JPWO2016080222A1 - 車載用電池及び車載用電源装置 - Google Patents

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Abstract

車載用電源装置に用いられる車載用電池のコストの上昇を抑制しつつ、車載用電池の小型化及び軽量化を図る。車載用電池11は、鉛蓄電池13と、第2の蓄電池14とを備える。第2の蓄電池14は、鉛蓄電池13と並列に接続されている。第2の蓄電池14は、正極と、負極とを有する。正極は、正極活物質として、スピネル型リチウムニッケルマンガン酸化物を含む。負極は、負極活物質として、グラファイト、ソフトカーボン、ハードカーボン、及びSi元素を含む合金系材料のうちの少なくとも1種を含む。

Description

本発明は、車載用電池及びそれを備える車載用電源装置に関する。
車両には、一般的に、スターターモータ等の各種電気負荷への電力供給のための車載用蓄電池が搭載されている。車載用蓄電池としては鉛蓄電池が広く用いられている。
鉛蓄電池は、リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池などの蓄電池と比べ低価格である。しかしながら、鉛蓄電池は、リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池などの蓄電池に比べ頻繁な充放電サイクルへの耐性に劣る。そのため、各種電気負荷による使用電力の大きい車両や、アイドリングストップ機能や減速時の回生エネルギーの再生利用機能が搭載された車両において、車載用蓄電池として鉛蓄電池のみを使用した場合、鉛蓄電池の早期劣化が懸念される。例えば、鉛蓄電池を全てリチウムイオン二次電池やニッケル水素電池などの蓄電池に置き換えてしまうと、車載用蓄電池の価格が高くなる。
特許文献1には、DC−DCコンバーターを介さずに鉛蓄電池と並列接続することが可能な第2の蓄電池の電圧条件が記載されている。
特開2011−15516号公報
車載用電源装置に用いられる車載用電池のコストの上昇を抑制しつつ、車載用電池の小型化及び軽量化を図りたいという要望がある。

本発明の主な目的は、車載用電源装置に用いられる車載用電池のコストの上昇を抑制しつつ、車載用電池の小型化及び軽量化を図ることにある。
本発明に係る車載用電池は、鉛蓄電池と、第2の蓄電池とを備える。第2の蓄電池は、鉛蓄電池と並列に接続されている。第2の蓄電池は、正極と、負極とを有する。正極は、正極活物質として、スピネル型リチウムニッケルマンガン酸化物を含む。負極は、負極活物質として、グラファイト、ソフトカーボン、ハードカーボン、及びSi元素を含む合金系材料のうちの少なくとも1種を含む。
本発明では、鉛蓄電池と並列に接続された第2の蓄電池において、正極が、正極活物質として、スピネル型リチウムニッケルマンガン酸化物を含み、負極が、負極活物質として、グラファイト、ソフトカーボン、ハードカーボン、及びSi元素を含む合金系材料のうちの少なくとも1種を含むため、車載用電池のコストの上昇を抑制しつつ、車載用電池の小型化及び軽量化を図ることができる。
本発明に係る車載用電池では、負極が、負極活物質として、ソフトカーボン、ハードカーボン、及びSi元素を含む合金系材料のうちの少なくとも1種を含むことが好ましい。この構成によれば、車載用電池の小型化及び軽量化をさらに図ることができる。
本発明に係る車載用電池では、正極が、正極活物質として、組成式Li1+a[Mn2−a−x−yNi]O(0≦a≦0.3、0.15≦x≦0.6、0≦y≦0.3、Mは、金属元素であって、Tiを含む。)であるスピネル型リチウムニッケルマンガン酸化物を含むことが好ましい。この構成によれば、車載用電池の小型化及び軽量化をさらに図ることができる。
本発明に係る車載用電源装置は、上記車載用電池を備えている。このため、本発明に係る車載用電源装置は、低コストでありつつ、小型且つ軽量である。
本発明に係る車載用電源装置は、車載用電池に接続された発電機をさらに備えていてもよい。
