(57)【要約】【課題】安定した充電を行えるようにすること。【解決手段】第１段階の充電により鉛電池の端子電圧が第１の閾値Ｔｈ１に到達すると、所定の遅延時間Δｔ１経過後の時刻Ｔ２において、第２段階への移行条件が成立したか否かを判定する。端子電圧が第１の閾値Ｔｈ１を上回っており、かつ、電圧変化率ｄｖ／ｄｔが０に近い正の値に設定された第２の閾値Ｔｈ２を超えている場合は、いったん電流値を０又は０に近い低い値ｉＬまで低下させて、充電を休止させる。これにより、端子電圧の急激な変化が解消して落ち着いた状態になる。そして、充電を休止してから所定時間が経過した場合、あるいは、電圧変化率ｄｖ／ｄｔが負の値に設定された第３の閾値Ｔｈ３を超えた場合に、第２段階の充電を開始する。【選択図】        図２
2004236402.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池（１）の端子電圧を監視しながら多段階で充電していく多段階充電装置において、
前段の充電から次段の充電に移行するための所定の条件が成立したか否かを判定し（Ｓ４、Ｓ２４、Ｓ４４）、
前記所定の条件が成立したと判定された場合は、いったん前記次段の充電による電流値よりも低い電流値に低下させてから（Ｓ７、Ｓ２５、Ｓ４５）、前記次段の充電を開始させる（Ｓ９、Ｓ２７、Ｓ４７）制御手段（１０）を備えたことを特徴とする多段階充電装置。
【請求項２】
二次電池（１）の端子電圧を監視しながら多段階で充電していく多段階充電装置において、
前記端子電圧の変化率ｄｖ／ｄｔを算出し、前記変化率ｄｖ／ｄｔに応じて前段の充電から次段の充電に切り替える（Ｓ５、Ｓ１５、）制御手段（１０）を備えたことを特徴とする多段階充電装置。
【請求項３】
二次電池（１）の端子電圧を監視しながら多段階で充電していく多段階充電装置において、
所定の段階の充電電流を、予め定められた所定電流値よりも低い電流値から前記所定電流値まで緩やかに上昇させていく（ｉ１（Ｓ）、ｉ２（Ｓ）、ｉ３（Ｓ））制御手段（１０）を備えたことを特徴とする多段階充電装置。
【請求項４】
二次電池（１）の端子電圧を監視しながら多段階で充電していく多段階充電装置において、
前段の充電から次段の充電に切り替えるための電圧閾値を、充電電流値に応じて変化させる（Ｓ４３）制御手段（１０）を備えたことを特徴とする多段階充電装置。
【請求項５】
二次電池（３１）の充放電状態を検出する監視手段（３２）に接続される制御手段（４２）と、
前記制御手段（４２）からの制御信号に応じて前記二次電池（１）に所定の充電を行う充電手段（４１）とを備え、
前記制御手段（４２）は、前記監視手段（３２）により検出された充放電状態に基づいて充電方法を決定し（Ｓ３２）、決定された充電方法に基づいて前記充電手段の作動を制御することを特徴とする多段階充電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、シール型鉛蓄電池等の二次電池の端子電圧を監視しながら電流値を変えて多段階で充電する多段階充電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、電気自動車やポータブル電気機器等の主電源として、充電と放電を繰り返して行うことができる二次電池が利用されている。二次電池としては、例えば、鉛電池、リチウム電池等が知られているが、比較的大容量で低コストな鉛電池が電気自動車等では広く採用されている。
【０００３】
鉛電池では、負極活物質に鉛（Ｐｂ）を、正極活物質に二酸化鉛（Ｐｂ０２）を、電解質に硫酸（Ｈ２ＳＯ４）をそれぞれ用いており、放電時には約２．１Ｖの起電力を発生する。そして、充電時には、放電時に生成された硫酸鉛が鉛と二酸化鉛に戻るため、充放電を繰り返し行うことができる。
【０００４】
鉛電池の充電方法としては、例えば、定電圧充電法、定電流充電法、２段定電流充電法等が知られている。２段定電流充電法では、長い充電時間を必要とするため、より多段階で充電するようにした技術も開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−８９１０６号公報
