專利名稱：：電源系統(tǒng)及組電池的充電方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及包括二次電池的電源系統(tǒng)及組電池的充電方法，更詳細而言，涉及一種即使使用簡易的恒壓充電器也不會使作為電源的組電池劣化的技術。
背景技術：
：鎳氫蓄電池或鎳鎘蓄電池等堿性蓄電池、以及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，由于其每單位重量的能量密度比鉛蓄電池高，因此作為車輛或便攜式設備等移動體所具備的電源而受到矚目。尤其是近年來，正努力將上述的二次電池串聯(lián)連接而構成組電池，將其作為競賽用車輛等的電源加以運用。車用電源在啟動時作為電池啟動器(cellstarter)以大電流放電，而在車輛運轉時接收從發(fā)電機(恒壓充電器)送來的電流而被充電。鉛蓄電池具有適應以比較大的電流進行充放電的反應機構，然而上述的二次電池由于反應機構的原因，難以適應大電流的充放電。具體而言，這些二次電池在充電末期存在如下的弱點。首先，在鎳氫蓄電池或鎳鎘蓄電池等堿性蓄電池的情況下，在充電末期會從正極產(chǎn)生氧氣。另外，若環(huán)境溫度升高，則會使氧氣從正極產(chǎn)生的電壓(氧過電壓(oxygenovervoltage))會下降。假設在恒壓充電器(額定充電電壓V2)對氧過電壓下降至V!的n個堿性蓄電池充電時，若滿足V2〉nVi的關系，則充電不會結束而繼續(xù)產(chǎn)生氧氣，存在構成組電池的各個二次電池(單元電池(cell))因電池內壓上升而變形的危險。其次，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。并且，隨著環(huán)境溫度升高該傾向變得更顯著，從而存在構成組電池的單元電池因電池內壓上升而變形的危險。為了保護這樣的二次電池使其不會因過充電而變形，有一種安全電路已為公知，該安全電路監(jiān)視二次電池的端子電壓或溫度，當端子電壓或溫度超過指定的判定值時，通過切斷二次電池的充放電路徑來保護二次電池。然而，在作為車用電源而加以使用的二次電池的情況下，由于下述原因，不允許切斷充放電路徑。艮卩，作為車用電源使用的二次電池由搭載于車輛的發(fā)電機充電。搭載于車輛的發(fā)電機的發(fā)電量根據(jù)車輛的行駛狀態(tài)而變動。因此，車用二次電池所起的作用是，在發(fā)電機的發(fā)5電量過剩時，通過將過剩的電力用于充電來吸收過剩的電力，使提供至車輛內的負載電路的電壓穩(wěn)定。另外，在發(fā)動機運轉時，火花塞(sparkplug)點火用的電力也由二次電池提供。因此，若為了防止二次電池的過充電而切斷二次電池的充放電路徑，則在發(fā)電機的發(fā)電量過剩時，無法吸收過剩的電力，電壓會上升并提供至車輛內的負載電路，存在損傷負載電路，或導致發(fā)動機停止的危險。由于這樣的原因，在作為車用電源使用的二次電池的情況下，不允許切斷充放電路徑。為解決這樣的問題，如日本專利申請公開公報特開平07—059266號(以下稱作"專利文獻l")所示，考慮在作為電源而使用的組電池完成充電的時刻，讓多余的電流從其他的電路(旁流電路(side-pathcircuit))通過較為有效。在將專利文獻l的技術用作車載技術時，旁流電路可以作為以下兩種形態(tài)而具體化。第一形態(tài)是以向車載的其他電動設備(燈、車載收音機、車載空調等)提供電流的形式形成旁流電路。第二形態(tài)是以向單純消耗電流的電阻器提供電流的形式形成旁流電路。但是，在專利文獻l所記載的技術中，若采用第一形態(tài)，則存在恒壓充電器向上述的電動設備提供過度的電流而使這些電動設備發(fā)生故障的危險。另外，若采用第二形態(tài)，則由于電阻器消耗電流時產(chǎn)生的熱會使上述的二次電池的環(huán)境溫度升高，因此單元電池變形的危險增大。
發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于提供一種電源系統(tǒng)以及充電方法，能夠在以恒壓對每單位重量的能量密度比鉛蓄電池高的二次電池充電時，降低二次電池因過充電而產(chǎn)生變形的危險，提高安全性。本發(fā)明所涉及的一種電源系統(tǒng)包括串聯(lián)連接有多個單元電池的組電池、和對所述組電池施加規(guī)定的額定充電電壓Vc來進行充電的恒壓充電器，作為所述多個單元電池的各自的平均放電電壓的合計的合計電壓Vx以及所述額定充電電壓Vc被設定為滿足0.98Vx^Vc蘭1.15Vx的關系。另外，本發(fā)明所涉及的一種組電池的充電方法是對串聯(lián)連接有多個單元電池的、以所述多個單元電池的各自的平均放電電壓的合計作為合計電壓Vx的組電池，以滿足0.98Vx5Vc5l.l5Vx的關系的規(guī)定的額定充電電壓Vc進行充電。根據(jù)該結構，可以提供一種在以恒壓對每單位重量的能量密度高于鉛蓄電池的二次電池充電時，能夠降低二次電池因過充電而變形的危險，提高安全性的電源系統(tǒng)以及充電方法。'另外，通過以滿足上述關系的方式構成電源系統(tǒng)或者對組電池充電，可以將每單位重量的能量密度較高但在充電末期存在問題的二次電池與簡易的恒壓充電器合理地進行組合加以有效地利用。