JP6145712B2 - 二次電池の充電システム及び方法並びに電池パック - Google Patents
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Description
電器と、前記二次電池の充電時に、第1の充電電流(充電電流I2)で定電流充電するとともに、前記二次電池のSOCがしきいSOC値に達する条件と、前記二次電池の端子間電圧がしきい端子間電圧に達する条件の少なくともいずれかの条件を満たす場合に、前記第1の充電電流よりも小さい第2の充電電流(充電電流I1)に切り替えて定電流充電すべく前記充電器を制御する充電制御手段とを備え、前記充電制御手段は、前記二次電池の充電を停止する充電終止電圧となる前記二次電池の端子間電圧に達すると前記二次電池の充電を停止すべく前記充電器を制御し、前記二次電池の劣化度合いの判定により継続して充電する場合に前記充電終止電圧を大きな値に変更するとともに、変更前の前記充電終止電圧から変更後の前記充電終止電圧に達するまで前記第2の充電電流よりも小さい第3の充電電流(充電電流I3)に切り替えて定電流充電すべく前記充電器を制御することを特徴とする。
以下、図面に基づき本発明の実施形態について、非水電解質二次電池としてリチウムイオン二次電池を例にとり説明する。但し、本発明はこれに限定されるわけではない。
まず、電池パック1の構成について説明する。
圧データをデジタル値に変換して充電制御部21に供給する。
次に、充電器2の構成について説明する。
に切替制御する。充電電流I2を第1の充電電流、充電電流I1を第2の充電電流とすると、第1の充電電流から第2の充電電流に切り替えて定電流充電を行うものである。
次に、本実施形態における充電方法を詳細に説明する。
パック1に供給する。電池パック1のリチウムイオン二次電池14は、充電器2から供給された充電電流I3で充電される。充電電流がI1からI3に切り替わることにより、リチウムイオン二次電池14の充電容量の時間変化の割合がさらに減少する。図2において、充電容量の変化100の傾きが時間tfを境にさらに小さく変化している。充電電流I3にて充電がさらに進み、端子間電圧が電圧Vf(2)に達した時点で、満充電状態になったものと判定して充電を停止するものとする。充電容量が端子間電圧Vf(2)に対応する容量Cf(2)(但し、C2<Cf(2)<C3)に達すると、充電制御部21は、通信部22及び通信部32を介して充電停止指令を充電器2の制御部31に供給する。充電器2の制御部31は、充電制御部21からの充電停止指令に基づいて充電電流供給回路33の動作を制御し、充電電流をゼロとして電池パック1への充電電流の供給を停止する。図2において、リチウムイオン二次電池14の充電容量がCf(2)となるタイミングをtで示している。あるいは、充電容量が所定の容量Cf(2)に達すると、充電制御部21は、通信部22及び通信部32を介して定電圧充電指令を充電器2の制御部31に供給してもよい。充電器2の制御部31は、充電制御部21からの定電圧充電指令に基づいて充電電流供給回路33の動作を制御し、定電圧条件下で充電電流を電池パック1に供給する。
指令を充電器2の制御部31に供給して充電電流をI1からI3に切り替える。図において、リチウムイオン二次電池14の端子間電圧がVfに達したタイミングをtfで示す。このtfは、図2におけるtfと同一である。充電電流がI1からI3に切り替わるとともに、端子間電圧の変化の傾きもさらに小さくなる。充電がさらに進み、リチウムイオン二次電池14の端子間電圧が端子間電圧Vf(2)に達した時点で満充電状態になったと判定し、充電を停止する。このときのタイミングをtで示す。このtは、図2におけるtと同一である。
であり、縦軸は実容量(A・h)である。比較のため、本実施形態の容量変化106を実線で示すとともに、充電電流I2のみで充電した場合の容量変化206を一点鎖線で示し、充電電流I3のみで充電した場合の容量変化306を破線で示す。
上記の説明では、充放電サイクル数に応じて充電終止電圧を端子間電圧Vfから端子間電圧Vf(2)に変更し、かつ、充電電流I1から充電電流I3に切り替えて充電する場合について説明したが、第3の充電電流値を下方変更してもよい。
本実施形態の充電方法では、リチウムイオン二次電池14が製品出荷の初期段階であっても充電電流をI2からI1に切り替えて充電するが、この場合の切替タイミングはリチ
