(57)【要約】【課題】  本発明の課題は、大電流での充電が必要な用途においても、充電を可能な電圧範囲を拡大し、急速充電を可能としたリチウム電池システムを提供することである。【解決手段】  本発明のリチウム電池システム１００では、少なくも１つ以上のリチウム電池１０と、リチウム電池１０を充電可能な充電器３又は変換機４を有し、充電器３又は変換機４は、充電電流の大きさが大きくなった場合に、充電終了電圧を大きくする制御を行うことを特徴とする。【選択図】  図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくも１つ以上のリチウム電池と、
前記リチウム電池を充電可能な充電器又は変換機を有するリチウム電池システムにおいて、
前記充電器又は変換機は、充電電流の大きさが大きくなった場合に、充電終了電圧を大きくする制御を行うことを特徴とするリチウム電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載のリチウム電池システムにおいて、
前記充電終了電圧は、リチウム電池の物性に応じて定められる充電状態が最大になった時の電圧よりも大きな値であることを特徴とするリチウム電池システム。
【請求項３】
請求項２に記載のリチウム電池システムにおいて、
前記充電終了電圧は、前記リチウム電池の物性に応じて定められる充電状態が最大になった時の電圧よりも、リチウム電池のイオン濃度に基づいて発生する起電力以上に大きくなっていることを特徴とするリチウム電池システム。
【請求項４】
請求項２に記載のリチウムイオン二次電池において、
前記充電終了電圧は、前記リチウム電池の物性に応じて定められる充電状態が最大になった時の電圧に、リチウム電池のイオン濃度に基づいて発生する起電力分が加算された電圧であることを特徴とするリチウム電池システム。
【請求項５】
少なくも１つ以上のリチウム電池と、
前記リチウム電池を充電可能な充電器又は変換機を有するリチウム電池システムの制御方法において、
前記充電器又は変換機は、現在のリチウム電池の充電状態（ＳＯＣ）と充電終了時の充電状態（ＳＯＣｅｎｄ）とを比較して現在のリチウム電池の充電状態（ＳＯＣ）が充電終了時の充電状態（ＳＯＣｅｎｄ）よりも小さい場合、さらに現在のリチウム電池の電圧（Ｖｂ）とリチウム電池の物性に応じて定められる充電状態が最大になった時の電圧（Ｖｆｕｌｌ）、及び充電終了電圧（Ｖｅｎｄ）を比較して、ＶｂがＶｆｕｌｌ以上Ｖｅｎｄ以下の場合には充電電流値に制限をかけないことを特徴とするリチウム電池システムの制御方法。
【請求項６】
請求項５に記載のリチウム電池システムの制御方法において、
前記充電器又は変換機は、ＶｂがＶｆｕｌｌ以上Ｖｅｎｄ以下でない場合であって、かつ現在のリチウム電池の電圧（Ｖｂ）がリチウム電池の物性により予め定める電池に印加できる上限の電圧（Ｖｌｉｍ）以上である場合、充電電流値に制限をかけることを特徴とするリチウム電池システムの制御方法。
【請求項７】
請求項５又は６に記載のリチウム電池システムの制御方法において、
前記充電終了電圧（Ｖｅｎｄ）は、前記リチウム電池の温度が高いほど小さくなることを特徴とするリチウム電池システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウム電池システム及びリチウム電池システムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
世界中で環境維持や保護への取組みが活発化しており、風力発電や太陽光発電など自然エネルギーを利用や、自動車や鉄道などの電動化が進められている。このような事情を背景に、近年では高容量かつ高出力特性を有するリチウムイオン二次電池（以降リチウム電池）が期待されている。
【０００３】
