(57)【要約】【課題】二次電池の劣化を低減し、当該二次電池の延命を可能とする。【解決手段】二次電池充電制御装置１０は、二次電池２００の満充電容量を算出する満充電容量算出部１１６と、二次電池２００の充電深度を決定する充電深度決定部１１７と、充電深度決定部１１７が決定した前記充電深度で二次電池２００を充電する充電制御部１１２と、を備え、充電深度決定部１１７は、満充電容量算出部１１６が算出した前記満充電容量に応じて、二次電池２００の前記充電深度を決定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の満充電容量を算出する満充電容量算出手段と、
前記二次電池の充電深度を決定する充電深度決定手段と、
前記充電深度決定手段が決定した前記充電深度で前記二次電池を充電する制御手段と、を備え、
前記充電深度決定手段は、前記満充電容量算出手段が算出した前記満充電容量に応じて、前記二次電池の前記充電深度を決定する二次電池充電制御装置。
【請求項２】
少なくとも第１の満充電容量に対応する第１充電深度と、前記第１の満充電容量よりも少ない第２の満充電容量に対応し第１充電深度よりも大きい第２充電深度とを含む複数の充電深度を記憶する記憶手段をさらに備え、
前記充電深度決定手段は、前記満充電容量算出手段が算出した前記満充電容量に応じて、前記二次電池の前記充電深度を、前記記憶手段が記憶する前記複数の充電深度から選択することで決定する請求項１に記載の二次電池充電制御装置。
【請求項３】
前記記憶手段に記憶された前記複数の充電深度は、前記満充電容量に対応づけられたテーブルとして記憶され、
前記テーブルの前記充電深度は、前記満充電容量が小さくなるほど大きくなる関係とされ、
前記充電深度決定手段は、前記満充電容量算出手段が算出した前記満充電容量に応じて、前記二次電池の前記充電深度を、前記テーブルから選択することで決定する請求項２に記載の二次電池充電制御装置。
【請求項４】
前記第１の満充電容量は、前記二次電池の満充電容量の初期値であり、
前記第１充電深度は、８０％である請求項２または３に記載の二次電池充電制御装置。
【請求項５】
前記記憶手段は、前記二次電池の充放電のスケジュールをさらに記憶し、
前記制御手段は、予め定められた時点での満充電後に前記二次電池を完全放電させ、
前記満充電容量算出手段は、前記完全放電時の放電量を前記二次電池の前記満充電容量として算出する請求項２〜４のいずれか１項に記載の二次電池充電制御装置。
【請求項６】
二次電池の満充電容量を算出する第１のステップと、
前記第１のステップで算出した前記満充電容量に応じて、前記二次電池の前記充電深度を決定する第２のステップと、
前記第２のステップで決定した前記充電深度で前記二次電池を充電する第３のステップと、をコンピュータに実行させる二次電池充電制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池の充電制御の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池は、充放電サイクルの繰り返しによる劣化や経年劣化により満充電容量が減少する。当該満充電容量が必要な放電容量を下回った時点で前記二次電池は寿命となる。当該寿命は長い方が好ましいことはいうまでもない。そのため、二次電池を延命するための種々の技術が提案されている。例えば特許文献１〜３には以下のような技術が開示されている。
【０００３】
特許文献１に開示されているハイブリッド自動車用電池制御装置は、二次電池の入出力電圧の上限電圧および下限電圧を電池温度に応じて設定する。すなわち、電池温度が低いときの上限電圧を電池温度が高いときの上限電圧以上とするとともに、電池温度が低いときの下限電圧を電池温度が高いときの下限電圧以下とする。さらに、このように設定された上限電圧、下限電圧の範囲内で電池の充放電を制御する。
【０００４】
特許文献２に開示されている電源装置は、所定の期間の二次電池の電池温度、端子間電圧、充放電電流値および充電状態（Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ（ＳＯＣ））の標準偏差に基づいて、当該二次電池を冷却する冷却ファンのファン作動温度を決定する。
【０００５】
特許文献３に開示されている蓄電池の充電方法では、当該蓄電池（二次電池）のＳＯＣが１００％未満で充放電される蓄電池の劣化状態を判別し、当該判別の結果に基づいて充電電圧を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−８１３００号公報
【特許文献２】特開２００６−３２０１３号公報
