(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載される電源システムであって、
燃料電池と、
該燃料電池と並列に接続されたキャパシタと、
入力部が前記燃料電池及び前記キャパシタに並列に接続されると共に、出力部が前記車両の動力源である電動機に接続され、主に前記燃料電池及び前記キャパシタの出力電圧を昇圧して、該昇圧した電圧による電力を該電動機に供給する昇降圧手段と、
前記昇降圧手段の出力部に電圧変換手段を介して接続された二次電池と、
少なくとも前記キャパシタの充電又は放電を制御する電子制御ユニットとを備え、
前記電動機は前記車両の車軸と連結され、前記車両の減速時に発電機として作動して回生電力を出力し、
前記昇降圧手段は、前記電動機から前記キャパシタに降圧して通電する機能を有し、
前記電子制御ユニットは、前記燃料電池または前記昇降圧手段の作動を制御して、前記キャパシタの充電又は放電を実行し、
前記キャパシタは、複数のキャパシタセルから構成され、各キャパシタセルには、内圧が閾値を超えた場合に該キャパシタセルの正極と負極とを短絡させ、内圧が閾値を下回った場合に短絡を解除させる短絡手段が設けられてなり、
前記短絡手段は、前記キャパシタセルの内外を連通するように設けられた貫通孔と、該貫通孔を塞ぐ合成樹脂製の部材であって、該キャパシタセルの内圧の上昇に伴って弾性変形する弁体と、前記正極と負極のいずれか一方の電極側に接続され、前記貫通孔を覆うように配置される第１リードプレートと、該電極と対を成す電極に接続され、前記貫通孔を覆う位置で前記第１プレートと間隙を有して重なり合うように配置される第２リードプレートとを備え、前記弁体は、前記キャパシタセルの内圧の上昇に伴って弾性変形し、該第１プレートと第２プレートのいずれか一方を他方に接触させることを特徴とする燃料電池電源システム。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池電源システムにおいて、
前記電子制御ユニットは、前記各キャパシタセルの出力電圧を監視することにより該キャパシタセルの短絡を検出し、該短絡するキャパシタセルが全キャパシタセルに対して所定の割合となるように、前記キャパシタの充電又は放電を制限することを特徴する燃料電池電源システム。
【請求項３】
請求項１または２記載の燃料電池電源システムにおいて、
前記電子制御ユニットは、前記各キャパシタセルの出力電圧を監視することにより該キャパシタセルの短絡を検出し、全キャパシタセルに対する該短絡したキャパシタセルの割合に応じて、前記燃料電池または前記昇降圧手段の作動を制御することを特徴とする燃料電池電源システム。
【請求項４】
車両に搭載される電源システムが備えるキャパシタは、複数のキャパシタセルから構成され、各キャパシタセルには、内圧が閾値を超えた場合に該キャパシタセルの正極と負極とを短絡させ、内圧が閾値を下回った場合に短絡を解除させる短絡手段が設けられてなり、該短絡手段は、前記キャパシタセルの内外を連通するように設けられた貫通孔と、該貫通孔を塞ぐ合成樹脂製の部材であって、該キャパシタセルの内圧の上昇に伴って弾性変形する弁体と、前記正極と負極のいずれか一方の電極側に接続され、前記貫通孔を覆うように配置される第１リードプレートと、該電極と対を成す電極に接続され、前記貫通孔を覆う位置で前記第１プレートと間隙を有して重なり合うように配置される第２リードプレートとを備え、前記弁体は、前記キャパシタセルの内圧の上昇に伴って弾性変形し、該第１プレートと第２プレートのいずれか一方を他方に接触させることを特徴とするキャパシタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載される燃料電池、キャパシタ及び二次電池を備える燃料電池電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の燃料電池電源システムとしては、特許文献１の図２に見られるように、燃料電池と、該燃料電池に接続された電気二重層キャパシタ（以下、キャパシタという）と、ＤＣ／ＤＣコンバータを介してキャパシタに接続された二次電池と、燃料電池とキャパシタとから電力が供給される電動機とを備え、キャパシタにＤＣ／ＤＣコンバータを介して二次電池から電力を供給するものが知られている。
