JP2009252402A - 蓄電装置、電源システムおよびこれを搭載した車両 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電体の内圧の上昇を抑制しながら、機能喪失を防ぐことができる蓄電装置を提供する。
【解決手段】筒状の筐体６３と、筐体６３の端部に設けられた正極６１と負極６２とを備える二次電池６０を複数個直列に接続してなる二次電池ユニット６において、筐体６３が負極６２と導通し、筐体６３の側部に内圧の上昇に伴って膨張変位すると共に上昇した内圧が低下した場合に元の位置に向かって変位する突出ピン６５を設け、隣接する二次電池６０同士が一方の二次電池６０Ａの突出ピン６５を他方の二次電池６０Ｂの側部に間隙を有して配置され、該間隙が二次電池６０Ａの内圧の上昇許容値に応じた突出ピン６５の変位量に設定される。
【選択図】図３

Description

本発明は、筒状の筐体と、筐体の端部に設けられた正極と負極とを備える蓄電体を該正極と該負極とにより複数個直列に接続してなる蓄電装置、該蓄電装置を備えた電源システムおよびこれを搭載した車両に関する。

従来、蓄電体が複数個直列に接続された蓄電装置では、蓄電体の内圧の上昇を回避することが求められている。蓄電体は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ためである。

例えば、特許文献１の蓄電装置では、複数の蓄電体をスペーサを介して積層し、その端部に圧力センサを設け、蓄電体の一部または全部の内圧が上昇していることを該圧力センサにより検知する。そして、圧力センサにより蓄電体の内圧の上昇を検知すると、さらなる内圧の上昇を避けるため、メインスイッチをＯＦＦして蓄電装置全体の使用を停止させる。

また、特許文献２の蓄電装置では、蓄電装置を構成する個々の蓄電体の内圧上昇に対応するため、蓄電体の全周を拘束部材で覆い、拘束部材と蓄電体の側部との間に防爆機構を備える。かかる防爆機構によれば、蓄電体の内圧が一定以上に高まると、蓄電体の側部が破れて圧力を逃し、蓄電体が内圧の上昇による当該蓄電体の破裂を防止する。
特開２００６−２４４４５号公報 特開２００７−１４１７７８号公報

しかしながら、特許文献１に示す蓄電装置では、蓄電体の一部または全部の内圧の上昇により蓄電装置全体の使用が停止されてしまうため、内圧の上昇後も当該蓄電装置を継続して用いることは困難である。

一方、特許文献２に示す蓄電装置では、防爆機構は一度作動すると蓄電体の側部が破壊してしまい、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。

すなわち、特許文献１の蓄電装置では、蓄電装置からの電力の供給（放電）や蓄電装置への充電が一切できなくなり、蓄電装置に要求される電力供給機能を損なうことになる。また、特許文献２に示す蓄電装置では、防爆機構の作動により、一時的に蓄電装置の使用が継続できても、部分的に蓄電体の機能が自己復帰不可能に損なわれ、結果として、蓄電装置全体の機能に影響を与えてしまう。

そこで、本発明は、蓄電体の内圧の上昇を抑制しながら、機能喪失を防ぐことができる蓄電装置、該蓄電装置を備えた電源システムおよびこれを搭載した車両を提供すること目的とする。

上記目的を達成するために、第１発明の蓄電装置は、筒状の筐体と、筐体の端部に設けられた正極と負極とを備える蓄電体を該正極と該負極とにより複数個直列に接続してなる蓄電装置であって、前記蓄電体は、前記筐体が前記正極と前記負極のいずれか一方の電極と導通し、該筐体の側部に内圧の上昇に伴って膨張変位すると共に上昇した内圧が低下した場合に元の位置に向かって変位する接続部を備え、隣接する蓄電体同士が一方の蓄電体の該接続部を他方の蓄電体の側部に間隙を有して配置され、該間隙が該蓄電体の内圧の上昇許容値に応じた該接続部の変位量に設定されていることを特徴とする。

第１発明の蓄電装置によれば、各蓄電体は、その接続部と隣接する蓄電体の側部とが間隙を有して配置されている。そして、かかる間隙は、蓄電体の内圧の上昇許容値に応じた接続部の変位量に設定されている。そのため、蓄電体の内圧が上昇すると、その上昇許容値を超える前に、接続部が隣接する蓄電体の側部に接触する。これにより、当該蓄電体は、休止状態となるため、蓄電体の内圧の上昇を抑制することができる。

