特許 6236920 充電電流の多段階制御方法および多段階制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6236920

(24)【登録日】2017年11月10日

(45)【発行日】2017年11月29日

(54)【発明の名称】充電電流の多段階制御方法および多段階制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/10 20060101AFI20171120BHJP

【ＦＩ】

   H02J7/10 F

   H02J7/10 C

【請求項の数】4

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2013-134934(P2013-134934)

(22)【出願日】2013年6月27日

(65)【公開番号】特開2015-12653(P2015-12653A)

(43)【公開日】2015年1月19日

【審査請求日】2015年8月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】100110423

【弁理士】

【氏名又は名称】曾我 道治

(74)【代理人】

【識別番号】100111648

【弁理士】

【氏名又は名称】梶並 順

(74)【代理人】

【識別番号】100147500

【弁理士】

【氏名又は名称】田口 雅啓

(74)【代理人】

【識別番号】100166235

【弁理士】

【氏名又は名称】大井 一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100179914

【弁理士】

【氏名又は名称】光永 和宏

(72)【発明者】

【氏名】深津 利成

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 卓矢

【審査官】 坂東 博司

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−０３８９８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２２０１２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２３３７２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２１５７２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−１０６９２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１７６４８２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ７／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

充電されるバッテリの電圧に基づいて充電電流を多段階に制御する、充電電流の多段階制御方法であって、
最終段階は定電流充電を行う段階であり、
前記最終段階において、充電を所定休止時間だけ休止する休止区間を所定周期で設け、
前記休止区間のそれぞれについて、休止直前に測定された電圧と、休止開始時点から所定測定時間後に測定された電圧との間の電圧降下を測定し、
前記電圧降下が実質的に一定である場合に充電を終了する、充電電流の多段階制御方法。

【請求項2】

最後に測定された前記電圧降下の値が、前記最終段階の開始時点における前記電圧降下の値に対して所定の比率以下であるか、または、前記電圧降下が実質的に一定である
場合に充電を終了する、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

充電されるバッテリの電圧に基づいて充電電流を多段階に制御する、充電電流の多段階制御方法であって、
前記バッテリの放電量を測定し、
最終段階より前の段階において前記放電量に等しい電力量を充電した時点で、前記最終段階に移行し、
前記最終段階は定電流充電を行う段階であり、
前記最終段階において、充電を所定休止時間だけ休止する休止区間を所定周期で設け、
前記休止区間のそれぞれについて、休止直前に測定された電圧と、休止開始時点から所定測定時間後に測定された電圧との間の電圧降下を測定し、
前記電圧降下の値に応じて充電を終了する、充電電流の多段階制御方法。

【請求項4】

請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法を実行する、充電電流の多段階制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、充電電流の多段階制御方法および多段階制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

バッテリの充電を行う際に、多段階の制御を経て行う構成が公知である。たとえば、特許文献１には、大電流による過充電にならないよう、充電中のバッテリ電圧の変化率（ｄＶ／ｄｔ）が閾値を超えた場合に次の充電段階に移行することが記載されている。また、特許文献１には、最終段階において時間設定を行い、あらかじめ設定された時間が経過すると充電を終了することが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１１−１７６４８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来の技術では、充電終了時点の電解液の比重がバッテリの劣化状態によってばらつくという問題があった。たとえばバッテリの劣化に伴って充電率の上昇に対する比重の変化がゆるやかになる場合があり、そのような場合には最適な充電率で充電を終了することができない。たとえば、特許文献１のようにバッテリの劣化状態によらず一律の時間で充電を終了すると、新品のバッテリでは充電エネルギーを余分に消費する可能性がある。

【0005】

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、充電終了時点の充電率をより適切に制御できる、充電電流の多段階制御方法および多段階制御装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述の問題を解決するため、この発明に係る方法は、充電されるバッテリの電圧に基づいて充電電流を多段階に制御する、充電電流の多段階制御方法であって、最終段階は定電流充電を行う段階であり、最終段階において、充電を所定休止時間だけ休止する休止区間を所定周期で設け、休止区間のそれぞれについて、休止直前に測定された電圧と、休止開始時点から所定測定時間後に測定された電圧との間の電圧降下を測定し、電圧降下が実質的に一定である場合に充電を終了する。

