(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非水系二次電池群と水溶液系二次電池群とを組み合わせた走行車輌用電源システムであって、前記水溶液系二次電池群の電池容量は、前記非水系二次電池群の電池容量より大きく、前記非水系二次電池群の回生能力は、前記水溶液系二次電池群の回生能力より大きいものであり、前記非水系二次電池群と前記水溶液系二次電池群が並列に接続されており、前記非水系二次電池群と前記水溶液系二次電池群のそれぞれの充電状態を個別に制御するコントローラを備え、前記水溶液系二次電池群は車輌起動装置に至る放電経路を有し、車輌起動時においては、前記水溶液系二次電池群からの出力によって起動させ、制動時に生じる回生エネルギーは、該水溶液系二次電池群と前記非水系二次電池群に回生することを特徴とする走行車輌用電源システム。
【請求項２】
前記水溶液系二次電池群が、鉛蓄電池で構成されていることを特徴とする請求項１記載の走行車輌用電源システム。
【請求項３】
前記鉛蓄電池が、３６Ｖ系制御弁式鉛蓄電池であることを特徴とする請求項２記載の走行車輌用電源システム。
【請求項４】
前記非水系二次電池群が、リチウム二次電池で構成されていることを特徴とする請求項１記載の走行車輌用電源システム。
【請求項５】
前記リチウム二次電池が、３６Ｖ系リチウム二次電池であることを特徴とする請求項４記載の走行車輌用電源システム。
【請求項６】
前記車輌起動装置が、モータジェネレータであることを特徴とする請求項１記載の走行車輌用電源システム。
【請求項７】
前記非水系二次電池群の電池電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータを付加して、前記水溶液系二次電池群の電池電圧と合わせていることを特徴とする請求項１記載の走行車輌用電源システム。」
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車等に使用される走行車輌用電源システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車には１２Ｖ系鉛蓄電池が搭載される電源システム（１４Ｖシステム）が用いられてきた。該１４Ｖシステムでは、１２Ｖ系鉛蓄電池から自動車のエンジンを始動する起動装置（スターターモータ）に電流を供給（放電）し、前記エンジンが始動した後は、該エンジンの回転力によって作動する発電機から１２Ｖ系鉛蓄電池に電流が常時供給される（充電）。ところが、自動車の減速時のエネルギーは、熱として消費されていた。
近年、１２Ｖ系鉛蓄電池に代って、３６Ｖ系鉛蓄電池を搭載する新しい電源システム（４２Ｖシステム）が提案されている。該４２Ｖシステムでは、自動車のエンジンを始動する車輌起動装置として、高出力なモータジェネレータを使用することが可能になり、該モータジェネレータにより、従来、熱として消費されていた自動車の減速時におけるエネルギーを、回生エネルギーとして電気エネルギーに変換して３６Ｖ系鉛蓄電池に電流を供給（充電）し、エネルギー効率を高め、自動車の燃費向上を可能にしようとするものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、該４２Ｖシステムに使用されるモータジェネレータは、３〜４kWと高出力であり、回生時の電流値は４０〜８０Ａ（２〜４ＣＡ相当）に達するが、従来の鉛蓄電池で、このような大電流充電を受け入れることは難しい。即ち、鉛蓄電池は、１ＣＡ以上になると、充電時の副反応である水の分解反応が促進され、充電効率が落ちて電池の寿命に悪影響を及ぼすためである。特に、エンジンルームへの搭載（雰囲気温度６０℃）を前提とされる自動車においては短寿命になる惧れがある。
本発明は、自動車等の走行車輌の減速時におけるエネルギーを、回生エネルギーとして充分に受け入れることができる走行車輌用電源システムを提供することを目的とする。
【０００４】
【発明が解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するためになされたもので、非水系二次電池群と水溶液系二次電池群とを組み合わせた走行車輌用電源システムであって、前記水溶液系二次電池群の電池容量は、前記非水系二次電池群の電池容量より大きく、前記非水系二次電池群の回生能力は、前記水溶液系二次電池群の回生能力より大きいものであり、前記非水系二次電池群と前記水溶液系二次電池群が並列に接続されており、前記非水系二次電池群と前記水溶液系二次電池群のそれぞれの充電状態を個別に制御するコントローラを備え、前記水溶液系二次電池群は車輌起動装置に至る放電経路を有し、車輌起動時においては、前記水溶液系二次電池群からの出力によって起動させ、制動時に生じる回生エネルギーは、該水溶液系二次電池群と前記非水系二次電池群に回生することを特徴とする。
前記水溶液系二次電池群は、鉛蓄電池で構成されていることが望ましく、鉛蓄電池として、３６Ｖ系制御弁式鉛蓄電池を用いるのが望ましい。更に前記非水系二次電池群は、リチウム二次電池で構成されていることが望ましく、リチウム二次電池として、３６Ｖ系リチウム二次電池を用いても良い。ここで、非水系二次電池群側に、ＤＣ／ＤＣコンバータを付加して、前記水溶液系二次電池群の電池電圧と合わせることもできる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明するが、本発明は下記実施例に何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において、適宜変更して実施することができる。ここで、前記非水系二次電池群又は前記水溶液系二次電池群とは、非水系二次電池又は前記水溶液系二次電池のそれぞれ単電池もしくは単電池を複数個結合した組電池を意味する。
