JP5312768B2 - 電池システム - Google Patents

Description

本発明は、複数の二次電池を備える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、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、体積の、軽量、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、異種の電池を組み合わせた組電池も提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平９−１８０７６８号公報

ところで、鉛蓄電池の充電には、定電流充電後に定電圧充電を行う定電流定電圧（ＣＣＣＶ）充電方式が用いられる。定電圧充電を行う場合、二次電池に一定の電圧を印加しつつ二次電池に流れる充電電流を検出し、充電電流が予め設定された充電終止電流値以下になると、充電を終了する。しかし、ニッケル−カドミウム二次電池やニッケル水素二次電池等の水溶液系二次電池は、定電圧で充電すると、満充電付近で副反応である酸素発生に伴う温度上昇によってセルの起電圧が低下して充電電流が増大に転じ、充電電流が充電終止電流値以下にならないために定電圧充電を終了することができず、充電が継続して過充電状態になってしまう。その結果、過充電による漏液が発生し、電池機能が劣化してしまう。そのため、鉛蓄電池用の充電回路を備えた車両では、鉛蓄電池の代わりに水溶液系二次電池を搭載することができないという不都合があった。

また、リチウムイオン二次電池、リチウムポリマー二次電池等の非水系二次電池は、鉛蓄電池と同様の定電流定電圧（ＣＣＣＶ）充電方式で充電することができる。しかしながら、鉛蓄電池用の充電回路を備えた車両に鉛蓄電池の代わりにこのような非水系二次電池を搭載すると、鉛蓄電池と非水系二次電池とでは充電電圧が異なるため、充分な充電が行えないという不都合があった。

例えば、ＤＣ１２Ｖ出力の鉛蓄電池は、一般に１４．０Ｖ〜１４．５Ｖで定電圧充電が行われる。特に、レース用車両では、鉛蓄電池の充電電圧として１４．５Ｖが用いられることが多い。

そうすると、このような鉛蓄電池を充電するための充電回路を用いてリチウムイオン二次電池が複数個直列接続された組電池を充電した場合、リチウムイオン二次電池一個あたりの充電電圧は、例えば１４．５Ｖをリチウムイオン二次電池の個数で除した電圧となる。例えば、リチウムイオン二次電池が３個直列接続された組電池では、リチウムイオン二次電池一個あたりの充電電圧は、１４．５Ｖ／３＝４．８３Ｖとなる。

一方、リチウムイオン二次電池を定電圧充電する場合の充電電圧としては、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が用いられる。そうすると、リチウムイオン二次電池が３個直列接続された組電池を鉛蓄電池用の充電回路で充電すると、充電電圧が高すぎて、過充電による特性劣化や故障、あるいは安全上の問題を招くおそれがあるという不都合があった。

また、リチウムイオン二次電池が４個直列接続された組電池では、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充電深度（ＳＯＣ）が５０％程度にしかならず、二次電池の電池容量を有効活用することが困難であるという不都合があった。

また、特許文献１に記載の技術では、水溶液系二次電池の満充電付近で発熱が増大する性質を利用して、水溶液系二次電池と非水系二次電池とを混在させた組電池において温度によって、満充電になったことを判定するようにしている。しかしながら、鉛蓄電池用の充電回路のような定電圧充電用の充電回路では、充電電流に基づき満充電を判定し、充電を終了するので、特許文献１に記載の組電池をこのような定電圧充電用の充電回路で充電すると、充電を終了することができず、過充電による特性劣化や故障、あるいは安全上の問題を招くおそれがあるという不都合があった。また、水溶液系二次電池が、満充電付近で発熱するため、水溶液系二次電池と組み合わされた非水系二次電池が加熱されることにより劣化してしまうという不都合もあった。

本発明は、このような事情に鑑みて為された発明であり、定電圧充電用の充電回路によって充電した場合であっても、過充電になるおそれを低減しつつ充電終了時の充電深度を増大することが容易な電池システムを提供することを目的とする。

本発明に係る組電池は、水溶液系二次電池と、前記水溶液系二次電池よりも、一つあたりの電池容量が小さい非水系二次電池とを備え、前記水溶液系二次電池と前記非水系二次電池とが直列接続されている。

この構成によれば、当該組電池を定電圧充電によって充電すると、水溶液系二次電池を流れる充電電流と非水系二次電池を流れる充電電流は等しいから、電池容量が小さい非水系二次電池の方が、先に満充電に近づいて充電電流が減少し、定電圧充電が終了する。そうすると、充電終了時には、非水系二次電池より電池容量が大きい水溶液系二次電池はまだ満充電に達していないから、過充電になるおそれが低減される。さらに、同一種類の二次電池を複数直列接続した場合よりも、電池特性の異なる水溶液系二次電池と非水系二次電池とを組み合わせた方が、組み合わせにより得られる充電特性の選択の幅が拡がるので、組電池全体の充電特性を所定の充電電圧に適合させて充電終了時の充電深度を増大することが容易となる。

また、前記水溶液系二次電池と、前記非水系二次電池とは、満充電状態における端子電圧が異なることが好ましい。

この構成によれば、満充電状態における端子電圧が異なる二種類の電池が組み合わされて、組電池が構成される。定電圧充電では、満充電状態における端子電圧がセルあたりの充電電圧として用いられるので、満充電状態における端子電圧が異なる二種類の電池が組み合わされた組電池は、組電池全体の充電電圧を所定の充電電圧に適合させて充電終了時の充電深度を増大することが容易となる。

