JPH11215731A - リチウムイオン電池の充電装置及び充電方法 - Google Patents
リチウムイオン電池の充電装置及び充電方法Info
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- JPH11215731A JPH11215731A JP10008808A JP880898A JPH11215731A JP H11215731 A JPH11215731 A JP H11215731A JP 10008808 A JP10008808 A JP 10008808A JP 880898 A JP880898 A JP 880898A JP H11215731 A JPH11215731 A JP H11215731A
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Abstract
できる充電装置を得る。 【解決手段】 リチウムイオン電池1に対する充放電制
御手段3と、電池の内部抵抗を検出する抵抗検出手段
2、4、5と、その抵抗検出手段によって検出された電
池の内部抵抗が高くなるに従って残存容量の範囲を残存
容量の高いところに移動させるように、電池の残存容量
の範囲を決定する残存容量の範囲決定手段6、7とを有
し、充放電制御手段を、残存容量の範囲決定手段による
残存容量の範囲で動作させる。
Description
の充電装置及び充電方法に関する。
は、水系及び非水系電解液電池の如何に拘らず、残存容
量(SOC:State of Charge 〈充電状態〉)(%)が
100%〜20%の範囲や、100%〜0%の範囲で、
充放電の制御を行なうのが普通であった。
ン電池の放電カーブ(放電曲線)の一例を示す。横軸は
SOC(%)を示し、縦軸は電池の電圧を示す。このカ
ーブによれば、SOCが100%のとき、電池の電圧が
4.2Vで、SOCが0%のとき、電池の電圧が2.5
Vである。
の一例を示す。横軸はSOC(%)を示し、縦軸は容量
維持率(%)を示す。この図10の保存特性は、各SO
C電圧が調整された電池を、例えば、50°Cで1か月
間保存したときの、容量維持率を示し、SOCが大きい
程、容量維持率が低下することを意味している。SOC
が100%のときの容量維持率は80%なり、SOCが
0%のときの容量維持率は100%になる。
なように、残存容量が高い程容量維持率が低くなり、劣
化し易い、即ち、寿命が短くなるという欠点を有する。
このため、例えば、パラレルハイブリッド電気自動車用
電池として、リチウムイオン電池の如きリチウムイオン
電池を使用し、その電池に対しパルス的な充放電制御を
行なう場合は、残存容量の高い残存容量範囲で連続的に
充放電制御が行なわれるため、電池の寿命がかなり短く
なってしまう。
ジン、ディーゼルエンジン等)を併用したハイブリッド
電気自動車には、モータとエンジンを並列的に使用する
パラレルハイブリッド電気自動車、モータとエンジンを
直列的に使用するシリーズハイブリッド電気自動車、両
者の混用の混合型ハイブリッド電気自動車がある。
ン電池の充電装置及び充電方法において、簡単な構成
(方法)で、リチウムイオン電池の寿命を長くすること
のできるものを提案しようとするものである。
ムイオン電池の充電装置において、電池に対する充放電
制御手段と、電池の内部抵抗を検出する抵抗検出手段
と、その抵抗検出手段によって検出された電池の内部抵
抗が高くなるに従って残存容量の範囲を残存容量の高い
ところに移動させるように、電池の残存容量の範囲を決
定する残存容量の範囲決定手段とを有し、充放電制御手
段を、残存容量の範囲決定手段による残存容量の範囲で
動作させるようにしたものである。
容量の範囲を決定する残存容量の範囲決定手段によっ
て、電池の内部抵抗を検出する抵抗検出手段によって検
出された電池の内部抵抗が高くなるに従って残存容量の
範囲を残存容量の高いところに移動させるように、電池
の残存容量の範囲を決定し、電池に対する充放電制御手
段を、残存容量の範囲決定手段による残存容量の範囲で
動作させるようにする。
電池の充電装置において、電池に対する充放電制御手段
と、電池の内部抵抗を検出する抵抗検出手段と、その抵
抗検出手段によって検出された電池の内部抵抗が高くな