リチウム電池を有効的に活用するためには、充電技術が重要となる。リチウム電池は充電状態が最大の満充電状態を越えて充電を継続すると、負極に金属リチウムが析出し、要電池の容量や出力の低下などの性能低下や招くことや、最悪の場合は析出したリチウムが正極と接触して電池内部で短絡が発生し、発煙や発火の事故に至るケースが報告されている。すなわち、リチウム電池の充電の際には、可能な限り満充電状態まで充電はするものの、満充電以上までは充電しないよう、高精度に充電を制御する必要がある。
【０００４】
そのような充電方式として、特許文献１では、リチウム電池に並列に配置した分圧抵抗とオペアンプを用いた回路により、充電中の電池電圧を高精度に制御可能とする方式を提案している。この方式は、電池電圧を計測しながら充電を制御する方式に比べて、電池に直列に接続されている電流検出抵抗による電圧降下分などの影響を排除でき、より満充電に近い電圧まで充電することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１７６９３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の発明は、充電を高精度に制御可能な方法であるが、リチウム電池を様々な用途で利用する場合には問題がある。すなわち、自然エネルギーの出力変動抑制の用途や、自動車や鉄道などの減速時のエネルギー回生や急速充電などの用途では、充電電流が大きいため、充電時に電池の電圧が上昇し、満充電に相当する電圧に到達した場合には、充電電流を制限してしまう。そのため、大電流での充電が必要な用途では、予想される最大の電流の条件で満充電に相当する電圧に到達しない範囲で充電するか、複数のリチウム電池を並列接続して電流を分流するか、あるいは必要以上の容量を有するリチウム電池を用いて電圧が上昇し難くするなどの対策が必要となる。
【０００７】
このような背景を鑑みて、本発明は、大電流での充電が必要な場合にもリチウム電池の性能を最大限活用できる充電方式を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では、充放電が可能なリチウム電池を少なくとも１つ以上用い、かつ前記リチウム電池を充電可能な充電器または電力変換器を少なくとも備えて構成されるリチウム電池システムにおいて、前記充電器または前記電力変換器により前記リチウム電池を充電する場合に、前記リチウム電池への充電を終了する充電終了電圧を充電時の電流の大きさに応じて設定し、設定された充電終了電圧に基づいて前記充電器または前記電力変換器を制御することを特徴とするリチウム電池システムを提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、大電流での充電が必要な用途においても、充電を可能な電圧範囲を拡大でき、実用的なリチウム電池システムの構築可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】リチウム電池システムの一例（単セル）
【図２】リチウム電池システムの一例（複数セル）
【図３】従来に充電方法の一例
【図４】従来に充電方法の一例
【図５】充電中のイオン分布のモデル
【図６】本発明の効果の一例
【図７】本発明に関する充電制御のブロック図の一例
【図８】充電終了電圧演算部の処理例
【図９】本発明に関する充電制御のフローチャートの一例
【図１０】本発明に関する充電制御の実施時のタイムチャートの一例
【図１１】本発明に関する充電制御の実施時のタイムチャートの一例
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態に係るリチウム電池システムについて、図面を参照して説明する。
【００１２】
〔本発明に係る電池システムが適用される電力システムの概要〕
はじめに、本発明に係るリチウム電池システム１００が適用される電力システムの概要について、図１および図２にて説明する。図１はリチウム電池１０が１つの場合のリチウム電池システム１００の例である。リチウム電池１０は電池のセル１と保護ＩＣ２で構成され、電池のセル１と保護ＩＣ２は互いに並列に配置される。また、リチウム電池１０は充電器３によって充電される。なお、本実施例では電池システム１００に充電器３を含める構成としているが、充電器３は電池システム１００の外に設けても良い。
