JP2008507098A - アルカリ金属ポリマー電池を充電する方法 - Google Patents

Abstract

複数の電気化学電池を有する電気化学的発電装置に充電する方法である。この方法は、発電装置の全体の電圧が所定の電圧レベルに達するように、前記複数の電気化学電池を充電し、電気化学的発電装置における特定の電気化学電池を選択して、前記特定の電気化学電池を対応する最大電圧に充電して、これにより、少なくとも一つのカソードを満充電状態に回復する、段階を含む。満充電状態に一旦回復されると、特定の電気化学電池は、それ自体で放電を許容することができ、又は、公称電圧まで制御可能に放電される。発電装置における複数の電気化学電池の各々は、所定の選択シーケンスによって、次々に選択されて、その最大電圧に充電される。

Description

本発明は、全体的に、アルカリ金属ポリマー電池を充電する方法に関し、そして、より具体的には、この種の電池の容量減少を抑制するアルカリ金属ポリマー電池の充填方法及び処理に関する。

固体高分子電解質及びシート状のアノード及びカソードのラミネートから製造される再充電可能なアルカリ金属ポリマー電池は、従来の液体電極の電池に勝る多くの利点を示す。これらの利点は、環境に有毒な液体を流出する危険性が除去されたことによる環境に優しいことに加え、より低い全体の電池重量、より高い出力密度、より高い比エネルギー、より長い耐用年数を、それぞれ有することを含む。

固体ポリマーの電気化学電池の部品は、各アノード及びカソード対に介装された固体の高分子電解質といった、イオン伝導を許容しうる、陽極、陰極及びセパレータを含む。陰極又はアノード、及び、陽極又はカソードは、アルカリ金属イオンを可逆的に解放及び遮蔽可能な材料で作製される。

カソードは、遷移金属酸化物又は遷移金属リン酸塩といったリチウムを遮蔽及び解放可能な活性材料、通常カーボン又は黒鉛又はそれらの組み合わせである導電性充填材、そして、導電性ポリマーバインダ、の混合物で、典型的に形成される。カソード材料は、通常ペースト状の材料である。カソード材料は、通常、アルミニウム箔といった導電性材料の薄板である、電流コレクタを必要とする、ペースト状の材料である。

アノードは、アルカリ金属及び合金といった、軽量の金属箔で典型的に作製される。概して、アノードは、リチウム金属、酸化リチウム、リチウム-アルミニウム合金などで作製される。あるいは、アノードは、例えばポリマーバインダ中におけるカーボンベースの層間化合物といった、複合ペースト状材料で作製されうる。その場合には、アノードも、例えば銅の薄板といった電流コレクタ支持材を必要とする。

放電中において、電気化学反応は、リチウム製金属アノードの酸化処理及び遷移金属酸化物のカソードの還元を含む。放電中において、リチウムカチオン（Ｌｉ^＋）は、イオン伝導性ポリマーのセパレータを介して移動して、遷移金属酸化物カソードの格子間位置に挿入される。その一方で、アノードの酸化によって提供される電子は、電流を発生させる。リチウム電気化学電池を再充電するときに、電流は、遷移金属酸化物カソードの格子間位置からリチウムカチオンＬｉ^＋を取り除いてリチウムアノードに戻す効果を有するアノードへ供給される。理論的には、電気化学反応は、完全に可逆性である。しかしながら、実際には、電気化学電池を通常の充電を介して本来の状態に戻すことが可能あるというわけではない。その理由は、次のことにある。電気化学電池が接続される適用負荷の電圧限度によって完全な充電（満充電）が防止されるおそれがあるためである。電気化学電池が完全には再充電又は回復しないときに、いくつかの挿入されたリチウムカチオンは遷移金属酸化物カソードの格子間位置の中に残存して、過剰な数の充電/放電サイクルを引き起こす。このように、各電気化学電池の容量は、遷移金属酸化物カソードの中に残留するリチウムカチオンによって早期に減少するおそれがある。適用負荷の電圧制限のため、電気化学電池は、人工的に加速された容量減衰を被るおそれがあり、これによって、前記電池の耐用年数を減らすおそれがある。

このように、電気化学的発電装置の各電気化学電池がその最初の（本来の）化学状態に回復しうるように、接続される適用負荷によって課せされる電圧限度を回避するように構成されるアルカリ金属電気化学的発電装置に充電する方法及び処理に対するニーズが存在する。