【0007】

このような構成によれば、充電中に所定周期で休止区間を設けて電圧降下を測定し、この電圧降下に応じて充電を終了させる。

【0008】

最後に測定された電圧降下の値が、最終段階の開始時点における電圧降下の値に対して所定の比率以下であるか、または、電圧降下が実質的に一定である場合に充電を終了してもよい。
また、この発明に係る方法は、充電されるバッテリの電圧に基づいて充電電流を多段階に制御する、充電電流の多段階制御方法であって、バッテリの放電量を測定し、最終段階より前の段階において放電量に等しい電力量を充電した時点で、最終段階に移行し、最終段階は定電流充電を行う段階であり、最終段階において、充電を所定休止時間だけ休止する休止区間を所定周期で設け、休止区間のそれぞれについて、休止直前に測定された電圧と、休止開始時点から所定測定時間後に測定された電圧との間の電圧降下を測定し、電圧降下の値に応じて充電を終了する。

【0009】

また、この発明に係る充電電流の多段階制御装置は、上述の方法を実行する。

【発明の効果】

【0010】

本発明に係る充電電流の多段階制御方法および多段階制御装置によれば、電解液の比重と相関する電圧降下に基づいて充電を終了するので、バッテリの劣化状態に影響されず、最適な充電率で充電を終了することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施の形態１による充電制御の大まかな流れを示すグラフである。

【図2】図１の最終段階以外の休止区間における充電制御を示すグラフである。

【図3】第１の電圧降下の差分に関する効果の一部を説明する参考図である。

【図4】第１の電圧降下の差分に関する効果の一部を説明する参考図である。

【図5】図１の最終段階の休止区間における充電制御を示すグラフである。

【図6】第３の電圧降下に関する効果の一部を説明する参考図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る方法および装置による充電制御の大まかな流れを示すグラフである。

【0013】

本発明に係る方法は、充電されるバッテリの電圧に基づいて充電電流を多段階に制御する、充電電流の多段階制御方法である。充電動作を実行するための回路および制御装置の構成はとくに図示しないが、公知の構成を用いて実現することが可能である。とくに、制御装置は、演算手段および記憶手段を備えるマイクロコンピュータを用いて構成することができる。このような構成により、制御装置は、本明細書に記載される方法を実行する。

【0014】

制御装置は、バッテリへの充電に係る電流値を制御する。バッテリはたとえば液式鉛蓄電池である。制御装置は、バッテリへの充電に係る電流を多段階（図１の例では３段階であるが、２段階以上であればよい）に制御する。図１の例では、各段階は定電流による充電を行う定電流段階である。すなわち、各段階における充電電流の値がそれぞれ一定に維持されている。なお、図１は大まかな流れを示すものであり、図２以降において説明する休止区間は示していない。

【0015】

制御装置は時刻Ｔ１以前にバッテリへの充電を開始し、時刻Ｔ１までの段階では充電電流の値をＩ１に維持し、時刻Ｔ１後時刻Ｔ２前の段階では充電電流の値をＩ２に維持し、
時刻Ｔ２後時刻Ｔ３前の段階では充電電流の値をＩ３に維持し、時刻Ｔ３において充電動作を終了する（すなわち充電電流を０とする）。ただしＩ１＞Ｉ２＞Ｉ３＞０である。

【0016】

制御装置は、最終段階以外の段階（図１の例では、充電電流がＩ１である段階と、充電電流がＩ２である段階）と、最終段階（図１の例では、充電電流がＩ３である段階）とで異なる制御を行う。

【0017】

以下では、まず最終段階以外の段階における制御について説明する。
制御装置は、充電中に休止区間を設け、この休止区間において電圧を測定し、測定された電圧に基づいて、次の段階への移行制御を行う。「次の段階への移行制御」とは、たとえば充電電流をＩ１からＩ２に変更すべき時刻Ｔ１を決定する処理と、この時刻Ｔ１において実際に充電電流の値をＩ１からＩ２に変更する（この例では減少させる）処理とを含む。

