(57)【要約】【課題】二次電池の寿命特性を向上させ、且つ充電時間を短縮する二次電池の充電方法を提供することである。【解決手段】定電流充電を行い、その後に定電圧充電を行うことにより二次電池を満充電とする二次電池の充電方法であって、まず、定電流充電を行い、その後、充電を休止し、充電を休止し始めてから所定の休止時間が経過した後、前記定電圧充電を開始する。定電流充電と定電圧充電との間に休止時間を設けることにより、定電流充電を開始してから二次電池が満充電となるまでの時間（充電時間）が短くなり、二次電池の寿命特性が向上する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
定電流充電を行い、その後に定電圧充電を行うことにより二次電池を満充電とする二次電池の充電方法であって、
前記定電流充電を行い、
その後、充電を休止し、
充電を休止し始めてから所定の休止時間が経過した後、前記定電圧充電を開始する
ことを特徴とする二次電池の充電方法。
【請求項２】
前記二次電池の温度が低くなるにしたがって前記休止時間を短く設定することを特徴とする請求項１に記載の二次電池の充電方法。
【請求項３】
劣化していない二次電池に対して、前記定電圧充電を行う時に二次電池に印加する電圧を、前記定電流充電を行う時に二次電池に印加する電圧であって当該定電流充電を終了する時に印加している電圧よりも低く設定し、且つ、前記定電圧充電を行う時に二次電池に印加する電圧を、二次電池の劣化が進むにしたがって大きく設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の二次電池の充電方法。
【請求項４】
前記定電流充電を開始してから前記二次電池が満充電となるまでの時間が一定になるように、前記休止時間及び前記定電圧充電を行う時に二次電池に印加する電圧を制御す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二次電池の充電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定電流充電を行った後に定電圧充電を行う二次電池の充電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池（蓄電池を含む）を充電する方法として、一定の電圧を二次電池に印加して充電する定電圧充電と、一定の電流を二次電池に流して充電する定電流充電とがある。
【０００３】
従来から、被充電電池の電池電圧が第１の電圧に達するまでの定電流充電又は準定電流充電と、前記電池電圧が前記第１の電圧から第２の電圧に低下するまでの充電休止とを繰返し行い、前記充電休止の期間が所定値以上になると、前記第２の電圧で定電圧充電を行う充電方法が知られている（特許文献１参照）。当該充電方法によれば、二次電池を充電する充電器の大型化、コストアップ、二次電池の性能劣化などを抑制し且つ急速充電が可能となるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−９８４７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、二次電池が満充電の状態で放置される時間が長くなると、二次電池の寿命特性が悪くなる、すなわち二次電池の劣化が進む。そして、二次電池の劣化が進むと、充電時間が長くなってしまう。
【０００６】
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、二次電池の寿命特性を向上させ、且つ充電時間を短縮する二次電池の充電方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の特徴は、定電流充電を行い、その後に定電圧充電を行うことにより二次電池を満充電とする二次電池の充電方法であって、まず、定電流充電を行い、その後、充電を休止し、充電を休止し始めてから所定の休止時間が経過した後、前記定電圧充電を開始することである。
【０００８】
本発明の特徴によれば、定電流充電と定電圧充電との間に休止時間を設けることにより、定電流充電を開始してから二次電池が満充電となるまでの時間（充電時間）が短くなり、二次電池の寿命特性が向上する。また、二次電池の劣化状態によれず充電時間を一定にすることができる。更に、満充電になる前の二次電池を使用（放電）する場合であっても、ある程度の容量を確保することができる。
【０００９】
本発明の特徴において、二次電池の温度が低くなるにしたがって休止時間を短く設定してもよい。これにより、二次電池の寿命特性が向上し、且つ充電時間を一定にすることができる。
【００１０】
