JP2011018537A - 組電池、及び電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】非水系二次電池と水溶液系二次電池とが直列接続された組電池において、水溶液系二次電池の、非水系二次電池よりも充電効率が低い性質や自己放電が多い性質によって生じる弊害を低減することが容易な組電池、及びこのような組電池を用いた電池システムを提供する。
【解決手段】リチウムイオン二次電池２とニッケル水素二次電池３とが直列に接続された電池ブロックＢ１と、リチウムイオン二次電池２のセルあたりの蓄電電荷量が、ニッケル水素二次電池３のセルあたりの蓄電電荷量よりも相対的に減少する方向に向かうように、リチウムイオン二次電池２のセルあたりの蓄電電荷量とニッケル水素二次電池３のセルあたりの蓄電電荷量との関係を調節するＮＴＣサーミスタ７及びダイオードＤを備えた。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の二次電池を備える組電池、及びこの組電池を備えた電池システムに関する。

従来、二輪車や三輪車、及び四輪以上の車両には、動力系の始動用や、電気回路、電気機器の駆動用として鉛蓄電池が搭載されている。鉛蓄電池は、低価格であるが、蓄電エネルギー密度が小さいため、搭載重量および体積が大きい。車両としての燃費、動力性能の観点からは、この重量および体積の軽量化、コンパクト化が求められている。

この改善策として、より蓄電エネルギー密度の大きいニッケル−カドミウム二次電池、ニッケル水素二次電池や、リチウムイオン二次電池、リチウムポリマー二次電池を採用する方法がある。また、一種類の電池で組電池を構成した場合における様々な課題解決のため、非水系二次電池と水溶液系二次電池とが直列接続された組電池も提案されている（例えば、特許文献１、２参照。）。

特許文献１に記載の組電池は、非水系二次電池よりも水溶液系二次電池の電池容量が小さくされており、この組電池を充電すると、非水系二次電池よりも水溶液系二次電池が先に満充電になるようにされている。そして、水溶液系二次電池が満充電になると、副反応が生じて酸素が発生し、この副反応に伴う温度上昇によって電池の起電圧が低下する現象に基づいて水溶液系二次電池の満充電を検出し、組電池の充電を終了させるようになっている。

一方、特許文献２に記載の組電池は、水溶液系二次電池よりも非水系二次電池の電池容量が小さくされており、この組電池を充電すると、水溶液系二次電池よりも非水系二次電池が先に満充電になるようにされている。そして、非水系二次電池のＳＯＣが大きくなると充電電流が減少する性質を利用して、非水系二次電池が満充電近くになったこと検出し、組電池の充電を終了させるようになっている。

特開平９−１８０７６８号公報 特開２００９−４３４９号公報

しかしながら、上述のように、非水系二次電池と水溶液系二次電池とを直列接続した組電池を充放電すると、非水系二次電池に流れる充放電電流と、水溶液系二次電池に流れる充放電電流とは常に等しくなる。そして、水溶液系二次電池は、充電の際に電解液の電気分解反応も伴うことから、非水系二次電池よりも一般的に充電効率が小さい傾向がある。

そのため、このような組電池の充放電を繰り返すと、水溶液系二次電池に蓄電される蓄電電荷量が非水系二次電池に対して相対的に徐々に減少していき、非水系二次電池の蓄電電荷量は水溶液系二次電池に対して相対的に増大し、かつその差が増大していく。

さらに、水溶液系二次電池は、非水系二次電池よりも一般的に自己放電が大きいため、時間の経過に伴い非水系二次電池との蓄電電荷量の差がますます増大していく。

そのため、特許文献１に記載の組電池では、非水系二次電池よりも水溶液系二次電池の電池容量が小さくされているにもかかわらず、非水系二次電池より水溶液系二次電池の蓄電電荷量が少ない状態から充電を行うために、水溶液系二次電池より先に非水系二次電池が満充電になってしまうおそれがある。そして、非水系二次電池が満充電になった後も、水溶液系二次電池が満充電になるまで充電され続けるために、非水系二次電池が過充電になってしまうおそれがあるという、不都合があった。

また、特許文献２に記載の組電池では、非水系二次電池の蓄電電荷量と水溶液系二次電池の蓄電電荷量との差が大きい状態で充電を行うと、非水系二次電池が満充電近くになって組電池の充電が終了したときには、水溶液系二次電池の蓄電電荷量が少ない状態となり、水溶液系二次電池を充分に充電することができなくなる。そして、蓄電電荷量の差がさらに増大していくと、最終的には水溶液系二次電池がほとんど充電されないまま組電池の充電が終了してしまうという、不都合があった。

さらに、非水系二次電池と水溶液系二次電池とが直列接続された組電池の場合、非水系二次電池に流れる電流と水溶液系二次電池に流れる電流は常に等しくなる。従って、上述のように水溶液系二次電池の蓄電電荷量が少なくなっていると、例えリチウムイオン二次電池の蓄電電荷量が水溶液系二次電池の蓄電電荷量より多くても、水溶液系二次電池が放電して蓄電電荷量がゼロになると、まだ蓄電電荷が残っているリチウムイオン二次電池も放電できなくなってしまう。

そのため、水溶液系二次電池の蓄電電荷量がリチウムイオン二次電池より少なくなると、組電池全体の放電可能な蓄電電荷量が、充分に充電されない水溶液系二次電池の蓄電電荷量によって制限される結果、減少してしまうという、不都合があった。

このように、非水系二次電池と水溶液系二次電池とが直列接続された組電池の場合、非水系二次電池の蓄電電荷量と水溶液系二次電池の蓄電電荷量とのバランスが崩れると、上述したような種々の弊害が生じることとなる。

本発明の目的は、非水系二次電池と水溶液系二次電池とが直列接続された組電池において、水溶液系二次電池の、非水系二次電池よりも充電効率が低い性質や自己放電が多い性質によって生じる弊害を低減することが容易な組電池、及びこのような組電池を用いた電池システムを提供することである。

本発明に係る組電池は、非水系二次電池と水溶液系二次電池とが直列に接続された電池ブロックと、前記非水系二次電池のセルあたりの蓄電電荷量が、前記水溶液系二次電池のセルあたりの蓄電電荷量よりも相対的に減少する方向に向かうように、当該非水系二次電池のセルあたりの蓄電電荷量と当該水溶液系二次電池のセルあたりの蓄電電荷量との関係を調節する蓄電電荷量調節部とを備える。

この構成によれば、水溶液系二次電池のセルあたりの蓄電電荷量が、充電効率の低さや自己放電が多い性質によって非水系二次電池よりも相対的に減少していく。その一方、蓄電電荷量調節部によって、非水系二次電池のセルあたりの蓄電電荷量が、水溶液系二次電池のセルあたりの蓄電電荷量よりも相対的に減少する方向に向かうように、非水系二次電池の放電、及び水溶液系二次電池の充電のうち少なくとも一方が実行されて、非水系二次電池のセルあたりの蓄電電荷量と水溶液系二次電池のセルあたりの蓄電電荷量との関係が調節される。

その結果、非水系二次電池よりも充電効率が低く自己放電が多い性質により生じる水溶液系二次電池の、蓄電電荷量の減少が相殺される方向に、非水系二次電池のセルあたりの蓄電電荷量と当該水溶液系二次電池のセルあたりの蓄電電荷量との関係が調節されるので、非水系二次電池と水溶液系二次電池とが直列接続された組電池において、水溶液系二次電池の、非水系二次電池よりも充電効率が低い性質や自己放電が多い性質によって生じる弊害を低減することが容易となる。

また、前記蓄電電荷量調節部は、前記非水系二次電池と前記水溶液系二次電池とにおける充電効率の差、及び前記水溶液系二次電池の自己放電によって生じる前記水溶液系二次電池の蓄電電荷量の減少を、実質的に補うように、前記非水系二次電池のセルあたりの蓄電電荷量と前記水溶液系二次電池のセルあたりの蓄電電荷量との関係を調節することが好ましい。

この構成によれば、蓄電電荷量調節部によって、充電効率の低さや自己放電が多い性質により生じる水溶液系二次電池の蓄電電荷量の減少が相殺される方向に、かつその減少を量的に実質的に補うように、非水系二次電池のセルあたりの蓄電電荷量と水溶液系二次電池のセルあたりの蓄電電荷量との関係が調節されるので、非水系二次電池のセルあたりの蓄電電荷量と水溶液系二次電池のセルあたりの蓄電電荷量との間のバランスが保たれる結果、非水系二次電池と水溶液系二次電池とが直列接続された組電池において、水溶液系二次電池の、非水系二次電池よりも充電効率が低い性質や自己放電が多い性質によって生じる弊害を低減することが容易となる。

また、前記電池ブロックにおける、前記非水系二次電池のセル数と前記水溶液系二次電池のセル数との比率は３：２であり、前記非水系二次電池のセルと前記水溶液系二次電池のセルとは、同一極性方向に直列接続されていることが好ましい。

非水系二次電池のセル数と水溶液系二次電池のセル数との比率を３：２とし、非水系二次電池のセルと水溶液系二次電池のセルとを同一極性方向に直列接続した組電池は、非水系二次電池のセルを４の整数倍だけ直列接続した組電池よりも各セルが満充電になったときの組電池の端子電圧が鉛蓄電池に近い。そのため、このような構成の組電池は、鉛蓄電池の代わりに用いて鉛蓄電池用の充電器で充電することが容易である。

また、前記電池ブロックにおける、前記非水系二次電池のセル数と前記水溶液系二次電池のセル数との比率は３：１であり、前記非水系二次電池のセルと前記水溶液系二次電池のセルとは、同一極性方向に直列接続されるようにしてもよい。

鉛蓄電池用の充電器の中には、鉛蓄電池の長寿命化を図るために、通常の鉛蓄電池用の充電器よりも充電電圧を低下させているものがある。このような充電器で充電する場合、非水系二次電池のセル数と水溶液系二次電池のセル数との比率を３：１とし、非水系二次電池のセルと水溶液系二次電池のセルとを同一極性方向に直列接続した組電池が充電に適する。

また、前記非水系二次電池のセルと前記水溶液系二次電池のセルとは、逆極性の方向に直列接続されるようにしてもよい。

この構成によれば、組電池を構成するにあたっての、非水系二次電池と水溶液系二次電池との組み合わせ方のバリエーションが増加するので、組電池全体の端子電圧として、所望の電圧を得ることが容易となる。

また、前記電池ブロックにおける、前記非水系二次電池のセル数と前記水溶液系二次電池のセル数との比率は４：１であることが好ましい。

非水系二次電池のセルと水溶液系二次電池のセルとを逆極性の方向に直列接続し、かつその比率を４：１とした組電池は、非水系二次電池のセルを４の整数倍だけ直列接続した組電池よりも、非水系二次電池の各セルが満充電になり、かつ水溶液系二次電池が放電されている状態の組電池の端子電圧が鉛蓄電池に近い。そのため、このような構成の組電池は、鉛蓄電池の代わりに用いて鉛蓄電池用の充電器で充電することが容易である。

また、前記電池ブロックを所定の充電電圧で満充電になるまで充電したときの前記非水系二次電池のセルあたりの蓄電電荷量が充電可能電荷量Ｃｆｒであり、前記水溶液系二次電池のセルあたりの電池容量がＣｎであるとき、当該非水系二次電池の所定のタイミングにおけるセルあたりの蓄電電荷量Ｑｒｔ、及び当該水溶液系二次電池の前記タイミングにおけるセルあたりの蓄電電荷量Ｑｎｔが、下記の式（Ａ）及び式（Ｂ）で示す関係を満たすように、設定されていること
Ｃｆｒ−Ｑｒｔ ＜ Ｑｎｔ ・・・（Ａ）
Ｑｒｔ ＜ Ｃｎ−Ｑｎｔ ・・・（Ｂ）
が好ましい。

この構成によれば、充放電に伴い非水系二次電池に流れる電流と水溶液系二次電池に流れる電流とは常に等しく、かつ電流の流れる方向が逆である。従って、非水系二次電池のセルと水溶液系二次電池のセルとが逆極性の方向に直列接続されている場合における、組電池の充放電方向を、非水系二次電池の充放電方向と一致するものとした場合、組電池を充電すると、非水系二次電池は充電され、水溶液系二次電池は放電される。組電池を放電すると、非水系二次電池は放電され、水溶液系二次電池は充電される。

そして、充電効率の低さや自己放電が多い性質による水溶液系二次電池の蓄電電荷量の減少が蓄電電荷量調節部によって低減されているから、組電池を充放電させる前の所定のタイミングにおいて、非水系二次電池のセルあたりの蓄電電荷量Ｑｒｔ、及び当該水溶液系二次電池のセルあたりの蓄電電荷量Ｑｎｔが、式（Ａ）及び式（Ｂ）で示す関係を満たすように設定すると、非水系二次電池のセルあたりの蓄電電荷量Ｑｒｔ、及び水溶液系二次電池のセルあたりの蓄電電荷量Ｑｎｔは、組電池の充放電を繰り返した後も式（Ａ）及び式（Ｂ）で示す関係が、実質的に維持される。

さらに、あるタイミングでのＣｆｒ−Ｑｒｔはそのタイミングから非水系二次電池に充電可能な電荷量を示しているから、式（Ａ）を満たす関係が実質的に維持されていると、この組電池を定電圧充電する際に非水系二次電池の蓄電電荷量が充電可能電荷量Ｃｆｒに達する前に水溶液系二次電池の蓄電電荷量がゼロになることがないので、定電圧充電によって非水系二次電池を充電可能電荷量まで充電できなくなるおそれが低減される。

