JP2013143206A - 電池パック、充放電システム及びリチウムイオン二次電池の充電制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】充放電サイクル数の増大に伴う実際の容量の低下により充電時に過度な負荷が電池に作用することを抑制するとともに、サイクル特性の劣化を抑制することができる、電池パック、充電システム、充放電システム並びにリチウムイオン二次電池の充電制御方法を提供する。
【解決手段】制御部14は、電池11が充電する際に、電池11の使用頻度が比較的小さいときには比較的高い充電電流値により電池11の充電を制御する。一方、電池11の使用頻度が比較的大きくなると、比較的低い充電電流値により電池11の充電を制御する。これにより、使用頻度の増大により実際に容量が低下した際に、過度な負荷が作用することを防ぎ、サイクル特性の低下を防止することができる。
【選択図】図1
【解決手段】制御部14は、電池11が充電する際に、電池11の使用頻度が比較的小さいときには比較的高い充電電流値により電池11の充電を制御する。一方、電池11の使用頻度が比較的大きくなると、比較的低い充電電流値により電池11の充電を制御する。これにより、使用頻度の増大により実際に容量が低下した際に、過度な負荷が作用することを防ぎ、サイクル特性の低下を防止することができる。
【選択図】図1
Description
本発明は、電池パックに関し、更に詳しくは、リチウムイオン二次電池を含む電池パックの充電制御に関する。
リチウムイオン二次電池の充放電は、予め定められた電流値、電圧範囲内で行われるのが通常である。具体的には、予め定められた充電電流値で充電終止電圧に達するまで電池を充電し、予め定められた放電終止電圧に達するまで電池を放電する。充電と放電は、リチウムイオン二次電池を含む電池パックまたは充放電システムにおける充電制御部及び放電制御部が担っている。
特許文献1は、リチウム含有マンガン複合酸化物を正極に含むリチウムイオン二次電池を、端子電圧が1.5Vから4.1Vの範囲内で変化するように、充放電することを提案している。これにより、正極の劣化を抑制することができる。正極の劣化は、容量の劣化の原因となるとともに、電池の安全性を低下させる原因ともなる。
また特許文献2では、電流値を段階的に変化させて所定の電圧まで充電する方法が提案されている。これにより、初期からの劣化を抑制することが可能であるが、容量劣化を抑制するにはまだ不十分である。
リチウムイオン二次電池の安全性を維持し、容量の劣化を抑制するためには、充放電を行う充電電流値を初期から一定とするだけでは不十分である。
リチウムイオン二次電池においては、充放電を行ったサイクル数の増大に伴って、活物質の劣化、リチウムの失活、電池の分極が増大するなどの理由により、電池容量が低下する。その結果、リチウムイオン二次電池を含む電池パックにおいて、充電を行う電流値を初期から一定とするように制御をすると、容量が低下した場合に初期の想定以上の電流負荷が電池にかかる可能性がある。
特許文献2を例に説明すると、特許文献2では、初期に1Aで充電を開始し、段階的に電流値を下げて所定の充電電圧まで充電すると言う制御を行っている。ここで、上述したような、充放電サイクル数の増大に伴う容量の低下が生じた場合、初期に1Aの電流値を通電すると初期の想定より電流負荷が高くなってしまう。電池に作用する電流負荷が大きくなった場合に、サイクル特性の低下が加速される可能性がある。
一方、充放電サイクル数の増大により容量が低下することを見越して予め充電電流値を低めに設定すると、サイクル特性の向上は見込めるが、充電時間が長くなるという課題がある。
そこで、本発明は、充放電サイクの経過による電池容量の低下後に充電負荷が過度に増
大するのを防止し、容量低下を抑制することができる。さらに、充電時間を長くすることなく利便性が損なわれない、電池パック、放電システム、充放電システム及びリチウムイオン二次電池の充電制御方法を提供することを目的としている。
大するのを防止し、容量低下を抑制することができる。さらに、充電時間を長くすることなく利便性が損なわれない、電池パック、放電システム、充放電システム及びリチウムイオン二次電池の充電制御方法を提供することを目的としている。
