KR102169103B1 - 제어장치 및 전지 시스템 - Google Patents

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Abstract

전고체전지 저항값의 편차가 발생하는 것이 가능한 제어장치를 제공한다.
제어장치(15)는, 정극(111), 부극(112) 및 고체전해질층(113)이 적층된 적층체를 포함하는 전고체전지(11)를 제어하기 위한 제어장치에 있어서, 적층체의 적층 방향과 교차하는 면 내에 있어서의 전고체전지 온도 분포를 제어하는 제어 동작을 행함으로써, 제어 동작이 행해지지 않는 경우와 비교하여, 전고체전지의 제 1 부분(11C)에 있어서의 저항값(RC)과 전고체전지의 제 2 부분(11E)에 있어서의 저항값(RE)의 차분을 작게 한다.

Description

제어장치 및 전지 시스템{CONTROL APPARATUS AND BATTERY SYSTEM}
본 발명은, 전고체전지를 제어하기 위한 제어장치, 및, 이와 같은 제어장치를 구비하는 전지 시스템의 기술분야에 관한 것이다.
고체전해질층을 구비하는 전고체전지가 알려져 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에는, 정극과 부극과 고체전해질층이 적층된 적층체를 포함하는 전고체전지에 있어서, 적층체의 적층 방향을 따라 구속 부재로부터 압력이 인가된 전고체전지가 기재되어 있다.
일본국 공개특허 특개2016-018704호 공보
구속 부재에 의해 전고체전지에 인가되는 압력은, 적층체의 적층 방향과 교차하는 면 내에 있어서 불균일할 가능성이 있다. 예를 들면, 전고체전지 충방전에 수반하여 부극 등이 신축(伸縮)하면, 전고체전지의 제 1 부분에 인가되는 압력이, 전고체전지의 제 2 부분에 인가되는 압력보다도 커질 가능성이 있다. 예를 들면, 구속 부재에 생기는 크리프(즉, 변형 등의 발생)에 의해, 전고체전지 제 1 부분에 인가되는 압력이, 전고체전지의 제 2 부분에 인가되는 압력보다도 커질 가능성이 있다.
전고체전지의 특성상, 제 1 부분에 인가되는 압력이 제 2 부분에 인가되는 압력보다도 커지면, 제 1 부분의 저항값이 제 2 부분의 저항값보다도 작아진다. 이 경우, 충방전에 의해, 제 1 부분에는, 제 2 부분보다도 많은 전류가 흐르게 된다. 그 결과, 전고체전지에 있어서 국소적인 과충전 및/또는 과방전이 발생해버려, 전고체전지가 열화될 가능성이 있다고 하는 기술적 문제가 생긴다.
본 발명은, 정극과 부극과 고체전해질층이 적층된 적층체를 포함하는 전고체전지를 제어하는 제어장치에 있어서, 적층체의 적층 방향과 교차하는 면 내에 있어서의 전고체전지의 저항값의 편차의 발생을 억제가능한 제어장치, 및, 이와 같은 제어장치를 구비하는 전지 시스템을 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 제어장치의 일 양태는, 정극과, 부극과, 상기 정극 및 상기 부극의 사이에 배치된 고체전해질층이 적층된 적층체를 포함하는 전고체전지를 제어하기 위한 제어장치에 있어서, 상기 적층체의 적층 방향과 교차하는 면 내에 있어서의 상기 전고체전지의 온도 분포를 제어하는 제어 동작을 행함으로써, 상기 제어 동작이 행해지지 않는 경우와 비교하여, 상기 면 내에 있어서 상기 전고체전지의 제 1 부분에 있어서의 저항값과 상기 제 1 부분과는 다른 상기 전고체전지의 제 2 부분에 있어서의 저항값의 차분을 작게 한다.
본 발명의 전지 시스템의 일 양태는, 정극과, 부극과, 상기 정극 및 상기 부극의 사이에 배치된 고체전해질층이 적층된 적층체를 포함하는 전고체전지와, 상기 서술한 본 발명의 제어장치의 일 양태를 구비한다.
도 1은, 본 실시형태의 차량의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는, 차량(1)이 구비하는 전고체전지의 단면 및 상면을 각각 나타내는 단면도 및 상면도이다.
도 3(a)는, 구속 부재로부터 전고체전지에 균일한 압력이 인가되어 있을 경우의, 전고체전지에 인가되는 압력, 전고체전지 저항값, 및, 전고체전지를 흐르는 전류량의 각각의 XY평면 내에서의 분포를 나타내는 그래프이며, 도 3(b)는, 구속 부재로부터 전고체전지에 불균일한 압력이 인가되어 있을 경우의, 전고체전지에 인가되는 압력, 전고체전지의 저항값, 및, 전고체전지를 흐르는 전류량의 각각의 XY평면 내에서의 분포를 나타내는 그래프이다.
도 4는, 온도 제어 동작의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다.
도 5는, 전고체전지의 어느 일부분에 구속 부재로부터 인가되는 압력과 당해 어느 일부분의 저항값의 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은, 활성화 에너지 연산부에 의한 활성화 에너지 계수의 산출 처리를 나타내는 그래프이다.
도 7(a)는, 전고체전지의 중앙부의 저항값과 전고체전지의 단부의 저항값이 일치하는 상황을, 가로축이 온도의 역수를 나타내면서 또한 세로축이 저항값의 자연대수값을 나타내는 좌표평면 상에 나타내는 그래프이며, 도 7(b)는, 전고체전지의 중앙부의 저항값과 전고체전지의 단부의 저항값이 일치하지 않는 상황을, 가로축이 온도의 역수를 나타내면서 또한 세로축이 저항값의 자연대수값을 나타내는 좌표평면 상에 나타내는 그래프이다.
도 8은, 전고체전지를 가온(加溫)해야 하는지 아닌지를 나타내는 가온 플래그와, 전고체전지의 활성화 에너지 계수 및 SOC(State Of Charge)의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는, 전고체전지에 인가되는 압력과 전고체전지의 저항값과 전고체전지의 SOC의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10은, 전고체전지에 인가되는 압력, 가온되기 전의 전고체전지 저항값, 가온되기 전의 전고체전지를 흐르는 전류량, 가온의 상태, 가온된 후의 전고체전지의 저항값, 및, 가온된 후의 전고체전지를 흐르는 전류량의 각각의 XY평면 내에서의 분포를 나타내는 그래프이다.
도 11은, 제 1 변형예의 차량의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 12는, 전고체전지에 인가되는 압력, 냉각되기 전의 전고체전지의 저항값, 냉각되기 전의 전고체전지를 흐르는 전류량, 냉각의 상태, 냉각된 후의 전고체전지의 저항값, 및, 냉각된 후의 전고체전지를 흐르는 전류량의 각각의 XY평면 내에서의 분포를 나타내는 그래프이다.
도 13(a)는, 전고체전지의 활성화 에너지 계수가 커질수록 작아지는 가온 플래그를 나타내는 그래프이며, 도 13(b)는, 전고체전지의 SOC가 커질수록 작아지는 가온 플래그를 나타내는 그래프이다.
도 14는, 전고체전지에 인가되는 압력, 가온되기 전의 전고체전지의 저항값, 가온되기 전의 전고체전지를 흐르는 전류량, 가온의 상태, 가온된 후의 전고체전지의 저항값, 및, 가온된 후의 전고체전지를 흐르는 전류량의 각각의 XY평면 내에서의 분포의 다른 예를 나타내는 그래프이다.
도 15는, 전고체전지에 인가되는 압력, 가온되기 전의 전고체전지의 저항값, 가온되기 전의 전고체전지를 흐르는 전류량, 가온의 상태, 가온된 후의 전고체전지의 저항값, 및, 가온된 후의 전고체전지를 흐르는 전류량의 각각의 XY평면 내에서의 분포의 다른 예를 나타내는 그래프이다.
이하, 도면을 참조하면서, 제어장치 및 전지 시스템의 실시형태에 대하여 설명한다. 이하에서는, 제어장치 및 전지 시스템의 실시형태가 탑재된 차량(1)을 이용하여 설명을 진행한다.
(1) 차량(1)의 구성
도 1 및 도 2를 참조하면서, 본 실시형태의 차량(1)의 구성에 대하여 설명한다. 도 1은, 본 실시형태 차량(1)의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 2는, 차량(1)이 구비하는 전고체전지(11)의 단면 및 상면을 각각 나타내는 단면도 및 상면도이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 차량(1)은, 전고체전지(11)와, 인버터(12)와, 모터 제너레이터(13)와, 후술하는 부기에 있어서의 「가온 장치」의 일 구체예인 히터(14)와, 온도 센서(14T)와, 압력 센서(14P)와, 후술하는 부기에 있어서의 「제어장치」의 일 구체예인 ECU(Electronic Control Unit)(15)를 구비한다.
