KR20100061754A - 전원 시스템 - Google Patents

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시게유키 스기야마
마모루 아오키
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파나소닉 주식회사
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Abstract

복수의 제 1 소전지를 직렬 접속하여 이루어지는 제 1 전지팩과 복수의 제 2 소전지를 직렬 접속하여 이루어지는 제 2 전지팩이 병렬로 접속된 전지 집합체와, 상기 전지 집합체를 충전시키는 발전기를 포함하고, 상기 전지 집합체는, 상기 제 1 전지팩이 만충전 용량의 반의 충전 용량으로 되었을 때의 단자 전압인 평균 충전 전압 V1이, 상기 제 2 전지팩이 만충전 용량의 반의 충전 용량으로 되었을 때의 단자 전압인 평균 충전 전압 V2보다 작은 전압으로 되도록 설정되어 있고, 상기 제 1 전지팩에는 저항이 직렬 접속되어 있다.

Description

전원 시스템{POWER SUPPLY SYSTEM}
본 발명은 소전지(素電池)를 복수개 조합한 전지 집합체로 이루어지는 전원 시스템에 관한 것으로, 보다 자세하게는 2차 전지인 소전지를 과충전시키지 않고, 전지 집합체를 전원으로서 기능시키는 기술에 관한 것이다.
니켈수소 축전지나 니켈카드뮴 축전지 등의 알칼리 축전지, 및 리튬이온 2차 전지나 리튬 폴리머 2차 전지 등의 비수전해질 2차 전지는, 납 축전지보다 단위 중량당 에너지 밀도가 높기 때문에, 차량이나 휴대기기 등의 이동체가 구비하는 전원으로서 주목되어 있다. 특히 복수의 비수전해질 2차 전지로 이루어지는 소전지를 직렬로 접속하여, 단위 중량당 에너지 밀도가 높은 전지 집합체를 구성하고, 납 축전지 대신 셀 스타터 전원(이른바, 차량의 구동원이 아닌 전원)으로서 차량에 탑재하면, 레이스 용도 등에 있어서 유망하다고 생각된다.
차량용 전원은, 시동시에 셀 스타터로서 대전류로 방전되는 한편, 차량의 운전시에 발전기(정전압 충전기)로부터 보내지는 전류를 받아들여 충전된다. 납 축전지는 비교적 대전류에 의한 충방전에 적합한 반응 기구를 갖고 있지만, 상술한 2차 전지는 반응 기구의 관계상, 대전류에 의한 충방전에 적합하다고는 말하기 어렵다. 구체적으로는 이들의 2차 전지는 충전 말기에서 각각 이하의 약점을 갖는다.
우선, 니켈수소 축전지나 니켈카드뮴 축전지 등의 알칼리 축전지의 경우, 충전 말기에 양극으로부터 산소 가스가 발생하지만, 분위기 온도가 높아지면, 양극으로부터 산소 가스가 발생하는 전압, 즉 산소 과전압의 저하에 따라, 전지의 충전 전압이 저하되는 것으로 된다. 가령, 전지의 충전 전압이 V1까지 저하된 n개의 알칼리 축전지를 정전압 충전기(정격 충전 전압 V2)가 충전할 때에, V2>nV1의 관계를 만족시켜 버리면, 충전이 종료되지 않고 산소 가스가 발생을 계속하여, 전지팩(battery pack)을 구성하는 개개의 2차 전지(소전지)가 전지 내압 상승에 의해 변형될 우려가 있다.
또한, 리튬이온 2차 전지나 리튬 폴리머 2차 전지 등의 비수전해질 2차 전지의 경우, 충전 말기에 비수전해질을 포함하는 전해액이 분해되기 쉽게 되는바, 분위기 온도가 높아지면 이 경향이 현저해지고, 전지팩을 구성하는 소전지가 전지 내압 상승에 의해 변형될 우려가 있다.
이러한 과제를 해결하기 위해서는, 특허문헌 1에 나타낸 바와 같이, 전원으로서 이용하는 전지팩의 충전이 완료한 시점에서, 한층더 전류를 별도의 회로(측류 회로)로부터 통과시키는 것이 유효하다고 생각된다.
차량 탑재 기술로서 특허문헌 1을 전용(轉用)하는 경우, 측류 회로는 이하의 두가지 형태로서 구현화할 수 있다. 제 1 형태는, 차량 탑재된 다른 전동 기기(램프나 카 스테레오, 카 쿨러 등)로 전류를 공여하는 형태로 측류 회로를 구성하는 형태이다. 제 2 형태는, 단지 전류를 소비하는 저항체로 전류를 공여하는 형태로 측류 회로를 구성하는 형태이다.
그러나 제 1 형태를 채용하면, 정전압 충전기가 상술한 전동 기기에 과도한 전류를 공급하여 이들 전동 기기를 고장나게 할 우려가 있다. 또한 제 2 형태를 채용하면, 저항체가 전류를 소비할 때에 발생하는 열이 상술한 2차 전지의 분위기 온도를 높이게 되기 때문에, 소전지가 변형될 우려를 해소할 수 없다. 이와 같이 단위 중량당 에너지 밀도가 높은 2차 전지를 이용하여 무작위로 전지 집합체를 구성하더라도, 정전압 충전기와 조합하는 것은 곤란했다.
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 평성 제07-059266호 공보
본 발명은, 단위 중량당 에너지 밀도가 높은 2차 전지를 이용하면서, 발전기로부터의 전류를 모두 충전 전류로서 받아내더라도 이 2차 전지의 변형을 억제하는 것이 용이하고, 안정성이 높은 전원 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 국면에 따른 전원 시스템은, 복수의 제 1 소전지를 직렬 접속하여 이루어지는 제 1 전지팩과 복수의 제 2 소전지를 직렬 접속하여 이루어지는 제 2 전지팩이 병렬로 접속된 전지 집합체와, 상기 전지 집합체를 충전시키는 발전기를 포함하고, 상기 전지 집합체는, 상기 제 1 전지팩이 만충전 용량의 반의 충전 용량으로 되었을 때의 단자 전압인 평균 충전 전압 V1이, 상기 제 2 전지팩이 만충전 용량의 반의 충전 용량으로 되었을 때의 단자 전압인 평균 충전 전압 V2보다 작은 전압으로 되도록 설정되어 있고, 상기 제 1 전지팩에는 저항이 직렬 접속되어 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.
