KR20110111493A - 전지 시스템 및 자동차 - Google Patents

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도요타지도샤가부시키가이샤
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Abstract

리튬 이온 2차 전지의 부극에 석출된 금속 리튬을 효율적으로 실활(불활성화)시켜서, 리튬 이온 2차 전지의 안전성을 높일 수 있는 전지 시스템 및 자동차를 제공한다. 전지 시스템(6)은 리튬 이온 2차 전지(100)와, 리튬 이온 2차 전지(100)의 온도를 제어하는 온도 제어 장치(20)를 구비한다. 온도 제어 장치(20)는 소정 시간, 리튬 이온 2차 전지(100)의 온도(T)를 55℃ < T < 65℃의 범위 내로 유지하는 제어를 행한다.

Description

전지 시스템 및 자동차 {BATTERY SYSTEM AND AUTOMOBILE}
본 발명은, 리튬 이온 2차 전지를 구비한 전지 시스템 및 이 전지 시스템을 구비한 자동차에 관한 것이다.
리튬 이온 2차 전지는, 휴대 기기의 전원으로서, 또한 전기 자동차나 하이브리드 자동차 등의 전원으로서 주목을 받고 있다. 그런데 리튬 이온 2차 전지에서는, 예를 들어 저온 환경 하에 있어서 충전(특히, 하이레이트 충전)을 행하면, 부극 표면에 Li이 석출되어 버리는 경우가 있다. 부극 표면에 석출된 Li의 대부분은, 전지의 충방전 반응에 기여할 수 없게 되므로, 이러한 충전을 반복하면 전지 용량이 저하되어 간다고 하는 문제가 있었다. 최근, 이 문제를 해결하는 방법이 제안되어 있다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조).
특허 문헌 1에서는 충전 개시 시의 전지 온도에 따라서 충전 전압을 설정하고, 이 충전 전압으로 정전압 충전을 행하는 충전 방법이 제안되어 있다. 구체적으로는, 충전 개시 시의 전지 온도가 저온일수록, 충전 전압을 낮게 설정한다. 이에 의해, 저온 환경 하에서의 충전 시에, 전지 온도의 저하에 의해 부극 전위가 저하되는 것을 방지할 수 있으므로, 부극 전위가 리튬 석출 전위까지 저하되기 어려워져, Li의 석출이 방지된다고 기재되어 있다.
일본 특허 출원 공개 제2001-52760호 공보
그런데 부극에 석출된 금속 리튬은 활성이 높다. 따라서, 부극에 금속 리튬이 석출된 상태를 방치해 두는 것은, 리튬 이온 2차 전지의 안전성을 저하시킨다. 이로 인해, 최근, 부극에 석출된 금속 리튬을 실활(불활성화)시켜서, 리튬 이온 2차 전지의 안전성을 높이는 기술이 요구되고 있다. 그러나 특허 문헌 1의 방법에서는 부극에 석출된 금속 리튬을 실활(불활성화)시켜서, 리튬 이온 2차 전지의 안전성을 높일 수는 없었다.
본 발명은, 이러한 현상에 비추어 이루어진 것이며, 리튬 이온 2차 전지의 부극에 석출된 금속 리튬을 효율적으로 실활(불활성화)시켜서, 리튬 이온 2차 전지의 안전성을 높일 수 있는 전지 시스템 및 자동차를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 일형태는 리튬 이온 2차 전지와, 상기 리튬 이온 2차 전지의 온도를 제어하는 온도 제어 장치를 구비하는 전지 시스템이며, 상기 온도 제어 장치는 소정 시간, 상기 리튬 이온 2차 전지의 온도(T)를 55℃ < T < 65℃의 범위 내로 유지하는 제어를 행하는 전지 시스템이다.
상술한 전지 시스템에서는, 온도 제어 장치가 소정 시간, 리튬 이온 2차 전지의 온도(T)를 55℃ < T < 65℃의 범위 내로 유지하는 제어를 행한다. 리튬 이온 2차 전지의 온도(T)를, 소정 시간, 55℃보다 높은 온도로 유지함으로써, 리튬 이온 2차 전지의 부극에 석출되고 있는 금속 리튬을, 효율적으로 실활(불활성화)시킬 수 있다. 이와 같이, 활성이 높은 금속 리튬을 실활(불활성화)시킴으로써, 전지의 안전성을 높일 수 있다.
또한, 리튬 이온 2차 전지의 비수 전해액은, 65℃ 이상이 되면 분해 반응이 진행되는 경향이 있다. 이에 대해, 상술한 전지 시스템에서는 온도 제어 장치가 리튬 이온 2차 전지의 온도(T)를 55℃ < T < 65℃의 범위 내로 유지하는 제어를 행한다. 이에 의해, 비수 전해액의 분해를 억제하면서, 리튬 이온 2차 전지의 부극에 석출되고 있는 금속 리튬을 효율적으로 실활(불활성화)시킬 수 있다.
또한, 상기의 전지 시스템이며, 상기 리튬 이온 2차 전지는 자동차의 구동용 전원으로서 당해 자동차에 탑재되어 이루어지고, 상기 전지 시스템은 상기 자동차의 정차 중에, 외부 전원으로부터 공급되는 전력을 사용해서 상기 리튬 이온 2차 전지를 충전 가능하게 하는 구성을 갖고, 상기 온도 제어 장치는 상기 외부 전원으로부터 공급되는 전력을 사용해서 상기 리튬 이온 2차 전지를 충전하는 기간 중, 상기 리튬 이온 2차 전지의 온도(T)를 55℃ < T < 65℃의 범위 내로 유지하는 제어를 행하는 전지 시스템으로 하면 좋다.
상술한 전지 시스템은, 자동차(구체적으로는, 하이브리드 자동차나 전기 자동차)의 구동용 전원으로서 당해 자동차에 탑재된 전지 시스템이며, 외부 전원으로부터 공급되는 전력을 사용해서 리튬 이온 2차 전지를 충전 가능하게 하는 구성을 갖는 전지 시스템이다. 이러한 전지 시스템을 탑재한 자동차에서는 정기적으로(예를 들어, 수일마다), 소정 시간(예를 들어, 8시간 정도), 자동차의 정차 중(차고 등에 주차 중)에 외부 전원으로부터 공급되는 전력을 사용해서 리튬 이온 2차 전지를 충전하는 경향이 있다. 따라서, 자동차의 정차 중에 외부 전원으로부터 공급되는 전력을 사용해서 리튬 이온 2차 전지를 충전하는 기간 중, 리튬 이온 2차 전지의 온도(T)를 55℃ < T < 65℃의 범위 내로 유지함으로써, 정기적으로 리튬 이온 2차 전지의 부극에 석출되고 있는 금속 리튬을 실활(불활성화)시킬 수 있다.
또한, 자동차의 주행 중에 리튬 이온 2차 전지의 온도 제어를 행하면, 자동차의 주행 성능에 영향이 미칠 우려가 있지만, 상술한 전지 시스템에서는 자동차의 정차 중에 리튬 이온 2차 전지의 온도 제어를 행하므로, 그러한 우려도 없다.
또한, 상기 어느 하나의 전지 시스템이며, 상기 온도 제어 장치는 소정 시간, 상기 리튬 이온 2차 전지의 온도를 60℃로 유지하는 제어를 행하는 전지 시스템으로 하면 좋다.
리튬 이온 2차 전지의 온도를 소정 시간 60℃로 유지함으로써, 비수 전해액의 분해를 억제하면서, 리튬 이온 2차 전지의 부극에 석출되고 있는 금속 리튬을, 효과적으로 실활(불활성화)시킬 수 있다.
또한, 상기 어느 하나의 전지 시스템이며, 상기 온도 제어 장치는 상기 리튬 이온 2차 전지의 온도(T)를 55℃ < T < 65℃의 범위 내로 유지하는 제2 온도 제어를 행하기 전에, 상기 리튬 이온 2차 전지의 온도(T)를 35℃ ≤ T ≤ 55℃의 범위 내로 유지하는 제1 온도 제어를 행하는 전지 시스템으로 하면 좋다.
부극 표면에 석출된 리튬의 대부분은, 전지의 충방전 반응에 기여할 수 없게 되므로, 부극 표면에 리튬이 석출되는 것에 수반하여 전지 용량이 저하된다. 전술한 바와 같이, 리튬 이온 2차 전지의 부극에 석출되고 있는 금속 리튬을 실활(불활성화)시킴으로써, 전지의 안전성을 높일 수는 있다. 그러나 일단 실활(불활성화)시킨 리튬은, 전지의 충방전 반응에 기여할 수 없게 되므로, 부극에 석출되고 있는 금속 리튬을 실활(불활성화)시킴에 따라서, 전지 용량이 저하되어 간다.
이에 대해, 상술한 전지 시스템에서는 리튬 이온 2차 전지의 온도(T)를, 소정 시간, 55℃ < T < 65℃의 범위 내로 유지하기 전에, 리튬 이온 2차 전지의 온도(T)를, 소정 시간, 35℃ ≤ T ≤ 55℃의 범위 내로 유지한다. 우선 처음에, 리튬 이온 2차 전지의 온도(T)를, 소정 시간, 35℃ ≤ T ≤ 55℃의 범위 내로 유지함으로써, 리튬 이온 2차 전지의 부극에 석출된 금속 리튬을, 효율적으로 리튬 이온으로 복귀시킬 수 있다. 이에 의해, 리튬의 석출에 의해 저하된 전지 용량을, 효과적으로 회복시킬 수 있다. 그 후, 리튬 이온 2차 전지의 온도(T)를, 소정 시간, 55℃ < T < 65℃의 범위 내로 유지함으로써, 리튬 이온으로 복귀시킬 수 없었던 금속 리튬을 실활(불활성화)시킬 수 있다. 따라서, 상술한 전지 시스템에 따르면, 리튬의 석출에 의해 저하된 전지 용량을 효과적으로 회복시키면서, 전지의 안전성을 높일 수 있다.
또한, 상기 전지 시스템이며, 상기 온도 제어 장치는 상기 제1 온도 제어로서, 상기 리튬 이온 2차 전지의 온도(T)를 45℃로 유지하는 제어를 행하고, 상기 제2 온도 제어로서, 상기 리튬 이온 2차 전지의 온도(T)를 60℃로 유지하는 제어를 행하는 전지 시스템으로 하면 좋다.
