CN101796704A - 组电池以及电池系统 - Google Patents

组电池以及电池系统 Download PDF

Info

Publication number
CN101796704A
CN101796704A CN200880106024A CN200880106024A CN101796704A CN 101796704 A CN101796704 A CN 101796704A CN 200880106024 A CN200880106024 A CN 200880106024A CN 200880106024 A CN200880106024 A CN 200880106024A CN 101796704 A CN101796704 A CN 101796704A
Authority
CN
China
Prior art keywords
voltage
charging
secondary cell
battery pack
battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN200880106024A
Other languages
English (en)
Inventor
杉山茂行
青木护
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Publication of CN101796704A publication Critical patent/CN101796704A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H01M10/441—Methods for charging or discharging for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M16/00—Structural combinations of different types of electrochemical generators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4207—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • H02J7/00714—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters in response to battery charging or discharging current
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/06—Lead-acid accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/34—Gastight accumulators
    • H01M10/345—Gastight metal hydride accumulators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Abstract

本发明提供一种组电池以及电池系统，包括水溶液二次电池以及每个电池的电池容量小于水溶液二次电池的非水二次电池，其中，非水二次电池和水溶液二次电池以极性相反的方式串联连接，充电及放电基于非水溶液二次电池的极性而进行。

Description

组电池以及电池系统
技术领域
本发明涉及一种具备多个二次电池的组电池以及对该组电池进行充电以及放电的电池系统。
背景技术
以往，在二轮车、三轮车以及四轮以上车辆中，搭载有动力系统的启动用或电气电路、电气设备的驱动用的铅蓄电池。铅蓄电池价格低廉，但蓄电能量密度小，所以搭载重量、体积大。从作为车辆的耗油量、动力性能的观点出发，要求该重量、体积的轻量、小型化。作为其改善方案，有采用蓄电能量密度较大的镍-镉二次电池(nickel-cadmium secondary battery)、镍氢二次电池(nickel-hydrogen secondarybattery)或锂离子二次电池(lithium ion secondary battery)、锂聚合物二次电池(lithium-polymer secondary battery)的方案。另外，为解决用一种电池构成组电池的情况下的各种问题，还提出了组合不同种类的电池而构成的组电池(例如参照日本专利公开公报特开平9-180768号(以下称作“专利文献1”))。
在进行恒压充电的情况下，对二次电池施加一定的电压并检测流经二次电池的充电电流，当充电电流达到预先设定的充电终止电流值以下时，结束充电。但是，对于镍-镉二次电池或镍氢二次电池等水溶液二次电池(aqueous secondary battery)，当以恒压充电时，由于在满充电附近伴随作为副反应的氧气的产生而温度上升，单位电池(cell)的开路电压(open circuit voltage)下降，充电电流转为增大，充电电流无法降至充电终止电流值以下，所以恒压充电不能结束，充电继续，从而处于过充电状态。其结果，因过充电发生漏液，电池功能劣化。因此，在具备铅蓄电池用充电电路的车辆中，存在不能代替铅蓄电池而搭载水溶液二次电池的问题。
