電源系統以及電池集合體的控制方法
2023-04-26 03:45:06
專利名稱：：電源系統以及電池集合體的控制方法
技術領域：
：本發明涉及由組合了多個電池的電池集合體構成的電源系統以及該電池集合體的控制方法，更詳細而言，涉及在不讓作為二次電池的電池過充電的情況下，使電池集合體作為電源發揮功能的技術。
背景技術：
：f臬氧蓄電池(nickel-hydrogenbattery)或f臬韋鬲蓄電池(nickel-cadmiumbattery)等鹼性蓄電池以及鋰離子二次電池(lithiumionsecondarybattery)或鋰聚合物二次電池(lithium-polymersecondarybattery)等非水電解質二次電池的單位重量的能量密度高於鉛蓄電池，所以作為車輛或可攜式設備等移動體中配備的電源而備受矚目。尤其，如果將多個採用非水電解質二次電池的單位電池串聯連接，構成單位重量的能量密度較高的電池集合體，來取代鉛蓄電池作為電池啟動(cellstarter)電源(所謂的不是車輛驅動源的電源)搭載於車輛中，可認為在競賽用途等方面將有所作為。車輛用電源在啟動時作為電池啟動器(cellstarter)以大電流放電，另一方面，在車輛行使時接收從發電機(恆壓充電器)發送的電流而被充電。鉛蓄電池具有適合於以比較大的電流進行充放電的反應機構，而上述的二次電池由於反應機構的關係，難說適合大電流的充放電。具體而言，這些二次電池在充電末期分別存在如下的弱點。首先，在鎳氫蓄電池或鎳鎘蓄電池等鹼性蓄電池的情況下，在充電末期會從正極產生氧氣，若環境溫度升高，則伴隨使氧氣從正極產生的電壓即氧過電壓(oxygenovervoltage)的下降，電池的充電電壓也隨之下降。假設當用恆壓充電器(額定充電電壓V2)對電池的充電電壓下降至V1的η個鹼性蓄電池進行充電時，如果滿足V2>IiV1的關係，則充電不會結束且持續產生氧氣，存在構成組電池的各個二次電池(單位電池)因電池內壓上升而變形的可能性。另外，在鋰離子二次電池或鋰聚合物二次電池等非水電解質二次電池的情況下，在充電末期包含非水電解質的電解液容易分解，且環境溫度越高該傾向越顯著，存在構成組電池的單位電池因電池內壓上升而變形的可能性。為解決這樣的問題，如日本專利公開公報特開平07-059266號(以下稱作「專利文獻1」)所示，一般認為在作為電源而使用的組電池完成充電的時刻，使多餘的電流從其他電路(旁流電路(lateralflowcircuit))通過的方法較為有效。將專利文獻1轉用於車載技術時，旁流電路可以具體化為以下兩種方式。第一方式是以向車載的其他電動設備(燈、車載收音機、車載空調等)提供電流的方式構成旁流電路。第二方式是以向單純消耗電流的電阻(resistor)提供電流的方式構成旁流電路。但是，若採用第一方式，則存在恆壓充電器向上述的電動設備提供過度的電流，使這些電動設備發生故障的可能性。另外，若採用第二方式，則由於電阻消耗電流時產生的熱量會提高上述的二次電池的環境溫度，因此無法消除單位電池變形的可能性。即使使用這樣的單位重量的能量密度高的二次電池任意地構成電池集合體，也難以與恆壓充電器組合.
發明內容本發明的目的在於提供一種在使用單位重量的能量密度較高的二次電池的情況下，即使將來自發電機的電流全部作為充電電流而接收，也能夠抑制該二次電池的變形的、安全性較高的電源系統。為實現上述目的，本發明所涉及的電源系統包括將串聯連接有多個第1單位電池的第1組電池和串聯連接有多個第2單位電池的第1(應為「第2」)組電池並聯連接的電池集合體；對電池集合體進行充電的發電機；用於強制放電所述第1組電池的強制放電部；測量所述第1組電池的電壓的電壓測量部；基於所述電壓測量部的測量結果，通過控制所述強制放電部，控制所述電池集合體的電壓的控制部，其中，所述電池集合體被設定成，使所述第1組電池達到滿充電容量的一半的充電容量時的端子電壓的平均充電電壓Vl小於所述第2組電池達到滿充電容量的一半的充電容量時的端子電壓的平均充電電壓V2，所述控制部控制所述強制放電部，以使當所述電壓測量部測量的第1組電池的測量電壓達到強制放電開始電壓Va時開始第1組電池的強制放電，當達到強制放電結束電壓Vb時結束該強制放電。本發明所提供電池集合體的控制方法，其中，所述電池集合體為將串聯連接有多個第1單位電池的第1組電池和串聯連接有多個第2單位電池的第1(應為「第2」)組電池並聯連接而構成，且所述第1組電池達到滿充電容量的一半的充電容量時的端子電壓的平均充電電壓Vl被設定為小於所述第2組電池達到滿充電容量的一半的充電容量時的端子電壓的平均充電電壓V2，所述電池集合體的控制方法包括測量所述第1組電池的電壓的工序a；當在所述工序a測量的所述第1組電池的電壓達到強制放電開始電壓Va時，強制放電所述第1組電池直至達到強制放電結束電壓Vb為止的工序b。根據上述結構，並聯地電連接兩種組電池即第1組電池和第2組電池(均為串聯連接單位電池而構成)來構成電池集合體。另外，所述電池集合體被設定為所述第1組電池的平均充電電壓Vl小於所述第2組電池的平均充電電壓V2的電壓。