(57)【要約】【課題】金属空気一次電池を大きな負荷の電源に利用可能にすること。【解決手段】負極活物質と空気極１３を対面配置したマグネシウム空気電池３を備え、前記マグネシウム空気電池３の電力を負荷５に供給する電源システム１において、前記マグネシウム空気電池３と前記負荷５の間に、前記マグネシウム空気電池３の出力電力を貯蔵し、前記負荷５に供給する二次電池ユニット３３を備える構成とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属又はその合金から成る負極活物質を備えた金属極と空気極を対向配置した金属空気一次電池を備え、前記金属空気一次電池の電力を負荷に供給する電源システムにおいて、
前記金属空気一次電池と前記負荷の間に、前記金属空気一次電池の出力電力を貯蔵し、前記負荷に供給する二次電池を備えた
ことを特徴とする電源システム。
【請求項２】
前記金属空気一次電池のカットオフ電圧を作動最低電圧として前記金属空気一次電池の出力電圧を所定の一定電圧に電力変換し前記二次電池に出力するＤＣ−ＤＣコンバータを備えることを特徴とする請求項１に記載の電源システム。
【請求項３】
前記二次電池から前記金属空気一次電池への電力流入を遮断する逆流防止手段を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の電源システム。
【請求項４】
前記金属空気一次電池は、前記負極活物質がマグネシウム又はその合金から成るマグネシウム空気電池であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電源システム。
【請求項５】
前記二次電池は、正極にリン酸鉄リチウムを含み、負極に黒鉛を含むリチウムイオン二次電池であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属空気一次電池を備えた電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一次電池として用いられる燃料電池には、メタノールや水素などを燃料とした電池が知られており、携帯機器用の電源としての利用が提案されている。また、この種の燃料電池と二次電池の両方を備えたハイブリッド電源を構成することが提案されている（例えば、特許文献１参照）、また、これを携帯機器等の電源として用いる技術も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
一方、燃料電池の一種として金属空気一次電池が知られている。金属空気一次電池は、正極活物質として空気中の酸素、負極活物質として金属を用いる電池であり、負極である金属極と、正極である空気極と、これら金属極と空気極の間に介在する電解質とを備えて構成されている。金属空気一次電池は、正極活物質が酸素であるため電池容器内に正極活物質を充填する必要が無いことから、電池容器内への負極側活物質の充填量を増大でき、放電容量を大きくすることができる。このため、同体積のリチウムイオン電池と比べて大容量化が可能である。このようなメリットを活かし、金属空気一次電池は、携帯機器用の電源、ハイブリッド車や電気自動車用の電源等への応用が期待されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１４８１６０号公報
【特許文献２】特表２００７−５２７５９８号公報
【特許文献３】特開２０１２−１７４３４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、金属空気一次電池は、高出力化が容易ではなく、また負荷の急激な変化に対する応答性が悪いため、ハイブリッド車や電気自動車等の負荷が大きな装置の電源に応用することは困難である。このため、金属空気一次電池は、補聴器等の作動電流が小さい携帯機器の電源に専ら利用されているのが現状である。
【０００６】
更に詳述すると、金属空気一電池は空気極が大気に露出する面積に応じて出力電流が増えることから、最も単純には、空気極の数を増やすことで出力電流の増大が図られる。
しかしながら、板状の金属極に同じく板状の空気極を対面配置してセルを構成した場合、空気極の片面を空気に露出する必要があるため、１つのセルでは、１枚の金属極の両面に空気極を対面配置することしかできず、空気極の数には限度がある。
【０００７】
