WO2015064735A1 - 充電装置、蓄電システム、充電方法及びプログラム - Google Patents

充電装置、蓄電システム、充電方法及びプログラム Download PDF

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章一郎 白石
卓哉 長谷川
市川　智之
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NEC Corp
Envision AESC Energy Devices Ltd
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NEC Corp
NEC Energy Devices Ltd
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Definitions

  • the present invention is based on a Japanese patent application: Japanese Patent Application No. 2013-228669 (filed on November 1, 2013), and the entire contents of this application are incorporated and described herein by reference.
  • the present invention relates to a charging device for charging a secondary battery.
  • the present invention relates to a power storage system including the charging device.
  • the present invention relates to a charging method for charging a secondary battery.
  • the present invention also relates to a program for operating the charging device or a program for controlling the charging method.
  • Secondary batteries are used as power sources in portable devices such as smartphones and electric vehicles.
  • secondary batteries for example, a lithium ion secondary battery is known.
  • the method for charging a lithium ion secondary battery described in Patent Document 1 charges a battery that is a lithium ion secondary battery while comparing it with a protection voltage (Vp) that changes according to temperature, and the voltage of the battery is equal to the protection voltage (Vp). ), The charging is stopped and the charging voltage (Vc) is switched according to the temperature band. The charging is started at the highest charging voltage (Vc) first, and the temperature and voltage of the battery are changed. And when the battery voltage exceeds the protection voltage (Vp) of the temperature band detected from the battery temperature, the charging is stopped, and when the charging is stopped and the voltage is lowered, the charging voltage corresponding to the battery temperature ( Charge at constant voltage and constant current at Vc).
  • the secondary battery is charged with the first current value until the voltage of the secondary battery reaches a predetermined first voltage value, and the voltage reaches the first voltage value.
  • a charging device includes a charging control unit that performs control to charge the secondary battery until a predetermined second voltage value is reached at a second current value lower than the first current value in response to detection of .
  • the secondary battery is charged with the first current value until the battery capacity of the secondary battery reaches a predetermined first capacity value, and the battery capacity reaches the first capacity value.
  • a charge control unit that performs control to charge the secondary battery at a second current value lower than the first current value until the voltage of the secondary battery reaches a predetermined charging voltage value in response to detection of A charging device is provided.
  • an electricity storage system including a charging device according to the first aspect and a secondary battery connected to the charging device.
  • a program for operating the charging device according to the first viewpoint or the second viewpoint is provided.
  • a program for controlling the charging method according to the fifth or sixth viewpoint is provided.
  • Rechargeable secondary battery can be completed in a short time while ensuring safety.
  • the schematic block diagram which shows an example of the charging device which concerns on 1st Embodiment.
  • the schematic block diagram which shows an example of the charging device which concerns on 4th Embodiment.
  • the schematic block diagram which shows an example of the charging device which concerns on 5th Embodiment.
  • Schematic shows an example of the electrical storage system which concerns on 6th Embodiment.
  • Schematic which shows an example of the electrical storage system which concerns on 8th Embodiment.
  • Schematic for demonstrating the preparation methods of the lithium ion battery in an Example Schematic for demonstrating the preparation methods of the lithium ion battery in an Example.
  • Schematic for demonstrating the preparation methods of the lithium ion battery in an Example Schematic for demonstrating the preparation methods of the lithium ion battery in an Example.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram showing an example of the charging apparatus according to the first embodiment.
  • the charging device 100 is a circuit for charging a secondary battery.
  • a lithium ion battery can be used.
  • Various types of batteries can be applied to the lithium ion battery.
  • positive electrode materials include a cobalt-based positive electrode using lithium cobaltate (LiCoO 2 ), a manganese-based positive electrode using lithium manganate (LiMn 2 O 4 ), and a nickel-based positive electrode using lithium nickelate (LiNiO 2 ). Etc. can be used.
  • the negative electrode material, the electrolyte material, and the separator material are not limited.
  • As the negative electrode material for example, graphite can be used.
  • the secondary battery may be a single cell or may be at least one battery pack in which a plurality of cells are connected in series so as to obtain a predetermined voltage.
  • the secondary battery has a plurality of battery packs, the plurality of battery packs may be connected in parallel or in series.
  • the secondary battery to which the charging device 100 is applied is not limited to a lithium ion battery.
  • the charging device 100 may be applied to a nickel metal hydride battery that uses a hydrogen storage alloy. In the following embodiments, charging of a lithium ion battery will be described as an example.
  • the charging device 100 includes a charging control unit 101 that controls charging of the secondary battery.
  • FIG. 2 shows a flowchart for explaining the operation of the charging apparatus according to the first embodiment, the charging method for the secondary battery, the program for operating the charging apparatus, and the program for controlling the charging method.
  • the charging control unit 101 charges the secondary battery with the first current value (S101; first constant current charging step). In response to detecting that the voltage of the secondary battery has reached a predetermined first voltage value, the charging control unit 101 switches to charging at a second current value lower than the first current value ( S103; second constant current charging step). In response to detecting that the voltage of the secondary battery has reached the second voltage value, the charging control unit 101 stops charging (S104, S105).
  • the first current value and the second current value are preferably set such that a value obtained by dividing the first current value by the second current value (denoted as “current ratio”) is 1.2 or more.
  • the current ratio is preferably set to 6.5 or less. This is because if the first current value is too high, the risk of deposition of dangerous substances increases. In particular, when charging in a low temperature environment, the risk becomes higher. Moreover, it is because charge time will become long if a 2nd electric current value is made too low. Furthermore, the higher the first current value in the first constant current charging step, the greater the voltage drop due to internal resistance that occurs when switching from the first constant current charging step to the second constant current charging step. This voltage drop equivalent is compensated for in the second constant current charging step.
  • the current ratio is more preferably 1.5 or more, more preferably 2.3 or more, and further preferably 2.7 or more.
  • the current ratio is more preferably 5.9 or less, more preferably 5.4 or less, and further preferably 3.5 or less.
  • the current ratio can also be calculated from the charge rate (for example, what is defined in International Electrotechnical Commission (IEC) 61434; It).
  • the first current value is preferably a current value of 0.1 It or more when converted to a charge rate corresponding to the charging current. This is to shorten the charging time.
  • the first current value is preferably a current value that is more preferably 0.2 It or more, and even more preferably 0.25 It or more.
  • the first current value is preferably a current value such that the charge rate is 0.6 It or less. This is to reduce the voltage drop amount.
  • the first current value is more preferably a current value at which the charge rate is more preferably 0.5 or less, and even more preferably 0.4 or less.
  • the second current value is preferably a current value such that the charge rate is 0.18 It or less. This is because, in a low-temperature environment, for example, in an environment corresponding to a temperature range of 0 ° C. or lower, when the voltage of the secondary battery is high, increasing the charging current increases the risk of hazardous substance deposition.
  • the second current value is more preferably a current value such that the charging rate is more preferably 0.15 It or less, and still more preferably 0.1 It or less.
  • the second current value is preferably a current value such that the charging rate is 0.04 It or more. This is because if the charging rate of the second current value is set too low, the charging time becomes long.
  • the second current value is more preferably a current value such that the charging rate is more preferably 0.05 It or more, and even more preferably 0.06 It or more.
  • the first voltage value is preferably set to 4.05 V or less. This is because, in a low temperature environment (for example, less than 0 ° C.), if the battery is charged to a voltage exceeding 4.05 V with a high charging current, the risk of deposition of dangerous substances increases.
  • the first voltage value is more preferably 4.04 V or less, and further preferably 4.03 V or less.
  • the first voltage value is preferably set to 3.80V or higher. This is because if the first voltage value is set too low, the charging time will be long.
  • the first voltage value is more preferably 3.85V or more, and further preferably 3.90V or more.
  • the second voltage value is preferably set to 4.2 V or less. This is because, in a low-temperature environment (for example, less than 0 ° C.), the risk of depositing dangerous substances increases when charged to the rated voltage.
  • the second voltage value is more preferably 4.15V or less, and further preferably 4.1V or less.
  • the constant current charging step is divided into at least two stages.
  • the current value in the second constant current charging step in the second stage is lower than the current value in the first constant current charging step in the first stage.
  • the charging time can be shortened by selecting a high current value.
  • the first current value should not be set too high, and the second current value lower than the first current value before the first current value becomes the voltage of the secondary battery where the risk of deposition of dangerous substances becomes high.
  • the risk of deposition of dangerous substances can be reduced. Thereby, even if it is the charge in the winter night in a cold region, both safety
  • FIG. 3 shows a flowchart for explaining the operation of the charging device, the charging method of the secondary battery, the program for operating the charging device, and the program for controlling the charging method according to the second embodiment.
  • a constant voltage charging step is added to the first embodiment.
  • S201 to S204 are the same as S101 to S104 of the first embodiment.
  • the charging control unit 101 In response to detecting that the voltage of the secondary battery has reached the second voltage value, the charging control unit 101 performs charging at the second voltage value (S205; constant voltage charging step). In response to detecting that the charging current has reached a predetermined current value, the charging control unit 101 stops charging (S206, S207).
  • the battery capacity can be further increased.
  • FIG. 4 shows a flowchart for explaining the operation of the charging apparatus according to the third embodiment, the charging method of the secondary battery, the program for operating the charging apparatus, and the program for controlling the charging method.
