JP2011530271A

JP2011530271A - リチウムイオンバッテリパック充電システム及び同システムを含む装置

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Publication number: JP2011530271A
Application number: JP2011521152A
Authority: JP
Inventors: ジュンウェイジャン，; ダグラスシー．マグナソン，; ウィリアムエム．ラマンナ，; ファットティー．ファム，
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2008-07-30
Filing date: 2009-06-30
Publication date: 2011-12-15
Anticipated expiration: 2029-06-30
Also published as: EP2329558B1; WO2010014332A1; CN102106031A; TW201011957A; US20100026240A1; EP2329558A1; JP5443485B2; KR20110034677A

Abstract

リチウムイオンバッテリパック充電システムは、正極端子及び負極端子を有し、正極端子及び負極端子と直列に接続され、かつ電気的に連通する、複数のリチウムイオンセルを備える、リチウムイオンバッテリパックを備える。複数のリチウムイオンセルのそれぞれが、陰極と、陽極と、少なくとも部分的に溶媒に溶解したレドックスシャトル及びリチウム塩を含む電解質組成物と、を含む。正極端子及び負極端子と電気的に連通する充電器は、第１の充電速度及び第２のより低い充電速度でリチウムイオンバッテリパックを充電することができる。このシステムは、入力データを監視し、入力データに依存して、第１の速度から第２の速度に充電器を切り替えることができる、充電器コントローラを更に備える。リチウムイオンバッテリパック充電システムを備える装置も開示される。

Description

本開示は、概してリチウムイオンバッテリパックを充電するためのシステムに関する。

適切に設計及び構成されると、再充電可能なリチウムイオンセルは、典型的には、比較的小型で軽量の装置内で、高エネルギーの容量を提供する。更に、再充電可能なリチウムイオンセル、及び複数のリチウムイオンセルを含むバッテリパックは、典型的には、ほとんど又は全く履歴現象を伴わずに、優れた充放電サイクル寿命を呈する。しかし、リチウムイオンセルには、サイクル寿命の悪化及び／又はセル破損を伴わずに、製造業者が推奨する充電終了時電位を超える電位への充電に耐えることが不可能であること、並びに消費者の適用に際しての電気的及び機械的誤用に対する十分な許容度を持つ大きなセルの作製が困難であることを含む、幾つかの短所がある。

単独及び接続された（例えば、直列接続）リチウムイオンセルには、典型的には、個々のセルが推奨される充電終了時電位を上回ることを防ぎ、かつセル間の充電平衡を維持するために、充電制御電子機器が組み込まれる。この回路は、コストと複雑さとを増加させ、コンピュータ、懐中電灯、動力工具等の低価格の電気及び電子機器、及び更にはリチウムイオンセルの数が１００を超える自動車への、リチウムイオンセル及びバッテリの使用を阻んでいる。

リチウムイオンバッテリでの使用に好適なレドックスシャトルの最近の開発によって、リチウムイオンバッテリの性能の改善が可能になっている。「レドックスシャトル」という用語は、リチウムイオンセルの充電状況が、典型的にはリチウムイオンセルの完全な充電に相当する、所望の値に達した時点で、リチウムイオンセルの負極端子と正極端子との間で電荷を繰り返し輸送する、酸化及び還元可能な電荷輸送種を提供することができる材料を指す。比較的に低い過充電の充電速度でレドックスシャトルを使用することが実用的であるが、典型的には、バッテリパックが比較的高速で充電可能であることが望ましい。高速での電力消散は、供給耐用期間を短くし得る高温を生じる傾向にある。

シャトルを備えていない、リチウムイオンセルを含むリチウムイオンバッテリパックと共に、個々のセル充電制御回路を使用することが慣例化している。個々のリチウムイオンセルを監視することは、多数のそのようなセルを直列に配列したバッテリパックの費用と複雑さとを増大させる。一例は、電気自動車及び／又はハイブリッド電気自動車用に作製される大型バッテリパックである。

大型バッテリパック設計の別の技術的な課題は、直列ストリングの個々のセル間の電荷不均衡状態である。これは高い頻度で、バッテリパック内のセル間の構成における小さな障害によって起きる。概して、そのようなセル容量の不均衡は、バッテリパックのサイクル性能に悪影響を与える。

