JPWO2015064735A1 - 充電装置、蓄電システム、充電方法及びプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、日本国特許出願:特願2013−228669号(2013年11月 1日出願)に基づくものであり、同出願の全記載内容は引用をもって本書に組み込み記載されているものとする。
本発明は、二次電池を充電するための充電装置に関する。本発明は、当該充電装置を備える蓄電システムに関する。本発明は、二次電池を充電する充電方法に関する。また、本発明は、当該充電装置を動作させるプログラムないし当該充電方法を制御するプログラムに関する。
正極電極の作製について説明する。LiMn2O4を85質量%、導電補助材としてアセチレンブラックを7質量%、及びバインダーとしてポリフッ化ビニリデンを8質量%混合した。この混合物に、N−メチルピロリドンを加えてさらに混合し、正極スラリーを作製した。これをドクターブレード法により、集電体となる厚さ20μmのAl箔の両面にロールプレス処理後の厚さが160μmになるように塗布し、120℃で5分間乾燥・プレス工程を経て正極活物質両面塗布部を形成した。なお、正極の一方の端部にはいずれの面にも正極活物質が塗布されていない正極活物質非塗布部を設けた。
負極電極の作製について説明する。黒鉛を90質量%、導電補助剤としてアセチレンブラックを1質量%、及びバインダーとしてポリフッ化ビニリデンを9質量%混合した。この混合物に、N−メチルピロリドンを加えてさらに混合し負極スラリーを作製した。これを集電体となる厚さ10μmのCu箔の両面にロールプレス処理後の厚さが120μmとなるように塗布し、120℃で5分間乾燥・プレス工程を経て負極活物質両面塗布部を形成した。なお、負極の一方の端部に、負極活物質が塗布されていない負極活物質非塗布部を設けた。
電解液の作製について説明する。エチレンカーボネート(EC)/ジエチルカーボネート(DEC)=30/70(体積比)からなるカーボネート系非水電解液を99質量部と、ビニレンカーボネートを1質量部(ビニレンカーボネートの含有率:1質量%)とを混合した。この混合物に、さらに、支持塩としてのLiPF6を1.0モル/lの濃度で溶解して、電解液を得た。
リチウムイオン電池の作製について説明する。図12〜図14に、リチウムイオン電池の作製方法を説明するための概略図を示す。上記で作製した正極電極14と負極電極15とを、セパレータ13を挟んで交互に積層し(図12(a))、積層体6を作製した(図12(b))。セパレータ13は、ポリオレフィン等の絶縁性を有する材料であり、正極電極14及び負極電極15と同じ形状を有する。積層体6の主面の寸法は、縦200mm、横100mmであった。積層体6には、正極電極14を30層、負極電極15を31層積層した。そして、正極電極14に正極集電タブを接続した。負極電極15に負極集電タブを接続した(図12(b))。正極集電タブ及び負極集電タブは、平面的にみて、積層体6の一辺から引き出し、それぞれ干渉しないように積層した。正極集電タブ及び負極集電タブが引き出されていない一対の辺に、積層されたセパレータ13、正極電極14及び負極電極15がずれないように保持する電池要素固定部材8を設けた(図12(c))。
上記で作製したリチウムイオン電池を表1に記載の条件で充電し、第1定電流充電ステップ及び第2定電流充電ステップにおける充電時間を測定した。また、危険物質の析出の有無を確認した。危険物質の析出は、目視による確認及び釘刺し試験と呼ばれる安全性試験により確認した。充電は−10℃の条件下で実施した。充電に使用するリチウムイオン電池は、放電処理によって電圧3Vに調整したものを使用した。第1定電流充電ステップにおいては、第1電圧値4.03Vに達するまで第1電流値でリチウムイオン電池を充電した。その後、第2電圧値4.10Vに達するまで第2電流値でリチウムイオン電池を充電した。その後、定電圧ステップにおいて、第2電圧値4.10Vで充電電流値に対応する充電レートが0.03Itに達するまでリチウムイオン電池を充電した。実施例1〜8の結果を表2に示す。
二次電池の電圧が予め定められた第1電圧値に達するまで第1電流値で前記二次電池の充電を行い、前記電圧が前記第1電圧値に達したことの検出に応じて、前記第1電流値よりも低い第2電流値で、予め定められた第2電圧値となるまで前記二次電池を充電する制御を行う充電制御部を備えている充電装置。
前記二次電池はリチウムイオン電池であり、
前記第1電圧値は3.80V以上4.05V以下である充電装置。
二次電池の電池容量が予め定められた第1容量値に達するまで第1電流値で前記二次電池の充電を行い、前記電池容量が前記第1容量値に達したことの検出に応じて、前記第1電流値よりも低い第2電流値で、前記二次電池の電圧が予め定められた充電電圧値となるまで前記二次電池を充電する制御を行う充電制御部を備えている充電装置。
前記第1容量値は20%以上67%以下である充電装置。
前記充電制御部は、前記電圧が前記第2電圧値又は前記充電電圧値に達したことの検出に応じて、充電電流値が予め定められた第3電流値となるまで前記二次電池を前記第2電圧値又は前記充電電圧値で充電する充電装置。
