JPH07105980A - 非水系二次電池の充電方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 異なる充電環境で、異なる電池特性の非水系
二次電池を過充電することなく満充電する。 【構成】 定電圧充電して充電電流が減少する勾配を検
出する。充電電流が減少する勾配が設定値になったとき
の電流値を検出する。検出した電流の大きさでタイマー
２Ａの設定時間を変更する。検出電流が大きいときのタ
イマの設定時間を長く、検出電流値が小さいと設定時間
を短くする。 【効果】 充電電流の減少勾配で電池性能と充電環境と
を判定し、その後に最適な時間充電するので、過充電す
ることなく満充電できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非水系二次電池の充電
方法に関し、とくに、満充電したときに充電を終了する
充電方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】非水系二次電池を急速充電する方法とし
て、最初に定電流充電し、電池電圧が設定値になると定
電圧電流に切り換える方法が開発されている（特開平３
−２５１０５４号公報）。この公報に記載される充電方
法は、電池電圧が設定値になるまでは定電流充電し、電
圧が設定値に上昇した後は、電池の電圧が異常に上昇し
て電池性能が低下しないように、定電圧充電に切り換え
て満充電するものである。

【０００３】この充電方法は二次電池が満充電に近付く
と、充電電流が次第に小さくなって０に近付く。しかし
ながら完全には０にならず、いつまでも充電すると、微
小な充電電流が電解液を分解する副反応が起こる。した
がって、この状態で非水系二次電池を長時間充電すると
過充電して電池としての性能を劣化させる。とくに、非
水系二次電池は過充電に弱く、過充電による電池性能の
低下がはなはだしい。非水系二次電池は、ニッケルカド
ミウム電池に比較して、重量ならびに体積に対する容量
が相当に大きいので高性能な二次電池であるが、そのぶ
ん高価である。高価な非水系二次電池は、寿命を長くす
るために、充電するときの電池性能の低下をできる限り
少なくすることが切望される。

【０００４】この弊害は、トータルの充電時間をタイマ
ーに設定することで解消できる。タイマーは、充電を開
始するときカウントを開始する。一定時間充電するとタ
イムアップして充電を強制的に終了させる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この方法は、タイマー
の設定時間の調整が非常に難しい。全ての非水系二次電
池を満充電でき、しかも、過充電しないようにタイマを
設定することは不可能である。それは、非水系二次電池
を満充電する時間が、電池の性能と充電環境によって相
当に変化するからである。

【０００６】図１は、非水系二次電池を、定電流充電し
た後に定電圧充電する電流変化を示している。この図の
実線は、新しい非水系二次電池を２０℃で充電したとき
の電流変化を示している。実線で示す新しい非水系二次
電池は、定電流充電できる時間が長いので短時間で満充
電できる。定電流充電によって満充電に近い状態まで充
電できるからである。定電流充電時間を長くできるの
は、電池の内部抵抗が小さく、設定電圧に上昇する時間
が長くなるからである。使用回数の多い非水系二次電
池、あるいは低温で充電すると、破線で示すように、満
状態できる時間が長くなる。この電池は、内部抵抗が大
きいので、定電流充電できる時間が短く、充電電流が小
さくなる定電圧充電の時間が長くなる。

【０００７】図１に示すように、満充電できる時間が異
なる非水系二次電池は、短時間で充電できる非水系二次
電池を満充電できるように、タイマーの設定時間を調整
すると、破線で示すように、充電時間の長い非水系二次
電池を満充電できなくなる。破線で示す非水系二次電池
を満充電できるようにタイマを設定すると、実線で示す
特性の非水系二次電池が過充電されてしまう。

【０００８】本発明は、従来のこれ等の弊害を防止する
ことを目的に開発されたものである。本発明の重要な目
的は、全ての非水系二次電池を満充電して過充電を防止
し、充電工程における電池性能の低下を少なくできる非
水系二次電池の充電方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の非水系二次電池
の充電方法は、前述の目的を達成するために下記の構成
を備える。本発明の充電方法は、好ましくは最初に定電
流充電する。電池電圧が設定値に上昇すると、定電流充
電を定電圧充電に切り換えて満充電する。ただ、充電の
最初に必ずしも定電流充電する必要はない。最初から定
電圧充電して電池を満充電することもできる。

【００１０】定電圧充電するときに、充電電流が減少す
る勾配を検出する。充電電流が減少する勾配が設定値に
なったときに、充電電流を検出する。検出した電流値の
大きさでタイマーの設定時間を変更する。タイマーの設
定時間は、検出電流値が大きいときに長く、検出電流値
が小さいときに短く設定する。

