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JP2011109840A - Charging system which guarantees lifespan of secondary battery - Google Patents

Charging system which guarantees lifespan of secondary battery Download PDF

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JP2011109840A JP2009263514A JP2009263514A JP2011109840A JP 2011109840 A JP2011109840 A JP 2011109840A JP 2009263514 A JP2009263514 A JP 2009263514A JP 2009263514 A JP2009263514 A JP 2009263514A JP 2011109840 A JP2011109840 A JP 2011109840A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a charging system capable of guaranteeing the lifespan of a secondary battery, along with an electrical apparatus or computer equipped with such a charging system, a battery pack which achieves such a charging system, and a method which guarantees the lifespan of the secondary battery. <P>SOLUTION: A line 23-1 represents a full charge capacity ratio measured under a low battery voltage that does not cause storage degradation. A line 21 represents a full charge capacity ratio measured under a standard use condition that guarantees a lifespan. A line 23-2 represents a modified full charge capacity ratio given by translating the line 23-1 to match its lifespan termination to the lifespan termination tf of the line 21. When the full charge capacity of a secondary battery charged with a voltage under the standard use condition decreases by following the lines 25-1 and 25-2, the secondary battery is charged with a low charge voltage so that the secondary battery degrades by following the line 23-2 after the times t1 and t2. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は二次電池の寿命期間を保証する技術に関する。   The present invention relates to a technique for guaranteeing the lifetime of a secondary battery.

携帯型電子機器の一例であるノートブック型パーソナル・コンピュータ(以後ノートPCという。)には、リチウム・イオン電池を内蔵した電池パックが使用されている。リチウム・イオン電池に限らず二次電池は使用時間が経過するに伴って劣化して容量が低下する。二次電池の寿命期間は使用環境や充電方法により変化するが、リチウム・イオン電池の劣化モードは2つに大別することができる。1つは、リチウム・イオン電池の充放電サイクルを繰り返す間に生ずる電気化学的変化および物理的変化に起因するサイクル劣化で、他の1つはリチウム・イオン電池が一定の充電状態を持続する間に生ずる電気化学的変化に起因するストレージ劣化またはカレンダー劣化である。   A battery pack incorporating a lithium ion battery is used in a notebook personal computer (hereinafter referred to as a notebook PC), which is an example of a portable electronic device. Secondary batteries, not limited to lithium-ion batteries, deteriorate as the usage time elapses, resulting in a reduction in capacity. Although the lifetime of the secondary battery varies depending on the use environment and the charging method, the deterioration mode of the lithium ion battery can be roughly divided into two. One is cycle degradation due to electrochemical and physical changes that occur during repeated charge / discharge cycles of the lithium ion battery, and the other is while the lithium ion battery maintains a constant charge state. Storage degradation or calendar degradation due to electrochemical changes that occur in

特許文献1は、リチウム・イオン電池のサイクル寿命を長くする発明を開示する。同文献の発明は、使用するリチウム電池の充放電可能容量が大きいうちは実際の充電電圧を上限より低くしかつ放電電圧を下限より高くする。また、充放電可能容量が小さくなるにつれて充電電圧を上限に近くしていきかつ放電電圧を下限に近くしていく。そして、寿命の末期は充電電圧を上限に設定しかつ放電電圧を下限に設定することで充放電可能容量の低下を少なくして寿命を長くしている。   Patent Document 1 discloses an invention for extending the cycle life of a lithium ion battery. The invention of this document makes the actual charging voltage lower than the upper limit and the discharge voltage higher than the lower limit while the chargeable / dischargeable capacity of the lithium battery used is large. Further, as the chargeable / dischargeable capacity becomes smaller, the charging voltage is made closer to the upper limit and the discharging voltage is made closer to the lower limit. At the end of the life, the charge voltage is set to the upper limit and the discharge voltage is set to the lower limit, thereby reducing the decrease in chargeable / dischargeable capacity and extending the life.

特許文献2は、電池パックの性能劣化や短命化を抑制する発明を開示する。同文献には、リチウム・イオン電池は満充電の状態またはそれに近い状態で放置または保管されると容量劣化が大幅に進行するという性質を有していることが記載されている。さらに、リチウム・イオン電池は、満充電の状態またはそれに近い状態での放置時間が長くなるほど、また、高温になるほどその容量劣化は一層加速し一旦容量劣化した電池は、その容量を回復させることができないと記載されている。そして同文献の発明は、電池パックの温度が比較的高い場合には、電池パックの目標充電容量を比較的小さく設定し、電池パックの温度が比較的低い場合には、目標充電容量を比較的大きく設定することで、電池パックを満充電まで充電させないようにしている。   Patent Document 2 discloses an invention that suppresses performance deterioration and shortening of battery pack performance. This document describes that a lithium ion battery has a property that its capacity deterioration greatly proceeds when left or stored in a fully charged state or close to it. In addition, lithium-ion batteries are more likely to have their capacity deteriorated as the charging time of the battery is fully charged or close to it, and as the temperature rises, the once the capacity has deteriorated, the capacity can be recovered. It is stated that it is not possible. In the invention of this document, when the temperature of the battery pack is relatively high, the target charge capacity of the battery pack is set to be relatively small, and when the temperature of the battery pack is relatively low, the target charge capacity is set to be relatively small. By setting it large, the battery pack is not charged until it is fully charged.

特開平9−120843号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-120843 特開2005−287092号公報JP 2005-287092 A

近年電気機器に搭載されるリチウム・イオン電池の寿命期間を、電気機器の製造者が3年間あるいは5年間といったような所定期間だけ保証するシステムが開始されようとしている。寿命期間を保証するためには、充放電サイクル数(以下、サイクル数という。)、電池温度、および電池電圧といった容量劣化に強い影響を及ぼす要因に関連する使用条件を標準使用条件として設定する。しかし、ユーザが標準使用条件どおりに使用すれば寿命期間を保証することができるが、実際には、ユーザが標準使用条件から外れて使用することがあるため寿命期間を保証できない場合が生ずる。そこで、標準使用条件から外れて使用されることがあってもリチウム・イオン電池の寿命期間を保証することができる充電システムが望まれる。   In recent years, a system for guaranteeing the lifetime of a lithium ion battery mounted on an electric device for a predetermined period such as three years or five years by an electric device manufacturer is about to be started. In order to guarantee the lifetime, the usage conditions related to factors that strongly affect the capacity deterioration such as the number of charge / discharge cycles (hereinafter referred to as the cycle number), the battery temperature, and the battery voltage are set as standard usage conditions. However, the lifetime can be guaranteed if the user uses it in accordance with the standard usage conditions. However, since the user may actually use the standard usage conditions, the lifetime may not be guaranteed. Therefore, there is a demand for a charging system that can guarantee the lifetime of a lithium ion battery even if it is used outside the standard use conditions.

そこで本発明の目的は、二次電池の寿命期間を保証することができる充電システムを提供することにある。さらに本発明の目的はそのような充電システムを搭載する電気機器またはコンピュータを提供することにある。さらに本発明の目的は、そのような充電システムを実現する電池パックを提供することにある。さらに本発明の目的は二次電池の寿命期間を保証する方法を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a charging system that can guarantee the lifetime of a secondary battery. It is a further object of the present invention to provide an electric device or computer equipped with such a charging system. Furthermore, the objective of this invention is providing the battery pack which implement | achieves such a charging system. It is a further object of the present invention to provide a method for guaranteeing the lifetime of a secondary battery.

本発明は二次電池の寿命期間を保証できる充電システムを提供する。本発明が対象にする二次電池は寿命期間が電池温度と電池電圧を主要因とするストレージ劣化に大きく支配される。具体的には、電池温度が所定値以上高くかつ電池電圧が所定値以上高い場合にストレージ劣化が激しく進行するような二次電池を対象にしている。電池温度は二次電池が使用される環境温度で決まるため充電システムは制御できない。本発明にかかる充電システムは容量劣化が進行していると判断したときに電池電圧を下げることで寿命期間を保証する。充電制御回路は、充電器に第1の充電電圧値を設定して充放電サイクルを繰り返しながら所定の時間が経過したときの二次電池の容量劣化の大きさに関連する劣化特性値を閾値と比べて充電電圧の切り替えが必要であるか否かを判断する。充放電サイクルには、充電期間および放電期間に加えて二次電池が充放電回路から切り離されて自然放電している期間を含んでもよい。充電制御回路は劣化特性値が閾値に到達したと判断したときに充電器に第1の充電電圧値より低い第2の充電電圧値を設定する。   The present invention provides a charging system that can guarantee the lifetime of a secondary battery. The lifetime of the secondary battery targeted by the present invention is largely governed by storage degradation mainly due to battery temperature and battery voltage. Specifically, it is intended for a secondary battery in which the storage deterioration is severe when the battery temperature is higher than a predetermined value and the battery voltage is higher than a predetermined value. Since the battery temperature is determined by the environmental temperature at which the secondary battery is used, the charging system cannot be controlled. The charging system according to the present invention guarantees the lifetime by reducing the battery voltage when it is determined that the capacity deterioration is progressing. The charge control circuit sets, as a threshold, a deterioration characteristic value related to the magnitude of capacity deterioration of the secondary battery when a predetermined time has elapsed while setting a first charging voltage value in the charger and repeating a charge / discharge cycle. In comparison, it is determined whether it is necessary to switch the charging voltage. The charge / discharge cycle may include a period in which the secondary battery is spontaneously discharged after being disconnected from the charge / discharge circuit in addition to the charge period and the discharge period. The charging control circuit sets a second charging voltage value lower than the first charging voltage value in the charger when determining that the deterioration characteristic value has reached the threshold value.

第1の充電電圧値は、寿命期間を保証する前提として設定した標準使用条件における充電電圧値とすることができる。第2の充電電圧値を電池温度が標準使用条件より高くてもストレージ劣化がほとんど進行せず、かつ定格容量を確保できる値に設定すれば、充電電圧を変更したあとのストレージ劣化を標準使用条件の場合よりも抑制して寿命期間が保証できるようになる。本発明にかかる二次電池は正極がコバルト系リチウムで形成されたリチウム・イオン電池とすることが好適であるが、寿命期間がストレージ劣化に強く支配されかつ充電電圧で制御可能なタイプの二次電池一般に適用することが可能である。   The first charging voltage value can be a charging voltage value under standard use conditions set as a premise for guaranteeing the lifetime. If the second charging voltage value is set to a value that will cause little storage degradation even when the battery temperature is higher than the standard usage conditions and the rated capacity can be secured, the storage degradation after changing the charging voltage will be In this case, the lifetime can be assured with less suppression. The secondary battery according to the present invention is preferably a lithium ion battery in which the positive electrode is formed of cobalt-based lithium. However, the secondary battery is of a type in which the lifetime is strongly controlled by storage deterioration and can be controlled by the charging voltage. It can be applied to batteries in general.

