(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力供給源の出力側に、前記電力供給源から電力の供給を受ける負荷と並列に接続され、前記負荷に電力を供給するバックアップ電源として設けられたリチウムイオン二次電池の充電システムであって、
前記リチウムイオン二次電池を放電させた際の放電経過時間と、前記リチウムイオン二次電池の電圧値を計測する計測手段と、
前記計測手段により計測された各値に基づいて前記リチウムイオン二次電池の放電特性を特定するとともに、当該特定された放電特性及び前記計測手段により計測された電圧値に基づいて前記リチウムイオン二次電池の蓄積容量を推定する推定手段と、
前記推定手段により推定された前記リチウムイオン二次電池の蓄積容量が、該リチウムイオン二次電池の寿命判定の基準値よりも大きく設定した閾値を下回る場合に、充電電圧を現在設定されている充電電圧よりも高い電圧に設定して、前記リチウムイオン二次電池を充電する充電手段と、を含む、
ことを特徴とするリチウムイオン二次電池の充電システム。
【請求項２】
前記計測手段は、前記リチウムイオン二次電池を放電させた際の放電経過時間と、前記リチウムイオン二次電池の電圧値、放電電流値、及び温度とをそれぞれ計測する
ことを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオン二次電池の充電システム。
【請求項３】
交流電源から送電される交流電力を直流電力に変換する整流器を含み、
前記リチウムイオン二次電池は、前記整流器から直流電力を供給されて充電し、
前記充電手段は、前記リチウムイオン二次電池の蓄積容量が低下するにつれて、前記整流器からの出力電圧を高く設定して、前記リチウムイオン二次電池を充電する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のリチウムイオン二次電池の充電システム。
【請求項４】
交流電源から送電される交流電力を直流電力に変換する整流器と、
前記リチウムイオン二次電池と前記負荷との接続を制御するスイッチと、を含み、
前記充電手段は、前記スイッチにより前記リチウムイオン二次電池と前記負荷との接続が切断されている間に、前記リチウムイオン二次電池を充電する充電器を含み、前記リチウムイオン二次電池の蓄積容量が低下するにつれて、前記充電器の出力電圧を高く設定して、前記リチウムイオン二次電池を充電する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のリチウムイオン二次電池の充電システム。
【請求項５】
電力供給源の出力側に、前記電力供給源から電力の供給を受ける負荷と並列に接続され、前記負荷に電力を供給するバックアップ電源として設けられたリチウムイオン二次電池の充電方法であって、
前記リチウムイオン二次電池を放電させた際の放電経過時間と、前記リチウムイオン二次電池の電圧値を計測する計測ステップと、
前記計測ステップで計測された各値に基づいて前記リチウムイオン二次電池の放電特性を特定するとともに、当該特定された放電特性及び前記計測ステップで計測された電圧値に基づいて前記リチウムイオン二次電池の蓄積容量を推定する推定ステップと、
前記推定ステップで推定された前記リチウムイオン二次電池の蓄積容量が、該リチウムイオン二次電池の寿命判定の基準値よりも大きく設定した閾値を下回る場合に、充電電圧を現在設定されている充電電圧よりも高い電圧に設定して、前記リチウムイオン二次電池を充電する充電ステップと、を含む、
ことを特徴とするリチウムイオン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、リチウムイオン二次電池の充電システム、及びリチウムイオン二次電池の充電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話やラップトップパソコン等の携帯性の高い機器が普及してきており、それらの機器の電源として用いられる二次電池にはさらなる高エネルギー密度化、長寿命化が求められてきている。高エネルギー密度化という点では、リチウムイオン二次電池がこれまでの鉛蓄電池以上の高いエネルギー密度を有することから、近年では非常に良く使われるようになってきている。また、長寿命化という点でいえば、例えば下記の特許文献１には、これらの携帯型機器に用いられる二次電池のサイクル寿命を延ばす技術が提案されている。
【０００３】
一方で、近年では二次電池を小型の携帯型機器の電源のみならず、通信装置等の大型機器に用いられる直流電源システムのバックアップ電源として用いることにも大きな期待が寄せられている。
