CN101809803A - 电源系统以及电池集合体的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电源系统，包括：将串联连接有多个第1单位电池的第1组电池和串联连接有多个第2单位电池的第2组电池并联连接的电池集合体；对所述电池集合体进行充电的发电机，其中，所述电池集合体被设定成，使作为所述第1组电池达到满充电容量的一半的充电容量时的端子电压的平均充电电压V1，小于作为所述第2组电池达到满充电容量的一半的充电容量时的端子电压的平均充电电压V2。

Description

电源系统以及电池集合体的控制方法
技术领域
本发明涉及由组合了多个单位电池的电池集合体构成的电源系统以及该电池集合体的控制方法，更详细而言，涉及在不让作为二次电池的单位电池过充电的情况下，使电池集合体作为电源发挥功能的技术。
背景技术
镍氢蓄电池(nickel-hydrogen battery)或镍镉蓄电池(nickel-cadmium battery)等碱性蓄电池以及锂离子二次电池(lithium ion secondary battery)或锂聚合物二次电池(lithium-polymer secondary battery)等非水电解质二次电池的单位重量的能量密度高于铅蓄电池，所以作为车辆或便携式设备等移动体中配备的电源而备受瞩目。尤其，如果将多个采用非水电解质二次电池的单位电池串联连接，构成单位重量的能量密度较高的电池集合体，来取代铅蓄电池作为电池启动(cell starter)电源(所谓的不是车辆驱动源的电源)搭载于车辆中，可认为在竞赛用途等方面将有所作为。
车辆用电源在启动时作为电池启动器(cell starter)以大电流放电，另一方面，在车辆行使时接收从发电机(恒压充电器)发送的电流而被充电。铅蓄电池具有适合于以比较大的电流进行充放电的反应机构，而上述的二次电池由于反应机构的关系，难说适合大电流的充放电。具体而言，这些二次电池在充电末期分别存在如下的弱点。
首先，在镍氢蓄电池或镍镉蓄电池等碱性蓄电池的情况下，在充电末期会从正极产生氧气，若环境温度升高，则伴随使氧气从正极产生的电压即氧过电压(oxygen overvoltage)的下降，电池的充电电压也随之下降。假设当用恒压充电器(额定充电电压V2)对电池的充电电压下降至V1的n个碱性蓄电池进行充电时，如果满足V2＞nV1的关系，则充电不会结束且持续产生氧气，存在构成组电池的各个二次电池(单位电池)因电池内压上升而变形的可能性。
另外，在锂离子二次电池或锂聚合物二次电池等非水电解质二次电池的情况下，在充电末期包含非水电解质的电解液容易分解，且环境温度越高该倾向越显著，存在构成组电池的单位电池因电池内压上升而变形的可能性。
为解决这样的问题，如日本专利公开公报特开平07-059266号(以下称作“专利文献1”)所示，一般认为在作为电源而使用的组电池完成充电的时刻，使多余的电流从其他电路(旁流电路(lateral flow circuit))通过的方法较为有效。
将专利文献1转用于车载技术时，旁流电路可以具体化为以下两种方式。第一方式是以向车载的其他电动设备(灯、车载收音机、车载空调等)提供电流的方式构成旁流电路。第二方式是以向单纯消耗电流的电阻(resistor)提供电流的方式构成旁流电路。
但是，若采用第一方式，则存在恒压充电器向上述的电动设备提供过度的电流，使这些电动设备发生故障的可能性。另外，若采用第二方式，则由于电阻消耗电流时产生的热量会提高上述的二次电池的环境温度，因此无法消除单位电池变形的可能性。即使使用这样的单位重量的能量密度高的二次电池任意地构成电池集合体，也难以与恒压充电器组合。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在使用单位重量的能量密度较高的二次电池的情况下，即使将来自发电机的电流全部作为充电电流而接收，也能够抑制该二次电池的变形的、安全性高的电源系统。
为实现上述目的，本发明所涉及的电源系统包括：将串联连接有多个第1单位电池的第1组电池和串联连接有多个第2单位电池的第2组电池并联连接的电池集合体；对所述电池集合体进行充电的发电机，其中，所述电池集合体被设定成，使作为所述第1组电池达到满充电容量的一半的充电容量时的端子电压的平均充电电压V1，小于作为所述第2组电池达到满充电容量的一半的充电容量时的端子电压的平均充电电压V2。
