JP2003132955A

JP2003132955A - 非水電解質二次電池の充放電方法

Info

Publication number: JP2003132955A
Application number: JP2001324664A
Authority: JP
Inventors: Toshimichi Kawai; 俊道川合
Original assignee: NEC Yonezawa Ltd
Current assignee: NEC Yonezawa Ltd
Priority date: 2001-10-23
Filing date: 2001-10-23
Publication date: 2003-05-09
Also published as: US20030076074A1; US6756767B2

Abstract

(57)【要約】【課題】サイクル寿命を増加させる。【解決手段】ステップＳ１１：充電初期には電池温度や
電池電圧が不安定となるので、充電容量が満充電容量の
２０％を越えるまでは無条件で充電を継続する。ステップＳ１２：充電容量が満充電容量の７０％を越え
た場合には充電終了とする。ステップＳ１３：もし、充電電流が満充電容量の７０％
を越える前にdV/dtが規定値ａを越えた場合には満充電
容量が狂っている可能性があるので、メンテナンス充放
電を行う。ステップＳ１４：もし、充電電流が満充電容量の７０％
を越える前にdT/dtが規定値ｂを越えた場合には満充電
容量が狂っている可能性があるので、メンテナンス充放
電を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は非水電解質二次電池
の充放電方法、特に、サイクル寿命特性の優れた非水電
解質二次電池の充放電方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】携帯用電子機器に搭載され、機器を駆動
する電力を発生する電池として、たとえばニッケル・カ
ドミウム(Ni-Cd) 電池、ニッケル水素(Ni-MH) 電池およ
びリチウム(Li)イオン電池などの充放電可能な二次電池
が知られている。このような二次電池は、充放電を繰り
返すと劣化してその電池容量が少なくなり、長期間繰り
返し使用すると電池容量が実質的になくなるサイクル寿
命がある。たとえば、ニッケル水素二次電池では、充電
および放電を繰り返す充放電サイクルによって、負極や
正極の腐食および劣化が発生し、電解液の不均一化等が
発生し、このため電池セルの当初の満充電容量のほぼ半
分程度の充電容量しか得られなくなるサイクル寿命に達
する。

【０００３】このような電池容量のサイクル劣化やサイ
クル寿命は、たとえば充放電の際の温度および電流を所
定の条件に限定して試験すると予測可能であるが、実際
の電池は様々な状況にて使用されるので、カタログ等に
記載された充放電回数がすべての電池に対して適用され
るわけではない。とくに過放電や過充電によって電池の
サイクル寿命が短くなってしまうことがある。したがっ
て、このような二次電池を設計開発する際には、電池の
使用条件および環境に適応し、さらにサイクル寿命を充
分に確保する電池を構成することが課題となっている。

【０００４】一方、このようなサイクル寿命が内在する
二次電池を、デジタルカメラやパーソナルコンピュータ
などの情報機器や携帯電話機などの通信機器等の電子機
器にて使用する場合、電池容量の劣化に伴って、一回の
充電で、その機器が使用できる時間が短くなってしま
う。さらに電池がサイクル寿命に達すると電子機器その
ものが実質的に動作しなくなる。この場合、その使用者
は、機器が故障しているのか、電池が不良であるのかを
簡単には判別することはできず、さらに電池がサイクル
寿命に達しているという判断をはっきりと下すことはで
きない。

【０００５】したがって、二次電池のサイクル寿命を電
子機器側にて検出し、それを使用者に知らせることが必
要である。そこで電池に固有に存在する内部抵抗を測定
しその内部抵抗がサイクル劣化に伴って増加する増加率
を検出したり、満充電状態から放電させて電池がエンプ
テイ状態となるまでの容量を積算したりして、電池容量
を予測する方法があった。

【０００６】しかし、電池の内部抵抗を測定する方法で
は高精度な測定器を備える必要がある。また、放電によ
る電池容量の変化を積算する方法では、たとえば、電流
を検出抵抗に流してその両端電圧を増幅しその電圧を検
出すると、検出抵抗にて無駄な電力が消費され、さらに
高精度なアンプが必要であった。

【０００７】また、充放電回数のカウント値を、電池に
配設したメモリに記憶しておくことも考えられるが、こ
の場合、そのメモリのためにコストアップとなってしま
い、また、上述したように、電池の使用状態等によって
は、当初見込まれるサイクル寿命の充放電回数と実際の
充放電回数とが一致しないという問題がある。