また、金属空気一次電池の空気極、及び金属極を大面積化し、或いは表面を荒くして対向面積を増やすことでも出力電流の増大が図られる。しかしながら、この場合、セルのサイズが大きくなり、また自己放電量が増大する、といった問題がある。また、空気極、及び金属極の対向面積を増やした場合、金属極の面内の電流が当該電流を取り出すリードに向かって集中することから、リードの近くで電流密度が過度に高くなることで金属極の負極活物質の反応が進み、負極活物質が劣化する虞がある。このため、リードの近くでの電流密度を下げる対策も必要となる。
【０００８】
また、金属空気一次電池の空気極の酸素還元速度を向上させることでも出力電流の増大が図られる。しかしながら、白金やパラジウムといった高価な触媒の使用量が多くなり高コスト化するばかりか、コストに見合う程の出力電流の増大が得られない、といった問題がある。
【０００９】
一方、特許文献１、及び特許文献２に示したハイブリッド電源は、明細書の記載から専ら携帯機器等の動作電流が比較的小さな機器を負荷として想定したものであり、ハイブリッド車や電気自動車の駆動モータといった、大きな負荷の電源としての利用は想定されていない。
特に特許文献１、及び特許文献２では、メタノールや水素などを燃料とした燃料電池が想定されているが、これらの燃料電池の場合、出力を高めるためには、大型の改質機や燃料ボンベを備える必要があり、構造が複雑で、かつ大型化する。これに加え、例えばリチウムイオン二次電池と組み合わせてハイブリッド電源を構成すると、電源システムが非常に大きくなり高コスト化するため、このようなハイブリッド電源で大きな負荷の電源を構成することは現実的ではない。
【００１０】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、金属空気一次電池を大きな負荷の電源に用いることができる電源システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、金属又はその合金から成る負極活物質を備えた金属極と空気極を対向配置した金属空気一次電池を備え、前記金属空気一次電池の電力を負荷に供給する電源システムにおいて、前記金属空気一次電池と前記負荷の間に、前記金属空気一次電池の出力電力を貯蔵し、前記負荷に供給する二次電池を備えたことを特徴とする。
【００１２】
また本発明は、上記電源システムにおいて、前記金属空気一次電池のカットオフ電圧を作動最低電圧として前記金属空気一次電池の出力電圧を所定の一定電圧に電力変換し前記二次電池に出力するＤＣ−ＤＣコンバータを備えることを特徴とする。
【００１３】
また本発明は、上記電源システムにおいて、前記二次電池から前記金属空気一次電池への電力流入を遮断する逆流防止手段を備えることを特徴とする。
【００１４】
また本発明は、上記電源システムにおいて、前記金属空気一次電池は、前記負極活物質がマグネシウム又はその合金から成るマグネシウム空気電池であることを特徴とする。
【００１５】
また本発明は、上記電源システムにおいて、前記二次電池は、正極にリン酸鉄リチウムを含み、負極に黒鉛を含むリチウムイオン二次電池であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、金属空気一次電池と負荷の間に、金属空気一次電池の出力電力を貯蔵し、負荷に供給する二次電池を備える構成とした。これにより、負荷が要求する電力に対して金属空気一次電池の出力電流が小さくとも、多量の電力が二次電池に蓄えられることから、当該二次電池が電力を負荷に供給することで、大きな負荷の電源に利用することができ、また急激な負荷変動にも対応できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る電源システムの機能的構成を模式的に示す図である。
【図２】電源システムを電気自動車に搭載した一態様を示す図である。
【図３】マグネシウム空気電池の構造的構成を示す斜視図である。
【図４】電池ユニットの構造的構成を模式的に示す図である。
【図５】二次電池ユニットの構造を模式的に示す分解図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は本実施形態に係る電源システム１の機能的構成を模式的に示す図である。
この電源システム１は、電力を負荷５に供給する電源であり、最大数十アンペアの電流を負荷５に供給できるように構成されており、例えば電気自動車に搭載され、当該電気自動車が備える駆動モータ等の電源として利用される。
【００１９】
