JP4898308B2 - 充電回路、充電システム、及び充電方法 - Google Patents

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Description

本発明は、非水電解質二次電池を充電する充電回路、充電システム、及び充電方法に関する。
近年、電子技術の進歩により、高負荷機器や電気自動車などの輸送機器の高性能化、小型化が進み、これらの機器に使用される二次電池も高エネルギー密度、長寿命であることが要求されるようになっている。これらの機器に使用される二次電池としては、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、鉛電池、リチウムイオン二次電池等があるが、小型、軽量化を達成するためには、非水電解質二次電池であるリチウムイオン二次電池が最適である。
一般に、非水電解質二次電池は、充電と放電とが繰り返されるにつれて、その電池の放電可能容量が減少していく性質がある。この容量の減少をサイクル劣化といい、電池の寿命にかかわる問題である。この非水電解質二次電池のサイクル劣化は低温環境化で充電を行うことで加速される。例えばリチウムイオン二次電池の場合、低温環境化では負極のリチウムイオンの充電受け入れ性が低下する。すなわちリチウムイオン二次電池は、低温環境下では、負極表面に金属リチウムが析出し、さらに析出した金属リチウムが電解液等と反応して絶縁物を形成する。そうすると、このようにして形成された絶縁物によって、リチウムイオン二次電池の内部抵抗が増加し、充電受け入れ性が低下するという性質がある。そして、このような充電受け入れ性が低下した状態で、リチウムイオン二次電池の充電を行うことにより、リチウムイオン二次電池のサイクル劣化が加速される。
この現象は、充電深度の低い状態で電池を充電した場合に、より顕著になる傾向がある。すなわち、充電深度の高い状態では、電池を構成する電極は厚みが膨張し、セパレータを圧縮して結果的に正負極板間の距離が短くなって充電の受け入れ性が向上するため、負極表面に金属リチウムが析出しにくくなり、内部抵抗の上昇が抑制される。一方、充電深度の低い状態では、その逆の現象が起こりサイクル劣化が加速される傾向にある。
一方、高温環境化でリチウムイオン二次電池の充電を行うと、電池内部の正極活物質の溶解反応や電解液の分解反応が加速されるため、電池温度の上昇に伴って電池の劣化が進行する傾向がある。
そこで、従来、二次電池を冷却する手段と二次電池を加熱する手段とを設けて、正極活物質の溶解反応が加速されない程度の一定の温度に暖めた状態で充電を行うことで、二次電池の温度が低すぎるために電池の充電受け入れ性が低下することを低減したり、二次電池の温度が高すぎるために電池の劣化が進行したりすることを低減するようにした技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平８−１８５８９７号公報
しかしながら、二次電池を充電すると、電池定格容量に対する充電されている容量の比率である充電深度、いわゆるＳＯＣ（State Of Charge）が増大するほど二次電池に蓄えられるエネルギーが増大する結果、ＳＯＣが増大する充電末期に例えば電池が圧壊した場合、異常高温を生じ易くなる。そして、上述のように二次電池を一定の温度に暖めて充電すると、充電末期において、二次電池が暖められることにより、二次電池内部の化学反応が活性化されてさらに異常高温を生じ易くなるという不都合があった。
本発明は、このような事情に鑑みて為された発明であり、充電による非水電解質二次電池の劣化を低減しつつ、充電末期に異常高温が生じることを低減することができる充電回路、充電システム、及び充電方法を提供することを目的とする。
本発明に係る充電回路は、非水電解質二次電池に接続するための接続端子と、前記非水電解質二次電池を加熱するための加熱部と、前記接続端子に接続された非水電解質二次電池を充電するための充電部と、前記非水電解質二次電池を前記加熱部により加熱させた状態で、前記充電部により前記非水電解質二次電池を充電させ、前記非水電解質二次電池の温度を低下させながらさらに前記充電部により前記非水電解質二次電池を充電させる制御部と、前記非水電解質二次電池の、電池定格容量に対する充電されている容量の比率である充電深度を検出するための充電深度検出部とを備え、前記制御部は、前記充電深度検出部により検出された充電深度が、予め設定された第１閾値に満たない場合、前記加熱部による前記加熱を行わせる。
この構成によれば、非水電解質二次電池が加熱部により加熱された状態で、非水電解質二次電池が充電されるので、充電が進む前の充電深度が小さく、非水電解質二次電池における充電受け入れ性が低い状態では、非水電解質二次電池の温度が上昇されて、サイクル劣化が抑制される。また、充電が進み、充電深度が増大すると、正極の活物質の溶出性が高まるため、非水電解質二次電池の温度を低下させて充電を行うことで正極の活物質の溶出や電解液の分解を低減し、正極活物質の溶出に伴うサイクル劣化を抑制する事ができる。また、充電が進んで非水電解質二次電池に蓄えられるエネルギーが増大すると、非水電解質二次電池の温度が低下されるので、充電末期に異常高温を生じることが低減される。この構成によれば、充電深度検出部により検出された充電深度が、予め設定された第１閾値に満たず、従って非水電解質二次電池における充電受け入れ性が低い場合に、加熱部により非水電解質二次電池が加熱され、非水電解質二次電池の温度が上昇されて充電されるので、サイクル劣化が抑制される。
また、前記制御部は、前記充電深度検出部により検出された充電深度が、予め設定された第１閾値を超える場合、前記加熱部による前記加熱を行わせることなく前記充電部により前記非水電解質二次電池を充電させることが好ましい。
この構成によれば、充電深度検出部により検出された充電深度が、予め設定された第１閾値を超え、従って加熱すると非水電解質二次電池のサイクル劣化が増大する場合には非水電解質二次電池が加熱されずに充電される結果、非水電解質二次電池のサイクル劣化の増大が抑制される。
また、前記非水電解質二次電池を冷却する冷却部をさらに備え、前記制御部は、前記充電深度検出部により検出された充電深度が、前記第１閾値以上の値に設定された第２閾値を超える場合、前記冷却部により前記非水電解質二次電池を冷却させることが好ましい。
この構成によれば、非水電解質二次電池の充電深度が第１閾値以上の値に設定された第２閾値を超え、従って、非水電解質二次電池を冷却した方がサイクル劣化の低減効果が向上する場合には、冷却部により非水電解質二次電池が冷却される。この場合、自然冷却よりも速い速度で非水電解質二次電池を冷却することができるので、サイクル劣化の低減効果を向上させることができる。
