JPWO2008129698A1 - 電源システムおよび組電池の充電方法 - Google Patents

電源システムおよび組電池の充電方法 Download PDF

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Abstract

本発明は二次電池からなる電源システムおよび組電池の充電方法に関し、より詳しくは簡易的な定電圧充電器を用いても電源である組電池を劣化させない技術に関する。本発明の目的は、単位重量当りのエネルギー密度が鉛蓄電池よりも高い二次電池を定電圧で充電する場合において、過充電により二次電池が変形するおそれを低減し、安全性を向上することができる電源システム、及び充電方法を提供することである。本発明は、複数の素電池が、直列に接続された組電池と、前記組電池に、一定の定格充電電圧ＶＣを印加して充電する定電圧充電器とを備えた電源システム及び組電池の充電方法において、前記複数の素電池におけるそれぞれの平均放電電圧の合計である合計電圧Ｖｘ、及び前記定格充電電圧ＶＣを、０．９８Ｖｘ≦ＶＣ≦１．１５Ｖｘの関係を満たすように、設定するものである。

Description

本発明は二次電池からなる電源システムおよび組電池の充電方法に関し、より詳しくは簡易的な定電圧充電器を用いても電源である組電池を劣化させない技術に関する。
ニッケル水素蓄電池やニッケルカドミウム蓄電池などのアルカリ蓄電池、ならびにリチウムイオン二次電池やリチウムポリマー二次電池などの非水電解質二次電池は、鉛蓄電池より単位重量当りのエネルギー密度が高いので、車両や携帯機器などの移動体に具備する電源として注目されている。特に近年、上述した二次電池を直列に接続して組電池を構成し、レース用車両などの電源として活用する取り組みがなされつつある。
車両用の電源は、始動時にセルスタータとして大電流で放電される一方で、車両の運転時に発電機（定電圧充電器）から送られる電流を受け入れて充電される。鉛蓄電池は比較的大電流での充放電に適した反応機構を有しているが、上述した二次電池は反応機構の関係上、大電流での充放電に適しているとは言い難い。具体的にはこれらの二次電池は、充電末期において各々以下のような弱点を有する。
まずニッケル水素蓄電池やニッケルカドミウム蓄電池などのアルカリ蓄電池の場合、充電末期に正極から酸素ガスが発生する。また、雰囲気温度が高くなると正極から酸素ガスが発生する電圧（酸素過電圧）が低下する。仮に酸素過電圧がＶ1まで低下したｎ個のアルカリ蓄電池を定電圧充電器（定格充電電圧Ｖ2）が充電する際に、Ｖ2＞ｎＶ1の関係を満たしてしまうと、充電が終了せずに酸素ガスが発生し続け、組電池を構成する個々の二次電池（素電池）が電池内圧上昇により変形する虞がある。
次にリチウムイオン二次電池やリチウムポリマー二次電池などの非水電解質二次電池の場合、充電末期に非水電解質を含む電解液が分解しやすくなる。さらに、雰囲気温度が高くなるとこの傾向が顕著化し、組電池を構成する素電池が電池内圧上昇により変形する虞がある。
このような二次電池を過充電による変形から保護するために、二次電池の端子電圧や温度を監視し、端子電圧や温度が所定の判定値を超えた場合に、二次電池の充放電経路を遮断することで、二次電池を保護する安全回路が知られている。しかしながら、車両用の電源として用いられる二次電池の場合、下記の理由により、充放電経路を遮断することが許されない。
すなわち、車両用の電源として用いられる二次電池は、車両に搭載されている発電機によって、充電される。車両に搭載された発電機の発電量は、車両の走行状態に応じて変動する。そのため、車両用の二次電池は、発電機の発電量が過剰になったときは、過剰な電力を充電することで過剰な電力を吸収し、車両内の負荷回路へ供給される電圧を安定化させる役割を有している。また、エンジンを運転する際に、スパークプラグの点火用の電力も、二次電池から供給される。
そのため、二次電池の過充電を防止するために二次電池の充放電経路を遮断すると、発電機の発電量が過剰になったときに、過剰な電力が吸収されずに電圧が上昇して車両内の負荷回路へ供給され、負荷回路を損傷したり、エンジンが停止してしまったりするおそれがある。このような理由により、車両用の電源として用いられる二次電池の場合、充放電経路を遮断することが許されない。
このような課題を解決するためには、特許文献１に示すように、電源として用いる組電池の充電が完了した時点で、さらなる電流を別の回路（側流回路）から通過させるのが有効と考えられる。
車載技術として特許文献１を転用する場合、側流回路は以下の２つの態様として具現化できる。第１の態様は、車載された他の電動機器（ランプやカーステレオ、カークーラーなど）へ電流を供与する形で側流回路を構成する態様である。第２の態様は、単に電流を消費する抵抗体へ電流を供与する形で側流回路を構成する態様である。
しかし、特許文献１に記載の技術では、第１の態様を採ると、定電圧充電器が上述した電動機器に過度の電流を供給してこれらの電動機器を故障させる虞がある。また第２の態様を採ると、抵抗体が電流を消費する際に発生する熱が上述した二次電池の雰囲気温度を高めることになるので、素電池が変形する虞が増大する。
特開平０７−０５９２６６号公報
本発明の目的は、単位重量当りのエネルギー密度が鉛蓄電池よりも高い二次電池を定電圧で充電する場合において、過充電により二次電池が変形するおそれを低減し、安全性を向上することができる電源システム、及び充電方法を提供することである。
本発明に係る電源システムは、複数の素電池が、直列に接続された組電池と、前記組電池に、一定の定格充電電圧ＶCを印加して充電する定電圧充電器とを備え、前記複数の素電池におけるそれぞれの平均放電電圧の合計である合計電圧Ｖｘ、及び前記定格充電電圧ＶCは、０．９８Ｖｘ≦ＶC≦１．１５Ｖｘの関係を満たすように、設定されている。
また、本発明に係る組電池の充電方法は、複数の素電池が直列に接続され、前記複数の素電池におけるそれぞれの平均放電電圧の合計が合計電圧Ｖｘである組電池を、０．９８Ｖｘ≦ＶC≦１．１５Ｖｘの関係を満たす一定の定格充電電圧ＶCで充電する。
この構成によれば、単位重量当りのエネルギー密度が鉛蓄電池よりも高い二次電池を定電圧で充電する場合において、過充電により二次電池が変形するおそれを低減し、安全性を向上することができる電源システム、及び充電方法を提供することができる。
また、上述した関係を満たすように電源システムを構築し、あるいは組電池を充電することで、単位重量当りのエネルギー密度は高いが充電末期に課題を有する二次電池を、簡易的な定電圧充電器と無理なく組み合わせて活用できるようになる。
ニッケル水素蓄電池の常温における充放電時の端子電圧の挙動を示す図である。 リチウムイオン二次電池の常温における充放電時の端子電圧の挙動を示す図である。 本発明の一実施形態に係る電源システムの一例を示すブロック図である。
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図を用いて説明する。図１は正極活物質として水酸化ニッケルを用い、負極活物質として水素吸蔵合金を用いたニッケル水素蓄電池の常温（２０℃〜２５℃）における充放電時の端子電圧の挙動を示す図である。図２は正極活物質としてコバルト酸リチウムを用い、負極活物質として黒鉛を用いたリチウムイオン二次電池の常温における充放電時の端子電圧の挙動を示す図である。
図３は、本発明の一実施形態に係る電源システムの一例を示すブロック図である。図３に示す電源システム３は、例えば車載用の電源システムである。電源システム３は、定電圧充電器１に、組電池２が接続されて構成されている。そして、電源システム３に接続された車載機器４へ、定電圧充電器１及び組電池２の出力電圧が供給されるようになっている。
定電圧充電器１は、例えば車両に搭載された発電機である。そして、定電圧充電器１は、発電された電圧を安定化して、予め設定された定格充電電圧ＶCとして、組電池２、及び車載機器４へ供給する。
組電池２は、素電池が複数直列接続されて構成されている。なお、各素電池は、それぞれ複数の素電池が並列接続されたものであってもよい。そして、定電圧充電器１の発電電力に余剰があるときは、組電池２の両端に、定電圧充電器１から出力された定格充電電圧ＶCが印加されて、組電池２が定電圧充電されるようになっている。また、定電圧充電器１の発電電力が不足するときは、組電池２から車載機器４へ電力が供給されるようになっている。
車載機器４は、例えば車両のエンジンを始動させるためのセルスタータや、ライト、カーナビゲーション装置等の負荷装置である。
以下、後述する第１〜第２０の実施形態に係る電源システムは、図３に示す電源システム３において、組電池２を構成する素電池の種類、個数、及び定電圧充電器１の定格充電電圧ＶCを、適宜設定することにより構成されている。
本発明の第１の実施形態に係る電源システムは、組電池２と、組電池２を充電する定電圧充電器１とを含む電源システムであって、組電池２を平均放電電圧ＶAの素電池ＡがｎA本直列した構成とし、定電圧充電器１の定格充電電圧ＶCを０．９８ｎAＶA≦ＶC≦１．１５ｎAＶAの範囲とするものである。
この場合、ｎAＶAが、合計電圧Ｖｘの一例に相当している。
図１において、グラフＧ１は、充電時の挙動を示し、グラフＧ２は放電時の挙動を示している。また、グラフＧ１における充電電流、及びグラフＧ２における放電電流は、共に１Ｉｔである。
ニッケル水素蓄電池は充電深さ（ＳＯＣ）が２０％と低い領域から８０％と高い領域まで、比較的平坦な充放電電圧を示す。ＳＯＣが９０％を超える充電末期に達すると充電電圧は急激に上昇するが、１００％近傍ではむしろ充電電圧は低下する。この現象は正極から過充電時に酸素ガスを発生する現象に伴うものであり、酸素過電圧と呼ばれる。上述したように雰囲気温度の上昇に伴って酸素過電圧は下降する傾向がある。
すなわち、充電電圧の急激な上昇が生じた後、充電電圧が低下し始めるときには、既に、酸素ガスが発生している。このようにして絶え間なく酸素ガスが発生することによる内部圧力の増大によって、素電池が変形することを回避するためには、常温において平坦な充電電圧を示すＳＯＣの範囲内で、定電圧充電器１による充電を停止する必要がある。
図２において、グラフＧ３は、充電時の端子電圧の挙動を示し、グラフＧ４は放電時の端子電圧の挙動を示している。また、グラフＧ３における充電電流、及びグラフＧ４における放電電流は、共に１Ｉｔである。
リチウムイオン二次電池はＳＯＣが１０％と低い領域から８０％と高い領域まで、ＳＯＣが増大するに従って充放電電圧が比較的緩やかに上昇する。そして、ＳＯＣが９０％を超える充電末期に達すると充電電圧は急激に上昇し、非水電解質を含む電解液の成分（主にカーボネート）が分解しやすくなる。上述したように雰囲気温度の上昇に伴って電解液の成分はさらに分解しやすくなる傾向がある。
従って、電解液の分解により発生するガスによる素電池の変形を回避するためには、充電電圧が急激に上昇する前に、常温において平坦な充電電圧を示すＳＯＣの範囲内で、定電圧充電器による充電を停止する必要がある。
本発明の第１の実施形態に係る電源システムは、平均放電電圧がＶAである二次電池の素電池Ａが、ｎA個直列に接続された組電池２と、組電池２に、一定の定格充電電圧ＶCを印加して定電圧充電する定電圧充電器１とを備えている。そして、素電池Ａの個数ｎA、及び定格充電電圧ＶCは、０．９８ｎAＶA≦ＶC≦１．１５ｎAＶAの関係を満たすように、設定されている。
このような構成により、第１の実施形態に係る電源システムでは、例えば安全回路を用いて組電池２の外部で充放電経路を遮断したりすることなく、組電池２の端子電圧と定格充電電圧ＶCとのバランスによって、自動的に充電が停止するようになっている。