상기의 구성에 의하면, 상기 제 1 전지팩의 평균 충전 전압 V1이, 상기 제 2 전지팩의 평균 충전 전압 V2보다 작은 전압으로 되도록 설정되어 있다. 이 때문에, 통상시(만충전의 전압보다 약간 낮게 설정된 강제 방전 개시 전압에 도달할 때까지)는, 발전기로부터의 충전 전류를 제 1 전지팩이 주(主)로 되어 받아들이고, 제 1 전지팩이 만충전에 가까워지면, 발전기로부터의 충전 전류를 측류 회로인 제 2 전지팩이 받아들이게 된다.
또한, 상기 제 1 전지팩에는 저항이 직렬 접속되어 있다. 이와 같이, 저항을 상기 제 1 전지팩과 직렬로 접속함으로써 상기 제 1 전지팩의 충전 전압을 외관상 크게 할 수 있다. 즉, 상기 제 1 전지팩의 참(眞) 전압에, 충전 전류에 따른 충전 전압의 차분(저항의 저항값과 전류의 곱으로 구해지는 전압의 변화)이 가산되기 때문에, 충전 전압의 관계가 외관상 역전한다(제 1 전지팩>제 2 전지팩). 충전 전압의 관계가 역전한 후는, 상기 발전기로부터의 충전 전류는 우선적으로 제 2 전지팩에 공급된다. 이것에 의해, 큰 충전 전류가 발생했을 때에는 상술한 역전 현상이 생기는 제 1 전지팩의 SOC가 보다 낮은 쪽으로 시프트하기 때문에, 제 1 전지팩을 구성하는 각 제 1 소전지가 과충전되는 것을 방지할 수 있다.
상기의 구성에 의하면, 과도한 발열을 수반하는 저항체를 이용하지 않기 때문에, 전지 집합체(특히 주 전원인 제 1 전지팩)의 분위기 온도를 높이는 경우는 없다. 따라서, 열에 의한 소전지의 변형의 문제를 회피하는 것이 용이하다.
따라서, 니켈수소 축전지, 니켈카드뮴 축전지 등의 알칼리 축전지나, 리튬이온 2차 전지, 리튬 폴리머 2차 전지 등의 비수전해질 2차 전지 등의 단위 중량당 에너지 밀도가 높은 2차 전지를 이용한 경우에도, 2차 전지의 변형 등의 문제를 초래할 우려를 저감하면서, 발전기로부터의 전류를 모두 충전 전류로서 받아낼 수 있는 안정성이 높은 전원 시스템을 실현할 수 있다.
셀 스타터 전원과 같이, 끊임없이 발전기로부터의 충전 전류를 받아들일 필요가 있는 경우, 본 발명의 전원 시스템을 채용하면, 발전기로부터의 전류를 모두 충전 전류로서 받아내더라도 이 2차 전지의 변형이 생길 우려를 저감할 수 있다.
본 발명은, 예컨대, 끊임없이 발전기로부터의 충전 전류를 받아들일 필요가 있는 셀 스타터 전원을 이용한 경우에 특히 유효하다.
본 발명의 목적, 특징 및 이점은 이하의 상세한 설명과 첨부 도면에 의해 보다 명백해진다.
본 발명에 의하면, 단위 중량당 에너지 밀도가 높은 2차 전지를 이용하면서, 발전기로부터의 전류를 모두 충전 전류로서 받아내더라도 이 2차 전지의 변형을 억제하는 것이 용이하고, 안정성이 높은 전원 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 시스템의 구성을 설명하는 블록도,
도 2는 소전지의 일례인 리튬이온 2차 전지의, 상온에 있어서의 초기의 충방전 거동을 나타내는 도면,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전원 시스템의 구성을 설명하는 블록도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 시스템의 기능 블록도,
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전원 시스템의 구성을 설명하는 블록도이다.
본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태에 대하여, 도면을 이용하여 이하에 설명한다.
도 1은 본 실시예에 따른 전원 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 전원 시스템(40)은 발전기(1) 및 전지 집합체(20)를 구비하고 있다. 발전기(1)는, 전지 집합체(20)를 충전시키기 위한 것이며, 예컨대, 차량에 탑재되고, 엔진의 회전 운동에 의해서 발전을 행하는 정전압 사양의 발전기이다. 전지 집합체(20)는, 복수(도 1의 구성에서는 4개)의 소전지 α(제 1 소전지)가 직렬 접속된 제 1 전지팩(2a)과, 복수(도 1의 구성에서는 12개)의 소전지 β(제 2 소전지)가 직렬 접속된 제 2 전지팩(2b)을 포함하고 있고, 제 1 전지팩(2a)과 제 2 전지팩(2b)은 병렬 접속되어 있다. 발전기(1)로부터는, 제 1 전지팩(2a) 및 제 2 전지팩(2b)으로 부정기적으로 충전 전류가 공급된다.
본 실시예에서는, 제 1 전지팩(2a)의 발전기(1)측의 단자(양극)에, 저항(3)이 직렬 접속되어 있고, 발전기(1)로부터의 충전 전류가, 저항(3)을 통해서 발전기(1)에 공급되도록 구성되어 있다. 전원 시스템(40)에는, 부하의 일례인 차량 탑재 기기(5)가 접속되어 있다. 차량 탑재 기기(5)는, 예컨대 차량의 엔진을 시동시키기 위한 셀 스타터나, 라이트, 카 내비게이션 장치 등의 부하 장치이다. 또한, 제 1 전지팩(2a)의 양극이, 저항(3)을 통해서 차량 탑재 기기(5)에 접속되어 있고, 제 1 전지팩(2a)의 방전 전류가 저항(3)을 통해서 차량 탑재 기기(5)로 공급되게 되어 있다.
저항(3)의 저항값은, 소전지 α 하나당 30mΩ 이상 118mΩ 이하의 범위로 설정되어 있는 것이 바람직하다.
이후, 발전기(1)로서 정전압 사양의 것을 이용하여, 제 1 전지팩(2a)을 구성하는 소전지 α로서, 비수전해질 2차 전지의 일례인 리튬이온 2차 전지를 이용하고, 소전지 β로서, 알칼리 축전지(구체적으로는 니켈수소 축전지)를 이용한 경우에 대하여 상술한다.