一態様において、本開示は、リチウムイオンバッテリパック充電システムであって、
正極端子及び負極端子を有するリチウムイオンバッテリパックであって、このリチウムイオンバッテリパックは、正極端子及び負極端子と直列に接続され、かつ電気的に連通する、複数のリチウムイオンセルを備え、複数のリチウムイオンセルのそれぞれは、陰極、陽極、及び電解質組成物を含み、電解質組成物は、溶媒中に少なくとも部分的に溶解されるレドックスシャトル及びリチウム塩を含む、リチウムイオンバッテリパックと、
正極端子及び負極端子と電気的に連通する充電器であって、この充電器は、少なくとも第１の充電速度及び第２の充電速度でリチウムイオンバッテリパックを充電することができ、第２の充電速度がゼロを超え、かつ第１の充電速度より低い、充電器と
充電器と電気的に連通する充電器コントローラであって、この充電器コントローラは、正極端子と負極端子との間の電圧差を監視することができ、電圧差の変化率を計算することができ、かつ、電圧差又は電圧差の変化率のうちの少なくとも１つに少なくとも部分的に依存して、第１の変化率を第２の変化率へ変更することができる、充電器コントローラと、を備える、リチウムイオンバッテリパック充電システムを提供する。

幾つかの実施形態において、複数のリチウムイオンセルの個々のリチウムイオンセルは、３０パーセントのセル容量における最大差を有し、リチウムイオンバッテリパック充電システムは、停止せずに第２の充電速度でリチウムイオンバッテリパックを充電するように構成される。幾つかの実施形態において、複数のリチウムイオンセルの個々のリチウムイオンセルは、３０パーセントのセル容量における最大差を有し、リチウムイオンバッテリパック充電システムは、所定の時間の間、第２の充電速度でリチウムイオンバッテリパックを充電するように構成される。これらの実施形態のうちの特定の実施形態において、リチウムイオンバッテリパック充電システムは、所定の時間後に切れるように構成される。特定の実施形態において、第２の充電速度は、所定の時間、例えば２時間以内でリチウムイオンセルを十分に充電する。幾つかの実施形態において、充電器コントローラは、充電器と一体化して組み合わされる。

幾つかの実施形態において、電圧差に依存して、充電器コントローラは、第１の充電速度を第２の充電速度に変更することができる。幾つかの実施形態において、電圧差の変化率に依存して、充電器コントローラは、第１の充電速度を第２の充電速度に変更することができる。幾つかの実施形態において、充電器コントローラは、更に、リチウムイオンバッテリパックの少なくとも一部分の温度を監視することができ、かつ、電圧差又は電圧差の変化率、及びリチウムイオンバッテリパックの少なくとも一部分の温度のうちの少なくとも１つに少なくとも部分的に依存して、第１の充電速度を第２の充電速度に変更することができる。幾つかの実施形態において、充電器コントローラは、更に、リチウムイオンバッテリパックの少なくとも一部分の温度を監視することができ、リチウムイオンバッテリパックの少なくとも一部分の温度の変化率を計算することができ、電圧差又は電圧差の変化率、及びリチウムイオンバッテリパックの少なくとも一部分の温度の変化率のうちの少なくとも１つに少なくとも部分的に依存して、第１の充電速度を第２の充電速度に変更することができる。ある実施形態において、レドックスシャトルは、１，４−ジ−ｔ−ブチル−２，５−ジメトキシベンゼンを含み、電解質組成物は、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、及びヘキサフルオロリン酸リチウムを含む。

別の態様において、本開示は、本開示に従うリチウムイオンバッテリパック充電システムを備える装置を提供する。幾つかの実施形態において、レドックスシャトルは、１，４−ジ−ｔ−ブチル−２，５−ジメトキシベンゼンを含み、電解質組成物は、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、及びヘキサフルオロリン酸リチウムを含む。

有利に、本開示に従うリチウムイオンバッテリパック充電システムは、個々のセルの電圧を監視するためにリチウムイオンバッテリパックに現在含まれている監視回路の必要性を排除する。更に、本開示に従うリチウムイオンバッテリパック充電システムは、不均衡なリチウムイオンセルを有するリチウムイオンバッテリパックの充電（及び再充電）に特に有用である。

