非水性电解质二次电池的快速充电方法及使用该方法的电子设备的制作方法
专利名称：非水性电解质二次电池的快速充电方法及使用该方法的电子设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及在负极与正极之间具有由包含树脂粘合剂和无机氧化物填料(filler)的多 孔性保护膜形成的耐热层的非水性电解质二次电池(non-aqueous electrolytic secondary battery)的快速充电方法及使用该方法的电子设备。
背景技术：
关于在负极与正极之间具有由包含树脂粘合剂和无机氧化物填料的多孔性保护膜形 成的耐热层的非水性电解质二次电池，例如日本专利公报特许第3371301号中有所记载。 根据该结构，制造时，即使从电极上剥落的活性物质(active material)或截断工序中的 切屑等附着于电极表面，也可抑制之后内部短路的发生。在此，锂离子二次电池的典型的以往技术的充电方法例如图7所示。g卩，例如设满充 电状态的电池1小时内可放电的电流值为II，则在达到预定的充电终止电压Vf、例如4.2V 之前以0.7 1I程度的电流进行CC (恒流)充电。达到该充电终止电压Vf后，为了维持 该充电终止电压Vf，切换至不断降低充电电流的CV (恒压)充电。众所周知，普通锂离子二次电池的内阻值的温度依存度较低，而与之相比，采用上述 结构的非水性电解质二次电池的上述内阻值随着温度的变化而变化。因此，本发明的发明 人利用该特性，发明了更快速的充电方法。S卩，如图7所示，普通锂离子二次电池中，在 达到充电终止电压Vf前，进行保持恒定充电电流值的CC充电。使充电电流值恒定，这是 因为充电时锂离子二次电池的内阻值几乎不变化。另一方面，采用上述结构的非水性电解 质二次电池具有随着电池温度上升其内阻值下降的特性。而且充电时，通常电池温度会上 升。因此，对于上述非水性电解质二次电池，对于随着电池温度的上升而出现的内阻值的 下降，增加充电电流值，从而可以大幅度縮短达到充电终止电压Vf为止的充电时间。发明内容本发明的目的在于提供可以縮短在负极与正极之间具有耐热层的非水性电解质二次 电池的充电时间的非水性电解质二次电池的快速充电方法及使用该方法的电子设备。本发明所涉及的快速充电方法，用于对在负极与正极之间具有耐热层的非水性电解质 二次电池进行快速充电，包括检测上述二次电池的温度的温度检测步骤；求出与上述检测 出的上述二次电池的温度相对应的上述二次电池的内阻值的内阻值求出步骤；根据上述检 测出的上述二次电池的温度和上述求得的上述二次电池的内阻值，将即使让充电电流流过 上述二次电池、上述二次电池的温度也不会达到过温度的最大的充电电流值作为最佳充电 电流值求出的最佳充电电流值求出步骤；将上述求出的上述最佳充电电流值的电流提供给 上述二次电池的电流提供步骤。本发明所涉及的电子设备，具备在负极与正极之间具有耐热层的非水性电解质二次电 池的电池组件；用于给上述非水性电解质二次电池充电的充电电流提供部；控制上述充电 电流提供部的充电电流的充电控制部，其中，上述电池组件设有检测上述二次电池的温度 的温度检测部，上述充电控制部设有取得由上述温度检测部检测出的上述二次电池的温度 的电池温度取得部，其中，上述充电控制部，根据由上述电池温度取得部取得的上述二次 电池的温度以及与上述取得的上述二次电池的温度相对应的上述二次电池的内阻值，将即 使让充电电流流过上述二次电池、上述二次电池的温度也不会达到过温度的最大的充电电 流值作为最佳充电电流值求出，并设定上述充电电流提供部。根据上述结构，例如在达到预定的充电终止电压之前进行CC (恒流)充电、达到该 充电终止电压后切换为CV (恒压)充电为标准的锂离子电池等二次电池的充电方法中， 为了实现快速充电，将上述CC区域的充电电流值作为随着二次电池的温度而变化的最佳 充电电流值。而且，在负极与正极之间具有由主要包含树脂粘合剂和无机氧化物填料的多 孔性保护膜等形成的耐热层的非水性电解质二次电池呈现温度越高内阻值越小的特性，因 此根据检测出的二次电池的实际温度，将上述最佳充电电流值设定为即使流过充电电流也 不会成为过温度的最大的充电电流值。由此可以防止变成过温度，并且还可以縮短充电时 间。而且，即使因为二次电池的恶化导致各温度下的内阻值发生变化，由于是呈现出相同 的倾向，因此通过相同的控制照样可以縮短充电时间。
图1是表示本发明第一实施例所涉及的电子设备的电气结构的方框图。图2是用于说明在负极与正极之间具有由主要包含树脂粘合剂和无机氧化物填料的多孔性保护膜形成的耐热层的非水性电解质二次电池的对应于温度变化的内阻值的变化的曲线图。图3(A)及图3(B)是用于说明本发明第一实施例所涉及的充电方法的坐标图。 图4是用于说明本发明第一实施例所涉及的电子设备的充电动作的流程图。 图5是用于说明本发明第二实施例所涉及的电子设备的充电动作的流程图。 图6是表示对应于SOC变化的内阻值的变化的曲线图。 图7是用于说明以往技术的充电方法的图表。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施例进行说明。另外，在以下附图中，对于相同或类似 的要素标注相同或类似的符号，并酌情省略说明。(第一实施例)图l是表示本发明第一实施例所涉及的电子设备的电气结构的方框图。本实施例所涉 及的电子设备包括电池组件l、给电池组件1充电的充电器2以及未图示的负载设备。电 池组件l由充电器2进行充电。另外，电池组件1也可安装于上述负载设备，通过负载设 备进行充电。电池组件1及充电器2，通过进行供电的直流高侧端子T11和T21、通信信 号的端子T12和T22、用于供电及通信信号的GND端子T13和T23相互连接。设置有 上述负载设备时，也设置相同的端子。上述电池组件l内，从上述端子T11延伸出的直流高侧的充放电路径11中，介有用 于充电和用于放电的、彼此导电形式不同的FET12、 13，该充放电路径ll连接于二次电 池14的高侧端子。上述二次电池14的低侧端子介由直流低侧的充放电路径15连接于上 述GND端子T13,该充放电路径15中介有将充电电流及放电电流转换为电压值的电流 检测阻抗16。上述二次电池14由l个或多个电池串并联连接而成。该二次电池14是如上述日本专 利公报特许第3371301号所示的，在负极与正极之间具有由包含树脂粘合剂和无机氧化物 填料的多孔性保护膜形成的耐热层的二次电池。上述无机氧化物填料选自粒径在0.1 50imi的范围内的氧化铝粉末或Si02粉末(silica)。另外，上述多孔性保护膜的厚度设 定为0.1 200nm，该多孔性保护膜，通过将含有上述树脂粘合剂和上述无机氧化物填料 (filler)的微粒浆料(slurry)涂抹于上述负极或正极表面的至少一方而形成。使用上述二次电 池，万一出现过充电状态金属锂呈树木状析出，也可通过上述耐热层，防止析出的金属锂 使负极与正极之间短路。这种二次电池14特别适宜本实施例所述的快速充电。上述二次电池14的电池温度由温度传感器17检测，并被输入到控制IC18内的模拟/ 数字转换器19。另外，上述各电池的端子间电压由电压检测电路20读取，并被输入到上 述控制IC18内的模拟/数字转换器19。另外，由上述电流检测阻抗16测得的电流值也被 输入到控制IC18内的模拟/数字转换器19。上述模拟/数字转换器19将各输入值转换为数 字式(digital)值，并输出到充电控制判断部21。充电控制判断部21包括微电脑及其周边电路等，其响应于来自上述模拟/数字转换器 19的各输入值运算剩余量(SOC)，并且从通信部22经由端子T12和T22、 T13和T23 向充电器2发送上述各电池的温度异常与否以及充电器2要求提供的充电电压值及电流 值。充电控制判断部21，在正常进行充放电时接通上述FET12、 13,允许充放电，在检 测到异常时断开上述FET12、 13，禁止充放电。