【００１３】
保護ＩＣ２はセル１の両端の電圧を計測し充電状態を監視する。電圧の他にも、温度センサを設置して電池の温度監視する場合や、電流センサを設置してリチウム電池の充放電時の電流を監視する場合もある。
【００１４】
図２はリチウム電池１０を２つ以上用いた場合のリチウム電池システム２００の例である。複数のリチウム電池（１０ａ、１０ｂ・・・１０ｎ）を用いた場合は、各セル（１ａ、１ｂ・・・１ｎ）の保護ＩＣ（２ａ、２ｂ・・・２ｎ）はそれぞれ各セル（１ａ、１ｂ・・・１ｎ）の電圧や温度などの情報を統括ＩＣ５に送信する。統括ＩＣ５は、保護ＩＣ（２ａ、２ｂ・・・２ｎ）からの情報に基づき、各セル（１ａ、１ｂ・・・１ｎ）の中で電圧や温度にばらつきの有無や、異常を示しているセルの有無を確認する。
【００１５】
リチウム電池群２０は、変換機（充電器）４と接続され、充電される。
【００１６】
その他、統括ＩＣ５はリチウム電池群２０全体の電圧である総電圧や温度、充放電時の電流などを計測する。また、図２に明記はしていないが、リチウム電池（１０ａ、１０ｂ・・・１０ｎ）は充放電時の電流が流れる主回路との接続・断線を行うスイッチや、異常電流が流れた場合に備えてヒューズを設置する場合もある。本発明を実施するリチウム電池システム２００においては、従来のシステム構成から大きな変更は無い。
【００１７】
図３はこのような電池システム１００における、従来の充電方式による例である。ここでは、リチウム電池１０が１つの場合を例に説明する。リチウム電池１０を充電する場合、電池電圧は無負荷特性（図３中の一点鎖）に電流（Ｉ）と電池の内部抵抗（Ｒ）との積に由来するＩＲ成分が加算される（図３上図の矢印参照）。そのため、実際に実測される電池電圧と充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）との関係は図３上図の実線の傾向を示すことになる。
【００１８】
なお、無負荷特性はゼロ近傍の微小な電流で充電した時の電池電圧のプロフィールであり、満充電相当電圧は無負荷特性で電池のＳＯＣが最大となったことを示す電圧である。
【００１９】
従来の充電方式では、外部から観測される電池電圧が満充電相当電圧に到達（図３上図のＡ点に到達）してからＳＯＣが最大または所定の充電状態に到達（図３上図のＢ点に到達）するまでの間は電流を制限し、満充電相当電圧を超えないように充電するように制御を行う。従って、従来の充電方式では急速充電を目的として充電電流を大きくすればするほど、電池電圧が早期に満充電相当電圧に到達するため充電電流を制限して充電されてしまう。そのため、充電電流が制限される分、満充電までの時間がかかってしまう。
【００２０】
図４はリチウム電池の運用に辺り、使用するＳＯＣ範囲を限定して運用するリチウム電池システムにおける充電方法の例である。リチウム電池は使用するＳＯＣ範囲を広くすると性能劣化が進み易くなる傾向があるため、自動車や鉄道、産業向けなど、リチウム電池の交換が容易でない用途においては、図４のＣ点からＤ点までの間のＳＯＣで使用するように使用するＳＯＣ範囲を限定する制御を行う。このようなケースにおいても、無負荷特性（図４中の一点鎖）に電流（Ｉ）と電池の内部抵抗（Ｒ）との積に由来するＩＲ成分が加算されるという状態に変わりは無い。そのため、従来の充電方法では、ＳＯＣは満充電状態には到達していなくとも、電池の電圧が満充電相当電圧に到達（図４中のＡ点に到達）した場合は、電流を制限し電池電圧が満充電相当電圧を超えないように目標とするＳＯＣ（図４中のＢ点）まで充電電流を制御している。
【００２１】
なお、充電電流を制限する理由は、電池電圧が満充電相当電圧を超えると、負極にリチウムが析出し、デンドライトが形成されるためとされている。ＳＯＣが満充電状態であるにも拘らず満充電相当電圧を超えて充電を継続した場合には、負極の電位がＬｉ金属の電位とほぼ等しくなる。そのためＬｉイオンがＬｉ金属として析出しデンドライトが形成される。しかし、ＳＯＣが満充電未満の状態で満充電相当電圧を超えて充電を継続した場合に、このような条件とデンドライトの形成の関係を実証した報告例は無い。