【０００６】
図１３に基づいて、従来の多段階充電法を簡単に説明すると、充電初期の第１段階では最大の電流値で定電流充電しながら、電池の端子電圧が所定の閾値Ｔｈに達したか否かを監視する。そして、端子電圧が閾値Ｔｈに達した場合は、第２段階の充電に移行し、電流値を低下させて定電流充電を行う。再び端子電圧が閾値Ｔｈに達した場合は、第３段階の充電に移行し、さらに電流値を低下させて充電を継続する。充電前の放電深度等にもよるが、充電開始から充電完了までに要する時間は８時間程度である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ：残容量）が低い状態で充電を行う場合、従来の多段階充電法では、予定された通りに電流値を徐々に切り替えながら、鉛電池を充電することができる。しかし、ＳＯＣが高い状態で充電を行うと、第１段階の充電で瞬間的に端子電圧が閾値Ｔｈを超えて上昇することがあり、第２段階、第３段階と電流値を低下させても端子電圧が閾値以下に低下せず、どんどん充電段階が切り替わってしまうことがある。
【０００８】
図１４に示すように、ＳＯＣが大きい場合、第１段階の充電によって鉛電池の端子電圧が急速に上昇する。そして、端子電圧が閾値Ｔｈに達すると、第１段階の充電から第２段階の充電に切り替わって電流値が低下する。しかし、電流値を下げても、応答遅れのために端子電圧は即座に低下せず、閾値Ｔｈを超えた状態がしばらく続く。このため、電流値は第２段階から第３段階へ、第３段階から第４段階へと速やかに切り替わっていく。従って、各段階で予定された充電を行う時間もなく、電流値が低下していき、充電に長時間を要する上に、十分な充電を行うことができない可能性がある。
【０００９】
また、応答遅れ以外に、充電中にノイズ等によりサージ電圧が重畳されると、瞬間的に端子電圧が閾値Ｔｈを上回ってしまい、これにより、充電段階が切り替わることもあり得る。
【００１０】
そして、浅く放電した状態で充電を行う方が、深く放電した状態で充電を行う場合よりも電池寿命は増大するため、ＳＯＣが大きな状態での安定した充電は重要である。
【００１１】
本発明は、上記のような種々の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、安定した充電を行うことができる多段階充電装置を提供することにある。本発明の更なる目的は、後述する実施の形態の記載から明らかになるであろう。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第１の観点に従う多段階充電装置は、二次電池の端子電圧を監視しながら多段階で充電していく多段階充電装置において、前段の充電から次段の充電に移行するための所定の条件が成立したか否かを判定し、所定の条件が成立したと判定された場合は、いったん次段の充電による電流値よりも低い電流値に低下させてから、次段の充電を開始させる制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１３】
充電段階を切り替えるための条件としては、例えば、所定の閾値Ｔｈに達したか否か、端子電圧の変化率ｄｖ／ｄｔが所定値に達したか否か等を挙げることができる。所定の移行条件が成立した場合でも、本発明では直ちに次段の充電に移行させず、いったん電流値を次段の充電電流値よりも低い値（０も含む）まで低下させ、電池の端子電圧変化が落ち着いてから、次段の充電を開始させる。電圧安定化期間の電流値は次段の電流値よりも低く設定されるので、次段の充電開始時には電流値が増大することになる。これにより、端子電圧の応答遅れ等によって充電段階が直ちに切り替わるのを未然に防止することができる。
【００１４】
