(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのパルス電流を印加してリチウム二次電池を充電した後の前記リチウム二次電池の出力電圧変化を検知する電圧変化検知手段と、
前記出力電圧変化に基づいて前記リチウム二次電池を充電する充電パルス電流を設定する充電パルス電流設定手段と、を有し、
前記電圧変化検知手段は、あらかじめ定めた前記パルス電流の印加後の第１時間、第２時間、第３時間に基づいて、前記１つのパルス電流でリチウム二次電池が充電された後の前記リチウム二次電池の出力電圧変化を、前記パルス電流の印加後から第１時間までの第１電圧変化、前記第１時間から前記第２時間までの第２電圧変化、前記第２時間から前記第３時間までの第３電圧変化、として検出し、
前記充電パルス電流設定手段は、前記第１電圧変化と、前記第２電圧変化と、前記第３電圧変化と、に基づいて前記充電パルス電流と、前記充電パルス電流による前記リチウム二次電池への充電時間と、を設定することを特徴とするリチウム二次電池の充電システム。
【請求項２】
前記充電パルス電流設定手段は、
前記第１電圧変化、前記第２電圧変化、および前記第３電圧変化をそれぞれ前記１つのパルス電流の値で除して各電圧変化に対応する電池抵抗を算出する電池抵抗算出手段と、
各電圧変化に対応する電池抵抗に基づいて前記充電パルス電流を決定する充電パルス電流決定手段と、
を有することを特徴とする請求項１に記載のリチウム二次電池の充電システム。
【請求項３】
前記第１時間は０．０１秒以下で、前記第２時間は０．０１秒より大きく、かつ、１秒より小さく、前記第３時間は１秒以上であることを特徴とする請求項１または２に記載のリチウム二次電池の充電システム。
【請求項４】
ＳＯＣが３０％より小さいか、９０％より大きい場合に前記リチウム二次電池を充電することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のリチウム二次電池の充電システム。
【請求項５】
前記リチウム二次電池の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段で検出した前記温度に基づいて前記充電パルス電流を補正する充電パルス電流補正手段と、
をさらに有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のリチウム二次電池の充電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はリチウム二次電池の充電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大気汚染や地球温暖化に対処するため、二酸化炭素量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、これらの実用化の鍵を握るモータ駆動用二次電池の開発が盛んに行われている。
【０００３】
モータ駆動用二次電池としては、携帯電話やノートパソコン等に使用される民生用リチウムイオン二次電池と比較して極めて高い出力特性、および高いエネルギを有することが求められている。このため、全ての電池の中で最も高い理論エネルギを有するリチウムイオン二次電池が注目を集めており、現在開発が進められている。
【０００４】
一般的に、パルス充電法を用いてリチウムイオン二次電池を充電すると、短時間で満充電とすることができる。しかし、パルス充電の際に電池の電圧が規定電圧を超えて高くなるため電池が劣化するという問題がある。
【０００５】
従来技術としては、パルス充電法による電池の劣化を回避するために、周囲温度を検出して周囲温度に応じてパルス充電する際の設定電圧を変えるというものがある（引用文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１６７９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来技術は、電池の充電状態によって電池抵抗が異なるため、充電状態によっては電池の劣化が加速するという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係るリチウム二次電池の充電システムは、電圧変化検知手段と充電パルス電流設定手段とを有する。電圧変化検知手段は、少なくとも１つのパルス電流を印加してリチウム二次電池を充電した後の前記リチウム二次電池の出力電圧変化を検知する。パルス電流設定手段は、出力電圧変化に基づいてリチウム二次電池を充電する充電パルス電流を設定する。また、電圧変化検知手段は、あらかじめ定めたパルス電流の印加後の第１時間、第２時間、第３時間に基づいて、１つのパルス電流でリチウム二次電池が充電された後のリチウム二次電池の出力電圧変化を、パルス電流の印加後から第１時間までの第１電圧変化、前記第１時間から前記第２時間までの第２電圧変化、前記第２時間から前記第３時間までの第３電圧変化、として検出し、充電パルス電流設定手段は、第１電圧変化と、第２電圧変化と、第３電圧変化と、に基づいて充電パルス電流と、充電パルス電流による前記リチウム二次電池への充電時間と、を設定する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、１以上のパルス電流でリチウム二次電池を充電した後の該二次電池の出力電圧変化に基づいて該二次電池の劣化程度を判断する。そして、該二次電池の劣化程度を考慮して最適化した充電パルス電流によりリチウム二次電池を充電する。これにより電池の劣化を抑制したリチウム二次電池の充電を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１〜第５実施形態に係るリチウム二次電池の充電システムの構成を示す図である。
