JP4472415B2 - Non-aqueous electrolyte secondary battery charging method and charger - Google Patents
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Description
本発明は、リチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池の寿命特性を向上させることのできる充電方法および充電器に関する。 The present invention relates to a charging method and a charger that can improve the life characteristics of a nonaqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion secondary battery.
アルカリ水溶液系の電解液を含む二次電池においては、正極活物質として用いられる水酸化ニッケルの相転移によるメモリー効果(不活性化)を解消する手段として、充電器にセット後に、二次電池を強制放電させる方法が知られている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。
In a secondary battery containing an alkaline aqueous electrolyte, the secondary battery is installed after being set in a charger as a means to eliminate the memory effect (inactivation) due to the phase transition of nickel hydroxide used as the positive electrode active material. A method of forcibly discharging is known (see, for example,
一方、非水溶媒系の電解液を含む二次電池(非水電解質二次電池)においては、電極に用いられる材料に、メモリー効果のような不具合は認められない。そのため、充電器にセット後に、電池電圧をチェックし、充電終止電圧以上もしくは短絡を示唆する低電圧以下のいずれでもない場合には、直ちに充電を開始する充電方法が一般的である。 On the other hand, in a secondary battery (nonaqueous electrolyte secondary battery) containing a nonaqueous solvent-based electrolyte, there is no problem such as a memory effect in the material used for the electrode. For this reason, a battery charging method is generally used in which the battery voltage is checked after being set in the charger, and charging is started immediately when the battery voltage is not higher than the end-of-charge voltage or lower than the low voltage indicating a short circuit.
近年、携帯電話を中心に、非水電解質二次電池の主電源としての用途が拡大している。それに伴い、非水電解質二次電池においても、残存容量が多い状態で充電を行うと、電池容量の低下が大きくなることが明らかになってきた。このような容量低下の原因は、詳細は明らかではないが、次のように考えられている。 In recent years, applications as a main power source for non-aqueous electrolyte secondary batteries have been expanding mainly in mobile phones. Along with this, it has become clear that, even in nonaqueous electrolyte secondary batteries, when the battery is charged with a large remaining capacity, the battery capacity decreases greatly. The cause of such a decrease in capacity is not clear in detail, but is considered as follows.
すなわち、リチウムイオン二次電池の負極は、正極よりもサイズが大きい。従って、充電状態で放置されているリチウムイオン二次電池の場合、負極に吸蔵されているリチウムイオンが、正極と対向しない負極位置に拡散する。そのように拡散したリチウムイオンは、放電に寄与できなくなると考えられる(特許文献3)。
特許文献3では、非水電解質二次電池の容量低下を抑制するために、電池電圧の測定と、定電流放電と、放電後電池の放置とを、繰り返し、電池電圧が所定電圧以下になってから充電を行う方法が提案されている。しかし、このような方法は、以下の問題を有する。
In
一律に所定電圧以下になるまで電池の強制放電を行う場合、残存容量が少なければ問題はない。しかし、残存容量が多いと、強制放電に要する時間が長くなり、充電を完了するまでに長時間を要するという問題がある。容量が80%以上も残されている状態の二次電池が充電器にセットされることも希ではない。顧客の使い勝手を考慮すれば、上記方法は実用的ではない。 When the battery is forcibly discharged until it reaches a predetermined voltage or less uniformly, there is no problem if the remaining capacity is small. However, if the remaining capacity is large, there is a problem that the time required for forced discharge becomes long and it takes a long time to complete the charging. It is not rare that a secondary battery having a capacity of 80% or more is set in the charger. The above method is not practical considering the convenience of the customer.
また、一律に強制放電を行うと、当然、充放電サイクルの繰り返し回数も多くなる。そのため、結局、活物質の劣化などの他の要因に基づく容量低下を引き起こす。従って、寿命特性を向上させるという目的を達することはできなくなる。 In addition, when the forced discharge is uniformly performed, the number of repetitions of the charge / discharge cycle is naturally increased. Therefore, the capacity is eventually reduced based on other factors such as deterioration of the active material. Therefore, the purpose of improving the life characteristics cannot be achieved.
さらに、残存容量が多い状態で強制放電することは、多量のエネルギーを浪費することに等しい。このような方法は、多くの環境問題やエネルギー問題を抱える現代社会において、推奨し得る方法ではない。 Furthermore, forcible discharge with a large remaining capacity is equivalent to wasting a large amount of energy. Such a method is not a method that can be recommended in a modern society with many environmental and energy problems.
本発明は、上記諸問題を鑑みて成されたものであり、非水電解質二次電池の寿命特性を向上させることのできる充電方法および充電器に関する。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and relates to a charging method and a charger that can improve the life characteristics of a nonaqueous electrolyte secondary battery.