充电器2中，由控制IC30的通信部32接收上述温度异常与否以及所要求的充电电压 值及电流值，充电控制部31控制充电电流提供电路33，以要求的电压值及电流值提供充 电电流。充电电流提供电路33由AC—DC转换器或DC—DC转换器等构成，将输入电 压转换为任意的电压值及电流值，并经由T21和Tll、 T23和T13提供至充放电路径11、 15。本实施例所涉及的电子设备中，作为充电控制部的上述充电控制部31，在对二次电池 14进行快速充电时，经由作为电池温度获取部的通信部32、 22，接收由温度传感器17 测得的电池温度。而且，例如图2所示，充电控制部31根据温度T越变高而越变小的二 次电池14内阻值，将流过充电电流也不会达到过温度的最大的充电电流值作为最佳充电 电流而求出，并设定于作为充电控制部的上述充电电流提供电路33中，将求得的上述最 佳充电电流值的电流提供给二次电池14。艮P，如图3(A)及图3(B)所示，在以往的CC (恒流)充电区域，新增加了以上述不高 于过温度的最大的充电电流值进行充电的VC (可变电流)充电区域。与上述图7中相同， 图3(A)是表示电池的电压变化的坐标图，图3(B)是表示充电电流的变化的图表。另外，图 3(A)中，为了简化图纸，在上述VC充电区域增大充电电流值，电池温度上升后，为了不 让达到过温度，转移至保持该充电电流值的CC充电区域。当然，根据电池温度的变化， 上述两个充电区域可能会适当地频繁切换。图4是用于详细说明由上述充电控制部31实现的上述充电动作的流程图。上述充电 控制部31在步骤Sl中待机，直到从电池组件1侧的充电控制判断部21有充电电压Vr 及电流Ir的许可，当电池组件1安装于该充电器2，接收上述充电电压Vr及电流Ir的许可后，在该许可的范围内进行充电。当流过许可电流Ir以上的充电电流时，上述充电控制 判断部21向充电控制部31发送警报，并且断开FET12、 13。首先，在步骤S2中，在上述充电电流提供电路33中设定作为应提供的充电电流值I 而预先设定的初始值1st，并开始充电动作。另外，充电开始时刻的电池组件1的许可电 压Vr为上述充电终止电压Vf，例如为4.2V，许可电流Ir为最大电流Imax，例如为II。步骤S3中，判断电池组件1是否已转移至CV充电区域，如未转移至CV充电区域， 则移动至步骤S4以下的处理，在上述VC或CC充电区域，执行以下所述的本实施例的 快速充电动作。另一方面，如已转移至CV充电区域，则移动至步骤S11以下的处理，在 上述CV充电区域，执行与以往相同的充电动作。另外，可以从输出的充电电压达到上述 许可电压Vr的现象判断已转移至CV充电区域。步骤S4中，从电池组件1接收电池温度T的数据并存储，步骤S5中，判断接收的 电池温度T是否在预先设定的应暂停快速充电的暂停温度Tthl以下，当为暂停温度Tthl 以下时移至步骤S6以下的处理进行快速充电。步骤S6中，根据存储的电池温度T的数 据，计算出与预先设定的时间At以前的数据的差分，即温度上升率AT/At。步骤S7中， 判断计算出的温度上升率AT/At是否在预先设定的值Tth2以下，如在预先设定的值Tth2 以下，贝帖步骤S8中，在当前提供的充电电流值I上增加预先设定的增量AI以增大充电 电流值I后，返回到上述步骤S3。与此相对，上述步骤S7中，如温度上升率AT/At超过 预先设定的值Tth2，则在步骤S9中待机预先设定的时间之后，返回到上述步骤S3。因此，从步骤S8返回到步骤S3，则进行VC充电，从步骤S9返回到步骤S3，则进 行CC充电。由此，通过反复执行步骤S4 S8的处理，可使充电电流值I成为不会超过 如上所述的过温度的最大的值即最佳充电电流值。另一方面，如上述步骤S3中转移至CV充电，则在步骤S11中判断提供的充电电压 V是否高于来自电池组件1的许可电压Vr，如高于，则在步骤S12中，从充电电流值I 中减去预先设定的减量AIl以降低充电电流值I。然后，在步骤S13中，判断被降低的充 电电流值I是否已经降低至无限接近应停止充电电流的提供的0的预先设定的值Istp、例 如10mA，如果降低充电控制部31则判断为满充电，在步骤S14中停止充电电流I的提 供，并且在存在指示器(indicator)等的情况下，显示满充电，并结束处理。上述步骤S13 中，如I不等于Istp、即还存在充电电流的许可时，返回到上述步骤Sll。另外，上述步骤S5中，如接收的电池温度T超过暂停温度Tthl，则进一步在步骤 S18中，判断其是否在用于判断应降低充电电流值I的过温度状态的过温度Tth3以上，如未达到过温度Tth3,则返回到上述步骤S3，维持当前的充电电流值I。另一方面，如 达到了过温度Tth3，在步骤S19中，从当前充电电流值I中减去上述增量AI以紧急降低 充电电流值I后，返回到上述步骤S3。根据上述结构，二次电池14如上所述，由在负极与正极之间具有耐热层、具有温度 越变高内阻值越变小的特性的非水性电解质二次电池构成时，以不达到PTC等保护元件 开始工作的过温度状态的最大限度的温度，利用降低的内阻值以大电流进行充电，因此可 以縮短充电时间。另外，在测得的温度T在应暂停快速充电的温度Tthl以下、并且伴随充电的温度上 升率AT/At在预先设定的值Tth2以下的状态下，反复进行在该时刻的充电电流值I上增 加预先设定的增量AI而更新的动作以求出上述最佳充电电流。通过进行上述温度判断及 温度上升率的判断，可以抑制即使流过充电电流，也不达到过温度，通过更新上述最佳充 电电流值的步骤，可以将充电电流值I提高至最大。由此，可以求出流过上述充电电流也 不让达到过温度的最大的充电电流值作为最佳充电电流值。另外，即使因为二次电池14的恶化导致各温度下的内阻值发生变化，由于会呈现出 相同的倾向，因此可以照样使用上述图4的控制。另外，上述说明中，每次增加增量AI 来增大充电电流值，根据其得到的温度T的数据，寻找不会达到上述过温度的最佳充电电 流值。另外，该最佳充电电流值，也可以用与温度相对应的表格等来保存，通过适宜的插 值运算(interpolation arithmetic)等方法求得必要的数据点(data point)的数据，或者 通过预先设定有系数等的数式等依次计算而求出。此时，可以迅速地将实际的充电电流值 I设定为最佳充电电流值。另一方面，逐步增大充电电流值I以探索最佳充电电流值时， 也可适应上述的恶化等情况。这些最佳充电电流值的设定方法酌情选择即可。另外，本实施例中，在电池组件1侧安装模拟/数字转换器19，经由通信部22、 32 向充电器2侧的充电控制器31发送电池温度或电池电压信息。但也可在充电控制部31中 安装模拟/数字转换器，由充电控制部31直接读取电池组件1的电池温度和电池电压。另 夕卜，本实施例中，在独立于电池组件1的充电器2中设置充电控制部31。但也可将电池组 件1和充电控制部31 —体化，来作为配备充电控制功能的电池组件。(第二实施例)图5是用于说明本发明第二实施例所涉及的电子设备的充电动作的流程图。本实施例 中，可以采用上述图l所示的电子设备的结构，该图5的处理中，与上述图4的处理类似、相对应的部分标注相同的步骤编号，并省略其说明。本实施例中，上述增量AI，不仅考虑上述电池温度T及其温度上升率ZVT/M，还考虑端子电压VI及二次电池14的实际容量w而被决定。上述内阻值不仅如上述图2所示，温度越变高而越变小，还如图6所示，基于SOC (State of Charge)而变化。另外，上述内阻值，基于充放电的反复逐渐恶化而变大。在 此，上述充电控制部31，在步骤S8中更新充电电流值I前，还读取步骤21中充电控制 判断部21累计的SOC (二端子电压V1)数据，以及充电控制判断部21管理的随着充放 电的反复而减少的实际容量(满充电状态下的Ah) W(二恶化度)数据。