상술한 전지 시스템에서는 온도 제어 장치가 제1 온도 제어로서, 리튬 이온 2차 전지의 온도(T)를 45℃로 유지하는 제어를 행하고, 제2 온도 제어로서, 리튬 이온 2차 전지의 온도(T)를 60℃로 유지하는 제어를 행한다. 즉, 온도 제어 장치가 리튬 이온 2차 전지의 온도(T)를 45℃로 유지하는 제어를 행한 후, 리튬 이온 2차 전지의 온도(T)를 60℃로 유지하는 제어를 행한다.
우선 처음에, 리튬 이온 2차 전지의 온도(T)를 소정 시간 45℃로 유지함으로써, 리튬 이온 2차 전지의 부극에 석출된 금속 리튬을 매우 효율적으로 리튬 이온으로 복귀시켜, 리튬의 석출에 의해 저하된 전지 용량을 매우 효과적으로 회복시킬 수 있다. 그 후, 리튬 이온 2차 전지의 온도(T)를 소정 시간 60℃로 유지함으로써, 리튬 이온으로 복귀시킬 수 없었던 금속 리튬을, 효과적으로 실활(불활성화)시킬 수 있다. 따라서, 상술한 전지 시스템에 따르면, 리튬의 석출에 의해 저하된 전지 용량을 매우 효과적으로 회복시키면서, 전지의 안전성을 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 형태는, 상기 어느 하나의 전지 시스템을 구비하는 자동차이며, 상기 리튬 이온 2차 전지를, 당해 자동차의 구동용 전원으로서 탑재하여 이루어지는 자동차이다.
부극에 금속 리튬이 석출된 상태에서, 자동차의 구동용 전원으로서 리튬 이온 전지를 사용하는 것은, 안전면에서 바람직하지 않다. 그런데 자동차(하이브리드 자동차나 전기 자동차 등)의 구동용 전원으로서 탑재된 리튬 이온 2차 전지는, 하이레이트(대전류)로 충전이 행해지므로, Li 이온의 확산 율속에 의해, 부극 중에 도입되지 않은 Li 이온이, 금속 Li으로서 부극에 석출되기 쉬워진다. 따라서, 구동용 전원으로서 자동차에 탑재되어 있는 리튬 이온 2차 전지는, 다른 전자 기기의 전원으로서 사용하는 경우에 비해, 부극에 금속 리튬이 석출되기 쉬운 환경에 있다.
이에 대해, 상술한 자동차에서는 전술한 전지 시스템을 구비하고 있으므로, 비수 전해액의 분해를 억제하면서, 리튬 이온 2차 전지의 부극에 석출되고 있는 금속 리튬을 효율적으로 실활(불활성화)시킬 수 있다. 이에 의해, 리튬 이온 2차 전지의 안전성을 높이고, 나아가서는 자동차의 안전성을 높일 수 있다.
도 1은 제1, 제2 실시예에 관한 자동차의 개략도이다.
도 2는 제1 실시예에 관한 전지 시스템의 개략도이다.
도 3은 리튬 이온 2차 전지의 단면도이다.
도 4는 리튬 이온 2차 전지의 전극체의 단면도이다.
도 5는 전극체의 부분 확대 단면도이며, 도 4의 B부 확대도에 상당한다.
도 6은 보존 온도를 다르게 하여 행한 각 사이클 시험 후의 Li 석출량을 도시하는 막대 그래프이다.
도 7은 제1 실시예에 관한 리튬 이온 2차 전지의 온도 제어의 흐름을 도시하는 흐름도이다.
도 8은 제2 실시예에 관한 전지 시스템의 개략도이다.
도 9는 제2 실시예에 관한 리튬 이온 2차 전지의 온도 제어의 흐름을 도시하는 흐름도이다.
도 10은 제3, 제4 실시예에 관한 자동차의 개략도이다.
도 11은 제3 실시예에 관한 전지 시스템의 개략도이다.
도 12는 제3 실시예에 관한 리튬 이온 2차 전지의 온도 제어의 흐름을 도시하는 흐름도이다.
도 13은 제4 실시예에 관한 전지 시스템의 개략도이다.
도 14는 제4 실시예에 관한 리튬 이온 2차 전지의 온도 제어의 흐름을 도시하는 흐름도이다.
(제1 실시예)
다음에, 본 발명의 제1 실시예에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다.
본 제1 실시예에 관한 자동차(1)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 차체(2), 엔진(3), 전방 모터(4), 후방 모터(5), 전지 시스템(6) 및 케이블(7)을 갖고, 엔진(3)과 전방 모터(4) 및 후방 모터(5)와의 병용으로 구동하는 하이브리드 자동차이다. 구체적으로는, 이 자동차(1)는 전지 시스템(6)[상세하게는, 전지 시스템(6)의 조전지(10), 도 2 참조]을 전방 모터(4) 및 후방 모터(5)의 구동용 전원으로서, 공지의 수단에 의해, 엔진(3)과 전방 모터(4) 및 후방 모터(5)를 이용하여 주행할 수 있도록 구성되어 있다.
이 중, 전지 시스템(6)은 자동차(1)의 차체(2)에 부착되어 있으며, 케이블(7)에 의해 전방 모터(4) 및 후방 모터(5)에 접속되어 있다. 이 전지 시스템(6)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 복수의 리튬 이온 2차 전지(100)(단전지)를 서로 전기적으로 직렬로 접속한 조전지(10)와, 온도 제어 장치(20)를 구비하고 있다. 온도 제어 장치(20)는, 마이크로 컴퓨터(30)와 냉각 장치(50)(냉각 팬 등)와 가열 장치(60)(히터 등)를 가지고 있다. 마이크로 컴퓨터(30)는, 도시하지 않은 ROM, CPU, RAM 등을 가지고 있다.
조전지(10)에는, 도 2에 도시한 바와 같이, 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도(T)를 검지하는 서미스터(40)가 장착되어 있다. 이 서미스터(40)는, 마이크로 컴퓨터(30)에 전기적으로 접속되어 있다. 이에 의해, 마이크로 컴퓨터(30)에 있어서, 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도(T)를 검출할 수 있다.
또한, 조전지(10)에는 스위치(41)를 통하여, 냉각 장치(50)가 전기적으로 접속되어 있다. 이 냉각 장치(50)를 작동시킴으로써, 조전지(10)를 구성하는 리튬 이온 2차 전지(100)를 냉각할 수 있다. 또한, 조전지(10)에는 스위치(42)를 통하여, 가열 장치(60)가 전기적으로 접속되어 있다. 이 가열 장치(60)를 작동시킴으로써, 조전지(10)를 구성하는 리튬 이온 2차 전지(100)를 가열할 수 있다.
마이크로 컴퓨터(30)는 서미스터(40)를 통해서 검출한 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도(T)가, 60℃인지의 여부를 판단한다. 또한, 마이크로 컴퓨터(30)는 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도(T)가 60℃가 아니라고 판정된 경우, 리튬 이온 2차 전지(100)의 온도(T)가 60℃가 되도록, 리튬 이온 2차 전지(100)를 가열 또는 냉각하는 제어를 행한다.
구체적으로는, 마이크로 컴퓨터(30)는 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도(T)가 60℃보다 높다고 판정된 경우는, 냉각 장치(50)에 의해 리튬 이온 2차 전지(100)를 냉각하는 제어를 행한다. 상세하게는, 마이크로 컴퓨터(30)는 스위치(41)(도 2 참조)를「온(ON)」, 스위치(42)를「오프(OFF)」로 하는 전기 신호를 송신한다. 이에 의해, 조전지(10)로부터 냉각 장치(50)에 전력이 공급되므로, 냉각 장치(50)가 작동하여, 조전지(10)를 구성하는 리튬 이온 2차 전지(100)를 냉각할 수 있다.
또한, 마이크로 컴퓨터(30)는 리튬 이온 2차 전지(100)의 냉각을 개시한 후, 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도(T)를 검출한다. 그리고 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도가 60℃에 도달하였는지의 여부를 판정한다. 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도(T)가 60℃에 도달하고 있지 않다고 판정된 경우, 냉각 장치(50)에 의한 리튬 이온 2차 전지(100)의 냉각을 계속시킨다.
그 후, 마이크로 컴퓨터(30)는 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도(T)가 60℃에 도달했다고 판정된 경우, 리튬 이온 2차 전지(100)의 냉각을 정지하는 제어를 행한다. 구체적으로는, 스위치(41)를「오프」인 상태로 하는 전기 신호를 송신한다. 이에 의해, 조전지(10)로부터 냉각 장치(50)로의 전력 공급이 차단되므로, 냉각 장치(50)에 의한 리튬 이온 2차 전지(100)의 냉각을 정지시킬 수 있다.
한편, 마이크로 컴퓨터(30)는 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도(T)가 60℃보다 낮다고 판정된 경우는, 가열 장치(60)에 의해 리튬 이온 2차 전지(100)를 가열하는 제어를 행한다. 상세하게는, 마이크로 컴퓨터(30)는 스위치(42)(도 2 참조)를「온」, 스위치(41)를「오프」로 하는 전기 신호를 송신한다. 이에 의해, 조전지(10)로부터 가열 장치(60)에 전력이 공급되므로, 가열 장치(60)가 작동하여, 조전지(10)를 구성하는 리튬 이온 2차 전지(100)를 가열할 수 있다.
또한, 마이크로 컴퓨터(30)는 리튬 이온 2차 전지(100)의 가열을 개시한 후, 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도(T)를 검출한다. 그리고 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도(T)가 60℃에 도달하였는지의 여부를 판정한다. 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도(T)가 60℃에 도달하고 있지 않다고 판정된 경우, 가열 장치(60)에 의한 리튬 이온 2차 전지(100)의 가열을 계속시킨다.
그 후, 마이크로 컴퓨터(30)는 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도(T)가 60℃에 도달했다고 판정된 경우, 리튬 이온 2차 전지(100)의 가열을 정지하는 제어를 행한다. 구체적으로는, 스위치(42)를「오프」로 하는 전기 신호를 송신한다. 이에 의해, 조전지(10)로부터 가열 장치(60)로의 전력 공급이 차단되므로, 가열 장치(60)에 의한 리튬 이온 2차 전지(100)의 가열을 정지시킬 수 있다.
이와 같이 하여, 본 제1 실시예에서는 온도 제어 장치(20)에 의해, 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도(T)를 55℃ < T < 65℃의 범위 내(상세하게는 60℃)로 유지할 수 있다.