圖1是表示鎳氫蓄電池在常溫充放電時的端子電壓的狀態(tài)的圖。圖2是表示鋰離子二次電池在常溫充放電時的端子電壓的狀態(tài)的圖。圖3是表示本發(fā)明的一實施方式所涉及的電源系統(tǒng)的一個例子的方框圖。具體實施例方式下面，參照附圖來說明用于實施本發(fā)明的最佳方式。圖l是表示使用氫氧化鎳作為正極活性物質，使用吸氫合金作為負極活性物質的鎳氫蓄電池(nickelhydrogenstoragebattery)在常溫(2(TC至25°C)充放電時的端子電壓的狀態(tài)的圖。圖2是表示使用鋰鈷氧化物作為正極活性物質，使用石墨作為負極活性物質的鋰離子二次電池在常溫充放電時的端子電壓的狀態(tài)的圖。圖3是表示本發(fā)明的一實施方式所涉及的電源系統(tǒng)的一個例子的方框圖。圖3所示的電源系統(tǒng)3例如是車載用的電源系統(tǒng)。電源系統(tǒng)3通過組電池2與恒壓充電器1連接而形成。而且，向與電源系統(tǒng)3連接的車載設備4提供恒壓充電器1及組電池2的輸出電壓。恒壓充電器1例如為搭載于車輛的發(fā)電機。而且，恒壓充電器1使所產(chǎn)生的電壓穩(wěn)定，并將其作為預先設定的額定充電電壓Vc提供至組電池2以及車載設備4。組電池2由多個單元電池串聯(lián)連接而成。另夕卜，各單元電池也可以分別是多個單元電池并聯(lián)連接的結構。而且，當恒壓充電器l的發(fā)電電力有剩余時，在組電池2的兩端施加從恒壓充電器1輸出的額定充電電壓Vc，對組電池2進行恒壓充電。另外，當恒壓充電器l的發(fā)電電力不足時，從組電池2向車載設備4提供電力。車載設備4例如是用于啟動車輛的發(fā)動機的電池啟動器、燈或汽車導航裝置等負載裝置。下述的第一至第二十實施方式所涉及的電源系統(tǒng)是通過在圖3所示的電源系統(tǒng)3中，適當設定構成組電池2的單元電池的種類、個數(shù)以及恒壓充電器1的額定充電電壓Vc而構成的。本發(fā)明的第一實施方式所涉及的電源系統(tǒng)包括組電池2和對組電池2充電的恒壓充電器l，將iu個平均放電電壓為VA的單元電池A串聯(lián)構成組電池2，將恒壓充電器l的額定充電電壓Vc設定在0.98nAVA5VcS1.15luVA的范圍內。此時，ruVA相當于合計電壓Vx的一個例子。圖1中，曲線Gl表示充電時的狀態(tài)，曲線G2表示放電時的狀態(tài)。另外，曲線G1中的充電電流以及曲線G2中的放電電流都是llt。鎳氫蓄電池在從充電狀態(tài)(stateofcharge,SOC)為20%的低區(qū)域到為80%的高區(qū)域，顯示出比較平坦的充放電電壓。一到SOC超過90。/。的充電末期，充電電壓則會急劇上升，而在100%附近充電電壓反而會下降。該現(xiàn)象是隨著在過充電時從正極產(chǎn)生氧氣的現(xiàn)象而產(chǎn)生的，被稱為氧過電壓。如上所述，隨著環(huán)境溫度的上升存在氧過電壓下降的傾向。艮P，發(fā)生了充電電壓的急劇上升后，在充電電壓開始下降時已經(jīng)產(chǎn)生了氧氣。這樣，為了避免單元電池由于不停地產(chǎn)生氧氣所引起的內部壓力增大而變形，需要在常溫下顯示平坦的充電電壓的SOC的范圍內停止由恒壓充電器1進行的充電。圖2中，曲線G3表示充電時的端子電壓的狀態(tài)，曲線G4表示放電時的端子電壓的狀態(tài)。另外，曲線G3中的充電電流以及曲線G4中的放電電流都是lIt。鋰離子二次電池在從SOC為10%的低區(qū)域到為80%的高區(qū)域，隨著SOC的增大，充放電電壓比較緩慢地上升。然后，一到SOC超過90。/。的充電末期，充電電壓則會急劇上升，包含非水電解質的電解液的成分(主要是碳酸酯(carbonate))容易分解。如上所述，隨著環(huán)境溫度的上升，存在電解液的成分更加容易分解的傾向。因此，為了避免因電解液的分解產(chǎn)生的氣體導致單元電池變形，在充電電壓急劇上升前，需要在常溫下顯示平坦的充電電壓的SOC的范圍內停止由恒壓充電器進行的充電。本發(fā)明的第一實施方式所涉及的電源系統(tǒng)包括串聯(lián)連接有iu個平均放電電壓為VA的二次電池的單元電池A的組電池2、和對組電池2施加規(guī)定的額定充電電壓Vc進行恒壓充電的恒壓充電器l。而且，單元電池A的個數(shù)riA以及額定充電電壓Vc被設定為滿足0.98nAVA5VcS1.15luVA的關系。利用這樣的結構，在第一實施方式所涉及的電源系統(tǒng)中，無需用例如安全電路在組電池2的外部切斷充放電路徑，而通過組電池2的端子電壓與額定充電電壓Vc的平衡使充電自動停止。因此，即使在使用沒有過充電防止功能的發(fā)電機或恒壓電源等簡易的恒壓充電器作為恒壓充電器l，對組電池2以恒壓充電時，也能降低二次電池因過充電而變形的危險，提高安全性。另外，第一實施方式所涉及的電源系統(tǒng)由于無需切斷組電池2的充放電路徑，即可降低二次電池因過充電而變形的危險，因此適合用作車載用的電源系統(tǒng)。作為一個例子，在具備串聯(lián)連接有10個圖l所示的鎳氫蓄電池(平均放電電壓VA-1.23V)的組電池2的電源系統(tǒng)中，恒壓充電器1的額定充電電壓Vc被設定在12.1V至14.1V的范圍內。通過實驗可知，在該結構中，若假設使用額定充電電壓Vc不到12.1V(相當于0.98iiaVa)的恒壓充電器時，每個電池的充電電壓會不到1.21V，有可能幾乎無法對組電池2充電。