(57)【要約】【課題】  充電電圧が規格値を超えない範囲で充電を行うとともに、内部短絡が生じた場合でも、モジュールの充電量を確保して、ユニットやモジュールの電池性能を維持する。【解決手段】  リチウムイオン伝導性固体電解質を有する一又は二以上の二次電池１０と、これら二次電池１０の充電及び／又は放電を制御する制御手段５０，６０とを備えた二次電池充放電装置１であって、制御手段５０，６０は、異常が検出された二次電池１０に対し、パルス波及び／又は低電圧の充電電圧で充電を行う。【選択図】    図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウムイオン伝導性固体電解質を有する一又は二以上の二次電池と、これら二次電池の充電及び／又は放電を制御する制御手段とを備えた二次電池充放電装置であって、
前記制御手段は、充電時の電圧及び／又は電流に異常が検出された二次電池に対し、パルス波及び／又は低電圧の充電電圧で充電を行う
ことを特徴とする二次電池充放電装置。
【請求項２】
前記制御手段が、
前記二次電池の充電に際して、充電量が閾値を超えないように充電電流及び／又は充電電圧を制御する過充電保護部、
前記二次電池の放電に際して、充電量が閾値を下回らないように放電電流及び／又は放電電圧を制御する過放電保護部、
のうち少なくとも一方を有した
ことを特徴とする請求項１記載の二次電池充放電装置。
【請求項３】
前記二次電池の温度を検出する検出手段と、
前記二次電池に対して充電電流及び／又は充電電圧を与える充電負荷手段と、
この充電負荷手段と前記二次電池との接続又は切断を行うバイパス回路とを有し、
前記検出手段で二次電池の温度異常が検出されると、前記制御手段は、前記バイパス回路を制御して、当該二次電池と前記充電負荷手段とを切り離す
ことを特徴とする請求項１又は２記載の二次電池充放電装置。
【請求項４】
リチウムイオン伝導性固体電解質を有する一又は二以上の二次電池と、これら二次電池の充電及び／又は放電を制御する二次電池充放電装置と、前記二次電池から電力の供給を受ける負荷とを備えた電気機器であって、
前記二次電池充放電装置が、前記請求項１〜請求項３のいずれかに記載の二次電池充放電装置からなる
ことを特徴とする電気機器。
【請求項５】
リチウムイオン伝導性固体電解質を有する一又は二以上の二次電池の充電及び／又は放電を制御する二次電池充放電制御方法であって、
前記二次電池に対して充電を行い、
前記二次電池で発生した異常を検出し、
電圧及び／又は電流の異常が検出された二次電池に対し、パルス波及び／又は低電圧の充電電圧で充電を行う
ことを特徴とする二次電池充放電制御方法。
【請求項６】
リチウムイオン伝導性固体電解質を有する一又は二以上の二次電池の充電及び／又は放電を制御する処理をコンピュータに実行させるための二次電池充放電制御プログラムであって、
前記二次電池に対して充電を行う処理と、
前記二次電池で発生した異常を検出する処理と、
電圧及び／又は電流の異常が検出された二次電池に対し、パルス波及び／又は低電圧の充電電圧で充電を行う処理とを前記コンピュータに実行させる
ことを特徴とする二次電池充放電制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質がリチウムイオン伝導性固体電解質からなる二次電池に対して充電や放電を行う二次電池充放電装置、この二次電池充放電装置を備えた電気機器、それら充電や放電の手順を示す二次電池充放電方法、及び、この二次電池充放電方法を実現するための二次電池充放電プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯情報端末、携帯電子機器、家庭用小型電力貯蔵装置、モーターを動力源とする自動二輪車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車等に用いられる高性能リチウム電池等の二次電池の需要が増加している。
使用される用途が広がるのに伴い、二次電池の更なる安全性の向上及び高性能化が要求されている。
【０００３】
リチウム二次電池は、ニッケル−カドミウム二次電池等と比較して、作動電圧が高く、軽量であることから、高エネルギー密度の二次電池として注目されている。
このリチウム二次電池の負極活物質としては、リチウムを安定的かつ可逆的に脱・挿入することができるグラファイトなどの炭素質材料が主に使用されている。
しかし、炭素質材料を用いたリチウム二次電池のエネルギー密度は、負極活物質としてリチウム金属そのものを使用した二次電池のエネルギー密度よりも小さいという欠点がある。
