(57)【要約】【課題】同時に、かつ、連続して、複数の車両に対して急速充電可能であり、かつ、設置場所の自由度を高めることができる充電装置を提供する。【解決手段】充電装置は、受電部と、複数の充電出力部と、蓄電部と、制御部とを備える。受電部は、交流電源に接続可能である。複数の充電出力部は、複数の外部蓄電装置を同時に充電可能である。蓄電部は、複数のリチウムイオン電池を直列及び並列に接続したものである。制御部は、受電部で受電した電力を複数のリチウムイオン電池の各々に供給して、複数のリチウムイオン電池の各々を充電し、かつ、複数のリチウムイオン電池の各々に蓄電された電力を複数の充電出力部の少なくとも１つから出力する。複数のリチウムイオン電池の各々は、オリビン構造を有する正極活物質と、層状に形成されたカーボンからなる負極活物質とを含む。負極活物質において、層間の平均距離はＬｉ原子の直径以上である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源に接続可能な受電部と、
複数の外部蓄電装置を同時に充電可能な複数の充電出力部と、
複数のリチウムイオン電池を直列及び並列に接続した蓄電部と、
前記受電部で受電した電力を前記複数のリチウムイオン電池の各々に供給して、前記複数のリチウムイオン電池の各々を充電し、かつ、前記複数のリチウムイオン電池の各々に蓄電された電力を前記複数の充電出力部の少なくとも１つから出力する制御部とを備え、
前記複数のリチウムイオン電池の各々は、
オリビン構造を有する正極活物質を含む正極と、
層状に形成されたカーボンであって、層間の平均距離がＬｉ原子の直径以上である負極活物質を含む負極とを有する、充電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の充電装置であって、
前記複数のリチウムイオン電池の各々は、
前記正極及び前記負極を金属製の缶に収容した缶電池であり、
前記蓄電部は、
前記複数の缶電池を互いに固定する缶電池固定部を有する、充電装置。
【請求項３】
請求項２に記載の充電装置であって、
前記缶電池固定部は、
前記複数の缶電池の間に空間を形成した状態で、前記複数の缶電池を互いに固定する、充電装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の充電装置であって、
前記蓄電部は、
前記複数の缶電池及び前記缶電池固定部を収容するケース部を有する、充電装置。
【請求項５】
請求項２〜４の何れか１項に記載の充電装置であって、
前記蓄電部は、
前記複数の缶電池の端子を互いに接続する接続部を有する、充電装置。
【請求項６】
請求項２〜５の何れか１項に記載の充電装置であって、
前記蓄電部は、
前記複数の缶電池の間に形成された空間の温度を調整する温度調整部を有する、充電装置。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか１項に記載の充電装置であって、
前記蓄電部は、
前記複数のリチウムイオン電池の少なくとも一部を鉛直方向で地面より下側に配置可能に構成されている、充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車が一般化することによって、既存のガソリンスタンドのような充電所の必要性が高まっている。また、同時に、かつ、連続して、複数の車両に対して急速充電可能であることが求められている。これを達成するには、多量の電力が必要になる。
【０００３】
そこで、すでに安定的に設置されて運営中である直流電気鉄道の給電系統から大容量の電力を安定的に供給し、中央遠隔監視制御システムで充電用電力供給のためのシステムに対する保護、制御および監視を行うことによって充電電力の使用量を計測できるシステムが提案されている（例えば、特表２０１５−５２５５５２号公報参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１５−５２５５５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、直流電気鉄道の給電系統から大容量の電力を供給するため、既存のガソリンスタンドに比べて、設置場所の制約が大きい。
【０００６】
本発明の目的は、同時に、かつ、連続して、複数の車両に対して急速充電可能であり、かつ、設置場所の自由度を高めることができる充電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００７】
本願の発明者は、設置場所の自由度を高めるために、先ず、ガソリンスタンドのように設置した充電所において、同時に、かつ、連続して、複数の車両を急速充電する状況を詳細に検討した。
【０００８】
検討の結果、多量の電力が連続して必要になることを確認した。しかしながら、２４時間という期間での使用状況を詳細に検討すると、多量の電力が必要とされる時間帯とほとんど電力が必要とされない時間帯の両方が存在していることを見出した。しかも、ガソリンスタンドのように設置した充電所では、その設置場所によって、必要とされる電力の量を想定することが可能であることを見出した。
【０００９】
そこで、本願の発明者は、充電装置に大量の電力を供給可能な蓄電設備を追加すれば、良いのではないかと考えた。近年、リチウムイオン電池の単位電池あたりの出力および容量は増大してきている。蓄電設備としてリチウムイオン電池を使用することが考えられる。