【０００８】今日、負極活物質にリチウム等のアルカリ
金属を用い、プロピレンカーボネート、γ−ブチロラク
トン、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキ
ソラン等の有機溶媒に、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＢＦ4、ｉＡ
ｓＦ6、ＬｉＰＦ6、ＬｉＣＦ3ＳＯ3等の溶質をさせた電
解液と組み合わせた非水電解質電池は、高エネルギー密
度を有することから、電子時計、カメラをはじめとする
小型電子機器に広く用いられている。この種の非水電解
質電池を充電可能にするための課題のひとつは、充電過
程において負極上に析出する樹枝状、フィブリル状、あ
るいは針状形態のアルカリ金属、いわゆるデンドライト
を抑制することである。このデンドライトが著しく成長
すると、負極と正極の内部短絡により電池の寿命が一瞬
にして損なわれる危惧がある。また、以降の放電過程で
溶解させようとしても、デンドライトの局部的溶解が進
行し一部は電気的に極板より遊離するため、すべてのデ
ンドライトを溶かし出すことはできなくなる。すなわ
ち、充電（析出）量に対する放電（溶解）量が小さくな
り、充放電効率の低下をもたらす。

【０００９】このような充電過程でのデンドライトの形
成を抑制するために、負極電位を−５０ｍＶｖｓ．Ｌｉ
+／Ｌｉより貴に保ち、析出させるアルカリ金属（リウ
ム）も０．３ｍＡｈ／ｃｍ2 以下であるような緩やかな
条件で充電を行う方法や、電解に高誘電率や低粘度の溶
媒を組み合わせて充放電効率も同時に改善させる手法が
提案されている。これらの手法では、電極表面でのアル
カリ金属の析出反応を均一に行わせることによりデンド
ライトを抑制するという考えに立っている。

【００１０】上で提案されているような手法を用いたと
しても、高エネルギー密度を保ちながら、二次電池とし
て実用上要請される５００サイクル以上のサイクル寿命
を有する非水電解質二次電池を作製することは、なお困
難である。すなわち、微少な不均一反応が充放電サイク
ルで繰り返され、集積し、不均一な電極反応へ変化して
いくことによる。この微少な不均一性は、例えば、活物
質であるアルカリ金属と電解液との反応による不動態皮
膜の形成や、巻回型電池では各電極部分へかかる内部圧
力の違いが原因であり、デンドライトの形成や充放電効
率の低下の引き金となる。

【００１１】二次電池は、充電の際に高い電圧になる
と、発煙・発火などの危険な状態になったり、電池内部
で不可逆な化学反応を起こして性能が著しく低下するこ
とがある。また放電の際に低い電圧になった場合も電池
内部で不可逆な化学反応を起こして性能が著しく低下す
ることがある。このため二次電池には、電池が安全な状
態で、かつ性能が著しく低下しないように上限電圧・下
限電圧を製造者が定め、使用者に守らせるようにしてい
る。すなわち上限電圧・下限電圧とは、充電・放電の際
に許される電圧の上限・下限である。

【００１２】また、二次電池の充放電可能容量の定義は
数種類あるが、上限電圧まで充電した電池を下限電圧ま
で放電したときの出力電力量または電流と放電時間の積
をいうのが代表的である。

【００１３】これらの二次電池の使用方法には、サイク
ル使用やフロート使用がある。サイクル使用ではまず充
電器で電池の上限電圧まで充電を行ない、次に負荷に接
続して下限電圧まで放電するという方法が一般的であっ
た。フロート使用ではまず充電器と負荷を常に電池に接
続しておき、電池が上限電圧以下ならば常に充電を行な
い、負荷は必要に応じて放電するという方法が一般的で
あった。

【００１４】一般に、二次電池には充電・放電を繰り返
すにつれて、その電池の充電可能容量、放電可能容量が
減少していく性質がある。この容量の減少をサイクル劣
化、または単に劣化といい、電池の寿命にかかわる問題
である。

【００１５】電池が劣化する原因の一つに上限までの充
電、下限までの放電を行なう、つまり充放電可能容量を
全部使用するようにすると、充電末期や放電末期に発熱
や電気分解などにより、電池の構造の変形や材料の性質
が変化して劣化するという要素がある。

【００１６】よって電池の寿命は、新品時、つまり製品
出荷後の充放電回数が少なく、時間も経っていないとき
の容量を１００％として、その電池の種類、用途などに
より容量が８０％になった時、７０％になった時などと
規定して使用していた。この寿命までの充放電回数をサ
イクル寿命という。