  • switching from the first constant current charging step to the second constant current charging step is determined based on whether or not the voltage of the secondary battery has reached a predetermined voltage value.
  • switching from the first constant current charging step to the second constant current charging step is determined based on whether or not the battery capacity of the secondary battery has reached a predetermined value.
  • S301 is the same as S101 of the first embodiment.
  • the charging control unit 101 switches to charging at a second current value lower than the first current value. (S303; second constant current charging step).
  • S303 to S307 are the same as S203 to S207 in the second embodiment.
  • the first current value and the second current value can be set similarly to the first embodiment.
  • the first capacity value is preferably 20% or more. If the first capacity value is less than 20%, the second constant current charging step will take a long time.
  • the first capacity value is preferably 67% or less. If the first capacity value is greater than 67%, the risk of deposition of dangerous substances increases in a low temperature environment. Therefore, by setting the first capacity value within the above range, the total charging time can be shortened and safety can be ensured.
  • the first capacity value is more preferably 26% or more, more preferably 40% or more, and further preferably 48% or more.
  • the first capacity value is more preferably 64% or less, and further preferably 61% or less.
  • the third embodiment has been described based on the second embodiment, the third embodiment can also be applied to the first embodiment. In this case, S305 and 306 in FIG. 4 can be omitted.
  • FIG. 5 is a schematic block diagram showing an example of the charging apparatus according to the fourth embodiment.
  • the charging device 200 according to the fourth embodiment is a more preferable form of the charging device according to the first embodiment.
  • the charging device 200 detects the presence or absence of a connection between the temperature detection unit 102 that detects a battery-related temperature related to the secondary battery, and the charging power source and the secondary battery.
  • a connection detection unit 103 that detects the voltage of the secondary battery, and a voltage detection unit 104 that detects the voltage of the secondary battery.
  • the charging device 200 is set with a voltage setting unit 106 that sets a voltage related to the charging control of the secondary battery, and a temperature range determination unit 105 that determines the temperature range of the temperature detected by the temperature detection unit 102.
  • a voltage comparison unit 107 that compares the voltage value with the voltage of the secondary battery, and a storage unit 108 that stores various data are further provided.
  • the storage unit 108 includes, for example, an upper limit voltage value corresponding to a temperature range, a temperature range during charging, a charging current value during constant current charging, a voltage value during constant voltage charging, a charging end current value during constant voltage charging, and a charging start voltage value. Memorize etc. Note that the charging device 200 may not include all the above-described units.
  • the connection detection unit 103 can be configured to output the detected connection information to at least the temperature detection unit 102 and the voltage detection unit 104.
  • the temperature detection unit 102 can be configured to detect a battery-related temperature based on connection information from the connection detection unit 103.
  • the temperature detection unit 102 can be configured to output the detected temperature information to at least one of the temperature range determination unit 105, the charge control unit 101, and the voltage setting unit 106.
  • the voltage detection unit 104 can be configured to detect the voltage of the secondary battery based on the connection information from the connection detection unit 103.
  • the voltage detection unit 104 can be configured to output at least the detected voltage information to the voltage comparison unit 107.
  • the temperature range determination unit 105 can be configured to determine the temperature range of the battery-related temperature based on the temperature information from the temperature detection unit 102.
  • the temperature range determination unit 105 can be configured to output the determined temperature range information to at least one of the charge control unit 101 and the voltage setting unit 106.
  • the voltage setting unit 106 can be configured to set the upper limit value of the voltage of the secondary battery based on the temperature range information from the temperature range determination unit 105.
  • the voltage setting unit 106 can be configured to output at least the set upper limit value information to the charge control unit 101.
  • the voltage comparison unit 107 can be configured to compare the set value and the voltage value based on the voltage information from the voltage detection unit 104.
  • the voltage comparison unit 107 can be configured to output at least the comparison result information to the charge control unit 101.
  • the charging control unit 101 can be configured to determine a charging method based on at least one piece of information from each of the above-described units and control charging of the secondary battery.
  • the temperature detected by the temperature detection unit 102 is preferably the temperature of any part of the secondary battery. This is because when the lithium ion battery is charged, the temperature of the secondary battery affects the deposition of dangerous substances such as lithium.
  • the temperature detected by the temperature detection unit 102 is not limited to the temperature of the secondary battery itself, and may be the temperature of the environment where the secondary battery, the charging device, or a power storage system described later is placed. This is because these environmental temperatures greatly affect the temperature of the secondary battery.
  • the temperature detector 102 may detect temperatures at a plurality of locations.
  • the temperature detected by the temperature detector is referred to as “battery related temperature”.
  • the temperature range to which the battery-related temperature belongs is divided into two or more regions according to the risk of deposition of a hazardous substance such as lithium.
  • the temperature range is divided into a first temperature range and a second temperature range. It is preferable to set the first temperature range and the second temperature range so as to be adjacent to each other.
  • the boundary of the temperature range can be set arbitrarily.
  • the boundary between the first temperature range and the second temperature range is such that, in the first temperature range, when charging is performed under the same conditions as the second temperature range, the risk of deposition of dangerous substances such as lithium is increased. Can be set.
  • the upper limit value of the secondary battery during charging is preferably set to separate voltage values for the first temperature range and the second temperature range.
  • the upper limit value of the secondary battery during charging in the first temperature range is referred to as a first voltage value
  • the upper limit value of the secondary battery during charging in the second temperature range is referred to as a second voltage value.
  • the first temperature range can be set to include a region where the battery related temperature is less than ⁇ 10 ° C., preferably less than 0 ° C.
  • the second temperature range can be set so as to include a region of 10 ° C. or higher, preferably a region of 0 ° C. or higher.
  • the first voltage value can be set within a range of 4.1 V or more and less than 4.15 V.
  • the second voltage value can be set in a range of 4.15V to 4.2V.
  • FIG. 6 shows a flowchart for explaining an operation of the charging device according to the fourth embodiment, a charging method for the secondary battery, and a program for operating the charging device or controlling the charging method.
  • the operation and the charging method of the charging device according to the fourth embodiment based on the second embodiment will be described, but the fourth embodiment can also be applied to the first embodiment and the third embodiment. .
  • connection detection unit 103 detects whether the secondary battery and the charging power source are electrically connected (S401). For example, in the case of a secondary battery mounted on an electric vehicle, the connection detection unit 103 detects whether the in-vehicle charger and the charging power source are connected. In the case of a secondary battery mounted on a portable device, the connection detection unit 103 detects whether the charger connected to the power source and the portable device are connected. The connection detection unit 103 outputs connection information with the power supply for charging to at least the temperature detection unit 102 and the voltage detection unit 104. The connection detection unit 103 may output the connection information to another unit.
  • the temperature detection unit 102 detects at least the battery-related temperature after the connection is confirmed (S402).
  • the temperature detection unit 102 outputs temperature information to at least one of the charge control unit 101, the temperature range determination unit 105, and the voltage setting unit 106.
  • the temperature detection unit 102 may detect the temperature before connecting the secondary battery and the charging power source. Regardless of whether charging or stopping charging, the temperature detection unit 102 may continue the detection with an interval by separating the battery-related temperatures in terms of time. In FIG. 6, temperature detection after S402 is not shown.
  • the temperature range determination unit 105 in response to the temperature information from the temperature detection unit 102, the temperature range determination unit 105 refers to the storage unit 108 and determines to which temperature range the battery-related temperature belongs (S403).
  • the temperature range determination unit 105 may determine the temperature range based on an instantaneous temperature, or may determine the temperature range based on a temperature for a certain period or an average temperature. For example, the temperature range determination unit 105 may determine the temperature range based on one piece of temperature information, or may determine the temperature range based on a plurality of temperature information for a predetermined period.
  • the storage unit 108 stores in advance the correspondence between temperature and temperature range.
  • the temperature range determination unit 105 outputs the determined temperature range information to the voltage setting unit 106.
  • the voltage setting unit 106 in response to the temperature range information from the temperature range determination unit 105, refers to the storage unit 108 and sets the upper limit value of the secondary battery voltage to a voltage value corresponding to the temperature range. .
  • the storage unit 108 stores the correspondence relationship between the temperature range and the upper limit voltage in advance.
  • the voltage setting unit 106 sets the upper limit voltage to the second voltage value when the detected temperature belongs to the first temperature range (S404).
  • the upper limit voltage is set to the third voltage value (S415).
  • the storage unit 108 stores the set upper limit voltage value.
  • the voltage setting unit 106 outputs the set upper limit value information to the voltage comparison unit 107 and the charging control unit 101.
  • the voltage detection unit 104 detects the voltage value of the secondary battery in response to the connection information from the connection detection unit 103. It is preferable that the voltage detection unit 104 detects the battery voltage after connection with the charging power source with a time interval. The voltage detection unit 104 outputs voltage value information of the detected secondary voltage to the voltage comparison unit 107.
  • the voltage comparison unit 107 compares the battery voltage value with the set upper limit value (S405, S416).
  • the voltage comparison unit 107 outputs comparison result information to the charge control unit 101.
  • the charge control unit 101 When the battery voltage value is lower than the upper limit value in response to the comparison result information from the voltage comparison unit 107, the charge control unit 101 starts charging the secondary battery. In a state where the battery-related temperature belongs to the first temperature range, the charging control unit 101 charges with the first current value (S406). In a state where the battery-related temperature belongs to the second temperature range, the charging control unit 101 charges with the third current value (S417).
