処理中

しばらくお待ちください...

設定

設定

出願の表示

1. WO2009044558 - 非水電解質二次電池のパルス充電方法、及びパルス充電制御装置

Document

明 細 書

発明の名称 非水電解質二次電池のパルス充電方法、及びパルス充電制御装置

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003   0004   0005  

発明の開示

0006   0007   0008   0009  

図面の簡単な説明

0010  

発明を実施するための最良の形態

0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084   0085   0086   0087   0088   0089  

産業上の利用可能性

0090  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14  

図面

1   2   3   4   5  

明 細 書

非水電解質二次電池のパルス充電方法、及びパルス充電制御装置

技術分野

[0001]
 本発明は、非水電解質二次電池のパルス充電方法、及びパルス充電制御装置に関し、特に、パルス充電において、非水電解質二次電池の劣化を低減可能な充電方法、及びパルス充電制御装置に関する。

背景技術

[0002]
 近年、携帯電話やノートパソコンなどの電子機器の小型化および軽量化に伴い、これらポータブル機器の電源である二次電池の高容量化が求められている。特に非水電解質二次電池は、他の二次電池に比べて高エネルギー密度であるために、幅広く用いられている。一方、非水電解質二次電池は充電制御を精度よく行わなければ発熱を生じ、充電効率が低下してしまうため、比較的短時間の充電方法としてはパルス充電が広く用いられている。パルス充電の方法としては、充電開始時の電池電圧が低いときには定電流充電を行って、電池電圧がある所定電圧まで上がってからパルス充電に移行する方法(特許文献1参照)や、充電開始時からパルス充電を行って電池電圧の上昇にともなってパルス充電のオンデューティの時間を短くするか休止時間を長くする方法(特許文献2参照)が開示されている。
[0003]
 しかしながら、従来のパルス充電方法においては、充電を終了させる条件がパルス充電休止中の電池電圧、すなわちOCV(Open circuit voltage)で決定される。
[0004]
 一方、サイクル劣化等により内部抵抗が上昇した非水電解質二次電池に対してパルス充電を行うと、充電電流が内部抵抗を流れることで生じる電圧がセルの起電力に加算されて受電電圧が高くなる結果、充電パルスオン時の電池電圧も高くなる。
[0005]
 その結果、充電パルスオン時(オンデューティ時)の充電電圧が、正極合剤中に含有させる金属の溶出電圧を越えることがみられた。例えば、非水電解質二次電池がリチウム二次電池である場合は正極合剤中には正極活物質としてリチウムコバルト複合酸化物やリチウムマンガン複合酸化物等が用いられる。これらの化合物に含まれる金属元素は充電電圧が高くなると電解質への溶出が著しくなり、その結果溶出金属が負極に析出してデンドライトなどを形成し内部短絡に至ったり、多孔膜セパレータの目詰まりを生じさせて内部抵抗を上昇させたりして電池特性上好ましくない。
特許文献1 : 特開平4-123771号公報
特許文献2 : 特開平8-241735号公報

発明の開示

[0006]
 本発明は、上記課題を解決するもので、正極合剤中の金属の溶出およびそれに伴う電池特性の低下を抑制するパルス充電方法及びパルス充電制御装置を提供することを目的とする。
[0007]
 本発明の一局面に従う非水電解質二次電池のパルス充電方法は、非水電解質二次電池へ電流をパルス状に周期的に供給することでパルス充電する充電制御工程と、前記非水電解質二次電池の電池電圧を測定する電池電圧検出工程と、前記電池電圧検出工程によって前記パルス状に電流が供給されているときに測定された電池電圧と、所定の設定電圧とを比較する比較工程と、前記比較の結果、前記測定された電池電圧が前記設定電圧以上となったとき、前記パルス充電を終了させる充電終了制御工程とを含む。
[0008]
 また、本発明の一局面に従うパルス充電制御装置は、非水電解質二次電池へ電流をパルス状に周期的に供給することでパルス充電する充電制御部と、前記非水電解質二次電池の電池電圧を測定する電池電圧検出部と、前記電池電圧検出部によって、前記パルス状に電流が供給されているときに測定された電池電圧と所定の設定電圧とを比較する電圧比較部と、前記電圧比較部による比較の結果、前記測定された電池電圧が前記設定電圧以上となったとき、前記充電制御部によるパルス充電を終了させる充電終了制御部とを備える。
[0009]
 この構成によれば、パルス充電において、非水電解質二次電池に電流が供給されているときの電池電圧が設定電圧以上となったとき、パルス充電が終了してそれ以上の電池電圧の上昇が防止されるので、非水電解質二次電池の内部抵抗に充電電流が流れて電池電圧が上昇した状態においても電池電圧が設定電圧以下に抑制される。従って、設定電圧を正極合剤中の金属が溶出する溶出電圧以下に設定することで、容易に正極合剤中の金属の溶出およびそれに伴う電池特性の低下を抑制することができる。

図面の簡単な説明

[0010]
[図1] 本発明の第1の実施の形態に係るパルス充電制御装置の概略構成図である。
[図2] 本発明の第1の実施の形態に係るパルス充電制御装置の詳細なブロック図である。
[図3] 本発明の第1の実施の形態に係るパルス充電制御装置の充電動作を説明するためのフローチャートである。
[図4] 本発明の第2の実施の形態に係るパルス充電制御装置の詳細なブロック図である。
[図5] 本発明の第2の実施の形態に係るパルス充電制御装置の充電動作を説明するためのフローチャートである。

