二次电池的充电控制装置以及充电控制方法

二次电池的充电控制装置以及充电控制方法
【专利摘要】在与引擎（8）连结的马达发电机（7）作为发电机动作而将车辆的动能回收为电力的情况下，在向电池组（1）的充电初期中，程序计时器（4a）使开关电路（23）～（26）全部闭合，来自马达发电机（7）的再生电力被用于向蓄电器（14）的充电以及电阻（15）、（16）中的消耗，在电池组（1）中流过的充电开始时的充电电流被抑制，进而，在开关电路（23）闭合了的状态下，使开关电路（26）、（25）依次断开，最后使蓄电器（14）的开关电路（24）断开，从而使向电池组（1）的充电电流的抑制率逐渐减少，增加至不抑制时的充电电流，从而能够实现延长从将动能再生为再生电力的发电机充电的电池组（1）的循环寿命。
【专利说明】二次电池的充电控制装置以及充电控制方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及二次电池的充电控制装置以及充电控制方法。
【背景技术】
[0002]作为作为以往的二次电池的电池组(battery)的充电控制装置以及充电控制方法，在车辆的行驶中施加了刹车的情况下，施加由机械刹车引起的制动，并且使与引擎连结的马达发电机(generator)作为发电机动作，作为电气刹车，通过电力变换电路向DC/DC转换器流入再生电流，在电池组以及电容器中储存再生电力的结构中，有使电池组充电电力从再生当初成为大致恒定的值的例子(例如，参照专利文献I)。
[0003]如果电池组充电电力从再生当初是大致恒定的值，则电池组电压不会像蓄电器电压那样大幅变化，所以考虑为作为电池组电流，成为大致恒定。这是根据使电池组的充电电流成为电池组的容许值以下的考虑而得出的。这样，使电池组的充电电流从再生当初成为大致恒定值的基础之上，以不超过充电电流的容许上限值的方式，进行充电控制。这一般被称为电池组电流恒定控制而成为一般的充电控制方法。
[0004]专利文献1:国际公开W02004/066472号公报

【发明内容】

[0005]以往的电池组的充电控制装置如以上那样构成，所以在再生时在电池组中从再生初期流过容许最大充电电流。但是，电池组是基于化学反应的蓄电设备，即使想要突然以容许最大电流进行充电，有扩散限制，在正常的反应中不会完全充电，引起副反应而促进电池组劣化，有导致循环寿命降低的危险。另外，在电容器成为满充电的情况下，存在无法通过电容器吸收发电电力，而无法减轻向电池组的充电电力这样的问题。如果无法减轻向电池组的充电电力，则有促进电池组劣化的危险。
[0006]本发明是为了解决上述那样的问题而完成的，其目的在于得到能够延长从将动能再生为再生电力的发电机充电的二次电池的循环寿命的二次电池的充电控制装置以及充电控制方法。
[0007]本发明的二次电池的充电控制装置具备电流控制装置，该电流控制装置以如下方式进行控制:在从将动能再生为再生电力的发电机对二次电池进行充电时，将向所述二次电池的充电开始时的充电电流，相对不抑制充电电流时的充电开始时的充电电流，抑制为规定的抑制率，并且随着时间的经过使所述抑制率减少。
[0008]另外，本发明的二次电池的充电控制方法将在从动能再生为再生电力的发电机对二次电池进行充电时，将向所述二次电池的充电开始时的充电电流，相对不抑制充电电流时的充电开始时的充电电流，抑制为规定的抑制率，并且随着时间的经过使所述抑制率减少。
[0009]在本发明的二次电池的充电控制装置中，具备电流控制装置，该电流控制装置以如下方式进行控制:在从将动能再生为再生电力的发电机对二次电池进行充电时，将向所述二次电池的充电开始时的充电电流，相对不抑制充电电流时的充电开始时的充电电流，抑制为规定的抑制率，并且随着时间的经过使所述抑制率减少，所以能够实现延长二次电池的循环寿命。
[0010]另外，在本发明的二次电池的充电控制方法中，在从将动能再生为再生电力的发电机对二次电池进行充电时，将向所述二次电池的充电开始时的充电电流，相对不抑制充电电流时的充电开始时的充电电流，抑制为规定的抑制率，并且随着时间的经过使所述抑制率减少，所以能够实现延长二次电池的循环寿命。【专利附图】

【附图说明】
[0011]图1是示出本发明的实施方式I的电池组的充电控制装置的结构的电路图。
[0012]图2是用于说明图1的电池组的充电控制装置的动作的说明图。
[0013]图3是示出与锂离子电池的循环寿命有关的试验结果的特性图。
[0014]图4是示出作为实施方式2的电池组的充电控制装置的结构的电路图。
[0015]图5是示出作为实施方式3的电池组的充电控制装置的结构的电路图。
[0016]图6是用于说明图5的电池组的充电控制装置的动作的说明图。
[0017]图7是示出作为实施方式4的电池组的充电控制装置的结构的电路图。
[0018]图8是用于说明图7的电池组的充电控制装置的动作的说明图。
