JP2012016109A - Method and device of charging lithium ion battery - Google Patents

Method and device of charging lithium ion battery Download PDF

Info

Publication number
JP2012016109A
JP2012016109A JP2010148562A JP2010148562A JP2012016109A JP 2012016109 A JP2012016109 A JP 2012016109A JP 2010148562 A JP2010148562 A JP 2010148562A JP 2010148562 A JP2010148562 A JP 2010148562A JP 2012016109 A JP2012016109 A JP 2012016109A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
charging
ion battery
lithium ion
time
recommended
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2010148562A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shinichi Yuasa
真一 湯淺
Takuya Nakajima
琢也 中嶋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Corp filed Critical Panasonic Corp
Priority to JP2010148562A priority Critical patent/JP2012016109A/en
Publication of JP2012016109A publication Critical patent/JP2012016109A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress the decrease in capacity of lithium ion batteries by a simple method as well as to provide a charging method capable of preventing the shortening of life.SOLUTION: The method of charging a lithium ion battery includes a step to decide a recommendation period for start charging based on a change ratio ΔV/Δt per hour of an open circuit voltage of the lithium ion battery which is not being used. A period when the change ratio ΔV/Δt is smaller than a predetermined value is decided as the recommendation period for start charging. The predetermined value can be decided by at least one of the temperature of the lithium ion battery or the depth of discharge of the lithium ion battery.

Description

本発明は、リチウムイオン電池の充電方法および充電装置に関する。具体的には、リチウムイオン電池の充電開始時期の制御に関する。   The present invention relates to a method for charging a lithium ion battery and a charging device. Specifically, the present invention relates to control of the charging start timing of the lithium ion battery.

リチウムイオン電池は、高い作動電圧と高エネルギー密度とを有し、比較的長時間の電力供給が可能である。そのため、近年、ハイブリッド電気自動車(HEV)、プラグインハイブリッド電気自動車(PHEV)、電気自動車(EV)などのモータ駆動用電源、家庭用電力貯蔵装置の電源などとして用いることが検討されている。   A lithium ion battery has a high operating voltage and a high energy density, and can supply power for a relatively long time. Therefore, in recent years, use as a power source for driving motors of a hybrid electric vehicle (HEV), plug-in hybrid electric vehicle (PHEV), electric vehicle (EV), etc., a power source for a household power storage device, and the like has been studied.

なかでも、PHEVは、家庭で充電可能なモータ駆動用電池を搭載し、近距離移動にはガソリンエンジンを使用せず、モータの回転駆動のみにより走行するように設計されている。そのため、温室効果ガスの排出量をさらに低減する観点から、近年、注目されている。   Above all, PHEV is equipped with a battery for driving a motor that can be charged at home, and is designed not to use a gasoline engine for short-distance movement, but to run only by rotating the motor. Therefore, it has been attracting attention in recent years from the viewpoint of further reducing greenhouse gas emissions.

PHEVやEVは、その使用に備えて、通常、モータ駆動用電池をある程度充電した状態にしておく場合が多い。そのため、使用を終えた電池は、通常、直ちに充電器に接続され、充電を開始することが多い。ここで、電池の劣化は、電池の充電方法に依存する。例えば、ハイレートでの充放電を繰り返すと、非水電解質の分解や濃度分布が生じ、内部抵抗が高くなる場合がある。よって、安定な充電が行われず、電池の出力が低下する可能性がある。   In general, PHEVs and EVs are usually left in a state in which a motor driving battery is charged to some extent in preparation for its use. For this reason, batteries that have been used are usually immediately connected to a charger and charging is often started. Here, the deterioration of the battery depends on the charging method of the battery. For example, when charging / discharging at a high rate is repeated, decomposition of the nonaqueous electrolyte and concentration distribution may occur, and the internal resistance may increase. Therefore, stable charging is not performed, and the output of the battery may be reduced.

そこで、電池の容量や出力の低下を改善するために、特許文献1では、大きさの異なる2つの電流を、複数回、交互に切り替えながら電池に供給することが検討されている。また、特許文献2には、二次電池の出力劣化を検知した場合には、出力劣化を回復させる回復充放電を行うことが開示されている。   Therefore, in order to improve the capacity and output of the battery, Patent Document 1 discusses supplying two currents of different sizes to the battery while alternately switching them multiple times. Further, Patent Document 2 discloses performing recovery charge / discharge for recovering output deterioration when output deterioration of the secondary battery is detected.

特開2010−45962号公報JP 2010-45962 A 特開2010−49882号公報JP 2010-49882 A

しかし、特許文献1、2は、いずれも充電時の電流供給方法を改良するものであり、これを実現するためには、高機能かつ複雑な充電回路が必要となり、コスト面で不利である。   However, Patent Documents 1 and 2 both improve the current supply method during charging, and in order to realize this, a highly functional and complicated charging circuit is required, which is disadvantageous in terms of cost.

また、休止状態の電池の開回路電圧は、巨視的には、数分ないし数十分以内で安定化し、定常状態になる。しかし、微視的には、電極内の電子状態の均一化もしくは非水電解質中のリチウムイオンの分布の均一化に、より長い時間を要することが明らかとなった。すなわち、放電休止後、数時間は、リチウムイオン電池の内部は安定化しておらず、この状態で充電を開始すると、充電の安定性が損なわれるとともに、電池寿命が短くなる場合がある。   Further, the open circuit voltage of the battery in the resting state is macroscopically stabilized within a few minutes to several tens of minutes and becomes a steady state. However, microscopically, it has become clear that it takes a longer time to make the electronic state in the electrode uniform or to make the distribution of lithium ions in the nonaqueous electrolyte uniform. That is, the inside of the lithium ion battery is not stabilized for several hours after the discharge is stopped. If charging is started in this state, the stability of charging may be impaired and the battery life may be shortened.

本発明は、簡便な方法により、リチウムイオン電池の容量の低下を抑制するとともに、寿命が短くなるのを防止できる充電方法および充電装置を提供することを目的とする。
本発明の一局面は、休止中のリチウムイオン電池の開回路電圧の時間あたりの変化率ΔV/Δtに基づいて、充電開始推奨時期を決定する工程を有し、前記変化率ΔV/Δtが、所定値よりも小さい時期を、前記充電開始推奨時期として決定する、リチウムイオン電池の充電方法に関する。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a charging method and a charging apparatus that can suppress a decrease in capacity of a lithium ion battery and prevent a shortened life by a simple method.
One aspect of the present invention includes a step of determining a recommended charge start time based on a change rate ΔV / Δt per hour of an open circuit voltage of a paused lithium ion battery, and the change rate ΔV / Δt is: The present invention relates to a method for charging a lithium ion battery, wherein a time smaller than a predetermined value is determined as the recommended charging start time.

本発明の他の一局面は、外部または内蔵の直流電源からの電流を、リチウムイオン電池に供給する電流供給回路と、前記リチウムイオン電池の使用中止を検知して、使用を中止してからの経過時間を測定するユニットと、休止中の前記リチウムイオン電池の開回路電圧を測定する電圧検知ユニットと、前記電圧検知ユニットにより測定された開回路電圧に基づいて、前記リチウムイオン電池の開回路電圧の時間あたりの変化率ΔV/Δtを測定し、前記変化率ΔV/Δtが、所定値よりも小さい時期を充電開始推奨時期として決定し、前記決定に基づいて前記電流供給回路を制御する制御ユニットと、を有する、リチウムイオン電池の充電装置に関する。   According to another aspect of the present invention, a current supply circuit that supplies a current from an external or built-in DC power source to a lithium ion battery, and the use of the lithium ion battery is detected and the use is stopped. A unit for measuring the elapsed time, a voltage detection unit for measuring an open circuit voltage of the lithium ion battery during a pause, and an open circuit voltage of the lithium ion battery based on the open circuit voltage measured by the voltage detection unit Is a control unit that measures a rate of change ΔV / Δt per hour, determines a time when the rate of change ΔV / Δt is smaller than a predetermined value as a recommended charge start time, and controls the current supply circuit based on the determination And a charging device for a lithium ion battery.

本発明によれば、リチウムイオン電池において、非水電解質中のリチウムイオン濃度の分布を可能な限り均一化し、電極内の分極を解消した状態で、安定に充電することができる。また、本発明によれば、通常は推奨される時期まで充電が開始されないため、電池が充電状態で保存される期間が短くなる。そのため、低コストかつ簡便に、リチウムイオン電池の容量が低下するのを抑制できるとともに、電池寿命が短くなるのを有効に防止できる。   According to the present invention, in a lithium ion battery, the distribution of the lithium ion concentration in the nonaqueous electrolyte can be made as uniform as possible, and can be stably charged in a state in which the polarization in the electrode is eliminated. In addition, according to the present invention, since charging is not normally started until the recommended time, the period during which the battery is stored in a charged state is shortened. For this reason, it is possible to suppress the reduction in the capacity of the lithium ion battery and to effectively prevent the battery life from being shortened easily and at low cost.

