(57)【要約】【課題】充電対象電池の充電時間を短縮し得る充電装置を提供する。【解決手段】二次電池７に対する充電時の充電電圧値および充電電流値を制御可能に構成された電源部２と、二次電池７に対する充電開始後において二次電池７の充電電圧Ｖｏ（電池電圧）が規定電圧値に達するまでの所定期間において電源部２で発生する電力損失が一定またはほぼ一定となるように電源部２に対して充電電流Ｉｏの充電電流値を変化させる定損失充電制御処理を実行する電源制御部４とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電対象電池に対する充電時の充電電圧値および充電電流値を制御可能に構成された電源部と、
前記充電対象電池に対する充電開始後において当該充電対象電池の電池電圧が規定電圧値に達するまでの所定期間において前記電源部で発生する電力損失が一定またはほぼ一定となるように当該電源部に対して前記充電電流値を変化させる制御処理を実行する電源制御部とを備えている充電装置。
【請求項２】
前記電源制御部は、前記電源部で発生する電力損失が当該電源部の許容電力損失となるように前記制御処理を実行する請求項１記載の充電装置。
【請求項３】
前記電源制御部は、前記制御処理の後に前記充電電圧値が一定となるように前記電源部を制御する請求項１または２記載の充電装置。
【請求項４】
前記電源制御部は、前記充電対象電池に対する充電開始から前記制御処理の開始までの期間において前記充電電流値が一定となるように前記電源部を制御する請求項１から３のいずれかに記載の充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば二次電池などの充電可能な充電対象電池を充電する充電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の充電装置として、特開２００６−１２９５４０号公報に開示されている充電装置が知られている。この充電装置は、二次電池を充電する電力を供給する電源部と、二次電池の電池電圧を測定する電圧測定部と、二次電池に流れる充電電流を測定する電流測定部と、定電流充電の場合における設定電流値が異なる充電モードを受付けるモード選択部と、電源部を制御して二次電池を充電する電源制御部とを備えている。この充電装置では、電源制御部が、モード選択部で受付けた充電モードの設定電流値に応じて設定電圧値を変更すると共に、測定された充電電流の電流値に基づいて電源部を制御することによってこの設定電圧値に達するまで定電流充電を行い、その後は、測定された電池電圧の電圧値に基づいて電源部を制御することによって定電圧充電を行う。これにより、この充電装置では、二次電池の劣化を抑制すべく、充電電流の電流値の大きさに応じて最適な電圧値で定電流充電を行うことができる。また、この充電装置では、充電開始から設定電圧値に達するまで定電流充電を行うことにより、充電電圧（二次電池の電池電圧）の低い充電初期において過大な充電電流の二次電池への流入を防止するという効果も奏している。
【特許文献１】特開２００６−１２９５４０号公報（第４−８頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、この従来の充電装置では、定電流充電のときには、充電が進むに伴い二次電池の充電電圧が上昇するため、充電装置から二次電池に供給される電力も上昇し、充電電圧が設定電圧値に達した時点において、すなわち定電流充電の終期において、二次電池に供給される電力が最大となる。また、充電装置の電源部の電力変換効率（以下、「効率」ともいう）は、二次電池の充電電圧および充電電流に応じて若干変動するもののその変動幅はほぼ一定と考えることができる。したがって、この充電装置の電源部での電力損失も定電流充電の終期において最大となるため、この充電装置では、この定電流充電の終期における電力損失が電源部の許容電力損失を超えない範囲で最大となる（許容電力損失とほぼ一致する）ように定電流充電での充電電流の電流値（以下、「第１電流値」ともいう）を規定している。