また、前記水溶液系二次電池と前記非水系二次電池とが直列接続された直列回路の両端には、予め設定された一定の充電電圧を出力する定電圧充電を行う充電回路から、前記充電電圧を受電するための接続端子が設けられ、前記水溶液系二次電池の満充電状態における端子電圧に、前記直列回路に含まれる当該水溶液系二次電池の個数を乗じた電圧と、前記非水系二次電池の満充電状態における端子電圧に、前記直列回路に含まれる当該非水系二次電池の個数を乗じた電圧との合計電圧は、前記非水系二次電池の満充電状態における端子電圧を整数倍して得られる電圧のうち、前記充電電圧に最も近い電圧よりも、前記充電電圧との差が小さくなるように、前記水溶液系二次電池の個数と、前記非水系二次電池の個数とが設定されていることが好ましい。

この構成によれば、水溶液系二次電池の満充電状態における端子電圧に、直列回路に含まれる当該水溶液系二次電池の個数を乗じた電圧と、非水系二次電池の満充電状態における端子電圧に、直列回路に含まれる当該非水系二次電池の個数を乗じた電圧との合計電圧、すなわち、本来当該組電池を満充電にするために必要となる充電電圧と、充電回路から供給される充電電圧との差が、非水系二次電池の満充電状態における端子電圧を整数倍して得られる電圧のうち、充電回路から供給される充電電圧に最も近い電圧よりも小さい。従って、当該組電池を前記充電回路によって定電圧充電した場合、非水系二次電池のみを用いて構成された組電池を前記充電回路によって定電圧充電した場合よりも、満充電に近い電圧まで組電池を充電することができ、すなわち充電終了時の充電深度を増大することが可能となる。

また、前記合計電圧は、前記充電電圧以上にされており、前記非水系二次電池の満充電状態における端子電圧を整数倍して得られる電圧のうち、前記充電電圧以上であってかつ前記充電電圧に最も近い電圧よりも、前記充電電圧との差が小さいことが好ましい。

この構成によれば、前記合計電圧、すなわち本来当該組電池を満充電にするために必要となる充電電圧は、充電回路から供給される充電電圧以上であるから、当該組電池をこの充電回路で定電圧充電した場合に、組電池に過電圧が印加されるおそれが低減される。

また、前記充電回路は、鉛蓄電池用の充電回路であり、前記直列回路に含まれる、前記水溶液系二次電池の個数と前記非水系二次電池の個数とは、２：３の比率にされていることが好ましい。

この構成によれば、鉛蓄電池用の充電回路から供給される充電電圧と、当該組電池を満充電にするために必要となる充電電圧との差を減少させて、充電終了時の充電深度を増大することが可能となる。

また、前記充電電圧は、実質的に１４．５Ｖを整数倍して得られる電圧であり、前記直列回路は、２の前記整数倍の数のニッケル水素二次電池と３の前記整数倍の数のリチウムイオン二次電池とが直列接続されていることが好ましい。

この構成によれば、組電池に１４．５Ｖを印加して定電圧充電を行った場合に、非水系二次電池一つあたりの充電電圧を、非水系二次電池の満充電状態における端子電圧より低くして過充電のおそれを低減しつつ、当該非水系二次電池一つあたりの充電電圧を、非水系二次電池のみを直列接続して組電池を構成した場合よりも高くして充電深度を増大することが容易となる。

また、前記非水系二次電池は、前記水溶液系二次電池よりも平均放電電圧が高いことが好ましい。

この構成によれば、非水系二次電池の平均放電電圧が、水溶液系二次電池の平均放電電圧よりも高いので、組電池全体の端子電圧に占める非水系二次電池の端子電圧の比率が増大する。そうすると、水溶液系二次電池よりも電池容量が小さい非水系二次電池が、水溶液系二次電池よりも先に放電末期になって、非水系二次電池の端子電圧の低下が急激になると、組電池の端子電圧の低下も急激になる。従って、このように構成された組電池は、端子電圧の変化から、外部で非水系二次電池が放電末期になったことを検知することが容易となる。従って、非水系二次電池が放電末期になったことを検知して、組電池の放電を禁止し、過放電することを抑制することもまた、容易となる。また、このように構成された組電池は、非水系二次電池が放電末期になったとき、水溶液系二次電池はまだ放電末期にはならないから、組電池の端子電圧に基づき組電池の放電を禁止すれば、非水系二次電池及び水溶液系二次電池のいずれについても過放電を抑制することが容易となる。

また、前記水溶液系二次電池と前記非水系二次電池とが直列接続された直列回路の両端には、予め設定された動作電源電圧以上の電源電圧が供給された場合に動作する負荷装置へ、当該直列回路の両端電圧を前記電源電圧として供給するための接続端子が設けられ、前記水溶液系二次電池の平均放電電圧に、前記直列回路に含まれる当該水溶液系二次電池の個数を乗じた電圧と、前記非水系二次電池の過放電を防止するために放電を停止するべき電圧として予め設定された放電終止電圧に、前記直列回路に含まれる当該非水系二次電池の個数を乗じた電圧との合計電圧が、前記動作電源電圧より低くなるように、前記水溶液系二次電池の個数と、前記非水系二次電池の個数とが設定されていることが好ましい。

