二次電池的充電裝置以及二次電池的充電方法
【專利摘要】具備：充電電源，其向二次電池供給電力；充電電力檢測單元，其檢測向二次電池充入的電力；滿充電判定單元，其根據(jù)充電電力檢測單元的檢測值作出滿充電判定；充電控制單元，其進(jìn)行以下的充電控制，即到作出滿充電判定為止進(jìn)行充電，如果作出了滿充電判定則停止充電，如果從充電停止起經(jīng)過了規(guī)定時間則再開始充電，到再次作出滿充電判定為止持續(xù)進(jìn)行充電。并且，還具備：溫度檢測單元，其檢測二次電池的溫度；停止時間設(shè)定單元，其至少根據(jù)作出滿充電判定時的二次電池的溫度來設(shè)定停止時間，其中，溫度檢測單元的檢測溫度越低則停止時間設(shè)定單元將停止時間設(shè)定得越長。
【專利說明】二次電池的充電裝置以及二次電池的充電方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種二次電池的充電控制。

【背景技術(shù)】
[0002]作為對二次電池進(jìn)行充電的充電裝置，已知以下的充電裝置，S卩如果在充電開始后檢測到滿充電狀態(tài)則停止充電，在經(jīng)過了預(yù)先設(shè)定的規(guī)定時間后再進(jìn)行充電(例如日本JP2005-124340A)。這樣，在檢測到虛滿充電狀態(tài)后停止充電規(guī)定時間并再進(jìn)行充電，由此能夠使電池的實際的充電狀態(tài)接近滿充電狀態(tài)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]然而，在如日本JP2005-124340A的充電裝置那樣預(yù)先設(shè)定檢測到滿充電狀態(tài)后的停止充電的時間(以下稱為充電停止時間)的結(jié)構(gòu)中，難以設(shè)定適當(dāng)?shù)某潆娡Ｖ箷r間。而且，在充電停止時間過短時，無法使二次電池的實際的充電狀態(tài)充分接近滿充電狀態(tài)。另一方面，在充電停止時間過長時，從充電開始到再充電結(jié)束的時間不必要地變長。
[0004]因此，本發(fā)明的目的在于，設(shè)定適當(dāng)?shù)某潆娡Ｖ箷r間，高效地對二次電池進(jìn)行充電。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的某方式，提供一種二次電池的充電裝置，具備:充電電源，其向二次電池供給電力；充電電力檢測單元，其檢測由充電電源向二次電池充入的電力；滿充電判定單元，其在根據(jù)充電電力檢測單元的檢測值計算出的可充電電力成為預(yù)先設(shè)定的規(guī)定電力以下的情況下，進(jìn)行滿充電判定。另外，二次電池的充電裝置具備:充電控制單元，其到作出滿充電判定為止從充電電源向二次電池供給電力而進(jìn)行充電，如果作出了滿充電判定則停止從充電電源向二次電池的電力供給，如果從停止電力供給起經(jīng)過了規(guī)定時間則再開始充電，到再次作出滿充電判定為止進(jìn)行充電。而且，二次電池的充電裝置還具備:溫度檢測單元，其檢測二次電池的溫度；停止時間設(shè)定單元，其至少根據(jù)作出滿充電判定時的二次電池的溫度來設(shè)定停止時間，其中，二次電池的溫度越低則停止時間設(shè)定單元將停止時間設(shè)定得越長。
[0006]以下參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實施方式、本發(fā)明的優(yōu)點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1是本實施方式的充電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
[0008]圖2是第一實施方式的充電控制例程的流程圖。
[0009]圖3是停止時間圖。
