專利名稱：鋰離子二次電池的充電和放電方法及其充電和放電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有錳正極性材料的鋰離子二次電池的充電和放電方法以及其充電和放電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
因為與相同容量的鎘鎳(Ni-Cd)電池和鎳金屬氫化物(Ni-MH)電池相比束縛并釋放鋰離子的鋰離子二次電池具有諸如高能密度、高操作電壓等的優(yōu)點，因此它們被廣泛地用于諸如個人計算機的信息處理設(shè)備和通信設(shè)備以及需要小型化和輕重量的移動電話。此外，近年來，鋰離子二次電池被評定為可用作電動自行車、混合動力汽車等的電源并且它們還被引進以作為下述電池，該電池用于存儲由諸如太陽能電池的可再生電源所產(chǎn)生的電力以實現(xiàn)解決全球變熱問題的低碳社會。為了使鋰離子二次電池廣泛地用作電力存儲并且用作電動汽車的高容量電源，必須降低維修費用以及制造成本，從而延長其產(chǎn)品壽命。雖然認為通過對包括它們的材料以及電池的結(jié)構(gòu)進行再評估能夠延長鋰離子二次電池的產(chǎn)品壽命，但是存在能夠降低由于電池的不恰當使用等所造成的其產(chǎn)品壽命周期縮短的方法。例如，專利文獻1和專利文獻2提議了一種通過對這些電池的充電和放電進行控制來降低鋰離子二次電池的使用壽命縮短的技術(shù)。專利文獻1示出了對鋰離子二次電池的充電和放電進行控制，使得當鋰離子二次電池充電或放電時在正電極材料與負電極活性材料之間遷移的鋰離子數(shù)目是在相反方向上遷移的鋰離子數(shù)目的95%或者更少。另一方面，專利文獻2示出了對鋰離子二次電池的充電和放電進行控制，使得當鋰離子二次電池放電時的放電終止電壓的范圍從3. 2至3. IV 并且使得當鋰離子二次電池充電時的上限電壓的范圍從4. 0至4. 5V。作為鋰離子二次電池的正電極材料(正電極活性材料)，使用鋰鈷氧化物、鋰錳氧化物以及鋰鎳氧化物的組合物是公知的。作為負電極材料(負電極活性材料)，使用石墨和焦炭的組合物是公知的。本專利申請的申請人發(fā)現(xiàn)當具有用于各種類型鋰離子二次電池的正電極材料的鋰錳氧化物的錳鋰離子二次電池存儲在特定SOC(充電狀態(tài))下時電池性能快速劣化。在上下文中，SOC表示鋰離子二次電池的容量與總電荷的比例。電池性能快速劣化的特定SOC小于作為充電極限點的最大SOC且大于作為放電極限點的最小S0C，例如SOC =40%。另外，本專利申請的說明書中的"存儲"表示鋰離子二次電池保持在SOC的特定電壓的狀態(tài)下。電池性能在特定SOC下劣化的現(xiàn)象不是顯著地與下述情況有關(guān)，所述情況即就是鋰離子二次電池存儲在滿充電狀態(tài)下，例如當它用于UPS(不間斷電源)時。然而，在鋰離子二次電池存儲在最大SOC與最小SOC之間的任何SOC下的應(yīng)用中， 例如在存儲了由上述可再生的電源所產(chǎn)生的電力的應(yīng)用中，鋰離子二次電池能夠被理解為保持在上述特定SOC下。在這種情況下，鋰離子二次電池的電池性能快速劣化。
相關(guān)技術(shù)文獻專利文獻專利文獻1 日本專利公開No2000-030751專利文獻2 日本專利公開No2001-30778
發(fā)明內(nèi)容
因此，提供了一種錳鋰離子二次電池的充電和放電方法以及其充電和放電系統(tǒng)， 其能夠降低在它們存儲時錳鋰離子二次電池的壽命周期的縮短。為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的示例性方面的鋰離子二次電池的充電和放電方法是具有錳正電極材料的鋰離子二次電池的充電和放電方法，該方法包括步驟使計算機存儲比逐漸劣化的SOC低的預(yù)設(shè)第一閾值以及比所述逐漸劣化的SOC大的預(yù)設(shè)第二閾值，所述逐漸劣化的SOC即就是其中當鋰離子二次電池存儲時所述鋰離子二次電池的電池性能劣化的SOC ；使所述計算機對提供于電線與所述鋰離子二次電池之間的開關(guān)、用于提供要對所述鋰離子二次電池進行充電所必需的電力的電力電源、以及消耗從與所述電線相連接的所述鋰離子二次電池放出的電力的負載進行控制，使得根據(jù)所述鋰離子二次電池的SOC的值、當所述鋰離子二次電池充電時，所述鋰離子二次電池的充電操作從所述第一閾值持續(xù)到所述第二閾值，從用于對所述鋰離子二次電池的SOC的值進行檢測的監(jiān)控設(shè)備來傳送 SOC的值；以及使所述計算機對所述開關(guān)進行控制，使得當所述鋰離子二次電池放電時所述鋰離子二次電池的放電操作從所述第二閾值持續(xù)到所述第一閾值。另一方面，根據(jù)本發(fā)明的示例性方面的充電和放電系統(tǒng)是用于對具有錳正電極材料的鋰離子二次電池的充電和放電進行控制的充電和放電系統(tǒng)，該充電和放電系統(tǒng)包括監(jiān)控設(shè)備，其用于對所述鋰離子二次電池的SOC進行檢測；開關(guān)，其用于連接或斷開電線、所述鋰離子二次電池、用于提供要對所述鋰離子二次電池進行充電所必需的電力的電力電源、以及消耗從與所述電線相連接的所述鋰離子二次電池放出的電力的負載；以及信息處理設(shè)備，其用于存儲比逐漸劣化的SOC低的預(yù)設(shè)第一閾值以及比所述逐漸劣化的SOC大的預(yù)設(shè)第二閾值，所述逐漸劣化的SOC是其中當鋰離子二次電池存儲時所述鋰離子二次電池的電池性能劣化的S0C，并且用于對所述開關(guān)進行控制使得基于所述鋰離子二次電池的SOC的值，當所述鋰離子二次電池充電時，所述鋰離子二次電池的充電操作從所述第一閾值持續(xù)到所述第二閾值并且使得當所述鋰離子二次電池放電時所述鋰離子二次電池的放電操作從所述第二閾值持續(xù)到所述第一閾值，SOC的值是由所述監(jiān)控設(shè)備檢測的。