【具体实施方式】
[0019]实施方式1.[0020]图1~图3是示出用于实施本发明的实施方式I的图，图1是示出电池组的充电控制装置的结构的电路图，图2是用于说明电池组的充电控制装置的动作的说明图，图3是示出与锂离子电池的循环寿命有关的试验结果的特性图。
【发明者】以发现在作为电池组(二次电池)使用了锂离子电池的情况下，仅通过抑制向锂离子电池的初期充电电流(详细后述)，即使不怎么限制启动之后(抑制消失了之后)的电流自身，锂离子电池的循环寿命仍延长1.5倍以上为契机，完成了本发明。另外，根据
【发明者】的试验结果，即使抑制锂离子电池的放电中的初期的放电电流(启动的电流)，锂离子电池的循环寿命的延长效果也不怎么显著。
[0021]此处，如以下那样定义在本申请中使用的术语。抑制率Y是指，抑制了电池组的充电电流时的电池组的充电电流JI (以下简称为电流JI)和未进行抑制时的充电电流J2(以下简称为电流J2)的比例(J1/J2) XlOO (%)。另外，锂离子电池一般在充电的初期进行恒定电流充电，但关于上述电流J2，根据电池组的种类、充电的样式、频度等，设定为在以下的实施方式叙述那样的频繁地反复短时间的充电的用途中不会导致循环寿命大幅降低的值。电池的充电抑制时间是指,抑制了电池组的充电电流时的、从将电池组连接到电源而开始充电至抑制率Y随着时间的经过减少而成为0%为止的时间。充电开始时抑制率YO是指，将抑制了电池组的充电电流时的电池组刚刚连接到电源之后的充电开始时的充电电流JlO (以下简称为电流J10)和未进行抑制时的充电开始时的充电电流J20 (以下简称为电流J20，大致等于电流J2)的比例(J10/J20) XlOO (%)。
[0022]此处，通过图3说明由
【发明者】得到的与锂离子电池的循环寿命有关的试验结果。提供作为汽车的行驶模式样式之一的“JC08模式”的负载，通过恒温槽调查了由有无向锂离子电池的初期充电电流的抑制引起的锂离子电池的容量维持率的变化。针对将50Ah的容量的锂离子电池6元件串联连接了的6元件串联锂离子电池，在温度180F下，把将标准化内部电阻(内部电阻Ω与静电电容F之积，QF值)为0.1 QF级的耐电压2.7V的电双层蓄电器3元件串联地连接了的3元件串联蓄电器仅在充电的初期串联地插入了的情况下，将“JC08模式”(20分钟/循环)反复了 1000次。使恒温槽温度tc成为-15°C、0°C、25°C、40°C这4个而进行试验，使恒温槽温度tc成为横轴，并使1000次后的容量维持率α成为纵轴而示出的图形是折线G。在该情况下，使电流J20成为供试6元件串联锂离子电池的容量50Ah的2倍(100A，2C)，将电流JlO设定为约50A、将充电开始时抑制率Y O设定为约50%，抑制率Y在充电开始之后按照指数函数减少，在经过抑制时间约2?6秒之后成为大致0%而成为稳定状态的电流J2的条件下，进行了试验。
[0023]另外，在针对将相同的容量的锂离子电池6元件串联连接了的6元件串联锂离子电池不经由3元件串联蓄电器而从最初以恒定的电流(电流J2)进行了充电的情况下，表示在同一温度条件下1000次后的容量维持率α的图形是折线H。关于6元件串联锂离子电池的容量，通过在额定电压的范围内进行100%的充放电来调查，使试验开始前的各个初期的容量成为100%。一般，在容量低于80%或者70%的情况下，被判断为寿命末期。
[0024]根据试验结果判明，在任何温度下，在将3元件串联蓄电器仅在充电的初期串联地插入而进行了初期充电电流的抑制的情况(折线G)下，容量维持率α被确保得较高，循环寿命劣化被大幅改善。另外，可知相比于25°C，-15°C、0°C、40°C下的劣化(容量维持率α的降低)大，在比25°C低温或者高温侧，特别在0°C以下或者40°C以上的严酷温度域中，初期充电电流的抑制效果大。
[0025]因此，可知相比于放电，充电所致的劣化更大，即使在充电时，在充电的初期中劣化也大。其原因为，认为在充电的初期中，锂离子通过覆盖石墨粒子的SEI (SolidElectrolyte Interface,固体电解质界面)时的扩散电阻大，针对急速的充电电流，引起扩散限制，在负极和隔板的间隙等中作为金属锂析出。
[0026]在一般考虑的金属锂的析出机理中，在负极和隔板的间隙等中微量析出的金属锂的周围都形成新的SEI而稳定化，所以接下来的副反应在其他场所中发生。如果发生金属锂的析出，则可反应的锂离子变少而容量降低、即成为不可逆的劣化。
[0027]另一方面，如果一旦开始流过充电电流，则温度上升，离子传导电阻下降，所以产生覆盖石墨粒子的SEI的扩散限制的充电电流值急速上升。即，即使流过大的充电电流，也不易引起副反应所致的劣化。
[0028]通过公知的单纯的矩形波的循环寿命劣化数据，求出此前的锂离子电池的充电电流的上限。但是，通过
