CN102388499B - 锂离子二次电池的充电和放电方法及其充电和放电系统 - Google Patents

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Abstract

预先设定比逐渐劣化的SOC低的预设第一阈值以及比逐渐劣化的SOC大的预设第二阈值，所述逐渐劣化的SOC是当锂离子二次电池被存储时锂离子二次电池的电池性能劣化的SOC。计算机对电线与锂离子二次电池之间提供的开关、用于提供对锂离子二次电池进行充电所必需的电力的电力电源、以及消耗从与电线相连接的锂离子二次电池放出的电力的负载进行控制，使得基于锂离子二次电池的SOC的值，当锂离子二次电池充电时，用于锂离子二次电池的充电操作从所述第一阈值持续到所述第二阈值，从用于对锂离子二次电池的SOC的值进行检测的监控设备来传送所述SOC的值，并且用于对开关进行控制，使得当锂离子二次电池放电时，用于锂离子二次电池的放电操作从第二阈值持续到第一阈值。

Description

锂离子二次电池的充电和放电方法及其充电和放电系统
技术领域
本发明涉及一种具有锰正极性材料的锂离子二次电池的充电和放电方法以及其充电和放电系统。
背景技术
因为与相同容量的镉镍(Ni-Cd)电池和镍金属氢化物(Ni-MH)电池相比束缚并释放锂离子的锂离子二次电池具有诸如高能密度、高操作电压等的优点，因此它们被广泛地用于诸如个人计算机的信息处理设备和通信设备以及需要小型化和轻重量的移动电话。
此外，近年来，锂离子二次电池被评定为可用作电动自行车、混合动力汽车等的电源并且它们还被引进以作为下述电池，该电池用于存储由诸如太阳能电池的可再生电源所产生的电力以实现解决全球变热问题的低碳社会。
为了使锂离子二次电池广泛地用作电力存储并且用作电动汽车的高容量电源，必须降低维修费用以及制造成本，从而延长其产品寿命。
虽然认为通过对包括它们的材料以及电池的结构进行再评估能够延长锂离子二次电池的产品寿命，但是存在能够降低由于电池的不恰当使用等所造成的其产品寿命周期缩短的方法。例如，专利文献1和专利文献2提议了一种通过对这些电池的充电和放电进行控制来降低锂离子二次电池的使用寿命缩短的技术。
专利文献1示出了对锂离子二次电池的充电和放电进行控制，使得当锂离子二次电池充电或放电时在正电极材料与负电极活性材料之间迁移的锂离子数目是在相反方向上迁移的锂离子数目的95％或者更少。另一方面，专利文献2示出了对锂离子二次电池的充电和放电进行控制，使得当锂离子二次电池放电时的放电终止电压的范围从3.2至3.1V并且使得当锂离子二次电池充电时的上限电压的范围从4.0至4.5V。
作为锂离子二次电池的正电极材料(正电极活性材料)，使用锂钴氧化物、锂锰氧化物以及锂镍氧化物的组合物是公知的。作为负电极材料(负电极活性材料)，使用石墨和焦炭的组合物是公知的。
本专利申请的申请人发现当具有用于各种类型锂离子二次电池的正电极材料的锂锰氧化物的锰锂离子二次电池存储在特定SOC(充电状态)下时电池性能快速劣化。
在上下文中，SOC表示锂离子二次电池的容量与总电荷的比例。电池性能快速劣化的特定SOC小于作为充电极限点的最大SOC且大于作为放电极限点的最小SOC，例如SOC＝40％。另外，本专利申请的说明书中的″存储″表示锂离子二次电池保持在SOC的特定电压的状态下。
电池性能在特定SOC下劣化的现象不是显著地与下述情况有关，所述情况即就是锂离子二次电池存储在满充电状态下，例如当它用于UPS(不间断电源)时。
然而，在锂离子二次电池存储在最大SOC与最小SOC之间的任何SOC下的应用中，例如在存储了由上述可再生的电源所产生的电力的应用中，锂离子二次电池能够被理解为保持在上述特定SOC下。在这种情况下，锂离子二次电池的电池性能快速劣化。
相关技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利公开No 2000-030751
专利文献2：日本专利公开No 2001-307781
发明内容
因此，提供了一种锰锂离子二次电池的充电和放电方法以及其充电和放电系统，其能够降低在它们存储时锰锂离子二次电池的寿命周期的缩短。
为了实现上述目的，根据本发明的示例性方面的锂离子二次电池的充电和放电方法是具有锰正电极材料的锂离子二次电池的充电和放电方法，该方法包括步骤：
使计算机存储比逐渐劣化的SOC低的预设第一阈值以及比所述逐渐劣化的SOC大的预设第二阈值，所述逐渐劣化的SOC即就是其中当锂离子二次电池存储时所述锂离子二次电池的电池性能劣化的SOC；
