(57)【要約】 充電システムは、電池パック（１）と、充電器（２）を備える。充電制御部（２１）は、二次電池（１４）の充電時に、第１の充電電流で定電流充電するとともに、二次電池（１４）のＳＯＣがしきいＳＯＣ値に達する条件と、前記二次電池（１４）の端子間電圧がしきい端子間電圧に達する条件の少なくともいずれかの条件を満たす場合に、第１の充電電流よりも小さい第２の充電電流に切り替えて定電流充電すべく充電器（２）を制御する。また、二次電池（１４）の劣化の度合いに応じて、しきいＳＯＣ値としきい端子間電圧の少なくともいずれかを下方変更する。
2014148018.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池と、
前記二次電池を充電する充電器と、
前記二次電池の充電時に、第１の充電電流で定電流充電するとともに、前記二次電池のＳＯＣがしきいＳＯＣ値に達する条件と、前記二次電池の端子間電圧がしきい端子間電圧に達する条件の少なくともいずれかの条件を満たす場合に、前記第１の充電電流よりも小さい第２の充電電流に切り替えて定電流充電すべく前記充電器を制御する充電制御手段と、
を備え、
前記充電制御手段は、前記二次電池の劣化の度合いに応じて、前記第１の充電電流と前記第２の充電電流の少なくともいずれかを下方変更する
ことを特徴とする二次電池の充電システム。
【請求項２】
請求項１記載の二次電池の充電システムにおいて、
前記充電制御手段は、前記二次電池の劣化の度合いに応じて、前記しきいＳＯＣ値と前記しきい端子間電圧の少なくともいずれかを下方変更して前記第１の充電電流から前記第２の充電電流に切り替える
ことを特徴とする二次電池の充電システム。
【請求項３】
請求項１もしくは２に記載の二次電池の充電システムにおいて、
前記二次電池の劣化の度合いは、前記二次電池の充放電サイクル数、前記二次電池の内部抵抗値、二次電池の実容量のいずれかであることを特徴とする二次電池の充電システム。
【請求項４】
二次電池と、
前記二次電池の充電時に、第１の充電電流で定電流充電するとともに、前記二次電池のＳＯＣがしきいＳＯＣ値に達する条件と、前記二次電池の端子間電圧がしきい端子間電圧に達する条件の少なくともいずれかの条件を満たす場合に、前記第１の充電電流よりも小さい第２の充電電流に切り替えて定電流充電すべく充電器に対して制御信号を出力する充電制御手段と、
を備え、
前記充電制御手段は、前記二次電池の劣化の度合いに応じて、前記第１の充電電流と前記第２の充電電流の少なくともいずれかを下方変更すべく制御信号を出力する
ことを特徴とする電池パック。
【請求項５】
請求項４記載の電池パックにおいて、
前記充電制御手段は、前記二次電池の劣化の度合いに応じて、前記しきいＳＯＣ値と前記しきい端子間電圧の少なくともいずれかを下方変更して前記第１の充電電流から前記第２の充電電流に切り替えるべく制御信号を出力する
ことを特徴とする電池パック。
【請求項６】
請求項４または５に記載の電池パックにおいて、
前記二次電池の劣化の度合いは、前記二次電池の充放電サイクル数、前記二次電池の内部抵抗値、二次電池の実容量のいずれかであることを特徴とする電池パック。
【請求項７】
二次電池の充電方法であって、
前記二次電池を第１の充電電流で定電流充電するステップと、
前記二次電池のＳＯＣがしきいＳＯＣ値に達する条件と、前記二次電池の端子間電圧がしきい端子間電圧に達する条件の少なくともいずれかの条件を満たすか否かを判定するステップと、
少なくともいずれかの条件を満たす場合に前記第１の充電電流よりも小さい第２の充電電流に切り替えて定電流充電するステップと、
前記二次電池の劣化の度合いに応じて、前記しきいＳＯＣ値と前記しきい端子間電圧の少なくともいずれかを下方変更するステップと、
を備えることを特徴とする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等の充電技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池は、エネルギ密度が高く、機器の小型化や軽量化が可能である特性を備え、各種電子機器の主電源、自動車や航空機等の産業用ないし運輸用動力源、家庭用の主電源等に幅広く用いられている。【０００３】
通常、非水電解質二次電池の充電は、定電流充電を行い、その後に定電圧充電を行って満充電状態とする。充電電流を大きくすることで充電時間を短縮することができるが、二次電池の充放電サイクル劣化が大きくなり寿命が低下してしまう。他方、充電電流を小さくすることで充放電サイクル劣化を抑制することができるが、充電時間が増大してしまう。すなわち、充電電流に対し、充電時間と充放電サイクル劣化はトレードオフの関係にある。【０００４】
下記の特許文献１には、定電流充電した後に定電圧充電に移行する非水電解質二次電池の充電方法において、定電流充電中の電圧の時間変化率を算出し、その時間変化率が増加から減少に転じた時点で定電圧充電に移行することが記載されている。【０００５】