【００１０】
ところで、ガソリンスタンドのように設置した充電所は、大掛かりな設備である。そのため、投資を回収するためには、長期間（例えば２０年以上）にわたって可能な限りメンテナンスフリーで機能することが望ましい。
【００１１】
ところが、ガソリンスタンドのように設置した充電所の長期間での使用について詳細検討すると、リチウムイオン電池の劣化が問題であることが判明した。その理由は、以下のとおりである。
【００１２】
先ず、同時に複数の車両を急速充電する状況について検討した。このような状況では、短時間に多量の電力を供給することになる。長期間に亘って使用すると、このような電力供給が繰り返し行われる。その結果、リチウムイオン電池が劣化する。
【００１３】
また、連続して複数の車両を急速充電する状況について検討した。このような状況では、連続して多量の電力を供給することになる。長期間に亘って使用すると、このような電力供給が繰り返し行われる。その結果、リチウムイオン電池が劣化する。
【００１４】
また、同時に、かつ、連続して、複数の車両を充電可能な多量の電力を蓄積するためには、多数のリチウムイオン電池が必要になることがわかった。その理由は、以下のとおりである。
【００１５】
先ず、出力可能な電流値及び電圧値を高くすることについて検討した。出力可能な電流値を高くするためには、並列接続されるリチウムイオン電池の数を増やす必要がある。また、出力可能な電圧値を高くするためには、直列接続されるリチウムイオン電池の数を増やす必要がある。つまり、出力可能な電流値及び電圧値を高くするためには、リチウムイオン電池の数を多くすることが必要になる。
【００１６】
続いて、リチウムイオン電池の劣化を抑制することについて検討した。リチウムイオン電池の劣化を抑制するには、リチウムイオン電池のＳＯＣの変動幅を小さくして使用できるようにする必要がある。そのためには、並列接続されるリチウムイオン電池の数を増やす必要がある。つまり、リチウムイオン電池の劣化を抑制するには、リチウムイオン電池の数を多くすることが必要になる。
【００１７】
以上の検討結果から、同時に、かつ、連続して、複数の車両に対して急速充電可能であるためには、リチウムイオン電池の劣化を抑制する必要があるが、リチウムイオン電池の劣化を抑制しようとすると、リチウムイオン電池の数が多くなるという問題があることがわかった。
【００１８】
本願の発明者は、このような問題を解決するために、ガソリンスタンドのように設置した充電所について、更なる検討を進めた。その結果、充電所が移動体ではなく、固定されている設備であるため、リチウムイオン電池の数量の増加に起因する重量の増加は問題になりにくいことに気がついた。また、リチウムイオン電池の数量が増加しても、ある程度は許容できることに気がついた。そして、ガソリンスタンドのように設置した充電所には、単位電池（セル）あたりの出力及び容量の大きさではなく、充放電の繰り返しに対して劣化しにくいリチウムイオン電池が適していることを見出した。
【００１９】
本願の発明者は、このような知見に基づき、ガソリンスタンドのように設置した充電所に適したリチウムイオン電池を開発した。そのリチウムイオン電池の正極は、オリビン構造を有する正極活物質を含む。また、そのリチウムイオン電池の負極は、層状に形成されたカーボンであって、層間の平均距離がＬｉ原子の直径以上の負極活物質を含む。このようなリチウムイオン電池は、単位電池（セル）あたりの出力及び容量は大きくないが、充放電の繰り返しに対して非常に劣化しにくい。
【００２０】
今回開発したリチウムイオン電池は、単位電池（セル）あたりの電圧は低いが、直列に接続する単位電池の数を増加させることで、出力可能な電圧を高くすることについては、容易に対処することができる。また、今回開発したリチウムイオン電池は、単位電池（セル）あたりの出力電流を大きくできることがわかった。さらに、今回開発したリチウムイオン電池は、単位電池（セル）のＳＯＣの変動幅を大きくして使用しても、劣化しにくいことがわかった。加えて、今回開発したリチウムイオン電池を使用して、充放電の繰り返しに対する劣化を抑制する場合、リチウムイオン電池の数を少なくすることができる。
【００２１】
したがって、今回開発したリチウムイオン電池を複数組み合わせた蓄電設備をガソリンスタンドのように設置した充電所に使用した場合、同時に、かつ、連続して、複数の車両に対して急速充電可能であり、かつ、設置場所の自由度を高めることができる。
【００２２】
以上の知見により、本願の発明者は、本発明を完成させた。以下、本発明について説明する。
【００２３】
本発明の実施の形態による充電装置は、受電部と、複数の充電出力部と、蓄電部と、制御部とを備える。受電部は、交流電源に接続可能である。複数の充電出力部は、複数の外部蓄電装置を同時に充電可能である。蓄電部は、複数のリチウムイオン電池を直列及び並列に接続したものである。制御部は、受電部で受電した電力を複数のリチウムイオン電池の各々に供給して、複数のリチウムイオン電池の各々を充電し、かつ、複数のリチウムイオン電池の各々に蓄電された電力を複数の充電出力部の少なくとも１つから出力する。複数のリチウムイオン電池の各々は、正極と、負極とを有する。正極は、オリビン構造を有する正極活物質を含む。負極は、負極活物質を含む。負極活物質は、層状に形成されたカーボンである。負極活物質において、層間の平均距離は、Ｌｉ原子の直径以上である。
【００２４】
