JP2007335157A - 蓄電池システム、車載電源システム、車両、および蓄電池システムの充電方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】蓄電池システムは、リチウムイオンを吸蔵放出する平均粒子径2μm以上の負極活物質を含む第1の非水電解質電池を有する組電池Aと、リチウムイオンを吸蔵する電位が0.4V(vs.Li/Li)以上で、平均粒子径1μm以下のリチウムイオンを吸蔵する負極活物質を含む第2の非水電解質電池を有する組電池Bと、少なくとも外部から組電池Bに電力供給が無い場合に、組電池Aと組電池Bを断続的に電気接続させ、第2の非水電解質電池の充放電深度が10〜90%の範囲になるように、組電池Aから組電池Bへ断続的に電力供給させる制御部とを有する。
【選択図】 図1
Description
第1の実施の形態の蓄電池システム1は、図1と図2に示すように、昇圧機構2と、昇圧機構2に接続された組電池Aと組電池Bと、組電池Aと組電池Bに接続されたバッテリー制御ユニット(BMU)4とを備えている。組電池Bは、薄型非水電解質二次電池7を単位セルとし、複数の単位セルを直列もしくは並列に接続したモジュールを有するものである。組電池Aは、組電池Bとコントローラ8を介して断続的に並列に接続され、組電池Bの出入力量を制御している。コントローラ8はDC/DCコンバータを内蔵し、定電圧規制で組電圧Aから組電池Bへ電力供給させることができる。
負極は、負極集電体と、負極集電体の片面もしくは両面に担持され、負極活物質、導電剤および結着剤を含む負極層と、を有する。
ここで、(1×106)で表わされる値は1mm×1mmの視野面積(μm2)で、nは結晶粒子数である。
負極集電体の厚さは、20μm以下が好ましい。アルミニウム箔の純度は99.99%以上が好ましい。前記アルミニウム合金としては、マグネシウム、亜鉛、マンガン、ケイ素などの元素を含む合金が好ましい。一方、鉄、銅、ニッケル、クロムなどの遷移金属量は100ppm以下にすることが好ましい。
この正極は、正極集電体と、前記正極集電体の片面もしくは両面に担持され、正極活物質、導電剤および結着剤を含む正極層とを有する。
セパレータとしては、例えば、合成樹脂製不織布、ポリエチレン多孔質フィルム、ポリプロピレン多孔質フィルムなどを挙げることができる。
非水電解質としては、電解質を有機溶媒に溶解することにより調製される液状非水電解質、前記液状電解質と高分子材料を複合化したゲル状非水電解質、またはリチウム塩電解質と高分子材料を複合化した固体非水電解質が挙げられる。また、リチウムイオンを含有した常温溶融塩(イオン性融体)を使用してもよい。
容器としては、図3に示したラミネートフィルム製容器17の他に、金属製容器も使用可能である。形状としては、扁平型、角型、円筒型、コイン型、ボタン型、シート型、積層型、電気自動車等に積載される大型電池等が挙げられる。
第1の実施の形態に係る蓄電池システムは、回生電力により充電する場合に限らず、急速充電放電する場合にも好適に使用され得る。このような用途として、例えば、デジタルカメラの電源用、アシスト自転車等の軽車両用電源、パーソナルコンピュータや工場のバックアップ電源(UPS無停電電源ユニットuninterruptible power supply device)、掃除機が挙げられる。
以下、本発明の実施例を、前述した図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明の主旨を超えない限り、本発明は以下に掲載される実施例に限定されるものではない。
組電池Bを構成する第2の非水電解質電池7の負極作製方法について説明する。活物質として平均粒子径0.3μmのチタン酸リチウム(Li4Ti5O12)と、導電剤として平均粒子径0.4μmの炭素粉末と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVdF)とを重量比で90:7:3となるように配合してn−メチルピロリドン(NMP)溶媒に分散してスラリーを調製した後、厚さ12μmの平均結晶粒子径50μmのアルミニウム合金箔(純度99.4%)に塗布、乾燥、プレス工程を経て電極密度2.4g/cm3の負極を作製した。なお、負極集電体は、厚さ12μmで平均結晶粒子径90μmのアルミニウム合金箔(純度99.4%)を200℃で焼鈍処理後、室温に冷却することにより作製した。
組電池AのSOCを90%、組電池BのSOCを10%とした状態で、かつ蓄電システムを45℃環境下で180日間停止した状態で、1日に2回の頻度で、組電池Aから組電池Bへ電力供給を行う保存試験を行った。この試験では、組電池Bの抵抗変化を測定した。なお、本実施例2では、実施例1と同様な蓄電システムおよび車載電源システムを用いた。
組電池AのSOCを90%、組電池BのSOCを90%とした状態で、かつ蓄電システムを45℃環境下で180日間停止した状態で、30日に1回の頻度で、組電池Aから組電池Bへ電力供給を行う保存試験を行った。この試験では、組電池Bの抵抗変化を測定した。なお、本実施例3では、実施例1と同様な蓄電システムおよび車載電源システムを用いた。