特許文献２には、リチウムイオン二次電池の充電方法において、リチウムイオン二次電池の劣化度を検出し、劣化が進んだときに設定電圧を低く設定して満充電することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２５２８４９号公報
【特許文献２】特開２００８−２２８４９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
定電流充電から定電圧充電への切替タイミングを調整する、あるいは満充電時の設定電圧を調整することで二次電池の充放電サイクル劣化を抑制することが可能であるが、充電時間の短縮については十分に検討されていない。【０００８】
本発明の目的は、二次電池を充電する際に、充電時間と短縮と充放電サイクル劣化の抑制とを高レベルで両立し、充放電サイクル劣化を抑制しつつ充電時間を短縮することができる充電システム及び方法並びに電池パックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、二次電池の充電システムであって、二次電池と、前記二次電池を充電する充電器と、前記二次電池の充電時に、第１の充電電流で定電流充電するとともに、前記二次電池のＳＯＣがしきいＳＯＣ値に達する条件と、前記二次電池の端子間電圧がしきい端子間電圧に達する条件の少なくともいずれかの条件を満たす場合に、前記第１の充電電流よりも小さい第２の充電電流に切り替えて定電流充電すべく前記充電器を制御する充電制御手段とを備え、前記充電制御手段は、前記二次電池の劣化の度合いに応じて、前記第１の充電電流と前記第２の充電電流の少なくともいずれかを下方変更することを特徴とする。なお、第１の充電電流の下方変更とは、第１の充電電流をより小さい充電電流に変更することを意味する。第２の充電電流の下方変更も同様である。【００１０】
本発明の１つの実施形態では、前記充電制御手段は、前記二次電池の劣化の度合いに応じて、前記しきいＳＯＣ値と前記しきい端子間電圧の少なくともいずれかを下方変更して前記第１の充電電流から前記第２の充電電流に切り替えることを特徴とする。なお、下方変更とは、より小さい値に変更することを意味し、しきいＳＯＣ値の下方変更とは、しきいＳＯＣ値をより小さいＳＯＣ値に変更することを意味し、しきい端子間電圧の下方変更とは、しきい端子間電圧をより小さい端子間電圧に変更することを意味する。【００１１】
本発明のさらに他の実施形態では、前記充電制御手段は、前記二次電池の劣化の度合いに応じて、前記しきいＳＯＣ値と前記しきい端子間電圧の少なくともいずれかを下方変更して前記第１の充電電流から前記第２の充電電流に切り替え、かつ、前記第１の充電電流と前記第２の充電電流の少なくともいずれかを下方変更することを特徴とする。【００１２】
本発明のさらに他の実施形態では、前記二次電池の劣化の度合いは、前記二次電池の充放電サイクル数、前記二次電池の内部抵抗値、二次電池の実容量のいずれかであることを特徴とする。【００１３】
また、本発明は、電池パックであって、二次電池と、前記二次電池の充電時に、第１の充電電流で定電流充電するとともに、前記二次電池のＳＯＣがしきいＳＯＣ値に達する条件と、前記二次電池の端子間電圧がしきい端子間電圧に達する条件の少なくともいずれかの条件を満たす場合に、前記第１の充電電流よりも小さい第２の充電電流に切り替えて定電流充電すべく充電器に対して制御信号を出力する充電制御手段とを備え、前記充電制御手段は、前記二次電池の劣化の度合いに応じて、前記第１の充電電流と前記第２の充電電流の少なくともいずれかを下方変更すべく制御信号を出力することを特徴とする。【００１４】
また、本発明は、二次電池の充電方法であって、前記二次電池を第１の充電電流で定電流充電するステップと、前記二次電池のＳＯＣがしきいＳＯＣ値に達する条件と、前記二次電池の端子間電圧がしきい端子間電圧に達する条件の少なくともいずれかの条件を満たすか否かを判定するステップと、少なくともいずれかの条件を満たす場合に前記第１の充電電流よりも小さい第２の充電電流に切り替えて定電流充電するステップと、前記二次電池の劣化の度合いに応じて、前記しきいＳＯＣ値と前記しきい端子間電圧の少なくともいずれかを下方変更するステップとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、二次電池の充放電サイクル劣化を抑制しつつ充電時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態のシステム構成図である。
【図２】充電時の二次電池の容量変化を示す図である。
【図３】充電時の二次電池の端子間電圧変化を示す図である。
【図４】充電時の充電電流の切替を示す図である。
【図５】充放電サイクル数と容量との関係を示す図である。
【図６】切替タイミングの調整を示す図である。
【図７】充放電サイクル数としきいＳＯＣ値の関係を示す図である。
【図８】充電電流値の調整を示す図である。
【図９】切替タイミング及び充電電流値の調整を示す図である。
