(57)【要約】【課題】使用可能な電池容量の領域をできるだけ大きくしたレドックスフロー型電池を搭載した自動車の電池駆動システムを提供すること。【解決手段】メイン活物質貯蔵部に貯蔵された活物質が電極に供給される電池を搭載し、該電池により駆動電力を得て走行する自動車の電池駆動システムにおいて、  上記メイン活物質貯蔵部とは別に、上記活物質を貯蔵したサブ活物質貯蔵部と、  上記メイン活物質貯蔵部及び／又は上記電極内の活物質の充電量が予め定められた閾値以下となり、且つ自動車が通常動作モードから高負荷動作モードとなった場合に、上記サブ活物質貯蔵部から上記電極及び／又は上記メイン活物質貯蔵部に充電状態の活物質を供給する制御機構と、を有することを特徴とする自動車の電池駆動システム【選択図】図４
2015033171.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メイン活物質貯蔵部に貯蔵された活物質が電極に供給される電池を搭載し、該電池により駆動電力を得て走行する自動車の電池駆動システムにおいて、
上記メイン活物質貯蔵部とは別に、上記活物質を貯蔵したサブ活物質貯蔵部と、
上記メイン活物質貯蔵部及び／又は上記電極内の活物質の充電量が予め定められた閾値以下となり、且つ自動車が通常動作モードから高負荷動作モードとなった場合に、上記サブ活物質貯蔵部から上記電極及び／又は上記メイン活物質貯蔵部に充電状態の活物質を供給する制御機構と、
を有することを特徴とする自動車の電池駆動システム。
【請求項２】
上記自動車の動作モードは、
アクセルペダル踏込量情報、モータ始動情報、及び／又は車体の傾斜角の情報に基づいて、上記通常動作モードから上記高負荷動作モード、又は該高負荷動作モードから上記通常動作モードに切り替わる上記請求項１に記載の自動車の電池駆動システム。
【請求項３】
上記高負荷動作モードは、
上記自動車に具備された動力伝達指示操作部への操作量に基づいて定められ、
該動力伝達指示操作部への操作量が、予め定められた値よりも低い時は通常動作モードとされ、該予め定められた値よりも高い時は高負荷動作モードとされる請求項１又は２に記載の自動車の電池駆動システム。
【請求項４】
上記活物質は液体活物質であり、
上記液体活物質の充電量の測定が、粘度、温度、重量、及び／又はｐＨに基づいて行われる請求項１〜３の何れか１項に記載の電池駆動システム。
【請求項５】
上記電池が、Ｌｉ−Ｓフロー二次電池である請求項１〜４の何れか１項に記載の電池駆動システム。
【請求項６】
請求項１に記載の電池、サブ活物質貯蔵部及び制御機構を有する電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の電池駆動システムに関し、特に、メイン活物質貯蔵部に貯蔵された活物質が電極に供給される電池を搭載し、該電池により駆動電力を得て走行する自動車の電池駆動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電気自動車やハイブリッド自動車等の電力を走行の駆動源とする自動車において、リチウムイオン二次電池や燃料電池等の電池が電力源として用いられている。そして、このように自動車の走行駆動用に用いられることが試みられている電池の一種として、液体の活物質が用いられるいわゆるレドックスフロー型の二次電池が知られている。レッドクスフロー型二次電池では、イオンの酸化還元反応を活物質の溶液のポンプ循環によって進行させて、充電と放電を行う。このレッドクスフロー型二次電池は、燃焼性又は爆発性の物質を使用する必要が無く安全性に優れていること、イオン種によっては化学反応を伴わないため溶液の組成が変化しにくく安定性も高いこと、電池容量を増すには、ほぼ溶液のタンクを増設するだけですむため、大型設備に適しているという特徴がある。
【０００３】
特許文献１及び２には、このようなレドックスフロー型の二次電池の例が示されている。特許文献１及び２のレドックスフロー型電池では、タンクに貯蔵したレドックス溶液をポンプにより流通型電池漕に供給して酸化還元を行い充放電する方式のレドックスフロー型電池において、タンクが主タンクと副タンクからなり、主タンク内に、副タンクからのレドックス溶液の進入を制御する可動隔離体を設置することや、主タンクと副タンクのレドックス溶液を適正に混合することが記載されている。これによれば、主タンク内の溶液と副タンク内の溶液を混合して、充電状態の溶液の濃度を調整することができる。
【０００４】