【００１１】

【作用】非水系二次電池が定電圧充電されると、内部抵
抗が小さくて充電時間の短い電池は、充電電流が減少す
る勾配がきつく、内部抵抗が大きくて充電時間が長くな
る電池は、充電電流の減少勾配が緩い。本発明の非水系
二次電池の充電方法は、充電電流の減少勾配が設定値に
なったときの充電電流を検出し、この検出電流を関数と
してタイマーの設定時間を制御する。

【００１２】図２に示すように、短時間で充電できる非
水系二次電池は、充電電流が減少する勾配の変化が大き
く、減少勾配が設定値なったときにはほぼ満充電に近
く、このときの充電電流は小さくなる。本発明の充電方
法は、充電電流の減少勾配が設定値になったときの充電
電流が小さい電池は、タイマーの設定時間を短くする。
このため、実線で示すカーブで充電される低内部抵抗の
非水系二次電池は、過充電されることなく満充電され
る。

【００１３】反対に、図２の破線で示すように、充電時
間が長くなる非水系二次電池は、充電電流が減少する勾
配の変化がゆるく、減少勾配が設定値なっても、満充電
するまでにさらに相当充電する必要がある。このため、
減少勾配が設定値となったときの充電電流が相当に大き
くなる。本発明の充電方法は、充電電流の減少勾配が設
定値になったときの充電電流が大きい電池は、タイマー
の設定時間を長くしている。このため、破線で示すカー
ブで充電される高内部抵抗の非水系二次電池は、長い時
間充電されて満充電される。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想
を具体化するための非水系二次電池の充電方法を例示す
るものであって、本発明は、非水系二次電池の充電方法
と充電回路とを下記のものに特定しない。

【００１５】下記の〜の工程で電池を充電する。下
記の充電方法は、短時間で充電するために、最初に定電
流充電し、その後に定電圧充電する。充電する二次電池
は、リチウムイオン二次電池等の非水系二次電池であ
る。

【００１６】 非水系二次電池を定電流充電する。こ
のとき、電池を充電する最大電流と、最大電圧とを設定
しておく。非水系二次電池は、設定電圧よりも電圧が高
くならないように保持されて、定電流充電される。電圧
と電流の最大値を制限するのは、充電するときに電池性
能を低下させないためである。このときの充電電流は、
充電する非水系二次電池の性能を考慮して設定され、た
とえば、１Ｃ〜２Ｃの範囲に設定される。

【００１７】 非水系二次電池は、充電が進行するに
したがって、電池電圧が上昇する。電池電圧が設定値に
なると、定電流充電から定電圧充電に切り換える。電池
電圧を設定値以上に上昇させないためである。非水系二
次電池は、電圧が異常に高くなると、副反応がおこり電
池性能を著しく低下させる。

【００１８】 定電圧充電に移行すると、充電電流は
次第に減少する。非水系二次電池が満充電に近付くから
である。定電圧充電に移行すると、充電電流が減少する
勾配を測定する。充電電流の減少勾配は、一定の周期で
充電電流を検出し、検出電流値の差で計算する。減少勾
配が大きいと、一定の周期で検出する電流値の差が大き
く、減少勾配が小さいと検出電流値の差が小さくなる。
充電電流の減少勾配は、非水系二次電池の充電が進行す
るにしたがって小さくなる。図２に示すように、充電電
流のカーブが水平に近付くからである。

【００１９】 充電電流の減少勾配が小さくなって設
定値になると、そのときの充電電流を検出し、検出した
電流値で、タイマーの設定時間を調整する。タイマーの
設定時間は、検出した電流値が大きいときには長く、電
流値が小さいときには短く設定する。検出電流の小さい
非水系二次電池はすでにほぼ満充電され、検出電流の大
きい非水系二次電池は、満充電するまでにさらに充電す
る必要があるからである。タイマーは、検出した電流値
をパラメーターとして設定時間が設定される。タイマー
の設定時間は、たとえば、充電器に演算回路を内蔵させ
て、演算回路で計算する。演算回路は、検出電流から設
定時間を計算する関数を記憶している。

【００２０】たとえば、容量が１０００ｍＡｈのリチウ
ムイオン二次電池を充電するとき、減少勾配が０．０１
ｍＡ／ｓｅｃとなるときの充電電流が５０ｍＡ、１００
ｍＡ、２００ｍＡとなるとき、タイマーの設定時間は、
順番に３０分、１時間、２時間と設定する。

