(57)【要約】  充放電可能な主電池１と、不活性状態の空気電池８を含むカートリッジ２と、カートリッジ２を着脱可能に保持するとともに空気電池８の電力を出力するカートリッジホルダ３と、カートリッジホルダ３で保持したカートリッジ２の空気電池８を活性化させる電池活性化手段４と、システム制御手段６を備えた電池システムであり、主電池１と、任意に放電開始可能な交換式の空気電池８とを備えたものとなるので、長期的な使用が可能であり、且つ利便性の高いものとなる。
2015045761.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充放電可能な主電池と、
不活性状態の空気電池を含むカートリッジと、
カートリッジを着脱可能に保持するとともに空気電池の電力を出力するカートリッジホルダと、
カートリッジホルダで保持したカートリッジの空気電池を活性化させる電池活性化手段と、
主電池、カートリッジホルダ及び電池活性化手段を制御するシステム制御手段を備えたことを特徴とする電池システム。
【請求項２】
カートリッジホルダの空気電池により主電池を充電することを特徴とする請求項１に記載の電池システム。
【請求項３】
空気電池が、電解質用液体を未注液状態にして保存され且つ電解質用液体の注液により活性化する注液式の空気電池であって、
電池活性化手段が、空気電池に電解質用液体の注液を可能とする手段であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電池システム。
【請求項４】
カートリッジ及びカートリッジホルダが、装着時に互いに連通する注液部を有し、
電池活性化手段が、電解質用液体のタンクと、タンクからカートリッジホルダの注液部へ至る配管と、配管の途中を開閉する調整弁を備え、電解質用液体の注液を可能とする手段であることを特徴とする請求項３に記載の電池システム。
【請求項５】
カートリッジが、電解質用液体のタンク及び空気電池への注液部を一体的に有し、
電池活性化手段が、閉塞された注液部を開放することで、電解質用液体の注液を可能とする手段であることを特徴とする請求項３に記載の電池システム。
【請求項６】
空気電池が、空気を遮断した封止状態にして保存され且つ開封により空気を導入して活性化する空気電池であって、
電池活性化手段が、空気電池を開封する手段であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電池システム。
【請求項７】
システム制御手段が、主電池の放電状況に応じて電池活性化手段を制御することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電池システム。
【請求項８】
システム制御手段は、主電池の残量Ｃｚと、主電池の全容量Ｃｍと、空気電池の容量Ｃａとの関係が、Ｃｚ＞Ｃｍ＋Ｃａになったときに、人為的な空気電池の起動許可の有無に関係なく、電池活性化手段の作動を禁止する制御を行うことを特徴とする請求項７に記載の電池システム。
【請求項９】
システム制御手段は、主電池の残量Ｃｚと、主電池の放電下限容量Ｃｈと、主電池の使用状況に基づいて予測する使用予測値Ｆａとの関係が、Ｃｚ＜Ｃｈ＋Ｆａになったときに、電池活性化手段を作動させる制御、又は人為的な空気電池の起動許可後に電池活性化手段を作動させる制御を行うことを特徴とする請求項７に記載の電池システム。
【請求項１０】
システム制御手段は、主電池の残量Ｃｚと、主電池の放電下限容量Ｃｈと、主電池の使用状況及び空気電池の充電電力に基づいて予測されるシステム全体の予測消費電力Ｆｓと、空気電池の充電電力Ｃｄとの関係が、Ｃｚ＜Ｃｈ＋Ｆｓ−Ｃｄになったときに、電池活性手段を作動させる制御、又は人為的な空気電池の起動許可後に電池活性化手段を作動させる制御を行うことを特徴とする請求項７に記載の電池システム。
【請求項１１】
システム制御手段は、主電池の残量Ｃｚと、主電池の放電下限容量Ｃｈとの関係が、Ｃｚ≦Ｃｈになったときに、電池活性手段を作動させる制御、又は人為的な空気電池の起動許可後に電池活性化手段を作動させる制御を行うことを特徴とする請求項７に記載の電池システム。
【請求項１２】
カートリッジホルダで保持したカートリッジの空気電池に空気を供給する空気供給手段を備えたことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の電池システム。
【請求項１３】
システム制御手段が、電池活性化手段を制御する機能に加えて、空気供給手段による空気の供給量を制御する機能を有することを特徴とする請求項１２に記載の電池システム。
【請求項１４】
カートリッジの空気電池が、二次電池であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主電池と補助電池を備えた電池システムの改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電池システムとしては、電気自動車用電源の名称で特許文献１に記載されたものがあった。特許文献１に記載の電源は、空気−亜鉛電池と、鉛蓄電池と、負荷に応じて電源の切り替えを行う制御回路を備えている。この電源は、駆動モータにかかる負荷を検出し、低負荷時には空気−亜鉛電池、高負荷時には鉛蓄電池、若しくは電池及び蓄電池の両方に電源を切り替える。これにより、重量が軽く、容量及び最大出力の大きな電源を提供するものとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本国特開平７−１４３６０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記したような従来の電池システム（電源）において、その一構成である空気電池は、高容量であり、車両用電源に用いた場合には、数百ｋｍの航続距離を達成することも可能であるとみなされていた。しかし、空気電池は、電解液の蒸発、二酸化炭素の吸収及びデンドライト形成等の回避が困難であって、原理的に寿命が短いことが周知である。このため、従来の電池システムは、車両用電源のように長期的に使用するものとしては、その機能が充分ではないという課題があった。【０００５】
