(57)【要約】化学電池（１２０）の放電と放電の休止とを交互に繰り返すパルス放電を行う際、あらかじめ設定された、放電時間と休止時間との時間比に基づいて、放電時間に対する休止時間を決定する制御部（１１０）を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学電池の放電と該放電の休止とを交互に繰り返すパルス放電を行う際、あらかじめ設定された、放電時間と休止時間との時間比に基づいて、前記放電時間に対する前記休止時間を決定する制御部を有するパルス放電装置。
【請求項２】
請求項１に記載のパルス放電装置において、  前記制御部は、前記時間比をあらかじめ記憶する記憶部を有するパルス放電装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のパルス放電装置において、  前記時間比は、放電容量低下を低減させる値であるパルス放電装置。
【請求項４】
請求項３に記載のパルス放電装置において、  前記時間比は、前記放電時間に対する前記休止時間の比が４以上であるパルス放電装置。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載のパルス放電装置において、  前記時間比は、セル温度上昇を低減させる値であるパルス放電装置。
【請求項６】
請求項５に記載のパルス放電装置において、  前記時間比は、前記放電時間に対する前記休止時間の比が５以上であるパルス放電装置。
【請求項７】
請求項１または請求項２に記載のパルス放電装置において、  前記時間比は、放電容量低下を低減させ、かつ、セル温度上昇を低減させる値であるパルス放電装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載のパルス放電装置において、  前記化学電池は、リチウムイオン電池であるパルス放電装置。
【請求項９】
化学電池の放電と該放電の休止とを交互に繰り返すパルス放電を行う際、あらかじめ設定された、放電時間と休止時間との時間比に基づいて、前記放電時間に対する前記休止時間を決定する処理を行うパルス放電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、パルス放電を行うパルス放電装置およびパルス放電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  一般的に、リチウムイオン電池に代表される化学電池を用いて連続放電を行う場合、電流値が大きくなるにつれて放電可能な電気容量が小さくなってしまう。このような大電流に対する放電可能な電気容量の低下を低減する運転方法として、放電と放電休止とを交互に繰り返し行うパルス放電が考えられている（例えば、特許文献１参照。）。この方法を用いたパルス放電装置は、放電時間Ｘと休止時間Ｙとの２つの独立変数に基づいて放電容量Ａ（Ｘ，Ｙ）を制御する。そのため、あらかじめ決められた最適なＸとＹとの組合せに基づいて、または、放電中の電圧状態を測定し、測定された電圧状態に基づいて、開回路電圧の７０％以上回復するように決定されたＹが用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１７１８６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  特許文献１に記載されたような運転方法では、任意の放電時間Ｘに対して最適な休止時間Ｙを求めるためには、回路が複雑になってしまうという問題点がある。  本発明の目的は、上述した課題を解決するパルス放電装置およびパルス放電方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  本発明のパルス放電装置は、  化学電池の放電と該放電の休止とを交互に繰り返すパルス放電を行う際、あらかじめ設定された、放電時間と休止時間との時間比に基づいて、前記放電時間に対する前記休止時間を決定する制御部を有する。  また、本発明のパルス放電方法は、  化学電池の放電と該放電の休止とを交互に繰り返すパルス放電を行う際、あらかじめ設定された、放電時間と休止時間との時間比に基づいて、前記放電時間に対する前記休止時間を決定する処理を行う。
【発明の効果】
