JP2003282154A - 電源装置 - Google Patents

電源装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 全固体電池と電解液電池の特性を補完して温
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

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は２種類以上の電池を
接続して構成した電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】高出力密度型の電池と高エネルギー型の
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。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、電池には望
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。
【０００４】
【課題を解決するための手段】第１の発明では、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て電源装置を構成する。
【０００５】全固体電池は、電解液を持たないため高温
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。
【０００６】さらに、電力制御手段を電解液電池に対し
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。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明による電源装置の実
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。
【０００８】比較例１として全固体リチウム電池ＳＢの
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。
【０００９】図２は比較的高温な条件（６０℃）におけ
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。
【００１０】図３は広範な温度条件（−４０℃〜４０
℃）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。
【００１１】このように、全固体リチウム電池ＳＢと電
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。
【００１２】図４は本発明の第２の実施形態を示す図で
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。
【００１３】図５に電解液リチウム電池ＬＢの電池温度
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。
【００１４】以上のような電力制御を行うことにより、
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。
【００１５】図８は第２実施形態の変形例を示す図であ
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。
【００１６】図１０は本発明の第３の実施形態を示す図
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。
【００１７】なお、電力制御手段２としてはリレーある
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。
【００１８】図１１は本発明の第４の実施形態を示す図
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。
【００１９】なお、電力制御手段２としてはリレーある
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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の概略構成図。
【図２】高温寿命特性の特性線図。
【図３】出力特性の特性線図。
【図４】本発明の第２の実施形態の概略構成図。
【図５】電解液電池の温度劣化特性の特性線図。
【図６】可変抵抗器の温度抵抗値特性の特性線図。
【図７】高温寿命特性の特性線図。
【図８】第２の実施形態の変形例の概略構成図。
【図９】ＰＴＣ素子の温度抵抗値特性の特性線図。
【図１０】本発明の第３の実施形態の概略構成図。
【図１１】本発明の第４の実施形態の概略構成図。
【符号の説明】
１ 電源装置 ２ 電力制御手段 ３ コントローラ ４ 温度センサ ＳＢ 全固体電池（リチウム電池） ＳＬ 電解液電池（リチウム電池）

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
  3. 【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。
  4. 【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。
  5. 【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。
  6. 【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。
  7. 【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。
  8. 【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。
  9. 【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。
  10. 【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。
  11. 【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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