劣化特性値には、電池温度が第1の温度値以上でかつ電池電圧が所定値以上である第1の劣化促進状態の時間または累積時間を選定することができる。また劣化特性値には、二次電池の劣化の大きさを示す劣化量を選択することも可能である。劣化量は、満充電容量、二次電池の内部インピーダンス、および二次電池を放電したときの単位容量当たりの電池電圧の変化値から選択することができる。また複数選択した劣化特性値と対応する閾値との関係に論理演算を加えて充電電圧を切り替えるようにしてもよい。   As the deterioration characteristic value, it is possible to select a time in the first deterioration promoting state or a cumulative time in which the battery temperature is equal to or higher than the first temperature value and the battery voltage is equal to or higher than a predetermined value. As the deterioration characteristic value, a deterioration amount indicating the degree of deterioration of the secondary battery can be selected. The amount of deterioration can be selected from the full charge capacity, the internal impedance of the secondary battery, and the change value of the battery voltage per unit capacity when the secondary battery is discharged. Further, the charging voltage may be switched by adding a logical operation to the relationship between the plurality of selected deterioration characteristic values and the corresponding threshold value.

充電制御回路は、電池温度が第2の温度値以上でかつ電池電圧が所定値以上である第2の劣化促進状態が所定時間継続したときに、二次電池を充電開始電圧よりも高い所定の電圧まで放電させることができる。第2の劣化促進状態を、第2の温度値が第1の温度値よりも高いといったように第1の劣化促進状態よりも厳しくなるような状態に設定しておけば、急激な劣化の進行を強制放電により緩和させることができる。   When the second deterioration promotion state in which the battery temperature is equal to or higher than the second temperature value and the battery voltage is equal to or higher than the predetermined value continues for a predetermined time, the charge control circuit It can be discharged to a voltage. If the second deterioration promoting state is set to a state that is more severe than the first deterioration promoting state such that the second temperature value is higher than the first temperature value, the rapid deterioration progresses. Can be relaxed by forced discharge.

本発明により、二次電池の寿命期間を保証することができる充電システムを提供することができた。さらに本発明によりそのような充電システムを搭載する電気機器またはコンピュータを提供することができた。さらに本発明により、そのような充電システムを実現する電池パックを提供することができた。さらに本発明により二次電池の寿命期間を保証する方法を提供することができた。   According to the present invention, a charging system capable of guaranteeing the lifetime of the secondary battery can be provided. Furthermore, according to the present invention, an electric device or a computer equipped with such a charging system can be provided. Further, according to the present invention, a battery pack that realizes such a charging system can be provided. Furthermore, the present invention can provide a method for guaranteeing the lifetime of the secondary battery.

正極にコバルト系リチウムを使用したリチウム・イオン電池の寿命期間を保証する方法の概要を説明する図である。It is a figure explaining the outline | summary of the method of ensuring the lifetime of the lithium ion battery which uses cobalt series lithium for a positive electrode. 本実施の形態にかかる基本的な充電システムの機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the basic charging system concerning this Embodiment. 劣化特性値として満充電容量比を選択した場合に寿命期間を保証する方法を説明する図である。It is a figure explaining the method of guaranteeing a lifetime when full charge capacity ratio is selected as a deterioration characteristic value. 劣化特性値として劣化促進状態の継続時間を選択した場合に寿命期間を保証するための閾値を決定する方法を説明する図である。It is a figure explaining the method of determining the threshold value for guaranteeing a lifetime, when the continuation time of a deterioration promotion state is selected as a deterioration characteristic value. 充電システムが劣化特性値に基づいてリチウム・イオン電池の寿命期間を保証する手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure in which a charging system guarantees the lifetime of a lithium ion battery based on a deterioration characteristic value. 電池パックと電池パックを搭載するノートPCで構成された充電システムの概要を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the outline | summary of the charging system comprised by the notebook PC carrying a battery pack and a battery pack. スマート・バッテリィ・システム(SBS)規格に準拠した電池パックの内部構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the internal structure of the battery pack based on a smart battery system (SBS) specification.

[リチウム・イオン電池の寿命期間]
二次電池の寿命期間は、使用開始時の満充電容量に対して所定の割合以上の満充電容量が残存している期間として定義することができる。リチウム・イオン電池の寿命期間を保証するには、使用中に容量劣化の程度を判断して制御因子を適切に制御する必要がある。発明者の実験によれば、リチウム・イオン電池は正極の材料により劣化に大きな影響を与える要因が異なることがわかった。現在、リチウム・イオン電池の正極材料にはコバルト系リチウムと、ニッケル系リチウムが主に採用されている。コバルト系リチウムとしては、コバルト酸リチウムまたはコバルト酸リチウムとマンガン酸リチウムを混合した材料が主として使用されている。ニッケル系リチウムとしては、ニッケル酸リチウムとコバルト酸リチウムまたはマンガン酸リチウムを混合した材料が主として使用されている。
[Lifetime of lithium-ion batteries]
The lifetime of the secondary battery can be defined as a period in which a full charge capacity of a predetermined ratio or more remains with respect to the full charge capacity at the start of use. In order to guarantee the lifetime of the lithium ion battery, it is necessary to determine the degree of capacity deterioration during use and to appropriately control the control factor. According to the inventor's experiment, it has been found that the lithium-ion battery has different factors that greatly affect the deterioration depending on the material of the positive electrode. Currently, cobalt-based lithium and nickel-based lithium are mainly used as positive electrode materials for lithium-ion batteries. As the cobalt-based lithium, lithium cobaltate or a material obtained by mixing lithium cobaltate and lithium manganate is mainly used. As nickel-based lithium, a material in which lithium nickelate and lithium cobaltate or lithium manganate are mixed is mainly used.

そして正極材料と容量劣化の関係を調べていくと、正極にコバルト系リチウムを使用したリチウム・イオン電池では、電池の表面温度である電池温度が高くかつ充放電回路から切り離したときの端子電圧である電池電圧が高い状態が続くと容量劣化が激しくなり、ストレージ劣化が支配的であることがわかった。また、電池温度が高くても電池電圧を下げることでサイクル劣化を抑制することができることもわかった。これに対して、正極にニッケル酸リチウムを使用したリチウム・イオン電池では、想定サイクル数を越えると容量劣化が激しくなりサイクル劣化が支配的であることがわかった。また、電池温度が高くてもストレージ劣化は少なく、さらに、電池電圧を下げてもサイクル劣化を抑制することができないこともわかった。   When examining the relationship between positive electrode material and capacity deterioration, lithium ion batteries using cobalt-based lithium as the positive electrode have a high battery temperature, which is the surface temperature of the battery, and the terminal voltage when disconnected from the charge / discharge circuit. It was found that when a certain battery voltage continues to be high, the capacity deterioration becomes severe, and the storage deterioration is dominant. It was also found that cycle deterioration can be suppressed by lowering the battery voltage even when the battery temperature is high. On the other hand, in lithium ion batteries using lithium nickelate as the positive electrode, it was found that when the number of cycles exceeded the capacity deterioration, the capacity deterioration became severe and the cycle deterioration was dominant. It was also found that storage degradation was small even when the battery temperature was high, and that cycle degradation could not be suppressed even when the battery voltage was lowered.

電池は、使用開始後にさまざまな要因で劣化していくが、劣化要因のなかには充電電圧に支配される電池電圧のように充電システムで制御できる因子と、環境温度に支配される電池温度のように制御できない因子がある。使用条件を過剰に制約することなく寿命期間を確実に保証するためには、あらかじめ適切な制御因子を特定する必要がある。本実施の形態では、正極にコバルト系リチウムを使用したリチウム・イオン電池を例示して、適切に使用条件を制御して寿命期間を保証することができる充電システムを説明する。   The battery deteriorates due to various factors after the start of use. Among the deterioration factors, there are factors that can be controlled by the charging system, such as the battery voltage governed by the charging voltage, and the battery temperature governed by the environmental temperature. There are factors that cannot be controlled. In order to reliably guarantee the lifetime without excessively restricting the use conditions, it is necessary to specify an appropriate control factor in advance. In the present embodiment, a lithium-ion battery using cobalt-based lithium as a positive electrode will be exemplified, and a charging system capable of appropriately controlling usage conditions and guaranteeing a lifetime will be described.

[寿命期間を保証する方法の概要]
図1は、正極にコバルト系リチウムを使用したリチウム・イオン電池の寿命期間を保証する方法の概要を説明する図である。ライン11、13、15は、いずれも初期の満充電容量に対する経過時間ごとに測定した満充電容量の比を表している。以後、満充電容量の初期値に対する所定の経過時間後の値の割合を満充電容量比という。満充電容量は、その時点で電池が蓄積できる最大の電気量をいいリチウム・イオン電池の物理的変化および化学的変化により経年的に低下する値である。リチウム・イオン電池は、定電流定電圧(CCCV)方式で充電する。定電流定電圧方式では、定電流充電で充電を開始し電池電圧が所定値まで上昇したときに定電圧充電に切り替える。定電圧充電を継続すると充電電流が次第に減少する。そして充電電流が放電終止電流に到達した時点で充電を終了する。
[Overview of how to guarantee the lifetime]
FIG. 1 is a diagram for explaining an outline of a method for guaranteeing the lifetime of a lithium ion battery using cobalt-based lithium as a positive electrode. Lines 11, 13, and 15 all represent the ratio of the full charge capacity measured for each elapsed time with respect to the initial full charge capacity. Hereinafter, the ratio of the value after a predetermined elapsed time to the initial value of the full charge capacity is referred to as the full charge capacity ratio. The full charge capacity is the maximum amount of electricity that can be stored in the battery at that time, and is a value that decreases with time due to physical and chemical changes in the lithium ion battery. The lithium ion battery is charged by a constant current constant voltage (CCCV) method. In the constant current constant voltage method, charging is started by constant current charging, and switching to constant voltage charging is performed when the battery voltage rises to a predetermined value. When constant voltage charging is continued, the charging current gradually decreases. The charging is terminated when the charging current reaches the discharge end current.