本発明に係る充電回路は、非水電解質二次電池に接続するための接続端子と、前記非水電解質二次電池を加熱するための加熱部と、前記接続端子に接続された非水電解質二次電池を充電するための充電部と、前記非水電解質二次電池を前記加熱部により加熱させた状態で、前記充電部により前記非水電解質二次電池を充電させ、前記非水電解質二次電池の温度を低下させながらさらに前記充電部により前記非水電解質二次電池を充電させる制御部と、前記非水電解質二次電池の、電池定格容量に対する充電されている容量の比率である充電深度を検出するための充電深度検出部と、前記非水電解質二次電池の温度を検出する温度検出部とを備え、前記制御部は、前記充電部により前記非水電解質二次電池を充電させつつ、前記充電深度検出部により検出される充電深度の増大に応じて温度が低下するように前記加熱部による加熱動作を制御する。
サイクル劣化の低減効果が増大する温度は、非水電解質二次電池の充電深度の増大に応じて低下する。また、非水電解質二次電池の充電深度は、充電部による充電が進むにつれて、徐々に増大する。従って、充電に伴う充電深度の増大に応じて、非水電解質二次電池の温度を徐々に低下させることで、サイクル劣化の低減効果を増大させることができる。
また、前記非水電解質二次電池を冷却する冷却部をさらに備え、前記制御部は、前記充電部により前記非水電解質二次電池を充電させつつ、前記充電深度検出部により検出される充電深度の増大に応じて温度が低下するように、前記加熱部による加熱動作と前記冷却部による冷却動作とを制御することが好ましい。
この構成によれば、制御部によって、前記充電深度検出部により検出される充電深度の増大に応じて温度が低下するように、前記加熱部による加熱動作と前記冷却部による冷却動作とが制御される。この場合、加熱部による加熱を停止して非水電解質二次電池を自然冷却させた場合よりも急速に非水電解質二次電池の温度を低下させることができるので、充電深度の増大速度に応じた速度で非水電解質二次電池の温度を低下させることができ、サイクル劣化の低減効果を増大させることができる。
また、前記充電深度の増大に応じて温度が適切に低下するように、前記非水電解質二次電池の温度と前記充電深度とを対応付ける温度設定情報を、予め記憶する記憶部とを備え、前記制御部は、前記充電部により前記非水電解質二次電池を充電させつつ、前記温度検出部により検出される温度が、前記記憶部に記憶されている温度設定情報によって前記充電深度検出部により検出された充電深度と対応付けられている温度になるように、前記加熱部による加熱動作と前記冷却部による冷却動作とを制御することが好ましい。
この構成によれば、記憶部に、充電深度の増大に応じて温度が適切に低下するように、非水電解質二次電池の温度と充電深度とを対応付ける温度設定情報が、予め記憶されている。そして、温度検出部により検出される温度が、記憶部に記憶されている温度設定情報によって充電深度検出部で検出された充電深度と対応付けられている温度になるように、加熱部による加熱動作と冷却部による冷却動作とが制御される。そうすると、非水電解質二次電池の温度が、充電深度に応じて充電に適した温度にされるので、サイクル劣化を低減することができる。
また、前記制御部は、前記加熱部により前記加熱を行わせる際に、前記加熱部により前記非水電解質二次電池を加熱させた後に、前記充電部による前記非水電解質二次電池の前記充電を開始させることが好ましい。
この構成によれば、充電部により非水電解質二次電池が充電される前、すなわち充電深度が増大する前に、予め非水電解質二次電池の温度が上昇され、サイクル劣化が低減される状態で充電部により非水電解質二次電池の充電がされるので、サイクル劣化を低減することができる。
また、本発明に係る充電システムは、非水電解質二次電池から電力を供給される電気機器と、前記非水電解質二次電池を充電する充電回路とを備え、前記充電回路は、上述のいずれかに記載の充電回路である。
この構成によれば、非水電解質二次電池から電力を供給される電気機器において、、非水電解質二次電池のサイクル劣化を抑制する事ができると共に、、非水電解質二次電池の充電末期に異常高温を生じることが低減される。
また、本発明に係る充電方法は、非水電解質二次電池の、電池定格容量に対する充電されている容量の比率である充電深度を検出する充電深度検出工程と、前記充電深度検出工程において検出された充電深度が、予め設定された第１閾値に満たない場合、前記非水電解質二次電池を加熱する工程と、前記非水電解質二次電池が加熱された後に、前記非水電解質二次電池を充電する充電工程と、前記充電工程の後に前記非水電解質二次電池の温度を低下させながら前記非水電解質二次電池を充電する工程とを備える。また、本発明に係る充電方法は、非水電解質二次電池の、電池定格容量に対する充電されている容量の比率である充電深度を検出する充電深度検出工程と、前記非水電解質二次電池の温度を検出する温度検出工程と、前記非水電解質二次電池を加熱する加熱工程と、前記非水電解質二次電池を充電しつつ、前記充電深度検出工程において検出される充電深度の増大に応じて温度が低下するように前記非水電解質二次電池の加熱動作を制御する工程とを備える。
この構成によれば、非水電解質二次電池が加熱部により加熱された状態で、非水電解質二次電池が充電されるので、充電が進む前の充電深度が小さく、非水電解質二次電池における充電受け入れ性が低い状態では、非水電解質二次電池の温度が上昇されて、サイクル劣化が抑制される。また、充電が進み、充電深度が増大すると、正極の活物質の溶出性が高まるため、非水電解質二次電池の温度を低下させて充電を行うことで正極の活物質の溶出を低減し、正極活物質の溶出に伴うサイクル劣化を抑制する事ができる。また、充電が進んで非水電解質二次電池に蓄えられるエネルギーが増大すると、非水電解質二次電池の温度が低下されるので、充電末期に異常高温を生じることが低減される。
このような構成の充電回路、充電システム、及び充電方法によれば、非水電解質二次電池が加熱部により加熱された状態で、非水電解質二次電池が充電されるので、充電が進む前の充電深度が小さく、非水電解質二次電池における充電受け入れ性が低い状態では、非水電解質二次電池の温度が上昇されて、サイクル劣化が抑制される。また、充電が進み、充電深度が増大すると、正極の活物質の溶出性が高まると共に電解液の分解が進行しやすくなるため、非水電解質二次電池の温度を低下させて充電を行うことで正極の活物質の溶出を低減し、正極活物質の溶出に伴うサイクル劣化を抑制する事ができる。また、充電が進んで非水電解質二次電池に蓄えられるエネルギーが増大すると、非水電解質二次電池の温度が低下されるので、充電末期に異常高温を生じることが低減される。
