JPWO2013008397A1 - Battery pack, charging control system, and charging method - Google Patents
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Abstract
本発明の電池パック(10)は、電池セル(100)と、電池セル(100)の温度を測定する温度測定手段(温度算出部(200)および温度センサ(210))と、電池セル(100)の温度と満充電時の電圧である満充電電圧との関係を示す満充電電圧データを記憶する記憶手段(制御部(300))と、満充電電圧データを用いて、電池セル(100)を充電するときの充電電圧を設定する充電電圧設定手段(制御部(300)および電圧制御部(900))と、充電電圧を制御する制御手段(電圧制御部(900))と、を備えている。 The battery pack (10) of the present invention includes a battery cell (100), temperature measuring means (temperature calculation unit (200) and temperature sensor (210)) for measuring the temperature of the battery cell (100), and the battery cell (100). ) And storage means (control unit (300)) for storing full charge voltage data indicating the relationship between the full charge voltage, which is the voltage at full charge, and the battery cell (100) using the full charge voltage data. Charging voltage setting means (control unit (300) and voltage control unit (900)) for setting the charging voltage when charging the battery, and control means (voltage control unit (900)) for controlling the charging voltage. Yes.
Description
本発明は、電池パック、充電制御システムおよび充電方法に関する。 The present invention relates to a battery pack, a charging control system, and a charging method.
リチウムイオン二次電池の充電方法には、定電流定電圧充電法が用いられている。定電流定電圧充電法とは、電池電圧が特定の電圧に達するまでは一定の電流で充電をおこない(以下、定電流モードと呼ぶ。)、特定の電圧に達した後は印加する電圧を一定にする(以下、定電圧モードと呼ぶ。)充電方法である。定電流定電圧充電法では、定電圧モードの電流値が充分に小さい値になったら充電を終了する。 A constant current constant voltage charging method is used as a charging method of the lithium ion secondary battery. In the constant current / constant voltage charging method, charging is performed at a constant current until the battery voltage reaches a specific voltage (hereinafter referred to as a constant current mode), and after the specific voltage is reached, the applied voltage is constant. (Hereinafter referred to as a constant voltage mode) charging method. In the constant current constant voltage charging method, the charging is terminated when the current value in the constant voltage mode becomes a sufficiently small value.
一方、定電流定電圧充電法を用いて、リチウムイオン二次電池の充電をおこなった場合、電池の使用環境や充電条件によって、電池のサイクル性能が悪化する場合があった。 On the other hand, when a lithium ion secondary battery is charged using the constant current and constant voltage charging method, the cycle performance of the battery may be deteriorated depending on the usage environment and charging conditions of the battery.
特許文献1(特開2004−15876号公報)には、リチウムイオン電池の温度が上昇するに伴って、充電電圧を下げるように構成された充電電圧設定装置が記載されている。
この文献では、リチウムイオン電池の単電池当たりの充電電圧Vchを、25≦Tx(℃)≦30の範囲において、Vch(V)≦4.2を満たすように設定し、30<Tx(℃)≦60の範囲において、Vch(V)≦−0.005Tx+4.35を満たすように設定している。こうすることにより、実用的にリチウムイオン電池の充電が行われる温度範囲である20≦Tx(℃)≦60において、充電時の温度上昇による電池寿命の劣化を抑制することができると記載されている。しかも、リチウムイオン電池の内部抵抗の温度特性等により、充電電圧を低下させてもリチウムイオン電池の充電容量の低下を可及的に抑制することができると記載されている。Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-15876) describes a charging voltage setting device configured to decrease the charging voltage as the temperature of the lithium ion battery increases.
In this document, a charging voltage Vch per unit cell of a lithium ion battery is set so as to satisfy Vch (V) ≦ 4.2 within a range of 25 ≦ Tx (° C.) ≦ 30, and 30 <Tx (° C.). In a range of ≦ 60, Vch (V) ≦ −0.005Tx + 4.35 is satisfied. By doing so, it is described that, in a temperature range in which lithium ion batteries are practically charged, 20 ≦ Tx (° C.) ≦ 60, deterioration of battery life due to temperature increase during charging can be suppressed. Yes. In addition, it is described that, due to the temperature characteristics of the internal resistance of the lithium ion battery, etc., it is possible to suppress the decrease in the charge capacity of the lithium ion battery as much as possible even if the charge voltage is reduced.
特許文献2(特開2010−16944号公報)には、電池セルの温度Txに対応した電圧Vxで電池セルを充電する充電電圧制御方法が記載されている。
この文献では、高温のために充電電圧の抑制を開始すべき温度をTctl、その温度Tctlにおいて電池セルが許容できる最大充電電圧をVctl、電池セルが安全上許容できる最高温度をTlim、電池セルの放電終了電圧をVe、温度Tctlを超える現在の電池セルの温度をTxとするとき、Vx={[(Tlim−Tx)/(Tlim−Tctl)]・(Vctl2−Ve2)+Ve2}1/2から、電圧Vxを設定している。
こうして電圧Vxを設定することにより、電池セルの温度のTx上昇に伴って、定電圧充電の充電電圧Vxを、段階的に、その段階毎に比較的大きく下げてゆくのではなく、微少電圧ずつ、電池セルの温度Txにきめ細かく対応して下げてゆくので、段階のレベルとの差分だけ、余分に充電することができると記載されている。Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2010-16944) describes a charging voltage control method for charging a battery cell with a voltage Vx corresponding to the temperature Tx of the battery cell.