本発明の第２の観点に従う多段階充電装置では、端子電圧の変化率ｄｖ／ｄｔを算出し、変化率ｄｖ／ｄｔに応じて前段の充電から次段の充電に切り替える制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１５】
単位時間当たりの電圧変化率ｄｖ／ｄｔを検出することにより、例えば、電圧変化の傾きがプラスの場合は、次段の充電に切り替え、傾きが０又はマイナスの場合は所定時間の経過を待ってから次段の充電に切り替える等のように、制御することができる。これにより、単純に電圧閾値Ｔｈを超えたか否かで判定する場合に比較して、安定して充電段階を切り替えることができる。なお、閾値Ｔｈと電圧変化率ｄｖ／ｄｔとを併用して制御してもよい。
【００１６】
本発明の第３の観点に従う多段階充電装置では、所定の段階の充電電流を、予め定められた所定電流値よりも低い電流値から所定電流値まで緩やかに上昇させていく制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１７】
例えば、ｎ段階の充電電流値がｉｎ（Ａ）に設定されていた場合、ｎ−１段階からｎ段階に充電が切り替わったときは、直ちに、ｉｎ（Ａ）の電流を流すのではなく、ｉｎ（Ａ）よりも小さい値（０も含む）から徐々に電流値を上げていくようにする。電流値は曲線状に連続的に上昇させてもよく、あるいはステップ状に多段階で上昇させてもよい。
【００１８】
本発明の第４の観点に従う多段階充電装置では、前段の充電から次段の充電に切り替えるための電圧閾値を、充電電流値に応じて変化させる制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１９】
即ち、予め設定された単一の電圧閾値Ｔｈに達したか否かで、全ての段階を切り替えるのではなく、各段階で充電される電流値に応じて、電圧閾値を変化させるようになっている。なお、各段階の電圧閾値は二次電池の温度等を考慮して補正することもできる。
【００２０】
本発明の第５の観点に従う多段階充電装置は、二次電池の充放電状態を検出する監視手段に接続される制御手段と、制御手段からの制御信号に応じて二次電池に所定の充電を行う充電手段とを備え、制御手段は、監視手段により検出された充放電状態に基づいて充電方法を決定し、決定された充電方法に基づいて充電手段の作動を制御することを特徴とする。
【００２１】
監視手段は、二次電池の端子電圧や充電電流値等を検出することにより、充放電状態を監視する。制御手段は、監視手段から入力された充放電状態の信号（データ）に基づいて、予め用意された複数の充電方法の中から最適な充電方法を選択する。充電方法としては、例えば、いったん次段の充電による電流値よりも低い電流値に低下させてから次段の充電を開始させる方法、端子電圧の変化率ｄｖ／ｄｔに応じて前段の充電から次段の充電に切り替える方法、所定の段階の充電電流を予め定められた所定電流値よりも低い電流値から所定電流値まで緩やかに上昇させる方法、前段の充電から次段の充電に切り替えるための電圧閾値を充電電流値に応じて変化させる方法等を挙げることができ、これらの複数の充電方法から１つ又は複数の充電方法を選択して、充電手段により充電させることができるようになっている。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２３】
１．第１の実施形態
【００２４】
図１〜図３に基づいて、第１の実施形態を説明する。図１は、後述する他の実施形態でも参照される多段階充電装置の機能ブロック図である。
【００２５】
鉛電池１は、複数の電池セル（電池モジュール）を直列に接続してなるもので、その正極及び負極はそれぞれ導線を介して充電回路２に接続されている。充電回路２は、コントローラ１０からの制御信号に応じて、鉛電池１に充電を行うものである。充電回路２は、例えば、商用電源３を利用して所定の定電流を生成し、鉛電池１に供給する。また、電流計４は、充電電流の電流値を検出してコントローラ１０に入力する。電圧計５は、鉛電池１の端子電圧を検出してコントローラ１０に入力する。温度センサ６は、鉛電池１の温度を検出してコントローラ１０に入力する。