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る充電回路を用いた充電装置１の外観を示す斜視図である。図２は、この充電装置１で充電される電池パック２を用いた電動工具３の外観を示す図である。図３は、図２に示す電池パック２の外観を示す斜視図である。また、図４は、図１に示す充電装置１に、図２に示す電池パック２が取り付けられた状態における断面図である。
電動工具３は、筐体３１の把持部の内部に形成され、電池パック２が取外し自在に装着される装着部３２と、筐体３１の内部に配設され、電池パック２から電流が供給されることで駆動されるモータ３３と、筐体３１の把持部に設けられ、モータ３３への電流の供給をオンオフ制御するトリガースイッチ３４と、筐体３１の先端に設けられ、ドリル歯などが取り付けられる回転部３５とを備えている。
図３に示す電池パック２は、図２に示す電動工具３の装着部３２と勘合して取り付けられるようになっている。電池パック２は、略箱状の筐体２１と、筐体２１の一面側に突出し、電動工具３の装着部３２に装着されるコネクタ部２２とを備えている。そして、筐体２１の内部には、二次電池２３と、温度センサ２４とが収納されている。さらに、コネクタ部２２の側面には、電極２５，２６，２７がその表面に露出するように配設されている。
そして、例えば、電極２５は二次電池２３の負極に接続され、電極２６は二次電池２３の正極に接続されており、電極２７は温度センサ２４に接続されている。そして、電池パック２は、電動工具３の装着部３２に装着されたときに電極２５，２６を介して二次電池２３からモータ３３へ電流を供給するようになっている。なお、図２は、電動工具３の装着部３２に電池パック２が取り付けられた状態を示している。
図１に示す充電装置１は、略箱状の筐体１１と、例えばＡＣ１００Ｖの商用電源に接続されるＡＣコード１２と、筐体１１の上面に、電池パック２におけるコネクタ部２２が挿入可能な凹部をなしたコネクタ部１３とを備えている。また、筐体１１の内部には、二次電池２３を充電する充電回路１００が収納されている。
そして、コネクタ部１３の内側面にはコネクタ部２２が備える電極２５，２６，２７と接触することにより電気的接続を図る負極端子１５、正極端子１６、及び温度入力端子１７が配設されており、充電装置１に電池パック２が装着されたときに電極２５，２６，２７と負極端子１５、正極端子１６、温度入力端子１７とがそれぞれ圧接されるようになっている。
これにより、充電装置１のコネクタ部１３に電池パック２のコネクタ部２２が挿入されて取り付けられると、負極端子１５が電極２５を介して二次電池２３の負極に接続され、正極端子１６が電極２６を介して二次電池２３の正極に接続され、温度入力端子１７が電極２７を介して温度センサ２４に接続されるようになっている。
電池パック２、充電装置１には、それらが結合したときに互いに対向する表面上の位置に、例えばスリット状の通気孔２８、通気孔１８がそれぞれ設けられている。また、電池パック２の筐体２１の、通気孔２８が設けられた壁面と対向する壁面には、例えば図４に示すスリット状の通気孔２９が設けられており、充電装置１の筐体１１の側面には、スリット状の通気孔１９が設けられている。
充電装置１は、図４に示すように、ファン１０８を内蔵しており、このファン１０８によって通気孔１９から吸気された空気が、ヒータ１０７によって加熱された後、通気孔１８，２８を通じて電池パック２内の二次電池２３へ供給され、通気孔２９から外部に放出されるようになっている。
図５は、本発明の第１の実施形態に係る充電回路１００の構成の一例を示すブロック図である。図５は、充電装置１と電池パック２とが結合された状態を示している。図５に示す電池パック２は、二次電池２３と、温度センサ２４と、電極２５，２６，２７とを備えている。二次電池２３は、例えば非水電解液を使用した非水電解質二次電池であるリチウムイオン二次電池が用いられる。なお、二次電池２３は、例えばポリマー電池等のリチウムイオン二次電池以外の非水電解質二次電池であってもよい。また、二次電池２３は、複数の電池セルが直列接続された構成、並列接続された構成、及び直列と並列とが組み合わされた構成のいずれであってもよい。また、二次電池２３を構成する電池セルの数は、いくつであってもよい。
そして、二次電池２３の負極が電極２５、正極が電極２６に接続されている。温度センサ２４は、例えば熱電対やサーミスタ等の温度センサであり、二次電池２３の温度Ｔを検知して、その検知した温度Ｔを示す電池温度信号Ｓｔを、電極２７を介して温度入力端子１７へ出力する。この場合、温度センサ２４により得られた電池温度信号Ｓｔを受信する温度入力端子１７が、温度検出部の一例に相当している。
図５に示す充電回路１００は、入力回路１０１、整流平滑回路１０２、インバータ電源回路１０３（充電部）、電流検知回路１０４、電圧検知回路１０５、負極端子１５（接続端子）、正極端子１６（接続端子）、温度入力端子１７、制御部１０６、ヒータ１０７（加熱部）、及びファン１０８（冷却部）を備えている。
入力回路１０１は、例えばトランスを用いて構成されている。入力回路１０１は、商用交流電源ＡＣから、例えば電源コンセントに接続されたＡＣコード１２を介して、例えば商用交流電源電圧ＡＣ１００Ｖを受電し、これを所定の電圧に降圧して整流平滑回路１０２へ出力する。
整流平滑回路１０２は、例えばダイオードブリッジやコンデンサ等を用いて構成されており、入力回路１０１から出力された交流電圧を直流電圧に変換してインバータ電源回路１０３へ出力する。インバータ電源回路１０３は、いわゆるスイッチング電源回路である。そして、インバータ電源回路１０３は、制御部１０６からの制御信号に応じた電流Ｉｂを、電流検知回路１０４を介して正極端子１６と負極端子１５との間に供給することにより二次電池２３を充電したり、制御部１０６からの制御信号に応じた電圧Ｖｂを、電流検知回路１０４を介して正極端子１６と負極端子１５との間に印加することにより二次電池２３を充電したりする。
電流検知回路１０４は、インバータ電源回路１０３から正極端子１６を介して二次電池２３へ流れる充電用の電流Ｉｂを検知し、その電流値を示す電流値信号Ｓｉを、制御部１０６へ出力する。電圧検知回路１０５は、正極端子１６と負極端子１５との間の電圧Ｖｂを測定し、その電圧値を示す電圧値信号Ｓｖを制御部１０６へ出力する。
ヒータ１０７は、例えばセラミックヒータ、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）、電熱線等の発熱素子を用いて構成され、制御部１０６からの制御信号に応じて発熱する加熱部である。ファン１０８は、制御部１０６からの制御信号に応じて、通気孔１９から吸気した空気をヒータ１０７に供給して加熱させ、この加熱された空気を通気孔１８，２８を通じて電池パック２内の二次電池２３へ供給することで、二次電池２３を加熱する。
