JP6517092B2 - Battery charger, battery diagnostic device using the same, and battery regenerator - Google Patents

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Description

本発明は、例えば、鉛蓄電池やニッケル水素二次電池、リチウム電池などのバッテリーを効率よく充電することの出来るバッテリー充電器、及び、このバッテリー充電器を用いて、バッテリーの劣化状態を診断することの出来るバッテリー診断機、並びに、劣化したバッテリーを回復することが出来るバッテリー再生器に関する。   The present invention, for example, a battery charger capable of efficiently charging a battery such as a lead storage battery, a nickel hydrogen secondary battery, a lithium battery and the like, and diagnosing the deterioration state of the battery using this battery charger And a battery regenerator capable of recovering a deteriorated battery.

フォークリフトやゴルフカート、構内電動車両等のバッテリーを動力源とする電動車両では、長年使用していると、突然にバッテリー故障が生じ、使用不可能となり、運搬業務等に問題が生じることがある。   In a battery-powered electric vehicle such as a forklift, a golf cart, or an in-building electric vehicle, when used for many years, the battery failure suddenly occurs and becomes unusable, which may cause problems in transportation work and the like.

また、近年の環境問題に対する緩和策として強い期待が寄せられている、いわゆる電気自動車(電池式電気自動車)においても、これらの電動車両と同様に、突然にバッテリー故障が生じる懸念がある。   Also, in so-called electric vehicles (battery-type electric vehicles), which are strongly expected as a solution to environmental problems in recent years, there is a concern that a battery failure may suddenly occur as in the case of these electric vehicles.

特に、電気自動車の場合には、フォークリフトやゴルフカートなどの電動車両とは異なり、特定の範囲内だけを走行するわけではなく、公道なども走行するため、このような突然のバッテリー故障が生じると、場合によっては交通事故等に繋がりかねない。   Especially in the case of an electric car, unlike an electric powered vehicle such as a forklift or a golf cart, it does not run only within a specific range, but also travels on public roads, etc., causing such a sudden battery failure. In some cases, it may lead to traffic accidents.

さらには、携帯電話やPHSの基地局、データセンター、病院等の公共施設などでは、災害時や停電時など電源に異常が発生した場合に備えて、非常用バッテリーを備えているが、このような非常用バッテリーについても、突然に故障が発生すると社会的に多大な影響を与えることになる。   In addition, mobile phones, PHS base stations, data centers, public facilities such as hospitals, etc. are equipped with an emergency battery in case of an abnormality in the power supply at the time of disaster or power failure, etc. In the case of emergency batteries, sudden failure will have a great social impact.

このように故障が生じた際に多大な問題を引き起こすようなバッテリーについては、定期的に新品のバッテリーに交換するなどの処置が行われ、多くのバッテリーが廃棄されており、環境負荷の懸念がある。   With regard to batteries that cause a great deal of trouble when this kind of failure occurs, measures such as replacement with new batteries are carried out regularly, and many batteries have been discarded, and there are concerns about environmental impact. is there.

このため、バッテリーの長寿命化が求められているものの、バッテリーの劣化予防については十分に行われていない。バッテリーの日常のメンテナンスなどにおいて、早期にバッテリーの劣化を検出して、バッテリーの回復処置を行うことに意義がある。   For this reason, although it is required to extend the life of the battery, the prevention of the battery deterioration is not sufficiently performed. In daily maintenance of the battery, etc., it is significant to detect the deterioration of the battery at an early stage and to carry out the recovery procedure of the battery.

近年、バッテリーの性能を示すものとして、充電受け入れ性能で評価することが採用されている。バッテリーの劣化は、以下のような原因によりバッテリーの充電受け入れ性能が低下し、電極がスリーピングの状態となってしまう。例えば、バッテリーの過放電によるセルの転極や、深放電によるサルフェーションの発生、もしくは、バッテリーの充電時に電池温度が上昇することによって熱逸走が生じることなどがある。また、電極にバーリアが発生したり、ボーラス表面に異常物質が付着したりすることも原因の一つとなる。   In recent years, evaluation of charge acceptance performance has been adopted as an indication of battery performance. The deterioration of the battery causes the charge acceptance performance of the battery to deteriorate due to the following reasons, and the electrode becomes in a state of sleeping. For example, there may be cell inversion due to overdischarge of the battery, occurrence of sulfation due to deep discharge, or thermal runaway due to an increase in battery temperature when the battery is charged. In addition, it is also one of the causes that the varia occurs in the electrode and the abnormal substance adheres to the surface of the bolus.

このような原因によりバッテリーの充電受け入れ性能が低下した場合には、従来、故障の原因を特定したうえで、症状に応じた対応策を講じることによって、バッテリーの回復・再生を図ることになる。
本出願人は、このようなバッテリーの回復・再生を行うため、特許文献1、2に開示されるようなバッテリー再生器及びバッテリー充電器を発明した。
When the charge acceptance performance of the battery is deteriorated due to such a cause, conventionally, the cause of the failure is identified, and the recovery and regeneration of the battery are attempted by taking a countermeasure according to the symptom.
The applicant has invented a battery regenerator and a battery charger as disclosed in Patent Documents 1 and 2 in order to perform such recovery and regeneration of the battery.

特許文献1において開示したバッテリー再生器では、放電回数が予め設定された所定回数に達するバッテリーの充電と放電を繰り返し行うことでバッテリーの再生を行っている。
このように充電と放電を繰り返し行うことによって、サルフェーションやバーリアなどの症状を解消し、使用困難となったバッテリーを再生して、通常使用可能な状態とすることができる。
In the battery regenerator disclosed in Patent Document 1, the battery is regenerated by repeatedly charging and discharging the battery in which the number of times of discharge reaches a predetermined number of times set in advance.
By repeating charging and discharging in this manner, symptoms such as sulfation and balia can be eliminated, and a battery that has become difficult to use can be regenerated to be in a normally usable state.

また、特許文献2において開示したバッテリー充電器では、バッテリーの充電の際に、充電信号に基づいてバッテリーの解析を行い、バッテリーの状態に応じて自動的に充電アルゴリズムを切替えながら、所定回数もしくは所定の満充電完了条件が成立するまで充電を繰り返し行っている。   Further, in the battery charger disclosed in Patent Document 2, when the battery is charged, the battery is analyzed based on the charging signal, and the charging algorithm is automatically switched according to the state of the battery, the predetermined number of times or the predetermined The battery is repeatedly charged until the full charge completion condition is satisfied.

このように充電アルゴリズムを切替えながら充電を行うことによって、効率よく充電を行えるとともに、バッテリーへの負荷を小さくすることができ、バッテリーの寿命を延ばす効果が得られる。   By charging while switching the charging algorithm in this manner, charging can be performed efficiently, the load on the battery can be reduced, and the effect of extending the life of the battery can be obtained.

特開2009−284571号公報JP, 2009-284571, A 国際公開第2012/053487号International Publication No. 2012/053487

このように特許文献1,2で開示されたバッテリー充電器やバッテリー再生器でも、バッテリーの寿命を延ばす充電や、劣化したバッテリーの再生などを行うことが可能であったが、単に多くの電気をバッテリーの注入するだけであり、充電アルゴリズムが最適化できていなかった。   As described above, even the battery charger and the battery regenerator disclosed in Patent Literatures 1 and 2 can perform charging for prolonging the life of the battery, regeneration of the deteriorated battery, and the like, but only a lot of electricity It only injects the battery, and the charging algorithm has not been optimized.

また、バッテリーの充電受け入れ性能は、それぞれのバッテリーの容量により限界があり、容量以上に充電量を増やしても有効に充電されずに熱となり、やがては電極が損傷することになる。   Further, the charge acceptance performance of the battery is limited by the capacity of each battery, and even if the charge amount is increased beyond the capacity, the battery can not be effectively charged but becomes heat and eventually the electrode will be damaged.

さらに、バッテリーが劣化してくると、充電受け入れ性能も低下し、正規の容量以下の充電量しか受け入れられなくなる。このため、従来の充電器では、十分な充電を行うことができず、満充電となるまで充電したとしても、想定よりも早くバッテリー切れを起こしてしまうようなことがある。   Furthermore, when the battery is deteriorated, the charge acceptance performance is also reduced, and only the charge amount less than the normal capacity can be accepted. Therefore, in the conventional charger, sufficient charging can not be performed, and even if the battery is fully charged, the battery may be exhausted earlier than expected.

なお、上述するような充電の障害となる原因を取り除くだけではなく、充電中の電解液中のイオン濃度異常分布を解消したり、さらに電解液含浸マット内等の局部的な空隙(ドライアウト現象)を解消したり、活物質とグリットの表面の境界層の導電性を向上させたりすることによっても充電受け入れ性能を向上させることができる。   It should be noted that not only removal of the cause of the charging failure as described above but also elimination of abnormal ion concentration distribution in the electrolyte during charging, and further local void (dryout phenomenon in the electrolyte impregnated mat etc. The charge acceptance performance can also be improved by eliminating the problem (1) or improving the conductivity of the boundary layer between the active material and the grit.

これらは、バッテリーの臨界充電状態において充電を行うことによって達成することができるが、従来の充電器では、臨界充電状態における充電制御が行われておらず、バッテリーが破損してしまうことになる。   These can be achieved by charging in the critical charge state of the battery, but in the conventional charger, charge control in the critical charge state is not performed, and the battery will be damaged.

