WO2011145250A1 - リチウムイオン二次電池システムおよび電池パック - Google Patents

リチウムイオン二次電池システムおよび電池パック Download PDF

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昌洋 木下
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Definitions

  • the present invention relates to an improvement in discharge control of a battery system using a lithium ion secondary battery containing an olivine-based lithium composite phosphate as a positive electrode active material.
  • the discharge capacity of a lithium ion secondary battery varies depending on the temperature during discharge. Specifically, for example, when the discharge current is constant, the discharge voltage decreases as the environmental temperature during discharge decreases in the same state of charge (SOC). As a result, the predetermined discharge end voltage is reached quickly, and the discharge capacity is reduced.
  • SOC state of charge
  • Such a decrease in discharge voltage at a low temperature is due to a decrease in voltage due to an increase in internal resistance of the battery due to a decrease in lithium ion mobility due to a decrease in lithium ion mobility.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 detect the temperature of the battery when the battery is used, and the detected temperature is preset. In the case where the temperature is lower than the temperature, a technique for suppressing a decrease in battery capacity by heating the battery is disclosed. As another method, an attempt has been made to secure a slightly larger discharge capacity by setting the discharge end voltage low and delaying reaching the discharge end voltage.
  • a lithium ion secondary battery As an active material to replace a lithium ion secondary battery (hereinafter referred to as a cobalt acid lithium ion battery) using a lithium cobaltate-based positive electrode active material that has been widely used in the past as a positive electrode active material of a lithium ion secondary battery.
  • a lithium ion secondary battery hereinafter referred to as an olivine lithium ion battery
  • an olivine lithium ion battery using an olivine-based lithium composite phosphate-based positive electrode active material excellent in thermal stability is expected.
  • the discharge voltage decreases as the environmental temperature during discharge decreases, and as a result, the discharge capacity decreases. Therefore, as in the techniques disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2, when the environmental temperature is low, the temperature of the battery is detected when the battery is used, and the detected temperature is compared with a preset temperature. In the case where the temperature is low, it is considered that a technique for suppressing a decrease in the capacity of the battery by heating the battery is effective. In addition, it seems that a method of delaying reaching the discharge end voltage by setting the discharge end voltage low is also effective.
  • the olivine-based lithium ion battery has a problem in that deterioration of the positive electrode active material is easily promoted when heated while the SOC is in a charged state. Moreover, when the discharge end voltage is set low, there is also a problem that deterioration of the positive electrode active material is easily promoted by elution of metal components such as iron and manganese in the positive electrode active material.
  • the present invention provides a lithium ion secondary battery system and a battery pack that can achieve the suppression of deterioration of a lithium ion secondary battery containing an olivine-based lithium composite phosphate in the positive electrode and the securing of the discharge capacity. Objective.
  • One aspect of the present invention measures an assembled battery including a plurality of lithium ion secondary batteries including a positive electrode including an olivine-based lithium composite phosphate, and an SOC representing at least one state of charge of the lithium ion secondary battery.
  • a heating control unit that controls heating to at least one of the ion secondary batteries, The measured SOC measured by the SOC measuring unit is lower than the preset SOC set in advance in association with the discharge rate, and the detected temperature detected by the temperature detection unit is preset in association with the discharge rate.
  • a lithium ion secondary battery system wherein when the temperature is lower than a preset temperature, the heating control unit issues a command to heat at least one of the lithium ion secondary batteries to a predetermined target temperature; It is.
  • Another aspect of the present invention is a battery pack comprising the above lithium ion secondary battery system and a charge / discharge control unit that controls charging and discharging of the plurality of lithium ion secondary batteries. .
  • the lithium ion secondary battery including the olivine-based lithium composite phosphate in the positive electrode
  • the lithium ion secondary battery is heated only at the end of discharge when the SOC is lower than the preset SOC. Deterioration of the positive electrode active material due to unnecessary heating can be suppressed.
  • 2 is a flowchart showing a control method of the lithium ion secondary battery system of FIG. 1.
  • It is a block diagram which shows schematic structure of the modification of the lithium ion secondary battery system of FIG.
  • It is a graph which shows the discharge characteristic curve of the lithium ion secondary battery using the olivine type
  • the inventor examined in detail the temperature dependency and discharge rate dependency of the discharge characteristic curve of the olivine-based lithium ion battery, and the discharge behavior of the olivine-based lithium ion battery is different from that of the cobalt oxide lithium ion battery. Therefore, it has been found that there is a need to control the discharge state by an approach different from that of the cobalt oxide lithium ion battery.
  • FIG. 4 shows a discharge characteristic curve when the environmental temperature and discharge rate of a lithium ion secondary battery using olivine-based lithium composite phosphate as a positive electrode active material are changed.
  • (a) is a characteristic curve at low rate (0.2 C) discharge in a room temperature (25 ° C.) environment
  • (b) is a characteristic curve at low rate discharge in a low temperature (0 ° C.) environment
  • (C) is a characteristic curve at the time of high rate (2C) discharge in a normal temperature environment
  • (d) is a characteristic curve at the time of high rate discharge in a high temperature (45 degreeC) environment.
  • the discharge voltage decreases significantly when high rate discharge is performed.
  • the dependence of the discharge voltage on the environmental temperature is high in the region where the SOC is low. Recognize.
  • the present inventor has shown that the dependence of the discharge voltage on the environmental temperature is small from the initial stage to the middle stage when the SOC does not decrease. At the end of discharge where the SOC is not high and the SOC is low, the dependence of the battery capacity on the environmental temperature and the discharge rate is found to be significant, and the present invention has been completed.
  • a lithium ion secondary battery system represents a battery pack including a plurality of lithium ion secondary batteries including a positive electrode including an olivine-based lithium composite phosphate, and a state of charge of the lithium ion secondary battery.
  • An SOC measurement unit that measures SOC (State of Charge), a temperature detection unit that detects the temperature of the lithium ion secondary battery, a heating unit that heats the lithium ion secondary battery, and a lithium ion secondary by the heating unit
  • a heating control unit that controls heating of the battery.
  • the heating control unit is configured so that the measured SOC measured by the SOC measuring unit is lower than a preset SOC set in advance in association with the discharge rate, and the detected temperature detected by the temperature detecting unit is associated in advance with the discharge rate.
  • a command to heat the lithium ion secondary battery to a predetermined target temperature is issued.
  • the SOC measurement unit and the temperature detection unit only need to measure the SOC or temperature of at least one lithium ion secondary battery among the plurality of lithium ion secondary batteries.
  • the temperature detection unit may individually detect the temperatures of those lithium ion secondary batteries, or those lithium ion secondary batteries. The average temperature may be detected.
  • the SOC measurement unit may individually detect the SOCs of those lithium ion secondary batteries, or those lithium ion secondary batteries. The average SOC of the battery may be detected. Even when the SOC is detected individually, if there is a group of batteries having the same SOC, one SOC may be detected in the group.