전고체전지(11)는, 전해질이 고체로 되는 2차 전지이다. 전고체전지(11)는, 도 2의 상부의 단면도에 나타내는 바와 같이, 정극(111)과, 부극(112)과, 정극(111) 및 부극(112)의 사이에 배치된 고체전해질층(113)이 Z축 방향을 따라 적층된 셀(C)을 구비하고 있다. 전고체전지(11)는, 단일의 셀(C)을 구비하고 있어도 되고, 복수의 셀(C)을 스택으로서 구비하고 있어도 된다. 정극(111), 부극(112) 및 고체전해질층(113)의 각각은, 고체이다. 또한, 정극(111), 부극(112) 및 고체전해질층(113)의 각각의 재료로서는, 기존의 재료(예를 들면, 특허문헌 1에 기재된 재료)를 이용하여도 되기 때문에, 그 상세한 설명을 생략한다.
전고체전지(11)에는, 구속 부재(114)에 의해, 셀(C)의 적층 방향(즉, 정극(111), 부극(112) 및 고체전해질층(113)이 적층되어 있는 방향에 있어서, Z축 방향)을 따라 압력이 인가되어 있다. 즉, 전고체전지(11)는, 구속 부재(114)에 의해 구속되어 있다. 구체적으로는, 도 2의 상부의 단면도에 나타내는 바와 같이, 구속 부재(114)는, 구속판(114a)과, 구속판(114b)을 포함한다. 구속판(114a)은, 셀(C)을 정극(111)측으로부터 지지한다. 구속판(114a)은, 정극(111)이 고체전해질층(113)을 누르도록 정극(111)에 대하여 압력을 인가한다. 구속판(114b)은, 셀(C)을 부극(112)측으로부터 지지한다. 구속판(114b)은, 부극(112)이 고체전해질층(113)을 누르도록 부극(112)에 대하여 압력을 인가한다. 또한, 전고체전지(11)가 복수의 셀(C)을 구비하고 있을 경우에는, 구속 부재(114)는, 복수의 셀(C)인 스택에 대하여 압력을 인가하는 것이 바람직하다.
다시 도 1에 있어서, 인버터(12)는, 차량(1)의 역행(力行) 시에는, 전고체전지(11)로부터 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하고, 당해 교류 전력을 모터 제너레이터(13)에 출력한다. 인버터(12)는, 차량(1)의 회생 시에는, 회생에 의해 모터 제너레이터(13)가 생성한 교류 전력을 직류 전력으로 변환하고, 당해 직류 전력을 전고체전지(11)에 출력한다.
모터 제너레이터(13)는, 차량(1)의 역행 시에는, 인버터(12)를 개재하여 전고체전지(11)로부터 출력되는 전력을 이용하여 구동함으로써, 차량(1)의 주행에 필요한 구동력을 공급하는 전동기로서 기능한다. 모터 제너레이터(13)는, 차량(1)의 회생 시에는, 전고체전지(11)를 충전하기 위한 발전기로서 기능한다.
히터(14)는, ECU(15)의 제어 하에서 전고체전지(11)를 부분적으로(혹은, 전체적으로) 가온 가능한 가온 장치이다. 히터(14)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 예를 들면, 전고체전지(11) 및 구속 부재(114)의 적어도 일방의 외면에 근접 또는 접촉하도록 배치된다.
온도 센서(14T)는, 전고체전지(11)의 어느 부분의 온도(T)를 검출가능한 검출장치이다. 차량(1)은, 셀(C)의 적층 방향과 직교하는 면(즉, XY평면) 내에서의 배치 위치가 다른 적어도 2개의 온도 센서(14T)를 구비한다. 본 실시형태에서는, 도 2의 하부 평면도에 나타내는 바와 같이, 차량(1)이, 전고체전지(11)의 중앙부(11C)의 온도(TC)를 검출가능한 온도 센서(14TC)와, 전고체전지(11)의 단부(11E)의 온도(TE)를 검출가능한 온도 센서(14TE)를 구비하는 예를 이용하여 설명을 진행한다. 중앙부(11C)는, 도 2의 하부 평면도에 나타내는 바와 같이, XY평면 내에 있어서, 단부(11E)보다도 내측에 위치하는 부분이다. 반대로 말하면, 단부(11E)는, XY평면 내에 있어서, 중앙부(11C)보다도 외측에 위치하는 부분이다. 바람직하게는, 단부(11E)는, XY평면 내에 있어서의 전고체전지(11)의 외연(바꿔 말하면, 외주)을 포함하는 또는 외연의 근방에 위치하는 부분이다. 온도 센서(14TC 및 14TE)의 적어도 일방은, 구속판(114a)과 정극(111)의 사이에 배치되어 있어도 되고, 구속판(114b)과 부극(112)의 사이에 배치되어 있어도 되고, 그 이외의 위치에 배치되어 있어도 된다.
압력 센서(14P)는, 구속 부재(114)로부터 전고체전지(11)의 어느 부분에 인가되어 있는 압력(P)을 검출가능한 검출장치이다. 차량(1)은, XY평면 내에 있어서의 배치 위치가 다른 적어도 2개의 압력 센서(14P)를 구비한다. 본 실시형태에서는, 도 2의 하부 평면도에 나타내는 바와 같이, 차량(1)이, 구속 부재(114)로부터 전고체전지(11)의 중앙부(11C)에 인가되는 압력(PC)을 검출가능한 압력 센서(14PC)와, 구속 부재(114)로부터 전고체전지(11)의 단부(11E)에 인가되는 압력(PE)을 검출가능한 압력 센서(14PE)를 구비하는 예를 이용하여 설명을 진행한다. 압력 센서(14PC 및 14PE)의 적어도 일방은, 구속판(114a)과 정극(111)의 사이에 배치되어 있어도 되고, 구속판(114b)과 부극(112)의 사이에 배치되어 있어도 되고, 그 이외의 위치에 배치되어 있어도 된다. 압력 센서(14PC)는, 온도 센서(14TC)의 근방에 배치되는 것이 바람직하다. 압력 센서(14PE)는, 온도 센서(14TE)의 근방에 배치되는 것이 바람직하다.
ECU(15)는, 차량(1)의 전체의 동작을 제어한다. 본 실시형태에서는 특히, ECU(15)는, 온도 센서(14T) 및 압력 센서(14P)의 검출 결과에 의거하여, 셀(C)의 적층 방향과 교차하는 면(도 2에 나타내는 예에서는 XY평면이며, 이하 편의상, 셀(C)의 적층 방향과 교차하는 면을 XY평면이라고 칭한다) 내에 있어서의 전고체전지(11)의 온도 분포를 히터(14)로 제어하는 온도 제어 동작을 행한다. 이하의 설명에서는, ECU(15)는, 온도 제어 동작이 행해지지 않는 경우와 비교하여, 전고체전지(11)의 중앙부(11C)의 저항값(RC)과 전고체전지(11)의 단부(11E)의 저항값(RE)의 차분이 작아지도록 단부(11E)를 가온하는 온도 제어 동작을 행하는 것으로 한다. 온도 제어 동작을 행하기 위하여, ECU(15)는, ECU(15)의 내부에 논리적으로 실현되는 처리 블록으로서, 저항 연산부(151)와, 활성화 에너지 연산부(152)와, 가온량 산출부(153)와, 가온 지시 판정부(154)를 구비하고 있다. 또한, 저항 연산부(151), 활성화 에너지 연산부(152), 가온량 산출부(153) 및 가온 지시 판정부(154)의 각각이 행하는 처리의 상세에 대해서는, 후에 온도 제어 동작을 설명할 때에 함께 설명하기 때문에, 여기에서의 설명을 생략한다.
(2) 온도 제어 동작
이어서, ECU(15)가 행하는 온도 제어 동작에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
(2-1) 온도 제어 동작을 행하는 기술적 이유
우선, 도 3(a) 및 도 3(b)를 참조하면서, 온도 제어 동작을 행하는 기술적 이유에 대하여 설명한다. 상기 서술한 바와 같이, 전고체전지(11)는, 셀(C)의 적층 방향을 따라 구속 부재(114)로부터 전고체전지(11)에 압력이 인가되도록, 구속 부재(114)에 의해 구속되어 있다. 이 때, 구속 부재(114)는, 통상은(혹은, 초기 상태에서는), 도 3(a)의 1단째의 그래프에 나타내는 바와 같이, XY평면 내에 있어서 전고체전지(11)에 균일한 압력이 인가되도록(즉, XY평면 내에 있어서 전고체전지(11)에 인가되는 압력에 편차가 발생하지 않도록) 전고체전지(11)를 구속한다. 이 경우, 도 3(a)의 2단째의 그래프에 나타내는 바와 같이, XY평면 내에 있어서 전고체전지(11)의 각 부의 저항값이 균일하게 된다(즉, XY평면 내에 있어서 전고체전지(11)의 각 부의 저항값에 편차가 발생하지 않는다). 그 결과, 도 3(a)의 3단째의 그래프에 나타내는 바와 같이, XY평면 내에 있어서, 전고체전지(11)의 각 부를 흐르는 전류가 균일하게 된다.
