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WO2014030451A1 - 二次電池の充電装置および二次電池の充電方法 - Google Patents

二次電池の充電装置および二次電池の充電方法 Download PDF

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WO2014030451A1 PCT/JP2013/068823 JP2013068823W WO2014030451A1 WO 2014030451 A1 WO2014030451 A1 WO 2014030451A1 JP 2013068823 W JP2013068823 W JP 2013068823W WO 2014030451 A1 WO2014030451 A1 WO 2014030451A1
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charging
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secondary battery
temperature
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敦史 ▲高▼野
力 曽我
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to charge control of a secondary battery.
  • the battery detects a fully charged state based on the temperature and voltage of the secondary battery, pauses charging when a fully charged state is detected, and resumes charging after a lapse of a predetermined time from the pause.
  • JP 2003-143770A discloses a charging device for performing such additional charging, which detects a peak voltage when full charge is detected, and increases the number of repetitions of additional charging as the peak voltage is lower.
  • an object of the present invention is to set an appropriate number of additional recharging cycles that can bring the secondary battery closer to a fully charged state and can avoid performing unnecessary additional charging.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a charging system according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a flowchart of the charge control routine according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a full charge determination frequency table.
  • FIG. 4 is a time chart when charging control is executed.
  • FIG. 5 is a time chart for explaining the effects of the first embodiment.
  • FIG. 6 is a configuration diagram of a charging system according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a flowchart of a charge control routine according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is a stop time map.
  • FIG. 9 is a time chart for explaining the effects of the second embodiment.
  • FIG. 10 is a correction coefficient table for correcting the charging stop time.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a charging system according to an embodiment of the present invention.
  • the charging system includes a battery 3, a charger 2 as a charging power source that supplies charging power to the battery 3, and a controller 1 that controls the charger 2. Further, a current sensor 4 as a charging power detection means for detecting a charging current supplied from the charger 2 to the battery 3, a voltage sensor 5 as a charging power detection means for detecting the battery voltage, and a temperature of the battery 3 are detected. A temperature sensor 6 is provided as temperature detecting means.
  • the controller 1 calculates the power charged from the charger 2 to the battery 3 based on the detection values of the current sensor 4 and the voltage sensor 5, and sends a charging power command based on the calculated charging power to the charger 2. Also, the detection value of the temperature sensor 6 is read.
  • the internal configuration of the controller 1 will be described later.
  • the charger 2 supplies the battery 3 with charging power based on the charging power command from the controller 1.
  • the battery 3 is a secondary battery such as a lithium ion battery used as a power source for driving a drive motor of an electric vehicle, for example, and is charged by charging power supplied from the charger 2.
  • Detected values of the current sensor 4, voltage sensor 5, and temperature sensor 6 are read into the controller 1.
  • the controller 1 includes a chargeable power calculation unit 11, a charge power command unit 10 as a full charge determination unit and a charge control unit, a timer 12, a counter 14, and a full charge determination number setting as a full charge determination number setting unit. Part 13.
  • the chargeable power calculation unit 11 reads the detection values of the current sensor 4 and the voltage sensor 5 and calculates chargeable power based on these values.
  • the chargeable power is the maximum value of power that can be charged into the battery 3 without promoting the deterioration of the battery 3, and is the power that the battery 3 can accept. This chargeable power is generally referred to as input power, maximum chargeable power, or maximum input power in addition to chargeable power.
  • the charge power command unit 10 sends a charge power command based on the chargeable power calculated by the chargeable power calculation unit 11 to the charger 2.
  • the charge power command unit 10 determines that the battery is fully charged when the chargeable power calculated by the chargeable power calculation unit 11 is equal to or lower than a predetermined power set in advance, and stops charging. Set the power command to zero [kW]. Further, when it is determined that the battery is in a fully charged state, a command (hereinafter referred to as a full charge determination frequency setting command) for setting the full charge determination frequency as a predetermined number is sent to the full charge determination frequency setting unit 13.
  • a stop time setting command is sent, a count value of a timer 12 to be described later is read.
  • the timer 12 has a preset stop time after full charge determination, and starts a countdown (a process of decreasing the count value every predetermined time). However, the minimum count value is zero.
  • the full charge determination number setting unit 13 When the full charge determination number setting unit 13 receives the full charge determination number setting command from the charge power command unit 10, the full charge determination number setting unit 13 calculates the full charge determination number according to the battery temperature, and sets the calculated full charge determination number in the counter 14. To do. Although details will be described later, the number of full charge determinations according to the battery temperature increases as the battery temperature decreases.
  • the counter 14 increments the counter value every time a full charge is determined by follow-up charging.
  • This counter value has an initial value of zero and is incremented every time full charge is determined by follow-up charging, and is an integrated value of the number of times full charge has been determined from the start of follow-up charge.
  • the charging power command unit 10 ends the charging control when the counter value of the counter 14 reaches the set number of full charge determinations.
  • FIG. 2 is a flowchart of a charging control routine executed by the controller 1.
  • step S10 the controller 1 calculates chargeable power. More specifically, the chargeable power calculation unit 11 calculates chargeable power based on the detection value of the current sensor 4 and the detection value of the voltage sensor 5, and sends this chargeable power to the charge power command unit 10 for charging. The power command unit 10 sends a charge power command to the charger 2.
  • a deviation between a predetermined full charge voltage and a detection value of the voltage sensor 5, that is, a voltage increase margin ⁇ V up to the full charge voltage is calculated.
