JP7181995B2 - 充電方法、電子装置及び記憶媒体 - Google Patents
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Description
(1)前記バッテリーの異なる温度においてのリチウム析出充電レートを取得する。
(1)バッテリーの異なる荷電状態(SOC)での陽極分極抵抗を取得する。
1)バッテリーを用意し、前記バッテリーを満充電状態まで充電し、次に第一の所定の電流で前記バッテリーを完全放電状態まで放電し、本実施の形態では、前記第一の所定の電流は、小さいレートの電流であり、例えば0.01Cであり、他の電流であってもよい。なお、前記した前記バッテリーを満充電状態まで充電することとは、前記バッテリーの残量を100%まで充電することであり、前記した前記バッテリーを完全放電状態まで放電することとは、前記バッテリーを放電した後、前記バッテリーの残量が0であることである。
1)バッテリーを用意し、前記バッテリーを満充電状態まで充電する。前記バッテリーを満充電状態まで充電することとは、前記バッテリーの残量を100%まで充電することである。
従来の充電方法(背景技術に記載の定電流定電圧充電方法)を用いて前記バッテリー(ここで、1回充放電サイクルされた新鮮なバッテリーを用いる)を充電する。前記バッテリーの充電過程での環境温度は、45℃を例とする。
2)一定の充電電圧4.45Vでバッテリーに対してカットオフ電流0.05Cまで定電圧充電を行い、
3)5min静置させ、
4)0.5Cの放電電流で前記バッテリーに対してカットオフ電圧(例えば、3.0V)まで定電流放電を行い、
5)5min静置させ、
6)上記ステップ1)~ステップ5)を500回繰り返し、すなわち、前記バッテリーに対して500回サイクル充放電を行う。
本出願に係るバッテリーの充電方法を用いて前記バッテリーを充電する。なお、前記実施例1に開示されているのは、新鮮なバッテリー(ここでは、1回目の充放電サイクル中を意味する)を用いて第三の充電電流を取得し、該新鮮なバッテリーに対して充放電を行うことであり、この過程における環境温度は、比較例1と同じであり、かつ一定に維持される。
3)充電過程において、前記新鮮なバッテリーの陽極電位を前記陽極リチウム析出電位に維持するように制御し、該充電過程における異なる荷電状態での第一の最大充電電流を得、
4)充電過程において、前記バッテリーの陰極材料と電解液の副反応を抑制し、該充電過程における異なる荷電状態での第二の最大充電電流を得、
5)前記第一の最大充電電流及び前記第二の最大充電電流に基づいて、前記バッテリーの異なる荷電状態での第三の充電電流を決定し、荷電状態と第三の充電電流との対応関係を作成する。
3)ステップ1)での各荷電状態区間に対応する第二の充電電流で前記バッテリーに対して定電流充電を行い、充電容量が放電容量Qに等しく、
4)5min静置させ、
5)0.5Cの放電電流で前記バッテリーに対して放電カットオフ電圧(例えば、3.0V)まで定電流放電を行い、対応する放電容量Qを次の充放電サイクルの充電容量として取得し、
6)5min静置させ、
7)上記ステップ3)~ステップ6)を500回繰り返し、すなわち、前記バッテリーに対して500回サイクル充放電を行う。
実施例1と同様であるが、相違点は、実施例2の充電過程のステップ2)でk2=0.8を用いることである。
実施例1と同様であるが、相違点は、実施例2の充電過程のステップ2)でk2=0.5を用いることである。
比較例1と同様であるが、相違点は、200回充放電サイクルされたバッテリーを用いて充放電を行うことである。
本出願に係るバッテリーの充電方法を用いて前記バッテリーを充電する。なお、前記実施例4に開示されているのは、200回サイクル充放電されたバッテリーを用いて第三の充電電流を取得し、該バッテリーに対して充放電を行うことであり、この過程における環境温度は、比較例2と同じであり、かつ一定に維持される。
実施例4と同様であるが、相違点は、実施例5の充電過程のステップ2)でk2=0.5を用いることである。
10 充電システム
11 メモリ
12 プロセッサ
13 バッテリー
101 第一の充電モジュール
102 第二の充電モジュール
Claims (18)
