(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池に対して前段充電を行い、電池の電圧が標準充電電圧に達すると後段充電を行う充電装置であって、
前段充電から後段充電に切り替わるタイミング、若しくはその近傍で電池に対して、ハイレベル状態が標準充電電圧におけるＣＶ充電でありローレベル状態が負極の電気二重層容量を超える電荷を流す放電状態であるパルスを印加するパルス供給部を備える充電装置。
【請求項２】
前記ハイレベル状態の期間が所定の期間となると、前記ローレベル状態の期間への遷移し、
充電電流と、放電電流の合計積算値がほぼゼロとなると、前記ローレベル状態の期間から前記ハイレベル状態の期間に遷移する請求項１に記載の充電装置。
【請求項３】
前記パルス供給部による複数のパルス供給の期間が所定の期間となると、充電動作に切り替えられる請求項１に記載の充電装置。
【請求項４】
電池に対して前段充電を行い、電池の標準充電電圧に達すると後段充電を行う充電方法であって、
前段充電から後段充電に切り替わるタイミング、若しくはその近傍で電池に対して、ハイレベル状態が標準充電電圧におけるＣＶ充電でありローレベル状態が負極の電気二重層容量を超える電荷を流す放電状態であるパルスを印加する充電方法。
【請求項５】
充電装置によって充電可能な蓄電装置であって、
前記充電装置は、前段充電を行い、電池の電圧が標準充電電圧に達すると後段充電を行い、
前段充電から後段充電に切り替わるタイミング、若しくはその近傍で電池に対して、ハイレベル状態が標準充電電圧におけるＣＶ充電でありローレベル状態が負極の電気二重層容量を超える電荷を流す放電状態であるパルスを印加するパルス供給部を備える蓄電装置。
【請求項６】
請求項５に記載の蓄電装置から電力の供給を受ける電子機器。
【請求項７】
請求項５に記載の蓄電装置と、
前記蓄電装置から電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、
前記蓄電装置に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行う制御装置と
を有する電動車両。
【請求項８】
請求項５に記載の蓄電装置から電力の供給を受ける電力システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は例えばリチウムイオン二次電池を使用する蓄電装置を充電するのに使用される充電装置及び充電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池例えばリチウムイオン二次電池の充電方式として定電流充電（以下、ＣＣ充電と称する）と定電圧充電（以下、ＣＶ充電と称する）を組み合わせたＣＣＣＶ（Constant Current Constant Voltage：定電流定電圧）充電方式が知られている。ＣＣＣＶ充電方式では、電池電圧が所定の電圧（以下、標準充電電圧と称する）に到達するまでは定電流で充電し、所定電圧に達した後は定電圧で充電する。そして、充電電流がほぼ０に収束した時点で充電が完了する。【０００３】
例えば、電池容量が１０００ｍＡｈで標準充電電圧が４．２Ｖの単一の電池にＣＣＣＶ充電方式で充電をする場合、まず、電池電圧が４．２Ｖ未満の領域では５００ｍＡにて定電流充電を行う（０．５Ｃ充電）。充電によって電池電圧が上昇し、電池電圧が４．２Ｖに達すると充電電源を定電圧制御の動作に切り替える。次第に充電電流が減少し、充電電流がほぼ０に近づくと充電を完了する。【０００４】
二次電池例えばリチウムイオン二次電池の充電方式として、ＣＣＣＶ充電方式以外の充電方式もあるが、いずれの場合も、最後の段階は標準充電電圧におけるＣＶ充電になっていることが多い。本明細書では、このＣＶ充電で終わる充電方法に関して、ＣＶ充電が始まるまでの充電を「前段充電」、その後のＣＶ充電を「後段充電」と称する。例えばＣＣＣＶ充電方式では、ＣＣ充電が前段充電、ＣＶ充電が後段充電である。【０００５】
過充電による電池性能の低下を防止しつつ、充電時間を短縮する充電方法として、標準充電電圧を上回る電圧の印加とパルス充電とを組み合わせて使用するものが提案されている（特許文献１参照）。すなわち、電池電圧が第１の電圧Ｖ１に上昇するまでは定電流充電して、その後、ローレベル状態を休止状態とするパルス充電を行い、最後に、第１の電圧Ｖ１より低い第２の電圧Ｖ２で定電圧充電するようにした充電方法が記載されている。【０００６】
かかる特許文献１に記載のものは、標準充電電圧Ｖ２より高い電圧Ｖ１に電池電圧を規制して定電流充電することによって、充電時間を短縮し、充電と休止を繰り返すパルス充電によって電池性能の低下を防止するものである。【０００７】
また非特許文献１には、整数線形計画法を用いて最適化された多段ステップのＣＣ充電によって、標準充電電圧を上回る電圧の印加を印加することなく、充電時間を２１％高速化したという報告が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３２１３４０１号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Lan-Ron Dung and Jieh-Hwang Yen，”ILP-Based Algorithm for Lithium-Ion Battery Charging Profile”, Proc. of IEEE International Symposium on Industrial Electronics, July 2010, pp.2286.2291.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に記載の方法を用いることにより、過充電による電池性能の低下を防止しつつ、充電時間を短縮することができる。しかしながら、標準充電電圧を上回る電圧の印加するため、過充電による発煙発火のリスクを完全に排除することができないというデメリットがあった。【００１１】