すなわち、本発明は、リチウム含有複合酸化物を活物質として含む正極、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な材料を活物質として含む負極および非水電解液を具備する非水電解質二次電池の充電方法であって、(a)前記二次電池の開回路電圧を検出し、検出値が、所定値X以上の電圧領域A、所定値X未満かつ所定値Y(Y<X)を超える電圧領域Bおよび所定値Y以下の電圧領域Cのいずれに含まれるかを判定する工程、および(b)前記判定に応じて、〔イ〕検出値が領域Aに含まれる場合には、充電を停止し、〔ロ〕検出値が領域Bに含まれる場合には、充電を行い、〔ハ〕検出値が領域Cに含まれる場合には、前記二次電池の閉回路電圧が所定値Z(Z<Y)以下になるまで放電した後に充電を行う工程、を有する充電方法(以下、充電方法Xともいう)に関する。 That is, the present invention relates to a method for charging a nonaqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode including a lithium-containing composite oxide as an active material, a negative electrode including a material capable of inserting and extracting lithium ions as an active material, and a nonaqueous electrolyte. And (a) an open circuit voltage of the secondary battery is detected, and a detected value is a voltage region A that is equal to or greater than a predetermined value X, a voltage region B that is less than a predetermined value X and exceeds a predetermined value Y (Y <X). And (b) in response to the determination, [b] if the detected value is included in the region A, the charging is stopped, [B] When the detected value is included in the region B, charging is performed, and [c] When the detected value is included in the region C, the closed circuit voltage of the secondary battery is a predetermined value Z (Z <Y ) A charging method having a step of charging after discharging until , Charging method X).
本発明は、また、リチウム含有複合酸化物を活物質として含む正極、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な材料を活物質として含む負極および非水電解液を具備する非水電解質二次電池を複数個直列に接続して充電する充電方法であって、(a)少なくとも1つの二次電池の開回路電圧を検出し、検出値が、所定値X以上の電圧領域A、所定値X未満かつ所定値Y(Y<X)を超える電圧領域Bおよび所定値Y以下の電圧領域Cのいずれに含まれるかを判定する工程、および(b)前記判定に応じて、〔イ〕いずれかの検出値が領域Aに含まれる場合には、充電を停止し、〔ロ〕すべての検出値が領域Bに含まれる場合には、充電を行い、〔ハ〕いずれかの検出値が領域Cに含まれる場合には、いずれかの二次電池の閉回路電圧が所定値Z(Z<Y)以下になるまで放電した後に充電を行う工程、を有する充電方法(以下、充電方法Yともいう)に関する。 The present invention also includes a plurality of non-aqueous electrolyte secondary batteries each including a positive electrode including a lithium-containing composite oxide as an active material, a negative electrode including a material capable of inserting and extracting lithium ions as an active material, and a non-aqueous electrolyte. A charging method in which charging is performed by connecting in series, wherein (a) an open circuit voltage of at least one secondary battery is detected, and a detected value is a voltage region A greater than or equal to a predetermined value X, less than a predetermined value X, and a predetermined value Determining whether the voltage region B exceeds Y (Y <X) or the voltage region C equal to or less than the predetermined value Y; and (b) depending on the determination, [a] any detected value is When it is included in the area A, charging is stopped. [B] When all the detected values are included in the area B, charging is performed. [C] When any of the detected values are included in the area C The closed circuit voltage of any secondary battery is a predetermined value Z (Z <Y) The present invention relates to a charging method (hereinafter, also referred to as charging method Y) having a step of charging after discharging until the following.
本発明は、また、リチウム含有複合酸化物を活物質として含む正極、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な材料を活物質として含む負極および非水電解液を具備する非水電解質二次電池の充電を行う充電器であって、(a)前記二次電池の開回路電圧を検出する電圧検知手段、(b)検出値が、所定値X以上の電圧領域A、所定値X未満かつ所定値Y(Y<X)を超える電圧領域Bおよび所定値Y以下の電圧領域Cのいずれに含まれるかを判定する判定手段、および(c)前記判定に応じて、〔イ〕検出値が領域Aに含まれる場合には、充電を停止し、〔ロ〕検出値が領域Bに含まれる場合には、充電を行い、〔ハ〕検出値が領域Cに含まれる場合には、前記二次電池の閉回路電圧が所定値Z(Z<Y)以下になるまで放電した後に充電を行う選択的充電手段、を有する充電器(以下、充電器Xともいう)に関する。 The present invention also charges a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode containing a lithium-containing composite oxide as an active material, a negative electrode containing a material capable of occluding and releasing lithium ions as an active material, and a non-aqueous electrolyte. (A) voltage detection means for detecting an open circuit voltage of the secondary battery, (b) a voltage value A in which the detected value is equal to or greater than a predetermined value X, less than a predetermined value X and a predetermined value Y ( Determining means for determining whether the voltage region B exceeds Y <X) or the voltage region C equal to or less than the predetermined value Y; and (c) the detected value is included in the region A according to the determination. If the detected value is included in the area B, the charging is performed. If the detected value is included in the area C, the secondary battery is closed. Charging is performed after discharging until the circuit voltage falls below a predetermined value Z (Z <Y) The present invention relates to a charger having selective charging means (hereinafter also referred to as charger X).
