CN112585839A - 二次电池的充电系统 - Google Patents

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Abstract

本公开的目的在于,实现能够抑制二次电池的容量维持率和充放电效率的下降的二次电池的充电系统。本公开的一个方式涉及的充电系统(10)包括:二次电池(14);充电器(30),对二次电池进行充电;计算二次电池的充电容量的单元;和充电控制单元(23),将充电器控制为进行到达到第1电压为止对二次电池进行充电的第1充电步骤、和以第1电压的恒定电压对二次电池进行充电的第2充电步骤。充电控制单元(23)在二次电池的充电容量达到设定在小于二次电池的以第1电压基准的满充电容量的范围内的充电结束容量的情况下,结束充电。

Description

二次电池的充电系统
技术领域
本公开涉及二次电池的充电系统。
背景技术
近年来,作为搭载于电动汽车的蓄电装置、与太阳能发电装置、风力发电装置同时设置的大型蓄电装置、与家庭用发电机同时设置的蓄电装置、家庭用、作为数据服务器的备用电源的蓄电装置等,二次电池的用途跨越多个领域。这样的蓄电装置所使用的二次电池由于伴随着充放电循环而劣化,因此充放电效率下降。充放电效率的下降与包括蓄电装置的电动汽车、太阳能发电装置等系统的运转成本相关联,因此希望提高充放电效率。
在专利文献1中,记载了如下的充电系统:求出来自二次电池的初期容量的实际容量的减少量相对于初期容量的比例作为劣化度,其劣化度越大,则施加到二次电池的充电电压以及充电电流中的至少一方越减小。由此,能够抑制二次电池的劣化。
在专利文献2中,记载了:对二次电池的劣化进展度进行运算,在当前的劣化进展速度比过去的劣化进展速度大规定值以上的情况下,对降低充电时的上限充电电流、上限放电电流、上限充电电压等充放电条件进行限制。由此,能够提高二次电池的容量维持率等充放电的循环特性。
在专利文献3中,记载了如下的充电系统:基于二次电池计算出的满充电容量的变化的程度,设定第1充电电流值或第1充电电力值,从而对二次电池进行充电。在该系统中,在二次电池为寿命末期的情况下,设定小于第1充电电流值的第2充电电流值、或小于第1充电电力值的第2充电电力值,以对二次电池进行充电。由此,即使在劣化进展的状态下,也能够进行充电,能够继续二次电池的使用。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2008-252960号公报
专利文献2:日本特开2013-65481号公报
专利文献3:国际公开第2014/147973号
发明内容
发明要解决的课题
在以往已知的一般的充电系统中,在初期设定充电电流、充电电力这样的充电率以及充电结束电压等,从而控制充电。由于二次电池的循环特性受到充电条件的影响,因此需要充电条件的适当化。如果二次电池的容量维持率随着循环而下降,则二次电池的每单个单元的每个容量的充电率与循环初期相比,变得相对较大。其结果是,二次电池的容量维持率、充放电效率的下降被加速。如专利文献1至专利文献3所记载的那样,即使求出二次电池的劣化度,并根据其放宽充电率、充电结束电压,效果也有限。
本公开的目的在于,实现能够抑制二次电池的容量维持率和充放电效率的下降的二次电池的充电系统。
用于解决课题的手段
本公开所涉及的二次电池的充电系统具备:二次电池;充电器,对二次电池进行充电;计算二次电池的充电容量的单元;和充电控制单元,将充电器控制为进行到达到第1电压为止对二次电池进行充电的第1充电步骤、和以第1电压的恒定电压对二次电池进行充电的第2充电步骤,充电控制单元在二次电池的充电容量达到小于二次电池的以第1电压为基准的设定为满充电容量的范围的充电结束容量的情况下,结束充电。
发明效果
根据本公开所涉及的二次电池的充电系统,能够抑制二次电池的容量维持率和充放电效率的下降。
附图说明
图1是示出实施方式的一个例子的二次电池的充电系统的结构图。
图2是示出用于说明实施方式的一个例子的充电系统中的充电控制方法的充电容量、充电电压以及充电电流的时间经过的图。
图3是示出实施方式的一个例子的充电系统中的充电控制方法的流程图。
图4是示出实施例1以及比较例1的第1个循环的充电容量的比较的曲线图。
图5是将实施例1的容量维持率(a)、充电容量(b)以及充放电效率(Wh效率)(c)的循环数的关系与比较例1进行比较而示出的图。
具体实施方式