リチウムイオン電池の使用を中止したときの、休止時間tと休止中の開回路電圧Vとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the resting time t when the use of a lithium ion battery is stopped, and the open circuit voltage V during resting. 図1のリチウムイオン電池について、変化率ΔV/Δtと休止時間tとの関係を示すグラフである。2 is a graph showing a relationship between a change rate ΔV / Δt and a rest time t for the lithium ion battery of FIG. 1. リチウムイオン電池を異なる放電深度まで放電した後、放電を休止したときの、休止時間tと休止中の開回路電圧Vとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the resting time t and the open circuit voltage V during resting when discharging is stopped after discharging a lithium ion battery to different depths of discharge. 異なる電池温度のリチウムイオン電池を放電した後、放電を休止したときの、休止時間tと休止中の開回路電圧Vとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the rest time t and the open circuit voltage V during rest when discharge is stopped after discharging lithium ion batteries of different battery temperatures. 本発明の一実施形態に係るリチウムイオン電池の充電方法を説明するためのフローチャートである。4 is a flowchart for explaining a method of charging a lithium ion battery according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係るリチウムイオン電池の充電方法を実施する充電装置の回路図である。It is a circuit diagram of the charging device which implements the charging method of the lithium ion battery which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るリチウムイオン電池の充電方法を説明するためのフローチャートである。4 is a flowchart for explaining a method of charging a lithium ion battery according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係るリチウムイオン電池の充電方法を説明するためのフローチャートである。4 is a flowchart for explaining a method of charging a lithium ion battery according to an embodiment of the present invention. 実施例1〜3のサイクル特性試験において、放電容量とサイクル数との関係を示すグラフである。In the cycle characteristic test of Examples 1-3, it is a graph which shows the relationship between discharge capacity and cycle number.

本発明では、リチウムイオン電池の充電を開始する時期を、少なくとも、休止中のリチウムイオン電池の開回路電圧の時間あたりの変化率に基づいて決定する。これは、下記の理由による。
リチウムイオン電池の使用を中止した時点からの経過時間(放電休止時間)tに対して、開回路電圧Vをプロットすると、時間の経過とともに、急激に電圧Vは回復し、数分ないし数十分で、ほぼ一定の値になる。これに対し、放電休止時間tと、開回路電圧Vとのプロッティングを微分した変化率ΔV/Δt(dV/dt)は、Vとtとの関係とは異なる挙動を示す。
In the present invention, the timing for starting the charging of the lithium ion battery is determined based on at least the rate of change per hour of the open circuit voltage of the lithium ion battery that is not operating. This is due to the following reason.
When the open circuit voltage V is plotted against the elapsed time (discharge stop time) t from the time when the use of the lithium ion battery is stopped, the voltage V rapidly recovers with the passage of time, and is several minutes to several tens of minutes Thus, the value is almost constant. On the other hand, the change rate ΔV / Δt (dV / dt) obtained by differentiating the plotting between the discharge pause time t and the open circuit voltage V shows a behavior different from the relationship between V and t.

図1は、電池温度25℃のリチウムイオン電池を、SOCが0%(放電深度が100%)まで放電した後、その使用を中止したとき、休止時間tと休止中の開回路電圧Vとの関係を示すグラフである。図2は、図1のtとVとの関係を、変化率ΔV/Δt(mV/min)で表し、この変化率とtとの関係を示したグラフである。   FIG. 1 shows that when a lithium ion battery having a battery temperature of 25 ° C. is discharged after the SOC is discharged to 0% (discharge depth is 100%) and the use is stopped, the pause time t and the open circuit voltage V during the pause are It is a graph which shows a relationship. FIG. 2 is a graph showing the relationship between t and V in FIG. 1 as a change rate ΔV / Δt (mV / min), and showing the relationship between the change rate and t.

図1では、リチウムイオン電池の開回路電圧は、放電を休止した後、急速に上昇して、数分でほぼ一定の値となる。すなわち、図1からは、数分でリチウムイオン電池が定常状態となり、電池内のリチウムイオンや電荷の分布が安定化したかのように見える。しかし、図2では、ΔV/Δtは、ほぼ一定の値となるまでに、数時間を要する。このことは、微視的な変化率に注目した場合には、開回路電圧Vが安定化するまでには、数時間を要し、それまでは、電池内の電荷の分布が安定化していないことを示している。このような不安定な状態で、リチウムイオン電池の充電を開始すると、電池の容量および出力が低下し、電池寿命を損なう。   In FIG. 1, the open circuit voltage of the lithium ion battery rises rapidly after the discharge is stopped, and becomes a substantially constant value within a few minutes. That is, from FIG. 1, it appears as if the lithium ion battery is in a steady state within a few minutes and the distribution of lithium ions and charges in the battery is stabilized. However, in FIG. 2, it takes several hours for ΔV / Δt to reach a substantially constant value. When attention is paid to the microscopic change rate, it takes several hours for the open circuit voltage V to stabilize, and until that time, the charge distribution in the battery has not stabilized. It is shown that. If charging of the lithium ion battery is started in such an unstable state, the capacity and output of the battery are lowered, and the battery life is impaired.

そこで、本発明では、変化率ΔV/Δtに着目して、この変化率に基づいて、充電開始推奨時期を決定する。すなわち、本発明のリチウムイオン電池の充電方法は、休止中のリチウムイオン電池の開回路電圧の時間あたりの変化率ΔV/Δtに基づいて、充電開始推奨時期を決定する工程を有する。   Therefore, in the present invention, focusing on the change rate ΔV / Δt, the recommended charging start time is determined based on this change rate. That is, the method for charging a lithium ion battery according to the present invention includes a step of determining a recommended charge start time based on the rate of change ΔV / Δt per hour of the open circuit voltage of the paused lithium ion battery.

具体的には、変化率ΔV/Δtが所定値よりも小さい時期を、充電開始推奨時期として決定する。リチウムイオン電池を充電保存状態で放置すると、その分、電池寿命が短くなるため、変化率ΔV/Δtが所定値よりも小さくなったときよりもさらに後の時期を、充電開始推奨時期として決定してもよい。   Specifically, a time when the change rate ΔV / Δt is smaller than a predetermined value is determined as a recommended charging start time. If a lithium ion battery is left in a charged storage state, the battery life will be shortened accordingly, so a time later than when the rate of change ΔV / Δt becomes smaller than a predetermined value is determined as a recommended charging start time. May be.

ここで、変化率ΔV/Δtの所定値は、電池内のリチウムイオンや電荷の分布が安定化する時期に対応して決定される。この時期は、電池の種類、公称容量、電池の使用機器の種類などにより応じて決定される。例えば、1.2mV/min、好ましくは0.5mV/min、さらに好ましくは0.3mV/min、もしくは0.2mV/min、もしくは0.1mV/minが好適である。   Here, the predetermined value of the rate of change ΔV / Δt is determined corresponding to the time when the lithium ion and charge distribution in the battery is stabilized. This time is determined according to the type of battery, the nominal capacity, the type of equipment using the battery, and the like. For example, 1.2 mV / min, preferably 0.5 mV / min, more preferably 0.3 mV / min, or 0.2 mV / min, or 0.1 mV / min is suitable.

本発明の一態様において、充電開始推奨時期を決定する工程は、(i)充電開始前に、変化率ΔV/Δtを検知し、(ii)変化率ΔV/Δtを所定値と比較し、(iii)比較結果に基づいて、充電開始推奨時期を決定する。この場合、充電開始前に、毎回、上記(i)〜(iii)の操作が行われる。変化率ΔV/Δtは、放電休止から連続的又は間欠的に測定される。したがって、正確な変化率ΔV/Δtに基づいて、電池の充電を開始することができ、電池の長寿命化に有利である。   In one aspect of the present invention, the step of determining the recommended charging start time includes (i) detecting a change rate ΔV / Δt before starting charging, (ii) comparing the change rate ΔV / Δt with a predetermined value, iii) Based on the comparison result, the recommended charging start time is determined. In this case, the operations (i) to (iii) are performed every time before the charging is started. The rate of change ΔV / Δt is measured continuously or intermittently from the discharge rest. Therefore, the battery can be charged based on the accurate change rate ΔV / Δt, which is advantageous for extending the life of the battery.