本発明の特徴において、劣化していない二次電池に対して、定電圧充電を行う時に二次電池に印加する電圧を、定電流充電を行う時に二次電池に印加する電圧であって当該定電流充電を終了する時に印加している電圧よりも低く設定し、且つ、定電圧充電を行う時に
二次電池に印加する電圧を、二次電池の劣化が進むにしたがって大きく設定してもよい。これにより、二次電池の寿命特性が向上する。
【００１１】
本発明の特徴において、定電流充電を開始してから二次電池が満充電となるまでの時間が一定になるように、休止時間及び定電圧充電を行う時に二次電池に印加する電圧を制御してもよい。これにより、二次電池の寿命特性が向上し、且つ充電時間を一定にすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明に係わる二次電池の充電方法によれば、二次電池の寿命特性を向上させ、且つ充電時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる二次電池６の充電方法を実施するための充電装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係わる二次電池６の充電方法を示すフローチャートである。
【図３】図２に示した充電方法における二次電池６の電池電圧及び二次電池６に流れる充電電流の時間変化を示すグラフである。
【図４】従来例に係わる充電方法における二次電池の電池電圧及び二次電池に流れる充電電流の時間変化を示すグラフである。
【図５】充放電を行っていない新品の二次電池（初期）と繰返し充放電を行って劣化が進んだ二次電池（劣化後）の充電時間の割合を示す棒グラフである。
【図６】第１の実施の形態に係わる充電方法及び従来例に係わる充電方法のそれぞれに従って二次電池を充放電させた時の充放電サイクル時間と二次電池の容量との関係を示すグラフである。
【図７】充放電サイクル時間と休止時間の長さとの関係を示すグラフである。
【図８】第２の実施の形態における二次電池６の電池電圧及び二次電池６に流れる充電電流の時間変化を示すグラフである。
【図９】充放電を行っていない新品の二次電池（初期）と繰返し充放電を行って劣化が進んだ二次電池（劣化後）の充電時間の割合を示す棒グラフである。
【図１０】図８に示した充電方法における二次電池の劣化状態と定電圧充電時の電池電圧との関係の一例を示すグラフである。
【図１１】第２の実施の形態に係わる充電方法、及び従来例、第１の比較例及び第２の比較例に係わる充電方法のそれぞれに従って二次電池を充放電させた時の充放電サイクル時間と二次電池の容量との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付している。
（第１の実施の形態）
図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係わる二次電池６の充電方法を実施するための充電装置の構成を説明する。充電装置は、入力フィルタ１、スイッチング部２、変換トランス３、整流・平滑回路４、スイッチ手段５、及び充電電流検出用の抵抗７を備える。商用ＡＣ電源からの交流電圧（図示せず）が、入力フィルタ１、スイッチング部２、変換トランス３及び整流・平滑回路４を経て、所望の直流電圧へ変換される。
【００１５】
この直流電圧は、スイッチ手段５を介して充電が行われる二次電池６の陽極端子に供給される。二次電池６の陰極端子には、充電電流検出用の抵抗７が接続されており、二次電池６と抵抗７との接続点から取り出された充電電流は、出力制御回路８に供給される。
【００１６】
出力制御回路８には、充電中の二次電池６の端子電圧も供給される。出力制御回路８は、充電電流及び電池電圧に基づく制御信号を、フォトカプラ９を介して制御回路１０に供給する。制御回路１０は、前記制御信号に応答し、スイッチング部２を制御し、二次電池６に供給される直流出力を制御する。
【００１７】
制御用演算回路１１は、マイクロコンピュータ等で構成されており、充電中の二次電池６の端子電圧が供給される。制御用演算回路１１は、二次電池６の端子電圧に応答し、出力制御回路８に対し、定電流充電または定電圧充電を切り替え制御する制御信号を出力する。更に、制御用演算回路１１は、タイマー１２の動作を制御する。
【００１８】
図２を参照して、本発明の第１の実施の形態に係わる二次電池６の充電方法、すなわち制御回路１０の動作を説明する。先ず、Ｓ０１段階において、一定の電流を二次電池６に流して充電する定電流充電を開始する。そして、電池電圧が予め定めた電圧値まで達したときに定電流充電を終了し（Ｓ０３でＹＥＳ）、Ｓ０５段階において、タイマー１２を用いて所定の休止時間のカウントを開始する。この終止時間内において二次電池６の充電は休止される。所定の休止時間をカウントした後、すなわち、定電流充電を終了して充電を休止し始めてから所定の休止時間が経過した後、Ｓ０７段階に進み、一定の電圧を二次電池６に印加して充電する定電圧充電を実施する。この定電圧充電（Ｓ０７）が終わることにより、二次電池６は満充電の状態となり、図２に示す二次電池６の充電方法は終了する。