本発明は、上記従来の課題に着目してなされたもので、空気電池を含むシステムでありながら、長期的な使用が可能であり、且つ利便性の高い電池システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の電池システムは、充放電可能な主電池と、不活性状態の空気電池を含むカートリッジを備えている。そして、電池システムは、カートリッジを着脱可能に保持するとともに空気電池の電力を出力するカートリッジホルダと、カートリッジホルダで保持したカートリッジの空気電池を活性化させる電池活性化手段と、主電池、カートリッジホルダ及び電池活性化手段を制御するシステム制御手段を備えたことを特徴としている。【０００７】
上記構成において、空気電池は、主電池に対する補助電池に相当する。また、不活性状態の空気電池とは、例えば、電解質用液体を未注液状態にしたものや、空気を遮断した封止状態にしたものであって、そのままの状態で保存することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の電池システムは、主電池と、任意に放電開始可能な交換式の空気電池とを備えたものとなるので、空気電池を含むシステムでありながら、長期的な使用が可能であり、且つ利便性の高いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の電池システムの第１実施形態を説明するブロック図である。
【図２】カートリッジ及びカートリッジホルダの具体的構造を示す側面図（Ａ）及びカートリッジの斜視図（Ｂ）である。
【図３】本発明の電池システムの第２実施形態におけるカートリッジ及びカートリッジホルダの構造を示す側面図（Ａ）及びカートリッジの斜視図（Ｂ）である。
【図４】本発明の電池システムの第３実施形態を説明するブロック図である。
【図５】カートリッジの封止工程を示す斜視図（Ａ）〜（Ｄ）及びカートリッジホルダの斜視図（Ｅ）である。
【図６】システム制御手段による空気電池の起動工程の前半を説明するフローチャートである。
【図７】図６に続いて空気電池の起動工程の後半を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
〈第１実施形態〉
この実施形態の電池システムは、一例として、電気自動車等の車両の電源として用いられるものである。図１に示す電池システムは、充放電可能な主電池１と、不活性状態の空気電池を含むカートリッジ２と、カートリッジ２を着脱可能に保持するとともに空気電池の電力を出力するカートリッジホルダ３を備えている。
【００１１】
また、電池システムは、カートリッジホルダ３で保持したカートリッジ２の空気電池を活性化させる電池活性化手段４と、カートリッジホルダ３で保持したカートリッジ２の空気電池に空気を供給する空気供給手段５を備えている。
【００１２】
さらに、電池システムは、主電池１、カートリッジホルダ３及び電池活性化手段４を制御するシステム制御手段６を備えており、この実施形態では、システム制御手段６が、空気供給手段５をも制御する。
【００１３】
主電池１は、例えばリチウムイオン電池であって、インバータ７を介して図外の駆動モータに電力を供給する。この主電池１は、外部電源に接続して充電することができる。
【００１４】
カートリッジ２は、図２に示すように、板状の空気電池８を複数枚備え、これらの空気電池８を所定間隔で積層して、その積層体をケース９に収容したものである。このとき、空気電池８同士の間は、空気流路となる。ケース９は、その両端側に、各空気電池８の積層端面が表れる開放部９Ａを有し、この開放部９Ａを通して空気電池８同士の間に空気を流通させる。また、カートリッジ２は、ケース９の底部に外部端子９Ｂ，９Ｃを有していると共に、ケース９の上部に取っ手９Ｄを設けて取り扱いを容易にしている。
【００１５】
空気電池８は、主電池１に対する補助電池であって、空気極及び金属負極を有する周知の構造を有している。この実施形態の空気電池８は、電解質用液体を未注液状態にして保存され且つ電解質用液体の注液により活性化する注液式のものである。つまり、空気電池８は、電解質用液体の収容部を有し、電解質用液体を別にしておくことで不活性状態を維持している。電解質用液体は、電解液そのものや、電極構造体の内部に混入させた電解質を溶融するための液体（水）などを含むものである。なお、空気電池８としては、充放電可能な二次電池を用いることもできる。
【００１６】
カートリッジホルダ３は、上方に開放された収容空間３Ａを有する筐体であって、単数又は複数（図１では３個）カートリッジ２を収容することが可能である。このカートリッジホルダ３は、収容空間３Ａの底部に、各カートリッジ３の外部端子９Ｂ，９Ｃと接触するバスバー（片方の極のみ示す）１０を備えると共に、底部外側に、空気電池８の電力を出力するための外部端子１０Ａ，１０Ｂを備えている。
