(57)【要約】【課題】パルス充電方におけるオンデューティ時の充電電圧が非水電解質二次電池の正極合剤中に含有される金属の溶出電圧を超えると、金属の溶出に起因する電池特性低下を抑制してかつ充電時間の短縮が可能な非水電解質二次電池のパルス充電方法を提供する。【解決手段】パルス充電のオンデューティ時の電池電圧を測定し、測定された電池電圧と所定の設定電圧とを比較し、測定された電池電圧が所定の設定電圧以上となった時にパルス充電を終了させること特徴とする非水電解質二次電池のパルス充電方法。【選択図】図３
2009105041.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非水電解質二次電池へ電流をパルス状に周期的に供給することでパルス充電する充電制御工程と、
前記非水電解質二次電池の電池電圧を測定する電池電圧検出工程と、
前記電池電圧検出工程によって前記パルス状に電流が供給されているときに測定された電池電圧と、所定の設定電圧とを比較する比較工程と、
前記比較の結果、前記測定された電池電圧が前記設定電圧以上となったとき、前記パルス充電を終了させる充電終了制御工程と
を含むことを特徴とする非水電解質二次電池のパルス充電方法。
【請求項２】
前記非水系二次電池の温度を検出する電池温度検出工程と、
前記電池温度検出工程において検出された温度に基づいて、前記設定電圧を設定する設定電圧設定工程とをさらに含むこと
を特徴とする請求項１記載の非水電解質二次電池のパルス充電方法。
【請求項３】
前記設定電圧設定工程において、
前記電池温度検出工程で検出された温度が高くなるほど前記設定電圧が低くなるように、当該設定電圧を設定すること
を特徴とする請求項２記載の非水電解質二次電池のパルス充電方法。
【請求項４】
前記設定電圧は、４．２Ｖ以上であること
を特徴とする請求項１記載の非水電解質二次電池のパルス充電方法。
【請求項５】
前記周期における１周期についての前記電池電圧の平均値を算出する平均値算出工程と、
前記平均値が所定の充電制御電圧を超える都度、前記パルス充電におけるパルスのオンデューティ比を予め設定された値だけ減少させるデューティ比設定工程とをさらに含み、
前記充電終了制御工程において、さらに、
前記デューティ比設定工程において設定されたデューティ比が予め設定された規定値未満になったとき、前記パルス充電を終了させること
を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の非水電解質二次電池のパルス充電方法。
【請求項６】
前記デューティ比設定工程において、
前記平均値が前記充電制御電圧に満たないとき、前記パルス充電におけるパルスのオンデューティ比を予め設定された値だけ増加させること
を特徴とする請求項５記載の非水電解質二次電池のパルス充電方法。
【請求項７】
前記充電制御電圧は、
前記充電制御電圧をＶＣ、前記非水系二次電池が満充電になったときの開路電圧をＶｏｃ、前記非水系二次電池の正常状態における内部抵抗値をｒ、パルス充電を終了させる際の充電パルスの１周期における充電電流の平均値をαとするとき、下記の式（１）で与えられること
ＶＣ＝Ｖｏｃ＋ｒ×α  ・・・  （１）
を特徴とする請求項５又は６記載の非水電解質二次電池のパルス充電方法。
【請求項８】
非水電解質二次電池へ電流をパルス状に周期的に供給することでパルス充電する充電制御部と、
前記非水電解質二次電池の電池電圧を測定する電池電圧検出部と、
前記電池電圧検出部によって、前記パルス状に電流が供給されているときに測定された電池電圧と所定の設定電圧とを比較する電圧比較部と、
前記電圧比較部による比較の結果、前記測定された電池電圧が前記設定電圧以上となったとき、前記充電制御部によるパルス充電を終了させる充電終了制御部と
を備えることを特徴とするパルス充電制御装置。
【請求項９】
前記非水系二次電池の温度を検出する電池温度検出部と、
前記電池温度検出部によって検出された温度に基づいて、前記設定電圧を設定する設定電圧設定部とをさらに備えること
を特徴とする請求項８記載のパルス充電制御装置。
【請求項１０】
前記設定電圧設定部は、
前記電池温度検出部によって検出された温度が高くなるほど前記設定電圧が低くなるように、当該設定電圧を設定すること
を特徴とする請求項９記載のパルス充電制御装置。
【請求項１１】
前記設定電圧は、４．２Ｖ以上であること
を特徴とする請求項８記載のパルス充電制御装置。
【請求項１２】
前記周期における１周期について前記電池電圧検出部によって測定された電池電圧の平均値を算出する平均値算出部と、
前記平均値が所定の充電制御電圧を超える都度、前記パルス充電におけるパルスのオンデューティ比を予め設定された値だけ減少させるデューティ比設定部とをさらに備え、
前記充電終了制御部は、さらに、
前記デューティ比設定部によって設定されたデューティ比が予め設定された規定値未満になったとき、前記充電制御部によるパルス充電を終了させること
を特徴とする請求項８〜１１のいずれか１項に記載のパルス充電制御装置。
【請求項１３】
前記デューティ比設定部は、
前記平均値が前記充電制御電圧に満たないとき、前記パルス充電におけるパルスのオンデューティ比を予め設定された値だけ増加させること
を特徴とする請求項１２記載のパルス充電制御装置。
【請求項１４】
前記充電制御電圧は、