電圧を標準充電電圧以下に留めつつ電池性能の低下も防止する方法と言えば、非特許文献１に記載のような電流パターンを変化させるアプローチがあるが、このアプローチにおける最適な電流パターンは、電池の種類によって異なるばかりか、周囲の温度や劣化度合いによっても異なる。すなわち、どのような電池のどのような状態にも適用できるユニバーサルな最適電流パターンというものが存在せず、別途、最適電流パターンをその場で生成していく方法と組み合わせない限り、十分な効果を期待することが出来ないというデメリットがあった。【００１２】
本技術は、充電時間を長くしている原因の一つが、負極の厚み方向のリチウム拡散の遅さであることに着目して、この拡散を電気的に促すことによって充電時間の短縮化を図るものである。拡散を阻んでいる要因の一つに、負極の活物質粒子表面におけるリチウムイオンの吸着現象が挙げられる。これは、負極の活物質粒子が、あたかも吸着クロマトグラフィーの固定相の様に振る舞い、リチウムイオンが負極の表層（セパレータ側）にある活物質粒子に優先的に吸着してしまう現象である。本技術は、負極の厚み方向の濃度差が最大となる前段充電から後段充電への切り替えのタイミングで、負極の電気二重層容量を超える放電パルスを印加し、これにより吸着したリチウムイオンを脱着し、以て、リチウムイオンの厚さ方向への拡散を促すものである。かかる本技術は、特許文献１と異なり、まず、パルスのハイレベル状態が標準充電電圧におけるＣＶ充電であり、標準充電電圧を上回る電圧が印加されることがない。また、パルスのローレベル状態は休止状態ではなく、負極の電気二重層容量を超える電荷を流す放電状態となっており、リチウムイオンが確実に脱着されるようになっている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した課題を解決するために、本技術は、電池に対して前段充電を行い、電池の電圧が標準充電電圧に達すると後段充電を行う充電装置であって、
前段充電から後段充電に切り替わるタイミング、若しくはその近傍で電池に対して、ハイレベル状態が標準充電電圧におけるＣＶ充電でありローレベル状態が負極の電気二重層容量を超える電荷を流す放電状態であるパルスを印加するパルス供給部を備える充電装置である。
また、本技術は、電池に対して前段充電を行い、電池の標準充電電圧に達すると後段充電を行う充電方法であって、
前段充電から後段充電に切り替わるタイミング、若しくはその近傍で電池に対して、ハイレベル状態が標準充電電圧におけるＣＶ充電でありローレベル状態が負極の電気二重層容量を超える電荷を流す放電状態であるパルスを印加する充電方法である。【００１４】
また、本技術は、充電装置によって充電可能な蓄電装置であって、
蓄電装置は、電池に対して前段充電を行い、電池の電圧が標準充電電圧に達すると後段充電を行い、
前段充電から後段充電に切り替わるタイミング、若しくはその近傍で電池に対して、ハイレベル状態が標準充電電圧におけるＣＶ充電でありローレベル状態が負極の電気二重層容量を超える電荷を流す放電状態であるパルスを印加するパルス供給部を備える蓄電装置である。【００１５】
さらに、本技術は、上述した蓄電装置から電力の供給を受ける電子機器である。
さらに、本技術は、上述した蓄電装置と、蓄電装置から電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、蓄電装置に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行う制御装置とを有する電動車両である。
さらに、本技術は、上述した蓄電装置から電力の供給を受ける電力システムである。
【発明の効果】
【００１６】
少なくとも一つの実施形態によれば、充電時間を短縮化することができる。本充電制御の方法では、標準充電電圧を上回る電圧が電池に印加されることがなく、過充電による発煙発火のリスクを高めることがない。また、負極の厚み方向の濃度差が最大となるのは、どのような温度環境や劣化状態にあるどのような電池であっても、前段充電から後段充電への切り替えのタイミングであることから、電池の状態をその場で把握して最適な電流パターンを生成するような複雑な方法を用いる必要がなく、どのような電池のどのような状態に対しても、常に同じように適用することができる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本技術中に記載されたいずれかの効果であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本技術による充電装置の一実施の形態のブロック図である。
【図２】本技術の一実施の形態の動作説明に用いるフローチャートである。
【図３】本技術の一実施の形態におけるパルス動作の説明のためのグラフ及び波形図である。
【図４】本技術により充電時間を短縮できることを説明するための略線図である。
【図５】実験に使用した充放電器が発生できるパルスの説明のための波形図である。
【図６】第１の実験結果を示す表である。
【図７】第１の実験結果を示す表である。