【０００４】
しかしながら、従来の充電装置では、定電流充電の終期に達する前において、電源部での電力損失は許容電力損失に達していないため、電源部は二次電池に対して上記の第１電流値を超える充電電流を供給することが可能となっている。また、第１電流値は充電装置の電源部についての仕様である許容電力損失に基づいて決定されたものであって二次電池の仕様を考慮して決定されたものではないため、第１電流値を超える充電電流で充電されたとしても二次電池に関して問題は生じないにも拘わらず、そのような電流値の充電電流の供給は行わずに、第１電流値の充電電流を二次電池に供給するに止まっている。したがって、この充電装置には、二次電池の充電時間のさらなる短縮が困難であるという解決すべき課題が存在している。
【０００５】
本発明は、かかる課題を解決すべくなされたものであり、充電対象電池の充電時間を短縮し得る充電装置を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成すべく請求項１記載の充電装置は、充電対象電池に対する充電時の充電電圧値および充電電流値を制御可能に構成された電源部と、前記充電対象電池に対する充電開始後において当該充電対象電池の電池電圧が規定電圧値に達するまでの所定期間において前記電源部で発生する電力損失が一定またはほぼ一定となるように当該電源部に対して前記充電電流値を変化させる制御処理を実行する電源制御部とを備えている。
【０００７】
また、請求項２記載の充電装置は、請求項１記載の充電装置において、前記電源制御部は、前記電源部で発生する電力損失が当該電源部の許容電力損失となるように前記制御処理を実行する。
【０００８】
また、請求項３記載の充電装置は、請求項１または２記載の充電装置において、前記電源制御部は、前記制御処理の後に前記充電電圧値が一定となるように前記電源部を制御する。
【０００９】
また、請求項４記載の充電装置は、請求項１から３のいずれかに記載の充電装置において、前記電源制御部は、前記充電対象電池に対する充電開始から前記制御処理の開始までの期間において前記充電電流値が一定となるように前記電源部を制御する。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１記載の充電装置によれば、充電対象電池に対する充電開始後において充電対象電池の電池電圧が規定電圧値に達するまでの所定期間において電源部で発生する電力損失が一定またはほぼ一定となるように電源制御部が電源部に対して充電電流値を変化させることにより、電源部に対して定電流制御処理を実行する従来の方法と比較して、より大きな充電電流で充電対象電池を充電することができる結果、充電対象電池の充電時間を大幅に短縮することができる。
【００１１】
また、請求項２記載の充電装置によれば、電源部で発生する電力損失が電源部の許容電力損失となるように電源制御部が制御処理を実行することにより、充電対象電池の充電時間を最短にすることができる。
【００１２】
また、請求項３記載の充電装置によれば、制御処理の後に充電電圧値が一定（例えば規定電圧値で一定）となるように電源制御部が電源部を制御することにより、電池電圧を一定に維持しつつ充電対象電池への充電電流の充電電流値を漸次減少させることができる結果、充電対象電池を確実に満充電状態にすることができる。
【００１３】
また、請求項４記載の充電装置によれば、充電対象電池に対する充電開始から制御処理の開始までの期間において充電電流値が一定となるように電源制御部が電源部を制御することにより、電源部から出力される充電電流を電源部の定格出力電流以下に維持して電源部の過負荷状態を回避しつつ、充電対象電池の充電時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る充電装置の最良の形態について説明する。なお、充電対象電池の一例として二次電池を充電する構成を挙げて説明する。
【００１５】
