JPH08237878A - ２次電池充電制御方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 温度いかんにかかわらず充電時の安全性を確
保しかつ電池の寿命を延長する。 【構成】 密閉型２次電池の内圧Ｐ及び温度Ｔを検出す
る（１００）。検出した温度が０℃以上２５℃以下であ
る場合（１０８）、線形補間によって充電終了内圧値Ｐ
_ｅｎｄを決定する（１１４）。温度Ｔが２５℃を越え４
５℃以下の領域では、２５℃にて電池が満充電となる内
圧値Ｐ_１を充電終了内圧値に設定する（１１０）。検出
した内圧Ｐが充電終了内圧値Ｐ_ｅｎｄ以上となった場合
には充電を終了させる（１１２）。温度Ｔが４５℃を上
回っていたりあるいは０℃を下回っている場合には（１
０２）、充電を禁止する（１０４）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＮｉＭＨ（ニッケル金
属化水素）電池等のアルカリ２次電池の充電動作を制御
する２次電池充電制御方法及び装置に関し、特に密閉型
のアルカリ２次電池に係る方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気自動車の走行用モータに駆動電力を
供給する電池としては、例えばアルカリ２次電池を使用
することができる。アルカリ２次電池の一例としては、
例えばＮｉＭＨ電池がある。更に、この種の２次電池
は、内部で発生したガスを外部に逃がすことができるか
否かにより、開放型と密閉型とに分類することができ
る。

【０００３】密閉型のアルカリ２次電池の充電制御方法
としては、例えば特開平４−４９８１９号公報に開示さ
れている方法や、特開平５−１５３７３５号公報に開示
されている方法がある。まず、特開平４−４９８１９号
公報に開示されている方法は、人工衛星等に搭載される
２次電池を太陽電池の出力によって充電する方法であ
り、その特徴は、２次電池の内圧値（２次電池内部で発
生しているガスの圧力）が一定に保たれるよう充電電流
値を変更する点にある。このような制御を行うことによ
り、２次電池の過充電を防止することができ、その結
果、充電時の安全性やバッテリの長寿命化を実現するこ
とができる。

【０００４】また、特開平５−１５３７３５号公報にお
いては、ＮｉＭＨ電池の内圧値の時間変化率ｄＰ／ｄｔ
の値が常時監視されている。ｄＰ／ｄｔの値がそれまで
の値より小さくなった場合、この公報においては、充電
が終了されるかあるいは充電電流値が低減制御される。
ＮｉＭＨ電池の内圧値は満充電に近付くほど増加が鈍る
傾向にあるため、このような方法を利用することによ
り、過充電の防止、ひいては充電時の安全性の向上や長
寿命化を実現することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の公報に記載されている方法には、それぞれ問題点があ
る。

【０００６】まず、特開平４−４９８１９号公報に開示
されている方法では、２次電池の内圧値に応じて充電電
流値の可変制御が行われている。しかし、充電の際に安
全性を確保できまた電池の寿命を延長することができる
内圧値は、電池の温度により変化する。従って、この公
報に開示されているように内圧値に応じた充電電流値の
可変制御を行うのみでは、温度変化に対応して安全性を
確保しまた寿命を延長することは不可能である。さら
に、電気自動車の走行用２次電池を急速充電スタンドで
充電する場合のように、定電流充電を行わねばならない
場合には、この公報に開示されているような充電電流値
の可変制御を適用することはできない。