この構成によれば、水溶液系二次電池と非水系二次電池との直列回路の両端電圧、すなわち組電池の端子電圧が、負荷装置の電源電圧として供給される。そして、水溶液系二次電池の平均放電電圧に、当該水溶液系二次電池の個数を乗じた電圧と、非水系二次電池の放電終止電圧に、当該非水系二次電池の個数を乗じた電圧との合計電圧が、動作電源電圧より低くなるように、水溶液系二次電池の個数と、非水系二次電池の個数とが設定されている。その結果、組電池が放電して非水系二次電池の端子電圧が低下すると、非水系二次電池の端子電圧が放電終止電圧以下になる前に、前記合計電圧すなわち組電池の端子電圧が、動作電源電圧を下回る。そうすると、組電池が、動作電源電圧以上の電源電圧が供給された場合に動作する負荷装置に接続された場合には、非水系二次電池の端子電圧が放電終止電圧以下になる前に、負荷装置が動作しなくなって消費電流が減少する結果、組電池の放電電流が減少するので、組電池が過放電状態になるおそれが低減される。

また、前記動作電源電圧は、実質的に１０．０Ｖ以上、１０．５Ｖ以下の範囲の電圧であり、前記直列回路は、２個の水溶液系二次電池と３個の非水系二次電池とが直列接続されていることが好ましい。

この構成によれば、水溶液系二次電池の平均放電電圧に、当該水溶液系二次電池の個数を乗じた電圧と、非水系二次電池の放電終止電圧に、当該非水系二次電池の個数を乗じた電圧との合計電圧を、動作電源電圧より低くすることが容易である。

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、前記充電回路とを備える。この構成によれば、充電回路によって、上述の組電池を定電圧充電することにより、過充電になるおそれを低減しつつ充電終了時の充電深度を増大することが容易となる。

また、本発明に係る電池システムは、上述の組電池と、前記組電池の前記負荷装置への放電経路を開閉するスイッチング素子と、前記組電池の両端電圧を検出する電圧検出部と、前記水溶液系二次電池の平均放電電圧に、前記直列回路に含まれる当該水溶液系二次電池の個数を乗じた電圧と、前記非水系二次電池の平均放電電圧に、前記直列回路に含まれる当該非水系二次電池の個数を乗じた電圧との合計電圧より低く、前記水溶液系二次電池の平均放電電圧に、前記直列回路に含まれる当該水溶液系二次電池の個数を乗じた電圧と、前記非水系二次電池の前記放電終止電圧に、前記直列回路に含まれる当該非水系二次電池の個数を乗じた電圧との合計電圧より高い電圧に予め設定された放電終止検知電圧を、前記電圧検出部によって検出された電圧が下回る場合、前記スイッチング素子を開かせる制御部とを備える。

この構成によれば、電圧検出部によって検出された組電池の両端電圧が、放電終止検知電圧を下回ると、制御部によって、スイッチング素子が開かれて、組電池の放電電流が遮断される。

そして、放電終止検知電圧は、水溶液系二次電池の平均放電電圧と当該水溶液系二次電池の個数とを乗じた電圧と、非水系二次電池の平均放電電圧と当該非水系二次電池の個数とを乗じた電圧との合計電圧より低く設定されている。そのため、水溶液系二次電池及び非水系二次電池がそれぞれ平均放電電圧を出力しており、まだ放電末期に達していない場合には、組電池の両端電圧が放電終止検知電圧を下回ることがなく、従って、制御部によってスイッチング素子が開かれないので、放電が継続する。

さらに、放電終止検知電圧は、水溶液系二次電池の平均放電電圧と当該水溶液系二次電池の個数とを乗じた電圧と、非水系二次電池の放電終止電圧と当該非水系二次電池の個数とを乗じた電圧との合計電圧より高い電圧に設定されている。そのため、水溶液系二次電池より電池容量の小さい非水系二次電池が先に放電末期に達して非水系二次電池の端子電圧が低下すると、非水系二次電池の端子電圧が放電終止電圧を下回る前に、組電池の両端電圧が放電終止検知電圧を下回る。そうすると、制御部によって、スイッチング素子が開かれて組電池の放電電流が遮断されるので、非水系二次電池及び水溶液系二次電池が過放電状態になることが抑制される。

このような構成の電池システムは、組電池を定電圧充電によって充電すると、水溶液系二次電池を流れる充電電流と非水系二次電池を流れる充電電流は等しいから、電池容量が小さい非水系二次電池の方が、先に満充電に近づいて充電電流が減少し、定電圧充電が終了する。そうすると、充電終了時には、非水系二次電池より電池容量が大きい水溶液系二次電池はまだ満充電に達していないから、過充電になるおそれが低減される。さらに、同一種類の二次電池を複数直列接続した場合よりも、電池特性の異なる水溶液系二次電池と非水系二次電池とを組み合わせた方が、組み合わせにより得られる充電特性の選択の幅が拡がるので、組電池全体の充電特性を所定の充電電圧に適合させて充電終了時の充電深度を増大することが容易となる。

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。図１は、本発明の一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、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とが直列接続されて収容されている。

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。図１の例では、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を充電する充電回路１１とを備えた電池システム１０の電気的構成の一例を示す模式図である。図２に示す組電池１は、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とが、接続板７によって直列接続されて、構成されている。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との直列回路の両端が、接続板７によって接続端子４，５と接続されている。図１では、同種の電池を近接して配置しているが、異種の電池を交互に配置してもかまわない。