도 2는 양극 활물질로서 코발트산리튬을 이용하고, 음극 활물질로서 흑연을 이용한 리튬이온 2차 전지를, 정전압 사양의 발전기로 충전한 경우의 충전 거동을 나타내는 도면이다. 도면중, 발전기(1)의 정격 전압이 리튬이온 전지(소전지) 한 개당에 분배된 전압 Ve(각 소전지의 단자 전압)가 3.8V인 경우를 나타내는 그래프를 부호 A, 3.9V인 경우를 나타내는 그래프를 나타내는 그래프를 부호 B, 4.0V인 경우를 나타내는 그래프를 부호 C, 4.1V인 경우를 나타내는 그래프를 부호 D, 4.2V인 경우를 나타내는 그래프를 부호 E로 나타내고 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 전압 Ve가 3.8V인 경우(도 2 중, 부호 A로 나타내는 경우), 충전 개시로부터 약 33분까지 전류 일정으로 하고, 그 이후, 전압 일정으로 하고 있다. 전압 Ve가 3.9V인 경우(도 2 중, 부호 B로 나타내는 경우), 충전 개시로부터 약 41분까지 전류 일정으로 하고, 그 이후, 전압 일정으로 하고 있다. 전압 Ve가 4.0V인 경우(도 2 중, 부호 C로 나타내는 경우), 충전 개시로부터 약 47분까지 전류 일정으로 하고, 그 이후, 전압 일정으로 하고 있다. 전압 Ve가 4.1V인 경우(도 2 중, 부호 D로 나타내는 경우), 충전 개시로부터 약 53분까지 전류 일정으로 하고, 그 이후, 전압 일정으로 하고 있다. 전압 Ve가 4.2V인 경우(도 2 중, 부호 E로 나타내는 경우), 충전 개시로부터 약 57분까지 전류 일정으로 하고, 그 이후, 전압 일정으로 하고 있다.
발전기(1)는, 일정 전류로 전압 Ve에 도달할 때까지 소전지 α(리튬이온 2차 전지)를 충전하고, 전류를 감쇠시키면서 리튬이온 2차 전지를 정전압 충전하도록 구성하고 있다. 예컨대, 상기 정격 전압이 3.9V인 경우(도 2 중, 부호 B로 나타내는 경우), 충전 심도(SOC:State of Charge)(전압 Ve가 3.9V인 충전 용량을 전압 Ve가 4.2V인 충전 용량으로 나눈 값)는 73%로 된다. 한편, 발전기(1)의 전압 Ve가 리튬이온 2차 전지 1개당 4.1V인 경우(도 2 중, 부호 D로 나타내는 경우), SOC는 91%로 된다. 표 1은, 도 2를 기초로 하여, 상기 정격 전압과 SOC와의 관계를 나타낸 것이다.
[표 1]
Figure pct00001
리튬이온 2차 전지는, 충전 후의 SOC가 100% 근방으로 되면, 비수전해질을 포함하는 전해액의 성분(주로 카보네이트)이 분해되기 쉽게 된다고 하는 특성이 있다. 이 때문에, SOC가 100%에 가까운 상태의 리튬이온 2차 전지에 대하여, 발전기(1)로부터 충전 전류가 더 공급되는 것을 피하기 위해, 저항(3)의 기능에 의해 큰 충전 전류가 제 1 전지팩(2a)에 흐르지 않고, 제 2 전지팩(2b)에 우선적으로 흐르도록 하고 있다.
구체적으로는, 충전 전류가 증대하면 저항(3)의 전압 강하가 증대한다. 그러면, 이 전압 강하와 제 1 전지팩(2a)의 단자 전압과의 합계도 증대한 결과, 제 2 전지팩에 분배되는 전류가 증대하게 된다.
여기서, 본 실시예에 따른 전원 시스템(40)의 구체적인 동작에 대하여, 설명한다.
SOC가 낮은 영역에서는, 제 1 전지팩(2a)의 평균 충전 전압 V1은, 제 2 전지팩(2b)의 평균 충전 전압 V2보다 작다. 이 때문에, 발전기(1)로부터의 충전 전류는 전류값이 과도하게 크지 않으면 우선적으로 제 1 전지팩(2a)에 공급된다.
여기서 소전지 β인 니켈수소 축전지는 충전 전압의 평탄성이 높기 때문에, SOC가 100%에 가까워져도 제 2 전지팩(2b)의 충전 전압이 급격히 증가하는 일은 없다. 한편, 소전지 α인 리튬이온 2차 전지는 충전 전압의 평탄성이 낮기 때문에, 만충전(SOC 100%)이 가까워지면 SOC의 상승에 따라 제 1 전지팩(2a)의 충전 전압은 급격히 증가한다. 즉, 제 1 전지팩(2a)의 평균 충전 전압 V1을 제 2 전지팩(2b)의 평균 충전 전압 V2보다 작게 하더라도, SOC가 100%에 가까워지면, 제 1 전지팩(2a)의 충전 전압은 제 2 전지팩(2b)의 충전 전압보다 커진다.
소전지 α인 리튬이온 2차 전지를 큰 전류로 충전하면 충전 전압이 상승하여 과충전이 되어, 성능이 현저히 열화할 뿐만 아니라, 신뢰성이 손상될 가능성이 있다. 그것을 방지하기 위해, 본 실시예에서는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 적정한 저항값을 갖는 저항(3)을 제 1 전지팩(2a)과 직렬로 접속하고 있다. 이것에 의해, 제 1 전지팩(2a)의 충전 전압이 외관상 커진다.
구체적으로는, 제 1 전지팩(2a)의 참 전압에, 충전 전류에 따른 충전 전압의 차분(저항(3)의 저항값과 전류의 곱으로 구해지는 전압의 변화)이 가산되고, 충전 전압의 관계가 외관상 역전한다(제 1 전지팩(2a)>제 2 전지팩(2b)). 충전 전압의 관계가 역전한 후는, 반대로 발전기(1)로부터의 충전 전류는 우선적으로 제 2 전지팩(2b)에 공급된다.
상기의 구성에 의하면, 큰 충전 전류가 발생했을 때에는 상술한 역전 현상이 생기는 SOC가 보다 낮은 쪽으로 시프트하기 때문에, 제 1 전지팩(2a)을 구성하는 리튬이온 2차 전지가 과충전될 우려가 없어진다.
또, 발전기(1)로부터 제 1 전지팩(2a) 또는 제 2 전지팩(2b)으로는, 항상 충전 전류가 흐르는 것은 아니고, 예컨대, 브레이킹 등의 시에는 반대로 제 1 전지팩(2a) 및 제 2 전지팩(2b)은 차량 탑재 기기(5)를 향해서 방전하고, 다시 발전기(1)로부터의 충전 전류를 받아들이는 상태로 된다.
제 1 전지팩(2a)의 평균 충전 전압 V1과 제 2 전지팩(2b)의 평균 충전 전압 V2의 관계를 상술한 바와 같이 함으로써, 전원 시스템(40)의 구성을 간소화할 수 있다.