【００１７】電池を上限・下限まで充放電していると、
図３の曲線ａに示すように、最初の容量は大きいが劣化
が早く進む。一方、充電電圧を上限より下げ、放電電圧
を下限より上げて充放電をすると、図３の曲線ｂに示す
ように最初の容量は少ないが、劣化が緩やかになる。し
かしこれも容量を小さくとっていたため、サイクル寿命
はあまり長くならなかった。

【００１８】従来の非水電解質二次電池の充放電方法に
ついて図面を参照して詳細に説明する。

【００１９】図４および図５は第１の従来例を示すブロ
ック図および流れ図である。（例えば、特開平０９−１
２０８４３号公報参照）。

【００２０】この技術は、使用する二次電池が新しいう
ちはその二次電池の設定充電上限電圧を上限より低くす
るか、設定放電下限電圧を下限より高くするかまたは両
方を行ない、充放電可能容量が低下していくに連れて設
定充電上限電圧を上限に近くするかまたは設定放電下限
電圧を下限に近くするかあるいは両方を行ない、寿命の
末期は上限、下限まで充電、放電をするようにすること
により、この二次電池の充放電可能容量の低下を少なく
し、寿命を長くするものである。

【００２１】この例に使用した二次電池５は正極活物質
としてＬｉＣｏＯ2 、負極活物質として炭素を使用し、
電解液として非水電解液を使用したリチウムイオン二次
電池である。この二次電池５は、この充放電制御装置１
の制御部４に接続されている。

【００２２】電源７は直流電圧・電流を供給するもの
で、この制御部４に接続されている。また負荷６は電力
を消費するもの、例えば、電球、アイロン、モーター、
コンピュータ、ラジオ等であり、制御部４に接続されて
いる。

【００２３】この充放電制御装置１は容量判定部２、充
電・放電電圧設定部３及び制御部４とより成っている。
容量判定部２は回数設定部２０と計数部２１とよりな
り、この回数設定部２０は例えはデジタルスイッチで構
成され、二次電池５を交換したときに、その二次電池５
のそれまでの充放電回数を設定する如くしたもので、こ
の回数設定部２０より設定された充放電回数を計数部２
１に供給する。この計数部２１は例えばデジタルカウン
タにより構成する。

【００２４】計数部２１よりのデジタル信号による充放
電回数を充電・放電電圧設定部３の数値変換部９に伝送
する。この数値変換部９は、図６に示すように、充電回
数に応じて充電の上限電圧値Ｖｈ、放電の下限電圧値Ｖ
ｌを設定する。この数値変換部９においては充電回数に
対する設定充電上限電圧値Ｖｈ及び設定放電下限電圧値
Ｖｌを例えば表２に示すように、充電回数が０〜４９９
回のときは設定充電上限電圧値Ｖｈ及び設定放電下限電
圧値Ｖｌを４．０Ｖ及び３．０Ｖ、５００〜９９９回の
時は４．０５Ｖ及び２．９Ｖ、１０００〜１４９９回の
ときは４．１Ｖ及び２．８Ｖ、１５００〜１９９９回の
時は４．１５Ｖ及び２．７Ｖ、２０００回以上の時は
４．２Ｖ及び２．５Ｖにするように設定した変換メモリ
によって行なう。この充電・放電電圧設定部３のＤＡ変
換部１０及び１１は数値変換部９で設定された充電上限
電圧及び放電下限電圧の値を、例えはＤＡ変換器によっ
て実際の設定電圧に変換するものである。

【００２５】このＤＡ変換部１０及び１１の夫々の出力
側に得られる設定充電上限電圧値Ｖｈ及び設定放電下限
電圧値Ｖｌを夫々制御部４の比較部１２及び１３に伝送
する。この制御部４は比較部１２及び１３、充電放電指
令部１４、開閉器１５及び１６から構成される。

【００２６】比較部１２はＤＡ変換部１０からの設定充
電上限電圧値Ｖｈと二次電池５の電圧値Ｖｂとを比較
し、その結果を充電放電指令部１４に送る。比較部１３
はＤＡ変換部１１からの設定放電下限電圧値Ｖｌと二次
電池５の電圧値Ｖｂとを比較し、その結果を充電放電指
令部１４に送る。この比較部１２及び１３は例えば電圧
比較器で構成される。

