JP2009022079A - リチウムイオン二次電池の充電方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リチウムイオン二次電池の温度による保護を確保しながら、充電容量を大きくし、しかも速やかに満充電する。
【解決手段】リチウムイオン二次電池の充電方法は、リチウムイオン二次電池である電池１を、温度によって変更する保護電圧（Ｖp）に比較しながら充電し、電池１の電圧が保護電圧（Ｖp）を超えると充電を停止すると共に、温度帯域によって充電電圧（Ｖc）を切り換えて充電する。この充電方法は、最初に最も高い充電電圧（Ｖc）で充電を開始すると共に、電池１の温度と電圧を検出し、電池１の電圧が、電池１の温度から検出される温度帯域の保護電圧（Ｖp）を超えると充電を停止し、充電を停止して電圧が低下すると、電池１の温度に対応する充電電圧（Ｖc）で定電圧・定電流充電する。
【選択図】図８

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池を充電する方法に関し、とくに、電池の温度で充電電圧を変更して充電する充電方法に関する。

リチウムイオン二次電池は、電池電圧が定電圧充電の充電電圧である、たとえば４．２Ｖに上昇するまでは定電流充電される。その後、継続して定電流充電すると、電池電圧が異常に高くなるので、電池の電圧を充電電圧の４．２Ｖとして定電圧充電される。定電圧充電において、充電電流は次第に減少する。充電電流が最小電流まで減少すると満充電として充電を停止する。

リチウムイオン二次電池は、温度の影響で電気特性が変化する。このため、低温の状態で常温と同じ電圧で定電圧充電すると、リチウムイオン二次電池に弊害を与える。この欠点を解消するために、リチウムイオン二次電池の温度によって定電圧充電の充電電圧を変更する充電方法が開発されている。（特許文献１参照）
特開２００１−１６７９５号公報

リチウムイオン二次電池は、電池温度によって定電圧充電する充電電圧を変更して、低温における弊害を防止できる。この充電方法は、充電するリチウムイオン二次電池の温度を検出し、電池温度で定電圧充電の充電電圧を変更する。図１は、この方法でリチウムイオン二次電池を充電する電圧特性と電流特性を示している。この図に示すように、温度の低いリチウムイオン二次電池は、最初に低い充電電圧で定電圧・定電流充電される。充電電圧よりも低い電圧の電池は、最初に定電流充電される。定電流充電は充電電流が大きいので、この充電電流で電池の温度が高くなる。電池の温度が高くなると、定電圧充電の充電電圧を高く変更する。この状態でリチウムイオン二次電池は、高い充電電圧で定電圧・定電流充電される。この充電過程において、電池の電圧が充電電圧まで上昇すると、定電流充電から定電圧充電に切り換えられて、充電電流が減少する。充電電流が減少する電池は、充電電流による温度上昇が少なくなって電池温度が低下する。電池温度が低下する電池は、定電圧充電の充電電圧を低い充電電圧に切り換えられるが、電池電圧が充電電圧よりも高くなっているので、このタイミングで充電は停止される。このため、電池の充電が途中で中断されて十分な容量を充電できなくなる。この弊害は、図の点線で示すように、電池の温度が低下しても充電電圧を低下させない充電方法で解消できるが、この方法は、低温の電池を高い充電電圧で充電することになって電池性能を低下させる。以上のように、リチウムイオン二次電池は、電池を保護しながら低い温度で充電電圧を低くすると、十分な容量を充電できなくなる。すなわち、低温の電池の充電容量を大きくすることと、電池の保護とは互いに相反する特性であって、両方を満足するのが難しい。

本発明は、この難しい問題を欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、リチウムイオン二次電池の温度による保護を確保しながら、充電容量を大きくでき、しかも速やかに満充電できるリチウムイオン二次電池の充電方法を提供することにある。

本発明のリチウムイオン二次電池の充電方法は、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。
リチウムイオン二次電池の充電方法は、リチウムイオン二次電池である電池１を、温度によって変更する保護電圧（Ｖp）に比較しながら充電し、電池１の電圧が保護電圧（Ｖp）を超えると充電を停止すると共に、温度帯域によって充電電圧（Ｖc）を切り換えて充電する。この充電方法は、最初に最も高い充電電圧（Ｖc）で充電を開始すると共に、電池１の温度と電圧を検出し、電池１の電圧が、電池１の温度から検出される温度帯域の保護電圧（Ｖp）を超えると充電を停止し、充電を停止して電圧が低下すると、電池１の温度に対応する充電電圧（Ｖc）で定電圧・定電流充電する。