前記充電制御電圧をＶＣ、前記非水系二次電池が満充電になったときの開路電圧をＶｏｃ、前記非水系二次電池の正常状態における内部抵抗値をｒ、パルス充電を終了させる際の充電パルスの１周期における充電電流の平均値をαとするとき、下記の式（１）で与えられること
ＶＣ＝Ｖｏｃ＋ｒ×α  ・・・  （１）
を特徴とする請求項１２又は１３記載のパルス充電制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非水電解質二次電池のパルス充電方法、及びパルス充電制御装置に関し、特に、パルス充電において、非水電解質二次電池の劣化を低減可能な充電方法、及びパルス充電制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話やノートパソコンなどの電子機器の小型化および軽量化に伴い、これらポータブル機器の電源である二次電池の高容量化が求められている。特に非水電解質二次電池は、他の二次電池に比べて高エネルギー密度であるために、幅広く用いられている。一方、非水電解質二次電池は充電制御を精度よく行わなければ発熱を生じ、充電効率が低下してしまうため、比較的短時間の充電方法としてはパルス充電が広く用いられている。パルス充電の方法としては、充電開始時の電池電圧が低いときには定電流充電を行って、電池電圧がある所定電圧まで上がってからパルス充電に移行する方法（特許文献１参照）や、充電開始時からパルス充電を行って電池電圧の上昇にともなってパルス充電のオンデューティの時間を短くするか休止時間を長くする方法（特許文献２参照）が開示されている。
【特許文献１】特開平４−１２３７７１号公報
【特許文献２】特開平８−２４１７３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来のパルス充電方法においては、充電を終了させる条件がパルス充電休止中の電池電圧、すなわちＯＣＶ（Open circuit voltage）で決定される。
【０００４】
一方、サイクル劣化等により内部抵抗が上昇した非水電解質二次電池に対してパルス充電を行うと、充電電流が内部抵抗を流れることで生じる電圧がセルの起電力に加算されて受電電圧が高くなる結果、充電パルスオン時の電池電圧も高くなる。
【０００５】
その結果、充電パルスオン時（オンデューティ時）の充電電圧が、正極合剤中に含有させる金属の溶出電圧を越えることがみられた。例えば、非水電解質二次電池がリチウム二次電池である場合は正極合剤中には正極活物質としてリチウムコバルト複合酸化物やリチウムマンガン複合酸化物等が用いられる。これらの化合物に含まれる金属元素は充電電圧が高くなると電解質への溶出が著しくなり、その結果溶出金属が負極に析出してデンドライトなどを形成し内部短絡に至ったり、多孔膜セパレータの目詰まりを生じさせて内部抵抗を上昇させたりして電池特性上好ましくない。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するもので、正極合剤中の金属の溶出およびそれに伴う電池特性の低下を抑制するパルス充電方法及びパルス充電制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る非水電解質二次電池のパルス充電方法は、非水電解質二次電池へ電流をパルス状に周期的に供給することでパルス充電する充電制御工程と、前記非水電解質二次電池の電池電圧を測定する電池電圧検出工程と、前記電池電圧検出工程によって前記パルス状に電流が供給されているときに測定された電池電圧と、所定の設定電圧とを比較する比較工程と、前記比較の結果、前記測定された電池電圧が前記設定電圧以上となったとき、前記パルス充電を終了させる充電終了制御工程とを含む。
【０００８】
また、本発明に係るパルス充電制御装置は、非水電解質二次電池へ電流をパルス状に周期的に供給することでパルス充電する充電制御部と、前記非水電解質二次電池の電池電圧を測定する電池電圧検出部と、前記電池電圧検出部によって、前記パルス状に電流が供給されているときに測定された電池電圧と所定の設定電圧とを比較する電圧比較部と、前記電圧比較部による比較の結果、前記測定された電池電圧が前記設定電圧以上となったとき、前記充電制御部によるパルス充電を終了させる充電終了制御部とを備える。
【０００９】
この構成によれば、パルス充電において、非水電解質二次電池に電流が供給されているときの電池電圧が設定電圧以上となったとき、パルス充電が終了してそれ以上の電池電圧の上昇が防止されるので、非水電解質二次電池の内部抵抗に充電電流が流れて電池電圧が上昇した状態においても電池電圧が設定電圧以下に抑制される。従って、設定電圧を正極合剤中の金属が溶出する溶出電圧以下に設定することで、容易に正極合剤中の金属の溶出およびそれに伴う電池特性の低下を抑制することができる。
【００１０】
また、上述の非水電解質二次電池のパルス充電方法は、前記非水系二次電池の温度を検出する電池温度検出工程と、前記電池温度検出工程において検出された温度に基づいて、前記設定電圧を設定する設定電圧設定工程とをさらに含むことが好ましい。
【００１１】
また、上述のパルス充電制御装置は、前記非水系二次電池の温度を検出する電池温度検出部と、前記電池温度検出部によって検出された温度に基づいて、前記設定電圧を設定する設定電圧設定部とをさらに備えることが好ましい。
【００１２】