In this document, the temperature at which charging voltage suppression should be started due to a high temperature is Tctl, the maximum charging voltage that can be allowed by the battery cell at that temperature Tctl, Vctl, the maximum temperature that the battery cell can safely accept is Tlim, When the discharge end voltage is Ve and the current battery cell temperature exceeding the temperature Tctl is Tx, Vx = {[(Tlim−Tx) / (Tlim−Tctl)] · (Vctl 2 −Ve 2 ) + Ve 2 } 1 / 2 , the voltage Vx is set.
By setting the voltage Vx in this manner, the charging voltage Vx for constant voltage charging is not reduced step by step relatively relatively at each step as the temperature of the battery cell Tx increases. It is described that the battery cell can be charged in excess by the difference from the level of the stage since the temperature is lowered correspondingly to the temperature Tx of the battery cell.
しかしながら、このような充電方法を用いても、十分な充電容量を得られない場合や過充電状態になってしまう場合があった。そのような場合には、このような充電方法を用いても電池のサイクル性能が悪化してしまう。 However, even when such a charging method is used, a sufficient charge capacity cannot be obtained or an overcharged state may occur. In such a case, even if such a charging method is used, the cycle performance of the battery is deteriorated.
本発明者は、電池のサイクル性能が悪化する理由を以下のように考えた。
電池セルは正極、負極、電解液、セパレーターなど様々な材料から構成されている。そして、これらの構成材料はそれぞれ様々な種類がある。とくに、正極、負極の種類や量が変わると、得られる電池セルの満充電容量、充電電圧、内部抵抗などの電池特性が変化する。特許文献1、2のように一般式を用いて充電する方法では、電池セルの構成によって一般式に上手くあてはまらない場合が生じてしまう。よって、そういった場合に電池のサイクル性能が悪化してしまうと考えられる。The inventor considered the reason why the cycle performance of the battery deteriorated as follows.
The battery cell is composed of various materials such as a positive electrode, a negative electrode, an electrolytic solution, and a separator. There are various types of these constituent materials. In particular, when the type and amount of the positive electrode and the negative electrode change, the battery characteristics such as the full charge capacity, the charging voltage, and the internal resistance of the obtained battery cell change. In the method of charging using the general formula as in
本発明によれば、
電池セルと、
前記電池セルの温度を測定する温度測定手段と、
前記電池セルの温度と満充電時の電圧である満充電電圧との関係を示す満充電電圧データを記憶する記憶手段と、
前記満充電電圧データを用いて、前記電池セルを充電するときの充電電圧を設定する充電電圧設定手段と、
前記充電電圧を制御する制御手段と
を備える電池パックが提供される。According to the present invention,
A battery cell;
Temperature measuring means for measuring the temperature of the battery cell;
Storage means for storing full charge voltage data indicating a relationship between a temperature of the battery cell and a full charge voltage which is a voltage at the time of full charge;
Using the full charge voltage data, charging voltage setting means for setting a charging voltage when charging the battery cell;
There is provided a battery pack comprising control means for controlling the charging voltage.
本発明によれば、
電池セルの温度を受信する温度受信手段と、
前記電池セルの温度と満充電時の電圧である満充電電圧との関係を示す満充電電圧データを記憶する記憶手段と、
前記満充電電圧データを用いて、前記電池セルを充電するときの充電電圧を設定する充電電圧設定手段と、
前記充電電圧を制御する制御手段と
を備える充電制御システムが提供される。According to the present invention,
Temperature receiving means for receiving the temperature of the battery cell;
Storage means for storing full charge voltage data indicating a relationship between a temperature of the battery cell and a full charge voltage which is a voltage at the time of full charge;
Using the full charge voltage data, charging voltage setting means for setting a charging voltage when charging the battery cell;
There is provided a charge control system comprising control means for controlling the charge voltage.
本発明によれば、
電池セルに充電を開始し、かつ、充電中の前記電池セルの温度を測定する充電開始ステップと、
前記電池セルの温度と満充電時の電圧である満充電電圧との関係を示す満充電電圧データから、前記測定温度における前記満充電電圧を取り出すデータ取得ステップと、
前記電池セルを充電するときの充電電圧を前記満充電電圧に設定する充電電圧設定ステップと、
前記充電電圧を制御する制御ステップと
を備える充電方法が提供される。According to the present invention,
A charging start step for starting charging the battery cell and measuring the temperature of the battery cell being charged; and
A data acquisition step of extracting the full charge voltage at the measurement temperature from full charge voltage data indicating a relationship between the temperature of the battery cell and a full charge voltage which is a voltage at the time of full charge;
A charging voltage setting step for setting a charging voltage when charging the battery cell to the full charge voltage;
And a control method for controlling the charging voltage.