以下,一边参照附图,一边对本公开所涉及的实施方式详细地进行说明。在以下的说明中,具体的材料、数值等是用于使本公开容易理解的例示,能够匹配充电系统的规格而进行适当变更。此外,以下,在包括多个实施方式、变形例的情况下,自最初设想了适当地组合它们的特征部分而使用。
图1是实施方式的充电系统10的结构图。充电系统10具备电池组12和与电池组12电连接的充电器30。电池组12和充电器30通过正极侧以及负极侧各自的端子而连接。此外,电池组12的后述的控制装置20经由连接器与充电器30能够通信地连接。
[电池组]
首先,说明电池组12。电池组12包括二次电池14和控制装置20。例如,在二次电池中,使用锂离子电池等非水电解质二次电池,锂离子二次电池通过串联或并联或它们的组合将多个锂离子电池单元连接。各单元具有正极板、负极板以及配置在它们之间的间隔件。正极板具有含锂过渡金属复合氧化物等正极活性物质。负极板具有石墨等碳材料等负极活性物质。在间隔件中,使用聚丙稀、聚乙烯等树脂。另外,二次电池14也可以是锂离子二次电池以外的电池。
在二次电池14中,设置有包括温度传感器、电压传感器等的检测二次电池14的状态的状态检测部16。温度传感器检测各单元的温度,并将该检测温度发送到后述的控制装置20。电压传感器检测各单元的端子间电压,并将该电压数据发送到控制装置20。
电流传感器18与二次电池14的负极侧端子连接,检测二次电池14的通电电流,并将该电流数据发送到控制装置20。
控制装置20例如构成为包括IC。控制装置20具有A/D变换器(未图示)、充电容量计算单元21、劣化程度计算单元22、充电控制单元23、以及通信部(未图示)。
A/D变换器将由电流传感器18检测到的二次电池14的电流数据变换为数字值。A/D变换器也将由温度传感器检测到的二次电池14的温度检测值的数据、由电压传感器检测到的二次电池14的电压数据变换为数字值。变换为数字值的各数据被发送到充电容量计算单元21以及充电控制单元23。
充电容量计算单元21基于从A/D变换器供给的电流数据、温度数据、电压数据,通过运算来计算二次电池14的当前时间点的充电容量(充电量)。充电容量计算单元21也可以基于电流数据以及电压数据的累计值等,通过运算来计算二次电池14的当前时间点的充电容量。充电容量计算单元21根据二次电池14的开路电压(OCV)、闭路电压(CCV)、累计充放电容量或它们的组合,对作为实际的充电容量相对于二次电池14的满充电容量的比例的充电深度(SOC)进行计算,也可以根据该SOC计算充电容量。计算出的充电容量为了判断在充电时是否达到充电结束容量而使用。虽然详情在后面叙述,但在初期设定的充电结束容量能够根据伴随充放电循环的二次电池14的劣化程度而变更。
劣化程度计算单元22计算二次电池14的劣化程度。例如,劣化程度计算单元22能够基于二次电池14的充电容量或放电容量的测定结果来计算相对于初期容量的劣化程度。通过预先求出二次电池14的规定SOC中的OCV、放电时的直流电阻的自初期状态起的变化与劣化程度的对应关系,从而劣化程度计算单元22能够基于二次电池14的OCV、直流电阻的测定结果来计算劣化程度。劣化程度也可以组合这些计算方法中的任意两者以上来进行计算。劣化程度为了变更后述的充电结束容量而使用。
劣化程度的计算优选在规定的触发条件成立时进行。例如,设为在二次电池14的充放电循环从初期时间点或上次的劣化程度的计算时间点起达到规定循环数时,触发条件成立,从而计算劣化程度。作为触发条件,除循环数以外,还能够使用二次电池14的驱动时间、充电次数、充电容量的累计值以及放电容量的累计值。对于触发条件,可以使用2个以上的条件,它们也能够使用于与条件以及或条件的任意者。
充电控制单元23通过经由通信部以及连接器向充电器30输出充电电力值、充电电流值或充电电压值的控制信号,以控制充电器30。此外,如果考虑到实际使用,从完全放电状态起充电的情况较多,因此在存在充电指令时,控制装置20也可以计算二次电池14的充电必要性。例如,充电控制单元23也可以控制充电器30,以使得以后述的充电结束容量与基于当前的SOC计算出的实际的充电容量的差分进行充电。
具体而言,充电控制单元23由具备CPU以及存储器的微型计算机构成。微型计算机的存储器包括程序存储器以及工作存储器。程序存储器存储用于基于电流数据、电压数据、温度数据来计算二次电池的充电容量、劣化程度的程序、其他动作程序。由充电控制单元23进行的充电控制方法在后面详细进行说明。