従って、発電装置の各電気化学電池がその最初の化学状態に回復されることでアルカリ金属電気化学的発電装置に充電する方法を提供することが、本発明の目的である。

少なくとも２つの電気化学電池及び後述のエレクトロニクス制御システムを有する電気化学的発電装置を提供することは、本発明の別の目的である。このエレクトロニクス制御システムは、発電装置の各電気化学電池がその最初の化学状態に回復されるように、電気化学的発電装置に充電するように操作可能なものである。

具現化されて、幅広く記述されるように、本発明は、複数の電気化学電池を有している電気化学的発電装置に充電する方法を提供する。各電気化学電池は、少なくとも一つのカソード、少なくとも一つのアノード、及び、これらの間の少なくとも一つの電解質セパレータ、を含んでいる。前記電気化学的発電装置は、各電気化学電池のそれぞれの最大電圧に関連する全体の電圧によって特徴づけられている。前記方法は、
ａ)前記電気化学的発電装置の全体の電圧が所定の電圧レベルに達するように、前記複数の電気化学電池を充電すること、
ｂ）前記電気化学的発電装置における特定の電気化学電池を選択すること、
ｃ）前記特定の電気化学電池を対応する最大電圧に充電して、これにより、少なくとも一つのカソードを満充電状態に回復すること、
を含む。

本発明の実施の非限定的な例において、前記特定の電気化学電池が満充電状態に一旦回復されると、前記特定の電気化学電池は、それ自体で放電を許容することができ、又は、公称電圧まで制御可能に放電される。前記発電装置における複数の電気化学電池の各々は、所定の選択シーケンスによって、次々に選択されて、その最大電圧に充電される。

有利には、前記電気化学的発電装置における複数の電気化学電池の電圧の合計は、前記発電装置に接続している適用負荷の予め設定された電圧制限を上回らない。

本発明は、以下の説明及び以下の図面によって、より詳細に理解され、他の効果もわかるであろう。

明確性のため、本発明は、複数の電気化学電池を有する電気化学的発電装置の、特定の、非限定的な実施例に関連して記述される。しかしながら、本願明細書において記載されている方法及び処理は、本発明の範囲内において、電気化学的発電装置の様々な異なる実施例において用いられることができる。

図１は、その内部部品を切断部で示している、リチウム金属ポリマー発電装置１０を例示する。この具体例において、発電装置１０は、バスバー１４を介して直列に接続されて互いに積層された（スタックされた）複数の電気化学電池１２を含む。バスバー１４は、電気化学電池１２の充電及び放電モードを制御して、発電装置１０の様々なパラメータをモニタする電子制御盤１６に接続している。

各電気化学電池１２は、図２において概略的に例示されるように、積層体（ラミネート）２０の複数層アセンブリから成る。各ラミネート２０は、リチウム供給源として作用する金属リチウム箔アノード２２と、リチウムイオンキャリアとして作用する固体高分子電解質セパレータ２４と、遷移金属酸化物カソード２６とを具備している。カソード２６は、酸化バナジウム及び高分子バインダの化合物で作製され、可逆的にリチウムイオンを挿入するのに適している。カソード２６は、適用負荷（図示せず）及びバスバー１４に電気的に接続するように機能する、電流コレクタ２８によって支持される。

特に、リチウムバナジウム酸化物（Ｌｉ_１＋ｘＶ_３Ｏ_８、ここで０．２≦ｘ≦２．８）は魅力的なカソード挿入材料である。何故なら、その格子構造がリチウム挿入及び抽出に対して比較的安定であり、二次元結晶的な格子間部位（四面体部位及び八面体部位）を提供するからである。放電、リチウムのインターカレーション（挿入）又はリチウム組込中において、リチウムカチオンＬｉ^＋は、高分子電解質２４を介して移動して、２つの単相の反応プロセスにおけるＬｉ_１＋ｘＶ_３Ｏ_８格子の格子結晶的な部位に挿入される。第一に、リチウムカチオンＬｉ^＋は、前記酸化物の構成がＬｉ_２．０Ｖ_３Ｏ_８に到達するように、四面体部位が完全に占有されるまで、四面体部位に挿入される。放電又は挿入が継続しているとき、前記酸化物の構成がＬｉ_３．７Ｖ_３Ｏ_８に到達するように、八面体部位の部位が完全に占有されるまで、リチウムイオンはＬｉ_２．０Ｖ_３Ｏ_８格子の八面体部位に挿入される。放電又は挿入が継続していれば、八面体部位中に位置するリチウムイオンは、さらに入ってくるリチウムイオンによって、隣接する八面体部位中に変位される。この変位は、前記構成がＬｉ_４．０Ｖ_３Ｏ_８に到達するまで、立法最密充填に向けてＶ_３Ｏ_８の酸素イオンアレイを変化させることによって、達成される。Ｌｉ_１＋ｘＶ_３Ｏ_８挿入電極へのリチウム挿入の機構は、題名“Structural characterization of Li1+xV3O8 insertion electrodes by single crystal X-ray diffraction”、固体イオニクス学会発行、第６２巻、１９９３年、２９７−３０７頁の科学論文において、より詳細に説明され、それは本願明細書に参照として組み込まれる。