従って、定電圧充電器１として、過充電の防止機能を有しない発電機や定電圧電源等の簡易的な定電圧充電器を用いて組電池２を定電圧で充電した場合であっても、過充電により二次電池が変形するおそれを低減し、安全性を向上することができる。また、第１の実施形態に係る電源システムは、組電池２の充放電経路を遮断することなく、過充電により二次電池が変形するおそれを低減することができるので、車載用の電源システムに適している。
一例として、図１に示すニッケル水素蓄電池（平均放電電圧ＶA＝１．２３Ｖ）を１０本直列に接続した組電池２からなる電源システムでは、定電圧充電器１の定格充電電圧ＶCが、１２．１Ｖ〜１４．１Ｖの範囲に設定されている。この構成において、もし仮に定格充電電圧ＶCが１２．１Ｖ（０．９８ｎAＶAに相当）未満の定電圧充電器を用いた場合、電池一つあたりの充電電圧が１．２１Ｖ未満となって、組電池２を殆ど充電できなくなる虞があることを、実験的に見出した。
逆にこの構成において、もし仮に定格充電電圧ＶCが１４．１Ｖ（１．１５ｎAＶAに相当）を超える定電圧充電器１を用いた場合、組電池２を構成する素電池が高温下において電池内圧の上昇に伴い変形、漏液するおそれがあることを、実験的に見出した。
同様に一例として、図２に示すリチウムイオン二次電池（平均放電電圧ＶA＝３．５８Ｖ）を３本直列に接続した組電池２からなる電源システム３では、定電圧充電器の定格充電電圧ＶCが１０．５Ｖ〜１２．４Ｖの範囲に設定される。この構成において、もし仮に定格充電電圧ＶCが１０．５Ｖ（０．９８ｎAＶAに相当）未満の定電圧充電器を用いた場合、電池一つあたりの充電電圧が３．５Ｖ未満となって、組電池を殆ど充電できなくなる虞があることを、実験的に見出した。
逆にこの構成において定格充電電圧ＶCが１２．４Ｖ（１．１５ｎAＶAに相当）を超える定電圧充電器を用いた場合、組電池を構成する素電池が高温下において電池内圧の上昇に伴い変形、漏液するおそれがあることを、実験的に見出した。
また、図１及び、図２からわかるように、ニッケル水素蓄電池やリチウムイオン二次電池等の素電池の放電電圧は充電電圧との相関性が高く、かつＳＯＣが２０〜８０％の領域であれば充電終止電圧が５％程度変化しても平均放電電圧は殆ど変化しない。このように、平均放電電圧には、これらの電池の種類毎の特性がよく反映されているので、平均放電電圧を、過充電により二次電池が変形するおそれを低減することか可能な定格充電電圧ＶCを設定するための基準値として好適に用いることができる。
以下に素電池の平均放電電圧の求め方の一例を示す。素電池としてアルカリ蓄電池を用いる場合、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ＳＯＣ１２０％に達するまで定電流充電を行い、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。
また素電池として非水電解質二次電池を用いる場合、この素電池を１ＩｔＡの電流値で４．２Ｖに達するまで定電流充電を行い、その後に１ＩｔＡで３Ｖ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。
本発明の第２の実施形態に係る電源システムは、第１の実施形態において、平均放電電圧ＶAの代わりに、素電池Ａの公称電圧を用いる。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ＶAとほぼ等しいので、平均放電電圧ＶAの代わりに公称電圧を用いた場合であっても、ほぼ同様の効果が得られる。
本発明の第３の実施形態に係る電源システムは、本発明の第１の実施形態において、素電池Ａとしてニッケル水素蓄電池および／またはニッケルカドミウム蓄電池を用いた電源システムである。上述したアルカリ蓄電池は鉛蓄電池より重量当りのエネルギー密度が高い上に、電圧が平坦なＳＯＣ領域が広く非水電解質二次電池より急速充放電特性に優れるという利点を有する。
本発明の第４の実施形態に係る電源システムは、本発明の第１の実施形態において、組電池２を構成する素電池Ａとして非水電解質二次電池を用いた電源システムである。非水電解質二次電池は鉛蓄電池のみならずアルカリ蓄電池より重量当りのエネルギー密度が高い上に、電圧が平坦なＳＯＣ領域が広いという利点を有する。
本発明の第５の実施形態に係る電源システムは、本発明の第４の実施形態において、非水電解質二次電池の正極の活物質にコバルトを含むリチウム複合酸化物を用いた電源システムである。コバルト酸リチウムなどのコバルトを含むリチウム複合酸化物を正極の活物質に用いた非水電解質二次電池は、電圧が平坦なＳＯＣ領域が極めて広く、かつ放電電圧が高いという利点を有する。
本発明の第６の実施形態に係る電源システムは、組電池２と、組電池２を充電する定電圧充電器１とを含む電源システムである。そして、組電池２は、平均放電電圧ＶAの素電池ＡがｎA個と平均放電電圧ＶBの素電池ＢがｎB個直列に接続されて構成されている。また、定電圧充電器１の定格充電電圧ＶCが０．９８（ｎAＶA＋ｎBＶB）≦ＶC≦１．１５（ｎAＶA＋ｎBＶB）の範囲に設定されている。
この場合、（ｎAＶA＋ｎBＶB）が、合計電圧Ｖｘの一例に相当している。
このように構成された電源システムによれば、第１の実施形態と同様の効果が得られる。さらに、上述の第１の実施形態のように、単一の電池系のみで組電池２を構成するのでなく、平均放電電圧が互いに異なる電池系を併用することにより、組み合わせにより得られる定格充電電圧ＶCの電圧範囲の選択の幅が拡がるので、例えば、定電圧充電器１の定格充電電圧が予め固定的に決まっている場合であっても、定電圧充電器１の定格充電電圧に適合させて、種々の出力電圧を有する組電池２を構成できる。
第６の実施形態に係る電源システムの一例は、図１に示すニッケル水素蓄電池（平均放電電圧ＶA＝１．２３Ｖ）を３本と、図２に示すリチウムイオン二次電池（平均放電電圧ＶB＝３．５８Ｖ）とを２本直列に接続した組電池２からなる電源システムである。
このように構成された電源システムでは、定電圧充電器１の定格充電電圧ＶCが、１０．６Ｖ〜１２．５Ｖの範囲に設定される。この構成において定格充電電圧ＶCが１０．６Ｖ（０．９８（ｎAＶA＋ｎBＶB）に相当）未満の定電圧充電器１を用いた場合、組電池２を殆ど充電できなくなる虞があることを、実験的に見出した。
また、逆にこの構成において定格充電電圧ＶCが１２．５Ｖ（１．１５（ｎAＶA＋ｎBＶB）に相当）を超える定電圧充電器１を用いた場合、組電池２を構成する素電池が高温下において電池内圧の上昇に伴い変形、漏液する虞があることを、実験的に見出した。
本発明の第７の実施形態に係る電源システムは、本発明の第６の実施形態において、平均放電電圧ＶA，ＶBの代わりに、素電池Ａ，Ｂの公称電圧を用いる。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ＶA，ＶBとほぼ等しいので、平均放電電圧ＶA，ＶBの代わりに素電池Ａ，Ｂの公称電圧を用いた場合であっても、第６の実施形態とほぼ同様の効果が得られる。
本発明の第８の実施形態に係る電源システムは、第６の実施形態において、素電池Ａとしてニッケル水素蓄電池および／またはニッケルカドミウム蓄電池を用いる。第８の実施形態の効果は、第３の実施形態と同様である。
本発明の第９の実施形態に係る電源システムは、第６の実施形態において、素電池Ｂとして非水電解質二次電池を用いた電源システムである。第９の実施形態の効果は、第４の実施形態と同様である。
本発明の第１０の実施形態に係る電源システムは、第９の実施形態において、非水電解質二次電池の正極の活物質にコバルトを含むリチウム複合酸化物を用いた電源システムである。第１０の実施形態の効果は、第５の実施形態と同様である。
以上、図３に示す、第１〜第１０の実施形態に係る電源システム３によれば、定電圧充電器１から比較的大きな発電電力が出力されても、組電池２がその一部を充電できるため、定電圧充電器１から出力された電力のすべてを、車載機器４と組電池２とで吸収できる。そのため、余剰電力が生じて車載機器４に過大な電圧が印加されることが防止され、車載機器４が故障することが防げる。ここで定電圧充電器１の定格充電電圧ＶCは、例えば市販のものであればその表示値でよく、負荷のバラツキを考慮した最大定格電圧である必要はない。
本発明の第１１の実施形態に係る組電池の充電方法は、平均放電電圧ＶAの素電池ＡがｎA本直列した組電池を、０．９８ｎAＶA≦ＶC≦１．１５ｎAＶAの関係を満足するように定格充電電圧ＶCで充電するものである。第１１の実施形態の構成および効果は、第１の実施形態と同様である。
本発明の第１２の実施形態に係る組電池の充電方法は、第１１の実施形態において、平均放電電圧ＶAの代わりに、素電池Ａの公称電圧を用いる。第１２の実施形態における効果は、第２の実施形態と同様である。
本発明の第１３の実施形態に係る組電池の充電方法は、第１１の実施形態において、素電池Ａとしてニッケル水素蓄電池および／またはニッケルカドミウム蓄電池を用いる。第１３の実施形態の効果は、第３の実施形態と同様である。
本発明の第１４の実施形態に係る組電池の充電方法は、第１１の実施形態において、素電池Ａとして非水電解質二次電池を用いる。第１４の実施形態の効果は、第４の実施形態と同様である。
本発明の第１５の実施形態に係る組電池の充電方法は、第１４の実施形態において、非水電解質二次電池の正極の活物質にコバルトを含むリチウム複合酸化物を用いる。本発明の第１５の実施形態の効果は、第５の実施形態と同様である。
本発明の第１６の実施形態に係る組電池の充電方法は、平均放電電圧ＶAの素電池ＡがｎA本と平均放電電圧ＶBの素電池ＢがｎB本直列した組電池を、０．９８（ｎAＶA＋ｎBＶB）≦ＶC≦１．１５（ｎAＶA＋ｎBＶB）の関係を満足するように定格充電電圧ＶCで充電する充電方法である。第１６の実施形態の効果は、第６の実施形態と同様である。
本発明の第１７の実施形態に係る組電池の充電方法は、第１６の実施形態において、平均放電電圧ＶA，ＶBの代わりに、素電池Ａ，Ｂの公称電圧を用いる充電方法である。第１７の実施形態の効果は第２の実施形態と同様である。
本発明の第１８の実施形態に係る組電池の充電方法は、第１６の実施形態において、素電池Ａとしてニッケル水素蓄電池および／またはニッケルカドミウム蓄電池を用いる組電池の充電方法である。第１８の実施形態の効果は第３の実施形態と同様である。
本発明の第１９の実施形態に係る組電池の充電方法は、第１６の実施形態において、素電池Ｂとして非水電解質二次電池を用いる組電池の充電方法である。第１９の実施形態の効果は第４の実施形態と同様である。
本発明の第２０の実施形態に係る組電池の充電方法は、第１９の実施形態において、非水電解質二次電池の正極の活物質にコバルトを含むリチウム複合酸化物を用いた充電方法である。第２０の実施形態の効果は第５の実施形態と同様である。
以下に、本発明の実施例について詳述する。
（実施例１−１）
ニッケルからなる三次元多孔体に水酸化ニッケルおよび水酸化コバルト、酸化亜鉛との混合物からなるペーストを充填して乾燥し、さらにロールプレス機で圧延して、正極を作製した。一方、ニッケルをメッキした鋼板に穿孔したパンチングメタルに、水素吸蔵合金（組成式ＭｍＮｉ3.55Ｃｏ0.75Ａｌ0.3Ｍｎ0.4（Ｍｍは軽希土類元素の混合物）と結着剤との混合物からなるペーストを塗着して乾燥し、さらにロールプレス機で圧延して、負極を作製した。
この正極および負極を、スルホン化処理されたポリプロピレン不織布からなるセパレータを介して渦巻き状に捲回し、金属製有底ケース（内径２３．５ｍｍ、高さ４３ｍｍ）の中に収容した。さらに電解液として、水酸化カリウムを主成分とする比重１．３のアルカリ水溶液を注入して、ケースの開口した端面を、弁作動圧が２ＭＰａの安全弁を備えた封口板によって封止することにより、ニッケル水素蓄電池（理論容量３Ａｈ）を作製した。