発明を実施するための最良の形態

[0011]
 本発明は、ポータブル電子機器に用いられる非水電解質二次電池のパルス充電方法であって、パルス充電におけるパルスオン時の電池電圧を測定し、測定された電池電圧と所定の設定電圧とを比較し、測定された電池電圧が所定の設定電圧以上となった時にパルス充電を終了させること特徴とするものであり、これによりパルス充電時間の短縮と電池劣化の防止を同時に実現できるという効果を奏する。
[0012]
 また、前記所定の設定電圧が電池温度に基づいて設定されるようにしてもよい。すなわち、電池が劣化する電圧は温度依存性があるため、電池温度に基づく所定の設定電圧を設けることで、劣化させることなく効果的に最大の電気量を電池に充電できる。
[0013]
 また、前記所定の設定電圧を4.2V以上に設定されるようにしてもよい。これにより、非水電解質二次電池の金属溶出を抑制しながら充電の効率を高めることができる。
[0014]
 以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
(第1の実施の形態)
 図1は、本発明に係るパルス充電方法を用いるパルス充電制御装置を含む電池パック10の概略構成の一例を示すブロック図である。図1において、充電は、電池パック10内のパルス充電制御装置11において実施される。図1におけるACアダプタ30は充電用電源として安定した特性を有しており、充電電流I CHGを定電流で供給する能力を有している。
[0015]
 パルス充電制御装置11には、非水電解質二次電池3が接続されている。非水電解質二次電池3としては、例えばリチウムイオン二次電池等、種々の非水電解質二次電池を用いることができる。
[0016]
 ACアダプタ30は、ポータブル電子機器20と接続され、ポータブル電子機器20は、電池パック10と接続されている。ポータブル電子機器20は、携帯型パーソナルコンピュータやデジタルカメラ、携帯電話機等、電池によって駆動される種々の電子機器である。
[0017]
 そして、ACアダプタ30から出力された電圧から、例えばポータブル電子機器20内の定電流回路で一定の充電電流I CHGが生成されて、ポータブル電子機器20を介して電池パック10内のパルス充電制御装置11に供給され、パルス充電制御装置11でパルス状にされて非水電解質二次電池3へ供給されることで、非水電解質二次電池3がパルス充電されるようになっている。
[0018]
 図2は、本発明の第1の実施の形態に係るパルス充電制御装置の詳細なブロック図である。図1におけるパルス充電制御装置11は、図2においては、充電電流のオン/オフを行うスイッチ部1と、電池電圧を検出する電池電圧検出部2と、充電電流にてACアダプタ30が接続されたことを検出する電流検出部4と、パルス充電の全体制御を司るパルス充電制御部5から構成される。更に、パルス充電制御部5は、後述する各部に対して制御を行う制御部51と、制御部51の制御に基づいて所定の設定電圧を基準電圧として発生する所定の設定電圧発生部52(設定電圧設定部)と、充電周期を規定する周期タイマー設定部53と、規定の充電周期とデューティ比との積によって決定されるデューティ時間を設定するデューティタイマー設定部54(デューティ比設定部)と、所定の設定電圧発生部52の所定の設定電圧V1と前記電池電圧検出部2から得た電池電圧とを電圧比較する電圧比較部55と、から構成されており、これらの各部は、マイクロコンピュータで実現することができる。
[0019]
 具体的には、スイッチ部1は、例えば非水電解質二次電池3の充電方向の電流を開閉する充電スイッチと、非水電解質二次電池3の放電方向の電流を開閉する放電スイッチとを用いて構成してもよい。スイッチ部1(充電スイッチ、放電スイッチ)としては、例えばFET(Field Effect Transistor)等の半導体スイッチング素子を用いることができる。
[0020]
 電圧比較部55は、例えばコンパレータを用いて構成されている。設定電圧発生部52は、例えば設定電圧V1を出力する定電圧回路やデジタルアナログコンバータを用いて構成されている。そして、設定電圧発生部52は、例えば非水電解質二次電池3の満充電電圧である4.2Vを、設定電圧として電圧比較部55へ出力する。また、例えばマイクロコンピュータが所定の制御プログラムを実行することにより、周期タイマー設定部53、及びデューティタイマー設定部54として機能する。
[0021]
 また、制御部51は、例えばマイクロコンピュータが所定の制御プログラムを実行することにより、充電制御部511、充電終了制御部512、及び平均値算出部513として機能する。また、制御部51は、充電パルスの周期を計時するタイマ回路である周期タイマー515と、充電パルスのオン時間を計時するタイマ回路であるデューティタイマー516とを備えている。
[0022]
 充電制御部511は、周期タイマー515及びデューティタイマー516の計時時間に応じてスイッチ部1をオン、オフさせることで、非水電解質二次電池3へ電流をパルス状に周期的に供給することでパルス充電を行う。
[0023]
 また、充電終了制御部512は、電圧比較部55による比較の結果、電池電圧検出部2によって測定された電池電圧が、設定電圧発生部52から出力される設定電圧V1以上となったとき、例えばスイッチ部1をオフしてパルス充電を終了する。
[0024]