【０００３】
かかる燃料電池電源システムによれば、キャパシタの自己放電による電力低下をＤＣ／ＤＣコンバータを介して二次電池で補う。また、燃料電池が発電を行っているときは、この燃料電池の電力をキャパシタおよび二次電池に供給する。さらに、電動機にエネルギー回生の機能を持たせることにより、電動機の減速時に発電する電力を優先的にキャパシタへ供給させ、さらにＤＣ／ＤＣコンバータを介して二次電池にも供給する。
【０００４】
ここで、電気二重層キャパシタは、その充電容量が低いものの、充放電時に化学反応を伴わないために原理的には充放電による劣化がなく、充電も短時間にできるという利点を有している。充放電サイクルもほぼ半永久的であり、基本的には特性劣化を示さず、使用可能温度範囲も広く、ショートさせてもキャパシタは、発熱、漏液や破裂等することはない点で二次電池にない特性を有している。
【０００５】
一方で、キャパシタ又はキャパシタが複数のキャパシタセルから構成されている場合には各キャパシタセルは、過電圧により電解液の分解が起こり、内部に気体が発生して内圧が上昇することがある。そのため、キャパシタ又は各キャパシタセルには、例えば、特許文献２に見られるように、ゴム製の防爆弁を設けて、内圧が一定以上に高まると、弁体が破れて圧力を逃し、キャパシタセルが破裂することを防止している。
【特許文献１】特開２００６−３２５３９９号公報
【特許文献２】特開平１０−５０５６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、防爆弁は一度作動すると弁体が破壊されてしまい、また、電解液も漏れ出してしまうことから再利用することができない。
【０００７】
特に、キャパシタが上記特許文献１に記載されているような車両に搭載され、その電源システムの一部を構成する場合には、燃料電池や電動機の作動により充放電が繰り返され、キャパシタ又はキャパシタを構成する複数の複数のキャパシタセルの一部に過電圧が掛かり、内圧が一時的に高まることが起こり得る。かかる内圧が上昇した状態で使用を継続すると、電気的な特性劣化、気密性不良及び内圧上昇による液漏れ等の動作不良の誘因となる。さらに、該動作不良が生じた場合や防爆弁が作動した場合には、キャパシタとしての機能が自己復帰不可能に損なわれ、電源システム全体としての電力供給機能に影響を与えてしまうという不都合を生じる。
【０００８】
そこで、本発明は、キャパシタを構成するキャパシタセルの内圧の上昇を抑制して、キャパシタに動作不良が生じることを回避することにより、電源システム全体の安定性を高めた燃料電池電源システムを提供すること目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の燃料電池電源システムは、車両に搭載される電源システムであって、燃料電池と、該燃料電池と並列に接続されたキャパシタと、入力部が前記燃料電池及び前記キャパシタに並列に接続されると共に、出力部が前記車両の動力源である電動機に接続され、主に前記燃料電池及び前記キャパシタの出力電圧を昇圧して、該昇圧した電圧による電力を該電動機に供給する昇降圧手段と、前記昇降圧手段の出力部に電圧変換手段を介して接続された二次電池と、少なくとも前記キャパシタの充電又は放電を制御する電子制御ユニットとを備え、前記電動機は前記車両の車軸と連結され、前記車両の減速時に発電機として作動して回生電力を出力し、前記昇降圧手段は、前記電動機から前記キャパシタに降圧して通電する機能を有し、前記電子制御ユニットは、前記燃料電池または前記昇降圧手段の作動を制御して、前記キャパシタの充電又は放電を実行し、前記キャパシタは、複数のキャパシタセルから構成され、各キャパシタセルには、内圧が閾値を超えた場合に該キャパシタセルの正極と負極とを短絡させ、内圧が閾値を下回った場合に短絡を解除させる短絡手段が設けられてなり、前記短絡手段は、前記キャパシタセルの内外を連通するように設けられた貫通孔と、該貫通孔を塞ぐ合成樹脂製の部材であって、該キャパシタセルの内圧の上昇に伴って弾性変形する弁体と、前記正極と負極のいずれか一方の電極側に接続され、前記貫通孔を覆うように配置される第１リードプレートと、該電極と対を成す電極に接続され、前記貫通孔を覆う位置で前記第１プレートと間隙を有して重なり合うように配置される第２リードプレートとを備え、前記弁体は、前記キャパシタセルの内圧の上昇に伴って弾性変形し、該第１プレートと第２プレートのいずれか一方を他方に接触させることを特徴とするものである（第１発明）。