また、非常用バッテリーなどは、その容量が大きく、輸送上の問題が生じるため、センターバック式でのバッテリー再生が困難である。このため、オンサイトでの再生またはバッテリーの活性化が有効となる。   In addition, since the capacity of an emergency battery is large and causes a transportation problem, it is difficult to play back the battery in the center back type. For this reason, on-site regeneration or battery activation is effective.

本発明では、充電アルゴリズムを最適化することによって、超臨界充電状態を形成し、スリーピングした電極を活性化して、充電受け入れ性能を向上させるとともに、充電電力が熱になったりしないで有効充電量を向上させ、効率的に短時間で充電を行うことができるとともに、セルバランスを回復させ、バッテリーの寿命を延ばすことが出来るバッテリー充電器を提供することを目的とする。   In the present invention, by optimizing the charging algorithm, the supercritical charge state is formed, and the sleeping electrode is activated to improve the charge acceptance performance, and the charge power does not become heat, and the effective charge amount is increased. It is an object of the present invention to provide a battery charger capable of improving and efficiently charging in a short time, restoring cell balance, and extending battery life.

また、このようなバッテリー充電器を用いて、バッテリーの状態を診断することが可能なバッテリー診断器、及び、劣化したバッテリーの再生を行うことが出来るバッテリー再生器を提供することを目的とする。   Another object of the present invention is to provide a battery diagnostic device capable of diagnosing the state of a battery using such a battery charger, and a battery regenerator capable of performing regeneration of a deteriorated battery.

本発明は、前述するような従来技術における課題を解決するために発明されたものであって、本発明のバッテリー充電器は、
接続されたバッテリーの充電を行うためのバッテリー充電手段と、
前記バッテリー充電手段から送られてくる充電信号に基づいて、バッテリーの解析を行う信号解析手段と、
前記信号解析手段における解析結果に基づき前記バッテリー充電手段による充電の制御を行う制御手段と、
を備えたバッテリー充電器であって、
前記制御手段は、
0.06CA〜0.25CAの電流により定電流充電を行う強定電流充電工程と、
前記強定電流充電工程における電流の0.01CA〜0.05CAの電流により定電流充電を行う弱定電流充電工程と、
00.06CA〜0.25CAの電流により定電流充電を行うループ内強定電流充電工程と、ループ内強定電流充電の0.01CA〜0.05CAの電流により定電流充電を行うループ内弱定電流充電工程とを、所定のループ回数だけ交互に繰り返すループ充電工程と、
定電圧充電を行う定電圧充電工程と、
を順次実行するように構成されていることを特徴とする。
The present invention was invented to solve the problems in the prior art as described above, and the battery charger of the present invention is
Battery charging means for charging the connected battery;
Signal analysis means for analyzing the battery based on the charging signal sent from the battery charging means;
Control means for controlling charging by the battery charging means based on an analysis result in the signal analysis means;
A battery charger with
The control means
Strong constant current charging process for constant current charging with a current of 0.06 CA to 0.25 CA;
A weak constant current charging step of performing constant current charging with a current of 0.01 CA to 0.05 CA of the current in the strong constant current charging step;
In-loop strong constant current charging process in which constant current charging is performed by a current of 0.0.06 CA to 0.25 CA, and in-loop weak fixing in which constant current charging is performed by a current of 0.01 CA to 0.05 CA in strong constant current charging in loop A loop charging step of alternately repeating the current charging step for a predetermined number of loops;
Constant voltage charging process for constant voltage charging;
Are sequentially executed.

このようなバッテリー充電器では、
前記制御手段が、
前記ループ充電工程を多重に行うように構成されていることが好ましい。
With such a battery charger,
The control means
Preferably, the loop charging process is configured to be performed in multiples.

さらには、
前記制御手段が、
前記強定電流充電工程及び前記弱定電流充電工程において、前記バッテリーの充電電圧が、該バッテリーの満充電電圧を超えたと判断した場合に、当該工程を終了するように構成されていることが好ましい。
Moreover,
The control means
In the strong constant current charging process and the weak constant current charging process, it is preferable that the process be ended when it is determined that the charge voltage of the battery exceeds the full charge voltage of the battery. .

さらには、
前記制御手段は、
前記ループ内強定電流充電工程及び前記ループ内弱定電流充電工程において、前記バッテリーの充電電圧が、該バッテリーの超臨界充電電圧を超えたと判断した場合に、前記ループ充電工程を終了するように構成されていることが好ましい。
Moreover,
The control means
In the in-loop strong constant current charging process and the in-loop weak constant current charging process, when it is determined that the charging voltage of the battery exceeds the supercritical charging voltage of the battery, the loop charging process is ended. It is preferable that it is comprised.

また、本発明のバッテリー診断器は、
上述するいずれかに記載のバッテリー充電器と、
前記バッテリーの放電を行うためのバッテリー放電器と、
を備え、
前記制御手段は、
前記強定電流充電工程の前段階に、前記バッテリー放電器により所定の時間だけ前記バッテリーの放電を行う放電工程を実行し、
前記信号解析手段は、
前記強定電流充電工程、前記弱定電流充電工程、前記ループ充電工程が実行されている間、前記バッテリーのセル毎の充電電圧を計測し、
該充電電圧の変化に基づき、前記バッテリーの診断を行うことを特徴とする。
Also, the battery diagnostic device of the present invention is
A battery charger according to any of the above;
A battery discharger for discharging the battery;
Equipped with
The control means
Before the step of the strong constant current charging step, a discharging step of discharging the battery for a predetermined time by the battery discharger is performed;
The signal analysis means
While the strong constant current charging process, the weak constant current charging process, and the loop charging process are being performed, the charging voltage of each cell of the battery is measured;
The battery may be diagnosed based on a change in the charging voltage.

また、本発明のバッテリー再生器は、
上述するいずれかに記載のバッテリー充電器と、
前記バッテリーの放電を行うためのバッテリー放電器と、
を備え、
前記制御手段は、
前記バッテリー充電器と、前記バッテリー放電器とを用いて、前記バッテリーの充電と放電を繰り返すことにより、前記バッテリーの再生を行うことを特徴とする。
Also, the battery regenerator of the present invention is
A battery charger according to any of the above;
A battery discharger for discharging the battery;
Equipped with
The control means
The battery may be regenerated by repeatedly charging and discharging the battery using the battery charger and the battery discharger.

本発明によれば、従来のバッテリー充電器には出来なかった超臨界充電電圧での充電を行うことができ、充電受け入れ性能を極大化し、スリーピングした状態の電極を活性化することができる。   According to the present invention, it is possible to perform charging at a supercritical charging voltage which can not be achieved by the conventional battery charger, and it is possible to maximize the charge acceptance performance and to activate the sleeping electrode.

さらに、バッテリーへの負荷を小さくするため、超臨界充電電圧付近での充電(ループ内強定電流充電)と、ループ内弱定電流充電を繰り返しているため、バッテリーを故障させることがなく、むしろ、短時間にバッテリーの再生を行うことができ、電極を活性化させ、バッテリーの寿命を延ばすことができる。   Furthermore, in order to reduce the load on the battery, charging near the supercritical charging voltage (in-loop strong constant current charging) and in-loop weak constant current charging are repeated. The battery can be regenerated in a short time, the electrodes can be activated, and the battery life can be extended.

また、複数の充電終了条件及び異常検出条件を設定することにより、超臨界充電状態におけるきめ細やかな充電制御を行うことができ、バッテリーを破損することなく、充電受け入れ性能を向上させて効果的に充電を行うことができる。   Further, by setting a plurality of charge termination conditions and abnormality detection conditions, fine charge control can be performed in the supercritical charge state, and charge acceptance performance can be effectively improved without damaging the battery. It can be charged.

また、このようなバッテリー充電器を用いたバッテリー診断器では、バッテリーの充電時にセル毎の充電電圧の変化に生じる有意差を検出することが可能であり、バッテリーの充電と同時にバッテリーのセルバランスの診断を行うことができ、早期にバッテリーの劣化を検出することができる。   In addition, a battery diagnostic using such a battery charger is capable of detecting a significant difference that occurs in changes in charging voltage per cell when charging the battery, and at the same time as charging the battery, the battery balance of the battery. Diagnosis can be performed, and battery deterioration can be detected early.

また、本発明のバッテリー充電器を用いたバッテリー再生器では、超臨界充電状態における充電制御を行うことで、デリケートなニッケル水素バッテリーやリチウムイオンバッテリーなどのセルバランスの回復を行うことができる。   Further, in the battery regenerator using the battery charger of the present invention, by performing charge control in the supercritical charge state, it is possible to restore the cell balance of a delicate nickel hydrogen battery, lithium ion battery or the like.

