JP2017139841A - 電池システム - Google Patents

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逢坂 哲彌
Tetsuya Aisaka
哲彌 逢坂
時彦 横島
Tokihiko Yokoshima
時彦 横島
杉山 敦史
Atsushi Sugiyama
敦史 杉山
琢磨 蜂巣
Takuma Hachisu
琢磨 蜂巣
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Abstract

【課題】電池10の本来の性能を発揮できる、サイクル寿命の長い電池システム1を提供する。
【解決手段】電池システム1は、二次電池10と、二次電池10の充放電を制御する制御部21と、を具備し、制御部21による制御が、通常モードと、回復モードと、を含み、回復モードの放電レートが、通常モードの放電レートの、1%以上30%以下である。
【選択図】図1

Description

本発明の実施形態は、充放電を繰り返して使用される二次電池を有する電池システムに関する。
低炭素社会の実現に向けて、太陽光発電または風力発電といった再生可能エネルギーの導入が進められている。再生可能エネルギーを用いて安定した電力供給を行うためには、大規模蓄電システムが不可欠である。
大規模蓄電システムは二次電池(以下、「電池」ということがある)を必須構成要素としている。しかし、二次電池は、充放電サイクルを繰り返すごとに満充電時の電池容量が低下するサイクル寿命という問題がある。
特開平11−4549号公報には、充放電深度を浅くすることで、リチウムイオン二次電池のサイクル寿命を延ばすことが開示されている。すなわち、電池が満充電される前に充電を停止することによって充電電気量を抑制し、これにて電池の長寿命化を図ることとしている。
しかし、充放電深度を浅くすると、その電池の本来の性能を発揮できない。
なお、特開平11−313447号公報には、電池のリフレッシュ処理をおこなうときに、充電前電圧に応じた放電レートを設定する充電方法が開示されている。すなわち、充電前電圧が高いときには放電レートを低く設定し、充電前電圧が放電レートを高く設定する。この充電方法では、リフレッシュ放電のときの、発熱を抑制するために放電レートが調整されている。
しかし、リフレッシュ放電は、アルカリ水溶液系の電解液を含む、例えば、ニッケル水素二次電池に特有のメモリ効果を解消するための処理である。すなわち、ニッケル水素二次電池では、残量を使い切らない放電深度が浅い状態で充放電を繰り返すと容量が減少する。メモリ効果はいったん、完全放電近くの深度まで放電させると解消する。
これに対して、非水系電解液を含む、例えばリチウムイオン電池では、メモリ効果は顕著ではないため、このようなリフレッシュ放電は不要である。
特開平11−4549号公報 特開平11−313447号公報
本発明の実施形態は、電池の本来の性能を発揮できる、サイクル寿命の長い電池システムを提供することを目的とする。
本発明の実施形態の電池システムは、二次電池と、前記二次電池の充放電を制御する制御部と、を具備する電池システムであって、前記制御部による制御が、通常モードと、回復モードと、を含み、前記回復モードの充電レートが、前記通常モードの充電レートの、1%以上30%以下である。
本発明の実施形態によれば、電池の本来の性能を発揮できる、サイクル寿命の長い電池システムを提供できる。
実施形態の電池システムの構成図である。 電池システムの充放電を示す図である。 実施形態の電池システムの回復放電を示す図である。 実施形態の電池システムのサイクル特性を示す図である。
図1に示すように本実施形態の電池システム1は、二次電池10と、二次電池10の充放電を制御する充放電部20と、を具備する。電池システム1は、放電時には電池10から負荷部30
に電力を供給し、充電時には発電部30からの電力を電池10に供給する。
例えば、大規模蓄電システムでは、風力発電部、太陽光発電部等の発電部30からの発電電力量が、工場、家庭等の負荷部30の電力消費量では不足したときに、電池システム1の電池10から負荷部30に電力が供給される。これに対して、発電電力量が電力消費量を上回ったときには、電池10が充電される。
なお、電気自動車の電池システム1の場合には、モーターが発電部/負荷部30となる。すなわち、電力が供給されるとモーターは駆動され、モーターの回転を利用して発電も行われる。
電池10は、例えば、リチウムコバルト酸化物等を含有する正極と、炭素材料等を含有する負極と、LiPFを非水溶媒(環状及び鎖状カーボネート等)に溶解した電解質と、を含む容量3200mAhのリチウムイオン二次電池である。
充放電部20は、制御部21と、放電回路22と、充電回路23と、記憶部24、を含む。制御部21は充放電部20の制御、すなわち充放電を制御する、例えば、CPUからなる。放電回路22は、電池10を強制放電するために、放電負荷部(不図示)を含む。記憶部24は、充放電の履歴、例えば、充放電回数を記憶する半導体メモリである。なお、記憶部24は制御部21と同じCPUにより構成されていてもよい。
図2に示すように、電池10は電圧が2.5Vまで低下すると所定の仕様の充電レートで4.2Vになるまで充電する。例えば、実施形態の電池10の充電レートは、2Cである。なお、本明細書等において充電レートCは、1Ahの電池を1Aで充電する場合の充電レートは1Cである。また、同様に、放電レートCは、放電する際の速さを表す。例えば、容量1Ahの電池を1Aで放電する場合の放電レートは1Cである。