  • the third current value a suitable numerical value can be selected as appropriate as long as no dangerous substance is deposited. For example, the third current value can be set higher than the first current value in order to shorten the charging time.
  • the charging control unit 101 uses the predetermined first voltage value or third voltage value as the upper limit value of the battery voltage.
  • the secondary battery may be charged.
  • the charging start voltage value can be set to a voltage value different from the upper limit value.
  • the charging start voltage value is set to a voltage value lower than the second voltage value or the third voltage value, and the storage unit 108 stores the charging start voltage value.
  • the voltage comparison unit 107 compares the battery voltage value with the charge start voltage value.
  • the charge control part 101 starts charge, when a battery voltage value is less than the said charge start voltage value. Even if the battery voltage value is less than the first voltage value or the third voltage value, the charging control unit 101 does not start charging when the battery voltage value is equal to or higher than the charging start voltage value.
  • the voltage detection step and the voltage comparison step may be performed before the temperature detection step.
  • S406 to S412 are the same as S201 to S207 in the second embodiment.
  • S418 to S420 are the same as S409 to S412 except that the upper limit voltage value and the charging current value are different.
  • the charging control unit 101 charges the secondary battery with the second current value in response to the comparison result information. Is started (S413, S414). The subsequent steps are the same as S409 to S412.
  • the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Further, the battery capacity can be further increased according to the state of the battery-related temperature.
  • FIG. 7 the schematic block diagram which shows an example of the charging device which concerns on 5th Embodiment is shown.
  • the charging device 300 according to the fifth embodiment is a more preferable form of the charging device according to the first embodiment.
  • the charging device 300 compares the battery capacity calculation unit 109 that calculates the battery capacity of the secondary battery, and compares the battery capacity value of the secondary battery with a preset first capacity value. And a battery capacity comparison unit 110 for performing.
  • the charge control unit 101 can be configured to output the charge control information to the battery capacity calculation unit 109. Examples of the charging control information include a charging current value and a charging time.
  • the voltage detection unit 104 can be configured to output voltage information to the battery capacity calculation unit 109.
  • the battery capacity calculation unit 109 can be configured to calculate the battery capacity of the secondary battery based on the charge control information from the charge control unit 101 and the voltage information from the voltage detection unit 104.
  • the battery capacity calculation unit 109 can be configured to output battery capacity information to the battery capacity comparison unit 110.
  • the battery capacity comparison unit 110 may be configured to compare a predetermined battery capacity standard value of the secondary battery with the battery capacity of the secondary battery based on the battery capacity information from the battery capacity calculation unit 109. it can.
  • the battery capacity comparison unit 110 can be configured to output the comparison result information to the charge control unit 101.
  • the battery capacity comparison unit 110 can be configured to output the comparison result information to the voltage comparison unit 107.
  • the charging control unit 101 can be configured to charge the secondary battery based on the comparison result information from the battery capacity comparison unit 110.
  • FIG. 8 shows a flowchart for explaining the operation of the charging apparatus according to the fifth embodiment, the charging method of the secondary battery, and the program for operating the charging apparatus or controlling the charging method.
  • the operation of the charging apparatus and the charging method according to the fifth embodiment based on the third and fourth embodiments will be described.
  • S501 to S504 and S513 to S520 are the same as S401 to S404 and S413 to S420 in the fourth embodiment.
  • the charging control unit 101 starts charging the secondary battery in response to the comparison result information from the battery capacity comparison unit 110.
  • the charging control unit 101 starts charging at the first current value (S505, S506).
  • the charging current is switched from the first current value to the second current value in response to the comparison result information from the battery capacity comparison unit 110 (S507). , S508).
  • S508 to S512 are the same as S408 to S412 in the fourth embodiment.
  • the calculation of the battery capacity by the battery capacity calculation unit 109 is not limited to before and after the temperature range determination by the temperature range determination unit 105.
  • the voltage comparison unit 107 responds to the comparison result information from the battery capacity comparison unit 110. Then, the voltage value of the secondary battery is compared with the second voltage value.
  • S513, S514, and S512 are the same as S413, S414, and S412 in the fourth embodiment.
  • the same effect as in the first embodiment can be obtained. Further, the battery capacity can be further increased according to the state of the battery-related temperature.
  • FIG. 9 is a schematic diagram illustrating an example of a power storage system according to the sixth embodiment.
  • the power storage system 400 includes a secondary battery 401 having at least one cell, and at least one of the charging devices 100, 200, and 300 according to the embodiment connected to the secondary battery 401.
  • a charging power source is detachably connected to charging devices 100, 200, and 300.
  • Charging devices 100, 200, and 300 charge secondary battery 401.
  • the charging method by the power storage system 400 is the same as the charging method described above.
  • FIG. 10 is a schematic diagram illustrating an example of a power storage system according to the seventh embodiment.
  • the power storage system 500 includes a temperature sensor 402 connected to the charging devices 100, 200, and 300 in addition to the power storage system according to the sixth embodiment.
  • the temperature sensor 402 is a sensor that detects the battery-related temperature described above.
  • the temperature sensor 402 can be installed, for example, so as to detect the temperature of at least one of cell surfaces, cells, and conductors connected to the cells.
  • the temperature sensor 402 may be installed to detect the temperature of the environment where the secondary battery 401, the charging devices 100 and 200, or the power storage system 300 is placed, for example.
  • a plurality of temperature sensors 402 may be installed so as to detect temperatures at a plurality of locations.
  • the charging method by the power storage system 500 is the same as the charging method described above.
  • the power storage system 500 can be applied to an embodiment that requires temperature determination. According to the seventh embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained. Moreover, according to 7th Embodiment, charge according to battery related temperature can be implemented. For example, according to the battery-related temperature, it can be charged while ensuring safety, and can be charged to an appropriate voltage value.
  • FIG. 11 is a schematic diagram illustrating an example of a power storage system according to the eighth embodiment.
  • the power storage system 600 according to the tenth embodiment is a preferred form of the power storage system according to the seventh embodiment.
  • the power storage system 600 is based on the seventh embodiment, but may be based on the sixth embodiment. In this case, the power storage system may not include the temperature sensor.
  • the power storage system 600 includes a secondary battery 401 having at least one cell, a battery management unit (BMU) 403 that performs charge control and discharge control of the secondary battery 401, and protection management of the secondary battery 401, Power conditioner (PCS) 404 that performs conversion of DC power and AC power between the secondary battery 401 and the power source and load, voltage and frequency adjustment, and control and monitoring of the BMU 403 and PCS A system controller (SC) 405 to be executed.
  • the BMU 403, the PCS 404, and the SC 405 are connected so that they can communicate with each other.
  • a charging power source is connected to the PCS 404.
  • PCS and SC are illustrated as separate elements, but the illustrated form includes a form in which PCS and CS are incorporated into one element.
  • the charging devices 100 and 200 according to the above embodiment are incorporated in the BMU 403.
  • the secondary battery 401 and the temperature sensor 402 are connected to the charging devices 100 and 200.
  • the program can be incorporated into SC405, for example.
  • the program causes the charging device to execute the operation of each unit and each step of the charging method.
  • the configuration of the eighth embodiment other than the above is the same as that of the seventh embodiment.
  • the program can be realized by making the operation or each step of each part in each of the above embodiments be each process of the program.
  • a lithium ion battery was manufactured, charged using the charging device and the charging method according to the second embodiment, the required charging time was measured, and the presence or absence of hazardous substances was confirmed.
  • FIG. 12 (a) are schematic views for explaining a method for manufacturing a lithium ion battery.
  • the positive electrode 14 and the negative electrode 15 produced above were alternately laminated with the separator 13 interposed therebetween (FIG. 12 (a)) to produce a laminate 6 (FIG. 12 (b)).
  • the separator 13 is an insulating material such as polyolefin, and has the same shape as the positive electrode 14 and the negative electrode 15.
  • the dimensions of the main surface of the laminate 6 were 200 mm long and 100 mm wide.
  • 30 layers of the positive electrode 14 and 31 layers of the negative electrode 15 were laminated. Then, a positive electrode current collecting tab was connected to the positive electrode 14.
  • a negative electrode current collecting tab was connected to the negative electrode 15 (FIG. 12B).
  • the positive electrode current collecting tab and the negative electrode current collecting tab were drawn from one side of the laminate 6 in a plan view and laminated so as not to interfere with each other.
  • a battery element fixing member 8 that holds the separator 13, the positive electrode 14, and the negative electrode 15 so as not to be displaced is provided on a pair of sides from which the positive current collecting tab and the negative current collecting tab are not drawn (FIG. 12). (C)).
  • the plurality of positive electrode current collecting tabs drawn from one side of the laminate 6 were bundled into one, and the plurality of bundled positive electrode current collecting tabs and one end of the positive electrode terminal 16 were connected. Similarly, a plurality of negative electrode current collecting tabs were bundled together and connected to one end of the negative electrode terminal 17 (FIG. 13).
  • the produced laminated body 6 was coated on the front and back surfaces with a resin and accommodated in an exterior body 7 made of flexible aluminum (FIG. 14A). The other end of the positive electrode terminal 16 and the other end of the negative electrode terminal 17 were exposed to the outside of the exterior body 7.
  • the other end of the positive electrode terminal 16 and the other end of the negative electrode terminal 17 exposed to the outside of the outer package 7 become a positive electrode terminal exposed portion 23 and a negative electrode terminal exposed portion 24.