为实现上述目的，本发明提供电池集合体的控制方法，其中，所述电池集合体将串联连接有多个第1单位电池的第1组电池和串联连接有多个第2单位电池的第2组电池并联连接，且所述第1组电池的平均充电电压V1被设定成小于所述第2组电池的平均充电电压V2，该电池集合体的控制方法包括：测量所述第1组电池的电压的工序a；当在所述工序a测量的第1组电池的电压达到上限电压Va时，控制停止对所述第1组电池的充电的工序b。
根据上述结构，包含将串联连接有多个第1单位电池的第1组电池和串联连接有多个第2单位电池的第2组电池这两种组电池并联连接的电池集合体，且被设定成所述第1组电池的平均充电电压V1小于所述第2组电池的平均充电电压V2。因此，通常时(达到被设定成比满充电电压稍低的强制放电开始电压之前)，主要由第1组电池接收来自发电机的充电电流，当第1组电池接近满充电时，由作为旁流电路的第2组电池接收来自发电机的充电电流。根据该方式，由于不使用伴随有过度的发热的电阻，因此不会提高电池集合体(尤其是作为主电源的第1组电池)的环境温度。因此，能够回避因热引起单位电池变形的问题。
因此，即使在使用镍氢蓄电池、镍镉蓄电池等碱性蓄电池或锂离子二次电池、锂聚合物二次电池等非水电解质二次电池等单位重量的能量密度高的二次电池时，也不会导致二次电池的变形等问题，可实现能够将来自发电机的电流全部作为充电电流而接收的、安全性高的电源系统。
因此，如电池启动电源那样，需要不间断地接收来自发电机的充电电流的情况下，如采用本发明的电源系统，即使将来自发电机的电流全部作为充电电流接收，也能抑制该二次电池的变形。
本发明例如在使用需要不间断地接收来自发电机的充电电流的电池启动电源时尤其有效。
本发明的目的、特征及优点可通过以下的详细说明与附图将进一步明确。
附图说明
图1是用于说明本发明的一实施方式所涉及的电源系统的结构的方框图。
图2是表示作为单位电池的一例的锂离子二次电池在常温下的初期的充放电动作(charge/discharge behavior)的图。
图3是表示本发明的一实施方式所涉及的电源系统的功能方框图。
图4是用于说明本发明的另一实施方式所涉及的电源系统的结构的方框图。
具体实施方式
以下，使用附图说明本发明的实施方式。
图1是表示本实施方式所涉及的电源系统的结构的方框图。
如图1所示，电源系统50包括发电机1、电池集合体20及控制部30。发电机1是用于对电池集合体20进行充电的装置，例如是搭载在车辆上，通过发动机的转动运动进行发电的恒压规格的发电机。电池集合体20包含串联连接有多个(图1的结构中为4个)单位电池(cell)α(第1单位电池)的第1组电池2a和串联连接有多个(图1的结构中为12个)单位电池β(第2单位电池)的第2组电池2b，第1组电池2a与第2组电池2b并联连接。而且，从发电机1向第1组电池2a与第2组电池2b不定期地供给充电电流。并且，在所述电池集合体20的并联电路中设置有基于来自控制部30的指令，接通/断开发电机1与第1组电池2a的连接的开关4。在电源系统50连接有作为负载的一例的车载设备6。车载设备6例如是用于使车辆的发动机启动的电池启动器(cell starter)、车灯或汽车导航装置等负载装置。并且，第1组电池2a的正极连接于车载设备6，第1组电池2a的放电电流被供给至车载设备6。
并且，发电机1的电压输出端子连接于第2组电池2b的正极及车载设备6。此时，从发电机1看来，电池集合体20与车载设备6并联连接。并且，由发电机1发出的电压被并列地供给至电池集合体20及车载设备6。
以下，详细叙述使用恒压规格的发电机1，且使用作为非水电解质二次电池的一例的锂离子二次电池作为构成第1组电池2a的单位电池α的情况。
图2是表示由恒压规格的发电机对使用钴酸锂(lithium cobalt oxide)作为正极活性物质、使用石墨(graphite)作为负极活性物质的锂离子二次电池进行充电时的充电动作的图。图中，将表示发电机1的额定电压分配给每个锂离子电池(单位电池)的电压Ve(各单位电池的端子电压)为3.8V时的曲线标注为符号A，电压Ve为3.9V时的曲线标注为符号B，电压Ve为4.0V时的曲线标注为符号C，电压Ve为4.1V时的曲线标注为符号D，电压Ve为4.2V时的曲线标注为符号E。
