(57)【要約】【課題】従来のパルス充電方法がリチウムイオン電池の分極、リチウム析出及び低温充電特性を改善できるが、複雑なパルス発生装置は、システムのコスト、体積及び重量を増加させ、信頼性が低減する。【解決手段】本発明は、リチウムイオン電池の充放電システム、制御装置及び関連方法を開示し、それは、リチウムイオン電池の充放電の技術分野に関する。本発明の開示する技術的解決手段によれば、周波数変換トリガ発振充放電装置と前記リチウムイオン電池自体のインピーダンス特性で構成された発振回路により、リチウムイオン電池の充放電電流が発振電流になることにより、リチウムイオン電池又は電池パックの直流充放電を回避し、リチウムイオン電池の分極、リチウム析出をなくし、リチウムイオン電池のサービス寿命を延長し、リチウムイオン充電閾値電圧を高め、リチウムイオン電池の充電量を増加させ、電池の内部の温度上昇値を制御し、リチウムイオン電池の温度適用範囲を広げる。【選択図】図１３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウムイオン電池自体のインピーダンス特性で構成された発振回路により発振電流を発生させることと、
リチウムイオン電池の状態パラメータに基づいて、前記発振電流を用いて前記リチウムイオン電池を充電することとを含むことを特徴とするリチウムイオン電池の充電方法。
【請求項２】
前記発振電流は少なくとも第１の発振電流と第２の発振電流を含み、前記第１の発振電流の周波数が前記第２の発振電流の周波数よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記リチウムイオン電池の状態パラメータは、温度、充電状態ＳＯＣ、電圧、内部抵抗、サイズ、重量、タイプ、外見、構造、材料のうちの一種又は複数種を含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
リチウムイオン電池の状態パラメータに基づいて、前記発振電流を用いて前記リチウムイオン電池を充電することは、
リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて、第１の発振電流と第２の発振電流を用いて前記リチウムイオン電池を充電することを含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて、第１の発振電流と第２の発振電流を用いて前記リチウムイオン電池を充電することは、
前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて充電パラメータを決定することと、
前記充電パラメータに基づいて、前記第１の発振電流と第２の発振電流を用いて前記リチウムイオン電池を充電することとを含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて充電パラメータを決定することは、
予め記憶された様々な温度及びＳＯＣでの充電パラメータセットから、前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに対応する充電パラメータを探し出すことを含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記充電パラメータは、第２の発振電流の周波数範囲、第１の発振電流の持続時間及び充電電流振幅を含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の発振電流の周波数は前記第２の発振電流の周波数範囲の上限以上であることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第２の発振電流の周波数範囲は、前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて決定されるものであることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて第２の発振電流の周波数範囲を決定することは、
前記リチウムイオン電池の異なる温度及びＳＯＣでの所定の周波数範囲の電気化学インピーダンススペクトロスコピーに基づいて、
ＳＯＣが第１の値である異なる温度での電気化学インピーダンススペクトロスコピーの曲線群において、横軸に平行で第１の温度での電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線と縦軸の交点を通る直線と各異なる温度での電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線との低周波領域での交点に対応する周波数値が、該温度での前記第２の発振電流の周波数範囲の下限ｆｃｄになり、前記直線と電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線との高周波領域での交点が、前記第２の発振電流の周波数範囲の上限ｆｇになり、
前記第２の発振電流の周波数範囲がｆｃｄ〜ｆｇになることを含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の発振電流の持続時間と前記第２の発振電流の周波数範囲の上限ｆｇは、Ｔ２＝ｎ／ｆｇの関係を満たし、
ここで、Ｔ２は前記第１の発振電流の持続時間を表し、ｎは０以上の整数であることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記充電パラメータに基づいて、前記第１の発振電流と第２の発振電流を用いて前記リチウムイオン電池を充電することは、
前記リチウムイオン電池の表面温度に基づいて前記第１の発振電流の持続時間を調整し、かつ前記充電電流振幅を増加させることと、
前記リチウムイオン電池の表面温度が第１の温度よりも大きくなると、前記第１の発振電流の持続時間をそのまま保持し、前記充電電流振幅を増加させることと、
前記リチウムイオン電池の端子電圧が充電電圧の上限に達すると、充電が終了するまで前記充電電流振幅を減少させることとを含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記リチウムイオン電池の表面温度に基づいて前記第１の発振電流の持続時間を調整することは、
前記リチウムイオン電池の最低表面温度が第１の温度以上になると、Ｔ２＝ｎ／ｆｇのｎの値を０にし、前記リチウムイオン電池の最低表面温度が所定の温度低下することに、Ｔ２＝ｎ／ｆｇのｎの値を１増加させることを含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の発振電流と第２の発振電流を発生させる発振回路をトリガするための発振トリガ信号のパルス幅と前記第２の発振電流の周波数範囲の上限ｆｇは、Ｔ０＝ｋ／ｆｇの関係を満たし、
ここで、Ｔ０は前記発振トリガ信号のパルス幅を表し、ｋは０よりも大きく１以下の実数であることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の発振電流の持続時間Ｔ２と前記発振トリガ信号のパルス幅Ｔ０は、Ｔ２＝ｎＴ０／ｋの関係を満たし、
ここで、ｎは０以上の整数であることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記リチウムイオン電池の表面温度に基づいて前記第１の発振電流の持続時間を調整することは、
前記発振トリガ信号を調整することにより、前記第１の発振電流の持続時間を調整することを含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記所定の周波数範囲は０Ｈｚ〜１０００ｋＨｚで、
前記第１の値の範囲は０〜１００％で、
前記第１の温度の範囲は−７０〜１００℃で、
所定の温度は１０℃であることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
リチウムイオン電池がそれ自体のインピーダンス特性で構成された発振回路により発振電流を発生させることと、
リチウムイオン電池の状態パラメータに基づいて前記リチウムイオン電池を前記発振電流の形態で放電させることとを含むことを特徴とするリチウムイオン電池の放電方法。
【請求項１９】
前記発振電流は少なくとも第１の発振電流と第２の発振電流を含み、前記第１の発振電流の周波数が前記第２の発振電流の周波数よりも高いことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記リチウムイオン電池の状態パラメータは、温度、充電状態ＳＯＣ、電圧、内部抵抗、サイズ、重量、タイプ、外見、構造、材料のうちの一種又は複数種を含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
リチウムイオン電池の状態パラメータに基づいて前記リチウムイオン電池を前記発振電流の形態で放電させることは、
リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて前記リチウムイオン電池を第１の発振電流と第２の発振電流の形態で放電させることを含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて前記リチウムイオン電池を第１の発振電流と第２の発振電流の形態で放電させることは、
前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて放電パラメータを決定することと、
前記放電パラメータに基づいて前記リチウムイオン電池を第１の発振電流と第２の発振電流の形態で放電させることとを含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて放電パラメータを決定することは、
予め記憶された様々な温度及びＳＯＣでの放電パラメータセットから、前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに対応する放電パラメータを探し出すことを含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記放電パラメータは、第２の発振電流の周波数範囲及び第１の発振電流の持続時間を含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記第１の発振電流の周波数は前記第２の発振電流の周波数範囲の上限以上であることを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記第２の発振電流の周波数範囲は、前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて決定されるものであることを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて第２の発振電流の周波数範囲を決定することは、
前記リチウムイオン電池の異なる温度及びＳＯＣでの所定の周波数範囲の電気化学インピーダンススペクトロスコピーに基づいて、
ＳＯＣが第２の値である異なる温度での電気化学インピーダンススペクトロスコピーの曲線群において、横軸に平行で第２の温度での電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線と縦軸の交点を通る直線と各異なる温度での電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線との低周波領域での交点に対応する周波数値が、該温度での前記第２の発振電流の周波数範囲の下限ｆｄｄになり、
ＳＯＣが第２の値よりも小さい第１の値である異なる温度での電気化学インピーダンススペクトロスコピーの曲線群において、横軸に平行で第２の温度よりも大きい第１の温度での電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線と縦軸の交点を通る直線と電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線との高周波領域での交点が前記第２の発振電流の周波数範囲の上限ｆｇになり、
前記第２の発振電流の周波数範囲がｆｄｄ〜ｆｇになることを含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記第１の発振電流の持続時間と前記第２の発振電流の周波数範囲の上限ｆｇは、Ｔ２＝ｎ／ｆｇの関係を満たし、
ここで、Ｔ２は前記第１の発振電流の持続時間を表し、ｎは０以上の整数であることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記放電パラメータに基づいて前記リチウムイオン電池を第１の発振電流と第２の発振電流の形態で放電させることは、
前記リチウムイオン電池の表面温度に基づいて前記第１の発振電流の持続時間を調整することを含むことを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記リチウムイオン電池の表面温度に基づいて前記第１の発振電流の持続時間を調整することは、
前記リチウムイオン電池の最低表面温度が第１の温度以上になると、Ｔ２＝ｎ／ｆｇのｎの値を０にし、前記リチウムイオン電池の最低表面温度が所定の温度低下することに、Ｔ２＝ｎ／ｆｇのｎの値を１増加させることを含むことを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記第１の発振電流と第２の発振電流を発生させる発振回路をトリガするための発振トリガ信号のパルス幅と前記第２の発振電流の周波数範囲の上限ｆｇは、Ｔ０＝ｋ／ｆｇの関係を満たし、
ここで、Ｔ０は前記発振トリガ信号のパルス幅を表し、ｋは０よりも大きく１以下の実数であることを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
前記第１の発振電流の持続時間Ｔ２と前記発振トリガ信号のパルス幅Ｔ０は、Ｔ２＝ｎＴ０／ｋの関係を満たし、
ここで、ｎは０以上の整数であることを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記リチウムイオン電池の表面温度に基づいて前記第１の発振電流の持続時間を調整することは、
前記発振トリガ信号を調整することにより、前記第１の発振電流の持続時間を調整することを含むことを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記所定の周波数範囲は０Ｈｚ〜１０００ｋＨｚであり、
前記第１の値、第２の値の範囲は０〜１００％であり、かつ第２の値が第１の値よりも大きく、
前記第１の温度、第２の温度の範囲は−７０℃〜１００℃であり、かつ第２の温度が第１の温度よりも小さく、
所定の温度は１０℃であることを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項３５】
リチウムイオン電池の状態パラメータを観測することと、
観測された状態パラメータに基づいてリチウムイオン電池の充電調整制御パラメータを決定することと、
リチウムイオン電池自体のインピーダンス特性で構成された発振回路により発振電流を発生させることと、
前記決定された充電調整制御パラメータに基づいて前記リチウムイオン電池に前記発振電流を供給することとを含むことを特徴とするリチウムイオン電池の充電過程を調整制御する方法。
【請求項３６】
前記発振電流は少なくとも第１の発振電流と第２の発振電流を含み、前記第１の発振電流の周波数が前記第２の発振電流の周波数よりも高いことを特徴とする請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記リチウムイオン電池の状態パラメータは、温度、充電状態ＳＯＣ、電圧、内部抵抗、サイズ、重量、タイプ、外見、構造、材料のうちの一種又は複数種を含むことを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記充電調整制御パラメータは、第２の発振電流の周波数範囲、第１の発振電流の持続時間及び充電電流振幅を含むことを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記第１の発振電流の周波数は前記第２の発振電流の周波数範囲の上限以上であることを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
観測された状態パラメータに基づいてリチウムイオン電池の充電調整制御パラメータを決定することは、
観測された温度及びＳＯＣに基づいて充電調整制御パラメータを決定することを含むことを特徴とする請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
観測された温度及びＳＯＣに基づいて充電調整制御パラメータを決定することは、
予め記憶された様々な温度及びＳＯＣでの充電調整制御パラメータセットから、前記観測された温度及びＳＯＣに対応する充電調整制御パラメータを探し出すことを含むことを特徴とする請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記第２の発振電流の周波数範囲は、前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて決定されるものであることを特徴とする請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて第２の発振電流の周波数範囲を決定することは、
前記リチウムイオン電池の異なる温度及びＳＯＣでの所定の周波数範囲の電気化学インピーダンススペクトロスコピーに基づいて、
ＳＯＣが第１の値である異なる温度での電気化学インピーダンススペクトロスコピーの曲線群において、横軸に平行で第１の温度での電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線と縦軸の交点を通る直線と各異なる温度での電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線との低周波領域での交点に対応する周波数値が該温度での前記第２の発振電流の周波数範囲の下限ｆｃｄになり、前記直線と電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線との高周波領域での交点が前記第２の発振電流の周波数範囲の上限ｆｇになり、
前記第２の発振電流の周波数範囲がｆｃｄ〜ｆｇになることを含むことを特徴とする請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記第１の発振電流の持続時間と前記第２の発振電流の周波数範囲の上限ｆｇは、Ｔ２＝ｎ／ｆｇの関係を満たし、
ここで、Ｔ２は前記第１の発振電流の持続時間を表し、ｎは０以上の整数であることを特徴とする請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記決定された充電調整制御パラメータに基づいて前記リチウムイオン電池に前記発振電流を供給することは、
前記リチウムイオン電池の表面温度に基づいて前記第１の発振電流の持続時間を調整し、かつ前記充電電流振幅を増加させることと、
前記リチウムイオン電池の表面温度が第１の温度よりも大きくなると、前記第１の発振電流の持続時間をそのまま保持し、前記充電電流振幅を増加させることと、
前記リチウムイオン電池の端子電圧が充電電圧の上限に達すると、充電が終了するまで前記充電電流振幅を減少させることとを含むことを特徴とする請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記リチウムイオン電池の表面温度に基づいて前記第１の発振電流の持続時間を調整することは、
前記リチウムイオン電池の最低表面温度が第１の温度以上になると、Ｔ２＝ｎ／ｆｇのｎの値を０にし、前記リチウムイオン電池の最低表面温度が所定の温度低下することに、Ｔ２＝ｎ／ｆｇのｎの値を１増加させることを含むことを特徴とする請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記第１の発振電流と第２の発振電流を発生させる発振回路をトリガするための発振トリガ信号のパルス幅と前記第２の発振電流の周波数範囲の上限ｆｇは、Ｔ０＝ｋ／ｆｇの関係を満たし、
ここで、Ｔ０は前記発振トリガ信号のパルス幅を表し、ｋは０よりも大きく１以下の実数であることを特徴とする請求項４５に記載の方法。
【請求項４８】
前記第１の発振電流の持続時間Ｔ２と前記発振トリガ信号のパルス幅Ｔ０は、Ｔ２＝ｎＴ０／ｋの関係を満たし、
ここで、ｎは０以上の整数であることを特徴とする請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
前記リチウムイオン電池の表面温度に基づいて前記第１の発振電流の持続時間を調整することは、
前記発振トリガ信号を調整することにより、前記第１の発振電流の持続時間を調整することを含むことを特徴とする請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
前記所定の周波数範囲は０Ｈｚ〜１０００ｋＨｚで、
前記第１の値の範囲は０〜１００％で、
前記第１の温度の範囲は−７０〜１００℃で、
所定の温度は１０℃であることを特徴とする請求項４６に記載の方法。
【請求項５１】
リチウムイオン電池の状態パラメータを観測することと、
前記観測された状態パラメータに基づいてリチウムイオン電池の放電調整制御パラメータを決定することと、
リチウムイオン電池がそれ自体のインピーダンス特性で構成された発振回路により発振電流を発生させることと、
前記放電調整制御パラメータに基づいて前記リチウムイオン電池を前記発振電流の形態で放電させることとを含むことを特徴とするリチウムイオン電池の放電過程を調整制御する方法。
【請求項５２】
前記発振電流は少なくとも第１の発振電流と第２の発振電流を含み、前記第１の発振電流の周波数が前記第２の発振電流の周波数よりも高いことを特徴とする請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
前記リチウムイオン電池の状態パラメータは、温度、充電状態ＳＯＣ、電圧、内部抵抗、サイズ、重量、タイプ、外見、構造、材料のうちの一種又は複数種を含むことを特徴とする請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】
前記放電調整制御パラメータは、第２の発振電流の周波数範囲及び第１の発振電流の持続時間を含むことを特徴とする請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
前記第１の発振電流の周波数は前記第２の発振電流の周波数範囲の上限以上であることを特徴とする請求項５４に記載の方法。
【請求項５６】
前記観測された状態パラメータに基づいてリチウムイオン電池の放電調整制御パラメータを決定することは、
前記観測された温度及びＳＯＣに基づいてリチウムイオン電池の放電調整制御パラメータを決定することを含むことを特徴とする請求項５５に記載の方法。
【請求項５７】
前記観測された温度及びＳＯＣに基づいてリチウムイオン電池の放電調整制御パラメータを決定することは、
予め記憶された様々な温度及びＳＯＣでの放電調整制御パラメータセットから、前記観測された温度及びＳＯＣに対応する放電調整制御パラメータを探し出すことを含むことを特徴とする請求項５６に記載の方法。
【請求項５８】
前記第２の発振電流の周波数範囲は、前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて決定されるものであることを特徴とする請求項５７に記載の方法。
【請求項５９】
前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて第２の発振電流の周波数範囲を決定することは、
