JPH06189466A - 二次電池システム及び充電方法 - Google Patents
二次電池システム及び充電方法Info
- Publication number
- JPH06189466A JPH06189466A JP4338356A JP33835692A JPH06189466A JP H06189466 A JPH06189466 A JP H06189466A JP 4338356 A JP4338356 A JP 4338356A JP 33835692 A JP33835692 A JP 33835692A JP H06189466 A JPH06189466 A JP H06189466A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- charging
- value
- differential value
- current
- circuit
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- Pending
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】複数個の電池を接続してなる二次電池システム
において、過充電状態の発生を防ぎ、電解液の分解を抑
制して充放電サイクル寿命を伸ばす。 【構成】有機電解液を用いるリチウム二次電池を複数個
接続してなる二次電池システムにおいて、充電回路の充
電電流値から算出する時間微分値とあらかじめ設定され
た比較値とを比較判定し、判定結果により充電制御す
る。 【効果】満充電を正確に検知でき、過充電状態を発生す
ることなく電池を充電することができるため、有機電解
液の分解が抑制され、電池の充放電サイクル寿命を伸ば
すことが可能となる。
において、過充電状態の発生を防ぎ、電解液の分解を抑
制して充放電サイクル寿命を伸ばす。 【構成】有機電解液を用いるリチウム二次電池を複数個
接続してなる二次電池システムにおいて、充電回路の充
電電流値から算出する時間微分値とあらかじめ設定され
た比較値とを比較判定し、判定結果により充電制御す
る。 【効果】満充電を正確に検知でき、過充電状態を発生す
ることなく電池を充電することができるため、有機電解
液の分解が抑制され、電池の充放電サイクル寿命を伸ば
すことが可能となる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は二次電池システム及び充
電方法に係り、特に複数個の電池を接続し、充電回路を
備えた二次電池システム及び充電方法に関する。
電方法に係り、特に複数個の電池を接続し、充電回路を
備えた二次電池システム及び充電方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】大型の二次電池の用途としては、電気自
動車等の運輸関連の電源，無停電電源（略称ＵＰＳ）等
の非常用電源、及び電力負荷平準化のため電力貯蔵用電
池がある。このうち電力貯蔵用電池は、深夜の余剰電力
を二次電池に蓄え（充電）、昼間の電力需要のピーク時
にこれを放出（放電）する。また、電気自動車において
も同様に深夜の電力を利用して電池に充電する。
動車等の運輸関連の電源，無停電電源（略称ＵＰＳ）等
の非常用電源、及び電力負荷平準化のため電力貯蔵用電
池がある。このうち電力貯蔵用電池は、深夜の余剰電力
を二次電池に蓄え（充電）、昼間の電力需要のピーク時
にこれを放出（放電）する。また、電気自動車において
も同様に深夜の電力を利用して電池に充電する。
【０００３】これらの電池の運転においては、例えば特
開平3−226233 号公報に記載されている分散型電力平準
化システムにおいて例示されているように、昼間の電力
需要に対してピークカットするモードで運転する。
開平3−226233 号公報に記載されている分散型電力平準
化システムにおいて例示されているように、昼間の電力
需要に対してピークカットするモードで運転する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ピークカットするモー
ドで運転する場合には、もし昼間の電力消費量が少ない
と、放電深度が１００％でなく、ある程度の電池容量を
残したまま夜間の充電に移行する場合がある。このよう
な場合、従来の鉛あるいはニッケル−カドミウム電池等
の水溶液系電解液を用いた二次電池においては、過充電
状態において発生するガスを吸収，再結合するメカニズ
ムが作用する。従って、満充電状態で充電電流を流しつ
づけても電池に与える悪影響は小さい。浅い放電深度の
電池（残存する電池容量が比較的多い状態）と深い放電
深度（残存する電池容量が比較的少ない、電池容量をほ
ぼ使いきった状態、）の電池とを同じ充電条件で充電し
ても何ら不都合は生じない。
ドで運転する場合には、もし昼間の電力消費量が少ない
と、放電深度が１００％でなく、ある程度の電池容量を
残したまま夜間の充電に移行する場合がある。このよう
な場合、従来の鉛あるいはニッケル−カドミウム電池等
の水溶液系電解液を用いた二次電池においては、過充電