【发明者】的试验结果判明，只要仅在矩形波状的充电电流的初期即充电的初期抑制秒单位的时间(充其量10秒左右)的期间，就能够去掉对循环寿命劣化支配性的因子，即使提高最终的稳定状态的充电电流的上限自身，也不会对循环寿命造成大的损伤。另外，提出了并非如本申请发明那样从将动能再生为再生电力的发电机对二次电池进行充电，而通过在使二次电池的充电电流值连续地变大的同时从充电开始电压朝向充电结束电压进行例如5小时左右的充电，从而实现二次电池的长寿命化的技术(例如参照日本特开2007-141493号公报)，但无法应用于本申请那样的将动能再生为再生电力的用途，并且也没有应用的必要。其原因为，连续几小时进行动能的再生、特别是车辆中的动能的再生并不现实、并且只要仅在充电的初期抑制充其量10秒左右的期间就能够实现充分地延长循环寿命。
[0029]另一方面，具有如下的自防卫功能:在放电的情况下，如果通过扩散电阻成为扩散限制，则通过过电压，元件电压自身降低，所以引起副反应的风险小。作为元件电压降低的原因，考虑内部电阻所致的电压下降(iR损)(电阻过电压)、和扩散限制所致的过电压(扩散过电压)。但是，在充电的情况下，强迫投入电力，所以没有该能量的前进场所，电压也变高，所以必然引起副反应。这是通过
【发明者】的试验结果明确的机理。
[0030]这样的举动不限于锂离子电池，而考虑为在伴随化学反应的二次电池、例如镍氢电池、镍镉电池、铅蓄电池、钠硫磺电池等中也是共通的。
[0031]以下，具体说明基于上述知识的本发明的二次电池的充电控制装置以及充电控制方法的优选的实施方式。图1是示出本发明的实施方式I的二次电池的充电控制装置的结构的电路图。在图1中，双向的DC/DC转换器3具有作为上臂(arm)开关的开关元件(SI)31、作为下臂开关的开关元件(S2) 32、作为输出侧阻抗装置的电抗器(LI) 33、平滑电容器(⑶C)34。作为开关元件31以及开关元件32，使用MOSFET。DC/DC转换器3经由一次侧母线35以及电力变换装置6，与马达发电机7连接。电力变换装置6将后述电池组I的直流电力变换为三相的交流电力而驱动马达发电机7、或者将马达发电机7发电了的交流电力变换为直流电力而对电池组I进行充电。马达发电机7搭载于作为车辆的汽车中并与汽车的引擎8连结。
[0032]电流控制装置4具有作为电容器的蓄电器(EDLC:电双层蓄电器)14、电阻(Rl)15、电阻(R2) 16、作为开闭装置的开关电路(S4) 24、开关电路(S5) 25、开关电路(S6) 26、作为计时装置的程序计时器4a、检测作为二次电池的电池组(LIB:锂离子电池)1的劣化的程度的劣化检测装置4b、检测电池组I的温度的温度检测装置4c。另外，蓄电器14、电阻15、电阻16是本发明中的负载阻抗装置，与电池组I并联地连接。
[0033]这些并联地连接的电池组1、蓄电器14、电阻15、16经由作为输出侧阻抗装置的电抗器33而与构成DC/DC转换器3的开关元件32的两端连接。另外，开关电路23、24、25、26可以是机械式继电器那样的有接点的开闭器，但为了以更少的开关损失、更高速地控制，也可以使用MOSFET、IGBT这样的半导体开关元件。劣化检测装置4b通过检测公知的电池组容量的降低、内部电阻的增大来检测劣化(例如，参照日本特开平8-293329号公报、日本特开平11-329512号公报)。温度检测装置4c使用未图示的热电偶、热敏电阻等，检测例如电池组的容器、模块的温度，作为电池组的代表温度。另外，在图中，为了简化，省略了电流、电压的测量系、用于电压平滑化的滤波器类(电容器和电抗器)的记载。
[0034]接下来，说明动作。在该实施方式中，充电开始时抑制率YO如下式所示。
[0035]Y 0=J10/J20
[0036]此处，
[0037]JlO:使开关电路23、24、25、26全部闭合而在电池组I中流过了充电电流的瞬间的
电流(峰值)。
[0038]J20:在使开关电路24、25、26全部断开了的状态下使开关电路23闭合而在电池组I中流过了充电电流的瞬间的电流(峰值)。[0039]另外，在该实施方式中，充电开始时抑制率YO成为50%。
[0040]在图1中，在经由引擎8而与汽车的车轮连结的马达发电机7作为发电机动作而将汽车的动能回收为再生电力的情况下，程序计时器4a首先使开关电路23、24、25、26全部闭合。另外，DC/DC转换器3使一次侧母线35的电压降压而供给到二次侧母线36，但以使电抗器33的电源侧(开关元件32侧)的电压成为恒定的方式，对开关元件31、32进行开闭控制。由此，来自马达发电机7的再生电力被供给到电池组1，并且被用于向蓄电器14的充电以及电阻15以及电阻16中的功耗，电池组I中流过的充电电流被抑制。另外，通过经由电抗器33连接的负载阻抗装置的阻抗的大小，电抗器33中的电压下降值变化。