  • the current increase allowance ⁇ I until the voltage of the battery 3 reaches the full charge voltage is calculated using the voltage increase allowance ⁇ V and the resistance R of the battery 3 measured in advance. Then, it is possible to calculate the power increase allowance from the voltage increase allowance ⁇ V and the current increase allowance ⁇ I to the fully charged voltage, that is, the chargeable power.
  • step S20 the controller 1 determines whether or not the charging power command unit 10 is in a fully charged state. Specifically, when the chargeable power becomes equal to or lower than a predetermined power, it is determined that the battery is fully charged (hereinafter, this determination is referred to as “full charge determination”).
  • the predetermined power may be set to zero [kW] for the purpose of determination in this step, but the chargeable power does not decrease to zero due to the detection error of each sensor 4, 5 and the like in a fully charged state. There is a risk that it will not be determined. Therefore, a value close to zero [kW] is set so that it can be determined that the sensor is fully charged even if there is an error in each of the sensors 4 and 5.
  • step S30 is executed. If the full charge is not determined, the process of step S10 is executed again.
  • the full charge determination is merely a determination that the chargeable power has become equal to or lower than the predetermined power, and is not a determination that the battery 3 is actually fully charged (the negative ion storage amount has reached the maximum).
  • step S30 the controller 1 determines whether or not the full charge determination in step S20 is the first full charge determination. That is, it is determined whether or not the counter value of the counter 14 is zero. If the counter value of the counter 14 is zero, it is determined that the full charge determination in step S20 is not a full charge determination in follow-up charging, and the process proceeds to step S50. On the other hand, if the counter value of the counter 14 is greater than zero, it is determined that the full charge determination in step S20 is a full charge determination in additional charging, and the process proceeds to step S40.
  • step S40 the controller 1 sets the full charge determination count N until the end of the charge control after the initial full charge determination. That is, the full charge determination number N set here is the number of additional charge. However, by setting the full charge determination number N + 1 as the full charge determination number from the start of charge control to the end of charge control, the number of additional charge can be set to N times. In the following description, it is assumed that the number N of full charge determinations is set as the number of times of additional charge until the end of charge control after the first full charge determination.
  • the full charge determination number setting unit 13 reads the detection value of the temperature sensor 6 and determines the full charge determination number N by referring to a previously stored full charge determination number table, and the determined number (full charge determination). The number of times N) is set, and the number of times that full charge is determined is counted.
  • the full charge determination number table for example, as shown in FIG. 3, the number of times is set to increase as the battery temperature decreases. This is based on the characteristic that the lower the battery temperature, the longer the time until polarization is eliminated. For example, in the case of a lithium ion battery, the polarization is caused by a concentration difference caused by diffusion of lithium ions as a diffusing material.
  • the stop time map is not limited to that shown in FIG. 3 as long as the condition that a larger number of stops is set as the battery temperature is lower is satisfied.
  • the temperature region may be divided into a plurality of sections, and the number of stops may be set for each section.
  • step S50 the controller 1 determines whether or not the number of times full charge is determined (that is, the counter value of the counter 14) has reached N or more, which is the full charge determination number set in step S30.
  • the number of times full charge is determined is N or more
  • the counter value of the counter 14 is reset to zero, and the charge power command value is transmitted to the charger 2 by the charge power command unit 10 as zero [kW]. Then, the charging control ends.
  • step S60 the controller 1 increments the value of the counter that counts the number of times full charge is determined.
  • the counter increments the counter value every time it is determined to be fully charged in step S20 until it is determined in step S50 that the counter value is equal to or greater than the specified number.
  • step S70 the controller 1 transmits the charging power command value to zero [kW] at the charging power command unit 10 to the charger 2 to stop charging.
  • step S80 the controller 1 determines whether or not the charging stop time has elapsed in the charging power command unit 10.
  • the charge stop time is a preset time, for example, about several minutes.
  • the full charge determination number N hereinafter also referred to as the charge stop number
  • the full charge determination number is charged.
  • the follow-up charging is repeated until the number of stops is reached, and the charged state of the battery 3 is brought close to a true fully charged state.
  • FIG. 4 is a time chart when the above charging control is executed.
  • the chargeable power is a constant value until timing T1. This is because a larger chargeable power is calculated in the calculation but is limited by P1, which is the upper limit of the supply capability of the charger 2.
  • the chargeable power starts to decrease when the calculated chargeable power falls below P1, which is the upper limit of the supply capability of the charger 2, from the timing T1 when the battery voltage approaches the full charge voltage, and it is determined whether or not the battery is fully charged.
  • P1 which is the upper limit of the supply capability of the charger 2
  • P2 which is the upper limit of the supply capability of the charger 2
  • a full charge determination is made and charging is temporarily stopped.
  • additional charging is started from timing T3 after the charging stop time has elapsed. Thereafter, the charging is repeatedly stopped and restarted until the full charge determination reaches N times of charge stop.
  • FIG. 5 is a time chart of the amount of power charged in the battery 3.
  • the charging stop time is set to a predetermined time.
  • the amount of power in a true fully charged state (referring to a state close to a true fully charged state, hereinafter simply referred to as a true fully charged state) is P24 [kWh].
  • the battery temperature is, for example, around ⁇ 25 [° C.]. Therefore, in this embodiment, the full charge determination number is set to 3 based on the table of FIG. That is, the number of follow-up charges in this embodiment is three, whereas the number of follow-up charges in the comparative example is two.
  • the first full charge determination is made at the timing T21 when the electric energy reaches P21 [kWh].
  • the full charge determination number N is set here.
