專(zhuān)利名稱(chēng)：蓄電池系統(tǒng)、車(chē)載電源系統(tǒng)、車(chē)輛和蓄電池系統(tǒng)的充電方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以提高能源效率為目的、適合于汽車(chē)、二輪車(chē)、電車(chē)、電梯、風(fēng)力發(fā)電、應(yīng)急電源等的蓄電池系統(tǒng)及其充電方法，尤其涉及具備這種蓄電池系統(tǒng)的車(chē)載電源系統(tǒng)和車(chē)輛。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，從有效利用能源、環(huán)境對(duì)策的角度出發(fā)，為了有效利用再生能源，研究出了裝備有電池的混合動(dòng)力汽車(chē)、二輪車(chē)、電車(chē)、電梯、風(fēng)力發(fā)電等，且一部分已經(jīng)被實(shí)用化。此外，作為停電等應(yīng)急用的后備電源，研究出了二次電池，且至今已被實(shí)用化，所裝備的電池是鉛蓄電池、鎳氫電池等。
但是，例如就在混合動(dòng)力汽車(chē)中使用的鎳氫電池來(lái)說(shuō)，存在著高輸出時(shí)或者快速充電(再生)時(shí)急劇發(fā)熱、而且熱劣化非常大的問(wèn)題。此外，在應(yīng)急電源中使用的鉛蓄電池，由于重量能源密度小而重量大，因而受到設(shè)置位置的限制。
另一方面，使用大容量電容器的混合動(dòng)力汽車(chē)的開(kāi)發(fā)也得到推進(jìn)，但是，電容器與二次電池相比，存在著能夠瞬間蓄積大電能，另一方面，電的容量又非常小、不能小型化的問(wèn)題。
因此，為了克服這些問(wèn)題，例如在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中提出了高輸出的鋰離子電池。鋰離子電池，由于電壓高、重量輕，所以具有較高的能源密度，另一方面，又由于對(duì)于負(fù)極使用碳材料，所以由于存在著在例如能源再生時(shí)那樣的快速充電下周期壽命會(huì)劣化的問(wèn)題，所以對(duì)于電池的輸入電能受到抑制而不能高效率地蓄積再生能源。此外，存在著下面的問(wèn)題由于通過(guò)使鋰離子電池高輸出化而使原本較高的能源密度顯著降低，從而發(fā)電容量降低，所以例如電動(dòng)汽車(chē)(EV)等的行駛距離變短。此外，在混合動(dòng)力汽車(chē)中，今后要求剎車(chē)時(shí)的能源再生能力和加速能力的提高，并且要求增加電機(jī)驅(qū)動(dòng)(EV行駛)下的行駛距離，但是，使能源再生能力和加速能力的提高與電機(jī)驅(qū)動(dòng)(EV行駛)下的行駛性能提高兩方面并存是困難的。
專(zhuān)利文獻(xiàn)2提出了作為車(chē)載電源具有蓄電池系統(tǒng)的混合動(dòng)力汽車(chē)。該蓄電池系統(tǒng)具備主組電池和副組電池，且將來(lái)自電機(jī)或者發(fā)動(dòng)機(jī)的再生電流蓄積到副組電池中，并將蓄積在副組電池中的電能充電到主組電池中。但是，就專(zhuān)利文獻(xiàn)2的蓄電池系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，在副組電池的負(fù)極活性物質(zhì)中吸附釋放離子的速度慢，從而在進(jìn)行再生充電那樣的快速充電時(shí)，不能高效率地進(jìn)行充電。
特開(kāi)2003-134689號(hào)公報(bào)[專(zhuān)利文獻(xiàn)2]特開(kāi)2004-289892號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種在再生充電那樣的快速充電時(shí)能夠高效率地進(jìn)行充電、在低負(fù)荷時(shí)能夠長(zhǎng)時(shí)間放電的蓄電池系統(tǒng)中、提高了長(zhǎng)壽命性能的蓄電池系統(tǒng)、車(chē)載電源系統(tǒng)、車(chē)輛和蓄電池系統(tǒng)的充電方法。
本發(fā)明的蓄電池系統(tǒng)的特征在于，具備組電池A，其具有包含吸附釋放鋰離子的、平均粒子直徑大于等于2μm的負(fù)極活性物質(zhì)的第1非水電解質(zhì)電池；組電池B，其具有包含吸附鋰離子的電位大于等于0.4V(vs.Li/Li)、一次粒子的平均粒子直徑小于等于1μm的、吸附鋰離子的負(fù)極活性物質(zhì)的第2非水電解質(zhì)電池；以及控制部，至少在未從外部向上述組電池B供給電能的情況下，其斷續(xù)地使上述組電池A與上述組電池B電連接，以上述第2非水電解質(zhì)電池的充放電深度為10～90％的范圍的方式，使從上述組電池A向上述組電池B斷續(xù)地供給電能。
本發(fā)明的車(chē)載電源系統(tǒng)，其特征在于，安裝有蓄電池系統(tǒng)，該蓄電池系統(tǒng)具備組電池A，其具有包含吸附釋放鋰離子的、平均粒子直徑大于等于2μm的負(fù)極活性物質(zhì)的第1非水電解質(zhì)電池；以及組電池B，其具有包含吸附鋰離子的電位大于等于0.4V(vs.Li/Li)、一次粒子的平均粒子直徑小于等于1μm的、吸附鋰離子的負(fù)極活性物質(zhì)的第2非水電解質(zhì)電池；該車(chē)載電源系統(tǒng)具有控制部，至少在未從安裝在車(chē)輛上的電機(jī)或發(fā)送機(jī)向上述蓄電池系統(tǒng)供給電能的情況下，其斷續(xù)地使上述組電池A與上述組電池B電連接，以上述第2非水電解質(zhì)電池的充放電深度為10～90％的范圍的方式，使從上述組電池A向上述組電池B斷續(xù)地供給電能。
本發(fā)明的車(chē)載電源系統(tǒng)，其特征在于，安裝有蓄電池系統(tǒng)，該蓄電池系統(tǒng)具備組電池A，其具有包含吸附釋放鋰離子的、平均粒子直徑大于等于2μm的負(fù)極活性物質(zhì)的第1非水電解質(zhì)電池；以及組電池B，其具有包含吸附鋰離子的電位大于等于0.4V(vs.Li/Li)、一次粒子的平均粒子直徑小于等于1μm的、吸附鋰離子的負(fù)極活性物質(zhì)的第2非水電解質(zhì)電池；該車(chē)載電源系統(tǒng)具有控制部，在從安裝在車(chē)輛上的電機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)向上述蓄電池系統(tǒng)供給電能的情況下，其使從上述電機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)向上述組電池B供給電能，并使從上述組電池A以比上述組電池B低的輸出向上述電機(jī)供給電能。
本發(fā)明的車(chē)輛的特征在于具有上述任意一個(gè)車(chē)載電源系統(tǒng)。
本發(fā)明的蓄電池系統(tǒng)的充電方法，是對(duì)下述的蓄電池系統(tǒng)進(jìn)行充電的方法，該蓄電池系統(tǒng)具備組電池A，其具有包含吸附釋放鋰離子的、平均粒子直徑大于等于2μm的負(fù)極活性物質(zhì)的第1非水電解質(zhì)電池；以及組電池B，其具有包含吸附鋰離子的電位大于等于0.4V(vs.Li/Li)、一次粒子的平均粒子直徑小于等于1μm的、吸附鋰離子的負(fù)極活性物質(zhì)的第2非水電解質(zhì)電池，其特征在于，該方法至少在未從外部向上述組電池B供給電能的情況下，斷續(xù)地使上述組電池A與上述組電池B電連接，以上述第2非水電解質(zhì)電池的充放電深度為10～90％的范圍的方式，使從上述組電池A向上述組電池B斷續(xù)地供給電能。
本發(fā)明的蓄電池系統(tǒng)在再生充電那樣的快速充電時(shí)能夠高效率地進(jìn)行充電、此外在低負(fù)荷時(shí)能夠長(zhǎng)時(shí)間放電。通過(guò)車(chē)載本發(fā)明的蓄電池系統(tǒng)，提供一種具有長(zhǎng)壽命性能的車(chē)載電源系統(tǒng)以及車(chē)輛。


圖1是表示電機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)的停止時(shí)的本發(fā)明的蓄電系統(tǒng)以及車(chē)載電源系統(tǒng)的平面示意圖；圖2是表示電機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)時(shí)的本發(fā)明的蓄電系統(tǒng)以及車(chē)載電源系統(tǒng)的平面示意圖；圖3是切掉構(gòu)成電池組的單位單元的一部分而示出的切開(kāi)分解透視圖；圖4是表示電池組和電池控制單元的詳細(xì)關(guān)系的方框圖；圖5是在第1實(shí)施方式以及第2實(shí)施方式的蓄電池系統(tǒng)中使用的電池組的分解透視圖；圖6是表示圖5的電池組的電路的方框圖；圖7是組電池A和組電池B所各自特有的電池電壓-充電深度的特性曲線圖；圖8是示意地表示在圖5的電池組中使用的扁平型非水電解質(zhì)二次電池的另一實(shí)施方式的局部切開(kāi)透視圖；圖9是圖8的IX部的局部放大剖面圖；圖10是示意地表示車(chē)載有本發(fā)明的蓄電池系統(tǒng)的混合動(dòng)力汽車(chē)的方框平面圖；圖11是示意地表示車(chē)載有本發(fā)明的蓄電池系統(tǒng)的外接電源型混合動(dòng)力汽車(chē)的方框平面圖；圖12是示意地表示車(chē)載有本發(fā)明的另一蓄電池系統(tǒng)的混合動(dòng)力汽車(chē)的方框平面圖；圖13是示意地表示車(chē)載有本發(fā)明的另一蓄電池系統(tǒng)的外接電源型混合動(dòng)力汽車(chē)的方框平面圖；圖14是示意地表示車(chē)載有本發(fā)明的再一蓄電池系統(tǒng)的混合動(dòng)力汽車(chē)的方框平面圖；以及圖15是示意地表示車(chē)載有本發(fā)明的再一蓄電池系統(tǒng)的外接電源型混合動(dòng)力汽車(chē)的方框平面圖。
符號(hào)說(shuō)明1蓄電系統(tǒng)，2升壓機(jī)構(gòu)(換流器)，3電池組，4電池控制單元(BMU、控制部)，5電機(jī)/發(fā)電機(jī)，6第1非水電解質(zhì)電池，7第2非水電解質(zhì)電池，11電極組，12正極，12a正極集電體，12b正極活性物質(zhì)含有層，13負(fù)極，13a負(fù)極集電體，13b負(fù)極活性物質(zhì)含有層，14隔板，15正極端子，16負(fù)極端子，17容器，18疊層電極組，21電池單體(單位單元)，23粘接帶，24印刷布線基板，26保護(hù)電路，28正極側(cè)布線，29正極側(cè)連接器，30負(fù)極側(cè)布線，31負(fù)極側(cè)連接器，33保護(hù)片，34保護(hù)塊，35收納容器，36蓋，40充放電控制電路，41充電截?cái)嚯娐罚?2放電截?cái)嚯娐罚?3充電器，44外部負(fù)荷，50A～50F汽車(chē)，51內(nèi)燃機(jī)，52發(fā)電機(jī)，55電動(dòng)機(jī)，56驅(qū)動(dòng)輪，61a、61b溫度傳感器，62a、62b電壓表，63a、63b電流表，71充電器，72插頭，73電源，A、B組電池。
具體實(shí)施例方式
以下，參照