【００１９】
図３を参照して、図２に示した充電方法における二次電池６の電池電圧及び二次電池６に流れる充電電流の時間変化を説明する。実線（初期）は、劣化していない二次電池６についての電池電圧及び充電電流を示し、破線（劣化後）は、劣化が進んだ二次電池６についての電池電圧及び充電電流を示す。
【００２０】
定電流充電が終了した後（Ｓ０３でＹＥＳ）、充電を休止し始めてから所定の休止時間の経過を待つ（Ｓ０５）。その後、定電圧充電（Ｓ０７）を実施している。休止時間の長さは、劣化していない二次電池６については長く、劣化が進んだ二次電池６については短く設定する。なお、定電流充電時における電池電圧の立ち上がりは、劣化していない二次電池６よりも、劣化が進んだ二次電池６の方が早くなる。よって、定電流充電を終了するタイミングも、劣化していない二次電池６よりも、劣化が進んだ二次電池６の方が早くなる。二次電池６の劣化状態にかかわらず、充電を開始してから終了するまでの充電時間は一定となる。
【００２１】
図４を参照して、従来例に係わる充電方法における二次電池の電池電圧及び二次電池に流れる充電電流の時間変化を説明する。従来例に係わる充電方法では、定電流（定電力）充電を行い、定電流充電の終了と同時に、定電圧（多段定電流）充電を開始している。この方法では、二次電池が劣化すると二次電池の内部抵抗が大きくなるため、二次電池の劣化が進むにしたがって充電時間が長くなってしまう。
【００２２】
図５は、図２及び図３に示した充電方法における、充放電を行っていない新品の二次電池（初期）と繰返し充放電を行って劣化が進んだ二次電池（劣化後）の充電時間の割合を示す棒グラフである。ここでは、充電時間に占める定電流充電に要する時間、休止時間及び定電圧充電に要する時間の割合を示す。初期に比べて、劣化後は、定電流充電の時間及び休止時間が共に短くなり、その分だけ定電圧充電の時間が長くなっている。充電時間全体としては初期も劣化後も同じである。このようにして二次電池６の劣化状態によらず充電時間を一定に保つことは、休止時間の長さ及び定電圧充電を行う時に二次電池６に印加する電圧を制御することにより実現される。
【００２３】
図６を参照して、第１の実施の形態に係わる充電方法及び従来例に係わる充電方法のそれぞれによって二次電池を充放電させた時の試験時間（充放電サイクル時間）と容量劣化率（容量％）の関係を説明する。なお、充電時の二次電池の温度はともに４５℃である。従来例に係わる充電方法における放電条件は次の通りである。すなわち、定電流放電であって、定電流放電時の電流値は０．２ＣＡである。０．２ＣＡは、５時間で二次電池の全容量を放電させることができる電流値である。放電を終了する時の電圧（放電終了電圧）は、２．５Ｖである。すなわち、二次電池の端子電圧が２．５Ｖになったときに放電を終了する。
【００２４】
従来例に係わる充電方法における充電条件は次の通りである。すなわち、図４を参照して説明したように、定電流充電を行った後、休止期間を設けずに、直ちに定電圧充電を開始する。定電流充電時の充電電流は０．２ＣＡである。定電圧充電時における電池電圧は４．２Ｖである。充電時間は８時間である。
【００２５】
一方、第１の実施の形態に係わる充電方法における放電条件は次の通りである。すなわち、定電流放電であって、定電流放電時の電流値は０．２ＣＡである。放電を終了する時の電圧（放電終了電圧）は、２．５Ｖである。そして、第１の実施の形態に係わる充電方法における充電条件は次の通りである。すなわち、図３を参照して説明したように、定電流充電を行った後、休止時間の経過を待って、定電圧充電を開始する。定電流充電時の充電電流は０．２ＣＡである。定電圧充電時における電池電圧は４．２Ｖである。充電時間は８時間である。休止時間の長さは、例えば図７に示すデータを参照して設定される。
【００２６】
図６に示すように、充放電サイクル時間が経過するにしたがって本発明の第１の実施の形態及び従来例の双方ともに、二次電池の容量が減少している。しかし、容量が減少する速度、すなわち単位時間あたりの容量減少量は、従来例に比べて本発明の第１の実施の形態の方が遅く（少なく）なる。これは本発明の第１の実施の形態の方が満充電に保持される時間が従来例に比べ短いためである。リチウムイオン電池は満充電に保持される時間が長いほど容量劣化が大きくなる。本発明の第１の実施の形態及び従来例の放電方法及び放電条件は同じであり、充電方法及び充電条件が異なる。よって、本発明の第１の実施の形態に係わる二次電池の充電方法によれば、上記した従来例に係わる充電方法に比べて、二次電池の寿命特性が向上する。
