(57)【要約】【課題】短時間で二次電池のリフレッシュ放電が可能であり、かつ小型化及び低コスト化が容易なリフレッシュ放電装置を提供する。【解決手段】本発明のリフレッシュ放電装置は、二次電池２０の放電電流を制限する放電抵抗Ｒ１と、二次電池２０の放電をスイッチングするトランジスタＱ１と、トランジスタＱ１のスイッチングを制御する制御装置１０と、を備え、制御装置１０は、放電抵抗Ｒ１の抵抗値及び二次電池２０の電圧Ｖ１に基づいてトランジスタＱ１のスイッチングデューティ比を設定し、その設定したスイッチングデューティ比でトランジスタＱ１をスイッチングすることにより二次電池２０のリフレッシュ放電を行う。【選択図】図１
2018038255.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の放電電流を制限する放電抵抗と、
前記二次電池の放電をスイッチングする半導体スイッチと、
前記半導体スイッチのスイッチングを制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記放電抵抗の抵抗値及び前記二次電池の電圧に基づいて前記半導体スイッチのスイッチングデューティ比を設定し、その設定したスイッチングデューティ比で前記半導体スイッチをスイッチングすることにより前記二次電池のリフレッシュ放電を行う、リフレッシュ放電装置。
【請求項２】
請求項１に記載のリフレッシュ放電装置において、前記制御装置は、前記二次電池のリフレッシュ放電を行っている間、前記二次電池の電圧の変動に応じて前記半導体スイッチのスイッチングデューティ比を調整する、リフレッシュ放電装置。
【請求項３】
請求項２に記載のリフレッシュ放電装置において、前記制御装置は、前記二次電池の放電電流が最適値になるように、前記二次電池の電圧の変動に応じて前記半導体スイッチのスイッチングデューティ比を調整する、リフレッシュ放電装置。
【請求項４】
請求項２に記載のリフレッシュ放電装置において、前記制御装置は、前記放電抵抗における消費電力が一定となるように、前記二次電池の電圧の変動に応じて前記半導体スイッチのスイッチングデューティ比を調整する、リフレッシュ放電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池のリフレッシュ放電を行うリフレッシュ放電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ニッケル水素二次電池等の二次電池は、いわゆる継ぎ足し充電を繰り返すことによって、二次電池の容量が減少したように見えるメモリ効果と呼ばれる現象が生ずる場合ある。このような二次電池のメモリ効果は、リフレッシュ放電を行うことによって回復することができる。リフレッシュ放電とは、電池電圧が終止電圧に至るまで二次電池を放電するこという。そして二次電池のリフレッシュ放電は、メモリ効果を回復するという目的を達成する上で最適な大きさの放電電流で行われるのが望ましい。
【０００３】
しかし一般的なリフレッシュ放電装置は、１つの放電抵抗を介して二次電池を放電するシンプルな構成である場合が多い。この場合、二次電池が放電されていくに従って二次電池の電圧が低下していくため、二次電池の放電電流は、二次電池が放電されていくに従って減少していくことになる。したがって最適な放電電流で二次電池のリフレッシュ放電を開始しても、二次電池の電圧が終止電圧に至るまでの間に、二次電池の放電電流は、徐々に減少して最適な放電電流よりも小さくなっていく。そのため１つの放電抵抗を介して二次電池を放電する従来のリフレッシュ放電装置は、リフレッシュ放電に要する時間が長くなってしまうという課題がある。
【０００４】
このような課題に対し、二次電池のリフレッシュ放電に要する時間を短縮することを目的とした従来技術が公知である。その一例としては、複数の放電抵抗を二次電池に接続して、大きな電流値でリフレッシュ動作を開始し、ある程度この二次電池の電気容量が減少した後、二次電池に接続する放電抵抗を順次減らしていき、所定の電流値で所定の放電終止の電気容量値まで二次電池を放電させるリフレッシュ方法及び装置が公知である（例えば特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０８−１３８７４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら上記の従来技術は、複数の放電抵抗、及び二次電池に対する複数の放電抵抗の接続を切り換える複数のスイッチを設ける必要があるため、構成が複雑であり、装置の小型化及び低コスト化が難しいという課題がある。