而且，步骤S22， 通过读取将上述数据作为参数而预先存储的表格，或读取将上述数据的某一方作为参数而 对应的表格后，用另一参数修正读取的值等，求出用于修正上述增量AI的系数a。使用在 步骤S23中基于该系数a修正的增量AI，在上述步骤S8中更新充电电流值I。如上所述，利用二次电池14的制造后经过的时间、充放电次数、充放电容量等的积 分值，或通过实际测量OCV、 CCV等方式求得的二次电池的恶化度和测定的端子电压V1 修正上述最佳充电电流值，从而可以更高精度地縮短充电时间。关于此，日本专利公开公报特开平9一107638号中提出如下充电控制方法，即CC模 式下的充电中，每指定时间内的温度变化量、即温度微分值为指定值以下，就将CV模式 下的充电终止电压设定为与此时的温度相对应的值。根据该充电控制方法，即使从室外拿 到室内等环境温度剧烈变化的情况下，也可适当地修正从而正确地设定上述CV模式下的 充电终止电压，可以在防止过充电的前提下充电并达到满充电。然而，该以往技术中，虽然检测二次电池的温度进行反馈控制，但这是由于二次电池 的端子电压(电池自身的电压)随着温度大幅变化。因此，该以往技术并非如本发明利用 内阻值的温度变化，并且是以满充电为目的，并非如本发明以快速充电为目的。另外，日本专利公开公报特开2005 — 245078号中提出如下电磁感应充电电路，即在 利用电磁感应进行充电的电路中，如电磁感应引起的热量将要超出二次电池的允许温度， 则控制为与此时的温度相对应的充电电流值，从而在高温环境下也可在短时间内进行充 电。然而，该以往技术中，虽然根据温度反馈控制充电电流，但该温度由电磁感应引起， 并非如本发明利用与内阻的关系的。如上所说明，根据本发明的第一及第二实施例所涉及的非水性电解质二次电池的快速 充电方法及使用该方法的电子设备，在快速充电以CC一CV充电为标准的锂离子电池等二次电池时，采用负极与正极之间具有由包含树脂粘合剂和无机氧化物填料的多孔性保护膜 等形成的耐热层的非水性电解质二次电池的情况下，由于该二次电池具有温度越变高内阻值越变小的特性，因此，根据二次电池的温度，将上述cc区域的充电电流值设定为流过充电电流也不让达到过温度的最大的最佳充电电流值。由此，可以防止达到过温度，同时 縮短充电时间。另外，本发明的第一及第二实施例所涉及的非水性电解质二次电池的快速充电方法及 使用该方法的电子设备，在测得的温度在应暂停快速充电的温度以下、且伴随充电的温度 上升率在预先设定值以下时，反复执行在该时刻的充电电流值上加上预先设定的增量而更新的动作以求出上述最佳充电电流。因此，通过进行上述温度判断及温度上升率的判断， 可以抑制即使流过充电电流也不达到过温度，通过更新上述最佳充电电流值的步骤，可以 将充电电流值提高至最大。由此，可以求出流过上述充电电流也不让达到过温度的最大的 充电电流值作为最佳充电电流值。此外，本发明的第一及第二实施例所涉及的非水性电解质二次电池的快速充电方法及 使用该方法的电子设备，根据二次电池的制造后经过的时间、充放电次数、充放电容量等的积分值，或实际测量ocv、 ccv求得的二次电池的恶化度以及测定的端子电压，修正 上述最佳充电电流值。由此可以更高精度地縮短充电时间。根据上述各实施例，总结本发明如下。即，本发明所涉及的非水性电解质二次电池的 快速充电方法用于对在负极与正极之间具有耐热层的非水性电解质二次电池进行快速充电，包括检测上述二次电池的温度的温度检测步骤；求出与上述检测出的上述二次电池的 温度相对应的上述二次电池的内阻值的内阻值求出步骤；根据上述检测出的上述二次电池 的温度和上述求得的上述二次电池的内阻值，将即使充电电流流过上述二次电池、上述二 次电池的温度也不会达到过温度的最大的充电电流值作为最佳充电电流值求出的最佳充 电电流值求出步骤；将上述求出的上述最佳充电电流值的电流提供给上述二次电池的电流 提供步骤。根据上述结构，例如在达到预先设定的充电终止电压之前进行CC (恒流)充电、达 到该充电终止电压后切换为CV (恒压)充电为标准的锂离子电池等二次电池的充电方法中，为了实现快速充电，将上述cc区域的充电电流值作为根据二次电池的温度而变化的 最佳充电电流值。而且，在负极与正极之间具有由包含树脂粘合剂和无机氧化物填料的多 孔性保护膜等形成的耐热层的非水性电解质二次电池具有温度越变高内阻值越变小的特 性，因此根据测得的二次电池的实际温度，将最佳充电电流值设定为流过充电电流也不让达到过温度的最大的充电电流值。之所以如上所述地设定最大的充电电流值是因为，基于 上述非水性电解质二次电池的特性，如流过较大的电流，温度增高，内阻值降低，可以进 行更快速的充电，但是，达到过温度状态，成为PTC(positive temperature coefficient) 等保护元件工作的温度、例如80'C以上时，充电被停止，结果导致充电时间变长，而如电 流较小，温度难以上升，内阻值也保持较高状态，由此也导致充电时间变长。然后，端子 电压达到充电终止电压后，进行CV充电等后停止充电。由此可以防止达到过温度，同时縮短充电时间。即使因为二次电池的恶化导致相对于 各温度的内阻值发生变化，也会呈现出相同的倾向，因此可以通过相同的控制縮短充电时 间。在本发明的快速充电方法中，较为理想的是，上述最佳充电电流值求出步骤包括，判 断上述检测出的上述二次电池的温度是否在应暂停快速充电的预先设定的暂停温度以下 的暂停温度判断步骤；当在暂停温度判断上述步骤e中判断出上述检测出的上述二次电池 的温度在上述暂停温度以下时，根据间隔一定时间检测出的上述二次电池的两个温度的差 分，计算出伴随该判断时刻的充电的上述二次电池的温度上升率的温度上升率计算步骤； 判断上述计算出的上述二次电池的温度上升率是否在预先设定的值以下的温度上升率判 断步骤；当在上述步骤温度上升率判断中判断出上述计算出的上述二次电池的温度上升率 在预先设定的值以下时，在该判断时刻的上述二次电池的充电电流值上加上预先设定的增 量，并将其作为上述最佳充电电流值进行更新的更新步骤，其中，上述温度检测步骤、上 述内阻值求出步骤、上述最佳充电电流值求出步骤以及上述电流提供步骤以预先设定的周 期反复地被执行。根据上述结构，通过执行上述暂停温度判断步骤及上述温度上升率判断步骤，可以抑 制成即使二次电池中流过充电电流也不达到过温度，通过更新上述最佳充电电流值的步 骤，可以将充电电流值提高至最大。由此，可以将二次电池中流过充电电流也不让达到过 温度的最大的充电电流值作为最佳充电电流值而求出。在本发明的快速充电方法中，较为理想的是，还包括检测上述二次电池的端子电压的 端子电压检测步骤；判断上述二次电池的恶化度的恶化度判断步骤；根据上述检测出的上 述二次电池的端子电压及上述判断出的上述二次电池的恶化度，修正上述二次电池的最佳 充电电流值的电流值修正步骤。根据上述结构，利用二次电池14的制造后经过的时间、充放电次数、充放电容量等的积分值，或实际测量OCV (开路电压)、CCV (闭路电压)求得的二次电池的恶化度 和测定的端子电压，修正上述最佳充电电流值。因此可以更高精度地縮短充电时间。在本发明的快速充电方法中，较为理想的是，上述耐热层设置于上述二次电池的负极 与正极之间，由主要包含树脂粘合剂和无机氧化物填料的多孔性保护膜形成。根据上述结构，可以防止达到过温度的情况下縮短充电时间。因此，可以实现二次电 池的更高的可靠性及便利性。在本发明的快速充电方法中，较为理想的是，还包括当在上述暂停温度判断步骤中判 断出上述检测出的上述二次电池的温度超过上述暂停温度时，判断上述检测出的上述二次 电池的温度是否在应降低上述二次电池的充电电流值的预先设定过温度以上的过温度判断步骤；当在上述过温度判断步骤中判断出上述检测出的上述二次电池的温度在上述过温 度以上时，从该判断时刻的上述二次电池的充电电流值中减去上述预先设定的增量并将其 作为上述最佳充电电流值更新，另一方面，当上述检测出的上述二次电池的温度低于上述 过温度时，维持该判断时刻的上述二次电池的充电电流值的充电电流值更新或维持步骤。