리튬 이온 2차 전지(100)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 직육면체 형상의 전지 케이스(110)와, 정극 단자(120)와, 부극 단자(130)를 구비하는, 각형 밀폐식의 리튬 이온 2차 전지이다. 이 중, 전지 케이스(110)는 금속으로 이루어지고, 직육면체 형상의 수용 공간을 이루는 각형 수용부(111)와, 금속제의 덮개부(112)를 가지고 있다. 전지 케이스(110)[각형 수용부(111)]의 내부에는, 전극체(150)나 비수 전해액(140) 등이 수용되어 있다.
전극체(150)는, 도 4, 도 5에 도시한 바와 같이, 단면 긴 원 형상을 이루고, 시트 형상의 정극판(155), 부극판(156) 및 세퍼레이터(157)를 권회(捲回)하여 이루어지는 편평형의 권회체이다. 이 전극체(150)는, 그 축선 방향(도 3에 있어서 좌우 방향)의 한쪽 단부(도 3에 있어서 우측 단부)에 위치하고, 정극판(155)의 일부만이 소용돌이 형상으로 겹치는 정극 권회부(155b)와, 다른 쪽 단부(도 3에 있어서 좌측 단부)에 위치하고, 부극판(156)의 일부만이 소용돌이 형상으로 겹치는 부극 권회부(156b)를 가지고 있다. 정극판(155)에는, 정극 권회부(155b)를 제외한 부위에, 정극 활물질(153)을 포함하는 정극 합재(152)가 도포 시공되어 있다(도 5 참조). 마찬가지로, 부극판(156)에는 부극 권회부(156b)를 제외한 부위에, 부극 활물질(154)을 포함하는 부극 합재(159)가 도포 시공되어 있다(도 5 참조). 정극 권회부(155b)는 정극 집전 부재(122)를 통하여, 정극 단자(120)에 전기적으로 접속되어 있다. 부극 권회부(156b)는 부극 집전 부재(132)를 통하여, 부극 단자(130)에 전기적으로 접속되어 있다.
리튬 이온 2차 전지(100)에서는 정극 활물질(153)로서 니켈산 리튬을 사용하고 있다. 또한, 부극 활물질(154)로서, 천연 흑연을 사용하고 있다. 또한, 비수 전해액(140)으로서, EC(에틸렌 카보네이트)와 DMC(디메틸 카보네이트)와 EMC(에틸메틸 카보네이트)를 혼합한 비수 용매 중에, 6불화 인산 리튬(LiPF6)을 용해한 비수 전해액을 사용하고 있다.
다음에, 5개의 리튬 이온 2차 전지(100)(샘플 1 내지 5로 함)를 준비하고, 각 샘플에 대해서 조건을 다르게 하여, 사이클 시험을 행했다.
구체적으로는, 샘플 2에 대해서, 0℃의 온도 환경 하에서, 20C의 전류치로 10초간 충전을 행한 후, 20C의 전류치로 10초간 방전을 행했다. 이 충방전 사이클을 1 사이클로 하여, 10 사이클 행했다. 그 후, 이 샘플 2를, -15℃의 항온조 내에 16시간 보존했다. 이 충방전 사이클(10 사이클)과 항온 보존(-15℃)을 1 사이클로 한「충방전-항온 보존 사이클」을, 80 사이클 행했다. 바꾸어 말하면, 샘플 2에서는 10 사이클의 충방전 사이클 동안에 16시간의 항온 보존(-15℃)을 마련하여, 합계 800 사이클의 충방전 사이클을 행했다.
또, 1C는 SOC(state　of　charge) 100%의 리튬 이온 2차 전지(100)를 정전류방전했을 때, 1 시간에 SOC 0%로 할 수 있는 전류치를 말한다.
또한, 샘플 3에 대해서는, 상술한 충방전 사이클을 10 사이클 행한 후, 25℃의 항온조 내에 16시간 보존했다. 이 충방전 사이클과 항온 보존(25℃)을 1 사이클로 한 충방전-항온 보존 사이클을, 80 사이클 행했다. 바꾸어 말하면, 샘플 3에서는 10 사이클의 충방전 사이클 동안에 16시간의 항온 보존(25℃)을 마련하여, 합계 800 사이클의 충방전 사이클을 행했다.
또한, 샘플 4에 대해서는, 상술한 충방전 사이클을 10 사이클 행한 후, 45℃의 항온조 내에 16시간 보존했다. 이 충방전 사이클과 항온 보존(45℃)을 1 사이클로 한 충방전-항온 보존 사이클을, 80 사이클 행했다. 바꾸어 말하면, 샘플 4에서는 10 사이클의 충방전 사이클 동안에 16시간의 항온 보존(45℃)을 마련하여, 합계 800 사이클의 충방전 사이클을 행했다.
또한, 샘플 5에 대해서는, 상술한 충방전 사이클을 10 사이클 행한 후, 60℃의 항온조 내에 16시간 보존했다. 이 충방전 사이클과 항온 보존(60℃)을 1 사이클로 한 충방전-항온 보존 사이클을, 80 사이클 행했다. 바꾸어 말하면, 샘플 5에서는 10 사이클의 충방전 사이클 동안에 16시간의 항온 보존(60℃)을 마련하여, 합계 800 사이클의 충방전 사이클을 행했다.
또한, 샘플 1에 대해서는, 상술한 충방전 사이클을 10 사이클 행한 후, 다른 샘플과 달리, 항온조 내에 보존하는 일 없이, 계속해서 충방전 사이클을 행했다. 이와 같이 하여, 합계 800 사이클의 충방전 사이클을 행했다.
샘플 1 내지 5에 대해서 상술한 사이클 시험을 행한 후, 각 샘플을 해체하여, 부극판(156)을 취출했다. 그 후, 각 샘플에 대해서, ICP 발광 분석에 의해, 부극판(156)에 석출되고 있는 리튬량을 측정했다. 구체적으로는, 우선 부극판(156)의 일부를 잘라내고, 이것을 왕수에 용해한 후에 물로 희석하여, 샘플액을 준비한다. 계속해서, ICP 발광 분석 장치(시마쯔 세이사꾸샤제, ICPS-8100)를 사용하여, 각 샘플액 중의 리튬량[즉, 부극판(156)의 일부에 석출되고 있는 리튬의 중량]을 측정했다. 이 측정 결과를 기초로 하여, 부극판(156) 전체에 석출된 리튬량을 산출했다.
또한, 각 샘플에 대해, 고체 Li-NMR법에 의해, 부극판(156)에 석출되고 있는 리튬에 대해, 활성인 금속 리튬과 실활된(불활성화한) 리튬과의 비율을 측정했다. 구체적으로는, 우선 부극판(156)의 일부를 잘라내고, 이것을 NMR 장치(BRUKER제, 고체 핵자기 공명 장치, DSX400)의 측정 튜브에 넣고, NMR 분석을 했다. 이에 의해, 각 샘플에 대해, 활성인 금속 리튬과 실활된(불활성화한) 리튬과의 비율을 취득했다. 또, 실활된(불활성화한) 리튬으로서는, 예를 들어 비수 전해액(140)과 반응하여 LiF나 Li2CO3 등의 화합물이 된 리튬을 들 수 있다.
이들의 결과를 도 6에 도시한다. 또, 도 6에서는 각 샘플에 있어서 석출된 리튬량(활성인 금속 리튬과 실활된 리튬의 합계량)을, 샘플 1을 기준(A)으로 하여 막대 그래프의 길이로 상대적으로 나타내고 있다. 또한, 각 샘플의 막대 그래프 중, 흰색 부분이 활성인 금속 리튬의 양을 나타내고, 해칭 부분이 실활된(불활성화한) 리튬의 양을 나타내고 있다.
도 6에 도시한 바와 같이, 샘플 1에서는 부극판(156)에 석출된 Li량 A의 전체가 활성인 금속 리튬이었다. 즉, 샘플 1에서는 활성인 금속 리튬의 석출량이 A가 되었다.
또한, 샘플 2에서는 부극판(156)에 석출된 Li량이 0.57A가 되고, 그 전체가 활성인 금속 리튬이었다. 즉, 샘플 2에서는 활성인 금속 리튬의 석출량이 0.57A가 되었다.
또한, 샘플 3에서는 부극판(156)에 석출된 Li량이 0.3A가 되고, 그 전체가 활성인 금속 리튬이었다. 즉, 샘플 3에서는 활성인 금속 리튬의 석출량이 0.3A가 되었다.
또한, 샘플 4에서는 부극판(156)에 석출된 Li량이 0.18A가 되었다. 이 중, 0.16A가 활성인 금속 리튬이고, 0.02A가 실활(불활성화)된 리튬이었다. 이와 같이, 샘플 4에서는 부극판(156)에 석출되고 있는 금속 리튬의 일부를 실활(불활성화)시켜서, 활성인 금속 리튬의 석출량을 0.16A까지 저감할 수 있었다.
또한, 샘플 5에서는 부극판(156)에 석출된 Li량이 0.4A가 되었다. 이 중, 0.11A가 활성인 금속 리튬이고, 0.29A가 실활(불활성화)된 리튬이었다. 이와 같이, 샘플 5에서는 부극판(156)에 석출되고 있는 금속 리튬의 대부분을 실활(불활성화)시켜서, 활성인 금속 리튬의 석출량을 0.11A까지 저감할 수 있었다.
이상의 결과로부터, 리튬 이온 2차 전지(100)의 보존 온도를 60℃로 함으로써, 부극판(156)에 석출되고 있는 금속 리튬을, 효과적으로 실활(불활성화)시킬 수 있다고 할 수 있다. 또한, 실활된 Li량(도 6에 해칭으로 나타냄)의 변동 경향으로부터, 보존 온도를 55℃보다도 높게 함으로써, 부극판(156)에 석출되고 있는 금속 리튬을, 효율적으로 실활(불활성화)시킬 수 있다고 할 수 있다.
따라서, 리튬 이온 2차 전지(100)의 온도(T)를, 소정 시간, 55℃보다 높은 온도로 유지함으로써, 리튬 이온 2차 전지(100)의 부극판(156)에 석출되고 있는 금속 리튬을, 효율적으로 실활(불활성화)시킬 수 있다고 할 수 있다. 이와 같이, 활성이 높은 금속 리튬을 실활(불활성화)시킴으로써, 리튬 이온 2차 전지(100)의 안전성을 높일 수 있다.
또한, 리튬 이온 2차 전지(100)의 비수 전해액(140)은, 65℃ 이상이 되면 분해 반응이 진행된다. 따라서, 비수 전해액(140)의 분해를 억제하기 위해, 리튬 이온 2차 전지(100)의 보존 온도는, 65℃ 미만으로 하는 것이 바람직하다.