據此，通常時(達到被設定為比滿充電電壓稍低的強制放電開始電壓為止)，主要由第1組電池接收來自發電機的充電電流，當第1組電池接近滿充電後，主要由作為旁流電路的第2組電池接收來自發電機的充電電流。並且，控制所述電池集合體的電壓的控制部控制所述強制放電部，使得當由所述電壓測量部測量的第1組電池的測量電壓達到強制放電開始電壓Va時，開始第1組電池的強制放電，當達到強制放電結束電壓Vb時，終止該強制放電。因此，第1組電池被充電至強制放電開始電壓Va(被充電至接近滿充電)後，使第1組電池逐漸強制放電至第1組電池可接收充電的充電深度(SOC)。據此，不會像使用伴隨過度的發熱的電阻作為旁流電路那樣，發生使電池集合體(尤其是作為主電源的第1組電池2a)的環境溫度升高的問題。因此，能夠迴避因熱引起的單位電池變形的問題。因此，即使在使用鎳氫蓄電池、鎳鎘蓄電池等鹼性蓄電池或鋰離子二次電池、鋰聚合物二次電池等非水電解質二次電池之類的單位重量的能量密度較高的二次電池時，也不會招致二次電池的變形等問題，能夠實現可將來自發電機的電流全部作為充電電流接收的、安全性高的電源系統。本發明例如在使用需要不間斷地接收來自發電機的充電電流的電池啟動電源時尤其有效。本發明的目的、特徵及優點可通過以下的詳細說明和附圖而進一步明確。圖1是用於說明本發明的一實施方式所涉及的電源系統的結構的方框圖。圖2是表示作為單位電池的一例的鋰離子二次電池在常溫下的初期的充放電動(charge/dischargebehavior)的圖0圖3是表示本發明的一實施方式所涉及的電源系統的功能方框圖。圖4是用於說明本發明的另一實施方式所涉及的電源系統的結構的方框圖。具體實施例方式以下，使用本發明的實施方式。圖1是表示本實施方式所涉及的電源系統的結構的方框圖。如圖1所示，電源系統70包括發電機1、電池集合體20、強制放電部30及控制部60。發電機1是用於對電池集合體20進行充電的裝置，例如是搭載在車輛上，通過發動機的轉動運動進行發電的恆壓規格的發電機。電池集合體20包含串聯連接有多個(圖1的結構中為4個)單位電池a(第1單位電池)的第1組電池2a和串聯連接有多個(圖1的結構中為12個)單位電池0(第2單位電池)的第2組電池2b，第1組電池2a與第2組電池2b並聯連接。而且，從發電機1向第1組電池2a和第2組電池2b不定期地供給充電電流。強制放電部30用於讓第1組電池2a強制放電，包括電阻4和二極體5的強制放電電路以及基於來自控制部60的指令，接通/斷開第1組電池2a與所述強制放電電路的連接的開關3。在電源系統70連接有作為負載的一例的車載設備8。車載設備8例如是用於使車輛的發動機啟動的電池啟動器、車燈或汽車導航裝置等負載裝置。並且，第1組電池2a的正極連接於車載設備8，第1組電池2a的放電電流被供給至車載設備8。而且，發電機1的電壓輸出端子連接於第2組電池2b的正極及車載設備8。此時，從發電機1看來，電池集合體20與車載設備8並聯連接。並且，由發電機1發出的電壓被並列地供給至電池集合體20及車載設備8。以下，詳細敘述使用恆壓規格的發電機1，且使用作為非水電解質二次電池的一例的鋰離子二次電池來作為第1組電池2a的情況。圖2是表示由恆壓規格的發電機對使用鈷酸鋰(lithiumcobaltoxide)作為正極活性物質、使用石墨(graphite)作為負極活性物質的鋰離子二次電池進行充電時的充電動作的圖。圖中，將發電機1的額定電壓分配給每個鋰離子電池(單位電池)的電壓Ve(各單位電池的端子電壓)為3.8V時的曲線標註用符號A表示，電壓Ve為3.9V時的曲線標註用符號B表示，電壓Ve為4.0V時的曲線標註用符號C表示，電壓Ve為4.IV時的曲線標註用符號D表示，電壓Ve為4.2V時的曲線標註用符號E表示。如圖2所示，電壓Ve為3.8V時(圖2中符號A所示情況)，充電開始後約33分鐘內電流為一定，之後電壓為一定。電壓Ve為3.9V時(圖2中符號B所示情況)，充電開始後約41分鐘內電流為一定，之後電壓為一定。電壓Ve為4.OV時(圖2中符號C所示情況)，充電開始後約47分鐘內電流為一定，之後電壓為一定。電壓Ve為4.IV時(圖2中符號D所示情況)，充電開始後約53分鐘內電流為一定，之後電壓為一定。電壓ve為4.2V時(圖2中符號E所示情況)，充電開始後約57分鐘內電流為一定，之後電壓為一定。發電機1以一定的電流將單位電池α(鋰離子二次電池)充電至達到電壓Ve為止，然後逐漸降低電流，對鋰離子二次電池進行恆壓充電。例如電壓Ve為每個鋰離子二次電池3.9V時(圖2中符號B所示情況)，充電深度(SOC=StateofCharge)(在此為電壓Ve為3.9V時的充電容量除以電壓Ve為4.2V時的充電容量所得的值)為73%。另一方面，電壓Ve為每個鋰離子二次電池4.IV時(圖2中符號IV(應為D)所示情況)，SOC為91%。表1示意了基於圖2的電壓Ve與SOC之間的關係。