るに従って残存容量の範囲を残存容量の高いところに移
動させるように、電池の残存容量の範囲を決定する残存
容量の範囲決定手段とを有し、充放電制御手段を、残存
容量の範囲決定手段による残存容量の範囲で動作させる
ようにしたものである。
て、電池には、充放電制御手段を通じて、負荷及び充電
用電源が接続される。この場合、負荷としてモータが、
充電用電源として発電機が可能である。
て、電池には、充放電制御手段を通じて、発電機を兼ね
たモータが接続される。
電方法において、電池の内部抵抗を検出し、その検出さ
れた電池の内部抵抗が高くなるに従って残存容量の範囲
を残存容量の高いところに移動させるように、電池の残
存容量の範囲を決定し、その残存容量の範囲で、電池に
対する充放電を制御するようにしたものである。
て、電池には、負荷及び充電用電源が接続される。この
場合、負荷としてモータが、充電用電源として発電機が
可能である。
て、電池には、発電機を兼ねたモータが接続される。
面を参照して、本発明の実施の形態の具体例を説明す
る。先ず、図1を参照して、具体例のリチウムイオン電
池の充電装置を説明する。1はリチウムイオン電池であ
る。
チウムと、コバルト、ニッケル、マンガン、クロム、バ
ナジウム等との複合酸化物(セラミック酸化物)から構
成される。この複合酸化物は、具体的には、層状化合物
してのLiVO2 、LiCrO2 、LiCoO2 、Li
NiO2 、擬層状化合物としてのLiMnO2 、スピネ
ルとしてのLiMn2 O4 、LiV2 O4 等である。リ
チウムイオン電池の負極は、カーボン、グラファイト等
の炭素から構成される。リチウムイオン電池の電解液は
非水系電解液で、炭酸エステル類が用いられる。
電池1に対する負荷としての機能及び電池に対する充電
用電源としての機能を有する。このモータ8の一端は接
地されている。このモータ8は、例えば、電気自動車、
ハイブリッド電気自動車等に搭載され、単独、又は、エ
ンジンと協同して電気自動車の駆動源となると共に、電
気自動車にブレーキを掛けるときは、モータ8が発電機
として機能し、その電力が電池1に充電される。又、ハ
イブリッド電気自動車の場合は、エンジンによってその
発電機が駆動され、その電力が電池1に充電される場合
もある。
が互いに逆の2個のダイオード及びその2個のダイオー
ドを切換える切換えスイッチから構成される)で、電池
1に対する発電機としてのモータ8からの充電及び電池
1からモータ8への放電を制御する。この充放電の制御
は、電池1の電圧Vが、V1<V≦V2のときは、電池
1からモータ8に対し放電を行い、V≦V1になったと
きは、発電機としてのモータ8から電池1に対し充電を
行なって、電池1の電圧がV2になるまで充電を行な
う。この場合、充放電を行なわない期間もある。尚、V
1を下限電圧、V2を上限電圧と称することにする。こ
の充放電制御手段3は、電池1及びモータ8に対し直列
接続されている。
説明する。2は、電池1の電流Iを検出する電流検出手
段で、電池1及びモータ8間に直列接続されている。電
流検出手段2は、充放電制御手段3に対し直列接続され
ている。4は、電池1の電圧Vを検出する電圧検出手段
で、電池1に対し並列接続されている。
によって検出された電池1の電流I及び電圧検出手段4
によって検出された電池1の電圧Vに対し、V/I=R
の演算を行なって、電池1の内部抵抗Rを算出する。
演算手段で、内部抵抗演算手段5の演算結果である電池
1の内部抵抗Rに基づいて、残存容量範囲を演算する。
このSOC範囲演算手段6では、具体的には、図3のリ
チウムイオン電池の放電カーブに従って、電池1の内部
抵抗Rに対し、基準抵抗Rn 、Rn+1 、Rn+2 、‥‥‥
‥‥‥、Rn+m (但し、Rn <Rn+1 <Rn+2 <‥‥‥
‥‥‥<Rn+m )を選定する。
n+1 に変更する。この場合、Rn+1 を
からRn+2 に変更する。この場合、Rn+2を、
抗Rn+m まで繰り返す。
C範囲演算手段6の演算結果に基づいて、充放電制御手
段3における下限電圧V1及び上限電圧V2を、図3の
カーブに従って、残存容量(SOC)S(%)の範囲に
対応する下限電圧V1及び上限電圧V2を設定して、充
放電制御手段3に指示する。この場合、SOC範囲演算
手段6の演算によるSOC範囲に変更があったときに、