再充電、リチウムバナジウム酸化物の格子間位置からリチウムイオンのデインターカレーション又は離脱中において、逆の処理が発生していると一般的に考えられる。しかしながら、Ｌｉ_１＋ｘＶ_３Ｏ_８のデインターカレーション処理の構造的特性は、不完全なままである。にもかかわらず、電気化学電池１２が放電毎に満充電電圧に再充電されない場合、放電毎に満充電電圧に再充電される場合に比して、電気化学電池１２の容量がより急速に弱まることが見出されている。接続される適用負荷が発電装置１０の電気化学電池１２の完全な再充電を防止する電圧制限器を有する場合、発電装置１０の耐用年数は、実質的に短くなりうる。

この問題を説明するために、発電装置１０が、直列に接続される１２の電気化学電池１２を有するとともに、公称電圧３６ボルトの発電装置に対して各電気化学電池１２が公称電圧３．０ボルトを有する、と仮定する。実際には、各電気化学電池１２は、発電装置の最大電圧３８．４ボルトに対して、最大電圧３．２ボルトを有する。適用負荷の電圧制限が３６ボルトに設定されている場合、各電気化学電池１２をその最大電圧３．２ボルトに再充電することはできない。前述のように、各電気化学電池１２が満充電又は最大の充電電圧に再充電されない場合、放電中に、ＬｉＶ_３Ｏ_８カソードの格子間部位に挿入されるリチウムイオンは、再充電中に、リチウムアノードに全て戻る訳ではない。このように、ＬｉＶ_３Ｏ_８カソードは、その本来の状態に回復されず、発電装置１０の耐用年数を潜在的に減らす負の影響を有する。他の遷移金属酸化物又はリン酸塩を主成分とする材料といった他のカソード材料は、それらの構造を安定させるために、それらの満充電状態への復帰から利益を得ることもできる。

図３は、４つの異なる再充電電圧に対する１００サイクル以上の電気化学電池１２の容量の進展を例示しているグラフである。ここで、サイクルは、完全に放電した後、再充電するものである。プロットされたラインＡは、電気化学電池１２が常に最大電圧の３．２ボルトで再充電されたときの電気化学電池１２の容量の進展を示し、それ故、電気化学電池１２の公称又は期待される容量減衰を示している。プロットされたラインＢは、電気化学電池１２が常に３．１ボルトに再充電されたときの容量の進展を示す。３．１ボルトでの再充電のときには、プロットされたラインＢの傾斜はプロットされたラインＡよりも急峻であり、電気化学電池１２の容量がより急速に減衰することがわかる。プロットされたラインＣは、電気化学電池１２が常に３．０ボルトに再充電されたときの容量の進展を示す。この場合、３．１ボルト又は３．２ボルトの再充電に比して、容量減衰の増大が見られる。プロットされたラインＤは、電気化学電池１２が常に２．９ボルトに再充電されたときの容量の進展を示す。そして、１００サイクルに亘って容量減衰のさらなる増大を示している。これらのプロットされた実験データは、許容される又は公称の容量減衰を維持して、発電装置１０の予想される耐用年数を満たすために、各電気化学電池１２を満充電状態に再充電することの重要性を例示する。

適用負荷の電圧制限によって発電装置１０の満充電が防止される状況において、本発明者は、各電気化学電池１２がその最大電圧に再充電されるように、発電装置１０を再充電する方法を発明した。この方法は、適用負荷の電圧制限以下である、発電装置１０の所定の全体の電圧に、全ての電気化学電池１２を再充電する段階を含む。そして、個々に、そして、順次に、その最大電圧に各電気化学電池１２を充電する段階が続く。最大電圧に充電された各電気化学電池１２は、その後で、前記適用負荷の電圧制限を上回る発電装置１０の全体電圧に達することを回避するために、低い電圧に戻ることができる。