【００１０】
かかる第１発明によれば、キャパシタを構成するキャパシタセルの一部の内圧が上昇している場合には、該キャパシタセルに過電圧が掛かっているため、内圧が上昇した状態での使用を継続すると、電気的な特性劣化、気密性不良及び内圧上昇による液漏れ等の動作不良の誘因となり得る。しかるに、各キャパシタセルに内圧に応じて、該キャパシタセルの正極と負極とを短絡させる短絡手段を備えるので、内圧が上昇してその閾値を超えた場合に短絡させ、内圧が低下してその閾値を下回った場合に短絡を解除する。すなわち、キャパシタセルの内圧の上昇に応じて、その使用を一時的に停止させることができる。これにより、キャパシタセルの内圧の上昇を抑制して、キャパシタに動作不良が生じることを回避することができる。ひいては、キャパシタとしての機能が、該動作不良が生じることにより自己復帰不可能に損なわれ、電源システム全体としての電力供給機能に影響を与えてしまうことを防止し、電源システム全体の安定性を高めることができる。
【００１２】
また、かかる第１発明によれば、キャパシタセルの内圧の上昇に応じて弁体が弾性変形することにより、第１リードプレートと第２リードプレートとを接触させ、キャパシタセルの正極と負極とを短絡させることができる。これにより、キャパシタセルの内圧が閾値を超えた場合に該キャパシタセルの正極と負極とを短絡させ、内圧が閾値を下回った場合に短絡を解除させる短絡手段を簡易に構成することができる。さらに、かかる簡易な機械的構造により短絡手段を構成することで、短絡とその解除が繰り返された場合でも電気接点が磨耗等して接触不良を生じることなく、所望の耐久性を維持することができる。
【００１３】
前記第１発明において、前記電子制御ユニットは、前記各キャパシタセルの出力電圧を監視することにより該キャパシタセルの短絡を検出し、該短絡するキャパシタセルが全キャパシタセルに対して所定の割合となるように、前記キャパシタの充電又は放電を制限することが好ましい（第２発明）。
【００１４】
かかる第２発明によれば、前記短絡手段によって、キャパシタを構成するキャパシタセルの一部が所定の割合を超えて短絡すると、キャパシタは短絡したキャパシタセルの数だけ容量が低下する。そのため、キャパシタ全体の出力電圧が低下するか、さもなくば、相対的に短絡していないキャパシタセルの出力電圧が上昇してキャパシタ全体の出力電圧を維持しようとする。しかるに、電子制御ユニットが、キャパシタの充電又は放電を制限し、短絡するキャパシタを全キャパシタセルに対して所定の割合を超えることがないようにすることで、キャパシタ全体の出力電圧が低下することや、短絡していないキャパシタセルへの負荷を低減し、その出力電圧が使用範囲を超えて上昇することを回避することができる。すなわち、かかる第２発明によれば、キャパシタをその出力電圧の使用範囲内で使用させることができる。
【００１５】
前記第１または第２発明において、前記電子制御ユニットは、前記各キャパシタセルの出力電圧を監視することにより該キャパシタセルの短絡を検出し、全キャパシタセルに対する該短絡したキャパシタセルの割合に応じて、前記燃料電池または前記昇降圧手段の作動を制御することが好ましい（第３発明）。
【００１６】