【０００７】
このような状況に鑑み本発明はなされたものであり、その目的は、短時間で二次電池のリフレッシュ放電が可能であり、かつ小型化及び低コスト化が容易なリフレッシュ放電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
＜本発明の第１の態様＞
本発明の第１の態様は、二次電池の放電電流を制限する放電抵抗と、前記二次電池の放電をスイッチングする半導体スイッチと、前記半導体スイッチのスイッチングを制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記放電抵抗の抵抗値及び前記二次電池の電圧に基づいて前記半導体スイッチのスイッチングデューティ比を設定し、その設定したスイッチングデューティ比で前記半導体スイッチをスイッチングすることにより前記二次電池のリフレッシュ放電を行う、リフレッシュ放電装置である。
【０００９】
二次電池の放電電流は、放電抵抗の抵抗値及び二次電池の電圧に基づいて半導体スイッチのスイッチングデューティ比を設定することによって、所望の大きさに設定することができる。それによって二次電池の電圧に応じて最適な大きさに放電電流を設定して二次電池のリフレッシュ放電を行うことができるので、二次電池のリフレッシュ放電を短時間で行うことができる。また本発明に係るリフレッシュ放電装置は、前述した従来技術のように複数の放電抵抗及び複数のスイッチを設けることなく、放電電流を所望の大きさに設定して二次電池のリフレッシュ放電を行うことができる。つまり本発明に係るリフレッシュ放電装置は、部品点数が少なく極めてシンプルな構成であるため、容易に小型化及び低コスト化することができる。
【００１０】
これにより本発明の第１の態様によれば、短時間で二次電池のリフレッシュ放電が可能であり、かつ小型化及び低コスト化が容易なリフレッシュ放電装置を提供できるという作用効果が得られる。
【００１１】
＜本発明の第２の態様＞
本発明の第２の態様は、前述した本発明の第１の態様において、前記制御装置は、前記二次電池のリフレッシュ放電を行っている間、前記二次電池の電圧の変動に応じて前記半導体スイッチのスイッチングデューティ比を調整する、リフレッシュ放電装置である。  
本発明の第２の態様によれば、リフレッシュ放電中における二次電池の電圧の変動に応じてリフレッシュ放電の電流の大きさを適切に調整することができるので、より短時間で二次電池のリフレッシュ放電を行うことができる。
【００１２】
＜本発明の第３の態様＞
本発明の第３の態様は、前述した本発明の第２の態様において、前記制御装置は、前記二次電池の放電電流が最適値になるように、前記二次電池の電圧の変動に応じて前記半導体スイッチのスイッチングデューティ比を調整する、リフレッシュ放電装置である。  
本発明の第３の態様によれば、リフレッシュ放電中における二次電池の電圧の変動に応じて放電電流を最適な大きさに調整することができるので、さらに短時間で二次電池のリフレッシュ放電を行うことができる。
【００１３】
＜本発明の第４の態様＞
本発明の第４の態様は、前述した本発明の第２の態様において、前記制御装置は、前記放電抵抗における消費電力が一定となるように、前記二次電池の電圧の変動に応じて前記半導体スイッチのスイッチングデューティ比を調整する、リフレッシュ放電装置である。  本発明の第４の態様によれば、放電抵抗における消費電力を一定とするため、放電抵抗及びその周辺における発熱量も一定となることから、放電抵抗及びその周辺に実装される部品の定格電力及び温度定格を下げることができる。すなわち、定格電力及び温度定格の低い比較的に安価な部品を放電抵抗及びその周辺に実装される部品として使用できるため、リフレッシュ放電装置自体の小型化及び低コスト化をより一層図ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、短時間で二次電池のリフレッシュ放電が可能であり、かつ小型化及び低コスト化が容易なリフレッシュ放電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係るリフレッシュ放電装置の構成を図示した回路図。
【図２】制御装置が実行するリフレッシュ放電の手順を図示したフローチャート。