非水電解質二次電池の溶出電圧は、温度に依存して変化する。そこで、非水系二次電池の温度に基づいて、当該温度に応じた溶出電圧以下の電圧に設定電圧を設定することで、非水系二次電池の温度に関わらず、正極合剤中の金属の溶出およびそれに伴う電池特性の低下を抑制することが容易となる。
【００１３】
また、上述の非水電解質二次電池のパルス充電方法は、前記設定電圧設定工程において、前記電池温度検出工程で検出された温度が高くなるほど前記設定電圧が低くなるように、当該設定電圧を設定することが好ましい。
【００１４】
また、上述のパルス充電制御装置において、前記設定電圧設定部は、前記電池温度検出部によって検出された温度が高くなるほど前記設定電圧が低くなるように、当該設定電圧を設定することが好ましい。
【００１５】
非水電解質二次電池の溶出電圧は、温度が高くなるほど低下する。そこで、この構成によれば、非水電解質二次電池の温度が高くなるほど設定電圧が低くなるように当該設定電圧が設定されるので、非水系二次電池の温度に応じて正極合剤中の金属の溶出を抑制可能な設定電圧が設定可能となる。また、予め高温時の溶出電圧に応じた設定電圧を設定しておく場合には、設定電圧が過度に低く設定されて充電が不十分になるおそれが生じるが、この構成によれば、低温時には設定電圧を上昇させることができるので、充電が不十分になるおそれが低減される。
【００１６】
また、前記設定電圧は、４．２Ｖ以上としてもよい。
【００１７】
４．２Ｖは、非水電解質二次電池の一般的な溶出電圧であるため、設定電圧として好適である。
【００１８】
また、上述の非水電解質二次電池のパルス充電方法は、前記周期における１周期についての前記電池電圧の平均値を算出する平均値算出工程と、前記平均値が所定の充電制御電圧を超える都度、前記パルス充電におけるパルスのオンデューティ比を予め設定された値だけ減少させるデューティ比設定工程とをさらに含み、前記充電終了制御工程において、さらに、前記デューティ比設定工程において設定されたデューティ比が予め設定された規定値未満になったとき、前記パルス充電を終了させることが好ましい。
【００１９】
また、上述のパルス充電制御装置において、前記周期における１周期について前記電池電圧検出部によって測定された電池電圧の平均値を算出する平均値算出部と、前記平均値が所定の充電制御電圧を超える都度、前記パルス充電におけるパルスのオンデューティ比を予め設定された値だけ減少させるデューティ比設定部とをさらに備え、前記充電終了制御部は、さらに、前記デューティ比設定部によって設定されたデューティ比が予め設定された規定値未満になったとき、前記充電制御部によるパルス充電を終了させることが好ましい。
【００２０】
この構成によれば、非水電解質二次電池の電池電圧が、設定電圧以上にならなくてもパルス充電を終了させることができるので、非水電解質二次電池に過電圧が印加されて劣化するおそれを低減することができる。
【００２１】
また、上述の非水電解質二次電池のパルス充電方法は、前記デューティ比設定工程において、前記平均値が前記充電制御電圧に満たないとき、前記パルス充電におけるパルスのオンデューティ比を予め設定された値だけ増加させることが好ましい。
【００２２】
また、上述のパルス充電制御装置において、前記デューティ比設定部は、前記平均値が前記充電制御電圧に満たないとき、前記パルス充電におけるパルスのオンデューティ比を予め設定された値だけ増加させることが好ましい。
【００２３】
この構成によれば、充電パルスの１周期についての電池電圧の平均値が充電制御電圧を超える都度、パルス充電におけるパルスのオンデューティ比が減少され、平均値が充電制御電圧に満たないとき、当該オンデューティ比が増加される。ここで、オンデューティ比が減少すれば平均値が低下し、オンデューティ比が増加すれば平均値が上昇するから、充電パルスの１周期における平均値が充電制御電圧に近づけられた状態で、パルス充電が実行されることとなる。従って、充電制御電圧を適宜設定することにより、非水電解質二次電池の充電に適した条件でパルス充電を行うことが容易となる。
【００２４】
また、前記充電制御電圧は、前記充電制御電圧をＶＣ、前記非水系二次電池が満充電になったときの開路電圧をＶｏｃ、前記非水系二次電池の正常状態における内部抵抗値をｒ、パルス充電を終了させる際の充電パルスの１周期における充電電流の平均値をαとするとき、下記の式（１）で与えられることが好ましい。
【００２５】
ＶＣ＝Ｖｏｃ＋ｒ×α  ・・・  （１）
この構成によれば、式（１）におけるｒ×αの項は、パルス充電の終了時に非水系二次電池の内部抵抗で生じる電圧降下に相当するから、この電圧降下を満充電時の開路電圧Ｖｏｃに加算した充電制御電圧ＶＣは、パルス充電の終了時における非水系二次電池の端子電圧に相当すると共に、非水系二次電池を過電圧にならない範囲で充電できる上限電圧に相当している。そして、充電パルスの１周期における平均値が充電制御電圧ＶＣと等しくなるように、オンデューティ比を徐々に減少させることで、１周期における平均値を、非水系二次電池を過電圧にならない範囲で充電できる上限電圧である充電制御電圧ＶＣにすることができる結果、非水系二次電池の充電を効率よく行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によると、パルス充電において、非水電解質二次電池に電流が供給されているときの電池電圧が設定電圧以上となったとき、パルス充電が終了してそれ以上の電池電圧の上昇が防止されるので、非水電解質二次電池の内部抵抗に充電電流が流れて電池電圧が上昇した状態においても電池電圧が設定電圧以下に抑制される。従って、設定電圧を正極合剤中の金属が溶出する溶出電圧以下に設定することで、容易に正極合剤中の金属の溶出およびそれに伴う電池特性の低下を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明は、ポータブル電子機器に用いられる非水電解質二次電池のパルス充電方法であって、パルス充電におけるパルスオン時の電池電圧を測定し、測定された電池電圧と所定の設定電圧とを比較し、測定された電池電圧が所定の設定電圧以上となった時にパルス充電を終了させること特徴とするものであり、これによりパルス充電時間の短縮と電池劣化の防止を同時に実現できるという効果を奏する。