本発明の別の一態様では、充電開始推奨時期を決定する工程は、(i)予め求められたリチウムイオン電池の使用を中止してからの経過時間tと、変化率ΔV/Δtとの関係を表す関数を参照し、(ii)関数に基づいて、変化率ΔV/Δtが所定値となる推奨放電休止時間tAppを算出し、(iii)経過時間tが推奨放電休止時間tAppを超える時期を、充電開始推奨時期として決定する。この場合、経過時間tと変化率ΔV/Δtとの関係を表す関数は、予め電池のメーカーや電池の使用機器のメーカーが1つまたは複数の条件下で測定する。得られた関数は、例えば、充電回路を制御する制御ユニットが具備する記憶部に格納され、充電開始前に、参照される。 In another aspect of the present invention, the step of determining the recommended charging start time includes: (i) a relationship between an elapsed time t obtained by stopping use of a lithium ion battery obtained in advance and a rate of change ΔV / Δt. (Ii) Based on the function, a recommended discharge pause time t App at which the change rate ΔV / Δt becomes a predetermined value is calculated, and (iii) the elapsed time t exceeds the recommended discharge pause time t App The time is determined as the recommended charging start time. In this case, the function representing the relationship between the elapsed time t and the rate of change ΔV / Δt is measured in advance by the battery manufacturer or the manufacturer of the battery using device under one or more conditions. The obtained function is stored in, for example, a storage unit included in a control unit that controls the charging circuit, and is referred to before starting charging.

図3は、電池温度25℃のリチウムイオン電池を、放電深度60%、80%または100%まで放電した後、その使用を中止したときの変化率ΔV/Δtと休止時間tとの関係を示すグラフである。また、図4は、電池温度0℃、25℃または45℃のリチウムイオン電池を、放電深度100%まで放電した後、その使用を中止したときの変化率ΔV/Δtと休止時間tとの関係を示すグラフである。   FIG. 3 shows the relationship between the rate of change ΔV / Δt and the rest time t when a lithium ion battery with a battery temperature of 25 ° C. is discharged to a discharge depth of 60%, 80% or 100% and then stopped. It is a graph. FIG. 4 shows the relationship between the change rate ΔV / Δt and the rest time t when a lithium ion battery having a battery temperature of 0 ° C., 25 ° C. or 45 ° C. is discharged to a discharge depth of 100% and then stopped. It is a graph which shows.

図3および図4から明らかなように、リチウムイオン電池の温度が高くなると、もしくは放電深度が大きくなると、定常状態になるまでの経過時間が遅くなる傾向がある。これは、電池温度によって、非水電解質中のイオンの拡散速度や活物質の反応性が異なることによるものである。また、活物質の反応性は、放電深度とも関係する。   As apparent from FIGS. 3 and 4, when the temperature of the lithium ion battery increases or the depth of discharge increases, the elapsed time until the steady state tends to be delayed. This is because the diffusion rate of ions in the nonaqueous electrolyte and the reactivity of the active material differ depending on the battery temperature. The reactivity of the active material is also related to the depth of discharge.

以上より、経過時間tと変化率ΔV/Δtとの関係を表す関数は、様々な温度や、様々な放電深度で測定し、所定の記憶部に格納することが好ましい。そして、リチウムイオン電池の温度および放電深度の少なくとも一方に依存して、変化率ΔV/Δtの所定値を決定するのが好ましい。具体的には、放電深度が深いほど、充電開始推奨時期を遅らせるのが好ましく、また、電池温度が高いほど、充電開始推奨時期を遅らせるのが好ましい。この場合、参照される関数は、経過時間tと、変化率ΔV/Δtと、リチウムイオン電池の温度およびリチウムイオン電池の放電深度の少なくとも一方との関係を表す関数となる。   As described above, it is preferable that the function representing the relationship between the elapsed time t and the change rate ΔV / Δt is measured at various temperatures and various discharge depths and stored in a predetermined storage unit. And it is preferable to determine the predetermined value of the rate of change ΔV / Δt depending on at least one of the temperature of the lithium ion battery and the depth of discharge. Specifically, it is preferable to delay the recommended charging start time as the depth of discharge is deeper, and it is preferable to delay the recommended charging start time as the battery temperature is higher. In this case, the function to be referred to is a function representing the relationship between the elapsed time t, the rate of change ΔV / Δt, and at least one of the temperature of the lithium ion battery and the discharge depth of the lithium ion battery.

例えば、充電回路を制御する制御装置は、温度および放電深度の少なくとも一方を変数として関数に代入し、その条件に対応した経過時間tと変化率ΔV/Δtとの関係を呼び出し、電池の安定化の指標となる所定値として、推奨放電休止時間tAppを算出する。そして、推奨放電休止時間tAppを超える時期を、充電開始推奨時期として決定する。 For example, a control device that controls a charging circuit substitutes at least one of temperature and discharge depth into a function as a variable, calls up the relationship between elapsed time t and change rate ΔV / Δt corresponding to the condition, and stabilizes the battery. The recommended discharge pause time t App is calculated as a predetermined value serving as an index of. Then, a time exceeding the recommended discharge pause time tApp is determined as a recommended charging start time.

なお、tAppよりも早い時期に、充電を開始したい場合には、変化率ΔV/Δt(および必要により他の条件)に基づいて別途算出した許容される充電開始時間talwに基づいて、充電開始時期を決定することもできる。この場合、推奨放電休止時間tAppに基づいて、推奨される充電終了時間tCを算出し、tCよりも希望する充電終了時間tDCが遅いか否か、すなわち、tC>tDCの条件を満たすか否かで、充電開始時期を決定する条件を変更してもよい。 If charging is to be started earlier than t App , charging is performed based on an allowable charging start time t alw separately calculated based on the rate of change ΔV / Δt (and other conditions if necessary). The start time can also be determined. In this case, based on the recommended discharge quiescent time t App, it recommended to calculate the charging end time t C, whether the charging end time t DC desired than slow t C, i.e., the t C> t DC The condition for determining the charging start time may be changed depending on whether or not the condition is satisfied.

例えば、tC>tDCの場合には、希望する充電終了時間tDCに充電が終了するように充電を開始する。このとき、変化率ΔV/Δtができるだけ小さくなるように、許容される充電開始時間talwを算出し、talwに基づいて充電を行うことが好ましい。一方、tC≦tDCの場合には、関数に基づいて得られる充電開始推奨時期に充電を開始する。このようにすることで、電池およびその使用機器のユーザは、使用を再開する時期を制限されず、かつ時間的に余裕がある場合にだけ、充電開始推奨時期に充電を開始することができる。よって、無理なく、電池の劣化を抑制することができる。 For example, when t C > t DC , charging is started so that charging ends at a desired charging end time t DC . At this time, it is preferable to calculate the allowable charging start time t alw so that the rate of change ΔV / Δt is as small as possible, and perform charging based on t alw . On the other hand, when t C ≦ t DC, the charging is started at the recommended charging start time obtained based on the function. By doing in this way, the user of the battery and the device using the battery can start charging at the recommended charging start time only when the time for resuming use is not limited and there is a time margin. Therefore, deterioration of the battery can be suppressed without difficulty.

次に、上記の方法を実施するための充電装置の一例について説明する。
充電装置は、変化率ΔV/Δtが、所定値よりも小さい時期を充電開始推奨時期として決定する制御ユニットを有する。このような充電装置は、制御ユニットに加え、通常、リチウムイオン電池に電流を供給する電流供給回路(充電回路)と、リチウムイオン電池の放電休止時間を測定する時間測定ユニット(タイマーなど)と、リチウムイオン電池の開回路電圧を測定する電圧検知ユニットとを有している。充電装置は、リチウムイオン電池と電流供給回路との電気的な接続の有無を切り替えるスイッチを有していてもよい。電流供給回路は、外部または内蔵の直流電源からの電流を、リチウムイオン電池に供給する。
Next, an example of a charging device for carrying out the above method will be described.
The charging apparatus includes a control unit that determines a time when the change rate ΔV / Δt is smaller than a predetermined value as a recommended charging start time. In addition to the control unit, such a charging device usually includes a current supply circuit (charging circuit) that supplies current to the lithium ion battery, a time measurement unit (such as a timer) that measures the discharge pause time of the lithium ion battery, A voltage detection unit for measuring an open circuit voltage of the lithium ion battery. The charging device may include a switch that switches presence / absence of electrical connection between the lithium ion battery and the current supply circuit. The current supply circuit supplies current from an external or built-in DC power source to the lithium ion battery.

時間測定ユニットは、リチウムイオン電池の使用中止を検知して、放電休止時間を積算する。時間測定ユニットは、充電装置を構成する他のユニットが具備していてもよい。
充電装置は、さらに、リチウムイオン電池の温度を測定する温度検知ユニットを具備してもよい。温度検知部は、制御ユニットなどの、充電装置を構成する他のユニットが具備していてもよい。
The time measurement unit detects stoppage of use of the lithium ion battery and integrates the discharge pause time. The time measurement unit may be included in another unit constituting the charging device.
The charging device may further include a temperature detection unit that measures the temperature of the lithium ion battery. The temperature detection unit may be included in another unit that constitutes the charging device, such as a control unit.