[0010]圖4是執(zhí)行充電控制的情況下的時序圖。
[0011]圖5是用于說明第一實施方式的效果的時序圖。
[0012]圖6是第二實施方式的充電控制例程的流程圖。
[0013]圖7是充電停止時間修正用的修正系數(shù)表。

【具體實施方式】
[0014](第一實施方式)
[0015]圖1是本發(fā)明的實施方式的充電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
[0016]充電系統(tǒng)構(gòu)成為包括電池3、向電池3供給充電電力的充電器2以及控制充電器2的控制器I。還具備檢測從充電器2向電池3供給的充電電流的電流傳感器4、檢測電池電壓的電壓傳感器5以及檢測電池3的溫度的溫度傳感器6。
[0017]控制器I根據(jù)電流傳感器4、電壓傳感器5的檢測值計算從充電器2向電池3充入的電力，向充電器2發(fā)送基于計算出的充電電力的充電電力指令。另外，還讀入溫度傳感器6的檢測值。將在后面說明控制器I的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
[0018]充電器2向電池3供給基于來自控制器I的充電電力指令的充電電力。
[0019]電池3例如是作為用于驅(qū)動電動車的驅(qū)動電動機(jī)的電力源而使用的鋰離子電池等二次電池，通過從充電器2供給的充電電力被充電。
[0020]將電流傳感器4、電壓傳感器5以及溫度傳感器6的檢測值讀入控制器I。
[0021]接著，說明控制器I的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。此外，參照圖2的流程圖說明各結(jié)構(gòu)部中的運算內(nèi)容。
[0022]控制器I構(gòu)成為包括可充電電力計算部11、充電電力指令部10、計時器12以及停止時間設(shè)定部13。
[0023]可充電電力計算部11讀入電流傳感器4和電壓傳感器5的檢測值，根據(jù)它們計算可充電電力。可充電電力表示到成為滿充電狀態(tài)為止能夠向電池3充入的電力。
[0024]充電電力指令部10向充電器2發(fā)送基于由可充電電力計算部11計算出的可充電電力的充電電力指令。另外，充電電力指令部10在由可充電電力計算部11計算出的可充電電力成為預(yù)先設(shè)定的規(guī)定電力以下的情況下，判斷為是滿充電狀態(tài)，停止充電，即將充電電力指令設(shè)為零(kw)。并且，在判斷為是滿充電狀態(tài)的情況下，向停止時間設(shè)定部13發(fā)送用于設(shè)定充電停止時間的指令(以下稱為停止時間設(shè)定指令)。如果發(fā)送了停止時間設(shè)定指令，則讀入后述的計時器12的計數(shù)值，在計數(shù)值成為零時，再開始向充電器2發(fā)送基于可充電電力的充電電力指令，進(jìn)行所謂的追加充電。
[0025]停止時間設(shè)定部13如果接收到來自充電電力指令部10的停止時間設(shè)定指令，則計算與電池溫度相應(yīng)的停止時間，向計時器12設(shè)定計算出的停止時間。此外，與電池溫度相應(yīng)的停止時間是電池溫度越低則越長的時間，將在后面詳細(xì)說明。
[0026]如果通過停止時間設(shè)定部13設(shè)定了停止時間，則計時器12開始倒計時(每隔規(guī)定時間減少計數(shù)值的處理)。其中，計數(shù)值的最小值為零。
[0027]圖2是控制器I執(zhí)行的充電控制例程的流程圖。
[0028]在步驟SlO中，控制器I運算可充電電力。更詳細(xì)地說，在可充電電力計算部11中根據(jù)電流傳感器4的檢測值以及電壓傳感器5的檢測值來運算可充電電力，向充電電力指令部10發(fā)送該可充電電力，充電電力指令部10向充電器2發(fā)送充電電力指令。