[0041]接下来，在电池组I的开关电路23闭合了的状态下，程序计时器4a使开关电路25、26隔开时间间隔依次断开，进而在一定时间之后，使蓄电器14的开关电路24断开，从而使向电池组I的充电电流的抑制率Y随着时间的经过减少，从而能够使向电池组I的充电电流阶段性地增加。于是，最终，抑制率Y成为0%，流过不进行抑制时的电流J2。
[0042]在开关电路24?26中使用了 MOSFET、IGBT这样的半导体开关元件的情况下，能够实现更细致的控制。通过开关电路24、25以及开关电路26的开闭控制，调整将蓄电器14以及电阻15、16与开关元件32的两端并联地连接的时间，从而能够实现极细致的控制，能够实现图2的充电电流的曲线A所示那样的初期充电电流随着时间t的经过从电流Jl向电流J2平滑地增加的充电电流特性。
[0043]该曲线A是在通常时进行的期望的充电电流曲线，以大致2秒左右达到稳定值。即，抑制率Y如曲线D那样从50%按照指数函数减少，以大致2秒左右成为0%。另外，通常时是指，未处于电池组I的劣化、电池组I的温度成为0°C以下或者成为40°C以上那样的严酷温度域的状态时。此时，作为向电池组I的电流J2的矩形波X与电流Jl的曲线A的差部分即左上部的电流部分Y (阴影部分)通过电流流入蓄电器14、电阻15、16而吸收。另夕卜，在蓄电器14中吸收的能量之后被放电。
[0044]在电池组I的劣化发展了的劣化时，如图2的曲线B (电池组劣化时)那样，使蓄电器14、电阻15、电阻16的连接时间比上述通常时更长、即延缓使充电电流的抑制率Y减少的速度，从而增加通过电阻15、16中的功耗、向蓄电器14的充电而消耗的电力相对发生电力的比例(以下简称为比例)。另外，曲线E表示此时的抑制率Y的变化，从抑制率50%按照指数函数减少，以约3秒成为0%。充电抑制时间是约3秒。
[0045]同样地，在电池组I处于-10°C、50°C等严酷温度下时，如图2的曲线C (严酷温度时)那样，使蓄电器14、电阻15、电阻16的连接时间比电池组劣化时更长，从而延长充电抑制时间、即进一步减缓使充电电流的抑制率Y减少的速度，从而进一步增加通过电阻15、16中的功耗、向蓄电器14的充电消耗的电力的比例。另外，曲线F表示由于此时的抑制率Y的变化从50%按照指数函数减少，以约6秒成为0%。充电抑制时间是约6秒。
[0046]另外，电阻15、16的电阻值也可以是相同的值，但通过使用不同的值的电阻，通过电阻15、16的选择以及并联连接，能够选择3种电阻值，阻抗的控制的幅度扩展。另外，向电池组I的充电电流不限于如图2所示的曲线A?C那样平滑地变化的电流，当然也可以在不损害本发明的目的的范围内阶段状等地变化。
[0047]在该实施方式中，以即使在严酷温度下也如图2的曲线C那样以大致6秒左右达到平坦值(最大值)的方式进行了控制，但使向电池组I的初期充电电流(抑制时充电电流Jl)的增加的时间变化变得越缓，向电池组I的初期充电损伤越少，循环劣化被抑制。但是，当以在蓄电器14中临时储存该电力并之后向电池组I充电的方式迂回的情况下，使向电池组I的初期充电电流的时间变化变得越缓，需要越大的电容的蓄电器14。另外，在使电阻15、16消耗该电力而发热的情况下，使向电池组I的初期充电电流的时间变化越缓，充电抑制时间变得越长，浪费地消耗的电力越大。因此，由电池组I的循环寿命的延长效果和二次电池的充电控制装置的费用、可回收的电力量等的均衡决定。
[0048]一般，电池组不限于锂离子电池，以循环寿命、日历寿命，逐渐劣化，针对向电池组的初期充电损伤的耐久性也变弱。因此，期望根据劣化的程度，以电池组的劣化变得越大，在电池组中充电时，使通过电阻中的功耗、向蓄电器的充电消耗的电力的比例越增加，延缓充电电流的抑制率Y减少的速度，延长充电抑制时间而使电池组的充电电流进一步缓慢地增加的方式，进行充电控制。
[0049]具体而言，通过电池组的使用年月，也可以使延长充电抑制时间而使向电池组的初期充电电流的时间变化变缓的程度逐渐地增加，还能够判定电池组的劣化程度，根据该程度，控制变缓的程度即充电抑制时间。即，也可以根据电池组的劣化的程度调整充电电流的抑制率Y减少的速度。如果将充电电流的抑制率Y减少的速度从电池组的新品时最大限地设定得缓慢，则充电抑制时间变长，由电阻消耗的电力损失变多。因此，通过蓄电器的使用时间、使用频度的增大，多少导致蓄电器自身的劣化，所以期望根据劣化的程度来调整抑制率Y减少的速度。但是，不论在什么样的情况下，直至抑制率成为O为止的时间长至不超过10秒的程度就是足够充分的。能够通过上述劣化检测装置4b定量地探测电池组的劣化。
[0050]
【发明者】发现了在锂离子电池的动作温度处于严酷温度域的情况、即0°C以下的情况、或者40°C以上的情况下，本发明的初期充电电流抑制控制的效果显著。一般已知在电池组处于严酷温度域的情况下，锂离子电池的循环寿命显著降低，关于其机理，理论上如以下那样考虑。