このニッケル水素蓄電池を０．１ＩｔＡの電流値で１５時間充電し、続いて０．５ＩｔＡの電流値で電池電圧が１Ｖに到達するまで放電した。この充放電サイクルを３回繰返すことで、活性化を行なった。さらにこのニッケル水素蓄電池を１ＩｔＡの電流値でＳＯＣ１２０％に達するまで定電流充電を行い、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（平均放電電圧、１．２３Ｖ）を平均放電電圧ＶAとした。
このニッケル水素蓄電池を、素電池Ａとして１０個直列に接続して組電池（ｎAＶA＝１２．３Ｖ）を構成し、この組電池を定格充電電圧ＶCが１２．１Ｖ（ＶC＝０．９８ｎAＶA）の定電圧充電器を備えた充放電装置と接続して電源システムを構築した。これを実施例１−１とする。
（実施例１−２、１−３）
実施例１−１に対し、定格充電電圧ＶCが１２．９Ｖ（実施例１−２： ＶC＝１．０５ｎAＶA）および１４．１Ｖ（実施例１−３： ＶC＝１．１５ｎAＶA）の定電圧充電器を用いたこと以外は、実施例１−１と同様の電源システムを構築した。
（比較例１−１、１−２）
実施例１−１に対し、定格充電電圧ＶCが１１．７Ｖ（比較例１−１： ＶC＝０．９５ｎAＶA）および１４．８Ｖ（比較例１−２： ＶC＝１．２ｎAＶA）の定電圧充電器を用いたこと以外は、実施例１−１と同様の電源システムを構築した。
以上の電源システムに対し、以下の試験を行った。結果を（表１）に示す。なお、以下の試験は、後述する実施例２，３についても同様に行い、その結果を（表２），（表３）に示した。
（常温充電特性）
各々の定電圧充電器から１時間充電電流が流れるようにした後、１ＩｔＡの電流値で１Ｖに達するまで放電を行った。このときの放電容量を、常温充電特性の指標として（表１）に記した。
（高温充電特性）
各々の電源システムを、４５℃雰囲気下で２時間充電電流が流れるようにした。この後の組電池における素電池の異常を目視で確認し、その状態を高温充電特性の指標として（表１）に記した。
（充放電繰り返し）
図３に示す電源システム３の構成において、車載機器４の代わりにダミー負荷を接続し、定電圧充電器１（発電機）及び組電池２からダミー負荷へ、３６Ａの電流が供給されるようにした。そして、すべての素電池を完全放電させた（素電池がリチウムイオン二次電池の場合、１Ｉｔで素電池の端子電圧が３Ｖになるまで放電、素電池がニッケル水素二次電池の場合、１Ｉｔで素電池の端子電圧が１Ｖになるまで放電）。
このようにして完全放電させた素電池を用いて組電池２を構成し、組電池２が定電圧充電器１の定格充電電圧ＶCで充電されるようにした。また、ダミー負荷と直列に電流計を接続し、ダミー負荷に流れる電流を測定した。
そして、図略のスイッチを開閉することで、定電圧充電器１から組電池２への電流供給と、電流供給の停止とを、０．０１秒間隔で２０回繰り返した（図略のスイッチを、０．０１秒間オンした後０．０１秒間オフするオン、オフ動作を２０回繰り返した）。
そして、当該スイッチをオフした際に、上述の電流計によって測定される電流値が大幅に変化した（半分以下になった）回数を、「電流計の針の振れ回数」として計数した。
この場合、「電流計の針の振れ回数」がゼロであれば、定電圧充電器１からの電流供給が途絶えても、組電池２の放電によって、車載機器４に相当するダミー負荷へ、安定して電力を供給できたことを示すことになる。
Figure 2008129698
組電池の定格電圧（ｎAＶA）と定電圧充電器の定格充電電圧ＶCとの関係がＶC＜０．９８ｎAＶAである比較例１−１は、常温で全く充電されなかった。この理由として、定電圧充電器の定格充電電圧ＶCが、組電池の充電開始電圧よりも低かったことが挙げられる。このような電源システムを図３に示すような車載用の電源システム３として用いると、定電圧充電器１で発電された余剰電力が組電池２で吸収されないため、発電された電力の全てが車載機器４に供給されて車載機器４が故障する虞がある。
ところで、自動車用の電源として用いられる電源システム３では、例えばブレーキがかかって車両が急速に減速するとき等、エンジンの駆動によって発電を行う定電圧充電器１の出力電力が、パルス的に低下することがある。このとき、組電池２に充電されている電気量が不充分なために、組電池２から車載機器４へ電流を供給することができないと、スパークプラグやエンジンの制御回路等の車載機器４が動作を停止し、自動車が停止してしまうおそれがある。
このような定電圧充電器１のパルス的な出力電力低下が起こった際に、自動車を停止させないために組電池２が車載機器４へ供給する必要がある電流は、５Ａ〜４０Ａ程度である。しかしながら、このようなパルス的な出力電力低下は、１回あたり０．０１秒程度で、短時間であるため、組電池２が車載機器４へ供給する必要のある放電電気量は、１回あたり０．０１ｍＡｈ〜０．１ｍＡｈ程度となる。
従って、組電池２は、０．１ｍＡｈ以上の電気量が充電されていれば、上述のような定電圧充電器１のパルス的な出力電力低下が起こった際に、充分な電力を車載機器４へ供給することが出来る。
ここで、比較例１−１では、表１に示すように、「電流計の針の振れ回数」が２０回となり、定電圧充電器１からの電流供給が途絶えた際に、組電池２から車載機器４へ電流を供給することができなかった。従って、ＶC＜０．９８ｎAＶAである比較例１−１は、自動車用の電源として用いられる電源システムとして適さない。
一方、定格充電電圧ＶC＝０．９８ｎAＶAである実施例１−１では、常温充電特性試験において、放電容量が２ｍＡｈあった。すなわち、実施例１−１における組電池２は、０．１ｍＡｈ以上の電気量が充電されるので、上述のような定電圧充電器１のパルス的な出力電力低下が起こった際に、充分な電力を車載機器４へ供給することが出来る。
この場合、放電容量が２ｍＡｈあれば、パルス的な出力電力低下が起こった際に、放電する必要のある０．１ｍＡｈの２０倍の電気容量が充電されていることになるから、２０回程度のパルス放電が可能となる。自動車では、実使用上は、このようなパルス放電の直後から組電池２が充電されるので、２０回連続で０．１ｍＡｈのパルス放電が可能であれば、例えば最も過酷なレース用途においても、上述のような定電圧充電器１のパルス的な出力電力低下が起こった際に、充分な電力を車載機器４へ供給することが出来る。
また、実施例１−１では、充放電繰り返し試験において、「電流計の針の振れ回数」がゼロであった。すなわち、実施例１−１における組電池２は、定電圧充電器１からの電流供給がパルス的に２０回途絶えても、組電池２の放電によって、車載機器４に相当するダミー負荷へ、安定して電力を供給できることが確認できた。
また、上記の関係がＶC＞１．１５ｎAＶAである比較例１−２は、素電池の変形を避けるために設けた安全弁が完全に作動して電解液が漏液しており、高温充電特性が低レベルであった。この理由として、定電圧充電器の定格充電電圧ＶCが過剰に高かったために組電池が過剰に充電され、酸素ガスが大量に発生して電池の内部圧力を高めたことが挙げられる。
これらの比較例に対し、本発明の実施例１−１，１−２，１−３は、常温で充電が可能で、かつ高温充電特性も良好であった。
なお実施例１ではアルカリ蓄電池としてニッケル水素蓄電池を用いた例を示したが、カドミウムを活物質とした負極を用いてなるニッケルカドミウム蓄電池を用いても、同様の結果が得られた。
（実施例２−１）
アルミニウム箔にコバルト酸リチウムおよびアセチレンブラック、ポリフッ化ビニリデンとの混合物からなるペーストを塗布して乾燥し、さらにロールプレス機で圧延して、正極を作製した。一方、銅箔に人造黒鉛およびスチレン−ブタジエン共重合体、カルボキシメチルセルロール誘導体との混合物からなるペーストを塗布して乾燥し、さらにロールプレス機で圧延して、負極を作製した。この正極および負極を、ポリプロピレン微多孔膜からなるセパレータを介して渦巻き状に捲回し、金属製有底ケース（内径２６ｍｍ、高さ６５ｍｍ）の中に収容した。
さらに電解液として、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートの混合溶媒にＬｉＰＦ6を溶かしてなる電解液を注入して、ケースの開口した端面を、弁作動圧が２ＭＰａの安全弁を備えた封口板によって封止することにより、リチウムイオン二次電池（理論容量２．６Ａｈ）を作製した。
このリチウムイオン二次電池を１ＩｔＡの電流値で４．０５Ｖに達するまで充電し、続いて０．５ＩｔＡの電流値で電池電圧が３Ｖに到達するまで放電した。この充放電サイクルを３回繰返すことで、活性化を行なった。さらにこのリチウムイオン二次電池を１ＩｔＡの電流値で４．２Ｖに達するまで定電流充電を行い、その後に１ＩｔＡで３Ｖ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（平均放電電圧、３．５８Ｖ）を平均放電電圧ＶAとした。
このリチウムイオン二次電池を、素電池Ｂとして３個直列に接続して組電池（ｎBＶB＝１０．７４Ｖ）を構成し、この組電池Ｂを定格充電電圧ＶCが１０．５Ｖ（ＶC＝０．９８ｎBＶB）の定電圧充電器を備えた充放電装置と接続して電源システムを構築した。これを実施例２−１とする。
（実施例２−２、２−３）
実施例２−１に対し、定格充電電圧ＶCが１１．３Ｖ（実施例２−２： ＶC＝１．０５ｎBＶB）および１２．４Ｖ（実施例２−３： ＶC＝１．１５ｎBＶB）の定電圧充電器を用いたこと以外は、実施例２−１と同様の電源システムを構築した。
（比較例２−１、２−２）
実施例２−１に対し、定格充電電圧ＶCが１０．２Ｖ（比較例２−１： ＶC＝０．９５ｎBＶB）および１２．９Ｖ（比較例２−２： ＶC＝１．２ｎBＶB）の定電圧充電器を用いたこと以外は、実施例２−１と同様の電源システムを構築した。
以上の電源システムに対し、実施例１と同様にして常温充電特性と高温充電特性とを評価した。結果を（表２）に示す。
Figure 2008129698
組電池の定格電圧（ｎAＶA）と定電圧充電器の定格充電電圧ＶCとの関係がＶC＜０．９８ｎAＶAである比較例２−１は、常温で全く充電されなかった。この理由として、定電圧充電器の定格充電電圧ＶCが、組電池の充電開始電圧よりも低かったことが挙げられる。このような電源システムを図３に示すような車載用の電源システム３として用いると、定電圧充電器１で発電された余剰電力が組電池２で吸収されないため、発電した電力の全てが車載機器４に供給されて車載機器４が故障する虞がある。
ここで、比較例２−１では、表２に示すように、「電流計の針の振れ回数」が２０回となり、定電圧充電器１からの電流供給が途絶えた際に、組電池２から車載機器４へ電流を供給することができなかった。従って、ＶC＜０．９８ｎAＶAである比較例２−１は、自動車用の電源として用いられる電源システムとして適さない。
一方、定格充電電圧ＶC＝０．９８ｎAＶAである実施例２−１では、常温充電特性試験において、放電容量が３ｍＡｈあった。すなわち、実施例２−１における組電池２は、０．１ｍＡｈ以上の電気量が充電されるので、上述のような定電圧充電器１のパルス的な出力電力低下が起こった際に、充分な電力を車載機器４へ供給することが出来る。
この場合、放電容量が３ｍＡｈあれば、パルス的な出力電力低下が起こった際に、放電する必要のある０．１ｍＡｈの３０倍の電気容量が充電されていることになるから、３０回程度のパルス放電が可能となる。そうすると、実施例１−１の場合と同様、実施例２−１における組電池２は、例えば最も過酷なレース用途においても、上述のような定電圧充電器１のパルス的な出力電力低下が起こった際に、充分な電力を車載機器４へ供給することが出来る。