【図８】第２の実験結果を示す表である。
【図９】第２の実験結果を示す表である。
【図１０】第１の実験結果に基づいて本技術により充電時間を短縮することができる効果を説明するためのグラフである。
【図１１】第２の実験結果に基づいて本技術により充電時間を短縮することができる効果を説明するためのグラフである。
【図１２】本技術が適用された住宅用の蓄電システムを示す概略図である。
【図１３】本技術が適用されたシリーズハイブリッドシステムを採用するハイブリッド車両の構成の一例を概略的に示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に説明する実施の形態は、本技術の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されている。しかしながら、本技術の範囲は、以下の説明において、特に本技術を限定する旨の記載がない限り、これらの実施の形態に限定されないものとする。
なお、本技術の説明は、下記の順序にしたがってなされる。
＜１．一実施の形態＞
＜２．応用例＞
＜３．変形例＞
【００１９】
＜１．一実施の形態＞
「充電装置の構成」
本技術の一実施の形態による充電装置について、図１を参照して説明する。図１において、１が充電対象の電池例えばリチウムイオン二次電池である。電池１の電圧が電圧検出部２によって検出され、検出された電池電圧が制御部３に供給される。電池１の電流が電流検出部４によって検出され、電流検出部４の検出信号が制御部３及び電流積算部５に対して供給される。電流積算部５は、電池１に対する充放電電流を積算し、積算値が制御部３に供給される。
【００２０】
制御部３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等で構成され、ＲＯＭに予め格納されているプログラムにしたがって充電装置の全体の動作を制御するものである。制御部３に対して時間計測部６により形成された時間情報が供給される。
【００２１】
商用電源を整流する等によって形成された電源７に対して電流制限付きＣＶ充電部８及びＣＣ充電部９が接続されている。さらに、ＣＣ放電部１０が設けられ、ＣＣ放電部１０の出力に負荷１１が接続されている。電流制限付きＣＶ充電部８の出力がセレクタ１２及び電流検出部４を介して電池１に供給される。ＣＣ充電部９の出力がセレクタ１２及び電流検出部４を介して電池１に供給される。電池１の放電出力が電流検出部４、セレクタ１２及びＣＣ放電部１０を介して負荷１１に接続される。セレクタ１２が制御部３によって制御される。パルス動作のハイレベルの期間ではセレクタ１２が電流制限付きＣＶ充電部８の出力を選択するので、電池１がＣＶ充電され、ローレベルの期間ではセレクタ１２がＣＣ放電部１０の入力を選択するので、電池１がＣＣ放電される。
【００２２】
「充電装置の動作」
制御部３の制御のもとで行われる充電動作について図２のフローチャートを参照して説明する。
ステップＳＴ１：充電が開始される。
ステップＳＴ２：ＣＣ充電部９によって所定の充電電流で電池１を充電するＣＣ充電がなされる。
ステップＳＴ３：ＣＣ充電の際の上限電圧に電池電圧が達したかどうかが判定される。電池電圧は、電圧検出部２によって検出される。電池電圧が上限電圧に達するまでＣＣ充電がなされる。なお、ここでの上限電圧は、該電池の標準充電電圧が用いられる。
【００２３】
ステップＳＴ４：電流積算部５の積算値をリセットする。
ステップＳＴ５：電流積算が開始される。
ステップＳＴ６：時間の計測が開始される。
ステップＳＴ７：セレクタ１２が電流制限付きＣＶ充電部８を選択する状態とされ、パルス動作のハイレベル状態（充電）がなされる。
ステップＳＴ８：時間計測部７の時間情報に基づいて電圧がハイレベルとなってからｔ１の時間、経過したかどうかが判定される。時間ｔ１がパルスのハイレベルの時間である。ｔ１の時間経過するまでは、ステップＳＴ７（電流制限付きＣＶ充電）が継続される。
【００２４】
ステップＳＴ９：時間ｔ１の経過後にセレクタ１２がＣＣ放電部１０を選択し、ＣＣ放電がなされる。パルス動作のローレベル状態となる。
ステップＳＴ１０：電流積算部５による電流積算値がゼロになったどうかが判定される。例えば充電時に＋方向に充電電流が積算され、放電時に−方向に放電電流が積算される。電流積算値がゼロであることは、充電量がゼロであることを意味している。電流積算値がゼロになったと判定されない場合は、処理がステップＳＴ９（ＣＣ放電）に戻り、ＣＣ放電（ローレベル状態）が継続する。
【００２５】
ステップＳＴ１１：電流積算値がゼロになったと判定されると、パルス動作開始から時間Ｔ２経過したかどうかが判定される。Ｔ２の時間経過していない場合には、処理がステップＳＴ７（電流制限付きＣＶ充電）に戻る。パルス動作のハイレベル状態となる。
ステップＳＴ１２：時間Ｔ２経過したと判定されると、電流積算動作（パルス動作）を停止する。
ステップＳＴ１３：セレクタ１２が電流制限付きＣＶ充電部８を選択する状態とされ、電流制限付きＣＶ充電がなされる。
ステップＳＴ１４：電流が規定値以下かどうかが判定される。
ステップＳＴ１５：電流が規定値以下と判定されると、充電が終了する。電流が規定値以下の場合を満充電として検出しているが、他の方法によって満充電を検出するようにしてもよい。
【００２６】
上述した一実施の形態の動作について図３を参照してさらに説明する。図３Ａに一実施の形態の充電動作における充電電流及び充電容量の変化を示し、図３Ｂにパルス動作の区間の充電電流、充電容量及び電圧の時間変化を拡大して示す。充電開始時から例えば４０（ｍＡ）の充電電流によってＣＣ充電がなされる（ステップＳＴ２）。そして、電池電圧が標準充電電圧（約４．２Ｖ）になると、ＣＣ充電が終了し、パルス動作のＣＶ充電（ハイレベル状態）がなされる（ステップＳＴ７）。
