JPH08287957A - 炭素アノードリチウム蓄電池の充電方法 - Google Patents

炭素アノードリチウム蓄電池の充電方法

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JPH08287957A
JPH08287957A JP8039850A JP3985096A JPH08287957A JP H08287957 A JPH08287957 A JP H08287957A JP 8039850 A JP8039850 A JP 8039850A JP 3985096 A JP3985096 A JP 3985096A JP H08287957 A JPH08287957 A JP H08287957A
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storage battery
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JP8039850A
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Xavier Andrieu
グザビエ・アンドリユ
Philippe Poignant
フイリツプ・プワニヨン
Antoine Sonnet
アントワンヌ・ソネ
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Alcatel Lucent SAS
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Alcatel Alsthom Compagnie Generale dElectricite
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00712Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • H02J7/007182Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters in response to battery voltage

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

(57)【要約】 【課題】 既知の方法よりも高速で同程度の充電率を実
現する蓄電池の充電方法を提供する。 【解決手段】 充電終了電圧およびオーム抵抗を特性値
として有する炭素アノードリチウム蓄電池の充電方法で
あって、一定の電流を印加し基準電圧に達するまで前記
蓄電池の電圧を上げる第1段階と、次いで基準電圧を印
加し電流が低下する第2段階を含む、あらゆる時間に基
準電圧が、蓄電池の充電終了電圧と、回路中の電流及び
蓄電池のオーム抵抗の積との和に等しいことを特徴とす
る方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、炭素アノードを備
えるリチウム蓄電池あるいはバッテリとして組み合わせ
た複数のリチウム蓄電池の充電方法に関する。本発明
は、この方法を利用するための装置にも関する。
【0002】
【従来の技術】従来、これら蓄電池は、金属リチウムア
ノードを含み、樹脂状結晶の形成を伴う溶解/再結晶に
よって動作するため印加可能な電流密度および蓄電池の
寿命が制限されていた。最近開発された蓄電池は、充電
とその後の放電の際にリチウムイオンを吸収し放出する
炭素材料を含むアノードを有する。これら蓄電池のカソ
ードは、通常金属酸化物(二酸化マンガン、酸化コバル
ト、酸化ニッケル等)の挿入材を含み、これに通常は炭
素の導電材料が付加される。
【0003】既知の充電方法は主に二つの段階を含む。
第1段階では、蓄電池に一定の電流を印加する。すると
蓄電池の電圧は、蓄電池の種類に固有の充電終了電圧で
ある一定電圧に達するまで上昇する。実際には、第1段
階が終了した時点での充電率は50%〜70%程度であ
る。
【0004】次いで第2段階では、通常75〜95%程
度である所望の充電率を得るために必要な時間の間、電
圧を第1段階の終了時の値に維持する。電流の強さは低
下して極めて小さい値になる。
【0005】特に、ユーザが非常に急速に充電できるこ
とを要求する携帯用装置に蓄電池を内蔵する際など、場
合によってはこれら蓄電池の充電時間を短縮する必要が
ある。
【0006】第1段階の一定な電流値は、充電効率を犠
牲にしなければ上昇させることができない。このこと
は、供給電気量が同じ場合、第1段階の終了時における
充電率が低下することを意味する。第2段階では、実現
可能な最大充電率は、蓄電池のインピーダンスによって
制限される。従って、第2段階の継続時間を長くしても
無意味である。このような既知の条件下では、充電時間
を短縮すると常に部分的充電となる。
【0007】米国特許第5,204,611号に、充電
終了電圧を0電流で測定した電圧に制御するという解決
法が提案された。この方法では記憶手段と制御手段を組
み合わせることが必要であるため、その実施は複雑であ
り、しかも、例えば強誘導成分のインピーダンスを有す
るらせん形蓄電池(accumlateurs spi
rales)等、あらゆる蓄電池技術に適用できるわけ
ではない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従って本発明は、既知
の方法よりも高速で同程度の充電率を実現する、これら
蓄電池の充電方法を提供することを目的とする。
【0009】本発明はまた、これら蓄電池を劣化させた
りその寿命を低減する恐れのない、蓄電池の高速充電方
法を提供することも目的とする。
【0010】本発明はさらに、使用が簡単であらゆる技
術に適合する、これら蓄電池の高速充電方法を提供する
ことも目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の対象は、充電終
了電圧およびオーム抵抗を特性値として有する炭素アノ
ードリチウム蓄電池の充電方法であって、一定の電流を
印加し基準電圧に達するまで前記蓄電池の電圧を上げる
第1段階と、次いで前記基準電圧を印加し前記電流が低
下する第2段階を含んでおり、あらゆる時間に前記基準
電圧が、前記充電終了電圧と、前記電流及び前記オーム
抵抗の積との和に等しいことを特徴とする方法である。
【0012】本明細書では、オーム抵抗は、高周波にお
いて測定される蓄電池のインピーダンスの実数成分の値
と定義する。抵抗は特に電流コレクタ(電子の導体)お
よびセパレータ(イオンの導体)による抵抗を含む。低
周波数では、内部抵抗にはオーム抵抗だけでなく拡散抵
抗および移動抵抗も含まれる。炭素アノードリチウム蓄
電池の場合、オーム抵抗は変化しない。オーム抵抗の変
化が極めて小さくなければならない場合、補償値として