本発明によれば、車載用電源装置に用いられる車載用電池のコストの上昇を抑制しつつ、車載用電池の小型化及び軽量化を図ることができる。
図1は、本発明の一実施形態に係る車載用電源装置の模式図である。 図2は、本発明の一実施形態における第2の蓄電池の模式図である。 図3は、LiNi5/10Co2/10Mn3/10を正極活物質として用い、グラファイトを負極活物質として用いた4つのリチウムイオン二次電池を直列に接続したリチウムイオン二次電池の充放電カーブである。 図4は、LiTi12を負極活物質として用い、組成式Li1.1[Ni0.45Mn1.35Ti0.2]Oで表されるスピネル型リチウムニッケルマンガン酸化物を正極活物質として用いた4つのリチウムイオン二次電池を直列に接続したリチウムイオン二次電池の充放電カーブである。 図5は、正極活物質に組成式Li1.1[Ni0.45Mn1.35Ti0.2]Oで表されるスピネル型リチウムニッケルマンガン酸化物を用い、負極活物質にグラファイトを用いた3つのリチウムイオン二次電池(単セル)14a、14b、14cを直列に接続した第2の蓄電池14(リチウムイオン二次電池)の充放電カーブである。 図6は、正極活物質に組成式Li1.1[Ni0.45Mn1.35Ti0.2]Oで表されるスピネル型リチウムニッケルマンガン酸化物を用い、負極活物質にソフトカーボンを用いた3つのリチウムイオン二次電池(単セル)14a、14b、14cを直列に接続した第2の蓄電池14(リチウムイオン二次電池)の充放電カーブである。 図7は、正極活物質に組成式Li1.1[Ni0.45Mn1.35Ti0.2]Oで表されるスピネル型リチウムニッケルマンガン酸化物を用い、負極活物質にハードカーボンを用いた3つのリチウムイオン二次電池(単セル)14a、14b、14cを直列に接続した第2の蓄電池14(リチウムイオン二次電池)の充放電カーブである。 図8は、正極活物質に組成式Li1.1[Ni0.45Mn1.35Ti0.2]Oで表されるスピネル型リチウムニッケルマンガン酸化物を用い、負極活物質にSiを用いた3つのリチウムイオン二次電池(単セル)14a、14b、14cを直列に接続した第2の蓄電池14(リチウムイオン二次電池)の充放電カーブである。
以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。
また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。
図1は、本実施形態に係る車載用電源装置の模式図である。図2は、本実施形態における第2の蓄電池の模式図である。
図1に示すように、車載用電源装置10は、電気自動車(EV:Electric Vehicle)または内燃機関を搭載した車両に用いられる装置である。内燃機関を搭載した車両の具体例としては、例えば、アイドリングストップ(ISS)車、ハイブリッド電気自動車(HEV:Hybrid Electric Vehicle)、プラグインハイブリッド自動車(PHEV:Plug−in Hybrid Electric Vehicle)等が挙げられる。
車載用電源装置10は、車載されたモーター等の電気負荷20に接続され、電気負荷20の電源として用いられる装置である。車載用電源装置10は、車載用電池11と、定電圧制御部としてのレギュレター15と、発電機(オルタネータ)16とを有する。発電機16は、電力を発生させる。発電機16と、レギュレター15と、車載用電池11とは並列に接続されている。
発電機16は、エンジンなどの内燃機関や減速時の回生エネルギーの再生利用するモーターにより構成することができる。発電機16は電力を発生させる。発電機16により発生した電力は、電気負荷20や車載用電池11に供給される。レギュレター15は、発電機16から供給される電圧を定電圧にする機能を有している。本実施形態では、レギュレター15の設定電圧が14.4Vである例について説明する。