充放電制御手段3に対し、下限電圧V1及び上限電圧V
2の変更を指示し、SOC範囲の変更がなかったとき
は、下限電圧V1及び上限電圧V2の変更を指示しな
い。
オン電池の充電装置の具体例に関連したリチウムイオン
電池の充電方法の具体例を説明する。尚、ここでは、電
池1に対する基準電圧として、Rn 及びRn+1 を用いて
いる。ステップST−1では、図1の電流検出手段2及
び電圧検出手段4によって、電池1の電流I及び電圧V
を検出する。ステップST−1の次は、ステップST−
2に移行して、内部抵抗演算手段5によって、V/I=
Rの演算を行なって、電池1の内部抵抗Rを得る。
段6によって、電池1の内部抵抗Rが、R>Rn か否か
を判断し、NOであれば、ステップST−8に移行し
て、電池1のSOC(残存容量)S(%)の範囲は、x
≦S≦y(初期状態)のままとし、充放電制御手段3に
対し、下限電圧V1及び上限電圧V2の変更を指示せ
ず、充放電制御手段3における下限電圧V1及び上限電
圧V2は、図3のカーブに従ったそれぞれSOCx及び
yに対応する電圧のままとし、又、電池1の内部抵抗R
に対する基準値はRn のままとした後、ステップST−
1に戻る。
は、ステップST−4に移行して、電池1のSOC(残
存容量)S(%)の範囲を高い方に移動させて、例え
ば、x+10≦S≦y+10に変更する。
に移行して、充放電手段3における下限電圧V1及び上
限電圧V2を、図3のカーブに従ったそれぞれSOC
(残存容量)S(%)(x+10)及び(y+10)に
対応する電圧に設定した後、ステップST−6で、充放
電制御手段3に対し、下限電圧V1及び上限電圧V2の
変更を指示する。
に移行して、電池1の内部抵抗Rの基準値をRn からR
n+1 に変更した後、ステップST−1に戻る。この場
合、Rn+1 を、例えば、Rn+1 =1.1Rn に選定す
る。
とすれば、初期状態では、V1が図3のカーブの残存容
量(SOC)Sが40%に対応する電圧となり、V2が
が図3のカーブの残存容量(SOC)Sが60%に対応
する電圧となる。又、x=40(%)、y=60(%)
の場合は、x+10=50(%)、y+10=70
(%)となるので、V1が図3のカーブの残存容量(S
OC)が50%に対応する電圧となり、V2が図3のカ
ーブの残存容量(SOC)が70%に対応する電圧とな
る。
電圧Vが、V1<V≦V2のときは、電池1からモータ
8に対し放電を行い、V≦V1になったときは、電池1
の電圧がV2になるまで、発電機としてのモータ8から
電池1に対し充電を行なう。
ねたモータ8が、電気自動車に搭載された場合、又は、
ハイブリッド電気自動車にエンジンと共に搭載された場
合のパルス充放電サイクルの例を説明する。最初の10
秒間は電池1からのAkwの電力をモータ8に供給して
モータ8を駆動する。次の30秒間は充放電を行なわな
い。その次の10秒間はモータ8を発電機として機能さ
せて、その発電機からのAkwの電力を電池1に供給し
て充電を行って、モータ8に制動を掛けるか、又は、そ
の発電機をエンジンによって駆動して、Akwの電力を
電池1に充電する。その次の30秒間は充放電を行なわ
ない。その次の10秒間は電池1からのBkw(Akw
>Bkwとする)の電力をモータ8に供給して駆動す
る。その次の1分間は充放電を行なわない。その次の1
0秒間は電池1からのAkwの電力をモータ8に供給し
て駆動する。その次の30秒間は充放電は行なわない。
その次ぎの10秒間は、モータ8を発電機として機能さ
せて、その発電機からの電力Akwを電池1に供給して
充電を行なって、モータ8に制動を掛けるか、又は、そ
の発電機をエンジンによって駆動して、Akwの電力を
電池1に充電する。その次の30秒間は充放電を行なわ
ない。その次の10秒間は電池1からのBkwの電力を
モータ8に供給してモータ8を駆動する。
なったときのパルス数に対する容量維持率の特性を示す
曲線で、(1)は残存容量(SOC)S(%)の範囲を
80(%)〜100(%)に固定した場合の容量維持率
の特性を示し、(3)は残存容量(SOC)S(%)の
範囲を60(%)〜80(%)に固定した場合の容量維
持率の特性を示す。又、(2)は、本発明の実施の態様
の具体例で、図4で説明したように、充放電を繰り返し
