バッテリ充電方法

トップ :: B 処理操作運輸 :: B60 車両一般

【発明の名称】	バッテリ充電方法
【発明者】	【氏名】八木一彦【氏名】石倉誉士【氏名】櫻井健
【要約】	【課題】バッテリの寿命劣化を抑制しつつ、充電時間の短縮化を図る。【解決手段】充電開始時のバッテリ温度Ｔinitとバッテリ温度の上限値Ｔmaxからバッテリ温度上昇余裕ΔＴ（＝Ｔmax－Ｔinit）を求める。また、充電開始時の初期残容量ＳＯＣinitと充電完了時の目標残容量ＳＯＣendから目標充電容量ΔＳＯＣ（＝ＳＯＣend－ＳＯＣinit）を求める。更に、これらからバッテリ温度上昇の上限値ΔＴ／ΔＳＯＣを求める。そして、バッテリ温度上昇の上限値ΔＴ／ΔＳＯＣに基づいてマップ検索により、充電中のバッテリ温度Ｔが上限値Ｔmaxを越えないような充電電流の最大値Ｉmaxを決定する（ステップＳ５）。運転者は、この最大値Ｉmaxに基づいて設定した充電電流値Ｉsetにてバッテリ充電を行う。

【特許請求の範囲】
【請求項１】充電開始時のバッテリ温度を検出し、充電中のバッテリ温度の上限値を設定し、前記充電開始時のバッテリ温度と、充電電流によるバッテリの温度上昇特性に基づいて、充電中のバッテリ温度が前記バッテリ温度の上限値を越えないようなバッテリ充電電流の最大値を決定し、該バッテリ充電電流の最大値に基づいてバッテリを充電することを特徴とするバッテリ充電方法。
【請求項２】前記バッテリ充電電流の最大値は、前記充電開始時のバッテリ温度と、充電開始時のバッテリ残容量と、前記バッテリ温度の上限値と、充電完了時のバッテリ残容量とを用いて決定されることを特徴とする請求項１記載のバッテリ充電方法。
【請求項３】前記バッテリ充電電流の最大値は、充電開始時のバッテリ残容量と、充電完了時のバッテリ残容量に基づいてバッテリへ充電すべき電流量を求め、前記充電開始時のバッテリ温度と前記バッテリ温度の上限値からバッテリ温度上昇余裕を求め、前記充電すべき電流量と前記バッテリ温度上昇余裕から、単位充電量当たりのバッテリ温度上昇の上限値を求め、前記単位充電量当たりのバッテリ温度上昇の上限値と、バッテリ冷却手段によるバッテリ温度降下分に基づいて決定されることを特徴とする請求項１記載のバッテリ充電方法。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、バッテリへの充電方法に係わり、特に、充電時間の短縮化及びバッテリの寿命劣化抑制に有効な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、車両走行用の動力源としてエンジンの他にモータを備えたハイブリッド車や、車両走行用の動力源としてモータのみを備えた電気自動車が知られている。これらの車両は、バッテリからの電力供給によりモータを駆動するものであるから、放電によりバッテリ残容量が減ると、バッテリへの充電が必要となる。
【０００３】放電したバッテリを充電するに当たっては、バッテリ保護の観点から定格容量の１０分の１（０．１Ｃ）で１０時間程度の充電を行うことが推奨されており、バッテリの急速充電は、バッテリの劣化，及び寿命の低下につながるため、あまり行われていなかった。特に電気自動車においては、夜間電力で充電しておき、翌日に使用するような使い方が多い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、夜間に急に車両を使いたい場合や、走行後に再充電してまた走行する（走行距離を伸ばす）ためには、バッテリの急速充電が求められる。かかる場合に、充電電流をむやみに大きくすると、バッテリの発熱により充電中に許容温度（バッテリが痛まない上限温度）に至ってしまうので、充電電流はむやみに大きくできない。許容温度を超えてしまうと、充電効率が低下して実質的な充電が行われないばかりか、過充電反応によりバッテリ温度が急上昇してバッテリ寿命に悪影響を及ぼすことになるからである。