【０００４】
これに対し、リチウム金属を負極活物質として使用した場合には、充電に伴い負極近傍の電解液中でのリチウムイオン濃度が急激に低下し、そのために負極にリチウムの樹状析出物（デンドライト）が形成されることがある。
このようなデンドライトが形成されると、リチウムの溶解・析出反応が阻害され、サイクル特性が大きく劣化したり、電池内の短絡の発生の危険性が増大したりする。
【０００５】
そこで、デンドライトの形成を抑制するための技術が提案されている。
すなわち、負極活物質として金属リチウムを用い、正極活物質として二酸化マンガンを用い、非水電解液として過塩素酸リチウムをプロピレンカーボネートに溶解した液を用い、この電池に対してパルス充電を行う技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
このような提案技術によれば、パルスの休止時間の間に負極近傍のリチウムイオン濃度を回復させることができる。このため、リチウムイオンの濃度の電極近傍での急激な増加を抑制でき、デンドライトの形成を抑えることができる。
【特許文献１】特開平５−１５２００２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、リチウム二次電池は、充電電流と充電電圧をともに管理する必要があることから、本来は、定電流定電圧充電方式を採用することが望ましい。
また、上述したパルス充電は、高周波側ではデンドライトの抑制効果が低く、低周波側では逆にサイクル寿命に影響を与えることから、パルス充電を常時使用することには、問題があった。
【０００７】
さらに、内部短絡によりセル電圧が異常値に達した場合、従前の技術では、そのセルを電気的に切り離し、充電しないようにしていた。
ところが、そのセル自体は、二次電池としての機能を維持している場合があるため、そのセルの機能を活かして、モジュールの充電量を確保することが望まれていた。
【０００８】
また、ユニットやモジュールの充放電の場合、セルの充電容量、充電電圧、放電容量、放電電圧等が設定値に達したら、これらの充電、又は放電を終了させる方法が取られていた。例えば充電の場合、一部のセルは満充電であるが、他のセルは十分に充電されていないことがあった。このことから、ユニットやモジュールの電池性能を維持するため、セル個々の性能ばらつきを低減する方法がとられている。例えば、各セルの電極活物質重量と、電極の厚さの精度を均一にする方法がとられていた。
ところが、それら方法を講じてもセル個々の性能ばらつきを完全に無くすことはできず、ユニットやモジュールの電池性能を維持するための新たな技術の提案が求められていた。
【０００９】
本発明は、上記の事情にかんがみなされたものであり、リチウム二次電池のサイクル寿命への影響を抑えた充電を行うとともに、内部短絡が生じた場合でも、モジュールの充電量を確保して、ユニットやモジュールの電池性能の維持を可能とする二次電池充放電装置、電気機器、二次電池充放電方法及び二次電池充放電プログラムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的を達成するため、本発明の二次電池充放電装置は、リチウムイオン伝導性固体電解質を有する一又は二以上の二次電池と、これら二次電池の充電及び／又は放電を制御する制御手段とを備えた二次電池充放電装置であって、制御手段は、充電時の電圧及び／又は電流に異常が検出された二次電池に対し、パルス波及び／又は低電圧の充電電圧で充電を行う構成としてある。
【００１１】
また、本発明の電気機器は、リチウムイオン伝導性固体電解質を有する一又は二以上の二次電池と、これら二次電池の充電及び／又は放電を制御する二次電池充放電装置と、二次電池から電力の供給を受ける負荷とを備えた電気機器であって、二次電池充放電装置が、特許請求の範囲の請求項１〜請求項３のいずれかに記載の二次電池充放電装置からなる構成としてある。
【００１２】
また、本発明の二次電池充放電制御方法は、リチウムイオン伝導性固体電解質を有する一又は二以上の二次電池の充電及び／又は放電を制御する二次電池充放電制御方法であって、二次電池に対して充電を行い、二次電池で発生した異常を検出し、電圧及び／又は電流の異常が検出された二次電池に対し、パルス波及び／又は低電圧の充電電圧で充電を行う方法としてある。
【００１３】