したがって電池電圧は充電を停止する直前の電圧である充電電圧に支配される。満充電容量は放電終止電圧またはその近辺から放電終止電流まで充電する間に電池に蓄積される総電気量として計測することができる。なお、複数の電池を直列に接続している場合の電池電圧は、単体の電池(電池セル)の電圧をいう。本実施の形態では、リチウム・イオン電池の寿命期間を2年あるいは3年といった所定期間として保証するために標準使用条件を設定する。標準使用条件を構成する項目は、充電電圧、電池温度、およびサイクル数に集約されるが正極がコバルト系リチウムのリチウム・イオン電池では充電電圧と電池温度が特に重要である。充電電圧を低くすると寿命期間が長くなることは一般に知られているが、充電電圧を下げると満充電容量まで充電しないことになり放電により利用できる電気量が低下するため寿命期間を保証する前の充電電圧はこれまで4.2Vにしていた。ここに、満充電容量に対して実際に電池が蓄積している電気量の割合をRSOC(%)(Relative State Of Charge)という。   Therefore, the battery voltage is governed by the charging voltage, which is the voltage immediately before stopping charging. The full charge capacity can be measured as the total amount of electricity accumulated in the battery while charging from the discharge end voltage or near it to the discharge end current. The battery voltage when a plurality of batteries are connected in series refers to the voltage of a single battery (battery cell). In the present embodiment, standard use conditions are set in order to guarantee the lifetime of the lithium ion battery as a predetermined period of 2 years or 3 years. The items constituting the standard use conditions are summarized in the charge voltage, the battery temperature, and the number of cycles, but the charge voltage and the battery temperature are particularly important in a lithium ion battery having a positive electrode of cobalt-based lithium. It is generally known that if the charging voltage is lowered, the lifetime will be longer. However, if the charging voltage is lowered, the battery will not be charged up to its full charge capacity, and the amount of electricity available for discharge will decrease, so the lifetime is not guaranteed. The charging voltage has been 4.2V so far. Here, the ratio of the amount of electricity actually stored in the battery with respect to the full charge capacity is referred to as RSOC (%) (Relative State Of Charge).

充電電圧は定電流定電圧方式の充電において、定電圧領域で充電している間に各電池セルに印加される電圧に対応する。充電電圧を4.2Vにすると電池温度およびサイクル数を標準使用条件の範囲に納めても3年間の寿命期間を満たすことは困難であるため、本実施の形態では初期の充電電圧を一例として4.1Vにする。そして、充電電圧として4.1V、時間的に平均的した電池温度として25度、寿命期間中の合計のサイクル数として800回を標準使用条件とする。電池の定格容量は、4.1Vで充電したときのRSOC(%)で規定している。本実施の形態では寿命期間である3年の終期tfにおける満充電容量比が60%以上になるように設定している。ただし、寿命期間の終期tfでの満充電容量比および寿命期間に他の値を採用することもできる。   The charging voltage corresponds to the voltage applied to each battery cell during charging in the constant voltage region in the constant current / constant voltage charging. When the charging voltage is set to 4.2 V, it is difficult to satisfy the life span of 3 years even if the battery temperature and the number of cycles are within the range of the standard use conditions. Therefore, in this embodiment, the initial charging voltage is 4 as an example. Set to 1V. The standard use conditions are 4.1 V as the charging voltage, 25 degrees as the battery temperature averaged over time, and 800 times as the total number of cycles during the lifetime. The rated capacity of the battery is defined by RSOC (%) when charged at 4.1V. In this embodiment, the full charge capacity ratio at the end tf of 3 years, which is the lifetime, is set to be 60% or more. However, other values may be employed for the full charge capacity ratio and the life period at the end tf of the life period.

電池温度は、リチウム・イオン電池が充電中、放電中または充放電回路からの開放状態のいずれかの状態におかれているときに電池セルの表面で測定した値を時間的に平均した温度である。ただし、安全上電池温度が所定値を越えた場合は充電が制限されるので、その場合は放電中または開方状態のいずれかの状態で測定することになる。ライン11は標準使用条件のときの満充電容量比の経年変化を示しており、寿命期間が保証されていることを示している。ライン13は電池温度を40度でかつ電池電圧を4.1Vにしたときの満充電容量比の経年変化を示しており寿命期間を保証することができないことを示している。ライン15は、電池温度を60度でかつ電池電圧を4.1Vにしたときの満充電容量比の経年変化を示しており、この使用状態では時刻txでリチウム・イオン電池が寿命に到達している。   The battery temperature is a temperature obtained by averaging the values measured on the surface of the battery cell when the lithium ion battery is being charged, discharged, or opened from the charge / discharge circuit. is there. However, for safety reasons, when the battery temperature exceeds a predetermined value, charging is limited. In that case, measurement is performed in either a discharging state or an open state. Line 11 shows the secular change of the full charge capacity ratio under the standard use condition, and shows that the lifetime is guaranteed. Line 13 shows the secular change of the full charge capacity ratio when the battery temperature is 40 degrees and the battery voltage is 4.1 V, indicating that the lifetime cannot be guaranteed. Line 15 shows the secular change of the full charge capacity ratio when the battery temperature is 60 degrees and the battery voltage is 4.1 V. In this use state, the lithium ion battery reaches the end of its life at time tx. Yes.

点線で示したライン17は、時期t1で充電電圧を初期の充電電圧より下げて4.05Vにしたときの満充電容量比の経年変化を示している。時刻t1のときのライン15の満充電容量比がライン11の満充電容量比よりも小さい場合は、標準使用条件で使用した場合よりも劣化が進行していることになるため、それ以降に標準使用条件で使用しても寿命期間を保証することはできなくなる。正極にコバルト系リチウムを使用したリチウム・イオン電池では、電池電圧を4.05V程度以下に下げると電池温度が高くても標準使用条件の場合よりもそれ以降のストレージ劣化の進行が少ないことが実験でわかっている。   A line 17 indicated by a dotted line shows the secular change of the full charge capacity ratio when the charge voltage is lowered from the initial charge voltage to 4.05 V at time t1. When the full charge capacity ratio of the line 15 at the time t1 is smaller than the full charge capacity ratio of the line 11, the deterioration has progressed more than when used under the standard use conditions. Even if used under operating conditions, the lifetime cannot be guaranteed. In lithium-ion batteries that use cobalt-based lithium as the positive electrode, experiments show that if the battery voltage is lowered to about 4.05 V or less, even if the battery temperature is high, the subsequent storage degradation progresses less than in the standard operating conditions. I know.

よって、本実施の形態では上記の特質を利用して容量劣化が標準使用条件の場合よりも所定量以上進行していることが判明した場合には、それ以降の充電電圧を低下させてストレージ劣化を抑制し寿命期間を保証する。ライン17における時刻t1以降の充電電圧(4.05V)を劣化抑制電圧といい、充電電圧を変更する時刻t1を充電電圧の切替時期という。劣化抑制電圧は、リチウム・イオン電池が搭載される電気機器に許容される最大の環境温度においても標準使用状態のときよりもストレージ劣化の進行を抑制することができる充電電圧ということができる。   Therefore, in the present embodiment, when it is found that the capacity deterioration has progressed by a predetermined amount or more than in the standard use condition using the above characteristics, the storage voltage is deteriorated by lowering the subsequent charging voltage. Suppresses and guarantees the lifetime. A charging voltage (4.05 V) after time t1 in the line 17 is referred to as a deterioration suppression voltage, and a time t1 at which the charging voltage is changed is referred to as a charging voltage switching timing. It can be said that the deterioration suppression voltage is a charging voltage that can suppress the progress of storage deterioration even at the maximum environmental temperature allowed for the electric device on which the lithium ion battery is mounted, compared to the case of the standard use state.

[充電システム]
図2は、本実施の形態にかかる基本的な充電システムの機能ブロック図である。充電システム50は、電気機器、情報機器、電動工具、または自動車などの電力機器に搭載することができる。直流電源51は、充電器55および負荷65に直流電圧の電力を供給する。直流電源51は、常時充電システム50の一部を構成して充電できる状態にしておく必要はなく、リチウム・イオン電池57の充電が必要なときだけスイッチ53に接続するようにしてもよい。充電器55は、直流電源51から供給された直流電圧をスイッチング制御して所定の直流電圧に変換し定電流定電圧制御でリチウム・イオン電池57を充電する。充電器55は、直流電源51が供給する電圧を検知して充電制御回路61に直流電源51が接続されていることを知らせる。リチウム・イオン電池57は正極にコバルト系リチウムを採用している。
[Charging system]
FIG. 2 is a functional block diagram of a basic charging system according to the present embodiment. The charging system 50 can be mounted on electric devices such as electric devices, information devices, electric tools, and automobiles. The DC power supply 51 supplies DC voltage power to the charger 55 and the load 65. The DC power source 51 does not have to be part of the constant charging system 50 and can be charged, and may be connected to the switch 53 only when the lithium ion battery 57 needs to be charged. The charger 55 performs switching control on the DC voltage supplied from the DC power supply 51 to convert it to a predetermined DC voltage, and charges the lithium ion battery 57 by constant current / constant voltage control. The charger 55 detects the voltage supplied by the DC power supply 51 and notifies the charging control circuit 61 that the DC power supply 51 is connected. The lithium ion battery 57 employs cobalt-based lithium for the positive electrode.

電流測定回路54は、リチウム・イオン電池57に流れる充電電流または放電電流を測定してその値を充電制御回路61に送る。電圧測定回路56は、リチウム・イオン電池57を構成する電池セルの電圧を測定して充電制御回路61に送る。温度測定回路59はリチウム・イオン電池57の表面温度を測定して充電制御回路61に送る。   The current measuring circuit 54 measures the charging current or discharging current flowing through the lithium ion battery 57 and sends the value to the charging control circuit 61. The voltage measurement circuit 56 measures the voltage of the battery cell constituting the lithium ion battery 57 and sends it to the charge control circuit 61. The temperature measurement circuit 59 measures the surface temperature of the lithium ion battery 57 and sends it to the charge control circuit 61.

充電制御回路61は、電流測定回路54、電圧測定回路56および温度測定回路59から受け取ったデータに基づいて充電器55の動作を制御する。充電制御回路61は、充電器55に定電圧領域で動作するときの充電電圧および定電流領域で動作するときの充電電流を設定する。充電制御回路61は、電流測定回路54から受け取ったデータに基づいてリチウム・イオン電池57の使用を開始してから実行されたサイクル数をカウントする。充電制御回路61は、リチウム・イオン電池57の使用を開始してからの経過時間を計測する。   The charge control circuit 61 controls the operation of the charger 55 based on data received from the current measurement circuit 54, the voltage measurement circuit 56 and the temperature measurement circuit 59. The charging control circuit 61 sets the charging voltage when operating in the constant voltage region and the charging current when operating in the constant current region in the charger 55. The charge control circuit 61 counts the number of cycles executed since the start of use of the lithium ion battery 57 based on the data received from the current measurement circuit 54. The charge control circuit 61 measures the elapsed time after starting to use the lithium ion battery 57.