図1は、本発明のバッテリー充電器の一実施例における構成を説明するためのブロック図である。FIG. 1 is a block diagram for explaining the configuration of an embodiment of the battery charger according to the present invention. 図2は、バッテリー充電器10の充電アルゴリズムを説明するためのフローチャートである。FIG. 2 is a flow chart for explaining a charging algorithm of the battery charger 10. 図3は、図2のループ充電のアルゴリズムを説明するためのサブフローチャートである。FIG. 3 is a sub-flowchart for explaining the loop charging algorithm of FIG. 図4は、バッテリー充電器10を用いて充電を行った際の充電電圧及び充電電流の時間変化を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing temporal changes in charging voltage and charging current when charging is performed using the battery charger 10. 図5は、図4のグラフにおいて定電圧充電中の範囲を拡大したグラフである。FIG. 5 is a graph in which the range during constant voltage charging in the graph of FIG. 4 is enlarged. 図6は、従来のバッテリー充電器で充電した場合のバッテリーの充電−放電特性と、本実施例のバッテリー充電器で充電した場合のバッテリーの充電−放電特性を比較したグラフである。FIG. 6 is a graph comparing the charge-discharge characteristics of the battery when charged by the conventional battery charger and the charge-discharge characteristics of the battery when charged by the battery charger of this embodiment. 図7は、本発明のバッテリー診断器の一実施例における構成を説明するための概略構成図である。FIG. 7 is a schematic configuration view for explaining the configuration in one embodiment of the battery diagnostic device of the present invention. 図8は、バッテリー診断器によりバッテリーの診断を行う流れを説明するためのフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart for explaining the flow of performing battery diagnosis by the battery diagnostic device. 図9は、バッテリー診断器によりバッテリーの診断を行う際に用いられるバッテリーの充電電圧の変化を示すグラフである。FIG. 9 is a graph showing changes in charging voltage of the battery used when performing battery diagnosis by the battery diagnostic device. 図10は、本発明のバッテリー再生器の一実施例における構成を説明するための概略構成図である。FIG. 10 is a schematic configuration view for explaining a configuration in one embodiment of the battery regenerator according to the present invention.

以下、本発明の実施の形態(実施例)を図面に基づいてより詳細に説明する。
図1は、本発明のバッテリー充電器の一実施例における構成を説明するためのブロック図である。
Hereinafter, embodiments (examples) of the present invention will be described in more detail based on the drawings.
FIG. 1 is a block diagram for explaining the configuration of an embodiment of the battery charger according to the present invention.

図1に示すように、バッテリー充電器10は、バッテリー50に接続し、バッテリー50の充電を行うバッテリー充電手段20と、バッテリー充電手段20から送られてくる充電信号に基づいてバッテリーの解析を行う信号解析手段30と、信号解析手段30における解析結果に基づきバッテリー充電手段20による充電の制御を行う制御手段40とを備えている。   As shown in FIG. 1, the battery charger 10 is connected to the battery 50, and analyzes the battery based on a battery charging means 20 for charging the battery 50 and a charging signal sent from the battery charging means 20. A signal analysis means 30 and a control means 40 for controlling the charge by the battery charging means 20 based on the analysis result in the signal analysis means 30 are provided.

バッテリー充電手段20から送られてくる充電信号としては、バッテリー50の充電時におけるバッテリー電圧(以下、「充電電圧」という。)やバッテリーに流れる電流(以下、「充電電流」という。)などをそのまま信号として利用してもよいし、AD変換回路(図示せず)を介して充電電圧や充電電流をデジタル信号として送信するようにしてもよい。   As the charging signal sent from the battery charging means 20, the battery voltage (hereinafter referred to as "charging voltage") at the time of charging the battery 50, the current flowing to the battery (hereinafter referred to as "charging current"), etc. It may be used as a signal, or the charging voltage or the charging current may be transmitted as a digital signal through an AD conversion circuit (not shown).

なお、バッテリー充電手段20から送られてくる信号が、充電電圧や充電電流などの場合には、例えば、バッテリー充電手段20と信号解析手段30との間に、分流器や分圧器などを介して、信号解析手段30に流れる電気信号として必要十分な量だけ取り出すようにすることができる。   When the signal sent from the battery charging means 20 is a charging voltage or charging current, for example, it is interposed between the battery charging means 20 and the signal analysis means 30 via a shunt or a voltage divider. As the electrical signal flowing to the signal analysis means 30, only a necessary and sufficient amount can be taken out.

また、バッテリー充電手段20から送られてくる信号がデジタル信号の場合には、その送受信手段として、例えば、デジタル信号をそのままの状態で送受信するデジタル送受信装置や、誤り符号訂正機能付きの信号として送受信する誤り符号訂正機能付きデジタル送受信装置などを用いることができる。   Also, when the signal sent from the battery charging means 20 is a digital signal, for example, a digital transmitting / receiving device for transmitting / receiving the digital signal as it is, or transmitting / receiving as a signal with error code correction function. A digital transmission / reception device with an error code correction function can be used.

なお、バッテリー充電手段20は、電力を供給するための電源部と、充電電流や充電電圧の変成を行うトランスとを有している。なお、バッテリー充電手段20は、本実施例の構成に限定されず、例えば、PWM(Pulse Width Modulation)制御などを用いたスイッチング電源を用いることもできる。   The battery charging unit 20 includes a power supply unit for supplying electric power, and a transformer for transforming charge current and charge voltage. The battery charging unit 20 is not limited to the configuration of the present embodiment, and for example, a switching power supply using PWM (Pulse Width Modulation) control or the like can also be used.

また、信号解析手段30としては、バッテリー充電手段20から送られてくる信号に基づいて、バッテリーの解析を行うことができる手段として、例えば、マイコンやカスタムIC、FPGA(Field Programmable Gate Array)などを用いることができる。なお、信号解析手段30は、バッテリー充電器10の外部に設けられたパーソナルコンピュータやサーバーなどのコンピュータであってもよい。   Further, as the signal analysis means 30, as a means capable of analyzing the battery based on the signal sent from the battery charging means 20, for example, a microcomputer, a custom IC, an FPGA (Field Programmable Gate Array), etc. It can be used. The signal analysis unit 30 may be a computer such as a personal computer or a server provided outside the battery charger 10.

また、制御手段40としては、信号解析手段30による解析結果に基づき、バッテリー充電手段20を制御して、バッテリー50への充電電流や充電電圧を変更することができる手段として、例えば、マイコンやカスタムIC、FPGA(Field Programmable Gate Array)などを用いてもよいし、バッテリー充電器10の外部に設けられたパーソナルコンピュータやサーバーなどのコンピュータとすることもできる。なお、制御手段40は信号解析手段30と一体の装置として構成することも可能である。   Further, as the control means 40, for example, a microcomputer or a custom as a means capable of controlling the battery charging means 20 based on the analysis result by the signal analysis means 30, and changing the charging current or the charging voltage to the battery 50. An IC, an FPGA (Field Programmable Gate Array), or the like may be used, or a computer such as a personal computer or a server provided outside the battery charger 10 may be used. The control means 40 can also be configured as an integral unit with the signal analysis means 30.

また、制御手段40は、バッテリー充電手段20に組み込まれていても構わない。すなわち、制御手段40は、単独の装置としてもよいし、また、バッテリー充電手段20と一体であっても、信号解析手段30と一体であっても構わない。   In addition, the control means 40 may be incorporated in the battery charging means 20. That is, the control means 40 may be a single device, may be integral with the battery charging means 20, or may be integral with the signal analysis means 30.

また、制御手段40には、バッテリー充電手段20から送られてくる充電電圧や充電電流などの充電信号や充電中の経過時間などをデータとして記憶するデータ記憶手段42が備えられている。   Further, the control means 40 is provided with data storage means 42 for storing, as data, charging signals such as charging voltage and charging current sent from the battery charging means 20 and elapsed time during charging.

なお、データ記憶手段42には、過去に行われた充電時に得られた充電信号や充電中の経過時間などのデータが記憶されており、これらのデータに基づいて信号解析手段30においてバッテリー50の状態を診断することができる。   The data storage means 42 stores data such as charge signals obtained at the time of charging performed in the past and elapsed time during charging, etc. The condition can be diagnosed.

また、信号解析手段30には、充電異常が生じた場合などに、異常を報知するための異常警報手段32を備えることができる。異常警報手段32としては、例えば、ブザーなどの音によって報知する手段、ランプなどの光によって報知する手段、またはそれらを組み合わせた手段や液晶ディスプレイなどの図示しない表示手段などを用いることができる。   In addition, the signal analysis means 30 can be provided with an abnormality warning means 32 for notifying of an abnormality when, for example, a charging abnormality occurs. As the abnormality warning means 32, for example, a means for notifying by sound such as a buzzer, a means for notifying by light such as a lamp, a means combining them, a display means not shown such as a liquid crystal display, etc. can be used.

また、信号解析手段30としてコンピュータなどが用いられている場合には、例えば、コンピュータに接続されたディスプレイなどに警報を表示するようにしてもよい。さらには、インターネットやLAN(Local Area Network)などを介して、スマートフォンやタブレット、ノートパソコンなどのモバイル端末に警報を表示することもできる。   Further, when a computer or the like is used as the signal analysis means 30, for example, an alarm may be displayed on a display connected to the computer. Furthermore, an alarm can be displayed on a mobile terminal such as a smartphone, a tablet, or a laptop computer via the Internet or a LAN (Local Area Network).

このように構成された本実施例のバッテリー充電器10では、以下のようにしてバッテリー50の充電を行っている。
図2は、バッテリー充電器10の充電アルゴリズムを説明するためのフローチャート、図3は、図2のループ充電のアルゴリズムを説明するためのサブフローチャート、図4は、バッテリー充電器10を用いて充電を行った際の充電電圧及び充電電流の時間変化を示すグラフである。
In the battery charger 10 of this embodiment configured as described above, the battery 50 is charged as follows.
2 is a flowchart for explaining the charging algorithm of the battery charger 10, FIG. 3 is a subflowchart for explaining the algorithm of the loop charging of FIG. 2, and FIG. 4 is a charging using the battery charger 10. It is a graph which shows the time change of the charge voltage at the time of performing, and charge current.

