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CN101816082A - 电源系统 - Google Patents

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CN101816082A
CN101816082A CN200880110502A CN200880110502A CN101816082A CN 101816082 A CN101816082 A CN 101816082A CN 200880110502 A CN200880110502 A CN 200880110502A CN 200880110502 A CN200880110502 A CN 200880110502A CN 101816082 A CN101816082 A CN 101816082A
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CN
China
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battery
voltage
power supply
unit
assembled battery
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CN200880110502A
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English (en)
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杉山茂行
青木护
铃木刚平
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

本发明一种电源系统，包括：将串联连接有多个第1单位电池的第1组电池和串联连接有多个第2单位电池的第2组电池并联连接的电池集合体；对所述电池集合体进行充电的发电机，其中，所述电池集合体被设定成，使作为所述第1组电池达到满充电容量的一半的充电容量时的端子电压的平均充电电压V1，小于作为所述第2组电池达到满充电容量的一半的充电容量时的端子电压的平均充电电压V2的电压，所述第1组电池上串联连接有电阻。

Description

电源系统
技术领域
本发明涉及由组合了多个单位电池的电池集合体构成的电源系统，更详细而言，涉及在不让作为二次电池的电池过充电的情况下，使电池集合体作为电源发挥功能的技术。
背景技术
镍氢蓄电池(nickel-hydrogen battery)或镍镉蓄电池(nickel-cadmium battery)等碱性蓄电池以及锂离子二次电池(lithium ion secondary battery)或锂聚合物二次电池(lithium-polymer secondary battery)等非水电解质二次电池的单位重量的能量密度高于铅蓄电池，所以作为车辆或便携式设备等移动体中配备的电源而备受瞩目。尤其，如果将多个采用非水电解质二次电池的单位电池串联连接，构成单位重量的能量密度较高的电池集合体，来取代铅蓄电池作为电池启动(cell starter)电源(所谓的不是车辆驱动源的电源)搭载于车辆中，可认为在竞赛用途等方面将有所作为。
车辆用电源在启动时作为电池启动器(cell starter)以大电流放电，另一方面，在车辆行使时接收从发电机(恒压充电器)发送的电流而被充电。铅蓄电池具有适合于以比较大的电流进行充放电的反应机构，而上述的二次电池由于反应机构的关系，难说适合大电流的充放电。具体而言，这些二次电池在充电末期分别存在如下的弱点。
首先，在镍氢蓄电池或镍镉蓄电池等碱性蓄电池的情况下，在充电末期会从正极产生氧气，若环境温度升高，则伴随使氧气从正极产生的电压即氧过电压(oxygen overvoltage)的下降，单位电池的充电电压也随之下降。假设当用恒压充电器(额定充电电压V2)对单位电池的充电电压降至V1的n个碱性蓄电池进行充电时，如果满足V2＞nV1的关系，则充电不会结束且持续产生氧气，存在构成组电池的各个二次电池(单位电池)因电池内压上升而变形的可能性。
另外，在锂离子二次电池或锂聚合物二次电池等非水电解质二次电池的情况下，在充电末期包含非水电解质的电解液容易分解，且环境温度越高该倾向越显著，存在构成组电池的单位电池因电池内压上升而变形的可能性。