  • the charging is restarted at the timing T22 when the charging stop time has elapsed, the full charge determination is performed at the timing T23 when the electric energy reaches P22 [kWh], and the full charge determination counter is set to 1. To do. Then, the charging is resumed at timing T24 when the charging stop time has elapsed, the full charge determination is performed at timing T25 when the electric energy reaches P23 [kWh], and the full charge determination counter is set to 2.
  • the charging ends here, so the charging ends with the amount of power P23 smaller than the amount of power P24 [kWh] in the true full charge state.
  • the number of follow-up charges is 3
  • charging is resumed at timing T26 when the charging stop time has elapsed, and charging is performed until timing T27 at which the third full charge determination is made.
  • the amount of charge power becomes P24 [kWh], and a true fully charged state can be achieved.
  • the preset number of follow-up chargings in the comparative example is three, a true full charge state can be achieved as in this embodiment.
  • the battery temperature is, for example, 10 [° C.] or 20 [° C.]
  • additional charging is performed wastefully even after the battery is already fully charged.
  • the number of additional charging is set according to the battery temperature, the number of additional charging is reduced when the battery temperature is high, and thus such unnecessary additional charging is not performed.
  • the secondary battery may be fully charged even if it is in a chargeable state due to polarization occurring inside. Therefore, after detecting the fully charged state, the charging is paused for a predetermined time to wait for the elimination of the polarization, and the additional charging is performed.
  • the temperature of the secondary battery is lowered, the polarization elimination rate is reduced, and the amount of electric power that can be charged by one additional charge is reduced.
  • it is set according to the peak voltage as in Patent Document 1 above. There is a possibility that sufficient power cannot be charged by the number of repetitions.
  • the number of repetitions is set such that the secondary battery can be fully charged even when the temperature of the secondary battery is low, additional charging is performed wastefully when the temperature of the secondary battery is normal temperature.
  • the full charge determination number setting unit 13 that sets the full charge determination number N based on at least the battery temperature when the full charge determination is made is provided.
  • the charge stop time after the full charge determination is set according to the battery temperature at the full charge determination.
  • FIG. 6 is a configuration diagram of the charging system according to the second embodiment. Although it is basically the same as in the first embodiment, the full charge determination number setting unit 13 calculates not only the full charge determination number but also the charge stop time after the full charge determination. The set charge stop time is different in that the timer 12 is set.
  • FIG. 7 is a flowchart of a charging control routine executed by the controller 1 in the second embodiment.
  • the controller 1 sets the full charge determination number N according to the battery temperature.
  • the controller 1 in addition to the full charge determination number N, the controller 1 also sets the charge stop time according to the battery temperature.
  • Steps S110, S120, and S130 are the same as steps S10, S20, and S30 in FIG.
  • step S140 the controller 1 sets the full charge determination number N according to the battery temperature by the same procedure as in step S40 of FIG. 2, and further sets the charge stop time according to the battery temperature.
  • the full charge determination number N set here is the same as in the first embodiment in that it increases as the battery temperature decreases, but decreases as compared with the first embodiment as the battery temperature decreases. This will be described later.
  • the charge stop time is determined by reading the detection value of the temperature sensor 6 and referring to a pre-stored stop time map.
  • the stop time is set in the timer 12 and the timer 12 counts down.
  • a longer stop time is set as the battery temperature decreases. This is based on the characteristic that the lower the battery temperature, the longer the time until polarization is eliminated.
  • the polarization is caused by a concentration difference caused by diffusion of lithium ions as a diffusing material.
  • the lower the battery temperature the higher the viscosity of the electrolyte solution, and it takes time to eliminate the concentration difference. Therefore, by setting the charging stop time longer as the battery temperature is lower, the polarization is sufficiently eliminated before the charging is resumed.
  • the stop time map is not limited to FIG. 8 as long as the condition that the longer stop time is set as the battery temperature is lower is satisfied.
  • the temperature region may be divided into a plurality of sections and a stop time may be set for each section.
  • Steps S150-S180 are the same as steps S50-S80 in FIG.
  • the lower the battery temperature at which full charge is determined the greater the number of full charge determinations, the longer the charge stop time is set, and the follow-up charge is repeated to change the charge state of the battery 3 to a true full charge state. Move closer.
  • FIG. 9 is a time chart of the amount of power charged in the battery 3.
  • the case where the control of the first embodiment is performed is also shown.
  • the amount of power in a true fully charged state is P35 [kWh].
  • the battery temperature is around ⁇ 25 [° C.] as in FIG. 5.
  • the number of full charge determinations is set to 3 based on the table of FIG. 3, and in the second embodiment to 2 times. It shall be set.
  • the chart of the first embodiment is the same as that in FIG. 5.
  • the first full charge determination is made at timing T31, and then follow-up charging is repeated three times, and the true full charge state is reached at timing T41.
  • the charging is stopped until the timing T33 later than the timing T32.
  • additional charging is performed in a state in which the elimination of polarization progresses, and when the full charge determination is made in the first additional charge, the electric energy is the electric energy P32 at the end of the first additional charge in the first embodiment. Larger than P33 [kWh]. Then, at the timing T39 when the second additional charge is finished, the electric energy is P35 [kWh], that is, a true fully charged state.
  • the charge stop time may be corrected each time the full charge determination is made. For example, in follow-up charging, since the battery voltage is close to the full charge voltage, the charge current is smaller than before the full charge determination, and the difference in concentration of the diffusing substance due to polarization is less likely. That is, the battery voltage is unlikely to decrease during the charge stop after the full charge determination. For this reason, the influence of polarization becomes smaller as the number of full charge determinations increases, and the charge stop time for waiting for the polarization to be eliminated can be shortened.
