JP2014160593A

JP2014160593A - 電池温度制御方法および二次電池システム

Info

Publication number: JP2014160593A
Application number: JP2013030830A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Nishino; 大助西野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2013-02-20
Filing date: 2013-02-20
Publication date: 2014-09-04

Abstract

【課題】加温に必要な外部電力を低減し、効率良く電池性能を確保すること。
【解決手段】本実施形態に係る電池温度制御方法は、二次電池の表面を部分的にヒータにより加温する二次電池システムに用いられる方法であって、前記二次電池の前記ヒータに近い部分の第１温度と、前記二次電池の前記ヒータから遠い部分の第２温度とを測定する測定ステップと、前記ヒータをオンにした状態で、前記第２温度が目標温度から所定温度低い温度に上昇したときに前記ヒータをオフに制御する制御ステップと、前記第２温度が前記目標温度を超え、かつ前記第１温度と前記第２温度との差が所定しきい値以下になるまで放置する放置ステップとを有する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、二次電池などの温度を制御する電池温度制御方法および二次電池システムに関する。

二次電池の充電および放電動作において、低温環境下では電池のインピーダンスが大きくなり、常温で充放電できた電力やエネルギー量が低温環境下では得られなくなる。この問題に対して、二次電池の外部にヒータなどを設置して二次電池を加温するといった方法が採用されている。

特開２０００−３６３２８号公報特開２００７−２４４０５０号公報特開２００８−２１５６９号公報

ところが、二次電池の周囲全体にヒータなどを設置できない場合には、電池内に温度分布のばらつきが生じるため、電池性能が確保できないおそれがある。また、ヒータなどを利用することによる外部電力のロスが発生するという問題もある。

本実施形態の目的は、加温に必要な外部電力を低減し、効率良く電池性能を確保することができる電池温度制御方法および二次電池システムを提供することにある。

本実施形態に係る電池温度制御方法の第１の態様は、二次電池の表面を部分的にヒータにより加温する二次電池システムに用いられる方法であって、前記二次電池の前記ヒータに近い部分の第１温度と、前記二次電池の前記ヒータから遠い部分の第２温度とを測定する測定ステップと、前記ヒータをオンにした状態で、前記第２温度が目標温度から所定温度低い温度に上昇したときに前記ヒータをオフに制御する制御ステップと、前記第２温度が前記目標温度を超え、かつ前記第１温度と前記第２温度との差が所定しきい値以下になるまで放置する放置ステップとを有するものである。

本実施形態に係る電池温度制御方法の第２の態様は、二次電池の表面を部分的にヒータにより加温する二次電池システムに用いられる方法であって、前記二次電池の前記ヒータに近い部分の第１温度と、前記二次電池の前記ヒータから遠い部分の第２温度とを測定する測定ステップと、前記ヒータをオンにした状態で、前記第１温度が目標温度より所定温度高い温度に上昇したときに前記ヒータをオフに制御する制御ステップと、前記第２温度が前記目標温度を超え、かつ前記第１温度と前記第２温度との差が所定しきい値以下になるまで放置する放置ステップとを有するものである。

本実施形態に係る二次電池システムの構成を示すブロック図。図１の二次電池システムにおける電池温度制御処理を示すフローチャート。ヒータをＯＦＦにするタイミングを示す図。図３（ａ）の解析結果の例を示す図。

以下、図面を参照しながら本実施形態に係る電池温度制御方法および二次電池システムを説明する。

図１は、本実施形態に係る二次電池システムの構成を示すブロック図である。

二次電池システム１００は、ケース１０、二次電池１１、ヒータ１２、電力供給部１３、温度センサ１４ａ，１４ｂ、制御部１５、および記憶部１６を備える。二次電池１１は、例えば１つ又は複数のセルを含む電池モジュール構造からなり、ヒータ１２から遠い二次電池１１の上端の面とヒータ１２に近い下端の面（例えば、底面と上面）には、温度センサ１４ａ，１４ｂが二次電池１１に内蔵又は外付けされる。二次電池１１は、例えばアクリル製などのケースに収納されており、二次電池１１の周囲が部分的に（例えば底面）がヒータ１２に接するように載置され、ヒータ１２の発熱により二次電池１１が加温される。

制御部１５は、温度センサ１４ａの測定温度（下端温度ｔａ）および１４ｂの測定温度（上端温度ｔｂ）と、記憶部１６に記憶される各種パラメータとに基づいて、電力供給部１３からヒータ１２への電力供給のＯＮ／ＯＦＦを制御する。記憶部１６は、制御部１５が電池温度制御処理で用いるパラメータ（後述の目標温度ｔｒ、α、β、およびしきい値）が予め記憶される。

このように構成された二次電池システムの動作について説明する。本実施形態では、二次電池１１を目標温度ｔｒ以上にし、かつ温度分布がしきい値以内になるように均熱化することを制御の目的とする。図２は、電池温度制御処理を示すフローチャートである。