  • the periphery of the exterior body 7 other than the opening for pouring the electrolytic solution was sealed by heat welding. Thereafter, an electrolytic solution was injected into the exterior body 7 from the opening, and the opening was bonded and sealed to produce a lithium ion battery 3 (FIG. 14B).
  • Table 1 shows the value obtained by converting the first current value into the charge rate as the first charge rate.
  • a value obtained by converting the second current value into the charge rate is shown as the second charge rate.
  • the “rate ratio” shown in Table 1 is a value obtained by dividing the first charging rate value by the second charging rate value.
  • the remaining battery capacity at the time when the first constant current charging step is completed is indicated as SOC (State of Charge).
  • SOC is the ratio of the battery capacity to the rated capacity of the battery.
  • the first charging time is the time required for the first constant current charging step.
  • the second charging time is the time required for the second constant current charging step.
  • the third charging time is the time required for the constant voltage charging step.
  • Examples 1 to 8 precipitation of dangerous substances such as lithium was not confirmed. Under the current implementation conditions, when charging to the upper limit voltage value at the first charge rate, it is considered that, as a rule of thumb, lithium may have precipitated. However, in Examples 1 to 8, it is considered that the dangerous substance did not precipitate because the charging current was decreased from the first charging rate to the second charging rate and charged to the upper limit voltage value. According to Examples 1 to 8, it is considered that the safety can be further improved when the second charging rate is 0.1 It or less. However, the charge rate at which no hazardous substance is deposited is not limited to this range.
  • the total charging time could be about 8 hours. Under the current implementation conditions, when charging from the start of charging to the upper limit voltage value at the second charging rate, the total charging time is considered to have greatly exceeded 8 hours. However, since charging was started at a first charging rate higher than the second charging rate, it is considered that the total charging time could be shortened. According to Examples 1 to 8, the total charge time can be suppressed to 8.2 hours or less by setting the charge rate to 1.3 or more and 6.4 or less, and the charge rate is 1.6 or more and 5.8 or less. The total charging time could be reduced to less than 8 hours. The reason why the charging time in Example 7 is longer than that in Examples 1 to 6 is considered to be that the first charging rate was lower than in Examples 1 to 6.
  • Example 8 the charging time is longer than that in Examples 1 to 6 because the first charging rate is higher than in Examples 1 to 6, so that the first constant current charging step to the second constant current charging step is performed. This is presumably because the voltage drop at the time of switching increased and it took time to compensate for the increase at the second charge rate.
  • the voltage value for switching from the first constant current charging step to the second constant current charging step is set to 4.03 V.
  • the voltage value to be switched is not limited to this voltage value. .
  • the total charging time can be suppressed to 8.2 hours or less, and is 27% or more and 63% or less.
  • the total charge time could be less than 8 hours.
  • Hours of low electricity unit price are often set to 8 hours (for example, from 11:00 pm to 7:00 am the next day). Therefore, according to the first to eighth embodiments, the charging can be almost completed in the time zone where the power unit price is low, and the power cost can be reduced.
  • the charging device, the power storage system, the charging method, and the program of the present invention have been described based on the above embodiment, but are not limited to the above embodiment, and are within the scope of the present invention and the basic of the present invention.
  • Various modifications, changes, and improvements may be included in various disclosed elements (including each element of each claim, each element of each embodiment or example, each element of each drawing, etc.) based on the technical idea. Needless to say, it can be done.
  • Various combinations and replacements of various disclosed elements including each element of each claim, each element of each embodiment or example, each element of each drawing, etc. within the scope of the entire disclosure of the present invention. Selection is possible.
  • a charging device Charging the secondary battery with a first current value until the voltage of the secondary battery reaches a predetermined first voltage value, and in response to detecting that the voltage has reached the first voltage value,
  • a charging device comprising a charge control unit that performs control to charge the secondary battery until a predetermined second voltage value is reached at a second current value lower than the first current value.
  • the secondary battery is a lithium ion battery,
  • the charging device in which the first voltage value is 3.80V or more and 4.05V or less.
  • the secondary battery is charged with a first current value until the battery capacity of the secondary battery reaches a predetermined first capacity value, and in response to detecting that the battery capacity has reached the first capacity value.
  • a charging control unit that performs control to charge the secondary battery until the voltage of the secondary battery reaches a predetermined charging voltage value at a second current value lower than the first current value; apparatus.
  • the first capacity value is 20% or more and 67% or less.
  • the charging control unit moves the secondary battery until the charging current value reaches a predetermined third current value.