【図２】第１実施形態に係るリチウム二次電池の充電システムを用いたリチウム二次電池の充電方法のフローチャートを示す図である。
【図３】組電池を電流パルス充電したときの端子電圧Ｅの時間推移を示す図である。
【図４】各単電池セルユニットに対する充電システムの構成を示す図である。
【図５】第２実施形態に係るリチウム二次電池の充電システムを用いたリチウム二次電池の充電方法のフローチャートを示す図である。
【図６】第３実施形態に係るリチウム二次電池の充電方法のフローチャートを示す図である。
【図７】オーム損抵抗Ｒ１、反応抵抗Ｒ２、物質移動抵抗Ｒ３、に対応する第１電圧変化ΔＶ１、第２電圧変化ΔＶ２、第３電圧変化ΔＶ３、を示す図である。
【図８】１パルス充電後の組電池の端子電圧Ｅの時間推移を示した図である。
【図９】第４実施形態に係るリチウム二次電池の充電方法のフローチャートを示す図である。
【図１０】リチウム二次電池のＳＯＣと電池抵抗Ｒとの関係を示す図である。
【図１１】第５実施形態に係るリチウム二次電池の充電方法のフローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係るリチウム二次電池の充電システムについて詳細に説明する。以下、リチウム二次電池として、複数の単電池セルユニット（ラミネート実装された積層型二次電池または双曲型二次電池）が直列に接続された組電池を例に説明するが、本実施形態はこれに限定されるものではない。なお、以下参照する図面では、積層型電池の構成要素の形状、厚さ等を誇張しているが、これは発明の理解を容易にするためである。
【００１２】
図１は、本実施形態に係るリチウム二次電池の充電システムの構成を示す図である。
【００１３】
本実施形態に係るリチウム二次電池の充電システム１０は、組電池（リチウム二次電池）１００、電圧センサ（電圧変化検知手段）１１０、定電流電源（充電パルス電流設定手段）１２０、スイッチ（充電パルス電流設定手段）１３０、電流センサ１４０、温度センサ（温度検出手段）１６０、強電リレー１８０ａ、１８０ｂ、電池制御装置（電圧変化検知手段、充電パルス電流設定手段、電池抵抗算出手段、充電パルス電流決定手段、充電パルス電流補正手段）１５０、制御回路（充電パルス電流設定手段）１６０、を有する。また、本実施形態に係るリチウム二次電池の充電システム１０は、さらに、車両制御装置１７０、インバータ１９０、モータ２００を有している。
【００１４】
電圧センサ１１０は、組電池１００の正負の出力端子間に接続する。これにより、電圧センサ１１０は、組電池１００の出力電圧（総電圧）を検出する。
【００１５】
定電流電源１２０は、スイッチ１３０を介して組電池１００の正の出力端子に接続する。これにより、定電流電源１２０は、組電池１００に充電電流を印加する。ここで、スイッチ１３０を制御回路１６５からの制御信号で切り替えることで、定電流電源１２０から供給される直流電流を交流の充電パルス電流（以下、「充電パルス電流」と称する）に変換する。すなわち、定電流電源１２０は、スイッチ１３０とともに組電池１００に充電パルス電流を印加し、充電パルス電流で組み電池１００を充電する。パルス充電法を用いることで、組電池１００を短時間で充電することができる。
【００１６】
電流センサ１４０は、組電池１００の正の出力端子に接続する。これにより、電流センサ１４０は、組電池１００の放電電流と充電電流を測定する。
【００１７】
温度センサ１６０は、組電池１００に実装する。これにより、温度センサ１４０は、組電池１００の温度を測定する。組電池１００の温度を測定するのは、組電池１００の温度により電池抵抗Ｒが変化するため、電池抵抗Ｒを組電池１００の温度で補正することで、電池抵抗Ｒを高精度に測定することができるからである。温度センサ１６０は、電池温度センサか、環境温度センサであることが望ましい。
【００１８】
強電リレー１８０ａ、１８０ｂは、組電池１００の正負の出力端子と組電池１００の負荷であるインバータ１９０とを接続する各配線（例えば、強電ハーネス）にそれぞれ設ける。強電リレー１８０ａ、１８０ｂは、電池制御装置１５０からの制御信号に基づいてそれぞれ導通または非導通状態となる。これにより、強電リレー１８０ａ、１８０ｂは、導通時は組電池１００の電力をインバータ１９０に供給し、非導通時は組電池１００の電力をインバータ１９０に供給しない。
【００１９】
電池制御装置１５０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１５１とメモリ１５２とを有する。ＣＰＵ１５１は、制御装置および演算装置としての機能を有する。メモリ１５２は、記憶装置としての機能を有する。メモリ１５２は、例えば、各種ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、各種ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ハードディスク、で構成してもよい。
【００２０】
電池制御装置１５０は、強電リレー１８０ａ、１８０ｂを制御する。また、電池制御装置１５０は、制御回路１６５を通じてスイッチ１３０を制御する。ただし、電池制御装置１５０は、直接スイッチ１３０を制御してもよい。
【００２１】
また、電池制御装置１５０は、定電流電源１２０を制御する。
【００２２】
電池制御装置１５０は、電圧センサ１１０から組電池１００の出力電圧の信号を、電流センサ１４０から組電池１００の放電電流と充電電流の信号を受信し、これらの信号を所定のサンプリング周波数で記憶する。
【００２３】