本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。
在本發(fā)明中，構(gòu)成組電池A的第1非水電解質(zhì)電池6，由于負(fù)極活性物質(zhì)的平均粒子直徑大于等于2μm，所以其吸附釋放鋰離子的速度慢，但是，通過(guò)對(duì)于負(fù)極活性物質(zhì)使用鋰離子吸附量大的材料，而在低負(fù)荷的機(jī)器驅(qū)動(dòng)條件下作為主電源而工作。因此，本發(fā)明的蓄電池系統(tǒng)能夠長(zhǎng)時(shí)間驅(qū)動(dòng)。
另一方面，構(gòu)成組電池B的第2非水電解質(zhì)電池7，由于吸附鋰離子的電位大于等于0.4V(vs.Li/Li)，所以電池B的能源密度降低，但是，在快速充電下鋰金屬析出的發(fā)生困難，并且一次粒子的平均粒子直徑小于等于1μm的負(fù)極活性物質(zhì)其鋰離子的吸附釋放速度快。因此，本發(fā)明的蓄電池系統(tǒng)在需要高輸出的機(jī)器驅(qū)動(dòng)條件下、在需要高輸入的電能再生時(shí)，通過(guò)作為主電源工作，具有高輸出輸入的性能。
控制部4，至少在沒(méi)有從外部向蓄電系統(tǒng)1的電能供給時(shí)(例如，在車(chē)載電源系統(tǒng)中電機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)停止的期間)，對(duì)組電池A和組電池B斷續(xù)地進(jìn)行電連接，使從上述組電池A向上述組電池B斷續(xù)地供給電能。由此，將第2非水電解質(zhì)電池7的充放電深度調(diào)整在10～90％的適宜范圍中，其結(jié)果，高輸出輸入性能得到維持，組電池B的周期壽命得到延長(zhǎng)。即，通過(guò)斷續(xù)地執(zhí)行對(duì)組電池B的電能補(bǔ)給，能夠始終將組電池B保持在適宜范圍的充電深度，從而能夠抑制長(zhǎng)時(shí)間保存時(shí)(機(jī)器工作停止時(shí))的組電池B的電阻上升，使高輸出輸入性能長(zhǎng)期穩(wěn)定地得到維持。
在此，所謂“斷續(xù)的電能供給”，定義為組電池A和組電池B并不始終電連接，而是根據(jù)組電池B的充電深度對(duì)組電池A、B的非電連接狀態(tài)(停止?fàn)顟B(tài))和電連接狀態(tài)(充電狀態(tài))進(jìn)行切換，而調(diào)整非電連接時(shí)間(停止時(shí)間)的長(zhǎng)度的電能供給。例如，在組電池B的充電深度高的情況下，加長(zhǎng)組電池A、B的非電連接時(shí)間，反之，在組電池B的充電深度低的情況下，縮短組電池A、B的非電連接時(shí)間。而且，作為電能供給方式，優(yōu)選以恒電壓控制使從組電池A向組電池B進(jìn)行充電。通過(guò)使用該方式，能夠以短時(shí)間使充電結(jié)束。
另一方面，如果連續(xù)進(jìn)行沒(méi)有非電連接時(shí)間的連續(xù)的電能供給，則電池B的內(nèi)部電阻會(huì)逐漸增加，而使其輸出輸入性能降低。這是因?yàn)?，在正極表面會(huì)引起電解液的氧化分解反應(yīng)，從而在正極表面會(huì)生成高電阻的氧化膜的緣故。
進(jìn)而，優(yōu)選地，組電池A和組電池B以30日期間1～60次的頻度被進(jìn)行電連接，以組電池B的充電深度成為10～90％的范圍的方式從組電池A向組電池B供給電能。即，通過(guò)以30日期間1～60次的頻度進(jìn)行電連接，只要從組電池A斷續(xù)地進(jìn)行組電池B自身已放電的量的電能供給(充電)即可。如果以超過(guò)該適宜范圍的頻度將組電池A與組電池B電連接，則組電池B的保存壽命會(huì)降低。這是因?yàn)椋谡龢O會(huì)引起電解液的氧化分解，而使正極電阻增大，從而使輸出輸入性能大幅度地降低的緣故。更優(yōu)選的連接頻度是30日期間10～40次。另一方面，如果以低于適宜范圍的頻度將組電池A與組電池B電連接，則其自身放電會(huì)變大，從而有可能會(huì)使電能補(bǔ)充不足。
充電深度的更優(yōu)選的范圍是20～80％的范圍。因?yàn)橥ㄟ^(guò)保持在該范圍能夠進(jìn)一步減小電池電阻值，所以能夠維持較高的輸出輸入性能。
此外，優(yōu)選地，組電池B的充電深度處于50～100％的范圍內(nèi)時(shí)，從組電池B向組電池A供給電能(充電)。即，通過(guò)組電池的充電深度在50～100％的范圍下對(duì)組電池A供給電能，能夠維持較高的組電池的輸出輸入性能。這是因?yàn)榻M電池B的充電深度不會(huì)過(guò)高的緣故。更優(yōu)選地，是60～80％的范圍。而且，優(yōu)選地，作為從組電池B向組電池A的充電方式，采用恒電流·恒電壓控制。
在非水電解質(zhì)電池的充電方式中，有恒電流充電(Constant CurrentCharge)、恒電壓充電(Constant Voltage Charge)、恒電流·恒電壓充電(Constant Current and Constant Voltage Charge)等各種方法。在此，所謂“恒電流充電(CC充電)”，是指在特定電流下進(jìn)行的充電方式。此外，所謂“恒電壓充電(CV充電)”，是指在特定電壓下進(jìn)行的充電方式。此外，所謂“恒電流·恒電壓充電(CCCV充電)”，是指使CC充電與CV充電組合的充電方式。CCCV充電，首先CC充電到特定電壓，接著以特定電壓進(jìn)行CV充電直到經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間。在本發(fā)明中，優(yōu)選地，在從組電池A向組電池B的充電中使用CV充電。這是因?yàn)?，由于在需要高輸出的機(jī)器驅(qū)動(dòng)時(shí)、需要高輸入的電能再生時(shí)，組電池B作為主電源工作，所以需要以較高的充電速率在短時(shí)間中快速充電的緣故。另一方面，優(yōu)選地，在從組電池B向組電池A的充電中使用CCCV充電。這是因?yàn)?，由于在低?fù)荷的機(jī)器驅(qū)動(dòng)條件下，組電池A作為主電源工作，所以需要以不使周期壽命劣化的方式安全地進(jìn)行充電的緣故。
另一方面，在車(chē)載電源系統(tǒng)中，在從電機(jī)或者發(fā)動(dòng)機(jī)向蓄電池系統(tǒng)供給電能時(shí)，如圖2所示，組電池B從電機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)5接受電能供給，組電池A以比組電池B低的輸出向電機(jī)5供給電能。這是因?yàn)?，為了高效率地蓄積剎車(chē)時(shí)的制動(dòng)能源，而向組電池B供給電能的緣故。根據(jù)車(chē)的加速行駛和定速行駛的狀況，各個(gè)電能供給的輸出值(W)不同。這是因?yàn)?，定速行駛時(shí)從組電池A向電機(jī)5的電能供給的輸出值比加速時(shí)向組電池B的電能供給的輸出值要小的緣故。
優(yōu)選地，第2非水電解質(zhì)電池(組電池B)的負(fù)極活性物質(zhì)含有含鈦金屬氧化物。進(jìn)而，優(yōu)選地，含鈦金屬氧化物含有尖晶石型鋰鈦氧化物。即，第2非水電解質(zhì)電池的負(fù)極活性物質(zhì)是吸附鋰離子的電位大于等于0.4V(vs.Li/Li)，一次粒子的平均粒子直徑小于等于1μm的、吸附鋰離子的物質(zhì)，但是，優(yōu)選地，其中也含有含鈦氧化物，進(jìn)而優(yōu)選地，含有尖晶石型鋰鈦氧化物。第2非水電解質(zhì)電池，由于在平均粒子直徑不足1μm的微細(xì)一次粒子下具有高輸出輸入性能，并且伴隨著充放電周期的電解液的分解、電極體積變化較小，所以在長(zhǎng)期周期壽命性能方面非常優(yōu)異。
此外，優(yōu)選地，第1非水電解質(zhì)電池(組電池A)的負(fù)極活性物質(zhì)含有吸附釋放鋰離子的、平均粒子直徑小于等于1μm的碳材料、鋰合金、金屬化合物。進(jìn)而，優(yōu)選地，第1非水電解質(zhì)電池的負(fù)極活性物質(zhì)的碳材料含有以天然石墨為原料的石墨粉末。即，第1非水電解質(zhì)電池(組電池A)的負(fù)極活性物質(zhì)，由于含有平均粒子直徑大于等于1μm的碳材料、鋰合金、金屬氧化物，所以吸附釋放鋰離子的速度慢，從而能夠在低負(fù)荷時(shí)獲取高容量。此外，由于吸附鋰離子的電位較低，所以會(huì)成為高電壓，從而能夠具有比第2非水電解質(zhì)電池(組電池B)高的能源密度。進(jìn)一步優(yōu)選地，碳材料具有以天然石墨為原料的石墨粉末。這是因?yàn)橛纱四軌蚓哂懈呷萘康木壒省?br> 圖7是組電池A和組電池B所各自特有的電池電壓-充電深度的特性曲線圖。在圖中，分別地，曲線A(虛線)表示組電池A的特性曲線，曲線B(實(shí)線)表示組電池B的特性曲線。組電池A具有適合于CCCV充電的特性。即，組電池A首先在特定電流下被進(jìn)行CC充電，在其電池電壓正好達(dá)到特定的電壓Emax時(shí)從CC充電切換到CV充電，并且在以電池電壓為電壓Emax的條件下CV充電規(guī)定時(shí)間量。充電時(shí)間由控制部4的內(nèi)置定時(shí)器來(lái)控制。此外，電壓Emax是在組電池A未過(guò)充電的范圍內(nèi)能夠允許的最大的電池電壓。另一方面，組電池B具有適合于CC充電或者CV充電的特性。即，組電池B以特定電流被進(jìn)行CC充電，在充電終止時(shí)(充電深度100％)達(dá)到電壓Ee。組電池B的終止電壓Ee例如是238V。
以下，參照附圖具體地說(shuō)明本發(fā)明的各種實(shí)施方式。
(第1實(shí)施方式)第1實(shí)施方式的蓄電池系統(tǒng)1，如圖1和圖2所示，具備升壓機(jī)構(gòu)2；與升壓機(jī)構(gòu)2連接的組電池A和組電池B；與組電池A和組電池B連接的電池控制單元(BMU4)。組電池B具有以薄型非水電解質(zhì)二次電池7為單位單元、串聯(lián)或者并聯(lián)地將多個(gè)單位單元連接而成的模塊。組電池A經(jīng)由控制器8與組電池B斷續(xù)地并聯(lián)連接，從而控制組電池B的輸入輸出量?？刂破?內(nèi)置有DC/DC變換器，能夠以恒電壓控制使從組電池A向組電池B供給電能。
圖3表示非水電解質(zhì)電池的單位單元21的一例。電極組11，具有將正極12以及負(fù)極13以隔板14介于其間而成為扁平形狀的方式卷繞為螺旋形狀而成的構(gòu)造。電極組11，通過(guò)將正極12以及負(fù)極13以隔板14介于其間而成為扁平形狀的方式卷繞為螺旋形狀之后，實(shí)施加熱加壓制作而成。正極12、負(fù)極13以及隔板14也可以以由具有粘接性的高分子一體化的方式制作而成。帶狀的正極端子15與正極12電連接。另一方面，帶狀的負(fù)極端子16與負(fù)極13電連接。該電極組11，以使正極端子15和負(fù)極端子16的端部從容器17突出的狀態(tài)被收納在層疊膜制容器17內(nèi)。而且，層疊膜制容器17通過(guò)熱密封而被密封。
電池控制單元(BMU)4，如圖4所示，具備用于分別測(cè)定組電池A以及組電池B的溫度的溫度傳感器61a、61b；用于分別計(jì)測(cè)組電池電壓以及單位單元電壓的電壓表63a、63b；用于分別計(jì)測(cè)組電池A以及組電池B的電流的電流表62a、62b；充放電控制電路40；充電截?cái)嚯娐?1；放電截?cái)嚯娐?2。對(duì)于溫度傳感器61a、61b，能夠使用熱電偶、熱敏電阻等。
