二次电池的充电装置以及二次电池的充电方法
【专利摘要】具备：充电电源，其向二次电池供给电力；充电电力检测单元，其检测向二次电池充入的电力；满充电判定单元，其根据充电电力检测单元的检测值作出满充电判定；充电控制单元，其进行以下的充电控制，即到作出满充电判定为止进行充电，如果作出了满充电判定则停止充电，如果从充电停止起经过了规定时间则再开始充电，到再次作出满充电判定为止持续进行充电。并且，还具备：温度检测单元，其检测二次电池的温度；停止时间设定单元，其至少根据作出满充电判定时的二次电池的温度来设定停止时间，其中，温度检测单元的检测温度越低则停止时间设定单元将停止时间设定得越长。
【专利说明】二次电池的充电装置以及二次电池的充电方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种二次电池的充电控制。
【背景技术】
[0002]作为对二次电池进行充电的充电装置，已知以下的充电装置，S卩如果在充电开始后检测到满充电状态则停止充电，在经过了预先设定的规定时间后再进行充电(例如日本JP2005-124340A)。这样，在检测到虚满充电状态后停止充电规定时间并再进行充电，由此能够使电池的实际的充电状态接近满充电状态。
【发明内容】
[0003]然而，在如日本JP2005-124340A的充电装置那样预先设定检测到满充电状态后的停止充电的时间(以下称为充电停止时间)的结构中，难以设定适当的充电停止时间。而且，在充电停止时间过短时，无法使二次电池的实际的充电状态充分接近满充电状态。另一方面，在充电停止时间过长时，从充电开始到再充电结束的时间不必要地变长。
[0004]因此，本发明的目的在于，设定适当的充电停止时间，高效地对二次电池进行充电。
[0005]根据本发明的某方式，提供一种二次电池的充电装置，具备:充电电源，其向二次电池供给电力；充电电力检测单元，其检测由充电电源向二次电池充入的电力；满充电判定单元，其在根据充电电力检测单元的检测值计算出的可充电电力成为预先设定的规定电力以下的情况下，进行满充电判定。另外，二次电池的充电装置具备:充电控制单元，其到作出满充电判定为止从充电电源向二次电池供给电力而进行充电，如果作出了满充电判定则停止从充电电源向二次电池的电力供给，如果从停止电力供给起经过了规定时间则再开始充电，到再次作出满充电判定为止进行充电。而且，二次电池的充电装置还具备:温度检测单元，其检测二次电池的温度；停止时间设定单元，其至少根据作出满充电判定时的二次电池的温度来设定停止时间，其中，二次电池的温度越低则停止时间设定单元将停止时间设定得越长。
[0006]以下参照附图详细说明本发明的实施方式、本发明的优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1是本实施方式的充电系统的结构图。
[0008]图2是第一实施方式的充电控制例程的流程图。
[0009]图3是停止时间图。
[0010]图4是执行充电控制的情况下的时序图。
[0011]图5是用于说明第一实施方式的效果的时序图。
[0012]图6是第二实施方式的充电控制例程的流程图。
[0013]图7是充电停止时间修正用的修正系数表。
【具体实施方式】
[0014](第一实施方式)
[0015]图1是本发明的实施方式的充电系统的结构图。
[0016]充电系统构成为包括电池3、向电池3供给充电电力的充电器2以及控制充电器2的控制器I。还具备检测从充电器2向电池3供给的充电电流的电流传感器4、检测电池电压的电压传感器5以及检测电池3的温度的温度传感器6。
[0017]控制器I根据电流传感器4、电压传感器5的检测值计算从充电器2向电池3充入的电力，向充电器2发送基于计算出的充电电力的充电电力指令。另外，还读入温度传感器6的检测值。将在后面说明控制器I的内部结构。
[0018]充电器2向电池3供给基于来自控制器I的充电电力指令的充电电力。
[0019]电池3例如是作为用于驱动电动车的驱动电动机的电力源而使用的锂离子电池等二次电池，通过从充电器2供给的充电电力被充电。
[0020]将电流传感器4、电压传感器5以及温度传感器6的检测值读入控制器I。
[0021]接着，说明控制器I的内部结构。此外，参照图2的流程图说明各结构部中的运算内容。
[0022]控制器I构成为包括可充电电力计算部11、充电电力指令部10、计时器12以及停止时间设定部13。
[0023]可充电电力计算部11读入电流传感器4和电压传感器5的检测值，根据它们计算可充电电力。可充电电力表示到成为满充电状态为止能够向电池3充入的电力。