【図１０】充放電サイクル数と充電電流値の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
＜第１実施形態＞
以下、図面に基づき本発明の実施形態について、非水電解質二次電池としてリチウムイオン二次電池を例にとり説明する。但し、本発明はこれに限定されるわけではない。
【００１８】
図１に、本実施形態におけるリチウムイオン二次電池の充電システム構成を示す。
【００１９】
充電システムは、電池パック１と、電池パック１に電気的に接続される充電器２から構成される。電池パック１の正極側端子Ｔ１１及び負極側端子Ｔ１３は、それぞれ充電器２の正極側端子Ｔ２１及び負極側端子Ｔ２３に接続される。また、電池パック１のコネクタ端子Ｔ１２は、充電器２のコネクタ端子Ｔ２２に接続される。
＜電池パック＞
まず、電池パック１の構成について説明する。
【００２０】
電池パック１は、リチウムイオン二次電池１４と、制御ＩＣ１８を備える。リチウムイオン二次電池１４は、複数のリチウムイオン二次電池セルが直並列に接続されて構成される。各セルは、正極活物質、負極活物質、及びセパレータを備えており、正極活物質にはリチウム含有複合酸化物等、負極活物質には黒鉛等、セパレータにはポリプロピレンとポリエチレン等が用いられる。
【００２１】
温度センサ１７は、リチウムイオン二次電池１４の所定位置に設けられ、各セルの温度を検出して制御ＩＣ１８に供給する。
【００２２】
電圧検出センサ２０は、リチウムイオン二次電池１４の所定位置に設けられ、各セルの端子間電圧を検出して制御ＩＣ１８に供給する。
【００２３】
電流検出抵抗１６は、リチウムイオン二次電池１４の負極側端子に接続され、リチウムイオン二次電池１４の通電電流を検出して制御ＩＣ１８に供給する。
【００２４】
制御ＩＣ１８は、Ａ／Ｄ変換器１９と、充電制御部２１と、通信部２２を備える。
【００２５】
Ａ／Ｄ変換器１９は、電流検出抵抗１６で検出されたリチウムイオン二次電池１４の電流データをデジタル値に変換して充電制御部２１に供給する。また、温度センサ１７で検出されたリチウムイオン二次電池１４の温度データをデジタル値に変換して充電制御部２１に供給する。また、電圧検出センサ２０で検出されたリチウムイオン二次電池１４の電圧データをデジタル値に変換して充電制御部２１に供給する。
【００２６】
充電制御部２１は、Ａ／Ｄ変換器１９から供給された、電流データ、電圧データ、温度データに基づいて、リチウムイオン二次電池１４の残容量が、満充電時の容量を基準として相対的にどの程度の量であるか、すなわちＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を演算する。ＳＯＣは、通常、満充電時を１００としたときの百分率（％）で表現される。満充電時の容量としては、リチウムイオン二次電池１４の製品出荷時（あるいは初回充電時）の初期容量とすることができる。なお、満充電時の容量として、使用により劣化した実容量（Ａ・ｈ）とすることもできる。
【００２７】
充電制御部２１は、演算して得られたＳＯＣに基づき、充電電流値や充電電圧値を演算する。そして、充電制御部２１は、通信部２２を介して充電器２に制御信号を供給する。また、充電制御部２１は、Ａ／Ｄ変換器１９から供給された各データや、充電器２から受信したデータに基づいてシステムの異常を検出すると、スイッチ素子１２，１３を遮断してリチウムイオン二次電池１４を保護する。
【００２８】
充電制御部２１は、具体的にはＣＰＵ及びメモリを備えるマイクロコンピュータで構成される。マイクロコンピュータのメモリは、プログラムメモリ及びワーキングメモリを含む。プログラムメモリは、電流データ、電圧データ、温度データに基づいてリチウムイオン二次電池１４のＳＯＣを算出するためのプログラムその他の動作プログラムを記憶する。ＳＯＣの演算は公知の方法を用いることができる。また、プログラムメモリは、充電電流の値を切り替えるためのしきいＳＯＣ値、あるいはしきい端子間電圧値を記憶する。ワーキングメモリは、Ａ／Ｄ変換器１９から供給された各データや、演算により算出されたＳＯＣ値等を記憶する。
【００２９】
＜充電器２＞
次に、充電器２の構成について説明する。
【００３０】
充電器２は、制御ＩＣ３０と、充電電流供給回路３３と、表示パネル３４を備える。
【００３１】
制御ＩＣ３０は、制御部３１と、通信部３２を備える。通信部３２は、電池パック１の通信部２２を介して供給された制御信号を受信し、制御部３１に供給する。制御部３１は、通信部３２を介して受信した制御信号に基づき、充電電流供給回路３３を制御する。また、必要に応じ、表示パネル３４に電池パック１の充電状態を表示する。充電電流供給回路３３は、制御部３１からの信号に基づき、電池パック１を充電する際の充電電流を増減調整する。
【００３２】
一般に、充電器２は、定電流充電と定電圧充電により電池パック１を満充電まで充電するが、本実施形態では、定電流充電の際に、複数種類の電流を組み合わせた充電を行う。すなわち、例えば複数種類の電流として２種類の電流値Ｉ１、Ｉ２（但し、Ｉ１＜Ｉ２とする）を設定し、リチウムイオン二次電池１４が所定のＳＯＣ値に達するまでは電流Ｉ２で定電流充電し、リチウムイオン二次電池１４が所定のＳＯＣ値に達した時点で電流Ｉ２よりも小さい電流Ｉ１に切り替えて定電流充電する。