また、実施例２−１では、充放電繰り返し試験において、「電流計の針の振れ回数」がゼロであった。すなわち、実施例２−１における組電池２は、定電圧充電器１からの電流供給がパルス的に２０回途絶えても、組電池２の放電によって、車載機器４に相当するダミー負荷へ、安定して電力を供給できることが確認できた。
また、上記の関係がＶC＞１．１５ｎAＶAである比較例２−２は、素電池の変形を避けるために設けた安全弁が完全に作動して電解液が漏液しており、高温充電特性が低レベルであった。この理由として、定電圧充電器の定格充電電圧ＶCが過剰に高かったために組電池が過剰に充電され、酸素ガスが大量に発生して電池の内部圧力を高めたことが挙げられる。
これらの比較例に対し、本発明の実施例２−１，２−２，２−３は、常温で充電が可能で、かつ高温充電特性も良好であった。
なお実施例２では非水電解質二次電池としてリチウムイオン二次電池を用いた例を示したが、電解液をゲル状にしたリチウムポリマー二次電池を用いても、同様の結果が得られた。
（実施例３−１）
実施例１−１と同じ素電池Ａを３個（ｎAＶA＝３．６９Ｖ）と実施例２−１と同じ素電池Ｂを２個（ｎBＶB＝７．１６Ｖ）とを直列に接続して組電池（ｎAＶA＋ｎBＶB＝１０．８５Ｖ）を構成し、この組電池を定格充電電圧ＶCが１０．６Ｖ（ＶC＝０．９８（ｎAＶA＋ｎBＶB））の定電圧充電器を備えた充放電装置と接続して電源システムを構築した。これを実施例３−１とする。
（実施例３−２、３−３）
実施例３−１に対し、定格充電電圧ＶCが１１．４Ｖ（実施例３−２： ＶC＝１．０５（ｎAＶA＋ｎBＶB））および１２．５Ｖ（実施例３−３： ＶC＝１．１５（ｎAＶA＋ｎBＶB））の定電圧充電器を用いたこと以外は、実施例３−１と同様の電源システムを構築した。
（比較例３−１、３−２）
実施例３−１に対し、定格充電電圧ＶCが１０．３Ｖ（比較例３−１： ＶC＝０．９５（ｎAＶA＋ｎBＶB））および１３．０Ｖ（比較例３−２： ＶC＝１．２（ｎAＶA＋ｎBＶB））の定電圧充電器を用いたこと以外は、実施例３−１と同様の電源システムを構築した。
以上の電源システムに対し、実施例１と同様にして常温充電特性と高温充電特性とを評価した。以下の試験を行った。結果を（表３）に示す。
Figure 2008129698
組電池の定格電圧（ｎAＶA＋ｎBＶB）と定電圧充電器の定格充電電圧ＶCとの関係がＶC＜０．９８（ｎAＶA＋ｎBＶB）である比較例３−１は、大電流放電特性が低レベルであった。この理由として、定電圧充電器の定格充電電圧ＶCが過剰に低かったために組電池が十分に充電されず、大電流放電に耐えうる容量を有していなかったことが挙げられる。このような電源システムを、図３に示すような車載用の電源システム３として用いると、定電圧充電器１で発電された余剰電力が組電池２で吸収されないため、発電された電力の全てが車載機器４に供給されて車載機器４が故障する虞がある。
ここで、比較例３−１では、表３に示すように、「電流計の針の振れ回数」が２０回となり、定電圧充電器１からの電流供給が途絶えた際に、組電池２から車載機器４へ電流を供給することができなかった。従って、ＶC＜０．９８ｎAＶAである比較例３−１は、自動車用の電源として用いられる電源システムとして適さない。
一方、定格充電電圧ＶC＝０．９８ｎAＶAである実施例３−１では、常温充電特性試験において、放電容量が２ｍＡｈあった。すなわち、実施例３−１における組電池２は、０．１ｍＡｈ以上の電気量が充電されるので、上述のような定電圧充電器１のパルス的な出力電力低下が起こった際に、充分な電力を車載機器４へ供給することが出来る。
この場合、放電容量が２ｍＡｈあれば、パルス的な出力電力低下が起こった際に、放電する必要のある０．１ｍＡｈの２０倍の電気容量が充電されていることになるから、２０回程度のパルス放電が可能となる。そうすると、実施例１−１の場合と同様、実施例３−１における組電池２は、例えば最も過酷なレース用途においても、上述のような定電圧充電器１のパルス的な出力電力低下が起こった際に、充分な電力を車載機器４へ供給することが出来る。
また、実施例３−１では、充放電繰り返し試験において、「電流計の針の振れ回数」がゼロであった。すなわち、実施例３−１における組電池２は、定電圧充電器１からの電流供給がパルス的に２０回途絶えても、組電池２の放電によって、車載機器４に相当するダミー負荷へ、安定して電力を供給できることが確認できた。
また、上記の関係がＶC＞１．１５（ｎAＶA＋ｎBＶB）である比較例３−２は、素電池の変形を避けるために設けた安全弁が完全に作動して電解液が漏液しており、高温充電特性が低レベルであった。この理由として、定電圧充電器の定格充電電圧ＶCが過剰に高かったために組電池が過剰に充電され、電解液成分が分解してガスが大量に発生し、電池の内部圧力を高めたことが挙げられる。
これらの比較例に対し、本発明の実施例３−１，３−２，３−３は、大電流放電特性、高温充電特性ともに良好であった。
なお実施例３ではアルカリ蓄電池としてニッケル水素蓄電池を用い、非水電解質二次電池としてリチウムイオン二次電池を用いた例を示したが、アルカリ蓄電池としてカドミウムを活物質とした負極を用いてなるニッケルカドミウム蓄電池を用い、非水電解質二次電池として電解液をゲル状にしたリチウムポリマー二次電池を用いても、同様の結果が得られた。
上述した課題に基づき、本発明の電源システムは、組電池と、組電池を充電する定電圧充電器とを含み、組電池を平均放電電圧ＶAの素電池ＡがｎA本（あるいは平均放電電圧ＶAの素電池ＡがｎA本と、平均放電電圧ＶBの素電池ＢがｎB本）直列した構成とし、定電圧充電器の定格充電電圧ＶCを０．９８ｎAＶA≦ＶC≦１．１５ｎAＶA（あるいは０．９８（ｎAＶA＋ｎBＶB）≦ＶC≦１．１５（ｎAＶA＋ｎBＶB））の範囲とした。
また上述した電源システムを構成する組電池の充電方法として、本発明に係る充電方法では、平均放電電圧ＶAの素電池ＡがｎA本（あるいは平均放電電圧ＶAの素電池ＡがｎA本と、平均放電電圧ＶBの素電池ＢがｎB本）直列した組電池を、０．９８ｎAＶA≦ＶC≦１．１５ｎAＶA（あるいは０．９８（ｎAＶA＋ｎBＶB）≦ＶC≦１．１５（ｎAＶA＋ｎBＶB））の関係を満足するように定格充電電圧ＶCで充電する。
上述した関係を満たすように電源システムを構築し、あるいは組電池を充電することで、単位重量当りのエネルギー密度が鉛蓄電池よりも高い二次電池を定電圧で充電する場合において、過充電により二次電池が変形するおそれを低減し、安全性を向上することができる電源システム、及び充電方法を提供することができる。
本発明の電源システムは、簡易的な定電圧充電器を用いても成立しうるので、自動車などの電源としての利用可能性が高い。
本発明は二次電池からなる電源システムおよび組電池の充電方法に関し、より詳しくは簡易的な定電圧充電器を用いても電源である組電池を劣化させない技術に関する。
ニッケル水素蓄電池やニッケルカドミウム蓄電池などのアルカリ蓄電池、ならびにリチウムイオン二次電池やリチウムポリマー二次電池などの非水電解質二次電池は、鉛蓄電池より単位重量当りのエネルギー密度が高いので、車両や携帯機器などの移動体に具備する電源として注目されている。特に近年、上述した二次電池を直列に接続して組電池を構成し、レース用車両などの電源として活用する取り組みがなされつつある。
車両用の電源は、始動時にセルスタータとして大電流で放電される一方で、車両の運転時に発電機（定電圧充電器）から送られる電流を受け入れて充電される。鉛蓄電池は比較的大電流での充放電に適した反応機構を有しているが、上述した二次電池は反応機構の関係上、大電流での充放電に適しているとは言い難い。具体的にはこれらの二次電池は、充電末期において各々以下のような弱点を有する。
まずニッケル水素蓄電池やニッケルカドミウム蓄電池などのアルカリ蓄電池の場合、充電末期に正極から酸素ガスが発生する。また、雰囲気温度が高くなると正極から酸素ガスが発生する電圧（酸素過電圧）が低下する。仮に酸素過電圧がＶ1まで低下したｎ個のアルカリ蓄電池を定電圧充電器（定格充電電圧Ｖ2）が充電する際に、Ｖ2＞ｎＶ1の関係を満たしてしまうと、充電が終了せずに酸素ガスが発生し続け、組電池を構成する個々の二次電池（素電池）が電池内圧上昇により変形する虞がある。
次にリチウムイオン二次電池やリチウムポリマー二次電池などの非水電解質二次電池の場合、充電末期に非水電解質を含む電解液が分解しやすくなる。さらに、雰囲気温度が高くなるとこの傾向が顕著化し、組電池を構成する素電池が電池内圧上昇により変形する虞がある。
このような二次電池を過充電による変形から保護するために、二次電池の端子電圧や温度を監視し、端子電圧や温度が所定の判定値を超えた場合に、二次電池の充放電経路を遮断することで、二次電池を保護する安全回路が知られている。しかしながら、車両用の電源として用いられる二次電池の場合、下記の理由により、充放電経路を遮断することが許されない。
すなわち、車両用の電源として用いられる二次電池は、車両に搭載されている発電機によって、充電される。車両に搭載された発電機の発電量は、車両の走行状態に応じて変動する。そのため、車両用の二次電池は、発電機の発電量が過剰になったときは、過剰な電力を充電することで過剰な電力を吸収し、車両内の負荷回路へ供給される電圧を安定化させる役割を有している。また、エンジンを運転する際に、スパークプラグの点火用の電力も、二次電池から供給される。
そのため、二次電池の過充電を防止するために二次電池の充放電経路を遮断すると、発電機の発電量が過剰になったときに、過剰な電力が吸収されずに電圧が上昇して車両内の負荷回路へ供給され、負荷回路を損傷したり、エンジンが停止してしまったりするおそれがある。このような理由により、車両用の電源として用いられる二次電池の場合、充放電経路を遮断することが許されない。
このような課題を解決するためには、特許文献１に示すように、電源として用いる組電池の充電が完了した時点で、さらなる電流を別の回路（側流回路）から通過させるのが有効と考えられる。
特開平０７−０５９２６６号公報
車載技術として特許文献１を転用する場合、側流回路は以下の２つの態様として具現化できる。第１の態様は、車載された他の電動機器（ランプやカーステレオ、カークーラーなど）へ電流を供与する形で側流回路を構成する態様である。第２の態様は、単に電流を消費する抵抗体へ電流を供与する形で側流回路を構成する態様である。
しかし、特許文献１に記載の技術では、第１の態様を採ると、定電圧充電器が上述した電動機器に過度の電流を供給してこれらの電動機器を故障させる虞がある。また第２の態様を採ると、抵抗体が電流を消費する際に発生する熱が上述した二次電池の雰囲気温度を高めることになるので、素電池が変形する虞が増大する。
本発明の目的は、単位重量当りのエネルギー密度が鉛蓄電池よりも高い二次電池を定電圧で充電する場合において、過充電により二次電池が変形するおそれを低減し、安全性を向上することができる電源システム、及び充電方法を提供することである。
本発明に係る電源システムは、複数の素電池が、直列に接続された組電池と、前記組電池に、一定の定格充電電圧ＶCを印加して充電する定電圧充電器とを備え、前記複数の素電池におけるそれぞれの平均放電電圧の合計である合計電圧Ｖｘ、及び前記定格充電電圧ＶCは、０．９８Ｖｘ≦ＶC≦１．１５Ｖｘの関係を満たすように、設定されている。
また、前記組電池は、平均放電電圧がＶAである素電池Ａが、ｎA個直列に接続されたものであり、前記素電池Ａの個数ｎA、及び前記定格充電電圧ＶCは、０．９８ｎAＶA≦ＶC≦１．１５ｎAＶAの関係を満たすように、設定されていることが好ましい。
また、前記平均放電電圧として、素電池の公称電圧を用いることが好ましい。
また、前記素電池として、ニッケル水素蓄電池、及びニッケルカドミウム蓄電池のうち少なくとも一方を用いることが好ましい。
