JP2001273934A - 非水電解質電池の運転方法及び電池装置 - Google Patents
非水電解質電池の運転方法及び電池装置Info
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- JP2001273934A JP2001273934A JP2000055619A JP2000055619A JP2001273934A JP 2001273934 A JP2001273934 A JP 2001273934A JP 2000055619 A JP2000055619 A JP 2000055619A JP 2000055619 A JP2000055619 A JP 2000055619A JP 2001273934 A JP2001273934 A JP 2001273934A
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- load
- aqueous electrolyte
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低温時における電池の放電容量を大きく確保
する。 【解決手段】 正極活物質がＬｉＣｏ（１−ｘ）ＭｘＯ
２（０≦ｘ＜１）である非水電解液電池において、負荷
への通常の通電を行うに先立ち、自己電力で放電させる
ことにより電池温度が−５℃に達するまで電池を昇温さ
せる。
する。 【解決手段】 正極活物質がＬｉＣｏ（１−ｘ）ＭｘＯ
２（０≦ｘ＜１）である非水電解液電池において、負荷
への通常の通電を行うに先立ち、自己電力で放電させる
ことにより電池温度が−５℃に達するまで電池を昇温さ
せる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は低温時の運転特性を
改善した非水電解質電池の運転方法及び電池装置に関す
る。
改善した非水電解質電池の運転方法及び電池装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】リチウ
ムイオン電池等の非水電解質電池は、電解液として有機
溶媒を使用しているため、例えば−１０℃等の低温度で
はイオンの移動性が急速に低下し、また、低温度では分
極が大きいため、十分な放電容量を確保することができ
なくなる。このことは、例えば電気自動車にこの種の電
池を搭載する場合には、寒冷地での自動車の使用に制約
を受けることを意味する。
ムイオン電池等の非水電解質電池は、電解液として有機
溶媒を使用しているため、例えば−１０℃等の低温度で
はイオンの移動性が急速に低下し、また、低温度では分
極が大きいため、十分な放電容量を確保することができ
なくなる。このことは、例えば電気自動車にこの種の電
池を搭載する場合には、寒冷地での自動車の使用に制約
を受けることを意味する。
【０００３】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、低温時の電池利用効率を高めることが
できる非水電解質電池の運転方法及び電池装置を提供す
ることにある。
で、その目的は、低温時の電池利用効率を高めることが
できる非水電解質電池の運転方法及び電池装置を提供す
ることにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段及びその作用・効果】上記
課題を解決するため、本願発明は、低温時には自己電力
によって電池を加熱した後に負荷への通電を開始すると
ころに特徴を有する。低温時であるという判断は、好ま
しくは電池温度がー５℃未満、より好ましくはー１０℃
以下であることを検知することによって行うことが好ま
しい。このようにすると、電池温度が上昇してから負荷
に通電されることになるから、分極が小さくなり、か
つ、イオンの移動性が高くなるので、大きな放電容量を
確保できる。この場合、自己電力を使用するから、その
電力消費によって電池内部が昇温し、より効率的な温度
上昇を図ることができる。
課題を解決するため、本願発明は、低温時には自己電力
によって電池を加熱した後に負荷への通電を開始すると
ころに特徴を有する。低温時であるという判断は、好ま