[0024]充电电力指令部10向充电器2发送基于由可充电电力计算部11计算出的可充电电力的充电电力指令。另外，充电电力指令部10在由可充电电力计算部11计算出的可充电电力成为预先设定的规定电力以下的情况下，判断为是满充电状态，停止充电，即将充电电力指令设为零(kw)。并且，在判断为是满充电状态的情况下，向停止时间设定部13发送用于设定充电停止时间的指令(以下称为停止时间设定指令)。如果发送了停止时间设定指令，则读入后述的计时器12的计数值，在计数值成为零时，再开始向充电器2发送基于可充电电力的充电电力指令，进行所谓的追加充电。
[0025]停止时间设定部13如果接收到来自充电电力指令部10的停止时间设定指令，则计算与电池温度相应的停止时间，向计时器12设定计算出的停止时间。此外，与电池温度相应的停止时间是电池温度越低则越长的时间，将在后面详细说明。
[0026]如果通过停止时间设定部13设定了停止时间，则计时器12开始倒计时(每隔规定时间减少计数值的处理)。其中，计数值的最小值为零。
[0027]图2是控制器I执行的充电控制例程的流程图。
[0028]在步骤SlO中，控制器I运算可充电电力。更详细地说，在可充电电力计算部11中根据电流传感器4的检测值以及电压传感器5的检测值来运算可充电电力，向充电电力指令部10发送该可充电电力，充电电力指令部10向充电器2发送充电电力指令。
[0029]在此，说明可充电电力的运算方法的一个例子。首先，计算预先决定的满充电电压与电压传感器5的检测值之间的偏差、即到满充电状态为止的电压上升量AV。接着，使用电压上升量AV和预先测定的电池3的电阻R来计算到满充电状态为止的电流上升量Al。然后，能够根据电压上升量AV和电流上升量Al计算到成为满充电状态为止的电力上升量、即可充电电力。
[0030]在步骤S20中，控制器I通过充电电力指令部10进行是否为满充电状态的判定。具体地说，在可充电电力成为预先决定的规定电力以下的情况下，判定为是满充电状态(以下将该判定称为“满充电判定”)。如果从本步骤的判定的目的出发，则也可以将规定电力设定为零(kW)，但有可能由于各传感器4、5的检测误差等而可充电电力不减少到零而不会判定为是满充电状态。因此，设定即使存在各传感器4、5的误差也能够判定为是满充电状态那样的大致接近零(kW)的值。
[0031]在判定的结果是作出了满充电判定的情况下，执行步骤S30的处理，在判定的结果是没有作出满充电判定的情况下，再次执行步骤S1的处理。
[0032]此外，满充电判定严格来说是可充电电力成为规定电力以下的判定，不是电池3实际上成为满充电状态的判定。
[0033]在步骤S30中，控制器I通过停止时间设定部13设定满充电判定后的充电停止时间。停止时间设定部13读入温度传感器6的检测值，参照预先存储的停止时间图来决定停止时间，向计时器12设定所决定的设定时间并且使计时器12开始倒计时。停止时间图例如如图3所示，电池温度越低则设定越长的停止时间。这是基于电池温度越低则到消除极化为止的时间越长的特性。例如，在锂离子电池的情况下，极化起因于由作为扩散物质的锂离子的扩散而产生的浓度差，电池温度越低则电解液的粘度越高，浓度差的消除需要时间。因此，通过电池温度越低则将充电时间设定得越长，到再开始充电为止充分消除了极化。
[0034]此外，如果满足电池温度越低则设定越长的停止时间这样的条件，则停止时间图并不限于图3。例如，也可以将温度区域分割为多个区间，对每个区间设定停止时间。
[0035]在步骤S40中，控制器I参照充电电力指令部10内具备的满充电判定次数计数器的值，判定满充电判定次数是否成为预先决定的规定次数以上。能够任意地设定规定次数，例如设定为五次左右。如果小于规定次数，则执行步骤S50的处理，如果为规定次数以上，则将计数值复位为零，结束充电。
[0036]在步骤S50中，控制器I使满充电判定次数计数器的值递增。到在步骤S40中判定为计数值为规定次数以上为止，在每次在步骤S20中作出满充电判定时使满充电判定次数计数器的计数值递增。
[0037]在步骤S60中，控制器I通过充电电力指令部10将充电电力指令值设为零(kW)向充电器2发送，使充电器2停止充电。
[0038]在步骤S70中，控制器I通过充电电力指令部10判定是否经过了充电停止时间。具体地说，判定计时器12的计数值是否为零。在经过了充电停止时间的情况下，再次执行步骤SlO的处理以进行追加充电，在没有经过充电停止时间的情况下，再次执行步骤S60的处理。
[0039]如上述那样，作出满充电判定时的电池温度越低则设定越长的充电停止时间，到满充电判定次数成为规定次数为止重复进行追加充电，使电池3的充电状态接近真正的满充电状态。
