JP7131124B2 - 組電池、車両、および組電池の製造方法 - Google Patents

組電池、車両、および組電池の製造方法 Download PDF

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Description

本開示は組電池、車両、および組電池の製造方法に関する。
特開２０１１－０７８１４７号公報（特許文献１）は、鉛蓄電池を搭載する車両を開示している。
特開２０１１－０７８１４７号公報
一般に車両は補機および補機電池を備える。「補機」とは、間接的に車両の走行を補助する装置の総称である。例えばパワーステアリング、エアコン等が補機に含まれる。「補機電池」は補機に供給される電力を蓄えている。従来、補機電池には鉛蓄電池が使用されている。近年、例えば鉛の使用に伴う環境負荷、補機電池の軽量化、車両の電費等の観点から、鉛蓄電池をリチウムイオン電池に置き換える検討がなされている。
本開示の目的は、リチウムイオン電池により補機電池に適した組電池を提供することである。
以下本開示の技術的構成および作用効果が説明される。ただし本開示の作用メカニズムは推定を含んでいる。作用メカニズムの正否により特許請求の範囲が限定されるべきではない。
〔１〕本開示の組電池は単電池群を含む。単電池群は、複数個の単電池が直列接続されることにより形成されている。複数個の単電池の各々はリチウムイオン電池である。単電池群は、１個以上の第１単電池および１個以上の第２単電池の少なくとも一方と、１個以上の第３単電池とからなる。第１単電池の正極活物質はリチウムニッケル複合酸化物を含む。第２単電池の負極活物質はリチウムチタン複合酸化物を含む。第３単電池の正極活物質はリン酸鉄リチウムを含む。組電池は２０％以上８０％以下のＳＯＣにおいて、１１．８Ｖ以上１４．５Ｖ以下の電圧を有する。
図５は各種の組電池におけるＳＯＣと電圧との関係を示すグラフである。
「ＳＯＣ（ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ）」とは、「ＪＩＳ Ｄ ０１１４」に記載のとおり、電池が完全充電された状態から、放電した電気量の割合を除いた割合を示す。
補機電池用の鉛蓄電池（以下「ＰｂＢ」と略記され得る）は、６個の単電池（約２Ｖ）が直列接続されることにより形成されている。補機電池用のＰｂＢは、０％以上１００％以下のＳＯＣにおいて約１２～１３Ｖの電圧を有する。
リチウムイオン電池は、正極活物質および負極活物質の種類により、その電圧が異なる。正極活物質にリチウムニッケル複合酸化物（例えばＬｉＮｉ1/3Ｃｏ1/3Ｍｎ1/3Ｏ2等）が使用されているリチウムイオン電池（以下「ＬｉＢ（Ｎｉ）」）は、単電池で約３～４．１Ｖの電圧を有し得る。３個のＬｉＢ（Ｎｉ）が直列接続されることにより、約９～１２．３Ｖの電圧を有する組電池が形成され得る。しかしこの組電池〔ＬｉＢ（Ｎｉ） ３個直列〕はＰｂＢに比して電圧が低すぎるため、広いＳＯＣ範囲において電圧が１１．８Ｖ未満になる。組電池の電圧が１１．８Ｖ未満になると、補機の駆動に必要な出力が得られない可能性がある。
４個のＬｉＢ（Ｎｉ）が直列接続されることにより、約１２～１６．４Ｖの電圧を有する組電池が形成され得る。この組電池〔ＬｉＢ（Ｎｉ） ４個直列〕はＰｂＢに比して電圧が高すぎるため、５０％程度のＳＯＣから電圧が１４．５Ｖを超える。従来ＰｂＢが使用されている１２Ｖの回路において、１４．５Ｖを超える領域を使用するためには、ＤＣＤＣコンバータによって電圧を下げる必要があると考えられる。
負極活物質にリチウムチタン複合酸化物（例えばＬｉ4Ｔｉ5Ｏ12等）が使用されているＬｉＢ（以下「ＬｉＢ（Ｔｉ）」と略記され得る）は、単電池で約２～２．６Ｖの電圧を有し得る。５個のＬｉＢ（Ｔｉ）が直列接続されることにより、約１０～１３Ｖの電圧を有する組電池が形成され得る。この組電池〔ＬｉＢ（Ｔｉ） ５個直列〕はＰｂＢに比して電圧が低すぎるため、広いＳＯＣ範囲において電圧が１１．８Ｖ未満になる。組電池の電圧が１１．８Ｖ未満になると、補機の駆動に必要な出力が得られない可能性がある。
６個のＬｉＢ（Ｔｉ）が直列接続されることにより、約１２～１５．６Ｖの電圧を有する組電池が形成され得る。この組電池〔ＬｉＢ（Ｔｉ） ６個直列〕はＰｂＢに比して電圧が高すぎるため、高いＳＯＣにおいて電圧が１４．５Ｖを超える。従来ＰｂＢが使用されている１２Ｖの回路において、１４．５Ｖを超える領域を使用するためには、ＤＣＤＣコンバータによって電圧を下げる必要があると考えられる。さらにこの組電池〔ＬｉＢ（Ｔｉ） ６個直列〕は単電池の総数が多いため（すなわち部品点数が多いため）、不経済であるとも考えられる。
正極活物質にリン酸鉄リチウム（例えばＬｉＦｅＰＯ4等）が使用されているＬｉＢ（以下「ＬｉＢ（Ｆｅ）」と略記され得る）は、単電池で約２．６～３．４Ｖの電圧を有し得る。４個のＬｉＢ（Ｆｅ）が直列接続されることにより、約１０．４～１３．６Ｖの電圧を有する組電池が形成され得る。この組電池〔ＬｉＢ（Ｆｅ） ４個直列〕は比較的ＰｂＢに近い電圧を有し得る。しかし充放電曲線が平坦であるため、電圧からＳＯＣを推定することが困難であると考えられる。
本開示の組電池には、ＬｉＢ（Ｎｉ）、ＬｉＢ（Ｔｉ）およびＬｉＢ（Ｆｅ）の中から、２種または３種のＬｉＢが使用されている。すなわち本開示の組電池において、単電池群は、１個以上の第１単電池〔ＬｉＢ（Ｎｉ）〕および１個以上の第２単電池〔ＬｉＢ（Ｔｉ）〕の少なくとも一方と、１個以上の第３単電池〔ＬｉＢ（Ｆｅ）〕とからなる。
本開示の組電池では、２０％以上８０％以下のＳＯＣにおいて、組電池が１１．８Ｖ以上１４．５Ｖ以下の電圧を有するように、第１単電池〔ＬｉＢ（Ｎｉ）〕、第２単電池〔ＬｉＢ（Ｔｉ）〕および第３単電池〔ＬｉＢ（Ｆｅ）〕が組み合わされている。したがって、十分広いＳＯＣ範囲において、組電池が補機電池に求められる特性を満たすと考えられる。すなわち本開示の組電池は補機電池に適することが期待される。
２０％のＳＯＣにおける電圧が１１．８Ｖを下回ると、低いＳＯＣにおいて出力不足となる可能性がある。８０％のＳＯＣにおける電圧が１４．５Ｖを超えると、使用できない容量が多くなる可能性がある。
例えば図９のグラフに本開示の組電池におけるＳＯＣと電圧との関係の一例が示される。組電池〔ＬｉＢ（Ｆｅ）＋ＬｉＢ（Ｎｉ）＋ＬｉＢ（Ｔｉ）＋ＬｉＢ（Ｆｅ）〕は、１個の第１単電池〔ＬｉＢ（Ｎｉ）〕と、１個の第２単電池〔ＬｉＢ（Ｔｉ）〕と、２個の第３単電池〔ＬｉＢ（Ｆｅ）〕とが直列接続されることにより形成されている。
本開示の組電池には、第３単電池〔ＬｉＢ（Ｆｅ）〕が少なくとも１個含まれる。例えば電動車両の補機電池は、車両の走行時、１４．５Ｖ付近の電圧で維持される。図５の組電池〔ＬｉＢ（Ｆｅ） ４個直列〕の充放電曲線に現れているように、第３単電池〔ＬｉＢ（Ｆｅ）〕は、約９５％以上のＳＯＣにおいて電圧が急上昇する。組電池の電圧は、各単電池の電圧の合計である。本開示の組電池では、ＳＯＣが約９５％以上になると、第３単電池〔ＬｉＢ（Ｆｅ）〕の電圧が上昇することにより、第１単電池〔ＬｉＢ（Ｎｉ）〕および第２単電池〔ＬｉＢ（Ｔｉ）〕の少なくとも一方の電圧が上昇し難くなると考えられる。これにより第１単電池〔ＬｉＢ（Ｎｉ）〕および第２単電池〔ＬｉＢ（Ｔｉ）〕の劣化が抑制されることが期待される。その結果、組電池が長寿命を有することが期待される。