しくは電池温度がー５℃未満、より好ましくはー１０℃
以下であることを検知することによって行うことが好ま
しい。このようにすると、電池温度が上昇してから負荷
に通電されることになるから、分極が小さくなり、か
つ、イオンの移動性が高くなるので、大きな放電容量を
確保できる。この場合、自己電力を使用するから、その
電力消費によって電池内部が昇温し、より効率的な温度
上昇を図ることができる。
【０００５】請求項２の発明は、非水電解質電池の正極
活物質をＬｉＣｏ（１−ｘ）ＭｘＯ ２（０≦ｘ＜１）と
したところに特徴がある。正極活物質が上記化合物であ
ると、放電時に発熱反応を起こすので、より効率的に電
池内部を温度上昇させることができる。このことは、よ
り少ない自己電力の消費によって、より多くの放電容量
を確保できることを意味する。正極活物質の発熱反応を
効果的に発揮させるという理由から、好ましくは０≦ｘ
＜０．５が良い。そして、このような運転方法は特に定
格容量が１Ａｈ程度以上のものに適する。
活物質をＬｉＣｏ（１−ｘ）ＭｘＯ ２（０≦ｘ＜１）と
したところに特徴がある。正極活物質が上記化合物であ
ると、放電時に発熱反応を起こすので、より効率的に電
池内部を温度上昇させることができる。このことは、よ
り少ない自己電力の消費によって、より多くの放電容量
を確保できることを意味する。正極活物質の発熱反応を
効果的に発揮させるという理由から、好ましくは０≦ｘ
＜０．５が良い。そして、このような運転方法は特に定
格容量が１Ａｈ程度以上のものに適する。
【０００６】また、請求項３の発明は、請求項１又は２
の発明において、温度が−５℃に達するまで電池を昇温
させるところに特徴を有する。一般に低温度になるほど
放電容量は低下するが、実験によれば、電池温度が−５
℃を越えると常温と大差ない放電容量を確保できること
が判明した。したがって、自己電力によって電池を加熱
する場合に、最小の自己電力の消費によって最大の効果
を上げ得ることになる。
の発明において、温度が−５℃に達するまで電池を昇温
させるところに特徴を有する。一般に低温度になるほど
放電容量は低下するが、実験によれば、電池温度が−５
℃を越えると常温と大差ない放電容量を確保できること
が判明した。したがって、自己電力によって電池を加熱
する場合に、最小の自己電力の消費によって最大の効果
を上げ得ることになる。
【０００７】請求項４に係る電池装置は、正極活物質が
ＬｉＣｏ（１−ｘ）ＭｘＯ２（０≦ｘ＜１）である非水
電解質電池と、その電池の温度を測定する温度センサ
と、前記非水電解質電池の正極及び負極間に設けられた
放電回路と、前記温度センサによって前記電池温度が所
定温度以下の場合には負荷への通電に先だって前記放電
回路への通電を行わせる放電制御回路とを備えるところ
に特徴を有する。ｘの値は、上記同様に０≦ｘ＜０．５
が良い。これにて負荷への通電に先立つ放電回路への通
電により、電池自体が温度上昇するから、放電容量をよ
り多く確保できるようになる。なお、請求項５の電池装
置のように放電回路に備えた抵抗体によって電池を外部
から加熱できるようにすると、より効率的である。
ＬｉＣｏ（１−ｘ）ＭｘＯ２（０≦ｘ＜１）である非水
電解質電池と、その電池の温度を測定する温度センサ
と、前記非水電解質電池の正極及び負極間に設けられた
放電回路と、前記温度センサによって前記電池温度が所
定温度以下の場合には負荷への通電に先だって前記放電
回路への通電を行わせる放電制御回路とを備えるところ
に特徴を有する。ｘの値は、上記同様に０≦ｘ＜０．５
が良い。これにて負荷への通電に先立つ放電回路への通
電により、電池自体が温度上昇するから、放電容量をよ
り多く確保できるようになる。なお、請求項５の電池装
置のように放電回路に備えた抵抗体によって電池を外部
から加熱できるようにすると、より効率的である。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の一実施形態について、図
面を参照して説明する。図１は電池装置の全体構成を示
している。電池１０は正極活物質がＬｉＣｏＯ２である
非水電解液のリチウムイオン二次電池であり、例えば定
格放電容量は１００Ａｈである。この正極及び負極は主