【００１７】
また、カートリッジホルダ３は、図２に示すように、一端側及び他端側に、収容空間３Ａに連通するに空気導入口３Ｂ及び空気排出口３Ｃを有している。このカートリッジホルダ３は、カートリッジ２を収容した状態で、空気導入口３Ｃ，カートリッジ２の一方の開放部９Ａ、空気電池８同士の隙間、他方の開放部９Ａ、及び空気排出口３Ｃの順で空気の流通経路を形成する。
【００１８】
電池活性化手段４は、この実施形態では、先述の如く空気電池８が注液式のものであるから、空気電池８に電解質用液体の注液を可能とする手段である。すなわち、空気電池８に電解質用液体を注液することで、同空気電池８を活性化させるものである。
【００１９】
具体的には、この実施形態の電池システムは、図２に示すように、カートリッジ２及びカートリッジホルダ３が、装着時に互いに接続して連通する注液部２Ｐ，３Ｐを有している。そして、電池活性化手段４は、電解質用液体のタンク１１と、タンク１１からカートリッジホルダ３の注液部３Ｐへ至る配管１２と、配管１２の途中を開閉する調整弁１３を備えた構成になっている。また、電池活性化手段４は、例えば、電解質用液体を加圧して注液を促進する機構などを含む構成にすることができる。
【００２０】
空気供給手段５は、カートリッジホルダ３の空気導入口３Ｂに接続する空気供給路１４を備え、この空気供給路１４に、フィルタ１５、空気ポンプ１６，温度計１７、圧力計１８及び調整弁１９が順次配置してある。この空気供給手段には、ブロワやコンプレッサーなどを用いることもできる。
【００２１】
また、カートリッジホルダ３の空気排出口３Ｃには、空気排出路２０が接続してあり、この空気排出路２０には、温度計２１，圧力計２２，酸素センサ２３，調整弁２４及びマフラー２５が順次配置してある。
【００２２】
さらに、電池システムは、空気供給路１５と空気排出路２０との間に、カートリッジホルダ３をバイパスするバイパス路２６を備え、このバイパス路２６にはバイパス弁２７が配置してある。
【００２３】
システム制御手段６は、コンピュータやその他の各種回路類で構成されるコントローラ３０を備えており、このコントローラ３０とカートリッジホルダ３との間に、電流計３１，電圧計３２及び接続器３３を備えている。また、システム制御手段６は、コントローラ３０と主電池１との間に、昇圧用の変圧器３４及び接続器３５を備えると共に、コントローラ３０とバッテリ４０との間に、降圧用の変圧器３６を備えている。バッテリ４０は、ガソリン車に搭載されているバッテリと同様に、主電池１の停止時において電装品に電力供給を行うものである。
【００２４】
上記のシステム制御手段６は、主にコントローラ３０により、主電池１、カートリッジホルダ３、電池活性化手段４及び空気供給手段５を制御する。具体的には、システム制御手段６は、空気活性化手段４については、調圧弁１３や電解質用液体の加圧機構などを制御し、また、空気供給手段５については、空気ポンプ１６及び調整弁１９を制御する。さらに、システム制御手段６は、空気排出路２０の調整弁２４やバイパス路２６のバイパス弁２７も制御する。
【００２５】
上記構成を備えた電池システムは、先述したように車両用電源として用いられ、通常は主電池１の電力を使用し、所定の電力を消費した後には、外部電源により主電池１に充電を行う。また、電池システムは、カートリッジホルダ３に適数のカートリッジ２が保持してある。この際、カートリッジ２の空気電池８は、不活性状態を維持するので、劣化することなく保存されている。
【００２６】
そして、この電池システムは、主電池１の容量を使い切りそうな事態が生じた場合、自動若しくは手動により、電池活性化手段４を作動させて、カートリッジ２の空気電池８を活性化させると共に、空気供給手段５を作動させて、カートリッジホルダ３に空気を供給する。
【００２７】
つまり、電池システムは、図２に示す電池活性化手段４において、調整弁１３を開放し、配管１２、カートリッジホルダ３の注液部３Ｐ、及びカートリッジ２の注液部２Ｐを通して、タンク１１内の電解質用液体を各空気電池８に供給（注液）する。これと同時に、空気供給手段５において、空気ポンプ１６を作動させると共に、調整弁１９を開放し、カートリッジホルダ３内のカートリッジ２に空気を流通させ、これにより空気電池８の空気極に空気（酸素）を供給する。この空気は、空気排出路２０を経て外部に排出される。
【００２８】
これにより、電池システムは、各空気電池８が放電を開始し、カートリッジ２の外部端子２Ｂ，２Ｃ、カートリッジホルダ３のバスバー１０及び外部端子１０Ａ，１０Ｂを通して各空気電池８の電力を出力する。このとき、電池システムは、空気電池８の電力を図外の駆動モータに直接供給することも可能であるが、望ましくは、空気電池８により主電池１を充電して駆動モータの駆動を継続する。
【００２９】
上記した夫々の動作は、システム制御手段６で制御することができる。例えば、システム制御手段６は、主電池１の放電状況（容量）を検出し、放電状況に応じて電池活性化手段４を制御する。具体的には、システム制御手段６は、主電池１の容量が所定値以下になった際に、電池活性化手段４を作動させる。
【００３０】
また、システム制御手段６は、流通する空気の温度や圧力を検出し、その検出値に基づいて、空気供給手段５の調整バルブ１９、空気排出路２０の調整バルブ２４、及びバイパス路２６のバイパス弁２７の開度調整を行う。これにより、各空気電池８に対する空気の供給量を変化させて、発生電力を調整することができ、しかも、空気電池８の効率良い冷却を行うこともできる。
