JP2003282154A - 電源装置 - Google Patents
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Abstract
度によらず安定して性能を発揮する電源装置を提供す
る。 【解決手段】 固体電解質のみを使用した全固体電池S
Bと電解液を使用した電解液電池SLとを並列に接続し
て電源装置1を構成する。高温では全固体電池SBが、
低温では電解液電池SLが主に機能するため、高温での
寿命特性が全固体電池と同等、低温での出力特性が電解
液電池と同等の、安定して性能を発揮する電源装置が得
られる。
Description
接続して構成した電源装置に関する。
電池とを並列に接続して構成した電源装置が特開平11
−332023に開示されており、このような電源装置
では高出力特性を長時間維持することが可能となる。
ましい使用温度範囲が決まっているのが普通であり、電
池の種類によってその温度範囲が異なるが、上記の従来
技術では電池の使用温度に着目した組み合わせについて
検討がなされていなかった。
解質のみを使用した全固体電池と電解液を使用した電解
液電池とを並列に接続して電源装置を構成する。
耐久性に優れているが、固体電解質の抵抗が大きいため
特に低温での出力特性(最大放電電力や最大充電電力)
が悪い。一方、電解液電池は、内部抵抗が小さいため出
力特性に優れており、低温でも良好な出力特性を得るこ
とができるが、電解液を使用しているため高温耐久性が
悪い。これらの電池を並列に接続する第1の発明によれ
ば、全固体電池の出力特性が悪い低温条件では電解液電
池が主に使用されるので良好な出力特性が得られ、全固
体電池が良好な出力特性を発揮する高温条件では電解液
電池の負担が低下するので劣化の進行を遅くすることが
できる。
て直列に配置すれば、上記の効果をより確実に得ること
が可能となる。例えば、電解液電池の温度に応じて電解
液電池の電力を制御するように、より具体的には電解液
電池の温度が高くなるほど電解液電池の電力が小さくな
るようにすれば、電解液電池が高温となったとき電解液
電池の負担を確実に低下させることができる。また、全
固体電池の温度に応じて電解液電池の電力を制御するよ
うに、より具体的には全固体電池の温度が低くなるほど
電解液電池の電力が大きくなるようにすれば、全固体電
池が低温となったとき電解液電池の良好な出力特性を確
実に利用することができる。
施形態を図面に基づいて説明する。図1に本発明の第1
の実施形態を示す。全固体リチウム電池SBと電解液リ
チウム電池LBとを並列に接続して電源装置1を構成し
てある。全固体リチウム電池SBは、例えばPEO(ポ
リエチレンオキサイド)にリチウム塩を溶かしてなる高
分子固体電解質のみを使用した電池である。電解液リチ
ウム電池LBは、例えばPC(プロピレンカーボネー
ト)にリチウム塩を溶かしてなる電解液を使用した電池
である。
みを並列接続した電源装置を、比較例2として電解液リ
チウム電池LBのみを並列接続した電源装置をそれぞれ
用意し、これらを前記第1実施形態と比較した結果を図
2と図3に示す。
る寿命特性を示す図である。何れの電源装置も充放電を
繰り返すうちに放電容量が低下していくが、電解液リチ
ウム電池LBのみを使用した比較例2の容量低下が大き
いのに対し、第1実施形態では全固体リチウム電池SB
のみを使用した比較例1に近い寿命特性が得られてい
る。これは、高温条件では全固体リチウム電池SBの出
力が十分に得られるために電解液リチウム電池LBの負
担が低下し、電解液リチウム電池LBの劣化の進行が抑
制されるためである。
℃)における出力特性を示す図である。何れの電源装置
も温度が低くなるほど放電容量が低下していくが、全固
体リチウム電池SBのみを使用した比較例1の容量低下
が大きいのに対し、第1実施形態では電解液リチウム電
池LBのみを使用した比較例2とほぼ同等の出力特性が
得られている。これは、全固体リチウム電池SBが有効
に働かない低温条件では負荷の大部分を電解液リチウム
電池LBが負担することになるため、内部発熱による電
解液リチウム電池LBの内部温度上昇が大きくなり、比
較例2の電解液リチウム電池LBよりも電池1つ当たり
の出力特性が高くなるためである。
解液リチウム電池LBを並列に接続することにより、全
温度領域においてそれぞれを単独に用いたものとほぼ同
等の性能(寿命特性と出力特性)が得られることがわか
る。
ある。全固体リチウム電池SBと電解液リチウム電池L
Bとを並列に接続してある点は第1実施形態と同様であ
り、さらに、全固体リチウム電池SBに対し並列で電解
液リチウム電池LBに対し直列となる位置に電力制御手
段2を設けてある。この電力制御手段2はリレーあるい
は可変抵抗器であり、コントローラ3からの制御信号に
応じて電解液リチウム電池LBの入出力電力を制御す
る。コントローラ3は、電解液リチウム電池LBに近接
して配置された温度センサ4の出力信号に基づいて電力
制御手段2に対する制御信号を生成する。なお、温度セ
ンサ4は電解液リチウム電池LBの温度と相関のある信
号を出力すれば良いので、必ずしも電解液リチウム電池
LBに密接させる必要はない。
と容量劣化率の関係を示す。電解液リチウム電池LB
は、温度がある温度(T1)以上になると急激に容量劣
化が進行する特性をもっている。このため、コントロー