【図３】二次電池の直列数とスイッチングデューティ比との関係を示した表。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。  
尚、本発明は、以下説明する実施例に特に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変形が可能であることは言うまでもない。
【００１７】
図１は、本発明に係るリフレッシュ放電装置の構成を図示した回路図である。  
本発明に係るリフレッシュ放電装置は、例えば独立した装置として構成することも可能であり、例えば二次電池２０を充電可能な充電装置に組み込まれることも可能であり、例えば二次電池２０の充電装置を備える電源装置や電子機器等に組み込まれることも可能である。本発明に係るリフレッシュ放電装置は、放電抵抗Ｒ１、トランジスタＱ１、制御装置１０を備える。
【００１８】
放電抵抗Ｒ１は、二次電池２０の放電電流を制限する固定抵抗である。より具体的には放電抵抗Ｒ１は、一端がトランジスタＱ１のソースに接続されており、他端が二次電池２０の負極端子に接続される。
【００１９】
トランジスタＱ１は、二次電池２０の放電をスイッチングする半導体スイッチである。より具体的にはトランジスタＱ１は、ソースが放電抵抗Ｒ１の一端に接続され、ゲートが制御装置１０に接続されている。トランジスタＱ１のドレインは、二次電池２０の正極端子に接続される。トランジスタＱ１は、当該実施例ではＦＥＴ（Field Effect Transistor）であるが、例えばバイポーラトランジスタ等、半導体スイッチであれば、どのような素子を用いてもよい。
【００２０】
制御装置１０は、公知のマイコン制御回路であり、トランジスタＱ１のスイッチングを制御する。より具体的には制御装置１０は、トランジスタＱ１のゲート電圧を制御するＡ／Ｄ変換回路（図示せず）を含む。そして制御装置１０は、放電抵抗Ｒ１の抵抗値及び二次電池２０の電圧Ｖ１に基づいてトランジスタＱ１のスイッチングデューティ比を設定する。そして制御装置１０は、その設定したスイッチングデューティ比でトランジスタＱ１をスイッチングすることにより二次電池２０のリフレッシュ放電を行う。
【００２１】
図２は、制御装置１０が実行するリフレッシュ放電の手順を図示したフローチャートである。当該フローチャートに図示した手順は、例えば制御装置１０に内蔵されているマイクロコンピュータが実行するコンピュータプログラムによって実現され、二次電池２０のリフレッシュ放電を行う操作が行われたときに実行される手順である。リフレッシュ放電を行う操作は、例えばリフレッシュ放電を行う押しボタン等（図示せず）の接点を制御装置１０に入力することによって検出することができる。
【００２２】
二次電池２０のリフレッシュ放電を行う操作が行われた場合、まず二次電池２０の電圧Ｖ１を検出し（ステップＳ１）、その電圧Ｖ１及び放電抵抗Ｒ１の抵抗値に基づいて、トランジスタＱ１のスイッチングデューティ比Ｄを設定する（ステップＳ２）。トランジスタＱ１のスイッチングデューティ比Ｄは、例えば下記の式（１）から算出することができる。  
Ｄ＝Ｉ×Ｒ÷Ｖ１  ・・・（１）
ここで式（１）のＲは、放電抵抗Ｒ１の抵抗値である。また式（１）のＩは、リフレッシュ放電の放電電流値である。放電電流値Ｉは、任意の大きさに設定可能であるが、二次電池２０のリフレッシュ放電を短時間で効果的に実行するという観点から、その二次電池２０の構成及び特性等に基づいて最適な電流値となるように設定するのが好ましい。
【００２３】
つづいて二次電池２０のリフレッシュ放電を開始する（ステップＳ３）。具体的には、設定したスイッチングデューティ比ＤでトランジスタＱ１のスイッチングを開始する。それによって放電電流値Ｉで二次電池２０を放電するリフレッシュ放電を行うことができる。つづいて二次電池２０の電圧Ｖ１を検出し（ステップＳ４）、二次電池２０の電圧Ｖ１が終止電圧まで低下したか否かを判定する（ステップＳ５）。
【００２４】
二次電池２０の電圧Ｖ１が終止電圧まで低下していない場合には（ステップＳ５でＮｏ）、そのときの二次電池２０の電圧Ｖ１に基づいて、トランジスタＱ１のスイッチングデューティ比Ｄを調整（再設定）する（ステップＳ６）。つまり制御装置１０は、二次電池２０のリフレッシュ放電を行っている間、二次電池２０の電圧Ｖ１の変動に応じてトランジスタＱ１のスイッチングデューティ比Ｄを調整する。トランジスタＱ１のスイッチングデューティ比Ｄの調整は、放電電流値Ｉが最適値に維持されるように行うのが好ましい。より具体的には、放電電流値Ｉが最適値に維持されるように、二次電池２０の電圧Ｖ１の低下に応じてトランジスタＱ１のスイッチングデューティ比Ｄを大きくしていくのが好ましい。そして二次電池２０の電圧Ｖ１が終止電圧まで低下した時点で（ステップＳ５でＹｅｓ）、トランジスタＱ１のスイッチングを停止し、二次電池２０のリフレッシュ放電を終了する（ステップＳ７）。
