JP2018038133A

JP2018038133A - 充電システム

Info

Publication number: JP2018038133A
Application number: JP2016167814A
Authority: JP
Inventors: 正人穂積; masato Hozumi; 洋平進藤; Yohei Shindo; 大地小坂; Daichi Kosaka; 啓太二井谷; Keita Niitani
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-08-30
Filing date: 2016-08-30
Publication date: 2018-03-08

Abstract

【課題】二次電池の充電時間を短縮することが可能な充電システムを提供する。【解決手段】受電コイル及び二次電池を備える受電装置と、給電コイルを備える給電装置と、受電装置と通信することにより二次電池内の磁性体の有無を判断する判断部と、を備え、受電装置及び給電装置は非接触であり、判断部によって二次電池内に磁性体が存在すると判断された場合には、判断部によって二次電池内に磁性体が存在しないと判断された場合に給電コイルへと流す電流値よりも大きい電流を給電コイルへと流すことにより、二次電池を充電する、充電システムとする。【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池を充電する充電システムに関する。

非接触の状態で、送電側（給電側）から受電側へと電力を伝送する非接触給電技術は、高い利便性が期待できる。そのため、携帯電話や電気自動車等を始めとする様々な製品分野への応用が進められている。

二次電池の充放電に関する技術として、例えば特許文献１には、二次電池と、二次電池を充放電するための手段と、二次電池の充放電を制御する手段と、二次電池の温度を検出する手段とを含む充放電システムであって、二次電池の温度が充放電適正温度Ｔ_０未満である場合、二次電池の温度がＴ_０に達するまでパルス充放電条件を行った後に、充放電を開始する充放電システムが開示されている。
また、特許文献２には、全固体電池を構成する少なくとも一つの層の未焼成体に、鉄、ニッケル、銅、及び、銀からなる群より選ばれた少なくとも一種の金属を金属状態で含ませ、この金属が金属状態を維持するように未焼成体を焼成することによって、樹脂の除去を促進させる、全固体電池の製造方法が開示されている。
また、特許文献３には、硫化物固体電池の負極集電体が、Ｃｕ及び／又はＦｅを含有する集電体であることが開示されている。

特開２００６−９２９０１号公報特開２０１５−６５０４６号公報特開２０１５−５４２１号公報

特許文献１に開示されている充放電システムは、温度がＴ_０未満の場合には、最初にパルス充放電を行うことにより二次電池を昇温して温度をＴ_０以上にした後に、回路を切り替えて通常充電を行うので、充電が完了するまでの時間（充電時間）が長くなりやすいという問題があった。この問題は、特許文献１〜３に開示されている技術を単に組み合わせても、解決することが困難であった。

そこで本発明は、二次電池の充電時間を短縮することが可能な充電システムを提供することを課題とする。

高温時の電池は、低温時よりも大電流を受け入れることが可能なので、急速充電を行いやすい。それゆえ、充電時間を短縮するためには、電池の温度を高めることが有効である。ここで、電池を加熱するための専用の装置を別に準備すると、システムが大きくなるため、このような専用の装置を用いることなく、電池を加熱することが好ましい。本発明者らは、二次電池の充電時間を短縮するために、二次電池を加熱しながら急速充電するシステムについて検討した。その結果、磁性材料を用いた二次電池を、電磁誘導方式の非接触給電技術を用いて充電することにより、誘導加熱により同時に二次電池を温めながら急速充電することが可能になることを知見した。本発明は、当該知見に基づいて完成させた。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段をとる。すなわち、
本発明は、受電コイル及び二次電池を備える受電装置と、給電コイルを備える給電装置と、二次電池内の磁性体の有無を判断する判断部と、を備え、受電装置及び給電装置は非接触であり、判断部によって二次電池内に磁性体が存在すると判断された場合には、判断部によって二次電池内に磁性体が存在しないと判断された場合に給電コイルへと流す電流値よりも大きい電流を給電コイルへと流すことにより、二次電池を充電する、充電システムである。