- バッテリーの充電方法であって、
n回目の充放電サイクル中、第一の充電電流Iaで前記バッテリーを充電するステップであって、nは0より大きい整数であるステップと、
n+m回目の充放電サイクル中、第二の充電電流Ibで前記バッテリーを充電するステップであって、mは1以上の所定の整数であり、Ib=k1×Ic、0.5≦k1≦1、Icは第三の充電電流であるステップと、を含み、
前記第三の充電電流Icは、同じ荷電状態での第一の最大充電電流Imax1及び第二の最大充電電流Imax2のうちの小さいものであり、
前記第一の最大充電電流Imax1は、前記バッテリーの陽極が前記n回目の充放電サイクル中の異なる荷電状態でリチウムを析出しないときの最大電流であり、
前記第二の最大充電電流Imax2は、前記n回目の充放電サイクル中の異なる荷電状態で、前記バッテリーの陰極材料と電解液の副反応を抑制する最大電流である、ことを特徴とするバッテリーの充電方法。 - 前記バッテリーの陽極が前記n回目の充放電サイクル中の異なる荷電状態でリチウムを析出しないときの最大電流は、
前記バッテリーの異なる温度においてのリチウム析出充電レートを取得するステップと、
前記リチウム析出充電レートに基づいて、前記バッテリーの異なる温度においての陽極リチウム析出電位を決定するステップと、
異なる温度において、前記陽極リチウム析出電位に基づいて、前記バッテリーがn回目の充放電サイクル中の異なる荷電状態でリチウムを析出しないときの最大電流を取得するステップと、
によって取得される、
ことを特徴とする請求項1に記載の充電方法。 - バッテリーの異なる温度においてのリチウム析出充電レートを取得する前記ステップは、
前記バッテリーを完全放電状態まで放電した後、所定の温度下において第一の所定の電流で前記バッテリーを完全充電状態まで充電する第一の充電ステップと、
第二の所定の電流で前記バッテリーを完全放電状態まで放電する第一の放電ステップと、
前記第一の充電ステップ及び第一の放電ステップを所定の回数循環して行った後、前記バッテリーにリチウム析出が生じたか否かを決定する循環ステップと、
前記バッテリーにリチウム析出が生じると、前記バッテリーの前記所定の温度においての前記リチウム析出充電レートを決定する第一の決定ステップと、
前記所定の温度を変え、前記第一の充電ステップ~前記第一の決定ステップを繰り返して行い、前記バッテリーの異なる温度においての前記リチウム析出充電レートを得る第一の繰り返しステップと、を含む、ことを特徴とする請求項2に記載の充電方法。 - 前記リチウム析出充電レートに基づいて、前記バッテリーの異なる温度においての陽極リチウム析出電位を決定する前記ステップは、
前記所定の温度において、前記所定の温度に対応する前記リチウム析出充電レートで前記バッテリーを充電する第二の充電ステップと、
前記バッテリーの充電過程での陽極電位を監視する監視ステップと、
前記陽極電位の変化に応じて、前記バッテリーの前記所定の温度においての陽極リチウム析出電位を決定する第二の決定ステップと、
前記所定の温度を変え、前記第二の充電ステップ~前記第二の決定ステップを繰り返して行い、前記バッテリーの異なる温度においての前記陽極リチウム析出電位を得る第二の繰り返しステップと、
を含む、ことを特徴とする請求項3に記載の充電方法。 - 異なる温度において、前記陽極リチウム析出電位に基づいて、前記バッテリーが異なる荷電状態でリチウムを析出しないときの最大電流を取得する前記ステップは、
所定の温度において、所定の初期充電電流で前記バッテリーを充電するステップと、
n回目の充放電サイクルの充電過程において、前記バッテリーの陽極電位を前記所定の温度に対応する前記陽極リチウム析出電位に維持するように制御するステップと、
前記所定の温度において、前記バッテリーが前記充電過程における異なる荷電状態でリチウムを析出しないときの最大電流を監視して取得するステップと、
前記所定の温度を変え、上記ステップを繰り返して行って、異なる温度において、前記バッテリーが前記n回目の充放電サイクル中の異なる荷電状態でリチウムを析出しないときの最大電流を取得するステップと、
を含む、ことを特徴とする請求項2に記載の充電方法。 - 前記n回目の充放電サイクル中の異なる荷電状態で、前記バッテリーの陰極材料と電解液の副反応を抑制する最大電流は、