本発明の請求項２のリチウムイオン二次電池の充電方法は、保護電圧（Ｖp）を、低温度域において充電を停止する第１の保護電圧（Ｖp１）と、標準温度域において充電を停止する第２の保護電圧（Ｖp２）と、高温度域において充電を停止する第３の保護電圧（Ｖp３）とに区画している。さらに、この充電方法は、充電電圧（Ｖc）を、低温度域において電池を充電する第１の充電電圧（Ｖc１）と、標準温度域において電池を充電する第２の充電電圧（Ｖc２）と、高温度域において電池を充電する第３の充電電圧（Ｖc３）とに区画している。第１の充電電圧（Ｖc１）は第１の保護電圧（Ｖp１）以下とし、第２の充電電圧（Ｖc２）は第２の保護電圧（Ｖp２）以下とし、さらに、第３の充電電圧（Ｖc３）は第３の保護電圧（Ｖp３）以下としている。さらに、第１の保護電圧（Ｖp１）及び第３の保護電圧（Ｖp３）は、第２の保護電圧（Ｖp２）よりも低くしている。

本発明の請求項３のリチウムイオン二次電池の充電方法は、第１の充電電圧（Ｖc１）を第３の充電電圧（Ｖc３）よりも低くしている。

本発明の請求項４のリチウムイオン二次電池の充電方法は、低温度域と標準温度域の低温境界温度（Ｔ１）を５℃ないし１５℃としている。また、本発明の請求項５のリチウムイオン二次電池の充電方法は、標準温度域と高温度域の高温境界温度（Ｔ２）を４０℃ないし５０℃としている。

本発明の請求項６のリチウムイオン二次電池の充電方法は、第２の保護電圧（Ｖp２）を４．２５Ｖとしてリチウムイオン二次電池１を充電する。

本発明の請求項７のリチウムイオン二次電池の充電方法は、低温度域又は高温度域にあるリチウムイオン二次電池の充電を第２の充電電圧（Ｖc２）で開始する。

本発明の請求項８のリチウムイオン二次電池の充電方法は、充電電圧（Ｖc）を保護電圧（Ｖp）よりも０ないし１００ｍＶ低くしている。

本発明の請求項９のリチウムイオン二次電池の充電方法は、充電している電池１の温度が低温度域から標準温度域になると、充電を停止する保護電圧（Ｖp）を第１の保護電圧（Ｖp１）から第２の保護電圧（Ｖp２）に上昇する。

本発明の請求項１０のリチウムイオン二次電池の充電方法は、充電している電池１の温度が標準温度域から高温度域になると、充電を停止する保護電圧（Ｖp）を第２の保護電圧（Ｖp２）から第３の保護電圧（Ｖp３）に低下する。

本発明は、リチウムイオン二次電池の温度による保護を確保しながら、充電容量を大きくできる特徴がある。それは、本発明の充電方法が、リチウムイオン二次電池である電池を、温度によって変更する保護電圧に比較しながら充電し、電池の電圧が保護電圧を超えると充電を停止し、また温度帯域によって充電電圧を切り換えて充電することに加えて、最初に最も高い充電電圧で充電を開始して、電池の温度と電圧を検出し、電池の電圧が電池の温度帯域における保護電圧を超えると充電を停止し、その後、電圧が低下すると、電池の温度に対応する充電電圧で定電圧・定電流充電するからである。とくに、本発明のリチウムイオン二次電池の充電方法は、最初に最も高い充電電圧で充電を開始するので、短時間で満充電できる特徴がある。また、電池の温度に対応する充電電圧で充電を再開し、また、電池が温度に対応する保護電圧を超えると充電を停止するので、電池を保護しながら十分な容量に充電できる特徴がある。

また、本発明の請求項２の充電方法は、電圧が上昇して充電を停止する保護電圧を、低温度域において充電を停止する第１の保護電圧と、標準温度域において充電を停止する第２の保護電圧と、高温度域において充電を停止する第３の保護電圧とに区画し、さらに、充電電圧を、低温度域において電池を充電する第１の保護電圧以下の第１の充電電圧と、標準温度域において電池を充電する第２の保護電圧以下の第２の充電電圧と、高温度域において電池を充電する第３の保護電圧以下の第３の充電電圧とに区画し、さらにまた、第１の保護電圧及び第３の保護電圧を第２の保護電圧よりも低くしている。この方法によると、電池が低温度域から高温度域に大幅に温度が変化しても、電池を保護しながら短時間で十分な容量に充電できる。