電池制御装置１５０のメモリ１５２には、組電池１００の開回路電圧（以下、「ＯＣＶ（Ｏｐｅｎ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｖｏｌｔａｇｅ）」と称する）と充電状態（以下、「ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）」と称する）との関係のデータと、組電池１００の温度と温度補正係数との関係のデータと、を記憶させておく。
【００２４】
制御回路１６５は、電池制御装置１５０の制御信号に基づいて、所定の大きさおよび周波数の電圧パルスを出力し、スイッチ１３０をＯＮ／ＯＦＦさせる。制御回路１６５は、例えば、発振器を用いて構成してもよい。
【００２５】
車両制御装置１７０は、モータ２００を駆動源とする車両を制御する。したがって、車両制御装置１７０は、電池制御装置１５０を制御する。例えば、車両制御装置１７０は、電池制御装置１５０に対し、組電池１００を充電させるタイミングを制御することができる。
【００２６】
インバータ１９０は、組電池１００が出力する直流電圧を３相交流電圧に変換する。
【００２７】
モータ２００は、インバータ１９０から３相交流電圧を受け、車両を駆動するためのトルクを発生させる。
【００２８】
なお、組電池１００の充放電は、組電池１００の負荷であるインバータ１９０を接続したままで行なうことが望ましい。すなわち、車両の始動時や加速時においては組電池１００からの電力を、インバータ１９０を介してモータ２００に供給する。一方、車両の減速時においてはモータ２００を発電機として機能させ、モータ２００から得られた電力を組電池１００に回生（すなわち、充電）する。これにより、省電力化を実現することができる。
【００２９】
図２は、本実施形態に係るリチウム二次電池の充電システムを用いたリチウム二次電池の充電方法のフローチャートを示す図である。以下、ステップ番号を明示して、本実施形態に係るリチウム二次電池の充電システムについて説明する。
【００３０】
組電池１００のＯＣＶを測定する（Ｓ５００）。組電池１００のＯＣＶを測定するために、電池制御装置１５０は、組電池１００の強電リレー１８０ａ、１８０ｂ、を非導通状態にして、組電池１００の出力端子を開放にする。この状態で、電圧センサ１１０で組電池１００の出力端子間電圧（出力電圧）を測定することで組電池１００のＯＣＶを測定することができる。
【００３１】
１パルス充電をする（Ｓ５０１）。すなわち、制御回路１６５にスイッチ１３０を制御させることで、定電流電源１２０が発生する直流定電流から１つのパルス電流を発生させ、該パルス電流で組電池１００を充電（以下、「１パルス充電」と称する）する。このとき、充電パルス電流を組電池１００に印加するために、強電リレー１８０ａ、１８０ｂを導通状態にしておく。充電パルス電流の大きさは、該充電パルス電流を組電池１００に印加したときの組電池１００の端子電圧Ｅが、組電池１００が保証する仕様範囲の最大値となるように設定することが望ましい。以下、このように設定した組電池１００の端子電圧Ｅを設定電圧と称する。
【００３２】
組電池１００の端子電圧Ｅを測定する（Ｓ５０２）。組電池１００の端子電圧Ｅは、組電池１００の端子間に接続した電圧センサ１００により、ステップＳ５０１で１パルス充電した直後から経時的に測定する。電池制御装置１５０は、測定した組電池１００の端子電圧Ｅを、適切なサンプリング周波数でディジタル化し、記憶する。
【００３３】
図３は、組電池１００を電流パルス充電したときの端子電圧Ｅの時間推移を示す図である。
【００３４】
図３のＡは、１パルス充電を複数回行なったときの組電池１００の端子電圧Ｅの時間推移を示す図である。組電池１００の端子電圧Ｅが設定電圧を超えないように電流パルスの大きさを調整する。図３のＡに示すように、電流ＯＦＦ（すなわち、充電電流が０）の状態から１パルス充電をすることで、組電池１００の端子電圧Ｅは、設定電圧に近づく。
【００３５】
図３のＢは、図３のＡにおける１パルス充電前後の部分の拡大図である。図３のＢのａの部分は、ステップＳ５００に対応し、組電池１００への充電電流が０のときの組電池１００の端子電圧Ｅを示す。ｂの部分は、ステップＳ５０１に対応し、１パルス充電をしているときの組電池１００の端子電圧Ｅの時間推移を示す。ｃの部分は、ステップＳ５０２に対応し、１パルス充電した直後からの組電池１００の端子電圧Ｅの時間推移を示す。
【００３６】
組電池１００の劣化が進行すると、１パルス充電した後の組電池１００の端子電圧Ｅの変化ΔＶ（以下、「充電後出力電圧変化ΔＶ」と称する）が正常値より大きくなる。すなわち、充電後出力電圧変化ΔＶは、組電池１００の劣化度合と密接に関連する。したがって、組電池１００の劣化度合を示す充電後出力電圧変化ΔＶに基づいて、充電パルスの大きさを調整することで電池の劣化を抑制することができる。
【００３７】
充電後出力電圧変化ΔＶを算出する（Ｓ５０３）。電池制御装置１５０は、記憶した組電池１００の端子電圧Ｅから充電後出力電圧変化ΔＶを算出する。充電後出力電圧変化ΔＶは、１パルス充電の充電電流を０に切り替えた瞬間（すなわち、スイッチ１３０をＯＮからＯＦＦに切り替えた瞬間）から所定時間経過するまでの組電池１００の端子電圧Ｅの変化として算出することができる。ここで、前記所定時間は経験的に設定してよい。例えば、前記所定時間は、組電池１００の端子電圧Ｅの１秒あたりの変化が一定の範囲内となったときとすることができる。
【００３８】
充電後出力電圧変化ΔＶを閾値電圧と比較する（Ｓ５０４）。すなわち、ステップＳ５０３で算出した充電後出力電圧変化ΔＶと、あらかじめ電池制御装置１５０に記憶させておいた閾値電圧とを比較する。閾値電圧は、例えば、組電池１００の充電後出力電圧変化ΔＶの仕様範囲のうち最も大きい充電後出力電圧変化ΔＶの値とすることができる。