그러나, 현실적으로는, 전고체전지(11)의 충방전에 수반하여, 부극(112)(나아가서는, 경우에 따라서는, 정극(111) 및 고체전해질층(113)의 적어도 일방)이 신축된다. 부극(112)이 신축되면, 구속 부재(114)로부터 부극(112)에 인가되는 압력(나아가서는, 부극(112)에 실질적으로 연결되어 있는 정극(111)에 인가되는 압력)이 변동된다. 구체적으로는, 도 3(b)의 1단째의 그래프에 나타내는 바와 같이, 부극(112)의 신축에 수반하여, 구속 부재(114)로부터 중앙부(11C)에 인가되는 압력은, 구속 부재(114)로부터 단부(11E)에 인가되는 압력보다도 커질 가능성이 높다. 왜냐하면, 단부(11E)가 구속 부재(114)에 접촉하고 있지 않는 면(구체적으로는, 도 2에 있어서의 Z축을 따른 면)을 구비하기 때문에, 부극(112) 중 단부(11E) 부근의 전극 부분은, 부극(112)의 신축에 수반하여 당해 신축에 기인한 응력을 해방하도록 실제로 신축되기 쉽다. 한편, 중앙부(11C)는, 단부(11E)보다도 구속 부재(114)에 의해 상대적으로 강고하게 구속되어 있기 때문에, 부극(112) 중 중앙부(11C) 부근의 전극 부분은, 부극(112)의 신축에 수반하여 당해 신축에 기인한 응력을 해방하도록 실제로 신축되기 어렵다. 그 결과, 구속 부재(114)로부터 단부(11E)에 인가되는 압력(PE)이 상대적으로 해방되기 쉬운 한편, 구속 부재(114)로부터 중앙부(11C)에 인가되는 압력(PC)이 상대적으로 해방되기 어렵기(즉, 구속 부재(114)와 중앙부(11C)의 사이에서의 응력으로서 축적되기 쉽기) 때문이다. 이 경우, 도 3(b)의 2단째의 그래프에 나타내는 바와 같이, XY평면 내에 있어서, 중앙부(11C)의 저항값(RC)은, 단부(11E)의 저항값(RE)보다도 작게 된다. 그 결과, 도 3(b)의 3단째의 그래프에 나타내는 바와 같이, XY평면 내에 있어서, 중앙부(11C)를 흐르는 전류는, 단부(11E)를 흐르는 전류보다도 커진다. 즉, 전고체전지(11)는, 국소적으로 큰 전류가 흐르는 부분을 구비하게 된다. 이 경우, 중앙부(11C)에서는, 단부(11E)보다도 과충전 및/또는 과방전이 발생하기 쉬워져, 전고체전지(11)가 열화되기 쉬워져버린다고 하는 기술적 문제가 생긴다.
이 기술적 문제는, 중앙부(11C)에 인가되는 압력(PC)과 단부(11E)에 인가되는 압력(PE)의 편차에 의해 생긴다. 이 때문에, 중앙부(11C)에 인가되는 압력(PC)과 단부(11E)에 인가되는 압력(PE)의 편차를 억제하기 위한 수단이, 이 기술적 문제를 해결하기 위한 하나의 수단으로서 상정된다. 그러나, 중앙부(11C)에 인가되는 압력(PC)과 단부(11E)에 인가되는 압력(PE)의 편차를 억제하기 위해서는, 구속 부재(114)가 셀(C)에 균일한 압력을 인가할 수 있을 정도로 상대적으로 강고한 구조를 가질 필요가 있다. 이 때문에, 구속 부재(114)의 비용, 중량 및 사이즈가 증대되어 버린다.
그래서, 본 실시형태에서는, 중앙부(11C)에 인가되는 압력(PC)과 단부(11E)에 인가되는 압력(PE)의 편차가 생기는 것을 허용한 다음에, 중앙부(11C)에 인가되는 압력(PC)과 단부(11E)에 인가되는 압력(PC)의 편차에 기인하여 생기는 중앙부(11C)의 저항값(RC)과 단부(11E)의 저항값(RE)의 차분을 작게 하도록, 전고체전지(11)의 온도 분포를 제어한다. 구체적으로는, 전고체전지(11)의 단부(11E)의 온도(TE)가 상승하면, 단부(11E)의 온도(TE)가 상승하기 전과 비교하여, 단부(11E)의 저항값(RE)은 감소한다. 반대로, 단부(11E)의 온도(TE)가 저하되면, 단부(11E)의 온도(TE)가 저하되기 전과 비교하여, 단부(11E)의 저항값(RE)은 증가한다. 이 때문에, ECU(15)는, 온도 제어 동작을 행함으로써, 중앙부(11C)의 저항값(RC)과 단부(11E)의 저항값(RE)의 차분을 작게 할 수 있다. 구체적으로는, ECU(15)는, 중앙부(11C)의 온도(TC)를 단부(11E)의 온도(TE)와는 다르게 하도록 전고체전지(11)의 온도 분포를 제어하는 온도 제어 동작을 행함으로써, 중앙부(11C)의 저항값(RC)과 단부(11E)의 저항값(RE)의 차분을 작게 할 수 있다. 즉, ECU(15)는, 중앙부(11C)의 온도(TC)와 단부(11E)의 온도(TE)가 같은 상태에서는 압력(PC)의 편차에 기인하여 중앙부(11C)의 저항값(RC)과 단부(11E)의 저항값(RE)의 사이에 큰 차분이 생기는 바, 이와 같은 차분을 작게 하도록 중앙부(11C)의 온도(TC)를 단부(11E)의 온도(TE)와는 다르게 하는 온도 제어 동작을 행한다. 이 경우에는, 구속 부재(114)가 상대적으로 강고한 구조를 가지고 있지 않아도 되기 때문에, 상대적으로 간이한 구조로 상기 서술한 기술적 문제를 해결가능하다.
(2-2) 온도 제어 동작의 구체적인 흐름
이어서, 도 4를 참조하면서, 온도 제어 동작의 구체적인 흐름에 대하여 설명한다. 도 4는, 온도 제어 동작의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 저항 연산부(151)는, 압력 센서(14PC 및 14PE)의 검출 결과(즉, 중앙부(11C)의 압력(PC) 및 단부(11E)의 압력(PE))에 의거하여, 중앙부(11C)의 저항값(RC) 및 단부(11E)의 저항값(RE)을 산출한다(단계 S11). 구체적으로는, 전고체전지(11)의 어느 일부분에 구속 부재(114)로부터 인가되는 압력(P)과 당해 어느 일부분의 저항값(R)의 사이에는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 압력(P)이 커질수록 저항값(R)이 감소한다고 하는 관계가 성립된다. 그래서, 저항 연산부(151)는, 도 5에 나타내는 압력(P)과 저항값(R)의 사이의 관계를 규정하는 정보(예를 들면, 맵)에 의거하여 압력(PC)으로부터 저항값(RC)을 산출하고, 또한, 압력(PE)으로부터 저항값(RE)을 산출한다.
그 후, 활성화 에너지 연산부(152)는, 단계 S11에서 산출된 저항값(RC 및 RE)와 온도 센서(14TC 및 14TE)의 검출 결과(즉, 중앙부(11C)의 온도(TC) 및 단부(11E)의 온도(TE))에 의거하여 전고체전지(11)의 활성화 에너지의 역수에 비례하는 계수(이하, 설명의 편의상 "활성화 에너지 계수"라고 칭한다) k를 산출한다(단계 S12). 구체적으로는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 활성화 에너지 연산부(152)는, 가로축이 온도(T)의 역수를 나타내면서 또한 세로축이 저항값(R)의 자연대수값을 나타내는 좌표평면 상에 있어서, 중앙부(11C)의 저항값(RC) 및 온도(TC)에 대응하는 점과, 단부(11E)의 저항값(RE) 및 온도(TE)에 대응하는 점을 플롯한다. 이 플롯은, 소위 아레니우스 플롯이다. 그 후, 활성화 에너지 연산부(152)는, 플롯된 점을 보간함으로써 얻어지는 직선의 기울기의 역수를, 활성화 에너지 계수(k)로서 산출한다. 플롯된 점의 보간 방법으로서 어떤 방법을 채용하여도 되지만, 예를 들면, 라그랑주의 보간식을 이용한 보간 방법이 그 일례로서 들 수 있다. 라그랑주의 보간식을 이용하여 활성화 에너지 계수(k)를 산출할 때에는, 활성화 에너지 산출부(152)는, k=(1/TE-1/TC)/(ln(RE)-ln(RC))이라고 하는 수식을 이용하여, 활성화 에너지 계수(k)를 산출하여도 된다.