制御部１０６は、例えば所定の演算処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）と、所定の制御プログラムが記録された不揮発性の記憶素子であるＲＯＭ（Read Only Memory）と、データを一時的に記録する揮発性の記憶素子であるＲＡＭ（Random Access Memory）と、電流値信号Ｓｉ、電圧値信号Ｓｖ、及び電池温度信号Ｓｔをデジタル信号に変換するためのＡ／Ｄコンバータや、これらの周辺回路等とを備えて構成されている。
そして、制御部１０６は、ＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、電流値信号Ｓｉ及び電圧値信号Ｓｖに基づきインバータ電源回路１０３の動作を制御して、一定の電流で二次電池２３を充電する定電流（ＣＣ）モードや、一定の電圧で二次電池２３を充電する定電圧（ＣＶ）モードでの充電動作を行わせる。また、制御部１０６は、電池温度信号Ｓｔに基づきヒータ１０７及びファン１０８の動作を制御することで、二次電池２３の温度を制御する。
次に、充電回路１００を用いて二次電池２３のサイクル劣化を低減することができる原理について説明する。上述したように、非水電解質二次電池である二次電池２３は、低温になると負極表面に金属リチウムが析出して絶縁物を形成するため充電受け入れ性が低下し、充電受け入れ性が低下した状態で充電を行うことで、サイクル劣化が加速される。一方、二次電池２３の温度が高くなるほど、二次電池２３の正極活物質の溶解反応が高まって、サイクル劣化が加速される。
ここで、正極活物質の溶解反応は、二次電池２３のＳＯＣが小さいほど低下し、二次電池２３のＳＯＣが大きくなるほど高まる性質がある。そうすると、二次電池２３のＳＯＣが小さいほど、二次電池２３の温度を上昇させることによる正極活物質の溶解反応に起因するサイクル劣化の影響が小さくなり、相対的に充電受け入れ性に起因するサイクル劣化の影響が大きくなる。
一方、二次電池２３のＳＯＣが大きいほど、二次電池２３の温度を上昇させることによる正極活物質の溶解反応に起因するサイクル劣化の影響が大きくなり、相対的に充電受け入れ性に起因するサイクル劣化の影響が小さくなる。
そうすると、充電受け入れ性に起因するサイクル劣化の影響と正極活物質の溶解反応に起因するサイクル劣化の影響とのバランスによって、二次電池２３の充電が進んでＳＯＣが増大するにつれて、サイクル劣化の低減効果が得られる二次電池２３の温度Ｔは低下する。
従って、二次電池２３のＳＯＣが小さいときは二次電池２３の温度Ｔを上昇させ、二次電池２３のＳＯＣが大きいときは二次電池２３の温度Ｔを低下させ、すなわち二次電池２３のＳＯＣの増大に応じて二次電池２３の温度を低下させることにより、充電受け入れ性に起因するサイクル劣化の低減効果と正極活物質の溶解反応に起因するサイクル劣化の低減効果とをバランスよく向上させることができるので、充電による非水電解質二次電池の劣化を低減することができる。また、充電に伴う二次電池２３のＳＯＣの増大に応じて二次電池２３の温度を低下させてることにより、二次電池２３のＳＯＣが増大する充電末期において二次電池２３の温度が低下されるので、充電末期における二次電池２３内の化学反応が抑制され、充電末期に圧壊により異常高温が生じることを低減することができる。
次に、上述のように構成された充電回路１００の動作について説明する。図６は、上述の原理を実現するための充電回路１００の動作の一例を示すフローチャートである。まず、充電装置１に電池パック２が取り付けられると、電圧検知回路１０５によって、負極端子１５と正極端子１６との間の電圧Ｖｂ、すなわち二次電池２３の出力電圧が検知され、その電圧Ｖｂを示す電圧値信号Ｓｖが制御部１０６へ出力される。そうすると、電圧Ｖｂは、二次電池２３の電池定格容量に対する充電されている容量の比率であるＳＯＣの増減に応じて増減するから、電圧値信号Ｓｖは間接的にＳＯＣを表すこととなる。従って、例えば予め電圧値信号ＳｖとＳＯＣとの対応を示したデータテーブルをＲＯＭに記憶しておき、制御部１０６は、このデータテーブルを参照することで、電圧値信号ＳｖからＳＯＣを取得することができる。このようにして、二次電池２３のＳＯＣが検出される（ステップＳ１）。この場合、電圧検知回路１０５は、充電深度検出部の一例に相当している。
なお、電圧Ｖｂは、二次電池２３の充電電流によって変化する。従って、例えば定電流（ＣＣ）モードにより充電を行う際のように一定の電流で充電を行う場合は、予め設定された充電電流Ｉｂに対応したデータテーブルにより、電圧値信号ＳｖをＳＯＣに変換すればよい。しかし、例えば定電圧（ＣＶ）モードにより充電を行う際は、充電電流Ｉｂが変化するので、充電電流Ｉｂの変化に伴い電圧Ｖｂが変化する。このような場合には、制御部１０６は、例えば電流検知回路１０４で得られた電流値信号Ｓｉに基づき、例えば充電電流Ｉｂに応じて設定されたデータテーブルを用いる等の手段により、電流値信号Ｓｉと電圧値信号ＳｖとからＳＯＣを取得することができる。
また、必ずしも電圧値信号ＳｖをＳＯＣに変換する必要はなく、例えば電圧値信号Ｓｖを、ＳＯＣを間接的に示す情報としてそのまま用いてもよい。また、電圧検知回路１０５は、二次電池２３の開放電圧を、ＳＯＣを間接的に示す情報として検知する例に限られず、例えば二次電池２３に所定の負荷電流を出力させた状態の電圧Ｖｂを、ＳＯＣを間接的に示す情報として検知するようにしてもよく、例えばインバータ電源回路１０３によって、二次電池２３に所定の充電電流を流した状態の電圧Ｖｂを、ＳＯＣを間接的に示す情報として検知するようにしてもよい。また、充電深度検出部は、二次電池２３の両端電圧を、ＳＯＣ間接的に示す情報として検知する例に限られず、例えば電流検知回路１０４により検知された、二次電池２３の充電電流Ｉｂを積算することにより、ＳＯＣを算出するものであってもよい。
次に、制御部１０６によって、電圧検知回路１０５で得られた電圧値信号Ｓｖに基づいて、二次電池２３のＳＯＣが、予め設定された閾値Ｒ１（第１閾値）と比較される（ステップＳ２）。閾値Ｒ１は、例えば上述の、充電受け入れ性に起因するサイクル劣化の影響と正極活物質の溶解反応に起因するサイクル劣化の影響とのバランスによって、温度を上昇させるよりも低下させた方が、サイクル劣化低減の効果が大きくなるような、ＳＯＣの値が予め設定される。このようなＳＯＣの値は、例えば実験的に求めることができ、例えば二次電池２３の電極材料としてカーボンを用いた場合には、例えば７０％程度である。