本明細書で使用される、
「速度」とは、別途指定されていない限り、時間に対する速度を指す。

図１は、本開示に従う例示的なリチウムイオンバッテリパック充電システムのブロック図。

ここで図１を参照すると、本開示に従う例示的なリチウムイオンバッテリパック充電システム１００は、正極端子１５７及び負極端子１５８を有するリチウムイオンバッテリパック１５０を備える。示されるように、リチウムイオンバッテリパック１５０は、正極端子及び負極端子（１５７、１５８）と直列に接続され、かつ電気的に連通する複数のリチウムイオンセル１５５を備える。複数のリチウムイオンセル１５５のそれぞれは、陰極（１５４）、陽極（１５６）、及び電解質組成物（図示せず）を備える。

充電器１２０は、第１の回路１１２を介して充電管理集積回路（ＩＣ）１２４と電気的に連通する電力供給装置１１０（例えば、ＡＣアダプタ）を備える。充電器１２０は、正極端子及び負極端子（１５７、１５８）と電気的に連通している。充電器１２０は、第１の充電速度、及びゼロを超えかつ第１の充電速度より低い第２の充電速度でリチウムイオンバッテリパック１５０を充電することができる。

充電コントローラ１３０は、充電管理集積回路１２４を介して充電器１２０と、第２の回路１２５を介して電気的に連通している。充電器コントローラ１３０は、第３の回路１３２を介して任意のディスプレイユニット１４０（例えば、ＬＥＤディスプレイ）と電気的に連通している。充電器コントローラ１３０は、第４及び第５の回路（１７０、１７２）を介して正極端子及び負極端子（１５７、１５８）間の電圧差を動的に監視して（例えば、リチウムイオンバッテリパック１５０を充電中）、電圧差の変化率を決定することができ、かつ、電圧差又はその変化率に少なくとも部分的に基づいて、第１の（より高い）充電速度を第２の（より低い）充電速度に変更することができる。

任意に、充電器コントローラ１３０は、第６及び第７の回路１７４、１７６を介して、リチウムイオンバッテリパックの１つ以上の領域の温度に関する情報を受信することができる。受信した温度情報及び／又はその情報の変化率に基づいて、充電器コントローラは、充電器１２０の充電速度を、場合によっては、充電速度をゼロに低下させることを含む１つ以上の他のレベル（典型的には、より低い）に変更することができる。

動作中、少なくとも１つのセルがシャトルを開始するまで、一定の電流が、比較的高い第１の速度でリチウムイオンバッテリパックに供給される。シャトルの開始には、典型的には所定の電圧範囲まで、リチウムイオンバッテリパックの正極端子と負極端子との間の電圧差の上昇が関連している。したがって、電圧差の増加率又は実際の電圧差のいずれかを使用して、シャトルがいつ発生するか、したがっていつ充電速度が第２（より低い）の充電速度に変更されるべきであるかを決定することができる。正極端子と負極端子との間の電圧差の監視に加えて、例えば、バックアップとして、及び／又はリチウムイオンバッテリパック故障の指標として、リチウムイオンバッテリパック内の１つ以上の領域の温度を監視することもできる。例えば、充電器は、リチウムイオンバッテリパックの内部温度の上昇（例えば、測定温度の上昇速度又は測定温度のいずれか）に応じて、充電速度を更に低下、又は停止させるように構成することができる。

リチウムイオンバッテリパックは、レドックスシャトルが直列に接続された少なくとも２つのリチウムイオンセルを備える。任意で、並列に接続された更なるリチウムイオンセルを含んでもよい。リチウムイオンバッテリパックは、例えば、ハウジング内に実質的に収容されてもよく、又は正極端子及び負極端子が、リチウムイオンセルを実質的に収容するよう機能してもよい。

リチウムイオンセルは、典型的には、セルの変動を条件として同一容量を有するように選択される。いずれの所定のセルにおける小さな障害によっても、そのセルの充電の損失を来たし、その直列に接続される隣接するセルよりも低い充電状態を引き起こす可能性がある。差は時間の経過により強調され得るが、名目上同一のリチウムイオンセルは、概して、特に長期の使用後、容量の変動を示す。このような容量における変動は、典型的には３０パーセント未満、より典型的には２０パーセント未満、又は更には１０パーセント未満であるが、より大きくもあり得る。この問題のために、リチウムイオンセルの再平衡化が必要となる。リチウムイオンセルが全てそれらの最大充電状態まで充電されると、リチウムイオンバッテリパックは、放電時にほとんどのエネルギーを放出する。したがって、シャトル可能なリチウムイオンセルは、充電システムにおける重要な要素である。