【0018】

図２は、この休止区間における充電制御を示すグラフであり、図１における区間Ｘを拡大した図である。この充電制御は、たとえば最終段階以外の段階において実施される。すなわち、図１において充電電流がＩ１である段階およびＩ２である段階において実施される。この充電制御は、現在の段階から次の段階への移行制御のために実行されるものである。

【0019】

制御装置は、充電動作において休止区間を設ける。休止区間は所定周期で設けられる。本実施形態ではこの周期をＴｘとする。制御装置は、この休止区間において、所定の休止時間だけ充電を休止する（すなわち充電電流を０とする）。図２には休止区間Ｉｎｔ１およびＩｎｔ２が示されている。

【0020】

周期Ｔｘはたとえば６０秒であるが、１分〜５分であればどのような値であってもよく、また１分以下または５分以上としてもよい。休止時間（すなわち休止区間の長さ）ｉｎｔｘは一定であり、たとえば２秒であるが、１秒〜５秒であればどのような値であってもよく、また１秒以下または５秒以上としてもよい。

【0021】

各休止区間では充電動作が休止されているので、バッテリの電圧（たとえば端子間電圧）は時間とともに減少する。制御装置は、各休止区間において、所定時間における電圧降下を測定する。なお、本明細書において、「電圧降下」とは、時間の経過に伴う電圧値の減少をいう。本実施形態では、次の２種類の測定区間に対応する電圧降下（第１の測定区間において測定される第１の電圧降下、および、第２の測定区間において測定される第２の電圧降下）を測定する。

【0022】

第１の測定区間は、本実施形態では休止区間に等しい（すなわち休止区間の開始時点と終了時点との間の区間である）。図２の例では、休止区間Ｉｎｔ１における第１の電圧降下はΔＶａ（１）であり、休止区間Ｉｎｔ２における第１の電圧降下はΔＶａ（２）である。

【0023】

以下、ｎ番目の休止区間における第１の電圧降下をΔＶａ（ｎ）と表記する。なおΔＶａ（ｎ）＞０とする。ΔＶａ（ｎ）は、たとえば、休止直前（すなわち充電電流が流れている状態）に測定された電圧から、休止区間の終了直前（すなわち充電電流が流れていない状態）に測定された電圧を減算することによって算出可能である。また、「休止直前」とは、たとえば制御装置の動作サイクルにおいて当該休止区間の開始より前において最後に電圧測定を実行可能なタイミングを意味するが、厳密な精度を要求しない場合には実施形態に応じてこれより前のタイミングも含む。「終了直前」も同様に定義される。

【0024】

第２の測定区間は、休止開始時点から所定の遅延時間Δｄ後に開始され、測定時間Δｔ後に終了する区間である。本実施形態では、遅延時間Δｄと、第２の測定区間の長さ（測定時間Δｔ）とは、いずれも休止区間の長さ（休止時間）の１／２である。すなわちΔｄ＝Δｔ＝ｉｎｔｘ／２＝１（秒）である。図２の例では、休止区間Ｉｎｔ１における第２の電圧降下はΔＶｂ（１）であり、休止区間Ｉｎｔ２における第２の電圧降下はΔＶｂ（２）である。

【0025】

以下、ｎ番目の休止区間における第２の電圧降下をΔＶｂ（ｎ）と表記する。Δｔは、本実施形態では１秒であるが、ｉｎｔｘに比例して変更されてもよい。また、Δｔは、ｉｎｔｘより小さい値であればどのような値であってもよい。なおΔＶｂ（ｎ）＞０とする。ΔＶｂ（ｎ）は、たとえば、休止区間の開始から１秒経過した時点の電圧から、休止区間の終了直前（すなわち充電電流が流れていない状態）の電圧を減算することによって算出可能である。このように、第１の電圧降下ΔＶａ（ｎ）とは異なり、第２の電圧降下ΔＶｂ（ｎ）は、測定開始時点および測定終了時点のいずれも充電電流が流れていない状態で測定された電圧に基づいて算出される。