より具体的には、ＳＯＣの閾値Ｒ１に相当する電圧Ｖｂの値が閾値Ｖ１として予め設定されている。そして、制御部１０６によって、電圧値信号Ｓｖで示される電圧Ｖｂと閾値Ｖ１とが比較されることによって、間接的にＳＯＣと閾値Ｒ１とが比較され（ステップＳ２）、電圧Ｖｂが閾値Ｖ１に満たなければ、二次電池２３のＳＯＣが閾値Ｒ１に満たないと判断されて（ステップＳ２でＹＥＳ）、二次電池２３を加熱するべくステップＳ３へ移行する一方、電圧Ｖｂが閾値Ｖ１以上であれば、二次電池２３のＳＯＣが閾値Ｒ１以上であると判断される（ステップＳ２でＮＯ）。この場合、二次電池２３は温度が低い方がサイクル劣化低減の効果が大きくなる状態にあるので、二次電池２３を加熱することなく充電を開始するべくステップＳ６へ移行する。ＳＯＣが閾値Ｒ１以上である場合に、充電を行う際の温度Ｔとしては、２０℃〜３０℃が好ましい。
次に、ステップＳ３において、制御部１０６からの制御信号に応じて、ヒータ１０７が発熱されファン１０８が駆動されて、ファン１０８によって通気孔１９から吸気された空気がヒータ１０７によって加熱された後、通気孔１８，２８を通じて電池パック２内の二次電池２３へ供給されることで、二次電池２３が加熱される。
次に、温度センサ２４から出力された電池温度信号Ｓｔが、電極２７、温度入力端子１７を介して制御部１０６により受信され、制御部１０６によって、電池温度信号Ｓｔから二次電池２３の温度Ｔが取得される。そして、制御部１０６によって、予め設定された設定温度Ｔｔｈと温度Ｔとが比較され（ステップＳ４）、温度Ｔが設定温度Ｔｔｈに満たない場合（ステップＳ４でＮＯ）、ステップＳ３へ戻って二次電池２３の加熱が継続される。
一方、温度Ｔが設定温度Ｔｔｈに達した場合（ステップＳ４でＹＥＳ）、制御部１０６からの制御信号に応じてヒータ１０７の発熱が停止されると共にファン１０８の駆動が停止され、二次電池２３の加熱が停止される（ステップＳ５）。
これにより、二次電池２３の温度が設定温度Ｔｔｈに設定される。設定温度Ｔｔｈは、例えば６０℃に設定されている。なお、設定温度Ｔｔｈは、６０℃に限られず、例えば、２０℃〜６０℃の範囲の温度を好適に用いることができ、特に４０〜５０℃の範囲であることがより好ましい。
次に、制御部１０６からの制御信号に応じて、インバータ電源回路１０３によって、予め設定された一定の電流が、電流Ｉｂとして電流検知回路１０４、正極端子１６、及び電極２５を介して二次電池２３へ供給され、二次電池２３が充電されて二次電池２３のＳＯＣが増大する（ステップＳ６）。
図７は、ステップＳ６における二次電池２３のＳＯＣと、電圧検知回路１０５により得られる二次電池２３の端子電圧Ｖｂと、温度センサ２４により得られる二次電池２３の温度Ｔとの変化の一例を示すグラフである。
図７に示すように、ステップＳ６において、制御部１０６は、インバータ電源回路１０３の動作を制御して、まず一定の電流で充電する定電流（ＣＣ）モードで二次電池２３の充電を行う。そして、充電に伴いＳＯＣが徐々に増大し、電圧Ｖｂが徐々に増大する。さらに、電圧Ｖｂが４．２Ｖに達すると、制御部１０６は、インバータ電源回路１０３の動作を制御して、一定の電圧で充電する定電圧（ＣＶ）モードに切り替えて二次電池２３の充電を行う。定電圧（ＣＶ）モードでは、ＳＯＣの増大に伴い充電電流Ｉｂが低下する。
一方、二次電池２３の温度Ｔは、ステップＳ３〜Ｓ４によって、ステップＳ６における充電開始前に６０℃にされている。そして、ステップＳ５で二次電池２３の加熱が停止されるので、温度Ｔは自然冷却によって徐々に低下し、外気温、例えば２０℃になって安定する。
そうすると、二次電池２３を加熱させた状態で、二次電池２３が充電され、自然冷却により二次電池２３の温度を低下させつつさらに二次電池２３の充電が行われるので、二次電池２３のＳＯＣの増大に応じて二次電池２３の温度が低下する結果、充電受け入れ性の向上により得られるサイクル劣化の低減効果と正極活物質の溶解反応に起因するサイクル劣化の低減効果とをバランスよく向上させて、充電による非水電解質二次電池の劣化を低減することができる。従って、例えば背景技術に係る充電技術のように、一定の温度に暖めた状態で充電を行うよりも、サイクル劣化の低減効果を増大させることができる。また、図７に示すように、二次電池２３のＳＯＣが増大する充電末期において二次電池２３の温度が最も低くなるので、充電末期における二次電池２３内の化学反応が抑制され、充電末期に圧壊により異常高温が生じることを低減することができる。
また、ステップＳ３〜Ｓ４によって、ステップＳ６における充電開始前に、二次電池２３が加熱されて、充電受け入れ性を向上させてサイクル劣化の低減効果が得られる温度、例えば６０℃にされているので、充電受け入れ性が低い状態で二次電池２３が充電されることがなく、サイクル劣化の低減効果を高めることができる。
なお、必ずしも充電開始前に、二次電池２３を加熱しておく必要はなく、充電と並行して二次電池２３を加熱するようにしてもよい。
また、図７においては、定電流（ＣＣ）モードから定電圧（ＣＶ）モードへ移行するいわゆるＣＣＣＶ方式の充電方式を例に説明したが、他の充電方式であってもよい。二次電池２３の劣化モードとしては、上述の充電受け入れ性が悪い状態での充電による劣化や、正極活物質の溶解反応や電解液の分解反応により生じる劣化等、材料の劣化に起因する劣化モードの他にも、電解液の液漏れ等の劣化モードが存在している。しかし、例えばトリクル充電の場合には、充電回路１００により低減効果の得られる材料の劣化モードが支配的となる。従って、充電回路１００は、トリクル充電を行う場合に好適に用いることができる。
また、自然冷却だけでは、二次電池２３の冷却効果が不十分である場合には、例えば、二次電池２３を冷却する方がサイクル劣化低減の効果が大きくなるようなＳＯＣの値として、閾値Ｒ１より大きな閾値Ｒ２（第２閾値）を予め設定しておき、図８に示すように、ステップＳ６における充電開始後に、ＳＯＣが閾値Ｒ２以上となったときに（ステップＳ７でＹＥＳ）、制御部１０６によってファン１０８が駆動され、二次電池２３が空冷により強制的に冷却される（ステップＳ８）ようにしてもよい。この場合、閾値Ｒ２を閾値Ｒ１より大きくすることで、温度制御動作にヒステリシスを持たせて動作を安定化しているが、閾値Ｒ２は、閾値Ｒ１と同じ値に設定されていてもよい。また、この場合、ファン１０８が、冷却部の一例に相当している。なお、冷却部は、ファンにより空冷するものに限られず、例えばペルチェ素子やヒートパイプ等を用いた冷却装置であってもよい。
また、ステップＳ４に示すように、温度センサ２４で取得された温度Ｔに基づいて、二次電池２３の温度を制御する例に限られず、例えばヒータ１０７として、発熱温度が自動的に一定の温度に維持されるＰＴＣのような発熱素子を用いることで、二次電池２３を所定の温度に加熱するようにしてもよい。また、ファン１０８を用いず、熱伝導や放射熱によって、二次電池２３を加熱してもよい。さらに充電装置１が加熱部を内蔵し、二次電池２３を加熱してもよい。