本発明の特定の非限定的な実施例において、最大電圧に充電された各電気化学電池１２の一部放電は自然に発生する。何故なら、満充電された電池１２のそれぞれは、隣接した電気化学電池１２との電圧のバランスをとる傾向があるためである。この一部放電も急速に発生する。何故なら、電気化学電池１２の最大電圧は、その放電曲線において最も急峻な部分にあり、このことは、その電圧が急速に下降することを意味するからである。あるいは、その最大電圧に再充電された各電気化学電池１２は、全ての電気化学電池１２の電圧の合計が前記適用負荷の閾値電圧制限の下で保たれるように、前記適用負荷に、又は、他の電池１２に放電することができる。いずれにせよ、各電気化学電池１２は、その容量が図３においてプロットされたラインＡで例示される公称の容量減衰の進展に従うように、完全に再充電されて、少なくとも一時的にその最初の状態に戻される。

具体例において、発電装置１０が接続される適用負荷の電圧制限は３６ボルトであるとして、発電装置１０は直列に接続される１２個の電気化学電池１２を含むと仮定する。各電気化学電池１２は、発電装置における３８．４ボルトの最大電圧のために、３．２ボルトの最大電圧を有する。放電後、発電装置１０は、３５．７６ボルトに再充電される。このことは、各々の１２個の電気化学電池１２が２．９８ボルトの所定の値まで再充電されることを意味する。各電気化学電池１２が２．９８ボルトに充電されたことを電子制御盤１６が一旦検出すると、電子制御盤１６はシーケンシャル（経時的）な充電モードを始める。経時的な充電の間、１つの電気化学電池１２が選択され、そして、充電電流は、選択された電気化学電池１２がその最大電圧の３．２ボルトに到達するまで、この選択された電気化学電池１２に入れられる。他の電池１２の電圧はほぼ２．９８ボルトのまま残り、それによって、全１２の電池の電圧の合計が３６ボルトの適用負荷の電圧制限を上回らないことを確実にする。すなわち、
（１１×２．９８［Ｖ］）＋３．２［Ｖ］＝３５．９８［Ｖ］＜３６［Ｖ］

本発明の範囲内において、発電装置１０は、１２個よりも多い又は少ない電気化学電池を有しうることに注意すべきである。事実、発電装置１０は、例えば１８、２４、３０、４０等といった任意の数の電気化学電池を含むことができる。

選択された電気化学電池１２が３．２ボルトのその最大電圧に達すると、電子制御盤１６は充電電流を遮断して、完全に充電された選択された電気化学電池１２が所定の、一定の緩和期間（例えば３０秒、６０秒、１時間、等）の間における充填の維持を可能にする。その後、選択された電池１２の電圧は、略２．９８ボルトに後退することが可能である。具体例において、満充電され選択された電気化学電池１２は、適用負荷、又は、隣接する電気化学電池１２に放電される。次に、第２の電気化学電池１２は、電子制御盤１６によって選択されて、その３．２ボルトの最大電圧に再充電される。その一方で、他の電池１２の電圧は略２．９８ボルトに留まる。第２の選択された電気化学電池１２の電圧は、所定の緩和期間の間、３．２ボルトに維持される。そして、その後、その電圧はその公称の２．９８ボルトに低下しうる。全１２個の電気化学電池１２は、各電気化学電池のカソード２６が少なくとも短い期間中においてその本来の状態に復帰されるように、次々に、上記の段階に従って再充電される。シーケンシャルな充電モードは、カソード２６の格子間位置に挿入される全てのリチウムイオンがリチウムアノードに復帰するとともにカソード２６が本来の状態に戻されるように、個々の電気化学電池１２の電圧をその最大値に到達することを可能にする。個々の電気化学電池１２の電圧を最高値に到達させることで、発電装置１０の容量減衰を最小限にして、そして、その予想される耐用年数を最大化することを確実にする。