前述のように第３単電池〔ＬｉＢ（Ｆｅ）〕は、第２単電池〔ＬｉＢ（Ｔｉ）〕に比して高い電圧を有し得る。組電池に第３単電池〔ＬｉＢ（Ｆｅ）〕が少なくとも１個含まれることにより、組電池〔ＬｉＢ（Ｔｉ） ６個直列〕に比して、単電池の総数が低減されつつ、２０％以上８０％以下のＳＯＣにおいて、組電池が１１．８Ｖ以上１４．５Ｖ以下の電圧を有することができると考えられる。
さらに本開示の組電池には、第１単電池〔ＬｉＢ（Ｎｉ）〕および第２単電池〔ＬｉＢ（Ｔｉ）〕の少なくとも一方が含まれる。これにより、充放電曲線に傾きが付与されることが期待される。充放電曲線に傾きが付与されることにより、電圧からＳＯＣを推定することが容易になることが期待される。
〔２〕複数個の単電池は一列に配列されていてもよい。複数個の単電池が列をなす方向の両端のうち少なくとも一方に、第３単電池が配置されていてもよい。
以下、複数個の単電池が列をなす方向が「配列方向」とも記される。組電池に外部から衝撃が加わった場合、配列方向の端に配置される単電池は、配列方向の中間に配置される単電池に比して変形しやすいと考えられる。単電池が変形することにより、単電池において内部短絡が発生する可能性がある。
第３単電池〔ＬｉＢ（Ｆｅ）〕は、その正極活物質に含まれるリン酸鉄リチウムの性質に基づき、内部短絡時の発熱が小さいことが期待される。配列方向の端に第３単電池〔ＬｉＢ（Ｆｅ）〕が配置されていることにより、組電池に外部から衝撃が加わった時に、組電池の発熱が小さくなることが期待される。
〔３〕単電池群に１個以上の第２単電池が含まれていてもよい。複数個の単電池は一列に配列されていてもよい。複数個の単電池が列をなす方向の両端のうち少なくとも一方に、第２単電池が配置されていてもよい。
第２単電池〔ＬｉＢ（Ｔｉ）〕は、その負極活物質に含まれるリチウムチタン複合酸化物の性質に基づき、内部短絡時の発熱が小さいことが期待される。配列方向の端に第２単電池〔ＬｉＢ（Ｔｉ）〕が配置されていることにより、組電池に外部から衝撃が加わった時に、組電池の発熱が小さくなることが期待される。
〔４〕８０％のＳＯＣにおける電圧と、２０％のＳＯＣにおける電圧との差は０．５Ｖ以上であってもよい。
充放電曲線が一定以上の傾きを有することにより、電圧からＳＯＣを推定することが容易になることが期待される（例えば図９等を参照のこと）。
〔５〕単電池群は例えば４個の単電池からなっていてもよい。
〔６〕単電池群は例えば５個の単電池からなっていてもよい。
〔７〕本開示の車両は、走行モータおよびエンジンの少なくとも一方と、補機と、補機電池とを少なくとも備える。補機電池は補機に供給される電力を蓄えている。補機電池は上記〔１〕～〔６〕のいずれか１つに記載の組電池を含む。
〔８〕本開示の車両は走行モータを備えていてもよい。本開示の車両は主電池をさらに備えていてもよい。主電池は、少なくとも走行モータに供給される電力を蓄えている。
本開示の車両はガソリンエンジン車両であってもよい。本開示の車両は電動車両であってもよい。補機電池が本開示の組電池を含むことにより、例えば補機電池の軽量化等が期待される。ひいては車両の燃費向上、電費向上等も期待される。
〔９〕本開示の組電池の製造方法は以下の（ａ）、（ｂ）および（ｃ）を少なくとも含む。
（ａ）複数個の単電池を準備する。
（ｂ）複数個の単電池を直列接続することにより、単電池群を形成する。
（ｃ）単電池群を含む組電池を製造する。
複数個の単電池の各々はリチウムイオン電池である。単電池群は、１個以上の第１単電池および１個以上の第２単電池の少なくとも一方と、１個以上の第３単電池とからなる。第１単電池の正極活物質はリチウムニッケル複合酸化物を含む。第２単電池の負極活物質はリチウムチタン複合酸化物を含む。第３単電池の正極活物質はリン酸鉄リチウムを含む。本開示の組電池の製造方法では、２０％以上８０％以下のＳＯＣにおいて、組電池が１１．８Ｖ以上１４．５Ｖ以下の電圧を有するように、単電池群に含まれる第１単電池、第２単電池および第３単電池の各々の個数が決定される。
上記〔９〕に記載の組電池の製造方法によれば、上記〔１〕に記載の組電池が製造され得る。
図１は本実施形態の組電池の構成の一例を示す斜視図である。 図２は本実施形態の組電池の構成の一例を示す上面図である。 図３は本実施形態の組電池の製造方法の概略を示すフローチャートである。 図４は本実施形態の車両の構成の一例を示すブロック図である。 図５は各種の組電池におけるＳＯＣと電圧との関係を示すグラフである。 図６は実施例１の組電池におけるＳＯＣと電圧との関係を示すグラフである。 図７は実施例２の組電池におけるＳＯＣと電圧との関係を示すグラフである。 図８は実施例３の組電池におけるＳＯＣと電圧との関係を示すグラフである。 図９は実施例４の組電池におけるＳＯＣと電圧との関係を示すグラフである。 図１０は実施例５の組電池におけるＳＯＣと電圧との関係を示すグラフである。 図１１は実施例６の組電池におけるＳＯＣと電圧との関係を示すグラフである。
以下本開示の実施形態（以下「本実施形態」とも記される）が説明される。ただし以下の説明は、特許請求の範囲を限定するものではない。
＜組電池＞
図１は本実施形態の組電池の構成の一例を示す斜視図である。
本実施形態の組電池１００は、従来ＰｂＢが使用されている回路に適応し得る。組電池１００は例えば車両の補機電池用であり得る。組電池１００は補機電池以外の用途に使用されてもよい。組電池１００は、例えばＵＰＳ（ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ）、小型車両の主電池、定置電源、船舶の動力原、無線基地局の非常用電源等に使用されてもよい。
組電池１００は単電池群５０を含む。単電池群５０は所定のケース（不図示）に収納されていてもよい。組電池１００は、保護回路、各種センサ（例えば温度センサ等）、温度制御システム等をさらに含んでいてもよい。
単電池群５０は複数個の単電池１０からなる。図１の単電池１０は角形電池である。角形電池は扁平直方体状の外形を有する。ただし単電池１０は角形電池に限定されるべきではない。単電池１０は例えば円筒形電池であってもよい。単電池１０は例えばラミネート電池であってもよい。
単電池群５０において、複数個の単電池１０は一列に配列されている。図１ではｙ軸方向が「配列方向」に相当する。単電池１０の各々は、単電池１０の側面のうち最大面積の側面が、配列方向と直交するように並んでいる。単電池１０の各々は、正極端子１１および負極端子１２を有する。正極端子１１および負極端子１２の表面にねじ山が形成されていてもよい。すなわち正極端子１１および負極端子１２の各々は、ボルトであってもよい。
複数個の単電池１０は、配列方向に隣り合う単電池１０同士間で、正極端子１１と負極端子１２とが隣り合うように並んでいる。バスバ２１は隣り合う正極端子１１と負極端子１２とを電気的に接続している。すなわち単電池群５０は、複数個の単電池１０が直列接続されることにより形成されている。
配列方向において、単電池群５０の両側にはエンドプレート２２がそれぞれ配置されている。エンドプレート２２は例えば樹脂製のプレート等であり得る。拘束バンド２３は、２枚のエンドプレート２２を連結している。２枚のエンドプレート２２は単電池群５０を所定の圧力で挟持していてもよい。単電池１０同士の各間に中間プレート（不図示）が配置されていてもよい。中間プレートには、冷媒の流路を形成し得る突起または溝等が形成されていてもよい。
組電池１００は、１個の単電池群５０のみを含んでいてもよい。組電池１００は、複数個の単電池群５０を含んでいてもよい。組電池１００に複数個の単電池群５０が含まれる場合、単電池群５０同士は並列接続されていてもよい。
《リチウムイオン電池》