  • a charging device for charging at the second voltage value or the charging voltage value is
  • a charging device in which a value obtained by dividing the first current value by the second current value is 1.4 or more and 6.5 or less.
  • the charging device wherein the first current value is a current value corresponding to a charging rate of 0.1 It or more and 0.6 It or less.
  • a temperature detection unit for detecting a temperature related to the secondary battery; In response to temperature information from the temperature detection unit that has detected a temperature of 0 ° C. or less, the charging control unit controls charging of the secondary battery.
  • the temperature is at least one of the temperature of any part of the secondary battery, the temperature of the environment where the secondary battery is placed, and the temperature of the environment where the charger is placed. .
  • Appendix 12 The charging device of appendices 1-11; An electrical storage system comprising: the secondary battery connected to the charging device.
  • a power storage system further comprising a temperature sensor connected to the charging device and detecting a temperature related to the secondary battery.
  • a battery management unit for managing charge and discharge of the secondary battery is a power storage system including the charging device.
  • a power conditioner for connecting the secondary battery and a charging power source;
  • a system controller for controlling the battery management unit and the power conditioner;
  • the battery management unit, the power conditioner, and the system controller are connected to each other.
  • the secondary battery is a lithium ion battery, The charging method wherein the first voltage value is 3.80V or more and 4.05V or less.
  • the temperature is at least one of the temperature of any part of the secondary battery, the temperature of the environment where the secondary battery is placed, and the temperature of the environment where the charging device for charging the secondary battery is placed. Charging method which is one temperature.
  • the charging device, power storage system, charging method, and program of the present invention can be suitably applied to charging a secondary battery, particularly a lithium ion battery.
  • a secondary battery particularly a lithium ion battery.
  • the present invention can be suitably applied to automobiles, portable devices, electric motors, portable power sources, and the like equipped with secondary batteries.

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Abstract

　安全性を確保しながら短時間で二次電池の充電を完了する充電装置、蓄電システム、充電方法及びプログラムを提供する。充電装置は、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電流値で二次電池の充電を行い、電圧が第１電圧値に達したことの検出に応じて、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電圧値となるまで二次電池を充電する制御を行う充電制御部を備える。

Description

充電装置、蓄電システム、充電方法及びプログラム
　［関連出願についての記載］
　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。
　スマートフォン等の携帯機器や電気自動車においては、電源として二次電池（蓄電池）が使用されている。このような二次電池の１つとしては、例えば、リチウムイオン二次電池が知られている。
　二次電池を充電する場合、通常、事故の発生や電池寿命の短縮を防止するため、過充電を防止する措置が採られている（例えば、特許文献１参照）。
　特許文献１に記載のリチウムイオン二次電池の充電方法は、リチウムイオン二次電池である電池を、温度によって変更する保護電圧（Ｖp）に比較しながら充電し、電池の電圧が保護電圧（Ｖp）を超えると充電を停止すると共に、温度帯域によって充電電圧（Ｖc）を切り換えて充電する方法であって、最初に最も高い充電電圧（Ｖc）で充電を開始すると共に、電池の温度と電圧を検出し、電池の電圧が、電池の温度から検出される温度帯域の保護電圧（Ｖp）を超えると充電を停止し、充電を停止して電圧が低下すると、電池の温度に対応する充電電圧（Ｖc）で定電圧・定電流充電する。
特開２００９－２２０７９号公報
　以下の分析は、本発明の観点から与えられる。
　二次電池の充電において、一定の電流で充電すると安全性を確保できない場合がある。例えば、リチウムイオン電池の場合、ある温度環境下において、短時間で充電可能となるような電流のまま満充電電圧まで充電すると、金属リチウムやリチウム化合物等の危険物質が負極に析出しやすくなってしまうことがある。一方、危険物質の析出を回避できるような一定の電流で満充電電圧まで充電すると充電が完了するまでの時間が長くなってしまう。そこで、当該環境下においても安全にかつ短時間で充電を完了させる手段が望まれている。
　特許文献１に記載の充電方法においては、低温度域においても一定の電流で充電しているだけであるので、特許文献１に記載の充電方法では安全性及び高速性の両方を確保した充電を実施することはできない。
　本発明の第１視点によれば、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電流値で二次電池の充電を行い、電圧が第１電圧値に達したことの検出に応じて、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電圧値となるまで二次電池を充電する制御を行う充電制御部を備える充電装置が提供される。
　本発明の第２視点によれば、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電流値で二次電池の充電を行い、電池容量が第１容量値に達したことの検出に応じて、第１電流値よりも低い第２電流値で、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が提供される。
　本発明の第３視点によれば、第１視点に係る充電装置と、充電装置に接続された二次電池と、を備える蓄電システムが提供される。
　本発明の第４視点によれば、第１視点又は第２視点に係る充電装置を動作させるプログラムが提供される。
　本発明の第５視点によれば、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電流値で二次電池の充電を行う工程と、電圧が第１電圧値から、予め定められた第２電圧値に達するまで、第１電流値よりも低い第２電流値で二次電池を充電する工程と、を含む充電方法が提供される。
　本発明の第６視点によれば、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電流値で二次電池の充電を行う工程と、電池容量が第１容量値に達した状態に対応する二次電池の第１電圧値から、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、第１電流値よりも低い第２電流値で二次電池を充電する工程と、を含む充電方法が提供される。
　本発明の第７視点によれば、第５視点又は第６視点に係る充電方法を制御するためのプログラムが提供される。
　安全性を確保しながら短時間で二次電池の充電を完了することができる。
第１実施形態に係る充電装置の一例を示す概略ブロック図。 第１実施形態に係る充電装置の動作、二次電池の充電方法、並びに充電装置を動作させるないし充電方法を制御するプログラムを説明するためのフローチャート。 第２実施形態に係る充電装置の動作、二次電池の充電方法、並びに充電装置を動作させるないし充電方法を制御するプログラムを説明するためのフローチャート。 第３実施形態に係る充電装置の動作、二次電池の充電方法、並びに充電装置を動作させるないし充電方法を制御するプログラムを説明するためのフローチャート。 第４実施形態に係る充電装置の一例を示す概略ブロック図。 第４実施形態に係る充電装置の動作、二次電池の充電方法、並びに充電装置を動作させるないし充電方法を制御するプログラムを説明するためのフローチャート。 第５実施形態に係る充電装置の一例を示す概略ブロック図。 第５実施形態に係る充電装置の動作、二次電池の充電方法、並びに充電装置を動作させるないし充電方法を制御するプログラムを説明するためのフローチャート。 第６実施形態に係る蓄電システムの一例を示す概略図。 第７実施形態に係る蓄電システムの一例を示す概略図。 第８実施形態に係る蓄電システムの一例を示す概略図。 実施例における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。 実施例における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。 実施例における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。
　以下の説明において、図面参照符号は発明の理解のために付記しているものであり、図示の態様に限定することを意図するものではない。各実施形態において、同じ要素には同じ符号を付してある。
　第１実施形態に係る充電装置について説明する。図１に、第１実施形態に係る充電装置の一例を示す概略ブロック図を示す。
　充電装置１００は二次電池を充電するための回路である。二次電池としては、例えば、リチウムイオン電池を使用することができる。リチウムイオン電池には、種々の形態の電池を適用することができる。正極材料としては、例えば、コバルト酸リチウム（LiCoO2）を用いたコバルト系正極、マンガン酸リチウム（LiMn2O4）を用いたマンガン系正極、ニッケル酸リチウム（LiNiO2）を用いたニッケル系正極等を使用することができる。負極材料、電解質材料及びセパレータ材料は限定されない。負極材料としては、例えば、黒鉛を使用することができる。二次電池は、単セルでもよいし、所定の電圧が得られるように複数のセルを直列に接続した少なくとも１つの電池パックであってもよい。二次電池が複数の電池パックを有する場合、複数の電池パックは、並列的に接続してもよいし、直列的に接続してもよい。充電装置１００を適用する二次電池は、リチウムイオン電池に限定されることはない。例えば、充電装置１００は、水素吸蔵合金を使用するニッケル水素電池に適用してもよい。以下の各実施形態においては、リチウムイオン電池の充電を例にして説明する。