圖1是舉例說明了根據(jù)第一示例性實施例的充電和放電系統(tǒng)的框圖。圖2是舉例說明了圖1所示的信息處理設(shè)備的框圖。圖3是示出了由根據(jù)第一示例性實施例的充電和放電系統(tǒng)所執(zhí)行的控制方法的示意圖。圖4是示出了由根據(jù)第一示例性實施例的充電和放電系統(tǒng)所執(zhí)行的控制方法的示意圖。圖5是舉例說明了根據(jù)第一示例性實施例的鋰離子二次電池基于其來充電的充電和放電方法的充電過程的流程圖。圖6是舉例說明了根據(jù)第一示例性實施例的鋰離子二次電池基于其來放電的充電和放電方法的放電過程的流程圖。圖7是進一步舉例說明了根據(jù)第一示例性實施例的鋰離子二次電池基于其來充電的充電和放電方法的充電過程的流程圖。圖8是進一步舉例說明了根據(jù)第一示例性實施例的鋰離子二次電池基于其來放電的充電和放電方法的放電過程的流程圖。圖9是舉例說明了根據(jù)第二示例性實施例的充電和放電系統(tǒng)的框圖。示例性實施例接下來，參考附圖，對本發(fā)明進行描述。(第一示例性實施例)圖1是舉例說明了根據(jù)第一示例性實施例的充電和放電系統(tǒng)的框圖，而圖2是舉例說明了圖1所示的信息處理設(shè)備的框圖。如圖1所示，將根據(jù)第一示例性實施例的充電和放電系統(tǒng)構(gòu)造成提供其正電極和負電極與相應(yīng)電線并聯(lián)連接的N個(其中N是正整數(shù))鋰離子二次電池(在下文中，簡單地稱為二次電池)I1至In、用于對各個二次電池I1至In的SOC的值進行檢測的監(jiān)控設(shè)備2、 用于對二次電池I1至In的充電和放電進行控制的信息處理設(shè)備3、以及與二次電池I1至In 相對應(yīng)地提供且分別使二次電池I1至In與電線相連接或斷開的多個開關(guān)I至4n。與電線相連接的是用于提供要對例如電力用戶(住宅或設(shè)施)所提供的可再生電源的二次電池進行充電所必需的電力的電力電源以及用于將電力公司的配電站所提供的電力分配到每個電力用戶的末端變壓器。另外，負載消耗從二次電池放出的電力，例如各種類型電氣設(shè)備以及電力用戶(住宅或設(shè)施)所提供的且消耗電力的特定類型熱泵式熱水供應(yīng)器中的一個。雖然圖1示出了 N個二次電池I1至In緊密地排列，但是它們也可以任何方式排列，只要可以對其充電和放電進行控制。例如，多個二次電池(電池)1至In可以包含在一個包之中(電池包)或者分配二次電池I1至In為住在或者處于邊遠地區(qū)的各個電力用戶 (住宅或工廠)存儲電力。如果二次電池I1至In彼此獨立地分布，那么信息處理設(shè)備3與監(jiān)控設(shè)備2之間的連接以及信息處理設(shè)備3與開關(guān)I至4n之間的連接通過已知的信息通信裝置進行使得能夠傳送并接收信息、命令等。作為信息通信裝置，可以使用已知的無線通信裝置或者已知的有線通信裝置。認為無線通信裝置適合于例如使用950MHz帶無線電頻率的已知Zigbee無線系統(tǒng)。認為有線通信裝置適合于用于通過電線來發(fā)送和接收信息的已知PLC(輸電線通信)系統(tǒng)。根據(jù)該示例性實施例的充電和放電系統(tǒng)可以與任何系統(tǒng)相連接，只要當這些電池充電時該系統(tǒng)能夠向二次電池I1至U共給預(yù)定電力并且當這些電池放電時向各種類型電氣設(shè)備(負載)中的一個供電。如上所述，二次電池I1至In是錳鋰離子二次電池。錳鋰離子二次電池是其正電極材料主要是鋰錳氧化物(LixMnyOz :x約為1或約為0. 65或約為0. 1至0. 5 ;y約為2 ；ζ約為 4)的電池。然而，Li、Mn、以及0的組合比例不局限于這些值。另外，正電極材料可以包含諸如Al、Mg、Cr、Fe、Co、Ni、Cu的各種類型物質(zhì)，只要正電極材料主要是鋰錳氧化物。圖1所示的二次電池I1至In上的虛線表示在二次電池I1至In存儲時二次電池I1 至In的性能快速劣化的特定SOC(以下簡稱為逐漸劣化的SOCd)。另一方面，圖1所示的二次電池I1至In上的實線示意性地表示相比于二次電池I1至In的容量的存儲電力量。那些圖例適用于圖3、圖4、以及圖7所示的二次電池的虛線和實線。雖然圖1舉例說明了二次電池I1至In的容量相同，但是它們也可以彼此不同。開關(guān)‘至知例如是能夠?qū)?斷開相對大量的電力并且能夠容易控制的 MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)。開關(guān)*至4ν與用于對開關(guān)I至4N的導(dǎo)通/ 斷開進行控制的信息處理設(shè)備3相連接。開關(guān)I至4n提供有用于導(dǎo)通/斷開其接觸的驅(qū)動電路。開關(guān)I至4n排列在二次電池I1至In或信息處理設(shè)備3附近。開關(guān)I至4n的接觸不必與其驅(qū)動電路集成在一起；而是，接觸可以排列在二次電池I1至In附近并且驅(qū)動電路可以排列在信息處理設(shè)備3附近。監(jiān)控設(shè)備2可以由已知的充電設(shè)備或者由二次電池I1至In的制造商或供應(yīng)商提供的且基于二次電池I1至In的性能和特性制造的保護設(shè)備來實現(xiàn)。