【００３３】
すなわち、電池パック１の充電制御部２１は、演算したＳＯＣ値を所定のＳＯＣ値と大小比較し、リチウムイオン二次電池１４のＳＯＣ値が所定のＳＯＣ値に達したか否かを判定する。達していない場合には、電流Ｉ２で定電流充電すべく制御信号を充電器２の制御部３１に供給する。達している場合には、電流Ｉ２よりも小さい電流Ｉ１で定電流充電すべく制御信号を充電器２の制御部３１に供給する。制御部３１は、充電制御部２１から供給された制御信号に基づいて、充電電流供給回路３３を制御して充電電流をＩ２からＩ１に切替制御する。充電電流Ｉ２を第１の充電電流、充電電流Ｉ１を第２の充電電流とすると、第１の充電電流から第２の充電電流に切り替えて定電流充電を行うものである。
【００３４】
本実施形態において、充電電流をＩ２からＩ１に切り替えるのは、リチウムイオン二次電池１４の劣化によらず、未だ劣化していない製品出荷後の初期状態から既に切り替えていることに留意されたい。言い換えれば、本実施形態では、リチウムイオン二次電池１４の劣化の度合いや劣化の程度によらず、定電流充電時には常に充電電流をＩ２からＩ１に強制的に切り替えて充電する。従来の一定電流による定電流充電との相違は明らかであろう。所定のＳＯＣ値に達した時点で充電電流をＩ２からＩ１に切り替える代わりに、リチウムイオン二次電池１４の端子間電圧が所定の端子間電圧に達した時点で切り替えてもよい。
【００３５】
このように充電電流を切り替えて充電を行う理由は以下の通りである。定電流で充電する場合、充電電流が大きい場合には充電時間は短縮できるが、リチウムイオン二次電池１４のサイクル劣化が大きくなる。他方、充電電流が小さい場合にはサイクル劣化を抑制することは可能であるが、充電時間が増大してしまう。
【００３６】
そこで、本実施形態では、充電初期においては充電電流を相対的にＩ２と大きくして充電し、リチウムイオン二次電池１４のＳＯＣ値あるいはこれに対応する端子間電圧値に達した時点で充電電流を相対的に小さいＩ１に切り替えて充電することで、充電電流Ｉ２により充電時間の短縮を図るとともに、充電電流Ｉ１によりサイクル劣化を抑制し、充電時間の短縮とサイクル劣化の抑制を同時に達成する。
【００３７】
本実施形態では、充電電流をＩ２からＩ１に切り替えて充電を行うが、その後に定電圧充電を行うか否かは任意に設定できる。すなわち、充電電流をＩ２からＩ１に切り替えて満充電状態まで充電してもよく、充電電流をＩ２からＩ１に切り替えて充電した後、定電圧充電に切り替えて充電を行ってもよい。
【００３８】
充電電流をＩ２からＩ１に切り替える切替タイミングは、複数のリチウムイオン二次電池１４を用いて切替タイミングを種々変化させてその充電時間の変化とサイクル劣化の変化のデータを取得し、充電時間の短縮とサイクル劣化の抑制に最も効果的な切替タイミングを選択することで取得し得る。このようにして取得された切替タイミング（具体的にはしきいＳＯＣ値あるいはしきい端子間電圧値）が充電制御部２１のメモリに記憶される。
【００３９】
なお、リチウムイオン二次電池１４は充放電サイクルが進むにつれて劣化した場合、メモリに記憶された切替タイミングが適当なタイミングでなくなる場合がある。この場合には、リチウムイオン二次電池１４の劣化の度合いに応じて、切替タイミングを動的に変更すればよい。具体的には、リチウムイオン二次電池１４の劣化が進むと、充電電流を小さくした方が劣化を抑制することができるため、相対的に充電電流Ｉ１による定電流充電の割合を増大させるべく、切替タイミングを早めればよい。
【００４０】
＜充電方法の詳細＞
次に、本実施形態における充電方法を詳細に説明する。
【００４１】
図２に、充電時のリチウムイオン二次電池１４の充電容量の時間変化を示す。図において、横軸は時間、縦軸は充電容量（Ａ・ｈ）を示す。比較のため、本実施形態での充電方法による充電容量の変化１００を実線で示すとともに、充電電流Ｉ２のみで充電した場合の充電容量の変化２００を一点鎖線で示し、充電電流Ｉ１のみで充電した場合の充電容量の変化３００を破線で示す。時間ｔ＝０において充電が開始されるものとする。
【００４２】
本実施形態では、充電制御部２１は、Ａ／Ｄ変換器１９からの電流データ、電圧データ、温度データに基づいてリチウムイオン二次電池１４の残容量、すなわちＳＯＣを所定の制御タイミングで順次演算する。そして、リチウムイオン二次電池１４の充電が必要と判定した場合に、通信部２２及び通信部３２を介して充電指令を充電器２の制御部３１に供給する。この制御指令には、充電電流をＩ２とすべき指令が含まれる。
【００４３】
充電器２の制御部３１は、充電制御部２１からの制御指令に基づいて充電電流供給回路３３の動作を制御し、充電電流をＩ２として電池パック１に供給する。電池パック１のリチウムイオン二次電池１４は、充電器２から供給された充電電流Ｉ２で充電され、充電容量が徐々に増大していく。充電制御部２１は、充電中においても所定の制御タイミングでリチウムイオン二次電池１４のＳＯＣを順次演算により算出する。