反之，通過實驗可知，在該結構中，若假設使用額定充電電壓Vc超過14.1V(相當于1.15iuVa)的恒壓充電器1時，存在構成組電池2的單元電池在高溫下隨著電池內壓的上升而變形、漏液的危險。同樣，作為一個例子，在具備串聯(lián)連接有3個圖2所示的鋰離子二次電池(平均放電電壓VA二3.58V)的組電池2的電源系統(tǒng)3中，恒壓充電器的額定充電電壓Vc被設定在10.5V至12.4V的范圍內。通過實驗可知，在該結構中，若假設使用額定充電電壓Vc不到10.5V(相當于0.98nAVA)的恒壓充電器時，每個電池的充電電壓會不到3.5V，有可能幾乎無法對組電池2充電。反之，通過實驗可知，在該結構中，若假設使用額定充電電壓Vc超過12.4V(相當于1.15nAVA)的恒壓充電器時，存在構成組電池的單元電池在高溫下隨著電池內壓的上升而變形、漏液的危險。另外，從圖1及圖2可知，鎳氫蓄電池或鋰離子二次電池等單元電池的放電電壓與充電電壓的相關性較高，且如果SOC在20%至80%的區(qū)域內，即使充電終止電壓變化約5%，平均放電電壓也幾乎不會變化。這樣，由于平均放電電壓很好地反映了這些電池的每一種類的特性，因此可以適宜地將平均放電電壓作為用于設定額定充電電壓Vc的基準值來使用，其中該額定充電電壓Vc可以降低二次電池因過充電而變形的危險。下面是求出單元電池的平均放電電壓的方法的一個例子。在使用堿性蓄電池作為單元電池時，可以對該單元電池以lItA(在此，1ItA為將電池的理論容量除以1小時得到的電流值)的電流值進行恒流充電，直到SOC達到120%為止，之后以1ItA進行恒流放電直到達到1V為止，求出放電容量，將該放電容量為50%的時刻的放電電壓規(guī)定為平均放9電電壓。另外，在使用非水電解質二次電池作為單元電池時，可以對該單元電池以1ItA的電流值進行恒流充電，直到達到4.2V為止，之后以lItA進行恒流放電直到達到3V為止，求出放電容量，將該放電容量為50%的時刻的放電電壓規(guī)定為平均放電電壓。本發(fā)明的第二實施方式所涉及的電源系統(tǒng)，是在第一實施方式的基礎上，使用單元電池A的標稱電壓(nominalvoltage)來代替平均放電電壓VA的電源系統(tǒng)。由于電池制造商公布的各電池的標稱電壓與平均放電電壓Va大致相等，因此使用標稱電壓代替平均放電電壓VA時，也能得到大致同樣的效果。本發(fā)明的第三實施方式所涉及的電源系統(tǒng)，是在本發(fā)明的第一實施方式的基礎上，使用鎳氫蓄電池及/或鎳鎘蓄電池來作為單元電池A的電源系統(tǒng)。上述堿性蓄電池的單位重量的能量密度比鉛蓄電池高，并且具有電壓平坦的SOC區(qū)域較寬，急速充放電特性比非水電解質二次電池優(yōu)良這樣的優(yōu)點。本發(fā)明的第四實施方式所涉及的電源系統(tǒng)，是在本發(fā)明的第一實施方式的基礎上，使用非水電解質二次電池作為構成組電池2的單元電池A的電源系統(tǒng)。非水電解質二次電池的單位重量的能量密度不僅比鉛蓄電池高而且也比堿性蓄電池高，并且具有電壓平坦的SOC區(qū)域較寬這樣的優(yōu)點。本發(fā)明的第五實施方式所涉及的電源系統(tǒng)，是在本發(fā)明的第四實施方式的基礎上，使用包含鈷的鋰復合氧化物作為非水電解質二次電池的正極的活性物質的電源系統(tǒng)。將包含鋰鈷氧化物等鈷的鋰復合氧化物用作為正極的活性物質的非水電解質二次電池具有電壓平坦的SOC區(qū)域極寬，且放電電壓較高這樣的優(yōu)點。本發(fā)明的第六實施方式所涉及的電源系統(tǒng)是包括組電池2和對組電池2充電的恒壓充電器l的電源系統(tǒng)。而且，組電池2由ru個平均放電電壓為VA的單元電池A與riB個平均放電電壓為VB的單元電池B串聯(lián)連接而構成。另夕卜，恒壓充電器l的額定充電電壓Vc被設定在0.98(nAVA+nBVB)(nAVA+nBVB)的范圍內。此時，(nAVA+nBVB)相當于合計電壓Vx的一個例子。根據(jù)這樣構成的電源系統(tǒng)，可以得到與第一實施方式同樣的效果。并且，由于并非《象上述的第一實施方式那樣僅由單一的電池系統(tǒng)構成組電池2，而是同時使用平均放電電壓互不相同的電池系統(tǒng)，從而擴展了通過組合而得到的額定充電電壓Vc的選擇范圍，因此，例如即使在恒壓充電器1的額定充電電壓被預先確定而固定時，也可以構成適應恒壓充電器1的額定充電電壓且具有各種輸出電壓的組電池2。10第六實施方式所涉及的電源系統(tǒng)的一個例子是包括串聯(lián)連接有3個圖1所示的鎳氫蓄電池(平均放電電壓VA=1.23V)和2個圖2所示的鋰離子二次電池(平均放電電壓VB=3.58V)的組電池2的電源系統(tǒng)。在這樣構成的電源系統(tǒng)中，恒壓充電器1的額定充電電壓Vc被設定在10.6V至12.5V的范圍內。通過實驗可知，在該結構中，在使用額定充電電壓Vc不到10.6V(相當于0.98(nAVA+nBVB))的恒壓充電器1時，有可能幾乎無法對組電池2充電。另外，反之，通過實驗可知，在該結構中，在使用額定充電電壓Vc超過12.5V(相當于1.15(nAVA+nBVB))的恒壓充電器1時，存在構成組電池2的單元電池在高溫下隨著電池內壓的上升而變形、漏液的危險。