通常，保護設(shè)備對各個二次電池I1至In的SOC和輸入到二次電池I1至In以及從二次電池I1至In輸出的電流值進行檢測，而充電設(shè)備基于保護設(shè)備所檢測到的SOC和電流值來改變充電電流(恒定電流) 和充電電壓(恒定電壓)。通常，因為二次電池I1至In的SOC幾乎與其輸出電壓相對應(yīng)，因此監(jiān)控設(shè)備2可以對二次電池I1至In的輸出電壓值而不是SOC進行檢測。如果監(jiān)控設(shè)備 2所檢測到的二次電池I1至In的SOC是模擬值，那么監(jiān)控設(shè)備2可以提供有用于將SOC的值轉(zhuǎn)換成數(shù)字值的A/D轉(zhuǎn)換器。A/D轉(zhuǎn)換器可以提供于信息處理設(shè)備3中。將監(jiān)控設(shè)備2 可以構(gòu)造成提供N個用于分別對各個二次電池I1至In的SOC進行檢測的檢測器或者提供一個用于對二次電池I1至In的SOC的值進行檢測的檢測器。當二次電池I1至In充電和放電時信息處理設(shè)備3接收來自監(jiān)控設(shè)備2的二次電池I1至In的SOC的值，并且基于所接收到的SOC的值來導(dǎo)通/斷開開關(guān)I至4n以便對各個二次電池I1至In的充電和放電進行控制。信息處理設(shè)備3例如可以是由具有圖2所示的結(jié)構(gòu)的計算機實現(xiàn)的。信息處理設(shè)備3不局限于具有圖2所示的結(jié)構(gòu)的計算機。當信息處理設(shè)備3對包含多個電池的電池包進行控制時，信息處理設(shè)備3可以是由一個或多個IC(集成電路)所組成的微型計算機等實現(xiàn)的。圖2所示的計算機被構(gòu)造成提供用于根據(jù)程序來執(zhí)行預(yù)定處理的處理設(shè)備10、用于將命令、信息等輸入到處理設(shè)備10中的輸入設(shè)備20、以及用于輸出處理設(shè)備10的處理結(jié)果的輸出設(shè)備30。將處理設(shè)備10構(gòu)造成提供CPU 11;主存儲設(shè)備12，其用于臨時存儲CPU 11要執(zhí)行的處理所必需的信息；記錄介質(zhì)13，其用于記錄使CPU 11執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的處理的程序；數(shù)據(jù)存儲設(shè)備14，其用于存儲各個二次電池I1至In的額定容量、最大S0C、最小S0C、第一閾值S0Q、第二閾值SOCu等(隨后對第一閾值SOQ和第二閾值SOCu進行描述)；存儲器控制接口部件15，其用于對在主存儲設(shè)備12、記錄介質(zhì)13、以及數(shù)據(jù)存儲設(shè)備14之中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行控制；I/O接口設(shè)備16，該I/O接口設(shè)備16是輸入設(shè)備20與輸出設(shè)備30之間的接口設(shè)備；以及通信控制設(shè)備17，其用于在監(jiān)控設(shè)備2和開關(guān)I至4n以及通過總線18 相連接的那些設(shè)備之間傳送與接收信息和命令。處理設(shè)備10根據(jù)記錄在記錄介質(zhì)13上的程序來執(zhí)行隨后描述的過程以便對各個二次電池I1至In的充電和放電進行控制。記錄介質(zhì)13可以是磁盤、半導(dǎo)體存儲器、光盤、 或者另一類型的記錄介質(zhì)。另一方面，數(shù)據(jù)存儲設(shè)備14可以或者可以不必提供于處理設(shè)備 10中，它可以是由獨立設(shè)備提供。接下來，參考圖3和圖4，對根據(jù)該示例性實施例的充電和放電系統(tǒng)的操作原理進行描述。圖3(a)至(c)和圖4(a)至(e)是示出了由根據(jù)第一示例性實施例的充電和放電系統(tǒng)所執(zhí)行的控制方法的示意圖。圖3(a)至(c)舉例說明了對并聯(lián)連接的兩個二次電池 I1和I2的充電和放電進行控制，而圖4(a)至(e)舉例說明了對并聯(lián)連接的多個二次電池 I1至In的充電和放電進行控制。根據(jù)該示例性實施例的充電和放電系統(tǒng)對二次電池I1至In進行控制，使得在二次電池I1至In的每一個的逐漸劣化的SOCd中充電操作或放電操作不停止。具體地說，預(yù)先設(shè)定比二次電池I1至In的每一個的逐漸劣化的SOCd小的第一閾值SOQ以及比逐漸劣化的 SOCd大的第二閾值S0Q?？梢杂芍圃焐?、供應(yīng)商、或者其用戶根據(jù)各個二次電池I1至In的逐漸劣化的SOCd來預(yù)先設(shè)定第一閾值SOQ和第二閾值SOCu并且可以將其預(yù)先存儲在信息處理設(shè)備3的數(shù)據(jù)存儲設(shè)備14中。根據(jù)該示例性實施例，如圖3(a)至(c)所示，使兩個二次電池I1和I2充電，使得這兩個二次電池I1和I2同時充電以直至它們到達上述逐漸劣化的socd，當兩個二次電池I1 和I2的SOC的值到達第一閾值SOQ時僅使二次電池I1從第一閾值SOQ充電到第二閾值 SOCu,此后僅使另一個二次電池I2從第一閾值SOQ充電到第二閾值SOCu,并且此后使兩個二次電池I1和I2再次同時充電。