本発明は、リチウムイオン二次電池と、前記リチウムイオン二次電池の端子電圧を測定する電圧測定装置と、前記測定された端子電圧に基づいて前記リチウムイオン二次電池の充電を制御する充電制御装置と、 前記リチウムイオン二次電池の使用頻度を検知する使用頻度検知装置と、を含み、前記充電制御装置が、前記検知された使用頻度に基づいて、前記リチウムイオン二次電池の充電電流値を設定する、電池パックに関する。
また、本発明は、リチウムイオン二次電池の充電を制御する制御方法であって、前記リチウムイオン二次電池の使用頻度を検知する工程、および前記検知された使用頻度に基づいて、前記リチウムイオン二次電池の充電電流値を設定する工程、を含む制御方法に関する。
本発明によれば、検知された、リチウムイオン二次電池の使用頻度(劣化程度)に基づいて、リチウムイオン二次電池の充電電流値が設定される。その結果、例えば、リチウムイオン二次電池の使用初期には充電電流値を所定値Xに設定し、使用頻度が所定値以上になると、充電電流値を所定値Xよりも低い所定値Yに設定する、といった調整が可能となる。よって、リチウムイオン二次電池の使用初期には充電負荷が過度に大きくならないように充電電流値を設定することにより、リチウムイオン二次電池の充電時間が長くなるのを防止することができる。一方、充放電サイクル数の増大により電池容量が低下したときには、充電電流値を低めに設定することにより、リチウムイオン二次電池に過度な負荷がかかるのを防止することが出来る。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
(実施形態1)
図1に、本発明の一実施形態に係る電池パック、及び電池パックを含む充放電システムの概略構成を回路図により示す。
図1に、本発明の一実施形態に係る電池パック、及び電池パックを含む充放電システムの概略構成を回路図により示す。
電池パックは、リチウムイオン二次電池(以下、単に電池11という)と、電池11の端子電圧を検出する電圧測定部12と、電池11の充放電を制御する制御部14と、切替回路17と、を含んでいる。制御部14は、記憶部13、放電回路15、及び充電回路16を含む。なお、制御部14は、放電制御装置及び充電制御装置を兼ねているが、充電制御装置は、電池パックとは別の構成要素としてもよい。そして、充電回路16は、電池パックとは別の構成要素である充電制御装置に備えられていてもよい。電圧測定部12は電圧測定装置に、制御部14は使用頻度検知装置及び充電制御装置に相当する。
また、電池パックは、電池パックから供給される電力を消費する負荷機器19とともに充放電システムを構成している。充電回路16は、電源装置18と接続可能である。電源
装置18は、いわゆるACアダプタ等からなり、商用電源等の外部電源と接続可能に構成される。負荷機器19は、携帯電話、パソコン、携帯型ゲーム機器及び移動機器(電気自動車等)等とすることができる。
装置18は、いわゆるACアダプタ等からなり、商用電源等の外部電源と接続可能に構成される。負荷機器19は、携帯電話、パソコン、携帯型ゲーム機器及び移動機器(電気自動車等)等とすることができる。
なお、実際には、電源装置18から負荷機器19に電力を供給しつつ電池11を充電する動作も行われるが、ここでは、説明を簡略化するために、負荷機器19が電池11のみから電力の供給を受けるように構成した配線を示している。
電池11は、電圧測定部12と並列に接続されている。放電回路15及び充電回路16は、それぞれ、一対の端子を有している。
電池11の正極端子は、切替回路17と接続され、電池11の負極端子は、放電回路15の一方端子、及び電源装置18の負極端子と接続されている。放電回路15の他方端子は、負荷機器19の負極側端子と接続されている。電源装置18の正極端子は、充電回路16の一方端子と接続されている。充電回路16の他方端子は、切替回路17と接続されている。負荷機器19の正極側端子は、切替回路17と接続されている。
切替回路17は、電池11の正極端子と、負荷機器19の正極側端子との間の接続を制御する放電スイッチと、電池11の正極端子と充電回路16の他方端子との接続を制御する充電スイッチとを具備する。
放電スイッチがONされると、充電スイッチはOFFされ、電池11の正極端子と負荷機器19の正極側端子とが接続される。放電スイッチがOFFされると、その接続が切断される。