【０００６】  以上説明したように、本発明においては、任意の放電時間に対して最適な休止時間を容易に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明のパルス放電装置の第１の実施の形態を示す図である。
【図２】図１に示したパルス放電装置におけるパルス放電方法の一例を説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明のパルス放電装置の第２の実施の形態を示す図である。
【図４】図３に示した記憶部に記憶されている時間比の一例を示す図である。
【図５】放電時間Ｘ（ｓ）＝３（ｓ），１５（ｓ），２１（ｓ），３０（ｓ）の４つのパターンについての、放電時間Ｘ（ｓ）に対する休止時間Ｙ（ｓ）の比である時間比と放電容量（Ａｈ）との関係を示すグラフである。
【図６】放電時間Ｘ（ｓ）＝３（ｓ），１５（ｓ），２１（ｓ），３０（ｓ）の４つのパターンについての、放電時間Ｘ（ｓ）に対する休止時間Ｙ（ｓ）の比である時間比とセル温度（℃）との関係を示すグラフである。
【図７】図３に示したパルス放電装置におけるパルス放電方法を説明するためのフローチャートである。
【図８】本発明のパルス放電装置の第３の実施の形態を示す図である。
【図９】図８に示した記憶部に記憶されている時間比の一例を示す図である。
【図１０】図８に示したパルス放電装置におけるパルス放電方法を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】  以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。（第１の実施の形態）
【０００９】  図１は、本発明のパルス放電装置の第１の実施の形態を示す図である。  本形態におけるパルス放電装置１００は図１に示すように、制御部１１０と、化学電池１２０とを有している。なお、図１には、本形態におけるパルス放電装置１００に設けられた構成要素のうち、本実施の形態に関わる主要な構成要素の一例を示す。  制御部１１０は、化学電池１２０の放電と、放電の休止とを交互に繰り返すパルス放電の制御を行う。その際、制御部１１０は、あらかじめ設定された、放電時間と休止時間との時間比に基づいて、放電時間に対する休止時間を決定する。  化学電池１２０は、制御部１１０の制御によって放電を行う電池セルである。
【００１０】  以下に、図１に示したパルス放電装置１００におけるパルス放電方法について説明する。  図２は、図１に示したパルス放電装置１００におけるパルス放電方法の一例を説明するためのフローチャートである。  まず、ステップ１にて、制御部１１０が、化学電池１２０の放電を開始する。続いて、ステップ２にて、制御部１１０は、放電時間と休止時間との時間比に基づいて、放電時間に対する休止時間を決定する。この時間比は、例えば、化学電池１２０の特性に基づいて、あらかじめ設定されているものである。  その後、ステップ３にて、制御部１１０は、放電を開始してから放電時間が経過したかどうかを判定する。放電を開始してから放電時間が経過すると、ステップ４にて、制御部１１０は化学電池１２０の放電を休止する。  その後、ステップ５にて、制御部１１０は、放電を休止してから、ステップ２で決定した休止時間が経過したかどうかを判定する。放電を休止してから休止時間が経過すると、ステップ６にて、制御部１１０は、あらかじめ設定された終了電圧に達したかどうかを判定する。  終了電圧に達した場合、処理は終了する。また、終了電圧に達していない場合は、制御部１１０は、さらにステップ１にて化学電池１２０の放電を開始する。
【００１１】  このように、制御部１１０が、あらかじめ設定された時間比を用いて、放電時間に対する休止時間を決定するため、放電時間に縛られない柔軟な電池搭載機器の利活用が可能になる。（第２の実施の形態）