另一方面，使兩個二次電池I1和I2放電，使得它們同時放電以直至SOC的值到達上述逐漸劣化的socd，當兩個二次電池I1和I2的SOC的值到達第二閾值SOCu時僅使一個二次電池I1從第二閾值SOCu放電到第一閾值SOCy此后僅使另一個二次電池I2從第二閾值SOCu放電到第一閾值SOCp并且此后使兩個二次電池I1和I2再次同時放電。圖3 (a)示出了兩個二次電池I1和I2同時充電。另外，圖3(a)舉例說明了充電的兩個二次電池I1和I2的SOC的值相同。圖3(b)示出了兩個二次電池I1和I2的SOC的值從圖3(a)所示的狀態(tài)到達第一閾值S0Q，右側(cè)上的二次電池I2的充電操作停止，并且此后僅使左側(cè)上的二次電池I1充電到第二閾值S0Q。圖3 (c)示出了在圖3(b)所示的狀態(tài)之后，左側(cè)上的二次電池I1的充電操作停止并且此后僅使右側(cè)上的二次電池I2充電到第二閾值 SOCu。另一方面，使圖4(a)至(e)所示的三個或更多二次電池I1至In充電，使得各個二次電池I1至In同時充電以直至其SOC的值到達上述逐漸劣化的S0Cd，當二次電池I1和In 的SOC的值到達第一閾值SOCl時，依次使各個二次電池I1至In從第一閾值SOCL充電到第二閾值SOCu，并且此后使各個二次電池I1至In再次同時充電。另一方面，使三個或更多二次電池I1至In放電，使得二次電池I1至In同時放電以直至其SOC的值到達上述逐漸劣化的S0Cd，當二次電池I1至In的SOC的值到達第二閾值 SOCu時，使各個二次電池I1至In依次從第二閾值SOCu放電到第一閾值SOCl，并且此后僅使各個二次電池I1至In再次同時放電。圖4(a)示出了多個二次電池I1至In同時充電。另外，圖4(a)舉例說明了充電的各個二次電池I1至1N WSOC的值相同。圖4(b)示出了在圖4(a)所示的狀態(tài)之后，各個二次電池I1至In的SOC的值到達第一閾值S0Q，除了最左側(cè)上的二次電池I1之外的所有二次電池I2至In的充電操作停止，并且此后僅使最左側(cè)上的二次電池I1充電以直至SOC的值到達第二閾值S0Q。圖4 (c)示出了在圖4(b)所示的狀態(tài)之后，除了第二個最左側(cè)位置處的二次電池I2之外的所有二次電池I1和I3至In的充電操作停止，并且此后僅使第二個最左側(cè)位置處的二次電池I2充電以直至SOC的值到達第二閾值S0Q。圖4(d)示出了在圖 4(c)所示的狀態(tài)之后，除了最右側(cè)上的二次電池In之外的所有二次電池I1至Iim的充電操作停止，并且此后僅使最右側(cè)上的二次電池In充電以直至SOC的值到達第二閾值S0Q。圖 4(e)示出了在圖4(d)的狀態(tài)之后，使各個二次電池I1至In的充電操作再次同時開始。如圖3(a)至(c)以及圖4(a)至(e)所示，通過使開關(guān)4工至4N連接或斷開電線與二次電池I1至1N，可以對各個二次電池I1至In的充電操作和放電操作進行控制。雖然以上描述，圖3(a)至(c)以及圖4(a)至(e)舉例說明了當充電操作和放電操作開始時各個二次電池I1至In的SOC的值相同，但是當充電操作和放電操作開始時各個二次電池I1至In的SOC的值可以彼此不同。在這種情況下，按照二次電池I1至In的SOC 的值到達第一閾值SOCl的順序，能夠使它們依次從第一閾值SOCL充電到第二閾值SOCutl類似地，按照二次電池I1至In的SOC的值到達第二閾值SOCu的順序，能夠使它們順利地從第二閾值SOCu放電到第一閾值S0Q。雖然以上描述，圖3(a)至(c)以及圖4(a)至(e)舉例說明了對每個二次電池I1 至In所設(shè)定的第一閾值SOQ和第二閾值SOCu相同，但是對每個二次電池I1至In所設(shè)定的第一閾值SOQ和第二閾值50(^可以彼此不同。在這種情況下，類似地，按照二次電池I1至 In的SOC的值到達第一閾值SOCl的順序，可以使它們依次從第一閾值SOCL充電到第二閾值 SOCu。類似地，按照二次電池I1至In的SOC的值到達第二閾值SOCu的順序，能夠使它們順利地從第二閾值SOCu放電到第一閾值SOCp根據(jù)該示例性實施例，雖然第一閾值SOQ與第二閾值SOCui間的充電和放電方法不受限制，然而，在二次電池I1至In從第一閾值SOQ充電到第二閾值SOCuW同時，通過在二次電池I1至In的容許范圍中增大充電電流和充電電壓能夠增大充電速度。類似地，在二次電池I1至In從第二閾值SOCu放電到第一閾值SOQ的同時，通過在二次電池I1至In的容許范圍中增大在負載中流動的電流能夠增大放電速度。能夠由根據(jù)二次電池I1至In的性能和特性所制造的上述充電設(shè)備來對充電電流和充電電壓進行控制。另一方面，當信息處理設(shè)備3和上述類型的熱泵式熱水供應(yīng)器通過信息通信裝置相連接并且由信息處理設(shè)備3 來控制熱水供應(yīng)器時，通過使熱水供應(yīng)器操作，能夠增大負載電流。信息通信裝置可以是已知的無線通信裝置或已知的有線通信裝置。接下來，參考附圖，對根據(jù)該示例性實施例的鋰離子二次電池的充電和放電方法進行描述。圖5是舉例說明根據(jù)第一示例性實施例的、鋰離子二次電池基于其來充電的充電和放電方法的充電過程的流程圖，而圖6是舉例說明根據(jù)第一示例性實施例的、鋰離子二次電池基于其來放電的充電和放電方法的放電過程的流程圖。圖5和圖6示出了由SOCi表示N個二次電池I1至In的第i (其中i = 1，2，...， N) 二次電池Ii的SOC的值并且由SWi表示與第i 二次電池Ii相對應(yīng)地提供的開關(guān)4i。i 可以分配給任何二次電池并且隨著處理的進行而切換，而不是已向其分配使得對它們進行標識。