  • the heating unit and the heating control unit may be anything that heats or controls the heating of at least one lithium ion secondary battery among the plurality of lithium ion secondary batteries.
  • the heating unit may individually heat those lithium ion secondary batteries, or may heat those lithium ion secondary batteries as a whole. Also good.
  • the heating control unit individually heats two or more lithium ion secondary batteries, it is preferable to individually control the heating of each lithium ion secondary battery.
  • the heating unit heats two or more lithium ion secondary batteries as a whole, it is only necessary to control the overall heating.
  • the heating of the lithium ion secondary battery is performed such that the measured SOC is lower than the preset SOC that is preset according to the discharge rate, and the preset temperature is preset according to the discharge rate. Only done when the temperature is lower than the set temperature. In other words, heating is not performed in a state where the measured SOC of the lithium ion secondary battery is higher than the set SOC. Accordingly, since the lithium ion secondary battery is heated only when the SOC at the end of discharge is low, the battery capacity can be improved while suppressing deterioration of the olivine-based lithium composite phosphate due to heating. Furthermore, since the heating that does not contribute much to the improvement of the discharge capacity is eliminated, unnecessary energy consumption can be prevented.
  • the set SOC and the set temperature are set in advance in association with, for example, a discharge rate required by a load device (external device) connected to the lithium ion secondary battery system.
  • the set SOC is set within the range of 5-40% with respect to 100% SOC of the fully charged state of each lithium ion secondary battery, and the set temperature is set within the range of 25-50 ° C. And it is preferable from the point which suppresses the capacity
  • the target temperature is preferably set within the range of 45 to 55 ° C. from the viewpoint of suppressing the modification of the separator and the like due to overheating.
  • the olivine-based lithium composite phosphate is preferably represented by the general formula (1): Li x Me (PO y ) z from the viewpoint of increasing the capacity.
  • Me is at least one element selected from the group consisting of Na, Mg, Sc, Y, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Al, Cr, Pb, Sb and B, and 0 ⁇ x ⁇ 2, 3 ⁇ y ⁇ 4, 0.5 ⁇ z ⁇ 1.5. It is preferable that two or more elements are included as the element Me, and 20 mol% or more of the element Me is Fe.
  • heating means such as a resistor that generates heat when energized, a heating device using induction heating, and a heating device using an external heat source can be used.
  • the lithium ion secondary battery is mounted as a power source for driving a vehicle, it is particularly preferable to use residual heat generated by driving the vehicle as an external heat source from the viewpoint of improving energy efficiency.
  • the above heating means can be used in combination.
  • a mode in which heating by an external heat source is mainly used and that is assisted by heating of a resistor that generates heat by energization is preferable.
  • the above-described lithium ion secondary battery system can be embodied as a battery pack integrated with a charge / discharge control unit that controls charging and discharging of each lithium ion secondary battery.
  • the heating control unit is made independent, and it is incorporated into an electronic control unit (ECU: Electric Control Unit) including the charge / discharge control unit, and the ECU is embodied in a form such as being incorporated in a load device, for example. Also good.
  • ECU Electric Control Unit
  • the battery pack 10 shown in FIG. 1 will be described in detail as an example.
  • the battery pack 10 includes an assembled battery 12 including a plurality of lithium ion secondary batteries 11 (11a, 11b,..., 11n), a battery control unit 13, and a heating unit that heats each lithium ion secondary battery 11. ing. These are accommodated in a housing (not shown) made of resin, for example.
  • the assembled battery 12 is electrically connected to a connection terminal 12a on the positive electrode side and a connection terminal 12b on the negative electrode side that extend outside the casing.
  • the connection terminal 12a and the connection terminal 12b are connected to the positive connection terminal 15a and the negative connection terminal 15b of the load device 15, respectively.
  • a driving motor such as a hybrid car or an electric vehicle can be used.
  • electronic devices such as notebook computers and mobile phones can also be used.
  • connection terminal 12a and the connection terminal 12b are connected to the assembled battery 12 via an unillustrated discharging switching element or discharging switching circuit and an unillustrated charging switching element or charging switching circuit.
  • discharge switching element When the discharge switching element is on, a current flows from the assembled battery 12 to a discharge circuit (not shown) to supply power to the load device 15.
  • the charging switching element when the charging switching element is on, the assembled battery 12 is charged with electric power supplied from the outside.
  • the battery control unit 13 includes a switching element for charging so that the voltage of each lithium ion secondary battery 11 of the assembled battery 12 does not exceed a predetermined charge end voltage during charging and does not fall below a predetermined discharge end voltage during discharge. And a charge / discharge control unit for controlling the discharge switching element. Note that, in the illustrated battery pack 10, the assembled battery 12 and the battery control unit 13 are integrally stored inside the casing of the battery pack 10. However, the battery control unit may be incorporated in the load device 15 as an electronic control unit independent of the battery pack.
  • the lithium ion secondary battery 11 includes a positive electrode including an olivine-based lithium composite phosphate as a positive electrode active material.
  • the olivine-based lithium composite phosphate include compounds represented by general formula (1): Li x Me (PO y ) z .
  • Me is at least one element selected from the group consisting of Na, Mg, Sc, Y, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Al, Cr, Pb, Sb and B, and 0 ⁇ x ⁇ 2, 3 ⁇ y ⁇ 4, 0.5 ⁇ z ⁇ 1.5.
  • X in General formula (1) shows the atomic ratio of Li, and it fluctuates by charging / discharging.
  • the variation range is 0 ⁇ x ⁇ 2.
  • the preferable range of x in the non-charged state immediately after the manufacture of the battery is 0.9 ⁇ x ⁇ 1.2.
  • Fe is particularly preferable. In the case where Me represents two or more elements, it is preferable that 20 mol% or more of the whole element represented by Me is Fe.
  • the range of y is 3 ⁇ y ⁇ 4, and preferably 3.8 ⁇ y ⁇ 4.
  • the range of z is 0.5 ⁇ z ⁇ 1.5, preferably 0.9 ⁇ z ⁇ 1.1.
  • the olivine-based lithium composite phosphate is particularly preferably Li x FePO 4 (0 ⁇ x ⁇ 2) among the above examples.
  • the lithium ion secondary battery 11 is characterized in that it contains olivine-based lithium composite phosphate as a positive electrode active material, and other components are not particularly limited.
  • the assembled battery 12 includes a plurality of lithium ion secondary batteries 11a, 11b, ..., 11n connected in series.
  • the assembled battery may be an assembled battery in which a plurality of lithium ion secondary batteries are connected in parallel, or may be an assembled battery in which series connection and parallel connection are combined.
  • the battery control unit 13 includes an SOC measurement unit that measures the SOC of each lithium ion secondary battery 11, a temperature detection unit that detects the temperature of each lithium ion secondary battery 11, and each lithium ion secondary battery 11 that uses a heating unit.
  • the heating control part 21 which controls the heating to and the memory
  • the SOC measuring unit detects the SOC of each lithium ion secondary battery 11 based on the timer 17, the current sensor 16 that detects the current flowing through each lithium ion secondary battery 11 of the assembled battery 12, and the output signal of the current sensor 16. And an SOC calculation unit 18 for calculating.