【特許文献１】特開平９−１２０８４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
二次電池をバックアップ電源として用いる場合には、突発的な停電に備えて二次電池を常時満充電状態に保持しておく必要があり、充電／放電のサイクルを繰り返すサイクル使用とは充電態様が異なる。また、通信装置用に用いられる公称−４８Ｖの出力電圧を有する直流電源システムでバックアップ用に用いている二次電池は、一般には、交流電源に接続された整流器からの直流出力電圧と同じ電圧値で充電を行うため、二次電池の充電電圧と整流器の出力電圧とは一致していることが望まれる。このように、バックアップ用途で用いられる二次電池は、サイクル使用の場合と充電時に課せられた条件が異なるため、従来の技術をそのまま適用すればよいという訳にはいかなかった。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、本発明の目的の一つは、バックアップ電源として用いられるリチウムイオン二次電池の使用可能期間を延ばすことができるリチウムイオン二次電池の充電システム、及びリチウムイオン二次電池の充電方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係るリチウムイオン二次電池の充電システムは、電力供給源の出力側に、前記電力供給源から電力の供給を受ける負荷と並列に接続され、前記負荷に電力を供給するバックアップ電源として設けられたリチウムイオン二次電池と、前記リチウムイオン二次電池に蓄積される電気量である蓄積容量が低下するにつれて、充電電圧を高く設定して前記リチウムイオン二次電池を充電する充電手段と、を含む、ことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の一態様では、前記充電手段は、前記リチウムイオン二次電池の蓄積容量が所定の閾値を下回ると判断した場合に、充電電圧を現在設定されている充電電圧よりも高い電圧に設定して、前記リチウムイオン二次電池を充電する、ことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の一態様では、リチウムイオン二次電池の充電システムは、前記リチウムイオン二次電池を放電させた際の放電特性に基づいて、前記リチウムイオン二次電池の蓄積容量を推定する推定手段をさらに含む、ことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の一態様では、リチウムイオン二次電池の充電システムは、前記リチウムイオン二次電池を放電させた際の放電経過時間と、前記リチウムイオン二次電池の電圧値、放電電流値、及び温度とをそれぞれ計測する計測手段をさらに含み、前記推定手段は、前記計測手段により計測された各値に基づいて前記リチウムイオン二次電池の放電特性を特定するとともに、当該特定された放電特性及び前記計測された電圧値に基づいて前記リチウムイオン二次電池の蓄積容量を推定する、ことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の一態様では、リチウムイオン二次電池の充電システムは、交流電源から送電される交流電力を直流電力に変換する整流器を含み、前記リチウムイオン二次電池は、前記整流器から直流電力を供給されて充電し、前記充電手段は、前記リチウムイオン二次電池の蓄積容量が低下するにつれて、前記整流器からの出力電圧を高く設定して、前記リチウムイオン二次電池を充電する、ことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の一態様では、リチウムイオン二次電池の充電システムは、交流電源から送電される交流電力を直流電力に変換する整流器と、前記リチウムイオン二次電池と前記負荷との接続を制御するスイッチと、前記スイッチにより前記リチウムイオン二次電池と前記負荷との接続が切断されている間に、前記リチウムイオン二次電池を充電する充電器と、を含み、前記充電手段は、前記リチウムイオン二次電池の蓄積容量が低下するにつれて、前記充電器の出力電圧を高く設定して、前記リチウムイオン二次電池を充電する、ことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係るリチウムイオン二次電池の充電方法は、電力供給源の出力側に、前記電力供給源から電力の供給を受ける負荷と並列に接続され、前記負荷に電力を供給するバックアップ電源として設けられたリチウムイオン二次電池に蓄積される電気量である蓄積容量が低下するにつれて、前記リチウムイオン二次電池の充電電圧を高く設定して充電する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の一態様によれば、リチウムイオン二次電池の充電電圧をその蓄積容量が低下するにつれて高くしていくことにより、バックアップ電源として設けられたリチウムイオン二次電池の使用可能期間を延ばすことができる。
