(57)【要約】【課題】二次電池の温度を相対的に迅速に増加させる。【解決手段】二次電池システム１は、負極活物質にシリコンを含む二次電池１１と、二次電池の温度Ｔを検出する検出手段１２と、二次電池の充放電を実行する充放電手段１３と、温度が所定温度Ｔｔｈ未満となる場合に、温度が所定温度以上になるまで、充電と放電とを繰り返すパルス充放電を実行するように、充放電手段を制御する制御手段１４とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負極活物質にシリコンを含む二次電池と、
前記二次電池の温度を検出する検出手段と、
前記二次電池の充放電を実行する充放電手段と、
前記温度が所定温度未満となる場合に、前記温度が所定温度以上になるまで、充電と放電とを繰り返すパルス充放電を実行するように、前記充放電手段を制御する制御手段と
を備えることを特徴とする二次電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば二次電池を電源とする二次電池システムの技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
寒冷な環境下で二次電池の充放電が行われる場合、主として電解液のイオン伝導性の低下や電極活物質の反応性の低下に起因して、二次電池の抵抗が相対的に大きくなる。このため、相対的に大きな電流での充放電ができなくなる。そこで、二次電池に対する充電と放電とを繰り返すことで、二次電池の温度を増加させる技術が提案されている（例えば、特許文献１から特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−０９２９０１号公報
【特許文献２】特開２０１５−１５６３５７号公報
【特許文献３】特開２００３−２７４５６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１から３に記載された技術は、充電及び放電時に二次電池の内部抵抗に応じて発生するジュール熱を利用して、二次電池の温度を増加させている。しかしながら、二次電池の内部抵抗に応じて発生するジュール熱だけでは、二次電池の温度を増加に要する時間の短縮に限界があるという技術的問題が生ずる。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題には上記のようなものが一例として挙げられる。本発明は、二次電池の温度を相対的に迅速に増加させることが可能な二次電池システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の二次電池システムの一態様は、負極活物質にシリコンを含む二次電池と、前記二次電池の温度を検出する検出手段と、前記二次電池の充放電を実行する充放電手段と、前記温度が所定温度未満となる場合に、前記温度が所定温度以上になるまで、充電と放電とを繰り返すパルス充放電を実行するように、前記充放電手段を制御する制御手段とを備える。
【０００７】
後述するように、負極活物質がシリコンを含む二次電池は、充電時の端子間電圧（いわゆる、ＯＣＶ：Ｏｐｅｎ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｖｏｌｔａｇｅ）と放電時の端子間電圧との電位差が相対的に大きい。このため、パルス充放電によって、二次電池には、二次電池の内部抵抗に応じたジュール熱のみならず、この電位差に起因した熱が発生する。従って、本発明の二次電池システムの一態様は、二次電池の温度を相対的に迅速に増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本実施形態の二次電池システムの構成の一例を示すブロック図である。
【図２】図２は、二次電池の入出力特性を示すグラフである。
【図３】図３は、負極活物質がシリコン合金である本実施形態の二次電池のＯＣＶ特性の一例を示すグラフである。
【図４】図４は、負極活物質が炭素材料である比較例の二次電池のＯＣＶ特性の一例を示すグラフである。