[0029]在此，說明可充電電力的運算方法的一個例子。首先，計算預(yù)先決定的滿充電電壓與電壓傳感器5的檢測值之間的偏差、即到滿充電狀態(tài)為止的電壓上升量AV。接著，使用電壓上升量AV和預(yù)先測定的電池3的電阻R來計算到滿充電狀態(tài)為止的電流上升量Al。然后，能夠根據(jù)電壓上升量AV和電流上升量Al計算到成為滿充電狀態(tài)為止的電力上升量、即可充電電力。
[0030]在步驟S20中，控制器I通過充電電力指令部10進(jìn)行是否為滿充電狀態(tài)的判定。具體地說，在可充電電力成為預(yù)先決定的規(guī)定電力以下的情況下，判定為是滿充電狀態(tài)(以下將該判定稱為“滿充電判定”)。如果從本步驟的判定的目的出發(fā)，則也可以將規(guī)定電力設(shè)定為零(kW)，但有可能由于各傳感器4、5的檢測誤差等而可充電電力不減少到零而不會判定為是滿充電狀態(tài)。因此，設(shè)定即使存在各傳感器4、5的誤差也能夠判定為是滿充電狀態(tài)那樣的大致接近零(kW)的值。
[0031]在判定的結(jié)果是作出了滿充電判定的情況下，執(zhí)行步驟S30的處理，在判定的結(jié)果是沒有作出滿充電判定的情況下，再次執(zhí)行步驟S1的處理。
[0032]此外，滿充電判定嚴(yán)格來說是可充電電力成為規(guī)定電力以下的判定，不是電池3實際上成為滿充電狀態(tài)的判定。
[0033]在步驟S30中，控制器I通過停止時間設(shè)定部13設(shè)定滿充電判定后的充電停止時間。停止時間設(shè)定部13讀入溫度傳感器6的檢測值，參照預(yù)先存儲的停止時間圖來決定停止時間，向計時器12設(shè)定所決定的設(shè)定時間并且使計時器12開始倒計時。停止時間圖例如如圖3所示，電池溫度越低則設(shè)定越長的停止時間。這是基于電池溫度越低則到消除極化為止的時間越長的特性。例如，在鋰離子電池的情況下，極化起因于由作為擴(kuò)散物質(zhì)的鋰離子的擴(kuò)散而產(chǎn)生的濃度差，電池溫度越低則電解液的粘度越高，濃度差的消除需要時間。因此，通過電池溫度越低則將充電時間設(shè)定得越長，到再開始充電為止充分消除了極化。
[0034]此外，如果滿足電池溫度越低則設(shè)定越長的停止時間這樣的條件，則停止時間圖并不限于圖3。例如，也可以將溫度區(qū)域分割為多個區(qū)間，對每個區(qū)間設(shè)定停止時間。
[0035]在步驟S40中，控制器I參照充電電力指令部10內(nèi)具備的滿充電判定次數(shù)計數(shù)器的值，判定滿充電判定次數(shù)是否成為預(yù)先決定的規(guī)定次數(shù)以上。能夠任意地設(shè)定規(guī)定次數(shù)，例如設(shè)定為五次左右。如果小于規(guī)定次數(shù)，則執(zhí)行步驟S50的處理，如果為規(guī)定次數(shù)以上，則將計數(shù)值復(fù)位為零，結(jié)束充電。
[0036]在步驟S50中，控制器I使?jié)M充電判定次數(shù)計數(shù)器的值遞增。到在步驟S40中判定為計數(shù)值為規(guī)定次數(shù)以上為止，在每次在步驟S20中作出滿充電判定時使?jié)M充電判定次數(shù)計數(shù)器的計數(shù)值遞增。
[0037]在步驟S60中，控制器I通過充電電力指令部10將充電電力指令值設(shè)為零(kW)向充電器2發(fā)送，使充電器2停止充電。
[0038]在步驟S70中，控制器I通過充電電力指令部10判定是否經(jīng)過了充電停止時間。具體地說，判定計時器12的計數(shù)值是否為零。在經(jīng)過了充電停止時間的情況下，再次執(zhí)行步驟SlO的處理以進(jìn)行追加充電，在沒有經(jīng)過充電停止時間的情況下，再次執(zhí)行步驟S60的處理。
[0039]如上述那樣，作出滿充電判定時的電池溫度越低則設(shè)定越長的充電停止時間，到滿充電判定次數(shù)成為規(guī)定次數(shù)為止重復(fù)進(jìn)行追加充電，使電池3的充電狀態(tài)接近真正的滿充電狀態(tài)。