另外，铅蓄电池的充电采用在恒流充电后进行恒压充电的恒流恒压(CCCV：Constant Current Constant Voltage)充电方式。在进行恒压充电的情况下，对二次电池施加一定的电压并检测流经二次电池的充电电流，当充电电流达到预先设定的充电终止电流值以下时，结束充电。
但是，对于镍-镉二次电池或镍氢二次电池等水溶液二次电池，当以恒压充电时，由于在满充电附近伴随作为副反应的氧气的产生而温度上升，因此单位电池的开路电压下降，充电电流转为增大，充电电流无法降至充电终止电流值以下，所以恒压充电不能结束，充电继续，从而处于过充电状态。其结果，因过充电发生漏液，电池功能劣化。因此，在具备铅蓄电池用充电电路的车辆中，存在不能代替铅蓄电池而搭载水溶液二次电池的问题。
另外，锂离子二次电池、锂聚合物二次电池等非水二次电池能够以与铅蓄电池同样的恒流恒压(CCCV)充电方式进行充电。但是，若在具备铅蓄电池用充电电路的车辆上代替铅蓄电池而搭载此类非水二次电池，由于铅蓄电池与非水二次电池的充电电压不同，存在不能进行充分的充电的问题。
例如，输出DC12V的铅蓄电池以14.5V进行恒压充电。于是，使用用于对此类铅蓄电池进行充电的充电电路来对由多个锂离子二次电池串联连接而构成的组电池进行充电的情况下，每个锂离子二次电池的充电电压为将14.5V除以锂离子二次电池的个数所得的电压。例如，在串联连接三个锂离子二次电池而构成的组电池中，每个锂离子二次电池的充电电压为14.5V/3＝4.83V。
另一方面，作为对锂离子二次电池进行恒压充电的情况下的充电电压，采用作为锂离子二次电池的满充电状态的开放电压(open voltage)4.2V。于是，当用铅蓄电池用充电电路对串联连接三个锂离子二次电池而构成的组电池进行充电时，充电电压过高，有可能因过充电导致特性劣化、故障或者带来安全上的问题。
另外，在串联连接四个锂离子二次电池而构成的组电池中，每个锂离子二次电池的充电电压为14.5V/4＝3.63V，相对于4.2V充电电压过低，充电深度(SOC：Stateof Charge)只有50％左右或者更低，存在难以有效利用二次电池的电池容量的问题。
另外，在专利文献1所记载的技术中，利用水溶液二次电池的在满充电附近发热增大的性质，在混合水溶液二次电池和非水二次电池的组电池中通过温度判定达到了满充电。但是，在铅蓄电池用充电电路这样的恒压充电用充电电路中，基于充电电流判定满充电，并结束充电。因此，当通过这样的恒压充电用充电电路对专利文献1所记载的组电池进行充电时，则无法结束充电，有可能因过充电导致特性劣化、故障或带来安全上的问题。另外，由于水溶液二次电池在满充电附近发热，所以还存在与水溶液二次电池组合的非水二次电池因被加热而劣化的问题。
发明内容
本发明鉴于上述问题，其目的在于提供一种即使在用恒压充电用的充电电路进行充电的情况下，也能够容易地降低是否会变成过充电的担心，并且增大充电结束时的充电深度的组电池，以及使用此类组电池的电池系统。
本发明所涉及的组电池包括水溶液二次电池以及每个电池的电池容量小于水溶液二次电池的非水二次电池，其中，非水二次电池和水溶液二次电池以极性相反的方式串联连接，基于非水溶液(应为非水)二次电池的极性进行充电以及放电。
根据该结构，在对该组电池进行恒压充电时，非水二次电池被充电，而水溶液二次电池被放电。由于这些充电和放电的电流值相等，所以在水溶液二次电池完全放电之前，电池容量比水溶液二次电池小的非水二次电池先接近满充电。由此，组电池自身的电压达到指定值(例如恒压充电器的额定电压)，而充电电流衰减，在不会使水溶液二次电池过放电，也不会使非水二次电池过充电的情况下，组电池的充电就结束。
假设在使用铅蓄电池用的额定14.5V的恒压充电器的情况下，若根据专利文献1，使用三个非水二次电池和两个水溶液二次电池构成组电池，而若根据本发明，使用四个非水二次电池和一个水溶液二次电池构成组电池。比较两者，基于本发明的组电池能够更多地利用每单位重量的能量密度高的非水二次电池，从而相应地实现轻量化。
另外，本发明所涉及的电池系统包括上述结构的组电池以及所述充电电路。
根据上述的结构，通过具备上述结构的组电池，从而在通过所述充电电路对上述结构的组电池进行恒压充电时，容易降低过充电的可能性并增大充电结束时的充电深度。
本发明的目的、特征以及优点通过以下的详细说明和附图会更清楚。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式所涉及的组电池的外观的一例的立体图。
图2是表示具备图1所示的组电池和对组电池进行充电的充电电路的电池系统的电结构的一例的模式图。
图3(A)是表示用于本发明的组电池的锂离子二次电池的充放电动作(charge/discharge behavior)的图。
图3(B)是表示用于本发明的组电池的镍氢二次电池的充放电动作的图。
图3(C)是表示本发明的组电池的充电动作的图。
图3(D)是表示本发明的组电池的放电动作的图。
具体实施方式
以下，基于附图说明本发明的实施方式。
另外，在各图中附有相同的附图标记的结构表示相同的结构，并省略其说明。
图1是表示本发明的一实施方式所涉及的组电池的外观的一例的立体图。图1所示的组电池1例如用作二轮车、四轮车及其它工程车辆等的车载用电池。图1所示的组电池1例如在大致箱状的筐体6中收容有被串联连接的四个锂离子二次电池2和一个镍氢二次电池3。在此，镍氢二次电池3的负极端子与接近的锂离子二次电池2的负极端子串联连接。