【００３１】
上記の電池システムは、空気電池８を使い切った後には、カートリッジ２を交換すればよい。カートリッジ２は、不活性状態の空気電池８をそのままで保存できるので、自動車の販売店、カー用品を取り扱う販売店、ガソリンスタンド及び給電スタンドなどで保管して販売することが可能であり、また、予備として車載しておくこともできる。
【００３２】
ここで、上記の電池システムは、主電池１の容量よりも、各空気電池８の総容量の方が小さく、これにより、車載に有利な小型軽量のシステムになっている。この空気電池８による走行距離は、例えば数十ｋｍ程度であれば、主電池１による航続距離の延長として充分に効果がある。つまり、空気電池８によって給電スタンド等の施設まで走行することが充分可能であり、走行中に電力欠乏になるおそれを極力回避し得る。
【００３３】
上記実施形態で説明した電池システムは、主電池１と、空気電池８を含むカートリッジと２、カートリッジホルダ３と、電池活性化手段４と、システム制御手段６を採用したことから、主電池１と任意に放電開始可能な交換式の空気電池８とを備えたものとなる。これにより、電池システムは、空気電池の寿命の問題を解消し、空気電池８を含むシステムでありながら、長期的な使用が充分に可能になり、且つ利便性の高いものとなる。
【００３４】
また、電池システムにおける空気電池８は、容量が大きく、カートリッジ２と組み合わせることで取り扱いが容易になり、しかも、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）及び鉄（Ｆｅ）などの比較的安価な金属材料を用いることができるので、低コストで大量生産することが可能である。これにより、安価で容量を容易に拡張できる電池システムを実現することができる。
【００３５】
さらに、上記実施形態の空気電池８は、製造、販売から使用時まで不活性状態を維持しており、しかも、電解質用液体のタンク１１を別にした注液式のものであるから、カートリッジ２とともに安全に取り扱うことができる。例えば、強アルカリ性の電解質用液体を用いる高出力の空気電池を使用することも可能である。
【００３６】
さらに、電池システムは、カートリッジホルダ２の空気電池８により主電池１を充電するものとしたので、通常の主電池１の使用時と同じ出力で容易に容量を増加させることができる。
【００３７】
さらに、電池システムは、空気電池８が注液式の空気電池であって、電池活性化手段４が、空気電池８に電解質用液体の注液を可能にする手段としたことから、電解質用液体を注液するまでは空気電池８の電極が劣化することがなく、良好な状態での長期保存が可能である。
【００３８】
さらに、電池システムは、カートリッジ２及びカートリッジホルダ３が注液部２Ｐ，３Ｐを有し、タンク１１、配管１２及び調整弁１３を備えた電池活性化手段４を採用したことから、カートリッジ２が軽量で取り扱い易いものになり、また、大型の空気電池８を採用しても可搬性が良好である。
【００３９】
さらに、電池システムは、システム制御手段６が、主電池１の放電状況に応じて電池活性化手段４を制御するので、主電池１の消耗に応じて空気電池８の放電開始を自動的に行うことができる。また、システム制御手段６が、空気の供給量を調整するように空気供給手段５を制御するので、空気電池８の放電や冷却が効率的に行われるように、供給する空気量を自動的に調整することができる。
【００４０】
さらに、電池システムは、カートリッジホルダ３で保持したカートリッジ２の空気電池８に空気を供給する空気供給手段５を備えているので、全ての空気電池８に充分な空気を供給することで、各空気電池８の出力のばらつきを防止し、また、各空気電池８を充分に冷却することができる。
【００４１】
さらに、電池システムは、カートリッジ２の空気電池８を二次電池にすれば、カートリッジ２の交換後、所定の充電設備で空気電池８を充電することで、同空気電池８を含むカートリッジ２を再利用することができ、さらなる低コスト化や資源の節約に貢献し得るものとなる。
【００４２】
〈第２実施形態〉
図３は、本発明の電池システムの第２実施形態を説明する図である。なお、以下に述べる各実施形態において、第１実施形態と同一の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４３】
第２実施形態の電池システムは、第１実施形態と同等の基本構成を備えると共に、カートリッジ２及びの電池活性化手段４の構成が異なるものとなっている。すなわち、電池システムは、カートリッジ２が、電解質用液体のタンク４５及び空気電池６への注液部４６を一体的に有し、電池活性化手段４が、閉塞された注液部４６を開放することで、電解質用液体の注液を可能とする手段になっている。
【００４４】
図示のカートリッジ２は、不活性状態の複数の空気電池８を含み、上記のタンク４５及注液部４６を有している。注液部４６は、その構成がとくに限定されるものではないが、タンク４５と空気電池８との間を連通させる注液路と、注液路の途中を開閉する開閉手段を備えている。開閉手段としては、例えば、開閉弁や、開封可能な閉塞部材と閉塞部材の開封機構との組合せなどが挙げられる。
【００４５】
図示の電池活性化手段４は、カートリッジホルダ３に装着したアクチュエータ４７であり、上記の如く開閉手段が開閉弁である場合には、その開閉弁を駆動し、また、開閉手段が閉塞部材と開封機構との組合せである場合には、開封機構を駆動する。
