(57)【要約】【課題】リチウム二次電池の微短絡検知における汎用性及び判定精度を改善すること。【解決手段】リチウム二次電池３の定電流充電による充電期間において微短絡を検知する微短絡検知方法であって、リチウム二次電池３の充電電流Ｂに対する電池容量Ａの比率で単位時間ｄｔを規定する単位時間規定工程と、充電期間におけるリチウム二次電池３の電池電圧Ｖを単位時間ｄｔおきに取得する電圧取得工程と、電池電圧Ｖの単位時間ｄｔおきの電圧変化量ｄＶ／ｄｔを算出する変化量算出工程と、リチウム二次電池３の充電期間に電圧変化量ｄＶ／ｄｔが所定の閾値ＴＨを下回った場合に微短絡が発生したと判定する微短絡判定工程と、を含み、閾値ＴＨは、単位時間ｄｔに応じた係数αと予め取得された電圧変化量ｄＶ／ｄｔの平均値μ及び標準偏差σとを用いて、Ｔｈ＝μ−α×σとして設定される、微短絡検知方法。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウム二次電池の定電流充電による充電期間において微短絡を検知する微短絡検知方法であって、
前記リチウム二次電池の充電電流に対する電池容量の比率で単位時間を規定する単位時間規定工程と、
前記充電期間における前記リチウム二次電池の電池電圧を前記単位時間おきに取得する電圧取得工程と、
前記電池電圧の前記単位時間おきの電圧変化量を算出する変化量算出工程と、
前記リチウム二次電池の前記充電期間に前記電圧変化量が所定の閾値を下回った場合に微短絡が発生したと判定する微短絡判定工程と、を含み、
前記閾値は、前記単位時間に応じた係数αと予め取得された前記電圧変化量の平均値μ及び標準偏差σとを用いて、Ｔｈ＝μ−α×σとして設定される、微短絡検知方法。
【請求項２】
前記係数αは、前記充電期間における前記電圧変化量の算出回数の逆数が、前記閾値で規定される分布の区間から外れる確率よりも低くなるように設定される、請求項１に記載の微短絡検知方法。
【請求項３】
前記微短絡判定工程においては、微短絡が発生したと判定される回数が所定回数以上となった場合に、前記リチウム二次電池の充電が停止される、請求項１又は２に記載の微短絡検知方法。
【請求項４】
リチウム二次電池を充電する充電回路と、
前記リチウム二次電池の充電電流を測定する電流計と、
前記リチウム二次電池の電池電圧を測定する電圧計と、
前記充電回路を制御することにより前記リチウム二次電池を充電する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記リチウム二次電池の定電流充電による充電期間において、前記充電電流に対する前記リチウム二次電池の電池容量の比率で規定した単位時間ごとに前記電池電圧の電圧変化量を算出すると共に、前記電圧変化量が所定の閾値を下回った場合に前記リチウム二次電池に微短絡が発生したと判定し、
前記閾値は、前記単位時間に応じた係数αと予め取得された前記電圧変化量の平均値μ及び標準偏差σとを用いて、Ｔｈ＝μ−α×σとして設定される、微短絡検知装置。
【請求項５】
前記係数αは、前記充電期間における前記電圧変化量の算出回数の逆数が、前記閾値で規定される分布の区間から外れる確率よりも低くなるように設定される、請求項４に記載の微短絡検知装置。
【請求項６】
前記制御部は、微短絡が発生したと判定される回数が所定回数以上となった場合に、前記リチウム二次電池の充電を停止する、請求項４又は５に記載の微短絡検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微短絡検知方法及び微短絡検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウム二次電池は、一般的に、リチウムが挿入脱離可能な金属酸化物を正極に使用し、リチウムが挿入脱離可能な黒鉛材料を負極に使用して構成されることが多く、充電時においては正極からリチウムイオンが脱離して負極に挿入される。そして、リチウム二次電池は、エネルギー密度、出力電圧、電池寿命等の面で比較的優れていることから、様々な電子機器の電力供給源として広く使用されている。