[0040]圖4是執(zhí)行上述充電控制的情況下的時序圖。
[0041]在開始充電時，電池電壓逐漸上升。此外，可充電電力到定時Tl為止為固定值。這是因為雖然通過運算而計算出更大的可充電電力，但由于充電器2的供給能力的上限Pl而可充電電力受到限制。
[0042]從電池電壓接近滿充電電壓的定時Tl開始可充電電力開始降低，在成為為了判定是否為滿充電而設(shè)定的規(guī)定值P2以下的定時T2，作出滿充電判定而暫時停止充電。然后，從經(jīng)過充電停止時間后的定時T3起，開始追加充電。此后，到滿充電判定為規(guī)定次數(shù)以上為止，同樣地重復(fù)進(jìn)行充電的停止、再開始。
[0043]圖5是對電池3充入的電力量的時序圖。圖中的實線表示執(zhí)行本實施方式的充電控制的情況。作為比較例，用虛線表示充電停止時間與電池溫度無關(guān)而固定的情況。此外，設(shè)電池溫度例如接近零(V )。
[0044]從充電開始到首次滿充電判定的定時Tl為止，在本實施方式和比較例中同樣地電力量增大而停止充電。與電池溫度相應(yīng)地設(shè)定充電停止時間的本實施方式在定時T3再開始充電，與此相對，在與電池溫度無關(guān)地充電停止時間固定的比較例中，在比定時T3早的定時T2開始追加充電。
[0045]在對第二次的滿充電判定時的電力量進(jìn)行比較時，在本實施方式中增大到P3，與此相對，在比較例中只增大到低于P3的P2。這是因為在本實施方式中與電池溫度相應(yīng)地設(shè)定能夠充分消除極化的充電停止時間，與此相對，在比較例中，與電池溫度無關(guān)地充電停止時間固定，因此在沒有充分消除極化的狀態(tài)下再開始充電。在第二次的滿充電判定以后，也持續(xù)具有同樣的傾向。
[0046]其結(jié)果是，在本實施方式中在定時T4達(dá)到真正的滿充電電力量P4，與此相對，在比較例中在遲于定時T4的定時T5達(dá)到真正的滿充電電力量P4。這樣，在滿充電判定后暫時停止充電、在經(jīng)過充電停止時間后進(jìn)行追加充電的充電控制中，電池溫度越低則將充電停止時間設(shè)定得越長，由此能夠高效地進(jìn)行二次電池的充電。
[0047]總結(jié)上述第一實施方式的效果如下。
[0048]具備:溫度傳感器6，其檢測電池3的溫度；停止時間設(shè)定部13，其至少根據(jù)作出滿充電判定時的電池溫度來設(shè)定充電停止時間，其中，電池溫度越低則將充電停止時間設(shè)定得越長。由此，在由于電池溫度越低而到消除極化為止的時間越長的狀況下充電停止時間越長，通過追加充電而充入的電力量增大，因此能夠高效地進(jìn)行充電。
[0049]如果滿充電判定次數(shù)成為預(yù)先設(shè)定的規(guī)定次數(shù)，則結(jié)束充電，因此不會不必要地重復(fù)進(jìn)行追加充電。
[0050](第二實施方式)
[0051]第二實施方式的充電系統(tǒng)與第一實施方式同樣地構(gòu)成為在滿充電判定后停止充電，如果經(jīng)過了根據(jù)電池溫度設(shè)定的充電停止時間則進(jìn)行追加充電，但與第一實施方式的不同點在于根據(jù)滿充電判定的次數(shù)來修正充電停止時間。
[0052]圖6是表示在第二實施方式中控制器I進(jìn)行的充電控制例程的一個例子的流程圖。與圖2的流程圖的不同點在于:在步驟S50中對滿充電判定次數(shù)進(jìn)行計數(shù)后執(zhí)行與充電判定次數(shù)相應(yīng)地修正充電停止時間的步驟S55 ;以及在步驟S75中判定是否經(jīng)過了修正后的充電停止時間。以下，說明以上不同點。