为解决这样的问题，如日本专利公开公报特开平07-059266号(以下称作“专利文献1”)所示，一般认为在作为电源而使用的组电池完成充电的时刻，使多余的电流从其他电路(旁流电路(lateral flow circuit))通过的方法较为有效。
将专利文献1转用于车载技术时，旁流电路可以具体化为以下两种方式。第一方式是以向车载的其他电动设备(灯、车载收音机、车载空调等)提供电流的方式构成旁流电路。第二方式是以向单纯消耗电流的电阻(resistor)提供电流的方式构成旁流电路。
但是，若采用第一方式，则存在恒压充电器向上述的电动设备提供过度的电流，使这些电动设备发生故障的可能性。另外，若采用第二方式，则由于电阻消耗电流时产生的热量会提高上述的二次电池的环境温度，因此无法消除单位电池变形的可能性。即使使用这样的单位重量的能量密度高的二次电池任意地构成电池集合体，也难以与恒压充电器组合。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在使用单位重量的能量密度高的二次电池的情况下，即使将来自发电机的电流全部作为充电电流接收也能容易抑制该二次电池的变形的、安全性高的电源系统。
本发明所涉及的电源系统，包括：将串联连接有多个第1单位电池的第1组电池和串联连接有多个第2单位电池的第2组电池并联连接的电池集合体；对所述电池集合体进行充电的发电机，其中，所述电池集合体被设定成，使作为所述第1组电池达到满充电容量的一半的充电容量时的端子电压的平均充电电压V1，小于作为所述第2组电池达到满充电容量的一半的充电容量时的端子电压的平均充电电压V2，所述第1组电池上串联连接有电阻。
根据上述结构，所述第1组电池的平均充电电压V1被设定为小于所述第2组电池的平均充电电压V2。因此，通常时(到达被设定得比满充电电压稍低的强制放电开始电压之前)，主要由第1组电池接收来自发电机的充电电流，当第1组电池接近满充电后，由作为旁流电路的第2组电池接收来自发电机的充电电流。
进一步，所述第1组电池上串联连接有电阻。这样，通过将电阻与所述第1组电池串联连接，可以使所述第1组电池的充电电压看上去变大。即，所述第1组电池的真正电压上，加上对应于充电电流的充电电压的差值(根据电阻的电阻值与电流的乘积求得的电压变化)，因此充电电压的关系看上去发生逆转(第1组电池＞第2组电池)。充电电压的关系发生逆转后，来自所述发电机的充电电流被优先供应至第2组电池。于是，产生较大充电电流时，发生上述的逆转现象的第1组电池的SOC朝着低方向移动，因此可防止构成第1组电池的各第1单位电池被过充电。
根据上述结构，由于不使用伴随过度的发热的电阻，因此不会提高电池集合体(尤其是作为主电源的第1组电池)的环境温度。因此，易于回避因热引起的单位电池变形的问题。
因此，即使在使用镍氢蓄电池、镍镉蓄电池等碱性蓄电池或锂离子二次电池、锂聚合物二次电池等非水电解质二次电池之类的单位重量的能量密度高的二次电池时，也可降低招致二次电池的变形等问题的危险，可实现能够将来自发电机的电流全部作为充电电流接收的、安全性高的电源系统。
如电池启动电源那样，需要不间断地接收来自发电机的充电电流的情况下，如果采用本发明的电源系统，即使将来自发电机的电流全部作为充电电流接收，也可降低发生该二次电池的变形的危险。
本发明例如在使用需要不间断地接收来自发电机的充电电流的电池启动电源时尤其有效。
本发明的目的、特征及优点可通过以下的详细说明和附图将进一步明确。
附图说明
图1是用于说明本发明的一实施方式所涉及的电源系统的结构的方框图。
图2是表示作为单位电池的一例的锂离子二次电池在常温下的初期的充放电动作(charge/discharge behavior)的图。
图3是用于说明本发明的另一实施方式所涉及的电源系统的结构的方框图。
图4是表示本发明的一实施方式所涉及的电源系统的功能方框图。
图5是用于说明本发明的又一实施方式所涉及的电源系统的结构的方框图。
具体实施方式
以下，使用附图说明本发明的具体实施方式。
图1是表示本实施方式所涉及的电源系统的结构的方框图。