활성화 에너지 계수(k)는, 저항값(RE)과 저항값(RC)의 사이의 차분이 커질수록 작은 값이 된다. 반대로 말하면, 활성화 에너지 계수(k)는, 저항값(RE)과 저항값(RC)의 사이의 차분이 작아질수록 큰 값이 된다. 따라서, 활성화 에너지 계수(k)를 산출하는 처리는, 실질적으로는, 저항값(RE)과 저항값(RC)의 사이의 차분이 어느 정도 클지를 판정하는 처리와 등가이다.
단계 S12에 있어서의 활성화 에너지 계수(k)를 산출하는 처리와 병행하여, 가온량 산출부(153)는, 압력(PC) 및 압력(PE) 및 저항값(RC) 및 저항값(RE)에 의거하여, 잠정 가온량(Qtarget)을 산출한다(단계 S13). 잠정 가온량(Qtarget)은, 히터(14)에 의한 가온으로 전고체전지(11)(특히, 그 단부(11E))에 추가해야 할 열량의 잠정적인 목표값을 나타낸다.
구체적으로는, 도 7(a)에 나타내는 바와 같이, 저항값(RC)과 저항값(RE)이 일치하는 경우에는, 가로축이 온도(T)의 역수를 나타내면서 또한 세로축이 저항값(R)의 자연대수값을 나타내는 좌표평면 상에 있어서, 저항값(RC) 및 온도(TC)에 대응하는 점과, 저항값(RE) 및 온도(TE)에 대응하는 점이 일치한다. 이 경우에는, 전고체전지(11)를 가온할 필요는 없다. 한편, 도 7(b)에 나타내는 바와 같이, 저항값(RC)과 저항값(RE)이 일치하지 않을 경우에는, 가로축이 온도(T)의 역수를 나타내면서 또한 세로축이 저항값(R)의 자연대수값을 나타내는 좌표평면 상에 있어서, 저항값(RC) 및 온도(TC)에 대응하는 점과, 저항값(RE) 및 온도(TE)에 대응하는 점이, 적어도 세로축을 따라 멀어진다(단, 설명의 간략화를 위하여, 도 7(b)에 나타내는 예에서는, 온도(TC)와 온도(TE)가 일치되어 있는 것으로 한다). 이 경우에는, 저항값(RE)을 저항값(RC)에 일치시키기 위해서는, 단부(11E)의 온도(TE)가 목표 온도(TE_target)가 될 때까지 단부(11E)를 가온하여 저항값(RE)을 감소시키면 된다.
그래서, 우선은, 가온량 산출부(153)는, 목표 온도(TE_target)를 산출한다. 이하, 목표 온도(TE_target)를 산출하는 처리의 일 구체예에 대하여 설명하지만, 가온량 산출부(153)는, 그 외의 방법으로 목표 온도(TE_target)(혹은, 잠정 가온량(Qtarget))를 산출하여도 된다. 목표 온도(TE_target)를 산출하는 처리의 일 구체예에서는, 가온량 산출부(153)는, 전고체전지(11)에 고유의 활성화 에너지 계수(k')를 취득한다. 활성화 에너지 계수(k')는, 상기 서술한 활성화 에너지 계수(k)와 마찬가지로, 전고체전지(11)의 활성화 에너지의 역수에 비례한다. 활성화 에너지 계수(k')를 산출하기 위하여, 우선은, 압력(PC)과 압력(PE)의 편차가 생기지 않고 있는(즉, XY평면 내에 있어서 균일한 압력이 인가되어 있는) 이상적인 상태의 전고체전지(11)의 온도(T)를 변화시키면서, 그 저항값(R)이 계측된다. 그 결과 취득되는 온도(T)와 저항값(R)의 관계가, 가로축이 온도(T)의 역수를 나타내면서 또한 세로축이 저항값(R)의 자연대수값을 나타내는 좌표평면 상에 플롯된다. 그 후, 플롯된 점을 보간함으로써 얻어지는 직선의 기울기의 역수가, 활성화 에너지 계수(k')로서 산출된다. 산출된 활성화 에너지 계수(k')는, 메모리 등에 기억된다. 가온량 산출부(153)는, 목표 온도(TE_target)를 산출할 때에, 메모리 등에 기억된 활성화 에너지 계수(k')를 산출한다. 그 후, 가온량 산출부(153)는, 「TE_target=1000/(1000/TC-k'×(ln(RE)-ln(RC))」라고 하는 수식을 이용하여 목표 온도(TE_target)를 산출한다.
그 후, 가온량 산출부(153)는, 산출한 목표 온도(TE_target)와 단부(11E)의 실제의 온도(TE)와 전고체전지(11)의 열용량(C)에 의거하여, 잠정 가온량(Qtarget)을 산출한다. 구체적으로는, 가온량 산출부(153)는, Qtarget=C×(TE_target-TE)라고 하는 수식을 이용하여, 잠정 가온량(Qtarget)을 산출한다.
그 후, 가온 지시 판정부(154)는, 단계 S12에서 산출된 활성화 에너지 계수(k), 단계 S13에서 산출된 잠정 가온량(Qtarget) 및 전고체전지(11)의 SOC(State Of Charge: 소위 축전량)에 의거하여, 확정 가온량(Q)을 산출한다(단계 S14). 확정 가온량(Q)은, 히터(14)에 의한 가온으로 전고체전지(11)(특히, 그 단부(11E))에 추가해야 할 열량의 최종적인 목표값을 나타낸다.
구체적으로는, 확정 가온량(Q)을 산출하기 위하여, 가온 지시 판정부(154)는, 히터(14)로 전고체전지(11)를 가온해야 하는지 아닌지를 나타내는 가온 플래그(m)를 설정한다. 가온 지시 판정부(154)는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 활성화 에너지 계수(k)가 소정의 문턱값(TH1)보다 작으면서 또한, SOC가 소정의 문턱값(TH2)보다도 작은 경우에, 가온 플래그(m)를, 히터(14)로 전고체전지(11)를 가온해야하는 것을 나타내는 값 「1」로 설정한다. 한편, 가온 지시 판정부(154)는, 활성화 에너지 계수(k)가 문턱값(TH1)보다 큰 경우 및/또는 SOC가 문턱값(TH2)보다도 큰 경우에, 가온 플래그(m)를, 히터(14)로 전고체전지(11)를 가온해야 하는 것은 아닌 것을 나타내는 값 「0」으로 설정한다. 또한, 가온 지시 판정부(154)는, 활성화 에너지 계수(k)가 문턱값(TH1)과 일치하는 경우에는, 활성화 에너지 계수(k)가 문턱값(TH1)보다도 큰 경우에 행하는 처리를 행하여도 되고, 활성화 에너지 계수(k)가 문턱값(TH1)보다도 작은 경우에 행하는 처리를 행하여도 된다. 마찬가지로, 가온 지시 판정부(154)는, SOC가 문턱값(TH2)과 일치하는 경우에는, SOC가 문턱값(TH2)보다도 큰 경우에 행하는 처리를 행하여도 되고, SOC가 문턱값(TH2)보다도 작은 경우에 행하는 처리를 행하여도 된다.
활성화 에너지 계수(k)가 문턱값(TH1)보다도 큰 경우에 전고체전지(11)를 가온하지 않는 이유는, 이하와 같다. 우선, 상기 서술한 바와 같이, 저항값(RE)과 저항값(RC)의 사이의 차분이 작아질수록, 활성화 에너지 계수(k)가 커진다. 즉, 활성화 에너지 계수(k)가 문턱값(TH1)보다도 큰 경우에는, 저항값(RE)과 저항값(RC)의 사이의 차분이 상대적으로 작을 것이다. 저항값(RE)과 저항값(RC)의 사이의 차분이 상대적으로 작은 경우에는, 저항값(RE)과 저항값(RC)의 사이의 차분이 상대적으로 큰 경우와 비교하여, 상기 서술한 전고체전지(11)의 열화라고 하는 기술적 문제가 그다지 현저하게는 생기지 않는다. 한편, 전고체전지(11)의 가온에 의해 전고체전지(11)의 온도가 과도하게 상승하면, 반대로 전고체전지(11)의 열화를 초래할 가능성이 있다. 그래서, 본 실시형태에서는, 전고체전지(11)의 열화라고 하는 기술적 문제가 그다지 현저하게는 생기지 않는 상황(즉, 활성화 에너지 계수(k)가 문턱값(TH1)보다도 큰 상황)에서는, 가온 지시 판정부(154)는, 히터(14)로 전고체전지(11)를 가온해야 하는 것은 아니라고 결정한다. 즉, 본 실시형태에서는, 전고체전지(11)의 열화라고 하는 기술적 문제가 상대적으로 현저하게 생기는 상황(즉, 활성화 에너지 계수(k)가 문턱값(TH1)보다도 작은 상황)에 있어서, 히터(14)로 전고체전지(11)가 가온된다.