【００２７】充電放電指令部１４は例えば論理回路によ
って構成され、比較部１２及び１３からの信号を見て、
表１に示す如く、Ｖｂ≧Ｖｈならば充電を停止させ、放
電を許可するようにする。またＶｈ＞Ｖｂ＞Ｖｌならば
以前と同じ状態を続ける。Ｖｂ≦Ｖｌならば放電停止
し、充電を許可する。

【００２８】また、この充電放電指令部１４から、容量
判定部２の計数部２１に充電信号例えば充電許可中のと
き５Ｖ、それ以外のとき０Ｖの信号を伝送し、この充電
信号の回数をこの計数部２１で加算する如くする。

【００２９】開閉器１５は充電放電指令部１４の出力を
見て、充電許可が出ているときは電源７と二次電池５と
を接続し、充電許可が出ていないときは電源７と二次電
池５とを接続しない状態にする。

【００３０】また開閉器１６は充電放電指令部１４の出
力を見て、放電許可が出ているときは負荷６と二次電池
５とを接続し、放電許可が出ていないときは負荷６と二
次電池５とを接続しない状態にする。この開閉器１５及
び１６は例えば電磁リレーや半導体スイッチで構成され
る。

【００３１】以上の構成により二次電池５を電源７によ
って、設定充電上限電圧値Ｖｈまで充電し、負荷６によ
って設定放電下限電圧値Ｖｌまで放電するというサイク
ル動作を繰り返し行なえる。

【００３２】この上述例の動作を図５を参照して説明す
る。まず、ステップＳ１において、二次電池５を充放電
制御装置１に取り付けるときに、そのときのこの二次電
池５の充放電回数即ち充放電可能容量の判定値を容量判
定部２の回数設定部２０に設定する。次に、ステップＳ
２において、容量判定部２が、制御部４からの信号によ
って充放電可能容量を判定する。次に、ステップＳ３に
おいて、充電・放電電圧設定部３が、充放電可能容量の
判定値即ち充放電回数に応じて設定充電上限電圧Ｖｈ、
設定放電下限電圧Ｖｌを変える。

【００３３】次に、ステップＳ４Ａ，Ｓ４Ｂにおいて、
比較部１２及び１３が設定充電上限電圧Ｖｈと電池電圧
Ｖｂ、設定放電下限電圧Ｖｌと電池電圧Ｖｂを比較す
る。次に、その結果に応じてＶｂ≧Ｖｈのときはステッ
プＳ５Ｂにおいて充電放電指令部１４が充電を禁止し、
放電を許可する。Ｖｈ＞Ｖｂ＞Ｖｌのときはさらに充電
許可のときはステップＳ５Ａにおいて充電放電指令部１
４が充電を許可し、放電を禁止する。また放電許可のと
きはステップＳ５Ｂにおいて充電放電指令部１４が充電
を禁止し、放電を許可する。

【００３４】Ｖｂ≦ＶｌのときはステップＳ５Ａにおい
て充電放電指令部１４が充電を許可し、放電を禁止す
る。またステップＳ２において充放電可能容量測定を行
なう。ステップＳ５Ａを行なったときは次にステップＳ
６Ａにおいて、開閉器１６を開き、二次電池５と負荷６
を切り離し、開閉器１５を閉じ、電源７と二次電池５を
接続する。

【００３５】またステップＳ５Ｂを行なったときは次に
ステップＳ６Ｂにおいて、開閉器１５を開き、電源７と
二次電池５を切り離し、開閉器１６を閉じ、二次電池５
と負荷６を接続する。次にステップＳ４Ａ及びＳ４Ｂへ
戻ってここから繰り返し動作を行なう。

【００３６】以上の動作により、充電回数によって充放
電可能容量を判定し、設定充電上限電圧Ｖｈ、設定放電
下限電圧Ｖｌを調整できるので、二次電池５の充放電可
能容量の低下を少なくすることができ、寿命を長くする
ことができる。

【００３７】この場合、例えば上限電圧４．２Ｖ、下限
電圧２．５Ｖの二次電池の製造直後の放電可能容量を１
００％として、最初に設定充電上限電圧を４．０Ｖ、設
定放電下限電圧を３．０Ｖと設定したときの放電容量が
放電可能容量値の８０％だった場合、充放電を繰り返し
て放電容量が７０％に低下したときに設定充電上限電圧
を４．０５Ｖ、設定放電下限電圧２．９Ｖと設定変更し
て放電容量を８０％まで回復させる。さらにこれを繰り
返して放電容量が７０％に低下するたびに設定充電上限
電圧及び設定放電下限電圧を４．１０Ｖ及び２．８Ｖ，
４．１５Ｖ及び２．７Ｖと変えていき、４．２０Ｖ及び
２．５Ｖになって放電容量が７０％に低下するまで使用
する。