【0026】

制御装置は、各休止区間について測定された第１の電圧降下に基づき、連続する２つの休止区間について、第１の電圧降下の差分を計算する。たとえば、ｎ−１番目の休止区間における第１の電圧降下ΔＶａ（ｎ−１）と、ｎ番目の休止区間における第１の電圧降下ΔＶａ（ｎ）との差分ΔＶＡ（ｎ）を、ΔＶＡ（ｎ）＝｛ΔＶａ（ｎ）｝−｛ΔＶａ（ｎ−１）｝として計算する。

【0027】

制御装置は、このようにして求めた第１の電圧降下の差分ΔＶＡ（ｎ）と、第２の電圧降下ΔＶｂ（ｎ）とに基づき、次の段階への移行制御を実施する。たとえば、第２の電圧降下ΔＶｂ（ｎ）（負である場合には絶対値）が所定の閾値を超えており、かつ、第１の電圧降下の差分ΔＶＡ（ｎ）が増加から減少に転じた場合に、次の段階への移行制御を実施する（たとえば充電電流をＩ１からＩ２に減少させる）。

【0028】

ここで、第２の電圧降下ΔＶｂ（ｎ）に対する所定の閾値は、当業者であれば適宜設計可能である。

【0029】

また、「第１の電圧降下の差分ΔＶＡ（ｎ）が増加から減少に転じた」、すなわちΔＶＡ（ｎ）がピークに達したという状態の検出方法も、当業者であれば適宜設計可能である。たとえば、ΔＶＡ（ｋ−４）からΔＶＡ（ｋ−１）までが広義に単調増加しており（すなわちΔＶＡ（ｋ−４）≦ΔＶＡ（ｋ−３）≦ΔＶＡ（ｋ−２）≦ΔＶＡ（ｋ−１）であり）、かつΔＶＡ（ｋ−１）からΔＶＡ（ｋ）が真に減少している場合（すなわちΔＶＡ（ｋ−１）＞ΔＶＡ（ｋ）である場合）に、ΔＶＡ（ｎ）はｋ番目の休止区間において増加から減少に転じたと判定することができる。このような判定方法によれば、単にΔＶＡ（ｋ−２）、ΔＶＡ（ｋ−１）およびΔＶＡ（ｋ）のみを比較する方法よりも誤差に強く、判定精度が高くなる。ただし、判定精度を重視しない場合には、単にΔＶＡ（ｋ−２）、ΔＶＡ（ｋ−１）およびΔＶＡ（ｋ）のみを比較して判定してもよい。

【0030】

制御装置は、このような充電段階の移行制御を、最終段階以外の各段階について実施する。たとえば、充電電流がＩ１である段階において、ΔＶｂ（ｎ）が所定の閾値を超えており、かつ、ΔＶａ（ｎ）の差分ΔＶＡ（ｎ）が増加から減少に転じた場合に、充電電流をＩ１からＩ２に減少させる。ここで、充電電流が減少することにより、充電受入性がよくなり最適な充電が可能となるので、充電を継続し同様の制御を行う。すなわち、充電電流がＩ２である段階において、同様の休止区間に関する測定を継続し、ΔＶｂ（ｎ）が所定の閾値を超え、かつ、ΔＶａ（ｎ）の差分ΔＶＡ（ｎ）が増加から減少に転じた場合に、充電電流をＩ２からＩ３に減少させる。

【0031】

以下、このような移行制御による効果を説明する。
図３および図４は、「第１の電圧降下の差分ΔＶＡ（ｎ）が増加から減少に転じた」という条件を用いることによる効果の一部をそれぞれ説明する参考図である。