制御ユニットは、所定の関数(変化率と、放電休止時間t、電池温度および/または放電深度などの条件との関数)、および/またはその他の各種条件(希望する充電終了時間または希望する充電開始時間など)を格納するための記憶部の他、演算部、判定部、処理部などを有していてもよい。
制御ユニットは、具体的には、CPU(Central Processing Unit:中央処理装置)、マイクロコンピュータ、MPU(Micro Processing Unit:マイクロプロセッサ)、ワイヤードロジック回路、主記憶装置および補助記憶装置などを含むことができる。
The control unit has a predetermined function (a function of rate of change and conditions such as discharge pause time t, battery temperature and / or depth of discharge) and / or various other conditions (desired charge end time or desired charge start In addition to a storage unit for storing time etc., a calculation unit, a determination unit, a processing unit, and the like may be included.
Specifically, the control unit can include a CPU (Central Processing Unit), a microcomputer, an MPU (Micro Processing Unit), a wired logic circuit, a main storage device, an auxiliary storage device, and the like. .

演算部では、例えば、記憶部に格納された関数を参照するとともに、電圧検知ユニットから送られた電池の電圧、時間測定ユニットから送られた放電休止時間および記憶部に格納された条件などに基づいて、推奨放電休止時間tAppなどが算出される。 In the arithmetic unit, for example, referring to the function stored in the storage unit, based on the voltage of the battery sent from the voltage detection unit, the discharge pause time sent from the time measurement unit, the condition stored in the storage unit, etc. Thus, the recommended discharge pause time tApp and the like are calculated.

判定部では、例えば、演算部で算出された推奨放電時間tAppと、放電休止時間tとが比較され、t>tAppの条件を満たすか否かが判断され、条件を満たさないときは、放電の休止状態が継続される。条件を満たさないときは、演算部に信号が送られ、所定時間後に、再度、演算部によりtAppを演算する。
t>tAppの条件を満たす場合、判定部から処理部に信号が送られ、処理部からの命令によりリチウムイオン電池と電流源とが電気的に接続され、リチウムイオン電池の充電が開始される。
In the determination unit, for example, the recommended discharge time t App calculated by the calculation unit is compared with the discharge pause time t, it is determined whether or not the condition of t> t App is satisfied, and when the condition is not satisfied, The discharge rest state is continued. When the condition is not satisfied, a signal is sent to the calculation unit, and t App is calculated again by the calculation unit after a predetermined time.
When the condition of t> t App is satisfied, a signal is sent from the determination unit to the processing unit, the lithium ion battery and the current source are electrically connected according to an instruction from the processing unit, and charging of the lithium ion battery is started. .

使用者が、tAppに基づいて算出される推奨充電終了時間tCよりも早い時期に充電を終了して、リチウムイオン電池の使用を再開したい場合には、tCと、入力または記憶部に格納された、使用者が希望する充電の終了時間tDCとが、判定部により比較される。tC>tDCの場合には、tDCに充電が終了するように、演算部により許容される充電開始時期が算出される。算出された充電開始時期と放電休止時間tとが判定部により比較され、両者が同じになったとき、または直ちに処理部により充電を開始する。 When the user wants to finish charging at a time earlier than the recommended charging end time t C calculated based on t App and resume the use of the lithium ion battery, t C and the input or storage unit The stored charging end time t DC desired by the user is compared by the determination unit. When t C > t DC, the charging start time allowed by the calculation unit is calculated so that the charging ends at t DC . The calculated charging start time and the discharge pause time t are compared by the determination unit, and when both become the same or immediately, the processing unit starts charging.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図5は、本発明の実施形態1に係るリチウムイオン電池の充電方法を説明するためのフローチャートである。図6は、充電装置の回路図である。
充電装置は、外部電源15からの電流を供給する充電回路14と、切替スイッチ16aを有する切替回路16と、変化率ΔV/Δtに基づいて充電開始推奨時期を決定する制御ユニット12a等を含む制御装置12とを有する。制御装置12は、さらに、リチウムイオン電池の開回路電圧を測定する電圧検知ユニット12b、および放電休止時間を測定する時間測定ユニット12cを含む。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 5 is a flowchart for explaining a method of charging a lithium ion battery according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 6 is a circuit diagram of the charging device.
The charging device includes a charging circuit 14 that supplies a current from the external power supply 15, a switching circuit 16 having a changeover switch 16a, a control unit 12a that determines a recommended charging start time based on the change rate ΔV / Δt, and the like. Device 12. Control device 12 further includes a voltage detection unit 12b that measures the open circuit voltage of the lithium ion battery, and a time measurement unit 12c that measures the discharge pause time.

充電装置には、リチウムイオン電池(PHEVやEVに装備されたリチウムイオン電池)11がセットされ、リチウムイオン電池11は、制御ユニット12aと並列に接続されている。時間測定ユニットで測定された放電休止時間tは、制御ユニット12aに送られる。   In the charging device, a lithium ion battery (lithium ion battery equipped in PHEV or EV) 11 is set, and the lithium ion battery 11 is connected in parallel with the control unit 12a. The discharge pause time t measured by the time measurement unit is sent to the control unit 12a.

制御ユニット12aは、放電休止時間t、tと変化率ΔV/Δtとの関係を表す関数、ΔV/Δtの所定値などを格納するための記憶部と、記憶部に格納された情報に基づいて推奨される放電休止時間tAppを算出するための演算部と、tとtAppとを比較するための判定部と、判定結果に基づいて充電回路14に切り替える処理部とを有している。制御装置12は、充電回路14を組み込んでもよい。
なお、放電休止時間の起算点は、リチウムイオン電池を充電装置にセットした時点とすることができる。
Based on the information stored in the storage unit, the control unit 12a stores a function indicating the relationship between the discharge pause times t and t and the rate of change ΔV / Δt, a predetermined value of ΔV / Δt, and the like. A calculation unit for calculating a recommended discharge pause time tApp , a determination unit for comparing t and tApp, and a processing unit for switching to the charging circuit 14 based on the determination result. The control device 12 may incorporate a charging circuit 14.
The starting point of the discharge pause time can be the time when the lithium ion battery is set in the charging device.

リチウムイオン電池11の負極、及び充電回路14の負極側端子は、それぞれ外部電源15の負極端子と同電位を有する。リチウムイオン電池11の正極、及び充電回路14の出力側回路の正極側端子は、それぞれ切替回路16が具備する所定の端子17及び19と接続されている。   The negative electrode of the lithium ion battery 11 and the negative electrode side terminal of the charging circuit 14 each have the same potential as the negative electrode terminal of the external power supply 15. The positive terminal of the lithium ion battery 11 and the positive terminal of the output circuit of the charging circuit 14 are connected to predetermined terminals 17 and 19 provided in the switching circuit 16, respectively.

切替回路16は、リチウムイオン電池11の正極と充電回路14の出力側回路の正極側端子との接続を制御する切替スイッチ16aを具備する。切替スイッチ16aがONされると、リチウムイオン電池11の正極と充電回路14の出力側回路の正極側端子とが接続され、充電スイッチがOFFされると、その接続が切断される。   The changeover circuit 16 includes a changeover switch 16 a that controls connection between the positive electrode of the lithium ion battery 11 and the positive electrode side terminal of the output side circuit of the charging circuit 14. When the changeover switch 16a is turned on, the positive electrode of the lithium ion battery 11 and the positive electrode side terminal of the output side circuit of the charging circuit 14 are connected, and when the charging switch is turned off, the connection is cut.

切替回路16は、tとtAppとを比較する判定部を有する制御ユニット12aと、相互に連絡し合っている。判定部における判定結果によって、切替回路16が制御される。
切替回路16のスイッチ16aがONされて、リチウムイオン電池11の正極と充電回路14の出力側回路の正極側端子とが接続されると、充電回路14は、リチウムイオン電池11を制御ユニット12aの指示に従って充電する。充電中のリチウムイオン電池11の開回路電圧は、制御ユニット12aによりモニタしてもよい。
The switching circuit 16 communicates with a control unit 12a having a determination unit that compares t and tApp . The switching circuit 16 is controlled by the determination result in the determination unit.
When the switch 16a of the switching circuit 16 is turned on and the positive electrode of the lithium ion battery 11 is connected to the positive terminal of the output circuit of the charging circuit 14, the charging circuit 14 connects the lithium ion battery 11 to the control unit 12a. Charge according to the instructions. The open circuit voltage of the lithium ion battery 11 being charged may be monitored by the control unit 12a.