圖5和圖6所示的處理由圖1和圖2所示的信息處理設(shè)備3的處理設(shè)備10執(zhí)行。如圖5所示，處理設(shè)備10對二次電池I1至In進行充電，使得導(dǎo)通所有SW1至^， 從監(jiān)控設(shè)備2獲得第i(i = 1) 二次電池I1WSOC的值SOCi (步驟Al)，并且將SOCi與預(yù)設(shè)的第二閾值SOCu進行比較(步驟A2)。如果所獲得的SOCi等于或大于第二閾值SOCu,那么處理設(shè)備10確定i的值是否是N (步驟A3)。除非i的值是N，否則處理設(shè)備10斷開與i的值相對應(yīng)的SWi，使i的值加 1 (步驟A4)，并且重復(fù)從步驟Al的處理。如果i的值是N，那么處理設(shè)備10前進到隨后描述的步驟A13的處理。在從步驟Al至A4的處理完成之后，僅導(dǎo)通與其SOC的值未到達第二閾值SOCu的二次電池相對應(yīng)的開關(guān)(充電目標)。在該示例中，假定由Ν-j+l來表示這些開關(guān)的數(shù)目。 換句話說，(j_l)個二次電池的SOC的值已到達第二閾值SOCuq處理設(shè)備10同時對這些目標二次電池進行充電。就此，在處理設(shè)備10對這些目標二次電池進行充電的同時，它從監(jiān)控設(shè)備2依次獲得二次電池Ij至In的SOC的值。在處理設(shè)備10獲得了第i 二次電池Ii的SOC的值SOCi (步驟A5)之后，將該SOCi 與預(yù)設(shè)的第一閾值SOQ進行比較(步驟A6)。如果所獲得的SOCi等于或小于第一閾值S0Q，那么處理設(shè)備10確定i的值是否是N (步驟A7)。除非i的值是N，否則處理設(shè)備10使i的值加1 (步驟A8)并且重復(fù)從步驟A6的處理。如果i的值是N，那么處理設(shè)備10前進到隨后描述的步驟A13的處理。如果所獲得的SOCi大于第一閾值S0Q，那么處理設(shè)備10斷開與除了第i 二次電池Ii之外的其他目標二次電池相對應(yīng)的所有SWi (i = j+1，· · ·，N)(步驟A9)。此后，處理設(shè)備10將SOCi與預(yù)設(shè)的第二閾值SOCu進行比較(步驟A10)。如果 SOCi等于或小于第二閾值SOCu,那么處理設(shè)備10重復(fù)步驟AlO的處理。如果SOCi大于第二閾值SOCu,那么處理設(shè)備10確定i的值是否是N(步驟Al 1)。除非i的值是N，否則處理設(shè)備10導(dǎo)通與第(i+Ι) 二次電池Iw相對應(yīng)的SWi+1并且此后斷開與第i 二次電池Ii相對應(yīng)的SWi。此后，處理設(shè)備10使i的值加1 (步驟A12)。如果在步驟All處的處理中i的值是N，那么處理設(shè)備10導(dǎo)通除了與第N 二次電池In相對應(yīng)的開關(guān)SWn之外的與其他充電目標二次電池相對應(yīng)的所有開關(guān)SWi至SWim (步驟A13)并且繼續(xù)充電操作(步驟A14)。該充電操作可以繼續(xù)以直至所有二次電池I1至In 的SOC的值到達最大S0C。如圖6所示，處理設(shè)備10使各個二次電池I1至In放電，使得它導(dǎo)通所有SW1至 SWn,從監(jiān)控設(shè)備2獲得第i (i = 1) 二次電池Ii的SOC的值SOCi (步驟Bi)，并且將該SOCi 與預(yù)設(shè)的第一閾值SOQ進行比較(步驟B2)。如果所獲得的SOCi等于或小于第一閾值S0Q，那么處理設(shè)備10確定i的值是否是N (步驟B3)。除非i的值是N，否則處理設(shè)備10斷開與i的值相對應(yīng)的SWi,使i的值加 1 (步驟B4)，并且重復(fù)從步驟Bl的處理。如果i的值是N，那么處理設(shè)備10前進到步驟B13 的處理。在從步驟Bl至B4的處理完成之后，僅導(dǎo)通與其SOC的值未到達第一閾值SOQ的二次電池相對應(yīng)的開關(guān)(放電目標)。在該示例中，假定由Ν-j+l來表示這些目標二次電池的數(shù)目。換句話說，(j_l) 二次電池的SOC的值已到達第一閾值SOCl。處理設(shè)備10同時使這些放電目標二次電池放電。就此，在處理設(shè)備10使這些放電目標二次電池放電的同時，它從監(jiān)控設(shè)備2依次獲得二次電池I至In的SOC的值。在處理設(shè)備10獲得了第i 二次電池Ii的SOC的值SOCi (步驟A5)之后，處理設(shè)備 10將SOCi與預(yù)設(shè)的第二閾值SOCu進行比較(步驟B6)。如果所獲得的SOCi等于或大于第二閾值SOCu,那么處理設(shè)備10確定i的值是否是N (步驟B7)。除非i的值是N，否則處理設(shè)備10使i的值加1 (步驟B8)并且重復(fù)從步驟B6的處理。如果i的值是N，那么處理設(shè)備10前進到隨后描述的步驟B13的處理。如果所獲得的SOCi大于第二閾值SOCu,那么處理設(shè)備10斷開與除了第i 二次電池Ii之外的其他放電目標二次電池相對應(yīng)的所有SWi (i = j+1，. . .，N)(步驟B9)。此后，處理設(shè)備10將SOCi與預(yù)設(shè)的第一閾值SOQ進行比較(步驟B10)。如果 SOCi等于或小于第一閾值SOCy那么處理設(shè)備10重復(fù)步驟BlO處的處理。如果SOCi大于第一閾值SOCy那么處理設(shè)備10確定i的值是否是N(步驟Bll)。