  • the charge stop time set according to the battery temperature is multiplied by a correction coefficient ⁇ which is smaller than 1 as the full charge determination count increases, and the charge stop time is shortened as the full charge determination count increases. This prevents the charging stop time being set longer than necessary.
  • the correction coefficient ⁇ for example, a table as shown in FIG. 10 is created and read.
  • the correction coefficient ⁇ gradually decreases with every full charge determination until the full charge determination number is 1-4, but is constant after the fourth.
  • the reason why the fourth and subsequent times are constant is that the influence of polarization hardly changes.
  • the battery temperature may be read each time a full charge determination is made, and the number of full charge determinations may be reviewed based on the battery temperature. It is possible to set an appropriate number of full charge determinations corresponding to an increase in battery temperature during follow-up charging.
  • At least a stop time setting unit 13 that sets a charge stop time based on the battery temperature at the time of full charge determination is further provided, and the charge stop time is set longer as the battery temperature is lower. Therefore, the follow-up charging can be performed more efficiently.
  • the charge stop time is corrected to decrease every time a full charge determination is made, the charge stop time can be set according to the degree of elimination of polarization, and more efficient follow-up charging becomes possible.

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Abstract

　充電電源による二次電池への充電電力を検出する充電電力検出手段と、充電電力検出手段の検出値に基づいて算出した充電可能電力が所定電力以下になった場合に満充電判定をする満充電判定手段を備える。そして、満充電判定されるまで充電電源から二次電池へ電力供給し、満充電判定されたら電力供給を停止し、電力供給停止から所定時間経過後に電力供給を再開し、再び満充電判定されるまで電力供給を継続するという充電制御を、満充電判定された回数が所定の満充電判定回数となるまで繰り返し行なう充電制御手段を備える。さらに、二次電池の温度を検出する手段と、少なくとも満充電判定がされた際の二次電池の温度に基づいて、温度が低いほど満充電判定回数を多く設定する満充電判定回数設定手段を備える。

Description

二次電池の充電装置および二次電池の充電方法
　本発明は、二次電池の充電制御に関する。
　二次電池の充電装置として、二次電池の温度や電圧に基づいて電池が満充電状態を検出し、満充電状態を検出したら充電を休止し、休止から所定時間経過後に充電を再開する、いわゆる追い充電を実施するものが知られている。このような追い充電をする充電装置として、ＪＰ２００３－１４３７７０Ａには、満充電検知時のピーク電圧を検出し、ピーク電圧が低いほど追い充電の繰り返し回数を増大させるものが開示されている。
　しかしながら、上記文献のように追い充電の繰り返し回数を設定すると、二次電池の実際の充電状態を満充電状態に近づけることができない場合が生じ得るという問題がある。
　そこで、本発明では、二次電池を満充電状態により近い状態まで近づけることができ、かつ無駄な追い充電の実行を回避し得る、適切な追い充電の繰り返し回数を設定することを目的とする。
図１は第１実施形態の充電システムの構成図である。 図２は第１実施形態による充電制御ルーチンのフローチャートである。 図３は満充電判定回数テーブルである。 図４は充電制御を実行した場合のタイムチャートである。 図５は第１実施形態による効果を説明するためのタイムチャートである。 図６は第２実施形態の充電システムの構成図である。 図７は第２実施形態による充電制御ルーチンのフローチャートである。 図８は停止時間マップである。 図９は第２実施形態による効果を説明するためのタイムチャートである。 図１０は充電停止時間補正用の補正係数テーブルである。