  • the battery pack 12 of the illustrated example all the lithium ion secondary batteries 11 are connected in series, so that only one current sensor 16 is disposed on the connection line between the battery pack 16 and the terminal 12a.
  • the SOC calculation unit 18 calculates the integrated value of the total discharge current from the start of discharge of the lithium ion secondary battery 11 using the discharge current value detected by the current sensor 16 and the discharge time measured by the timer 17. The remaining capacity is calculated, and the calculated remaining capacity [mAh] is divided by the fully charged capacity [mAh] of the lithium ion secondary battery 11 to calculate the SOC (%) of the lithium ion secondary battery 11. To do. It is preferable to periodically measure the open circuit voltage (OCV) of each lithium ion secondary battery 11 and periodically correct the calculated SOC error.
  • the current sensor 16 is, for example, a current detection resistor (current ⁇ ⁇ sensing ⁇ resistor) and converts the discharge current into a voltage to detect it.
  • the SOC data of the lithium ion secondary battery 11 that is the measurement result by the SOC measurement unit 18 is sequentially stored in the storage unit 22.
  • the temperature detection unit is configured based on a plurality of temperature sensors 19 a, 19 b,..., 19 n respectively disposed on or near the surface of each lithium ion secondary battery 11, and each lithium ion secondary battery based on an output signal of each temperature sensor. And a temperature calculation unit 20 that sequentially calculates 11 temperatures.
  • the temperature data of each lithium ion secondary battery 11 calculated by the temperature calculation unit 20 is sequentially stored in the storage unit 22.
  • the heating unit heats each lithium ion secondary battery 11 in response to a heating command from the heating control unit 21.
  • the heating unit includes, for example, a plurality of heaters 23 (23a, 23b,..., 23n) that are resistors that generate heat when energized, and a heater driving unit 14 that supplies a predetermined current to each heater 23.
  • the heater may be provided on a one-to-one basis corresponding to the number of each lithium ion secondary battery 11, or may be provided in a plurality, or a specific lithium ion secondary battery 11 may be selected and provided.
  • the power of the lithium ion secondary battery 11 can be used for energizing each heater 23.
  • the heating unit is not limited to the resistor heater 23, and various heating devices such as a heating device using induction heating can be used.
  • the temperature sensor may be provided in one-to-one correspondence with the number of each lithium ion secondary battery 11, or may be provided in plural, and a specific lithium ion secondary battery 11 may be selected and provided. May be.
  • the heating control unit 21 is included in the control unit 24.
  • the control unit 24 is, for example, a control circuit including an integrated circuit (Integrated Circuit).
  • the control unit 24 includes a heating control unit 21 and a determination unit 25.
  • the determination unit 25 retrieves the measured SOC data and the detected temperature data stored in the storage unit 22, and associates the retrieved data with the set SOC and discharge rate that are set in advance in association with the target discharge rate. And the preset temperature set in advance. Specifically, whether the measured SOC is lower than the set SOC and the detected temperature is lower than the set temperature is determined by comparison. When the determination unit 25 determines that the measured SOC is lower than the set SOC and the detected temperature is lower than the set temperature, the heating control unit 21 sets each lithium ion secondary battery 11 to a predetermined target temperature. Issue a command to heat up.
  • the set SOC is set within a range of 5 to 40% with respect to SOC 100% in the fully charged state.
  • the fully charged state means a state where the battery is charged up to the upper limit of the nominal capacity.
  • the SOC 0% fully discharged state means a state in which the battery is discharged to the lower limit of the nominal capacity.
  • the composition of the positive electrode active material is represented by the general formula (1): Li x Me (PO y ) z
  • x is generally about 0.03 in a fully charged state.
  • the set SOC is set in advance within a range of 5 to 40% based on experimental data and design information according to the discharge rate of the lithium ion secondary battery 11. For example, when the discharge rate is low (during low rate discharge), the set SOC is set low, and when the discharge rate is high (during high rate discharge), the set SOC is set high. More specifically, when the discharge rate of the lithium ion secondary battery 11 is 0.1 to 1C, the set SOC is preferably 5 to 30%, and when the discharge rate is 5 to 10C, The set SOC is preferably 35 to 40%.
  • 1C is a current value when an amount of electricity equal to the nominal capacity is discharged in 1 hour. For example, if the nominal capacity is 1 Ah, 0.1 to 1C is 0.1 to 1A, 5 to 10C is 5 to 10A.
  • the set SOC can be determined as follows based on, for example, the discharge characteristics of the lithium ion secondary battery 11 measured in advance at a predetermined discharge rate. First, the voltage when the SOC is 50% at a predetermined discharge rate is used as a reference. Next, the SOC when the voltage of the lithium ion secondary battery 11 drops by 0.05 to 0.15 V (approximately 0.1 V) from the reference voltage is obtained. The SOC value thus obtained is set as the set SOC at the discharge rate.
  • the set temperature is set in advance in the range of 25 to 50 ° C., preferably in the range of 30 to 50 ° C., based on experimental data and design information in accordance with the discharge rate.
  • the set temperature is set to be relatively low during low rate discharge and set to a relatively high value during high rate discharge. More specifically, when the discharge rate of the lithium ion secondary battery 11 is 0.1 to 1 C, the set temperature is preferably 30 to 35 ° C., and when the discharge rate is 5 to 10 C, The set temperature is preferably 40 to 50 ° C.
  • the set temperature is, for example, about the same as the reference discharge capacity with reference to the discharge capacity of the lithium ion secondary battery 11 when the discharge rate is 0.1 C and the temperature is 30 ° C. It is preferable to set in advance according to the discharge rate so as to obtain the discharge capacity.
  • the lithium ion secondary battery 11 is heated with a heating part.
  • the heating control unit 21 Based on data received from the temperature calculation unit 20 when the lithium ion secondary battery 11 is heated by the heating unit for a certain period of time, the heating control unit 21 sets the detected temperature of each lithium ion secondary battery 11 to a predetermined target temperature. If it is determined that it has reached, a command to stop heating is issued to the heating unit. In this way, the heating control for the heating unit by the heating control unit 21 is performed.
  • the target temperature of the lithium ion secondary battery 11 is preferably in the range of about 45 to 55 ° C., for example.
  • step S2 when a discharge switching element (not shown) is turned on, discharge is started from the battery pack 10 by a predetermined discharge circuit, and power supply to the load device 15 is started. Simultaneously with the start of discharge, measurement of the SOC of the lithium ion secondary battery 11 by the SOC measurement unit is started (step S2). Moreover, detection of the temperature of the lithium ion secondary battery 11 by a temperature detection part is also started (step S3).
  • the execution order of step S2 and step S3 is not particularly limited, and step S3 may be executed prior to step S2.