【００３９】
充電後出力電圧変化ΔＶが閾値電圧以下である場合（Ｓ５０５、Ｙｅｓ）は、ステップＳ５０１と同じ充電電流で１パルス充電をする（Ｓ５０７）。この場合は、組電池１００の劣化が進行していないと考えられるからである。
【００４０】
充電後出力電圧変化ΔＶが閾値電圧以下でない場合（Ｓ５０５、Ｎｏ）、すなわち、充電後出力電圧変化ΔＶが閾値電圧を超えている場合は、充電パルス電流を補正する（Ｓ５０６）。充電後出力電圧変化ΔＶが閾値電圧を超えている場合は、組電池１００の劣化が進行していると考えられる。そのため、以後、充電パルス電流の大きさを小さく補正し、補正した充電パルス電流で１パルス充電をする（Ｓ５０７）。これにより、短時間かつ電池の劣化を抑制した組電池１００の充電を実現することができる。
【００４１】
なお、ステップＳ５０７では、１パルス充電を行なうが、複数の充電パルス電流で組電池１００を充電してもよい。
【００４２】
充電パルス電流の補正は、例えば、次のように行うことができる。あらかじめ、充電後出力電圧変化ΔＶと、組電池１００の劣化を進行させないパルス電流値との関係を求めて電池制御装置１５０に記憶させておく。そして、前記関係と測定した充電後出力電圧変化ΔＶとを比較することで組電池１００の劣化を進行させない充電パルス電流を求め、これを補正後の充電パルス電流とすることができる。充電後出力電圧変化ΔＶと、組電池１００の劣化を進行させない充電パルス電流値との関係は、例えば、複数の組電池１００について試験を行うことで取得してもよい。
【００４３】
組電池１００が所定の充電量となったかどうか判断する（Ｓ５０８）。組電池１００が所定の充電量となっている場合は（Ｓ５０８、Ｙｅｓ）、本フローチャートは終了する。組電池１００が所定の充電量となっていない場合は（Ｓ５０８、Ｎｏ）、再度、ステップＳ５０２に戻り、以後のフローを行なう。
【００４４】
なお、本実施形態では、組電池１００全体の出力電圧を検出するが、組電池１００を構成する各単電池セルユニット１０１の出力電圧を検出してもよい。図４は各単電池セルユニット１０１に対する充電システムの構成を示す図である。
【００４５】
図４の充電システムの構成は、図１の構成と異なり、組電池１００を構成する単電池セルユニット１０１ごとに電圧センサ１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄを設ける。また、各単電池セルユニット１０１の正極端子と電流センサ１４０との間に、それぞれ、個別スイッチ２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃ、２１０Ｄを設ける。図４に示す充電システムの構成によれば、（ａ）各単電池セルユニットの出力電圧の測定、（ｂ）各単電池セルユニットへの独立した充電パルス電流の印加、（ｃ）各単電池セルユニットの充放電電流の測定、が可能となる。すなわち、いずれか一つの個別スイッチ２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃ、２１０ＤをＯＮにすることで、組電池１００に対する充電システムを、選択した一の単電池セルユニット１０１に対する充電システムとして機能させることができる。
【００４６】
図４に示す各単電池セルユニットに対する充電システムのその他の構成要素は、図１と共通するためこれらの構成要素についての説明は省略する。
【００４７】
以下に、本実施形態に係るリチウム二次電池の充電システムの効果を示す。
・１以上のパルス電流でリチウム二次電池を充電した後の電池の出力電圧変化に基づいてリチウム二次電池の劣化程度を判断し、該劣化程度を考慮して最適化した充電パルス電流によりリチウム二次電池を充電する。これにより、電池の劣化を抑制したリチウム二次電池の充電を実現できる。
（第２実施形態）
次に、本発明に係るリチウム二次電池の充電システムの第２実施形態について詳細に説明する。
【００４８】
本実施形態と第１実施形態とは、共に、１以上の充電パルス電流でリチウム二次電池を充電した後の電池の出力電圧変化（充電後出力電圧変化ΔＶ）に基づいてリチウム二次電池の劣化程度を判断し、該劣化程度に基づいて充電パルス電流を補正する点で同様である。しかし、本実施形態は、充電後出力電圧変化ΔＶと、リチウム二次電池への充電電流とから電池抵抗値Ｒを算出し、電池抵抗値Ｒによりリチウム二次電池の劣化程度を判断し、該劣化程度に基づいて充電電流を補正する点で第１実施形態と異なる。
【００４９】
以下、本実施形態に係るリチウム二次電池の充電システムについて説明するが、第１実施形態と重複する説明は省略する。
【００５０】
図５は、本実施形態に係るリチウム二次電池の充電方法のフローチャートを示す図である。本実施形態に係るリチウム二次電池の充電方法も第１実施形態と同様に図１に示すリチウム二次電池の充電システムを用いることができる。
【００５１】
以下、ステップ番号を明示して、本実施形態に係るリチウム二次電池の充電システムについて説明する。
【００５２】
第１実施形態と同様に、組電池１００のＯＣＶを測定し（Ｓ７００）、１パルス充電をする（Ｓ７０１）。１パルス充電後、組電池１００の端子電圧Ｅを測定し（Ｓ７０２）、経時的に電池制御装置１５０に記憶させる。電池制御装置１５０に記憶させた組電池１００の端子電圧Ｅから充電後出力電圧変化ΔＶを算出する（Ｓ７０３）。
【００５３】
組電池１００の電池抵抗Ｒを算出する（Ｓ７０４）。電池抵抗Ｒは、下記式（１）のように、充電後出力電圧変化ΔＶを充電パルス電流値Ｉで除することで算出する。ここで、充電パルス電流値Ｉとは、充電パルス電流の振幅を意味する。
【００５４】
【数１】
0005515530.tif 000002