【００２６】
コントローラ１０は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）１２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）１３、入出力部１４、表示ドライバ１５、操作ドライバ１６等をバス１７で相互に接続してなるマイクロコンピュータシステムとして構成されている。ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１２に格納されているプログラムに基づいて、後述の制御を行う。ＲＡＭ１３には、演算途中の値や入出力部１４を介して外部から入力された端子電圧、電流値、電池温度が一時的に格納される。表示ドライバ１５は、ディスプレイパネル等の表示部２０に所定の表示を行う。操作ドライバ１６は、キーボードスイッチ等の操作部２１から入力された操作信号をＣＰＵ１１に伝達する。なお、コントローラ１０の構成は例示であって、本発明はこれに限定されない。例えば、マイクロコンピュータを用いずに、ハードウェア回路として実現することもできる。
【００２７】
次に、本実施形態の充電動作について、図２を参照しつつ説明する。まず、充電開始直後の初期段階では、第１段階の充電が行われる。第１段階では、所定の電流値ｉ１（ｉ１は、全段階を通じて最大の値に設定される）による定電流で充電が行われる。これにより、鉛電池１の端子電圧は上昇を始め、時刻Ｔ１で閾値Ｔｈ１を超える。
【００２８】
ここで、本実施形態では、端子電圧が閾値Ｔｈ１に達しても、即座に充電段階の切替判定を行わず、ノイズフィルタによる遅延時間後も閾値Ｔｈ１を超えている場合、あるいは所定時間連続して閾値Ｔｈ１を超えている場合に、端子電圧が閾値Ｔｈ１に達している（上回っている）と判定する。図中のΔｔ１は、ノイズフィルタやタイマによる遅れ時間を示す。これにより、サージ電圧の重畳によって瞬間的に端子電圧が閾値Ｔｈを上回っても、切替判定を行うことがなく、安定した充電制御を行えるようになっている。
【００２９】
時刻Ｔ２において、充電サイクルは、第１段階から第２段階への移行判定が行われる。ここで、時刻Ｔ２において検出された電圧変化率ｄｖ／ｄｔが第２の閾値Ｔｈ２を上回っているか否かを判定し、電圧変化率ｄｖ／ｄｔが第２の閾値Ｔｈ２（０に近い正の値）を上回っている場合、即ち、電圧が急激に変化している場合（より正確には、電圧が急上昇している場合）は、第２段階へ移行せず、いったん電流値を０又は０に近い低い電流値ｉＬまで低下させて、充電休止期間を開始させる。
【００３０】
この充電休止期間（Ｔ２−Ｔ４）中に、鉛電池１の端子電圧は徐々に低下していき、電圧の変化が小さい落ち着いた状態になる。そして、時刻Ｔ４において、電圧変化率ｄｖ／ｄｔが第３の閾値Ｔｈ３（Ｔｈ３は負の値であり、Ｔｈ３＜Ｔｈ２）を超えると、充電休止期間が終了する。この充電休止期間は、数十秒程度である。充電休止期間の終了後に、第２段階の充電が開始され、第１段階の電流値ｉ１よりも低く設定された電流値ｉ２による定電流充電が行われる。
【００３１】
時刻Ｔ５において、鉛電池１の端子電圧が第１の閾値Ｔｈ１を超えた場合、Δｔ２経過後の時刻Ｔ６においても、端子電圧が第１の閾値Ｔｈ１を上回り、かつ、電圧変化率ｄｖ／ｄｔが第２の閾値Ｔｈ２よりも小さい場合は、充電休止期間を置かずに、第３段階の充電に移行する。もしも、時刻Ｔ６において、電圧変化率ｄｖ／ｄｔが第２の閾値Ｔｈ２よりも大きい場合は、上述のように、端子電圧が落ち着いてから次段の充電を開始すべく、電流値を０又は低い値ｉＬに低下させ、充電休止期間を置いてから第３段階の充電を開始する。なお、遅延時間Δｔ２は、最初の遅延時間Δｔ１と同一値であってもよいし、例えば、充電段階や電圧変化率ｄｖ／ｄｔ等に応じて違えてもよい。
【００３２】
図３のフローチャートに基づいて、コントローラ１０による充電制御処理を説明する。なお、図に示すフローチャートは、処理の概略を示すもので、実際のプログラムとは相違する。また、ステップを「Ｓ」と略記する。