　以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
　（第１実施形態）
　図１は本発明の実施形態による充電システムの構成図である。
　充電システムは、バッテリ３と、バッテリ３に充電電力を供給する充電電源としての充電器２と、充電器２を制御するコントローラ１とを含んで構成される。さらに、充電器２からバッテリ３へ供給される充電電流を検出する充電電力検出手段としての電流センサ４と、バッテリ電圧を検出する充電電力検出手段としての電圧センサ５と、バッテリ３の温度を検出する温度検出手段としての温度センサ６を備える。
　コントローラ１は、充電器２からバッテリ３へ充電される電力を、電流センサ４、電圧センサ５の検出値に基づいて算出し、算出した充電電力に基づく充電電力指令を充電器２に送出する。また、温度センサ６の検出値も読み込む。コントローラ１の内部構成については後述する。
　充電器２は、コントローラ１からの充電電力指令に基づいた充電電力をバッテリ３に供給する。
　バッテリ３は、例えば電動車の駆動モータを駆動するための電力源として用いられるリチウムイオンバッテリ等の二次電池であり、充電器２から供給される充電電力によって充電される。
　電流センサ４、電圧センサ５、及び温度センサ６の検出値はコントローラ１に読み込まれる。
　次に、コントローラ１の内部構成について説明する。なお、各構成部での演算内容については、図２のフローチャートを参照して説明する。
　コントローラ１は、充電可能電力算出部１１と、満充電判定手段及び充電制御手段としての充電電力指令部１０と、タイマ１２と、カウンタ１４と、満充電判定回数設定手段としての満充電判定回数設定部１３と、を含んで構成されている。
　充電可能電力算出部１１は、電流センサ４及び電圧センサ５の検出値を読み込み、これらに基づいて充電可能電力を算出する。充電可能電力とは、バッテリ３の劣化を促進せずにバッテリ３に充電可能な電力の最大値であり、バッテリ３が受け入れ可能な電力である。この充電可能電力は、一般的には充電可能電力の他に、入力可能電力、最大充電可能電力または最大入力可能電力とも言われる。
　充電電力指令部１０は、充電可能電力算出部１１で算出された充電可能電力に基づいた充電電力指令を充電器２へ送出する。また、充電電力指令部１０は、充電可能電力算出部１１で算出された充電可能電力が予め設定した所定電力以下となった場合に、満充電状態であると判断し、充電を停止、つまり充電電力指令をゼロ[ｋＷ]にする。さらに、満充電状態であると判断した場合は、満充電判定回数設定部１３へ所定回数としての満充電判定回数を設定させるための指令（以下、満充電判定回数設定指令という）を送出する。停止時間設定指令を送出したら、後述するタイマ１２のカウント値を読み込み、カウント値がゼロになった時点で、充電可能電力に基づく充電電力指令の充電器２への送出を再開し、いわゆる追い充電を行なう。タイマ１２は、満充電判定後の停止時間が予め設定されており、カウントダウン（カウント値を所定時間毎に減少する処理）を開始する。ただし、カウント値の最小値はゼロとする。
　満充電判定回数設定部１３は、充電電力指令部１０からの満充電判定回数設定指令を受けたら、バッテリ温度に応じた満充電判定回数を算出し、算出した満充電判定回数をカウンタ１４に設定する。なお、詳細は後述するが、バッテリ温度に応じた満充電判定回数は、バッテリ温度が低いほど多くなる。
　カウンタ１４は、追い充電により満充電判定される度にカウンタ値をインクリメントする。このカウンタ値は初期値をゼロとし、追い充電により満充電判定される度にインクリメントされる値であり、追い充電開始からの満充電が判定された回数の積算値となる。充電電力指令部１０は、カウンタ１４のカウンタ値が設定された満充電判定回数に達したら、充電制御を終了する。
　図２は、コントローラ１が実行する充電制御ルーチンのフローチャートである。
　ステップＳ１０で、コントローラ１は充電可能電力を演算する。より詳細には、充電可能電力算出部１１で電流センサ４の検出値及び電圧センサ５の検出値に基づいて充電可能電力を演算し、この充電可能電力を充電電力指令部１０へ送出し、充電電力指令部１０が充電器２へ充電電力指令を送出する。
　ここで、充電可能電力の演算方法の一例を説明する。まず、予め定めておいた満充電電圧と電圧センサ５の検出値との偏差、つまり、満充電電圧までの電圧上昇代△Ｖを算出する。次に、電圧上昇代△Ｖと予め測定しておいたバッテリ３の抵抗Ｒとを用いて、バッテリ３の電圧が満充電電圧となるまでの電流上昇代△Ｉを算出する。そして、電圧上昇代△Ｖと電流上昇代△Ｉから満充電電圧になるまでの電力上昇代、つまり充電可能電力を算出することができる。
　ステップＳ２０で、コントローラ１は充電電力指令部１０にて満充電状態か否かの判定を行なう。具体的には、充電可能電力が予め定めた所定電力以下になった場合に、満充電状態であると判定する（以下、この判定を「満充電判定」という）。所定電力は、本ステップでの判定の目的からすればゼロ[ｋＷ]に設定してもよいが、各センサ４、５の検出誤差等により充電可能電力がゼロまで減少せず、満充電状態であると判定されないおそれがある。そこで、各センサ４、５の誤差があっても満充電状態であると判定できるような、ほぼゼロ[ｋＷ]に近い値を設定する。
　判定の結果、満充電判定された場合はステップＳ３０の処理を実行し、満充電判定されなかった場合は再びステップＳ１０の処理を実行する。
　なお、満充電判定は、あくまでも充電可能電力が所定電力以下になったという判定であり、実際にバッテリ３が満充電状態になった（負極のイオン吸蔵量が最大に達した）という判定ではない。