【００２２】
そこで、本発明では図５に示すような、充電中のＬｉイオン分布のモデルにて、上記の条件とデンドライト形成の可能性について検討した。図５は負極７内における負極活物質６とＬｉイオンの流れをモデル化した例である。活物質の回りには電解液が存在している。充電を開始すると、それに相当する量のＬｉイオンが活物質の周辺から活物質に吸収され、結果として電解液内のＬｉイオン濃度が減少する。特に大電流で充電を実施し、活物質に吸収されたＬｉイオン濃度と電解液中のＬｉイオン濃度に差が生じた場合、活物質内のＬｉイオンの自由エネルギーと電解液内のＬｉイオンの自由エネルギーには濃度に応じた差が生じ、自由エネルギーの差により起電力が発生する。このため負極７の電位は単純にＳＯＣに基づく電位だけではなく、Ｌｉイオンの濃度差で発生した起電力が含まれていると考えられる。
【００２３】
したがって、上記モデルによれば、ＳＯＣが満充電状態ではなく、充電時の充電電流が大きいために電池の電圧が満充電相当電圧に到達するようなケースにおいては、少なくともＬｉイオンの濃度差による起電力が含まれており、負極７の電位がＬｉ金属と同等に達しているわけではない。つまり、Ｌｉイオンの濃度差による起電力の分だけ、電圧を上げられる可能性がある。
【００２４】
図６は、上記のモデルによる知見を利用した本発明に関する充電方式の効果の例を示す。図６（ａ）は時間に対して電圧をプロットしたデータ、図６（ｂ）は時間に対して電流をプロットしたデータ、図６（ｃ）は時間に対してＳＯＣをプロットしたデータとなっている。ぞれぞれの図中の実線が本発明による方式であり、点線が従来方式を示す。上述したように、電池内部ではＬｉイオンの濃度差に応じて逆起電力が発生している。そのため、本来の満充電相当電圧は外部から観測される電圧よりも逆起電力分大きくなるはずである。従来方式では、満充電相当電圧に電池電圧が到達した時点から電流を制限していた。しかし、上記の理由により満充電相当電圧を超えて充電したとしても、Ｌｉイオンの濃度差に応じて発生した逆起電力の分加算された電圧までは充電電圧を上げたとしてもデンドライトが形成される恐れは無い。そのため本発明では、満充電相当電圧を超えた電圧で充電し充電終了まで電流を制限することなく充電でき、充電時間の短縮や大電流での充電に適した充電方法となる。
【００２５】
図６（ａ）は時間に対して電圧をプロットしたデータを示す図であり、満充電相当電圧よりも高い電圧がかけられていることが分かる。一方で、図６（ｂ）は時間に対して電流をプロットしたデータを示す図であり、電圧が満充電相当電圧に達した時刻ｔ１後も電流値を制限することなく時刻ｔ２まで電流制限することなく電池を充電していることがわかる。また、図６（ｃ）は時間に対してＳＯＣをプロットしたデータであり、満充電ＳＯＣに達する時刻が従来方式では時刻ｔ３であったが本発明では時刻ｔ２まで短くなっていることが分かる。
【００２６】
このように本発明では、従来方式と比較してＬｉイオンの濃度差に応じて発生した逆起電力の分の電圧を加算した値まで充電電圧を上げ、充電電流の制限を行わないこととした。このような制御をすることによって、デンドライトの発生を抑えつつも、より電池を急速に充電することが可能となる。
【００２７】
図７に本発明における充電方式を実施するための制御ロジックのブロック図の一例を示す。なお、本発明ではこの制御は充電器３又は変換機４内で行われる制御とするが、あくまでこれは一つの方式であって、保護ＩＣ２や統括ＩＣ５に当該機能を持たせても良いし、ＳＯＣ演算部８及び充電終了電圧演算部９の機能を保護ＩＣ２や統括ＩＣ５に持たせ、電流制御部１１の機能を充電器３又は変換機４に持たせても良いし、ＳＯＣ演算部８の機能を保護ＩＣ２や統括ＩＣ５に持たせ、充電終了電圧演算部９及び電流制御部１１の機能を充電器３又は変換機４に持たせるようにしても良い。