另外，在筐体6的上表面向上突出地设有连接端子4、5。连接端子4与最远离镍氢二次电池3的锂离子二次电池2的正极端子连接，构成组电池1的正极端子。另一方面，连接端子5与镍氢二次电池3的正极端子连接，构成组电池1的负极端子。即，组电池1的极性与锂离子二次电池2的极性一致，镍氢二次电池3相对于组电池1的极性逆向连接。
在图1的例子中，连接端子4、5呈螺钉状，螺母41、51可与之螺合。另一方面，在应与连接端子4连接的电线42的末端，通过铆接等方式固定有可外嵌于连接端子4的环状的配线侧端子43。同样，在应与连接端子5连接的电线52的末端，通过铆接等方式固定有可外嵌于连接端子5的环状的配线侧端子53。并且，将配线侧端子43、53分别外嵌于组电池1的连接端子4以及连接端子5，并将螺母41、51安装并紧固在连接端子4、5上，从而电线42、52的末端与连接端子4、5电连接。
电线42、52与车辆内的电气电路、对组电池1进行充电的充电电路等连接，用于组电池1的充放电。
另外，连接端子4、5不限于螺钉状，例如也可以是圆柱状。并且，作为配线侧端子43、53也可以采用例如具有导电性的金属板，在其中间部分进行弯曲加工，形成为大致C字状，通过将该中间部分分别游嵌于(freely fit)连接端子4、5的外侧后，通过螺钉等紧固配线侧端子43、53的两端，从而结合连接端子4、5和配线侧端子43、53。具有上述筐体结构以及端子结构，可容易用组电池1取代车载用铅蓄电池。另外，组电池1没必要一定收容在筐体6内，不限于具备能够与铅蓄电池用配线侧端子43、53直接连接的连接端子的结构。连接端子4、5除例如端子座(terminal block)、接插件(connector)外，例如还可以是单位电池的电极端子本身。
图2是表示具有图1所示的组电池1和对组电池1进行充电的充电电路11的电池系统10的电结构的一例的模式图。图2所示的组电池1，由四个锂离子二次电池2和一个镍氢二次电池3通过连接板7串联连接而构成。在此，镍氢二次电池3的负极端子与接近的锂离子二次电池2的负极端子串联连接，连接端子4与最远离镍氢二次电池3的锂离子二次电池2的正极端子连接，构成组电池1的正极端子。另一方面，连接端子5与镍氢二次电池3的正极端子连接，构成组电池1的负极端子。另外，在图1以及图2中，将同种类的电池接近配置，而不同种类的电池可以配置在任何位置。
另外，锂离子二次电池2的每个电池的电池容量小于镍氢二次电池3。锂离子二次电池2相当于非水二次电池的一例，也可以代替锂离子二次电池2而采用锂聚合物二次电池等其他非水二次电池。另外，镍氢二次电池3相当于水溶液二次电池的一例，也可以代替镍氢二次电池3而采用镍-镉二次电池等其它水溶液二次电池。但是，作为水溶液二次电池采用镍氢二次电池，作为非水二次电池采用锂离子二次电池，由于其分别具有高能量密度，能够更轻量、小型化，因此比较理想。
充电电路11是通过恒流恒压(CCCV)对例如车载用铅蓄电池进行充电的充电电路，例如由车载用ECU(Electric Control Unit)等构成。如图2所示，充电电路11例如具备电压传感器12、电流传感器13、充电电流供给电路14以及控制部15。
充电电流供给电路14具备例如从车辆发出的电力生成用于对铅蓄电池进行充电的充电电流、充电电压的整流电路或开关电源电路(switching power supply circuit)等。并且，充电电流供给电路14经由电流传感器13以及电线42与连接端子(应为“连接端子4”)连接，并经由电线52与连接端子5连接。
电压传感器12例如采用分压阻抗(dividing resistor)、A/D转换器等构成。并且，电压传感器12经由电线42、52检测连接端子4、5间的电压、即组电池1的充电电压Vb，将该电压值向控制部15输出。电流传感器13例如采用分流阻抗(shuntresistor)、霍尔元件(Hall element)、A/D转换器等构成。并且，电流传感器13检测从充电电流供给电路14向组电池1供给的充电电流Ib，将其电流值向控制部15输出。
控制部15具备例如执行指定的运算处理的CPU(Central Processing Unit：中央处理器)、存储指定的控制程序的ROM(Read Only Memory：只读存储器)、暂时存储数据的RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)和它们的周边电路等。控制部15是通过执行存储在ROM中的控制程序，基于从电压传感器12得到的充电电压Vb以及从电流传感器13得到的充电电流Ib控制充电电流供给电路14的输出电流以及输出电压，从而执行恒流恒压(CCCV)充电的控制电路。
通过恒压充电对铅蓄电池进行充电时的充电电压一般为14.5V至15.5V。因此，控制部15在进行恒压充电时，以使电压传感器12的检测电压成为14.5V至15.5V的方式控制充电电流供给电路14的输出电流、电压。