【００１２】  図３は、本発明のパルス放電装置の第２の実施の形態を示す図である。  本形態におけるパルス放電装置１０１は図２に示すように、制御部１１１と、化学電池１２１とを有している。また、化学電池１２１を充電するための充電装置２００が、パルス放電装置１０１と接続可能に構成されている。なお、図３には、本形態におけるパルス放電装置１０１に設けられた構成要素のうち、本実施の形態に関わる主要な構成要素の一例を示す。つまり、本形態におけるパルス放電装置１０１に設けられた他の構成要素は、一般的なパルス放電装置に設けられた構成要素であっても良く、ここでは特に規定しない。  制御部１１１は、化学電池１２１の放電と、放電の休止とを交互に繰り返すパルス放電の制御を行う。また、制御部１１１は、記憶部１３０を具備している。記憶部１３０は、化学電池１２１の放電時間に対する休止時間の時間比をあらかじめ記憶するハードディスク等の記憶装置である。この時間比は、化学電池１２１の放電容量の低下またはセル温度の上昇を低減するために最適な放電時間と休止時間との比であり、あらかじめ実験や測定等で決定された値である。
【００１３】  図４は、図３に示した記憶部１３０に記憶されている時間比の一例を示す図である。  図３に示した記憶部１３０には図４に示すように、放電時間に対する休止時間の時間比「４」があらかじめ設定され、記憶されている。この時間比の値の決定方法について、例を挙げて以下に説明する。
【００１４】  以下に説明する時間比の決定方法は、Ｐｓｅｕｄｏ−ｔｗｏ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ（Ｐ２Ｄ）モデル（Ｍ．Ｄｏｙｌｅ，  Ｔ．  Ｆ．  Ｆｕｌｌｅｒ，  ａｎｄ  Ｊ．  Ｎｅｗｍａｎ，  Ｊ．  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ，  Ｓｏｃ．，  １４０，  １５２６  （１９９３）．）によるセルシミュレーションを用いて実施した結果に基づくものである。Ｐ２Ｄモデルでは、電気化学反応理論に基づく物理化学モデルであり、充放電に伴う電池セル内部の挙動を高精度に解析することができる。シミュレーションで再現する電池セルは、スピネル型リチウムマンガン複合酸化物を主成分として構成された正極活物質と、炭素材料を主成分として構成された負極活物資とから成り、定格容量は３２．５Ａｈのセルである。放電電流２５０Ａ、環境温度を室温（２５℃）とし、電圧が４．２〜３．０Ｖの間で放電−休止のパルス放電を行った。
【００１５】  図５は、放電時間Ｘ（ｓ）＝３（ｓ），１５（ｓ），２１（ｓ），３０（ｓ）の４つのパターンについての、放電時間Ｘ（ｓ）に対する休止時間Ｙ（ｓ）の比である時間比と放電容量（Ａｈ）との関係を示すグラフである。ここでの放電容量とは、終了電圧の３Ｖに到達するまで放電される電気容量である。  図５に示したグラフから、これらの４つのパターンは互いに同じ傾向を示すことが分かる。４つのパターンとも時間比が大きくなるに従い、放電可能な容量は増加する。特に、時間比４以上では３０Ａｈ以上（定格容量の９２％以上）を放電できる。この結果から、記憶部１３０には、時間比として「４以上」の値が設定される。
【００１６】  図６は、放電時間Ｘ（ｓ）＝３（ｓ），１５（ｓ），２１（ｓ），３０（ｓ）の４つのパターンについての、放電時間Ｘ（ｓ）に対する休止時間Ｙ（ｓ）の比である時間比とセル温度（℃）との関係を示すグラフである。なお、この関係は、環境温度が室温（２５℃）の下での測定結果である。  図６に示したグラフから、これらの４つのパターンは互いに同じ傾向を示すことが分かる。４つのパターンとも時間比が２よりも大きくなるに従い、セル温度は下がる。特に、時間比５以上ではセル温度が４０℃以下で放電できる。この結果から、記憶部１３０には、環境温度が室温（２５℃）である場合の時間比として「５以上」の値が設定される。
【００１７】  また、制御部１１１は、記憶部１３０が記憶している時間比に基づいて、放電時間に対する休止時間を決定する。具体的には、制御部１１１は、記憶部１３０から時間比を読み出し、読み出した時間比と任意の放電時間とを掛け合わせることで休止時間を決定する。  化学電池１２１は、制御部１１１の制御によって放電を行う電池セルである。化学電池１２１は、リチウムイオン電池であっても良い。