受電部は、交流電源に接続可能なものであれば、特に限定されない。受電部は、交流電源からの電力を受電することができるものであれば、特に限定されない。受電部は、例えば、交流電源から供給される交流を直流に変換することができるものであってもよい。受電部は、例えば、ＡＣ／ＤＣコンバータである。
【００２５】
交流電源は、例えば、商用電源である。交流電源の周波数及び電圧は、特に限定されない。
【００２６】
複数の充電出力部の各々は、外部蓄電装置を充電可能なものであれば、特に限定されない。複数の充電出力部の各々が外部蓄電装置を充電する態様は、特に限定されない。
【００２７】
例えば、複数の充電出力部の各々は、外部蓄電装置に対して物理的に接続された状態で、外部蓄電装置を充電してもよい。この場合、複数の充電出力部の各々は、例えば、外部蓄電装置に接続されるコネクタを含む。
【００２８】
例えば、複数の充電出力部の各々は、非接触状態で、外部蓄電装置を充電してもよい。この場合、複数の充電出力部の各々は、例えば、外部蓄電装置に設けられた受電コイルに対して非接触で送電する送電コイルを含む。
【００２９】
外部蓄電装置は、電力を蓄積することができるものであれば、特に限定されない。外部蓄電装置は、充放電可能なものであれば、特に限定されない。外部蓄電装置は、例えば、二次電池、スーパーキャパシタ、ウルトラキャパシタ等である。
【００３０】
外部蓄電装置は、例えば、民生機器が備えるものであってもよいし、産業機器が備えるものであってもよい。民生機器は、例えば、車両であってもよい。車両は、例えば、少なくとも１つの前輪と、少なくとも１つの後輪とを備える。車両は、モータのみを動力源とするものであってもよいし、モータ及び内燃機関を動力源とするものであってもよい。
【００３１】
外部蓄電装置は、民生機器（或いは、産業機器）に対して着脱可能であってもよい。この場合、民生機器（或いは、産業機器）から取り外した状態で、外部蓄電装置を充電してもよい。
【００３２】
複数のリチウムイオン電池を直列に接続する数は、特に限定されない。複数のリチウムイオン電池を並列に接続する数は、特に限定されない。
【００３３】
複数のリチウムイオン電池の各々が備える正極は、正極活物質を含む。正極活物質は、オリビン構造を有するものであれば、特に限定されない。オリビン構造を有する正極活物質は、例えば、リン酸鉄リチウムである。オリビン構造を有する正極活物質は、好ましくは、リチウムイオンが抜けることで絶縁体になるものである。このような正極活物質を有することにより、過電圧に強いリチウムイオン電池を得ることができる。
【００３４】
複数のリチウムイオン電池の各々が備える負極は、負極活物質を含む。負極活物質は、層状に形成されたカーボンである。このような負極活物質は、例えば、黒鉛である。負極活物質において、層間の平均距離は、Ｌｉ原子の直径以上であれば、特に限定されない。このような負極活物質は、例えば、以下のような方法により、製造される。
【００３５】
負極活物質の製造には、炭素源が用いられる。炭素源は特に限定されないが、収率を考慮すると、炭素を多く含む化合物が好適である。具体的には、石油ピッチ、コークス等の石油由来の物質や、椰子殻等の植物由来の物質などである。炭素は、出発原料により、難黒鉛化性炭素と、易黒鉛化性炭素とに分類される。層間の平均距離がＬｉ原子の直径以上になるのであれば、どちらを用いてもよい。黒鉛は、炭素の薄い膜（グラフェン）が積層された構造を有する。炭素は、不活性雰囲気下において、高温で焼くことにより、黒鉛化する。黒鉛化する温度は、２５００℃から３０００℃程度である。焼くときの温度が高く、且つ、焼く時間が長いほど、積層された炭素膜間の距離は小さくなり、且つ、炭素膜の大きさ（結晶子の大きさ）は大きくなる。その結果、所謂結晶性が増す。黒鉛とは、積層された炭素膜間の距離が３．３５オングストローム以下に結晶化されたものをいう。したがって、層間の平均距離がＬｉ原子の直径以上である上記負極活物質は、黒鉛とは異なるものである。
【００３６】
複数のリチウムイオン電池の各々が有する正極及び負極は、電解液に浸漬させる。電解液は、例えば、有機溶媒にリチウム塩を溶解させた有機電解液である。有機溶媒は、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネートである。リチウム塩は、例えば、ヘキサフルオロリン酸リチウム、ホウフッ化リチウム、過塩素酸リチウムである。電解液は、上記の有機電解液に対して、ポリマーを加えることにより、ゲル化したものであってもよい。ポリマーは、例えば、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリフッ化ビニリデンである。
【００３７】
蓄電部は、複数のリチウムイオン電池の少なくとも一部を、鉛直方向で、地面よりも下方に配置するものであってもよい。この場合、複数のリチウムイオン電池のうち、鉛直方向で地面よりも下方に配置される部分については、周囲の温度を安定させることができる。
【００３８】
複数のリチウムイオン電池の少なくとも一部を鉛直方向で地面よりも下方に配置する態様は、例えば、複数のリチウムイオン電池の幾つかについて、各々の全体が鉛直方向で地面よりも下方に位置する態様や、複数のリチウムイオン電池の幾つかについて、各々の下端部が鉛直方向で地面よりも下方に位置する態様を含む。
【００３９】