예컨대, 도 1의 구성에 있어서, 제 2 전지팩(2b)의 소전지 β로서, 알칼리 축전지(구체적으로는 니켈수소 축전지, 평균 충전 전압은 1 셀당 1.4V)를 이용한 경우, 12개의 소전지 β로 이루어지는 제 2 전지팩(2b)의 평균 충전 전압 V2는 16.8V로 된다. 한편, 4개의 리튬이온 2차 전지(평균 충전 전압은 1 셀당 3.8V)로 이루어지는 제 1 전지팩(2a)의 평균 충전 전압 V1은 15.2V로 된다. 따라서, 제 1 전지팩(2a)의 평균 충전 전압 V1과 제 2 전지팩(2b)의 평균 충전 전압 V2와의 비 V2/V1은 1.11로 된다. 보통, 발전기(1)는 정전압 사양이기 때문에, 상술한 형태와 같이 제 1 전지팩(2a)의 평균 충전 전압 V1을 제 2 전지팩(2b)의 평균 충전 전압 V2보다 작게 되도록 구성함으로써, 한쪽의 전지팩을 변압하는 등의 번잡한 수단(예컨대, 한쪽의 전지팩을 DC/DC 컨버터를 사용하여 V2/V1이 1.1 정도로 되도록 하는 수단)을 이용하지 않고, 발전기(1)로부터의 전류를 모두 충전 전류로서 받아내더라도 이 2차 전지의 변형을 억제할 수 있는, 안정성이 높은 전원 시스템(40)을 간편하게 구성할 수 있다.
도 3은 본 실시예에 따른 전원 시스템의 다른 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 전원 시스템(50)은 발전기(1), 전지 집합체(20) 및 제어부(70)를 구비하고 있다. 발전기(1)는, 전지 집합체(20)를 충전시키기 위한 것이며, 예컨대 차량에 탑재되고, 엔진의 회전 운동에 의해서 발전을 행하는 정전압 사양의 발전기이다.
전원 시스템(50)에는, 도 1의 구성과 마찬가지로, 부하의 일례인 차량 탑재 기기(5)가 접속되어 있다.
전지 집합체(20)는, 복수(도 3의 구성에서는 4개)의 소전지 α(제 1 소전지)가 직렬 접속된 제 1 전지팩(2a)과, 복수(도 3의 구성에서는 12개)의 소전지 β(제 2 소전지)가 직렬 접속된 제 2 전지팩(2b)을 포함하고, 제 1 전지팩(2a)과 제 2 전지팩(2b)이 병렬 접속되어 있다. 여기서, 제 1 전지팩(2a)에는, 저항(3)이 발전기(1)측(차량 탑재 기기(5)측)에 직렬 접속되어 있기 때문에, 발전기(1)로부터의 충전 전류는, 저항(3)을 통해서 제 1 전지팩(2a)에 공급된다. 또한, 제 1 전지팩(2a)에 축전된 전류는 저항(3)을 통해서 차량 탑재 기기(5)에 방전된다. 또, 발전기(1)로부터는, 제 1 전지팩(2a) 및 제 2 전지팩(2b)으로 부정기적으로 충전 전류가 공급된다.
또한, 저항(3)에는, 스위치(6)가 병렬 접속되어 있다. 또한, 저항(3)에는, 다이오드(8)도 병렬 접속되어 있다. 다이오드(8)는, 그 애노드가 제 1 전지팩(2a)의 양극에 접속되고, 또한, 그 캐소드가 발전기(1) 및 차량 탑재 기기(5)에 접속되어 있고, 저항(3)을 보조하여, 제 1 전지팩(2a)을 방전시키는 기능을 갖고 있다. 스위치(6)는, 제어부(70)로부터의 지령에 근거하여, 제 1 전지팩(2a)과, 발전기(1) 및 차량 탑재 기기(5)의 접속을 온/오프(ON/OFF)하도록 마련되어 있다.
여기서, 도 4의 기능 블록도를 참조하여, 전원 시스템(50)의 구체적인 동작에 대하여 설명한다.
도 4의 기능 블록도에 나타낸 바와 같이, 제어부(70)는, 전압 검출 회로(전압 측정부)(7)에 의해 측정된 제 1 전지팩(2a)의 전압이 차차 입력되는 입력부(9)와, 제 1 전지팩(2a)의 방전 종지 전압 Vs를 기억하는 기억부(메모리)(11)와, 입력부(9)에 입력된 측정 전압과, 기억부(11)로부터 판독한 방전 종지 전압 Vs에 근거하여, 발전기(1) 및 차량 탑재 기기(5)와 제 1 전지팩(2a)을 접속하는 스위치(6)의 온/오프를 전환하는 스위치 제어부(10)와, 스위치 제어부(10)로부터의 제어 신호를 스위치(6)에 출력하는 제어 신호 출력부(12)를 구비하고 있다. 스위치(6)로서는, 전계 효과 트랜지스터(FET), 반도체 스위치 등의 일반적인 스위치를 이용할 수 있다. 전압 검출 회로(7)는, 예컨대, 제 1 전지팩(2a)의 단자 전압을 검출하는 AD(아날로그 디지털) 컨버터나 비교기 등을 이용하여 구성되어 있다.
스위치 제어부(10)는, 전압 검출 회로(7)에 의해서 측정된 제 1 전지팩(2a)의 전압이, 기억부(11)로부터 판독한 방전 종지 전압 Vs에 도달할 때까지, 스위치(6)를 온 상태로 하도록 제어한다. 이것에 의해, 제 1 전지팩(2a)을 단시간에 소정의 상태(방전 종지 전압 Vs)까지 방전할 수 있다. 한편, 전압 검출 회로(7)에 의해서 측정된 제 1 전지팩(2a)의 전압이 방전 종지 전압 Vs에 도달하면, 스위치 제어부(10)는, 제어 신호 출력부(12)를 통해 스위치(6)에 대하여, 제 1 전지팩(2a)과의 접속을 오프로 하는 제어 신호를 출력한다. 이것에 의해, 방전 전류를 제한하여 제 1 전지팩(2a)이 필요 이상으로 방전될 우려를 저감할 수 있다.
제 1 전지팩(2a)의 평균 충전 전압 V1과 제 2 전지팩(2b)의 평균 충전 전압 V2의 비 V2/V1은, 1.01 이상 1.18 이하의 범위로 설정하는 것이 바람직하다. 비 V2/V1이 1.01 미만의 경우는, 발전기(1)로부터의 충전 전류가 제 2 전지팩(2b)에 흐르기 쉽게 되기 때문에, 제 1 전지팩(2a)이 효율적으로 충전되지 않게 되기 때문이다. 또한, 반대로 비 V2/V1이 1.18을 넘는 경우, 제 1 전지팩(2a)이 과충전으로 되기 쉽기 때문이다.