本発明によれば、二次電池の充電時間を短縮することが可能な充電システムを提供することができる。

本発明の充電システムの形態例を説明する図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明について説明する。なお、以下に示す形態は本発明の例示であり、本発明は以下に示す形態に限定されない。

図１は、本発明の充電システムの形態例を説明する図である。図１に示した充電システム１００は、受電コイル１１及び二次電池１２を有する受電装置１０と、給電コイル２１を有する給電装置２０と、判断部３０と、を備えている。判断部３０は、二次電池１２内に磁性体が存在するか否かを判断する。ここで、判断部３０によって、二次電池１２内に磁性体が存在すると判断された場合に電源（不図示。以下において同じ。）から給電コイル２１へと流す電流値（交流電流の実効値。以下において同じ。）をＩ１［Ａ］、判断部３０によって、二次電池１２内に磁性体が存在しないと判断された場合に電源から給電コイル２１へと流す電流値をＩ２［Ａ］とするとき、充電システム１００では、０＜Ｉ２＜Ｉ１となるように、電源から給電コイル２１へと電流を流す。このようにして、給電コイル２１へ電流を流すことにより、交流磁界が発生し、これを媒体として、受電コイル１１に誘導電流を発生させることができる。受電装置１０に備えられている受電コイル１１及び二次電池１２は接続されているので、給電コイル２１へ電流を流すことにより、二次電池１２を充電することができる。

さらに、二次電池１２は、給電コイル２１へ電流を流すことにより発生した交流磁界が及ぶ範囲に配置されている。そのため、発生した交流磁界は、二次電池１２にも作用する。二次電池１２内に磁性体が存在する場合、この磁性体にうず電流が流れ、磁性体が誘導加熱されるので、二次電池１２を加熱することができる。上述のように、二次電池１２に磁性体が存在する場合には、二次電池１２に磁性体が存在しない場合よりも、給電コイル２１へ大電流を流す。そのため、充電システム１００によれば、磁性体が存在する二次電池１２を加熱しながら充電することができる。加熱して二次電池１２の温度を高めることにより、低温時よりも大電流を受け入れることが可能なので、本発明によれば、二次電池１２を急速充電することができる。さらに、加熱と急速充電とを同時に行うことにより、加熱後に充電していた従来技術よりも、充電時間を短縮することができる。したがって、本発明によれば、充電時間を短縮することが可能な、充電システム１００を提供することができる。

本発明において、受電コイル１１及び給電コイル２１は、電磁誘導方式の非接触給電技術を用いて電池を充電する際に使用可能なコイルであれば、その形態は特に限定されない。例えば、受電コイル１１としては、銅線や磁性メッキ線を使用することができ、給電コイル２１としては、銅線や磁性メッキ線を使用することができる。

上述のように、判断部３０は、二次電池１２内に磁性体が存在するか否かを判断する。本発明において、判断部３０による判断の形態は、二次電池１２内に磁性体が存在するか否かを判断できれば、特に限定されない。具体的には、例えば、磁気インピーダンスセンサーから発信された信号に基づいて、判断部３０が、二次電池１２内に磁性体が存在するか否かを判断する形態のほか、受電装置１０側から発信された磁性体情報を判断部３０が受信することで、二次電池１２内に磁性体が存在するか否かを判断する形態などが挙げられる。

本発明において、二次電池１２内に磁性体が存在する場合、その磁性体は、特に限定されない。二次電池１２内に存在させることが可能な磁性体としては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等を例示することができる。

また、二次電池１２内に磁性体が存在する場合、その磁性体の位置も、特に限定されない。磁性体は、例えば、正極層、負極層、及び、集電体からなる群より選択された、少なくとも一以上の箇所に、存在させることができる。正極層や負極層に磁性体を存在させる場合には、例えば、これらの層に含有させる導電助剤として、磁性体を用いることができる。導電助剤や集電体として磁性体を用いることで、二次電池１２内の電子の移動経路と誘導加熱時の発熱部としての二つの機能を、磁性体に持たせることも可能になる。