【００２８】
充電制御は電池電圧（Ｖｂ）、充電電流（Ｉｃ）、電池電圧と充電電流により演算したＳＯＣ（ＳＯＣ）、充電電流とリチウム電池の物性により予め定めた満充電相当電圧に基づいて演算した充電終了電圧（Ｖｅｎｄ）の情報を利用して電流制御部により電流を制御する。この満充電相当電圧は、リチウム電池１０の物性値に応じて定められる充電状態が最大になったときの電圧に相当するものである。電流制御の具体的な方法については後述するので、ここでは制御情報の流れについて説明する。まず電池電圧（Ｖｂ）、充電電流（Ｉｃ）が測定される。測定された電池電圧（Ｖｂ）の情報はＳＯＣ演算部８及び電流制御部１１に出力され、測定された充電電流（ＩＣ）の情報はＳＯＣ演算部８、充電終了電圧演算部９、及び電流制御部１１に出力される。ＳＯＣ演算部８では既知の方法によりＳＯＣが算出され、算出されたＳＯＣの情報は電流制御部１１に入力される。一方、充電終了電圧演算部９には予め計算された満充電相当電圧（Ｖｆｕｌｌ）の情報が入力され、満充電相当電圧（Ｖｆｕｌｌ）の情報と充電電流（Ｉｃ）の情報を用いて充電終了電圧（Ｖｅｎｄ）が算出され、その後充電終了電圧（Ｖｆｕｌｌ）の情報が電流制御部１１に出力される。電流制御部１１では、入力された電池電圧（Ｖｂ）の情報、ＳＯＣの情報、充電電流（Ｉｃ）の情報、及び充電終了電圧（Ｖｅｎｄ）の情報に基づいて充電電流制御情報を算出する。
【００２９】
図８を用いて、充電終了電圧演算部の処理について説明する。（ａ）はあらかじめ電流に応じて充電終了電圧をテーブル化しておくケースである。この場合、直接的に充電終了電圧をテーブル化するか、あるいは充電電流に応じたＶｆｕｌｌの補正量をテーブル化するなどの方法でも実現できる。なお、図８（ａ）で充電電流と充電終了電圧との関係が、Ｉｃ１＜Ｉｃ２＜Ｉｃ３のときに、Ｉｃ１に対応するＶｅｎｄ１、Ｉｃ２に対応するＶｅｎｄ２、及びＩｃ３に対応するＶｅｎｄ３がそれぞれＶｅｎｄ１＜Ｖｅｎｄ２＜Ｖｅｎｄ３と設定されている理由は、充電電流による負極近傍でのリチウムイオン濃度差が異なるためである。充電電流が小さければ、負極近傍に集まるリチウムイオンの速度と、負極材料内に取り込まれるリチウムイオンの速度の差が小さくなる。そのため、充電電流の電流値が小さいほど、濃度差に起因する電圧差が小さくなり、Ｉｃ１＜Ｉｃ２＜Ｉｃ３のときにＶｅｎｄ１＜Ｖｅｎｄ２＜Ｖｅｎｄ３と設定すれば、デンドライトの発生を抑制しつつも充電時間を短くすることができる。なお、本実施例では、上述したように事前にＶｅｎｄを計算または計測し、テーブル化して制御時に利用する。
【００３０】
また、図８（ｂ）は（ａ）の方式でさらに電池の温度を考慮した場合である。電池は温度が上昇するほど抵抗値が下がる傾向があり、同じ充電電流でも温度が高いほど充電時の電圧上昇は小さくなる。したがって、Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３としたときに、Ｔ１に対応するＶｅｎｄ３１、Ｔ２に対応するＶｅｎｄ２１、及びＴ３に対応するＶｅｎｄ１１がそれぞれ、Ｖｅｎｄ３１＜Ｖｅｎｄ２１＜Ｖｅｎｄ１１と設定されている。このように設定することによって、温度情報を加味してデンドライトの発生を抑制しつつも充電時間を短くすることができる。本実施例では、このように充電電流と温度により充電終了電圧を予めＭＡＰ化し充電制御を実施する。なお、充電電流がＩｃ２やＩｃ３のときの充電終了電圧については言及しなかったが、それぞれＶｅｎｄ３２＜Ｖｅｎｄ２２＜Ｖｅｎｄ１２、Ｖｅｎｄ３３＜Ｖｅｎｄ２３＜Ｖｅｎｄ１３となっている。また、温度がＴ１、Ｔ２、Ｔ３のときの充電終了電圧はそれぞれ、Ｖｅｎｄ１１＜Ｖｅｎｄ１２＜Ｖｅｎｄ１３、Ｖｅｎｄ２１＜Ｖｅｎｄ２２＜Ｖｅｎｄ２３、Ｖｅｎｄ３１＜Ｖｅｎｄ３２＜Ｖｅｎｄ３３となっている。
【００３１】