バッテリー50への充電を開始すると(S10)、まず、強定電流充電を行う(S20)。強定電流充電では、バッテリー50の公称容量に基づき、0.06CA〜0.25CA、好ましくは、0.10CA〜0.20CAの電流により定電流充電を行う。   When charging of the battery 50 is started (S10), first, strong constant current charging is performed (S20). In strong constant current charging, constant current charging is performed with a current of 0.06 CA to 0.25 CA, preferably 0.10 CA to 0.20 CA, based on the nominal capacity of the battery 50.

図4に示すように、バッテリー50に対して強定電流充電を行うことによって、充電電圧(バッテリー電圧)が徐々に上昇する。この間、信号解析手段30では、バッテリー50の充電電圧を逐次監視し、制御手段40において充電電圧が後述する充電終了条件を満たしたか否かが判断される(S30)。   As shown in FIG. 4, by performing strong constant current charging on the battery 50, the charging voltage (battery voltage) gradually rises. During this time, the signal analysis means 30 sequentially monitors the charging voltage of the battery 50, and the control means 40 determines whether the charging voltage satisfies the charge end condition described later (S30).

そして、充電電圧が充電終了条件を満たした場合には、所定の時間だけ充電を継続(S40)した後、所定の第1休止時間だけ充電を停止する(S50)。なお、バッテリー50の充電時には、充電反応によりバッテリー50の電極付近においてイオン濃度勾配が大きくなるため、これを均一化させる時間として、第1休止時間を適宜設定することができる。   When the charge voltage satisfies the charge termination condition, charging is continued for a predetermined time (S40), and then charging is stopped for a predetermined first pause time (S50). When the battery 50 is charged, the ion concentration gradient becomes large in the vicinity of the electrode of the battery 50 due to the charging reaction, so that the first pause time can be appropriately set as the time for uniforming this.

次いで、弱定電流充電を行う(S60)。弱定電流充電では、0.01CA〜0.05CA程度の電流により定電流充電を行う。
図4に示すように、バッテリー50に対して弱定電流充電を行うことによって、充電停止時にいったん低下した充電電圧(バッテリー電圧)が徐々に上昇する。この間、信号解析手段30では、バッテリー50の充電電圧を逐次監視し、充電電圧がバッテリー50の後述する充電終了条件を満たしたか否かが判断される(S70)。
Next, weak constant current charging is performed (S60). In weak constant current charging, constant current charging is performed with a current of about 0.01 CA to 0.05 CA.
As shown in FIG. 4, by performing weak constant current charging on the battery 50, the charging voltage (battery voltage), which has once dropped at the time of stopping charging, gradually rises. During this time, the signal analysis means 30 sequentially monitors the charging voltage of the battery 50, and determines whether the charging voltage satisfies the charging end condition described later of the battery 50 (S70).

そして、充電電圧が充電終了条件を満たした場合には、所定の時間だけ充電を継続(S80)した後、所定の第2休止時間だけ充電を停止する(S90)。なお、第2休止時間としては、第1休止時間と同じとすることが好ましいが、第1休止時間よりも短いもしくは長い時間を採用しても構わない。   When the charge voltage satisfies the charge termination condition, charging is continued for a predetermined time (S80), and then charging is stopped for a predetermined second pause time (S90). The second pause time is preferably the same as the first pause time, but may be shorter or longer than the first pause time.

次いで、ループ充電を行う(S100)。ループ充電では、図3に示すS105からS140までを1回の充電サイクルとして、強定電流充電と弱定電流充電を繰り返すことによって行う。   Next, loop charging is performed (S100). The loop charging is performed by repeating strong constant current charging and weak constant current charging, with S105 to S140 shown in FIG. 3 as one charge cycle.

まず、ループ充電における充電条件を設定する(S105)。ここで、充電条件とは、後述するループ内強定電流充電やループ内弱定電流充電における充電電流の大きさや、後述する充電終了条件を含むものである。   First, charging conditions for loop charging are set (S105). Here, the charge condition includes the magnitude of the charge current in the in-loop strong constant current charge and the in-loop weak constant current charge described later, and the charge end condition described later.

充電終了条件は、後述するような条件から適宜選択することができ、また、複数の充電終了条件を組み合わせて設定することもできる。なお、充電終了条件は、ループごとに変更してもよいし、所定のループ回数だけループ充電を行うごとに変更したり、ループ充電中に異常終了した際に充電終了条件を変更してループ充電を再開するようにしてもよい。   The charge termination condition can be appropriately selected from the conditions to be described later, and can be set by combining a plurality of charge termination conditions. Note that the charge end condition may be changed for each loop, may be changed each time the loop charge is performed a predetermined number of loop times, or may be changed when the charge end condition is abnormally ended during the loop charge. May be resumed.

ループ充電におけるループ内強定電流充電では、上述するS20における強定電流充電と同様に、0.06CA〜0.25CA程度の電流により定電流充電を行う(S110)。   In the in-loop strong constant current charging in the loop charging, constant current charging is performed with a current of about 0.06 CA to 0.25 CA, as in the case of the strong constant current charging in S20 described above (S110).

S20〜S80のように強定電流充電と弱定電流充電を行うことによって、バッテリー50は概ね充電が完了した状態となっている。このため、ループ内強定電流充電を行うことによって、充電電圧(バッテリー電圧)は通常の満充電電圧よりも高く上昇し、過電圧が生じる状態となる。   By performing the strong constant current charging and the weak constant current charging as in S20 to S80, the battery 50 is in a state where the charging is almost completed. Therefore, by performing in-loop strong constant current charging, the charging voltage (battery voltage) rises higher than the normal full charging voltage, and an overvoltage occurs.

一般的に、このような過電圧が生じる状態での過充電は、バッテリーの寿命を短くし、故障の原因となると言われているが、本発明では、充電電圧がバッテリー50の超臨界充電電圧まで上昇するようにしている。   Generally, it is said that overcharging under such an overvoltage condition shortens the life of the battery and causes a failure, but in the present invention, the charging voltage is up to the supercritical charging voltage of the battery 50. I am trying to rise.

なお、臨界充電電圧とは、バッテリーの満充電状態において、バッテリー電極の充電反応をラジカル状態に保持した際の充電電圧のことをいう。ここでは電解質のイオン状態が複合錯塩状態となるドライアウト現象を解消する状態となる。具体的には、1セルあたりの満充電電圧が2.5Vの鉛バッテリーでは、2.7Vが臨界充電電圧となる。そして、超臨界充電電圧は、臨界充電電圧の約8%高い電圧である2.9Vとしている。したがって、12Vの鉛バッテリー(6セル)の場合、超臨界電圧は17.5Vとなる。   The critical charge voltage refers to the charge voltage when the charge reaction of the battery electrode is kept in the radical state in the fully charged state of the battery. Here, the dry out phenomenon in which the ion state of the electrolyte becomes a complex complex state is eliminated. Specifically, for a lead battery with a full charge voltage of 2.5 V per cell, 2.7 V is the critical charge voltage. The supercritical charging voltage is 2.9 V which is about 8% higher than the critical charging voltage. Thus, for a 12 volt lead battery (6 cells), the supercritical voltage is 17.5 volts.

また、1セルあたりの満充電電圧が1.38Vのニッケル水素バッテリーでは、1.42〜1.45Vが臨界充電電圧となり、1.46〜1.49Vが超臨界充電電圧となる。したがって、12セルのニッケル水素バッテリーの場合、超臨界充電電圧は17.5〜17.9V、20セルのニッケル水素バッテリーの場合、超臨界充電電圧は29.2〜29.6V、188セルのニッケル水素バッテリーの場合、超臨界充電電圧は274〜280Vとなる。   In addition, in the case of a nickel hydrogen battery in which the full charge voltage per cell is 1.38 V, the critical charge voltage is 1.42 to 1.45 V, and the supercritical charge voltage is 1.46 to 1.49 V. Thus, for a 12 cell nickel hydrogen battery, the supercritical charging voltage is 17.5 to 17.9 V, for a 20 cell nickel hydrogen battery, a supercritical charging voltage is 29.2 to 29.6 V, nickel for 188 cells In the case of a hydrogen battery, the supercritical charging voltage is 274-280V.

なお、バッテリーの満充電電圧、臨界充電電圧、超臨界充電電圧は温度依存性を有しており、バッテリーの温度が低いとこれらの電圧は高くなり、一方で、温度が高いとこれらの電圧は低くなるため、上述する臨界充電電圧、超臨界充電電圧は一例であり、バッテリーの種類や使用条件等により適宜変更が可能である。   The full charge voltage of the battery, the critical charge voltage, and the supercritical charge voltage have temperature dependency, and these voltages become high when the battery temperature is low, while these voltages are high when the temperature is high. The critical charging voltage and the supercritical charging voltage described above are only examples because they become lower, and can be changed as appropriate depending on the type of battery and the use conditions.