本発明によれば、電池セルの温度と満充電時の電圧である満充電電圧との関係を示す満充電電圧データを取得し、その満充電電圧データを用いて電池セルの充電電圧を設定する。こうすることにより、電池セルの種類が異なっても、各温度において満充電を超えて過充電になることを防ぐことができ、かつ、満充電容量に近づけることができる。 According to the present invention, the full charge voltage data indicating the relationship between the temperature of the battery cell and the full charge voltage that is the voltage at the time of full charge is acquired, and the charge voltage of the battery cell is set using the full charge voltage data. . By doing so, even if the types of the battery cells are different, it is possible to prevent overcharging beyond the full charge at each temperature and to approach the full charge capacity.
本発明によれば、電池セルを過充電にすることなく、満充電に近づけることができる。 According to the present invention, it is possible to approach full charge without overcharging the battery cell.
上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same reference numerals are given to the same components, and the description will be omitted as appropriate.
ここでいう「電池パック10」とは、少なくとも一つ以上の電池ユニットを有している組電池のことをいう。また、「電池ユニット」とは、少なくとも一つ以上の電池セル100を有しているものをいう。さらに、「電池ユニット」に含まれる電池セル100は、正極および負極等を有する1つ以上の単電池を有していてもよい。また、複数の「電池ユニット」は、それぞれ異なる数量の電池セル100を有していてもよい。以下では、並列に接続された二つの単電池を有する電池セル100が複数直列に接続された場合を説明する。
The “
(第1の実施形態)
図1を用いて、第1の実施形態に係る電池パック10について説明する。図1は、第1の実施形態に係る電池パック10の構成を示す回路図である。この電池パック10は、電池セル100と、電池セル100の温度を測定する温度測定手段(温度算出部200および温度センサ210)と、電池セル100の温度と満充電時の電圧である満充電電圧との関係を示す満充電電圧データを記憶する記憶手段(制御部300)と、満充電電圧データを用いて、電池セル100を充電するときの充電電圧を設定する充電電圧設定手段(制御部300および電圧制御部900)と、充電電圧を制御する制御手段(電圧制御部900)と、を備えている。
制御部300は、温度測定手段の検出結果に基づいて、満充電電圧データからデータを取り出し、電池セル100を充電するときの充電電圧を算出する。制御部300は、算出した充電電圧の値を電圧制御部900に送信する。電圧制御部900は、制御部300から受信した値に電池パック10の充電電圧を設定する。その後、電圧制御部900は、電池パック10の電圧をその電圧に制御する。
また、制御部300は、電池セル100の充電電流が充電終止電流値以下になったときに、スイッチ500により充電電流を遮断するか、外部通信端子760から充電器に信号を送ることで電池セル100の充電を終了させる。(First embodiment)
The
The
In addition, when the charging current of the
また、この電池パック10は、図2のように、電池セル100と、電池セル100の温度を測定する温度測定手段220と、電池セル100の温度と満充電時の電圧である満充電電圧との関係を示す満充電電圧データを記憶する記憶手段310と、満充電電圧データを用いて、電池セル100を充電するときの充電電圧を設定する充電電圧設定手段320と、充電電圧を制御する制御手段910と、を備えた構成としてもよい。
Further, as shown in FIG. 2, the
第1の実施形態においては、電池パック10は複数の同一種類の電池セル100を備えている。複数の電池セル100は直列に接続されている。また、上述のように電池セル100は、二つの単電池を有している。具体的には、電池セル100は、リチウムイオン二次電池である。
In the first embodiment, the
第1の実施形態における電池パック10は、電池セル100のほかに、制御回路20を有している。制御回路20は、温度算出部200、制御部300、測定部400、電流測定部800、電圧制御部900およびスイッチ(SW)500を備えている。以下、詳細を説明する。
The
第1の実施形態における制御回路20は、直列に接続された電池セル100に接続されている。制御回路20は、内部正極端子620、内部負極端子640、外部正極端子720および外部負極端子740を有している。内部正極端子620は、直列に接続された電池セル100の中で最も正極側に位置する電池セル100の正極に接続している。また、内部負極端子640は、直列に接続された電池セル100の中で最も負極側に位置する電池セル100の負極に接続している。
The
内部正極端子620は、制御回路20内の配線を介して、電池パック10を使用する外部機器に接続するための外部正極端子720に接続している。また、内部負極端子640は、制御回路20内の配線を介して、電池パック10を使用する外部機器に接続するための外部負極端子740に接続している。
The internal
