(57)【要約】【課題】車両に搭載される鉛電池をリチウムイオン電池に乗せ換える際にかかるコストが増大することを抑える。【解決手段】リチウムイオン電池２を充電する充電器６が鉛電池専用充電器であるか否かを判定する充電器判定部５１と、充電器６が鉛電池専用充電器であると判定され、リチウムイオン電池２の電圧が充電器６において所定の電力での充電から押し込み充電に切り替わるときのリチウムイオン電池２の電圧である切替電圧Ｖｓよりも低い閾値Ｖｔｈ以上になると、充電器６側で検出されるリチウムイオン電池２の電圧が切替電圧Ｖｓ以上になるようにモジュールリレー３−１〜３−３またはメインリレー４を開状態にした後、閉状態にするリレー制御部５２とを備えて充電制御装置５を構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウムイオン電池を充電する充電器が鉛電池専用充電器であるか否かを判定する充電器判定部と、
前記充電器判定部により前記充電器が前記鉛電池専用充電器であると判定され、前記リチウムイオン電池の電圧が前記充電器において所定の電力での充電から押し込み充電に切り替わるときの前記リチウムイオン電池の電圧である切替電圧よりも低い閾値以上になると、前記充電器側で検出される前記リチウムイオン電池の電圧が前記切替電圧以上になるように前記充電器と前記リチウムイオン電池との間に設けられるリレーを開状態にした後、前記リチウムイオン電池への電力供給が再開されるように前記リレーを閉状態にするリレー制御部と、
を備えることを特徴とする充電制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の充電制御装置であって、
前記閾値は、前記リチウムイオン電池の満充電容量から前記押し込み充電時に前記リチウムイオン電池に充電される充電容量を減算した値に対応する前記リチウムイオン電池の電圧である
ことを特徴とする充電制御装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の充電制御装置であって、
前記リレー制御部は、前記充電器判定部により前記充電器が前記鉛電池専用充電器であると判定され、前記リチウムイオン電池の電圧が前記閾値以上になり、前記充電器と、互いに並列接続される複数の前記リチウムイオン電池とのそれぞれの間に設けられる前記リレーのうちの少なくとも１つのリレーを閉状態にし、残りのリレーを開状態にする場合、閉状態の前記リレーに接続される前記リチウムイオン電池の電圧が前記切替電圧以上になると、前記残りのリレーを閉状態にする
ことを特徴とする充電制御装置。
【請求項４】
リチウムイオン電池と、
前記リチウムイオン電池と充電器との間に設けられるリレーと、
前記充電器が鉛電池専用充電器であるか否かを判定する充電器判定部と、
前記充電器判定部により前記充電器が前記鉛電池専用充電器であると判定され、前記リチウムイオン電池の電圧が前記充電器において所定の電力での充電から押し込み充電に切り替わるときの前記リチウムイオン電池の電圧である切替電圧よりも低い閾値以上になると、前記充電器側で検出される前記リチウムイオン電池の電圧が前記切替電圧以上になるように前記リレーを開状態にした後、前記リチウムイオン電池への電力供給が再開されるように前記リレーを閉状態にするリレー制御部と、
を備えることを特徴とする電池パック。
【請求項５】
リチウムイオン電池の充電を制御する充電制御装置の充電制御方法であって、
前記充電制御装置は、
前記リチウムイオン電池を充電する充電器が鉛電池専用充電器であるか否かを判定し、
前記充電器が前記鉛電池専用充電器であると判定し、前記リチウムイオン電池の電圧が前記充電器において所定の電力での充電から押し込み充電に切り替わるときの前記リチウムイオン電池の電圧である切替電圧よりも低い閾値以上になると、前記充電器側で検出される前記リチウムイオン電池の電圧が前記切替電圧以上になるように前記充電器と前記リチウムイオン電池との間に設けられるリレーを開状態にした後、前記リチウムイオン電池への電力供給が再開されるように前記リレーを閉状態にする
ことを特徴とする充電制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン電池の充電制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動フォークリフトなど、電動モータの動力を利用して走行する車両の普及に伴い、車両に搭載される電池の充電を制御するための技術の向上が図られている。例えば、特許文献１参照。