이와 같은 활성화 에너지 계수(k)가 문턱값(TH1)보다도 큰 경우에 전고체전지(11)를 가온하지 않는 이유를 고려하면, 문턱값(TH1)은, 전고체전지(11)의 열화라고 하는 기술적 문제가 상대적으로 현저하게 생기는 상황과, 전고체전지(11)의 열화라고 하는 기술적 문제가 그다지 현저하게는 생기지 않는 상황을, 활성화 에너지 계수(k)로부터(즉, 저항값(RE)과 저항값(RC)의 사이의 차분으로부터) 구별하는 것이 가능한 적절한 값으로 설정되는 것이 바람직하다.
또한, SOC가 문턱값(TH2)보다도 큰 경우에 전고체전지(11)를 가온하지 않는 이유는, 이하와 같다. 우선, 전고체전지(11)의 특성상, SOC가 커질수록, 부극(112)(나아가서는, 경우에 따라서는, 정극(111) 및 고체전해질층(113)의 적어도 일방)이 보다 팽창한다. 그 결과, 도 9의 하단의 그래프에 나타내는 바와 같이, SOC가 커질수록, 구속 부재(114)로부터 전고체전지(11)에 인가되는 압력(P)이 커진다.
한편 도 9의 상단의 그래프에 나타내는 바와 같이, 구속 부재(114)로부터 전고체전지(11)에 인가되는 압력(P)이 작아질수록, 전고체전지(11)의 어느 부분에 인가되는 압력(P)의 변화에 대하여 당해 어느 부분의 저항값(R)이 보다 크게 변화된다. 이 때문에, SOC가 작아질수록, 전고체전지(11)의 어느 부분에 인가되는 압력(P)의 변화에 대한 당해 어느 부분의 저항값(R)의 변화량이 커진다. 반대로 말하면, SOC가 커질수록, 전고체전지(11)의 어느 부분에 인가되는 압력(P)의 변화에 대한 당해 어느 부분의 저항값(R)의 변화량이 작아진다. 압력(P)의 변화에 대한 저항값(R)의 변화량이 작은 경우에는, 압력(P)의 변화에 대한 저항값(R)의 변화량이 큰 경우와 비교하여, 상기 서술한 전고체전지(11)의 열화라고 하는 기술적 문제가 그다지 현저하게는 생기지 않는다. 왜냐하면, 압력(P)의 변화에 대한 저항값(R)의 변화량이 작은 경우에는, 압력(P)의 변화에 대한 저항값(R)의 변화량이 큰 경우와 비교하여, 압력(PC)과 압력(PE)의 편차에 기인하여 생기는 저항값(RC)과 저항값(RE)의 사이의 차분이 작아지기 때문이다. 그래서, 본 실시형태에서는, 전고체전지(11)의 열화라고 하는 기술적 문제가 그다지 현저하게는 생기지 않는 상황(즉, SOC가 문턱값(TH2)보다도 큰 상황)에서는, 가온 지시 판정부(154)는, 히터(14)로 전고체전지(11)를 가온해야 하는 것은 아니라고 결정한다. 즉, 본 실시형태에서는, 전고체전지(11)의 열화라고 하는 기술적 문제가 상대적으로 현저하게 생기는 상황(즉, SOC가 문턱값(TH2)보다도 작은 상황)에 있어서, 히터(14)로 전고체전지(11)가 가온된다.
이와 같은 SOC가 문턱값(TH2)보다도 큰 경우에 전고체전지(11)를 가온하지 않는 이유를 고려하면, 문턱값(TH2)은, 전고체전지(11)의 열화라고 하는 기술적 문제가 상대적으로 현저하게 생기는 상황과, 전고체전지(11)의 열화라고 하는 기술적 문제가 그다지 현저하게는 생기지 않는 상황을, SOC로부터 구별하는 것이 가능한 적절한 값으로 설정되는 것이 바람직하다.
그 후, 가온 지시 판정부(154)는, 단계 S13에서 산출한 잠정 가온량(Qtarget)에 대하여 가온 플래그(m)를 곱하는 것으로 얻어지는 값을, 확정 가온량(Q)으로 설정한다. 따라서, 가온 플래그(m)가 1인 경우에는, 확정 가온량(Q)은, 잠정 가온량(Qtarget)과 일치한다. 한편, 가온 플래그(m)가 0인 경우에는, 확정 가온량(Q)은 제로가 된다.
그 후, 가온 지시 판정부(154)는, 단계 S14에서 산출한 확정 가온량(Q)이 단부(11E)에 가해지도록, 히터(14)를 제어한다(단계 S15). 그 결과, 단부(11E)의 온도(TE)가 목표 온도(TE_target)가 될 때까지 단부(11E)가 가온된다. 따라서, 단부(11E)의 가온에 수반하여 단부(11E)의 저항값(RE)이 감소되기 때문에, 단부(11E)의 저항값(RE)과 중앙부(11C)의 저항값(RC)의 차분이 작아진다(바람직하게는, 제로가 된다).
(3) 기술적 효과
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 단부(11E)의 저항값(RE)과 중앙부(11C)의 저항값(RC)의 차분이 작아지도록, 단부(11E)가 가온된다. 구체적으로는, 도 10의 2단째 및 3단째의 그래프에 나타내는 바와 같이, 단부(11E)의 저항값(RE)과 중앙부(11C)의 저항값(RC)이 상대적으로 크게 다른 것에 기인하여 중앙부(11C)에 있어서 과도하게 큰 전류가 흐를 가능성이 있는 상황에 있어서, 도 10의 4단째의 그래프에 나타내는 바와 같이, 단부(11E)가 부분적으로 가온된다. 이 경우, 전형적으로는, 단부(11E)의 온도(TE)는, 중앙부(11C)의 온도(TC)보다도 높아진다. 그 결과, 도 10의 5단째의 그래프에 나타내는 바와 같이, 단부(11E)가 가온되기 전과 비교하여, 단부(11E)의 저항값(RE)과 중앙부(11C)의 저항값(RC)의 차분이 작아진다. 즉, 본 실시형태의 ECU(15)는, XY평면 내에 있어서의 구속 부재(114)로부터 전고체전지(11)에 인가되는 압력의 편차에 기인하여, XY평면 내에 있어서 전고체전지(11)의 저항값(R)이 불균일할 가능성이 있는 상황에 있어서, 당해 저항값(R)의 편차의 발생을 억제할 수 있다. 이 때문에, 도 10의 6단째의 그래프에 나타내는 바와 같이, 중앙부(11C)에 있어서 과도하게 큰 전류가 흐를 가능성이 작아진다. 이 때문에, 본 실시형태의 ECU(15)는, 전고체전지(11)의 열화를 억제하도록 전고체전지(11)를 제어할 수 있다.
더해서, 본 실시형태에서는, 활성화 에너지 계수(k) 및 전고체전지(11)의 SOC에 의거하여, 전고체전지(11)를 가온하지 않아도 전고체전지(11)의 열화라고 하는 기술적 문제가 그다지 현저하게는 생기지 않는 상황에서는, 전고체전지(11)가 가온되지 않는다. 이 때문에, 활성화 에너지 계수(k) 및 SOC의 대소에 관계없이 전고체전지(11)가 가온되는 경우와 비교하여, 전고체전지(11)의 온도의 과도한 상승이 방지된다. 그 결과, 전고체전지(11)의 온도의 과도한 상승에 기인한 전고체전지(11)의 열화가 방지된다. 또한, 전고체전지(11)의 온도의 과도한 상승에 의한 전고체전지(11)의 열화를 방지한다고 하는 관점에서 말하면, 가온 플래그(m)가 1인 경우에도, 전고체전지(11)의 온도 자체가 그 이상의 가온을 피해야 할 상한 온도 이상인 경우에는, 전고체전지(11)가 가온되지 않는 것이 바람직하다.
또한, 전고체전지(11)는, 그 특성상, 전해질이 액체인 액계 전지와 비교하여, 내열 온도가 높다. 이 때문에, 단부(11E)를 가온함으로써 저항값(RE)과 저항값(RC)의 차분을 작게 하는 상기 서술한 온도 제어 동작이 전고체전지(11)를 대상으로 행해지는 경우에는, 상기 서술한 온도 제어 동작이 액계 전지를 대상으로 행해지는 경우와 비교하여, 가온 가능한 온도 범위가 커진다. 이 때문에, 상기 서술한 온도 제어 동작이 전고체전지(11)를 대상으로 행해지는 경우에는, 상기 서술한 온도 제어 동작이 액계 전지를 대상으로 행해지는 경우와 비교하여, 저항값(RE)과 저항값(RC)의 차분을 작게 할 목적으로 전고체전지(11)를 가온할 수 있는 기회가 보다 많이 확보된다고 하는 실천상 유리한 효과를 향수(享受)할 수 있다.