根据上述结构，当二次电池的温度在应降低充电电流值的预先设定的过温度以上时， 从该判断时刻的充电电流值中减去预先设定的增量并作为最佳充电电流值更新，当二次电 池的温度低于过温度时，维持该判断时刻的充电电流值，因此二次电池的温度不会超过过 温度。因为，不会导致因二次电池的温度超过过温度引起的充电的停止，从而可以更有效 地缩短二次电池的充电时间。在本发明的快速充电方法中，较为理想的是，还包括当在上述温度上升率判断步骤中 判断出上述计算出的上述二次电池的温度上升率超过预先设定的值时，维持该判断时刻的 上述二次电池的充电电流值的充电电流值维持步骤。根据上述结构，二次电池的温度上升率超过预先设定的值时，维持该判断时刻的充电电流值，因此可以伴随二次电池的温度上升率的上升，方便地从提高充电电流值的vc充 电区域转移至维持充电电流的cc充电区域。在本发明的快速充电方法中，较为理想的是，在上述电流值修正步骤中，以至少将根 据上述检测出的上述二次电池的端子电压及上述判断出的上述二次电池的恶化度中的其 中之一作为参数用表格格式预先存储的数据为基础，根据上述检测出的上述二次电池的端 子电压及上述判断出的上述二次电池的恶化度，相应地增减上述预先设定的增量。根据上述结构，预先以表格格式存储根据二次电池的端子电压及恶化度增减预先设定 的增量时所需的数据，增减预先设定的增量时可以随时利用，因此可以进一步高精度地修 正二次电池的最佳充电电流值。本发明所涉及的电子设备包括，具备在负极与正极之间具有耐热层的非水性电解质二 次电池的电池组件；用于给上述非水性电解质二次电池充电的充电电流提供部；控制上述 充电电流提供部的充电电流的充电控制部，其中，上述电池组件设有检测上述二次电池的 温度的温度检测部，上述充电控制部设有取得由上述温度检测部检测出的上述二次电池的 温度的电池温度取得部，根据由上述电池温度取得部取得的上述二次电池的温度以及与上 述取得的上述二次电池的温度相对应的上述二次电池的内阻值，将即使充电电流流过上述 二次电池中、上述二次电池的温度也不会达到过温度的最大的充电电流值，作为最佳充电 电流值求出，并设定上述充电电流提供部。根据上述结构，例如在达到预先设定的充电终止电压之前进行CC (恒流)充电、达 到该充电终止电压后切换为CV (恒压)充电为标准的锂离子电池等二次电池的充电方法 中，为了实现快速充电，将上述CC区域的充电电流值作为根据二次电池的温度而变化的 最佳充电电流值。而且，在负极与正极之间具有由主要包含树脂粘合剂和无机氧化物填料 的多孔性保护膜等形成的耐热层的非水性电解质二次电池具有温度越变高内阻值越变小 的特性，因此根据测得的二次电池的实际温度，将最佳充电电流值设定为流过充电电流也 不达到过温度的最大的充电电流值。由此可以防止达到过温度的情况下，縮短充电时间。
权利要求
1.一种快速充电方法，用于对在负极与正极之间具有耐热层的非水性电解质二次电池进行快速充电，其特征在于包括以下步骤检测上述二次电池的温度的温度检测步骤；求出与上述检测出的上述二次电池的温度相对应的上述二次电池的内阻值的内阻值求出步骤；根据上述检测出的上述二次电池的温度和上述求得的上述二次电池的内阻值，将即使让充电电流流过上述二次电池、上述二次电池的温度也不会达到过温度的最大的充电电流值作为最佳充电电流值求出的最佳充电电流值求出步骤；将上述求出的上述最佳充电电流值的电流提供给上述二次电池的电流提供步骤。
2. 根据权利要求1所述的快速充电方法，其特征在于，上述最佳充电电流值求出步骤 包括判断上述检测出的上述二次电池的温度是否在应暂停快速充电的预先设定的暂停温 度以下的暂停温度判断步骤；当在上述暂停温度判断步骤中判断出上述检测出的上述二次电池的温度在上述暂停 温度以下时，根据间隔一定时间检测出的上述二次电池的两个温度的差分，计算出伴随该 判断时刻的充电的上述二次电池的温度上升率的温度上升率计算步骤；判断上述计算出的上述二次电池的温度上升率是否在预先设定的值以下的温度上升 率判断步骤；当在上述温度上升率判断步骤中判断出上述计算出的上述二次电池的温度上升率在 预先设定的值以下时，将在该判断时刻的上述二次电池的充电电流值上增加预先设定的增 量，并将其作为上述最佳充电电流值而更新的更新步骤，其中，上述温度检测步骤、上述内阻值求出步骤、上述最佳充电电流值求出步骤以及上述电 流提供步骤以预先设定的周期反复地被执行。
3. 根据权利要求2所述的快速充电方法，其特征在于还包括 检测上述二次电池的端子电压的端子电压检测步骤； 判断上述二次电池的恶化度的恶化度判断步骤；根据上述检测出的上述二次电池的端子电压及上述判断出的上述二次电池的恶化度， 修正上述二次电池的最佳充电电流值的电流值修正步骤。
4. 根据权利要求1所述的快速充电方法，其特征在于上述耐热层设置于上述二次电池的负极与正极之间，由主要包含树脂粘合剂和无机氧 化物填料的多孔性保护膜形成。
5. 根据权利要求2所述的快速充电方法，其特征在于还包括当在上述暂停温度判断步骤中判断出上述检测出的上述二次电池的温度超过了上述 暂停温度时，判断上述检测出的上述二次电池的温度是否在应降低上述二次电池的充电电 流值的预先设定的过温度以上的过温度判断步骤；当在上述过温度判断步骤中判断出上述检测出的上述二次电池的温度在上述过温度 以上时，从该判断时刻的上述二次电池的充电电流值中减去上述预先设定的增量并将其作 为上述最佳充电电流值而更新，另一方面，当上述检测出的上述二次电池的温度低于上述 过温度时，维持该判断时刻的上述二次电池的充电电流值的充电电流值更新或维持步骤。
6. 根据权利要求2所述的快速充电方法，其特征在于还包括当在上述温度上升率判断步骤中判断出上述计算出的上述二次电池的温度上升率超 过了预先设定的值时，维持该判断时刻的上述二次电池的充电电流值的充电电流值维持步 骤。
7. 根据权利要求3所述的快速充电方法，其特征在于在上述电流值修正步骤中，以至少将上述检测出的上述二次电池的端子电压及上述判 断出的上述二次电池的恶化度中的其中之一作为参数用表格格式预先存储的数据为基础， 根据上述检测出的上述二次电池的端子电压及上述判断出的上述二次电池的恶化度，相应 地增减上述预先设定的增量。
8. —种电子设备，其特征在于包括具备在负极与正极之间具有耐热层的非水性电解质二次电池的电池组件； 用于给上述非水性电解质二次电池充电的充电电流提供部；控制上述充电电流提供部的充电电流的充电控制部，其中，上述电池组件设有检测上 述二次电池的温度的温度检测部，上述充电控制部设有用于取得由上述温度检测部检测出的上述二次电池的温度的电 池温度取得部，其中，上述充电控制部，根据由上述电池温度取得部取得的上述二次电池的温度以及与上述 取得的上述二次电池的温度相对应的上述二次电池的内阻值，将即使让充电电流流过上述 二次电池、上述二次电池的温度也不会达到过温度的最大的充电电流值作为最佳充电电流 值求出，并设定上述充电电流提供部。
全文摘要
本发明提供一种非水性电解质二次电池的快速充电方法以及使用该方法的电子设备。在负极与正极之间具有由包含树脂粘合剂和无机氧化物填料的多孔性保护膜等形成的耐热层的非水性电解质二次电池，具有随着电池温度变高，其内阻值变小的特性。在作为通常的二次电池的充电方法的CC-CV充电方法中，利用上述的非水性电解质二次电池的内阻值随着电池温度的上升而变小的特性，在CC充电区域内设置以即使流过充电电流电池温度也不达到过温度的最大的最佳充电电流值进行充电的VC充电区域。
文档编号H01M10/44GK101252212SQ200810080599
公开日2008年8月27日 申请日期2008年2月19日 优先权日2007年2月20日