【００４４】
充電が進むとともに充電容量が増大し、充電容量が所定の容量Ｃｓｏｃに達した時点でリチウムイオン二次電池１４のＳＯＣ値が所定のＳＯＣ値、例えばＳＯＣ値＝６０％に達すると、充電制御部２１は、通信部２２及び通信部３２を介して切替指令を充電器２の制御部３１に供給する。この切替指令には、充電電流をＩ１とすべき指令が含まれる。図２において、リチウムイオン二次電池１４の充電容量がＣｓｏｃとなり、所定のＳＯＣ値に達するタイミングをｔｓｏｃで示している。
【００４５】
充電器２の制御部３１は、充電制御部２１からの切替指令に基づいて充電電流供給回路３３の動作を制御し、充電電流をＩ２からＩ１に切り替えて電池パック１に供給する。電池パック１のリチウムイオン二次電池１４は、充電器２から供給された充電電流Ｉ１で充電される。充電電流がＩ２からＩ１に切り替わることにより、リチウムイオン二次電池１４の充電容量の時間変化の割合もその分だけ減少する。図２において、充電容量の時間変化の割合、つまり充電容量の変化１００の傾きが時間ｔｓｏｃを境に小さく変化している。
【００４６】
充電電流Ｉ１にて充電がさらに進み、端子間電圧が所定の電圧Ｖｆに達した時点で満充電状態になったものと判定して充電を停止するものとする。充電容量が端子間電圧Ｖｆに対応する容量Ｃｆ（但し、Ｃ２＜Ｃｆ＜Ｃ１）に達すると、充電制御部２１は、通信部２２及び通信部３２を介して充電停止指令を充電器２の制御部３１に供給する。充電器２の制御部３１は、充電制御部２１からの充電停止指令に基づいて充電電流供給回路３３の動作を制御し、充電電流をゼロとして電池パック１への充電電流の供給を停止する。図２において、リチウムイオン二次電池１４の充電容量がＣｆとなるタイミングをｔで示している。あるいは、充電容量が所定の容量Ｃｆに達すると、充電制御部２１は、通信部２２及び通信部３２を介して定電圧充電指令を充電器２の制御部３１に供給してもよい。充電器２の制御部３１は、充電制御部２１からの定電圧充電指令に基づいて充電電流供給回路３３の動作を制御し、定電圧条件下で充電電流を電池パック１に供給する。
【００４７】
これに対し、充電電流Ｉ２のみで充電する場合、一点鎖線で示す充電容量の変化２００のように、充電開始からほぼ一定の傾きで充電が進み、端子間電圧Ｖｆに対応する充電容量Ｃ２に達した時点で満充電になったものとして充電を停止する。充電容量Ｃ２に達するタイミングをｔ２とすると、ｔ２＜ｔである。
【００４８】
また、充電電流Ｉ１のみで充電する場合、破線で示す充電容量の変化３００のように、充電開始からほぼ一定の傾きで充電が進む。このときの傾きは、充電電流Ｉ２で充電する場合の傾きよりも小さい。端子間電圧Ｖｆに対応する充電容量Ｃ１に達した時点で満充電になったものとして充電を停止する。充電容量Ｃ１に達するタイミングをｔ１とすると、ｔ２＜ｔ＜ｔ１である。従って、本実施形態において充電容量Ｃｆに達するタイミングｔは、充電電流Ｉ２のみで充電する場合と、充電電流Ｉ１で充電する場合の間に存在し、充電時間に関しては、充電電流Ｉ２のみで充電するよりも大きいものの、充電電流Ｉ１のみで充電する場合に比べて短縮することができる。
【００４９】
図３に、充電時のリチウムイオン二次電池１４の端子間電圧の時間変化を示す。図において、横軸は時間、縦軸は端子間電圧（Ｖ）を示す。比較のため、本実施形態での充電方法による端子間電圧の変化１０２を実線で示すとともに、充電電流Ｉ２のみで充電した場合の端子間電圧の変化２０２を一点鎖線で示し、充電電流Ｉ１のみで充電した場合の端子間電圧の変化３０２を破線で示す。時間ｔ＝０において充電が開始されるものとする。
【００５０】
本実施形態では、まず充電電流Ｉ２でリチウムイオン二次電池１４を充電する。充電が進み、リチウムイオン二次電池１４の端子間電圧が所定のＳＯＣ値に対応する端子間電圧Ｖｓｏｃに達した時点で、充電制御部２１は切替指令を充電器２の制御部３１に供給して充電電流をＩ２からＩ１に切り替える。図において、リチウムイオン二次電池１４の端子間電圧がＶｓｏｃに達したタイミングをｔｓｏｃで示す。このｔｓｏｃは、図２におけるｔｓｏｃと同一である。充電電流がＩ２からＩ１に切り替わるとともに、端子間電圧の変化の傾きも小さくなる。充電がさらに進み、リチウムイオン二次電池１４の端子間電圧が端子間電圧Ｖｆに達した時点で満充電状態になったと判定し、充電を停止する。このときのタイミングをｔで示す。このｔは、図２におけるｔと同一である。
【００５１】
これに対し、充電電流Ｉ２のみで充電する場合、端子間電圧の変化２０２はほぼ一定であり、リチウムイオン二次電池１４の端子間電圧が端子間電圧Ｖｆに達するタイミングをｔ２とすると、このｔ２は図２におけるｔ２と同一であって、ｔ２＜ｔである。
【００５２】
また、充電電流Ｉ１のみで充電する場合、端子間電圧の変化３０２はほぼ一定であり、リチウムイオン二次電池１４の端子間電圧が端子間電圧Ｖｆに達するタイミングをｔ１とすると、このｔ１は図２におけるｔ１と同一であって、ｔ２＜ｔ＜ｔ１である。