另外，锂离子二次电池的满充电状态的开放电压(open voltage)为约4.2V。锂离子二次电池伴随充电而充电深度增大，随之正极电位增大，负极电位减少。锂离子二次电池的端子电压表现为正极电位与负极电位的差。并且，随着充电深度增大而负极电位降低，负极电位变为0V时的正极电位与负极电位的差、即正极电位，虽然受到充电电流值、温度、正极以及负极的活性物质的组成的不均(variance)的影响，但是已知在使用钴酸锂作为正极活性物质的情况下为约4.2V，在使用锰酸锂作为正极活性物质的情况下为约4.3V。如上，在负极电位变为0V时处于满充电，将此时的端子电压、例如4.2V用作恒压充电的充电电压，从而可使锂离子二次电池满充电(充电深度100％)。
另一方面，水溶液二次电池具有相对于放电深度的变化而端子电压缓慢变化的特性，例如在镍氢二次电池中，从充电状态放电时的闭路电压(closed circuit voltage)为约1.2V。
这样，在电池系统10中，例如将充电电压Vb设为14.5V进行组电池1的恒压充电的情况下，每个锂离子二次电池2的充电电压为(14.5V+1.2V)/4＝3.925V，与如上所述的串联连接四个锂离子二次电池的情况下的每个锂离子二次电池的充电电压3.63V相比，能够提高锂离子二次电池2的充电电压。
即，与锂离子二次电池的满充电状态的开放电压4.2V乘以4而得的电压16.8V相比，锂离子二次电池的满充电状态的开放电压4.2V乘以4而得的电压与镍氢二次电池的放电时的闭路电压1.2V的差值电压即15.6V与铅蓄电池用充电电压14.5之间的差更小。
另外，上述合计电压(应为上述差值电压15.6V)为铅蓄电池用充电电压14.5V以上，当铅蓄电池用充电电压施加在连接端子4、5之间时，施加于每个锂离子二次电池2的充电电压为4.2V以下。其结果，能够降低锂离子二次电池2的劣化，并能够降低安全性受损的可能性。
另外，铅蓄电池的输出电压例如有12V、24V、42V那样的为12V的倍数的输出电压，对这样的铅蓄电池进行充电的充电电路的充电电压也为14.5V至15.5V的倍数。在此，较为理想的是，通过将一个镍氢电池和四个电池容量比镍氢电池小的锂离子二次电池，以镍氢电池逆向连接的方式串联连接而构成的组电池作为一个单元(一个单位)，根据充电电路的充电电压相应地增减该单元数，使镍氢电池的个数和锂离子二次电池的个数设定为1比4的比率。由此，与铅蓄电池的输出电压为12V的情况下同样地，使组电池的充电电压适宜于充电电路的输出电压，能够增大用这样的充电电路对组电池1进行充电时的充电结束时的充电深度。
也可将如上构成的单元作为基本单位，根据起电力(electromotive force)或电池容量等方面的要求，将数个单元串联、并联或串并联混合连接而构成组电池。
接着，说明如上构成的电池系统10的动作。
图3(A)是表示用于本发明的一实施方式所涉及的组电池1的锂离子二次电池2的充放电动作的图。图3(B)是表示用于本发明的一实施方式所涉及的组电池1的镍氢二次电池3的充放电动作的图。图3(C)是表示本发明的一实施方式所涉及的组电池1的充电动作的图。图3(D)是表示本发明的一实施方式所涉及的组电池1的放电动作的图。另外，图3(A)至(D)中，横轴表示充放电容量，纵轴表示组电池1、锂离子二次电池2或镍氢二次电池3的充放电电压。另外，曲线a-1以及a-2表示锂离子二次电池2的充电时以及放电时的端子电压，曲线b-1以及b-2表示镍氢二次电池3的充电时以及放电时的端子电压。另外，组电池1采用在四个锂离子二次电池2上逆向连接一个镍氢二次电池3的结构。此外，组电池1通过包含额定电压为14.5V的充电器的充电电路11被进行充电，通过设备侧的控制在达到10.5V时结束放电。
如图3(A)以及(B)所示，本实施方式所涉及的组电池1的镍氢二次电池3的充放电容量β大于锂离子二次电池2的充放电容量α。此外，将锂离子二次电池2和镍氢二次电池3以极性相反的方式串联连接，并基于锂离子二次电池2的极性对组电池1进行充放电。由此，显示出图3(C)以及(D)所示的特有的充放电动作。
使用图3(C)，对组电池1的充电进行详细论述。曲线c-1是连接端子4、5间的电压、即组电池1的充电电压(差值电压)Vb。首先，根据来自控制部15的控制信号，从充电电流供给电路14经由电线42向组电池1输出1.5A的充电电流Ib，对锂离子二次电池2进行恒流充电，并对镍氢二次电池3进行恒流放电，整体上来说，差值电压Vb上升，组电池1被恒流充电。
此处，镍氢二次电池3的端子电压随着组电池1的充电一点点地下降。另一方面，锂离子二次电池的端子电压随着充电，以上升曲线而增大。此时，差值电压Vb随着锂离子二次电池的端子电压的增大而增大。另一方面，随着组电池的充电深度变高，镍氢二次电池逐渐放电，电压下降。
具体而言，组电池1的极性与锂离子二次电池2的极性相同，且被串联连接成四个锂离子二次电池2和一个镍氢二次电池3的极性相反。因此，恒流充电持续至四个锂离子二次电池2的充电电压的总和c-2达到充电器与镍氢二次电池3的放电电压的总和b-2的容量γ-1为止。
然后，当由电压传感器12检测出的差值电压Vb达到14.5V时(γ-1)，通过控制部15，从恒流充电被切换到恒压充电。然后，响应来自控制部15的控制信号，通过充电电流供给电路14，在连接端子4、5间施加14.5V的一定的电压，执行恒压充电。