[充电器]
充电器30包括控制IC和充电电流供给电路等。控制IC与电池组12的控制装置20进行通信,并控制充电电流供给电路。充电电流供给电路基于来自控制IC的信号,对充电二次电池14时的充电电流进行增减调整。充电器30通过恒定电力充电(CP充电)或恒定电流充电(CC充电)和恒定电压充电(CV充电),对二次电池14进行充电。也可以是省略控制IC,电池组12的控制装置控制充电器30的充电电流供给电路,对充电电流进行增减调整的结构。
[负载]
在二次电池14与充电器30并联地连接电机等负载(未图示)。控制装置20还具有放电控制的功能,并对电路进行控制,以使得在存在放电的指示时,从二次电池14向负载供给电力。
[充电控制方法]
接下来,对控制装置20的充电控制方法进行说明。控制装置20的充电控制单元23控制充电器30,以使得进行第1充电步骤以及第2充电步骤。
图2是示出用于说明实施方式的一个例子的充电系统10中的充电控制方法的充电容量、充电电压以及充电电流的时间经过的图。在图2中,由实线α示出实施方式,在进行第1充电步骤的恒定电力充电(CP充电)之后,进行第2步骤的恒定电压充电(CV充电)。另外,图2的单点划线β、实线γ分别示出了后述的比较例1、2。在图2中,示出了通过CP充电而将电流维持为恒定,但实际上,电流与电压的上升相应地缓慢下降。
在第1充电步骤中,到达到作为二次电池14的推荐充电电压值的第1电压V1为止,以恒定电力充电(CP充电)对二次电池14进行充电。在本公开中,所谓推荐充电电压是指,基于二次电池14的规格决定的最大充电电压。例如,作为负极活性物质以及正极活性物质,分别在使用碳材料以及含锂过渡金属复合氧化物的锂离子电池中,每单个单元的推荐充电电压值被设为4.2~4.3V的情况较多。在第1充电步骤中,也可以以恒定电流充电(CC充电)对二次电池14充电到到达第1电压V1为止。
在第2充电步骤中,进行以第1电压V1的恒定电压对二次电池14进行充电的恒定电压充电(CV充电)。
此外,在二次电池14的充电容量达到在二次电池14的以第1电压V1为基准的小于满充电容量S1的范围设定的充电结束容量S2的情况下(时间t1),充电控制单元23结束充电。图2的实线α示出了进入CV充电之后立即达到充电结束容量S2的情况。如图2所示,优选在CV充电开始之后结束二次电池14的充电。
“充电结束容量S2”例如基于以低于第1电压V1的第2电压V2为基准的满充电容量决定。以第2电压V2为基准的满充电容量进行CP充电或者CC充电到二次电池14的电池电压达到第2电压V2为止,之后以第2电压V2进行CV充电到电流值充分衰减为止。成为CV充电的结束条件的电流值优选设定在0.02C至0.05C之间。也可以在二次电池14被组装于充电系统10之前,预先决定充电结束容量S2。
第2电压V2例如被设定在第1电压V1的95%以上且99%以下的范围中。例如,在第1电压V1在每单个单元中为4.2V时,第2电压V2在单个单元中成为4.0~4.15V附近。通过在这样的范围内设定第2电压V2,在以第1电压V1为基准的充电中,在开始CV充电起到电流值充分衰减分隔之前,容易设定用于使充电结束的充电结束容量。因此,与以规格上的推荐充电电压即第1电压V1为基准的满充电容量相比,二次电池14的实际的充电容量不会大幅下降。
进而,返回图1,劣化程度计算单元22在上述的触发条件成立时,计算劣化程度。充电控制单元23变更为根据该计算出的劣化程度使充电结束容量下降。例如,能够计算从初期时间点到触发条件成立时间点为止的充电容量的下降量相对于初期时间点的充电容量之比作为劣化程度。如果将如此计算出的劣化程度设为G(0≤G<1),以及将变更前的充电结束容量S2设为S2_1,则变更后的充电结束容量S2可根据式(1-G)×S2_1计算。在上述的触发条件成立后的充放电循环中,将充电控制为以该被变更的充电结束容量S2结束充电。
图3是示出实施方式的一个例子的充电系统10中的充电控制方法的流程图。图3所示的处理由控制装置20执行。首先,在开始充电时,在步骤S11中,充电控制单元23判定二次电池14的充放电循环达到规定循环数等触发条件是否成立。在步骤S11的判定为肯定(是)的情况下,转移到步骤S12。在步骤S11的判定为否定(否)的情况下,转移到步骤S14。
在步骤S12中,劣化程度计算单元22计算劣化程度。然后,在步骤S13中,充电控制单元23根据劣化程度的计算结果变更充电结束容量S2。