とくに、本発明の請求項３の充電方法は、請求項２の構成に加えて、第１の充電電圧を第３の充電電圧よりも低くしているので、特に低温度域の電池を有効に保護しながら、電池を十分な容量に充電できる。

さらに、本発明の請求項７の充電方法は、低温度域又は高温度域にあるリチウムイオン二次電池の充電を、最も高い充電電圧である第２の充電電圧で開始する。この充電方法は、低温度域と高温度域の電池を、最も高い第２の充電電圧で充電開始するので、短時間で満充電できると共に、電池の温度が低温度域や高温度域に変化しても、保護電圧に比較して電池を保護しながら充電できる。

また、本発明の請求項９の充電方法は、充電している電池の温度が低温度域から標準温度域になると、充電を停止する保護電圧を第１の保護電圧から第２の保護電圧に上昇して充電するので、保護電圧を高くして電池を保護しながら、速やかに満充電できる。

さらにまた、本発明の請求項１０の充電方法は、充電している電池の温度が標準温度域から高温度域になると、充電を停止する保護電圧を第２の保護電圧から第３の保護電圧に低下して充電するので、充電している電池の温度が上昇しても、電池を保護しながら充電できる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するためのリチウムイオン二次電池の充電方法を例示するものであって、本発明はリチウムイオン二次電池の充電方法を以下の充電条件には特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

図２は、リチウムイオン二次電池を充電する充電回路のブロック図である。この図の充電回路は、リチウムイオン二次電池１を定電圧・定電流充電する電源回路２と、この電源回路２がリチウムイオン二次電池１を充電する状態を制御する制御回路３と、この制御回路３に電池１の電圧を検出して入力する電圧検出回路６と、電池１の充電電流を検出する電流検出回路５と、電池の温度を検出して出力する温度検出回路４とを備える。

電源回路２はスイッチング電源である。スイッチング電源は、図示しないが、商用電源である交流１００Ｖを整流して得られる直流を、スイッチング素子でスイッチングしてトランスの一次側に入力する。トランスの二次側の交流出力が整流されて電池の充電電圧が出力される。このスイッチング電源は、スイッチング素子をオンオフに切り変えるデューティーで出力電圧、すなわち充電電圧を制御する。スイッチング素子のオン時間を長くして充電電圧を大きく、オン時間を短くして充電電圧を低くする。電源回路２は、リチウムイオン二次電池１を定電圧・定電流充電するので、充電電圧を一定に制御する電圧フィードバック回路と、出力電流の最大値を一定に制限する電流フィードバック回路をスイッチング素子の入力回路に接続している。電圧フィードバック回路は、入力回路を介してスイッチング素子のデューティーを制御して、出力電圧を電池の温度で特定される充電電圧に制御する。

電圧検出回路６は、電池１の電圧を所定のサンプリング周期で検出して、検出した電圧をデジタル信号に変換して制御回路３に入力する。電流検出回路５は、電池１の充電電流を所定のサンプリング周期で検出して、検出した電流をデジタル信号に変換して制御回路３に入力する。さらに、温度検出回路４は、電池の表面温度を所定のサンプリング周期で検出して、検出した温度をデジタル信号に変換して制御回路３に入力する。

制御回路３は、電池１の温度に対応する保護電圧（Ｖp）と充電電圧（Ｖc）を記憶している記憶回路７と、この記憶回路７に記憶されるデータに基づいて電池１を定電圧・定電流充電する充電電圧（Ｖc）を演算する演算回路８とを備える。

図３は、記憶回路７が記憶する保護電圧（Ｖp）と充電電圧（Ｖc）を示している。記憶回路７は、充電を停止する保護電圧（Ｖp）を保護電圧記憶部１１に記憶し、電池を定電圧充電する充電電圧（Ｖc）を充電電圧記憶部１２に記憶している。図３のデータを記憶している記憶回路７は、充電される電池の温度帯域を、低温度域と、標準温度域と、高温度域とに区画して、各々の温度帯域における保護電圧（Ｖp）と充電電圧（Ｖc）を記憶している。低温度域と標準温度域の低温境界温度（Ｔ１）は、たとえば１０℃である。ただし、この低温度域と標準温度域の低温境界温度（Ｔ１）は、５℃ないし１５℃とすることもできる。また、標準温度域と高温度域の高温境界温度（Ｔ２）は、たとえば４５℃とする。ただし、標準温度域と高温度域の高温境界温度（Ｔ２）は、４０℃ないし５０℃とすることもできる。