充電制御回路61は、所定のサイクル数ごとまたは所定の経過時間ごとに充電器55に電圧が印加されていることを確認してから、リチウム・イオン電池57を放電終止電圧またはその近辺まで強制的に放電させ、その後充電終了電流まで充電するときの全電気量から満充電容量を計算する。充電制御回路61は、リチウム・イオン電池57の劣化量に関する劣化特性値を測定して切替時期が到来したことを判断し、充電器55に設定する充電電圧を変更する。充電制御回路61は、電池電圧が所定値以上でかつ電池温度が所定値以上である劣化促進状態が継続している時間、およびその累積時間を劣化特性値として測定する。劣化促進状態とその継続時間は切替時期を判断したり強制放電の時期を判断したりするために利用される。   The charge control circuit 61 confirms that a voltage is applied to the charger 55 every predetermined number of cycles or every predetermined elapsed time, and then forces the lithium ion battery 57 to the end-of-discharge voltage or the vicinity thereof. The full charge capacity is calculated from the total amount of electricity when the battery is discharged until the end of charge current. The charge control circuit 61 measures the deterioration characteristic value related to the deterioration amount of the lithium ion battery 57 to determine that the switching time has come, and changes the charging voltage set in the charger 55. The charge control circuit 61 measures the time during which the deterioration promoting state in which the battery voltage is equal to or higher than the predetermined value and the battery temperature is equal to or higher than the predetermined value, and the accumulated time as the deterioration characteristic value. The deterioration promotion state and its duration are used to determine the switching time or the forced discharge time.

充電制御回路61は、EEPROM62を備えている。EEPROM62には、リチウム・イオン電池57の充放電に関する固有情報、劣化特性値の閾値、累積のサイクル回数、および経過時間などのデータが書き込まれる。充電制御回路61は、充電器55を通じて直流電源51がスイッチ53に接続されていることを認識する。負荷65は、リチウム・イオン電池57または直流電源51から電力の供給を受けて動作する。   The charge control circuit 61 includes an EEPROM 62. In the EEPROM 62, data such as specific information relating to charging / discharging of the lithium ion battery 57, a threshold value of the deterioration characteristic value, the number of accumulated cycles, and elapsed time are written. The charging control circuit 61 recognizes that the DC power source 51 is connected to the switch 53 through the charger 55. The load 65 operates by receiving power from the lithium ion battery 57 or the DC power source 51.

[劣化特性値]
つぎに、リチウム・イオン電池57の劣化特性値について説明する。リチウム・イオン電池が標準使用条件からはずれて使用されると、寿命期間を保証するときに予定していたよりも容量劣化が進行し、所定の寿命期間を保証できなくなる。本実施の形態では、使用を開始してから所定の時間ごとまたは所定のサイクル数ごとにリチウム・イオン電池57の劣化特性値を計測して劣化の程度を判断し必要な場合に充電電圧を変更する。あるいは、使用を開始してから劣化特性値が閾値に到達したと判断したときに充電電圧を変更する。劣化特性値は、リチウム・イオン電池57の容量劣化の大きさに関連する劣化量とすることができる。劣化特性値は、使用開始時の劣化値に対する使用開始後の劣化値の割合で表すことができる。満充電容量比は使用開始時の劣化量をゼロとしたときに直接容量劣化を示す劣化特性値となる。
[Deterioration characteristic value]
Next, the deterioration characteristic value of the lithium ion battery 57 will be described. If a lithium ion battery is used outside the standard usage conditions, the capacity will deteriorate more than expected when the lifetime is guaranteed, and the predetermined lifetime cannot be guaranteed. In the present embodiment, the deterioration characteristic value of the lithium ion battery 57 is measured every predetermined time or every predetermined number of cycles after the start of use, and the degree of deterioration is judged to change the charging voltage when necessary. To do. Alternatively, the charging voltage is changed when it is determined that the deterioration characteristic value has reached the threshold value after the start of use. The deterioration characteristic value can be a deterioration amount related to the magnitude of capacity deterioration of the lithium ion battery 57. The deterioration characteristic value can be expressed as a ratio of the deterioration value after the start of use to the deterioration value at the start of use. The full charge capacity ratio is a deterioration characteristic value indicating direct capacity deterioration when the amount of deterioration at the start of use is zero.

満充電容量と電池セルの内部インピーダンスは相関関係がある。また、放電させたときの単位容量当たりの電池電圧の変化値(以下、容量電圧変化率(ΔV/ΔC)という。)も満充電容量と相関関係がある。満充電容量が低下するに伴って内部インピーダンスは上昇し、また、容量電圧変化率も上昇するので、それぞれの初期値に対する割合として内部インピーダンス比または容量電圧変化率の比を計算し、満充電容量比に代えてそれらを劣化特性値として採用することができる。内部インピーダンス比と容量電圧変化率の比は逆数を使用して、満充電容量比と同じように経過時間とともに低下する値として利用することもできる。   There is a correlation between the full charge capacity and the internal impedance of the battery cell. Further, the change value of the battery voltage per unit capacity when discharged (hereinafter referred to as the capacity voltage change rate (ΔV / ΔC)) is also correlated with the full charge capacity. As the full charge capacity decreases, the internal impedance rises and the capacity voltage change rate also rises. Therefore, the ratio of the internal impedance ratio or the capacity voltage change rate is calculated as a ratio to each initial value, and the full charge capacity is calculated. Instead of the ratio, they can be adopted as deterioration characteristic values. The ratio between the internal impedance ratio and the capacity voltage change rate can also be used as a value that decreases with elapsed time in the same manner as the full charge capacity ratio by using the reciprocal.

リチウム・イオン電池57の劣化特性値としては、電池の劣化の大きさを直接示す劣化量以外に劣化をもたらす要因に関連する情報を採用することもできる。リチウム・イオン電池57は、電池温度が所定値以上でかつ電池電圧が所定値以上の劣化促進状態が継続すると容量劣化が激しくなる。したがって、あらかじめ、リチウム・イオン電池57が所定の電池温度および所定の電池電圧で規定される劣化促進状態におかれている継続時間または累積時間を劣化特性値として採用することもできる。   As the deterioration characteristic value of the lithium-ion battery 57, information related to a factor that causes deterioration can be adopted in addition to the deterioration amount directly indicating the degree of deterioration of the battery. Lithium-ion battery 57 undergoes severe capacity deterioration when the battery temperature is at or above a predetermined value and the battery voltage is at or above a predetermined value. Therefore, the continuation time or accumulated time in which the lithium ion battery 57 is in a deterioration promoting state defined by a predetermined battery temperature and a predetermined battery voltage in advance can be adopted as the deterioration characteristic value.

[寿命期間の保証方法]
つぎに、劣化特性値として満充電容量比を選択して寿命期間を保証する方法を、図3を参照して説明する。図3のライン21は、寿命期間の終期tfに60%以上の満充電容量比を保証するために標準使用条件(電池温度25度、電池電圧4.1V)で使用したときの満充電量容量比の経年変化を示している。ライン23−1は、電池温度が60度で電池電圧を4.05Vまで下げたときの満充電量容量比の経年変化を示している。ライン23−2は、寿命期間の終期tfにおける満充電容量比がライン21のそれと一致するようにライン23−1を下方向に平行移動させたものである。
[Lifetime warranty]
Next, a method for guaranteeing the lifetime by selecting the full charge capacity ratio as the deterioration characteristic value will be described with reference to FIG. The line 21 in FIG. 3 shows the full charge capacity when used under standard operating conditions (battery temperature 25 degrees, battery voltage 4.1 V) to guarantee a full charge capacity ratio of 60% or more at the end tf of the lifetime. It shows the aging of the ratio. Line 23-1 shows the secular change of the full charge capacity ratio when the battery temperature is 60 degrees and the battery voltage is lowered to 4.05V. The line 23-2 is obtained by translating the line 23-1 downward so that the full charge capacity ratio at the end tf of the lifespan coincides with that of the line 21.

ライン25−1は電池電圧が4.1Vで電池温度が60度の満充電容量比の経年変化を示し、ライン25−2は電池電圧が4.1Vで電池温度が55度のときの満充電容量比の経年変化を示している。なお、電池温度が55度を超えるときはリチウム・イオン電池に対する充電が禁止されているので、ライン23−1、25−1、25−2は、リチウム・イオン電池57が充電以外の状態におかれているときの特性である。時刻t1ではライン21が示す標準使用条件では満充電容量比がC1%であるが、ライン25−1が示す電池温度が60度のときはC2%まで低下している。   Line 25-1 shows the change of the full charge capacity ratio when the battery voltage is 4.1V and the battery temperature is 60 degrees, and line 25-2 is the full charge when the battery voltage is 4.1V and the battery temperature is 55 degrees. It shows the secular change of capacity ratio. When the battery temperature exceeds 55 ° C., charging to the lithium ion battery is prohibited, so the lines 23-1, 25-1, and 25-2 are not in a state where the lithium ion battery 57 is in a state other than charging. It is a characteristic when it is. At the time t1, the full charge capacity ratio is C1% under the standard usage conditions indicated by the line 21, but when the battery temperature indicated by the line 25-1 is 60 degrees, it is reduced to C2%.

しかし、時刻t1で充電電圧を劣化抑制電圧である4.05Vに変更するとその後はライン23−2にしたがって容量が低下するため、寿命期間の終期tfにおいて60%の満充電容量比を維持することができる。なお、時刻t1以前に充電電圧を劣化抑制電圧に変更することでも寿命期間を満たすことはできるが、劣化抑制電圧で充電すると蓄積できる電気量が減るので時刻t1で変更することが望ましい。また、ライン25−1に従って容量が低下した場合は、時刻t1が経過してから充電電圧を劣化抑制電圧に変更するとライン23−2がさらに下方向にシフトすることになり寿命期間を満たすことができなくなる。   However, if the charge voltage is changed to 4.05 V, which is the deterioration suppression voltage, at time t1, the capacity decreases according to the line 23-2, so that the full charge capacity ratio of 60% is maintained at the end tf of the lifetime. Can do. Although the lifetime can be satisfied by changing the charging voltage to the deterioration suppressing voltage before time t1, it is desirable to change the charging voltage at time t1 because the amount of electricity that can be stored decreases when charging with the deterioration suppressing voltage. In addition, when the capacity decreases according to the line 25-1, if the charging voltage is changed to the deterioration suppression voltage after the time t1 has elapsed, the line 23-2 further shifts downward and the lifetime is satisfied. become unable.