【００２７】
時間ｔ１経過したらパルス動作のローレベル状態に遷移し、例えば−２０ｍＡにてＣＣ放電がなされる（ステップＳＴ９）。ハイレベル状態の積算電流とローレベル状態の積算電流とを合計した全積算電流値がちょうどゼロになったら、すなわち、パルス一周期分の正味の充電容量がゼロになったら、ローレベル状態からハイレベル状態（ステップＳＴ７）へと戻る。したがって、パルス動作期間の充電状態（State of Charge）は巨視的に見ればほぼ一定に保たれる。パルス動作開始から時間Ｔ２経過したらパルス動作を停止する。そして、標準充電電圧（約４．２Ｖ）にてＣＶ充電がなされる（ステップＳＴ１３）。この場合、標準充電電圧を超えないように制御することは、過充電による発煙発火のリスクを高めないためであり、また、ガス発生等の副反応が進行して電池が劣化するのを防止するためである。
【００２８】
「充電時間の短縮化」
上述した本技術の一実施の形態によれば、パルス動作を行うことによって、ＣＶ充電に要する時間を短くし、全体として充電時間を短縮することができる。この点について図４を参照して説明する。
【００２９】
図４は、リチウムイオンが、負極の厚み方向に対して拡散して行く様子を模式的に表している。前段充電であるＣＣ充電をしている間、負極の厚み方向の濃度差は増加し続ける。これは、負極の表層（セパレータ側）にある活物質粒子がリチウムイオンを優先的に吸着するためである。そして、ＣＣ充電からＣＶ充電に切り替わるタイミングが、この厚み方向の濃度差が最大になるタイミングである。もし、負極の体積密度が小さく、電解液が浸み込む隙間が十分に存在するならば、厚み方向の濃度差は差ほど大きくはならないであろう。しかし、現在市場に出回っている多くのリチウムイオン電池はエネルギー密度が高くなるよう設計されているものが多く、そのため体積密度も高くなり、よってそのような設計のリチウムイオン電池ほど、充電時間の短縮化の効果も大きいと言える。
【００３０】
本技術は、パルスのハイレベル状態であるＣＶ充電と、ローレベル状態であるＣＣ放電とを繰り返すものであるが、本技術によれば、このＣＣ放電の時間（時間Ｔ１）と放電電流とを掛け合わせた容量の値は、負極の電気二重層容量を超えるものとされる。この電気二重層容量を超えるＣＣ放電によって、負極の活物質粒子表面に吸着したリチウムイオンが一旦、粒子間の間隙を満たしている電解液へと放出される。電解液に放出されたリチウムイオンは、粒子間の間隙を拡散し、その一部は表層からより奥へと移動していく。このようなパルスを繰り返し印加することにより、負極の厚み方向のリチウムイオンの濃度差は速やかに減少し、その後のＣＶ充電の時間が短縮される。
【００３１】
パルスの発生回数と濃度差減少との関係について、本技術によるリチウムイオンの拡散現象はランダムウォーク型の拡散の一種であると考えることが出来る。よって、厚み方向のリチウムイオンの濃度差が減少し濃度分布が拡がっていく度合いは、パルス回数ｎに対してその平方根（√ｎ）で濃度分布が拡がる。
【００３２】
後述するように、市販のコイン型リチウムイオン電池を用いた実験で、前段充電と後段充電の時間を足した全充電時間が１１％高速化することを示した。本技術は、ＣＶ充電の前に正味の充電容量がゼロのＣＣＣＶ混合パルスを挿入するだけという単純なものであり、電池の状態をその場で把握して最適な電流パターンを生成するような複雑な方法を用いる必要がなく、どのような電池のどのような状態に対しても、常に同じように適用することができる。また、標準充電電圧を上回る電圧が電池に印加されることがなく、過充電による発煙発火のリスクを高めることがない。
【００３３】
「実験」
本技術のＣＣＣＶ混合パルスを発生させる充電装置（充電方法）の実験結果について説明する。実験は、コイン型リチウムイオン電池LIR2032（40mAh）を使用した。実験を行うに当たり、まず、充放電アルゴリズムを自在にプログラミングすることができる充放電器を製作した。この充放電器は、電圧−２．５〜４．９Ｖ、電流−５１〜５１ｍの範囲での４象限動作が可能、かつＡＤコンバータを２台搭載し、５０ｍｓ間隔での電圧電流同時測定が可能な装置である。また、実験は一定温度環境下にて行った。充放電器は、通常のＣＣ充放電、ＣＶ充放電だけでなく、図５Ａ〜図５Ｄに示すように、４種類のモードのパルスを発生することができる。各モードについて以下に説明する。
【００３４】
図５Ａはパルスモード０を示す。パルスモード０は、ＣＣパルス（電流Ｉ１及びＩ２）を出力するモードである。ハイレベルの期間がｔ１であり、ローレベルの期間がｔ２である。ハイレベルからローレベルに遷移する条件とローレベルからハイレベルに遷移する条件に応じて下記の表１に示すように、モードＡからモードＥまでが規定されている。
【００３５】
【表１】
0006658880.tif 000002
【００３６】
図５Ｂはパルスモード１を示す。パルスモード１は、ハイレベルの期間ｔ１で電流Ｉ１を出力し、ローレベルの期間ｔ２で電圧Ｖ２を出力するモード（ＣＣＣＶ混合パルス）である。ハイレベルからローレベルに遷移する条件とローレベルからハイレベルに遷移する条件に応じて下記の表２に示すように、モードＦからモードＪまでが規定されている。
【００３７】
【表２】
0006658880.tif 000003
【００３８】