リチウムイオンセルは、例えば、陽極及び陰極を少なくとも１つずつ取り（例えば、以下本明細書に記載されるように）、それらを電解質組成物と接触させることにより、作製することができる。Ｃｅｌｇａｒｄ（Ｃｈａｒｌｏｔｔｅ，ＮＣ）から入手可能なＣＥＬＧＡＲＤ２４００微多孔性材料等の微多孔性セパレータを使用して、陰極が陽極に直接接触するのを防ぐことができる。

陽極（正電極）は、例えば、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４；ＬｉＦｅＰＯ_４；ＬｉＣｏＯ_２；米国特許第６，９６４，８２８Ｂ２号（Ｌｕら）及び同第７，０７８，１２８Ｂ２号（Ｌｕら）に記載されるもの等のコバルト、マンガン、及びニッケルの混合金属酸化物；並びに米国特許第６，６８０，１４５Ｂ２号（Ｏｂｒｏｖａｃら）に記載されるもの等のナノコンポジット陽極組成物を含む、電極組成物から作製することができる。リチウムイオン電気化学セルでの使用に好適な他の陽極もまた、使用することができる。典型的には、前述の組成物は、（例えば、圧力を使用して）当業者に良く知られている結合剤及び任意の更なる添加物と組み合わされる。陽極としては、当業者に良く知られている、例えば、カーボンブラック、フレーク状黒鉛等の添加物を含んでもよい。当業者には理解されるように、陽極は、ホイル、板、棒、ペーストを含む、又は導電性集電体若しくは他の好適な支持体の上に陽極材料をコーティング形成して作製される複合材としてのような、任意の従来の形態であり得る。

例えば、陽極組成物は、粉末材料から集電体への電子移動を促進するための導電性希釈剤を含むことができる。導電性希釈剤としては、炭素（例えば、陰極用カーボンブラック及び陽極用カーボンブラック、フレーク状黒鉛等）、金属、金属窒化物類、金属炭化物、金属シリサイド及び金属ホウ化物が挙げられるが、これらに限定されない。代表的な導電性炭素希釈剤としては、ＳＵＰＥＲＰ及びＳＵＰＥＲＳカーボンブラック（共にＭＭＭＣａｒｂｏｎ、Ｂｅｌｇｉｕｍより）、ＳＨＡＷＡＮＩＧＡＮＢＬＡＣＫ（ＣｈｅｖｒｏｎＣｈｅｍｉｃａｌＣｏ．（Ｈｏｕｓｔｏｎ，ＴＸ））、アセチレンブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、黒鉛、炭素繊維、単壁カーボンナノチューブ、複壁カーボンナノチューブ、並びにそれらの組み合わせ等のカーボンブラックが挙げられる。

陰極（負電極）は、リチウム、炭素質材料、シリコン合金組成物、及びリチウム合金組成物を含む組成物から作製することができる。例示的な炭素質材料としては、メソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）（Ｅ−ＯｎｅＭｏｌｉ／ＥｎｅｒｇｙＣａｎａｄａＬｔｄ．（Ｖａｎｃｏｕｖｅｒ，ＢＣ，Ｃａｎａｄａ）から入手可能）、ＳＬＰ３０（ＴｉｍＣａｌＬｔｄ．（Ｂｏｄｉｏ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）から入手可能）、天然黒鉛、及び硬質炭素等の合成黒鉛が挙げられる。有用な陰極材料としては、合金粉末又は薄膜も挙げることができる。このような合金は、ケイ素、スズ、アルミニウム、ガリウム、インジウム、鉛、ビスマス、及び亜鉛のような電気化学的に活性のある成分を含んでもよく、鉄、コバルト、遷移金属ケイ化物及び遷移金属アルミナイド等の電気化学的に不活性な成分を含んでもよい。

リチウムイオンセルでの使用に好適なリチウム塩は、当該技術分野において周知であり、概して、リチウムイオンバッテリでの使用中に認識可能に劣化しないように、選択されなければならない。例示的なリチウム塩としては、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣｌＯ_４、リチウムビス（オキザラート）ボレート、ＬｉＮ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_２、ＬｉＮ（ＳＯ_２Ｃ_２Ｆ_５）_２、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＣ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_３、ＬｉＢ（Ｃ_６Ｈ_５）_４、ＬｉＯ_３ＳＣＨ_３、ＬｉＯ_３ＳＣＦ_３、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、及びこれらの組み合わせが挙げられる。