除非i的值是N，那么處理設(shè)備10導(dǎo)通與第(i+Ι) 二次電池Iw相對應(yīng)的SWi+1并且此后斷開與第i 二次電池Ii相對應(yīng)的SWi。此后，處理設(shè)備10使i的值加1 (步驟B12)。如果在步驟Bll的處理中i的值是N，那么處理設(shè)備10導(dǎo)通除了與第N 二次電池 In相對應(yīng)的開關(guān)SWn之外的、與其他放電目標二次電池相對應(yīng)的所有開關(guān)SWi至SWn (步驟 B13)并且此后繼續(xù)放電操作(步驟B14)。該放電操作可以繼續(xù)以直至所有二次電池I1至 In的SOC的值到達最小SOC0上述圖5和圖6舉例說明了監(jiān)控設(shè)備2提供有N個檢測器并且可以獨立地獲得N 個二次電池I1至In的SOC的值的處理。與此相反，圖7和圖8舉例說明了監(jiān)控設(shè)備2提供有用于對各個二次電池I1至In 的SOC的值進行檢測的一個檢測器。圖7是進一步舉例說明根據(jù)第一示例性實施例的、鋰離子二次電池基于其充電的充電和放電方法的充電過程的流程圖，而圖8是進一步舉例說明了根據(jù)第一示例性實施例的、鋰離子二次電池基于其進行放電的充電和放電方法的放電過程的流程圖。圖7和圖8示出了由SOCi表示二次電池I1至In的第i (其中i = 1，2，. . .，N) 二次電池Ii的SOC的值并且由SWi表示與第i 二次電池Ii相對應(yīng)地提供的開關(guān)4i。i可以分配給任何二次電池并且隨著處理的進行而切換，而不是已向其分配使得對它們進行標識。圖7和圖8所示的處理由圖1和圖2所示的信息處理設(shè)備3的處理設(shè)備10執(zhí)行。如圖7所示，處理設(shè)備10使二次電池I1至In充電，使得導(dǎo)通與第i(i = 1) 二次電池Ii相對應(yīng)的SWi并且斷開除了 SWi (i = 1)之外的其他SWi (i = 2，3，. . .，N)。此后，處理設(shè)備10獲得第i 二次電池Ii的SOC的值SOCi，并且將該SOCi與預(yù)設(shè)的第二閾值SOCu進行比較(步驟C2)。如果所獲得的SOCi等于或小于第二閾值SOCu，那么處理設(shè)備10重復(fù)步驟C2的處理。就此，二次電池Ii被連續(xù)地充電以直至SOC的值超過第一閾值SOCl并且到達第二閾值SOCuq如果所獲得的SOCi大于第二閾值SOCu,那么處理設(shè)備10確定i的值是否是N(步驟C3)。除非i的值是N，否則處理設(shè)備10導(dǎo)通與第(i+Ι) 二次電池丨^相對應(yīng)的SWi+1，然后斷開與第i 二次電池Ii相對應(yīng)的SWitl此后，處理設(shè)備10使i的值加1 (步驟C4)，然后重復(fù)從步驟C2的處理。如果i的值是N，那么處理設(shè)備10導(dǎo)通除了與第N 二次電池In相對應(yīng)的開關(guān)SWn 之外的所有(步驟C5)，并且繼續(xù)充電(步驟C6)。充電操作可以繼續(xù)以直至所有二次電池I1至In的SOC的值到達最大S0C。如圖8所示，處理設(shè)備10使各個二次電池“至1,放電，使得它導(dǎo)通與第i(i = 1) 二次電池Ii相對應(yīng)的SWi并且此后斷開除了 SWi (i = 1)之外的其他SWi (i = 2，3，...，N) (步驟Dl)。此后，處理設(shè)備10從監(jiān)控設(shè)備2獲得第i (i = 1) 二次電池Ii的SOC的值SOCi并且此后將該SOCi與預(yù)設(shè)的第一閾值SOQ進行比較(步驟擬)。如果所獲得的SOCi等于或大于第一閾值SOCy那么處理設(shè)備10重復(fù)步驟D2的處理。就此，二次電池Ii被連續(xù)地放電以直至SOC的值變得小于第二閾值SOCu并且到達第一閾值SOCp如果所獲得的SOCi小于第一閾值S0Q，那么處理設(shè)備10確定i的值是否是N(步驟D3)。除非i的值是N，那么處理設(shè)備10導(dǎo)通與第(i+Ι) 二次電池Iw相對應(yīng)的SWw并且此后斷開與第i 二次電池Ii相對應(yīng)的SWitl此后，處理設(shè)備10使i的值加1 (步驟D4)， 并且此后重復(fù)從步驟D2的處理。如果i的值是N，那么處理設(shè)備10導(dǎo)通除了與第N 二次電池In相對應(yīng)的開關(guān)SWn 之外的所有SWi至SWN_i (步驟并且繼續(xù)放電(步驟D6)。放電操作可以繼續(xù)以直至所有二次電池I1至In的SOC的值到達最小S0C。根據(jù)該示例性實施例，因為對其SOC的值已到達第一閾值SOQ以直至它們到達第二閾值SOCu的二次電池繼續(xù)充電操作并且對其SOC的值已到達第二閾值SOCu以直至它們到達第一閾值SOQ的二次電池I1至In繼續(xù)放電操作，因此各個二次電池I1至In在其逐漸劣化的SOCd中不停止充電操作或放電操作。因此，當存儲時，可以防止錳鋰離子二次電池 I1至In的產(chǎn)品生命周期的降低縮短了。在上面的描述中，雖然假定各個二次電池I1至In的逐漸劣化的SOCd是恒定的，但是它可以根據(jù)二次電池I1至In的操作時間以及充電和放電次數(shù)而改變。因此，上述第一閾值SOQ和第二閾值SOCu可以根據(jù)操作時間以及充電和放電次數(shù)而改變。(第二示例性實施例)圖9是舉例說明根據(jù)第二示例性實施例的充電和放電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的框圖。