複数のリチウムイオン電池の各々は、例えば、缶電池であってもよい。缶電池は、正極及び負極を金属製の缶に収容したものであれば、特に限定されない。金属製の缶は、例えば、円筒形状であってもよいし、直方体形状であってもよい。正極及び負極が金属製の缶に収容されているので、正極及び負極が浸漬される電解液も金属製の缶に収容される。そのため、揮発性の高い電解液を用いることができる。揮発性の高い電解液は、例えば、酢酸エチルや酢酸メチル、アセトニトリル等である。揮発性の高い電解液は、凍り難い。その結果、複数のリチウムイオン電池の各々を低温でも使用することができる。複数のリチウムイオン電池の各々を低温でも使用することができるので、蓄電部の設置場所を選ぶ際の自由度が向上する。その結果、充電装置の汎用性が向上する。
【００４０】
蓄電部は、複数の缶電池を互いに固定する缶電池固定部を有していてもよい。この場合、複数の缶電池が直列及び並列に接続された状態を維持し易くなる。
【００４１】
缶電池固定部は、複数の缶電池を互いに固定することができるものであれば、特に限定されない。缶電池固定部は、例えば、複数の乾電池の各々が挿入される孔を有する板状部材である。
【００４２】
缶電池固定部は、複数の缶電池の間に空間を形成した状態で、複数の缶電池を互いに固定してもよい。この場合、複数の缶電池の各々が充放電しているときの発熱に起因する温度上昇を抑制することができる。
【００４３】
蓄電部は、複数の缶電池及び缶電池固定部を収容するケース部を有していてもよい。この場合、蓄電部の取り扱いが容易になる。
【００４４】
ケース部は、複数の缶電池及び缶電池固定部を収容するものであれば、特に限定されない。ケース部は、例えば、箱形状を有する。ケース部が複数の缶電池及び缶電池固定部を収容した状態で、複数の缶電池及び缶電池固定部の何れかの少なくとも一部が外部に露出していてもよい。
【００４５】
蓄電部は、複数の缶電池の端子を互いに接続する接続部を有していてもよい。この場合、複数の缶電池の端子を互いに接続する作業が容易になる。
【００４６】
接続部は、複数の缶電池の端子を互いに接続するものであれば、特に限定されない。接続部は、例えば、導電性を有する板状部材である。導電性を有する板状部材は、例えば、バスバーである。
【００４７】
蓄電部は、複数の缶電池の間に形成された空間の温度を調整する温度調整部を有していてもよい。この場合、複数の缶電池の各々が充放電しているときの発熱に起因する温度上昇をさらに抑制することができる。
【００４８】
温度調整部は、複数の缶電池の間に形成された空間の温度を調整することができるものであれば、特に限定されない。温度調整部は、例えば、空気調和機である。温度調整部は、送風機能のみを有していてもよい。つまり、温度調整部は、扇風機であってもよい。温度調整部は、液体を用いるものであってもよい。液体は、例えば、複数の缶電池の間に配置された管を流れる。管は、例えば、複数の缶電池に接していてもよい。
【００４９】
制御部は、受電部で受電した電力を複数のリチウムイオン電池の各々に供給して、複数のリチウムイオン電池の各々を充電し、かつ、複数のリチウムイオン電池の各々に蓄電された電力を複数の充電出力部の少なくとも１つから出力するものであれば、特に限定されない。制御部は、例えば、処理部と、記憶部とを備える。処理部は、受電部で受電した電力を複数のリチウムイオン電池の各々に供給して、複数のリチウムイオン電池の各々を充電し、かつ、複数のリチウムイオン電池の各々に蓄電された電力を複数の充電出力部の少なくとも１つから出力するための処理を行う。記憶部は、処理部による処理に必要な情報（例えば、プログラムや、プログラムの実行に必要なパラメータ等）を記憶する。
【００５０】
制御部は、例えば、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及び外部記憶装置等を備えるコンピュータにより実現される。具体的には、処理部は、ＣＰＵを演算処理部とし、ＲＡＭをワークエリアとして、ＲＡＭあるいはＲＯＭに格納されたプログラムが実行されることにより実現される機能部である。記憶部は、ＲＡＭあるいはＲＯＭを含む。ＲＡＭは、ＣＰＵがプログラムを実行する際のワークエリアとして使用される。また、ＲＡＭおよびＲＯＭには、制御部（処理部）が実行する各種のプログラムや設定データなどが保存されている。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施の形態による充電装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】蓄電部が備える複数のリチウムイオン電池を示す回路図である。
【図３】リチウムイオン電池の内部構造を示す斜視図である。
【図４】リチウムイオン電池のモデル図である。
【図５】蓄電部の分解斜視図である。
【図６】複数のリチウムイオン電池の各々が鉛直方向で地面よりも下方に配置されている状態を示す説明図である。
【図７】蓄電部が有する温度調整部を示す説明図である。
【図８】制御部が実行する充電処理を示すフローチャートである。
【図９】制御部が実行する出力処理を示すフローチャートである。
【図１０】２５℃での放電特性を示すグラフである。
【図１１】４５℃、６０℃及び８０℃の各々の環境下でリチウムイオン電池を保存したときのリチウムイオン電池の劣化状況を示すグラフである。
【図１２】４５℃の環境下において、サイクル劣化試験をしたときのリチウムイオン電池の劣化状況を示すグラフである。