スイッチ１１を介して負荷１２に接続されており、主ス
イッチ１１を閉じることで負荷１２に通電できるように
なっている。
面を参照して説明する。図１は電池装置の全体構成を示
している。電池１０は正極活物質がＬｉＣｏＯ２である
非水電解液のリチウムイオン二次電池であり、例えば定
格放電容量は１００Ａｈである。この正極及び負極は主
スイッチ１１を介して負荷１２に接続されており、主ス
イッチ１１を閉じることで負荷１２に通電できるように
なっている。
【０００９】一方、正極及び負極間には抵抗体１３と放
電スイッチ１４とを直列に備えた放電回路１５が設けて
あり、放電スイッチ１４を閉じることで、抵抗体１３を
通して電池１０の自己の電力を放電させることができ
る。また、この電池１０を電源として駆動される放電制
御回路１６が設けられ、ここには運転スイッチ１７及び
電池１０の表面温度を検出する温度センサ１８が接続さ
れ、かつ、ここからの信号によって前記放電スイッチ１
４及び主スイッチ１１がオンオフ制御されるようになっ
ている。
電スイッチ１４とを直列に備えた放電回路１５が設けて
あり、放電スイッチ１４を閉じることで、抵抗体１３を
通して電池１０の自己の電力を放電させることができ
る。また、この電池１０を電源として駆動される放電制
御回路１６が設けられ、ここには運転スイッチ１７及び
電池１０の表面温度を検出する温度センサ１８が接続さ
れ、かつ、ここからの信号によって前記放電スイッチ１
４及び主スイッチ１１がオンオフ制御されるようになっ
ている。
【００１０】本実施形態の構成において、負荷１２に通
電するには、まず運転スイッチ１７をオン操作する。す
ると、温度センサ１８によって検出される電池１０の温
度が−５℃より低い場合には、まず放電スイッチ１４が
閉じられる。すると、電池１０から抵抗体１３に予備放
電電流ｉp が流れる。この結果、正極活物質の化学変化
によって熱が発生するから、電池１０自体が自己の電力
によって加熱されることになり、内部の温度が急速に上
昇する。熱としては、もちろん電池内部に発生するジュ
−ル熱もあるが、この実施形態の場合は正極活物質の発
熱反応の寄与が大きい。
電するには、まず運転スイッチ１７をオン操作する。す
ると、温度センサ１８によって検出される電池１０の温
度が−５℃より低い場合には、まず放電スイッチ１４が
閉じられる。すると、電池１０から抵抗体１３に予備放
電電流ｉp が流れる。この結果、正極活物質の化学変化
によって熱が発生するから、電池１０自体が自己の電力
によって加熱されることになり、内部の温度が急速に上
昇する。熱としては、もちろん電池内部に発生するジュ
−ル熱もあるが、この実施形態の場合は正極活物質の発
熱反応の寄与が大きい。
【００１１】このような温度上昇の結果、温度センサ１
８によって電池１０の温度が−５℃以上に昇温したこと
が検出されると、今度は、放電制御回路１６からの信号
に基づいて放電スイッチ１４が開放されるとともに、主
スイッチ１１を閉じて負荷１２に負荷電流ｉL が流れて
通電が開始される。この段階では、電池１０は昇温して
いるから、電池内部の分極も小さく、かつ、イオンの移
動性も高まっているから、放電容量を大きく確保でき
る。
８によって電池１０の温度が−５℃以上に昇温したこと
が検出されると、今度は、放電制御回路１６からの信号
に基づいて放電スイッチ１４が開放されるとともに、主
スイッチ１１を閉じて負荷１２に負荷電流ｉL が流れて
通電が開始される。この段階では、電池１０は昇温して
いるから、電池内部の分極も小さく、かつ、イオンの移
動性も高まっているから、放電容量を大きく確保でき
る。
【００１２】因みに、本実施形態の電池１０の温度を横
軸にとり、放電平均電圧、放電容量及びエネルギ−変換
効率を縦軸にとったグラフを描くと図２（Ａ），
（Ｂ），（Ｃ）の通りとなる。このグラフから、電池温
度が−５℃を越えると、放電容量が常温時と大差なくな
り、その他の特性についても急な特性低下領域を脱する
ことが判る。なお、電池１０の負極活物質はグラファイ
トで、放電平均電圧は電池電圧が４．１Ｖになるまで充
電した後、２．７Ｖになるまで定電流放電した場合の放
電中の電池が示す平均電圧で、エネルギー変換効率は放