[0051]在电池组的温度是0°C以下的情况，在锂离子电池的情况下，覆盖石墨粒子的SEI的锂离子的扩散电阻显著变大，更难以接受充电电流。在(TC以下的温度下急速充电了的情况下，产生锂金属的树枝晶而使负极、正极间短路，而有导致火灾事故的危险是公知的。根据本发明，可知通过控制充电开始时的充电电流的抑制以及之后的抑制率Y减少的速度、即通过初期充电电流抑制控制，能够使锂离子电池逐渐变暖而易于接受充电电流，所以循环寿命的延长效果变得更大是明显的。
[0052]另外，在40°C以上的情况下，在锂离子电池中，在正极中通过高电位易于引起副反应，导致循环寿命显著降低。即使在该情况下，也能够通过初期充电电流抑制控制，抑制温度急速上升，防止过渡地成为高电位，不易引起副反应。
[0053]因此，在作为严酷温度域的0°C以下的情况或者40°C以上的情况下，在对电池组充电时，期望增加通过电阻中的功耗、向蓄电器的充电而消耗的电力的比例，使初期充电电流抑制控制强化而使向电池组的初期充电电流更缓地增加。即，期望延长充电抑制时间而减缓使抑制率Y减少的速度。
[0054]也可以监视电池组的代表温度，以0°C以下的情况、或者40°C以上的情况为触发，延长充电抑制时间，使通过电阻中的功耗、向蓄电器的充电而消耗的电力的比例大幅增加，而使初期充电电流抑制控制强化，也可以通过以例如25°C为基准，从25 V降低或者提高温度，与其温度差成比例地增加通过电阻中的功耗、向蓄电器的充电而消耗的电力的比例，而使初期充电电流抑制控制强化。另外，通过上述温度检测装置4c测定电池组的代表温度。
[0055]另外，在实施方式I中，示出了通过将电池组1、蓄电器14、电阻15以及电阻16并联连接并对它们进行开闭控制来调整阻抗而设定充电开始时抑制率YO并且使阻抗变化而使抑制率Y变化的例子，但即使仅将电池组1和蓄电器14并联连接、或者将电池组1、电阻15以及电阻16并联连接、或者仅将电池组1和电阻15并联连接等、并对它们进行开闭控制来设定充电开始时抑制率YO并且使抑制率Y变化，关于电池组的循环寿命的延长，也得到同样的效果。
[0056]如以上那样，根据该实施方式，能够实现延长二次电池的循环寿命。另外，即使在蓄电器(电容器)14成为满充电的情况下，也能够通过电阻15、16吸收发电电力，所以能够减轻向电池组的充电电力，能够抑制电池组的劣化。
[0057]实施方式2.[0058]图4是示出本发明的实施方式2的二次电池的充电控制装置的结构的电路图。在图4中，电流控制装置5具有作为电容器的蓄电器(ELLC ) 44和电阻(R3 ) 45、作为开闭装置的双掷的开关电路(S8)54、开关电路(S9)55、以及作为计时装置的程序计时器5a。构成为电池组1、蓄电器44、以及电阻45能够通过双掷的开关电路53、54、55串联地连接，并且串联地连接的电池组1、蓄电器44以及电阻45经由电抗器33与DC/DC转换器3的开关元件32的两端连接。另外，开关电路53、54、55也可以是继电器电路那样的电路，但为了以更少的开关损失，更高速地控制，还能够使用MOSFET、IGBT这样的半导体开关元件。关于其他结构，与图1所示的实施方式I相同，所以对相当的部分附加相同的符号而省略说明。另外，蓄电器44、电阻45是本发明中的负载阻抗装置，与电池组1串联地连接。
[0059]在向电池组1的充电开始时，程序计时器5a使开关电路53、54、55全部向上侧闭合。由此，对电池组1串联地连接蓄电器44和电阻45，电池组1经由蓄电器44以及电阻45与DC/DC转换器3连接。通过向蓄电器44的充电以及电阻45中的功耗(电压下降)，对电池组1施加的电压降低,从DC/DC转换器3流入电池组1的充电电流被限制。
[0060]接下来，在从接通电池组1起经过规定时间之后，程序计时器5a在将开关电路53向上侧闭合了的状态下，将开关电路54切换到下侧，电池组1和电阻45串联地连接。在进一步经过一定的时间之后，使开关电路55向下侧闭合而从DC/DC转换器3直接向电池组1进行充电。在该情况下，使刚刚将电池组1接通之后的抑制率即充电开始时抑制率YO与实施方式I同样地成为50%。另外，抑制率Y减少的速度也大致相同。
[0061]在对开关电路53、54、55使用了 MOSFET、IGBT这样的半导体开关元件的情况下，能够实现更细致的控制。通过开关电路53、54和开关电路54的切换，调整对电池组1串联地连接蓄电器44以及电阻45的时间，最终，电池组1经由电抗器33连接到开关元件32的两端，从而能够与实施方式I同样地，控制电池组1的初期充电电流。
[0062]在电池组的劣化时或者严酷温度时，延长蓄电器44和电阻45的连接时间，从而增加通过电阻45中的功耗、向蓄电器44的充电消耗的电力的比例，如图2的曲线B、曲线C那样延长充电电流抑制控制时间，从而能够实现延长循环寿命。