次に、上記充電装置を用いる場合を例にとって、本発明の充電方法の一例について、図5のフローチャートを参照しながら説明する。
まず、リチウムイオン電池11を充電装置にセットする(S0)。すると、切替回路16が切替スイッチ16aをOFFにした状態でリチウムイオン電池の放電休止を検知する(S1)。
Next, taking the case of using the above charging device as an example, an example of the charging method of the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, the lithium ion battery 11 is set in the charging device (S0). Then, the switching circuit 16 detects that the lithium ion battery has stopped discharging in a state where the changeover switch 16a is turned off (S1).

放電休止の検知と同時に、時間測定ユニット12cが、放電休止時間tのカウントを開始する(S2)。カウントされたtは、常時、制御ユニット12aの記憶部に送られる。
次いで、制御ユニット12aの演算部は、電圧検知ユニット12bから送られた開回路電圧と記憶部に格納された情報に基づいて、リチウムイオン電池の放電深度を演算する(S3)。制御ユニット12aは、放電深度を変数として記憶部に格納された所定の関数に代入し、その条件に対応した経過時間tと変化率ΔV/Δtとの関係を呼び出す。そして、ΔV/Δtが、電池の安定化の指標となる所定値(例えば、0.5mV/min)よりも小さくなるように、推奨放電休止時間tAppを算出する(S4)。
Simultaneously with the detection of the discharge pause, the time measurement unit 12c starts counting the discharge pause time t (S2). The counted t is always sent to the storage unit of the control unit 12a.
Next, the calculation unit of the control unit 12a calculates the discharge depth of the lithium ion battery based on the open circuit voltage sent from the voltage detection unit 12b and the information stored in the storage unit (S3). The control unit 12a substitutes the discharge depth as a variable for a predetermined function stored in the storage unit, and calls the relationship between the elapsed time t and the change rate ΔV / Δt corresponding to the condition. Then, the recommended discharge pause time tApp is calculated so that ΔV / Δt becomes smaller than a predetermined value (for example, 0.5 mV / min) that is an index of battery stabilization (S4).

制御ユニット12aの判定部は、算出されたtAppと、放電休止時間tとを、比較する(S5)。比較結果が、t≦tAppの場合は、リチウムイオン電池の安定化が不十分な状態である。この場合には、制御ユニット12aの演算部は、所定時間後、再度、リチウムイオン電池の放電深度を演算する(S3)。t>tAppの場合、リチウムイオン電池は十分に安定化された状態である。この場合には、制御ユニット12aは、処理部により、切替回路16のスイッチ16aをONとすることにより、リチウムイオン電池と充電回路14とを接続し、リチウムイオン電池の充電を開始する(S6)。 The determination unit of the control unit 12a compares the calculated t App with the discharge pause time t (S5). When the comparison result is t ≦ t App , the lithium ion battery is not sufficiently stabilized. In this case, the calculation unit of the control unit 12a calculates the discharge depth of the lithium ion battery again after a predetermined time (S3). In the case of t> t App , the lithium ion battery is in a sufficiently stabilized state. In this case, the control unit 12a turns on the switch 16a of the switching circuit 16 by the processing unit to connect the lithium ion battery and the charging circuit 14 and starts charging the lithium ion battery (S6). .

ステップS3〜S5は、t>tAppの条件が充足されるまで、繰り返し実行される。電圧検知ユニット12bから常時送られる開回路電圧の値に基づいて、リチウムイオン電池の放電深度を逐次的に演算すると、放電深度の判定精度が向上し、正確な充電開始時間および充電終了時間を算出することができる。 Step S3~S5 is, t> t up App of the conditions are satisfied, is repeatedly executed. When the discharge depth of the lithium ion battery is sequentially calculated based on the value of the open circuit voltage constantly sent from the voltage detection unit 12b, the determination accuracy of the discharge depth is improved, and the accurate charge start time and charge end time are calculated. can do.

充電は、定電流充電および/または定電圧充電により行うことができる。充電の途中で、リチウムイオン電池の閉回路電圧を測定し、この測定値が、所定電圧となったときに、充電を停止する。   Charging can be performed by constant current charging and / or constant voltage charging. During the charging, the closed circuit voltage of the lithium ion battery is measured, and the charging is stopped when the measured value reaches a predetermined voltage.

図7は、図5の変更例を示すフローチャートである。
充電装置は、さらにリチウムイオン電池の温度を測定する温度検出ユニットを有する。図7では、放電休止時間tのカウントを開始するステップS2の後、温度測定ユニットによりリチウムイオン電池の温度を測定する(S10)。測定された電池温度は、制御ユニット12aの記憶部に送られる。次いで、制御ユニット12aの演算部は、電圧検知ユニット12bから送られた開回路電圧と記憶部に格納された情報に基づいて、リチウムイオン電池の放電深度を演算する(S3)。
FIG. 7 is a flowchart showing a modification of FIG.
The charging device further includes a temperature detection unit that measures the temperature of the lithium ion battery. In FIG. 7, the temperature of the lithium ion battery is measured by the temperature measurement unit after step S2 for starting the counting of the discharge pause time t (S10). The measured battery temperature is sent to the storage unit of the control unit 12a. Next, the calculation unit of the control unit 12a calculates the discharge depth of the lithium ion battery based on the open circuit voltage sent from the voltage detection unit 12b and the information stored in the storage unit (S3).

制御ユニット12aは、温度と放電深度を変数として記憶部に格納された所定の関数に代入し、その条件に対応した経過時間tと変化率ΔV/Δtとの関係を表す関数を呼び出す。推奨放電休止時間tAppを算出する(S4)。 The control unit 12a substitutes the temperature and the discharge depth as variables into a predetermined function stored in the storage unit, and calls a function representing the relationship between the elapsed time t and the change rate ΔV / Δt corresponding to the condition. A recommended discharge pause time tApp is calculated (S4).

図8は、図7の変更例を示すフローチャートである。充電装置は、さらに、推奨される充電終了時間tCを表示する表示部(液晶モニタなど)を具備する。
図8では、ステップS4において、tAppを算出した後、演算部により、tAppに基づいて、推奨される充電終了時間tCを算出する(S11)。なお、tCは、通常、tAppと、放電深度と、充電条件とに基づいて算出される。
FIG. 8 is a flowchart showing a modification of FIG. The charging device further includes a display unit (such as a liquid crystal monitor) that displays a recommended charging end time t C.
8, in step S4, after calculating the t App, the calculating section, based on the t App, recommended calculating the charge end time t C (S11). Note that t C is normally calculated based on t App , the depth of discharge, and the charging conditions.

算出されたtCは表示部に表示される。制御ユニット12aは、表示部に表示された推奨充電終了時間tCと、使用者がインプットした希望する充電終了時間tDCとを比較する(S12)。tC≦tDCの場合、制御ユニット12aは、しばらく休止を継続した後(S13)、ステップS4で算出されたtAppと、放電休止時間tとを比較する(S5)。比較結果が、t≦tAppの場合には、制御ユニット12aの処理部は、放電の休止状態を継続する(S13)。t>tAppの場合には、制御ユニット12aは、処理部により、切替回路16のスイッチ16aをONとすることにより、リチウムイオン電池と充電回路14とを接続し、リチウムイオン電池の充電を開始する(S6)。 The calculated t C is displayed on the display unit. The control unit 12a compares the recommended charging end time t C displayed on the display unit with the desired charging end time t DC input by the user (S12). When t C ≦ t DC , the control unit 12a continues the pause for a while (S13), and then compares the t App calculated in step S4 with the discharge pause time t (S5). When the comparison result is t ≦ t App , the processing unit of the control unit 12a continues the discharge pause state (S13). In the case of t> t App , the control unit 12a causes the processing unit to turn on the switch 16a of the switching circuit 16, thereby connecting the lithium ion battery and the charging circuit 14 and starting charging the lithium ion battery. (S6).

ステップS13およびS5は、t>tAppの条件が充足されるまで、繰り返し実行される。
ステップS12で、tC>tDCの場合、tDCに基づいて、演算部により許容される充電開始時間talwを算出する(S15)。その後、しばらく放電の休止状態を継続した後(S16)、判定部は、ステップS15で算出されたtalwとtとを比較する(S17)。
Steps S13 and S5 are repeatedly executed until the condition of t> t App is satisfied.
If t C > t DC in step S12, the charging start time t alw allowed by the calculation unit is calculated based on t DC (S15). Thereafter, after the discharge is stopped for a while (S16), the determination unit compares t alw calculated in step S15 with t (S17).