對(duì)于充放電控制電路40，分別輸入來(lái)自溫度傳感器61a、61b、電壓表63a、63b以及電流表62a、62b的測(cè)定信號(hào)。根據(jù)這些輸入信號(hào)，控制電路40能夠計(jì)算充電容量，并分別向用于設(shè)定到規(guī)定的充電深度(SOC)的充電截?cái)嚯娐?1以及放電截?cái)嚯娐?2發(fā)送信號(hào)，從而控制組電池A、B中的非水電解質(zhì)電池6、7的充放電。
這種蓄電系統(tǒng)1，可以與作為外部負(fù)荷的例如混合動(dòng)力汽車(chē)、電車(chē)等的直流電機(jī)以及發(fā)電機(jī)5連結(jié)。在此情況下，與直流電機(jī)連接的發(fā)電機(jī)，與蓄電系統(tǒng)的升壓機(jī)構(gòu)2連接。升壓機(jī)構(gòu)2起到作為至少向組電池B提供再生電能的充電器的作用。另一方面，在直流電機(jī)5上，連接有蓄電系統(tǒng)的BMU4。由此，能夠根據(jù)來(lái)自充放電控制電路40以及放電截?cái)嚯娐?2的信號(hào)控制從組電池B以及組電池A向直流電機(jī)的輸出。此外，用控制器8控制組電池B，從而能夠在組電池B的充電深度(SOC)處于50～100％的范圍內(nèi)時(shí)，使從組電池B向組電池A供給電能，對(duì)組電池A進(jìn)行充電。此外，如圖11、圖13、圖15所示的外接電源式混合動(dòng)力汽車(chē)的車(chē)載電源系統(tǒng)50A～50F那樣，還能夠從外部的充電器71和/或電源73直接對(duì)組電池A進(jìn)行充電。
另一方面，優(yōu)選地，通過(guò)以恒電壓控制從組電池A對(duì)組電池B斷續(xù)地供給電能，而使組電池B的SOC以始終處于10～90％的范圍內(nèi)、更優(yōu)選地40～60％的范圍內(nèi)的方式進(jìn)行調(diào)整。主要在車(chē)載電源系統(tǒng)的動(dòng)作停止時(shí)的情況下(例如因汽車(chē)長(zhǎng)期停車(chē)等而電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)等停止)，從組電池A補(bǔ)給組電池B自身所放電掉的電能量。此外，在從組電池B瞬間向外部釋放高輸出(例如汽車(chē)的加速時(shí))而使SOC急劇降低到小于等于40％的情況下，能夠從組電池A以使組電池B的SOC為40％～60％的范圍的方式進(jìn)行電能供給。優(yōu)選地，此時(shí)的電能供給在恒電壓控制下快速地進(jìn)行充電。即，在組電池B的充電深度降低到小于等于40％時(shí)，BMU4以恒電壓控制方式使從組電池A向組電池B進(jìn)行電能供給。
能夠?qū)⒏鞣N外部電源可供給電能地連接到組電池B。組電池B從外部電源直接地接受電能供給。進(jìn)而，組電池A能夠通過(guò)組電池B從外部電源接受電能供給。而且，雖然在上述圖1和圖2所示的蓄電池系統(tǒng)以及車(chē)載電源系統(tǒng)中并未裝入冷卻風(fēng)扇，但是，也可以導(dǎo)入冷卻風(fēng)扇而對(duì)組電池進(jìn)行冷卻。此外，也可以代替直流電機(jī)而使用交流電機(jī)。但是，在交流電機(jī)的情況下，需要整流器。
以下，說(shuō)明非水電解質(zhì)電池的負(fù)極、正極、隔板、非水電解質(zhì)以及容器。
1)負(fù)極負(fù)極具有負(fù)極集電體；被承載在負(fù)極集電體的單面或者兩面上、包含負(fù)極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑以及粘接劑的負(fù)極層。
對(duì)于組電池B的第2非水電解質(zhì)電池7的負(fù)極活性物質(zhì)，優(yōu)選地，使用能夠在一次粒子的平均粒子直徑小于等于1μm、在0.4～3V(vs.Li/Li+)的范圍內(nèi)吸附鋰的金屬氧化物、金屬硫化物、金屬氮化物或者合金。其中，優(yōu)選地，使用包含鋰鈦復(fù)合氧化物的負(fù)極活性物質(zhì)。作為鋰鈦復(fù)合氧化物，例如能夠列舉出鈦酸鋰(例如尖晶石型Li4+xTi5O12、x是-1≤x≤3，優(yōu)選地0＜x＜1)。特別地，在周期壽命方面，鈦酸鋰是優(yōu)選的。這是因?yàn)?，鈦酸鋰其鋰吸附電位約是1.5V，相對(duì)于鋁箔集電體或者鋁合金箔集電體，是電化學(xué)性非常穩(wěn)定的材料。
作為鋰鈦復(fù)合氧化物，除了上述的尖晶石型的鈦酸鋰外，例如還可以使用Li2+xTi3O7(x是-1≤x≤3)等斜方錳礦(ラムステライド)型鈦酸鋰。在此，包含尖晶石型鈦酸鋰以及斜方錳礦型鈦酸鋰在內(nèi)稱(chēng)為鋰鈦氧化物。作為鋰鈦復(fù)合氧化物，除了該鋰鈦氧化物之外，也可以使用不包含鋰的鈦系氧化物。作為鈦系氧化物，可以列舉出含有從由TiO2、Ti和P、V、Sn、Cu、Ni以及Fe組成的組中選擇的至少1種元素的金屬?gòu)?fù)合氧化物等。TiO2在銳鈦礦型中優(yōu)選的是熱處理溫度300～500℃的低結(jié)晶性的材料。作為含有從由Ti和P、V、Sn、Cu、Ni以及Fe組成的組中選擇的至少1種元素的金屬?gòu)?fù)合氧化物，例如能夠列舉出TiO2-P2O5、TiO2-V2O5、TiO2-P2O5-SnO2、TiO2-P2O5-MeO(Me是從由Cu、Ni和Fe組成的組中選擇的至少1種元素)等。該金屬?gòu)?fù)合氧化物，優(yōu)選地是結(jié)晶性低、結(jié)晶相和非結(jié)晶相共存、或者是以非結(jié)晶相單獨(dú)存在的微構(gòu)造。由于是這樣的微構(gòu)造，而能夠大幅度地提高周期性能。其中，優(yōu)選的是鋰鈦氧化物、含有從由Ti和P、V、Sn、Cu、Ni以及Fe組成的組中選擇的至少1種元素的金屬?gòu)?fù)合氧化物。
在負(fù)極活性物質(zhì)中，除了鋰鈦復(fù)合氧化物之外，還能夠含有其他種類(lèi)的負(fù)極活性物質(zhì)。作為其他種類(lèi)的負(fù)極活性物質(zhì)，例如能夠列舉出吸附釋放鋰的碳物質(zhì)。
負(fù)極活性物質(zhì)的一次粒子的平均粒子直徑小于等于1μm。通過(guò)使用由平均粒子直徑小于等于1μm的粒子組成的負(fù)極活性物質(zhì)，能夠提高周期性能。特別地，在快速充電時(shí)以及高輸出放電時(shí)，該效果會(huì)變得顯著。這是因?yàn)?，例如?duì)于吸附釋放鋰離子的負(fù)極活性物質(zhì)來(lái)說(shuō)，粒子直徑越微小，活性物質(zhì)內(nèi)部的鋰離子的擴(kuò)散距離越短，從而比表面積變大的緣故。更理想的負(fù)極活性物質(zhì)的平均粒子直徑小于等于0.3μm。但是，如果負(fù)極活性物質(zhì)的平均粒子直徑較小，則由于容易引起粒子的凝聚，從而有可能招致負(fù)極活性物質(zhì)的均勻性的降低，所以?xún)?yōu)選地將下限值設(shè)置在0.001μm。
優(yōu)選進(jìn)行活性物質(zhì)原料的反應(yīng)合成而作為活性物質(zhì)前體制成小于等于1μm的粉末，通過(guò)使用球磨機(jī)、粉碎機(jī)(ジェトミル)等粉碎機(jī)實(shí)施將燒成處理后的粉末粉碎為小于等于1μm的處理，而得到一次粒子的平均粒子直徑小于等于1μm的負(fù)極活性物質(zhì)。
負(fù)極活性物質(zhì)的一次粒子的粒子直徑使用激光衍射式粒度分布測(cè)定裝置(島津SALD-300)來(lái)測(cè)定。首先，為了作為前處理使凝聚了的試料分散，在燒杯中加入試料約0.1g、表面活性劑和1～2mL的蒸餾水并充分?jǐn)嚢韬?，注入到攪拌水槽中，?秒間隔測(cè)定64次光強(qiáng)度分布，并分析粒度分布數(shù)據(jù)。由此，得到粒度分布、一次粒子的平均粒子直徑等的測(cè)定結(jié)果。
優(yōu)選地，負(fù)極集電體由鋁箔或者鋁合金箔形成。此外，優(yōu)選地，將鋁箔以及鋁合金箔的平均結(jié)晶粒子直徑設(shè)定為小于等于50μm。更優(yōu)選地，平均結(jié)晶粒子直徑小于等于10μm。雖然平均結(jié)晶粒子直徑越小，負(fù)極集電體的化學(xué)性以及物理的強(qiáng)度越高，但是，由于為了得到優(yōu)異的導(dǎo)電性而優(yōu)選地微細(xì)組織是結(jié)晶質(zhì)，所以?xún)?yōu)選將平均結(jié)晶粒子直徑的下限值設(shè)定在0.01μm。
通過(guò)將鋁箔或者鋁合金箔的平均結(jié)晶粒子直徑設(shè)定為小于等于50μm，能夠飛躍式地使負(fù)極集電體的強(qiáng)度提高。由于該負(fù)極集電體的強(qiáng)度的增大，使得物理的以及化學(xué)的耐受性得到增強(qiáng)，從而能夠減少負(fù)極集電體的斷裂。特別地，在高溫環(huán)境下(大于等于40℃)的過(guò)放電長(zhǎng)期周期中能夠防止由溶解、腐蝕引起的負(fù)極集電體的顯著的劣化，從而能夠抑制電極電阻的增大。進(jìn)而，由于電極電阻的增大的抑制，使得焦耳熱降低，從而能夠抑制電極的發(fā)熱。
此外，由于負(fù)極集電體強(qiáng)度的增大，使得即使對(duì)負(fù)極施加較高的壓力，集電體也不會(huì)斷裂。由此，能夠使負(fù)極高密度化，從而使容量密度提高。
一般地，在進(jìn)行電極加壓時(shí)，負(fù)極活性物質(zhì)的平均粒子直徑越小，對(duì)負(fù)極集電體的負(fù)荷越大。通過(guò)將平均結(jié)晶粒子直徑小于等于50μm的鋁箔或者鋁合金箔作為負(fù)極集電體來(lái)使用，負(fù)極集電體能夠耐受由平均粒子直徑小于等于1μm的負(fù)極活性物質(zhì)所產(chǎn)生的、對(duì)電極加壓時(shí)的較強(qiáng)的負(fù)荷。因此，能夠避免加壓時(shí)的負(fù)極集電體的斷裂。
此外，由于負(fù)極的高密度化，使得熱傳導(dǎo)率增加，從而能夠提高電極的散熱性。進(jìn)而，由于電池的發(fā)熱的抑制和電極的散熱性提高的相乘效果，而能夠抑制電池溫度的上升。
平均結(jié)晶粒子直徑小于等于50μm的鋁箔或者鋁合金箔受到材料組成、雜質(zhì)、加工條件、熱處理歷程和退火的加熱條件以及冷卻條件等諸多因素的復(fù)雜的影響。因此，對(duì)于負(fù)極集電體的結(jié)晶粒子直徑，在制造工序中，通過(guò)有機(jī)地組合上述諸因素來(lái)進(jìn)行調(diào)整。而且，也可以用日本制箔株式會(huì)社的PACAL21(產(chǎn)品名)來(lái)制成負(fù)極集電體。
具體地，通過(guò)在50～250℃下退火處理平均結(jié)晶粒子直徑90μm的鋁箔之后，冷卻到室溫，能夠制成平均結(jié)晶粒子直徑小于等于50μm的鋁箔。另一方面，通過(guò)在50～250℃下退火處理平均結(jié)晶粒子直徑90μm的鋁合金箔之后，冷卻到室溫，能夠制成平均結(jié)晶粒子直徑小于等于50μm的鋁合金箔。
用以下說(shuō)明的方法來(lái)測(cè)定鋁以及鋁合金的平均結(jié)晶粒子直徑。在金屬顯微鏡下觀察負(fù)極集電體表面的組織，測(cè)定存在于1mm×1mm的視野內(nèi)的結(jié)晶粒子數(shù)n，利用下式(1)計(jì)算平均結(jié)晶粒子面積S(μm2)。