時刻t2では、ライン21が示す標準使用条件では満充電容量比がC3%であるが、ライン25−2が示す電池温度が55度のときはC4%まで低下している。しかし、時刻t2で充電電圧を劣化抑制電圧である4.05Vに変更するとその後はライン23−2にしたがって容量が低下するため、寿命期間の終期tfにおいて60%の満充電容量比を満たすことができる。なお、時刻t2以前に充電電圧を劣化抑制電圧に変更することでも寿命期間を満たすことはできるが、ライン25−1の場合と同様に劣化抑制電圧で充電すると蓄積できる電気量が減るのでライン25−2で劣化した場合は時刻t2で切り替えることが望ましい。これらのことから、最適な切替時期は各時刻において満充電容量比がライン23−2まで低下した時期として決定できることがわかる。   At the time t2, the full charge capacity ratio is C3% under the standard usage conditions indicated by the line 21, but when the battery temperature indicated by the line 25-2 is 55 degrees, it is reduced to C4%. However, when the charge voltage is changed to 4.05 V, which is the deterioration suppression voltage, at time t2, the capacity decreases according to the line 23-2, so that the full charge capacity ratio of 60% may be satisfied at the end tf of the lifetime. it can. Although the lifetime can be satisfied by changing the charging voltage to the deterioration suppressing voltage before time t2, the amount of electricity that can be stored is reduced when charging with the deterioration suppressing voltage as in the case of the line 25-1. When it deteriorates at -2, it is desirable to switch at time t2. From these facts, it can be seen that the optimum switching time can be determined as the time when the full charge capacity ratio is reduced to the line 23-2 at each time.

内部インピーダンス比または容量電圧変化率の比を劣化特性値として採用する場合は、あらかじめそれらの値と満充電容量の関係を実験で求めておく。そして満充電容量比の場合と同様にそれぞれの値について標準使用条件で使用したときの経年変化と劣化抑制電圧で充電したときの経年変化を実験で求めて切替時期を決定することができる。   When the internal impedance ratio or the capacity voltage change rate ratio is adopted as the deterioration characteristic value, the relationship between these values and the full charge capacity is obtained in advance by experiments. As in the case of the full charge capacity ratio, it is possible to determine the switching time by experimentally determining the secular change when using each value under the standard use condition and the secular change when charging with the deterioration suppression voltage.

劣化特性値として、電池温度と電池電圧で規定する劣化促進状態の継続時間を採用する場合は、劣化促進状態の累積時間としての閾値を満充電容量比がライン23−2に近づくように決定することで最適な切替時期を決定することができる。図4は、劣化特性値として劣化促進状態の継続時間を選択した場合に寿命期間を保証するための累積時間の閾値を決定する方法を説明する図である。図4のライン23−2は、図3で説明したものと同じである。劣化促進状態は、たとえば電池温度が45度以上でかつ電池電圧が4.1V以上と設定することができる。   When the duration of the deterioration promotion state defined by the battery temperature and the battery voltage is adopted as the deterioration characteristic value, the threshold value as the accumulation time of the deterioration promotion state is determined so that the full charge capacity ratio approaches the line 23-2. Thus, the optimum switching time can be determined. FIG. 4 is a diagram for explaining a method of determining a cumulative time threshold value for guaranteeing the lifetime when the deterioration promotion state duration is selected as the deterioration characteristic value. The line 23-2 in FIG. 4 is the same as that described in FIG. The deterioration promoting state can be set, for example, such that the battery temperature is 45 degrees or higher and the battery voltage is 4.1 V or higher.

劣化促進状態はリチウム・イオン電池57の使用環境により、連続的に発生する場合もあるし間欠的に発生する場合もある。したがって、劣化促進状態が所定の累積時間に到達するときの経過時間は使用環境により変化する。ライン23−2が示すように、寿命期間の保証のために許容できる劣化量は、経過時間が長くなるほど大きくなる。したがって、累積時間の閾値に対応する満充電容量比がライン23−2であるとすれば、経過時間が長いほど閾値を大きくすることができる。   The deterioration promoting state may occur continuously or intermittently depending on the usage environment of the lithium ion battery 57. Therefore, the elapsed time when the deterioration promoting state reaches a predetermined cumulative time varies depending on the use environment. As indicated by the line 23-2, the amount of deterioration that can be permitted for the guarantee of the lifetime increases as the elapsed time increases. Therefore, if the full charge capacity ratio corresponding to the threshold for the accumulated time is the line 23-2, the threshold can be increased as the elapsed time is longer.

たとえば、時刻t1では劣化量Δ1を許容でき時刻t2では劣化量Δ2(Δ2>Δ1)を許容できる。したがって、劣化促進状態の累積時間に対する閾値は、経過時間の関数として定めてもよい。一例として、劣化促進状態が連続して発生するような場合では経過時間t1が2400時間のときの累積時間の閾値は2400時間とし、経過時間t2が12000時間のときの累積時間の閾値は3000時間にするといったように、各経過時間において満充電容量比がライン23−2にできるだけ近づくように閾値を設定することが望ましい。   For example, the deterioration amount Δ1 can be allowed at time t1, and the deterioration amount Δ2 (Δ2> Δ1) can be allowed at time t2. Therefore, the threshold for the accumulated time in the deterioration promotion state may be determined as a function of the elapsed time. As an example, in the case where the deterioration promotion state occurs continuously, the threshold of the accumulated time when the elapsed time t1 is 2400 hours is 2400 hours, and the threshold of the accumulated time when the elapsed time t2 is 12000 hours is 3000 hours. It is desirable to set the threshold value so that the full charge capacity ratio is as close as possible to the line 23-2 at each elapsed time.

劣化特性値に劣化促進状態の継続時間を採用する場合は電池温度、電池電圧および累積時間を計算するだけでよく劣化量を測定する必要がないため実現が容易である。また切替時期は、劣化量および劣化促進状態を複数設定しそれらと閾値との関係に論理和または論理積などの演算を施して決定するようにしてもよい。たとえば、満充電容量比と劣化促進状態の累積時間がともに閾値に到達したときに充電電圧を切り替えたり、劣化促進状態を構成する電池温度を複数設定して設定した各電池温度で構成される劣化促進状態と劣化量との間で論理演算をして切替時期を判断したりすることができる。   When the duration of the deterioration promoting state is adopted as the deterioration characteristic value, it is easy to realize because it is only necessary to calculate the battery temperature, the battery voltage, and the accumulated time, and it is not necessary to measure the amount of deterioration. Further, the switching time may be determined by setting a plurality of deterioration amounts and deterioration promoting states and performing an operation such as logical sum or logical product on the relationship between the deterioration amount and the threshold value. For example, the deterioration configured by each battery temperature set by switching the charging voltage when the full charge capacity ratio and the cumulative time of the deterioration promotion state both reach the threshold, or by setting multiple battery temperatures constituting the deterioration promotion state It is possible to perform a logical operation between the acceleration state and the deterioration amount to determine the switching time.

[寿命期間を保証する手順]
つぎに充電システム50において、劣化特性値に基づいてリチウム・イオン電池57の寿命期間を保証する手順を図5のフローチャートに基づいて説明する。ブロック101からブロック105までは切替時期を決定するために劣化特性値に適用する閾値を求めて充電制御回路61のEEPROM62に格納する手順を示し、ブロック107からブロック121までは充電システム50の実際の動作の手順を示している。ブロック101では、図3のライン23−1に示したような電池電圧を劣化抑制電圧に一致させたときの劣化特性値の経年変化に関する実験データを取得する。実験中の電池温度は、リチウム・イオン電池57が搭載される電気機器に許容される範囲で予測しえる最大の温度とする。
[Procedure for guaranteeing the lifetime]
Next, a procedure for assuring the lifetime of the lithium ion battery 57 based on the deterioration characteristic value in the charging system 50 will be described with reference to the flowchart of FIG. Blocks 101 to 105 show a procedure for obtaining a threshold value to be applied to the deterioration characteristic value in order to determine the switching timing and storing it in the EEPROM 62 of the charging control circuit 61. Blocks 107 to 121 show the actual charging system 50. The operation procedure is shown. In block 101, experimental data relating to the deterioration with time of the deterioration characteristic value when the battery voltage as indicated by the line 23-1 in FIG. The battery temperature during the experiment is assumed to be the maximum temperature that can be predicted within the range allowed for the electric device in which the lithium ion battery 57 is mounted.

ブロック103では、寿命期間の終期tf、初期の充電電圧、および電池温度を設定して、図3のライン21に示したような標準使用条件での劣化特性値の実験データを取得する。ブロック105では、ブロック101で取得した実験データの寿命終期における劣化特性値をブロック103で取得した実験データの寿命終期における劣化特性値に一致させるように実験データを修正して図3のライン23−2に示したような修正データを取得する。劣化量を劣化特性値に選択した場合は、修正データが切替時期を判定するための閾値となる。劣化促進状態の継続時間を劣化特性値に選択した場合は、図4で示した手順に基づいて累積時間に対する閾値を設定する。修正データおよび累積時間の閾値は、充電制御回路61のEEPROM62に格納する。   In block 103, the end of the life period tf, the initial charging voltage, and the battery temperature are set, and experimental data of deterioration characteristic values under standard use conditions as shown in the line 21 of FIG. 3 are acquired. In block 105, the experimental data is modified so that the deterioration characteristic value at the end of life of the experimental data acquired in block 101 matches the deterioration characteristic value at the end of life of the experimental data acquired in block 103, and line 23- in FIG. The correction data as shown in 2 is acquired. When the deterioration amount is selected as the deterioration characteristic value, the correction data becomes a threshold for determining the switching time. When the deterioration promoting state duration is selected as the deterioration characteristic value, a threshold for the accumulated time is set based on the procedure shown in FIG. The correction data and the accumulated time threshold value are stored in the EEPROM 62 of the charge control circuit 61.