すなわち、信号解析手段30において、バッテリー50の充電電圧を逐次監視し、充電電圧がバッテリー50の超臨界充電電圧を超えたか否かが判断される(S115)。
そして、充電電圧が超臨界充電電圧を超えた場合には、所定の第3休止時間だけ充電を停止する(S120)。なお、第3休止時間としては、第2休止時間と同じにすることが好ましい。
That is, in the signal analysis means 30, the charging voltage of the battery 50 is sequentially monitored, and it is determined whether the charging voltage exceeds the supercritical charging voltage of the battery 50 (S115).
Then, when the charging voltage exceeds the supercritical charging voltage, the charging is stopped only for a predetermined third pause time (S120). The third pause time is preferably the same as the second pause time.

なお、ループ内強定電流充電中に後述するような異常検出条件を満たした場合(S111)には、ループ充電S100を終了するように構成することが好ましい。   In addition, it is preferable to comprise so that loop charge S100 may be complete | finished, when abnormality detection conditions which are mentioned later are satisfy | filled during in-loop strong constant current charge (S111).

次いで、ループ内弱定電流充電では、上述するS50における弱定電流充電と同様に、強定電流充電の0.01CA〜0.05CA程度の電流により定電流充電を行う(S130)。この間、信号解析手段30では、バッテリー50の充電電圧を逐次監視し、充電電圧がバッテリー50の後述する充電終了条件を満たしたか否かが判断される(S135)。   Next, in the in-loop weak constant current charging, constant current charging is performed using a current of about 0.01 CA to 0.05 CA in strong constant current charging (S130), as in the above-described weak constant current charging in S50. During this time, the signal analysis means 30 sequentially monitors the charging voltage of the battery 50, and determines whether the charging voltage satisfies the charging end condition of the battery 50 described later (S135).

そして、充電電圧が充電終了条件を満たした場合には、所定の第4休止時間だけ充電を停止する(S140)。なお、第4休止時間としては、第3休止時間と同じにすることが好ましい。   Then, if the charge voltage satisfies the charge termination condition, the charging is stopped for a predetermined fourth pause time (S140). The fourth pause time is preferably the same as the third pause time.

なお、ループ内弱定電流充電中に後述するような異常検出条件を満たした場合(S131)には、ループ充電S100を終了するように構成することが好ましい。   In addition, it is preferable to configure so as to end the loop charge S100 when an abnormality detection condition to be described later is satisfied during in-loop weak constant current charging (S131).

このようにループ充電中に、強定電流充電と弱定電流充電を組み合わせることで、劣化初期のバッテリー50であれば、電極活物質の活性化が回復することになる。   As described above, by combining the strong constant current charging and the weak constant current charging during the loop charging, in the case of the battery 50 in the early stage of deterioration, the activation of the electrode active material is recovered.

図4に示すように、ループ充電を行うことによって、ループ内弱定電流充電中の充電電圧が、充電サイクルを繰り返すにつれ徐々に上昇する。そして、事前に設定された所定のループ回数だけ充電サイクルが実行されたか否かが判断され(S145)、所定のループ回数に達していない場合には、S110のループ内強定電流充電に戻ってループ充電を継続し、ループ回数に達した場合には、ループ充電を終了する(S150)。   As shown in FIG. 4, by performing loop charging, the charging voltage during weak constant current charging in the loop gradually increases as the charging cycle is repeated. Then, it is determined whether or not the charge cycle has been executed for a predetermined number of predetermined loop times (S145). If the predetermined number of loops has not been reached, the process returns to S110 in-loop strong constant current charging. The loop charging is continued, and when the loop number is reached, the loop charging is ended (S150).

なお、ループ充電によるバッテリーの充電量は、全体の10〜20%程度とすることが好ましく、充電時間にすると、ループ充電時間は総充電時間の40〜60%程度とすることが好ましい。   In addition, it is preferable to set the charge amount of the battery by loop charge to about 10 to 20% of the whole, and when charge time is used, it is preferable to set loop charge time to about 40 to 60% of total charge time.

また、ループ内強定電流充電とループ内弱定電流充電とは、充電量にして、1:1〜1:3とすることが望ましい。
ループ内強定電流充電は、バッテリーを超臨界充電状態に維持する役割を果たし、ループ内弱定電流充電は、バッテリーの有効充電量を増加させる役割を果たしている。
In addition, it is desirable that the in-loop strong constant current charge and the in-loop weak constant current charge have a charge amount of 1: 1 to 1: 3.
The in-loop strong constant current charge plays a role of keeping the battery in the supercritical charge state, and the in-loop weak constant current charge plays a role of increasing the effective charge of the battery.

このように、バッテリーの充電電圧を超臨界充電電圧まで上昇させるループ内強定電流充電と、負荷の小さい弱定電流充電とを交互に行うループ充電を行うことによって、効率的に短時間で充電を行うとともに、バッテリーへの負荷を小さくすることができる。   Thus, charging is efficiently performed in a short time by performing loop charging that alternately performs in-loop strong constant current charging that raises the battery charging voltage to a supercritical charging voltage and weak constant current charging with a small load. While reducing the load on the battery.

なお、ループ充電を終了した後、所定のループ休止時間だけ充電を停止した後、充電電流などの充電条件を変更し、次のステップのループ充電(S100)を行うように構成することもできる。   Alternatively, after loop charging is completed, charging may be stopped for a predetermined loop pause time, and charging conditions such as charging current may be changed to perform loop charging (S100) in the next step.

すなわち、ループ充電回数が所定のステップ数に達したか否かを判断し(S155)、ステップ数に達していない場合には、S100のループ充電を繰り返し実行する。なお、この場合、ステップ毎の充電条件は、例えば、前回のループ充電時の半分程度の充電量としたり、1.3倍の充電量としたりするなど、適宜変更することが好ましい。   That is, it is determined whether or not the number of times of loop charging has reached a predetermined number of steps (S155). If the number of steps has not been reached, loop charging of S100 is repeatedly performed. In this case, it is preferable to appropriately change the charge condition for each step, for example, to about half the charge amount of the previous loop charge or to 1.3 times the charge amount.

このように、充電条件の異なるループ充電を多重に行うことによって、ループ充電における強弱のレベルや、ループ充電毎の充電量のレベルなどを微細に調整することが出来、バッテリーの再生を行い充電受け入れ性能を回復させて、効果的にバッテリーの充電を行うことができる。   As described above, by performing multiple loop charging with different charging conditions, it is possible to finely adjust the level of strength in loop charging, the level of the charging amount for each loop charging, etc., and regenerate the battery to accept the charge. The performance can be restored to effectively charge the battery.

なお、充電条件の変更は、本実施例のように、自動的に行うようにしてもよいが、ループ充電から次のループ充電に移行した際の充電条件の変更時などのタイミングで、手動により充電条件を変更するようにしてもよい。   Although the change of the charge condition may be performed automatically as in the present embodiment, it is manually performed at the timing of the change of the charge condition when transitioning from the loop charge to the next loop charge, etc. The charging conditions may be changed.

その後、バッテリー50の充電状態をチェックするため、定電圧充電を行う(S160)。なお、定電圧充電では、浮動充電(フロート充電)とすることが好ましい。
定電圧充電中は、図5に示すように、時間が経つにつれて充電電流は低下していくが、過充電状態となると充電電流が増大することになる。このため、定電圧充電中は、信号解析手段30により、バッテリー50の充電電流を逐次監視し、充電電流の増大分(+ΔA2)が、所定の充電完了増大値を超えたか否かを判断する(S170)。
Thereafter, constant voltage charging is performed to check the state of charge of the battery 50 (S160). In constant voltage charging, floating charging (float charging) is preferable.
During constant-voltage charging, as shown in FIG. 5, the charging current decreases with time, but the charging current increases in the overcharged state. Therefore, during constant voltage charging, the signal analysis means 30 sequentially monitors the charging current of the battery 50, and determines whether the increase (+ ΔA2) of the charging current exceeds a predetermined charging completion increase value (see FIG. S170).

そして、充電電流の増大分が、充電完了増大値を超えた場合に、バッテリー50の充電を終了する(S180)。   Then, when the increase of the charging current exceeds the charging completion increasing value, the charging of the battery 50 is ended (S180).

このように構成した本発明のバッテリー充電器10によれば、従来のバッテリー充電器には出来なかった超臨界充電電圧付近での充電を行うことができ、バッテリー50の活性化充電が行える。   According to the battery charger 10 of the present invention configured as described above, charging can be performed in the vicinity of the supercritical charging voltage, which can not be achieved by the conventional battery charger, and activation charging of the battery 50 can be performed.

さらに、バッテリー50への負荷を小さくするため、超臨界充電電圧付近での充電(ループ内強定電流充電)と、弱定電流充電を繰り返しているため、バッテリー50を故障させることがなく、むしろ、サルフェーションやバーリアなどの症状を解消し、バッテリーの寿命を延ばすことができる。   Furthermore, in order to reduce the load on the battery 50, charging in the vicinity of the supercritical charging voltage (in-loop strong constant current charging) and weak constant current charging are repeated. Eliminate symptoms such as sulfation and balia, and extend the battery life.

なお、充電終了条件としては、以下のような複数の監視パラメーターを設定し、そのいずれかを満たした場合に充電を終了させるようにすることで、効率的に短時間で充電を行うとともに、バッテリーへの負荷を小さくすることができる。   In addition, as the charge termination condition, a plurality of monitoring parameters as described below are set, and when any one of them is satisfied, charging is efficiently finished in a short time by terminating the charging. The load on can be reduced.