かかる第３発明によれば、前述のように、キャパシタを構成するキャパシタセルの一部が短絡すると、短絡していないキャパシタセルへの負荷が大きくなる。そして、短絡していないキャパシタセルへの負荷は、短絡したキャパシタセルの割合に依存する。そのため、電子制御ユニットは、短絡しているキャパシタセルに応じて、例えば、キャパシタの放電の際に、キャパシタ全体の出力電圧の低下を補うように昇降圧手段の昇圧比を変更したり、キャパシタへの充電の際に、短絡していないキャパシタセルの出力電圧がその使用範囲を超えて大きく上昇しないように、前記燃料電池の作動を制御したり、昇降圧手段の昇圧比を変更したりする。これにより、キャパシタセルの一部が短絡した場合にも、短絡していないキャパシタセルへの負荷が増大することを抑制することができ、ひいては、キャパシタ全体としての電力供給機能および蓄電機能を維持することができ、電源システム全体の安定性を高めることができる。
【００１７】
また、上記目的を達成するために、車両に搭載される電源システムが備えるキャパシタは、複数のキャパシタセルから構成され、各キャパシタセルには、内圧が閾値を超えた場合に該キャパシタセルの正極と負極とを短絡させ、内圧が閾値を下回った場合に短絡を解除させる短絡手段が設けられてなり、該短絡手段は、前記キャパシタセルの内外を連通するように設けられた貫通孔と、該貫通孔を塞ぐ合成樹脂製の部材であって、該キャパシタセルの内圧の上昇に伴って弾性変形する弁体と、前記正極と負極のいずれか一方の電極側に接続され、前記貫通孔を覆うように配置される第１リードプレートと、該電極と対を成す電極に接続され、前記貫通孔を覆う位置で前記第１プレートと間隙を有して重なり合うように配置される第２リードプレートとを備え、前記弁体は、前記キャパシタセルの内圧の上昇に伴って弾性変形し、該第１プレートと第２プレートのいずれか一方を他方に接触させる（第４発明）。
【００１８】
かかる第４発明のキャパシタによれば、上述のように、キャパシタセルの内圧の上昇を抑制して、キャパシタに動作不良が生じることを回避することができる。そのため、かかる第４発明のキャパシタを車両に搭載される電源システムが備えることで、キャパシタとしての機能が、該動作不良が生じることにより自己復帰不可能に損なわれ、電源システム全体としての電力供給機能に影響を与えてしまうことを防止し、電源システム全体の安定性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の実施の形態について、図１〜図５を参照して説明する。図１は本実施形態における燃料電池電源システムの全体構成図、図２は図１のキャパシタの構成を示す説明図、図３は図２のキャパシタセルの外観を示す斜視図、図４は図３のキャパシタセルの内部構造を示す分解図、図５は図３のキャパシタのＶ−Ｖ線断面図、図６は燃料電池電源システムの作動を示すフローチャートである。
【００２０】
図１及び図２を参照して、本実施の形態の燃料電池電源システムは、燃料電池車両（本発明の車両に相当する）に搭載されるものであって、燃料電池１、燃料電池１と並列に接続された電気二重層キャパシタ２（以下、単にキャパシタ２という）、入力部が燃料電池１及びキャパシタ２に接続されると共に、出力部がＰＤＵ４（Power Drive Unit）を介して電動機５に接続された昇降圧手段３（Voltage Boost Unit）、及び入力部が昇降圧手段３に接続されると共に出力部が二次電池６（本実施の形態では、リチウムイオンバッテリを使用）に接続された電圧変換手段７を備えている。
【００２１】
燃料電池１は、例えば燃料電池スタックを２５０個直列に接続して構成され、出力電圧が約２２５Ｖ（出力電流０Ａ）〜１８０Ｖ（出力電流２１０Ａ）の範囲で変動するものである。また、キャパシタ２は複数のキャパシタセル２０（図２参照）から構成され、出力電圧が２００Ｖを中心とした範囲（約下限１５４Ｖ〜上限２４３Ｖの範囲）で変動するものである。また、二次電池６の出力電圧は約２９０Ｖ〜３５０Ｖの範囲で変動する。
【００２２】
昇降圧手段３は、例えば、定格１００kWで昇圧比１．５〜２．４のＤＣ／ＤＣコンバータであって、少なくとも昇圧機能を有し、降圧機能は必要に応じて付加される。また、電圧変換手段７は、例えば、定格１０kWで昇圧比１．３６〜１．７０のＤＣ／ＤＣコンバータである。
【００２３】