【００１８】  以下に、図３に示したパルス放電装置１０１におけるパルス放電方法について説明する。  図７は、図３に示したパルス放電装置１０１におけるパルス放電方法を説明するためのフローチャートである。  まず、ステップ１１にて、制御部１１１が、化学電池１２１の放電を開始する。続いて、ステップ１２にて、制御部１１１は、記憶部１３０から時間比を読み出す。そして、ステップ１３にて、制御部１１１は、記憶部１３０から読み出した時間比に基づいて、放電時間に対する休止時間を決定する。  その後、ステップ１４にて、制御部１１１は、放電を開始してから放電時間が経過したかどうかを判定する。放電を開始してから放電時間が経過すると、ステップ１５にて、制御部１１１は化学電池１２１の放電を休止する。  その後、ステップ１６にて、制御部１１１は、放電を休止してから、ステップ１３で決定した休止時間が経過したかどうかを判定する。放電を休止してから休止時間が経過すると、ステップ１７にて、制御部１１１は、あらかじめ設定された終了電圧に達したかどうかを判定する。  終了電圧に達した場合、処理は終了する。また、終了電圧に達していない場合は、制御部１１１は、さらにステップ１１にて化学電池１２１の放電を開始する。  放電処理が終了すると、任意のタイミングで充電装置２００を用いた充電が開始され、化学電池１２１がパルス放電可能な充電状態へ戻される。
【００１９】  図５に示した結果を用いて記憶部１３０に時間比「４」が設定されている場合を例に挙げて、図３に示したパルス放電装置１０１におけるパルス放電方法について説明する。  放電時間が３０秒である場合、制御部１１１は、この放電時間「３０秒」と、記憶部１３０から読み出した時間比「４」とを掛け合わせた値「１２０秒」を休止時間として決定する。制御部１１１は、放電開始から３０秒が経過すると、化学電池１２１の放電を１２０秒間、休止する。その後、制御部１１１は、化学電池１２１の電圧が終電電圧３Ｖとなるまで、３０秒間の放電と１２０秒間の休止とを繰り返す。このとき、放電容量が３０Ａｈ以上（定格容量の９２％以上）であることが保証される。
【００２０】  図６に示した結果を用いて記憶部１３０に時間比「５」が設定されている場合を例に挙げて、図３に示したパルス放電装置１０１におけるパルス放電方法について説明する。  放電時間が３０秒である場合、制御部１１１は、この放電時間「３０秒」と、記憶部１３０から読み出した時間比「５」とを掛け合わせた値「１５０秒」を休止時間として決定する。制御部１１１は、放電開始から３０秒が経過すると、化学電池１２１の放電を１５０秒間、休止する。その後、制御部１１１は、化学電池１２１の電圧が終電電圧３Ｖとなるまで、３０秒間の放電と１５０秒間の休止とを繰り返す。このとき、環境温度が室温（２５℃）の下でセル温度が４０℃以下であることが保証される。
【００２１】  なお、制御部１１１は、記憶部１３０から読み出した時間比をそのまま用いるのではなく、読み出した時間比の値以上の値を用いて休止時間を決定するものであっても良い。また、変形例として、記憶部１３０は、休止時間に対する放電時間の時間比を記憶するものであっても良い。その場合、制御部１１１は、時間比の逆数と放電時間とを掛け合わせた値を休止時間として決定する。
【００２２】  このように、制御部１１１が、放電容量の低下を低減させる値またはセル温度の上昇を低減する値としてあらかじめ設定された時間比を用いて、放電時間に対する休止時間を決定する。そのため、任意の放電時間に対して最適な休止時間を容易に設定することができ、放電時間に縛られない柔軟な電池搭載機器の利活用が可能になる。（第３の実施の形態）
【００２３】  図８は、本発明のパルス放電装置の第３の実施の形態を示す図である。  本形態におけるパルス放電装置１０２は図８に示すように、制御部１１２と、化学電池１２１とを有している。また、化学電池１２１を充電するための充電装置２００が、パルス放電装置１０２と接続可能に構成されている。なお、図８には、本形態におけるパルス放電装置１０２に設けられた構成要素のうち、本実施の形態に関わる主要な構成要素の一例を示す。つまり、本形態におけるパルス放電装置１０２に設けられた他の構成要素は、一般的なパルス放電装置に設けられた構成要素であっても良く、ここでは特に規定しない。  制御部１１２は、化学電池１２１の放電と、放電の休止とを交互に繰り返すパルス放電の制御を行う。また、制御部１１２は、記憶部１３１を具備している。記憶部１３１は、化学電池１２１の放電時間に対する休止時間の時間比をあらかじめ記憶するハードディスク等の記憶装置である。この時間比は、化学電池１２１の放電容量の低下を低減するために最適な放電時間と休止時間との比、およびセル温度の上昇を低減するために最適な放電時間と休止時間との比であり、あらかじめ実験や測定等で決定された値である。