【００１４】
本発明の一態様によれば、リチウムイオン二次電池の蓄積容量が所定の閾値を下回る場合に充電電圧を現在の充電電圧よりも高くしていくことにより、バックアップ電源として設けられたリチウムイオン二次電池の使用可能期間を延ばすことができる。
【００１５】
本発明の一態様によれば、リチウムイオン二次電池の蓄積容量を、その放電特性に基づいて推定することができる。
【００１６】
本発明の一態様によれば、リチウムイオン二次電池の放電特性を、リチウムイオン二次電池を放電させた際に計測される情報に基づいて特定することができる。
【００１７】
本発明の一態様によれば、リチウムイオン二次電池の充電方式にフロート充電方式を採用した場合にも、リチウムイオン二次電池の使用可能期間を延ばすことができる。
【００１８】
本発明の一態様によれば、リチウムイオン二次電池の充電方式にトリクル充電方式を採用した場合にも、リチウムイオン二次電池の使用可能期間を延ばすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための好適な実施の形態（以下、実施形態という）を、図面に従って説明する。
【００２０】
本実施形態では、通信装置等の負荷装置に直流電力を供給する直流電源システムのバックアップ電源としてリチウムイオン二次電池の組電池を用いるとともに、当該組電池を充電するにあたり本発明に係る充電システムを用いたものである。本実施形態に係るリチウムイオン二次電池の充電システムの詳細を説明する前に、まず、本発明においてバックアップ電源にリチウムイオン二次電池を採用した理由を以下に述べる。
【００２１】
鉛電池は使用する硫酸水溶液の組成によって起電力が決まる特性を有し、この固有の起電力に有る程度の電圧値を加えた値が鉛電池の充電電圧となる。充電電圧を上記の値より高くしても過充電となり電池の劣化が進んでしまうし、低くしても今度は充電が不足しやはり電池の劣化が進んでしまう。それゆえに、鉛電池を常時充電しながら使用する際には、充電電圧を固定しなくてはならなかった。
【００２２】
一方で、リチウムイオン二次電池は鉛電池と異なり、電解液組成から適正充電電圧が定められるといった特性を有さないため、最大許容値以下で有れば任意の電圧を用いることが可能である。そして、リチウムイオン二次電池は、図１に示されるように充電電圧を高くするにつれて電池に蓄積される電気量すなわち蓄積容量は増加するという特性を有する。
【００２３】
また、リチウムイオン二次電池は、常時充電した状態で使用を継続すると経年劣化により蓄積容量が次第に低下していく。図２には、リチウムイオン二次電池の充電電圧毎の経年劣化による蓄積容量の低下曲線を示した。図２に示されるように、充電電圧に応じてリチウムイオン二次電池の蓄積容量の低下速度はそれぞれ異なる。図２では、充電電圧を低いものから順にＶａ，Ｖｂ，Ｖｃ，・・・，Ｖｍａｘとした場合の、それぞれの充電電圧に対応する蓄積容量の低下曲線Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃ，・・・，Ｌｍａｘを示している。図２に示されたＣＴ０は、リチウムイオン二次電池の寿命判定の基準値であり、この基準値ＣＴ０に至った時点が各充電電圧におけるリチウムイオン二次電池の寿命期間となる。図２に示されるように、リチウムイオン二次電池は、その充電電圧が高い程、初期の蓄積容量は大きい反面、蓄積容量が低下する速度が早く、結果的に寿命が早く到来してしまっている。
【００２４】
そこで本発明では、リチウムイオン二次電池の充電電圧と電池特性に着目し、バックアップ用として長期間使用する際、残容量を把握しつつ適宜充電電圧を変更することにより、リチウムイオン二次電池の使用可能期間を延長させる充電システムを提案するものである。具体的には、リチウムイオン二次電池の使用を開始した当初は充電電圧を低めに設定し、リチウムイオン二次電池の使用が進むにつれて蓄積容量が低下してきたと判断された場合に、充電電圧を現在設定されている充電電圧よりも高く設定していくことで蓄積容量の低下を補い、リチウムイオン二次電池の使用可能期間を従来の充電方法によるよりも延長させようとするものである。