【００２８】
また、前記所定の設定電圧が電池温度に基づいて設定されるようにしてもよい。すなわち、電池が劣化する電圧は温度依存性があるため、電池温度に基づく所定の設定電圧を設けることで、劣化させることなく効果的に最大の電気量を電池に充電できる。
【００２９】
また、前記所定の設定電圧を４．２Ｖ以上に設定されるようにしてもよい。これにより、非水電解質二次電池の金属溶出を抑制しながら充電の効率を高めることができる。
【００３０】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明に係るパルス充電方法を用いるパルス充電制御装置を含む電池パック１０の概略構成の一例を示すブロック図である。図１において、充電は、電池パック１０内のパルス充電制御装置１１において実施される。図１におけるＡＣアダプタ３０は充電用電源として安定した特性を有しており、充電電流ＩＣＨＧを定電流で供給する能力を有している。
【００３１】
パルス充電制御装置１１には、非水電解質二次電池３が接続されている。非水電解質二次電池３としては、例えばリチウムイオン二次電池等、種々の非水電解質二次電池を用いることができる。
【００３２】
ＡＣアダプタ３０は、ポータブル電子機器２０と接続され、ポータブル電子機器２０は、電池パック１０と接続されている。ポータブル電子機器２０は、携帯型パーソナルコンピュータやデジタルカメラ、携帯電話機等、電池によって駆動される種々の電子機器である。
【００３３】
そして、ＡＣアダプタ３０から出力された電圧から、例えばポータブル電子機器２０内の定電流回路で一定の充電電流ＩＣＨＧが生成されて、ポータブル電子機器２０を介して電池パック１０内のパルス充電制御装置１１に供給され、パルス充電制御装置１１でパルス状にされて非水電解質二次電池３へ供給されることで、非水電解質二次電池３がパルス充電されるようになっている。
【００３４】
図２は、本発明の第１の実施の形態に係るパルス充電制御装置の詳細なブロック図である。図１におけるパルス充電制御装置１１は、図２においては、充電電流のオン／オフを行うスイッチ部１と、電池電圧を検出する電池電圧検出部２と、充電電流にてＡＣアダプタ３０が接続されたことを検出する電流検出部４と、パルス充電の全体制御を司るパルス充電制御部５から構成される。更に、パルス充電制御部５は、後述する各部に対して制御を行う制御部５１と、制御部５１の制御に基づいて所定の設定電圧を基準電圧として発生する所定の設定電圧発生部５２（設定電圧設定部）と、充電周期を規定する周期タイマー設定部５３と、規定の充電周期とデューティ比との積によって決定されるデューティ時間を設定するデューティタイマー設定部５４（デューティ比設定部）と、所定の設定電圧発生部５２の所定の設定電圧Ｖ１と前記電池電圧検出部２から得た電池電圧とを電圧比較する電圧比較部５５と、から構成されており、これらの各部は、マイクロコンピュータで実現することができる。
【００３５】
具体的には、スイッチ部１は、例えば非水電解質二次電池３の充電方向の電流を開閉する充電スイッチと、非水電解質二次電池３の放電方向の電流を開閉する放電スイッチとを用いて構成してもよい。スイッチ部１（充電スイッチ、放電スイッチ）としては、例えばＦＥＴ（Field Effect Transistor）等の半導体スイッチング素子を用いることができる。
【００３６】
電圧比較部５５は、例えばコンパレータを用いて構成されている。設定電圧発生部５２は、例えば設定電圧Ｖ１を出力する定電圧回路やデジタルアナログコンバータを用いて構成されている。そして、設定電圧発生部５２は、例えば非水電解質二次電池３の満充電電圧である４．２Ｖを、設定電圧として電圧比較部５５へ出力する。また、例えばマイクロコンピュータが所定の制御プログラムを実行することにより、周期タイマー設定部５３、及びデューティタイマー設定部５４として機能する。
【００３７】
また、制御部５１は、例えばマイクロコンピュータが所定の制御プログラムを実行することにより、充電制御部５１１、充電終了制御部５１２、及び平均値算出部５１３として機能する。また、制御部５１は、充電パルスの周期を計時するタイマ回路である周期タイマー５１５と、充電パルスのオン時間を計時するタイマ回路であるデューティタイマー５１６とを備えている。
【００３８】
充電制御部５１１は、周期タイマー５１５及びデューティタイマー５１６の計時時間に応じてスイッチ部１をオン、オフさせることで、非水電解質二次電池３へ電流をパルス状に周期的に供給することでパルス充電を行う。
【００３９】