使用されるのはその最小値である。
【0013】本発明による方法は、充電終了電圧がUf
であるオーム抵抗Rの蓄電池を充電するのに用いられ
る。第1段階により、一定電流Ic に達する。次式によ
り第1段階の終了を決定して、基準電圧Ur を設定す
る。
【0014】Ur =Uf +(Ic ×R) 第2段階は、基準電圧Ur を印加することから成り、そ
の結果電流Ii が低下する。電圧Ui は常にIi の変化
に応じて変化する。電圧は下記の計算式によって与えら
れる。
【0015】Ui =Uf +(Ii ×R) 上式で、iは実行した測定の順序番号であって、1から
総測定回数Nまでの値をとる。
【0016】電流が一定であるので、一回測定を行うだ
けで第1段階の基準電圧を決定することができる。前記
基準電圧値は、アナログ制御ループまたはソフトウェア
により常時計算される。
【0017】したがって、本発明による方法により、充
電率を高い値に維持しながら、総充電時間を既知の方法
と比較して30%程度短縮することができる。
【0018】本発明による蓄電池の充電を行うために使
用される装置は、 − 電流制限電圧源(alimentation en
tension limitee en coura
nt)と、 − 前記充電終了電圧と前記オーム抵抗を記憶する手段
と、 − 前記蓄電池の前記電流および前記電圧を測定する手
段と、 − 前記充電終了電圧と、前記電流及び前記オーム抵抗
の積との和を求めることにより前記基準電圧を計算する
手段と、 − 前記測定電圧を前記基準電圧と比較する手段と、 − 前記基準電圧を前記蓄電池に印加する手段とを含
む。
【0019】ユーザが、充電を行う蓄電池に固有な充電
終了電圧およびオーム抵抗を指示する。すると装置がそ
れを記憶する。充電回路を通過する電流が測定される。
蓄電池のオーム抵抗Rによって測定される電流の積が計
算され、蓄電池の充電終了電圧Uf に加算される。これ
により、下記のような、考慮する電流Ii に対する基準
電圧Uf の値が得られる。
【0020】Ui =Uf +(Ii ×R) 蓄電池の実際の測定電圧が、第1段階で印加された一定
電流について計算された基準電圧の値と比較される。蓄
電池の実際の電圧は基準電圧値に達するまで上昇し、そ
れにより充電の停止が決定される。
【0021】第2段階中は、瞬間電流の測定値を基にし
て基準電圧が定期的に再計算され、得られた値が蓄電池
に印加される。
【0022】本発明の他の特徴および長所は、添付図面
を参照しながら非限定的例として示す以下の実施例を読
むことにより理解されよう。
【0023】
【発明の実施の形態】図1は、本発明による充電装置の
略図である。充電すべき蓄電池1は、各々蓄電池1の+
側端子および−側端子に接続された2本の充電用ケーブ
ル3、4を介して充電装置2に接続される。装置2は電
流制限電圧源5を含む。測定手段は、電流測定用の電流
計6と、蓄電池の端子における電圧測定用の電圧計7と
で構成される。記憶、計算および比較手段は、計算によ
って決定される値に従って電流値または充電電圧を制御
するデータ処理ユニット8としてまとめられている。
【0024】図2は、分を単位とする充電時間tに対す
るアンペアを単位とする電流Iの変化を示す図であり、
図3は、時間tに対する炭素アノードリチウム蓄電池の
ボルトを単位とする電圧Uの変化を示す図である。充電
すべき蓄電池は1Ahの公称容量を有し、4.2ボルト
の充電終了電圧と、100ミリオームの直列オーム抵抗
を有する。オーム抵抗は例えば、電流遮断等の既知の方
法により、充電開始前に測定することができる。
【0025】まず、第1段階では、充電は既知の方法に
より、約1Aの一定電流(曲線10)で行われる。電圧
(曲線20)は、3.2Vの初期値から4.2Vの充電
終了電圧値まで上昇する。蓄電池の充電率は第1段階の
終了時に60%に達する。次いで第2段階では、電圧を
4.2Vの一定値に保つ。電流値は最終的に極めて低い
値まで低下する。第2段階の継続時間は約2時間であ
る。従って、80%程度の最終充電率が3時間で得られ
る。
【0026】他方、本発明の方法によれば、前記同様、
1Aの一定電流(曲線11)で充電を行う。電圧(曲線
21)は、4.2Vの充電終了電圧に達するまで上昇す
る。その後、決定した基準電圧まで第1段階を続行す
る。この基準電圧は、充電終了電圧(4.2V)と、電
流(1A)及び蓄電池のオーム抵抗(0.1Ω)の積と
の和によって計算され、4.3Vとなる。
【0027】第2段階中、充電終了電圧(4.2V)
と、瞬間電流及び蓄電池のオーム抵抗(0.1Ω)の積
との和に常に等しい基準電圧を印加する。そうすると、
電流は既知の方法の場合よりも急速に極めて小さな値ま
で減少する。蓄電池に印加される基準電圧は、電流と共
に変化するのでもはや一定ではない。このようにして第
2段階の継続時間は大幅に短縮されるが、最終充電率は
常に約80%である。したがって2.5時間で充電が行
えるので、時間を17%節約できる。
【0028】図4は、本発明の方法により得られる充電
時間の短縮Δtと、既知の方法によって蓄電池を充電す
るのに必要な時間tとの比Δt/tを、充電率C/Cn
(蓄電池の理論的公称容量Cn に対する実際の充電容量
Cの割合)の関数として示す図である。本発明による方
法では、1A(曲線30)の充電定格で、容量1Ahの
蓄電池が充電された。充電率が高くなれば利得は急速に
上昇し、公称容量の95%程度の充電率で21%の最大
時間利得が得られた。
【0029】1.5A(曲線31)というより高速な充
電定格の場合、公称容量の95%程度の充電率で33%
の最大時間利得が得られた。
【0030】もちろん、本発明は、説明し図示した実施
の形態に限定されるものではなく、当業者であれば、本
発明の趣旨から逸脱せずに多くの実現可能な変形が可能
である。特に、本発明の範囲を逸脱せずに、あらゆる手
段を別の同等の手段で置き換えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法による充電装置の略図である。
【図2】充電中の回路内の電流の変化を示す図である。
【図3】充電中の回路内の蓄電池の電圧の変化を示す図
である。
【図4】既知の方法と比べた場合の本発明の方法によっ
て得られる時間利得を、2種類の異なる充電定格で得ら
れる充電率の関数として示した図である。
【符号の説明】
1 蓄電池 2 充電装置 3、4 ケーブル 5 電流制限電圧源 6 電流計 7 電圧計 8 データ処理ユニット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フイリツプ・プワニヨン フランス国、92130・イシイ・レ・ムリノ ー、アブニユ・ヴィクトール・クレソン、 62 (72)発明者 アントワンヌ・ソネ フランス国、92340・ブール・ラ・レンヌ、 アブニユ・ドユ・シヤトー、23・キユー