【００２５】
ここで、図３には本実施形態に係るリチウムイオン二次電池の充電システム１０を用いた通信装置用の直流電源システム１のシステム構成図を示す。図３に示されるように直流電源システム１は、充電システム１０と、交流電源１２と、交流電源１２に接続された整流器１４から電力を供給されて動作する負荷装置１６（通信装置）とを含む。
【００２６】
本実施形態に係る通信装置用の直流電源システム１では、整流器１４から出力される直流電流を伝達する配線が直接負荷装置１６（通信装置）に接続され、負荷装置１６に直流電力を供給している。充電システム１０は、負荷装置１６のバックアップ電源として設けられたリチウムイオン二次電池の組電池２０を充電するシステムであり、本実施形態では、組電池２０の充電方式にトリクル充電方式を採用している。トリクル充電方式とは、常時はリチウムイオン二次電池の自己放電分を補う程度のわずかな電流でリチウムイオン二次電池を充電し、停電時にスイッチ部による切り替えによりリチウムイオン二次電池と負荷装置１６とを接続して負荷装置１６に電力を供給する方式である。
【００２７】
図３に示されるように、充電システム１０は、負荷装置１６のバックアップ電源として機能するリチウムイオン二次電池の組電池２０のほかに、整流器１４、スイッチ部１８、交流電源２２、充電器２４、及び制御部２６を含む。
【００２８】
整流器１４は、交流電源１２と接続され、交流電源１２から出力される交流電流を直流電流に変換して負荷装置１６、及びリチウムイオン二次電池の組電池２０にそれぞれ供給する。整流器１４は、出力電圧値及び出力電流値を制御部２６から送信される制御信号に応じて変更する。本実施形態では、整流器１４が出力電圧を低下させることにより、リチウムイオン二次電池の組電池２０に放電を開始させ、これを利用して組電池２０の蓄積容量の推定処理を行っている。この組電池２０の保有する蓄積容量の推定処理の詳細については後述する。
【００２９】
スイッチ部１８は、整流器１４からの出力電圧に応じて、リチウムイオン二次電池の組電池２０と負荷装置１６間の電気的な接続を切り替える。スイッチ部１８は、停電等により整流器１４からの出力電圧が低下した場合に、組電池２０から負荷装置１６への電流の流れを開放する。スイッチ部１８は、組電池放電のみ有効なダイオードにより構成してもよいし、無瞬断切り替えスイッチにより構成してもよい。本実施形態では、スイッチ部１８を設けたことにより、整流器１４からの出力により組電池２０を充電する構成を取っていないため、負荷装置１６側への供給電圧値と、組電池２０の充電電圧値とをそれぞれ異なる値に設定することができる。
【００３０】
リチウムイオン二次電池の組電池２０は、リチウムイオン二次電池の単電池を複数連結して構成したものである。リチウムイオン二次電池の連結個数は、負荷装置１６の動作に要求される電圧に応じて構成されることとしてよい。例えば、通信装置に５０Ｖ程度の電圧を供給することが要求される際には、１セル４．２Ｖのリチウムイオン二次電池を１２個直列に接続した組電池として構成することとしてよい。
【００３１】
充電器２４は、リチウムイオン二次電池の組電池２０に直流電力を供給して組電池２０を充電する。充電器２４は、交流電源２２から入力される交流電流を直流電流に変換するとともに、制御部２６からの制御信号に応じて設定された出力電圧値により組電池２０を充電する。
【００３２】
制御部２６は、充電システム１０の各部から信号を受信するとともに、当該受信した信号を処理したその処理結果に基づいて充電システム１０の各部を制御する制御装置である。制御部２６は、整流器１４の出力電圧Ｖ１、及び出力電流Ｉ１の計測値を受信し、また、リチウムイオン二次電池の組電池２０の電圧Ｖ２、放電電流Ｉ２、及び温度Ｈの計測値をそれぞれ受信する。制御部２６は、当該受信した各計測値に基づいて各部（整流器１４、充電器２４等）を制御する制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成するとともに、当該生成した制御信号を各部に送信することにより各部の動作を制御する。以下、制御部２６の機能的な構成を図４を参照しながら具体的に説明する。
【００３３】
図４には、制御部２６の機能ブロック図を示す。図４に示されるように、制御部２６は、電源部３０、放電特性データ記憶部３２、計時部３４、データ受信部３６、演算部３８、及び制御信号送信部４０を含む。
【００３４】
電源部３０は、交流電源２８に接続され、制御部２６を動作させるための電力の供給を受ける。
【００３５】