S＝(1×106)/n...(1)其中，用(1×106)表示的值是1mm×1mm的視野面積(μm2)，n是結(jié)晶粒子數(shù)。
使用所得到的平均結(jié)晶粒子面積S根據(jù)下式(2)計(jì)算平均結(jié)晶粒子直徑d(μm)。對(duì)于5個(gè)位置(5個(gè)視野)進(jìn)行這種平均結(jié)晶粒子直徑d的計(jì)算，并將其平均值作為平均結(jié)晶粒子直徑。而且，假定誤差是約5％。
d＝2(S/π)1/2...(2)負(fù)極集電體的厚度理想的是小于等于20μm。鋁箔的純度理想的是大于等于99.99％。作為上述鋁合金，理想的是包含鎂、鋅、錳、硅等元素的合金。另一方面，理想的是將鐵、銅、鎳、鉻等過(guò)渡金屬量設(shè)定為小于等于100ppm。
作為導(dǎo)電劑，可以使用碳材料。例如，可以列舉出乙炔黑、碳黑、焦炭、碳纖維、石墨等。
作為粘接劑，例如可以列舉出聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVdF)、氟化橡膠、苯乙烯-丁二烯橡膠等。
優(yōu)選地，負(fù)極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘接劑的混合比設(shè)定為負(fù)極活性物質(zhì)80～95質(zhì)量％、導(dǎo)電劑3～18質(zhì)量％、粘接劑2～7質(zhì)量％的范圍。
負(fù)極，例如通過(guò)將負(fù)極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘接劑懸浮在適當(dāng)?shù)娜軇┲?，并將該懸浮物涂敷在鋁箔或者鋁合金箔的集電體上并干燥、加壓而制成。理想地，負(fù)極集電體的單面的負(fù)極活性物質(zhì)層的厚度是5～100μm。特別地，由于在負(fù)極活性物質(zhì)層的厚度處于5～100μm的范圍內(nèi)時(shí)，大電流下的充電放電時(shí)的熱傳導(dǎo)性高，從而急劇的發(fā)熱能夠得到抑制，所以是理想的。
第1非水電解質(zhì)電池6(組電池A)的負(fù)極活性物質(zhì)理想的是平均粒子直徑大于等于1μm的、吸附釋放鋰離子的材料，能夠列舉出鋰金屬、鋰合金、碳物質(zhì)或者金屬化合物。優(yōu)選進(jìn)行活性物質(zhì)原料的反應(yīng)合成而作為活性物質(zhì)前體制成小于等于1μm的粉末，通過(guò)使用球磨機(jī)、粉碎機(jī)(ジェトミル)等粉碎機(jī)實(shí)施將燒成處理后的粉末粉碎為小于等于1μm的處理，而得到平均粒子直徑大于等于1μm的負(fù)極活性物質(zhì)。
負(fù)極活性物質(zhì)的粒子直徑使用激光衍射式粒度分布測(cè)定裝置(島津SALD-300)來(lái)測(cè)定。首先，在燒杯中加入試料約0.1g、表面活性劑和1～2mL的蒸餾水并充分?jǐn)嚢韬?，注入到攪拌水槽中，?秒間隔測(cè)定64次光強(qiáng)度分布，并分析粒度分布數(shù)據(jù)。由此，得到粒度分布、平均粒子直徑等的測(cè)定結(jié)果。
對(duì)于鋰合金，可以列舉出鋰鋁合金、鋰鋅合金、鋰鎂合金、鋰硅合金、鋰鉛合金等。
吸附釋放鋰離子的碳材料，例如能夠列舉出天然石墨、人造石墨、焦炭、氣相成長(zhǎng)碳纖維、中間相瀝青(メソフェ一ズピツチ)系碳纖維、球狀碳、樹(shù)脂燒制碳。作為更理想的碳材料，可以列舉出天然石墨、人造石墨、注F碳纖維、球狀碳。碳材料，理想的是由X射線衍射得到的(002)面的面間隔d002小于等于0.340nm。進(jìn)而理想的是，以面間隔d002小于等于0.337nm的天然石墨為原料的石墨材料。石墨材料的形狀理想的是鱗片狀、粒狀、球狀。
作為上述金屬化合物，可以列舉出金屬氧化物、金屬硫化物、金屬氮化物等。例如作為金屬氧化物，能夠列舉出鎢氧化物(WO3)、非結(jié)晶形錫氧化物、錫硅氧化物(SnSiO3)、氧化硅(SiO)等。作為金屬硫化物，可以列舉出硫化鋰(TiS2)、硫化鉬(MoS2)、硫化鐵(Fe、FeS2、LixFeS2)等。作為金屬氮化物，可以列舉出鋰鈷氮化物(LixCoyN，0＜x＜4，0＜y＜0.5)等。優(yōu)選地，負(fù)極集電體由銅箔形成。
負(fù)極集電體的厚度理想的是小于等于20μm。作為構(gòu)成負(fù)極的導(dǎo)電劑，能夠使用碳材料。例如，能夠列舉出乙炔黑、碳黑、焦炭、碳纖維、石墨等。
作為粘接劑，例如能夠列舉出聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVdF)、氟化橡膠、苯乙烯-丁二烯橡膠等。
優(yōu)選地，負(fù)極的活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘接劑的混合比設(shè)定為負(fù)極活性物質(zhì)80～100質(zhì)量％、導(dǎo)電劑3～18質(zhì)量％、粘接劑2～7質(zhì)量％的范圍。
負(fù)極，例如通過(guò)將負(fù)極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘接劑懸浮在適當(dāng)?shù)娜軇┲?，將該懸浮物涂敷在鋁箔或者鋁合金箔的集電體上并干燥、加壓而制成。
優(yōu)選地，負(fù)極集電體的單面的負(fù)極活性物質(zhì)層的厚度是30～350μm。特別地，負(fù)極活性物質(zhì)層的厚度處于50～200μm的范圍內(nèi)時(shí)，能夠在低負(fù)荷放電時(shí)取出高容量。
2)正極該正極具有正極集電體；被承載在正極集電體的單面或者兩面上，包含正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑以及粘接劑的正極層。
作為正極集電體，可以列舉出鋁箔或者鋁合金箔，理想的是與負(fù)極集電體一樣，平均結(jié)晶粒子直徑小于等于50μm。更理想的是小于等于10μm。通過(guò)將平均結(jié)晶粒子直徑設(shè)定為小于等于50μm，能夠飛躍性地增大鋁箔或者鋁合金箔的強(qiáng)度，能夠在高壓下使正極高密度化，從而提高容量密度。平均結(jié)晶粒子直徑越小，越能夠減少氣泡和裂縫的產(chǎn)生，并且能夠提高正極集電體的化學(xué)強(qiáng)度以及物理的強(qiáng)度。為了將集電體的微細(xì)組織設(shè)置成具有結(jié)晶質(zhì)的組織以確保適度的硬度，優(yōu)選的，平均結(jié)晶粒子直徑的下限值設(shè)定為0.01μm。
正極集電體的厚度理想的是小于等于20μm。
作為正極活性物質(zhì)，可以列舉出氧化物、硫化物、聚合物等。例如，作為氧化物，可以列舉出例如MnO2等的二氧化錳；氧化鐵；氧化銅；氧化鎳；例如LixMn2O4或者LixMnO2等的鋰錳復(fù)合氧化物；例如LixNiO2等的鋰鎳復(fù)合氧化物；例如LixCoO2等的鋰鈷復(fù)合氧化物；例如LiNi1-yCoyO2等的鋰鎳鈷復(fù)合氧化物；例如LiMnyCo1-yO2等的鋰錳鈷復(fù)合氧化物；例如LixMn2-yNiyO4等的尖晶石型鋰錳鎳復(fù)合氧化物；例如LixFePO4、LixFe1-yMnyPO4、LixCoPO4等的具有橄欖石構(gòu)造的鋰磷氧化物；例如Fe2(SO4)3等的硫化鐵；例如V2O5等的釩氧化物等。而且，x、y只要沒(méi)有特別記載，理想的是在0～1的范圍內(nèi)。
例如，作為聚合物，可以列舉出聚苯胺、聚吡咯等導(dǎo)電性聚合物材料、二硫化物系聚合物材料等。除此以外，也能夠使用硫(S)、氟化碳等。
理想地，作為正極活性物質(zhì)，可以列舉出鋰錳復(fù)合氧化物、鋰鎳復(fù)合氧化物、鋰鈷復(fù)合氧化物、鋰鎳鈷復(fù)合氧化物、尖晶石型鋰錳鎳復(fù)合氧化物、鋰錳鈷復(fù)合氧化物、鋰磷酸鐵等。這些是因?yàn)槟軌虻玫礁叩恼龢O電壓的緣故。其中，在采用鋰錳復(fù)合氧化物、鋰鎳復(fù)合氧化物、鋰鈷復(fù)合氧化物、鋰鎳鈷復(fù)合氧化物、鋰錳鈷復(fù)合氧化物時(shí)，能夠抑制正極活性物質(zhì)和負(fù)極活性物質(zhì)在高溫環(huán)境下與非水電解質(zhì)的反應(yīng)，從而能夠大幅度地提高電池壽命。
此外，使用由LiaNibCocMndO2(但是，摩爾比a、b、c和d是0≤a≤1.1，b+c+d＝1)表示的鋰鎳鈷錳復(fù)合氧化物也是優(yōu)選的。通過(guò)使用鋰鎳鈷錳復(fù)合氧化物，能夠得到較高的電池電壓。摩爾比a、b、c和d的更理想的范圍是0≤a≤1.1，0.1≤b≤0.5，0≤c≤0.9，0.1≤d≤0.5。
作為導(dǎo)電劑，能夠列舉出乙炔黑、碳黑、石墨等。
作為粘接劑，可以列舉出例如聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVdF)、氟化橡膠等。
優(yōu)選地，正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘接劑的混合比設(shè)定為正極活性物質(zhì)80～95質(zhì)量％、導(dǎo)電劑3～18質(zhì)量％、粘接劑2～7質(zhì)量％的范圍。
正極，例如通過(guò)將正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘接劑懸浮在適當(dāng)?shù)娜軇┲校⒃搼腋∥锿糠笤阡X箔或者鋁合金箔的集電體上并干燥、加壓而制成。理想地，正極集電體的單面的正極活性物質(zhì)層的厚度是5～250μm。特別地，由于在正極活性物質(zhì)層的厚度處于5～200μm的范圍內(nèi)時(shí)，大電流下的充電放電時(shí)的熱傳導(dǎo)性高，從而急劇的發(fā)熱能夠得到抑制，所以是理想的。
3)隔板作為隔板，例如能夠列舉出合成樹(shù)脂制無(wú)紡布、聚乙烯多孔質(zhì)膜、聚丙烯多孔質(zhì)膜等。
4)非水電解質(zhì)作為非水電解質(zhì)，可以列舉出通過(guò)將電解質(zhì)溶解在有機(jī)溶劑中調(diào)制而成的液態(tài)非水電解質(zhì)、對(duì)上述液態(tài)電解質(zhì)和高分子材料進(jìn)行復(fù)合化而成的凝膠狀非水電解質(zhì)、或者對(duì)鋰鹽電解質(zhì)和高分子材料進(jìn)行復(fù)合化而成的固體非水電解質(zhì)。此外，也可以使用含有鋰離子的常溫熔融鹽(離子性熔體)。
液態(tài)非水電解質(zhì)，通過(guò)以0.5～2mol/L的濃度將電解質(zhì)溶解在有機(jī)溶劑中調(diào)制而成。
作為電解質(zhì)，例如可以列舉出LiClO4、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、Li(CF3SO2)3C、LiB[(OCO)2]2等。所使用的電解質(zhì)的種類(lèi)能夠設(shè)定為1種，或者2種或2種以上。