如图2所示，电压Ve为3.8V时(图2中符号A所示情况)，充电开始后约33分钟内电流为一定，之后电压为一定。电压Ve为3.9V时(图2中符号B所示情况)，充电开始后约41分钟内电流为一定，之后电压为一定。电压Ve为4.0V时(图2中符号C所示情况)，充电开始后约47分钟内电流为一定，之后电压为一定。电压Ve为4.1V时(图2中符号D所示情况)，充电开始后约53分钟内电流为一定，之后电压为一定。电压Ve为4.2V时(图2中符号E所示情况)，充电开始后约57分钟内电流为一定，之后电压为一定。
发电机1以一定的电流将单位电池α(锂离子二次电池)充电至达到电压Ve为止，然后逐渐降低电流，对锂离子二次电池进行恒压充电。例如上述额定电压为3.9V时(图2中符号B所示情况)，充电深度(SOC：State of Charge)(电压Ve为3.9V时的充电容量除以电压Ve为4.2V时的充电容量所得的值)为73％。另外，发电机1的电压Ve使每个锂离子二次电池为4.1V时(图2中符号IV(应为D)所示情况)，SOC为91％。表1基于图2，表示上述额定电压与SOC之间的关系。
[表1]
  每个单位电池的额定电压(V) 4.2 4.15 4.1 4.05 4.0 3.95 3.9 3.85 3.8
  SOC(％)   100   95.5   91   86.5   82   77.5   73   68.5   64
锂离子二次电池具有如下特性，即如充电后的SOC接近100％，则包含非水电解质的电解液成分(主要为碳酸盐(carbonate))容易分解。因此，为了避免从发电机1进一步向SOC接近100％的状态下的锂离子二次电池供给充电电流，将上限电压Va设定在比表示充电后的SOC为100％左右的电压略低的区域。
在此，参照图3的功能方框图，对电池系统50的具体动作进行说明。
如图3的功能方框图所示，控制部30包括被依次输入由电压检测电路(电压测量部)7测量的第1组电池2a的电压的输入部9；存储第1组电池2a的上限电压Va的存储部(存储器)11；基于被输入至输入部9的测量电压和从存储部11读取的上限电压Va，切换连接发电机1与第1组电池2a的开关4的接通/断开的开关控制部8；向开关4输出来自开关控制部8的控制信号的控制信号输出部12。电压检测电路7例如使用检测第1组电池2a的端子电压的AD(模拟数字)转换器或比较器(comparator)等构成。
开关控制部8当判断由电压检测电路7测量的第1组电池2a的电压达到从存储部11读取的上限电压Va时，经由控制信号输出部12向开关4输出断开与第1组电池2a的连接的控制信号。据此，发电机1与第1组电池2a的连接断开，从发电机1向第1组电池2a的充电电流的供给停止。
如上所述，当第1组电池2a达到上限电压Va时，基于来自控制部30的指令开关4断开，从发电机1向第1组电池2a的充电电流的供给被停止。作为开关部4，可使用场效应晶体管(FET)、半导体开关等一般的开关。
另外，并非充电电流始终从发电机1流向第1组电池2a或第2组电池2b，例如在制动等时则相反，从第1组电池2a及第2组电池2b向车载设备6放电，处于再次接收来自发电机1的充电电流的状态。充电电流在开关4断开时流入第2组电池2b，在开关4接通时，如下所述，由于平均充电电压V1小于平均充电电压V2，因此优先流向第1组电池2a，从而电流不会被过量供给至车载设备8(应为6)。
另外，在图3中，示出了电压检测电路7测量第1组电池2a的总电压的结构，但也可以是用电压检测电路7测量构成第1组电池2a的各单位电池α的电压，且当构成第1组电池2a的各单位电池α中的任意其中之一的电压达到上限电压Va时，停止向第1组电池2a的充电的结构。
如果考虑单位电池α的容量并不一定(例如起因于正极活性物质重量不均，或温度履历的差异引起的劣化程度的不均)，则可以说上述结构比图1的结构更理想。
另外，较为理想的是，将第1组电池2a的平均充电电压V1和第2组电池2b的平均充电电压V2的比V2/V1设定在1.01以上且1.18以下的范围。这是因为，当比V2/V1低于1.01时，来自发电机1的充电电流容易流入第2组电池2b，因此第1组电池2a无法有效率地被充电。相反，当比V2/V1超过1.18时，第1组电池2a容易被过充电。
在此，对所述平均充电电压的算出方法进行说明。
当单位电池为锂离子二次电池等非水电解质二次电池时，充电终止电压根据正极或负极所采用的活性物质的特质而人为地加以设定，通常为4.2V。如图2所示，在将充电终止电压设为4.2V的图2中E的情况下，满充电容量为2550mAh。此时，充电容量为1275mAh(充电至4.2V时的充电容量的一半)时的电压(3.8V)成为每个非水电解质二次电池的平均充电电压。另一方面，当单位电池为镍氢蓄电池等碱性蓄电池时，作为正极活性物质即氢氧化镍的特质，在完成完全充电的同时因温度上升而充电电压下降，处于满充电状态。达到该满充电容量的一半的时刻的电压成为碱性蓄电池的平均充电电压。