また、前記素電池として、非水電解質二次電池を用いることが好ましい。
また、前記非水電解質二次電池の正極の活物質にコバルトを含むリチウム複合酸化物を用いることが好ましい。
また、前記組電池は、前記ｎA個の素電池Ａと、平均放電電圧が前記平均放電電圧ＶAとは異なるＶBであるｎB個の素電池Ｂとが直列に接続されており、前記素電池Ａの個数ｎA、前記素電池Ｂの個数ｎB、及び前記定格充電電圧ＶCは、０．９８（ｎAＶA＋ｎBＶB）≦ＶC≦１．１５（ｎAＶA＋ｎBＶB）の関係を満たすように、設定されていることが好ましい。
また、前記素電池Ａとして、ニッケル水素蓄電池、及びニッケルカドミウム蓄電池のうち少なくとも一方を用いることが好ましい。
また、前記素電池Ｂとして、非水電解質二次電池を用いることが好ましい。
また、前記非水電解質二次電池の正極の活物質にコバルトを含むリチウム複合酸化物を用いることが好ましい。
また、本発明に係る組電池の充電方法は、複数の素電池が直列に接続され、前記複数の素電池におけるそれぞれの平均放電電圧の合計が合計電圧Ｖｘである組電池を、０．９８Ｖｘ≦ＶC≦１．１５Ｖｘの関係を満たす一定の定格充電電圧ＶCで充電する。
また、前記組電池は、平均放電電圧がＶAである素電池Ａが、ｎA個直列に接続されたものであり、当該組電池を、０．９８ｎAＶA≦ＶC≦１．１５ｎAＶAの関係を満たす一定の定格充電電圧ＶCで充電することが好ましい。
また、前記素電池として、ニッケル水素蓄電池、及びニッケルカドミウム蓄電池のうち少なくとも一方を用いることが好ましい。
また、前記素電池として、非水電解質二次電池を用いることが好ましい。
また、前記非水電解質二次電池の正極の活物質にコバルトを含むリチウム複合酸化物を用いることが好ましい。
また、前記組電池は、前記ｎA個の素電池Ａと、平均放電電圧が前記平均放電電圧ＶAとは異なるＶBであるｎB個の素電池Ｂとが直列に接続されており、当該組電池を、０．９８（ｎAＶA＋ｎBＶB）≦ＶC≦１．１５（ｎAＶA＋ｎBＶB）の関係を満たす一定の定格充電電圧ＶCで充電することが好ましい。
また、前記素電池Ａとして、ニッケル水素蓄電池、及びニッケルカドミウム蓄電池のうち少なくとも一方を用いることが好ましい。
また、前記素電池Ｂとして、非水電解質二次電池を用いることが好ましい。
また、前記非水電解質二次電池の正極の活物質にコバルトを含むリチウム複合酸化物を用いることが好ましい。
この構成によれば、単位重量当りのエネルギー密度が鉛蓄電池よりも高い二次電池を定電圧で充電する場合において、過充電により二次電池が変形するおそれを低減し、安全性を向上することができる電源システム、及び充電方法を提供することができる。
また、上述した関係を満たすように電源システムを構築し、あるいは組電池を充電することで、単位重量当りのエネルギー密度は高いが充電末期に課題を有する二次電池を、簡易的な定電圧充電器と無理なく組み合わせて活用できるようになる。
本発明によれば、単位重量当りのエネルギー密度が鉛蓄電池よりも高い二次電池を定電圧で充電する場合において、過充電により二次電池が変形するおそれを低減し、安全性を向上することができる電源システム、及び充電方法を提供することができる。
ニッケル水素蓄電池の常温における充放電時の端子電圧の挙動を示す図である。 リチウムイオン二次電池の常温における充放電時の端子電圧の挙動を示す図である。 本発明の一実施形態に係る電源システムの一例を示すブロック図である。
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図を用いて説明する。図１は正極活物質として水酸化ニッケルを用い、負極活物質として水素吸蔵合金を用いたニッケル水素蓄電池の常温（２０℃〜２５℃）における充放電時の端子電圧の挙動を示す図である。図２は正極活物質としてコバルト酸リチウムを用い、負極活物質として黒鉛を用いたリチウムイオン二次電池の常温における充放電時の端子電圧の挙動を示す図である。
図３は、本発明の一実施形態に係る電源システムの一例を示すブロック図である。図３に示す電源システム３は、例えば車載用の電源システムである。電源システム３は、定電圧充電器１に、組電池２が接続されて構成されている。そして、電源システム３に接続された車載機器４へ、定電圧充電器１及び組電池２の出力電圧が供給されるようになっている。
定電圧充電器１は、例えば車両に搭載された発電機である。そして、定電圧充電器１は、発電された電圧を安定化して、予め設定された定格充電電圧ＶCとして、組電池２、及び車載機器４へ供給する。
組電池２は、素電池が複数直列接続されて構成されている。なお、各素電池は、それぞれ複数の素電池が並列接続されたものであってもよい。そして、定電圧充電器１の発電電力に余剰があるときは、組電池２の両端に、定電圧充電器１から出力された定格充電電圧ＶCが印加されて、組電池２が定電圧充電されるようになっている。また、定電圧充電器１の発電電力が不足するときは、組電池２から車載機器４へ電力が供給されるようになっている。
車載機器４は、例えば車両のエンジンを始動させるためのセルスタータや、ライト、カーナビゲーション装置等の負荷装置である。
以下、後述する第１〜第２０の実施形態に係る電源システムは、図３に示す電源システム３において、組電池２を構成する素電池の種類、個数、及び定電圧充電器１の定格充電電圧ＶCを、適宜設定することにより構成されている。
本発明の第１の実施形態に係る電源システムは、組電池２と、組電池２を充電する定電圧充電器１とを含む電源システムであって、組電池２を平均放電電圧ＶAの素電池ＡがｎA本直列した構成とし、定電圧充電器１の定格充電電圧ＶCを０．９８ｎAＶA≦ＶC≦１．１５ｎAＶAの範囲とするものである。
この場合、ｎAＶAが、合計電圧Ｖｘの一例に相当している。
図１において、グラフＧ１は、充電時の挙動を示し、グラフＧ２は放電時の挙動を示している。また、グラフＧ１における充電電流、及びグラフＧ２における放電電流は、共に１Ｉｔである。
ニッケル水素蓄電池は充電深さ（ＳＯＣ）が２０％と低い領域から８０％と高い領域まで、比較的平坦な充放電電圧を示す。ＳＯＣが９０％を超える充電末期に達すると充電電圧は急激に上昇するが、１００％近傍ではむしろ充電電圧は低下する。この現象は正極から過充電時に酸素ガスを発生する現象に伴うものであり、酸素過電圧と呼ばれる。上述したように雰囲気温度の上昇に伴って酸素過電圧は下降する傾向がある。
すなわち、充電電圧の急激な上昇が生じた後、充電電圧が低下し始めるときには、既に、酸素ガスが発生している。このようにして絶え間なく酸素ガスが発生することによる内部圧力の増大によって、素電池が変形することを回避するためには、常温において平坦な充電電圧を示すＳＯＣの範囲内で、定電圧充電器１による充電を停止する必要がある。
図２において、グラフＧ３は、充電時の端子電圧の挙動を示し、グラフＧ４は放電時の端子電圧の挙動を示している。また、グラフＧ３における充電電流、及びグラフＧ４における放電電流は、共に１Ｉｔである。
リチウムイオン二次電池はＳＯＣが１０％と低い領域から８０％と高い領域まで、ＳＯＣが増大するに従って充放電電圧が比較的緩やかに上昇する。そして、ＳＯＣが９０％を超える充電末期に達すると充電電圧は急激に上昇し、非水電解質を含む電解液の成分（主にカーボネート）が分解しやすくなる。上述したように雰囲気温度の上昇に伴って電解液の成分はさらに分解しやすくなる傾向がある。
従って、電解液の分解により発生するガスによる素電池の変形を回避するためには、充電電圧が急激に上昇する前に、常温において平坦な充電電圧を示すＳＯＣの範囲内で、定電圧充電器による充電を停止する必要がある。
本発明の第１の実施形態に係る電源システムは、平均放電電圧がＶAである二次電池の素電池Ａが、ｎA個直列に接続された組電池２と、組電池２に、一定の定格充電電圧ＶCを印加して定電圧充電する定電圧充電器１とを備えている。そして、素電池Ａの個数ｎA、及び定格充電電圧ＶCは、０．９８ｎAＶA≦ＶC≦１．１５ｎAＶAの関係を満たすように、設定されている。
このような構成により、第１の実施形態に係る電源システムでは、例えば安全回路を用いて組電池２の外部で充放電経路を遮断したりすることなく、組電池２の端子電圧と定格充電電圧ＶCとのバランスによって、自動的に充電が停止するようになっている。
従って、定電圧充電器１として、過充電の防止機能を有しない発電機や定電圧電源等の簡易的な定電圧充電器を用いて組電池２を定電圧で充電した場合であっても、過充電により二次電池が変形するおそれを低減し、安全性を向上することができる。また、第１の実施形態に係る電源システムは、組電池２の充放電経路を遮断することなく、過充電により二次電池が変形するおそれを低減することができるので、車載用の電源システムに適している。
一例として、図１に示すニッケル水素蓄電池（平均放電電圧ＶA＝１．２３Ｖ）を１０本直列に接続した組電池２からなる電源システムでは、定電圧充電器１の定格充電電圧ＶCが、１２．１Ｖ〜１４．１Ｖの範囲に設定されている。この構成において、もし仮に定格充電電圧ＶCが１２．１Ｖ（０．９８ｎAＶAに相当）未満の定電圧充電器を用いた場合、電池一つあたりの充電電圧が１．２１Ｖ未満となって、組電池２を殆ど充電できなくなる虞があることを、実験的に見出した。
逆にこの構成において、もし仮に定格充電電圧ＶCが１４．１Ｖ（１．１５ｎAＶAに相当）を超える定電圧充電器１を用いた場合、組電池２を構成する素電池が高温下において電池内圧の上昇に伴い変形、漏液するおそれがあることを、実験的に見出した。
同様に一例として、図２に示すリチウムイオン二次電池（平均放電電圧ＶA＝３．５８Ｖ）を３本直列に接続した組電池２からなる電源システム３では、定電圧充電器の定格充電電圧ＶCが１０．５Ｖ〜１２．４Ｖの範囲に設定される。この構成において、もし仮に定格充電電圧ＶCが１０．５Ｖ（０．９８ｎAＶAに相当）未満の定電圧充電器を用いた場合、電池一つあたりの充電電圧が３．５Ｖ未満となって、組電池を殆ど充電できなくなる虞があることを、実験的に見出した。
逆にこの構成において定格充電電圧ＶCが１２．４Ｖ（１．１５ｎAＶAに相当）を超える定電圧充電器を用いた場合、組電池を構成する素電池が高温下において電池内圧の上昇に伴い変形、漏液するおそれがあることを、実験的に見出した。
また、図１及び、図２からわかるように、ニッケル水素蓄電池やリチウムイオン二次電池等の素電池の放電電圧は充電電圧との相関性が高く、かつＳＯＣが２０〜８０％の領域であれば充電終止電圧が５％程度変化しても平均放電電圧は殆ど変化しない。このように、平均放電電圧には、これらの電池の種類毎の特性がよく反映されているので、平均放電電圧を、過充電により二次電池が変形するおそれを低減することか可能な定格充電電圧ＶCを設定するための基準値として好適に用いることができる。
以下に素電池の平均放電電圧の求め方の一例を示す。素電池としてアルカリ蓄電池を用いる場合、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ＳＯＣ１２０％に達するまで定電流充電を行い、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。
また素電池として非水電解質二次電池を用いる場合、この素電池を１ＩｔＡの電流値で４．２Ｖに達するまで定電流充電を行い、その後に１ＩｔＡで３Ｖ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。
本発明の第２の実施形態に係る電源システムは、第１の実施形態において、平均放電電圧ＶAの代わりに、素電池Ａの公称電圧を用いる。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ＶAとほぼ等しいので、平均放電電圧ＶAの代わりに公称電圧を用いた場合であっても、ほぼ同様の効果が得られる。