【特許文献３】特開２００３−３３８３２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、満充電状態に近い深い充電深度で二次電池を長期間保存したり充放電サイクルを繰り返したりすると、浅い充電深度で二次電池を保存する場合や、充電深度を浅い状態にとどめて充放電サイクルを繰り返す場合と比較して、二次電池の劣化が促進される。このように、充電深度は二次電池の寿命の長短を左右する要素であるにもかかわらず、特許文献１〜３に開示されている技術では、二次電池の延命に関する要素として充電深度は考慮されていない。
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、満充電状態に近い深い充電深度で二次電池が充電されることで加速される二次電池の劣化を低減し、二次電池の延命を可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１に係る二次電池充電制御装置は、二次電池の満充電容量を算出する満充電容量算出手段と、前記二次電池の充電深度を決定する充電深度決定手段と、前記充電深度決定手段が決定した前記充電深度で前記二次電池を充電する制御手段と、を備え、前記充電深度決定手段は、前記満充電容量算出手段が算出した前記満充電容量に応じて、前記二次電池の前記充電深度を決定する。
【００１０】
本発明の請求項６に係る二次電池充電制御プログラムは、二次電池の満充電容量を算出する第１のステップと、前記第１のステップで算出した前記満充電容量に応じて、前記二次電池の前記充電深度を決定する第２のステップと、前記第２のステップで決定した前記充電深度で前記二次電池を充電する第３のステップと、をコンピュータに実行させる。
【００１１】
請求項１または６に係る発明によれば、前記二次電池の前記満充電容量に応じて当該二次電池の前記充電深度が決定され、当該充電深度で前記二次電池が充電される。そのため、二次電池の劣化が少ない充電深度で当該二次電池を充電することが可能となり、当該二次電池の延命が可能となる。
【００１２】
本発明の請求項２に係る二次電池充電制御装置は、請求項１に係る二次電池充電制御装置において、少なくとも第１の満充電容量に対応する第１充電深度と、前記第１の満充電容量よりも少ない第２の満充電容量に対応し第１充電深度よりも大きい第２充電深度とを含む複数の充電深度を記憶する記憶手段をさらに備え、前記充電深度決定手段は、前記満充電容量算出手段が算出した前記満充電容量に応じて、前記二次電池の前記充電深度を、前記記憶手段が記憶する前記複数の充電深度から選択することで決定する。
【００１３】
請求項２に係る発明によれば、前記充電深度決定手段は、前記二次電池の前記満充電容量が少ない場合に充電深度が大きくなるように設定する。そのため、前記二次電池が初期状態から劣化して前記満充電容量が減少した場合に、当該初期状態における充電深度よりも前記充電深度を深くして当該二次電池が充電される。したがって、前記二次電池が初期状態から劣化して前記満充電容量が減少した場合でも、必要な放電容量を確保することが可能となる。
【００１４】
本発明の請求項３に係る二次電池充電制御装置は、請求項２に係る二次電池充電制御装置において、前記記憶手段に記憶された前記複数の充電深度は、前記満充電容量に対応づけられたテーブルとして記憶され、前記テーブルの前記充電深度は、前記満充電容量が小さくなるほど大きくなる関係とされ、前記充電深度決定手段は、前記満充電容量算出手段が算出した前記満充電容量に応じて、前記二次電池の前記充電深度を、前記テーブルから選択することで決定する。
【００１５】
請求項３に係る発明によれば、前記複数の充電深度と前記満充電容量とが、前記満充電容量が小さくなるほど前記充電深度が大きくなる関係に対応づけられたテーブルとして前記記憶手段に記憶されているので、より的確な前記充電深度で前記二次電池を充電することができる。
【００１６】
本発明の請求項４に係る二次電池充電制御装置は、請求項２または３に係る二次電池充電制御装置において、前記第１の満充電容量は、前記二次電池の満充電容量の初期値とされ、前記第１充電深度は８０％とされる。
【００１７】
請求項４に係る発明によれば、二次電池の初期状態において、充電深度が８０％とされているので、二次電池の延命と二次電池の放電容量とのバランスを取ることができる。すなわち、満充電状態に近い深い充電深度で前記二次電池が充電されるために二次電池の劣化が加速されることを防止でき、かつ、充電深度が浅すぎる場合とは異なり、必要な放電容量を確保するために大容量の二次電池を用意する必要がないので費用対効果に優れる。
【００１８】
本発明の請求項５に係る二次電池充電制御装置は、請求項２〜４のいずれか１項に係る二次電池充電制御装置において、前記記憶手段は、前記二次電池の充放電のスケジュールをさらに記憶し、前記制御手段は、予め定められた時点での満充電後に前記二次電池を完全放電させ、前記満充電容量算出手段は、前記完全放電時の放電量を前記二次電池の前記満充電容量として算出する。
【００１９】