이상으로부터, 리튬 이온 2차 전지(100)의 온도(T)를, 소정 시간, 55℃ < T < 65℃의 범위 내로 유지함으로써, 비수 전해액(140)의 분해를 억제하면서, 리튬 이온 2차 전지(100)의 부극판(156)에 석출되고 있는 금속 리튬을 효율적으로 실활(불활성화)시켜서, 금속 리튬 석출량을 대폭으로 저감할 수 있다고 할 수 있다. 특히, 리튬 이온 2차 전지(100)의 온도(T)를, 소정 시간, 60℃로 유지함으로써, 비수 전해액(140)의 분해를 억제하면서, 부극판(156)에 석출되고 있는 금속 리튬을 효과적으로 실활(불활성화)시켜서, 금속 리튬 석출량을 효과적으로 저감할 수 있다고 할 수 있다.
이어서, 본 제1 실시예의 자동차(1)에 있어서의 리튬 이온 2차 전지(100)의 온도 제어에 대해서, 도 7을 참조하여 설명한다.
우선, 스텝 S1에 있어서, 마이크로 컴퓨터(30)는 서미스터(40)(도 2 참조)로부터의 출력 신호를 기초로 하여, 리튬 이온 2차 전지(100)의 온도(T)를 검출한다. 계속해서, 스텝 S2로 진행하여, 검출된 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도(T)가 60℃인지의 여부를 판정한다.
스텝 S2에 있어서, 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도(T)가 60℃이다(예)라고 판정된 경우에는, 다시 스텝 S1로 복귀하여, 상술한 처리를 행한다.
한편, 스텝 S2에 있어서, 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도(T)가 60℃가 아니다(아니오)라고 판정된 경우에는, 스텝 S3으로 진행하여, 조전지(10)를 구성하는 리튬 이온 2차 전지(100)의 냉각 또는 가열을 개시한다.
구체적으로는, 마이크로 컴퓨터(30)는 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도(T)가 60℃보다 높다고 판정된 경우는, 냉각 장치(50)에 의해 리튬 이온 2차 전지(100)를 냉각하는 제어를 행한다. 상세하게는, 마이크로 컴퓨터(30)는 스위치(41)(도 2 참조)를「온」, 스위치(42)를「오프」로 하는 전기 신호를 송신한다. 이에 의해, 조전지(10)로부터 냉각 장치(50)에 전력이 공급되므로, 냉각 장치(50)가 작동하여, 조전지(10)를 구성하는 리튬 이온 2차 전지(100)를 냉각할 수 있다.
반대로, 마이크로 컴퓨터(30)가 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도(T)가 60℃보다 낮다고 판정된 경우는, 가열 장치(60)에 의해 리튬 이온 2차 전지(100)를 가열하는 제어를 행한다. 상세하게는, 마이크로 컴퓨터(30)는 스위치(42)(도 2 참조)를「온」, 스위치(41)를「오프」로 하는 전기 신호를 송신한다. 이에 의해, 조전지(10)로부터 가열 장치(60)에 전력이 공급되므로, 가열 장치(60)가 작동하여, 조전지(10)를 구성하는 리튬 이온 2차 전지(100)를 가열할 수 있다.
다음에, 스텝 S4로 진행하여, 리튬 이온 2차 전지(100)의 온도(T)를 검출한다. 그 후, 스텝 S5로 진행하여, 검출된 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도(T)가 60℃에 도달하였는지의 여부를 판정한다.
스텝 S5에 있어서, 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도(T)가 60℃에 도달하고 있지 않다(아니오)라고 판정된 경우에는, 다시 스텝 S4로 복귀하여, 리튬 이온 2차 전지(100)의 온도(T)를 검출한다. 그 후, 스텝 S5에 있어서, 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도(T)가 60℃에 도달하였다(예)고 판정된 경우에는, 스텝 S6으로 진행하여, 리튬 이온 2차 전지(100)[조전지(10)]의 냉각 또는 가열을 정지한다.
구체적으로는, 리튬 이온 2차 전지(100)를 냉각하고 있는 경우에는, 마이크로 컴퓨터(30)는 스위치(41)를「오프」인 상태로 하는 전기 신호를 송신한다. 이에 의해, 조전지(10)로부터 냉각 장치(50)로의 전력 공급이 차단되므로, 냉각 장치(50)에 의한 리튬 이온 2차 전지(100)의 냉각을 정지시킬 수 있다.
반대로, 리튬 이온 2차 전지(100)를 가열하고 있는 경우에는, 마이크로 컴퓨터(30)는 스위치(42)를「오프」인 상태로 하는 전기 신호를 송신한다. 이에 의해, 조전지(10)로부터 가열 장치(60)로의 전력 공급이 차단되므로, 가열 장치(60)에 의한 리튬 이온 2차 전지(100)의 가열을 정지시킬 수 있다.
계속해서, 스텝 S7로 진행하여, 마이크로 컴퓨터(30)는 리튬 이온 2차 전지(100)의 온도(T)가 60℃이다라고 최초로 판정되었을 때부터 소정 시간(예를 들어, 8시간)이 경과되었는지의 여부를 판정한다. 소정 시간이 경과되지 않았다(아니오)라고 판정된 경우는, 다시 스텝 S1로 복귀하여, 상술한 처리를 행한다. 한편, 소정 시간이 경과되었다(예)라고 판정된 경우는, 일련의 처리를 종료한다.
이와 같이 하여, 본 제1 실시예에서는 리튬 이온 2차 전지(100)의 온도(T)를, 소정 시간(예를 들어, 8시간), 55℃ < T < 65℃의 범위 내(상세하게는 60℃)로 유지할 수 있다. 이에 의해, 비수 전해액(140)의 분해를 억제하면서, 리튬 이온 2차 전지(100)의 부극판(156)에 석출되고 있는 금속 리튬을 효율적으로 실활(불활성화)시켜서, 금속 리튬의 석출량을 대폭으로 저감할 수 있다. 이에 의해, 리튬 이온 2차 전지(100)의 안전성을 높이고, 나아가서는 자동차(1)의 안전성을 높일 수 있다.
또, 상술한 스텝 S1 내지 S7의 처리[리튬 이온 2차 전지(100)의 온도 제어]는, 예를 들어 소정 기간마다(예를 들어, 수일에 1회) 행하도록 하면 좋다. 또한, 리튬 이온 2차 전지(100)의 부극판(156)에 석출된 Li의 양을 추정하고, 이 추정량이 규정치에 도달하면, 상술한 스텝 S1 내지 S7의 처리[리튬 이온 2차 전지(100)의 온도 제어]를 행하도록 해도 좋다.
(제2 실시예)
다음에, 본 발명의 제2 실시예에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다.
본 제2 실시예의 하이브리드 자동차(21)를, 도 1에 도시한다. 하이브리드 자동차(21)는 제1 실시예의 하이브리드 자동차(1)와 비교하여, 전지 시스템만이 다르다.
본 제2 실시예의 전지 시스템(26)은, 도 8에 도시한 바와 같이, 제1 실시예와 같은 조전지(10)와, 제1 실시예와 다른 온도 제어 장치(320)를 구비하고 있다. 온도 제어 장치(320)는, 제1 실시예와 같은 냉각 장치(50) 및 가열 장치(60)와, 제1 실시예와 다른 마이크로 컴퓨터(330)를 가지고 있다. 마이크로 컴퓨터(330)는 도시하지 않은 ROM, CPU, RAM 등을 가지고 있다.
마이크로 컴퓨터(330)는, 우선 서미스터(40)를 통해서 검출한 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도(T)가, 45℃인지의 여부를 판단한다. 또한, 마이크로 컴퓨터(330)는 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도(T)가 45℃가 아니다라고 판정된 경우, 리튬 이온 2차 전지(100)의 온도(T)가 45℃가 되도록, 리튬 이온 2차 전지(100)를 가열 또는 냉각하는 제어를 행한다.
구체적으로는, 마이크로 컴퓨터(330)는 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도가 45℃보다 높다고 판정된 경우는, 냉각 장치(50)에 의해 리튬 이온 2차 전지(100)를 냉각하는 제어를 행한다. 상세하게는, 마이크로 컴퓨터(330)는 스위치(41)(도 8 참조)를「온」, 스위치(42)를「오프」로 하는 전기 신호를 송신한다. 이에 의해, 조전지(10)로부터 냉각 장치(50)에 전력이 공급되므로, 냉각 장치(50)가 작동하여, 조전지(10)를 구성하는 리튬 이온 2차 전지(100)를 냉각할 수 있다.
또한, 마이크로 컴퓨터(330)는 리튬 이온 2차 전지(100)의 냉각을 개시한 후, 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도를 검출한다. 그리고 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도가 45℃에 도달하였는지의 여부를 판정한다. 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도가 45℃에 도달하고 있지 않다고 판정된 경우, 냉각 장치(50)에 의한 리튬 이온 2차 전지(100)의 냉각을 계속시킨다.
그 후, 마이크로 컴퓨터(330)는 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도가 45℃에 도달했다고 판정된 경우, 리튬 이온 2차 전지(100)의 냉각을 정지하는 제어를 행한다. 구체적으로는, 스위치(41)를「오프」인 상태로 하는 전기 신호를 송신한다. 이에 의해, 조전지(10)로부터 냉각 장치(50)로의 전력 공급이 차단되므로, 냉각 장치(50)에 의한 리튬 이온 2차 전지(100)의 냉각을 정지시킬 수 있다.
한편, 마이크로 컴퓨터(330)는 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도가 45℃보다 낮다고 판정된 경우는, 가열 장치(60)에 의해 리튬 이온 2차 전지(100)를 가열하는 제어를 행한다. 상세하게는, 마이크로 컴퓨터(330)는 스위치(42)(도 8 참조)를「온」, 스위치(41)를「오프」로 하는 전기 신호를 송신한다. 이에 의해, 조전지(10)로부터 가열 장치(60)에 전력이 공급되므로, 가열 장치(60)가 작동하여, 조전지(10)를 구성하는 리튬 이온 2차 전지(100)를 가열할 수 있다.
또한, 마이크로 컴퓨터(330)는 리튬 이온 2차 전지(100)의 가열을 개시한 후, 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도를 검출한다. 그리고 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도가 45℃에 도달하였는지의 여부를 판정한다. 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도가 45℃에 도달하고 있지 않다고 판정된 경우, 가열 장치(60)에 의한 리튬 이온 2차 전지(100)의 가열을 계속시킨다.