　充電装置１００は、二次電池の充電を制御する充電制御部１０１を備える。
　第１実施形態に係る充電装置の動作、二次電池の充電方法、並びに充電装置を動作させるプログラム及び充電方法を制御するプログラムについて説明する。図２に、第１実施形態に係る充電装置の動作、二次電池の充電方法、並びに充電装置を動作させるプログラム及び充電方法を制御するプログラムを説明するためのフローチャートを示す。
　充電制御部１０１は、第１電流値で二次電池を充電する（Ｓ１０１；第１定電流充電ステップ）。二次電池の電圧が、予め定められた第１電圧値に達したことを検出したことに応じて、充電制御部１０１は、第１電流値よりも低い第２電流値での充電に切り替える（Ｓ１０３；第２定電流充電ステップ）。二次電池の電圧が第２電圧値に達したことを検出したことに応じて、充電制御部１０１は充電を停止する（Ｓ１０４，Ｓ１０５）。
　第１電流値及び第２電流値は、第１電流値を前記第２電流値で除した値（「電流比」と表記する）が１．２以上となるように設定すると好ましい。また、電流比は６．５以下に設定すると好ましい。第１電流値を高くしすぎると、危険物質が析出する危険性が高くなるからである。特に低温環境下で充電する場合には、その危険性はより高くなる。また、第２電流値を低くしすぎると、充電時間が長くなるからである。さらに、第１定電流充電ステップにおける第１電流値が高くなるほど、第１定電流充電ステップから第２定電流充電ステップへと切り替えたときに生じる、内部抵抗による電圧降下も大きくなってしまう。この電圧降下相当分は第２定電流充電ステップで補うことになる。しかし、電圧降下の量が大きくなると、それだけ第２定電流充電ステップの充電時間も長くなってしまう。したがって、第１電流値を前記第２電流値で除した値は上記範囲に設定すると好ましい。電流比は、１．５以上であるとより好ましく、２．３以上であるとより好ましく、２．７以上であるとさらに好ましい。電流比は、５．９以下であるとより好ましく、５．４以下であるとより好ましく、３．５以下であるとさらに好ましい。電流比は充電レート（例えば、国際標準会議（ＩＥＣ；International Electrotechnical Commission）６１４３４に定義されるもの；Ｉｔ）から算出することもできる。
　第１電流値は、充電電流に対応させた充電レートに換算した場合、０．１Ｉｔ以上であるような電流値であると好ましい。充電時間を短くするためである。第１電流値は、より好ましくは０．２Ｉｔ以上、さらに好ましくは０．２５Ｉｔ以上となるような電流値であると好ましい。また、第１電流値は、充電レートが０．６Ｉｔ以下であるような電流値であると好ましい。電圧降下量を小さくするためである。第１電流値は、充電レートがより好ましくは０．５以下、さらに好ましくは０．４以下となるような電流値であるとより好ましい。
　第２電流値は、充電レートが０．１８Ｉｔ以下となるような電流値であると好ましい。低温環境下、例えば０℃以下の温度範囲に対応する環境下において、二次電池の電圧が高い場合に、充電電流を高くすると危険物質析出の危険性が高くなるからである。第２電流値は、充電レートがより好ましくは０．１５Ｉｔ以下、さらに好ましくは０．１Ｉｔ以下となるような電流値であるとより好ましい。第２電流値は、充電レートが０．０４Ｉｔ以上となるような電流値であると好ましい。第２電流値の充電レートを低く設定しすぎると、充電時間が長くなってしまうからである。第２電流値は、充電レートがより好ましくは０．０５Ｉｔ以上、さらに好ましくは０．０６Ｉｔ以上となるような電流値であるとより好ましい。
　二次電池がリチウムイオン電池である場合、第１電圧値は４．０５Ｖ以下に設定すると好ましい。低温環境下（例えば０℃未満）において、高充電電流で４．０５Ｖを超える電圧まで充電すると危険物質が析出する危険性が高くなるからである。第１電圧値は、４．０４Ｖ以下であるとより好ましく、４．０３Ｖ以下であるとさらに好ましい。また、第１電圧値は３．８０Ｖ以上に設定すると好ましい。第１電圧値を低く設定しすぎると、充電時間が長くなってしまうからである。第１電圧値は、３．８５Ｖ以上であるとより好ましく、３．９０Ｖ以上であるとさらに好ましい。
　二次電池がリチウムイオン電池である場合、第２電圧値は４．２Ｖ以下に設定すると好ましい。低温環境下（例えば０℃未満）において、定格電圧まで充電すると危険物質が析出する危険性が高くなるからである。第２電圧値は、４．１５Ｖ以下であるとより好ましく、４．１Ｖ以下であるとさらに好ましい。
　第１実施形態においては、定電流充電ステップを少なくとも２段階に分けている。２段階目の第２定電流充電ステップにおける電流値は、１段階目の第１定電流充電ステップにおける電流値よりも低くしている。第１定電流充電ステップにおいては高い電流値を選択することにより、充電時間を短縮することができる。上記説明においては、２段階の例を挙げたが、３段階以上であってもよい。
　また、第１電流値を高くしすぎないこと、及び第１電流値では危険物質の析出の危険性が高くなる二次電池の電圧となる前に、第１電流値よりも低い第２電流値での第２定電流充電に切り替えることにより、危険物質が析出する危険性を低下させることができる。これにより、寒冷地での冬季夜間における充電であっても、１段階の定電流充電に比べて、安全性及び高速性の両方を高めることができる。
　次に、第２実施形態に係る充電装置の動作、二次電池の充電方法、並びに充電装置を動作させるプログラム及び充電方法を制御するプログラムについて説明する。図３に、第２実施形態に係る充電装置の動作、二次電池の充電方法、並びに充電装置を動作させるプログラム及び充電方法を制御するプログラムを説明するためのフローチャートを示す。第２実施形態においては、第１実施形態に、定電圧充電ステップを追加してある。
　Ｓ２０１～Ｓ２０４までは、第１実施形態のＳ１０１～Ｓ１０４と同様である。
　二次電池の電圧が、第２電圧値に達したことの検出に応じて、充電制御部１０１は、第２電圧値で充電を行う（Ｓ２０５；定電圧充電ステップ）。充電電流が予め定められた電流値に達したことの検出に応じて、充電制御部１０１は、充電を停止する（Ｓ２０６、Ｓ２０７）。
　第２実施形態によれば、電池容量をより高めることができる。
　第２実施形態の上記以外の形態は、第１実施形態と同様である。
　次に、第３実施形態に係る充電装置の動作、二次電池の充電方法、並びに充電装置を動作させるプログラム及び充電方法を制御するプログラムについて説明する。図４に、第３実施形態に係る充電装置の動作、二次電池の充電方法、並びに充電装置を動作させるプログラム及び充電方法を制御するプログラムを説明するためのフローチャートを示す。第１及び第２実施形態においては、第１定電流充電ステップから第２定電流充電ステップへの切替は、二次電池の電圧が所定の電圧値に達したかどうかによって判断した。第３実施形態においては、第１定電流充電ステップから第２定電流充電ステップへの切替は、二次電池の電池容量が所定値に達したかどうかによって判断する。
　Ｓ３０１は、第１実施形態のＳ１０１と同様である。
　二次電池の電池容量が、予め定められた第１容量値に達したことを検出したことに応じて、充電制御部１０１は、第１電流値よりも低い第２電流値での充電に切り替える（Ｓ３０３；第２定電流充電ステップ）。
　Ｓ３０３～Ｓ３０７は、第２実施形態におけるＳ２０３～Ｓ２０７と同様である。
　第１電流値及び第２電流値は第１実施形態と同様に設定することができる。
　第１容量値は２０％以上であると好ましい。第１容量値が２０％未満であると、第２定電流充電ステップに長時間を要することになってしまう。また、第１容量値は、６７％以下であると好ましい。第１容量値が６７％より大きい場合には、低温環境下においては危険物質が析出する危険性が高くなってしまう。よって、第１容量値を上記範囲に設定することにより、総充電時間を短くすることができると共に、安全性を確保することができる。第１容量値は、２６％以上であるとより好ましく、４０％以上であるとより好ましく、４８％以上であるとさらに好ましい。また、第１容量値は、６４％以下であるとより好ましく、６１％以下であるとさらに好ましい。
　第３実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
　第３実施形態は、第２実施形態を基に説明したが、第３実施形態は第１実施形態にも適用することができる。この場合、図４のＳ３０５及び３０６を省略することができる。
　第３実施形態の上記以外の形態は、第１及び第２実施形態と同様である。
　次に、第４実施形態に係る充電装置について説明する。図５に、第４実施形態に係る充電装置の一例を示す概略ブロック図を示す。第４実施形態に係る充電装置２００は、第１実施形態に係る充電装置のより好ましい形態である。
　充電装置２００は、第１実施形態における充電制御部１０１に加えて、二次電池に関連する電池関連温度を検知する温度検知部１０２と、充電用電源と二次電池との接続の有無を検知する接続検知部１０３と、二次電池の電圧を検知する電圧検知部１０４と、をさらに備える。また、充電装置２００は、二次電池の充電制御に関連する電圧を設定する電圧設定部１０６と、温度検知部１０２が検知した温度の温度範囲を判定する温度範囲判定部１０５と、設定された電圧値と二次電池の電圧との大小を比較する電圧比較部１０７と、各種データを記憶する記憶部１０８と、をさらに備える。記憶部１０８は、例えば、温度範囲に対応する上限電圧値、充電時の温度範囲、定電流充電における充電電流値、定電圧充電における電圧値、定電圧充電における充電終了電流値、充電開始電圧値等を記憶する。なお、充電装置２００は、上記のすべての部を備えなくてもよい。
　接続検知部１０３は、検知した接続情報を少なくとも温度検知部１０２及び電圧検知部１０４に出力するように構成することができる。温度検知部１０２は、接続検知部１０３からの接続情報に基づいて、電池関連温度を検知するように構成することができる。温度検知部１０２は、検知した温度情報を温度範囲判定部１０５、充電制御部１０１及び電圧設定部１０６のうち少なくとも１つに出力するように構成することができる。電圧検知部１０４は、接続検知部１０３からの接続情報に基づいて、二次電池の電圧を検知するように構成することができる。電圧検知部１０４は、検知した電圧情報を少なくとも電圧比較部１０７に出力するように構成することができる。温度範囲判定部１０５は、温度検知部１０２からの温度情報に基づいて、電池関連温度の温度範囲を判定するように構成することができる。温度範囲判定部１０５は、判定した温度範囲情報を少なくとも充電制御部１０１及び電圧設定部１０６のうち少なくとも１つに出力するように構成することができる。電圧設定部１０６は、温度範囲判定部１０５からの温度範囲情報に基づいて、二次電池の電圧の上限値を設定するように構成することができる。電圧設定部１０６は、設定した上限値情報を少なくとも充電制御部１０１に出力するように構成することができる。電圧比較部１０７は、電圧検知部１０４からの電圧情報に基づいて、設定値と電圧値とを比較するように構成することができる。電圧比較部１０７は、比較結果情報を少なくとも充電制御部１０１に出力するように構成することができる。充電制御部１０１は、上記各部からの少なくとも１つの情報に基づいて、充電方式を決定し、二次電池の充電を制御するように構成することができる。
　温度検知部１０２が検知する温度は、二次電池のいずれかの部分の温度であると好ましい。リチウムイオン電池の充電時において、二次電池の温度はリチウム等の危険物質の析出に影響するからである。二次電池の温度を検知する場合、例えば、セルの温度、セル間の温度、セル間を接続する導体の温度等を検知することができる。また、温度検知部１０２が検知する温度は、二次電池自体の温度に限定されず、二次電池、充電装置又は後述の蓄電システムが置かれた環境の温度であってもよい。これらの環境温度は、二次電池の温度に大きく影響するからである。二次電池、充電装置又は蓄電システムが設置される環境温度としては、例えば、二次電池が自動車に搭載されている場合、当該自動車が置かれている屋外や車庫内の気温が挙げられる。また、二次電池が携帯機器に搭載されている場合、例えば、二次電池や携帯機器が曝されている気温が挙げられる。温度検知部１０２は、複数箇所の温度を検知してもよい。以下、温度検知部が検知する温度を「電池関連温度」と表記する。
　以下の各実施形態においては、安全性を確保するため、リチウム等の危険物質が析出する危険性に応じて、電池関連温度が属する温度範囲を２以上の領域に区分している。第１～第６実施形態においては、温度範囲を第１温度範囲と第２温度範囲の２つに区分している。第１温度範囲と第２温度範囲とは隣接するように設定すると好ましい。温度範囲の境界は任意に設定することができる。例えば、第１温度範囲と第２温度範囲との境界は、第１温度範囲において、第２温度範囲と同じ条件で充電するとリチウム等の危険物質が析出する危険性が高くなることを避けるように設定することができる。そして、充電時の二次電池の上限値は、第１温度範囲と第２温度範囲とで別個の電圧値に設定すると好ましい。ここでは、第１温度範囲における充電時の二次電池の上限値を第１電圧値と表記し、第２温度範囲における充電時の二次電池の上限値を第２電圧値と表記する。例えば、第１温度範囲は、電池関連温度が－１０℃未満の領域、好ましくは０℃未満の領域を含むように設定することができる。また、第２温度範囲は、１０℃以上の領域、好ましくは０℃以上の領域を含むように設定することができる。この場合、例えば、第１電圧値は４．１Ｖ以上４．１５Ｖ未満の範囲内に設定することができる。また、第２電圧値は４．１５Ｖ以上４．２Ｖ以下の範囲に設定することができる。