また、本発明の二次電池充放電制御プログラムは、リチウムイオン伝導性固体電解質を有する一又は二以上の二次電池の充電及び／又は放電を制御する処理をコンピュータに実行させるための二次電池充放電制御プログラムであって、二次電池に対して充電を行う処理と、二次電池で発生した異常を検出する処理と、電圧及び／又は電流の異常が検出された二次電池に対し、パルス波及び／又は低電圧の充電電圧で充電を行う処理とをコンピュータに実行させる構成としてある。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の二次電池充放電装置、電気機器、二次電池充放電方法及び二次電池充放電プログラムによれば、通常の充電時は、定電流定電圧充電方式を採用し、内部短絡等にもとづく電圧等の異常が検出されたときには、その二次電池（セル）に対しては、パルス波電圧又は低電圧の充電電圧で充電を行うことができる。これにより、パルス波電圧による充電が異常発生時にのみ行われるため、リチウム二次電池のサイクル寿命への影響を抑えることができる。
【００１５】
また、内部短絡により電圧異常が発生した場合でも、その内部短絡が生じた二次電池については、パルス波電圧又は低電圧の充電電圧で充電を行うこととしたので、モジュールの充電量を確保できる。
さらに、各セルに性能ばらつきがある場合でも、異常が検出されたセルへの充電を可能にして、ユニットやモジュールの電池性能を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る二次電池充放電装置、電気機器、二次電池充放電方法及び二次電池充放電プログラムの好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１７】
［二次電池充放電装置］
まず、本発明の二次電池充放電装置の実施形態について、図１を参照して説明する。
同図は、本実施形態の二次電池充放電装置の構成を示すブロック図である。
同図に示すように、二次電池充放電装置１は、二次電池１０と、検出手段２０と、バイパスリレー３０と、充電負荷手段４０と、充電制御手段５０と、放電制御手段６０とを有している。
【００１８】
ここで、二次電池１０は、正極集電体と、正極と、電解質層と、負極と、負極集電体とを積層して形成されている。
集電体（正極集電体、負極集電体）は、例えば、銅、マグネシウム、ステンレス鋼、チタン、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、アルミニウム、又は、これらの合金等からなる板状体や箔状体などが使用される。
【００１９】
正極材としては、電池分野において正極活物質として使用されているものが使用できる。例えば、硫化物系では、硫化チタン（ＴｉＳ２）、硫化モリブデン（ＭｏＳ２）、硫化鉄（ＦｅＳ、ＦｅＳ２）、硫化銅（ＣｕＳ）及び硫化ニッケル（Ｎｉ３Ｓ２）等が使用できる。好ましくは、ＴｉＳ２が使用できる。
また、酸化物系では、酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）、鉛酸ビスマス（Ｂｉ２Ｐｂ２Ｏ５）、酸化銅（ＣｕＯ）、酸化バナジウム（Ｖ６Ｏ１３）、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ２）等が使用できる。尚、これらを混合して用いることも可能である。好ましくは、コバルト酸リチウムが使用できる。
尚、上記の他にはセレン化ニオブ（ＮｂＳｅ３）が使用できる。
【００２０】
負極材としては、電池分野において負極活物質として使用されているものが使用できる。例えば、炭素材料、具体的には、人造黒鉛、黒鉛炭素繊維、樹脂焼成炭素、熱分解気相成長炭素、コークス、メソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）、フルフリルアルコール樹脂焼成炭素、ポリアセン、ピッチ系炭素繊維、気相成長炭素繊維、天然黒鉛及び難黒鉛化性炭素が挙げられる。又はその混合物でもよい。好ましくは、人造黒鉛である。
また、金属リチウム、金属インジウム、金属アルミ、金属ケイ素や、これらの金属自体や他の元素、化合物と組合わせた合金を、負極材として用いることができる。
更に、極材に電解質層で使用する固体電解物質を混合して使用してもよい。
【００２１】
このとき、正極と正極集電体は、正極合材シートを構成する。また、負極と負極集電体は、負極合材シートを構成する。
電解質層は、正極合材シートの正極と負極合材シートの負極とに接するように積層されている。
【００２２】
この電解質層には、リチウムイオン伝導性固体電解質を用いることができる。
リチウムイオン伝導性固体電解質を構成する物質は、特に限定されず、有機化合物、無機化合物、あるいは、有機・無機両化合物からなる材料を用いることができ、リチウムイオン電池分野で公知のものが使用できる。