図５Ｃはパルスモード２を示す。パルスモード２は、ハイレベルの期間ｔ１で電圧Ｖ１を出力し、ローレベルの期間ｔ２で電流Ｉ２を出力するモード（ＣＣＣＶ混合パルス）である。ハイレベルからローレベルに遷移する条件とローレベルからハイレベルに遷移する条件に応じて下記の表３に示すように、モードＫからモードＯまでが規定されている。
【００３９】
【表３】
0006658880.tif 000004
【００４０】
図５Ｄはパルスモード３を示す。パルスモード３は、ハイレベルの期間ｔ１で電圧Ｖ１を出力し、ローレベルの期間ｔ２で電圧Ｖ２を出力するモード（ＣＣＣＶ混合パルス）である。ハイレベルからローレベルに遷移する条件とローレベルからハイレベルに遷移する条件に応じて下記の表４に示すように、モードＰからモードＴまでが規定されている。
【００４１】
【表４】
0006658880.tif 000005
【００４２】
実験に使用した多機能充放電器は、上述したモード０〜３のいずれのパルスも発生することができる。また、この多機能充放電器を用いてＣＣＣＶ混合パルスの検討を行うための測定プログラムを作成した。
【００４３】
充放電実験は、下記の条件にて充放電サイクル試験を行った。一例として、パルス印加は、図５Ｃに示すパルスモード２（ＣＶＣＣ混合パルス）の遷移モードＮを使用し、パルス一周期分の平均電流Ｉａｖｅを０に設定し、パルス印加中の正味の充電容量がゼロになるようにした。すなわち、巨視的に見て充電も放電もしないパルスである。
【００４４】
パルス印加の条件（図５Ｃ中の変数Ｔ１，Ｉ，Ｔ２）については、それぞれ以下の３水準とし、全ての組み合わせの試験が行われるようにした（合計２７個の条件）。２７個の条件）の試行順序について、パルス印加の効果とサイクルに伴う容量劣化現象との交互作用を排除するため、ランダムに試行するようにした。また、パルスを印加する２つのサイクルの間に、通常のＣＣＣＶ充電のサイクルを挿入し、パルス印加の効果を比較し易いようにした。
【００４５】
４．２ＶでのＣＶ充電の時間Ｔ１＝（５，１０，１５）ｓ
ＣＣ放電の電流Ｉ＝（−５，−１０，−１５）ｍＡ
パルス印加の保持時間Ｔ２＝（１，２，４）ｍｉｎ
【００４６】
充放電サイクル試験の流れは、「捨て放電」→「パルス充放電」→「通常充放電」である。それぞれの流れは以下に示すものである。
「捨て放電の流れ」
１．ＣＣ放電（−２０ｍＡ，３．０Ｖカット）
２．休止（２０ｍｉｎ）
→パルス充放電へ
【００４７】
「パルス充放電の流れ」
３．ＣＣ充電（４０ｍＡ，４．２Ｖカット）
４．パルス印加（４．２Ｖ×Ｔ１ｓのＣＶ充電と１ｍＡのＣＣ放電の混合パルス、パルス印加をＴ２ｍｉｎ間保持）
５．ＣＶ充電（４．２Ｖ，１ｍＡカット）
６．休止（２０ｍｉｎ）
７．ＣＣ放電（−２０ｍＡ，３．０Ｖカット）
８．休止（２０ｍｉｎ）
→通常充放電へ
【００４８】
「通常充放電の流れ」
９．ＣＣ充電（４０ｍＡ，４．２Ｖカット）
１０．ＣＶ充電（４．２Ｖ，１ｍＡカット）
１１．休止（２０ｍｉｎ）
１２．ＣＣ放電（−２０ｍＡ，３．０Ｖカット）
１３．休止（２０ｍｉｎ）
→パルス充放電へ
【００４９】
上述したパルス印加の条件（図５Ｃ中の変数Ｔ１，Ｉ，Ｔ２）のそれぞれを３水準とし、全ての組み合わせ（合計２７個の条件）を水準１〜水準２７とし、全ての水準の試験をランダムに行った場合の測定結果を図６、図７、図８及び図９に示す。図６及び図７は、一連の試行の結果を示すものであるが、作図スペースの関係で２分割されている。同様に図８及び図９は、一連の試行の結果を示すものであるが、作図スペースの関係で２分割されている。図６及び図７では、最初のサイクル０で「捨て放電」がなされ、次のサイクル１から最後のサイクル５３まで、２６回の通常充放電と２７回のパルス充放電がなされている（図８及び図９も同様）。図６及び図７の実験結果では、水準５→水準２０→水準１０→・・・の順序で実験がなされ、図８及び図９の実験結果では、水準７→水準１０→水準２０→・・・の順序で実験がなされる。
【００５０】
「パルス充放電」のサイクルにおいて、上述したような（ＣＣ充電→パルス印加→ＣＶ充電→休止→ＣＣ放電→休止）が順になされる。「通常充放電」のサイクルにおいて、（ＣＣ充電→ＣＶ充電→休止→ＣＣ放電→休止）が順になされる。この二つの充放電動作において、充電時間の長短は、最初のＣＣ充電の期間の長さがほぼ等しいので、「パルス充放電」の（パルス印加＋ＣＶ充電）の期間の長さと、「通常充放電」の（ＣＶ充電）の期間の長さに基づいて判断できる。
【００５１】
上述した充放電試験の結果において、ＣＣ充電時間とＣＣ放電時間について、サイクルが進むにつれて徐々に減少した。これは、充放電サイクルに伴うコイン型電池の容量劣化の影響である。次に、パルス充放電と通常充放電との比較について、パルス充放電を行っているサイクルの直前、又は直後には必ず通常充放電のサイクルが存在するが、それら直近同士で充電時間の比較を行うと、最初のパルス充放電（サイクルＮｏ１）を除き、すべてのケースにおいて、パルス充放電のサイクルの充電時間の方が直前、又は直後の通常充放電のサイクルの充電時間に比して短かった。但し、サイクルＮｏ１の充放電サイクルにおいては、ＣＶ充電時間が次のサイクルＮｏ２の通常充放電に比して長くなっていた。これは、パルスを印加したことによる効果ではなく、初回充電に特有な、ＳＥＩ形成などの後続化学反応が生じたためであると考えられる。
【００５２】