그 후, 마이크로 컴퓨터(330)는 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도가 45℃에 도달했다고 판정된 경우, 리튬 이온 2차 전지(100)의 가열을 정지하는 제어를 행한다. 구체적으로는, 스위치(42)를「오프」로 하는 전기 신호를 송신한다. 이에 의해, 조전지(10)로부터 가열 장치(60)로의 전력 공급이 차단되므로, 가열 장치(60)에 의한 리튬 이온 2차 전지(100)의 가열을 정지시킬 수 있다.
이와 같이 하여, 본 제2 실시예에서는 온도 제어 장치(320)에 의해, 제1 소정 시간(예를 들어, 4시간), 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도를 35℃ 이상 55℃ 이하의 범위 내(상세하게는 45℃)로 유지할 수 있다. 이에 의해, 리튬 이온 2차 전지(100)의 부극판(156)에 석출된 금속 리튬을, 효율적으로 리튬 이온으로 복귀시킬 수 있다. 따라서, 리튬의 석출에 의해 저하된 전지 용량을, 효과적으로 회복시킬 수 있다.
그 후, 본 제2 실시예의 마이크로 컴퓨터(330)는 서미스터(40)를 통해서 검출한 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도(T)가, 60℃인지의 여부를 판단한다. 또한, 마이크로 컴퓨터(330)는 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도(T)가 60℃가 아니라고 판정된 경우, 제1 실시예의 마이크로 컴퓨터(30)와 마찬가지로, 리튬 이온 2차 전지(100)의 온도(T)가 60℃가 되도록, 리튬 이온 2차 전지(100)를 가열 또는 냉각하는 제어를 행한다.
이와 같이, 본 제2 실시예에서는 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도를 제1 소정 시간(예를 들어, 4시간) 35℃ 이상 55℃ 이하의 범위 내(상세하게는 45℃)로 유지한(제1 온도 제어) 후, 온도 제어 장치(320)에 의해, 제2 소정 시간(예를 들어, 4시간), 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도(T)를 55℃ < T < 65℃의 범위 내(상세하게는 60℃)로 유지(제2 온도 제어)할 수 있다. 이에 의해, 제1 소정 시간의 제1 온도 제어에 의해 리튬 이온으로 복귀시킬 수 없었던 금속 리튬을, 효율적으로 실활(불활성화)시킬 수 있다.
따라서, 본 제2 실시예의 전지 시스템(26)에 따르면, 리튬의 석출에 의해 저하된 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 용량을 효과적으로 회복시키면서, 리튬 이온 2차 전지(100)의 안전성을 높일 수 있다.
다음에, 리튬 이온 2차 전지(100)(샘플 6으로 함)를 준비하고, 이 샘플 6에 대해서 사이클 시험을 행했다. 또, 이 사이클 시험은, 전술한 샘플 2 내지 5에 대해서 행한 사이클 시험과 비교하여, 샘플을 항온조 내에 보존하는 보존 조건만이 다르며, 그 밖의 조건은 마찬가지로 하고 있다.
구체적으로는, 우선, 샘플 6에 대해서, 샘플 2 내지 5와 같은 충방전 사이클을 10 사이클 행했다. 그 후, 샘플 6을, 우선 45℃의 항온조 내에 8시간 보존한 후, 계속해서 60℃의 항온조 내에 8시간 보존했다. 이 충방전 사이클과 항온 보존(45℃와 60℃)을 1 사이클로 한 충방전-항온 보존 사이클을, 80 사이클 행했다. 바꾸어 말하면, 샘플 6에서는 10 사이클의 충방전 사이클 동안에, 8시간의 제1 항온 보존(45℃) 및 8시간의 제2 항온 보존(60℃)을 마련하여, 합계 800 사이클의 충방전 사이클을 행했다.
샘플 6에 대해서 상술한 사이클 시험을 행한 후, 전술한 샘플 1 내지 5와 마찬가지로 하여, ICP 발광 분석에 의해, 샘플 6의 부극판(156)에 석출되고 있는 리튬량을 측정했다. 또한, 샘플 6에 대해서, 전술한 샘플 1 내지 5와 마찬가지로 하여, 고체 Li-NMR법에 의해, 부극판(156)에 석출되고 있는 리튬에 대해서, 활성인 금속 리튬과 실활된(불활성화한) 리튬과의 비율을 측정했다. 이 결과를 도 6에 도시한다.
전술한 바와 같이, 리튬 이온 2차 전지(100)의 온도(T)를, 소정 시간, 55℃ < T < 65℃의 범위 내(특히, 60℃)로 유지함으로써, 비수 전해액(140)의 분해를 억제하면서, 리튬 이온 2차 전지(100)의 부극판(156)에 석출되고 있는 금속 리튬을 효율적으로 실활(불활성화)시켜서, 금속 리튬 석출량을 대폭으로 저감할 수 있다. 이에 의해, 리튬 이온 2차 전지(100)의 안전성을 높일 수 있다.
그런데 리튬 이온 2차 전지에서는 Li 석출량에 따라서 전지 용량이 저감된다. 특히, 일단 실활(불활성화)시킨 리튬은, 전지의 충방전 반응에 기여할 수 없게 된다.
구체적으로는, 도 6에 도시한 바와 같이, 보존 온도를 60℃로 한 샘플 5에서는 가장 효과적으로 부극판(156)에 석출된 금속 리튬을 실활시켜서, 석출된 금속 리튬량을 최소로 할 수 있었다. 그러나 Li 석출량(금속 리튬 + 실활 리튬)은 0.4A가 되어, 샘플 4의 0.18A에 비해 커졌다.
샘플 1과 샘플 4에 대해서 Li 석출량을 비교하면, 샘플 4에서는 샘플 1에 비해, Li 석출량을 82% 저감할 수 있었다. 즉, 샘플 4에서는 사이클 충방전에 의해 저감된 전지 용량의 82%를 회복시킬 수 있었다. 이에 대해, 샘플 5에서는 Li 석출량을 60%밖에 저감할 수 없었다. 즉, 샘플 5에서는 사이클 충방전에 의해 저감된 전지 용량의 60%밖에 회복시킬 수 없었다. 이 결과로부터, 샘플 5는 샘플 4에 비해, 금속 리튬을 효과적으로 실활시켜서 석출된 금속 리튬량을 소량으로 할 수 있었던 점에서는 우수하지만, 전지 용량을 회복시키는 점에서는 떨어져 있다고 할 수 있다.
따라서, 리튬의 석출에 의해 저하된 전지 용량을 효과적으로 회복시키기 위해서는, 보존 온도를 45℃로 하는 것이 가장 바람직하다고 할 수 있다. 또한, 도 6에 도시하는 Li 석출량의 변동 경향(환언하면, 전지 용량 회복 경향)으로부터, 보존 온도를 35℃로 한 경우에는, 보존 온도를 25℃로 한 경우(70% 회복)보다도 전지 용량을 회복시킬 수 있다고 할 수 있다. 또한, 보존 온도를 55℃로 한 경우에는, 보존 온도를 60℃로 한 경우(60% 회복)보다도 전지 용량을 회복시킬 수 있다고 할 수 있다. 따라서, 보존 온도를 35℃ 이상 55℃ 이하의 범위 내로 하면, 리튬의 석출에 의해 저하된 전지 용량을, 효과적으로 회복시킬 수 있다고 할 수 있다.
이상으로부터, 리튬 이온 2차 전지(100)의 온도를, 소정 시간, 35℃ 이상 55℃ 이하의 범위 내로 유지함으로써, 리튬의 석출에 의해 저하된 전지 용량을, 효과적으로 회복시킬 수 있다고 할 수 있다. 특히, 리튬 이온 2차 전지(100)의 온도를, 소정 시간, 45℃로 유지함으로써, 리튬의 석출에 의해 저하된 전지 용량을, 매우 효과적으로 회복시킬 수 있다고 할 수 있다.
여기서, 샘플 6의 결과에 대해서 고찰한다. 도 6에 도시한 바와 같이, 샘플 6에서는 석출된 Li량이 0.18A가 되었다. 따라서, 샘플 6에서는 샘플 1에 비해, Li 석출량을 82% 저감할 수 있었다. 즉, 샘플 6에서는 사이클 충방전에 의해 저감된 전지 용량의 82%를 회복시킬 수 있었다. 이와 같이, 샘플 6에서는 샘플 4와 동등하게, 리튬의 석출에 의해 저하된 전지 용량을 효과적으로 회복시킬 수 있었다. 이것은, 샘플 6에서는 충방전 사이클을 10 사이클 행한 후, 샘플 6을, 우선 35℃ 이상 55℃ 이하의 범위 내의 온도(구체적으로는 45℃)의 항온조 내에 보존했기 때문이다.
또한, 샘플 6에서는 부극판(156)에 석출된 리튬 중, 0.05A가 활성인 금속 리튬이고, 0.13A가 실활(불활성화)된 리튬이었다. 이와 같이, 샘플 6에서는 부극판(156)에 석출되고 있는 금속 리튬의 대부분을 실활(불활성화)시켜서, 활성인 금속 리튬의 석출량을 0.05A(전체 샘플 중에서 최소)까지 저감할 수 있었다. 이것은, 샘플 6에서는 35℃ 이상 55℃ 이하의 범위 내의 온도(상세하게는 45℃)의 항온조 내에 보존한 후, 샘플 6의 전지 온도(T)를 55℃ < T < 65℃의 범위 내(상세하게는 60℃)로 유지했기 때문이다. 이에 의해, 45℃의 보존으로 리튬 이온으로 복귀시킬 수 없었던 금속 리튬을, 효율적으로 실활(불활성화)시킬 수 있었다고 생각된다.
이상의 결과로부터, 소정 시간, 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도를 35℃ 이상 55℃ 이하의 범위 내(특히 45℃)로 유지한 후, 소정 시간, 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도(T)를 55℃ < T < 65℃의 범위 내(특히 60℃)로 유지함으로써, 리튬의 석출에 의해 저하된 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 용량을 효과적으로 회복시키는 동시에, 비수 전해액(140)의 분해를 억제하면서, 리튬 이온 2차 전지(100)의 안전성을 높일 수 있다고 할 수 있다.
다음에, 본 제2 실시예의 자동차(21)에 있어서의 리튬 이온 2차 전지(100)의 온도 제어에 대해서, 도 9를 참조하여 설명한다.