この電源システム１は、図１に示すように、金属空気一次電池モジュール４と、二次電池群３０と、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１と、逆流防止ダイオード３２と、を備えている。
金属空気一次電池モジュール４は、金属空気一次電池の一種である複数のマグネシウム空気電池３を備えた電池モジュールである。この金属空気一次電池モジュール４の出力ラインＬ１に、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１、逆流防止ダイオード３２、及び二次電池群３０が、この順に直列接続されている。二次電池群３０の出力ラインＬ２にはスイッチ６１が設けられ、このスイッチ６１を介して負荷５が接続され、スイッチ６１がオンする（閉じる）ことで負荷５に二次電池群３０が電気的に接続されて、当該二次電池群３０から負荷５に電力が供給される。
【００２０】
マグネシウム空気電池３は、上記の通り、金属空気一次電池の一種であり、マグネシウム燃料電池（ＭｇＦＣ：Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）とも呼ばれ、負極活物質に金属マグネシウム又はその合金が使用され、また電解液としては食塩水が用いられている。この食塩水を例えば海水から食塩水を精製するなどして、環境汚染が少ないクリーンなエネルギー源を構成できる。
このマグネシウム空気電池３には、約１ボルト〜１．５５ボルトの出力電圧を有する電池が用いられている。金属空気一次電池モジュール４は、９個のマグネシウム空気電池３を直列接続した４個の電池ユニット６を有することで、合計３６個（＝９個×４）のマグネシウム空気電池３を備える。金属空気一次電池モジュール４は、各電池ユニット６も直列接続されることで、それぞれのマグネシウム空気電池３の残容量（出力電圧）に応じて、約１ボルト〜約５５．８ボルト（＝１．５５Ｖ×９×４）の間の電圧を常時出力する。
【００２１】
二次電池群３０は、金属空気一次電池モジュール４が常時に出力する電力を溜め込む（プールする）電力貯蔵手段として機能する装置であり、具体的には、互いに直列接続された複数（図示例では３個）の二次電池ユニット３３を備え、これらの二次電池ユニット３３が、いわゆるエネルギー電池パックとして構成されて電力を貯蔵する。
すなわち、この電源システム１では、金属空気一次電池モジュール４の出力電流は、これを構成する４個の電池ユニット６を電気的に直列接続して構成されることで出力電流の増大に寄与するものの、負荷５が要求する定格の最大負荷電流、更には定格の負荷電流（すなわち、この電源システム１が供給可能とする目標の最大出力電流、及び平均出力電流）よりは小さい。また、金属空気一次電池モジュール４の４個の電池ユニット６を構成するマグネシウム空気電池３は、負荷電流の変動に対する応答が遅いため、電気自動車の駆動モータのように負荷変動が頻繁に生じる負荷５に対し負荷電流を正常に供給できず、負荷５の動作に異常を生じる恐れもある。
【００２２】
そこで、この電源システム１では、金属空気一次電池モジュール４の電力を負荷５に直接供給するのではなく、二次電池群３０の二次電池ユニット３３に一旦貯蔵し、二次電池ユニット３３に貯蔵されている電力を負荷５に供給する構成としている。一般に、二次電池は、負荷変動に応じて瞬時に高出力を放電できることから、この電源システム１によれば、負荷５が大きく、また急激な変動が生じた場合でも、負荷５の要求に応じた電力の供給が可能となる。
これに加え、金属空気一次電池モジュール４は、エネルギー密度が非常に高いわりに出力電流は比較的小さく、長時間にわたり二次電池群３０の二次電池ユニット３３に電力を出力し続けることから、この電源システム１によれば、長い時間にわたる運転が可能であり、かつ、電気自動車の駆動モータのような大きな負荷５であっても、その負荷変動に応じて瞬時に高い電力の供給が可能となるものである。
【００２３】
二次電池ユニット３３は、リチウムイオン二次電池モジュール３４と、バッテリマネージメントシステム（ＢＭＳ）３５とを備えている。
リチウムイオン二次電池モジュール３４は、複数のリチウムイオン二次電池（セル）４０（図５参照）を一組みにし、出力電圧を高めるべく各々のリチウムイオン二次電池（セル）４０を互いに電気的に直列接続した組電池である。リチウムイオン二次電池４０のそれぞれは、非水電解質二次電池の一種で、電解質中のリチウムイオンが電気伝導を担う電池であり、このリチウムイオン二次電池４０では、正極や負極は特に限定されないが、正極にリン酸鉄リチウムを用い、負極に黒鉛を用いることが好ましい。なお、これらの物質を正・負極活物質に用いる理由については後述する。