ブロック107ではリチウム・イオン電池57の使用を開始する。スイッチ53は通常オンになっている。充電制御回路61は、充電器55に初期の充電電圧(4.1V)と充電電流を設定する。直流電源51がスイッチ53に接続されると充電器55が電圧を検知して充電制御回路61がそれを認識しスイッチ63をオフにする。負荷65には直流電源51から電力が供給され、自然放電で充電開始電圧まで低下した電池電圧を電圧測定回路56が検出すると、充電制御回路61は充電器55を動作させて充電を開始させる。充電制御回路61は、電流測定回路54が測定する充電電流が充電終了電流に到達したと判断したときに充電器55の動作を停止させる。   In block 107, use of the lithium ion battery 57 is started. The switch 53 is normally on. The charging control circuit 61 sets an initial charging voltage (4.1 V) and charging current in the charger 55. When the DC power supply 51 is connected to the switch 53, the charger 55 detects the voltage, and the charge control circuit 61 recognizes it and turns off the switch 63. When power is supplied from the DC power source 51 to the load 65 and the voltage measurement circuit 56 detects a battery voltage that has been reduced to the charge start voltage due to natural discharge, the charge control circuit 61 operates the charger 55 to start charging. The charging control circuit 61 stops the operation of the charger 55 when it is determined that the charging current measured by the current measuring circuit 54 has reached the charging end current.

直流電源51が停止したり、スイッチ53から外されたりしたときには、充電制御回路61はスイッチ63をオンにして負荷65にリチウム・イオン電池57から電力を供給する。そして、つぎに直流電源51が接続されたことを認識したときに充電制御回路61は充電器55を動作させて充電を開始させ、かつ、直流電源51から負荷65に電力を供給させる。このような一連のサイクルで充電システム50の動作が継続する。   When the DC power supply 51 is stopped or disconnected from the switch 53, the charge control circuit 61 turns on the switch 63 to supply power from the lithium ion battery 57 to the load 65. Next, when recognizing that the DC power supply 51 is connected, the charge control circuit 61 operates the charger 55 to start charging, and supplies power from the DC power supply 51 to the load 65. The operation of the charging system 50 continues in such a series of cycles.

ブロック109では充電制御回路61が、温度測定回路59が測定した電池温度、電圧測定回路56が測定した電池電圧、および電流測定回路54が測定した充電電流に基づいて、所定時間ごとまたは所定のサイクル数ごとに劣化特性値を測定する。ブロック111では、充電制御回路61はリチウム・イオン電池57が強制放電を必要とするような劣化促進状態におかれているか否かを判断する。   In block 109, the charging control circuit 61 performs predetermined time intervals or predetermined cycles based on the battery temperature measured by the temperature measuring circuit 59, the battery voltage measured by the voltage measuring circuit 56, and the charging current measured by the current measuring circuit 54. Measure the degradation characteristics for each number. In block 111, the charge control circuit 61 determines whether or not the lithium ion battery 57 is in a deterioration promoting state that requires forced discharge.

強制放電は、リチウム・イオン電池57が電池温度および電池電圧が高い劣化促進状態が所定時間継続したときに、一旦負荷65を通じて電荷を放電させて電池電圧を低下させ劣化促進状態から解放する操作である。強制放電は、劣化を抑制することを目的とする点で充電電圧を切り替える操作と一致するが、劣化が著しく進行し易い状況になっていると判断したときに一時的に行う点で相違する。そして、強制放電の必要性の判断の一例として、劣化特性値として電池温度が60度以上でかつ電池電圧が4.1V以上で規定される劣化促進状態の継続時間を採用し、それに対する閾値として連続する2時間を設定する。   Forced discharge is an operation in which when the lithium-ion battery 57 has been in a state of accelerated deterioration with a high battery temperature and battery voltage for a predetermined period of time, the charge is once discharged through the load 65 to lower the battery voltage and release from the accelerated state of deterioration. is there. Forced discharge coincides with the operation of switching the charging voltage in order to suppress deterioration, but is different in that it is temporarily performed when it is determined that deterioration is extremely likely to proceed. As an example of the determination of the necessity of forced discharge, the duration of the deterioration promotion state defined by the battery temperature of 60 ° C. or more and the battery voltage of 4.1 V or more is adopted as the deterioration characteristic value, Set two consecutive hours.

充電制御回路61は、直流電源51が接続されていることを確認し、さらに強制放電のための劣化促進状態が閾値に到達したことを確認すると、ブロック113でスイッチ53をオフにし、スイッチ63をオンにして、負荷65を通じてリチウム・イオン電池57を強制的に放電させて電池電圧を低下させる。放電は、電池電圧が充電を開始する電圧よりは大きな値であって、たとえば3.75V程度まで行う。強制放電が終了したあとは、充電制御回路61はスイッチ53をオンにしてスイッチ63をオフにすることで、負荷65に直流電源51から電力を供給する。その後自然放電で電池電圧が充電開始電圧まで下がったときに充電器55により充電が再開される。再充電までの時間は1週間〜2週間といった比較的長い時間となるように放電を停止する電圧を設定することで、リチウム・イオン電池57はその間劣化促進状態から解放される。強制放電は、常に直流電源51が接続されてリチウム・イオン電池57が満充電状態に維持されているような充電システムにおける劣化の抑制に特に適している。   When the charge control circuit 61 confirms that the DC power supply 51 is connected and further confirms that the deterioration promoting state for forced discharge has reached the threshold value, the charge control circuit 61 turns off the switch 53 and turns off the switch 63 in block 113. The battery is turned on to forcibly discharge the lithium ion battery 57 through the load 65 to lower the battery voltage. Discharging is performed such that the battery voltage is larger than the voltage at which charging is started, for example, up to about 3.75V. After the forced discharge is completed, the charging control circuit 61 supplies power to the load 65 from the DC power supply 51 by turning on the switch 53 and turning off the switch 63. Thereafter, charging is resumed by the charger 55 when the battery voltage drops to the charging start voltage by natural discharge. By setting the voltage to stop the discharge so that the time until recharging is a relatively long time such as one week to two weeks, the lithium ion battery 57 is released from the deterioration promotion state during that time. Forced discharge is particularly suitable for suppressing deterioration in a charging system in which the DC power supply 51 is always connected and the lithium ion battery 57 is maintained in a fully charged state.

ブロック115では、劣化測定値として劣化量を採用した場合は、充電制御回路61は劣化特性値が切替時期を決定するための閾値に到達したか否かを所定のサイクル数ごとまたは所定の経過時間ごとに判断する。このとき充電制御回路61は劣化量がブロック105で取得しEEPROM105に格納しておいた修正データに到達したか否かを判断する。劣化特性値に劣化促進状態を採用した場合は、充電制御回路61は切り替え時期の決定のための劣化促進状態の累積時間がEEPROM62に保存しておいた閾値に到達したか否かを判断する。いずれの場合であっても、閾値に到達したと判断したときはブロック117に移行し、閾値に到達していないと判断したときはブロック109に戻る。   In block 115, when the deterioration amount is adopted as the deterioration measurement value, the charging control circuit 61 determines whether or not the deterioration characteristic value has reached a threshold value for determining the switching timing for every predetermined number of cycles or for a predetermined elapsed time. Judge every. At this time, the charge control circuit 61 determines whether or not the deterioration amount has reached the correction data acquired in the block 105 and stored in the EEPROM 105. When the deterioration promotion state is adopted as the deterioration characteristic value, the charging control circuit 61 determines whether or not the accumulated time of the deterioration promotion state for determining the switching time has reached the threshold value stored in the EEPROM 62. In any case, when it is determined that the threshold has been reached, the process proceeds to block 117, and when it is determined that the threshold has not been reached, the process returns to block 109.

ブロック117では、充電制御回路61が充電器55に劣化抑制電圧(4.05V)を設定する。ブロック119では、充電制御回路61は、経過時間が寿命期間の終期tfに到達したか否かを判断し、終期に到達した場合はブロック121で寿命期間の保証のための手順を終了する。終期に到達していない場合はブロック109に戻る。この手順では充電電圧をブロック117で一度だけ切り替えているが、劣化抑制電圧をステップ状に設定して劣化特性値に基づいて2回以上変更するようにしてもよい。また、これまで正極がコバルト系リチウムの材料で形成されたリチウム・イオン電池を例にして寿命期間を保証する手順を説明したが、本発明は寿命期間を電池温度と電池電圧を主要因とするストレージ劣化が支配している他のタイプの二次電池に適用することも可能である。   In block 117, the charging control circuit 61 sets a deterioration suppression voltage (4.05 V) in the charger 55. In block 119, the charging control circuit 61 determines whether or not the elapsed time has reached the end tf of the lifetime, and if it has reached the end, the procedure for guaranteeing the lifetime is ended in block 121. If the end has not been reached, return to block 109. In this procedure, the charging voltage is switched only once in block 117, but the deterioration suppression voltage may be set in a step shape and changed twice or more based on the deterioration characteristic value. In addition, the procedure for guaranteeing the lifetime is explained by taking as an example a lithium ion battery in which the positive electrode is formed of a cobalt-based lithium material, but the present invention mainly uses the battery temperature and the battery voltage as the lifetime. The present invention can also be applied to other types of secondary batteries in which storage degradation is dominant.

[ノートPCへの適用]
本発明にかかる充電システムはノートPCに適用することができる。図6は、電池パックと電池パックを搭載するノートPCで構成された充電システムの概要を示す機能ブロック図である。充電システムは、ノートPC200、ACアダプタ201、および電池パック300で構成されている。ノートPC200は、充電システムに関連する部分だけを示している。
[Application to notebook PC]
The charging system according to the present invention can be applied to a notebook PC. FIG. 6 is a functional block diagram showing an outline of a charging system including a battery pack and a notebook PC on which the battery pack is mounted. The charging system includes a notebook PC 200, an AC adapter 201, and a battery pack 300. The notebook PC 200 shows only the part related to the charging system.

電池パック300はスマート・バッテリィ・システム(SBS)の規格に適合しておりノートPC200の筐体に着脱可能に装着される。ACアダプタ201は交流電圧を直流電圧に変換しノートPC200の電源端子に接続される。充電器209は、定電流定電圧特性を備えている。充電器209は入力電圧をPWM方式でオン/オフ制御するスイッチング制御回路と平滑回路とを備える。充電器209は、ACアダプタ201から入力された直流電圧を電池パック300の充電に適した直流電圧に変換して出力する。充電器209は、出力電流または出力電圧を設定された充電電流または充電電圧に一致させるためのフィードバック回路を備えている。充電器209は定電圧制御期間においては、出力電圧が充電電圧に一致するように動作する。また、充電器209は定電流制御期間においては、出力電流が充電電流に一致するように動作する。   The battery pack 300 conforms to the standard of the smart battery system (SBS) and is detachably attached to the casing of the notebook PC 200. The AC adapter 201 converts an AC voltage into a DC voltage and is connected to a power supply terminal of the notebook PC 200. The charger 209 has constant current and constant voltage characteristics. The charger 209 includes a switching control circuit that performs on / off control of the input voltage by a PWM method, and a smoothing circuit. The charger 209 converts the DC voltage input from the AC adapter 201 into a DC voltage suitable for charging the battery pack 300 and outputs the DC voltage. The charger 209 includes a feedback circuit for making the output current or output voltage coincide with the set charging current or charging voltage. The charger 209 operates so that the output voltage matches the charging voltage during the constant voltage control period. Further, the charger 209 operates so that the output current matches the charging current during the constant current control period.