そして、あるタイミングでのＣｎ−Ｑｎｔはそのタイミングから水溶液系二次電池に充電可能な電荷量を示しているから、式（Ｂ）で示す関係が実質的に維持されていると、この組電池を放電する際に非水系二次電池の蓄電電荷量がゼロになる前に水溶液系二次電池が満充電になってそれ以上非水系二次電池が放電できなくなるおそれが低減されるので、非水系二次電池の蓄電電荷量を有効に活用することが容易になる。

また、前記蓄電電荷量調節部は、前記非水系二次電池と並列に接続された抵抗体を用いて構成されていることが好ましい。

この構成によれば、抵抗体を介して非水系二次電池を放電させることができる結果、充電効率の低さや自己放電が少ないことにより、蓄電電荷量が水溶液系二次電池ほど減らない、非水系二次電池の蓄電電荷量を減少させることができ、水溶液系二次電池の蓄電電荷量と、非水系二次電池の蓄電電荷量とのバランスをとることができる。その結果、非水系二次電池と水溶液系二次電池とが直列接続された組電池において、水溶液系二次電池の、非水系二次電池よりも充電効率が低い性質や自己放電が多い性質によって生じる弊害を低減することが容易となる。

また、前記抵抗体は、ＮＴＣサーミスタであることが好ましい。

水溶液系二次電池の自己放電量は、温度が高くなるほど増大し、温度が低くなるほど減少する性質を有している。従って、水溶液系二次電池の自己放電量とのバランスをとるために、非水系二次電池の放電量も、温度が低くなるほど減少させることが望ましい。ここで、ＮＴＣサーミスタは、温度が低くなるほど抵抗値が増大して非水系二次電池の放電量を、温度が低くなるほど減少させることができるので、抵抗体として好適である。

また、前記抵抗体と直列に接続されたダイオードをさらに備え、前記抵抗体と前記ダイオードとの直列回路が前記非水系二次電池と並列に接続されており、前記ダイオードは、並列に接続された非水系二次電池の放電方向が順方向になる向きに接続されていることが好ましい。

この構成によれば、非水系二次電池が放電してその端子電圧がダイオードの順方向オン電圧を下回ると、ダイオードがオフして放電が停止するので、非水系二次電池が過放電するおそれが低減される。

また、前記非水系二次電池と前記水溶液系二次電池とのうち少なくとも一方における、充電及び放電のうち少なくとも一方を制御する制御部をさらに備え、前記制御部の動作用電力を、前記非水系二次電池から供給することにより、当該制御部を前記蓄電電荷量調節部として用いることが好ましい。

この構成によれば、非水系二次電池は、制御部の動作用電力を供給するために放電するので、充電効率の低さや自己放電により蓄電電荷量が減少する水溶液系二次電池の蓄電電荷量と、非水系二次電池の蓄電電荷量とのバランスをとることができる。

また、前記電池ブロックにおいて最もマイナス側に接続されたセルは前記非水系二次電池であり、当該非水系二次電池の負極が、組電池のグラウンド端子と同電位にされていることが好ましい。

この構成によれば、制御部の動作用電力は非水系二次電池から供給されるから、非水系二次電池の負極電位は制御部の電源グラウンドレベルと等しい。そして、非水系二次電池の負極が、組電池のグラウンド端子と同電位にされているから、制御部の電源グラウンドレベルは組電池のグラウンド端子と同電位にされるので、制御部の動作を安定させることが容易となる。

また、前記蓄電電荷量調節部は、前記電池ブロックに含まれる非水系二次電池及び水溶液系二次電池のうち少なくとも一部から、前記水溶液系二次電池の充電電流を供給する充電回路を用いて構成されていることが好ましい。

この構成によれば、組電池単体で、非水系二次電池と水溶液系二次電池との蓄電電荷量のバランスをとることができる。また非水系二次電池と水溶液系二次電池のうちの少なくとも一部から、充電電流を生成することにより、非水系二次電池の蓄電電荷量の減少以上に水溶液系二次電池の蓄電電荷量を増大させることができ、ＤＣＤＣコンバータなども使うこともなく、容易に蓄電電荷量調節部を構成することができる。

また、前記充電回路は、前記非水系二次電池からの電力供給に基づき、前記水溶液系二次電池の充電電流を生成することが好ましい。

この構成によれば、充電回路へ電力を供給するために非水系二次電池が放電され、その電力に基づき水溶液系二次電池が充電されるので、充電効率の低さや自己放電により蓄電電荷量が減少する水溶液系二次電池の蓄電電荷量を補って、非水系二次電池の蓄電電荷量とのバランスをとることができる。

また、前記蓄電電荷量調節部は、前記電池ブロックにおける前記非水系二次電池のセルと前記水溶液系二次電池のセルとを、２対１の割合で含む直列回路と並列に接続された充電電流供給用抵抗を用いて構成されていることが好ましい。

この構成によれば、非水系二次電池のセルと水溶液系二次電池のセルとは逆方向に接続されているから、水溶液系二次電池は、その２倍の数の非水系二次電池によって、充電電流供給用抵抗を介して充電される。そうすると、非水系二次電池が放電され、その放電電流に基づき水溶液系二次電池が充電されるので、充電効率の低さや自己放電により蓄電電荷量が減少する水溶液系二次電池の蓄電電荷量を補って、非水系二次電池の蓄電電荷量とのバランスをとることができる。

また、前記充電電流供給用抵抗の抵抗値は、１ｋΩ〜１００ｋΩであることが好ましい。

例えば、２４ｈ程度電池が放置された後に充放電されるような使用環境では、充電電流供給用抵抗の抵抗値が１ｋΩ、数ヶ月間電池が放置され後に充放電されるような使用環境では、充電電流供給用抵抗の抵抗値が１００ｋΩとすると、蓄電電荷量の調整量が好適となる。

また、前記電池ブロックの両端間の電圧を検出する電圧検出部と、前記電圧検出部によって検出された電圧が、予め設定された閾値電圧を下回るとき、前記電池ブロックに含まれる水溶液系二次電池を当該電池ブロックから切り離す切替回路をさらに備えることが好ましい。

この構成によれば、電池ブロックの端子電圧が閾値電圧を下回ると、非水系二次電池と逆方向に接続された水溶液系二次電池が切替回路によって電池ブロックから切り離されるので、電池ブロックの端子電圧を上昇させることができる。

また、前記切替回路は、前記水溶液系二次電池と直列に接続された第１スイッチング素子と、前記水溶液系二次電池と第１スイッチング素子との直列回路と並列に接続された第２スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子をオフ、前記第２スイッチング素子をオンすることにより前記水溶液系二次電池を前記電池ブロックから切り離し、前記第１スイッチング素子をオン、前記第２スイッチング素子をオフすることにより前記水溶液系二次電池を前記電池ブロックに接続する切替制御部とを含むことが好ましい。

この構成によれば、電池ブロックの端子電圧が閾値電圧を下回ると、第１スイッチング素子がオフ、第２スイッチング素子がオンされて、水溶液系二次電池が電池ブロックから切り離される。また、電池ブロックの端子電圧が閾値電圧を上回ると、切替制御部によって、第１スイッチング素子がオン、第２スイッチング素子がオフされることにより水溶液系二次電池が電池ブロックに接続される。

また、前記水溶液系二次電池は、ニッケル水素二次電池であることが好ましい。

ニッケル水素二次電池は、水溶液系二次電池の中でも高エネルギー密度であるため、組電池をより軽量化およびコンパクト化することが可能となる。

また、前記非水系二次電池は、リチウムイオン二次電池であることが好ましい。

リチウムイオン二次電池は、非水系二次電池の中でも高エネルギー密度であるため、組電池をより軽量化およびコンパクト化することが可能となる。

また、本発明に係る電池システムは、上述の組電池と、予め設定された一定の充電電圧を前記組電池の電池ブロックへ供給する第１充電回路とを備える。

この構成によれば、上述の組電池を、定電圧充電することができる。

また、本発明に係る電池システムは、上述の組電池と、予め設定された一定の充電電圧を前記組電池の電池ブロックへ供給する第１充電回路と、前記水溶液系二次電池の充電電流を供給する第２充電回路とを備え、前記蓄電電荷量調節部は、前記水溶液系二次電池の充電電流を前記第２充電回路から受電する接続端子である。

この構成によれば、水溶液系二次電池を充電するための第２充電回路を組電池が備えなくてもよいので、組電池の構成を簡素化することが容易である。また水溶液系二次電池の蓄電電気量を安定して非水系二次電池よりも大きくすることができるため、温度や充放電回数が大きく変動するような使用条件でも安定して、非水系二次電池と水溶液系二次電池の蓄電電荷量のバランスをとることが容易となる。

また、前記充電電圧の値が、実質的に１４．５Ｖの整数倍であることが好ましい。

この構成によれば、充電電圧として１４．５Ｖの整数倍の電圧を用いる鉛蓄電池用の充電器を第１充電回路として用いることができる。

また、前記充電電圧の値が、実質的に１３．７Ｖの整数倍となるようにしてもよい。

この構成によれば、充電電圧として１３．７Ｖの整数倍の電圧を用いる鉛蓄電池用の充電器を第１充電回路として用いることができる。

また、本発明に係る電池システムは、非水系二次電池と水溶液系二次電池とが、互いに逆極性の方向に直列に接続された電池ブロックと、予め設定された一定の充電電圧を前記電池ブロックへ供給する第１充電回路と、前記非水系二次電池の充電電流を供給する第２充電回路と、前記充電電流を前記第２充電回路から受電し、前記非水系二次電池へ供給する接続端子とを備える。

非水系二次電池のセルと水溶液系二次電池のセルとが、逆極性の方向に直列接続された電池ブロックは、非水系二次電池を充電することによっても、充電効率の低さや自己放電が多い性質により生じる水溶液系二次電池の蓄電電荷量の減少が相殺される方向に、当該非水系二次電池のセルあたりの蓄電電荷量と当該水溶液系二次電池のセルあたりの蓄電電荷量との関係を調節することができる。従って、この構成によれば、接続端子によって、第２充電回路から非水系二次電池を充電する充電電流が受電されて非水系二次電池が充電されるので、第２充電回路を組電池が備えなくても当該非水系二次電池のセルあたりの蓄電電荷量と当該水溶液系二次電池のセルあたりの蓄電電荷量との関係を調節することができ、組電池の構成を簡素化することが容易である。

このような構成の組電池、及び電池システムによれば、充電効率の低さや自己放電が多い性質により生じる水溶液系二次電池の蓄電電荷量の減少が相殺される方向に、該非水系二次電池のセルあたりの蓄電電荷量と当該水溶液系二次電池のセルあたりの蓄電電荷量との関係が調節されるので、非水系二次電池と水溶液系二次電池とが直列接続された組電池において、水溶液系二次電池の、非水系二次電池よりも充電効率が低い性質や自己放電が多い性質によって生じる弊害を低減することが容易となる。

本発明の第１の実施形態に係る組電池の外観の一例を示す斜視図である。 図１に示す組電池と、組電池を充電する充電器とを備えた電池システムの電気的構成の一例を示す回路図である。 図２に示す電池システムの変形例を示す回路図である。 図２、図３に示す充電器の構成の一例を示すブロック図である。 図４に示す充電器によって、組電池を定電流定電圧（ＣＣＣＶ）充電した場合の、充電時間と、各リチウムイオン二次電池、及び各ニッケル水素二次電池の端子電圧と、組電池の端子電圧値との一例を示したグラフである。 本発明の第２の実施形態に係る電池システムに用いられる組電池の構成の一例を示す外観図である。 図６に示す組電池と、組電池を充電する充電器とを備えた電池システムの電気的構成の一例を示す回路図である。 図７に示す電池システムにおいて、組電池を定電流定電圧（ＣＣＣＶ）充電した場合の、充電時間と、組電池の端子電圧値Ｖｂと、４個のリチウムイオン二次電池の端子電圧を合計した電圧Ｖｒとの関係の一例を示したグラフである。 図７に示す電池システムにおいて、組電池を放電した場合の、充電時間と、組電池の端子電圧値Ｖｂと、４個のリチウムイオン二次電池の端子電圧を合計した電圧Ｖｒとの関係の一例を示したグラフである。 本発明の第３の実施形態に係る電池システムの電気的構成の一例を示す回路図である。 図１０に示す電池システムの変形例を示す回路図である。 実施例１における測定結果を示すグラフである。 実施例２における測定結果を示す一覧表である。

以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る組電池の外観の一例を示す斜視図である。図１に示す組電池１は、例えば二輪車や四輪車その他工事車両等の車載用のバッテリとして用いられる。図１に示す組電池１は、例えば、略箱状の筐体６に、３個のリチウムイオン二次電池２（非水系二次電池）と２個のニッケル水素二次電池３（水溶液系二次電池）とが同一極性方向に直列接続された電池ブロックＢ１を収容して構成されている。

３個のリチウムイオン二次電池２と、２個のニッケル水素二次電池３とは、ニッケル水素二次電池３の負極にリチウムイオン二次電池２の正極が接続されて電池ブロックＢ１が構成されている。