前記リチウムイオン電池の異なる温度及びＳＯＣでの所定の周波数範囲の電気化学インピーダンススペクトロスコピーに基づいて、
ＳＯＣが第２の値である異なる温度での電気化学インピーダンススペクトロスコピーの曲線群において、横軸に平行で第２の温度での電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線と縦軸の交点を通る直線と各異なる温度での電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線との低周波領域での交点に対応する周波数値が、該温度での前記第２の発振電流の周波数範囲の下限ｆｄｄになり、
ＳＯＣが第２の値よりも小さい第１の値である異なる温度での電気化学インピーダンススペクトロスコピーの曲線群において、横軸に平行で第２の温度よりも大きい第１の温度での電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線と縦軸の交点を通る直線と電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線との高周波領域での交点が、前記第２の発振電流の周波数範囲の上限ｆｇになり、
前記第２の発振電流の周波数範囲がｆｄｄ〜ｆｇになることを含むことを特徴とする請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】
前記第１の発振電流の持続時間と前記第２の発振電流の周波数範囲の上限ｆｇは、Ｔ２＝ｎ／ｆｇの関係を満たし、
ここで、Ｔ２は前記第１の発振電流の持続時間を表し、ｎは０以上の整数であることを特徴とする請求項５９に記載の方法。
【請求項６１】
前記放電調整制御パラメータに基づいて前記リチウムイオン電池を前記発振電流の形態で放電させることは、
前記リチウムイオン電池の表面温度に基づいて前記第１の発振電流の持続時間を調整することを含むことを特徴とする請求項６０に記載の方法。
【請求項６２】
前記リチウムイオン電池の表面温度に基づいて前記第１の発振電流の持続時間を調整することは、
前記リチウムイオン電池の最低表面温度が第１の温度以上になると、Ｔ２＝ｎ／ｆｇのｎの値を０にし、前記リチウムイオン電池の最低表面温度が所定の温度低下することに、Ｔ２＝ｎ／ｆｇのｎの値を１増加させることを含むことを特徴とする請求項６１に記載の方法。
【請求項６３】
前記第１の発振電流と第２の発振電流を発生させる発振回路をトリガするための発振トリガ信号のパルス幅と前記第２の発振電流の周波数範囲の上限ｆｇは、Ｔ０＝ｋ／ｆｇの関係を満たし、
ここで、Ｔ０は前記発振トリガ信号のパルス幅を表し、ｋは０よりも大きく１以下の実数であることを特徴とする請求項６１に記載の方法。
【請求項６４】
前記第１の発振電流の持続時間Ｔ２と前記発振トリガ信号のパルス幅Ｔ０は、Ｔ２＝ｎＴ０／ｋの関係を満たし、
ここで、ｎは０以上の整数であることを特徴とする請求項６３に記載の方法。
【請求項６５】
前記リチウムイオン電池の表面温度に基づいて前記第１の発振電流の持続時間を調整することは、
前記発振トリガ信号を調整することにより、前記第１の発振電流の持続時間を調整することを含むことを特徴とする請求項６４に記載の方法。
【請求項６６】
前記所定の周波数範囲は０Ｈｚ〜１０００ｋＨｚであり、
前記第１の値、第２の値の範囲は０〜１００％であり、かつ第２の値が第１の値よりも大きく、
前記第１の温度、第２の温度の範囲は−７０〜１００℃であり、かつ第２の温度が第１の温度よりも小さく、
所定の温度は１０℃であることを特徴とする請求項６２に記載の方法。
【請求項６７】
第１の充電装置と、第１の充電装置とリチウムイオン電池との間に接続された周波数変換トリガ発振充電装置とを含み、
前記周波数変換トリガ発振充電装置は、前記リチウムイオン電池自体のインピーダンス特性で発振回路を構成することにより、該発振回路で発生した発振電流を用いて、前記リチウムイオン電池を充電することを特徴とするリチウムイオン電池の充電システム。
【請求項６８】
前記周波数変換トリガ発振充電装置は、
前記第１の充電装置と並列に接続されたエネルギー貯蔵環流手段と、
前記リチウムイオン電池と並列に接続されて前記発振回路を形成する発振手段と、
前記エネルギー貯蔵環流手段と発振手段との間に接続された発振フリップフロップとを含み、
前記発振フリップフロップは、前記発振電流を発生させるように前記発振回路をトリガすることを特徴とする請求項６７に記載のシステム。
【請求項６９】
前記周波数変換トリガ発振充電装置は、
前記第１の充電装置と並列に接続されたエネルギー貯蔵環流手段と、
前記エネルギー貯蔵環流手段と直列に接続された発振手段であって、前記直列に接続されたエネルギー貯蔵環流手段と発振手段が前記リチウムイオン電池と直列に接続されて前記発振回路を形成するものと、
前記発振手段と並列に接続された発振フリップフロップとを含み、
前記発振フリップフロップは、前記発振電流を発生させるように前記発振回路をトリガすることを特徴とする請求項６７に記載のシステム。
【請求項７０】
前記リチウムイオン電池の状態パラメータに基づいて、前記リチウムイオン電池に前記発振電流を供給するように前記周波数変換トリガ発振充電装置を制御する制御装置をさらに含むことを特徴とする請求項６８又は６９に記載のシステム。
【請求項７１】
前記発振電流は少なくとも第１の発振電流と第２の発振電流を含み、前記第１の発振電流の周波数が前記第２の発振電流の周波数よりも高いことを特徴とする請求項７０に記載のシステム。
【請求項７２】
前記リチウムイオン電池の状態パラメータは、温度、充電状態ＳＯＣ、電圧、内部抵抗、サイズ、重量、タイプ、外見、構造、材料のうちの一種又は複数種を含むことを特徴とする請求項７１に記載のシステム。
【請求項７３】
前記制御装置が前記リチウムイオン電池の状態パラメータに基づいて、前記リチウムイオン電池に前記発振電流を供給するように前記周波数変換トリガ発振充電装置を制御することは、
前記制御装置が前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて、前記リチウムイオン電池に第１の発振電流と第２の発振電流を供給するように前記周波数変換トリガ発振充電装置を制御することを含むことを特徴とする請求項７２に記載のシステム。
【請求項７４】
前記制御装置が前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて、前記リチウムイオン電池に第１の発振電流と第２の発振電流を供給するように前記周波数変換トリガ発振充電装置を制御することは、
前記制御装置が前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて充電パラメータを決定することと、前記充電パラメータに基づいて、前記リチウムイオン電池に前記第１の発振電流と第２の発振電流を供給することとを含むことを特徴とする請求項７３に記載のシステム。
【請求項７５】
前記制御装置が前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて充電パラメータを決定することは、
予め記憶された様々な温度及びＳＯＣでの充電パラメータセットから、前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに対応する充電パラメータを探し出すことを含むことを特徴とする請求項７４に記載のシステム。
【請求項７６】
前記充電パラメータは、第２の発振電流の周波数範囲、第１の発振電流の持続時間及び充電電流振幅を含むことを特徴とする請求項７５に記載のシステム。
【請求項７７】
前記第１の発振電流の周波数は前記第２の発振電流の周波数範囲の上限以上であることを特徴とする請求項７６に記載のシステム。
【請求項７８】
前記第２の発振電流の周波数範囲は、前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて決定されるものであることを特徴とする請求項７６に記載のシステム。
【請求項７９】
前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて第２の発振電流の周波数範囲を決定することは、
前記リチウムイオン電池の異なる温度及びＳＯＣでの所定の周波数範囲の電気化学インピーダンススペクトロスコピーに基づいて、
ＳＯＣが第１の値である異なる温度での電気化学インピーダンススペクトロスコピーの曲線群において、横軸に平行で第１の温度での電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線と縦軸の交点を通る直線と各異なる温度での電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線との低周波領域での交点に対応する周波数値が、該温度での前記第２の発振電流の周波数範囲の下限ｆｃｄになり、前記直線と電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線との高周波領域での交点が、前記第２の発振電流の周波数範囲の上限ｆｇになり、
前記第２の発振電流の周波数範囲がｆｃｄ〜ｆｇになることを含むことを特徴とする請求項７８に記載のシステム。
【請求項８０】
前記第１の発振電流の持続時間と前記第２の発振電流の周波数範囲の上限ｆｇは、Ｔ２＝ｎ／ｆｇの関係を満たし、
ここで、Ｔ２は前記第１の発振電流の持続時間を表し、ｎは０以上の整数であることを特徴とする請求項７９に記載のシステム。
【請求項８１】
前記制御装置が前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて、前記リチウムイオン電池に第１の発振電流と第２の発振電流を供給するように前記周波数変換トリガ発振充電装置を制御することは、
前記リチウムイオン電池の表面温度に基づいて前記第１の発振電流の持続時間を調整し、かつ前記充電電流振幅を増加させることと、
前記リチウムイオン電池の表面温度が第１の温度よりも大きくなると、前記第１の発振電流の持続時間をそのまま保持し、前記充電電流振幅を増加させることと、
前記リチウムイオン電池の端子電圧が充電電圧の上限に達すると、充電が終了するまで前記充電電流振幅を減少させることとを含むことを特徴とする請求項８０に記載のシステム。
【請求項８２】
前記制御装置が前記リチウムイオン電池の表面温度に基づいて前記第１の発振電流の持続時間を調整することは、
前記リチウムイオン電池の最低表面温度が第１の温度以上になると、Ｔ２＝ｎ／ｆｇのｎの値を０にし、前記リチウムイオン電池の最低表面温度が所定の温度低下することに、Ｔ２＝ｎ／ｆｇのｎの値を１増加させることを含むことを特徴とする請求項８１に記載のシステム。
【請求項８３】
前記発振フリップフロップの発振トリガ信号のパルス幅と前記第２の発振電流の周波数範囲の上限ｆｇは、Ｔ０＝ｋ／ｆｇの関係を満たし、
ここで、Ｔ０は前記発振トリガ信号のパルス幅を表し、ｋは０よりも大きく１以下の実数であることを特徴とする請求項８１に記載のシステム。
【請求項８４】
前記第１の発振電流の持続時間Ｔ２と前記発振トリガ信号のパルス幅Ｔ０は、Ｔ２＝ｎＴ０／ｋの関係を満たし、
ここで、ｎは０以上の整数であることを特徴とする請求項８３に記載のシステム。
【請求項８５】
前記制御装置が前記リチウムイオン電池の表面温度に基づいて前記第１の発振電流の持続時間を調整することは、
前記発振トリガ信号を調整することにより、前記第１の発振電流の持続時間を調整することを含むことを特徴とする請求項８４に記載のシステム。
【請求項８６】
前記所定の周波数範囲は０Ｈｚ〜１０００ｋＨｚで、
前記第１の値の範囲は０〜１００％で、
前記第１の温度の範囲は−７０〜１００℃で、
所定の温度は１０℃であることを特徴とする請求項８２に記載のシステム。
【請求項８７】
負荷とリチウムイオン電池との間に接続された周波数変換トリガ発振放電装置を含み、
前記周波数変換トリガ発振放電装置は、リチウムイオン電池自体のインピーダンス特性で発振回路を構成することにより、前記リチウムイオン電池を、該発振回路で発生した発振電流の形態で放電させるリチウムイオン電池の放電システム。
【請求項８８】
前記周波数変換トリガ発振放電装置は、
前記負荷と並列に接続されたエネルギー貯蔵環流手段と、
前記リチウムイオン電池と並列に接続されて前記発振回路を形成する発振手段と、
前記エネルギー貯蔵環流手段と発振手段との間に接続された発振フリップフロップとを含み、
前記発振フリップフロップは、前記発振電流を発生させるように前記発振回路をトリガすることを特徴とする請求項８７に記載のシステム。
【請求項８９】
前記周波数変換トリガ発振放電装置は、
前記負荷と並列に接続されたエネルギー貯蔵環流手段と、
前記エネルギー貯蔵環流手段と直列に接続された発振手段であって、前記直列に接続されたエネルギー貯蔵環流手段と発振手段が前記リチウムイオン電池と直列に接続されて前記発振回路を形成するものと、
前記発振手段と並列に接続された発振フリップフロップとを含み、
前記発振フリップフロップは、前記発振電流を発生させるように前記発振回路をトリガすることを特徴とする請求項８７に記載のシステム。
【請求項９０】
前記リチウムイオン電池の状態パラメータに基づいて、前記リチウムイオン電池を前記発振電流の形態で放電させるように前記周波数変換トリガ発振放電装置を制御する制御装置をさらに含むことを特徴とする請求項８８又は８９に記載のシステム。
【請求項９１】
前記発振電流は少なくとも第１の発振電流と第２の発振電流を含み、前記第１の発振電流の周波数が前記第２の発振電流の周波数よりも高いことを特徴とする請求項９０に記載のシステム。
【請求項９２】
前記リチウムイオン電池の状態パラメータは、温度、充電状態ＳＯＣ、電圧、内部抵抗、サイズ、重量、タイプ、外見、構造、材料のうちの一種又は複数種を含むことを特徴とする請求項９１に記載のシステム。
【請求項９３】
前記制御装置が前記リチウムイオン電池の状態パラメータに基づいて、前記リチウムイオン電池を前記発振電流の形態で放電させるように前記周波数変換トリガ発振放電装置を制御することは、
前記制御装置が前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて、前記リチウムイオン電池を第１の発振電流と第２の発振電流の形態で放電させるように前記周波数変換トリガ発振放電装置を制御することを含むことを特徴とする請求項９２に記載のシステム。
【請求項９４】
前記制御装置がリチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて、前記リチウムイオン電池を第１の発振電流と第２の発振電流の形態で放電させるように前記周波数変換トリガ発振放電装置を制御することは、
前記制御装置が前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて放電パラメータを決定することと、前記放電パラメータに基づいて、前記リチウムイオン電池を第１の発振電流と第２の発振電流の形態で放電させることとを含むことを特徴とする請求項９３に記載のシステム。
【請求項９５】
前記制御装置が前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて放電パラメータを決定することは、
予め記憶された様々な温度及びＳＯＣでの放電パラメータセットから、前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに対応する放電パラメータを探し出すことを含むことを特徴とする請求項９４に記載のシステム。
【請求項９６】
前記放電パラメータは、第２の発振電流の周波数範囲及び第１の発振電流の持続時間を含むことを特徴とする請求項９５に記載のシステム。
【請求項９７】
前記第１の発振電流の周波数は前記第２の発振電流の周波数範囲の上限以上であることを特徴とする請求項９６に記載のシステム。
【請求項９８】
前記第２の発振電流の周波数範囲は、前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて決定されるものであることを特徴とする請求項９６に記載のシステム。
【請求項９９】
前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて第２の発振電流の周波数範囲を決定することは、
前記リチウムイオン電池の異なる温度及びＳＯＣでの所定の周波数範囲の電気化学インピーダンススペクトロスコピーに基づいて、
ＳＯＣが第２の値である異なる温度での電気化学インピーダンススペクトロスコピーの曲線群において、横軸に平行で第２の温度での電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線と縦軸の交点を通る直線と各異なる温度での電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線との低周波領域での交点に対応する周波数値が、該温度での前記第２の発振電流の周波数範囲の下限ｆｄｄになり、
ＳＯＣが第２の値よりも小さい第１の値である異なる温度での電気化学インピーダンススペクトロスコピーの曲線群において、横軸に平行で第２の温度よりも大きい第１の温度での電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線と縦軸の交点を通る直線と電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線との高周波領域での交点が、前記第２の発振電流の周波数範囲の上限ｆｇになり、
前記第２の発振電流の周波数範囲がｆｄｄ〜ｆｇになることを含むことを特徴とする請求項９８に記載のシステム。
【請求項１００】
前記第１の発振電流の持続時間と前記第２の発振電流の周波数範囲の上限ｆｇは、Ｔ２＝ｎ／ｆｇの関係を満たし、
ここで、Ｔ２は前記第１の発振電流の持続時間を表し、ｎは０以上の整数であることを特徴とする請求項９９に記載のシステム。
【請求項１０１】
前記制御装置が前記放電パラメータに基づいて、前記リチウムイオン電池を第１の発振電流と第２の発振電流の形態で放電させるように前記周波数変換トリガ発振放電装置を制御することは、
前記リチウムイオン電池の表面温度に基づいて前記第１の発振電流の持続時間を調整することを含むことを特徴とする請求項１００に記載のシステム。
【請求項１０２】
前記制御装置が前記リチウムイオン電池の表面温度に基づいて前記第１の発振電流の持続時間を調整することは、
前記リチウムイオン電池の最低表面温度が第１の温度以上になると、Ｔ２＝ｎ／ｆｇのｎの値を０にし、前記リチウムイオン電池の最低表面温度が所定の温度低下することに、Ｔ２＝ｎ／ｆｇのｎの値を１増加させることを含むことを特徴とする請求項１０１に記載のシステム。
【請求項１０３】
前記発振フリップフロップの発振トリガ信号のパルス幅と前記第２の発振電流の周波数範囲の上限ｆｇは、Ｔ０＝ｋ／ｆｇの関係を満たし、
ここで、Ｔ０は前記発振トリガ信号のパルス幅を表し、ｋは０よりも大きく１以下の実数であることを特徴とする請求項１０１に記載のシステム。
【請求項１０４】
前記第１の発振電流の持続時間Ｔ２と前記発振トリガ信号のパルス幅Ｔ０は、Ｔ２＝ｎＴ０／ｋの関係を満たし、
ここで、ｎは０以上の整数であることを特徴とする請求項１０３に記載のシステム。
【請求項１０５】
前記制御装置が前記リチウムイオン電池の表面温度に基づいて前記第１の発振電流の持続時間を調整することは、
前記発振トリガ信号を調整することにより、前記第１の発振電流の持続時間を調整することを含むことを特徴とする請求項１０４に記載のシステム。
【請求項１０６】
前記所定の周波数範囲は０Ｈｚ〜１０００ｋＨｚであり、
前記第１の値、第２の値の範囲は０〜１００％であり、かつ第２の値が第１の値よりも大きく、
前記第１の温度、第２の温度の範囲は−７０〜１００℃であり、かつ第２の温度が第１の温度よりも小さく、
所定の温度は１０℃であることを特徴とする請求項１０２に記載のシステム。
【請求項１０７】
コンピュータ可読命令及びデータが記憶されたメモリと、
前記コンピュータ可読命令を実行することにより、請求項３５〜５０のいずれか一項に記載の方法の一部又は全部の動作を実行するプロセッサとを含むことを特徴とするリチウムイオン電池の充電調整制御のための制御装置。
【請求項１０８】
コンピュータ可読命令及びデータが記憶されたメモリと、
前記コンピュータ可読命令を実行することにより、請求項５１〜６６のいずれか一項に記載の方法の一部又は全部の動作を実行するプロセッサとを含むことを特徴とするリチウムイオン電池の放電調整制御のための制御装置。
【請求項１０９】
第１の充電装置を提供することと、
リチウムイオン電池を提供することと、
前記第１の充電装置と前記リチウムイオン電池との間に周波数変換トリガ発振充電装置を設けることとを含み、
前記周波数変換トリガ発振充電装置は、前記リチウムイオン電池のインピーダンス特性で発振回路を構成することにより、発振電流を発生させ、
前記周波数変換トリガ発振充電装置は、前記発振電流を用いて前記リチウムイオン電池を充電することを特徴とするリチウムイオン電池充電システムの製造方法。
【請求項１１０】
前記第１の充電装置と前記リチウムイオン電池との間に周波数変換トリガ発振充電装置を設けることは、
エネルギー貯蔵環流手段を提供し、前記エネルギー貯蔵環流手段を前記第１の充電装置と並列に接続することと、
発振手段を提供し、該発振手段を前記リチウムイオン電池と並列に接続して前記発振回路を形成することと、
発振フリップフロップを提供し、前記発振フリップフロップを前記エネルギー貯蔵環流手段と前記発振手段との間に接続することとを含み、
前記発振フリップフロップは、前記発振電流を発生させるように前記発振回路をトリガすることを特徴とする請求項１０９に記載の方法。
【請求項１１１】
前記第１の充電装置と前記リチウムイオン電池との間に周波数変換トリガ発振充電装置を設けることは、
エネルギー貯蔵環流手段を提供し、前記エネルギー貯蔵環流手段を前記第１の充電装置と並列に接続することと、
前記エネルギー貯蔵環流手段と直列に接続された発振手段を提供し、前記直列に接続されたエネルギー貯蔵環流手段と発振手段を前記リチウムイオン電池と直列に接続して前記発振回路を形成することと、
発振フリップフロップを提供し、前記発振フリップフロップを前記発振手段と並列に接続することとを含み、
前記発振フリップフロップは、前記発振電流を発生させるように前記発振回路をトリガすることを特徴とする請求項１０９に記載の方法。
【請求項１１２】
前記リチウムイオン電池の状態パラメータに基づいて、前記リチウムイオン電池に前記発振電流を供給するように前記周波数変換トリガ発振充電装置を制御する制御装置を提供することをさらに含むことを特徴とする請求項１１０又は１１１に記載の方法。
【請求項１１３】
リチウムイオン電池を提供することと、
負荷と前記リチウムイオン電池との間に周波数変換トリガ発振放電装置を設けることとを含み、
前記周波数変換トリガ発振放電装置は、前記リチウムイオン電池のインピーダンス特性で発振回路を構成することにより、発振電流を発生させ、
前記周波数変換トリガ発振放電装置は、前記リチウムイオン電池を前記発振電流の形態で放電させるリチウムイオン電池放電システムの製造方法。
【請求項１１４】
負荷と前記リチウムイオン電池との間に周波数変換トリガ発振放電装置を設けることは、
エネルギー貯蔵環流手段を提供し、前記エネルギー貯蔵環流手段を前記負荷と並列に接続することと、
発振手段を提供し、該発振手段を前記リチウムイオン電池と並列に接続して前記発振回路を形成することと、
発振フリップフロップを提供し、前記発振フリップフロップを前記エネルギー貯蔵環流手段と発振手段との間に接続することとを含み、
前記発振フリップフロップは、前記発振電流を発生させるように前記発振回路をトリガすることを特徴とする請求項１１３に記載の方法。
【請求項１１５】
負荷と前記リチウムイオン電池との間に周波数変換トリガ発振放電装置を設けることは、
エネルギー貯蔵環流手段を提供し、前記エネルギー貯蔵環流手段を負荷と並列に接続することと、