  • the measured SOC of the lithium ion secondary battery 11 is lower than the set SOC stored in the storage unit 22 in advance, and the detected temperature of the detected lithium ion secondary battery 11 is stored in the storage unit 22 in advance.
  • the heating control unit 21 issues a command to heat the lithium ion secondary battery 11 to the heater driving unit 14. Thereby, the heater 23 is energized and heating of the lithium ion secondary battery 11 is started (step S6).
  • the series of processing is repeatedly executed until the voltage of the lithium ion secondary battery 11 decreases and reaches the discharge end voltage.
  • the lithium ion secondary battery system 30 includes an assembled battery 12 including a plurality of lithium ion secondary batteries 11, a battery ECU 31, a load device 15 connected to the assembled battery 12, and a heating unit including a heat source unit 32.
  • the configurations denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same configurations, and the description thereof will be omitted.
  • the battery ECU 31 includes an SOC measurement unit, a temperature detection unit, and a storage unit 22 similar to those in the apparatus of FIG. 1, and a control unit 34 for controlling the lithium ion secondary battery system 30.
  • the control unit 34 is a control circuit including an integrated circuit, for example, and includes a heating control unit 35 and a determination unit 25.
  • the heating unit heats each lithium ion secondary battery 11 by the amount of heat supplied from the heat source unit 32 that is an external heat source.
  • the heating unit includes a fluid pump 33 and a heat medium passage 36 disposed on or near the surface of each lithium ion secondary battery 11.
  • As the heat source unit 32 for example, residual heat generated by driving the vehicle can be used. Such residual heat is stored in a heat exchange fluid such as air, water, or oil, and then supplied to the heat medium flow path 36 by the fluid pump 33.
  • the fluid pump 33 recirculates the heat exchange fluid between the heat medium flow path 36 and the heat source unit 32 in accordance with a command from the heating control unit 35. Thereby, each lithium ion secondary battery 11 is heated.
  • the operation of the lithium ion secondary battery system 30 shown in FIG. 3 is different in that the heat source part 32 outside the battery system is used as a heat source for heating the lithium ion secondary battery 11, except that the lithium ion shown in FIG. Similar to the secondary battery system 10.
  • the present invention is useful as a battery system that requires a large current discharge, such as an electric vehicle or a hybrid car.
  • 10 battery pack 11 (11a, 11b, 11n) lithium ion secondary battery, 12 assembled battery, 12a connection terminal, 12b connection terminal, 13 battery control unit, 14 heater drive unit, 15 load device, 15a connection terminal, 15b connection Terminal, 16 current sensor, 17 timer, 18 SOC calculation unit, 19a temperature sensor, 19b temperature sensor, 19n temperature sensor, 20 temperature calculation unit, 21 heating control unit, 22 storage unit, 23 (23a, 23b, 23n) heater, 25 determination unit, 30 lithium ion secondary battery system, 32 heat source unit, 33 fluid pump, 34 control unit, 35 heating control unit, 36 heat medium flow path

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Abstract