作為有機(jī)溶劑，例如能夠列舉出碳酸丙烯酯(PC)、碳酸乙烯酯(EC)等環(huán)狀碳酸酯；碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(MEC)等鏈狀碳酸酯；二甲醚(DME)、二乙二醇乙醚(DEE)等鏈狀乙醚；四氫呋喃(THF)、二氧六環(huán)(DOX)等環(huán)狀乙醚；γ-丁內(nèi)酯(GBL)、乙腈(AN)、環(huán)丁砜(SL)等單獨(dú)或者混合溶劑。如果采用包含GBL的非水電解質(zhì)，則能夠進(jìn)一步降低充電時(shí)的氣體生成量。除了GBL外，如果含有從由PC以及EC組成的組中選擇的至少一種，則也可以。
作為高分子材料，例如能夠列舉出聚偏氟乙烯(FVdF)、聚丙烯腈(PAN)、聚環(huán)氧乙烷(PEO)等。
此外，常溫熔融鹽(離子性熔體)由鋰離子、有機(jī)物陽(yáng)離子以及有機(jī)物陰離子構(gòu)成，在小于等于100℃、理想的是在室溫及室溫以下也是液態(tài)。
5)容器作為容器，除了圖3所示的層疊膜制容器17之外，也可以使用金屬制容器。作為形狀，可以列舉出扁平型、方型、圓柱型、硬幣型、紐扣型、片型、層疊型、裝載到電動(dòng)汽車(chē)上的大型電池等。
作為層疊膜，例如能夠列舉出包含金屬層和被覆金屬層的樹(shù)脂層的多層膜。為了輕量化，理想的金屬層是鋁箔或者鋁合金箔。樹(shù)脂層是用于增強(qiáng)金屬層的層，其能夠由聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、尼龍、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)等高分子形成。
層疊膜制容器，例如通過(guò)利用熱熔接使層疊膜粘貼而得到。
層疊膜的厚度的理想范圍是小于等于0.5mm。此外，優(yōu)選地，將層疊膜的厚度的下限值設(shè)定為0.01mm。
優(yōu)選地，金屬制容器由鋁或者鋁合金形成。理想地，鋁以及鋁合金各自的平均結(jié)晶粒子直徑小于等于50μm。通過(guò)將平均結(jié)晶粒子直徑設(shè)定為小于等于50μm，由鋁或者鋁合金構(gòu)成的金屬制容器的強(qiáng)度將會(huì)增大，從而即使將容器的壁形成得很薄，也能夠確保充分的機(jī)械強(qiáng)度。由此，因?yàn)槟軌蚴谷萜鞯纳嵝蕴岣?，所以能夠抑制電池溫度的上升。此外，由于能源密度的提高，還可以實(shí)現(xiàn)電池的輕量化以及小型化。而且，更理想的平均結(jié)晶粒子直徑是小于等于10μm。雖然平均結(jié)晶粒子直徑越小，容器的化學(xué)的以及物理的強(qiáng)度越高，但是，由于為了得到優(yōu)異的導(dǎo)電性而優(yōu)選微細(xì)組織是結(jié)晶質(zhì)，所以?xún)?yōu)選地，將平均結(jié)晶粒子直徑的下限值設(shè)定為0.01μm。
這些特征適合于要求高溫條件、高能源密度等的電池，例如，車(chē)載電源系統(tǒng)用二次電池。
金屬制容器的板厚度的理想范圍是小于等于0.5mm。此外，優(yōu)選地，金屬制容器的板厚度的下限值設(shè)定為0.05mm。
上述鋁箔的純度理想的是大于等于99.99％。作為上述鋁合金，理想的是包含鎂、鋅、硅等元素的合金。另一方面，理想的是將鐵、銅、鎳、鉻等過(guò)渡金屬設(shè)定為小于等于100ppm。
金屬制容器能夠用激光來(lái)進(jìn)行封口。因此，與層疊膜制容器相比，能夠減少密封部的體積，從而能夠提高能源密度。
(第2實(shí)施方式)第1實(shí)施方式的蓄電池系統(tǒng)并不限于利用再生電能進(jìn)行充電的情況，而在快速充放電的情況下也能夠很好地使用。作為這種用途，例如可以列舉出數(shù)碼照相機(jī)的電源用；助力汽車(chē)等的輕型車(chē)輛用電源；個(gè)人計(jì)算機(jī)、工廠等的后備電源(UPS不間斷電源單元，uninterruptible power supplydevice)；吸塵器。
第2實(shí)施方式的蓄電池系統(tǒng)，除了在充電中不使用再生電能以外，能夠設(shè)置成與上述第1實(shí)施方式的蓄電池系統(tǒng)同樣的結(jié)構(gòu)。充電速率理想的是大于等于2C、小于等于120C。在此，所謂1C，是指用1個(gè)小時(shí)使單位單元完全放電所需要的電流值，為了方便起見(jiàn)，可將單位單元的公稱(chēng)容量的數(shù)值置換為1C電流值。
在第1實(shí)施方式以及第2實(shí)施方式的蓄電池系統(tǒng)中，能夠使用將組電池6、7和電池控制單元(BMU)4收納在1個(gè)殼體內(nèi)而成的電池組。在第2實(shí)施方式的蓄電池系統(tǒng)中，由于不需要再生電能所提供的輸入，所以可以將電池組其自身作為蓄電池系統(tǒng)來(lái)使用。參照?qǐng)D5以及圖6說(shuō)明電池組的構(gòu)成例子。圖5是在第1以及第2實(shí)施方式的蓄電池系統(tǒng)中使用的電池組的分解透視圖。圖6是表示圖5的電池組的電路的方框圖。
圖5的電池組中的單位單元21，由圖3所示的扁平型非水電解質(zhì)電池構(gòu)成。多個(gè)單位單元21，其正極端子15和負(fù)極端子16突出的方向一致為一個(gè)方向而在厚度方向上層疊在一起。如圖6所示，單位單元21串聯(lián)連接而形成組電池6、7。組電池6、7，如圖5所示，被粘接帶23一體化。
優(yōu)選地，單位單元21的額定容量設(shè)定為大于等于2Ah、小于等于100Ah。額定容量的進(jìn)一步理想的范圍是大于等于3Ah、小于等于40Ah。在此，所謂額定容量，表示以0.2C速率放電時(shí)的容量。
單位單元21的個(gè)數(shù)理想的是大于等于5個(gè)、小于等于500個(gè)。個(gè)數(shù)的更理想的范圍是大于等于5個(gè)、小于等于200個(gè)。此外，在車(chē)載電源系統(tǒng)用的情況下，為了得到高電壓，優(yōu)選地，將單位單元21串聯(lián)連接。
與正極端子15以及負(fù)極端子16突出的側(cè)面相對(duì)，配置有印刷布線基板24。在印刷布線基板24上，如圖5所示，安裝有熱敏電阻的測(cè)量?jī)x25a、對(duì)于保護(hù)電路26以及外部設(shè)備的通電用的端子27。
熱敏電阻的測(cè)定部25b可以配置在多個(gè)單位單元21全體上，也可以配置在多個(gè)單位單元21中的任意的單位單元上。當(dāng)在一部分單位單元21上設(shè)置熱敏電阻的測(cè)定部25b的情況下，必須對(duì)于位于組電池6、7的中段上的單位單元21設(shè)置。在將熱敏電阻的測(cè)定部25b配置在單位單元21全體上的情況下，和僅配置在一部分上的情況下，都將最大檢測(cè)溫度設(shè)置為組電池6、7的溫度。此外，優(yōu)選地，熱敏電阻的測(cè)定部25b的設(shè)置位置，設(shè)定在單位單元21的平面部分的中央。熱敏電阻的測(cè)定結(jié)果，作為檢測(cè)信號(hào)被發(fā)送到保護(hù)電路26。
如圖5以及圖6所示，組電池6、7的正極側(cè)布線28與印刷布線基板24的保護(hù)電路26的正極側(cè)連接器29電連接。組電池6、7的負(fù)極側(cè)布線30與印刷布線基板24的保護(hù)電路26的負(fù)極側(cè)連接器31電連接。
保護(hù)電路26具備充放電控制電路40、充電截?cái)嚯娐?1、放電截?cái)嚯娐?2、電壓表63a、63b、電流表62a、62b(參照?qǐng)D4)。在各個(gè)單位單元21上，連接有用于電壓以及電流檢測(cè)的布線32，檢測(cè)信號(hào)通過(guò)這些布線32被發(fā)送到保護(hù)電路26。在對(duì)于外部設(shè)備的通電用端子27上連接有充電器以及外部負(fù)荷。
保護(hù)電路26不僅具有作為電池控制單元的作用，還具有在規(guī)定的條件下截?cái)啾Ｗo(hù)電路26與對(duì)于外部設(shè)備的通電用端子27之間的正極側(cè)布線31a以及負(fù)極側(cè)布線31b而確保安全性的作用。所謂規(guī)定的條件，是例如熱敏電阻的檢測(cè)溫度為規(guī)定溫度或規(guī)定溫度以上時(shí)，檢測(cè)到了單位單元21的過(guò)充電、過(guò)放電、過(guò)電流時(shí)等。該檢測(cè)方法，可以對(duì)于各個(gè)單位單元21或者單位單元21全體來(lái)進(jìn)行。在檢測(cè)各個(gè)單位單元21的情況下，可以檢測(cè)電池電壓，也可以檢測(cè)正極電位或者負(fù)極電位。在后者的情況下，作為參照極使用的鋰電極被插入到各個(gè)單位單元21中。
在組電池6、7中，如圖5所示，在正極端子15和負(fù)極端子16突出的側(cè)面以外的組電池6、7的三個(gè)側(cè)面上，配置有由橡膠或者樹(shù)脂構(gòu)成的保護(hù)片33。在正極端子15以及負(fù)極端子16突出的側(cè)面與印刷布線基板24之間，配置有由橡膠或者樹(shù)脂構(gòu)成的塊狀的保護(hù)塊34。
該組電池6、7和各保護(hù)片33、保護(hù)塊34以及印刷布線基板24，共同被收納于收納容器35中。即，在收納容器35的長(zhǎng)邊方向的兩方的內(nèi)側(cè)面和短邊方向的內(nèi)側(cè)面分別配置有保護(hù)片33，在短邊方向的相反側(cè)的內(nèi)側(cè)面配置有印刷布線基板24。組電池6、7位于由保護(hù)片33以及印刷布線基板24包圍的空間內(nèi)。在收納容器35的上面，安裝有蓋36。
而且，在組電池6、7的固定上，也可以代替粘接帶23，而使用熱收縮帶。在此情況下，在組電池的兩側(cè)面配置保護(hù)片，并且在使熱收縮管旋轉(zhuǎn)之后，使該熱收縮管熱收縮而使組電池捆扎在一起。
而且，圖5和圖6所示的單位單元21是串聯(lián)連接的，但是，為了增大電池容量，也可以并聯(lián)連接。當(dāng)然也可以串聯(lián)、并聯(lián)連接排列而成的電池組。
此外，在電池組中使用的扁平型非水電解質(zhì)二次電池并不限于上述圖3所示的構(gòu)成，例如，可以設(shè)置成圖8以及圖9所示的構(gòu)成。圖8是示意地表示在圖5的電池組中使用的扁平型非水電解質(zhì)二次電池的另一例子的局部剖開(kāi)圖，圖9是圖8的A部的放大剖面圖。
如圖8所示，在層疊膜制的容器17內(nèi)，收納有疊層型電極組18。疊層型電極組18，如圖9所示，具有邊使隔板14介于正極12和負(fù)極13之間邊使正極12和負(fù)極13交替地疊層而成的構(gòu)造。正極12有多塊，其分別具備正極集電體12a、被承載在正極集電體12a的兩面的正極活性物質(zhì)含有層12b。負(fù)極13有多塊，其分別具備負(fù)極集電體13a、被承載在負(fù)極集電體13a的兩面上的負(fù)極活性物質(zhì)含有層13b。各個(gè)負(fù)極13的負(fù)極集電體13a的一邊從正極12突出。從正極12突出的負(fù)極集電體13a，與帶狀的負(fù)極端子16電連接。帶狀的負(fù)極端子16的前端從容器17被引出到外部。此外，在此雖然未圖示，但正極12的正極集電體12a其位于與負(fù)極集電體13a的突出邊相反側(cè)的邊從負(fù)極13突出。從負(fù)極13突出的正極集電體12a與帶狀的正極端子15電連接。帶狀的正極端子15的前端位于負(fù)極端子16的相反側(cè)，從容器17的邊被引出到外部。
以下，參照上述的附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。而且，只要不超出本發(fā)明的主旨，本發(fā)明就不限于以下記載的實(shí)施例。