また、特許文献３には、正極液を蓄える正極タンクと負極液を蓄える負極タンクを有し、装置の始動時にこれら正極タンク及び負極タンクからそれぞれ、正極液及び負極液を電池に供給する第１送液手段及び第２送液手段を備えたレドックスフロー型二次電池が記載されている。
【０００５】
一方、レドックスフロー型二次電池を含む電池全般において一般的に成り立つことであるが、活物質の充電残量、すなわちＳＯＣ（ｓｔａｔｅ  ｏｆ  ｃｈａｒｇｅ）が低い時（０％に近い時）には、電位がそのプラトー領域から外れて電位が低くなるとともに安定した値をとらないことが知られている。また、逆にＳＯＣが高い時（１００％に近い時）においては、電池の劣化が促進され、電池寿命低下を招いてしまう。
【０００６】
従って、例えば、当該電池が自動車に搭載されている場合においては、低ＳＯＣ時の電池電位の低下による出力の低下や高ＳＯＣ時の電池劣化抑制のため、車両の走行に悪影響を与える恐れがあるので、このような事態が起こらないように、使用されるＳＯＣ領域は通常、一定の領域に制限される。すなわち、電池は、電池の材料、規模、若しくは種類、又は電池が搭載される自動車の種類に応じて設定されるＳＯＣ下限（以下、この値をａｉｎｆ％とする）〜ＳＯＣ上限（以下、この値をａｓｕｐ％とする）の間でのみ使用されることとなる。そして、自動車の始動時や坂道を走行する場合等の高負荷走行時においては、電池に対する電力負荷が大きくなるので、電池容量が急速に消費されて残充電容量が短時間で無くなってしまうことが考えられる。このように、自動車の走行時において短時間で電池容量が無くなってしまうと唐突に動力が失われて、安全上の問題が生じることとなる。従って、ＳＯＣ下限ａｉｎｆについては、このような残充電容量の唐突な消失を防止するために、その値が余裕をもって高めに設定されることが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】昭５９−８６１６３号公報
【特許文献２】昭５９−８６１６４号公報
【特許文献３】特開平９−２８３１６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の理由で、従来においては、自動車に搭載された電池の使用ＳＯＣ領域が限られていることから、当該電池が本来備える容量を全て使いきれていない。特に、ＳＯＣ下限の値は、高負荷時の電池容量の急速な消費を考慮して高めに設定されていることから、使用ＳＯＣ領域が狭くなり、当該電池の容量を十分に活かしきれていないという課題がある。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電池が本来備える容量をできるだけ多く使用することのできる自動車の電池駆動システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するための本願発明に係る自動車の電池駆動システムは、メイン活物質貯蔵部に貯蔵された活物質が電極に供給される電池を搭載し、該電池により駆動電力を得て走行する自動車の電池駆動システムにおいて、上記メイン活物質貯蔵部とは別に、上記活物質を貯蔵したサブ活物質貯蔵部と、上記メイン活物質貯蔵部及び／又は上記電極内の活物質の充電量が予め定められた閾値以下となり、且つ自動車が通常動作モードから高負荷動作モードとなった場合に、上記サブ活物質貯蔵部から上記電極及び／又は上記メイン活物質貯蔵部に充電状態の活物質を供給する制御機構と、を有することを特徴とする。なお、本発明において、「高負荷動作モード」とは、急加速、坂道走行、モータ始動時等の要因により、電池に相対的に高い電力負荷が生じるモードを言う。また、「通常負荷モード」とは、「高負荷動作モード」以外のモードを言う。
【００１１】
本発明にかかる電池駆動システムによれば、メイン活物質タンクの活物質の充電量又は電池電極内の充電量が、予め定められた閾値以下となった上で、自動車が通常動作モードから高負荷動作モードとなった場合、すなわち、電池の残充電容量が少なくなった上に急速な電池の容量消費が見込まれる場合において、サブ液体活物質タンクから上記電極及び／又は上記メイン活物質タンク内に、充電状態の活物質を供給するようになっており、電池容量の唐突な消失が防止される。従って、電池の残充電容量が少ない時に高負荷動作モードにおける急速な容量消費により電池容量が無くなってしまうことを考慮して設定されている下限充電量をより低く設定することができる。
【００１２】