【００２５】
図３は、二次電池２０の直列数とトランジスタＱ１のスイッチングデューティ比Ｄとの関係を示した表である。
当該実施例の二次電池２０は、いわゆる組電池であり、複数の電池セル２１が直列に接続されて構成されている。電池セル２１は、例えばニッケル水素二次電池である。直列数は、直列に接続されている電池セル２１の数を意味する。二次電池２０の電池電圧は、例えば電池セル２１の電圧を１．２Ｖとすると、１０直列で１２Ｖ、１２直列で１４．４Ｖ、１５直列で１８Ｖ、１８直列で２１．６Ｖ、２０直列で２４Ｖとなる。また二次電池２０の終止電圧は、例えば電池セル２１の終止電圧を０．８Ｖとすると、１０直列で８Ｖ、１２直列で９．６Ｖ、１５直列で１２Ｖ、１８直列で１４．４Ｖ、２０直列で１６Ｖとなる。
【００２６】
本発明に係るリフレッシュ放電装置は、上記のように直列数が異なることにより電池電圧が異なる様々な組電池（二次電池２０）に柔軟に対応することができる。ここで例えば、放電抵抗Ｒ１の抵抗値Ｒを３０Ωに設定し、電池セル２１の放電電流の最適値を０．４８Ａとする。二次電池２０の電池電圧は、リフレッシュ放電を開始する前の二次電池２０の電圧Ｖ１から特定することができる。二次電池２０の終止電圧は、その二次電池２０の電池電圧から特定することができる。
【００２７】
例えばリフレッシュ放電を開始する前の二次電池２０の電圧Ｖ１が１２Ｖである場合には、二次電池２０は１０直列の組電池であり、電池電圧は１２Ｖ、終止電圧は８Ｖであると判定することができる。この場合には、トランジスタＱ１のスイッチングデューティ比Ｄを１００％に設定してリフレッシュ放電を開始することによって、最適な放電電流値Ｉ（０．４８Ａ）でリフレッシュ放電を行うことができる。そして二次電池２０の電圧Ｖ１が８Ｖまで低下した時点で二次電池２０のリフレッシュ放電が終了することになる。
【００２８】
例えばリフレッシュ放電を開始する前の二次電池２０の電圧Ｖ１が１４．４Ｖである場合には、二次電池２０は１２直列の組電池であり、電池電圧は１４．４Ｖ、終止電圧は９．６Ｖであると判定することができる。この場合には、トランジスタＱ１のスイッチングデューティ比Ｄを８３％に設定してリフレッシュ放電を開始することによって、最適な放電電流値Ｉ（０．４８Ａ）でリフレッシュ放電を行うことができる。そして二次電池２０の電圧Ｖ１が９．６Ｖまで低下した時点で二次電池２０のリフレッシュ放電が終了することになる。
【００２９】
例えばリフレッシュ放電を開始する前の二次電池２０の電圧Ｖ１が１８Ｖである場合には、二次電池２０は１５直列の組電池であり、電池電圧は１８Ｖ、終止電圧は１２Ｖであると判定することができる。この場合には、トランジスタＱ１のスイッチングデューティ比Ｄを６７％に設定してリフレッシュ放電を開始することによって、最適な放電電流値Ｉ（０．４８Ａ）でリフレッシュ放電を行うことができる。そして二次電池２０の電圧Ｖ１が１２Ｖまで低下した時点で二次電池２０のリフレッシュ放電が終了することになる。
【００３０】
例えばリフレッシュ放電を開始する前の二次電池２０の電圧Ｖ１が２１．６Ｖである場合には、二次電池２０は１８直列の組電池であり、電池電圧は２１．６Ｖ、終止電圧は１４．４Ｖであると判定することができる。この場合には、トランジスタＱ１のスイッチングデューティ比Ｄを５６％に設定してリフレッシュ放電を開始することによって、最適な放電電流値Ｉ（０．４８Ａ）でリフレッシュ放電を行うことができる。そして二次電池２０の電圧Ｖ１が１４．４Ｖまで低下した時点で二次電池２０のリフレッシュ放電が終了することになる。
【００３１】
例えばリフレッシュ放電を開始する前の二次電池２０の電圧Ｖ１が２４Ｖである場合には、二次電池２０は２０直列の組電池であり、電池電圧は２４Ｖ、終止電圧は１６Ｖであると判定することができる。この場合には、トランジスタＱ１のスイッチングデューティ比Ｄを５０％に設定してリフレッシュ放電を開始することによって、最適な放電電流値Ｉ（０．４８Ａ）でリフレッシュ放電を行うことができる。そして二次電池２０の電圧Ｖ１が１６Ｖまで低下した時点で二次電池２０のリフレッシュ放電が終了することになる。
【００３２】