[0063]在该实施方式中，示出了将电池组1、蓄电器44以及电阻45串联地连接了的情况，但也可以是电池组I和蓄电器44的串联连接、或者、电池组I和电阻45的串联连接，关于电池组I的循环寿命的延长，得到同样的效果。进而，也可以组合实施方式I和实施方式2，对蓄电器以及电阻的串联连接和并联连接进行复合化，不论在什么样的情况下，关于电池组的循环寿命的延长，都得到同样的效果。
[0064]以上，在不依赖于DC/DC转换器3而从内部阻抗或者线路的阻抗低的电源、发电机充电的情况下，代替电抗器33，经由电阻等阻抗装置连接蓄电器14、电阻15、16即可。或者，特别也可以构成为不经由阻抗装置，如实施方式2那样，将蓄电器44、电阻45与电池组I串联地插入。
[0065]另外，在如以上的实施方式1、2那样，从作为电源的马达发电机7经由DC/DC转换器3回收车辆的动能而对电池组I进行充电的情况下，由于发电的能量的量也不是很多，所以如果如该实施方式那样经由作为阻抗装置的电抗器33连接蓄电器14、电阻15、16而进行控制，则通过电抗器33得到的电压下降对包括电池组I的电流JlO的初期充电电流的抑制有效地作用。
[0066]实施方式3.[0067]图5以及图6是示出本发明的实施方式3的图，图5是示出二次电池的充电控制装置的结构的电路图，图6是用于说明电池组的充电控制装置的动作的说明图。在图5的电路图中，DC/DC转换器63具有兼作平滑电容器的输入侧电容器64。作为输入侧电容器64，使用了电容以及耐电压比图1的平滑电容器34大得多的电容器。开关电路23和电池组I的串联电路经由二次侧母线36与DC/DC转换器63连接。另外，电流控制装置9具有程序计时器9a。程序计时器9a控制开关元件31及开关元件32以及开关电路23。关于其他结构，与图1所示的实施方式I相同，所以对相当的部分附加相同的符号而省略说明。
[0068]如果发生再生电力，则程序计时器9a对DC/DC转换器63的开关元件31和开关元件32进行开关控制，使一次侧母线35的电压降压而对二次侧母线36供给再生电力，储存于电池组I中。在将再生电力储存于电池组I时，以使电池组的充电电流Jbl如图6所示变化的方式，对开关元件31和开关元件32进行开关控制，从而调整作为向电池组I的供给电压的二次侧母线36的电压。即使在该实施方式中，如图6的曲线K那样将充电开始时抑制率YO设定为50%(电流15A)，以在预定的时间til中使抑制率Y成为O的方式，对DC/DC转换器63的开关元件31和开关元件32进行开闭控制，从而抑制向电池组I的充电电流。此时，超过向电池组I供给的电力的再生电力通过提高DC/DC转换器63的一次侧母线35侧的电压而临时积蓄到输入侧电容器64中。另外，图6中，左的纵轴是再生电流Jrl或者电池组的充电电流Jbl的大小，右的纵轴是抑制率Y。
[0069]更具体说明。图6示出在马达发电机7中发生的再生电流Jrl、向电池组I的充电电流Jbl的变化的状态。程序计时器9a即使发生了再生电力，仍以0.1秒(til)左右，对开关元件31、32进行开闭控制，限制对二次侧母线36供给的再生电力。在该区间Tl的期间，电池组充电电流Jbl被控制为抑制时的充电电流。在该区间Tl的期间未被充电在电池组I中的再生电力E如下式所示，积蓄到输入侧电容器64中。
[0070]E= (1/2) X (CXV) X (CXV)
[0071]此处,E:输入侧电容器64中积蓄的能量、C:输入侧电容器64的静电电容、V:输入侧电容器64的电压。[0072]作为结果，输入侧电容器64的电压V、即一次侧母线35的电压从例如14V急速上升到200V。另一方面，二次侧母线36的电压逐渐上升。在图6中，时间til是再生电流Jrl和向电池组I的充电电流JbI 一致的时间，虽然在图5中省略了图示，但通过一次侧母线35和二次侧母线36的电流计进行判定。以时间til为边界，将在输入侧电容器64中积蓄的再生电力供给到二次侧母线36侧而对电池组I充电。具体而言，使急剧上升的一次侧母线35的电压降压而供给到二次侧母线36。此时，再生电力仍然发生，所以电池组的充电电流Jbl以对再生电流Jrl (等于非抑制时的充电电流J2)加上了从输入侧电容器64供给的电流的形式流过，逐渐被充电到电池组I中。作为结果，在图6的区域Ell (区间Tl)中在输入侧电容器64中积蓄的再生电力在区域E12 (区间T2)中被供给到电池组I而积蓄。
[0073]由此，向电池组I的充电电流Jbl以依照预定的充电特性变化的方式、即以限制充电开始时的充电电流并且不使充电电流急剧增加的方式被控制，所以得到循环寿命的延长效果。另外，在时间til以后，相比于所发生的再生电流Jrl，向电池组的充电电流Jbl更大，在计算上，抑制率成为负。但是，电池组的充电电流Jbl以不超过预定的规定值的方式被控制，并且随着时间经过，从规定值减少，所以不会对循环寿命影响。