使所述计算机对提供于电线与所述锂离子二次电池之间的开关、用于提供要对所述锂离子二次电池进行充电所必需的电力的电力电源、以及消耗从与所述电线相连接的所述锂离子二次电池放出的电力的负载进行控制，使得根据所述锂离子二次电池的SOC的值、当所述锂离子二次电池充电时，所述锂离子二次电池的充电操作从所述第一阈值持续到所述第二阈值，从用于对所述锂离子二次电池的SOC的值进行检测的监控设备来传送SOC的值；以及
使所述计算机对所述开关进行控制，使得当所述锂离子二次电池放电时所述锂离子二次电池的放电操作从所述第二阈值持续到所述第一阈值。
另一方面，根据本发明的示例性方面的充电和放电系统是用于对具有锰正电极材料的锂离子二次电池的充电和放电进行控制的充电和放电系统，该充电和放电系统包括：
监控设备，其用于对所述锂离子二次电池的SOC进行检测；
开关，其用于连接或断开电线、所述锂离子二次电池、用于提供要对所述锂离子二次电池进行充电所必需的电力的电力电源、以及消耗从与所述电线相连接的所述锂离子二次电池放出的电力的负载；以及
信息处理设备，其用于存储比逐渐劣化的SOC低的预设第一阈值以及比所述逐渐劣化的SOC大的预设第二阈值，所述逐渐劣化的SOC是其中当锂离子二次电池存储时所述锂离子二次电池的电池性能劣化的SOC，并且用于对所述开关进行控制使得基于所述锂离子二次电池的SOC的值，当所述锂离子二次电池充电时，所述锂离子二次电池的充电操作从所述第一阈值持续到所述第二阈值并且使得当所述锂离子二次电池放电时所述锂离子二次电池的放电操作从所述第二阈值持续到所述第一阈值，SOC的值是由所述监控设备检测的。
附图说明
图1是举例说明了根据第一示例性实施例的充电和放电系统的框图。
图2是举例说明了图1所示的信息处理设备的框图。
图3是示出了由根据第一示例性实施例的充电和放电系统所执行的控制方法的示意图。
图4是示出了由根据第一示例性实施例的充电和放电系统所执行的控制方法的示意图。
图5是举例说明了根据第一示例性实施例的锂离子二次电池基于其来充电的充电和放电方法的充电过程的流程图。
图6是举例说明了根据第一示例性实施例的锂离子二次电池基于其来放电的充电和放电方法的放电过程的流程图。
图7是进一步举例说明了根据第一示例性实施例的锂离子二次电池基于其来充电的充电和放电方法的充电过程的流程图。
图8是进一步举例说明了根据第一示例性实施例的锂离子二次电池基于其来放电的充电和放电方法的放电过程的流程图。
图9是举例说明了根据第二示例性实施例的充电和放电系统的框图。
示例性实施例
接下来，参考附图，对本发明进行描述。
(第一示例性实施例)
图1是举例说明了根据第一示例性实施例的充电和放电系统的框图，而图2是举例说明了图1所示的信息处理设备的框图。
如图1所示，将根据第一示例性实施例的充电和放电系统构造成提供其正电极和负电极与相应电线并联连接的N个(其中N是正整数)锂离子二次电池(在下文中，简单地称为二次电池)11至1N、用于对各个二次电池11至1N的SOC的值进行检测的监控设备2、用于对二次电池11至1N的充电和放电进行控制的信息处理设备3、以及与二次电池11至1N相对应地提供且分别使二次电池11至1N与电线相连接或断开的多个开关41至4N。
与电线相连接的是用于提供要对例如电力用户(住宅或设施)所提供的可再生电源的二次电池进行充电所必需的电力的电力电源以及用于将电力公司的配电站所提供的电力分配到每个电力用户的末端变压器。另外，负载消耗从二次电池放出的电力，例如各种类型电气设备以及电力用户(住宅或设施)所提供的且消耗电力的特定类型热泵式热水供应器中的一个。
虽然图1示出了N个二次电池I1至IN紧密地排列，但是它们也可以任何方式排列，只要可以对其充电和放电进行控制。例如，多个二次电池(电池)11至1N可以包含在一个包之中(电池包)或者分配二次电池11至1N为住在或者处于边远地区的各个电力用户(住宅或工厂)存储电力。如果二次电池11至1N彼此独立地分布，那么信息处理设备3与监控设备2之间的连接以及信息处理设备3与开关41至4N之间的连接通过已知的信息通信装置进行使得能够传送并接收信息、命令等。作为信息通信装置，可以使用已知的无线通信装置或者已知的有线通信装置。认为无线通信装置适合于例如使用950MHz带无线电频率的已知Zigbee无线系统。认为有线通信装置适合于用于通过电线来发送和接收信息的已知PLC(输电线通信)系统。根据该示例性实施例的充电和放电系统可以与任何系统相连接，只要当这些电池充电时该系统能够向二次电池11至1N供给预定电力并且当这些电池放电时向各种类型电气设备(负载)中的一个供电。
如上所述，二次电池11至1N是锰锂离子二次电池。锰锂离子二次电池是其正电极材料主要是锂锰氧化物(LixMnyOz：x约为1或约为0.65或约为0.1至0.5；y约为2；z约为4)的电池。然而，Li、Mn、以及O的组合比例不局限于这些值。另外，正电极材料可以包含诸如Al、Mg、Cr、Fe、Co、Ni、Cu的各种类型物质，只要正电极材料主要是锂锰氧化物。