【０００５】この対策として、バッテリ充電中に冷却装置（空冷ファン等）によりバッテリを冷却することも考えられるが、冷却能力が十分でないので充電による発熱を十分放熱できず、充電電流にはおのずと限界がある。また、充電中に許容温度に至った場合は、図８に示すように、充電を一時停止して温度が下がるのを待ってから再充電するといった工程を何度も繰り返すことになり、充電時間がかえって延長されてしまう場合がある。このように、充電時間が長くなると装置の使用に待ち時間が発生し、利便性が損なわれるという問題も生じる。
【０００６】本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、バッテリの寿命劣化を抑制しつつ、充電時間の短縮化を図ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、本発明のバッテリ充電方法は、充電開始時のバッテリ温度（Ｔinit）を検出し、充電中のバッテリ温度の上限値（Ｔmax）を設定し、前記充電開始時のバッテリ温度（Ｔinit）と、充電電流によるバッテリの温度上昇特性（実施の形態では、図２の特性図）に基づいて、充電中のバッテリ温度（Ｔ）が前記バッテリ温度の上限値（Ｔmax）を越えないようなバッテリ充電電流の最大値（Ｉmax）を決定し、該バッテリ充電電流の最大値（Ｉmax）に基づいてバッテリ（４）を充電することを特徴としている。
【０００８】この構成では、充電中にバッテリ温度（Ｔ）が上限値（Ｔmax）を越えることがないため、バッテリ冷却のための充電一時停止が不要になると共に、過充電反応による不要な温度上昇を起こすこともなくなる。
【０００９】上記の構成において、前記バッテリ充電電流の最大値（Ｉmax）は、前記充電開始時のバッテリ温度（Ｔinit）と、充電開始時のバッテリ残容量（初期残容量ＳＯＣinit）と、前記バッテリ温度の上限値（Ｔmax）と、充電完了時のバッテリ残容量（目標残容量ＳＯＣend）とを用いて決定してもよい。
【００１０】この構成では、満充電（ＳＯＣ＝１００％）まで充電する場合はもとより、とりあえず走行できる程度（例えば、ＳＯＣ＝５０％）まで充電したい場合にも、適切なパラメータを用いて決定されたバッテリ充電電流の最大値（Ｉmax）に基づく充電を行い得るから、充電の一時停止及び過充電反応を有効に回避することが可能となる。
【００１１】具体的には、前記バッテリ充電電流の最大値は、充電開始時のバッテリ残容量（バッテリ４より検出される初期残容量ＳＯＣinit）と、充電完了時のバッテリ残容量（運転者によりパネル１で設定される目標残容量ＳＯＣend）に基づいてバッテリ（４）へ充電すべき電流量（目標充電容量ΔＳＯＣ＝ＳＯＣend－ＳＯＣinit）を求め、前記充電開始時のバッテリ温度（Ｔinit）と前記バッテリ温度の上限値（Ｔmax）からバッテリ温度上昇余裕（ΔＴ＝Ｔmax－Ｔinit）を求め、前記充電すべき電流量（ΔＳＯＣ）とバッテリ温度上昇余裕（ΔＴ）から、単位充電量当たりのバッテリ温度上昇の上限値（ΔＴ／ΔＳＯＣ）を求め、前記単位充電量当たりのバッテリ温度上昇の上限値（ΔＴ／ΔＳＯＣ）と、バッテリ冷却手段（自然冷却＋ファン５）によるバッテリ温度降下分に基づいて（図２を用いてマップ検索することにより）決定する。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて、本発明の実施の形態について説明する。図６は、走行用の動力源としてモータを備えた車両がバッテリへの充電を行っている状態を示す外観図であり、図７は、充電器と車両との間に構成される回路図である。これらの図中、符合１は操作用のパネルであり、運転者はこのパネル１を操作することにより、例えば「急速充電」，「ノーマル充電」，「タイマー充電」の中から任意の充電モードを選択できるようになっている。