【０００３】
リチウムイオン電池の充電を制御する場合、リチウムイオン電池が過充電にならないように、充電制御装置と充電器との間でリチウムイオン電池の状態や充電電流などの情報をやりとりする必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−０２３８３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、車両に鉛電池を搭載しているユーザに対して、リチウムイオン電池の乗せ換えを提案する場合、リチウムイオン電池の状態や充電電流などの情報をやりとりするための機能が鉛電池専用充電器に備わっていないため、そのような機能を有するリチウムイオン電池専用充電器も同時に購入してもらう必要があり、リチウムイオン電池の乗せ換えの際にかかるコストが増大してしまう。
【０００６】
本発明の一側面に係る目的は、車両に搭載される鉛電池をリチウムイオン電池に乗せ換える際にかかるコストの増大を抑えることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る一つの形態である充電制御装置は、リチウムイオン電池を充電する充電器が鉛電池専用充電器であるか否かを判定する充電器判定部と、前記充電器判定部により前記充電器が前記鉛電池専用充電器であると判定され、前記リチウムイオン電池の電圧が前記充電器において所定の電力での充電から押し込み充電に切り替わるときの前記リチウムイオン電池の電圧である切替電圧よりも低い閾値以上になると、前記充電器側で検出される前記リチウムイオン電池の電圧が前記切替電圧以上になるように前記充電器と前記リチウムイオン電池との間に設けられるリレーを開状態にした後、前記リチウムイオン電池への電力供給が再開されるように前記リレーを閉状態にするリレー制御部とを備える。
【０００８】
また、本発明に係る一つの形態である電池パックは、リチウムイオン電池と、前記リチウムイオン電池と充電器との間に設けられるリレーと、前記充電器が鉛電池専用充電器であるか否かを判定する充電器判定部と、前記充電器判定部により前記充電器が前記鉛電池専用充電器であると判定され、前記リチウムイオン電池の電圧が前記充電器において所定の電力での充電から押し込み充電に切り替わるときの前記リチウムイオン電池の電圧である切替電圧よりも低い閾値以上になると、前記充電器側で検出される前記リチウムイオン電池の電圧が前記切替電圧以上になるように前記リレーを開状態にした後、前記リチウムイオン電池への電力供給が再開されるように前記リレーを閉状態にするリレー制御部とを備える。
【０００９】
また、本発明に係る一つの形態である充電制御方法は、リチウムイオン電池の充電を制御する充電制御装置の充電制御方法であって、前記充電制御装置が、前記リチウムイオン電池を充電する充電器が鉛電池専用充電器であるか否かを判定し、前記充電器が前記鉛電池専用充電器であると判定し、前記リチウムイオン電池の電圧が前記充電器において所定の電力での充電から押し込み充電に切り替わるときの前記リチウムイオン電池の電圧である切替電圧よりも低い閾値以上になると、前記充電器側で検出される前記リチウムイオン電池の電圧が前記切替電圧以上になるように前記充電器と前記リチウムイオン電池との間に設けられるリレーを開状態にした後、前記リチウムイオン電池への電力供給が再開されるように前記リレーを閉状態にする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、車両に搭載される鉛電池をリチウムイオン電池に乗せ換える際にかかるコストの増大を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態の充電制御装置を含む電池パックの一例を示す図である。
【図２】（ａ）はリチウムイオン電池専用充電器の充電制御を説明するための図である。（ｂ）は鉛電池専用充電器の充電制御を説明するための図である。（ｃ）はリチウムイオン電池のＳＯＣと電圧との関係の一例を示す図である。
【図３】リレー制御部の動作の一例を示すフローチャートである。
【図４】鉛電池専用充電器の充電制御を説明するための図である。
【図５】リレー制御部の動作の他の例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】
【００１２】
以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。
図１は、実施形態の充電制御装置を含む電池パックの一例を示す図である。