【０００３】
ところで、リチウム二次電池は、充電時における負極表面においてデンドライトと呼ばれるリチウムの針状結晶が析出することがあり、デンドライトが正極と負極との間に介在するセパレータを突き破って正極まで成長した場合には、短絡不良を引き起こして電解液やセパレータの発火を招く虞がある。また、この場合、リチウム二次電池の正極として使用されるリチウム酸化物は、高温になることにより活性の高い酸素イオンを放出し、熱暴走による激しい燃焼を引き起こす虞がある。
【０００４】
上記のような短絡不良への対策として、特許文献１には、リチウム二次電池の充電中において、電極間が短絡する兆候としての微短絡の発生を判定するための従来技術が開示されている。より具体的には、当該従来技術では、充電中のリチウム二次電池の電池電圧の変化量の逆数が、事前に設定された規定値よりも大きい値となった場合に、デンドライトが析出したと判定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−８９３６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、リチウム二次電池の電池電圧の変化量は、電池特性や充電条件などの諸条件によって異なる。このため、微短絡を判定するための電池電圧の変化量が、上記の規定値を設定するために予め取得されたデータと異なる条件で取得されていた場合には、正しく微短絡を判定することができない。よって、上記の従来技術では、微短絡の発生を正しく判定するための条件が制約され汎用性が低下してしまう。また、測定される電池電圧は、測定系に起因して確率的に発生するノイズの影響により、稀に真の電圧値から大きく外れた値を示す場合があり、当該外れ値により微短絡の発生を誤判定させる虞がある。
【０００７】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、リチウム二次電池の微短絡検知における汎用性及び判定精度を改善する微短絡検知方法及び微短絡検知装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
＜本発明の第１の態様＞
本発明の第１の態様は、リチウム二次電池の定電流充電による充電期間において微短絡を検知する微短絡検知方法であって、前記リチウム二次電池の充電電流に対する電池容量の比率で単位時間を規定する単位時間規定工程と、前記充電期間における前記リチウム二次電池の電池電圧を前記単位時間おきに取得する電圧取得工程と、前記電池電圧の前記単位時間おきの電圧変化量を算出する変化量算出工程と、前記リチウム二次電池の前記充電期間に前記電圧変化量が所定の閾値を下回った場合に微短絡が発生したと判定する微短絡判定工程と、を含み、前記閾値は、前記単位時間に応じた係数αと予め取得された前記電圧変化量の平均値μ及び標準偏差σとを用いて、Ｔｈ＝μ−α×σとして設定される、微短絡検知方法である。
【０００９】
本発明の第１の態様に係る微短絡検知方法は、リチウム二次電池の充電期間において、充電電流に対する電池容量の比率で単位時間を規定すると共に、当該単位時間おきに取得した電池電圧の電圧変化量を算出することにより、リチウム二次電池の電池電圧及び充電電流に依存しない微短絡検知のための指標を算出することができる。さらに、本発明の第１の態様に係る微短絡検知方法は、単位時間に応じた係数αと予め取得された電圧変化量の平均値μ及び標準偏差σとを用いて閾値を設定することにより、確率的に発生するノイズに起因する誤検知の発生を抑制した微短絡検知が可能となる。これにより、本発明の第１の態様に係る微短絡検知方法によれば、リチウム二次電池の微短絡検知における汎用性及び判定精度を改善することができる。
【００１０】
＜本発明の第２の態様＞
本発明の第２の態様は、上記した本発明の第１の態様において、前記係数αは、前記充電期間における前記電圧変化量の算出回数の逆数が、前記閾値で規定される分布の区間から外れる確率よりも低くなるように設定される、微短絡検知方法である。