この電源システム１では、３つのリチウムイオン二次電池モジュール３４を直列接続して二次電池群３０を構成することで、高容量化、及び高出力化が図られたエネルギー電池パックとして二次電池群３０が構成されており、この二次電池群３０は約５０Ａｈ（アンペアアワー）の放電容量を有し、約７２ボルト〜約８４ボルトの電圧を出力する。
【００２４】
なお、一般的なハイブリッド自動車では、バッテリーとしてリチウムイオン二次電池が搭載されるが、このリチウムイオン二次電池は、一般に、最大出力が重要なファクターである、いわゆるパワー電池パックとして構成されている。これに対し、エネルギー電池パックは、パワーではなく、エネルギー密度が重要なファクターとなるものである。
【００２５】
各々の二次電池ユニット３３のバッテリマネージメントシステム３５は、互いに協働して、二次電池群３０の総電圧や残容量等の表示制御を行う。またバッテリマネージメントシステム３５は、各個のリチウムイオン二次電池モジュール３４の充電制御、入出力電流や各個のリチウムイオン二次電池４０の電圧、温度などの監視、過放電や過充電に対する警告表示、といった各種の制御を行う。
すなわち、この電源システム１には、バッテリマネージメントシステム３５の制御の下、二次電池群３０の総電圧や残容量、いずれかのリチウムイオン二次電池４０の電圧異常、温度異常、過放電、及び過充電といった各種の警告を表示する表示器３６が設けられている。
【００２６】
また電源システム１には、バッテリマネージメントシステム３５に専用の充電器３８を接続するコネクタ３７が設けられており、このコネクタ３７の出力が出力ラインＬ１に二次電池群３０の入力側で接続されている。充電器３８がコネクタ３７に接続されると、バッテリマネージメントシステム３５の制御の下、充電器３８から充電電力が二次電池ユニット３３のそれぞれのリチウムイオン二次電池モジュール３４に流入し充電が行われる。
３つの二次電池ユニット３３のうち入力段の二次電池ユニット３３には、出力ラインＬ１との電気的接続を遮断するスイッチ６０が設けられている。バッテリマネージメントシステム３５は、リチウムイオン二次電池４０に各種の異常を検知したときには、速やかにスイッチ６０をオフにすることで、充電器３８、又は金属空気一次電池モジュール４からリチウムイオン二次電池モジュール３４への電力流入を遮断する。
【００２７】
ＤＣ−ＤＣコンバータ３１は、金属空気一次電池モジュール４の出力電圧の変動によらずに一定の電圧を二次電池群３０に出力するための電力変換回路である。ＤＣ−ＤＣコンバータ３１の出力電圧は、二次電池群３０の平均放電電圧（この電源システム１では７６．８ボルト）以上であり定格の充電電圧（この電源システム１では８６ボルト）以下の範囲で設定されており、金属空気一次電池モジュール４の出力電圧の変動によらずに二次電池群３０が安定的に充電される。この電源システム１では、二次電池群３０の平均放電電圧、及び充電電圧は、金属空気一次電池モジュール４の出力電圧よりも十分に高く、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１は昇圧回路として機能する。
なお、マグネシウム空気電池３は、空気極（正極）への酸素の供給状態によっても出力電流が変動する。このため、このＤＣ−ＤＣコンバータ３１は、少なくとも金属空気一次電池モジュール４が出力し得る最大電流（この電源システム１では約２５Ａ）を入力、及び出力可能に構成されている。
【００２８】
ここで、この二次電池群３０のリチウムイオン二次電池４０では、上述の通り、正極にリン酸鉄リチウムが用いられ、負極に黒鉛が用いられることが好ましい。というのは、正極にリン酸鉄リチウムを用いることでリチウムイオン二次電池４０の充放電曲線が平坦（略一定）になる。このため、リチウムイオン二次電池４０に電圧差を与えて充電する際に、充電電圧を一定に固定した場合でも安定的に充電が行えることから、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１の出力電圧をリチウムイオン二次電池４０の電圧に応じて変える必要がなく、出力電圧の設定が容易となるためである。これに加え、正極にリン酸鉄リチウムを用い、負極に黒鉛を用いたリチウムイオン二次電池４０は、高効率、高安全、及び長寿命であることから、高性能の電源システム１が得られる。
【００２９】
