JP2015088255A

JP2015088255A - バッテリ

Info

Publication number: JP2015088255A
Application number: JP2013223783A
Authority: JP
Inventors: 隆広都竹; Takahiro Tsutake
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2013-10-29
Filing date: 2013-10-29
Publication date: 2015-05-07

Abstract

【課題】直列接続される電池からなる組電池が複数互いに並列接続されて構成されるバッテリにおいて、満充電容量が異なる電池を効率よく使用することを目的とする。
【解決手段】直列接続される電池１１Ａ〜１６Ａからなる組電池１Ａと、電池１１Ｂ〜１６Ｂからなる組電池１Ｂと、電池１１Ｃ〜１６Ｃからなる組電池１Ｃとが複数互いに並列接続されて構成されるバッテリ１において、各組電池１Ａ〜１Ｃの間で電池の最小満充電容量が互いに異なっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、直列接続される複数の電池からなる組電池が複数互いに並列接続されて構成されるバッテリに関する。

充電可能な複数の電池を直列に接続して高電圧の組電池を複数つくり、それら組電池を互いに並列接続してバッテリを製造する技術が実用化されている。この種のバッテリは、近年では、例えば、電動フォークリフト、ハイブリッドカー、又は電気自動車などの車両への実装において注目されている。

図５は、既存のバッテリの一例を示す図である。
図５に示すバッテリ５０は、互いに並列接続される複数の組電池１Ａ〜１Ｃを備える。組電池１Ａは直列接続される電池１１Ａ〜１６Ａを備え、組電池１Ｂは直列接続される電池１１Ｂ〜１６Ｂを備え、組電池１Ｃは直列接続される電池１１Ｃ〜１６Ｃを備える。なお、電池１１Ａ〜１６Ｃは、例えば、リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池などとする。

バッテリ５０の製造方法の一例を説明する。
まず、電池１１Ａ〜１６Ｃが組み立てられる。このとき、電池１１Ａ〜１６Ｃの充電容量（放電可能な電流量［Ａｈ］）が調整される。例えば、まず、電池１１Ａ〜１６Ｃの充電容量が所定の充電容量になるまで電池１１Ａ〜１６Ｃが充電され、次に、電池１１Ａ〜１６Ｃが所定温度で所定時間、一定の電流で放電され、そして、電池１１Ａ〜１６Ｃの充電容量が所定の充電容量になるまで電池１１Ａ〜１６Ｃが再度充電される（エイジング処理）。

次に、電池１１Ａ〜１６Ｃのうち、電池１１Ａ〜１６Ａが互いに直列接続されることにより組電池１Ａが組み立てられ、電池１１Ｂ〜１６Ｂが互いに直列接続されることにより組電池１Ｂが組み立てられ、電池１１Ｃ〜１６Ｃが互いに直列接続されることにより組電池１Ｃが組み立てられる。

そして、組電池１Ａ〜１Ｃが互いに並列接続されることによりバッテリ５０が組み立てられる。
しかしながら、電池１１Ａ〜１６Ｃの満充電容量にはばらつきが生じてしまう場合がある。例えば、図５に示すように、電池１１Ａ〜１６Ｃの満充電容量に１８〜２２［Ａｈ］のばらつきが生じてしまう場合がある。そのため、組電池１Ａに備えられる電池１１Ａ〜１６Ａの満充電容量にも、ばらつきが生じてしまう。同様に、組電池１Ｂに備えられる電池１１Ｂ〜１６Ｂの満充電容量や組電池１Ｃに備えられる電池１１Ｃ〜１６Ｃの満充電容量にも、ばらつきが生じてしまう。このような場合では、組電池１Ａ〜１Ｃのそれぞれの定格容量が実際の満充電容量よりも小さくならないように、組電池１Ａ〜１Ｃのそれぞれの定格容量をプラス公差で設定することが考えられる。すなわち、電池１１Ａ〜１６Ａの満充電容量のうち最も小さい満充電容量である１８［Ａｈ］が組電池１Ａの定格容量に設定される。同様に、電池１１Ｂ〜１６Ｂの満充電容量のうち最も小さい満充電容量である１８［Ａｈ］が組電池１Ｂの定格容量に設定され、電池１１Ｃ〜１６Ｃの満充電容量のうち最も小さい満充電容量である１８［Ａｈ］が組電池１Ｃの定格容量に設定される。そのため、組電池１Ａ〜１Ｃのそれぞれの定格容量よりも実際の満充電容量が大きい電池、例えば、満充電容量が２０［Ａｈ］の電池１１Ａ、１２Ｂ、１３Ｃや満充電容量が２２［Ａｈ］の電池１２Ａ、１１Ｂ、１２Ｃは、バッテリ５０の充電時、定格容量よりも多く充電することができるにもかかわらず、定格容量までしか充電することができない。すなわち、組電池１Ａ〜１Ｃのそれぞれの定格容量よりも実際の満充電容量が大きい電池は、定格容量と実際の満充電容量との差の充電容量分が使えず、その満充電容量の一部が無駄になってしまう。