特に、硫化物系の無機固体電解質は、イオン伝導度が他の無機化合物より高いことが知られており、特開平４−２０２０２４号公報に記載の無機固体電解質を使用できる。具体的には、Ｌｉ２ＳとＳｉＳ２、ＧｅＳ２、Ｐ２Ｓ５、Ｂ２Ｓ３の組み合わせからなる無機固体電解質に、適宜、Ｌｉ３ＰＯ４やハロゲン、ハロゲン化合物を添加した無機固体電解質を用いることができる。
【００２３】
また、リチウムイオン伝導性が高いことから、硫化リチウムと五硫化二燐、又は硫化リチウムと単体燐及び単体硫黄、さらには、硫化リチウム、五硫化二燐、単体燐（又は単体硫黄）から生成されるリチウムイオン伝導性無機固体電解質を使用することが好ましい。
さらに、リチウムイオン伝導性無機固体電解質は、硫化リチウムと、五硫化二燐（Ｐ２Ｓ５）及び／又は、単体燐及び単体硫黄から製造することができる。具体的には、これらの原料を溶融反応させた後、急冷することにより製造できる。また、これらの原料をメカニカルミリング法（以下、ＭＭ法と示すことがある。）により処理して得られる硫化物ガラス、あるいはこれを加熱処理したものである。
【００２４】
ここで、電極層の製造方法について、説明する。
全固体電池の部材である固体状の電極材料（極材）においては、電子伝導性に加えてイオン伝導度を向上させるため、極材の粒子同士が密着し、粒子間の接合点や面を多く存在させ、イオン伝導パスをより多く確保することが重要である。そのため、例えば、電解質等のイオン伝導活物質を混合し、極材とする方法が用いられる。又、極材粒子間の隙間に生じる空間（単位体積における空間体積と極材粒子の体積の割合：空隙率）が少ない程、極材層が密に詰まっており、イオン伝導度は高くなる。
【００２５】
本発明の電極は、上記極材（正極材又は負極材）を集電体の少なくとも一部に膜状に形成することで作製できる。製膜方法としては、上述した電池用部材の製造と同様、ブラスト法、エアロゾルデポジション法、コールドスプレー法、スパッタリング法、気相成長法又は溶射法等が挙げられる。このような方法により製膜することで、極材層の空隙率をより小さくすることができ、イオン伝導度を向上させることができる。
又、固体電解質層の製造法で記載されている他の同様の方法で電極層を製作することが可能である。
【００２６】
検出手段２０は、二次電池１０の充放電制御を行うためのパラメータを検出する。
この検出手段２０は、電圧を検出する電圧検出部２１、電流を検出する電流検出部２２、電池容量を検出する電池容量検出部２３、抵抗を検出する抵抗検出部２４、温度を検出する温度センサ２５、内圧を検出する内圧センサ２６、ガスを検出するガスセンサ２７などを有している。
【００２７】
電圧検出部２１で検出された電圧より、充電電圧や放電電圧を測定できる。また、過充電や過放電の発生を検出できる。
電流検出部２２で検出された電流より、充電電流や放電電流を測定できる。
電池容量検出部２３で検出された電池容量より、二次電池１０の充電量を測定できる。
【００２８】
抵抗検出部２４で検出された抵抗値より、出力特性の低下を検出できる。
内圧検出部２５で検出された二次電池１０の内圧より、二次電池１０の異常の発生を検出できる。
ガス検出部２６でガスが検出されることで、二次電池１０の異常の発生を検出できる。なお、ガス検出部２６で検出されるガスには、例えば、炭酸ガス（ＣＯ２）、硫化水素ガス（Ｈ２Ｓ）などがある。
これら電圧検出部２１等で検出された各種パラメータは、充電制御手段５０へ送られる。
【００２９】
バイパスリレー（バイパス回路）３０は、複数の二次電池１０の各間、二次電池１０と充電負荷手段４０との間、二次電池１０と出力端子７０との間を接続又は切断する手段である。
このバイパスリレー３０は、接続や切断を二次電池１０毎に行うことができる。
また、バイパスリレー３０は、充電負荷手段４０や放電制御手段６０からの指示を受けて、上記各間の接続や切断を行う。
【００３０】
充電負荷手段４０は、二次電池１０に対して、充電電流や充電電圧を与える。
充電電圧等の値は、充電制御手段５０の制御により決定される。
また、充電負荷手段４０は、充電制御手段５０からの指示にもとづいて、温度異常が発生している二次電池１０を切り離すようにバイパスリレー３０を制御する。
【００３１】
充電制御手段５０は、二次電池１０を充電するときに、検出手段２０からの各種パラメータを参照して、充電電流及び充電電圧を決定し、充電負荷手段４０を制御する。