車載用電池11は、鉛蓄電池13と、第2の蓄電池14とを備えている。鉛蓄電池13と、第2の蓄電池14とは、並列に接続されている。なお、車載用電池11は、鉛蓄電池13及び第2の蓄電池14以外の構成を有していてもよい。車載用電池11は、例えば、鉛蓄電池13及び第2の蓄電池14に加え、鉛蓄電池13及び第2の蓄電池14に接続されており、それらの過放電、過充電、過熱等の以上を防止する制御部をさらに有していてもよい。
鉛蓄電池13は、単セルの複数の鉛蓄電池が直列又は並列に接続されたものであってもよい。本実施形態では、鉛蓄電池13が、単セルの6つの鉛蓄電池が直列に接続されている例について説明する。本実施形態では、鉛蓄電池13の電圧は、12Vである。なお、12V構成の鉛蓄電池における使用可能電圧範囲は、一般的に、開放電圧が12.7V以上12.8V以下の範囲である。
鉛蓄電池13には、第2の蓄電池14が並列に接続されている。鉛蓄電池13と第2の蓄電池14とは、DC−DCコンバーターを介さずに接続されている。
本実施形態では、第2の蓄電池14は、リチウムイオン二次電池により構成されている。より具体的には、本実施形態では、第2の蓄電池14は、電力供給ライン17において直列に接続された複数個のリチウムイオン二次電池により構成されている。さらに具体的には、本実施形態では、図2に示すように、第2の蓄電池14は、直列に接続された3つの単セルのリチウムイオン二次電池14a、14b、14cにより構成されている。もっとも、第2の蓄電池が有する二次電池の個数は、特に限定されない。第2の蓄電池が有する二次電池の個数は、鉛蓄電池13の電圧等に応じて適宜選択される。
リチウムイオン二次電池14aの容量と、リチウムイオン二次電池14bの容量と、リチウムイオン二次電池14cの容量とは、同じであってもよいし、異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。リチウムイオン二次電池14aの容量と、リチウムイオン二次電池14bの容量と、リチウムイオン二次電池14cの容量とが同じであれば電池製造ラインを一つに集約できるため効率的である。
リチウムイオン二次電池14a、14b、14cは、それぞれ、正極と、負極と、非水電解液とを有する。
正極は、正極活物質として、スピネル型リチウムニッケルマンガン酸化物を含む。正極は、正極活物質として、組成式Li1+a[Mn2−a−x−yNi]O(0≦a≦0.3、0.15≦x≦0.6、0≦y≦0.3、Mは、金属元素であって、Tiを含む。)であるスピネル型リチウムニッケルマンガン酸化物を含むことがさらに好ましい。この場合、リチウムイオン二次電池14a、14b、14cが劣化し難い。このため、リチウムイオン二次電池14a、14b、14cの交換頻度を低くすることができる。従って、車載用電池11の低コスト化を図ることができる。
負極は、負極活物質として、グラファイト、ソフトカーボン、ハードカーボン、及びSi元素を含む合金系材料のうちの少なくとも1種を含む。負極は、負極活物質として、ソフトカーボン、ハードカーボン、及びSi元素を含む合金系材料のうちの少なくとも1種を含むことが好ましい。Si元素を含む合金系材料としては、Si、Si合金、酸化ケイ素(SiO、0<x≦2)などの材料や、これらの材料と炭素材料の複合材料などが挙げられる。
正極及び負極は、それぞれ、必要に応じて導電助剤や結着材等を含んでいてもよい。
好ましく用いられる導電助剤の具体例としては、例えば、カーボンブラック、グラファイト、ソフトカーボン、ハードカーボン、気相成長炭素繊維(VGCF)、カーボンチューブ等が挙げられる。
好ましく用いられる結着材の具体例としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリオレフィン、ポリアクリル酸、カルボキシメチルセルロース、スチレンブタジエンゴム、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアクリロニトリルなどの各種樹脂等が挙げられる。
負極は、リチウムイオンのプレドープ処理が行われたものであってもよい。
非水電解液は、電解質塩と有機溶媒とを含む。