在步骤S14中,充电控制单元23执行充电控制,以使得以充电结束容量S2结束充电。在触发条件的成立前,可应用初期设定的充电结束容量S2。
根据上述的充电系统10,在以第1电压V1进行充电时,用以第1电压V1为基准的小于满充电容量S1的充电结束容量S2来结束充电,因此能够抑制伴随着充放电循环的容量维持率、充放电效率的下降。此外,以第1电压V1为基准,进行CP充电、CV充电等的充电,因此与以低于第1电压V1的电压为基准进行充电的情况相比,获得相同的充电容量所需要的充电时间被缩短。通过变更为根据劣化程度而使充电结束容量S2下降,从而进一步提高循环特性。
在上述中,说明了根据由劣化程度计算单元22计算出的劣化程度来计算充电结束容量S2的例子。除此之外,也可以是,每当充放电循环数达到规定数量时,进行测定以低于第1电压V1的第2电压V2为基准的满充电容量的充放电循环,劣化程度计算单元22根据该满充电容量来计算劣化程度。在该情况下,测定出的满充电容量能够作为充电结束容量S2来使用。接下来说明的实施例1与这样的结构对应。
实施例
[实施例1]
首先,说明实施例1中的二次电池14的单个单元的结构。二次电池14的单个单元是卷绕型的非水电解质二次电池。
[正极板的制作]
作为正极活性物质,使用了以LiNi0.88Co0.09Al0.03O2表示的锂镍钴铝复合氧化物。之后,将100质量份的LiNi0.88Co0.09Al0.03O2(正极活性物质)、1质量份的乙炔黑和0.9质量份的聚偏氟乙烯(PVDF)(粘接剂)混合在N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)溶剂中,从而制备了正极合剂浆料。接下来,将膏状的该正极合剂浆料均匀地涂敷在由铝箔构成的长条的正极集电体的两面,并在干燥机中进行干燥,以除去NMP,之后,使用辊压机压制成规定厚度,从而获得长条状的正极板。进而,将压制加工后的正极板裁剪成规定的电极尺寸,制作了正极板。此外,在正极板的长度方向中央部形成未形成有活性物质的未涂敷部,在该未涂敷部通过超声波焊接连接铝的正极引线。
[负极板的制作]
将100质量份的作为负极活性物质的石墨粉末、1质量份的作为粘接剂的苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)和1质量份的作为增粘剂的羧甲基纤维素(CMC)混合。然后,使该混合得到的混合物分散于水中,从而制备了负极合剂浆料。将该负极合剂浆料涂敷在由铜箔构成的负极集电体的两面,并通过干燥机进行干燥,之后,用压缩辊进行压制以使得成为规定厚度,从而获得了长条状的负极板。然后,将长条状的负极板裁剪成规定电极尺寸,从而制作了负极板。此外,在负极板的未涂敷部,将由镍-铜-镍的包层材料构成的负极引线通过超声波焊接连接在卷绕后的电极组中成为内周部的位置。
[非水电解液的制备]
向将碳酸亚乙酯(EC)和碳酸二甲酯(DMC)以体积比EC∶DMC=1∶3混合而得到的混合溶剂100质量份中,添加5质量份的碳酸亚乙烯酯(VC),进一步将1.5摩尔/L的LiPF6溶解,从而制备了非水电解液。
[电极组的制作]
隔着聚烯烃系树脂制的间隔件将所制作的正极板以及负极板卷绕成旋涡状,由此制作了卷绕型的电极组。此时,使铜箔的负极集电体在电极组的最外周露出。
[二次电池的单个单元的制作]
在有底圆筒状的箱体主体的内侧插入圆板状的绝缘板,在其上侧插入了电极组。此时,将电极组配置于箱体主体,并使负极集电体与箱体主体的筒部的内表面接触。通过焊接将与负极板连接的负极引线连接在箱体主体的底部的内表面。接下来,在箱体主体的内侧,在电极组的上侧插入绝缘板,向放入有电极组的箱体主体的内部注入规定量的所制备的非水电解液。然后,通过焊接将与正极板连接的正极引线与封口体连接,经由垫圈在箱体主体的开口部的内侧插入封口体,并对箱体主体的开口端部进行铆接,由此制作了密闭型的非水电解质二次电池的单个单元。此外,封口体作为阀体而使用了在由铝材构成的圆形的端子板设置有薄壁部的阀体。在端子板的薄壁部的中央部形成了最薄壁部。然后,将规定破裂盘(Rupture Disc)和绝缘板与端子板连接,制作了封口体。
这样的二次电池14的单个单元中的推荐充电电压为4.2V。与第1电压V1对应的4.2V的初期时的满充电容量为4400mAh(15.8Wh),与第2电压V2对应的4.1V的初期时的满充电容量为4000mAh(14.4Wh)。