(實(shí)施例1)說(shuō)明構(gòu)成組電池B的第2非水電解質(zhì)電池7的負(fù)極制作方法。以重量比成為90∶7∶3的方式混合作為活性物質(zhì)的平均粒子直徑0.3μm的鈦酸鋰(Li4Ti5O12)、作為導(dǎo)電劑的平均粒子直徑0.4μm的碳粉末、作為粘接劑的聚偏氟乙烯(PVdF)，并分散于n-甲基吡咯烷酮(NMP)溶劑中而調(diào)制成糊膏后，經(jīng)由在厚度12μm的平均結(jié)晶粒子直徑50μm的鋁合金箔(純度99.4％)上涂敷、干燥、加壓工序而制作成電極密度2.4g/cm3的負(fù)極。而且，通過(guò)在200℃下對(duì)厚度12μm的平均結(jié)晶粒子直徑90μm的鋁合金箔(純度99.4％)進(jìn)行退火處理后冷卻到室溫，而制作成負(fù)極集電體。
說(shuō)明同一電池7的正極制作方法。以重量比成為87∶8∶5的方式混合作為活性物質(zhì)的平均粒子直徑3μm的鋰鈷氧化物(LiCoO2)、作為導(dǎo)電材料的石墨粉末、作為粘接劑的聚偏氟乙烯(PVdF)，并分散于n-甲基吡咯烷酮(NMP)溶劑中而調(diào)制成糊膏后，經(jīng)由在厚度15μm的平均結(jié)晶粒子直徑12μm的鋁箔(純度99.99％)上涂敷、干燥、加壓工序而制作成電極密度3.5g/cm3的正極。而且，通過(guò)在140℃下對(duì)厚度15μm的平均結(jié)晶粒子直徑90μm的鋁箔(純度99.99％)進(jìn)行退火處理后冷卻到室溫，而制作成正極集電體。
對(duì)于容器，使用了厚度0.1mm的含鋁層疊膜。該含鋁層疊膜的鋁層的厚度約為0.03mm，平均結(jié)晶粒子直徑約為100μm。對(duì)于增強(qiáng)鋁層的樹(shù)脂，使用了聚丙烯。容器是通過(guò)對(duì)層疊膜熱熔融進(jìn)行密封，而加工成的。
接著，在正極上電連接帶狀的正極端子，并且在負(fù)極上電連接帶狀的負(fù)極端子。使由厚度12μm的聚乙烯制多孔質(zhì)膜構(gòu)成的隔板粘接被覆到正極上。以使負(fù)極與被覆有隔板的正極相對(duì)的方式進(jìn)行重疊，將它們卷繞成螺旋狀而制成電極組。對(duì)該電極組加壓而成形為扁平狀。將成形為扁平狀的電極組插入到容器中。
在EC和GBL以體積比(EC∶GBL)為1∶2的比例混合而成的有機(jī)溶劑中，溶解1.5mol/L的鋰鹽LiBF4，調(diào)制成液態(tài)的非水電解質(zhì)。將得到的非水電解質(zhì)注入到容器內(nèi)，從而具有上述圖2所示的構(gòu)造，制成厚度6.5mm、寬度70mm、高度100mm的非水電解質(zhì)電池7。電池重量90g、公稱(chēng)容量是3000mAh。
將5條非水電解質(zhì)電池7串聯(lián)連接到塑料板上而形成為1個(gè)模塊。串聯(lián)連接17個(gè)該模塊而制成蓄電系統(tǒng)(額定電壓200V、額定容量3Ah)的組電池B。
以下，說(shuō)明構(gòu)成組電池A的第1非水電解質(zhì)電池6的負(fù)極制作方法。以重量比成為95∶5的方式混合作為活性物質(zhì)的平均粒子直徑10μm的粒狀的天然石墨、作為粘接劑的聚偏氟乙烯(PVdF)，并分散于n-甲基吡咯烷酮(NMP)溶劑中而制成糊膏后，經(jīng)由在厚度12μm的銅箔(純度99.9％)上涂敷、干燥、加壓工序而制成電極密度1.3g/cm3的負(fù)極(單面的負(fù)極活性物質(zhì)厚度150μm)。
說(shuō)明同一電池6的正極制作方法。以重量比成為87∶8∶5的方式混合作為活性物質(zhì)的平均粒子直徑3μm的鋰鈷氧化物(LiCoO2)、作為導(dǎo)電材料的石墨粉末、作為粘接劑的聚偏氟乙烯(PVdF)，并分散于n-甲基吡咯烷酮(NMP)溶劑中而制成糊膏后，經(jīng)由在厚度15μm的平均結(jié)晶粒子直徑12μm的鋁箔(純度99.99％)上涂抹、干燥、加壓工藝而制作成電極密度3.5g/cm3的正極。而且，通過(guò)在140℃下對(duì)厚度15μm的平均結(jié)晶粒子直徑90μm的鋁箔(純度99.99％)進(jìn)行退火處理后冷卻到室溫，而制成正極集電體。
對(duì)于容器，使用了厚度0.1mm的含鋁層疊膜。該含鋁層疊膜的鋁層的厚度約為0.03mm，平均結(jié)晶粒子直徑約為100μm。對(duì)于增強(qiáng)鋁層的樹(shù)脂，使用了聚丙烯。容器是通過(guò)對(duì)層疊膜熱熔融進(jìn)行密封，而加工成的。
接著，在正極上電連接帶狀的正極端子，并且在負(fù)極上電連接帶狀的負(fù)極端子。使由厚度12μm的聚乙烯制多孔質(zhì)膜構(gòu)成的隔板粘接被覆到正極上。以使負(fù)極與被覆有隔板的正極相對(duì)的方式進(jìn)行重疊，將它們卷繞成螺旋狀而制成電極組。對(duì)該電極組加壓而成形為扁平狀。將成形為扁平狀的電極組插入到容器中。
在EC和GBL以體積比(EC∶GBL)為1∶2的比例混合而成的有機(jī)溶劑中，溶解1.5mol/L的鋰鹽LiBF4，調(diào)制成液態(tài)的非水電解質(zhì)。將得到的非水電解質(zhì)注入到容器內(nèi)，從而具有上述圖2所示的構(gòu)造，制成厚度13mm、寬度70mm、高度150mm的非水電解質(zhì)電池A。電池重量400g、公稱(chēng)容量是12Ah。
將3條非水電解質(zhì)電池6串聯(lián)連接到塑料板上而形成為1個(gè)模塊。串聯(lián)連接20個(gè)該模塊而制成蓄電系統(tǒng)(額定電壓211V、額定容量15Ah)的組電池A。
使用制作成的組電池B、組電池A、電池控制單元(BMU)4和升壓?jiǎn)卧?，分別制作上述的圖1和圖2所示的蓄電系統(tǒng)和車(chē)載電源系統(tǒng)。
在將組電池A的SOC設(shè)定為90％、將組電池B的SOC設(shè)定為50％的狀態(tài)下，并且在將蓄電系統(tǒng)放置在使電機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)在45℃的環(huán)境下停止180日的狀態(tài)下，在以10日1次的頻度用220V恒定電壓充電5分鐘的條件下，從組電池A向組電池B進(jìn)行電能供給，并進(jìn)行組電池B的保存試驗(yàn)。在該試驗(yàn)中，對(duì)組電池B的電阻值變化進(jìn)行了測(cè)定。
此外，對(duì)在相當(dāng)于200V、60A(12kW)的輸出的加速行駛下從組電池B能夠驅(qū)動(dòng)電機(jī)的時(shí)間和在相當(dāng)于220V、3A的輸出(0.66kW)的恒速行駛下從組電池A驅(qū)動(dòng)電機(jī)的時(shí)間進(jìn)行了測(cè)定。
(實(shí)施例2)進(jìn)行了以下的保存試驗(yàn)在將組電池A的SOC設(shè)定為90％、將組電池B的SOC設(shè)定為10％的狀態(tài)下，并且在使蓄電系統(tǒng)在45℃環(huán)境下停止180日的狀態(tài)下，以1日2次的頻度從組電池A向組電池B進(jìn)行電能供給。在該試驗(yàn)中，對(duì)組電池B的電阻變化進(jìn)行了測(cè)定。而且，在本實(shí)施例2中，使用了與實(shí)施例1同樣的蓄電系統(tǒng)以及車(chē)載電源系統(tǒng)。
(實(shí)施例3)
進(jìn)行了以下的保存試驗(yàn)在將組電池A的SOC設(shè)定為90％、將組電池B的SOC設(shè)定為90％的狀態(tài)下，并且在使蓄電系統(tǒng)在45℃環(huán)境下停止180日的狀態(tài)下，以30日1次的頻度從組電池A向組電池B進(jìn)行電能供給。在該試驗(yàn)中，對(duì)組電池B的電阻變化進(jìn)行了測(cè)定。而且，在本實(shí)施例3中，使用了與實(shí)施例1同樣的蓄電系統(tǒng)以及車(chē)載電源系統(tǒng)。
(實(shí)施例4)進(jìn)行了以下的保存試驗(yàn)在將組電池A的SOC設(shè)定為90％、將組電池B的SOC設(shè)定為80％的狀態(tài)下，并且在使蓄電系統(tǒng)在45℃環(huán)境下停止180日的狀態(tài)下，以30日1次的頻度從組電池A向組電池B進(jìn)行電能供給。在該試驗(yàn)中，對(duì)組電池B的電阻變化進(jìn)行了測(cè)定。而且，在本實(shí)施例4中，使用了與實(shí)施例1同樣的蓄電系統(tǒng)以及車(chē)載電源系統(tǒng)。
(實(shí)施例5)進(jìn)行了以下的保存試驗(yàn)在將組電池A的SOC設(shè)定為90％、將組電池B的SOC設(shè)定為60％的狀態(tài)下，并且在使蓄電系統(tǒng)在45℃環(huán)境下停止180日的狀態(tài)下，以10日1次的頻度從組電池A向組電池B進(jìn)行電能供給。在該試驗(yàn)中，對(duì)組電池B的電阻變化進(jìn)行了測(cè)定。而且，在本實(shí)施例5中，使用了與實(shí)施例1同樣的蓄電系統(tǒng)以及車(chē)載電源系統(tǒng)。
(實(shí)施例6)進(jìn)行了以下的保存試驗(yàn)在將組電池A的SOC設(shè)定為90％、將組電池B的SOC設(shè)定為40％的狀態(tài)下，并且在使蓄電系統(tǒng)在45℃環(huán)境下停止180日的狀態(tài)下，以10日2次的頻度從組電池A向組電池B進(jìn)行電能供給。在該試驗(yàn)中，對(duì)組電池B的電阻變化進(jìn)行了測(cè)定。而且，在本實(shí)施例6中，使用了與實(shí)施例1同樣的蓄電系統(tǒng)以及車(chē)載電源系統(tǒng)。
(實(shí)施例7)進(jìn)行了以下的保存試驗(yàn)在將組電池A的SOC設(shè)定為90％、將組電池B的SOC設(shè)定為20％的狀態(tài)下，并且在使蓄電系統(tǒng)在45℃環(huán)境下停止180日的狀態(tài)下，以1日1次的頻度從組電池A向組電池B進(jìn)行電能供給。在該試驗(yàn)中，對(duì)組電池B的電阻變化進(jìn)行了測(cè)定。而且，在本實(shí)施例7中，使用了與實(shí)施例1同樣的蓄電系統(tǒng)以及車(chē)載電源系統(tǒng)。
(實(shí)施例8)進(jìn)行了以下的保存試驗(yàn)在將組電池A的SOC設(shè)定為90％、將組電池B的SOC設(shè)定為50％的狀態(tài)下，并且在使蓄電系統(tǒng)在60℃環(huán)境下停止180日的狀態(tài)下，以5日1次的頻度從組電池A向組電池B進(jìn)行電能供給。在該試驗(yàn)中，對(duì)組電池B的電阻變化進(jìn)行了測(cè)定。而且，在本實(shí)施例8中，使用了與實(shí)施例1同樣的蓄電系統(tǒng)以及車(chē)載電源系統(tǒng)。
(比較例1)在將組電池A的SOC設(shè)定為90％、將組電池B的SOC設(shè)定為10％的狀態(tài)下，并且在使蓄電系統(tǒng)在45℃環(huán)境下停止180日的狀態(tài)下，不從組電池A向組電池B進(jìn)行電能供給而進(jìn)行保存試驗(yàn)。在該試驗(yàn)中，對(duì)組電池B的電阻變化也進(jìn)行了測(cè)定。而且，在比較例1中，使用了與實(shí)施例1同樣的蓄電系統(tǒng)以及車(chē)載電源系統(tǒng)。