そこで、各電池のそれぞれの定格容量ができるだけ同じになるように、各電池を組み立てることが考えられるが、すべての電池の定格容量を完全に一致させることは難しい（例えば、特許文献１参照）。

また、定格容量と実際の満充電容量との差の充電容量も使用することができるように、バッテリ５０の充電中に満充電容量が小さい電池から満充電容量が大きい電池へ充電容量を移動させるための回路をバッテリ５０に組み込むことも考えられるが、その回路を追加する分製造コストが増加してしまう。

特開２００５−２６８１４０号公報

本発明は、直列接続される電池からなる組電池が複数互いに並列接続されて構成されるバッテリにおいて、満充電容量が異なる電池を効率よく使用することを目的とする。

本実施形態のバッテリは、直列接続される複数の電池からなる組電池が複数互いに並列接続されて構成されるバッテリであって、前記各組電池の間で電池の最小満充電容量が互いに異なっている。

各組電池の間で電池の最小満充電容量が互いに異なるようにするためには、電池の満充電容量を組電池毎にできるだけそろえる必要がある。電池の満充電容量が組電池毎にできるだけそろっていると、各組電池において定格容量より実際の満充電容量が大きい電池が少なくなる。そのため、各電池の満充電容量が互いに異なっていても満充電容量の一部が無駄になる電池を少なくさせることができ、各電池を効率よく使用することができる。

本発明によれば、直列接続される電池からなる組電池が複数互いに並列接続されて構成されるバッテリにおいて、満充電容量が異なる電池を効率よく使用することができる。

本実施形態のバッテリの一例を示す図である。本実施形態のバッテリの製造方法の一例を示す図である。本実施形態のバッテリの製造方法を説明するための図である。本実施形態のバッテリの他の例を示す図である。既存のバッテリの一例を示す図である。

図１は、本実施形態のバッテリの一例を示す図である。なお、図５に示す構成と同じ構成には同じ符号を付している。
図１に示す本実施形態のバッテリ１は、図５に示す既存のバッテリ５０と同様に、互いに並列接続される組電池１Ａ〜１Ｃを備える。

図１に示す本実施形態のバッテリ１において図５に示す既存のバッテリ５０と異なる点は、組電池１Ａ〜１Ｃの間で電池の最小満充電容量が互いに異なっている点である。例えば、組電池１Ａに備えられる各電池の満充電容量のうち最も小さい満充電容量を１８［Ａｈ］にし、組電池１Ｂに備えられる各電池の満充電容量のうち最も小さい満充電容量を２０［Ａｈ］にし、組電池１Ｃに備えられる各電池の満充電容量のうち最も小さい満充電容量を２２［Ａｈ］にする。

