(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-09-20
(45)【発行日】2023-09-28
(54)【発明の名称】二次電池の昇温方法
(51)【国際特許分類】
H01M 10/633 20140101AFI20230921BHJP
H01M 10/615 20140101ALI20230921BHJP
H01M 10/637 20140101ALI20230921BHJP
H01M 10/651 20140101ALI20230921BHJP
H01M 10/625 20140101ALI20230921BHJP
H01M 10/48 20060101ALI20230921BHJP
H02J 7/04 20060101ALI20230921BHJP
H02J 7/10 20060101ALI20230921BHJP
【ＦＩ】
H01M10/633
H01M10/615
H01M10/637
H01M10/651
H01M10/625
H01M10/48 P
H01M10/48 301
H02J7/04 L
H02J7/10 L
【請求項の数】
1
(21)【出願番号】P 2019080148
(22)【出願日】2019-04-19
(65)【公開番号】P2020177840
(43)【公開日】2020-10-29
【審査請求日】2021-10-21
(73)【特許権者】
【識別番号】000241500
【氏名又は名称】トヨタ紡織株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000497
【氏名又は名称】弁理士法人グランダム特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】西川 裕貴
【審査官】右田 勝則
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１５－１５３７１９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１１７６８５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－１２５３２６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－１９９６０５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－１７６８２１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－０９３８７１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－１４９４７１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－１３５０８５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｍ １０／６３３
Ｈ０１Ｍ １０／６１５
Ｈ０１Ｍ １０／６３７
Ｈ０１Ｍ １０／６５１
Ｈ０１Ｍ １０／６２５
Ｈ０１Ｍ １０／４８
Ｈ０２Ｊ ７／０４
Ｈ０２Ｊ ７／１０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
充電及び放電を交互に行うことによる内部発熱によって二次電池を昇温させる二次電池の昇温方法であって、乗員が操作することなく給電されて動作しても問題とならず、電気自動車の走行駆動制御に無関係な機器である補機を用いて、
前記二次電池の温度が基準温度未満である間、前記二次電池の電圧が使用上限電圧に達するまで補助電池による前記二次電池の充電を継続し、前記二次電池の電圧が前記使用上限電圧に達した場合に前記二次電池の充電を停止して前記二次電池から前記補機への放電に切り替える第１動作と、前記二次電池の電圧が使用下限電圧に達するまで前記二次電池から前記補機への放電を継続し、前記二次電池の電圧が前記使用下限電圧に達した場合に前記二次電池から前記補機への放電を停止して前記補助電池による前記二次電池の充電に切り替える第２動作とを、前記二次電池の温度が前記基準温度に達するまで交互に行い、前記二次電池の温度が前記基準温度以上になった場合に前記第１動作と前記第２動作を交互に行うことを停止させる
二次電池の昇温方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、例えばリチウムイオン電池などの二次電池を充電及び放電による内部発熱によって昇温させる二次電池の昇温方法に関する。
【背景技術】
【0002】