好ましく用いられる電解質塩の具体例としては、例えば、LiPF、LiClO、LiBF、LiCFSO、Li(CFSON、Li(CSON、Li(CFN、LiB(CN)等を挙げることができる。これらの電解質塩を1種単独で用いてもよく、2種以上併用してもよい。非水電解液の電解質塩濃度は、0.3mol/L以上4mol/L以下であることが好ましい。
好ましく用いられる有機溶媒の具体例としては、例えば、カーボネート系溶媒、ラクトン系溶媒、スルホン系溶媒、ニトリル系溶媒、エステル系溶媒、エーテル系溶媒、これらの有機溶媒の水素の一部がフッ素等の電気陰性度が高い元素で置換された有機溶媒等が挙げられる。これらの有機溶媒を1種単独で用いてもよく、2種以上併用してもよい。
なお、正極活物質としてスピネル型リチウムニッケルマンガン酸化物が用いられており、負極活物質としてグラファイト、ソフトカーボン、ハードカーボン、又はSi元素を含む合金系材料が用いられているリチウムイオン二次電池の使用可能容量範囲における開放電圧は、通常、おおよそ3.0V以上4.8V以下程度である。
ところで、DC−DCコンバーターを介さずに鉛蓄電池13と第2の蓄電池14とが並列に接続された車載用電池11においては、第2の蓄電池14の開放電圧について以下の条件(a)、条件(b)及び条件(c)が求められる。
条件(a)鉛蓄電池13の使用可能電圧範囲の間において、鉛蓄電池13の開放電圧と第2の蓄電池14の開放電圧とが一致する点(開放電圧一致点)が存在すること。
条件(b)開放電圧一致点よりも高い電圧まで充電した状態では、第2の蓄電池14の使用可能容量範囲において第2の蓄電池14の開放電圧が鉛蓄電池13の開放電圧よりも高いこと。
条件(c)第2の蓄電池14の開放電圧が、鉛蓄電池13の使用可能電圧範囲の下限における開放電圧以上、鉛蓄電池13の充電電圧以下の範囲において、第2の蓄電池14の使用可能容量範囲が広いこと。
条件(a)を満たすよう第2の蓄電池14の開放電圧を設定することにより、放電時において、鉛蓄電池13の端子電圧と第2の蓄電池14の端子電圧とをほぼ一致させることができる。これにより、従来必須とされていたDC−DCコンバーターを必ずしも設ける必要がなくなる。従って、車載用電池11の小型化、軽量化、低コスト化を図ることができる。
また、鉛蓄電池13の使用可能電圧範囲の間において、第2の蓄電池14の開放電圧がなだらかに変化することが、鉛蓄電池13の過放電を防ぐ観点、つまりは鉛蓄電池13の交換頻度を抑える低コスト化の観点からは好ましい。
条件(b)を満たすよう第2の蓄電池14の開放電圧を設定することにより、開放電圧一致点よりも高い電圧まで充電した状態では、鉛蓄電池13よりも開放電圧の高い第2の蓄電池14から優先的に放電される。そのため、鉛蓄電池13の劣化を抑制することができ、コストダウンを図ることができる。
条件(c)を満たすよう第2の蓄電池14の開放電圧を設定することにより、DC−DCコンバーターを使用することなく第2の蓄電池14の容量を有効に使用することができ、車載用電源装置10の小型化、軽量化、低コスト化を図ることができる。また、第2の蓄電池14の使用可能容量範囲が広いほど、第2の蓄電池14に必要な容量を減らすことができ、第2の蓄電池14および車載用電源装置10の小型化、軽量化、低コスト化を図ることができる。
ところで、近年、大容量や高入出力が求められる用途に対してリチウムイオン二次電池を適用したいという要望が高まってきている。これに伴い、スピネル型リチウムニッケルマンガン酸化物よりも単位重量あたりの容量の大きいリチウムニッケルコバルトマンガン酸化物を正極活物質として用いたリチウムイオン二次電池が広く用いられるようになってきている。
特に、車載用蓄電装置に用いられる二次電池には、単位時間当たりの入出力特性が高いことが強く求められている。このため、当業者は、車載用蓄電装置には、リチウムニッケルコバルトマンガン酸化物を正極活物質として用いた高入出力なリチウムイオン二次電池が好適であると当然の如く考える。例えば、LiNi5/10Co2/10Mn3/10を正極活物質として用い、グラファイトを負極活物質として用いたリチウムイオン二次電池の使用可能容量範囲における開放電圧はおおよそ2.5V以上4.2V以下程度である。