また、充電終了制御部５１２は、電圧比較部５５による比較の結果、電池電圧検出部２によって測定された電池電圧が、設定電圧発生部５２から出力される設定電圧Ｖ１以上となったとき、例えばスイッチ部１をオフしてパルス充電を終了する。
【００４０】
また、平均値算出部５１３は、周期タイマー５１５によって計時される１周期の期間中について、電池電圧検出部２によって測定された電池電圧の平均値ＶＡＶＥを算出する。
【００４１】
また、デューティタイマー設定部５４は、充電パルスの周期毎に、平均値算出部５１３で算出された平均値ＶＡＶＥが所定の充電制御電圧ＶＣを超える都度、パルス充電におけるパルスのオンデューティ比を予め設定された値、例えば１％だけ減少させて、そのデューティ比と充電周期との積をデューティ時間としてデューティタイマー５１６に設定する。
【００４２】
また、デューティタイマー設定部５４は、充電パルスの周期毎に、平均値算出部５１３で算出された平均値ＶＡＶＥが充電制御電圧ＶＣに満たないとき、パルス充電におけるパルスのオンデューティ比を予め設定された値、例えば１％だけ増加させて、そのデューティ比と充電周期との積をデューティ時間としてデューティタイマー５１６に設定する。
【００４３】
充電制御電圧ＶＣは、例えば、非水系二次電池３が満充電になったときの開路電圧をＶｏｃ、非水系二次電池３の正常状態における内部抵抗値をｒ、パルス充電を終了させる際の充電パルスの１周期における充電電流の平均値をαとするとき、下記の式（１）で与えられる。
【００４４】
ＶＣ＝Ｖｏｃ＋ｒ×α  ・・・  （１）
ここで、正常状態とは、非水系二次電池３の使用に適した状態を指し、内部抵抗値ｒとしては、例えば、非水系二次電池３が使用に適する内部抵抗値の範囲の上限値が設定されている。また、電流値αは、例えば満充電状態の非水系二次電池３を１時間で蓄電量がゼロになるまで放電できる電流値を１Ｉｔとしたとき、０．１Ｉｔ程度の電流値を用いることができる。
【００４５】
例えば、パルス充電を行う際のデューティ比の最小値（これ以上充電パルスのデューティ比が小さくなったらパルス充電を停止すべきデューティ比）がｄ（％）であれば、電流値αは、（ｄ／１００）×ＩＣＨＧとなる。
【００４６】
ここで、平均値ＶＡＶＥとの関係について説明する。満充電時において充電パルスがオンしたときの充電電圧ＶＢを、電圧Ｖｆとすると、満充電時の平均値ＶＡＶＥは、以下の式で与えられる。
【００４７】
ＶＡＶＥ＝（ｄ／１００）×Ｖｆ＋（１−ｄ／１００）＋Ｖｏｃ
＝（ｄ／１００）×（Ｖｏｃ＋ｒ×ＩＣＨＧ）＋（１−ｄ／１００）＋Ｖｏｃ
＝Ｖｏｃ＋（ｄ／１００）×ｒ×ＩＣＨＧ  ・・・（２）
ここで、式（１）から、
ＶＣ＝Ｖｏｃ＋ｒ×α
＝Ｖｏｃ＋ｒ×（ｄ／１００）×ＩＣＨＧ  であるから、ＶＣ＝ＶＡＶＥとなる。
【００４８】
すなわち、充電制御電圧ＶＣは、非水電解質二次電池３が満充電になったときの平均値ＶＡＶＥを示していることになる。
【００４９】
図３は、本発明の第１の実施の形態に係るパルス充電制御装置１１の充電動作を説明するためのフローチャートである。ステップＳ１０１で、充電開始が指示されると、ステップＳ１０２で、デューティタイマー設定部５４によって、パルスのオンデューティ比Ｄが開始時点で１００％に設定される。次いで、ステップＳ１０３において、周期タイマー設定部５３により、周期タイマー５１５のタイマ値として周期Ｔが、そしてデューティタイマー設定部５４により、デューティタイマー５１６のタイマ値としてＴ×Ｄ／１００がそれぞれ設定される。なお、周期Ｔとしては、５０ｍｓｅｃ〜２ｓｅｃ中の適当な値が選ばれるのが良い。したがって例えば周期Ｔが５０ｍｓｅｃであれば、パルスのオンデューティ比Ｄが１００％なのでデューティタイマーは５０ｍｓｅｃ×１００／１００＝５０ｍｓｅｃに設定される。
【００５０】
以上のように、タイマ値が設定されると、周期タイマー５１５及びデューティタイマー５１６による計時が開始される。
【００５１】
ステップＳ１０４において、制御部５１（充電制御部５１１）によって、スイッチ部１における充電スイッチがオンにセットされる。ステップＳ１１５において、電池電圧検出部２によって、充電中の非水電解質二次電池３の電圧ＶＢが測定される。ステップＳ１１６において、電圧比較部５５によって、非水電解質二次電池３の充電電圧（端子電圧）ＶＢが所定の設定電圧Ｖ１以下であるかどうかが判定される。この判定は、電池電圧検出部２が検出した非水電解質二次電池３の充電電圧ＶＢと、所定の設定電圧発生部５２で設定した所定の設定電圧Ｖ１とが電圧比較部５５によって電圧比較されることによって実現される。もしも、充電電圧ＶＢが設定電圧Ｖ１以上であれば、ステップＳ１２６に進んで充電終了制御部５１２によってスイッチ部１における充電スイッチがオフにセットされた後に充電終了となり、またもしも、充電電圧ＶＢが設定電圧Ｖ１未満であれば、ステップＳ１１７に進む。
【００５２】
ステップＳ１１７において、制御部５１（充電制御部５１１）によって、デューティタイマー５１６の計時値が、Ｔ×Ｄ／１００を超過しているかどうかが判定される。もしも、デューティタイマー５１６がＴ×Ｄ／１００を超過していなければ、再度ステップＳ１１５に戻る。また、もしも、デューティタイマー５１６がＴ×Ｄ／１００を超過していれば、ステップＳ１１８に進む。ステップＳ１１８においては、制御部５１（充電制御部５１１）によって、周期タイマー５１５の計時値が、周期Ｔを超過しているかどうかが判定される。もしも、周期タイマー５１５が周期Ｔを超過していなければ、ステップＳ１１９に進む。また、もしも、設定された周期タイマー５１５が周期Ｔを超過していれば、ステップＳ１２１に進む。