内部正極端子620と外部正極端子720との間には、充電または放電を停止するためのスイッチ500が設けられている。スイッチ500は、例えば、電池セル100側の内部正極端子620と外部正極端子720との間に設けられている。この場合、スイッチ500は、例えば、PチャネルのMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)である。スイッチ500内には、二つのPチャネルのMOSFETが設けられている。これにより、片方のMOSFETが充電を制御するために用いられる。一方、他方のMOSFETが放電を制御するために用いられる。また、スイッチ500における各々のMOSFETは、測定部400に接続している。
A
なお、スイッチ500がNチャネルのMOSFETである場合は、スイッチ500は、内部負極端子640と外部負極端子740との間に配置される。その他、スイッチ500は、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(Insulated Gate Bipolar Transistor、IGBT)、リレーまたはブレーカーであってもよい。
When the
第1の実施形態における温度測定手段は、温度算出部200と温度センサ210とを備えている。温度センサ210は、温度算出部200に接続されている。温度センサ210は、例えば、複数の電池セル100内の中央部分(図1のCell3)に配置されている。温度センサ210は、複数の電池セル100内の他の場所に配置されていてもよい。
温度センサ210は電池セル100の温度を検出する。温度算出部200は、温度センサ210から出力されている信号を用いて電池セル100の温度を算出する。The temperature measurement means in the first embodiment includes a
The
第1の実施形態における充電電圧設定手段は、制御部300、電圧制御部900を備えている。制御部300には、温度算出部200、測定部400が接続している。
制御部300は、電池セル100の温度と、満充電時の電圧である満充電電圧との関係を示す満充電電圧データを記憶する記憶部(不図示)を有している。
制御部300は、温度算出部200が算出した電池セル100の温度に基づいて演算処理を行う。具体的には、制御部300は、温度算出部200により算出された電池セル100の温度に基づいて、満充電電圧データから電池セル100を充電するときの充電電圧を算出する。
制御部300は、算出した充電電圧の値を電圧制御部900に送信する。電圧制御部900は、制御部300から受信した値に電池パック10の充電電圧を設定する。その後、電圧制御部900は、電池パック10の電圧をその電圧に制御する。The charging voltage setting means in the first embodiment includes a
The
The
The
制御部300には、外部機器に信号を送受信するための外部通信端子760が接続している。制御部300は、外部通信端子760を介して信号を外部機器(不図示)に送信する。また、制御部300は、外部通信端子760を介して外部機器からの信号を受信する。
An
電池パック10は、安全性、充放電のサイクル寿命を向上させるため、保護回路を有している。保護回路は、制御部300と、測定部400と、スイッチ500とを備えている。保護回路は、電池セル100に対して、過充電保護電圧を超える電圧が充電された場合、充電を強制終了させる機能を有している。
The
測定部400は、電池セル100の電圧および電流を測定する。測定部400には、制御部300が接続している。制御部300は、測定部400が測定した充電電流値が、設定した充電終止電流値以下になったときに、スイッチ500により充電電流を遮断するか、外部通信端子760から充電器に信号を送ることで電池セル100の充電を終了させる。
このように、第1の実施形態では、複数の電池セル100および制御回路20を含み、電池パック10としてパッケージされている。
Thus, in the first embodiment, the
次に、図3および図4を用いて、第1の実施形態における電池パック10の充電方法について説明する。図3および図4は、第1の実施形態に係る充電方法について説明するためのフローチャートである。なお、図4は、図3の変形例である。
第1の実施形態に係る充電方法は、以下のステップを備えている。電池セル100の充電を開始する(S110)。電池セル100の温度を測定する(S120)。測定した温度に基づいて、満充電電圧データから、電池セル100を充電するときの充電電圧を算出する(S130)。充電電圧を算出した充電電圧に設定する(S140)。定電圧モードとなり電流が絞られ始めてから、充電電流が充電終止電流値以下になったとする条件を判定する(S150)。条件を満たさないとき(S150No)、充電を継続させる。条件を満たすとき(S150Yes)、電池セル100の充電を終了させる(S160)。以下、各ステップを詳細に説明する。Next, a method for charging the
The charging method according to the first embodiment includes the following steps. Charging of the
まず、外部正極端子720および外部負極端子740を電力供給元の正極および負極に接続する。これにより、電池セル100の充電を開始する。これと同時に、測定部400は電池セル100の電圧を測定し、電流測定部800は電池セル100の充電電流を測定する(S110)。
First, the external
次いで、温度算出部200は、温度センサ210から出力されている信号を用いて、電池セル100の温度を算出する(S120)。
Next, the
次いで、制御部300は、温度算出部200から算出した温度結果を受信し、その温度結果に基づいて、満充電電圧データから、電池セル100を充電するときの充電電圧を算出する(S130)。
ここで、充電電圧の算出方法について、以下に説明する。Next, the
Here, a method for calculating the charging voltage will be described below.
