特許第6439421号(P6439421)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(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】6439421
(24)【登録日】2018年11月30日
(45)【発行日】2018年12月19日
(54)【発明の名称】充電電流制御装置及び充電電流制御方法
(51)【国際特許分類】
   H02J 7/10 20060101AFI20181210BHJP
   H01M 10/48 20060101ALI20181210BHJP
   H01M 10/44 20060101ALI20181210BHJP
   B60L 11/18 20060101ALI20181210BHJP
【FI】
   H02J7/10 B
   H02J7/10 C
   H02J7/10 H
   H01M10/48 P
   H01M10/44 Q
   B60L11/18 C
【請求項の数】6
【全頁数】11
(21)【出願番号】特願2014-246829(P2014-246829)
(22)【出願日】2014年12月5日
(65)【公開番号】特開2016-111813(P2016-111813A)
(43)【公開日】2016年6月20日
【審査請求日】2017年9月11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】100074099
【弁理士】
【氏名又は名称】大菅 義之
(72)【発明者】
【氏名】波多野 順一
【審査官】 高野 誠治
(56)【参考文献】
【文献】 特開2009−044946(JP,A)
【文献】 特開2009−072029(JP,A)
【文献】 特開2011−176941(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H02J 7/00 − 7/12
H02J 7/34 − 7/36
H01M 10/42 −10/48
B60L 11/18
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
定電流定電圧充電制御時に電池に流れる充電電流を制御する充電電流制御装置であって、
前記電池の電圧を検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部により検出される電圧が目標電圧に到達すると、定電流充電制御から定電圧充電制御に移行する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記定電圧充電制御時、
記電圧検出部により検出される電圧が上昇すると、前記充電電流の減少幅を大きくすることを定電圧充電制御時間ごとに繰り返し実行し、
前記電圧検出部により検出される電圧が上昇するときのその電圧の変化量が大きいほど前記定電圧充電制御時間を小さくする
ことを特徴とする充電電流制御装置。
【請求項2】
請求項1に記載の充電電流制御装置であって、
前記制御部は、前記電圧検出部により検出される電圧の変化量が大きい程、前記充電電流の減少幅を大きくする
ことを特徴とする充電電流制御装置。
【請求項3】
定電流定電圧充電制御時に電池に流れる充電電流を制御する充電電流制御装置であって、
前記電池の電圧を検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部により検出される電圧が、目標電圧に到達すると、定電流充電制御から定電圧充電制御に移行する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記定電圧充電制御時、
前記電圧検出部により検出される電圧が前記目標電圧を超え、前記電圧検出部により検出される電圧と前記目標電圧との電圧差が所定値以上になると、前記充電電流の減少幅を大きくすることを定電圧充電制御時間ごとに繰り返し実行し、
前記電圧差が大きいほど前記定電圧充電制御時間を小さくする
ことを特徴とする充電電流制御装置。
【請求項4】
請求項3に記載の充電電流制御装置であって、
前記制御部は、前記電圧差が大きい程、前記充電電流の減少幅を大きくする
ことを特徴とする充電電流制御装置。
【請求項5】
電圧検出部により検出される電池の電圧が、目標電圧に到達すると、定電流充電制御から定電圧充電制御に移行する充電電流制御装置における充電電流制御方法であって、
前記充電電流制御装置は、前記定電圧充電制御時、
前記充電電流が減少中に前記電圧検出部により検出される電圧が上昇すると、前記充電電流の減少幅を大きくすることを定電圧充電制御時間ごとに繰り返し実行し、