여기서, 상기 평균 충전 전압의 산출 방법에 대하여 설명한다.
소전지가 리튬이온 2차 전지 등의 비수전해질 2차 전지의 경우, 충전 종지 전압은 양극이나 음극에 이용하는 활물질의 특질에 따라 인위적으로 설정되지만, 보통은 4.2V이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 충전 종지 전압을 4.2V로 한 도 2 중 E의 경우, 만충전 용량은 2550mAh이다. 이 경우, 충전 용량이 1275mAh(4.2V 충전한 경우의 충전 용량의 반)의 시점의 전압(3.8V)이, 비수전해질 2차 전지 1셀당 평균 충전 전압으로 된다. 한편, 소전지가 니켈수소 축전지 등의 알칼리 축전지의 경우, 양극 활물질인 수산화니켈의 특질로서, 완전 충전 완료와 동시에 온도 상승에 의해 충전 전압이 저하되어, 만충전 상태로 된다. 이 만충전 상태가 되었을 때의 축전 전하량인 만충전 용량의 반의 시점의 전압이 알칼리 축전지의 평균 충전 전압으로 된다.
제 1 전지팩(2a)을 구성하는 소전지 α로서는, 본 실시예와 같이, 리튬이온 2차 전지 등의 비수전해질 2차 전지를 이용하는 것이 바람직하다.
비수전해질 2차 전지는, 알칼리 축전지 등에 비해 에너지 밀도가 높기 때문에, 전원 시스템(40)에 있어서의 충전 전류의 주된 수납처로서 바람직하기 때문이다. 또, 비수전해질 2차 전지는, 고온환경하에서 전해액 성분이 분해되는 등의 과제도 갖는 바, 발열이 현저한 저항체 대신에 제 2 전지팩(2b)을 측류 회로로 한 본 실시예의 구성이면, 전지 집합체(20)(특히 주 전원인 제 1 전지팩(2a))의 분위기 온도의 상승에 의한 소전지의 변형의 문제의 초래를 회피하는 것이 용이하다. 따라서, 제 1 전지팩(2a)을 구성하는 소전지 α로서, 에너지 밀도가 높은 비수전해질 2차 전지를 문제없이 이용할 수 있다.
또한, 소전지 α로서 비수전해질 2차 전지를 이용한 경우, 상기 비수전해질 2차 전지의 양극의 활물질로 코발트를 포함하는 리튬 복합산화물을 이용하는 것이 바람직하다.
코발트산리튬 등의 코발트를 포함하는 리튬 복합산화물을 양극의 활물질로 이용함으로써 비수전해질 2차 전지의 방전 전압이 높아져, 에너지 밀도를 높이기 쉽게 되기 때문이다.
방전 종지 전압 Vs는 소전지 α 하나당 2.2V 이상 3.7V 이하의 범위로 설정되어 있는 것이 바람직하다. 도 3에 나타내는 전원 시스템(50)의 구성에 있어서, 스위치(6)를 온으로 하여, 제 1 전지팩(2a)을 방전했을 때에, 방전 종지 전압 Vs를 2.2V 미만으로 설정하면 소전지 α가 과방전되므로 바람직하지 않기 때문이다. 반대로, 방전 종료 전압 Vs를 3.7V를 초과하여 설정하면, 제 1 전지팩(2a)의 소전지 α 1회당의 방전 전기량이 너무 작기 때문에 기기측이 대전류를 원할 때에 제 1 전지팩(2a)이 곧 방전 종료 전압에 도달하여 방전을 할 수 없게 되는 동시에 제 2 전지팩(2b)만이 빈번하게 방전을 반복하게 되므로 바람직하지 못하기 때문이다.
도 5는 본 실시예에 따른 전지 집합체의 다른 구성예를 나타내고 있다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 따른 전원 시스템(60)은, 제 1 전지팩(2a')과 제 2 전지팩(2b')이 병렬 접속된 전지 집합체(20')를 구비하고 있다. 제 1 전지팩(2a')은, 도 1에 나타내는 전지 집합체(20)의 구성에 있어서의 제 1 전지팩(2a)에서 소전지 α를 하나 삭감한 3개의 소전지 α가 직렬 접속된 것에, 소전지 γ(제 3 소전지)로서 평균 충전 전압이 1.4V인 알칼리 축전지를 2개 더 직렬 접속하고 있다. 제 2 전지팩(2b')은, 도 1 및 도 3에 나타내는 전지 집합체(20)의 구성에 있어서의 제 2 전지팩(2b)에서 소전지 β를 하나 삭감하고, 11개의 소전지 β가 직렬 접속되어 있다.
상기의 구성에 의해, 제 1 전지팩(2a')의 평균 충전 전압 V1은 14.2V로 되고, 제 2 전지팩(2b')의 평균 충전 전압 V2는 15.4V로 된다. 이것에 의해, 제 1 전지팩(2a')의 평균 충전 전압 V1과 제 2 전지팩(2b')의 평균 충전 전압 V2와의 비 V2/V1을, 1.01 이상 1.18 이하의 범위로 할 수 있다. 여기서, 제 1 전지팩(2a')을 구성하는 소전지 γ의 용량이 소전지 α의 용량보다 큰 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 전원 시스템(40)은, 소전지 α로서 비수전해질 2차 전지를 이용한 경우, 소전지 α가 1셀당 4.0V 근방으로 되도록 강제 방전 개시 전압 Va를 마련하면(즉, 강제 방전 개시 전압 Va는 4.0V의 정수배이다), 만충전(SOC=100%, 충전 종지 전압 4.2V)에 대하여 마진을 설정할 수 있기 때문에 바람직하다. 그러나 발전기(1)로서 범용의 납 축전지 사양인 것을 이용하는 경우, 정격 전압은 14.5V이며, 4.0V의 정수배로는 되지 않고 우수리(2.5V)가 생긴다고 하는 문제가 있다. 그래서, 직렬 접속된 복수의 소전지 α에, 소전지 γ(평균 충전 전압이 1.4V 근방인 알칼리 축전지)를 적절히, 소전지 α와 직렬로 더 접속함으로써 상술한 우수리에 대응하는 것이 가능해진다.