 また、平均値算出部513は、周期タイマー515によって計時される1周期の期間中について、電池電圧検出部2によって測定された電池電圧の平均値V AVEを算出する。
[0025]
 また、デューティタイマー設定部54は、充電パルスの周期毎に、平均値算出部513で算出された平均値V AVEが所定の充電制御電圧V を超える都度、パルス充電におけるパルスのオンデューティ比を予め設定された値、例えば1%だけ減少させて、そのデューティ比と充電周期との積をデューティ時間としてデューティタイマー516に設定する。
[0026]
 また、デューティタイマー設定部54は、充電パルスの周期毎に、平均値算出部513で算出された平均値V AVEが充電制御電圧V に満たないとき、パルス充電におけるパルスのオンデューティ比を予め設定された値、例えば1%だけ増加させて、そのデューティ比と充電周期との積をデューティ時間としてデューティタイマー516に設定する。
[0027]
 充電制御電圧V は、例えば、非水系二次電池3が満充電になったときの開路電圧をVoc、非水系二次電池3の正常状態における内部抵抗値をr、パルス充電を終了させる際の充電パルスの1周期における充電電流の平均値をαとするとき、下記の式(1)で与えられる。
[0028]
 V =Voc+r×α ・・・ (1)
[0029]
 ここで、正常状態とは、非水系二次電池3の使用に適した状態を指し、内部抵抗値rとしては、例えば、非水系二次電池3が使用に適する内部抵抗値の範囲の上限値が設定されている。また、電流値αは、例えば満充電状態の非水系二次電池3を1時間で蓄電量がゼロになるまで放電できる電流値を1Itとしたとき、0.1It程度の電流値を用いることができる。
[0030]
 例えば、パルス充電を行う際のデューティ比の最小値(これ以上充電パルスのデューティ比が小さくなったらパルス充電を停止すべきデューティ比)がd(%)であれば、電流値αは、(d/100)×I CHGとなる。
[0031]
 ここで、平均値V AVEとの関係について説明する。満充電時において充電パルスがオンしたときの充電電圧VBを、電圧Vfとすると、満充電時の平均値V AVEは、以下の式で与えられる。
[0032]
 V AVE=(d/100)×Vf+(1-d/100)+Voc
   =(d/100)×(Voc+r×I CHG)+(1-d/100)+Voc
   =Voc+(d/100)×r×I CHG ・・・(2)
[0033]
 ここで、式(1)から、
 V =Voc+r×α
  =Voc+r×(d/100)×I CHG であるから、V =V AVEとなる。
[0034]
 すなわち、充電制御電圧V は、非水電解質二次電池3が満充電になったときの平均値V AVEを示していることになる。
[0035]
 図3は、本発明の第1の実施の形態に係るパルス充電制御装置11の充電動作を説明するためのフローチャートである。ステップS101で、充電開始が指示されると、ステップS102で、デューティタイマー設定部54によって、パルスのオンデューティ比Dが開始時点で100%に設定される。次いで、ステップS103において、周期タイマー設定部53により、周期タイマー515のタイマ値として周期Tが、そしてデューティタイマー設定部54により、デューティタイマー516のタイマ値としてT×D/100がそれぞれ設定される。なお、周期Tとしては、50msec~2sec中の適当な値が選ばれるのが良い。したがって例えば周期Tが50msecであれば、パルスのオンデューティ比Dが100%なのでデューティタイマーは50msec×100/100=50msecに設定される。
[0036]
 以上のように、タイマ値が設定されると、周期タイマー515及びデューティタイマー516による計時が開始される。
[0037]
 ステップS104において、制御部51(充電制御部511)によって、スイッチ部1における充電スイッチがオンにセットされる。ステップS115において、電池電圧検出部2によって、充電中の非水電解質二次電池3の電圧VBが測定される。ステップS116において、電圧比較部55によって、非水電解質二次電池3の充電電圧(端子電圧)VBが所定の設定電圧V1以下であるかどうかが判定される。この判定は、電池電圧検出部2が検出した非水電解質二次電池3の充電電圧VBと、所定の設定電圧発生部52で設定した所定の設定電圧V1とが電圧比較部55によって電圧比較されることによって実現される。もしも、充電電圧VBが設定電圧V1以上であれば、ステップS126に進んで充電終了制御部512によってスイッチ部1における充電スイッチがオフにセットされた後に充電終了となり、またもしも、充電電圧VBが設定電圧V1未満であれば、ステップS117に進む。
[0038]
 ステップS117において、制御部51(充電制御部511)によって、デューティタイマー516の計時値が、T×D/100を超過しているかどうかが判定される。もしも、デューティタイマー516がT×D/100を超過していなければ、再度ステップS115に戻る。また、もしも、デューティタイマー516がT×D/100を超過していれば、ステップS118に進む。ステップS118においては、制御部51(充電制御部511)によって、周期タイマー515の計時値が、周期Tを超過しているかどうかが判定される。もしも、周期タイマー515が周期Tを超過していなければ、ステップS119に進む。また、もしも、設定された周期タイマー515が周期Tを超過していれば、ステップS121に進む。