一方、充電スイッチがONされると、放電スイッチはOFFされ、電池11の正極端子と充電回路16の他方端子とが接続される。充電スイッチがOFFされると、その接続が切断される。
また、放電スイッチ及び充電スイッチの両方がOFFされると、電池11は、電圧測定部12とのみ並列接続される。
以上の構成により、切替回路17の放電スイッチがONされると、電池11が負荷機器19と接続されて、負荷機器19に電池11から電力が供給される。
一方、切替回路17の充電スイッチがONされると、電池11と電源装置18とが並列に接続されて、電池11が充電される。
制御部14は、IC、CPU、及びマイクロコンピュータなどの演算装置を含む。制御部14には、電圧測定部12により測定された電池11の端子電圧についての情報が入力される。
また、制御部14の記憶部13は、RAM、ROM(フラッシュメモリを含む)等からなり、電池11の充電電圧、並びに電池11の使用頻度と充電電流値との関係についての情報(充電電流関係情報という)を記憶している。図1のシステムの充電電流関係情報においては、電池11の使用頻度が比較的小さいときには、充電電流値は比較的高い値に設定され、電池11の使用頻度が比較的大きいときには、充電電流値は比較的低い値に設定されている。
記憶部13に記憶された充電電圧及び充電電流値関係情報は、電池11の充放電を行う
ときに、演算装置により、記憶部13から読み出される。演算装置は、充電モード(充電スイッチがONの状態)において、読み出された充電過電圧を参照し充電電流値を設定する。そして、電圧測定部12により測定される電池11の端子電圧が充電電圧に達するまで定電流充電を行い、その後、定電圧充電を行う。定電圧充電において、電流値が所定のカットオフ電流まで低下すると、電池11の充電を停止する。
ときに、演算装置により、記憶部13から読み出される。演算装置は、充電モード(充電スイッチがONの状態)において、読み出された充電過電圧を参照し充電電流値を設定する。そして、電圧測定部12により測定される電池11の端子電圧が充電電圧に達するまで定電流充電を行い、その後、定電圧充電を行う。定電圧充電において、電流値が所定のカットオフ電流まで低下すると、電池11の充電を停止する。
図1のシステムにおいて、放電終止電圧を電池11の使用頻度に応じて設定するのは、以下の理由による。
図2に、一般的なリチウムイオン二次電池における容量比(初期容量に対する百分比)と、充電電圧との関係を示す。
図中、曲線CL1は、サイクル試験の初期であるリチウムイオン二次電池を完全放電状態から充電レート0.5Cで充電したときの端子電圧と、充電容量比との関係を表している。
曲線CL2は、サイクル試験後のリチウムイオン二次電池を完全放電状態から充電レートを初期容量値基準で0.5Cで充電したときの端子電圧と、充電容量比との関係を表している。
図2に示すように、リチウムイオン二次電池の端子電圧は、4.2Vまでは定電流で充電され、4.2Vに達すると、4.2Vで定電圧充電されるように設定している。
そして、サイクル試験後の曲線CL2においては、充電容量比が同一であっても、端子電圧は、曲線CL1に比べて高くなっている。これは、充放電のサイクル数が大きくなると、リチウムイオン二次電池の容量が低下するため、初期値の0.5Cという設定ではサイクル後の容量に換算すると、0.5C以上の電流負荷となり過剰な負荷がかかっているためである。このため、充電電流値として初期の値をそのまま使用すると、サイクル後のセルには過剰な負荷がかかってしまう。その結果、容量低下を加速してしまうおそれがある。
そこで、図1のシステムにおいては、電池11の使用頻度がある程度以上に大きくなると、充電電流値を初期値(CA1)よりも低い電流値(CA2)に再設定する。これにより、リチウムイオン二次電池の充放電のサイクル数が増大して、容量が低下しても、セルに作用する負荷を抑制することが可能となる。これにより、リチウムイオン二次電池の急劣化を抑制することが可能となる。
ここで、充電電流値の初期設定値CA1と、リチウムイオン二次電池の使用頻度が所定値以上となったときの充電電流値(以下、後期設定値という)CA2との差Zは、初期容量換算での0.005〜1.0Cの範囲とするのが好ましい。差Zが0.005Cよりも小さいと充電電流を制御する効果がほとんど発揮されないからである。一方、差Zが1.0Cを超えると、活物質の構造変化及び副反応が助長されて、電池寿命が短くなり、却って容量の低下を招来するからである。