　リチウムイオン二次電池システムは、複数のリチウムイオン二次電池からなる組電池と、リチウムイオン二次電池のＳＯＣを計測するＳＯＣ計測部および温度を検出する温度検出部と、リチウムイオン二次電池を加熱するための加熱部と、を備える。ＳＯＣ計測部で計測されたＳＯＣが、放電レートと関連付けて予め設定された設定ＳＯＣよりも低く、かつ、温度検出部により測定された温度が、放電レートと関連付けて予め設定された設定温度よりも低いときに、制御部から加熱部に対して、リチウムイオン二次電池が所定の温度になるように熱を供給する指令が発せられる。

Description

リチウムイオン二次電池システムおよび電池パック
　本発明は、正極活物質としてオリビン系リチウム複合リン酸塩を含むリチウムイオン二次電池を用いた電池システムの放電制御の改良に関する。
　リチウムイオン二次電池の放電容量は放電時の温度によって変化することが知られている。具体的には、例えば、放電電流が一定の場合、同一の充電状態（ＳＯＣ）で、放電中の環境温度が低くなればなるほど、放電電圧は低下する。その結果、所定の放電終止電圧に早くに達してしまうために放電容量が小さくなる。そのような低温時における放電電圧の低下は、低温環境下では、リチウムイオンの移動性が低下することにより分極が増大し、それにより電池の内部抵抗が上昇して電圧が低下することによる。
　上述したような、環境温度が低い場合における放電容量の低下を抑制するために、特許文献１および特許文献２は、電池の使用時に電池の温度を検出し、検出された温度が予め設定された温度に比べて低い場合には、電池を加熱することにより電池の容量が低下することを抑制する技術を開示している。また、別の方法としては、放電終止電圧を低く設定して、放電終止電圧に達することを遅らせることにより、放電容量をわずかでも多めに確保することも試みられている。
特開平１１－２５９４８号公報 特開２００６－１９６２５６号公報
　リチウムイオン二次電池の正極活物質として、従来広く実用化されてきたコバルト酸リチウム系の正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池（以下、コバルト酸系リチウムイオン電池という）に代わる活物質として、熱安定性に優れたオリビン系リチウム複合リン酸塩系の正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池（以下、オリビン系リチウムイオン電池という）の実用化が期待されている。
　しかしながら、オリビン系リチウムイオン電池においても、コバルト酸系リチウムイオン電池と同様に、放電中の環境温度が低くなれば放電電圧が低下して、その結果、放電容量が低下する。従って、特許文献１および特許文献２に開示された技術のように、環境温度が低い場合においては、電池の使用時に電池の温度を検出し、検出された温度が予め設定された温度に比べて低い場合には、電池を加熱することにより電池の容量が低下することを抑制する技術が有効であると思われる。また、放電終止電圧を低く設定することにより、放電終止電圧に達することを遅らせるような方法も有効であると思われる。
　しかしながら、オリビン系リチウムイオン電池は、ＳＯＣが高い充電状態のときに加熱すると、正極活物質の劣化が促進され易いという問題がある。また、放電終止電圧を低く設定した場合には、正極活物質中の鉄やマンガンなどの金属成分が溶出することにより正極活物質の劣化が促進され易いという問題もある。
　本発明は、正極にオリビン系リチウム複合リン酸塩を含有するリチウムイオン二次電池の劣化の抑制と、放電容量の確保とを達成し得るリチウムイオン二次電池システムおよび電池パックを提供することを目的とする。
　本発明の一局面は、オリビン系リチウム複合リン酸塩を含む正極を備えた複数のリチウムイオン二次電池からなる組電池と、前記リチウムイオン二次電池の少なくとも１つの充電状態を表すＳＯＣを計測するＳＯＣ計測部と、前記リチウムイオン二次電池の少なくとも１つの温度を検出する温度検出部と、前記リチウムイオン二次電池の少なくとも１つを加熱するための加熱部と、前記加熱部による前記リチウムイオン二次電池の少なくとも１つへの加熱を制御する加熱制御部と、を備え、
　前記ＳＯＣ計測部により計測された計測ＳＯＣが、放電レートと関連付けて予め設定される設定ＳＯＣよりも低く、かつ、前記温度検出部により検出された検出温度が、前記放電レートと関連付けて予め設定される設定温度よりも低いときに、前記加熱制御部が前記リチウムイオン二次電池の少なくとも１つを所定の目標温度になるように加熱する指令を発することを特徴とするリチウムイオン二次電池システム、である。
　本発明の他の局面は、上記リチウムイオン二次電池システムと、前記複数のリチウムイオン二次電池の充電および放電を制御する充放電制御部と、を備えることを特徴とする電池パック、である。
　本発明によれば、正極にオリビン系リチウム複合リン酸塩を含むリチウムイオン二次電池において、ＳＯＣが予め設定された設定ＳＯＣよりも低い放電末期のみにリチウムイオン二次電池が加熱されるために、不要な加熱による正極活物質の劣化を抑制することができる。
　本発明の新規な特徴を添付の請求の範囲に記述するが、本発明は、構成及び内容の両方に関し、本発明の他の目的及び特徴と併せ、図面を照合した以下の詳細な説明によりさらによく理解されるであろう。
本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池システムの概略構成を示すブロック図である。 図１のリチウムイオン二次電池システムの制御方法を示すフローチャートである。 図１のリチウムイオン二次電池システムの変形例の概略構成を示すブロック図である。 正極活物質としてオリビン系リチウム複合リン酸塩を用いたリチウムイオン二次電池の放電特性曲線を示すグラフである。
　本発明者が、オリビン系リチウムイオン電池の放電特性曲線の温度依存性や放電レート依存性などについて詳細に検討したところ、オリビン系リチウムイオン電池は、コバルト酸系リチウムイオン電池とは放電挙動が異なるために、コバルト酸系リチウムイオン電池とは異なるアプローチにより放電状態を制御する必要性があることが判明した。
　図４に、正極活物質としてオリビン系リチウム複合リン酸塩を用いたリチウムイオン二次電池の環境温度および放電レートを変化させたときの放電特性曲線を示す。図４中、（ａ）は常温（２５℃）環境下での低レート（０．２Ｃ）放電時の特性曲線、（ｂ）は低温（０℃）環境下での低レート放電時の特性曲線、（ｃ）は常温環境下での高レート（２Ｃ）放電時の特性曲線、（ｄ）は高温（４５℃）環境下での高レート放電時の特性曲線である。
　これらの特性曲線から明らかなように、オリビン系リチウムイオン電池の放電電圧は、ＳＯＣが低下する放電末期において急激に低下する。しかしながら、ＳＯＣが低下していない放電初期から中期においては、放電電圧の環境温度に対する依存性が小さい。このため、電池がそれほど放電されておらずＳＯＣが高い状態においては、電池を加熱するメリットが小さいのみならず、電池を加熱することで、電極材料などの劣化が促進されたり、無用にエネルギが消費されたりするなど、デメリットが大きい。一方、ＳＯＣが低い領域においては、曲線（ａ）と（ｃ）との比較から、放電電圧の放電レートに対する依存性が高くなっていることがわかる。具体的には、ＳＯＣの低い領域においては、高レート放電したときには放電電圧の低下が著しく大きくなっている。同様に、曲線（ａ）と（ｂ）との比較、並びに曲線（ｃ）と（ｄ）との比較から、ＳＯＣが低い領域において、放電電圧の環境温度に対する依存性が高くなっていることがわかる。
　本発明者は、上記放電曲線に関する考察の結果から、ＳＯＣが低下していない放電初期から中期においては、放電電圧の環境温度に対する依存性が小さいために、電池を加熱することによる容量改善の効果が高くないこと、および、ＳＯＣが低い放電末期においては、環境温度および放電レートに対する電池容量の依存性が著しいことを見出し、本発明を完成するに至った。