[表1]tableseeoriginaldocumentpage8鋰離子二次電池具有如下特性，即如充電後的SOC接近100%，則包含非水電解質的電解液成分(主要為碳酸鹽(carbonate))容易分解。因此，為了避免從發電機1進一步向SOC接近100%的狀態下的鋰離子二次電池供給充電電流，將強制放電開始電壓Va設定在比表示充電後的SOC為100%左右的電壓略低的區域。在此，參照圖3的功能方框圖，對電池系統70的具體動作進行說明。如圖3的功能方框圖所示，控制部60包括被依次輸入由電壓檢測電路(電壓測量部)7測量的第1組電池2a的電壓的輸入部9；存儲第1組電池2a的強制放電開始電壓Va及強制放電結束電壓Vb的存儲部(存儲器)11；基於被輸入至輸入部9的測量電壓和從存儲部11讀取的強制放電開始電壓Va及強制放電結束電壓Vb，讓第1組電池2a強制放電的強制放電判斷部10；向開關3輸出來自強制放電判斷部10的控制信號的控制信號輸出部12。電壓檢測電路7例如採用檢測第1組電池2a的端子電壓的AD(模擬數字)轉換器或比較器(comparator)等構成。強制放電判斷部10包括強制放電開始判斷部IOa及強制放電結束判斷部10b。強制放電開始判斷部IOa當判斷為由電壓檢測電路7測量的第1組電池2a的電壓達到從存儲部11讀取的強制放電開始電壓Va時，經由控制信號輸出部12向開關3輸出接通與第1組電池2a的連接的控制信號。據此，僅第1組電池2a與電阻4和二極體5的強制放電電路連接，第1組電池2a的強制放電開始。另一方面，第1組電池2a的強制放電開始後，強制放電結束判斷部IOb當判斷為經由輸入部9被輸入的、由電壓檢測電路7測量的第1組電池2a的電壓達到從存儲部11讀取的強制放電結束電壓Vb(強制放電結束)時，經由控制信號輸出部12向開關3輸出斷開與第1組電池2a的連接的控制信號。據此，第1組電池2a處於可接收來自發電機1的充電的狀態。如上所述，當第1組電池2a達到強制放電開始電壓Va時，基於來自控制部60的指令，開關3接通，僅第1組電池2a通過電阻4和二極體5的強制放電電路被強制放電至達到強制放電結束電壓Vb為止。並且，強制放電結束後，基於控制部60的指令，開關3斷開，第1組電池2a處於可接收來自發電機1的充電的狀態。作為開關3，可採用場效應電晶體(FET)、半導體開關等普通的開關。另外，即使在第1組電池2a被強制放電的期間，第2組電池2b處於可接收來自發電機1的充電的狀態，因此充電電流不會被過量地供給至車載設備8。電池集合體20被設定成，第1組電池2a的平均充電電壓Vl比第2組電池2b的平均充電電壓V2小。據此，作為來自發電機1的充電電流的主要接收對象的第1組電池2a優先於第2組電池2b被進行充電。如上所述，通過將第1組電池2a的平均充電電壓Vl設定成比第2組電池2b的平均充電電壓V2小，從而通常時(達到被設定成比滿充電電壓稍低的強制放電開始電壓為止)，主要由第1組電池2a接收來自發電機1的充電電流，當第1組電池2a接近滿充電後，主要由作為旁流電路的第2組電池2b接收來自發電機1的充電電流。並且，控制電池集合體20的電壓的控制部60控制強制放電判斷部10，使得當由電壓檢測電路7測量的第1組電池2a的測量電壓達到強制放電開始電壓Va時，開始第1組電池2a的強制放電，當達到強制放電結束電壓Vb時，終止該強制放電。因此，第1組電池2a被充電至強制放電開始電壓Va(被充電至接近滿充電)後，讓第1組電池2a逐漸強制放電至第1組電池2a可接收充電的充電深度(SOC)為止。另外，即使在第1組電池2a被強制放電的期間，第2組電池2b處於可接收來自發電機1的充電的狀態，因此充電電流不會被過量地供給至車載設備8。例如，在圖1的結構中，使用鹼性蓄電池(具體而言為鎳氫蓄電池，每個單位電池的平均充電電壓為1.4V)作為第2組電池2b的單位電池β時，包括12個單位電池β的第2組電池2b的平均充電電壓V2為16.8V。另一方面，包括4個鋰離子二次電池(每個單位電池的平均充電電壓為3.8V)的第1組電池2a的平均充電電壓Vl為15.2V。因此，第1組電池2a的平均充電電壓Vl和第2組電池2b的平均充電電壓V2的比V2/V1為1.11。通常，發電機1為恆壓規格，因此通過採用如上的使第1組電池2a的平均充電電壓Vl小於第2組電池2b的平均充電電壓V2的結構，無需使用改變某一組電池的電壓等複雜的結構(例如使用DC/DC轉換器改變某一組電池的電壓以使V2/V1為1.1左右的結構)，也能構成即使將來自發電機1的電流全部作為充電電流接收也可抑制該二次電池的變形的、安全性高的電源系統70。另外較為理想的是，如上述例所示，使用鹼性蓄電池(具體而言為鎳氫蓄電池，每個單位電池的平均充電電壓為1.4V)作為構成第2組電池2b的單位電池β。鹼性蓄電池由於作為正極活性物質即氫氧化鎳的特性，在完成完全充電的同時伴隨溫度上升，因此氧過電壓下降而充電電壓下降，但在替代發熱顯著的電阻而將第2組電池2b作為旁流電路的本實施方式的結構下，可減少發熱量，減輕氧過電壓的下降。