請求項５に係る発明によれば、前記満充電容量算出手段は、定期的に前記満充電容量を実測するので、前記二次電池が初期状態から劣化して前記満充電容量が減少した場合でも、前記充電深度決定手段は、的確に前記充電深度を決定することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、二次電池を満充電状態で運用する期間を短くすることが可能となり、その結果、二次電池の延命が可能となる。したがって、二次電池の交換頻度が少なくなるので、当該二次電池を利用する用途においてコスト削減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る二次電池充電制御装置の概略を示すブロック図である。
【図２】二次電池の充電深度と経年劣化との関係の一例を説明するための図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る二次電池充電制御装置が行う充電制御を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態につき詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る二次電池充電制御装置１０の概略を示すブロック図である。二次電池充電制御装置１０は、二次電池充電制御装置１０に接続された二次電池２００の充電制御を行う。二次電池充電制御装置１０は、外部電源２に接続され、二次電池２００および外部電源２には、負荷３が接続されている。
【００２３】
二次電池充電制御装置１０は、例えば商用電源である外部電源２から電力の供給を受けて、例えばリチウムイオン電池である二次電池２００を充電する。
【００２４】
二次電池充電制御装置１０は、制御部１００（制御手段）、電流・電圧計１３０、電力計１４０、交流直流変換部１５０、および連系リアクトル１６０を備える。
【００２５】
電流・電圧計１３０は、二次電池２００の放電時に、二次電池２００が放電する電力の放電電流値および放電電圧値を測定する。電力計１４０は、負荷３の使用電力量を測定する。
【００２６】
交流直流変換部１５０は、二次電池２００の充電時には、外部電源２から供給される交流電力を直流電力に変換して二次電池２００に供給する整流器として機能し、二次電池２００の放電時には、二次電池２００から放電される直流電力を、負荷３に応じた電圧値または電流値もしくは電力値の交流電力に変換して負荷３に供給するインバータとして機能する。また交流直流変換部１５０は、外部電源２から供給される電力を用いて、例えば定電圧・定電流充電方式で二次電池２００を充電する。
【００２７】
連系リアクトル１６０は、交流直流変換部１５０と外部電源２との間に設けられている。交流直流変換部１５０は、交流直流変換部１５０側の交流電力Ｖ２の位相を外部電源２側の交流電力Ｖ１の位相よりも進ませることで、二次電池２００に貯蔵されている電力を負荷３に供給する。二次電池２００の充電時に交流直流変換部１５０は、Ｖ２の位相をＶ１の位相よりも遅らせることで、外部電源２の電力を二次電池２００に供給する。なお、交流直流変換部１５０が、Ｖ２の位相とＶ１の位相とを等しくした場合は、二次電池２００は充電も放電もされない待機状態となる。
【００２８】
制御部１００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１１０、計時部１０１、および記憶部１０２（記憶手段）を備える。
【００２９】
記憶部１０２は、例えばＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＡＭ（Ｒａnｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等を備え、二次電池充電制御プログラムや、二次電池２００の充放電スケジュール、二次電池２００が満充電されたときの容量である満充電容量、および前記満充電容量と充電深度とを対応づけるテーブル等を記憶する。
【００３０】
計時部１０１は、一定周期でクロック信号を発生させるクロック発信器を備え、このクロック信号をＣＰＵ１１０に出力する。当該クロック信号および記憶部１０２が記憶する充放電スケジュールに基づいて、後述の満充電容量算出部１１６は、二次電池２００の満充電容量を更新するタイミングを判定する。
【００３１】
ＣＰＵ１１０は、記憶部１０２に予め格納されている前記二次電池充電制御プログラムを実行することで、放電制御部１１１、充電制御部１１２、充放電切替指示部１１３、放電量算出部１１４、残容量算出部１１５、満充電容量算出部１１６（満充電容量算出手段）、および充電深度決定部１１７（充電深度決定手段）をソフトウェア的に具備するように機能する。なお、前記の各部を、ハードウェアとしてＣＰＵ１１０内部にそれぞれ設けることも可能である。
【００３２】
