JP3349320B2 - 蓄電システム - Google Patents

蓄電システム

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光造 野上
俊之 能間
晃治 西尾
俊彦 斎藤
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気自動車、ポー
タブル電源などに使用される蓄電システムに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、電気自動車には鉛二次電池、ニッ
ケル−水素二次電池などの電池が搭載され、実用化が図
られている。一般的に、これら自動車の電池では、一種
類の電池がトランク、床下などのスペースに集合的に配
置搭載されている。
【0003】電池に着目してみると、近年、様々な電池
が実用化され、炭素材料−コバルト酸化物系のリチウム
二次電池、ニッケル−水素二次電池等が円筒型の民生用
電池として生産を増加させつつある。もう一つの流れと
して、これらの電池を大型化し、電気自動車に搭載しよ
うとする研究も進行中である。
【0004】これらの電池は、一般的に、熱的な性質、
例えば充電時の発熱量、高温時の充電挙動が異なる。そ
こで、これら非水系二次電池及び水溶液系二次電池を組
み合わせて使用する場合、これらの挙動を考慮して、蓄
電システムを構成する必要がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は係る問題点に
鑑みてなされたものであって、蓄電システムの効率的な
動作を可能とした構造を提供するものである。
【0006】非水系二次電池の作動温度を高いままに維
持し、充電効率を高めるものである。また、電池を組み
合わせたときの水溶液系二次電池の放熱を進め、充電効
率の低下を抑制するものである。
【0007】更には、満充電状態が検出しにくい水溶液
系二次電池の充電状態を、容易に検出することを課題と
する。
【0008】また、組み合わせられた非水系二次電池と
水溶液系二次電池との効果的な充電動作を行わせること
を課題とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、非水系二次電
池群と水溶液系二次電池群とを組み合わせた蓄電システ
ムであって、前記非水系二次電池群と前記水溶液系二次
電池群とが熱結合されており、かつ、前記非水系二次電
池群の周囲に、前記水溶液系二次電池群を配置したこと
を特徴とする。
【0010】ここにおいて、水溶液系二次電池として
は、ニッケル−水素二次電池が最適である。
【0011】また、前記非水系二次電池群と前記水溶液
系二次電池群のそれぞれの電圧を同じとした電池群同士
が直列に接続されるよう構成し、前記非水系二次電池が
マンガン酸化物を正極材料とするものを用いるのが最適
である。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例に基づいて
更に詳細に説明するが、本発明は下記実施例を何ら限定
されるものではなく、その要旨を変更しない範囲におい
て、適宜変更して実施することができる。 (実施例) [非水系二次電池の説明]本発明で使用する非水系二次
電池としては、いわゆるリチウム二次電池が使用可能で
ある。この電池は、次のようにして準備される。
【0013】このリチウム二次電池は、負極の活物質材
料として炭素粉末を使用しており、正極はリチウムを含
んだマンガン酸化物から構成されている。この正、負極
及びセパレータを用いて渦巻き型の電極体を作製し、円
筒型電池缶に挿入する。そして、ここに電解液を注液す
る。この電解液は、エチレンカーボネート(EC)及びジ
エチルカーボネート(DEC)とからなる体積比1:1の
混合溶媒に、六フッ化燐酸リチウム(LiPF6)を1M(モル
/リットル)溶かしたものである。この電解液は、セパ
レータであるポリプロピレン製の微多孔膜(ヘキストセ
ラニーズ社製、商品名「セルガード」)に含浸させられ
ている。
【0014】そして、この電極体が挿入され、電解液が
注入された電池缶を、正極端子を兼ねる封口体にて密閉
する。尚、この封口体と電池缶とは、絶縁性を保つため
に樹脂性のパッキングで絶縁、封止されている。 [水溶液系二次電池の説明]本発明で使用する水溶液系
二次電池としては、いわゆるニッケル−水素二次電池を
例示することができる。この電池は、次のようにして準
備される。
【0015】このニッケル−水素二次電池は、負極の活
物質材料として水素吸蔵合金粉末を使用しており、正極
は通常アルカリ二次電池に使用される水酸化ニッケルか
らなるニッケル極を用いている。この正、負極及びセパ
レータを用いて渦巻き型の電極体を作製し、円筒型電池
缶に挿入する。そして、ここに、電解液を注液する。こ
の電解液は、水酸化カリウムと水酸化リチウムと水酸化
ナトリウムの水溶液からなるものである。この電解液
は、セパレータであるナイロン不織布に含浸させられて
いる。
【0016】この電極体が挿入され電解液が注入された
電池缶を、正極端子を兼ねる封口体にて密閉する。尚、
この封口体と電池缶とは、絶縁性を保つために樹脂性の
パッキングで絶縁、封止されている。 [各電池の温度特性の説明]これら各二次電池の熱挙動
を、図1に説明する。図1は、電池温度と放電容量の関
係を示す図であり、横軸は電池温度、縦軸は放電容量
(25℃の放電容量を100%としている)を表している。
図1において、非水系二次電池の挙動は(1)のようにな
り、一方、水溶液系二次電池の挙動は(2)のようにな
る。これらを対比すると、水溶液系二次電池は約45℃を
境にして、放電容量が急に低下する。一方、非水系二次
電池は約60℃辺りまで、放電容量の低下は観察されな
い。 [組電池の構成]上述のようにして構成した非水系二次
電池を1とし、水溶液系二次電池を2としこれらを組み
合わせて組電池を、図2に示すように構成した。図2