其結果是，產生氧氣的危險降低，可迴避電池集合體20(尤其是作為主電源的第1組電池2a)的環境溫度的上升引起的單位電池的變形問題的發生。因此，可放心地使用能量密度高的鹼性蓄電池，來作為構成旁流電路即第2組電池2b的單位電池β。另外，較為理想的是，將第1組電池2a的平均充電電壓Vl和第2組電池2b的平均充電電壓V2的比V2/V1設定在1.01以上且1.18以下的範圍。這是因為，當比V2/V1低於1.01時，來自發電機1的充電電流容易流入第2組電池2b，因此第1組電池2a無法有效率地被充電。相反，當比V2/V1超過1.18時，第1組電池2a容易被過充電。在此，對所述平均充電電壓的算出方法進行說明。當單位電池為鋰離子二次電池等非水電解質二次電池時，充電終止電壓根據正極或負極所採用的活性物質的特質而人為地加以設定，通常為4.2V。如圖2所示，在將充電終止電壓設為4.2V的圖2中E的情況下，滿充電容量為2550mAh。此時，充電容量為1275mAh(充電至4.2V時的充電容量的一半)時的電壓(3.8V)成為每個非水電解質二次電池的平均充電電壓。另一方面，當單位電池為鎳氫蓄電池等鹼性蓄電池時，作為正極活性物質即氫氧化鎳的特質，在完成完全充電的同時因溫度上升而充電電壓下降，處於滿充電狀態。達到該滿充電容量的一半的時刻的電壓成為鹼性蓄電池的平均充電電壓。作為構成第1組電池2a的單位電池α較為理想的是，如本實施方式所示，使用鋰離子二次電池等非水電解質二次電池。這是因為，非水電解質二次電池的能量密度高於鹼性蓄電池等，因此適於作為電源系統70中的充電電流的主要接收對象。另外，非水電解質二次電池也存在高溫環境下電解液成分分解等問題，但在替代發熱顯著的電阻而將第2組電池2b作為旁流電路的本實施方式的結構下，可迴避電池集合體20(尤其是作為主電源的第1組電池2a)的環境溫度的上升引起的單位電池的變形問題的發生。因此，作為構成第1組電池2a的單位電池α，可放心地使用能量密度高的非水電解質二次電池。此外，較為理想的是，使用非水電解質二次電池作為單位電池α時，使用含鈷的鋰複合氧化物作為該非水電解質二次電池的正極活性物質。這是因為，通過使用鈷酸鋰等含鈷的鋰複合氧化物作為正極活性物質，非水電解質二次電池的放電電壓變高，容易提高能量密度。另外，設第1組電池2a中的單位電池α的個數為ηΑ，較為理想的是，將第1組電池2a的強制放電開始電壓Va設定在4.05nAV以上且4.15nAV以下的範圍。由表示單位電池α的圖2及表1也可以明確，這是因為，當將強制放電開始電壓Va設定為不足4.05nAV時，第1組電池2a的可接收充電的量將變得過少。相反，當將強制放電開始電壓Va設定為超過4.15nAV時，直至接近單位電池α的過充電區域，第1組電池2a的強制放電也不會開始。另外，設第1組電池2a中的單位電池α的個數為ηΑ，較為理想的是，將強制放電結束電壓Vb設定在3.85nAV以上且3.95nAV以下的範圍。由表示單位電池α的圖2及表1也可以明確，這是因為，當將強制放電結束電壓Vb設定為不足3.85nAV時，第1組電池2a的強制放電電量將變得過多(每次的強制放電時間變長)，來自發電機1的充電電流流入作為主要接收對象的第1組電池2a的時間減少。相反，當將強制放電結束電壓Vb設定為超過3.95nAV時，在強制放電後將很快又一次達到強制放電開始電壓Va，從而第1組電池2a的可接收充電的量將變得過少。圖4表示本實施方式所涉及的電池集合體的其他結構例。如圖4所示，電池集合體20』採用第1組電池2a』與第2組電池2b』並聯連接的結構。第1組電池2a』採用在從圖1所示的電池集合體20結構的第1組電池2a中減去一個單位電池α後，再串聯連接兩個作為單位電池Y(第3單位電池)的平均充電電壓為1.4V的鹼性蓄電池的結構。第2組電池2b』採用從圖1所示的電池集合體20結構的第2組電池2b中減去一個單位電池β，即串聯連接11個單位電池β的結構。根據上述結構，第1組電池2a』的平均充電電壓Vl為14.2V，第2組電池2b』的平均充電電壓V2為15.4V。據此，可將第1組電池2a』的平均充電電壓Vl和第2組電池2b』的平均充電電壓V2的比V2/V1設定在1.01以上且1.18以下的範圍。如前所述，本實施方式所涉及的電源系統70當使用非水電解質二次電池作為單位電池α時，較為理想的是，將強制放電開始電壓Va設定成每個單位電池α為4.OV左右(即強制放電開始電壓Va為4.OV的整數倍)。當使用通用的鉛蓄電池規格的發電機1時，額定電壓為14.5V，存在其不是4.OV的整數倍而產生餘數(2.5V)的問題。對此，除了串聯連接的多個單位電池α(第1組電池2a)之外，通過還與單位電池α適宜地串聯連接單位電池Y(平均充電電壓為1.4V左右的鹼性蓄電池)，從而可應對上述餘數。具體而言，如上所述，當採用將平均充電電壓為3.8V的鋰離子二次電池作為單位電池α而串聯連接三個後，再將平均充電電壓為1.4V的鎳氫蓄電池作為第3單位電池γ而串聯連接兩個的第1組電池2a』時，第1組電池2a』的平均充電電壓Vl為14.2V。