この充電制御手段５０は、通常の充電では、定電流定電圧充電方式を採用する。この方式については、後記の「二次電池充放電方法」の「充電処理（過充電保護）」のところで、詳細に説明する。
【００３２】
また、充電制御手段５０は、検出手段２０で検出された電圧等にもとづいて、過充電、温度異常、内部短絡、内圧異常、ガス異常などが起こっていないかどうかを判断する。
判断の結果、過充電等の異常を発見したときは、その二次電池１０に対しては、充電方式を定電流定電圧充電方式からパルス充電又は低電圧充電に切り替えて、充電を行う（過充電保護部５１）。
さらに、充電制御手段５０は、温度異常を発見したときは、この温度異常が発生している二次電池１０を切り離すように充電負荷手段４０に指示を出す。
なお、過充電の発生を検出する手法については、国際公開番号ＷＯ９７／３４３５５号公報に開示された過充電防止に関する技術を用いることができる。
【００３３】
放電制御手段６０は、二次電池１０を放電するときに、検出手段２０からの各種パラメータを参照して、放電電流及び放電電圧を決定し、バイパスリレー３０を介して二次電池１０と出力端子７０とを接続して、放電処理を実行する。
また、放電制御手段６０は、温度異常を発見したときは、この温度異常が発生している二次電池１０を切り離すようにバイパスリレー３０に指示を出す。
【００３４】
なお、本実施形態においては、充電制御手段５０と放電制御手段６０とを併せて「制御手段」という。
また、図２に示すように、複数の二次電池（セル）１０を積層してユニット８０を構成する。
さらに、ユニット８０を複数備えてモジュール９０を構成する。
【００３５】
［二次電池充放電方法］
次に、本実施形態の二次電池充放電装置の動作（二次電池充放電方法）について説明する。
二次電池充放電方法には、充電処理と放電処理がある。そして、充電処理と放電処理のそれぞれにおいて発生した異常の種類に応じて、過充電保護、温度異常、内部短絡の各処理がある。さらに、内部短絡の発生時には、低電圧ＣＶ充電とパルス充電の二つの対処法がある。
以下、順に説明する。
【００３６】
（充電処理（過充電保護））
次に、リチウムイオン二次電池の充電時における過充電保護の手順について、図３、図４を参照して説明する。
図３は、充電時における過充電保護の手順を示すフローチャートである。図４は、リチウムイオン二次電池の充電特性を示すグラフである。
図３、図４に示すように、充電の開始にあたっては、各セルに対し、一定の充電電流（図４においては、単セルで１Ａ程度）で、充電を行う（単セル定電流充電、段階１、ステップ１０）。これを、単セルの充電電圧が上限（図４においては、４．２Ｖ）に達するまで行う。
【００３７】
その後、充電電圧が上限に達すると（段階２、ステップ１１）、今度は、充電電圧を一定にし、充電電流を低下させる（単セル毎ＣＶ充電、段階３、ステップ１２）。
このＣＶ（Constant  Voltage：定電圧）充電において、所定の閾値（充電量の１００％、あるいは１５０％など）に達すると、この単セルの充電を終了する（単セル満充電、ステップ１３）。
一つのユニットを構成する複数のセルの充電がすべて完了することにより、そのユニットの充電が完了する（単ユニット満充電、ステップ１４）。そして、各ユニットの充電がすべて完了することにより、モジュールの充電が完了する（モジュール満充電、ステップ１５）。
【００３８】
（放電処理（過放電保護））
次に、リチウムイオン二次電池の放電方法について、図５、図６を参照して説明する。
図５は、本実施形態の放電方法の手順を示すフローチャートである。図６は、二次電池の放電特性を示すグラフである。
前提として、ある程度の電池電圧（図６においては、４．２Ｖ）を有する二次電池があるものとする。
【００３９】
図５に示すように、モジュール放電を開始する（ステップ２０）。
ここで、充電電圧が下限電圧に達した単セルがある場合には、その単セルが検出される（ステップ２１）。この検出された単セルは、バイパス回路により取り除かれる（ステップ２２）。つまり、この検出された単セルに対しては、以降、放電処理が行われない（過放電保護）。
また、充電電圧が下限電圧に達したユニットがある場合には、そのユニットが検出される（ステップ２３）。この検出されたユニットは、バイパス回路により取り除かれる（ステップ２４）。つまり、この検出されたユニットに対しては、以降、放電処理が行われない（過放電保護）。
その後、モジュールの充電電圧が所定値（図６においては、２．５Ｖ）に達すると（モジュール下限電圧、ステップ２５）、放電処理を終了する。
【００４０】
（充電処理（温度異常））
次に、リチウムイオン二次電池の充電時における温度異常時の処理手順について、図７を参照して説明する。