【００４６】
上記構成を備えた電池システムは、第１実施形態と同様に、主電池１と任意に放電開始可能な交換式の空気電池８とを備えたものとなって、空気電池８を含む構成でありながら、長期的な使用が可能になり、且つ利便性の高いものとなる。さらに、電池システムは、カートリッジ２が、不活性状態の空気電池８と電解質用液体のタンク４５を一体的に備えているので、カートリッジ単体２でコンパクトな注液式空気電池が構成され、取り扱いが容易になると共に、車載側のシステム構成を簡略化することができる。
【００４７】
〈第３実施形態〉
図４に示す電池システムは、第１実施形態と同等の基本構成を備えると共に、空気電池８が、空気を遮断した封止状態にして保存され且つ開封により空気を導入して活性化するものであって、電池活性化手段４が、空気電池８を開封する手段になっている。
【００４８】
すなわち、この実施形態の空気電池８は、空気極、金属負極及び電解質層を備え、空気極に対する空気（酸素）の供給を遮断することで不活性状態を維持している。より具体的には、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、カートリッジ２の開放部９Ａを密閉フィルム５０で閉塞し、図５（Ｃ）に示すように、密閉フィルム５０の開封機構５１を装着する。
【００４９】
開封機構５１は、その構成がとくに限定されいが、密閉フィルム５０を剥離して除去するものや、密閉フォルム５０を開裂させるものなどを用いることができる。なお、図５（Ｂ）〜（Ｄ）には、カートリッジ２の片側のみに、密閉フィルム５０及び開封機構５１を示しており、実際には、両側に密閉フィルム５０及び開封機構５１を設ける。
【００５０】
電池活性化手段４は、第２実施形態と同様に、カートリッジホルダ３に装着したアクチュエータ４７である。この電池活性化手段４（４７）は、図５（Ｅ）に示すカートリッジホルダ３に、図５（Ｃ）に示すカートリッジ２（図５Ｃ）を収容した状態において、外部から開封機構５１を作動させて、図５（Ｄ）に示すように、密閉フィルム５０による開放部９Ａの封止状態を解除する。すなわち、空気電池８を開封して活性化させる。これにより、電池システムは、空気供給手段５による空気をカートリッジ２の内部に導入し、空気電池８の放電を開始する。
【００５１】
上記構成を備えた電池システムは、先の各実施形態と同様に、主電池１と任意に放電開始可能な交換式の空気電池８とを備えたものとなって、空気電池８を含む構成でありながら、長期的な使用が可能になり、且つ利便性の高いものとなる。さらに、電池システムは、空気を遮断した封止状態にして保存される空気電池８と、空気電池８を開封する電池活性化手段４（４７）を採用することにより、第１及び第２の実施形態で説明した注液式の空気電池と同様に、長期的な保存が可能であると共に、任意の時期に放電開始を行うことができる。
【００５２】
〈第４実施形態〉  
図６及び７は、本発明の電池システムの第４実施形態を説明する図であって、システム制御手段６による空気電池８の起動工程を説明するフローチャートである。
【００５３】
システム制御手段６は、先述のとおり、主電池１、カートリッジホルダ３及び電池活性化手段４を制御するものであって、とくに、主電池１の放電状況に応じて電池活性化手段４を制御するようにしており、より具体的には、空気電池８を起動する際に、以下に述べる条件判定Ａ〜Ｄを行って電池活性化手段４を制御する。
【００５４】
（条件判定Ａ）
システム制御手段６は、主電池１の残量Ｃｚと、主電池１の全容量Ｃｍと、空気電池８の容量Ｃａとの関係が、Ｃｚ＞Ｃｍ＋Ｃａになったときに、人為的な空気電池８の起動許可の有無に関係なく、電池活性化手段４の作動を禁止する制御を行う。ここで、当該電池システムは、電気自動車の電源として用いる場合には、空気電池８を起動するために人為的に操作可能な起動スイッチが設けられる。この起動スイッチは、空気電池８を直接起動するものではなく、例えば電欠（電気欠乏）の予防策として選択的に操作される。この条件判定Ａでは、その起動スイッチをＯＮにしておいても、主電池１の残量が充分にある場合には、空気電池８を起動しないようにし、空気電池８の無駄な使用を未然に阻止する。
【００５５】
（条件判定Ｂ）
システム制御手段６は、主電池１の残量Ｃｚと、主電池１の放電下限容量Ｃｈと、主電池１の使用状況に基づいて予測する使用予測値Ｆａとの関係が、Ｃｚ＜Ｃｈ＋Ｆａになったときに、電池活性化手段４を作動させる制御、又は人為的な空気電池８の起動許可後に電池活性化手段４を作動させる制御を行う。ここで、使用予測値Ｆａは、例えば、当該電池システムを電気自動車の電源とした場合には、主電池１の使用状況、すなわち車両の走行状況や電装機器の使用状況により変化するデータを用い、このデータに基づいて主電池１の容量減少を予測した値である。この条件判定Ｂでは、主電池１の容量減少を予測して、空気電池８を起動させるようにし、車両の走行中の電欠を防止する。
【００５６】
（条件判定Ｃ）
システム制御手段６は、主電池１の残量Ｃｚと、主電池１の放電下限容量Ｃｈと、主電池１の使用状況及び空気電池８の充電電力に基づいて予測されるシステム全体の予測消費電力Ｆｓと、空気電池８の充電電力Ｃｄとの関係が、Ｃｚ＜Ｃｈ＋Ｆｓ−Ｃｄになったときに、電池活性手段４を作動させる制御、又は人為的な空気電池８の起動許可後に電池活性化手段４を作動させる制御を行う。先の条件判定Ｂでは、主電池１の使用を予測して空気電池８の起動判定を行うのに対して、この条件判定Ｃでは、主電池１及び空気電池８によるシステム全体の消費電力を予測し、例えば目的地までに必要な消費電力を予測して、空気電池８を起動するタイミングを判定する。これにより、目的地までの途中で電欠に陥るような事態を未然に阻止する。