図１に示すように、充電装置１は、電源部２、電圧測定部３、電源制御部４および記憶部５を備え、一例として交流電源６から交流電圧Ｖｉを入力して直流電圧Ｖｏを生成すると共に二次電池７に直流電圧Ｖｏを出力しての充電が可能に構成されている。
【００１６】
電源部２は、一例としてスイッチング方式（シリーズ方式であってもよい）の電源回路（図示せず）を備えて構成されて、交流電源６から入力端子Ｐ１，Ｐ２を介して入力した交流電圧Ｖｉを直流電圧（本発明における充電電圧。以下、「充電電圧」ともいう）Ｖｏに変換すると共に、この直流電圧Ｖｏを出力端子Ｐ３，Ｐ４に接続されている二次電池７に出力する。また、電源部２は、電源制御部４の制御下で、充電電圧Ｖｏの電圧値（本発明における充電電圧値）を制御可能に構成されると共に、出力電流（本発明における充電電流。以下、「充電電流」ともいう）Ｉｏの電流値（本発明における充電電流値）を制御可能に構成されている。また、電源部２は、許容電力損失（言い換えれば、最大放熱能力）が例えば３３３［Ｗ］であり、この範囲内で二次電池７に対して充電用電力を供給して、二次電池７の電池電圧を目標電圧Ｖｔ（本発明における規定電圧。本例では一例として６２．５［Ｖ］）に充電可能に構成されている。
【００１７】
電圧測定部３は、出力端子Ｐ３，Ｐ４間に接続されて、充電電圧Ｖｏの電圧値を測定して電圧データＤ１として電源制御部４に出力する。電源制御部４は、ＣＰＵ（図示せず）などを含んで構成されている。また、電源制御部４は、記憶部５に記憶されている動作プログラムに従い、入力した電圧データＤ１および記憶部５に記憶されている電流設定テーブルＴＢ（図３参照）に基づいて、電源部２に対する動作制御処理（定損失充電制御処理（本発明における制御処理）および定電圧充電制御処理）を実行する。
【００１８】
記憶部５は、ＲＯＭやＲＡＭなどの半導体メモリで構成されている。また、記憶部５には、電源制御部４用の動作プログラムと、電流設定テーブルＴＢと、二次電池７の目標電圧（目標充電電圧）Ｖｔとが予め記憶されている。本例では、電源制御部４は、電力損失がほぼ３３３［Ｗ］（許容電力損失）で一定となるように電源部２に対する定損失充電制御処理を実行する。このため、この電流設定テーブルＴＢには、電源部２の電力損失が３３３［Ｗ］となる条件下での電源部２から二次電池７に出力すべき充電電流Ｉｏの充電電流値が充電電圧Ｖｏ毎に（例えば、０．１Ｖ単位で）記憶されている。なお、通常、電源装置の効率は出力電圧が低下するに従って低下する。本例の電源部２でも同様にして、図３に示すように、充電電圧Ｖｏの低下に伴い効率が低下する。このため、電流設定テーブルＴＢに記憶されている充電電流Ｉｏは、各充電電圧Ｖｏでの電力損失が３３３［Ｗ］で一定（またはほぼ一定）となるように、効率を考慮して予め決定されている。なお、この電流設定テーブルＴＢの作成に際しては、下記式（１）を用いて、充電電圧Ｖｏに対応する充電電流Ｉｏを算出する。
Ｉｏ＝ＷＬ／Ｖｏ×（Ｅ／（１００−Ｅ））  ・・・・（１）
ここで、ＷＬは電力損失を、Ｅは効率［％］をそれぞれ表している。例えば、この式（１）を用いて、充電電圧Ｖｏが５０［Ｖ］のときの充電電流Ｉｏは、効率が９０．３９［％］であるため、６２．６［Ａ］と算出される。
【００１９】
次に、充電装置１の動作について、図２〜図４を参照して説明する。なお、本例では、電池電圧が４５［Ｖ］に低下した二次電池７を充電する例について説明する。また、発明の理解を容易にするため、二次電池７の内部抵抗や配線材の抵抗などでの電圧降下については無視するものとする。
【００２０】
まず、各出力端子Ｐ３，Ｐ４間に二次電池７が接続された状態において、充電装置１が起動されたときには、電圧測定部３が充電電圧Ｖｏ（二次電池７の電池電圧でもある）の測定を開始して、電圧データＤ１の電源制御部４への出力を開始する。次いで、電源制御部４が、二次電池７に対する充電動作を開始する。
【００２１】