サイクルＮｏ１の結果を除く、サイクルＮｏ２以降の図６及び図７の実験結果について充電時間の短縮化の度合いを図１０に示す。また、サイクルＮｏ１の結果を除く、サイクルＮｏ２以降の図８及び図９の実験結果について充電時間の短縮化の度合いを図１１に示す。パルス充放電の条件には、３つの変数Ｔ１，Ｉ，Ｔ２を変えた計２７の条件があるが、これを系統立てて纏め直した図を図１０及び図１１に示す。全充電時間の高速化の度合いは、値が大きいほど高速なことを表している。
【００５３】
図１０及び図１１において、Ｔ１及びＩについては、ランダムな挙動をしており、傾向を見て取ることはできなかった。一方、パルス印加の保持時間Ｔ２については、１ｍｉｎの時の効果が最も高く、その後２ｍｉｎ、４ｍｉｎと、順に低くなっていく傾向が見て取れた。
【００５４】
上述した本技術は、ＣＶ充電時間を短縮することができる。コイン型リチウムイオン電池を用いた実験は、前段充電と後段充電の時間を足した全充電時間が１１％高速化することを示した。本技術による制御は、ＣＶ充電の前に正味の充電容量がゼロのＣＣＣＶ混合パルスを挿入するだけという単純なものであり、電池の状態をその場で把握して最適な電流パターンを生成するような複雑な方法を用いる必要がなく、どのような電池のどのような状態に対しても、常に同じように適用することができる。また、標準充電電圧を上回る電圧が電池に印加されることがなく、過充電による発煙発火のリスクを高めることがない。
【００５５】
＜２．応用例＞
上述した本技術の一実施の形態に係る充電装置又は充電方法を採用する蓄電装置は、例えば電子機器や電動車両、蓄電装置などの機器に搭載又は電力を供給するために使用することができる。
【００５６】
電子機器として、例えばノート型パソコン、スマートフォン、タブレット端末、ＰＤＡ（携帯情報端末）、携帯電話、ウェアラブル端末、コードレスフォン子機、ビデオムービー、デジタルスチルカメラ、電子書籍、電子辞書、音楽プレイヤー、ラジオ、ヘッドホン、ゲーム機、ナビゲーションシステム、メモリーカード、ペースメーカー、補聴器、電動工具、電気シェーバー、冷蔵庫、エアコン、テレビ、ステレオ、温水器、電子レンジ、食器洗い器、洗濯機、乾燥器、照明機器、玩具、医療機器、ロボット、ロードコンディショナー、信号機などが挙げられる。
【００５７】
また、電動車両としては鉄道車両、ゴルフカート、電動カート、電気自動車（ハイブリッド自動車を含む）などが挙げられ、これらの駆動用電源又は補助用電源として用いられる。
【００５８】
蓄電装置としては、住宅をはじめとする建築物用又は発電設備用の電力貯蔵用電源などが挙げられる。
【００５９】
以下では、上述した適用例のうち、上述した本技術の蓄電装置を用いた蓄電システムの具体例を説明する。
【００６０】
この蓄電システムは、例えば下記の様な構成が挙げられる。第１の蓄電システムは、再生可能エネルギーから発電を行う発電装置によって蓄電装置が充電される蓄電システムである。第２の蓄電システムは、蓄電装置を有し、蓄電装置に接続される電子機器に電力を供給する蓄電システムである。第３の蓄電システムは、蓄電装置から、電力の供給を受ける電子機器である。これらの蓄電システムは、外部の電力供給網と協働して電力の効率的な供給を図るシステムとして実施される。
【００６１】
さらに、第４の蓄電システムは、蓄電装置から電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、蓄電装置に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行なう制御装置とを有する電動車両である。第５の蓄電システムは、他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報送受信部とを備え、送受信部が受信した情報に基づき、上述した蓄電装置の充放電制御を行う電力システムである。第６の蓄電システムは、上述した蓄電装置から、電力の供給を受け、又は発電装置又は電力網から蓄電装置に電力を供給する電力システムである。
【００６２】
「住宅における蓄電システム」
本技術の電池を用いた蓄電装置を住宅用の蓄電システムに適用した例について、図１２を参照して説明する。例えば住宅１０１用の蓄電システム１００においては、火力発電１０２ａ、原子力発電１０２ｂ、水力発電１０２ｃなどの集中型電力系統１０２から電力網１０９、情報網１１２、スマートメータ１０７、パワーハブ１０８などを介し、電力が蓄電装置１０３に供給される。これと共に、家庭内の発電装置１０４などの独立電源から電力が蓄電装置１０３に供給される。蓄電装置１０３に供給された電力が蓄電される。蓄電装置１０３を使用して、住宅１０１で使用する電力が給電される。住宅１０１に限らずビルに関しても同様の蓄電システムを使用できる。
【００６３】
住宅１０１には、発電装置１０４、電力消費装置１０５、蓄電装置１０３、各装置を制御する制御装置１１０、スマートメータ１０７、各種情報を取得するセンサ１１１が設けられている。各装置は、電力網１０９及び情報網１１２によって接続されている。発電装置１０４として、太陽電池、燃料電池などが利用され、発電した電力が電力消費装置１０５及び／又は蓄電装置１０３に供給される。電力消費装置１０５は、冷蔵庫１０５ａ、空調装置であるエアコン１０５ｂ、テレビジョン受信機であるテレビ１０５ｃ、バス（風呂）１０５ｄなどである。さらに、電力消費装置１０５には、電動車両１０６が含まれる。電動車両１０６は、電気自動車１０６ａ、ハイブリッドカー１０６ｂ、電気バイク１０６ｃである。
【００６４】
蓄電装置１０３に対して、本技術の電池が適用される。本技術の電池は、例えば上述したリチウムイオン二次電池によって構成されていてもよい。スマートメータ１０７は、商用電力の使用量を測定し、測定された使用量を、電力会社に送信する機能を備えている。電力網１０９は、直流給電、交流給電、非接触給電の何れか一つ又は複数を組み合わせても良い。