中、非水系二次電池1は8本使用され、これらは接続片
2、2、2を介して直列に接続されている。非水系二次
電池1の放電電圧は3Vであるので、直列に接続された
非水系二次電池群は24Vを出力することができる。この
出力は、正極側出力端子3及び負極側出力端子4を介し
て、出力される。
【0017】一方、水溶液系二次電池5は20本使用さ
れ、これらは接続片6、6・・・を介して直列に接続さ
れている。水溶液系二次電池5の放電電圧は1.2Vであ
るので、直列に接続された水溶液系二次電池群は24Vを
出力することができる。この出力は、正極出力端子7及
び負極出力端子8を介して、出力される。
【0018】これら非水系二次電池1は2個ずつ4列並
べられている。また、水溶液系電池5は、上記2個4列
並べられた非水系二次電池群を取り巻くように、配置さ
れている。そして4個7列並べられた二次電池を、絶縁
性の保持部材9で固定している。この固定部材9は樹脂
製テープで構成されている。
【0019】このような構成により、前記非水系二次電
池群と前記水溶液系二次電池群とは実質的に接した構成
となり、熱結合されている。この結果、組電池内部側で
は、熱を逃すことがないので、非水系二次電池の充電効
率及び放電効率を向上させることができる。逆に言え
ば、水溶液系二次電池は放熱効率の良いところに配置さ
れており、水溶液系二次電池群に熱がこもって、水溶液
系二次電池の充放電効率が低下するということが防止で
きる。
【0020】ここで非水系二次電池の正極側出力端子3
と、水溶液系二次電池の負極出力端子8を接続すること
によって、非水系二次電池群と水溶液系二次電池群が直
列に接続される。そして、正極出力端子7と負極側出力
端子4とから出力を取り出すことによって、組電池の出
力は48Vとなる。
【0021】ここで、正極活物質としてマンガン酸化物
を使用した非水系二次電池の、充放電深度と電池電圧の
関係は、図3(a)のようになる。また、ニッケル−水素
二次電池の関係は図3(b)のようになる。尚、これらに
おいて、横軸は充放電深度、縦軸は電池電圧である。こ
れより明白なるように、この非水系二次電池においては
充電若しくは放電深度の検出が容易であることが判る。
よって、非水系二次電池群の放電電圧、若しくは開回路
電圧から、組電池の電池残存容量を検出しているのであ
る。
【0022】そして特に、マンガン酸化物を使用した非
水系二次電池であっても、充電−放電反応において、完
全充電状態におけるマンガンの酸化数が3〜4価であ
り、完全放電状態おけるマンガンの酸化数が2〜3、即
ち価数の差が1価以上であれば、充電状態、放電状態を
検出し易くなるので、好適である。
【0023】また、上記実施例では、本発明の実施例で
は非水系二次電池としてリチウム二次電池、水溶液系二
次電池としてニッケル−水素二次電池の場合を例示した
が、これらに限定されるものではない。例えば、非水系
二次電池としては、負極にリチウム金属やリチウム合金
を用いたもの、正極にニッケルーコバルト酸化物、コバ
ルト酸化物を使用したものであってもよい。また、水溶
液系二次電池としては、ニッケル−カドミウム二次電
池、ニッケル−亜鉛二次電池、鉛二次電池などを例示す
ることができる。
【0024】
【発明の効果】以上、詳述した如く本発明によれば、非
水系二次電池及び水溶液系二次電池を有する蓄電システ
ムの効率的な動作を可能とし、非水系二次電池の作動温
度を高いままに維持し、充電効率を高めることができ
る。また、電池を組み合わせたときの水溶液系二次電池
の放熱を促進し、充電効率の低下を抑制することがで
き、組み合わせられた非水系二次電池と水溶液系二次電
池との効果的な充電動作を行わせることが可能となるな
ど、その工業的価値は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】各二次電池の電池温度と放電容量との関係を説
明する説明図である。
【図2】本発明の蓄電システムの要部斜視図である。
【図3】各二次電池の充放電深度と電池電圧の関係を示
す説明図である。
【符号の説明】
1 非水系二次電池 2 接続片 3 正極側出力端子 4 負極側出力端子 5 水溶液系二次電池 6 接続片 7 正極出力端子 8 負極出力端子 9 保持部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斎藤 俊彦 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三洋電機株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 16/00 H01M 10/30 H01M 10/40

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 非水系二次電池群と水溶液系二次電池群
    とを組み合わせた蓄電システムであって、前記非水系二
    次電池群と前記水溶液系二次電池群とが熱結合されてお
    り、かつ、前記非水系二次電池群の周囲に、前記水溶液
    系二次電池群を配置したことを特徴とする蓄電システ
    ム。
  2. 【請求項2】 前記水溶液系二次電池が、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記載の蓄電
    システム。
  3. 【請求項3】 前記非水系二次電池群と前記水溶液系二
    次電池群のそれぞれの電圧を同じとした電池群同士が直
    列に接続されたことを特徴とする請求項1または2記載
    の蓄電システム。
  4. 【請求項4】 前記非水系二次電池が、マンガン酸化物
    を正極材料とすることを特徴とする請求項1または2ま
    たは3記載の蓄電システム。
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