发明者朝仓淳, 藤川万乡, 西野肇 申请人:松下电器产业株式会社
技术领域：
本发明涉及在负极与正极之间具有由包含树脂粘合剂和无机氧化物填料(filler)的多 孔性保护膜形成的耐热层的非水性电解质二次电池(non-aqueous electrolytic secondary battery)的快速充电方法及使用该方法的电子设备。
背景技术：
关于在负极与正极之间具有由包含树脂粘合剂和无机氧化物填料的多孔性保护膜形 成的耐热层的非水性电解质二次电池，例如日本专利公报特许第3371301号中有所记载。 根据该结构，制造时，即使从电极上剥落的活性物质(active material)或截断工序中的 切屑等附着于电极表面，也可抑制之后内部短路的发生。在此，锂离子二次电池的典型的以往技术的充电方法例如图7所示。g卩，例如设满充 电状态的电池1小时内可放电的电流值为II，则在达到预定的充电终止电压Vf、例如4.2V 之前以0.7 1I程度的电流进行CC (恒流)充电。达到该充电终止电压Vf后，为了维持 该充电终止电压Vf，切换至不断降低充电电流的CV (恒压)充电。众所周知，普通锂离子二次电池的内阻值的温度依存度较低，而与之相比，采用上述 结构的非水性电解质二次电池的上述内阻值随着温度的变化而变化。因此，本发明的发明 人利用该特性，发明了更快速的充电方法。S卩，如图7所示，普通锂离子二次电池中，在 达到充电终止电压Vf前，进行保持恒定充电电流值的CC充电。使充电电流值恒定，这是 因为充电时锂离子二次电池的内阻值几乎不变化。另一方面，采用上述结构的非水性电解 质二次电池具有随着电池温度上升其内阻值下降的特性。而且充电时，通常电池温度会上 升。因此，对于上述非水性电解质二次电池，对于随着电池温度的上升而出现的内阻值的 下降，增加充电电流值，从而可以大幅度縮短达到充电终止电压Vf为止的充电时间。发明内容本发明的目的在于提供可以縮短在负极与正极之间具有耐热层的非水性电解质二次 电池的充电时间的非水性电解质二次电池的快速充电方法及使用该方法的电子设备。本发明所涉及的快速充电方法，用于对在负极与正极之间具有耐热层的非水性电解质 二次电池进行快速充电，包括检测上述二次电池的温度的温度检测步骤；求出与上述检测 出的上述二次电池的温度相对应的上述二次电池的内阻值的内阻值求出步骤；根据上述检 测出的上述二次电池的温度和上述求得的上述二次电池的内阻值，将即使让充电电流流过 上述二次电池、上述二次电池的温度也不会达到过温度的最大的充电电流值作为最佳充电 电流值求出的最佳充电电流值求出步骤；将上述求出的上述最佳充电电流值的电流提供给 上述二次电池的电流提供步骤。本发明所涉及的电子设备，具备在负极与正极之间具有耐热层的非水性电解质二次电 池的电池组件；用于给上述非水性电解质二次电池充电的充电电流提供部；控制上述充电 电流提供部的充电电流的充电控制部，其中，上述电池组件设有检测上述二次电池的温度 的温度检测部，上述充电控制部设有取得由上述温度检测部检测出的上述二次电池的温度 的电池温度取得部，其中，上述充电控制部，根据由上述电池温度取得部取得的上述二次 电池的温度以及与上述取得的上述二次电池的温度相对应的上述二次电池的内阻值，将即 使让充电电流流过上述二次电池、上述二次电池的温度也不会达到过温度的最大的充电电 流值作为最佳充电电流值求出，并设定上述充电电流提供部。根据上述结构，例如在达到预定的充电终止电压之前进行CC (恒流)充电、达到该 充电终止电压后切换为CV (恒压)充电为标准的锂离子电池等二次电池的充电方法中， 为了实现快速充电，将上述CC区域的充电电流值作为随着二次电池的温度而变化的最佳 充电电流值。而且，在负极与正极之间具有由主要包含树脂粘合剂和无机氧化物填料的多 孔性保护膜等形成的耐热层的非水性电解质二次电池呈现温度越高内阻值越小的特性，因 此根据检测出的二次电池的实际温度，将上述最佳充电电流值设定为即使流过充电电流也 不会成为过温度的最大的充电电流值。由此可以防止变成过温度，并且还可以縮短充电时 间。而且，即使因为二次电池的恶化导致各温度下的内阻值发生变化，由于是呈现出相同 的倾向，因此通过相同的控制照样可以縮短充电时间。
图1是表示本发明第一实施例所涉及的电子设备的电气结构的方框图。图2是用于说明在负极与正极之间具有由主要包含树脂粘合剂和无机氧化物填料的多孔性保护膜形成的耐热层的非水性电解质二次电池的对应于温度变化的内阻值的变化的曲线图。图3(A)及图3(B)是用于说明本发明第一实施例所涉及的充电方法的坐标图。 图4是用于说明本发明第一实施例所涉及的电子设备的充电动作的流程图。 图5是用于说明本发明第二实施例所涉及的电子设备的充电动作的流程图。 图6是表示对应于SOC变化的内阻值的变化的曲线图。 图7是用于说明以往技术的充电方法的图表。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施例进行说明。另外，在以下附图中，对于相同或类似 的要素标注相同或类似的符号，并酌情省略说明。(第一实施例)图l是表示本发明第一实施例所涉及的电子设备的电气结构的方框图。本实施例所涉 及的电子设备包括电池组件l、给电池组件1充电的充电器2以及未图示的负载设备。电 池组件l由充电器2进行充电。另外，电池组件1也可安装于上述负载设备，通过负载设 备进行充电。电池组件1及充电器2，通过进行供电的直流高侧端子T11和T21、通信信 号的端子T12和T22、用于供电及通信信号的GND端子T13和T23相互连接。设置有 上述负载设备时，也设置相同的端子。上述电池组件l内，从上述端子T11延伸出的直流高侧的充放电路径11中，介有用 于充电和用于放电的、彼此导电形式不同的FET12、 13，该充放电路径ll连接于二次电 池14的高侧端子。上述二次电池14的低侧端子介由直流低侧的充放电路径15连接于上 述GND端子T13,该充放电路径15中介有将充电电流及放电电流转换为电压值的电流 检测阻抗16。上述二次电池14由l个或多个电池串并联连接而成。该二次电池14是如上述日本专 利公报特许第3371301号所示的，在负极与正极之间具有由包含树脂粘合剂和无机氧化物 填料的多孔性保护膜形成的耐热层的二次电池。上述无机氧化物填料选自粒径在0.1 50imi的范围内的氧化铝粉末或Si02粉末(silica)。另外，上述多孔性保护膜的厚度设 定为0.1 200nm，该多孔性保护膜，通过将含有上述树脂粘合剂和上述无机氧化物填料 (filler)的微粒浆料(slurry)涂抹于上述负极或正极表面的至少一方而形成。使用上述二次电 池，万一出现过充电状态金属锂呈树木状析出，也可通过上述耐热层，防止析出的金属锂 使负极与正极之间短路。这种二次电池14特别适宜本实施例所述的快速充电。上述二次电池14的电池温度由温度传感器17检测，并被输入到控制IC18内的模拟/ 数字转换器19。另外，上述各电池的端子间电压由电压检测电路20读取，并被输入到上 述控制IC18内的模拟/数字转换器19。另外，由上述电流检测阻抗16测得的电流值也被 输入到控制IC18内的模拟/数字转换器19。上述模拟/数字转换器19将各输入值转换为数 字式(digital)值，并输出到充电控制判断部21。充电控制判断部21包括微电脑及其周边电路等，其响应于来自上述模拟/数字转换器 19的各输入值运算剩余量(SOC)，并且从通信部22经由端子T12和T22、 T13和T23 向充电器2发送上述各电池的温度异常与否以及充电器2要求提供的充电电压值及电流 值。充电控制判断部21，在正常进行充放电时接通上述FET12、 13,允许充放电，在检 测到异常时断开上述FET12、 13，禁止充放电。充电器2中，由控制IC30的通信部32接收上述温度异常与否以及所要求的充电电压 值及电流值，充电控制部31控制充电电流提供电路33，以要求的电压值及电流值提供充 电电流。