【００５３】
図４に、本実施形態における充電電流の変化１０４を示す。時間ｔ＝０において充電が開始されるものとする。まず、充電電流Ｉ２で充電を開始する。リチウムイオン二次電池１４のＳＯＣ値が所定のＳＯＣに達するまで、あるいはリチウムイオン二次電池１４の端子間電圧が所定のＳＯＣ値に対応する端子間電圧Ｖｓｏｃに達するまで、充電電流Ｉ２による定電流充電を行う。
【００５４】
充電が進み、リチウムイオン二次電池１４のＳＯＣ値が所定のＳＯＣ値に達する、あるいはリチウムイオン二次電池１４の端子間電圧が所定のＳＯＣ値に対応する端子間電圧Ｖｓｏｃに達すると、充電制御部２１は切替信号を充電器２の制御部３１に供給し、充電電流をＩ２からＩ１に切り替える。以後は、充電電流Ｉ１により定電流充電を行う。時間ｔ＝０で充電を開始し、時間ｔｓｏｃで充電電流を切り替え、時間ｔで充電を停止するものとすると、時間０〜ｔｓｏｃ：充電電流Ｉ２時間ｔｓｏｃ〜ｔ：充電電流Ｉ１である。図４において、充電電流Ｉ２による充電部分を符号１０４ａで示し、充電電流Ｉ１による充電部分を符号１０４ｂで示す。
【００５５】
図５に、充放電サイクル数と容量の関係を示す。図において、横軸は充放電サイクル数であり、縦軸は実容量（Ａ・ｈ）である。比較のため、本実施形態の容量変化１０６を実線で示すとともに、充電電流Ｉ２のみで充電した場合の容量変化２０６を一点鎖線で示し、充電電流Ｉ１のみで充電した場合の容量変化３０６を破線で示す。リチウムイオン二次電池１４は、充放電サイクル数が増大するに従って劣化していき、実容量が低下することが知られている。すなわち、充電時には、リチウムイオン二次電池１４の正極活物質のリチウムがリチウムイオンとなって負極活物質の層間に移動する。製品出荷時の段階ではリチウムイオンが負極活物質の層間の間に入って充電が可能であるものの、充放電サイクルが進むに従って負極活物質の結晶構造が崩れてリチウムイオンが層間に入り難くなり、実容量が低下する。
【００５６】
充電電流Ｉ２のみで充電する場合、図２あるいは図３に示すように充電時間は短いものの、容量変化２０６に示すように充放電サイクル数に対する実容量の低下の度合いも大きい。他方、本実施形態のように充電電流Ｉ２から充電電流Ｉ１に切り替えて充電する場合、容量変化１０６に示すように充放電サイクル数に対する実容量の低下の度合いを抑制し、充電電流Ｉ１のみで充電する場合とほぼ同程度に抑制できる。本実施形態の場合、充電時間はｔ２＜ｔ＜ｔ１であって充電電流Ｉ１のみで充電する場合よりも充電時間は短いから、結局、充電時間を充電電流Ｉ１の場合よりも短縮しつつ、サイクル劣化を充電電流Ｉ１の場合と同程度まで抑制できる。
【００５７】
＜切替タイミングの調整＞
本実施形態の充電方法では、リチウムイオン二次電池１４が製品出荷の初期段階であっても充電電流をＩ２からＩ１に切り替えて充電するが、この場合の切替タイミングはリチウムイオン二次電池１４の状態によらずに常に固定とする場合の他、リチウムイオン二次電池１４の劣化の程度に応じて切替タイミングを調整してもよい。
【００５８】
すなわち、本実施形態によれば、充電電流をＩ２からＩ１に切り替えて充電することでサイクル劣化を抑制することが可能であるが、リチウムイオン二次電池１４の劣化は充放電サイクルとともに進んでいく。
【００５９】
そこで、充放電サイクルが進み、リチウムイオン二次電池１４の劣化がある程度進んだと判定された場合、充電制御部２１は、充電電流をＩ２からＩ１に切り替えるタイミングをそれまでよりも早めに切り替える。具体的には、切り替えるタイミングを決定する所定のＳＯＣ値あるいはこれに対応する端子間電圧Ｖｓｏｃをより小さな値に変更し、変更後のＳＯＣ値あるいはこれに対応する端子間電圧を用いて充電電流を切り替える。ＳＯＣ値の場合、初期段階では６０％であったところ、５５％あるいは５０％に変更する等である。所定のＳＯＣ値を下方変更することで、その分だけリチウムイオン二次電池１４が所定のＳＯＣ値あるいはこれに対応する端子間電圧に達するタイミングが早くなり、充電電流をＩ２からＩ１に切り替えるタイミングも早くなる。
【００６０】
図６に、充放電サイクル数が進み、あるサイクル数に達した時点での充電電流の変化を示す。図において、比較のため、あるサイクル数に達した時点での充電電流の変化１０８を実線で示すとともに、製品出荷後の初期段階での充電電流の変化１０４を一点鎖線で示す。製品出荷後の初期段階、言い換えれば、充放電サイクル数があるサイクル数に達するまでは、所定のＳＯＣ値に達するタイミングｔｓｏｃで充電電流をＩ２からＩ１に切り替えて充電を行う。他方、充放電サイクル数があるサイクル数に達してリチウムイオン二次電池１４の劣化が進んだと判定した場合、所定のＳＯＣ値を下方変更し、変更後のＳＯＣ値に達するタイミングｔｓｏｃ（２）で充電電流をＩ２からＩ１に切り替えて充電を行う。ここで、ｔｓｏｃ（２）＜ｔｓｏｃである。リチウムイオン二次電池１４の劣化が進んだ場合、これに応じて切替タイミングを早めることで、充電電流Ｉ１による充電の割合が増大し、その分だけ充電時間が増大するものの、リチウムイオン二次電池１４の以後の劣化を抑制し得る。