本発明は、さらに、リチウム含有複合酸化物を活物質として含む正極、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な材料を活物質として含む負極および非水電解液を具備する非水電解質二次電池を複数個直列に接続して充電する充電器であって、(a)少なくとも1つの二次電池の開回路電圧を検出する電圧検知手段、(b)検出値が、所定値X以上の電圧領域A、所定値X未満かつ所定値Y(Y<X)を超える電圧領域Bおよび所定値Y以下の電圧領域Cのいずれに含まれるかを判定する判定手段、および(c)前記判定に応じて、〔イ〕いずれかの検出値が領域Aに含まれる場合には、充電を停止し、〔ロ〕すべての検出値が領域Bに含まれる場合には、充電を行い、〔ハ〕いずれかの検出値が領域Cに含まれる場合には、いずれかの二次電池の閉回路電圧が所定値Z(Z<Y)以下になるまで放電した後に充電を行う選択的充電手段、を有する充電器(以下、充電器Yともいう)に関する。 The present invention further includes a plurality of non-aqueous electrolyte secondary batteries each including a positive electrode including a lithium-containing composite oxide as an active material, a negative electrode including a material capable of inserting and extracting lithium ions as an active material, and a non-aqueous electrolyte. A charger for connecting and charging in series, wherein (a) voltage detection means for detecting an open circuit voltage of at least one secondary battery, (b) a voltage region A in which a detected value is a predetermined value X or more, a predetermined value Determining means for determining which of the voltage region B is less than the value X and exceeding the predetermined value Y (Y <X) and the voltage region C less than or equal to the predetermined value Y; and (c) ] When any detection value is included in the area A, charging is stopped. [B] When all the detection values are included in the area B, charging is performed. Is included in region C, any of the secondary batteries Charger circuit voltage has a selective charging means, for charging after discharged to below a predetermined value Z (Z <Y) (hereinafter also referred to as a charger Y) relates.
充電器XおよびYにおいて、電圧検知手段、判定手段および選択的充電手段の2つ以上は、1つの装置に組み込まれていてもよい。 In the chargers X and Y, two or more of the voltage detection means, the determination means, and the selective charging means may be incorporated in one device.
前記所定値Xは、前記二次電池において推奨される充電終止電圧±0.03V以内の値である。
前記所定値Xは、前記二次電池の公称電圧の±1%の値が好適である。
前記所定値Yは、前記二次電池の残存容量が公称容量の20%以下のときの値である。
前記所定値Zは、2.7V以上2.9V以下の値である。
The predetermined value X is a value within a charge end voltage ± 0.03 V recommended for the secondary battery.
The predetermined value X is preferably a value of ± 1% of the nominal voltage of the secondary battery.
The predetermined value Y is a value when the remaining capacity of the secondary battery is 20% or less of the nominal capacity.
Wherein the predetermined value Z is 2.9V following values than 2.7V.
充電方法Xにおいては、二次電池の閉回路電圧が、所定値Xに達したときに、充電を停止することが好ましい。
充電方法Yにおいては、いずれかの二次電池の閉回路電圧が、所定値Xに達したときに、充電を停止することが好ましい。
In the charging method X, it is preferable to stop charging when the closed circuit voltage of the secondary battery reaches a predetermined value X.
In the charging method Y, it is preferable to stop charging when the closed circuit voltage of any secondary battery reaches a predetermined value X.
本発明によれば、時間的およびエネルギー的に効率よく非水電解質二次電池の充電を行うことができるとともに、充放電の繰り返しに伴う容量低下を抑制することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while being able to charge a nonaqueous electrolyte secondary battery efficiently in time and energy, the capacity | capacitance fall accompanying the repetition of charging / discharging can be suppressed.
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図1は、非水電解質二次電池の充電方法を説明するためのフローチャートであり、図2は、充電装置の回路図である。この回路は、放電回路13と充電回路14とを具備する。充電装置に非水電解質二次電池11をセットすると、二次電池11は、その開回路電圧を検出するための電圧検知部を具備する処理部12と並列接続される。処理部12は、また、電圧の検出値が、所定値X以上の電圧領域A、所定値X未満かつ所定値Y(Y<X)を超える電圧領域Bおよび所定値Y以下の電圧領域Cのいずれに含まれるかを判定する判定回路等の判定部を備えている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a flowchart for explaining a method for charging a nonaqueous electrolyte secondary battery, and FIG. 2 is a circuit diagram of a charging device. This circuit includes a
充電回路14と外部電源15とは閉回路を構成している。二次電池11の充電時には、切替回路16の動作により、充電回路14と二次電池11とが閉回路を構成する。その結果、二次電池11は、充電回路14を介して外部電源15とも閉回路を構成する。一方、二次電池11の放電時には、切替回路16の動作により、放電回路13と二次電池11とが閉回路を構成する。
The
二次電池11の負極、放電回路13の負極側端子および充電回路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。二次電池11の正極、放電回路13の正極側端子および充電回路14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、18および19と接続されている。
The negative electrode of the
切替回路16は、二次電池11の正極と放電回路13の正極側端子との間の接続を制御する放電スイッチと、二次電池11の正極と充電回路14の正極側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、二次電池11の正極と放電回路13の正極側端子とが接続され、放電スイッチがOFFされると、その接続が切断される。また、充電スイッチがONされると、二次電池11の正極と充電回路14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
切替回路16は、二次電池11の電圧を検出する電圧検知部および検出値が電圧領域A、BおよびCのいずれに含まれるかを判定する判定部を有する処理部12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。なお、判定部は、切替回路16が備えていてもよく、その場合には、電圧検出値の情報が、そのまま切替回路16に伝達される。
The switching
切替回路16の放電スイッチがONされて、二次電池11の正極と放電回路13の正極側端子とが接続されると、放電回路13は、二次電池11をその閉回路電圧が所定値Z以下になるまで放電させる。放電中の二次電池11の閉回路電圧は、放電回路13または処理部12などによりモニタされ、電圧が所定値Z以下に達した時点で、放電スイッチがOFFされて、放電回路13の正極側端子と二次電池11の正極との接続が切断される。
When the discharge switch of the switching
一方、切替回路16の充電スイッチがONされて、二次電池11の正極と充電回路14の正極側端子とが接続されると、充電回路14は、二次電池11をその閉回路電圧が所定値に達するまで充電する。充電中の二次電池11の閉回路電圧は、充電回路または処理部12などによりモニタされ、電圧が所定値に達した時点で、充電スイッチがOFFされて、充電回路14の正極側端子と二次電池11の正極との接続が切断される。
On the other hand, when the charging switch of the switching
充電と放電の両方を停止する場合には、放電スイッチおよび充電スイッチの両方がOFFされる。
切替回路16が、上記のようなスイッチ機能を制御する制御部を備える場合、その制御部には、処理部12などから必要な情報が入力される。
なお、電圧検知部、判定部および制御部は、マイクロコンピュータ、ワイヤードロジック回路等によって構成することができる。
When both charging and discharging are stopped, both the discharging switch and the charging switch are turned off.