【００１３】「急速充電」は、短時間で充電を済ませたい場合の充電モードであり、例えば、１Ｃ～３Ｃ（定格容量の１～３倍）の充電電流にて充電を行うものである。「ノーマル充電」は、通常用いられる充電モードであり、例えば、０．１Ｃの充電電流にて約１０時間かけて充電を行うものである。「タイマー充電」は、深夜の低電気料金時や出発時間に合わせて充電を済ませたい場合に利用される充電モードである。
【００１４】ＥＣＵ２は、パネル１，充電器３，バッテリ（ＢＡＴＴ）４，ファン（ＦＡＮ）５，モータ（ＭＯＴ）６，パワードライブユニット（ＰＤＵ）７と信号線を介して接続され、パネル１により運転者入力された充電モード，電圧センサ（図示略）により検出された充電容量，温度センサ（図示略）により検出されたバッテリ温度，電流センサ（図示略）により検出された充電電流のフィードバック，及び回転数センサ（図示略）により検出されたモータ回転数等の入力を受け取る一方で、パワードライブユニット７，ファン５，及び充電器３に制御指令を送り、これらの機器動作を制御する。例えば、モータ６の駆動は、ＥＣＵ２からの制御指令を受けてパワードライブユニット７により行われる。
【００１５】パワードライブユニット７には、モータ６と電気エネルギーの授受を行う高圧系のバッテリ４が接続されている。バッテリ４は、例えば、複数のセルを直列に接続したモジュールを１単位として、更に複数個のモジュールを直列に接続して構成されるものであり、ファン５による強制冷却が可能となっている。
【００１６】バッテリ４への充電は、バッテリ４とパワードライブユニット７間から延びる車両側ケーブル１１と、充電器３から延びる充電器側ケーブル１２とをコネクタ１３，１４を介して接続させた状態で行う。充電に際し、充電モードは上記３種類の中から選択可能であるが、以下では、本発明に直接関連する急速充電モードについて説明する。
【００１７】図１のフローチャートは、運転者が図７のパネル１にて急速充電モードを選択した場合の処理の流れを示している。ステップＳ１では、運転者が図７のパネル１により、満充電（１００％）まで充電したいのか、とりあえず走行できる程度（例えば、５０％程度）まで充電したいのか等、目標残容量ＳＯＣendを使い方に応じて適宜入力する。一般的には、満充電（１００％）まで充電するので、その場合は入力を省略しても良い。また、急速充電モードを選択した場合は、充電電流Ｉsetも入力する。
【００１８】ステップＳ２では、ＥＣＵ２が充電開始時のバッテリ温度Ｔinit及び初期残容量ＳＯＣinitをバッテリ４から検出する。ステップＳ３では、ステップＳ２で検出したバッテリ温度Ｔinitと、充電中のバッテリ温度Ｔの上限値Ｔmaxとが、「Ｔinit＜Ｔmax」の条件を満たしているかを判定する。なお、バッテリ温度の上限値Ｔmaxとは、バッテリ４が痛まない上限温度のことをいい、バッテリ４の種類に応じて適宜設定され、メモリ（図示略）に記憶されている。
【００１９】ステップＳ３の判定結果が「Ｎo」である場合、処理はステップＳ４に進み、ＥＣＵ２は、充電器３に充電を許可しない旨の制御指令を送る。この状態から充電を開始してしまうと、バッテリ４を傷めてしまうからである。ステップＳ３の判定結果が「Ｙes」である場合、処理はステップＳ５に進む。ステップＳ５では、充電完了時（ＳＯＣが目標残容量ＳＯＣendになった時）に、バッテリ温度Ｔが上限値Ｔmaxになるような充電電流（バッテリ充電電流の最大値Ｉmax）を求める。
【００２０】具体的には、充電時の許容温度上昇すなわちバッテリ温度上昇余裕ΔＴ（＝Ｔmax－Ｔinit）を目標充電容量ΔＳＯＣ（＝ＳＯＣend－ＳＯＣinit）で割り算することで、単位充電量（ＳＯＣ１％）当たりのバッテリ温度上昇の上限値（ΔＴ／ΔＳＯＣ）を求め、該バッテリ温度上昇の上限値（ΔＴ／ΔＳＯＣ）に対応する充電電流を、図２のマップを検索することにより求める。