同図は、充電時における温度異常時の処理手順を示すフローチャートである。
同図に示すように、充電の開始にあたっては、各セルに対し、定電流で充電を行い、単セルの充電電圧が上限に達すると、今度は、充電電圧を一定にし、充電電流を低下させる（ステップ３０）。
この定電流定電圧充電において、単セルでの温度異常の発生を検出すると（ステップ３１）この単セルを取り除き（ステップ３２）、他の単セルに対して充電処理を続行する。
また、その定電流定電圧充電において、単ユニットでの温度異常の発生を検出すると（ステップ３３）この単ユニットを取り除き（ステップ３４）、他の単ユニットに対して充電処理を続行する。
【００４１】
その後、そのＣＶ充電において、充電量が所定の閾値（充電量の１００％、あるいは１５０％など）に達すると、この単セルの充電を終了する（単セル満充電、ステップ３５）。
一つのユニットを構成する複数のセルの充電がすべて完了することにより、そのユニットの充電が完了する（単ユニット満充電、ステップ３６）。そして、各ユニットの充電がすべて完了することにより、モジュールの充電が完了する（モジュール満充電、ステップ３７）。
【００４２】
（放電処理（温度異常））
次に、リチウムイオン二次電池の放電時における温度異常時の処理手順について、図８を参照して説明する。
同図は、本実施形態の放電方法の手順を示すフローチャートである。
前提として、ある程度の電池電圧を有する二次電池があるものとする。
【００４３】
同図に示すように、モジュール放電を開始した後（ステップ４０）、温度異常の単セルが検出された場合には（ステップ４１）、この検出された単セルは、バイパス回路により取り除かれる（ステップ４２）。つまり、この検出された単セルに対しては、以降、放電処理が行われない（過放電保護）。
また、温度異常のユニットが検出された場合には（ステップ４３）、この検出されたユニットは、バイパス回路により取り除かれる（ステップ４４）。つまり、この検出されたユニットに対しては、以降、放電処理が行われない（過放電保護）。
その後、モジュールの充電電圧が所定値に達すると（モジュール下限電圧、ステップ４５）、放電処理を終了する。
【００４４】
（充電処理（内部短絡・低電圧ＣＶ充電））
次に、リチウムイオン二次電池の充電時における内部短絡時の処理手順について、図９を参照して説明する。
同図は、充電時における内部短絡時の処理手順を示すフローチャートである。
同図に示すように、充電の開始にあたっては、モジュール全体の充電（ステップ５０）によって、各セルに対し、定電流で充電を行い、単セルの充電電圧が上限に達すると、今度は、充電電圧を一定にし、充電電流を低下させる（ステップ５１）。
この定電流定電圧充電において、単セルでの内部短絡による電圧異常の発生を検出すると（ステップ５２）この単セルに対して低電圧ＣＶ充電処理を行う（ステップ５３）。他の単セルに対しては、バイパス回路を介して充電を行う。
【００４５】
その後、単セルの充電量が所定の閾値（充電量の１００％、あるいは１５０％など）に達すると、この単セルの充電を終了する（単セル満充電、ステップ５４）。
一つのユニットを構成する複数のセルの充電がすべて完了することにより、そのユニットの充電が完了する（単ユニット満充電、ステップ５５）。そして、各ユニットの充電がすべて完了することにより、モジュールの充電が完了する（モジュール満充電、ステップ５６）。
【００４６】
（充電処理（内部短絡・パルス充電））
次に、リチウムイオン二次電池の充電時における内部短絡時の他の処理手順について、図１０を参照して説明する。
同図は、充電時における内部短絡時の他の処理手順を示すフローチャートである。
同図に示すように、充電の開始にあたっては、モジュール全体の充電（ステップ６０）によって、各セルに対し、定電流で充電を行い、単セルの充電電圧が上限に達すると、今度は、充電電圧を一定にし、充電電流を低下させる（ステップ６１）。
この定電流定電圧充電において、単セルでの内部短絡による電圧異常の発生を検出すると（ステップ６２）、この単セルに対して単セルパルス充電処理を行う（ステップ６３）。他の単セルに対しては、バイパス回路を介して充電を行う。
【００４７】
その後、単セルの充電が所定の閾値（充電量の１００％あるいは１５０％など）に達すると、この単セルの充電を終了する（単セル満充電、ステップ６４）。
一つのユニットを構成する複数のセルの充電がすべて完了することにより、そのユニットの充電が完了する（単ユニット満充電、ステップ６５）。そして、各ユニットの充電がすべて完了することにより、モジュールの充電が完了する（モジュール満充電、ステップ６６）。