一般に、リチウムイオン電池などの二次電池は、低温状態にある場合、活性が低いため、所定の性能が得られなくなる。このため、従来、例えば特許文献１に示すように、充電と放電とを繰り返し行うことで、二次電池を所定の性能を発揮できる温度以上まで昇温させる二次電池の昇温方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１５－１５３７１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上述のような二次電池の昇温方法では、二次電池を所定の性能を発揮できる温度以上まで昇温させることはできるものの、二次電池をより短時間で昇温させる上では改善の余地を残すものとなっている。
【0005】
本発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目してなされた。その目的は、より短時間で昇温させることができる二次電池の昇温方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決する二次電池の昇温方法は、充電及び放電を交互に行うことによる内部発熱によって二次電池を昇温させる二次電池の昇温方法であって、前記二次電池の充電を行う場合には、予め設定された前記二次電池の使用上限電圧と、前記二次電池の温度と、前記二次電池の充電時の充電率とに基づいて前記二次電池の充電時の最大電流値である充電時最大電流値を算出し、前記二次電池の充電時の電流値が前記充電時最大電流値となるように設定し、前記二次電池の放電を行う場合には、予め設定された前記二次電池の使用下限電圧と、前記二次電池の温度と、前記二次電池の放電時の充電率とに基づいて前記二次電池の放電時の最大電流値である放電時最大電流値を算出し、前記二次電池の放電時の電流値が前記放電時最大電流値となるように設定することを要旨とする。
上記課題を解決する二次電池の昇温方法は、充電及び放電を交互に行うことによる内部発熱によって二次電池を昇温させる二次電池の昇温方法であって、前記二次電池の充電を行う場合には、予め設定された前記二次電池の使用上限電圧と、前記二次電池の温度と、前記二次電池の充電時の充電率とに基づいて前記二次電池の充電時の最大電流値である充電時最大電流値を算出し、前記二次電池の充電時の電流値が前記充電時最大電流値となるように設定し、前記二次電池の放電を行う場合には、予め設定された前記二次電池の使用下限電圧と、前記二次電池の温度と、前記二次電池の放電時の充電率とに基づいて前記二次電池の放電時の最大電流値である放電時最大電流値を算出し、前記二次電池の放電時の電流値が前記放電時最大電流値となるように設定することを要旨とする。
【0007】
この構成によれば、最大電流値で二次電池の充電及び放電を行うので、より短時間で二次電池を昇温させることができる。
上記課題を解決する二次電池の昇温方法は、充電及び放電を交互に行うことによる内部発熱によって二次電池を昇温させる二次電池の昇温方法であって、前記二次電池の充電時及び放電時のそれぞれの電流を、電圧が予め設定された前記二次電池の使用電圧範囲内に収まるように、限界まで増加させることを要旨とする。
上記課題を解決する二次電池の昇温方法は、充電及び放電を交互に行うことによる内部発熱によって二次電池を昇温させる二次電池の昇温方法であって、前記二次電池の充電時及び放電時のそれぞれの電流を、電圧が予め設定された前記二次電池の使用電圧範囲内に収まるように、限界まで増加させることを要旨とする。
【0008】
この構成によれば、二次電池の充電時及び放電時に限界まで電流値を増加させるので、より短時間で二次電池を昇温させることができる。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、より短時間で二次電池を昇温させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【発明を実施するための形態】
【0011】
（第１実施形態）
以下、第１実施形態として電気自動車に搭載される二次電池の昇温方法を図面に従って説明する。
以下、第１実施形態として電気自動車に搭載される二次電池の昇温方法を図面に従って説明する。
【0012】
図１に示すように、電気自動車１１は、電気自動車１１全体を統括的に制御する制御部１２と、二次電池１３と、二次電池１３の温度Ｔ１を検出する温度センサ１４と、二次電池１３の電圧を検出する電圧センサ１５と、補助電池１６と、補機１７と、スイッチ部１８と、モータ１９と、モータ１９の駆動力によって回転駆動される駆動輪２０とを備えている。
【0013】
二次電池１３は、例えばリチウムイオン電池などによって構成され、モータ１９の電源として機能する。補助電池１６は、例えば鉛蓄電池によって構成され、二次電池１３の充電用電池として用いられる。モータ１９は、発電機兼用の電動機である同期発電電動機によって構成され、電気自動車１１の駆動源として機能する。さらに、モータ１９は、電気自動車１１の減速時に駆動輪２０から入力される動力を用いて発電（回生）する。モータ１９によって発電された電力は、二次電池１３及び補助電池１６の充電に用いられる。
【0014】