組電池AのSOCを90%、組電池BのSOCを80%とした状態で、かつ蓄電システムを45℃環境下で180日間停止した状態で、30日に1回の頻度で、組電池Aから組電池Bへ電力供給を行う保存試験を行った。この試験では、組電池Bの抵抗変化を測定した。なお、本実施例4では、実施例1と同様な蓄電システムおよび車載電源システムを用いた。
組電池AのSOCを90%、組電池BのSOCを60%とした状態で、かつ蓄電システムを45℃環境下で180日間停止した状態で、10日に1回の頻度で、組電池Aから組電池Bへ電力供給を行う保存試験を行った。この試験では、組電池Bの抵抗変化を測定した。なお、本実施例5では、実施例1と同様な蓄電システムおよび車載電源システムを用いた。
組電池AのSOCを90%、組電池BのSOCを40%とした状態で、かつ蓄電システムを45℃環境下で180日間停止した状態で、10日に2回の頻度で、組電池Aから組電池Bへ電力供給を行う保存試験を行った。この試験では、組電池Bの抵抗変化を測定した。なお、本実施例6では、実施例1と同様な蓄電システムおよび車載電源システムを用いた。
組電池AのSOCを90%、組電池BのSOCを20%とした状態で、かつ蓄電システムを45℃環境下で180日間停止した状態で、1日に1回の頻度で、組電池Aから組電池Bへ電力供給を行う保存試験を行った。この試験では、組電池Bの抵抗変化を測定した。なお、本実施例7では、実施例1と同様な蓄電システムおよび車載電源システムを用いた。
組電池AのSOCを90%、組電池BのSOCを50%とした状態で、かつ蓄電システムを60℃環境下で180日間停止した状態で、5日に1回の頻度で、組電池Aから組電池Bへ電力供給を行う保存試験を行った。この試験では、組電池Bの抵抗変化を測定した。なお、本実施例8では、実施例1と同様な蓄電システムおよび車載電源システムを用いた。
組電池AのSOCを90%、組電池BのSOCを10%とした状態で、かつ蓄電システムを45℃環境下で180日間停止した状態で、組電池Aから組電池Bへ電力供給しないで保存試験を行った。この試験においても組電池Bの抵抗変化を測定した。なお、比較例1では、実施例1と同様な蓄電システムおよび車載電源システムを用いた。
組電池AのSOCを90%、組電池BのSOCを10%とした状態で、かつ蓄電システムを45℃環境下で180日間停止した状態で、連続的に組電池Aから組電池Bへ電力供給を行い、組電池BのSOCを常時90〜95%に保持する試験を行った。この試験においても組電池Bの抵抗変化を測定した。なお、比較例2では、実施例1と同様な蓄電システムおよび車載電源システムを用いた。
組電池AのSOCを90%、組電池BのSOCを50%とした状態で、かつ蓄電システムを60℃環境下で180日間停止した状態で、連続的に組電池Aから組電池Bへ電力供給を行い、組電池BのSOCを常時50%に保持する試験を行った。この試験においても組電池Bの抵抗変化を測定した。なお、比較例3では、実施例1と同様な蓄電システムおよび車載電源システムを用いた。
組電池Bには組電池Aと同構成からなる非水電解質を用いた。組電池AのSOCを90%、組電池BのSOCを90%とした状態で、かつ蓄電システムを45℃環境下で180日間停止した状態で、連続的に組電池Aから組電池Bへ電力供給を行い、組電池BのSOCを常時90〜95%に保持する試験を行った。この試験においても組電池Bの抵抗変化を測定した。なお、比較例4では、実施例1と同様な蓄電システムおよび車載電源システムを用いた。
組電池AのSOCを90%、組電池BのSOCを90%とした状態で、かつ蓄電システムを45℃環境下で180日間停止した状態で、組電池Aから組電池Bへ電力供給しないで保存試験を行った。この試験では、組電池Bの抵抗変化と電池Bから200V、60A(12kW)の出力の加速走行相当でモータを駆動できる時間と組電池Aから220V、3Aの出力(0.66kW)の定速走行相当でモータを駆動する時間を測定した。なお、比較例5では、実施例1と同様な蓄電システムおよび車載電源システムを用いた。
4…バッテリー制御ユニット(BMU、制御部)、5…モータ/発電機、
6…第1の非水電解質電池、7…第2の非水電解質電池、
11…電極群、12…正極、12a…正極集電体、12b…正極活物質含有層、
13…負極、13a…負極集電体、13b…負極活物質含有層、14…セパレータ、
15…正極端子、16…負極端子、17…容器、18…積層電極群、
21…電池単体(単位セル)、23…粘着テープ、24…プリント配線基板、
26…保護回路、
28…正極側配線、
29…正極側コネクタ、30…負極側配線、31…負極側コネクタ、33…保護シート、
34…保護ブロック、
35…収納容器、36…蓋、
40…充放電制御回路、41…充電遮断回路、42…放電遮断回路、
43…充電器、44…外部負荷、
50A〜50F…自動車、51…内燃機関、52…発電機、55…電動機、56…駆動輪、