(4) 변형예
(4-1) 제 1 변형예
상기 서술한 설명에서는, 차량(1)은, 구속 부재(114)로부터 인가되는 압력이 중앙부(11C)보다도 작게 되는 단부(11E)를 가온하기 위한 히터(14)를 구비하고 있다. 한편, 도 11에 나타내는 바와 같이, 제 1 변형예의 차량(2)은, 히터(14) 대신에(혹은, 더하여), 구속 부재(114)로부터 인가되는 압력이 단부(11E)보다도 크게 되는 중앙부(11C)를 냉각하기 위한 냉각기(24)를 구비하고 있다고 하는 점에서, 차량(1)과는 다르다. 또한, 냉각기(24)는, 후술하는 부기에 있어서의 「냉각 장치」의 일 구체예이다. 또한, 차량(2)은, ECU(15) 대신에 ECU(25)를 구비하고 있다고 하는 점에서, 차량(1)과는 다르다. ECU(25)는, 가온량 산출부(153) 및 가온 지시 판정부(154) 대신에, 냉각량 산출부(253) 및 냉각 지시 판정부(254)를 구비하고 있다고 하는 점에서, ECU(15)와는 다르다. 냉각량 산출부(253)는, 가온량 산출부(153)와 마찬가지의 방법으로, 잠정 냉각량(Qtarget')을 산출한다. 잠정 냉각량(Qtarget')은, 냉각기(24)에 의한 냉각으로 전고체전지(11)(특히, 그 중앙부(11C))로부터 빼앗아야 할 열량의 잠정적인 목표값을 나타낸다. 또한, 냉각 지시 판정부(254)는, 가온 지시 판정부(154)와 마찬가지의 방법으로, 냉각기(24)로 전고체전지(11)를 냉각해야 하는지 아닌지를 나타내는 냉각 플래그(m')를 설정하여, 잠정 냉각량(Qtarget')에 대하여 냉각 플래그(m')를 곱하는 것으로 얻어지는 값을, 확정 냉각량(Q')으로 설정한다.
이와 같이, 제 1 변형예에서는, 단부(11E)의 저항값(RE)과 중앙부(11C)의 저항값(RC)의 차분이 작아지도록, 중앙부(11C)가 냉각된다. 구체적으로는, 도 12의 2단째 및 3단째의 그래프에 나타내는 바와 같이, 단부(11E)의 저항값(RE)과 중앙부(11C)의 저항값(RC)이 상대적으로 크게 다른 것에 기인하여 중앙부(11C)에 있어서 과도하게 큰 전류가 흐를 가능성이 있는 상황에 있어서, 도 12의 4단째의 그래프에 나타내는 바와 같이, 중앙부(11C)가 부분적으로 냉각된다. 이 경우, 전형적으로는, 중앙부(11C)의 온도(TC)는, 단부(11E)의 온도(TE)보다도 낮아진다. 그 결과, 도 12의 5단째의 그래프에 나타내는 바와 같이, 중앙부(11C)가 냉각되기 전과 비교하여, 단부(11E)의 저항값(RE)과 중앙부(11C)의 저항값(RC)의 차분이 작아진다. 이 때문에, 도 12의 6단째의 그래프에 나타내는 바와 같이, 중앙부(11C)에 있어서 과도하게 큰 전류가 흐를 가능성이 작아진다. 이 때문에, 제 1 변형예에 있어서도, 상기 서술한 효과와 마찬가지의 효과가 향수가능하다.
(4-2) 제 2 변형예
상기 서술한 설명에서는, 가온 플래그(m)는, 활성화 에너지 계수(k) 및 SOC에 따라 1이나 또는 0 중 어느 하나로 설정된다. 그러나, 가온 플래그(m)는, 활성화 에너지 계수(k)가 커질수록 작아지는 값으로 설정되어도 된다. 마찬가지로, 가온 플래그(m)는, SOC가 커질수록 작아지는 값으로 설정되어도 된다.
예를 들면, 가온 지시 판정부(154)는, 활성화 에너지 계수(k)에 근거하는 가온 플래그(m1)와 SOC에 근거하는 가온 플래그(m2)를 각각 설정하고, 가온 플래그(m1)와 가온 플래그(m2)를 곱하는 것으로 얻어지는 값을, 가온 플래그(m)로 설정하여도 된다. 이 경우, 가온 지시 판정부(154)는, 도 13(a)에 나타내는 바와 같이, (ⅰ) 활성화 에너지 계수(k)가 소정의 문턱값(TH3)보다 작은 경우에, 가온 플래그(m1)를 「1」로 설정하고, (ⅱ) 활성화 에너지 계수(k)가 문턱값(TH3)보다 크면서 또한 소정의 문턱값(TH4)(단, 문턱값(TH4>TH3))보다도 작은 경우에, 가온 플래그(m1)를, 활성화 에너지 계수(k)가 커질수록 연속적으로(혹은, 단계적으로) 작아지는 값으로 설정하고, (ⅲ) 활성화 에너지 계수(k)가 문턱값(TH4)보다도 큰 경우에, 가온 플래그(m1)를, 「0」으로 설정하여도 된다. 마찬가지로, 가온 지시 판정부(154)는, 도 13(b)에 나타내는 바와 같이, (ⅰ) SOC가 소정의 문턱값(TH5)보다 작은 경우에, 가온 플래그(m2)를 「1」로 설정하고, (ⅱ) SOC가 문턱값(TH5)보다 크면서 또한 소정의 문턱값(TH6)(단, 문턱값(TH6>TH5))보다도 작은 경우에, 가온 플래그(m2)를, SOC가 커질수록 연속적으로(혹은, 단계적으로) 작아지는 값으로 설정하고, (ⅲ) SOC가 문턱값(TH6)보다도 큰 경우에, 가온 플래그(m2)를, 「0」으로 설정하여도 된다. 또한, 문턱값(TH3 및 TH4)는, 상기 서술한 문턱값(TH1)과 마찬가지의 관점에서 설정되는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 문턱값(TH5 및 TH6)은, 상기 서술한 문턱값(TH2)과 마찬가지의 관점에서 설정되는 것이 바람직하다.
이와 같은 제 2 변형예에 의하면, 전고체전지(11)의 온도의 과도한 상승을 상응하게 억제하면서도, 저항값(RE)과 저항값(RC)의 차분을 작게 할 목적으로 전고체전지(11)를 가온할 수 있는 기회가 보다 많이 확보가능하다.
(4-3) 그 외의 변형예
상기 서술한 설명에서는, ECU(15)는, 활성화 에너지 계수(k)를 산출하는 것과 함께, 활성화 에너지 계수(k)가 문턱값(TH1)보다 작은 경우에 단부(11E)를 가온하는 한편 활성화 에너지 계수(k)가 문턱값(TH1)보다 큰 경우에 단부(11E)를 가온하지 않도록 히터(14)를 제어하고 있다. 그러나, 상기 서술한 바와 같이 저항값(RE)과 저항값(RC)의 사이의 차분이 커질수록 활성화 에너지 계수(k)가 작아지는(즉, 활성화 에너지 계수(k)를 산출하는 처리는, 실질적으로는, 저항값(RE)과 저항값(RC)의 사이의 차분이 어느 정도 클지를 판정하는 처리와 등가인) 것을 고려하면, ECU(15)는, 도 4의 단계 S11에서 산출된 저항값(RE)과 저항값(RC)의 사이의 차분을 직접적으로 산출하여, 당해 차분이 소정의 문턱값(TH7)보다 큰 경우에 단부(11E)를 가온하는 한편 당해 차분이 문턱값(TH7)보다 작은 경우에 단부(11E)를 가온하지 않도록 히터(14)를 제어하여도 된다. 또한, 문턱값(TH7)은, 상기 서술한 문턱값(TH1)과 마찬가지의 관점에서 미리 설정되어 있는 것이 바람직하다.
상기 서술한 설명에서는, ECU(15)는, 단부(11E)를 가온하는 한편 중앙부(11C)를 가온하지 않도록 히터(14)를 제어하고 있다. 그러나, ECU(15)는, XY평면 내에 있어서, 히터(14)로부터 전고체전지(11)의 각 부에 추가되는 가온량이 각 부의 위치에 따라 적절히 조정되도록, 히터(14)를 제어하여도 된다. 예를 들면, ECU(15)는, 도 14(특히, 4단째의 그래프)에 나타내는 바와 같이, XY평면 내에 있어서, 히터(14)로부터 전고체전지(11)의 각 부에 추가되는 가온량이 각 부의 저항값(R)에 따라 증감하도록, 히터(14)를 제어하여도 된다. 이 경우, XY평면 내에 있어서의 전고체전지(11)의 저항값(R)의 편차의 발생이 보다 한층 적절하게 억제된다.