また、リチウムイオン二次電池２は、ニッケル水素二次電池３よりも電池一つあたりの電池容量が小さくされている。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、水溶液系二次電池としてはニッケル水素二次電池が、非水系二次電池としてはリチウムイオン二次電池が、それぞれ、高エネルギー密度であり、より軽量コンパクト化が可能であることから好ましい。

また、リチウムイオン二次電池２の標準的な出力電圧である平均放電電圧（Mid-point discharge voltage）は３．６Ｖ程度、ニッケル水素二次電池３の平均放電電圧は１．１Ｖ〜１．２Ｖ程度である。すなわち、図２に示す組電池１は、水溶液系二次電池と、当該水溶液系二次電池よりも平均放電電圧が高い非水系二次電池とが直列接続されて構成されている。

以下に素電池の平均放電電圧の求め方の一例を示す。素電池としてニッケル水素二次電池等の水溶液系二次電池を用いる場合、この素電池を１ＩｔＡ（ここで１ＩｔＡは電池の理論容量を１時間で除して得られる電流値）の電流値で１．２時間の定電流充電を行い、その後に１ＩｔＡで１Ｖに達するまで定電流放電を行って放電容量を求め、この放電容量が５０％の時点における放電電圧を平均放電電圧として規定できる。

また素電池としてリチウムイオン二次電池を用いる場合、この素電池を０．７ＩｔＡの電流値で４．２Ｖに達するまで定電流充電、４．２Ｖに達した後は電流値が０．０５ＩｔＡに減衰するまで定電圧充電を行い、その後に１ＩｔＡで２．５Ｖに達するまで定電流放電を行って放電容量を求め、この放電容量が５０％の時点における放電電圧を平均放電電圧として規定できる。

なお、電池メーカが公表している各電池の公称電圧は、平均放電電圧とほぼ等しいので、公称電圧を平均放電電圧として用いてもよい。

充電回路１１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り、例えば車載用のＥＣＵ（Electric Control Unit）等によって構成されている。充電回路１１は、例えば、電圧センサ１２（電圧検出部）、電流センサ１３、充電電流供給回路１４、及び制御部１５を備えている。

充電電流供給回路１４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１４は、電流センサ１３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１２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１２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の充電電圧Ｖｂを検出し、その電圧値を制御部１５へ出力する。電流センサ１３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１３は、充電電流供給回路１４から組電池１へ供給される充電電流Ｉｂを検出し、その電流値を制御部１５へ出力する。

制御部１５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ＲＯＭ（Read Only Memory）と、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）と、これらの周辺回路等とを備えて構成されている。そして、制御部１５は、ＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、電圧センサ１２から得られた充電電圧Ｖｂ、及び電流センサ１３から得られた充電電流Ｉｂに基づいて、充電電流供給回路１４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）充電を実行する制御回路である。

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１５は、定電圧充電を行う際には、電圧センサ１２の検出電圧が１４．５Ｖ〜１５．５Ｖになるように、充電電流供給回路１４の出力電流、電圧を制御する。

ところで、リチウムイオン二次電池は、満充電状態における開放電圧が、約４．２Ｖである。リチウムイオン二次電池は、充電に伴い充電深度が増大するに従って、正極電池は増大し、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、充電深度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、このときの端子電圧、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（充電深度１００％）にすることができる。

一方、水溶液系二次電池は、充電深度の変化に対して略一定の端子電圧を示す特性があり、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放電圧が約１．４Ｖである。

そうすると、電池システム１０において、例えば充電電圧Ｖｂ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の充電深度は約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の充電深度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、４２Ｖ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充電深度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、充電装置の充電電圧は、１４．５Ｖに限られない。また、水溶液系二次電池の個数と非水系二次電池の個数との比率も、２：３に限られない。水溶液系二次電池の満充電状態における端子電圧（例えば約１．４Ｖ）に、当該水溶液系二次電池の直列数を乗じた電圧と、非水系二次電池の満充電状態における端子電圧（例えば約４．２Ｖ）に、当該水溶液系二次電池の直列数を乗じた電圧との合計電圧が、当該非水系二次電池の満充電状態における端子電圧（例えば約４．２Ｖ）を整数倍して得られる電圧のうち、充電装置の充電電圧に最も近い電圧よりも、充電装置の充電電圧との差が小さくなるように、充電電圧と、水溶液系二次電池の直列数と、非水系二次電池の直列数とが選択されていればよい。

しかしながら、鉛蓄電池の充電電圧として用いられる１４．５Ｖの充電電圧に対しては、ニッケル水素二次電池が２個、リチウムイオン二次電池が３個、直列に接続された組電池が好適である。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。

次に、上述のように構成された電池システム１０の動作について説明する。図３は、図２に示す充電回路１１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、すなわち合計電圧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、左側縦軸が合計電圧Ｖｂを示している。

まず、制御部１５からの制御信号に応じて、充電電流供給回路１４から２Ａの充電電流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、合計電圧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、合計電圧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１２によって検出された合計電圧Ｖｂが１４．５Ｖに達すると（タイミングＴ１）、制御部１５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１５からの制御信号に応じて、充電電流供給回路１４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の充電深度が増大するにつれて、充電電流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１３によって検出された充電電流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１５によって、１４．５Ｖの定電圧充電において充電可能な最大の充電深度に近い充電深度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１５からの制御信号に応じて、充電電流供給回路１４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。そうすると、電池容量が小さいリチウムイオン二次電池２の方が、電池容量の大きいニッケル水素二次電池３よりも先に満充電に近づくから、タイミングＴ２においては、ニッケル水素二次電池３の方が、リチウムイオン二次電池２よりも充電深度が浅くなる。