上述したとおり、電池11の使用頻度が大きくなると電池11の分極は増大し、容量は低下する。よって、電池11の使用頻度は、例えば、電池11の開回路電圧OCVと充電時の閉回路電圧CCVとの電圧差ΔV1から分極電圧を検知し、検知された分極電圧に基づいて検知することができる。
この場合には、電圧差ΔV1が所定値Aに達すると、放電終止電圧をCA1からCA2
に切り替えるように制御を行う。このとき、所定値Aは、0.005〜1.0Vの範囲とするのが好ましい。所定値Aのより好ましい範囲は、0.01〜0.8Vである。
に切り替えるように制御を行う。このとき、所定値Aは、0.005〜1.0Vの範囲とするのが好ましい。所定値Aのより好ましい範囲は、0.01〜0.8Vである。
なお、以上のような充電電流値の切り替えは、1回だけではなく、2回以上行うことも可能である。この場合には、2個以上の所定値A1、A2、・・・と、2個以上の切り替え用の充電電流値とを準備すればよい。
次に、図1のシステムの動作を説明する。まず、ユーザにより電源装置18の電源スイッチがONされて、電源装置18が起動される。すると、切替回路17の充電スイッチ及び放電スイッチをともにOFFにし、その状態で、電圧測定部12が電池11の端子電圧を測定する。これにより、電池11の開回路電圧(OCV)が検出される。
次いで、切替回路17の充電スイッチがONされ、電池11への電力の供給が開始される。そして、充電スイッチがONされてから所定時間(例えば、10秒)が経過したときの電池11の端子電圧を電圧測定部12により測定する。これにより、電池11の閉回路電圧(CCV)が検出される。なお、上記所定時間は、実際の負荷機器19に応じて適宜に設定される。例えば、0.1秒〜15分の範囲で設定される。
次いで、OCVと、CCVとの電圧差ΔV1が算出される。算出されたΔV1を、記憶部13に記憶された電圧関係情報と照合して、ΔV1≦Aの場合は対応する充電電流値(CA1)で充電を行い、ΔV1>Aの場合はCA1>CA2を満たす電流値CA2で充電を行い、予め設定した充電終止電圧まで充電を継続する。定電圧充電も実施する場合には、充電終止電圧に達した後に、予め定めた充電終止電流まで充電を継続する。
以上のようにして、電池11の充電電流値を、電池11の使用頻度に応じて設定し、設定された充電電流値により電池11の充電制御を行うことが可能となる。
(実施形態2)
次に、本発明の実施形態2を説明する。実施形態2は、外形的な構成は実施形態1と同様であるので、実施形態1で参照した各図面を流用して説明する。
次に、本発明の実施形態2を説明する。実施形態2は、外形的な構成は実施形態1と同様であるので、実施形態1で参照した各図面を流用して説明する。
実施形態2が、実施形態1と異なるのは、電池11の使用頻度を、開回路電圧(OCV)と、閉回路電圧(CCV)との電圧差ΔV1により検知するのではなく、内部抵抗により検知する点である。
電池11の内部抵抗を検知する方法としては、電池11に所定のパルス電流を印加し、そのときの電流値Ipulと、電圧測定部12により測定される電池11の端子電圧(OCV)の変化量ΔV2とに基づいて内部抵抗を検知する方法がある。電流×抵抗=電圧、という関係から、変化量ΔV2と電流値Ipulとの比Rを所定値Bと比較し、Rが所定値Bよりも小さければ、電池11の使用頻度が比較的に小さいものとして、比較的大きい充電電流値(CCA1)を設定する。比Rが所定値B以上であれば、電池11の使用頻度が比較的に大きいものとして、比較的小さい充電電流値(CCA2)を設定する。
このとき、所定値Bは、0.01mΩ〜0.5Ωの範囲とするのが好ましい。所定値Bのより好ましい範囲は、1mΩ〜200mΩである。
この場合には、記憶部13には、Rの少なくとも2つの範囲と、それぞれの範囲に対応する充電電流値とを組み合わせた情報が、充電電流値関係情報として記憶される。
また、電圧測定部12の測定結果に基づいて、電流値Ipulのパルス電流を印加した
ときの電池11の端子電圧(OCV)の変化量ΔV2が算出される。電流値Ipulと変化量ΔV2とからRが算出され、算出されたRを充電電流値関係情報と照合して、充電電流値が求められる。それ以外の処理は、実施形態1と同様である。