ラ3は温度センサ4の出力信号が温度T1相当の値以上
となったとき電解液リチウム電池LBの入出力電力を制
限する。すなわち、電力制御手段2をリレーで構成する
場合はリレーを非接続状態とする制御信号を送り、電力
制御手段2を可変抵抗器で構成する場合は可変抵抗器の
抵抗値を大きくする制御信号を送る。特に、可変抵抗器
を用いる場合、T1以上となる温度範囲で徐々に抵抗値
を上昇させる(図6)ようにすれば、劣化の進行度合い
を一定の範囲に抑えつつ電解液リチウム電池LBをぎり
ぎりまで活用することが可能となる。
高温時の劣化特性が第1実施形態よりも改善され、図7
に示すように全固体リチウム電池SBのみを使用した比
較例1と同じ高温耐久性が得られる。なお、電解液リチ
ウム電池LBの入出力電力が制限されている状態では負
荷の大部分を全固体リチウム電池SBが負担することに
なるため、内部発熱による全固体リチウム電池SB内部
温度上昇が大きくなり、比較例1の全固体リチウム電池
SBよりも電池1つ当たりの出力特性が高くなる。ま
た、全固体リチウム電池SBの劣化特性に対する電流値
の影響は小さいため、全固体リチウム電池SBの負担が
大きくなっても高温耐久性はほとんど低下しない。
り、この実施形態では電力制御手段としてPTC素子を
使用する。PTC素子は、温度に応じて抵抗値が変化す
る素子であり、図9に示すようにある温度を超えると急
激に抵抗値が大きくなる特性をもっている。電解液リチ
ウム電池LBの温度が伝わる場所にこのPTC素子を配
置し、電解液リチウム電池LBの温度がT1以上となる
ときPTC素子の抵抗値が大きくなるようにPTC素子
の特性を設定する。PTC素子を利用すれば温度センサ
とコントローラを使用することなく前述の電力制御を行
うことができる。なお、PTC素子としては内部抵抗の
小さいポリマーPTC素子を使用することが望ましい。
である。全固体リチウム電池SBの温度と相関のある信
号を出力可能な位置に温度センサ4を配置する点以外は
図4に示す第2実施形態と同じ構成となっている。すな
わち、この実施形態では全固体リチウム電池SBの温度
に応じて電解液リチウム電池LBの入出力電力を制御す
る。例えば、全固体リチウム電池SBの出力特性が十分
なレベルに達する温度をT2としたとき、コントローラ
3は温度センサ4の出力信号が温度T2相当の値以上と
なったとき電解液リチウム電池LBの入出力電力を制限
する。このような電力制御を行うことにより、全固体リ
チウム電池SBだけでは十分な出力特性が得られない低
温条件のとき確実に電解液リチウム電池LBの補助が得
られる。
いは可変抵抗器が使用可能であり、また、PTC素子を
利用して温度センサとコントローラを省略することも可
能である。
である。この実施形態では、全固体リチウム電池SBと
電解液リチウム電池LBとを近接配置(例えば単一のケ
ーシング内に両電池を収納)するとともに、両電池の温
度を平均化したような温度となる位置に温度センサ4を
配置している。この場合、温度センサ4の出力信号が所
定値以上となったとき電解液リチウム電池LBの入出力
電力を制限する。ここで使用する所定値としては、電解
液リチウム電池LBの容量劣化が急激に進行する温度T
1と全固体リチウム電池SBの出力特性が十分なレベル
に達する温度T2との間の温度に対応する値を用いれば
よい。通常はT1>T2であり、前記の所定温度をT1
に近づけて設定するほど電解液リチウム電池LBを活用
する機会が増加し、T2に近づけて設定するほど電解液
リチウム電池LBの劣化抑制効果が大きくなる。
いは可変抵抗器が使用可能であり、また、PTC素子を
利用して温度センサとコントローラを省略することも可
能である。
Claims (11)
- 【請求項1】固体電解質のみを使用した全固体電池と電
解液を使用した電解液電池とを並列に接続したことを特
徴とする電源装置。 - 【請求項2】全固体電池に対し並列で電解液電池に対し
直列となる位置に電力制御手段を設けたことを特徴とす
る請求項1に記載の電源装置。 - 【請求項3】前記電力制御手段は、電解液電池の温度に
応じて電解液電池の電力を制御することを特徴とする請
求項2に記載の電源装置。 - 【請求項4】電解液電池の温度が高くなるほど電解液電
池の電力を小さくすることを特徴とする請求項3に記載
の電源装置。 - 【請求項5】前記電力制御手段は、全固体電池の温度に
応じて電解液電池の電力を制御することを特徴とする請
求項2に記載の電源装置。 - 【請求項6】全固体電池の温度が低くなるほど電解液電
池の電力を大きくすることを特徴とする請求項5に記載
の電源装置。 - 【請求項7】前記電力制御手段をリレーで構成したこと
を特徴とする請求項2に記載の電源装置。 - 【請求項8】前記電力制御手段を可変抵抗器で構成した
ことを特徴とする請求項2に記載の電源装置。 - 【請求項9】前記電力制御手段をPTC素子で構成した
ことを特徴とする請求項2に記載の電源装置。 - 【請求項10】前記PTC素子がポリマーPTC素子で
あることを特徴とする請求項9に記載の電源装置。 - 【請求項11】全固体電池と電解液電池とをそれぞれリ
チウム電池で構成したことを特徴とする請求項1に記載
の電源装置。
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