　ステップＳ３０でコントローラ１は、ステップＳ２０の満充電判定は初回の満充電判定であるか否かを判定する。すなわち、カウンタ１４のカウンタ値がゼロであるか否かを判定する。カウンタ１４のカウンタ値がゼロである場合には、ステップＳ２０の満充電判定は追い充電における満充電判定ではないと判定してステップＳ５０へ進む。一方、カウンタ１４のカウンタ値がゼロより大きい場合には、ステップＳ２０の満充電判定は追い充電における満充電判定であると判定してステップＳ４０へ進む。
　ステップＳ４０で、コントローラ１は、最初の満充電判定の後、充電制御終了までの満充電判定回数Ｎを設定する。すなわち、ここで設定する満充電判定回数Ｎは、追い充電を行なう回数である。ただし、満充電判定回数Ｎ＋１を充電制御開始から充電制御終了までの満充電判定回数として設定することによって、追い充電を行なう回数をＮ回とすることも可能である。以下では、最初の満充電判定の後、充電制御終了までの追い充電を行なう回数として満充電判定回数Ｎを設定するものとして説明する。
　満充電判定回数設定部１３は、温度センサ６の検出値を読み込み、予め記憶しておいた満充電判定回数テーブルを参照することで満充電判定回数Ｎを決定し、決定した回数（満充電判定回数Ｎ）を設定するとともに、満充電が判定された回数をカウントする。満充電判定回数テーブルは、例えば図３に示すように、バッテリ温度が低くなるほど回数が多く設定されるようになっている。これは、バッテリ温度が低いほど、分極が解消するまでの時間が長くなるという特性に基づく。例えば、リチウムイオン電池の場合、分極は拡散物質であるリチウムイオンの拡散により生じる濃度差に起因しており、バッテリ温度が低いほど電解液の粘度が高くなって濃度差の解消に時間を要する。このため、充電停止中に分極が十分に解消されず、追い充電を行なうとすぐに見かけ上は満充電状態となってしまう。そこで、バッテリ温度が低いほど満充電判定回数を多く設定することで、真の満充電状態に近づけることができる。
　なお、停止時間マップはバッテリ温度が低いほど多い停止回数が設定されるという条件を満たしていれば、図３に限られるものではない。例えば、温度領域を複数の区間に分割し、区間毎に停止回数を設定してもよい。
　ステップＳ５０で、コントローラ１は満充電が判定された回数（すなわち、カウンタ１４のカウンタ値）が、ステップＳ３０で設定した満充電判定回数であるＮ回以上になったか否かを判定する。満充電が判定された回数がＮ回以上である場合にはカウンタ１４のカウンタ値をゼロにリセットすると共に、充電電力指令部１０にて充電電力指令値をゼロ[ｋＷ]として充電器２へ送信し、充電制御を終了する。
　ステップＳ６０で、コントローラ１は満充電が判定された回数を計数しているカウンタの値をインクリメントする。カウンタは、ステップＳ５０でカウンタ値が規定回数以上であると判定されるまでは、ステップＳ２０で満充電判定される度にカウンタ値をインクリメントする。
　ステップＳ７０で、コントローラ１は充電電力指令部１０にて充電電力指令値をゼロ[ｋＷ]として充電器２へ送信し、充電を停止させる。
　ステップＳ８０で、コントローラ１は充電電力指令部１０にて充電停止時間が経過したか否かを判定する。充電停止時間は予め設定しておいた時間であり、例えば数分程度とする。
　上述したように、満充電判定された時点のバッテリ温度が低いほど多い充電停止回数（満充電判定回数Ｎであり、以下では充電停止回数とも記載する）を設定し、満充電の判定回数が充電停止回数となるまで追い充電を繰り返し行い、バッテリ３の充電状態を真の満充電状態に近づける。
　図４は、上記の充電制御を実行した場合のタイムチャートである。
　充電を開始すると、徐々にバッテリ電圧が上昇する。なお、充電可能電力はタイミングＴ１まで一定値となっている。これは、演算ではより大きな充電可能電力が算出されているが、充電器２の供給能力の上限であるＰ１で制限しているためである。
　充電可能電力はバッテリ電圧が満充電電圧に近づいたタイミングＴ１から、算出される充電可能電力が充電器２の供給能力の上限であるＰ１を下回ることによって低下し始め、満充電か否かの判定用に設定した所定値であるＰ２以下になったタイミングＴ２で、満充電判定がなされて充電が一旦停止する。そして、充電停止時間経過後のタイミングＴ３から、追い充電を開始する。これ以降、満充電判定が充電停止回数Ｎ回になるまで、同様に充電の停止、再開を繰り返す。
　図５は、バッテリ３に充電される電力量のタイムチャートである。比較例として、満充電判定回数がバッテリ温度によらず一定（２回）の場合についても示している。本実施形態も比較例も充電停止時間は予め設定した所定時間とする。
　なお、真の満充電状態（真の満充電状態に近い状態を言い、以下では単に真の満充電状態という）における電力量はＰ２４［ｋＷｈ］とする。また、バッテリ温度は例えば－２５[℃]付近とする。したがって、本実施形態では図３のテーブルに基づいて満充電判定回数が３回に設定される。つまり、本実施形態の追い充電回数が３回であるのに対して、比較例は追い充電回数が２回である。
　本実施形態及び比較例は、いずれも電力量がＰ２１［ｋＷｈ］となったタイミングＴ２１で最初の満充電判定をする。本実施形態では、ここで満充電判定回数Ｎを設定する。
　本実施形態及び比較例のいずれも、充電停止時間が経過したタイミングＴ２２で充電を再開し、電力量がＰ２２［ｋＷｈ］となったタイミングＴ２３で満充電判定をし、満充電判定カウンタを１にする。そして、充電停止時間が経過したタイミングＴ２４で充電を再開し、電力量がＰ２３［ｋＷｈ］となったタイミングＴ２５で満充電判定をし、満充電判定カウンタを２にする。
　追い充電の回数が２回に設定されている比較例ではここで充電を終了するので、真の満充電状態での電力量Ｐ２４［ｋＷｈ］よりも少ない電力量Ｐ２３で充電が終了する。これに対して、本実施形態は追い充電回数が３回なので、充電停止時間が経過したタイミングＴ２６で充電を再開し、３回目の満充電判定がされるタイミングＴ２７まで充電を行なう。これにより充電電力量はＰ２４［ｋＷｈ］となり、真の満充電状態にすることができる。