本発明の第３の実施形態に係る電源システムは、本発明の第１の実施形態において、素電池Ａとしてニッケル水素蓄電池および／またはニッケルカドミウム蓄電池を用いた電源システムである。上述したアルカリ蓄電池は鉛蓄電池より重量当りのエネルギー密度が高い上に、電圧が平坦なＳＯＣ領域が広く非水電解質二次電池より急速充放電特性に優れるという利点を有する。
本発明の第４の実施形態に係る電源システムは、本発明の第１の実施形態において、組電池２を構成する素電池Ａとして非水電解質二次電池を用いた電源システムである。非水電解質二次電池は鉛蓄電池のみならずアルカリ蓄電池より重量当りのエネルギー密度が高い上に、電圧が平坦なＳＯＣ領域が広いという利点を有する。
本発明の第５の実施形態に係る電源システムは、本発明の第４の実施形態において、非水電解質二次電池の正極の活物質にコバルトを含むリチウム複合酸化物を用いた電源システムである。コバルト酸リチウムなどのコバルトを含むリチウム複合酸化物を正極の活物質に用いた非水電解質二次電池は、電圧が平坦なＳＯＣ領域が極めて広く、かつ放電電圧が高いという利点を有する。
本発明の第６の実施形態に係る電源システムは、組電池２と、組電池２を充電する定電圧充電器１とを含む電源システムである。そして、組電池２は、平均放電電圧ＶAの素電池ＡがｎA個と平均放電電圧ＶBの素電池ＢがｎB個直列に接続されて構成されている。また、定電圧充電器１の定格充電電圧ＶCが０．９８（ｎAＶA＋ｎBＶB）≦ＶC≦１．１５（ｎAＶA＋ｎBＶB）の範囲に設定されている。
この場合、（ｎAＶA＋ｎBＶB）が、合計電圧Ｖｘの一例に相当している。
このように構成された電源システムによれば、第１の実施形態と同様の効果が得られる。さらに、上述の第１の実施形態のように、単一の電池系のみで組電池２を構成するのでなく、平均放電電圧が互いに異なる電池系を併用することにより、組み合わせにより得られる定格充電電圧ＶCの電圧範囲の選択の幅が拡がるので、例えば、定電圧充電器１の定格充電電圧が予め固定的に決まっている場合であっても、定電圧充電器１の定格充電電圧に適合させて、種々の出力電圧を有する組電池２を構成できる。
第６の実施形態に係る電源システムの一例は、図１に示すニッケル水素蓄電池（平均放電電圧ＶA＝１．２３Ｖ）を３本と、図２に示すリチウムイオン二次電池（平均放電電圧ＶB＝３．５８Ｖ）とを２本直列に接続した組電池２からなる電源システムである。
このように構成された電源システムでは、定電圧充電器１の定格充電電圧ＶCが、１０．６Ｖ〜１２．５Ｖの範囲に設定される。この構成において定格充電電圧ＶCが１０．６Ｖ（０．９８（ｎAＶA＋ｎBＶB）に相当）未満の定電圧充電器１を用いた場合、組電池２を殆ど充電できなくなる虞があることを、実験的に見出した。
また、逆にこの構成において定格充電電圧ＶCが１２．５Ｖ（１．１５（ｎAＶA＋ｎBＶB）に相当）を超える定電圧充電器１を用いた場合、組電池２を構成する素電池が高温下において電池内圧の上昇に伴い変形、漏液する虞があることを、実験的に見出した。
本発明の第７の実施形態に係る電源システムは、本発明の第６の実施形態において、平均放電電圧ＶA，ＶBの代わりに、素電池Ａ，Ｂの公称電圧を用いる。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ＶA，ＶBとほぼ等しいので、平均放電電圧ＶA，ＶBの代わりに素電池Ａ，Ｂの公称電圧を用いた場合であっても、第６の実施形態とほぼ同様の効果が得られる。
本発明の第８の実施形態に係る電源システムは、第６の実施形態において、素電池Ａとしてニッケル水素蓄電池および／またはニッケルカドミウム蓄電池を用いる。第８の実施形態の効果は、第３の実施形態と同様である。
本発明の第９の実施形態に係る電源システムは、第６の実施形態において、素電池Ｂとして非水電解質二次電池を用いた電源システムである。第９の実施形態の効果は、第４の実施形態と同様である。
本発明の第１０の実施形態に係る電源システムは、第９の実施形態において、非水電解質二次電池の正極の活物質にコバルトを含むリチウム複合酸化物を用いた電源システムである。第１０の実施形態の効果は、第５の実施形態と同様である。
以上、図３に示す、第１〜第１０の実施形態に係る電源システム３によれば、定電圧充電器１から比較的大きな発電電力が出力されても、組電池２がその一部を充電できるため、定電圧充電器１から出力された電力のすべてを、車載機器４と組電池２とで吸収できる。そのため、余剰電力が生じて車載機器４に過大な電圧が印加されることが防止され、車載機器４が故障することが防げる。ここで定電圧充電器１の定格充電電圧ＶCは、例えば市販のものであればその表示値でよく、負荷のバラツキを考慮した最大定格電圧である必要はない。
本発明の第１１の実施形態に係る組電池の充電方法は、平均放電電圧ＶAの素電池ＡがｎA本直列した組電池を、０．９８ｎAＶA≦ＶC≦１．１５ｎAＶAの関係を満足するように定格充電電圧ＶCで充電するものである。第１１の実施形態の構成および効果は、第１の実施形態と同様である。
本発明の第１２の実施形態に係る組電池の充電方法は、第１１の実施形態において、平均放電電圧ＶAの代わりに、素電池Ａの公称電圧を用いる。第１２の実施形態における効果は、第２の実施形態と同様である。
本発明の第１３の実施形態に係る組電池の充電方法は、第１１の実施形態において、素電池Ａとしてニッケル水素蓄電池および／またはニッケルカドミウム蓄電池を用いる。第１３の実施形態の効果は、第３の実施形態と同様である。
本発明の第１４の実施形態に係る組電池の充電方法は、第１１の実施形態において、素電池Ａとして非水電解質二次電池を用いる。第１４の実施形態の効果は、第４の実施形態と同様である。
本発明の第１５の実施形態に係る組電池の充電方法は、第１４の実施形態において、非水電解質二次電池の正極の活物質にコバルトを含むリチウム複合酸化物を用いる。本発明の第１５の実施形態の効果は、第５の実施形態と同様である。
本発明の第１６の実施形態に係る組電池の充電方法は、平均放電電圧ＶAの素電池ＡがｎA本と平均放電電圧ＶBの素電池ＢがｎB本直列した組電池を、０．９８（ｎAＶA＋ｎBＶB）≦ＶC≦１．１５（ｎAＶA＋ｎBＶB）の関係を満足するように定格充電電圧ＶCで充電する充電方法である。第１６の実施形態の効果は、第６の実施形態と同様である。
本発明の第１７の実施形態に係る組電池の充電方法は、第１６の実施形態において、平均放電電圧ＶA，ＶBの代わりに、素電池Ａ，Ｂの公称電圧を用いる充電方法である。第１７の実施形態の効果は第２の実施形態と同様である。
本発明の第１８の実施形態に係る組電池の充電方法は、第１６の実施形態において、素電池Ａとしてニッケル水素蓄電池および／またはニッケルカドミウム蓄電池を用いる組電池の充電方法である。第１８の実施形態の効果は第３の実施形態と同様である。
本発明の第１９の実施形態に係る組電池の充電方法は、第１６の実施形態において、素電池Ｂとして非水電解質二次電池を用いる組電池の充電方法である。第１９の実施形態の効果は第４の実施形態と同様である。
本発明の第２０の実施形態に係る組電池の充電方法は、第１９の実施形態において、非水電解質二次電池の正極の活物質にコバルトを含むリチウム複合酸化物を用いた充電方法である。第２０の実施形態の効果は第５の実施形態と同様である。
以下に、本発明の実施例について詳述する。
（実施例１−１）
ニッケルからなる三次元多孔体に水酸化ニッケルおよび水酸化コバルト、酸化亜鉛との混合物からなるペーストを充填して乾燥し、さらにロールプレス機で圧延して、正極を作製した。一方、ニッケルをメッキした鋼板に穿孔したパンチングメタルに、水素吸蔵合金（組成式ＭｍＮｉ3.55Ｃｏ0.75Ａｌ0.3Ｍｎ0.4（Ｍｍは軽希土類元素の混合物）と結着剤との混合物からなるペーストを塗着して乾燥し、さらにロールプレス機で圧延して、負極を作製した。
この正極および負極を、スルホン化処理されたポリプロピレン不織布からなるセパレータを介して渦巻き状に捲回し、金属製有底ケース（内径２３．５ｍｍ、高さ４３ｍｍ）の中に収容した。さらに電解液として、水酸化カリウムを主成分とする比重１．３のアルカリ水溶液を注入して、ケースの開口した端面を、弁作動圧が２ＭＰａの安全弁を備えた封口板によって封止することにより、ニッケル水素蓄電池（理論容量３Ａｈ）を作製した。
このニッケル水素蓄電池を０．１ＩｔＡの電流値で１５時間充電し、続いて０．５ＩｔＡの電流値で電池電圧が１Ｖに到達するまで放電した。この充放電サイクルを３回繰返すことで、活性化を行なった。さらにこのニッケル水素蓄電池を１ＩｔＡの電流値でＳＯＣ１２０％に達するまで定電流充電を行い、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（平均放電電圧、１．２３Ｖ）を平均放電電圧ＶAとした。
このニッケル水素蓄電池を、素電池Ａとして１０個直列に接続して組電池（ｎAＶA＝１２．３Ｖ）を構成し、この組電池を定格充電電圧ＶCが１２．１Ｖ（ＶC＝０．９８ｎAＶA）の定電圧充電器を備えた充放電装置と接続して電源システムを構築した。これを実施例１−１とする。
（実施例１−２、１−３）
実施例１−１に対し、定格充電電圧ＶCが１２．９Ｖ（実施例１−２： ＶC＝１．０５ｎAＶA）および１４．１Ｖ（実施例１−３： ＶC＝１．１５ｎAＶA）の定電圧充電器を用いたこと以外は、実施例１−１と同様の電源システムを構築した。
（比較例１−１、１−２）
実施例１−１に対し、定格充電電圧ＶCが１１．７Ｖ（比較例１−１： ＶC＝０．９５ｎAＶA）および１４．８Ｖ（比較例１−２： ＶC＝１．２ｎAＶA）の定電圧充電器を用いたこと以外は、実施例１−１と同様の電源システムを構築した。
以上の電源システムに対し、以下の試験を行った。結果を（表１）に示す。なお、以下の試験は、後述する実施例２，３についても同様に行い、その結果を（表２），（表３）に示した。
（常温充電特性）
各々の定電圧充電器から１時間充電電流が流れるようにした後、１ＩｔＡの電流値で１Ｖに達するまで放電を行った。このときの放電容量を、常温充電特性の指標として（表１）に記した。
（高温充電特性）
各々の電源システムを、４５℃雰囲気下で２時間充電電流が流れるようにした。この後の組電池における素電池の異常を目視で確認し、その状態を高温充電特性の指標として（表１）に記した。
（充放電繰り返し）
図３に示す電源システム３の構成において、車載機器４の代わりにダミー負荷を接続し、定電圧充電器１（発電機）及び組電池２からダミー負荷へ、３６Ａの電流が供給されるようにした。そして、すべての素電池を完全放電させた（素電池がリチウムイオン二次電池の場合、１Ｉｔで素電池の端子電圧が３Ｖになるまで放電、素電池がニッケル水素二次電池の場合、１Ｉｔで素電池の端子電圧が１Ｖになるまで放電）。
このようにして完全放電させた素電池を用いて組電池２を構成し、組電池２が定電圧充電器１の定格充電電圧ＶCで充電されるようにした。また、ダミー負荷と直列に電流計を接続し、ダミー負荷に流れる電流を測定した。
そして、図略のスイッチを開閉することで、定電圧充電器１から組電池２への電流供給と、電流供給の停止とを、０．０１秒間隔で２０回繰り返した（図略のスイッチを、０．０１秒間オンした後０．０１秒間オフするオン、オフ動作を２０回繰り返した）。
そして、当該スイッチをオフした際に、上述の電流計によって測定される電流値が大幅に変化した（半分以下になった）回数を、「電流計の針の振れ回数」として計数した。
この場合、「電流計の針の振れ回数」がゼロであれば、定電圧充電器１からの電流供給が途絶えても、組電池２の放電によって、車載機器４に相当するダミー負荷へ、安定して電力を供給できたことを示すことになる。