前記エネルギー貯蔵環流手段と直列に接続された発振手段を提供し、前記直列に接続されたエネルギー貯蔵環流手段と発振手段を前記リチウムイオン電池と直列に接続して前記発振回路を形成することと、
発振フリップフロップを提供し、前記発振フリップフロップを前記発振手段と並列に接続することとを含み、
前記発振フリップフロップは、前記発振電流を発生させるように前記発振回路をトリガすることを特徴とする請求項１１３に記載の方法。
【請求項１１６】
前記リチウムイオン電池の状態パラメータに基づいて、前記リチウムイオン電池を前記発振電流の形態で放電させるように前記周波数変換トリガ発振放電装置を制御する制御装置を提供することをさらに含むことを特徴とする請求項１１４又は１１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２０１７年７月２０日に出願された、名称が「リチウムイオン電池の充放電システム、制御装置及び関連方法」の中国特許出願第２０１７１０５９７８５５．０号の権益及び優先権を主張し、上記中国特許出願の内容は全て参照によってここに組み込まれる。
【０００２】
本発明は、電池の充放電の技術分野に関し、具体的には、リチウムイオン電池の充電、放電する方法、システム及びその製造方法、並びにリチウムイオン電池の充電、放電を調整制御する方法及び制御装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
リチウムイオン電池は、そのエネルギー密度が大きく、サイクル寿命が長く、環境にやさしいなどの優位性により、ますます注目を集めており、最初のデジタル技術応用の分野から電気自動車などの動力エネルギー貯蔵の分野まで普及し始めている。
しかしながら、リチウムイオン電池は、直流充放電の場合に、分極、リチウム析出などの現象が発生するため、充放電サイクル寿命が減少する恐れがある。また、北方の極寒地域では、充電効率が低く、電池の性能が不可逆的に減衰するが、南方の高温地域では、充放電を行うと、電池の温度が限界値を超えて、安全上の潜在的リスクを引き起こす恐れがある。リチウムイオン電池の動作温度の範囲を制御するために、一般的に、電池システムの内部に熱管理装置が設けられているが、電池システムの体積が大きくなり、システムのエネルギー密度が低下し、またシステムのコストも高くなり、安全係数が低下する。また、電池の外部からの加熱又は外部への放熱は、エネルギーを余分に消費する必要があり、電池の温度の不均衡も引き起こしやすく、電池の管理も困難になる。
【０００４】
従来のパルス充電方法がリチウムイオン電池の分極、リチウム析出及び低温充電特性を改善できるが、複雑なパルス発生装置は、システムのコスト、体積及び重量を増加させ、信頼性が低減し、今まで普及しにくい。
【発明の概要】
【０００５】
従来の技術に存在している上記問題に鑑みると、本発明の実施形態は、リチウムイオン電池の充放電システム、制御装置及び関連方法を提供する。
本発明では、用語「リチウムイオン電池」とは、リチウムイオン電池セル、リチウムイオン電池パックなどの、主にリチウムイオンが正極と負極の間に移動することにより動作する蓄電装置を意味する。
【０００６】
第１の形態によれば、本発明の実施形態は、リチウムイオン電池自体のインピーダンス特性で構成された発振回路により発振電流を発生させることと、リチウムイオン電池の状態パラメータに基づいて、前記発振電流を用いて前記リチウムイオン電池を充電することとを含むリチウムイオン電池を充電する方法を提供する。本発明の一つの実施形態では、リチウムイオン電池の状態パラメータ（例えば、温度、充電状態（Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ、ＳＯＣ）、電圧、内部抵抗、サイズ、重量、タイプ、外見、構造、材料などを含む）に基づいて、少なくとも二種の発振電流を（例えば、交互に）用いて前記リチウムイオン電池を充電し、前記少なくとも二種の発振電流のうち少なくとも一種の発振電流の周波数は他の発振電流よりも高い。好ましくは、前記少なくとも二種の発振電流は少なくとも第１の発振電流と第２の発振電流を含み、第１の発振電流の周波数は第２の発振電流の周波数よりも高い。
【０００７】
好ましくは、リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて、第１の発振電流と第２の発振電流を用いて前記リチウムイオン電池を充電することは、前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて充電パラメータを決定することと、前記充電パラメータに基づいて、前記第１の発振電流と第２の発振電流を用いて前記リチウムイオン電池を充電することとを含むことができる。前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて充電パラメータを決定することは、予め記憶された様々な温度及びＳＯＣでの充電パラメータセットから、前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに対応する充電パラメータを探し出すことを含むことができる。前記充電パラメータは、第２の発振電流の周波数範囲、第１の発振電流の持続時間及び充電電流振幅を含む。本発明の好ましい実施形態では、前記第１の発振電流の周波数は前記第２の発振電流の周波数範囲の上限以上である。
【０００８】
本発明の好ましい実施形態では、前記第２の発振電流の周波数範囲は、前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて決定されるものである。具体的には、前記リチウムイオン電池の異なる温度及びＳＯＣでの所定の周波数範囲（例えば、０Ｈｚ〜１０００ｋＨｚ、具体的には、０．０１Ｈｚ〜１００ｋＨｚなど）での電気化学インピーダンススペクトロスコピーに基づいて、ＳＯＣが第１の値（０〜１００％のうちの任意の値、例えば、１０％）である電気化学インピーダンススペクトロスコピーの曲線群において、横軸に平行で第１の温度（−７０〜１００℃のうちの任意の値、例えば、０℃）での電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線と縦軸の交点を通る直線と各異なる温度での電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線との低周波領域での交点に対応する周波数値が、該温度での前記第２の発振電流の周波数範囲の下限ｆｃｄになり、前記直線と電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線との高周波領域での交点が、前記第２の発振電流の周波数範囲の上限ｆｇになることにより、前記第２の発振電流の周波数範囲はｆｃｄ〜ｆｇになる。
【０００９】
本発明の一つの好ましい実施形態では、前記第１の発振電流の持続時間と前記第２の発振電流の周波数範囲の上限ｆｇは、Ｔ２＝ｎ／ｆｇの関係を満たし、ここで、Ｔ２は前記第１の発振電流の持続時間を表し、ｎは０以上の整数である。
前記充電パラメータに基づいて、前記第１の発振電流と第２の発振電流を用いて前記リチウムイオン電池を充電することは、前記リチウムイオン電池の表面温度に基づいて前記第１の発振電流の持続時間を調整し、かつ前記充電電流振幅を増加させることと、前記リチウムイオン電池の表面温度が第１の温度よりも大きくなると、前記第１の発振電流の持続時間をそのまま保持し、前記充電電流振幅を増加させることと、前記リチウムイオン電池の端子電圧が充電電圧の上限に達すると、充電が終了するまで前記充電電流振幅を減少させることとを含む。
【００１０】
具体的には、前記リチウムイオン電池の表面温度に基づいて前記第１の発振電流の持続時間を調整することは、前記リチウムイオン電池の最低表面温度が第１の温度以上になると、Ｔ２＝ｎ／ｆｇのｎの値を０にすることと、前記リチウムイオン電池の最低表面温度が所定の温度（例えば、１０℃）低下することに、Ｔ２＝ｎ／ｆｇのｎの値を１増加させることとを含む。
【００１１】
本発明の別の好ましい実施形態では、前記第１の発振電流と第２の発振電流を発生させる発振回路をトリガするための発振トリガ信号のパルス幅と前記第２の発振電流の周波数範囲の上限ｆｇは、Ｔ０＝ｋ／ｆｇの関係を満たし、ここで、Ｔ０は前記発振トリガ信号のパルス幅を表し、ｋは０よりも大きく１以下の実数である。それでは、前記第１の発振電流の持続時間Ｔ２と前記発振トリガ信号のパルス幅Ｔ０は、Ｔ２＝ｎＴ０／ｋの関係を満たし、ここで、ｎは０以上の整数である。
それでは、前記リチウムイオン電池の表面温度に基づいて前記第１の発振電流の持続時間を調整することは、前記発振トリガ信号を調整する（例えば、前記発振トリガ信号の個数を調整する）ことにより、前記第１の発振電流の持続時間を調整することを含む。
【００１２】
第２の形態によれば、本発明の実施形態は、リチウムイオン電池がそれ自体のインピーダンス特性で構成された発振回路により発振電流を発生させることと、リチウムイオン電池の状態パラメータに基づいて前記リチウムイオン電池を前記発振電流の形態で放電させ、即ちリチウムイオン電池の状態パラメータに基づいて負荷に前記発振電流を供給することとを含むリチウムイオン電池の放電方法を提供する。即ち、リチウムイオン電池の状態パラメータに基づいて、前記リチウムイオン電池を、それ自体のインピーダンス特性で構成された発振回路により、発振電流の形態で放電させる。本発明の一つの実施形態では、リチウムイオン電池の状態パラメータ（例えば、温度、ＳＯＣ、電圧、内部抵抗、サイズ、重量、タイプ、外見、構造、材料などを含む）に基づいて、前記リチウムイオン電池を、少なくとも二種の発振電流、例えば、第１の発振電流と第２の発振電流の形態で（例えば、交互に）放電させ、前記少なくとも二種の発振電流のうち少なくとも一種の発振電流の周波数は他の発振電流よりも高く、例えば、第１の発振電流の周波数は第２の発振電流の周波数よりも高い。具体的には、好ましくは、リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて前記リチウムイオン電池を第１の発振電流と第２の発振電流の形態で放電させることは、前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて放電パラメータを決定することと、前記放電パラメータに基づいて前記リチウムイオン電池を第１の発振電流と第２の発振電流の形態で放電させることとを含む。
【００１３】
好ましくは、前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて放電パラメータを決定することは、予め記憶された様々な温度及びＳＯＣでの放電パラメータセットから、前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに対応する放電パラメータを探し出すことを含む。前記放電パラメータは、第２の発振電流の周波数範囲及び第１の発振電流の持続時間を含む。好ましくは、前記第１の発振電流の周波数は前記第２の発振電流の周波数範囲の上限以上である。
【００１４】
本発明の好ましい実施形態では、前記第２の発振電流の周波数範囲は、前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて決定されるものである。具体的には、前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて第２の発振電流の周波数範囲を決定することは、前記リチウムイオン電池の異なる温度及びＳＯＣでの所定の周波数範囲（例えば、０Ｈｚ〜１０００ｋＨｚ、具体的には、０．０１Ｈｚ〜１００ｋＨｚなど）での電気化学インピーダンススペクトロスコピーに基づいて、ＳＯＣが第２の値（０〜１００％のうちの任意の値、例えば、９０％）である電気化学インピーダンススペクトロスコピーの曲線群において、横軸に平行で第２の温度（−７０〜１００℃のうちの任意の値、例えば、−２０℃）での電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線と縦軸の交点を通る直線と各異なる温度での電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線との低周波領域での交点に対応する周波数値が、該温度での前記第２の発振電流の周波数範囲の下限ｆｄｄになり、ＳＯＣが第２の値よりも小さい第１の値（０〜１００％で第２の値よりも小さい任意の値、例えば、１０％）である電気化学インピーダンススペクトロスコピーの曲線群において、横軸に平行で第２の温度よりも大きい第１の温度（−７０〜１００℃で第２の温度よりも大きい任意の値、例えば、０℃）での電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線と縦軸の交点を通る直線と電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線との高周波領域での交点が、前記第２の発振電流の周波数範囲の上限ｆｇになることにより、前記第２の発振電流の周波数範囲がｆｄｄ〜ｆｇになることを含む。
【００１５】
前記第１の発振電流の持続時間と前記第２の発振電流の周波数範囲の上限ｆｇは、Ｔ２＝ｎ／ｆｇの関係を満たし、ここで、Ｔ２は前記第１の発振電流の持続時間を表し、ｎは０以上の整数である。
前記放電パラメータに基づいて前記リチウムイオン電池を第１の発振電流と第２の発振電流の形態で放電させることは、前記リチウムイオン電池の表面温度に基づいて前記第１の発振電流の持続時間を調整することを含む。さらに、前記リチウムイオン電池の表面温度に基づいて前記第１の発振電流の持続時間を調整することは、前記リチウムイオン電池の最低表面温度が第１の温度（例えば、０℃）以上になると、Ｔ２＝ｎ／ｆｇのｎの値を０にし、前記リチウムイオン電池の最低表面温度が所定の温度（例えば、１０℃）低下することに、Ｔ２＝ｎ／ｆｇのｎの値を１増加させることを含む。
【００１６】
本発明の別の好ましい実施形態では、前記第１の発振電流と第２の発振電流を発生させる発振回路をトリガするための発振トリガ信号のパルス幅と前記第２の発振電流の周波数範囲の上限ｆｇは、Ｔ０＝ｋ／ｆｇの関係を満たし、ここで、Ｔ０は前記発振トリガ信号のパルス幅を表し、ｋは０よりも大きく１以下の実数である。それでは、前記第１の発振電流の持続時間Ｔ２と前記発振トリガ信号のパルス幅Ｔ０は、Ｔ２＝ｎＴ０／ｋの関係を満たし、ここで、ｎは０以上の整数である。したがって、前記リチウムイオン電池の表面温度に基づいて前記第１の発振電流の持続時間を調整することは、前記発振トリガ信号を調整する（例えば、前記発振トリガ信号の個数を調整する）ことにより、前記第１の発振電流の持続時間を調整することを含むことができる。
【００１７】
第３の形態によれば、本発明の実施形態は、リチウムイオン電池の状態パラメータ、例えば、温度及びＳＯＣ、又は電圧、内部抵抗、サイズ、重量、タイプ、外見、構造、材料などを観測することと、観測された温度及びＳＯＣに基づいてリチウムイオン電池の充電調整制御パラメータを決定することと、リチウムイオン電池自体のインピーダンス特性で構成された発振回路により発振電流を発生させることと、前記決定された充電調整制御パラメータに基づいて前記リチウムイオン電池に前記発振電流を供給し、例えば、少なくとも二種の発振電流、例えば第１の発振電流と第２の発振電流を交互に供給することとを含むリチウムイオン電池の充電過程を調整制御する方法を提供する。前記少なくとも二種の発振電流のうち少なくとも一種の発振電流の周波数は他の発振電流よりも高く、例えば、前記第１の発振電流の周波数は前記第２の発振電流の周波数よりも高い。例えば、前記充電調整制御パラメータは、第２の発振電流の周波数範囲、第１の発振電流の持続時間及び充電電流振幅を含むことができ、かつ前記第１の発振電流の周波数は前記第２の発振電流の周波数範囲の上限以上である。好ましくは、観測された温度及びＳＯＣに基づいて充電調整制御パラメータを決定することは、予め記憶された様々な温度及びＳＯＣでの充電調整制御パラメータセットから、前記観測された温度及びＳＯＣに対応する充電調整制御パラメータを探し出すことを含む。
【００１８】
本発明の好ましい実施形態では、前記第２の発振電流の周波数範囲は、前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて決定されるものである。好ましくは、前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて第２の発振電流の周波数範囲を決定することは、前記リチウムイオン電池の異なる温度及びＳＯＣでの所定の周波数範囲（例えば、０Ｈｚ〜１０００ｋＨｚ、具体的には、０．０１Ｈｚ〜１００ｋＨｚ）での電気化学インピーダンススペクトロスコピーに基づいて、ＳＯＣが第１の値（０〜１００％のうちの任意の値、例えば、１０％）である電気化学インピーダンススペクトロスコピーの曲線群において、横軸に平行で第１の温度（−７０〜１００℃のうちの任意の値、例えば、０℃）での電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線と縦軸の交点を通る直線と各異なる温度での電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線との低周波領域での交点に対応する周波数値が、該温度での前記第２の発振電流の周波数範囲の下限ｆｃｄになり、前記直線と電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線との高周波領域での交点が、前記第２の発振電流の周波数範囲の上限ｆｇになることにより、前記第２の発振電流の周波数範囲がｆｃｄ〜ｆｇになることを含む。また、前記第１の発振電流の持続時間と前記第２の発振電流の周波数範囲の上限ｆｇは、Ｔ２＝ｎ／ｆｇの関係を満たし、ここで、Ｔ２は前記第１の発振電流の持続時間を表し、ｎは０以上の整数である。
【００１９】
また、前記充電調整制御パラメータに基づいて前記リチウムイオン電池に第１の発振電流と第２の発振電流を供給することは、前記リチウムイオン電池の表面温度に基づいて前記第１の発振電流の持続時間を調整し、かつ前記充電電流振幅を増加させることと、前記リチウムイオン電池の表面温度が第１の温度、例えば０℃よりも大きくなると、前記第１の発振電流の持続時間をそのまま保持し、前記充電電流振幅を増加させることと、前記リチウムイオン電池の端子電圧が充電電圧の上限に達すると、充電が終了するまで前記充電電流振幅を減少させることとを含むことができる。好ましくは、前記リチウムイオン電池の表面温度に基づいて前記第１の発振電流の持続時間を調整することは、前記リチウムイオン電池の最低表面温度が第１の温度、例えば０℃以上になると、Ｔ２＝ｎ／ｆｇのｎの値を０にし、前記リチウムイオン電池の最低表面温度が所定の温度、例えば１０℃低下することに、Ｔ２＝ｎ／ｆｇのｎの値を１増加させることを含む。
【００２０】
本発明の別の好ましい実施形態では、前記第１の発振電流と第２の発振電流を発生させる発振回路をトリガするための発振トリガ信号のパルス幅と前記第２の発振電流の周波数範囲の上限ｆｇは、Ｔ０＝ｋ／ｆｇの関係を満たし、ここで、Ｔ０は前記発振トリガ信号のパルス幅を表し、ｋは０よりも大きく１以下の実数である。また、前記第１の発振電流の持続時間Ｔ２と前記発振トリガ信号のパルス幅Ｔ０は、Ｔ２＝ｎＴ０／ｋの関係を満たし、ここで、ｎは０以上の整数である。したがって、前記リチウムイオン電池の表面温度に基づいて前記第１の発振電流の持続時間を調整することは、前記発振トリガ信号を調整することにより前記第１の発振電流の持続時間を調整することを含む。例えば、発振を連続してトリガするトリガ信号の個数を調整することにより、前記第１の発振電流の持続時間を調整する。
【００２１】
第４の形態によれば、本発明の実施形態は、前記リチウムイオン電池の状態パラメータ、例えば、温度、ＳＯＣ、電圧、内部抵抗、サイズ、重量、タイプ、外見、構造、材料などのうちの一種又は複数種を観測することと、前記観測された温度及びＳＯＣに基づいてリチウムイオン電池の放電調整制御パラメータを決定することと、リチウムイオン電池がそれ自体のインピーダンス特性で構成された発振回路により発振電流を発生させることと、前記放電調整制御パラメータに基づいて前記リチウムイオン電池を前記発振電流の形態で放電させ、例えば、少なくとも二種の発振電流（例えば、第１の発振電流と第２の発振電流）の形態で放電させることとを含むリチウムイオン電池の放電過程を調整制御する方法を提供する。即ち、リチウムイオン電池の状態パラメータに基づいて、前記リチウムイオン電池を、それ自体のインピーダンス特性で構成された発振回路により、発振電流の形態で放電させる。前記少なくとも二種の発振電流のうち少なくとも一種の発振電流の周波数は他の発振電流よりも高く、例えば、前記第１の発振電流の周波数は前記第２の発振電流の周波数よりも高い。前記放電調整制御パラメータは、第２の発振電流の周波数範囲及び第１の発振電流の持続時間を含むことができ、かつ前記第１の発振電流の周波数は前記第２の発振電流の周波数範囲の上限以上である。前記観測された温度及びＳＯＣに基づいてリチウムイオン電池の放電調整制御パラメータを決定することは、予め記憶された様々な温度及びＳＯＣでの放電調整制御パラメータセットから、前記観測された温度及びＳＯＣに対応する放電調整制御パラメータを探し出すことを含むことができる。
【００２２】
好ましくは、前記第２の発振電流の周波数範囲は、前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて決定されるものである。具体的には、前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて第２の発振電流の周波数範囲を決定することは、前記リチウムイオン電池の異なる温度及びＳＯＣでの所定の周波数範囲（０Ｈｚ〜１０００ｋＨｚ、例えば、０．０１Ｈｚ〜１００ｋＨｚ）での電気化学インピーダンススペクトロスコピーに基づいて、ＳＯＣが第２の値（０〜１００％のうちの任意の値、例えば、９０％）である電気化学インピーダンススペクトロスコピーの曲線群において、横軸に平行で第２の温度（−７０〜１００℃のうちの任意の値、例えば、−２０℃）での電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線と縦軸の交点を通る直線と各異なる温度での電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線との低周波領域での交点に対応する周波数値が、該温度での前記第２の発振電流の周波数範囲の下限ｆｄｄになり、ＳＯＣが第１の値（０〜１００％で第２の値よりも小さい任意の値、例えば、１０％）である電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線群において、横軸に平行で第１の温度（−７０〜１００℃で第２の温度よりも大きい任意の値、例えば、０℃）での電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線と縦軸の交点を通る直線と電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線との高周波領域での交点が、前記第２の発振電流の周波数範囲の上限ｆｇになることにより、前記第２の発振電流の周波数範囲がｆｄｄ〜ｆｇになることを含むことができる。また、前記第１の発振電流の持続時間と前記第２の発振電流の周波数範囲の上限ｆｇは、Ｔ２＝ｎ／ｆｇの関係を満たし、ここで、Ｔ２は前記第１の発振電流の持続時間を表し、ｎは０以上の整数である。
【００２３】
また、前記放電調整制御パラメータに基づいて前記リチウムイオン電池を第１の発振電流と第２の発振電流の形態で放電させることは、前記リチウムイオン電池の表面温度に基づいて前記第１の発振電流の持続時間を調整することを含む。具体的には、好ましくは、前記リチウムイオン電池の表面温度に基づいて前記第１の発振電流の持続時間を調整することは、前記リチウムイオン電池の最低表面温度が第１の温度、例えば０℃以上になると、Ｔ２＝ｎ／ｆｇのｎの値を０にし、前記リチウムイオン電池の最低表面温度が所定の温度、例えば、１０℃低下することに、Ｔ２＝ｎ／ｆｇのｎの値を１増加させることを含む。
