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発明の名称 走行車輌用電源システム
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−286004(P2001−286004A)
公開日 平成13年10月12日(2001.10.12)
出願番号 特願2000−93726(P2000−93726)
出願日 平成12年3月30日(2000.3.30)
代理人
発明者 大越 哲郎 / 箕浦 敏 / 平沢 今吉 / 森本 佳成 / 下浦 一朗
要約 目的


構成
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、前記非水系二次電池群の回生能力(A/lkg)を前記水溶液系二次電池群の回生能力(A/lkg)より大きくした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5】前記リチウム二次電池が36V系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4記載の走行車輌用電源システム。
【請求項6】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7】前記非水系二次電池群側の電圧は、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6記載の走行車輌用電源システム。
【請求項8】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することを特徴とする請求項1,2,6,7の内いずれか1項記載の走行車輌用電源システム。
【請求項9】前記水溶液系二次電池群と前記非水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たことを特徴とする請求項1,2,4,6,7,8の内いずれか1項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両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(充電)される。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、前記非水系二次電池群の回生能力(A/lkg)を前記水溶液系二次電池群の回生能力(A/lkg)より大きくしたことを特徴とするものである。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、該鉛蓄電池として36V系制御弁式鉛蓄電池を用いるのが望ましい。また、前記非水系二次電池群は、リチウム二次電池であることが望ましく、該リチウム二次電池として36V系リチウムイオン二次電池を用いても良い。
【0005】ここで、前記非水系二次電池群と前記水溶液系二次電池群は並列に接続されており、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の電池電圧と合わせており、また、前記水溶液系二次電池群と前記非水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ていることが望ましい。更にまた、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することができる。
【0006】
【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〕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とが並列に接続され、モータジェネレータ3とDIV(電流分配器)4と非水系二次電池群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の電池電圧と合わせている。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および2の作動方法〕車輌起動時においては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および2としてのエネルギー効率を高めている。
【0007】
【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および本発明品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。
【0008】
【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。




 

 


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