구체적으로는, 상기한 바와 같이, 평균 충전 전압이 3.8V인 리튬이온 2차 전지를 소전지 α로서 3개 직렬 접속한 것에, 평균 충전 전압이 1.4V인 니켈수소 축전지를 소전지 γ로서 2개 더 직렬 접속한 제 1 전지팩(2a)을 이용한 경우, 제 1 전지팩(2a)의 평균 충전 전압 V1은 14.2V로 된다. 여기서 소전지 γ인 니켈수소 축전지는 충전 전압의 평탄성이 높다(SOC의 변화에 대한 단자 전압의 변화가 작다). 즉, 니켈수소 축전지의 경우, 충전에 의해 SOC가 높아져도 충전 전압은 평탄하고 거의 변하지 않지 않는 데 비하여, 리튬이온 축전지의 경우는, 충전에 의해 SOC가 높아지면 그것에 따른 충전 전압도 높아지기 때문에, 소전지 α(리튬이온 2차 전지)는, 소정의 전압(3.9V)까지 충전된다.
이 때문에, 소전지 γ의 용량을 소전지 α의 용량보다 크게 하면, 니켈수소 축전지의 상기의 평탄성(충전 도중은 SOC에 관계없이 충전 전압이 평탄하고 거의 변하지 않음)을 이용하여, 남는 0.3V(발전기(1)의 정격 전압인 14.5V로부터, 제 1 전지팩(2a)의 평균 충전 전압 V1인 14.2V를 뺀 값)를 3개의 소전지 α의 충전에 분배한다. 이것에 의해, 결과적으로 소전지 α(리튬이온 2차 전지)는 1 셀당 3.9V(SOC 환산으로 73%)까지 충전할 수 있게 된다.
또한, 상기의 예와 같이, 제 2 전지팩(2b)을 구성하는 소전지 β로서는, 알칼리 축전지(구체적으로는 니켈수소 축전지, 평균 충전 전압은 1 셀당 1.4V)를 이용하는 것이 바람직하다.
알칼리 축전지는, 양극 활물질인 수산화니켈의 특질로서, 완전 충전 완료와 동시에 온도 상승을 수반하기 때문에, 산소 과전압이 저하되어 충전 전압이 저하하는 바, 발열이 현저한 저항체 대신에 제 2 전지팩(2b)을 측류 회로로 한 본 실시예의 구성이면, 전지 집합체(20)(특히 주 전원인 제 1 전지팩(2a))의 분위기 온도의 상승에 의한 소전지의 변형의 문제의 초래를 회피하는 것이 용이해진다. 따라서, 측류 회로인 제 2 전지팩(2b)을 구성하는 소전지 β에 단위 중량당 에너지 밀도가 높은 알칼리 축전지를 문제없이 이용할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 일 국면에 따른 전원 시스템은, 복수의 제 1 소전지를 직렬 접속하여 이루어지는 제 1 전지팩과 복수의 제 2 소전지를 직렬 접속하여 이루어지는 제 2 전지팩이 병렬로 접속된 전지 집합체와, 상기 전지 집합체를 충전시키는 발전기를 포함하고, 상기 전지 집합체는, 상기 제 1 전지팩이 만충전 용량의 반의 충전 용량으로 되었을 때의 단자 전압인 평균 충전 전압 V1이, 상기 제 2 전지팩이 만충전 용량의 반의 충전 용량으로 되었을 때의 단자 전압인 평균 충전 전압 V2보다 작은 전압으로 되도록 설정되어 있고, 상기 제 1 전지팩에는 저항이 직렬 접속되어 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.
상기의 구성에 의하면, 상기 제 1 전지팩의 평균 충전 전압 V1이, 상기 제 2 전지팩의 평균 충전 전압 V2보다 작은 전압으로 되도록 설정되어 있다. 이 때문에, 통상시(만충전의 전압보다 약간 낮게 설정된 강제 방전 개시 전압에 도달할 때까지)는, 발전기로부터의 충전 전류를 제 1 전지팩이 주(主)가 되어 받아들이고, 제 1 전지팩이 만충전에 가까워지면, 발전기로부터의 충전 전류를 측류 회로인 제 2 전지팩이 받아들이게 된다.
또한, 상기 제 1 전지팩에는 저항이 직렬 접속되어 있다. 이와 같이, 저항을 상기 제 1 전지팩과 직렬로 접속함으로써 상기 제 1 전지팩의 충전 전압을 외관상 크게 할 수 있다. 즉, 상기 제 1 전지팩의 참 전압에, 충전 전류에 따른 충전 전압의 차분(저항의 저항값과 전류의 곱으로 구해지는 전압의 변화)이 가산되기 때문에, 충전 전압의 관계가 외관상 역전한다(제 1 전지팩>제 2 전지팩). 충전 전압의 관계가 역전한 후는, 상기 발전기로부터의 충전 전류는 우선적으로 제 2 전지팩에 공급된다. 이것에 의해, 큰 충전 전류가 발생했을 때에는 상술한 역전 현상이 생기는 SOC가 보다 낮은 쪽으로 시프트하기 때문에, 제 1 전지팩을 구성하는 각 제 1 소전지가 과충전되는 것을 방지할 수 있다.
상기의 구성에 의하면, 과도한 발열을 수반하는 저항체를 이용하지 않기 때문에, 전지 집합체(특히 주 전원인 제 1 전지팩)의 분위기 온도를 높이는 경우는 없다. 따라서, 열에 의한 소전지의 변형의 문제를 회피하는 것이 용이해진다.
따라서, 니켈수소 축전지, 니켈카드뮴 축전지 등의 알칼리 축전지나, 리튬이온 2차 전지, 리튬 폴리머 2차 전지 등의 비수전해질 2차 전지 등의 단위 중량당 에너지 밀도가 높은 2차 전지를 이용한 경우에도, 2차 전지의 변형 등의 문제를 초래할 우려를 저감하면서, 발전기로부터의 전류를 모두 충전 전류로서 받아낼 수 있는 안정성이 높은 전원 시스템을 실현할 수 있다.
상기의 구성에 있어서, 상기 저항의 저항값을 제 1 소전지 하나당 30mΩ 이상 118mΩ 이하로 하는 것이 바람직하다.
상기 저항의 저항값이 30mΩ 미만이라고 하면, 상기 제 1 전지팩의 SOC가 과잉으로 될 때까지 충전되기 때문에, 바람직하지 못하다. 한편, 반대로 상기 저항의 저항값이 118mΩ를 초과하면 상기 제 1 전지팩의 충전 전기량이 불충분한 단계에서 충전 전류가 차단되기 때문에 바람직하지 못하기 때문이다.
상기의 구성에 있어서, 상기 제 1 전지팩의 전압을 측정하는 전압 측정부와, 상기 저항에 병렬 접속되고, 상기 제 1 전지팩과, 상기 발전기와의 접속의 온/오프를 전환하는 스위치와, 상기 전압 측정부에 의한 측정 결과에 근거하여, 상기 스위치의 온/오프를 전환하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 전압 측정부에 의한 상기 제 1 전지팩의 측정 전압이, 경시적으로 감소한 것을 검지했을 때, 상기 스위치를 온으로 하도록 제어하는 것이 바람직하다.