如图1所示，电源系统40包括发电机1及电池集合体20。发电机1是用于对电池集合体20进行充电的装置，例如是搭载在车辆上，通过发动机的转动运动进行发电的恒压规格的发电机。电池集合体20包括串联连接有多个(图1的结构中为4个)单位电池α(第1单位电池)的第1组电池2a和串联连接有多个(图1的结构中为12个)单位电池β(第2单位电池)的第2组电池2b，第1组电池2a与第2组电池2b并联连接。从发电机1向第1组电池2a与第2组电池2b不定期地供给充电电流。
在本实施方式中，在第1组电池2a的发电机1侧的端子(正极)上串联连接有电阻3，来自发电机1的充电电流经由电阻3被供给至发电机1(应为第1组电池2a)。在电源系统40连接有作为负载的一例的车载设备5。车载设备5例如是用于使车辆的发动机启动的电池启动器、车灯或汽车导航装置等负载装置。此外，第1组电池2a的正极经由电阻3连接于车载设备5，第1组电池2a的放电电流经由电阻3被供给至车载设备5。
电阻3的电阻值被设定在针对每个单位电池α在30mΩ以上且118mΩ以下的范围为宜。
以下，详细叙述使用恒压规格的发电机1，使用作为非水电解质二次电池的一例的锂离子二次电池作为构成第1组电池2a的单位电池α，使用碱性蓄电池(具体而言为镍氢蓄电池)作为单位电池β的情况。
图2是表示由恒压规格的发电机对使用钴酸锂(lithium cobalt oxide)作为正极活性物质、使用石墨(graphite)作为负极活性物质的锂离子二次电池进行充电时的充电动作的图。在图中，将表示发电机1的额定电压分配给每个锂离子电池(单位电池)的电压Ve(各单位电池的端子电压)为3.8V时的曲线标注为符号A，表示电压Ve为3.9V时的曲线标注为符号B，表示电压Ve为4.0V时的曲线标注为符号C，表示电压Ve为4.1V时的曲线标注为符号D，表示电压Ve为4.2V时的曲线标注为符号E。
如图2所示，电压Ve为3.8V时(图2中符号A所示情况)，充电开始后约33分钟内电流为一定，之后电压为一定。电压Ve为3.9V时(图2中符号B所示情况)，充电开始后约41分钟内电流为一定，之后电压为一定。电压Ve为4.0V时(图2中符号C所示情况)，充电开始后约47分钟内电流为一定，之后电压为一定。电压Ve为4.1V时(图2中符号D所示情况)，充电开始后约53分钟内电流为一定，之后电压为一定。电压Ve为4.2V时(图2中符号E所示情况)，充电开始后约57分钟内电流为一定，之后电压为一定。
发电机1以一定的电流将单位电池α(锂离子二次电池)充电至达到电压Ve为止，然后逐渐降低电流，对锂离子二次电池进行恒压充电。例如上述额定电压为3.9V时(图2中符号B所示情况)，充电深度(SOC：State of Charge)(电压Ve为3.9V时的充电容量除以电压Ve为4.2V时的充电容量所得的值)为73％。另一方面，发电机1的电压Ve为使每个锂离子二次电池为4.1V时(图2中符号D所示情况)，SOC为91％。表1基于图2，表示上述额定电压与SOC之间的关系。
[表1]
  每个单位电池的额定电压(V) 4.2 4.15 4.1 4.05 4.0 3.95 3.9 3.85 3.8
  SOC(％)   100   95.5   91   86.5   82   77.5   73   68.5   64
锂离子二次电池具有如下特性，即如充电后的SOC接近100％，则包含非水电解质的电解液成分(主要为碳酸盐(carbonate))容易分解。因此，为了避免从发电机1进一步向SOC接近100％的状态下的锂离子二次电池供给充电电流，通过电阻3的作用，较大的充电电流不会流入第1组电池2a，而优先流入第2组电池2b。
具体而言，如果充电电流增大则电阻3的电压降(voltage drop)增大。于是，该电压降与第1组电池2a的端子电压的合计也增大，其结果分配至第2组电池的电流增大。
在此，对本实施方式所涉及的电池系统40的具体动作进行说明。
在SOC较低的区域，第1组电池2a的平均充电电压V1比第2组电池2b的平均充电电压V2小。因此，来自发电机1的充电电流的电流值如果不过大，则被优先供给至第1组电池2a。
在此作为单位电池β的镍氢蓄电池的充电电压的平坦性高，因此即使SOC接近100％，第2组电池2b的充电电压也不会急剧增加。另一方面，作为单位电池α的锂离子二次电池的充电电压的平坦性低，因此如接近满充电(SOC为100％)，则伴随SOC的上升，第1组电池2a的充电电压会急剧增加。即，即使将第1组电池2a的平均充电电压V1设定成小于第2组电池2b的平均充电电压V2，如果SOC接近100％，第1组电池2a的充电电压也会大于第2组电池2b的充电电压。