図９に、本発明における制御ロジックを実行する場合のフローチャートを示す。充電がスタートした後、ステップＳ９０１では電池電圧（Ｖｂ）と充電電流（Ｉｃ）を計測する。次にステップＳ９０２で、ＳＯＣ演算部８にてＶｂおよびＩｃよりＳＯＣを演算し、充電終了電圧演算部９にてＩｃと予めコントローラに数値として保存したＶｆｕｌｌより充電終了電圧（Ｖｅｎｄ）を演算する。そしてステップＳ９０３では、演算したＳＯＣが充電終了を示す所定の値であるＳＯＣｅｎｄ以下であるかを判定し、Ｎｏの場合は充電を終了する。なお、Ｙｅｓの場合はステップＳ９０４にてＶｂがＶｆｕｌｌ以上Ｖｅｎｄ以下であるかを判定する。そして、ステップＳ９０４での判定がＹｅｓの場合、つまりＶｂがＶｆｕｌｌ以上Ｖｅｎｄ以下である場合には、充電電流を制限することなく充電を続け、ステップＳ９０１に戻る。一方でステップＳ９０４での判定がＮｏの場合、つまりＶｂがＶｆｕｌｌ以上Ｖｅｎｄ以下でない場合はステップＳ９０５にて、Ｖｂがリチウム電池の物性により予め定める電池に印加できる上限の電圧であるＶｌｉｍに到達しているか否かを判定する。ここでＮｏの場合はステップＳ９０１に戻り充電を継続する。Ｙｅｓの場合は、ＶｂはＶｅｎｄ未満であるが上限電圧Ｖｌｉｍに到達しているため、これ以上の電圧上昇を避けるためにステップＳ９０６に進み、充電電流を抑制し、ステップＳ９０１に戻る。
【００３２】
このような制御を行うことによって、従来の制御方法では充電電流が制限されていたＶｆｕｌｌ以上の電圧領域でも充電電流を制限することなく電池を充電できるため、電池の急速充電が可能となる。また、充電時の上限電圧にＶｌｉｍを設定することによって、電池を急速に充電しつつも負極の電位がＬｉ金属の電位とほぼ等しくなることを防ぎ、デンドライトの発生を抑制することができる。
【００３３】
図１０に、本発明における充電制御方式を実施した場合のタイムチャートの一例である。図１０（ａ）は時間に対して電圧をプロットしたデータ、図１０（ｂ）は時間に対して電流をプロットしたデータ、図１０（ｃ）は時間に対してＳＯＣをプロットしたデータとなっている。ここではＶｂがＶｌｉｍに到達せずに充電ができた場合の例について示す。また、効果の比較のため、従来方式の例を図中に点線にて示す。充電が開始されると、充電電流は一定で充電を継続する。このとき、ＶｂがＶｆｕｌｌに到達（時刻ｔ１に到達）しても充電電流は一定のまま変わらない。その結果、ＶｂはＶｆｕｌｌを超えて上昇していき、最終的にはＶｂがＳＯＣが目標とする充電状態であるＳＯＣｅｎｄに到達する電圧であるＶｅｎｄに到達（時刻ｔ２に到達）して充電を終了する。本発明では時刻ｔ２に達するまでは電流値は制限されること無く一定であるため、高速充電が可能となる。
【００３４】
次に図１１に、ＶｂがＶｌｉｍに到達した場合の例について示す。図１１（ａ）は時間に対して電圧をプロットしたデータ、図１１（ｂ）は時間に対して電流をプロットしたデータになっている。充電電流が大きい場合は、Ｖｅｎｄの値が大きくなり、Ｖｌｉｍを超えて設定される可能性がある。しかし、実際にＶｌｉｍを超える場合には、負極の電位がＬｉ金属の電位とほぼ等しくなる恐れがあり、デンドライトの発生を抑制できない可能性がある。そのため、Ｖｌｉｍに到達した後は電流を制御してＶｌｉｍを超えずに充電する方が好ましい。本実施形態では時刻ｔ２に電圧がＶｌｉｍに到達し、その後はｔ３まで電圧がＶｌｉｍを超えないように電流に制限をかける。図１１（ｂ）を見ると時刻ｔ２で電流に制限がかかり充電電流値が小さくなるように制御される。この場合には図示はしていないが、この場合の充電終了はＳＯＣがＳＯＣｅｎｄに到達（時刻ｔ３に到達）したことを持って充電を終了する。なお、このようなケースでは予め、Ｖｅｎｄの計算においてもＶｌｉｍを上限として計算しても良い。
【００３５】
以上、本発明をまとめる。本発明のリチウム電池システム１００では、少なくも１つ以上のリチウム電池１０と、リチウム電池１０を充電可能な充電器３又は変換機４を有し、充電器３又は変換機４は、充電電流の大きさが大きくなった場合に、充電終了電圧を大きくする制御を行うことを特徴とする。このようなリチウム電池システムにすることによって、充電電流による負極近傍でのリチウムイオン濃度差を考慮して充電電圧を上昇させることが出来る。そのため、従来の充電方式よりも急速に充電することができる。