When the switching
The voltage detection unit, the determination unit, and the control unit can be configured by a microcomputer, a wired logic circuit, or the like.
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1のフローチャートを参照しながら説明する。
まず、二次電池11を充電装置にセットする(S0)。すると、切替回路16が両スイッチをOFFにした状態で、処理部12の電圧検知部が二次電池の開回路電圧を検出する。
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
次いで、検出値(OCV)が、所定値X以上の電圧領域A、所定値X未満かつ所定値Yを超える電圧領域Bおよび所定値Y以下の電圧領域Cのいずれに含まれるかを、処理部12の判定部が判定する(S1)。 Next, the processing unit determines whether the detected value (OCV) is included in a voltage region A that is greater than or equal to the predetermined value X, a voltage region B that is less than the predetermined value X and exceeds the predetermined value Y, and a voltage region C that is less than or equal to the predetermined value Y. Twelve determination units determine (S 1 ).
判定の結果、X≦OCVの場合、二次電池11は満充電状態と考えられる。その場合、それ以上の充電は不要であるから、切替回路16は充電を停止する。このとき、充電スイッチと放電スイッチの両方はOFF状態のままである。
As a result of the determination, when X ≦ OCV, the
また、Y<OCV<Xの場合、切替回路16は、充電スイッチをONにするとともに、放電スイッチをOFFにする。その結果、充電が開始される(S2)。
そして、充電開始から所定時間経過後に二次電池11の閉回路電圧(CCV)が測定される(S3)。CCVが所定値Xに達していない場合には、再度充電が開始される。一方、CCVが所定値Xに達している場合には、充電が停止される(S4)。ステップS2およびS3は、CCVが所定値Xに達するまで繰り返される。
When Y <OCV <X, the switching
Then, the closed circuit voltage (CCV) of the
ステップS1において、判定の結果、OCV≦Yの場合、切替回路16は、充電スイッチをOFFにするとともに、放電スイッチをONにする。その結果、放電が開始される(S12)。
In Step S 1, the result of the determination, if the OCV ≦ Y, the switching
そして、放電開始から所定時間経過後に二次電池11の閉回路電圧(CCV)が測定される(S13)。CCVが所定値Zに達していない場合には、再度放電が開始される。一方、CCVが所定値Zに達している場合には、切替回路16は、充電スイッチをONにするとともに、放電スイッチをOFFにする。その結果、充電が開始される(S2)。ステップS12およびS13は、CCVが所定値Zに達するまで繰り返される。
Then, the closed circuit voltage (CCV) of the
所定値Xは、二次電池において推奨される充電終止電圧±0.03V以内の値である。また、二次電池の公称電圧±1%の値であれば採用することができる。 The predetermined value X is a value within a charge end voltage ± 0.03 V recommended for the secondary battery. Further, a value of the nominal voltage of the secondary battery ± 1% can be adopted.
また、所定値Yは、二次電池の公称容量に対する残存容量に基づいて決定することが好ましい。なお、公称容量は、通常、20℃で定電流−定電圧充電の後、電池の定電流放電を行うことにより求められる。具体的には、公称容量を求める場合と同じ条件で電池を充電し、その後、公称容量を求める場合と同じ条件で、残存容量が公称容量の20%になるまで電池を放電する。所定値Yは、こうして得られた残存容量が公称容量の20%のときの電圧以下とすることが好ましい。また、リフレッシュに要する時間を短縮する観点からは、残存容量が公称容量の10%のときの電圧以下とすることが好ましい。 The predetermined value Y is preferably determined based on the remaining capacity with respect to the nominal capacity of the secondary battery. In addition, a nominal capacity is normally calculated | required by performing constant current discharge of a battery after constant current-constant voltage charge at 20 degreeC. Specifically, the battery is charged under the same conditions as when the nominal capacity is obtained, and then the battery is discharged under the same conditions as when the nominal capacity is obtained until the remaining capacity reaches 20% of the nominal capacity. The predetermined value Y is preferably set to be equal to or lower than the voltage when the remaining capacity thus obtained is 20% of the nominal capacity. Further, from the viewpoint of shortening the time required for refreshing, it is preferable that the voltage be equal to or lower than the voltage when the remaining capacity is 10% of the nominal capacity.