ステップS17において、t≧talwの場合、処理部は、切替回路16のスイッチ16aをONにし、リチウムイオン電池と充電回路14とを接続して、リチウムイオン電池の充電を開始する(S6)。t<talwの場合、処理部は、放電の休止状態を継続する(S16)。ステップS16およびS17は、t≧talwの条件が充足されるまで、繰り返し実行される。 In step S17, when t ≧ t alw , the processing unit turns on the switch 16a of the switching circuit 16, connects the lithium ion battery and the charging circuit 14, and starts charging the lithium ion battery (S6). In the case of t <t alw , the processing unit continues the discharge pause state (S16). Steps S16 and S17 are repeatedly executed until the condition t ≧ t alw is satisfied.

本発明の充電方法および充電装置は、公知のリチウムイオン電池に適用できる。リチウムイオン電池は、正極と、負極と、これらを隔離するセパレータとを有する電極群を含み、電極群が非水電解質とともに、電池ケースに収容されている。
正極および負極は、それぞれ、集電体と、導電性基板の表面に配された活物質層とを含む。正極集電体の材料としては、ステンレス鋼、チタン、アルミニウムまたはその合金などが例示でき、負極集電体の材料としては、ニッケル、銅またはその合金などが例示できる。
The charging method and the charging device of the present invention can be applied to a known lithium ion battery. A lithium ion battery includes an electrode group having a positive electrode, a negative electrode, and a separator that separates them, and the electrode group is housed in a battery case together with a nonaqueous electrolyte.
Each of the positive electrode and the negative electrode includes a current collector and an active material layer disposed on the surface of the conductive substrate. Examples of the material for the positive electrode current collector include stainless steel, titanium, aluminum, and alloys thereof, and examples of the material for the negative electrode current collector include nickel, copper, and alloys thereof.

正極活物質としては、リチウムと、コバルト、ニッケルおよび/またはマンガンなどとを含む複合酸化物などが例示できる。負極活物質としては、黒鉛などの炭素含有材料、ケイ素酸化物などが例示できる。活物質層は、活物質と、結着剤(フッ素樹脂、ゴム材料など)、および必要に応じて、増粘剤、導電材などを含有してもよい。
セパレータとしては、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン製の多孔膜などが例示できる。
非水電解質は、炭酸エステルなどの非水溶媒およびこれに溶解するリチウム塩を含む。リチウム塩としては、例えば、LiPF6、LiBF4、LiN(CF3SO22などが例示できる。
Examples of the positive electrode active material include a composite oxide containing lithium and cobalt, nickel, and / or manganese. Examples of the negative electrode active material include carbon-containing materials such as graphite, silicon oxide, and the like. The active material layer may contain an active material, a binder (such as a fluororesin and a rubber material), and, if necessary, a thickener and a conductive material.
Examples of the separator include a porous film made of polyolefin such as polyethylene and polypropylene.
The non-aqueous electrolyte includes a non-aqueous solvent such as carbonate ester and a lithium salt dissolved in the non-aqueous solvent. Examples of the lithium salt include LiPF 6 , LiBF 4 , and LiN (CF 3 SO 2 ) 2 .

以下、本発明を実施例および比較例に基づいて具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely based on an Example and a comparative example, this invention is not limited to a following example.

実施例1
(A)次のようにしてリチウムイオン電池を作製した。
(1)正極の作製
コバルト酸リチウム3kgと、ポリフッ化ビニリデンの12質量%NMP(N−メチル−2−ピロリドン)溶液(商品名:PVDF#1320、(株)クレハ製)1kgと、アセチレンブラック90gと、適量のNMPとを、双腕式練合機で攪拌し、正極合剤スラリーを調製した。このスラリーを、厚さ15μmのアルミニウム箔(正極集電体)の両面に塗布し、得られた塗膜を乾燥及び圧延して正極活物質層を形成し、総厚160μmの正極を作製した。この正極を裁断して、56mm幅の帯状正極を得た。
Example 1
(A) A lithium ion battery was produced as follows.
(1) Production of positive electrode 3 kg of lithium cobaltate, 12 kg of NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) solution of polyvinylidene fluoride (trade name: PVDF # 1320, manufactured by Kureha Corporation), and 90 g of acetylene black Then, an appropriate amount of NMP was stirred with a double-arm kneader to prepare a positive electrode mixture slurry. This slurry was applied to both sides of an aluminum foil (positive electrode current collector) having a thickness of 15 μm, and the obtained coating film was dried and rolled to form a positive electrode active material layer, thereby producing a positive electrode having a total thickness of 160 μm. The positive electrode was cut to obtain a strip-shaped positive electrode having a width of 56 mm.

(2)負極の作製
人造黒鉛3kgと、変性スチレンブタジエンゴムの40質量%水性分散液(商品名:BM−400B、日本ゼオン(株)製)75gと、カルボキシメチルセルロース30gと、適量の水とを、双腕式練合機で攪拌し、負極合剤スラリーを調製した。このスラリーを厚さ10μmの銅箔(負極集電体)の両面に塗布し、得られた塗膜を乾燥及び圧延して負極活物質層を形成し、総厚180μmの負極を作製した。この負極を裁断して、57mm幅の帯状負極を得た。
(2) Production of negative electrode 3 kg of artificial graphite, 75 g of a 40% by mass aqueous dispersion of a modified styrene butadiene rubber (trade name: BM-400B, manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.), 30 g of carboxymethyl cellulose, and an appropriate amount of water The mixture was stirred with a double arm kneader to prepare a negative electrode mixture slurry. This slurry was applied to both surfaces of a 10 μm thick copper foil (negative electrode current collector), and the obtained coating film was dried and rolled to form a negative electrode active material layer, thereby preparing a negative electrode having a total thickness of 180 μm. The negative electrode was cut to obtain a strip-shaped negative electrode having a width of 57 mm.

(3)セパレータ
セパレータとしては、厚さ20μmのポリエチレン製多孔質フィルム(商品名:A089、セルガード(株)製)を用いた。
(3) Separator As the separator, a polyethylene porous film (trade name: A089, manufactured by Celgard Co., Ltd.) having a thickness of 20 μm was used.

(4)非水電解質の調製
エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとエチルメチルカーボネートとの体積比1:1:1の混合溶媒に、LiPF6を溶解させ、さらにビニレンカーボネートを添加して、非水電解質を調製した。LiPF6の濃度は、前記混合溶媒1リットルに対して1モルとした。ビニレンカーボネートの添加量は、前記混合溶媒100質量部に対して3質量部とした。
(4) Preparation of non-aqueous electrolyte LiPF 6 is dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate, dimethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate in a volume ratio of 1: 1: 1, and vinylene carbonate is added to prepare a non-aqueous electrolyte. did. The concentration of LiPF 6 was 1 mol with respect to 1 liter of the mixed solvent. The amount of vinylene carbonate added was 3 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the mixed solvent.

(5)リチウムイオン電池の作製
帯状正極と帯状負極との間にセパレータを介在させてこれらを捲回し、円柱状の捲回型電極群を作製した。アルミニウム製正極リードにより、正極集電体と安全弁を有する封口板の下面とを接続した。ニッケル製負極リードにより、負極集電体とニッケルめっきを表面に施した鉄製の有底円筒型電池ケース(内径18mm)の内底面とを接続した。捲回型電極群の長手方向両端にポリプロピレン製絶縁板を装着した後、捲回型電極群を電池ケース内に収容した。
電極群を収容した電池ケース内を減圧した状態で、非水電解質5.0gを注液し、捲回型電極群に含浸させた。
(5) Production of Lithium Ion Battery A separator was interposed between the strip-shaped positive electrode and the strip-shaped negative electrode, and these were wound to produce a cylindrical wound electrode group. The positive electrode current collector and the lower surface of the sealing plate having the safety valve were connected by an aluminum positive electrode lead. The negative electrode current collector was connected to the inner bottom surface of an iron-bottomed cylindrical battery case (inner diameter: 18 mm) with nickel plating on the surface by a nickel negative electrode lead. After the polypropylene insulating plates were attached to both ends in the longitudinal direction of the wound electrode group, the wound electrode group was accommodated in the battery case.
In a state where the inside of the battery case containing the electrode group was decompressed, 5.0 g of a nonaqueous electrolyte was injected and impregnated into the wound electrode group.

次に、電池ケースの開口にポリプロピレン製ガスケットを介して封口板を配置し、電池ケースの開口端部を封口板の周縁部にかしめた。これにより、内径18mm、高さ65mm、設計容量2000mAhの円筒型リチウムイオン電池を30個作製した。   Next, a sealing plate was disposed in the opening of the battery case via a polypropylene gasket, and the opening end of the battery case was crimped to the peripheral edge of the sealing plate. As a result, 30 cylindrical lithium ion batteries having an inner diameter of 18 mm, a height of 65 mm, and a design capacity of 2000 mAh were produced.