【００６５】
各種のセンサ１１１は、例えば人感センサ、照度センサ、物体検知センサ、消費電力センサ、振動センサ、接触センサ、温度センサ、赤外線センサなどである。各種のセンサ１１１により取得された情報は、制御装置１１０に送信される。センサ１１１からの情報によって、気象の状態、人の状態などが把握されて電力消費装置１０５を自動的に制御してエネルギー消費を最小とすることができる。さらに、制御装置１１０は、住宅１０１に関する情報をインターネットを介して外部の電力会社などに送信することができる。
【００６６】
パワーハブ１０８によって、電力線の分岐、直流交流変換などの処理がなされる。制御装置１１０と接続される１報網１１２の通信方式としては、ＵＡＲＴ（Universal Asynchronous Receiver-Transmitter：非同期シリアル通信用送受信回路）などの通信インターフェースを使う方法、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）、Ｗｉ−Ｆｉなどの無線通信規格によるセンサーネットワークを利用する方法がある。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）方式は、マルチメディア通信に適用され、一対多接続の通信を行うことができる。ＺｉｇＢｅｅは、ＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronics Engineers）８０２．１５．４の物理層を使用するものである。ＩＥＥＥ８０２．１５．４は、ＰＡＮ（Personal Area Network）又はＷ（Wireless）ＰＡＮと呼ばれる短距離無線ネットワーク規格の名称である。
【００６７】
制御装置１１０は、外部のサーバ１１３と接続されている。このサーバ１１３は、住宅１０１、電力会社、サービスプロバイダーの何れかによって管理されていても良い。サーバ１１３が送受信する情報は、たとえば、消費電力情報、生活パターン情報、電力料金、天気情報、天災情報、電力取引に関する情報である。これらの情報は、家庭内の電力消費装置（たとえばテレビジョン受信機）から送受信しても良いが、家庭外の装置（たとえば、携帯電話機など）から送受信しても良い。これらの情報は、表示機能を持つ機器、たとえば、テレビジョン受信機、携帯電話機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants）などに、表示されても良い。
【００６８】
各部を制御する制御装置１１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）などで構成され、この例では、蓄電装置１０３に格納されている。制御装置１１０は、蓄電装置１０３、家庭内の発電装置１０４、電力消費装置１０５、各種のセンサ１１１、サーバ１１３と情報網１１２により接続され、例えば、商用電力の使用量と、発電量とを調整する機能を有している。なお、その他にも、電力市場で電力取引を行う機能などを備えていても良い。
【００６９】
以上のように、電力が火力発電１０２ａ、原子力発電１０２ｂ、水力発電１０２ｃなどの集中型電力系統１０２のみならず、家庭内の発電装置１０４（太陽光発電、風力発電）の発電電力を蓄電装置１０３に蓄えることができる。したがって、家庭内の発電装置１０４の発電電力が変動しても、外部に送出する電力量を一定にしたり、又は、必要なだけ放電するといった制御を行うことができる。例えば、太陽光発電で得られた電力を蓄電装置１０３に蓄えると共に、夜間は料金が安い深夜電力を蓄電装置１０３に蓄え、昼間の料金が高い時間帯に蓄電装置１０３によって蓄電した電力を放電して利用するといった使い方もできる。
【００７０】
なお、この例では、制御装置１１０が蓄電装置１０３内に格納される例を説明したが、スマートメータ１０７内に格納されても良いし、単独で構成されていても良い。さらに、蓄電システム１００は、集合住宅における複数の家庭を対象として用いられてもよいし、複数の戸建て住宅を対象として用いられてもよい。
【００７１】
「車両における蓄電システム」
本技術を車両用の蓄電システムに適用した例について、図１３を参照して説明する。図１３に、本技術が適用されるシリーズハイブリッドシステムを採用するハイブリッド車両の構成の一例を概略的に示す。シリーズハイブリッドシステムはエンジンで動かす発電機で発電された電力、あるいはそれをバッテリに一旦貯めておいた電力を用いて、電力駆動力変換装置で走行する車である。
【００７２】
このハイブリッド車両２００には、エンジン２０１、発電機２０２、電力駆動力変換装置２０３、駆動輪２０４ａ、駆動輪２０４ｂ、車輪２０５ａ、車輪２０５ｂ、バッテリ２０８、車両制御装置２０９、各種センサ２１０、充電口２１１が搭載されている。バッテリ２０８に対して、上述した本技術が適用される。
【００７３】
ハイブリッド車両２００は、電力駆動力変換装置２０３を動力源として走行する。電力駆動力変換装置２０３の一例は、モータである。バッテリ２０８の電力によって電力駆動力変換装置２０３が作動し、この電力駆動力変換装置２０３の回転力が駆動輪２０４ａ、２０４ｂに伝達される。なお、必要な個所に直流−交流（ＤＣ−ＡＣ）あるいは逆変換（ＡＣ−ＤＣ変換）を用いることによって、電力駆動力変換装置２０３が交流モータでも直流モータでも適用可能である。各種センサ２１０は、車両制御装置２０９を介してエンジン回転数を制御したり、図示しないスロットルバルブの開度（スロットル開度）を制御したりする。各種センサ２１０には、速度センサ、加速度センサ、エンジン回転数センサなどが含まれる。