ときの電池11の端子電圧(OCV)の変化量ΔV2が算出される。電流値Ipulと変化量ΔV2とからRが算出され、算出されたRを充電電流値関係情報と照合して、充電電流値が求められる。それ以外の処理は、実施形態1と同様である。
以上のように、電池11の使用頻度は、電池11の内部抵抗を検知することによっても検知することが可能であり、その場合にも実施形態1と同様の効果を得ることができる。また、この場合にも、充電電流値の切り替えは、1回だけではなく、2回以上行うことが可能である。
本発明に用いるリチウムイオン電池に特に制限はないが、負極活物質として合金系活物質を用いた場合に効果が大きくなる。合金系活物質は充電時の膨張率が非常に大きいため、充電電流値が高い場合、膨張する速度が早くなる。膨張速度が速くなると活物質に我が生じ易いために劣化が加速されるからである。
次に、本発明を実施例により、さらに具体的に説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されない。
[実施例1]
(1)正極の作製
正極活物質には、コバルトとアルミニウムを含むリチウム含有ニッケル複合酸化物であるLiNi0.85Co0.10Al0.05O2を用いた。
(1)正極の作製
正極活物質には、コバルトとアルミニウムを含むリチウム含有ニッケル複合酸化物であるLiNi0.85Co0.10Al0.05O2を用いた。
正極活物質85重量部と、導電剤である炭素粉末2.5重量部と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン(PVDF)のN−メチル−2−ピロリドン溶液とを混合して、正極合剤ペーストを得た。PVDF量は2.5重量部とした。得られた正極合剤ペーストを、厚み15μmのアルミニウム箔(正極集電体20)の片面に塗布し、乾燥し、圧延して、厚み70μmの正極を作製した。
得られた正極を20mm角の活物質塗布部を有し、端部に5mm角のリード取り付け部を設けるように裁断した。
(2)負極の作製
負極集電体として、両面に最大高さが約8μmの多数の凸部が所定の間隔で形成された合金銅箔を用いた。負極集電体の片面に、ケイ素酸化物SiO0.2を蒸着することにより、負極活物質層を形成した。蒸着装置には、アルバック(株)製のものを使用し、これにより、多数の凸部の上にそれぞれ50層の粒層を有する柱状体を形成するようにして、活物質層を形成した。
(2)負極の作製
負極集電体として、両面に最大高さが約8μmの多数の凸部が所定の間隔で形成された合金銅箔を用いた。負極集電体の片面に、ケイ素酸化物SiO0.2を蒸着することにより、負極活物質層を形成した。蒸着装置には、アルバック(株)製のものを使用し、これにより、多数の凸部の上にそれぞれ50層の粒層を有する柱状体を形成するようにして、活物質層を形成した。
蒸着条件は次のとおりである。
負極活物質原料(蒸発源35):ケイ素、純度99.9999%、高純度化学研究所(株)製
ノズル34から放出される酸素:純度99.7%、日本酸素(株)製
ノズル34からの酸素放出流量:80sccm
角度α:60°
電子ビームの加速電圧:−8kV
エミッション:500mA
蒸着時間:3分
負極の厚さ方向の断面を走査型電子顕微鏡で観察し、10個の凸部の上にそれぞれ形成された10個の柱状体について、凸部の頂点から柱状体の頂点までの長さそれぞれを求め
た。得られた10個の測定値の平均値(16μm)を、負極活物質層の厚さとした。柱状体に含まれる酸素量を燃焼法により定量したところ、柱状体を構成する化合物の組成はSiO0.2であった。
ノズル34から放出される酸素:純度99.7%、日本酸素(株)製
ノズル34からの酸素放出流量:80sccm
角度α:60°
電子ビームの加速電圧:−8kV
エミッション:500mA
蒸着時間:3分
負極の厚さ方向の断面を走査型電子顕微鏡で観察し、10個の凸部の上にそれぞれ形成された10個の柱状体について、凸部の頂点から柱状体の頂点までの長さそれぞれを求め
た。得られた10個の測定値の平均値(16μm)を、負極活物質層の厚さとした。柱状体に含まれる酸素量を燃焼法により定量したところ、柱状体を構成する化合物の組成はSiO0.2であった。
