電池設(shè)備和電動(dòng)車輛的制作方法
【專利說明】電池設(shè)備和電動(dòng)車輛
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2013年9月2日提交的日本優(yōu)先權(quán)專利申請JP2013-181197的權(quán)益，該申請的全部內(nèi)容通過弓I證結(jié)合于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本公開涉及一種電池設(shè)備以及一種電動(dòng)車輛。
【背景技術(shù)】
[0004]近年來，使用多個(gè)單電池的電池設(shè)備被用作電子裝置的電源，每個(gè)單電池是輕型、高容量的二次電池。電池不僅在電子裝置內(nèi)，而且在電驅(qū)動(dòng)自行車、電動(dòng)摩托車以及工業(yè)設(shè)備(例如，叉車)內(nèi)用作驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，用于使用除了石油以外的物質(zhì)代替燃料并且減少二氧化碳的目的。
[0005]進(jìn)一步，使用多個(gè)單電池的電池設(shè)備也用作EV(電動(dòng)車輛)、HEV(混合動(dòng)力車輛)、PHEV (插電式混合動(dòng)力車輛)等的車輛驅(qū)動(dòng)電源，每個(gè)單電池是輕型、高容量的二次電池。PHEV是通過家用電給混合動(dòng)力車輛的二次電池充電的車輛，并且能夠在作為電動(dòng)車輛時(shí)行駛一定距離。尤其地，緊湊型、輕型以及具有高能量密度的鋰離子二次電池適用于車載電池。
[0006]例如，下面的專利文獻(xiàn)I描述了電池設(shè)備，其用于電動(dòng)車輛內(nèi)或者用于混合動(dòng)力車輛內(nèi)，并且并聯(lián)連接高輸出密度型二次電池以及高能量密度型二次電池。
[0007]引用列表
[0008]專利文獻(xiàn)
[0009]PTL I:JP 2004-111242 A

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]技術(shù)問題
[0011]在專利文獻(xiàn)I中描述的技術(shù)中，通常將電力從高輸出密度型二次電池中供應(yīng)給負(fù)載。由于這個(gè)原因，具有高輸出密度型二次電池劣化的問題。相應(yīng)地，期望提供一種可以解決以上問題的電池設(shè)備以及電動(dòng)車輛。
[0012]問題的解決方案
[0013]為了解決上述問題，例如，在本公開中提供了一種電池設(shè)備，包括:第一電池模塊和第二電池模塊，并聯(lián)連接并且具有不同的特性，其中，所述第一電池模塊的最大輸出電壓被設(shè)置為大于所述第二電池模塊的最大輸出電壓，并且所述第一電池模塊的使用范圍被設(shè)置為與所述第二電池模塊的使用范圍不同。
[0014]例如，本公開包括一種電動(dòng)車輛，包括:電池設(shè)備，包括:第一電池模塊和第二電池模塊，并聯(lián)連接并且具有不同的特性，其中，所述第一電池模塊的最大輸出電壓被設(shè)置為大于所述第二電池模塊的最大輸出電壓，并且所述第一電池模塊的使用范圍被設(shè)置為與所述第二電池模塊的使用范圍不同；以及驅(qū)動(dòng)部，電力至少從所述第一電池模塊和所述第二電池模塊中的一個(gè)供應(yīng)給所述驅(qū)動(dòng)部。
[0015]例如，本公開包括一種電池設(shè)備和一種包括電池設(shè)備的電動(dòng)車輛。電池設(shè)備包括:第一電池模塊和第二電池模塊，并聯(lián)連接并且具有不同的特性，其中，所述第一電池模塊的第一最大輸出電壓被設(shè)置為大于所述第二電池模塊的第二最大輸出電壓，并且所述第一電池模塊的第一使用范圍被設(shè)置為與所述第二電池模塊的第二使用范圍不同。
[0016]發(fā)明的有利效果
[0017]根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施方式，可以防止用在電池設(shè)備內(nèi)的電池模塊劣化。顯然，在本文中描述的有利效果不必受到限制，并且可以是在本公開中描述的任何有利效果。進(jìn)一步，本公開的內(nèi)容不由下面示例的有利效果限制性地解釋。
【附圖說明】
[0018]圖1是用于說明在一個(gè)實(shí)施方式中的第一電池單元的放電特性的實(shí)例的示圖。
