JP6894296B2 - 充電器 - Google Patents
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Description
まず、定電流・定電圧充電制御法の場合であるが、電池の特性として、電池の電気化学反応は充電電流が流れ始めてから遅れて始まるため、電流の変化に対して電圧が遅れて変化することになる。特に、電池の電圧が満充電に近い状態から充電を開始する場合、電圧の上昇を電流の変化で抑え切れないと、目標電圧を超えても電圧が上昇してしまうことがあり、電池を劣化させてしまうという問題があった。
又、PID制御法の場合には、電圧変化を抑制する項として微分(D項)があるが、この微分(D項)を入れて電流指示を抑制しようとすると、電流変化に対する応答が0.5秒〜1.0秒程度遅れてしまう。つまり、微分(D項)による制御が遅れて反応することになり、その結果制御が発散し易くなるという問題があった。
その際、電圧上昇の変化幅を抑えるために、電流の変化を小さくすることが考えられるが、出力電流が最大電流に移行するまでの時間が長くなってしまうため、充電時間が長くなってしまうことになる。
又、電池電圧が目標電圧を超えるおそれがある場合には出力電流の上昇を停止させる方法も考えられるが、停止した電流で充電を継続すると、本来出力可能な電流より低い電流で充電することになり、この場合にも充電時間が長くなってしまうことになる。
さらに、特許文献1に記載された発明の場合には、バッテリ毎に状態が異なるため基礎データをバッテリ毎に取得しておく必要があり、バラツキを含めてデータの取得に多くの労力を要してしまうという問題があった。
又、取得したバッテリの情報(温度、残存容量)が不正な場合には、間違った設定で充電することになってしまう。
又、バッテリ毎の情報を記憶しておく必要があるとともに、それを取り扱うための処理が必要になる等、構成、処理が複雑化してしまうことになる。
又、請求項2による充電器は、請求項1記載の充電器において、上記バッテリ電流検出部により検出されるバッテリ電流(Ic)と上記記憶部に記憶されている電流目標値(It)から出力電流偏差を算出し、この出力電流偏差と上記出力電圧偏差に最小値処理を施して上記今回偏差を算出するようにしたことを特徴とするものである。
又、請求項3による充電器は、請求項1又は請求項2記載の充電器において、上記バッテリ電圧検出部、上記記憶部、上記算出部、上記バッテリ電流検出部はマイコンに設けられていることを特徴とするものである。
又、請求項2による充電器によると、請求項1記載の充電器において、上記バッテリ電流検出部により検出されるバッテリ電流(Ic)と上記記憶部に記憶されている電流目標値(It)から出力電流偏差を算出し、この出力電流偏差と上記出力電圧偏差に最小値処理を施して上記今回偏差を算出するようにしたので、上記効果をより高めることができる。
又、請求項3による充電器によると、請求項1又は請求項2記載の充電器において、上記バッテリ電圧検出部、上記記憶部、上記算出部、上記バッテリ電流検出部はマイコンに設けられているので、全体としてコンパクトなものとすることができる。
上記バッテリシステム3はバッテリ7とBMU(Battery Management Unit)9とから構成されている。
尚、上記マイコン11、DC/DC制御IC41、第1コンパレータ31、第2コンパレータ33はDSP(Digital Signal Processor)等を介して一体構成になっている。
尚、その出力はマイコン11のD/Aポートを介してアナログ電圧として出力しても良いし、PWM信号を出力しフィルタでアナログ電圧に変換して出力しても良い。
尚、その出力はマイコン11のD/Aポートを介してアナログ電圧として出力しても良いし、PWM信号を出力しフィルタでアナログ電圧に変換して出力しても良い。
又、別の論理回路61が設けられていて、この論理回路61には電流目標値(It)とバッテリ電流(Ic)が入力される。上記論理回路61は入力した電流目標値(It)とバッテリ電流(Ic)とから出力電流偏差を算出する。算出された出力電流偏差は乗算器65に入力されて定数(Ka)が乗算され上記最小値処理回路59に入力される。
Ve=Vnow+(Vnow−Vold)―――(I)
但し、
Ve :予測バッテリ電圧
Vnow :現在バッテリ電圧
Vold :過去バッテリ電圧
尚、図4は横軸に時間(秒)をとり、縦軸にバッテリ電圧(Vb)をとり、電圧目標値(Vt)、現在バッテリ電圧(Vnow)、予測バッテリ電圧(Ve)を夫々線図a、b、cで示した特性図である。
まず、規定時間を0.5秒とする。現在の時間を0秒、その時の現在バッテリ電圧(Vnow)を3.24Vとする。又、規定時間の0.5秒前の過去バッテリ電圧(Vold)を3.14Vとする。この時予測バッテリ電圧(Ve)は次の式(II)に示すようなものとなる。