[充放电控制]
接下来,说明由控制装置20进行的充放电控制。表1示出了实施例1-5和比较例1-3中的充电以及放电中的模式,充电时的最大电压、充电率以及放电率的变更的有无以及充电结束容量。
[表1]
Figure BDA0002949067180000101
如表1的实施例1一栏中所示,使控制装置20交替地执行第1模式和第2模式的充放电循环。充放电循环从第1模式开始,对第1模式进行1个循环,接下来对第2模式进行了24个循环。重复进行了40次第1模式和第2模式的合计25个循环的充放电循环的组。第1模式的充放电循环为了决定接着的第2模式的充放电循环中的充电结束容量S2而进行。第1模式以及第2模式的充放电条件如以下所示。
在第1模式中,为了测定二次电池14的以第2电压V2为基准的满充电容量,进行了充放电循环。即,到电池电压达到第2电压V2(每单个单元当4.1V)为止,以0.5E(每单个单元7.9W)的恒定电力对二次电池14进行充电(CP充电),到接下来电流值衰减为0.05C(每单个单元220mA)为止以第1电压V1的恒定电压进行了充电(CV充电)。此时测定的充电容量是二次电池14的以第2电压V2为基准的满充电容量。充电后,到电池电压变为放电结束电压(每单个单元3V)为止以0.5E(每单个单元7.9W)的恒定电力对二次电池14进行了放电(CP放电)。
在第2模式中,将以在之前的第1模式的充放电循环中计算出的以第2电压V2为基准的二次电池14的满充电容量设为充电结束容量S2而使用。即,到电池电压变为第1电压V1(每单个单元4.2V)为止以0.5E(每单个单元7.9W)的恒定电力对二次电池14进行充电(CP充电),接下来以第1电压V1的恒定电压对二次电池14进行了充电(CV充电)。在二次电池14的充电容量达到充电结束容量S2的时间点结束充电。之后的放电条件与第1模式的放电条件相同。
[实施例2]
在实施例2中,除实施例1的充放电循环条件之外,每当第2模式的充放电循环开始时,还根据劣化程度来降低CP充电时的充电率。具体而言,首先,从初次的第1模式的满充电容量减去第2模式的充放电循环之前的第1模式的满充电容量,以计算充电容量的下降量。接下来,计算充电容量的下降量相对于初次的第1模式的满充电容量之比,以作为二次电池的劣化程度。在将计算出的劣化程度设为G(0≤G<1)时,根据作为初次的充放电循环的充电率的0.5E乘以(1-G)而得到的式(1-G)×0.5E,计算第2模式的充电率。在实施例2中,其它结构以及控制方法与实施例1同样。
[实施例3]
在实施例3中,除实施例2的充放电循环条件之外,每当第2模式的充放电循环开始时,还根据劣化程度降低了CP放电时的放电率。具体而言,通过与实施例2同样的方法来计算作为二次电池的劣化程度的G。即,根据作为初次的充放电循环的放电率的0.5E乘以(1-G)而得到的式(1-G)×0.5E,计算第2模式的放电率。在实施例3中,其他结构以及控制方法与实施例1同样。
[实施例4]
在实施例4中,将实施例1的第1模式的充放电循环中的第2电压V2按照每单个单元从4.1V变更到4.15V,并将此时获得的满充电容量设为之后的第2模式的充电结束容量S2。在实施例4中,其他结构以及控制方法与实施例1同样。
[实施例5]
在实施例5中,将实施例1的第2模式的充放电循环中的第1电压V1按照每单个单元从4.2V变更到4.15V。在实施例5中,其他结构以及控制方法与实施例1同样。
[比较例1]
在比较例1中,针对与实施例1同样地制作的二次电池,将第2电压V2(每单个单元4.1V)变更为第1电压V1(每单个单元4.2V),这以外以与实施例1的第1模式的充放电循环同样的条件进行了充放电循环。重复了1000次这样的充放电循环。在比较例1中,其他结构以及控制方法与实施例1同样。
[比较例2]
在比较例2中,针对与实施例1同样地制作的二次电池,以与实施例1的第1模式的充放电循环同样的条件进行充放电循环。重复1000次这样的充放电循环。在比较例2中,其他结构以及控制方法与实施例1同样。
[比较例3]
在比较例3中,除比较例2的充放电循环条件之外,还根据二次电池的劣化程度降低了CP充电时的充电率。具体而言如以下所示。将比较例2的充放电循环区分成了如实施例那样的1个循环的第1模式和24个循环的第2模式。通过与实施例2同样的方法计算了作为二次电池的劣化程度的G。即,根据作为初次的充放电循环的充电率的0.5E乘以(1-G)而得到的式(1-G)×0.5E,计算第2模式的充电率。