[0053]在步驟S55中，控制器I進(jìn)行修正使得滿充電判定次數(shù)越多則將在步驟S30中設(shè)定的充電停止時間設(shè)得越短。具體地說，對于與第一實施方式同樣地在步驟S30中設(shè)定的充電停止時間乘以修正系數(shù)α，該修正系數(shù)α為滿充電判定次數(shù)越多則越小的I以下的修正系數(shù)。根據(jù)滿充電判定次數(shù)計數(shù)器的值，參照例如預(yù)先通過實驗等求出的圖7所示的表來決定修正系數(shù)α。
[0054]在追加充電中，電池電壓接近滿充電電壓，因此充電電流比滿充電判定前小，難以產(chǎn)生極化引起的擴(kuò)散物質(zhì)的濃度差。即，在滿充電判定后的充電停止過程中電池電壓難以降低。因此，滿充電判定次數(shù)越多則極化的影響越小，能夠縮短用于等待極化被消除的充電停止時間。因此，將滿充電次數(shù)越多則越小的作為I以下的值的修正系數(shù)α乘以與電池溫度相應(yīng)地設(shè)定的充電停止時間，滿充電判定次數(shù)越多則將充電停止時間設(shè)得越短，防止設(shè)定超過需要的長的充電停止時間。由此，與第一實施方式相比，能夠設(shè)定更適當(dāng)?shù)某潆娡Ｖ箷r間，能夠防止充電時間超過需要地變長。
[0055]此外，通過實驗等調(diào)查充電停止后的極化消除的程度，根據(jù)它來設(shè)定圖7的表的滿充電判定次數(shù)和修正系數(shù)α之間的關(guān)系。另外，在圖7中，在滿充電判定次數(shù)為四次以上時，修正系數(shù)α不變化而成為固定值。由此，在滿充電判定次數(shù)變多的情況下，充電停止時間不會極端地變短，能夠?qū)嵤┳芳映潆娮陨怼?br> [0056]在步驟S75中根據(jù)計時器12的計數(shù)值是否成為零來判定是否經(jīng)過了充電停止時間的內(nèi)容與步驟S70相同。但是，倒計時開始時的計數(shù)值不同。
[0057]如以上那樣，在第二實施方式中，進(jìn)行修正使得滿充電判定次數(shù)越多則將充電停止時間設(shè)得越短，因此與第一實施方式相比能夠更高效地進(jìn)行二次電池的充電。
[0058]另外，如果滿充電判定次數(shù)成為規(guī)定次數(shù)，則此后保持滿充電判定次數(shù)成為規(guī)定次數(shù)時的充電停止時間，因此充電停止時間不會超出需要地變短，能夠?qū)嵤┳芳映潆姟?br> [0059]此外，充電方法、滿充電判定方法并不限于上述實施方式。也可以代替從充電電力指令部10輸出的充電電力指令，而輸出基于由可充電電力計算部11計算出的可充電電力的充電電流指令。例如，能夠考慮充電電力指令部10將由可充電電力計算部11計算出的可充電電力除以電池電壓所得的值作為充電電流指令來發(fā)送的結(jié)構(gòu)。
[0060]另外，也可以代替從充電電力指令部10輸出的充電電力指令，而輸出基于由可充電電力計算部11計算出的可充電電力的充電電壓指令。例如，能夠考慮以下結(jié)構(gòu)，即可充電電力計算部11根據(jù)預(yù)先決定的規(guī)定的滿充電電壓和電池電壓計算可充電電力，到可充電電力成為規(guī)定值以下為止，將預(yù)先決定的固定的滿充電電壓作為充電電壓指令來發(fā)送。在該情況下，在由可充電電力計算部計算出的可充電電力成為規(guī)定值以下時判定為是滿充電狀態(tài)，將充電指令設(shè)為零(kw)即可。此外，也可以是，可充電電力計算部11在電池電壓成為預(yù)先決定的規(guī)定的滿充電電壓的情況，或電池電壓與預(yù)先決定的規(guī)定的滿充電電壓之間的偏差成為規(guī)定值以下的情況下，判定為是滿充電狀態(tài)。
[0061]如以上那樣，本發(fā)明的充電系統(tǒng)并不限定充電方法、滿充電判定方法，只要是充電到電池3成為滿充電狀態(tài)為止、在成為滿充電狀態(tài)后停止充電規(guī)定時間的結(jié)構(gòu)即可。