単電池１０の各々はリチウムイオン電池である。「リチウムイオン電池」とは、リチウムイオン（Ｌｉ+）が電荷担体である蓄電池を示す。リチウムイオン電池は、ケース、正極、負極および電解質を少なくとも含む。正極、負極および電解質はケースに収納されている。電解質は液体であってもよい。電解質はゲルであってもよい。電解質は固体であってもよい。すなわちリチウムイオン電池は全固体電池であってもよい。
リチウムイオン電池はセパレータをさらに含んでいてもよい。セパレータは正極と負極との間に配置され得る。セパレータは絶縁性の多孔質フィルムである。リチウムイオン電池が全固体電池である場合、セパレータが実質的に不要であることもあり得る。
単電池群５０には、２種または３種のリチウムイオン電池が含まれる。すなわち単電池群５０は、１個以上の第１単電池および１個以上の第２単電池の少なくとも一方と、１個以上の第３単電池とからなる。
《第１単電池：ＬｉＢ（Ｎｉ）》
第１単電池は、０％以上１００％以下のＳＯＣにおいて例えば３Ｖ以上４．１Ｖ以下の電圧を有し得る。第１単電池は、正極、負極および電解質を少なくとも含む。正極は正極活物質を少なくとも含む。正極活物質はリチウムニッケル複合酸化物を含む。すなわち第１単電池の正極活物質はリチウムニッケル複合酸化物を含む。
「リチウムニッケル複合酸化物」は、リチウム（Ｌｉ）、ニッケル（Ｎｉ）および酸素（Ｏ）を必須成分として含む化合物である。リチウムニッケル複合酸化物は例えば層状岩塩型等の結晶構造を有していてもよい。
リチウムニッケル複合酸化物は例えば下記式（１）：
ＬｉＮｉ1-x1Ｍ1 x1Ｏ2 ・・・（１）
〔ただし式（１）中、Ｍ1はＣｏ、ＭｎおよびＡｌからなる群より選択される少なくとも１種である。ｘ１は０≦ｘ１＜１を満たす。〕
により表され得る。
リチウムニッケル複合酸化物に、Ｌｉ、Ｎｉ、コバルト（Ｃｏ）、マンガン（Ｍｎ）、アルミニウム（Ａｌ）およびＯ以外の元素が微量に含まれていてもよい。「微量」は例えば１ｍоｌ％以下の量であり得る。微量に含まれる元素は、例えば不可避不純物元素〔例えば硫黄（Ｓ）等〕、添加元素〔例えばタングステン（Ｗ）、フッ素（Ｆ）等〕であり得る。
上記式（１）中、ｘ１は例えば０．３≦ｘ１≦０．９を満たしてもよい。ｘ１は例えば０．３≦ｘ１≦０．８を満たしてもよい。ｘ１は例えば０．３≦ｘ１≦０．７を満たしてもよい。ｘ１は例えば０．３≦ｘ１≦０．６を満たしてもよい。ｘ１は例えば０．３≦ｘ１≦０．５を満たしてもよい。ｘ１は例えば０．３≦ｘ１≦０．４を満たしてもよい。
リチウムニッケル複合酸化物は、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物（一般に「３元系」、「ＮＣＭ」、「ＮＭＣ」等とも称されている）であってもよい。リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物は、上記式（１）においてＣｏおよびＭｎの両方が含まれる化合物を示す。
リチウムニッケル複合酸化物は、例えば、ＬｉＮｉ1/3Ｃｏ1/3Ｍｎ1/3Ｏ2、ＬｉＮｉ0.4Ｃｏ0.3Ｍｎ0.3Ｏ2、ＬｉＮｉ0.4Ｃｏ0.4Ｍｎ0.2Ｏ2、ＬｉＮｉ0.4Ｃｏ0.2Ｍｎ0.4Ｏ2、ＬｉＮｉ0.5Ｃｏ0.3Ｍｎ0.2Ｏ2、ＬｉＮｉ0.5Ｃｏ0.2Ｍｎ0.3Ｏ2、ＬｉＮｉ0.6Ｃｏ0.3Ｍｎ0.1Ｏ2、ＬｉＮｉ0.6Ｃｏ0.2Ｍｎ0.2Ｏ2、ＬｉＮｉ0.7Ｃｏ0.2Ｍｎ0.1Ｏ2、ＬｉＮｉ0.8Ｃｏ0.15Ａｌ0.05Ｏ2、ＬｉＮｉ0.9Ｃｏ0.05Ｍｎ0.05Ｏ2、ＬｉＮｉＯ2等であってもよい。正極活物質に１種のリチウムニッケル複合酸化物が単独で含まれていてもよい。正極活物質に２種以上のリチウムニッケル複合酸化物が含まれていてもよい。
第１単電池において正極活物質の６０質量％以上がリチウムニッケル複合酸化物であってもよい。第１単電池において正極活物質の８０質量％以上がリチウムニッケル複合酸化物であってもよい。第１単電池において正極活物質は実質的にリチウムニッケル複合酸化物のみからなっていてもよい。第１単電池において、正極活物質に含まれ得るリチウムニッケル複合酸化物以外の正極活物質としては、例えばＬｉＣｏＯ2、ＬｉＭｎＯ2、ＬｉＭｎ2Ｏ4等が考えられる。
第１単電池の正極は、正極活物質に加えて、例えば導電材、バインダおよび集電体等をさらに含んでいてもよい。導電材は例えばカーボンブラック等であってもよい。バインダは例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）等であってもよい。集電体は例えばＡｌ箔等であってもよい。
第１単電池の負極活物質は特に限定されるべきではない。第１単電池の負極活物質は、例えば、黒鉛、易黒鉛化性炭素、難黒鉛化性炭素、珪素、酸化珪素、珪素基合金、錫、酸化錫、錫基合金、Ｌｉ（純金属）およびＬｉ合金からなる群より選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。ただし第１単電池の負極活物質はリチウムチタン複合酸化物を含まないことが望ましい。
第１単電池の負極は、負極活物質に加えて、例えばバインダおよび集電体等をさらに含んでいてもよい。バインダは例えばカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）およびスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等であってもよい。集電体は例えば銅（Ｃｕ）箔等であってもよい。
第１単電池の電解質は特に限定されるべきではない。電解質は例えば電解液であってもよい。電解液は溶媒およびＬｉ塩を含む。溶媒は例えば環状カーボネート（例えばエチレンカーボネート等）と鎖状カーボネート（例えばジメチルカーボネート等）との混合物であってもよい。Ｌｉ塩は例えばＬｉＰＦ6等であってもよい。
《第２単電池：ＬｉＢ（Ｔｉ）》
第２単電池は、０％以上１００％以下のＳＯＣにおいて例えば２Ｖ以上２．６Ｖ以下の電圧を有し得る。第２単電池は、正極、負極および電解質を少なくとも含む。負極は負極活物質を少なくとも含む。負極活物質はリチウムチタン複合酸化物を含む。すなわち第２単電池の負極活物質はリチウムチタン複合酸化物を含む。
「リチウムチタン複合酸化物」は、Ｌｉ、チタン（Ｔｉ）およびＯを必須成分として含む化合物である。リチウムチタン複合酸化物は例えばスピネル型、ラムスデライト型等の結晶構造を有していてもよい。
リチウムチタン複合酸化物は例えば下記式（２）：
Ｌｉ4Ｔｉ5-x2Ｍ2 x2Ｏ12 ・・・（２）
〔ただし式（２）中、Ｍ2はＭｎおよびＮｂからなる群より選択される少なくとも１種である。ｘ２は０≦ｘ２＜５を満たす。〕
により表され得る。
リチウムチタン複合酸化物に、Ｌｉ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｎｂ（ニオブ）およびＯ以外の元素が微量に含まれていてもよい。微量に含まれる元素は、例えば不可避不純物元素、添加元素等であり得る。上記式（２）中、ｘ２は例えば０≦ｘ２≦１を満たしてもよい。リチウムチタン複合酸化物は例えばＬｉ4Ｔｉ5Ｏ12等であってもよい。
第２単電池は内部短絡時の発熱が小さいことが期待される。第２単電池において、内部短絡が発生した場合、負極に含まれるリチウムチタン複合酸化物からＬｉ+が放出されることにより、リチウムチタン複合酸化物の抵抗が増加すると考えられる。抵抗の増加により、短絡電流の拡大が抑制され、発熱が小さくなることが期待される。