[0040]图4是执行上述充电控制的情况下的时序图。
[0041]在开始充电时，电池电压逐渐上升。此外，可充电电力到定时Tl为止为固定值。这是因为虽然通过运算而计算出更大的可充电电力，但由于充电器2的供给能力的上限Pl而可充电电力受到限制。
[0042]从电池电压接近满充电电压的定时Tl开始可充电电力开始降低，在成为为了判定是否为满充电而设定的规定值P2以下的定时T2，作出满充电判定而暂时停止充电。然后，从经过充电停止时间后的定时T3起，开始追加充电。此后，到满充电判定为规定次数以上为止，同样地重复进行充电的停止、再开始。
[0043]图5是对电池3充入的电力量的时序图。图中的实线表示执行本实施方式的充电控制的情况。作为比较例，用虚线表示充电停止时间与电池温度无关而固定的情况。此外，设电池温度例如接近零(V )。
[0044]从充电开始到首次满充电判定的定时Tl为止，在本实施方式和比较例中同样地电力量增大而停止充电。与电池温度相应地设定充电停止时间的本实施方式在定时T3再开始充电，与此相对，在与电池温度无关地充电停止时间固定的比较例中，在比定时T3早的定时T2开始追加充电。
[0045]在对第二次的满充电判定时的电力量进行比较时，在本实施方式中增大到P3，与此相对，在比较例中只增大到低于P3的P2。这是因为在本实施方式中与电池温度相应地设定能够充分消除极化的充电停止时间，与此相对，在比较例中，与电池温度无关地充电停止时间固定，因此在没有充分消除极化的状态下再开始充电。在第二次的满充电判定以后，也持续具有同样的倾向。
[0046]其结果是，在本实施方式中在定时T4达到真正的满充电电力量P4，与此相对，在比较例中在迟于定时T4的定时T5达到真正的满充电电力量P4。这样，在满充电判定后暂时停止充电、在经过充电停止时间后进行追加充电的充电控制中，电池温度越低则将充电停止时间设定得越长，由此能够高效地进行二次电池的充电。
[0047]总结上述第一实施方式的效果如下。
[0048]具备:温度传感器6，其检测电池3的温度；停止时间设定部13，其至少根据作出满充电判定时的电池温度来设定充电停止时间，其中，电池温度越低则将充电停止时间设定得越长。由此，在由于电池温度越低而到消除极化为止的时间越长的状况下充电停止时间越长，通过追加充电而充入的电力量增大，因此能够高效地进行充电。
[0049]如果满充电判定次数成为预先设定的规定次数，则结束充电，因此不会不必要地重复进行追加充电。
[0050](第二实施方式)
[0051]第二实施方式的充电系统与第一实施方式同样地构成为在满充电判定后停止充电，如果经过了根据电池温度设定的充电停止时间则进行追加充电，但与第一实施方式的不同点在于根据满充电判定的次数来修正充电停止时间。
[0052]图6是表示在第二实施方式中控制器I进行的充电控制例程的一个例子的流程图。与图2的流程图的不同点在于:在步骤S50中对满充电判定次数进行计数后执行与充电判定次数相应地修正充电停止时间的步骤S55 ;以及在步骤S75中判定是否经过了修正后的充电停止时间。以下，说明以上不同点。
[0053]在步骤S55中，控制器I进行修正使得满充电判定次数越多则将在步骤S30中设定的充电停止时间设得越短。具体地说，对于与第一实施方式同样地在步骤S30中设定的充电停止时间乘以修正系数α，该修正系数α为满充电判定次数越多则越小的I以下的修正系数。根据满充电判定次数计数器的值，参照例如预先通过实验等求出的图7所示的表来决定修正系数α。
[0054]在追加充电中，电池电压接近满充电电压，因此充电电流比满充电判定前小，难以产生极化引起的扩散物质的浓度差。即，在满充电判定后的充电停止过程中电池电压难以降低。因此，满充电判定次数越多则极化的影响越小，能够缩短用于等待极化被消除的充电停止时间。因此，将满充电次数越多则越小的作为I以下的值的修正系数α乘以与电池温度相应地设定的充电停止时间，满充电判定次数越多则将充电停止时间设得越短，防止设定超过需要的长的充电停止时间。由此，与第一实施方式相比，能够设定更适当的充电停止时间，能够防止充电时间超过需要地变长。
[0055]此外，通过实验等调查充电停止后的极化消除的程度，根据它来设定图7的表的满充电判定次数和修正系数α之间的关系。另外，在图7中，在满充电判定次数为四次以上时，修正系数α不变化而成为固定值。由此，在满充电判定次数变多的情况下，充电停止时间不会极端地变短，能够实施追加充电自身。
[0056]在步骤S75中根据计时器12的计数值是否成为零来判定是否经过了充电停止时间的内容与步骤S70相同。但是，倒计时开始时的计数值不同。