【００３６】
また、本発明のリチウム電池システム１００では、充電終了電圧をリチウム電池１０の物性に応じて定められる充電状態が最大になった時の電圧よりも大きな値としている。このような構成にすることによって、従来の充電方式よりも高い電圧でリチウム電池１０を充電することができるため、急速に充電することが可能となる。
【００３７】
また、本発明のリチウム電池システム１００では、充電終了電圧がリチウム電池１０の物性に応じて定められる充電状態が最大になった時の電圧よりもリチウム電池１０のイオン濃度に基づいて発生する起電力以上に大きくなっている。このような構成にすることによって、従来の充電方式よりも高い電圧でリチウム電池１０を充電することができるため、急速に充電することが可能となる。
【００３８】
また、本発明のリチウム電池システム１００では、充電終了電圧がリチウム電池１０の物性に応じて定められる充電状態が最大になった時の電圧に、リチウム電池１０のイオン濃度に基づいて発生する起電力分が加算された電圧となっている。このような構成にすることによって、電池を急速に充電しつつも負極の電位がＬｉ金属の電位とほぼ等しくなることを防ぎ、デンドライトの発生を抑制することができる。
【００３９】
また、本発明のリチウム電池システム１００の制御方法では、少なくも１つ以上のリチウム電池１０と、リチウム電池１０を充電可能な充電器３又は変換機４を有し、充電器３又は変換機４は、現在のリチウム電池１０の充電状態（ＳＯＣ）と充電終了時の充電状態（ＳＯＣｅｎｄ）とを比較して現在のリチウム電池１０の充電状態（ＳＯＣ）が充電終了時の充電状態（ＳＯＣｅｎｄ）よりも小さい場合、さらに現在のリチウム電池１０の電圧（Ｖｂ）とリチウム電池１０の物性に応じて定められる充電状態が最大になった時の電圧（Ｖｆｕｌｌ）、及び充電終了電圧（Ｖｅｎｄ）を比較して、ＶｂがＶｆｕｌｌ以上Ｖｅｎｄ以下の場合には充電電流値に制限をかけない制御を行う。このような制御を行うことによって、従来は方式では電流制限がかけられていた領域で電流制限がかからなくなるため、従来の充電方式よりも急速に充電が可能になる。
【００４０】
また、本発明のリチウム電池システム１００の制御方法では、充電器３又は変換機４は、ＶｂがＶｆｕｌｌ以上Ｖｅｎｄ以下でない場合であって、かつ現在のリチウム電池１０の電圧（Ｖｂ）がリチウム電池１０の物性により予め定める電池に印加できる上限の電圧（Ｖｌｉｍ）以上である場合、充電電流値に制限をかける制御を行う。このような制御を行うことによって、電池を急速に充電しつつも負極の電位がＬｉ金属の電位とほぼ等しくなることを防ぎ、デンドライトの発生を抑制することができる。
【００４１】
また、本発明のリチウム電池システム１００の制御方法では、充電終了電圧（Ｖｅｎｄ）は、リチウム電池１０の温度が高いほど小さくなることを特徴とする。
【００４２】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１      セル
２      保護ＩＣ
３      充電器
４      変換機（充電器）
５      統括ＩＣ
６      負極活物質
７      負極電極
８      ＳＯＣ演算部
９      充電終了電圧演算部
１０    リチウム電池
１１    電流制御部
２０    リチウム電池群
１００  リチウム電池システム
２００  リチウム電池システム
【図１】
2016085816.tif 000003
【図２】
2016085816.tif 000004
【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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【図１１】
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