この充電動作において、電源制御部４は、まず、図４に示すように、入力した電圧データＤ１に基づいて充電電圧Ｖｏを検出し（ステップ５１）、次いで、この検出した充電電圧Ｖｏを記憶部５に記憶されている目標電圧Ｖｔと比較する（ステップ５２）。電源制御部４は、この比較の結果、充電電圧Ｖｏが目標電圧Ｖｔに達していないと判別したときには、電源部２に対する定損失充電制御処理を実行する。使用された二次電池７では、その電池電圧（充電電圧Ｖｏ）は目標電圧Ｖｔ未満のため、電源制御部４は、通常、まず定損失充電制御処理を実行する。
【００２２】
この定損失充電制御処理では、電源制御部４は、まず、記憶部５に記憶されている電流設定テーブルＴＢ（図３参照）を参照して、検出した充電電圧Ｖｏに対応する充電電流値を決定する（ステップ５３）。次いで、電源制御部４は、決定した充電電流値を電源部２に対して設定し（ステップ５４）、ステップ５１に移行する。したがって、電源部２による充電により、二次電池７の充電電圧Ｖｏは、図２に示すように、４５［Ｖ］（充電開始直後の充電電圧値）から、５０．０［Ｖ］，・・，５５．０［Ｖ］，・・，５８．０［Ｖ］，・・というように次第に上昇する。この場合、電源制御部４は、この定損失充電制御処理を電源部２に対して繰り返し実行することにより、電源部２から二次電池７に出力される充電電流Ｉｏの充電電流値を、各充電電圧Ｖｏに対応させて、図３に示すように、６３．８［Ａ］，・・，６２．６［Ａ］，・・，６１．４［Ａ］，・・，６０．６［Ａ］，・・というように変化させる。これにより、電源部２での電力損失が３３３［Ｗ］一定に維持される。電源制御部４は、この定損失充電制御処理を充電電圧Ｖｏが目標電圧Ｖｔに達するまで繰り返し実行する（ステップ５１〜ステップ５４）。
【００２３】
その後、二次電池７の充電電圧Ｖｏが、図２に示すように目標電圧Ｖｔに達したときには、電源制御部４は、ステップ５２において、充電電圧Ｖｏが目標電圧Ｖｔに達したと判別する。次いで、電源制御部４は、定損失充電制御処理を終了して電源部２に対する定電圧充電制御処理を開始する。この定電圧充電制御処理では、電源制御部４は、目標電圧Ｖｔを電圧測定部３に対して設定する（ステップ５５）。これにより、電源部２は、充電電圧Ｖｏを目標電圧Ｖｔに維持しつつ、二次電池７に充電電流Ｉｏを供給する定電圧充電動作を開始する。その後、二次電池７への充電電流Ｉｏは漸次減少し、定電圧充電の開始から所定時間ｔ１経過後にほぼゼロアンペアとなって、二次電池７は確実に満充電状態に達する。したがって、電源制御部４は、二次電池７に対する充電開始からの経過時間（本例では定電圧充電制御処理の開始からの経過時間）ｔを計測すると共に、この経過時間ｔが所定時間ｔ１に達したか否かを判別して（ステップ５６）、経過時間ｔが所定時間ｔ１に達するまで定電圧充電制御処理を繰り返して実行し、経過時間ｔが所定時間ｔ１に達した時点で、電源部２による二次電池７の充電動作を停止させて、定電圧充電制御処理を終了する。これにより、充電装置１による二次電池７の充電が完了する。なお、電源制御部４が、電源部２に対する定電圧充電制御処理を終了する条件としては、上記のように経過時間ｔに基づく条件以外に、二次電池７に流れる充電電流Ｉｏの電流値を計測して所定電流値以下に達した時点で電源部２による二次電池７に対する充電動作を停止させて、定電圧充電制御処理を終了するなどの条件を採用することができる。
【００２４】
このように、この充電装置１では、二次電池７の充電に際して、充電開始後において二次電池７の電池電圧、つまり充電電圧Ｖｏが目標電圧Ｖｔに達するまでの所定期間（具体的には二次電池７の残存容量が少ない期間）において、電源制御部４が電源部２に対する定損失充電制御処理を実行して、発生する電力損失が一定またはほぼ一定（３３３［Ｗ］）となるように電源部２に対して充電電流Ｉｏの電流値（充電電流値）を充電電圧Ｖｏに対応させて変化させることにより、電源部２に対して定電流制御処理を実行する従来の方法と比較して、より大きな電流値の充電電流Ｉｏで二次電池７を充電することができる結果、二次電池７の充電時間を大幅に短縮することができる。試算によれば、例えば、定格電圧が４８ボルトで、容量が３３０Ａｈの二次電池（一例として鉛蓄電池（型名VSDX330M、新神戸電機社製））７を充電する際に、充電時間を約３．７％短縮できることを確認している。