【００６１】
所定のＳＯＣ値あるいはこれに対応する端子間電圧を下方変更する際のサイクル数は一律に、あるいはリチウムイオン二次電池１４毎に設定することができる。あるいは、充放電サイクル数に応じ、所定のＳＯＣ値あるいはこれに対応する端子間電圧を順次下方変更してもよい。
【００６２】
図７に、充放電サイクル数と所定のＳＯＣ値（しきいＳＯＣ値）の関係を示す。しきいＳＯＣ値は、これに対応するしきい端子間電圧としてもよい。しきいＳＯＣ値変化４００は、あるサイクル数において下方変更する場合である。充放電サイクル数がある値Ｎに達するまではしきいＳＯＣ値は所定のＳＯＣに設定される。充放電サイクル数がある値Ｎに達した場合に、それ以降のしきいＳＯＣ値をＳＯＣ（２）に下方変更される。ここで、ＳＯＣ＞ＳＯＣ（２）である。しきいＳＯＣ値変化４０２は、サイクル数に応じて連続的に下方変更する場合である。
【００６３】
このように、リチウムイオン二次電池１４は充放電サイクル数が進むに従って劣化が進むことに鑑み、充放電サイクル数に応じてしきいＳＯＣ値あるいはこれに対応するしきい端子間電圧を下方変更することで、充電電流をＩ２からＩ１に切り替えるタイミングを劣化の程度に応じて早め、以後の劣化を効果的に抑制することができる。
【００６４】
＜第２実施形態＞
上記の説明では、充放電サイクル数に応じて充放電電流をＩ２からＩ１に切り替えるタイミングを調整する場合について説明したが、充放電電流をＩ２からＩ１に切り替えるタイミング自体は変更せず、充電電流値を下方変更してもよい。
【００６５】
図８に、充放電サイクル数が進み、あるサイクル数に達した時点での充電電流の変化を示す。図において、比較のため、あるサイクル数に達した時点での充電電流の変化１１０を実線で示すとともに、製品出荷後の初期段階での充電電流の変化１０４を一点鎖線で示す。製品出荷後の初期段階、言い換えれば、充放電サイクル数があるサイクル数に達するまでは、所定のＳＯＣ値に達するタイミングｔｓｏｃで充電電流をＩ２からＩ１に切り替えて充電を行う。他方、充放電サイクル数があるサイクル数に達してリチウムイオン二次電池１４の劣化が進んだと判定した場合、所定のＳＯＣ値はそのまま維持しつつ、充電開始当初の充電電流をＩ２からＩ２（２）に下方変更するとともに、所定のＳＯＣ値に達した時点で充電電流をＩ１からＩ１（２）に下方変更する。ここで、Ｉ１＞Ｉ１（２）、Ｉ２＞Ｉ２（２）である。
【００６６】
充電電流をＩ２からＩ２（２）に下方変更し、かつＩ１からＩ１（２）に下方変更することで、充電時間はその分だけ増大するものの、リチウムイオン二次電池１４のサイクル劣化を抑制することができる。
【００６７】
図８では充放電サイクル数が進むに従って充電電流Ｉ２及び充電電流Ｉ１をともに下方変更しているが、充電電流Ｉ２はそのまま維持しつつ、充電電流Ｉ１のみを下方変更してもよい。
【００６８】
＜第３実施形態＞
上記の第１実施形態ではリチウムイオン二次電池１４の劣化の程度、すなわち充放電サイクル数に応じて切替タイミングを下方変更し、第２実施形態では充放電サイクル数に応じて充電電流値を下方変更しているが、これらを組み合わせ、リチウムイオン二次電池１４の劣化の程度、すなわち充放電サイクル数に応じて切替タイミング及び充電電流値を下方変更してもよい。
【００６９】
図９において、充放電サイクル数が進み、あるサイクル数に達した時点での充電電流の変化を示す。図において、比較のため、あるサイクル数に達した時点での充電電流の変化１１２を実線で示すとともに、製品出荷後の初期段階での充電電流の変化１０４を一点鎖線で示す。製品出荷後の初期段階、言い換えれば、充放電サイクル数があるサイクル数に達するまでは、所定のＳＯＣ値に達するタイミングｔｓｏｃで充電電流をＩ２からＩ１に切り替えて充電を行う。他方、充放電サイクル数があるサイクル数に達してリチウムイオン二次電池１４の劣化が進んだと判定した場合、所定のＳＯＣ値をＳＯＣ（２）に下方変更するとともに、充電開始当初の充電電流をＩ２からＩ２（２）に下方変更し、かつ、ＳＯＣ（２）に達した時点で充電電流をＩ１からＩ１（２）に下方変更する。
【００７０】
充電電流の切替タイミングを早め、かつ、切替前後の充電電流値をともにＩ２（２）、Ｉ１（２）に下方変更することで、充電時間はその分だけ増大するものの、リチウムイオン二次電池１４のサイクル劣化を効果的に抑制できる。
【００７１】
なお、本実施形態において、充電電流を切り替えるタイミングを規定する所定のＳＯＣ値をあるサイクル数に達した時点で段階的に下方変更するのではなく、図７に示すように充放電サイクル数に応じて連続的に下方変更してもよい。
【００７２】