所定値Yをあまり大きい値に設定すると、残存容量が多い状態で充電を行う回数が多くなり、サイクルの繰り返しによる容量劣化を防止する効果が小さくなる。所定値Yは、残存容量が公称容量の20%以下のときの値である。 When the predetermined value Y is set to a very large value, the number of times of charging is increased in a state where the remaining capacity is large, and the effect of preventing capacity deterioration due to repeated cycles is reduced. Predetermined value Y, the remaining capacity is a value when the following 2 0% of the nominal capacity.
また、所定値Zは、二次電池の過放電を防止する観点から、2.7V以上2.9V以下の値である。2.9Vより高いとリフレッシュ放電の効果が小さくなり、2.7Vより低いと過放電となって電池特性が低下する可能性がある。 Moreover, the predetermined value Z is a value of 2.7 V or more and 2.9 V or less from the viewpoint of preventing overdischarge of the secondary battery. When the voltage is higher than 2.9 V, the effect of refresh discharge is reduced, and when the voltage is lower than 2.7 V, the battery characteristics may be deteriorated due to overdischarge.
図3に、コバルト酸リチウムを正極活物質とする正極およびグラファイトを負極活物質とする負極を具備するリチウムイオン二次電池(以下、電池Pという)の0.2C電流での放電カーブを示す。ここで、充電では、1Cの定電流で4.2Vまで定電流充電の後、電流値が0.05Cになるまで定電圧充電を行った。電池Pの公称容量は850mAhであり、0.2C電流は、170mAである。なお、公称容量は、正極活物質から求められる理論容量をベースに決定される。 FIG. 3 shows a discharge curve at 0.2 C current of a lithium ion secondary battery (hereinafter referred to as battery P) having a positive electrode using lithium cobaltate as a positive electrode active material and a negative electrode using graphite as a negative electrode active material. Here, in charging, constant voltage charging was performed until the current value reached 0.05 C after constant current charging to 4.2 V with a constant current of 1 C. The nominal capacity of the battery P is 850 mAh, and the 0.2C current is 170 mA. The nominal capacity is determined based on the theoretical capacity obtained from the positive electrode active material.
図3より、電池Pを満充電状態から0.2C電流で約240分間放電したとき、すなわち残存容量が公称容量の20%のとき、OCVが3.75V付近にあることがわかる。従って、所定値Yとして、例えば3.75V以下の値が好適であると言える。 FIG. 3 shows that the OCV is around 3.75 V when the battery P is discharged for about 240 minutes at 0.2 C current from the fully charged state, that is, when the remaining capacity is 20% of the nominal capacity. Accordingly, it can be said that a value of 3.75 V or less is suitable as the predetermined value Y, for example.
なお、非水電解質二次電池の正極活物質として用いられるリチウム含有複合酸化物としては、コバルト酸リチウムの他に、LiNiO2、LiMn2O4などが挙げられる。ただし、これらに限定されるものではない。また、負極活物質であるリチウムイオンを吸蔵・放出可能な材料としては、グラファイト、易黒鉛化性炭素、難黒鉛化性炭素、炭素繊維等の炭素材料が好ましい。また、グラファイトとしては、各種の人造黒鉛および天然黒鉛が用いられている。電池の充放電時において、グラファイトからなる負極の電位曲線は、比較的平坦である。そのため、対向する正極の電位によって、電池の充放電状態を検知しやすく、充放電の制御も比較的容易である。 Note that examples of the lithium-containing composite oxide used as the positive electrode active material of the non-aqueous electrolyte secondary battery include LiNiO 2 and LiMn 2 O 4 in addition to lithium cobaltate. However, it is not limited to these. In addition, as a material capable of inserting and extracting lithium ions which are negative electrode active materials, carbon materials such as graphite, graphitizable carbon, non-graphitizable carbon, and carbon fiber are preferable. As the graphite, various artificial graphites and natural graphites are used. During charging / discharging of the battery, the potential curve of the negative electrode made of graphite is relatively flat. Therefore, it is easy to detect the charge / discharge state of the battery by the potential of the opposing positive electrode, and charge / discharge control is relatively easy.
次に、複数の非水電解質二次電池を同時に充電する場合の一例について説明する。
図4は、複数の非水電解質二次電池の充電方法を説明するためのフローチャートであり、図5は、充電装置の回路図である。なお、図2に示した装置と同じ機能を有する構成要素には、図2と同じ番号を付記する。
Next, an example of charging a plurality of nonaqueous electrolyte secondary batteries at the same time will be described.
FIG. 4 is a flowchart for explaining a method for charging a plurality of nonaqueous electrolyte secondary batteries, and FIG. 5 is a circuit diagram of the charging apparatus. Components having the same functions as those of the apparatus shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals as those in FIG.
この回路は、2並列×2直列の二次電池群を同時に充電する場合を示している。並列接続された2個の二次電池11aおよびbは、それらの開回路電圧を検出するための第1電圧検知部を具備する第1処理部12aと並列接続されている。同じく並列接続された2個の二次電池11cおよびdは、それらの開回路電圧を検出するための第2電圧検知部を具備する第2処理部12bと並列接続されている。そして、二次電池11aおよびbの対と、二次電池11cおよびdの対とが、直列に接続されている。また、第1処理部および第2処理部は、それぞれ電圧の検出値が、電圧領域A、BおよびCのいずれに含まれるかを判定する第1判定部および第2判定部を具備する。
This circuit shows a case where 2 parallel × 2 series secondary battery groups are charged simultaneously. The two
ここで、並列接続された2個の二次電池は、これらを合わせて1個の二次電池と見なされる。すなわち、本発明においては、並列接続された複数の二次電池は、1個の二次電池として取り扱われる。このことは、本発明が並列接続された複数の二次電池を充電する充電方法および充電器を含み、本発明がこれらを排除しないことを意味する。 Here, the two secondary batteries connected in parallel are regarded as one secondary battery. That is, in the present invention, a plurality of secondary batteries connected in parallel are handled as one secondary battery. This means that the present invention includes a charging method and a charger for charging a plurality of secondary batteries connected in parallel, and the present invention does not exclude them.