[0039]
 ステップS119においては、制御部51(充電制御部511)によって、スイッチ部1における充電スイッチがオフにセットされる。ステップS120において、周期タイマー515が周期Tを超過するまでステップS120が繰り返され、周期タイマー515が設定された周期Tを超過すれば、ステップS121に進む。
[0040]
 以上、ステップS103~S120の処理によって、周期T、オンデューティ比Dのパルス電流によるパルス充電が実行される。
[0041]
 一方、制御部51(平均値算出部513)によって、周期Tにわたって電池電圧検出部2によって測定された非水電解質二次電池3の電圧の平均値V AVEが算出されている。そして、ステップS121においては、デューティタイマー設定部54によって、平均値VA VEと充電制御電圧V との大小が比較判定される。判定の結果、V AVEがV よりも大きければ、ステップS122に移行し、そこでデューティタイマー設定部54によって、パルスのオンデューティ比Dがデクリメント(減少)されて、ステップS125に進む。また判定の結果、V AVEがV よりも小さければ、ステップS123に移行する。
[0042]
 ステップS123において、デューティタイマー設定部54によって、パルスのオンデューティ比Dが100%かどうかが判定される。もしも、オンデューティ比Dが100%であればステップS125に進む。また、オンデューティ比Dが100%でなければステップS124に進み、そこでデューティタイマー設定部54によって、パルスのオンデューティ比Dがインクリメント(増加)されて、ステップS125に進む。
[0043]
 ここで、オンデューティ比Dが減少すれば平均値V AVEが低下し、オンデューティ比Dが増加すれば平均値V AVEが上昇するから、ステップS121~S124の処理により、充電パルスの1周期における平均値V AVEを充電制御電圧V に近づけて、略等しくなるように、オンデューティ比Dが調節されることになる。
[0044]
 そして、充電制御電圧V は、上記式(1)で示される。ここで、式(1)におけるr×αの項は、パルス充電の終了時に非水系二次電池3の内部抵抗で生じる電圧降下に相当するから、この電圧降下を満充電時の開路電圧Vocに加算した充電制御電圧V は、パルス充電の終了時における非水系二次電池3の端子電圧に相当すると共に、非水系二次電池3を過電圧にならない範囲で充電できる上限電圧に相当している。
[0045]
 従って、充電パルスの1周期における平均値V AVEが充電制御電圧V と等しくなるように、オンデューティ比Dを徐々に減少させることで、1周期における平均値V AVEを、非水系二次電池3を過電圧にならない範囲で充電できる上限電圧である充電制御電圧V にすることができる結果、非水系二次電池3の充電を効率よく行うことが可能となる。
[0046]
 ステップS125において、制御部51(充電終了制御部512)によって、パルスのオンデューティ比Dが規定値d(ここでは、10%)未満であるかどうかが判定される。判定の結果、パルスのオンデューティ比Dが規定値d未満であれば充電を終了する。しかし、判定の結果、パルスのオンデューティ比Dが規定値d未満でなければ、ステップS103に戻る。
[0047]
 以上のようにして本発明の第1の実施の形態に係るパルス充電制御装置11によって、非水電解質二次電池3の充電が開始され、終了される。充電開始直後はパルスのオンデューティ比Dが100%で推移して、実質は定電流充電が行われる。非水電解質二次電池3の電池電圧の平均値V AVEが充電制御電圧V 以上であることが検出された直後の周期Tからオンデューティ比Dのデクリメントが始まる。電池の劣化がなく、オンデューティ時の電圧が所定の電圧V1以上にならない場合は、オンデューティ比Dのデクリメントによりオンデューティ比Dが規定値d(ここでは、10%)未満になった時点で充電を終了する。一方、電池が劣化していてオンデューティ時の電圧が所定の電圧V1以上になると、その時点で充電を終了する。
[0048]
 オンデューティ比Dのデクリメントが始まり、オンデューティ比Dのデクリメントによりオンデューティ比Dが規定値d(ここでは、10%)未満になる時点までが実質パルス充電となる。しかし、本発明の第1の実施の形態の充電動作は、充電開始から一貫してパルス充電方式であることを認識することが重要である。そして、オンデューティ比Dのデクリメントあるいはインクリメントを前記実施の形態では、1%としているが、この値は、任意に設定できることは云うまでもない。
[0049]
 以上、ステップS121~S125の処理によれば、ステップS116において、非水電解質二次電池3の充電電圧VBが、設定電圧V1すなわち満充電電圧を超えなくてもパルス充電を終了させることができるので、非水電解質二次電池3に過電圧が印加されて劣化するおそれを低減することができる。
[0050]
 また、充電終了を判定する規定値dも前記実施の形態では10%としているが、この値も任意に設定できるものである。
[0051]
 さらに、図1および図2では、パルス充電制御装置を電池パックの中に有した例を示したが、電池パック外、例えば携帯電話等のポータブル電子機器の中に有するようにすることもできることは云うまでもないことである。
[0052]