如果以较大的电流对作为单位电池α的锂离子二次电池进行充电，则充电电压上升，处于过充电，不仅性能显著劣化，还有可能损伤可靠性。为了防止该现象，在本实施方式中，如图1所示，与第1组电池2a串联连接具有适当电阻值的电阻3。由此，第1组电池2a的充电电压看上去变大。
具体而言，将对应于充电电流的充电电压的差值(电阻3的电阻值与电流的乘积得到的电压的变化)加到第1组电池2a的真正电压上，这样，充电电压的关系看上去发生逆转(第1组电池2a＞第2组电池2b)。充电电压的关系发生逆转后，来自发电机1的充电电流反而被优先供给至第2组电池2b。
根据上述结构，当产生较大充电电流时，发生上述的逆转现象的SOC朝着低方向移动，因此不存在构成第1组电池2a的锂离子二次电池被过充电的危险。
另外，并非充电电流始终从发电机1流向第1组电池2a或第2组电池2b，例如在制动等时，反而从第1组电池2a及第2组电池2b向车载设备5放电，处于再接收来自发电机1的充电电流的状态。
通过如上所述地设定第1组电池2a的平均充电电压V1和第2组电池2b的平均充电电压V2的关系，可简化电源系统40的结构。
例如，在图1的结构中，使用碱性蓄电池(具体而言为镍氢蓄电池，每个单位电池的平均充电电压为1.4V)作为第2组电池2b的单位电池β时，包括12个单位电池β的第2组电池2b的平均充电电压V2为16.8V。另一方面，包括4个锂离子二次电池(每个单位电池的平均充电电压为3.8V)的第1组电池2a的平均充电电压V1为15.2V。因此，第1组电池2a的平均充电电压V1和第2组电池2b的平均充电电压V2的比V2/V1为1.11。通常，发电机1为恒压规格，因此通过如上述实施方式那样使第1组电池2a的平均充电电压V1小于第2组电池2b的平均充电电压V2，则无需使用改变某一组电池的电压之类的复杂的结构(例如使用DC/DC转换器改变某一组电池的电压以使V2/V1为1.1左右的结构)，即可方便地构成即使将来自发电机1的电流全部作为充电电流接收，也能抑制该二次电池的变形的、安全性高的电源系统40。
图3是表示本实施方式所涉及的电源系统的另一结构的方框图。
如图3所示，电源系统50包括发电机1、电池集合体20及控制部70。发电机1是用于对电池集合体20进行充电的装置，例如是搭载在车辆上，通过发动机的转动运动进行发电的恒压规格的发电机。
与图1的结构相同，在电源系统50连接有作为负载的一例的车载设备5。
电池集合体20包括串联连接有多个(图3的结构中为4个)单位电池α(第1单位电池)的第1组电池2a和串联连接有多个(图3的结构中为12个)单位电池β(第2单位电池)的第2组电池2b，第1组电池2a与第2组电池2b并联连接。在此，电阻3串联连接于第1组电池2a的发电机1侧(车载设备5侧)，因此来自发电机1的充电电流经由电阻3被供给至第1组电池2a。另外，第1组电池2a中蓄积的电流经由电阻3放电至车载设备5。而且，从发电机1向第1组电池2a与第2组电池2b不定期地供给充电电流。
另外，在电阻3并联连接有开关6。此外，在电阻3还并联连接有二极管8。二极管8的阳极连接于第1组电池2a的正极，同时其阴极连接于发电机1及车载设备5，其具有辅助电阻3、使第1组电池2a放电的功能。开关6基于来自控制部70的指令，接通/断开第1组电池2a与发电机1及车载设备5的连接。
在此，参照图4的功能方框图，对电源系统50的具体动作进行说明。
如图4的功能方框图所示，控制部70包括被依次输入由电压检测电路(电压测量部)7测量的第1组电池2a的电压的输入部9；存储第1组电池2a的放电终止电压Vs的存储部(存储器)11；基于被输入至输入部9的测量电压和从存储部11读取的放电终止电压Vs，切换连接发电机1及车载设备5与第1组电池2a的开关6的接通/断开的开关控制部10；向开关6输出来自开关控制部10的控制信号的控制信号输出部12。作为开关6，可使用场效应晶体管(FET)、半导体开关等普通的开关。电压检测电路7例如使用检测第1组电池2a的端子电压的AD(模拟数字)转换器或比较器(comparator)等构成。
开关控制部10控制为：使开关6处于接通状态，直至由电压检测电路7测量的第1组电池2a的电压达到从存储部11读取的放电终止电压Vs为止。由此，可在短时间内将第1组电池2a放电至指定的状态(放电终止电压Vs)。另一方面，当判断为由电压检测电路7测量的第1组电池2a的电压达到放电终止电压Vs时，开关控制部10经由控制信号输出部12向开关6输出断开与第1组电池2a的连接的控制信号。由此，可限制放电电流，降低第1组电池2a被过度放电的危险。