　なお、比較例の予め設定された追い充電の回数が３回であれば、本実施形態と同様に真の満充電状態にすることができる。しかし、バッテリ温度が例えば１０［℃］や２０［℃］の場合には、既に真の満充電状態になった後も無駄に追い充電を行なうこととなる。これに対してバッテリ温度に応じて追い充電の回数を設定する本実施形態では、バッテリ温度が高ければ追い充電の回数が少なくなるので、このような無駄な追い充電を行なうこともない。
　以上のように本実施形態によれば、次の効果が得られる。
　二次電池は内部で分極が発生することによって、充電可能な状態であっても見かけ上は満充電状態となる場合がある。そこで、満充電状態検出後に充電を所定時間休止することで分極の解消を待ち、追い充電を行なう。ところが、二次電池の温度が低くなると、分極の解消速度が遅くなり、１回の追い充電で充電可能な電力量が少なくなるので、例えば上記特許文献１のようにピーク電圧に応じて設定した繰り返し回数では、十分な電力を充電できないおそれがある。一方、二次電池の温度が低い場合でも満充電状態にできるような繰り返し回数を設定すると、二次電池の温度が常温の場合に無駄に追い充電を行なうこととなる。
　本実施形態によれば、少なくとも満充電判定がされた際のバッテリ温度に基づいて満充電判定回数Ｎを設定する満充電判定回数設定部１３を備え、満充電判定回数設定部１３は、バッテリ温度が低いほど満充電判定回数Ｎを多く設定する。これにより、追い充電の繰り返し回数をバッテリ温度に応じた適切な回数にすることができるので、真の満充電状態にし、かつ無駄な追い充電の実施を回避することができる。
　（第２実施形態）
　第２実施形態では、第１実施形態の制御に加え、さらに、満充電判定後の充電停止時間を、満充電判定時のバッテリ温度に応じて設定する。
　図６は、第２実施形態の充電システムの構成図である。基本的には第１実施形態と同様であるが、満充電判定回数設定部１３が、満充電判定回数だけでなく満充電判定後の充電停止時間も算出する。設定された充電停止時間はタイマ１２に設定される点で相違する。
　図７は、第２実施形態でコントローラ１が実行する充電制御ルーチンのフローチャートである。コントローラ１は、第1実施形態ではバッテリ温度に応じて満充電判定回数Ｎを設定したが、第２実施形態では満充電判定回数Ｎに加え、さらに充電停止時間もバッテリ温度に応じて設定する。ここでは、第1実施形態との相違点について説明する。
　ステップＳ１１０、Ｓ１２０、Ｓ１３０は、図２のステップＳ１０、Ｓ２０、Ｓ３０と同様なので説明を省略する。
　ステップＳ１４０で、コントローラ１は図２のステップＳ４０と同様の手順によりバッテリ温度に応じた満充電判定回数Ｎを設定し、さらに、バッテリ温度に応じて充電停止時間も設定する。
　ここで設定する満充電判定回数Ｎは、バッテリ温度が低いほど多くなる点では第１実施形態と同様であるが、バッテリ温度が低くなるほど、第１実施形態に比べて少なくなる。これについては後述する。
　充電停止時間は、温度センサ６の検出値を読み込み、予め記憶しておいた停止時間マップを参照することで停止時間を決定し、決定した設定時間をタイマ１２に設定するとともに、タイマ１２のカウントダウンを開始させる。停止時間マップは、例えば図８に示すように、バッテリ温度が低くなるほど長い停止時間が設定されるようになっている。これは、バッテリ温度が低いほど、分極が解消するまでの時間が長くなるという特性に基づく。例えば、リチウムイオン電池の場合、分極は拡散物質であるリチウムイオンの拡散により生じる濃度差に起因しており、バッテリ温度が低いほど電解液の粘度が高くなって濃度差の解消に時間を要する。したがって、バッテリ温度が低いほど充電停止時間を長く設定することで、充電を再開するまでに分極が十分に解消される。
　また、分極が十分に解消された状態で追い充電することで、一回あたりの追い充電による充電電力量が多くなる。このため、真の満充電までに要する追い充電の回数を減らすことができる。ただし、バッテリ温度が高い状態では、低い状態に比べて分極解消に要する時間が短いので、充電停止時間を長くすることによる分極解消の効果が小さい。したがって、充電停止時間をバッテリ温度に応じて設定することで追い充電の回数を減らすことができるのは、バッテリ温度が低い領域に限られる。
　なお、停止時間マップはバッテリ温度が低いほど長い停止時間が設定されるという条件を満たしていれば、図８に限られるものではない。例えば、温度領域を複数の区間に分割し、区間毎に停止時間を設定してもよい。
　また、初回の満充電判定後に満充電判定回数と充電停止時間を設定したら、充電制御を終了するまで、その設定値を維持する。
　ステップＳ１５０－Ｓ１８０は図２のステップＳ５０－Ｓ８０と同様なので説明を省略する。
　上述したように、満充電判定された時点のバッテリ温度が低いほど満充電判定回数を多く、充電停止時間を長く設定して追い充電を繰り返し行い、バッテリ３の充電状態を真の満充電状態に近づける。
　図９は、バッテリ３に充電される電力量のタイムチャートである。比較例として、第１実施形態の制御を行なった場合についても示している。なお、真の満充電状態における電力量はＰ３５［ｋＷｈ］とする。また、バッテリ温度は図５と同様に－２５[℃]付近であり、第１実施形態では図３のテーブルに基づいて満充電判定回数が３回に設定され、第２実施形態では２回に設定されるものとする。
　第１実施形態のチャートは、図５と同様であり、タイミングＴ３１で最初の満充電判定をし、その後、追い充電を３回繰り返して、タイミングＴ４１で真の満充電状態となっている。
　これに対して、第２実施形態ではタイミングＴ３１で最初の満充電判定をした後、タイミングＴ３２より遅いタイミングＴ３３まで充電を停止している。これにより分極の解消が進んだ状態で追い充電をすることとなり、１回目の追い充電で満充電判定されたときに電力量は、第１実施形態における一回目の追い充電終了時の電力量Ｐ３２よりも大きいＰ３３［ｋＷｈ］となる。そして、２回目の追い充電を終了したタイミングＴ３９で、電力量はＰ３５［ｋＷｈ］、つまり真の満充電状態となる。