リチウムイオン二次電池２は、非水系二次電池の一例に相当し、リチウムイオン二次電池２の代わりにリチウムポリマー二次電池等の他の非水系二次電池を用いてもよい。また、ニッケル水素二次電池３は、水溶液系二次電池の一例に相当し、ニッケル水素二次電池３の代わりにニッケル−カドミウム二次電池等の他の水溶液系二次電池を用いてもよい。

しかしながら、水溶液系二次電池のなかではニッケル水素二次電池が最も高いエネルギー密度を有しており、また、非水系二次電池のなかではリチウムイオン二次電池が最も高いエネルギー密度を有している。従って、軽量化およびコンパクト化の観点から、それぞれ、水溶液系二次電池にはニッケル水素二次電池、非水溶液系二次電池にはリチウムイオン二次電池を用いることがより好ましい。

また、筐体６の上面に、接続端子４，５が上向きに突設されている。接続端子４は、電池ブロックＢ１の一端に位置するニッケル水素二次電池３の正極端子すなわち電池ブロックＢ１の正極端子と接続され、組電池１の正極端子を構成している。

一方、接続端子５は、電池ブロックＢ１の他端に位置するリチウムイオン二次電池２の負極端子すなわち電池ブロックＢ１において最もマイナス側に接続されたセルの負極端子と接続されている。これにより、接続端子５の電位がグラウンドレベルとなるようにされている。

図１に示す例では、接続端子４，５はボルト状をなし、これにナット４１，５１が螺合可能となっている。一方、接続端子４に接続されるべき電線４２の端末には、接続端子４に外嵌可能なリング状の配線側端子４３がカシメ等の手段で固定され、同様に、接続端子５に接続されるべき電線５２の端末には、接続端子５に外嵌可能なリング状の配線側端子５３がカシメ等の手段で固定されている。そして、配線側端子４３，５３を組電池１の接続端子４及び接続端子５にそれぞれ外嵌し、接続端子４，５にナット４１，５１を装着して締め付けることにより、電線４２，５２の端末が接続端子４，５に電気的に接続されるようになっている。

電線４２，５２は、車両内の電気回路や組電池１を充電する充電回路等に接続されており、組電池１の充放電に用いられる。

なお、接続端子４，５は、ボルト状のものに限られず、例えば円柱状であってもよい。そして、配線側端子４３，５３として、例えば導電性を有する金属板がその中間部分で略Ｃ字状に曲げ加工されたものを用いて、当該中間部分を接続端子４，５の外側にそれぞれ遊嵌した後、配線側端子４３，５３の両端をボルト等で締め付けることにより、接続端子４，５と配線側端子４３，５３とを結合する構成であってもよい。

このような筐体構造、及び端子構造を有することにより、組電池１を、車載用の鉛蓄電池と置き換えて、鉛蓄電池用の充電回路等に接続するための配線側端子４３，５３と接続することが容易となる。

また、組電池１は、必ずしも筐体６に収容されている必要はなく、鉛電池用の配線側端子４３，５３とそのまま接続可能な接続端子を備えるものに限らない。接続端子４，５は、例えば、端子台やコネクタの他、例えばセルの電極端子そのものであってもよい。

図２は、図１に示す組電池１と、組電池１を充電する充電器２０（第１充電回路）とを備えた電池システム１００の電気的構成の一例を示す回路図である。図２に示す組電池１は、接続端子４，５、電池ブロックＢ１、３個のＮＴＣ（negative temperature coefficient）サーミスタ７、９個のダイオードＤ、電圧検出回路８、制御部９、スイッチング素子１１、及び抵抗１２を備えて構成されている。

電池ブロックＢ１において、電池ブロックＢ１を充電器２０によって満充電になるまで充電したときのリチウムイオン二次電池２のセルあたりの蓄電電荷量が充電可能電荷量Ｃｆｒであるとき、リチウムイオン二次電池２の充電可能電荷量Ｃｆｒが、ニッケル水素二次電池３のセルあたりの電池容量Ｃｎ（公称容量）より小さくなるように、リチウムイオン二次電池２とニッケル水素二次電池３の電池容量がそれぞれ設定されている。

ここで、電池ブロックＢ１が満充電になるときとは、電池ブロックＢ１が充電器２０の、充電終了の条件を満たす状態になったときである。すなわち、例えば充電器２０が予め設定された一定の充電電圧、例えば１４．５Ｖの定電圧充電を行って、電池ブロックＢ１に流れる電流が予め定電圧充電の終了条件として設定された充電終止電流以下になったときに充電を終了するのであれば、前記充電電圧を印加された状態で流れる電流が充電終止電流以下になったとき、電池ブロックＢ１が満充電になったことになる。このとき、ニッケル水素二次電池３は必ずしも満充電になっていない。

なお、充電器２０を、ニッケル水素二次電池３（水溶液系二次電池）が満充電になった際の副反応に伴う温度上昇によって電池の起電圧が低下する現象に基づいて組電池１の充電を終了させるようにした場合には、リチウムイオン二次電池２のセルあたりの充電可能電荷量Ｃｆｒを、ニッケル水素二次電池３のセルあたりの電池容量Ｃｎ（公称容量）より大きくしてもよい。

この場合、ニッケル水素二次電池３（水溶液系二次電池）が満充電になって副反応に伴う温度上昇を生じたときが、電池ブロックＢ１が満充電になったときとなる。このとき、リチウムイオン二次電池２は必ずしも満充電になっていない。

このように、電池ブロックＢ１が満充電になるときとは、電池ブロックＢ１に含まれるすべてのセルが満充電になるときを意味するのではない。組電池１の充電に用いられる充電器２０の充電終了条件を満たすとき（状態）が、電池ブロックＢ１が満充電になったとき（状態）となる。

従って、充電可能電荷量Ｃｆｒは、組電池１の充電に用いられることが想定される充電装置の充電終了条件に応じて設定する必要がある。

そして、１個のＮＴＣサーミスタ７と３個のダイオードＤとが直列接続された直列回路が３組構成され、この各組の直列回路が、電池ブロックＢ１に含まれる３個のリチウムイオン二次電池２のそれぞれと並列に接続されている。これにより、各リチウムイオン二次電池２は、ＮＴＣサーミスタ７とダイオードＤとを介して放電するので、リチウムイオン二次電池２の蓄電電荷量が徐々に減少する。

また、スイッチング素子１１と抵抗１２との直列回路が、３個のリチウムイオン二次電池２の直列回路と並列に接続されている。

電圧検出回路８は、例えばアナログデジタルコンバータを用いて構成されており、各リチウムイオン二次電池２の端子電圧を検出し、その各端子電圧をデジタル値に変換して制御部９へ出力する。

制御部９は、例えば所定の演算処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）と、所定の制御プログラムが記憶された不揮発性のＲＯＭ（Read Only Memory）と、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）と、その周辺回路等と、これらを動作させるための消費電流を受電する電源端子９１，９２とを備えて構成されている。

電源端子９１は、３個直列接続されたリチウムイオン二次電池２のうち、最も高電位側のセルの正極端子に接続されている。また、電源端子９２は、電池ブロックＢ１において最もマイナス側に接続されたセルの負極端子と接続されて、電源端子９２がグラウンドレベルになるようにされている。これにより、制御部９の動作を安定させることが容易となる。

そして、制御部９は、例えばＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、電圧検出回路８によって検出された各リチウムイオン二次電池２の端子電圧を、過充電を検出するために予め設定された過充電電圧（例えば４．３Ｖ）と比較する。そして、各リチウムイオン二次電池２の端子電圧のうち少なくとも一つが過充電電圧を超えると、スイッチング素子１１をオンさせて、各リチウムイオン二次電池２を、抵抗１２を介して放電させる。

制御部９は、上述のようにスイッチング素子１１のオン、オフを制御することで、リチウムイオン二次電池２の放電を制御して、各リチウムイオン二次電池２が過充電されるおそれを低減するようになっている。

そして、制御部９の消費電流は、リチウムイオン二次電池２（非水系二次電池）から供給されるので、リチウムイオン二次電池２は、制御部９への消費電流の供給に伴い徐々に放電する。

ここで、ニッケル水素二次電池３は、リチウムイオン二次電池２よりも自己放電量が多い。そのため、もし仮にＮＴＣサーミスタ７、ダイオードＤ、及び制御部９が無かった場合、ニッケル水素二次電池３の自己放電によって、時間の経過に伴いニッケル水素二次電池３の蓄電電荷量が減少し、ニッケル水素二次電池３（水溶液系二次電池）のセルあたりの蓄電電荷量が、リチウムイオン二次電池２（非水系二次電池）のセルあたりの蓄電電荷量よりも相対的に減少する。

さらに、電池ブロックＢ１に含まれるリチウムイオン二次電池２とニッケル水素二次電池３とは、直列接続されているから、組電池１が充放電を行う際に、各リチウムイオン二次電池２に流れる電流と各ニッケル水素二次電池３に流れる電流とは等しい。そして、ニッケル水素二次電池３は、リチウムイオン二次電池２よりも充電効率が低い。

そうすると、組電池１が充放電を繰り返すと、充電効率が低い分だけ、各ニッケル水素二次電池３の蓄電電荷量は各リチウムイオン二次電池２よりも減少していくことになる。

そこで、ＮＴＣサーミスタ７とダイオードＤとを介した各リチウムイオン二次電池２の放電電流、及び制御部９の消費電流の合計が、上述のようなニッケル水素二次電池３の自己放電量や充放電の繰り返しに伴う蓄電電荷量の減少量と実質的に略等しくなるように、ＮＴＣサーミスタ７の抵抗値や制御部９の消費電流値を設定しておく。

このような条件を満たすＮＴＣサーミスタ７の抵抗値は、例えば実験的に求めることができる。

このとき、リチウムイオン二次電池２の蓄電電荷量の減少は、ニッケル水素二次電池３の蓄電電荷量の減少よりも少々大きくなってもかまわない。ニッケル水素二次電池３は満充電以降も正極から酸素が発生し、その酸素がまた負極で再吸収されるために、内部圧力がある程度低く保たれて過充電でも破裂することなく、電池の密閉性が保たれる、いわゆる密閉化の原理が保たれる。またニッケル水素二次電池３が満充電に近づくとき、定電圧充電の場合には、リチウムイオン二次電池２の電圧が上昇するため、充電電流は小さくなっており、発熱もほとんど起こらない。

そうすると、各リチウムイオン二次電池２の方が各ニッケル水素二次電池３よりも放電量が増大する結果、リチウムイオン二次電池２（非水系二次電池）のセルあたりの蓄電電荷量が、ニッケル水素二次電池３（水溶液系二次電池）のセルあたりの蓄電電荷量よりも相対的に減少する方向に向かうように、リチウムイオン二次電池２（非水系二次電池）のセルあたりの蓄電電荷量とニッケル水素二次電池３（水溶液系二次電池）のセルあたりの蓄電電荷量との関係が調節される。

この場合、ＮＴＣサーミスタ７、ダイオードＤ、及び制御部９が、蓄電電荷量調節部の一例に相当している。

そして、各リチウムイオン二次電池２の方が各ニッケル水素二次電池３よりも放電量が増大し、リチウムイオン二次電池２のセルあたりの蓄電電荷量がニッケル水素二次電池３のセルあたりの蓄電電荷量よりも相対的に減少する方向に、リチウムイオン二次電池２のセルあたりの蓄電電荷量とニッケル水素二次電池３のセルあたりの蓄電電荷量との関係が調節される結果、ニッケル水素二次電池３の自己放電量や充放電の繰り返しに伴う蓄電電荷量の減少が補われるので、リチウムイオン二次電池２のセルあたりの蓄電電荷量とニッケル水素二次電池３のセルあたりの蓄電電荷量とが実質的に、略等しい状態が維持される。

このとき、単に非水系二次電池の蓄電電荷量を水溶液系二次電池の蓄電電荷量の減少に合わせることだけにとどまらない。非水系二次電池の電圧が低下することで、組電池の電圧も低下する。これにより、定電圧充電の場合には、組電池全体の充電電流が増大する。結果として水溶液系二次電池を積極的に充電させる効果が生まれる。

つまり定電圧充電中に、あたかも非水系二次電池を放電すると同時に水溶液系二次電池の充電を加速させる効果が生まれる。

さらに、ダイオードＤの順方向オン電圧は、約０．７Ｖである。従って、リチウムイオン二次電池２の端子電圧が、０．７Ｖ×３＝２．１Ｖを下回ると、ダイオードＤがオフしてダイオードＤとＮＴＣサーミスタ７とを介したリチウムイオン二次電池２の放電が停止する。

リチウムイオン二次電池の使用に適した電圧範囲の下限値は、一般的に２Ｖである。従って、リチウムイオン二次電池２と並列接続するダイオードＤの数を３個にして、端子電圧が２．１Ｖを下回るとリチウムイオン二次電池２の放電が停止するようにすれば、リチウムイオン二次電池２の過放電を防止することができる。

なお、ＮＴＣサーミスタ７と直列接続するダイオードＤの数は３個に限らない。ダイオードＤを介した放電を停止させたい電圧に応じて、適宜ダイオードＤの数を設定すればよい。

また、ニッケル水素二次電池は、温度が高くなるほど自己放電量が増大する性質を有している。そのため、もし仮に、蓄電電荷量調節部によるリチウムイオン二次電池２の放電量を温度に関わらず一定にした場合、高温時にはニッケル水素二次電池３の自己放電量が増大してリチウムイオン二次電池２の放電量が不足し、低温時にはニッケル水素二次電池３の自己放電量が減少して必要以上に過剰にリチウムイオン二次電池２を放電させてしまうおそれがある。