すなわち、このように下限充電量を低く設定しても、上記高負荷の動作モードにおける急速な電池容量の消費が生じた場合には、サブ液体活物質タンクの充電状態の液体活物質が補充されてこれにより電池容量が維持されるので、電池容量の唐突な消失が防止されることとなる。そして、このように、電池の使用充電量の下限を低く設定することができることによって、実質上使用し得る電池の充電量領域が広がり、電池が本来持つ容量をより効率的に利用することができる。
【００１３】
なお、上記自動車の動作モードは、アクセルペダル踏込量情報、モータ始動情報、及び／又は車体の傾斜角の情報に基づいて、上記通常動作モードから上記高負荷動作モード、又は該高負荷動作モードから上記通常動作モードに切り替わることが好ましい。また、上記高負荷動作モードは、上記自動車に具備された動力伝達指示操作部（例えば、アクセルペダル）への操作量に基づいて定められ、該動力伝達指示操作部への操作量が、予め定められた値よりも低い時は通常動作モードとされ、該予め定められた値よりも高い時は高負荷動作モードとされることが好ましい。
【００１４】
さらに、上記活物質は液体活物質であり、上記液体活物質の充電量の測定が、粘度、温度、電位、及び／又はｐＨに基づいて行われることが好ましい。
【００１５】
また、本発明に係る自動車の電池駆動システムにおいて用いられる電池は、液体活物質を用いたレドックスフロー型電池の一種であるＬｉ−Ｓフロー二次電池であることが好ましい。このＬｉ−Ｓフロー二次電池では、レドックスフロー型ではない従来のＬｉ−Ｓ電池における長所である高サイクル特性や高容量を維持しつつ、当該従来のＬｉ−Ｓ電池の欠点であった硫黄溶解問題を防止することができるので、次世代の蓄電デバイスとして有望視されている。また、当該Ｌｉ−Ｓフロー二次電池では、正極活物質としてＳ８やポリスルフィドを所定の溶媒に溶解させてなる液体を用いて、負極には金属Ｌｉ等の固体活物質を用いるため、バナジウム系材料を用いた、正極及び負極にともに液体活物質が用いられている従来のレドックスフロー電池と比較すると、メイン液体活物質タンクを一つとすることができる分、設備全体の小型化が図られる。
【００１６】
従って、Ｌｉ−Ｓフロー二次電池は、小型又は中型の自動車に搭載することに適している。そして、Ｌｉ−Ｓフロー二次電池は、電池の容量及びサイクル特性についても従来のレドックスフロー電池より優れているところ、本願発明の電池駆動システムの電池としてこれを用いることで、そもそも電池特性の優れているＬｉ−Ｓフロー二次電池のパフォーマンスをより強く引き出すことができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の自動車の電池駆動システムによれば、電池の残充電容量が少なくなった上に急速な電池の容量消費が見込まれる場合において、サブ液体活物質タンクから電極及び／又はメイン活物質タンク内に、充電状態の活物質を供給するようになっていることで、電池容量の唐突な消失が防止される。従って、電池の残充電容量が少ない時に高負荷動作モードにおける急速な容量消費により電池容量が無くなってしまうことを考慮して設定されている下限充電量をより低く設定することができ、結果として、実際に使用する電池の充電量領域が広がり、電池が本来持つ容量をより効率的に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明にかかる自動車の電池駆動システムに搭載されたＬｉ−Ｓフロー二次電池システムの構成を説明する図である。
【図２】本発明にかかる自動車の電池駆動システムの構成を説明する図である。
【図３】活物質制御装置の構成を説明する図である。
【図４】Ｌｉ−Ｓフロー二次電池システムの流れを説明するフローチャートである。
【図５】Ｌｉ−Ｓフロー二次電池の使用ＳＯＣ領域と電位の関係について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明にかかる実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施の形態にかかる自動車電池駆動システムのＬｉ−Ｓフロー二次電池システムの構成を概略的に説明する図である。また、図２は、Ｌｉ−Ｓフロー二次電池システムを自動車に搭載した場合の概念的な構成を示すものである。なお、図３においては、電気の送受を行う部分を破線で示し、液体活物質の送受を行う部分を実線で示している。なお、Ｌｉ−Ｓフロー二次電池システム１０も破線で示している。
【００２０】
Ｌｉ−Ｓフロー二次電池システム１０は、Ｌｉ−Ｓフロー二次電池１２と、メイン液体活物質タンク１４と、を有しており、電気自動車の電池駆動システム１は、このＬｉ−Ｓフロー二次電池システム１０を搭載し、この電気自動車の駆動モータ１０２は、該Ｌｉ−Ｓフロー二次電池１２により駆動電力を得て走行するものである。