好ましくは、前記第１の発振電流と第２の発振電流を発生させる発振回路をトリガするための発振トリガ信号のパルス幅と前記第２の発振電流の周波数範囲の上限ｆｇは、Ｔ０＝ｋ／ｆｇの関係を満たし、ここで、Ｔ０は前記発振トリガ信号のパルス幅を表し、ｋは０よりも大きく１以下の実数である。また、前記第１の発振電流の持続時間Ｔ２と前記発振トリガ信号のパルス幅Ｔ０は、Ｔ２＝ｎＴ０／ｋの関係を満たし、ここで、ｎは０以上の整数である。したがって、前記リチウムイオン電池の表面温度に基づいて前記第１の発振電流の持続時間を調整することは、前記発振トリガ信号を調整する（例えば、前記発振トリガ信号の個数を調整する）ことにより、前記第１の発振電流の持続時間を調整することを含むことができる。
第５の形態によれば、本発明の実施形態は、第１の充電装置と、第１の充電装置とリチウムイオン電池との間に接続された周波数変換トリガ発振充電装置とを含むリチウムイオン電池の充電システムを提供する。前記周波数変換トリガ発振充電装置は、前記リチウムイオン電池自体のインピーダンス特性で発振回路を構成することにより、該発振回路で発生した発振電流を用いて、前記リチウムイオン電池を充電する。例えば、前記周波数変換トリガ発振充電装置は、少なくとも二種の発振電流、例えば第１の発振電流と第２の発振電流を用いて、前記リチウムイオン電池を充電し、前記少なくとも二種のうち少なくとも一種の発振電流の周波数は他の発振電流よりも高く、例えば、第１の発振電流の周波数は第２の発振電流の周波数よりも高い。
【００２４】
本発明の一つの好ましい実施形態では、前記周波数変換トリガ発振充電装置は、前記第１の充電装置と並列に接続されたエネルギー貯蔵環流手段と、前記リチウムイオン電池と並列に接続されて前記発振回路を形成する発振手段と、前記エネルギー貯蔵環流手段と発振手段との間に接続された発振フリップフロップとを含む。前記発振フリップフロップは、前記発振回路をトリガして前記発振電流を発生させ、例えば、少なくとも前記第１の発振電流と第２の発振電流を含む少なくとも二種の発振電流を発生させる。
本発明の別の好ましい実施形態では、前記周波数変換トリガ発振充電装置は、前記第１の充電装置と並列に接続されたエネルギー貯蔵環流手段と、前記エネルギー貯蔵環流手段と直列に接続された発振手段と、前記発振手段と並列に接続された発振フリップフロップとを含む。前記直列に接続されたエネルギー貯蔵環流手段と発振手段は、前記リチウムイオン電池と直列に接続されて、前記発振回路を形成し、前記発振フリップフロップは、前記発振回路をトリガして前記発振電流を発生させ、例えば、少なくとも前記第１の発振電流と第２の発振電流を含む少なくとも二種の発振電流を発生させる。
【００２５】
さらに、前記システムは、前記リチウムイオン電池の状態パラメータ（例えば、温度、ＳＯＣ、内部抵抗、電圧、サイズ、重量、タイプ、外見、構造、材料などのうちの一種又は複数種）に基づいて、前記リチウムイオン電池に少なくとも二種の発振電流、例えば、第１の発振電流と第２の発振電流を供給するように前記周波数変換トリガ発振充電装置を制御する制御装置をさらに含む。
好ましくは、前記制御装置が、前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて、前記リチウムイオン電池に第１の発振電流と第２の発振電流を供給するように前記周波数変換トリガ発振充電装置を制御することは、前記制御装置が前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて充電パラメータを決定することと、前記充電パラメータに基づいて前記リチウムイオン電池に前記第１の発振電流と第２の発振電流を供給することとを含む。前記制御装置が前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて充電パラメータを決定することは、予め記憶された様々な温度及びＳＯＣでの充電パラメータセットから、前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに対応する充電パラメータを探し出すことを含むことができる。また、前記充電パラメータは、第２の発振電流の周波数範囲、第１の発振電流の持続時間及び充電電流振幅を含む。前記第１の発振電流の周波数は、前記第２の発振電流の周波数範囲の上限以上である。
【００２６】
好ましくは、前記第２の発振電流の周波数範囲は、前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて決定されるものである。具体的には、前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて第２の発振電流の周波数範囲を決定することは、前記リチウムイオン電池の異なる温度及びＳＯＣでの所定の周波数範囲（例えば、０Ｈｚ〜１０００ｋＨｚ、具体的には、０．０１Ｈｚ〜１００ｋＨｚ）での電気化学インピーダンススペクトロスコピーに基づいて、ＳＯＣが第１の値（０〜１００％から選択でき、例えば、１０％）である電気化学インピーダンススペクトロスコピーの曲線群において、横軸に平行で第１の温度（−７０〜１００℃から選択でき、例えば、０℃）での電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線と縦軸の交点を通る直線と各異なる温度での電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線との低周波領域での交点に対応する周波数値が、該温度での前記第２の発振電流の周波数範囲の下限ｆｃｄになり、前記直線と電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線との高周波領域での交点が、前記第２の発振電流の周波数範囲の上限ｆｇになり、前記第２の発振電流の周波数範囲がｆｃｄ〜ｆｇになることを含むことができる。また、前記第１の発振電流の持続時間と前記第２の発振電流の周波数範囲の上限ｆｇは、Ｔ２＝ｎ／ｆｇの関係を満たし、ここで、Ｔ２は前記第１の発振電流の持続時間を表し、ｎは０以上の整数である。
【００２７】
また、前記制御装置が、前記充電パラメータに基づいて、前記リチウムイオン電池に第１の発振電流と第２の発振電流を供給するように前記周波数変換トリガ発振充電装置を制御することは、前記リチウムイオン電池の表面温度に基づいて前記第１の発振電流の持続時間を調整し、かつ前記充電電流振幅を増加させることと、前記リチウムイオン電池の表面温度が第１の温度、例えば０℃よりも大きくなると、前記第１の発振電流の持続時間をそのまま保持し、前記充電電流振幅を増加させることと、前記リチウムイオン電池の端子電圧が充電電圧の上限に達すると、充電が終了するまで前記充電電流振幅を減少させることとを含むことができる。
好ましくは、前記制御装置が前記リチウムイオン電池の表面温度に基づいて前記第１の発振電流の持続時間を調整することは、前記リチウムイオン電池の最低表面温度が第１の温度、例えば０℃以上になると、Ｔ２＝ｎ／ｆｇのｎの値を０にし、前記リチウムイオン電池の最低表面温度が所定の温度、例えば、１０℃低下することに、Ｔ２＝ｎ／ｆｇのｎの値を１増加させることを含む。
【００２８】
好ましくは、前記発振フリップフロップの発振トリガ信号のパルス幅と前記第２の発振電流の周波数範囲の上限ｆｇは、Ｔ０＝ｋ／ｆｇの関係を満たし、ここで、Ｔ０は前記発振トリガ信号のパルス幅を表し、ｋは０よりも大きく１以下の実数である。また、前記第１の発振電流の持続時間Ｔ２と前記発振トリガ信号のパルス幅Ｔ０は、Ｔ２＝ｎＴ０／ｋの関係を満たし、ここで、ｎは０以上の整数である。したがって、前記制御装置が前記リチウムイオン電池の表面温度に基づいて前記第１の発振電流の持続時間を調整することは、前記発振トリガ信号を調整する（例えば、前記発振トリガ信号の個数を調整する）ことにより、前記第１の発振電流の持続時間を調整することを含むことができる。
第６の形態によれば、本発明の実施形態は、負荷とリチウムイオン電池との間に接続された周波数変換トリガ発振放電装置を含むリチウムイオン電池の放電システムを提供する。前記周波数変換トリガ発振放電装置は、リチウムイオン電池自体のインピーダンス特性で発振回路を構成することにより、前記リチウムイオン電池を、該発振回路で発生した発振電流の形態で放電させ、例えば、前記周波数変換トリガ発振放電装置は、前記リチウムイオン電池を、少なくとも二種の発振電流の形態で放電させ、前記少なくとも二種の発振電流のうち少なくとも一種の発振電流の周波数は他の発振電流よりも高い。
【００２９】
本発明の一つの好ましい実施形態では、前記周波数変換トリガ発振放電装置は、前記負荷と並列に接続されたエネルギー貯蔵環流手段と、前記リチウムイオン電池と並列に接続されて前記発振回路を形成する発振手段と、前記エネルギー貯蔵環流手段と発振手段との間に接続された発振フリップフロップとを含む。前記発振フリップフロップは、前記発振回路をトリガして前記発振電流を発生させ、例えば、前記少なくとも二種の発振電流を発生させる。
本発明の別の好ましい実施形態では、前記周波数変換トリガ発振放電装置は、負荷と並列に接続されたエネルギー貯蔵環流手段と、前記エネルギー貯蔵環流手段と直列に接続された発振手段と、前記発振手段と並列に接続された発振フリップフロップとを含む。前記直列に接続されたエネルギー貯蔵環流手段と発振手段は、前記リチウムイオン電池と直列に接続されて、前記発振回路を形成し、前記発振フリップフロップは、前記発振回路をトリガして前記発振電流を発生させ、例えば、前記少なくとも二種の発振電流を発生させる。
【００３０】
さらに、前記システムは、前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて、前記リチウムイオン電池を前記少なくとも二種の発振電流の形態で放電させるように前記周波数変換トリガ発振放電装置を制御する制御装置をさらに含み、前記少なくとも二種の発振電流は少なくとも第１の発振電流と第２の発振電流を含み、前記第１の発振電流の周波数が前記第２の発振電流の周波数よりも高い。前記制御装置が、前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて、前記リチウムイオン電池を前記少なくとも二種の発振電流の形態で放電させるように前記周波数変換トリガ発振放電装置を制御することは、前記制御装置が前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて放電パラメータを決定することと、前記放電パラメータに基づいて前記リチウムイオン電池を第１の発振電流と第２の発振電流の形態で放電させることとを含むことができる。好ましくは、前記制御装置が前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて放電パラメータを決定することは、予め記憶された様々な温度及びＳＯＣでの放電パラメータセットから、前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに対応する放電パラメータを探し出すことを含む。前記放電パラメータは、第２の発振電流の周波数範囲及び第１の発振電流の持続時間を含むことができる。また、前記第１の発振電流の周波数は前記第２の発振電流の周波数範囲の上限以上である。
【００３１】
好ましくは、前記第２の発振電流の周波数範囲は、前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて決定されるものである。具体的には、前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて第２の発振電流の周波数範囲を決定することは、前記リチウムイオン電池の異なる温度及びＳＯＣでの所定の周波数範囲（０Ｈｚ〜１０００ｋＨｚ、例えば、０．０１Ｈｚ〜１００ｋＨｚ）での電気化学インピーダンススペクトロスコピーに基づいて、ＳＯＣが第２の値（０〜１００％のうちの任意の値、例えば、９０％）である電気化学インピーダンススペクトロスコピーの曲線群において、横軸に平行で第２の温度（−７０〜１００℃のうちの任意の値、例えば、−２０℃）での電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線と縦軸の交点を通る直線と各異なる温度での電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線との低周波領域での交点に対応する周波数値が、該温度での前記第２の発振電流の周波数範囲の下限ｆｄｄになり、ＳＯＣが第１の値（０〜１００％で第２の値よりも小さい任意の値、例えば、１０％）である電気化学インピーダンススペクトロスコピーの曲線群において、横軸に平行で第１の温度（−７０〜１００℃で第２の温度よりも大きい任意の値、例えば、０℃）での電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線と縦軸の交点を通る直線と電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線との高周波領域での交点が、前記第２の発振電流の周波数範囲の上限ｆｇになることにより、前記第２の発振電流の周波数範囲がｆｄｄ〜ｆｇになることを含むことができる。また、前記第１の発振電流の持続時間と前記第２の発振電流の周波数範囲の上限ｆｇは、Ｔ２＝ｎ／ｆｇの関係を満たし、ここで、Ｔ２は前記第１の発振電流の持続時間を表し、ｎは０以上の整数である。また、前記制御装置が前記放電パラメータに基づいて、前記リチウムイオン電池を第１の発振電流と第２の発振電流の形態で放電させるように前記周波数変換トリガ発振放電装置を制御することは、前記リチウムイオン電池の表面温度に基づいて前記第１の発振電流の持続時間を調整し、具体的には、前記リチウムイオン電池の最低表面温度が第１の温度、例えば０℃以上になると、Ｔ２＝ｎ／ｆｇのｎの値を０にし、前記リチウムイオン電池の最低表面温度が所定の温度、例えば、１０℃低下することに、Ｔ２＝ｎ／ｆｇのｎの値を１増加させることを含む。
【００３２】
好ましくは、前記発振フリップフロップの発振トリガ信号のパルス幅と前記第２の発振電流の周波数範囲の上限ｆｇは、Ｔ０＝ｋ／ｆｇの関係を満たし、ここで、Ｔ０は前記発振トリガ信号のパルス幅を表し、ｋは０よりも大きく１以下の実数である。また、前記第１の発振電流の持続時間Ｔ２と前記発振トリガ信号のパルス幅Ｔ０は、Ｔ２＝ｎＴ０／ｋの関係を満たし、ここで、ｎは０以上の整数である。したがって、前記制御装置が前記リチウムイオン電池の表面温度に基づいて前記第１の発振電流の持続時間を調整することは、前記発振トリガ信号を調整する（例えば、前記発振トリガ信号の個数を調整する）ことにより、前記第１の発振電流の持続時間を調整することを含むことができる。
第７の形態によれば、本発明の実施形態は、コンピュータ可読命令（又はプログラム）及びデータが記憶されたメモリと、前記コンピュータ可読命令（又はプログラム）を実行することにより第３の形態に記載の方法の一部又は全部の動作（又は処理又はステップ）を実行するプロセッサとを含むリチウムイオン電池の充電調整制御のための制御装置を提供する。
【００３３】
第８の形態によれば、本発明の実施形態は、コンピュータ可読命令（又はプログラム）及びデータが記憶されたメモリと、前記コンピュータ可読命令（又はプログラム）を実行することにより第４の形態に記載の方法の一部又は全部の動作（又は処理又はステップ）を実行するプロセッサとを含むリチウムイオン電池の放電調整制御のための制御装置を提供する。
第９の形態によれば、本発明の実施形態は、第１の充電装置を提供することと、リチウムイオン電池を提供することと、前記第１の充電装置と前記リチウムイオン電池との間に周波数変換トリガ発振充電装置を設けることとを含むリチウムイオン電池充電システムの製造方法を提供する。前記周波数変換トリガ発振充電装置は、前記リチウムイオン電池のインピーダンス特性で発振回路を構成することにより、発振電流を発生させ、前記周波数変換トリガ発振充電装置は、前記発振電流を用いて前記リチウムイオン電池を充電し、例えば、前記周波数変換トリガ発振充電装置は、前記少なくとも二種の発振電流を用いて前記リチウムイオン電池を充電し、前記少なくとも二種の発振電流のうち少なくとも一種の発振電流の周波数は他の発振電流よりも高い。
【００３４】
本発明の一つの好ましい実施形態では、前記第１の充電装置と前記リチウムイオン電池との間に周波数変換トリガ発振充電装置を設けることは、エネルギー貯蔵環流手段を提供し、前記エネルギー貯蔵環流手段を前記第１の充電装置と並列に接続することと、発振手段を提供し、該発振手段を前記リチウムイオン電池と並列に接続して前記発振回路を形成することと、発振フリップフロップを提供し、前記発振フリップフロップを前記エネルギー貯蔵環流手段と発振手段との間に接続することとを含む。前記発振フリップフロップは、前記発振電流を発生させるように前記発振回路をトリガする。
本発明の別の好ましい実施形態では、前記第１の充電装置と前記リチウムイオン電池との間に周波数変換トリガ発振充電装置を設けることは、エネルギー貯蔵環流手段を提供し、前記エネルギー貯蔵環流手段を前記第１の充電装置と並列に接続することと、前記エネルギー貯蔵環流手段と直列に接続された発振手段を提供し、前記直列に接続されたエネルギー貯蔵環流手段と発振手段を前記リチウムイオン電池と直列に接続して前記発振回路を形成することと、発振フリップフロップを提供し、前記発振フリップフロップを前記発振手段と並列に接続することとを含む。前記発振フリップフロップは、前記発振電流を発生させるように前記発振回路をトリガする。
【００３５】
さらに、前記方法は、前記リチウムイオン電池の状態パラメータに基づいて、前記リチウムイオン電池に前記発振電流を供給するように前記周波数変換トリガ発振充電装置を制御する制御装置を提供することをさらに含むことができ、前記制御方法は上記調整制御方法と同じであり、ここで繰り返し説明しない。
第１０の形態によれば、本発明の実施形態は、リチウムイオン電池を提供することと、負荷と前記リチウムイオン電池との間に周波数変換トリガ発振放電装置を設けることとを含むリチウムイオン電池放電システムの製造方法を提供する。前記周波数変換トリガ発振放電装置は、前記リチウムイオン電池のインピーダンス特性で発振回路を構成することにより、発振電流を発生させ、前記周波数変換トリガ発振放電装置は、前記リチウムイオン電池を前記発振電流の形態で放電させ、例えば、前記周波数変換トリガ発振放電装置は、前記リチウムイオン電池を前記少なくとも二種の発振電流の形態で放電させ、前記少なくとも二種の発振電流のうち少なくとも一種の発振電流の周波数は他の発振電流よりも高い。
【００３６】
本発明の一つの好ましい実施形態では、負荷と前記リチウムイオン電池との間に周波数変換トリガ発振放電装置を設けることは、エネルギー貯蔵環流手段を提供し、前記エネルギー貯蔵環流手段を前記負荷と並列に接続することと、発振手段を提供し、該発振手段を前記リチウムイオン電池と並列に接続して前記発振回路を形成することと、発振フリップフロップを提供し、前記発振フリップフロップを前記エネルギー貯蔵環流手段と発振手段との間に接続することとを含む。前記発振フリップフロップは、前記発振電流を発生させるように前記発振回路をトリガする。
本発明の別の好ましい実施形態では、負荷と前記リチウムイオン電池との間に周波数変換トリガ発振放電装置を設けることは、エネルギー貯蔵環流手段を提供し、前記エネルギー貯蔵環流手段を負荷と並列に接続することと、前記エネルギー貯蔵環流手段と直列に接続された発振手段を提供し、前記直列に接続されたエネルギー貯蔵環流手段と発振手段を前記リチウムイオン電池と直列に接続して前記発振回路を形成することと、発振フリップフロップを提供し、前記発振フリップフロップを前記発振手段と並列に接続することとを含む。前記発振フリップフロップは、前記発振電流を発生させるように前記発振回路をトリガする。
【００３７】
さらに、前記方法は、前記リチウムイオン電池の状態パラメータに基づいて、前記リチウムイオン電池を前記発振電流の形態で放電させるように前記周波数変換トリガ発振放電装置を制御する制御装置を提供することをさらに含むことができ、前記制御方法は上記調整制御方法と同じであり、ここで繰り返し説明しない。
本発明の上記各形態の様々な異なる実施形態によれば、リチウムイオン電池（電池セル及び電池パックを含む）の充電、放電過程では、従来の充電装置／負荷側の充電、放電電流が直流電流であり、リチウムイオン電池が発振電流で充電、放電を行うことにより、リチウムイオン電池の直流充電、放電を回避し、リチウムイオン電池の分極、リチウム析出をなくし、リチウムイオン電池のサービス寿命を延長し、リチウムイオン充電閾値電圧を高め、リチウムイオン電池の充電量を増加させ、周波数のより高い別の発振電流でリチウムイオン電池の内部加熱を行い、電池の内部の温度上昇値を制御し、リチウムイオン電池の温度適用範囲を広げる。
以下、本発明の実施形態の各形態、特徴、利点などについて、図面を参照しながら具体的に説明する。以下で図面を参照しながら具体的に説明することにより、本発明の上記形態、特徴、利点などはより明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
本発明の各実施形態の技術的解決手段をより明らかに説明するために、以下、実施形態の記載に必要な図面について簡単に紹介し、明らかに、以下の記載での図面は、本発明のいくつかの実施形態に過ぎず、当業者にとって、創造的労働をすることなく、これらの図面から他の図面を得ることもできる。
【図１】本発明の実施例１に係るリチウムイオン電池の充電システムのブロック図である。
【図２】本発明の実施例２に係るリチウムイオン電池の充電システムのブロック図である。
【図３】本発明の実施例３に係るリチウムイオン電池の充電システムのブロック図である。
【図４ａ】本発明の実施形態に係るリチウムイオン電池の充電システムにおける発振フリップフロップの異なる接続方法を示す。
【図４ｂ】本発明の実施形態に係るリチウムイオン電池の充電システムにおける発振フリップフロップの異なる接続方法を示す。
【図５】本発明の実施例４に係るリチウムイオン電池の充電システムのブロック図である。
【図６】本発明の実施形態に係るリチウムイオン電池のＳＯＣ＝１０％の電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線を示す。
【図７】本発明の実施例５に係るリチウムイオン電池の放電システムのブロック図である。
【図８】本発明の実施例６に係るリチウムイオン電池の放電システムのブロック図である。
【図９】本発明の実施例７に係るリチウムイオン電池の放電システムのブロック図である。
【図１０ａ】本発明の実施形態に係るリチウムイオン電池の放電システムにおける発振フリップフロップの異なる接続方法を示す。
【図１０ｂ】本発明の実施形態に係るリチウムイオン電池の放電システムにおける発振フリップフロップの異なる接続方法を示す。
【図１１】本発明の実施例８に係るリチウムイオン電池の放電システムのブロック図である。
【図１２】本発明の実施形態に係るリチウムイオン電池のＳＯＣ＝９０％の電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線を示す。
【図１３】本発明の実施例９に係るリチウムイオン電池の充放電システムのブロック図である。
【図１４ａ】本発明の実施形態に係るリチウムイオン電池の充放電システムにおける発振フリップフロップの異なる接続方法を示す。
【図１４ｂ】本発明の実施形態に係るリチウムイオン電池の充放電システムにおける発振フリップフロップの異なる接続方法を示す。
【図１４ｃ】本発明の実施形態に係るリチウムイオン電池の充放電システムにおける発振フリップフロップの異なる接続方法を示す。