状態において発生するガスを吸収，再結合するメカニズ
ムが作用する。従って、満充電状態で充電電流を流しつ
づけても電池に与える悪影響は小さい。浅い放電深度の
電池（残存する電池容量が比較的多い状態）と深い放電
深度（残存する電池容量が比較的少ない、電池容量をほ
ぼ使いきった状態、）の電池とを同じ充電条件で充電し
ても何ら不都合は生じない。
【０００５】これに対して、有機電解液系リチウム二次
電池をこれらのシステムの駆動電源として使用すると、
エネルギー密度が高いために電池重量及び容積を小さく
できる利点がある。しかし、有機化合物を溶媒とする電
解液においては、過充電状態での充電を長時間継続する
と、溶媒である有機化合物の分解が起こり、該有機化合
物分子のフラグメンテーション（開裂反応）により各種
の炭化水素，一酸化炭素，二酸化炭素及び水素等が生成
するが、水溶液系電解液の場合と異なり、これらのガス
をもとの有機化合物に再結合することは困難である。有
機電解液はその組成に応じてそれぞれに固有の安定電位
幅、すなわち電解液が安定に存在しうる電位の範囲が存
在する。有機電解液系リチウム二次電池を構成する場合
には正極，負極それぞれの作動電位がこの安定電位幅内
に含まれていることが望ましい。充電においては正極の
電位が充電の進行と共に上昇するため、安定電位幅の上
限を充電電圧が越えないようにする。
電池をこれらのシステムの駆動電源として使用すると、
エネルギー密度が高いために電池重量及び容積を小さく
できる利点がある。しかし、有機化合物を溶媒とする電
解液においては、過充電状態での充電を長時間継続する
と、溶媒である有機化合物の分解が起こり、該有機化合
物分子のフラグメンテーション（開裂反応）により各種
の炭化水素，一酸化炭素，二酸化炭素及び水素等が生成
するが、水溶液系電解液の場合と異なり、これらのガス
をもとの有機化合物に再結合することは困難である。有
機電解液はその組成に応じてそれぞれに固有の安定電位
幅、すなわち電解液が安定に存在しうる電位の範囲が存
在する。有機電解液系リチウム二次電池を構成する場合
には正極，負極それぞれの作動電位がこの安定電位幅内
に含まれていることが望ましい。充電においては正極の
電位が充電の進行と共に上昇するため、安定電位幅の上
限を充電電圧が越えないようにする。
【０００６】このため、有機電解液系リチウム二次電池
を充電する方法としては、定電流定電圧充電法（充電の
初期においては定電流充電を行い、充電電圧が設定値に
達した後は定電圧充電に移り、充電の進行と共に充電電
流の値は減少する。）が適している。これは有機電解液
の分解を抑制するために充電電圧の上限を、使用する有
機電解液の安定電位幅の上限以下に抑える充電方法であ
る。
を充電する方法としては、定電流定電圧充電法（充電の
初期においては定電流充電を行い、充電電圧が設定値に
達した後は定電圧充電に移り、充電の進行と共に充電電
流の値は減少する。）が適している。これは有機電解液
の分解を抑制するために充電電圧の上限を、使用する有
機電解液の安定電位幅の上限以下に抑える充電方法であ
る。
【０００７】従来は、充電開始からの充電時間を設定し
て、定電流及び定電圧充電を行い、その合計時間が設定
値になったら充電を終了する方法が主に用いられてい
た。この方法では充電時間を基に、間接的に満充電状態
を把握していた。このため、充電に移行する前の電池の
放電深度の大きさに関わらず同じ条件で充電すると、放
電深度が浅い場合には過充電状態に至り、電解液の分解
反応が進行する。そのため、電解液量が減少して液涸れ
を起こし、電池の内部抵抗を増大させて電池容量を低下
させ、電池寿命を短縮することになる。
て、定電流及び定電圧充電を行い、その合計時間が設定
値になったら充電を終了する方法が主に用いられてい
た。この方法では充電時間を基に、間接的に満充電状態
を把握していた。このため、充電に移行する前の電池の
放電深度の大きさに関わらず同じ条件で充電すると、放
電深度が浅い場合には過充電状態に至り、電解液の分解
反応が進行する。そのため、電解液量が減少して液涸れ
を起こし、電池の内部抵抗を増大させて電池容量を低下
させ、電池寿命を短縮することになる。
【０００８】直前の放電における放電深度が浅い場合と
深い場合とで、次の充電における充電電流の変化の様子
を図４に示す。従来のように、一定の充電時間を設定し
て充電した場合は、放電深度が深い状態で定電流定電圧
充電を行った場合、定電流充電に要する時間が長くな
り、定電圧充電の期間は短くなる。しかし、放電深度が
浅い状態で定電流定電圧充電を行った場合、充電開始後
早い時間で定電圧充電に移行し、定電圧充電の期間が長
くなり、後に、一定の電流が流れ続けるフロート充電状
態が出現する。フロート状態が続く場合には、長時間に
わたり充電電流が流れるため、電解液の分解が顕著にな
り電池性能が低下する恐れがある。
深い場合とで、次の充電における充電電流の変化の様子
を図４に示す。従来のように、一定の充電時間を設定し
て充電した場合は、放電深度が深い状態で定電流定電圧
充電を行った場合、定電流充電に要する時間が長くな