【００１１】
本発明の第２の態様によれば、微短絡検知のための閾値の算出に用いられる係数αが、確率的に発生するノイズに起因する微短絡の誤検知を抑制する値として設定されることから、微短絡の検知精度をより向上させることができる。
【００１２】
＜本発明の第３の態様＞
本発明の第３の態様は、上記した本発明の第１又は２の態様において、前記微短絡判定工程においては、微短絡が発生したと判定される回数が所定回数以上となった場合に、前記リチウム二次電池の充電が停止される、微短絡検知方法である。
【００１３】
本発明の第３の態様によれば、確率的に発生するノイズに起因して万が一、微短絡の発生を単発的に誤判定した場合であっても、直ちにリチウム二次電池の充電を停止しないことにより、正常なリチウム二次電池を誤って廃棄してしまう虞を低減することができる。
【００１４】
＜本発明の第４の態様＞
本発明の第４の態様は、リチウム二次電池を充電する充電回路と、前記リチウム二次電池の充電電流を測定する電流計と、前記リチウム二次電池の電池電圧を測定する電圧計と、前記充電回路を制御することにより前記リチウム二次電池を充電する制御部と、を備え、前記制御部は、前記リチウム二次電池の定電流充電による充電期間において、前記充電電流に対する前記リチウム二次電池の電池容量の比率で規定した単位時間ごとに前記電池電圧の電圧変化量を算出すると共に、前記電圧変化量が所定の閾値を下回った場合に前記リチウム二次電池に微短絡が発生したと判定し、前記閾値は、前記単位時間に応じた係数αと予め取得された前記電圧変化量の平均値μ及び標準偏差σとを用いて、Ｔｈ＝μ−α×σとして設定される、微短絡検知装置である。
【００１５】
本発明の第４の態様に係る微短絡検知装置は、リチウム二次電池の充電期間において、充電電流に対する電池容量の比率で単位時間を規定すると共に、当該単位時間おきに取得した電池電圧の電圧変化量を算出することにより、リチウム二次電池の電池電圧及び充電電流に依存しない微短絡検知のための指標を算出することができる。さらに、本発明の第４の態様に係る微短絡検知装置は、単位時間に応じた係数αと予め取得された電圧変化量の平均値μ及び標準偏差σとを用いて閾値を設定することにより、確率的に発生するノイズに起因する誤検知の発生を抑制した微短絡検知が可能となる。これにより、本発明の第４の態様に係る微短絡検知装置によれば、リチウム二次電池の微短絡検知における汎用性及び判定精度を改善することができる。
【００１６】
＜本発明の第５の態様＞
本発明の第５の態様は、上記した本発明の第４の態様において、前記係数αは、前記充電期間における前記電圧変化量の算出回数の逆数が、前記閾値で規定される分布の区間から外れる確率よりも低くなるように設定される、微短絡検知装置である。
【００１７】
本発明の第５の態様によれば、微短絡検知のための閾値の算出に用いられる係数αが、確率的に発生するノイズに起因する微短絡の誤検知を抑制する値として設定されることから、微短絡の検知精度をより向上させることができる。
【００１８】
＜本発明の第６の態様＞
本発明の第６の態様は、上記した本発明の第５又は６の態様において、前記制御部は、微短絡が発生したと判定される回数が所定回数以上となった場合に、前記リチウム二次電池の充電を停止する、微短絡検知装置である。
【００１９】
本発明の第６の態様によれば、確率的に発生するノイズに起因して万が一、微短絡の発生を単発的に誤判定した場合であっても、直ちにリチウム二次電池の充電を停止しないことにより、正常なリチウム二次電池を誤って廃棄してしまう虞を低減することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、リチウム二次電池の微短絡検知における汎用性及び判定精度を改善する微短絡検知方法及び微短絡検知装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る充電器の回路構成を模式的に示す構成図である。