【図１５】本発明の実施形態におけるリチウムイオン電池の固有インピーダンス特性の概略図である。
【図１６ａ】本発明の実施形態におけるリチウムイオン電池の固有インピーダンス特性を含有する周波数変換トリガ発振充放電回路の概略図である。
【図１６ｂ】本発明の実施形態におけるリチウムイオン電池の固有インピーダンス特性を含有する周波数変換トリガ発振充放電回路の概略図である。
【図１７】本発明の実施形態におけるリチウムイオン電池の異なる温度でのインピーダンススペクトロスコピーの概略図である。
【図１８】本発明の実施形態に係るリチウムイオン電池の充放電のための発振回路を示す。
【図１９】本発明の実施形態におけるトリガ発振を制御するタイミングの概略図である。
【図２０】本発明の実施形態における中間周波双方向発振電流と高周波発振電流の波形の概略図である。
【図２１】本発明の実施形態におけるリチウムイオン電池の充電過程を調整制御する方法の概略流れ図である。
【図２２】本発明の実施形態におけるリチウムイオン電池の放電過程を調整制御する方法の概略流れ図である。
【図２３】本発明の実施例１０に従ってリチウムイオン電池の中間周波双方向発振充電電流の周波数範囲の下限を決定する概略流れ図である。
【図２４】本発明の実施例１０に従ってリチウムイオン電池の中間周波双方向発振放電電流の周波数範囲の下限を決定する概略流れ図である。
【図２５】本発明の実施例１０に従ってリチウムイオン電池の中間周波双方向発振充放電電流の周波数範囲の上限を決定する概略流れ図である。
【図２６ａ】応用例１における三元系リチウムイオン電池の２５℃の温度環境及び周波数範囲０．０１Ｈｚ〜１００ｋＨｚでの電気化学インピーダンススペクトロスコピーを示す。
【図２６ｂ】応用例１における三元系リチウムイオン電池の０℃の温度環境及び周波数範囲０．０１Ｈｚ〜１００ｋＨｚでの電気化学インピーダンススペクトロスコピーを示す。
【図２６ｃ】応用例１における三元系リチウムイオン電池の−１０℃の温度環境及び周波数範囲０．０１Ｈｚ〜１００ｋＨｚでの電気化学インピーダンススペクトロスコピーを示す。
【図２６ｄ】応用例１における三元系リチウムイオン電池の−２５℃の温度環境及び周波数範囲０．０１Ｈｚ〜１００ｋＨｚでの電気化学インピーダンススペクトロスコピーを示す。
【図２７ａ】応用例１における三元系リチウムイオン電池の−１０℃の温度環境での中間周波双方向発振電流と高周波発振電流の周波数範囲を示す。
【図２７ｂ】応用例１における三元系リチウムイオン電池の−２５℃の温度環境での中間周波双方向発振電流と高周波発振電流の周波数範囲を示す。
【図２８】応用例１における実施例３に従って構築された周波数変換トリガ発振充電回路を示す。
【図２９】図２８の分流器を通過する電流の波形を示す。
【図３０】応用例１における充電過程の温度上昇過程を示す。
【図３１ａ】応用例２における本発明の実施形態に係る発振充電／直流放電回路を示す。
【図３１ｂ】応用例２における比較用の従来の直流充電／直流放電回路を示す。
【図３２ａ】応用例２における中間周波双方向発振正方向電流振幅、反方向電流振幅、トリガパルス幅を示す。
【図３２ｂ】応用例２における中間周波双方向発振充電サイクルを示す。
【図３３ａ】応用例２における発振充電と従来の充電のサイクル回数の比較を示す。
【図３３ｂ】応用例２における発振充電と従来の充電の温度上昇値の比較を示す。
【図３４ａ】応用例３における本発明の実施形態に係る直流充電／発振放電回路を示す。
【図３４ｂ】応用例３における比較用の従来の直流充電／直流放電回路を示す。
【図３５ａ】応用例３における発振放電と直流放電のサイクル回数の比較を示す。
【図３５ｂ】応用例３における発振放電と直流放電の温度制御の比較を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
本発明の各実施形態によれば、本発明のリチウムイオン電池の充放電システム、制御装置及び関連方法では、リチウムイオン電池自体のインピーダンス特性で構成された発振回路により発振電流を発生させ、リチウムイオン電池の状態パラメータに基づいて、前記発振電流を用いて前記リチウムイオン電池を充電する。例えば、リチウムイオン電池の状態パラメータに基づいて、少なくとも二種の発振電流を用いて前記リチウムイオン電池を充電し、前記少なくとも二種の発振電流のうち少なくとも一種の発振電流の周波数は他の発振電流よりも高い。以下、第１の発振電流と第２の発振電流を例にして本発明の技術的解決手段を説明し、当業者であれば、本明細書で使用される単語「第１の」、「第２の」は二種の発振電流を区別することを意図し、発振電流の数を制限することを意図するものではないと理解すべきである。また、リチウムイオン電池の状態パラメータも、後述する温度及びＳＯＣに制限されるものではなく、電圧、内部抵抗などであってもよく、サイズ、重量、タイプ、外見、構造、材料などであってもよい。
本発明の明細書及び特許請求の範囲並びに上記図面に記述されるいくつかの方法には、一定の順に記述される複数の動作を含むが、当業者であれば、これらの動作は必ずしもそれらが本明細書で現れる前後順に実行されるか又は並列実行されることではなく、動作の番号は各動作を区別するものに過ぎず、番号自体は任意の実行順序を代表しないと理解すべきである。
【００４０】
本発明の技術的解決手段の各形態、特徴及び利点を容易に理解するために、以下、図面を参照しながら本発明を具体的に説明する。以下の各実施例は例を挙げて説明するものに過ぎず、本発明の保護範囲を制限するためのものではないと理解すべきである。
（充電システム）
【実施例１】
【００４１】
図１は本発明の実施例１に係るリチウムイオン電池の充電システムを示す。前記リチウムイオン電池の充電システムは、第１の充電装置（前記第１の充電装置は、後述する周波数変換トリガ発振充電装置と区別するものに過ぎず、従来の充電装置１００であってもよく、他の任意の充電装置であってもよく、本明細書で従来の充電装置を例にして説明する）と、従来の充電装置１００とリチウムイオン電池３００との間に接続された周波数変換トリガ発振充電装置２００とを含むことができる。前記周波数変換トリガ発振充電装置２００は、前記リチウムイオン電池３００自体のインピーダンス特性で発振回路を構成することにより、該発振回路で発生した発振電流を用いてリチウムイオン電池を充電する。本発明の一つの実施形態では、前記周波数変換トリガ発振充電装置２００は、第１の発振電流と第２の発振電流を用いて前記リチウムイオン電池３００を充電し、第１の発振電流の周波数は第２の発振電流の周波数よりも高い。第１の発振電流は後述する高周波発振電流であり、第２の発振電流は後述する中間周波双方向発振電流である。例えば、中間周波双方向発振電流で充電を行い、電池の温度が０℃よりも小さい場合に高周波発振電流を加えて内部加熱を行い、電池の温度が０℃よりも大きくなるまで上昇する場合に、常に中間周波双方向発振電流を供給して充電を行う。本発明の別の実施形態では、電池の温度が常に０℃よりも大きくなる場合、常に中間周波双方向発振電流を用いて充電を行う。
従来の直流充電に対して、本実施例では中間周波発振電流を用いて充電を行うことにより、リチウムイオン電池の直流充電を回避し、リチウムイオン電池の分極、リチウム析出をなくし、リチウムイオン電池の耐用年数を延長し、リチウムイオン充電閾値電圧を高め、リチウムイオン電池の充電量を増加させ、高周波発振電流でリチウムイオン電池の内部加熱を行い、電池の内部の温度上昇値を制御し、リチウムイオン電池の温度適用範囲を広げる。
【実施例２】
【００４２】
図２は本発明の実施例２に係るリチウムイオン電池の充電システムを示す。本実施例では、前記システムは、同様に、従来の充電装置１００と、従来の充電装置１００とリチウムイオン電池３００との間に接続された周波数変換トリガ発振充電装置２００とを含み、前記周波数変換トリガ発振充電装置２００は、前記従来の充電装置と並列に接続されたエネルギー貯蔵環流手段２１１と、前記リチウムイオン電池３００と並列に接続されて発振回路を形成する発振手段２１２と、前記エネルギー貯蔵環流手段２１１と発振手段２１２との間に接続された発振フリップフロップＫとを含むことができる。前記発振フリップフロップＫは、前記第１の発振電流と第２の発振電流を発生させるように前記発振回路をトリガする。例えば、前記第１の発振電流と第２の発振電流を交互に前記リチウムイオン電池３００に提供して充電を行う。第１の発振電流は後述する高周波発振電流であり、第２の発振電流は後述する中間周波双方向発振電流である。例えば、中間周波双方向発振電流で充電を行い、電池の温度が０℃よりも小さくなる場合に高周波発振電流を加えて内部加熱を行い、電池の温度が０℃よりも大きくなるまで上昇する場合に、常に中間周波双方向発振電流を供給して充電を行う。本発明の別の実施形態では、電池の温度が常に０℃よりも大きくなる場合、常に中間周波双方向発振電流を用いて充電を行う。
【００４３】
本発明の実施例では、発振手段２１２は、コンデンサ、インダクタ、抵抗器などのうちの一つ又は複数で直並列接続方式により構成され、前記エネルギー貯蔵環流手段２１１は、コンデンサ、インダクタなどの受動又は能動エネルギー貯蔵部品のうちの一つ又は複数で直並列接続方式により構成される。発振回路の発振期間に、エネルギー貯蔵環流手段は、従来の充電装置に対してエネルギー貯蔵環流の役割を果たし、充電装置の出力電流をリップル率の要件を満たす直流電流に維持し、例えば、直流電流のリップル率が０．１％〜１０％の範囲にある。
【実施例３】
【００４４】
図３は本発明の実施例３に係るリチウムイオン電池の充電システムを示す。本実施例では、前記システムは同様に、従来の充電装置１００と、従来の充電装置１００とリチウムイオン電池３００との間に接続された周波数変換トリガ発振充電装置２００とを含み、前記周波数変換トリガ発振充電装置２００は、前記従来の充電装置と並列に接続されたエネルギー貯蔵環流手段２１１と、前記エネルギー貯蔵環流手段２１１と直列に接続された発振手段２１２と、前記発振手段２１２と並列に接続された発振フリップフロップＫとを含むことができる。前記直列に接続されたエネルギー貯蔵環流手段２１１と発振手段２１２は、前記リチウムイオン電池３００と直列に接続されて発振回路を形成し、前記発振フリップフロップＫは、前記第１の発振電流と第２の発振電流を発生させるように前記発振回路をトリガする。例えば、前記第１の発振電流と第２の発振電流を交互に前記リチウムイオン電池３００に提供して充電を行う。第１の発振電流は後述する高周波発振電流であり、第２の発振電流は後述する中間周波双方向発振電流である。例えば、中間周波双方向発振電流で充電を行い、電池の温度が０℃よりも小さくなる場合に高周波発振電流を加えて内部加熱を行い、電池の温度が０℃よりも大きくなるまで上昇する場合に、常に中間周波双方向発振電流を供給して充電を行う。本発明の別の実施形態では、電池の温度が常に０℃よりも大きくなる場合、常に中間周波双方向発振電流を用いて充電を行う。
【００４５】
本発明の実施例では、発振手段２１２は、コンデンサ、インダクタ、抵抗器などのうちの一つ又は複数で直並列接続方式により構成され、前記エネルギー貯蔵環流手段２１１は、コンデンサ、インダクタなどの受動又は能動エネルギー貯蔵部品のうちの一つ又は複数で直並列接続方式により構成される。発振回路の発振期間に、エネルギー貯蔵環流手段は、従来の充電装置に対してエネルギー貯蔵環流の役割を果たし、充電装置の出力電流をリップル率の要件を満たす直流電流に維持し、例えば、直流電流のリップル率が０．１〜１０％の範囲にある。
本発明の上記と下記の充電システムの各実施例では、前記発振フリップフロップＫは、ＭＯＳＦＥＴ（金属‐酸化物半導体電界効果トランジスタ）、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）、トランジスタなどの能動スイッチデバイスを用いることができる。本発明の好ましい実施形態では、発振フリップフロップＫは、発振回路の出力の正極又は負極に直列に接続され、能動スイッチがオフになると、発振し始めるように発振回路をトリガする。能動スイッチデバイスＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴなどに逆並列ダイオードが存在することを考慮するため、リチウムイオン電池発振回路を具体的に構築すると、リチウムイオン電池充電システムでは、発振フリップフロップは図４ａと図４ｂに示す構造を有することができ、ここで、Ｋｃは充電用発振フリップフロップを表す。
【００４６】
当業者であれば、以上の実施例１〜３は第１の発振電流と第２の発振電流を例にして説明するものに過ぎず、もちろん、本発明はこれに制限されるものではなく、二種よりも多い発振電流を用いて充電を行うこともでき、例えば、三種、四種、五種の異なる周波数の発振電流を用いて充電を行うことができると理解すべきである。
【実施例４】
【００４７】
図５に示すように、本実施例と実施例１〜３の違いとしては、前記システムは、前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて、前記リチウムイオン電池３００に第１の発振電流と第２の発振電流を供給するように前記周波数変換トリガ発振充電装置２００を制御する制御装置４００をさらに含む。具体的には、前記制御装置４００は、前記リチウムイオン電池３００の温度及びＳＯＣに基づいて充電パラメータを決定し、前記充電パラメータに基づいて前記リチウムイオン電池３００に前記第１の発振電流と第２の発振電流を交互に供給する。例えば、予め記憶された様々な温度及びＳＯＣでの充電パラメータセットから、前記リチウムイオン電池３００の温度及びＳＯＣに対応する充電パラメータを探し出す。前記充電パラメータは、第２の発振電流の周波数範囲、第１の発振電流の持続時間及び充電電流振幅のうちの一種又は複数種を含む。前記第１の発振電流の周波数は前記第２の発振電流の周波数範囲の上限よりも大きい。
【００４８】
好ましくは、前記第２の発振電流の周波数範囲は、前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて決定されるものである。例えば、電気化学ワークステーションを用いて、リチウムイオン電池の異なる温度及びＳＯＣでの所定の周波数範囲が０．０１Ｈｚ〜１００ｋＨｚの電気化学インピーダンススペクトロスコピーを測定し、ＳＯＣ＝１０％の電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線において、横軸に平行で０℃での電気化学インピーダンススペクトロスコピーと縦軸の交点を通る直線（例えば、図６のＡ−Ｄ線）を描き、全ての温度が０℃よりも小さいインピーダンススペクトル線と該平行線との低周波領域での交点に対応する周波数値ｆｃｄは、該温度での対応するリチウムイオン電池の発振充電トリガ周波数の下限である。例えば、図６の−１０℃でのインピーダンススペクトル線と平行線Ａ−Ｄとの交点Ｂに対応するｆｃｄ１＝２．３Ｈｚであり、−２０℃でのインピーダンススペクトル線と平行線Ａ−Ｄとの交点Ｃに対応するｆｃｄ２＝１０Ｈｚであり、これは、温度が−１０℃と−２０℃の条件で、該リチウムイオン電池の第２の発振電流（高デューティサイクル中間周波双方向発振電流）の充電トリガ周波数の下限がそれぞれ２．３Ｈｚと１０Ｈｚであることを示す。また、電気化学インピーダンススペクトロスコピーの曲線群において、横軸に平行で０℃での電気化学インピーダンススペクトロスコピーと縦軸の交点を通る直線（例えば、図６のＡ−Ｄ線）を描き、該平行線上の高周波領域での交点に対応する周波数値ｆｇは、前記リチウムイオン電池の高デューティサイクル中間周波双方向発振充放電電流の周波数範囲の上限である。例えば、図６のインピーダンススペクトル線と平行線Ａ−Ｄの交点Ｄに対応するｆｇ＝７ｋＨｚであり、該リチウムイオン電池の高デューティサイクル中間周波双方向発振充電電流（つまり第２の発振電流）の周波数範囲の上限は７ｋＨｚである。
【００４９】
したがって、充電過程で、第２の発振電流の周波数範囲はｆｃｄ〜ｆｇに決定される。充電過程で、本発明の実施形態に記載の中間周波はｆｃｄ〜ｆｇの間にある周波数であり、本発明の実施形態に記載の高周波はｆｇよりも高い周波数であり、即ち、第２の発振電流は中間周波双方向発振電流であり、第１の発振電流は高周波発振電流である。
また、前記第１の発振電流の持続時間と前記第２の発振電流の周波数範囲の上限ｆｇは、Ｔ２＝ｎ／ｆｇの関係を満たし、ここで、Ｔ２は前記第１の発振電流の持続時間を表し、ｎは０以上の整数である。
前記制御装置４００が前記充電パラメータに基づいて、前記リチウムイオン電池３００に第１の発振電流と第２の発振電流を交互に供給するように前記周波数変換トリガ発振充電装置２００を制御することは、前記リチウムイオン電池の表面温度に基づいて前記第１の発振電流の持続時間を調整し、かつ前記充電電流振幅、例えば、第２の発振電流振幅を増加させることと、前記リチウムイオン電池の表面温度が０℃よりも大きくなると、前記第１の発振電流の持続時間をそのまま保持し、前記第２の発振電流振幅を増加させることと、前記リチウムイオン電池の端子電圧が充電電圧の上限に達すると、充電が終了するまで前記第２の発振電流振幅を減少させることとを含むことができる。
【００５０】
前記制御装置４００が前記リチウムイオン電池の表面温度に基づいて前記第１の発振電流の持続時間を調整することは、前記リチウムイオン電池の最低表面温度が０℃以上になると、Ｔ２＝ｎ／ｆｇのｎの値を０にし、前記リチウムイオン電池の最低表面温度が１０℃低下することに、Ｔ２＝ｎ／ｆｇのｎの値を１増加させることを含み、即ち、リチウムイオン電池の最低表面温度が０〜−１０℃の間にある場合、ｎ＝１になり、リチウムイオン電池の最低表面温度が−１０〜−２０℃の間にある場合、ｎ＝２になり、リチウムイオン電池の最低表面温度が−２０〜−３０℃の間にある場合、ｎ＝３になる。もちろん、当業者であれば、本発明はこれに制限されるものではなく、前記リチウムイオン電池の最低表面温度が５℃、８℃、９℃又は１１℃など低下することにＴ２＝ｎ／ｆｇのｎの値を１増加させる方式を用いてもよいと理解すべきである。
充電の最大電流振幅は充電電圧の上限によって制限され、電池の表面温度が０℃以上になる場合、充電電圧の上限は常温でのリチウムイオン電池の充電電圧の上限Ｕ０    ＭＡＸであり、電池の表面が０℃よりも小さくなる場合、充電電圧の上限は適当に低下すべきであり、その値はＵｄ    ＭＡＸ＝Ｕ０    ＭＡＸ＋０．０１・Ｔ（Ｖ／℃）であり、Ｔの値の範囲は０〜−３０℃であり、それにより低温充電時のリチウムイオン析出を防止する。充電過程で、ＢＭＳ又はトリガ制御器によってＩｄを調整することにより、電池の端子電圧は≦Ｕｄ    ＭＡＸになる。
【００５１】
なお、前記発振フリップフロップＫの発振トリガ信号のパルス幅Ｔ０と前記第２の発振電流の周波数範囲の上限ｆｇは、Ｔ０＝ｋ／ｆｇの関係を満たし、ここで、０＜ｋ≦１である。また、前記第１の発振電流の持続時間Ｔ２と前記発振トリガ信号のパルス幅Ｔ０は、Ｔ２＝ｎＴ０／ｋの関係を満たし、ここで、ｎは０以上の整数である。したがって、本発明の別の好ましい実施形態では、前記制御装置が前記リチウムイオン電池の表面温度に基づいて前記第１の発振電流の持続時間を調整することは、前記発振トリガ信号を調整することにより、前記第１の発振電流の持続時間を調整することを含むことができる。
本発明の好ましい実施形態では、前記制御装置４００は、電池管理システム（ＢＭＳ）又は独立したトリガ制御器である。
【００５２】
当業者であれば、以上はリチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて充電制御を行うことを例にして説明するものに過ぎず、本発明はこれに制限されるものではなく、リチウムイオン電池の他の状態パラメータ、例えば電圧、内部抵抗に基づいて充電制御を行うこともできると理解すべきである。また、本発明の電気化学インピーダンススペクトロスコピーの周波数範囲、ＳＯＣ、温度の高さも上記実施例に記載の具体的な値に制限されるものではなく、前記具体的な値は例を挙げて説明するものに過ぎない。当業者は、実際の状況に合わせて適当に設定することができ、例えば、０．０２Ｈｚ〜９９ｋＨｚの周波数範囲内に、ＳＯＣが２０％の電気化学インピーダンススペクトロスコピーの曲線群において、５℃での電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線と縦軸の交点を通り横軸に平行な直線により、第２の発振電流の周波数範囲を決定することができる。
（放電システム）
【実施例５】
【００５３】
図７は本発明の実施例５に係るリチウムイオン電池の放電システムを示す。前記システムは、負荷５００とリチウムイオン電池３００との間に接続された周波数変換トリガ発振放電装置６００を含む。前記周波数変換トリガ発振放電装置６００は、リチウムイオン電池３００自体のインピーダンス特性で発振回路を構成することにより、前記リチウムイオン電池３００を、該発振回路で発生した発振電流の形態で放電させ、即ち前記発振電流を負荷５００に供給する。本発明の一つの実施形態では、前記周波数変換トリガ発振放電装置６００は、前記リチウムイオン電池３００を第１の発振電流と第２の発振電流の形態で放電させ、第１の発振電流の周波数は第２の発振電流の周波数よりも高い。前記第１の発振電流は高周波発振電流であり、前記第２の発振電流は中間周波双方向発振電流である。例えば、中間周波双方向発振電流で放電を行い、電池の温度が０℃よりも小さくなる場合に高周波発振電流で内部加熱を行い、電池の温度が０℃よりも大きくなるまで上昇する場合に、常に中間周波双方向発振電流で放電する。本発明の別の実施形態では、電池の温度が常に０℃よりも大きくなる場合、常に中間周波双方向発振電流で放電を行う。
【実施例６】
【００５４】
図８は本発明の実施例６に係るリチウムイオン電池の放電システムを示す。前記システムは、負荷５００とリチウムイオン電池３００との間に接続された周波数変換トリガ発振放電装置６００を含む。前記周波数変換トリガ発振放電装置６００は、前記負荷５００と並列に接続されたエネルギー貯蔵環流手段６１１と、前記リチウムイオン電池３００と並列に接続されて発振回路を形成する発振手段６１２と、前記エネルギー貯蔵環流手段６１１と発振手段６１２との間に接続された発振フリップフロップＫとを含む。前記発振フリップフロップＫは、前記第１の発振電流と第２の発振電流を発生させるように前記発振回路をトリガする。したがって、例えば、前記リチウムイオン電池３００を、第１の発振電流と第２の発振電流の形態で交互に放電させ、即ち前記発振電流を負荷５００に供給する。例えば、中間周波双方向発振電流で放電を行い、電池の温度が０℃よりも小さくなる場合に高周波発振電流で放電することにより内部加熱を行い、電池の温度が０℃よりも大きくなるまで上昇する場合に、常に中間周波双方向発振電流で放電を行う。本発明の別の実施形態では、電池の温度が常に０℃よりも大きくなる場合、常に中間周波双方向発振電流で放電を行う。
【実施例７】
【００５５】
図９は本発明の実施例７に係るリチウムイオン電池の放電システムを示す。前記システムは、負荷５００とリチウムイオン電池３００との間に接続された周波数変換トリガ発振放電装置６００を含む。前記周波数変換トリガ発振放電装置６００は、前記負荷５００と並列に接続されたエネルギー貯蔵環流手段６１１と、前記エネルギー貯蔵環流手段６１１と直列に接続された発振手段６１２と、前記発振手段６１２と並列に接続された発振フリップフロップＫとを含む。前記直列に接続されたエネルギー貯蔵環流手段６１１と発振手段６１２は、前記リチウムイオン電池３００と直列に接続されて発振回路を形成し、前記発振フリップフロップＫは、前記第１の発振電流と第２の発振電流を発生させるように前記発振回路をトリガする。したがって、前記リチウムイオン電池３００を、第１の発振電流と第２の発振電流の形態で放電させ、即ち前記発振電流を負荷５００に供給する。例えば、中間周波双方向発振電流で放電を行い、電池の温度が０℃よりも小さくなる場合に高周波発振電流で内部加熱を行い、電池の温度が０℃よりも大きくなるまで上昇する場合に、常に中間周波双方向発振電流で放電を行う。本発明の別の実施形態では、電池の温度が常に０℃よりも大きくなる場合、常に中間周波双方向発振電流で放電を行う。