　本発明の一形態のリチウムイオン二次電池システムは、オリビン系リチウム複合リン酸塩を含む正極を備えた複数のリチウムイオン二次電池からなる組電池と、リチウムイオン二次電池の充電状態を表すＳＯＣ（State of Charge）を計測するＳＯＣ計測部と、リチウムイオン二次電池の温度を検出する温度検出部と、リチウムイオン二次電池を加熱するための加熱部と、加熱部によるリチウムイオン二次電池への加熱を制御する加熱制御部と、を備えている。加熱制御部は、ＳＯＣ計測部により計測された計測ＳＯＣが、放電レートと関連付けて予め設定される設定ＳＯＣよりも低く、かつ、温度検出部により検出された検出温度が、放電レートと関連付けて予め設定される設定温度よりも低いときに、リチウムイオン二次電池を所定の目標温度になるように加熱する指令を発する。
　ＳＯＣ計測部および温度検出部は、複数のリチウムイオン二次電池の中の少なくとも１つのリチウムイオン二次電池のＳＯＣまたは温度を測定するものであればよい。また、温度検出部は、２以上のリチウムイオン二次電池の温度を検出する場合には、それらのリチウムイオン二次電池の温度を個別に検出してもよいし、それらのリチウムイオン二次電池の平均定な温度を検出してもよい。同様に、ＳＯＣ計測部は、２以上のリチウムイオン二次電池のＳＯＣを検出する場合には、それらのリチウムイオン二次電池のＳＯＣを個別に検出してもよいし、それらのリチウムイオン二次電池の平均定なＳＯＣを検出してもよい。ＳＯＣを個別に検出する場合にも、ＳＯＣが等しくなる電池のグループがあれば、グループに１つのＳＯＣを検出すればよい。
　加熱部および加熱制御部は、複数のリチウムイオン二次電池の中の少なくとも１つのリチウムイオン二次電池を加熱し、または、その加熱を制御するものであればよい。加熱部は、２以上のリチウムイオン二次電池を加熱する場合には、それらのリチウムイオン二次電池を個別に加熱してもよいし、それらのリチウムイオン二次電池を全体的に加熱してもよい。加熱制御部は、２以上のリチウムイオン二次電池を個別に加熱する場合には、個々のリチウムイオン二次電池の加熱を個別に制御するのが好ましい。一方、加熱部が２以上のリチウムイオン二次電池を全体的に加熱する場合には、その全体的な加熱を制御するだけでよい。
　上記リチウムイオン二次電池システムにおいては、リチウムイオン二次電池に対する加熱は、計測ＳＯＣが、放電レートに応じて予め設定される設定ＳＯＣよりも低く、かつ、設定温度が、放電レートに応じて予め設定される温度よりも低い場合にのみ行われる。言い換えれば、リチウムイオン二次電池の計測ＳＯＣが設定ＳＯＣよりも高い状態においては、加熱が行われない。したがって、放電末期のＳＯＣが低いときにのみリチウムイオン二次電池が加熱されることから、加熱によるオリビン系リチウム複合リン酸塩の劣化を抑制しながら、電池容量を向上させることができる。さらに、放電容量の向上に余り寄与しない加熱が排除されることから、無用のエネルギの消費を防止することができる。なお、設定ＳＯＣおよび設定温度は、例えば、リチウムイオン二次電池システムと接続される負荷装置（外部機器）が要求する放電レートと関連付けて、予め設定される。
　設定ＳＯＣは各リチウムイオン二次電池の満充電状態のＳＯＣ１００％に対して５～４０％の範囲内で設定され、設定温度は２５～５０℃の範囲内で設定されることが、高ＳＯＣ状態かつ高温下で引き起こされるオリビン系リチウム複合リン酸塩の容量劣化を抑制する点から好ましい。
　目標温度は、４５～５５℃の範囲内で設定されることが、過熱によるセパレータなどの変性を抑制する点から好ましい。
　オリビン系リチウム複合リン酸塩は、一般式（１）：ＬｉxＭｅ（ＰＯy）z　で表されることが、高容量化の点から好ましい。ただし、ＭｅはＮａ、Ｍｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｐｂ、ＳｂおよびＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素であり、かつ０＜ｘ≦２、３≦ｙ≦４、０．５＜ｚ≦１．５、である。元素Ｍｅとして２種以上の元素を含み、かつ、元素Ｍｅの２０モル％以上がＦｅであることが好ましい。
　加熱部には、例えば通電により発熱する抵抗体、誘導加熱を利用した加熱装置、および外部熱源を利用した加熱装置等の加熱手段を用いることができる。上記リチウムイオン二次電池が車両の駆動用電源として搭載される場合には、外部熱源として、車両の駆動により発生する余熱を用いることが、エネルギ効率を向上させる点から特に好ましい。または、上記各加熱手段を組み合わせて使用することもできる。特に、外部熱源による加熱を主とし、それを、通電により発熱する抵抗体等の加熱により補助する形態が好ましい。
　上述したリチウムイオン二次電池システムは、各リチウムイオン二次電池の充電および放電を制御する充放電制御部と一体化した電池パックとして具体化することができる。あるいは、加熱制御部を独立させて、それを、充放電制御部を含む電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electric Control Unit）に組み込み、そのＥＣＵを、例えば負荷装置内に組み込んだような形態で具体化してもよい。
　以下に、本発明に係るリチウムイオン二次電池システムの一実施形態として、図１に示す電池パック１０を例に挙げて詳しく説明する。
　電池パック１０は、複数のリチウムイオン二次電池１１（１１ａ、１１ｂ、…、１１ｎ）からなる組電池１２と、電池制御部１３と、各リチウムイオン二次電池１１を加熱する加熱部とを備えている。これらは、例えば、樹脂製の図略の筐体内に収容されている。組電池１２は、その筐体外に延出された正極側の接続端子１２ａおよび負極側の接続端子１２ｂと電気的に接続されている。接続端子１２ａおよび接続端子１２ｂは、それぞれ、負荷装置１５の正極側の接続端子１５ａおよび負極側の接続端子１５ｂと接続されている。付加装置１５には、代表的には、ハイブリッドカーおよび電気自動車等の駆動用電動機を使用することができる。あるいは、ノートパソコン、並びに携帯電話等の電子機器を使用することもできる。
　接続端子１２ａおよび接続端子１２ｂは、図略の放電用スイッチング素子または放電用スイッチング回路および図略の充電用スイッチング素子または充電用スイッチング回路を介して組電池１２と接続されている。そして、放電用スイッチング素子がオンの場合には、組電池１２から図略の放電回路に電流が流れることにより、負荷装置１５に給電される。一方、充電用スイッチング素子がオンの場合には、組電池１２が外部から供給される電力により充電される。
　電池制御部１３は、組電池１２の各リチウムイオン二次電池１１の電圧が、充電時に所定の充電終止電圧を超えず、かつ放電時に所定の放電終止電圧を下回らないように、充電用スイッチング素子および放電用スイッチング素子を制御する充放電制御部を含む。なお、図示例の電池パック１０において、組電池１２と電池制御部１３とは、電池パック１０の筐体の内部に一体的に収納されている。しかし、電池制御部は、電池パックから独立した電子制御ユニットとして、負荷装置１５内に組み込んでもよい。
　リチウムイオン二次電池１１は、正極活物質としてオリビン系リチウム複合リン酸塩を含む正極を備える。オリビン系リチウム複合リン酸塩としては、例えば、一般式（１）：ＬｉxＭｅ（ＰＯy）zで表される化合物が挙げられる。ただし、ＭｅはＮａ、Ｍｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｐｂ、ＳｂおよびＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素であり、かつ０＜ｘ≦２、３≦ｙ≦４、０．５＜ｚ≦１．５、である。