充电电流提供电路33由AC—DC转换器或DC—DC转换器等构成，将输入电 压转换为任意的电压值及电流值，并经由T21和Tll、 T23和T13提供至充放电路径11、 15。本实施例所涉及的电子设备中，作为充电控制部的上述充电控制部31，在对二次电池 14进行快速充电时，经由作为电池温度获取部的通信部32、 22，接收由温度传感器17 测得的电池温度。而且，例如图2所示，充电控制部31根据温度T越变高而越变小的二 次电池14内阻值，将流过充电电流也不会达到过温度的最大的充电电流值作为最佳充电 电流而求出，并设定于作为充电控制部的上述充电电流提供电路33中，将求得的上述最 佳充电电流值的电流提供给二次电池14。艮P，如图3(A)及图3(B)所示，在以往的CC (恒流)充电区域，新增加了以上述不高 于过温度的最大的充电电流值进行充电的VC (可变电流)充电区域。与上述图7中相同， 图3(A)是表示电池的电压变化的坐标图，图3(B)是表示充电电流的变化的图表。另外，图 3(A)中，为了简化图纸，在上述VC充电区域增大充电电流值，电池温度上升后，为了不 让达到过温度，转移至保持该充电电流值的CC充电区域。当然，根据电池温度的变化， 上述两个充电区域可能会适当地频繁切换。图4是用于详细说明由上述充电控制部31实现的上述充电动作的流程图。上述充电 控制部31在步骤Sl中待机，直到从电池组件1侧的充电控制判断部21有充电电压Vr 及电流Ir的许可，当电池组件1安装于该充电器2，接收上述充电电压Vr及电流Ir的许可后，在该许可的范围内进行充电。当流过许可电流Ir以上的充电电流时，上述充电控制 判断部21向充电控制部31发送警报，并且断开FET12、 13。首先，在步骤S2中，在上述充电电流提供电路33中设定作为应提供的充电电流值I 而预先设定的初始值1st，并开始充电动作。另外，充电开始时刻的电池组件1的许可电 压Vr为上述充电终止电压Vf，例如为4.2V，许可电流Ir为最大电流Imax，例如为II。步骤S3中，判断电池组件1是否已转移至CV充电区域，如未转移至CV充电区域， 则移动至步骤S4以下的处理，在上述VC或CC充电区域，执行以下所述的本实施例的 快速充电动作。另一方面，如已转移至CV充电区域，则移动至步骤S11以下的处理，在 上述CV充电区域，执行与以往相同的充电动作。另外，可以从输出的充电电压达到上述 许可电压Vr的现象判断已转移至CV充电区域。步骤S4中，从电池组件1接收电池温度T的数据并存储，步骤S5中，判断接收的 电池温度T是否在预先设定的应暂停快速充电的暂停温度Tthl以下，当为暂停温度Tthl 以下时移至步骤S6以下的处理进行快速充电。步骤S6中，根据存储的电池温度T的数 据，计算出与预先设定的时间At以前的数据的差分，即温度上升率AT/At。步骤S7中， 判断计算出的温度上升率AT/At是否在预先设定的值Tth2以下，如在预先设定的值Tth2 以下，贝帖步骤S8中，在当前提供的充电电流值I上增加预先设定的增量AI以增大充电 电流值I后，返回到上述步骤S3。与此相对，上述步骤S7中，如温度上升率AT/At超过 预先设定的值Tth2，则在步骤S9中待机预先设定的时间之后，返回到上述步骤S3。因此，从步骤S8返回到步骤S3，则进行VC充电，从步骤S9返回到步骤S3，则进 行CC充电。由此，通过反复执行步骤S4 S8的处理，可使充电电流值I成为不会超过 如上所述的过温度的最大的值即最佳充电电流值。另一方面，如上述步骤S3中转移至CV充电，则在步骤S11中判断提供的充电电压 V是否高于来自电池组件1的许可电压Vr，如高于，则在步骤S12中，从充电电流值I 中减去预先设定的减量AIl以降低充电电流值I。然后，在步骤S13中，判断被降低的充 电电流值I是否已经降低至无限接近应停止充电电流的提供的0的预先设定的值Istp、例 如10mA，如果降低充电控制部31则判断为满充电，在步骤S14中停止充电电流I的提 供，并且在存在指示器(indicator)等的情况下，显示满充电，并结束处理。上述步骤S13 中，如I不等于Istp、即还存在充电电流的许可时，返回到上述步骤Sll。另外，上述步骤S5中，如接收的电池温度T超过暂停温度Tthl，则进一步在步骤 S18中，判断其是否在用于判断应降低充电电流值I的过温度状态的过温度Tth3以上，如未达到过温度Tth3,则返回到上述步骤S3，维持当前的充电电流值I。另一方面，如 达到了过温度Tth3，在步骤S19中，从当前充电电流值I中减去上述增量AI以紧急降低 充电电流值I后，返回到上述步骤S3。根据上述结构，二次电池14如上所述，由在负极与正极之间具有耐热层、具有温度 越变高内阻值越变小的特性的非水性电解质二次电池构成时，以不达到PTC等保护元件 开始工作的过温度状态的最大限度的温度，利用降低的内阻值以大电流进行充电，因此可 以縮短充电时间。另外，在测得的温度T在应暂停快速充电的温度Tthl以下、并且伴随充电的温度上 升率AT/At在预先设定的值Tth2以下的状态下，反复进行在该时刻的充电电流值I上增 加预先设定的增量AI而更新的动作以求出上述最佳充电电流。通过进行上述温度判断及 温度上升率的判断，可以抑制即使流过充电电流，也不达到过温度，通过更新上述最佳充 电电流值的步骤，可以将充电电流值I提高至最大。由此，可以求出流过上述充电电流也 不让达到过温度的最大的充电电流值作为最佳充电电流值。另外，即使因为二次电池14的恶化导致各温度下的内阻值发生变化，由于会呈现出 相同的倾向，因此可以照样使用上述图4的控制。另外，上述说明中，每次增加增量AI 来增大充电电流值，根据其得到的温度T的数据，寻找不会达到上述过温度的最佳充电电 流值。另外，该最佳充电电流值，也可以用与温度相对应的表格等来保存，通过适宜的插 值运算(interpolation arithmetic)等方法求得必要的数据点(data point)的数据，或者 通过预先设定有系数等的数式等依次计算而求出。此时，可以迅速地将实际的充电电流值 I设定为最佳充电电流值。另一方面，逐步增大充电电流值I以探索最佳充电电流值时， 也可适应上述的恶化等情况。这些最佳充电电流值的设定方法酌情选择即可。另外，本实施例中，在电池组件1侧安装模拟/数字转换器19，经由通信部22、 32 向充电器2侧的充电控制器31发送电池温度或电池电压信息。但也可在充电控制部31中 安装模拟/数字转换器，由充电控制部31直接读取电池组件1的电池温度和电池电压。另 夕卜，本实施例中，在独立于电池组件1的充电器2中设置充电控制部31。但也可将电池组 件1和充电控制部31 —体化，来作为配备充电控制功能的电池组件。(第二实施例)图5是用于说明本发明第二实施例所涉及的电子设备的充电动作的流程图。本实施例 中，可以采用上述图l所示的电子设备的结构，该图5的处理中，与上述图4的处理类似、相对应的部分标注相同的步骤编号，并省略其说明。本实施例中，上述增量AI，不仅考虑上述电池温度T及其温度上升率ZVT/M，还考虑端子电压VI及二次电池14的实际容量w而被决定。上述内阻值不仅如上述图2所示，温度越变高而越变小，还如图6所示，基于SOC (State of Charge)而变化。另外，上述内阻值，基于充放电的反复逐渐恶化而变大。在 此，上述充电控制部31，在步骤S8中更新充电电流值I前，还读取步骤21中充电控制 判断部21累计的SOC (二端子电压V1)数据，以及充电控制判断部21管理的随着充放 电的反复而减少的实际容量(满充电状态下的Ah) W(二恶化度)数据。而且，步骤S22， 通过读取将上述数据作为参数而预先存储的表格，或读取将上述数据的某一方作为参数而 对应的表格后，用另一参数修正读取的值等，求出用于修正上述增量AI的系数a。