【００３８】このような充放電方法を行なった場合、充
放電容量の変化は図３の曲線ｃで示す様な形になり、そ
のときの充放電可能容量は図３の曲線ｄに示すようにな
る。従って本例によれば、二次電池５が新しい即ち充放
電回数が少ないうちはその二次電池５の設定充電上限電
圧Ｖｈを上限より低くすると共に設定放電下限電圧Ｖｌ
を下限より高く設定し、この充放電回数が多くなるにつ
れて即ち充放電可能容量が低下していくにつれて、設定
充電上限電圧Ｖｈを上限に近くすると共に設定放電下限
電圧Ｖｌを下限に近しく、寿命の末期即ち充放電回数が
２０００回を超えたときには、この設定充電上限電圧Ｖ
ｈ及び設定放電上限電圧Ｖｌを夫々上限及び下限として
いるので、この二次電池５の充放電可能容量の低下を少
なくできる。

【００３９】なお、同種の技術としては、充電定電圧を
低い電圧に設定し、充電の回数が進むにつれて徐々に電
圧値を上げていくため、電極の劣化を抑えることがで
き、また、温度による劣化の影響を補正することがで
き、電池の充放電サイクル寿命を伸ばすことが可能とな
るものが特開２０００−２３３８８号公報に示される二
次電池システムがある。

【００４０】特開２０００−３０７５０号公報には、サ
イクル寿命特性に優れた非水系二次電池の充電方法とし
て、充放電可能な正極と、電解質と、充放電可能な負極
とを具備する非水系二次電池において、前記二次電池に
対して充電を開始後、前記二次電池の閉路電圧が前記電
解質の分解電圧に達する前に前記充電を停止する非水系
二次電池の充電方法。また、前記二次電池に対して充電
を開始後、前記二次電池に充電された容量が前記二次電
池の定格容量に達する前に前記充電を停止する非水系二
次電池の充電方法が開示されている。

【００４１】特開平１０−２５５８５４号公報には、電
極反応の均一性を保持し、充放電サイクル寿命を長くす
る非水電解質二次電池の充放電方法として、放電電気量
を充電電気量より大きくする充放電サイクルを繰り返
し、放電容量が一定以下になったところで電池を満充電
させる技術が提案されている。

【００４２】図７は第２の従来技術を示すブロック図で
ある。（例えば、特開平０９−１２０８４３号公報参
照）。

【００４３】図７に示す二次電池の容量劣化判断装置
は、充電装置３０１にリチウムイオン電池、ニッケルカ
ドミウム電池およびニッケル水素電池などの二次電池３
１２が接続されると、識別素子３２０によってその種類
が検出され、制御部３１８は、その電池電圧に応じて定
電流充電処理を開始する。この充電処理中に電池電圧が
電池の種類に応じた基準電圧値になると、制御部３１８
に備えられたタイマによって定電流充電時間の計時が開
始され、電池の種類に応じた充電制御方式により、定電
圧充電に切り替わったかもしくは−ΔＶが検出されると
計時が終了する。制御部３１８ではこの計時によって得
られた定電流充電時間に基づいて、この電池の充電容量
が新品当初の電池に対する定電流充電時間と較べてどの
程度であるのかを電池の種類に応じて判定し、電池のサ
イクル劣化の度合いが判定されると、通知部３２６より
アラームを出力させてサイクル寿命等のサイクル劣化の
度合いを使用者に知らせる。

【００４４】図８はリチウムイオン二次電池の容量維持
率と定電流充電容量比とが充放電サイクルの変化に応じ
て変化する例を示すグラフ、図９はリチウムイオン二次
電池の充電電圧曲線の一例を示す特性図、図１０はニッ
ケルカドミウム二次電池／ニッケル水素二次電池の充電
電圧曲線の一例を示す特性図、図１１はリチウムイオン
二次電池のセル温度に応じた充電電圧曲線の一例を示す
特性図、図１２はニッケルカドミウム二次電池／ニッケ
ル水素二次電池のセル温度に応じた充電電圧曲線の一例
を示す特性図である。