また、このＤＣ−ＤＣコンバータ３１は、金属空気一次電池モジュール４のカットオフ電圧を作動最低電圧として作動するように構成されている。カットオフ電圧は、金属空気一次電池モジュール４の放電時の出力電圧が急激に低下し始めて過放電状態になり始めることを示す電圧であり、作動最低電圧は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１が電力変換を行う入力電圧の最低電圧である。すなわち、このＤＣ−ＤＣコンバータ３１は、金属空気一次電池モジュール４の出力電圧がカットオフ電圧を下回り過放電状態になり始めると電力変換を停止し、二次電池群３０への電力供給を停止することとなる。
【００３０】
逆流防止ダイオード３２は、金属空気一次電池モジュール４の出力電圧がカットオフ電圧を下回り、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１が停止した場合に、高電位側の二次電池群３０からＤＣ−ＤＣコンバータ３１に電力が流れ出るのを防止する回路である。
これにより、二次電池群３０の電力がＤＣ−ＤＣコンバータ３１の側に流出してロスとなることがないので、金属空気一次電池モジュール４の残容量が無くなった後は、当該二次電池群３０の残容量が負荷５の駆動に効率良く使用されることとなる。
これに加え、金属空気一次電池モジュール４の残容量が無くなったとき、当該金属空気一次電池モジュール４を直ぐに交換できない場合には、二次電池群３０を充電器３８で充電して暫定的に負荷５に電力を供給することもできる。
【００３１】
図２は、電源システム１を電気自動車７０に搭載した一態様を示す図である。
同図に示す電気自動車７０は、３つの車輪（図示せず）が車両中心線Ｃに対して左右対称な二等辺三角形に配置された３輪自動車であり、車両を駆動する駆動モータ（図示せず）を動力として走行する自動車である。電源システム１は、電気自動車７０の車体フレーム７１に組み付けられ、駆動モータの負荷変動に応じて安定的に電力を供給する。
【００３２】
電源システム１が備える各部材のうち、電池を構成する金属空気一次電池モジュール４、及び二次電池ユニット３３については比較的重量が大きく、何か対策を施さなければ、電気自動車７０に電源システム１を搭載したときに車体の重量バランスが悪くなってしまう。
そこで、この電源システム１では、複数個の二次電池ユニット３３をそれぞれ個別の外装ケース体７２に収め、これらを車両中心線Ｃに対して左右対称となる位置に配置することで、重量バランスが図られている。具体的には、３個の二次電池ユニット３３のそれぞれを、車両中心線Ｃの上に設けられた運転席７３の左右両側、及び背後に配置することとしている。
【００３３】
また、金属空気一次電池モジュール４は、車両中心線Ｃに沿った運転席の背後であって、車両中心線Ｃ上に配置されている二次電池ユニット３３よりも高い位置に配置されている。金属空気一次電池モジュール４は、４個の電池ユニット６を車両中心線Ｃに左右対称に２個ずつ配置して設けられることで左右の重量バランスが図られている。
更に、金属空気一次電池モジュール４が二次電池ユニット３３よりも高い位置に配置されているため、電気自動車７０の走行時には、走行風が他の二次電池ユニット３３によって遮蔽されることなく金属空気一次電池モジュール４に吹き付けられることとなり、マグネシウム空気電池３の空気極１３での酸素との反応が促される。
【００３４】
なお、この電気自動車７０において、ブレーキ時や下り坂走行時などの減速エネルギーを回生エネルギーとして回収し、二次電池群３０を充電する構成としても良い。この場合、金属空気一次電池モジュール４の残容量が無くなっている状態で回生エネルギーにより二次電池群３０が充電されたとしても、上記の逆流防止ダイオード３２によって、二次電池群３０から金属空気一次電池モジュール４側への逆流が防止されロスとなることがないから、金属空気一次電池モジュール４の残容量が無くなった後の走行距離を効率良く延ばすことができる。
また、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１、及び逆流防止ダイオード３２等の比較的軽量で小型の電気回路部品は、例えば運転席７３の直下等に配置される。
【００３５】
次いで、マグネシウム空気電池３、及び電池ユニット６の構造的構成の一例を説明する。
図３はマグネシウム空気電池３の構造的構成を示す斜視図であり、図４は電池ユニット６の構造的構成を模式的に示す図である。