【００２４】  図９は、図８に示した記憶部１３１に記憶されている時間比の一例を示す図である。  図８に示した記憶部１３１には図９に示すように、放電時間に対する休止時間の時間比「４」および「５」があらかじめ設定され、記憶されている。時間比「４」は、図５を用いて説明したように、放電容量の低下を低減させる値である。また、時間比「５」は、図６を用いて説明したように、セル温度上昇を低減させる値である。このように、記憶部１３１には、２種類の時間比が記憶されている。
【００２５】  また、制御部１１２は、記憶部１３１が記憶している複数の時間比のうち、大きな値の時間比に基づいて、放電時間に対する休止時間を決定する。具体的には、制御部１１２は、記憶部１３１から時間比を読み出し、読み出した時間比のうち、大きな値の時間比を選択する。そして、制御部１１２は、選択した時間比と任意の放電時間とを掛け合わせることで休止時間を決定する。  化学電池１２１は、制御部１１２の制御によって放電を行う電池セルである。化学電池１２１は、リチウムイオン電池であっても良い。
【００２６】  以下に、図８に示したパルス放電装置１０２におけるパルス放電方法について説明する。  図１０は、図８に示したパルス放電装置１０２におけるパルス放電方法を説明するためのフローチャートである。  まず、ステップ２１にて、制御部１１２が、化学電池１２１の放電を開始する。続いて、ステップ２２にて、制御部１１２は、記憶部１３１から時間比を読み出す。ここで、記憶部１３１には、図９に示したように、２つの時間比が記憶されているため、制御部１１２は、記憶部１３１からこの２つの時間比を読み出す。制御部１１２は、読み出した時間比のうち、大きな値である時間比を選択する。そして、ステップ２３にて、制御部１１２は、選択した時間比に基づいて、放電時間に対する休止時間を決定する。  その後、ステップ２４にて、制御部１１２は、放電を開始してから放電時間が経過したかどうかを判定する。放電を開始してから放電時間が経過すると、ステップ２５にて、制御部１１２は化学電池１２１の放電を休止する。  その後、ステップ２６にて、制御部１１２は、放電を休止してから、ステップ２３で決定した休止時間が経過したかどうかを判定する。放電を休止してから休止時間が経過すると、ステップ２７にて、制御部１１２は、あらかじめ設定された終了電圧に達したかどうかを判定する。  終了電圧に達した場合、処理は終了する。また、終了電圧に達していない場合は、制御部１１２は、さらにステップ２１にて化学電池１２１の放電を開始する。  放電処理が終了すると、任意のタイミングで充電装置２００を用いた充電が開始され、化学電池１２１がパルス放電可能な充電状態へ戻される。
【００２７】  図５および６に示した結果を用いて記憶部１３１に時間比「４」および「５」が設定されている場合を例に挙げて、図８に示したパルス放電装置１０２におけるパルス放電方法について説明する。  制御部１１２は、記憶部１３１に記憶されている時間比のうち、大きな値「５」を選択する。放電時間が３０秒である場合、制御部１１２は、この放電時間「３０秒」と、選択した時間比「５」とを掛け合わせた値「１５０秒」を休止時間として決定する。制御部１１２は、放電開始から３０秒が経過すると、化学電池１２１の放電を１５０秒間、休止する。その後、制御部１１２は、化学電池１２１の電圧が終電電圧３Ｖとなるまで、３０秒間の放電と１５０秒間の休止とを繰り返す。このとき、放電容量が３０Ａｈ以上（定格容量の９２％以上）あることと、環境温度が室温（２５℃）の下でセル温度が４０℃以下であることが保証される。
【００２８】  なお、制御部１１２は、選択した時間比をそのまま用いるのではなく、読み出した時間比の値以上の値を用いて休止時間を決定するものであっても良い。また、変形例として、記憶部１３１は、休止時間に対する放電時間の時間比を記憶するものであっても良い。その場合、制御部１１１は、記憶部１３１に記憶されている時間比のうち、小さな値である時間比を選択し、選択された時間比の逆数と放電時間とを掛け合わせた値を休止時間として決定する。