そして、電池システム1では、制御部21による制御が、通常モードと、回復(Recovery)モードと、を含む。回復モードの放電により、充放電回数の増加により徐々に減少していた電池10の容量が回復する。
図3に示すように、回復モードでは、放電時間を通常モードよりも十分に長くすることが特徴である。
図4に実施形態の電池システム1のサイクル試験(25℃)の例を示す。このサイクル試験では、通常モードの充放電100サイクル毎に、回復モードの放電を行った。
通常モードの放電レートは2Cであるが、回復モードの放電レートは0.33Cである。すなわち、回復モードの放電レートが、通常モードの放電レートの16.5%である。
図4に示すように、通常モードの充放電サイクルにより電池10の容量は、徐々に低下する。例えば、通常モードだけのサイクル試験では電池10の容量は、約500サイクルで、初期容量の50%になる。
これに対して、回復モードでの放電を行うと、容量の回復が起こる。そして、この回復した容量は、さらなる通常モードの充放電サイクルにおいても維持される。このため、電池システム1では、図示しないが、容量が初期容量の50%になるサイクル寿命は約1000サイクルになった。
そして、回復モードの放電は、回復モードの充電と組み合わせて行うことで、より効果的であることが判明した。例えば、通常モードでは短時間で充電を完了するために、充電レートは例えば2Cで行われる。これに対して回復モードの放電の前に行う回復処理の充電レートは0.5Cで行った。言い替えれば、回復処理充電の充電時間は、通常モードの充電時間の4倍とした。
さらに種々の条件でサイクル試験を行った結果、回復モードの充電時間が、通常モードの充電時間の、3倍以上100倍以下であり、かつ、回復モードの放電時間が、通常モードの放電時間の3倍以上100倍以下の場合に、電池10の容量の回復が確認された。言い替えれば、回復モードの充電レート、放電レートは、それぞれ通常モードの充電レート、放電レートの、1%以上30%以下である。
そして、回復モードの充電レートおよび放電レートが、通常モードの充電レートおよび放電レートの25%以下であれば、より確実に容量が回復した。
さらに、回復モードの放電レートは、回復モードの充電レートの50%以上200%以下であることがより好ましい。
また、回復処理における容量の回復は、直前の回復処理後からの容量減少を完全に回復することはできず、例えば、最大でも5%〜10%に留まる。このため、例えば、直前の回復処理後からの容量減少が10%になったら回復処理を行うことが好ましい。
しかし、充放電サイクル中の容量測定は容易ではない。このため、予めサイクル回数と容量減少との関係を求めておいて、所定のサイクル回数になったら、回復モードで放電処理を行うことが特に好ましい。
電池システム1では、記憶部24が記憶している充放電回数が所定回数毎に制御部21は回復モード制御を行う。
もちろん、使用者の指示(操作)により、回復モード制御を行うことも可能である。
なお、電池システム1は、通常モードではサイクル毎の放電レートがほぼ一定であった。これに対して、通常モードの放電レートが変動する電池システムの場合には、回復モードの放電レートは、通常モードの放電レートの平均値を基準に設定される。
本発明は、上述した実施形態等に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変、例えば、実施形態の構成要素の組み合わせ等が可能である。
1・・・電池システム
10・・・二次電池
20・・・充放電部
21・・・制御部
22・・・放電回路
23・・・充電回路
24・・・記憶部
30・・・負荷部/発電部

Claims (4)

  1. 二次電池と、
    前記二次電池の充放電を制御する制御部と、を具備する電池システムであって、
    前記制御部による制御が、通常モードと、回復モードと、を含み、
    前記回復モードの放電レートが、前記通常モードの放電レートの、1%以上30%以下であることを特徴とする電池システム。
  2. 前記回復モードの放電の前の充電の充電レートが、前記通常モードの充電の充電レートの、1%以上30%以下であることを特徴とする請求項1に記載の電池システム。
  3. 前記通常モードによる充放電回数を記憶する記憶部を具備し、
    前記制御部が、前記充放電回数が所定回数毎に前記回復モード制御を行うことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電池システム。
  4. 前記二次電池が、リチウムイオン二次電池であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電池システム。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2023503806A (ja) * 2019-10-31 2023-02-01 シオン・パワー・コーポレーション 充電式電気化学セルまたは電池を操作するためのシステムおよび方法
US11990589B2 (en) 2019-10-31 2024-05-21 Sion Power Corporation System and method for operating a rechargeable electrochemical cell or battery

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