【００５３】
ステップＳ１１９においては、制御部５１（充電制御部５１１）によって、スイッチ部１における充電スイッチがオフにセットされる。ステップＳ１２０において、周期タイマー５１５が周期Ｔを超過するまでステップＳ１２０が繰り返され、周期タイマー５１５が設定された周期Ｔを超過すれば、ステップＳ１２１に進む。
【００５４】
以上、ステップＳ１０３〜Ｓ１２０の処理によって、周期Ｔ、オンデューティ比Ｄのパルス電流によるパルス充電が実行される。
【００５５】
一方、制御部５１（平均値算出部５１３）によって、周期Ｔにわたって電池電圧検出部２によって測定された非水電解質二次電池３の電圧の平均値ＶＡＶＥが算出されている。そして、ステップＳ１２１においては、デューティタイマー設定部５４によって、平均値ＶＡＶＥと充電制御電圧ＶＣとの大小が比較判定される。判定の結果、ＶＡＶＥがＶＣよりも大きければ、ステップＳ１２２に移行し、そこでデューティタイマー設定部５４によって、パルスのオンデューティ比Ｄがデクリメント（減少）されて、ステップＳ１２５に進む。また判定の結果、ＶＡＶＥがＶＣよりも小さければ、ステップＳ１２３に移行する。
【００５６】
ステップＳ１２３において、デューティタイマー設定部５４によって、パルスのオンデューティ比Ｄが１００％かどうかが判定される。もしも、オンデューティ比Ｄが１００％であればステップＳ１２５に進む。また、オンデューティ比Ｄが１００％でなければステップＳ１２４に進み、そこでデューティタイマー設定部５４によって、パルスのオンデューティ比Ｄがインクリメント（増加）されて、ステップＳ１２５に進む。
【００５７】
ここで、オンデューティ比Ｄが減少すれば平均値ＶＡＶＥが低下し、オンデューティ比Ｄが増加すれば平均値ＶＡＶＥが上昇するから、ステップＳ１２１〜Ｓ１２４の処理により、充電パルスの１周期における平均値ＶＡＶＥを充電制御電圧ＶＣに近づけて、略等しくなるように、オンデューティ比Ｄが調節されることになる。
【００５８】
そして、充電制御電圧ＶＣは、上記式（１）で示される。ここで、式（１）におけるｒ×αの項は、パルス充電の終了時に非水系二次電池３の内部抵抗で生じる電圧降下に相当するから、この電圧降下を満充電時の開路電圧Ｖｏｃに加算した充電制御電圧ＶＣは、パルス充電の終了時における非水系二次電池３の端子電圧に相当すると共に、非水系二次電池３を過電圧にならない範囲で充電できる上限電圧に相当している。
【００５９】
従って、充電パルスの１周期における平均値ＶＡＶＥが充電制御電圧ＶＣと等しくなるように、オンデューティ比Ｄを徐々に減少させることで、１周期における平均値ＶＡＶＥを、非水系二次電池３を過電圧にならない範囲で充電できる上限電圧である充電制御電圧ＶＣにすることができる結果、非水系二次電池３の充電を効率よく行うことが可能となる。
【００６０】
ステップＳ１２５において、制御部５１（充電終了制御部５１２）によって、パルスのオンデューティ比Ｄが規定値ｄ（ここでは、１０％）未満であるかどうかが判定される。判定の結果、パルスのオンデューティ比Ｄが規定値ｄ未満であれば充電を終了する。しかし、判定の結果、パルスのオンデューティ比Ｄが規定値ｄ未満でなければ、ステップＳ１０３に戻る。
【００６１】
以上のようにして本発明の第１の実施の形態に係るパルス充電制御装置１１によって、非水電解質二次電池３の充電が開始され、終了される。充電開始直後はパルスのオンデューティ比Ｄが１００％で推移して、実質は定電流充電が行われる。非水電解質二次電池３の電池電圧の平均値ＶＡＶＥが充電制御電圧ＶＣ以上であることが検出された直後の周期Ｔからオンデューティ比Ｄのデクリメントが始まる。電池の劣化がなく、オンデューティ時の電圧が所定の電圧Ｖ１以上にならない場合は、オンデューティ比Ｄのデクリメントによりオンデューティ比Ｄが規定値ｄ（ここでは、１０％）未満になった時点で充電を終了する。一方、電池が劣化していてオンデューティ時の電圧が所定の電圧Ｖ１以上になると、その時点で充電を終了する。
【００６２】
オンデューティ比Ｄのデクリメントが始まり、オンデューティ比Ｄのデクリメントによりオンデューティ比Ｄが規定値ｄ（ここでは、１０％）未満になる時点までが実質パルス充電となる。しかし、本発明の第１の実施の形態の充電動作は、充電開始から一貫してパルス充電方式であることを認識することが重要である。そして、オンデューティ比Ｄのデクリメントあるいはインクリメントを前記実施の形態では、１％としているが、この値は、任意に設定できることは云うまでもない。
【００６３】
以上、ステップＳ１２１〜Ｓ１２５の処理によれば、ステップＳ１１６において、非水電解質二次電池３の充電電圧ＶＢが、設定電圧Ｖ１すなわち満充電電圧を超えなくてもパルス充電を終了させることができるので、非水電解質二次電池３に過電圧が印加されて劣化するおそれを低減することができる。
【００６４】
また、充電終了を判定する規定値ｄも前記実施の形態では１０％としているが、この値も任意に設定できるものである。
【００６５】
さらに、図１および図２では、パルス充電制御装置を電池パックの中に有した例を示したが、電池パック外、例えば携帯電話等のポータブル電子機器の中に有するようにすることもできることは云うまでもないことである。