【００５５】
充電パルス電流値Ｉは、定電流電源１２０に設定した電流値を用いることができる。しかし、電流センサ１４０で測定した電流値を用いてもよい。電流センサ１４０で測定した電流値を用いる場合は、ステップＳ７０２で組電池１００の端子電圧Ｅを測定するときに、併せて、組電池１００を充電するパルス電流を測定し、適切なサンプリング周波数でディジタル化し、経時的に電池制御装置１５０に記憶させる。そして、電池制御装置１５０に記憶させた充電パルス電流からパルス電流値Ｉを算出することができる。
【００５６】
組電池１００の劣化が進行した場合、電池抵抗Ｒが大きくなる。すなわち、電池抵抗Ｒは、組電池１００の劣化度合と密接に関連する。したがって、組電池１００の劣化度合を示す電池抵抗Ｒに基づいて、充電パルス電流の大きさを調整することで電池の劣化を抑制することができる。
【００５７】
組電池１００の電池抵抗Ｒを閾値と比較する（Ｓ７０５）。すなわち、ステップＳ７０４で算出した電池抵抗Ｒと、あらかじめ電池制御装置１５０に記憶させておいた閾値とを比較する。閾値は、例えば、組電池１００の電池抵抗Ｒの仕様範囲のうち最も大きい電池抵抗Ｒの値とすることができる。
【００５８】
電池抵抗Ｒが閾値以下である場合（Ｓ７０６、Ｙｅｓ）は、ステップＳ７０１と同じ充電パルス電流で１パルス充電をする（Ｓ７０８）。この場合は、組電池１００の劣化が進行していないと考えられるからである。
【００５９】
電池抵抗Ｒが閾値以下でない場合（Ｓ７０６、Ｎｏ）、すなわち、電池抵抗Ｒが閾値を超えている場合は、充電パルス電流を補正する（Ｓ７０７）。電池抵抗Ｒが閾値を超えている場合は、組電池１００の劣化が進行していると考えられる。そのため、充電パルス電流の大きさを小さく補正し、補正した充電パルス電流で１パルス充電をする（Ｓ７０８）。これにより、短時間かつ電池の劣化を抑制した組電池１００の充電を実現することができる。
【００６０】
充電パルス電流の補正は、例えば、次のように行うことができる。あらかじめ、電池抵抗Ｒと、組電池１００の劣化を進行させない充電パルス電流値との関係のデータを取得して電池制御装置１５０に記憶させておく。そして、前記データと測定した電池抵抗Ｒとを比較することで組電池１００の劣化を進行させない充電パルス電流を求め、これを補正後の充電パルス電流とすることができる。電池抵抗Ｒと、組電池１００の劣化を進行させない充電パルス電流値との関係は、例えば、複数の組電池１００について試験を行うことで取得してもよい。
【００６１】
組電池１００が所定の充電量となっている場合は（Ｓ７０９、Ｙｅｓ）、本フローチャートは終了する。組電池１００が所定の充電量となっていない場合は（Ｓ７０９、Ｎｏ）、再度、ステップＳ７０２に戻り、以後のフローを行なう。
【００６２】
以下に、本実施形態に係るリチウム二次電池の充電システムの効果を示す。
・１以上の充電パルス電流でリチウム二次電池を充電した後の電池の出力電圧変化と該充電パルス電流値とから求めた電池抵抗に基づいてリチウム二次電池の劣化程度を判断し、該劣化程度を考慮して最適化した充電パルス電流によりリチウム二次電池を充電する。これにより、電池の劣化を抑制したリチウム二次電池の充電を実現できる。
（第３実施形態）
次に、本発明に係るリチウム二次電池の充電システムの第３実施形態について詳細に説明する。
【００６３】
本実施形態と第１実施形態とは、共に、充電後出力電圧変化ΔＶに基づいてリチウム二次電池の劣化を判断し、充電後出力電圧変化ΔＶに基づいて充電パルス電流を設定する点で同様である。しかし、本実施形態は、充電後出力電圧変化ΔＶを複数の異なる時間帯に分割して測定し、各時間帯における電圧変化に基づいて、充電パルス電流と充電時間とを設定する点で異なる。
【００６４】
以下、本実施形態に係るリチウム二次電池の充電システムについて説明するが、第１実施形態と重複する説明は省略する。
【００６５】
図６は、本実施形態に係るリチウム二次電池の充電方法のフローチャートを示す図である。本実施形態に係るリチウム二次電池の充電方法も第１実施形態と同様に図１に示すリチウム二次電池の充電システムを用いることができる。
【００６６】
以下、ステップ番号を明示して、本実施形態に係るリチウム二次電池の充電システムについて説明する。
【００６７】
第１実施形態と同様に、組電池１００のＯＣＶを測定し（Ｓ８００）、１パルス充電をする（Ｓ８０１）。１パルス充電後、組電池１００の端子電圧Ｅを測定し（Ｓ８０２）、経時的に電池制御装置１５０に記憶させる。
【００６８】
１パルス充電後所定時間ごとの組電池１００の端子電圧Ｅの変化、すなわち、第１電圧変化ΔＶ１、第２電圧変化ΔＶ２、第３電圧変化ＶΔ３を算出する（Ｓ８０３）。
【００６９】
第１電圧変化ΔＶ１、第２電圧変化ΔＶ２、第３電圧変化ＶΔ３について説明する。
【００７０】
第２実施形態で求めた組電池１００の電池抵抗Ｒの成分は、次の３つの成分に分類できる。
１．集電体、電解液、電極面積に起因するオーム損抵抗Ｒ１
２．電池反応の起こりにくさに起因する反応抵抗Ｒ２
３．電池内のリチウムイオンの動きにくさに起因する物質移動抵抗Ｒ３
上記３つの抵抗成分はそれぞれ異なる理由で生じる抵抗であり、時定数の異なる現象に起因する。そのため、充電後出力電圧変化ΔＶを適切な時間帯に分割して測定することで、電池抵抗Ｒを上記３つの成分でそれぞれ測定することができる。第１電圧変化ΔＶ１、第２電圧変化ΔＶ２、第３電圧変化ΔＶ３は、それぞれ、オーム損抵抗Ｒ１、反応抵抗Ｒ２、物質移動抵抗Ｒ３、に起因する電圧降下であり、下記式（２）で示す対応関係がある。
【００７１】
【数２】
0005515530.tif 000003
【００７２】
ここで、Ｉは充電パルス電流値を示す。
【００７３】