【００２７】
ここで、図７は、充放電サイクル時間と休止時間の長さとの関係を示すデータの一例であり、例えば、マイクロコンピュータで構成される制御用演算回路１１内のメモリに予め記憶されており、制御用演算回路１１は、充放電サイクル時間に応じて、休止時間の長さを決定し、タイマー１２による時間計測を制御すればよい。
【００２８】
第１の実施の形態では、二次電池が一定温度（４５℃）である状態で実験した結果を示すが、温度が低いときは休止時間を短くすることにより、電池温度が変化しても充電時間をほぼ一定に保つことが可能となる。
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態では、劣化していない二次電池６に対して、定電圧充電を行う時に二次電池６に印加する電圧を、定電流充電を行う時に二次電池６に印加する電圧であって当該定電流充電を終了する時に印加している電圧よりも低く設定し、且つ、定電圧充電を行う時に二次電池６に印加する電圧を、二次電池６の劣化が進むにしたがって大きく設定する場合について説明する。
【００２９】
第２の実施の形態に係わる二次電池の充電方法を実施するための充電装置の構成は、図１に示したものと同じであり、説明及び図示を省略する。第２の実施の形態に係わる二次
電池の充電方法は、図２に示した二次電池の充電方法と同じであり、説明及び図示を省略する。
【００３０】
図８を参照して、第２の実施の形態に係わる充電方法における二次電池６の電池電圧及び二次電池６に流れる充電電流の時間変化を説明する。実線（初期）は、劣化していない二次電池６についての電池電圧及び充電電流を示し、破線（劣化後）は、劣化が進んだ二次電池６についての電池電圧及び充電電流を示す。
【００３１】
実線（初期）に示すように、劣化していない二次電池６に対して、定電流充電を開始すると電池電圧は上昇していく。そして、定電流充電が終了する時の電池電圧に対して、定電圧充電を行う時に二次電池６に印加する電圧を低く設定する。図８に示す実線（初期）の例では定電圧充電を行っていないが、もちろん、所定の休止時間の経過の後に、破線（劣化後）よりも低い電圧で定電圧充電を行うことも可能である。また、破線（劣化後）において休止時間は無いが、もちろん定電流充電と定電圧充電の間に休止時間を設けても構わない。
【００３２】
そして、定電圧充電時における電池電圧を、実線（初期）よりも破線（劣化後）の方が高く設定する。
【００３３】
図９は、図８に示した充電方法における、充放電を行っていない新品の二次電池（初期）と繰返し充放電を行って劣化が進んだ二次電池（劣化後）の充電時間の割合を示す棒グラフである。ここでは、充電時間に占める定電流充電に要する時間、休止時間及び定電圧充電に要する時間の割合を示す。初期に比べて、劣化後は、定電流充電の時間及び休止時間が共に短くなり、その分だけ定電圧充電の時間が長くなっている。特に、図９では、初期には定電圧充電の時間が無く、また劣化後には休止時間が無い。しかし、充電時間全体としては初期も劣化後も同じである。このようにして二次電池６の劣化状態によらず充電時間を一定に保つことは、休止時間の長さ及び定電圧充電を行う時に二次電池６に印加する電圧を制御することにより実現される。具体的には、休止時間を二次電池６の劣化が進むにしたがって短くすることにより、充電時間を一定に保つことが出来る。
【００３４】
図１０を参照して、図８に示した充電方法における二次電池の劣化状態と定電圧充電時の電池電圧との関係を説明する。定電圧充電時の電池電圧は、二次電池６の劣化が進むにしたがって大きくなる。図２の制御回路１０は、例えば図１０に示すような二次電池の劣化状態と定電圧充電時の充電電圧との関係に基づいて、定電圧充電を行う時に二次電池６に印加する電圧を設定する。これにより、二次電池６の劣化状態にかかわらず、充電時間を一定に保つことが出来る。
【００３５】
図１１を参照して、第２の実施の形態に係わる充電方法、及び従来例、第１の比較例及び第２の比較例に係わる充電方法のそれぞれによって二次電池を充放電させた時の試験時間（充放電サイクル時間）と容量劣化率（容量％）の関係を説明する。なお、充電時の二次電池の温度は４５℃である。
【００３６】
第２の実施の形態に係わる充電方法における放電条件は次の通りである。すなわち、定電流放電であって、定電流放電時の電流値は０．２ＣＡである。放電を終了する時の電圧（放電終了電圧）は、２．５Ｖである。そして、第２の実施の形態に係わる充電方法における充電条件は次の通りである。すなわち、図３を参照して説明したように、定電流充電を行った後、休止時間の経過を待って、定電圧充電を開始する。定電流充電時の充電電流は０．２ＣＡである。定電流充電を終了するときの電池電圧は４．２Ｖである。充電時間は８時間である。休止時間の長さは、例えば図７に示すデータを参照して設定される。また、定電圧充電時の電池電圧は、例えば図１０に示すデータを参照して設定される。