本明細書で使用される「溶媒」という用語は、リチウム塩の少なくとも一部分を集合的に溶解する、１つ以上の化合物を指す。概して、状況によっては、少量の相分離は許容可能であり得るが、溶媒は均質である。溶媒は、液体、ゲル、又は固体であり得、典型的には液体である。概して、溶媒に使用される化合物は、リチウムイオンセル中で不活性から通常の動作状態でなければならない。例示的な溶媒としては、１，２−ジメトキシエタン及び１，２−ジエトキシエタン等のグリコールエーテル；γ−ブチロラクトン及びバレロラクトン等のラクトン；テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１，３−ジオキソラン、及び４−メチル−１，３−ジオキソラン等の環状エーテル；スルホラン及びメチルスルホラン等のスルホン；エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、及びビニルエチレンカーボネート等のカーボネートが挙げられる。更なる溶媒が、同一出願人による、２００８年７月２９日出願の米国特許出願第１２／１８１，６２５号（Ｐｈａｍら）に開示されている。

例示的な電解質組成物としては、ヘキサフルオロリン酸リチウム、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、及びエチルメチルカーボネートを、それぞれ１３：１３：２６：４８の重量比で含むものが挙げられる。

リチウムイオンセルでの使用に好適ないずれのレドックスシャトルをも使用することができる。典型的には、レドックスシャトルは、所望の充電状態で、正電極の電圧より０．１〜０．６ボルト高い電圧で動作するように選択されるが、これは必要条件ではない。有用なレドックスシャトルとしては、例えば、様々なメタロセン、テトラシアノエチレン、テトラメチルフェニレンジアミン、両方のＮ原子上に２−ヒドロキシプロピル又はエチル置換基のいずれかを担持する、ジヒドロフェナジン誘導体、並びに様々な置換芳香族化合物（例えば、２，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−１，４−ジメトキシベンゼン、ヘキサエチルベンゼン、ビフェニル、ジフルオロアニソール）、並びに複素環式化合物（例えば、ビピリジル、チアントレン、２，７−ジアセチルチアントレン、及び特定のフェノチアジン系化合物）を挙げることができる。更なる有用なレドックスシャトルとしては、米国特許第５，７０９，９６８号（Ｓｈｉｍｉｚｕ）、同第５，７６３，１１９号（Ａｄａｃｈｉ）、同第５，５３６，５９９号（Ａｌａｍｇｉｒら）、同第５，８５８，５７３号（Ａｂｒａｈａｍら）、同第５，８８２，８１２号（Ｖｉｓｃｏら）、同第６，００４，６９８号（Ｒｉｃｈａｒｄｓｏｎら）、同第６，０４５，９５２号（Ｋｅｒｒら）、及び同第６，３８７，５７１Ｂ１号（Ｌａｉｎら）、並びに米国特許出願公開第２００５／０２２１１６８Ａ１号、同第２００５／０２２１１９６Ａ１号、同第２００６／０２６３６９６Ａ１号、及び同第２００６／０２６３６９７Ａ１号（それぞれＤａｈｎらに対する）で開示されるものを挙げることができる。

セルの容量（セル容量）とは、単一放電で放出することができるエネルギーの量の尺度である。セル容量は、通常アンペア時間の単位で記載される。「Ｃ」という用語は、一般的に、セル容量を１時間で割ったものに等しい充電（又は放電）速度を表すために使用される。例えば、１．６アンペア時間バッテリのＣは、１．６アンペアとなるだろう。

セル充電の観点から言えば、Ｃは、充電器電流出力をセル容量で割ったものに等しい。例えば、４アンペア時間セルが２アンペア充電器で充電される場合、充電速度は０．５Ｃである。同様に、２アンペア充電器を使用して、２０アンペア時間セルを充電する場合、バッテリ充電速度は０．１Ｃである。