（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２の実施の形態の詳細なブロック図である。図１におけるパルス充電制御装置１１は、図４においては、充電電流のオン／オフを行うスイッチ部１と、電池電圧を検出する電池電圧検出部２と、充電電流にてＡＣアダプタ３０が接続されたことを検出する電流検出部４と、電池温度を検出する電池温度検出部６と、パルス充電の全体制御を司るパルス充電制御部５から構成される。更に、パルス充電制御部５は、後述する各部に対して制御を行う制御部５１と、制御部５１の制御に基づいて所定の設定電圧を基準電圧として発生する所定の設定電圧発生部５２（設定電圧設定部）と、充電周期を規定する周期タイマー設定部５３と、規定の充電周期とデューティ比との積によって決定されるデューティ時間を設定するデューティタイマー設定部５４（デューティ比設定部）と、所定の設定電圧発生部５２の所定の設定電圧Ｖ１と前記電池電圧検出部２から得た電池電圧とを電圧比較する電圧比較部５５と、から構成されており、これらの各部は、マイクロコンピュータで実現することができる。
【００６６】
図４に示すパルス充電制御装置１１は、図２に示すパルス充電制御装置１１とは、電池温度検出部６をさらに備える点、及び設定電圧発生部５２の動作が異なる。その他の点は、図２に示すパルス充電制御装置１１と同様であるのでその説明を省略する。
【００６７】
電池温度検出部６は、非水電解質二次電池３の温度を検出し、その温度を示す信号を制御部５１へ出力する。制御部５１は、電池温度検出部６から得られた非水電解質二次電池３の温度を示す情報を、設定電圧発生部５２へ出力する。
【００６８】
設定電圧発生部５２は、例えばマイクロコンピュータとデジタルアナログコンバータとを用いて構成されている。そして、設定電圧発生部５２は、電池温度検出部６によって検出された温度が高くなるほど設定電圧Ｖ１が低くなるように、設定電圧Ｖ１を設定すると共に、その設定電圧Ｖ１を電圧比較部５５へ出力する。
【００６９】
図５は、本発明の第２の実施の形態に係るパルス充電制御装置１１の充電動作を説明するためのフローチャートである。ステップＳ２０１で、充電開始が指示されると、ステップＳ２０２で、デューティタイマー設定部５４によって、パルスのオンデューティ比Ｄが開始時点で１００％に設定される。次いで、ステップＳ２０３において、周期タイマー設定部５３により、周期タイマー５１５のタイマ値として周期Ｔが、そしてデューティタイマー設定部５４により、デューティタイマー５１６のタイマ値としてＴ×Ｄ／１００がそれぞれ設定される。なお、周期Ｔとしては、５０ｍｓｅｃ〜２ｓｅｃ中の適当な値が選ばれるのが良い。したがって例えば周期Ｔが５０ｍｓｅｃであれば、パルスのオンデューティ比Ｄが１００％なのでデューティタイマーは５０ｍｓｅｃ×１００／１００＝５０ｍｓｅｃに設定される。
【００７０】
以上のように、タイマ値が設定されると、周期タイマー５１５及びデューティタイマー５１６による計時が開始される。
【００７１】
ステップＳ２０４において、制御部５１（充電制御部５１１）によって、スイッチ部１における充電スイッチがオンにセットされる。ステップＳ２１３において、非水電解質二次電池３の電池温度が電池温度検出部６により測定され、制御部５１へ送られる。ステップＳ２１４において、設定電圧発生部５２によって、電池温度検出部６で測定された電池温度に基づいて所定の設定電圧Ｖ１が設定され、その設定電圧Ｖ１が電圧比較部５５へ出力される。ステップＳ２１５において、電池電圧検出部２によって、充電中の非水電解質二次電池３の電圧ＶＢが測定される。ステップＳ２１６において、電圧比較部５５によって、非水電解質二次電池３の充電電圧ＶＢが所定の設定電圧Ｖ１以下であるかどうかが判定される。この判定は、電池電圧検出部２が検出した非水電解質二次電池３の充電電圧ＶＢと、所定の設定電圧発生部５２で設定した所定の設定電圧Ｖ１とが電圧比較部５５によって電圧比較されることによって実現される。もしも、充電電圧ＶＢが設定電圧Ｖ１以上であれば、ステップＳ２２６に進んで充電終了制御部５１２によってスイッチ部１における充電スイッチがオフにセットされた後に充電終了となり、またもしも、充電電圧ＶＢが設定電圧Ｖ１未満であれば、ステップＳ２１７に進む。
【００７２】
ここで、非水電解質二次電池３の正極から金属元素が電解質へ溶出し始める溶出電圧は、非水電解質二次電池３の温度が高くなるほど低下する。そして、正極合剤中の金属の溶出を防止するためには、設定電圧Ｖ１が溶出電圧以下に設定されている必要がある。
【００７３】
しかしながら、図２に示すパルス充電制御装置１１においては、設定電圧Ｖ１が、例えば低温時における溶出電圧以下に設定されていた場合には、高温時には溶出電圧の方が設定電圧Ｖ１より低くなって、図３に示すステップＳ１１６において充電が停止される前に正極合剤中の金属の溶出が始まってしまうおそれがある。
【００７４】
一方、設定電圧Ｖ１が、例えば高温時における溶出電圧以下に設定されていた場合には、低温時には、まだ正極合剤中の金属の溶出が始まるまでに余裕がある状態で、ステップＳ１１６において充電が停止されてしまい、本来なら得られるはずの蓄電量が得られなくなるおそれがある。
【００７５】