图1所示的二次电池11至1N上的虚线表示在二次电池11至1N存储时二次电池11至1N的性能快速劣化的特定SOC(以下简称为逐渐劣化的SOCd)。另一方面，图1所示的二次电池11至1N上的实线示意性地表示相比于二次电池11至1N的容量的存储电力量。那些图例适用于图3、图4、以及图7所示的二次电池的虚线和实线。虽然图1举例说明了二次电池11至1N的容量相同，但是它们也可以彼此不同。
开关41至4N例如是能够导通/断开相对大量的电力并且能够容易控制的MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)。开关41至4N与用于对开关41至4N的导通/断开进行控制的信息处理设备3相连接。开关41至4N提供有用于导通/断开其接触的驱动电路。开关41至4N排列在二次电池11至1N或信息处理设备3附近。开关41至4N的接触不必与其驱动电路集成在一起；而是，接触可以排列在二次电池11至1N附近并且驱动电路可以排列在信息处理设备3附近。
监控设备2可以由已知的充电设备或者由二次电池11至1N的制造商或供应商提供的且基于二次电池11至1N的性能和特性制造的保护设备来实现。通常，保护设备对各个二次电池11至1N的SOC和输入到二次电池11至1N以及从二次电池11至1N输出的电流值进行检测，而充电设备基于保护设备所检测到的SOC和电流值来改变充电电流(恒定电流)和充电电压(恒定电压)。通常，因为二次电池11至1N的SOC几乎与其输出电压相对应，因此监控设备2可以对二次电池11至1N的输出电压值而不是SOC进行检测。如果监控设备2所检测到的二次电池11至1N的SOC是模拟值，那么监控设备2可以提供有用于将SOC的值转换成数字值的A/D转换器。A/D转换器可以提供于信息处理设备3中。将监控设备2可以构造成提供N个用于分别对各个二次电池11至1N的SOC进行检测的检测器或者提供一个用于对二次电池11至1N的SOC的值进行检测的检测器。
当二次电池11至1N充电和放电时信息处理设备3接收来自监控设备2的二次电池11至1N的SOC的值，并且基于所接收到的SOC的值来导通/断开开关41至4N以便对各个二次电池11至1N的充电和放电进行控制。
信息处理设备3例如可以是由具有图2所示的结构的计算机实现的。信息处理设备3不局限于具有图2所示的结构的计算机。当信息处理设备3对包含多个电池的电池包进行控制时，信息处理设备3可以是由一个或多个IC(集成电路)所组成的微型计算机等实现的。
图2所示的计算机被构造成提供用于根据程序来执行预定处理的处理设备10、用于将命令、信息等输入到处理设备10中的输入设备20、以及用于输出处理设备10的处理结果的输出设备30。
将处理设备10构造成提供：CPU 11；主存储设备12，其用于临时存储CPU 11要执行的处理所必需的信息；记录介质13，其用于记录使CPU 11执行根据本发明的处理的程序；数据存储设备14，其用于存储各个二次电池11至1N的额定容量、最大SOC、最小SOC、第一阈值SOCL、第二阈值SOCU等(随后对第一阈值SOCL和第二阈值SOCU进行描述)；存储器控制接口部件15，其用于对在主存储设备12、记录介质13、以及数据存储设备14之中传输的数据进行控制；I/O接口设备16，该I/O接口设备16是输入设备20与输出设备30之间的接口设备；以及通信控制设备17，其用于在监控设备2和开关41至4N以及通过总线18相连接的那些设备之间传送与接收信息和命令。
处理设备10根据记录在记录介质13上的程序来执行随后描述的过程以便对各个二次电池11至1N的充电和放电进行控制。记录介质13可以是磁盘、半导体存储器、光盘、或者另一类型的记录介质。另一方面，数据存储设备14可以或者可以不必提供于处理设备10中，它可以是由独立设备提供。
接下来，参考图3和图4，对根据该示例性实施例的充电和放电系统的操作原理进行描述。
图3(a)至(c)和图4(a)至(e)是示出了由根据第一示例性实施例的充电和放电系统所执行的控制方法的示意图。图3(a)至(c)举例说明了对并联连接的两个二次电池11和12的充电和放电进行控制，而图4(a)至(e)举例说明了对并联连接的多个二次电池11至1N的充电和放电进行控制。
根据该示例性实施例的充电和放电系统对二次电池11至1N进行控制，使得在二次电池11至1N的每一个的逐渐劣化的SOCd中充电操作或放电操作不停止。具体地说，预先设定比二次电池11至1N的每一个的逐渐劣化的SOCd小的第一阈值SOCL以及比逐渐劣化的SOCd大的第二阈值SOCU。可以由制造商、供应商、或者其用户根据各个二次电池11至1N的逐渐劣化的SOCd来预先设定第一阈值SOCL和第二阈值SOCU并且可以将其预先存储在信息处理设备3的数据存储设备14中。