【００２９】  このように、制御部１１２が、記憶部１３１に記憶されている時間比のうち、大きな値の時間比を用いて、放電時間に対する休止時間を決定する。そのため、放電容量の低下を低減させ、かつセル温度の上昇を低減させる時間比を用いて、放電時間に対する休止時間を決定することができる。これにより、任意の放電時間に対して最適な休止時間を容易に設定することができ、放電時間に縛られない柔軟な電池搭載機器の利活用が可能になる。
【００３０】  上述したパルス放電装置１００〜１０２それぞれに設けられた各構成要素が行う処理は、目的に応じてそれぞれ作製された論理回路で行うようにしても良い。また、処理内容を手順として記述したコンピュータプログラム（以下、プログラムと称する）をパルス放電装置１００〜１０２それぞれにて読取可能な記録媒体に記録し、この記録媒体に記録されたプログラムをパルス放電装置１００〜１０２それぞれに読み込ませ、実行するものであっても良い。パルス放電装置１００〜１０２それぞれにて読取可能な記録媒体とは、フロッピー（登録商標）ディスク、光磁気ディスク、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｋ）、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）などの移設可能な記録媒体の他、パルス放電装置１００〜１０２それぞれに内蔵されたＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等のメモリやＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）等を指す。この記録媒体に記録されたプログラムは、パルス放電装置１００〜１０２それぞれに設けられた制御部等のＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）にて読み込まれ、ＣＰＵの制御によって、上述したものと同様の処理が行われる。ここで、ＣＰＵは、プログラムが記録された記録媒体から読み込まれたプログラムを実行するコンピュータとして動作するものである。
【００３１】  上記の実施の形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。（付記１）化学電池の放電と該放電の休止とを交互に繰り返すパルス放電を行う際、あらかじめ設定された、放電時間と休止時間との時間比に基づいて、前記放電時間に対する前記休止時間を決定する制御部を有するパルス放電装置。（付記２）前記制御部は、前記時間比をあらかじめ記憶する記憶部を有する、付記１に記載のパルス放電装置。（付記３）前記時間比は、放電容量低下を低減させる値である、付記１または付記２に記載のパルス放電装置。（付記４）前記時間比は、前記放電時間に対する前記休止時間の比が４以上である、付記３に記載のパルス放電装置。（付記５）前記時間比は、セル温度上昇を低減させる値である、付記１または付記２に記載のパルス放電装置。（付記６）前記時間比は、前記放電時間に対する前記休止時間の比が５以上である、付記５に記載のパルス放電装置。（付記７）前記時間比は、放電容量低下を低減させ、かつ、セル温度上昇を低減させる値である、付記１または付記２に記載のパルス放電装置。（付記８）前記化学電池は、リチウムイオン電池である、付記１から７のいずれか１項に記載のパルス放電装置。（付記９）化学電池の放電と該放電の休止とを交互に繰り返すパルス放電を行う際、あらかじめ設定された、放電時間と休止時間との時間比に基づいて、前記放電時間に対する前記休止時間を決定する処理を行うパルス放電方法。
【００３２】  以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施の形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。  この出願は、２０１４年６月３日に出願された日本出願特願２０１４−１１４６６９基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【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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【国際調査報告】
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