JP2015029398A - Power supply device, mobile device arranged by use thereof, and battery-type electric vehicle - Google Patents

Power supply device, mobile device arranged by use thereof, and battery-type electric vehicle Download PDF

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JP2015029398A
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成紀 森田
Shigenori Morita
成紀 森田
大谷 彰
Akira Otani
彰 大谷
植谷 慶裕
Yoshihiro Uetani
慶裕 植谷
英樹 葉山
Hideki Hayama
英樹 葉山
亜希子 味元
Akiko MIMOTO
亜希子 味元
直樹 坂
Naoki Saka
直樹 坂
敏明 正木
Toshiaki Masaki
敏明 正木
Original Assignee
日東電工株式会社
Nitto Denko Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a superior power supply device which is high in safety and longer in battery life and which can be charged at high speed.SOLUTION: A power supply device comprises: a conductive polymer type battery 1; a high-capacity density type lithium ion secondary battery 2; SOC detectors 3 and 4 for detecting the battery residual of each of the batteries 1 and 2; a controller 5; and a power output part for outputting power to a load 8. The charging from an external power source is performed on the conductive polymer type battery 1 preferentially. The power output to the power output part is performed from the high-capacity density type lithium ion secondary battery 2 preferentially. The high-capacity density type lithium ion secondary battery 2 is charged by the conductive polymer type battery 1.

Description

本発明は、電源装置およびそれを用いたモバイルデバイス並びにバッテリー式電気自動車に関するものであり、詳しくは、モバイルデバイスやバッテリー式電気自動車等に電力供給するための電源装置に関するものである。   The present invention relates to a power supply device, a mobile device using the power supply device, and a battery-powered electric vehicle. More specifically, the present invention relates to a power supply device for supplying power to a mobile device, a battery-powered electric vehicle, or the like.

近年、ノートパソコンや、スマートフォン等の携帯電話、携帯情報端末(PDA:Personal Digital Assistants)、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯型オーディオ機器等の携帯型電気・電子機器(以下、「モバイルデバイス」と総称する)の普及が著しい。このようなモバイルデバイスを駆動するための電源としては、リチウムイオン電池等の二次電池(化学二次電池ともいう)が利用されており、予め家庭やオフィス等に設置された商用電源を利用して、繰り返し充電しながら使用することができるようになっている。   In recent years, portable electric / electronic devices (hereinafter referred to as “mobile devices”) such as laptop computers, mobile phones such as smartphones, personal digital assistants (PDAs), digital cameras, digital video cameras, and portable audio devices. (Generic name) is very popular. As a power source for driving such a mobile device, a secondary battery (also referred to as a chemical secondary battery) such as a lithium ion battery is used, and a commercial power source previously installed in a home or office is used. And can be used while being repeatedly charged.

そして、このような二次電池では、つぎつぎと大容量タイプのものが出現しており、大容量のものであればあるほど、1回の充電で使用できる時間が長くなり、携帯ツールとして持ち歩いて使用しやすいものとなる。しかし、その半面、大容量のものほど充電に時間がかかり、例えば容量(満充電)の80%に達する充電を行うのに30分から数時間を要する場合があり、モバイルデバイスといいながら、その充電中は電源のある場所から移動することができず、利便性が悪くなるという問題を有する。   And in such a secondary battery, the one of a large capacity type has appeared one after another, and the larger the capacity, the longer the time that can be used with one charge, and carry it as a portable tool. Easy to use. However, the larger the capacity, the longer it takes to charge. For example, it may take 30 minutes to several hours to charge up to 80% of the capacity (full charge). There is a problem that the inside cannot be moved from a place where the power source is provided and the convenience is deteriorated.

そこで、上記モバイルデバイス等の電源装置において、充電時間をより短縮化するために、2つの異なるタイプの電池、すなわち、電気容量は小さいが短時間で充放電して大きな出力(大きな電流)を供給することのできる高出力密度型の電池と、大きな出力を供給することはできないが、電気容量密度の高い(電力容量が大きい)、充放電に比較的時間を要する電池とを組み合わせ、充放電速度の速い高出力密度型電池を優先的に充電することが検討されている。なお、以下、前者を「高出力密度型電池」といい、後者を「高容量密度型電池」という。なお、出力密度は、電池の単位重量当たりの出力〔W/kg〕で表され、容量密度は、電池の単位重量当たりの容量〔Ah/kg〕で表される。また、上記の表現において、「大きな出力」、「大きな容量」とは、2種類の異なる電池(高出力密度型電池と高容量密度型電池)を比較した際の相対的なものである。   Therefore, in order to further shorten the charging time in the power supply device such as the mobile device described above, two different types of batteries, that is, a small electric capacity but a short time charge / discharge to supply a large output (large current). Combined with a high power density type battery that can be used and a battery that cannot supply a large output but has a high electric capacity density (high power capacity) and that requires a relatively long charge / discharge time. It has been studied to preferentially charge a high power density type battery having a high speed. Hereinafter, the former is referred to as “high power density type battery” and the latter is referred to as “high capacity density type battery”. The output density is represented by the output per unit weight of the battery [W / kg], and the capacity density is represented by the capacity per unit weight of the battery [Ah / kg]. In the above expression, “large output” and “large capacity” are relative values when two different types of batteries (a high output density type battery and a high capacity density type battery) are compared.