【００４８】
なお、パルス充電に用いるパルス波としては、図１１（ｉ）〜（iii）に示すものがある。
すなわち、同図（ｉ）に示すように、所定間隔でパルス波を与えるものがある。
また、同図（ii）に示すように、パルス波の一部を０Ａよりも小さい値を与えるものがある。この場合、０Ａより大きい値では充電となり、０Ａより小さい値では、放電となる。
さらに、同図（iii）に示すように、最小値が０Ａよりも大きい値のパルス波を与えるものがある。
【００４９】
（放電処理（内部短絡））
次に、リチウムイオン二次電池の放電時における内部短絡時の処理手順について、図１２を参照して説明する。
同図は、本実施形態の放電方法の手順を示すフローチャートである。
前提として、ある程度の電池電圧を有する二次電池があるものとする。
【００５０】
同図に示すように、モジュール放電を開始した後（ステップ７０）、電圧異常の単セルが検出された場合には（ステップ７１）、この検出された単セルは、バイパス回路により取り除かれる（ステップ７２）。つまり、この検出された単セルに対しては、以降、放電処理が行われない。
その後、単ユニットの放電が完了し（ステップ７３）、次いで、モジュールの放電が完了すると（ステップ７４）、放電処理を終了する。
【００５１】
［電気機器］
次に、本実施形態の二次電池充放電装置を備えた電気機器について説明する。
電気機器は、上述の二次電池充放電装置１を備えた各種電気機器、例えば、ノート型パソコン、ノート型ワープロ、パームトップ（ポケット））パソコン、携帯電話、ＰＨＳ、携帯ファックス、携帯プリンター、ヘッドフォンステレオ、ビデオカメラ、携帯テレビ、ポータブルＣＤ、ポータブルＭＤ、電動髭剃り機、電子手帳、トランシーバ、電動工具、ラジオ、テープレコーダ、デジタルカメラ、携帯コピー機、携帯ゲーム機など、主に携帯型の電子機器が含まれる。
また、電気機器は、電気自動車、ハイブリッド自動車、自動販売機、電動カート、ロードレベリング用蓄電システム、家庭用蓄電器、分散型電力貯蔵機システム（据置型電化製品に内蔵）、非常時電力供給システム等が含まれる。
【００５２】
そして、これら電気機器は、リチウムイオン伝導性固体電解質を有する一又は二以上の二次電池１０を備えるとともに、これら二次電池１０の充電や放電を制御する二次電池充放電装置１と、二次電池１０から電力の供給を受ける負荷とを備えている。
負荷は、例えば、ノート型パソコンにおいては、マザーボート、拡張ボード、ＨＤＤ（Hard  Disk  Drive）、ディスプレイ、ディスクドライブ（ディスクの種類として、ＣＤ（Compact  Disk）、ＤＶＤ（Digital  Versatile  Disk）、ＦＤ（Flexible  Disk））などのように、電気機器を構成する部品や装置類であって、二次電池１０から電力の供給を受けるものをいう。
【００５３】
［二次電池充放電プログラム］
次に、二次電池充放電プログラムについて説明する。
上記の実施形態におけるコンピュータ（二次電池充放電装置）の二次電池充放電機能（二次電池充放電方法を実行するための機能）は、記憶手段（例えば、ＲＯＭ（Read  only  memory）やハードディスクなど）に記憶された二次電池充放電プログラムにより実現される。
【００５４】
二次電池充放電プログラムは、コンピュータの制御手段（ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）など）に読み込まれることにより、コンピュータの構成各部に指令を送り、所定の処理、たとえば、検出手段のパラメータ検出処理、バイパスリレーのバイパス制御処理、充電制御手段の充電制御処理、放電制御手段の放電制御処理などを行わせる。
これによって、二次電池充放電機能は、ソフトウエアである二次電池充放電プログラムとハードウエア資源であるコンピュータ（二次電池充放電手段（二次電池充放電装置））の各構成手段とが協働することにより実現される。
【００５５】
なお、二次電池充放電機能を実現するための二次電池充放電プログラムは、コンピュータのＲＯＭやハードディスクなどに記憶される他、コンピュータ読み取り可能な記録媒体、たとえば、外部記憶装置及び可搬記録媒体等に格納することができる。
外部記憶装置とは、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact  disk−Read  only  memory）等の記憶媒体を内蔵し、二次電池充放電装置に外部接続されるメモリ増設装置をいう。一方、可搬記録媒体とは、記録媒体駆動装置（ドライブ装置）に装着でき、かつ、持ち運び可能な記録媒体であって、たとえば、フレキシブルディスク，メモリカード，光磁気ディスク等をいう。