保護電圧記憶部１１に記憶される、低温度域において電池の充電を停止する第１の保護電圧（Ｖp１）は、標準温度域において電池の充電を停止する第２の保護電圧（Ｖp２）よりも低くしている。また、高温度域において電池の充電を停止する第３の保護電圧（Ｖp３）は、第２の保護電圧（Ｖp２）より低くしている。さらに、第１の保護電圧（Ｖp１）は、第３の保護電圧（Ｖp３）よりも低くしている。

第１の保護電圧（Ｖp１）及び第３の保護電圧（Ｖp３）は、第２の保護電圧（Ｖp２）に基づいて特定される。第２の保護電圧（Ｖp２）は、リチウムイオン二次電池の種類に最適な電圧値に設定されるが、たとえばコバルト酸リチウム−炭素系のリチウムイオン二次電池にあっては、好ましくは４．２５Ｖに設定される。ただし、このタイプのリチウムイオン二次電池において、第２の保護電圧（Ｖp２）は、４．２５Ｖよりも０ないし２０ｍＶ低く設定することもでき、また、リチウムイオン二次電池のタイプが異なると、第２の保護電圧（Ｖp）を最適電圧に設定する。

また、第２の保護電圧（Ｖp２）は、電池の電圧を検出するサンプリング周期を考慮して最適値に設定できる。電圧を検出するサンプリング周期が短いと、第２の保護電圧（Ｖp２）を高く、たとえば４．２５Ｖに設定できる。それは、サンプリング周期が短いと、電池の電圧が第２の保護電圧（Ｖp２）を超える時間を短くできるからである。第２の保護電圧（Ｖp２）は、高くして電池の充電容量を大きくでき、低くして電池の安全性を向上できる。電圧検出回路６が電池の電圧を検出するサンプリング周期は、好ましくは２０μｓｅｃ以下に設定する。このサンプリング周期で電池の電圧を検出し、電池電圧が保護電圧を超えると充電を停止する充電方法は、電池が保護電圧を超える時間を２０μｓｅｃ以下にできる。この充電方法は、第２の保護電圧（Ｖp２）を、たとえば４．２５Ｖと高くして、電池の電圧が第２の保護電圧（Ｖp２）を超える時間を２０μｓｅｃ以下と短くできる。サンプリング周期が長くなると、電池が保護電圧を超える時間が長くなるので、第２の保護電圧（Ｖp２）を４．２５Ｖよりも低く、たとえば、４．２５Ｖよりも５ｍＶないし３０ｍＶ低くする。ただし、サンプリング周期を短くして、第２の保護電圧（Ｖp２）を低くして、電池をより安全に保護しながら充電することもできる。

本発明の充電方法は、最も高い充電電圧で充電を開始する。電池の温度帯域を、低温度域と標準温度域と高温度域の３つの帯域に分割する方法においては、標準温度域における第２の保護電圧（Ｖp２）と第２の充電電圧（Ｖc２）が最も高くなる。この充電方法において、充電電圧（Ｖc）を保護電圧（Ｖp）よりも低くして、第２の充電電圧（Ｖc２）で電池を充電するとき、電池の電圧が第２の保護電圧（Ｖp２）を超えることはない。電池の電圧が充電電圧（Ｖc）を超えることがなく、充電電圧（Ｖc）が保護電圧（Ｖp）よりも低いからである。したがって、ひとつのリチウムイオン二次電池が第２の充電電圧（Ｖc２）で充電されるとき、この電池の電圧が第２の保護電圧（Ｖp２）を超えることがない。このため、標準温度域にあるリチウムイオン二次電池が第２の保護電圧（Ｖp２）以上になって充電が停止されることはない。ただ複数のリチウムイオン二次電池を直列に接続している組電池が定電圧・定電流充電されるときは、電池のアンバランスによって、電圧が最も高くなる高電圧電池の電圧が第２の保護電圧（Ｖp２）を超えることはある。