【００３３】
まず、初期化処理等を行ってから、所定の電流値ｉ１による第１段階の充電を開始する（Ｓ１）。次に、充電終了条件が成立したか否かを判定するが（Ｓ２）、充電開始時には充電終了条件を満たさないので、Ｓ３に移る。
【００３４】
そして、温度センサ６が検出した周囲温度（電池温度）に基づいて、第１の閾値Ｔｈ１を算出し（Ｓ３）、現在の端子電圧が第１の閾値Ｔｈ１を上回っているか否かを判定する（Ｓ４）。端子電圧が第１の閾値Ｔｈ１を上回るまで、第１段階の充電が継続される（Ｓ４：ＮＯ）。
【００３５】
時刻Ｔ２になり、端子電圧が第１の閾値Ｔｈ１を上回ると（Ｓ４：ＹＥＳ）、端子電圧の変化率ｄｖ／ｄｔを算出し、この電圧変化率ｄｖ／ｄｔが第２の閾値Ｔｈ２を上回っているか否かを判定する（Ｓ５）。電圧が急激に上昇を続けている場合は、ｄｖ／ｄｔ＞Ｔｈ２が成立し、逆に、電圧が一定あるいは低下している場合は、ｄｖ／ｄｔ＜Ｔｈ２が成立する。もし、電圧変化率ｄｖ／ｄｔが第２の閾値Ｔｈ２を上回っていない場合は（Ｓ５：ＮＯ）、次段（第２段階）の電流値ｉ２に変更される。
【００３６】
しかし、ＳＯＣが大きな状態での充電初期には、電圧が急激に上昇するため、Ｓ５では「ＹＥＳ」と判定されてＳ７に移る。そして、電流値を０（あるいは０に近い低い値ｉＬ）まで低下させて、充電をいったん休止し（Ｓ７）、端子電圧の急激な変化が解消されるのを待つ（Ｓ８）。即ち、電圧変化率ｄｖ／ｄｔがマイナスの値に設定された第３の閾値Ｔｈ３を上回ったと判定されるまで、次段の充電を開始させず、電圧変化率ｄｖ／ｄｔが第３の閾値Ｔｈ３を超えた場合に、第２段階の電流値ｉ２に変更して、第２段階の充電を開始させる（Ｓ９）。以上の充電プロセスは、充電終了条件が成立するまで繰り返される。なお、図示は省略するが、全ての判定ステップにおいて、Δｔの遅延を設定することにより、サージ電圧等による瞬間的な電圧変化の影響を排除できる。
【００３７】
以上詳述した通り、本実施の形態によれば、前段から次段に移行させるための移行条件が成立した場合でも、直ちに次段の充電に移行させるのではなく、いったん電流値を次段の電流値よりも低い値（例えば、０又は０に近いあるいは実質的に０の電流値ｉＬ）に低下させ、充電休止期間（Ｔ２−Ｔ４）を置いた後に、次段の充電を開始するため、端子電圧の急激な変化がおさまってから次段の充電を行うことができる。これにより、従来技術のように、十分な充電が行われる前に充電段階が切り替わるのを未然に防止することができ、安定した充電を行うことができる。充電休止時間の分だけ充電に要する時間は長くなるが、充電休止時間は数十秒程度であり、全充電時間（約８時間）に比べると使用上無視できる程度の時間である。
【００３８】
また、本実施形態では、電圧変化率ｄｖ／ｄｔに基づいて、充電段階を切り替えるため、従来技術のように単純に閾値Ｔｈに達したか否かによる切替判定とは異なり、端子電圧の変化に応じて充電段階を切り替えることができる。
【００３９】
さらに、本実施形態では、ノイズフィルタやタイマ等による所定の遅延時間Δｔを設定し、Δｔの期間だけ移行条件を満たした場合は、移行条件成立と判定するため、サージ電圧等による瞬間的な電圧変化に影響されずに、安定した充電制御を行うことができる。
【００４０】
２．第２の実施形態
【００４１】
次に、図４及び図５を参照して、本発明の第２の実施形態を説明する。本実施の形態の特徴は、端子電圧の下降期間中は次段へ移行しないように制御する点にある。
【００４２】
図４は、本実施形態による充電動作を示す特性図であって、充電開始初期には所定の電流値ｉ１による第１段階の充電が行われる。
【００４３】
そして、時刻Ｔ１１になって端子電圧が第１の閾値Ｔｈ１を上回り、かつ、電圧変化率ｄｖ／ｄｔが第２の閾値Ｔｈ２よりも大きい場合、所定の遅延時間Δｔ１経過後の時刻Ｔ１２において、電流値はｉ１からｉ２に低下され、第２段階の充電が直ちに開始される。