　次に、第４実施形態に係る充電装置の動作、二次電池の充電方法、並びに充電装置を動作させるないし充電方法を制御するプログラムについて説明する。図６に、第４実施形態に係る充電装置の動作、二次電池の充電方法、並びに充電装置を動作させるないし充電方法を制御するプログラムを説明するためのフローチャートを示す。ここでは、第２実施形態を基礎とした第４実施形態に係る充電装置の動作及び充電方法について説明するが、第１実施形態及び第３実施形態にも第４実施形態を適用することもできる。
　まず、接続検知部１０３は、二次電池と充電用電源とが電気的に接続されたかを検知する（Ｓ４０１）。例えば、電気自動車に搭載された二次電池である場合には、接続検知部１０３は、車載充電器と充電用電源とが接続されたかを検知する。携帯機器に搭載された二次電池である場合には、接続検知部１０３は、電源に接続された充電器と携帯機器とが接続されたかを検知する。接続検知部１０３は、少なくとも温度検知部１０２及び電圧検知部１０４に、充電用電源との接続情報を出力する。接続検知部１０３は、接続情報を他の部に出力してもよい。
　次に、接続検知部１０３からの接続情報に応答して、温度検知部１０２は、少なくとも、接続が確認された以後の電池関連温度を検知する（Ｓ４０２）。温度検知部１０２は、充電制御部１０１、温度範囲判定部１０５及び電圧設定部１０６のうち少なくとも１つに温度情報を出力する。なお、温度検知部１０２は、二次電池と充電用電源との接続前に、温度を検知してもよい。温度検知部１０２は、充電中及び充電停止中にかかわらず、電池関連温度を時間的に離間して間隔をもった検知を継続してもよい。図６において、Ｓ４０２以降の温度検知は図示していない。
　次に、温度検知部１０２からの温度情報に応答して、温度範囲判定部１０５は、記憶部１０８を参照し、電池関連温度がどの温度範囲に属するかを判定する（Ｓ４０３）。温度範囲判定部１０５は、瞬間的な温度で温度範囲を判定してもよいし、一定期間の温度や平均温度を基に温度範囲を判定してもよい。例えば、温度範囲判定部１０５は、１つの温度情報を基に温度範囲を判定してもよいし、所定期間の複数の温度情報を基に温度範囲を判定してもよい。記憶部１０８は、予め、温度と温度範囲の対応関係について記憶してある。温度範囲判定部１０５は、判定した温度範囲情報を電圧設定部１０６に出力する。
　次に、温度範囲判定部１０５からの温度範囲情報に応答して、電圧設定部１０６は、記憶部１０８を参照し、二次電池の電圧の上限値を温度範囲に対応した電圧値に設定する。記憶部１０８は、予め、温度範囲と上限電圧の対応関係について記憶してある。電圧設定部１０６は、検知温度が第１温度範囲に属する場合、上限電圧を第２電圧値に設定する（Ｓ４０４）。検知温度が第２温度範囲に属する場合、上限電圧を第３電圧値に設定する（Ｓ４１５）。記憶部１０８は、設定した上限電圧値を記憶する。電圧設定部１０６は、設定した上限値情報を電圧比較部１０７及び充電制御部１０１に出力する。
　次に、電圧検知部１０４は、接続検知部１０３からの接続情報に応答して、二次電池の電圧値を検知する。電圧検知部１０４は、充電用電源との接続以後の電池電圧を時間的に離間して間隔をもって検知すると好ましい。電圧検知部１０４は、検知した二次電圧の電圧値情報を電圧比較部１０７に出力する。
　次に、電圧検知部１０４からの電圧値情報に応答して、電圧比較部１０７は、電池電圧値と、設定された上限値とを比較する（Ｓ４０５，Ｓ４１６）。電圧比較部１０７は、比較結果情報を充電制御部１０１に出力する。
　電圧比較部１０７からの比較結果情報に応答して、電池電圧値が上限値より低い場合、充電制御部１０１は二次電池の充電を開始する。電池関連温度が第１温度範囲に属する状態において、充電制御部１０１は、第１電流値で充電する（Ｓ４０６）。電池関連温度が第２温度範囲に属する状態において、充電制御部１０１は、第３電流値で充電する（Ｓ４１７）。第３電流値は、危険物質が析出しない範囲で、適宜好適な数値を選択することができる。例えば、第３電流値は、充電時間を短縮するため、第１電流値より高く設定することができる。
　充電制御部１０１は、温度検知部１０２からの温度情報又は温度範囲判定部１０５からの温度範囲情報に応答して、予め定められた第１電圧値又は第３電圧値を電池電圧の上限値として二次電池の充電を行ってもよい。
　ここでは、充電を開始する電圧値と充電時の電圧上限値とを同じ値に設定してある例について説明した。しかし、充電開始電圧値は、上限値とは別個の電圧値に設定することもできる。例えば、充電開始電圧値を第２電圧値又は第３電圧値よりも低い電圧値に設定して、記憶部１０８はこの充電開始電圧値を記憶する。この場合、電圧比較部１０７は、電池電圧値と当該充電開始電圧値とを比較する。そして、充電制御部１０１は、電池電圧値が当該充電開始電圧値未満である場合に充電を開始する。電池電圧値が第１電圧値又は第３電圧値未満であっても、充電開始電圧値以上である場合には充電制御部１０１は充電を開始しない。
　なお、電圧検知ステップ及び電圧比較ステップは、温度検知ステップの前に実施してもよい。
　電池関連温度が第１温度範囲に属する状態において、Ｓ４０６～Ｓ４１２は、第２実施形態におけるＳ２０１～Ｓ２０７と同様である。
　電池関連温度が第２温度範囲に属する状態において、Ｓ４１８～Ｓ４２０は、上限電圧値及び充電電流値が異なる以外は、Ｓ４０９～Ｓ４１２と同様である。
　電池関連温度が第１温度範囲に属する状態において、電池電圧値が第１電圧値以上である場合、充電制御部１０１は、比較結果情報に応答して、第２電流値で二次電池の充電を開始する（Ｓ４１３，Ｓ４１４）。以後は、Ｓ４０９～Ｓ４１２と同様である。
　第４実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、電池関連温度の状況に応じて、電池容量をより高めることができる。
　第４実施形態の上記以外の形態は、第１～第３実施形態と同様である。
　次に、第５実施形態に係る充電装置について説明する。図７に、第５実施形態に係る充電装置の一例を示す概略ブロック図を示す。第５実施形態に係る充電装置３００は、第１実施形態に係る充電装置のより好ましい形態である。
　充電装置３００は、第４実施形態における構成に加えて、二次電池の電池容量を算出する電池容量算出部１０９と、二次電池の電池容量値と予め設定された第１容量値とを比較する電池容量比較部１１０と、をさらに備える。充電制御部１０１は、充電制御情報を電池容量算出部１０９に出力するように構成することができる。充電制御情報としては、例えば、充電電流値及び充電時間が挙げられる。電圧検知部１０４は、電圧情報を電池容量算出部１０９に出力するように構成することができる。電池容量算出部１０９は、充電制御部１０１からの充電制御情報及び電圧検知部１０４からの電圧情報に基づいて、二次電池の電池容量を算出するように構成することができる。電池容量算出部１０９は、電池容量比較部１１０に電池容量情報を出力するように構成することができる。電池容量比較部１１０は、電池容量算出部１０９からの電池容量情報に基づいて、予め定められた二次電池の電池容量規格値と二次電池の電池容量とを比較するように構成することができる。電池容量比較部１１０は、比較結果情報を充電制御部１０１に出力するように構成することができる。電池容量比較部１１０は、比較結果情報を電圧比較部１０７に出力するように構成することができる。充電制御部１０１は、電池容量比較部１１０からの比較結果情報に基づいて二次電池を充電するように構成することができる。
　次に、第５実施形態に係る充電装置の動作、二次電池の充電方法、並びに充電装置を動作させるないし充電方法を制御するプログラムについて説明する。図８に、第５実施形態に係る充電装置の動作、二次電池の充電方法、並びに充電装置を動作させるないし充電方法を制御するプログラムを説明するためのフローチャートを示す。ここでは、第３及び第４実施形態を基礎とした第５実施形態に係る充電装置の動作及び充電方法について説明する。
　Ｓ５０１～Ｓ５０４及びＳ５１３～Ｓ５２０は第４実施形態におけるＳ４０１～Ｓ４０４及びＳ４１３～Ｓ４２０と同様である。
　電池関連温度が第１温度範囲に属する状態において、充電制御部１０１は、電池容量比較部１１０からの比較結果情報に応答して、二次電池の充電を開始する。二次電池の容量が、予め定められた第１容量値未満である場合には、充電制御部１０１は、第１電流値で充電を開始する（Ｓ５０５，Ｓ５０６）。次に、二次電池の電池容量が第１容量値に達した場合、電池容量比較部１１０からの比較結果情報に応答して、充電電流を第１電流値から第２電流値に切り替える（Ｓ５０７，Ｓ５０８）。Ｓ５０８～Ｓ５１２は、第４実施形態におけるＳ４０８～Ｓ４１２と同様である。
　なお、電池容量算出部１０９による電池容量の算出は温度範囲判定部１０５による温度範囲判定の前後について限定されない。
　電池関連温度が第１温度範囲に属する状態において、二次電池の容量が、第１容量値以上である場合には、電圧比較部１０７は、電池容量比較部１１０からの比較結果情報に応答して、二次電池の電圧値と第２電圧値とを比較する。Ｓ５１３、Ｓ５１４及びＳ５１２は、第４実施形態におけるＳ４１３、Ｓ４１４及びＳ４１２と同様である。
　第５実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、電池関連温度の状況に応じて、電池容量をより高めることができる。
　第５実施形態の上記以外の形態は、第１～第４実施形態と同様である。
　第６実施形態に係る蓄電システムについて説明する。図９は、第６実施形態に係る蓄電システムの一例を示す概略図である。
　蓄電システム４００は、少なくとも１つのセルを有する二次電池４０１と、二次電池４０１に接続された上記実施形態に係る充電装置１００，２００，３００のうちの少なくとも１つと、を備える。充電装置１００，２００，３００には充電用電源が着脱可能に接続される。充電装置１００，２００，３００は、二次電池４０１の充電を行う。
　蓄電システム４００による充電方法は、上述の充電方法と同様である。
　第６実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
　次に、第７実施形態に係る蓄電システムについて説明する。図１０は、第７実施形態に係る蓄電システムの一例を示す概略図である。
　蓄電システム５００は、第６実施形態に係る蓄電システムに加えて、充電装置１００，２００，３００に接続された温度センサ４０２と、を備える。温度センサ４０２は、上述の電池関連温度を検知するセンサである。温度センサ４０２は、例えば、セル表面、セル間、セルに接続された導体のうち少なくとも１つの温度を検知するように設置することができる。また、温度センサ４０２は、例えば、二次電池４０１、充電装置１００，２００又は蓄電システム３００が置かれた環境の温度を検知するように設置してもよい。温度センサ４０２は、複数の箇所の温度を検知するように複数設置してもよい。
　蓄電システム５００による充電方法は、上述の充電方法と同様である。
　蓄電システム５００は、温度判定を要する実施形態に適用することができる。第７実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第７実施形態によれば、電池関連温度に応じた充電を実施することができる。例えば、電池関連温度に応じて、安全性を確保して充電することができると共に、適切な電圧値まで充電することができる。
　第８実施形態に係る蓄電システムについて説明する。図１１は、第８実施形態に係る蓄電システムの一例を示す概略図である。第１０実施形態に係る蓄電システム６００は、第７実施形態に係る蓄電システムの好ましい形態である。蓄電システム６００は、第７実施形態を基礎としているが、第６実施形態を基礎とすることもできる。この場合、蓄電システムは温度センサを備えなくてもよい。
　蓄電システム６００は、少なくとも１つのセルを有する二次電池４０１と、二次電池４０１の充電制御及び放電制御や二次電池４０１の保護管理を行う電池管理ユニット（ＢＭＵ；Battery Management Unit）４０３と、二次電池４０１と電源や負荷との間の直流電力と交流電力の変換、電圧や周波数の調整等を行うパワーコンディショナ（ＰＣＳ；Power conditioner System）４０４と、ＢＭＵ４０３及びＰＣＳの制御、監視等を行うシステムコントローラ（ＳＣ；System Controller）４０５と、を備える。ＢＭＵ４０３、ＰＣＳ４０４及びＳＣ４０５は相互通信可能に接続されている。ＰＣＳ４０４には充電用電源が接続される。図１１においては、ＰＣＳとＳＣとは別個の要素として図示したが、図示の形態は、１つの要素にＰＣＳ及びＣＳが組み込まれている形態も含む。
　上記実施形態に係る充電装置１００，２００は、ＢＭＵ４０３に組み込まれている。二次電池４０１及び温度センサ４０２は、充電装置１００，２００に接続されている。
　プログラムは、例えばＳＣ４０５に組み込むことができる。プログラムは、各部の動作及び上記充電方法の各ステップを充電装置に実行させる。
　第８実施形態の上記以外の形態は、第７実施形態と同様である。
　第８実施形態によれば、第７実施形態と同様の効果を得ることができる。
　上記各実施形態における各部の動作ないし各ステップをプログラムの各処理とすることでプログラムは実現することができる。
　リチウムイオン電池を作製し、第２実施形態に係る充電装置及び充電方法を用いて充電を行い、要する充電時間を測定すると共に、危険物質の析出の有無を確認した。
　［正極電極の作製］
　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］
　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］
　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］
　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））。