前記バッテリーの異なる荷電状態での陽極分極抵抗を取得するステップと、
前記バッテリーのn回目の充放電サイクル中の異なる荷電状態でのバッテリー分極抵抗を取得するステップであって、nは0以上の整数であるステップと、
前記バッテリー分極抵抗及び前記陽極分極抵抗に基づいて、前記バッテリーのn回目の充放電サイクル中の異なる荷電状態での陰極分極抵抗を計算するステップと、
前記バッテリーの異なる荷電状態での陰極開回路電圧及び前記バッテリーの陰極限界電位を取得するステップと、
前記陰極開回路電圧、前記陰極限界電位及び前記陰極分極抵抗に基づいて、前記バッテリーのn回目の充放電サイクル中の異なる荷電状態で、前記バッテリーの陰極材料と電解液の副反応を抑制する最大電流を計算するステップとによって取得される、ことを特徴とする請求項1に記載の充電方法。 - 前記バッテリーの異なる荷電状態での陽極分極抵抗を取得する前記ステップは、
前記バッテリーの陽極の荷電状態(SOC)-開回路電圧(OCV)の対応関係を取得するステップと、
所定の電流で前記バッテリーを放電し、前記バッテリーの陽極の放電曲線を取得するステップと、
前記陽極のSOC-OCVの対応関係及び前記陽極の放電曲線に基づいて前記陽極分極抵抗を得るステップと、
を含む、ことを特徴とする請求項6に記載の充電方法。 - 前記陽極のSOC-OCVの対応関係及び前記陽極の放電曲線に基づいて前記陽極分極抵抗を得るステップは、
前記陽極のSOC-OCVの対応関係に基づいて、前記陽極の放電曲線に対して正規化処理を行う第一の処理ステップと、
前記陽極のSOC-OCVの対応関係、及び正規化処理済みの前記陽極の放電曲線に基づいて、ある荷電状態での陽極開回路電圧及び陽極放電電位をそれぞれ得る第一の取得ステップと、
前記陽極開回路電圧及び前記陽極放電電位に基づいて、前記荷電状態での前記陽極分極抵抗を計算する第一の計算ステップであって、前記陽極分極抵抗は、前記陽極開回路電圧から前記陽極放電電位を減算して得られた差分を前記所定の電流で除したものに等しい第一の計算ステップと、
前記荷電状態を変え、前記第一の取得ステップ~前記第一の計算ステップを繰り返して行って、前記バッテリーの異なる荷電状態での前記陽極分極抵抗を得る第一の繰り返しステップと、
を含む、ことを特徴とする請求項7に記載の充電方法。 - 前記バッテリーのn回目の充放電サイクル中の異なる荷電状態でのバッテリー分極抵抗を取得する前記ステップは、
前記バッテリーの荷電状態(SOC)-開回路電圧(OCV)の対応関係を取得するステップと、
所定の電流で前記バッテリーを放電し、前記バッテリーのn回目の充放電サイクル中の放電曲線を取得するステップと、
前記バッテリーのSOC-OCVの対応関係及び前記放電曲線に基づいて、前記バッテリーのn回目の充放電サイクル中の異なる荷電状態での前記バッテリー分極抵抗を得るステップと、
を含む、ことを特徴とする請求項6に記載の充電方法。 - 前記バッテリーのSOC-OCVの対応関係及び前記放電曲線に基づいて、前記バッテリーのn回目の充放電サイクル中の異なる荷電状態での前記バッテリー分極抵抗を得る前記ステップは、
前記バッテリーのSOC-OCVの対応関係に基づいて、前記バッテリーの放電曲線に対して正規化処理を行う第二の処理ステップと、
前記バッテリーのSOC-OCVの対応関係、及び正規化処理済みの前記放電曲線に基づいて、ある荷電状態でのバッテリー開回路電圧及びバッテリー電圧をそれぞれ得る第二の取得ステップと、
前記バッテリー開回路電圧及び前記バッテリー電圧に基づいて、当該荷電状態での前記バッテリー分極抵抗を計算する第二の計算ステップであって、前記バッテリー分極抵抗は、前記バッテリー開回路電圧から前記バッテリー電圧を減算して得られた差分を前記所定の電流で除したものに等しい第二の計算ステップと、
前記荷電状態を変え、前記第二の取得ステップ~前記第二の計算ステップを繰り返して行って、前記バッテリーのn回目の充放電サイクル中の異なる荷電状態での前記バッテリー分極抵抗を得る第二の繰り返しステップと、
を含む、ことを特徴とする請求項9に記載の充電方法。 - 前記バッテリー分極抵抗及び前記陽極分極抵抗に基づいて、前記バッテリーのn回目の充放電サイクル中の異なる荷電状態での陰極分極抵抗を計算する前記ステップは、