このマグネシウム空気電池３は、図３に示すように、合成樹脂材料で形成された扁平な筐体１１を備え、この筐体１１の側面１１Ａに露出する空気極１３と、当該筐体１１内に収容される板状の金属極（図示せず）とを備える。本構成では、空気極１３は正極として作用し、金属極が負極活物質（負極）として作用する。筐体１１の上部には蓋体１７が配置され、この蓋体１７には、負極端子１５、及び正極端子１６が設けられている。
【００３６】
このマグネシウム空気電池３では、空気極１３の表面積の増大を図るために、筐体１１に内蔵した１枚の金属極の両面に対向させて２枚の空気極１３を配設し、それぞれの空気極１３を筐体１１の両側の側面１１Ａから露出させている（図３では片側の側面１１Ａのみを示す）。この空気極１３の枚数の増加によって、空気極１３と金属極の対向面積が増大し、１個のマグネシウム空気電池３の出力電流が増大する。
また、このマグネシウム空気電池３では、筐体１１は、その両側の側面１１Ａを構成する側面パネル１２がボルト等で取り付けられている。それぞれの側面パネル１２の面内には、複数（図示例では４個）の矩形開口１２Ａが設けられ、それぞれの矩形開口１２Ａから空気極１３を露出させている。
また、マグネシウム空気電池３の空気極１３と直交する側面の両側には後述する結束具１８を収納するための凹部が、上部、中部、下部の３箇所に形成されている。
【００３７】
電池ユニット６は、図４に示すように、９個の上記マグネシウム空気電池３がそれぞれの空気極１３が対向するように平行に並べられ、空気極１３と直交する側面の凹部に複数本の結束具１８を配置して、結束して一体に構成されている。また、マグネシウム空気電池３は、互いの間に所定の隙間αを設けて配置され、それぞれの隙間αが空気の流通路として構成されている。これにより、全てのマグネシウム空気電池３で両側の側面１１Ａに空気が流通し、空気極１３での酸素の吸収が促進されることから、これらマグネシウム空気電池３のそれぞれから、より大電流の取り出しが可能になる。
特に、電気自動車７０に搭載する際には、前掲図２に示したように、それぞれのマグネシウム空気電池３の間の隙間αを走行風が吹き抜ける向きで電池ユニット６が配置されている。
なお、電池ユニット６において、各マグネシウム空気電池３は、電気的には直列接続されることは上述の通りである。
【００３８】
次いで、上記二次電池ユニット３３の構造的構成の一例を説明する。
図５は二次電池ユニット３３の構造を模式的に示す分解図である。
二次電池ユニット３３は、上述の通り、リチウムイオン二次電池モジュール３４と、バッテリマネージメントシステム３５とを備えている。
このリチウムイオン二次電池モジュール３４は、図５に示すように、略直方体形状に構成され、同じく略直方体形状の外装ケース体７２（図２参照）に収められている。この外装ケース体７２は、リチウムイオン二次電池モジュール３４の底面を覆う外装ケース底面４１と、天面を覆う外装ケース天面４２と、左右の側面をそれぞれ覆う外装ケース側面４３、４４と、正面を覆う外装ケース正面４５と、背面を覆う外装ケース背面４６とを備え、これらを箱型に結合して構成されている。
この結合に際し、外装ケース底面４１、及び外装ケース天面４２を除いた他の面４３〜４６の縁部が適宜に外方にＬ字状に折り曲げられて接合用縁部４８が形成され、各面の全ての結合箇所では接合用縁部４８で面接触するように構成されている。この接合用縁部４８には隙間からの浸水を防止すべく、この隙間を埋めるように防水シート４９が設けられている。
【００３９】
また、外装ケース体７２は、外装ケース天面４２とリチウムイオン二次電池モジュール３４との間に配線スペースを確保するための外装ケース中板天面５０を備え、更に、外装ケース正面４６とリチウムイオン二次電池モジュール３４との間に、上記バッテリマネージメントシステム３５を含む各種の電気回路が組み付けられた外装ケース中板背面５１を備えている。この外装ケース中板背面５１を覆う外装ケース背面４６には、バッテリマネージメントシステム３５やリチウムイオン二次電池モジュール３４等と電気的に接続される少なくとも１本のコネクタ５２が設けられている。
【００４０】
以上、説明した実施形態によれば、次のような効果を奏する。
すなわち、マグネシウム空気電池３を備える金属空気一次電池モジュール４と負荷５の間に、金属空気一次電池モジュール４の出力電力を貯蔵し、負荷５に供給する複数の二次電池ユニット３３を備える構成とした。