　積層体６の一辺から引き出されている複数の正極集電タブを１つに束ねて、束ねた複数の正極集電タブと正極端子１６の一端とを接続した。同様にして、複数の負極集電タブを１つに束ねて、負極端子１７の一端と接続した（図１３）。作製した積層体６は、表面及び裏面を樹脂でコーティングし、可撓性を有するアルミニウムからなる外装体７に収容した（図１４（ａ））。正極端子１６の他端及び負極端子１７の他端は外装体７の外部に露出させた。外装体７の外部に露出させた正極端子１６の他端及び負極端子１７の他端は、正極端子露出部２３及び負極端子露出部２４となる。電解液を注液するための開口部分以外の外装体７の周囲を熱溶着によって封止した。その後、開口部分から電解液を外装体７の内部に注入し、開口部分を接着封止して、リチウムイオン電池３を作製した（図１４（ｂ））。
　［リチウムイオン電池の充電］
　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。
　表１には、第１電流値を充電レートに換算した値を第１充電レートとして示す。第２電流値を充電レートに換算した値を第２充電レートとして示す。表１に示す「レート比」は、第１充電レート値を第２充電レート値で除した値である。第１定電流充電ステップが終了した時点での電池残存容量をＳＯＣ（State of Charge）として示す。ＳＯＣは、電池の定格容量に対する電池容量の割合である。表２において、第１充電時間は第１定電流充電ステップに要した時間である。第２充電時間は第２定電流充電ステップに要した時間である。第３充電時間は定電圧充電ステップに要した時間である。
　実施例１～８においては、リチウム等の危険物質の析出が確認されなかった。今回の実施条件下において、第１充電レートのまま上限電圧値まで充電した場合、経験則上、リチウムが析出した可能性があると考えられる。しかしながら、実施例１～８においては、充電電流を第１充電レートから第２充電レートに低下させて上限電圧値まで充電したために、危険物質が析出しなかったものと考えられる。実施例１～８によれば、第２充電レートを０．１Ｉｔ以下にすると安全性をより高められると考えられる。ただし、危険物質が析出しない充電レートはこの範囲に限定されるものではない。
　実施例１～８においては、総充電時間を約８時間にすることができた。今回の実施条件下において、第２充電レートのまま充電開始から上限電圧値まで充電した場合、総充電時間は８時間を大きく超えたものと考えられる。しかしながら、第２充電レートよりも高い第１充電レートで充電を開始したので総充電時間を短縮できたと考えられる。実施例１～８によれば、充電レートを１．３以上６．４以下にすることにより総充電時間を８．２時間以下に抑えることができ、充電レートを１．６以上５．８以下にすることにより総充電時間を８時間未満にすることができた。実施例７において実施例１～６よりも充電時間が長くなったのは、実施例１～６よりも第１充電レートが低かったためと考えられる。実施例８において実施例１～６よりも充電時間が長くなったのは、実施例１～６よりも第１充電レートが高いため、第１定電流充電ステップから第２定電流充電ステップへの切替時における電圧降下が増加し、その増加分を第２充電レートで補うのに時間を要したためと考えられる。
　なお、実施例１～８においては、第１定電流充電ステップから第２定電流充電ステップへ切り替える電圧値を４．０３Ｖに設定したが、切り替える電圧値はこの電圧値に限定されるものではない。
　第１定電流充電ステップ終了時における電池残存容量（ＳＯＣ）は、２１％以上６６％以下である場合に総充電時間を８．２時間以下に抑えることができ、２７％以上６３％以下である場合に総充電時間を８時間未満にすることができた。
　電力単価の低い時間帯は８時間（例えば午後１１時から翌午前７時まで）に設定されていることが多い。したがって、実施例１～８によれば、電力単価の低い時間帯にほぼ充電を完了することができ、電力コストを低減させることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　本発明の充電装置、蓄電システム、充電方法及びプログラムは、上記実施形態に基づいて説明されているが、上記実施形態に限定されることなく、本発明の範囲内において、かつ本発明の基本的技術思想に基づいて、種々の開示要素（各請求項の各要素、各実施形態ないし実施例の各要素、各図面の各要素等を含む）に対し種々の変形、変更及び改良を含むことができることはいうまでもない。また、本発明の全開示の枠内において、種々の開示要素（各請求項の各要素、各実施形態ないし実施例の各要素、各図面の各要素等を含む）の多様な組み合わせ・置換ないし選択が可能である。
　本発明のさらなる課題、目的及び展開形態は、請求の範囲を含む本発明の全開示事項からも明らかにされる。
　本書に記載した数値範囲については、当該範囲内に含まれる任意の数値ないし小範囲が、別段の記載のない場合でも具体的に記載されているものと解釈されるべきである。
　上記実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下の記載には限定されない。
［付記１］
　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。
［付記２］
　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。
［付記３］
　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。
［付記４］
　前記第１容量値は２０％以上６７％以下である充電装置。
［付記５］
　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。
［付記６］
　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。
［付記７］
　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。
［付記８］
　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。
［付記９］
　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。
［付記１０］
　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。
［付記１１］
　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１２］
　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。
［付記１３］
　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。
［付記１４］
　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。
［付記１５］
　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１６］
　付記に記載の充電装置を動作させるプログラム。
［付記１７］
　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。
［付記１８］
　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。
［付記１９］
　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。
［付記２０］
　前記第１容量値は２０％以上６７％以下である充電方法。
［付記２１］
　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。
［付記２２］
　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。
［付記２３］
　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。
［付記２４］
　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。
［付記２５］
　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。
［付記２６］
　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。
［付記２７］
　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２８］
　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２９］
　付記に係る充電装置を備える自動車。
［付記３０］
　付記に係る蓄電システムを備える自動車。
［付記３１］
　付記に係る充電装置を備える電動機。
［付記３２］
　付記に係る蓄電システムを備える電動機。
［付記３３］
　付記に係る充電装置を備える携帯機器。
［付記３４］
　付記に係る蓄電システムを備える携帯機器。
［付記３５］
　付記に係る充電装置を備える携帯電源。
［付記３６］
　付記に係る蓄電システムを備える携帯電源。
　本発明の充電装置、蓄電システム、充電方法及びプログラムは、二次電池、特にリチウムイオン電池、の充電に好適に適用することができる。例えば、二次電池を搭載する自動車、携帯機器、電動機、携帯型電源等に好適に適用することができる。
　３　　　　　　　リチウムイオン電池
　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)

  1. 　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。
  2. 　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。
  3. 　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。
  4. 　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。
  5. 　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。
  6. 　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。
  7. 　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。
  8. 　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。
  9. 　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。
  10. 　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。
  11. 　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。
  12. 　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。
  13. 　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。
  14. 　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。
  15. 　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。
  16. 　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。
  17. 　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。
  18. 　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。
  19. 　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。
  20. 　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。
  21. 　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。
  22. 　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。
  23. 　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。
  24. 　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。
  25. 　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。
  26. 　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。
  27. 　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。
  28. 　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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