【００４４】
ここで、時刻Ｔ１１から時刻Ｔ１３の期間中、端子電圧は、第１の閾値Ｔｈ１を上回っているが、同期間中、端子電圧は徐々に低下しており、低い正の値に設定された第２の閾値Ｔｈ２を電圧変化率ｄｖ／ｄｔが上回らないため、充電段階の移行条件が成立しない。従って、第２段階の充電が継続して続行される。
【００４５】
時刻Ｔ１３経過後の時刻Ｔ１４において、端子電圧は反転し、徐々に上昇を開始する。そして、時刻Ｔ１５において、端子電圧は第１の閾値Ｔｈ１に達し、所定の遅延時間Δｔ２経過後の時刻Ｔ１６においても、端子電圧が第１の閾値Ｔｈ１を上回り、かつ、電圧変化率ｄｖ／ｄｔが第２の閾値Ｔｈ２を超えている場合は、次段への移行条件が成立する。従って、時刻Ｔ１６において、電流値はｉ２からより小さなｉ３まで低下され、第３段階の充電が開始される。
【００４６】
即ち、本実施形態では、充電休止期間の代わりに、端子電圧の下降期間中の移行を禁止することにより、前段の充電が十分に行われるのを待ってから、次段の充電を開始するようにしている。
【００４７】
図５は、本実施の形態による充電制御処理を示すフローチャートである。Ｓ１１〜Ｓ１４では、図３と共に述べたＳ１〜Ｓ４と同様の処理を行う。即ち、初期設定後に第１段階の充電を開始し（Ｓ１１）、充電終了条件が成立したか否かを判定し（Ｓ１２）、電池温度に応じて第１の閾値Ｔｈ１を設定し（Ｓ１３）、端子電圧が第１の閾値Ｔｈ１を超えたか否かを監視する（Ｓ１４）。
【００４８】
そして、端子電圧が第１の閾値Ｔｈ１を超えた場合は（Ｓ１４：ＹＥＳ）、端子電圧が第１の閾値Ｔｈ１を上回っており、かつ、電圧変化率ｄｖ／ｄｔが第２の閾値Ｔｈ２を超えているか否かを判定する（Ｓ１５）。両条件を満たす場合は（Ｓ１５：ＹＥＳ）、電流値を低下させて次段の充電に移行する（Ｓ１７）。
【００４９】
一方、端子電圧が第１の閾値Ｔｈ１を上回っていないか、あるいは、電圧変化率ｄｖ／ｄｔが第２の閾値Ｔｈ２を上回っていないかのいずれかの場合（Ｓ１４：ＮＯ）は、端子電圧が下降中であるか、あるいは、きわめて緩やかに上昇しているような場合である。そこで、次に、端子電圧が第１の閾値Ｔｈ１を上回った状態で所定時間が経過したか否かを判定する（Ｓ１６）。端子電圧が第１の閾値Ｔｈ１を上回る期間が、例えば、数秒〜十数秒程度、好ましくは５〜１０秒程度に設定される所定時間以上継続した場合は（Ｓ１６：ＹＥＳ）、次段への移行条件が成立し、Ｓ１７に移って次段の充電を開始する。
【００５０】
このように構成される本実施の形態でも、前段の充電が十分に行われるのを待ってから次段の充電に移行するため、安定した充電を行うことができる。
【００５１】
３．第３の実施形態
【００５２】
次に、図６及び図７は、本発明の第３の実施形態を示す。本実施形態の特徴は、いわゆるソフトスタート方式で充電電流を緩やかに上昇させる点にある。
【００５３】
図６に示すように、本実施形態における各充電段階では、予め設定された電流値まで充電電流は緩やかに上昇するように充電上昇曲線が設定されている。従って、図６中の上側に示すように、端子電圧の変化は緩やかなものとなる。
【００５４】
説明の便宜上、上記実施形態で述べた遅延時間Δｔは割愛する。もしも、時刻Ｔ２１において、端子電圧が第１の閾値Ｔｈ１を上回った場合は、第１段階の充電電流が所定の電流値ｉ１に達していない場合であっても、直ちに、第２段階の充電に移行する。
【００５５】
このように構成される本実施形態でも、前段の充電から次段の充電に移行した際に、充電電流が０又は実質的に０の値、あるいは０に近い低い値から徐々に上昇するため、移行直後は短い充電休止期間が存在し、端子電圧の安定を待ちながら緩やかに電流値を上げていくことができる。これにより、安定した充電を行うことができる。
【００５６】
なお、図７に示すように、曲線状に電流値を上昇させるのではなく、階段状に上昇させてもよい。
【００５７】
４．第４の実施形態
【００５８】
図８に基づいて、本発明の第４の実施形態を説明する。本実施形態の特徴は、図３と共に上述した充電制御処理を簡略化した点にある。