しかしながら、抵抗体として用いられているＮＴＣサーミスタ７は、温度が低くなるほど抵抗値が増大する。従って、ＮＴＣサーミスタ７を介した各リチウムイオン二次電池２の放電量は、温度が低くなるほど減少することになる。

これにより、温度によるニッケル水素二次電池３の自己放電量の増減に応じて、リチウムイオン二次電池２の放電量を増減させることができるので、リチウムイオン二次電池２の放電量を適正に保つことが容易となる。もちろん同様の考え方で、温度に応じた自己放電量の増減を制御部９が認識して、スイッチング素子１１をオンオフして放電させることも可能である。

なお、制御部９を備えず、ＮＴＣサーミスタ７及びダイオードＤのみを蓄電電荷量調節部として用いる構成としてもよい。また、ＮＴＣサーミスタ７、及びダイオードＤを備えず、制御部９のみを蓄電電荷量調節部として用いる構成としてもよい。

また、抵抗体としてＮＴＣサーミスタ７の代わりに抵抗器を用いてもよい。また、ダイオードＤを備えない構成としてもよいが、抵抗体としてＮＴＣサーミスタ７を用いた場合には、高温時にＮＴＣサーミスタ７が低抵抗になって、リチウムイオン二次電池２の放電電流が増大するので、リチウムイオン二次電池２の過放電が生じ易い。従って、抵抗体としてＮＴＣサーミスタ７を用いる場合には、ダイオードＤをＮＴＣサーミスタ７と直列接続して過放電を防止するようにすることが望ましい。

また、抵抗体としてＮＴＣサーミスタ７と抵抗器との直列回路を用いるようにしてもよい。これにより、抵抗器の抵抗値を適宜設定することで、高温時におけるリチウムイオン二次電池２の放電電流を、適当な電流値に設定することが容易となる。

また、各リチウムイオン二次電池２と抵抗体をそれぞれ並列接続する例を示したが、例えば図３に示すように、複数のリチウムイオン二次電池２の直列回路と、抵抗体の一例である抵抗１３とを並列接続してもよい。また、抵抗１３の代わりに、ＮＴＣサーミスタ７や、ＮＴＣサーミスタ７と抵抗との直列回路等の抵抗体を用いてもよく、さらにこれにダイオードを直列接続したものを用いてもよい。

なお、制御部９は、例えば電圧検出回路８を含んで構成され、電圧検出回路８の動作用電源電流も電源端子９１，９２を介してリチウムイオン二次電池２から供給されるようにされていてもよい。また、制御部９は、例えばコンパレータや論理回路等を用いて構成されていてもよい。

また、制御部９は、リチウムイオン二次電池２と並列接続されたスイッチング素子１１をオンさせてリチウムイオン二次電池２を放電させることで、リチウムイオン二次電池２の過充電を防止する例に限らない。

例えば、制御部９は、リチウムイオン二次電池２と直列接続されたスイッチング素子をオフして充電電流を遮断（充電を制御）することで、リチウムイオン二次電池２の過充電を防止するようになっていてもよい。また、制御部９は、電流を消費する負荷回路であればよく、リチウムイオン二次電池２の過充電防止以外の処理を実行するものであってもよい。

図４は、図２、図３に示す充電器２０の構成の一例を示すブロック図である。

充電器２０は、例えば車載用の鉛蓄電池を定電流定電圧（ＣＣＣＶ）によって充電する充電回路である。充電器２０は、例えば、電圧センサ２１、電流センサ２２、充電電流供給回路２３、及び制御部２４を備えている。

充電器２０は、例えば、車例えば車載用の鉛蓄電池を定電流定電圧（ＣＣＣＶ）によって充電する充電回路であり、例えば車載用のＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）等によって構成されている。車載用鉛蓄電池を定電圧充電する際の充電電圧としては、一般的に１４．５Ｖが用いられる。

なお、充電器２０は、例えば発電機や太陽電池等の発電装置、あるいは商用電源から得られた電圧を、組電池１の充電電圧に変換する充電回路であってもよい。

充電電流供給回路２３は、例えば車両で発電された電力から、鉛蓄電池を充電するための充電電流、充電電圧を生成する整流回路やスイッチング電源回路等を備えて構成されている。そして、充電電流供給回路２３は、電流センサ２２及び電線４２を介して接続端子４に接続され、電線５２を介して接続端子５に接続されている。

電圧センサ２１は、例えば分圧抵抗やＡ／Ｄコンバータ等を用いて構成されている。そして、電圧センサ２１は、電線４２，５２を介して接続端子４，５間の電圧、すなわち組電池１の端子電圧値Ｖｂを検出し、その電圧値を制御部２４へ出力する。電流センサ２２は、例えばシャント抵抗やホール素子、Ａ／Ｄコンバータ等を用いて構成されている。そして、電流センサ２２は、充電電流供給回路２３から組電池１へ供給される電流値Ｉｂを検出し、その電流値を制御部２４へ出力する。

制御部２４は、例えばマイクロコンピュータを用いて構成されている。そして、制御部２４は、所定の制御プログラムを実行することにより、電圧センサ２１から得られた端子電圧値Ｖｂ、及び電流センサ２２から得られた電流値Ｉｂに基づいて、充電電流供給回路２３の出力電流、及び出力電圧を制御することで、定電流定電圧（ＣＣＣＶ）充電を実行する。

鉛蓄電池を定電圧充電によって充電する際の充電電圧は、一般的に１４．５Ｖ〜１５．５Ｖである。そのため、制御部２４は、定電圧充電を行う際には、電圧センサ２１の検出電圧が１４．５Ｖ〜１５．５Ｖになるように、充電電流供給回路２３の出力電流、電圧を制御する。

これにより、制御部２４は、組電池１を、定電流で、定電圧充電における充電電圧、例えば１４．５Ｖまで充電後、１４．５Ｖの電圧を印加しながら電流値Ｉｂを検出する。そして、制御部２４は、電池の起電圧の上昇につれて減少する充電電流値が、予め設定した充電終止電流値以下になった時点で充電完了と判定し、充電を終了する。

次に、上述のように構成された電池システム１００の動作について説明する。

リチウムイオン二次電池は、満充電状態における開路電圧（ＯＣＶ）が、約４．２Ｖである。リチウムイオン二次電池は、充電に伴いＳＯＣが増大するに従って、正極電位は増大し、負極電位は減少する。リチウムイオン二次電池の端子電圧は、正極電位と負極電位との差として現れる。

そして、ＳＯＣが増大するに従って負極電位が低下し、負極電位が０Ｖになったときの正極電位と負極電位との差、すなわち正極電位は、充電電流値、温度、正極及び負極の活物質の組成のバラツキの影響を受けるものの、正極活物質としてコバルト酸リチウムを用いた場合に約４．２Ｖ、正極活物質としてマンガン酸リチウムを用いた場合に約４．３Ｖとなることが知られている。このように、負極電位が０Ｖになったときに満充電となり、このときの満充電状態におけるセルの端子電圧（ＯＣＶ：開路電圧）である例えば４．２Ｖを、定電圧充電における充電電圧として用いることで、リチウムイオン二次電池を満充電（ＳＯＣ１００％）にすることができる。

また、リチウムイオン二次電池は、充電に伴いＳＯＣが増大するに従って、セル電圧が徐々に増大する。

一方、水溶液系二次電池は、ＳＯＣの変化に対してゆるやかに端子電圧が変化し、略一定の端子電圧を示す特性がある。例えばニッケル水素二次電池では、満充電状態における開路電圧が約１．４Ｖ、充電状態から放電するときの閉路電圧は約１．２Ｖである。

そうすると、電池システム１００において、例えば充電電圧を１４．５Ｖとして組電池１の定電圧充電を行った場合、リチウムイオン二次電池２の一つあたりの充電電圧は、｛１４．５Ｖ−（１．４Ｖ×２）｝／３＝３．９Ｖとなる。

一方、もし仮にリチウムイオン二次電池とニッケル水素二次電池とを組み合わせることなく、リチウムイオン二次電池を４個直列接続して充電器２０で充電した場合、リチウムイオン二次電池一個あたりの充電電圧は１４．５Ｖ／４＝３．６３Ｖとなり、４．２Ｖに対して充電電圧が低すぎてＳＯＣが５０％程度またはそれ以下にしかならず、二次電池の電池容量を有効活用することが困難となる。

すなわち、リチウムイオン二次電池の満充電状態における開放電圧である４．２Ｖに、４を乗じて得られる電圧１６．８Ｖよりも、リチウムイオン二次電池の満充電状態における開放電圧である４．２Ｖに３を乗じた電圧とニッケル水素二次電池の満充電状態における開放電圧１．４Ｖに２を乗じた電圧との合計電圧である１５．４Ｖの方が、鉛蓄電池用の充電電圧１４．５Ｖとの差が小さくなる。この場合、充電終了時におけるリチウムイオン二次電池２のＳＯＣは約７３％となり、充電終了時におけるリチウムイオン二次電池２のＳＯＣを増大することができる。

また、上記合計電圧は、鉛蓄電池用の充電電圧１４．５Ｖ以上にされているので、鉛蓄電池用の充電電圧が接続端子４，５間に印加された場合に、リチウムイオン二次電池２一つあたりに印加される充電電圧が４．２Ｖ以下となる結果、リチウムイオン二次電池２の劣化を低減することができると共に、安全性が損なわれるおそれを低減することができる。

なお、鉛蓄電池の出力電圧は、１２Ｖ、２４Ｖ、４８Ｖというように、１２Ｖの倍数のものが存在し、このような鉛蓄電池を充電する充電回路の充電電圧もまた、１４．５Ｖ（〜１５．５Ｖ）の倍数（整数倍）となる。そこで、ニッケル水素二次電池２個とニッケル水素二次電池より電池容量の小さいリチウムイオン二次電池３個を直列に接続した組電池を１ユニット（一単位）とし、充電回路の充電電圧に応じてこのユニット数を増減することで、ニッケル水素二次電池の個数とリチウムイオン二次電池の個数とを２：３の比率にすれば、鉛蓄電池の出力電圧が１２Ｖの場合と同様に、組電池の充電電圧を充電回路の出力電圧と適合させて、このような充電回路によって組電池１を充電する際の充電終了時のＳＯＣを増大することができる。

このように構成されたユニットを基本単位として、起電力、あるいは電池容量などの要望に合わせて、数ユニットを直列及び並列、あるいは、直並列に接続し、組電池を構成してもよい。

なお、「実質的に１４．５Ｖ」とは、１４．５Ｖに対して、充電装置の出力精度誤差や特性バラツキ等による変動幅を許容する意味であり、例えば１４．５Ｖ±０．１Ｖを意味している。

図５は、図４に示す充電器２０によって、組電池１を定電流定電圧（ＣＣＣＶ）充電した場合の、充電時間と、各リチウムイオン二次電池２、及び各ニッケル水素二次電池３の端子電圧と、接続端子４，５間の電圧、すなわち端子電圧値Ｖｂとの一例を示したグラフである。横軸が充電時間、右側縦軸がリチウムイオン二次電池２及びニッケル水素二次電池３の単セルの端子電圧、左側縦軸が端子電圧値Ｖｂを示している。

まず、制御部２４からの制御信号に応じて、充電電流供給回路２３から２Ａの電流値Ｉｂが、電線４２を介して組電池１へ出力され、組電池１が２Ａで定電流充電される。そうすると、各リチウムイオン二次電池２、及び各ニッケル水素二次電池３の端子電圧が充電に伴い上昇し、端子電圧値Ｖｂもまた上昇する。

このとき、ニッケル水素二次電池３の端子電圧は、わずかしか上昇せず、ほとんど一定のまま、充電が行われる。一方、リチウムイオン二次電池の端子電圧は、充電に伴い上昇カーブを描いて増大する。そうすると、端子電圧値Ｖｂは、リチウムイオン二次電池の端子電圧の増大に応じて増大する。

そして、電圧センサ２１によって検出された端子電圧値Ｖｂが１４．５Ｖに達すると（タイミングＴ１）、制御部２４によって、定電流充電から定電圧充電に切替られる。そして、制御部２４からの制御信号に応じて、充電電流供給回路２３によって、接続端子４，５間に１４．５Ｖの一定の電圧が印加されて定電圧充電が実行される。

そうすると、定電圧充電によって、リチウムイオン二次電池２のＳＯＣが増大するにつれて、電流値Ｉｂが減少する。

ここで、ニッケル水素二次電池やニッケルカドミウム二次電池等の水溶液系二次電池は、充電電流値Ｉｂが減少しても、端子電圧が約１．４Ｖのまま略一定の電圧値に維持される性質がある。そのため、２個のニッケル水素二次電池３の端子電圧の合計は、１．４Ｖ×２＝２．８Ｖとなる。そうすると、接続端子４，５間に１４．５Ｖの電圧が印加された場合、３個のリチウムイオン二次電池２に印加される電圧の合計は、１４．５Ｖ−２．８Ｖ＝１１．７Ｖとなる。

従って、１４．５Ｖの定電圧充電において、リチウムイオン二次電池２の１セルあたりに印加される充電電圧は、１１．７Ｖ／３＝３．９Ｖとなる結果、リチウムイオン二次電池２の劣化を低減することができると共に、安全性が損なわれるおそれを低減することができる。