【図２】制御部が実行する手順を示すフローチャートである。
【図３】電池容量が5[mAh]、充電電流が1[mA]の場合の電池電圧及び電圧変化量を示すグラフである。
【図４】電池容量が5[mAh]、充電電流が5[mA]の場合の電池電圧及び電圧変化量を示すグラフである。
【図５】電池容量が5[mAh]、充電電流が15[mA]の場合の電池電圧及び電圧変化量を示すグラフである。
【図６】電池容量が10[mAh]、充電電流が2[mA]の場合の電池電圧及び電圧変化量を示すグラフである。
【図７】電池容量が10[mAh]、充電電流が10[mA]の場合の電池電圧及び電圧変化量を示すグラフである。
【図８】電池容量が10[mAh]、充電電流が30[mA]の場合の電池電圧及び電圧変化量を示すグラフである。
【図９】微短絡が発生したリチウム二次電池の電池電圧及び電圧変化量の第１の例を示すグラフである。
【図１０】微短絡が発生したリチウム二次電池の電池電圧及び電圧変化量の第２の例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下に説明する内容に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において任意に変更して実施することが可能である。また、実施の形態の説明に用いる図面は、いずれも構成部材を模式的に示すものであって、理解を深めるべく部分的な強調、拡大、縮小、または省略などを行っており、構成部材の縮尺や形状等を正確に表すものとはなっていない場合がある。
【００２３】
図１は、本発明に係る充電器１の回路構成を模式的に示す構成図である。充電器１は、本実施形態においては、外部電源２及びリチウム二次電池３にそれぞれ接続されることにより、外部電源２から供給される電力でリチウム二次電池３を充電する。また、充電器１は、リチウム二次電池３を定電流で充電する充電期間において、リチウム二次電池３における微短絡の発生を検知する「微短絡検知装置」として機能する。
【００２４】
充電器１は、より具体的には、充電回路１０、制御部２０、電流計３０、電圧計４０、入力部５０、及び出力部６０を備える。
【００２５】
充電回路１０は、制御部２０による制御に基づいて、外部電源２から入力される電力をリチウム二次電池３の充電電力に変換して出力する。ここで、充電回路１０は、外部電源２から交流電力が供給される場合には、当該交流電力を直流電力に変換する。
【００２６】
制御部２０は、例えば公知のマイコン制御回路やパーソナルコンピュータなどの電子計算機からなり、リチウム二次電池３の状態を監視しながら充電制御を行うと共に、詳細を後述するようにリチウム二次電池３における微短絡の発生を検知する。
【００２７】
電流計３０は、充電回路１０とリチウム二次電池３とを接続する回路上に直列に設けられ、リチウム二次電池３に供給される充電電流を測定して制御部２０に出力する。
【００２８】
電圧計４０は、充電回路１０とリチウム二次電池３とを接続する回路上に並列に設けられ、リチウム二次電池３の電池電圧を測定して制御部２０に出力する。
【００２９】
ここで、電流計３０及び電圧計４０は、内蔵されたＡＤコンバータでアナログ信号としての電流及び電圧をそれぞれ測定し、それぞれのスペックに応じたサンプリング周期でデジタル信号に変換して制御部２０に出力する。このため、制御部２０が電流及び電圧を取得する周期は、電流計３０及び電圧計４０で電流及び電圧を測定する周期とは異なる場合がある。
【００３０】
入力部５０は、リチウム二次電池３に対する充電制御や微短絡発生の判定を行うための制御に必要となる各種パラメータの入力に使用され、入力される各種パラメータを制御部２０に出力する。入力部５０は、例えばキーボードであってもよく、パラメータを選択するボタンであってもよい。
【００３１】
出力部６０は、制御部２０から出力される各種情報をユーザに提示するために使用され、リチウム二次電池３の充電状態や微短絡の発生などを通知する。出力部６０は、例えばディスプレイであってもよく、ＬＥＤの点灯により各種情報を提示する表示灯であってもよい。