また、充電電流についても、あるサイクル数に達した時点で段階的に下方変更するのではなく、図１０に示すように充放電サイクル数に応じて連続的に下方変更してもよい。図１０において、横軸に充放電サイクル数、縦軸に充電電流を示す。充電電流Ｉ２，Ｉ１ともに充放電サイクル数が増大するに従って連続的に減少していく。図では充電電流Ｉ１，Ｉ２の減少度合い、つまり傾きはほぼ同一としているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、例えば充電電流Ｉ２の減少度合いを充電電流Ｉ１より大きくする、あるいは逆に充電電流Ｉ２の減少度合いを充電電流Ｉ１より小さくしてもよい。
【００７３】
本実施形態における切替タイミングの調整と充電電流値の調整は、多様に組み合わせることができる。これらを具体的に列挙すると以下の通りである。
（１）しきいＳＯＣ値あるいはしきい端子間電圧値を下方変更するとともに、充電電流Ｉ２を下方変更する
（２）しきいＳＯＣ値あるいはしきい端子間電圧値を下方変更するとともに、充電電流Ｉ１を下方変更する
（３）しきいＳＯＣ値あるいはしきい端子間電圧値を下方変更するとともに、充電電流Ｉ２及びＩ１をともに下方変更する
（４）リチウムイオン二次電池１４がある程度劣化した場合にしきいＳＯＣ値あるいはしきい端子間電圧値を下方変更し、リチウムイオン二次電池がさらに劣化した場合に充電電流Ｉ２及びＩ１を下方変更する。
【００７４】
上記の（４）では、しきいＳＯＣ値あるいはしきい端子間電圧の下方変更と充電電流の下方変更は同時ではなく、異なるタイミングで実行される点に留意されたい。
【００７５】
＜その他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限らず種々の変更が可能であり、これらの変形例も全て本発明に含まれる。
【００７６】
例えば、本実施形態では充電電流の切替タイミングをＳＯＣ値あるいはこれに対応する端子間電圧値により規定しているが、端子間電圧で規定する場合、満充電状態の端子間電圧を４．１Ｖ〜４．２Ｖとして、リチウムイオン二次電池１４の端子間電圧が３．９Ｖ程度に達した時点で充電電流をＩ２からＩ１に切り替えることができる。
【００７７】
また、ＳＯＣ値と端子間電圧を択一的に用いるのではなく、ＳＯＣ値と端子間電圧をともに用いて充電電流をＩ２からＩ１に切り替えることもできる。例えば、ＳＯＣ値が６０％に達し、かつ、端子間電圧が３．９Ｖに達した場合に充電電流をＩ２からＩ１に切り替える等である。すなわち、電池パック１の充電制御部２１は、リチウムイオン二次電池１４のＳＯＣ及び端子間電圧を検出し、ＳＯＣが所定のＳＯＣ値となる条件と、端子間電圧が所定の端子間電圧となる条件の少なくともいずれかの条件を満たす場合に、充電電流をＩ２からＩ１に切り替えるための制御信号を充電器２に供給すればよい。
【００７８】
また、本実施形態では、充電電流をＩ２からＩ１に２段階に切り替えているが、３段階あるいはそれ以上に切り替えることも可能である。例えば、リチウムイオン二次電池１４のＳＯＣ値が所定の第１のＳＯＣ値に達すると充電電流をＩ２からＩ１に切り替え、ＳＯＣ値が所定の第２のＳＯＣ値に達すると充電電流をＩ１からＩ０に切り替える等である。ここで、第１のＳＯＣ値＜第２のＳＯＣ値であり、Ｉ０＜Ｉ１＜Ｉ２である。
【００７９】
また、本実施形態では、リチウムイオン二次電池１４の劣化の程度を評価する一つの指標として充放電サイクル数を用いているが、劣化の程度を評価する他のパラメータを用いることもできる。例えば、劣化の程度を示すパラメータとしてＳＯＨ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｈｅａｌｔｈ）が知られているが、その名称如何を問わず、実容量の変化の程度を示すパラメータを用いることができる。リチウムイオン二次電池１４の劣化の度合いを示すパラメータを列挙すると以下の通りである。
（１）リチウムイオン二次電池１４の内部抵抗
（２）リチウムイオン二次電池１４の実容量
（３）リチウムイオン二次電池１４の充放電サイクル数
また、本実施形態では、上記のように定電圧充電を行うか否かは任意であるが、定電圧充電を行う場合は以下の通りである。
【００８０】
すなわち、リチウムイオン二次電池１４を定電流充電した後に定電圧充電を行う場合、定電流充電において本実施形態の充電方法を適用する。例えば、所定のＳＯＣ値あるいはこれに対応する端子間電圧に達するまでは充電電流Ｉ２により定電流充電し、その後、所定のＳＯＣ値あるいはこれに対応する端子間電圧に達した時点で充電電流Ｉ１に切り替えて定電流充電する。そして、２種類の電流を切り替えて定電流充電を行い、設定電圧に達した時点で定電流充電を終了し、定電圧充電を行う。定電圧充電を行い、充電電流が所定値以下となった場合にリチウムイオン二次電池１４が満充電状態になったと判定して充電を停止する。
【符号の説明】
【００８１】
１  電池パック、２  充電器、１４  リチウムイオン二次電池、１８  制御ＩＣ（電池パック側）、２１  充電制御部、３０  制御ＩＣ（充電器側）、３１  制御部。
【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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