【図１３】４５℃の環境下において、サイクル劣化試験をしたときのリチウムイオン電池の劣化状況を示すグラフであって、本発明例に係るリチウムイオン電池の劣化状況と、比較例に係るリチウムイオン電池の劣化状況とを併せて示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその部材についての説明は繰り返さない。
【００５３】
図１は、本発明の実施の形態による充電装置１０の概略構成を示す模式図である。図１を参照しながら、充電装置１０について説明する。
【００５４】
充電装置１０は、受電部１２と、複数の充電出力部１４と、蓄電部１６と、制御部１８とを備える。以下、これらについて説明する。
【００５５】
受電部１２は、交流電源２０に接続される。交流電源２０は、例えば、商用電源である。交流電源の周波数及び電圧は、特に限定されない。
【００５６】
受電部１２は、交流電源２０から供給される交流を直流に変換することができるものであれば、特に限定されない。受電部１２は、例えば、ＡＣ／ＤＣコンバータである。
【００５７】
複数の充電出力部１４は、複数の外部蓄電装置２２を同時に充電することができる。充電出力部１４が外部蓄電装置２２を充電する態様は、特に限定されない。
【００５８】
例えば、充電出力部１４は、外部蓄電装置２２に対して物理的に接続された状態で、外部蓄電装置２２を充電してもよい。この場合、充電出力部１４は、例えば、外部蓄電装置２２に接続されるコネクタを含む。
【００５９】
例えば、充電出力部１４は、非接触状態で、外部蓄電装置２２を充電してもよい。この場合、充電出力部１４は、外部蓄電装置２２に設けられた受電コイルに対して非接触で送電する送電コイルを含む。
【００６０】
外部蓄電装置２２は、充放電可能なものであれば、特に限定されない。外部蓄電装置２２は、例えば、二次電池である。外部蓄電装置２２は、例えば、電動車両に設けられている。
【００６１】
蓄電部１６は、図２に示すように、複数のリチウムイオン電池１６１を直列及び並列に接続したものである。複数のリチウムイオン電池１６１を直列に接続する数は、特に限定されない。複数のリチウムイオン電池１６１を並列に接続する数は、特に限定されない。なお、図２では、複数のリチウムイオン電池１６１を直列及び並列に接続する態様として、リチウムイオン電池１６１が直列に接続された直列電池群を並列に接続した態様を示しているが、複数のリチウムイオン電池１６１を直列及び並列に接続する態様は、リチウムイオン電池１６１が並列に接続された並列電池群を直列に接続した態様であってもよい。
【００６２】
図３を参照しながら、リチウムイオン電池１６１について説明する。図３は、リチウムイオン電池１６１の内部構造を示す斜視図である。
【００６３】
リチウムイオン電池１６１は、缶電池である。缶電池は、正極１６１１及び負極１６１２を金属製の缶１６１３に収容したものである。図３に示す例では、金属製の缶１６１３は、円筒形状を有する。図３に示す例では、正極１６１１及び負極１６１２が、所定の軸線（缶１６１３の中心軸線）周りに巻き回された状態で、金属製の缶１６１３に収容されている。正極１６１１と負極１６１２との間には、セパレータ１６１４が配置されている。セパレータ１６１４は、正極１６１１及び負極１６１２とともに、所定の軸線周りに巻き回されている。なお、正極１６１１、負極１６１２及びセパレータ１６１４は、電解液１６１５（図４参照）に浸漬されている。
【００６４】
図４を参照しながら、リチウムイオン電池１６１について、さらに説明する。図４は、リチウムイオン電池１６１のモデル図である。
【００６５】
正極１６１１は、正極活物質１６１１１と、集電体１６１１２とを含む。正極活物質１６１１１は、オリビン構造を有する。正極活物質は、例えば、リン酸鉄リチウムである。
【００６６】
負極１６１２は、負極活物質１６１２１と、集電体１６１２２とを含む。負極活物質１６１２１は、層状に形成されたカーボンである。具体的には、負極活物質１６１２１は、黒鉛である。負極活物質１６１２１において、層間の平均距離は、Ｌｉ原子の直径以上である。
【００６７】
セパレータ１６１４は、多孔質膜である。セパレータ１６１４は、例えば、ポリエチレンで形成されている。
【００６８】
電解液１６１５は、例えば、有機溶媒にリチウム塩を溶解させた有機電解液である。有機溶媒は、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネートである。リチウム塩は、例えば、ヘキサフルオロリン酸リチウム、ホウフッ化リチウム、過塩素酸リチウムである。
【００６９】
図５を参照しながら、蓄電部１６のより具体的な構造について説明する。図５は、蓄電部１６の分解斜視図である。なお、蓄電部１６の内部構造を判り易くするために、図５では、蓄電部１６がリチウムイオン電池１６１を１６個備える場合について示している。
【００７０】
蓄電部１６は、ケース部１６２と、２つの缶電池固定部１６３と、５つの接続部１６４１、１６４２、１６４３、１６４４、１６４５と、バランス回路１６５とを有する。以下、これらについて説明する。
【００７１】
ケース部１６２は、本体１６２１と、蓋１６２２とを含む。蓋１６２２は、本体１６２１に形成された開口を覆う。蓋１６２２には、外部正極端子１６６と、外部負極端子１６７とが取り付けられる。
【００７２】