複数のリチウムイオン二次電池を直列に接続している組電池を充電する充電電圧は、直列に接続している電池の個数と同じ整数倍の電圧となる。たとえば、３個のリチウムイオン二次電池を直列に接続している組電池の充電電圧（Ｖc）は、１個のリチウムイオン二次電池の充電電圧（Ｖc）の３倍となる。この状態で充電される組電池は、各々の電池の電圧が検出されて保護電圧（Ｖp）に比較される。したがって、各々の電池の保護電圧（Ｖp）は３倍とはならず、ひとつの電池を充電する保護電圧（Ｖp）と同じ電圧となる。たとえば、３個の電池を直列に接続している組電池が、第２の保護電圧（Ｖp２）を４．２５Ｖとし、第２の充電電圧（Ｖc２）を４．２３Ｖとして充電されるとき、充電電圧（Ｖc）は１２．６９Ｖ（４．２３Ｖ×３）、各々の電池の第２の保護電圧（Ｖp２）は４．２５Ｖとなる。この状態で充電される組電池は、全ての電池の電圧を全く同一電圧にはできない。電池のアンバランスによって、各々の電池の電圧に差ができる。したがって、最も電圧が高くなる電池の電圧が第２の保護電圧（Ｖp２）を超えることがあるので、組電池の充電方法においては、いずれかの電池の電圧が保護電圧（Ｖp）を超えると充電を停止する。

本発明の充電方法は、充電するリチウムイオン二次電池の直列接続個数を特定せず、複数の電池を直列に接続している組電池の充電方法を含む。したがって、直列の電池を直列に接続している組電池の充電方法においては、各々の電池の保護電圧（Ｖp）を同じとして、充電電圧（Ｖc）を直列に接続している電池の個数と同じ整数倍とする。したがって、本明細書において、「充電電圧（Ｖc）を保護電圧（Ｖp）よりも低くする」とは、複数の電池を直列に接続している組電池の充電方法においては、充電電圧（Ｖc）と電池の直列接続個数分の１との積、たとえば３個の電池を直列に接続している組電池の充電方法においては、組電池の充電電圧（Ｖc）の１／３の電圧が保護電圧（Ｖp）よりも低いことを意味するものとする。

第１の保護電圧（Ｖp１）は、第２の保護電圧（Ｖp２）よりも３０ｍＶないし３００ｍＶ低く、たとえば、４．０５Ｖに設定される。第３の保護電圧（Ｖp３）は、第２の保護電圧（Ｖp２）よりも低く、かつ第１の保護電圧（Ｖp１）よりも高く設定される。したがって、第３の保護電圧（Ｖp３）と第２の保護電圧（Ｖp２）との電圧差は、たとえば、第２の保護電圧（Ｖp２）と第１の保護電圧（Ｖp１）の電圧差の３０％ないし８０％に設定され、たとえば、４．１５Ｖに設定される。

充電電圧記憶部１２は、第１の保護電圧（Ｖp１）以下に設定している第１の充電電圧（Ｖc１）と、第２の保護電圧（Ｖp２）以下に設定している第２の充電電圧（Ｖc２）と、第３の保護電圧（Ｖp３）以下に設定している第３の充電電圧（Ｖc３）を記憶している。各々の温度帯域における充電電圧（Ｖc）は、たとえば各々の温度帯域における保護電圧（Ｖp）よりも３０ｍＶ低い電圧に設定している。ただし、各々の温度帯域における充電電圧（Ｖc）は、各々の温度帯域における保護電圧（Ｖp）よりも０ｍＶないし５０ｍＶ低い電圧に設定することもできる。

制御回路３は、所定のサンプリング周期で電池の電圧と電流と温度を検出して、リチウムイオン二次電池１の充電状態を制御する。制御回路３は、最初に最も高い充電電圧（Ｖc）で充電を開始する。制御回路３は、電池を充電しながら所定のサンプリング周期で電池の温度と電圧を検出している。電池の電圧が検出する温度帯域の保護電圧（Ｖp）を超えると、制御回路３はスイッチング素子をオフに切り換えて充電を停止する。電池は、充電が停止されると電圧が低下する。電池の電圧が、その温度に対応する充電電圧（Ｖc）で充電できる電圧まで低下すると、制御回路３は、充電電圧（Ｖc）を、電池の温度に対応する充電電圧に切り換えて、電池を定電圧・定電流充電して満充電する。電池の満充電は、電流検出回路５でもって充電電流が最小電流まで減少したことを検出して判定する。