【００２１】 タイマーは時間が設定されるとカウン
トを開始する。タイマーがタイムアップすると、非水系
二次電池が満充電されたとして充電を停止する。

【００２２】以上の工程で非水系二次電池を満充電する
充電回路を図３に示している。この図の充電回路は、非
水系二次電池が満充電されたときに充電を完了させるス
イッチング素子１と、スイッチング素子１を制御する演
算回路２と、この演算回路２に、充電電流を検出して入
力する電流検出回路３と、非水系二次電池の電圧を検出
して演算回路２に入力する電圧検出回路４と、定電圧−
定電流充電回路５と、直流電源６とを備える。

【００２３】スイッチング素子１はオンオフに制御さ
れ、オン状態となって非水系二次電池を充電し、オフ状
態となって充電を停止する。

【００２４】演算回路２は、電流検出回路３から入力さ
れる電流値を演算して、充電電流が減少する勾配を計算
する。演算回路２は、充電電流が減少する勾配の設定値
を記憶している。電流検出回路３から入力される電流の
減少勾配を、記憶する設定値に比較し、検出される減少
勾配が設定値になると、そのときの電流値を検出する。
検出した電流値から、内蔵するタイマー２Ａの設定時間
を演算する。したがって、演算回路２は、タイマー２Ａ
を内蔵し、さらに、タイマー２Ａの設定時間を演算する
関数を記憶している。

【００２５】演算回路２に内蔵されるタイマー２Ａは、
充電電流が設定された減少勾配になった後の充電時間を
決定する。タイマー２Ａがタイムアップすると、演算回
路２はスイッチング素子１をオンからオフに切り換えて
充電を停止する。

【００２６】電流検出回路３は、充電電流に比例した電
圧を発生する電流検出抵抗７の両端の電圧を増幅して充
電電流を検出する。電流検出抵抗７は、非水系二次電池
と直列に接続されている。電流検出抵抗７の両端には、
抵抗値×電流の電圧が発生する。電流検出回路３は、電
流検出抵抗７の両端に発生する電圧を演算回路２に入力
し、演算回路２は入力された電圧から充電電流を演算す
る。

【００２７】演算回路２は、電流検出回路３から入力さ
れる充電電流を演算して、充電電流が減少する勾配を演
算する。充電電流の減少勾配は、一定の周期で検出した
電流値の差から演算できる。充電電流の減少勾配を演算
する周期は、例えば１〜６０ｓｅｃ、好ましくは２〜３
０ｓｅｃ、さらに好ましくは約１０ｓｅｃに設定され
る。

【００２８】電圧検出回路４は、非水系二次電池の電圧
を検出して演算回路２に入力する。演算回路２に非水系
二次電池の電圧を検出して入力すると、演算回路２は、
電池の電圧が異常に上昇したときに、充電を強制的に停
止できる。

【００２９】定電圧−定電流充電回路５は、定電流回路
を構成するふたつのトランジスタ８、９と、トランジス
タ８のベースに接続された差動アンプ１０と、基準電源
１１とを備える。定電流回路は、電流検出抵抗７と直流
に接続された電圧検出抵抗１２の電圧を一定（約０．６
Ｖ）とするように充電電流を制御する。したがって、電
圧検出抵抗１２の値を調整して充電電流を調整でき、充
電電流が設定値よりも大きくなると電圧検出抵抗１２の
電圧が高くなって充電電流を減少させる。

【００３０】差動アンプ１０は、電流制御トランジスタ
８のベース電圧を制御して、非水系二次電池の電圧を制
限する。差動アンプ１０は、＋入力端子に接続された基
準電源１１と、非水系二次電池の電圧とを比較し、非水
系二次電池の電圧が基準電源１１の電圧よりも高くなる
と、差動アンプ１０の出力を−とし、電流制御トランジ
スタ８をカットオフ状態に近付けて出力電圧を低くす
る。非水系二次電池の電圧が、基準電源１１の電圧より
も低いとき、差動アンプ１０の出力は＋となり、電流制
御トランジスタ８をカットオフ状態としない。差動アン
プ１０は、電流制御トランジスタ８を制御して、非水系
二次電池の電圧を基準電源１１の電圧よりも低く制御し
て充電する。

【００３１】図３に示す充電回路は、図４に示す下記の
ステップで非水系二次電池を充電する。図３に示す充電
回路は、定電圧−定電流充電回路５で、非水系二次電池
の充電電流と電圧とを調整するので、非水系二次電池
は、基準電源１１の電圧となるまでは定電流充電され、
その後は基準電源１１の電圧に保持して定電圧充電され
る。