【００２１】
そして、本実施の形態における特徴的構成として、Ｌｉ−Ｓフロー二次電池システム１０は、メイン液体活物質タンク１４とは別に、Ｌｉ−Ｓフロー二次電池１２に正極活物質を供給し得るサブ活物質タンク１６を有している。
【００２２】
Ｌｉ−Ｓフロー二次電池１２は、主として、金属リチウム等の材料で構成される負極２２と、上記硫黄含有の液体正極活物質を内部に貯蔵する正極容器２４と、が、固体電解質２６を介して外装容器内に配置されることで構成されている。なお、Ｌｉ−Ｓフロー二次電池１２には、他の要素も含まれても良いが、図においては本発明に直接関連する主要な部分のみを図示している。
【００２３】
［負極］
本実施の形態では、負極活物質として箔状又は板体状の金属リチウム、又はリチウムとアルミニウム等との合金を用いることができる。
【００２４】
また、Ｌｉ−Ｓフロー二次電池として機能する限り、金属リチウムの他に、負極活物質として、リチウムを脱挿入可能な材料を用いることも可能である。例えば、グラファイトやシリコン・スズの合金系等が挙げられる。この場合、負極２２は、通常の負極の成形方法に準じて作製されるが、例えばグラファイトと、結合剤とを含む混合物を、負極合材として負極集電体に塗布して成形することにより、負極合材層と負極集電体とから成る負極２２が形成される。
【００２５】
具体的には、まず、本発明の負極活物質を分級などにより所望の粒度に調整し、結合剤と混合して得た混合物を溶剤に分散させ、攪拌機、混合機、混練機、ニーダーなどを用いて攪拌混合してペーストないしスラリー状の負極合材とし、これを負極集電体の片面または両面に塗布、成形し、乾燥させる。これにより、負極合剤層が均一かつ強固に接着した負極２２が得られる。
【００２６】
負極合剤層の膜厚は１０〜２００μｍ、好ましくは２０〜１００μｍであり、これを乾燥させることにより負極２２が得られる。
【００２７】
負極活物質が、平均粒径０．５〜３０μｍ、及び比表面積０．１〜１０００ｍ２／ｇの粒子状とされると負極の表が均一化されて、負極表面近傍でのリチウムイオンの移動が円滑化される。この結果、電池の充放電性も安定化する。
【００２８】
負極合材の製造に用いられる溶剤としては、イソプロピルアルコール、Ｎ−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド等が挙げられ、負極活物質の総質量に対して、１０〜７０質量％の範囲で使用することができる。
【００２９】
負極活物質に添加可能な結合剤としては、例えばポリ四フッ化エチレン、ポリフッ化ビニリデン等の含フッ素系樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂を用いることができ、これらの中でもフッ素系バインダを用いることが好ましい。フッ素系バインダとしては、例えばポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−３フッ化エチレン共重合体、エチレン−４フッ化エチレン共重合体、プロピレン−４フッ化エチレン共重合体等が挙げられる。結合剤は負極活物質の総質量に対して、５〜１０質量％の範囲で使用することができる。
【００３０】
このほか、負極合材層は、本発明の負極活物質と、ポリエチレン、ポリビニルアルコールなどの樹脂粉末を乾式混合し、金型内でホットプレス成形して作製することもできる。負極合材層の成形後にプレス加圧などの処理を行うことにより、負極集電体との接着強度をさらに高めることができる。
【００３１】
また、負極合材層に対して、カーボンブラック、アセチレンブラック、グラファイト、金属粉末等の導電性材料を適宜加えるようにしても良い。
【００３２】
［正極］
正極は硫黄（好ましくはＳ８等の単体粒子、又は可溶のポリスルフィド）を含む液体の正極活物質、硫黄を溶解可能な溶媒、及び導電助剤を含む液体状の正極材料を含む正極容器２４として構成されている。
【００３３】
また、負極にリチウムを含まない材料を用いる場合は、Li2S等のリチウム含有活物質を硫黄の代わりに用いることで、同様の効果を得られる。
【００３４】
溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ビニルカーボネート、及びトリフルオロメチルプロピレンカーボネート等のカーボネート、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、１，３−ジオキソラン、４−メチル−１，３−ジオキソラン、及びジエチルエーテル等のエーテル、スルホラン、及びメチルスルホラン等のスルホン、アセトニトリル、及びプロピオニトリル等のニトリル、ジメチルスルホキシド、Ｎ−メチルホルムアミド、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアルデヒド（ＤＭＦ）、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、テトラ（エチレングリコール）ジメチルエーテル、塩基性溶媒（ｐＨ＞１３）、及びこれら２種類以上の混合溶媒を用いるようにしてもよい。
【００３５】
また、溶媒に混合する電解質塩としては、リチウムビス（トリフルオロメタン）スルホンイミドを用いることができる。
【００３６】
また、公知の導電助剤、例えばカーボンブラック、アセチレンブラック、グラファイト、カーボンナノチューブ、金属粉末等を添加することができる。この他、レドックスフロー電池に一般的に用いられる各種添加剤を適宜に使用することができる。
【００３７】
［固体電解質］
固体電解質としては、ガラス、セラミック、ガラス−セラミック、及びこれら以外の他のケイ素含有各種結晶等の無機物等による、リチウムイオンの透過可能な膜が用いられる。
【００３８】
なお、本実施の形態では、固体電解質２６は、負極２２と正極容器２４内の正極活物質との間における導電を防ぐために、電気抵抗の高い材料を選択し、セパレータとしての機能を発揮するものであることが好ましい。
【００３９】
そして、上記構成を有するＬｉ−Ｓフロー二次電池１２は、正極端子７０及び負極端子７２を介して自動車のモータ等の負荷に接続されており、これにより当該負荷に駆動電力が供給されることとなる。
【００４０】
また、Ｌｉ−Ｓフロー二次電池システム１０においては、第１放電活物質管３０及び第１充電活物質管３２により、Ｌｉ−Ｓフロー二次電池１２の正極容器２４とメイン液体活物質タンク１４との間で液体正極活物質の交換が可能となっている。具体的に、正極容器２４内の液体正極活物質の充電量を検知する充電量検知器４０が設けられており、この充電量検知器４０により正極容器２４内の正極活物質の充電量が所定の閾値以下となったことが検知されると、当該検知に基づいて制御部９０が、この放電された液体正極活物質を第１放電活物質管３０を介してメイン液体活物質タンク１４に送給するとともに、メイン液体活物質タンク１４の充電状態の液体正極活物質を第１充電活物質管３２を介して正極容器２４に供給するように図示しないアクチュエータに対して制御を行う。すなわち、Ｌｉ−Ｓフロー二次電池１２の正極容器２４内の液体正極活物質とメイン液体活物質タンク１４内の液体正極活物質とは相互に循環する構成となっている。
【００４１】
従って、例えば、自動車のモータ等の電力負荷により正極活物質の充電容量が消費されて放電状態となった場合であっても、メイン液体活物質タンク１４から高充電状態の液体正極活物質を提供できるようになっている。なお、上記正極容器２４とメイン液体活物質タンク１４との間の正極液体活物質の交換は、電気モータ等の負荷の状態に応じて、連続的に行っても良く、又は正極容器２４内の正極活物質を全て一斉に入れ替えるバッチ式で行っても良い。
【００４２】
なお、充電量検知器４０は、正極容器２４内の正極液体活物質の充電量を、当該液体活物質の粘度、温度、電位、及び又はｐＨに基づいて求めるものである。具体的には、粘度、温度、電位、又はｐＨは、正極活物質の充電量と正の相関関係があるので、予め回帰分析等の手法で求めた粘度、温度、電位、又はｐＨと該充電量との間の関係式を用いて、実際に測定した粘度、温度、電位、及び又はｐＨをこの関係式に当てはめて上記充電量の値を得る。しかし、正極液体活物質の充電量の値を得る方法はこの方法に限られるものではない。
【００４３】
そして、本実施の形態の特徴的構成であるサブ液体活物質タンク１６は、第２放電活物質管３４及び第２充電活物質管３６を介してＬｉ−Ｓフロー二次電池１２の正極容器２４に接続されており、Ｌｉ−Ｓフロー二次電池１２の正極容器２４とサブ液体活物質タンク１６との間で液体正極活物質の交換が可能となっている。
【００４４】
第２放電活物質管３４は、正極容器２４内の放電された（充電残量が低くなった）液体正極活物質をサブ液体活物質タンク１６に送り出す管であり、一方、第２充電活物質管３４は、サブ液体活物質タンク１６から充電状態の液体正極活物質を正極容器２４内に送り出す管である。また、この送り出しのための制御機構として、サブタンク供給活物質制御部３８及びポンプやバルブ等の種々の図示しないアクチュエータが設けられている。