第1の実施形態における充電電圧の算出は、電池セル100の温度と、各温度における満充電容量となる充電電圧と、の関係を示す満充電電圧データに基づいておこなう。満充電電圧データは、電池セルの種類により異なるため、電池セルの種類が変わった場合は、その電池セルのデータをあらかじめ測定する。
ここで、満充電容量とは、基準温度において標準的な充電条件で電池パック10を充電したときの充電容量をいう。例えば、20℃で、充電電圧4.2V、充電終止電流値は充電終止レートが0.05ItAとなる値、の条件で充電したときの容量である。基準温度は室温が好ましい。
各温度における満充電容量となったときの充電電圧とは、電池セル100をある一定の温度に設定し、充電終止電流値を上記満充電容量を測定したときと同じ値に設定したとき、その温度において上記の満充電容量になったときの充電電圧をいう。
各温度における満充電容量となる充電電圧をそれぞれ測定することにより、電池セル100の温度と、各温度における満充電容量となる充電電圧との関係を示す満充電電圧データを作成する。The calculation of the charging voltage in the first embodiment is performed based on the full charging voltage data indicating the relationship between the temperature of the
Here, the full charge capacity refers to a charge capacity when the
When the full charge capacity at each temperature is reached, the charge voltage is set when the
By measuring the charging voltage at the full charge capacity at each temperature, full charge voltage data indicating the relationship between the temperature of the
満充電電圧データは、実用的にリチウムイオン電池の充電が行われる温度範囲のデータを測定し、記憶しておくことが好ましい。 The full charge voltage data is preferably measured and stored in a temperature range where the lithium ion battery is practically charged.
満充電電圧データは、制御部300の記憶部(不図示)に記憶しておいても良いし、外部機器に保存しておき、外部通信端子760から受信してもよい。
The full charge voltage data may be stored in a storage unit (not shown) of the
このように、電池セル100の温度と、各温度における満充電容量となる充電電圧と、の関係を示す満充電電圧データに基づいて充電電圧を算出することにより、各温度において電池セル100を過充電にすることなく、満充電に近づけることができる。
In this way, by calculating the charging voltage based on the full charging voltage data indicating the relationship between the temperature of the
また、電池セル100は終止電流設定手段(制御部300)をさらに備えていることが好ましい。終止電流設定手段は、電池セル100の初期の満充電容量である初期容量値に対する現在の満充電容量の比に基づいて、充電終止電流値を補正することが好ましい。具体的には、初期容量値に対する現在の満充電容量の比が小さくなるにつれて充電終止電流値を低く補正するのが好ましい。
電池セル100は繰り返し使用していると、劣化により徐々に抵抗が上昇していく。そのため、初期の満充電容量を用いて算出した充電終止電流値を固定して用いていると、劣化が進むにつれて満充電容量が得られなくなる。
したがって、第1の実施形態においては、電池セル100の初期容量値に対する現在の満充電容量の比が小さくなるにつれて充電終止電流値を低く補正することにより、充電終止レートを変化させることなく、満充電に近づけることができる。例えば、劣化により、満充電容量が5Ahから4Ahになった電池セル100を充電する場合は、充電終止電流値を250mAから200mAに補正する。こうすることにより、充電終止レートを250mA/5Ah=0.05ItAから200mA/4Ah=0.05ItAと変化させることなく、満充電に近づけることができる。
電池セルの現在の満充電容量は、容量測定手段により測定する。具体的には、電流測定部800により電流を測定し、制御部300でその電流値を積算することにより算出することができる。Moreover, it is preferable that the
When the
Therefore, in the first embodiment, the charging end current value is corrected to be lower as the ratio of the current full charging capacity to the initial capacity value of the
The current full charge capacity of the battery cell is measured by capacity measuring means. Specifically, the current can be calculated by measuring the current with the
次いで、制御部300は、算出した充電電圧の値を電圧制御部900に送信する。電圧制御部900は、制御部300から受信した値に電池パック10の充電電圧を設定する。その後、電圧制御部900は、電池パック10の電圧をその電圧に制御する(S140)。
Next, the
次いで、制御部300は、測定部400より電池セル100の充電電流を受信し、充電電流が、設定した充電終止電流値以下になったとする条件を判定する(S150)。条件を満たさないときは、充電を継続させる(S150No)。このとき、図3のように、充電を継続させた後、電池セル100の温度を再測定し、電池セル100を充電するときの充電電圧を改めて算出してもよい。また、図4のように、充電を継続させた後、電池セル100の温度の再測定をおこなわずに、充電電流が充電終止電流値以下になったとする条件を判定してもよい。なお、充電終止電流値は、満充電容量を測定するときに使用した充電終止電流値を用いることができ、例えば充電終止レートが0.05ItAとなる値を用いることができる。
Next, the
条件を満たすとき(S150Yes)は、制御部300の外部通信端子760から信号を電力供給元(不図示)に送信し、電池セル100の充電を終了させる(S160)。あるいは、制御部300から信号をスイッチ500に送信し、スイッチ500により充電電流を遮断することで電池セル100の充電を終了させる(S160)。
When the condition is satisfied (S150 Yes), a signal is transmitted from the
以上のようにして、第1の実施形態に係る電池パック10の充電を制御する。
As described above, charging of the
次に、第1の実施形態の効果について説明する。
電池セル100は正極、負極、電解液、セパレーターなど様々な材料から構成されている。そして、これらの構成材料はそれぞれ様々な種類がある。とくに、正極、負極の種類や量が変わると、得られる電池セルの満充電容量、充電電圧、内部抵抗などの電池特性が変化する。
第1の実施形態における電池パック10は、電池セル100の温度と満充電時の電圧である満充電電圧との関係を示す満充電電圧データをあらかじめ取得し、その満充電電圧データを用いて電池セル100の充電電圧を設定する。
こうすることにより、たとえ電池セル100の種類、つまり、構成材料や搭載量を変化しても、各温度において電池セル100が満充電を超えて過充電になることを防ぐことができ、かつ、満充電容量に近づけることができる。Next, the effect of the first embodiment will be described.