第一示例性實施例舉例說明了對并聯(lián)連接的多個二次電池I1至In進行控制，使得充電操作或放電操作在逐漸劣化的SOCd中不停止。與此相反，第二示例性實施例舉例說明了對一個二次電池1進行控制，使得充電操作或放電操作在逐漸劣化的SOCd中不停止。如圖9所示，第二示例性實施例的充電和放電系統(tǒng)與第一示例性實施例的不同之處在于控制目標二次電池的數(shù)目是一個。另外，第二示例性實施例的信息處理設(shè)備例如通過信息通信裝置與一種熱泵式熱水供應(yīng)器相連接，并且該熱水供應(yīng)器可以由信息處理設(shè)備來控制。因為第二示例性實施例的充電和放電系統(tǒng)的其他部件的結(jié)構(gòu)與第一示例性實施例相同，因此省略該描述。信息通信裝置可以是已知的無線通信裝置或者已知的有線通信裝置。無線通信裝置可以被理解為例如使用950MHz帶無線電頻率的已知Zigbee無線系統(tǒng)。認為有線通信裝置適合于用于使用例如電線來發(fā)送和接收信息的已知PLC(輸電線通信)系統(tǒng)。根據(jù)第二示例性實施例的充電和放電系統(tǒng)對開關(guān)4進行控制，使得基于二次電池 1的SOC的值而使充電操作從第一閾值SOQ持續(xù)到第二閾值SOCu,并且基于二次電池1的 SOC的值而使放電操作從第二閾值SOCu持續(xù)到第一閾值SOCp例如，當由諸如太陽能電池的可再生電源所產(chǎn)生的電力對二次電池1充電時，如果二次電池1的SOC的值是逐漸劣化的socd，那么可再生電源的電力將停止并且從而充電操作將停止。在這種情況下，該示例性實施例的信息處理設(shè)備3將繼續(xù)由電力公司通過配電系統(tǒng)所提供的電力對二次電池1的充電操作。另一方面，當二次電池1放電時，因為作為負載的所有電力設(shè)備的操作停止，因此不能拒絕當二次電池1的SOC的值是逐漸劣化的SOCd時放電操作將停止的可能性。在這種情況下，該示例性實施例的信息處理設(shè)備3使上述類型的熱泵式熱水供應(yīng)器進行操作以便繼續(xù)二次電池1的放電操作，并且由此防止二次電池1的放電操作在逐漸劣化的SOCd中停止。從其它二次電池的角度來看，充電的二次電池等效于消耗電力的電力設(shè)備。因此， 如果存在該示例性實施例的充電和放電系統(tǒng)中未包含的二次電池(外部二次電池)，那么可以繼續(xù)二次電池1的放電操作，使得對外部二次電池充電。如果二次電池1的放電操作在逐漸劣化的SOCd中停止，那么信息處理設(shè)備3能夠防止二次電池1進入逐漸劣化的S0Cd， 以使得信息處理設(shè)備3使二次電池1由配電系統(tǒng)所提供的電力充電?？梢詫⒃撌纠詫嵤├南率龇椒ㄅc第一示例性實施例的充電和放電系統(tǒng)相結(jié)合，在該示例性實施例的所述方法中通過改變充電電源來繼續(xù)充電操作并且通過使特定類型的熱泵式熱水供應(yīng)器操作來繼續(xù)充電操作。根據(jù)第二示例性實施例，當二次電池1進入逐漸劣化的SOCd時充電操作或放電操作不停止。因此，與第一示例性實施例一樣，當錳鋰離子二次電池1存儲時，可以防止產(chǎn)品生命周期的減小縮短?，F(xiàn)在，參考示例性實施例，已對本發(fā)明進行了描述。然而，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可以以各種方式對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和細節(jié)做出變化。該申請要求基于2010年3月23日提交的日本專利申請No. 2010-066107的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。
權(quán)利要求
1.一種具有錳正電極材料的鋰離子二次電池的充電和放電方法，該方法包括步驟使計算機存儲比逐漸劣化的SOC低的預(yù)設(shè)第一閾值并且存儲比所述逐漸劣化的SOC大的預(yù)設(shè)第二閾值，所述逐漸劣化的SOC是當鋰離子二次電池被存儲時所述鋰離子二次電池的電池性能劣化的SOC ；使所述計算機對電線與所述鋰離子二次電池之間提供的開關(guān)、提供對所述鋰離子二次電池進行充電所必需的電力的電力電源、以及消耗從與所述電線相連接的所述鋰離子二次電池放出的電力的負載進行控制，使得基于所述鋰離子二次電池的SOC的值，當所述鋰離子二次電池充電時，用于所述鋰離子二次電池的充電操作從所述第一閾值持續(xù)到所述第二閾值，所述SOC的值是從對所述鋰離子二次電池的SOC的值進行檢測的監(jiān)控設(shè)備傳送的；以及使所述計算機對所述開關(guān)進行控制，使得當所述鋰離子二次電池放電時，用于所述鋰離子二次電池的放電操作從所述第二閾值持續(xù)到所述第一閾值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子二次電池的充電和放電方法，其中，當所述多個鋰離子二次電池充電時，通過使所述計算機對與所述鋰離子二次電池相對應(yīng)地提供的所述多個開關(guān)進行控制來執(zhí)行第一控制步驟，使得已到達所述第一閾值的所述鋰離子二次電池依次從所述第一閾值充電到所述第二閾值，以及其中，當所述多個鋰離子二次電池放電時，通過使所述計算機對與所述鋰離子二次電池相對應(yīng)地提供的所述開關(guān)進行控制來執(zhí)行第二控制步驟，使得已到達所述第二閾值的所述鋰離子二次電池依次從所述第二閾值放電到所述第一閾值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋰離子二次電池的充電和放電方法，其中，所述鋰離子二次電池的所述正電極材料主要是鋰錳氧化物。