【００５６】
本発明の上記実施例では、発振手段６１２は、コンデンサ、インダクタ、抵抗器などのうちの一つ又は複数で直並列接続方式により構成され、前記エネルギー貯蔵環流手段６１１は、コンデンサ、インダクタなどの受動又は能動エネルギー貯蔵部品のうちの一つ又は複数で直並列接続方式により構成される。発振回路の発振期間に、エネルギー貯蔵環流手段は、負荷５００に対してエネルギー貯蔵環流の役割を果たし、負荷側を最大放電電流に維持し、直流電流のリップル率が０．１％〜１０％の範囲にあることを満たす。
本発明の上記と下記の放電システムの各実施例では、前記発振フリップフロップＫは、ＭＯＳＦＥＴ（金属‐酸化物半導体電界効果トランジスタ）、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）、トランジスタなどの能動スイッチデバイスを用いることができる。本発明の好ましい実施形態では、発振フリップフロップＫは、発振回路の出力の正極又は負極に直列に接続され、能動スイッチがオフになると、発振し始めるように発振回路をトリガする。能動スイッチデバイスＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴなどに逆並列ダイオードが存在することを考慮するため、リチウムイオン電池発振回路を具体的に構築すると、リチウムイオン電池放電システムでは、発振フリップフロップは図１０ａと図１０ｂに示す構造を有することができ、ここで、Ｋｄは放電用発振フリップフロップを表す。
【００５７】
当業者であれば、以上の実施例５〜７は第１の発振電流と第２の発振電流を例にして説明するものに過ぎず、もちろん、本発明はこれに制限されるものではなく、二種よりも多い発振電流を用いて放電を行うこともでき、例えば、三種、四種、五種の異なる周波数の発振電流を用いて放電を行うことができると理解すべきである。
【実施例８】
【００５８】
図１１に示すように、本実施例と実施例５〜７の違いとしては、前記システムは、前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて前記リチウムイオン電池３００を第１の発振電流と第２の発振電流の形態で放電させ、即ち前記リチウムイオン電池の状態パラメータに基づいて前記発振電流を負荷５００に供給するように前記周波数変換トリガ発振放電装置６００を制御する制御装置７００をさらに含む。具体的には、前記制御装置７００は、前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて放電パラメータを決定し、前記放電パラメータに基づいて前記リチウムイオン電池を第１の発振電流と第２の発振電流の形態で交互に放電させる。前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて放電パラメータを決定することは、予め記憶された様々な温度及びＳＯＣでの充電パラメータセットから、前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに対応する放電パラメータを探し出す。前記放電パラメータは、第２の発振電流の周波数範囲及び第１の発振電流の持続時間を含むことができる。また、前記第１の発振電流の周波数は前記第２の発振電流の周波数範囲の上限よりも大きい。
【００５９】
好ましくは、前記第２の発振電流の周波数範囲は、前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて決定されるものである。具体的には、前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて第２の発振電流の周波数範囲を決定することは、以下を含むことができる。
電気化学ワークステーションを用いて、リチウムイオン電池の異なる温度及びＳＯＣでの周波数範囲が０．０１Ｈｚ〜１００ｋＨｚの電気化学インピーダンススペクトロスコピーを測定し、
ＳＯＣ＝９０％の電気化学インピーダンススペクトロスコピーの曲線群において、横軸に平行で−２０℃での電気化学インピーダンススペクトロスコピーと縦軸の交点を通る直線（例えば、図１２のＡ−Ｂ線）を描き、全ての温度が−２０℃よりも小さいインピーダンススペクトル線と該平行線との低周波領域での交点に対応する周波数値ｆｄｄを、該温度での対応するリチウムイオン電池の発振放電トリガ周波数の下限にする。例えば、図１２の−３０℃でのインピーダンススペクトル線と平行線Ａ−Ｂとの交点Ｂに対応するｆｄｄ＝０．６Ｈｚであり、これは、−３０℃の条件で、該リチウムイオン電池の発振放電トリガ周波数が０．６Ｈｚよりも大きい必要があることを示し、
【００６０】
ＳＯＣ＝１０％の電気化学インピーダンススペクトロスコピーの曲線群において、横軸に平行で０℃での電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線と縦軸の交点を通る直線（例えば、図６のＡ−Ｄ線）と電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線との高周波領域での交点が前記第２の発振電流の周波数範囲の上限ｆｇになり、例えば、図６のインピーダンススペクトル線と平行線Ａ−Ｄの交点Ｄに対応するｆｇ＝７ｋＨｚであり、即ち該リチウムイオン電池の高デューティサイクル中間周波双方向発振充放電電流の周波数範囲の上限は７ｋＨｚである。
【００６１】
したがって、前記第２の発振電流の周波数範囲はｆｄｄ〜ｆｇになる。放電過程で、本発明の実施形態に記載の中間周波はｆｄｄ〜ｆｇの間にある周波数であり、本発明の実施形態に記載の高周波はｆｇよりも高い周波数であり、即ち、第２の発振電流は中間周波双方向発振電流であり、第１の発振電流は高周波発振電流である。
また、前記第１の発振電流の持続時間と前記第２の発振電流の周波数範囲の上限ｆｇは、Ｔ２＝ｎ／ｆｇの関係を満たし、ここで、Ｔ２は前記第１の発振電流の持続時間を表し、ｎは０以上の整数である。また、前記制御装置が前記放電パラメータに基づいて、前記リチウムイオン電池を第１の発振電流と第２の発振電流の形態で放電させるように前記周波数変換トリガ発振放電装置を制御することは、前記リチウムイオン電池の表面温度に基づいて前記第１の発振電流の持続時間を調整し、具体的には、前記リチウムイオン電池の最低表面温度が０℃以上になると、Ｔ２＝ｎ／ｆｇのｎの値を０にし、前記リチウムイオン電池の最低表面温度が１０℃低下することに、Ｔ２＝ｎ／ｆｇのｎの値を１増加させることを含む。
【００６２】
好ましくは、前記発振フリップフロップＫの発振トリガ信号のパルス幅と前記第２の発振電流の周波数範囲の上限ｆｇは、Ｔ０＝ｋ／ｆｇの関係を満たし、０＜ｋ≦１であり、ここで、Ｔ０は前記発振トリガ信号のパルス幅を表す。また、前記第１の発振電流の持続時間Ｔ２と前記発振トリガ信号のパルス幅Ｔ０は、Ｔ２＝ｎＴ０／ｋの関係を満たし、ここで、ｎは０以上の整数である。したがって、前記制御装置７００は、発振フリップフロップＫを制御することにより、例えば前記発振トリガ信号を調整することにより、前記第１の発振電流の持続時間を調整することができる。
本発明の好ましい実施形態では、前記制御装置７００は、電池管理システム（ＢＭＳ）又は独立したトリガ制御器である。
【００６３】
当業者であれば、以上はリチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて放電制御を行うことを例にして説明するものに過ぎず、本発明はこれに制限されるものではなく、リチウムイオン電池の他の状態パラメータ、例えば電圧、内部抵抗に基づいて放電制御を行うこともできると理解すべきである。また、本発明の電気化学インピーダンススペクトロスコピーの周波数範囲、ＳＯＣ、温度の高さも上記実施例に記載の具体的な値に制限されるものではなく、該具体的な値は例を挙げて説明するものに過ぎない。当業者は、実際の状況に合わせて適当に設定することができ、例えば、０．０２Ｈｚ〜９９ｋＨｚの周波数範囲内に、ＳＯＣが２０％の電気化学インピーダンススペクトロスコピーの曲線群において、５℃での電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線と縦軸の交点を通り横軸に平行な直線により、第２の発振電流の上限を決定することができ、ＳＯＣが９５％の電気化学インピーダンススペクトロスコピーの曲線群において、−２５℃での電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線と縦軸の交点を通り横軸に平行な直線により、第２の発振電流の下限を決定することができる。
（充放電システム）
【実施例９】
【００６４】
図２、図３と図８、図９との比較から分かるように、システム構造では、実施例２、３の従来の充電装置１００の代わりに、実施例６、７の負荷５００が採用され、その他は変わらない。したがって、本発明の実施形態に係るリチウムイオン電池充電システム及び放電システムは、同一のシステムによって実現することができる。例えば、図１３は本発明の実施例９に係るリチウムイオン電池の充放電システムを示す。前記リチウムイオン電池の充放電システムは、従来の充電装置／負荷とリチウムイオン電池（電池セル及び電池パックを含む）との間に接続された周波数変換トリガ発振充放電装置を含む。前記周波数変換トリガ発振充放電装置は、リチウムイオン電池のインピーダンス特性で発振回路を形成し、リチウムイオン電池を充電する場合、前記周波数変換トリガ発振充放電装置は、前記リチウムイオン電池に前記第１の発振電流と第２の発振電流を供給し、リチウムイオン電池が放電する場合、前記周波数変換トリガ発振充放電装置は、前記リチウムイオン電池を前記第１の発振電流と第２の発振電流で放電させる。なお、前記充放電システムは上記制御装置４００、７００をさらに含むことができ、かつ制御装置４００及び制御装置７００は一つの制御装置に集積することができる。また、前記周波数変換トリガ発振充放電装置の構成は、上記実施例２、３における周波数変換トリガ発振充電装置２００又は上記実施例６、７における周波数変換トリガ発振放電装置６００と同じであり、ここで繰り返し説明しない。
【００６５】
前記周波数変換トリガ発振充放電装置において、発振フリップフロップは、図１４ａ、図１４ｂ及び図１４ｃに示す構造を有することができ、ここで、Ｋｃは充電用発振フリップフロップを表し、Ｋｄは放電用発振フリップフロップを表す。
上記様々な実施例から分かるように、本発明に係るリチウムイオン電池の周波数変換トリガ発振充放電装置は、独立してリチウムイオン電池又は電池パックに充電を施しても、独立してリチウムイオン電池又は電池パックに放電を施しても、リチウムイオン電池又は電池パックに同時に充放電を施してもよい。好ましくは、本発明の実施形態に記載の低周波はＭＩＮ（ｆｃｄ，ｆｄｄ）よりも低い周波数であり、本発明の実施形態に記載の中間周波はＭＩＮ（ｆｃｄ，ｆｄｄ）とｆｇとの間にある周波数であり、本発明の実施形態に記載の高周波はｆｇよりも高い周波数である。以下、図面を参照しながら本発明の各実施例又は実施形態の原理について説明する。
【００６６】
本発明の好ましい実施形態では、図１５に示すリチウムイオン電池の固有インピーダンス特性で、図１６ａ及び図１６ｂに示すリチウムイオン電池セル又は電池パックの周波数変換トリガ発振充放電回路を構築する。図１６ａ及び図１６ｂのエネルギー貯蔵環流手段は、コンデンサ、インダクタなどのエネルギー貯蔵部品で直並列接続方式により構成されてもよく、周波数変換トリガ発振充放電回路全体において、エネルギー貯蔵環流の役割を果たし、充電装置の出力電流と負荷電流をリップル率の要件を満たす直流電流に維持し、図１６ｂ発振手段がリチウムイオン電池セル／電池パックの正、負極の両方と並列に接続されて発振回路を直接構成してもよく、図１６ａ示すように、発振手段と発振フリップフロップが並列に接続され、次にリチウムイオン電池又は電池パックと共に発振回路を構成してもよく、前記発振手段は、コンデンサ、インダクタ、抵抗器などで直並列接続方式により構成され、図１６ａ及び図１６ｂのＫは発振フリップフロップである。ＢＭＳ又はトリガ制御器により、発振回路が発振し始めることをトリガするように発振フリップフロップを制御し、かつリチウムイオン電池の電気化学インピーダンススペクトロスコピーが充電状態、温度、周波数などにつれて変化する法則に従って、発振トリガの周波数を変更し、中間周波双方向発振電流（第２の発振電流）の周波数と高周波発振電流（第１の発振電流）の持続時間を調整制御することにより、リチウムイオン電池の充放電電流が交互な高デューティサイクル中間周波双方向発振電流と高周波発振電流になる。
【００６７】
図１７に示すリチウムイオン電池のインピーダンススペクトロスコピーは、高周波領域で誘導性リアクタンス特性を呈しかつ基本的に温度からの影響を受けず、中間周波領域でインピーダンスが小さく、低周波領域でインピーダンスが温度によって大きく影響され、図１５に示すリチウムイオン電池の電気化学インピーダンスモデルとリチウムイオン電池の等価インピーダンスの計算式（１）を分析することにより、
【数１】
2019021608.tif 000003
を得る。直流充放電を行うと、ｆ＝０であり、式（１）は、
【数２】
2019021608.tif 000004
になる。
【００６８】
これは、直流充放電を行うと、リチウムイオン電池のインピーダンスが抵抗特性を呈することを示し、充放電電流が溶液抵抗ＲＹ（Ｔ）、ＳＥＩ膜抵抗ＲＳＥＩ（Ｔ）及び電荷移動抵抗ＲＣＴ（Ｔ，Ｉ）を流れると、リチウムデンドライトが生じやすく、リチウムデンドライトは徐々に成長するにつれて、セパレータを突き通して、電池内部の短絡を引き起こし、また、リチウムデンドライトはベースとの電気的接触を失って電気化学活性を備えない「無用なリチウム」を形成しやすく、なお、リチウムデンドライトを形成する過程で、さらに電解液と化学反応を行うことにより、電解液を消費しかつ活性物質の含有量を低下させる。したがって、リチウムイオン電池に直流充放電を行う場合、電池の充放電サイクル性能が低下し、かつ安全上の潜在的リスクが伴う。特に低温では、溶液抵抗ＲＹ（Ｔ）、ＳＥＩ膜抵抗ＲＳＥＩ（Ｔ）、特に電荷移動抵抗ＲＣＴ（Ｔ，Ｉ）の抵抗値が急激に増加し、電荷移動率が大幅に低下するため、直流充放電を実行しにくく、電池のサイクル性能の減衰を加速させる。
高周波充放電を行うと、ｆの値が大きく、式（１）は、
【数３】
2019021608.tif 000005
に近似している。
これは、高周波領域でのリチウムイオン電池のインピーダンスが溶液抵抗ＲＹ（Ｔ）と誘導性リアクタンス２πｆＬによって決定されることを示す。周波数が十分に高くなる場合、リチウムイオン電池のインピーダンスが誘導性リアクタンス特性を呈し、かつ温度とは関係がなく、即ち、
【数４】
2019021608.tif 000006
【００６９】
したがって、高周波交流電流は、電極二重層コンデンサ、電荷移動抵抗及びＳＥＩ膜抵抗によって短絡され、即ち、ファラデー電流は非常に小さい。
上記分析により、図１６ａ、図１６ｂに示すリチウムイオン電池の発振回路の発振フリップフロップＫがオフになると、発振回路は発振し始めて、図１８に示す発振回路を形成し、ここで、ＵＯＣＶはリチウムイオン電池の電池開路電圧である。
図１９に示す周波数変換トリガタイミングを設計することにより、中間周波双方向発振電流（第２の発振電流）と高周波発振電流（第１の発振電流）を交互に発生させる。図中のＴ０はトリガ発振幅で、ｆ１＝１／Ｔ１は高周波発振の周波数で、Ｔ２は高周波発振の持続時間で、ｆ３＝１／Ｔ３は中間周波双方向発振充放電周波数であり、充電速度及び放電倍率の要件を決定する。図１９のタイミング図によれば、図２０の中間周波双方向発振電流と高周波発振電流の概略図を得ることができ、図２０のＩｄは中間周波充放電発振電流振幅であり、正は充電電流で、負は放電電流で、Ｉｚは高周波発振電流振幅である。
【００７０】
リチウムイオン電池の充放電電流に中間周波双方向発振電流が含有されるため、分極をなくし、リチウムに富む沈殿物を溶解し、リチウムデンドライトの連続的成長を中断し、リチウムイオンの均一で緻密な沈殿を実現することにより、リチウムデンドライトの発生を抑制する。
リチウムイオン電池の充放電電流に高周波発振電流が含有されるため、高周波発振電流の持続時間Ｔ２を調整することにより、リチウムイオン電池の温度上昇値を調整制御することができる。電池内部の熱平衡方程式に基づいて、高周波発振持続時間に、
【数５】
2019021608.tif 000007
【００７１】
式（５）では、ｍ−電池の質量、Ｃｐ−電池の比熱容量、Ｔ−電池の温度、Ｑｎ−電池の外部への放熱量、Ｑｇ−電池の発熱量、ｈ−等価熱伝導率、Ｓｃｅｌｌ−電池の表面積、Ｔ０−環境温度である。
式（５）から分かるように、低温では、高周波発振電流の持続時間Ｔ２を延長し、リチウムイオン電池に消費電力の少ない内部加熱を施し、電池の温度が高くなる場合、高周波発振電流の持続時間Ｔ２を短縮し、電池の温度上昇値を低下させる。
リチウムイオン電池の電気化学インピーダンススペクトロスコピーが温度につれて変化する法則と上記分析により、リチウムイオン電池の損傷なし充放電の中間周波双方向発振周波数の下限を決定し、かつ低温では、低周波領域でのリチウムイオン電池の電気化学インピーダンスが大きいため、充放電を行うと効率が低く、電池容量の減衰をもたらすことを回避する。
【００７２】
リチウムイオン電池の電気化学インピーダンススペクトロスコピーが温度につれて変化する法則と上記分析により、リチウムイオン電池の高周波発振周波数の下限を決定し、この領域では、電池に発振交流大電流振幅での均一な内部加熱を施すことができる。
以上の様々なシステム又は装置の実施例に基づいて、本発明の実施形態は、さらにリチウムイオン電池の充電方法、放電方法、充電調整制御方法及び放電調整制御方法と関連制御装置を提供し、かつ以下に詳述を行う。
（充電方法）
【００７３】
本発明の実施形態に係るリチウムイオン電池の充電方法は、リチウムイオン電池自体のインピーダンス特性で構成された発振回路により発振電流を発生させることと、リチウムイオン電池の状態パラメータに基づいて、前記発振電流を用いて前記リチウムイオン電池を充電することとを含むことができる。好ましくは、リチウムイオン電池の温度及び充電状態（ＳＯＣ）に基づいて、第１の発振電流と第２の発振電流を用いて前記リチウムイオン電池を充電し、第１の発振電流の周波数は第２の発振電流の周波数よりも高い。具体的には、前記第１の発振電流は本明細書に記載の高周波発振電流であり、前記第２の発振電流は本明細書に記載の中間周波双方向発振電流である。例えば、最初に中間周波双方向発振電流で充電を行い、電池の温度が０℃よりも小さくなる場合に高周波発振電流を加えて内部加熱を行い、電池の温度が０℃よりも大きくなるまで上昇する場合に、常に中間周波双方向発振電流を供給して充電を行う。本発明の別の実施形態では、電池の温度が常に０℃よりも大きくなる場合、常に中間周波双方向発振電流を用いて充電を行う。電池の温度が０℃よりも小さくなる場合、最初に高周波発振電流を供給して内部加熱を行い、中間周波双方向発振電流を加えて充電を行うことにより、高周波発振電流と中間周波双方向発振電流を交互に電池に供給し、電池の温度が０℃よりも大きくなるまで上昇する場合に、常に中間周波双方向発振電流を供給して充電を行う。
【００７４】
好ましくは、リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて、第１の発振電流と第２の発振電流を用いて前記リチウムイオン電池を充電することは、前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて充電パラメータを決定することと、前記充電パラメータに基づいて、前記第１の発振電流と第２の発振電流を交互に用いて前記リチウムイオン電池を充電することとを含むことができる。前記充電パラメータは、第２の発振電流の周波数範囲、第１の発振電流の持続時間及び充電電流振幅を含むことができる。また、前記第１の発振電流の周波数は前記第２の発振電流の周波数範囲の上限よりも大きい。
好ましくは、前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて充電パラメータを決定することは、予め記憶された様々な温度及びＳＯＣでの充電パラメータセットから、前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに対応する充電パラメータを探し出すことを含むことができる。
【００７５】
本発明の好ましい実施形態では、前記第２の発振電流の周波数範囲は、前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて決定されるものである。具体的には、前記リチウムイオン電池の異なる温度及びＳＯＣでの周波数範囲が０．０１Ｈｚ〜１００ｋＨｚの電気化学インピーダンススペクトロスコピーに基づいて、図６に示すように、ＳＯＣ＝１０％の電気化学インピーダンススペクトロスコピーの曲線群において、横軸に平行で０℃での電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線と縦軸の交点を通る直線（Ａ−Ｄ線）と各異なる温度での電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線との低周波領域での交点に対応する周波数値が、該温度での前記第２の発振電流の周波数範囲の下限ｆｃｄになり、前記直線と電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線との高周波領域での交点が前記第２の発振電流の周波数範囲の上限ｆｇになることにより、前記第２の発振電流の周波数範囲はｆｃｄ〜ｆｇになる。
本発明の一つの好ましい実施形態では、前記第１の発振電流の持続時間Ｔ２と前記第２の発振電流の周波数範囲の上限ｆｇは、Ｔ２＝ｎ／ｆｇの関係を満たし、ｎは０以上の整数である。
【００７６】
前記充電パラメータに基づいて、前記第１の発振電流と第２の発振電流を用いて前記リチウムイオン電池を充電することは、前記リチウムイオン電池の表面温度に基づいて前記第１の発振電流の持続時間を調整し、かつ前記充電電流振幅、例えば、第２の発振電流振幅を増加させることと、前記リチウムイオン電池の表面温度が０℃よりも大きくなると、前記第１の発振電流の持続時間をそのまま保持し、前記第２の発振電流振幅を増加させることと、前記リチウムイオン電池の端子電圧が充電電圧の上限に達すると、充電が終了するまで前記第２の発振電流振幅を減少させることとを含む。
具体的には、前記リチウムイオン電池の表面温度に基づいて前記第１の発振電流の持続時間を調整することは、前記リチウムイオン電池の最低表面温度が０℃以上になると、Ｔ２＝ｎ／ｆｇのｎの値を０にし、前記リチウムイオン電池の最低表面温度が１０℃（本発明はこれに制限されるものではなく、４℃であってもよい）低下することに、Ｔ２＝ｎ／ｆｇのｎの値を１増加させることを含む。
本発明の別の好ましい実施形態では、前記第１の発振電流と第２の発振電流を発生させる発振回路をトリガするための発振トリガ信号のパルス幅Ｔ０と前記第２の発振電流の周波数範囲の上限ｆｇは、Ｔ０＝ｋ／ｆｇの関係を満たし、ｋは０よりも大きく１以下の実数である。したがって、前記第１の発振電流の持続時間Ｔ２と前記発振トリガ信号のパルス幅Ｔ０は、Ｔ２＝ｎＴ０／ｋの関係を満たし、ここで、ｎは０以上の整数である。
【００７７】
したがって、前記リチウムイオン電池の表面温度に基づいて前記第１の発振電流の持続時間を調整することは、前記発振トリガ信号を調整することにより、前記第１の発振電流の持続時間を調整することを含む。例えば、前記発振トリガ信号の個数を調整することにより、前記第１の発振電流の持続時間を調整する。
