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公開番号2025037259
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-18
出願番号2023137303
出願日2023-08-25
発明の名称バッテリ用交流電流供給装置
出願人個人
代理人
主分類H02J 7/10 20060101AFI20250311BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】バッテリ充電による電析を低減可能なバッテリ用交流電流供給装置を提供する。
【解決手段】バッテリ用交流電流供給装置を運転する電析低減モードは、バッテリ内の電析物質を低減するために交流電流をバッテリに供給し、バッテリ加熱のために実施される従来のバッテリ加熱モードよりも高いバッテリ温度範囲において運転される。電析低減モードにおいて使用される交流電流は、短い放電期間に供給されるハイレートの放電電流成分と、長い放電期間に供給されるローレートの充電電流成分と、からなり、これらの放電期間及び充電期間は交互に繰り返される。バッテリに交流電流を供給する交流電流供給回路は、降圧トランスを有し、降圧トランスの一次コイルに一次交流電圧が印加される時、降圧トランスの二次コイルは、バッテリを含む閉ループ回路に二次交流電流を循環させる。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
交互に繰り返される放電期間及び充電期間を含む交流電流供給期間に交流電流をバッテリに供給する交流電流供給回路と、前記交流電流供給回路を制御するコントローラとを備えるバッテリ用交流電流供給装置において、
前記交流電流は、前記放電期間に供給される放電電流成分と、前記充電期間に供給される充電電流成分とを含み、
前記コントローラは、前記バッテリの温度が所定の室温より高い時に前記バッテリに前記交流電流を供給する電析低減モードをもち、
前記放電期間は、電析低減モードにおいて前記充電期間よりも短く形成され、
前記放電電流成分は、前記電析低減モードにおいて前記充電電流成分よりも高い振幅をもつことを特徴とするバッテリ用交流電流供給装置。
続きを表示（約 950 文字）【請求項２】
前記放電電流成分及び前記充電電流成分はそれぞれ、基本周波数成分及び高調波成分を有し、
前記放電電流成分の前記高調波成分は、前記電析低減モードにおいて前記充電電流成分の前記高調波成分よりも高い平均振幅をもつ請求項１記載のバッテリ用交流電流供給装置。
【請求項３】
前記交流電流の積分値は、前記電析低減モードにおいて本質的にゼロである請求項２記載のバッテリ用交流電流供給装置。
【請求項４】
前記電析低減モードは、所定のバッテリ充電モードの終了直後に開始される請求項１記載のバッテリ用交流電流供給装置。
【請求項５】
前記電析低減モードの運転期間は、前記バッテリ充電モードにより前記バッテリに与えられる充電量と正の相関関係をもつ請求項４記載のバッテリ用交流電流供給装置。
【請求項６】
前記電析低減モードの運転期間は、前記バッテリ充電モードにおける前記バッテリの温度と負の相関をもつ請求項４記載のバッテリ用交流電流供給装置。
【請求項７】
前記コントローラは、前記バッテリが前記所定の室温よりも低い所定温度をもつ時に前記バッテリに交流電流を供給することにより前記バッテリを加熱するバッテリ加熱モードをさらに有し、
前記コントローラは、前記バッテリ加熱モード及び前記電析低減モードの一方を前記バッテリの温度に応じて選択する請求項１記載のバッテリ用交流電流供給装置。
【請求項８】
前記コントローラは、前記交流電流供給回路を用いて前記バッテリの交流インピーダンスを検出する交流インピーダンス検出モードを有する請求項１記載のバッテリ用交流電流供給装置。
【請求項９】
前記コントローラは、前記前記交流インピーダンス検出モードにより検出された前記バッテリの交流インピーダンスに基づいて前記電析低減モードにおける前記交流電流を制御する請求項８記載のバッテリ用交流電流供給装置。
【請求項１０】
前記交流電流供給回路は、前記バッテリを充電する充電器に内蔵される請求項１記載のバッテリ用交流電流供給装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電流をバッテリに供給することによりバッテリの劣化を改善する交流電流供給装置に関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
リチウムイオンバッテリ（LIB)のような二次電池は、電気自動車などの電気推進システムに広く採用されている。直列接続された複数のセルからなる高電圧の二次電池はバッテリ又はバッテリパックと呼ばれる。バッテリの長い充電時間は、電気自動車の深刻な問題である。したがって、バッテリの急速充電能力は、電気自動車が使い勝手に優れた運転能力を得るために非常に重要である。
【０００３】
しかし、急速充電により、キャリヤ金属がバッテリの負極表面に析出することが知られている。電析と呼ばれるこの析出は、バッテリの容量劣化及びいわゆる内部短絡を引き起こす。これらの問題を回避するために、急速充電における充電電流のレートは、一般的に電析を回避可能な範囲内に制限される。
【０００４】
特に、典型的な電析として知られているデンドライトは、内部短絡に起因するいわゆる熱暴走事故を引き起こす。低温バッテリの急速充電はこのデンドライトを加速する。樹脂セパレータに代えて採用される固体電解質はデンドライトを抑制する。しかし、固体電解質は、デンドライトが固体電解質の粒界に沿って成長するという問題をもつ。
【０００５】
このため、０℃未満の温度をもつ冷たいバッテリを予熱するバッテリ加熱技術が採用されている。このバッテリ加熱は、電力消費を減らすために、バッテリ温度が０℃近傍に達したら終了される。しかしながら、電気ヒータによりEV用バッテリパックを均一かつ速やかに加熱することは困難である。
【０００６】
このため、バッテリに交流電流を供給する交流内部加熱法がたとえば非特許文献１及び非特許文献２により提案されている。これらの交流内部加熱法は、バッテリ温度のばらつきを低減し、バッテリを急速に加熱する。しかしながら、この交流内部加熱法は未解決の問題をもつ故にまだ電気自動車に装備されていない。
【０００７】
従来の交流内部加熱法の一つの問題は、既述された電析がハイレートの交流電流により促進されることである。ハイレートの交流電流は、ハイレートの充電電流成分とハイレートの放電電流成分とからなる。充電電流成分は電析を促進し、放電電流成分は電析を解消する。ハイレートの交流電流による電析促進は、充電電流成分による電析増加量が放電電流成分による電析減少量を上回ることを示唆している。このため、交流内部加熱法が採用可能な交流電流のレートは電析を生じない範囲に制限されねばならない。
【０００８】
従来の交流内部加熱法のもう一つの問題は、交流電流供給回路の高い回路コストである。これは、バッテリの内部抵抗が低い故に、交流電流供給回路はハイレートの交流電力を扱う必要があるからである。
【０００９】
交流電流供給回路は、バッテリから放電された電力エネルギーを次の充電期間まで一時的に蓄積する必要がある。このため、交流電流供給回路は、高い電力エネルギーを貯蔵可能な大型のインダクタ及び/又は大型のキャパシタをもつ。その結果、交流電流供給回路は高価となる。
【００１０】
たとえば、５０Aの交流電流が０．２オームのバッテリに供給される時、バッテリは５００Wの電熱を発生する。けれども、バッテリ電圧が４００Vである時、バッテリは２０kWの交流電力を外部のエネルギー蓄積デバイスに供給しなければならない。
（【００１１】以降は省略されています）

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