【００５９】
図８中のＳ２１〜Ｓ２４は、図３中のＳ１〜Ｓ４と同様の処理を行う。端子電圧が第１の閾値Ｔｈ１を上回ると（Ｓ２４：ＹＥＳ）、電圧変化率ｄｖ／ｄｔの状態を問わずに直ちに電流値を０又は０に近い値ｉＬまで低下させる（Ｓ２５）。そして、例えば、数十秒程度に設定される所定時間だけ充電休止期間を継続させた後（Ｓ２６）、電流値を切り替えて、次段の充電を開始させる（Ｓ２７）。
【００６０】
このように構成される本実施形態では、電圧変化率ｄｖ／ｄｔを見ることなく、充電休止期間を置いてから次段の充電に移行するため、第１実施形態よりも簡易な構成で、安定した充電を実現することができる。
【００６１】
５．第５の実施形態
【００６２】
図９及び図１０に基づいて、本発明の第５の実施形態を説明する。本実施形態の特徴は、電気自動車に適した多段階充電装置に構成した点にある。
【００６３】
電気自動車３０は、鉛電池３１を搭載しており、鉛電池３１を電源とする電動モータにより駆動される。発明の要旨ではないので、電動モータ、電動モータの制御回路、操縦系統等の説明は割愛する。
【００６４】
鉛電池３１の充放電状態は、充電モニタ３２により監視されている。充電モニタ３２が検出した充放電監視データは、接続部３４を介して、後述のコントローラ４２に送信されるようになっている。
【００６５】
電気自動車３０を充電するための充電スタンド４０は、充電回路４１とコントローラ４２とを備えている。充電回路４１は、例えば、三相２００Ｖの商用電源５０を利用して生成した電流を、接続部３３を介して鉛電池３１に供給するようになっている。
【００６６】
図１０を参照しつつコントローラ４２の構成を説明する。コントローラ４２は、好適にはマイクロコンピュータシステムとして構成されるものである。コントローラ４２は、充電モニタ３２から入力された充放電監視データに基づいて（Ｓ３１）、予め用意されている複数の充電方法の中から、現在の充電状態に適した１つ又は複数の充電方法を選択する（Ｓ３２）。そして、コントローラ４２は、選択した充電方法に従った制御信号を充電回路４１に出力することにより、充電制御を行う（Ｓ３３）。
【００６７】
ここで、複数の充電方法としては、種々の方法を採用することができるが、一例を挙げると、以下のような方法を用意可能である。
（１）前段から次段に移行する際に、充電休止期間を置く制御方法。
（２）前段から次段に移行する際に、充電休止期間を置かない制御方法。
（３）電圧変化率ｄｖ／ｄｔに基づいて次段に移行させる制御方法。
（４）端子電圧が第１の閾値Ｔｈ１を超えたか否かで、次段に移行させる制御方法。
（５）端子電圧の下降期間中は次段に移行させない制御方法。
（６）移行条件が成立したか否かの判定に遅延時間Δｔを設定する制御方法。
（７）充電電流を緩やかに変化させる制御方法。
（８）充電電流を急激に変化させる制御方法。
（９）全充電段階で略共通の第１の閾値Ｔｈ１を設定する制御方法。
（１０）各充電段階に応じて第１の閾値Ｔｈ１を設定する制御方法。
【００６８】
コントローラ４２のメモリには、以上列挙したうちの複数の制御方法が予め格納されている。（１）〜（１０）の全ての制御方法を予め備えていてもよいし、一部のみを備えていてもよい。
【００６９】
コントローラ４２は、選択した１つの制御方法に従って、又は、選択した複数の制御方法を適宜組み合わせて、鉛電池３１への充電を制御する。これにより、鉛電池３１の充放電状態に応じた最適な方法で充電を行うことができる。なお、コントローラ４２は、充電モニタ３２からのデータに基づいて、既に選択されている充電方法を廃棄し、改めて充電方法を選択することもできる。電気自動車３０の鉛電池３１は、民生用のポータブル電気機器とは異なり、走行状態に応じて、短時間で深い放電を強制等される場合もあり、鉛電池３１の状態は種々変動するという特質がある。本実施形態によれば、電気自動車３０の走行状態、即ち、鉛電池３１の使用状態に応じて最適な充電方法を適宜選択できる。