(比較例2)進(jìn)行了以下的試驗(yàn)在將組電池A的SOC設(shè)定為90％、將組電池B的SOC設(shè)定為10％的狀態(tài)下，并且在使蓄電系統(tǒng)在45℃環(huán)境下停止180日的狀態(tài)下，連續(xù)地從組電池A向組電池B進(jìn)行電能供給，從而使組電池B的SOC始終保持在90～95％。在該試驗(yàn)中，對(duì)組電池B的電阻變化也進(jìn)行了測(cè)定。而且，在比較例2中，使用了與實(shí)施例1同樣的蓄電系統(tǒng)以及車(chē)載電源系統(tǒng)。
(比較例3)進(jìn)行了以下的試驗(yàn)在將組電池A的SOC設(shè)定為90％、將組電池B的SOC設(shè)定為50％的狀態(tài)下，并且在使蓄電系統(tǒng)在60℃環(huán)境下停止180日的狀態(tài)下，連續(xù)地從組電池A向組電池B進(jìn)行電能供給，從而使組電池B的SOC始終保持在50％。在該試驗(yàn)中，對(duì)組電池B的電阻變化也進(jìn)行了測(cè)定。而且，在比較例3中，使用了與實(shí)施例1同樣的蓄電系統(tǒng)以及車(chē)載電源系統(tǒng)。
(比較例4)
對(duì)于組電池B，使用了與組電池A相同構(gòu)成的非水電解質(zhì)。進(jìn)行了以下的試驗(yàn)在將組電池A的SOC設(shè)定為90％、將組電池B的SOC設(shè)定為90％的狀態(tài)下，并且在使蓄電系統(tǒng)在45℃環(huán)境下停止180日的狀態(tài)下，連續(xù)地從組電池A向組電池B進(jìn)行電能供給，從而使組電池B的SOC始終保持在90～95％。在該試驗(yàn)中，對(duì)組電池B的電阻變化也進(jìn)行了測(cè)定。而且，在比較例4中，使用了與實(shí)施例1同樣的蓄電系統(tǒng)以及車(chē)載電源系統(tǒng)。
(比較例5)在將組電池A的SOC設(shè)定為90％、將組電池B的SOC設(shè)定為90％的狀態(tài)下，并且在使蓄電系統(tǒng)在45℃環(huán)境下停止180日的狀態(tài)下，不從組電池A向組電池B進(jìn)行電能供給而進(jìn)行保存試驗(yàn)。在該試驗(yàn)中，對(duì)組電池B的電阻變化和在相當(dāng)于200V、60A(12kW)的輸出的加速行駛下從組電池B能夠驅(qū)動(dòng)電機(jī)的時(shí)間和在相當(dāng)于220V、3A的輸出(0.66kW)的恒速行駛下從組電池A驅(qū)動(dòng)電機(jī)的時(shí)間進(jìn)行了測(cè)定。而且，在比較例5中，使用了與實(shí)施例1同樣的蓄電池系統(tǒng)以及車(chē)載電源系統(tǒng)。




如表1和表2所示，可以確認(rèn)實(shí)施例1～8的蓄電系統(tǒng)，與比較例1～5相比，是組電池180日后的高溫保存特性?xún)?yōu)異、電阻變化也小、高輸出輸入特性?xún)?yōu)異、長(zhǎng)壽命的電池系統(tǒng)以及高速度電機(jī)驅(qū)動(dòng)(車(chē)的加速時(shí))以及低速電機(jī)驅(qū)動(dòng)(車(chē)的恒速行駛時(shí))下的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的行駛性能優(yōu)異的車(chē)載電源系統(tǒng)。
圖10～圖15示出了使內(nèi)燃機(jī)與電池驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)組合而作為行駛動(dòng)力源的各種混合動(dòng)力型的汽車(chē)。在汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)力方面，與其行駛條件相應(yīng)，需要寬范圍的轉(zhuǎn)數(shù)以及扭矩的動(dòng)力源。一般地，由于內(nèi)燃機(jī)表現(xiàn)理想的能源效率的扭矩·轉(zhuǎn)數(shù)受到限制，所以在之外的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下能源效率會(huì)降低?；旌蟿?dòng)力型的汽車(chē)的特征在于通過(guò)使內(nèi)燃機(jī)在最佳條件下運(yùn)轉(zhuǎn)而發(fā)電，并且用高效率的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪，或者通過(guò)使內(nèi)燃機(jī)與電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力一致地進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，能夠提高汽車(chē)整體的能源效率。此外，通過(guò)在減速時(shí)將車(chē)輛所具有的運(yùn)轉(zhuǎn)能源作為電能再生，與通常的內(nèi)燃機(jī)單獨(dú)行駛的汽車(chē)相比，能夠飛躍地增大每單位燃料的行駛距離。
混合動(dòng)力汽車(chē)，根據(jù)內(nèi)燃機(jī)和電機(jī)的組合方式，可分為大致3類(lèi)。
圖10表示串聯(lián)混合動(dòng)力汽車(chē)50A。圖11表示外接電源型串聯(lián)混合動(dòng)力汽車(chē)50B。內(nèi)燃機(jī)51的動(dòng)力一旦全部由電機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)5變換為電能，便通過(guò)換流器2將該發(fā)電電能蓄積到電池組3的組電池B中。電池組3的電能通過(guò)換流器2被提供給電機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)5，由電機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)5驅(qū)動(dòng)車(chē)輪56。該類(lèi)型是在電動(dòng)汽車(chē)中復(fù)加了發(fā)電機(jī)而成的那樣的系統(tǒng)。內(nèi)燃機(jī)51能夠在高效率的條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，也可以進(jìn)行電能再生。相反，由于車(chē)輪56的驅(qū)動(dòng)僅由電機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)5來(lái)進(jìn)行，所以需要高輸出性能的電機(jī)。此外，電池組3也需要比較大的容量。優(yōu)選地，電池組3的額定容量設(shè)定在5～50Ah的范圍。更理想的范圍是10～20Ah。在此，所謂額定容量，表示以0.2C速率放電時(shí)的容量。外接電源型混合動(dòng)力汽車(chē)50B具備被設(shè)置為能夠與外部的電源插座73連接的插頭72；設(shè)置在該插頭72和上述電池組3的組電池B之間的內(nèi)置充電器71。將插頭72連接到電源插座73上，而將來(lái)自外部電源的電能提供給電池組3的組電池B(充電)，進(jìn)而從組電池B向組電池A供給電能(充電)。在外接電源型混合動(dòng)力汽車(chē)50B中，將插頭72插入到電源插座73，并利用內(nèi)置充電器71對(duì)電池組3進(jìn)行充電。
圖12表示并聯(lián)混合動(dòng)力汽車(chē)50C。圖13表示外接電源型的并聯(lián)混合動(dòng)力汽車(chē)50D。標(biāo)號(hào)58表示兼作發(fā)電機(jī)的電動(dòng)機(jī)。內(nèi)燃機(jī)51主要驅(qū)動(dòng)車(chē)輪56，并根據(jù)情況由發(fā)電機(jī)58將其動(dòng)力的一部分變換為電能，并用該電能對(duì)電池組54進(jìn)行充電。在負(fù)荷加重的起動(dòng)、加速時(shí)等，用電動(dòng)機(jī)58輔助驅(qū)動(dòng)力。是通常的汽車(chē)成為基礎(chǔ)、減少內(nèi)燃機(jī)51的負(fù)荷變化而實(shí)現(xiàn)高效率化、還一并進(jìn)行電能再生等的系統(tǒng)。由于車(chē)輪56的驅(qū)動(dòng)主要由內(nèi)燃機(jī)51來(lái)進(jìn)行，所以電動(dòng)機(jī)58的輸出能夠根據(jù)所需要的輔助的比例來(lái)任意地確定。使用比較小的電動(dòng)機(jī)58以及電池組54也能夠構(gòu)成系統(tǒng)。電池組的額定容量可設(shè)定在1～20Ah的范圍。更理想的范圍是5～10Ah。外接電源型混合動(dòng)力汽車(chē)50D同樣具備被設(shè)置為能夠與外部的電源插座73連接的插頭72；設(shè)置在該插頭72和上述電池組3的組電池B之間的內(nèi)置充電器71。在外接電源型混合動(dòng)力汽車(chē)50D中，將插頭72插入到電源插座73，并利用內(nèi)置充電器71對(duì)電池組3進(jìn)行充電。
圖14表示串聯(lián)并聯(lián)混合動(dòng)力汽車(chē)50E。圖15表示外接電源型的串聯(lián)并聯(lián)混合動(dòng)力汽車(chē)50F。動(dòng)力分配機(jī)構(gòu)60將內(nèi)燃機(jī)51的輸出分配為發(fā)電用和車(chē)輪驅(qū)動(dòng)用。能夠比并聯(lián)方式更細(xì)致地進(jìn)行引擎的負(fù)荷控制，能夠提高能源效率。優(yōu)選地，電池組的額定容量設(shè)定在1～20Ah的范圍。更理想的范圍是5～10Ah。外接電源型混合動(dòng)力汽車(chē)50F同樣具備被設(shè)置為能夠與外部的電源插座73連接的插頭72；設(shè)置在該插頭72和上述電池組3的組電池B之間的內(nèi)置充電器71。在外接電源型混合動(dòng)力汽車(chē)50F中，將插頭72插入到電源插座73，并利用內(nèi)置充電器71對(duì)電池組3進(jìn)行充電。
優(yōu)選地。裝載在上述的圖10～圖15所示的混合動(dòng)力汽車(chē)上的電池組的公稱(chēng)電壓設(shè)定在200～600V的范圍。
本發(fā)明的實(shí)施方式的組電池系統(tǒng)特別適合于在串聯(lián)并聯(lián)方式的混合動(dòng)力汽車(chē)中的使用。
優(yōu)選地，電池組配置在一般難以受到外部溫度變化的影響、在沖撞時(shí)等難以受到?jīng)_擊的位置。例如在小轎車(chē)型的汽車(chē)中，可配置在后部座位的后方的后備箱內(nèi)。此外，可設(shè)置在后部座位的下方、后方等。在電池重量較大的情況下，為了降低車(chē)輛整體的重心，理想的是配置在座位之下、地板下面等。