第1処理部12aおよび第2処理部12bは、それぞれ切替回路16と相互に連絡し合っており、第1および第2電圧検知部における判定結果が切替回路16に伝達される。
The
なお、判定回路等の判定部は、切替回路16が備えていてもよく、その場合には、開回路電圧の検出値がそのまま切替回路16に伝達される。図5の回路は、以上の点以外は、図2と同様の構成を有する。
Note that a determination unit such as a determination circuit may be included in the switching
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4のフローチャートを参照しながら説明する。
まず、二次電池11a〜dを充電装置にセットする(S0)。すると、切替回路16が、充電スイッチと放電スイッチの両方をOFFにした状態で、第1処理部12aの第1電圧検知部が、二次電池11aおよび11bからなる並列電池の開回路電圧を測定する。
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 sets the charging apparatus of the
そして、電圧の検出値(OCV)が、所定値X以上の電圧領域A、所定値X未満かつ所定値Yを超える電圧領域Bおよび所定値Y以下の電圧領域Cのいずれに含まれるかが、第1処理部12aの判定部により判定される(S1)。
Then, whether the detected voltage value (OCV) is included in the voltage region A that is equal to or greater than the predetermined value X, the voltage region B that is less than the predetermined value X and exceeds the predetermined value Y, and the voltage region C that is equal to or less than the predetermined value Y. It is determined by the determination unit of the
判定の結果、X≦OCVの場合、二次電池11aおよび11bからなる並列電池は満充電状態と考えられ、それ以上の充電は過充電となる。そのため、切替回路16により、充電は停止される。このとき、充電スイッチと放電スイッチの両方はOFF状態のままである。
As a result of the determination, when X ≦ OCV, the parallel battery including the
一方、Y<OCV<Xの場合、続いて、第2処理部12bの第2電圧検知部が、二次電池11cおよび11dからなる並列電池の開回路電圧を測定し、第2処理部12bの判定部が検出値を判定する(S2)。
On the other hand, if Y <OCV <X, then, the second voltage detection unit of the
判定の結果、X≦OCVの場合、二次電池11cおよび11dからなる並列電池は満充電状態と考えられ、それ以上の充電は過充電となる。そのため、切替回路16により、充電は停止される。このとき、充電スイッチと放電スイッチの両方はOFF状態のままである。
As a result of the determination, when X ≦ OCV, the parallel battery including the
第2電圧検知部における検出値が、Y<OCV<Xの場合、2つの並列電池は、いずれも満充電状態ではない。従って、それ以上の充電を行うことができる。そして、2つの並列電池のいずれかの電圧が所定値Xに達した時点で充電を停止すれば、二次電池11a〜dのいずれも過充電になることはない。
When the detection value in the second voltage detector is Y <OCV <X, neither of the two parallel batteries is fully charged. Therefore, further charging can be performed. If charging is stopped when the voltage of one of the two parallel batteries reaches the predetermined value X, none of the
そこで、切替回路16は、充電スイッチをONにするとともに、放電スイッチをOFFにする。その結果、充電回路14により、二次電池11a〜dの充電が開始される(S3)。
Therefore, the switching
そして、充電開始から所定時間経過後に、二次電池11aおよび11bからなる並列電池の閉回路電圧(CCV)が測定され(S4)、CCVが所定値Xに達している場合には、充電が停止される(S6)。
After a predetermined time has elapsed from start of charging, a closed circuit voltage of the parallel cell comprising the
一方、CCVが所定値Xに達していない場合には、引き続き二次電池11cおよび11dからなる並列電池の閉回路電圧(CCV)が測定され、検出値が判定される(S5)。判定の結果、CCVが所定値Xに達している場合には、充電が停止される(S6)。
On the other hand, CCV is, if you have not yet reached the predetermined value X, continues closed circuit voltage of the parallel cell comprising the
一方、CCVが所定値Xに達していない場合には、いずれの並列電池も未だ満充電に達していないため、再度充電が行われる(S3)。S3〜S5は、いずれかの並列電池のCCVが所定値Xに達するまで繰り返される。 On the other hand, if the CCV has not reached the predetermined value X, none of the parallel batteries has yet reached full charge, so that charging is performed again (S 3 ). S 3 to S 5 are repeated until the CCV of any parallel battery reaches a predetermined value X.