　一般式（１）中のｘはＬｉの原子割合を示し、充放電により変動する。その変動範囲は０＜ｘ≦２である。一方、電池の製造直後の無充電状態でのｘの好ましい範囲は０．９≦ｘ≦１．２である。Ｍｅで表される元素のなかでもＦｅが特に好ましい。Ｍｅが２種以上の元素を表す場合において、Ｍｅで表される元素全体の２０モル％以上はＦｅであることが好ましい。ｙの範囲は３≦ｙ≦４であり、好ましくは３．８≦ｙ≦４である。ｚの範囲は０．５＜ｚ≦１．５であり、好ましくは０．９≦ｚ≦１．１である。オリビン系リチウム複合リン酸塩は、上記例示の中でも特に、ＬｉxＦｅＰＯ4（０＜ｘ≦２）が好ましい。
　リチウムイオン二次電池１１は、正極活物質としてオリビン系リチウム複合リン酸塩を含むことに特徴を有しており、他の構成要素は特に限定されない。
　組電池１２は、複数のリチウムイオン二次電池１１ａ、１１ｂ、…、１１ｎが直列接続されて構成されている。組電池は、複数のリチウムイオン二次電池が並列接続された組電池であってもよく、直列接続と並列接続とが組み合わされた組電池であってもよい。
　電池制御部１３は、各リチウムイオン二次電池１１のＳＯＣを計測するＳＯＣ計測部と、各リチウムイオン二次電池１１の温度を検出する温度検出部と、加熱部による各リチウムイオン二次電池１１への加熱を制御する加熱制御部２１と、加熱制御部２１による制御に必要とされるデータを格納する記憶部２２と、を備えている。
　ＳＯＣ計測部は、タイマ１７と、組電池１２の各リチウムイオン二次電池１１を流れる電流を検出する電流センサ１６と、電流センサ１６の出力信号に基づいて、各リチウムイオン二次電池１１のＳＯＣを演算するＳＯＣ演算部１８とを含む。図示例の組電池１２では、全てのリチウムイオン二次電池１１が直列に接続されているために、ただ１つの電流センサ１６が、組電池１６と端子１２ａとの接続ラインに配置されている。組電池１２の内部に並列接続がある場合には、並列接続関係にある各グループの電池の電流を検出するために、複数の電流センサ１６を配置する必要性が生じることがある。
　ＳＯＣ演算部１８は、電流センサ１６により検出された放電電流値と、タイマ１７により計測された放電時間とを用いて、リチウムイオン二次電池１１の放電開始からの総放電電流の積算値を算出して残存容量を算出し、算出された残存容量［ｍＡｈ］をリチウムイオン二次電池１１の満充電状態の容量［ｍＡｈ］で割ることにより、リチウムイオン二次電池１１のＳＯＣ（％）を演算する。なお、各リチウムイオン二次電池１１の開回路電圧（ＯＣＶ）を定期的に測定し、演算されたＳＯＣの誤差を定期的に補正するのが好ましい。電流センサ１６は、例えば、電流検出抵抗（current sensing resistor）であり、放電電流を電圧に変換して検出する。ＳＯＣ計測部１８による測定結果であるリチウムイオン二次電池１１のＳＯＣのデータは、逐次、記憶部２２に格納される。
　温度検出部は、各リチウムイオン二次電池１１の表面または近傍にそれぞれ配置された複数の温度センサ１９ａ、１９ｂ、…、１９ｎと、各温度センサの出力信号に基づいて、各リチウムイオン二次電池１１の温度を逐次演算する温度演算部２０と、を含む。温度演算部２０により演算された各リチウムイオン二次電池１１の温度データは、逐次、記憶部２２に格納される。
　加熱部は、加熱制御部２１からの加熱の指令を受けて、各リチウムイオン二次電池１１を加熱する。加熱部は、例えば、通電により発熱する抵抗体などである複数のヒータ２３（２３ａ、２３ｂ、…、２３ｎ）と、各ヒータ２３に所定の電流を供給するヒータ駆動部１４とから構成される。ヒータは、各リチウムイオン二次電池１１の数に対応して１対１で設けても、複数個に１個設けても、特定のリチウムイオン二次電池１１を選択して設けてもよい。各ヒータ２３への通電には、リチウムイオン二次電池１１の電力を用いることができる。加熱部には、抵抗体のヒータ２３に限らず、誘導加熱を利用した加熱装置等の各種加熱装置を使用することができる。同様に、温度センサも、各リチウムイオン二次電池１１の数に対応して１対１で設けても、複数個に１個設けても、特定のリチウムイオン二次電池１１を選択して設けてもよい。
　加熱制御部２１は、制御部２４に含まれる。制御部２４は、例えば、集積回路（Integrated Circuit）を備えた制御回路である。制御部２４は、加熱制御部２１と、判定部２５と、を備えている。
　判定部２５は、記憶部２２に格納された計測ＳＯＣのデータおよび検出温度のデータを取り出し、取り出されたデータと、目的とする放電レートに関連付けて予め設定された設定ＳＯＣ、および放電レートと関連付けて予め設定された設定温度と、を対比する。具体的には、計測ＳＯＣが設定ＳＯＣよりも低く、かつ、検出温度が設定温度よりも低いかどうかを、対比により判定する。判定部２５が、計測ＳＯＣが設定ＳＯＣよりも低く、かつ、検出温度が設定温度よりも低いと判定した場合には、加熱制御部２１は、各リチウムイオン二次電池１１を所定の目標温度になるように加熱するための指令を発する。
　設定ＳＯＣは、満充電状態のＳＯＣ１００％に対して５～４０％の範囲内で設定される。ここで満充電状態とは、公称容量の上限まで電池が充電された状態をいう。一方、ＳＯＣ０％の完全放電状態とは、公称容量の下限まで電池が放電された状態をいう。例えば、正極活物質の組成が上記一般式（１）：ＬｉxＭｅ（ＰＯy）zで表される場合には、満充電状態では、通常、ｘ＝０．０３程度である。
　設定ＳＯＣは、５～４０％の範囲内において、リチウムイオン二次電池１１の放電レートに応じて予め実験データや設計情報に基づいて設定される。例えば、放電レートが低いとき（低率放電時）には、設定ＳＯＣは低めに設定され、放電レートが高いとき（高率放電時）には、設定ＳＯＣは高めに設定される。より具体的には、リチウムイオン二次電池１１の放電レートが０．１～１Ｃの場合には、設定ＳＯＣは５～３０％であることが好ましく、放電レートが５～１０Ｃの場合には、設定ＳＯＣは３５～４０％であることが好ましい。ここで、１Ｃは公称容量と等しい電気量を１時間で放電するときの電流値であり、例えば、公称容量が１Ａｈであれば、０．１～１Ｃは０．１～１Ａであり、５～１０Ｃは５～１０Ａである。
　また、これに限定されないが、設定ＳＯＣは、例えば、所定の放電レートで予め測定されたリチウムイオン二次電池１１の放電特性に基づいて、次のようにして決定することができる。まず、所定の放電レートでＳＯＣが５０％である時の電圧を基準とする。次に、リチウムイオン二次電池１１の電圧が、基準とした電圧から０．０５～０．１５Ｖ（概ね０．１Ｖ）降下した時点のＳＯＣを求める。こうして求められたＳＯＣの値を、当該放電レートでの設定ＳＯＣとする。
　また、設定温度は、２５～５０℃の範囲、好ましくは３０～５０℃の範囲で放電レートに応じて予め実験データや設計情報に基づいて設定される。例えば、設定温度は、低率放電時に比較的低めに設定され、高率放電時に比較的高い値に設定される。さらに具体的には、リチウムイオン二次電池１１の放電レートが０．１～１Ｃの場合には、設定温度は３０～３５℃であることが好ましく、放電レートが５～１０Ｃの場合には、設定温度は４０～５０℃であることが好ましい。また、これに限定されないが、設定温度は、例えば、放電レートが０．１Ｃ、温度が３０℃である時のリチウムイオン二次電池１１の放電容量を基準として、この基準の放電容量と同程度の放電容量が得られるように、放電レートに応じて予め設定しておくことが好ましい。
　そして、加熱部によりリチウムイオン二次電池１１を加熱する。加熱部によるリチウムイオン二次電池１１の加熱が一定時間行われたときに温度演算部２０から受けたデータにより、加熱制御部２１が各リチウムイオン二次電池１１の検出温度が所定の目標温度に達したと判定した場合には、加熱部に対して加熱を停止する指令を発する。このようにして、加熱制御部２１による加熱部に対する加熱制御が行われる。
　リチウムイオン二次電池１１の目標温度は、例えば、４５～５５℃程度の範囲であることが好ましい。
　次に、図２を参照して、図１のリチウムイオン二次電池システムの動作について詳しく説明する。