本發(fā)明的第七實施方式所涉及的電源系統(tǒng)，是在本發(fā)明的第六實施方式的基礎上，使用單元電池A、B的標稱電壓來代替平均放電電壓Va、VB的電源系統(tǒng)。由于電池制造商公布的各電池的標稱電壓與平均放電電壓VA、Vb大致相等，因此即使使用單元電池A、B的標稱電壓來代替平均放電電壓VA、Vb吋，也能得到與第六實施方式大致同樣的效果。本發(fā)明的第八實施方式所涉及的電源系統(tǒng)，是在第六實施方式的基礎上，使用鎳氫蓄電池及/或鎳鎘蓄電池作為單元電池A的電源系統(tǒng)。第八實施方式的效果與第三實施方式一樣。本發(fā)明的第九實施方式所涉及的電源系統(tǒng)，是在第六實施方式的基礎上，使用非水電解質二次電池作為單元電池B的電源系統(tǒng)。第九實施方式的效果與第四實施方式一樣。本發(fā)明的第十實施方式所涉及的電源系統(tǒng)，是在第九實施方式的基礎上，使用包含鈷的鋰復合氧化物作為非水電解質二次電池的正極的活性物質的電源系統(tǒng)。第十實施方式的效果與第五實施方式一樣。以上，如圖3所示，根據(jù)第一至第十實施方式所涉及的電源系統(tǒng)3，即使從恒壓充電器l輸出比較大的發(fā)電電力，由于其中一部分能夠用于對組電池2進行充電，因此可以通過車載設備4和組電池2來吸收從恒壓充電器1輸出的所有電力。因此，能夠防止產(chǎn)生剩余電力而不會對車載設備4施加過大的電壓，防止車載設備4發(fā)生故障。在此，恒壓充電器1的額定充電電壓Vc，例如若是市場上出售的充電器，則可以采用其表示值，而不必是考慮負載偏差后的最大額定電壓。本發(fā)明的第十一實施方式所涉及的組電池的充電方法，是對串聯(lián)連接有nA個平均放電電壓為VA的單元電池A的組電池，以滿足0.98nAVA^Vc^1.15nAVA的關系的額定充電電壓Vc進行充電。第十一實施方式的結構及效果與第一實施方式一樣。11本發(fā)明的第十二實施方式所涉及的組電池的充電方法，是在第十一實施方式的基礎上，使用單元電池A的標稱電壓來代替平均放電電壓VA的充電方法。第十二實施方式的效果與第二實施方式一樣。本發(fā)明的第十三實施方式所涉及的組電池的充電方法，是在第十一實施方式的基礎上，使用鎳氫蓄電池及/或鎳鎘蓄電池來作為單元電池A的充電方法。第十三實施方式的效果與第三實施方式一樣。本發(fā)明的第十四實施方式所涉及的組電池的充電方法，是在第十一實施方式的基礎上，使用非水電解質二次電池作為單元電池A的充電方法。第十四實施方式的效果與第四實施方式一樣。本發(fā)明的第十五實施方式所涉及的組電池的充電方法，是在第十四實施方式的基礎上，使用包含鈷的鋰復合氧化物來作為非水電解質二次電池的正極的活性物質的充電方法。本發(fā)明的第十五實施方式的效果與第五實施方式一樣。本發(fā)明的第十六實施方式所涉及的組電池的充電方法，是對串聯(lián)連接有iia個平均放電電壓為VA的單元電池A與iib個平均放電電壓為VB的單元電池B的組電池，以滿足0.98(nAVA+nBVB)^VCS1.15(nAVA+nBVB)的關系的額定充電電壓Vc進行充電的充電方法。第十六實施方式的效果與第六實施方式一樣。本發(fā)明的第十七實施方式所涉及的組電池的充電方法，是在第十六實施方式的基礎上，使用單元電池A、B的標稱電壓來代替平均放電電壓VA、Vs的充電方法。第十七實施方式的效果與第二實施方式一樣。本發(fā)明的第十八實施方式所涉及的組電池的充電方法，是在第十六實施方式的基礎上，使用鎳氫蓄電池及/或鎳鎘蓄電池來作為單元電池A的組電池的充電方法。第十八實施方式的效果與第三實施方式一樣。本發(fā)明的第十九實施方式所涉及的組電池的充電方法，是在第十六實施方式的基礎上，使用非水電解質二次電池來作為單元電池B的組電池的充電方法。第十九實施方式的效果與第四實施方式一樣。本發(fā)明的第二十實施方式所涉及的組電池的充電方法，是在第十九實施方式的基礎上，使用包含鈷的鋰復合氧化物來作為非水電解質二次電池的正極的活性物質的充電方法。第二十實施方式的效果與第五實施方式一樣。下面詳細說明本發(fā)明的實施例。實施例1.(實施例1—1)向含鎳的三維多孔體(tertiaryporousmaterial)填充含有氫氧化鎳、氫氧化鈷以及氧化鋅的混合物的糊料(paste)，進行干燥，進而用輥壓機滾軋制成正極。另一方面，在鍍鎳的鋼板上穿孔而成的穿孔金屬(punchingmetal)上涂覆含有吸氫合金(hydrogen-absorbingalloy)(組成式MmNi3.55Coo.75Alo.3Mno.4，Mm為輕稀土類元素的混合物)和粘結劑的混合物的糊料，進行于燥，進而用輥壓機滾軋制成負極。將該正極和負極夾著由經(jīng)過磺化處理(sulfonationtreatment)的聚丙烯無紡布制成的隔膜(s印arator)巻繞成螺旋狀，放入金屬制的有底盒體(內徑為23.5mm、高度為43mm)中。進一步，作為電解液，注入以氫氧化鉀為主成分的比重為1.3的堿性水溶液，通過用具備閥門工作壓為2MPa的安全閥的封口板將盒體的開口端面密封，從而制成鎳氫蓄電池(理論容量為3Ah)。對該鎳氫蓄電池以0.1ItA的電流值充電15小時，接著以0.5ItA的電流值放電，直到電池電壓達到1V為止。通過重復該充放電循環(huán)3次來進行活性。