第１実施形態においては、電池パック２が装着部３２を介して脱着自在な電動工具３について詳細に説明したが、電池パック２や充電装置１自体が装置に内蔵された実施形態、例えば二次電池が電気自動車の主電源、あるいは補助電源として用いられる実施形態においても、同様の効果が得られることはいうまでもない。この場合、例えば図４に示す形態を、電気自動車等の機器装置に内蔵する構成とすればよい。この形態において、加熱部に充当するヒータ１０７の位置は、二次電池２３を加熱し得る任意の位置に設置することができる。なお、電気自動車に充電装置１を内蔵した場合、電気自動車が走行することにより、二次電池に風があたるようにすれば、ファン１０８を省略したり、あるいは電気自動車の走行中はファン１０８を停止するようにしてもよい。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る充電回路について説明する。図９は、本発明の第２の実施形態に係る充電回路１００ａの構成の一例を示すブロック図である。図９に示す充電回路１００ａと図５に示す充電回路１００とでは、下記の点で異なる。すなわち、図９に示す充電回路１００ａでは、制御部１０６ａが、二次電池２３における充電に適した設定温度ＴｓとＳＯＣとを対応付ける温度設定情報を、予め記憶するＬＵＴ（Look Up Table）１６１（記憶部）を備えている。また、制御部１０６ａは、温度入力端子１７により受信される電池温度信号Ｓｔの示す温度が、ＬＵＴ１６に記憶されている温度設定情報によって二次電池２３のＳＯＣと対応付けられている設定温度Ｔｓになるように、ヒータ１０７とファン１０８との動作を制御して、二次電池２３の温度を調節する。
その他の構成は図５に示す充電回路１００と同様であるのでその説明を省略し、以下図９に示す充電回路１００ａの動作について説明する。
図１０は、充電回路１００ａの動作の一例を示すフローチャートである。まず、図８に示すステップＳ１と同様に、二次電池２３のＳＯＣが検出される（ステップＳ１１）。次に、制御部１０６ａによって、ＬＵＴ１６１が参照され、ステップＳ１１で得られたＳＯＣと対応付けられている設定温度Ｔｓが取得される（ステップＳ１２）。
図１１は、二次電池２３のＳＯＣと、電圧検知回路１０５により得られる二次電池２３の端子電圧Ｖｂと、ＬＵＴ１６１によって二次電池２３のＳＯＣと対応付けられている設定温度Ｔｓとの一例を示すグラフである。すなわち、図１１に示す設定温度Ｔｓと一致するように、二次電池２３の温度Ｔを制御すれば、サイクル劣化低減の効果が最大となる。
そこで、制御部１０６ａによって、温度センサ２４により得られる二次電池２３の温度Ｔと、ＬＵＴ１６１により得られる設定温度Ｔｓとが比較され（ステップＳ１３）、温度Ｔが設定温度Ｔｓに満たなければ（ステップＳ１３でＹＥＳ）、制御部１０６ａによって、ヒータ１０７が発熱され、ファン１０８が駆動されて二次電池２３が加熱され（ステップＳ１４）、ステップＳ１７へ移行して充電が開始される。一方、温度Ｔが設定温度Ｔｓを超えていれば（ステップＳ１３でＮＯ、ステップＳ１５でＹＥＳ）、制御部１０６ａによって、ヒータ１０７を発熱させずにファン１０８が駆動されて二次電池２３が冷却され（ステップＳ１６）、ステップＳ１７へ移行して充電が開始される。
また、温度Ｔが設定温度Ｔｓと等しければ（ステップＳ１３でＮＯ、ステップＳ１５でＮＯ）、温度Ｔは、充電に適した温度であるから加熱も冷却も行うことなくステップＳ１７へ移行する。そして、制御部１０６ａによって、図６に示すステップＳ６と同様に二次電池２３の充電が開始される（ステップＳ１７）。
そして、充電が終了するまで、すなわちＳＯＣが１００（％）に達するまで（ステップＳ１８でＮＯ）、ステップＳ１１〜Ｓ１８の処理が繰り返されることで、図１１に示す設定温度Ｔｓに沿うように、二次電池２３の温度Ｔが制御され、サイクル劣化低減の効果が増大される。
次に、ＳＯＣが１００（％）に達すると（ステップＳ１８でＹＥＳ）、制御部１０６ａによって、二次電池２３の充電動作が終了される（ステップＳ１９）。この場合、ＬＵＴ１６１によって、ＳＯＣが１００（％）のときの設定温度Ｔｓは、充電開始時よりも低い温度、例えば２０℃に設定されているので、二次電池２３のＳＯＣが増大する充電末期における二次電池２３内の化学反応が抑制され、充電末期に圧壊により異常高温が生じることを低減することができる。
なお、充電回路１００，１００ａは、充電装置１のように、独立した充電装置に用いられる例に限られず、二次電池を用いる種々の電気機器、装置に内蔵されて用いられるものであってもよい。また、例えば、車載された二次電池の周囲に、温度センサ２４、インバータ電源回路１０３、電圧検知回路１０５、制御部１０６、ファン１０８、及びヒータ１０７等を配置して充電回路１００，１００ａを構成することで、充電システムを構成するようにしてもよい。
本発明に基づく非水電解質二次電池とこの二次電池に対して充電を行う充電回路とから構成されるシステムに関する実施例を示す。
（実施例１）
本発明の第１の実施形態に関する実施例を示す。
Ｌｉ２ＣＯ３とＣｏ３Ｏ４とＮｉＯとＭｎＯ２とを焼成後ＬｉＮｉ０．３３Ｍｎ０．３３Ｃｏ０．３３Ｏ２となるように混合し、９００℃で１０時間焼成して正極活物質を作製した。この正極活物質１００重量部を、アセチレンブラック２．５重量部、フッ素樹脂系結着剤４重量部、及び適量のカルボキシメチルセルロース水溶液と共に双腕式練合機にて攪拌し、正極ペーストを作製した。このペーストを３０μｍ厚のアルミニウム箔の両面に塗布乾燥し、総厚が９９μｍ、単位面積当たりの理論容量が３．７ｍＡｈ、合材部の多孔度が２５％となるようにして圧延した後、塗工幅５２ｍｍ、塗工長さ１６６０ｍの寸法に裁断し正極板を得た。
また、メソフェーズ小球体を２８００℃の高温で黒鉛化したもの（以下メソフェーズ黒鉛と称す）を負極活物質として用いた。この活物質１００重量部を、日本ゼオン製のＳＢＲアクリル酸変性体であるＢＭ−４００Ｂ（固形分４０重量部）２．５重量、カルボキシメチルセルロースを１重量部、及び適量の水と共に双腕式練合機にて攪拌し、負極ペーストを作製した。このペーストを厚さ０．０２ｍｍの銅箔の両面に塗着乾燥し、総厚が９７μｍ、合材部の多孔度が３５％となるように圧延した後、塗着幅５７ｍｍ、長さ１７７０ｍｍの寸法に裁断して負極板を得た。
この正極及び負極の組み合わせによる４．２Ｖ充電での負極の負荷容量は、２５０ｍＡｈ／ｇとし、正極の容量で規制された電池設計とした。