　図示例のリチウムイオン二次電池システムにおいては、はじめに、電池パック１０が給電する負荷装置１５の特性に応じて特定される放電レートと関連付けて、設定ＳＯＣおよび設定温度を決定する。すなわち、設定ＳＯＣおよび設定温度は、放電レートと関連付けた三次元データ（（ｘ，ｙ，ｚ）＝（設定ＳＯＣ，設定温度，放電レート））として、予め実験的または設計的に定められる。この設定値は、記憶部２２に予め格納される（ステップＳ１）。
　次に、図略の放電用スイッチング素子がオンされることにより、所定の放電回路により電池パック１０から放電が開始されて、負荷装置１５に給電が開始される。放電開始と同時に、ＳＯＣ計測部によるリチウムイオン二次電池１１のＳＯＣの計測が開始される（ステップＳ２）。また、温度検出部によるリチウムイオン二次電池１１の温度の検出も開始される（ステップＳ３）。ステップＳ２と、ステップＳ３との実行順序は特に限定されず、ステップＳ３をステップＳ２よりも先に実行してもよい。
　計測されたリチウムイオン二次電池１１の計測ＳＯＣが、記憶部２２に予め格納された設定ＳＯＣよりも低く、かつ、検出されたリチウムイオン二次電池１１の検出温度が、記憶部２２に予め格納された設定温度よりも低い場合には（ステップＳ４でＹＥＳの場合には）、加熱制御部２１からヒータ駆動部１４に対して、リチウムイオン二次電池１１を加熱するという指令が発せられる。これにより、ヒータ２３に通電されて、リチウムイオン二次電池１１の加熱が開始される（ステップＳ６）。
　一連の処理は、リチウムイオン二次電池１１の電圧が低下して、放電終止電圧に達するまでの間、繰り返し実行される。
　次に、図３を参照して、本実施形態の他の一例としての、車両の駆動用電源として搭載されるリチウムイオン二次電池システム３０を説明する。
　リチウムイオン二次電池システム３０は、複数のリチウムイオン二次電池１１からなる組電池１２と、電池ＥＣＵ３１と、組電池１２に接続される負荷装置１５と、熱源部３２を含む加熱部と、を備えている。図１と同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、以降の説明を省略する。
　電池ＥＣＵ３１は、図１の装置と同様のＳＯＣ計測部、温度検出部および記憶部２２と、リチウムイオン二次電池システム３０を制御するための制御部３４と、を備えている。
　制御部３４は、例えば集積回路を備えた制御回路であって、加熱制御部３５と、判定部２５と、を備えている。
　加熱部は、外部熱源である熱源部３２から供給される熱量により各リチウムイオン二次電池１１を加熱する。加熱部は、流体ポンプ３３と、各リチウムイオン二次電池１１の表面または近傍に配置される熱媒体流路３６とを含む。熱源部３２としては、例えば、車両の駆動により発生する余熱を用いることができる。このような余熱は、エア、水、オイルなどの熱交換流体に蓄熱させた上で流体ポンプ３３により熱媒体流路３６に供給される。流体ポンプ３３は、熱交換流体を、加熱制御部３５からの指令に応じて、熱媒体流路３６と熱源部３２との間で還流させる。これにより、各リチウムイオン二次電池１１が加熱される。
　図３に示すリチウムイオン二次電池システム３０の動作は、リチウムイオン二次電池１１を加熱するための熱源として電池システム外部の熱源部３２を用いる点において異なること以外は、図１に示すリチウムイオン二次電池システム１０と同様である。
　本発明は、電気自動車、ハイブリッドカーなどの大電流放電を要する電池システムとして有用である。
　本発明を現時点での好ましい実施態様に関して説明したが、そのような開示を限定的に解釈してはならない。種々の変形及び改変は、上記開示を読むことによって本発明に属する技術分野における当業者には間違いなく明らかになるであろう。したがって、添付の請求の範囲は、本発明の真の精神及び範囲から逸脱することなく、すべての変形及び改変を包含する、と解釈されるべきものである。
　１０　電池パック、　１１（１１ａ、１１ｂ、１１ｎ）　リチウムイオン二次電池、　１２　組電池、　１２ａ　接続端子、　１２ｂ　接続端子、　１３　電池制御部、　１４　ヒータ駆動部、　１５　負荷装置、　１５ａ　接続端子、　１５ｂ　接続端子、　１６　電流センサ、　１７　タイマ、　１８　ＳＯＣ演算部、　１９ａ　温度センサ、　１９ｂ　温度センサ、　１９ｎ　温度センサ、　２０　温度演算部、　２１　加熱制御部、　２２　記憶部、　２３（２３ａ、２３ｂ、２３ｎ）ヒータ、　２５　判定部、　３０　リチウムイオン二次電池システム、　３２　熱源部、　３３　流体ポンプ、　３４　制御部、　３５　加熱制御部、　３６　熱媒体流路

Claims (10)

  1. 　オリビン系リチウム複合リン酸塩を含む正極を備えた複数のリチウムイオン二次電池からなる組電池と、前記リチウムイオン二次電池の少なくとも１つの充電状態を表すＳＯＣを計測するＳＯＣ計測部と、前記リチウムイオン二次電池の少なくとも１つの温度を検出する温度検出部と、前記リチウムイオン二次電池の少なくとも１つを加熱するための加熱部と、前記加熱部による前記リチウムイオン二次電池の少なくとも１つへの加熱を制御する加熱制御部と、を備え、
    　前記ＳＯＣ計測部により計測された計測ＳＯＣが、放電レートと関連付けて予め設定される設定ＳＯＣよりも低く、かつ、前記温度検出部により検出された検出温度が、前記放電レートと関連付けて予め設定される設定温度よりも低いときに、前記加熱制御部が前記リチウムイオン二次電池の少なくとも１つを所定の目標温度になるように加熱する指令を発することを特徴とするリチウムイオン二次電池システム。
  2. 　前記設定ＳＯＣが、前記リチウムイオン二次電池の少なくとも１つの満充電状態のＳＯＣ１００％に対して５～４０％である請求項１に記載のリチウムイオン二次電池システム。
  3. 　前記設定温度が２５～５０℃である請求項１または２に記載のリチウムイオン二次電池システム。
  4. 　前記目標温度が４５～５５℃である請求項１～３のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池システム。
  5. 　前記オリビン系リチウム複合リン酸塩が、一般式（１）：ＬｉxＭｅ（ＰＯy）z、ただし、ＭｅはＮａ、Ｍｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｐｂ、ＳｂおよびＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素であり、かつ０＜ｘ≦２、３≦ｙ≦４、０．５＜ｚ≦１．５、である、で表される請求項１～４のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池システム。
  6. 　前記一般式（１）で表されるオリビン系リチウム複合リン酸塩が、元素Ｍｅとして、前記群より選ばれる２種以上の元素を含み、かつ、元素Ｍｅの２０モル％以上がＦｅである請求項５に記載のリチウムイオン二次電池システム。
  7. 　前記加熱部が通電により発熱する抵抗体を含む請求項１～６のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池システム。
  8. 　前記加熱部が、熱源として外部熱源を使用する請求項１～６のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池システム。
  9. 　車両の駆動用電源として搭載されるものであり、
    　前記外部熱源が前記車両の駆動により発生する余熱である請求項８に記載のリチウムイオン二次電池システム。
  10. 　請求項１～９のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池システムと、前記複数のリチウムイオン二次電池の充電および放電を制御する充放電制御部と、を備えることを特徴とする電池パック。
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