【００４５】まず、図９には、充放電可能なリチウム(L
i)イオン二次電池の充電電圧曲線が示されている。この
図において、曲線４０ａ，４０ｂ，４０ｃは、それぞれ
１回目、１００回目、２００回目の充放電サイクルにお
ける充電電圧曲線を表わしており、電池の充放電サイク
ル数が多くなるほど、充電開始時の電圧もしくは定電流
充電中の所定の電圧VP1 から定電圧充電(CV)となるまで
の定電流充電(CC)時間が短くなっている。この図では、
充電回数が２００回目の曲線４０ｃにおけるCC時間４２
が充電回数１回目の曲線４０ａにおけるCC時間４４より
も短くなっている。このリチウムイオン二次電池は、定
電流充電が完了すると定電圧充電(CV)に移行して充電さ
れ、定電圧充電期間中に電池が満充電状態であるか否か
が判定され、満充電検出によって充電が終了する。この
ように充放電を繰り返して充放電サイクル数が大きくな
るほど、定電流充電にて充電する時間が短くなり、これ
に応じて電池容量が小さくなる。

【００４６】図１０は、ニッケルカドミウム(Ni-Cd) 二
次電池またはニッケル水素(Ni-MH)二次電池を定電流充
電し、−ΔＶ検出方式によって充電を打ち切る場合の充
電電圧曲線を示している。この−ΔＶ検出方式は、ニッ
ケルカドミウム電池等の二次電池を定電流充電する際
に、電池の端子電圧が上昇してゆき、その電圧が最大と
なってから微小に低下することにより端子電圧値が最大
となったことを検出し、満充電処理等の充電制御を行な
うものである。これら電池においても充放電サイクルを
重ねていくと、図示するように１回目の充電時の曲線５
０ａと２００回目の充電時の曲線５０ｂとでは、充電開
始時の電圧もしくは定電流充電(CC)中の所定の電圧VP2
から端子電圧の微小降下（−△Ｖ）を検出するまでの定
電流充電(CC)時間が短くなって、CC時間５２がCC時間５
４よりも短くなっている。

【００４７】一方、図８は、リチウムイオン二次電池の
容量維持率３０が充放電サイクルを繰り返すことによっ
てどのように低下してゆくかを示している。ここでサイ
クル寿命とは、使用開始当初の電池の満充電容量と、現
在の電池の満充電容量との比を示す容量維持率が５０〜
６０パーセントとなった時点でのサイクル回数およびそ
の電池の状態をいうこととすると、使用開始当初の電池
の容量維持率が１００パーセントであり、充放電サイク
ルを繰り返してゆくと、その電池がそれ以上充電されな
い満充電状態となって容量維持率が減少し、さらに充放
電を繰り返すと容量維持率が５０〜６０パーセントとな
ってサイクル寿命に達していると判断される。さらに同
図は、同じリチウムイオン電池であっても製造元や性能
が異なる種類の二次電池Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれの充放電
サイクルにおける定電流充電容量比の変化３２Ａ，３２
Ｂ，３２Ｃを示している。定電流充電容量率は、使用開
始当初の新品電池が定電流充電によって充電される電池
容量と、現在使用中の電池が定電流充電によって充電さ
れる電池容量との比率を示すものであり、この定電流充
電容量率は、一定電流にて充電する定電流充電時間に対
応している。

【００４８】この図から、容量維持率と定電流充電(CC)
容量率（比）との間には、電池の種類Ａ，Ｂ，Ｃによっ
て多少異なるが、相関関係があることがわかる。したが
って、サイクル劣化に伴って定電流充電(CC)容量が減少
することに対応して定電流充電時間が短縮化されること
から、二次電池の容量維持率を判定し、電池がサイクル
寿命に達したか否かを判定することが可能となる。

【００４９】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の非水電
解質二次電池の充放電方法の第１の問題点は、充放電の
繰り返しにより電池が劣化してくると７０％以上の容量
を充電してしまうことである。その理由は、電池の初期
充電容量を満充電容量とするためである。第２の問題点
は、充放電を繰り返すと、70%以上の充電を行ってしま
う可能性があることである。その理由は、充放電を繰り
返すと積算容量の誤差が蓄積してしまい、満充電容量の
７０％を正確に算出出来なくなってしまうためである。

【００５０】

【課題を解決するための手段】第１の発明の非水電解質
二次電池の充放電方法は、サイクル充放電される電池の
満充電量を定期的にして、前記満充電量以下に前記電池
を再充電して負荷に供給する。