電電気量を充電電気量で割った値に１００を乗じたもの
である。
軸にとり、放電平均電圧、放電容量及びエネルギ−変換
効率を縦軸にとったグラフを描くと図２（Ａ），
（Ｂ），（Ｃ）の通りとなる。このグラフから、電池温
度が−５℃を越えると、放電容量が常温時と大差なくな
り、その他の特性についても急な特性低下領域を脱する
ことが判る。なお、電池１０の負極活物質はグラファイ
トで、放電平均電圧は電池電圧が４．１Ｖになるまで充
電した後、２．７Ｖになるまで定電流放電した場合の放
電中の電池が示す平均電圧で、エネルギー変換効率は放
電電気量を充電電気量で割った値に１００を乗じたもの
である。
【００１３】また、当初の電池温度がそれぞれ−１０
℃，−２０℃の場合に、抵抗体１３への予備放電電流ｉ
p を様々に変化させ、いずれも電池１０の温度が−５℃
に達してから負荷１２に定格１Ｃ（１００Ａ）の負荷電
流ｉL を流した場合の放電容量を測定し、表１に示し
た。ここには、予備放電をすることなく負荷１２に通電
した場合（比較例１，２）、電池１０の温度が１０℃に
達してから負荷１２に通電した場合（比較例３）及び予
備放電電流を０．５Ｃとした場合（比較例４）の各放電
容量を併記してある。
℃，−２０℃の場合に、抵抗体１３への予備放電電流ｉ
p を様々に変化させ、いずれも電池１０の温度が−５℃
に達してから負荷１２に定格１Ｃ（１００Ａ）の負荷電
流ｉL を流した場合の放電容量を測定し、表１に示し
た。ここには、予備放電をすることなく負荷１２に通電
した場合（比較例１，２）、電池１０の温度が１０℃に
達してから負荷１２に通電した場合（比較例３）及び予
備放電電流を０．５Ｃとした場合（比較例４）の各放電
容量を併記してある。
【００１４】
【表１】
【００１５】上表１から、電池１０の温度が−５℃以上
に達した後に負荷１２に通電すれば、当初温度が−２０
℃でも定格の９０％の放電容量が確保でき、当初温度が
−１５℃なら定格の９５％の放電容量が確保できること
が判る。また、予備放電を行わない場合（比較例１，
２）には、放電容量が大幅に低下することが明らかであ
る。なお、当初温度が−２０℃の場合（比較例２）に放
電容量が０Ａｈとなったのは、電解液が凍結していて放
電不能であるためである。
に達した後に負荷１２に通電すれば、当初温度が−２０
℃でも定格の９０％の放電容量が確保でき、当初温度が
−１５℃なら定格の９５％の放電容量が確保できること
が判る。また、予備放電を行わない場合（比較例１，
２）には、放電容量が大幅に低下することが明らかであ
る。なお、当初温度が−２０℃の場合（比較例２）に放
電容量が０Ａｈとなったのは、電解液が凍結していて放
電不能であるためである。
【００１６】当初温度が−２０℃である場合には、−５
℃まで達するのに電池１０自体の電力を消費するため、
負荷１２への放電容量が少なくなる。しかし、電池１０
の温度が１０℃に達するまで昇温させると、その予備放
電によって自己電力の消費量が多くなるため、負荷１２
への放電容量が６０Ａｈと大きく低下してしまい、好ま
しくない。したがって、予備放電によって電池１０は−
５℃以上に達するまで加熱すれば充分である。また、逆
に、予備放電の電流を０．５Ｃ（５０Ａ）まで高めて温
度が０℃となるまで加熱した場合（比較例４）には、予
備放電による電力消費が大きくなるため、実際に負荷１
２に供給できる放電容量は４５Ａｈと少なくなる。した
がって、予備放電は０．２Ｃ以下の電流で−５℃に達す
るまで電池を加熱することが、予備電力の消費を抑えつ
つ、放電容量を最大限に確保する上で好ましい。
℃まで達するのに電池１０自体の電力を消費するため、
負荷１２への放電容量が少なくなる。しかし、電池１０
の温度が１０℃に達するまで昇温させると、その予備放
電によって自己電力の消費量が多くなるため、負荷１２
への放電容量が６０Ａｈと大きく低下してしまい、好ま
しくない。したがって、予備放電によって電池１０は−
５℃以上に達するまで加熱すれば充分である。また、逆
に、予備放電の電流を０．５Ｃ（５０Ａ）まで高めて温
度が０℃となるまで加熱した場合（比較例４）には、予
備放電による電力消費が大きくなるため、実際に負荷１
２に供給できる放電容量は４５Ａｈと少なくなる。した