本発明において、二次電池１２は、液体状の電解質を用いた二次電池であっても良く、固体状の電解質を用いた二次電池（全固体電池）であっても良い。液体状の電解質を用いる場合には、二次電池に使用可能な電解液を適宜用いることができる。ここで、全固体電池は、電解液を用いた電池に比べ熱耐性に優れる。充電システム１００は、二次電池１２を加熱しながら急速充電を行うシステムであるため、二次電池１２としては、全固体電池を用いることが好ましい。

二次電池１２が全固体電池である場合、二次電池１２の正極層に含有させる正極活物質としては、固体電池で使用可能な正極活物質を適宜用いることができる。そのような正極活物質としては、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）、オリビン型リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ_４）、スピネル型マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）等を例示することができる。

また、二次電池１２では、正極層や負極層にも、必要に応じて、全固体電池に使用可能な固体電解質を含有させることができる。そのような固体電解質としては、酸化物系非晶質固体電解質や硫化物系非晶質固体電解質のほか、結晶質酸化物・酸窒化物等を例示することができる。ただし、全固体電池の性能を高めやすい形態にする等の観点から、固体電解質は硫化物固体電解質を用いることが好ましい。

また、正極層には、バインダーを含有させることができる。そのようなバインダーとしては、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＡＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等を例示することができる。

さらに、正極層には、導電性を向上させる導電助剤を含有させることができる。正極層に含有させることが可能な導電助剤としては、ケッチェンブラック等の炭素材料のほか、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等に代表される強磁性体を例示することができる。

また、二次電池１２の負極層に含有させる負極活物質としては、例えば、カーボン活物質、酸化物活物質、及び、金属活物質等を挙げることができる。

さらに、負極層には、負極活物質や固体電解質を結着させるバインダーや導電性を向上させる導電助剤が含有されていても良い。負極層に含有させることが可能なバインダーや導電助剤としては、正極層に含有させることが可能な上記バインダーや導電助剤等を例示することができる。

また、二次電池１２の固体電解質層に含有させる固体電解質としては、全固体電池に使用可能な固体電解質を適宜用いることができる。そのような固体電解質としては、正極層や負極層に含有させることが可能な上記固体電解質等を例示することができる。このほか、固体電解質層には、可塑性を発現させる等の観点から、固体電解質同士を結着させるバインダーを含有させることができる。そのようなバインダーとしては、正極層に含有させることが可能な上記バインダー等を例示することができる。

また、正極層や負極層に接続される集電体は、全固体電池の集電体として使用可能な公知の金属を用いることができる。そのような金属としては、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｖ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｉｎからなる群から選択される一又は二以上の元素を含む金属材料を例示することができる。充電システム１００によって急速充電しやすい形態の二次電池１２にする観点からは、これらの中でも、強磁性を示す元素（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ）を集電体に用いることが好ましい。

また、本発明において、受電コイル１１及び二次電池１２は、通電可能な形態で接続されていれば良い。受電コイル１１と二次電池１２との間には、整流回路や充電回路を設けても良い。

なお、本発明において、判断部で二次電池内に磁性体がないと判断された場合には、誘導加熱により電池を加熱することができないので、上述のように、加熱可能時よりも充電時の電流値を制限して充電を行う。

１０…受電装置
１１…受電コイル
１２…二次電池
２０…給電装置
２１…給電コイル
３０…判断部
１００…充電システム

Claims

受電コイル及び二次電池を備える受電装置と、給電コイルを備える給電装置と、前記受電装置と通信することにより前記二次電池内の磁性体の有無を判断する判断部と、を備え、
前記受電装置及び前記給電装置は、非接触であり、
前記判断部によって前記二次電池内に磁性体が存在すると判断された場合には、前記判断部によって前記二次電池内に磁性体が存在しないと判断された場合に前記給電コイルへと流す電流値よりも大きい電流を前記給電コイルへと流すことにより、前記二次電池を充電する、充電システム。