[0062]以上，說明了本發(fā)明的實施方式，但上述實施方式只不過示出了本發(fā)明的應(yīng)用例的一部分，并不是要將本發(fā)明的技術(shù)范圍限定為上述實施方式的具體結(jié)構(gòu)。
[0063]本申請主張基于在2012年3月13日向日本專利局申請的特愿2012-56291的優(yōu)先權(quán)，通過參照將該申請的全部內(nèi)容組合到本說明書中。
【權(quán)利要求】
1.一種二次電池的充電裝置，具備: 充電電源，其能夠輸出用于對二次電池進(jìn)行充電的電力； 充電電力檢測單元，其檢測由上述充電電源向上述二次電池充入的電力； 滿充電判定單元，其在根據(jù)上述充電電力檢測單元的檢測值計算出的可充電電力成為預(yù)先設(shè)定的規(guī)定電力以下的情況下，作出滿充電判定； 充電控制單元，其進(jìn)行以下的充電控制:到作出上述滿充電判定為止從上述充電電源向上述二次電池供給電力，如果作出了上述滿充電判定則停止從上述充電電源向上述二次電池的電力供給，如果從停止電力供給起經(jīng)過了規(guī)定時間則再開始電力供給，到再次作出滿充電判定為止持續(xù)進(jìn)行電力供給； 溫度檢測單元，其檢測上述二次電池的溫度；以及 停止時間設(shè)定單元，其至少根據(jù)作出上述滿充電判定時的上述溫度檢測單元的檢測溫度來設(shè)定上述停止時間， 其中，上述溫度檢測單元的檢測溫度越低則上述停止時間設(shè)定單元將上述停止時間設(shè)定得越長。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二次電池的充電裝置，其特征在于， 上述充電控制單元重復(fù)進(jìn)行上述充電控制預(yù)先設(shè)定的規(guī)定次數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的二次電池的充電裝置，其特征在于， 還具備停止時間修正單元，該停止時間修正單元進(jìn)行以下修正:作出上述滿充電判定的次數(shù)越多則越是減少由上述停止時間設(shè)定單元設(shè)定的停止時間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的二次電池的充電裝置，其特征在于， 如果上述滿充電判定的次數(shù)成為規(guī)定次數(shù)，則此后上述停止時間修正單元保持滿充電判定的次數(shù)成為規(guī)定次數(shù)時的停止時間。
5.一種二次電池的充電方法，包括以下步驟: 充電電力檢測步驟，檢測由能夠輸出用于對二次電池進(jìn)行充電的電力的充電電源向上述二次電池充入的電力； 滿充電判定步驟，在根據(jù)上述充電電力檢測單元的檢測值計算出的可充電電力成為預(yù)先設(shè)定的規(guī)定電力以下的情況下，作出滿充電判定；以及 充電控制步驟，進(jìn)行以下的充電控制:到作出上述滿充電判定為止從上述充電電源向上述二次電池供給電力，如果作出了上述滿充電判定則停止從上述充電電源向上述二次電池的電力供給，如果從停止電力供給起經(jīng)過了規(guī)定時間則再開始電力供給，到再次作出滿充電判定為止持續(xù)進(jìn)行電力供給， 該二次電池的充電方法還包括以下步驟: 溫度檢測步驟，檢測上述二次電池的溫度；以及 停止時間設(shè)定步驟，至少根據(jù)作出上述滿充電判定時的上述溫度檢測單元的檢測溫度來設(shè)定停止時間，其中，上述溫度檢測單元的檢測溫度越低則將上述停止時間設(shè)定得越長。
【文檔編號】H01M10/48GK104170207SQ201380014148
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2013年3月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月13日
【發(fā)明者】高野敦史, 曾我力 申請人:日產(chǎn)自動車株式會社