61a,61b…温度センサ、62a,62b…電圧計、63a,63b…電流計、
71…充電器、72…プラグ、73…電源、
A,B…組電池。
Claims (13)
- リチウムイオンを吸蔵放出する平均粒子径2μm以上の負極活物質を含む第1の非水電解質電池を有する組電池Aと、
リチウムイオンを吸蔵する電位が0.4V(vs.Li/Li)以上で、平均粒子径1μm以下のリチウムイオンを吸蔵する負極活物質を含む第2の非水電解質電池を有する組電池Bと、
少なくとも外部から前記組電池Bに電力供給が無い場合に、前記組電池Aと前記組電池Bを断続的に電気接続させ、前記第2の非水電解質電池の充放電深度が10〜90%の範囲になるように、前記組電池Aから前記組電池Bへ断続的に電力供給させる制御部と、
を具備することを特徴とする蓄電池システム。 - 前記制御部は、前記組電池Aと前記組電池Bを30日間に1〜60回の頻度で電気接続させ、前記組電池Aから前記組電池Bへ定電圧制御方式で電力供給させることにより、前記第2の非水電解質電池の充電深度を10〜90%の範囲とすることを特徴とする請求項1記載の蓄電池システム。
- 前記制御部は、前記第2の非水電解質電池の充電深度が50〜100%の範囲にあるときに、前記組電池Bから前記組電池Aへ定電流・定電圧制御方式で電力供給させることを特徴とする請求項1または2のいずれか1項記載の蓄電池システム。
- 前記第2の非水電解質電池の負極活物質は、チタン含有金属酸化物を含有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載の蓄電池システム。
- 前記チタン含有金属酸化物は、スピネル型リチウムチタン酸化物を含有することを特徴とする請求項4記載の蓄電池システム。
- 前記第1の非水電解質電池の負極活物質は、炭素材料、リチウム合金、金属化合物を含有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項記載の蓄電池システム。
- 前記炭素材料は、天然黒鉛を原料とする黒鉛粉末を含有することを特徴とする請求項6記載の蓄電池システム。
- リチウムイオンを吸蔵放出する平均粒子径2μm以上の負極活物質を含む第1の非水電解質電池を有する組電池Aと、リチウムイオンを吸蔵する電位が0.4V(vs.Li/Li)以上で、平均粒子径1μm以下のリチウムイオンを吸蔵する負極活物質を含む第2の非水電解質電池を有する組電池Bと、を具備した蓄電池システムを搭載した車載電源システムにおいて、
少なくとも車に搭載されたモータまたは発動機から前記蓄電池システムへ電力供給がない場合に、前記組電池Aと前記組電池Bを断続的に電気接続させ、前記第2の非水電解質電池の充放電深度が10〜90%の範囲になるように、前記組電池Aから前記組電池Bへ断続的に電力供給させる制御部を有することを特徴とする車載電源システム。 - リチウムイオンを吸蔵放出する平均粒子径2μm以上の負極活物質を含む第1の非水電解質電池を有する組電池Aと、リチウムイオンを吸蔵する電位が0.4V(vs.Li/Li)以上で、平均粒子径1μm以下のリチウムイオンを吸蔵する負極活物質を含む第2の非水電解質電池を有する組電池Bと、を具備した蓄電池システムを搭載した車載電源システムにおいて、
車に搭載されたモータまたは発動機から前記蓄電池システムへ電力供給がある場合に、前記モ−タまたは発動機から前記組電池Bに電力供給させ、前記組電池Aからは前記組電池Bより低い出力で前記モータへ電力供給させる制御部を有することを特徴とする車載電源システム。 - 請求項8または9のいずれか1項記載の車載電源システムを有することを特徴とする車両。
- リチウムイオンを吸蔵放出する平均粒子径2μm以上の負極活物質を含む第1の非水電解質電池を有する組電池Aと、リチウムイオンを吸蔵する電位が0.4V(vs.Li/Li)以上で、平均粒子径1μm以下のリチウムイオンを吸蔵する負極活物質を含む第2の非水電解質電池を有する組電池Bと、を具備する蓄電池システムを充電する方法であって、
少なくとも外部から前記組電池Bに電力供給が無い場合に、前記組電池Aと前記組電池Bを断続的に電気接続させ、前記第2の非水電解質電池の充放電深度が10〜90%の範囲になるように、前記組電池Aから前記組電池Bへ断続的に電力供給させることを特徴とする蓄電池システムの充電方法。 - 前記組電池Aと前記組電池Bを30日間に1〜60回の頻度で電気接続し、前記組電池Aから前記組電池Bへ定電圧制御方式で電力供給することにより、前記第2の非水電解質電池の充電深度を10〜90%の範囲とすることを特徴とする請求項11記載の充電方法。
- 前記第2の非水電解質電池の充電深度が50〜100%の範囲にあるときに、前記組電池Bから前記組電池Aへ定電流・定電圧制御方式で電力供給することを特徴とする請求項11または12のいずれか1項記載の充電方法。
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