電動(dòng)汽車(chē)(EV)用蓄積在從汽車(chē)外部供給電能而充電后的電池組中的能源行駛。因而，電動(dòng)汽車(chē)可以利用使用其他的發(fā)電設(shè)備等高效率地發(fā)電的電能。此外，由于在減速時(shí)將汽車(chē)的行駛能量作為電能再生，所以能夠提高行駛時(shí)的能源效率。由于電動(dòng)汽車(chē)完全不會(huì)排出二氧化碳和其他的廢氣，所以是清潔的汽車(chē)。相反，由于行駛時(shí)的動(dòng)力全部來(lái)自電動(dòng)機(jī)，所以需要高輸出的電動(dòng)機(jī)。由于一般需要將一次行駛所需要的全部能源在一次充電中蓄積在電池組中來(lái)行駛，所以需要非常大的容量的電池。優(yōu)選地，電池組的額定容量設(shè)定在100～500Ah的范圍。更理想的范圍是200～400Ah。
此外，由于電池重量占車(chē)輛重量的比例較大，所以理想的是鋪設(shè)在地板下面等將電池組配置在較低的位置并且距離車(chē)輛的重心不大的位置。為了在短時(shí)間內(nèi)充電相當(dāng)于1次行駛的大的電能量，需要大容量的充電器和充電電纜。因此，優(yōu)選地，電動(dòng)汽車(chē)具備連接它們的充電連接器。對(duì)于充電連接器，雖然能夠使用采用電接點(diǎn)的通常的連接器，但也可以使用采用電磁耦合的非接觸式的充電連接器。
此外，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式本身，而在實(shí)現(xiàn)階段，能夠在不脫離其主旨的范圍內(nèi)對(duì)構(gòu)成要素進(jìn)行變形而具體化。此外，利用在上述實(shí)施方式中公開(kāi)的多個(gè)構(gòu)成要素的適宜的組合，能夠形成各種發(fā)明。例如，也可以從實(shí)施方式中所示的全部構(gòu)成要素中刪除幾個(gè)構(gòu)成要素。進(jìn)而，也可以適宜組合不同的實(shí)施方式的構(gòu)成要素。
本發(fā)明能夠用于在需要電能的各種設(shè)備的電源中使用的蓄電池系統(tǒng)。特別地，可以用于在混合動(dòng)力汽車(chē)、外接電源混合動(dòng)力汽車(chē)上車(chē)載的車(chē)載電源系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種蓄電池系統(tǒng)，其特征在于，具備組電池A，其具有包含吸附釋放鋰離子的、平均粒子直徑大于等于2μm的負(fù)極活性物質(zhì)的第1非水電解質(zhì)電池；組電池B，其具有包含吸附鋰離子的電位大于等于0.4V(vs.Li/Li)、一次粒子的平均粒子直徑小于等于1μm的、吸附鋰離子的負(fù)極活性物質(zhì)的第2非水電解質(zhì)電池；以及控制部，至少在未從外部向上述組電池B供給電能的情況下，其斷續(xù)地使上述組電池A與上述組電池B電連接，以上述第2非水電解質(zhì)電池的充放電深度為10～90％的范圍的方式，使從上述組電池A向上述組電池B斷續(xù)地供給電能。
2.如權(quán)利要求1所述的蓄電池系統(tǒng)，其特征在于上述控制部，通過(guò)以在30日期間1～60次的頻度使上述組電池A與上述組電池B電連接并以恒電壓控制方式使從上述組電池A向上述組電池B供給電能，而將上述第2非水電解質(zhì)電池的充電深度設(shè)定在10～90％的范圍。
3.如權(quán)利要求1所述的蓄電池系統(tǒng)，其特征在于上述控制部，在上述第2非水電解質(zhì)電池的充電深度處于50～100％的范圍內(nèi)時(shí)，以恒電流·恒電壓控制方式使從上述組電池B向上述組電池A供給電能。
4.如權(quán)利要求1所述的蓄電池系統(tǒng)，其特征在于上述控制部，在上述第2非水電解質(zhì)電池的充電深度降低到小于等于40％時(shí)，以恒電壓控制方式使從上述組電池A向上述組電池B供給電能。
5.如權(quán)利要求1所述的蓄電池系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步具有能夠供給電能地與上述組電池B連接的外部電源，其中上述組電池A通過(guò)上述組電池B從上述外部電源接受電能供給。
6.如權(quán)利要求1所述的蓄電池系統(tǒng)，其特征在于上述第2非水電解質(zhì)電池的負(fù)極活性物質(zhì)含有含鈦金屬氧化物。
7.如權(quán)利要求6所述的蓄電池系統(tǒng)，其特征在于上述含鈦金屬氧化物含有尖晶石型鋰鈦氧化物。
8.如權(quán)利要求1所述的蓄電池系統(tǒng)，其特征在于上述第1非水電解質(zhì)電池的負(fù)極活性物質(zhì)含有碳材料、鋰合金、金屬化合物。
9.如權(quán)利要求8所述的蓄電池系統(tǒng)，其特征在于上述碳材料含有以天然石墨為原料的石墨粉末。
10.一種車(chē)載電源系統(tǒng)，其特征在于，安裝有蓄電池系統(tǒng)，該蓄電池系統(tǒng)具備組電池A，其具有包含吸附釋放鋰離子的、平均粒子直徑大于等于2μm的負(fù)極活性物質(zhì)的第1非水電解質(zhì)電池；以及組電池B，其具有包含吸附鋰離子的電位大于等于0.4V(vs.Li/Li)、一次粒子的平均粒子直徑小于等于1μm的、吸附鋰離子的負(fù)極活性物質(zhì)的第2非水電解質(zhì)電池；該車(chē)載電源系統(tǒng)具有控制部，至少在未從安裝在車(chē)輛上的電機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)向上述蓄電池系統(tǒng)供給電能的情況下，其斷續(xù)地使上述組電池A與上述組電池B電連接，以上述第2非水電解質(zhì)電池的充放電深度為10～90％的范圍的方式，使從上述組電池A向上述組電池B斷續(xù)地供給電能。
11.一種車(chē)載電源系統(tǒng)，其特征在于，安裝有蓄電池系統(tǒng)，該蓄電池系統(tǒng)具備組電池A，其具有包含吸附釋放鋰離子的、平均粒子直徑大于等于2μm的負(fù)極活性物質(zhì)的第1非水電解質(zhì)電池；以及組電池B，其具有包含吸附鋰離子的電位大于等于0.4V(vs.Li/Li)、一次粒子的平均粒子直徑小于等于1μm的、吸附鋰離子的負(fù)極活性物質(zhì)的第2非水電解質(zhì)電池；該車(chē)載電源系統(tǒng)具有控制部，在從安裝在車(chē)輛上的電機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)向上述蓄電池系統(tǒng)供給電能的情況下，其使從上述電機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)向上述組電池B供給電能，并使從上述組電池A以比上述組電池B低的輸出向上述電機(jī)供給電能。
12.如權(quán)利要求10所述的車(chē)載電源系統(tǒng)，其特征在于上述控制部，在上述第2非水電解質(zhì)電池的充電深度降低到小于等于40％時(shí)，以恒電壓控制方式使從上述組電池A向上述組電池B供給電能。
13.如權(quán)利要求10所述的車(chē)載電源系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步具有電機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)、設(shè)置在上述電機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)與上述組電池B之間的換流器，其中，上述電機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)以經(jīng)由上述換流器向上述組電池B供給電能的方式與上述組電池B連接，進(jìn)而，從上述組電池B向上述組電池A供給電能。
14.如權(quán)利要求10至13中的任意一項(xiàng)所述的車(chē)載電源系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步具有能夠與外部電源連接地設(shè)置的插頭；以及設(shè)置在上述插頭與上述組電池B之間的內(nèi)置充電器，其中，將上述插頭連接到上述外部電源，將來(lái)自外部電源的電能提供給上述組電池B，進(jìn)而從上述組電池B向上述組電池A供給電能。
15.一種車(chē)輛，其特征在于具有權(quán)利要求10所述的車(chē)載電源系統(tǒng)。
16.一種蓄電池系統(tǒng)的充電方法，是對(duì)下述的蓄電池系統(tǒng)進(jìn)行充電的方法，該蓄電池系統(tǒng)具備組電池A，其具有包含吸附釋放鋰離子的、平均粒子直徑大于等于2μm的負(fù)極活性物質(zhì)的第1非水電解質(zhì)電池；以及組電池B，其具有包含吸附鋰離子的電位大于等于0.4V(vs.Li/Li)、一次粒子的平均粒子直徑小于等于1μm的、吸附鋰離子的負(fù)極活性物質(zhì)的第2非水電解質(zhì)電池，其特征在于，該方法至少在未從外部向上述組電池B供給電能的情況下，斷續(xù)地使上述組電池A與上述組電池B電連接，以上述第2非水電解質(zhì)電池的充放電深度為10～90％的范圍的方式，使從上述組電池A向上述組電池B斷續(xù)地供給電能。
17.如權(quán)利要求16所述的充電方法，其特征在于通過(guò)以在30日期間1～60次的頻度使上述組電池A與上述組電池B電連接并以恒電壓控制方式使從上述組電池A向上述組電池B供給電能，而將上述第2非水電解質(zhì)電池的充電深度設(shè)定在10～90％的范圍。
18.如權(quán)利要求16或17所述的充電方法，其特征在于在上述第2非水電解質(zhì)電池的充電深度處于50～100％的范圍內(nèi)時(shí)，以恒電流·恒電壓控制方式使從上述組電池B向上述組電池A供給電能。
19.如權(quán)利要求16所述的充電方法，其特征在于上述控制部，在上述第2非水電解質(zhì)電池的充電深度降低到小于等于40％時(shí)，以恒電壓控制方式使從上述組電池A向上述組電池B供給電能。
20.如權(quán)利要求16所述的充電方法，其特征在于，進(jìn)一步具有能夠供給電能地與上述組電池B連接的外部電源，其中上述組電池A通過(guò)上述組電池B從上述外部電源接受電能供給。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在再生充電那樣的快速充電時(shí)能夠高效率地充電、在低負(fù)荷時(shí)能夠長(zhǎng)時(shí)間放電、具有長(zhǎng)壽命性能的蓄電池系統(tǒng)和車(chē)載電源系統(tǒng)。蓄電池系統(tǒng)具有組電池A，其具有包含吸附釋放鋰離子的、平均粒子直徑大于等于2μm的負(fù)極活性物質(zhì)的第1非水電解質(zhì)電池；組電池B，其具有包含吸附鋰離子的電位大于等于0.4V(vs.Li/Li)、平均粒子直徑小于等于1μm的、吸附鋰離子的負(fù)極活性物質(zhì)的第2非水電解質(zhì)電池；以及控制部，至少在未從外部向組電池B供給電能的情況下，其斷續(xù)地使組電池A與組電池B電連接，以第2非水電解質(zhì)電池的充放電深度為10～90％的范圍的方式，使從組電池A向組電池B斷續(xù)地供給電能。
文檔編號(hào)H01M10/40GK101090161SQ200710109139
公開(kāi)日2007年12月19日 申請(qǐng)日期2007年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月13日
發(fā)明者高見(jiàn)則雄, 稻垣浩貴, 館林義直 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