　上記のように、バッテリ温度が低いほど追い充電の回数を多く設定するのに加え、満充電判定後の充電停止時間をバッテリ温度が低いほど長く設定することにより、真の満充電状態になるまでの時間を短縮することができる。
　なお、上記説明では、最初の満充電判定後に設定した満充電判定回数及び充電停止時間を制御終了まで維持するものとした。しかし、充電制御の効率をより高めるために、満充電判定をする度に充電停止時間を補正するようにしてもよい。例えば、追い充電では、バッテリ電圧が満充電電圧に近いため満充電判定前に比べて充電電流が小さくなり、分極による拡散物質の濃度差がつきにくい。つまり、満充電判定後の充電停止中にバッテリ電圧が低下しにくい。このため、満充電判定回数が多くなるほど分極の影響は小さくなり、分極が解消するのを待つための充電停止時間を短くすることができる。そこで、満充電判定回数が多くなるほど小さくなる１以下の値である補正係数αを、バッテリ温度に応じて設定した充電停止時間に乗算し、満充電判定回数が多くなるほど充電停止時間を短くして、必要以上に長い充電停止時間が設定されることを防止する。
　補正係数αは、例えば図１０に示すようなテーブルを作成しておき、これを読み込む。なお、図１０では、補正係数αは満充電判定回数が１－４回までは満充電判定の度に徐々に小さくなるが、４回目以降は一定としている。４回目以降は一定としているのは、分極の影響が殆ど変化しなくなるからである。
　また、満充電判定の度にバッテリ温度を読み込んで、そのバッテリ温度に基づいて満充電判定回数の見直しをしてもよい。追い充電中におけるバッテリ温度の上昇に対応した適切な満充電判定回数を設定することができる。
　以上により本実施形態では、第１実施形態と同様の効果に加え、さらに次のような効果が得られる。
　少なくとも満充電判定時のバッテリ温度に基づいて充電停止時間を設定する停止時間設定部１３をさらに備え、バッテリ温度が低いほど充電停止時間を長く設定するので、追い充電開始までに分極の解消が進み、より効率的に追い充電を行なうことができる。
　充電停止時間を、満充電判定される度に減少補正するので、分極の解消度合に応じた充電停止時間とすることができ、より効率的な追い充電が可能となる。
　上記減少補正において、満充電判定の回数が所定回数になったら、それ以降は満充電判定の回数が所定回数になった時点の停止時間を保持するので、上述した分極の影響が変化しなくなった後も適切な充電停止時間とすることができる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
　本願は２０１２年８月２０日に日本国特許庁に出願された特願２０１２－１８１７９３に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (5)

  1. 　二次電池を充電するための電力を出力可能な充電電源と、
    　前記充電電源によって前記二次電池に充電される電力を検出する充電電力検出手段と、
    　前記充電電力検出手段の検出値に基づいて算出した充電可能電力が予め設定した所定電力以下になった場合に満充電判定をする満充電判定手段と、
    　前記満充電判定されるまで前記充電電源から前記二次電池へ電力を供給し、前記満充電判定されたら前記充電電源から前記二次電池への電力供給を停止し、電力供給の停止から所定時間経過したら電力供給を再開し、再び満充電判定されるまで電力供給を継続するという充電制御を、前記満充電が判定された回数が所定回数である満充電判定回数となるまで繰り返し行なう充電制御手段と、
    　前記二次電池の温度を検出する温度検出手段と、
    　少なくとも前記満充電判定がされた際の前記温度検出手段の検出温度に基づいて前記満充電判定回数を設定する満充電判定回数設定手段と、
    を備え、
    　前記満充電判定回数設定手段は、前記温度検出手段の検出温度が低いほど前記満充電判定回数を多く設定する二次電池の充電装置。
  2. 　請求項１に記載の二次電池の充電装置において、
    　少なくとも前記満充電判定がされた際の前記温度検出手段の検出温度に基づいて前記電力供給を停止する時間を設定する停止時間設定手段をさらに備え、
    　前記停止時間設定手段は前記温度検出手段の検出温度が低いほど前記電力供給を停止する時間を長く設定する二次電池の充電装置。
  3. 　請求項２に記載の二次電池の充電装置において、
    　前記停止時間設定手段によって設定された停止時間を、満充電判定される度に減少補正する停止時間補正手段をさらに備える二次電池の充電装置。
  4. 　請求項３に記載の二次電池の充電装置において、
    　前記停止時間補正手段は、前記満充電判定の回数が所定回数になったら、それ以降は満充電判定の回数が所定回数になった時点の停止時間を保持する二次電池の充電装置。
  5. 　二次電池を充電するための電力を出力可能な充電電源によって前記二次電池に充電される電力を検出する充電電力検出工程と、
    　前記充電電力検出手段の検出値に基づいて算出した充電可能電力が予め設定した所定電力以下になった場合に満充電判定をする満充電判定工程と、
    　前記満充電判定されるまで前記充電電源から前記二次電池へ電力を供給し、前記満充電判定されたら前記充電電源から前記二次電池への電力供給を停止し、電力供給の停止から所定時間経過したら電力供給を再開し、再び満充電判定されるまで電力供給を継続するという充電制御を、充電開始からの前記満充電の判定回数が所定回数となるまで繰り返し行なう充電制御工程と、
    を備える二次電池の充電方法において、
    　前記二次電池の温度を検出する温度検出工程と、
    　少なくとも前記満充電判定がされた際の前記温度検出手段の検出温度に基づいて、前記温度検出手段の検出温度が低いほど前記所定回数を多く設定する満充電判定回数設定工程を更に備えることを特徴とする二次電池の充電方法。
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