ウムイオン二次電池14の状態によらずに常に固定とする場合の他、リチウムイオン二次電池14の劣化の程度に応じて切替タイミングを調整してもよい。
上記の説明では、第3の充電電流値をI3からI3(2)に下方変更する場合について説明したが、第1および2の充電電流値も下方変更してもよい。 図8は、第1から3の充電電流値の調整を示す図である。図8において、充放電サイクル数が進み、第1のサイクル数に達した時点での充電電流の変化と、さらにサイクル数が進み、第2のサイクル数に達した時点での充電電流の変化を示す。図において、比較のため、第2のサイクル数に達した時点での充電電流の変化110を実線で示すとともに、第1のサイクル数に達した時点での充電電流の変化104を一点鎖線で示す。充放電サイクル数が第1のサイクル数に達するまでは、所定のSOC値に対応する端子間電圧Vsoc達すると充電電流値をI2からI1に切り替えて充電を行う。他方充放電サイクル数が第2のサイクル数に達してリチウムイオン二次電池14の劣化がさらに進んだと判定した場合、所定のSOC値に対応する端子間電圧Vsocはそのまま維持しつつ、充電開始当初の充電電流値をI2からI2(2)に下方変更するとともに、所定のSOC値に対応する端子間電圧Vsocに達した時点での充電電流値をI1からI1(2)に下方変更する。そして、端子間電圧Vfに達するタイミングtfで充電電流値をI1(2)からI3(2)に変更して、端子間電圧Vf(2)まで継続して充電を行う。 切替前後の充電電流値をともにI2(2)、I1(2)に下方修正し、かつ、端子間電圧Vf(2)に達するまで継続して充電を行うことで、劣化がさらに進んだ後でもそれより劣化が進んでいない場合に近い容量を得ることができる。また、リチウムイオン二次電池14は、端子間電圧Vf(2)に達するまで継続して充電を行う場合にサイクル劣化が生じるが、充電電流をI3からI3(2)に下方変更することで低い充電電流で充電される区間が設けられ、サイクル劣化を相対的に抑制させることができる。
充電電流I1の減少度合い(傾き)は、充電電流I2の減少度合い(傾き)より大きくすることで、より低い充電電流で充電される区間が増加して、リチウムイオン二次電池14のサイクル劣化をより抑制することができる。そのため、充電を停止する端子間電圧値まで継続して充電した場合でも劣化を相対的に抑制することができる。なお、充電電流I1,I2,I3の減少度合いについては、必ずしもこれに限定されるものではなく、減少度合いの大小関係を変更しても良い。
上記ではリチウムイオン二次電池14の劣化の程度、すなわち充放電サイクル数に応じて切替タイミングを下方変更し、充放電サイクル数に応じて充電電流値を下方変更しているが、これらを組み合わせ、リチウムイオン二次電池14の劣化の程度、すなわち充放電サイクル数に応じて切替タイミング及び充電電流値を下方変更してもよい。
(1)リチウムイオン二次電池14がある程度劣化した場合に劣化度合いに応じた端子間電圧値に達するまで継続して充電するとともに、充電電流I2を下方変更する
(2)リチウムイオン二次電池14がある程度劣化した場合に劣化度合いに応じた端子間電圧値に達するまで継続して充電するとともに、充電電流I2及びI1をともに下方変更する
(3)リチウムイオン二次電池14がある程度劣化した場合に劣化度合いに応じた端子間電圧値に達するまで継続して充電するとともに、しきいSOC値あるいはしきい端子間電圧値を下方変更し、充電電流I2及びI1を下方変更する。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限らず種々の変更が可能であり、これらの変形例も全て本発明に含まれる。
(1)リチウムイオン二次電池14の内部抵抗
(2)リチウムイオン二次電池14の実容量
(3)リチウムイオン二次電池14の充放電サイクル数
また、本実施形態では、上記のように定電圧充電を行うか否かは任意であるが、定電圧充電を行う場合は以下の通りである。
定電流充電において本実施形態の充電方法を適用する。例えば、所定のSOC値あるいはこれに対応する端子間電圧に達するまでは充電電流I2により定電流充電し、その後、所定のSOC値あるいはこれに対応する端子間電圧に達した時点で充電電流I1に切り替えて定電流充電する。そして、リチウムイオン二次電池14の劣化がある程度進んだと判定された場合、充電電流値I3で、劣化度合いに応じた充電終止電圧に達するまで継続して充電を行う。3種類の電流を切り替えて定電流充電を行い、変更後の充電終止電圧に達した時点で定電流充電を終了し、定電圧充電を行う。定電圧充電を行い、充電電流が所定値以下となった場合にリチウムイオン二次電池14が満充電状態になったと判定して充電を停止する。