상기의 구성에 의하면, 상기 제어부는, 상기 전압 측정부에 의한 상기 제 1 전지팩의 측정 전압이, 경시적으로 감소한 것을 검지했을 때, 상기 스위치를 온 상태로 하도록 제어한다. 이것에 의해, 상기 제 1 전지팩의 전압이 경시적 감소(방전의 개시)를 검지하면, 상기 스위치를 통해서, 상기 제 1 전지팩을 단시간에 소정의 상태까지 방전할 수 있다.
상기의 구성에 있어서, 상기 제어부가, 상기 전압 측정부에 의한 상기 제 1 전지팩의 측정 전압이, 방전 종료 전압 Vs에 도달한 것을 검지했을 때, 상기 스위치를 오프로 하도록 제어하는 것이 바람직하다.
상기의 구성에 의하면, 상기 제 1 전지팩의 측정 전압이, 방전 종료 전압 Vs에 도달한 후에는, 제 1 전지팩에 축전된 전압이 저항을 통해 방전된다. 이 때문에, 제 1 전지팩이 필요 이상으로 방전될 우려를 저감할 수 있다.
상기의 구성에 있어서, 상기 저항에 병렬 접속된 다이오드를 더 포함하고, 캐소드가 상기 발전기에 접속되어 있는 것이 바람직하다.
상기의 구성에 있어서, 상기 제 1 전지팩의 평균 충전 전압 V1과 상기 제 2 전지팩의 평균 충전 전압 V2와의 비 V2/V1이, 1.01 이상 1.18 이하의 범위로 설정되어 있는 것이 바람직하다.
비 V2/V1이 1.01 미만인 경우는, 발전기로부터의 충전 전류가 제 2 전지팩에 흐르기 쉽게 되기 때문에, 제 1 전지팩이 효율적으로 충전되지 않게 되기 때문이다. 또한, 반대로 비 V2/V1이 1.18을 넘는 경우, 제 1 전지팩이 과충전이 되기 쉽기 때문이다.
제 1 전지팩을 구성하는 제 1 소전지로서는, 본 실시예와 같이, 리튬이온 2차 전지 등의 비수전해질 2차 전지를 이용하는 것이 바람직하다.
비수전해질 2차 전지는, 알칼리 축전지 등에 비해 에너지 밀도가 높기 때문에, 전원 시스템에 있어서의 충전 전류의 주된 수납처로서 바람직하기 때문이다. 또, 비수전해질 2차 전지는, 고온환경하에서 전해액 성분이 분해되는 등의 과제도 갖는 바, 발열이 현저한 저항체 대신에 제 2 전지팩을 측류 회로로 한 본 실시예의 구성이면, 전지 집합체(특히 주 전원인 제 1 전지팩)의 분위기 온도의 상승에 의한 소전지의 변형의 문제의 초래를 회피할 수 있다. 따라서, 제 1 전지팩을 구성하는 제 1 소전지로서, 에너지 밀도가 높은 비수전해질 2차 전지를 문제없이 이용할 수 있다.
또한, 제 1 소전지로서 비수전해질 2차 전지를 이용한 경우, 상기 비수전해질 2차 전지의 양극의 활물질로 코발트를 포함하는 리튬 복합산화물을 이용하는 것이 바람직하다. 코발트산리튬 등의 코발트를 포함하는 리튬 복합산화물을 양극의 활물질로 이용하는 것으로 비수전해질 2차 전지의 방전 전압이 높아져, 에너지 밀도를 높이기 쉽게 되기 때문이다.
상기의 구성에 있어서, 상기 방전 종지 전압 Vs가 상기 제 1 소전지 하나당2.2V 이상 3.7V 이하로 설정되어 있는 것이 바람직하다.
상기 스위치를 이용하여 제 1 전지팩을 방전했을 때에, 방전 종료 전압 Vs를 2.2V 미만으로 설정하면, 제 1 소전지가 과방전되기 때문에 바람직하지 못하다. 한편, 반대로, 방전 종료 전압 Vs를 3.7V를 초과하여 설정하면, 제 1 전지팩의 제 1 소전지 1회당의 방전 전기량이 너무 작기 때문에 기기측이 대전류를 원할 때에 제 1 전지팩이 곧 방전 종료 전압에 도달하여 방전을 할 수 없게 되는 동시에 제 2 전지팩만이 빈번히 방전을 반복하게 되므로 바람직하지 못하기 때문이다.
상기의 구성에 있어서, 상기 제 1 전지팩이, 상기 직렬 접속된 복수의 제 1 소전지에, 알칼리 축전지로 이루어지는 제 3 소전지를 더 직렬 접속하여 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 제 3 소전지의 용량이 제 1 소전지의 용량보다 큰 것이 바람직하다.
상기의 구성에 의하면, 발전기의 정격 전압에 맞추어 제 1 전지팩을 적합하게 조합하는 것에 의해 과부족없이 충전을 할 수 있게 된다. 따라서, 강제 방전 개시 전압 Va의 범위를 상기의 범위로 한 경우, 상기 범위가 바람직한 이유는 제 3 소전지를 구비하고 있지 않은 구성의 경우와 마찬가지인데, 이것에 의해서, 제 1 전지팩을 구성하는 제 1 소전지 또는 제 3 소전지의 충전 전압이 매우 커졌을 때에 위험을 회피할 수 있게 된다. 또한, 제 1 전지팩의 전압을 개별적으로 측정하여 제어하지 않고 있더라도, 충분한 안전성을 확보할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 전원 시스템은, 제 1 소전지로서 비수전해질 2차 전지를 이용한 경우, 제 1 소전지가 1 셀당 4.0V 근방으로 되도록 강제 방전 개시 전압 Va를 마련하면(즉, 강제 방전 개시 전압 Va는 4.0V의 정수배이다), 만충전(SOC=100%, 충전 종지 전압 4.2V)에 대하여 마진을 설정할 수 있기 때문에 바람직하다. 그러나 발전기로서 범용의 납 축전지 사양인 것을 이용하는 경우, 정격 전압은 14.5V이며, 4.0V의 정수배로는 되지 않고 우수리(2.5V)가 생긴다고 하는 문제가 있다. 그래서, 직렬 접속된 복수의 제 1 소전지(제 1 전지팩)에, 제 3 소전지(평균 충전 전압이 1.4V 근방인 알칼리 축전지)를 적절히, 제 1 소전지와 직렬로 더 접속함으로써 상술한 우수리에 대응하는 것이 가능해진다.