ステップS1またはS2において、判定の結果、OCV≦Yの場合、切替回路16は、充電スイッチをOFFにするとともに、放電スイッチをONにする。その結果、放電回路13により、二次電池11a〜dの放電が開始される(S22)。
In step S 1 or S 2 , if OCV ≦ Y as a result of the determination, the switching
そして、放電開始から所定時間経過後に、二次電池11aおよび11bからなる並列電池の閉回路電圧(CCV)が測定され、検出値が判定される(S23)。このときCCVが所定値Zに達していない場合には、引き続き二次電池11cおよび11dからなる並列電池の閉回路電圧(CCV)が測定され、検出値が判定される(S24)。
After a predetermined time has elapsed from the start of discharge closed circuit voltage of the parallel cell comprising the
一方、二次電池11aおよび11bからなる並列電池の閉回路電圧(CCV)が所定値Zに達している場合には、充電が開始される(S3)。
ステップS24における判定の結果、二次電池11cおよび11dからなる並列電池のCCVが所定値Zに達していない場合には、いずれの並列電池も未だ十分にリフレッシュされていないため、再度放電が行われる(S22)。一方、S24における判定の結果、二次電池11cおよび11dからなる並列電池のCCVが所定値Zに達している場合には、充電が開始される(S3)。ステップS22〜S24は、いずれかの並列電池のCCVが所定値Zに達するまで繰り返される。
On the other hand, when the closed circuit voltage of the parallel cell comprising the
If the result of determination in step S 24, when the CCV parallel cell comprising the
以上のような充電方法によれば、いずれの電池も過放電もしくは過充電の状態になることはない。 According to the charging method as described above, none of the batteries are overdischarged or overcharged.
本発明の充電方法および充電器によれば、時間的およびエネルギー的に効率よく非水電解質二次電池の充電を行うことができるとともに、充放電の繰り返しに伴う容量低下を抑制することができる。本発明の充電方法および充電器は、特にリチウムイオン二次電池の充電に好適である。 According to the charging method and the charger of the present invention, it is possible to charge the nonaqueous electrolyte secondary battery efficiently in terms of time and energy, and it is possible to suppress a decrease in capacity due to repeated charge and discharge. The charging method and charger of the present invention are particularly suitable for charging lithium ion secondary batteries.
11 二次電池
11a 二次電池
11b 二次電池
11c 二次電池
11d 二次電池
12 処理部
12a 第1処理部
12b 第2処理部
13 放電回路
14 充電回路
15 外部電源
16 切替回路
17 端子
18 端子
19 端子
DESCRIPTION OF
Claims (7)
(a)前記二次電池の開回路電圧を検出し、検出値が、所定値X以上の電圧領域A、所定値X未満かつ所定値Y(Y<X)を超える電圧領域Bおよび所定値Y以下の電圧領域Cのいずれに含まれるかを判定する工程、および
(b)前記判定に応じて、
〔イ〕検出値が領域Aに含まれる場合には、充電を停止し、
〔ロ〕検出値が領域Bに含まれる場合には、充電を行い、
〔ハ〕検出値が領域Cに含まれる場合には、前記二次電池の閉回路電圧が所定値Z(Z<Y)以下になるまで放電した後に充電を行う工程、を有し、
前記所定値Xが、前記二次電池において推奨される充電終止電圧±0.03V以内の値であり、
前記所定値Yが、前記二次電池の残存容量が公称容量の20%以下のときの値であり、
前記所定値Zが、2.7V以上2.9V以下の値である充電方法。 A method for charging a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode including a lithium-containing composite oxide as an active material, a negative electrode including a material capable of occluding and releasing lithium ions as an active material, and a non-aqueous electrolyte solution,
(A) An open circuit voltage of the secondary battery is detected, and a detected value is a voltage region A greater than or equal to a predetermined value X, a voltage region B that is less than a predetermined value X and exceeds a predetermined value Y (Y <X), and a predetermined value Y A step of determining which of the following voltage regions C is included, and (b) according to the determination,
[A] When the detected value is included in the area A, the charging is stopped,
[B] When the detected value is included in the region B, charge is performed,
When the [C] detected value is included in the region C, have a step, for charging after the closed circuit voltage of the secondary battery was discharged until the predetermined value or less Z (Z <Y),
The predetermined value X is a value within a charge end voltage ± 0.03 V recommended in the secondary battery,
The predetermined value Y is a value when the remaining capacity of the secondary battery is 20% or less of the nominal capacity,
Wherein the predetermined value Z is, 2.9 V or less values Der Ru charging method or 2.7V.
(a)少なくとも1つの二次電池の開回路電圧を検出し、検出値が、所定値X以上の電圧領域A、所定値X未満かつ所定値Y(Y<X)を超える電圧領域Bおよび所定値Y以下の電圧領域Cのいずれに含まれるかを判定する工程、および
(b)前記判定に応じて、
〔イ〕いずれかの検出値が領域Aに含まれる場合には、充電を停止し、
〔ロ〕すべての検出値が領域Bに含まれる場合には、充電を行い、
〔ハ〕いずれかの検出値が領域Cに含まれる場合には、いずれかの二次電池の閉回路電圧が所定値Z(Z<Y)以下になるまで放電した後に充電を行う工程、を有し、
前記所定値Xが、前記二次電池において推奨される充電終止電圧±0.03V以内の値であり、
前記所定値Yが、前記二次電池の残存容量が公称容量の20%以下のときの値であり、
前記所定値Zが、2.7V以上2.9V以下の値である充電方法。 Charging a plurality of non-aqueous electrolyte secondary batteries connected in series with a positive electrode containing a lithium-containing composite oxide as an active material, a negative electrode containing a material capable of occluding and releasing lithium ions as an active material, and a non-aqueous electrolyte Charging method,
(A) An open circuit voltage of at least one secondary battery is detected, and a detected value is a voltage region A greater than or equal to a predetermined value X, a voltage region B that is less than a predetermined value X and exceeds a predetermined value Y (Y <X), and a predetermined value A step of determining which of the voltage regions C below the value Y is included, and ( b ) according to the determination,
[A] When any detection value is included in the area A, the charging is stopped,
[B] When all the detected values are included in the region B, charge is performed,
[C] If any of the detected values is included in the region C, the step of charging after discharging until the closed circuit voltage of any of the secondary batteries is equal to or lower than a predetermined value Z (Z <Y) , Yes, and
The predetermined value X is a value within a charge end voltage ± 0.03 V recommended in the secondary battery,
The predetermined value Y is a value when the remaining capacity of the secondary battery is 20% or less of the nominal capacity,
Wherein the predetermined value Z is, 2.9 V or less values Der Ru charging method or 2.7V.