前記電圧検出部により検出される電圧が上昇するときのその電圧の変化量が大きいほど前記定電圧充電制御時間を小さくする
ことを特徴とする充電電流制御方法。
【請求項6】
電圧検出部により検出される電池の電圧が、目標電圧に到達すると、定電流充電制御から定電圧充電制御に移行する充電電流制御装置における充電電流制御方法であって、
前記充電電流制御装置は、前記定電圧充電制御時、
前記電圧検出部により検出される電圧が前記目標電圧を超え、前記電圧検出部により検出される電圧と前記目標電圧との電圧差が所定値以上になると、前記充電電流の減少幅を大きくすることを定電圧充電制御時間ごとに繰り返し実行し、
前記電圧差が大きいほど前記定電圧充電制御時間を小さくする
ことを特徴とする充電電流制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電池に流れる充電電流の制御に関する。
【背景技術】
【0002】
電動フォークリフトやプラグインハイブリッド車など、電動モータの動力を利用して走行する車両の普及に伴い、車両に搭載される電池に流れる充電電流を制御するための技術の向上が図られている。
【0003】
充電電流の制御方法として、例えば、定電流定電圧充電制御がある。この定電流定電圧充電制御では、充電開始から電池の電圧が目標電圧になるまでの間において、所定電流になるように充電電流が制御され(定電流充電制御)、その後、電池の電圧が目標電圧になってから充電電流が終了電流になるまでの間において、徐々に減少するように充電電流が制御される(定電圧充電制御)。
【0004】
電池の電圧が満充電に対応する電圧に近い状態から充電開始する場合、このような充電電流の制御方法では、定電流充電制御が始まってから電池に分極(主に、電気化学的分極)が生じる。そして、定電流充電制御から定電圧充電制御へ移行した後も、この分極による電池の電圧の上昇を充電電流の減少により抑えられない場合、図9(a)及び図9(b)に示すように、電池の電圧が目標電圧を超えてしまう。電池の電圧が目標電圧を超えることは、例えば、電池の劣化の原因になる。
【0005】
図9(b)で、定電流充電制御時に充電電流が一定でなく上昇しているのは、充電開始してから所定電流になるように充電電流を増加させているからである。また、充電電流が所定電流になる前に定電圧充電制御へ移行しているのは、電池の電圧が満充電に対応する電圧に近い状態から充電開始したため、充電電流が所定電流になる前に電圧が目標電圧になり定電圧充電制御へ移行したからである。
【0006】
なお、定電流充電制御時に所定電流になるように充電電流を増加させる構成に限らず、充電開始後から充電電流が所定電流であってもよい。また、充電開始時の電池の電圧によっては、充電電流が所定電流になってから定電圧充電制御へ移行することもある。
【0007】
関連した技術として、例えば、定電圧充電制御時、電池の電圧が目標電圧を超えないように、電池に直列接続されるスイッチング素子のオン抵抗を増加させて、電池に印加される電圧を低下させるものがある。例えば、特許文献1参照。
【0008】
また、関連した技術として、例えば、間欠動作の充電休止時毎に、電池の電圧から分極電圧を測定し、その分極電圧の2階時間微分が正から負になったときに、充電電流を減少させるものがある。例えば、特許文献2参照。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】特開2009−123560号公報
【特許文献2】特開2013−240153号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
本発明は、定電流充電制御から定電圧充電制御への移行後における電池の電圧の上昇を抑えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
実施形態の充電電流制御装置は、定電流定電圧充電制御時に電池に流れる充電電流を制御する充電電流制御装置であって、電池の電圧を検出する電圧検出部と、電圧検出部により検出される電圧が、目標電圧に到達すると、定電流充電制御から定電圧充電制御に移行する制御部とを備える。
【0012】
制御部は、定電圧充電制御時、充電電流が減少中に電圧検出部により検出される電圧が上昇すると、充電電流の減少幅を大きくする。
また、制御部は、定電圧充電制御時、電圧検出部により検出される電圧が目標電圧を超え、電圧検出部により検出される電圧と目標電圧との電圧差が所定値以上になると、充電電流の減少幅を大きくする。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、定電流充電制御から定電圧充電制御への移行後における電池の電圧の上昇を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