た場合の、室温が25°Cにおける、電池1の内部抵抗
が基準値より小さいきは、残存容量(SOC)Sの範囲
を60(%)〜80(%)に選定し、電池1の内部抵抗
が基準値より大きくなったら、残存容量の範囲を80
(%)〜100(%)に選定した場合の容量維持率の特
性を示す。
(%)に選定した場合は、充放電休止の部分が残存容量
(SOC)S(%)の高い領域での保持のため電池の劣
化が大きい。又、残存容量の範囲を60(%)〜80
(%)に選定した場合は、サイクル特性は改善される
が、電池の内部抵抗がサイクルと共に上昇してきて、所
定のAkwの電力を出力できなくなり、充放電パターン
が停止する。
のようにした場合には、残存容量が高いことによる電池
の劣化を極力小さくすることができると共に、電池の内
部抵抗の上昇に伴って電池の残存容量を徐々に高くして
いるため、所定の電力Akwを出力しつつ、サイクル寿
命を長くすることができる。
機能を有するモータをパラレルハイブリッド電気自動車
に搭載し、そのモータに対しパルス的な充放電を繰り返
す場合は、残存容量の範囲の幅は20%程度に選定され
る。しかし、電気自動車の仕様によって、残存容量の範
囲の幅は異なるが、電池の内部抵抗が低いときは残存容
量(SOC)の範囲を低いところにおき、電池の内部抵
抗が高くなるにつれて、高いところに移行すれば、電池
のサイクル寿命を長くすることができる。航続距離の長
い電気自動車に搭載される電池の場合でも、航続距離を
短縮して、短いサイクルで充放電を繰り返すようにすれ
ば、サイクル寿命を長くすることができる。
圧によって駆動される発振器よりの高周波数の交流電圧
を整流して得た直流電圧で駆動される場合には、図6に
示すように、充放電制御手段3及びモータ8間にDC−
DCコンバータ9を挿入すれば良い。尚、この場合、モ
ータ8が発電機として機能する場合のために、発電機よ
りの直流電圧を高周波の交流電圧に変換するインンバー
タ、そのインバータよりの高周波の交流電圧を直流電圧
に変換するコンバータを、DC−DCコンバータ9に設
ける必要がある。その他の構成は、図1の具体例と同様
である。
である場合は、図7に示すように、充放電制御手段3及
びモータ8間にインバータ10を挿入するようにすれば
良い。尚、この場合、モータ8が発電機として機能する
場合のために、発電機よりの交流電圧を直流電圧に変換
するコンバータをインバータ10に設ける必要がある。
その他の構成は、図1の具体例と同様である。
制御手段3を通じて、負荷回路及び充電用電源が接続さ
れる場合の具体例を説明する。この場合は、負荷8A及
び充電用電源回路(ここでは入力端子8Aaからの交流
電圧を整流する整流回路)8Bを、充電放電制御手段3
を構成する切換えスイッチによって、電池1に対し直列
に切換え接続されるようにする。尚、その切換えスイッ
チには、負荷8A側及び充電用電源回路8B側の固定接
点の他に、充放電を停止するための遊接点を設けること
ができる。
制御手段3を通じて、負荷としてのモータ及び発電機が
接続される場合の具体例を説明する。この場合は、モー
タ8A及び発電機8Bを、充電放電制御手段3を構成す
る切換えスイッチによって、電池1に対し直列に切換え
接続されるようにする。尚、その切換えスイッチには、
モータ8A側及び発電機8B側の固定接点の他に、充放
電を停止するための遊接点を設けることができる。
電池の充電装置において、電池に対する充放電制御手段
と、電池の内部抵抗を検出する抵抗検出手段と、その抵
抗検出手段によって検出された電池の内部抵抗が高くな
るに従って残存容量の範囲を残存容量の高いところに移
動させるように、電池の残存容量の範囲を決定する残存
容量の範囲決定手段とを有し、充放電制御手段を、残存
容量の範囲決定手段による残存容量の範囲で動作させる
ようにしたので、簡単な構成で、リチウムイオン電池の
寿命(サイクル寿命を含む)を長くすることのできるリ
チウムイオン電池の充電装置を得ることができる。
池の充電方法において、電池の内部抵抗を検出し、その
検出された電池の内部抵抗が高くなるに従って残存容量
の範囲を残存容量の高いところに移動させるように、電
池の残存容量の範囲を決定し、その残存容量の範囲で、
電池に対する充放電を制御するようにしたので、簡単な