【0032】

図３は、段階の移行制御を行わずに充電開始から終了まで定電流による充電を継続した場合の、時間の経過に伴うバッテリの電圧、第１の電圧降下ΔＶａ（ｎ）、およびΔＶａ（ｎ）の差分ΔＶＡ（ｎ）の変化の例を示す参考グラフである（概略であり、各曲線の関係は必ずしも厳密なものではない）。充電中、電圧は単調に増加するが、その傾き（微分係数）は時間とともに増加し、時刻Ｔ１００において変曲点に達し、その後電圧の傾きは減少する。この変曲点はバッテリの内部抵抗が変化し充電受入性が悪化する点であり、たとえば充電率１００％の時点に相当する。充電率の定義は様々なものを用いることができる。たとえば、［それまでの充電量］／［前回の放電量］と定義してもよい。また、充電率は充電量と呼ばれる場合もある。充電率についてのこれ以外の公知の定義を用いてもよい。

【0033】

一般的に、充電動作は充電率が１００％を超えても継続される。たとえば、充電を終了すべき目標充電率は、１０５％〜１２０％の間に設定される場合がある。ここで、充電終了時点での充電状態を精度良く制御するには、充電率が１００％となった時点（またはその状態）を精度良く検出することが有効である。

【0034】

ここで、差分ΔＶＡ（ｎ）がピークに達する時点と、充電率が１００％に達する時点とは、高い精度で一致する（図３の例ではいずれも時刻Ｔ１００に対応する）。したがって、差分ΔＶＡ（ｎ）が増加からピークに達し減少に転じたことを検出すれば、高い精度で充電率が１００％となったと判定することができる。

【0035】

ここで、第１の電圧降下ΔＶａ（ｎ）は、バッテリ電圧の絶対値の変動に対して比較的安定している。このため、１次側電圧の変動などの外乱により充電電流が変動し、この結果としてバッテリ電圧が変動した場合であっても、高い精度で充電率１００％の時点を検出することができる。

【0036】

図４は、段階の移行制御を行わずに充電開始から終了まで定電流による充電を継続した場合の、充電率の増加に伴う差分ΔＶＡ（ｎ）の変化の例を示す参考グラフである。差分ΔＶＡ（ｎ）の値は温度によって異なり、低温の場合には高温の場合よりも大きくなる。また、差分ΔＶＡ（ｎ）のグラフが実質的に立ち上がりはじめる充電率は、低温ではＣＬであるが高温ではＣＨであり、低温の場合には高温の場合よりも早い時点で増加しはじめる。したがって、差分ΔＶＡ（ｎ）の絶対値や、差分ΔＶＡ（ｎ）が増加しはじめる時点のみを基準として充電率を判定したのでは、精度が低くなる場合がある。

【0037】

ここで、図４に示すように、差分ΔＶＡ（ｎ）がピークに達する充電率は、温度に影響されず高い精度で１００％に一致する。したがって、差分ΔＶＡ（ｎ）が増加からピークに達し減少に転じたことを検出すれば、温度によらず高い精度で、充電率が１００％となったと判定することができる。

【0038】

次に、「第２の電圧降下ΔＶｂ（ｎ）が所定の閾値を超える」という条件を用いることによる効果の一部を説明する。
ΔＶｂ（ｎ）が小さい状態では、ΔＶａ（ｎ）も小さいため、ΔＶａ（ｎ）に発生した誤差が差分ΔＶＡ（ｎ）のピーク検出に影響を及ぼすおそれがある（ΔＶａ（ｎ）に誤差が発生する例として、バッテリが複数のセルを備える場合に、セル間で充電率のアンバランスが生じている場合などが考えられる）。したがって、ΔＶｂ（ｎ）が比較的大きいという条件を追加することにより、このような誤差による影響を回避できる。

【0039】

とくに、上述のように、ΔＶｂ（ｎ）は、ΔＶａ（ｎ）とは異なり、測定開始時点および測定終了時点のいずれも充電電流が流れていない状態で測定された電圧に基づいて算出される。したがって、とくに充電電流に起因する誤差を最小限に抑えることができる。

【0040】

さらに、第２の電圧降下ΔＶｂ（ｎ）の値は、ガスの発生量と高い精度で相関する（とくに図示しないが、広い範囲で実質的に比例する）。したがって、充電率とも高い精度で相関する。よって、第２の電圧降下ΔＶｂ（ｎ）を用いれば、高い精度で、充電率が１００％となったと判定することができる。