这样，通过恒压充电，随着锂离子二次电池2的充电深度的增大，充电电流减小。然后，当由电流传感器13检测出的充电电流在预先作为恒压充电的终止条件而设定的充电终止电流以下时，由控制部15判断为锂离子二次电池2已被充电到接近在14.5V的恒压充电下能够充电的最大充电深度的充电深度。然后，响应来自控制部15的控制信号，充电电流供给电路14的输出电流成为零，充电结束(γ-2)。显示这样的动作是因为镍氢二次电池3的充放电容量β比锂离子二次电池2的充放电容量α大。镍氢二次电池3在放电的中间阶段显示出比较平坦的电压，所以从四个锂离子二次电池2的充电电压的总和c-2达到充电器与镍氢二次电池3的放电电压的总和b-2’的γ-1起到充电结束的γ-2为止，能够对锂离子二次电池2进行恒压充电。
由于γ-2与锂离子二次电池2的充放电容量α相比足够小，所以锂离子二次电池2不会被过充电。另外，由于γ-2与镍氢二次电池3的充放电容量β相比也足够小，所以镍氢二次电池3不会被过放电。
此处，如有意降低镍氢二次电池3的大电流放电特性，则即使对于车辆的发电机那样充电时的突发电流(inrush current)有可能变大的充电器，也能够抑制锂离子二次电池2的充电。具体而言，采用当组电池1以大电流被充电时，被逆向连接的镍氢二次电池3不适宜于大电流放电。因此，镍氢二次电池3的放电电压降低，充电器与镍氢二次电池3的放电电压的总和b-2’也降低。由此，γ-1以及结束充电的γ-2提前(充电容量变小)，能够抑制锂离子二次电池2的电压上升，从安全性方面来讲是较理想的方式。
在图3(D)中，曲线d-1表示连接端子4、5间的电压、即组电池1的放电电压。组电池1的极性与锂离子二次电池2的极性相同，且被串联连接四个锂离子二次电池2和一个镍氢二次电池3的极性相反。因此，四个锂离子二次电池2的充电电压(应为放电电压)的总和d-2至达到设备侧的控制电压与镍氢二次电池3的充电电压的总和b-1’的容量γ-3为止其放电持续。在此，由于γ-3与锂离子二次电池2的充放电容量α相比足够小，所以锂离子二次电池2不会被过放电。另外，由于γ-3与镍氢二次电池3的充放电容量β相比也足够小，所以镍氢二次电池3不会被过充电。
此处，如有意降低镍氢二次电池3的大电流充电特性，则即使在车辆的设备同时被使用而放电电流变大的情况下，也能够抑制锂离子二次电池2的放电。具体而言，采用当组电池1以大电流放电时，被逆向连接了的镍氢二次电池3不适宜于大电流充电。因此，充电电压上升，设备侧的控制电压与镍氢二次电池3的充电电压的总和b-1’也进一步上升。由此，结束放电的γ-3提前(放电容量变小)，能够抑制锂离子二次电池2的过放电，从耐久性方面来讲是较理想的方式。
另外，已知镍氢二次电池的自放电电流比锂离子二次电池大。因此，若在充电后放置组电池1，则镍氢二次电池3的残存容量比锂离子二次电池2的残存容量少。并且，当从镍氢二次电池3的残存容量比锂离子二次电池2的残存容量少的状态开始进行组电池1的充电，则在充电结束时镍氢二次电池3放电。由此，在锂离子二次电池2未被充分充电的状态下充电停止。
但是，自放电速度依赖于电池电压，一般而言，与充电状态相比，放电状态的自放电小。与车辆的发电机连接的组电池1始终处于充电状态，所以被逆向连接的镍氢二次电池3始终处于放电状态。因此，镍氢二次电池3的自放电速度有自然减小的倾向。另外，即使假设镍氢二次电池3自放电而电压降低，由于镍氢二次电池3极性逆向地被连接，所以组电池1自身的电压上升，自然也利于长期保存。
另外，本实施方式所涉及的充电电路11不限于铅蓄电池用充电电路。另外，组电池1也可通过适当设定锂离子二次电池2和镍氢二次电池3的个数，能够应用于通过以任意的充电电压进行恒压充电的充电电路进行充电的组电池。
实施例
作为非水二次电池采用松下电池工业株式会社制造的CGR18650CF(电池容量2.25Ah)，作为水溶液二次电池采用松下电池工业株式会社制造的HHR330APH(电池容量3.3Ah)，制作了以下所示的实施例1至3以及比较例2的组电池。另外，在比较例1中作为铅蓄电池采用了松下电池工业株式会社制造的LC-P122R2J(电池容量2.2Ah)。
(实施例1)
将四个CGR18650CF(电池容量2.25Ah)和一个HHR330APH(电池容量3.3Ah)共计五个电池以仅让HHR330APH逆向连接的方式串联连接，构成了实施例1的组电池。
(比较例1)
用一个LC-P122R2J(电池容量2.2Ah)电池构成了比较例1的组电池。
(比较例2)
串联连接四个CGR18650CF(电池容量2.25Ah)电池，构成了比较例2的组电池。
对这些实施例1以及比较例1、2的组电池，测定了以恒流充电下的充电电流1A、恒压充电下的充电电压14.5V、充电终止电流0.1A的条件进行恒流恒压充电后，再以恒流1A放电到10V为止时的、单位体积的电池能量密度、单位重量的电池能量密度。另外，测定了重复300次上述充放电后的单位体积的电池能量密度、单位重量的电池能量密度。测定结果示于表1。
[表1]
Figure GPA00001045713600101
如表1所示，组合了水溶液二次电池和容量比该水溶液二次电池的电池容量小的非水二次电池的本发明的实施例1的组电池，相对于比较例1的铅蓄电池或比较例2的组电池，其单位体积的电池能量密度、单位重量的电池能量密度充分大，可实现轻量化、小型化。另外可知，本发明的实施例1的组电池的循环300次后的单位体积的电池能量密度、单位重量的电池能量密度，与比较例1、2相比也充分大，能够降低反复使用引起的劣化。
另外，上述的具体实施方式中主要包含具有以下结构的发明。