典型的には、充電器は、単一レベル又は複数の異なるレベルであり得る、離散準位で実質的に一定の電流を放出する。例えば、充電器は、実質的に一定のより高い電流を第１の充電速度（例えば、急速充電）で、そして実質的に一定のより低い電流を第２の充電速度（例えば、低速充電）で放出することができる。幾つかの実施形態において、充電器は、実質的に一定の電流をそれぞれの離散準位で放出しなくてもよい（例えば、電流は、充電レベルのうちの１つ以上に対する特定の上界及び下界内で顕著に異なってもよい）。複数の離散充電速度（例えば、高充電速度及び低充電速度）で充電することができる充電器が当該技術分野において周知であり、商業的供給源から広く入手可能である。

典型的には、充電速度は、特定のリチウムイオンバッテリパックに適合されるが、充電器は、複数の独立した動作モードを有し得、それぞれが、異なるリチウムイオンバッテリパックの種類及び／又は構成に適合され得る。典型的には、第１の充電速度は、同一リチウムイオンバッテリパックに対して、約Ｃ／１０〜少なくとも約２Ｃの範囲、例えば、約Ｃ／２〜約２Ｃの範囲であるが、他の値が使用されてもよい。同様に、第２の充電速度は、典型的には、所定のリチウムイオンバッテリパックに対して、約Ｃ／３０〜約Ｃ／１０の範囲、例えば、約Ｃ／２０〜約Ｃ／１０の範囲であるが、他の値が使用されてもよい。

例えば、リチウムイオンバッテリパック充電システムは、いったん第２の充電速度に切り替えられると、充電が所定の時間の間（例えば、約１０、２０、３０、６０、若しくは９０分、又は約２、３、４、５、６、１２、若しくは更には約２４時間）継続するか、あるいは充電器コントローラに充電器を切らせる、温度上昇若しくは電圧上昇等の誘発事象が生じるまで、充電を継続することができるように、構成され得る。所望の場合、第２の充電速度での充電は、手動終了を条件として無制限に継続させてもよい。典型的には、この時間は、その完結時に、バッテリが実質的に完全に充電されているように指定される。

充電器は、独立型ユニット、又は幾つかの電気的に接続された構成要素であってもよい。例えば、充電器は、図１に示されるように、ＡＣアダプタによってリチウムイオンバッテリパックに放出される電流を管理することができる、充電管理集積回路（ＩＣ）に電気的に接続される、ＡＣアダプタを備えることができる。有用な充電管理集積回路の例としては、ＢＱ２４１００、ＢＱ２４１０３、ＢＱ２４１０３Ａ、ＢＱ２４１０５、ＢＱ２４１０８、ＢＱ２４１０９、ＢＱ２４１１３、ＢＱ２４１１３Ａ、及びＢＱ２４１１５としてＴｅｘａｓＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．（Ｄａｌｌａｓ，ＴＸ）によって市販されるものが挙げられる。

同様に、充電器コントローラは、独立型ユニット、又は幾つかの電気的に接続された構成要素であってもよい。例えば、充電器コントローラは、混合信号マイクロコントローラ内臓チップを備えてもよい。そのような混合信号マイクロコントローラの好適な例には、ＭＳＰ４３０Ｘ２０Ｘ１、ＭＳＰ４３０Ｘ２０Ｘ２、及びＭＳＰ４３０Ｘ２０Ｘ３としてＴｅｘａｓＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓによって市販されるものを含む、管理集積回路が挙げられる。

本開示に従うリチウムイオンバッテリパック充電システムは、例えば、携帯用コンピュータ、タブレットディスプレイ、玩具、個人情報端末（personal digital assistant）、携帯電話、電動式装置（例えば、個人又は家庭用電化製品及び自動車）、計器類（instruments）、照明装置（例えば、懐中電灯）、及び暖房装置を含む、様々な装置に含まれ得る。

本出願において参照される全ての特許及び刊行物は、ここで、参照することによりその全体が本明細書に組み込まれる。本開示の範囲及び趣旨から逸脱することなく、本開示の様々な修正及び変更を当業者は成し得、本開示は、上記で説明した例示的な実施形態に過度に限定して理解されるべきではない。