第２単電池において負極活物質の６０質量％以上がリチウムチタン複合酸化物であってもよい。第２単電池において負極活物質の８０質量％以上がリチウムチタン複合酸化物であってもよい。第２単電池において負極活物質は実質的にリチウムチタン複合酸化物のみからなっていてもよい。第２単電池において、負極活物質に含まれ得るリチウムチタン複合酸化物以外の負極活物質としては、例えば黒鉛、酸化珪素等が考えられる。
第２単電池の負極は、負極活物質に加えて、例えばバインダおよび集電体等をさらに含んでいてもよい。バインダおよび集電体は、第１単電池の負極において例示された材料であってもよい。
第２単電池の正極活物質は特に限定されるべきではない。第２単電池の正極活物質は、例えばリチウムマンガン複合酸化物（例えばＬｉＭｎ2Ｏ4等）、リチウムニッケル複合酸化物等を含んでいてもよい。ただし第２単電池の正極活物質はリン酸鉄リチウムを含まないことが望ましい。第２単電池の正極は、正極活物質に加えて、例えば導電材、バインダおよび集電体等をさらに含んでいてもよい。導電材、バインダおよび集電体は、第１単電池の正極において例示された材料であってもよい。
第２単電池の電解質は特に限定されるべきではない。第２単電池の電解質は、第１単電池の電解質において例示された材料であってもよい。
《第３単電池：ＬｉＢ（Ｆｅ）》
第３単電池は、０％以上１００％以下のＳＯＣにおいて例えば２．６Ｖ以上３．４Ｖ以下の電圧を有し得る。第３単電池の充放電曲線は、５％以上９５％以下のＳＯＣにおいて平坦であり得る。第３単電池は、正極、負極および電解質を少なくとも含む。正極は正極活物質を少なくとも含む。正極活物質はリン酸鉄リチウムを含む。すなわち第３単電池の正極活物質はリン酸鉄リチウムを含む。
「リン酸鉄リチウム」は、Ｌｉおよび鉄（Ｆｅ）を必須成分として含む複合リン酸塩である。リン酸鉄リチウムは例えばオリビン型等の結晶構造を有していてもよい。
リン酸鉄リチウムは例えば下記式（３）：
ＬｉＦｅ1-x3Ｍ3 x3ＰＯ4 ・・・（３）
〔ただし式（３）中、Ｍ3はＣｏおよびＭｎからなる群より選択される少なくとも１種である。ｘ３は０≦ｘ３＜１を満たす。〕
により表され得る。
リン酸鉄リチウムに、Ｌｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｐ（リン）およびＯ以外の元素が微量に含まれていてもよい。微量に含まれる元素は、例えば不可避不純物元素、添加元素等であり得る。上記式（３）中、ｘ３は例えば０≦ｘ３≦０．５を満たしてもよい。リン酸鉄リチウムは例えばＬｉＦｅＰＯ4等であってもよい。
第３単電池において正極活物質の６０質量％以上がリン酸鉄リチウムであってもよい。第３単電池において正極活物質の８０質量％以上がリン酸鉄リチウムであってもよい。第３単電池において正極活物質は実質的にリン酸鉄リチウムのみからなっていてもよい。第３単電池において、正極活物質に含まれ得るリン酸鉄リチウム以外の正極活物質としては、例えばＬｉＣｏＯ2等が考えられる。
第３単電池は内部短絡時の発熱が小さいことが期待される。リン酸鉄リチウムではリンと酸素との結合が強固であるため、内部短絡により電池温度が上昇しても、リン酸鉄リチウムからの酸素放出が起こり難いためと考えられる。
第３単電池の正極は、正極活物質に加えて、例えば導電材、バインダおよび集電体等をさらに含んでいてもよい。導電材、バインダおよび集電体は、第１単電池の正極において例示された材料であってもよい。
第３単電池の負極活物質は特に限定されるべきではない。第３単電池の負極活物質は、例えば第１単電池の負極活物質として例示された材料であってもよい。ただし第３単電池の負極活物質は、リチウムチタン複合酸化物を含まないことが望ましい。第３単電池の負極は、負極活物質に加えて、例えばバインダおよび集電体等をさらに含んでいてもよい。
第３単電池の電解質も特に限定されるべきではない。第３単電池の電解質は、第１単電池の電解質において例示された材料であってもよい。
《組電池の充放電曲線》
組電池１００は、２０％以上８０％以下のＳＯＣにおいて、１１．８Ｖ以上１４．５Ｖ以下の電圧を有する。すなわち組電池１００が２０％以上８０％以下のＳＯＣにおいて、１１．８Ｖ以上１４．５Ｖ以下の電圧を有するように、１個以上の第１単電池および１個以上の第２単電池の少なくとも一方と、１個以上の第３単電池とが組み合わされている。
本実施形態では、２０％のＳＯＣで測定される開放電圧（ｏｐｅｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｖｏｌｔａｇｅ，ＯＣＶ）が１１．８Ｖ以上であり、かつ８０％のＳＯＣで測定されるＯＣＶが１４．５Ｖ以下であれば、組電池１００が２０％以上８０％以下のＳＯＣにおいて、１１．８Ｖ以上１４．５Ｖ以下の電圧を有するとみなされる。
ＯＣＶは次のように測定されることが望ましい。まず組電池１００が完全放電される。完全放電後、組電池１００に対して２０％（または８０％）のＳＯＣ分の電気量が充電される。充電時の電流レートは０．１Ｃ以上０．５Ｃ以下である。「１Ｃ」の電流レートは、組電池１００の定格容量が１時間で放電される電流レートを示す。充電後、組電池１００が室温（２０±５℃）で１時間放置される。放置後、ＯＣＶが測定される。ＯＣＶは一般的な電圧計により測定され得る。ＯＣＶは小数第１位まで有効である。小数第２位は四捨五入される。ＯＣＶは３回測定される。３回の算術平均が採用される。
組電池１００は、２０％のＳＯＣにおいて、例えば１１．９Ｖ以上の電圧を有してもよい。組電池１００は、２０％のＳＯＣにおいて、例えば１２．１Ｖ以上の電圧を有してもよい。組電池１００は、８０％のＳＯＣにおいて、例えば１３．９Ｖ以下の電圧を有してもよい。組電池１００は、８０％のＳＯＣにおいて、例えば１３．０Ｖ以下の電圧を有してもよい。これにより従来ＰｂＢが使用されている回路に対して、組電池１００がいっそう適応することが期待される。
組電池１００が１１．８Ｖ以上１４．５Ｖ以下の電圧を有するＳＯＣ範囲が広い程、使用可能な容量が増加することが期待される。組電池１００は、例えば１０％以上９０％以下のＳＯＣにおいて、１１．８Ｖ以上１４．５Ｖ以下の電圧を有してもよい。組電池１００は、例えば５％以上９５％以下のＳＯＣにおいて、１１．８Ｖ以上１４．５Ｖ以下の電圧を有してもよい。組電池１００は、例えば５％以上１００％以下のＳＯＣにおいて、１１．８Ｖ以上１４．５Ｖ以下の電圧を有してもよい。
充放電曲線が一定以上の傾きを有することにより、電圧からＳＯＣを推定することが容易になることが期待される。例えば、８０％のＳＯＣにおける電圧と、２０％のＳＯＣにおける電圧との差は０．５Ｖ以上であってもよい。当該差は、８０％のＳＯＣにおけるＯＣＶから、２０％のＳＯＣにおけるＯＣＶが差し引かれることにより算出される。８０％のＳＯＣにおける電圧と、２０％のＳＯＣにおける電圧との差は、例えば０．７Ｖ以上であってもよい。８０％のＳＯＣにおける電圧と、２０％のＳＯＣにおける電圧との差は、例えば０．９Ｖ以上であってもよい。８０％のＳＯＣにおける電圧と、２０％のＳＯＣにおける電圧との差は、例えば１．０Ｖ以上であってもよい。８０％のＳＯＣにおける電圧と、２０％のＳＯＣにおける電圧との差は、例えば１．２Ｖ以下であってもよい。
充放電曲線の傾きは下記式（４）により算出され得る。
傾き［ｍＶ／％]＝{（Ｖ2－Ｖ1）÷（８０－２０）｝×１０００ ・・・（４）
〔ただし式（４）中、Ｖ1は２０％のＳＯＣにおけるＯＣＶを示し、Ｖ2は８０％のＳＯＣにおけるＯＣＶを示す。〕
上記式（４）で算出される傾きは、小数第１位まで有効である。小数第２位は四捨五入される。傾きは例えば８．３ｍＶ／％以上であってもよい。傾きは例えば１１．７ｍＶ／％以上であってもよい。傾きは例えば１５．０ｍＶ／％以上であってもよい。傾きは例えば１６．７ｍＶ／％以上であってもよい。傾きは例えば２０．０ｍＶ／％以下であってもよい。