【００３２】
次に、充電器１における制御部２０の動作について説明する。図２は、制御部２０が実行する手順を示すフローチャートである。制御部２０は、図２に示される微短絡検知方法によって、リチウム二次電池３を充電しつつ微短絡の検知を行う。
【００３３】
尚、本実施形態においては、充電器１は、リチウム二次電池３に対して目標電圧（ここでは4.2[V]とする）に達するまで定電流充電を行い（ＣＣ充電）、その後に定電圧充電（ＣＶ充電）に切り替える所謂ＣＣＣＶ充電（Constant Current Constant Voltage）を行うものとする。本発明に係る微短絡検知はＣＣ充電の充電期間において実行されるため、以下ではＣＶ充電の詳細な説明は省略する。
【００３４】
充電器１の制御部２０は、まず、図２のフローチャートを開始するための準備として、リチウム二次電池３についての各種パラメータが入力される。より具体的には、制御部２０は、入力部５０を介して入力される充電対象のリチウム二次電池３の電池容量Ａ[Ah]、及びリチウム二次電池３を充電する充電電流Ｂ[A]の設定値を読み込む。
【００３５】
各種パラメータが読み込まれると、制御部２０は、フローチャートに沿った手順を開始し、微短絡を判定するための演算周期である単位時間ｄｔを規定する（ステップＳ１、単位時間規定工程）。より具体的には、制御部２０は、リチウム二次電池３の充電電流Ｂに対する電池容量Ａの比率として以下の式（１）により単位時間ｄｔを規定する。ここで、式中の数値である３６００は、電池容量Ａの単位を[Ah]としていることによるものであり、単位の表記により適宜変更され得る。
ｄｔ＝Ａ／（Ｂ×３６００）・・・式（１）
【００３６】
次に、制御部２０は、微短絡の発生を逐次判定するための閾値ＴＨを算出する（ステップＳ２）。ここで、閾値ＴＨは、リチウム二次電池３の充電期間における電池電圧Ｖの電圧変化量ｄＶ／ｄｔに対する閾値であり、その算出方法については詳細を後述する。
【００３７】
単位時間ｄｔの規定と閾値ＴＨの算出が完了すると、制御部２０は、充電回路１０を制御することにより、読み込まれた充電電流Ｂ[A]の設定値でリチウム二次電池３に対する定電流充電を開始する（ステップＳ３）。
【００３８】
充電が開始されると、制御部２０は、ステップＳ１で規定した単位時間ｄｔが経過したか否かを判定する（ステップＳ４）。すなわち、ステップＳ４では、微短絡の判定を単位時間ｄｔごとに行うために、以降の処理を一時的に保留する（ステップＳ４でＮｏ）。
【００３９】
単位時間ｄｔが経過すると、制御部２０は、電圧計４０が連続的に測定しているリチウム二次電池３の電池電圧Ｖのうち、このタイミングの電池電圧Ｖを取得する（ステップＳ５）。すなわち、制御部２０は、リチウム二次電池３の電池電圧Ｖを単位時間ｄｔおきに取得する（電圧取得工程）。
【００４０】
そして、制御部２０は、取得した電池電圧Ｖが目標電圧の4.2[V]に達したか否かを判定する（ステップＳ６）。
【００４１】
電池電圧Ｖが目標電圧に達した場合には（ステップＳ６でＹｅｓ）、制御部２０は、リチウム二次電池３に対する微短絡検知を含む定電流充電を終了し、引き続き上記した定電圧充電に移行する。ここで、制御部２０は、定電流充電が正常に終了した旨や定電流充電の充電期間中に微短絡が検知されなかったことを、出力部６０を介してユーザに提示してもよい。
【００４２】
一方、ステップＳ６で電池電圧Ｖが目標電圧に達していない場合には（ステップＳ６でＮｏ）、制御部２０は、電池電圧Ｖの単位時間ｄｔおきの電圧変化量ｄＶ／ｄｔを算出する（ステップＳ８、変化量算出工程）。
【００４３】
そして、制御部２０は、算出された電圧変化量ｄＶ／ｄｔとステップＳ２で算出された閾値ＴＨとを比較することにより、リチウム二次電池３に微短絡が発生したか否かを判定する（ステップＳ９、微短絡判定工程）。
【００４４】