例如，在图1的结构中，使用碱性蓄电池(具体而言为镍氢蓄电池，每个单位电池的平均充电电压为1.4V)作为第2组电池2b的单位电池β时，包括12个单位电池β的第2组电池2b的平均充电电压V2为16.8V。另一方面，包括4个锂离子二次电池(每个单位电池的平均充电电压为3.8V)的第1组电池2a的平均充电电压V1为15.2V。因此，第1组电池2a的平均充电电压V1和第2组电池2b的平均充电电压V2的比V2/V1为1.11。通常，发电机1为恒压规格，因此通过采用如上的使第1组电池2a的平均充电电压V1小于第2组电池2b的平均充电电压V2的结构，无需使用改变某一组电池的电压等复杂的结构(例如使用DC/DC转换器改变某一组电池的电压以使V2/V1为1.1左右的结构)，也能构成即使将来自发电机1的电流全部作为充电电流接收也可抑制该二次电池的变形的、安全性高的电源系统50。
作为构成第1组电池2a的单位电池α较为理想的是，如本实施方式所示，使用锂离子二次电池等非水电解质二次电池。
这是因为，非水电解质二次电池的能量密度高于碱性蓄电池等，因此适于作为电源系统50中的充电电流的主要接收对象。另外，非水电解质二次电池也存在高温环境下电解液成分分解等问题，但在替代发热显著的电阻而将第2组电池2b作为旁流电路的本实施方式的结构下，可回避电池集合体20(尤其是作为主电源的第1组电池2a)的环境温度的上升引起的单位电池的变形问题的发生。因此，作为构成第1组电池2a的单位电池α，可放心地使用能量密度高的非水电解质二次电池。
此外，较为理想的是，使用非水电解质二次电池作为单位电池α时，使用含钴的锂复合氧化物作为该非水电解质二次电池的正极活性物质。
这是因为，通过使用钴酸锂等含钴的锂复合氧化物作为正极活性物质，非水电解质二次电池的放电电压变高，容易提高能量密度。
另外，当第1组电池2a中的作为电压检测电路7的检测对象的单位电池α的个数为nA时，较为理想的是，将第1组电池2a的上限电压Va设定在4.05nAV以上且4.15nAV以下的范围。这是因为，由表示单位电池α的图2及表1也可以明确，当将上限电压Va设定为不足4.05nAV时，第1组电池2a的可接收充电的量将变得过少。相反，当将上限电压Va设定为超过4.15nAV时，直至接近单位电池α的过充电区域第1组电池2a的强制放电(应为“开关4的断开”)也不会开始。
图4表示本实施方式所涉及的电池集合体的其他结构例。如图4所示，电池集合体20’采用第1组电池2a’与第2组电池2b’并联连接的结构。第1组电池2a’采用在从图1所示的电池集合体20结构的第1组电池2a中减去一个单位电池α后，再串联连接两个作为单位电池γ(第3单位电池)的平均充电电压为1.4V的碱性蓄电池的结构。第2组电池2b’采用从图1所示的电池集合体20结构的第2组电池2b中减去一个单位电池β，即串联连接11个单位电池β的结构。
根据上述结构，第1组电池2a’的平均充电电压V1为14.2V，第2组电池2b’的平均充电电压V2为15.4V。据此，可将第1组电池2a’的平均充电电压V1和第2组电池2b’的平均充电电压V2的比V2/V1设定在1.01以上且1.18以下的范围。在此，较为理想的是，构成第1组电池2a’的单位电池γ的容量比单位电池α的容量大。
如前所述，本实施方式所涉及的电源系统50当使用非水电解质二次电池作为单位电池α时，较为理想的是，将强制放电开始电压(应为“上限电压”)Va设定成使每个单位电池α为4.0V左右(即强制放电开始电压(应为“上限电压”)Va为4.0V的整数倍)。
当使用通用的铅蓄电池规格的发电机1时，额定电压为14.5V，则存在如下问题，即其不是4.0V的整数倍，而产生余数(2.5V)。对此，在串联连接的多个单位电池α(第1组电池2a)外，还与单位电池α适宜地串联连接单位电池γ(平均充电电压为1.4V左右的碱性蓄电池)，从而可应对上述余数。
具体而言，如上所述，当采用将平均充电电压为3.8V的锂离子二次电池作为单位电池α而串联连接三个后，再将平均充电电压为1.4V的镍氢蓄电池作为第3单位电池γ而串联连接两个的第1组电池2a’时，第1组电池2a’的平均充电电压V1为14.2V。在此作为单位电池γ的镍氢蓄电池的充电电压的平坦性高(相对于SOC的变化，端子电压的变化小)。即，在镍氢蓄电池的情况下，即使由于充电而SOC上升，充电电压也保持平坦而几乎不变化，与之相对，在锂离子蓄电池的情况下，由于充电而SOC上升，则充电电压也随之上升，因此单位电池α(锂离子二次电池)被充电至指定的电压(3.9V)。