4.一種對具有錳正電極材料的鋰離子二次電池的充電和放電進行控制的充電和放電系統(tǒng)，包括監(jiān)控設(shè)備，所述監(jiān)控設(shè)備對所述鋰離子二次電池的SOC進行檢測；開關(guān)，所述開關(guān)對電線和所述鋰離子二次電池、提供對所述鋰離子二次電池進行充電所必需的電力的電力電源、以及消耗從與所述電線相連接的所述鋰離子二次電池放出的電力的負載進行連接或斷開；以及信息處理設(shè)備，所述信息處理設(shè)備存儲比逐漸劣化的SOC低的預(yù)設(shè)第一閾值以及比所述逐漸劣化的SOC大的預(yù)設(shè)第二閾值，所述逐漸劣化的SOC是當鋰離子二次電池被存儲時所述鋰離子二次電池的電池性能劣化的S0C，并且對所述開關(guān)進行控制，使得基于所述鋰離子二次電池的SOC的值，當所述鋰離子二次電池充電時用于所述鋰離子二次電池的充電操作從所述第一閾值持續(xù)到所述第二閾值，并且使得當所述鋰離子二次電池放電時用于所述鋰離子二次電池的放電操作從所述第二閾值持續(xù)到所述第一閾值，所述SOC的值由所述監(jiān)控設(shè)備來檢測。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的充電和放電系統(tǒng)，其中，所述開關(guān)與所述鋰離子二次電池相對應(yīng)地提供，其中，當所述多個鋰離子二次電池充電時，所述信息處理設(shè)備對所述開關(guān)進行控制，使得已到達所述第一閾值的所述鋰離子二次電池依次從所述第一閾值充電到所述第二閾值， 以及其中，當所述多個鋰離子二次電池放電時，所述信息處理設(shè)備對所述開關(guān)進行控制，使得已到達所述第二閾值的所述鋰離子二次電池依次從所述第二閾值放電到所述第一閾值。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的充電和放電系統(tǒng)，其中，所述鋰離子二次電池的所述正電極材料主要是鋰錳氧化物。
7.一種對具有錳正電極材料的鋰離子二次電池的充電和放電進行控制的信息處理設(shè)備，包括存儲設(shè)備，所述存儲設(shè)備存儲比逐漸劣化的SOC低的預(yù)設(shè)第一閾值并且存儲比所述逐漸劣化的SOC大的預(yù)設(shè)第二閾值，所述逐漸劣化的SOC是當鋰離子二次電池被存儲時所述鋰離子二次電池的電池性能劣化的SOC ；以及處理設(shè)備，所述處理設(shè)備對電線與所述鋰離子二次電池之間提供的開關(guān)、提供對所述鋰離子二次電池進行充電所必需的電力的電力電源、以及消耗從與所述電線相連接的所述鋰離子二次電池放出的電力的負載進行控制，使得基于所述鋰離子二次電池的SOC的值， 當所述鋰離子二次電池充電時，用于所述鋰離子二次電池的充電操作從所述第一閾值持續(xù)到所述第二閾值，并且使得當所述鋰離子二次電池放電時，用于所述鋰離子二次電池的放電操作從所述第二閾值持續(xù)到所述第一閾值，所述SOC的值是從對所述鋰離子二次電池的 SOC的值進行檢測的監(jiān)控設(shè)備傳送的。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的信息處理設(shè)備，其中，當所述多個鋰離子二次電池充電時，所述信息處理設(shè)備對與所述鋰離子二次電池相對應(yīng)地提供的所述開關(guān)進行控制，使得已到達所述第一閾值的所述鋰離子二次電池依次從所述第一閾值充電到所述第二閾值，以及其中，當所述多個鋰離子二次電池放電時，所述信息處理設(shè)備對與所述鋰離子二次電池相對應(yīng)地提供的所述開關(guān)進行控制，使得已到達所述第二閾值的所述鋰離子二次電池依次從所述第二閾值放電到所述第一閾值。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的信息處理設(shè)備，其中，所述鋰離子二次電池的所述正電極材料主要是鋰錳氧化物。
全文摘要
預(yù)先設(shè)定比逐漸劣化的SOC低的預(yù)設(shè)第一閾值以及比逐漸劣化的SOC大的預(yù)設(shè)第二閾值，所述逐漸劣化的SOC是當鋰離子二次電池被存儲時鋰離子二次電池的電池性能劣化的SOC。計算機對電線與鋰離子二次電池之間提供的開關(guān)、用于提供對鋰離子二次電池進行充電所必需的電力的電力電源、以及消耗從與電線相連接的鋰離子二次電池放出的電力的負載進行控制，使得基于鋰離子二次電池的SOC的值，當鋰離子二次電池充電時，用于鋰離子二次電池的充電操作從所述第一閾值持續(xù)到所述第二閾值，從用于對鋰離子二次電池的SOC的值進行檢測的監(jiān)控設(shè)備來傳送所述SOC的值，并且用于對開關(guān)進行控制，使得當鋰離子二次電池放電時，用于鋰離子二次電池的放電操作從第二閾值持續(xù)到第一閾值。
文檔編號H02J7/00GK102388499SQ201180002555
公開日2012年3月21日 申請日期2011年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月23日
發(fā)明者佐久間壽人, 工藤耕治, 本鄉(xiāng)廣生, 栗林亮介 申請人:日本電氣株式會社