ケース部１６２は、１６個のリチウムイオン電池１６１と、２つの缶電池固定部１６３と、５つの接続部１６４１、１６４２、１６４３、１６４４、１６４５と、バランス回路１６５とを収容する。
【００７３】
２つの缶電池固定部１６３は、それぞれ、１６個の孔１６３１が形成された板状部材である。１６個の孔１６３１の各々に対して、１つのリチウムイオン電池１６１が挿入される。これにより、１６個のリチウムイオン電池１６１が互いに固定される。この状態で、１６個のリチウムイオン電池１６１の間には、隙間が形成されている。
【００７４】
ここで、１６個のリチウムイオン電池１６１は、４つの列に分配された状態で、配置されている。つまり、各列は、４個のリチウムイオン電池１６１からなる。
【００７５】
１つ目の列を構成する４個のリチウムイオン電池１６１は、それぞれ、鉛直方向で下側に正極端子が位置している。２つ目の列を構成する４個のリチウムイオン電池１６１は、それぞれ、鉛直方向で上側に正極端子が位置している。３つ目の列を構成する４個のリチウムイオン電池１６１は、それぞれ、鉛直方向で下側に正極端子が位置している。４つ目の列を構成する４個のリチウムイオン電池１６１は、それぞれ、鉛直方向で上側に正極端子が位置している。
【００７６】
接続部１６４１は、１つ目の列を構成する４個のリチウムイオン電池１６１の各々が有する負極端子を電気的に接続する。接続部１６４２は、１つ目の列を構成する４個のリチウムイオン電池１６１の各々が有する正極端子を電気的に接続し、かつ、２つの目の列を構成する４つのリチウムイオン電池１６１の各々が有する負極端子を電気的に接続する。接続部１６４３は、２つ目の列を構成する４個のリチウムイオン電池１６１の各々が有する正極端子を電気的に接続し、かつ、３つの目の列を構成する４つのリチウムイオン電池１６１の各々が有する負極端子を電気的に接続する。接続部１６４４は、３つ目の列を構成する４個のリチウムイオン電池１６１の各々が有する正極端子を電気的に接続し、かつ、４つの目の列を構成する４つのリチウムイオン電池１６１の各々が有する負極端子を電気的に接続する。接続部１６４５は、４つ目の列を構成する４個のリチウムイオン電池１６１の各々が有する正極端子を電気的に接続する。
【００７７】
接続部１６４１は、図示しないケーブルを介して、外部負極端子１６７に接続されている。接続部１６４５は、図示しないケーブルを介して、外部正極端子１６６に接続されている。
【００７８】
バランス回路１６５は、１６個のリチウムイオン電池１６１の充電状態がばらつくのを抑制する。
【００７９】
このような蓄電部１６は、例えば、図６に示すように、複数のリチウムイオン電池１６１を、鉛直方向で、地面３０よりも下方に配置するものであってもよい。この場合、複数のリチウムイオン電池１６１の周囲の温度を安定させることができる。
【００８０】
また、蓄電部１６は、例えば、図７に示すように、温度調整部としての空冷用ファン１６８を有していてもよい。空冷用ファン１６８は、例えば、ケース部１６２が有する本体１６２１の側壁に配置される。空冷用ファン１６８は、複数のリチウムイオン電池１６１の間に形成された隙間に風を送る。これにより、複数のリチウムイオン電池１６１の間に形成された隙間の温度を調整することができる。
【００８１】
図１を参照しながら、制御部１８について説明する。制御部１８は、受電部１２で受電した電力を複数のリチウムイオン電池１６１の各々に供給して、複数のリチウムイオン電池１６１の各々を充電する。制御部１８は、複数のリチウムイオン電池１６１の各々に蓄電された電力を複数の充電出力部１４の少なくとも１つから出力する。
【００８２】
制御部１８は、例えば、処理部１８１と、記憶部１８２とを備える。処理部１８１は、受電部１２で受電した電力を複数のリチウムイオン電池１６１の各々に供給して、複数のリチウムイオン電池１６１の各々を充電するための処理を行う。また、処理部１８１は、複数のリチウムイオン電池１６１の各々に蓄電された電力を複数の充電出力部１４の少なくとも１つから出力するための処理を行う。記憶部１８２は、処理部１８１による処理に必要な情報（例えば、プログラムや、プログラムの実行に必要なパラメータ等）を記憶する。
【００８３】
制御部１８は、例えば、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及び外部記憶装置等を備えるコンピュータにより実現される。具体的には、処理部１８１は、ＣＰＵを演算処理部とし、ＲＡＭをワークエリアとして、ＲＡＭあるいはＲＯＭに格納されたプログラムが実行されることにより実現される機能部である。記憶部１８２は、ＲＡＭあるいはＲＯＭを含む。ＲＡＭは、ＣＰＵがプログラムを実行する際のワークエリアとして使用される。また、ＲＡＭおよびＲＯＭには、制御部１８（処理部１８１）が実行する各種のプログラムや設定データなどが保存されている。
【００８４】
図８を参照しながら、制御部１８が実行する充電処理について説明する。図８は、制御部１８が実行する充電処理を示すフローチャートである。
【００８５】
制御部１８は、ステップＳ１１において、複数のリチウムイオン電池１６１の各々が満充電状態であるか否かを判定する。満充電状態とは、充電率が１００％の状態である。充電率は、いわゆるＳＯＣ（State of charge）であり、リチウムイオン電池１６１の電気容量に対して、充電している電気量を比率で表したものである。
【００８６】