補機１７は、乗員が操作することなく給電されて動作しても問題とならない機器、すなわち電気自動車１１の走行駆動制御に無関係な機器によって構成される。つまり、補機１７は、例えばシートを温めるためのシートヒータなどによって構成される。スイッチ部１８は、二次電池１３、補機１７、補助電池１６、及びモータ１９とそれぞれ電気的に接続されている。スイッチ部１８は、二次電池１３、補機１７、補助電池１６、及びモータ１９の間で、電気的な接続及び切断を選択的に行う。
【0015】
スイッチ部１８は、モータ１９によって発電された電力で二次電池１３及び補助電池１６の充電を行う場合、モータ１９を二次電池１３及び補助電池１６とそれぞれ電気的に接続する。スイッチ部１８は、補助電池１６によって二次電池１３を充電する場合、補助電池１６と二次電池１３とを電気的に接続する。スイッチ部１８は、二次電池１３の電力を補機１７に供給する場合、二次電池１３と補機１７とを電気的に接続する。
【0016】
制御部１２は、二次電池１３、温度センサ１４、電圧センサ１５、補機１７、スイッチ部１８、及びモータ１９とそれぞれ電気的に接続されている。制御部１２は、温度センサ１４及び電圧センサ１５から送信される信号に基づいて、二次電池１３、補機１７、スイッチ部１８、及びモータ１９をそれぞれ制御する。制御部１２は、二次電池１３が充電及び放電されるときの電流値を積算することで、二次電池１３の充電率を常に把握する。
【0017】
制御部１２は、コンピューターによって構成され、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭを備えている。ＲＯＭには、図２のフローチャートで示す二次電池１３を昇温させるためのプログラム（第１昇温処理ルーチン）を含む各種制御プログラム、予め設定された二次電池１３の使用上限電圧Ｖ１及び使用下限電圧Ｖ２、二次電池１３が所定の性能を発揮できる最低の温度である基準温度Ｔ、各種設定データなどが記憶されている。ＲＡＭには、ＣＰＵによる演算結果及び処理結果である各種データなどが一時記憶される。
【0018】
二次電池１３の使用上限電圧Ｖ１は二次電池１３を適正に使用可能な上限の電圧値であり、二次電池１３の使用下限電圧Ｖ２は二次電池１３を適正に使用可能な下限の電圧値であり、使用上限電圧Ｖ１から使用下限電圧Ｖ２までの範囲が二次電池１３の使用電圧範囲とされている。したがって、二次電池１３の電圧Ｖが使用上限電圧Ｖ１を上回ったり使用下限電圧Ｖ２を下回ったりすると、二次電池１３が極端に早く劣化するなどの不具合が発生し易くなる。なお、使用上限電圧Ｖ１及び使用下限電圧Ｖ２は、一定の値に設定されている。
【0019】
次に、乗員によって電気自動車１１が始動された際に制御部１２が一定周期毎に繰り返し実行する第１昇温処理ルーチンを本実施形態の作用として図２に示すフローチャートに基づいて説明する。
【0020】
さて、電気自動車１１が始動されると、制御部１２は、二次電池１３の温度Ｔ１が基準温度Ｔ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１）。ステップＳ１の判定結果が肯定判定である場合、制御部１２は、第１昇温処理ルーチンを終了する。ステップＳ１の判定結果が否定判定である場合、制御部１２は、補助電池１６によって二次電池１３を充電する（ステップＳ２）。
【0021】
このステップＳ２において二次電池１３の充電を行う場合、制御部１２は、二次電池１３の使用上限電圧Ｖ１と、二次電池の温度Ｔ１と、二次電池１３の充電時の充電率とに基づいて二次電池１３の充電時の最大電流値である充電時最大電流値を算出し、二次電池１３の充電時の電流値が充電時最大電流値となるように二次電池１３を制御する。充電時最大電流値は、二次電池１３の電圧Ｖが使用上限電圧Ｖ１を上回らない最大の電流値であり、二次電池１３の温度毎及び二次電池１３の充電時の充電率毎に予め実験やシミュレーションによって求めることができる。充電時最大電流値は、二次電池１３の温度が高いときほど大きい値として算出され、二次電池１３の充電率が高いときほど小さい値として算出される。
【0022】
続いて、制御部１２は、所定時間ＳＴ（例えば１０秒程度）が経過したか否かを判定する（ステップＳ３）。制御部１２は、ステップＳ３の判定結果が肯定判定になるまでステップＳ３の処理を繰り返し実行し、ステップＳ３の判定結果が肯定判定になると、補助電池１６による二次電池１３の充電を停止する（ステップＳ４）。続いて、制御部１２は、二次電池１３の温度Ｔ１が基準温度Ｔ以上であるか否かを判定する（ステップＳ５）。
【0023】
ステップＳ５の判定結果が肯定判定である場合、制御部１２は、第１昇温処理ルーチンを終了する。ステップＳ５の判定結果が否定判定である場合、制御部１２は、二次電池１３から補機１７に電力を供給させることによって二次電池１３を放電する（ステップＳ６）。
【0024】