ここで、リチウム二次電池３は、微短絡が発生した場合には、正極と負極とが瞬間的に導通することで電池電圧Ｖが低下し、これにより電圧変化量ｄＶ／ｄｔの値を低下させることになる。そのため、制御部２０は、電圧変化量ｄＶ／ｄｔが閾値ＴＨを下回った場合に（ステップＳ９でＹｅｓ）、リチウム二次電池３に微短絡が発生したと判定し、ステップＳ７において定電流充電を終了する。この場合、制御部２０は、微短絡の発生により定電流充電を強制終了した旨を、出力部６０を介してユーザに提示する。
【００４５】
ステップＳ９において、電圧変化量ｄＶ／ｄｔが閾値ＴＨ以上であると判定された場合には（ステップＳ９でＮｏ）、制御部２０は、リチウム二次電池３の微短絡が未検知であるとして、ステップＳ４に戻り、リチウム二次電池３の定電流充電を継続する。これにより、制御部２０は、定電流充電の充電期間において、単位時間ｄｔおきに微短絡判定を継続する。
【００４６】
続いて、電池電圧Ｖ及び電圧変化量ｄＶ／ｄｔの実測データについて説明する。ここでは、新たに作製したリチウム二次電池３に対し、複数の条件で上記の定電流充電を行った場合の測定データを例示する。まず、リチウム二次電池３を以下の手順により作製した。
【００４７】
（正極）
アルミニウム集電体の片面に、活物質であるLiNiCoAlO2を94重量部、導電材であるアセチレンブラックを3重量部、バインダであるＰＶｄＦを3重量部で調整したスラリーを、片面塗布量11[mg/cm2]で塗布し、乾燥・プレス後17×17[mm]（端子溶接部を除く）で切り出し、正極電極を得た。
【００４８】
（負極）
銅集電体の片面に、グラファイトを100重量部、増粘剤であるCMC（カルボキシメチルセルロース）を1.5重量部、バインダであるSBR（スチレンブタジエンゴム）を3.0重量部の組成に調整したスラリーを片面塗布量7.0[mg/cm2]で塗布し、乾燥・プレス後18×18[mm]（端子溶接部を除く）で切り出し、負極電極を得た。
【００４９】
（セパレータ）
セパレータは、一般的なリチウムイオン二次電池で用いられるオレフィン製やセルロース製のセパレータを用いることができ、厚さ35[μm]のセルロース製不織布（市販品）を使用した。
【００５０】
（セルの作成）
正極、セパレータ、負極の順に積層し、積層体を作成した。得られた積層体を外装材であるアルミラミネートフィルムに挿入し、セルを組み立てた。セルの内部に、電解液(エチレンカーボネート、ジエチルカーボネートを重量比で１：２とした混合溶媒にＬｉＰＦ6を１[mol/l]の濃度で溶解した溶液)を注入し、減圧含浸後、真空封止した。アルミラミネートの封止幅は2.5[mm]として、表面にＰＴＦＥシートを配置した180[℃]のヒートバーにて、四辺を封止してセルを作製した。このときの電池容量Ａは約5[mAh]であった。
【００５１】
また、上記と同様の作成方法により、電池容量Ａが約10[mAh]であるリチウム二次電池３を作製した。
【００５２】
上記のように作製したリチウム二次電池３に対し、複数の充電電流Ｂでそれぞれ充電したときの電池電圧Ｖ及び電圧変化量ｄＶ／ｄｔを図３乃至８に示す。図３乃至８は、リチウム二次電池３を目標電圧まで充電した場合の電池電圧Ｖ及び電圧変化量ｄＶ／ｄｔのデータ系列について、横軸を充電開始からの時間[s]として表している。
【００５３】
より具体的には、電池容量Ａが5[mAh]であるリチウム二次電池３の電池電圧Ｖ及び電圧変化量ｄＶ／ｄｔについて、充電電流Ｂが1[mA]の場合(0.2C)を図３に示し、充電電流Ｂが5[mA]の場合(1C)を図４に示し、充電電流Ｂが15[mA]の場合(3C)を図５に示している。
【００５４】
また、電池容量Ａが10[mAh]であるリチウム二次電池３の電池電圧Ｖ及び電圧変化量ｄＶ／ｄｔについて、充電電流Ｂが2[mA]の場合(0.2C)を図６に示し、充電電流Ｂが10[mA]の場合(1C)を図７に示し、充電電流Ｂが30[mA]の場合(3C)を図８に示している。
【００５５】