図１に示す電池パック１は、電動フォークリフトなど、電動モータの動力を利用して走行する車両に搭載され、複数のリチウムイオン電池２（２−１〜２−３）と、複数のモジュールリレー３（３−１〜３−３）（リレー）と、メインリレー４（リレー）と、充電制御装置５とを備える。なお、電池パック１は、リチウムイオン電池２及びそのリチウムイオン電池２に対応するモジュールリレー３を１組のみ備える構成でもよい。このように構成する場合、メインリレー４を省略することができる。
【００１３】
リチウムイオン電池２−１〜２−３は、それぞれ、互いに直列接続される複数のリチウムイオン電池により構成されている。また、リチウムイオン電池２−１〜２−３は、互いに並列接続されている。なお、リチウムイオン電池２−１〜２−３は、それぞれ、１つのリチウムイオン電池により構成されてもよい。また、リチウムイオン電池２の並列数は、３に限定されない。
【００１４】
モジュールリレー３−１〜３−３は、それぞれ、電磁式リレーまたは半導体リレー（例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor））により構成されている。モジュールリレー３−１はリチウムイオン電池２−１のマイナス端子とリチウムイオン電池２−１〜２−３のマイナス端子側の接続点Ｃｐｍとの間に設けられ、モジュールリレー３−２はリチウムイオン電池２−２のマイナス端子と接続点Ｃｐｍとの間に設けられ、モジュールリレー３−３はリチウムイオン電池２−３のマイナス端子と接続点Ｃｐｍとの間に設けられている。なお、モジュールリレー３−１はリチウムイオン電池２−１のプラス端子とリチウムイオン電池２−１〜２−３のプラス端子側の接続点Ｃｐｐとの間に設けられ、モジュールリレー３−２はリチウムイオン電池２−２のプラス端子と接続点Ｃｐｐとの間に設けられ、モジュールリレー３−３はリチウムイオン電池２−３のプラス端子と接続点Ｃｐｐとの間に設けられてもよい。
【００１５】
メインリレー４は、電磁式リレーまたは半導体リレーにより構成され、接続点Ｃｐｍと電池パック１のマイナス側の外部端子Ｔｍとの間に設けられている。なお、メインリレー４は、接続点Ｃｐｐと電池パック１のプラス側の外部端子Ｔｐとの間に設けられていてもよい。
【００１６】
ここで、モジュールリレー３−１〜３−３及びメインリレー４の開閉状態と接続点Ｃｐｐの電圧との関係について説明する。
車両の外部または内部に設けられる充電器６と電池パック１の外部端子Ｔｐ、Ｔｍとが充電ケーブルやハーネスなどを介して電気的に接続されている場合において、モジュールリレー３−１〜３−３及びメインリレー４が閉状態であるとき、充電器６から電池パック１へ電力が供給されると、その電力によりリチウムイオン電池２−１〜２−３が充電される。この状態において、モジュールリレー３−２、３−３及びメインリレー４が閉状態のままで、モジュールリレー３−１のみが開状態になると、充電器６からリチウムイオン電池２−１へ供給される電力が遮断される。このとき、充電器６から電池パック１へ一定の電力が供給されていると、リチウムイオン電池２−１の内部抵抗が無くなる分、充電器６から電池パック１へ流れる電流が低下し、接続点Ｃｐｐの電圧（充電器６側で検出されるリチウムイオン電池の電圧でもある）が上昇する。また、モジュールリレー３−３及びメインリレー４が閉状態のままで、モジュールリレー３−１、３−２が開状態になると、充電器６からリチウムイオン電池２−１、２−２へ供給される電力が遮断される。このとき、充電器６から電池パック１へ一定の電力が供給されていると、リチウムイオン電池２−１、２−２の内部抵抗が無くなる分、充電器６から電池パック１へ流れる電流がさらに低下し、接続点Ｃｐｐの電圧がさらに上昇する。また、モジュールリレー３−１〜３−３が開状態になると、または、メインリレー４が開状態になると、充電器６からリチウムイオン電池２−１〜２−３へ供給される電力が遮断される。このとき、充電器６から電池パック１へ一定の電力が供給されていると、リチウムイオン電池２−１〜２−３の内部抵抗が無くなる分、充電器６から電池パック１へ流れる電流がさらに低下し、充電器６側で検出されるリチウムイオン電池の電圧（充電器６側で検出される外部端子Ｔｐ、Ｔｍ間の電圧）がさらに上昇する。
【００１７】
