuit
136 ... Voltage detector
140: Charging start switch SWa
142 ... equal charge start switch SWb
200 ... Battery
210 ... Engine
210 ... Secondary battery
220 ... Control unit
230 ... Motor
240 ... assembled battery
242 ... Maximum battery temperature detector
250 ... Drive circuit
260 ... Axle

Claims

A battery charger configured to perform equalization charging to equalize the remaining amount of electricity of the plurality of secondary batteries with respect to an assembled battery configured by connecting a plurality of secondary batteries ,
Charging means for starting the equalization charging at a charging current value that is a current value for charging the assembled battery;
Battery temperature detecting means for detecting the temperature of the secondary battery having the highest temperature among the secondary batteries;
In the equalization charging, when the detected battery temperature is equal to or higher than the boundary temperature determined corresponding to the temperature increase at the end of charging , the charging current value by the charging means is set to a current value smaller than the charging current value. A charging device comprising: charging current value setting means configured to perform the charging.

The charging device according to claim 1,
The charging current value setting means is a means for setting the charging current value to a smaller value and performing the charging when the battery temperature is higher than the first temperature which is the boundary temperature. A charging device.

The charging device according to claim 1,
The charging current value setting means is further configured such that when the battery temperature is equal to or lower than a second temperature set as a temperature at which the internal resistance of the secondary battery increases more than a predetermined value, the charging temperature value decreases as the battery temperature decreases. A charging device comprising means for setting the current value to a small value and performing the charging.

The charging device according to claim 1,
A remaining electricity detection means for detecting the amount of electricity remaining in the assembled battery;
The charging current value setting means, the larger the residual quantity of electricity pre Symbol detection, the charging apparatus comprising means for causing the charge to reduce the charge current value in the following the boundary temperature.

The charging device according to claim 4,
It said means for reducing the charging current, upper limit value setting means der Ru charging device for setting an upper limit value of the charging current value.

An assembled battery configured by connecting a plurality of secondary batteries, an electric motor that drives a vehicle using the electric power of the assembled battery, and an amount of remaining electricity of the plurality of secondary batteries is equalized with respect to the assembled battery a charging device that performs equalization charging, and power generation during running of the vehicle an electric vehicle provided with a power generating apparatus and capable of supplying electric power to the charging device,
The charging device is:
Charging means for starting the equalization charging at a charging current value that is a current value for charging the assembled battery;
Battery temperature detecting means for detecting the temperature of the secondary battery having the highest temperature among the secondary batteries;
In the equalization charging, when the detected battery temperature is equal to or higher than the boundary temperature determined corresponding to the temperature increase at the end of charging , the charging current value by the charging means is set to a current value smaller than the charging current value. Charging current value setting means for setting and performing the charging ;
With
The electric generator is an electric vehicle that generates electric power based on electric power used by the electric motor and a current value of charging by the charging means, and supplies the generated electric power to the charging apparatus .

A charging method for performing equalization charging to equalize the remaining electricity of the plurality of secondary batteries for an assembled battery configured by connecting a plurality of secondary batteries ,
The equalization charging is started with a charging current value that is a current value for charging the assembled battery,
Detecting the temperature of the secondary battery having the highest temperature among the secondary batteries,
In the equalization charging, when the detected battery temperature is equal to or higher than a boundary temperature determined corresponding to the temperature increase at the end of charging , the charging current value is set to a current value smaller than the charging current value. A charging method for performing the charging.