次いで、正極板の長さ方向の中央部には、幅２．５ｍｍの正極ペーストが塗布されていない無垢のアルミ箔が、負極の長さ方向の両端には、幅２．５ｍｍ負極ペーストが塗布されていない無垢の銅箔が、それぞれ露出している。正極アルミ箔部には幅１０ｍｍ、厚み０．１ｍｍのアルミリードを溶接し、２箇所の負極銅箔部にはそれぞれ銅リード幅３．０ｍｍの銅リードを溶接した。ついで、この正極板及び負極板をポリエチレン製、幅５９ｍｍ、厚み２０μｍのセパレータを介して渦巻状に巻回して電極群を作製し、これを直径２６．０ｍｍ、高さ６５ｍｍの電池ケースに納入した。ついで、電極群の正極アルミリードには封口板を溶着し、２本の負極リードはケース底部と溶接した。その後、炭酸エチレンと炭酸メチルエチルと炭酸ジメチルの混合液（体積比１０：１０：８０）に１．４０ＭのＬｉＰＦ６を溶解した非水電解液を１３ｇ注入し、封口加工を施して、公称容量２．６Ａｈ、内部抵抗１９ｍΩの円筒型のリチウムイオン二次電池を作製した。
以上のようにして作製したリチウムイオン二次電池を４セル直列に接続した電池パック２を、まず２．６Ａの電流で放電し、２．５Ｖで放電を終了した。そして、この電池パック２を、設定温度Ｔｔｈを３０℃とした充電回路１００に接続した。充電は１０℃環境下で２０℃まで電池を加温した後に２．６Ａで定電流充電を行い４．２Ｖで終止した。次いで、電池パック２を負荷に接続し、１０Ａの定電流で２．５Ｖまで放電した。その後電池温度が、１０℃になるまで休止した後に、充電回路１００に接続し、３０℃まで電池を加温した後に２．６Ａで定電流充電を行い４．２Ｖで終止した。この操作を繰り返しサイクル性能の確認を行った。
（実施例２）
実施例１に示す電池パック２を、設定温度Ｔｔｈを４５℃とした充電回路１００に接続した。充電は１０℃環境下で４５℃まで電池を加温した後に２．６Ａで定電流充電を行い、４．２Ｖで終止した。次いで、電池パック２を負荷に接続し、１０Ａの定電流で２．５Ｖまで放電した。その後電池温度が、１０℃になるまで休止した後に、充電回路１００に接続して４５℃まで電池を加温し、さらに２．６Ａで定電流充電を行い、４．２Ｖで終止した。この操作を繰り返しサイクル性能の確認を行った。
（実施例３）
実施例１に示す電池パック２を、設定温度Ｔｔｈを６０℃とした充電回路１００に接続した。充電は１０℃環境下で６０℃まで電池を加温した後に２．６Ａで定電流充電を行い、４．２Ｖで終止した。次いで、電池パック２を負荷に接続し、１０Ａの定電流で２．５Ｖまで放電した。その後電池温度が、１０℃になるまで休止した後に、充電回路１００に接続して６０℃まで電池を加温し、さらに２．６Ａで定電流充電を行い、４．２Ｖで終止した。この操作を繰り返しサイクル性能の確認を行った。
（実施例４）
実施例１に示す電池パック２を、設定温度Ｔｔｈを４５℃とした充電回路１００に接続した。充電は１０℃環境下で４５℃まで電池を加温した後に２．６Ａで定電流充電を行い、４．２Ｖで終止した。次いで、電池パック２を負荷に接続し、１０Ａの定電流で３．６７Ｖまで放電した。このときの放電時間は３６分でありこの時の電池容量は満充電容量の４０％であった。その後電池温度が、１０℃になるまで休止した後に、充電回路１００に接続し、４５℃まで電池を加温した後に２．６Ａで定電流充電を行い４．２Ｖで終止した。この操作を繰り返しサイクル性能の確認を行った。
（実施例５）
実施例１に示す電池パック２を、設定温度Ｔｔｈを４５℃とした充電回路１００に接続した。充電は１０℃環境下で４５℃まで電池を加温した後に２．６Ａで定電流充電を行い、４．２Ｖで終止した。次いで、電池パック２を負荷に接続し、１０Ａの定電流で３．７５Ｖまで放電した。このときの放電時間は２４分でありこの時の電池容量は満充電容量の６０％であった。その後電池温度が、１０℃になるまで休止した後に、充電回路１００に接続し、加温せずに２．６Ａで定電流充電を行い４．２Ｖで終止した。この操作を繰り返しサイクル性能の確認を行った。
（実施例６）
実施例１に示す電池パックを、図６に示すフローチャートのステップＳ１，Ｓ２を実行しないで、ＳＯＣに関係なく４５℃で充電を開始する充電回路に接続した。充電は１０℃環境下で６０℃まで電池を加温した後に２．６Ａで定電流充電を行い、４．２Ｖで終止した。次いで、電池パックを負荷に接続し、１０Ａの定電流で３．７５Ｖまで放電した。このときの放電時間は２４分でありこの時の電池容量は満充電容量の６０％であった。その後電池温度が、１０℃になるまで休止した後に、当該充電回路に接続し、４５℃まで電池を加温した後に２．６Ａで定電流充電を行い４．２Ｖで終止した。この操作を繰り返しサイクル性能の確認を行った。
（比較例１）
実施例１に示す電池パック２を、ヒータ１０７やファン１０８を備えない充電器に接続した。充電は１０℃環境下で加温せずに２．６Ａで定電流充電を行い、４．２Ｖで終止した。次いで、電池パック２を負荷に接続し、１０Ａの定電流で２．５Ｖまで放電した。その後電池温度が、１０℃になるまで休止した後に、当該充電器に接続し、加温せずに２．６Ａで定電流充電を行い４．２Ｖで終止した。この操作を繰り返しサイクル性能の確認を行った。
（比較例２）
実施例１に示す電池パック２を、比較例１と同様の充電器に接続した。充電は、１０℃環境下で加温せずに２．６Ａで定電流充電を行い、４．２Ｖで終止した。次いで、電池パック２を負荷に接続し、１０Ａの定電流で３．６７Ｖまで放電した。このときの放電時間は３６分でありこの時の電池容量は満充電容量の４０％であった。その後電池温度が、１０℃になるまで休止した後に、充電器に接続し加温せずに２．６Ａで定電流充電を行い４．２Ｖで終止した。この操作を繰り返しサイクル性能の確認を行った。
実施例１〜６及び比較例１、２の条件で充放電サイクルを繰り返し、１００サイクル毎にパックの容量確認を行った。容量確認の条件は、２０℃環境下で２．６Ａで４．２Ｖまで充電を行った後に、３０分休止しその後、２．６Ａで２．５Ｖまで放電を行い、その放電容量を容量とした。図１２に、実施例１〜６及び比較例１、２の条件で充放電サイクルを繰り返し１００サイクル毎にパックの容量確認を行った際の初期容量に対する容量維持率推移を示す。
実施例１〜６は、比較例１、２と比較してサイクル容量維持率が優れる。比較例１、２では、ＳＯＣの低い状態で低温で充電を行うため、負極の充電受入れが悪く、サイクル劣化が大きくなる。一方、実施例６では、ＳＯＣが高い状態で高温で充電が行われるため、正極の溶出や電解液の分解反応が大きくなり、サイクル劣化が大きくなる。
この発明は、非水電解質二次電池を充電する際に適正な温度に管理する非水電解質二次電池充電システムを提供することによって、二次電池のサイクル使用においてその劣化を抑え安全性の高い状態で電池を使用することができ、産業上の利用の可能性は大きい。