구체적으로는, 상기한 바와 같이, 평균 충전 전압이 3.8V인 리튬이온 2차 전지를 제 1 소전지로서 3개 직렬 접속한 것에, 평균 충전 전압이 1.4V인 니켈수소 축전지를 제 3 소전지로서 2개 더 직렬 접속한 제 1 전지팩을 이용한 경우, 제 1 전지팩의 평균 충전 전압 V1은 14.2V로 된다. 여기서 제 3 소전지인 니켈수소 축전지는 충전 전압의 평탄성이 높다(SOC의 변화에 대한 단자 전압의 변화가 작다). 즉, 니켈수소 축전지의 경우, 충전에 의해 SOC가 높아져도 충전 전압은 평탄하고 거의 변하지 않는 것에 비하여, 리튬이온 축전지의 경우는, 충전에 의해 SOC가 높아지면 그것에 따른 충전 전압도 높아지기 때문에, 소전지(리튬이온 2차 전지)는 소정의 전압(3.9V)까지 충전된다.
이 때문에, 제 3 소전지의 용량을 제 1 소전지의 용량보다 크게 하면, 니켈수소 축전지의 상기의 평탄성(충전 도중은 SOC에 관계없이 충전 전압이 평탄하고 거의 변하지 않는다)을 이용하여, 남는 0.3V(발전기의 정격 전압인 14.5V에서, 제 1 전지팩의 평균 충전 전압 V1인 14.2V를 뺀 값)을 3개의 제 1 소전지의 충전에 분배한다. 이것에 의해, 결과적으로 제 1 소전지(리튬이온 2차 전지)는 1 셀당 3.9V(SOC 환산으로 73%)까지 충전할 수 있게 된다.
상기의 구성에 있어서, 제 2 전지팩을 구성하는 제 2 소전지로서는, 알칼리 축전지(구체적으로는 니켈수소 축전지, 평균 충전 전압은 1셀당 1.4V)를 이용하는 것이 바람직하다.
알칼리 축전지는, 양극 활물질인 수산화니켈의 특질로서, 완전 충전 완료와 동시에 온도 상승을 수반하기 때문에, 산소 과전압이 저하되어 충전 전압이 저하되는 바, 발열이 현저한 저항체 대신에 제 2 전지팩을 측류 회로로 한 본 발명의 구성이면, 전지 집합체의 분위기 온도의 상승에 의한 소전지의 변형의 문제의 초래를 회피할 수 있다. 따라서, 측류 회로인 제 2 전지팩을 구성하는 제 2 소전지에 단위 중량당 에너지 밀도가 높은 알칼리 축전지를 문제없이 이용할 수 있다.
또, 제 1 소전지(소전지 α)로서 리튬이온 2차 전지를 이용한 예를 나타냈지만, 비수전해질 2차 전지 중에서도 전해액을 겔 형상으로 한 리튬 폴리머 2차 전지 등을 이용하더라도, 같은 결과가 얻어진다. 또한, 제 1 소전지로서 니켈수소 축전지를 이용한 예를 나타냈지만, 니켈카드뮴 축전지 등을 이용하더라도, 같은 결과가 얻어진다.
본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경이 가능하다. 본 발명의 각 실시예를 조합시켜 이용할 수도 있는 것은 물론이다.
본 발명의 전원 시스템은, 납 축전지보다 단위 중량당 에너지 밀도가 높은 비수전해질 2차 전지로 이루어지는 전지팩을 이용하기 때문에, 레이싱용 차량의 셀 스타터 전원으로서 이용 가능성이 높고, 그 효과는 크다.
1 : 발전기 3 : 저항
5 : 차량 탑재 기기 20 : 전지 집합체
40 : 전원 시스템

Claims (12)

  1. 복수의 제 1 소전지(素電池)를 직렬 접속하여 이루어지는 제 1 전지팩과 복수의 제 2 소전지를 직렬 접속하여 이루어지는 제 2 전지팩이 병렬로 접속된 전지 집합체와,
    상기 전지 집합체를 충전시키는 발전기를 포함하고,
    상기 전지 집합체는, 상기 제 1 전지팩이 만충전 용량의 반의 충전 용량으로 되었을 때의 단자 전압인 평균 충전 전압 V1이, 상기 제 2 전지팩이 만충전 용량의 반의 충전 용량으로 되었을 때의 단자 전압인 평균 충전 전압 V2보다 작은 전압으로 되도록 설정되어 있고,
    상기 제 1 전지팩에는 저항이 직렬 접속되어 이루어지는
    것을 특징으로 하는 전원 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 저항의 저항값은 상기 복수의 제 1 소전지 하나당 30mΩ 이상 118mΩ 이하로 설정되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 전지팩의 전압을 측정하는 전압 측정부와,
    상기 저항에 병렬 접속되고, 상기 제 1 전지팩과, 상기 발전기와의 접속의 온/오프(ON/OFF)를 전환하는 스위치와,
    상기 전압 측정부에 의한 측정 결과에 근거하여, 상기 스위치의 온/오프를 전환하는 제어부
    를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 전압 측정부에 의한 상기 제 1 전지팩의 측정 전압이, 경시적으로 감소한 것을 검지했을 때, 상기 스위치를 온으로 하도록 제어하는
    것을 특징으로 하는 전원 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 전압 측정부에 의한 상기 제 1 전지팩의 측정 전압이 방전 종료 전압 Vs에 도달한 것을 검지했을 때, 상기 스위치를 오프로 하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저항에 병렬 접속된 다이오드를 더 포함하고, 캐소드가 상기 발전기에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 전지팩의 평균 충전 전압 V1과 상기 제 2 전지팩의 평균 충전 전압 V2와의 비 V2/V1은, 1.01 이상 1.18 이하의 범위로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 소전지는 비수전해질 2차 전지인 것을 특징으로 하는 전원 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 비수전해질 2차 전지의 양극의 활물질로, 코발트를 포함하는 리튬 복합산화물을 이용한 것을 특징으로 하는 전원 시스템.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 방전 종지 전압 Vs는, 상기 복수의 제 1 소전지 하나당 3.85V 이상 3.95V 이하로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.
  10. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 전지팩은, 상기 직렬 접속된 복수의 제 1 소전지에, 알칼리 축전지로 이루어지는 제 3 소전지를 더 직렬 접속하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 3 소전지의 용량은 상기 제 1 소전지의 용량보다 큰 것을 특징으로 하는 전원 시스템.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 소전지로서 알칼리 축전지를 이용한 것을 특징으로 하는 전원 시스템.
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