(a)前記二次電池の開回路電圧を検出する電圧検知手段、
(b)検出値が、所定値X以上の電圧領域A、所定値X未満かつ所定値Y(Y<X)を超える電圧領域Bおよび所定値Y以下の電圧領域Cのいずれに含まれるかを判定する判定手段、および
(c)前記判定に応じて、
〔イ〕検出値が領域Aに含まれる場合には、充電を停止し、
〔ロ〕検出値が領域Bに含まれる場合には、充電を行い、
〔ハ〕検出値が領域Cに含まれる場合には、前記二次電池の閉回路電圧が所定値Z(Z<Y)以下になるまで放電した後に充電を行う選択的充電手段、を有し、
前記所定値Xが、前記二次電池において推奨される充電終止電圧±0.03V以内の値であり、
前記所定値Yが、前記二次電池の残存容量が公称容量の20%以下のときの値であり、
前記所定値Zが、2.7V以上2.9V以下の値である充電器。 A charger for charging a non-aqueous electrolyte secondary battery including a positive electrode including a lithium-containing composite oxide as an active material, a negative electrode including a material capable of occluding and releasing lithium ions as an active material, and a non-aqueous electrolyte. ,
(A) voltage detection means for detecting an open circuit voltage of the secondary battery;
(B) Whether the detected value is included in the voltage region A that is greater than or equal to the predetermined value X, the voltage region B that is less than the predetermined value X and exceeds the predetermined value Y (Y <X), and the voltage region C that is less than or equal to the predetermined value Y Determining means for determining, and (c) according to said determination,
[A] When the detected value is included in the area A, the charging is stopped,
[B] When the detected value is included in the region B, charge is performed,
When the [C] detected value is included in the region C, it has a selective charging means for charging after the closed circuit voltage of the secondary battery was discharged until the predetermined value or less Z (Z <Y) ,
The predetermined value X is a value within a charge end voltage ± 0.03 V recommended in the secondary battery,
The predetermined value Y is a value when the remaining capacity of the secondary battery is 20% or less of the nominal capacity,
Wherein the predetermined value Z is, the charger Ru 2.9V following values der than 2.7V.
(a)少なくとも1つの二次電池の開回路電圧を検出する電圧検知手段、
(b)検出値が、所定値X以上の電圧領域A、所定値X未満かつ所定値Y(Y<X)を超える電圧領域Bおよび所定値Y以下の電圧領域Cのいずれに含まれるかを判定する判定手段、および
(c)前記判定に応じて、
〔イ〕いずれかの検出値が領域Aに含まれる場合には、充電を停止し、
〔ロ〕すべての検出値が領域Bに含まれる場合には、充電を行い、
〔ハ〕いずれかの検出値が領域Cに含まれる場合には、いずれかの二次電池の閉回路電圧が所定値Z(Z<Y)以下になるまで放電した後に充電を行う選択的充電手段、を有し、
前記所定値Xが、前記二次電池において推奨される充電終止電圧±0.03V以内の値であり、
前記所定値Yが、前記二次電池の残存容量が公称容量の20%以下のときの値であり、
前記所定値Zが、2.7V以上2.9V以下の値である充電器。 Charging a plurality of non-aqueous electrolyte secondary batteries connected in series with a positive electrode containing a lithium-containing composite oxide as an active material, a negative electrode containing a material capable of occluding and releasing lithium ions as an active material, and a non-aqueous electrolyte A charger that
(A) voltage detection means for detecting an open circuit voltage of at least one secondary battery;
(B) Whether the detected value is included in the voltage region A that is greater than or equal to the predetermined value X, the voltage region B that is less than the predetermined value X and exceeds the predetermined value Y (Y <X), and the voltage region C that is less than or equal to the predetermined value Y Determining means for determining, and (c) according to said determination,
[A] When any detection value is included in the area A, the charging is stopped,
[B] When all the detected values are included in the region B, charge is performed,
[C] When any detection value is included in the region C, selective charging is performed after charging until the closed circuit voltage of any secondary battery becomes equal to or lower than a predetermined value Z (Z <Y). means, to possess,
The predetermined value X is a value within a charge end voltage ± 0.03 V recommended in the secondary battery,
The predetermined value Y is a value when the remaining capacity of the secondary battery is 20% or less of the nominal capacity,
Wherein the predetermined value Z is, the charger Ru 2.9V following values der than 2.7V.
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