組電池１００の劣化が進行すると、正常値と比べて、オーム損抵抗Ｒ１、反応抵抗Ｒ２、物質移動抵抗Ｒ３、のいずれかが大きくなるため、これらの抵抗値に基づいて充電パルス電流または充電時間を最適化することで、短時間かつ電池の劣化を抑制したリチウム二次電池の充電を実現できる。
【００７４】
図７は、オーム損抵抗Ｒ１、反応抵抗Ｒ２、物質移動抵抗Ｒ３、に対応する第１電圧変化ΔＶ１、第２電圧変化ΔＶ２、第３電圧変化ΔＶ３、を示す図である。
【００７５】
図７のＡは、１パルス充電前後の組電池１００の端子電圧Ｅの時間推移を示す図である。図７のＢは、１パルス充電後の組電池１００の端子電圧Ｅの時間推移を示す図であって、図７のＡのｃの領域を拡大した図である。図７のＢに示すように、グラフの変曲点に着目すると３つの電圧降下領域を認識することができ、これらの３つの電圧降下領域は、第１電圧変化ΔＶ１、第２電圧変化ΔＶ２、第３電圧変化ΔＶ３を与える領域に相当する。オーム損抵抗Ｒ１、反応抵抗Ｒ２、物質移動抵抗Ｒ３は、それぞれ、時定数の異なる現象に起因して生じる抵抗である。したがって、第１電圧変化ΔＶ１、第２電圧変化ΔＶ２、第３電圧変化ΔＶ３は、特定の遅延時間をもって組電池１００の端子電圧Ｅとして現れる。そうすると、１パルス充電後の時間を、適切な時間を選択して３つの時間帯に分割し、該時間帯における組電池１００の端子電圧Ｅの電圧変化を測定することで、第１電圧変化ΔＶ１、第２電圧変化ΔＶ２、第３電圧変化ΔＶ３を測定することができる。
【００７６】
図８は、１パルス充電後の組電池１００の端子電圧Ｅの時間推移を示した図である。
【００７７】
図８に示すように、１パルス充電後の時間を、充電パルス電流の印加後から０．０１秒（第１時間）まで、０．０１秒（第１時間）から１秒（第２時間）まで、１秒（第２時間）以降、の３つの時間帯に分割する。これにより、前記３つの時間帯における組電池１００の端子電圧Ｅの変化を、それぞれ、第１電圧変化、第２電圧変化、第３電圧変化、として算出することができる。
【００７８】
組電池１００のオーム損抵抗Ｒ１、反応抵抗Ｒ２、物質移動抵抗Ｒ３、を算出する（Ｓ８０４）。これらの抵抗の値は、ステップＳ８０３で算出した第１電圧変化、第２電圧変化、第３電圧変化、に上述した式（２）を適用することで算出することができる。式（２）において、充電パルス電流値Ｉとしては、定電流電源１２０に設定した電流値を用いることができる。しかし、電流センサ１４０で測定した電流値を用いてもよい。
【００７９】
組電池１００のオーム損抵抗Ｒ１、反応抵抗Ｒ２、物質移動抵抗Ｒ３、をそれぞれの閾値と比較する（Ｓ８０５）。すなわち、ステップＳ８０４で算出した各抵抗Ｒ１〜Ｒ３と、あらかじめ電池制御装置１５０に記憶させておいた各閾値とを比較する。各閾値は、例えば、組電池１００の各抵抗Ｒ１〜Ｒ３の仕様範囲のうち最も大きい抵抗Ｒ１〜Ｒ３の値とすることができる。
【００８０】
各抵抗Ｒ１〜Ｒ３のすべてが閾値以下である場合（Ｓ８０６、Ｙｅｓ）は、ステップＳ８０１と同じ充電電流で１パルス充電をする（Ｓ８０８）。この場合は、組電池１００の劣化が進行していないと考えられるからである。
【００８１】
各抵抗Ｒ１〜Ｒ３のいずれか１つ以上が閾値以下でない場合（Ｓ８０６、Ｎｏ）、すなわち、各抵抗Ｒ１〜Ｒ３のいずれか１つ以上が閾値を超えている場合は、充電パルス電流を補正する（Ｓ８０７）。例えば、組電池１００のオーム損抵抗Ｒ１が閾値を超えて大きい場合は、充電パルス電流を印加した時から急激に組電池１００の端子電圧Ｅが上昇し設定電圧を超える可能性があるため、充電パルス電流値を小さくする補正をすることが考えられる。また、組電池１００の物質移動抵抗Ｒ３が閾値を超えて大きい場合は、充電パルス電流による充電時の途中から急激に組電池１００の端子電圧Ｅが上昇し設定電圧を超える可能性があるため、充電時間を短くする補正をすることが考えられる。このように、各抵抗Ｒ１〜Ｒ３の抵抗値に基づいて充電パルス電流または充電時間を最適化することで、短時間かつ電池の劣化を抑制したリチウム二次電池の充電を実現できる。
【００８２】
充電パルス電流の補正は、例えば、次のように行うことができる。すなわち、あらかじめ、各抵抗Ｒ１〜Ｒ３と、組電池１００の劣化を進行させない充電パルス電流値との関係のデータを取得して電池制御装置１５０に記憶させておく。そして、前記データと測定した電池抵抗Ｒとを比較することで組電池１００の劣化を進行させない充電パルス電流を求め、これを補正後のパルス電流とすることができる。電池抵抗Ｒと、組電池１００の劣化を進行させない充電パルス電流値との関係は、例えば、複数の組電池１００について試験を行うことで取得してもよい。充電時間についても同様である。
【００８３】
組電池１００が所定の充電量となっている場合は（Ｓ８０９、Ｙｅｓ）、本フローチャートは終了する。組電池１００が所定の充電量となっていない場合は（Ｓ８０９、Ｎｏ）、再度、ステップＳ８０２に戻り、以後のフローを行なう。
【００８４】
以下に、本実施形態に係るリチウム二次電池の充電システムの効果を示す。
・１以上の充電パルス電流でリチウム二次電池を充電した後の３つの時間帯における電池の出力電圧変化と該充電パルス電流値とから求めた電池抵抗に基づいてリチウム二次電池の劣化程度および劣化要因を判断する。そして、該劣化程度および劣化要因を考慮して最適化した充電パルス電流および充電時間でチウム二次電池を充電する。これにより、電池の劣化をより抑制したリチウム二次電池の充電を実現できる。
（第４実施形態）
次に、本発明に係るリチウム二次電池の充電システムの第４実施形態について詳細に説明する。
【００８５】