第1组电池2a的平均充电电压V1和第2组电池2b的平均充电电压V2的比V2/V1被设定在1.01以上且1.18以下的范围为宜。这是因为，如果比V2/V1低于1.01，则来自发电机1的充电电流容易流入第2组电池2b，因此第1组电池2a无法有效率地被充电。相反，如果比V2/V1超过1.18，则第1组电池2a容易被过充电。
以下，对所述平均充电电压的计算方法进行说明。
当单位电池为锂离子二次电池等非水电解质二次电池时，充电终止电压根据正极或负极所采用的活性物质的特性而人为地加以设定，通常为4.2V。如图2所示，在将充电终止电压设为4.2V的图2中E的情况下，满充电容量为2550mAh。此时，充电容量为1275mAh(充电至4.2V时的充电容量的一半)时的电压(3.8V)，为每个非水电解质二次电池的平均充电电压。另一方面，单位电池为镍氢蓄电池等碱性蓄电池时，作为正极活性物质即氢氧化镍的特性，在完成完全充电的同时因温度上升而充电电压降，处于满充电状态。达到该作为处于满充电状态时的蓄电电荷量的满充电容量的一半的时刻的电压为碱性蓄电池的平均充电电压。
作为构成第1组电池2a的单位电池α较为理想的是，如本实施方式所示，使用锂离子二次电池等非水电解质二次电池。
这是因为，非水电解质二次电池的能量密度比碱性蓄电池等高，因此适合用作电源系统40中的充电电流的主要接收对象。另外，非水电解质二次电池也存在在高温环境下电解液成分分解等问题，但在替代发热显著的电阻而将第2组电池2b作为旁流电路的本实施方式的结构下，易于回避电池集合体20(尤其是作为主电源的第1组电池2a)的环境温度的上升引起的单位电池变形问题的发生。因此，作为构成第1组电池2a的单位电池α，可放心地使用能量密度高的非水电解质二次电池。
此外，较为理想的是，使用非水电解质二次电池作为单位电池α时，使用含钴的锂复合氧化物作为该非水电解质二次电池的正极活性物质。
这是因为，通过使用钴酸锂等含钴的锂复合氧化物作为正极活性物质，非水电解质二次电池的放电电压变高，容易提高能量密度。
较为理想的是，放电终止电压Vs被设定在针对每个单位电池α为2.2V以上且3.7V以下。这是因为，在图3所示的电源系统50的结构中，接通开关6使第1组电池2a放电时，如果将放电终止电压Vs设定为低于2.2V，则单位电池α会被过放电，因此不理想。相反，如果将放电终止电压Vs设定为超过3.7V，则第1组电池2a的单位电池α的每次的放电电量过小，从而设备侧需要大电流时第1组电池2a会很快达到放电终止电压而不能放电，并且仅第2组电池2b频繁地反复放电，因此不理想。
图5表示本实施方式所涉及的电池集合体的另一结构例。如图5所示，本实施方式所涉及的电源系统60具有第1组电池2a’与第2组电池2b’并联连接而构成的电池集合体20’。第1组电池2a’采用在从图1所示的电池集合体20结构的第1组电池2a中减去一个单位电池α而三个单位电池α串联连接的结构上，还作为单位电池γ(第3单位电池)串联连接两个平均充电电压为1.4V的碱性蓄电池的结构。第2组电池2b’从图1及图3所示的电池集合体20结构的第2组电池2b中减去一个单位电池β，即串联连接11个单位电池β。
根据上述结构，第1组电池2a’的平均充电电压V1为14.2V，第2组电池2b’的平均充电电压V2为15.4V。由此，可将第1组电池2a’的平均充电电压V1和第2组电池2b’的平均充电电压V2的比V2/V1设定在1.01以上且1.18以下的范围。在此，较为理想的是，构成第1组电池2a’的单位电池γ的容量比单位电池α的容量大。
如前所述，本实施方式所涉及的电源系统40当使用非水电解质二次电池作为单位电池α时，如果将强制放电开始电压Va设定成每个单位电池α为4.0V左右(即强制放电开始电压Va为4.0V的整数倍)，最好对满充电(SOC＝100％、充电终止电压4.2V)设定余量。然而，作为发电机1，当使用通用的铅蓄电池规格时，额定电压为14.5V，则存在其不是4.0V的整数倍而产生余数(2.5V)的问题。对此，在串联连接的多个单位电池α外，还与单位电池α适宜地串联连接单位电池γ(平均充电电压为1.4V左右的碱性蓄电池)，从而可应对上述余数。