LiNi5/10Co2/10Mn3/10を正極活物質として用い、グラファイトを負極活物質として用いたリチウムイオン二次電池を用いて条件(a)及び条件(b)を満足する第2の蓄電池を構成しようとすると、4つのリチウムイオン二次電池を直列に接続する必要がある。
図3に、LiNi5/10Co2/10Mn3/10を正極活物質として用い、グラファイトを負極活物質として用いた4つのリチウムイオン二次電池を直列に接続したリチウムイオン二次電池の充放電カーブを示す。図3に示されるように、このリチウムイオン二次電池では、ほとんどの使用可能容量範囲において、開放電圧が条件(c)の電圧範囲よりも高い。よって、このリチウムイオン二次電池を、鉛蓄電池と並列接続すると30%程度の容量までしか充電されない。従って、このリチウムイオン二次電池と鉛蓄電池との間にDC−DCコンバーターを配し、変電するか、もしくはリチウムイオン二次電池の容量を増やす必要がある。しかしながら、DC−DCコンバーターは、変電時に高熱になる。このため、リチウムイオン二次電池と鉛蓄電池との間にDC−DCコンバーターを配した場合は、DC−DCコンバーターの冷却機構を設ける必要がある。このように、リチウムニッケルコバルトマンガン酸化物を正極活物質として用い、グラファイトを負極活物質に用いたリチウムイオン二次電池では、4つの電池を直列に接続する必要があることに加え、DC−DCコンバーターやその冷却機構を設ける、もしくはリチウムイオン二次電池の容量を増やす必要があり、車載用蓄電装置が大型化、重量化、高コスト化する。
高入出力特性を有するリチウムイオン二次電池としては、LiTi12に代表されるチタン酸リチウムを負極活物質として用いたリチウムイオン二次電池が挙げられる。例えば、LiTi12を負極活物質として用い、スピネル型リチウムニッケルマンガン酸化物を正極活物質として用いたリチウムイオン二次電池の使用可能容量範囲における開放電圧はおおよそ3.0V以上3.2V以下程度である。このため、このリチウムイオン二次電池を用いて条件(a)及び条件(b)を満足する第2の蓄電池を構成しようとすると、4つのリチウムイオン二次電池を直列に接続する必要がある。
図4に、LiTi12を負極活物質として用い、組成式Li1.1[Ni0.45Mn1.35Ti0.2]Oで表されるスピネル型リチウムニッケルマンガン酸化物を正極活物質として用いた4つのリチウムイオン二次電池を直列に接続したリチウムイオン二次電池の充放電カーブを示す。図4に示されるように、このリチウムイオン二次電池では、ほとんどの使用可能容量範囲において、開放電圧が条件(c)の電圧範囲よりも低い。よって、このリチウムイオン二次電池と鉛蓄電池との間にDC−DCコンバーターを配し変電する必要がある。このように、LiTi12を負極活物質として用い、スピネル型リチウムニッケルマンガン酸化物を正極活物質に用いたリチウムイオン二次電池では、4つの二次電池を直列に接続する必要があることに加え、DC−DCコンバーターやその冷却機構を設ける必要があり、車載用蓄電装置が大型化、重量化、高コスト化する。
図5に、正極活物質に組成式Li1.1[Ni0.45Mn1.35Ti0.2]Oで表されるスピネル型リチウムニッケルマンガン酸化物を用い、負極活物質にグラファイトを用いた3つのリチウムイオン二次電池(単セル)14a、14b、14cを直列に接続した第2の蓄電池14(リチウムイオン二次電池)の充放電カーブを示す。図6に、正極活物質に組成式Li1.1[Ni0.45Mn1.35Ti0.2]Oで表されるスピネル型リチウムニッケルマンガン酸化物を用い、負極活物質にソフトカーボンを用いた3つのリチウムイオン二次電池(単セル)14a、14b、14cを直列に接続した第2の蓄電池14(リチウムイオン二次電池)の充放電カーブを示す。