当業者であれば、以上は第１の発振電流と第２の発振電流を例にして説明するものに過ぎず、もちろん、本発明はこれに制限されるものではなく、二種よりも多い発振電流を用いて充電を行うこともでき、例えば、三種、四種、五種の異なる周波数の発振電流を用いて充電を行うことができると理解すべきである。
【００７８】
当業者であれば、さらに、以上はリチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて充電制御を行うことを例にして説明するものに過ぎず、本発明はこれに制限されるものではなく、リチウムイオン電池の他の状態パラメータ、例えば電圧、内部抵抗、サイズ、重量、タイプ、外見、構造、材料などに基づいて充電制御を行うこともできると理解すべきである。また、本発明の電気化学インピーダンススペクトロスコピーの周波数範囲、ＳＯＣ、温度の高さも上記実施例に記載の具体的な値に制限されるものではなく、該具体的な値は例を挙げて説明するものに過ぎない。当業者は、実際の状況に合わせて適当に設定することができ、例えば、１０Ｈｚ〜２００ｋＨｚの周波数範囲内に、ＳＯＣが５％の電気化学インピーダンススペクトロスコピーの曲線群において、１℃での電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線と縦軸の交点を通り横軸に平行な直線により、第２の発振電流の周波数範囲を決定することができる。
（放電方法）
【００７９】
本発明の実施形態に係るリチウムイオン電池の放電方法は、リチウムイオン電池がそれ自体のインピーダンス特性で構成された発振回路により発振電流を発生させることと、リチウムイオン電池の状態パラメータに基づいて前記リチウムイオン電池を前記発振電流の形態で放電させ、即ちリチウムイオン電池の状態パラメータに基づいて負荷に前記発振電流を提供することとを含むことができる。即ち、リチウムイオン電池の状態パラメータに基づいて、前記リチウムイオン電池を、それ自体のインピーダンス特性で構成された発振回路により、発振電流の形態で放電させる。例えば、リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて前記リチウムイオン電池を第１の発振電流と第２の発振電流の形態で放電させ、第１の発振電流の周波数は第２の発振電流の周波数よりも高く、例えば、第１の発振電流は本明細書に記載の高周波発振電流であり、第２の発振電流は本明細書に記載の中間周波双方向発振電流である。例えば、最初に中間周波双方向発振電流で放電を行い、電池の温度が０℃よりも小さくなる場合に高周波発振電流により内部加熱を行い、電池の温度が０℃よりも大きくなるまで上昇する場合に、常に中間周波双方向発振電流で放電を行う。本発明の別の実施形態では、電池の温度が常に０℃よりも大きくなる場合、常に中間周波双方向発振電流を用いて放電を行う。電池の温度が０℃よりも小さくなる場合、最初に高周波発振電流により内部加熱を行い、この過程で中間周波双方向発振電流で放電を行うことにより、高周波発振電流と中間周波双方向発振電流で交互に放電させ、電池の温度が０℃よりも大きくなるまで上昇する場合に、常に中間周波双方向発振電流で放電を行う。
【００８０】
本発明の好ましい実施形態では、リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて前記リチウムイオン電池を第１の発振電流と第２の発振電流の形態で放電させることは、前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて放電パラメータを決定することと、前記放電パラメータに基づいて前記リチウムイオン電池を第１の発振電流と第２の発振電流の形態で交互に放電させることとを含む。前記放電パラメータは、第２の発振電流の周波数範囲及び第１の発振電流の持続時間を含むことができる。また、前記第１の発振電流の周波数は前記第２の発振電流の周波数範囲の上限よりも大きい。好ましくは、前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて放電パラメータを決定することは、予め記憶された様々な温度及びＳＯＣでの放電パラメータセットから、前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに対応する放電パラメータを探し出すことを含む。
本発明の好ましい実施形態では、前記第２の発振電流の周波数範囲は、前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて決定されるものである。具体的には、前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて第２の発振電流の周波数範囲を決定することは、前記リチウムイオン電池の異なる温度及びＳＯＣでの周波数範囲が０．０１Ｈｚ〜１００ｋＨｚの電気化学インピーダンススペクトロスコピーに基づいて、図１２に示すように、ＳＯＣ＝９０％の電気化学インピーダンススペクトロスコピーの曲線群において、横軸に平行で−２０℃での電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線と縦軸の交点を通る直線（Ａ−Ｂ線）と各異なる温度での電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線との低周波領域での交点に対応する周波数値が該温度での前記第２の発振電流の周波数範囲の下限ｆｄｄになり、ＳＯＣ＝１０％の電気化学インピーダンススペクトロスコピーの曲線群において、図６に示すように、横軸に平行で０℃での電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線と縦軸の交点を通る直線（Ａ−Ｄ線）と電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線との高周波領域での交点が前記第２の発振電流の周波数範囲の上限ｆｇになることにより、前記第２の発振電流の周波数範囲がｆｄｄ〜ｆｇになることを含む。
【００８１】
前記第１の発振電流の持続時間Ｔ２と前記第２の発振電流の周波数範囲の上限ｆｇは、Ｔ２＝ｎ／ｆｇの関係を満たし、ここで、ｎは０以上の整数である。
また、前記放電パラメータに基づいて前記リチウムイオン電池を第１の発振電流と第２の発振電流の形態で放電させることは、前記リチウムイオン電池の表面温度に基づいて前記第１の発振電流の持続時間を調整することを含む。例えば、前記リチウムイオン電池の最低表面温度が０℃以上になると、Ｔ２＝ｎ／ｆｇのｎの値を０にし、前記リチウムイオン電池の最低表面温度が１０℃低下することに、Ｔ２＝ｎ／ｆｇのｎの値を１増加させる。
本発明の別の好ましい実施形態では、前記第１の発振電流と第２の発振電流を発生させる発振回路をトリガするための発振トリガ信号のパルス幅Ｔ０と前記第２の発振電流の周波数範囲の上限ｆｇは、Ｔ０＝ｋ／ｆｇの関係を満たし、ｋは０よりも大きく１以下の実数である。それでは、前記第１の発振電流の持続時間Ｔ２と前記発振トリガ信号のパルス幅Ｔ０は、Ｔ２＝ｎＴ０／ｋの関係を満たし、ここで、ｎは０以上の整数である。したがって、前記リチウムイオン電池の表面温度に基づいて前記第１の発振電流の持続時間を調整することは、前記発振トリガ信号を調整することにより、前記第１の発振電流の持続時間を調整することを含むことができる。
【００８２】
当業者であれば、以上は第１の発振電流と第２の発振電流を例にして説明するものに過ぎず、もちろん、本発明はこれに制限されるものではなく、二種よりも多い発振電流を用いて放電を行うこともでき、例えば、三種、四種、五種の異なる周波数の発振電流を用いて放電を行うことができると理解すべきである。
当業者であれば、さらに、以上はリチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて放電制御を行うことを例にして説明するものに過ぎず、本発明はこれに制限されるものではなく、リチウムイオン電池の他の状態パラメータ、例えば電圧、内部抵抗に基づいて放電制御を行うこともできると理解すべきである。また、本発明の電気化学インピーダンススペクトロスコピーの周波数範囲、ＳＯＣ、温度の高さも上記実施例に記載の具体的な値に制限されるものではなく、該具体的な値は例を挙げて説明するものに過ぎない。当業者は、実際の状況に合わせて適当に設定することができ、例えば、１０Ｈｚ〜２００ｋＨｚの周波数範囲内に、ＳＯＣが５％の電気化学インピーダンススペクトロスコピーの曲線群において、１℃での電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線と縦軸の交点を通り横軸に平行な直線により、第２の発振電流の上限を決定し、ＳＯＣが９５％の電気化学インピーダンススペクトロスコピーの曲線群において、−３０℃での電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線と縦軸の交点を通り横軸に平行な直線により、第２の発振電流の下限を決定することができる。
（充電調整制御方法）
【００８３】
本発明の実施形態のリチウムイオン電池の充電過程を調整制御する方法は、リチウムイオン電池の状態パラメータを観測することと、観測された状態パラメータに基づいてリチウムイオン電池の充電調整制御パラメータを決定することと、リチウムイオン電池自体のインピーダンス特性で構成された発振回路により発振電流を発生させることと、前記決定された充電調整制御パラメータに基づいて前記リチウムイオン電池に前記発振電流を供給することとを含むが、これらに制限されるものではない。
本発明の一つの実施形態では、図２１に示すように、本発明の実施形態のリチウムイオン電池の充電過程を調整制御する方法は、２１１０−リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣを観測することと、２１２０−観測された温度及びＳＯＣに基づいてリチウムイオン電池の充電調整制御パラメータを決定することと、２１３０−前記決定された充電調整制御パラメータに基づいて、リチウムイオン電池自体のインピーダンス特性で構成された発振回路で発生した第１の発振電流と第２の発振電流を前記リチウムイオン電池に供給することとを含むことができ、前記充電調整制御パラメータが第２の発振電流の周波数範囲、第１の発振電流の持続時間及び充電電流振幅を含み、前記第１の発振電流の周波数が前記第２の発振電流の周波数範囲の上限よりも大きい。
【００８４】
好ましくは、観測された温度及びＳＯＣに基づいて充電調整制御パラメータを決定することは、予め記憶された様々な温度及びＳＯＣでの充電調整制御パラメータセットから、前記観測された温度及びＳＯＣに対応する充電調整制御パラメータを探し出すことを含む。
本発明の好ましい実施形態では、前記第２の発振電流の周波数範囲は、前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて決定されるものである。好ましくは、前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて第２の発振電流の周波数範囲を決定することは、前記リチウムイオン電池の異なる温度及びＳＯＣでの周波数範囲が０．０１Ｈｚ〜１００ｋＨｚの電気化学インピーダンススペクトロスコピーに基づいて、図６に示すように、ＳＯＣ＝１０％の電気化学インピーダンススペクトロスコピーの曲線群において、横軸に平行で０℃での電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線と縦軸の交点を通る直線（Ａ−Ｄ線）と各異なる温度での電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線との低周波領域での交点に対応する周波数値が該温度での前記第２の発振電流の周波数範囲の下限ｆｃｄになり、前記直線と電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線との高周波領域での交点が前記第２の発振電流の周波数範囲の上限ｆｇになることにより、前記第２の発振電流の周波数範囲がｆｃｄ〜ｆｇになることを含む。また、前記第１の発振電流の持続時間Ｔ２と前記第２の発振電流の周波数範囲の上限ｆｇは、Ｔ２＝ｎ／ｆｇの関係を満たし、ここで、ｎは０以上の整数である。
【００８５】
また、前記充電調整制御パラメータに基づいて前記リチウムイオン電池に第１の発振電流と第２の発振電流を供給することは、前記リチウムイオン電池の表面温度に基づいて前記第１の発振電流の持続時間を調整し、かつ前記充電電流振幅、例えば、第２の発振電流振幅を増加させることと、前記リチウムイオン電池の表面温度が０℃よりも大きくなると、前記第１の発振電流の持続時間をそのまま保持し、前記第２の発振電流振幅を増加させることと、前記リチウムイオン電池の端子電圧が充電電圧の上限に達すると、充電が終了するまで前記第２の発振電流振幅を減少させることとを含むことができる。好ましくは、前記リチウムイオン電池の表面温度に基づいて前記第１の発振電流の持続時間を調整することは、前記リチウムイオン電池の最低表面温度が０℃以上になると、Ｔ２＝ｎ／ｆｇのｎの値を０にし、前記リチウムイオン電池の最低表面温度が１０℃低下することに、Ｔ２＝ｎ／ｆｇのｎの値を１増加させることを含む。
本発明の別の好ましい実施形態では、前記第１の発振電流と第２の発振電流を発生させる発振回路をトリガするための発振トリガ信号のパルス幅Ｔ０と前記第２の発振電流の周波数範囲の上限ｆｇは、Ｔ０＝ｋ／ｆｇの関係を満たし、ｋは０よりも大きく１以下の実数である。また、前記第１の発振電流の持続時間Ｔ２と前記発振トリガ信号のパルス幅Ｔ０は、Ｔ２＝ｎＴ０／ｋの関係を満たし、ここで、ｎは０以上の整数である。したがって、前記リチウムイオン電池の表面温度に基づいて前記第１の発振電流の持続時間を調整することは、前記発振トリガ信号を調整することにより、前記第１の発振電流の持続時間を調整することを含む。
【００８６】
当業者であれば、以上は第１の発振電流と第２の発振電流を例にして説明するものに過ぎず、もちろん、本発明はこれに制限されるものではなく、二種よりも多い発振電流を用いて充電調整制御を行うこともでき、例えば、六種、十種、二十種の異なる周波数の発振電流を用いて充電調整制御を行うことができると理解すべきである。
当業者であれば、さらに、以上はリチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて充電調整制御を行うことを例にして説明するものに過ぎず、本発明はこれに制限されるものではなく、リチウムイオン電池の他の状態パラメータ、例えば電圧、内部抵抗、サイズ、重量、タイプ、外見、構造、材料などに基づいて充電調整制御を行うこともできると理解すべきである。また、本発明の電気化学インピーダンススペクトロスコピーの周波数範囲、ＳＯＣ、温度の高さも上記実施例に記載の具体的な値に制限されるものではなく、該具体的な値は例を挙げて説明するものに過ぎない。当業者は、実際の状況に合わせて適当に設定することができ、例えば、１００Ｈｚ〜１０００ｋＨｚの周波数範囲内に、ＳＯＣが３０％の電気化学インピーダンススペクトロスコピーの曲線群において、１０℃での電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線と縦軸の交点を通り横軸に平行な直線により、第２の発振電流の周波数範囲を決定することができる。
（放電調整制御方法）
【００８７】
本発明の実施形態のリチウムイオン電池の放電過程を調整制御する方法は、前記リチウムイオン電池の状態パラメータを観測することと、前記観測された状態パラメータに基づいてリチウムイオン電池の放電調整制御パラメータを決定することと、リチウムイオン電池がそれ自体のインピーダンス特性で構成された発振回路により発振電流を発生させることと、リチウムイオン電池の状態パラメータに基づいて前記リチウムイオン電池を前記発振電流の形態で放電させ、即ちリチウムイオン電池の状態パラメータに基づいて前記発振電流を負荷に提供することとを含むことができる。即ち、リチウムイオン電池の状態パラメータに基づいて、前記リチウムイオン電池を、それ自体のインピーダンス特性で構成された発振回路により、発振電流の形態で放電させる。
【００８８】
本発明の一つの実施形態では、図２２に示すように、本発明の実施形態のリチウムイオン電池の放電過程を調整制御する方法は、２２１０−前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣを観測することと、２２２０−前記観測された温度及びＳＯＣに基づいてリチウムイオン電池の放電調整制御パラメータを決定することと、２２３０−前記放電調整制御パラメータに基づいて、前記リチウムイオン電池を、リチウムイオン電池自体のインピーダンス特性で構成された発振回路で発生した第１の発振電流と第２の発振電流の形態で放電させることとを含むことができ、前記放電調整制御パラメータが第２の発振電流の周波数範囲及び第１の発振電流の持続時間を含み、前記第１の発振電流の周波数が前記第２の発振電流の周波数範囲の上限よりも大きい。前記観測された温度及びＳＯＣに基づいてリチウムイオン電池の放電調整制御パラメータを決定することは、予め記憶された様々な温度及びＳＯＣでの放電調整制御パラメータセットから、前記観測された温度及びＳＯＣに対応する放電調整制御パラメータを探し出すことを含むことができる。
【００８９】
好ましくは、前記第２の発振電流の周波数範囲は、前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて決定されるものである。具体的には、前記リチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて第２の発振電流の周波数範囲を決定することは、前記リチウムイオン電池の異なる温度及びＳＯＣでの周波数範囲が０．０１Ｈｚ〜１００ｋＨｚの電気化学インピーダンススペクトロスコピーに基づいて、図１２に示すように、ＳＯＣ＝９０％の電気化学インピーダンススペクトロスコピーの曲線群において、横軸に平行で−２０℃での電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線と縦軸の交点を通る直線（Ａ−Ｂ線）と各異なる温度での電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線との低周波領域での交点に対応する周波数値が該温度での前記第２の発振電流の周波数範囲の下限ｆｄｄになり、図６に示すように、ＳＯＣ＝１０％の電気化学インピーダンススペクトロスコピーの曲線群において、横軸に平行で０℃での電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線と縦軸の交点を通る直線（Ａ−Ｄ線）と電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線との高周波領域での交点が前記第２の発振電流の周波数範囲の上限ｆｇになることにより、前記第２の発振電流の周波数範囲がｆｄｄ〜ｆｇになることを含むことができる。また、前記第１の発振電流の持続時間Ｔ２と前記第２の発振電流の周波数範囲の上限ｆｇは、Ｔ２＝ｎ／ｆｇの関係を満たし、ここで、ｎは０以上の整数である。
また、前記放電調整制御パラメータに基づいて前記リチウムイオン電池を第１の発振電流と第２の発振電流の形態で放電させることは、前記リチウムイオン電池の表面温度に基づいて前記第１の発振電流の持続時間を調整することを含む。具体的には、好ましくは、前記リチウムイオン電池の表面温度に基づいて前記第１の発振電流の持続時間を調整することは、前記リチウムイオン電池の最低表面温度が０℃以上になると、Ｔ２＝ｎ／ｆｇのｎの値を０にし、前記リチウムイオン電池の最低表面温度が１０℃低下することに、Ｔ２＝ｎ／ｆｇのｎの値を１増加させることを含む。
【００９０】
好ましくは、前記第１の発振電流と第２の発振電流を発生させる発振回路をトリガするための発振トリガ信号のパルス幅Ｔ０と前記第２の発振電流の周波数範囲の上限ｆｇは、Ｔ０＝ｋ／ｆｇの関係を満たし、ｋは０よりも大きく１以下の実数である。それでは、前記第１の発振電流の持続時間Ｔ２と前記発振トリガ信号のパルス幅Ｔ０は、Ｔ２＝ｎＴ０／ｋの関係を満たし、ここで、ｎは０以上の整数である。したがって、前記リチウムイオン電池の表面温度に基づいて前記第１の発振電流の持続時間を調整することは、前記発振トリガ信号を調整することにより、前記第１の発振電流の持続時間を調整することを含むことができる。
【００９１】
当業者であれば、以上は第１の発振電流と第２の発振電流を例にして説明するものに過ぎず、もちろん、本発明はこれに制限されるものではなく、二種よりも多い発振電流を用いて放電調整制御を行うこともでき、例えば、六種、十種、二十種の異なる周波数の発振電流を用いて放電調整制御を行うことができると理解すべきである。
当業者であれば、さらに、以上はリチウムイオン電池の温度及びＳＯＣに基づいて放電調整制御を行うことを例にして説明するものに過ぎず、本発明はこれに制限されるものではなく、リチウムイオン電池の他の状態パラメータ、例えば電圧、内部抵抗、サイズ、重量、タイプ、外見、構造、材料などに基づいて放電調整制御を行うこともできると理解すべきである。また、本発明の電気化学インピーダンススペクトロスコピーの周波数範囲、ＳＯＣ、温度の高さも上記実施例に記載の具体的な値に制限されるものではなく、該具体的な値は例を挙げて説明するものに過ぎない。当業者は、実際の状況に合わせて適当に設定することができ、例えば、１００Ｈｚ〜１０００ｋＨｚの周波数範囲内に、ＳＯＣが３０％の電気化学インピーダンススペクトロスコピーの曲線群において、１０℃での電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線と縦軸の交点を通り横軸に平行な直線により、第２の発振電流の上限を決定し、ＳＯＣが１００％の電気化学インピーダンススペクトロスコピーの曲線群において、−４０℃での電気化学インピーダンススペクトロスコピー曲線と縦軸の交点を通り横軸に平行な直線により、第２の発振電流の下限を決定することができる。
【実施例１０】
【００９２】
Ａ：リチウムイオン電池自体のインピーダンス特性で、実施例１〜９のうちのいずれか一つに従ってリチウムイオン電池又は電池パックの周波数変換トリガ発振充放電回路を構築する。
Ｂ：図２３に示す方法に従ってリチウムイオン電池の高デューティサイクル中間周波双方向発振充電電流の周波数範囲の下限を決定し、具体的には、Ｓ２１及びＳ２２を含む。
Ｓ２１、電気化学ワークステーションを用いて、リチウムイオン電池の異なる温度及びＳＯＣでの周波数範囲が０．０１Ｈｚ〜１００ｋＨｚの電気化学インピーダンススペクトロスコピーを測定する。
Ｓ２２、ＳＯＣ＝１０％の電気化学インピーダンススペクトロスコピーの曲線群において、横軸に平行で０℃での電気化学インピーダンススペクトロスコピーと縦軸の交点を通る直線（例えば、図６のＡ−Ｄ線）を描き、全ての温度が０℃よりも小さいインピーダンススペクトル線と該平行線との低周波領域での交点に対応する周波数値ｆｃｄが該温度での対応するリチウムイオン電池の発振充電トリガ周波数の下限になる。例えば、図６の−１０℃でのインピーダンススペクトル線と平行線Ａ−Ｄの交点Ｂに対応するｆｃｄ１＝２．３Ｈｚであり、−２０℃でのインピーダンススペクトル線と平行線Ａ−Ｄの交点Ｃに対応するｆｃｄ２＝１０Ｈｚであり、これは、温度が−１０℃と−２０℃の条件で、該リチウムイオン電池の高デューティサイクル中間周波双方向発振充電トリガ周波数の下限がそれぞれ２．３Ｈｚと１０Ｈｚであることを示す。
Ｃ：図２４に示す方法に従ってリチウムイオン電池の中間周波双方向発振放電電流の周波数範囲の下限を決定するステップは、Ｓ３１及びＳ３２を含む。
【００９３】
Ｓ３１、電気化学ワークステーションを用いて、リチウムイオン電池の異なる温度及びＳＯＣでの周波数範囲が０．０１Ｈｚ〜１００ｋＨｚの電気化学インピーダンススペクトロスコピーを測定する。