[0019]圖2是用于說明在一個(gè)實(shí)施方式中的第二電池單元的充電特性的實(shí)例的示圖。
[0020]圖3是用于說明在一個(gè)實(shí)施方式中的第二電池單元的放電特性的實(shí)例的示圖。
[0021]圖4是用于說明在一個(gè)實(shí)施方式中應(yīng)用電池設(shè)備的電動(dòng)車輛的配置的實(shí)例的方框圖。
[0022]圖5是用于說明在一個(gè)實(shí)施方式中的電力I/F的配置的實(shí)例的示圖。
[0023]圖6是用于說明在一個(gè)實(shí)施方式中的第一電池模塊的配置的實(shí)例的示圖。
[0024]圖7是用于說明在一個(gè)實(shí)施方式中的第二電池模塊的配置的實(shí)例的示圖。
[0025]圖8是用于說明在一個(gè)實(shí)施方式中的電池設(shè)備的操作的實(shí)例的示圖。
[0026]圖9是用于說明在一個(gè)實(shí)施方式的電池設(shè)備中的充電控制的實(shí)例的流程圖。
[0027]圖10是用于說明變形例的示圖。
[0028]圖11是用于說明變形例的示圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]在下文中，將參照附圖，描述本公開的一個(gè)實(shí)施方式。按照以下順序，進(jìn)行說明。
[0030]〈1、一個(gè)實(shí)施方式〉
[0031 ] 〈2、變形例〉
[0032]在下文中說明的實(shí)施方式是本公開的適當(dāng)?shù)木唧w實(shí)例，并且本公開的內(nèi)容不限于這些實(shí)施方式。
[0033]〈1、一個(gè)實(shí)施方式〉
[0034]用于電池設(shè)備內(nèi)的電池模塊的一個(gè)實(shí)例
[0035]首先，將說明本公開的一個(gè)實(shí)施方式中的用于電池設(shè)備中的電池模塊的實(shí)例。稍后將描述細(xì)節(jié)，并且在一個(gè)實(shí)施方式中，電池設(shè)備包括第一電池模塊和第二電池模塊。第一電池模塊包括由一個(gè)或多個(gè)第一二次電池單元構(gòu)成的第一電池單元部，并且第二電池模塊包括由一個(gè)或多個(gè)第二二次電池單元構(gòu)成的第二電池單元部。例如，第一電池模塊和第二電池模塊并聯(lián)連接。
[0036]第一電池模塊和第二電池模塊分別具有不同的特性。作為這種特性，例如可以是重復(fù)充/放電的次數(shù)、電池模塊本身的尺寸和重量、以及每個(gè)電池模塊具有的二次電池單元的滿充電壓。
[0037]尤其，重復(fù)充/放電的次數(shù)由當(dāng)在(例如)標(biāo)稱容量的O到100%的范圍(這可以是另一個(gè)范圍，例如，1 %到90 % )中重復(fù)充電和放電時(shí)，可保留的電容量達(dá)到等于或小于標(biāo)稱容量的預(yù)定值(例如，80%)的值時(shí)，重復(fù)充電/放電的次數(shù)來定義。在某些情況下，重復(fù)充電/放電的次數(shù)稱為循環(huán)時(shí)間(循環(huán)數(shù)量)。
[0038]顯然，重復(fù)充電/放電的次數(shù)根據(jù)電池的類型、用于充電和放電的裝置、各制造商的規(guī)定、以及充電/放電測試的條件等，由基于各情況的不同內(nèi)容來定義。在一個(gè)實(shí)施方式中，第一電池模塊的重復(fù)充電/放電的次數(shù)和第二電池模塊的重復(fù)充電/放電的次數(shù)僅僅需要由相同的內(nèi)容定義，并且重復(fù)充電/放電的次數(shù)不限于特定內(nèi)容。
[0039]在一個(gè)實(shí)施方式中，第一電池模塊具有重復(fù)充電/放電的次數(shù)比第二電池模塊大的特性。另一方面，第一電池模塊具有以下特性:其尺寸相比第二電池模塊更大、其重量相比第二電池模塊更大、以及第一二次電池單元的滿充電壓比第二二次電池單元的滿充電壓更小。
[0040]在一個(gè)實(shí)施方式中，第二電池模塊具有重復(fù)充電/放電的次數(shù)比第一電池模塊小的特性。另一方面，具有以下特性:第二電池模塊的尺寸比第一電池模塊更小、第二電池模塊的重量比第一電池模塊更小、以及第二二次電池單元的滿充電壓比第一二次電池單元的滿充電壓更大。