(1)通常の満充電検出
例えば、充電量を検出することでバッテリー50が満充電となった時点で充電を終了させたり、満充電検出後、タイマーを用いて所定の時間Tcだけ充電を行った時点で充電を終了させることができる。
(1) Normal full charge detection For example, charging is terminated when the battery 50 is fully charged by detecting the charge amount, or after full charge detection, charging is performed for a predetermined time Tc using a timer. Charging can be terminated at the same time.

(2)−ΔV2の検出
ループ充電中において、n−1回目の充電時における最大バッテリー電圧よりも、n回目の充電時における最大バッテリー電圧が低下した場合には、その値を−ΔV2として検知し、この−ΔV2が所定の設定値よりも大きくなった場合には、満充電条件が成立したと判断され充電を完了させることができる。
(2) Detection of -ΔV2 If the maximum battery voltage at the n-th charging falls below the maximum battery voltage at the n-1st charging during loop charging, the value is detected as -ΔV2 When -.DELTA.V2 becomes larger than a predetermined set value, it is determined that the full charge condition is satisfied, and charging can be completed.

このように、−ΔV2が大きくなった場合には、それ以上充電をすることができない状態、すなわち、充電限界を迎えた状態であると判断することができるため、バッテリーの充電を正常に終了させることができる。   As described above, when -.DELTA.V2 becomes large, it can be determined that the battery can not be charged any more, that is, it can be determined that the battery has reached the charging limit, so the battery charging is normally terminated. be able to.

なお、−ΔV2の設定値としては、バッテリーの種類や定格電圧によって適宜設定することができるが、例えば、定格48Vのバッテリーの場合には、全セル電圧の平均値として0.1V(バッテリー電圧として2〜2.5V程度)とすることができる。なお、このように−ΔV2が検出されることは、鉛バッテリー、ニッケル水素バッテリー、リチウムイオンバッテリーのいずれにもおきえる。   The set value of −ΔV 2 can be appropriately set according to the type of battery and rated voltage, but for example, in the case of a battery rated at 48 V, 0.1 V (as battery voltage) as the average value of all cell voltages 2 to 2.5 V). It should be noted that the detection of -.DELTA.V2 as described above can be performed in any of a lead battery, a nickel hydrogen battery, and a lithium ion battery.

(3)−ΔV3の検出
ループ充電中において、m回目の充電時における最大バッテリー電圧よりも、n回目(m<n)の充電時における最大バッテリー電圧が低下した場合には、その値を−ΔV3として検知し、このΔV3が所定の設定値よりも大きくなった場合には、満充電条件が成立したと判断され充電を完了させることができる。
(3) Detection of -ΔV3 If the maximum battery voltage at the nth charge (m <n) is lower than the maximum battery voltage at the mth charge during loop charge, the value is When the .DELTA.V3 becomes larger than a predetermined set value, it is determined that the full charge condition is satisfied, and charging can be completed.

このように、−ΔV3が大きくなった場合には、それ以上充電をすることができない状態、すなわち、充電限界を迎えた状態であると判断することができるため、バッテリーの充電を正常に終了させることができる。   As described above, when -.DELTA.V3 becomes large, it can be determined that the battery can not be charged any more, that is, it can be determined that the battery has reached the charging limit, so the battery charging is normally ended. be able to.

なお、−ΔV3の設定値としては、バッテリーの種類や定格電圧によって適宜設定することができるが、例えば、定格48Vのバッテリーの場合には、全セル電圧の平均値として0.1V(バッテリー電圧として2〜2.5V程度)とすることができる。なお、このように−ΔV3が検出されることは、鉛バッテリー、ニッケル水素バッテリー、リチウムイオンバッテリーのいずれにもおきえる。   The set value of -ΔV3 can be appropriately set according to the type of battery and the rated voltage. For example, in the case of a battery rated at 48 V, the average value of all the cell voltages is 0.1 V (as the battery voltage 2 to 2.5 V). It should be noted that detection of -.DELTA.V3 as described above can be performed in any of a lead battery, a nickel hydrogen battery, and a lithium ion battery.

(4)−ΔAH1の検出
ループ充電中の充電量が、一つ前のステップのループ充電中の充電量よりも減少した場合、その差を−ΔAH1として検出し、−ΔAH1が所定の許容値よりも大きくなった場合には、満充電条件が成立したと判断され充電を完了させることができる。
(4) Detection of -ΔAH1 If the charge amount during loop charge decreases compared to the charge amount during loop charge of the previous step, the difference is detected as -ΔAH1 and -ΔAH1 is greater than a predetermined tolerance value If it also becomes large, it is determined that the full charge condition is satisfied, and charging can be completed.

(5)ΔAH1の検出
ループ充電中の充電量が、一つ前のステップのループ充電中の充電量よりも増加した場合、その差をΔAH1として検出し、ΔAH1が所定の許容値よりも大きくなった場合には、満充電条件が成立したと判断され充電を完了させることができる。
(5) Detection of ΔAH1 When the charge amount during loop charge increases compared to the charge amount during loop charge of the previous step, the difference is detected as ΔAH1 and ΔAH1 becomes larger than a predetermined allowable value In this case, it is determined that the full charge condition is satisfied, and charging can be completed.

このような満充電条件を設定するとともに、下記のような異常検出条件を設定することによって、充電中に異常が発生した場合に、充電を終了させ、バッテリー50が損傷することを防ぐことができる。   By setting such a full charge condition and setting the following abnormality detection condition, when an abnormality occurs during charging, charging can be terminated and the battery 50 can be prevented from being damaged. .

(1)−ΔVの検出
充電中に、バッテリー電圧が低下した場合には、その値を−ΔVとして検知し、この−ΔVが所定の設定値よりも大きくなった場合には、異常として検出し、充電を中止するようにする。
(1) Detection of -.DELTA.V If the battery voltage drops during charging, the value is detected as -.DELTA.V, and if -.DELTA.V becomes larger than a predetermined set value, it is detected as abnormal. , To stop charging.

なお、−ΔVの設定値としては、バッテリーの種類や定格電圧によって適宜設定することができるが、例えば、定格48Vのバッテリーの場合には、全セル電圧の平均値として0.1V(バッテリー電圧として2V〜2.5V程度)とすることができる。なお、このように−ΔVが検出されることは、特に、ニッケル水素バッテリーで多い。   The set value of −ΔV can be appropriately set according to the type of battery and the rated voltage. For example, in the case of a battery rated at 48 V, the average value of all the cell voltages is 0.1 V (as the battery voltage 2 V to about 2.5 V). In addition, it is often common to a nickel hydrogen battery that-(DELTA) V is detected like this.

(2)+ΔVの検出
定電圧充電中において、バッテリー電圧が急に上昇した場合には、その値を+ΔVとして検知し、この+ΔVが所定の設定値よりも大きくなった場合には、異常として検出し、充電を中止するようにする。
(2) Detection of + ΔV During constant voltage charging, if the battery voltage suddenly rises, the value is detected as + ΔV, and if this + ΔV becomes larger than a predetermined set value, it is detected as abnormal. To stop charging.

なお、+ΔVの設定値としては、バッテリーの種類や定格電圧によって適宜設定することができるが、例えば、定格48Vのバッテリーの場合には、全セル電圧の平均値として0.12V(バッテリー電圧として3V程度)とすることができる。なお、このように+ΔVが検出されることは、特に、リチウムイオンバッテリーで多い。   The set value of + ΔV can be appropriately set according to the type of battery and rated voltage. For example, in the case of a battery rated at 48 V, the average value of all cell voltages is 0.12 V (3 V as a battery voltage) Degree). Note that detection of + ΔV in this manner is particularly frequent in lithium ion batteries.

(3)+ΔAの検出
定電圧充電中において、バッテリーに流れる電流の値が急に増大することがある。この増大量をΔAとして検知し、このΔAが所定の設定値よりも大きくなった場合には、異常として検出し、充電を中止するようにする。
(3) Detection of + ΔA During constant voltage charging, the value of the current flowing to the battery may increase rapidly. This amount of increase is detected as ΔA, and when this ΔA becomes larger than a predetermined set value, it is detected as abnormal and charging is stopped.

なお、+ΔAの設定値としては、バッテリーの種類や定電流充電時の電流値によって適宜設定することができるが、例えば、定格容量が400AHのバッテリーの場合には、5〜10A程度とすることができる。なお、このように+ΔAが検出されることは、特に、ニッケル水素バッテリーで多い。   The set value of + ΔA can be appropriately set according to the type of battery and the current value at the time of constant current charging, but for example, in the case of a battery with a rated capacity of 400 AH, about 5 to 10 A it can. Note that the detection of + ΔA in this manner is particularly frequent in a nickel hydrogen battery.

(4)Vuの検出
バッテリー50の下限限界電圧Vuを設定しておき、バッテリー50の充電電圧が、下限限界電圧Vuを下回った場合には、異常として検出し、充電を中止するようにする。
(4) Detection of Vu The lower limit voltage Vu of the battery 50 is set, and when the charging voltage of the battery 50 falls below the lower limit voltage Vu, it is detected as abnormal and the charging is stopped.

(5)Vhの検出
バッテリー50の上限限界電圧Vhを設定しておき、バッテリー50の充電電圧が、上限限界電圧Vhを上回った場合には、異常として検出し、充電を中止するようにする。
(5) Detection of Vh The upper limit voltage Vh of the battery 50 is set, and when the charging voltage of the battery 50 exceeds the upper limit voltage Vh, it is detected as abnormal and the charging is stopped.