【００５６】
そして、記録媒体に記録されたプログラムは、コンピュータのＲＡＭ等にロードされて、ＣＰＵ（制御手段）により実行される。この実行により、上述した実施形態の二次電池充放電装置の機能が実現される。
さらに、コンピュータで二次電池充放電プログラムをロードする場合、他のコンピュータで保有された二次電池充放電プログラムを、通信回線を利用して自己の有するＲＡＭ（Random  access  memory）や外部記憶装置にダウンロードすることもできる。このダウンロードされた二次電池充放電プログラムも、ＣＰＵにより実行され、上記実施形態の二次電池充放電装置の二次電池充放電機能を実現する。
【００５７】
以上説明したように、本実施形態の二次電池充放電装置、電気機器、二次電池充放電方法及び二次電池充放電プログラムによれば、通常の充電時は、定電流定電圧充電方式を採用し、内部短絡等にもとづく電圧等の異常が検出されたときには、その異常が検出された二次電池（セル）に対しては、充電電圧をパルス波電圧又は低電圧に変えることができる。これにより、リチウム二次電池のサイクル寿命に影響を抑えて充電を行うことができる。
【００５８】
また、内部短絡により電圧異常が発生した場合、二次電池に対しては、パルス波電圧又は低電圧の充電電圧で充電を行うこととした。これにより、モジュールの充電量を確保できる。
さらに、各セルごとに性能のばらつきがある場合でも、異常が検出されたセルへの充電が可能であるため、ユニットやモジュールの電池性能を維持することができる。
【００５９】
以上、本発明の二次電池充放電装置、電気機器、二次電池充放電方法及び二次電池充放電プログラムの好ましい実施形態について説明したが、本発明に係る二次電池充放電装置、電気機器、二次電池充放電方法及び二次電池充放電プログラムは上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。
例えば、上述した実施形態では、リチウムイオン伝導性固体電解質を有する二次電池について説明したが、二次電池の電解質は、リチウムイオン伝導性固体電解質に限るものではなく、各種の有機電解液や固体電解質を用いることができる。
【００６０】
また、上述した実施形態では、充電や放電が行われる状況については言及していないが、例えば、二次電池の充電量を計測して、自動的に充電や放電を行う手法や、ユーザが充電器にセットしたときに充電や放電を開始する手法などが挙げることができる。
上述した実施形態では、二次電池に対する定電流定電圧での充電について説明したが、本発明は、定電流定電圧での充電に限るものではなく、種々の充電や放電に適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、二次電池の充電電圧の制御に関する発明であるため、二次電池の充放電を行う装置や機器に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施形態における二次電池充放電装置の構成を示すブロック図である。
【図２】ユニットの構成を示すブロック図である。
【図３】充電処理（過充電保護）の動作手順を示すフローチャートである。
【図４】リチウムイオン二次電池の充電特性を示すグラフである。
【図５】放電処理（過放電保護）の動作手順を示すフローチャートである。
【図６】二次電池の放電特性を示すグラフである。
【図７】充電処理（温度異常）の動作手順を示すフローチャートである。
【図８】放電処理（温度異常）の動作手順を示すフローチャートである。
【図９】充電処理（内部短絡・低電圧ＣＶ充電）の動作手順を示すフローチャートである。
【図１０】充電処理（内部短絡・パルス充電）の動作手順を示すフローチャートである。
【図１１】パルス充電に用いるパルス波形を示す波形図である。
【図１２】放電処理（内部短絡）の動作手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６３】
１  二次電池充放電装置
１０  二次電池
２０  検出手段
５０  充電制御手段
６０  放電制御手段
８０  ユニット
９０  モジュール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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