Figure 2008129698
組電池の定格電圧（ｎAＶA）と定電圧充電器の定格充電電圧ＶCとの関係がＶC＜０．９８ｎAＶAである比較例１−１は、常温で全く充電されなかった。この理由として、定電圧充電器の定格充電電圧ＶCが、組電池の充電開始電圧よりも低かったことが挙げられる。このような電源システムを図３に示すような車載用の電源システム３として用いると、定電圧充電器１で発電された余剰電力が組電池２で吸収されないため、発電された電力の全てが車載機器４に供給されて車載機器４が故障する虞がある。
ところで、自動車用の電源として用いられる電源システム３では、例えばブレーキがかかって車両が急速に減速するとき等、エンジンの駆動によって発電を行う定電圧充電器１の出力電力が、パルス的に低下することがある。このとき、組電池２に充電されている電気量が不充分なために、組電池２から車載機器４へ電流を供給することができないと、スパークプラグやエンジンの制御回路等の車載機器４が動作を停止し、自動車が停止してしまうおそれがある。
このような定電圧充電器１のパルス的な出力電力低下が起こった際に、自動車を停止させないために組電池２が車載機器４へ供給する必要がある電流は、５Ａ〜４０Ａ程度である。しかしながら、このようなパルス的な出力電力低下は、１回あたり０．０１秒程度で、短時間であるため、組電池２が車載機器４へ供給する必要のある放電電気量は、１回あたり０．０１ｍＡｈ〜０．１ｍＡｈ程度となる。
従って、組電池２は、０．１ｍＡｈ以上の電気量が充電されていれば、上述のような定電圧充電器１のパルス的な出力電力低下が起こった際に、充分な電力を車載機器４へ供給することが出来る。
ここで、比較例１−１では、表１に示すように、「電流計の針の振れ回数」が２０回となり、定電圧充電器１からの電流供給が途絶えた際に、組電池２から車載機器４へ電流を供給することができなかった。従って、ＶC＜０．９８ｎAＶAである比較例１−１は、自動車用の電源として用いられる電源システムとして適さない。
一方、定格充電電圧ＶC＝０．９８ｎAＶAである実施例１−１では、常温充電特性試験において、放電容量が２ｍＡｈあった。すなわち、実施例１−１における組電池２は、０．１ｍＡｈ以上の電気量が充電されるので、上述のような定電圧充電器１のパルス的な出力電力低下が起こった際に、充分な電力を車載機器４へ供給することが出来る。
この場合、放電容量が２ｍＡｈあれば、パルス的な出力電力低下が起こった際に、放電する必要のある０．１ｍＡｈの２０倍の電気容量が充電されていることになるから、２０回程度のパルス放電が可能となる。自動車では、実使用上は、このようなパルス放電の直後から組電池２が充電されるので、２０回連続で０．１ｍＡｈのパルス放電が可能であれば、例えば最も過酷なレース用途においても、上述のような定電圧充電器１のパルス的な出力電力低下が起こった際に、充分な電力を車載機器４へ供給することが出来る。
また、実施例１−１では、充放電繰り返し試験において、「電流計の針の振れ回数」がゼロであった。すなわち、実施例１−１における組電池２は、定電圧充電器１からの電流供給がパルス的に２０回途絶えても、組電池２の放電によって、車載機器４に相当するダミー負荷へ、安定して電力を供給できることが確認できた。
また、上記の関係がＶC＞１．１５ｎAＶAである比較例１−２は、素電池の変形を避けるために設けた安全弁が完全に作動して電解液が漏液しており、高温充電特性が低レベルであった。この理由として、定電圧充電器の定格充電電圧ＶCが過剰に高かったために組電池が過剰に充電され、酸素ガスが大量に発生して電池の内部圧力を高めたことが挙げられる。
これらの比較例に対し、本発明の実施例１−１，１−２，１−３は、常温で充電が可能で、かつ高温充電特性も良好であった。
なお実施例１ではアルカリ蓄電池としてニッケル水素蓄電池を用いた例を示したが、カドミウムを活物質とした負極を用いてなるニッケルカドミウム蓄電池を用いても、同様の結果が得られた。
（実施例２−１）
アルミニウム箔にコバルト酸リチウムおよびアセチレンブラック、ポリフッ化ビニリデンとの混合物からなるペーストを塗布して乾燥し、さらにロールプレス機で圧延して、正極を作製した。一方、銅箔に人造黒鉛およびスチレン−ブタジエン共重合体、カルボキシメチルセルロール誘導体との混合物からなるペーストを塗布して乾燥し、さらにロールプレス機で圧延して、負極を作製した。この正極および負極を、ポリプロピレン微多孔膜からなるセパレータを介して渦巻き状に捲回し、金属製有底ケース（内径２６ｍｍ、高さ６５ｍｍ）の中に収容した。
さらに電解液として、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートの混合溶媒にＬｉＰＦ6を溶かしてなる電解液を注入して、ケースの開口した端面を、弁作動圧が２ＭＰａの安全弁を備えた封口板によって封止することにより、リチウムイオン二次電池（理論容量２．６Ａｈ）を作製した。
このリチウムイオン二次電池を１ＩｔＡの電流値で４．０５Ｖに達するまで充電し、続いて０．５ＩｔＡの電流値で電池電圧が３Ｖに到達するまで放電した。この充放電サイクルを３回繰返すことで、活性化を行なった。さらにこのリチウムイオン二次電池を１ＩｔＡの電流値で４．２Ｖに達するまで定電流充電を行い、その後に１ＩｔＡで３Ｖ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（平均放電電圧、３．５８Ｖ）を平均放電電圧ＶAとした。
このリチウムイオン二次電池を、素電池Ｂとして３個直列に接続して組電池（ｎBＶB＝１０．７４Ｖ）を構成し、この組電池Ｂを定格充電電圧ＶCが１０．５Ｖ（ＶC＝０．９８ｎBＶB）の定電圧充電器を備えた充放電装置と接続して電源システムを構築した。これを実施例２−１とする。
（実施例２−２、２−３）
実施例２−１に対し、定格充電電圧ＶCが１１．３Ｖ（実施例２−２： ＶC＝１．０５ｎBＶB）および１２．４Ｖ（実施例２−３： ＶC＝１．１５ｎBＶB）の定電圧充電器を用いたこと以外は、実施例２−１と同様の電源システムを構築した。
（比較例２−１、２−２）
実施例２−１に対し、定格充電電圧ＶCが１０．２Ｖ（比較例２−１： ＶC＝０．９５ｎBＶB）および１２．９Ｖ（比較例２−２： ＶC＝１．２ｎBＶB）の定電圧充電器を用いたこと以外は、実施例２−１と同様の電源システムを構築した。
以上の電源システムに対し、実施例１と同様にして常温充電特性と高温充電特性とを評価した。結果を（表２）に示す。
Figure 2008129698
組電池の定格電圧（ｎAＶA）と定電圧充電器の定格充電電圧ＶCとの関係がＶC＜０．９８ｎAＶAである比較例２−１は、常温で全く充電されなかった。この理由として、定電圧充電器の定格充電電圧ＶCが、組電池の充電開始電圧よりも低かったことが挙げられる。このような電源システムを図３に示すような車載用の電源システム３として用いると、定電圧充電器１で発電された余剰電力が組電池２で吸収されないため、発電した電力の全てが車載機器４に供給されて車載機器４が故障する虞がある。
ここで、比較例２−１では、表２に示すように、「電流計の針の振れ回数」が２０回となり、定電圧充電器１からの電流供給が途絶えた際に、組電池２から車載機器４へ電流を供給することができなかった。従って、ＶC＜０．９８ｎAＶAである比較例２−１は、自動車用の電源として用いられる電源システムとして適さない。
一方、定格充電電圧ＶC＝０．９８ｎAＶAである実施例２−１では、常温充電特性試験において、放電容量が３ｍＡｈあった。すなわち、実施例２−１における組電池２は、０．１ｍＡｈ以上の電気量が充電されるので、上述のような定電圧充電器１のパルス的な出力電力低下が起こった際に、充分な電力を車載機器４へ供給することが出来る。
この場合、放電容量が３ｍＡｈあれば、パルス的な出力電力低下が起こった際に、放電する必要のある０．１ｍＡｈの３０倍の電気容量が充電されていることになるから、３０回程度のパルス放電が可能となる。そうすると、実施例１−１の場合と同様、実施例２−１における組電池２は、例えば最も過酷なレース用途においても、上述のような定電圧充電器１のパルス的な出力電力低下が起こった際に、充分な電力を車載機器４へ供給することが出来る。
また、実施例２−１では、充放電繰り返し試験において、「電流計の針の振れ回数」がゼロであった。すなわち、実施例２−１における組電池２は、定電圧充電器１からの電流供給がパルス的に２０回途絶えても、組電池２の放電によって、車載機器４に相当するダミー負荷へ、安定して電力を供給できることが確認できた。
また、上記の関係がＶC＞１．１５ｎAＶAである比較例２−２は、素電池の変形を避けるために設けた安全弁が完全に作動して電解液が漏液しており、高温充電特性が低レベルであった。この理由として、定電圧充電器の定格充電電圧ＶCが過剰に高かったために組電池が過剰に充電され、酸素ガスが大量に発生して電池の内部圧力を高めたことが挙げられる。
これらの比較例に対し、本発明の実施例２−１，２−２，２−３は、常温で充電が可能で、かつ高温充電特性も良好であった。
なお実施例２では非水電解質二次電池としてリチウムイオン二次電池を用いた例を示したが、電解液をゲル状にしたリチウムポリマー二次電池を用いても、同様の結果が得られた。
（実施例３−１）
実施例１−１と同じ素電池Ａを３個（ｎAＶA＝３．６９Ｖ）と実施例２−１と同じ素電池Ｂを２個（ｎBＶB＝７．１６Ｖ）とを直列に接続して組電池（ｎAＶA＋ｎBＶB＝１０．８５Ｖ）を構成し、この組電池を定格充電電圧ＶCが１０．６Ｖ（ＶC＝０．９８（ｎAＶA＋ｎBＶB））の定電圧充電器を備えた充放電装置と接続して電源システムを構築した。これを実施例３−１とする。
（実施例３−２、３−３）
実施例３−１に対し、定格充電電圧ＶCが１１．４Ｖ（実施例３−２： ＶC＝１．０５（ｎAＶA＋ｎBＶB））および１２．５Ｖ（実施例３−３： ＶC＝１．１５（ｎAＶA＋ｎBＶB））の定電圧充電器を用いたこと以外は、実施例３−１と同様の電源システムを構築した。
（比較例３−１、３−２）
実施例３−１に対し、定格充電電圧ＶCが１０．３Ｖ（比較例３−１： ＶC＝０．９５（ｎAＶA＋ｎBＶB））および１３．０Ｖ（比較例３−２： ＶC＝１．２（ｎAＶA＋ｎBＶB））の定電圧充電器を用いたこと以外は、実施例３−１と同様の電源システムを構築した。
以上の電源システムに対し、実施例１と同様にして常温充電特性と高温充電特性とを評価した。以下の試験を行った。結果を（表３）に示す。
Figure 2008129698
組電池の定格電圧（ｎAＶA＋ｎBＶB）と定電圧充電器の定格充電電圧ＶCとの関係がＶC＜０．９８（ｎAＶA＋ｎBＶB）である比較例３−１は、大電流放電特性が低レベルであった。この理由として、定電圧充電器の定格充電電圧ＶCが過剰に低かったために組電池が十分に充電されず、大電流放電に耐えうる容量を有していなかったことが挙げられる。このような電源システムを、図３に示すような車載用の電源システム３として用いると、定電圧充電器１で発電された余剰電力が組電池２で吸収されないため、発電された電力の全てが車載機器４に供給されて車載機器４が故障する虞がある。
ここで、比較例３−１では、表３に示すように、「電流計の針の振れ回数」が２０回となり、定電圧充電器１からの電流供給が途絶えた際に、組電池２から車載機器４へ電流を供給することができなかった。従って、ＶC＜０．９８ｎAＶAである比較例３−１は、自動車用の電源として用いられる電源システムとして適さない。
一方、定格充電電圧ＶC＝０．９８ｎAＶAである実施例３−１では、常温充電特性試験において、放電容量が２ｍＡｈあった。すなわち、実施例３−１における組電池２は、０．１ｍＡｈ以上の電気量が充電されるので、上述のような定電圧充電器１のパルス的な出力電力低下が起こった際に、充分な電力を車載機器４へ供給することが出来る。