進一步，對該鎳氫蓄電池以1ItA的電流值進行恒流充電，直到SOC達到120%為止，之后，以1ItA進行恒流放電直到達到1V為止，求出放電容量，將該放電容量為50%的時刻的放電電壓(平均放電電壓、1.23V)作為平均放電電壓VA。將該鎳氫蓄電池作為單元電池A串聯(lián)連接10個構成組電池(nAVA=12.3V)，并將該組電池與具有額定充電電壓Vc為12.1V(Vc=0.98nAVA)的恒壓充電器的充放電裝置連接，構成電源系統(tǒng)。以此作為實施例l一l。(實施例l一2、l一3)相對于實施例l一l，除了使用額定充電電壓Vc為12.9V(實施例l一2:Vc=1.05nAVA)及14.1V(實施例1—3:Vc=1.15nAVA)的恒壓充電器以外，構成與實施例l一l同樣的電源系統(tǒng)。(比較例1—1、l一2)相對于實施例l一l，除了使用額定充電電壓Vc為11.7V(比較例l一l:Vc=0.95nAVA)及14.8V(比較例1—2:Vc=1.2nAVA)的恒壓充電器以外，構成與實施例1一l同樣的電源系統(tǒng)。對以上的電源系統(tǒng)進行以下試驗。結果如表l所示。另外，在后述的實施例2、3中也同樣進行以下試驗，其結果如表2、表3所示。(常溫充電特性)使充電電流從各個恒壓充電器流出1小時后，以1ItA的電流值進行放電直到達到IV為止。將此時的放電容量作為常溫充電特性的指標記在表1中。(高溫充電特性)在45'C的環(huán)境下，在各個電源系統(tǒng)中流過充電電流2小時。之后的組電池的單元電池的異常通過目視加以確認，將其狀態(tài)作為高溫充電特性的指標記在表1中。(重復充放電)在圖3所示的電源系統(tǒng)3的結構中，連接假負載(dummyload)來代替車載設備4，從恒壓充電器l(發(fā)電機)及組電池2向假負載提供36A的電流。然后，使所有的單元電池完全放電(單元電池為鋰離子二次電池的情況下，以llt放電直到單元電池的端子電壓達到3V為止；單元電池為鎳氫二次電池的情況下，以llt放電直到單元電池的端子電壓達到1V為止)。用這樣被完全放電的單元電池構成組電池2，對組電池2以恒壓充電器1的額定充電電壓Vc進行充電。另外，將電流表與假負載串聯(lián)連接起來，測量流過假負載的電流。然后，通過接通斷開未圖示的開關，以0.01秒的間隔重復從恒壓充電器1向組電池2提供電流和停止提供電流20次(重復將未圖示的開關接通0.01秒后斷開0.01秒的接通、斷開動作20次)。而且，將在該開關斷開時，由上述電流表測量的電流值大幅度變化(變成一半以下)的次數(shù)，來作為"電流表指針的振動次數(shù)"進行計數(shù)。此時，若"電流表指針的振動次數(shù)"為零，則表示即使來自恒壓充電器1的電流提供被中斷，也可以通過組電池2的放電對相當于車載設備4的假負載提供穩(wěn)定的電力。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>組電池的額定電壓(nAVA)與恒壓充電器的額定充電電壓Vc的關系為Vc<0.98nAVA的比較例l一l，常溫下完全沒有被充電。作為其原因，可以舉出的是，恒壓充電器的額定充電電壓Vc比組電池的充電開始電壓低。若使用這樣的電源系統(tǒng)作為如圖3所示的車載用的電源系統(tǒng)3，則由于由恒壓充電器1所產(chǎn)生的剩余電力沒有被組電池2吸收，因此存在所產(chǎn)生的電力全部被提供至車載設備4而使車載設備4產(chǎn)生故障的危險。然而，在作為車用電源被使用的電源系統(tǒng)3中，例如在操作制動器使車輛急速減速等時，通過發(fā)動機的驅動進行發(fā)電的恒壓充電器l的輸出電力有時會產(chǎn)生脈沖式的下降。此時，如果由于對組電池2充電的電量不夠，不能從組電池2向車載設備4提供電流，則火花塞或發(fā)動機的控制電路等車載設備4停止運轉，汽車有可能停止。在發(fā)生這樣的恒壓充電器l的輸出電力脈沖式下降時，為了不使汽車停止，組電池2需要向車載設備4提供的電流大約是5A至40A。然而，這樣的輸出電力脈沖式下降每次約為0.01秒，由于發(fā)生時間短，因此組電池2需要向車載設備4提供的放電電量每次約為O.OlmAh至O.lmAh。因此，若組電池2被充入O.lmAh以上的電量，則在發(fā)生如上所述的恒壓充電器1的輸出電力脈沖式下降時，可以向車載設備4提供足夠的電力。在此，在比較例1—l中，如表1所示，"電流表指針的振動次數(shù)"為20次，在來自恒壓充電器1的電流提供中斷時，無法從組電池2向車載設備4提供電流。因此，Vc<0.98ruVA的比較例l一l，不適合作為用作車用電源的電源系統(tǒng)。另一方面，在額定充電電壓Vc二0.98iuVA的實施例1—1中，在常溫充電特性試驗中，放電容量為2mAh。即，實施例1一1的組電池2，由于被充入O.lmAh以上的電量，因此在發(fā)生如上所述的恒壓充電器l的輸出電力脈沖式下降時，可以向車載設備4提供足夠的電力。此時，若放電容量為2mAh，則在發(fā)生輸出電力脈沖式下降時，由于被充入需要放電的O.lmAh的20倍的電容量，因此可以進行約20次的脈沖放電。在汽車中，實際使用時，由于在這樣的脈沖放電之后立即對組電池2充電，因此只要能連續(xù)進行O.lmAh的脈沖放電20次，則即使在例如最苛刻的競賽用途中發(fā)生如上所述的恒壓充電器1的輸出電力脈沖式下降時，也可以向車載設備4提供足夠的電力。