例えば、リチウムイオン二次電池２の電池容量が、ニッケル水素二次電池３の８０％であった場合において、例えばリチウムイオン二次電池２の充電深度が１００％になったとき、ニッケル水素二次電池３の充電深度は８０％となる。そうすると、リチウムイオン二次電池２の電池容量を、ニッケル水素二次電池の電池容量より小さくすることで、リチウムイオン二次電池２が満充電（充電深度１００％）近く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（充電深度１００％）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の充電深度を増大することができる。

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。

また、ニッケル水素二次電池は、定電圧充電されると、満充電付近で充電電流が増大する特性がある。そのため、もし仮にニッケル水素二次電池の電池容量の方が、リチウムイオン二次電池２の電池容量より小さい場合には、リチウムイオン二次電池２が満充電近くになって充電電流が減少し、電流センサ１３によって検出される充電電流Ｉｂが充電終止電流以下になる前に、ニッケル水素二次電池が満充電に近づいて充電電流が増大するために、充電電流Ｉｂが充電終止電流以下に低下しなくなってしまう結果、定電圧充電が終了することなく充電が継続し、リチウムイオン二次電池２とニッケル水素二次電池３とが過充電になって、電池特性の劣化を招いたり、安全性が損なわれたりするおそれが生じる。

しかしながら、組電池１は、リチウムイオン二次電池２の方が、ニッケル水素二次電池３よりも電池容量が小さくされているから、ニッケル水素二次電池３が満充電に近づいて充電電流が増大する前に定電圧充電を終了することができる結果、電池の劣化や安全性が損なわれるおそれを低減することができる。

ところで、ニッケル水素二次電池は、自己放電電流がリチウムイオン二次電池より大きいことが知られている。そのため、組電池１を充電後に放置しておくと、ニッケル水素二次電池３の残存容量の方が、リチウムイオン二次電池２の残存容量よりも少なくなってしまう。そして、ニッケル水素二次電池３の残存容量の方が、リチウムイオン二次電池２の残存容量より少ない状態から組電池１の充電を開始すると、充電終了時におけるニッケル水素二次電池３の充電容量が、充電前に自己放電によって減少していた容量分減少してしまうので、組電池１全体の充電容量が減少してしまう。

ここで、本発明の発明者らは、ニッケル水素二次電池の充電深度が低い状態で充電を終了すると、ニッケル水素二次電池の自己放電が減少することを、実験的に見出した。そうすると、組電池１を定電圧充電した場合には、ニッケル水素二次電池３の充電深度が低位状態において、充電電流が増大する前にリチウムイオン二次電池２が満充電に近づくことによって充電電流Ｉｂが減少して充電終止電流以下に低下することで充電が終了するので、自動的にニッケル水素二次電池３の充電深度が低い状態で充電が終了する結果、ニッケル水素二次電池の自己放電を減少させることができる。そして、ニッケル水素二次電池の自己放電が減少すると、ニッケル水素二次電池の自己放電に起因して、組電池１全体の充電容量が減少することが低減される。

なお、充電回路１１は、鉛蓄電池用の充電回路に限らない。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。

非水系二次電池として松下電池工業（株）製ＣＧＲ１８６５０ＤＡ（電池容量２．４５Ａｈ）、水溶液系二次電池として松下電池工業（株）製ＨＨＲ２６０ＳＣＰ（電池容量２．６Ａｈ）、もしくは、松下電池工業（株）製ＨＨＲ２００ＳＣＰ（電池容量２．１Ａｈ）を用いて、以下に示す実施例１〜３、および比較例２の組電池を作成した。また、比較例１には、鉛蓄電池として松下電池工業（株）製ＬＣ−Ｐ１２２Ｒ２Ｊ（電池容量２．２Ａｈ）を用いた。

（実施例１）
ＣＧＲ１８６５０ＤＡ（電池容量２．４５Ａｈ）を３セルとＨＨＲ２６０ＳＣＰ（電池容量２．６Ａｈ）を２セルの計５セルを直列に接続し、実施例１の組電池とした。

（実施例２）
ＣＧＲ１８６５０ＤＡ（電池容量２．４５Ａｈ）を３セルとＨＨＲ２６０ＳＣＰ（電池容量２．６Ａｈ）を３セルの計６セルを直列に接続し、実施例２の組電池とした。

（実施例３）
ＣＧＲ１８６５０ＤＡ（電池容量２．４５Ａｈ）を２セルとＨＨＲ２６０ＳＣＰ（電池容量２．６Ａｈ）を５セルの計７セルを直列に接続し、実施例３の組電池とした。

（比較例１）
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）
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セルを直列に接続し、比較例２の組電池とした。

これら実施例１〜３、及び比較例１，２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た。測定結果を下記の表１に示す。

表１に示すように、水溶液系二次電池と水溶液系二次電池の電池容量より容量の小さい非水系二次電池とを組み合わせた本発明の実施例１〜３の組電池は、比較例１の鉛蓄電池に対して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が充分に大きく、軽量、コンパクト化が可能である。また、本発明の実施例１〜３の組電池は、３００サイクル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も、比較例１，２と比べて充分に大きく、繰り返し使用による劣化を低減可能であることが分かる。