因此，如将单位电池γ的容量设定成大于单位电池α的容量，则可利用镍氢蓄电池的上述平坦性(充电途中不受SOC影响，充电电压保持平坦而几乎不变化)，将剩余的0.3V(从发电机1的额定电压即14.5V减去第1组电池2a(应为2a’)的平均充电电压V1即14.2V所得的值)分配至3个单位电池α的充电。据此，结果可充电至每个单位电池α为(锂离子二次电池)3.9V(SOC换算为73％)。
作为电池集合体20’，在具备上述单位电池γ的结构中，设第1组电池2a(应为2a’)中的单位电池α的个数为nA、单位电池γ的个数为nC时，较为理想的是，将上限电压Va设定在4.05nAV+1.4nCV以上且4.15nAV+1.4nCV以下的范围。
如上所述，通过以适合于发电机1的额定电压地适当组合第1组电池2a(应为2a’)，可避免过分不足而进行充电。因此，将上限电压Va的范围设定在上述范围时，该范围理想的理由在于：虽然与不具备单位电池γ的结构同样，但通过将上限电压Va的范围设定在上述范围，能够回避构成第1组电池2a(应为2a’)的单位电池α或单位电池γ的充电电压变得异常大时的危险。
另外较为理想的是，如上述例所示，使用碱性蓄电池(具体而言为镍氢蓄电池，每个单位电池的平均充电电压为1.4V)作为构成第2组电池2b的单位电池β。
碱性蓄电池由于作为正极活性物质即氢氧化镍的特性，在完成完全充电的同时伴随温度上升，因此氧过电压下降而充电电压下降，但在替代发热显著的电阻而将第2组电池2b作为旁流电路的本实施方式的结构下，可回避电池集合体20(尤其是作为主电源的第1组电池2a)的环境温度的上升引起的单位电池的变形问题的发生。因此，可放心地使用能量密度高的碱性蓄电池，来作为构成旁流电路即第2组电池2b的单位电池β。
如上所述，本发明所涉及的电源系统包括：将串联连接有多个第1单位电池的第1组电池和串联连接有多个第2单位电池的第2组电池并联连接的电池集合体；对所述电池集合体进行充电的发电机，其中，所述电池集合体被设定成，使作为所述第1组电池达到满充电容量的一半的充电容量时的端子电压的平均充电电压V1，小于作为所述第2组电池达到满充电容量的一半的充电容量时的端子电压的平均充电电压V2。
根据上述结构，包含将串联连接有多个第1单位电池的第1组电池和串联连接有多个第2单位电池构成的第2组电池这两种组电池并联连接而构成的电池集合体，且被设定为所述第1组电池的平均充电电压V1小于所述第2组电池的平均充电电压V2。因此，通常时(达到被设定得比满充电电压稍低的强制放电开始电压之前)，主要由第1组电池接收来自发电机的充电电流，当第1组电池接近满充电，则由作为旁流电路的第2组电池接收来自发电机的充电电流。根据此结构，由于不使用伴随过度的发热的电阻，因此不会提高电池集合体(尤其是作为主电源的第1组电池)的环境温度。所以，能够回避因热引起的单位电池变形的问题。
因此，即使在使用镍氢蓄电池、镍镉蓄电池等碱性蓄电池或锂离子二次电池、锂聚合物二次电池等非水电解质二次电池之类的单位重量的能量密度高的二次电池时，也不会招致二次电池的变形等问题，可实现能够将来自发电机的电流全部作为充电电流接收的、安全性高的电源系统。
在上述结构中，也可还包括测量所述第1组电池的电压的电压测量部；基于所述电压测量部的测量结果，控制所述电池集合体的电压的控制部，其中，所述控制部当由所述电压测量部测量的第1组电池的测量电压达到上限电压Va时，控制停止向第1组电池的充电。
另外，在上述结构中也可以是，所述电压测量部测量构成所述第1组电池的各第1单位电池的电压，所述控制部当构成所述第1组电池的任意的第1单位电池的由电压测量部测量的测量电压达到上限电压Va时，控制停止向第1组电池的充电。
根据上述结构，由于也可应对例如起因于正极活性物质重量的不均、或温度经历的差异引起的劣化程度的不均的、构成所述第1组电池的各第1单位电池的容量的不均，因此理想。
在上述结构中，也可还包括切换所述发电机与所述第1组电池的连接的接通/断开的开关，所述控制部当由所述电压测量部测量的第1组电池的测量电压达到上限电压Va时，控制所述开关以断开所述连接。