図1】実施形態の充電電流制御装置を含む蓄電装置の一例を示す図である。
図2】制御部の動作の一例を示すフローチャートである。
図3】第1実施例における制御部の動作の一例を示すフローチャートである。
図4】(a)は電圧検出部により検出される電圧の変化の一例を示す図であり、(b)は充電電流の変化の一例を示す図である。
図5】第1実施例における記憶部に記憶される情報の一例を示す図である。
図6】第2実施例における制御部の動作の一例を示すフローチャートである。
図7】(a)は電圧検出部により検出される電圧の変化の一例を示す図であり、(b)は充電電流の変化の一例を示す図である。
図8】第2実施例における記憶部に記憶される情報の一例を示す図である。
図9】(a)は電池の電圧の変化の一例を示す図であり、(b)は充電電流の変化の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
図1は、実施形態の充電電流制御装置を含む蓄電装置の一例を示す図である。
図1に示す蓄電装置1は、例えば、電池パックであり、電動フォークリフトやプラグインハイブリッド車など、電動モータの動力を利用して走行する車両2に搭載される。
【0016】
また、蓄電装置1は、電池11、電圧検出部12、電流検出部13、記憶部14、及び制御部15を備える。なお、充電電流制御装置は、例えば、電圧検出部12及び制御部15を備えて構成される。
【0017】
電池11は、例えば、リチウムイオン電池又はニッケル水素電池などの二次電池であり、車両2に搭載される走行用の電動モータや電装部品などに電力を供給する。なお、電池11は、直列接続される複数の二次電池や並列接続される複数の二次電池により構成されてもよい。
【0018】
電圧検出部12は、例えば、電圧計であり、電池11の電圧を検出する。
電流検出部13は、例えば、電流計であり、電池11に流れる充電電流を検出する。
記憶部14は、例えば、RAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)であり、後述する定電流定電圧充電制御(CCCV充電制御)を実行するためのプログラムや各種情報を記憶する。
【0019】
制御部15は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、マルチコアCPU、又はプログラマブルなディバイス(FPGA(Field Programmable Gate Array)やPLD(Programmable Logic Device)など)であり、CCCV充電制御を実行する。制御部15は、CCCV充電制御時、所定時間経過毎に充電電流指令値を充電器3の制御部31に送信する。制御部31は、充電電流指令値を受信すると、その充電電流指令値に応じた充電電流が電池11に流れるように、電力供給部32の出力電流を制御する。また、制御部15は、電池11の充電が終了したと判断すると、充電終了指示を制御部31に送信する。制御部31は、充電終了指示を受信すると、電力供給部32の動作を停止し電力供給部32から電池11への電力供給を停止させる。
【0020】
図2は、CCCV充電制御時の制御部15の動作の一例を示すフローチャートである。
まず、制御部15は、充電開始指示が入力されると、電圧検出部12により検出される電圧Vが目標電圧に到達するまで定電流充電制御(CC充電制御)を実行する(S21、S22:No)。
【0021】
次に、制御部15は、電圧Vが目標電圧(例えば満充電に対応する電圧)に到達すると(S22:Yes)、CC充電制御から定電圧充電制御(CV充電制御)に移行し、充電電流を徐々に減少させる。そして、CV充電制御に移行した後、電圧Vが目標電圧になり、かつ、充電電流が終了電流になるまでCV充電制御を実行する(S23、S24:No)。
【0022】
そして、制御部15は、電圧Vが目標電圧を超え、かつ、充電電流が終了電流になると(S24:Yes)、充電終了指示を充電器3の制御部31に送信する(S25)。
<第1実施例>
図3は、第1実施例におけるCV充電制御時の制御部15の動作の一例を示すフローチャートである。なお、図3に示すフローチャートは、CV充電制御時間(例えば、1[秒])経過毎に繰り返し実行されるものとする。
【0023】
制御部15は、電圧検出部12により検出される電圧Vが上昇していないと判断すると(S31:No)、第1の減少幅(例えば、1[A])分、充電電流を減少させ(S32)、電圧Vが上昇したと判断すると(S31:Yes)、第1の減少幅よりも大きい第2の減少幅(例えば、2[A])分、充電電流を減少させる(S33)。例えば、制御部15は、今回のCV充電制御時において電圧検出部12により検出された電圧Vが前回のCV充電制御時において電圧検出部12により検出された電圧Vよりも大きい場合、電圧Vが上昇したと判断する。また、制御部15は、充電電流指令値から第2の減少幅を減算することで、第2の減少幅分、充電電流を減少させる。