このような、高出力密度型電池と高容量密度型電池を組み合わせた例として、例えば、高出力密度型電池タイプのリチウムイオン二次電池と、高容量密度型電池タイプのリチウムイオン二次電池とを組み合わせたバッテリーモジュールがあげられる(特許文献1を参照)。このものは、上記高出力密度型電池タイプのリチウムイオン二次電池を充電用電池として用いることにより、高速充電可能な予備電源として用いることができるようにしたものである。   As an example of combining such a high power density type battery and a high capacity density type battery, for example, a high power density type battery type lithium ion secondary battery and a high capacity density type battery type lithium ion secondary battery (See Patent Document 1). This battery can be used as a standby power source capable of high-speed charging by using the above-described high-power density battery type lithium ion secondary battery as a charging battery.

また、高出力密度型電池として電気二重層キャパシタ等のコンデンサ型蓄電池を用い、高容量密度型電池としてリチウムイオン二次電池を用いた電源装置もある(特許文献2を参照)。このものは、上記コンデンサ型蓄電池による充放電動作を優先的に行うことによって、電源装置全体としての充電時間を短縮することができるようにしたものである。   There is also a power supply device using a capacitor type storage battery such as an electric double layer capacitor as a high power density type battery and a lithium ion secondary battery as a high capacity density type battery (see Patent Document 2). In this device, the charging time as the whole power supply device can be shortened by preferentially performing the charging / discharging operation by the capacitor type storage battery.

国際公開第2010/095292号International Publication No. 2010/095292 特開2002−95174号公報JP 2002-95174 A

しかしながら、上記リチウムイオン二次電池は、極端な過充電や過放電によって電極が不安定な状態になり発熱することがあり、その暴走を防ぐために複数の安全装置を具備している。そして、その発熱は、リチウムイオン二次電池を、高出力が要求される高出力密度型電池として用いる場合に、とりわけ大きいものとなるため、これを、外部からの衝撃を受けやすいモバイルデバイス等に搭載して用いることは好ましいものとはいえない。   However, the lithium ion secondary battery may be heated due to an extreme overcharge or overdischarge, resulting in heat generation. The lithium ion secondary battery includes a plurality of safety devices to prevent the runaway. The heat generation becomes particularly large when a lithium ion secondary battery is used as a high output density type battery that requires high output, so that this can be applied to mobile devices that are susceptible to external impacts. It is not preferable to install and use it.

一方、最近になって、大気汚染や、地球の温暖化の問題においても、真剣にこれを解決する方策が研究されており、その一つとして、ハイブリッド車や電気自動車等のバッテリー式電気自動車が既に実用化の段階に入っている。リチウムイオン二次電池はこれらの主なバッテリーとして実用化されている。   On the other hand, recently, measures for seriously solving the problems of air pollution and global warming have been studied, and one of them is battery-powered electric vehicles such as hybrid cars and electric cars. Already put into practical use. Lithium ion secondary batteries have been put into practical use as these main batteries.

しかし、バッテリー式電気自動車のためのバッテリーは、特に、回生ブレーキによる急速充電や加速時に高い出力密度が求められるところ、リチウムイオン二次電池は、電気量は大きいが、上述したように出力密度が低いという問題がある。   However, a battery for a battery-powered electric vehicle is required to have a high output density especially during rapid charging or acceleration by regenerative braking. A lithium ion secondary battery has a large amount of electricity, but the output density is high as described above. There is a problem that it is low.

そこで、高出力密度型電池として電気二重層キャパシタが注目されている。しかし、高出力密度型電池として電気二重層キャパシタを用いたものは、リチウムイオン二次電池よりも安全性は高いものの、その電気容量が、前記リチウムイオン二次電池より一桁小さいため、リチウムイオン二次電池に匹敵する電気容量のものを得ようとすれば、電池が嵩高いものとなり、コンパクトなモバイルデバイスや大きな電気容量を必要とするバッテリー式電気自動車に搭載するには、その大きさや電気容量に限界がある。   Therefore, electric double layer capacitors have attracted attention as high power density type batteries. However, a high power density type battery using an electric double layer capacitor is safer than a lithium ion secondary battery, but its electric capacity is an order of magnitude smaller than that of the lithium ion secondary battery. If you try to obtain an electric capacity comparable to that of a secondary battery, the battery will become bulky, and its size and electric capacity will make it suitable for mounting on compact mobile devices and battery-powered electric vehicles that require large electric capacity. Capacity is limited.

また、一般に、二次電池は、充放電を繰り返すと劣化する。電池の劣化を示す指標として、SOH(State Of Health)がある。SOHは、初期の満充電容量(Ah:アンペアアワー)に対する劣化時の満充電容量(Ah)の割合で表される。SOHが低くなれば交換した方がよい(その目安は、一般に75%と