(6)Ttの検出
充電上限時間Ttを設定しておき、バッテリー50の充電時間が、充電上限時間Ttを上回った場合には、異常として検出し、充電を中止するようにする。
(6) Detection of Tt The charging upper limit time Tt is set, and when the charging time of the battery 50 exceeds the charging upper limit time Tt, it is detected as abnormal and the charging is stopped.

(7)Tlcの検出
ループ充電中のループ充電上限時間Tlcを設定しておき、ループ充電時間が、ループ充電上限時間Tlcを上回った場合には、異常として検出し、充電を中止するようにする。
(7) Detection of Tlc The loop charge upper limit time Tlc during loop charge is set, and if the loop charge time exceeds the loop charge upper limit time Tlc, it is detected as abnormal and the charge is discontinued. .

(8)Alの検出
定電圧充電中において、充電電流が下限電流Alを下回った場合には、異常として検出し、充電を中止するようにする。
(8) Detection of Al If the charging current falls below the lower limit current Al during constant voltage charging, it is detected as abnormal and charging is stopped.

(9)Voの検出
所定の過電圧監視開始電圧V0を設定しておき、充電電圧が過電圧監視開始電圧Voに達してから所定時間経過しても、バッテリー50の満充電電圧Vcまで上昇しない場合には、異常として検出し、充電を中止するようにする。
(9) Detection of Vo A predetermined overvoltage monitoring start voltage V 0 is set, and the charging voltage does not rise to the full charge voltage Vc of the battery 50 even if a predetermined time has elapsed after reaching the overvoltage monitoring start voltage Vo. To be detected as abnormal and to stop charging.

このように複数の充電終了条件及び異常検出条件を設定することにより、超臨界充電状態におけるきめ細やかな充電制御を行うことができ、バッテリー50を破損することなく、充電受け入れ性能を向上させて効果的に充電を行うことができる。   By setting a plurality of charge termination conditions and abnormality detection conditions in this manner, fine charge control can be performed in the supercritical charge state, and the charge acceptance performance can be improved without damaging the battery 50. Charging can be performed.

なお、本実施例では、異常検出条件を満たした場合には、ループ充電S100を終了し、S155において、ループ充電回数が所定のステップ数に達していない場合には、再度ループ充電S100を行うように構成しているが、充電を継続することが危険な場合などには充電そのものを中止するように構成してもよい。   In this embodiment, when the abnormality detection condition is satisfied, the loop charge S100 is ended, and when the number of loop charges does not reach the predetermined number of steps in S155, the loop charge S100 is performed again. However, if it is dangerous to continue charging, the charging itself may be stopped.

なお、充電開始直後は、バッテリー50の充電電圧が過渡状態にあり、電圧変化が安定しない。このため、所定の充電過渡時間Tnを設定し、充電開始から充電過渡時間Tnが経過するまでは、充電終了条件及び異常検出条件の判定を行わないようにすることが好ましい。   Immediately after the start of charging, the charging voltage of the battery 50 is in a transient state, and the voltage change is not stable. Therefore, it is preferable to set a predetermined charge transition time Tn and not to determine the charge end condition and the abnormality detection condition until the charge transition time Tn elapses from the charge start.

図6は、従来のバッテリー充電器で充電した場合のバッテリー50の充電受け入れ特性と、本実施例のバッテリー充電器で充電した場合のバッテリー50の充電受け入れ特性を比較したグラフであり、図6(a)が充電時の充電量と電圧の関係を示すグラフ、図6(b)が放電時の放電量と電圧の関係を示すグラフである。   FIG. 6 is a graph comparing the charge acceptance characteristic of the battery 50 when charged by the conventional battery charger and the charge acceptance characteristic of the battery 50 when charged by the battery charger of the present embodiment. a) is a graph which shows the relationship between the charge amount at the time of charge, and a voltage, FIG.6 (b) is a graph which shows the relationship between the discharge amount at the time of discharge, and a voltage.

なお、図6において、V、VV、VVVは従来の充電器を用いて充電し、そのバッテリーを放電させて充電−放電特性を計測した。一方で、Mは本実施例のバッテリー充電器10を用いて充電し、そのバッテリーを放電させて充電−放電特性を計測した。   In addition, in FIG. 6, V, VV, and VVV charged using the conventional charger, discharged the battery, and measured the charge-discharge characteristic. On the other hand, M was charged using the battery charger 10 of this embodiment, and the battery was discharged to measure charge-discharge characteristics.

なお、Vは弱電流、VVは中電流、VVVは大電流で充電した場合の結果である。
図6に示すように、中電流で充電した方が高電流で充電するよりも多くの有効充電をすることができ、さらに、弱電流でゆっくり充電した方が、中電流で充電するよりも多くの有効充電をすることができる。すなわち、弱い電流でゆっくり時間をかけて充電を行った方が充電受け入れ性能が優れている。
Note that V is a weak current, VV is a medium current, and VV is a result when charged with a large current.
As shown in FIG. 6, charging with medium current can perform more effective charging than charging with high current, and furthermore, charging slowly with low current is more than charging with medium current. It is possible to charge effectively. That is, the charge acceptance performance is better if charging is performed slowly with slow current.

これに対して、本実施例のバッテリー充電器50を用いた場合には、初期の強定電流充電時において中電流によって充電を行ったとしても、従来のバッテリー充電器を用いて弱電流によって充電を行った場合に比べて、より多くの電力が充電でき、また、多くの電力を出力することができるようになっている。すなわち、従来のバッテリー充電器を用いて弱電流によってゆっくりと充電をするよりも、本実施例のバッテリー充電器10を用いて充電を行った方が、充電受け入れ性能が優れている。これは、超臨界充電状態においてループ内弱定電流充電時においてゆっくり充電を行っていることの効果である。   On the other hand, when the battery charger 50 of the present embodiment is used, even if charging is performed by medium current at the time of initial strong constant current charging, charging is performed by weak current using a conventional battery charger. More power can be charged and more power can be output as compared to the case where That is, the charge acceptance performance is better when charging is performed using the battery charger 10 of the present embodiment than charging using a conventional battery charger and a slow current. This is an effect of slowly charging in the loop at low constant current charging in the supercritical charging state.

なお、本実施例であるMでは、強定電流充電と弱定電流充電とを組み合わせたループ充電を行っているが、例えば、強定電流充電のみのループ充電(強定電流充電と充電休止の繰り返し)や、弱定電流充電のみのループ充電(弱定電流充電と充電休止の繰り返し)では、その充電受入量は本実施例であるMよりも小さいと推定される。すなわち、強定電流充電と弱定電流充電とを組み合わせたループ充電が最もバッテリーを活性化することができる。   In addition, in M which is a present Example, although loop charge which combined strong constant current charge and weak constant current charge is performed, for example, loop charge of only strong constant current charge (strong constant current charge and charge suspension) It is estimated that the charge acceptance amount is smaller than M according to the present embodiment in the repetition) and in the loop charging with only the weak constant current charge (the repetition of the weak constant current charge and the charge suspension). That is, loop charging combining strong constant current charging and weak constant current charging can most activate the battery.

図7は、本発明のバッテリー診断器の一実施例における構成を説明するための概略構成図、図8は、バッテリー診断器によりバッテリーの診断を行う流れを説明するためのフローチャートである。   FIG. 7 is a schematic configuration diagram for explaining the configuration of an embodiment of the battery diagnostic device of the present invention, and FIG. 8 is a flowchart for explaining the flow of performing battery diagnosis by the battery diagnostic device.

このバッテリー診断器60は、バッテリー充電器10と、バッテリー50の放電を行うためのバッテリー放電器62とを備えている。
なお、バッテリー放電器62によるバッテリー50の放電制御のため、バッテリー放電器62に制御手段を設けてもよいが、本実施例では、バッテリー充電器10の制御手段40により、バッテリー放電器62を制御するよう構成している。
The battery diagnostic device 60 includes a battery charger 10 and a battery discharger 62 for discharging the battery 50.
Although control means may be provided in the battery discharger 62 for controlling discharge of the battery 50 by the battery discharger 62, in the present embodiment, the control means 40 of the battery charger 10 controls the battery discharger 62. Are configured to

この実施例のように、バッテリー診断器60として使用するためには、制御手段40において、以下のように、バッテリー充電手段20と信号解析手段30とバッテリー放電器62とを制御することにより達成する。   As in this embodiment, in order to use as the battery diagnostic device 60, in the control means 40, the battery charge means 20, the signal analysis means 30, and the battery discharger 62 are controlled as follows. .

バッテリーの診断を始めると(S200)、まず、バッテリー放電器62により所定の時間だけ放電を行う(S210)。これにより、バッテリー50の各セルがそれぞれ有する放電深度に応じて放電が行われる。   When the battery diagnosis is started (S200), first, the battery discharger 62 discharges for a predetermined time (S210). Thereby, discharge is performed according to the depth of discharge which each cell of battery 50 has.

この状態で、信号解析手段30によって、バッテリー50のセル毎の充電電圧の計測を開始(S220)するとともに、バッテリー充電器10により上述するようなアルゴリズムによってバッテリー50の強定電流充電、弱定電流充電、ループ充電を行う(S220)。   In this state, measurement of the charge voltage of each cell of the battery 50 is started by the signal analysis means 30 (S220), and the battery charger 10 performs strong constant current charging and weak constant current charging of the battery 50 according to the algorithm described above. Charging and loop charging are performed (S220).