【００５１】第２の発明の非水電解質二次電池の充放電
方法は、第１の発明において、前記再充電量を前記満充
電量の７０％に設定する。

【００５２】第３の発明の非水電解質二次電池の充放電
方法は、第１の発明において、前記電池の初期充電の際
に、標準充電量の２０％に達するまでは無条件で充電を
続行させる。

【００５３】第４の発明の非水電解質二次電池の充放電
方法は、第１の発明において、前記電池がニッケル水素
電池である。

【００５４】第５の発明の非水電解質二次電池の充放電
方法は、充電初期には電池温度や電池電圧が不安定とな
るので、充電容量が満充電容量の２０％を越えるまでは
無条件で充電を継続するステップと、充電容量が満充電
容量の７０％を越えた場合には充電終了とするステップ
と、もし、充電電流が満充電容量の７０％を越える前に
dV/dtが規定値（ａ）を越えた場合には満充電容量が狂
っている可能性があるので、メンテナンス充放電を行う
ステップと、もし、充電電流が満充電容量の７０％を越
える前にdT/dtが規定値（ｂ）を越えた場合には満充電
容量が狂っている可能性があるので、メンテナンス充放
電を行うステップとを含んで構成される。

【００５５】第６の発明の非水電解質二次電池の充放電
方法は、第５の発明において、制御部は電池の電池電圧
と電池温度を電圧測定部と温度測定部から入手し、満充
電を検出する（Ｓ２２）。満充電を検出すると、制御部
はスイッチをオンにして、電池から負荷に電力を供給す
る（Ｓ２４）。同時に制御部は充放電電流測定部から放
電電流を入手し、放電容量を積算する（Ｓ２５）。同時
に制御部は電圧測定部から電池の電池電圧を入手し、電
池電圧がエンプティに達したらスイッチをオフにして放
電を終了（Ｓ２７）すると共に、容量積算を終了し（Ｓ
２８）、満充電容量を更新する（Ｓ２９）。

【００５６】

【発明の実施の形態】次に、本発明について図面を参照
して詳細に説明する。

【００５７】図１は本発明の一実施形態を示すフローチ
ャートである。図１に示す非水電解質二次電池の充放電
方法は、ステップＳ１０：充電を開始する。ステップＳ１１：充電初期には電池温度や電池電圧が不
安定となるので、充電容量が満充電容量の２０％を越え
るまでは無条件で充電を継続する。ステップＳ１２：充電容量が満充電容量の７０％を越え
た場合には充電終了とする。ステップＳ１３：もし、充電電流が満充電容量の７０％
を越える前にdV/dtが規定値ａを越えた場合には満充電
容量が狂っている可能性があるので、メンテナンス充放
電を行う。ステップＳ１４：もし、充電電流が満充電容量の７０％
を越える前にdT/dtが規定値ｂを越えた場合には満充電
容量が狂っている可能性があるので、メンテナンス充放
電を行う。

【００５８】二次電池を短時間で定電流充電する電池の
充電制御方法としては、（ａ）充電開始から所定時間ｔs 経過後、単位時間当た
りの電池電圧変化量( ΔＶ／Δｔ）の測定を開始し、上
記単位時間当たりの電池電圧変化量( ΔＶ／Δｔ）が所
定の設定値（ΔＶx1）に達したとき、電池の充電を終了
する。（ｂ）単位時間当たりの電池電圧変化量( ΔＶ／Δｔ）
と単位時間当たりの電池温度変化量( ΔＴ／Δｔ）を測
定し、単位時間当たりの電池電圧変化量( ΔＶ／Δｔ）
と単位時間当たりの電池温度変化量( ΔＴ／Δｔ）が共
に所定の設定値（ΔＶx1、ΔＴx ）に達したとき電池の
充電を終了する。（ｃ）単位時間当たりの電池電圧変化量( ΔＶ／Δｔ）
と電池温度（Ｔ）を測定し、単位時間当たりの電池電圧
変化量( ΔＶ／Δｔ）と電池温度（Ｔ）が共に所定の設
定値（ΔＶx1、Ｔx ）に達したとき電池の充電を終了す
る。（ｄ）予め、充電時における電池電圧の最大値（Ｖp ）
を記憶手段(3) に記憶しておき、充電時における電池電
圧（Ｖ）が上記記憶手段(3) に記憶された電池電圧の最
大値（Ｖp ）に達したとき、電池の充電を終了する。（ｅ）電池電圧の降下量（−ΔＶ）と電池温度（Ｔ）を
測定し、電池電圧の降下量（−ΔＶ）と電池温度（Ｔ）
のいずれか一方が所定の設定値（−ΔＶx 、Ｔx）に達
したとき電池の充電を終了する。などの方法がある。（例えば、特開昭０６−３１５２３
３号公報参照）。