另夕卜，在實施例l一l中，在重復充放電的試驗中，"電流表指針的振動次數(shù)"為零。即，可以確認，實施例1一1的組電池2，即使來自恒壓充電器1的電流提供脈沖式地中斷20次，也能通過組電池2的放電對相當于車載設備4的假負載穩(wěn)定地提供電力。另夕卜，在上述的關系為Vc〉1.15nAVA的比較例l一2中，為了避免單元電池的變形而設置的安全閥充分地發(fā)揮作用，發(fā)生電解液的漏出，高溫充電特性為較低水平。作為其原15因，可以舉出的是，由于恒壓充電器的額定充電電壓Vc過高，組電池被過度充電，產(chǎn)生了大量的氧氣，電池的內部壓力增大。相對于這些比較例，本發(fā)明的實施例1一1、l一2、l一3可以在常溫下充電，且高溫充電特性也很好。另外，在實施例l中示出的是使用鎳氫蓄電池來作為堿性蓄電池的例子，但即使使用采用以鎘作為活性物質的負極而形成的鎳鎘蓄電池，也能得到同樣的結果。實施例2(實施例2—1)在鋁箔上涂敷含有鋰鈷氧化物、乙炔黑以及聚偏氟乙烯的混合物的糊料，進行干燥，進而用輥壓機滾軋制成正極。另一方面，在銅箔上涂敷含有人造石墨、苯乙烯一丁二烯共聚物以及羧甲基纖維素衍生物的混合物的糊料，進行干燥，進而用輥壓機滾軋制成負極。將該正極及負極夾著由聚丙烯微多孔膜制成的隔膜巻繞成螺旋狀，放入金屬制有底盒體(內徑為26mm、高度為65mm)中。進一步，作為電解液，注入在碳酸乙二酯和碳酸甲乙酯的混合溶劑中溶入LiPF6而形成的電解液，通過用具備閥門工作壓為2MPa的安全閥的封口板將盒體的開口的端面密封，從而制成鋰離子二次電池(理論容量為2.6Ah)。對該鋰離子二次電池以1ItA的電流值充電，直到其電壓達到4.05V為止，接下來以0.51tA的電流值放電，直到電池電壓達到3V為止。通過重復該充放電循環(huán)3次來進行活性。進一步，對該鋰離子二次電池以1ItA的電流值進行恒流充電，直到達到4.2V為止，之后，以1ItA進行恒流放電直到達到3V為止，求出放電容量，將該放電容量為50%的時刻的放電電壓(平均放電電壓、3.58V)作為平均放電電壓VA。將該鋰離子二次電池作為單元電池B串聯(lián)連接3個構成組電池(nBVB=10.74V)，并將該組電池B與具有額定充電電壓Vc為10.5V(Vc=0.98nBVB)的恒壓充電器的充放電裝置連接，構成電源系統(tǒng)。以此作為實施例2—1。(實施例2—2、2—3)相對于實施例2—1，除了使用額定充電電壓Vc為11.3V(實施例2—2:VC=1.05nBVB)及12.4V(實施例2—3:Vc=1.15nBVB)的恒壓充電器以外，構成與實施例2—1同樣的電源系統(tǒng)。(比較例2—1、2—2)16相對于實施例2—1,除了使用額定充電電壓Vc為10.2V(比較例2—1:VC=0.95nBVB)及12.9V(比較例2—2:VC=1.2nBVB)的恒壓充電器以外，構成與實施例2一l同樣的電源系統(tǒng)。對以上的電源系統(tǒng)，與實施例l同樣，評價常溫充電特性與高溫充電特性。結果如表2所示。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>組電池的額定電壓(ruVA)與恒壓充電器的額定充電電壓Vc的關系為Vc<0.98nAVA的比較例1一2，常溫下完全沒有被充電。作為其原因，可以舉出的是，恒壓充電器的額定充電電壓Vc比組電池的充電開始電壓低。若使用這樣的電源系統(tǒng)作為如圖3所示的車載用的電源系統(tǒng)3，則由于由恒壓充電器1所產(chǎn)生的剩余電力沒有被組電池2吸收，因此存在所產(chǎn)生的電力全部被提供至車載設備4而使車載設備4產(chǎn)生故障的危險。在此，在比較例2—1中，如表2所示，"電流表指針的振動次數(shù)"為20次，在來自恒壓充電器l的電流提供中斷時，無法從組電池2向車載設備4提供電流。因此，Vc<0.98iuVa的比狡例2—1，不適合作為用作車用電源的電源系統(tǒng)。另一方面，在額定充電電壓Vc二0.98ruVA的實施例2—1中，在常溫充電特性試驗中，放電容量為3mAh。即，實施例2_1的組電池2，由于被充入O.lmAh以上的電量，因此在發(fā)生如上所述的恒壓充電器l的輸出電力脈沖式下降時，可以向車載設備4提供足夠的電力。此時，若放電容量為3mAh，則在發(fā)生輸出功率脈沖式下降時，由于被充入需要放電的O.lmAh的30倍的電齊量，因此可以進行約30次的脈沖放電。這樣，與實施例l一l的情況一樣，實施例2—1的組電池2，即使在例如最苛刻的競賽用途中，在發(fā)生如上所述的恒壓充電器l的輸出電力脈沖式下降時，也可以向車載設備4提供足夠的電力。另夕卜，在實施例2—1中，在重復充放電的試驗中，"電流表指針的振動次數(shù)"為零。即，可以確認，實施例2—1的組電池2，即使來自恒壓充電器1的電流提供脈沖式地中斷20次，也能通過組電池2的放電對相當于車載設備4的假負載穩(wěn)定地提供電力。另夕卜，在上述的關系為Vc〉1.15ruVA的比較例2—2中，為了避免單元電池的變形而設置的安全閥充分地發(fā)揮作用，產(chǎn)生電解液的漏出，高溫充電特性為較低水平。作為其原因，可以舉出的是，由于恒壓充電器的額定充電電壓Vc過高，組電池被過度充電，產(chǎn)生了大量的氧氣，電池的內部壓力增大。相對于這些比較例，本發(fā)明的實施例2—1、2—2、2—3可以在常溫下充電，且高溫充電特性也很好。