具体而言，如上所述，当采用将平均充电电压为3.8V的锂离子二次电池作为单位电池α而串联连接三个后，再将平均充电电压为1.4V的镍氢蓄电池作为单位电池γ而串联连接两个的第1组电池2a(应为2a’)时，第1组电池2a(应为2a’)的平均充电电压V1为14.2V。在此作为单位电池γ的镍氢蓄电池的充电电压的平坦性高(相对于SOC的变化，端子电压的变化小)。即，在镍氢蓄电池的情况下，即使由于充电而SOC上升，充电电压也保持平坦而几乎不变化，与之相对，在锂离子蓄电池的情况下，由于充电而SOC上升，充电电压也随之上升，因此单位电池α(锂离子二次电池)被充电至指定的电压(3.9V)。
因此，如将单位电池γ的容量设定得大于单位电池α的容量，则可利用镍氢蓄电池的上述平坦性(充电途中不受SOC影响，充电电压保持平坦而几乎不变化)，将剩余的0.3V(从发电机1的额定电压即14.5V减去第1组电池2a(应为2a’)的平均充电电压V1即14.2V所得的值)分配至3个单位电池α的充电。由此，结果可充电至每个单位电池α为(锂离子二次电池)3.9V(SOC换算为73％)。
另外较为理想的是，如上述例示，使用碱性蓄电池(具体而言为镍氢蓄电池，每个单位电池的平均充电电压为1.4V)作为构成第2组电池2b的单位电池β。
碱性蓄电池由于作为正极活性物质即氢氧化镍的特性，在完成完全充电的同时伴随温度上升，因此氧过电压降而充电电压降，但在替代发热显著的电阻而将第2组电池2b作为旁流电路的本实施方式的结构下，易于回避电池集合体20(尤其是作为主电源的第1组电池2a)的环境温度的上升引起的单位电池变形问题的发生。因此，可放心地使用能量密度高的非水电解质二次电池，来作为构成旁流电路即第2组电池2b的单位电池β。
如上所述，本发明所涉及的电源系统，包括：将串联连接有多个第1单位电池的第1组电池和串联连接有多个第2单位电池的第2组电池并联连接的电池集合体；对所述电池集合体进行充电的发电机，其中，所述电池集合体被设定成，使作为所述第1组电池达到满充电容量的一半的充电容量时的端子电压的平均充电电压V1，小于作为所述第2组电池达到满充电容量的一半的充电容量时的端子电压的平均充电电压V2，所述第1组电池上串联连接有电阻。
根据上述结构，所述第1组电池的平均充电电压V1被设定为小于所述第2组电池的平均充电电压V2。因此，通常时(达到被设定为比满充电电压稍低的强制放电开始电压之前)，主要由第1组电池接收来自发电机的充电电流，当第1组电池接近满充电后，由作为旁流电路的第2组电池接收来自发电机的充电电流。
此外，所述第1组电池上串联连接有电阻。这样，通过将电阻与所述第1组电池串联连接，可使所述第1组电池的充电电压看上去变大。即，所述第1组电池的真正电压上，加上对应于充电电流的充电电压的差值(通过电阻的电阻值与电流的乘积求得的电压变化)，因此充电电压的关系看上去发生逆转(第1组电池＞第2组电池)。充电电压的关系发生逆转后，来自所述发电机的充电电流被优先供给至第2组电池。于是，产生较大充电电流时，发生上述的逆转现象的SOC朝着低方向移动，因此可防止构成第1组电池的各第1单位电池被过充电。
根据上述结构，不使用伴随过度的发热的电阻，因此不会提高电池集合体(尤其是作为主电源的第1组电池)的环境温度。于是，易于回避因热引起的单位电池变形的问题。
因此，即使在使用镍氢蓄电池、镍镉蓄电池等碱性蓄电池或锂离子二次电池、锂聚合物二次电池等非水电解质二次电池之类的单位重量的能量密度高的二次电池时，也可降低招致二次电池的变形等问题的危险，可实现能够将来自发电机的电流全部作为充电电流接收的、安全性高的电源系统。
在上述结构中较为理想的是，将所述电阻的电阻值设定在针对所述多个第1单位电池的每一个为30mΩ以上且118mΩ以下。
如果所述电阻的电阻值设定为不足30mΩ，则所述第1组电池将被充电至SOC过量，因此不理想。相反，如果所述电阻的电阻值超过118mΩ，则在所述第1组电池的充电电量不充分的阶段充电电流即被遮断，因此不理想。
在上述结构中较为理想的是，还包括测量所述第1组电池的电压的电压测量部；与所述电阻并联连接，切换所述第1组电池与所述发电机的连接的接通/断开的开关；基于由所述电压测量部测量的测量结果，切换所述开关的接通/断开的控制部，其中，所述控制部当检测到由所述电压测量部测量的第1组电池的测量电压随时间而减少时，控制使所述开关接通。
根据上述结构，所述控制部当检测到由所述电压测量部测量的第1组电池的测量电压随时间而减少时，控制为接通所述开关。由此，检测到所述第1组电池的电压的随时间减少(放电的开始)时，可经由所述开关，在短时间内将第1组电池放电至指定的状态。