次に、負極活物質層の表面にリチウム金属を蒸着した。リチウム金属を蒸着することにより、負極活物質層に初回充放電時に蓄えられる不可逆容量に相当するリチウムを補填した。リチウム金属の蒸着は、アルゴン雰囲気下にて、抵抗加熱蒸着装置((株)アルバック製)を用いて行った。抵抗加熱蒸着装置内のタンタル製ボートにリチウム金属を装填した。負極活物質層がタンタル製ボートを臨むように負極を固定した。アルゴン雰囲気内にて、タンタル製ボートに50Aの電流を通電して10分間蒸着を行った。
得られた負極を活物質形成部が21mm角で5mm角のリード取り付け部を設けるように裁断し、負極とした。
(3)非水電解液の調製
エチレンカーボネートと、エチルメチルカーボネートと、ジエチルカーボネートとの体積比2:3:5の混合溶媒に、LiPF6を1.2モル/Lの濃度で溶解し、非水電解液とした。非水電解液100重量部に対し、5重量部のビニレンカーボネートを添加した。(4)電池の組み立て
まず、正極の正極活物質層と、負極の負極活物質層との間に、セパレータとしてポリエチレン製微多孔膜(厚さ20μm、旭化成(株)製)を介在させて、積層型電極群を作製した。次に、アルミニウム製の正極リードの一端を正極集電体に溶接し、ニッケル製の負極リードの一端を負極集電体に溶接した。電極群を、非水電解液とともにアルミニウムラミネートシートからなる外装ケースに挿入した。次に、正極リード及び負極リードを外装ケースの開口部から外部に導出し、内部を真空減圧しながら外装ケースの開口を樹脂で溶着した。
(5)評価
(い)得られた電池を、25℃の環境下で後述の充電条件1で充電した後、放電条件1で放電し、そのときの放電容量を求めた。求められた値を初期容量とする。
(3)非水電解液の調製
エチレンカーボネートと、エチルメチルカーボネートと、ジエチルカーボネートとの体積比2:3:5の混合溶媒に、LiPF6を1.2モル/Lの濃度で溶解し、非水電解液とした。非水電解液100重量部に対し、5重量部のビニレンカーボネートを添加した。(4)電池の組み立て
まず、正極の正極活物質層と、負極の負極活物質層との間に、セパレータとしてポリエチレン製微多孔膜(厚さ20μm、旭化成(株)製)を介在させて、積層型電極群を作製した。次に、アルミニウム製の正極リードの一端を正極集電体に溶接し、ニッケル製の負極リードの一端を負極集電体に溶接した。電極群を、非水電解液とともにアルミニウムラミネートシートからなる外装ケースに挿入した。次に、正極リード及び負極リードを外装ケースの開口部から外部に導出し、内部を真空減圧しながら外装ケースの開口を樹脂で溶着した。
(5)評価
(い)得られた電池を、25℃の環境下で後述の充電条件1で充電した後、放電条件1で放電し、そのときの放電容量を求めた。求められた値を初期容量とする。
(ろ)充電条件1で充電するとともに、放電条件1で放電することを繰り返す充放電試験を行った。充放電データから完全放電状態における開回路電圧(OCV)と充電電流印加60秒後の閉回路電圧(CCV)との差を、算出してΔV1を算出した。
(は)算出したΔV1が、0.25Vに達すると(約200サイクル目の充電処理が終了したときであった)、以後は、充電条件を充電条件2に切り替えて更に100サイクルの充放電処理を行った。そして、(い)で求めた初期容量に対する、サイクル試験後の容量維持率を算出した結果、82%であった。
充電条件1:定電流−定電圧充電(定電流充電(充電レート:0.5C、充電終止電圧:4.2V)、定電圧充電(カットオフ:0.05C)、温度:25℃)。
充電条件2:定電流−定電圧充電(定電流充電(充電レート:0.4C、充電終止電圧:4.2V)、定電圧充電(カットオフ:0.05C)、温度:25℃)。
放電条件1:定電流放電(放電レート:1C、放電終止電圧2.50V、温度:25℃)。
[比較例1]
実施例1と同様に、電池の初期容量を、上記手順(い)により求めた。また、充電条件1で充電するとともに、放電条件1で放電することを繰り返す充放電試験を300回繰り
返した。実施例1と同様に、300サイクル後の容量維持率を算出すると、75%であった。
実施例1と同様に、電池の初期容量を、上記手順(い)により求めた。また、充電条件1で充電するとともに、放電条件1で放電することを繰り返す充放電試験を300回繰り