使用在 步骤S23中基于该系数a修正的增量AI，在上述步骤S8中更新充电电流值I。如上所述，利用二次电池14的制造后经过的时间、充放电次数、充放电容量等的积 分值，或通过实际测量OCV、 CCV等方式求得的二次电池的恶化度和测定的端子电压V1 修正上述最佳充电电流值，从而可以更高精度地縮短充电时间。关于此，日本专利公开公报特开平9一107638号中提出如下充电控制方法，即CC模 式下的充电中，每指定时间内的温度变化量、即温度微分值为指定值以下，就将CV模式 下的充电终止电压设定为与此时的温度相对应的值。根据该充电控制方法，即使从室外拿 到室内等环境温度剧烈变化的情况下，也可适当地修正从而正确地设定上述CV模式下的 充电终止电压，可以在防止过充电的前提下充电并达到满充电。然而，该以往技术中，虽然检测二次电池的温度进行反馈控制，但这是由于二次电池 的端子电压(电池自身的电压)随着温度大幅变化。因此，该以往技术并非如本发明利用 内阻值的温度变化，并且是以满充电为目的，并非如本发明以快速充电为目的。另外，日本专利公开公报特开2005 — 245078号中提出如下电磁感应充电电路，即在 利用电磁感应进行充电的电路中，如电磁感应引起的热量将要超出二次电池的允许温度， 则控制为与此时的温度相对应的充电电流值，从而在高温环境下也可在短时间内进行充 电。然而，该以往技术中，虽然根据温度反馈控制充电电流，但该温度由电磁感应引起， 并非如本发明利用与内阻的关系的。如上所说明，根据本发明的第一及第二实施例所涉及的非水性电解质二次电池的快速 充电方法及使用该方法的电子设备，在快速充电以CC一CV充电为标准的锂离子电池等二次电池时，采用负极与正极之间具有由包含树脂粘合剂和无机氧化物填料的多孔性保护膜 等形成的耐热层的非水性电解质二次电池的情况下，由于该二次电池具有温度越变高内阻值越变小的特性，因此，根据二次电池的温度，将上述cc区域的充电电流值设定为流过充电电流也不让达到过温度的最大的最佳充电电流值。由此，可以防止达到过温度，同时 縮短充电时间。另外，本发明的第一及第二实施例所涉及的非水性电解质二次电池的快速充电方法及 使用该方法的电子设备，在测得的温度在应暂停快速充电的温度以下、且伴随充电的温度 上升率在预先设定值以下时，反复执行在该时刻的充电电流值上加上预先设定的增量而更新的动作以求出上述最佳充电电流。因此，通过进行上述温度判断及温度上升率的判断， 可以抑制即使流过充电电流也不达到过温度，通过更新上述最佳充电电流值的步骤，可以 将充电电流值提高至最大。由此，可以求出流过上述充电电流也不让达到过温度的最大的 充电电流值作为最佳充电电流值。此外，本发明的第一及第二实施例所涉及的非水性电解质二次电池的快速充电方法及 使用该方法的电子设备，根据二次电池的制造后经过的时间、充放电次数、充放电容量等的积分值，或实际测量ocv、 ccv求得的二次电池的恶化度以及测定的端子电压，修正 上述最佳充电电流值。由此可以更高精度地縮短充电时间。根据上述各实施例，总结本发明如下。即，本发明所涉及的非水性电解质二次电池的 快速充电方法用于对在负极与正极之间具有耐热层的非水性电解质二次电池进行快速充电，包括检测上述二次电池的温度的温度检测步骤；求出与上述检测出的上述二次电池的 温度相对应的上述二次电池的内阻值的内阻值求出步骤；根据上述检测出的上述二次电池 的温度和上述求得的上述二次电池的内阻值，将即使充电电流流过上述二次电池、上述二 次电池的温度也不会达到过温度的最大的充电电流值作为最佳充电电流值求出的最佳充 电电流值求出步骤；将上述求出的上述最佳充电电流值的电流提供给上述二次电池的电流 提供步骤。根据上述结构，例如在达到预先设定的充电终止电压之前进行CC (恒流)充电、达 到该充电终止电压后切换为CV (恒压)充电为标准的锂离子电池等二次电池的充电方法中，为了实现快速充电，将上述cc区域的充电电流值作为根据二次电池的温度而变化的 最佳充电电流值。而且，在负极与正极之间具有由包含树脂粘合剂和无机氧化物填料的多 孔性保护膜等形成的耐热层的非水性电解质二次电池具有温度越变高内阻值越变小的特 性，因此根据测得的二次电池的实际温度，将最佳充电电流值设定为流过充电电流也不让达到过温度的最大的充电电流值。之所以如上所述地设定最大的充电电流值是因为，基于 上述非水性电解质二次电池的特性，如流过较大的电流，温度增高，内阻值降低，可以进 行更快速的充电，但是，达到过温度状态，成为PTC(positive temperature coefficient) 等保护元件工作的温度、例如80'C以上时，充电被停止，结果导致充电时间变长，而如电 流较小，温度难以上升，内阻值也保持较高状态，由此也导致充电时间变长。然后，端子 电压达到充电终止电压后，进行CV充电等后停止充电。由此可以防止达到过温度，同时縮短充电时间。即使因为二次电池的恶化导致相对于 各温度的内阻值发生变化，也会呈现出相同的倾向，因此可以通过相同的控制縮短充电时 间。在本发明的快速充电方法中，较为理想的是，上述最佳充电电流值求出步骤包括，判 断上述检测出的上述二次电池的温度是否在应暂停快速充电的预先设定的暂停温度以下 的暂停温度判断步骤；当在暂停温度判断上述步骤e中判断出上述检测出的上述二次电池 的温度在上述暂停温度以下时，根据间隔一定时间检测出的上述二次电池的两个温度的差 分，计算出伴随该判断时刻的充电的上述二次电池的温度上升率的温度上升率计算步骤； 判断上述计算出的上述二次电池的温度上升率是否在预先设定的值以下的温度上升率判 断步骤；当在上述步骤温度上升率判断中判断出上述计算出的上述二次电池的温度上升率 在预先设定的值以下时，在该判断时刻的上述二次电池的充电电流值上加上预先设定的增 量，并将其作为上述最佳充电电流值进行更新的更新步骤，其中，上述温度检测步骤、上 述内阻值求出步骤、上述最佳充电电流值求出步骤以及上述电流提供步骤以预先设定的周 期反复地被执行。根据上述结构，通过执行上述暂停温度判断步骤及上述温度上升率判断步骤，可以抑 制成即使二次电池中流过充电电流也不达到过温度，通过更新上述最佳充电电流值的步 骤，可以将充电电流值提高至最大。由此，可以将二次电池中流过充电电流也不让达到过 温度的最大的充电电流值作为最佳充电电流值而求出。在本发明的快速充电方法中，较为理想的是，还包括检测上述二次电池的端子电压的 端子电压检测步骤；判断上述二次电池的恶化度的恶化度判断步骤；根据上述检测出的上 述二次电池的端子电压及上述判断出的上述二次电池的恶化度，修正上述二次电池的最佳 充电电流值的电流值修正步骤。根据上述结构，利用二次电池14的制造后经过的时间、充放电次数、充放电容量等的积分值，或实际测量OCV (开路电压)、CCV (闭路电压)求得的二次电池的恶化度 和测定的端子电压，修正上述最佳充电电流值。因此可以更高精度地縮短充电时间。在本发明的快速充电方法中，较为理想的是，上述耐热层设置于上述二次电池的负极 与正极之间，由主要包含树脂粘合剂和无机氧化物填料的多孔性保护膜形成。根据上述结构，可以防止达到过温度的情况下縮短充电时间。因此，可以实现二次电 池的更高的可靠性及便利性。在本发明的快速充电方法中，较为理想的是，还包括当在上述暂停温度判断步骤中判 断出上述检测出的上述二次电池的温度超过上述暂停温度时，判断上述检测出的上述二次 电池的温度是否在应降低上述二次电池的充电电流值的预先设定过温度以上的过温度判断步骤；当在上述过温度判断步骤中判断出上述检测出的上述二次电池的温度在上述过温 度以上时，从该判断时刻的上述二次电池的充电电流值中减去上述预先设定的增量并将其 作为上述最佳充电电流值更新，另一方面，当上述检测出的上述二次电池的温度低于上述 过温度时，维持该判断时刻的上述二次电池的充电电流值的充电电流值更新或维持步骤。