図４は、完全放電（ディープディスチャージ）の後、電気化学的発電装置１０を再充電するときに、電子制御盤１６によって実行される論理シーケンスの実施例を概略的に示しているフローチャート線図である。電子制御盤１６は、個々の電気化学電池１２のいずれにも３．２ボルトを上回る過充電がされないことを確実にする安全なトリガーにもちろんなるように、発電装置１０に全電圧（Ｖ_ｔｏｔ）（例えば１２×２．９８[Ｖ]＝３５．７６[Ｖ]）への無差別な充電を開始する。例えば適用負荷電圧からの定電流充電又は定電圧充電といった、発電装置１０を安全かつ効率的に３６ボルトのその電圧制限値に到達させるための多数の充電手法が、存在しており、当業者にとって周知である。充電は、他の可能性のうちで、１０秒又は１５秒のショートスパート（瞬間）中に発生しうる。発電装置１０の全体電圧がその予め設定（プリセット）された３５．７６ボルトの全体の電圧制限値に達すると、電子制御盤１６は第１の電気化学電池１２、特に０＜Ｎ＜１３の電池（Ｎ）を選択することで、電池の電圧上乗せ（トッピング）シーケンスの実行を始める。Ｎ＝１から始めて、電池（Ｎ）は、定電圧充電によって、３．２ボルトの個々の最大電圧Ｖ_{ｍａｘ（Ｎ）}に、充電される。選択された電池（Ｎ）がＶｍａｘ（Ｎ）＝３．２ボルトのその最大電圧に到達したときに、発電装置１０の全体の電圧は３６ボルトを上回らない。何故なら、
（１１×２．９８[Ｖ]）＋３．２[Ｖ]＝３５．９８[Ｖ]＜３６[Ｖ]
だからである。

このように、電池（Ｎ）が最大電圧Ｖ_{ｍａｘ（Ｎ）}の３．２ボルトであっても、全１２個の電池１２の電圧の合計は、３６ボルト以下に保たれる。選択された電池（Ｎ）が３．２ボルトのその最大電圧Ｖ_{ｍａｘ（Ｎ）}に到達すると、電池（Ｎ）のカソードの格子間位置からリチウムカチオンＬｉ^＋を完全に除去して、挿入材料の酸素イオンアレイを本来の構造に変位することを保障するため、２．９８ボルトへの放電を可能とする前に、所定の時間の間３．２ボルトに維持される。タイマーは、電池（Ｎ）がＶ_{ｍａｘ（Ｎ）}に維持される時間をモニタする。所定の時間が経過するときに、電子制御盤１６は選択された電池（Ｎ）を開放して、この電池は自然に略２．９８ボルトの平衡電圧に戻る。変数Ｎは、１つ加算されて、電子制御盤１６は、第２の電気化学電池１２（Ｎ＝２）を選択するために段階３４に戻り、そして、そこで、前述したように電池のトッピング段階３４〜３９を実行する。この論理シーケンスは、Ｎ＝１からＮ＝１２まで、各電池（Ｎ）に対して繰り返される。

発電装置１０が接続される適用負荷の電圧制限に応じて、所定の全体の電圧（Ｖ_ｔｏｔ）は、異なる。また、発電装置１０の電気化学電池１２の数に応じて、電池のトッピング段階も、従って変化する。

上記の実施例において、電池のトッピング段階３４〜３９が電池（Ｎ）に実行されるたびに、変数Ｎは１つ加算される。このように、１２個の電気化学電池１２は、電池(１)から電池(１２)まで、連続的に選択される。しかしながら、異なる選択シーケンスもまた行われうることにも注意すべきである。例えば、選択シーケンスは、電池(１)、電池(１２)、電池(２)、電池(１１)、電池(３)、電池(１０)、電池(４)、電池（９）、等であってもよい。あるいは、選択シーケンスは、電池（６）、電池（７）、電池（５）、電池（８）、電池（４）、電池（９）、電池（３）、電池（１０）、電池（２）、電池（１１）、電池（１）、電池（１２）であってもよい。このような選択シーケンスは、本発明の範囲内において、行うことができる。

本発明における変形実施例において、選択された電池（Ｎ）がその最大電圧Ｖ_{ｍａｘ（Ｎ）}に充電されて所定の時間が経過したとき、電子制御盤１６は、選択された電池（Ｎ）を適用負荷にわずかな制御された放電を続行させて、この電池の電圧をその公称電圧Ｖ_{ｃｅｌｌ（Ｎ）}＝Ｖ_{ｔａｒｇｅｔ}＝２．９８ボルトにする。なお、この放電されるエネルギーは損失ではないことに注意すべきである。何故なら、このエネルギーは適用負荷に放電され、従って、有用であるからである。選択された電池（Ｎ）が２．９８ボルトの閾値電圧に達するときに、電子制御盤１６は、異なる電気化学電池１２を選択して、新しく選択された電気化学電池１２に全てのシーケンスの動作を繰り返す。