 (第2の実施の形態)
 図4は、本発明の第2の実施の形態の詳細なブロック図である。図1におけるパルス充電制御装置11は、図4においては、充電電流のオン/オフを行うスイッチ部1と、電池電圧を検出する電池電圧検出部2と、充電電流にてACアダプタ30が接続されたことを検出する電流検出部4と、電池温度を検出する電池温度検出部6と、パルス充電の全体制御を司るパルス充電制御部5から構成される。更に、パルス充電制御部5は、後述する各部に対して制御を行う制御部51と、制御部51の制御に基づいて所定の設定電圧を基準電圧として発生する所定の設定電圧発生部52(設定電圧設定部)と、充電周期を規定する周期タイマー設定部53と、規定の充電周期とデューティ比との積によって決定されるデューティ時間を設定するデューティタイマー設定部54(デューティ比設定部)と、所定の設定電圧発生部52の所定の設定電圧V1と前記電池電圧検出部2から得た電池電圧とを電圧比較する電圧比較部55と、から構成されており、これらの各部は、マイクロコンピュータで実現することができる。
[0053]
 図4に示すパルス充電制御装置11は、図2に示すパルス充電制御装置11とは、電池温度検出部6をさらに備える点、及び設定電圧発生部52の動作が異なる。その他の点は、図2に示すパルス充電制御装置11と同様であるのでその説明を省略する。
[0054]
 電池温度検出部6は、非水電解質二次電池3の温度を検出し、その温度を示す信号を制御部51へ出力する。制御部51は、電池温度検出部6から得られた非水電解質二次電池3の温度を示す情報を、設定電圧発生部52へ出力する。
[0055]
 設定電圧発生部52は、例えばマイクロコンピュータとデジタルアナログコンバータとを用いて構成されている。そして、設定電圧発生部52は、電池温度検出部6によって検出された温度が高くなるほど設定電圧V1が低くなるように、設定電圧V1を設定すると共に、その設定電圧V1を電圧比較部55へ出力する。
[0056]
 図5は、本発明の第2の実施の形態に係るパルス充電制御装置11の充電動作を説明するためのフローチャートである。ステップS201で、充電開始が指示されると、ステップS202で、デューティタイマー設定部54によって、パルスのオンデューティ比Dが開始時点で100%に設定される。次いで、ステップS203において、周期タイマー設定部53により、周期タイマー515のタイマ値として周期Tが、そしてデューティタイマー設定部54により、デューティタイマー516のタイマ値としてT×D/100がそれぞれ設定される。なお、周期Tとしては、50msec~2sec中の適当な値が選ばれるのが良い。したがって例えば周期Tが50msecであれば、パルスのオンデューティ比Dが100%なのでデューティタイマーは50msec×100/100=50msecに設定される。
[0057]
 以上のように、タイマ値が設定されると、周期タイマー515及びデューティタイマー516による計時が開始される。
[0058]
 ステップS204において、制御部51(充電制御部511)によって、スイッチ部1における充電スイッチがオンにセットされる。ステップS213において、非水電解質二次電池3の電池温度が電池温度検出部6により測定され、制御部51へ送られる。ステップS214において、設定電圧発生部52によって、電池温度検出部6で測定された電池温度に基づいて所定の設定電圧V1が設定され、その設定電圧V1が電圧比較部55へ出力される。ステップS215において、電池電圧検出部2によって、充電中の非水電解質二次電池3の電圧VBが測定される。ステップS216において、電圧比較部55によって、非水電解質二次電池3の充電電圧VBが所定の設定電圧V1以下であるかどうかが判定される。この判定は、電池電圧検出部2が検出した非水電解質二次電池3の充電電圧VBと、所定の設定電圧発生部52で設定した所定の設定電圧V1とが電圧比較部55によって電圧比較されることによって実現される。もしも、充電電圧VBが設定電圧V1以上であれば、ステップS226に進んで充電終了制御部512によってスイッチ部1における充電スイッチがオフにセットされた後に充電終了となり、またもしも、充電電圧VBが設定電圧V1未満であれば、ステップS217に進む。
[0059]
 ここで、非水電解質二次電池3の正極から金属元素が電解質へ溶出し始める溶出電圧は、非水電解質二次電池3の温度が高くなるほど低下する。そして、正極合剤中の金属の溶出を防止するためには、設定電圧V1が溶出電圧以下に設定されている必要がある。
[0060]
 しかしながら、図2に示すパルス充電制御装置11においては、設定電圧V1が、例えば低温時における溶出電圧以下に設定されていた場合には、高温時には溶出電圧の方が設定電圧V1より低くなって、図3に示すステップS116において充電が停止される前に正極合剤中の金属の溶出が始まってしまうおそれがある。
[0061]
 一方、設定電圧V1が、例えば高温時における溶出電圧以下に設定されていた場合には、低温時には、まだ正極合剤中の金属の溶出が始まるまでに余裕がある状態で、ステップS116において充電が停止されてしまい、本来なら得られるはずの蓄電量が得られなくなるおそれがある。
[0062]