Claims

リチウムイオンバッテリパック充電システムであって、
正極端子及び負極端子を有するリチウムイオンバッテリパックであって、前記リチウムイオンバッテリパックは、前記正極端子及び負極端子と直列に接続され、かつ電気的に連通する、複数のリチウムイオンセルを備え、前記複数のリチウムイオンセルのそれぞれは、陽極、陰極、及び電解質組成物を含み、前記電解質組成物は、溶媒中に少なくとも部分的に溶解されるレドックスシャトル及びリチウム塩を含む、リチウムイオンバッテリパックと、
前記正極端子及び負極端子と電気的に連通する充電器であって、前記充電器は、少なくとも第１の充電速度及び第２の充電速度で前記リチウムイオンバッテリパックを充電することができ、前記第２の充電速度がゼロを超え、かつ前記第１の充電速度より低い、充電器と、
前記充電器と電気的に連通する充電器コントローラであって、前記充電器コントローラは、前記正極端子と前記負極端子との間の電圧差を監視することができ、前記電圧差の変化率を計算することができ、かつ、前記電圧差又は前記電圧差の前記変化率のうちの少なくとも１つに少なくとも部分的に依存して、前記第１の変化率を前記第２の変化率へ変更することができる、充電器コントローラと、を備える、リチウムイオンバッテリパック充電システム。
前記複数のリチウムイオンセルの個々のリチウムイオンセルは、１００パーセントのセル容量における最大差を有し、前記リチウムイオンバッテリパック充電システムは、停止せずに前記第２の充電速度で前記リチウムイオンバッテリパックを充電するように構成される、請求項１に記載のリチウムイオンバッテリパック充電システム。
前記複数のリチウムイオンセルの個々のリチウムイオンセルは、１００パーセントのセル容量における最大差を有し、前記リチウムイオンバッテリパック充電システムは、所定の時間の間、前記第２の充電速度で前記リチウムイオンバッテリパックを充電するように構成される、請求項１に記載のリチウムイオンバッテリパック充電システム。
前記リチウムイオンバッテリパック充電システムは、前記所定の時間後に切れるように構成される、請求項２に記載のリチウムイオンバッテリパック充電システム。
前記第２の充電速度は、前記所定の時間で前記リチウムイオンセルを十分に充電する、請求項３に記載のリチウムイオンバッテリパック充電システム。
前記所定の時間は、２時間以下である、請求項５に記載のリチウムイオンバッテリパック充電システム。
前記充電器コントローラは、前記充電器と一体的に組み合わされる、請求項１に記載のリチウムイオンバッテリパック充電システム。
前記電圧差に依存して、前記充電器コントローラは、前記第１の充電速度を前記第２の充電速度に変更することができる、請求項１に記載のリチウムイオンバッテリパック充電システム。
前記電圧差の前記変化率に依存して、前記充電器コントローラは、前記第１の充電速度を前記第２の充電速度に変更することができる、請求項１に記載のリチウムイオンバッテリパック充電システム。
前記充電器コントローラは、更に、前記リチウムイオンバッテリパックの少なくとも一部分の温度を監視することができ、かつ、前記電圧差又は前記電圧差の前記変化率、及び前記リチウムイオンバッテリパックの前記少なくとも一部分の前記温度のうちの少なくとも１つに少なくとも部分的に依存して、前記第１の充電速度を前記第２の充電速度に変更することができる、請求項１に記載のリチウムイオンバッテリパック充電システム。
前記充電器コントローラは、更に、前記リチウムイオンバッテリパックの少なくとも一部分の温度を監視することができ、前記リチウムイオンバッテリパックの前記少なくとも一部分の前記温度の変化率を計算することができ、かつ、前記電圧差又は前記電圧差の前記変化率、及び前記リチウムイオンバッテリパックの前記少なくとも一部分の前記温度の前記変化率のうちの少なくとも１つに少なくとも部分的に依存して、前記第１の充電速度を前記第２の充電速度に変更することができる、請求項１に記載のリチウムイオンバッテリパック充電システム。
前記レドックスシャトルは、１，４−ジ−ｔ−ブチル−２，５−ジメトキシベンゼンを含み、前記電解質組成物は、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、及びヘキサフルオロリン酸リチウムを含む、請求項１に記載のリチウムイオンバッテリ充電システム。
請求項１に記載のリチウムイオンバッテリパック充電システムを備える、装置。
前記レドックスシャトルは、１，４−ジ−ｔ−ブチル−２，５−ジメトキシベンゼンを含み、前記電解質組成物は、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、及びヘキサフルオロリン酸リチウムを含む、請求項１３に記載の装置。