信号解析手段30では、バッテリー50の充電が完了するまで、充電電圧を計測する。バッテリー50の充電が完了すると、信号解析手段30によって、セル毎の充電電圧の変化を解析する(S240)。   The signal analysis means 30 measures the charging voltage until the charging of the battery 50 is completed. When charging of the battery 50 is completed, the signal analysis means 30 analyzes the change of the charging voltage for each cell (S240).

このように、バッテリー50の充電を行いながら、充電電圧の変化を解析することにより、図9に示すように、バッテリーの充電を進めていくと、ループ内弱定電流充電時の充電電圧に有意差が検出される。なお、7,12,20,24はバッテリーセルのセル番号である。   As described above, as shown in FIG. 9, when charging the battery proceeds by analyzing the change in the charging voltage while charging the battery 50, the charging voltage at the time of weak constant current charging in the loop is significant. A difference is detected. 7, 12, 20 and 24 are cell numbers of the battery cells.

このセル毎の充電電圧の変化に生じる有意差に基づいて、バッテリー50のセルバランスを把握することができ、バッテリー50の診断を行うことができる。   The cell balance of the battery 50 can be grasped based on the significant difference generated in the change of the charging voltage for each cell, and the battery 50 can be diagnosed.

図10は、本発明のバッテリー再生器の一実施例における構成を説明するための概略構成図である。
このバッテリー再生器70は、上述するバッテリー診断器60と基本的には同じ構成とすることができるため、同一の構成部材には、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
FIG. 10 is a schematic configuration view for explaining a configuration in one embodiment of the battery regenerator according to the present invention.
The battery regenerator 70 can be basically configured in the same manner as the battery diagnostic device 60 described above, so the same components are denoted by the same reference numerals and the detailed description thereof will be omitted.

このように構成したバッテリー再生器70では、特許文献1に開示するように、制御手段40により、バッテリー50の充電と放電を繰り返し行うことにより、バッテリーの再生を行うことができる。   In the battery regenerator 70 configured as described above, the battery can be regenerated by repeatedly charging and discharging the battery 50 by the control means 40 as disclosed in Patent Document 1.

このようなバッテリー再生器70であれば、従来の充電器では充電不能なバッテリーであっても、充電が可能となるようにバッテリーの再生を行うことができる。
なお、バッテリーセルに対して並列にコンデンサーを接続し、パッシブバランシングを行うように構成することもできる。
With such a battery regenerator 70, even if the battery can not be charged by the conventional charger, the battery can be regenerated so as to be chargeable.
A capacitor may be connected in parallel to the battery cell to perform passive balancing.

以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、
上記実施例では、一例として鉛バッテリーとニッケル水素バッテリーの超臨界充電電圧を挙げたが、本発明のバッテリー充電器、バッテリー診断器、バッテリー再生器では、例えば、リチウムイオンバッテリー、ニッケルカドミウムバッテリーなどにも使用することができる。
Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto.
In the above embodiment, the supercritical charging voltage of the lead battery and the nickel hydrogen battery was mentioned as an example, but in the battery charger, battery diagnostic device, and battery regenerator of the present invention, for example, lithium ion battery, nickel cadmium battery etc. Can also be used.

また、特許文献1,2に開示するように異常を検出するように構成し、バッテリーに対して過剰な負荷がかかった場合に、瞬時に充電を終了させ、バッテリーの故障を防ぐなど、本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。   Further, as disclosed in Patent Documents 1 and 2, an abnormality is detected, and when an excessive load is applied to the battery, the charging is instantaneously terminated to prevent the failure of the battery. Various modifications are possible without departing from the object of the invention.

10 バッテリー充電器
20 バッテリー充電手段
30 信号解析手段
32 異常警報手段
40 制御手段
42 データ記憶手段
50 バッテリー
60 バッテリー診断器
62 バッテリー放電器
70 バッテリー再生器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 battery charger 20 battery charge means 30 signal analysis means 32 abnormality alarm means 40 control means 42 data storage means 50 battery 60 battery diagnostic device 62 battery discharger 70 battery regenerator

Claims (7)

接続されたバッテリーの充電を行うためのバッテリー充電手段と、
前記バッテリー充電手段から送られてくる充電信号に基づいて、バッテリーの解析を行う信号解析手段と、
前記信号解析手段における解析結果に基づき前記バッテリー充電手段による充電の制御を行う制御手段と、
を備えたバッテリー充電器であって、
前記制御手段は、
0.06CA〜0.25CAの電流により定電流充電を行う強定電流充電工程と、
前記強定電流充電工程における電流の0.01CA〜0.05CAの電流により定電流充電を行う弱定電流充電工程と、
0.06CA〜0.25CAの電流により定電流充電を行うループ内強定電流充電工程と、ループ内強定電流充電の0.01CA〜0.05CAの電流により定電流充電を行うループ内弱定電流充電工程とを、所定のループ回数だけ交互に繰り返すループ充電工程と、
定電圧充電を行う定電圧充電工程と、
を順次実行するように構成されていることを特徴とするバッテリー充電器。
Battery charging means for charging the connected battery;
Signal analysis means for analyzing the battery based on the charging signal sent from the battery charging means;
Control means for controlling charging by the battery charging means based on an analysis result in the signal analysis means;
A battery charger with
The control means
Strong constant current charging process for constant current charging with a current of 0.06 CA to 0.25 CA;
A weak constant current charging step of performing constant current charging with a current of 0.01 CA to 0.05 CA of the current in the strong constant current charging step;
In-loop strong constant current charging process performing constant current charging with a current of 0.06 CA to 0.25 CA, and in-loop weak constant performing constant current charging with a current of 0.01 CA to 0.05 CA of in-loop strong constant current charging A loop charging step of alternately repeating the current charging step for a predetermined number of loops;
Constant voltage charging process for constant voltage charging;
A battery charger characterized in that it is configured to perform sequentially.
前記制御手段は、
前記ループ充電工程を多重に行うように構成されていることを特徴とする請求項1に記載のバッテリー充電器。
The control means
The battery charger according to claim 1, wherein the battery charger is configured to perform the loop charging process in multiples.
前記制御手段は、
事前に設定された充電終了条件及び異常検出条件が記憶され、
前記強定電流充電工程、前記弱定電流充電工程、前記ループ充電工程において、前記充電終了条件または前記異常検出条件が満たされた場合に、当該工程を終了するように構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載のバッテリー充電器。
The control means
The pre-set charge termination condition and abnormality detection condition are stored,
In the strong constant current charging process, the weak constant current charging process, and the loop charging process, the process is terminated when the charge termination condition or the abnormality detection condition is satisfied. The battery charger according to claim 1 or 2.
前記制御手段は、
前記強定電流充電工程及び前記弱定電流充電工程において、前記バッテリーの充電電圧が、該バッテリーの満充電電圧を超えたと判断した場合に、当該工程を終了するように構成されていることを特徴とする請求項3に記載のバッテリー充電器。
The control means
In the strong constant current charging process and the weak constant current charging process, when it is determined that the charge voltage of the battery exceeds the full charge voltage of the battery, the process is terminated. The battery charger according to claim 3.
前記制御手段は、
前記ループ内強定電流充電工程及び前記ループ内弱定電流充電工程において、前記バッテリーの充電電圧が、該バッテリーの超臨界充電電圧を超えたと判断した場合に、前記ループ充電工程を終了するように構成されていることを特徴とする請求項3または4に記載のバッテリー充電器。
The control means
In the in-loop strong constant current charging process and the in-loop weak constant current charging process, when it is determined that the charging voltage of the battery exceeds the supercritical charging voltage of the battery, the loop charging process is ended. A battery charger according to claim 3 or 4, characterized in that it is configured.
請求項1から5のいずれかに記載のバッテリー充電器と、
前記バッテリーの放電を行うためのバッテリー放電器と、
を備え、
前記制御手段は、
前記強定電流充電工程の前段階に、前記バッテリー放電器により所定の時間だけ前記バッテリーの放電を行う放電工程を実行し、
前記信号解析手段は、
前記強定電流充電工程、前記弱定電流充電工程、前記ループ充電工程が実行されている間、前記バッテリーのセル毎の充電電圧を計測し、
該充電電圧の変化に基づき、前記バッテリーの診断を行うことを特徴とするバッテリー診断器。
The battery charger according to any one of claims 1 to 5,
A battery discharger for discharging the battery;
Equipped with
The control means
Before the step of the strong constant current charging step, a discharging step of discharging the battery for a predetermined time by the battery discharger is performed;
The signal analysis means
While the strong constant current charging process, the weak constant current charging process, and the loop charging process are being performed, the charging voltage of each cell of the battery is measured;
A battery diagnostic device that diagnoses the battery based on a change in the charging voltage.
請求項1から5のいずれかに記載のバッテリー充電器と、
前記バッテリーの放電を行うためのバッテリー放電器と、
を備え、
前記制御手段は、
前記バッテリー充電器と、前記バッテリー放電器とを用いて、前記バッテリーの充電と放電を繰り返すことにより、前記バッテリーの再生を行うことを特徴とするバッテリー再生器。
The battery charger according to any one of claims 1 to 5,
A battery discharger for discharging the battery;
Equipped with
The control means
A battery regenerator characterized in that the battery is regenerated by repeating charging and discharging of the battery using the battery charger and the battery discharger.
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