在上述结构中也可以是，所述电压测量部测量构成所述第1组电池的各第1单位电池的电压，所述控制部当由构成所述第1组电池的任意的第1单位电池的电压测量部测量的测量电压达到上限电压Va时，控制所述开关以断开所述连接。
在上述结构中较为理想的是，将所述第1组电池2a的平均充电电压V1和所述第2组电池2b的平均充电电压V2的比V2/V1设定在1.01以上且1.18以下的范围。
这是因为，如果比V2/V1低于1.01，则来自发电机1的充电电流容易流入第2组电池，因此第1组电池无法有效率地被充电。另一方面，如果比V2/V1超过1.18，则第1组电池容易被过充电。
作为构成第1组电池的第1单位电池较为理想的是，如本实施方式所示，使用锂离子二次电池等非水电解质二次电池。
这是由于，非水电解质二次电池的能量密度比碱性蓄电池等高，因此适于作为电源系统中的充电电流的主要接收对象。另外，虽然非水电解质二次电池也存在在高温环境下电解液成分分解等问题，但在替代发热显著的电阻而将第2组电池作为旁流电路的本实施方式的结构下，可回避电池集合体(尤其是作为主电源的第1组电池)的环境温度的上升引起的单位电池的变形问题的发生。因此，作为构成第1组电池的第1单位电池，可放心地使用能量密度高的非水电解质二次电池。
此外，较为理想的是，使用非水电解质二次电池作为第1单位电池时，使用含钴的锂复合氧化物作为该非水电解质二次电池的正极活性物质。这是因为，通过使用钴酸锂等含钴的锂复合氧化物作为正极活性物质，非水电解质二次电池的放电电压变高，容易提高能量密度。
另外，当设第1组电池的第1单位电池的个数为nA时，较为理想的是，将第1组电池的上限电压Va设定在4.05nAV以上且4.15nAV以下的范围。这是因为，当将所述上限电压Va设定为不足4.05nAV时，第1组电池的可接受充电的量将变得过少。相反，当将上限电压Va设定为超过4.15nAV时，直至接近第1单位电池的过充电区域，第1组电池的强制放电也不会开始。
在上述结构中较为理想的是，所述第1组电池在所述串联连接的多个第1单位电池外，还串联连接由碱性蓄电池构成的第3单位电池。此外，较为理想的是，第3单位电池的容量比第1单位电池的容量大。
本发明所涉及的电源系统使用非水电解质二次电池作为第1单位电池时，较为理想的是，将强制放电开始电压Va设定为每个该第1单位电池为4.0V左右(即强制放电开始电压Va为4.0V的整数倍)。
在此，使用通用的铅蓄电池规格的发电机时，额定电压为14.5V，则存在如下问题，即其不是4.0V的整数倍，而产生余数(2.5V)。对此，在串联连接的多个第1单位电池上，还适宜地串联连接第3单位电池(平均充电电压为1.4V左右的碱性蓄电池)，从而可应对上述余数。
例如，当采用将平均充电电压为3.8V的锂离子二次电池作为第1单位电池α串联连接三个后，再将平均充电电压为1.4V的镍氢蓄电池作为单位电池γ串联连接两个的第1组电池时，第1组电池的平均充电电压V1为14.2V。在此作为第3单位电池的镍氢蓄电池的充电电压的平坦性高(相对于SOC的变化，端子电压的变化小)。即，在镍氢蓄电池的情况下，即使由于充电而SOC上升，充电电压也保持平坦而几乎不变化，与之相对，在锂离子蓄电池的情况下，由于充电而SOC上升，充电电压也随之上升，因此第1单位电池(锂离子二次电池)被充电至指定的电压(3.9V)。
因此，如将第3单位电池的容量设定得大于第1单位电池的容量，则可利用镍氢蓄电池的上述平坦性(充电途中不受SOC影响，充电电压保持平坦而几乎不变化)，将剩余的0.3V(从发电机1的额定电压即14.5V减去第1组电池2a的平均充电电压V1即14.2V所得的值)分配至3个第1单位电池的充电。由此，结果可充电至每个第1单位电池为(锂离子二次电池)3.9V(SOC换算为73％)。
在上述结构中，设第1组电池的第1单位电池的个数为nA、第3单位电池的个数为nC时，较为理想的是，所述强制放电开始电压Va被设定在4.05nAV+1.4nCV以上且4.15nA+1.4nCV以下的范围。
根据上述结构，通过以适合于发电机的额定电压地适当组合第1组电池，可避免过分不足而进行充电。因此，将强制放电开始电压Va的范围设定为上述范围时，该范围理想的理由在于：虽然与不具备第3单位电池的结构相同，但根据该范围，还可在构成第1组电池的第1单位电池或第3单位电池的充电电压变得异常大时回避危险。另外，即使不分别测量第1组电池的电压并控制，也可确保充分的安全性。
在上述结构中较为理想的是，使用碱性蓄电池(具体而言为镍氢蓄电池，每个单位电池的平均充电电压1.4V)作为构成第2组电池的第2单位电池。