このように、組電池１Ａ〜１Ｃの間で電池の最小満充電容量が互いに異なるようにするためには、例えば、電池の満充電容量を組電池毎にそろえる必要がある。なお、満充電容量をそろえる際、各満充電容量は互いに多少の誤差があってもよい。すなわち、図１に示すように、組電池１Ａにおいて各電池の満充電容量をすべて１８［Ａｈ］にそろえている。同様に、組電池１Ｂにおいて各電池の満充電容量をすべて２０［Ａｈ］にそろえ、組電池１Ｃにおいて各電池の満充電容量をすべて２２［Ａｈ］にそろえている。言い換えると、各組電池内で各電池の満充電容量のばらつきがより小さくなるように組電池を構成する。なお、各満充電容量に多少の誤差があっても、各組電池において各電池の満充電容量をほぼ同じにそろえる。この場合、組電池１Ａの定格容量は、組電池１Ａの各電池の満充電容量のうち最も小さい満充電容量である１８［Ａｈ］に設定される。同様に、組電池１Ｂの定格容量は、組電池１Ｂの各電池の満充電容量のうち最も小さい満充電容量である２０［Ａｈ］に設定され、組電池１Ｃの定格容量は、組電池１Ｃの各電池の満充電容量のうち最も小さい満充電容量である２２［Ａｈ］に設定される。そして、電池の満充電容量を組電池毎にそろえているため、組電池１Ａの各電池の満充電容量（１８［Ａｈ］）と組電池１Ａの定格容量（１８［Ａｈ］）を互いに一致させることができる。同様に、組電池１Ｂの各電池の満充電容量（２０［Ａｈ］）と組電池１Ｂの定格容量（２０［Ａｈ］）を互いに一致させることができ、組電池１Ｃの各電池の満充電容量（２２［Ａｈ］）と組電池１Ｃの定格容量（２２［Ａｈ］）を互いに一致させることができる。なお、各満充電容量に多少の誤差があっても、組電池１Ａ〜１Ｃのそれぞれの定格容量と、その組電池を構成する各電池の満充電容量との差をより小さくすることができる。これにより、組電池１Ａ〜１Ｃのそれぞれの定格容量よりも実際の満充電容量が大きい電池が無くなるため、満充電容量の一部を無駄にしてしまうことがなくなり、電池１１Ａ〜１６Ｃを効率よく使用することができる。

図２は、本実施形態のバッテリ１の製造方法の一例を示す図である。なお、図２に示す一連の動作は、バッテリ１を製造するための装置により自動的に実行されてもよい。
まず、ステップＳ１において、複数の電池（電池１１Ａ〜１６Ｃ）を組み立てる。なお、電池の組み立て方法は、既存の方法を採用することができ、特に限定されない。このとき、上述したように、各電池の充電容量を調整する。まず、各電池の充電容量が所定の充電容量になるまで各電池を充電し、次に、各電池を所定温度で所定時間、一定の電流で放電させ、そして、各電池の充電容量が所定の充電容量になるまで各電池を再度充電する。

次に、ステップＳ２において、各電池の満充電容量を求める。例えば、電池１１Ａの満充電容量を求める場合、電池１１Ａの充電容量の調整時において、再充電した際に電池１１Ａに流した電流量（４［Ａｈ］）と、そのときの電池１１Ａの電圧の変化量に対応するＳＯＣの変化量（２０［％］）を求める。そして、その求めた電流量をＳＯＣの変化量で除算し１００を乗算した結果（２０［Ａｈ］）を電池１１Ａの満充電容量とする。なお、ＳＯＣの変化量［％］＝（再充電した際に電池１１Ａに流した電流量［Ａｈ］）／（満充電容量［Ａｈ］）×１００とする。

次に、ステップＳ３において、各電池を満充電容量の小さい順または大きい順に並べる。例えば、図３（ａ）に示すように、電池１１Ａ〜１６Ｃの満充電容量を求めた後、図３（ｂ）に示すように、電池１１Ａ〜１６Ｃを満充電容量の小さい順に左から並べる。すなわち、満充電容量が１８［Ａｈ］の電池１４Ａ、１６Ａ、１３Ｂ、１６Ｂ、１１Ｃ、１４Ｃを並べ、その後に満充電容量が２０［Ａｈ］の電池１１Ａ、１３Ａ、１２Ｂ、１５Ｂ、１３Ｃ、１５Ｃを並べ、さらに、その後に満充電容量が２２［Ａｈ］の電池１２Ａ、１５Ａ、１１Ｂ、１４Ｂ、１２Ｃ、１６Ｃを並べる。