【００４５】
このサブタンク供給活物質制御部３８は、充電量検知器４２により検知されるメイン液体活物質タンク１４内の液体正極活物質の充電量、充電量検知器４４により検知にされるサブ液体活物質タンク１６内の充電量、及び後述する自動車の動作モードを制御パラメータとして、液体正極活物質の交換を制御する。
【００４６】
図３には、サブタンク供給活物質制御部３８の構成を説明するブロック図を示している。図示のように、サブタンク供給活物質制御部３８には、自動車１の動作モード情報、メイン液体活物質タンク１４内の液体活物質の充電残量、及びサブ液体活物質タンク１６内の液体活物質の充電残量、を含む情報を受信する制御情報受信手段６０と、この制御情報受信手段６０で受信した情報に基づいて、メイン液体活物質タンク１４の充電量及び自動車の動作モードが通常動作モードであるか高負荷動作モードであるかを判定する状態判定手段６２と、この状態判定手段６２の判定結果に基づいて、実際にポンプやバルブ等のアクチュエータを操作する操作装置６４と、を有している。
【００４７】
本実施の形態では、上記動作モード情報として、例えば、自動車１のアクセルペダル踏込量情報、モータ始動情報、及び車体の傾斜角の情報が含まれる。
【００４８】
アクセルペダル踏込量情報とは、電気自動車１の操作者によるアクセルペダルの踏込量（以下、この値をＰとする）を示す情報である。なお、アクセルペダルの踏込量Ｐを測定するための機構は、当業者に知られる種々のものを用いることができるので、その詳細な説明は省略する。ここで、アクセルペダルの踏込量Ｐが増加すると電気自動車１の駆動モータの回転速度が増加し、結果として電池１２の電力負荷量（以下、この値をＬと記載する）が増加する。そして、アクセルペダルの踏込量Ｐに基づいて算出される電池負荷量Ｌが閾値であるＬＴＨになると、動作モードが高負荷動作モードに移行したものと判断される。なお、アクセルペダルの踏込量の上記閾値は、電気自動車１の態様や電池１２自体の規模等の種々の判断要素により適宜決定されるものである。
【００４９】
また、モータ始動情報は、モータが停止状態から始動状態に移行する時を示す情報である。ここで、モータが停止状態から始動状態に移行する際には、当該始動のための電力消費により電池１２に大きな電力負荷が生じることとなる。従って、モータが停止状態から始動状態に移行することを検知した際には、電池１２に対する電力負荷量Ｌも大きく増加する。この場合、当該始動状態検知をもって動作モードが高負荷動作モードに移行したものと判断される。なお、始動状態の検知手段は、当業者により適宜構成できる。
【００５０】
さらに、車体の傾斜角の情報は、車体が水平方向に対してなす角（以下、この値をＡと記載する）を意味する。なお、この車体の傾斜角Ａは、公知の傾斜角センサを用いることにより測定することができる。ここで、車体が上り坂で走行する場合には、平地を走行する場合よりも走行負荷が大きく、電池１２の電力負荷量Ｌが増大する。従って、車体がきつい上り坂を走行する場合、すなわち、傾斜角Ａが大きく、電池負荷量Ｌが閾値ＬＴＨになると、動作モードが高負荷動作モードに移行したものと判断される。
【００５１】
また、メイン液体活物質タンク１４内の液体活物質の充電残量及びサブ液体活物質タンク１６内の液体活物質の充電残量を含む情報は、メイン液体活物質タンク１４及びサブ液体活物質タンク１６にそれぞれ設けられた、充電量検知器４２、４４の検知結果を示すものである。ここで、充電量検知器４２、４４は何れも、上記充電量検知器４０による充電量検知と同様の原理で、液体活物質の粘度、温度、重量、及び／又はｐＨに基づいて算出されるものである。
【００５２】
そして、状態判定手段６２は、上記動作モード情報を参照し、動作モードが高負荷動作モードであると判定し、サブ液体活物質タンク１６から電池１２の正極に液体活物質を供給する供給指示信号を生成する。なお、動作モードが高負荷動作モードであるかどうかの基準には、上述の電池負荷量Ｌがその閾値ＬＴＨより大きな値をとるかどうかで判断されるものである。さらに、操作装置６４は、生成された供給指示信号に基づき、正極液体活物質の供給を行うように各アクチュエータを制御する。
【００５３】