【００３７】
一方、第１の比較例に係わる充電方法は、定電圧充電時の電池電圧が４．２Ｖである点が、第２の実施の形態に係わる充電方法と異なり、その他の点については同じである。また、第２の比較例に係わる充電方法は、定電流充電の後に休止時間を設けずに直ちに定電圧充電を開始する点が、第２の実施の形態に係わる充電方法と異なり、その他の点については同じである。従来例に係わる充電方法における充放電条件は、前述したとおりであり、説明を省略する。
【００３８】
図１１に示すように、充放電サイクル時間が経過するにしたがって本発明の第２の実施の形態、第１の比較例、第２の比較例及び従来例の総てについて、二次電池の容量が減少している。しかし、容量が減少する速度、すなわち単位時間あたりの容量減少量は、従来例、第１の比較例、第２の比較例、本発明の第２の実施の形態の順に遅く（少なく）なる。これは本発明の第２の実施の形態が第１及び第２の比較例に比べて、満充電に保持される時間が短く、定電圧充電時における電池電圧が低いためである。本発明の第２の実施の形態、従来例、第１の比較例、第２の比較例の放電方法及び放電条件は同じであり、充電方法及び充電条件が異なる。よって、本発明の第２の実施の形態に係わる二次電池の充電方法によれば、上記した従来例、第１の比較例、第２の比較例に係わる充電方法に比べて、二次電池の寿命特性が向上する。
【００３９】
また、二次電池の寿命特性が向上して二次電池の劣化速度が遅くなることにより、図７に示したように休止時間が長くなり、図１０に示したように定電圧充電時の電池電圧が低くなる。
【００４０】
以上説明したように、本発明の第１及び第２の実施の形態によれば、以下の作用効果が得られる。
【００４１】
定電流充電と定電圧充電との間に休止時間を設けることにより、定電流充電を開始してから二次電池６が満充電となるまでの時間（充電時間）が短くなり、二次電池の寿命特性が向上する。また、二次電池６の劣化状態によれず充電時間を一定にすることができる。更に、満充電になる前の二次電池６を使用（放電）する場合であっても、ある程度の容量を確保することができる。
【００４２】
二次電池６の温度が低くなるにしたがって休止時間を短く設定することにより、二次電池６の寿命特性が向上し、且つ充電時間を一定にすることができる。
【００４３】
劣化していない二次電池６に対して、定電圧充電を行う時に二次電池６に印加する電圧を、定電流充電を行う時に二次電池６に印加する電圧であって当該定電流充電を終了する時に印加している電圧よりも低く設定する。そして、定電圧充電を行う時に二次電池６に印加する電圧を、二次電池６の劣化が進むにしたがって大きく設定する。これにより、二次電池６の寿命特性が向上する。
【００４４】
定電流充電を開始してから二次電池６が満充電となるまでの時間が一定になるように、休止時間及び定電圧充電を行う時に二次電池６に印加する電圧を制御する。これにより、二次電池の寿命特性が向上し、且つ充電時間を一定にすることができる。
【００４５】
上記のように、本発明は、２つの実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。すなわち、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によって
のみ限定されるものである。
【符号の説明】
【００４６】
１      入力フィルタ
２      スイッチング部
３      変換トランス
４      整流・平滑回路
５      スイッチ手段
６      二次電池
７      抵抗
８      出力制御回路
９      フォトカプラ
１０    制御回路
１１    制御用演算回路
１２    タイマー
【図１】
2010252474.tif 000003
【図２】
2010252474.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010252474.tif 000008
【図７】
2010252474.tif 000009
【図８】
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【図９】
2010252474.tif 000011
【図１０】
2010252474.tif 000012
【図１１】
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