次に、ステップＳ４において、その並べた各電池を端から順に一定個ずつに分け、その分けた電池毎に組電池を組み立てる。例えば、図３（ｂ）に示す各電池を左端から順に６個ずつに分ける。すなわち、電池１４Ａ、１６Ａ、１３Ｂ、１６Ｂ、１１Ｃ、１４Ｃと、電池１１Ａ、１３Ａ、１２Ｂ、１５Ｂ、１３Ｃ、１５Ｃと、電池１２Ａ、１５Ａ、１１Ｂ、１４Ｂ、１２Ｃ、１６Ｃとの３つの組に分ける。そして、図３（ｃ）に示すように、電池１４Ａ、１６Ａ、１３Ｂ、１６Ｂ、１１Ｃ、１４Ｃを互いに直列接続することにより組電池１Ａを組み立てる。同様にして、電池１１Ａ、１３Ａ、１２Ｂ、１５Ｂ、１３Ｃ、１５Ｃを互いに直列接続することにより組電池１Ｂを組み立て、電池１２Ａ、１５Ａ、１１Ｂ、１４Ｂ、１２Ｃ、１６Ｃを互いに直列接続することにより組電池１Ｃを組み立てる。

そして、ステップＳ５において、各組電池を互いに並列接続してバッテリ１を組み立てる。
図１に示す本実施形態のバッテリ１によれば、バッテリ１の充電中に満充電容量が小さい電池から満充電容量が大きい電池へ充電容量を移動させるための回路を用いることなく、電池１１Ａ〜１６Ｃの満充電容量にできるだけ無駄がでないようにすることができるため、製造コストを抑えつつ、電池１１Ａ〜１６Ｃを効率よく使用することができる。

また、図１に示す本実施形態のバッテリ１は、図５に示す既存のバッテリ５０よりも全体の定格容量を大きくすることができる。すなわち、図５に示す既存のバッテリ５０では、組電池１Ａ〜１Ｃのそれぞれの定格容量が１８［Ａｈ］であるため、図５に示すバッテリ５０全体の定格容量は、１８［Ａｈ］＋１８［Ａｈ］＋１８［Ａｈ］＝５４［Ａｈ］になる。一方、図１に示す本実施形態のバッテリ１では、組電池１Ａ〜１Ｃのそれぞれの定格容量が１８［Ａｈ］、２０［Ａｈ］、２２［Ａｈ］であるため、図１に示す本実施形態のバッテリ１全体の定格容量は、１８［Ａｈ］＋２０［Ａｈ］＋２２［Ａｈ］＝６０［Ａｈ］になる。このように、図１に示す本実施形態のバッテリ１全体の定格容量（６０［Ａｈ］）を、図５に示す既存のバッテリ５０全体の定格容量（５４［Ａｈ］）よりも大きくすることができる。

なお、上記実施形態では、すべての組電池において各電池の満充電容量がそろっているが、すべての組電池において各電池の満充電容量がそろっていなくてもよい。すなわち、バッテリ１を構成する複数の組電池のうち、少なくとも１つの組電池に備えられる各電池の満充電容量がそろっていればよい。例えば、図４に示す本実施形態のバッテリ１では、組電池１Ａに備えられる各電池の満充電容量や組電池１Ｂに備えられる各電池の満充電容量はそろっていないが、組電池１Ｃに備えられる各電池の満充電容量はそろっている。この場合、組電池１Ｃでは、各電池の満充電容量（２２［Ａｈ］）と定格容量（２２［Ａｈ］）を互いに一致させることができるため、組電池１Ｃに備えられる各電池の満充電容量の一部を無駄にさせないようにすることができる。また、組電池１Ａや電池１Ｂにおいても、定格容量よりも実際の満充電容量が大きくなってしまう電池を、電池１４Ｃや電池１５Ｃだけにすることができるため、満充電容量の一部が無駄になる電池を抑えることができる。すなわち、電池の満充電容量を組電池毎にできるだけそろえることにより、満充電容量の一部が無駄になる電池を抑えることができる。

１バッテリ
１Ａ〜１Ｃ組電池
１１Ａ〜１６Ｃ電池

Claims

直列接続される複数の電池からなる組電池が複数互いに並列接続されて構成されるバッテリであって、
前記各組電池の間で電池の最小満充電容量が互いに異なっている
ことを特徴とするバッテリ。
請求項１に記載のバッテリであって、
前記組電池に備えられる各電池は、互いに満充電容量がほぼ同じである
ことを特徴とするバッテリ。
直列接続される複数の電池からなる組電池が複数互いに並列接続されて構成されるバッテリであって、
前記各電池を満充電容量の小さい順または大きい順に並べ、
その並べた各電池を端から順に一定個ずつに分け、
その分けた電池毎に組電池を組み立て、
その組み立てた各組電池を互いに並列接続してバッテリを組み立てる
ことにより製造されるバッテリ。