がって、予備放電は０．２Ｃ以下の電流で−５℃に達す
るまで電池を加熱することが、予備電力の消費を抑えつ
つ、放電容量を最大限に確保する上で好ましい。
【００１７】また、電池１０を予備放電で加熱するに際
しては、−５℃に達するまで電池１０を加熱するに限ら
ず、次の表２に示すように、例えば０．２Ｃで放電して
２０分又は３０分間だけタイマーによって加熱を継続す
るようにしてもよい（実施例７，８）。電池１０の当初
温度がー２０℃の場合に、０．２Ｃの予備放電で加熱す
るとき、３０分以内の予備放電によって加熱すれば足
り、それ以上の加熱時間をとると、電池温度は高くなっ
て放電電流を大きくできるようになるが、それ以上に負
荷１２に供給できる残存放電容量が小さくなるため、好
ましくない。したがって、当初温度がー２０℃の場合に
０．２Ｃの予備放電で加熱するときには、３０分以内に
止めることが好ましい。
しては、−５℃に達するまで電池１０を加熱するに限ら
ず、次の表２に示すように、例えば０．２Ｃで放電して
２０分又は３０分間だけタイマーによって加熱を継続す
るようにしてもよい（実施例７，８）。電池１０の当初
温度がー２０℃の場合に、０．２Ｃの予備放電で加熱す
るとき、３０分以内の予備放電によって加熱すれば足
り、それ以上の加熱時間をとると、電池温度は高くなっ
て放電電流を大きくできるようになるが、それ以上に負
荷１２に供給できる残存放電容量が小さくなるため、好
ましくない。したがって、当初温度がー２０℃の場合に
０．２Ｃの予備放電で加熱するときには、３０分以内に
止めることが好ましい。
【表２】
【００１８】さらに、周囲温度が−２０℃のときには、
０．２Ｃ放電でも、容量の５％又は１０％を消費する程
度に予備放電させれば（実施例９，１０）、電池１０の
温度をある程度上昇させることができ、これにて９０Ａ
ｈ，９５Ａｈの放電容量を確保することができた。１０
％を越えて電力を予備放電させると、９０Ａｈの放電容
量を確保できなくなる。したがって、当初温度が−２０
℃のときには、予備放電によって放電させる電力量を電
池容量の１０％以下とすることが好ましい。
０．２Ｃ放電でも、容量の５％又は１０％を消費する程
度に予備放電させれば（実施例９，１０）、電池１０の
温度をある程度上昇させることができ、これにて９０Ａ
ｈ，９５Ａｈの放電容量を確保することができた。１０
％を越えて電力を予備放電させると、９０Ａｈの放電容
量を確保できなくなる。したがって、当初温度が−２０
℃のときには、予備放電によって放電させる電力量を電
池容量の１０％以下とすることが好ましい。
【００１９】なお、放電回路１５にて予備放電を行わせ
る際に、その消費電力を有効利用するにはこの電池装置
が搭載される機器や負荷１２の種類に応じた種々の構成
を採用することができる。例えば、この電池装置が電気
自動車の動力用電源として搭載される場合には、放電回
路１５の抵抗体１３を発熱線により構成し、予備放電時
に抵抗体１３で発生する熱によって車室内や、電池１０
自体或いはその他加熱が必要な機器を暖めるようにして
もよい。また、放電回路１５は負荷１２とは別の回路と
して構成するに限らず、負荷１２が定格の１０％〜２０
％の電流で運転できるものである場合には、放電回路１
５と負荷１２とを共用するようにしてもよい。
る際に、その消費電力を有効利用するにはこの電池装置
が搭載される機器や負荷１２の種類に応じた種々の構成
を採用することができる。例えば、この電池装置が電気
自動車の動力用電源として搭載される場合には、放電回
路１５の抵抗体１３を発熱線により構成し、予備放電時
に抵抗体１３で発生する熱によって車室内や、電池１０
自体或いはその他加熱が必要な機器を暖めるようにして
もよい。また、放電回路１５は負荷１２とは別の回路と
して構成するに限らず、負荷１２が定格の１０％〜２０
％の電流で運転できるものである場合には、放電回路１
５と負荷１２とを共用するようにしてもよい。
【図１】 本発明の一実施形態を示す概略的回路図
【図２】 電池の低温温度特性を示すグラフ
１０……電池 １２……負荷 １３……抵抗体 １５……放電回路 １６……放電制御回路 １８……温度センサ
Claims (5)
- 【請求項１】 非水電解質電池において、低温時には自