り、定電圧充電の期間は短くなる。しかし、放電深度が
浅い状態で定電流定電圧充電を行った場合、充電開始後
早い時間で定電圧充電に移行し、定電圧充電の期間が長
くなり、後に、一定の電流が流れ続けるフロート充電状
態が出現する。フロート状態が続く場合には、長時間に
わたり充電電流が流れるため、電解液の分解が顕著にな
り電池性能が低下する恐れがある。
【０００９】本発明の目的は、複数個の電池を接続し、
充電回路を備えた二次電池システム及び充電方法におい
て、満充電を正確に検知し過充電を防いで、充放電サイ
クル寿命を長くした二次電池システム及び充電方法を提
供することにある。
充電回路を備えた二次電池システム及び充電方法におい
て、満充電を正確に検知し過充電を防いで、充放電サイ
クル寿命を長くした二次電池システム及び充電方法を提
供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、充電回路の充
電電流値から算出する時間微分値とあらかじめ設定され
た値とを比較判定し、判定結果により充電を停止する手
段を備えたことを特徴とする。また、所定の電圧で充電
しつつ、該充電回路に流れる充電電流を計測して時間微
分値を算出し、該時間微分値とあらかじめ設定された値
（０より小さい値とすることが望ましい。）とを比較し
て、該時間微分値が設定された値を越えた場合には満充
電であることを検知し、或いは充電を終了させることを
特徴とする。
電電流値から算出する時間微分値とあらかじめ設定され
た値とを比較判定し、判定結果により充電を停止する手
段を備えたことを特徴とする。また、所定の電圧で充電
しつつ、該充電回路に流れる充電電流を計測して時間微
分値を算出し、該時間微分値とあらかじめ設定された値
（０より小さい値とすることが望ましい。）とを比較し
て、該時間微分値が設定された値を越えた場合には満充
電であることを検知し、或いは充電を終了させることを
特徴とする。
【００１１】充電電流の上限値は、例えば分散型電力平
準化システムにおける電池の場合には８時間の定電流充
電に相当する電流（０.１２５Ｃ ）程度とすることが望
ましい。これは充電期間中の電流をほぼ平坦にすること
により、深夜の余剰電力の利用を効果的に進めるために
有効である。より短時間での充電が必要な用途において
は電流の設定を変更する必要がある。充電電圧の上限値
は使用する有機電解液の安定電位幅の上限を下回る値に
設定することが望ましい。
準化システムにおける電池の場合には８時間の定電流充
電に相当する電流（０.１２５Ｃ ）程度とすることが望
ましい。これは充電期間中の電流をほぼ平坦にすること
により、深夜の余剰電力の利用を効果的に進めるために
有効である。より短時間での充電が必要な用途において
は電流の設定を変更する必要がある。充電電圧の上限値
は使用する有機電解液の安定電位幅の上限を下回る値に
設定することが望ましい。
【００１２】
【作用】図３に充電電圧と充電電流の変化の様子を示
す。定電流充電から定電圧充電に移行後は充電の進行と
共に充電電流は減少を続け、フロート状態（ほぼ満充電
状態となりほぼ一定の充電電流が流れる状態）になる。
す。定電流充電から定電圧充電に移行後は充電の進行と
共に充電電流は減少を続け、フロート状態（ほぼ満充電
状態となりほぼ一定の充電電流が流れる状態）になる。
【００１３】この充電電流の時間微分値を演算手段によ
り算出すると図２のようになる。定電圧充電状態に移行
した時点で前記微分値は負の値となり、その後上昇を続
けてフロート状態では０付近となる。比較判定手段によ
り前記微分値と設定された比較値とを比較して該微分値
が設定値を越えた場合には、満充電であることが容易に
検知でき、充電を終了させることができる。前記比較値
は、満充電を越えて過充電状態に移行し電池性能が劣化
することを防ぐことを考慮して設定するのが望ましい。
例えば、０より小さく、微分値の経時変化からフロ−ト
状態になったと考えられる程度の値より、少し小さい値
にすることが考えられる。本発明では充電終了と判断さ
れた時点では、充電電流が充分小さくなっており、充電
電圧と開回路電圧の差がほとんど無視できるので、正確
に電池の満充電状態と判断することができ、満充電を越
えて過充電状態に移行することを防止できる。
り算出すると図２のようになる。定電圧充電状態に移行
した時点で前記微分値は負の値となり、その後上昇を続
けてフロート状態では０付近となる。比較判定手段によ
り前記微分値と設定された比較値とを比較して該微分値
が設定値を越えた場合には、満充電であることが容易に
検知でき、充電を終了させることができる。前記比較値
は、満充電を越えて過充電状態に移行し電池性能が劣化
することを防ぐことを考慮して設定するのが望ましい。
例えば、０より小さく、微分値の経時変化からフロ−ト
状態になったと考えられる程度の値より、少し小さい値
にすることが考えられる。本発明では充電終了と判断さ
れた時点では、充電電流が充分小さくなっており、充電
電圧と開回路電圧の差がほとんど無視できるので、正確
に電池の満充電状態と判断することができ、満充電を越
えて過充電状態に移行することを防止できる。