【００７０】
なお、充電スタンド４０を廃止し、充電回路４１及びコントローラ４２を電気自動車３０内に設ける構成でもよい。また、コントローラ４２は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）と共用化してもよい。さらに、充電モニタ３２からの充放電監視データだけでなく、例えば、車速、加速度、トルク、電動モータの回転数、モータ温度等の他のセンサから検出された信号を考慮して、充電方法を選択するようにしてもよい。
【００７１】
６．第６の実施形態
【００７２】
図１１及び図１２に基づいて、本発明の第６の実施形態を説明する。本実施形態の特徴は、各充電段階の電流値に応じて、第１の閾値Ｔｈ１をそれぞれ設定可能とした点にある。
【００７３】
図８中に示すＳ４３を除く他のステップは、図８中の対応するステップとそれぞれ同様の処理を行う。そこで、新規なステップＳ４３について説明すると、Ｓ４３では、各充電段階の電流値に応じて第１の閾値Ｔｈ１を設定する。第１の閾値Ｔｈ１の算出には、電池温度が考慮される。
【００７４】
図１２に示すように、第１段階の充電では、第１の閾値Ｔｈ１（１）が設定され、この第１の閾値Ｔｈ１（１）と端子電圧とが比較される。一方、第２段階の充電に移行した場合は、第１段階の第１の閾値Ｔｈ１よりも若干高い値に設定された別の第１の閾値Ｔｈ１（２）が使用され、この第２段階用の第１の閾値Ｔｈ１と端子電圧とが比較される。
【００７５】
以降の各充電段階でも同様に各段毎に第１の閾値Ｔｈ１（３）、Ｔｈ１（４）等々をそれぞれ設定可能である。しかし、全段階でそれぞれ別々の第１の閾値Ｔｈ１を設定する必要はなく、全充電段階のうち一部の段階でのみそれぞれ別々の第１の閾値Ｔｈ１を設定してもよい。
【００７６】
なお、当業者であれば、各実施の形態に記載された本発明の要旨の範囲内で種々の追加や変更等が可能である。例えば、当業者は、前記各実施の形態を適宜組み合わせることができる。また、鉛電池を例に挙げて説明したが、他の形式の電池にも使用可能な場合は、本発明を適用することができる。さらに、電気自動車に限らず、例えば、野外で使用する冷蔵庫や洗濯機等のポータブル電気機器や、ポータブル電源装置、建設機械、船舶、ロボット等にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の各実施の形態に好適に用いられる多段階充電装置の機能ブロック図である。
【図２】第１の実施形態による充電動作を示す特性図である。
【図３】充電制御処理を示すフローチャートである。
【図４】第２の実施形態による充電動作を示す特性図である。
【図５】充電制御処理を示すフローチャートである。
【図６】第３の実施形態による充電動作を示す特性図である。
【図７】第３の実施形態の変形例を示す特性図である。
【図８】第４の実施形態による充電制御処理を示すフローチャートである。
【図９】第５の実施形態による多段階充電装置を電気自動車に適用した場合の機能ブロック図である。
【図１０】充電方法を選択する充電制御選択処理を示すフローチャートである。
【図１１】第６の実施形態による充電制御処理を示すフローチャートである。
【図１２】充電動作を示す特性図である。
【図１３】従来技術による多段階充電方法を示す特性図である。
【図１４】従来技術において、充電段階が次々に切り替わっていく様子を示す特性図である。
【符号の説明】
１  鉛電池
２  充電回路
３  商用電源
４  電流計
５  電圧計
６  温度センサ
１０  コントローラ
３０  電気自動車
３１  鉛電池
３２  充電モニタ
３３  接続部
３４  接続部
４０  充電スタンド
４１  充電回路
４２  コントローラ
５０  商用電源
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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