【００５７】
（条件判定Ｄ）
システム制御手段６は、主電池１の残量Ｃｚと、主電池１の放電下限容量Ｃｈとの関係が、Ｃｚ≦Ｃｈになったときに、電池活性手段４を作動させる制御、又は人為的な空気電池８の起動許可後に電池活性化手段４を作動させる制御を行う。この条件判定Ｄでは、空気電池８を起動する前に主電池１が完全放電してしまうのを防止する。
【００５８】
図６及び７は、システム制御手段６による空気電池８の起動工程を説明するフローチャートであり、上記した条件判定Ａ〜Ｄを含むものである。
【００５９】
すなわち、図６に示すように、ステップＳ１において電池システムを起動すると、ステップＳ２において、主電池１の容量（残量）を測定する。この主電池１の残量は、常にモニタリングされ、空気電池８の起動判定に用いられる。次に、ステップＳ３において、空気電池８の人為的な起動許可の有無を判定する。この人為的な起動許可の有無は、先述したように、当該電池システムが車載用電源である場合、人為的に操作可能な起動スイッチのＯＮ／ＯＦＦによるものである。
【００６０】
ステップＳ３において、起動許可が有る場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ４において主電池側の条件判定、すなわち先述した条件判定Ａ〜Ｄを行い、条件判定Ａ以外で且つ条件判定Ｂ〜Ｄのいずれかである場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ５において電池活性化手段４を作動させる。つまり、空気電池８を起動して、ステップＳ６の空気電池８の起動フローに移行する。この際、空気電池８の電池活性化手段４は、注液式及び空気導入式（注水／吸気）のいずれでも良い。
【００６１】
また、ステップＳ３において条件判定Ａであり且つ条件判定Ｂ〜Ｄのいずれでもない場合（ＮＯ）には、ステップＳ７において再度主電池側の条件判定を行う。このステップＳ７においても条件判定Ａであり且つ条件判定Ｂ〜Ｄのいずれでもない場合（ＮＯ）には、ステップＳ８に移行してシステム動作を継続し、ステップＳ２に戻る。これにより、主電池１の残量が充分である場合には、空気電池８の人為的な起動許可の有無に係わらず、空気電池８を起動させないようにし、空気電池８の無駄な使用を未然に阻止する。
【００６２】
さらに、ステップＳ７においても条件判定Ａ以外であり且つ条件判定Ｂ〜Ｄのいずれかである場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ９において、空気電池８の人為的な起動許可の有無を再度判定する。そして、ステップＳ９において、起動許可が有る場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ５において電池活性化手段４を作動させ、空気電池８を起動する。また、ステップＳ９において、起動許可が無い場合（ＮＯ）には、ステップＳ８に移行してシステム動作を継続し、ステップＳ２に戻る。なお、ステップＳ９を廃止して、主電池１の残量が乏しい場合に空気電池８を自動的に起動させることも可能である。
【００６３】
電池活性化手段４による起動後の空気電池８は、温度が低く、抵抗が高くて速やかに動作することができないので、図７に示すように加熱や電流の印加を行う。
【００６４】
すなわち、ステップＳ６に移行した後は、ステップＳ１０において空気電池８の温度を測定し、ステップＳ１１において起動可能な下限温度に達しているか否かを判定する。ステップＳ１１において下限温度に達していない場合（ＮＯ）には、温度不足であるとして、ステップＳ１２において空気電池８の加熱機能の有無を判定する。加熱機能が有る場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ１３において空気電池８を加熱する。つまり、空気電池８にヒーター等の加熱手段が設けてある場合には、その加熱手段により空気電池８を加熱して抵抗を下げる。
【００６５】
そして、ステップＳ１４において空気電池８の温度が起動下限温度に到達したか否かを判定し、起動下限温度に到達していない場合（ＮＯ）には、ステップＳ１３に戻る。また、起動下限温度に到達した場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ１５において空気電池８の加熱を停止する。 
【００６６】
さらに、ステップＳ１２において空気電池８に加熱機能が無い場合（ＮＯ）には、ステップＳ１６において主電池１の残量の有無を判定し、残量が無い場合又は少ない場合（ＮＯ）には、ステップＳ１７において起動を断念する。他方、ステップＳ１６において主電池１の残量が充分にある場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ１８において空気電池８に主電池１の電圧を印加する。つまり、空気電池８に加熱機能が無い場合には、主電池１による電圧印加により空気電池８を加熱する。
【００６７】