以上説明したように、本発明に係るリフレッシュ放電装置は、放電抵抗Ｒ１の抵抗値Ｒ及び二次電池２０の電圧Ｖ１に基づいてトランジスタＱ１のスイッチングデューティ比Ｄを設定することによって、二次電池２０の放電電流値Ｉを所望の大きさに設定することができる。それによって二次電池２０の電圧Ｖ１に応じて最適な大きさに放電電流値Ｉを設定して二次電池２０のリフレッシュ放電を行うことができるので、二次電池２０のリフレッシュ放電を短時間で行うことができる。また本発明に係るリフレッシュ放電装置は、前述した従来技術のように複数の放電抵抗及び複数のスイッチを設けることなく、１つの抵抗と１つのスイッチだけで、放電電流値Ｉを所望の大きさに設定して二次電池２０のリフレッシュ放電を行うことができる。つまり本発明に係るリフレッシュ放電装置は、部品点数が少なく極めてシンプルな構成であるため、容易に小型化及び低コスト化することができる。
【００３３】
このようにして本発明によれば、短時間で二次電池２０のリフレッシュ放電が可能であり、かつ小型化及び低コスト化が容易なリフレッシュ放電装置を提供することができる。
【００３４】
また上記説明した実施例のように、トランジスタＱ１のスイッチングデューティ比Ｄは、二次電池２０のリフレッシュ放電を行っている間、二次電池２０の電圧Ｖ１の変動に応じて調整するのが好ましい。それによってリフレッシュ放電中における二次電池２０の電圧Ｖ１の変動に応じて放電電流値Ｉの大きさを適切に調整することができるので、より短時間で二次電池２０のリフレッシュ放電を行うことができる。さらに上記説明した実施例のように、トランジスタＱ１のスイッチングデューティ比Ｄは、二次電池２０の放電電流値Ｉが最適値になるように、二次電池２０の電圧Ｖ１の変動に応じて調整するのが好ましい。それによってリフレッシュ放電中における二次電池２０の電圧Ｖ１の変動に応じて放電電流値Ｉを最適な大きさに調整することができるので、さらに短時間で二次電池２０のリフレッシュ放電を行うことができる。
【００３５】
一方で、制御装置１０は、放電抵抗Ｒ１における消費電力が一定となるように、二次電池２０の電圧の変動に応じて、トランジスタＱ１のスイッチングデューティ比Ｄを調整しても良い。すなわち、上記説明した実施例における図２のステップＳ２及びステップＳ６では、上記の式（１）に基づいてスイッチングデューティ比Ｄを算出していたが、ステップＳ６におけるスイッチングデューティ比Ｄの算出を下記の式（２）に基づいて行っても良い。
Ｄ＝Ｐ÷（Ｖ１×Ｖ１÷Ｒ）  ・・・（２）
ここで式（２）のＰは、放電抵抗Ｒ１における消費電力である。また、Ｒは、式（１）と同様に、放電抵抗Ｒ１の抵抗値である。
【００３６】
このような式（２）に基づいてスイッチングデューティ比Ｄを調整すると、リフレッシュ放電に伴って二次電池２０の電圧が変動しても、放電抵抗Ｒ１における消費電力を一定にすることができる。換言すると、制御装置１０は、リフレッシュ放電に伴って二次電池２０の電圧が変動すると、スイッチングデューティ比Ｄを調整することにより、放電抵抗Ｒ１における消費電力が一定となるように放電抵抗Ｒ１の電流値を変更することになる。例えば、リフレッシュ放電に伴って二次電池２０の電圧が低下する場合に、放電抵抗Ｒ１の電流値を増加するようにスイッチングデューティ比Ｄを調整し、放電抵抗Ｒ１における消費電力を一定にする。
【００３７】
このような消費電力を一定とするスイッチングデューティ比Ｄの調整により、放電抵抗Ｒ１及びその周辺における発熱量も一定となることから、放電抵抗Ｒ１及びその周辺に実装される部品（例えば、トランジスタＱ１）の定格電力及び温度定格を下げることができる。すなわち、定格電力及び温度定格の低い比較的に安価な部品を放電抵抗Ｒ１及びその周辺に実装される部品として使用できるため、リフレッシュ放電装置自体の小型化及び低コスト化をより一層図ることができる。従って、式（２）に基づいてスイッチングデューティ比Ｄを調整することは、放電抵抗Ｒ１の定格電力を考慮して行われていることになる。
【符号の説明】
【００３８】
１０  制御装置
２０  二次電池
２１  電池セル
Ｑ１  トランジスタ
Ｒ１  放電抵抗
【図１】
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【図２】
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【図３】
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