《単電池の個数》
組電池１００が２０％以上８０％以下のＳＯＣにおいて、１１．８Ｖ以上１４．５Ｖ以下の電圧を有する限り、単電池群５０に含まれる単電池１０の個数は特に限定されるべきではない。単電池群５０は例えば４個の単電池１０からなっていてもよい。単電池群５０は例えば５個の単電池１０からなっていてもよい。
第１単電池の個数は例えば０個以上１個以下であってもよい。
第１単電池の個数は例えば１個以上２個以下であってもよい。
第１単電池の個数は例えば０個以上２個以下であってもよい。
第２単電池の個数は例えば０個以上１個以下であってもよい。
第２単電池の個数は例えば１個以上３個以下であってもよい。
第２単電池の個数は例えば３個以上４個以下であってもよい。
第２単電池の個数は例えば０個以上４個以下であってもよい。
第２単電池の個数は例えば１個以上４個以下であってもよい。
第２単電池の個数は例えば０個以上３個以下であってもよい。
第３単電池の個数は例えば１個以上２個以下であってもよい。
第３単電池の個数は例えば２個以上３個以下であってもよい。
第３単電池の個数は例えば１個以上３個以下であってもよい。
（４個直列）
単電池群５０は、例えば２個の第１単電池と、０個の第２単電池と、２個の第３単電池とからなっていてもよい。
単電池群５０は、例えば１個の第１単電池と、０個の第２単電池と、３個の第３単電池とからなっていてもよい。
単電池群５０は、例えば０個の第１単電池と、１個の第２単電池と、３個の第３単電池とからなっていてもよい。
単電池群５０は、例えば１個の第１単電池と、１個の第２単電池と、２個の第３単電池とからなっていてもよい。
（５個直列）
単電池群５０は、例えば０個の第１単電池と、３個の第２単電池と、２個の第３単電池とからなっていてもよい。
単電池群５０は、例えば０個の第１単電池と、４個の第２単電池と、１個の第３単電池とからなっていてもよい。
《単電池の配列》
図２は本実施形態の組電池の構成の一例を示す上面図である。
単電池群５０において、配列方向（図２のｙ軸方向）の両端のうち少なくとも一方に、第３単電池が配置されていてもよい。正極にリン酸鉄リチウムを含む第３単電池は、内部短絡時の発熱が小さいことが期待される。配列方向の両端のうち少なくとも一方に、第３単電池が配置されていることにより、組電池１００に外部から衝撃が加わった時に、組電池１００の発熱が小さくなることが期待される。第３単電池は配列方向の一端に配置されていてもよい。第３単電池は配列方向の両端に配置されていてもよい。
単電池群５０に１個以上の第２単電池が含まれている場合、配列方向（図２のｙ軸方向）の両端のうち少なくとも一方に、第２単電池が配置されていてもよい。負極にリチウムチタン複合酸化物を含む第２単電池は、内部短絡時の発熱が小さいことが期待される。配列方向の両端のうち少なくとも一方に、第２単電池が配置されていることにより、組電池１００に外部から衝撃が加わった時に、組電池１００の発熱が小さくなることが期待される。第２単電池は配列方向の一端に配置されていてもよい。第２単電池は配列方向の両端に配置されていてもよい。
例えば配列方向の一端に第３単電池が配置され、配列方向の他端に第２単電池が配置されていてもよい。
＜第１変形形態＞
本開示によれば、２４Ｖの回路に適応し得る組電池も提供され得る。
例えば本開示の組電池が２個直列接続されて使用されてもよい。あるいは１個の組電池が以下の構成を備えていてもよい。
すなわち組電池は、単電池群を含み、
前記単電池群は、複数個の単電池が直列接続されることにより形成されており、
複数個の前記単電池の各々はリチウムイオン電池であり、
前記単電池群は、
１個以上の第１単電池および１個以上の第２単電池の少なくとも一方と、
１個以上の第３単電池と
からなり、
前記第１単電池の正極活物質はリチウムニッケル複合酸化物を含み、
前記第２単電池の負極活物質はリチウムチタン複合酸化物を含み、
前記第３単電池の正極活物質はリン酸鉄リチウムを含み、
２０％以上８０％以下のＳＯＣにおいて、２３．６Ｖ以上２９Ｖ以下の電圧を有する。
第１変形形態の組電池において、単電池群５０は例えば８個以上１０個以下の単電池１０からなっていてもよい。
＜第２変形形態＞
本開示によれば、３６Ｖの回路に適応し得る組電池も提供され得る。
例えば本開示の組電池が３個直列接続されて使用されてもよい。あるいは１個の組電池が以下の構成を備えていてもよい。
すなわち組電池は、単電池群を含み、
前記単電池群は、複数個の単電池が直列接続されることにより形成されており、
複数個の前記単電池の各々はリチウムイオン電池であり、
前記単電池群は、
１個以上の第１単電池および１個以上の第２単電池の少なくとも一方と、
１個以上の第３単電池と
からなり、
前記第１単電池の正極活物質はリチウムニッケル複合酸化物を含み、
前記第２単電池の負極活物質はリチウムチタン複合酸化物を含み、
前記第３単電池の正極活物質はリン酸鉄リチウムを含み、
２０％以上８０％以下のＳＯＣにおいて、３５．４Ｖ以上４３．５Ｖ以下の電圧を有する。
第２変形形態の組電池において、単電池群５０は例えば１２個以上１５個以下の単電池１０からなっていてもよい。
＜第３変形形態＞
本開示によれば、４８Ｖの回路に適応し得る組電池も提供され得る。
例えば本開示の組電池が４個直列接続されて使用されてもよい。あるいは１個の組電池が以下の構成を備えていてもよい。
すなわち組電池は、単電池群を含み、
前記単電池群は、複数個の単電池が直列接続されることにより形成されており、
複数個の前記単電池の各々はリチウムイオン電池であり、
前記単電池群は、
１個以上の第１単電池および１個以上の第２単電池の少なくとも一方と、
１個以上の第３単電池と
からなり、
前記第１単電池の正極活物質はリチウムニッケル複合酸化物を含み、
前記第２単電池の負極活物質はリチウムチタン複合酸化物を含み、
前記第３単電池の正極活物質はリン酸鉄リチウムを含み、
２０％以上８０％以下のＳＯＣにおいて、４７．２Ｖ以上５８Ｖ以下の電圧を有する。
第３変形形態の組電池において、単電池群５０は例えば１６個以上２０個以下の単電池１０からなっていてもよい。
第１変形形態、第２変形形態および第３変形形態の組電池において、配列方向の両端のうち少なくとも一方に、第３単電池が配置されていてもよい。配列方向の両端のうち少なくとも一方に、第２単電池が配置されていてもよい。
＜組電池の製造方法＞
図３は本実施形態の組電池の製造方法の概略を示すフローチャートである。
本実施形態の組電池の製造方法は「（ａ）単電池の準備」、「（ｂ）単電池群の形成」および「（ｃ）組電池の製造」を少なくとも含む。
《（ａ）単電池の準備》
本実施形態の組電池の製造方法は、複数個の単電池１０を準備することを含む。
例えば市販のリチウムイオン電池が購入されることにより、複数個の単電池１０が準備されてもよい。例えばリチウムイオン電池が製造されることにより、複数個の単電池１０が準備されてもよい。リチウムイオン電池は従来公知の製造方法により製造され得る。
複数個の単電池１０は、１個以上の第１単電池および１個以上の第２単電池の少なくとも一方と、１個以上の第３単電池とを含むように準備される。第１単電池、第２単電池および第３単電池の詳細は前述のとおりである。
《（ｂ）単電池群の形成》
本実施形態の組電池の製造方法は、複数個の単電池１０を直列接続することにより、単電池群５０を形成することを含む。