図３乃至８に見られるように、リチウム二次電池３は、充電電流Ｂの大きさに伴い目標電圧に達するまでに要する時間やデータのバラつきが異なるものの、上記の式（１）で規定される単位時間ｄｔごとに取得される電池電圧Ｖに基づいて電圧変化量ｄＶ／ｄｔが算出されているため、いずれの条件においても電圧変化量ｄＶ／ｄｔの値が約−0.0005に揃うことが確認できる。すなわち、リチウム二次電池３は、微短絡が発生していない限り、電圧変化量ｄＶ／ｄｔを式（１）の単位時間ｄｔごとに算出することで、リチウム二次電池３の電池容量Ａや充電電流Ｂに関わらず安定した電圧変化量ｄＶ／ｄｔを算出することができる。
【００５６】
次に、微短絡検知のための上記した閾値ＴＨについて、その算出方法をより詳しく説明する。充電器１の制御部２０において算出される閾値ＴＨは、図３乃至８のいずれかに示されるような電圧変化量ｄＶ／ｄｔを予め取得しておくことにより算出される。ここでは、図３に示される電圧変化量ｄＶ／ｄｔが予め取得された場合を例として説明する。
【００５７】
リチウム二次電池３は、定電流で充電した場合、初期においては電池電圧Ｖが比較的急激に上昇し、その後は目標電圧に向かって比較的緩やか且つ一定のペースで電池電圧Ｖが上昇していく。図３においては、リチウム二次電池３の電圧変化量ｄＶ／ｄｔは、充電開始から約2000秒から略一定の値に収束していることが確認できる。そこで、約2000秒以降における電圧変化量ｄＶ／ｄｔのデータ系列が正規分布に従うと仮定し、その平均μ及び標準偏差σを算出する。図３の電圧変化量ｄＶ／ｄｔの例においては、平均μ＝0.0005、標準偏差σ＝1.8であった。
【００５８】
そして、充電器１における制御部２０は、予め取得される電圧変化量ｄＶ／ｄｔの上記の平均μ及び標準偏差σを記憶しておき、ステップＳ１において規定した単位時間ｄｔに応じた係数αを用いて、以下の式（２）により閾値ＴＨを算出する。
ＴＨ＝μ−α×σ・・・（２）
【００５９】
ここで、係数αは、リチウム二次電池３の電圧変化量ｄＶ／ｄｔのバラつきに対する許容量を調整するパラメータである。すなわち、算出される電圧変化量ｄＶ／ｄｔは、例えば測定系に起因して確率的に発生するノイズの影響により、本来の値から大きく外れる場合があるため、設定される係数αが小さな値である程、バラつきに対して微短絡が発生したものと誤検知されやすくなる。一方、設定される係数αが大きな値である程、微短絡の発生を見落としやすくなる。そのため、係数αは、ノイズの発生確率を考慮して以下のように設定される。
【００６０】
例えば、充電器１が電池容量Ａ＝５[mAh]であるリチウム二次電池３を充電電流Ｂ＝2.5[mA]で充電する場合(0.5C)、ステップＳ１の単位時間規定工程において、上記の式（１）により単位時間ｄｔ＝2[s]と規定される。このとき、リチウム二次電池３が目標電圧に達するまでに算出される電圧変化量ｄＶ／ｄｔの算出回数ｎは、9000回ということになる。尚、単位時間ｄｔがその他の値として算出される場合であっても、同様の方法により算出回数ｎを算出することができ、単位時間ｄｔと算出回数ｎとの対応関係の一例を表１に示す。
【００６１】
【表１】
2020071054.tif 000003
【００６２】
また、リチウム二次電池３の電圧変化量ｄＶ／ｄｔは、データ系列が正規分布に従うと仮定していることにより、係数αに応じたμ±α×σの区間に含まれる確率、及び当該区間から外れる確率を算出することができる。係数αの値に対するそれぞれの確率を表２に示す。
【００６３】
【表２】
2020071054.tif 000004
【００６４】
上記の確率に基づき、充電器１の制御部２０は、ステップＳ２において、充電期間における電圧変化量ｄＶ／ｄｔの算出回数ｎの逆数が、閾値ＴＨで規定される分布の区間、すなわちμ±α×σで規定される区間から外れる確率よりも低くなるように係数αを設定し、上記の式（２）に基づいて閾値ＴＨを算出する。
【００６５】