상기 서술한 설명에서는, ECU(15)는, 구속 부재(114)로부터 인가되는 압력이 상대적으로 작은 단부(11E)를 가온하는 한편, 구속 부재(114)로부터 인가되는 압력이 상대적으로 큰 중앙부(11C)를 가온하지 않도록 히터(14)를 제어하고 있다. 그러나, ECU(15)는, 단부(11E)에 더하여 또는 대신하여, 구속 부재(114)로부터 인가되는 압력이 상대적으로 작은 전고체전지(11)의 임의인 하나의 부분을 가온하는 한편, 구속 부재(114)로부터 인가되는 압력이 상대적으로 큰 전고체전지(11)의 임의의 다른 부분을 가온하지 않도록 히터(14)를 제어하여도 된다. 바꿔 말하면, ECU(15)는, XY평면 내에 있어서의 전고체전지(11)의 온도 분포를, 단부(11E) 및 중앙부(11C)의 구별 없이 임의의 양태로 제어하여도 된다. 예를 들면, 도 15의 1단째의 그래프에 나타내는 바와 같이, 구속 부재(114)로부터 전고체전지(11)의 각 부에 인가되는 압력이, 각 부의 위치가 +X측에 시프트할수록 커지는 경우에는, ECU(15)는, 전고체전지(11)의 -X측(도 15에서는, 좌측)의 단부에 상대적으로 근접하고 있는 부분을 가온하는 한편, 전고체전지(11)의 +X측(도 15에서는, 우측)의 단부에 상대적으로 근접하고 있는 부분을 가온하지 않도록 히터(14)를 제어하여도 된다. 이 경우에는, 구속 부재(114)로부터 인가되는 압력(P)이 XY평면 내에 있어서 임의의 양태에서 불균일할 경우에 있어서도, 상기 서술한 효과가 향수 가능하게 된다. 단, 이 경우에는, 압력 센서(14P) 및 온도 센서(14T)는, 구속 부재(114)로부터 인가되는 압력(P)의 편차에 따른 적절한 위치에 배치되는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 구속 부재(114)로부터의 압력(P)이 상대적으로 큰 부분에 하나의 압력 센서(14P) 및 1의 온도 센서(14T)가 배치되고, 구속 부재(114)로부터의 압력이 상대적으로 작은 부분에 다른 압력 센서(14P) 및 다른 온도 센서(14T)가 배치되는 것이 바람직하다.
(5) 부기
이상 설명한 실시형태에 관하여, 이하의 부기를 더 기재한다.
(5-1) 부기 1
부기 1에 기재된 제어장치는, 정극과, 부극과, 상기 정극 및 상기 부극의 사이에 배치된 고체전해질층이 적층된 적층체를 포함하는 전고체전지를 제어하기 위한 제어장치에 있어서, 상기 적층체의 적층 방향과 교차하는 면 내에 있어서의 상기 전고체전지의 온도 분포를 제어하는 제어 동작을 행함으로써, 상기 제어 동작이 행해지지 않는 경우와 비교하여, 상기 면 내에 있어서 상기 전고체전지의 제 1 부분에 있어서의 저항값과 상기 제 1 부분과는 다른 상기 전고체전지의 제 2 부분에 있어서의 저항값의 차분을 작게 하는 것을 특징으로 하는 제어장치이다.
전고체전지가 어느 부분의 온도가 상승하면, 당해 어느 부분의 온도가 상승하기 전과 비교하여, 당해 어느 부분의 저항값은 감소한다. 반대로, 전고체전지가 어느 부분의 온도가 저하되면, 당해 어느 부분의 온도가 저하되기 전과 비교하여, 당해 어느 부분의 저항값은 증가한다. 이와 같은 전고체전지가 어느 부분의 온도와 저항값의 사이의 관계를 고려하여, 부기 1에 기재된 제어장치는, 전고체전지의 제 1 부분의 저항값과 전고체전지의 제 2 부분의 저항값의 사이의 차분을 작게 하도록, 전고체전지의 온도 분포를 제어하는 제어 동작을 행할 수 있다. 그 결과, 부기 1에 기재된 제어장치는, 적층체의 적층 방향과 교차하는 면 내에 있어서의 전고체전지의 저항값의 편차의 발생을 적절하게 억제할 수 있다.
(5-2) 부기 2
부기 2에 기재된 제어장치는, 구속 부재에 의해, 상기 적층 방향을 따라 상기 전고체전지에 압력이 인가되어 있으며, 상기 제 2 부분은, 상기 제 1 부분보다도 상기 구속 부재로부터 인가되는 압력이 작은 것을 특징으로 하는 부기 1에 기재된 제어장치이다.
구속 부재로부터 제 2 부분에 인가되는 압력이, 구속 부재로부터 제 1 부분에 인가되는 압력보다도 작으면(즉, 다르면), 제 2 부분에 있어서의 저항값과 제 1 부분에 있어서의 저항값이 다른 것이 된다. 전형적으로는, 제 2 부분에 있어서의 저항값은, 제 1 부분에 있어서의 저항값보다도 크게 된다. 이 경우에도, 부기 2에 기재된 제어장치는, 제 1 부분의 저항값과 제 2 부분의 저항값의 사이의 차분을 작게 하도록 전고체전지의 온도 분포를 제어함으로써, 전고체전지의 저항값의 편차의 발생을 적절하게 억제할 수 있다.
(5-3) 부기 3
부기 3에 기재된 제어장치는, 상기 제 2 부분은, 상기 적층 방향과 교차하는 면 내에 있어서, 상기 제 1 부분보다도 상기 전고체전지의 단부에 근접하는 것을 특징으로 하는 부기 2에 기재된 제어장치이다.
적층 방향을 따라 구속 부재가 전고체전지에 압력을 인가할 경우에는, 구속 부재와 전고체전지의 사이의 배치 위치의 관계상, 전고체전지의 단부에 상대적으로 근접하는 제 2 부분에 구속 부재로부터 인가되는 압력과, 전고체전지 단부로부터 상대적으로 떨어진 제 1 부분에 구속 부재로부터 인가되는 압력은, 다른 것이 될 가능성이 높아진다. 전형적으로는, 전고체전지의 단부에 상대적으로 근접하는 제 2 부분에 구속 부재로부터 인가되는 압력은, 전고체전지의 단부로부터 상대적으로 떨어진 제 1 부분에 구속 부재로부터 인가되는 압력보다도 작게 될 가능성이 높아진다. 이 때문에, 부기 3에 기재된 제어장치는, 적층 방향을 따라 구속 부재로부터 압력이 인가되어 있는 전고체전지의 저항값의 편차의 발생을 적절하게 억제할 수 있다.
(5-4) 부기 4
부기 4에 기재된 제어장치는, 상기 제 2 부분의 저항값은, 상기 제 1 부분의 저항값보다도 크며, 상기 제어 동작은, 상기 제어 동작이 행해지지 않는 경우와 비교하여 상기 제 2 부분의 온도가 상승하도록 상기 제 2 부분을 가온하는 제 2 동작을 포함하는 것을 특징으로 하는 부기 1로부터 3 중 어느 한 항에 기재된 제어장치이다.
부기 4에 기재된 제어장치에 의하면, 제 1 부분보다도 저항값이 큰 제 2 부분이 가온되면(즉, 따뜻하게 되면), 제 2 부분이 가온되기 전과 비교하여, 제 2 부분의 저항값이 감소한다. 그 결과, 제 1 부분의 저항값과 제 2 부분의 저항값의 사이의 차분이 작아진다. 이 때문에, 부기 4에 기재된 제어장치는, 전고체전지의 저항값의 편차의 발생을 적절하게 억제할 수 있다.
(5-5) 부기 5
부기 5에 기재된 제어장치는, 상기 제 1 부분의 저항값은, 상기 제 2 부분의 저항값보다도 작으며, 상기 제어 동작은, 상기 제어 동작이 행해지지 않는 경우와 비교하여 상기 제 1 부분의 온도가 저하되도록 상기 제 1 부분을 냉각하는 제 1 동작을 포함하는 것을 특징으로 하는 부기 1로부터 4 중 어느 한 항에 기재된 제어장치이다.
부기 5에 기재된 제어장치에 의하면, 제 2 부분보다도 저항값이 작은 제 1 부분이 냉각되면, 제 1 부분이 냉각되기 전과 비교하여, 제 1 부분의 저항값이 증가한다. 그 결과, 제 1 부분의 저항값과 제 2 부분의 저항값의 사이의 차분이 작아진다. 이 때문에, 부기 5에 기재된 제어장치는, 전고체전지의 저항값의 편차의 발생을 적절하게 억제할 수 있다.