根据上述结构，当二次电池的温度在应降低充电电流值的预先设定的过温度以上时， 从该判断时刻的充电电流值中减去预先设定的增量并作为最佳充电电流值更新，当二次电 池的温度低于过温度时，维持该判断时刻的充电电流值，因此二次电池的温度不会超过过 温度。因为，不会导致因二次电池的温度超过过温度引起的充电的停止，从而可以更有效 地缩短二次电池的充电时间。在本发明的快速充电方法中，较为理想的是，还包括当在上述温度上升率判断步骤中 判断出上述计算出的上述二次电池的温度上升率超过预先设定的值时，维持该判断时刻的 上述二次电池的充电电流值的充电电流值维持步骤。根据上述结构，二次电池的温度上升率超过预先设定的值时，维持该判断时刻的充电电流值，因此可以伴随二次电池的温度上升率的上升，方便地从提高充电电流值的vc充 电区域转移至维持充电电流的cc充电区域。在本发明的快速充电方法中，较为理想的是，在上述电流值修正步骤中，以至少将根 据上述检测出的上述二次电池的端子电压及上述判断出的上述二次电池的恶化度中的其 中之一作为参数用表格格式预先存储的数据为基础，根据上述检测出的上述二次电池的端 子电压及上述判断出的上述二次电池的恶化度，相应地增减上述预先设定的增量。根据上述结构，预先以表格格式存储根据二次电池的端子电压及恶化度增减预先设定 的增量时所需的数据，增减预先设定的增量时可以随时利用，因此可以进一步高精度地修 正二次电池的最佳充电电流值。本发明所涉及的电子设备包括，具备在负极与正极之间具有耐热层的非水性电解质二 次电池的电池组件；用于给上述非水性电解质二次电池充电的充电电流提供部；控制上述 充电电流提供部的充电电流的充电控制部，其中，上述电池组件设有检测上述二次电池的 温度的温度检测部，上述充电控制部设有取得由上述温度检测部检测出的上述二次电池的 温度的电池温度取得部，根据由上述电池温度取得部取得的上述二次电池的温度以及与上 述取得的上述二次电池的温度相对应的上述二次电池的内阻值，将即使充电电流流过上述 二次电池中、上述二次电池的温度也不会达到过温度的最大的充电电流值，作为最佳充电 电流值求出，并设定上述充电电流提供部。根据上述结构，例如在达到预先设定的充电终止电压之前进行CC (恒流)充电、达 到该充电终止电压后切换为CV (恒压)充电为标准的锂离子电池等二次电池的充电方法 中，为了实现快速充电，将上述CC区域的充电电流值作为根据二次电池的温度而变化的 最佳充电电流值。而且，在负极与正极之间具有由主要包含树脂粘合剂和无机氧化物填料 的多孔性保护膜等形成的耐热层的非水性电解质二次电池具有温度越变高内阻值越变小 的特性，因此根据测得的二次电池的实际温度，将最佳充电电流值设定为流过充电电流也 不达到过温度的最大的充电电流值。由此可以防止达到过温度的情况下，縮短充电时间。
权利要求
1.一种快速充电方法，用于对在负极与正极之间具有耐热层的非水性电解质二次电池进行快速充电，其特征在于包括以下步骤检测上述二次电池的温度的温度检测步骤；求出与上述检测出的上述二次电池的温度相对应的上述二次电池的内阻值的内阻值求出步骤；根据上述检测出的上述二次电池的温度和上述求得的上述二次电池的内阻值，将即使让充电电流流过上述二次电池、上述二次电池的温度也不会达到过温度的最大的充电电流值作为最佳充电电流值求出的最佳充电电流值求出步骤；将上述求出的上述最佳充电电流值的电流提供给上述二次电池的电流提供步骤。
2. 根据权利要求1所述的快速充电方法，其特征在于，上述最佳充电电流值求出步骤 包括判断上述检测出的上述二次电池的温度是否在应暂停快速充电的预先设定的暂停温 度以下的暂停温度判断步骤；当在上述暂停温度判断步骤中判断出上述检测出的上述二次电池的温度在上述暂停 温度以下时，根据间隔一定时间检测出的上述二次电池的两个温度的差分，计算出伴随该 判断时刻的充电的上述二次电池的温度上升率的温度上升率计算步骤；判断上述计算出的上述二次电池的温度上升率是否在预先设定的值以下的温度上升 率判断步骤；当在上述温度上升率判断步骤中判断出上述计算出的上述二次电池的温度上升率在 预先设定的值以下时，将在该判断时刻的上述二次电池的充电电流值上增加预先设定的增 量，并将其作为上述最佳充电电流值而更新的更新步骤，其中，上述温度检测步骤、上述内阻值求出步骤、上述最佳充电电流值求出步骤以及上述电 流提供步骤以预先设定的周期反复地被执行。
3. 根据权利要求2所述的快速充电方法，其特征在于还包括 检测上述二次电池的端子电压的端子电压检测步骤； 判断上述二次电池的恶化度的恶化度判断步骤；根据上述检测出的上述二次电池的端子电压及上述判断出的上述二次电池的恶化度， 修正上述二次电池的最佳充电电流值的电流值修正步骤。
4. 根据权利要求1所述的快速充电方法，其特征在于上述耐热层设置于上述二次电池的负极与正极之间，由主要包含树脂粘合剂和无机氧 化物填料的多孔性保护膜形成。
5. 根据权利要求2所述的快速充电方法，其特征在于还包括当在上述暂停温度判断步骤中判断出上述检测出的上述二次电池的温度超过了上述 暂停温度时，判断上述检测出的上述二次电池的温度是否在应降低上述二次电池的充电电 流值的预先设定的过温度以上的过温度判断步骤；当在上述过温度判断步骤中判断出上述检测出的上述二次电池的温度在上述过温度 以上时，从该判断时刻的上述二次电池的充电电流值中减去上述预先设定的增量并将其作 为上述最佳充电电流值而更新，另一方面，当上述检测出的上述二次电池的温度低于上述 过温度时，维持该判断时刻的上述二次电池的充电电流值的充电电流值更新或维持步骤。
6. 根据权利要求2所述的快速充电方法，其特征在于还包括当在上述温度上升率判断步骤中判断出上述计算出的上述二次电池的温度上升率超 过了预先设定的值时，维持该判断时刻的上述二次电池的充电电流值的充电电流值维持步 骤。
7. 根据权利要求3所述的快速充电方法，其特征在于在上述电流值修正步骤中，以至少将上述检测出的上述二次电池的端子电压及上述判 断出的上述二次电池的恶化度中的其中之一作为参数用表格格式预先存储的数据为基础， 根据上述检测出的上述二次电池的端子电压及上述判断出的上述二次电池的恶化度，相应 地增减上述预先设定的增量。
8. —种电子设备，其特征在于包括具备在负极与正极之间具有耐热层的非水性电解质二次电池的电池组件； 用于给上述非水性电解质二次电池充电的充电电流提供部；控制上述充电电流提供部的充电电流的充电控制部，其中，上述电池组件设有检测上 述二次电池的温度的温度检测部，上述充电控制部设有用于取得由上述温度检测部检测出的上述二次电池的温度的电 池温度取得部，其中，上述充电控制部，根据由上述电池温度取得部取得的上述二次电池的温度以及与上述 取得的上述二次电池的温度相对应的上述二次电池的内阻值，将即使让充电电流流过上述 二次电池、上述二次电池的温度也不会达到过温度的最大的充电电流值作为最佳充电电流 值求出，并设定上述充电电流提供部。
全文摘要
本发明提供一种非水性电解质二次电池的快速充电方法以及使用该方法的电子设备。在负极与正极之间具有由包含树脂粘合剂和无机氧化物填料的多孔性保护膜等形成的耐热层的非水性电解质二次电池，具有随着电池温度变高，其内阻值变小的特性。在作为通常的二次电池的充电方法的CC-CV充电方法中，利用上述的非水性电解质二次电池的内阻值随着电池温度的上升而变小的特性，在CC充电区域内设置以即使流过充电电流电池温度也不达到过温度的最大的最佳充电电流值进行充电的VC充电区域。
文档编号H01M10/44GK101252212SQ200810080599
公开日2008年8月27日 申请日期2008年2月19日 优先权日2007年2月20日
发明者朝仓淳, 藤川万乡, 西野肇 申请人:松下电器产业株式会社
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