【００１４】
【実施例】本発明を実施例により更に具体的に説明す
る。本発明になる充電回路の例を図１に示す。交流電源
１１から整流回路１２を経て充電回路２１により、有機
電解液を使用するリチウム電池によって構成される電池
群１５に電力を供給して充電する。この時電流計測回路
２２により充電電流を計測する。充電電流計測のタイミ
ングはクロック２４により設定され、一定時間間隔で充
電電流を計測し、連続する２つの測定値の差、或いは所
定の測定値の差から演算部２５により充電電流の微分値
を算出する。別にタイマ２７により充電時間を制御す
る。演算部２５により算出された充電電流の微分値の経
時変化の例を図２に示す。定電流充電中は微分値は０で
あり、この期間中充電電圧は上昇し、あらかじめ設定さ
れた充電上限電圧に到達すると定電圧充電状態に移行す
る。この時点で充電電流の微分値は有限な負の値とな
る。この時点で充電の制御を充電電流の微分値による制
御に移行する。時間の経過と共に微分値は増大し始め、
最終的にフロート充電状態ではほぼ０となる。算出され
た充電電流の微分値を順次比較判定回路２６によりあら
かじめ定められた設定値と比較判定し、充電電流の微分
値が設定値を上まわった時点で、スイッチ１６により充
電を停止する。もし充電期間中充電電流の微分値に変化
が検出されなければ、そのまま時間による制御を継続
し、所定の時間充電を継続して充電を終了する。
る。本発明になる充電回路の例を図１に示す。交流電源
１１から整流回路１２を経て充電回路２１により、有機
電解液を使用するリチウム電池によって構成される電池
群１５に電力を供給して充電する。この時電流計測回路
２２により充電電流を計測する。充電電流計測のタイミ
ングはクロック２４により設定され、一定時間間隔で充
電電流を計測し、連続する２つの測定値の差、或いは所
定の測定値の差から演算部２５により充電電流の微分値
を算出する。別にタイマ２７により充電時間を制御す
る。演算部２５により算出された充電電流の微分値の経
時変化の例を図２に示す。定電流充電中は微分値は０で
あり、この期間中充電電圧は上昇し、あらかじめ設定さ
れた充電上限電圧に到達すると定電圧充電状態に移行す
る。この時点で充電電流の微分値は有限な負の値とな
る。この時点で充電の制御を充電電流の微分値による制
御に移行する。時間の経過と共に微分値は増大し始め、
最終的にフロート充電状態ではほぼ０となる。算出され
た充電電流の微分値を順次比較判定回路２６によりあら
かじめ定められた設定値と比較判定し、充電電流の微分
値が設定値を上まわった時点で、スイッチ１６により充
電を停止する。もし充電期間中充電電流の微分値に変化
が検出されなければ、そのまま時間による制御を継続
し、所定の時間充電を継続して充電を終了する。
【００１５】この方法によれば、充電電流の微分値の変
化により、電池の容量を推定して充電を行うことがで
き、満充電の検知が可能となる。従って、充電に入る前
の電池の残存容量の大小に関わらず、公称容量として規
定された所定の電気量まで正確に充電することができ
る。
化により、電池の容量を推定して充電を行うことがで
き、満充電の検知が可能となる。従って、充電に入る前
の電池の残存容量の大小に関わらず、公称容量として規
定された所定の電気量まで正確に充電することができ
る。
【００１６】
【発明の効果】本発明によれば、満充電を正確に検知で
き、満充電を越えて過充電状態を発生することなく電池
を充電することができるため、有機電解液の分解が抑制
され、電池の充放電サイクル寿命を伸ばすことが可能と
なる。
き、満充電を越えて過充電状態を発生することなく電池
を充電することができるため、有機電解液の分解が抑制
され、電池の充放電サイクル寿命を伸ばすことが可能と
なる。
【図１】二次電池システムにおける充電制御回路の構成
の概略図である。
の概略図である。
【図２】定電流定電圧充電における、充電電流の微分値
の経時変化の概要図である。
の経時変化の概要図である。
【図３】電流定電圧充電における、充電電流及び電圧の
経時変化の概要図である。
経時変化の概要図である。
【図４】定電流定電圧充電における、充電電流及び電圧
の経時変化に及ぼす放電深度の影響を表す概要図であ
る。
の経時変化に及ぼす放電深度の影響を表す概要図であ
る。
１…定電流充電状態、２…定電圧充電状態、３…充電電
流の経時変化、４…電池電圧の経時変化、５…深い放電
深度の電池を充電した場合、６…浅い放電深度の電池を
充電した場合、１１…交流電源、１２…整流回路、１５
…電池群、１６…スイッチ、２１…充電回路、２２…電
流計測回路、２４…クロック、２５…演算部、２６…比
較判定回路、２７…タイマ。
流の経時変化、４…電池電圧の経時変化、５…深い放電
深度の電池を充電した場合、６…浅い放電深度の電池を
充電した場合、１１…交流電源、１２…整流回路、１５
…電池群、１６…スイッチ、２１…充電回路、２２…電
流計測回路、２４…クロック、２５…演算部、２６…比