本実施形態と第２実施形態とは、共に、充電後出力電圧変化ΔＶと、リチウム二次電池への充電パルス電流値とから電池抵抗値Ｒを算出し、電池抵抗値Ｒによりリチウム二次電池の劣化程度を判断し、該劣化程度に基づいて充電電流を補正する点で同様である。しかし、本実施形態は、測定したＳＯＣが３０％より小さいか、９０％より大きい場合にのみ前記判断および前記補正をする点で第２実施形態と異なる。
【００８６】
以下、本実施形態に係るリチウム二次電池の充電システムについて説明するが、第２実施形態と重複する説明は省略する。
【００８７】
図９は、本実施形態に係るリチウム二次電池の充電方法のフローチャートを示す図である。本実施形態に係るリチウム二次電池の充電方法も第２実施形態と同様に図１に示すリチウム二次電池の充電システムを用いることができる。
【００８８】
以下、ステップ番号を明示して、本実施形態に係るリチウム二次電池の充電システムについて説明する。
【００８９】
ＳＯＣを測定する（Ｓ１１００）。ＳＯＣの測定は、例えば、第２実施形態と同様にＯＣＶを測定し（図５のＳ７００）、あらかじめ電池制御装置１５０に記憶させたＯＣＶとＳＯＣの相関関係のデータと比較することで行なうことができる。
【００９０】
測定したＳＯＣが３０％より小さいか、９０％より大きい場合は（Ｓ１１０１、Ｙｅｓ）、後続するステップＳ１１０２〜Ｓ１１０８により組電池１００を充電する充電パルス電流を補正する。それ以外の場合は（Ｓ１１０１、Ｎｏ）、充電パルス電流を補正せずに１パルス充電を行う（Ｓ１１０９）。
【００９１】
ＳＯＣが３０％より小さいか、９０％より大きい場合にのみ充電電流を補正するのは、このような場合は、組電池１００の電池抵抗Ｒが高い傾向を示すからである。
【００９２】
図１０は、リチウム二次電池のＳＯＣと電池抵抗Ｒとの関係を示す図である。図１０に示すように、ＳＯＣが３０％より小さいか、９０％より大きい場合に電池抵抗Ｒが増大する。この理由は、次のように考えることができる。すなわち、ＳＯＣが低いほど正極活物質内のリチウムサイトが埋まっているため、充電反応を進行させる際のリチウム挿入のエネルギ障壁が高くなり、電池抵抗Ｒが大きくなる。特に、反応抵抗Ｒ２と物質移動抵抗Ｒ３とが増加する。一方、ＳＯＣが９０％より大きくなると、リチウムイオンの負極活物質内への受け入れがしにくくなるため反応抵抗Ｒ２が大きくなる。
【００９３】
このように、組電池１００の電池抵抗Ｒは、組電池の劣化が進行した場合の他、ＳＯＣによっても増大する。したがって、ＳＯＣが３０％より小さいか、９０％より大きい場合は、電池抵抗Ｒを測定し、充電パルス電流の大きさを調整することで電池の劣化を抑制する必要があると考えることができる。
【００９４】
ステップＳ１１０２〜Ｓ１１０８による充電パルス電流の補正は、第２実施形態と同様であるため（図５のＳ７０２〜Ｓ７０７）、説明は省略する。
【００９５】
ＳＯＣが３０％より小さく、かつ、９０％より大きい場合は、補正した充電電流で、所定の充電量となるまで（Ｓ１１１０）、１パルス充電（Ｓ１１０９）を行なう。それ以外の場合は、充電パルス電流を印加したときの組電池１００の端子電圧Ｅが、組電池１００が保証する仕様範囲内の最大値となるように設定した充電パルス電流で、所定の充電量となるまで（Ｓ１１１０）、１パルス充電（Ｓ１１０９）を行なう。
【００９６】
以下に、本実施形態に係るリチウム二次電池の充電システムの効果を示す。
・ＳＯＣが３０％より小さいか、９０％より大きい場合に、１以上のパルス電流でリチウム二次電池を充電した後の電池の出力電圧変化と該パルス電流値とから求めた電池抵抗に基づいて最適化した充電パルス電流によりリチウム二次電池を充電する。これにより、電池の劣化をより抑制したリチウム二次電池の充電を実現できる。
（第５実施形態）
次に、本発明に係るリチウム二次電池の充電システムの第５実施形態について詳細に説明する。
【００９７】
本実施形態と第２実施形態とは、共に、充電後出力電圧変化ΔＶと、リチウム二次電池への充電パルス電流とから電池抵抗値Ｒを算出し、電池抵抗値Ｒによりリチウム二次電池の劣化程度を判断し、該劣化程度に基づいて充電電流を補正する点で同様である。しかし、本実施形態は、二次電池の温度で電池抵抗Ｒを補正する点で第２実施形態と異なる。
【００９８】
以下、本実施形態に係るリチウム二次電池の充電システムについて説明するが、第２実施形態と重複する説明は省略する。
【００９９】
図１１は、本実施形態に係るリチウム二次電池の充電方法のフローチャートを示す図である。本実施形態に係るリチウム二次電池の充電方法も第２実施形態と同様に図１に示すリチウム二次電池の充電システムを用いることができる。
【０１００】
以下、ステップ番号を明示して、本実施形態に係るリチウム二次電池の充電システムについて説明する。
【０１０１】
温度センサ１６０で組電池１００の温度を測定する（Ｓ１３００）。組電池１００の温度は、例えば、組電池周辺の環境温度であってもよい。また、組電池１００の温度は組電池１００を使用する地の気候データから推定してもよく、該気候データで補正してもよい。
【０１０２】
組電池１００の温度の補正が必要かどうか判断する（Ｓ１３０１）。リチウム二次電池の電池温度の増減によっては電池抵抗Ｒが増減する可能性がある。そのため、例えば、あらかじめ組電池１００の温度に閾値を設け、測定した組電池１００の温度が該閾値を超えた場合は組電池１００の温度の補正が必要と判断してもよい。
【０１０３】
組電池１００の温度の補正が必要と判断した場合は（Ｓ１３０１、Ｙｅｓ）、ステップＳ１３０２〜Ｓ１３１１を行なう。組電池１００の温度の補正が必要ないと判断した場合は（Ｓ１３０１、Ｎｏ）、ステップＳ１３１２〜ステップＳ１３２０を行なう。なお、ステップＳ１３１２〜ステップＳ１３２０は、電池抵抗Ｒを組電池１００の温度で補正しない場合のフローであり、第２実施形態に係るリチウム二次電池の充電方法のフローチャートと同様であるので説明は省略する。