前記第1電流値を前記第2電流値で除した値が1.4以上6.5以下である充電装置。
前記第2電流値は、0.18It以下の充電レートに対応した電流値である充電装置。
前記第1電流値は、0.1It以上0.6It以下の充電レートに対応した電流値である充電装置。
前記二次電池に関連する温度を検知する温度検知部をさらに備え、
0℃以下の温度を検知した前記温度検知部からの温度情報に応答して、前記充電制御部は前記二次電池の充電を制御する充電装置。
前記温度は、前記二次電池のいずれかの部分の温度、前記二次電池が置かれた環境の温度、及び前記充電装置が置かれた環境の温度のうちの少なくとも1つの温度である充電装置。
前記二次電池はリチウムイオン電池である充電装置。
付記1〜11の充電装置と、
前記充電装置に接続された前記二次電池と、を備える蓄電システム。
前記充電装置に接続され、二次電池に関連する温度を検知する温度センサをさらに備える蓄電システム。
前記二次電池の充電及び放電を管理する電池管理ユニットをさらに備え、
前記電池管理ユニットは前記充電装置を備えている蓄電システム。
前記二次電池と充電用電源を接続するためのパワーコンディショナと、
前記電池管理ユニット及び前記パワーコンディショナを制御するシステムコントローラと、をさらに備え、
前記電池管理ユニット、前記パワーコンディショナ及び前記システムコントローラは相互に接続されている蓄電システム。
付記に記載の充電装置を動作させるプログラム。
二次電池の電圧が予め定められた第1電圧値に達するまで第1電流値で前記二次電池の充電を行う工程と、
前記電圧が前記第1電圧値から、予め定められた第2電圧値に達するまで、前記第1電流値よりも低い第2電流値で前記二次電池を充電する工程と、を含む充電方法。
前記二次電池はリチウムイオン電池であり、
前記第1電圧値は3.80V以上4.05V以下である充電方法。
二次電池の電池容量が予め定められた第1容量値に達するまで第1電流値で前記二次電池の充電を行う工程と、
前記電池容量が前記第1容量値に達した状態に対応する前記二次電池の第1電圧値から、前記二次電池の電圧が予め定められた第2電圧値に達するまで、前記第1電流値よりも低い第2電流値で前記二次電池を充電する工程と、を含む充電方法。
前記第1容量値は20%以上67%以下である充電方法。
前記電圧が前記第2電圧値に達した状態において、充電電流が予め定められた第1電流値以下となるまで前記第2電圧値で前記二次電池の充電を行う工程と、をさらに含む充電方法。
前記第1電流値を前記第2電流値で除した値が1.4以上6.5以下である充電方法。
前記第2電流値は、0.18It以下の充電レートに対応した電流値である充電方法。
前記第1電流値は、0.1It以上0.6It以下の充電レートに対応した電流値である充電方法。
前記二次電池に関連する温度が0℃以下の温度範囲において行う充電方法。
前記温度は、前記二次電池のいずれかの部分の温度、前記二次電池が置かれた環境の温度、及び前記二次電池を充電する充電装置が置かれた環境の温度のうちの少なくとも1つの温度である充電方法。
前記二次電池はリチウムイオン電池である充電方法。
付記に記載の充電方法を制御するためのプログラム。
付記に係る充電装置を備える自動車。
付記に係る蓄電システムを備える自動車。
付記に係る充電装置を備える電動機。
付記に係る蓄電システムを備える電動機。
付記に係る充電装置を備える携帯機器。
付記に係る蓄電システムを備える携帯機器。
付記に係る充電装置を備える携帯電源。
付記に係る蓄電システムを備える携帯電源。
6 積層体
7 外装体
8 電池要素固定部材
13 セパレータ
14 正極電極
15 負極電極
16 正極端子
17 負極端子
23 正極端子露出部
24 負極端子露出部
100,200,300 充電装置
101 充電制御部
102 温度検知部
103 接続検知部
104 電圧検知部
105 温度範囲判定部
106 電圧設定部
107 電圧比較部
108 記憶部
109 電池容量算出部
110 電池容量比較部
400,500,600 蓄電システム
401 二次電池
402 温度センサ
403 電池管理ユニット
404 パワーコンディショナ
405 システムコントローラ
Claims (28)
- 二次電池の電圧が予め定められた第1電圧値に達するまで第1電流値で前記二次電池の充電を行い、前記電圧が前記第1電圧値に達したことの検出に応じて、前記第1電流値よりも低い第2電流値で、予め定められた第2電圧値となるまで前記二次電池を充電する制御を行う充電制御部を備えている、ことを特徴とする充電装置。
- 前記二次電池はリチウムイオン電池であり、
前記第1電圧値は3.80以上4.05V以下である、ことを特徴とする請求項1に記載の充電装置。 - 二次電池の電池容量が予め定められた第1容量値に達するまで第1電流値で前記二次電池の充電を行い、前記電池容量が前記第1容量値に達したことの検出に応じて、前記第1電流値よりも低い第2電流値で、前記二次電池の電圧が予め定められた充電電圧値となるまで前記二次電池を充電する制御を行う充電制御部を備えている、ことを特徴とする充電装置。
- 前記第1容量値は20%以上67%以下である、ことを特徴とする請求項3に記載の充電装置。