(B)電池の前処理
上記(A)で得られた30個のリチウムイオン二次電池のうち、無作為に抽出した10個について、下記の条件で充放電処理を行った。この充放電処理は、充放電試験用の恒温槽(25℃)内に上記電池を配置して行った。
(B) Pre-treatment of battery Among the 30 lithium ion secondary batteries obtained in (A) above, 10 randomly extracted were subjected to charge / discharge treatment under the following conditions. This charge / discharge treatment was performed by placing the battery in a thermostat (25 ° C.) for charge / discharge testing.

リチウムイオン電池の充電を、0.7C(1400mA)の定電流で、4.2Vまで行い、次いで4.2Vの定電圧で、充電電流が50mAになるまで行った。充電が完了したリチウムイオン電池は、10分間放置した後、1.0C(2000mA)の定電流で、放電深度が100%になるまで放電した。   The lithium-ion battery was charged at a constant current of 0.7 C (1400 mA) up to 4.2 V, and then at a constant voltage of 4.2 V until the charging current reached 50 mA. The charged lithium-ion battery was left for 10 minutes and then discharged at a constant current of 1.0 C (2000 mA) until the depth of discharge reached 100%.

(C)充放電サイクル特性試験
前処理後のリチウムイオン電池を、図6の回路図に従って、充電装置にセットし、図5のフローに従って、充電した。電池温度は25℃であった。変化率ΔV/Δt=0.04となる条件で算出したところ、推奨される放電休止時間tAppは、2時間58分であった。
充電は、0.3C(600mA)の定電流で、4.2Vまで行い、次いで4.2Vの定電圧で、充電電流が50mAになるまで行った。
充電が完了したリチウムイオン電池は、充電完了後に上記電池を10分間放置した後、1.0C(2000mA)の定電流で、放電深度が100%になるまで放電した。
(C) Charging / discharging cycle characteristic test The lithium ion battery after the pretreatment was set in the charging device according to the circuit diagram of FIG. 6 and charged according to the flow of FIG. The battery temperature was 25 ° C. When calculated under the condition that the rate of change ΔV / Δt = 0.04, the recommended discharge pause time t App was 2 hours and 58 minutes.
Charging was performed at a constant current of 0.3 C (600 mA) up to 4.2 V, and then at a constant voltage of 4.2 V until the charging current reached 50 mA.
The fully charged lithium ion battery was allowed to stand for 10 minutes after completion of charging, and then discharged at a constant current of 1.0 C (2000 mA) until the depth of discharge reached 100%.

上記の充放電を、1000回繰り返して、100サイクル毎に、放電容量を求めた。そして、1回目の放電容量に対する容量比を、百分率で算出した。図9に容量(%)と、サイクル数との関係を表すグラフを示す。なお、容量比は、10個のリチウム電池の平均値で表した。   The above charge / discharge was repeated 1000 times, and the discharge capacity was determined every 100 cycles. The capacity ratio with respect to the first discharge capacity was calculated as a percentage. FIG. 9 is a graph showing the relationship between capacity (%) and the number of cycles. The capacity ratio was expressed as an average value of 10 lithium batteries.

実施例2および3
実施例1と同様のリチウムイオン電池を用い、変化率ΔV/Δt=0.01(実施例2)またはΔV/Δt=0.1(実施例3)となる条件で算出したtAppに基づいて、充電開始推奨時期を決定した以外は、実施例1と同様に充放電およびサイクル特性試験を行った。結果を、図9に示す。
Examples 2 and 3
Using the same lithium ion battery as in Example 1, based on t App calculated under the conditions of change rate ΔV / Δt = 0.01 (Example 2) or ΔV / Δt = 0.1 (Example 3). The charge / discharge and cycle characteristic tests were performed in the same manner as in Example 1 except that the recommended charge start time was determined. The results are shown in FIG.

図9から明らかなように、実施例1〜3では、充放電を1000回繰り返した後の放電容量は、1回目の73%(実施例1)、81%(実施例2)、65%(実施例3)であり、放電容量の低下が効果的に抑制されている。これは、変化率ΔV/Δtに基づいて、充電開始時期を決定するため、リチウムイオン電池が安定した状態で、充電を開始できることによるものと考えられる。   As is apparent from FIG. 9, in Examples 1 to 3, the discharge capacities after repeating charge and discharge 1000 times are 73% (Example 1), 81% (Example 2), 65% (first time). Example 3), in which the decrease in discharge capacity is effectively suppressed. This is considered to be because charging can be started in a stable state of the lithium ion battery because the charging start time is determined based on the change rate ΔV / Δt.

比較例1
実施例1と同様のリチウムイオン電池を用い、放電の終了から10分後に、充電を開始したことを繰り返す以外は、実施例1と同様にサイクル特性試験を行った。
その結果、充放電を1000回繰り返した後の放電容量は、1回目の51%であり、顕著に低下した。
Comparative Example 1
A cycle characteristic test was performed in the same manner as in Example 1 except that the same lithium ion battery as in Example 1 was used and charging was repeated 10 minutes after the end of discharge.
As a result, the discharge capacity after repeating charge and discharge 1000 times was 51% for the first time, which was significantly reduced.

本発明の充電方法及び充電装置によれば、使用したリチウムイオン電池の充電開始時期を、休止中のリチウムイオン電池の開回路電圧の時間あたりの変化率ΔV/Δtに基づいて決定する。これにより、リチウムイオン電池の容量の低下を抑制でき、寿命を長くすることができる。本発明では、簡便な方法により、このような効果が得られるため、各種リチウムイオン電池、特に、PHEVに搭載されたリチウムイオン電池の充電に好適である。   According to the charging method and the charging device of the present invention, the charging start timing of the used lithium ion battery is determined based on the rate of change ΔV / Δt per hour of the open circuit voltage of the paused lithium ion battery. Thereby, the fall of the capacity | capacitance of a lithium ion battery can be suppressed, and lifetime can be lengthened. In this invention, since such an effect is acquired by a simple method, it is suitable for charge of various lithium ion batteries, especially the lithium ion battery mounted in PHEV.

11 リチウムイオン電池
12 制御装置
12a 制御ユニット
12b 電圧検知ユニット
12c 時間測定ユニット
14 充電回路
15 外部電源
16 切替回路
16a 切替スイッチ
11 Lithium ion battery 12 Control device 12a Control unit 12b Voltage detection unit 12c Time measurement unit 14 Charging circuit 15 External power supply 16 Switching circuit 16a Changeover switch

Claims (10)