図４に示されるフローチャートにおいて、Ｎ＝１３のとき、全ての電気化学電池１２は本来の状態に復帰されており、電池バランス又は均等化は電子制御盤１６によって初期化されている。電池バランス又は均等化は、全１２個の電気化学電池１２を公称電圧のＶ_ｔｏｔ／１２≒３．０ボルトにすることにある。バランシングが完了するとき、適用負荷の電圧制限に対応する合計の３６ボルトに対して、各電気化学電池１２は略３．０ボルトの電圧を有する。電池のバランシングは、本願明細書に参照として組み込まれる、米国特許第５，９５２，８１５号明細書において詳述されている。

図４に示される論理シーケンスの変形例において、発電装置１０を初期再充電する間、発電装置１０の全体電圧（Ｖ_ｔｏｔ）は、３６ボルト＝（１２×３．０ボルト）の公称電圧に到達できる。次に、選択された電池（Ｎ）が３．２ボルトのその最大電圧に充電されるように設定されるときに、残されて選択されていない電気化学電池１２の全ての初期放電が適用負荷に０．２／１１ボルトでされ、これにより、全１２個の電気化学電池１２の電圧の合計が３６ボルト以下に保たれることを保証する。選択された電池（Ｎ）がその後に、３．０ボルトへ戻って放電されるときに、選択された電池（Ｎ）の放電電流は、３．０ボルトの公称電圧まで又はこの近傍まで電圧を戻すために、残されて選択されていない電気化学電池１２に印加される。

図５は、完全放電の後に、電気化学的発電装置１０を再充電するときに、電子制御盤１６によって実行される論理シーケンスを概略的に示している変形実施例のフローチャート線図である。再充電モード４５において、Ｖ_ｔｏｔを電気化学電池１２の数で割った値が２．９８ボルトを上回るまで、電子制御盤１６は全体バッテリー電圧Ｖ_ｔｏｔをモニタする。この例では、１２個の電気化学電池１２があり、閾値は、Ｖ_ｔｏｔ／１２＞２．９８ボルト、で定義される。Ｖ_ｔｏｔ／１２＞２．９８ボルトのとき、電池のトッピングシーケンスが開始され、電子制御盤１６は、第１の電気化学電池１２、特に電池（Ｎ）、０＜Ｎ＜１３を選択する。Ｎ＝１から始めて、電子制御盤１６は、３．１ボルト（Ｖ_ｃｅｌｌ＞３．１ボルト）より上の電圧に達するまで、選択された電池（Ｎ）を充電する。この電圧に到達したとき、Ｎ＜１２である場合、Ｎは１つ加算される。次に、第２の電気化学電池１２（Ｎ＝２）が選択されて、３．１ボルト（Ｖ_ｃｅｌｌ＞３．１ボルト）を超える電圧に充電される。全ての電気化学電池１２が３．１ボルトを超えて再充電されてそれらの初期の状態に戻されるまで、電池のトッピングシーケンスは、各電気化学電池１２に対して繰り返される。上述の論理シーケンスの実施例のように、異なる電池選択シーケンスも、本発明の範囲内において、適用されうる。

前述のように、電池のトッピングシーケンス又は再充電は、他のカソード材料に対しても有用でありうる。リン酸塩を主成分とするカソード材料又は他の遷移金属酸化物カソード材料を含む電気化学的発電装置の個々の電池を再充電することは、カソード材料の構造が完全な充電状態に安定化されて、これによって電気化学電池に対する最大耐用年数を保障しうる。リン酸塩を主成分とするカソード材料又は他の遷移金属酸化物カソード材料を含む電気化学的発電装置に対して、個々の電池の最大電圧Ｖ_{ｍａｘ（Ｎ）}は、４．０ボルトと同程度でもよい。従って、電気化学的発電装置における所定の全体の電圧は、電池のトッピングシーケンスを引き起こすように設定されなければならない。

上述の実施例は明確に電圧値に言及しているが、これらの値は単に例示としてのみ付与されており、従って、電気化学電池のカソードにおける挿入材料用の種類、用途、電圧限度、等に従って異なることを理解すべきである。

さらにまた、これらの値は、電子制御盤１６の測定能力に依存している。そして、この測定能力は、電池のトッピングシーケンスの様々な段階を引き起こす閾値パラメータを決定するときに、考慮されなければならない。