返した。実施例1と同様に、300サイクル後の容量維持率を算出すると、75%であった。
以上の結果から明らかなように、実施例1は、比較例1に対して、容量維持率が著しく向上している。したがって、本発明によれば、充放電サイクル数の増大に伴ってリチウムイオン二次電池の容量が低下したときに、充電電流値を制御してリチウムイオン電池に作用する充電負荷を制御することでサイクル特性の向上が可能となる。
本発明は、リチウムイオン二次電池の放電特性に適合するように、合理的に充電電流値が設定されるので、益々の高容量化が求められるリチウムイオン二次電池に適用するのに好適である。
11 電池
12 電圧測定部
13 記憶部
14 制御部
15 放電回路
16 充電回路
17 切替回路
18 電源装置
19 負荷機器
12 電圧測定部
13 記憶部
14 制御部
15 放電回路
16 充電回路
17 切替回路
18 電源装置
19 負荷機器
Claims (13)
- リチウムイオン二次電池と、
前記リチウムイオン二次電池の端子電圧を測定する電圧測定装置と、
前記測定された端子電圧に基づいて前記リチウムイオン二次電池の充電を制御する充電制御装置と、
前記リチウムイオン二次電池の使用頻度を検知する使用頻度検知装置と、を含み、
前記充電制御装置が、前記検知された使用頻度に基づいて、前記リチウムイオン二次電池の充電電流値を設定する、電池パック。 - 前記使用頻度検知装置が、前記リチウムイオン二次電池の開回路電圧と、閉回路電圧との差:ΔV1から分極電圧を検知し、前記検知された分極電圧に基づいて、前記使用頻度を検知する、請求項1記載の電池パック。
- 前記制御装置は、前記差ΔV1が所定値A未満であると前記充電電流値を所定値Xに設定し、前記差ΔV1が所定値A以上であると前記充電電流値を所定値Y(X>Y)に設定する、請求項2記載の電池パック。
- 前記所定値Aが、0.005〜1.0Vである、請求項3記載の電池パック。
- 前記使用頻度検知装置が、
前記リチウムイオン二次電池に所定のパルス電流を印加し、前記パルス電流の電流値Iと、前記パルス電流が印加されたときの、前記電圧測定装置により測定される電圧の変化量ΔV2と、に基づいて、前記リチウムイオン二次電池の内部抵抗を検知し、前記検知された内部抵抗に基づいて、前記使用頻度を検知する、請求項1記載の電池パック。 - 前記制御装置は、前記変化量ΔV2と前記電流値Iとの比Rが所定値B未満であると前記充電電流値を所定値Xに設定し、前記比Rが所定値B以上であると前記充電電流値を所定値Y(X>Y)に設定する、請求項5記載の電池パック。
- 前記所定値Bが、0.01mΩ〜0.5Ωである、請求項6記載の電池パック。
- 前記所定値Xと前記所定値Yとの差:Zが、0.005〜1.0Cである、請求項3、4、6または7に記載の電池パック。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載の電池パックと、
前記リチウムイオン二次電池から供給される電力を消費する負荷機器と、を含む充放電システム。 - 請求項1〜8のいずれか1項に記載の電池パックと、
前記リチウムイオン二次電池の充電を制御する充電制御装置と、
前記リチウムイオン二次電池から供給される電力を消費する負荷機器と、を含む充放電システム。 - 前記負荷機器が、携帯電話、パソコン、携帯型ゲーム機器及び移動機器よりなる群から選択される少なくとも1種である請求項9記載の充放電システム。
- 前記負荷機器が、携帯電話、パソコン、携帯型ゲーム機器及び移動機器よりなる群から選択される少なくとも1種である請求項10記載の充放電システム。
- リチウムイオン二次電池の放電を制御する制御方法であって、
前記リチウムイオン二次電池の使用頻度を検知する工程、および前記検知された使用頻度に基づいて、前記リチウムイオン二次電池の充電電流値を設定する工程、を含む充電制御方法。
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-
2012
- 2012-01-10 JP JP2012001756A patent/JP2013143206A/ja active Pending
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