放電特性データ記憶部３２は、半導体メモリや磁気ディスク装置等の記憶装置を含み構成され、リチウムイオン二次電池（組電池）の放電特性を表した各種データが記憶されている。本実施形態では、上記各種データには、リチウムイオン二次電池の組電池を放電した際の放電途中電圧と組電池の有する蓄積容量の関係データと、リチウムイオン二次電池の組電池の充電電圧と蓄積容量の関係データとが含まれる。以下、上記の各データについて図５及び図６に示した具体例を参照しながら説明する。
【００３６】
図５には、リチウムイオン二次電池の有する蓄積容量に応じた放電曲線が示されている。図５に示されるグラフでは、横軸には放電時間を取り、縦軸にはリチウムイオン二次電池の端子電圧を取っている。ここで、放電時間とは、リチウムイオン二次電池の放電開始からの経過時間であり、端子電圧とはリチウムイオン二次電池の組電池の端子間電圧のこととしているが、組電池を構成する各単電池の電圧についてこのような関係を求めておくこととしてもよい。図５では、蓄積容量が１００％、８０％、６０％である場合のリチウムイオン二次電池を放電させた場合の、端子電圧の推移が示されている。図５に示されるように、条件が同一のリチウムイオン二次電池については、ある放電時間Ｔｎにおける端子電圧を計測することにより、その蓄積容量を知ることができる。
【００３７】
そこで、以下の図６に示すように端子電圧と充電状態における蓄積容量との関係を表した曲線を放電時間（Ｔ１，Ｔ２，・・・，Ｔｎ）毎に生成して、放電特性データ記憶部３２に記憶しておくことで、計測された放電時間と端子電圧とによりリチウムイオン二次電池が有している蓄積容量を推定することができる。すなわち、図６に示されるように、放電経過時間毎に曲線が規定されており、計測した放電時間により曲線が定まり、その曲線と計測した端子電圧とに基づいてリチウムイオン二次電池の蓄積容量を特定することができる。もちろん、図６に示された各曲線は、リチウムイオン二次電池の放電電流や温度、そしてその電池機種の組み合わせ等でさらに細分化し、蓄積容量の推定精度を向上させるようにしてよい。
【００３８】
計時部３４は、時間を計測するクロックである。計時部３４は、例えばリチウムイオン二次電池の放電開始からの経過時間や、リチウムイオン二次電池の蓄積容量の測定タイミングが到来したか否かを判断するための時間等を計測する。
【００３９】
データ受信部３６は、整流器１４から出力電圧Ｖ１、出力電流Ｉ１、リチウムイオン二次電池の電圧Ｖ２、放電電流Ｉ２、リチウムイオン二次電池の温度Ｈ、の各計測値をそれぞれ受信する。
【００４０】
演算部３８は、取得したデータに基づいて各種の処理を行う。具体的には、演算部３８は、データ受信部３６により受信した各計測値と、計時部３４により計測した放電経過時間とに基づいて放電特性データ記憶部３２に記憶されたデータの中から、該当するリチウムイオン二次電池の放電特性を特定するとともに、当該特定した放電特性に基づいてリチウムイオン二次電池の組電池２０の蓄積容量を推定する。そして演算部３８は、推定された蓄積容量が閾値を下回るか否かに基づいて、リチウムイオン二次電池の組電池２０の充電電圧を現在設定されている値よりも高くするか否かを判断する。もし、推定された受電容量が閾値を下回っていた場合にはリチウムイオン二次電池の組電池２０の充電電圧を現在の値よりも高く設定し、閾値以上であった場合には現在の値を維持することとする。ここで、上記の閾値には、寿命判定用の容量値ＣＴ０よりも大きな容量値ＣＴ１を定めて用いることとしてよい。例えばＣＴ０が最大容量値の７０％であるとすると、ＣＴ１は７５〜８０％程度に設定することとしてよい。
【００４１】
制御信号送信部４０は、演算部３８による処理結果に応じて整流器１４及び充電器２４のそれぞれに制御信号を送信する。この際、制御信号送信部４０は、演算部３８により組電池２０の充電電圧を変更すると判断した場合には、充電器２４に送信する制御信号Ｓ２にその旨の制御情報を含める。また、制御信号送信部４０は、演算部３８により組電池２０の放電のタイミングが到来したと判断された場合には、整流器１４に送信する制御信号Ｓ１に、整流器１４の出力を下げる旨の制御情報を含める。こうすることにより、組電池２０の充電／放電を切り替える。
【００４２】
次に、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池の充電システム１０における充電電圧の変更処理に関する処理の流れを、図７に示すフロー図を参照しながら説明する。
【００４３】