【０００７】また、特開平５−１５３７３５号公報に開
示されている方法を実施するためには、ｄＰ／ｄｔを検
出しなければならない。しかし、ｄＰ／ｄｔは通常は微
小値であり、その検出や基準値との比較はシビアで実施
するのは難しい。さらに、この公報では、温度による影
響を受けにくい点が特徴との記載があるが、実際は、温
度による影響を考慮に入れなければこの公報に記載の方
法を好適に実施することはできない。第１に、この公報
自身にも記載があるように、充電の進行に伴って内圧値
Ｐがかなり高い値に至った後は、電池温度や充電電流値
次第でｄＰ／ｄｔが従前の値より小さくなる状況が発生
し得るため、内圧値Ｐに上限を設定し内圧値Ｐがこの上
限値を越えた時点で充電を終了させる必要がある。さら
に、充電を終了させる内圧値Ｐの上限値に関しても、電
池の寿命や充電時の安全性を考慮に入れた場合、やはり
温度により補正を施す必要がある。

【０００８】本発明は、このような問題点を解決するこ
とを課題としてなされたものであり、密閉型アルカリ２
次電池の内圧の温度特性を考慮に入れながら当該２次電
池の充電制御を行うことにより、電池温度の変化いかん
にかかわらず充電時の安全性を確保できまた電池の寿命
を延長することができるようにするとともに、電気自動
車の走行用電池を急速充電スタンドで充電する場合のよ
うに定電流充電の必要がある場合にも適用することがで
きる２次電池充電制御方法及び装置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】このような目的を達成す
るために、本発明に係る２次電池充電制御方法は、密閉
型のアルカリ２次電池の内圧及び温度を検出するステッ
プと、検出した温度に応じて充電終了内圧値を変更決定
するステップと、検出した内圧を充電終了内圧値と比較
するステップと、比較の結果から、上記アルカリ２次電
池の充電を許可／禁止するステップと、を有することを
特徴とする。

【００１０】本発明に係る２次電池充電制御装置は、密
閉型のアルカリ２次電池の内圧及び温度を検出する手段
と、検出した温度に応じて充電終了内圧値を変更決定す
る手段と、検出した内圧を充電終了内圧値と比較する手
段と、比較の結果から、上記アルカリ２次電池の充電を
許可／禁止する手段と、を備えることを特徴とする。

【００１１】

【作用】本発明においては、まず、密閉型アルカリ２次
電池の内圧及び温度が検出される。さらに、検出した温
度に応じて充電終了内圧値が変更決定され、更に検出し
た内圧が充電終了内圧値と比較される。その結果、例え
ば充電を実行しても過充電が発生しないと見なせる場合
にのみ、電池の充電が許可される。従って、密閉型アル
カリ２次電池の温度特性を考慮にいれて充電制御が実行
されることになるため、温度いかんにかかわらず充電時
の安全性や寿命を確保することが可能になる。さらに、
充電電流値の可変制御を行う必要がないため、電気自動
車の走行用電池を急速充電スタンドで充電する場合のよ
うに定電流充電が必要な場合にも、適用が可能になる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例について図面に
基づき説明する。

【００１３】図１には、密閉型ＮｉＭＨ電池の内圧の挙
動が示されている。この図に示されるように、充電が進
行するに伴い、密閉型ＮｉＭＨ電池の内圧値は上昇して
いく。電池の温度Ｔが例えば２５℃以上である場合、あ
る内圧値Ｐ_１近傍にて、この電池の充電状態（ＳＯＣ）
はほぼ１００％となる。これに対し、電池の温度Ｔが例
えば０℃と低い場合には、上述の内圧値Ｐ_１よりも低い
内圧値Ｐ_２でＳＯＣ＝１００％となる。電池の温度Ｔが
０℃から２５℃の範囲にある場合には、Ｐ_２からＰ_１の
間にある内圧値で、電池のＳＯＣがほぼ１００％とな
る。このような傾向の特性はＮｉＭＨ電池に限らず、密
閉型のアルカリ２次電池であれば、概ね発生する。

【００１４】本実施例においては、このような特性を利
用して、例えば電気自動車の走行用モータに電力を供給
する２次電池の充電制御が行われている。図２には、本
発明の一実施例に係る２次電池充電装置の一例構成が示
されている。