さらに、燃料電池電源システムは、二次電池６と電圧変換手段７との間で、二次電池６と電圧変換手段７とに並列に接続された補機８とを備える。補機８は、燃料電池１に水素ガス等の反応ガスを供給するためのポンプ等であって、補機８は、ＰＤＵ９（Power Drive Unit）を介して、二次電池６及び電圧変換手段７に直結する第２電力供給ラインＬ２に接続されている。尚、本実施形態の燃料電池電源システムにおいて、説明の都合上、燃料電池１及びキャパシタ２に直結する電力供給ラインを第１電力供給ラインＬ１とし、二次電池６及び電圧変換手段７に直結する電力供給ラインを第２電力供給ラインＬ２、第１電力供給ラインＬ１を昇降圧手段３により昇圧した電力供給ラインを第３電力供給ラインＬ３としている。
【００２４】
燃料電池電源システムは、電子制御ユニット１０を備え、電子制御ユニット１０は、燃料電池１及び二次電池６の各々に設けられた図示しない電圧センサ及び電流センサの検出信号を取得し、燃料電池１及び二次電池６から出力される電圧、電流及び電力を検知する。
【００２５】
また、電子制御ユニット１０は、キャパシタ２を構成する各キャパシタセル２０に接続されて各キャパシタセルの出力電圧を検知する電圧センサ１１と、キャパシタ２の端部に設けられてキャパシタ２の出力電流を検知する電流センサ１２とに接続されて、各キャパシタセル２０の出力電圧と、これらの出力電圧からキャパシタ２全体の出力電圧と、キャパシタ２全体の出力電流と、キャパシタ２全体の出力電力を検知する。さらに、電子制御ユニット１０は、各キャパシタセル２０の出力電圧を監視することにより、後述する各キャパシタセル２０の短絡を検知する。
【００２６】
なお、電圧センサ１１は、図では簡略的に記載しているが、各キャパシタセル２０にそれぞれ並列に接続された複数の（キャパシタセル２０と同数の）電圧センサにより構成される。また、電流センサ１２は、キャパシタ２に直列に接続された電流センサである。本実施形態では、各キャパシタセル２０は直列に接続されているので、単一の電流センサ１２により、各キャパシタセル２０の出力電流が検知される。なお、キャパシタ２は、複数のキャパシタセル２０を直列に接続してなる直列回路を複数組備え、それらの直列回路を並列に接続して構成するようにしてもよい。この場合には、各直列回路毎に電流センサを備えることによって、各キャパシタ２０の出力電流を検知すればよい。
【００２７】
さらに、電子制御ユニット１０は、各キャパシタ２０の出力電圧と出力電流とから該キャパシタセル２０の開路電圧を推定し、推定した開路電圧と該キャパシタセル２０の残量量（以下、ＳＯＣという）との関係を規定したマップやデータテーブル（以下、マップ等という）を参照して、該キャパシタセル２０のＳＯＣを推定する。そして、電子制御ユニット１０は、キャパシタ２全体のＳＯＣを、キャパシタ２を構成する全てのキャパシタセル２０のＳＯＣの推定値の総和として算出する。電子制御ユニット１０は、二次電池６の出力電圧と出力電流とから該二次電池の開路電圧を推定し、推定した二次電池の開路電圧とＳＯＣとの関係から二次電池６のＳＯＣを推定する。
【００２８】
また、電子制御ユニット１０は、燃料電池１の出力、キャパシタ２及び二次電池６の各ＳＯＣに基づいて、燃料電池１の作動制御と、昇降圧手段３または電圧変換手段７の作動制御とを実行し、燃料電池１、キャパシタ２及び二次電池６から電動機５への電力供給と、燃料電池１からキャパシタ２及び二次電池６の充電とを行う。
【００２９】
電子制御ユニット１０は、電動機５は車両が減速する際には発電機として機能するため、車両の減速時に電動機５で生じる回生電力を回収して、該回生電力によりキャパシタ２及び二次電池２の充電を実行する。尚、このとき、電子制御ユニット１０は、ＰＤＵ４に備えられた電圧センサ及び電流センサ（図示しない）により、電動機５の回生電力を検知して昇降圧手段３または電圧変換手段７の作動制御を実行し、電動機５からキャパシタ２及び二次電池６への充電とを行う。
【００３０】
さらに、電子制御ユニット１０は、キャパシタ２が備えるコンタクタ等の内部スイッチ２ａのＯＮ／ＯＦＦを制御することにより、キャパシタ２からの放電またはキャパシタ２への充電を停止する。また、電動機５からキャパシタ２側へ通電させる際の昇降圧手段３の降圧比を変更することにより、電動機５からの回生を制限して、キャパシタ２への充電を停止することも可能である。