(5-6) 부기 6
부기 6에 기재된 제어장치는, 상기 전고체전지의 축전량이 소정의 제 1 문턱값보다도 작은 경우에 상기 제어 동작을 행하고, 상기 전고체전지의 축전량이 상기 제 1 문턱값보다도 큰 경우에 상기 제어 동작을 행하지 않는 것을 특징으로 하는 부기 1로부터 5 중 어느 한 항에 기재된 제어장치이다.
전고체전지의 축전량이 제 1 문턱값보다도 작은(바꿔 말하면, 상대적으로 작은) 경우에는, 전고체전지의 축전량이 제 1 문턱값보다도 큰(바꿔 말하면, 상대적으로 큰) 경우와 비교하여, 전고체전지가 어느 부분에 인가되는 압력의 변화에 대하여 당해 어느 부분의 저항값이 보다 크게 변화된다. 이 때문에, 전고체전지의 축전량이 제 1 문턱값보다도 작은 경우에는, 전고체전지의 축전량이 제 1 문턱값보다도 큰 경우와 비교하여, 전고체전지의 저항값의 편차가 발생할 가능성이 커진다. 부기 6에 기재된 제어장치는, 전고체전지 저항값의 편차가 발생할 가능성이 상대적으로 커지는 상황에 있어서, 선택적으로 전고체전지의 온도 분포를 제어할 수 있다. 반대로 말하면, 부기 6에 기재된 제어장치는, 전고체전지의 저항값의 편차가 발생할 가능성이 상대적으로 작아지는 상황에 있어서는, 전고체전지의 온도 분포를 제어하지 않아도 된다. 이 때문에, 부기 6에 기재된 제어장치는, 제어 동작에 기인한 전고체전지의 온도의 과도한 상승 또는 저하를 초래하는 않아, 전고체전지 저항값의 편차의 발생을 적절하게 억제할 수 있다.
(5-7) 부기 7
부기 7에 기재된 제어장치는, 상기 제 1 부분에 있어서의 저항값과 상기 제 2 부분에 있어서의 저항값의 차분이 소정의 제 2 문턱값보다도 큰 경우에 상기 제어 동작을 행하고, 상기 제 1 부분에 있어서의 저항값과 상기 제 2 부분에 있어서의 저항값의 차분이 상기 제 2 문턱값보다도 작은 경우에 상기 제어 동작을 행하지 않는 것을 특징으로 하는 부기 1로부터 6 중 어느 한 항에 기재된 제어장치이다.
제 1 부분에 있어서의 저항값과 제 2 부분에 있어서의 저항값의 차분이 제 2 문턱값보다도 큰 경우에는, 제 1 부분에 있어서의 저항값과 제 2 부분에 있어서의 저항값의 차분이 제 2 문턱값보다도 작은 경우와 비교하여, 전고체전지의 저항값이 상대적으로 크게 불균일이 있는 것으로 추정된다. 이 때문에, 부기 7에 기재된 제어장치는, 전고체전지의 저항값이 상대적으로 크게 불균일이 있는 상황에 있어서, 선택적으로 전고체전지의 온도 분포를 제어할 수 있다. 반대로 말하면, 부기 7에 기재된 제어장치는, 전고체전지의 저항값이 불균일이 있지 않은(혹은, 상대적으로 작게 밖에 불균일이 있지 않은) 상황에 있어서, 전고체전지의 온도 분포를 제어하지 않아도 된다. 이 때문에, 부기 7에 기재된 제어장치는, 제어 동작에 기인한 전고체전지의 온도의 과도한 상승 또는 저하를 초래하는 일 없이, 전고체전지의 저항값의 편차의 발생을 적절하게 억제할 수 있다.
(5-8) 부기 8
부기 8에 기재된 전지 시스템은, 정극과, 부극과, 상기 정극 및 상기 부극의 사이에 배치된 고체전해질층이 적층된 적층체를 포함하는 전고체전지와, 부기 1로부터 7 중 어느 한 항에 기재된 제어장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 전지 시스템이다.
부기 8에 기재된 전지 시스템은, 상기 서술한 부기 1로부터 7 중 어느 한 항에 기재된 제어장치가 향수하는 것이 가능한 효과와 마찬가지의 효과를 향수할 수 있다.
(5-9) 부기 9
부기 9에 기재된 전지 시스템은, 상기 전고체전지를 냉각가능한 냉각 장치 및 상기 전고체전지를 가온 가능한 가온 장치의 적어도 일방을 더 구비하며, 상기 제어장치는, 상기 냉각 장치 및 상기 가온 장치의 적어도 일방을 이용하여 상기 제어 동작을 행하는 것을 특징으로 하는 부기 8에 기재된 전지 시스템이다.
부기 9에 기재된 전지 시스템은, 냉각 장치 및 가온 장치의 적어도 일방을 이용하여 전고체전지의 온도 분포를 제어함으로써, 상기 서술한 부기 1로부터 7 중 어느 한 항에 기재된 제어장치가 향수하는 것이 가능한 효과와 마찬가지의 효과를 향수할 수 있다.
또한, 본 발명은, 청구범위 및 명세서 전체로부터 판독할 수 있는 발명의 요지 또는 사상에 반하지 않는 범위에서 적절히 변경가능하며, 그러한 변경을 수반하는 제어장치 및 전지 시스템도 또한 본 발명의 기술 사상에 포함된다.
1,2 차량
11 전고체전지
111 정극
112 부극
113 고체전해질층
114 구속 부재
114a,114b 구속판
11C 중앙부
11E 단부
12 인버터
13 모터 제너레이터
14 히터
14T,14TC,14TE 온도 센서
14P,14PC,14PE 압력 센서
15 ECU
151 저항 연산부
152 활성화 에너지 연산부
153 가온량 산출부
154 가온 지시 판정부
24 냉각기
253 냉각량 산출부
254 냉각 지시 판정부
C 셀
T,TC,TE 온도
P,PC,PE 압력
R,RC,RE 저항값

Claims (9)

  1. 정극과, 부극과, 상기 정극 및 상기 부극의 사이에 배치된 고체전해질층이 적층된 적층체를 포함하는 전고체전지를 제어하기 위한 제어장치에 있어서,
    상기 적층체의 적층 방향과 교차하는 면 내에 있어서의 상기 전고체전지의 온도 분포를 제어하는 제어 동작을 행함으로써, 상기 제어 동작이 행해지지 않는 경우와 비교하여, 상기 면 내에 있어서 상기 전고체전지의 제 1 부분에 있어서의 저항값과 상기 제 1 부분과는 다른 상기 전고체전지의 제 2 부분에 있어서의 저항값의 차분을 작게 하는 것을 특징으로 하는 제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    구속 부재에 의해, 상기 적층 방향을 따라 상기 전고체전지에 압력이 인가되어 있으며,
    상기 제 2 부분은, 상기 제 1 부분보다도 상기 구속 부재로부터 인가되는 압력이 작은 것을 특징으로 하는 제어장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 부분은, 상기 적층 방향과 교차하는 면 내에 있어서, 상기 제 1 부분보다도 상기 전고체전지의 단부에 근접하는 것을 특징으로 하는 제어장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 부분의 저항값은, 상기 제 1 부분의 저항값보다도 크며,
    상기 제어 동작은, 상기 제어 동작이 행해지지 않는 경우와 비교하여 상기 제 2 부분의 온도가 상승하도록 상기 제 2 부분을 가온하는 제 2 동작을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어장치.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 부분의 저항값은, 상기 제 2 부분의 저항값보다도 작으며,
    상기 제어 동작은, 상기 제어 동작이 행해지지 않는 경우와 비교하여 상기 제 1 부분의 온도가 저하되도록 상기 제 1 부분을 냉각하는 제 1 동작을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어장치.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전고체전지의 축전량이 소정의 제 1 문턱값보다도 작은 경우에 상기 제어 동작을 행하고, 상기 전고체전지의 축전량이 상기 제 1 문턱값보다도 큰 경우에 상기 제어 동작을 행하지 않는 것을 특징으로 하는 제어장치.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 부분에 있어서의 저항값과 상기 제 2 부분에 있어서의 저항값의 차분이 소정의 제 2 문턱값보다도 큰 경우에 상기 제어 동작을 행하고, 상기 제 1 부분에 있어서의 저항값과 상기 제 2 부분에 있어서의 저항값의 차분이 상기 제 2 문턱값보다도 작은 경우에 상기 제어 동작을 행하지 않는 것을 특징으로 하는 제어장치.
  8. 정극과, 부극과, 상기 정극 및 상기 부극의 사이에 배치된 고체전해질층이 적층된 적층체를 포함하는 전고체전지와,
    제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 제어장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 전지 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 전고체전지를 냉각가능한 냉각 장치 및 상기 전고체전지를 가온 가능한 가온 장치의 적어도 일방을 더 구비하며,
    상기 제어장치는, 상기 냉각 장치 및 상기 가온 장치의 적어도 일방을 이용하여 상기 제어 동작을 행하는 것을 특징으로 하는 전지 시스템.
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