そして、電流センサ２２によって検出された電流値Ｉｂが、予め定電圧充電の終了条件として設定された充電終止電流以下になると、制御部２４によって、１４．５Ｖの定電圧充電において充電可能な最大のＳＯＣに近いＳＯＣまでリチウムイオン二次電池２が充電され、電池ブロックＢ１が満充電になるまで充電されたと判断される。そして、制御部２４からの制御信号に応じて、充電電流供給回路２３の出力電流がゼロにされて充電が終了する（タイミングＴ２）。

ところで、三個のリチウムイオン二次電池２と、二個のニッケル水素二次電池３とは、直列接続されているから、各電池に供給される充電電流は等しい。そして、ＮＴＣサーミスタ７（蓄電電荷量調節部）によって、リチウムイオン二次電池２のセルあたりの蓄電電荷量とニッケル水素二次電池３のセルあたりの蓄電電荷量とが実質的に、略等しい状態にされており、かつ、リチウムイオン二次電池２の充電可能電荷量Ｃｆｒがニッケル水素二次電池３の電池容量Ｃｎより小さいので、ニッケル水素二次電池３が電池容量Ｃｎまで充電されるより先にリチウムイオン二次電池２が充電可能電荷量Ｃｆｒまで充電される結果、タイミングＴ２においては、リチウムイオン二次電池２が充電可能電荷量Ｃｆｒまで充電されて定電圧充電が終了したタイミングＴ２において、ニッケル水素二次電池３が満充電（ＳＯＣ１００％）を超えることがなくなるので、ニッケル水素二次電池３が過充電になるおそれを低減しつつ充電終了時のリチウムイオン二次電池２のＳＯＣを増大することができる。

また、ＮＴＣサーミスタ７（蓄電電荷量調節部）によって、リチウムイオン二次電池２のセルあたりの蓄電電荷量とニッケル水素二次電池３のセルあたりの蓄電電荷量とが実質的に、略等しい状態に近づけられているので、ニッケル水素二次電池３の、リチウムイオン二次電池２よりも充電効率が低い性質や自己放電が多い性質によって、ニッケル水素二次電池３が充分に充電されなくなってしまうおそれが低減される。

また、ニッケル水素二次電池３が満充電付近で発熱する前に、充電が終了するため、ニッケル水素二次電池３の満充電付近の副反応における発熱で、リチウムイオン二次電池２が劣化するおそれが低減される。

なお、充電器２０は、鉛蓄電池用の充電回路に限らない。また、組電池１は、リチウムイオン二次電池２とニッケル水素二次電池３との個数を適宜、設定することにより、任意の充電電圧で定電圧充電を行う充電回路で充電される組電池に適用することができる。

例えば、バックアップ用鉛蓄電池用の充電器の中には、鉛蓄電池の長寿命化を図るために、定電圧充電の充電電圧を１３．７Ｖ（１３．５Ｖ〜１３．７Ｖ）、あるいは１３．７Ｖ（１３．５Ｖ〜１３．７Ｖ）の整数倍としたものがある。例えば、図２、図３、図４に示される充電器２０が、このようなバックアップ用鉛蓄電池用の充電器であった場合、このような充電器で充電される組電池は、例えば図２、図３に示される組電池１，１’において、リチウムイオン二次電池２とニッケル水素二次電池３との個数比率を３：１とすることが好ましい。

リチウムイオン二次電池２を３個、ニッケル水素二次電池３を１個直列接続すると、リチウムイオン二次電池２が３個直列接続された直列回路の両端にかかる電圧は、１３．７Ｖ−１．２Ｖ＝１２．３Ｖとなる。従って、リチウムイオン二次電池２の１個あたりにかかる電圧は １２．３Ｖ／３＝４．１Ｖ となる。

一方、もし仮に、リチウムイオン二次電池２のみ３個直列接続された組電池を１３．７Ｖの充電器で充電すると、リチウムイオン二次電池２の１個あたりにかかる電圧は １３．７Ｖ／３＝４．６Ｖ となって、リチウムイオン二次電池の満充電電圧を超え、過充電、過電圧になってしまう。また、もし仮にリチウムイオン二次電池２のみ４個直列接続された組電池を１３．７Ｖの充電器で充電すると、リチウムイオン二次電池２の１個あたりにかかる電圧は １３．７Ｖ／４＝３．４Ｖ となる。

従って、定電圧充電の充電電圧を１３．７Ｖ（１３．５Ｖ〜１３．７Ｖ）、あるいは１３．７Ｖ（１３．５Ｖ〜１３．７Ｖ）の整数倍とした充電器２０を用いる場合、リチウムイオン二次電池２とニッケル水素二次電池３との個数比率を３：１とすることで、過充電や過電圧となるおそれを低減しつつ、リチウムイオン二次電池２のみ４個直列接続された組電池よりもリチウムイオン二次電池２一つあたりの充電電圧を上昇させて、当該充電器２０による定電圧充電完了時のＳＯＣを増大させることができる。

なお、「実質的に１３．７Ｖ」とは、１３．７Ｖに対して、充電装置の出力精度誤差や特性バラツキ等による変動幅を許容する意味であり、例えば１３．７Ｖ±０．１Ｖを意味している。

また、図３に示す組電池１’において、抵抗１３や制御部９等の蓄電電荷量調節部を備えず、代わりに後述する図１０、図１１と同様に、２個のニッケル水素二次電池３のみを充電するための充電回路３３や接続端子５４を蓄電電荷量調節部として備える構成としてもよい。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る電池システム１００ａについて説明する。図６は、本発明の第２の実施形態に係る電池システム１００ａに用いられる組電池１ａの構成の一例を示す外観図である。また、図７は、図６に示す組電池１ａと、組電池１ａを充電する充電器２０（第１充電回路）とを備えた電池システム１００ａの電気的構成の一例を示す回路図である。

図７に示す組電池１ａと図１に示す組電池１とでは、下記の点で異なる。すなわち、図７に示す組電池１ａは、電池ブロックＢ２が、４個のリチウムイオン二次電池２と、１個のニッケル水素二次電池３とが直列接続され、且つニッケル水素二次電池３がリチウムイオン二次電池２とは逆極性の方向に接続されて構成されている。

より具体的には、４個のリチウムイオン二次電池２のうち、２個のリチウムイオン二次電池２が直列接続されて、その正極側が接続端子４と接続され、負極側が第１スイッチング素子ＳＷ１を介してニッケル水素二次電池３の負極に接続されている。残りの２個のリチウムイオン二次電池２は、直列接続されてその正極側がニッケル水素二次電池３の正極と接続され、負極側が接続端子５と接続されている。

ここで、充電器２０を用いて電圧Ｖｃｖで組電池１ａを定電圧充電し、組電池１ａの開路電圧が電圧Ｖｃｖと略等しくなると、電流値Ｉｂが定電圧充電の終了条件として設定された充電終止電流以下になって、組電池１ａが満充電になり、定電圧充電が終了する。このようにして定電圧充電を終了したとき（組電池１ａが満充電になったとき）のリチウムイオン二次電池２のセルあたりの開路電圧を、リチウムイオン二次電池２の充電可能最大電圧とする。

このとき、充電器２０の定電圧充電電圧Ｖｃｖを、１４．５Ｖとして組電池１ａの定電圧充電を行った場合、リチウムイオン二次電池２の一つあたりの充電電圧、すなわち充電可能最大電圧は、（１４．５Ｖ＋１．２Ｖ）／４＝３．９２５Ｖとなる。

そして、リチウムイオン二次電池２を充電可能最大電圧まで充電したときの、リチウムイオン二次電池２の蓄電電荷量を、リチウムイオン二次電池２の充電可能電荷量Ｃｆｒとする。さらに、ニッケル水素二次電池３の電池容量Ｃｎは、充電可能電荷量Ｃｆｒより大きくされている。

このように構成された組電池１ａを充電すると、４個のリチウムイオン二次電池２が充電される一方、ニッケル水素二次電池３は放電されることになる。

そこで、充電から組電池１ａの使用を開始する場合は、初期状態Ａ（放電初期状態）として、例えば組電池１ａの製造時に各リチウムイオン二次電池２を、ＳＯＣが０％の状態にしておく一方、ニッケル水素二次電池３には、上述のリチウムイオン二次電池２の充電可能電荷量Ｃｆｒより多い電荷を充電しておく。このような初期状態Ａから、組電池１ａの使用（充電）を開始する。

一般的に非水系二次電池のセルはより高い安全性を得るため放電状態で出荷されることが多く、水溶液系二次電池は放電状態では性能が低下する可能性を懸念して充電状態で出荷されることが多いため、それらのセルが製造された状態のままで、接続板でそれぞれを連結することにより、組電池としては放電状態の電池ができあがるという利便性がある。

なお、最初に放電から使用を開始する場合（組電池１ａが満充電になっている場合）、例えば組電池１ａの製造時に下記の初期状態Ｂ（充電初期状態）にしておく。

まず、各リチウムイオン二次電池２を、上述の充電可能最大電圧まで充電し、各リチウムイオン二次電池２に上述の充電可能電荷量Ｃｆｒが充電されている状態にしておく。

一方、ニッケル水素二次電池３は、初期状態Ｂから満充電（ニッケル水素二次電池３のセル単体でのＳＯＣが１００％）にするまでに必要な電荷量が、上述のリチウムイオン二次電池２のセルあたりの充電可能電荷量Ｃｆｒより多くなるように、初期状態Ｂにおけるニッケル水素二次電池３の蓄電電荷量が設定されている。

具体的には、ニッケル水素二次電池３の電池容量をＣｎ、初期状態Ｂにおけるニッケル水素二次電池３の蓄電電荷量をＣｂとすると、蓄電電荷量Ｃｂは、下記の式（１）で表される。

Ｃｂ＜Ｃｎ−Ｃｆｒ ・・・（１）
また、組電池１ａは、ＮＴＣサーミスタ７、ダイオードＤ、及び制御部９の代わりに蓄電電荷量調節部として、充電電流供給用抵抗Ｒ１，Ｒ２を備えている。そして、組電池１ａは、第１スイッチング素子ＳＷ１、第２スイッチング素子ＳＷ２、電圧検出部３１、及び切替制御部３２をさらに備えている。

そして、第１スイッチング素子ＳＷ１とニッケル水素二次電池３との直列回路と並列に、第２スイッチング素子ＳＷ２が接続されている。さらに、接続端子４と、ニッケル水素二次電池３の正極との間に充電電流供給用抵抗Ｒ１が接続されている。これにより、充電電流供給用抵抗Ｒ１は、２個のリチウムイオン二次電池２と、１個のニッケル水素二次電池３とで構成される直列回路と並列に接続される。

また、接続端子５と、ニッケル水素二次電池３の負極との間に充電電流供給用抵抗Ｒ２が接続されている。これにより、充電電流供給用抵抗Ｒ２は、２個のリチウムイオン二次電池２と、１個のニッケル水素二次電池３とで構成される直列回路と並列に接続される。

電圧検出部３１は、例えばアナログデジタルコンバータを用いて構成されており、接続端子４，５間の電圧、すなわち電池ブロックＢ２の端子電圧を検出し、その端子電圧値Ｖｂをデジタル値に変換して切替制御部３２へ出力する。

切替制御部３２は、例えば所定の演算処理を実行するＣＰＵと、所定の制御プログラムが記憶された不揮発性のＲＯＭ（Read Only Memory）と、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）と、その周辺回路等とを備えて構成されている。

そして、切替制御部３２は、電圧検出部３１によって検出された端子電圧値Ｖｂが、予め設定された閾値電圧Ｖｔｈを下回るとき、第１スイッチング素子ＳＷ１をオフ、第２スイッチング素子ＳＷ２をオンすることによりニッケル水素二次電池３を電池ブロックＢ２から切り離す。閾値電圧Ｖｔｈは、例えば１０．５Ｖに設定されている。

また、切替制御部３２は、電圧検出部３１によって検出された端子電圧値Ｖｂが、予め設定された閾値電圧Ｖｔｈを超えるとき、第１スイッチング素子ＳＷ１をオン、第２スイッチング素子ＳＷ２をオフすることによりニッケル水素二次電池３を電池ブロックＢ２に接続する。

その他の構成は図２に示す電池システム１００と同様であるのでその説明を省略し、以下本実施形態の動作について説明する。

まず、組電池１ａにおけるリチウムイオン二次電池２と、ニッケル水素二次電池３とが、初期状態Ａにされている。

そして、電圧検出部３１によって検出された端子電圧値Ｖｂが、閾値電圧Ｖｔｈを超えるとき、切替制御部３２によって、第１スイッチング素子ＳＷ１がオン、第２スイッチング素子ＳＷ２がオフされている。そうすると、２個のリチウムイオン二次電池２、第１スイッチング素子ＳＷ１、ニッケル水素二次電池３、及び充電電流供給用抵抗Ｒ１による閉回路が形成される。

この場合、２個のリチウムイオン二次電池２とニッケル水素二次電池３とは、極性が逆方向となるように直列接続されているから、ニッケル水素二次電池３が、２個のリチウムイオン二次電池２によって、充電電流供給用抵抗Ｒ１を介して充電されることとなる。