Ｓ３２、ＳＯＣ＝９０％の電気化学インピーダンススペクトロスコピーの曲線群において、横軸に平行で−２０℃での電気化学インピーダンススペクトロスコピーと縦軸の交点を通る直線（例えば、図１２のＡ−Ｂ線）を描き、全ての温度が−２０℃よりも小さいインピーダンススペクトル線と該平行線との低周波領域での交点に対応する周波数値ｆｄｄが該温度での対応するリチウムイオン電池の発振充電トリガ周波数の下限になる。例えば、図１２の−３０℃でのインピーダンススペクトル線と平行線Ａ−Ｂの交点Ｂに対応するｆｄｄ＝０．６Ｈｚであり、これは、−３０℃の条件で、該リチウムイオン電池の発振放電トリガ周波数が０．６Ｈｚよりも大きくなる必要があることを示す。
Ｄ：図２５に示す方法に従ってリチウムイオン電池の中間周波双方向発振充放電電流の周波数範囲の上限を決定するステップは、Ｓ２１及びＳ４１を含む。
Ｓ２１、電気化学ワークステーションを用いて、リチウムイオン電池の異なる温度及びＳＯＣでの周波数範囲が０．０１Ｈｚ〜１００ｋＨｚの電気化学インピーダンススペクトロスコピーを測定する。
Ｓ４１、電気化学インピーダンススペクトロスコピーの曲線群において、横軸に平行で０℃での電気化学インピーダンススペクトロスコピーと縦軸の交点を通る直線（例えば、図６のＡ−Ｄ線）を描き、該平行線上の高周波領域での交点に対応する周波数値ｆｇが前記リチウムイオン電池の高デューティサイクル中間周波双方向発振充放電電流の周波数範囲の上限になる。例えば、図６のインピーダンススペクトル線と平行線Ａ−Ｄの交点Ｄに対応するｆｇ＝７ｋＨｚであり、つまり該リチウムイオン電池の高デューティサイクル中間周波双方向発振充放電電流の周波数範囲の上限は７ｋＨｚである。
【００９４】
Ｅ：リチウムイオン電池の内部加熱を行う高周波発振電流の周波数の下限を決定するステップは、リチウムイオン電池の内部加熱を行う高周波発振電流の周波数が、ステップＳ４１で決定されたｆｇ以上になるべきであることを含む。
Ｆ：発振トリガ信号のパルス幅Ｔ０を決定するステップは、発振トリガ信号のパルス幅Ｔ０とステップＳ４１で決定されたｆｇとの関係がＴ０＝１／２ｆｇになることを含む。
Ｇ：リチウムイオン電池の内部加熱を行う高周波発振持続時間Ｔ２を決定するステップは、リチウムイオン電池の内部加熱を行う高周波発振持続時間Ｔ２を関係Ｔ２＝２ｎＴ０によって決定し、ここで、ｎが０以上の整数であり、リチウムイオン電池の最低表面温度≧０℃になると、ｎ＝０になり、リチウムイオン電池の最低表面温度が０〜−１０℃の間にある場合、ｎ＝１になり、リチウムイオン電池の最低表面温度が−１０〜−２０℃の間にある場合、ｎ＝２になり、リチウムイオン電池の最低表面温度が−２０〜−３０℃の間にある場合、ｎ＝３になり、これによって類推すると、リチウムイオン電池の最低表面温度が１０℃低下することに、ｎが１増加することを含む。
Ｈ：リチウムイオン電池の低温条件で、中間周波双方向発振充電の最大電流振幅Ｉｄを調整するステップは、充電の最大電流振幅Ｉｄを電池の充電電圧の上限によって制限し、電池の表面温度が０℃以上になる場合、充電電圧の上限が常温でのリチウムイオン電池の充電電圧の上限Ｕ０    ＭＡＸになり、電池の表面が０℃よりも小さくなる場合、充電電圧の上限が適当に低下すべきであり、その値がＵｄ    ＭＡＸ＝Ｕ０    ＭＡＸ＋０．０１・Ｔ（Ｖ／℃）になり、Ｔの値の範囲が０〜−３０℃になることにより、低温充電時のリチウムイオン析出を防止することを含む。充電過程で、ＢＭＳ又はトリガ制御器によってＩｄを調整することにより、電池の端子電圧は≦Ｕｄ    ＭＡＸになる。
【００９５】
一つの好ましい実施形態では、ステップＳ２１、Ｓ２２及びＳ４４に従って決定されたリチウムイオン電池の高デューティサイクル中間周波双方向発振充電電流の周波数範囲と、Ｆに記載の方法に従って決定された発振トリガ信号のパルス幅Ｔ０と、Ｇに記載の方法に従って決定された高周波発振持続時間Ｔ２と、Ｈに記載の方法に従って決定された充電電流振幅Ｉｄのような上記データは、いずれもＢＭＳ又はトリガ制御器に記憶される。本実施例に係るリチウムイオン電池の周波数変換トリガ発振充放電調整制御方法では、リチウムイオン電池に充電を施すことは、以下のステップを含む。
【００９６】
充電を開始する前に、ＢＭＳ又はトリガ制御器によって電池の電圧、温度を測定し、電池の現在のＳＯＣに基づいて、かつ記憶された高デューティサイクル中間周波双方向発振充電電流の周波数範囲、発振トリガ信号のパルス幅Ｔ０、高周波発振持続時間Ｔ２及び充電電流振幅Ｉｄに基づいて、充電を起動し、例えば、電池の表面温度が０℃よりも大きくなる場合、中間周波双方向発振電流で充電を行い、電池の表面温度が０℃よりも小さくなる場合、高周波発振電流で内部加熱を行うことにより電池の温度を高める。
充電過程で、ＢＭＳ又はトリガ制御器によって電池の電圧、温度をリアルタイムに測定し、電池の温度の上昇、ＳＯＣの増加につれて、ＢＭＳ又はトリガ制御器は、発振フリップフロップＫを調整制御することにより、Ｇに記載の方法に従って高周波発振持続時間Ｔ２を減少させ、Ｈに記載の方法に従って充電電流振幅Ｉｄを増加させることで、充電を加速させる。
【００９７】
リチウムイオン電池の最低表面温度が０℃よりも大きくなると、高周波発振持続時間Ｔ２をそのまま保持し、充電電流振幅Ｉｄを継続して増加させ、電池の端子電圧がＵ０    ＭＡＸになると、充電終了条件を満たすまでＩｄを減少させる。
別の好ましい実施形態では、ステップＳ３１、Ｓ３２及びＳ４１に従って決定されたリチウムイオン電池の高デューティサイクル中間周波双方向発振放電電流の周波数範囲と、Ｆに記載の方法に従って決定された発振トリガ信号のパルス幅Ｔ０と、Ｇに記載の方法に従って決定された高周波発振持続時間Ｔ２のような上記データは、いずれもＢＭＳ又はトリガ制御器に記憶される。本実施例に係るリチウムイオン電池の周波数変換トリガ発振充放電調整制御方法では、リチウムイオン電池が放電すると、サイクル寿命を延長でき、それは、以下のステップを含む。
【００９８】
放電を開始する前に、ＢＭＳ又はトリガ制御器によって電池の電圧、温度を測定し、電池の現在のＳＯＣに基づいて、かつ記憶された高デューティサイクル中間周波双方向発振放電電流の周波数範囲、発振トリガ信号のパルス幅Ｔ０及び高周波発振持続時間Ｔ２に基づいて、放電を起動する。
放電過程で、ＢＭＳ又はトリガ制御器によって電池の電圧、温度をリアルタイムに測定し、電池の温度の上昇とＳＯＣの変化につれて、ＢＭＳ又はトリガ制御器が発振フリップフロップＫを調整制御することにより、Ｇに記載の方法に従って高周波発振持続時間Ｔ２を変更する。
（制御装置）
【００９９】
本発明の一つの実施形態は、
コンピュータ可読命令（又はプログラム）及びデータが記憶されたメモリと、
前記コンピュータ可読命令（又はプログラム）を実行することにより上記充電調整制御方法の部分に記載の一部又は全部の動作（又は処理又はステップ）を実行するプロセッサとを含むリチウムイオン電池の充電調整制御のための制御装置を提供する。
本発明の別の実施形態は、
コンピュータ可読命令（又はプログラム）及びデータが記憶されたメモリと、
前記コンピュータ可読命令（又はプログラム）を実行することにより上記放電調整制御方法の部分に記載の一部又は全部の動作（又は処理又はステップ）を実行するプロセッサとを含むリチウムイオン電池の放電調整制御のための制御装置を提供する。
【０１００】
本発明の他の好ましい実施形態は、
コンピュータ可読命令（又はプログラム）及びデータが記憶されたメモリと、
前記コンピュータ可読命令（又はプログラム）を実行することにより上記充放電調整制御方法の部分に記載の一部又は全部の動作（又は処理又はステップ）を実行するプロセッサとを含むリチウムイオン電池の充放電調整制御のための制御装置を提供する。
好ましくは、本発明の各実施例又は実施形態に記載の制御装置は、ＢＭＳ又はトリガ制御器であってもよく、マイクロコントローラ、デジタルプロセッサ、ワンチップマイコンなどを含む他の機器又は装置であってもよい。
（製造方法）
【０１０１】
充電システムの製造方法
本発明の実施形態は、第１の充電装置を提供することと、リチウムイオン電池を提供することと、前記第１の充電装置と前記リチウムイオン電池との間に周波数変換トリガ発振充電装置を設けることとを含むリチウムイオン電池充電システムの製造方法を提供する。前記周波数変換トリガ発振充電装置は、前記リチウムイオン電池のインピーダンス特性で発振回路を構成することにより、発振電流を発生させる。例えば、前記周波数変換トリガ発振充電装置は、前記リチウムイオン電池のインピーダンス特性で発振回路を構成し、発振回路をトリガして、少なくとも二種の発振電流を形成し、前記周波数変換トリガ発振充電装置は、前記少なくとも二種の発振電流を用いて前記リチウムイオン電池を充電し、前記少なくとも二種の発振電流のうち少なくとも一種の発振電流の周波数は他の発振電流よりも高い。
本発明の一つの好ましい実施形態では、前記第１の充電装置と前記リチウムイオン電池との間に周波数変換トリガ発振充電装置を設けることは、エネルギー貯蔵環流手段を提供し、前記エネルギー貯蔵環流手段を前記第１の充電装置と並列に接続することと、発振手段を提供し、該発振手段を前記リチウムイオン電池と並列に接続して前記発振回路を形成することと、発振フリップフロップを提供し、前記発振フリップフロップを前記エネルギー貯蔵環流手段と発振手段との間に接続することとを含む。前記発振フリップフロップは、前記発振電流を発生させるように前記発振回路をトリガする。
【０１０２】
本発明の別の好ましい実施形態では、前記第１の充電装置と前記リチウムイオン電池との間に周波数変換トリガ発振充電装置を設けることは、エネルギー貯蔵環流手段を提供し、前記エネルギー貯蔵環流手段を前記第１の充電装置と並列に接続することと、前記エネルギー貯蔵環流手段と直列に接続された発振手段を提供し、前記直列に接続されたエネルギー貯蔵環流手段と発振手段を前記リチウムイオン電池と直列に接続して前記発振回路を形成することと、発振フリップフロップを提供し、前記発振フリップフロップを前記発振手段と並列に接続することを含む。前記発振フリップフロップは、前記発振電流を発生させるように前記発振回路をトリガする。
【０１０３】
さらに、前記方法は、前記リチウムイオン電池の状態パラメータに基づいて前記リチウムイオン電池に前記発振電流を供給し、例えば、前記少なくとも二種の発振電流を供給するように前記周波数変換トリガ発振充電装置を制御する制御装置を提供することをさらに含むことができる。具体的な制御方法は上記様々な実施形態の記述と同じであり、ここで繰り返し説明しない。
【０１０４】
放電システムの製造方法
本発明の実施形態は、リチウムイオン電池を提供することと、負荷と前記リチウムイオン電池との間に周波数変換トリガ発振放電装置を設けることとを含むリチウムイオン電池放電システムの製造方法を提供する。前記周波数変換トリガ発振放電装置は、前記リチウムイオン電池のインピーダンス特性で発振回路を構成することにより、発振電流を発生させる。例えば、前記周波数変換トリガ発振放電装置は、前記リチウムイオン電池のインピーダンス特性で発振回路を構成し、発振回路をトリガして、少なくとも二種の発振電流を形成し、前記周波数変換トリガ発振放電装置は、前記リチウムイオン電池を前記少なくとも二種の発振電流の形態で放電させ、前記少なくとも二種の発振電流のうち少なくとも一種の発振電流の周波数は他の発振電流よりも高い。
本発明の一つの可能な実施形態では、負荷と前記リチウムイオン電池との間に周波数変換トリガ発振放電装置を設けることは、エネルギー貯蔵環流手段を提供し、前記エネルギー貯蔵環流手段を前記負荷と並列に接続することと、発振手段を提供し、該発振手段を前記リチウムイオン電池と並列に接続して前記発振回路を形成することと、発振フリップフロップを提供し、前記発振フリップフロップを前記エネルギー貯蔵環流手段と発振手段との間に接続することとを含む。前記発振フリップフロップは、前記発振電流を発生させるように前記発振回路をトリガする。
【０１０５】
本発明の別の可能な実施形態では、負荷と前記リチウムイオン電池との間に周波数変換トリガ発振放電装置を設けることは、エネルギー貯蔵環流手段を提供し、前記エネルギー貯蔵環流手段を負荷と並列に接続することと、前記エネルギー貯蔵環流手段と直列に接続された発振手段を提供し、前記直列に接続されたエネルギー貯蔵環流手段と発振手段を前記リチウムイオン電池と直列に接続して前記発振回路を形成することと、発振フリップフロップを提供し、前記発振フリップフロップを前記発振手段と並列に接続することとを含む。前記発振フリップフロップは、前記発振電流を発生させるように前記発振回路をトリガする。
さらに、前記方法は、前記リチウムイオン電池の状態パラメータに基づいて、前記リチウムイオン電池を前記発振電流の形態で放電させ、例えば、前記少なくとも二種の発振電流の形態で放電させるように前記周波数変換トリガ発振放電装置を制御する制御装置を提供することをさらに含むことができる。具体的な制御方法は上記様々な実施形態の記述と同じであり、ここで繰り返し説明しない。
なお、上記充電システムの製造方法と放電システムの製造方法に従って、本発明の実施形態のリチウムイオン電池の充放電システムを製造することもできる。
（応用効果）
【０１０６】
本発明に係るリチウムイオン電池の周波数変換トリガ発振充放電方法とその調整制御方法及び装置を採用すると、負荷構造を変更せずに、リチウムイオン電池の直流放電に等価な効果を達成することができ、電池の放電時の温度上昇値を低下させ、電池のサイクル寿命を延長することができる。
以下、三組の応用例及び図面を合わせて本発明についてさらに説明する。
（応用例１）
【０１０７】
本応用例は、電気ＳＵＶ（Ｓｐｏｒｔ  Ｕｔｉｌｉｔｙ  Ｖｅｈｉｃｌｅ：スポーツ用多目的車）乗用車に適用されている三元系リチウムイオン電池パックを−２５℃の低温環境で充電することを例にして説明する。該電池パックは、３１Ａｈ／３．７Ｖの三元系リチウムイオン電池を４並列９２直列の方式で接続して構成される。
ＳＯＣ＝１０％の３１Ａｈ／３．７Ｖの三元系リチウムイオン電池セルをそれぞれ２５℃、０℃、−１０℃、−２５℃の温度環境で２４ｈ放置し、その後に電気化学ワークステーションを用いて、各温度での周波数範囲が０．０１Ｈｚ〜１００ｋＨｚの電気化学インピーダンススペクトロスコピーを測定し、その結果は図２６ａ〜図２６ｄに示される。
以上のＢ、Ｄに記載の方法に従って、−２５℃での中間周波双方向発振充電の周波数範囲が１１Ｈｚ〜７ｋＨｚであると決定し、以上のＥに記載の方法に従って、−２５℃での高周波発振周波数が≧７ｋＨｚであると決定し、以上のＢ、Ｄに記載の方法に従って、−１０℃での中間周波双方向発振充電の周波数範囲が５Ｈｚ〜７ｋＨｚであると決定し、以上のＥに記載の方法に従って、−１０℃での高周波発振周波数が≧７ｋＨｚであると決定し、その結果は図２７ａ及び図２７ｂに示される。それにより、−２５℃での初期充電の中間周波双方向発振充電の周波数が２５０Ｈｚであり、高周波発振周波数が１０ｋＨｚであると決定する。
【０１０８】
以上のＦに記載の方法に従って、発振トリガ信号のパルス幅Ｔ０が５０μｓであると決定する。
以上のＧに記載の方法に従って、初期高周波発振の持続時間Ｔ２が４００μｓであると決定する。
以上のＨに記載の方法に従って、−２５℃の環境での初期充電電圧の上限値が３．９５Ｖであり、中間周波双方向発振充電電流振幅ＩｄがＢＭＳによって３７．２Ａに調節されると決定する。
本発明の実施例３に従って電池パックの周波数変換トリガ発振充電回路を構築し、図２８に示すように、図２８のコンデンサＣ１はエネルギー貯蔵環流手段で、コンデンサＣ２は発振手段で、発振フリップフロップＫはＭＯＳＦＥＴである。直流充電電流のリップル率が１０％になると、Ｃ１＝１５０μＦ、Ｃ２＝２０μＦを得ることができる。
【０１０９】
リチウムイオン電池パックを−２５℃の環境で放置し、電池の表面温度が−２５℃になった後に８時間持続し、上記充電方法又は充電調整制御方法に従って、リチウムイオン電池パックに−２５℃の低温環境で充電を施す。
図２９は図２８の分流器を通過する電流の波形であり、これは、２５０Ｈｚの発振トリガを行うと、１番目にトリガして発振する反方向電流とトリガする前の正方向充電電流が双方向発振電流を形成し、引き続いて１０ｋＨｚの高周波をトリガして、高周波発振の内部加熱電流を形成することを示す。
充電が終了した後、電池の表面温度は−２５℃から８℃まで上昇し、充電時間は７０００秒であり、充電量は公称容量の９５％であり、充電過程での温度上昇値は図３０に示される。リチウムイオン電池の充電量を増加させ、充電効率を高めるだけでなく、電池内部の温度上昇値を効果的に制御し、リチウムイオン電池の温度適用範囲を広げる。
（応用例２）
【０１１０】
上記充電方法又は充電調整制御方法に従って、３１Ａｈ／３．７Ｖの三元系リチウムイオン電池セルに２５℃の常温環境で１Ｃの発振充電を施し、かつ１Ｃの直流放電サイクル試験を行い、充電の上限電圧は４．３Ｖまで高まり、接続方法は図３１ａに示される。対照として、さらに同じロット、同じ仕様の３１Ａｈ／３．７Ｖの三元系リチウムイオン電池セルに従来の定電流／定電圧を用いて１Ｃ充電、１Ｃ放電のサイクルを行い、接続方法は図３１ｂに示される。双方向中間周波発振正方向電流振幅Ｉｄ＝３１Ａ、反方向電流振幅ＩＺ＝１３０Ａ、中間周波双方向発振充電サイクルＴ３＝１０ｍｓ、トリガパルス幅Ｔ０＝２５μｓであり、図３２ａ及び図３２ｂに示される。試験結果は、図３３ａ及び図３３ｂに示すように、発振充電を用いたリチウムイオン電池はサイクル回数が明らかに増加し、温度上昇値が小さく、これは、本発明の発振充電技術を採用すると、充電閾値電圧を高め、充電量を増加させることができ、従来の直流方法と比べて、リチウムイオン電池のサイクル性能を明らかに向上させることができることを示す。
（応用例３）
【０１１１】
３１Ａｈ／３．７Ｖの三元系リチウムイオン電池セルに２５℃の常温環境で１Ｃの直流充電を施し、上記放電方法又は放電調整制御方法に従って、１Ｃの発振放電サイクル試験を行い、充電の上限電圧は４．２Ｖであり、放電の下限電圧は３．０Ｖであり、接続方法は図３４ａに示される。対照として、さらに同じロット、同じ仕様の３１Ａｈ／３．７Ｖの三元系リチウムイオン電池セルに従来の定電流／定電圧を用いて１Ｃ充電、１Ｃ放電のサイクルを行い、接続方法は図３４ｂに示される。発振条件は応用例２と同じである。試験結果は、図３５ａ及び図３５ｂに示すように、発振放電を用いたリチウムイオン電池はサイクル回数が明らかに増加し、温度上昇値が小さく、これは、本発明の発振放電技術を採用すると、従来の直流放電方法と比べて、リチウムイオン電池のサイクル性能を明らかに向上させることができることを示す。
以上をまとめると、本発明に係るリチウムイオン充放電方法、システム及び装置によれば、周波数変換トリガ発振充放電装置をリチウムイオン電池又は電池パックと従来の充電装置／負荷との間に接続することで、従来の充電装置／負荷側の充放電電流が直流電流になり、リチウムイオン電池の充放電電流が交互な高デューティサイクル中間周波双方向発振電流と高周波発振電流になるにより、リチウムイオン電池又は電池パックの直流充放電を回避し、リチウムイオン電池の分極、リチウム析出をなくし、リチウムイオン電池のサービス寿命を延長し、リチウムイオン充電閾値電圧を高め、リチウムイオン電池の充電量を増加させ、電池の内部の温度上昇値を制御し、リチウムイオン電池の温度適用範囲を広げることを目的とする。
【０１１２】
本発明の実施形態によれば、従来の充電装置を用いて、リチウムイオン電池に交互な高デューティサイクル中間周波双方向発振電流と高周波発振電流の充電を施すことができる。低温で充電する場合、電池外部加熱装置又は低温予熱措置を増設する必要がなく、リチウムイオン電池に均一な内部加熱及び損傷なし迅速充電を行うことができる。常温で充電する場合、電池の温度上昇値を低下させ、充電効率を高め、電池のサイクル寿命を延長することができる。また、負荷構造を変更せずに、リチウムイオン電池の直流放電に等価な効果を達成することができ、電池の放電時の温度上昇値を低下させ、電池のサイクル寿命を延長することができる。
【０１１３】
以上の実施形態の記述により、当業者であれば、本発明がソフトウェアをハードウェアと結合する方式により実現できることは明らかである。このような理解に基づいて、本発明の技術的解決手段では背景技術に対して行われた貢献の全部又は一部はソフトウェア製品の形で現れることができ、該コンピュータソフトウェア製品は、ＲＯＭ／ＲＡＭ、磁気ディスク、光ディスクなどのような記憶媒体に記憶することができ、コンピュータ機器（パーソナルコンピュータ、ワンチップマイコン、サーバ又はネットワーク機器など）に本発明の各実施例又は実施例のある部分に記載の方法を実行させることを可能にする若干の命令を含む。
当業者であれば、以上に開示されたのは本発明の実施形態に過ぎず、もちろん、これらによって本発明の権利範囲を制限してはならず、本発明の実施形態に基づいて行われる同等変更は、依然として本発明の特許請求の範囲にカバーされている範囲内にあると理解すべきである。
【図１】
2019021608.tif 000008
【図２】
2019021608.tif 000009
【図３】
2019021608.tif 000010
【図４ａ】
2019021608.tif 000011
【図４ｂ】
2019021608.tif 000012
【図５】
2019021608.tif 000013
【図６】
2019021608.tif 000014
【図７】
2019021608.tif 000015
【図８】
2019021608.tif 000016
【図９】
2019021608.tif 000017
【図１０ａ】
2019021608.tif 000018
【図１０ｂ】
2019021608.tif 000019
【図１１】
2019021608.tif 000020
【図１２】
2019021608.tif 000021
【図１３】
2019021608.tif 000022
【図１４ａ】
2019021608.tif 000023
【図１４ｂ】
2019021608.tif 000024
【図１４ｃ】
2019021608.tif 000025
【図１５】
2019021608.tif 000026
【図１６ａ】
2019021608.tif 000027
【図１６ｂ】
2019021608.tif 000028
【図１７】
2019021608.tif 000029
【図１８】
2019021608.tif 000030
【図１９】
2019021608.tif 000031
【図２０】
2019021608.tif 000032
【図２１】
2019021608.tif 000033
【図２２】
2019021608.tif 000034
【図２３】
2019021608.tif 000035
【図２４】
2019021608.tif 000036
【図２５】
2019021608.tif 000037
【図２６ａ】
2019021608.tif 000038
【図２６ｂ】
2019021608.tif 000039
【図２６ｃ】
2019021608.tif 000040
【図２６ｄ】
2019021608.tif 000041
【図２７ａ】
2019021608.tif 000042
【図２７ｂ】
2019021608.tif 000043
【図２８】
2019021608.tif 000044
【図２９】
2019021608.tif 000045
【図３０】
2019021608.tif 000046
【図３１ａ】
2019021608.tif 000047
【図３１ｂ】
2019021608.tif 000048
【図３２ａ】
2019021608.tif 000049
【図３２ｂ】
2019021608.tif 000050
【図３３ａ】
2019021608.tif 000051
【図３３ｂ】
2019021608.tif 000052
【図３４ａ】
2019021608.tif 000053
【図３４ｂ】
2019021608.tif 000054
【図３５ａ】
2019021608.tif 000055
【図３５ｂ】
2019021608.tif 000056
【外国語明細書】
2019021608000001.pdf