図４ないし図７は、標準温度域と、低温度域と、高温度域のリチウムイオン二次電池を充電する状態において、電池電圧と、充電電圧（Ｖc）と、充電電流と、保護電圧（Ｖp）とが変化する状態を示すグラフである。

図４は、充電を開始して満充電されるまで、温度を標準温度域とする電池の充電状態を示している。この図に示すように、最も高い電圧の第２の充電電圧（Ｖc２）で充電が開始される。この電池は、保護電圧（Ｖp）が、最も高い第２の保護電圧（Ｖp２）にあるので、電池の電圧が第２の保護電圧（Ｖp２）を超えることがなく、第２の充電電圧（Ｖc２）で定電圧・定電流充電して満充電される。

図５は、充電を開始して満充電されるまで、温度を低温度域とする電池の充電状態を示している。この図に示すように、この電池も、最も高い電圧である第２の充電電圧（Ｖc２）で充電が開始される。この電池は、保護電圧（Ｖp）が最も低い第１の保護電圧（Ｖp１）にあるので、電池の電圧が第１の保護電圧（Ｖp１）を超えると、充電が停止される。充電が停止されて、電池の電圧が充電再開電圧（Ｖa）まで低下すると、電池の温度帯域である低温度域の充電電圧である第１の充電電圧（Ｖc１）で定電圧・定電流充電して満充電する。

このときの充電再開電圧（Ｖa）は、充電を停止した後、電池の温度帯域における保護電圧（Ｖp）よりも低い電圧、たとえば、低温度域の電池にあっては第１の保護電圧（Ｖp１）より低い電圧に設定される。したがって、この充電方法における充電再開電圧（Ｖa）は、第１の保護電圧（Ｖp１）よりも低い電圧、あるいは第１の充電電圧（Ｖc１）よりも低い電圧、あるいは又第１の充電電圧（Ｖc１）よりもさらに低く設定している第１の設定電圧よりも低い電圧とする。この充電再開電圧（Ｖa）は、たとえば、電池の温度帯域に対応する電圧として、記憶回路に記憶されるテーブルによって特定することができる。また、この充電再開電圧（Ｖa）は、電池の温度帯域に対応する保護電圧（Ｖp）や充電電圧（Ｖc）から所定の電圧だけ低く設定された電圧として演算することもできる。

図６は、充電を開始して満充電されるまで、温度を高温度域とする電池の充電状態を示している。この図に示すように、この電池も最も高い電圧である第２の充電電圧（Ｖc２）で充電が開始される。この電池は、保護電圧（Ｖp）が第２の保護電圧（Ｖp２）よりも低い第３の保護電圧（Ｖp３）にあるので、電池の電圧が第３の保護電圧（Ｖp３）を超えると、充電が停止される。充電が停止されて、電池の電圧が充電再開電圧（Ｖa）よりも低くなると、高温度域の充電電圧である第３の充電電圧（Ｖc３）で電池を定電圧・定電流充電して満充電する。

このときの充電再開電圧（Ｖa）は、電池の電圧が第３の保護電圧（Ｖp３）を超えて充電を停止した後、電池の温度帯域における保護電圧（Ｖp）よりも低い電圧、たとえば、高温度域の電池にあっては第３の保護電圧（Ｖp３）より低い電圧に設定される。したがって、この充電方法における充電再開電圧（Ｖa）は、第３の保護電圧（Ｖp３）よりも低い電圧、あるいは第１の保護電圧（Ｖp１）又は第１の充電電圧（Ｖc１）以下の電圧、あるいは又第３の充電電圧（Ｖc３）よりもさらに低く設定している第３の設定電圧よりも低い電圧とする。