 しかしながら、図4に示すパルス充電制御装置11では、図5のステップS214において、設定電圧発生部52によって、電池温度検出部6で測定された電池温度が高くなるほど設定電圧V1が低くなるように、設定電圧V1が設定されて、その設定電圧V1が電圧比較部55へ出力されて充電電圧VBと比較されるので、低温時に本来なら得られるはずの蓄電量が得られなくなるおそれを低減しつつ、高温時において非水電解質二次電池3の正極合剤中の金属が溶出するおそれを低減することができる。
[0063]
 ステップS217において、制御部51(充電制御部511)によって、デューティタイマー516の計時値が、T×D/100を超過しているかどうかが判定される。もしも、デューティタイマー516がT×D/100を超過していなければ、再度ステップS213に戻る。また、もしも、デューティタイマー516がT×D/100を超過していれば、ステップS218に進む。ステップS218においては、制御部51(充電制御部511)によって、周期タイマー515の計時値が、周期Tを超過しているかどうかが判定される。もしも、周期タイマー515が周期Tを超過していなければ、ステップS219に進む。また、もしも、設定された周期タイマー515が周期Tを超過していれば、ステップS221に進む。
[0064]
 ステップS219においては、制御部51(充電制御部511)によって、スイッチ部1における充電スイッチがオフにセットされる。ステップS220において、周期タイマー515が周期Tを超過するまでステップS220が繰り返され、周期タイマー515が設定された周期Tを超過すれば、ステップS221に進む。
[0065]
 以上、ステップS203~S220の処理によって、周期T、オンデューティ比Dのパルス電流によるパルス充電が実行される。
[0066]
 一方、制御部51(平均値算出部513)によって、周期Tにわたって電池電圧検出部2によって測定された非水電解質二次電池3の電圧の平均値V AVEが算出されている。そして、ステップS221においては、デューティタイマー設定部54によって、平均値V AVEと充電制御電圧V との大小が比較判定される。判定の結果、V AVEがV よりも大きければ、ステップS222に移行し、そこでデューティタイマー設定部54によって、パルスのオンデューティ比Dがデクリメント(減少)されて、ステップS225に進む。また判定の結果、V AVEがV よりも小さければ、ステップS223に移行する。
[0067]
 ステップS223において、デューティタイマー設定部54によって、パルスのオンデューティ比Dが100%かどうかが判定される。もしも、オンデューティ比Dが100%であればステップS225に進む。また、オンデューティ比Dが100%でなければステップS224に進み、そこでデューティタイマー設定部54によって、パルスのオンデューティ比Dがインクリメント(増加)されて、ステップS225に進む。
[0068]
 ステップS225において、制御部51(充電終了制御部512)によって、パルスのオンデューティ比Dが規定値d(ここでは、10%)未満であるかどうかが判定される。判定の結果、パルスのオンデューティ比Dが規定値d未満であれば充電を終了する。しかし、判定の結果、パルスのオンデューティ比Dが規定値d未満でなければ、ステップS203に戻る。
[0069]
 以上のようにして本発明の第2の実施の形態に係るパルス充電制御装置11によって、非水電解質二次電池3の充電が開始され、終了される。
[0070]
 即ち、本発明の一局面に従う非水電解質二次電池のパルス充電方法は、非水電解質二次電池へ電流をパルス状に周期的に供給することでパルス充電する充電制御工程と、前記非水電解質二次電池の電池電圧を測定する電池電圧検出工程と、前記電池電圧検出工程によって前記パルス状に電流が供給されているときに測定された電池電圧と、所定の設定電圧とを比較する比較工程と、前記比較の結果、前記測定された電池電圧が前記設定電圧以上となったとき、前記パルス充電を終了させる充電終了制御工程とを含む。
[0071]
 また、本発明の一局面に従うパルス充電制御装置は、非水電解質二次電池へ電流をパルス状に周期的に供給することでパルス充電する充電制御部と、前記非水電解質二次電池の電池電圧を測定する電池電圧検出部と、前記電池電圧検出部によって、前記パルス状に電流が供給されているときに測定された電池電圧と所定の設定電圧とを比較する電圧比較部と、前記電圧比較部による比較の結果、前記測定された電池電圧が前記設定電圧以上となったとき、前記充電制御部によるパルス充電を終了させる充電終了制御部とを備える。
[0072]
 この構成によれば、パルス充電において、非水電解質二次電池に電流が供給されているときの電池電圧が設定電圧以上となったとき、パルス充電が終了してそれ以上の電池電圧の上昇が防止されるので、非水電解質二次電池の内部抵抗に充電電流が流れて電池電圧が上昇した状態においても電池電圧が設定電圧以下に抑制される。従って、設定電圧を正極合剤中の金属が溶出する溶出電圧以下に設定することで、容易に正極合剤中の金属の溶出およびそれに伴う電池特性の低下を抑制することができる。
[0073]
 また、上述の非水電解質二次電池のパルス充電方法は、前記非水系二次電池の温度を検出する電池温度検出工程と、前記電池温度検出工程において検出された温度に基づいて、前記設定電圧を設定する設定電圧設定工程とをさらに含むことが好ましい。
[0074]
 また、上述のパルス充電制御装置は、前記非水系二次電池の温度を検出する電池温度検出部と、前記電池温度検出部によって検出された温度に基づいて、前記設定電圧を設定する設定電圧設定部とをさらに備えることが好ましい。