[0074]与实施方式I的情况同样地，使用劣化检测装置4b、温度检测装置4c，电池组I的劣化越大，并且在电池组I的温度接近高温或者O °c时，越延长初期充电电流抑制控制期间(区间Tl)，从而得到更有效的循环寿命的延长效果。
[0075]另外,在区域E21中积蓄的电气能量大幅依赖于输入侧电容器64的静电电容C和电压V，优选选择静电电容大并且耐电压高的输入侧电容器64。优选使用耐电压高(例如500V)、且大电容的铝电解电容器，但也可以串联地使用多个电双层蓄电器(EDLC)。在电双层蓄电器的情况下，有耐电压小、但电容大到10~1000F的大电容的器件，通过串联地连接能够积蓄大的能量。但是，由于要求瞬时性，所以期望使用作为表示蓄电器的瞬时性的指标的标准化内部电阻(QF值)为0.5 QF以下的器件。
[0076]如以上那样，根据该实施方式，将再生电力临时地积蓄到输入侧电容器64中之后向电池组I充电，所以能够更有效地回收能量。
[0077]实施方式4.[0078]图7以及图8是示出本发明的实施方式4的图，图7是示出二次电池的充电控制装置的结构的电路图，图8是用于说明电池组的充电控制装置的动作的说明图。在图7的电路图中，针对电池组I经由作为开闭装置的开关电路25并联地连接了电阻15。另外，电流控制装置10具有程序计时器10a。关于其他结构，与图5所示的实施方式3相同，所以对相当的部分附加相同的符号而省略说明。
[0079]图8示出在马达发电机7中发生的再生电流Jr2、向电池组I的充电电流Jb2的变化的状态。程序计时器IOa在图8中，从发生再生电力起至时间t21 (例如0.1秒左右)(区间T3)，关于所发生的再生电力中的、未被电阻15消耗并且未对电池组I充电而剩余的再生电力，通过与实施方式3同样地使输入侧电容器64的电压上升,而积蓄到输入侧电容器64中。直至时间t21，开关电路23以及开关电路25成为闭合状态，再生电力被电阻15中的功耗(发热)以及向电池组I的充电消耗，剩余的再生电力如上述那样积蓄到输入侧电容器64中。
[0080]在从时间t21至再生电流Jr2和向电池组I的充电电流Jb2 —致的时间t22的期间(区间T4)，开关电路25反复开闭动作，控制向电阻15的供给电流，逐渐减小开关电路25的闭合时间的比例(占空比)而增加向电池组I的充电电流Jb2，在再生电流Jr2和向电池组I的充电电流Jb2—致的时间t22中，使开关电路25开路。另外，在图8中，图示为该区间T4的电池组的充电电流Jb2直线地上升，但实际上，由于进行开关，所以有脉动。但是，虽然未图示，但通过追加滤波器电路(电抗器和电容器)，能够减小该脉动的大小。另一方面，关于电池组I侧的开关电路23，如果二次侧母线36的电压高于电池组I的电压，则在直至再生电力成为O的时间t23的期间，也可以是始终闭合状态。
[0081]在图8中，在区域E21 (区间T3)中，再生电力积蓄到输入侧电容器64中，在区域E22 (区间T4)中，除了再生电力以外，在输入侧电容器64中积蓄的再生电力也被供给到二次侧母线36侧，用于电阻15中的功耗和电池组I的充电。
[0082]由此，抑制率Y如曲线N所示，在向电池组I的充电开始时被设定为电流J2(150A)的50% (75A)，随着时间的经过减少，在时间t22中成为O。即，在充电初期中，以不使充电电流急剧增加并且以不超过规定值(在该实施方式中电流J2 (150A))的方式进行控制，所以得到对循环寿命的延长效果。在相比于实施方式3的情况，预想更大的再生电力的情况下，如实施方式4那样附加电阻15而进行抑制率Y的提高，来避免输入侧电容器64的电容增大是经济性的做法。
[0083]与实施方式I的情况同样地，使用劣化检测装置4b、温度检测装置4c，在电池组I的劣化越大，并且电池组I的温度接近高温或者O °c时，通过越延长初期充电电流抑制控制时间(区间T3+T4)，得到更有效的循环寿命的延长效果。
[0084]进而，在实施方式4中，示出了将I个电阻与电池组I并联地连接的情况，但也可以如实施方式1、实施方式2那样将多个电阻并联或者串联或者串并联地连接，通过与多个电阻分别连接的开关元件的开闭控制，能够实现比实施方式4更细致且更长时间的抑制率Y的控制。由此，能够进一步提高对循环寿命的延长效果。
[0085]另外，与实施方式3的情况同样地，在区域E21中积蓄的电力能量大幅依赖于输入侧电容器64的静电电容C和电压V,期望选择静电电容大且耐电压高的输入侧电容器64。电双层蓄电器(EDLC)适合于该情况，但也可以使用大型的铝电解电容器。
[0086]特别，在从作为电源的马达发电机7经由DC/DC转换器3回收车辆的动能而对电池组I进行充电的情况下，所发电的能量的峰值高且在短时间内发生，并且频繁地进行回收，所以能够如在以上说明的实施方式3、4那样，通过在输入侧电容器64中临时地储存电力之后回收而进一步实现节能。当然，DC/DC转换器不限于降压型，即使是升压型，也起到同样的效果。