そして、ステップＳ１９において空気電池８の温度が起動下限温度に到達したか否かを判定し、起動下限温度に到達していない場合（ＮＯ）には、ステップＳ１８に戻る。また、起動下限温度に到達した場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ２０において主電池１による電圧印加を停止、すなわち空気電池８の加熱を停止する。 
【００６８】
さらに、ステップＳ１１において空気電池８の温度が起動下限温度に達している場合（ＹＥＳ）や、空気電池８の加熱を停止（Ｓ１５，Ｓ２０）した後は、ステップＳ２１において空気電池８に通電するための初期の微小電流値を設定し、ステップＳ２２において空気電池８に電流を印加する。これは、空気電池８の電極表面に存在する酸化被膜を除去するための処理である。
【００６９】
次に、ステップＳ２３において空気電池８の電圧が目標電圧に到達したか否かを判定し、到達していない場合（ＮＯ）には、ステップＳ２４において電流値の設定を増加させて、ステップＳ２２に戻る。つまり、この処理フローでは、空気電池８の起動時には、酸化被膜の抵抗を下げるために徐々に電流を流すようにし、ステップＳ２３での電圧向上は抵抗の減少を示すので、電流を増加させて被膜の除去速度を上げるようにしている。
【００７０】
そして、ステップＳ２３において空気電池８の電圧が目標電圧に到達した場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ２５において空気電池８の電流が目標電流に到達したか否かを判定し、目標電流に到達していない場合（ＮＯ）には、ステップＳ２２の電流印加に戻る。また、目標電流に到達した場合（ＹＥＳ）には、通常の放電に充分な電流になったとして、ステップＳ２６において空気電池８の起動プロセスを終了する。これにより、空気電池８は、通常の放電モードに移行して放電を継続する。
【００７１】
本発明に係わる電池システムは、その構成が上記した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の細部を適宜変更することが可能であり、上記各実施形態の構成を組み合わせたり、各構成部位の形態、材料及び数などを変更したりすることができる。また、システム制御手段６は、システム中に配置した各測定器やセンサ類を入力源にして、主電池１及び空気電池８の放電制御、空気電池８に対する空気量制御、主電池１及び空気電池８の温度制御などを行うことができる。
【００７２】
さらに、本発明に係わる電池システムは、電気自動車用の電源だけでなく、その他の車両、鉄道、船舶及び各種電動輸送機器などの電源や、設置型の電源にも使用することができるが、その利便性から移動体用の電源として一層好適である。
【符号の説明】
【００７３】
１  主電池
２  カートリッジ
２Ｐ  カートリッジの注液部
３  カートリッジホルダ
３Ｐ  カートリッジホルダの注液部
４  電池活性化手段
５  空気供給手段
６  システム制御手段
８  空気電池
１１  タンク（電池活性化手段）
１２  配管（電池活性化手段）
１３  調整弁（電池活性化手段）
４５  タンク
４６  注液部
４７  アクチュエータ（電池活性化手段）
【図１】
2015045761.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年1月28日(2015.1.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充放電可能な主電池と、
不活性状態の空気電池を含むカートリッジと、
カートリッジを着脱可能に保持するとともに空気電池の電力を出力するカートリッジホルダと、
カートリッジホルダで保持したカートリッジの空気電池を活性化させる電池活性化手段と、
主電池、及び電池活性化手段を制御するシステム制御手段を備え、
システム制御手段が、主電池の放電状況に応じて電池活性化手段を制御し、
システム制御手段は、主電池の残量Ｃｚと、主電池の全容量Ｃｍと、空気電池の容量Ｃａとの関係が、Ｃｚ＞Ｃｍ＋Ｃａになったときに、人為的な空気電池の起動許可の有無に関係なく、電池活性化手段の作動を禁止する制御を行うことを特徴とする電池システム。
【請求項２】
カートリッジホルダの空気電池により主電池を充電することを特徴とする請求項１に記載の電池システム。
【請求項３】
空気電池が、電解質用液体を未注液状態にして保存され且つ電解質用液体の注液により活性化する注液式の空気電池であって、
電池活性化手段が、空気電池に電解質用液体の注液を可能とする手段であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電池システム。
【請求項４】
カートリッジ及びカートリッジホルダが、装着時に互いに連通する注液部を有し、
電池活性化手段が、電解質用液体のタンクと、タンクからカートリッジホルダの注液部へ至る配管と、配管の途中を開閉する調整弁を備え、電解質用液体の注液を可能とする手段であることを特徴とする請求項３に記載の電池システム。
【請求項５】
カートリッジが、電解質用液体のタンク及び空気電池への注液部を一体的に有し、
電池活性化手段が、閉塞された注液部を開放することで、電解質用液体の注液を可能とする手段であることを特徴とする請求項３に記載の電池システム。
【請求項６】
空気電池が、空気を遮断した封止状態にして保存され且つ開封により空気を導入して活性化する空気電池であって、
電池活性化手段が、空気電池を開封する手段であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電池システム。
【請求項７】
（削除）