一方、図２から理解されるように、Ｌｉ−Ｓフロー二次電池システム１０におけるＬｉ−Ｓフロー二次電池１２は、ＡＣ／ＤＣインバータ１００を介して交流モータ１０２に接続される。また、本自動車においては、サブバッテリー１０６が搭載されている。このサブバッテリー１０６は、主として自動車の走行に係る駆動電力以外の電力負荷（エアコンやいわゆるパワーウインド等）に用いることを目的とするものである。このサブバッテリー１０６からの供給電力量は、当該サブバッテリー１０６とＡＣ／ＤＣインバータ１００との間に設けたサブバッテリー制御機構１０４により調節される。なお、このサブバッテリー制御機構１０４は、ポンプやバルブ等の種々のアクチュエータ、サブバッテリー１０６の活物質の温度や充電状態等の種々の状態を検知する検知手段、当該状態に基づいてアクチュエータを制御する制御手段を有しているものである。
【００５４】
上記構成を有する電気自動車１に搭載したＬｉ−Ｓフロー二次電池システム１０の特徴的動作について説明する。
【００５５】
図４は、本実施の形態にかかるＬｉ−Ｓフロー二次電池システム１０の動作の流れを示すフローチャートである。また、図５には、本実施の形態において、メイン液体活物質タンク１４の使用されるＳＯＣ領域と電位の関係を示す図である。
【００５６】
ステップＳ１０１において、充電量検知センサ４２により、メイン液体活物質タンク１４における正極活物質の充電量が測定され、制御情報受信手段６０へ送信される。
【００５７】
ステップＳ１０２において、サブタンク供給活物質制御部３８の状態判定手段６２が、制御情報受信手段６０で受信した充電量情報を参照してメイン液体活物質タンク１４の活物質充電量がａｉｎｆ％以下であるかどうか判定する。活物質充電量がａｉｎｆ％以下でなければ、ステップＳ１０１に戻る。
【００５８】
一方、活物質充電量がａｉｎｆ％以下である場合には、ステップＳ１０３において、充電量検知センサ４４が、サブ液体活物質タンク１６の活物質充電量を測定し、この充電量情報を制御情報受信手段６０で受信する。
【００５９】
ステップＳ１０４において、制御情報受信手段６０で受信したサブ液体活物質タンク１６の活物質充電量情報に基づいて、状態判定手段６２がサブ液体活物質タンク１６の活物質充電量がｂｉｎｆ％以上であるかどうかを判定する。ここで、活物質充電量がｂｉｎｆ％未満である場合には、ステップＳ１０５において、本システムの処理を終了する。すなわち、この状態ではメイン液体活物質タンク１４の充電量が規定の充電残量（ａｉｎｆ％）に達していない上に、サブ液体活物質タンク１６の充電量も規定の充電残量（ｂｉｎｆ％）に達していないので、例えば、状態判定手段６２により電気自動車１が走行可能状態ではないと判断される。この場合、例えば、自動車の操作者に対して警告表示を行うなどして充電を促すようにしても良い。また、安全を考慮して、充電がなされるまで電気自動車１の始動操作を防止するような安全機構を施して良い。一方で、サブ液体活物質タンク１６の充電量が規定残量を下回った場合に、警告表示等を行うのではなく、当該サブ液体活物質タンクを電池システム１０から完全に切り離して、当該サブ液体活物質タンクを用いない従来の電池システムと同様の制御（すなわち、メイン液体活物質タンク１４の充電量の許容下限をａｉｎｆとする制御）を行うようにしても良い。
【００６０】
一方、ステップＳ１０４において、サブ液体活物質タンク１６の活物質充電量がｂｉｎｆ％以上であると判断される場合にはステップＳ１０６に進む。
【００６１】
ステップＳ１０６においては、状態判定手段６２により、上述のメイン液体活物質タンク１４の充電量がａ´ｉｎｆ〜ａｉｎｆ％の範囲内であるかどうかが判定される。メイン液体活物質タンク１４の充電量がａ´ｉｎｆ〜ａｉｎｆ％の範囲外、すなわち、メイン液体活物質タンク１４の充電量がａ´ｉｎｆ％未満であると判断されると、ステップＳ１０７に進み、図示しない充電指令手段によりＬｉ−Ｓフロー二次電池１２への充電指令がなされる。
【００６２】
一方で、ステップＳ１０６において、状態判定手段６２によりメイン液体活物質タンク１４の充電量がａ´ｉｎｆ％〜ａｉｎｆ％の範囲内にあると判定された場合には、ステップＳ１０８に進む。
【００６３】
ステップＳ１０８において、状態判定手段６２により自動車の動作モードが判定される。自動車の動作モードは、制御情報受信手段６０が受信する上述のアクセルペダル踏込量Ｐの情報、モータ始動情報、及び車体の傾斜角Ａの情報に基づいて判定される。すなわち、これら情報に基づいて状態判定手段６２は、電池負荷値ＬがＬ＞ＬＴＨであるかどうかにより自動車の動作モードが、高負荷動作モードとなっているかどうかを判定する（ステップＳ１０９）。なお、自動車の動作モードが高負荷動作モードでない（すなわち、通常動作モード（Ｌ≦ＬＴＨ）である）と判定されると、ステップＳ１０６に戻る。