【００３１】
なお、本実施形態の燃料電池電源システムにおいて、燃料電池１と昇降圧手段３及びキャパシタ２との間には、ダイオードＤが設けられており、ダイオードＤにより燃料電池１への電流の流入が禁止されている。また、ダイオードＤに替えてトランジスタ等の他の整流素子を用いることにより、または、キャパシタ２を降圧手段（ダウンコンバータ）を介して燃料電池１に接続することにより、燃料電池１への電流の流入を禁止してもよい。
【００３２】
以上が、本実施の形態における燃料電池電源システムの全体構成である。
【００３３】
次に、図３〜図５を参照して、キャパシタセル２０の構成について説明する。
【００３４】
キャパシタセル２０は、内部に図示しない電解液が充填される筐体２１と、筐体２１の一端側（図では上端側）に突出する正極２２と、他端側（図では下端側）に突出する負極２３と、正極２２に接続された正極リードプレート２４と、負極２３に接続された負極リードプレート２５と、筐体２１の一端側に設けられて、正極リードプレート２４と負極リードプレート２５とをキャパシタセル２０の内圧に応じて接触させる弁体２６とを備える。
【００３５】
筐体２１は、それぞれ絶縁性および充分な強度を有する合成樹脂等の材料により構成された、筒体２１１と、筒体２１１の一端側の開口を塞ぐように設けられた上蓋２１２と、他端側の開口を塞ぐように設けられた下蓋２１３とを備え、筒体２１１の裾部と上蓋２１２および下蓋２１３の周縁部とを巻き締めし、筒体２１１の開口部を閉鎖することにより筐体２１が形成される。
【００３６】
上蓋２１２および下蓋２１３には、それぞれ正極２２および負極２３が挿通される貫通孔２１２ａおよび２１３ａが形成されている。さらに、上蓋２１２には、負極リードプレート２５が挿通される切込２１２ｂと、弁体２６が取り付けられる弁体貫通孔２１２ｃとが形成されている。
【００３７】
尚、キャパシタセル２０は、貫通孔２１２ａ，２１３ａ、切込２１２ｂ、弁体貫通孔２１２ｃには、図示しないＯリングやパッキン等の封止部材が配置されて組み立てられ、これらの部分から筐体２１内に充填された電解液が漏れ出すことは無い。
【００３８】
正極２２および負極２３は、それぞれアルミニウム板等のような導電性を有する材料で構成された円筒形状の電極であって、それぞれの外側面には雄螺子溝２２ａおよび２３ａが形成されている。また、正極２２および負極２３は、それぞれキャパシタセル２０に収納される積層体２７に接続されるＬ型プレート２８，２８に設けられている。Ｌ型プレート２８，２８は、アルミニウム板等のような導電性を有する材料で構成され、積層体２７の正または負の電荷を貯める複数の電極シートに接続される集電壁２８ａと、集電壁２８ａと直交するように設けられた保持壁２８ｂとを備え、正極２２および負極２３は、該保持壁２８ｂの中央に設けられている。また、負極２３が設けられたＬ型プレート２８の集電壁２８ａには、負極リードプレート２５を固定するための凸部２８ｃ，２８ｃが形成されている。
【００３９】
尚、積層体２７の詳細についての説明は省略するが、交互に正または負の電荷を貯める複数の電極シートと、各電極シートの間に介在するセパレータと、隣接する電極シート２を所定の間隔に保つシム等とを備え、正極２２が設けられたＬ型プレート２８は正の電荷を集める電極シートに、負極２３が設けられたＬ型プレート２８は負の電荷を集める電極シートに導通するように構成されている。
【００４０】
負極リードプレート２５は、アルミニウム板等のような導電性を有する材料で構成された平板状の部材を垂直に折り曲げたＬ字形状の部材であって、一端側（筐体２１内に挿入される側）には、凸部２８ｃ，２８ｃが嵌合する貫通孔２５ｃ，２５ｃを備える。負極リードプレート２５は、一端側が上蓋２１２の切込２１２ｂから挿入されると、貫通孔２５ｃ，２５ｃに凸部２８ｃ，２８ｃが嵌合して固定され、負極２３が設けられたＬ型プレート２８に接続される。このとき、負極リードプレート２５の他端側が上蓋２１２の外面に沿って延び、弁体２６を覆うように配置される。