充電器209には、エンベデッド・コントローラ(EC)211により充電電圧および充電電流が設定される。充電器209は出力電圧が充電電圧を超えないように、および出力電流が充電電流を超えないように動作する。したがって充電器209は、充電初期には出力電流が充電電流に一致するように定電流制御で動作するが、充電が進行して充電電圧が上昇すると出力電圧を充電電圧に一致させるように定電圧制御で動作する。   A charging voltage and a charging current are set in the charger 209 by an embedded controller (EC) 211. The charger 209 operates so that the output voltage does not exceed the charging voltage and the output current does not exceed the charging current. Therefore, the charger 209 operates at constant current control so that the output current matches the charging current in the initial stage of charging, but the constant voltage is set so that the output voltage matches the charging voltage when charging proceeds and the charging voltage rises. Operates with control.

EC211は、電源以外にもノートPC200を構成する多くのハードウェア要素を制御する集積回路である。EC211は、電池パック300と通信して、電池パック300が生成した電池の表面温度、電池電圧、充電電流、残存容量、満充電容量および充電器に設定する充電電圧および充電電流などの情報を取得することができる。EC211は、電池パック300から受け取った指示に基づいて、充電器209を動作させたり停止させたりする。   The EC 211 is an integrated circuit that controls many hardware elements constituting the notebook PC 200 in addition to the power supply. The EC 211 communicates with the battery pack 300 to acquire information such as the surface temperature of the battery generated by the battery pack 300, the battery voltage, the charging current, the remaining capacity, the full charge capacity, and the charging voltage and charging current set in the charger. can do. Based on the instruction received from the battery pack 300, the EC 211 operates or stops the charger 209.

DC/DCコンバータ215は、ACアダプタ201または電池パック300から受け取った直流電圧を所定の直流電圧に変換してノートPC200内のシステム負荷に電力を供給する。システム負荷には、CPU、液晶ディスプレイ、無線モジュール、ハードディスク装置、およびコントローラなどの様々なデバイスを含む。FET205およびFET207は、電池パック300に対する充放電を制御するためのスイッチであり、電池パック300の充放電回路に接続されている。   The DC / DC converter 215 converts the DC voltage received from the AC adapter 201 or the battery pack 300 into a predetermined DC voltage and supplies power to the system load in the notebook PC 200. The system load includes various devices such as a CPU, a liquid crystal display, a wireless module, a hard disk device, and a controller. The FET 205 and the FET 207 are switches for controlling charging / discharging of the battery pack 300, and are connected to the charging / discharging circuit of the battery pack 300.

FET208は、電池パック300とDC/DCコンバータ215との間に接続され、電池パック300からDC/DCコンバータ215に対する放電回路を形成するためのスイッチである。FET203は、ACアダプタ201からDC/DCコンバータ215に電力を供給する回路に接続されている。AC/DCアダプタ201からDC/DCコンバータ215に電力を供給している際、電池が劣化促進状態に入った場合にFET203を一時的にオフにして電池パック300からDC/DCコンバータ215に電力を供給して強制放電することができる。FET駆動回路213は、EC211からの指示に基づいてFET203、205、207、208を制御する。   The FET 208 is connected between the battery pack 300 and the DC / DC converter 215 and is a switch for forming a discharge circuit from the battery pack 300 to the DC / DC converter 215. The FET 203 is connected to a circuit that supplies power from the AC adapter 201 to the DC / DC converter 215. When power is being supplied from the AC / DC adapter 201 to the DC / DC converter 215, the FET 203 is temporarily turned off when the battery enters a deterioration promoting state, and power is supplied from the battery pack 300 to the DC / DC converter 215. It can be supplied and forcedly discharged. The FET drive circuit 213 controls the FETs 203, 205, 207 and 208 based on an instruction from the EC 211.

[電池パック]
図7は、スマート・バッテリィ・システム(SBS)規格に準拠した電池パック300の内部構成を示す機能ブロック図である。電池パック300は、電源ライン301、通信ライン303、およびグランド・ライン305がそれぞれP端子、D端子、およびG端子でノートPC200に接続される。電源ライン301には、それぞれp型MOS−FETで構成された充電保護スイッチ307と放電保護スイッチ309が直列に接続されている。放電保護スイッチ309には、3本のリチウム・イオン電池セル311、313、315で構成された電池セット317の正極が直列に接続されている。電池セット317からの放電電流および電池セット317に対する充電電流は、電源ライン301およびグランド・ライン305で構成される充放電回路を通じてノートPC200との間を流れる。
[Battery pack]
FIG. 7 is a functional block diagram showing an internal configuration of the battery pack 300 compliant with the smart battery system (SBS) standard. In the battery pack 300, a power line 301, a communication line 303, and a ground line 305 are connected to the notebook PC 200 through a P terminal, a D terminal, and a G terminal, respectively. A charge protection switch 307 and a discharge protection switch 309 each made of a p-type MOS-FET are connected to the power supply line 301 in series. A positive electrode of a battery set 317 composed of three lithium ion battery cells 311, 313, and 315 is connected to the discharge protection switch 309 in series. A discharging current from the battery set 317 and a charging current for the battery set 317 flow between the notebook PC 200 through a charging / discharging circuit including a power supply line 301 and a ground line 305.

電池セット317を構成する電池セル311〜315の電圧側の端子はアナログ/インターフェース319のアナログ入力V1〜V3端子に接続されている。電池セット317の表面には、1個〜複数個のサーミスタなどの温度素子321が貼り付けられている。温度素子321は電池セル311〜315の表面温度を測定し、MPU323のT端子に出力する。なお、表面温度は、センサを電池セル311〜315の筐体に接触させる接触式または筐体から離す非接触式のいずれの方式で測定してもよい。電池セル315の負端子とG端子との間のグランド・ライン305には、電流センス抵抗325が接続されている。電流センス抵抗325の両端は、アナログ/インターフェース319のI1、I2端子に接続されている。   The voltage side terminals of the battery cells 311 to 315 constituting the battery set 317 are connected to the analog input V1 to V3 terminals of the analog / interface 319. One to a plurality of temperature elements 321 such as a thermistor are attached to the surface of the battery set 317. The temperature element 321 measures the surface temperature of the battery cells 311 to 315 and outputs it to the T terminal of the MPU 323. The surface temperature may be measured by either a contact type in which the sensor is brought into contact with the casing of the battery cells 311 to 315 or a non-contact type in which the sensor is separated from the casing. A current sense resistor 325 is connected to the ground line 305 between the negative terminal and the G terminal of the battery cell 315. Both ends of the current sense resistor 325 are connected to the I1 and I2 terminals of the analog / interface 319.

アナログ/インターフェース319は、電池セル311〜315のそれぞれのセル電圧を取得するアナログ入力端子V1、V2、V3、および電流センス抵抗325の両端の電位差を検出するアナログ入力端子I1、I2を備える。アナログ/インターフェース319はさらに充電保護スイッチ307および放電保護スイッチ309をオン/オフ制御する信号を出力するアナログ出力端子C−CTLおよびD−CTLを備える。アナログ/インターフェース319は、電池セット317のセル電圧を測定してディジタル値に変換しMPU323に送る。   The analog / interface 319 includes analog input terminals V1, V2, and V3 that acquire respective cell voltages of the battery cells 311 to 315, and analog input terminals I1 and I2 that detect a potential difference between both ends of the current sense resistor 325. The analog / interface 319 further includes analog output terminals C-CTL and D-CTL that output signals for controlling on / off of the charge protection switch 307 and the discharge protection switch 309. The analog / interface 319 measures the cell voltage of the battery set 317, converts it into a digital value, and sends it to the MPU 323.

アナログ/インターフェース319は、電流センス抵抗325が検出した電圧から電池セット317に流れる充電電流および放電電流の値を測定してディジタル値に変換しMPU323に送る。MPU323は、8〜16ビット程度のCPUの他に、RAM、ROM、フラッシュ・メモリ、タイマなどを1個のパッケージの中に備えた集積回路である。MPU323は、アナログ/インターフェース319と通信が可能になっており、アナログ/インターフェース319から送られた電池セット106に関する電圧および電流に基づいて充電電気量や放電電気量を計算し、さらに満充電容量比を計算してフラッシュ・メモリに記憶しておく。   The analog / interface 319 measures the values of the charging current and discharging current flowing through the battery set 317 from the voltage detected by the current sense resistor 325, converts them into digital values, and sends them to the MPU 323. The MPU 323 is an integrated circuit provided with a RAM of about 8 to 16 bits, a RAM, a ROM, a flash memory, a timer, and the like in one package. The MPU 323 can communicate with the analog / interface 319, calculates the amount of charged electricity and the amount of discharged electricity based on the voltage and current relating to the battery set 106 sent from the analog / interface 319, and further compares the full charge capacity ratio. Is calculated and stored in the flash memory.

MPU323はまた、過電流保護機能、過電圧保護機能(過充電保護機能ともいう。)、および低電圧保護機能(過放電保護機能ともいう。)を備え、アナログ/インターフェース319から受け取った電圧や電流から電池セル311〜315に異常を検出した場合に、アナログ/インターフェース319を通じて充電保護スイッチ307および放電保護スイッチ309またはそのいずれかをオフにする。過電流保護機能、過電圧保護機能、および低電圧保護機能はMPU323で実行されるプログラムで構成される。   The MPU 323 also has an overcurrent protection function, an overvoltage protection function (also referred to as an overcharge protection function), and a low voltage protection function (also referred to as an overdischarge protection function), from the voltage and current received from the analog / interface 319. When an abnormality is detected in the battery cells 311 to 315, the charge protection switch 307 and / or the discharge protection switch 309 are turned off through the analog / interface 319. The overcurrent protection function, the overvoltage protection function, and the low voltage protection function are configured by a program executed by the MPU 323.