우선, 스텝 U1에 있어서, 마이크로 컴퓨터(330)는 서미스터(40)(도 8 참조)로부터의 출력 신호를 기초로 하여, 리튬 이온 2차 전지(100)의 온도(T)를 검출한다. 계속해서, 스텝 U2로 진행하여, 검출된 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도(T)가 45℃인지의 여부를 판정한다.
스텝 U2에 있어서, 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도(T)가 45℃이다(예)라고 판정된 경우에는, 다시 스텝 U1로 복귀하여, 상술한 처리를 행한다.
한편, 스텝 U2에 있어서, 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도(T)가 45℃가 아니다(아니오)라고 판정된 경우에는, 스텝 U3으로 진행하여, 조전지(10)를 구성하는 리튬 이온 2차 전지(100)의 냉각 또는 가열을 개시한다.
구체적으로는, 마이크로 컴퓨터(330)는 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도(T)가 45℃보다 높다고 판정된 경우는, 냉각 장치(50)에 의해 리튬 이온 2차 전지(100)를 냉각하는 제어를 행한다. 상세하게는, 마이크로 컴퓨터(330)는 스위치(41)(도 8 참조)를「온」, 스위치(42)를「오프」로 하는 전기 신호를 송신한다. 이에 의해, 조전지(10)로부터 냉각 장치(50)에 전력이 공급되므로, 냉각 장치(50)가 작동하여, 조전지(10)를 구성하는 리튬 이온 2차 전지(100)를 냉각할 수 있다.
반대로, 마이크로 컴퓨터(330)가 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도(T)가 45℃보다 낮다고 판정된 경우는, 가열 장치(60)에 의해 리튬 이온 2차 전지(100)를 가열하는 제어를 행한다. 상세하게는, 마이크로 컴퓨터(330)는 스위치(42)(도 8 참조)를「온」, 스위치(41)를「오프」로 하는 전기 신호를 송신한다. 이에 의해, 조전지(10)로부터 가열 장치(60)에 전력이 공급되므로, 가열 장치(60)가 작동하여, 조전지(10)를 구성하는 리튬 이온 2차 전지(100)를 가열할 수 있다.
다음에, 스텝 U4로 진행하여, 리튬 이온 2차 전지(100)의 온도(T)를 검출한다. 그 후, 스텝 U5로 진행하여, 검출된 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도(T)가 45℃에 도달하였는지의 여부를 판정한다.
스텝 U5에 있어서, 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도(T)가 45℃에 도달하고 있지 않다(아니오)라고 판정된 경우에는, 다시 스텝 U4로 복귀하여, 리튬 이온 2차 전지(100)의 온도(T)를 검출한다. 그 후, 스텝 U5에 있어서, 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도(T)가, 45℃에 도달하였다(예)라고 판정된 경우에는, 스텝 U6으로 진행하여, 리튬 이온 2차 전지(100)[조전지(10)]의 냉각 또는 가열을 정지한다.
구체적으로는, 리튬 이온 2차 전지(100)를 냉각하고 있는 경우에는, 마이크로 컴퓨터(330)는 스위치(41)를「오프」인 상태로 하는 전기 신호를 송신한다. 이에 의해, 조전지(10)로부터 냉각 장치(50)로의 전력 공급이 차단되므로, 냉각 장치(50)에 의한 리튬 이온 2차 전지(100)의 냉각을 정지시킬 수 있다.
반대로, 리튬 이온 2차 전지(100)를 가열하고 있는 경우에는, 마이크로 컴퓨터(330)는 스위치(42)를「오프」인 상태로 하는 전기 신호를 송신한다. 이에 의해, 조전지(10)로부터 가열 장치(60)로의 전력 공급이 차단되므로, 가열 장치(60)에 의한 리튬 이온 2차 전지(100)의 가열을 정지시킬 수 있다.
계속해서, 스텝 U7로 진행하여, 마이크로 컴퓨터(30)는 리튬 이온 2차 전지(100)의 온도(T)가 45℃이다라고 최초로 판정되었을 때부터 제1 소정 시간(예를 들어, 4시간)이 경과되었는지의 여부를 판정한다. 제1 소정 시간이 경과되지 않았다(아니오)라고 판정된 경우는, 다시 스텝 U1로 복귀하여, 상술한 처리를 행한다.
한편, 제1 소정 시간이 경과되었다(예)라고 판정된 경우에는, 스텝 U8로 진행하여, 마이크로 컴퓨터(330)는 서미스터(40)로부터의 출력 신호를 기초로 하여, 리튬 이온 2차 전지(100)의 온도(T)를 검출한다. 그 후, 스텝 U9 내지 UE의 처리를, 제1 실시예의 스텝 S2 내지 S7과 마찬가지로 행한다. 단, 본 제2 실시예에서는 스텝 UE에 있어서, 마이크로 컴퓨터(330)는 리튬 이온 2차 전지(100)의 온도(T)가 60℃이다라고 최초로 판정되었을 때부터 제2 소정 시간(예를 들어, 4시간)이 경과되었는지의 여부를 판정한다. 제2 소정 시간이 경과되지 않았다(아니오)라고 판정된 경우는, 다시 스텝 U8로 복귀하여, 상술한 처리를 행한다. 한편, 스텝 UE에 있어서, 제2 소정 시간이 경과되었다(예)라고 판정된 경우는, 일련의 처리를 종료한다.
이와 같이 하여, 본 제2 실시예에서는 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도(T)를, 제1 소정 시간(예를 들어, 4시간), 35℃ 이상 55℃ 이하의 범위 내(상세하게는 45℃)로 유지한 후, 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도(T)를, 제2 소정 시간(예를 들어, 4시간), 55℃ < T < 65℃의 범위 내(상세하게는 60℃)로 유지할 수 있다. 이에 의해, 리튬의 석출에 의해 저하된 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 용량을 효과적으로 회복시키면서, 리튬 이온 2차 전지(100)의 안전성을 높이고, 나아가서는 자동차(21)의 안전성을 높일 수 있다.
또, 본 제2 실시예에서는 스텝 U1 내지 U7의 처리가 제1 온도 제어에 상당한다. 또한, 스텝 U8 내지 UE의 처리가 제2 온도 제어에 상당한다.
또한, 상술한 스텝 U1 내지 UE의 처리(제1 온도 제어 및 제2 온도 제어)는, 예를 들어 소정 기간마다(예를 들어, 수일에 1회) 행하도록 하면 좋다. 또한, 리튬 이온 2차 전지(100)의 부극판(156)에 석출된 Li의 양을 추정하고, 이 추정량이 규정치에 도달하면, 상술한 스텝 U1 내지 UE의 처리[리튬 이온 2차 전지(100)의 온도 제어]를 행하도록 해도 좋다.
(제3 실시예)
다음에, 본 발명의 제3 실시예에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다.
본 제3 실시예의 하이브리드 자동차(11)를, 도 10에 도시한다. 하이브리드 자동차(11)는, 제1 실시예의 하이브리드 자동차(1)와 비교하여 전지 시스템이 다르다. 또한, 전지 시스템에 접속된 전원 플러그(8)를 구비하고 있다.
본 제3 실시예의 전지 시스템(16)은, 도 11에 도시한 바와 같이, 조전지(10)와 온도 제어 장치(220)와 변환 장치(44)와 전압 검지 장치(80)를 구비하고 있다.
이 중, 온도 제어 장치(220)는 마이크로 컴퓨터(230)와 냉각 장치(50)와 가열 장치(60)를 가지고 있다. 또한, 전압 검지 장치(80)는 조전지(10)를 구성하는 각각의 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 전압(단자간 전압)을 검지한다.
변환 장치(44)는 AC/DC 컨버터에 의해 구성되어 있고, 상용 전원(46)(외부 전원)의 전압을, 일정 전압치를 갖는 직류 정전압으로 변환할 수 있다. 이 변환 장치(44)는, 케이블(7)에 포함되는 케이블(71)을 통해 전원 플러그(8)에 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 변환 장치(44)는 스위치(43)를 통해 조전지(10)에 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 변환 장치(44)는 스위치(41)를 통해 냉각 장치(50)에 전기적으로 접속되어 있고, 스위치(42)를 통해 가열 장치(60)에 전기적으로 접속되어 있다.
전원 플러그(8)는 상용 전원(46)에 전기적으로 접속 가능하게 구성되어 있다. 이 전원 플러그(8)는 변환 장치(44)와 전기적으로 접속되어 있다. 따라서, 전원 플러그(8)를 통해 변환 장치(44)와 상용 전원(46)를 전기적으로 접속할 수 있다. 또한, 본 제3 실시예에서는 전원 플러그(8)와 함께 케이블(71)을 하이브리드 자동차(11)의 외부로 인출할 수 있고, 하이브리드 자동차(11)로부터 떨어진 상용 전원(46)에 전원 플러그(8)를 접속할 수 있도록 되어 있다.
이로 인해, 본 제3 실시예의 하이브리드 자동차(11)에서는 하이브리드 자동차(11)의 정차 중에, 전원 플러그(8)를 상용 전원(46)에 전기적으로 접속함으로써, 상용 전원(46)으로부터 공급되는 전력을 사용하여, 조전지(10)를 구성하는 리튬 이온 2차 전지(100)를 충전(이하, 이 충전을 플러그인 충전이라고도 함)할 수 있다.
마이크로 컴퓨터(230)는 변환 장치(44)를 감시하고 있어, 상용 전원(46)으로부터 전원 플러그(8)를 통해서 변환 장치(44)에 전력이 공급된 것을 검지하면, 스위치(47, 48)를 오프로 하는 동시에, 스위치(43)를 온으로 한다. 이에 의해, 상용 전원(46)으로부터 공급되는 전력을 사용하여, 조전지(10)를 구성하는 리튬 이온 2차 전지(100)를 충전할 수 있다. 구체적으로는, 상용 전원(46)의 전압을, 변환 장치(44)에 의해 소정의 일정 전압치를 갖는 직류 정전압으로 변환하면서, 상용 전원(46)으로부터 공급되는 전력을, 변환 장치(44)를 통하여 조전지(10)를 구성하는 리튬 이온 2차 전지(100)에 공급한다.
또한, 마이크로 컴퓨터(230)는 상용 전원(46)을 사용해서 리튬 이온 2차 전지(100)를 충전하는 기간 중, 전압 검지 장치(80)에서 검출된 전지 전압을 기초로 하여, 조전지(10)를 구성하는 리튬 이온 2차 전지(100)의 SOC를 추정한다. 그리고 SOC가 100%에 도달했다고 판정되었을 때, 조전지(10)의 충전을 정지시킨다. 구체적으로는, 스위치(43)를 오프로 하는 동시에, 스위치(47, 48)를 온으로 한다.