【０１０４】
組電池１００の温度の補正が必要と判断した場合は（Ｓ１３０１、Ｙｅｓ）、１パルス充電をし（Ｓ１３０２）、組電池１００の端子電圧Ｅを測定し（Ｓ１３０３）、端子電圧Ｅを経時的に電池制御装置１５０に記憶させる。電池制御装置１５０に記憶させた組電池１００の端子電圧Ｅから充電後出力電圧変化ΔＶを算出する（Ｓ１３０４）。
【０１０５】
充電後出力電圧変化ΔＶを充電パルス電流値Ｉで除することで組電池１００の電池抵抗Ｒを算出し（Ｓ１３０５）、算出した電池抵抗Ｒを補正する（Ｓ１３０６）。電池抵抗Ｒの補正は、ステップＳ１３００で測定した組電池１００の温度に基づいて行なう。すなわち、例えば、あらかじめ電池制御装置１５０に記憶させた組電池１００の温度と電池抵抗Ｒの温度補正係数の相関関係のデータと比較することで、該温度における温度補正係数を求める。そして、求めた電池抵抗Ｒの温度補正係数をステップＳ１３０５で算出した電池抵抗Ｒに乗じることで電池抵抗Ｒを補正することができる。ここで、温度補正係数とは、例えば、温度変化率であってもよい。
【０１０６】
組電池１００の電池抵抗Ｒを閾値と比較する。すなわち、ステップＳ１３０６で補正した電池抵抗Ｒと、あらかじめ電池制御装置１５０に記憶させておいた閾値とを比較する。閾値は、例えば、組電池１００の電池抵抗Ｒの仕様範囲のうち最も大きい電池抵抗Ｒの値とすることができる。
【０１０７】
電池抵抗Ｒが閾値以下である場合（Ｓ１３０８、Ｙｅｓ）は、ステップＳ１３０２と同じ充電電流で１パルス充電をする（Ｓ１２１０）。この場合は、組電池１００の劣化が進行していないと考えられるからである。
【０１０８】
電池抵抗Ｒが閾値以下でない場合（Ｓ１３０８、Ｎｏ）、すなわち、電池抵抗Ｒが閾値を超えている場合は、充電パルス電流を補正する（Ｓ１３０９）。電池抵抗Ｒが閾値を超えている場合は、組電池１００の劣化が進行していると考えられる。そのため、充電パルス電流の大きさを小さく補正し、補正した充電パルス電流で１パルス充電をする（Ｓ１３１０）。これにより、短時間かつ電池の劣化を抑制した組電池１００の充電をより高精度に実現することができる。
【０１０９】
組電池１００が所定の充電量となっている場合は（Ｓ１３１１、Ｙｅｓ）、本フローチャートは終了する。組電池１００が所定の充電量となっていない場合は（Ｓ１３１１、Ｎｏ）、再度、ステップＳ１３０３に戻り、以後のフローを行なう。
【０１１０】
以下に、本実施形態に係るリチウム二次電池の充電システムの効果を示す。
・１以上のパルス電流でリチウム二次電池を充電した後の電池の出力電圧変化と該パルス電流値とから求めた電池抵抗をリチウム二次電池で補正し、補正後の電池抵抗に基づいてリチウム二次電池の劣化程度を判断する。そして、リチウム二次電池の劣化程度を考慮して最適化した充電パルス電流によりリチウム二次電池を充電する。これにより、高精度に、電池の劣化を抑制したリチウム二次電池の充電を実現できる。
【０１１１】
以上、本発明に係るリチウム二次電池の充電システムの複数の実施形態について説明したが、各実施形態に係るリチウム二次電池は組電池に限定されない。すなわち、各実施形態に係るリチウム二次電池は、例えば、電池要素（双極型二次電池において直列接続された電池の最小単位）、単電池セルユニット（ラミネート実装された積層型二次電池または双極型二次電池）、電池モジュール（単電池セルユニットが複数配列、接続されたもの）のいずれかであってもよい。
【０１１２】
実施形態における組電池１００、単電池セルユニット１０１は、本発明のリチウム二次電池に相当する。電圧センサ１１０、電池制御装置１５０は、電圧変化検知手段に相当する。定電流電源１２０、スイッチ１３０、電池制御装置１５０、制御回路１６５は、充電パルス電流設定手段に相当する。温度センサ１６０は温度検出手段に相当する。また、電池制御装置１５０は、さらに、電池抵抗算出手段、充電パルス電流決定手段、充電パルス電流補正手段に相当する。
【符号の説明】
【０１１３】
１０    リチウム二次電池の充電システム、
１００    組電池（リチウム二次電池）、
１０１    単電池セルユニット（リチウム二次電池）
１１０、１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄ    電圧センサ（電圧変化検知手段）、
１２０    定電流電源（充電パルス電流設定手段）、
１３０    スイッチ（充電パルス電流設定手段）、
１４０    電流センサ、
１５０    電池制御装置（電圧変化検知手段、充電パルス電流設定手段、電池抵抗算出手段、充電パルス電流決定手段、充電パルス電流補正手段）、
１６０    温度センサ（温度検出手段）、
１６５    制御回路（充電パルス電流設定手段）、
１７０    車両制御装置、
１８０ａ、１８０ｂ    強電リレー、
１９０    インバータ、
２００    モータ、
２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃ、２１０Ｄ    個別スイッチ。
【図１】
0005515530.tif 000004
【図２】
0005515530.tif 000005
【図３】
0005515530.tif 000006
【図４】
0005515530.tif 000007
【図５】
0005515530.tif 000008
【図６】
0005515530.tif 000009
【図７】
0005515530.tif 000010
【図８】
0005515530.tif 000011
【図９】
0005515530.tif 000012
【図１０】
0005515530.tif 000013
【図１１】
0005515530.tif 000014