較判定回路、２７…タイマ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 後藤 明弘 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 堀場 達雄 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内
Claims (4)
- 【請求項１】有機電解液を使用するリチウム二次電池を
複数個接続した電池群と、該電池群を充電する充電回路
を備えた二次電池システムにおいて、該充電回路の充電
電流値から算出した時間微分値とあらかじめ設定された
比較値との比較判定結果により充電を停止する手段を備
えたことを特徴とする二次電池システム。 - 【請求項２】有機電解液を使用するリチウム二次電池を
複数個接続した電池群と、該電池群を充電する充電回路
を備えた二次電池システムにおいて、該充電回路の充電
電流を計測する電流計測手段と、該充電電流から時間微
分値を算出する演算手段と、該時間微分値とあらかじめ
設定された比較値とを比較判定する比較判定手段と、判
定結果により充電を停止する手段とを備えたことを特徴
とする二次電池システム。 - 【請求項３】有機電解液を使用するリチウム二次電池を
複数個接続し、充電回路を備えた二次電池システムの充
電方法において、所定の電圧で充電しつつ、該充電回路
に流れる充電電流を計測して時間微分値を算出し、該時
間微分値とあらかじめ設定された比較値とを比較して、
該時間微分値が設定された値を越えた場合には満充電で
あることを検知することを特徴とする二次電池システム
の充電方法。 - 【請求項４】有機電解液を使用するリチウム二次電池を
複数個接続し、充電回路を備えた二次電池システムの充
電方法において、所定の電圧で充電しつつ、該充電回路
に流れる充電電流を計測して時間微分値を算出し、該時
間微分値とあらかじめ設定された比較値とを比較して、
該時間微分値が設定された値を越えた場合には充電を終
了させることを特徴とする二次電池システムの充電方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4338356A JPH06189466A (ja) | 1992-12-18 | 1992-12-18 | 二次電池システム及び充電方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4338356A JPH06189466A (ja) | 1992-12-18 | 1992-12-18 | 二次電池システム及び充電方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06189466A true JPH06189466A (ja) | 1994-07-08 |
Family
ID=18317386
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4338356A Pending JPH06189466A (ja) | 1992-12-18 | 1992-12-18 | 二次電池システム及び充電方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06189466A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100387501B1 (ko) * | 2000-12-28 | 2003-06-18 | 현대자동차주식회사 | 배터리의 잔존 용량 보정방법 |
| JP2007305461A (ja) * | 2006-05-12 | 2007-11-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 蓄電デバイスの充放電制御方法 |
| WO2013021663A1 (ja) | 2011-08-10 | 2013-02-14 | 株式会社日立ソリューションズ | 充電器情報配信装置 |
| CN103161783A (zh) * | 2011-12-08 | 2013-06-19 | 通用汽车环球科技运作有限责任公司 | 用于确定蓄能器填充的***和方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5796474A (en) * | 1980-12-09 | 1982-06-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Charging method of enclosed type alkaline storage battery |
| JPH03500959A (ja) * | 1988-03-11 | 1991-02-28 | ビースペーナ、ゲルハルト | 蓄電池を充電するための方法および回路 |
-
1992
- 1992-12-18 JP JP4338356A patent/JPH06189466A/ja active Pending
Patent Citations (2)
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