碱性蓄电池由于作为正极活性物质即氢氧化镍的特性，在完成完全充电的同时伴随温度上升，因此氧过电压下降而充电电压下降，但在替代发热显著的电阻而将第2组电池作为旁流电路的本发明的结构下，可回避电池集合体的环境温度的上升引起的单位电池的变形问题的发生。因此，可放心地使用能量密度高的碱性蓄电池作为构成旁流电路即第2组电池的第2单位电池。
本发明提供电池集合体的控制方法，其中，所述电池集合体将串联连接有多个第1单位电池的第1组电池和串联连接有多个第2单位电池的第2组电池并联连接，且所述第1组电池的平均充电电压V1被设定成小于所述第2组电池的平均充电电压V2，该电池集合体的控制方法包括：测量所述第1组电池的电压的工序a；当在所述工序a测量的第1组电池的电压达到上限电压Va时，控制停止对所述第1组电池的充电的工序b。
在上述方法中较为理想的是，所述工序b利用切换发电机与所述第1组电池的连接的接通/断开的开关，当在所述工序a测量的第1组电池的测量电压达到上限电压Va时，控制所述开关以断开所述连接。
在上述方法中较为理想的是，所述工序a包含测量构成所述第1组电池的各单位电池A的电压的工序，当由构成所述第1组电池的任意的第1单位电池的电压测量部测量的测量电压达到所述上限电压Va时，控制停止向所述第1组电池的充电。
在上述方法中较为理想的是，将平均充电电压V1和所述平均充电电压V2的比V2/V1设定在1.01以上且1.18以下的范围。
在上述方法中较为理想的是，使用非水电解质二次电池作为所述第1单位电池。此外，较为理想的是，使用含钴的锂复合氧化物作为所述非水电解质二次电池的正极活性物质。
在上述方法中较为理想的是，设构成所述第1组电池的所述第1单位电池的个数为nA时，将所述上限电压Va设定在4.05nAV以上且4.15nAV以下的范围。
在上述方法中较为理想的是，作为所述第1组电池，使用在所述串联连接的多个第1单位电池上，还串联连接作为第3单位电池的碱性蓄电池的组电池。在上述方法中较为理想的是，作为所述第3单位电池，使用比所述第1单位电池的容量大的单位电池。
在上述方法中，设构成第1组电池的第1单位电池的个数为nA、所述第3单位电池的个数为nC时，较为理想的是，所述上限电压Va被设定在4.05nAV+1.4nCV以上且4.15nAV+1.4nCV以下的范围。
在上述方法中较为理想的是，使用碱性蓄电池作为所述第2单位电池。
根据本发明的上述各结构，可实现与所述的本发明的各电池系统的结构相同的效果。
另外，以上示出了使用锂离子二次电池作为第1单位电池(单位电池α)的例子，但即使使用非水电解质二次电池中的电解液为凝胶状的锂聚合物二次电池等，也能得到同样的结果。另外，以上示出了使用镍氢蓄电池作为第1(应为第2)单位电池的例子，但即使使用镍镉蓄电池等，也能得到同样的结果。
产业上的可利用性
本发明的电源系统使用由单位重量的能量密度比铅蓄电池高的非水电解质二次电池构成的组电池，因此可作为竞赛用车辆的电池启动电源的利用的可能性高、效果显著。

Claims (24)

1.一种电源系统，其特征在于包括：
电池集合体，将串联连接有多个第1单位电池的第1组电池和串联连接有多个第2单位电池的第2组电池并联连接；
发电机，对所述电池集合体进行充电，其中，
所述电池集合体被设定成，使作为所述第1组电池达到满充电容量的一半的充电容量时的端子电压的平均充电电压V1，小于作为所述第2组电池达到满充电容量的一半的充电容量时的端子电压的平均充电电压V2。
2.根据权利要求1所述的电源系统，其特征在于还包括：
电压测量部，测量所述第1组电池的电压；
控制部，基于所述电压测量部的测量结果，控制所述电池集合体的电压，其中，
所述控制部当由所述电压测量部测量的第1组电池的测量电压达到上限电压Va时，控制停止向第1组电池的充电。
3.根据权利要求2所述的电源系统，其特征在于：
所述电压测量部测量构成所述第1组电池的各第1单位电池的电压，
所述控制部当由构成所述第1组电池的任意的第1单位电池的电压测量部测量的测量电压达到上限电压Va时，控制停止向第1组电池的充电。
4.根据权利要求3所述的电源系统，其特征在于还包括：
开关，切换所述发电机与所述第1组电池的连接的接通/断开，
所述控制部当由所述电压测量部测量的第1组电池的测量电压达到上限电压Va时，控制所述开关以断开所述连接。
5.根据权利要求4所述的电源系统，其特征在于：
所述电压测量部测量构成所述第1组电池的各第1单位电池的电压，