【００１５】この実施例においては、例えば密閉型Ｎｉ
ＭＨ電池として構成されている２次電池１が、車両外部
の交流電源９から供給される交流電力を用いて、充電器
１０により充電されている。すなわち、充電器１０は、
充電制御回路８から充電を許可する旨の信号Ｓ_１が供給
されている場合に、交流電源９から供給される交流電力
を直流電力に変換し、２次電池１を所定の充電シーケン
ス、例えば二段階定電流充電方式に従い、充電する。

【００１６】２次電池１には、その温度や圧力を検出す
るため温度センサ２や圧力センサ３が付設されている。
温度センサ２や圧力センサ３の出力は、充電制御回路８
に供給される。充電制御回路８は、温度センサ２や圧力
センサ３の出力を電圧値に変換する温度検出部４及び圧
力検出部５、温度検出部４及び圧力検出部５の出力電圧
を温度Ｔや内圧Ｐの値に変換する演算部６、及び本実施
例の特徴に係る動作を実行し充電器１０に対し信号Ｓ_１
を供給する比較部７から構成されている。

【００１７】図３には、比較部７の動作の流れが示され
ている。

【００１８】この図に示されるように、比較部７は、温
度検出部４又は圧力検出部５及び演算部６を介し、２次
電池１の温度Ｔ及び内圧Ｐを温度センサ２及び圧力セン
サ３により検出する（１００）。比較部７は、検出した
温度Ｔが４５℃を上回る場合や０℃を下回る場合には
（１０２）、仮に充電を行ったとしても低い充電効率し
か得ることができずまた２次電池１の劣化要因となり得
るため、充電を禁止する旨の信号Ｓ_１を充電器１０に対
して出力する（１０４）。この後、比較部７の動作はス
テップ１００に戻る。

【００１９】温度センサ２により検出された温度Ｔが０
℃以上４５℃以下の領域にある場合（１０２）、比較部
７は、充電を許可する旨の信号Ｓ_１を充電器１０に供給
する（１０６）。充電器１０は、これに応じ所定の充電
シーケンスに則って２次電池１の充電を開始する。比較
部７は、更に、温度センサ２により検出された温度Ｔが
０℃以上２５℃以下の領域に含まれているか否かを判定
する（１０８）。この領域に含まれていない場合には、
２次電池１の温度が２５℃を上回りかつ４５℃以下の領
域に属しているとみなせるため、比較部７は、充電終了
内圧値Ｐ_ｅｎｄに図１に示される内圧値Ｐ_１を設定する
（１１０）。比較部７は、出力センサ３により検出され
る内圧Ｐが充電終了内圧値Ｐ_ｅｎｄ以上となった場合に
充電器１０に対し充電終了を指令し、それ以外の場合に
は上述の動作を引き続き実行する（１１２）。

【００２０】ステップ１０８において０℃≦Ｔ≦２５℃
と判定された場合、比較部７は、充電終了内圧値Ｐ
_ｅｎｄを線形補間により設定する（１１４）。すなわ
ち、

【数１】Ｐ_ｅｎｄ＝（Ｐ_１−Ｐ_２）／２５×Ｔ＋Ｐ_２ の式に基づき、充電終了内圧値Ｐ_ｅｎｄを設定する。こ
の後、比較部７は、ステップ１１２を実行する。

【００２１】従って、本実施例によれば、２次電池１の
温度に応じて充電終了内圧値Ｐ_{ｅｎ ｄ}を可変制御してい
るため、２次電池１の温度Ｔに応じ、２次電池１が過充
電とならないよう、充電制御を実行することができる。
これにより、温度によらず安全な充電を行うことがで
き、また２次電池１の寿命を確実に延長することができ
る。更に、温度Ｔが４５℃を上回っている場合や０℃を
下回っている場合に充電を禁止するようにしているた
め、低い充電効率による充電を防止することができかつ
２次電池１の劣化を好適に防止することができる。