【図５】図５は、本実施形態の二次電池及び比較例の二次電池の夫々の充電ＯＣＶと放電ＯＣＶとの間の電位差を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１を参照しながら、本実施形態の二次電池システム１の構造について説明する。図１に示すように、二次電池システム１は、二次電池１１と、「検出手段」の一具体例である温度センサ１２と、「充放電手段」の一具体例である充放電部１３と、「制御手段」の一具体例である制御部１４とを備えている。
【００１０】
二次電池１１は、充電可能であり且つ放電可能な電池である。二次電池１１は、負極材料（特に、負極活物質）がシリコン（Ｓｉ）を含む電池である。例えば、二次電池１１は、負極活物質がシリコン合金である電池である。二次電池１１は、負極活物質がシリコンを含む限りは、どのような種類の二次電池であってもよい。つまり、負極活物質がシリコンを含む限りは、二次電池１１の正極材料（正極活物質を含む）、負極材料及び電解液（或いは、電解質）等には、既存の材料を含む任意の材料が用いられてもよい。一例として、二次電池１１は、負極活物質がシリコンを含むリチウムイオン電池である。
【００１１】
温度センサ１２は、二次電池１１の温度Ｔを検出する。温度センサ１２は、例えばサーミスタである。温度センサ１２が検出した温度Ｔは、制御部１４に出力される。
【００１２】
充放電部１３は、二次電池１１を充電することが可能である。例えば、充放電部１３は、不図示の電源（例えば、充放電部１３が備える又は充放電部１３の外部の電源）から供給される充電電流を二次電池１１に入力することで、二次電池１１を充電する。更に、充放電部１３は、二次電池１１を放電させることが可能である。例えば、充放電部１３は、二次電池１１から出力される放電電流を不図示の負荷（例えば、充放電部１３が備える又は充放電部１３の外部の負荷）に供給することで、二次電池１１を放電させる。
【００１３】
制御部１４は、充放電部１３による二次電池１１の充放電を制御する。本実施形態では特に、制御部１４は、温度センサ１２が検出した二次電池１１の温度Ｔが所定温度Ｔｔｈ未満となる場合には、二次電池１１の温度Ｔを所定温度Ｔｔｈ以上に増加させるための充放電を行うように、充放電部１３を制御する。なぜならば、図２に示すように、二次電池１１の入出力特性（つまり、充放電特性）は、二次電池１１の温度Ｔが低くなるほど悪化する。このため、二次電池１１の温度Ｔが相対的に低い場合には、入出力特性が相対的に良好でない領域での二次電池１１の使用を避けるために、二次電池１１の温度Ｔを増加させて二次電池１１の入出力特性を改善することが好ましいからである。尚、図２は、二次電池１１の温度Ｔが２５℃である場合の二次電池１１の出力（つまり、放電電流量）及び入力（充電電流量）を夫々「１００」及び「−１００」とした場合の二次電池１１の離散的な入出力特性を示している。
【００１４】
尚、所定温度Ｔｔｈは、二次電池１１の材料等に応じて定まる入出力特性に基づいて、適宜設定可能である。
【００１５】
具体的には、二次電池１１の温度Ｔを増加させるために、制御部１４は、温度Ｔが所定温度Ｔｔｈ以上になるまでパルス充放電を行うように、充放電部１３を制御する。パルス充放電は、二次電池１１の充電と二次電池の１１の放電とを交互に繰り返す動作である。パルス充放電により、二次電池１１には、二次電池１１の内部抵抗に応じたジュール熱が発生する。例えば、電流値がＩ１となる充電電流によって所定時間Δｔ１だけ二次電池１１が充電される場合には、二次電池１１には、Ｉ１×Ｒ２×Δｔ１（但し、Ｒは、二次電池１１の内部抵抗）のジュール熱が発生する。同様に、電流値がＩ２となる放電電流を所定時間Δｔ２だけ二次電池１１が出力して放電する場合には、二次電池１１には、Ｉ２×Ｒ２×Δｔ２のジュール熱が発生する。このジュール熱により、二次電池１１の温度Ｔが増加する。
【００１６】
本実施形態では更に、二次電池１１の負極活物質がシリコンを含むため、二次電池１１により多くの熱が発生する。特に、二次電池１１の負極活物質がシリコンとは異なる材料である（例えば、負極活物質が炭素材料である）場合と比較して、二次電池１１により多くの熱が発生する。このため、二次電池システム１は、二次電池１１の温度Ｔを相対的に迅速に増加させることができる。以下、その理由について、図３から図５を参照しながら説明する。
【００１７】