また、実施例１〜３の中でも、非水系二次電池を３個、水溶液系二次電池を２個直列に接続した実施例１の組電池が最もエネルギー密度が大きく、非水系二次電池の個数と水溶液系二次電池の個数を３：２の比率にした場合が最適であることが分かる。水溶液系二次電池と水溶液系二次電池の電池容量より容量の大きい非水系二次電池を組み合わせた比較例２は、本発明に係る実施例１〜３に対して、初期エネルギー密度は大きいものの、３００サイクル後のエネルギー密度が大きく低下しており、繰り返し使用には適していないことが分かる。

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。

（実施例４）
リチウムイオン二次電池２として松下電池工業（株）製ＣＧＲ２６６５０（電池容量２．６５Ａｈ）を３個、ニッケル水素二次電池３として松下電池工業（株）製ＨＨＲ３００ＳＣＰ（電池容量３．０Ａｈ）を２個、直列接続して図２に示す組電池１を構成した。

図４は、このようにして構成された組電池１を、４５℃の温度環境で、定電流充電時の充電電流を２．５Ａ、定電圧充電時の充電電圧を１４．５Ｖとして、定電流定電圧（ＣＣＣＶ）充電を行った際の、充電電流Ｉｂ、充電電圧Ｖｂ（組電池１の端子電圧Ｖｂ）、リチウムイオン二次電池２の各端子電圧Ｖ１、及びニッケル水素二次電池３の各端子電圧Ｖ２の測定結果を示すグラフである。

図４において、横軸は経過時間、左側縦軸は端子電圧Ｖ１、Ｖ２の電圧軸、右側縦軸は充電電圧Ｖｂの電圧軸を示している。図４において、各端子電圧Ｖ１、及び各端子電圧Ｖ２は、それぞれほぼ重なって表示されている。

図４に示すように、上述のように構成された組電池１を、定電圧充電時の充電電圧を１４．５Ｖとして、定電流定電圧（ＣＣＣＶ）充電を行った場合、定電流充電から充電電圧Ｖｂを１４．５Ｖとする定電圧充電に切り替わったタイミング（タイミングＴ４）以降、リチウムイオン二次電池２の充電が進むにつれて充電電流Ｉｂが減少しても、ニッケル水素二次電池３の端子電圧Ｖ２は、約１．４Ｖを維持したままほとんど変化しない。そのため、リチウムイオン二次電池２に印加される端子電圧Ｖ１もほぼ３．９Ｖで一定となっている。

そして、充電電流Ｉｂが充電終止電流値以下に低下して定電流定電圧（ＣＣＣＶ）充電が終了したタイミングＴ４においても、リチウムイオン二次電池２の端子電圧Ｖ１は、３．９Ｖに維持されている。これにより、組電池１を、定電圧充電時の充電電圧を１４．５Ｖとして定電流定電圧（ＣＣＣＶ）充電を行った場合であっても、リチウムイオン二次電池２が過充電されることなく充電が終了することを確認できた。

（実施例５）
次に、実施例４に示す組電池１を放電させた場合について説明する。図５は、実施例４に示す組電池１を、４５℃の温度環境で、１０Ａで放電させた際の、組電池１の端子電圧Ｖｂ、リチウムイオン二次電池２の各端子電圧Ｖ１、及びニッケル水素二次電池３の各端子電圧Ｖ２の測定結果を示すグラフである。

図５において、横軸は放電容量、左側縦軸は端子電圧Ｖ１、Ｖ２の電圧軸、右側縦軸は組電池１の端子電圧Ｖｂの電圧軸を示している。図４において、各端子電圧Ｖ１、及び各端子電圧Ｖ２は、それぞれほぼ重なって表示されている。

図５に示すように、実施例４に示す組電池１を放電させると、放電容量が２Ａｈとなる付近で、各端子電圧Ｖ１が急激に低下した。このとき、組電池１の端子電圧Ｖｂも急激に低下した。

二次電池は、過放電させると特性が劣化する。そのため、放電時においても、二次電池を過放電により劣化させないように予め定められた放電終止電圧を、二次電池の端子電圧が下回らないように、放電を制御することが望ましい。リチウムイオン二次電池の放電終止電圧は、一般的に２．５Ｖ程度である。また、ニッケル水素二次電池の放電終止電圧は、一般的に１．０Ｖ程度である。

そして、図１に示す組電池１は、リチウムイオン二次電池２の電池容量の方が、ニッケル水素二次電池３の電池容量よりも小さいから、組電池１を放電させるとリチウムイオン二次電池２の方が先に放電末期になる結果、図５に示すように、リチウムイオン二次電池２の端子電圧Ｖ１が、ニッケル水素二次電池３の各端子電圧Ｖ２より先に急激に低下することとなる。このとき、電池容量の大きいニッケル水素二次電池３はまだ放電末期に達していないから、端子電圧Ｖ２の低下は緩やかである。

そして、リチウムイオン二次電池２の平均放電電圧は、ニッケル水素二次電池３の平均放電電圧より高いので、組電池１の端子電圧Ｖｂにおけるリチウムイオン二次電池２の端子電圧Ｖ１の比率は、組電池１の端子電圧Ｖｂにおけるニッケル水素二次電池３の端子電圧Ｖ２の比率より大きい。そのため、図５に示す測定結果からも明らかなように、端子電圧Ｖ１が急激に低下すると、組電池１の端子電圧Ｖｂもまた急激に低下することとなる。