充電制御装置５は、充電器判定部５１と、リレー制御部５２と、記憶部５３とを備える。なお、充電器判定部５１やリレー制御部５２は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、マルチコアＣＰＵ、またはプログラマブルなデバイス（ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）など）により構成される。また、記憶部５３は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）またはＲＯＭ（Read Only Memory）により構成される。
【００１８】
充電器判定部５１は、充電器６が鉛電池専用充電器であるか否かを判定する。例えば、充電器判定部５１は、充電器６と所定の通信（例えば、ＣＡＮ（Controller Area Network ）通信）を行うことができない場合、充電器６が鉛電池専用充電器であると判定し、充電器６と所定の通信を行うことができる場合、充電器６が鉛電池専用充電器ではない、すなわち、リチウムイオン電池専用充電器であると判定する。充電器６がリチウムイオン電池専用充電器である場合、充電器６は、例えば、図２（ａ）に示すように、充電開始からリチウムイオン電池２−１〜２−３の電圧（接続点Ｃｐｐの電圧）が目標電圧Ｖｔになるまでの間において、一定電流で電池パック１へ電力を供給し（ＣＣ（Constant Current）充電）、リチウムイオン電池２−１〜２−３の電圧が目標電圧Ｖｔになってから電池パック１へ流れる電流が終了電流Ｉｅになるまでの間において、電池パック１へ流れる電流が徐々に低下するように電池パック１へ電力を供給する（ＣＶ(Constant Voltage)充電）。また、充電器６が鉛電池専用充電器である場合、充電器６は、例えば、図２（ｂ）に示すように、充電開始からリチウムイオン電池２−１〜２−３の電圧が切替電圧Ｖｓ（充電終止電圧）になるまでの間において、電池パック１へ一定の電力を供給し（ＣＰ(Constant Power)充電（一定電力充電））、リチウムイオン電池２−１〜２−３の電圧が切替電圧Ｖｓになってから所定時間経過するまでの間も、電池パック１へ一定の電力を供給する（押し込み充電）。なお、充電器６が鉛電池専用充電器である場合、充電開始から切替電圧Ｖｓになるまでの間は、一定電力充電でなく、所定の電力での充電でもよい。例えば、電力を変動させる充電でもよい。
【００１９】
また、図１に示すリレー制御部５２は、充電器判定部５１により充電器６が鉛電池専用充電器であると判定されると、リチウムイオン電池２−１〜２−３の電圧が、記憶部５３に記憶されている閾値Ｖｔｈ以上であるか否かを判断する。また、リレー制御部５２は、リチウムイオン電池２−１〜２−３の電圧が閾値Ｖｔｈ以上であると判断すると、モジュールリレー３−１〜３−３またはメインリレー４を開状態にした後、リチウムイオン電池２−１〜２−３への電力供給が再開されるようにモジュールリレー３−１〜３−３またはメインリレー４を閉状態にする。例えば、リチウムイオン電池２の満充電容量［Ａｈ］から、押し込み充電によりリチウムイオン電池２に充電される充電容量（電流量）［Ａｈ］を減算した値に対応するリチウムイオン電池２の電圧を閾値Ｖｔｈとする。なお、閾値Ｖｔｈは、図２（ｃ）に示すように、リチウムイオン電池２の満充電容量に対する現在の充電容量の比率［％］であるＳＯＣ（State Of Charge）と、リチウムイオン電池２の電圧との関係から求めることができる。例えば、ＳＯＣが１００［％］であるときのリチウムイオン電池２の充電容量を５０［Ａｈ］とし、押し込み充電によりリチウムイオン電池２に充電される充電容量を１０［Ａｈ］とする場合、充電容量５０［Ａｈ］から充電容量４０［Ａｈ］を減算した充電容量４０［Ａｈ］に対応するリチウムイオン電池２のＳＯＣは、８０［％］（＝４０［Ａｈ］／５０［Ａｈ］×１００）になる。そして、図２（ｃ）に示すＳＯＣと電圧との関係からＳＯＣ８０［％］に対応するリチウムイオン電池２の電圧を閾値Ｖｔｈとする。例えば、切替電圧Ｖｓを、満充電時のリチウムイオン電池２の電圧と等しくなるように設定する場合、リチウムイオン電池２の満充電容量から、押し込み充電によりリチウムイオン電池２に充電される充電容量を減算する分、閾値Ｖｔｈは切替電圧Ｖｓよりも低くなる。
【００２０】
図３は、リレー制御部５２の動作の一例を示すフローチャートである。
まず、リレー制御部５２は、充電器判定部５１により充電器６が鉛電池専用充電器であると判定されると（Ｓ３１：Ｙｅｓ）、充電開始からリチウムイオン電池２−１〜２−３の電圧が閾値Ｖｔｈ以上になるまで待機し（Ｓ３２：Ｎｏ）、リチウムイオン電池２−１〜２−３の電圧が閾値Ｖｔｈ以上になると（Ｓ３２：Ｙｅｓ）、モジュールリレー３−１〜３−３またはメインリレー４を開状態にする（Ｓ３３）。上述したように、モジュールリレー３−１〜３−３またはメインリレー４が遮断されると、充電器６から電池パック１へ流れる電流が低下するため、充電器６側で検出されるリチウムイオン電池２−１〜２−３の電圧（充電器６側で検出される外部端子Ｔｐ、Ｔｍ間の電圧）が上昇して図４に示すように切替電圧Ｖｓ以上になりＣＰ充電から押し込み充電に切り替わる。