【0041】

次に、最終段階（図１の例では充電電流がＩ３である段階）における制御について説明する。
制御装置は、充電中に休止区間を設け、この休止区間において電圧を測定し、測定された電圧に基づいて充電の終了制御を行う。「充電の終了制御」とは、たとえば充電を終了すべき時刻Ｔ３を決定する処理と、この時刻Ｔ３において実際に充電電流を０とする処理とを含む。

【0042】

図５は、この休止区間における充電制御を示すグラフであり、図１における区間Ｙを拡大した図である。この制御は、たとえば最終段階のみにおいて実施される。すなわち、図１において充電電流がＩ３である段階において実施される。

【0043】

制御装置は、充電動作において休止区間を設ける。休止区間は所定周期で設けられる。本実施形態ではこの周期をＴｙとする。制御装置は、この休止区間において、所定の休止時間だけ充電を休止する（すなわち充電電流を０とする）。図５には休止区間Ｉｎｔ３およびＩｎｔ４が示されている。

【0044】

周期Ｔｙはたとえば５分であるが、３分〜１０分であればどのような値であってもよく、また３分以下または１０分以上としてもよい。ただし、一般的には最終段階ではそれより前の段階と比べて充電率の増加が緩やかになるため、周期Ｔｙ＞周期Ｔｘとしておくと、充電率の判定精度をそれほど悪化させず、かつ休止区間を最小限に抑えて充電完了を早めることができる。
休止区間の長さｉｎｔｙは一定であり、たとえば２秒であるが、１秒〜５秒であればどのような値であってもよく、また１秒以下または５秒以上としてもよい。ｉｎｔｘ＝ｉｎｔｙとしてもよい。

【0045】

各休止区間では充電動作が休止されているので、バッテリの電圧（たとえば端子間電圧）は時間とともに減少する。制御装置は、各休止区間において、第３の測定区間において測定される第３の電圧降下を測定する。本実施形態では、第３の測定区間は、各休止区間に等しい（すなわち休止区間の開始時点と終了時点との間の区間である）。図５の例では、休止区間Ｉｎｔ３における第３の電圧降下はΔＶｃ（１）であり、休止区間Ｉｎｔ４における第３の電圧降下はΔＶｃ（２）である。

【0046】

以下、ｎ番目の休止区間における第３の電圧降下をΔＶｃ（ｎ）と表記する。なおΔＶｃ（ｎ）＞０とする。ΔＶｃ（ｎ）は、たとえば、休止区間の開始直前（すなわち充電電流が流れている状態）に測定された電圧から、休止区間の終了直前（すなわち充電電流が流れていない状態）に測定された電圧を減算することによって算出可能である。

【0047】

制御装置は、このようにして求めた第３の電圧降下ΔＶｃ（ｎ）の値に応じて充電の終了制御を実施する。たとえば、ΔＶｃ（ｎ）の値が所定の閾値以下であり、かつ実質的に一定となった時点で充電を終了する。

【0048】

ここで、所定の閾値は、たとえば充電率の算定基準となる所定の状態において測定した第３の電圧降下の値に基づいて決定することができる。本実施形態では、この算定基準となる状態を、最終段階の開始時点すなわち充電率が１００％である状態とするが、他の公知の方法によって算定基準を決定してもよい。

【0049】

また、本実施形態では、算定基準となる状態において測定した第３の電圧降下のΔＶｃ（０）の値に所定の比率０．８を乗算した値を閾値とするが、ΔＶｃ（０）に基づいて算出される値であれば他の値を閾値としてもよい。

【0050】

また、ΔＶｃ（ｎ）が実質的に一定となったか否かの判定基準は、当業者であれば適宜設計することができるが、たとえば、所定時間内での最大値と最小値との差が所定の値以下となったか否かに基づいて判定することができる。

【0051】

図６は、このような条件を用いることによる効果の一部を説明する参考図である。この図は、劣化したバッテリおよび劣化していないバッテリのそれぞれについて、充電率に対するΔＶｃ（ｎ）および電解液の比重の変化を示すグラフである。この例では、ΔＶｃ（ｎ）／ΔＶｃ（０）≦０．８となり、かつΔＶｃ（ｎ）が実質的に一定となった場合に充電を終了させている。