例えば複数個の単電池１０が一列に配列される（図１および図２を参照のこと）。複数個の単電池１０は、配列方向に隣り合う単電池１０同士間で、正極端子１１と負極端子１２とが隣り合うように並べられる。バスバ２１により、隣り合う正極端子１１と負極端子１２とが接続される。正極端子１１および負極端子１２がボルトである場合、所定のナットによりバスバ２１が固定される。これにより複数個の単電池１０が直列接続される。複数個の単電池１０が直列接続されることにより、単電池群５０が形成される。
本実施形態の組電池の製造方法では、２０％以上８０％以下のＳＯＣにおいて、組電池１００が１１．８Ｖ以上１４．５Ｖ以下の電圧を有するように、単電池群５０に含まれる第１単電池、第２単電池および第３単電池の各々の個数が決定される。
《（ｃ）組電池の製造》
本実施形態の組電池の製造方法は、単電池群５０を含む組電池１００を製造することを含む。
単電池群５０の両側にエンドプレート２２がそれぞれ配置される。拘束バンド２３により、２枚のエンドプレート２２が連結される。例えば所定のケースに単電池群５０が収納される。以上より単電池群５０を含む組電池１００が製造され得る。
＜車両＞
図４は本実施形態の車両の構成の一例を示すブロック図である。
車両２００は、エンジン２１０、負荷２２０〔第１モータジェネレータ２２１（ＭＧ１）、第２モータジェネレータ２２２（ＭＧ２）等〕、動力分割装置２３０、伝達ギア２４０、駆動輪２５０、電源システム２６０（主電池２６１、補機電池２６２等）、補機２７０、およびＥＣＵ（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ）２８０を備える。
車両２００はＨＶ（ｈｙｂｒｉｄ ｖｅｈｉｃｌｅ）である。すなわち車両２００は、エンジン２１０および第２モータジェネレータ２２２の少なくとも一方が出力する駆動力によって走行し得る。車両２００では、第２モータジェネレータ２２２が「走行モータ」に相当する。
ただしＨＶは本実施形態の車両の一例に過ぎない。本実施形態の車両はＥＶ（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ）であってもよい。すなわち本実施形態の車両はエンジンを備えていなくてもよい。本実施形態の車両はガソリンエンジン車両であってもよい。すなわち本実施形態の車両は走行モータを備えていなくてもよい。本実施形態の車両はＦＣＶ（ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ ｖｅｈｉｃｌｅ）であってもよい。すなわち車両は水素タンク等をさらに備えていてもよい。
したがって本実施形態の車両は、走行モータおよびエンジンの少なくとも一方と、補機と、補機電池とを少なくとも備える。補機電池は前述の組電池１００を含む。本実施形態の車両は走行モータを備え、主電池をさらに備えていてもよい。
以下、車両２００に含まれる各装置が説明される。
《エンジン》
エンジン２１０は、ガソリンの燃焼による熱エネルギーを運動子（ピストン、ロータ等）の運動エネルギーに変換する。エンジン２１０は運動エネルギーを動力分割装置２３０に出力する。
《動力分割装置》
動力分割装置２３０は、例えば遊星歯車等を含んでいてもよい。動力分割装置２３０は、運動エネルギーを第１駆動力と第２駆動力とに分割する。第１駆動力は駆動輪２５０を駆動する。第１駆動力は伝達ギア２４０を経由して動力分割装置２３０から駆動輪２５０に伝達される。第２駆動力は第１モータジェネレータ２２１を駆動する。
《負荷》
負荷２２０は、第１モータジェネレータ２２１、第２モータジェネレータ２２２およびＰＣＵ（ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ）２２３を含む。ＰＣＵ２２３は、第１モータジェネレータ２２１、第２モータジェネレータ２２２および主電池２６１に接続されている。ＰＣＵ２２３は、第１モータジェネレータ２２１および第２モータジェネレータ２２２と、主電池２６１との間で電力変換を行う。
ＰＣＵ２２３は例えば第１インバータ（不図示）および第２インバータ（不図示）を含んでいてもよい。第１インバータは第１モータジェネレータ２２１により発電された電力を直流電力に変換し、直流電力を主電池２６１に入力する。また第１インバータは、エンジン２１０の始動時、主電池２６１から供給される直流電力を交流電力に変換し、第１モータジェネレータ２２１に入力する。
第２インバータは、主電池２６１から供給される直流電力を交流電力に変換し、交流電力を第２モータジェネレータ２２２に入力する。また第２インバータは、車両２００の減速時等に第２モータジェネレータ２２２が発電する交流電力を、直流電力に変換し、直流電力を主電池２６１に入力する。
第１モータジェネレータ２２１および第２モータジェネレータ２２２の各々は、交流モータである。交流モータは例えば三相交流モータ等であってもよい。第１モータジェネレータ２２１は、エンジン２１０により生成された運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、電気エネルギーをＰＣＵ２２３に入力する。また第１モータジェネレータ２２１は、ＰＣＵ２２３から供給される交流電力によって駆動力を生成することにより、エンジン２１０の始動を行う。
第２モータジェネレータ２２２は、ＰＣＵ２２３から供給される交流電力によって、車両２００が走行するための駆動力を生成する。第２モータジェネレータ２２２は、車両２００の減速時等に回生ブレーキとして働き、交流電力を発電する。発電された交流電力はＰＣＵ２２３に入力される。
《電源システム》
電源システム２６０は、高電圧系の装置および低電圧系の装置の各々に電力を供給する。電源システム２６０は主電池２６１、補機電池２６２およびＤＣＤＣコンバータ２６３を含む。主電池２６１は主に高電圧系の装置に電力を供給する。補機電池２６２は主に低電圧系の装置に電力を供給する。電源システム２６０は、電圧センサ（不図示）、電流センサ（不図示）等をさらに含んでいてもよい。
（主電池）
主電池２６１は直流電源である。主電池２６１の定格出力電圧は、例えば２００Ｖ程度であり得る。主電池２６１は蓄電池である。主電池２６１は、少なくとも走行モータ（本実施形態では第２モータジェネレータ２２２）に供給される電力を蓄えている。主電池２６１は、走行モータ以外の装置にも電力を供給してもよい。
主電池２６１は特に限定されるべきではない。主電池２６１は例えばリチウムイオン電池であってもよい。主電池２６１は例えばニッケル水素電池であってもよい。主電池２６１は例えば燃料電池であってもよい。
主電池２６１はＰＣＵ２２３を経由して第１モータジェネレータ２２１および第２モータジェネレータ２２２に電力を供給する。主電池２６１はＤＣＤＣコンバータ２６３にも電力を供給する。主電池２６１は、第１モータジェネレータ２２１および第２モータジェネレータ２２２が発電した電力により充電される。
（補機電池）
補機電池２６２は直流電源である。補機電池の定格出力電圧は、例えば１２Ｖ程度であり得る。補機電池２６２は蓄電池である。補機電池２６２は補機２７０に供給される電力を蓄えている。本実施形態では、補機電池２６２が前述の組電池１００を含む。補機電池２６２は実質的に組電池１００のみからなっていてもよい。補機電池２６２は、主電池２６１からＤＣＤＣコンバータ２６３を経由して電力の供給を受けることにより充電される。
《補機》
補機２７０は、電力線によりＤＣＤＣコンバータ２６３および補機電池２６２に接続されている。補機２７０は、ＤＣＤＣコンバータ２６３および補機電池２６２の少なくとも一方から電力の供給を受けることにより駆動する。補機２７０は、例えばパワーステアリング、エアコン、ワイパ用小型モータ、ドア開閉用小型モータ、オーディオ機器等を含む。