本発明の第１の実施形態に係る充電回路を用いた充電装置の外観を示す斜視図である。 図１に示す充電装置で充電される電池パックを用いた電動工具の外観を示す図である。 図２に示す電池パックの外観を示す斜視図である。 図１に示す充電装置に、図２に示す電池パックが取り付けられた状態における断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る充電回路の構成の一例を示すブロック図である。 図５に示す充電回路の動作の一例を示すフローチャートである。 二次電池のＳＯＣと、二次電池の端子電圧と、二次電池の温度との変化の一例を示すグラフである。 図５に示す充電回路の動作の他の一例を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る充電回路の構成の一例を示すブロック図である。 図９に示す充電回路の動作の一例を示すフローチャートである。 二次電池のＳＯＣと、二次電池の端子電圧と、ＬＵＴによって二次電池のＳＯＣと対応付けられている設定温度との一例を示すグラフである。 実施例１〜５及び比較例１，２の条件で充放電サイクルを繰り返し１００サイクル毎にパックの容量確認を行った際の初期容量に対する容量維持率推移を示す図である。
符号の説明
１ 充電装置
２ 電池パック
３ 電動工具
１１，２１，３１ 筐体
１５ 負極端子
１６ 正極端子
１７ 温度入力端子
２３ 二次電池
２４ 温度センサ
１００，１００ａ 充電回路
１０１ 入力回路
１０２ 整流平滑回路
１０３ インバータ電源回路
１０４ 電流検知回路
１０５ 電圧検知回路
１０６，１０６ａ 制御部
１０７ ヒータ
１０８ ファン

Claims (10)

  1. 非水電解質二次電池に接続するための接続端子と、
    前記非水電解質二次電池を加熱するための加熱部と、
    前記接続端子に接続された非水電解質二次電池を充電するための充電部と、
    前記非水電解質二次電池を前記加熱部により加熱させた状態で、前記充電部により前記非水電解質二次電池を充電させ、前記非水電解質二次電池の温度を低下させながらさらに前記充電部により前記非水電解質二次電池を充電させる制御部と、
    前記非水電解質二次電池の、電池定格容量に対する充電されている容量の比率である充電深度を検出するための充電深度検出部とを備え、
    前記制御部は、前記充電深度検出部により検出された充電深度が、予め設定された第１閾値に満たない場合、前記加熱部による前記加熱を行わせること
    を特徴とする充電回路。
  2. 前記制御部は、前記充電深度検出部により検出された充電深度が、予め設定された第１閾値を超える場合、前記加熱部による前記加熱を行わせることなく前記充電部により前記非水電解質二次電池を充電させること
    を特徴とする請求項１記載の充電回路。
  3. 前記非水電解質二次電池を冷却する冷却部をさらに備え、
    前記制御部は、前記充電深度検出部により検出された充電深度が、前記第１閾値以上の値に設定された第２閾値を超える場合、前記冷却部により前記非水電解質二次電池を冷却させること
    を特徴とする請求項１又は２記載の充電回路。
  4. 非水電解質二次電池に接続するための接続端子と、
    前記非水電解質二次電池を加熱するための加熱部と、
    前記接続端子に接続された非水電解質二次電池を充電するための充電部と、
    前記非水電解質二次電池を前記加熱部により加熱させた状態で、前記充電部により前記非水電解質二次電池を充電させ、前記非水電解質二次電池の温度を低下させながらさらに前記充電部により前記非水電解質二次電池を充電させる制御部と、
    前記非水電解質二次電池の、電池定格容量に対する充電されている容量の比率である充電深度を検出するための充電深度検出部と、
    前記非水電解質二次電池の温度を検出する温度検出部とを備え、
    前記制御部は、前記充電部により前記非水電解質二次電池を充電させつつ、前記充電深度検出部により検出される充電深度の増大に応じて温度が低下するように前記加熱部による加熱動作を制御すること
    を特徴とする充電回路。
  5. 前記非水電解質二次電池を冷却する冷却部をさらに備え、
    前記制御部は、前記充電部により前記非水電解質二次電池を充電させつつ、前記充電深度検出部により検出される充電深度の増大に応じて温度が低下するように、前記加熱部による加熱動作と前記冷却部による冷却動作とを制御すること
    を特徴とする請求項４記載の充電回路。
  6. 前記充電深度の増大に応じて温度が適切に低下するように、前記非水電解質二次電池の温度と前記充電深度とを対応付ける温度設定情報を、予め記憶する記憶部とを備え、
    前記制御部は、前記充電部により前記非水電解質二次電池を充電させつつ、前記温度検出部により検出される温度が、前記記憶部に記憶されている温度設定情報によって前記充電深度検出部により検出された充電深度と対応付けられている温度になるように、前記加熱部による加熱動作と前記冷却部による冷却動作とを制御すること
    を特徴とする請求項５記載の充電回路。
  7. 前記制御部は、前記加熱部により前記加熱を行わせる際に、前記加熱部により前記非水
    電解質二次電池を加熱させた後に、前記充電部による前記非水電解質二次電池の前記充電を開始させること、
    を特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の充電回路。
  8. 非水電解質二次電池から電力を供給される電気機器と、
    前記非水電解質二次電池を充電する充電回路とを備え、
    前記充電回路は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の充電回路であること
    を特徴とする充電システム。
  9. 非水電解質二次電池の、電池定格容量に対する充電されている容量の比率である充電深度を検出する充電深度検出工程と、
    前記充電深度検出工程において検出された充電深度が、予め設定された第１閾値に満たない場合、前記非水電解質二次電池を加熱する工程と、
    前記非水電解質二次電池が加熱された後に、前記非水電解質二次電池を充電する充電工程と、
    前記充電工程の後に前記非水電解質二次電池の温度を低下させながら前記非水電解質二次電池を充電する工程と
    を備えることを特徴とする充電方法。
  10. 非水電解質二次電池の、電池定格容量に対する充電されている容量の比率である充電深度を検出する充電深度検出工程と、
    前記非水電解質二次電池の温度を検出する温度検出工程と、
    前記非水電解質二次電池を加熱する加熱工程と、
    前記非水電解質二次電池を充電しつつ、前記充電深度検出工程において検出される充電深度の増大に応じて温度が低下するように前記非水電解質二次電池の加熱動作を制御する工程と
    を備えることを特徴とする充電方法。
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