図３は、負極活物質がシリコン合金である二次電池１１のＯＣＶ（Ｏｐｅｎ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｖｏｌｔａｇｅ：開回路電圧）特性の一例を示すグラフである。一方で、図４は、負極活物質が炭素材料（つまり、Ｃ）である比較例の二次電池のＯＣＶ特性の一例を示すグラフである。図３及び図４に示すように、二次電池１１のＯＣＶは、二次電池１１のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）に応じた値となり、比較例の二次電池のＯＣＶは、比較例の二次電池のＳＯＣに応じた値となる。特に、二次電池１１及び比較例の二次電池の夫々において、ＯＣＶは、充電時のＯＣＶ（以降、“充電ＯＣＶと称する”）と放電時のＯＣＶ（以降、“放電ＯＣＶと称する”）とが異なるというヒステリシス特性を有する。具体的には、ＳＯＣが同一である場合には、充電ＯＣＶが放電ＯＣＶよりも大きくなる。つまり、あるＳＯＣに対応する充電ＯＣＶは、同じＳＯＣに対応する放電ＯＣＶよりも大きくなる。
【００１８】
充電ＯＣＶが放電ＯＣＶとは異なる二次電池１１に対してパルス充放電が行われると、二次電池１１には、充電ＯＣＶと放電ＯＣＶとの間の電位差ΔＶに応じた熱が発生する。具体的には、所定時間Δｔに渡る電流値がＩとなる充電電流の二次電池１１への入力（つまり、充電）及び所定時間Δｔに渡る電流値がＩとなる放電電流の二次電池１１からの出力（つまり、放電）が１回ずつ行われた場合には、二次電池１１には、Ｉ×ΔＶ×Δｔの熱が発生する。この熱は、充電に際して二次電池１１に供給される充電電力（＝Ｉ×充電ＯＣＶ×Δｔ）と放電に際して二次電池１１から供給される放電電力（＝Ｉ×放電ＯＣＶ×Δｔ）との差分に相当する。比較例の二次電池においても同様に、充電ＯＣＶと放電ＯＣＶとの間の電位差ΔＶに応じた熱が発生する。
【００１９】
ここで、図３及び図４に示すように、負極活物質がシリコン合金である（つまり、シリコンを含む）二次電池１１の電位差ΔＶは、相対的に大きくなる。具体的には、ＳＯＣが同一である場合には、二次電池１１の電位差ΔＶは、二次電池１１の負極活物質がシリコンとは異なる材料である比較例の二次電池の電位差ΔＶよりも大きい。つまり、あるＳＯＣに対応する二次電池１１の電位差ΔＶは、同じＳＯＣに対応する比較例の二次電池の電位差ΔＶよりも大きくなる。尚、二次電池１１の電位差ΔＶと比較例の二次電池の電位差ΔＶとの大小関係は、二次電池１１及び比較例の二次電池の夫々の電位差ΔＶを示す図５のグラフにおいてより明確に示されている。
【００２０】
その結果、電位差ΔＶに起因して二次電池１１に発生する熱量は、電位差ΔＶに起因して比較例の二次電池に発生する熱量よりも大きくなる。このため、制御部１４は、パルス充放電を行うように充放電部１３を制御することで、比較例の二次電池の温度を増加させる場合より迅速に、本実施形態の二次電池１１の温度Ｔを増加させることができる。
【００２１】
以上説明したように、本実施形態の二次電池システム１は、負極活物質がシリコンを含む二次電池１１を備えている。二次電池１１は、負極活物質がシリコンを含むことに起因して、充電ＯＣＶと放電ＯＣＶとの間の電位差ΔＶが相対的に大きくなるという特性を有する。このため、二次電池システム１は、パルス充放電によるジュール熱のみならず、当該相対的に大きい電位差ΔＶに起因して追加で発生する相対的に大きい熱を用いて、二次電池１１の温度Ｔを増加させることができる。従って、二次電池システム１は、二次電池１１の温度Ｔを相対的に迅速に増加させることができる。
【００２２】
更には、二次電池システム１は、二次電池１１の温度Ｔを迅速に増加させるための機器（例えば、ヒータ等）を備えなくても、二次電池１１の温度Ｔを相対的に迅速に増加させることができる。このため、二次電池システム１の小型化も実現可能である。
【００２３】
尚、本発明は、請求の範囲及び明細書全体から読み取るこのできる発明の要旨又は思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う二次電池システムもまた本発明の技術思想に含まれる。
【符号の説明】
【００２４】
１  二次電池システム
１１  二次電池
１２  温度センサ
１３  充放電部
１４  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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