根据该示例性实施例，如图3(a)至(c)所示，使两个二次电池11和12充电，使得这两个二次电池11和12同时充电以直至它们到达上述逐渐劣化的SOCd，当两个二次电池11和12的SOC的值到达第一阈值SOCL时仅使二次电池11从第一阈值SOCL充电到第二阈值SOCU，此后仅使另一个二次电池12从第一阈值SOCL充电到第二阈值SOCU，并且此后使两个二次电池11和12再次同时充电。
另一方面，使两个二次电池11和12放电，使得它们同时放电以直至SOC的值到达上述逐渐劣化的SOCd，当两个二次电池11和12的SOC的值到达第二阈值SOCU时仅使一个二次电池11从第二阈值SOCU放电到第一阈值SOCL，此后仅使另一个二次电池12从第二阈值SOCU放电到第一阈值SOCL，并且此后使两个二次电池11和12再次同时放电。
图3(a)示出了两个二次电池11和12同时充电。另外，图3(a)举例说明了充电的两个二次电池11和12的SOC的值相同。图3(b)示出了两个二次电池11和12的SOC的值从图3(a)所示的状态到达第一阈值SOCL，右侧上的二次电池12的充电操作停止，并且此后仅使左侧上的二次电池11充电到第二阈值SOCU。图3(c)示出了在图3(b)所示的状态之后，左侧上的二次电池11的充电操作停止并且此后仅使右侧上的二次电池12充电到第二阈值SOCU。
另一方面，使图4(a)至(e)所示的三个或更多二次电池11至1N充电，使得各个二次电池11至1N同时充电以直至其SOC的值到达上述逐渐劣化的SOCd，当二次电池11和1N的SOC的值到达第一阈值SOCL时，依次使各个二次电池11至1N从第一阈值SOCL充电到第二阈值SOCU，并且此后使各个二次电池11至1N再次同时充电。
另一方面，使三个或更多二次电池11至1N放电，使得二次电池11至1N同时放电以直至其SOC的值到达上述逐渐劣化的SOCd，当二次电池11至1N的SOC的值到达第二阈值SOCU时，使各个二次电池11至1N依次从第二阈值SOCU放电到第一阈值SOCL，并且此后仅使各个二次电池11至1N再次同时放电。
图4(a)示出了多个二次电池11至1N同时充电。另外，图4(a)举例说明了充电的各个二次电池11至1N的SOC的值相同。图4(b)示出了在图4(a)所示的状态之后，各个二次电池11至1N的SOC的值到达第一阈值SOCL，除了最左侧上的二次电池11之外的所有二次电池12至1N的充电操作停止，并且此后仅使最左侧上的二次电池11充电以直至SOC的值到达第二阈值SOCU。图4(c)示出了在图4(b)所示的状态之后，除了第二个最左侧位置处的二次电池I2之外的所有二次电池11和13至1N的充电操作停止，并且此后仅使第二个最左侧位置处的二次电池12充电以直至SOC的值到达第二阈值SOCU。图4(d)示出了在图4(c)所示的状态之后，除了最右侧上的二次电池1N之外的所有二次电池11至1N-1的充电操作停止，并且此后仅使最右侧上的二次电池1N充电以直至SOC的值到达第二阈值SOCU。图4(e)示出了在图4(d)的状态之后，使各个二次电池11至1N的充电操作再次同时开始。
如图3(a)至(c)以及图4(a)至(e)所示，通过使开关41至4N连接或断开电线与二次电池11至1N，可以对各个二次电池11至1N的充电操作和放电操作进行控制。
虽然以上描述，图3(a)至(c)以及图4(a)至(e)举例说明了当充电操作和放电操作开始时各个二次电池11至1N的SOC的值相同，但是当充电操作和放电操作开始时各个二次电池11至1N的SOC的值可以彼此不同。在这种情况下，按照二次电池11至1N的SOC的值到达第一阈值SOCL的顺序，能够使它们依次从第一阈值SOCL充电到第二阈值SOCU。类似地，按照二次电池11至1N的SOC的值到达第二阈值SOCU的顺序，能够使它们顺利地从第二阈值SOCU放电到第一阈值SOCL。
虽然以上描述，图3(a)至(c)以及图4(a)至(e)举例说明了对每个二次电池11至1N所设定的第一阈值SOCL和第二阈值SOCU相同，但是对每个二次电池11至1N所设定的第一阈值SOCL和第二阈值SOCU可以彼此不同。在这种情况下，类似地，按照二次电池11至1N的SOC的值到达第一阈值SOCL的顺序，可以使它们依次从第一阈值SOCL充电到第二阈值SOCU。类似地，按照二次电池11至1N的SOC的值到达第二阈值SOCU的顺序，能够使它们顺利地从第二阈值SOCU放电到第一阈值SOCL。