또한, 마이크로 컴퓨터(230)는 플러그인 충전 중, 서미스터(40)를 통해서 검출한 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도가 60℃인지의 여부를 판단한다. 또한, 마이크로 컴퓨터(230)는 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도가 60℃가 아니다라고 판정된 경우, 제1 실시예의 마이크로 컴퓨터(30)와 마찬가지로, 리튬 이온 2차 전지(100)의 온도가 60℃가 되도록, 리튬 이온 2차 전지(100)를 가열 또는 냉각하는 제어를 행한다.
다음에, 본 제3 실시예의 자동차(11)에 있어서의 리튬 이온 2차 전지(100)의 온도 제어에 대해서, 도 12를 참조해서 설명한다.
우선, 스텝 T1에 있어서, 마이크로 컴퓨터(230)는 플러그인 충전을 개시한다. 구체적으로는, 전원 플러그(8)가 상용 전원(46)에 전기적으로 접속되었는지의 여부를 판정한다. 마이크로 컴퓨터(230)는 변환 장치(44)를 감시하고 있어, 상용 전원(46)으로부터 전원 플러그(8)를 통해서 변환 장치(44)에 전력이 공급된 것을 검지함으로써, 전원 플러그(8)가 상용 전원(46)에 전기적으로 접속되었다고 판단한다. 이와 같이 판단하면, 마이크로 컴퓨터(230)는 스위치(47, 48)를 오프로 하는 동시에 스위치(43)를 온으로 한다. 이에 의해, 상용 전원(46)으로부터 변환 장치(44)를 통해서 조전지(30)에 전력을 공급하여, 조전지(30)를 구성하는 리튬 이온 2차 전지(100)를 충전을 개시할 수 있다.
계속해서, 스텝 T2로 진행하여, 마이크로 컴퓨터(230)는 서미스터(40)로부터의 출력 신호를 기초로 하여, 리튬 이온 2차 전지(100)의 온도를 검출한다. 그 후, 스텝 T3으로 진행하여, 검출된 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도가 60℃인지의 여부를 판정한다. 스텝 T3에 있어서, 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도가 60℃이다(예)라고 판정된 경우에는, 다시 스텝 T2로 복귀하여, 상술한 처리를 행한다. 한편, 스텝 T3에 있어서, 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도가 60℃가 아니다(아니오)라고 판정된 경우에는, 스텝 T4로 진행하여, 조전지(10)를 구성하는 리튬 이온 2차 전지(100)의 냉각 또는 가열을 개시한다.
구체적으로는, 마이크로 컴퓨터(230)는 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도가 60℃보다 높다고 판정된 경우는, 냉각 장치(50)에 의해 리튬 이온 2차 전지(100)를 냉각하는 제어를 행한다. 상세하게는, 마이크로 컴퓨터(230)는 스위치(41)를「온」, 스위치(42)를「오프」로 하는 전기 신호를 송신한다. 이에 의해, 상용 전원(46)으로부터 변환 장치(44)를 통해서 냉각 장치(50)에 전력이 공급되므로, 냉각 장치(50)가 작동하여, 조전지(10)를 구성하는 리튬 이온 2차 전지(100)를 냉각할 수 있다.
반대로, 마이크로 컴퓨터(230)가 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도가 60℃보다 낮다고 판정된 경우는, 가열 장치(60)에 의해 리튬 이온 2차 전지(100)를 가열하는 제어를 행한다. 상세하게는, 마이크로 컴퓨터(230)는 스위치(42)를「온」, 스위치(41)를「오프」로 하는 전기 신호를 송신한다. 이에 의해, 상용 전원(46)으로부터 변환 장치(44)를 통해서 가열 장치(60)에 전력이 공급되므로, 가열 장치(60)가 작동하여, 조전지(10)를 구성하는 리튬 이온 2차 전지(100)를 가열할 수 있다.
다음에, 스텝 T5로 진행하여, 리튬 이온 2차 전지(100)의 온도를 검출한다. 그 후, 스텝 T6으로 진행하여, 검출된 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도가 60℃에 도달하였는지의 여부를 판정한다. 스텝 T6에 있어서, 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도가 60℃에 도달하고 있지 않다(아니오)라고 판정된 경우에는, 다시 스텝 T5로 복귀하여, 리튬 이온 2차 전지(100)의 온도를 검출한다. 그 후, 스텝 T6에 있어서, 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도가 60℃에 도달하였다(예)라고 판정된 경우에는, 스텝 T7로 진행하여, 리튬 이온 2차 전지(100)[조전지(10)]의 냉각 또는 가열을 정지한다.
구체적으로는, 리튬 이온 2차 전지(100)를 냉각하고 있는 경우에는, 마이크로 컴퓨터(230)는 스위치(41)를「오프」인 상태로 하는 전기 신호를 송신한다. 이에 의해, 상용 전원(46)으로부터 변환 장치(44)를 통한 냉각 장치(50)로의 전력 공급이 차단되므로, 냉각 장치(50)에 의한 리튬 이온 2차 전지(100)의 냉각을 정지시킬 수 있다. 또, 이때, 조전지(10)로부터 냉각 장치(50)에 전력이 공급되는 일도 없다(도 11 참조).
반대로, 리튬 이온 2차 전지(100)를 가열하고 있는 경우에는, 마이크로 컴퓨터(230)는 스위치(42)를「오프」인 상태로 하는 전기 신호를 송신한다. 이에 의해, 상용 전원(46)으로부터 변환 장치(44)를 통한 가열 장치(60)로의 전력 공급이 차단되므로, 가열 장치(60)에 의한 리튬 이온 2차 전지(100)의 가열을 정지시킬 수 있다. 또, 이때, 조전지(10)로부터 가열 장치(60)에 전력이 공급되는 일도 없다(도 11 참조).
계속해서, 스텝 T8로 진행하여, 마이크로 컴퓨터(230)는 플러그인 충전이 종료되었는지의 여부를 판정한다. 구체적으로는, 마이크로 컴퓨터(230)는 플러그인 충전 중, 전압 검지 장치(80)에서 검출된 전지 전압을 기초로 하여 리튬 이온 2차 전지(100)의 SOC를 추정한다. 그리고 SOC가 100%에 도달했다고 판정되었을 때, 조전지(10)의 충전을 정지시킨다. 구체적으로는, 스위치(43)를 오프로 하는 동시에, 스위치(47, 48)를 온으로 한다. 따라서, 마이크로 컴퓨터(230)는 스위치(43)를 오프로 하고 스위치(47, 48)를 온으로 했을 때, 플러그인 충전이 종료되었다고 판정한다.
마이크로 컴퓨터(230)는, 스텝 T8에 있어서 플러그인 충전이 종료되지 않았다(아니오)라고 판정된 경우는, 다시 스텝 T2로 복귀하여, 상술한 처리를 행한다. 한편, 플러그인 충전이 종료되었다(예)라고 판정된 경우는, 일련의 처리를 종료한다.
이와 같이 하여, 본 제3 실시예에서는 외부 전원[상용 전원(46)]으로부터 공급되는 전력을 사용해서 리튬 이온 2차 전지(100)를 충전하는 기간 중(즉, 플러그인 충전 중), 리튬 이온 2차 전지(100)의 온도(T)를, 55℃ < T < 65℃의 범위 내(상세하게는 60℃)로 유지할 수 있다. 이에 의해, 비수 전해액(140)의 분해를 억제하면서, 리튬 이온 2차 전지(100)의 부극판(156)에 석출되고 있는 금속 리튬을 효율적으로 실활(불활성화)시켜서, 금속 리튬의 석출량을 대폭으로 저감할 수 있다. 이에 의해, 리튬 이온 2차 전지(100)의 안전성을 높이고, 나아가서는 자동차(11)의 안전성을 높일 수 있다.
또, 상술한 스텝 T1 내지 T8의 처리[리튬 이온 2차 전지(100)의 온도 제어]는, 예를 들어 플러그인 충전을 행할 때마다 실시하면 좋다. 또한, 리튬 이온 2차 전지(100)의 부극판(156)에 석출된 Li의 양을 추정하고, 이 추정량이 규정치에 도달한 경우에 한하여, 플러그인 충전 시에 실시하도록 해도 좋다.
(제4 실시예)
다음에, 본 발명의 제4 실시예에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다.
본 제4 실시예의 하이브리드 자동차(31)를, 도 10에 도시한다. 하이브리드 자동차(31)는 제3 실시예의 하이브리드 자동차(11)와 비교하여, 전지 시스템만이 다르다.
본 제4 실시예의 전지 시스템(36)은, 도 13에 도시한 바와 같이, 제3 실시예와 같은 조전지(10), 변환 장치(44) 및 전압 검지 장치(80)와, 제3 실시예와 다른 온도 제어 장치(420)를 구비하고 있다. 온도 제어 장치(420)는, 제3 실시예와 같은 냉각 장치(50) 및 가열 장치(60)와, 제3 실시예와 다른 마이크로 컴퓨터(430)를 가지고 있다. 마이크로 컴퓨터(430)는, 도시하지 않은 ROM, CPU, RAM 등을 가지고 있다.
마이크로 컴퓨터(430)는 변환 장치(44)를 감시하고 있어, 상용 전원(46)으로부터 전원 플러그(8)를 통해서 변환 장치(44)에 전력이 공급된 것을 검지하면, 전압 검지 장치(80)에서 검출된 전지 전압을 기초로 하여, 조전지(10)를 구성하는 리튬 이온 2차 전지(100)의 SOC를 추정한다. 그리고 미리 설정되어 있는 플러그인 충전의 전류치와 현재의 SOC의 값을 기초로 하여, 플러그인 충전 기간[즉, 플러그인 충전에 의해 리튬 이온 2차 전지(100)의 SOC가 100%에 도달할 때까지 필요로 하는 충전 시간]을 산출한다. 그 후, 스위치(47, 48)를 오프로 하는 동시에, 스위치(43)를 온으로 한다. 이에 의해, 상용 전원(46)으로부터 공급되는 전력을 사용하여, 조전지(10)를 구성하는 리튬 이온 2차 전지(100)를 충전할 수 있다.