具体的には、例えば、ニッケル水素二次電池３の端子電圧が１．２Ｖ、リチウムイオン二次電池２の端子電圧が４．０Ｖ、充電電流供給用抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値が１ｋΩの場合、充電電流供給用抵抗Ｒ１には、４．０Ｖ×２−１．２Ｖ＝６．８Ｖ の電圧が印加され、６．８ｍＡの電流が２個のリチウムイオン二次電池２からニッケル水素二次電池３へ充電される。

同様に、ニッケル水素二次電池３、２個のリチウムイオン二次電池２、及び充電電流供給用抵抗Ｒ２による閉回路において、６．８ｍＡの電流が２個のリチウムイオン二次電池２からニッケル水素二次電池３へ充電される。そうすると、ニッケル水素二次電池３には、６．８ｍＡ×２＝１３．６ｍＡの充電電流が流れる。

そうすると、各リチウムイオン二次電池２（非水系二次電池）の蓄電電荷量が減少し、ニッケル水素二次電池３（水溶液系二次電池）の蓄電電荷量が増大する結果、リチウムイオン二次電池２（非水系二次電池）のセルあたりの蓄電電荷量が、ニッケル水素二次電池３（水溶液系二次電池）のセルあたりの蓄電電荷量よりも相対的に減少する方向に向かうように、リチウムイオン二次電池２（非水系二次電池）のセルあたりの蓄電電荷量とニッケル水素二次電池３（水溶液系二次電池）のセルあたりの蓄電電荷量との関係が調節される。

具体的には、各リチウムイオン二次電池２（非水系二次電池）の蓄電電荷量の減少をＱｄｅとしたときに、その二倍の速度で、ニッケル水素二次電池３（水溶液系二次電池）の蓄電電荷量が増大し、その増大量が２×Ｑｄｅとなる結果、ニッケル水素二次電池３のセルあたりの蓄電電荷量 Ｑｎｔ＋２×Ｑｄｅが、リチウムイオン二次電池２の充電可能蓄電電荷量 Ｃｆｒ−Ｑｒｔ−Ｑｄｅよりも相対的に増加する方向に向かうことになる。

この場合、充電電流供給用抵抗Ｒ１，Ｒ２が、蓄電電荷量調節部の一例に相当している。そして、充電電流供給用抵抗Ｒ１，Ｒ２によるリチウムイオン二次電池２の放電電荷量とニッケル水素二次電池３の充電電荷量との合計（Ｑｄｅ＝２×Ｑｄｅ−Ｑｄｅ）が、上述のようなニッケル水素二次電池３の自己放電量や充放電の繰り返しに伴う蓄電電荷量の減少量と実質的に、略等しくなるように、充電電流供給用抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値を設定しておく。

充電電流供給用抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値は、組電池１ａの使われ方に応じて抵抗値が適宜設定されることが望ましい。組電池１ａが頻繁に充放電されるような用途では、充放電の都度、リチウムイオン二次電池２とニッケル水素二次電池３との充電効率の差によってニッケル水素二次電池３の蓄電電荷量がリチウムイオン二次電池２よりも少なくなり、蓄電電荷量のバランスが崩れてしまう。

そのため、組電池１ａが頻繁に充放電されるような用途では、リチウムイオン二次電池２とニッケル水素二次電池３とのセルあたりの蓄電電荷量のバランスを維持するためには、充電電流供給用抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値を小さくしてリチウムイオン二次電池２からニッケル水素二次電池３への充電電流を増大させることが望ましい。

一方、組電池１ａの充放電の頻度が少ない場合やほとんど充放電されない場合、充電電流供給用抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値が小さいと、ニッケル水素二次電池３の蓄電電荷量がリチウムイオン二次電池２よりも増大してバランスが崩れ、蓄電電荷量の差が増大してしまうおそれがある。従って、充電電流供給用抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値を大きくしてリチウムイオン二次電池２からニッケル水素二次電池３への充電電流を減少させることが望ましい。

具体的には、例えば、ニッケル水素二次電池３の電池公称容量が２０００ｍＡｈであって、かつ１時間の休止を挟んで充放電のサイクルが繰り返される場合、充電電流供給用抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値は約１ｋΩであることが好ましい。この場合、１時間の休止時間に充電されれば１３．６ｍＡｈの充電電気量となる。

また、例えば、ニッケル水素二次電池３の電池公称容量が２０００ｍＡｈであって、かつ一日に１回だけ充放電サイクルが繰り返される場合、充電電流供給用抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値は約２４ｋΩであることが好ましい。この場合、上記各閉回路において、０．２８３ｍＡずつの電流がリチウムイオン二次電池からニッケル水素二次電池に充電される。

従って、ニッケル水素二次電池３の充電電流は、０．２８３ｍＡ×２＝０．５６７ｍＡとなり、２４時間充電されれば１３．６ｍＡｈの充電電気量となる。

ここで、リチウムイオン二次電池は、一回の充放電で入力電気量Ａｈに対する出力電気量Ａｈの比率である充電効率が、ほぼ１００％である。一方、ニッケル水素二次電池の充電効率は９９．５％程度である。そうすると、この充電効率の差である０．５％によって、一回の充放電で生じる蓄電電荷量の差は、２０００ｍＡｈの０．５％である１０ｍＡｈとなる。

このとき、１時間におけるニッケル水素二次電池の自己放電はわずかであるから、充電電流供給用抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値を約１ｋΩとし、１時間の休止時間に１３．６ｍＡｈの充電を行うようにすれば、充電効率の差により生じるリチウムイオン二次電池とニッケル水素二次電池との間での蓄電電荷量の差を、実質的にほぼ補うことができる。なお、「実質的に」とは、実用的に許容できる程度の誤差範囲を含む意味である。

同様に、２４時間におけるニッケル水素二次電池の自己放電はわずかであるから、充電電流供給用抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値を約２４ｋΩとし、２４時間で１３．６ｍＡｈの充電を行うようにすれば、充電効率の差により生じるリチウムイオン二次電池とニッケル水素二次電池との間での蓄電電荷量の差をほぼ補うことができる。

このようにして、上述の初期状態Ａ、及び初期状態Ｂのいずれか一方から、組電池１ａの使用が開始され、充放電が繰り返されると、充電電流供給用抵抗Ｒ１，Ｒ２（蓄電電荷量調節部）によって、充電効率の差や自己放電により生じる蓄電電荷量の差がほぼ補われるようにリチウムイオン二次電池２のセルあたりの蓄電電荷量とニッケル水素二次電池３のセルあたりの蓄電電荷量との関係が調節される結果、使用期間中のあるタイミングｔにおける、リチウムイオン二次電池２のセルあたりの蓄電電荷量Ｑｒｔと、ニッケル水素二次電池３のセルあたりの蓄電電荷量Ｑｎｔとの間には、常時、下記の式（２）、（３）で示される関係が維持されることになる。

Ｃｆｒ−Ｑｒｔ ＜ Ｑｎｔ ・・・（２）
Ｑｒｔ ＜ Ｃｎ−Ｑｎｔ ・・・（３）
ここで、Ｃｆｒ：リチウムイオン二次電池２のセルあたりの充電可能電荷量
Ｃｎ：ニッケル水素二次電池３のセルあたりの電池容量
であり、さらにＣｆｒ−Ｑｒｔは、現時点からリチウムイオン二次電池２に充電可能な電荷量を示し、Ｃｎ−Ｑｎｔは、現時点からニッケル水素二次電池３に充電可能な電荷量を示している。

なお、組電池１ａは、必ずしも上述の初期状態Ａ、及び初期状態Ｂのいずれか一方から使用開始される例に限られない。初期状態Ａ，Ｂは、式（２）、（３）を満たす状態の一例であって、リチウムイオン二次電池２及びニッケル水素二次電池３が、式（２）、（３）を満たす蓄電電荷量Ｑｒｔ，Ｑｎｔに充電された状態を初期状態として、使用（充放電）が開始されてもよい。

また、図２に示す組電池１の場合と同様、充電電流供給用抵抗Ｒ１，Ｒ２の代わりにＮＴＣサーミスタを用いることで、温度によるニッケル水素二次電池３の自己放電量の増減に応じて、ニッケル水素二次電池３の充電量を増減させることができる結果、過剰にニッケル水素二次電池３を充電させてしまうおそれを低減することができる。

図８は、図７に示す電池システム１００ａにおいて、組電池１ａを定電流定電圧（ＣＣＣＶ）充電した場合の、充電時間と、接続端子４，５間の電圧（すなわち組電池１ａの端子電圧値Ｖｂであって、かつ充電器２０の出力電圧）である端子電圧値Ｖｂと、４個のリチウムイオン二次電池２の端子電圧を合計した電圧Ｖｒとの関係の一例を示したグラフである。横軸が充電時間、縦軸が電圧値を示している。

まず、使用期間中のあるタイミングｔにおいて、充電器２０から一定の電流値Ｉｂが組電池１ａへ出力され、組電池１ａの定電流充電が開始される。そうすると、ニッケル水素二次電池３はリチウムイオン二次電池２とは逆の極性方向、すなわち組電池１ａと逆の極性方向に接続されているため、各リチウムイオン二次電池２は電流値Ｉｂで充電される一方、ニッケル水素二次電池３は電流値Ｉｂで放電される。

ここで、上述したように、組電池１ａは、充電電流供給用抵抗Ｒ１，Ｒ２（蓄電電荷量調節部）の働きによって、タイミングｔにおいて、リチウムイオン二次電池２のセルあたりの蓄電電荷量Ｑｒｔと、ニッケル水素二次電池３のセルあたりの蓄電電荷量Ｑｎｔとは、式（２）の関係を有している。

そして、各リチウムイオン二次電池２の端子電圧は充電に伴い上昇する一方、ニッケル水素二次電池３の端子電圧は、わずかしか低下せず、ほとんど一定のまま放電される。そのため、４個のリチウムイオン二次電池２の端子電圧の合計電圧Ｖｒは、充電器２０の出力電圧にニッケル水素二次電池３の端子電圧が加算された電圧となる。そして、リチウムイオン二次電池２の充電に伴い、組電池１ａの端子電圧値Ｖｂが上昇する。

そして、電圧センサ２１によって検出された端子電圧値Ｖｂが１４．５Ｖに達すると（タイミングＴ１１）、制御部２４によって、定電流充電から定電圧充電に切替られる。そして、制御部２４からの制御信号に応じて、充電電流供給回路２３によって、接続端子４，５間に１４．５Ｖの一定の電圧が印加されて定電圧充電が実行される。

そうすると、１４．５Ｖの定電圧充電によって、リチウムイオン二次電池２のＳＯＣが増大するにつれて、電流値Ｉｂが減少する。

これによって、電池システム１００ａにおいて、例えば充電電圧を１４．５Ｖとして組電池１ａの定電圧充電を行った場合、リチウムイオン二次電池２の一つあたりの充電電圧は、（１４．５Ｖ＋１．２Ｖ）／４＝３．９２５Ｖとなり、上述したようにリチウムイオン二次電池を四個直列接続した場合におけるリチウムイオン二次電池一個あたりの充電電圧３．６３Ｖより、リチウムイオン二次電池２の充電電圧を上昇させることができる。

すなわち、リチウムイオン二次電池の満充電状態における開放電圧である４．２Ｖに、４を乗じて得られる電圧１６．８Ｖよりも、リチウムイオン二次電池の満充電状態における開路電圧である４．２Ｖに４を乗じた電圧からニッケル水素二次電池の放電時における閉路電圧１．２Ｖを差し引いた合計電圧である１５．６Ｖの方が、鉛蓄電池用の充電電圧１４．５Ｖとの差が小さくなる。

また、上記合計電圧は、鉛蓄電池用の充電電圧１４．５Ｖ以上にされているので、鉛蓄電池用の充電電圧が接続端子４，５間に印加された場合に、一つあたりのリチウムイオン二次電池２に印加される充電電圧が４．２Ｖ以下となる結果、リチウムイオン二次電池２の劣化を低減することができると共に、安全性が損なわれるおそれを低減することができる。

そして、リチウムイオン二次電池２の蓄電電荷量が充電可能電荷量Ｃｆｒ以上になって、電流センサ２２によって検出された電流値Ｉｂが、予め定電圧充電の終了条件として設定された充電終止電流以下になると、制御部２４によって、１４．５Ｖの定電圧充電において充電可能な最大のＳＯＣに近いＳＯＣまでリチウムイオン二次電池２が充電されたと判断される。そして、制御部２４からの制御信号に応じて、充電電流供給回路２３の出力電流がゼロにされて充電が終了する（タイミングＴ１２）。

このとき、もし仮に、タイミングｔにおいて、リチウムイオン二次電池２のセルあたりの蓄電電荷量Ｑｒｔと、ニッケル水素二次電池３のセルあたりの蓄電電荷量Ｑｎｔとが、式（２）の関係を有していなかった場合、リチウムイオン二次電池２の蓄電電荷量が充電可能電荷量Ｃｆｒ以上になって定電圧充電が終了する前に、ニッケル水素二次電池３が蓄電電荷量Ｑｎｔをすべて放電してしまい、それ以上組電池１ａを充電できなくなってリチウムイオン二次電池２の充電が不十分になったり、ニッケル水素二次電池３に過放電が生じたりするおそれがある。