この場合、放電容量が２ｍＡｈあれば、パルス的な出力電力低下が起こった際に、放電する必要のある０．１ｍＡｈの２０倍の電気容量が充電されていることになるから、２０回程度のパルス放電が可能となる。そうすると、実施例１−１の場合と同様、実施例３−１における組電池２は、例えば最も過酷なレース用途においても、上述のような定電圧充電器１のパルス的な出力電力低下が起こった際に、充分な電力を車載機器４へ供給することが出来る。
また、実施例３−１では、充放電繰り返し試験において、「電流計の針の振れ回数」がゼロであった。すなわち、実施例３−１における組電池２は、定電圧充電器１からの電流供給がパルス的に２０回途絶えても、組電池２の放電によって、車載機器４に相当するダミー負荷へ、安定して電力を供給できることが確認できた。
また、上記の関係がＶC＞１．１５（ｎAＶA＋ｎBＶB）である比較例３−２は、素電池の変形を避けるために設けた安全弁が完全に作動して電解液が漏液しており、高温充電特性が低レベルであった。この理由として、定電圧充電器の定格充電電圧ＶCが過剰に高かったために組電池が過剰に充電され、電解液成分が分解してガスが大量に発生し、電池の内部圧力を高めたことが挙げられる。
これらの比較例に対し、本発明の実施例３−１，３−２，３−３は、大電流放電特性、高温充電特性ともに良好であった。
なお実施例３ではアルカリ蓄電池としてニッケル水素蓄電池を用い、非水電解質二次電池としてリチウムイオン二次電池を用いた例を示したが、アルカリ蓄電池としてカドミウムを活物質とした負極を用いてなるニッケルカドミウム蓄電池を用い、非水電解質二次電池として電解液をゲル状にしたリチウムポリマー二次電池を用いても、同様の結果が得られた。
上述した課題に基づき、本発明の電源システムは、組電池と、組電池を充電する定電圧充電器とを含み、組電池を平均放電電圧ＶAの素電池ＡがｎA本（あるいは平均放電電圧ＶAの素電池ＡがｎA本と、平均放電電圧ＶBの素電池ＢがｎB本）直列した構成とし、定電圧充電器の定格充電電圧ＶCを０．９８ｎAＶA≦ＶC≦１．１５ｎAＶA（あるいは０．９８（ｎAＶA＋ｎBＶB）≦ＶC≦１．１５（ｎAＶA＋ｎBＶB））の範囲とした。
また上述した電源システムを構成する組電池の充電方法として、本発明に係る充電方法では、平均放電電圧ＶAの素電池ＡがｎA本（あるいは平均放電電圧ＶAの素電池ＡがｎA本と、平均放電電圧ＶBの素電池ＢがｎB本）直列した組電池を、０．９８ｎAＶA≦ＶC≦１．１５ｎAＶA（あるいは０．９８（ｎAＶA＋ｎBＶB）≦ＶC≦１．１５（ｎAＶA＋ｎBＶB））の関係を満足するように定格充電電圧ＶCで充電する。
上述した関係を満たすように電源システムを構築し、あるいは組電池を充電することで、単位重量当りのエネルギー密度が鉛蓄電池よりも高い二次電池を定電圧で充電する場合において、過充電により二次電池が変形するおそれを低減し、安全性を向上することができる電源システム、及び充電方法を提供することができる。
本発明の電源システムは、簡易的な定電圧充電器を用いても成立しうるので、自動車などの電源としての利用可能性が高い。

Claims (19)

  1. 複数の素電池が、直列に接続された組電池と、
    前記組電池に、一定の定格充電電圧ＶCを印加して充電する定電圧充電器とを備え、
    前記複数の素電池におけるそれぞれの平均放電電圧の合計である合計電圧Ｖｘ、及び前記定格充電電圧ＶCは、
    ０．９８Ｖｘ≦ＶC≦１．１５Ｖｘの関係を満たすように、設定されていること
    を特徴とする電源システム。
  2. 前記組電池は、
    平均放電電圧がＶAである素電池Ａが、ｎA個直列に接続されたものであり、
    前記素電池Ａの個数ｎA、及び前記定格充電電圧ＶCは、
    ０．９８ｎAＶA≦ＶC≦１．１５ｎAＶAの関係を満たすように、設定されていること
    を特徴とする請求項１記載の電源システム。
  3. 前記平均放電電圧として、素電池の公称電圧を用いること
    を特徴とする請求項１又は２記載の電源システム。
  4. 前記素電池として、ニッケル水素蓄電池、及びニッケルカドミウム蓄電池のうち少なくとも一方を用いたこと
    を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電源システム。
  5. 前記素電池として、非水電解質二次電池を用いたこと
    を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電源システム。
  6. 前記非水電解質二次電池の正極の活物質にコバルトを含むリチウム複合酸化物を用いたこと
    を特徴とする請求項５記載の電源システム。
  7. 前記組電池は、
    前記ｎA個の素電池Ａと、平均放電電圧が前記平均放電電圧ＶAとは異なるＶBであるｎB個の素電池Ｂとが直列に接続されており、
    前記素電池Ａの個数ｎA、前記素電池Ｂの個数ｎB、及び前記定格充電電圧ＶCは、
    ０．９８（ｎAＶA＋ｎBＶB）≦ＶC≦１．１５（ｎAＶA＋ｎBＶB）の関係を満たすように、設定されていること
    を特徴とする請求項１記載の電源システム。
  8. 前記素電池Ａとして、
    ニッケル水素蓄電池、及びニッケルカドミウム蓄電池のうち少なくとも一方を用いたこと
    を特徴とする請求項７記載の電源システム。
  9. 前記素電池Ｂとして、
    非水電解質二次電池を用いたこと
    を特徴とする請求項７又は８記載の電源システム。
  10. 前記非水電解質二次電池の正極の活物質にコバルトを含むリチウム複合酸化物を用いたこと
    を特徴とする請求項９記載の電源システム。
  11. 複数の素電池が直列に接続され、前記複数の素電池におけるそれぞれの平均放電電圧の合計が合計電圧Ｖｘである組電池を、
    ０．９８Ｖｘ≦ＶC≦１．１５Ｖｘの関係を満たす一定の定格充電電圧ＶCで充電すること
    を特徴とする組電池の充電方法。
  12. 前記組電池は、
    平均放電電圧がＶAである素電池Ａが、ｎA個直列に接続されたものであり、
    当該組電池を、
    ０．９８ｎAＶA≦ＶC≦１．１５ｎAＶAの関係を満たす一定の定格充電電圧ＶCで充電すること
    を特徴とする請求項１１記載の組電池の充電方法。
  13. 前記素電池として、
    ニッケル水素蓄電池、及びニッケルカドミウム蓄電池のうち少なくとも一方を用いること
    を特徴とする請求項１１又は１２記載の組電池の充電方法。
  14. 前記素電池として、非水電解質二次電池を用いること
    を特徴とする請求項１１又は１２記載の組電池の充電方法。
  15. 前記非水電解質二次電池の正極の活物質にコバルトを含むリチウム複合酸化物を用いること
    を特徴とする請求項１４記載の組電池の充電方法。
  16. 前記組電池は、
    前記ｎA個の素電池Ａと、平均放電電圧が前記平均放電電圧ＶAとは異なるＶBであるｎB個の素電池Ｂとが直列に接続されており、
    当該組電池を、
    ０．９８（ｎAＶA＋ｎBＶB）≦ＶC≦１．１５（ｎAＶA＋ｎBＶB）の関係を満たす一定の定格充電電圧ＶCで充電すること
    を特徴とする請求項１１記載の組電池の充電方法。
  17. 前記素電池Ａとして、ニッケル水素蓄電池、及びニッケルカドミウム蓄電池のうち少なくとも一方を用いること
    を特徴とする請求項１６記載の組電池の充電方法。
  18. 前記素電池Ｂとして、非水電解質二次電池を用いること
    を特徴とする請求項１６又は１７記載の組電池の充電方法。
  19. 前記非水電解質二次電池の正極の活物質にコバルトを含むリチウム複合酸化物を用いることを特徴とする、請求項１８記載の組電池の充電方法。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2801354B1 (en) 2004-10-08 2017-02-08 Forward Pharma A/S Controlled release pharmaceutical compositions comprising a fumaric acid ester
JP2011082033A (ja) * 2009-10-07 2011-04-21 Mitsubishi Chemicals Corp 非水系電解液二次電池モジュール
JP6460254B2 (ja) * 2015-09-29 2019-01-30 株式会社村田製作所 蓄電パック
KR20230083934A (ko) 2021-12-03 2023-06-12 (주)에너캠프 배터리 충전 제어 장치 및 그 방법

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2841378B2 (ja) * 1988-08-25 1998-12-24 ソニー株式会社 非水電解液二次電池の充電方法
US5160880A (en) * 1989-05-10 1992-11-03 Allied-Signal Inc. Method and apparatus for charging and testing batteries
JPH07327323A (ja) * 1994-05-31 1995-12-12 Nemitsuku Ramuda Kk バッテリー装置
JP3349321B2 (ja) * 1995-12-27 2002-11-25 三洋電機株式会社 組電池
US5670862A (en) 1996-03-12 1997-09-23 Siliconix Incorporated Rapid charging technique for lithium ion batteries
JP3915151B2 (ja) * 1996-11-26 2007-05-16 新神戸電機株式会社 バッテリーパックの製造法
WO2001059905A1 (fr) * 2000-02-07 2001-08-16 Fujitsu Limited Chargeur et bloc d'alimentation pour terminal portable
JP4081970B2 (ja) * 2000-09-22 2008-04-30 株式会社デンソー 組電池の電圧調整装置及び組電池の電圧調整方法
JP2002218668A (ja) * 2001-01-19 2002-08-02 Fujitsu Ltd 携帯型情報処理装置、充電装置及び方法
JP2003052129A (ja) * 2001-08-03 2003-02-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd 蓄電池の充電方法
JP4108339B2 (ja) * 2002-01-23 2008-06-25 株式会社Ｎｔｔファシリティーズ リチウムイオン二次電池の充電方法及び装置
JP4738730B2 (ja) * 2003-04-21 2011-08-03 株式会社マキタ 組電池及び電池パック
US7071653B2 (en) * 2003-05-30 2006-07-04 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method for charging a non-aqueous electrolyte secondary battery and charger therefor
JP4112478B2 (ja) * 2003-11-14 2008-07-02 松下電器産業株式会社 電池パックの充電装置

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