在此作為單位電池、的鎳氫蓄電池的充電電壓的平坦性高(相對於SOC的變化，端子電壓的變化小)。即，在鎳氫蓄電池的情況下，即使由於充電而SOC上升，充電電壓也保持平坦而幾乎不變化，與之相對，在鋰離子蓄電池的情況下，由於充電而SOC上升，則充電電壓也隨之上升，因此單位電池α(鋰離子二次電池)被充電至指定的電壓(3.9V)。因此，如將單位電池Y的容量設定成大於單位電池α的容量，則可利用鎳氫蓄電池的上述平坦性(充電途中不受SOC影響，充電電壓保持平坦而幾乎不變化)，將剩餘的0.3V(從發電機1的額定電壓即14.5V減去第1組電池2a(應為2a』)的平均充電電壓Vl即14.2V所得的值)分配至3個單位電池α的充電中。其結果，每個單位電池α(鋰離子二次電池)可充電至3.9V(S0C換算為73%)。作為電池集合體20』，在具備上述單位電池、的結構中，設第1組電池2a』中的單位電池α的個數為、單位電池、的個數為，較為理想的是，將強制放電開始電壓Va設定在4.05nAV+l.4ncV以上且4.15nAV+l.4ncV以下的範圍。如上所述，通過以適合於發電機1的額定電壓地適當組合第1組電池2a』，可避免過分不足而進行充電。因此，當將強制放電開始電壓Va的範圍設定在上述範圍時，該範圍理想的理由在於雖然與不具備單位電池Y的結構同樣，但通過將強制放電開始電壓Va的範圍設定在上述範圍，還可迴避構成第1組電池2a』的單位電池α或單位電池Y的充電電壓變得異常大時的危險。較為理想的是，本實施方式所涉及的電源系統70從強制放電開始電壓Va和強制放電結束電壓Vb算出強制放電所需的電量，並以一定的電流值進行一定時間的強制放電。針對上述結構，以作為構成第1組電池2a的單位電池α，使用作為非水電解質二次電池的一例的鋰離子二次電池的本實施方式的結構為前提，基於圖2及表1，設想將強制放電開始電壓Va設定為16.4V(每個非水電解質二次電池為4.IV)，將強制放電結束電壓Vb設定為15.6V(每個非水電解質二次電池為3.9V)的情況，進行如下的詳細說明。作為上述結構的具體例，例如可採用如下結構在圖3所示的存儲部11中預先存儲表1所示的關係，基於充電深度(S0C)的差，設定讓第1組電池2a強制放電的電量(此時為18%)。據此，控制部60可與來自發電機1的充電或向車載設備8的放電無關地進行計時控制，例如以5時間率強制放電54分鐘。根據上述結構，與當第1組電池2a的電壓達到強制放電開始電壓Va(16.4V)時，一邊逐次測量電壓，一邊強制放電至第1組電池2a的電壓達到強制放電結束電壓Vb(15.6V)為止的結構相比，可方便且正確地讓第1組電池2a強制放電。上述結構適合用於在以大電流對車載設備8放電而閉路電壓極度下降(與第1組電池2a的電阻相對應，呈現出比與實際的S0C相對應的開路電壓更極度低的電壓)等情況。另外，以上示出了使用鋰離子二次電池作為單位電池a的例子，但即使使用非水電解質二次電池中的電解液為凝膠狀的鋰聚合物二次電池等，也能得到同樣的結果。另外，以上示出了使用鎳氫蓄電池作為單位電池a例子，但即使使用鎳鎘蓄電池等，也能得到同樣的結果。如上所述，本發明所涉及的電源系統包括將串聯連接有多個第1單位電池的第1組電池和串聯連接有多個第2單位電池的第1組電池並聯連接的電池集合體；對電池集合體進行充電的發電機；用於強制放電所述第1組電池的強制放電部；測量所述第1組電池的電壓的電壓測量部；基於所述電壓測量部的測量結果，通過控制所述強制放電部，控制所述電池集合體的電壓的控制部，其中，所述電池集合體被設定成，使所述第1組電池達到滿充電容量的一半的充電容量時的端子電壓的平均充電電壓VI小於所述第2組電池達到滿充電容量的一半的充電容量時的端子電壓的平均充電電壓V2，所述控制部控制所述強制放電部，以使當所述電壓測量部測量的第1組電池的測量電壓達到強制放電開始電壓Va時開始第1組電池的強制放電，當達到強制放電結束電壓Vb時結束該強制放電。根據上述結構，並聯地電連接兩種組電池即第1組電池2a和第2組電池2b(均為串聯連接電池而構成)來構成電池集合體。另外，所述電池集合體被設定為所述第1組電池的平均充電電壓VI小於所述第2組電池的平均充電電壓V2的電壓。據此，通常時(達到被設定為比滿充電電壓稍低的強制放電開始電壓為止)，主要由第1組電池接收來自發電機的充電電流，當第1組電池接近滿充電後，主要由作為旁流電路的第2組電池接收來自發電機的充電電流。並且，控制所述電池集合體的電壓的控制部控制所述強制放電部，以使當所述電壓測量部測量的第1組電池的測量電壓達到強制放電開始電壓Va時開始第1組電池的強制放電，當達到強制放電結束電壓Vb時終止該強制放電。因此，第1組電池被充電至強制放電開始電壓Va(被充電至接近滿充電)後，使第1組電池逐漸強制放電至第1組電池可接收充電的充電深度(S0C)。據此，不會像使用伴隨過度的發熱的電阻作為旁流電路那樣，發生使電池集合體(尤其是作為主電源的第1組電池2a)的環境溫度升高的問題。因此，能夠迴避因熱引起的單位電池變形的問題。