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 充電終了電圧およびオーム抵抗を特性値
    として有する炭素アノードリチウム蓄電池の充電方法で
    あって、一定の電流を印加し基準電圧に達するまで前記
    蓄電池の電圧を上げる第1段階と、次いで前記基準電圧
    を印加し前記電流が低下する第2段階を含んでおり、あ
    らゆる時間に前記基準電圧が、前記充電終了電圧と、前
    記電流及び前記オーム抵抗の積との和に等しいことを特
    徴とする方法。
  2. 【請求項2】 前記基準電圧が、前記第2段階中に常時
    計算され再調整される請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 電圧及び電流の供給源と、 前記充電終了電圧と前記オーム抵抗を記憶する手段と、 前記蓄電池の前記電流および前記電圧を測定する手段
    と、 前記充電終了電圧と、前記電流及び前記オーム抵抗の積
    との和を求めることにより前記基準電圧を計算する手段
    と、 前記測定電圧を前記基準電圧と比較する手段と、 前記基準電圧を前記蓄電池に印加する手段とを含む請求
    項1または2に記載の方法による充電装置。
  4. 【請求項4】 前記計算手段、前記比較手段および前記
    印加手段が、前記第2段階中、前記基準電圧を常時計算
    し再調整することができる請求項3に記載の方法による
    充電装置。
JP8039850A 1995-02-27 1996-02-27 炭素アノードリチウム蓄電池の充電方法 Pending JPH08287957A (ja)

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