放電制御部１１１は、二次電池２００の放電時に、電流・電圧計１３０および電力計１４０が測定した測定値の少なくとも１つに基づいて、負荷３に供給する交流電力の電圧値および電流値ならびに電力値の少なくとも１つを決定する。そして放電制御部１１１は、負荷３に供給される電力が、このように決定された値を有する交流電力となるように交流直流変換部１５０を制御する。
【００３３】
充電制御部１１２は、電流・電圧計１３０が測定した二次電池２００の電流値および電圧値に基づいて、二次電池２００の充電時に交流直流変換部１５０が二次電池２００に印加する電流値および電圧値を決定する。充電制御部１１２は、交流直流変換部１５０に指示して、前記電流値および前記電圧値で二次電池２００を充電させる。
【００３４】
充放電切替指示部１１３は、記憶部１０２に記憶されている充放電スケジュールおよび計時部１０１が出力するクロック信号に基づいて、二次電池２００を充電するか放電するかを判断し、交流直流変換部１５０に充放電の切替を指示する。
【００３５】
放電量算出部１１４は、計時部１０１が出力するクロック信号に基づいて、電流・電圧計１３０が測定する電流値を、二次電池２００の放電時に所定の間隔でサンプリングし、当該電流値を積分することで、二次電池２００の放電量（単位はＡｈ）を算出する。
【００３６】
残容量算出部１１５は、記憶部１０２に記憶されている前記満充電容量から、放電量算出部１１４が算出した前記放電量を減じることで、二次電池２００の残容量を算出する。
【００３７】
満充電容量算出部１１６は、二次電池２００の満充電容量を定期的に算出し、記憶部１０２に記憶されている満充電容量を当該算出値に更新する。すなわち、記憶部１０２に記憶されている充放電スケジュールおよび計時部１０１が出力するクロック信号に基づいて、予め定められた時点で充電制御部１１２は二次電池２００を満充電し、当該満充電後に放電制御部１１１は二次電池２００を完全放電させ、当該完全放電時の放電量を満充電容量算出部１１６は二次電池２００の満充電容量として算出する。そして満充電容量算出部１１６は、記憶部１０２に記憶されている従来の満充電容量を、このとき算出した当該満充電容量に更新する。
【００３８】
充電深度決定部１１７は、記憶部１０２に記憶されている前記満充電容量に対応する充電深度を、記憶部１０２に予め記憶されている前記テーブルから選択することで、二次電池２００の充電深度を決定する。当該テーブルにおいて、前記充電深度と前記満充電容量とは、前記満充電容量が小さくなるほど前記充電深度が大きくなる関係に対応づけられている。また、当該テーブルにおいて、二次電池２００の満充電容量の初期値、すなわち満充電容量の最大値に対応する前記充電深度は８０％とされている。
【００３９】
図２は、二次電池２００の充電深度と経年劣化との関係の一例を説明するための図である。横軸は、二次電池２００の使用開始からの経過年数を示し、縦軸は、二次電池２００の満充電容量を、必要な放電容量に対する容量比率で示している。さらに、二次電池２００の充電深度も縦軸に示している。
【００４０】
二次電池２００は経年劣化によって満充電容量が減少するので、二次電池２００の満充電容量の初期値は、当該経年劣化を見越して必要な放電容量よりも多い容量とされている。図２に示す例では、二次電池２００の満充電容量の初期値は、二次電池２００の初期状態での充電深度が８０％であるので、必要な放電容量１００に対して１２５とされている。
【００４１】
充電深度を１００％に固定し、二次電池２００を充放電サイクルにおいて常に満充電状態まで充電する場合の、二次電池２００の容量比率の経時変化を二点鎖線で示す。一方、二次電池２００の初期状態での充電深度を８０％とし、経年劣化によって満充電容量が少なくなるにつれて充電深度を大きくすることで、二次電池２００の充電容量を必要な放電容量にとどめる場合の、二次電池２００の容量比率の経時変化を実線で示す。図２に示すように、二次電池の充電深度を８０％にとどめることで、二次電池２００の劣化が抑制され、二次電池２００の寿命が両矢印で示す期間分だけ延命される。
【００４２】
図３は、二次電池充電制御装置１０が行う充電制御を示すフローチャートである。二次電池充電制御装置１０が起動されると、満充電容量算出部１１６は、記憶部１０２に記憶されている充放電スケジュールおよび計時部１０１が出力するクロック信号に基づいて、その時点が満充電容量を更新するタイミングであるか否かを判定する（ステップＳ１）。満充電容量を更新するタイミングであれば（ステップＳ１でＹＥＳ）、充電制御部１１２は、交流直流変換部１５０に指示して、二次電池２００を満充電させる（ステップＳ２）。続いて放電制御部１１１は、交流直流変換部１５０に指示して、二次電池２００を完全放電させる（ステップＳ３）。満充電容量算出部１１６は、ステップＳ３における完全放電時の放電量を二次電池２００の満充電容量として算出し、記憶部１０２に記憶されている従来の満充電容量を算出した満充電容量に更新し（ステップＳ４）、ステップＳ５へと進む。満充電容量を更新するタイミングでない場合も（ステップＳ１でＮＯ）、ステップＳ５へと進む。