方法で、リチウムイオン電池の寿命(サイクル寿命を含
む)を長くすることのできるリチウムイオン電池の充電
方法を得ることができる。
電装置の具体例を示すブロック線図である。
電方法の具体例を示すフローチャートである。
を示す特性曲線図である。
電方法の一例のパルス充放電サイクルを示す説明図であ
る。
維持率の特性例を示す特性曲線図である。
電装置の他の具体例を示すブロック線図である。
電装置の更に他の具体例を示すブロック線図である。
電装置の更に他の具体例を示すブロック線図である。
電装置の更に他の具体例を示すブロック線図である。
す特性曲線図である。
電圧検出手段、5内部抵抗演算手段、6 SOC範囲
演算手段、7 SOC範囲対応電圧設定手段、8 モー
タ、8A 負荷回路(モータ)、8B 充電用電源(充
電用電源回路)(発電機)、9 DC−DCコンバー
タ、10 インバータ。
Claims (8)
- 【請求項1】 リチウムイオン電池の充電装置におい
て、 上記電池に対する充放電制御手段と、 上記電池の内部抵抗を検出する抵抗検出手段と、 該抵抗検出手段によって検出された上記電池の内部抵抗
が高くなるに従って上記残存容量の範囲を残存容量の高
いところに移動させるように、上記電池の残存容量の範
囲を決定する残存容量の範囲決定手段とを有し、 上記充放電制御手段を、上記残存容量の範囲決定手段に
よる残存容量の範囲で動作させるようにしたことを特徴
とするリチウムイオン電池の充電装置。 - 【請求項2】 請求項1に記載のリチウムイオン電池の
充電装置において、 上記電池には、上記充放電制御手段を通じて、負荷及び
充電用電源が接続されてなることを特徴とするリチウム
イオン電池の充電装置。 - 【請求項3】 請求項2に記載のリチウムイオン電池の
充電装置において、 上記負荷はモータであり、上記充電用電源は発電機であ
ることを特徴とするリチウムイオン電池の充電装置。 - 【請求項4】 請求項1に記載のリチウムイオン電池の
充電装置において、 上記電池には、上記充放電制御手段を通じて、発電機を
兼ねたモータが接続されてなることを特徴とするリチウ
ムイオン電池の充電装置。 - 【請求項5】 リチウムイオン電池の充電方法におい
て、 上記電池の内部抵抗を検出し、 該検出された上記電池の内部抵抗が高くなるに従って上
記残存容量の範囲を残存容量の高いところに移動させる
ように、上記電池の残存容量の範囲を決定し、 該残存容量の範囲で、上記電池に対する充放電を制御す
るようにしたことを特徴とするリチウムイオン電池の充
電方法。 - 【請求項6】 請求項5に記載のリチウムイオン電池の
充電方法において、 上記電池には、負荷及び充電用電源が接続されてなるこ
とを特徴とするリチウムイオン電池の充電方法。 - 【請求項7】 請求項6に記載のリチウムイオン電池の
充電方法において、 上記負荷はモータであり、上記充電用電源は発電機であ
ることを特徴とするリチウムイオン電池の充電方法。 - 【請求項8】 請求項5に記載のリチウムイオン電池の
充電方法において、 上記電池には、発電機を兼ねたモータが接続されてなる
ことを特徴とするリチウムイオン電池の充電方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP00880898A JP3829453B2 (ja) | 1998-01-20 | 1998-01-20 | リチウムイオン電池の充電装置及び充電方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH11215731A true JPH11215731A (ja) | 1999-08-06 |
JP3829453B2 JP3829453B2 (ja) | 2006-10-04 |
Family
ID=11703146
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP00880898A Expired - Lifetime JP3829453B2 (ja) | 1998-01-20 | 1998-01-20 | リチウムイオン電池の充電装置及び充電方法 |
Country Status (1)
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