根据该示例性实施例，虽然第一阈值SOCL与第二阈值SOCU之间的充电和放电方法不受限制，然而，在二次电池11至1N从第一阈值SOCL充电到第二阈值SOCU的同时，通过在二次电池11至1N的容许范围中增大充电电流和充电电压能够增大充电速度。类似地，在二次电池11至1N从第二阈值SOCU放电到第一阈值SOCL的同时，通过在二次电池11至1N的容许范围中增大在负载中流动的电流能够增大放电速度。能够由根据二次电池11至1N的性能和特性所制造的上述充电设备来对充电电流和充电电压进行控制。另一方面，当信息处理设备3和上述类型的热泵式热水供应器通过信息通信装置相连接并且由信息处理设备3来控制热水供应器时，通过使热水供应器操作，能够增大负载电流。信息通信装置可以是已知的无线通信装置或已知的有线通信装置。
接下来，参考附图，对根据该示例性实施例的锂离子二次电池的充电和放电方法进行描述。
图5是举例说明根据第一示例性实施例的、锂离子二次电池基于其来充电的充电和放电方法的充电过程的流程图，而图6是举例说明根据第一示例性实施例的、锂离子二次电池基于其来放电的充电和放电方法的放电过程的流程图。
图5和图6示出了由SOCi表示N个二次电池11至1N的第i(其中i＝1，2，...，N)二次电池1i的SOC的值并且由SWi表示与第i二次电池1i相对应地提供的开关4i。i可以分配给任何二次电池并且随着处理的进行而切换，而不是已向其分配使得对它们进行标识。
图5和图6所示的处理由图1和图2所示的信息处理设备3的处理设备10执行。
如图5所示，处理设备10对二次电池11至1N进行充电，使得导通所有SW1至SWN，从监控设备2获得第i(i＝1)二次电池11的SOC的值SOCi(步骤A1)，并且将SOCi与预设的第二阈值SOCU进行比较(步骤A2)。
如果所获得的SOCi等于或大于第二阈值SOCU，那么处理设备10确定i的值是否是N(步骤A3)。除非i的值是N，否则处理设备10断开与i的值相对应的SWi，使i的值加1(步骤A4)，并且重复从步骤A1的处理。如果i的值是N，那么处理设备10前进到随后描述的步骤A13的处理。
在从步骤A1至A4的处理完成之后，仅导通与其SOC的值未到达第二阈值SOCU的二次电池相对应的开关(充电目标)。在该示例中，假定由N-j+1来表示这些开关的数目。换句话说，(j-1)个二次电池的SOC的值已到达第二阈值SOCU。
处理设备10同时对这些目标二次电池进行充电。就此，在处理设备10对这些目标二次电池进行充电的同时，它从监控设备2依次获得二次电池1j至1N的SOC的值。
在处理设备10获得了第i二次电池1i的SOC的值SOCi(步骤A5)之后，将该SOCi与预设的第一阈值SOCL进行比较(步骤A6)。
如果所获得的SOCi等于或小于第一阈值SOCL，那么处理设备10确定i的值是否是N(步骤A7)。除非i的值是N，否则处理设备10使i的值加1(步骤A8)并且重复从步骤A6的处理。如果i的值是N，那么处理设备10前进到随后描述的步骤A13的处理。
如果所获得的SOCi大于第一阈值SOCL，那么处理设备10断开与除了第i二次电池1i之外的其他目标二次电池相对应的所有SWi(i＝j+1，...，N)(步骤A9)。
此后，处理设备10将SOCi与预设的第二阈值SOCU进行比较(步骤A10)。如果SOCi等于或小于第二阈值SOCU，那么处理设备10重复步骤A10的处理。如果SOCi大于第二阈值SOCU，那么处理设备10确定i的值是否是N(步骤A11)。除非i的值是N，否则处理设备10导通与第(i+1)二次电池1i+1相对应的SWi+1并且此后断开与第i二次电池1i相对应的SWi。此后，处理设备10使i的值加1(步骤A12)。
如果在步骤A11处的处理中i的值是N，那么处理设备10导通除了与第N二次电池1N相对应的开关SWN之外的与其他充电目标二次电池相对应的所有开关SWi至SWN-1(步骤A13)并且继续充电操作(步骤A14)。该充电操作可以继续以直至所有二次电池11至1N的SOC的值到达最大SOC。
如图6所示，处理设备10使各个二次电池11至1N放电，使得它导通所有SW1至SWN，从监控设备2获得第i(i＝1)二次电池1i的SOC的值SOCi(步骤B1)，并且将该SOCi与预设的第一阈值SOCL进行比较(步骤B2)。
如果所获得的SOCi等于或小于第一阈值SOCL，那么处理设备10确定i的值是否是N(步骤B3)。除非i的值是N，否则处理设备10断开与i的值相对应的SWi，使i的值加1(步骤B4)，并且重复从步骤B1的处理。如果i的值是N，那么处理设备10前进到步骤B13的处理。
在从步骤B1至B4的处理完成之后，仅导通与其SOC的值未到达第一阈值SOCL的二次电池相对应的开关(放电目标)。在该示例中，假定由N-j+1来表示这些目标二次电池的数目。换句话说，(j-1)二次电池的SOC的值已到达第一阈值SOCL。