複数のリチウムイオン電池１６１の各々が満充電状態である場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、制御部１８は、ステップＳ１２において、受電部１２で受電した電力を複数のリチウムイオン電池１６１の各々に供給することを停止する。その後、制御部１８は、充電処理を終了する。
【００８７】
複数のリチウムイオン電池１６１の各々が満充電状態でない場合（Ｓ１１：ＮＯ）、制御部１８は、ステップＳ１３において、受電部１２で受電した電力を複数のリチウムイオン電池１６１の各々に供給して、複数のリチウムイオン電池１６１の各々を充電する。その後、制御部１８は、ステップＳ１１以降の処理を実行する。
【００８８】
図９を参照しながら、制御部１８が実行する出力処理について説明する。図９は、制御部１８が実行する出力処理を示すフローチャートである。
【００８９】
制御部１８は、ステップＳ２１において、複数の充電出力部１４の少なくとも１つが外部蓄電装置２２に接続された状態であるか否かを判定する。
【００９０】
複数の充電出力部１４の何れもが外部蓄電装置２２に接続されていない場合（Ｓ２１：ＮＯ）、制御部１８は、複数の充電出力部１４の何れかが外部蓄電装置２２に接続されるまで待つ。
【００９１】
複数の充電出力部１４の何れかが外部蓄電装置に接続されている場合（Ｓ２１：ＹＥＳ）、制御部１８は、ステップＳ２２において、充電出力部１４が接続された外部蓄電装置２２に電力を供給し、外部蓄電装置２２を充電する。
【００９２】
続いて、制御部１８は、ステップＳ２３において、外部蓄電装置２２の充電が完了したか否かを判断する。外部蓄電装置２２の充電が完了している場合（Ｓ２３：ＹＥＳ）、制御部１８は、出力処理を終了する。外部蓄電装置２２の充電が完了していない場合（Ｓ２３：ＮＯ）、制御部１８は、ステップＳ２２以降の処理を実行する。
【００９３】
充電装置１０においては、蓄電部１６が複数のリチウムイオン電池１６１を有する。複数のリチウムイオン電池１６１の各々が有する正極１６１１は、オリビン構造を有する正極活物質１６１１１を含む。複数のリチウムイオン電池１６１の各々が有する負極１６１２は、層状に形成されたカーボンからなる負極活物質１６１２１を含む。負極活物質１６１２１において、層間の平均距離は、リチウム原子の直径以上である。
【００９４】
このようなリチウムイオン電池１６１（以下、本発明例に係るリチウムイオン電池と称することがある）の特性について、図１０、図１１及び図１２を参照しながら、説明する。
【００９５】
図１０は、２５℃での放電特性を示すグラフである。図１０に示す放電特性は、直径が１８ｍｍ、長さが６５．０ｍｍの円筒型のリチウムイオン電池（いわゆる１８６５０セル）についてのものである。図１０に示す放電特性は、以下のようにして測定した。
【００９６】
先ず、本発明例に係るリチウムイオン電池を、定電流定電圧方式で充電した。定電流充電での充電電流は、１Ａとした。定電圧充電での充電電圧は、４．２Ｖとした。充電終止電流は、０．０５Ａとした。
【００９７】
このようにして充電した本発明例に係るリチウムイオン電池を定電流放電して、図１０に示す放電特性を得た。放電電流は、１Ａ、３Ａ、５Ａ及び１０Ａとした。放電終止電圧は、２．５Ｖとした。
【００９８】
図１１は、４５℃、６０℃及び８０℃の各々の環境下でリチウムイオン電池を保存したときのリチウムイオン電池の劣化状況を示すグラフである。なお、リチウムイオン電池の劣化状況は、保存期間が終了したときの容量を初期容量で除したもの（測定した容量の初期容量に対する比率）で表している。
【００９９】
リチウムイオン電池を保存する前には、２５℃の環境下において、定電流定電圧方式で充電した。定電流充電での充電電流は、１Ａとした。定電圧充電での充電電圧は、３．６５Ｖとした。充電終止電流は、０．０５Ａとした。
【０１００】
保存期間が終了したら、リチウムイオン電池の容量を測定した。具体的には、以下のとおりである。
【０１０１】
先ず、２５℃の環境下において、定電流定電圧方式で充電した。定電流充電での充電電流は、１Ａとした。定電圧充電での充電電圧は、３．６５Ｖとした。充電終止電流は、０．０５Ａとした。
【０１０２】
上記の条件で充電した後、２５℃の環境下で定電流放電をして、リチウムイオン電池の容量を測定した。放電電流は、１Ａとした。放電終止電圧は、２．５Ｖとした。
【０１０３】
図１２は、４５℃の環境下において、サイクル劣化試験をしたときのリチウムイオン電池の劣化状況を示すグラフである。なお、リチウムイオン電池の劣化状況は、所定回数のサイクル劣化試験が終了したときの容量を初期容量で除したもの（測定した容量の初期容量に対する比率）で表している。
【０１０４】
サイクル劣化試験は、４５℃の環境下において、リチウムイオン電池の充放電を繰り返した。充電終了から放電開始までの待機時間は、３０分とした。放電終了から充電開始までの待機時間は、３０分とした。
【０１０５】
サイクル劣化試験において、リチウムイオン電池は、定電流定電圧方式で充電した。定電流充電での充電電流は、１０Ａとした。定電圧充電での充電電圧は、３．６Ｖとした。充電終止電流は、０．０５Ａとした。
【０１０６】
サイクル劣化試験において、リチウムイオン電池は、定電流放電した。放電電流は、１０Ａとした。放電終止電圧は、２．５Ｖとした。
【０１０７】
所定回数のサイクル劣化試験が終了したら、リチウムイオン電池の容量を測定した。具体的には、以下のとおりである。