図7に、正極活物質に組成式Li1.1[Ni0.45Mn1.35Ti0.2]Oで表されるスピネル型リチウムニッケルマンガン酸化物を用い、負極活物質にハードカーボンを用いた3つのリチウムイオン二次電池(単セル)14a、14b、14cを直列に接続した第2の蓄電池14(リチウムイオン二次電池)の充放電カーブを示す。図8に、正極活物質に組成式Li1.1[Ni0.45Mn1.35Ti0.2]Oで表されるスピネル型リチウムニッケルマンガン酸化物を用い、負極活物質にSiを用いた3つのリチウムイオン二次電池(単セル)14a、14b、14cを直列に接続した第2の蓄電池14(リチウムイオン二次電池)の充放電カーブを示す。
図5〜図8に例示されるように、本実施形態では、条件(a)及び条件(b)を満足する3つのリチウムイオン二次電池(単セル)14a、14b、14cを直列に接続した構成において、条件(c)の電圧範囲における使用可能容量範囲が50%以上と広い。よって、車載用電源装置10では、DC−DCコンバーターやその冷却機構を設ける必要が必ずしもない。また、リチウムイオン二次電池の直列数を3つにすることができることから、第2の蓄電池14(リチウムイオン二次電池)および車載用電源装置10の小型化、軽量化、低コスト化が可能となる。
また、条件(a)において、鉛蓄電池13の過放電を防ぐ観点から、鉛蓄電池13の使用可能電圧範囲である開放電圧12.7V以上12.8V以下の範囲において、第2の蓄電池14の開放電圧がなだらかに変化することが好ましい。図5〜図8より、負極活物質にソフトカーボン、ハードカーボン、Siを用いた場合には、負極活物質にグラファイトを用いた場合に比べて、開放電圧12.7V以上12.8V以下の範囲において開放電圧の変化がなだらかである。よって、負極活物質にソフトカーボン、ハードカーボン、Si元素を含む合金系材料のうちの少なくとも1種を含むことが、鉛蓄電池の過放電を防ぐ観点から好ましいことが分かる。
10 車載用電源装置
11 車載用電池
13 鉛蓄電池
14 第2の蓄電池
14a,14b,14c リチウムイオン二次電池
15 レギュレター
16 発電機
17 電力供給ライン
20 電気負荷

Claims (5)

  1. 鉛蓄電池と、
    前記鉛蓄電池と並列に接続された第2の蓄電池と、
    を備え、
    前記第2の蓄電池は、
    正極活物質として、スピネル型リチウムニッケルマンガン酸化物を含む正極と、
    負極活物質として、グラファイト、ソフトカーボン、ハードカーボン、及びSi元素を含む合金系材料のうちの少なくとも1種を含む負極と、
    を有する、リチウムイオン二次電池である、車載用電池。
  2. 前記負極が、負極活物質として、ソフトカーボン、ハードカーボン、及びSi元素を含む合金系材料のうちの少なくとも1種を含む、請求項1に記載の車載用電池。
  3. 前記正極が、正極活物質として、組成式Li1+a[Mn2−a−x−yNi]O(0≦a≦0.3、0.15≦x≦0.6、0≦y≦0.3、Mは、金属元素であって、Tiを含む。)であるスピネル型リチウムニッケルマンガン酸化物を含む、請求項1又は2に記載の車載用電池。
  4. 請求項1〜3のいずれか一項に記載の車載用電池を備える、車載用電源装置。
  5. 前記車載用電池に接続された発電機をさらに備える、請求項4に記載の車載用電源装置。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108140868B (zh) * 2015-09-29 2021-03-23 株式会社村田制作所 蓄电池组
CN110024212B (zh) * 2017-11-07 2022-02-01 柯耐克斯系统株式会社 复合电池、具备其的机动车及铁道再生电力储存装置

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1014013A (ja) * 1996-06-14 1998-01-16 Fuji Photo Film Co Ltd 電気自動車及びその駆動電源装置