休止中のリチウムイオン電池の開回路電圧の時間あたりの変化率ΔV/Δtに基づいて、充電開始推奨時期を決定する工程を有し、
前記変化率ΔV/Δtが、所定値よりも小さい時期を、前記充電開始推奨時期として決定する、リチウムイオン電池の充電方法。
Determining the recommended charging start time based on the rate of change ΔV / Δt per hour of the open circuit voltage of the lithium-ion battery during suspension,
A method for charging a lithium ion battery, wherein a time when the change rate ΔV / Δt is smaller than a predetermined value is determined as the recommended charging start time.
前記所定値を、前記リチウムイオン電池の温度および前記リチウムイオン電池の放電深度の少なくとも一方に依存して決定する、請求項1記載のリチウムイオン電池の充電方法。   The method for charging a lithium ion battery according to claim 1, wherein the predetermined value is determined depending on at least one of a temperature of the lithium ion battery and a discharge depth of the lithium ion battery. 前記所定値が0.5mV/minである、請求項1または2に記載のリチウムイオン電池の充電方法。   The method for charging a lithium ion battery according to claim 1, wherein the predetermined value is 0.5 mV / min. 前記充電開始推奨時期を決定する工程が、
(i)充電開始前に、前記変化率ΔV/Δtを検知し、
(ii)前記変化率ΔV/Δtを前記所定値と比較し、
(iii)前記比較結果に基づいて前記充電開始推奨時期を決定する、請求項1〜3のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池の充電方法。
Determining the recommended charging start time,
(I) Before the start of charging, the change rate ΔV / Δt is detected,
(Ii) comparing the rate of change ΔV / Δt with the predetermined value;
(Iii) The method for charging a lithium ion battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the recommended charging start time is determined based on the comparison result.
前記充電開始時期を決定する工程が、
(i)予め求められた前記リチウムイオン電池の使用を中止してからの経過時間tと、前記変化率ΔV/Δtとの関係を表す関数を参照し、
(ii)前記関数に基づいて、前記変化率ΔV/Δtが前記所定値となる推奨放電休止時間tAppを算出し、
(iii)前記推奨放電休止時間tAppを超える時期を、前記充電開始推奨時期として決定する、請求項1〜3のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池の充電方法。
Determining the charging start time,
(I) Refer to a function representing the relationship between the elapsed time t after the use of the lithium ion battery determined in advance and the change rate ΔV / Δt,
(Ii) Based on the function, a recommended discharge pause time t App at which the change rate ΔV / Δt is the predetermined value is calculated,
(Iii) The method for charging a lithium ion battery according to any one of claims 1 to 3, wherein a time exceeding the recommended discharge pause time tApp is determined as the recommended charging start time.
前記関数は、前記経過時間tと、前記変化率ΔV/Δtと、前記リチウムイオン電池の温度および前記リチウムイオン電池の放電深度の少なくとも一方と、の関係を表す関数であり、前記温度および前記放電深度の少なくとも一方に依存して前記充電開始時期を決定する、請求項5記載のリチウムイオン電池の充電方法。   The function is a function representing the relationship between the elapsed time t, the rate of change ΔV / Δt, and at least one of the temperature of the lithium ion battery and the discharge depth of the lithium ion battery, and the temperature and the discharge The method for charging a lithium ion battery according to claim 5, wherein the charging start time is determined depending on at least one of the depths. 前記放電深度が深いほど、前記充電開始時期を遅らせる、請求項2〜6のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池の充電方法。   The method for charging a lithium ion battery according to claim 2, wherein the charging start time is delayed as the depth of discharge increases. 前記温度が高いほど、前記充電開始時期を遅らせる、請求項2〜7のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池の充電方法。   The method for charging a lithium ion battery according to claim 2, wherein the charging start timing is delayed as the temperature increases. 更に、
(iv)前記推奨放電休止時間tAppに基づいて推奨充電終了時間tCを算出し、
(v)前記推奨充電終了時間tCと、使用者が希望する充電の終了時間tDCとを比較し、
(vi)tC>tDCの場合には、前記終了時間tDCに充電が終了するように充電を開始し、tC≦tDCの場合には、前記充電開始推奨時期に充電を開始する、工程を含む、請求項5記載のリチウムイオン電池の充電方法。
Furthermore,
(Iv) calculating a recommended charge end time t C based on the recommended discharge pause time t App ;
(V) comparing the recommended charging end time t C with the charging end time t DC desired by the user;
(Vi) When t C > t DC , charging is started so that charging ends at the end time t DC , and when t C ≦ t DC , charging starts at the recommended charging start time. The method for charging a lithium ion battery according to claim 5, comprising steps.
外部または内蔵の直流電源からの電流を、リチウムイオン電池に供給する電流供給回路と、
前記リチウムイオン電池の使用中止を検知して、使用を中止してからの経過時間を測定するユニットと、
休止中の前記リチウムイオン電池の開回路電圧を測定する電圧検知ユニットと、
前記電圧検知ユニットにより測定された開回路電圧に基づいて、前記リチウムイオン電池の開回路電圧の時間あたりの変化率ΔV/Δtを測定し、前記変化率ΔV/Δtが、所定値よりも小さい時期を充電開始推奨時期として決定し、前記決定に基づいて前記電流供給回路を制御する制御ユニットと、を有する、リチウムイオン電池の充電装置。
A current supply circuit for supplying current from an external or built-in DC power source to the lithium ion battery;
A unit for detecting the use stop of the lithium ion battery and measuring an elapsed time after the use is stopped;
A voltage detection unit for measuring an open circuit voltage of the lithium-ion battery during a pause;
A rate of change ΔV / Δt per hour of the open circuit voltage of the lithium ion battery is measured based on the open circuit voltage measured by the voltage detection unit, and the rate of change ΔV / Δt is smaller than a predetermined value And a control unit that controls the current supply circuit based on the determination, and a charging device for a lithium ion battery.
JP2010148562A 2010-06-30 2010-06-30 Method and device of charging lithium ion battery Pending JP2012016109A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010148562A JP2012016109A (en) 2010-06-30 2010-06-30 Method and device of charging lithium ion battery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010148562A JP2012016109A (en) 2010-06-30 2010-06-30 Method and device of charging lithium ion battery

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2012016109A true JP2012016109A (en) 2012-01-19

Family

ID=45601899

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010148562A Pending JP2012016109A (en) 2010-06-30 2010-06-30 Method and device of charging lithium ion battery

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2012016109A (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014241656A (en) * 2013-06-11 2014-12-25 株式会社豊田自動織機 Charging start control method of secondary battery, and charging device
CN104335058A (en) * 2012-06-05 2015-02-04 株式会社丰田自动织机 State-of-charge estimation method and state-of-charge estimation device
CN106410931A (en) * 2016-08-25 2017-02-15 京东方科技集团股份有限公司 Control method and control device of capacitance module and display device
KR20170093482A (en) * 2016-02-05 2017-08-16 한국과학기술원 Optimized battery charging method based on thermodynamic information of a battery
WO2018088260A1 (en) 2016-11-10 2018-05-17 Necエナジーデバイス株式会社 Control device, control method, and program
US10557893B2 (en) 2014-11-19 2020-02-11 Gs Yuasa International Ltd. Management device for secondary battery, and method of managing secondary battery
CN110884381A (en) * 2018-09-07 2020-03-17 大众汽车(中国)投资有限公司 Method and device for recommending charging stations

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104335058A (en) * 2012-06-05 2015-02-04 株式会社丰田自动织机 State-of-charge estimation method and state-of-charge estimation device
JP2014241656A (en) * 2013-06-11 2014-12-25 株式会社豊田自動織機 Charging start control method of secondary battery, and charging device
US10557893B2 (en) 2014-11-19 2020-02-11 Gs Yuasa International Ltd. Management device for secondary battery, and method of managing secondary battery
KR101880195B1 (en) * 2016-02-05 2018-07-20 한국과학기술원 Optimized battery charging method based on thermodynamic information of a battery
US9985466B2 (en) 2016-02-05 2018-05-29 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Optimized battery charging method based on thermodynamic information of battery
KR20170093482A (en) * 2016-02-05 2017-08-16 한국과학기술원 Optimized battery charging method based on thermodynamic information of a battery
US10411489B2 (en) 2016-08-25 2019-09-10 Boe Technology Group Co., Ltd. Method and apparatus for controlling charging and discharging of capacitor module, and display apparatus
CN106410931A (en) * 2016-08-25 2017-02-15 京东方科技集团股份有限公司 Control method and control device of capacitance module and display device
WO2018088260A1 (en) 2016-11-10 2018-05-17 Necエナジーデバイス株式会社 Control device, control method, and program
CN110024257A (en) * 2016-11-10 2019-07-16 远景Aesc能源元器件有限公司 Control device, control method and program
JPWO2018088260A1 (en) * 2016-11-10 2019-09-26 株式会社エンビジョンAescエナジーデバイス Control device, control method, and program
US11245137B2 (en) 2016-11-10 2022-02-08 Envision Aesc Japan Ltd. Control apparatus, control method, and program
CN110024257B (en) * 2016-11-10 2022-11-25 远景Aesc日本有限公司 Control apparatus, control method, and computer-readable storage medium
CN110884381A (en) * 2018-09-07 2020-03-17 大众汽车(中国)投资有限公司 Method and device for recommending charging stations
CN110884381B (en) * 2018-09-07 2022-07-22 大众汽车(中国)投资有限公司 Method and device for recommending charging stations

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2011007805A1 (en) Monitoring system for lithium ion secondary cell and monitoring method for lithium ion secondary cell
JP5289558B2 (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery charging method and charging device
US10135267B2 (en) Secondary battery system
TW201727990A (en) Detection method of Li plating, method and apparatus for charging secondary battery and secondary battery system using the same
JP5699970B2 (en) Lithium ion secondary battery system and deposition determination method
WO2011065009A1 (en) Method for charging lithium-ion secondary battery and battery pack
JP6500789B2 (en) Control system of secondary battery
JP2012016109A (en) Method and device of charging lithium ion battery
JP2013019709A (en) Secondary battery system and vehicle
JP2012003863A (en) Method and device for detecting lithium dendrite precipitation
JP2012075298A (en) Secondary battery system
JP2011165453A (en) Lithium ion secondary battery system and lithium ion secondary battery
KR101674289B1 (en) Method for manufacturing non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2013013210A (en) Secondary battery system
JP2017091923A (en) Capacity recovery method for lithium ion secondary battery
JP6493762B2 (en) Battery system
JP2000030750A (en) Charging method of nonaqueous secondary battery
JP6120083B2 (en) Method for producing non-aqueous electrolyte secondary battery
JP6090750B2 (en) Power storage device
JPH11233155A (en) Method for controlling discharge of nonaqueous electrolyte secondary battery
JP7131568B2 (en) Estimation device, estimation method and computer program
JP5618156B2 (en) Manufacturing method of sealed lithium secondary battery
JP2008113545A (en) Discharge control unit
JP2014022317A (en) Method for charging nonaqueous secondary battery
WO2017179347A1 (en) Secondary battery system