The
The
By doing this, even if the type of the
以上のように、第1の実施形態によれば、電池セル100を有する電池パック10を、過充電にすることを防止し、満充電に近づけることができる。
As described above, according to the first embodiment, it is possible to prevent the
第1の実施形態では、電圧制御部900は電池パック10の中にある場合を示したが、電圧制御部900は電池パック10の外側に設けられていてもよい。その場合は、外部通信端子760を介して、制御部300から電圧制御部900へ充電電圧データを送信する。
In the first embodiment, the
(第2の実施形態)
第2の実施形態に係る電池パック10について説明する。第2の実施形態は、それぞれの電池セル100ごとに温度センサ210を備えている以外は、第1の実施形態と同様である。そのため、第2の実施形態では、第1の実施形態と異なる部分を中心に説明する。(Second Embodiment)
A
図5は、第2の実施形態に係る電池パック10の構成を示す回路図である。
第2の実施形態における温度測定手段は、温度算出部200と、それぞれの電池セル100ごとに設けられた複数の温度センサ210と、を備えている。それぞれの温度センサ210は、温度算出部200に接続されている。
それぞれの温度センサ210は、それぞれの電池セル100の温度を検出する。温度算出部200は、それぞれの温度センサ210の検出結果に基づいて、複数の電池セル100の温度をそれぞれ算出し、複数の電池セル100の中で最大温度を特定する。FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of the
The temperature measurement means in the second embodiment includes a
Each
第2の実施形態における充電電圧設定手段は、温度算出部200により特定された複数の電池セル100の中の最大温度に基づいて、電池セル100を充電するときの充電電圧を算出する。
The charging voltage setting means in the second embodiment calculates a charging voltage when charging the
次に、図6および図7を用いて、第2の実施形態における電池パック10の充電方法について説明する。図6および図7は、第2の実施形態に係る充電方法について説明するためのフローチャートである。なお、図7は、図6の変形例である。
第2の実施形態に係る充電方法は、以下のステップを備えている。電池セル100の充電を開始する(S110)。複数の電池セル100の温度をそれぞれ測定する(S122)。複数の電池セル100の中で最大温度を特定する(S124)。特定された電池セル100の最大温度に基づいて、満充電電圧データから、電池セル100を充電するときの充電電圧を算出する(S132)。充電電圧を算出した充電電圧に設定する(S140)。定電圧モードとなり電流が絞られ始めてから、充電電流が充電終止電流値以下になったとする条件を判定する(S150)。条件を満たさないとき(S150No)、充電を継続させる。条件を満たすとき(S150Yes)、電池セル100の充電を終了させる(S160)。以下、各ステップを詳細に説明する。Next, a method for charging the
The charging method according to the second embodiment includes the following steps. Charging of the
まず、外部正極端子720および外部負極端子740を電力供給元の正極および負極に接続する。これにより、電池セル100の充電を開始する。これと同時に、測定部400は電池セル100の電圧を測定し、電流測定部800は電池セル100の充電電流を測定する(S110)。
First, the external
次いで、温度センサ210により複数の電池セル100の温度をそれぞれ検出する(S122)。温度算出部200は、温度センサ210から各電池セル100の温度の検出結果をそれぞれ受信し、それらの検出結果に基づいて電池セル100の温度をそれぞれ算出し、複数の電池セル100の中で最大温度を特定する(S124)。
Next, the temperatures of the plurality of
次いで、制御部300は、温度算出部200から最大温度結果を受信し、その最大温度に基づいて、満充電電圧データから、電池セル100を充電するときの充電電圧を算出する(S132)。
以下のステップは、電池セル100の最大温度を用いる以外は第1の実施形態と同様である。Next, the
The following steps are the same as those in the first embodiment except that the maximum temperature of the
次に、第2の実施形態の効果について説明する。
電池パック10内の複数の電池セル100は、電池セル100の配置により内部で温度バラツキが生じることがある。とくに中央付近に向かうほど電池セル100内部の熱が拡散しにくくなるため、中央付近の電池セル100(図5のCell3付近)は温度が高くなりやすい。電池セル100は、高温になるほど活性化して、直流抵抗が小さくなる。そのため電圧や電流、時間などの充電条件が同じであっても、電池の温度が高いほど電池セル100は容量が入りやすくなる。したがって、同じ充電条件では、電池の温度が高い電池セル100ほど過充電気味となってしまう。とくに、電池セル100は過充電保護電圧を超える電圧に到達すると、保護回路により充電が強制終了されてしまう。
第2の実施形態における電池パック10は、各電池セル100の中で最大温度に基づいて、満充電電圧データから、充電電圧を設定する。こうすることにより、過充電保護電圧を超える電圧に到達する電池セル100が抑制されるため、保護回路により充電が強制終了されにくくなる。Next, effects of the second embodiment will be described.