[试验结果]
关于表2,进行了使用上述的实施例1-5以及比较例1-3的试验,作为25℃的循环特性,示出了1000循环时间点的容量维持率和充放电效率的结果。容量维持率以第1000个循环的放电容量相对于第2个循环的放电容量的比例(百分率)进行计算,充放电效率作为放电电力量相对于第1000个循环的充电电力量的比例(百分率)而进行了计算。
[表2]
容量维持率 充放电效率
实施例1 85.0% 93.5%
实施例2 85.2% 93.6%
实施例3 85.2% 93.7%
实施例4 84.5% 93.3%
实施例5 85.4% 93.8%
比较例1 73.3% 90.6%
比较例2 82.0% 92.5%
比较例3 82.3% 92.7%
如表1所示,在比较例2中,与比较例1相比充电时的最大电压较低,因此第一个循环的充电容量下降。然而,如表2所示,在比较例2中,与比较例1相比,容量维持率以及充放电效率提高了。此外,在比较例3中,相对于比较例2,按每规定循环根据劣化程度使充电率下降,容量维持率以及充放电效率稍有提高。
图4是示出实施例1以及比较例1的第1个循环的充电容量的比较的曲线图,图5是将与实施例1的容量维持率(a)、充电容量(b)以及充放电效率(Wh效率)(c)的循环数的关系和比较例1比较而示出的图。如图4、图5的(b)所示,在实施例1中,相对于比较例1,第1个循环的充电容量较小,但如表2、图5的(a)、(c)所示,相比于比较例1,容量维持率以及充放电效率提高了。在图5的(a)中,在实施例1中容量维持率成为台阶状,这是因为按照每规定循环数对充电结束容量进行了变更。
如表1所示,在实施例1中,如果与示出几乎同等的充电容量的比较例2比较,则在第2模式中以高于比较例2的电压(每单个单元4.1V)的电压(每单个单元4.2V)为基准进行了充电,因此CP充电区域变长,充电时间被缩短。而且,如表2所示,在实施例1中,在第1模式中把握了二次电池的劣化程度,并对之后的第2模式的充电条件进行了适当化,因此能够确认到相比于比较例2,容量维持率以及1000个循环后的充放电效率的提高。虽然表2中未示出,但在实施例1中,与比较例1以及比较例2相比,可确认到充放电效率从循环初期的阶段起提高。
在实施例2、实施例3中,按照每规定循环根据劣化程度使充电率下降,在实施例3中还进一步地根据劣化程度使放电率下降。因此,在实施例2、实施例3中,相比于实施例1,能够进一步确认到容量维持率以及充放电效率的提高。
在实施例4中,将第1模式中的第2电压V2从实施例1的每单个单元的4.1V提高到了4.15V,因此第2模式中的充电结束容量增加,但如果与实施例1比较,则容量维持率以及充放电效率均为下降倾向。然而,如果与比较例1-3相比,则实施例4中的容量维持率以及充放电效率均提高了。
在实施例5中,通过将第2模式中的第1电压V1从实施例1的每单个单元的4.2V提高到4.15V,从而能够确认与实施例1相比进一步提高容量维持率、充放电效率。与实施例1相比,在实施例5中,基于CV充电的充电容量增加与基于CP充电的充电容量减少的量相应的量。因此,实施例5的第2模式的充电时间变得比实施例1长。
另外,在上述的充电系统中,如图2所示,基于以第2电压V2为基准的满充电容量,决定了充电结束容量S2,但只要设定为二次电池的以第1电压V1为基准的小于满充电容量,就能够不限定于此而进行设定。
此外,在上述的充电系统中,控制装置的一部分的功能也可以是状态检测部或电流传感器。例如,也可以由检测部来计算劣化程度、充电必要性。
符号说明
10:充电系统;
12:电池组;
14:二次电池;
16:状态检测部;
18:电流传感器;
20:控制装置;
21:充电容量计算单元;
22:劣化程度计算单元;
23:充电控制单元;
30:充电器。

Claims (4)

1.一种二次电池的充电系统,具备:
二次电池;
充电器,对所述二次电池进行充电;
计算所述二次电池的充电容量的单元;和
充电控制单元,将所述充电器控制为进行到达到第1电压为止对所述二次电池进行充电的第1充电步骤、和以所述第1电压的恒定电压对所述二次电池进行充电的第2充电步骤,
所述充电控制单元在所述二次电池的充电容量达到设定在小于所述二次电池的以所述第1电压为基准的满充电容量的范围内的充电结束容量的情况下,结束充电。
2.根据权利要求1所述的二次电池的充电系统,其中,