図７は、充電を開始した電池の温度が、標準温度域と高温度域に変化する状態で充電される状態を示している。この図に示すように、この電池も最も高い電圧である第２の充電電圧（Ｖc２）で充電が開始される。この電池は、定電流状態の充電電流で電池の温度が上昇して標準温度域から高温度域に上昇する。電池の温度が高温度域になって保護電圧（Ｖp）が第２の保護電圧（Ｖp２）から第３の保護電圧（Ｖp３）に低下する。したがって、電池の電圧が第３の保護電圧（Ｖp３）を超えると充電が停止される。充電が停止されると充電電流による発熱がなくなって電池の温度が低下して、高温度域から標準温度域になる。電池が標準温度域になって、保護電圧（Ｖp）が第２の保護電圧（Ｖp２）に上昇する。この状態になると、電池の電圧は温度帯域における保護電圧（Ｖp）よりも低い充電再開電圧（Ｖa）となるので、充電が再開される。充電が再開されて電池の温度が充電電流で上昇して再び高温度域になると、保護電圧（Ｖp）が第３の保護電圧（Ｖp３）に低下する。この状態で、電池の電圧が第３の保護電圧（Ｖp３）を超えていると再び充電が停止される。充電が停止されて、電池の温度が高温度域から標準温度域に下がると、保護電圧（Ｖp）は再び第２の保護電圧（Ｖp２）に上昇する。したがって、電池の電圧が第２の保護電圧（Ｖp２）よりも低い充電再開電圧（Ｖa）となって充電が再開される。その後、充電電流が次第に減少して充電電流による発熱が少なくなる。したがって、電池の温度は標準温度域から高温度域に上昇されず、第２の充電電圧（Ｖc２）で定電圧・定電流充電して満充電される。

図２の充電回路は、図８に示すフローチャートに基づいて、ステップでリチウムイオン二次電池を充電する。

［ｎ＝１のステップ］
最初に最も高い充電電圧（Ｖc）で充電を開始する。
［ｎ＝２、３のステップ］
充電電流（Ｉ）が最小電流（Ｉmin）よりも小さくなったかどうかを判定する。最小電流（Ｉmin）は、組電池１が満充電された状態における充電電流に設定している。したがって、組電池１の充電電流（Ｉ）が最小電流（Ｉmin）よりも小さくなると満充電されたと判定して、ｎ＝３のステップに進んで充電を終了する。
［ｎ＝４のステップ］
充電電流（Ｉ）が最小電流（Ｉmin）まで減少していないと、このステップにおいて、温度検出回路４で電池１の温度を検出し、検出された電池温度から、記憶回路７の保護電圧記憶部１１に記憶されるデータに基づいて、温度帯域における保護電圧（Ｖp）を検出する。
［ｎ＝５、６のステップ］
電池電圧（Ｅ）が保護電圧（Ｖp）を超えたかどうかを判定する。電池電圧（Ｅ）が保護電圧（Ｖp）を超えると、ｎ＝６のステップに進んで充電を停止する。電池電圧（Ｅ）が保護電圧（Ｖp）を超えていないと、ｎ＝２のステップに戻って充電を継続する。
その後、充電電流（Ｉ）が最小電流（Ｉmin）まで小さくなって充電が終了するか、あるいは電池電圧（Ｅ）が保護電圧（Ｖp）を超えて充電が停止されるまで、ｎ＝２、４及び５のステップをループする。
［ｎ＝７のステップ］
電池電圧（Ｅ）が保護電圧（Ｖp）を超えて充電が停止されると、温度検出回路４で電池１の温度を検出し、検出された電池温度に対応する温度帯域における充電再開電圧（Ｖa）を検出する。
［ｎ＝８のステップ］
電池電圧（Ｅ）が充電再開電圧（Ｖa）まで低下したかどうかを判定する。電池電圧（Ｅ）が充電再開電圧（Ｖa）に低下するまで、ｎ＝７と８のステップをループして充電停止状態に保持する。
［ｎ＝９のステップ］
電池電圧（Ｅ）が充電再開電圧（Ｖa）まで低下すると、温度検出回路４で電池１の温度を検出し、検出された電池温度から、記憶回路７の充電電圧記憶部１２に記憶されるデータに基づいて、温度帯域における充電電圧（Ｖc）を検出する。
［ｎ＝１０のステップ］
電池温度から特定された温度帯域における充電電圧（Ｖc）で充電を再開し、ｎ＝２のステップに戻る。
その後、充電電流（Ｉ）が最小電流（Ｉmin）となるまで、ｎ＝２及び４〜１０のステップをループして電池１を充電する。充電電流（Ｉ）が最小電流（Ｉmin）よりも小さくなると満充電されたと判定して、ｎ＝３のステップに進んで充電を終了する。