因此，即使在使用鎳氫蓄電池、鎳鎘蓄電池等鹼性蓄電池或鋰離子二次電池、鋰聚合物二次電池等非水電解質二次電池之類的單位重量的能量密度較高的二次電池時，也不會招致二次電池的變形等問題，能夠實現可將來自發電機的電流全部作為充電電流接收的、安全性高的電源系統。本發明例如在用於需要不間斷地接收來自發電機的充電電流的電池啟動電源時尤其有效。在上述結構中也可以是，所述強制放電部包括具備電阻和二極體的強制放電電路，以及切換該強制放電電路與所述第1組電池的連接的接通/斷開的開關，所述控制部當由所述電壓測量部測量的第1組電池的測量電壓達到強制放電開始電壓Va時，控制所述開關以接通所述連接。上述結構中較為理想的是，所述第1組電池2a的平均充電電壓Vl和所述第2組電池2b的平均充電電壓V2的比V2/V1被設定在1.01以上且1.18以下的範圍。這是因為，如果比V2/V1低於1.01，來自發電機1的充電電流容易流入第2組電池2b，因此第1組電池2a無法有效率地被充電。相反，如果比V2/V1超過1.18，第1組電池2a容易被過充電。另外，作為構成第1組電池的第1單位電池較為理想的是，採用非水電解質二次電池。這是由於，非水電解質二次電池的能量密度比鹼性蓄電池等高，因此適合用作本發明的電源系統中的充電電流的主要接收對象。另外，非水電解質二次電池也存在在高溫環境下電解液成分分解等問題，但在替代發熱顯著的電阻而將第2組電池作為旁流電路的本實施方式的結構下，可適宜地使用非水電解質二次電池。另外，較為理想的是，所述非水電解質二次電池的正極活性物質採用含鈷的鋰複合氧化物。根據上述結構，通過將鈷酸鋰等含鈷的鋰複合氧化物用於正極的活性物質，非水電解質二次電池的放電電壓變高，容易提高能量密度。在上述結構中較為理想的是，設構成所述第1組電池2a的所述第1單位電池的個數為nA，所述強制放電開始電壓Va被設定在4.05nAV以上且4.15nAV以下的範圍。這是因為，由表示第1單位電池的圖2及表1也可以明確，當將強制放電開始電壓Va設定為不足4.05nAV時，第1組電池2a的可接收充電的量會變得過少。相反，當將強制放電開始電壓Va設定為超過4.15nAV時，直至接近單位電池α的過充電區域第1組電池2a的強制放電也不會開始。在上述結構中較為理想的是，設構成所述第1組電池的單位電池的個數為nA，所述強制放電結束電壓Vb被設定在3.85nAV以上且3.95nAV以下的範圍。這是因為，當將強制放電結束電壓Vb設定為不足3.85nAV時，第1組電池的強制放電電量會變得過多(每次的強制放電時間變長)，來自發電機的充電電流流入作為主要接收對象的第1組電池的時間減少。相反，當將強制放電結束電壓Vb設定為超過3.95nAV時，在強制放電後將很快又一次達到強制放電開始電壓Va，從而第1組電池的可接收充電的量會變得過少。在上述結構中較為理想的是，在所述第1組電池還串聯連接有採用鹼性蓄電池的第3單位電池。在上述結構中較為理想的是，第3單位電池的容量比第1單位電池的容量大。本發明所涉及的電源系統，當使用非水電解質二次電池作為第1單位電池時，較為理想的是，將強制放電開始電壓Va設定為使每個該第1單位電池為4.0V左右(即強制放電開始電壓Va為4.0V的整數倍)。在此，使用通用的鉛蓄電池規格的發電機時，額定電壓為14.5V，則存在如下問題，即其不是4.0V的整數倍，而產生餘數(2.5V)。對此，在串聯連接的多個第1單位電池外，還與第1單位電池適宜地串聯連接第3單位電池(平均充電電壓為1.4V左右的鹼性蓄電池)，從而可應對上述餘數。例如，當採用將平均充電電壓為3.8V的鋰離子二次電池作為第1單位電池a而串聯連接三個後，再將平均充電電壓為1.4V的鎳氫蓄電池作為第3單位電池而串聯連接兩個的第1組電池時，第1組電池的平均充電電壓VI為14.2V。此處作為第3單位電池的鎳氫蓄電池的充電電壓的平坦性高(相對於S0C的變化，端子電壓的變化小)。即，在鎳氫蓄電池的情況下，即使由於充電而S0C上升，充電電壓也保持平坦而幾乎不變化，與之相對，在鋰離子蓄電池的情況下，由於充電而S0C上升後，充電電壓也隨之上升，因此第1單位電池(鋰離子二次電池)被充電至指定的電壓(3.9V)。因此，如果將第3單位電池的容量設定得大於第1單位電池的容量，則可利用鎳氫蓄電池的上述平坦性(充電途中不受S0C影響，充電電壓保持平坦而幾乎不變化)，將剩餘的0.3V(從發電機1的額定電壓即14.5V減去第1組電池2a的平均充電電壓VI即14.2V所得的值)分配至3個第1單位電池的充電。由此，結果可充電至每個第1單位電池(鋰離子二次電池)為3.9V(S0C換算為73%)。在上述結構中，設第1組電池中的第1單位電池的個數為nA、第3單位電池的個數為ne，較為理想的是，所述強制放電開始電壓Va被設定在4.05nAV+l.4ncV以上且4.15nAV+l.4ncV以下的範圍。根據上述結構，通過根據發電機的額定電壓適宜地組合第1組電池，可避免過分不足而進行充電。