【００２１】図３は、ファン５による４５（Ｗ）の冷却能力下で、完全放電のＮｉ－ＭＨバッテリを満充電させた場合のバッテリ温度上昇を示す図であり、図２のマップはこの図３により、各充電電流に対するＳＯＣ１％充電当たりのバッテリの温度上昇（ΔＴ／ΔＳＯＣ）を求めたものである。
【００２２】また、図２はファン５を４５Ｗで作動させた場合の特性図であり、図４はファン５の作動の有無に対して、同測定した場合の特性図である。これらの特性図は、ファン５の最大能力や運転状態（最大運転／弱運転等）に応じて、適宜補正することができる。
【００２３】ステップＳ５でバッテリ充電電流の最大値Ｉmaxが決まると、ステップＳ６において、運転者はパネル１より充電電流値Ｉsetを入力する。次いで、ステップＳ７において、マップ検索により求めたバッテリ充電電流の最大値Ｉmaxと、運転者によりパネル入力された充電電流値Ｉsetとが、「Ｉmax≧Ｉset」の条件を満たすかを判定する。
【００２４】ステップＳ７での判定結果が「Ｎo」である場合、処理はステップＳ８に進む。このステップＳ８では、パネル１にエラーメッセージが表示等され、運転者に充電を継続するかどうかの判断を促す。運転者の判断結果が「Ｙes」である場合、処理はステップＳ６に戻り、運転者は充電電流値Ｉsetを再入力する。他方、運転者の判断結果が「Ｎo」の場合、処理はステップＳ９に進み、ＥＣＵ２は、充電器３に充電を許可しない旨の制御指令を送る。
【００２５】そして、ステップＳ７の判定結果が「Ｙes」である場合には、処理はステップＳ１０に進み、ＥＣＵ２は、充電器３に充電を許可する旨の制御指令を送る。すると、充電電流値Ｉsetにてバッテリ４への充電が開始される。充電開始後であっても、ＥＣＵ２は、バッテリ温度Ｔ，該バッテリ温度Ｔの時間微分値ｄＴ／ｄｔ，及び充電容量ＳＯＣを監視している。
【００２６】すなわち、ステップＳ１１において、ＥＣＵ２は、充電中のバッテリ温度Ｔが上限値Ｔmaxに達したか、あるいはバッテリ温度Ｔの時間微分値ｄＴ／ｄｔが所定の値（例えば、１．５）未満であるかを判定しており、そのうちいずれか一方の条件が成立する場合（ステップＳ１１で「Ｙes」）には、充電器３に充電を停止する旨の制御指令を送り、充電を停止させる（ステップＳ１２）。
【００２７】このように本実施の形態において、充電中にバッテリ温度Ｔの監視を行うのは、寿命劣化によりバッテリ特性が変化し、実際とマップデータとの間に乖離が生じてしまうと、充電電流値ＩsetがステップＳ５で決定したバッテリ充電電流の最大値Ｉmax以下であっても、充電中にバッテリ温度Ｔが上限値Ｔmaxを超えることがあり、かかる場合にそのまま継続して充電を行うと、バッテリ寿命に悪影響を及ぼすことになるからである。
【００２８】また、充電中にバッテリ温度Ｔの時間微分値ｄＴ／ｄｔの監視を行うのは、バッテリ温度Ｔが上限値Ｔmaxに達していなくても、既に残容量ＳＯＣが満充電の１００％に達していることがあり、かかる場合にそのまま継続して充電を行うと、過充電によりバッテリ寿命に悪影響を及ぼすことになるからである。
【００２９】ステップＳ１１において、バッテリ温度Ｔが上限値Ｔmax達していない場合（「Ｎo」）、処理はステップＳ１３に進む。ステップＳ１３において、ＥＣＵ２は、残容量ＳＯＣが充電制御値すなわち目標残容量ＳＯＣendに達したかを判定し、残容量ＳＯＣが目標残容量ＳＯＣendに達した場合（「Ｙes」）には、充電器３に充電を停止する旨の制御信号を送り、充電が完了する（ステップＳ１４）。他方、残容量ＳＯＣが目標残容量ＳＯＣendに達していない場合（ステップＳ１４で「Ｎo」）、充電が継続して行われると共に、その間、ＥＣＵ２はステップＳ１１以降の処理を繰り返し行う。