[0075]
 非水電解質二次電池の溶出電圧は、温度に依存して変化する。そこで、非水系二次電池の温度に基づいて、当該温度に応じた溶出電圧以下の電圧に設定電圧を設定することで、非水系二次電池の温度に関わらず、正極合剤中の金属の溶出およびそれに伴う電池特性の低下を抑制することが容易となる。
[0076]
 また、上述の非水電解質二次電池のパルス充電方法は、前記設定電圧設定工程において、前記電池温度検出工程で検出された温度が高くなるほど前記設定電圧が低くなるように、当該設定電圧を設定することが好ましい。
[0077]
 また、上述のパルス充電制御装置において、前記設定電圧設定部は、前記電池温度検出部によって検出された温度が高くなるほど前記設定電圧が低くなるように、当該設定電圧を設定することが好ましい。
[0078]
 非水電解質二次電池の溶出電圧は、温度が高くなるほど低下する。そこで、この構成によれば、非水電解質二次電池の温度が高くなるほど設定電圧が低くなるように当該設定電圧が設定されるので、非水系二次電池の温度に応じて正極合剤中の金属の溶出を抑制可能な設定電圧が設定可能となる。また、予め高温時の溶出電圧に応じた設定電圧を設定しておく場合には、設定電圧が過度に低く設定されて充電が不十分になるおそれが生じるが、この構成によれば、低温時には設定電圧を上昇させることができるので、充電が不十分になるおそれが低減される。
[0079]
 また、前記設定電圧は、4.2V以上としてもよい。
[0080]
 4.2Vは、非水電解質二次電池の一般的な溶出電圧であるため、設定電圧として好適である。
[0081]
 また、上述の非水電解質二次電池のパルス充電方法は、前記周期における1周期についての前記電池電圧の平均値を算出する平均値算出工程と、前記平均値が所定の充電制御電圧を超える都度、前記パルス充電におけるパルスのオンデューティ比を予め設定された値だけ減少させるデューティ比設定工程とをさらに含み、前記充電終了制御工程において、さらに、前記デューティ比設定工程において設定されたデューティ比が予め設定された規定値未満になったとき、前記パルス充電を終了させることが好ましい。
[0082]
 また、上述のパルス充電制御装置において、前記周期における1周期について前記電池電圧検出部によって測定された電池電圧の平均値を算出する平均値算出部と、前記平均値が所定の充電制御電圧を超える都度、前記パルス充電におけるパルスのオンデューティ比を予め設定された値だけ減少させるデューティ比設定部とをさらに備え、前記充電終了制御部は、さらに、前記デューティ比設定部によって設定されたデューティ比が予め設定された規定値未満になったとき、前記充電制御部によるパルス充電を終了させることが好ましい。
[0083]
 この構成によれば、非水電解質二次電池の電池電圧が、設定電圧以上にならなくてもパルス充電を終了させることができるので、非水電解質二次電池に過電圧が印加されて劣化するおそれを低減することができる。
[0084]
 また、上述の非水電解質二次電池のパルス充電方法は、前記デューティ比設定工程において、前記平均値が前記充電制御電圧に満たないとき、前記パルス充電におけるパルスのオンデューティ比を予め設定された値だけ増加させることが好ましい。
[0085]
 また、上述のパルス充電制御装置において、前記デューティ比設定部は、前記平均値が前記充電制御電圧に満たないとき、前記パルス充電におけるパルスのオンデューティ比を予め設定された値だけ増加させることが好ましい。
[0086]
 この構成によれば、充電パルスの1周期についての電池電圧の平均値が充電制御電圧を超える都度、パルス充電におけるパルスのオンデューティ比が減少され、平均値が充電制御電圧に満たないとき、当該オンデューティ比が増加される。ここで、オンデューティ比が減少すれば平均値が低下し、オンデューティ比が増加すれば平均値が上昇するから、充電パルスの1周期における平均値が充電制御電圧に近づけられた状態で、パルス充電が実行されることとなる。従って、充電制御電圧を適宜設定することにより、非水電解質二次電池の充電に適した条件でパルス充電を行うことが容易となる。
[0087]
 また、前記充電制御電圧は、前記充電制御電圧をV 、前記非水系二次電池が満充電になったときの開路電圧をVoc、前記非水系二次電池の正常状態における内部抵抗値をr、パルス充電を終了させる際の充電パルスの1周期における充電電流の平均値をαとするとき、下記の式(1)で与えられることが好ましい。
[0088]
 V =Voc+r×α ・・・ (1)
[0089]
 この構成によれば、式(1)におけるr×αの項は、パルス充電の終了時に非水系二次電池の内部抵抗で生じる電圧降下に相当するから、この電圧降下を満充電時の開路電圧Vocに加算した充電制御電圧V は、パルス充電の終了時における非水系二次電池の端子電圧に相当すると共に、非水系二次電池を過電圧にならない範囲で充電できる上限電圧に相当している。そして、充電パルスの1周期における平均値が充電制御電圧V と等しくなるように、オンデューティ比を徐々に減少させることで、1周期における平均値を、非水系二次電池を過電圧にならない範囲で充電できる上限電圧である充電制御電圧V にすることができる結果、非水系二次電池の充電を効率よく行うことが可能となる。