另外，在實施例2中示出的是使用鋰離子二次電池作為非水電解質二次電池的例子，但即使使用電解液為凝膠狀的鋰聚合物二次電池，也能得到同樣的結果。實施例3(實施例3—1)將3個與實施例l一l相同的單元電池A(nAVA=3.69V)以及2個與實施例2—1相同的單元電池B(nBVB=7.16V)串聯(lián)連接，構成組電池(nAVA+nBVB=10.85V),并將該組電池與具有額定充電電壓Vc為10.6V(Vc=0.98(nAVA+nBVB))的恒壓充電器的充放電裝置連接，構成電源系統(tǒng)。以此作為實施例3—1。(實施例3—2、3—3)相對于實施例3—1，除了使用額定充電電壓Vc為11.4V(實施例3—2:Vc=1.05(nAVA+nBVB))及12.5V(實施例3—3:Vc=1.15(nAVA+nBVB))的恒壓充電器以外，構成與實施例3—1同樣的電源系統(tǒng)。(比較例3—1、3—2)相對于實施例3—1，除了使用額定充電電壓Vc為10.3V(比較例3—1:Vc二0.95(nAVA+nBVB))及13.0V(比較例3—2:Vc=1.2(nAVA+nBVB))的恒壓充電器以外，構成與實施例3—1同樣的電源系統(tǒng)。對以上的電源系統(tǒng)，與實施例l同樣，評價常溫充電特性與高溫充電特性。進行下面的試驗。結果如表3所示。<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>組電池的額定電壓(nAVA+nBVB)與恒壓充電器的額定充電電壓Vc的關系為Vc<0.98(nAVA+nBVB)的比較例3—1，大電流放電特性為較低水平。作為其原因，可以舉出的是，由于恒壓充電器的額定充電電壓Vc過低，組電池沒有被充分充電，不具有能承受大電流放電的容量。若使用這樣的電源系統(tǒng)作為如圖3所示的車載用電源系統(tǒng)3，則由于由恒壓充電器1所產(chǎn)生的剩余電力沒有被組電池2吸收，因此存在所產(chǎn)生的電力全部都被提供至車載設備4而使車載設備4產(chǎn)生故障的危險。在此，在比較例3—1中，如表3所示，"電流表指針的振動次數(shù)"為20次，在來自恒壓充電器1的電流提供中斷時，無法從組電池2向車載設備4提供電流。因此，在Vc〈0.98nAVA的比較例3—1，不適合作為用作車用電源的電源系統(tǒng)。另一方面，在額定充電電壓Vc二0.98iuVA的實施例3—1中，在常溫充電特性試驗中，放電容量為2mAh。即，實施例3—1的組電池2，由于被充入O.lmAh以上的電量，因此在發(fā)生如上所述的恒壓充電器1的輸出電力脈沖式下降時，可以向車載設備4提供足夠的電力。此時，若放電容量為2mAh，則在發(fā)生輸出電力脈沖式下降時，由于被充入需要放電的O.lmAh的20倍的電容量，因此可以進行約20次的脈沖放電。這樣，與實施例l一l的情況一樣，對于實施例3—1的組電池2，即使在例如最苛刻的競賽用途中，在發(fā)生如上所述的恒壓充電器l的輸出電力脈沖式下降時，也可以向車載設備4提供足夠的電力。另外，在實施例3—1中，在重復充放電的試驗中，"電流表指針的振動次數(shù)"為零。即，可以確認，實施例3—1的組電池2，即使來自恒壓充電器1的電流提供脈沖地中斷20次，也能通過組電池2的放電對相當于車載設備4的假負載穩(wěn)定地提供電力。另外，在上述的關系為Vc>1.15(nAVA+nBVB)的比較例3_2中，為了避免單元電池的變形而設置的安全閥充分地發(fā)揮作用，產(chǎn)生電解液的漏出，高溫充電特性為較低水19平。作為其原因，可以舉出的是，由于恒壓充電器的額定充電電壓Vc過高，組電池被過度充電，電解液成分分解而產(chǎn)生大量氣體，電池的內部壓力增大。相對于這些比較例，本發(fā)明的實施例3—1、3_2、3—3的大電流放電特性、高溫充電特性都良好。另外，在實施例3中示出的是使用鎳氫蓄電池作為堿性蓄電池，使用鋰離子二次電池作為非水電解質二次電池的例子，但即使使用采用以鎘作為活性物質的負極而形成的鎳鎘蓄電池作為堿性蓄電池，使用電解液為凝膠狀的鋰聚合物二次電池作為非水電解質二次電池，也能得到同樣的結果?；谏鲜稣n題，本發(fā)明的電源系統(tǒng)包括組電池、和對組電池充電的恒壓充電器，組電池采用串聯(lián)nA個平均放電電壓為va的單元電池A(或者ru個平均放電電壓為Va的単元電池A、nB個平均放電電壓為VB的單元電池B)的結構，恒壓充電器的額定充電電壓Vc被設定在0.98nAVA^Vc^1.15nAVA(或者0.98(nAVA+nBVB)SVc51.15(nAVA+nBVB))的范圍內。另外，作為構成上述的電源系統(tǒng)的組電池的充電方法，在本發(fā)明所涉及的充電方法中，對nA個平均放電電壓為VA的單元電池A(或者iu個平均放電電壓為VA的單元電池A、nB個平均放電電壓為VB的單元電池B)串聯(lián)起來的組電池，以滿足0.98nAVA￡Vc^l.l5nAVA'(或者0.98(nAVA+nBVB)SVc^1.15(nAVA+nBVB))的關系的額定充電電壓Vc進行充電。通過以滿足上述的關系的方式構成電源系統(tǒng)或者對組電池充電，可以提供在以恒壓對每單位重量的能量密度比鉛蓄電池高的二次電池充電時，能夠降低二次電池因過充電而變形的危險，從而提高安全性的電源系統(tǒng)以及充電方法。