【００２２】加えて、上述の充電制御を実行するために
必要になる装置は、比較的小規模な回路で済む。また、
特に本実施例を電気自動車に適用した場合を考えると、
２次電池１の温度Ｔを検出するための温度センサ２は、
従来もＳＯＣの検出に当たって設けられていた温度セン
サにて実現することができるため、新たに温度センサを
設ける必要がなく装置構成が増加しない。さらに、２次
電池１の内圧Ｐを検出するための圧力センサ３の出力
は、電気自動車の走行用モータによって制動エネルギー
を回生する際に、回生に係る充電電圧の上限を制限する
用途にも利用することができ、圧力センサ３を有効利用
することができる。

【００２３】さらに、図２に示される装置構成において
は、充電制御回路８により充電器１０の動作が制御され
ている。この充電器１０は、車載の充電器（いわゆるオ
ンボードチャージャ）としてもよいし、車外の充電器
（いわゆるオフボードチャージャ）としてもよい。更
に、２次電池１に制動エネルギを回生するためのインバ
ータ等の電力変換回路を、充電制御回路８の出力に応
じ、制御するようにしてもよい。この場合には、回生電
流が一般に一定電流とはならないことに鑑み、前述の内
圧値Ｐ_１及びＰ_２の値を回生電流値に応じて変更する必
要がある。さらに、本実施例の装置を例えばシリーズハ
イブリッド車のように発電機の出力によって２次電池１
を充電するシステム構成に適用する場合には、充電制御
回路８によって発電機の発電出力を制御するようにする
こともできる。この場合にも、回生電力にて２次電池１
を充電する場合と同様、内圧値Ｐ_１及びＰ_２を発電電流
値に応じて変更設定するのが好ましい。

【００２４】更に、上述の実施例では、ステップ１１４
において充電終了内圧値Ｐ_ｅｎｄを線形補間により設定
しているが、本発明はこのような補間方法に限定される
ものではない。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
密閉型アルカリ２次電池を充電するに当たってその内圧
及び温度を検出し、検出した温度に応じて設定した充電
終了内圧値と検出した内圧との比較結果に応じて電池の
充電を許可／禁止するようにしたため、電池の温度いか
んによらず、常に安全に充電を行うことができ、また電
池の寿命を確実に延長することができる。さらに、その
ために必要な処理ステップ及び装置構成は簡単なもので
足りるから、従来の充電制御方法及び装置に多大な変更
を施す必要がなく、開発コストも抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 密閉型ＮｉＭＨ電池の内圧の挙動を示すグラ
フである。

【図２】 本発明の一実施例に係る２次電池充電装置の
構成を示すブロック図である。

【図３】 この実施例における比較部の動作の流れを示
すフローチャートである。

【符号の説明】

１ ２次電池、２ 温度センサ、３ 圧力センサ、４
温度検出部、５ 圧力検出部、６ 演算部、７ 比較
部、８ 充電制御回路、９ 交流電源、１０ 充電器、
Ｐ 内圧、Ｔ 温度、Ｐ_１ Ｔ＝２５℃にて電池が満充
電となる内圧値、Ｐ_２ Ｔ＝０℃にて電池が満充電とな
る内圧値、Ｐ_ｅｎｄ 充電終了内圧値。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 密閉型のアルカリ２次電池の内圧及び温
   度を検出するステップと、 検出した温度に応じて充電終了内圧値を変更決定するス
   テップと、 検出した内圧を充電終了内圧値と比較するステップと、 比較の結果から、上記アルカリ２次電池の充電を許可／
   禁止するステップと、 を有することを特徴とする２次電池充電制御方法。
2. 【請求項２】 密閉型のアルカリ２次電池の内圧及び温
   度を検出する手段と、 検出した温度に応じて充電終了内圧値を変更決定する手
   段と、 検出した内圧を充電終了内圧値と比較する手段と、 比較の結果から、上記アルカリ２次電池の充電を許可／
   禁止する手段と、 を備えることを特徴とする２次電池充電制御装置。