The plurality of
The
以上のように、第2の実施形態によれば、電池パック10に含まれる複数の電池セル100がそれぞれ過充電になることを抑制しながら、それぞれ満充電に近づけることができる。
As described above, according to the second embodiment, each of the plurality of
(第3の実施形態)
図8は、第3の実施形態に係る電池パック10および制御回路20の構成を示す回路図である。第3の実施形態は、制御回路20が電池パック10の外側に設けられている点を除いて、第1の実施形態と同様である。以下、詳細を説明する。(Third embodiment)
FIG. 8 is a circuit diagram showing configurations of the
図8のように、制御回路20は、電池パック10の外側に設けられている。制御回路20は、例えば、電池パック10から独立した充電機器(不図示)等に設けられている。または、制御回路20は、電池パック10を放電して使用する際に用いる使用機器内に設けられていてもよい。
As shown in FIG. 8, the
電池パック10には、電池パック10の充放電を行うための正極端子820および負極端子840が設けられている。
The
制御回路20は、温度算出部200、制御部300、測定部400およびスイッチ(SW)500を備えている。制御回路20の電池パック10側のうち、電池パック10の正極端子820と対応する位置に、制御回路20の正極端子920が設けられている。また、電池パック10の負極端子840と対応する位置に、制御回路20の負極端子940が設けられている。これらの端子は、相互に配線(符号不図示)により接続されている。これにより、制御回路20から電池パック10に、充電の電力が供給される。
The
第3の実施形態によれば、制御回路20が電池パック10の外側に設けられている。制御回路20は、配線を介して、電池セル100に接続されている。これにより、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
According to the third embodiment, the
(第4の実施形態)
図9は、第4の実施形態に係る電池パック10および制御回路20の構成を示す回路図である。第4の実施形態は、複数の温度センサ210がそれぞれの電池セル100ごとに設けられている以外は、第3の実施形態と同様である。(Fourth embodiment)
FIG. 9 is a circuit diagram showing configurations of the
第4の実施形態における充電電圧設定手段は、第2の実施形態と同様に、温度算出部200により特定された電池セル100の中の最大温度に基づいて、満充電電圧データから、電池セル100を充電するときの充電電圧を算出する。
As in the second embodiment, the charging voltage setting unit in the fourth embodiment is based on the maximum temperature in the
よって、第4の実施形態によれば、第2の実施形態と同様の効果を得ることができる。 Therefore, according to the fourth embodiment, the same effect as that of the second embodiment can be obtained.
以上の第3の実施形態および第4の実施形態において、制御回路20が電池パック10の外側に設けられている場合を説明したが、その他、様々な構成とすることが可能である。例えば、制御部300だけが、電池パック10の外側に設けられていてもよい。
In the above third and fourth embodiments, the case where the
以上の実施形態において、上記した制御回路20を備える充電機器も開示されている。
In the above embodiment, a charging device including the above-described
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described with reference to drawings, these are the illustrations of this invention, Various structures other than the above are also employable.
この出願は、2011年7月8日に出願された日本出願特願2011−152170号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。 This application claims the priority on the basis of Japanese application Japanese Patent Application No. 2011-152170 for which it applied on July 8, 2011, and takes in those the indications of all here.
Claims (12)
前記電池セルの温度を測定する温度測定手段と、
前記電池セルの温度と満充電時の電圧である満充電電圧との関係を示す満充電電圧データを記憶する記憶手段と、
前記満充電電圧データを用いて、前記電池セルを充電するときの充電電圧を設定する充電電圧設定手段と、
前記充電電圧を制御する制御手段と
を備える電池パック。A battery cell;
Temperature measuring means for measuring the temperature of the battery cell;
Storage means for storing full charge voltage data indicating a relationship between a temperature of the battery cell and a full charge voltage which is a voltage at the time of full charge;
Using the full charge voltage data, charging voltage setting means for setting a charging voltage when charging the battery cell;
A battery pack comprising control means for controlling the charging voltage.