【０１０８】
先ず、２５℃の環境下において、定電流定電圧方式で充電した。定電流充電での充電電流は、１Ａとした。定電圧充電での充電電圧は、３．６５Ｖとした。充電終止電流は、０．０５Ａとした。
【０１０９】
上記の条件で充電した後、２５℃の環境下で定電流放電をして、リチウムイオン電池の容量を測定した。放電電流は、１Ａとした。放電終止電圧は、２．５Ｖとした。
【０１１０】
図１３は、４５℃の環境下において、サイクル劣化試験をしたときのリチウムイオン電池の劣化状況を示すグラフである。なお、リチウムイオン電池の劣化状況は、所定回数のサイクル劣化試験が終了したときの容量を初期容量で除したもの（測定した容量の初期容量に対する比率）で表している。
【０１１１】
サイクル劣化試験は、４５℃の環境下において、リチウムイオン電池の充放電を繰り返した。充電終了から放電開始までの待機時間は、３０分とした。放電終了から充電開始までの待機時間は、３０分とした。
【０１１２】
サイクル劣化試験において、リチウムイオン電池は、定電流定電圧方式で充電した。定電流充電での充電電流は、３Ａとした。定電圧充電での充電電圧は、３．６Ｖとした。充電終止電流は、０．０５Ａとした。
【０１１３】
サイクル劣化試験において、リチウムイオン電池は、定電流放電した。放電電流は、３Ａとした。放電終止電圧は、２．５Ｖとした。
【０１１４】
所定回数のサイクル劣化試験が終了したら、リチウムイオン電池の容量を測定した。具体的には、以下のとおりである。
【０１１５】
先ず、２５℃の環境下において、定電流定電圧方式で充電した。定電流充電での充電電流は、１Ａとした。定電圧充電での充電電圧は、３．６５Ｖとした。充電終止電流は、０．０５Ａとした。
【０１１６】
上記の条件で充電した後、２５℃の環境下で定電流放電をして、リチウムイオン電池の容量を測定した。放電電流は、１Ａとした。放電終止電圧は、２．５Ｖとした。
【０１１７】
上記のサイクル劣化試験は、本発明例に係るリチウムイオン電池だけでなく、比較例に係るリチウムイオン電池についても行った。比較例に係るリチウムイオン電池は、正極活物質がリン酸鉄リチウムであり、負極活物質が黒鉛であった。
【０１１８】
図１０を参照して、本発明例に係るリチウムイオン電池では、放電電流（出力電流）を大きく出来ることがわかった。
【０１１９】
図１１を参照して、本発明例に係るリチウムイオン電池では、６０℃での保存劣化試験において、５ヶ月保存した時点で、初期容量比が８２％を維持していることを確認できた。
【０１２０】
図１２を参照して、本発明例に係るリチウムイオン電池では、１０Ｃ／１０Ｃサイクル充放電試験を１０００回行った時点でも、初期容量比が５０％を維持していることを確認できた。つまり、本発明例に係るリチウムイオン電池では、ＳＯＣの変動幅を大きくして使用しても、劣化し難いことを確認できた。
【０１２１】
図１３を参照して、本発明例に係るリチウムイオン電池は、比較例に係るリチウムイオン電池よりも、劣化し難いことを確認できた。
【０１２２】
したがって、本発明例に係るリチウムイオン電池（リチウムイオン電池１６１）が複数直列及び並列に接続された蓄電部１６を有する充電装置１０においては、同時に、且つ、連続して、複数の外部蓄電装置２２に対して急速充電可能であり、かつ、設置場所の自由度を高めることができる。
【０１２３】
充電装置１０においては、リチウムイオン電池１６１の正極１６１１及び負極１６１２が金属製の缶１６１３に収容されているので、正極１６１１及び負極１６１２が浸漬される電解液１６１５も金属製の缶１６１３に収容される。そのため、揮発性の高い電解液１６１５を用いることができる。その結果、複数のリチウムイオン電池１６１の各々を低温でも使用することができる。複数のリチウムイオン電池１６１の各々を低温でも使用することができるので、蓄電部１６の設置場所を選ぶ際の自由度が向上する。その結果、充電装置１０の汎用性が向上する。
【０１２４】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。
【符号の説明】
【０１２５】
１０  充電装置
１２  受電部
１４  充電出力部
１６  蓄電部
１６１  リチウムイオン電池
１６１１  正極
１６１１１  正極活物質
１６１２  負極
１６１２１  負極活物質
１６１３  缶
１６２  ケース部
１６３  缶電池固定部
１６４１  接続部
１６４２  接続部
１６４３  接続部
１６４４  接続部
１６４５  接続部
１６８  空冷用ファン（温度調整部）
１８  制御部
【図１】
2020074258.tif 000003
【図２】
2020074258.tif 000004
【図３】
2020074258.tif 000005
【図４】
2020074258.tif 000006
【図５】
2020074258.tif 000007
【図６】
2020074258.tif 000008
【図７】
2020074258.tif 000009
【図８】
2020074258.tif 000010
【図９】
2020074258.tif 000011
【図１０】
2020074258.tif 000012
【図１１】
2020074258.tif 000013
【図１２】
2020074258.tif 000014
【図１３】
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