産業上の利用可能性

[0090]
 本発明にかかる非水電解質二次電池のパルス充電方法、及びパルス充電制御装置は、パルス充電における正極合剤中の金属の溶出およびそれに伴う電池特性の劣化を抑制することができるので、非水電解質二次電池を電源として使う携帯電話、ノートパソコン等のポータブル電子機器の利便性を高めることができ、有用である。

請求の範囲

[1]
 非水電解質二次電池へ電流をパルス状に周期的に供給することでパルス充電する充電制御工程と、
 前記非水電解質二次電池の電池電圧を測定する電池電圧検出工程と、
 前記電池電圧検出工程によって前記パルス状に電流が供給されているときに測定された電池電圧と、所定の設定電圧とを比較する比較工程と、
 前記比較の結果、前記測定された電池電圧が前記設定電圧以上となったとき、前記パルス充電を終了させる充電終了制御工程と
 を含むことを特徴とする非水電解質二次電池のパルス充電方法。
[2]
 前記非水系二次電池の温度を検出する電池温度検出工程と、
 前記電池温度検出工程において検出された温度に基づいて、前記設定電圧を設定する設定電圧設定工程とをさらに含むこと
 を特徴とする請求項1記載の非水電解質二次電池のパルス充電方法。
[3]
 前記設定電圧設定工程において、
 前記電池温度検出工程で検出された温度が高くなるほど前記設定電圧が低くなるように、当該設定電圧を設定すること
 を特徴とする請求項2記載の非水電解質二次電池のパルス充電方法。
[4]
 前記設定電圧は、4.2V以上であること
 を特徴とする請求項1記載の非水電解質二次電池のパルス充電方法。
[5]
 前記周期における1周期についての前記電池電圧の平均値を算出する平均値算出工程と、
 前記平均値が所定の充電制御電圧を超える都度、前記パルス充電におけるパルスのオンデューティ比を予め設定された値だけ減少させるデューティ比設定工程とをさらに含み、
 前記充電終了制御工程において、さらに、
 前記デューティ比設定工程において設定されたデューティ比が予め設定された規定値未満になったとき、前記パルス充電を終了させること
 を特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池のパルス充電方法。
[6]
 前記デューティ比設定工程において、
 前記平均値が前記充電制御電圧に満たないとき、前記パルス充電におけるパルスのオンデューティ比を予め設定された値だけ増加させること
 を特徴とする請求項5記載の非水電解質二次電池のパルス充電方法。
[7]
 前記充電制御電圧は、
前記充電制御電圧をV 、前記非水系二次電池が満充電になったときの開路電圧をVoc、前記非水系二次電池の正常状態における内部抵抗値をr、パルス充電を終了させる際の充電パルスの1周期における充電電流の平均値をαとするとき、下記の式(1)で与えられること
  V =Voc+r×α ・・・ (1)
 を特徴とする請求項5又は6記載の非水電解質二次電池のパルス充電方法。
[8]
 非水電解質二次電池へ電流をパルス状に周期的に供給することでパルス充電する充電制御部と、
 前記非水電解質二次電池の電池電圧を測定する電池電圧検出部と、
 前記電池電圧検出部によって、前記パルス状に電流が供給されているときに測定された電池電圧と所定の設定電圧とを比較する電圧比較部と、
 前記電圧比較部による比較の結果、前記測定された電池電圧が前記設定電圧以上となったとき、前記充電制御部によるパルス充電を終了させる充電終了制御部と
 を備えることを特徴とするパルス充電制御装置。
[9]
 前記非水系二次電池の温度を検出する電池温度検出部と、
 前記電池温度検出部によって検出された温度に基づいて、前記設定電圧を設定する設定電圧設定部とをさらに備えること
 を特徴とする請求項8記載のパルス充電制御装置。
[10]
 前記設定電圧設定部は、
 前記電池温度検出部によって検出された温度が高くなるほど前記設定電圧が低くなるように、当該設定電圧を設定すること
 を特徴とする請求項9記載のパルス充電制御装置。
[11]
 前記設定電圧は、4.2V以上であること
 を特徴とする請求項8記載のパルス充電制御装置。
[12]
 前記周期における1周期について前記電池電圧検出部によって測定された電池電圧の平均値を算出する平均値算出部と、
 前記平均値が所定の充電制御電圧を超える都度、前記パルス充電におけるパルスのオンデューティ比を予め設定された値だけ減少させるデューティ比設定部とをさらに備え、
 前記充電終了制御部は、さらに、
 前記デューティ比設定部によって設定されたデューティ比が予め設定された規定値未満になったとき、前記充電制御部によるパルス充電を終了させること
 を特徴とする請求項8~11のいずれか1項に記載のパルス充電制御装置。
[13]
 前記デューティ比設定部は、
 前記平均値が前記充電制御電圧に満たないとき、前記パルス充電におけるパルスのオンデューティ比を予め設定された値だけ増加させること
 を特徴とする請求項12記載のパルス充電制御装置。
[14]
 前記充電制御電圧は、
前記充電制御電圧をV 、前記非水系二次電池が満充電になったときの開路電圧をVoc、前記非水系二次電池の正常状態における内部抵抗値をr、パルス充電を終了させる際の充電パルスの1周期における充電電流の平均値をαとするとき、下記の式(1)で与えられること
 V =Voc+r×α ・・・ (1)
 を特徴とする請求項12又は13記載のパルス充電制御装置。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]