[0057]如以上那样，在第二实施方式中，进行修正使得满充电判定次数越多则将充电停止时间设得越短，因此与第一实施方式相比能够更高效地进行二次电池的充电。
[0058]另外，如果满充电判定次数成为规定次数，则此后保持满充电判定次数成为规定次数时的充电停止时间，因此充电停止时间不会超出需要地变短，能够实施追加充电。
[0059]此外，充电方法、满充电判定方法并不限于上述实施方式。也可以代替从充电电力指令部10输出的充电电力指令，而输出基于由可充电电力计算部11计算出的可充电电力的充电电流指令。例如，能够考虑充电电力指令部10将由可充电电力计算部11计算出的可充电电力除以电池电压所得的值作为充电电流指令来发送的结构。
[0060]另外，也可以代替从充电电力指令部10输出的充电电力指令，而输出基于由可充电电力计算部11计算出的可充电电力的充电电压指令。例如，能够考虑以下结构，即可充电电力计算部11根据预先决定的规定的满充电电压和电池电压计算可充电电力，到可充电电力成为规定值以下为止，将预先决定的固定的满充电电压作为充电电压指令来发送。在该情况下，在由可充电电力计算部计算出的可充电电力成为规定值以下时判定为是满充电状态，将充电指令设为零(kw)即可。此外，也可以是，可充电电力计算部11在电池电压成为预先决定的规定的满充电电压的情况，或电池电压与预先决定的规定的满充电电压之间的偏差成为规定值以下的情况下，判定为是满充电状态。
[0061]如以上那样，本发明的充电系统并不限定充电方法、满充电判定方法，只要是充电到电池3成为满充电状态为止、在成为满充电状态后停止充电规定时间的结构即可。
[0062]以上，说明了本发明的实施方式，但上述实施方式只不过示出了本发明的应用例的一部分，并不是要将本发明的技术范围限定为上述实施方式的具体结构。
[0063]本申请主张基于在2012年3月13日向日本专利局申请的特愿2012-56291的优先权，通过参照将该申请的全部内容组合到本说明书中。
【权利要求】
1.一种二次电池的充电装置，具备: 充电电源，其能够输出用于对二次电池进行充电的电力； 充电电力检测单元，其检测由上述充电电源向上述二次电池充入的电力； 满充电判定单元，其在根据上述充电电力检测单元的检测值计算出的可充电电力成为预先设定的规定电力以下的情况下，作出满充电判定； 充电控制单元，其进行以下的充电控制:到作出上述满充电判定为止从上述充电电源向上述二次电池供给电力，如果作出了上述满充电判定则停止从上述充电电源向上述二次电池的电力供给，如果从停止电力供给起经过了规定时间则再开始电力供给，到再次作出满充电判定为止持续进行电力供给； 温度检测单元，其检测上述二次电池的温度；以及 停止时间设定单元，其至少根据作出上述满充电判定时的上述温度检测单元的检测温度来设定上述停止时间， 其中，上述温度检测单元的检测温度越低则上述停止时间设定单元将上述停止时间设定得越长。
2.根据权利要求1所述的二次电池的充电装置，其特征在于， 上述充电控制单元重复进行上述充电控制预先设定的规定次数。
3.根据权利要求1或2所述的二次电池的充电装置，其特征在于， 还具备停止时间修正单元，该停止时间修正单元进行以下修正:作出上述满充电判定的次数越多则越是减少由上述停止时间设定单元设定的停止时间。
4.根据权利要求3所述的二次电池的充电装置，其特征在于， 如果上述满充电判定的次数成为规定次数，则此后上述停止时间修正单元保持满充电判定的次数成为规定次数时的停止时间。
5.一种二次电池的充电方法，包括以下步骤: 充电电力检测步骤，检测由能够输出用于对二次电池进行充电的电力的充电电源向上述二次电池充入的电力； 满充电判定步骤，在根据上述充电电力检测单元的检测值计算出的可充电电力成为预先设定的规定电力以下的情况下，作出满充电判定；以及 充电控制步骤，进行以下的充电控制:到作出上述满充电判定为止从上述充电电源向上述二次电池供给电力，如果作出了上述满充电判定则停止从上述充电电源向上述二次电池的电力供给，如果从停止电力供给起经过了规定时间则再开始电力供给，到再次作出满充电判定为止持续进行电力供给， 该二次电池的充电方法还包括以下步骤: 温度检测步骤，检测上述二次电池的温度；以及 停止时间设定步骤，至少根据作出上述满充电判定时的上述温度检测单元的检测温度来设定停止时间，其中，上述温度检测单元的检测温度越低则将上述停止时间设定得越长。
【文档编号】H01M10/48GK104170207SQ201380014148
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2013年3月8日 优先权日:2012年3月13日
【发明者】高野敦史, 曾我力 申请人:日产自动车株式会社