このステップＳ６において二次電池１３の放電を行う場合、制御部１２は、二次電池１３の使用下限電圧Ｖ２と、二次電池１３の温度と、二次電池１３の放電時の充電率とに基づいて二次電池１３の放電時の最大電流値である放電時最大電流値を算出し、二次電池１３の放電時の電流値が放電時最大電流値となるように二次電池１３を制御する。
【0025】
放電時最大電流値は、二次電池１３の電圧Ｖが使用下限電圧Ｖ２を下回らない最大の電流値であり、二次電池１３の温度毎及び二次電池１３の放電時の充電率毎に予め実験やシミュレーションによって求めることができる。この場合、二次電池１３の放電時の電流値は、マイナスの値になるので、放電時最大電流値は、絶対値が最大となる値（数値としては最小となる値）である。放電時最大電流値は、二次電池１３の温度が高いときほど大きい値として算出され、二次電池１３の充電率が高いときほど大きい値として算出される。
【0026】
続いて、制御部１２は、所定時間ＳＴ（例えば１０秒程度）が経過したか否かを判定する（ステップＳ７）。制御部１２は、ステップＳ７の判定結果が肯定判定になるまでステップＳ７の処理を繰り返し実行し、ステップＳ７の判定結果が肯定判定になると、二次電池１３から補機１７への電力の供給（放電）を停止する（ステップＳ８）。
【0027】
続いて、制御部１２は、二次電池１３の温度Ｔ１が基準温度Ｔ以上であるか否かを判定する（ステップＳ９）。ステップＳ９の判定結果が否定判定である場合、制御部１２は、その処理をステップＳ２に移行する。ステップＳ９の判定結果が肯定判定である場合、制御部１２は、第１昇温処理ルーチンを終了する。
【0028】
以上のように、二次電池１３は、充電及び放電を交互に行うことによる内部発熱によって昇温される。この場合、二次電池１３の充電時には二次電池１３の電流値が充電時最大電流値となるように設定され、二次電池１３の放電時には二次電池１３の電流値が放電時最大電流値となるように設定される。つまり、充放電を行って二次電池１３を昇温する際には、二次電池１３の温度及び充電率に基づいて二次電池１３の使用電圧範囲において電流値が常にそのときの最大となるように設定されるので、より短時間で二次電池１３を昇温させることができる。
【0029】
以上詳述した第１実施形態によれば、次のような効果が発揮される。
（１－１）二次電池１３の昇温方法では充電及び放電を交互に行うことによる内部発熱によって二次電池１３が昇温され、二次電池１３の充電を行う場合には電流値が充電時最大電流値となるように設定され、二次電池１３の放電を行う場合には電流値が放電時最大電流値となるように設定される。この構成によれば、二次電池１３の使用電圧範囲において常に最大電流値で二次電池１３の充電及び放電を行うので、より短時間で二次電池１３を昇温させることができる。
（１－１）二次電池１３の昇温方法では充電及び放電を交互に行うことによる内部発熱によって二次電池１３が昇温され、二次電池１３の充電を行う場合には電流値が充電時最大電流値となるように設定され、二次電池１３の放電を行う場合には電流値が放電時最大電流値となるように設定される。この構成によれば、二次電池１３の使用電圧範囲において常に最大電流値で二次電池１３の充電及び放電を行うので、より短時間で二次電池１３を昇温させることができる。
【0030】
（第２実施形態）
次に、二次電池の昇温方法の第２実施形態を図面に従って説明する。
この第２実施形態では、第１実施形態における第１昇温処理ルーチンを第２昇温処理ルーチンに変更しただけで、これ以外は第１実施形態と同じであるため、第２昇温処理ルーチンのみを説明する。すなわち、乗員によって電気自動車１１が始動された際に制御部１２が一定周期毎に繰り返し実行する第２昇温処理ルーチンを本実施形態の作用として図３に示すフローチャートに基づいて説明する。
次に、二次電池の昇温方法の第２実施形態を図面に従って説明する。
この第２実施形態では、第１実施形態における第１昇温処理ルーチンを第２昇温処理ルーチンに変更しただけで、これ以外は第１実施形態と同じであるため、第２昇温処理ルーチンのみを説明する。すなわち、乗員によって電気自動車１１が始動された際に制御部１２が一定周期毎に繰り返し実行する第２昇温処理ルーチンを本実施形態の作用として図３に示すフローチャートに基づいて説明する。
【0031】
さて、電気自動車１１が始動されると、制御部１２は、二次電池１３の温度Ｔ１が基準温度Ｔ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。ステップＳ１の判定結果が肯定判定である場合、制御部１２は、第２昇温処理ルーチンを終了する。ステップＳ１１の判定結果が否定判定である場合、制御部１２は、補助電池１６によって二次電池１３を充電する（ステップＳ１２）。このステップＳ１２における二次電池１３の充電中、制御部１２は、二次電池１３の電流を上昇させる。すると、この二次電池１３の電流の上昇に伴って、二次電池１３の電圧Ｖが徐々に上昇する。
【0032】