図７に示されるように、充電システム１０では、組電池の放電周期の経過時間、整流器出力電圧、負荷電流、組電池充電器電圧、組電池温度等の各種データを計測する（Ｓ１０１）。そして、計測データに含まれる組電池の放電周期の経過時間に基づいて、組電池の放電容量の推定タイミングが到来したか否かを判断し（Ｓ１０２）、到来していないと判断する場合には（Ｓ１０２：Ｎ）Ｓ１０１に戻り、到来したと判断する場合には（Ｓ１０２：Ｙ）、以下の処理を行う。
【００４４】
まず、充電システム１０では、整流器１４の出力電圧を低下させて、組電池２０の放電を開始し（Ｓ１０３）、組電池２０の放電電圧、放電電流や放電経過時間等の放電データを計測する（Ｓ１０４）。そして、計測された放電経過時間が所定の時間に達したか否かに基づいて放電を終了させるか否かを判断する（Ｓ１０５）。ここで放電を終了させないと判断する場合には（Ｓ１０５：Ｎ）、Ｓ１０４に戻り、放電を終了させると判断する場合には（Ｓ１０５：Ｙ）、計測された放電データに基づいて組電池２０の蓄積容量を推定する（Ｓ１０６）。蓄積容量の推定処理については、上述したように放電特性データ記憶部３２に記憶された放電電圧と蓄積容量の関係を表したデータを利用して行う。
【００４５】
充電システム１０では、上記処理により推定された蓄積容量が基準値以上であるか否かを判断し（Ｓ１０７）、基準値以上であると判断した場合には（Ｓ１０７：Ｙ）、充電電圧の変更は行わずに、Ｓ１０１の各種データの計測に戻る。一方で、推定された蓄積容量が基準値に満たないと判断される場合には（Ｓ１０７：Ｎ）、組電池２０の充電電圧を現在用いている値よりも高い値に設定して、組電池２０を充電する（Ｓ１０８）。
【００４６】
以上説明したように、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池の充電システム１０は、使用中のリチウムイオン二次電池の組電池２０の蓄積容量を把握する際には、整流器１４からの出力電圧を低下させることによって放電を行わせ、リチウムイオン二次電池の有する放電途中電圧とリチウムイオン二次電池の保有する蓄積容量の関係（放電電流、温度、電圧を読みとる放電途中の時刻、電池機種）から算出するものである。
【００４７】
ここで、図８を参照しつつ本実施形態に係る充電システム１０による組電池２０の使用可能期間の変化について説明する。本実施形態では、当初はリチウムイオン二次電池を充電電圧Ｖａで充電し、設定された閾値ＣＴ１に達すると、充電電圧を一段階高いＶｂに設定して充電する。この後、再び待機状態となり時間計測が行われ、所定の時間が経過すると上述のプロセスによって組電池放電を再び実行し、蓄積容量の把握を行う。把握された容量が閾値ＣＴ１より大きければ待機状態を継続し、閾値ＣＴ１以下で有れば充電器２４の出力電圧値をさらに一段階高く設定する。上記の処理は、充電電圧が最大許容電圧であるＶｍａｘに達するまで繰り返し行われる。こうすることにより、図８に示されるように単純に電圧Ｖａで充電した場合には使用可能期間がＰａであるのに対して、本実施形態の充電方法によれば使用可能期間がＰとなり、従来の充電方法によるよりもリチウムイオン二次電池の使用可能期間を延長することができる。
【００４８】
なお、上述した充電電圧の値については、例えば、１セルの充電電圧の上限値を４．２Ｖとした場合に、当初の充電電圧を４．０５Ｖ／セル、そして以後の充電電圧を、４．０７５Ｖ／セル、４．１Ｖ／セル、４．１２５Ｖ／セル、４．１５Ｖ／セル、４．１７５Ｖ／セル、４．２Ｖ／セルと順次高く設定していくこととしてよい。
【００４９】
以上説明した本実施形態に係るリチウムイオン二次電池の充電システム１０によれば、リチウムイオン二次電池の放電特性から推定した蓄積容量が所定の閾値を下回った場合に、充電電圧を現在設定している値よりも高くして充電することを繰り返すことにより、リチウムイオン二次電池を長期間使用した際に蓄積容量低下が進行するのを抑制し、リチウムイオン二次電池の使用可能期間を延長させることができる。こうすることで、リチウムイオン二次電池をより経済的に利用することができる。
【００５０】
上述した実施形態では、リチウムイオン二次電池の充電方式にトリクル充電方式を採用したものであるが、充電方式にはフロート充電方式を用いることとしてもよい。そこで、図９には、通信システムのバックアップ電源の充電システム１１にフロート充電方式を適用した場合の通信装置用の直流電源システム２のシステム構成図を示す。図９に示されるように、リチウムイオン二次電池の組電池２０は、負荷装置１６と並列に接続され、整流器１４からの電力供給により常時満充電状態にある。
【００５１】