【００４１】
一方、正極リードプレート２４は、アルミニウム板等のような導電性を有する材料で構成された平板状の部材であって、一端側に正極２２の雄螺子溝２２ａに螺合する雌螺子孔２４ａが形成されている。そして、正極リードプレート２４は、正極２２の雄螺子溝２２ａに螺合すると、その他端側が上蓋２１２の外面に沿って延び、弁体２６との間に負極リードプレート２５を挟み込むように配置される。このとき、正極リードプレート２４と負極リードプレート２５との間および負極リードプレートと弁体２６との間には、それぞれ所定の間隙が形成される。ここでの間隙は、後述するキャパシタセル２０の内圧がその敷地を超えた場合に、正極リードプレート２４と負極リードプレート２５と弁体２６とが接触し得る幅に設定されている。
【００４２】
弁体２６は、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、上蓋２１２の弁体貫通孔２１２ｃに挿通される柱状部２６ａと、柱状部２６ａの一端側において上蓋２１２の外面に配置されるように弁体貫通孔２１２より大径に形成された第１フランジ部１６ｂと、柱状部２６ａの他端側におい上蓋２１２の内面に配置されるように弁体貫通孔２１２より大径に形成された第２フランジ部２６ｃとを備え、その全体がシリコンゴム等のゴム材により一体的に形成されている。
【００４３】
柱状部２６ａには、第２フランジ部２６ｃの底面から第１フランジ部２６ｂ側に向かって延びる穴が同軸に形成されており、これにより第１フランジ部２６ｂのほぼ中央部に弁部２６ｄが形成されている。弁部２６ｄは、いわゆる防爆弁としての機能を有し、図５（ｂ）に示すように、キャパシタセル２０の内圧に応じて外側に膨張して、負極リードプレート２５を正極リードプレート２４側に押し上げる。そして、キャパシタセル２０の内圧が所定の圧力まで上昇したとき、正極リードプレート２４と負極リードプレート２５が接触して、キャパシタセル２０の正極２２と負極２３とが短絡する。
【００４４】
以上が本実施の形態におけるキャパシタセル２０の構成である。
【００４５】
なお、本実施形態では、正極側に、本発明の第１リードプレートに相当する正極リードプレート２４および本発明の第２リードプレートに相当する負極リードプレート２５を構成したが、負極側に短絡手段を構成するこれらの構成を設けるようにしてもよい。
【００４６】
また、本実施形態では、正極リードプレート２４と負極リードプレート２５は、上蓋２１２の外側に露出して設けられているが、正極リードプレート２４と負極リードプレート２５の配置はこれに限定されるものではなく、例えば、上蓋２１２を二重にしてその間に空間を形成し、該空間に正極リードプレート２４と負極リードプレート２５が配置されるようにしてもよい。この場合、正極リードプレートと負極リードプレートが露出されるため、図示しない他の部材の接触等により、正極リードプレート及び負極リードプレートとが不用意に短絡することを防止することができる。
【００４７】
さらに、本実施形態で、負極リードプレート２５は、Ｌ字形状で、負極２３が設けられたＬ型プレート２８に接続される構成としたが、負極リードプレート２５とＬ型プレート２８とを一体として、負極リードプレートをＵ字形状としてもよい。
【００４８】
次に、図６に示すフローチャートを参照して、電子制御ユニット１０によるキャパシタセル２の充放電制御について説明する。
【００４９】
まず、電子制御ユニット１０は、電子制御ユニット１０の演算処理周期毎に各キャパシタセル２０の出力電圧を取得する（ＳＴＥＰ１０）。
【００５０】
次に、電子制御ユニット１０は、取得した各キャパシタセルの出力電圧から、短絡しているキャパシタセルが第１個数以上であるか否かを判定する（ＳＴＥＰ２０）。ここで、第１個数は、例えば、キャパシタ２を構成するキャパシタセル２０の個数に応じた所定の割合であって、短絡したキャパシタセル２０の個数が多く、キャパシタ全体の出力電圧が大きく低下するか、さもなくば、相対的に短絡していないキャパシタセルの出力電圧が大きく上昇してしまうのを防止するための個数である。
【００５１】