处理设备10同时使这些放电目标二次电池放电。就此，在处理设备10使这些放电目标二次电池放电的同时，它从监控设备2依次获得二次电池1j至1N的SOC的值。
在处理设备10获得了第i二次电池1i的SOC的值SOCi(步骤A5)之后，处理设备10将SOCi与预设的第二阈值SOCU进行比较(步骤B6)。
如果所获得的SOCi等于或大于第二阈值SOCU，那么处理设备10确定i的值是否是N(步骤B7)。除非i的值是N，否则处理设备10使i的值加1(步骤B8)并且重复从步骤B6的处理。如果i的值是N，那么处理设备10前进到随后描述的步骤B13的处理。
如果所获得的SOCi大于第二阈值SOCU，那么处理设备10断开与除了第i二次电池1i之外的其他放电目标二次电池相对应的所有SWi(i＝j+1，...，N)(步骤B9)。
此后，处理设备10将SOCi与预设的第一阈值SOCL进行比较(步骤B10)。如果SOCi等于或小于第一阈值SOCL，那么处理设备10重复步骤B10处的处理。如果SOCi大于第一阈值SOCL，那么处理设备10确定i的值是否是N(步骤B11)。除非i的值是N，那么处理设备10导通与第(i+1)二次电池1i+1相对应的SWi+1并且此后断开与第i二次电池1i相对应的SWi。此后，处理设备10使i的值加1(步骤B12)。
如果在步骤B11的处理中i的值是N，那么处理设备10导通除了与第N二次电池1N相对应的开关SWN之外的、与其他放电目标二次电池相对应的所有开关SWi至SWN(步骤B13)并且此后继续放电操作(步骤B14)。该放电操作可以继续以直至所有二次电池11至1N的SOC的值到达最小SOC。
上述图5和图6举例说明了监控设备2提供有N个检测器并且可以独立地获得N个二次电池11至1N的SOC的值的处理。
与此相反，图7和图8举例说明了监控设备2提供有用于对各个二次电池11至1N的SOC的值进行检测的一个检测器。
图7是进一步举例说明根据第一示例性实施例的、锂离子二次电池基于其充电的充电和放电方法的充电过程的流程图，而图8是进一步举例说明了根据第一示例性实施例的、锂离子二次电池基于其进行放电的充电和放电方法的放电过程的流程图。
图7和图8示出了由SOCi表示二次电池11至1N的第i(其中i＝1，2，...，N)二次电池1i的SOC的值并且由SWi表示与第i二次电池1i相对应地提供的开关4i。i可以分配给任何二次电池并且随着处理的进行而切换，而不是已向其分配使得对它们进行标识。
图7和图8所示的处理由图1和图2所示的信息处理设备3的处理设备10执行。
如图7所示，处理设备10使二次电池11至1N充电，使得导通与第i(i＝1)二次电池1i相对应的SWi并且断开除了SWi(i＝1)之外的其他SWi(i＝2，3，...，N)。
此后，处理设备10获得第i二次电池1i的SOC的值SOCi，并且将该SOCi与预设的第二阈值SOCU进行比较(步骤C2)。如果所获得的SOCi等于或小于第二阈值SOCU，那么处理设备10重复步骤C2的处理。就此，二次电池1i被连续地充电以直至SOC的值超过第一阈值SOCL并且到达第二阈值SOCU。
如果所获得的SOCi大于第二阈值SOCU，那么处理设备10确定i的值是否是N(步骤C3)。除非i的值是N，否则处理设备10导通与第(i+1)二次电池1i+1相对应的SWi+1，然后断开与第i二次电池1i相对应的SWi。此后，处理设备10使i的值加1(步骤C4)，然后重复从步骤C2的处理。
如果i的值是N，那么处理设备10导通除了与第N二次电池1N相对应的开关SWN之外的所有SWi至SWN-1(步骤C5)，并且继续充电(步骤C6)。充电操作可以继续以直至所有二次电池11至1N的SOC的值到达最大SOC。
如图8所示，处理设备10使各个二次电池11至1N放电，使得它导通与第i(i＝1)二次电池1i相对应的SWi并且此后断开除了SWi(i＝1)之外的其他SWi(i＝2，3，...，N)(步骤D1)。
此后，处理设备10从监控设备2获得第i(i＝1)二次电池1i的SOC的值SOCi并且此后将该SOCi与预设的第一阈值SOCL进行比较(步骤D2)。如果所获得的SOCi等于或大于第一阈值SOCL，那么处理设备10重复步骤D2的处理。就此，二次电池1i被连续地放电以直至SOC的值变得小于第二阈值SOCU并且到达第一阈值SOCL。
如果所获得的SOCi小于第一阈值SOCL，那么处理设备10确定i的值是否是N(步骤D3)。除非i的值是N，那么处理设备10导通与第(i+1)二次电池1i+1相对应的SWi+1并且此后断开与第i二次电池1i相对应的SWi。此后，处理设备10使i的值加1(步骤D4)，并且此后重复从步骤D2的处理。