しかしながら、図７に示す組電池１ａは、充電電流供給用抵抗Ｒ１，Ｒ２（蓄電電荷量調節部）の働きによって、タイミングｔにおいて、リチウムイオン二次電池２のセルあたりの蓄電電荷量Ｑｒｔと、ニッケル水素二次電池３のセルあたりの蓄電電荷量Ｑｎｔとが式（２）の関係を有するようにその蓄電容量が調節されているので、リチウムイオン二次電池２の蓄電電荷量が充電可能電荷量Ｃｆｒに達して定電圧充電が終了するときには、まだニッケル水素二次電池３には蓄電電荷が残ることになる。

これにより、リチウムイオン二次電池２の充電が不十分になったり、ニッケル水素二次電池３に過放電が生じたりするおそれを低減することができる。

次に、組電池１ａの放電時の動作について、説明する。図９は、図７に示す電池システム１００ａにおいて、組電池１ａを放電した場合の、充電時間と、接続端子４，５間の電圧（すなわち組電池１ａの端子電圧値）である端子電圧値Ｖｂと、４個のリチウムイオン二次電池２の端子電圧を合計した電圧Ｖｒとの関係の一例を示したグラフである。横軸が充電時間、縦軸が電圧値を示している。

まず、使用期間中のあるタイミングｔにおいて、組電池１ａの放電が開始される。そうすると、ニッケル水素二次電池３はリチウムイオン二次電池２とは逆の極性方向、すなわち組電池１ａと逆の極性方向に接続されているため、各リチウムイオン二次電池２は電流値Ｉｂで放電される一方、ニッケル水素二次電池３は電流値Ｉｂで充電される。

ここで、上述したように、組電池１ａは、充電電流供給用抵抗Ｒ１，Ｒ２（蓄電電荷量調節部）の働きによって、タイミングｔにおいて、リチウムイオン二次電池２のセルあたりの蓄電電荷量Ｑｒｔと、ニッケル水素二次電池３のセルあたりの蓄電電荷量Ｑｎｔとは、式（３）の関係を有している。

そして、各リチウムイオン二次電池２の端子電圧は放電に伴い低下する一方、ニッケル水素二次電池３の端子電圧は、わずかしか上昇せず、ほとんど一定のまま充電される。そのため、４個のリチウムイオン二次電池２の端子電圧の合計電圧Ｖｒは、充電器２０の出力電圧にニッケル水素二次電池３の端子電圧が加算された電圧となる。そして、リチウムイオン二次電池２の放電に伴い、組電池１ａの端子電圧値Ｖｂが低下する。

このとき、もし仮に、タイミングｔにおいてリチウムイオン二次電池２のセルあたりの蓄電電荷量Ｑｒｔと、ニッケル水素二次電池３のセルあたりの蓄電電荷量Ｑｎｔとが、式（３）の関係を有していなかった場合、リチウムイオン二次電池２の蓄電電荷量がまだ残っているにもかかわらず、先にニッケル水素二次電池３が満充電になって組電池１ａに電流が流せなくなったり、ニッケル水素二次電池３が満充電になった後も充電されて過充電になったりするおそれがある。

しかしながら、図７に示す組電池１ａは、充電電流供給用抵抗Ｒ１，Ｒ２（蓄電電荷量調節部）の働きによって、タイミングｔにおいて、リチウムイオン二次電池２のセルあたりの蓄電電荷量Ｑｒｔと、ニッケル水素二次電池３のセルあたりの蓄電電荷量Ｑｎｔとが式（３）の関係を有するようにその蓄電容量が調節されているので、リチウムイオン二次電池２の蓄電電荷量がまだ残っているにもかかわらず、先にニッケル水素二次電池３が満充電になることがない。

これにより、放電時にリチウムイオン二次電池２の蓄電電荷量がまだ残っているにもかかわらず組電池１ａに電流が流せなくなったり、ニッケル水素二次電池３が満充電になった後も充電されて過充電になったりするおそれが低減される。

そして、電圧センサ２１によって検出された端子電圧値Ｖｂが、閾値電圧Ｖｔｈ（例えば１０．５Ｖ）以下になると、切替制御部３２によって、第１スイッチング素子ＳＷ１がオフされ、第２スイッチング素子ＳＷ２がオンされる（タイミングＴ２１）。

そうすると、電池ブロックＢ２からニッケル水素二次電池３が切り離されて、組電池１ａの端子電圧値Ｖｂが４個のリチウムイオン二次電池２の端子電圧を合計した電圧Ｖｒと等しくなる。すなわち、端子電圧値Ｖｂがニッケル水素二次電池３の端子電圧の分だけ、上昇することになる。

これにより、例えば端子電圧値Ｖｂが所望の閾値電圧Ｖｔｈを下回るときは、切替制御部３２によって、ニッケル水素二次電池３が電池ブロックＢ２から切り離され、組電池１ａの端子電圧値Ｖｂを上昇させて、さらに所望の端子電圧以上の電圧を確保することが容易となる。

この場合、必ずしも放電によって端子電圧値Ｖｂが閾値電圧Ｖｔｈを下回る場合に限らず、例えば組電池１ａが低温になったことによって端子電圧値Ｖｂが低下した場合であっても、切替制御部３２によって、ニッケル水素二次電池３を電池ブロックＢ２から切り離すことで、組電池１ａの端子電圧値Ｖｂを上昇させることができる。

なお、閾値電圧Ｖｔｈは、１０．５Ｖに限られず、所望の電圧を設定すればよい。

また、第１スイッチング素子ＳＷ１をオフ、第２スイッチング素子ＳＷ２をオンした後、端子電圧Ｖｂ＜Ｖｔｈならば、第２スイッチング素子ＳＷ２をオフして放電を停止させてもよい。このとき、もし端子電圧Ｖｂ＞Ｖｔｈ＋２．０Ｖならば、第２スイッチング素子ＳＷ２をオフした後、第１スイッチング素子ＳＷ１をオンして復帰させてもよい。第１スイッチング素子ＳＷ１、及び第２スイッチング素子ＳＷ２が共にオフされた状態から充電が開始されると、第１スイッチング素子ＳＷ１をオンして初期状態に戻す。

また、第１スイッチング素子ＳＷ１、及び第２スイッチング素子ＳＷ２が共にオンされた状態が継続するときには、短絡異常としてもよい。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係る電池システム１００ｂについて説明する。図１０は、本発明の第３の実施形態に係る電池システム１００ｂの電気的構成の一例を示す回路図である。図１０に示す電池システム１００ｂは、組電池１ｂと、組電池１ｂを充電する充電器２０（第１充電回路）とを備えている。

図１０に示す組電池１ｂと図７に示す組電池１ａとでは、下記の点で異なる。すなわち、図１０に示す組電池１ｂは、電池ブロックＢ３に含まれる４個のリチウムイオン二次電池２が直列接続されて、その負極側が接続端子５と接続され、その正極側が、ニッケル水素二次電池３の正極と接続されている。

そして、ニッケル水素二次電池３の負極が、第１スイッチング素子ＳＷ１を介して接続端子４と接続されている。さらに、ニッケル水素二次電池３と第１スイッチング素子ＳＷ１との直列回路と並列に、第２スイッチング素子ＳＷ２が接続されている。

また、充電電流供給用抵抗Ｒ１，Ｒ２の代わりに、蓄電電荷量調節部として充電回路３３を備えている。充電回路３３は、例えばスイッチング電源回路や定電圧回路等を用いて構成されており、４個のリチウムイオン二次電池２からの電力供給を受けて、ニッケル水素二次電池３へ充電電流を供給する。

この場合、充電回路３３が４個のリチウムイオン二次電池２から供給を受ける放電電荷量と、充電回路３３からニッケル水素二次電池３へ供給される充電電荷量との合計が、上述のようなニッケル水素二次電池３の自己放電量や充放電の繰り返しに伴う蓄電電荷量の減少量と実質的に、略等しくなるように、充電回路３３の動作が設定されている。

このように構成された組電池１ｂを用いた電池システム１００ｂは、図７に示す電池システム１００ａと同様、充電から組電池１ｂの使用を開始する場合は初期状態Ａ、最初に放電から使用を開始する場合は初期状態Ｂから使用を開始することで、充電回路３３（蓄電電荷量調節部）の働きによって、タイミングｔにおいて、リチウムイオン二次電池２のセルあたりの蓄電電荷量Ｑｒｔと、ニッケル水素二次電池３のセルあたりの蓄電電荷量Ｑｎｔとが、式（２）、（３）の関係を有する。

そうすると、組電池１ａの場合と同様の動作により、組電池１ｂの充電時に、リチウムイオン二次電池２の充電が不十分になったり、ニッケル水素二次電池３に過放電が生じたりするおそれを低減することができ、組電池１ｂの放電時に、リチウムイオン二次電池２の蓄電電荷量がまだ残っているにもかかわらず組電池１ｂが放電できなくなくなったり、ニッケル水素二次電池３が満充電になった後も充電されて過充電になったりするおそれが低減される。

また、電圧の高いリチウムイオン二次電池２から、電圧の低いニッケル水素二次電池３へ電力を供給して充電するので、充電回路３３の消費電力を考慮しても、リチウムイオン二次電池２からの放電電流よりもニッケル水素二次電池３の充電電流を大きくすることが容易となる。従って、リチウムイオン二次電池２の蓄電電気量の減少を最小に抑えて、ニッケル水素二次電池３に充電をすることが容易となる。

組電池１ｂ全体の蓄電電気量は、４個のリチウムイオン二次電池２の蓄電電気量と一致するので、リチウムイオン二次電池２の蓄電電気量の減少を抑制することは、組電池１ｂ全体での蓄電電気量の減少を抑制することにつながる。

なお、充電回路３３は、４個のリチウムイオン二次電池２のみからの電力供給を受けてニッケル水素二次電池３へ充電電流を供給する例に限られず、電池ブロックＢ３全体から電力供給を受けてニッケル水素二次電池３へ充電電流を供給する構成であってもよい。

また、図１１に示す組電池１ｃのように、組電池１ｃは充電回路３３を備えず、代わりに、４個のリチウムイオン二次電池２の直列回路及び１個のニッケル水素二次電池３のうちいずれか一方の両端を外部に接続するための接続端子５４を蓄電電荷量調節部として備える構成としてもよい。

そして、充電器２０ｃが、接続端子４，５４を介してニッケル水素二次電池３へ充電回路３３と同様の充電電流を供給する充電回路２５（第２充電回路）を備えるようにしてもよい。あるいは、充電回路２５（第２充電回路）は、接続端子５，５４を介して４個のリチウムイオン二次電池２へ、充電回路３３と同様の充電電流を供給する充電回路であってもよい。

ニッケル水素二次電池３がリチウムイオン二次電池２と逆方向に接続されている場合、上述の式（２）、及び式（３）で示す関係が維持されるように、リチウムイオン二次電池２のセルあたりの蓄電電荷量Ｑｒｔと、ニッケル水素二次電池３のセルあたりの蓄電電荷量Ｑｎｔとが調節されればよい。ここで、ニッケル水素二次電池３のセルあたりの蓄電電荷量Ｑｎｔが自己放電や低充電効率に起因して減少した場合、式（２）、及び式（３）を満たすためには、ニッケル水素二次電池３を充電して蓄電電荷量Ｑｎｔを増加させるか、あるいはリチウムイオン二次電池２を充電して蓄電電荷量Ｑｒｔを増加させればよい。

また、鉛蓄電池の出力電圧は、１２Ｖ、２４Ｖ、４８Ｖというように、１２Ｖの倍数のものが存在し、このような鉛蓄電池を充電する充電回路の充電電圧もまた、１４．５Ｖ（〜１５．５Ｖ）の倍数となる。そこで、ニッケル水素二次電池１個とリチウムイオン二次電池４個とを、ニッケル水素二次電池を逆向きにして直列接続した電池ブロックを１ユニット（一単位）とし、充電回路の充電電圧に応じてこのユニット数を増減することで、ニッケル水素二次電池の個数とリチウムイオン二次電池の個数とを１：４の比率にすれば、鉛蓄電池の出力電圧が１２Ｖの場合と同様に、組電池の充電電圧を充電回路の出力電圧と適合させることができる結果、このような充電回路によって組電池１ａ，１ｂを充電する際の充電終了時のＳＯＣを増大することができる。

このように構成されたユニットを基本単位として、起電力、あるいは電池容量などの要望に合わせて、数ユニットを直列及び並列、あるいは、直並列に接続し、組電池とすることも可能である。

また、図７、図１０に示す組電池１ａ，１ｂと同様、電圧検出回路８や制御部９を備えてもよく、この場合、スイッチング素子１１、及び抵抗１２を備えず、スイッチング素子１１をオンさせる代わりに第１スイッチング素子ＳＷ１をオフさせることで過充電を防止するようにしてもよい。

なお、充電器２０は、鉛蓄電池用の充電回路に限らない。組電池１，１ａ，１ｂは、リチウムイオン二次電池２とニッケル水素二次電池３との個数を適宜、設定することにより、任意の充電電圧で定電圧充電を行う充電回路で充電される組電池に適用することができる。

図７に示す組電池１ａにおいて、充電電流供給用抵抗Ｒ１，Ｒ２を取り付けた場合と取り外した場合とで、充放電サイクルを繰り返した場合の組電池１ａの放電容量の変化を実験的に測定した。その測定結果を図１２に示す。

リチウムイオン二次電池２としてはパナソニック（株）製ＣＧＲ２６６５０ ４Ｓ、ニッケル水素二次電池３としてはパナソニック（株）製ＨＨＲ３００ＳＣＰ ２Ｐ１Ｓを用いた。