己電力によって電池を加熱した後に負荷への通電を開始
することを特徴とする非水電解質電池の運転方法。 - 【請求項２】 正極活物質が、ＬｉＣｏ（１−ｘ）Ｍｘ
Ｏ２（０≦ｘ＜１）であることを特徴とする請求項１記
載の非水電解質電池の運転方法。 - 【請求項３】 温度が−５℃に達するまで電池を昇温さ
せることを特徴とする請求項１又は２記載の非水電解質
電池の運転方法。 - 【請求項４】 正極活物質がＬｉＣｏ（１−ｘ）ＭｘＯ
２（０≦ｘ＜１）である非水電解質電池と、その電池の
温度を測定する温度センサと、前記非水電解質電池の正
極及び負極間に設けられた放電回路と、前記温度センサ
によって前記電池温度が所定温度以下の場合には負荷へ
の通電に先だって前記放電回路への通電を行わせる放電
制御回路とを備えてなる電池装置。 - 【請求項５】 前記放電回路は、機器加熱用の抵抗体を
備えることを特徴とする請求項４記載の電池装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000055619A JP2001273934A (ja) | 2000-01-21 | 2000-03-01 | 非水電解質電池の運転方法及び電池装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000-13267 | 2000-01-21 | ||
| JP2000013267 | 2000-01-21 | ||
| JP2000055619A JP2001273934A (ja) | 2000-01-21 | 2000-03-01 | 非水電解質電池の運転方法及び電池装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001273934A true JP2001273934A (ja) | 2001-10-05 |
Family
ID=26583942
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000055619A Pending JP2001273934A (ja) | 2000-01-21 | 2000-03-01 | 非水電解質電池の運転方法及び電池装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001273934A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000350370A (ja) * | 1999-06-04 | 2000-12-15 | Nec Mobile Energy Kk | 電池パック電源装置 |
| WO2013024533A1 (ja) * | 2011-08-17 | 2013-02-21 | 株式会社日立製作所 | 電池システム |
| JP2013200966A (ja) * | 2012-03-23 | 2013-10-03 | Jm Energy Corp | 蓄電セル温度調整回路及び当該蓄電セル温度調整回路を備えた蓄電装置 |
| JP2014157778A (ja) * | 2013-02-18 | 2014-08-28 | Kayaba Ind Co Ltd | 充放電システム |
| CN105529508A (zh) * | 2014-06-30 | 2016-04-27 | 比亚迪股份有限公司 | 电池加热系统、电池装置及电动汽车 |
| CN106067568A (zh) * | 2016-08-05 | 2016-11-02 | 北京新能源汽车股份有限公司 | 一种电池系统和电动汽车 |
| WO2023221055A1 (zh) * | 2022-05-19 | 2023-11-23 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 电池的放电方法和放电装置 |
-
2000
- 2000-03-01 JP JP2000055619A patent/JP2001273934A/ja active Pending
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