【００５９】図２はメンテナンス充放電の詳細を示すフ
ローチャートである。メンテナンス充放電に移行する
と、制御部は電池の電池電圧と電池温度を電圧測定部と
温度測定部から入手し、満充電を検出する（Ｓ２２）。
満充電を検出すると、制御部はスイッチをオンにして、
電池から負荷に電力を供給する（Ｓ２４）。同時に制御
部は充放電電流測定部から放電電流を入手し、放電容量
を積算する（Ｓ２５）。同時に制御部は電圧測定部から
電池の電池電圧を入手し、電池電圧がエンプティに達し
たらスイッチをオフにして放電を終了（Ｓ２７）すると
共に、容量積算を終了し（Ｓ２８）、満充電容量を更新
する（Ｓ２９）。

【００６０】

【発明の効果】本発明の非水電解質二次電池の充放電方
法は、第１の効果は充放電の繰り返して、電池が劣化し
てきたとしても、満充電容量の７０％以上の容量を充電
しないということである。その理由は、満充電容量の７
０％以上の充電を行った場合には、dV/dt、dT/dtの検出
によりこれを検出できるためである。第２の効果は充電
容量の積算誤差が発生しても、満充電容量の７０％以上
の容量を充電しない、ということである。その理由は、
満充電容量の７０％以上の充電を行った場合には、dV/d
t、dT/dtの検出により、これを検出できるためである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示すフローチャートであ
る。

【図２】メンテナンス充放電の詳細を示すフローチャー
トである。

【図３】サイクル数に対する容量の関係を示すグラフで
ある。

【図４】第１の従来例を示すブロック図である。

【図５】第１の従来例を示す流れ図である。

【図６】数値変換部の動作を示す図である。

【図７】第２の従来例を示すプロック図である。

【図８】図７の動作を示すグラフである。

【図９】図７の動作を示すグラフである。

【図１０】図７の動作を示すグラフである。

【図１１】図７の動作を示すグラフである。

【図１２】図７の動作を示すグラフである。

【符号の説明】

１充放電制御装置２容量判定部３放電電圧設定部４制御部５二次電池６負荷７電源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】サイクル充放電される電池の満充電量を
定期的にして、前記満充電量以下に前記電池を再充電し
て負荷に供給することを特徴とする非水電解質二次電池
の充放電方法。
【請求項２】前記再充電量を前記満充電量の７０％に
設定した請求項１記載の非水電解質二次電池の充放電方
法。
【請求項３】前記電池の初期充電の際に、標準充電量
の２０％に達するまでは無条件で充電を続行させる請求
項１記載の非水電解質二次電池の充放電方法。
【請求項４】前記電池がニッケル水素電池である請求
項１記載の非水電解質二次電池の充放電方法。
【請求項５】充電初期には電池温度や電池電圧が不安
定となるので、充電容量が満充電容量の２０％を越える
までは無条件で充電を継続するステップと、充電容量が
満充電容量の７０％を越えた場合には充電終了とするス
テップと、もし、充電電流が満充電容量の７０％を越え
る前にdV/dtが規定値（ａ）を越えた場合には満充電容
量が狂っている可能性があるので、メンテナンス充放電
を行うステップと、もし、充電電流が満充電容量の７０
％を越える前にdT/dtが規定値（ｂ）を越えた場合には
満充電容量が狂っている可能性があるので、メンテナン
ス充放電を行うステップとを含むことを特徴とする非水
電解質二次電池の充放電方法。
【請求項６】制御部は電池の電池電圧と電池温度を電
圧測定部と温度測定部から入手し、満充電を検出する
（Ｓ２２）。満充電を検出すると、制御部はスイッチを
オンにして、電池から負荷に電力を供給する（Ｓ２
４）。同時に制御部は充放電電流測定部から放電電流を
入手し、放電容量を積算する（Ｓ２５）。同時に制御部
は電圧測定部から電池の電池電圧を入手し、電池電圧が
エンプティに達したらスイッチをオフにして放電を終了
（Ｓ２７）すると共に、容量積算を終了し（Ｓ２８）、
満充電容量を更新する（Ｓ２９）請求項５記載の非水電
解質二次電池の充放電方法。