本発明はその特定の変形例に関して記載されているが、他の変形例及び改良物も考慮され、これらも本発明の範囲内である。従って、本発明は、前記説明によって制限されず、添付の請求の範囲によって定義される。

図１は、実施例における電気化学的発電装置の斜視図である。 図２は、典型的な電気化学電池積層体（ラミネート）の概略図である。 図３は、異なる再充電電圧での電気化学電池における容量の減衰を示しているグラフである。 図４は、本発明の実施例による、電気化学的発電装置のための充電方法を表しているフローチャートである。 図５は、本発明の異なる実施例による、電気化学的発電装置のための充電方法を表しているフローチャートである。

符号の説明

１０ 発電装置
１２ 電気化学電池
１４ バスバー
１６ 電子制御盤
２０ 積層体（ラミネート）
２２ 金属リチウム箔アノード
２４ 高分子電解質セパレータ
２６ 遷移金属酸化物カソード
２８ 電流コレクタ

Claims (13)

1. 複数の電気化学電池を有している電気化学的発電装置に充電する方法であって、
   各電気化学電池は、少なくとも一つのカソード、少なくとも一つのアノード、及び、これらの間の少なくとも一つの電解質セパレータ、を含み、前記電気化学的発電装置は、各電気化学電池のそれぞれの最大電圧に関連する全体の電圧によって特徴づけられ、
   前記方法は、
   ａ)前記電気化学的発電装置の全体の電圧が所定の電圧レベルに達するように、前記複数の電気化学電池を充電すること、
   ｂ）前記電気化学的発電装置における特定の電気化学電池を選択すること、
   ｃ）前記特定の電気化学電池を対応する最大電圧に充電して、これにより、少なくとも一つのカソードを満充電状態に回復すること、
   を含む、方法。
2. 前記段階ｂ)及びｃ)を、所定の選択シーケンスに従って、前記発電装置における複数の電気化学電池のそれぞれに適用することを更に含む、請求項１に記載の方法。
3. 各特定の電気化学電池が前記満充電状態に回復した後に、公称電圧まで放電することを許容する段階をさらに含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記各特定の電気化学電池が公称電圧まで放電することを許容する前に、前記各特定の電気化学電池を所定期間において各々の最大電圧に維持することを更に含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記特定の電気化学電池の充電は、ショートスパート中に発生する、請求項１に記載の方法。
6. 前記発電装置における複数の電気化学電池は、スタック中に配置され、
   各電気化学電池は、前記スタック中のそれぞれの位置によって特徴づけられ、
   前記所定の選択シーケンスは、前記スタック中の電気化学電池の位置に基づいている、請求項２に記載の方法。
7. 前記所定の選択シーケンスは、前記電気化学電池のスタック中の位置のランダムな選択に基づいている、請求項６に記載の方法。
8. 前記所定の選択シーケンスは、前記電気化学電池のスタック中の位置の順序づけられた選択に基づいている、請求項６に記載の方法。
9. 前記所定の電圧レベルは、前記電気化学的発電装置の適用負荷における予め設定された電圧制限であって、
   前記方法は、前記複数の電気化学電池の電圧の合計が前記適用負荷の予め設定された電圧制限を上回らないことを確実にするために、
   前記特定の電気化学電池をその最大電圧に充電する前に、前記電気化学的発電装置における残されて選択されていない各々の電気化学電池の電圧を、放電を経て減らす段階を更に含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記特定の電気化学電池の最大電圧より低い所定の電圧レベルに、前記特定の電気化学電池を制御可能に放電する段階を更に備える、請求項１に記載の方法。
11. 前記電気化学的発電装置に含まれる電気化学電池の数によって除算される前記所定の電圧レベルは、約２．８ボルト〜約３．２ボルトの範囲である、請求項１に記載の方法。
12. 少なくとも２つの電気化学電池及びエレクトロニクス制御システムを備え、
    前記エレクトロニクス制御システムは、請求項１に記載の方法を実施するように作動する、電気化学的発電装置。
13. 少なくとも２つの電気化学電池及びエレクトロニクス制御システムを備える電気化学的発電装置であって、
    前記エレクトロニクス制御システムは、前記発電装置における各電気化学電池がそのそれぞれの初期の化学状態に回復するように、前記発電装置に充電するように作動する、電気化学的発電装置。

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