【００３２】(1) 充電を開始して、演算回路２がスイ
ッチング素子１をオンとする。［Ｓ＝１］ (2) 電流検出回路３が充電電流を検出し、検出した電
流値を演算回路２に入力する。［Ｓ＝２］ (3) 演算回路２は、検出電流ＩAを、記憶している電流
値であるＩmaxに比較する。検出電流をＩmaxに比較する
のは、定電流充電を完了したかどうかを判定するためで
ある。定電流充電が完了して充電電流が小さくなると、
検出電流ＩAは、Ｉmaxよりも小さくなる。Ｉmaxは、図
２に示すように、定電流充電する電流値よりも多少小さ
くこれに近い電流値に設定されている。検出電流がＩma
xよりも大きいときは、定電流充電をしているので、ス
テップ２にループする。［Ｓ＝３］

【００３３】(4) 演算回路２は、一定時間ＴA経過した
かどうかを判定する。時間ＴAは、充電電流が減少する
勾配を演算するための周期で、例えば約１０秒に設定さ
れる。一定時間経過するまで、このステップをループす
る。［Ｓ＝４］

【００３４】(5) ＴA時間経過すると、再び充電電流Ｉ
Bを検出する。［Ｓ＝５］ (6) 演算回路２が［（ＩA−ＩB）／ＴA］の計算をし
て、充電電流の勾配を演算し、演算結果を記憶する設定
値Ａに比較する。演算結果が設定値Ａよりも大きいと、
ステップ２にループし、小さいと下記のステップに移行
する。［Ｓ＝６］

【００３５】(7) 演算回路２は、最後に検出した充電
電流ＩBをパラメーターとして、タイマー２Ａの設定時
間Ｔを演算する。演算回路２は、充電電流からタイマー
２Ａの設定時間を演算する関数Ｔ＝ｆ（ＩB）を記憶し
ている。この関数は、充電電流ＩBが小さいときに設定
時間Ｔを短く、充電電流ＩBが大きいときに設定時間Ｔ
を大きくする関数である。［Ｓ＝７］

【００３６】(8) 演算回路２は、タイマー２Ａの設定
時間Ｔを経過したかどうかを判定し、設定時間Ｔ経過す
るまで、このステップをループする。［Ｓ＝８］

【００３７】(9) タイマー２Ａの設定時間Ｔが経過す
ると、演算回路２がスイッチング素子１をオンからオフ
に切り換える。スイッチング素子１がオフになると、非
水系二次電池の充電は停止される。［Ｓ＝９］

【００３８】

【発明の効果】本発明の充電方法は、充電する非水系二
次電池の内部抵抗が異なり、あるいは充電する環境が異
なっても、全ての非水系二次電池を過充電することなく
満充電できる特長がある。それは、本発明の充電方法
が、定電圧充電するときの充電電流の減少勾配を検出
し、減少勾配が設定値となったときの電流値が、その後
の充電時間を決定するタイマーの時間を電池に最適な時
間に調整できるからである。

【００３９】たとえば、新しい非水系二次電池を定電圧
充電すると、充電電流が減少する勾配が設定値になった
ときには、ほぼ満充電されているので、その後の充電時
間を短く設定して過充電を防止できる。数百回も充電を
繰り返して内部抵抗が大きくなり、あるいは、充電温度
が著しく低温で充電される非水系二次電池は、充電電流
の減少勾配が設定値になっても、さらに相当に充電しな
いと満充電できない。本発明の非水系二次電池の充電方
法は、充電電流が減少する勾配が設定値となったときの
充電電流から、非水系二次電池の状態を判定して、その
後に充電する時間を調整する。このため、種々の環境
で、性能が異なる非水系二次電池を充電して、過充電す
ることなく満充電できる特長がある。このため、非水系
二次電池をもっとも有効に使用できる状態に充電して、
過充電による電池性能の低下を有効に防止できる特長が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】充電条件が異なる非水系二次電池の充電電流カ
ーブを示すグラフ

【図２】本発明の充電方法の充電電流カーブを示すグラ
フ

【図３】本発明の充電方法に使用する充電回路の具体例
を示す回路図

【図４】非水系二次電池を充電するステップを示すフロ
ーチャート図

【符号の説明】

１…スイッチング素子 ２…演算回路 ２Ａ…タイマー ３…電流検出回路 ４…電圧検出回路 ５…定電圧−定電流充電回路 ６…直流電源 ７…電流検出抵抗 ８…トランジスタ ９…トランジスタ １０…差動アンプ １１…基準電源 １２…電圧検出抵抗

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 非水系二次電池を定電圧充電して充電電
   流が減少する勾配を検出し、充電電流が減少する勾配が
   設定値になったときの電流値を検出し、検出した電流の
   大きさに基づいて非水系二次電池の充電時間を規制する
   タイマーの設定時間を変更し、検出電流が大きいときの
   タイマの設定時間を、検出電流が小さいときよりも長く
   設定することを特長とする非水系二次電池の充電方法。