所述充电结束容量基于以低于所述第1电压的第2电压为基准的满充电容量决定。
3.根据权利要求2所述的二次电池的充电系统,其中,
所述第2电压被设定在所述第1电压的95%以上且99%以下的范围内。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的二次电池的充电系统,其中,
具有计算所述二次电池的劣化程度的单元,
基于所述劣化程度的计算结果,变更所述充电结束容量。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3905423A4 (en) * 2018-12-25 2022-02-16 SANYO Electric Co., Ltd. STANDBY POWER SUPPLY DEVICE AND RECHARGEABLE BATTERY CHARGING METHOD
CN112448054B (zh) * 2019-08-30 2023-02-17 北京小米移动软件有限公司 移动终端的充电方法、装置、终端及存储介质
US11894708B2 (en) * 2020-08-06 2024-02-06 Apple Inc. Method and apparatus for charging a battery based on a wear factor calculated from usage statistics and usage parameters of the battery
US11524582B2 (en) * 2021-02-16 2022-12-13 Ford Global Technologies, Llc Battery charging system for hybrid or electric vehicle

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002162451A (ja) * 2000-11-28 2002-06-07 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> リチウムイオン電池の容量推定方法、劣化判定方法および劣化判定装置ならびに劣化判定機能を具備したリチウムイオン電池パック
US6664764B1 (en) * 2000-05-11 2003-12-16 International Business Machines Corporation Apparatus and method for detecting a battery use state and mitigating battery deterioration
JP2011109840A (ja) * 2009-11-19 2011-06-02 Lenovo Singapore Pte Ltd 二次電池の寿命期間を保証する充電システム
CN102318129A (zh) * 2009-11-27 2012-01-11 松下电器产业株式会社 锂离子二次电池的充电方法以及电池组
CN102696143A (zh) * 2010-10-04 2012-09-26 松下电器产业株式会社 非水电解质二次电池的充放电控制系统及控制方法、以及电池包
JP2013135510A (ja) * 2011-12-26 2013-07-08 Sanyo Electric Co Ltd 充電電流の決定方法及びパック電池
JP2015186316A (ja) * 2014-03-24 2015-10-22 パナソニックIpマネジメント株式会社 二次電池の充電システム及び方法並びに電池パック
US20160301226A1 (en) * 2015-04-08 2016-10-13 Intel Corporation Systems, methods and devices for adaptable battery charging
JP2016195495A (ja) * 2015-03-31 2016-11-17 古河電気工業株式会社 二次電池充電制御装置および二次電池充電制御方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003132955A (ja) * 2001-10-23 2003-05-09 Nec Yonezawa Ltd 非水電解質二次電池の充放電方法