本发明所涉及的组电池包括水溶液二次电池和每个电池的电池容量比水溶液二次电池小的非水二次电池，其中，非水二次电池和水溶液二次电池以极性相反的方式串联连接，充电及放电基于非水溶液(应为非水)二次电池的极性而进行。
根据该结构，在对该组电池进行恒压充电时，非水二次电池被充电，水溶液二次电池被放电。由于这些充电和放电的电流值相等，所以在水溶液二次电池完全放电之前，电池容量比水溶液二次电池小的非水二次电池先接近满充电。由此，组电池自身的电压达到指定值(例如恒压充电器的额定电压)，充电电流衰减，在不会使水溶液二次电池过放电，也不会使非水二次电池过充电的情况下，结束组电池的充电。
假设在采用铅蓄电池用的额定14.5V的恒压充电器的情况下，若根据专利文献1，使用三个非水二次电池和两个水溶液二次电池构成组电池，若根据本发明，使用四个非水二次电池和一个水溶液二次电池构成组电池。比较两者，基于本发明的组电池更多地利用每单位重量的能量密度高的非水二次电池，从而相应地实现轻量化。
在上述的结构中，较为理想的是，在串联连接所述水溶液二次电池和所述非水二次电池的串联电路的两端，设置有用于从输出预先设定的一定的充电电压并进行恒压充电的充电电路接收所述充电电压的连接端子，由下式(1)求得的差值电压Vb与所述充电电压之差，小于所述差值电压Vb与所述非水二次电池的满充电状态的端子电压V1的整数倍的电压中最接近所述充电电压的电压之差。
Vb＝V1n1-V2n2    ……(1)
在式(1)中，V1n1是所述非水二次电池的满充电状态的端子电压V1乘以所述串联电路中所含的该非水溶液(应为非水)二次电池的个数n1而得的电压，V2n2是所述水溶液二次电池的放电状态的端子电压V2乘以所述串联电路中所含的该水溶液二次电池的个数n2而得到的电压)。
根据该结构，差值电压Vb＝V1n1-V2n2(原本为使该组电池满充电所需的充电电压与从充电电路供给的充电电压之差)，比非水二次电池的满充电状态的端子电压的整数倍的电压中最接近从充电电路供给的充电电压的电压小。因此，通过所述充电电路对该组电池进行恒压充电的情况下，与通过所述充电电路对仅使用非水二次电池构成的组电池进行恒压充电的情况相比，能够将组电池充电至接近满充电的电压。即，根据上述的结构，能够增大充电结束时的充电深度。
另外，较为理想的是，所述差值电压Vb＝V1n1-V2n2被设定为所述充电电压以上，所述差值电压Vb＝V1n1-V2n2与所述充电电压之差，小于所述差值电压Vb＝V1n1-V2n2与所述非水二次电池的满充电状态的端子电压的整数倍的电压中的、在所述充电电压以上且最接近所述充电电压的电压之差。
根据该结构，差值电压Vb＝V1n1-V2n2，即原本为了使该组电池满充电所需的充电电压为从充电电路供给的充电电压以上。因此，通过该充电电路对该组电池进行恒压充电的情况下，组电池被施加过电压的可能性降低。
另外，较为理想的是，所述充电电路是铅蓄电池用的充电电路，所述串联电路所含的所述水溶液二次电池的个数与所述非水二次电池的个数的比率为1比4。
根据该结构，能够减小从铅蓄电池用充电电路供给的充电电压与使该组电池满充电所需的充电电压之差，增大充电结束时的充电深度。
另外，较为理想的是，所述水溶液二次电池是镍氢二次电池。由于镍氢二次电池在水溶液二次电池中属高能量密度，所以能够使组电池进一步轻量小型化。
另外，较为理想的是，所述非水二次电池是锂离子二次电池。由于锂离子二次电池在非水二次电池中属高能量密度，所以能够使组电池进一步轻量小型化。
在上述结构中，在所述组电池的充电时，镍氢二次电池的电压为1.0V以上且1.2V以下，锂离子二次电池的电压为3.9V以上且4.1V以下。另外，在所述组电池的放电时，镍氢二次电池的电压为1.3V以上且1.5V以下，锂离子二次电池的电压为3.7V以下。由此，能够避免镍氢二次电池的过放电或过充电。
在上述的结构中，较为理想的是，所述镍氢二次电池的大电流放电特性低于锂离子二次电池的大电流放电特性。
根据上述结构，即使在如车辆的发电机那样充电时的突发电流有可能变大的充电器中，也能够抑制锂离子二次电池的充电。具体而言，当组电池以大电流被充电时，由于逆向连接的镍氢二次电池被构成为不适宜于大电流放电，所以放电电压降低。因此，以充电器的额定电压和镍氢二次电池的放电电压的和表示的锂离子二次电池的充电终止电压降低。由此，能够抑制锂离子二次电池的电压上升，所以从安全性方面考虑是较理想的方式。
另外，本发明所涉及的电池系统具有上述结构的组电池和所述充电电路。
根据上述的结构，通过配备上述结构的组电池，从而在通过所述充电电路对上述结构的组电池进行恒压充电时，容易降低处于过充电的可能性并增大充电结束时的充电深度。
如上所述，根据本发明所涉及的组电池，例如作为铅蓄电池的代替品，能够提供一种无需改变充电电路即可容易地搭载于车辆的、轻量小型且反复使用下的劣化少的组电池。
另外，本发明以串联所有电池的结构为基础，但毋庸置疑，采用将并联连接多个锂离子二次电池得到的单元A和并联连接多个镍氢二次电池得到的单元B，以单元A的容量＜单元B的容量的方式串联连接的结构，也能得到与本发明相同的效果。
产业上的可利用性
本发明可适宜应用于用作二轮车、四轮车及其他工程车辆等的车载用电池的组电池，或用作UPS等备用电源、便携式个人计算机或数码相机、手机等电子设备、电动汽车、混合动力型车等车辆等的电源的组电池。另外，适合用于使用这样的组电池的电池系统。