【００４３】
ステップＳ５において、充電制御部１１２は、前記充放電スケジュールおよび前記クロック信号に基づいて、充電を行う時間帯であるか否かを判定する。充電を行う時間帯であれば（ステップＳ５でＹＥＳ）、充電深度決定部１１７は、記憶部１０２に記憶されている前記満充電容量に対応する充電深度を、記憶部１０２に予め記憶されているテーブルから選択することで、二次電池２００の充電深度を決定する（ステップＳ６）。ステップＳ６に続いて、充電制御部１１２は、交流直流変換部１５０に指示して二次電池２００の充電を開始させる（ステップＳ７）。
【００４４】
充電制御部１１２は、充電開始後、二次電池２００が前記の充電深度に到達するまで、交流直流変換部１５０に二次電池２００の充電を継続させ（ステップＳ８でＮＯ）、二次電池２００が前記の充電深度に到達すると（ステップＳ８でＹＥＳ）、交流直流変換部１５０に指示して二次電池２００の充電を終了させる（ステップＳ９）。
【００４５】
ステップＳ５において充電を行う時間帯ではなく（ステップＳ５でＮＯ）、放電を行う時間帯であれば（ステップＳ１０でＹＥＳ）、残容量算出部１１５は、二次電池２００の残容量を算出する（ステップＳ１１）。残容量が０でなければ（ステップＳ１１でＮＯ）、放電制御部１１１は交流直流変換部１５０に指示して、二次電池２００の放電を開始させ、二次電池２００が放電する直流電力を、所定の交流電力に変換して負荷３に供給させる（ステップＳ１２）。
【００４６】
放電制御部１１１は、放電開始後、二次電池２００の残容量が０にならない限り、交流直流変換部１５０に二次電池２００の放電を継続させる（ステップＳ１３でＮＯ）。前記充放電スケジュールにおいて二次電池２００の放電が終了する時刻になった時点で（ステップＳ１３でＹＥＳ）、放電制御部１１１は、交流直流変換部１５０に指示して二次電池２００の放電を終了させる（ステップＳ１４）。
【００４７】
充電を行う時間帯でも放電を行う時間帯でもない場合（ステップＳ１０でＮＯ）、または、ステップＳ１１において二次電池２００の残容量が０である場合、または、ステップＳ９で充電が終了した場合、または、ステップＳ１４で放電が終了した場合、のいずれかに該当する場合は、二次電池充電制御装置１０は待機状態となる（ステップＳ１５）。二次電池充電制御装置１０の動作中は、ステップＳ１〜ステップＳ１５までが繰り返される。
【００４８】
上記実施形態によれば、二次電池充電制御装置１０は、二次電池２００が劣化して満充電容量が小さくなるほど充電深度を大きくすることで、必要な放電量を確保できるだけの充電深度にとどめて、すなわち可能な限り充電深度を浅くして二次電池２００を充電する。そのため、二次電池２００の劣化が少ない充電深度で二次電池２００を充電することが可能となり、二次電池２００の延命が可能となる。しかも、二次電池２００が初期状態から劣化して前記満充電容量が減少した場合でも、必要な放電容量を確保することが可能となる。
【００４９】
また上記実施形態によれば、二次電池２００の初期状態において、充電深度が８０％とされているので、二次電池２００の延命と二次電池２００の放電容量とのバランスを取ることができる。すなわち、二次電池２００の延命が可能となるのみならず、充電深度が浅すぎる場合とは異なり、必要な放電容量を確保するために大容量の二次電池を用意する必要がないので費用対効果に優れる。
【００５０】
さらに上記実施形態によれば、満充電容量算出部１１６は、定期的に前記満充電容量を実測して更新するので、二次電池２００が初期状態から劣化して前記満充電容量が減少した場合でも、充電深度決定部１１７は、的確に前記充電深度を決定することができる。
【００５１】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、電力を貯蔵する二次電池２００として、リチウムイオン電池に換えてニッケル水素電池等の他の二次電池を用いることもできる。また、例えば二次電池２００の放電電圧値等に基づいて前記残容量を算出するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１０  二次電池充電制御装置
１００  制御部（制御手段）
１０１  計時部
１０２  記憶部（記憶手段）
１１０  ＣＰＵ
１１１  放電制御部
１１２  充電制御部
１１３  充放電切替指示部
１１４  放電量算出部
１１５  残容量算出部
１１６  満充電容量算出部（満充電容量算出手段）
１１７  充電深度決定部（充電深度決定手段）
２００  二次電池
【図１】
2011015590.tif 000003
【図２】
2011015590.tif 000004
【図３】
2011015590.tif 000005