工業(yè)上的利用可能性本發(fā)明的電源系統(tǒng)由于即使使用簡易的恒壓充電器也可成立，因此作為汽車等的電源被利用的可能性較高。20權利要求1.一種電源系統(tǒng)，其特征在于包括串聯(lián)連接有多個單元電池的組電池；以及對所述組電池施加規(guī)定的額定充電電壓Vc來進行充電的恒壓充電器，其中，作為所述多個單元電池的各自的平均放電電壓的合計的合計電壓Vx以及所述額定充電電壓Vc，被設定為滿足0.98Vx≤Vc≤1.15Vx的關系。2.根據(jù)權利要求l所述的電源系統(tǒng)，其特征在于所述組電池為串聯(lián)連接有nA個平均放電電壓為VA的單元電池A的組電池，所述單元電池A的個數(shù)iu以及所述額定充電電壓Vc，被設定為滿足0.98nAVA5VcS1.15ruVA的關系。3.根據(jù)權利要求1或2所述的電源系統(tǒng)，其特征在于作為所述平均放電電壓，采用單元電池的標稱電壓。4.根據(jù)權利要求1至3中的任一項所述的電源系統(tǒng)，其特征在于作為所述單元電池，采用鎳氫蓄電池以及鎳鎘蓄電池中的至少其中之一。5.根據(jù)權利要求1至3中的任一項所述的電源系統(tǒng)，其特征在于作為所述單元電池，采用非水電解質二次電池，6.根據(jù)權利要求5所述的電源系統(tǒng)，其特征在于作為所述非水電解質二次電池的正極的活性物質，采用包含鈷的鋰復合氧化物。7.根據(jù)權利要求l所述的電源系統(tǒng)，其特征在于所述組電池為串聯(lián)連接有所述riA個單元電池A和riB個平均放電電壓為VB的單元電池B的組電池，其中所述平均放電電壓VB不同于所述平均放電電壓VA，所述單元電池A的個數(shù)nA、所述單元電池B的個數(shù)nB以及所述額定充電電壓Vc，被設定為滿足0.98(nAVA+nBVB)^Vc^l.15(nAVA+nBVB)的關系。8.根據(jù)權利要求7所述的電源系統(tǒng)，其特征在于作為所述單元電池A，采用鎳氫蓄電池以及鎳鎘蓄電池中的至少其中之一。9.根據(jù)權利要求7或8所述的電源系統(tǒng)，其特征在于作為所述單元電池B，釆用非水電解質二次電池。10.根據(jù)權利要求9所述的電源系統(tǒng)，其特征在于作為所述非水電解質二次電池的正極的活性物質，采用g含鈷的鋰復合氧化物。11.一種組電池的充電方法，其特征在于對串聯(lián)連接有多個單元電池的、所述多個單元電池的各自的平均放電電壓的合計為合計電壓Vx的組電池，以滿足0.98Vx5Vc51.15Vx的關系的規(guī)定的額定充電電壓Vc進行充電。12.根據(jù)權利要求ll所述的組電池的充電方法，其特征在于所述組電池為串聯(lián)連接有平均放電電壓為Va的iiA個單元電池A的組電池，對該組電池以滿足0.98nAVA5VcS1.15nAVA的關系的規(guī)定的額定充電電壓Vc進行充電。13.根據(jù)權利要求11或12所述的組電池的充電方法，其特征在于作為所述單元電池，采用鎳氫蓄電池以及鎳鎘蓄電池中的至少其中之一。14.根據(jù)權利要求11或12所述的組電池的充電方法，其特征在于作為所述單元電池，采用非水電解質二次電池。15.根據(jù)權利要求14所述的組電池的充電方法，其特征在于作為所述非水電解質二次電池的正極的活性物質，采用包含鈷的鋰復合氧化物。16.根據(jù)權利要求ll所述的組電池的充電方法，其特征在于所述組電池為串聯(lián)連接有所述iu個單元電池A和nB個平均放電電壓為VB的單元電池B的組電池，對該組電池以滿足0.98(nAVA+nBVB)5Vc51.15(nAVA+nBVB)的關系的規(guī)定的額定充電電壓Vc進行充電，其中所述平均放電電壓VB不同于所述平均放電電壓VA。17.根據(jù)權利要求16所述的組電池的充電方法，其特征在于作為所述單元電池A，采用鎳氫蓄電池以及鎳鎘蓄電池中的至少其中之一。18.根據(jù)權利要求16或17所述的組電池的充電方法，其特征在于作為所述單元電池B，采用非水電解質二次電池。19.根據(jù)權利要求18所述的組電池的充電方法，其特征在于作為所述非水電解質二次電池的正極的活性物質，采用包含鈷的鋰復合氧化物。全文摘要本發(fā)明涉及包括二次電池的電源系統(tǒng)及組電池的充電方法，更詳細而言，涉及即使使用簡易的恒壓充電器也不會使作為電源的組電池劣化的技術。本發(fā)明的目的在于提供一種能夠在以恒壓對每單位重量的能量密度高于鉛蓄電池的二次電池充電時，降低二次電池因過充電而變形的危險，提高安全性的電源系統(tǒng)以及充電方法。根據(jù)本發(fā)明，在包括串聯(lián)連接有多個單元電池的組電池、和對所述組電池施加規(guī)定的額定充電電壓V_C進行充電的恒壓充電器的電源系統(tǒng)及組電池的充電方法中，作為所述多個單元電池的各自的平均放電電壓的合計的合計電壓Vx以及所述額定充電電壓V_C被設定為滿足0.98Vx≤V_C≤1.15Vx的關系。文檔編號H01M10/44GK101663791SQ200780052449公開日2010年3月3日申請日期2007年10月1日優(yōu)先權日2007年4月12日發(fā)明者杉山茂行,鈴木剛平,青木護申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社