JP5508771B2 - 組電池、及び電池システム - Google Patents
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Description
Cfr−Qrt < Qnt ・・・(A)
Qrt < Cn−Qnt ・・・(B)
が好ましい。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
(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。
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 (21)
- 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、
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、
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)
を特徴とする組電池。 - 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記載の組電池。 - 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2記載の組電池。 - 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、
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、
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
を特徴とする組電池。 - 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4記載の組電池。 - 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、
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と
を備え、
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
を特徴とする組電池。 - 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6記載の組電池。 - 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1〜7のいずれか1項に記載の組電池。 - 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、
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、
前記抵抗体は、NTCサーミスタであること
を特徴とする組電池。 - 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9記載の組電池。 - 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、
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とを備え、
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
を特徴とする組電池。 - 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。 - 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9〜12のいずれか1項に記載の組電池。 - 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9〜12のいずれか1項に記載の組電池。 - 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1〜14のいずれか1項に記載の組電池。 - 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1〜15のいずれか1項に記載の組電池。 - 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1〜16のいずれか1項に記載の組電池。 - 請求項1〜17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。 - 請求項1〜3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。 - 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18又は19に記載の電池システム。 - 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18又は19に記載の電池システム。
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