《ＥＣＵ》
ＥＣＵ２８０は、車両２００に含まれる各装置を制御する。ＥＣＵ２８０は、例えばＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）、記憶装置、入出力バッファ等を含む。ＥＣＵ２８０による制御は、ソフトウエアによって実行されてもよい。ＥＣＵ２８０による制御は、専用ハードウエア（電子回路）によって実行されてもよい。
《アイドリングストップ車両》
本実施形態の車両がガソリンエンジン車両である場合、車両はアイドリングストップシステムを備えていてもよい。すなわち本実施形態の車両はアイドリングストップ車両であってもよい。アイドリングストップ車両では、アイドリングストップ中（エンジンの停止中）、補機電池のみから各装置に電力が供給される。加えてエンジンの停止および始動が頻繁に行われる。エンジンの始動の度に、補機電池に蓄えられている電力が消費される。
そのためアイドリングストップ車両では、補機電池のＳＯＣが低くなりやすい傾向がある。従来、補機電池に使用されているＰｂＢは、低いＳＯＣで使用され続けると、サルフェーションと称される現象により、電池性能が低下しやすい傾向がある。
またアイドリングストップ車両ではエンジンの始動の度に、補機電池が大電流の放電を行う。さらに低いＳＯＣから、いち早く復帰するために、補機電池は充電効率が良いことが望まれる。すなわちアイドリングストップ車両では、補機電池が低いＳＯＣにおいて入出力特性に優れることが求められる。
アイドリングストップ車両において、補機電池が組電池１００（すなわちリチウムイオン電池）を含むことにより、補機電池が低いＳＯＣで使用されても、電池性能が低下し難いことが期待される。さらに組電池１００は１個以上の第３単電池を少なくとも含む。第３単電池の正極活物質はリン酸鉄リチウムを含む。第３単電池はリン酸鉄リチウムの性質に基づき、低いＳＯＣにおいても入出力特性に優れることが期待される。したがって補機電池が組電池１００を含むことにより、補機電池がアイドリングストップ車両に見合った入出力特性を発揮することが期待される。
以下本開示の実施例が説明される。ただし以下の説明は特許請求の範囲を限定するものではない。
下記表１に示される各種の組電池が製造された。
Figure 0007131124000001
《比較例１》
比較例１の組電池として補機電池用のＰｂＢが準備された。比較例１の組電池は、６個のＰｂＢ（単電池）が直列接続されたものである。２０％のＳＯＣおよび８０％のＳＯＣにおける電圧は上記表１に示されている。比較例１の充放電曲線は、図５～１１の各々に示されている。
《比較例２》
３個の第１単電池〔ＬｉＢ（Ｎｉ）〕が直列接続されることにより、比較例２の組電池が製造された。２０％のＳＯＣおよび８０％のＳＯＣにおける電圧は上記表１に示されている。比較例２の充放電曲線は図５に示されている。比較例２の組電池は、２０％のＳＯＣにおいて１１．８Ｖ未満の電圧を有する。
《比較例３》
４個の第１単電池〔ＬｉＢ（Ｎｉ）〕が直列接続されることにより、比較例３の組電池が製造された。２０％のＳＯＣおよび８０％のＳＯＣにおける電圧は上記表１に示される。比較例３の充放電曲線は図５に示されている。比較例３の組電池は、８０％のＳＯＣにおいて１４．５Ｖ超の電圧を有する。
《比較例４》
５個の第２単電池〔ＬｉＢ（Ｔｉ）〕が直列接続されることにより、比較例４の組電池が製造された。２０％のＳＯＣおよび８０％のＳＯＣにおける電圧は上記表１に示されている。比較例４の充放電曲線は図５に示されている。比較例４の組電池は、２０％のＳＯＣにおいて１１．８Ｖ未満の電圧を有する。
《比較例５》
６個の第２単電池〔ＬｉＢ（Ｔｉ）〕が直列接続されることにより、比較例５の組電池が製造された。２０％のＳＯＣおよび８０％のＳＯＣにおける電圧は上記表１に示されている。充放電曲線は図５に示されている。比較例５の組電池は、高いＳＯＣにおいて、電圧が１４．５Ｖを超える領域を有する。または比較例５の組電池は単電池の個数が多い。
《比較例６》
４個の第３単電池〔ＬｉＢ（Ｆｅ）〕が直列接続されることにより、比較例６の組電池が製造された。２０％のＳＯＣおよび８０％のＳＯＣにおける電圧は上記表１に示されている。比較例６の充放電曲線は図５に示されている。比較例６の組電池は、５％以上９５％以下のＳＯＣにおいて、充放電曲線が平坦である。
《実施例１》
２個の第１単電池〔ＬｉＢ（Ｎｉ）〕と、２個の第３単電池〔ＬｉＢ（Ｆｅ）〕とが直列接続されることにより、実施例１の組電池が製造された。実施例１の組電池では、第３単電池〔ＬｉＢ（Ｆｅ）〕が配列方向の両端にそれぞれ配置されている。２０％のＳＯＣおよび８０％のＳＯＣにおける電圧は上記表１に示されている。
図６は実施例１の組電池におけるＳＯＣと電圧との関係を示すグラフである。
実施例１の組電池は、２０％以上８０％以下のＳＯＣにおいて、１１．８Ｖ以上１４．５Ｖ以下の電圧を有している。さらに充放電曲線が傾きを有するため、電圧からＳＯＣを推定することが容易であると考えられる。
実施例１の組電池は、５％以上８０％以下のＳＯＣにおいて、１１．８Ｖ以上１４．５Ｖ以下の電圧を有している。
《実施例２》
１個の第１単電池〔ＬｉＢ（Ｎｉ）〕と、３個の第３単電池〔ＬｉＢ（Ｆｅ）〕とが直列接続されることにより、実施例２の組電池が製造された。実施例２の組電池では、第３単電池〔ＬｉＢ（Ｆｅ）〕が配列方向の両端にそれぞれ配置されている。２０％のＳＯＣおよび８０％のＳＯＣにおける電圧は上記表１に示されている。
図７は実施例２の組電池におけるＳＯＣと電圧との関係を示すグラフである。
実施例２の組電池は、２０％以上８０％以下のＳＯＣにおいて、１１．８Ｖ以上１４．５Ｖ以下の電圧を有している。さらに充放電曲線が傾きを有するため、電圧からＳＯＣを推定することが容易であると考えられる。
実施例２の組電池は、５％以上１００％以下のＳＯＣにおいて、１１．８Ｖ以上１４．５Ｖ以下の電圧を有している。
《実施例３》
１個の第２単電池〔ＬｉＢ（Ｔｉ）〕と、３個の第３単電池〔ＬｉＢ（Ｆｅ）〕とが直列接続されることにより、実施例３の組電池が製造された。実施例３の組電池では、第３単電池〔ＬｉＢ（Ｆｅ）〕が配列方向の両端にそれぞれ配置されている。２０％のＳＯＣおよび８０％のＳＯＣにおける電圧は上記表１に示されている。
図８は実施例３の組電池におけるＳＯＣと電圧との関係を示すグラフである。
実施例３の組電池は、２０％以上８０％以下のＳＯＣにおいて、１１．８Ｖ以上１４．５Ｖ以下の電圧を有している。さらに充放電曲線が傾きを有するため、電圧からＳＯＣを推定することが容易であると考えられる。
実施例３の組電池は、２０％以上１００％以下のＳＯＣにおいて、１１．８Ｖ以上１４．５Ｖ以下の電圧を有している。
実施例３の組電池は、２０％以上１００％以下のＳＯＣにおいて、充放電曲線が比較例１の組電池（ＰｂＢ）と近似している。
《実施例４》
１個の第１単電池〔ＬｉＢ（Ｎｉ）〕と、１個の第２単電池〔ＬｉＢ（Ｔｉ）〕と、２個の第３単電池〔ＬｉＢ（Ｆｅ）〕とが直列接続されることにより、実施例４の組電池が製造された。実施例４の組電池では、第３単電池〔ＬｉＢ（Ｆｅ）〕が配列方向の両端にそれぞれ配置されている。２０％のＳＯＣおよび８０％のＳＯＣにおける電圧は上記表１に示されている。
図９は実施例４の組電池におけるＳＯＣと電圧との関係を示すグラフである。