これにより、負荷が要求する電力に対して金属空気一次電池モジュール４の出力電流が小さくとも、多量の電力が二次電池ユニット３３に蓄えられることから、当該二次電池ユニット３３が電力を負荷に供給することで、大きな負荷の電源に利用することができ、また急激な負荷変動にも十分に対応できる。
【００４１】
また本実施形態によれば、金属空気一次電池モジュール４のカットオフ電圧を作動最低電圧として、金属空気一次電池モジュール４の出力電圧を所定の一定電圧に電力変換し二次電池ユニット３３に出力するＤＣ−ＤＣコンバータ３１を備える構成とした。
これにより、金属空気一次電池モジュール４の出力電圧の変動によらずに二次電池ユニット３３を安定的に充電することができる。
【００４２】
また、本実施形態によれば、二次電池ユニット３３から金属空気一次電池モジュール４への電力流入を遮断する逆流防止ダイオード３２を備える構成とした。
これにより、二次電池ユニット３３の電力がＤＣ−ＤＣコンバータ３１の側に流出してロスとなることがないので、金属空気一次電池モジュール４の残容量が無くなった後は、当該二次電池ユニット３３の残容量が流出によるロスを抑えて負荷５の駆動に効率良く使用されることとなる。
これに加え、金属空気一次電池モジュール４の残容量が無くなったとき、当該金属空気一次電池モジュール４を直ぐに交換できない場合には、二次電池ユニット３３を充電器３８で充電して暫定的に負荷５に電力を供給することもできる。
【００４３】
また、本実施形態によれば、金属空気一次電池モジュール４が備える金属空気一次電池として、負極活物質がマグネシウムを含むマグネシウム空気電池３を用いる構成とした。
マグネシウム空気電池３を用いることで、電解液として食塩水を利用できるため、例えば海水から食塩水を精製するなどして、環境汚染が少ないクリーンなエネルギー源を構成できる。
なお、本実施形態では、金属空気一次電池モジュール４として、マグネシウム空気電池３を例示しているが、負極を構成する金属極としてマグネシウム金属に変えてその合金、又は亜鉛、鉄、アルミニウム等の金属又はその合金を用いることも可能である。
この場合、電解液としてはアルカリ電解液を使用することができる。
【００４４】
また本実施形態によれば、二次電池群３０が備える二次電池は、正極にリン酸鉄リチウムを含み、負極に黒鉛を含むリチウムイオン二次電池４０としたため、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１の出力電圧により電圧差を加えて充電する場合でも、当該出力電圧をリチウムイオン二次電池４０の電圧に応じて変動させる必要がなく、出力電圧の設定が容易となる。また、かかるリチウムイオン二次電池４０は、高効率、高安全、及び長寿命であることから、高性能の電源システム１が得られる。
【００４５】
なお、上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様を例示するものであって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に変形、及び応用が可能である。
【００４６】
例えば、上述した実施形態において、金属空気一次電池モジュール４が備えるマグネシウムを含むマグネシウム空気電池３の直列数、及び、二次電池群３０が備えるリチウムイオン二次電池４０の直列数は、負荷５の種類、要求される出力電力等に応じて調整可能である。
【００４７】
また例えば、電源システム１では、複数の二次電池ユニット３３を備えて二次電池群３０を構成したが、これに限らず、１つの二次電池ユニット３３だけを備え、二次電池群３０を構成しなくとも良い。
【００４８】
また、本発明の電源システム１は、電気自動車やハイブリッド自動車に限らず、大きな出力電流を要求する負荷の電源として用いることができる。
【符号の説明】
【００４９】
１  電源システム
３  マグネシウム空気電池（金属空気一次電池）
４  金属空気一次電池モジュール
５  負荷
６  電池ユニット
１３  空気極
３０  二次電池群
３１  ＤＣ−ＤＣコンバータ
３２  逆流防止ダイオード（逆流防止手段）
３３  二次電池ユニット
３４  リチウムイオン二次電池モジュール
３５  バッテリマネージメントシステム
４０  リチウムイオン二次電池（二次電池）
７０  電気自動車
７１  車体フレーム
７２  外装ケース体
Ｃ  車両中心線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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