【００７４】
エンジン２０１の回転力は発電機２０２に伝えられ、その回転力によって発電機２０２により生成された電力をバッテリ２０８に蓄積することが可能である。
【００７５】
図示しない制動機構によりハイブリッド車両２００が減速すると、その減速時の抵抗力が電力駆動力変換装置２０３に回転力として加わり、この回転力によって電力駆動力変換装置２０３により生成された回生電力がバッテリ２０８に蓄積される。
【００７６】
バッテリ２０８は、ハイブリッド車両２００の外部の電源に接続されることで、その外部電源から充電口２１１を入力口として電力供給を受け、受けた電力を蓄積することも可能である。
【００７７】
図示しないが、二次電池に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行なう情報処理装置を備えていても良い。このような情報処理装置としては、例えば、電池の残量に関する情報に基づき、電池残量表示を行う情報処理装置などがある。
【００７８】
なお、以上は、エンジンで動かす発電機で発電された電力、或いはそれをバッテリに一旦貯めておいた電力を用いて、モータで走行するシリーズハイブリッド車を例として説明した。しかしながら、エンジンとモータの出力がいずれも駆動源とし、エンジンのみで走行、モータのみで走行、エンジンとモータ走行という３つの方式を適宜切り替えて使用するパラレルハイブリッド車に対しても本技術は有効に適用可能である。さらに、エンジンを用いず駆動モータのみによる駆動で走行する所謂、電動車両に対しても本技術は有効に適用可能である。
【００７９】
＜３．変形例＞
以上、本技術の一実施の形態について具体的に説明したが、本技術は、上述の一実施の形態に限定されるものではなく、本技術の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の実施形態において挙げた構成、方法、工程、形状、材料及び数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料及び数値などを用いてもよい。
【００８０】
なお、本技術は、以下のような構成も取ることができる。
（１）
電池に対して前段充電を行い、電池の電圧が標準充電電圧に達すると後段充電を行う充電装置であって、
前段充電から後段充電に切り替わるタイミング、若しくはその近傍で電池に対して、ハイレベル状態が標準充電電圧におけるＣＶ充電でありローレベル状態が負極の電気二重層容量を超える電荷を流す放電状態であるパルスを印加するパルス供給部を備える充電装置。
（２）
前記ハイレベル状態の期間が所定の期間となると、前記ローレベル状態の期間への遷移し、
充電電流と、放電電流の合計積算値がほぼゼロとなると、前記ローレベル状態の期間から前記ハイレベル状態の期間に遷移する（１）に記載の充電装置。
（３）
前記パルス供給部による複数のパルス供給の期間が所定の期間となると、充電動作に切り替えられる（１）に記載の充電装置。
（４）
電池に対して前段充電を行い、電池の標準充電電圧に達すると後段充電を行う充電方法であって、
前段充電から後段充電に切り替わるタイミング、若しくはその近傍で電池に対して、ハイレベル状態が標準充電電圧におけるＣＶ充電でありローレベル状態が負極の電気二重層容量を超える電荷を流す放電状態であるパルスを印加する充電方法。
（５）
充電装置によって充電可能な蓄電装置であって、
前記充電装置は、前段充電を行い、電池の電圧が標準充電電圧に達すると後段充電を行い、
前段充電から後段充電に切り替わるタイミング、若しくはその近傍で電池に対して、ハイレベル状態が標準充電電圧におけるＣＶ充電でありローレベル状態が負極の電気二重層容量を超える電荷を流す放電状態であるパルスを印加するパルス供給部を備える蓄電装置。
（６）
（５）に記載の蓄電装置から電力の供給を受ける電子機器。
（７）
（５）に記載の蓄電装置と、
前記蓄電装置から電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、
前記蓄電装置に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行う制御装置と
を有する電動車両。
（８）
（５）に記載の蓄電装置から電力の供給を受ける電力システム。
【符号の説明】
【００８１】
１・・・電池
２・・・電圧検出部
３・・・制御部
４・・・電流検出部
５・・・電流積算部
６・・・時間計測部
８・・・電流制限付きＣＶ充電部
９・・・ＣＣ充電部
１０・・・ＣＣ放電部
【図１】
0006658880.tif 000006
【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】
0006658880.tif 000011
【図７】
0006658880.tif 000012
【図８】
0006658880.tif 000013
【図９】
0006658880.tif 000014
【図１０】
0006658880.tif 000015
【図１１】
0006658880.tif 000016
【図１２】
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【図１３】
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