実施例４の組電池は、２０％以上８０％以下のＳＯＣにおいて、１１．８Ｖ以上１４．５Ｖ以下の電圧を有している。さらに充放電曲線が傾きを有するため、電圧からＳＯＣを推定することが容易であると考えられる。
実施例４の組電池は、１０％以上１００％以下のＳＯＣにおいて、１１．８Ｖ以上１４．５Ｖ以下の電圧を有している。
実施例４の組電池は、１０％以上９５％以下のＳＯＣにおいて、充放電曲線が比較例１の組電池（ＰｂＢ）と近似している。
《実施例５》
３個の第２単電池〔ＬｉＢ（Ｔｉ）〕と、２個の第３単電池〔ＬｉＢ（Ｆｅ）〕とが直列接続されることにより、実施例５の組電池が製造された。実施例５の組電池では、第３単電池〔ＬｉＢ（Ｆｅ）〕が配列方向の両端にそれぞれ配置されている。２０％のＳＯＣおよび８０％のＳＯＣにおける電圧は上記表１に示されている。
図１０は実施例５の組電池におけるＳＯＣと電圧との関係を示すグラフである。
実施例５の組電池は、２０％以上８０％以下のＳＯＣにおいて、１１．８Ｖ以上１４．５Ｖ以下の電圧を有している。さらに充放電曲線が傾きを有するため、電圧からＳＯＣを推定することが容易であると考えられる。
実施例５の組電池は、５％以上９５％以下のＳＯＣにおいて、１１．８Ｖ以上１４．５Ｖ以下の電圧を有している。
《実施例６》
４個の第２単電池〔ＬｉＢ（Ｔｉ）〕と、１個の第３単電池〔ＬｉＢ（Ｆｅ）〕とが直列接続されることにより、実施例６の組電池が製造された。実施例６の組電池では、第３単電池〔ＬｉＢ（Ｆｅ）〕が配列方向の一端に配置されており、配列方向の他端に第２単電池〔ＬｉＢ（Ｔｉ）〕が配置されている。２０％のＳＯＣおよび８０％のＳＯＣにおける電圧は上記表１に示されている。
図１１は実施例６の組電池におけるＳＯＣと電圧との関係を示すグラフである。
実施例６の組電池は、２０％以上８０％以下のＳＯＣにおいて、１１．８Ｖ以上１４．５Ｖ以下の電圧を有している。さらに充放電曲線が傾きを有するため、電圧からＳＯＣを推定することが容易であると考えられる。
実施例６の組電池は、２０％以上１００％以下のＳＯＣにおいて、１１．８Ｖ以上１４．５Ｖ以下の電圧を有している。
本開示の実施形態および実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではない。特許請求の範囲の記載によって確定される技術的範囲は、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含む。
１０ 単電池、１１ 正極端子、１２ 負極端子、２１ バスバ、２２ エンドプレート、２３ 拘束バンド、５０ 単電池群、１００ 組電池、２００ 車両、２１０ エンジン、２２０ 負荷、２２１ 第１モータジェネレータ、２２２ 第２モータジェネレータ、２２３ ＰＣＵ、２３０ 動力分割装置、２４０ 伝達ギア、２５０ 駆動輪、２６０ 電源システム、２６１ 主電池、２６２ 補機電池、２６３ コンバータ、２７０ 補機、２８０ ＥＣＵ。

Claims (10)

  1. 単電池群を含み、
    前記単電池群は、複数個の単電池が直列接続されることにより形成されており、
    複数個の前記単電池の各々はリチウムイオン電池であり、
    前記単電池群は、
    １個以上の第１単電池および１個以上の第２単電池の少なくとも一方と、
    １個以上の第３単電池と
    からなり、
    前記第１単電池の正極活物質はリチウムニッケル複合酸化物を含み、
    前記第２単電池の負極活物質はリチウムチタン複合酸化物を含み、
    前記第３単電池の正極活物質はリン酸鉄リチウムを含み、
    ２０％以上８０％以下のＳＯＣにおいて、１１．８Ｖ以上１３．９Ｖ以下の電圧を有し、かつ１００％のＳＯＣにおいて、１３．９Ｖ以下の電圧を有する、
    組電池。
  2. 複数個の前記単電池は一列に配列されており、
    複数個の前記単電池が列をなす方向の両端のうち少なくとも一方に、前記第３単電池が配置されている、
    請求項１に記載の組電池。
  3. 前記単電池群に１個以上の前記第２単電池が含まれており、
    複数個の前記単電池は一列に配列されており、
    複数個の前記単電池が列をなす方向の両端のうち少なくとも一方に、前記第２単電池が配置されている、
    請求項１に記載の組電池。
  4. ８０％のＳＯＣにおける電圧と、２０％のＳＯＣにおける電圧との差は０．５Ｖ以上である、
    請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の組電池。
  5. 前記単電池群は４個の前記単電池からなる、
    請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の組電池。
  6. 前記単電池群は５個の前記単電池からなる、
    請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の組電池。
  7. 単電池群を含み、
    前記単電池群は、複数個の単電池が直列接続されることにより形成されており、
    複数個の前記単電池の各々はリチウムイオン電池であり、
    前記単電池群は、
    １個以上の第１単電池および１個以上の第２単電池の少なくとも一方と、
    １個以上の第３単電池と
    からなり、
    前記第１単電池の正極活物質はリチウムニッケル複合酸化物を含み、
    前記第２単電池の負極活物質はリチウムチタン複合酸化物を含み、
    前記第３単電池の正極活物質はリン酸鉄リチウムを含み、
    ２０％以上８０％以下のＳＯＣにおいて、１１．８Ｖ以上１４．５Ｖ以下の電圧を有し、
    前記単電池群に１個以上の前記第２単電池が含まれており、
    複数個の前記単電池は一列に配列されており、
    複数個の前記単電池が列をなす方向の両端のうち少なくとも一方に、前記第２単電池が配置されており、
    前記単電池群は５個の前記単電池からなる、
    組電池。
  8. 走行モータおよびエンジンの少なくとも一方と、補機と、補機電池とを少なくとも備え、
    前記補機電池は前記補機に供給される電力を蓄えており、
    前記補機電池は請求項１～請求項７のいずれか１項に記載の前記組電池を含む、
    車両。
  9. 前記走行モータを備え、
    主電池をさらに備え、
    前記主電池は、少なくとも前記走行モータに供給される電力を蓄えている、
    請求項８に記載の車両。
  10. 複数個の単電池を準備すること、
    複数個の前記単電池を直列接続することにより、単電池群を形成すること、
    および
    前記単電池群を含む組電池を製造すること、
    を少なくとも含み、
    複数個の前記単電池の各々はリチウムイオン電池であり、
    前記単電池群は、
    １個以上の第１単電池および１個以上の第２単電池の少なくとも一方と、
    １個以上の第３単電池と
    からなり、
    前記第１単電池の正極活物質はリチウムニッケル複合酸化物を含み、
    前記第２単電池の負極活物質はリチウムチタン複合酸化物を含み、
    前記第３単電池の正極活物質はリン酸鉄リチウムを含み、
    ２０％以上８０％以下のＳＯＣにおいて、前記組電池が１１．８Ｖ以上１３．９Ｖ以下の電圧を有し、かつ１００％のＳＯＣにおいて、１３．９Ｖ以下の電圧を有するように、前記単電池群に含まれる前記第１単電池、前記第２単電池および前記第３単電池の各々の個数が決定される、
    組電池の製造方法。
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