JP2003174734A (ja) * 2001-12-06 2003-06-20 Shin Kobe Electric Mach Co Ltd ハイブリッド二次電池
JP2003219575A (ja) * 2002-01-23 2003-07-31 Shin Kobe Electric Mach Co Ltd 電源システム
JP2004134365A (ja) * 2002-08-13 2004-04-30 Shin Kobe Electric Mach Co Ltd リチウム二次電池及び電気自動車
JP2009146822A (ja) * 2007-12-17 2009-07-02 Panasonic Corp 非水電解質二次電池
JP2010213564A (ja) * 2009-03-09 2010-09-24 Ford Global Technologies Llc 電力システム、及びコンバータ
JP2011176958A (ja) * 2010-02-25 2011-09-08 Denso Corp 車載電源装置
WO2013161949A1 (ja) * 2012-04-27 2013-10-31 三井金属鉱業株式会社 マンガン系スピネル型リチウム遷移金属酸化物
WO2014038100A1 (ja) * 2012-09-05 2014-03-13 三洋電機株式会社 車両用のバッテリシステムとこれを搭載する車両
WO2014142078A1 (ja) * 2013-03-14 2014-09-18 株式会社 東芝 バッテリーシステム
JP2014212101A (ja) * 2013-04-19 2014-11-13 三星エスディアイ株式会社Samsung SDI Co.,Ltd. マルチ電池パックを備えた自動車電池システムおよび自動車電池システムの動作方法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1014013A (ja) * 1996-06-14 1998-01-16 Fuji Photo Film Co Ltd 電気自動車及びその駆動電源装置
JP2003174734A (ja) * 2001-12-06 2003-06-20 Shin Kobe Electric Mach Co Ltd ハイブリッド二次電池
JP2003219575A (ja) * 2002-01-23 2003-07-31 Shin Kobe Electric Mach Co Ltd 電源システム
JP2004134365A (ja) * 2002-08-13 2004-04-30 Shin Kobe Electric Mach Co Ltd リチウム二次電池及び電気自動車
JP2009146822A (ja) * 2007-12-17 2009-07-02 Panasonic Corp 非水電解質二次電池
JP2010213564A (ja) * 2009-03-09 2010-09-24 Ford Global Technologies Llc 電力システム、及びコンバータ
JP2011176958A (ja) * 2010-02-25 2011-09-08 Denso Corp 車載電源装置
WO2013161949A1 (ja) * 2012-04-27 2013-10-31 三井金属鉱業株式会社 マンガン系スピネル型リチウム遷移金属酸化物
WO2014038100A1 (ja) * 2012-09-05 2014-03-13 三洋電機株式会社 車両用のバッテリシステムとこれを搭載する車両
WO2014142078A1 (ja) * 2013-03-14 2014-09-18 株式会社 東芝 バッテリーシステム
JP2014212101A (ja) * 2013-04-19 2014-11-13 三星エスディアイ株式会社Samsung SDI Co.,Ltd. マルチ電池パックを備えた自動車電池システムおよび自動車電池システムの動作方法

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