因此，將強制放電開始電壓Va的範圍設定為上述範圍時，該範圍理想的理由在於雖然與不具備第3單位電池的結構相同，但通過將強制放電開始電壓Va的範圍設定為上述範圍，還可迴避構成第1組電池的第1單位電池或第3單位電池的充電電壓變得異常大時的危險。在上述結構中較為理想的是，從所述強制放電開始電壓Va和所述強制放電結束電壓Vb算出強制放電所需的電量，並以一定的電流值進行一定時間的強制放電。另外，較為理想的是，作為構成第2組電池的第2單位電池採用鹼性蓄電池。鹼性蓄電池由於作為正極活性物質的氫氧化鎳的特性，在完成完全充電的同時伴隨溫度上升，因此氧過電壓下降而充電電壓下降，但在替代發熱顯著的電阻而將第2組電池作為旁流電路的本實施方式的結構下，可迴避電池集合體(尤其是作為主電源的第1組電池)的環境溫度的上升引起的單位電池的變形問題的發生。因此，可放心地使用能量密度高的非水電解質二次電池，來作為構成旁流電路即第2組電池的第2單位電池。本發明提供電池集合體的控制方法，其中，所述電池集合體為將串聯連接有多個第1單位電池的第1組電池和串聯連接有多個第2單位電池的第2組電池並聯連接而構成，且所述第1組電池達到滿充電容量的一半的充電容量時的端子電壓的平均充電電壓Vl被設定為小於所述第2組電池達到滿充電容量的一半的充電容量時的端子電壓的平均充電電壓V2，所述電池集合體的控制方法包括測量所述第1組電池的電壓的工序a；當在所述工序a測量的第1組電池的電壓達到強制放電開始電壓Va時，強制放電所述第1組電池直至達到強制放電結束電壓Vb為止的工序b。在上述方法中較為理想的是，所述工序b利用具備強制放電電路和切換所述強制放電電路與所述第1組電池的連接的接通/斷開的開關的強制放電部，當在所述工序a測量的第1組電池的電壓達到強制放電開始電壓Va時，控制所述開關以接通所述連接，當達到強制放電結束電壓Vb時，控制所述開關以斷開所述連接的工序，其中，所述強制放電電路包括電阻和二極體。在上述方法中較為理想的是，所述平均充電電壓Vl和所述平均充電電壓V2的比V2/V1被設定在1.01以上且1.18以下的範圍。在上述方法中較為理想的是，作為構成第1組電池的第1單位電池採用非水電解質二次電池。在上述方法中較為理想的是，所述非水電解質二次電池的正極活性物質採用含鈷的鋰複合氧化物。在上述方法中較為理想的是，設構成所述第1組電池的第1單位電池的個數為nA，強制放電開始電壓Va被設定在4.05nAV以上且4.15nAV以下的範圍。在上述方法中較為理想的是，設所述第1組電池中的第1單位電池的個數為nA，強制放電結束電壓Vb被設定在3.85nAV以上且3.95nAV以下的範圍。在上述方法中較為理想的是，所述第1組電池採用在所述串聯連接的多個第1單位電池上還串聯連接鹼性蓄電池的第3單位電池的結構。在上述方法中較為理想的是，第3單位電池的容量大於第1單位電池的容量。在上述方法中，設構成第1組電池的第1單位電池的個數為nA、第3單位電池的個數為，較為理想的是，所述強制放電開始電壓Va被設定在4.05nAV+l.4ncV以上且4.15nAV+l.4ncV以下的範圍。在上述方法中較為理想的是，還包括從強制放電開始電壓Va和強制放電結束電壓Vb算出強制放電所需的電量的工序，以及以一定的電流值進行一定時間的強制放電的工序。在上述方法中較為理想的是，作為構成所述第2組電池的第2單位電池採用鹼性蓄電池。根據本發明的上述各方法，可實現與所述的本發明的各電池系統的結構相同的效果。產業上的可利用性本發明的電源系統使用由單位重量的能量密度比鉛蓄電池高的非水電解質二次電池構成的組電池，因此作為競賽用車輛的電池啟動電源的可利用性高、效果顯著。權利要求一種電源系統，其特徵在於包括電池集合體，將串聯連接有多個第1單位電池的第1組電池和串聯連接有多個第2單位電池的第2組電池並聯連接；發電機，對所述電池集合體進行充電；強制放電部，用於強制放電所述第1組電池；電壓測量部，測量所述第1組電池的電壓；控制部，基於所述電壓測量部的測量結果，通過控制所述強制放電部，控制所述電池集合體的電壓，其中，所述電池集合體被設定成，使所述第1組電池達到滿充電容量的一半的充電容量時的端子電壓的平均充電電壓V1小於所述第2組電池達到滿充電容量的一半的充電容量時的端子電壓的平均充電電壓V2，所述控制部控制所述強制放電部，以使當所述電壓測量部測量的第1組電池的測量電壓達到強制放電開始電壓Va時開始第1組電池的強制放電，當達到強制放電結束電壓Vb時結束該強制放電。2.根據權利要求1所述的電源系統，其特徵在於，所述強制放電部包括強制放電電路，具備電阻和二極體；和開關，用於切換該強制放電電路與所述第1組電池的連接的接通/斷開，其中，所述控制部當由所述電壓測量部測量的第1組電池的測量電壓達到強制放電開始電壓Va時，控制所述開關以接通所述連接。3.根據權利要求1或2所述的電源系統，其特徵在於所述第1組電池的平均充電電壓Vl和所述第2組電池的平均充電電壓V2的比V2/V1被設定在1.Ol以上且1.18以下的範圍。4.根據權利要求1至3中任一項所述的電源系統，其特徵在於所述第1單位電池為非水電解質二次電池。5.