Claims (8)
- 二次電池と、
前記二次電池を充電する充電器と、
前記二次電池の充電時に、第1の充電電流で定電流充電するとともに、前記二次電池のSOCがしきいSOC値に達する条件と、前記二次電池の端子間電圧がしきい端子間電圧に達する条件の少なくともいずれかの条件を満たす場合に、前記第1の充電電流よりも小さい第2の充電電流に切り替えて定電流充電すべく前記充電器を制御する充電制御手段と、
を備え、
前記充電制御手段は、前記二次電池の充電を停止する充電終止電圧となる前記二次電池の端子間電圧に達すると前記二次電池の充電を停止すべく前記充電器を制御し、前記二次電池の劣化度合いの判定により継続して充電する場合に前記充電終止電圧を大きな値に変更するとともに、変更前の前記充電終止電圧から変更後の前記充電終止電圧に達するまで前記第2の充電電流よりも小さい第3の充電電流に切り替えて定電流充電すべく前記充電器を制御することを特徴とする二次電池の充電システム。 - 請求項1記載の二次電池の充電システムにおいて、
前記充電制御手段は、前記第1の充電電流と前記第2の充電電流により定電流充電した容量の大きさに応じて、前記第3の充電電流の大きさを変更する
ことを特徴とする二次電池の充電システム。 - 請求項2記載の二次電池の充電システムにおいて、
前記充電制御手段は、前記二次電池の劣化の度合いに応じて、前記しきいSOC値と前記しきい端子間電圧の少なくともいずれかを下方変更して前記第1の充電電流から前記第2の充電電流に切り替える
ことを特徴とする二次電池の充電システム。 - 請求項3記載の二次電池の充電システムにおいて、
前記充電制御手段は、前記二次電池の劣化の度合いに応じて、前記第1の充電電流と前
記第2の充電電流の少なくともいずれかを下方変更する
ことを特徴とする二次電池の充電システム。 - 請求項4記載の二次電池の充電システムにおいて、
前記充電制御手段は、前記二次電池の劣化度合いに応じて、前記第2の充電電流の下方変更の割合を第1の充電電流よりも下方変更の割合よりも大きくする
ことを特徴とする二次電池の充電システム。 - 請求項1〜5のいずれかに記載の二次電池の充電システムにおいて、
前記二次電池の劣化の度合いは、前記二次電池の充放電サイクル数、前記二次電池の内部抵抗値、二次電池の実容量のいずれかで判定されることを特徴とする二次電池の充電システム。 - 二次電池と、
前記二次電池の充電時に、第1の充電電流で定電流充電するとともに、前記二次電池のSOCがしきいSOC値に達する条件と、前記二次電池の端子間電圧がしきい端子間電圧に達する条件の少なくともいずれかの条件を満たす場合に、前記第1の充電電流よりも小さい第2の充電電流に切り替えて定電流充電すべく充電器に対して制御信号を出力する充電制御手段と、
を備え、
前記充電制御手段は、前記二次電池の充電を停止する充電終止電圧となる前記二次電池の端子間電圧に達すると前記二次電池の充電を停止すべく前記充電器を制御し、前記二次電池の劣化度合いの判定により継続して充電する場合に前記充電終止電圧を大きな値に変更するとともに、変更前の前記充電終止電圧から変更後の前記充電終止電圧に達するまで前記第2の充電電流よりも小さい第3の充電電流に切り替えて定電流充電すべく前記充電器に対して制御信号を出力する
ことを特徴とする電池パック。 - 二次電池の充電方法であって、
前記二次電池を第1の充電電流で定電流充電するステップと、
前記二次電池のSOCがしきいSOC値に達する条件と、前記二次電池の端子間電圧がしきい端子間電圧に達する条件の少なくともいずれかの条件を満たすか否かを判定するステップと、
少なくともいずれかの条件を満たす場合に前記第1の充電電流よりも小さい第2の充電電流に切り替えて定電流充電するステップと、
前記二次電池の端子間電圧が前記二次電池の充電を停止する充電終止電圧に達すると、前記二次電池の劣化度合いに応じて前記充電終止電圧を大きな値に変更し、継続して充電するか否かを判定するステップと、
前記充放電終止電圧を変更した場合に変更前の前記充電終止電圧から変更後の前記充電終止電圧に達するまで前記第2の充電電流よりも小さい第3の充電電流に切り替えて定電流充電するステップと、
を備えることを特徴とする二次電池の充電方法。
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