続いて、制御部１２は、二次電池１３の温度Ｔ１が基準温度Ｔ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。ステップＳ１３の判定結果が肯定判定である場合、制御部１２は、第２昇温処理ルーチンを終了する。ステップＳ１３の判定結果が否定判定である場合、制御部１２は、二次電池１３の電圧Ｖが使用上限電圧Ｖ１に達したか否かを判定する（ステップＳ１４）。
【0033】
ステップＳ１３の判定結果が否定判定である場合、制御部１２は、その処理をステップＳ１２に移行する。ステップＳ１３の判定結果が肯定判定である場合、制御部１２は、補助電池１６による二次電池１３の充電を停止する（ステップＳ１５）。続いて、制御部１２は、二次電池１３の温度Ｔ１が基準温度Ｔ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１６）。
【0034】
ステップＳ１６の判定結果が肯定判定である場合、制御部１２は、第２昇温処理ルーチンを終了する。ステップＳ１６の判定結果が否定判定である場合、制御部１２は、二次電池１３から補機１７に電力を供給させることによって二次電池１３を放電する（ステップＳ１７）。このステップＳ１７における二次電池１３の放電中、制御部１２は、二次電池１３の電流の絶対値を徐々に増加させる。この場合、二次電池１３の放電時の電流はマイナスの値になるため、二次電池１３の電流の数値は減少する。このため、二次電池１３の電圧Ｖは低下する。
【0035】
続いて、制御部１２は、二次電池１３の温度Ｔ１が基準温度Ｔ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１８）。ステップＳ１８の判定結果が肯定判定である場合、制御部１２は、第２昇温処理ルーチンを終了する。ステップＳ１８の判定結果が否定判定である場合、制御部１２は、二次電池１３の電圧Ｖが使用下限電圧Ｖ２に達したか否かを判定する（ステップＳ１９）。
【0036】
ステップＳ１９の判定結果が否定判定である場合、制御部１２は、その処理をステップＳ１７に移行する。ステップＳ１９の判定結果が肯定判定である場合、制御部１２は、二次電池１３から補機１７への電力の供給（放電）を停止する（ステップＳ２０）。続いて、制御部１２は、二次電池１３の温度Ｔ１が基準温度Ｔ以上であるか否かを判定する（ステップＳ２１）。ステップＳ２１の判定結果が否定判定である場合、制御部１２は、その処理をステップＳ１２に移行する。ステップＳ２１の判定結果が肯定判定である場合、制御部１２は、第２昇温処理ルーチンを終了する。
【0037】
以上のように、二次電池１３は、充電及び放電を交互に行うことによる内部発熱によって昇温される。二次電池１３が昇温されることに伴い、使用電圧範囲内に収まる電流の範囲も徐々に増大する。二次電池１３の充電時及び放電時のそれぞれの電流は、二次電池１３の電圧Ｖが二次電池１３の使用電圧範囲内に収まるように、限界まで増加されることで、そのときの最大電流値まで増加することとなる。その結果、より短時間で二次電池１３を昇温させることができる。
【0038】
以上詳述した第２実施形態によれば、次のような効果が発揮される。
（２－１）二次電池１３の昇温方法では充電及び放電を交互に行うことによる内部発熱によって二次電池１３が昇温され、二次電池１３の充電時及び放電時のそれぞれの電流を、二次電池１３の電圧Ｖが二次電池１３の使用電圧範囲内に収まるように、限界まで増加される。この構成によれば、二次電池１３の充電時及び放電時に限界まで電流値を増加させるので、より短時間で二次電池１３を昇温させることができる。
（２－１）二次電池１３の昇温方法では充電及び放電を交互に行うことによる内部発熱によって二次電池１３が昇温され、二次電池１３の充電時及び放電時のそれぞれの電流を、二次電池１３の電圧Ｖが二次電池１３の使用電圧範囲内に収まるように、限界まで増加される。この構成によれば、二次電池１３の充電時及び放電時に限界まで電流値を増加させるので、より短時間で二次電池１３を昇温させることができる。
【0039】
（２－２）二次電池１３の昇温方法では、上記第１実施形態のような複雑な演算が不要であるため、上記第１実施形態の場合よりも簡単な制御で二次電池１３の迅速な昇温を実現できる。
【0040】
（変更例）
なお、上記各実施形態は次のように変更してもよい。
・第１昇温処理ルーチン及び第２昇温処理ルーチンでは、最初に二次電池１３の充電を行うようにしているが、最初に二次電池１３の放電を行うようにしてもよい。
なお、上記各実施形態は次のように変更してもよい。
・第１昇温処理ルーチン及び第２昇温処理ルーチンでは、最初に二次電池１３の充電を行うようにしているが、最初に二次電池１３の放電を行うようにしてもよい。
【0041】
・二次電池１３は、電気自動車１１だけでなくハイブリッド車に搭載してもよい。
【符号の説明】
【0042】
１３…二次電池、Ｔ１…温度、Ｖ…電圧、Ｖ１…使用上限電圧、Ｖ２…使用下限電圧。
【図1】
【図2】
【図3】