[0087]另外，在上述中，示出了通过在车辆中搭载的马达发电机7将车辆的动能回收为电力的情况，但不限于此，即使从其他种类的发电机进行充电，也起到同样的效果。
[0088]另外，在上述各实施方式中，示出了电池组是锂离子电池的情况，但不限于锂离子电池，而在广泛伴随化学反应的电池组、例如镍氢电池、镍镉电池、铅蓄电池、钠硫磺电池等中也起到同样的效果。特别，适用于循环寿命短的铅蓄电池。另外，根据电池的种类、劣化的程度、电池的温度，以不阻碍电池的化学反应而导致循环寿命大幅降低的方式，决定充电开始时抑制率YO以及抑制率Y减少的速度。例如，在锂离子电池的情况下，如果如上述试验结果那样，使充电开始时抑制率Y O成为50%，关于抑制率Y的减少的速度，以约6秒使抑制率Y成为0%，即将充电抑制时间设定为约6秒，则是有效的。当然，也可以使抑制率Y的减少速度比其变缓，但在不超过10秒的范围内抑制就足以。即，虽然由通过电池组I的循环寿命的延长效果和二次电池的充电控制装置的费用、可回收的能量量等的均衡决定，但在不超过10秒的范围内抑制即可。
[0089]另外，本发明在该发明的范围内，能够自由地组合上述各实施方式、或者适宜地对各实施方式进行变形、省略。
【权利要求】
1.一种二次电池的充电控制装置，其中， 具备电流控制装置，该电流控制装置以如下方式进行控制:在从将动能再生为再生电力的发电机对二次电池进行充电时，将向所述二次电池的充电开始时的充电电流，相对不抑制充电电流时的充电开始时的充电电流，抑制为规定的抑制率，并且随着时间的经过使所述抑制率减少。
2.根据权利要求1所述的二次电池的充电控制装置，其特征在于， 具备DC/DC转换器，并且从所述发电机经由所述DC/DC转换器对所述二次电池进行充电， 所述电流控制装置具有与所述二次电池并联地连接的负载阻抗装置以及串联地连接的负载阻抗装置中的至少一方，并且通过控制所述负载阻抗装置的阻抗来抑制所述充电开始时的充电电流，并且使所述抑制率减少。
3.根据权利要求2所述的二次电池的充电控制装置，其特征在于， 所述负载阻抗装置具有电容器以及电阻中的至少一方和开闭装置， 所述电流控制装置通过对所述开闭装置进行开闭控制而控制所述负载阻抗装置的阻抗。
4.根据权利要求3所述的二次电池的充电控制装置，其特征在于， 所述电流控制装置具有计时装置，并且通过所述计时装置测定从所述充电开始时起的经过时间并根据所述经过时间对所述开闭装置进行开闭控制，从而控制所述负载阻抗装置的阻抗。
5.根据权利要求1所述的二次电池的充电控制装置，其特征在于， 具备具有输入侧电容器的DC/DC转换器，并且经由所述DC/DC转换器从所述发电机对所述二次电池进行充电， 所述电流控制装置通过控制所述DC/DC转换器的输出电压来抑制所述充电开始时的充电电流，并且以随着时间的经过使所述抑制率减少的方式进行控制，在正在控制所述抑制率的期间中在所述输入侧电容器中积蓄所述再生电力的一部分。
6.根据权利要求5所述的二次电池的充电控制装置，其特征在于， 所述电流控制装置通过控制所述DC/DC转换器而将在所述输入侧电容器中积蓄的所述再生电力经由所述DC/DC转换器对所述二次电池进行充电。
7.根据权利要求6所述的二次电池的充电控制装置，其特征在于， 所述电流控制装置具有电阻和与该电阻串联地连接的开闭装置，所述电阻经由所述开闭装置与所述二次电池并联地连接，并且以如下方式进行控制:通过在向所述二次电池的充电开始时使所述开闭装置成为闭路而将所述电阻与所述二次电池并联地连接，随着时间的经过对所述开闭装置进行开闭控制，从而减少向所述电阻的通电时间，以使所述抑制率减少。
8.根据权利要求1至7中的任意一项所述的二次电池的充电控制装置，其特征在于， 所述电流控制装置具有检测所述二次电池的劣化的劣化检测装置，并且根据所述劣化的程度调整使所述抑制率减少的速度。
9.根据权利要求1至7中的任意一项所述的二次电池的充电控制装置，其特征在于， 所述电流控制装置具有检测所述二次电池的温度的温度检测装置，并且根据所述温度调整使所述抑制率减少的速度。
10.一种二次电池的充电控制方法，其中 在从将动能再生为再生电力的发电机对二次电池进行充电时，将向所述二次电池的充电开始时的充电电流，相对不抑制充电电流时的充电开始时的充电电流，抑制为规定的抑制率，并且随着时间的经 过使所述抑制率减少。
【文档编号】H02J7/04GK103620911SQ201280030344
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2012年7月23日 优先权日:2011年7月27日
【发明者】光田宪朗, 竹村大吾, 山田正树 申请人:三菱电机株式会社