所述控制部当由构成所述第1组电池的任意的第1单位电池的电压测量部测量的测量电压达到上限电压Va时，控制所述开关以断开所述连接。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电源系统，其特征在于：
所述第1组电池的平均充电电压V1和所述第2组电池的平均充电电压V2的比V2/V1被设定在1.01以上且1.18以下的范围。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的电源系统，其特征在于：
所述第1单位电池为非水电解质二次电池。
8.根据权利要求7所述的电源系统，其特征在于：
所述非水电解质二次电池的正极活性物质采用含钴的锂复合氧化物。
9.根据权利要求7或8所述的电源系统，其特征在于：
设所述第1组电池中的第1单位电池的个数为nA时，所述第1组电池的强制放电开始电压Va被设定在4.05nAV以上且4.15nAV以下的范围。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的电源系统，其特征在于：
所述第1组电池在所述串联连接的多个第1单位电池上还串联连接采用碱性蓄电池的第3单位电池。
11.根据权利要求10所述的电源系统，其特征在于：
所述第3单位电池的容量大于所述第1单位电池的容量。
12.根据权利要求10所述的电源系统，其特征在于：
设所述第1组电池中的所述第1单位电池的个数为nA、所述第3单位电池的个数为nC时，所述上限电压Va被设定在4.05nAV+1.4nCV以上且4.15nAV+1.4nCV以下的范围。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的电源系统，其特征在于：
作为所述第2单位电池采用碱性蓄电池。
14.一种电池集合体的控制方法，其中，所述电池集合体将串联连接有多个第1单位电池的第1组电池和串联连接有多个第2单位电池的第2组电池并联连接，且所述第1组电池的平均充电电压V1被设定成小于所述第2组电池的平均充电电压V2，其特征在于包括：
测量所述第1组电池的电压的工序a；
当在所述工序a测量的第1组电池的电压达到上限电压Va时，控制停止对所述第1组电池的充电的工序b。
15.根据权利要求14所述的电池集合体的控制方法，其特征在于：
所述工序b利用切换发电机与所述第1组电池的连接的接通/断开的开关，当在所述工序a测量的第1组电池的测量电压达到上限电压Va时，控制所述开关以断开所述连接。
16.根据权利要求15所述的电池集合体的控制方法，其特征在于：
所述工序a包含测量构成所述第1组电池的各单位电池A的电压的工序，当由电压测量部测量的构成所述第1组电池的任意的第1单位电池的测量电压达到所述上限电压Va时，控制停止向所述第1组电池的充电。
17.根据权利要求14至16中任一项所述的电池集合体的控制方法，其特征在于：
平均充电电压V1和所述平均充电电压V2的比V2/V1被设定在1.01以上且1.18以下的范围。
18.根据权利要求13至17中任一项所述的电池集合体的控制方法，其特征在于：
作为所述第1单位电池采用非水电解质二次电池。
19.根据权利要求18所述的电池集合体的控制方法，其特征在于：
所述非水电解质二次电池的正极活性物质采用含钴的锂复合氧化物。
20.根据权利要求18或19所述的电池集合体的控制方法，其特征在于：
设构成所述第1组电池的所述第1单位电池的个数为nA时，所述上限电压Va被设定在4.05nAV以上且4.15nAV以下的范围。
21.根据权利要求18至20中任一项所述的电池集合体的控制方法，其特征在于：
所述第1组电池在所述串联连接的多个第1单位电池上还串联连接作为第3单位电池的碱性蓄电池。
22.根据权利要求21所述的电池集合体的控制方法，其特征在于：
作为所述第3单位电池采用比所述第1单位电池的容量大的电池。
23.根据权利要求22所述的电池集合体的控制方法，其特征在于：
设构成所述第1组电池的所述第1单位电池的个数为nA、所述第3单位电池的个数为nC时，所述上限电压Va被设定在4.05nAV+1.4nCV以上且4.15nAV+1.4nCV以下的范围。
24.根据权利要求14至23中任一项所述的电池集合体的控制方法，其特征在于：
作为所述第2单位电池采用碱性蓄电池。
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