또한, 마이크로 컴퓨터(430)는 상용 전원(46)을 사용해서 리튬 이온 2차 전지(100)를 충전하는 기간 중, 전압 검지 장치(80)에서 검출된 전지 전압을 기초로 하여, 조전지(10)를 구성하는 리튬 이온 2차 전지(100)의 SOC를 추정한다. 이에 의해, 플러그인 충전이 어느 정도 진행되고 있는지를 파악할 수 있으므로, 플러그인 충전의 전반이 종료되었는지의 여부를 판단할 수 있다. 구체적으로는, 플러그인 충전을 개시했을 때의 리튬 이온 2차 전지(100)의 SOC가 20%였던 경우, 추정 SOC가 60%에 도달했을 때, 플러그인 충전의 전반이 종료되었다고 판단할 수 있다. 그 후, SOC가 100%에 도달했다고 판정되었을 때, 조전지(10)의 충전을 정지시킨다. 구체적으로는, 스위치(43)를 오프로 하는 동시에, 스위치(47, 48)를 온으로 한다.
또한, 마이크로 컴퓨터(430)는, 우선 플러그인 충전 전반의 기간 중, 서미스터(40)를 통해서 검출한 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도(T)가 45℃인지의 여부를 판단한다. 또한, 마이크로 컴퓨터(430)는 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도(T)가 45℃가 아니라고 판정된 경우, 리튬 이온 2차 전지(100)의 온도(T)가 45℃가 되도록 리튬 이온 2차 전지(100)를 가열 또는 냉각하는 제어를 행한다. 구체적인 제어 방법은, 전술한 제2 실시예와 같다.
이와 같이 하여, 본 제4 실시예에서는 온도 제어 장치(420)에 의해, 플러그인 충전 전반의 기간 중, 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도를 35℃ 이상 55℃ 이하의 범위 내(상세하게는 45℃)로 유지할 수 있다. 이에 의해, 리튬 이온 2차 전지(100)의 부극판(156)에 석출된 금속 리튬을, 효율적으로 리튬 이온으로 복귀시킬 수 있다. 따라서, 리튬의 석출에 의해 저하된 전지 용량을, 효과적으로 회복시킬 수 있다.
그 후, 본 제4 실시예의 마이크로 컴퓨터(430)는, 서미스터(40)를 통해서 검출한 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도(T)가 60℃인지의 여부를 판단한다. 또한, 마이크로 컴퓨터(430)는 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도(T)가 60℃가 아니다라고 판정된 경우, 리튬 이온 2차 전지(100)의 온도(T)가 60℃가 되도록, 리튬 이온 2차 전지(100)를 가열 또는 냉각하는 제어를 행한다. 구체적인 제어 방법은, 전술한 제1 내지 제3 실시예와 마찬가지이다.
이와 같이, 본 제4 실시예에서는 플러그인 충전 전반의 기간 중, 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도를 35℃ 이상 55℃ 이하의 범위 내(상세하게는 45℃)로 유지한 후, 플러그인 충전 후반의 기간 중, 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도(T)를 55℃ < T < 65℃의 범위 내(상세하게는 60℃)로 유지할 수 있다. 이에 의해, 플러그인 충전 전반의 기간 중에 리튬 이온으로 복귀시킬 수 없었던 금속 리튬을, 효율적으로 실활(불활성화)시킬 수 있다.
따라서, 본 제4 실시예의 전지 시스템(36)에 따르면, 비수 전해액(140)의 분해를 억제하면서, 리튬의 석출에 의해 저하된 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 용량을 효과적으로 회복시키는 동시에, 리튬 이온 2차 전지(100)의 안전성을 높일 수 있다.
다음에, 본 제4 실시예의 자동차(31)에 있어서의 리튬 이온 2차 전지(100)의 온도 제어에 대해서, 도 14를 참조해서 설명한다.
우선, 스텝 V1에 있어서, 마이크로 컴퓨터(430)는 전압 검지 장치(80)에서 검출된 전지 전압을 기초로 하여, 조전지(10)를 구성하는 리튬 이온 2차 전지(100)의 SOC를 추정한다. 계속해서, 스텝 V2로 진행하여, 미리 설정되어 있는 플러그인 충전의 전류치와 현재의 SOC의 값을 기초로 하여, 플러그인 충전 기간[즉, 플러그인 충전에 의해 리튬 이온 2차 전지(100)의 SOC가 100%에 도달할 때까지 필요로 하는 충전 시간]을 산출한다.
그 후, 스텝 V3으로 진행하여, 플러그인 충전을 개시한다. 구체적으로는, 스위치(47, 48)를 오프로 하는 동시에, 스위치(43)를 온으로 한다. 이에 의해, 상용 전원(46)으로부터 공급되는 전력을 사용하여, 조전지(10)를 구성하는 리튬 이온 2차 전지(100)를 충전할 수 있다.
계속해서, 스텝 V4로 진행하여, 마이크로 컴퓨터(430)는 서미스터(40)로부터의 출력 신호를 기초로 하여, 리튬 이온 2차 전지(100)의 온도(T)를 검출한다. 그 후, 마이크로 컴퓨터(430)는 스텝 V5 내지 V9의 처리를, 전술한 제2 실시예의 스텝 U2 내지 U6의 처리와 마찬가지로 하여 행한다.
다음에, 스텝 VA로 진행하여, 마이크로 컴퓨터(430)는 플러그인 충전 기간의 전반이 종료되었는지의 여부를 판단한다. 구체적으로는, 플러그인 충전을 개시했을 때의 리튬 이온 2차 전지(100)의 SOC가 20%였을 경우, 추정 SOC가 60%에 도달했을 때, 플러그인 충전의 전반이 종료되었다고 판단할 수 있다. 또한, 마이크로 컴퓨터(430)는 플러그인 충전 기간 중, 전압 검지 장치(80)에서 검출된 전지 전압을 기초로 하여, 조전지(10)를 구성하는 리튬 이온 2차 전지(100)의 SOC를 추정(산출)하고 있다.
스텝 VA에 있어서, 플러그인 충전 기간의 전반이 종료되지 않았다(아니오)라고 판정된 경우는, 다시 스텝 V4로 복귀하여, 상술한 처리를 반복한다. 한편, 스텝 VA에 있어서, 플러그인 충전 기간의 전반이 종료되었다(예)라고 판정된 경우는, 스텝 VB로 진행하여, 마이크로 컴퓨터(430)는 서미스터(40)로부터의 출력 신호를 기초로 하여, 리튬 이온 2차 전지(100)의 온도(T)를 검출한다. 그 후, 마이크로 컴퓨터(430)는 스텝 VC 내지 VH의 처리를, 전술한 제3 실시예의 스텝 T3 내지 T8의 처리와 마찬가지로 하여 행한다.
이와 같이 하여, 본 제4 실시예에서는 플러그인 충전 전반의 기간 중, 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도를 35℃ 이상 55℃ 이하의 범위 내(상세하게는 45℃)로 유지한 후, 플러그인 충전 후반의 기간 중, 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 온도(T)를 55℃ < T < 65℃의 범위 내(상세하게는 60℃)로 유지할 수 있다. 이에 의해, 리튬의 석출에 의해 저하된 리튬 이온 2차 전지(100)의 전지 용량을 효과적으로 회복시키면서, 리튬 이온 2차 전지(100)의 안전성을 높이고, 나아가서는 자동차(31)의 안전성을 높일 수 있다.
또, 본 제4 실시예에서는 스텝 V4 내지 VA의 처리가 제1 온도 제어에 상당한다. 또한, 스텝 VB 내지 VH의 처리가 제2 온도 제어에 상당한다.
또한, 상술한 스텝 V1 내지 VH의 처리(제1 온도 제어 및 제2 온도 제어)는, 예를 들어 플러그인 충전을 행할 때마다 실시하면 좋다. 또한, 리튬 이온 2차 전지(100)의 부극판(156)에 석출된 Li의 양을 추정하고, 이 추정량이 규정치에 도달한 경우에 한하여, 플러그인 충전 시에 실시하도록 해도 좋다.
이상에 있어서, 본 발명을 제1 내지 제4 실시예에 입각해서 설명했지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 적절하게 변경해서 적용할 수 있는 것은 물론이다.
1, 11, 21, 31 : 자동차
6, 16, 26, 36 : 전지 시스템
10 : 조전지
20, 220, 320, 420 : 온도 제어 장치
30, 230, 330, 430 : 마이크로 컴퓨터(온도 제어 장치)
46 : 상용 전원(외부 전원)
50 : 냉각 장치(온도 제어 장치)
60 : 가열 장치(온도 제어 장치)
100 : 리튬 이온 2차 전지

Claims (6)

  1. 리튬 이온 2차 전지와,
    상기 리튬 이온 2차 전지의 온도를 제어하는 온도 제어 장치를 구비하는 전지 시스템이며,
    상기 온도 제어 장치는 소정 시간, 상기 리튬 이온 2차 전지의 온도(T)를 55℃ < T < 65℃의 범위 내로 유지하는 제어를 행하는, 전지 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 리튬 이온 2차 전지는
    자동차의 구동용 전원으로서 당해 자동차에 탑재되어 이루어지고,
    상기 전지 시스템은
    상기 자동차의 정차 중에, 외부 전원으로부터 공급되는 전력을 사용해서 상기 리튬 이온 2차 전지를 충전 가능하게 하는 구성을 갖고,
    상기 온도 제어 장치는
    상기 외부 전원으로부터 공급되는 전력을 사용해서 상기 리튬 이온 2차 전지를 충전하는 기간 중, 상기 리튬 이온 2차 전지의 온도(T)를 55℃ < T < 65℃의 범위 내로 유지하는 제어를 행하는, 전지 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 온도 제어 장치는 소정 시간, 상기 리튬 이온 2차 전지의 온도를 60℃로 유지하는 제어를 행하는, 전지 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 온도 제어 장치는 상기 리튬 이온 2차 전지의 온도(T)를 55℃ < T < 65℃의 범위 내로 유지하는 제2 온도 제어를 행하기 전에, 상기 리튬 이온 2차 전지의 온도(T)를 35℃ ≤ T ≤ 55℃의 범위 내로 유지하는 제1 온도 제어를 행하는, 전지 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 온도 제어 장치는
    상기 제1 온도 제어로서, 상기 리튬 이온 2차 전지의 온도(T)를 45℃로 유지하는 제어를 행하고,
    상기 제2 온도 제어로서, 상기 리튬 이온 2차 전지의 온도(T)를 60℃로 유지하는 제어를 행하는, 전지 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 전지 시스템을 구비하는 자동차이며,
    상기 리튬 이온 2차 전지를, 당해 자동차의 구동용 전원으로서 탑재하여 이루어지는, 자동차.
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