【００２５】
なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されず、その構成を適宜変更することができる。例えば、定損失充電動作時における電源部２での電力損失が許容電力損失と等しくなるように、電源制御部４が電源部２に対して定損失充電制御を行うことにより、二次電池７の充電時間を最短とする例について上記したが、電源部２での電力損失が許容電力損失を下回る（若干下回る）所定の電力損失（例えば、許容電力損失の８０％以上９９％以下）で一定となるような定損失充電制御処理を、電源制御部４が電源部２に対して実行する構成（本発明における「電源部で発生する電力損失がほぼ一定となるように電源部に対して充電電圧の電圧値に対応させて充電電流の電流値を変化させる」との構成の一例）を採用することもできる。この構成を採用したとしても、上記例と比較して充電時間が若干は長くなるものの、従来の定電流充電制御処理を実行する構成と比較して、その充電時間を十分に短縮することができる。
【００２６】
また、上記の例では、電源制御部４は、充電開始直後から充電電圧Ｖｏが目標電圧Ｖｔに達するまでの所定期間において定損失充電制御処理を電源部２に対して実行しているが、充電開始直後における二次電池７の充電電圧Ｖｏが極めて低い場合、定損失充電制御処理の実行時において、二次電池７への充電電流Ｉｏが電源部２の定格出力電流Ｉ１を超えることもある。このような場合には、図５に示すように、充電開始当初は、電源制御部４が、まず、電源部２に対して定格出力電流Ｉ１で定電流充電制御処理を実行し、次いで、電源部２での電力損失が許容電力損失に達した時点Ａで、電源部２に対する制御を定損失充電制御処理に切り替え、続いて、充電電圧Ｖｏが目標電圧Ｖｔに達した時点Ｂで定電圧充電制御処理を実行する構成を採用することもできる。この構成によれば、充電開始後において、まず、開始直後から時点Ａまで定電流充電制御処理を実行し、次いで時点Ａから時点Ｂまでの所定期間において定損失充電制御処理を実行することにより、電源部２の出力電流（充電電流Ｉｏ）を定格出力電流以下に維持して電源部２の過負荷状態を回避しつつ、二次電池７の充電時間を短縮することができる。
【００２７】
また、上記の例では、充電電圧Ｖｏに応じて電源部２の効率が変化することを考慮して決定した充電電流Ｉｏを充電電圧Ｖｏに対応させて記憶させた電流設定テーブルＴＢを用いているが、電源部２の効率の変化がそれ程大きくない場合には、効率を一定として決定した充電電流Ｉｏを充電電圧Ｖｏに対応させて記憶させた電流設定テーブルＴＢを使用することもできる。また、定損失充電制御において、充電電圧Ｖｏに対応する充電電流Ｉｏを算出するに際して電流設定テーブルＴＢを用いる例について上記したが、電流設定テーブルＴＢに代えて、上記の式（１）を用いて充電電流Ｉｏを直接算出してもよいのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態に係る充電装置１の構成図である。
【図２】充電電圧Ｖｏと充電電流Ｉｏとの関係を示す特性図である。
【図３】電流設定テーブルＴＢの構成を示す構成図である。
【図４】電源制御部４による電源部２に対する充電制御処理を説明するためのフローチャートである。
【図５】電源制御部４による電源部２に対する他の充電制御処理の実行時における充電電圧Ｖｏと充電電流Ｉｏとの関係を示す特性図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  充電装置
２  電源部
３  電圧測定部
４  電源制御部
５  記憶部
７  二次電池
Ｉｏ  充電電流
Ｖｏ  充電電圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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