ここで、制御部２６は、負荷装置１６が動作する電圧範囲内で許容される範囲内で整流器１４からの出力電圧を下げることにより、リチウムイオン二次電池の組電池２０から負荷装置１６への放電を行わせる。そして、制御部２６は組電池２０の電圧、放電電流、及び温度を受信して、上述した処理と同様にその各計測値に基づいて組電池２０の蓄積容量を求める。そして制御部２６は求められた蓄積容量が所定の閾値を下回っていた場合には、整流器１４の出力電圧を上げるように、整流器１４に送信する制御信号Ｓにその旨の制御情報を含める。こうすることにより、フロート充電方式を利用してリチウムイオン二次電池を充電する場合においても、リチウムイオン二次電池の蓄積容量が低下するにつれてリチウムイオン二次電池の充電電圧を上げることにより、リチウムイオン二次電池を長期間使用した際に蓄積容量の低下が進行するのを遅延させて、使用可能期間の延長を図ることができる。
【００５２】
フロート充電方式では、二次電池の充電が、負荷に電力を供給している整流器によって直接行われるので、負荷への供給電圧と充電電圧が等しくなる。従って、負荷の許容する動作電圧範囲内での充電電圧の調整が必要になる。充電電圧の選定にあたっては、この点の考慮が求められるが、基本的に、フロート充電方式でも、トリクル充電方式の説明の際に述べた充電電圧の範囲内（４．０５Ｖ／セル〜４．２Ｖ／セル）で充電電圧を設定可能である。これらの充電電圧に対応し、整流器の出力電圧は、例えば、１２個組リチウムイオン二次電池の場合、電圧範囲が以下のように４８Ｖ〜５１Ｖになるが、負荷の動作電圧範囲がこの範囲になっていれば全く支障は無い。
５０．４Ｖ・・４．２Ｖ／セルの場合
４９．８Ｖ・・４．１５Ｖ／セルの場合
４９．５Ｖ・・４．１２５Ｖ／セルの場合
４９．２Ｖ・・４．１Ｖ／セルの場合
４８．９Ｖ・・４．０７５Ｖ／セルの場合
４８．６Ｖ・・４．０５Ｖ／セルの場合
【００５３】
また、図１０に示した充電システム５０のように、組電池２０を構成する単電池毎に充電器２４−１，２４−２，２４−３，２４−４，・・・，２４−ｎを設け、単電池毎に充電電圧を制御することとしてもよい。
【００５４】
また、リチウムイオン二次電池の容量の測定手法は、上記の実施形態に記載されたものに限られず、様々な手法を用いることとしてよい。例えば、リチウムイオン二次電池の内部抵抗を定期的に測定して、蓄積容量を推定することとしても構わない。内部抵抗の測定は人手によるものとしてもよいし、自動計測機構を設けて行うこととしても構わない。
【００５５】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、例えば上述した直流電力を出力とする通信装置のバックアップ電源として用いられるリチウムイオン二次電池のみならず、交流出力を有する各種装置のバックアップ用リチウムイオン二次電池の充電にも適用することができるのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】リチウムイオン二次電池の充電電圧と蓄積容量との関係を表したグラフを示す。
【図２】リチウムイオン二次電池における充電電圧と容量低下・寿命の関係を示したグラフを表す。
【図３】一実施形態に係る通信装置用の直流電源システムのシステム構成図である。
【図４】制御部の機能ブロック図である。
【図５】リチウムイオン二次電池の有する蓄積容量に応じた放電曲線を示す図である。
【図６】端子電圧と蓄積容量との関係を表した曲線を示す図である。
【図７】充電システムによるリチウムイオン二次電池の充電電圧の変更処理のフロー図である。
【図８】本実施形態に係る充電システムによるリチウムイオン二次電池の使用可能期間の変化について説明する図である。
【図９】一実施形態に係る通信装置用の直流電源システムのシステム構成図である。
【図１０】一実施形態に係る通信装置用の直流電源システムのシステム構成図である。
【符号の説明】
【００５７】
１  直流電源システム、２  直流電源システム、１０  充電システム、１１  充電システム、１２  交流電源、１４  整流器、１６  負荷装置、１８  スイッチ部、２０  組電池、２２  交流電源、２４  充電器、２４−１，２４−２，２４−３，２４−４，・・・，２４−ｎ  充電器、２６  制御部、２８  交流電源、３０  電源部、３２  放電特性データ記憶部、３４  計時部、３６  データ受信部、３８  演算部、４０  制御信号送信部、５０  充電システム。
【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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