【0052】

液式鉛蓄電池では、電解液の比重がある適切な値（たとえば１．２８程度であるが、当業者が適宜決定可能である）になった時点で充電を終了すると充電の過不足を回避できるが、比重を直接検出するのは困難である。

【0053】

しかしながら、充電率が１００％に達した時点以降において、ΔＶｃ（ｎ）と電解液の比重とは相関を有する。図６に示すように、劣化していないバッテリでは、充電率の上昇に伴って比重が比較的早く増加し、たとえば充電率Ｃ１（ただし１０５［％］＜Ｃ１＜１２０［％］）において適切な目標値（たとえば１．２８程度）に達する。この時点までにΔＶｃ（ｎ）／ΔＶｃ（０）≦０．８となっており、また、この時点においてΔＶｃ（ｎ）が減少を終えほぼ一定となっている。

【0054】

一方、劣化したバッテリでは、充電率の上昇に伴う比重の上昇が比較的遅く、たとえば充電率Ｃ２（ただし１０５［％］＜Ｃ１＜Ｃ２＜１２０［％］）において適切な目標値（たとえば１．２８程度）に達する。この時点までにΔＶｃ（ｎ）が減少を終えほぼ一定となっており、また、この時点においてΔＶｃ（ｎ）／ΔＶｃ（０）≦０．８となる。

【0055】

以上のように、いずれのバッテリにおいても、ΔＶｃ（ｎ）／ΔＶｃ（０）≦０．８かつΔＶｃ（ｎ）が実質的に一定となった時点で充電動作を終了することにより、充電率を最適な値とし、充電エネルギーを低減することができる。また、充電時間を短縮することができる。

【0056】

以上説明するように、本発明の実施の形態１に係る方法および装置によれば、第１の電圧降下ΔＶａ（ｎ）の差分ΔＶＡ（ｎ）と、第２の電圧降下ΔＶｂ（ｎ）とに基づいて充電率が１００％となったことを検出するので、外乱や温度に影響されず、より高い精度で適切に充電の制御を行うことができる。また、電解液の比重と相関する第３の電圧降下ΔＶｃ（ｎ）に基づいて充電を終了するので、バッテリの劣化状態に影響されず、最適な充電率で充電を終了することができる。

【0057】

また、図３や図４において示すように、充電した電気量によらず充電率が１００％となったことを検出できるので、前回の放電における放電量を測定していなくても、過不足のない充電を実現するような充電段階の移行制御を実施できる。

【0058】

実施の形態１において、次のような変形を加えることができる。
最終段階への移行制御は、電流量の変更を伴わないものであってもよい。たとえば、図１の時刻Ｔ２における移行制御では電流の値を減少させず、そのまま充電終了までＩ２を維持してもよい。このような場合であっても、最終段階への移行制御は、少なくとも、充電を終了するための終了条件を判定する基準状態（たとえば充電率１００％の状態）を決定する処理を含むということができる。たとえば実施の形態１では、この終了条件が第３の電圧降下ΔＶｃ（ｎ）に基づいて判定される。

【0059】

実施の形態１では、すべての充電段階が定電流充電を行う定電流段階（ＣＣ）であるが、少なくとも１つの段階が定電流段階であればよい。また、定電圧充電を行う定電圧段階（ＣＶ）を含んでもよい。

【0060】

定電圧段階を含む場合の効果を以下に説明する。従来技術において、定電流（ＣＣ１）−定電圧（ＣＶ）−定電流（ＣＣ２）という３段階の充電を行う場合には、バッテリの状態により、最終段階（ＣＣ２）への移行時に充電率が異なる場合があるという問題があった。そこで、本発明の制御による定電流段階を少なくとも定電圧段階の直後に挿入し、たとえば定電流（ＣＣ１）−定電圧（ＣＶ）−定電流（ＣＣα）−定電流（ＣＣ２）という４段階の充電を行えば、最終段階（ＣＣ２）への移行時の充電率を安定させることができる。とくに、ＣＣαの段階において、小電流（たとえば０．０５ＣＡ〜０．０７ＣＡ）で充電を行いながら本発明を実施すると、安定した充電率で最終段階へ移行することができる。