［ステップＳ１〜３：加温工程］
図２において、制御部１５は、電力供給部１３から電力を供給してヒータ１２をＯＮにすると（ステップＳ１）、後述のようなヒータの停止条件になるまで、温度センサ１４ａ，１４ｂにより測定される温度を監視する（ステップＳ２：Ｎｏ）。そして、制御部１５は、ヒータの停止条件になったときに（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、ヒータ１２をＯＦＦに制御する（ステップＳ３）。

［ステップＳ４〜６：均熱化工程］
次に、制御部１５は、均熱化の規定待ち時間内に（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、ステップＳ５の上端温度ｔｂが目標温度ｔｒ以上で、かつ下端温度ｔａと上端温度ｔｂとの差が所定のしきい値以下であるという条件を満たすまで、ヒータＯＦＦの状態で所定時間放置する（ステップＳ６）。そして、制御部１５は、上記ステップＳ５の判定を満たしたときに均熱化制御を終了する（ステップＳ５：Ｙｅｓ）。ステップＳ４で、均熱化の規定待ち時間を超えた場合（タイムアウト）は、ステップＳ１に戻ってヒータ１２を再びＯＮに制御する。

ここで、図３を参照して、ヒータ停止条件について各実施例に従って説明する。
（実施例１）
図３（ａ）の例では、所定のα℃を予め定義し、上端温度ｔｂが（目標温度ｔｒ−α）になったときにヒータ１２をＯＦＦにする。例えば、図４に示すように、ヒータ電力１５０Ｗ、二次電池の熱容量１２０００Ｊ／Ｋのとき、α＝３℃でヒータをＯＦＦにしても、二次電池自身の熱容量を利用して上端温度ｔａは上がり続けるため、５分程度の電力の節約になる。なお、図４の例では、ヒータ１５０Ｗによる加温と並行して、４０Ａの電流による充放電の繰り返しによる昇温動作を実施したものである。

（実施例２）
図３（ｂ）の例では、下端温度ｔａが上端温度ｔｂに比べて（急激に）温度上昇する場合は、β＞αを満たす所定のβ℃を予め定義し、下端温度ｔａ＞（目標温度ｔｒ＋β）でヒータ１２をＯＦＦに制御する。

以上述べたように、上記実施形態によれば、ヒータを部分的に利用するため、電池を加温するヒータ容量を低減できる。また、低温側が目標温度に達する前にヒータをＯＦＦすることができるため、ヒータ電力を削減できる。したがって、加温に必要な外部電力を低減し、効率良く電池性能を確保することが可能となる。

なお、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１００…二次電池システム、１０…ケース、１１…二次電池、１２…ヒータ、１３…電力供給部、１４ａ，１４ｂ…温度センサ、１５…制御部、１６…記憶部。

Claims

二次電池の表面を部分的にヒータにより加温する二次電池システムに用いられる方法であって、
前記二次電池の前記ヒータに近い部分の第１温度と、前記二次電池の前記ヒータから遠い部分の第２温度とを測定する測定ステップと、
前記ヒータをオンにした状態で、前記第２温度が目標温度から所定温度低い温度に上昇したときに前記ヒータをオフに制御する制御ステップと、
前記第２温度が前記目標温度を超え、かつ前記第１温度と前記第２温度との差が所定しきい値以下になるまで放置する放置ステップと
を有することを特徴とする電池温度制御方法。
二次電池の表面を部分的にヒータにより加温する二次電池システムに用いられる方法であって、
前記二次電池の前記ヒータに近い部分の第１温度と、前記二次電池の前記ヒータから遠い部分の第２温度とを測定する測定ステップと、
前記ヒータをオンにした状態で、前記第１温度が目標温度より所定温度高い温度に上昇したときに前記ヒータをオフに制御する制御ステップと、
前記第２温度が前記目標温度を超え、かつ前記第１温度と前記第２温度との差が所定しきい値以下になるまで放置する放置ステップと
を有することを特徴とする電池温度制御方法。
二次電池の表面を部分的に加温するヒータと、
前記二次電池の前記ヒータに近い部分の第１温度を測定する第１温度センサと、
前記二次電池の前記ヒータから遠い部分の第２温度を測定する第２温度センサと、
前記ヒータをオンにした状態で、前記第２温度が目標温度から所定温度低い温度に上昇したときに前記ヒータをオフにし、前記第２温度が前記目標温度を超え、かつ前記第１温度と前記第２温度との差が所定しきい値以下になるまで放置する制御部と
を具備することを特徴とする二次電池システム。
二次電池の表面を部分的に加温するヒータと、
前記二次電池の前記ヒータに近い部分の第１温度を測定する第１温度センサと、
前記二次電池の前記ヒータから遠い部分の第２温度を測定する第２温度センサと、
前記ヒータをオンにした状態で、前記第１温度が目標温度より所定温度高い温度に上昇したときに前記ヒータをオフに制御し、前記第２温度が前記目標温度を超え、かつ前記第１温度と前記第２温度との差が所定しきい値以下になるまで放置する制御部と
を具備することを特徴とする二次電池システム。