【００３０】以上説明したように、本実施の形態によるバッテリ充電方法では、充電開始時のバッテリ温度Ｔinitとバッテリ温度の上限値Ｔmaxからバッテリ温度上昇余裕ΔＴ（＝Ｔmax－Ｔinit）を求めると共に、充電開始時の初期残容量ＳＯＣinitと充電完了時の目標残容量ＳＯＣendからバッテリ４へ充電すべき目標充電容量ΔＳＯＣ（＝ＳＯＣend－ＳＯＣinit）を求め、更に、これらバッテリ温度上昇余裕ΔＴと目標充電容量ΔＳＯＣからバッテリ温度上昇の上限値ΔＴ／ΔＳＯＣを求め、該バッテリ温度上昇の上限値ΔＴ／ΔＳＯＣに基づいてマップ検索を行うことにより、充電完了までの間にバッテリ温度Ｔが上限値Ｔmaxを越えないようなバッテリ充電電流の最大値Ｉmaxを決定し、該最大値Ｉmaxに基づいて運転者が設定した充電電流値Ｉsetにて充電を行うようにしている（図５参照）。
【００３１】このように、本実施の形態によるバッテリ充電方法によれば、充電完了までの間にバッテリ温度Ｔが上限値Ｔmaxを越えることがなくなるから、バッテリ冷却のための充電一時停止が不要になると共に、過充電反応による不要な温度上昇も防止することができる。よって、バッテリ寿命の劣化を抑制しつつ、充電時間を効果的に短縮化することが可能となる。
【００３２】特に、本実施の形態にあっては、充電中であっても、ステップＳ１１でバッテリ温度Ｔ及びバッテリ温度Ｔの時間微分値ｄＴ／ｄｔを監視しているため、寿命劣化によりバッテリ特性が変化したり、バッテリ温度Ｔが上限値Ｔmaxに達することなく満充電となっても、直ちに充電を緊急停止させることができるから（ステップＳ１２）、バッテリ寿命に悪影響を及ぼす事態の発生を未然に防止することが可能である。
【００３３】なお、本実施の形態では、バッテリ温度上昇の上限値ΔＴ／ΔＳＯＣを用いたマップ検索を行うことにより、バッテリ充電電流の最大値Ｉmaxを求めているが、本発明はこれに限らず、充電開始時のバッテリ温度Ｔinit，バッテリ温度の上限値Ｔmax，充電開始時の初期残容量ＳＯＣinit，及び充電完了時の目標残容量ＳＯＣendをパラメータとした充電電流の算出式を作成しておき、この算出式を用いて充電中にバッテリ温度Ｔが上限値Ｔmaxを越えないようなバッテリ充電電流の最大値Ｉmaxを決定しても良い。さらに、この算出式に冷却能力や熱容量をパラメータとして加えてもよい。
【００３４】また、本実施の形態では、バッテリ４を完全放電から満充電にする場合について説明したが、本発明はこれに限らず、初期残容量ＳＯＣinitがゼロでない状態から充電を開始する場合や、目標残容量ＳＯＣendが必ずしも１００％でなく、走行距離に見合う充電容量（例えば、５０％）に設定される場合にも適用可能である。
【００３５】さらに、本発明は、電気自動車の他に、ハイブリッド車に搭載されているバッテリの充電においても使用できる。また、車両以外のバッテリに適用することができることはもちろんである。
【００３６】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明のバッテリ充電方法によれば、充電完了までの間にバッテリ温度が上限値を越えることがないから、バッテリ冷却のための充電一時停止が不要になると共に、過充電反応による不要な温度上昇も防止することができる。よって、バッテリ寿命の劣化を抑制しつつ、充電時間を効果的に短縮化することが可能となる。
【００３７】

【出願人】	【識別番号】０００００５３２６【氏名又は名称】本田技研工業株式会社
【出願日】	平成１１年１１月１１日（１９９９．１１．１１）
【代理人】	【識別番号】１０００６４９０８【弁理士】【氏名又は名称】志賀正武（外５名）
【公開番号】	特開２００１－１４５２１３（Ｐ２００１－１４５２１３Ａ）
【公開日】	平成１３年５月２５日（２００１．５．２５）
【出願番号】	特願平１１－３２１８０３