【0061】

実施の形態１では、段階の移行制御はいずれも充電電流の変更を伴うが、変形例として、充電電流の変更を伴わないものであってもよい。たとえば、充電電流の値を変更する処理を含まず、充電を終了するための条件を決定または変更する処理を含むものであってもよい。充電を終了するための条件とは、たとえば特定の基準状態から所定電力量または所定時間だけ充電した時点で充電動作を終了するというように定義することができる。具体的には、図１の時刻Ｔ２における移行制御として、Ｉ２＝Ｉ３とし、時刻Ｔ２の後さらに、それまでに充電された電力量の１０％（または５％〜２０％のいずれか）だけ充電された時点で充電動作を終了するようにしてもよいし、Ｉ２＝Ｉ３とし、時刻Ｔ２の後さらに所定時間だけ充電された時点で充電動作を終了するようにしてもよい。また、充電電流の値を変更するとともに充電終了の条件を決定または変更してもよい。

【0062】

第１の電圧降下Ｖａ（ｎ）および第３の電圧降下Ｖｃ（ｎ）は、休止直前から休止区間の終了時点までの電圧降下に限らず、休止直前から一定の測定時間が経過するまで（ただし休止区間が終了するより前）の電圧降下を用いてもよい。言い換えると、実施の形態１では休止時間と測定時間が等しいが、変形例として、測定時間を休止時間より短くしてもよい。

【0063】

また、第２の電圧降下Ｖｂ（ｎ）は、休止区間の終了直前の区間に限らず、休止区間より先に終了する区間の電圧降下を用いてもよい。言い換えると、実施の形態１ではΔｄ＋Δｔ＝ｉｎｔｘであるが、変形例として、Δｄ＋Δｔ＜ｉｎｔｘとしてもよい。すなわち、休止開始時点から遅延時間Δｄだけ経過した時点を測定区間の開始点とし、この開始点からさらに一定時間経過するまで（ただし休止区間が終了するより前）を測定区間の終了点としてもよい。

【0064】

実施の形態１では、最終段階において、第３の電圧降下ΔＶｃ（ｎ）が閾値以下であり、かつ実質的に一定となった時点で充電を終了するが、充電を終了する具体的な条件は当業者が適宜設計可能である。たとえば、第３の電圧降下ΔＶｃ（ｎ）が閾値以下となった時点で充電を終了してもよいし、または、第３の電圧降下ΔＶｃ（ｎ）が実質的に一定となった時点で充電を終了してもよい。上述のように第３の電圧降下ΔＶｃ（ｎ）は電解液の比重と相関するので、様々な条件を用いて適切な比重を実現することができる。

【0065】

実施の形態２．
実施の形態２は、実施の形態１において、最終段階以外の段階における段階の移行制御を変更するものである。
最終段階以外の段階では、公知の制御方法を含むいかなる制御を行ってもよい。たとえば、第１の電圧降下ΔＶａ（ｎ）の絶対値が減少から増加に転じた場合に段階の移行制御を行ってもよい。また、定電流充電以外の方法を用いてもよく、たとえば定電圧充電を行う段階を含んでもよい。

【0066】

また、直前の放電動作に係るバッテリの放電量を測定しておき、これに基づいて最終段階に移行してもよい。たとえば、最終段階より前の段階においてこの放電量に等しい電力量を充電した時点で、最終段階に移行してもよい。

【0067】

このような構成であっても、最終段階では電解液の比重と相関する第３の電圧降下ΔＶｃ（ｎ）に基づいて充電を終了するので、バッテリの劣化状態に影響されず、最適な充電率で充電を終了することができる。
なお、実施の形態２においても、実施の形態１と同様の変形を施すことができる。

【符号の説明】

【0068】

Ｉｎｔ３，Ｉｎｔ４ 休止区間、ｉｎｔｙ 休止時間、Ｔｙ 周期、Ｖｃ 第３の電圧降下（電圧降下）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】