【請求項８】
（削除）
【請求項９】
充放電可能な主電池と、
不活性状態の空気電池を含むカートリッジと、
カートリッジを着脱可能に保持するとともに空気電池の電力を出力するカートリッジホルダと、
カートリッジホルダで保持したカートリッジの空気電池を活性化させる電池活性化手段と、
主電池、及び電池活性化手段を制御するシステム制御手段を備え、
システム制御手段が、主電池の放電状況に応じて電池活性化手段を制御し、
システム制御手段は、主電池の残量Ｃｚと、主電池の放電下限容量Ｃｈと、主電池の使用状況に基づいて予測する使用予測値Ｆａとの関係が、Ｃｚ＜Ｃｈ＋Ｆａになったときに、電池活性化手段を作動させる制御、又は人為的な空気電池の起動許可後に電池活性化手段を作動させる制御を行うことを特徴とする電池システム。
【請求項１０】
充放電可能な主電池と、
不活性状態の空気電池を含むカートリッジと、
カートリッジを着脱可能に保持するとともに空気電池の電力を出力するカートリッジホルダと、
カートリッジホルダで保持したカートリッジの空気電池を活性化させる電池活性化手段と、
主電池、及び電池活性化手段を制御するシステム制御手段を備え、
システム制御手段が、主電池の放電状況に応じて電池活性化手段を制御し、
システム制御手段は、主電池の残量Ｃｚと、主電池の放電下限容量Ｃｈと、主電池の使用状況及び空気電池の充電電力に基づいて予測されるシステム全体の予測消費電力Ｆｓと、空気電池の充電電力Ｃｄとの関係が、Ｃｚ＜Ｃｈ＋Ｆｓ−Ｃｄになったときに、電池活性手段を作動させる制御、又は人為的な空気電池の起動許可後に電池活性化手段を作動させる制御を行うことを特徴とする電池システム。
【請求項１１】
（削除）
【請求項１２】
カートリッジホルダで保持したカートリッジの空気電池に空気を供給する空気供給手段を備えたことを特徴とする請求項１〜６，９及び１０のいずれか１項に記載の電池システム。
【請求項１３】
システム制御手段が、電池活性化手段を制御する機能に加えて、空気供給手段による空気の供給量を制御する機能を有することを特徴とする請求項１２に記載の電池システム。
【請求項１４】
カートリッジの空気電池が、二次電池であることを特徴とする請求項１〜６，９，１０，１２及び１３のいずれか１項に記載の電池システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
ステムを提供することを目的としている。
課題を解決するための手段
［０００６］
本発明の電池システムは、充放電可能な主電池と、不活性状態の空気電池を含むカートリッジを備えている。そして、電池システムは、カートリッジを着脱可能に保持するとともに空気電池の電力を出力するカートリッジホルダと、カートリッジホルダで保持したカートリッジの空気電池を活性化させる電池活性化手段と、主電池、及び電池活性化手段を制御するシステム制御手段を備え、システム制御手段が、主電池の放電状況に応じて電池活性化手段を制御し、システム制御手段は、主電池の残量Ｃｚと、主電池の全容量Ｃｍと、空気電池の容量Ｃａとの関係が、Ｃｚ＞Ｃｍ＋Ｃａになったときに、人為的な空気電池の起動許可の有無に関係なく、電池活性化手段の作動を禁止する制御を行うことを特徴としている。
［０００７］
上記構成において、空気電池は、主電池に対する補助電池に相当する。また、不活性状態の空気電池とは、例えば、電解質用液体を未注液状態にしたものや、空気を遮断した封止状態にしたものであって、そのままの状態で保存することができる。
発明の効果
［０００８］
本発明の電池システムは、主電池と、任意に放電開始可能な交換式の空気電池とを備えたものとなるので、空気電池を含むシステムでありながら、長期的な使用が可能であり、且つ利便性の高いものとなる。また、電池システムは、システム制御手段において、主電池の残量Ｃｚと、主電池の全容量Ｃｍと、空気電池の容量Ｃａとの関係が、Ｃｚ＞Ｃｍ＋Ｃａになったときに、人為的な空気電池の起動許可の有無に関係なく、電池活性化手段の作動を禁止する制御を行うので、主電池の残量が充分にある場合には、空気電池を起動しないようにし、空気電池の無駄な使用を未然に阻止することができる。
図面の簡単な説明
［０００９］
［図１］本発明の電池システムの第１実施形態を説明するブロック図である。
［図２］カートリッジ及びカートリッジホルダの具体的構造を示す側面図（Ａ）及びカートリッジの斜視図（Ｂ）である。
［図３］本発明の電池システムの第２実施形態におけるカートリッジ及びカートリッジホルダの構造を示す側面図（Ａ）及びカートリッジの斜視図（Ｂ）である。
［図４］本発明の電池システムの第３実施形態を説明するブロック図である。
［図５］カートリッジの封止工程を示す斜視図（Ａ）〜（Ｄ）及びカートリッジホルダの斜視図（Ｅ）である。
［図６］システム制御手段による空気電池の起動工程の前半を説明するフローチャートである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2015045761.tif 000010
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2015045761.tif 000011
【国際調査報告】
2015045761.tif 000012
2015045761.tif 000013
2015045761.tif 000014
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