[0041]在示出的一個(gè)實(shí)例中，第一電池模塊的重復(fù)充電/放電的次數(shù)是幾千次到數(shù)十千次左右，而第二電池模塊的重復(fù)充電/放電的次數(shù)是幾百次到上千次左右。第一電池模塊的第一二次電池單元的滿充電壓是3.6V(伏特)，而第二電池模塊的第二二次電池單元的滿充電壓是4.2V。
[0042]作為具有上述特性的第一二次電池單元，例如可以是包含作為正電極材料的具有橄欖石結(jié)構(gòu)的正電極活性材料的鋰離子二次電池。具有橄欖石結(jié)構(gòu)的正電極活性材料具體包括磷酸鋰鐵化合物(LiFePO4)或包含雜原子的鋰鐵復(fù)合磷酸鹽化合物(LiFexM114:其中，M是一種或多種金屬，并且X滿足0<χ<1)。在M是兩種以上類型的情況下，進(jìn)行選擇使得各個(gè)下標(biāo)數(shù)字的總和變成1-x。
[0043]作為M，例如可以是過渡元素、IIA族元素、11IA族元素、IIIB族元素、IVB族元素。尤其地，優(yōu)選地包括至少一種元素選自于鈷(Co)、鎳、錳(Mn)、鐵、鋁、釩(V)以及鈦(Ti)的組。
[0044]正電極活性材料可以在磷酸鋰鐵化合物或鋰鐵復(fù)合磷酸鹽化合物的表面上具有涂層，涂層包含具有與上述氧化物不同的成分的金屬氧化物(例如，選自N1、Mn、Li等的金屬氧化物)或磷酸鹽化合物(例如，磷酸鋰)等。
[0045]作為負(fù)電極活性材料，不進(jìn)行任何特定的限制，然而，可以舉例出碳材料，例如，石墨、鈦酸鋰、含硅(S i)材料、含錫(Sn)材料等。
[0046]顯然，在以下說明中，將在磷酸鋰鐵化合物(LiFePO4)用作第一二次電池單元的正電極材料的前提下給出說明。第一二次電池單元將被適當(dāng)?shù)胤Q為電池單元LFP，并且包括一個(gè)或多個(gè)電池單元LFP的第一電池模塊將被適當(dāng)?shù)胤Q為電池模塊LFPM。
[0047]作為具有上述特性的第二二次電池單元，可以舉例出以下這種鋰離子二次電池，其包含鋰復(fù)合氧化物，例如，三元體系的活性材料(LiNixMnyCoz02(x+y+z = I))、具有層流蒸發(fā)結(jié)構(gòu)(laminar evaporitic sturcture)的鋰鈷氧化物(LiCo02)、鋰鎳氧化物(LiNi02)、鋰猛氧化物(LiMnC>2)、具有尖晶石型結(jié)構(gòu)的(LiMmCU)等，作為正電極材料。
[0048]作為負(fù)電極活性材料，不進(jìn)行任何特定的限制，然而，可以舉例出碳材料，例如，石墨、鈦酸鋰、含硅(S i)材料、含錫(Sn)材料等。
[0049]顯然，在以下說明中，在三元體系的活性材料用作第二二次電池單元的正電極材料的前提下進(jìn)行說明。第二二次電池單元適當(dāng)?shù)胤Q為電池單元LIB，并且包括一個(gè)或多個(gè)電池單元LIB的第二電池模塊適當(dāng)?shù)胤Q為電池模塊LIBM。
[0050]顯然，不對第一二次電池單元和第二二次電池單元的電極的制造方法進(jìn)行特別限制，并且可以廣泛地使用用于該領(lǐng)域中的方法。不對用于各個(gè)二次電池單元中的電解質(zhì)進(jìn)行特別限制，并且可以廣泛地使用工業(yè)領(lǐng)域中使用的液體或凝膠的電解質(zhì)。各個(gè)二次電池單元的形狀可以是方形、圓柱形或平板中的任一個(gè)，并且不對其進(jìn)行特別限制。
[0051]圖1示出了電池單元LFP的放電特性的實(shí)例。顯然，設(shè)置放電條件，使得溫度是25°C，恒流模式(CC模式)，放電電流是1C(2.89A(安培))，并且放電終止電壓(下限電壓)是2.5V。在圖1中，縱軸表示電池單元的電壓(V)，并且橫軸表示放電時(shí)間(分鐘)。根據(jù)圖1，電池單元的電壓經(jīng)大約60分鐘達(dá)到放電終止電壓。
[0052]圖2示出了電池單元LIB的充電特性的實(shí)例。顯然，設(shè)置充電條件，使得溫度是25°C，充電電流是2A，并且終止電壓是4.2V。在圖2中，縱軸表示電池單元的電壓(V)，并且橫軸表示根據(jù)SOC(荷電狀態(tài))(％ )表示的容量。顯然，在滿充狀態(tài)，SOC是100%。
[0053]圖3示出了電池單元LIB的放電特性的實(shí)例。放電條件設(shè)置在溫度是25°C并且放電電流是3A。顯然，在圖3中所示的實(shí)例中，放電進(jìn)行到大約1.5V，然而，實(shí)際上，在大約預(yù)定值(例如，2.7V)時(shí)，進(jìn)行防止過度放電的控制。在圖3中，縱軸表