在上述结构中较为理想的是，所述控制部当检测到由所述电压测量部测量的第1组电池的测量电压达到放电终止电压Vs时，控制使所述开关断开。
根据上述结构，第1组电池的测量电压达到放电终止电压Vs后，第1组电池中蓄积的电压经由电阻被释放。由此，可降低第1组电池被过度放电的危险。
在上述结构中较为理想的是，还包括与所述电阻并联连接的二极管，该二极管的阴极与所述发电机连接。
在上述结构中较为理想的是，将所述第1组电池的平均充电电压V1和所述第2组电池的平均充电电压V2的比V2/V1设定在1.01以上且1.18以下的范围。
这是因为，如果比V2/V1低于1.01，则来自发电机的充电电流容易流入第2组电池，因此第1组电池无法有效率地被充电。另一方面，如果比V2/V1超过1.18，则第1组电池容易被过充电。
作为构成第1组电池的第1单位电池，较为理想的是，如本实施方式所示，使用锂离子二次电池等非水电解质二次电池。
这是由于，非水电解质二次电池的能量密度比碱性蓄电池等高，因此适合用作电源系统中的充电电流的主要接收对象。另外，非水电解质二次电池也存在在高温环境下电解液成分分解等问题，但在替代发热显著的电阻而将第2组电池作为旁流电路的本实施方式的结构下，可回避电池集合体(尤其是作为主电源的第1组电池)的环境温度的上升引起的单位电池变形问题的发生。因此，作为构成第1组电池的第1单位电池，可放心地使用能量密度高的非水电解质二次电池。
此外，较为理想的是，使用非水电解质二次电池作为第1单位电池时，使用含钴的锂复合氧化物作为该非水电解质二次电池的正极活性物质。这是因为，通过使用钴酸锂等含钴的锂复合氧化物作为正极活性物质，非水电解质二次电池的放电电压变高，容易提高能量密度。
在上述结构中较为理想的是，所述放电终止电压Vs被设定在针对所述多个第1单位电池的每一个为2.2V以上且3.7V以下。
使用所述开关让第1组电池放电时，如果将放电终止电压Vs设定为低于2.2V，则第1单位电池会被过放电，因此不理想。相反，如将放电终止电压Vs设定为超过3.7V，则第1组电池的第1单位电池每次的放电电量过小，从而设备侧需要大电流时第1组电池会很快达到放电终止电压而不能放电，同时仅第2组电池频繁地反复放电，因此不理想。
在上述结构中较为理想的是，所述第1组电池采用在所述串联连接的多个第1单位电池上，还串联连接采用碱性蓄电池的第3单位电池的结构。此外，较为理想的是，第3单位电池的容量比第1单位电池的容量大。
根据上述结构，通过根据发电机的额定电压适宜地组合第1组电池，可避免过与不足，而进行充电。因此，将强制放电开始电压Va的范围设定为上述范围时，该范围理想的理由在于：虽然与不具备第3单位电池的结构下相同，但通过将强制放电开始电压Va的范围设定为上述范围，还可回避在构成第1组电池的第1单位电池或第3单位电池的充电电压变得异常大时的危险。另外，即使不分别测量第1组电池的电压并控制，也可确保充分的安全性。
如前所述，本实施方式所涉及的电源系统1使用非水电解质二次电池作为第1单位电池时，如果将强制放电开始电压Va设定为每个第1单位电池为4.0V左右(即强制放电开始电压Va为4.0V的整数倍)，可相对于满充电(SOC＝100％、充电终止电压4.2V)设定余量，因此理想。然而，使用通用的铅蓄电池规格的发电机时，额定电压为14.5V，则存在如下问题，即其不是4.0V的整数倍，而产生余数(2.5V)。对此，在串联连接的多个第1单位电池(第1组电池)上，还与第1单位电池适宜地串联连接第3单位电池(平均充电电压为1.4V左右的碱性蓄电池)，从而可应对上述余数。
具体而言，如上所述，当采用将平均充电电压为3.8V的锂离子二次电池作为第1单位电池而串联连接三个的结构上，还将平均充电电压为1.4V的镍氢蓄电池作为第3单位电池而串联连接两个的结构的第1组电池时，第1组电池的平均充电电压V1为14.2V。在此作为第3单位电池的镍氢蓄电池的充电电压的平坦性高(相对于SOC的变化，端子电压的变化小)。即，在镍氢蓄电池的情况下，即使由于充电而SOC上升，充电电压也保持平坦而几乎不变化，与之相对，在锂离子蓄电池的情况下，由于充电而SOC上升，充电电压也随之上升，因此单位电池(锂离子二次电池)被充电至指定的电压(3.9V)。