Ve=Vnow+(Vnow−Vold)
=3.24+(3.24−3.14)=3.34V―――(II)
まず、バッテリ電圧(Vb)の上昇度が低くなったときの補正量を増加させる。これは、バッテリ電圧(Vb)の上昇度が低くなると計算上の補正量が減少する。よりオーバーシュートし難くするために電流目標値(It)を抑制するため、バッテリ電圧(Vb)が安定する際の補正量を増加させるためである
又、バッテリ電圧(Vb)の上昇度がマイナス時(バッテリ電圧(Vb)が下がる方向になったとき)の補正量を「0」にする。これは、バッテリ電圧(Vb)が下がる方向であればオーバーシュート対策は不要であるからである。
尚、図5は横軸に(Vnow−Vold)(mV)をとり、縦軸に(Vnowに足す数)(mV)をとり、両者の関係を示した図である。
この具体例の場合には、
(i)一定時間前と同じペースでバッテリ電圧(Vb)が上昇すると想定した場合の補正量を設定し、
(ii)バッテリ電圧(Vb)の上昇に対する影響度を段々上げていき、
(iii)「0V」に近付くにしたがって影響度を下げていき、
(iv)バッテリ電圧(Vb)の上昇が下降に転じると影響度を「0」にした、ものである。
その内容を次の式(III)乃至(VI)に示す。
(Vnow−Vold)>15mVのとき
Ve=Vnow+(Vnow−Vold) ―――(III)
15mV≧(Vnow−Vold)>5mVのとき
Ve=Vnow+15mV ――(IV)
5mV≧(Vnow−Vold)>0mVのとき
Ve=Vnow+(Vnow−Vold)×3――(V)
0mV≧(Vnow−Vold)のとき
Ve=Vnow+0mV ――(VI)
尚、各ステップの詳細については前述した通りである。
すなわち、バッテリ7が満充電に近い状態にあっても過電圧を印加することなく適正なバッテリ電流(Ic)で充電することができ、その際、バッテリ7の特性に過度に依存することがない。
図7は本実施の形態による過電圧防止対策を施さなかった比較例を示しており、図8は本実施の形態による過電圧防止対策を施した場合を示している。何れも横軸に時間(秒)をとり縦軸に出力電流(バッテリ電流(Ic))と最高セル電圧(V)をとりそれらの時間変化を示している。
図7、図8に示すように、本実施の形態による過電圧防止対策を施した場合には、過電圧を印加することなく適正なバッテリ電流(Ic)で充電することができる。
又、通信部21を介してバッテリシステム3のBMU9と通信してセル電圧の情報を得るようにしているので、セル電圧を一定に保持することが可能となり、それによって、セルの健全性の維持を図ることができる。
因みに、組電池の場合、組電池の1単位であるセルの電圧には上限値があり、これを超えるとセルの破損につながる。
又、マイコン11、DC/DC制御IC41、第1コンパレータ31、第2コンパレータ33をDSP等を介して一体構成としているので、部品点数の削減、実装エリアの削減を図ることができる。
一方、上記今回偏差はそのまま別の乗算器73に入力され定数(Ki)が乗算された後上記論理回路71に入力される。上記論理回路71はそれらに基づいて電流補正値を算出する。
例えば、算出部の構成は図2に示す構成に限定されるものではない。
その他、図示した構成はあくまで一例である。
7 バッテリ
11 マイコン
13 算出部
15 制御部
17 検出部
19 記憶部
21 通信部
23 バッテリ電圧検出部
25 バッテリ電流検出部
Claims (3)
- バッテリ電圧(Vb)を検出するバッテリ電圧検出部と、
バッテリ電流(Ic)を検出するバッテリ電流検出部と、
過去のバッテリ電圧(Vold)を記憶するとともに電流目標値(It)と電圧目標値(Vt)を記憶する記憶部と、
上記バッテリ電圧検出部により検出される現在バッテリ電圧(Vnow)と上記記憶部に記憶されている一定時間前の過去バッテリ電圧(Vold)とから予測バッテリ電圧(Ve)を算出し、この予測バッテリ電圧(Ve)と上記電圧目標値(Vt)から出力電圧偏差を算出し、この出力電圧偏差から今回偏差を算出し、この今回偏差と前回偏差とから上記電流目標値(It)の補正量を算出する算出部と、
を具備したことを特徴とする充電器。 - 請求項1記載の充電器において、
上記バッテリ電流検出部により検出されるバッテリ電流(Ic)と上記記憶部に記憶されている電流目標値(It)から出力電流偏差を算出し、この出力電流偏差と上記出力電圧偏差に最小値処理を施して上記今回偏差を算出するようにししたことを特徴とする充電器。 - 請求項1又は請求項2記載の充電器において、
上記バッテリ電圧検出部、上記記憶部、上記算出部、上記バッテリ電流検出部はマイコンに設けられていることを特徴とする充電器。
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