前記バッテリーのある荷電状態での前記陽極分極抵抗を取得する第一の取得ステップと、
前記バッテリーのn回目の充放電サイクル中の前記荷電状態での前記バッテリー分極抵抗を取得する第二の取得ステップと、
前記バッテリー分極抵抗から前記陽極分極抵抗を減算して前記陰極分極抵抗を得る第三の計算ステップと、
前記荷電状態を変え、前記第一の取得ステップ~前記第三の計算ステップを繰り返して行って、前記バッテリーのn回目の充放電サイクル中の異なる荷電状態での前記陰極分極抵抗を得る第三の繰り返しステップと、
を含む、ことを特徴とする請求項6に記載の充電方法。 - 前記陰極開回路電圧、前記陰極限界電位及び前記陰極分極抵抗に基づいて、前記バッテリーのn回目の充放電サイクル中の異なる荷電状態で、前記バッテリーの陰極材料と電解液の副反応を抑制する最大電流を計算する前記ステップは、
前記バッテリーのn回目の充放電サイクル中のある荷電状態での前記陰極分極抵抗Rcを取得するステップと、
前記バッテリーの前記荷電状態での前記陰極開回路電圧OCVcを取得するステップと、
前記バッテリーのn回目の充放電サイクル中の前記荷電状態で、前記バッテリーの陰極材料と電解液の副反応を抑制する最大電流を計算するステップと、
前記荷電状態を変え、上記ステップを繰り返して行って、前記バッテリーのn回目の充放電サイクル中の異なる荷電状態で、前記バッテリーの陰極材料と電解液の副反応を抑制する最大電流を得るステップとを含む、ことを特徴とする請求項6に記載の充電方法。 - 前記バッテリーのn回目の充放電サイクル中の前記荷電状態で、前記バッテリーの陰極材料と電解液の副反応を抑制する前記第二の最大充電電流Imax2を以下の式:
前記第二の最大充電電流Imax2=(UL-OCVc)/Rc
(ここで、ULは前記陰極限界電位である)
で計算する、ことを特徴とする請求項12に記載の充電方法。 - 前記第三の充電電流Icは、
荷電状態で、前記第一の最大充電電流Imax1と前記第二の最大充電電流Imax2とを比較するステップと、
前記第一の最大充電電流Imax1と前記第二の最大充電電流Imax2のうちの小さいものを前記バッテリーの前記荷電状態での前記第三の充電電流Icとするステップと、
前記荷電状態を変え、上記ステップを繰り返して、前記バッテリーの異なる荷電状態での前記第三の充電電流Icを決定するステップと、
前記荷電状態と前記第三の充電電流Icとの対応関係を作成するステップとに基づいて取得されるステップとを含む、ことを特徴とする請求項1に記載の充電方法。 - n+m回目の充放電サイクル中、第二の充電電流で前記バッテリーを充電する前記ステップは、
n+m回目の充放電サイクル中、前記バッテリーの充電過程での荷電状態をN個の区間に分けるステップと、
前記対応関係に基づいて、前記N個の区間のうちの各区間の前記荷電状態に対応する前記第三の充電電流Icを取得するステップと、
各前記区間内の前記荷電状態に対応する前記第三の充電電流Icの最小値を取得し、該最小値とk2の積を対応する前記区間の前記第二の充電電流Ibとするステップであって、0.5≦k2≦1であるステップと、
n+m回目の充放電サイクル中、各前記区間に対応する前記第二の充電電流Ibで前記バッテリーを完全充電状態まで充電するステップと、
を含む、ことを特徴とする請求項14に記載の充電方法。 - 各前記区間の充電容量は、対応する前記区間の2つの端点に対応する前記荷電状態の差の絶対値を前記バッテリーのn回目の充放電サイクル中の放電容量Qnと乗じたものに等しく、前記バッテリーを完全充電状態まで充電するときの充電カットオフ容量は、前記放電容量Qnである、ことを特徴とする請求項15に記載の充電方法。
- 電子装置であって、
バッテリーと、
請求項1~16のいずれかに記載の充電方法を行って前記バッテリーを充電するためのプロセッサと、
を備える、ことを特徴とする電子装置。 - 少なくとも1つのコンピュータ命令が記憶される記憶媒体であって、
前記命令は、プロセッサによりロードされ、請求項1~16のいずれかに記載の充電方法を行うために用いられる、ことを特徴とする記憶媒体。
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