【００６４】
一方で、自動車の動作モードが高負荷動作モードであるであると判定されると、ステップＳ１１０において、状態判定手段６２がサブ液体活物質タンク１６から電池１２の正極容器２４内に液体活物質を供給する供給指示信号を生成され、操作装置６４に送られる。  
【００６５】
そして、操作装置６４によりポンプやバルブ等のアクチュエータが操作され、サブ液体活物質タンク１６から正極容器２４内へ活物質の供給が行われる。
【００６６】
本実施の形態にかかる自動車の電池駆動システム１では、図５を参照すれば明確なように、Ｌｉ−Ｓフロー二次電池１２の充電が必要となる下限ＳＯＣが通常設定されているａｉｎｆ％より低いａ´ｉｎｆ％（＜ａｉｎｆ％）に設定されている。すなわち、下限ＳＯＣａｉｎｆ％は、通常であればあらゆる自動車の走行状態（特に高負荷走行状態）に対応するように安全マージンを考慮した上で定められた下限ＳＯＣであり、安全上の理由等から、これ以上低いＳＯＣ領域を使用することがないようにされていたが、本実施の形態では、この下限ＳＯＣのａｉｎｆ％をより小さい下限ＳＯＣのａ´ｉｎｆ％と設定されている。そして、このように下限ＳＯＣを低く設定しても、ステップＳ１０８〜Ｓ１１０で説明したように、高負荷の動作モードにおける急速な電池容量の消費が生じた場合にもサブ液体活物質タンク１６から充電状態の液体活物質がＬｉ−Ｓフロー二次電池１２の正極容器２４内に補充されて、この補充された液体活物質により電池容量の唐突な消失が防止されることとなる。そして、このように、電池１２の下限ＳＯＣを低く設定することができることによって、実際に使用することができる充電量領域が広がり、電池が本来持つ容量をより効率的に利用することができる。
【００６７】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内で種々の変更が可能である。例えば、サブ活物質タンク１６は複数個、設けるようにしても良い。また、制御情報受信手段６０が受信する高負荷動作モードを、負荷の大きさに応じて複数個のモードに分類し、モードごとの負荷の大きさに応じてサブ活物質タンク１６から正極容器２４内への活物質供給量（以下、この値をＦとする）や供給速度（以下、この値をＶとする）を変更することができるようにしても良い。すなわち、電池負荷量ＬがＬＴＨ≦Ｌ≦ＬＴＨ´となるとき第１高負荷動作モード、ＬＴＨ´≦Ｌ≦ＬＴＨ´´となるとき第２高負荷動作モード、というように電池負荷の値の範囲ごとに高負荷動作モードを段階的、又は連続的に複数に分けて、当該高負荷動作モードの切り替わりに応じて、上記活物質供給量Ｆ及び供給速度Ｖを調節するようにしても良い。
【００６８】
これにより、電池負荷の強さに応じて大きくなる充電残量（ＳＯＣ）の消費速度に合わせて、サブ活物質タンク１６から正極容器２４内への活物質供給量や供給速度の値をより細かい設定し、精度の高い制御態様を実現することができる。
【００６９】
更に、本実施の形態では、正極容器２４内とメイン液体活物質タンク１４内との間の液体活物質の送受にかかる制御を行う制御部９０と、サブ液体活物質タンク１６と正極容器２４内との間で液体活物質の送受にかかる制御を行う制御部３８とが別々に構成されているが、これらを単一の制御部としてハードウェア構成の簡略化を図っても良い。
【００７０】
また、本実施の形態では、Ｌｉ−Ｓフロー二次電池が用いられているが、使用可能な二次電池はこれに限られるものではなく、正極又は負極の少なくとも何れか一方の活物質を、電池外部のタンク等の貯蔵部から補給・交換可能な二次電池であれば、例えばバナジウム系の液体活物質を用いたレッドクスフロー電池等の種々のタイプのものに使用することができる。更に、サブ液体活物質タンクの数、大きさ、及び配置位置等は、適宜設定し得る事項である。
【符号の説明】
【００７１】
１      自動車の電池駆動システム
１０    Ｌｉ−Ｓフロー二次電池システム
１２    Ｌｉ−Ｓフロー二次電池（電池）
１４    メイン液体活物質タンク（メイン活物質貯蔵部）
１６    サブ液体活物質タンク（サブ活物質貯蔵部）
２２    負極
２４    正極
２６    固体電解質
３８    サブタンク供給活物質制御部（制御機構）
【図１】
2015033171.tif 000003
【図２】
2015033171.tif 000004
【図３】
2015033171.tif 000005
【図４】
2015033171.tif 000006
【図５】
2015033171.tif 000007