図１２において、横軸はサイクル数（回）、縦軸は放電容量（単位：Ａｈ）を示している。図１２に示すように、充電電流供給用抵抗Ｒ１，Ｒ２がないと、充電効率の差により蓄電電荷量のバランスがくずれ、１００サイクルあたりから組電池１ａ全体の放電可能な容量が低下する。しかしながら充電電流供給用抵抗Ｒ１，Ｒ２を取り付けた場合、ニッケル水素二次電池３がリチウムイオン二次電池２により充電されているために完全放電にいたることもなく、蓄電電荷量の良好なバランスが保たれることが確認できた。

リチウムイオン二次電池２としてパナソニック（株）製ＣＧＲ１８６５０ＤＡ（電池容量２．４５Ａｈ）、ニッケル水素二次電池３としてパナソニック（株）製ＨＨＲ２６０ＳＣＰ（電池容量２．６Ａｈ）、もしくは、パナソニック（株）製ＨＨＲ２００ＳＣＰ（電池容量２．１Ａｈ）を用いて、図１３に示す本発明に係るサンプル１，２、および本発明とは異なる比較例２，３の組電池を作成した。また、比較例１には、鉛蓄電池としてパナソニック（株）製ＬＣ−Ｐ１２２Ｒ２Ｊ（電池容量２．２Ａｈ）を用いた。
（サンプル１）
図２に示す組電池１において、ＮＴＣサーミスタ７とダイオードＤとを備えず、電圧検出回路８、及び制御部９のみを蓄電電荷量調節部として用いた。そして、リチウムイオン二次電池２としてパナソニック（株）製ＣＧＲ１８６５０ＤＡ（電池容量２．４５Ａｈ）を３セルと、ニッケル水素二次電池３としてパナソニック（株）製ＨＨＲ２６０ＳＣＰ（電池容量２．６Ａｈ）を２セルの計５セルを直列に接続し、電圧検出回路８、及び制御部９（電池電圧監視用の保護回路）の消費電力は専らＣＧＲ１８６５０ＤＡ（電池容量２．４５Ａｈ）の３セルのみから供給する構成とした。
（サンプル２）
図７に示す組電池１ａにおいて、第１スイッチング素子ＳＷ１、第２スイッチング素子ＳＷ２、電圧検出部３１、及び切替制御部３２を備えない構成とした。

そして、リチウムイオン二次電池２としてパナソニック（株）製ＣＧＲ１８６５０ＤＡ（電池容量２．４５Ａｈ）を４セルと、ニッケル水素二次電池３としてパナソニック（株）ＨＨＲ２６０ＳＣＰ（電池容量２．６Ａｈ）を１セルの計５セルを、ＨＨＲ２６０ＳＣＰのみ逆極性として直列に接続した。また、充電電流供給用抵抗Ｒ１，Ｒ２は、１ｋΩとした。
（比較例１）
鉛蓄電池としてパナソニック（株）製ＬＣ−Ｐ１２２Ｒ２Ｊ（電池容量２．２Ａｈ）１セルを比較例１の組電池とした。
（比較例２）
サンプル１において、電圧検出回路８、及び制御部９（電池電圧監視用の保護回路）の消費電力を、５セルからなる電池ブロックＢ１全体から供給するようにした。
（比較例３）
ＣＧＲ１８６５０ＤＡ（電池容量２．４５Ａｈ）を３セルとＨＨＲ２００ＳＣＰ（電池容量２．１Ａｈ）を２セルの計５セルを直列接続したものを、比較例３の組電池とした。

これら（サンプル１）、（サンプル２）、及び（比較例１）〜（比較例３）の組電池に対して、定電流充電における充電電流１Ａ、定電圧充電における充電電圧１４．５Ｖ、充電終止電流０．１Ａの条件で定電流定電圧充電を行った後、定電流１Ａで１０Ｖまで放電した場合の、体積当たりの電池エネルギー密度、重量当たりの電池エネルギー密度を測定した。また、上記充放電を３００回繰り返した後の体積当たりの電池エネルギー密度、重量当たりの電池エネルギー密度を測定し、図１３に示した。

図１３に示すように、電圧検出回路８、及び制御部９の消費電力をリチウムイオン二次電池からのみの供給とした本発明に係る（サンプル１）の組電池や、非水系二次電池から水溶液系二次電池を 充電するように閉回路を設けた本発明に係る（サンプル２）では、比較例１の鉛蓄電池と比較すると初期および３００サイクル後のエネルギー密度は充分に大きく、軽量化、コンパクト化が可能である。また、（比較例２）や（比較例３）の組電池と、比較しても初期および３００サイクル後のエネルギー密度は、高くなる。

以上のように、本発明に係る組電池によれば、例えば鉛蓄電池の代替として充電回路を変更することなく容易に車両に搭載可能な、軽量、コンパクトで繰り返し使用での劣化の少ない組電池を提供することができる。

本発明は、二輪車や四輪車その他工事車両等の車載用のバッテリとして用いられる組電池や、ＵＰＳなどのバックアップ電源、携帯型パーソナルコンピュータやデジタルカメラ、携帯電話機等の電子機器、電気自動車やハイブリッドカー等の車両等の電源として用いられる組電池として好適に利用することができる。また、このような組電池を用いた電池システムとして好適である。

１，１ａ，１ｂ 組電池
２ リチウムイオン二次電池
３ ニッケル水素二次電池
４，５ 接続端子
６ 筐体
７ ＮＴＣサーミスタ
８ 電圧検出回路
９ 制御部
１２，１３ 抵抗
２０，２０ｃ 充電器
２１ 電圧センサ
２２ 電流センサ
２３ 充電電流供給回路
２４ 制御部
２５，３３ 充電回路
３１ 電圧検出部
３２ 切替制御部
１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ 電池システム
Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３ 電池ブロック
Ｄ ダイオード
Ｉｂ 電流値
Ｒ１，Ｒ２ 充電電流供給用抵抗
ＳＷ１，ＳＷ２ スイッチング素子
Ｖｂ 端子電圧値
Ｖｔｈ 閾値電圧

Claims (25)

1. 非水系二次電池と水溶液系二次電池とが直列に接続された電池ブロックと、
   前記非水系二次電池のセルあたりの蓄電電荷量が、前記水溶液系二次電池のセルあたりの蓄電電荷量よりも相対的に減少する方向に向かうように、当該非水系二次電池のセルあたりの蓄電電荷量と当該水溶液系二次電池のセルあたりの蓄電電荷量との関係を調節する蓄電電荷量調節部と
   を備えることを特徴とする組電池。
2. 前記蓄電電荷量調節部は、
   前記非水系二次電池と前記水溶液系二次電池とにおける充電効率の差、及び前記水溶液系二次電池の自己放電によって生じる前記水溶液系二次電池の蓄電電荷量の減少を、実質的に補うように、前記非水系二次電池のセルあたりの蓄電電荷量と前記水溶液系二次電池のセルあたりの蓄電電荷量との関係を調節すること
   を特徴とする請求項１記載の組電池。
3. 前記電池ブロックにおける、前記非水系二次電池のセル数と前記水溶液系二次電池のセル数との比率は３：２であり、
   前記非水系二次電池のセルと前記水溶液系二次電池のセルとは、同一極性方向に直列接続されていること
   を特徴とする請求項１又は２記載の組電池。
4. 前記電池ブロックにおける、前記非水系二次電池のセル数と前記水溶液系二次電池のセル数との比率は３：１であり、
   前記非水系二次電池のセルと前記水溶液系二次電池のセルとは、同一極性方向に直列接続されていること
   を特徴とする請求項１又は２記載の組電池。
5. 前記非水系二次電池のセルと前記水溶液系二次電池のセルとは、逆極性の方向に直列接続されていること
   を特徴とする請求項１又は２記載の組電池。
6. 前記電池ブロックにおける、前記非水系二次電池のセル数と前記水溶液系二次電池のセル数との比率は４：１であること
   を特徴とする請求項５記載の組電池。
7. 前記電池ブロックを所定の充電電圧で満充電になるまで充電したときの前記非水系二次電池のセルあたりの蓄電電荷量が充電可能電荷量Ｃｆｒであり、前記水溶液系二次電池のセルあたりの電池容量がＣｎであるとき、当該非水系二次電池の所定のタイミングにおけるセルあたりの蓄電電荷量Ｑｒｔ、及び当該水溶液系二次電池の前記タイミングにおけるセルあたりの蓄電電荷量Ｑｎｔが、下記の式（Ａ）及び式（Ｂ）で示す関係を満たすように、設定されていること
   Ｃｆｒ−Ｑｒｔ ＜ Ｑｎｔ ・・・（Ａ）
   Ｑｒｔ ＜ Ｃｎ−Ｑｎｔ ・・・（Ｂ）
   を特徴とする請求項５又は６記載の組電池。
8. 前記蓄電電荷量調節部は、
   前記非水系二次電池と並列に接続された抵抗体を用いて構成されていること
   を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の組電池。
9. 前記抵抗体は、
   ＮＴＣサーミスタであること
   を特徴とする請求項８記載の組電池。
10. 前記抵抗体と直列に接続されたダイオードをさらに備え、
    前記抵抗体と前記ダイオードとの直列回路が前記非水系二次電池と並列に接続されており、
    前記ダイオードは、並列に接続された非水系二次電池の放電方向が順方向になる向きに接続されていること
    を特徴とする請求項８又は９に記載の組電池。
11. 前記非水系二次電池と前記水溶液系二次電池とのうち少なくとも一方における、充電及び放電のうち少なくとも一方を制御する制御部をさらに備え、
    前記制御部の動作用電力を、前記非水系二次電池から供給することにより、当該制御部を前記蓄電電荷量調節部として用いること
    を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の組電池。
12. 前記電池ブロックにおいて最もマイナス側に接続されたセルは前記非水系二次電池であり、当該非水系二次電池の負極が、組電池のグラウンド端子と同電位にされていること
    を特徴とする請求項１１記載の組電池。
13. 前記蓄電電荷量調節部は、
    前記電池ブロックに含まれる非水系二次電池及び水溶液系二次電池のうち少なくとも一部から、前記水溶液系二次電池の充電電流を供給する充電回路を用いて構成されていること
    を特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の組電池。
14. 前記充電回路は、
    前記非水系二次電池からの電力供給に基づき、前記水溶液系二次電池の充電電流を生成すること
    を特徴とする請求項１３記載の組電池。
15. 前記蓄電電荷量調節部は、
    前記電池ブロックにおける前記非水系二次電池のセルと前記水溶液系二次電池のセルとを、２対１の割合で含む直列回路と並列に接続された充電電流供給用抵抗を用いて構成されていること
    を特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の組電池。
16. 前記充電電流供給用抵抗の抵抗値は、１ｋΩ〜１００ｋΩであること
    を特徴とする請求項１５記載の組電池。
17. 前記電池ブロックの両端間の電圧を検出する電圧検出部と、
    前記電圧検出部によって検出された電圧が、予め設定された閾値電圧を下回るとき、前記電池ブロックに含まれる水溶液系二次電池を当該電池ブロックから切り離す切替回路をさらに備えること
    を特徴とする請求項５〜７、１５、及び１６のいずれか１項に記載の組電池。
18. 前記切替回路は、
    前記水溶液系二次電池と直列に接続された第１スイッチング素子と、
    前記水溶液系二次電池と第１スイッチング素子との直列回路と並列に接続された第２スイッチング素子と、
    前記第１スイッチング素子をオフ、前記第２スイッチング素子をオンすることにより前記水溶液系二次電池を前記電池ブロックから切り離し、前記第１スイッチング素子をオン、前記第２スイッチング素子をオフすることにより前記水溶液系二次電池を前記電池ブロックに接続する切替制御部とを含むこと
    を特徴とする請求項１６記載の組電池。
19. 前記水溶液系二次電池は、ニッケル水素二次電池であること
    を特徴とする請求項１〜１８のいずれか１項に記載の組電池。
20. 前記非水系二次電池は、リチウムイオン二次電池であること
    を特徴とする請求項１〜１９のいずれか１項に記載の組電池。
21. 請求項１〜２０のいずれか１項に記載の組電池と、
    予め設定された一定の充電電圧を前記組電池の電池ブロックへ供給する第１充電回路と
    を備えることを特徴とする電池システム。
22. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の組電池と、
    予め設定された一定の充電電圧を前記組電池の電池ブロックへ供給する第１充電回路と、
    前記水溶液系二次電池の充電電流を供給する第２充電回路とを備え、
    前記蓄電電荷量調節部は、前記水溶液系二次電池の充電電流を前記第２充電回路から受電する接続端子であること
    を特徴とする電池システム。
23. 前記充電電圧の値が、実質的に１４．５Ｖの整数倍であること
    を特徴とする請求項２１又は２２に記載の電池システム。
24. 前記充電電圧の値が、実質的に１３．７Ｖの整数倍であること
    を特徴とする請求項２１又は２２に記載の電池システム。
25. 非水系二次電池と水溶液系二次電池とが、互いに逆極性の方向に直列に接続された電池ブロックと、
    予め設定された一定の充電電圧を前記電池ブロックへ供給する第１充電回路と、
    前記非水系二次電池の充電電流を供給する第２充電回路と、
    前記充電電流を前記第２充電回路から受電し、前記非水系二次電池へ供給する接続端子と
    を備えることを特徴とする電池システム。

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