根據權利要求4所述的電源系統，其特徵在於所述非水電解質二次電池的正極活性物質採用含鈷的鋰複合氧化物。6.根據權利要求4或5所述的電源系統，其特徵在於設所述第1組電池中的所述第1單位電池的個數為nA，所述強制放電開始電壓Va被設定在4.05nAV以上且4.15nAV以下的範圍。7.根據權利要求4至6中任一項所述的電源系統，其特徵在於設所述第1組電池中的所述第1單位電池的個數為nA，所述強制放電結束電壓Vb被設定在3.85nAV以上且3.95nAV以下的範圍。8.根據權利要求4至6中任一項所述的電源系統，其特徵在於所述第1組電池還串聯連接有採用鹼性蓄電池的第3單位電池。9.根據權利要求8所述的電源系統，其特徵在於所述第3單位電池的容量比所述第1單位電池的容量大。10.根據權利要求8或9所述的電源系統，其特徵在於設所述第1組電池中的所述第1單位電池的個數為nA、所述第3單位電池的個數為η。，所述強制放電開始電壓Va被設定在4.05nAV+l.4ncV以上且4.15nAV+l.4ncV以下的範圍。11.根據權利要求1至10中任一項所述的電源系統，其特徵在於從所述強制放電開始電壓Va和所述強制放電結束電壓Vb算出強制放電所需的電量，並以一定的電流值進行一定時間的強制放電。12.根據權利要求1至11中任一項所述的電源系統，其特徵在於所述第2單位電池採用鹼性蓄電池。13.—種電池集合體的控制方法，其中，所述電池集合體為將串聯連接有多個第1單位電池的第1組電池和串聯連接有多個第2單位電池的第2組電池並聯連接而構成，且所述第1組電池達到滿充電容量的一半的充電容量時的端子電壓的平均充電電壓Vl被設定為小於所述第2組電池達到滿充電容量的一半的充電容量時的端子電壓的平均充電電壓V2，其特徵在於包括以下工序測量所述第1組電池的電壓的工序a；當在所述工序a測量的第1組電池的電壓達到強制放電開始電壓Va時，強制放電所述第1組電池直至達到強制放電結束電壓Vb為止的工序b。14.根據權利要求13所述的電池集合體的控制方法，其特徵在於所述工序b利用具備強制放電電路和切換所述強制放電電路與所述第1組電池的連接的接通/斷開的開關的強制放電部，當在所述工序a測量的第1組電池的電壓達到強制放電開始電壓Va時，控制所述開關以接通所述連接，當達到強制放電結束電壓Vb時，控制所述開關以斷開所述連接的工序，其中，所述強制放電電路包括電阻和二極體。15.根據權利要求13或14所述的電池集合體的控制方法，其特徵在於所述平均充電電壓Vl和所述平均充電電壓V2的比V2/V1被設定在1.01以上且1.18以下的範圍。16.根據權利要求13至15中任一項所述的電池集合體的控制方法，其特徵在於所述第1單位電池採用非水電解質二次電池。17.根據權利要求16所述的電池集合體的控制方法，其特徵在於所述非水電解質二次電池的正極活性物質採用含鈷的鋰複合氧化物。18.根據權利要求16或17所述的電池集合體的控制方法，其特徵在於設構成所述第1組電池的所述第1單位電池的個數為nA，所述強制放電開始電壓Va被設定在4.05nAV以上且4.15nAV以下的範圍。19.根據權利要求16至18中任一項所述的電池集合體的控制方法，其特徵在於設所述第1組電池中的所述第1單位電池的個數為nA，所述強制放電結束電壓Vb被設定在3.85nAV以上且3.95nAV以下的範圍。20.根據權利要求13至19中任一項所述的電池集合體的控制方法，其特徵在於所述第1組電池採用在所述串聯連接的多個第1單位電池上還串聯連接鹼性蓄電池的第3單位電池的結構。21.根據權利要求20所述的電池集合體的控制方法，其特徵在於所述第3單位電池的容量大於所述第1單位電池的容量。22.根據權利要求20或21所述的電池集合體的控制方法，其特徵在於設構成所述第1組電池的所述第1單位電池的個數為nA、所述第3單位電池的個數為，所述強制放電開始電壓Va被設定在4.05nAV+l.4ncV以上且4.15nAV+l.4ncV以下的範圍。23.根據權利要求13至22中任一項所述的電池集合體的控制方法，其特徵在於還包括從所述強制放電開始電壓Va和所述強制放電結束電壓Vb算出強制放電所需的電量的工序，以及以一定的電流值進行一定時間的強制放電的工序。24.根據權利要求13至23中任一項所述的電池集合體的控制方法，其特徵在於作為所述第2電池採用鹼性蓄電池。全文摘要本發明提供一種電源系統，包括將串聯連接有多個第1單位電池的第1組電池和串聯連接有多個第2單位電池的第2組電池並聯連接而構成的電池集合體；發電機；可讓第1組電池強制放電的強制放電部；測量第1組電池的電壓，並且當該電壓達到強制放電開始電壓Va時，利用強制放電部讓第1組電池強制放電，直至達到強制放電結束電壓Vb為止的控制部，其中，第1組電池的平均充電電壓V1小於第2組電池的平均充電電壓V2。文檔編號H01M10/44GK101809804SQ200880109410公開日2010年8月18日申請日期2008年8月15日優先權日2007年9月25日發明者杉山茂行,鈴木剛平,青木護申請人:松下電器產業株式會社