【0024】
このように、第1実施例における制御部15は、CV充電制御時、充電電流が減少中に電圧検出部12により検出される電圧Vが上昇すると、充電電流の減少幅を大きくするため、電圧Vが上昇していない場合に比べて、電圧Vが上昇している場合の単位時間あたりの充電電流の減少幅(減少レート)を大きくすることができる。例えば、図4(a)に示すように、CV充電制御時、電圧Vが上昇していない期間t2−t3、期間t4−t5、期間t6−t7に比べて、電圧Vが上昇している期間t1−t2、期間t3−t4、期間t5−t6の充電電流の減少幅を大きくすることで、図4(b)に示すように、電圧Vが上昇していない期間t2−t3、期間t4−5、期間t6−t7に比べて、電圧Vが上昇している期間t1−t2、期間t3−t4、期間t5−t6の単位時間あたりの充電電流の減少幅(減少レート)を大きくすることができる。
【0025】
このように、第1実施例における制御部15は、CV充電制御時、電圧検出部12により検出される電圧Vが上昇しているときの単位時間あたりの充電電流の減少幅(減少レート)を大きくすることができるため、その充電電流の減少幅分、分極や電池11の内部抵抗による電池11の電圧上昇の影響を抑えられ、CV充電制御時、単位時間あたりの充電電流の減少幅(減少レート)が常に一定である場合に比べて、電池11の電圧の上昇を抑えることができる。これにより、電池11の電圧が満充電に対応する電圧に近い状態から充電開始する場合であっても、CC充電制御からCV充電制御への移行後、電池11の電圧が目標電圧を超えることを抑えることができ、電池11の電圧が目標電圧を超えることによる電池11の劣化を抑えることができる。
【0026】
なお、第1実施例における制御部15は、CV充電制御時、電圧検出部12により検出される電圧Vが上昇したと判断すると、図5(a)に示す情報を参照して、今回のCV充電制御時に電圧検出部12により検出された電圧Vから前回のCV充電制御時に電圧検出部12により検出された電圧Vを減算した結果である変化量ΔV1に対応する減少幅を取得し、その取得した減少幅を上記第2の減少幅としてもよい。図5(a)に示す情報では、変化量ΔV1が大きくなる程、その変化量ΔV1に対応する減少幅も大きくなるため、変化量ΔV1が大きい程、すなわち、電池11の電圧が上昇する程、第2の減少幅が大きくなる。これにより、CV充電制御時、電池11の電圧の上昇をさらに抑えることができるため、電池11の電圧が目標電圧を超えることをさらに抑えることができる。
【0027】
また、第1実施例における制御部15は、CV充電制御時、電圧検出部12により検出される電圧Vが上昇したと判断すると、図5(b)に示す情報を参照して、変化量ΔV1に対応するCV充電制御時間を取得し、その取得したCV充電制御時間経過毎に、図3に示すフローチャートを繰り返し実行するようにしてもよい。図5(b)に示す情報では、変化量ΔV1が大きくなる程、その変化量ΔV1に対応するCV充電制御時間が小さくなるため、変化量ΔV1が大きい程、単位時間あたりのCV充電制御の実行回数が多くなる。これにより、CV充電制御時、電圧Vが上昇しているときの単位時間あたりの充電電流の減少幅(減少レート)を大きくすることができるため、CV充電制御時、単位時間あたりの充電電流の減少幅(減少レート)が常に一定である場合に比べて、電池11の電圧の上昇を抑えることができ、電池11の電圧が目標電圧を超えることを抑えることができる。
【0028】
また、第1実施例における制御部15は、CV充電制御時、電圧検出部12により検出される電圧Vが上昇したと判断すると、図5(a)に示す情報及び図5(b)に示す情報を両方参照して、変化量ΔV1が大きい程、第2の減少幅を増加させるとともに、CV充電制御時間を減少させるようにしてもよい。
【0029】
<第2実施例>
図6は、第2実施例におけるCV充電制御時の制御部15の動作の一例を示すフローチャートである。なお、図6に示すフローチャートは、CV充電制御時間経過毎に行われるものとする。
【0030】
制御部15は、電圧検出部12により検出される電圧Vが目標電圧を超えていないと判断すると(S61:No)、又は、電圧Vが目標電圧を超えているが電圧Vと目標電圧との電圧差が所定値以上でないと判断すると(S61:Yes、S62:No)、第1の減少幅分、充電電流を減少させる(S63)。
【0031】