従来の充電方法で充電される電池の電圧と電流の特性を示すグラフである。 本発明の一実施例にかかるリチウムイオン二次電池の充電方法に使用する充電回路の一例を示すブロック図である。 電池温度に対する保護電圧と充電電圧を示すグラフである。 本発明の充電方法でリチウムイオン二次電池を充電する状態における保護電圧と充電電圧と電池電圧と充電電流の変化の一例を示すグラフである。 本発明の充電方法でリチウムイオン二次電池を充電する状態における保護電圧と充電電圧と電池電圧と充電電流の変化の他の一例を示すグラフである。 本発明の充電方法でリチウムイオン二次電池を充電する状態における保護電圧と充電電圧と電池電圧と充電電流の変化の他の一例を示すグラフである。 本発明の充電方法でリチウムイオン二次電池を充電する状態における保護電圧と充電電圧と電池電圧と充電電流の変化の他の一例を示すグラフである。 本発明の一実施例にかかるリチウムイオン二次電池の充電方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１…電池
２…電源回路
３…制御回路
４…温度検出回路
５…電流検出回路
６…電圧検出回路
７…記憶回路
８…演算回路
１１…保護電圧記憶部
１２…充電電圧記憶部

Claims (10)

1. リチウムイオン二次電池である電池を、温度によって変更する保護電圧（Ｖp）に比較しながら充電し、電池の電圧が保護電圧（Ｖp）を超えると充電を停止すると共に、温度帯域によって充電電圧（Ｖc）を切り換えて充電する方法であって、
   最初に最も高い充電電圧（Ｖc）で充電を開始すると共に、電池の温度と電圧を検出し、電池の電圧が、電池の温度から検出される温度帯域の保護電圧（Ｖp）を超えると充電を停止し、充電を停止して電圧が低下すると、電池の温度に対応する充電電圧（Ｖc）で定電圧・定電流充電することを特徴とするリチウムイオン二次電池の充電方法。
2. 保護電圧（Ｖp）を、低温度域において充電を停止する第１の保護電圧（Ｖp１）と、標準温度域において充電を停止する第２の保護電圧（Ｖp２）と、高温度域において充電を停止する第３の保護電圧（Ｖp３）とに区画し、
   さらに、充電電圧（Ｖc）を、低温度域において電池１を充電する第１の保護電圧（Ｖp１）以下の第１の充電電圧（Ｖc１）と、標準温度域において電池１を充電する第２の保護電圧（Ｖp２）以下の第２の充電電圧（Ｖc２）と、高温度域において電池１を充電する第３の保護電圧（Ｖp３）以下の第３の充電電圧（Ｖc３）とに区画し、第１の保護電圧（Ｖp１）及び第３の保護電圧（Ｖp３）を第２の保護電圧（Ｖp２）よりも低くしている請求項１に記載されるリチウムイオン二次電池の充電方法。
3. 第１の充電電圧（Ｖc１）を第３の充電電圧（Ｖc３）よりも低くしている請求項２に記載されるリチウムイオン二次電池の充電方法。
4. 低温度域と標準温度域の低温境界温度（Ｔ１）を５℃ないし１５℃とする請求項２に記載されるリチウムイオン二次電池の充電方法。
5. 標準温度域と高温度域の高温境界温度（Ｔ２）を４０℃ないし５０℃とする請求項２に記載されるリチウムイオン二次電池の充電方法。
6. 第２の保護電圧（Ｖp２）を４．２５Ｖとしてリチウムイオン二次電池を充電する請求項２ないし５のいずれかに記載されるリチウムイオン二次電池の充電方法。
7. 低温度域又は高温度域にあるリチウムイオン二次電池の充電を第２の充電電圧（Ｖc２）で開始する請求項２ないし６のいずれかに記載されるリチウムイオン二次電池の充電方法。
8. 充電電圧（Ｖc）を保護電圧（Ｖp）よりも、０ないし１００ｍＶ低くしている請求項１または２に記載されるリチウムイオン二次電池の充電方法。
9. 充電している電池の温度が低温度域から標準温度域になると、充電を停止する保護電圧（Ｖp）を第１の保護電圧（Ｖp１）から第２の保護電圧（Ｖp２）に上昇する請求項２に記載されるリチウムイオン二次電池の充電方法。
10. 充電している電池の温度が標準温度域から高温度域になると、充電を停止する保護電圧（Ｖp）を第２の保護電圧（Ｖp２）から第３の保護電圧（Ｖp３）に低下する請求項２に記載されるリチウムイオン二次電池の充電方法。

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