JP2008252960A (ja) 2007-03-29 2008-10-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd 充電システム、電池パックおよびその充電方法
US7859226B2 (en) * 2007-07-17 2010-12-28 Tdk-Lambda Corporation Method and device for safety protection of secondary battery
JP2010019758A (ja) * 2008-07-11 2010-01-28 Mitsumi Electric Co Ltd 電池状態検知装置
JP5504126B2 (ja) * 2010-10-12 2014-05-28 本田技研工業株式会社 リチウムイオン電池の制御装置
JP5537521B2 (ja) 2011-09-20 2014-07-02 株式会社日立製作所 リチウムイオン二次電池制御システムおよび組電池制御システム
JP6168301B2 (ja) * 2012-03-30 2017-07-26 パナソニックIpマネジメント株式会社 劣化状態推定方法
JP6208213B2 (ja) 2013-03-19 2017-10-04 三洋電機株式会社 二次電池の充電システム及び方法並びに電池パック
WO2016132586A1 (ja) * 2015-02-17 2016-08-25 三菱電機株式会社 電力変換システム
JP7067566B2 (ja) * 2017-12-13 2022-05-16 住友電気工業株式会社 電池監視装置、コンピュータプログラム及び電池監視方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6664764B1 (en) * 2000-05-11 2003-12-16 International Business Machines Corporation Apparatus and method for detecting a battery use state and mitigating battery deterioration
JP2002162451A (ja) * 2000-11-28 2002-06-07 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> リチウムイオン電池の容量推定方法、劣化判定方法および劣化判定装置ならびに劣化判定機能を具備したリチウムイオン電池パック
JP2011109840A (ja) * 2009-11-19 2011-06-02 Lenovo Singapore Pte Ltd 二次電池の寿命期間を保証する充電システム
CN102318129A (zh) * 2009-11-27 2012-01-11 松下电器产业株式会社 锂离子二次电池的充电方法以及电池组
CN102696143A (zh) * 2010-10-04 2012-09-26 松下电器产业株式会社 非水电解质二次电池的充放电控制系统及控制方法、以及电池包
JP2013135510A (ja) * 2011-12-26 2013-07-08 Sanyo Electric Co Ltd 充電電流の決定方法及びパック電池
JP2015186316A (ja) * 2014-03-24 2015-10-22 パナソニックIpマネジメント株式会社 二次電池の充電システム及び方法並びに電池パック
JP2016195495A (ja) * 2015-03-31 2016-11-17 古河電気工業株式会社 二次電池充電制御装置および二次電池充電制御方法
US20160301226A1 (en) * 2015-04-08 2016-10-13 Intel Corporation Systems, methods and devices for adaptable battery charging

Also Published As

Publication number Publication date
JP7356986B2 (ja) 2023-10-05
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