- 前記充電制御部は、前記電圧が前記第2電圧値又は前記充電電圧値に達したことの検出に応じて、充電電流値が予め定められた第3電流値となるまで前記二次電池を前記第2電圧値又は前記充電電圧値で充電する、ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の充電装置。
- 前記第1電流値を前記第2電流値で除した値が1.4以上6.5以下である、ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の充電装置。
- 前記第2電流値は、0.18It以下の充電レートに対応した電流値である、ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の充電装置。
- 前記第1電流値は、0.1It以上0.6It以下の充電レートに対応した電流値である、ことを特徴とする請求項7に記載の充電装置。
- 前記二次電池に関連する温度を検知する温度検知部をさらに備え、
0℃以下の温度を検知した前記温度検知部からの温度情報に応答して、前記充電制御部は前記二次電池の充電を制御する、ことを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の充電装置。 - 前記温度は、前記二次電池のいずれかの部分の温度、前記二次電池が置かれた環境の温度、及び前記充電装置が置かれた環境の温度のうちの少なくとも1つの温度である、ことを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の充電装置。
- 前記二次電池はリチウムイオン電池であることを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載の充電装置。
- 請求項1〜11のいずれか一項に記載の充電装置と、
前記充電装置に接続された前記二次電池と、を備えることを特徴とする蓄電システム。 - 前記充電装置に接続され、二次電池に関連する温度を検知する温度センサをさらに備えることを特徴とする請求項12に記載の蓄電システム。
- 前記二次電池の充電及び放電を管理する電池管理ユニットをさらに備え、
前記電池管理ユニットは前記充電装置を備えていることを特徴とする請求項12又は13に記載の蓄電システム。 - 前記二次電池と充電用電源を接続するためのパワーコンディショナと、
前記電池管理ユニット及び前記パワーコンディショナを制御するシステムコントローラと、をさらに備え、
前記電池管理ユニット、前記パワーコンディショナ及び前記システムコントローラは相互に接続されていることを特徴とする請求項12〜14のいずれか一項に記載の蓄電システム。 - 請求項1〜11のいずれか一項に記載の充電装置を動作させるプログラム。
- 二次電池の電圧が予め定められた第1電圧値に達するまで第1電流値で前記二次電池の充電を行う工程と、
前記電圧が前記第1電圧値から、予め定められた第2電圧値に達するまで、前記第1電流値よりも低い第2電流値で前記二次電池を充電する工程と、を含む、
ことを特徴とする充電方法。 - 前記二次電池はリチウムイオン電池であり、
前記第1電圧値は3.80V以上4.05V以下である、ことを特徴とする請求項17に記載の充電方法。 - 二次電池の電池容量が予め定められた第1容量値に達するまで第1電流値で前記二次電池の充電を行う工程と、
前記電池容量が前記第1容量値に達した状態に対応する前記二次電池の第1電圧値から、前記二次電池の電圧が予め定められた第2電圧値に達するまで、前記第1電流値よりも低い第2電流値で前記二次電池を充電する工程と、を含む、
ことを特徴とする充電方法。 - 前記第1容量値は20%以上67%以下である、ことを特徴とする請求項19に記載の充電方法。
- 前記電圧が前記第2電圧値に達した状態において、充電電流が予め定められた第1電流値以下となるまで前記第2電圧値で前記二次電池の充電を行う工程と、をさらに含むことを特徴とする請求項17〜20のいずれか一項に記載の充電方法。
- 前記第1電流値を前記第2電流値で除した値が1.4以上6.5以下である、ことを特徴とする請求項17〜21のいずれか一項に記載の充電方法。
- 前記第2電流値は、0.18It以下の充電レートに対応した電流値である、ことを特徴とする請求項17〜22のいずれか一項に記載の充電方法。
- 前記第1電流値は、0.1It以上0.6It以下の充電レートに対応した電流値である、ことを特徴とする請求項23に記載の充電方法。
- 前記二次電池に関連する温度が0℃以下の温度範囲において行う、ことを特徴とする請求項17〜24のいずれか一項に記載の充電方法。
- 前記温度は、前記二次電池のいずれかの部分の温度、前記二次電池が置かれた環境の温度、及び前記二次電池を充電する充電装置が置かれた環境の温度のうちの少なくとも1つの温度である、ことを特徴とする請求項25に記載の充電方法。
- 前記二次電池はリチウムイオン電池であることを特徴とする請求項17〜26のいずれか一項に記載の充電方法。
- 請求項17〜27のいずれか一項に記載の充電方法を制御するためのプログラム。
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