終止電流設定手段と、
前記電池セルの現在の容量を測定する容量測定手段とを備え、
前記終止電流設定手段は、前記電池セルの初期容量値に対する前記容量測定手段の測定値の比に基づいて、充電終止電流値を補正する電池パック。The battery pack according to claim 1,
A termination current setting means;
Capacity measuring means for measuring the current capacity of the battery cell,
The termination current setting means is a battery pack that corrects a charge termination current value based on a ratio of a measurement value of the capacity measurement means to an initial capacity value of the battery cell.
前記初期容量値に対する前記測定値の比が小さくなるにつれて前記充電終止電流値を低く補正する電池パック。The battery pack according to claim 2,
The battery pack which correct | amends the said charge end current value low as the ratio of the said measured value with respect to the said initial capacity value becomes small.
前記温度測定手段は、複数の前記電池セルの前記温度をそれぞれ測定し、
前記充電電圧設定手段は、前記温度の中の最大温度を用いて前記充電電圧を設定する電池パック。The battery pack according to any one of claims 1 to 3,
The temperature measuring means measures the temperature of each of the battery cells,
The charging voltage setting means is a battery pack that sets the charging voltage using a maximum temperature among the temperatures.
前記電池セルの温度と満充電時の電圧である満充電電圧との関係を示す満充電電圧データを記憶する記憶手段と、
前記満充電電圧データを用いて、前記電池セルを充電するときの充電電圧を設定する充電電圧設定手段と、
前記充電電圧を制御する制御手段と
を備える充電制御システム。Temperature receiving means for receiving the temperature of the battery cell;
Storage means for storing full charge voltage data indicating a relationship between a temperature of the battery cell and a full charge voltage which is a voltage at the time of full charge;
Using the full charge voltage data, charging voltage setting means for setting a charging voltage when charging the battery cell;
A charge control system comprising control means for controlling the charge voltage.
終止電流設定手段と、
前記電池セルの現在の容量を測定する容量測定手段とを備え、
前記終止電流設定手段は、前記電池セルの初期容量値に対する前記容量測定手段の測定値の比に基づいて、充電終止電流値を補正する充電制御システム。In the charge control system according to claim 5,
A termination current setting means;
Capacity measuring means for measuring the current capacity of the battery cell,
The termination current setting means is a charge control system for correcting a charge termination current value based on a ratio of a measured value of the capacity measuring means to an initial capacity value of the battery cell.
前記初期容量値に対する前記測定値の比が小さくなるにつれて前記充電終止電流値を低く補正する充電制御システム。In the charging control system according to claim 6,
The charge control system which correct | amends the said charge end current value low as the ratio of the said measured value with respect to the said initial capacity value becomes small.
前記温度受信手段は、複数の前記電池セルの前記温度をそれぞれ受信し、
前記充電電圧設定手段は、前記温度の中の最大温度を用いて前記充電電圧を設定する充電制御システム。In the charge control system according to any one of claims 5 to 7,
The temperature receiving means receives the temperature of each of the plurality of battery cells,
The charging voltage setting unit is a charging control system that sets the charging voltage using a maximum temperature among the temperatures.
前記電池セルの温度と満充電時の電圧である満充電電圧との関係を示す満充電電圧データから、前記測定温度における前記満充電電圧を取り出すデータ取得ステップと、
前記電池セルを充電するときの充電電圧を前記満充電電圧に設定する充電電圧設定ステップと、
前記充電電圧を制御する制御ステップと
を備える充電方法。A charging start step for starting charging the battery cell and measuring the temperature of the battery cell being charged; and
A data acquisition step of extracting the full charge voltage at the measurement temperature from full charge voltage data indicating a relationship between the temperature of the battery cell and a full charge voltage which is a voltage at the time of full charge;
A charging voltage setting step for setting a charging voltage when charging the battery cell to the full charge voltage;
A charging method comprising a control step of controlling the charging voltage.
前記電池セルを充電するときの充電終止電流値を設定する終止電流設定ステップと、
前記電池セルの現在の容量を測定する容量測定ステップとを備え、
前記終止電流設定ステップは、前記電池セルの初期容量値に対する前記容量測定ステップの測定値の比に基づいて、充電終止電流値を補正する充電方法。The charging method according to claim 9,
An end current setting step for setting a charge end current value when charging the battery cell;
A capacity measuring step for measuring a current capacity of the battery cell;
In the charging method, the end current setting step corrects a charge end current value based on a ratio of a measured value of the capacity measuring step to an initial capacity value of the battery cell.
前記初期容量値に対する前記測定値の比が小さくなるにつれて前記充電終止電流値を低く補正する充電方法。The charging method according to claim 10,
A charging method for correcting the end-of-charge current value to be lower as a ratio of the measured value to the initial capacity value becomes smaller.
前記充電開始ステップは、複数の前記電池セルの前記温度をそれぞれ測定し、
前記データ取得ステップは、前記温度の中の最大温度を用いて前記満充電電圧を取り出す充電方法。The charging method according to any one of claims 9 to 11,
The charging start step measures the temperature of each of the battery cells,
The data acquisition step is a charging method in which the full charge voltage is extracted using a maximum temperature among the temperatures.
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20170307 |