〔非水系二次電池の説明〕
本発明で使用する非水系二次電池としては、いわゆるリチウム二次電池、特にリチウムイオン二次電池が使用可能である。この電池は次のようにして準備される。正極にはリチウムを含んだマンガン酸化物、負極には活物質である炭素粉末を使用し、この正、負極及びセパレータを用いて、捲回式の電極体を作製し、円筒型電池缶に挿入する。これに電解液を注入し、正極端子を兼ねる封口体にて密閉する。
〔水溶液系二次電池の説明〕
本発明で使用する水溶液系二次電池としては、いわゆる鉛蓄電池、特に制御弁式鉛蓄電池を例示することができる。この電池は次のようにして準備される。正極には二酸化鉛、負極には海面状鉛を使用し、正、負極及びガラス繊維セパレータを用いて、積層した極板群を作製し、角型電槽内に挿入する。これに制御弁を開放した蓋をつけ、電解液である希硫酸を注入し、前記制御弁を取付けて電池を密閉化する。
〔走行車輌用電源システム１の構成〕
コントローラ５付きの非水系二次電池群１とコントローラ６付きの水溶液系二次電池群２が並列に接続され、モータジェネレータ３とＤＩＶ（電流分配器）４とを組み合わせた走行車輌用電源システム１を図１に示す。
図１中、非水系二次電池群１にはリチウムイオン二次電池（３．６Ｖ−３．５Ａｈ）が１０本直列で使用され、非水系二次電池群１の電池電圧としては３６Ｖで、電池容量としては３．５Ａｈ（５時間率放電容量）である。該非水系二次電池群１の充電状態はコントローラ５によって常に制御されている。また、水溶液系二次電池群２には、前記非水系二次電池群１の電池容量３．５Ａｈより大きい電池容量１８Ａｈ（５時間率放電容量）の１８セルからなる３６Ｖ系制御弁式鉛蓄電池（３６Ｖ−１８Ａｈ）が使用され、該水溶液系二次電池群２の充電状態はコントローラ６によって常に制御されている。
〔走行車輌用電源システム２の構成〕
バッテリコントローラ５付きの非水系二次電池群１とコントローラ６付きの水溶液系二次電池群２が並列に接続され、モータジェネレータ３とＤＩＶ（電流分配器）４と非水系二次電池１側に付加したＤＣ／ＤＣコンバータ７とを組み合わせた走行車輌用電源システム２を図２に示す。ＤＣ／ＤＣコンバータ７により、前記非水系二次電池群１側の電圧を前記水溶液系二次電池群２の電池電圧と合せている。
図２中、非水系二次電池群１にはリチウムイオン二次電池（３．６Ｖ−３．５Ａｈ）が1〜９本直列で使用され、非水系二次電池群１の電池電圧としては３．６×ｎＶ（ｎはリチウムイオン二次電池の本数）で、電池容量としては３．５Ａｈ（５時間率放電容量）である。該非水系二次電池群１の充電状態はバッテリコントローラ５によって常に制御されている。また、水溶液系二次電池群２には、前記非水系二次電池群１の電池容量３．５Ａｈより大きい電池容量１８Ａｈ（５時間率放電容量）の１８セルからなる３６Ｖ系制御弁式鉛蓄電池（３６Ｖ−１８Ａｈ）が使用され、該水溶液系二次電池群２の充電状態はコントローラ６によって常に制御されている。
〔走行車輌用電源システム１及び２の作動方法〕
車輌起動時においては、電池容量が非水系二次電池群１より大きい水溶液系二次電池群２からの出力によって起動させる。一方、制動時に生じる回生エネルギーは、電気エネルギーとして該水溶液系二次電池群２に一部が回生（充電）されるが、より回生能力の大きい非水系二次電池群１にも回生（充電）されるため、走行車輌用電源システム１及び２としてのエネルギー効率を高めている。
【０００６】
【実施例】
上記走行車輌用電源システム１を本発明品１とし、上記走行車輌用電源システム２で非水系二次電池群１としてリチウムイオン二次電池（３．６Ｖ−３．５Ａｈ）１本を用いたものを本発明品２として充電試験を行った。比較例として、１８セルからなる３６Ｖ系制御弁式鉛蓄電池（３６Ｖ−１８Ａｈ）のみを用いた従来提案の電源システムについても充電試験を行った。
図３には、本発明品１、本発明品２、比較例のそれぞれの５秒目電池電圧と３６Ｖ系制御弁式鉛蓄電池を基準とした充電率との関係を示す。本発明品１及び本発明品２は、リチウムイオン二次電池の回生能力が大きいために、充電率が１２Ｃを超えても５秒目電池電圧は、４２Ｖ以下に抑えられて３６Ｖ系制御弁式鉛蓄電池から水素発生しないため、充電が可能で走行車輌用電源システムとして回生エネルギーを充分に受け入れることができる。一方、比較例は、充電率が２Ｃを超えると５秒目電池電圧が４７Ｖ以上となり、３６Ｖ系制御弁式鉛蓄電池から水素発生して充電が不可能となった。
【０００７】
【発明の効果】
上述したように、本発明は、非水系二次電池群と水溶液系二次電池群との効果的な組み合わせによって、自動車等の走行車輌の制動時におけるエネルギーを回生エネルギーとして効率よく利用することができ、その工業的価値は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の走行車輌用電源システム１のブロック図である。
【図２】本発明の走行車輌用電源システム２のブロック図である。
【図３】本発明の走行車輌用電源システムにおける５秒目電池電圧と充電率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１：非水系二次電池群、２：水溶液系二次電池群、３：モータジェネレータ、４：ＤＩＶ（電流分配器）、５：コントローラ、６：コントローラ、７：ＤＣ／ＤＣコンバータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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