また、制御部15は、電圧Vが目標電圧を超えていると判断し(S61:Yes)、電圧Vと目標電圧との電圧差が所定値以上であると判断すると(S62:Yes)、第1の減少幅よりも大きい第2の減少幅分、充電電流を減少させる(S63)。
【0032】
このように、第2実施例における制御部15は、CV充電制御時、充電電流が減少中に電圧検出部12により検出される電圧Vが目標電圧を超え、電圧Vと目標電圧との電圧差が所定値以上であると判断すると、充電電流の減少幅を大きくするため、電圧Vが目標電圧を超えていない場合や電圧Vが目標電圧を超えているが電圧Vと目標電圧との電圧差が所定値以上でない場合に比べて、単位時間あたりの充電電流の減少幅(減少レート)を大きくすることができる。例えば、図7(a)に示すように、CV充電制御時、電圧Vが目標電圧を超えていない期間t9−t10、期間t11−t12に比べて、電圧Vが目標電圧を超え、電圧Vと目標電圧との電圧差が所定値以上である期間t8−9、期間t10−11の充電電流の減少幅を大きくすることで、図7(b)に示すように、電圧Vが目標電圧を超えていない期間t9−t10、期間t11−t12に比べて、電圧Vが目標電圧を超え、電圧Vと目標電圧との電圧差が所定値以上である期間t8−t9、期間t10−t11の単位時間あたりの充電電流の減少幅(減少レート)を大きくすることができる。
【0033】
このように、第2実施例における制御部15は、CV充電制御時、電圧検出部12により検出される電圧Vが目標電圧を超え、電圧Vと目標電圧との電圧差が所定値以上であるときの単位時間あたりの充電電流の減少幅(減少レート)を大きくすることができるため、その充電電流の減少幅分、その充電電流の減少幅分、分極や電池11の内部抵抗による電池11の電圧上昇の影響を抑えられ、CV充電制御時、単位時間あたりの充電電流の減少幅(減少レート)が常に一定である場合に比べて、電池11の電圧の上昇を抑えることができる。これにより、電池11の電圧が満充電に対応する電圧に近い状態から充電開始する場合であっても、CC充電制御からCV充電制御への移行後、電池11の電圧が目標電圧を超えることを抑えることができ、電池11の電圧が目標電圧を超えることによる電池11の劣化を抑えることができる。
【0034】
なお、第2実施例における制御部15は、CV充電制御時、電圧検出部12により検出される電圧Vが目標電圧を超え、電圧Vと目標電圧との電圧差が所定値以上であると判断すると、図8(a)に示す情報を参照して、電圧Vと目標電圧との電圧差ΔV2に対応する減少幅を取得し、その取得した減少幅を上記第2の減少幅としてもよい。図8(a)に示す情報では、電圧差ΔV2が大きくなる程、その電圧差ΔV2に対応する減少幅も大きくなるため、電圧差ΔV2が大きい程、すなわち、電池11の電圧が上昇する程、第2の減少幅が大きくなる。これにより、CV充電制御時、電池11の電圧の上昇をさらに抑えることができるため、電池11の電圧が目標電圧を超えることをさらに抑えることができる。
【0035】
また、第2実施例における制御部15は、CV充電制御時、電圧検出部12により検出される電圧Vが目標電圧を超え、電圧Vと目標電圧との電圧差が所定値以上であると判断すると、図8(b)に示す情報を参照して、電圧差ΔV2に対応するCV充電制御時間を取得し、その取得したCV充電制御時間経過毎に、図6に示すフローチャートを繰り返し実行するようにしてもよい。図8(b)に示す情報では、電圧差ΔV2が大きくなる程、その電圧差ΔV2に対応するCV充電制御時間が小さくなるため、電圧差ΔV2が大きい程、単位時間あたりのCV充電制御の実行回数が多くなる。これにより、CV充電制御時、電圧Vが目標電圧を超え、電圧Vと目標電圧との電圧差が所定値以上であるときの単位時間あたりの充電電流の減少幅(減少レート)を大きくすることができるため、CV充電制御時、単位時間あたりの充電電流の減少幅(減少レート)が常に一定である場合に比べて、電池11の電圧の上昇を抑えることができ、電池11の電圧が目標電圧を超えることを抑えることができる。
【0036】
また、第2実施例における制御部15は、CV充電制御時、電圧検出部12により検出される電圧Vが目標電圧を超え、電圧Vと目標電圧との電圧差が所定値以上であると判断すると、図8(a)に示す情報及び図8(b)に示す情報を両方参照して、電圧差ΔV2が大きい程、第2の減少幅を増加させるとともに、CV充電制御時間を減少させるようにしてもよい。
【符号の説明】
【0037】
1 蓄電装置
11 電池
12 電圧検出部
13 電流検出部
14 記憶部
15 制御部
2 車両
3 充電器
31 制御部
32 電力供給部
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9