ところで、組電池１から電力供給を受けて動作する負荷が単純な抵抗負荷ではなく、例えばパーソナルコンピュータ、通信装置、モータ、ポンプ、放電灯（蛍光灯）等の機器のように、機器が要求する一定の動作電源電圧Ｖｏｐ以上の電圧が供給されないと動作しない負荷装置であった場合、組電池１の端子電圧Ｖｂが動作電源電圧Ｖｏｐを下回ると、機器が動作を停止する結果、組電池１の放電電流が減少したり、ゼロになったりする。

例えば、組電池１を自動車用のバッテリとして使用した場合、組電池１から電力供給を受ける負荷には、燃料タンクからエンジンへ燃料を供給する燃料ポンプ、マイクロコンピュータ等を用いて構成された制御回路、各種センサ、無線装置等の負荷装置がある。これらの負荷装置は、動作電源電圧Ｖｏｐが１０．０Ｖ〜１０．５Ｖ程度である。

そうすると、組電池１を上述のような自動車用のバッテリとして使用した場合、リチウムイオン二次電池２が放電末期に近づくと、図５に示すように、端子電圧Ｖ１と共に端子電圧Ｖｂが急激に低下する。そして、端子電圧Ｖｂが例えば１０．５Ｖを下回ると、当該自動車に搭載された負荷装置の動作電源電圧Ｖｏｐを下回る結果、負荷装置が停止して組電池１の放電電流が減少したり、ゼロになったりする。

この場合、ニッケル水素二次電池３はまだ放電末期に達していないから、ニッケル水素二次電池３の過放電が生じるおそれを低減することができる。また、このとき端子電圧Ｖ２は、約１．１Ｖである。そうすると、このとき、リチウムイオン二次電池２の単セルあたりの端子電圧Ｖ１は、｛１０．５Ｖ−（１．１Ｖ×２）｝／３＝２．７７Ｖとなる。動作電源電圧Ｖｏｐが１０．０Ｖであった場合であっても、端子電圧Ｖｂが１０．０Ｖを下回るときの端子電圧Ｖ１は、｛１０．０Ｖ−（１．１Ｖ×２）｝／３＝２．６Ｖとなる。

すなわち、組電池１を、動作電源電圧Ｖｏｐが１０．０Ｖ〜１０．５Ｖの負荷への電力供給に用いた場合、過放電を防止するための回路を別途設けることなく、自動的に、リチウムイオン二次電池の放電終止電圧である２．５Ｖより高い電圧で、組電池１の放電を制限することができる。

なお、動作電源電圧Ｖｏｐは、１０．０Ｖ〜１０．５Ｖに限られない。また、ニッケル水素二次電池３の個数も２個に限られず、リチウムイオン二次電池２の個数も３個に限られない。水溶液系二次電池の平均放電電圧に、当該水溶液系二次電池の個数を乗じた電圧と、非水系二次電池の放電終止電圧に、当該非水系二次電池の個数を乗じた電圧との合計電圧が、動作電源電圧Ｖｏｐより低くなるように、水溶液系二次電池の個数と、非水系二次電池の個数とが設定されていれば、同様の効果が得られる。

しかしながら、動作電源電圧Ｖｏｐが１０．０Ｖ〜１０．５Ｖの負荷装置が、組電池１の負荷として接続される場合には、ニッケル水素二次電池が２個、リチウムイオン二次電池が３個、直列に接続された組電池が好適である。なお、「実質的に１０．０Ｖ以上、１０．５Ｖ以下の範囲の電圧」とは、１０．０Ｖ〜１０．５Ｖ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１０．０−０．１Ｖ〜１４．５＋０．１Ｖを意味している。

また、例えば図６に示す電池システム１０ａのように、組電池１から負荷装置への放電経路を開閉するスイッチング素子１６を備え、制御部１５ａによって、スイッチング素子１６の開閉を制御するようにしてもよい。スイッチング素子１６としては、例えばＦＥＴ（Field Effect Transistor）が用いられる。

そして、制御部１５ａは、ニッケル水素二次電池３の平均放電電圧（例えば１．１Ｖ）に、当該ニッケル水素二次電池３の個数（例えば２個）を乗じた電圧と、リチウムイオン二次電池２の平均放電電圧（例えば３．６Ｖ）に、当該リチウムイオン二次電池２の個数（例えば３個）を乗じた電圧との合計電圧（例えば１３Ｖ）より低く、ニッケル水素二次電池３の平均放電電圧（例えば１．１Ｖ）に、当該ニッケル水素二次電池３の個数（例えば２個）を乗じた電圧と、リチウムイオン二次電池２の放電終止電圧（例えば２．５Ｖ）に、当該リチウムイオン二次電池２の個数（例えば３個）を乗じた電圧との合計電圧（例えば９．７Ｖ）より高い電圧（例えば１０．５Ｖ）に予め設定された放電終止検知電圧を、電圧センサ１２によって検出された端子電圧Ｖｂが下回る場合、スイッチング素子１６をオフして組電池１の放電を禁止する。

この場合であっても、図１に示す組電池１は、リチウムイオン二次電池２が放電末期に近づくことで端子電圧Ｖｂが急激に低下するので、電圧センサ１２及び制御部１５ａによって、端子電圧Ｖｂが放電終止電圧を下回ったことを検出して組電池１の放電を遮断することが容易である。

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、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。