MPU323からはD端子を通じて通信ライン303がノートPC200のEC211に接続され通信が可能になっている。通信ライン303にはクロック・ラインも含まれている。MPU323は、EC211に対して充電器209に設定する充電電流および充電電圧を送る。MPU323が充電電圧および充電電流のデータをレジスタに記憶しておくと、EC211が定期的にそれを読み取ることでデータが転送される。EC211は図示しない基準電圧源を経由してこの設定値を充電器209に設定し、充電器209の動作を開始させたり停止させたりする。   From the MPU 323, the communication line 303 is connected to the EC 211 of the notebook PC 200 through the D terminal to enable communication. The communication line 303 includes a clock line. The MPU 323 sends a charging current and a charging voltage set in the charger 209 to the EC 211. When the MPU 323 stores the charging voltage and charging current data in the register, the data is transferred by the EC 211 periodically reading it. The EC 211 sets this set value in the charger 209 via a reference voltage source (not shown), and starts or stops the operation of the charger 209.

MPU323はROMに、図5の手順で説明した方法で充電電圧を切り替えるための閾値および強制放電の必要性を判断するための閾値を格納している。MPU323は使用開始後のサイクル数および経過時間を計算してデータをROMに格納する。MPU323は、電池セット317の表面温度およびセル電圧に基づいて充電器209に対する充電電圧の切り替えまたは強制放電のための劣化促進状態が閾値に到達したか否かを判断する。MPU323は、劣化量が閾値に到達したか否かを判断する。   The MPU 323 stores a threshold for switching the charging voltage and a threshold for determining the necessity of forced discharge in the method described in the procedure of FIG. The MPU 323 calculates the number of cycles after the start of use and the elapsed time and stores the data in the ROM. The MPU 323 determines whether or not the deterioration promoting state for switching the charging voltage or forcibly discharging the charger 209 has reached the threshold based on the surface temperature of the battery set 317 and the cell voltage. The MPU 323 determines whether or not the deterioration amount has reached a threshold value.

これまで本発明について図面に示した特定の実施の形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができることはいうまでもないことである。   Although the present invention has been described with the specific embodiments shown in the drawings, the present invention is not limited to the embodiments shown in the drawings, and is known so far as long as the effects of the present invention are achieved. It goes without saying that any configuration can be adopted.

50…充電システム
200…ノートPCの充電システム
300…電池パック
50 ... Charging system 200 ... Notebook PC charging system 300 ... Battery pack

Claims (15)

二次電池の充電システムであって、
前記二次電池を充電する充電器と、
前記二次電池の容量劣化の大きさに関連する劣化特性値を測定する測定回路と、
第1の充電電圧値が設定された前記充電器による充電期間および放電期間を含む充放電サイクルを繰り返しながら所定の時間が経過したときの前記劣化特性値が閾値に到達したと判断したときに前記充電器に前記第1の充電電圧値より低い第2の充電電圧値を設定する充電制御回路と
を有する充電システム。
A rechargeable battery charging system,
A charger for charging the secondary battery;
A measurement circuit for measuring a deterioration characteristic value related to the magnitude of capacity deterioration of the secondary battery;
When it is determined that the deterioration characteristic value has reached a threshold value when a predetermined time has elapsed while repeating a charging / discharging cycle including a charging period and a discharging period by the charger in which the first charging voltage value is set A charging system comprising: a charging control circuit that sets a second charging voltage value lower than the first charging voltage value in the charger.
前記二次電池が、正極がコバルト系リチウムで形成されたリチウム・イオン電池である請求項1に記載の充電システム。   The charging system according to claim 1, wherein the secondary battery is a lithium ion battery having a positive electrode formed of cobalt-based lithium. 前記第1の充電電圧値が、前記寿命期間を保証するために設定した標準使用条件における充電電圧値である請求項1または請求項2に記載の充電システム。   The charging system according to claim 1 or 2, wherein the first charging voltage value is a charging voltage value under a standard use condition set to guarantee the lifetime. 前記劣化特性値が、前記二次電池の電池温度が第1の温度値以上でかつ電池電圧が所定値以上である第1の劣化促進状態の累積時間を含む請求項1から請求項3のいずれかに記載の充電システム。   4. The method according to claim 1, wherein the deterioration characteristic value includes a cumulative time of a first deterioration promotion state in which a battery temperature of the secondary battery is equal to or higher than a first temperature value and a battery voltage is equal to or higher than a predetermined value. The charging system according to Crab. 前記劣化特性値が、前記二次電池の劣化の大きさを示す劣化量を含む請求項1から請求項4のいずれかに記載の充電システム。   The charging system according to any one of claims 1 to 4, wherein the deterioration characteristic value includes a deterioration amount indicating a degree of deterioration of the secondary battery. 前記劣化量が、前記二次電池の満充電容量、前記二次電池の内部インピーダンス、および前記二次電池を放電したときの単位容量当たりの電池電圧の変化値からなるグループから選択されたいずれか1つまたは複数の組み合わせに基づいて設定されている請求項5に記載の充電システム。   The deterioration amount is any one selected from the group consisting of a full charge capacity of the secondary battery, an internal impedance of the secondary battery, and a change value of the battery voltage per unit capacity when the secondary battery is discharged. The charging system according to claim 5, wherein the charging system is set based on one or a plurality of combinations. 前記充電制御回路は、前記二次電池の電池温度が第2の温度値以上でかつ電池電圧が所定値以上である第2の劣化促進状態が所定時間継続したときに、前記二次電池を充電開始電圧よりも高い所定の電圧まで放電させる請求項1から請求項6のいずれかに記載の充電システム。   The charge control circuit charges the secondary battery when a second deterioration promotion state in which the battery temperature of the secondary battery is equal to or higher than a second temperature value and the battery voltage is equal to or higher than a predetermined value continues for a predetermined time. The charging system according to claim 1, wherein the charging system is discharged to a predetermined voltage higher than the start voltage. 前記第2の温度値は前記第1の温度値よりも高い請求項7に記載の充電システム。   The charging system according to claim 7, wherein the second temperature value is higher than the first temperature value. 請求項1から請求項8のいずれかに記載の充電システムを搭載した電気機器。   An electric device equipped with the charging system according to any one of claims 1 to 8. 充電器を搭載する電気機器に装着が可能な電池パックであって、
前記充電器により充電される二次電池と、
前記二次電池の容量劣化の大きさに関連する劣化特性値を測定する測定回路と、
前記電気機器と通信する通信回路と、
第1の充電電圧値が設定された前記充電器による前記二次電圧の充電期間および放電期間を含む充放電サイクルを繰り返しながら所定の時間が経過したときの前記劣化特性値が閾値に到達したと判断したときに、前記通信回路を通じて前記充電器に前記第1の充電電圧値より低い第2の充電電圧値を設定するプロセッサと
を有する電池パック。
A battery pack that can be attached to an electrical device equipped with a charger,
A secondary battery charged by the charger;
A measurement circuit for measuring a deterioration characteristic value related to the magnitude of capacity deterioration of the secondary battery;
A communication circuit for communicating with the electrical device;
The deterioration characteristic value when a predetermined time has elapsed while repeating a charging / discharging cycle including a charging period and a discharging period of the secondary voltage by the charger in which the first charging voltage value is set has reached a threshold value A battery pack comprising: a processor that sets a second charging voltage value lower than the first charging voltage value in the charger through the communication circuit when determined.
充電器を搭載する携帯式コンピュータであって、
ACアダプタまたは二次電池から電力の供給を受けるシステム負荷と、
前記二次電池の容量劣化の大きさに関連する劣化特性値を測定する測定回路と、
第1の充電電圧値が設定された前記充電器による充電期間および前記システム負荷による放電期間を含む充放電サイクルを繰り返しながら所定の時間が経過したときの前記劣化特性値が閾値に到達したと判断したときに前記充電器に前記第1の充電電圧値より低い第2の充電電圧値を設定するコントローラと
を有する携帯式コンピュータ。
A portable computer with a charger,
A system load receiving power from an AC adapter or a secondary battery; and
A measurement circuit for measuring a deterioration characteristic value related to the magnitude of capacity deterioration of the secondary battery;
It is determined that the deterioration characteristic value has reached a threshold value when a predetermined time has elapsed while repeating a charging / discharging cycle including a charging period by the charger set with a first charging voltage value and a discharging period by the system load. And a controller that sets a second charging voltage value lower than the first charging voltage value in the charger.
充電システムにおいて充電器の動作を制御して二次電池の寿命期間を保証する方法であって、
前記二次電池の満充電容量の低下に関連する劣化特性値に基づいて前記充電器に設定する充電電圧を変更するための閾値を提供するステップと、
前記充電器に第1の充電電圧値を設定して充放電サイクルを繰り返すステップと、
使用開始から所定の時間が経過した時点での前記劣化特性値が前記閾値に到達したか否かを判断するステップと、
前記劣化特性値が前記閾値に到達したときに前記充電器に前記第1の充電電圧値よりも低い第2の充電電圧値を設定して充放電サイクルを繰り返すステップと
を有する方法。
A method for guaranteeing the lifetime of a secondary battery by controlling the operation of a charger in a charging system,
Providing a threshold for changing a charging voltage set in the charger based on a deterioration characteristic value associated with a decrease in the full charge capacity of the secondary battery;
Setting a first charging voltage value in the charger and repeating a charge / discharge cycle;
Determining whether or not the deterioration characteristic value at the time when a predetermined time has elapsed from the start of use has reached the threshold;
And a step of setting a second charging voltage value lower than the first charging voltage value in the charger and repeating a charging / discharging cycle when the deterioration characteristic value reaches the threshold value.
前記第1の充電電圧値は、前記二次電池の電池温度が標準温度のときに前記寿命期間を保証できるように選定されている請求項12記載の方法。   The method according to claim 12, wherein the first charging voltage value is selected so that the lifetime can be guaranteed when a battery temperature of the secondary battery is a standard temperature. 前記第2の充電電圧値は、前記電池温度が前記標準温度より高い場合であっても、前記充電器に前記第1の充電電圧を設定して充放電サイクルを繰り返すよりも前記満充電容量の低下が少なくなるように選定されている請求項13に記載の方法。   Even if the battery temperature is higher than the standard temperature, the second charge voltage value is higher than the full charge capacity than when the first charge voltage is set in the charger and the charge / discharge cycle is repeated. 14. The method of claim 13, wherein the method is selected to reduce degradation. 前記二次電池の電池温度が所定値以上でかつ電池電圧が所定値以上である劣化促進状態が所定時間継続したときに前記電池電圧を低下させるステップと、
前記電池電圧が低下してから充電を開始するまで前記二次電池を自然放電させるステップと
を有する請求項12から請求項14のいずれかに記載の方法。
Lowering the battery voltage when a deterioration promoting state in which the battery temperature of the secondary battery is equal to or higher than a predetermined value and the battery voltage is equal to or higher than a predetermined value continues for a predetermined time;
The method according to claim 12, further comprising a step of spontaneously discharging the secondary battery until charging starts after the battery voltage decreases.
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