【００２１】
図３において、次に、リレー制御部５２は、リチウムイオン電池２−１〜２−３への電力供給が再開されるようにモジュールリレー３−１〜３−３またはメインリレー４を閉状態にする（Ｓ３４）。
【００２２】
また、リレー制御部５２は、充電器判定部５１により充電器６が鉛電池専用充電器でない、すなわち、充電器６がリチウムイオン電池専用充電器であると判定されると（Ｓ３１：Ｎｏ）、充電器６においてＣＣ／ＣＶ充電が終了するまでモジュールリレー３−１〜３−３及びメインリレー４を閉状態のまま維持する。
【００２３】
このように、実施形態の充電制御装置５では、充電器６が鉛電池専用充電器であると判定し、リチウムイオン電池２−１〜２−３の電圧が、リチウムイオン電池２の満充電容量から押し込み充電によりリチウムイオン電池２に充電される充電容量を減算した値に対応するリチウムイオン電池２の電圧である閾値Ｖｔｈになると、すなわち、リチウムイオン電池２−１〜２−３の電圧が切替電圧Ｖｓよりも低い閾値Ｖｔｈ以上になると、充電器６側で検出されるリチウムイオン電池２−１〜２−３の電圧（充電器６側で検出される外部端子Ｔｐ、Ｔｍ間の電圧）が切替電圧Ｖｓ以上になるようにモジュールリレー３−１〜３−３またはメインリレー４を開状態にした後、リチウムイオン電池２−１〜２−３への電力供給が再開されるようにモジュールリレー３−１〜３−３またはメインリレー４を閉状態にしている。これにより、リチウムイオン電池２−１〜２−３を充電する充電器６が鉛電池専用充電器であっても、押し込み充電時にリチウムイオン電池２−１〜２−３が過充電になることを抑えることができる。従って、車両に搭載される鉛電池をリチウムイオン電池２−１〜２−３に乗せ換える際、リチウムイオン電池専用充電器を同時購入する必要がなくなるため、コストが増大することを抑えることができる。
【００２４】
また、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。
上記実施形態では、リチウムイオン電池２−１〜２−３の電圧が閾値Ｖｔｈ以上になると、モジュールリレー３−１〜３−３をすべて開状態にする構成であるが、リチウムイオン電池２−１〜２−３の電圧が閾値Ｖｔｈ以上になると、モジュールリレー３−１〜３−３のうちの少なくとも１つのモジュールリレー３を閉状態にし、残りのモジュールリレー３を開状態にするように構成してもよい。このように構成する場合、リレー制御部５２は、閉状態のモジュールリレー３に接続されるリチウムイオン電池２の電圧（接続点Ｃｐｐの電圧）が切替電圧Ｖｓ以上になるように、モジュールリレー３−１〜３−３のうちの少なくとも１つのモジュールリレー３を閉状態にし、残りのモジュールリレー３を開状態にする。
【００２５】
さらに、図５に示すリレー制御部５２の他の動作例のように、充電器判定部５１により充電器６が鉛電池専用充電器であると判定され（Ｓ５１：Ｙｅｓ）、リチウムイオン電池２−１〜２−３の電圧が閾値Ｖｔｈ以上になり（Ｓ５２：Ｙｅｓ）、少なくとも１つのモジュールリレー３を閉状態にし、残りのモジュールリレー３を開状態にした後（Ｓ５３）、閉状態のモジュールリレー３に接続されるリチウムイオン電池２の電圧が切替電圧Ｖｓ以上になるまで待機し（Ｓ５４：Ｎｏ）、閉状態のモジュールリレー３に接続されるリチウムイオン電池２の電圧が切替電圧Ｖｓ以上になると（Ｓ５４：Ｙｅｓ）、残りのモジュールリレー３を閉状態にするように構成してもよい。このように構成する場合、充電制御装置５側で実際にＣＰ充電から押し込み充電に切り替わったか否かを予測して残りのモジュールリレー３を閉状態にすることができるため、押し込み充電によってリチウムイオン電池２−１〜２−３が過充電にならないように、より精度良く充電制御を行うことができる。
【符号の説明】
【００２６】
１    電池パック
２    リチウムイオン電池
３    モジュールリレー
４  メインリレー
５  充電制御装置
５１  充電器判定部
５２  リレー制御部
５３  記憶部
６  充電器
【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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