本発明の一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。 本発明の一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模式図である。 図２に示す充電回路によって、組電池を定電流定電圧充電した場合の、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、合計電圧との一例を示したグラフである。 図２に示す組電池を、４５℃の温度環境で、定電流充電時の充電電流を２．５Ａ、定電圧充電時の充電電圧を１４．５Ｖとして、定電流定電圧（ＣＣＣＶ）充電を行った際の、充電電流Ｉｂ、充電電圧Ｖｂ、リチウムイオン二次電池の各端子電圧Ｖ１、及びニッケル水素二次電池の各端子電圧Ｖ２の測定結果を示すグラフである。 図２に示す組電池を、４５℃の温度環境で、１０Ａで放電させた際の、組電池の端子電圧Ｖｂ、リチウムイオン二次電池の各端子電圧Ｖ１、及びニッケル水素二次電池３の各端子電圧Ｖ２の測定結果を示すグラフである。 図２に示す電池システムの変形例を示す模式図である。

符号の説明

１ 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 接続板
１０ 電池システム
１１ 充電回路
１２ 電圧センサ
１３ 電流センサ
１４ 充電電流供給回路
１５ 制御部
Ｉｂ 充電電流
Ｖｂ 充電電圧（端子電圧）

Claims (6)

1. 組電池と、
   予め設定された一定の充電電圧を出力する定電圧充電を行う充電回路とを備え、
   前記組電池は、
   ニッケル水素二次電池と、
   前記ニッケル水素二次電池よりも、一つあたりの電池容量が小さいリチウムイオン二次電池とを備え、
   前記ニッケル水素二次電池と前記リチウムイオン二次電池とが直列接続されており、
   前記ニッケル水素二次電池と、前記リチウムイオン二次電池とは、満充電状態における端子電圧が異なり、
   前記ニッケル水素二次電池と前記リチウムイオン二次電池とが直列接続された直列回路の両端には、前記充電回路から、前記充電電圧を受電するための接続端子が設けられ、
   前記ニッケル水素二次電池の満充電状態における端子電圧は、約１．４Ｖであり、
   前記リチウムイオン二次電池の満充電状態における端子電圧は、約４．２Ｖまたは約４．３Ｖであり、
   前記充電電圧は、実質的に１４．５ＶをＮ倍（Ｎは１以上の整数）して得られる電圧であり、
   前記直列回路は、２のＮ倍の数のニッケル水素二次電池と３のＮ倍の数のリチウムイオン二次電池とが直列接続されており、
   前記ニッケル水素二次電池の満充電状態における端子電圧に、前記直列回路に含まれる当該ニッケル水素二次電池の個数を乗じた電圧と、前記リチウムイオン二次電池の満充電状態における端子電圧に、前記直列回路に含まれる当該リチウムイオン二次電池の個数を乗じた電圧との合計電圧が、前記リチウムイオン二次電池の満充電状態における端子電圧を整数倍して得られる電圧のうち前記充電電圧以上であってかつ前記充電電圧に最も近い電圧よりも前記充電電圧との差が小さく、かつ前記充電電圧以上になるように、前記ニッケル水素二次電池の個数と、前記リチウムイオン二次電池の個数とが設定されていること
   を特徴とする電池システム。
2. 前記充電回路は、鉛蓄電池用の充電回路であること
   を特徴とする請求項１記載の電池システム。
3. 前記リチウムイオン二次電池は、
   前記ニッケル水素二次電池よりも平均放電電圧が高いこと
   を特徴とする請求項１又は２に記載の電池システム。
4. 前記ニッケル水素二次電池と前記リチウムイオン二次電池とが直列接続された直列回路の両端には、予め設定された動作電源電圧以上の電源電圧が供給された場合に動作する負荷装置へ、当該直列回路の両端電圧を前記電源電圧として供給するための接続端子が設けられ、
   前記ニッケル水素二次電池の平均放電電圧に、前記直列回路に含まれる当該ニッケル水素二次電池の個数を乗じた電圧と、前記リチウムイオン二次電池の過放電を防止するために放電を停止するべき電圧として予め設定された放電終止電圧に、前記直列回路に含まれる当該リチウムイオン二次電池の個数を乗じた電圧との合計電圧が、前記動作電源電圧より低くなるように、前記ニッケル水素二次電池の個数と、前記リチウムイオン二次電池の個数とが設定されていること
   を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池システム。
5. 前記動作電源電圧は、実質的に１０．０Ｖ以上、１０．５Ｖ以下の範囲の電圧であり、
   前記直列回路は、２個のニッケル水素二次電池と３個のリチウムイオン二次電池とが直列接続されていること
   を特徴とする請求項４記載の電池システム。
6. 前記組電池の前記負荷装置への放電経路を開閉するスイッチング素子と、
   前記組電池の両端電圧を検出する電圧検出部と、
   前記ニッケル水素二次電池の平均放電電圧に、前記直列回路に含まれる当該ニッケル水素二次電池の個数を乗じた電圧と、前記リチウムイオン二次電池の平均放電電圧に、前記直列回路に含まれる当該リチウムイオン二次電池の個数を乗じた電圧との合計電圧より低く、前記ニッケル水素二次電池の平均放電電圧に、前記直列回路に含まれる当該ニッケル水素二次電池の個数を乗じた電圧と、前記リチウムイオン二次電池の前記放電終止電圧に、前記直列回路に含まれる当該リチウムイオン二次電池の個数を乗じた電圧との合計電圧より高い電圧に予め設定された放電終止検知電圧を、前記電圧検出部によって検出された電圧が下回る場合、前記スイッチング素子を開かせる制御部と
   をさらに備えることを特徴とする請求項４又は５に記載の電池システム。

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