Claims (9)

1.一种组电池，其特征在于包括：
水溶液二次电池；以及
每个电池的电池容量小于所述水溶液二次电池的非水二次电池，其中，
所述非水二次电池和所述水溶液二次电池以极性相反的方式串联连接，充电及放电基于所述非水溶液二次电池的极性而进行。
2.根据权利要求1所述的组电池，其特征在于：
在串联连接所述水溶液二次电池和所述非水二次电池的串联电路的两端，设有用于从输出预先设定的一定的充电电压并进行恒压充电的充电电路接收所述充电电压的连接端子，
通过下式(1)求出的差值电压Vb与所述充电电压之差，小于所述差值电压Vb与所述非水二次电池的满充电状态的端子电压V1的整数倍的电压中最接近所述充电电压的电压之差，
Vb＝V1n1-V2n2            ……(1)
在式(1)中，V1n1是所述非水二次电池的满充电状态的端子电压V1乘以所述串联电路所含的该非水溶液二次电池的个数n1所得的电压，
V2n2是所述水溶液二次电池的放电状态的端子电压V2乘以所述串联电路所含的水溶液二次电池的个数n2所得的电压。
3.根据权利要求2所述的组电池，其特征在于：
所述差值电压Vb＝V1n1-V2n2被设定在所述充电电压以上，
所述差值电压Vb＝V1n1-V2n2与所述充电电压之差，小于所述差值电压Vb＝V1n1-V2n2与所述非水二次电池的满充电状态的端子电压的整数倍的电压中的、在所述充电电压以上且最接近所述充电电压的电压之差。
4.根据权利要求2或3所述的组电池，其特征在于：
所述充电电路是铅蓄电池用的充电电路，
所述串联电路所含的所述水溶液二次电池的个数和所述非水二次电池的个数的比率为1比4。
5.根据权利要求4所述的组电池，其特征在于：
将包括一个所述水溶液二次电池和四个所述非水二次电池的单元作为基本单位，将多个该单元串联连接、并联连接或串并联混合连接。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的组电池，其特征在于：
所述水溶液二次电池的大电流放电特性被设定成低于非水二次电池的大电流放电特性。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的组电池，其特征在于：
所述水溶液二次电池为镍氢二次电池。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的组电池，其特征在于：
所述非水二次电池为锂离子二次电池。
9.一种电池系统，其特征在于包括：
如权利要求2至8中任一项所述的组电池；以及
所述充电电路。
CN200880106024A 2007-09-07 2008-06-10 组电池以及电池系统 Pending CN101796704A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007-232333 2007-09-07
JP2007232333A JP5262027B2 (ja) 2007-09-07 2007-09-07 組電池、及び電池システム
PCT/JP2008/001475 WO2009031255A1 (ja) 2007-09-07 2008-06-10 組電池及び電池システム