しかしながら、図４に示すパルス充電制御装置１１では、図５のステップＳ２１４において、設定電圧発生部５２によって、電池温度検出部６で測定された電池温度が高くなるほど設定電圧Ｖ１が低くなるように、設定電圧Ｖ１が設定されて、その設定電圧Ｖ１が電圧比較部５５へ出力されて充電電圧ＶＢと比較されるので、低温時に本来なら得られるはずの蓄電量が得られなくなるおそれを低減しつつ、高温時において非水電解質二次電池３の正極合剤中の金属が溶出するおそれを低減することができる。
【００７６】
ステップＳ２１７において、制御部５１（充電制御部５１１）によって、デューティタイマー５１６の計時値が、Ｔ×Ｄ／１００を超過しているかどうかが判定される。もしも、デューティタイマー５１６がＴ×Ｄ／１００を超過していなければ、再度ステップＳ２１３に戻る。また、もしも、デューティタイマー５１６がＴ×Ｄ／１００を超過していれば、ステップＳ２１８に進む。ステップＳ２１８においては、制御部５１（充電制御部５１１）によって、周期タイマー５１５の計時値が、周期Ｔを超過しているかどうかが判定される。もしも、周期タイマー５１５が周期Ｔを超過していなければ、ステップＳ２１９に進む。また、もしも、設定された周期タイマー５１５が周期Ｔを超過していれば、ステップＳ２２１に進む。
【００７７】
ステップＳ２１９においては、制御部５１（充電制御部５１１）によって、スイッチ部１における充電スイッチがオフにセットされる。ステップＳ２２０において、周期タイマー５１５が周期Ｔを超過するまでステップＳ２２０が繰り返され、周期タイマー５１５が設定された周期Ｔを超過すれば、ステップＳ２２１に進む。
【００７８】
以上、ステップＳ２０３〜Ｓ２２０の処理によって、周期Ｔ、オンデューティ比Ｄのパルス電流によるパルス充電が実行される。
【００７９】
一方、制御部５１（平均値算出部５１３）によって、周期Ｔにわたって電池電圧検出部２によって測定された非水電解質二次電池３の電圧の平均値ＶＡＶＥが算出されている。そして、ステップＳ２２１においては、デューティタイマー設定部５４によって、平均値ＶＡＶＥと充電制御電圧ＶＣとの大小が比較判定される。判定の結果、ＶＡＶＥがＶＣよりも大きければ、ステップＳ２２２に移行し、そこでデューティタイマー設定部５４によって、パルスのオンデューティ比Ｄがデクリメント（減少）されて、ステップＳ２２５に進む。また判定の結果、ＶＡＶＥがＶＣよりも小さければ、ステップＳ２２３に移行する。
【００８０】
ステップＳ２２３において、デューティタイマー設定部５４によって、パルスのオンデューティ比Ｄが１００％かどうかが判定される。もしも、オンデューティ比Ｄが１００％であればステップＳ２２５に進む。また、オンデューティ比Ｄが１００％でなければステップＳ２２４に進み、そこでデューティタイマー設定部５４によって、パルスのオンデューティ比Ｄがインクリメント（増加）されて、ステップＳ２２５に進む。
【００８１】
ステップＳ２２５において、制御部５１（充電終了制御部５１２）によって、パルスのオンデューティ比Ｄが規定値ｄ（ここでは、１０％）未満であるかどうかが判定される。判定の結果、パルスのオンデューティ比Ｄが規定値ｄ未満であれば充電を終了する。しかし、判定の結果、パルスのオンデューティ比Ｄが規定値ｄ未満でなければ、ステップＳ２０３に戻る。
【００８２】
以上のようにして本発明の第２の実施の形態に係るパルス充電制御装置１１によって、非水電解質二次電池３の充電が開始され、終了される。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明にかかる非水電解質二次電池のパルス充電方法、及びパルス充電制御装置は、パルス充電における正極合剤中の金属の溶出およびそれに伴う電池特性の劣化を抑制することができるので、非水電解質二次電池を電源として使う携帯電話、ノートパソコン等のポータブル電子機器の利便性を高めることができ、有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るパルス充電制御装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るパルス充電制御装置の詳細なブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るパルス充電制御装置の充電動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係るパルス充電制御装置の詳細なブロック図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係るパルス充電制御装置の充電動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００８５】
１  スイッチ部
２  電池電圧検出部
３  非水電解質二次電池
４  電流検出部
５  パルス充電制御部
６  電池温度検出部
１０  電池パック
１１  パルス充電制御装置
２０  ポータブル電子機器
３０  ＡＣアダプタ
５１  制御部
５２  設定電圧発生部
５３  周期タイマー設定部
５４  デューティタイマー設定部
５５  電圧比較部
５１１  充電制御部
５１２  充電終了制御部
５１３  平均値算出部
５１５  周期タイマー
５１６  デューティタイマー
【図１】
2009105041.tif 000003
【図２】
2009105041.tif 000004
【図３】
2009105041.tif 000005
【図４】
2009105041.tif 000006
【図５】
2009105041.tif 000007