如果i的值是N，那么处理设备10导通除了与第N二次电池1N相对应的开关SWN之外的所有SWi至SWN-1(步骤D5)并且继续放电(步骤D6)。放电操作可以继续以直至所有二次电池11至1N的SOC的值到达最小SOC。
根据该示例性实施例，因为对其SOC的值已到达第一阈值SOCL以直至它们到达第二阈值SOCU的二次电池继续充电操作并且对其SOC的值已到达第二阈值SOCU以直至它们到达第一阈值SOCL的二次电池11至1N继续放电操作，因此各个二次电池11至1N在其逐渐劣化的SOCd中不停止充电操作或放电操作。因此，当存储时，可以防止锰锂离子二次电池11至1N的产品生命周期的降低缩短了。
在上面的描述中，虽然假定各个二次电池11至1N的逐渐劣化的SOCd是恒定的，但是它可以根据二次电池11至1N的操作时间以及充电和放电次数而改变。因此，上述第一阈值SOCL和第二阈值SOCU可以根据操作时间以及充电和放电次数而改变。
(第二示例性实施例)
图9是举例说明根据第二示例性实施例的充电和放电系统的结构的框图。
第一示例性实施例举例说明了对并联连接的多个二次电池11至1N进行控制，使得充电操作或放电操作在逐渐劣化的SOCd中不停止。与此相反，第二示例性实施例举例说明了对一个二次电池1进行控制，使得充电操作或放电操作在逐渐劣化的SOCd中不停止。
如图9所示，第二示例性实施例的充电和放电系统与第一示例性实施例的不同之处在于控制目标二次电池的数目是一个。另外，第二示例性实施例的信息处理设备例如通过信息通信装置与一种热泵式热水供应器相连接，并且该热水供应器可以由信息处理设备来控制。因为第二示例性实施例的充电和放电系统的其他部件的结构与第一示例性实施例相同，因此省略该描述。
信息通信装置可以是已知的无线通信装置或者已知的有线通信装置。无线通信装置可以被理解为例如使用950MHz带无线电频率的已知Zigbee无线系统。认为有线通信装置适合于用于使用例如电线来发送和接收信息的已知PLC(输电线通信)系统。
根据第二示例性实施例的充电和放电系统对开关4进行控制，使得基于二次电池1的SOC的值而使充电操作从第一阈值SOCL持续到第二阈值SOCU，并且基于二次电池1的SOC的值而使放电操作从第二阈值SOCU持续到第一阈值SOCL。
例如，当由诸如太阳能电池的可再生电源所产生的电力对二次电池1充电时，如果二次电池1的SOC的值是逐渐劣化的SOCd，那么可再生电源的电力将停止并且从而充电操作将停止。在这种情况下，该示例性实施例的信息处理设备3将继续由电力公司通过配电系统所提供的电力对二次电池1的充电操作。
另一方面，当二次电池1放电时，因为作为负载的所有电力设备的操作停止，因此不能拒绝当二次电池1的SOC的值是逐渐劣化的SOCd时放电操作将停止的可能性。在这种情况下，该示例性实施例的信息处理设备3使上述类型的热泵式热水供应器进行操作以便继续二次电池1的放电操作，并且由此防止二次电池1的放电操作在逐渐劣化的SOCd中停止。
从其它二次电池的角度来看，充电的二次电池等效于消耗电力的电力设备。因此，如果存在该示例性实施例的充电和放电系统中未包含的二次电池(外部二次电池)，那么可以继续二次电池1的放电操作，使得对外部二次电池充电。如果二次电池1的放电操作在逐渐劣化的SOCd中停止，那么信息处理设备3能够防止二次电池1进入逐渐劣化的SOCd，以使得信息处理设备3使二次电池1由配电系统所提供的电力充电。
可以将该示例性实施例的下述方法与第一示例性实施例的充电和放电系统相结合，在该示例性实施例的所述方法中通过改变充电电源来继续充电操作并且通过使特定类型的热泵式热水供应器操作来继续充电操作。
根据第二示例性实施例，当二次电池1进入逐渐劣化的SOCd时充电操作或放电操作不停止。因此，与第一示例性实施例一样，当锰锂离子二次电池1存储时，可以防止产品生命周期的减小缩短。
现在，参考示例性实施例，已对本发明进行了描述。然而，对于本领域普通技术人员来说在不脱离本发明的范围的情况下可以以各种方式对本发明的结构和细节做出变化。
该申请要求基于2010年3月23日提交的日本专利申请No.2010-066107的优先权，其全部内容通过引用结合于此。

Claims (9)

1.一种具有锰正电极材料的锂离子二次电池的充电和放电方法，该方法包括步骤：
使计算机存储比逐渐劣化的SOC低的预设第一阈值并且存储比所述逐渐劣化的SOC大的预设第二阈值，所述逐渐劣化的SOC是当锂离子二次电池被存储时所述锂离子二次电池的电池性能劣化的SOC；