例えば、キャパシタ２が定格出力電圧が２．５Ｖで、耐電圧が２．７Ｖのキャパシタセル２０が１００個で構成されている場合に（キャパシタ２全体の定格出力電圧は２５０Ｖとなっている）、キャパシタセル２０が８個短絡すると、９２個の短絡していないキャパシタセルで２５０Ｖの定格出力電圧を出力することにより、短絡していない各キャパシタセル２０の出力電圧はその耐電圧２．７Ｖを超えてしましまう。そのため、第１個数を７個として、短絡したキャパシタセル２０が７個となると（ＳＴＥＰ２０でＹＥＳ）、キャパシタセル２０が８個以上なる前に、キャパシタ２の内部スイッチ２ａをＯＦＦしてキャパシタ２からの放電およびキャパシタ２への充電を停止する（ＳＴＥＰ３０）。
【００５２】
一方、短絡しているキャパシタセルが第１個数未満である場合（ＳＴＥＰ２０でＮＯ）、短絡しているキャパシタセルが第２個数以上であるか否かを判定する（ＳＴＥＰ４０）。ここで、第２個数は、短絡していないキャパシタセル２０への負荷が増大し、短絡していないキャパシタセル２０が新たにキャパシタセル２０が短絡することにより、短絡したキャパシタの数が前記第１個数へと移行するのを防止するための個数である。
【００５３】
例えば、キャパシタ２が定格２．５Ｖで耐電圧が２．７Ｖのキャパシタセル２０が１００個で構成されている場合には、短絡しているキャパシタが４個以上となると（ＳＴＥＰ４０でＹＥＳ）、短絡していないキャパシタセル２０への負荷が大きくなり、短絡していないキャパシタセル２０が新たに短絡する可能性がある。そのため、燃料電池１の作動を制限すると共に、昇降圧手段３の昇圧比を変更する（ＳＴＥＰ５０）。具体的に、キャパシタ２への充電時には、燃料電池１の作動量を制限すると共に、電動機５からの回生運転時には、電力供給ラインＬ３に対して電力供給ラインＬ１が低圧側となっているため、昇降圧手段３を降圧手段として機能させて、その降圧比を変更する。これらにより、キャパシタ２への充電時に短絡していないキャパシタセル２０への負荷を低減する。また、キャパシタ２の放電の時には、キャパシタ２全体の出力電圧の低下を補うように昇降圧手段３の昇圧比を変更する。
【００５４】
一方、短絡セルが第２個数未満である場合（ＳＴＥＰ４０でＮＯ）や、キャパシタ２の充放電を制限する処理（ＳＴＥＰ３０，５０）を実行した後は、ＳＴＥＰ１０にリターンして引き続き、各キャパシタセル２０の出力電圧を監視する。
【００５５】
以上が電子制御ユニット１０によるキャパシタセル２の充放電制御である。
【００５６】
尚、本実施形態において、電子制御ユニット１０は、短絡しているキャパシタセル２０の個数に応じて、キャパシタ２からの放電およびキャパシタ２への充電の両方を制御したが（ＳＴＥＰ３０，５０）、これに限定されるものではく、いずれか一方のみを実行するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本実施形態の燃料電池電源システムの全体構成図。
【図２】図１のキャパシタの構成を示す説明図。
【図３】図２のキャパシタセルの外観を示す斜視図。
【図４】図３のキャパシタセルの内部構造を示す分解図。
【図５】図３のキャパシタのＶ−Ｖ線断面図。
【図６】燃料電池電源システムの作動を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００５８】
１…燃料電池、２…キャパシタ、３…昇降圧手段、５…電動機、６…二次電池、７…電圧変換手段、１０…電子制御ユニット、１１…電圧センサ、１２…電流センサ、２０…キャパシタセル、２２…正極、２３…負極、２４…正極リードプレート（第１リードプレート）、２５…負極リードプレート（第２リードプレート）、２６…弁体、２１３ｃ…弁体貫通孔（貫通孔）。
【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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【図６】
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