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN101796704A true CN101796704A (zh) 2010-08-04

Family

ID=40428579

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200880106024A Pending CN101796704A (zh) 2007-09-07 2008-06-10 组电池以及电池系统

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20100207577A1 (zh)
EP (1) EP2187498A1 (zh)
JP (1) JP5262027B2 (zh)
KR (1) KR20100061714A (zh)
CN (1) CN101796704A (zh)
WO (1) WO2009031255A1 (zh)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5508771B2 (ja) * 2009-07-08 2014-06-04 パナソニック株式会社 組電池、及び電池システム
WO2012067675A1 (en) * 2010-11-17 2012-05-24 Uchicago Argonne, Llc, Operator Of Argonne National Laboratory Electrode structures and surfaces for li batteries
KR20130122316A (ko) 2012-04-30 2013-11-07 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차 전지 모듈
KR101775547B1 (ko) 2013-01-16 2017-09-06 삼성에스디아이 주식회사 이종 셀을 포함하는 배터리 팩 및 이를 포함하는 전력 장치
DE102013209069A1 (de) * 2013-05-16 2014-11-20 Robert Bosch Gmbh Batteriebaugruppe einer Batterie mit zwei verschiedenen Zellarten
US10069143B2 (en) 2013-12-23 2018-09-04 Uchicago Argonne, Llc Cobalt-stabilized lithium metal oxide electrodes for lithium batteries
US10305103B2 (en) 2015-08-11 2019-05-28 Uchicago Argonne, Llc Stabilized electrodes for lithium batteries
US10741839B2 (en) 2017-03-02 2020-08-11 Uchicago Argonne, Llc Surface treatment for lithium battery electrode materials
CA3067395A1 (en) * 2017-06-14 2018-12-23 Hadal, Inc. Systems and methods for configurable battery charging
JP6776291B2 (ja) 2018-03-16 2020-10-28 株式会社東芝 組電池、電池パック、車両、及び、定置用電源

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3349321B2 (ja) * 1995-12-27 2002-11-25 三洋電機株式会社 組電池
JP3432985B2 (ja) * 1995-12-27 2003-08-04 三洋電機株式会社 蓄電システムの作動方法
US6150795A (en) * 1999-11-05 2000-11-21 Power Designers, Llc Modular battery charge equalizers and method of control
JP3778262B2 (ja) * 2000-12-21 2006-05-24 株式会社マキタ 充電方式及び電池パック
JP3702763B2 (ja) * 2000-07-31 2005-10-05 新神戸電機株式会社 走行車輌用二次電池
US6624612B1 (en) * 2001-10-30 2003-09-23 Symbol Technologies, Inc. System and method to facilitate voltage balancing in a multi-cell battery
JP3809549B2 (ja) * 2001-11-22 2006-08-16 株式会社日立製作所 電源装置と分散型電源システムおよびこれを搭載した電気自動車
JP4738730B2 (ja) * 2003-04-21 2011-08-03 株式会社マキタ 組電池及び電池パック
JP2005160233A (ja) * 2003-11-26 2005-06-16 Makita Corp 組電池及び電池パック
US20050118465A1 (en) * 2003-12-02 2005-06-02 Doob Llc Multiple voltages DC battery power supply system
JP4784906B2 (ja) * 2006-02-28 2011-10-05 日立工機株式会社 コードレス電動工具及びこれに用いられるバッテリ装置
JP4749290B2 (ja) * 2006-09-07 2011-08-17 三洋電機株式会社 電源装置及びこれに用いる電圧管理ｉｃ

Also Published As

Publication number Publication date
US20100207577A1 (en) 2010-08-19
EP2187498A1 (en) 2010-05-19
JP5262027B2 (ja) 2013-08-14
JP2009065795A (ja) 2009-03-26
KR20100061714A (ko) 2010-06-08
WO2009031255A1 (ja) 2009-03-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101803144B (zh) 电源系统
CN101675555B (zh) 组电池及电池系统
CN101796704A (zh) 组电池以及电池系统
CN101611525B (zh) 充电系统、充电装置以及电池组件
US6573687B2 (en) Charging/discharging control method for secondary battery
US8476869B2 (en) Battery voltage equalizer circuit and method for using the same
CN101816082A (zh) 电源系统
CN102024982B (zh) 混合电池装置
CN101809803A (zh) 电源系统以及电池集合体的控制方法
CN101809804A (zh) 电源系统以及电池集合体的控制方法
US20120256583A1 (en) Low Cost Fast Charger with Internal Accumulator and Method
KR101614046B1 (ko) 배터리 시스템 관리 장치
JP5508771B2 (ja) 組電池、及び電池システム
CN101504977A (zh) 多电池电源系统
CN102544644B (zh) 由铅酸蓄电池单体与锂离子电池单体并联组成的复合电源
CN104272497A (zh) 具有锂离子电池组的车辆
CN116981592A (zh) 电池平衡锂离子电池的电气串联串的方法及其系统
CN201044365Y (zh) 均衡电池组的改进结构
Takehara et al. Energy Storage System with Intelligent Hot-plug Switch (IHS) Combined Use of Different Types of Batteries
US20240136827A1 (en) Method of Battery Balancing an Electrical Series String of Lithium-Ion Batteries, and System Thereof
CN201336334Y (zh) 一种新型电动车铅酸蓄电池
TWI621318B (zh) Electric vehicle range extension system
Henderson Sealed Lead Acid Battery and Supercapacitor Power Configurations for Electric Drag Racing
CN201142591Y (zh) 电动车超宽压恒流充电器
CN103166269A (zh) 一种太阳能充电电源的设计方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
AD01 Patent right deemed abandoned

Effective date of abandoning: 20100804

C20 Patent right or utility model deemed to be abandoned or is abandoned