より具体的には、本実施形態の場合、電圧変化量ｄＶ／ｄｔの算出回数ｎが9000回であることから、電圧変化量ｄＶ／ｄｔの算出値が測定系に起因して確率的に発生するノイズの影響によりμ±α×σで規定される区間から外れる確率が1/9000よりも低くなるように係数αが設定される。ここでは、係数αを例えば５に設定することにより、ノイズの発生確率よりも１桁分、誤検知の発生確率を抑制できることになる。同様に、単位時間ｄｔ＝20[s]である場合には、算出回数ｎ＝900であるため、係数αを例えば４に設定することにより、ノイズの発生確率よりも１桁分、誤検知の発生確率を抑制できることになる。
【００６６】
尚、充電器１の制御部２０は、本実施形態においては、図２のフローチャートにおけるステップＳ９に見られるように、電圧変化量ｄＶ／ｄｔが閾値ＴＨを下回った場合に微短絡が発生したと判定して充電を終了することとしているが、微短絡が発生したと判定される回数をカウントし、当該回数が所定回数（例えば３回）以上となった場合に、リチウム二次電池３の充電を停止してもよい。また、充電器１の制御部２０は、予め任意に設定された時間内において、微短絡が発生したと判定される回数が所定回数以上となった場合に、リチウム二次電池３の充電を停止してもよい。
【００６７】
ここで、リチウム二次電池３の充電中に微短絡が発生した場合の実測データについて説明する。図９及び図１０は、充電期間に微短絡が発生したリチウム二次電池３の電池電圧Ｖ及び電圧変化量ｄＶ／ｄｔをプロットしたグラフである。
【００６８】
より具体的には、図９及び図１０は、電池容量Ａ＝5[mA]であるリチウム二次電池３を充電電流Ｂ＝5[mA]で充電した場合の電池電圧Ｖ及び電圧変化量ｄＶ／ｄｔを表している。ここでは、微短絡が発生したと判定した後も充電を継続してデータを取得している。尚、閾値ＴＨは、図３における上記した平均μ＝0.0005、標準偏差σ＝1.8の値と、単位時間ｄｔに基づいて上記のように設定された係数α＝５として、上記の式（２）によりＴＨ＝-0.0004と算出されているものとする。
【００６９】
図９及び図１０において、リチウム二次電池３は、充電開始からおおよそ300[s]〜2700[s]までの間は、電圧変化量ｄＶ／ｄｔが0.0005付近で安定しているが、Ｔ１で示すタイミングにおいて電圧変化量ｄＶ／ｄｔがバラつきはじめ、閾値Ｔｈを下回ることにより微短絡が発生したと判定される。そして、Ｔ２で示すタイミングで短絡状態に至り、電池電圧Ｖが急降下していることが確認できる。すなわち、充電器１は、電圧変化量ｄＶ／ｄｔと、上記のように設定される閾値ＴＨに基づいてリチウム二次電池３の微短絡を判定することにより、短絡状態に至る前にリチウム二次電池３の充電を停止することができる。
【００７０】
以上のように、本発明によれば、リチウム二次電池３の微短絡検知において、充電電流Ｂに対する電池容量Ａの比率で単位時間ｄｔを規定し、単位時間ｄｔに応じた係数αと予め取得された電圧変化量ｄＶ／ｄｔの平均値μ及び標準偏差σとを用いて閾値ＴＨを設定することにより、充電対象のリチウム二次電池３の電池容量Ａや充電電流Ｂの条件を問わず、確率的に発生するノイズに起因する誤検知の発生を抑制した微短絡検知が可能となる。従って、本発明によれば、リチウム二次電池３の微短絡検知における汎用性及び判定精度を改善することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１  充電器
２  外部電源
３  リチウム二次電池
１０  充電回路
２０  制御部
３０  電流計
４０  電圧計
５０  入力部
６０  出力部
【図１】
2020071054.tif 000005
【図２】
2020071054.tif 000006
【図３】
2020071054.tif 000007
【図４】
2020071054.tif 000008
【図５】
2020071054.tif 000009
【図６】
2020071054.tif 000010
【図７】
2020071054.tif 000011
【図８】
2020071054.tif 000012
【図９】
2020071054.tif 000013
【図１０】
2020071054.tif 000014