使所述计算机对电线与所述锂离子二次电池之间提供的开关进行控制，对提供对所述锂离子二次电池进行充电所必需的电力的电力电源进行控制，并且对消耗从与所述电线相连接的所述锂离子二次电池放出的电力的负载进行控制，使得基于所述锂离子二次电池的SOC的值，当所述锂离子二次电池充电时，用于所述锂离子二次电池的充电操作在所述第一阈值和所述第二阈值之间不停止，所述SOC的值是从对所述锂离子二次电池的SOC的值进行检测的监控设备传送的；以及
使所述计算机对所述开关进行控制，使得当所述锂离子二次电池放电时，用于所述锂离子二次电池的放电操作在所述第二阈值和所述第一阈值之间不停止。
2.根据权利要求1所述的锂离子二次电池的充电和放电方法，
其中，当多个所述锂离子二次电池充电时，通过使所述计算机对与所述锂离子二次电池相对应地提供的多个所述开关进行控制来执行第一控制步骤，使得已到达所述第一阈值的所述锂离子二次电池依次从所述第一阈值充电到所述第二阈值，以及
其中，当多个所述锂离子二次电池放电时，通过使所述计算机对与所述锂离子二次电池相对应地提供的多个所述开关进行控制来执行第二控制步骤，使得已到达所述第二阈值的所述锂离子二次电池依次从所述第二阈值放电到所述第一阈值。
3.根据权利要求1所述的锂离子二次电池的充电和放电方法，
其中，所述锂离子二次电池的所述正电极材料主要是锂锰氧化物。
4.一种对具有锰正电极材料的多个锂离子二次电池的充电和放电进行控制的充电和放电系统，包括：
监控设备，所述监控设备对所述多个锂离子二次电池的SOC进行检测；
多个开关，所述多个开关对电线和所述多个锂离子二次电池、提供对所述多个锂离子二次电池进行充电所必需的电力的电力电源、以及消耗从与所述电线相连接的所述多个锂离子二次电池放出的电力的负载进行连接或断开；以及
信息处理设备，所述信息处理设备存储比逐渐劣化的SOC低的预设第一阈值以及比所述逐渐劣化的SOC大的预设第二阈值，所述逐渐劣化的SOC是当多个锂离子二次电池被存储时所述多个锂离子二次电池的电池性能劣化的SOC，并且对所述多个开关进行控制，使得基于所述多个锂离子二次电池的SOC的值，当所述多个锂离子二次电池充电时用于所述多个锂离子二次电池的充电操作在所述第一阈值和所述第二阈值之间不停止，并且使得当所述多个锂离子二次电池放电时用于所述多个锂离子二次电池的放电操作在所述第二阈值和所述第一阈值之间不停止，所述SOC的值由所述监控设备来检测。
5.根据权利要求4所述的充电和放电系统，
其中，所述多个开关与所述多个锂离子二次电池相对应地提供，
其中，当所述多个锂离子二次电池充电时，所述信息处理设备对所述多个开关进行控制，使得已到达所述第一阈值的所述多个锂离子二次电池依次从所述第一阈值充电到所述第二阈值，以及
其中，当所述多个锂离子二次电池放电时，所述信息处理设备对所述多个开关进行控制，使得已到达所述第二阈值的所述多个锂离子二次电池依次从所述第二阈值放电到所述第一阈值。
6.根据权利要求4所述的充电和放电系统，
其中，所述多个锂离子二次电池的所述正电极材料主要是锂锰氧化物。
7.一种对具有锰正电极材料的多个锂离子二次电池的充电和放电进行控制的信息处理设备，包括：
存储设备，所述存储设备存储比逐渐劣化的SOC低的预设第一阈值并且存储比所述逐渐劣化的SOC大的预设第二阈值，所述逐渐劣化的SOC是当多个锂离子二次电池被存储时所述多个锂离子二次电池的电池性能劣化的SOC；以及
处理设备，所述处理设备对电线与所述多个锂离子二次电池之间提供的多个开关、提供对所述多个锂离子二次电池进行充电所必需的电力的电力电源、以及消耗从与所述电线相连接的所述多个锂离子二次电池放出的电力的负载进行控制，使得基于所述多个锂离子二次电池的SOC的值，当所述多个锂离子二次电池充电时，用于所述多个锂离子二次电池的充电操作在所述所述第一阈值和所述第二阈值之间不停止，并且使得当所述多个锂离子二次电池放电时，用于所述多个锂离子二次电池的放电操作在所述第二阈值和所述第一阈值之间不停止，所述SOC的值是从对所述多个锂离子二次电池的SOC的值进行检测的监控设备传送的。
8.根据权利要求7所述的信息处理设备，
其中，当所述多个锂离子二次电池充电时，所述信息处理设备对与所述多个锂离子二次电池相对应地提供的所述多个开关进行控制，使得已到达所述第一阈值的所述多个锂离子二次电池依次从所述第一阈值充电到所述第二阈值，以及
其中，当所述多个锂离子二次电池放电时，所述信息处理设备对与所述多个锂离子二次电池相对应地提供的所述多个开关进行控制，使得已到达所述第二阈值的所述多个锂离子二次电池依次从所述第二阈值放电到所述第一阈值。
9.根据权利要求7所述的信息处理设备，
其中，所述多个锂离子二次电池的所述正电极材料主要是锂锰氧化物。
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