因此，如果将第3单位电池的容量设定得大于第1单位电池的容量，则可利用镍氢蓄电池的上述平坦性(充电途中不受SOC影响，充电电压保持平坦而几乎不变化)，将剩余的0.3V(从发电机的额定电压即14.5V减去第1组电池的平均充电电压V1即14.2V所得的值)分配至3个第1单位电池的充电。由此，结果可充电至每个第1单位电池为(锂离子二次电池)3.9V(SOC换算为73％)。
在上述结构中较为理想的是，使用碱性蓄电池(具体而言为镍氢蓄电池，每个单位电池的平均充电电压为1.4V)作为构成第2组电池的第2单位电池。
碱性蓄电池由于作为正极活性物质即氢氧化镍的特性，在完成完全充电的同时伴随温度上升，因此氧过电压降而充电电压降，但在替代发热显著的电阻而将第2组电池作为旁流电路的本发明的结构下，可回避电池集合体的环境温度的上升引起的单位电池变形问题的发生。因此，可放心地使用能量密度高的非水电解质二次电池，来作为构成旁流电路即第2组电池的第2单位电池。
另外，以上示出了使用锂离子二次电池作为第1单位电池(单位电池α)的例子，但即使使用非水电解质二次电池中的电解液为凝胶状的锂聚合物二次电池等，也能得到同样的结果。另外，以上示出了使用镍氢蓄电池作为第1单位电池(应为第2单位电池)的例子，但即使使用镍镉蓄电池等，也能得到同样的结果。
本发明不限定于上述实施方式，在不脱离本发明主旨的范围内能进行适当变更。当然，也可组合使用本发明的各实施方式。
产业上的可利用性
本发明的电源系统使用由单位重量的能量密度比铅蓄电池高的非水电解质二次电池构成的组电池，因此作为竞赛用车辆的电池启动电源的可利用性高、效果显著。

Claims (12)

1.一种电源系统，其特征在于包括：
电池集合体，将串联连接有多个第1单位电池的第1组电池和串联连接有多个第2单位电池的第2组电池并联连接；
发电机，对所述电池集合体进行充电，其中，
所述电池集合体被设定成，使作为所述第1组电池达到满充电容量的一半的充电容量时的端子电压的平均充电电压V1，小于作为所述第2组电池达到满充电容量的一半的充电容量时的端子电压的平均充电电压V2，
所述第1组电池串联连接有电阻。
2.根据权利要求1所述的电源系统，其特征在于：所述电阻的电阻值被设定在针对所述多个第1单位电池的每一个为30mΩ以上且118mΩ以下。
3.根据权利要求1或2所述的电源系统，其特征在于还包括：
电压测量部，测量所述第1组电池的电压；
开关，与所述电阻并联连接，切换所述第1组电池与所述发电机的连接的接通/断开；
控制部，基于由所述电压测量部测量的测量结果，切换所述开关的接通/断开，其中，
所述控制部当检测到由所述电压测量部测量的第1组电池的测量电压随时间而减少时，控制使所述开关接通。
4.根据权利要求3所述的电源系统，其特征在于：所述控制部当检测到由所述电压测量部测量的第1组电池的测量电压达到放电终止电压Vs时，控制使所述开关断开。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电源系统，其特征在于还包括：
与所述电阻并联连接的二极管，其中，
所述二极管的阴极与所述发电机连接。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电源系统，其特征在于：所述第1组电池的平均充电电压V1和所述第2组电池的平均充电电压V2的比V2/V1被设定在1.01以上且1.18以下的范围。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的电源系统，其特征在于：所述第1单位电池为非水电解质二次电池。
8.根据权利要求7所述的电源系统，其特征在于：所述非水电解质二次电池的正极活性物质采用含钴的锂复合氧化物。
9.根据权利要求7或8所述的电源系统，其特征在于：所述放电终止电压Vs被设定在针对所述多个第1单位电池的每一个为3.85V以上且3.95V以下。
10.根据权利要求7或8所述的电源系统，其特征在于：所述第1组电池在所述串联连接的多个第1单位电池上还串联连接采用碱性蓄电池的第3单位电池。
11.根据权利要求10所述的电源系统，其特征在于：所述第3单位电池的容量比所述第1单位电池的容量大。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的电源系统，其特征在于：所述第2单位电池采用碱性蓄电池。
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