また、内圧が上昇した蓄電体は、その上昇許容値を超える前に休止状態となるため、内圧が過剰に上昇して電解液が漏れ出してしまうようなことがない。そして、上昇した内圧が低下すると接続部が非接触状態となり、該蓄電体を使用状態に復帰させることができる。これにより、蓄電装置の機能喪失を防ぐことができる。

第２発明の蓄電装置は、第１発明の蓄電装置において、前記接続部は、他の部分に比して弱い力で弾性変形する容易変形部により構成されることを特徴とする。

第２発明の蓄電装置によれば、接続部を他の部分に比して弱い力で弾性変形する容易変形部により構成することで、筐体の側部を内圧の上昇に伴って膨張変位させると共に上昇した内圧が低下した場合に元の位置に向かって変位させることできる。これにより、前記のように、蓄電体の内圧の上昇を抑制しながら、機能喪失を防ぐことができる。

第３発明の蓄電装置は、第２発明の蓄電装置において、前記容易変形部は、前記筐体を覆うケーシングの側壁の対応する部位が他の部分に比して弱い力で弾性変形することにより実現されることを特徴とする。

第３発明の蓄電装置によれば、筐体を覆うケーシングの側壁の一部を他の部分に比して弱い力で弾性変形可能に構成する。ケーシングは、筐体に比してその側壁を薄肉等に加工することは容易であるため、かかるケーシングの簡易な構成により、容易変形部としての機能を実現することができる。これにより、前記のように、蓄電体の内圧の上昇を抑制しながら、機能喪失を防ぐことができる。

第４発明の蓄電装置は、第１〜第３発明のうちいずれか１つの蓄電装置において、前記接続部は、前記筐体から外方に突出した突部を備えることを特徴とする。

第４発明の蓄電装置によれば、接続部に外方に突出した突部を設けることで隣接する蓄電体への接触をより確実なものとすることができる。これにより、前記のように、蓄電体の内圧の上昇を抑制しながら、機能喪失を防ぐことができる。

第５発明の蓄電装置は、第４発明の蓄電装置において、前記突部の外方への変位をガイドするガイド部を備えることを特徴とする。

第５発明の蓄電装置によれば、内圧の上昇に伴って接続部が外方に変位した際に、突部の変位方向がガイド部により規定される。そのため、内圧が上昇しているにも関わらず突部が隣接する蓄電体に接触しないような事態を回避して、突部の接触をより確実なものとすることができる。

第６発明の蓄電装置は、第１〜第５発明のうちいずれか１つの蓄電装置において、該蓄電装置を構成する複数の蓄電体の一部の蓄電体にのみ前記接続部が設けられていることを特徴とする。

第６発明の蓄電装置によれば、蓄電装置を構成するすべての蓄電体に接続部を設けることなく、最低限必要な一の接続部を適切に配置すること、または最低限必要な複数の接続部を連続的または断続的に適切に配置することで、前記のように、内圧の上昇を抑制しながら、機能喪失を防ぐことができる。

第７発明の電源システムは、請求項１乃至６のうちいずれか１項記載の蓄電装置を車両に搭載される電源システムに備えてなることを特徴とする。

特に、蓄電装置が車両に搭載され、蓄電装置が車両の電源システムの一部を構成する場合には充放電が繰り返され、蓄電装置又は蓄電装置を構成する複数の蓄電体の一部に過電圧が掛かり、内圧が過剰に高まることが起こり得る。

第７発明の電源システムによれば、蓄電体は、内圧が過剰に上昇したときに、その上昇許容値を超える前に、接続部が隣接する蓄電体の側部に接触して休止状態となるため、蓄電体の内圧の上昇を抑制することができる。そして、内圧が上昇した蓄電体は、その上昇許容値を超える前に休止状態となるため、蓄電装置の機能喪失を防ぐことができる。これにより、当該蓄電装置を備えることで電源システムに要求される電力供給機能を安定的に維持することができる。

第８発明の電源システムは、第７発明の電源システムにおいて、前記蓄電体の接続部の接触を検出する接触検出手段と、前記蓄電体の出力部に設けられて、主に該蓄電装置の出力電圧を昇圧する電圧変換手段と、該電圧変換手段を介して、少なくとも前記蓄電装置の充電又は放電を制御する電子制御ユニットとを備え、前記電子制御ユニットは、前記接触検出手段を介して前記蓄電体の接続部の接触を検出し、全蓄電体に対して接触する蓄電体の割合に応じて、前記電圧変換手段の作動を制御して、前記蓄電装置の充電又は放電を実行することを特徴とする。

第８発明の電源システムによれば、蓄電体は、接続部が接触した蓄電体の割合だけ容量が低下する。そのため、蓄電装置全体の出力電圧が低下する。この場合、電子制御ユニットが、蓄電装置の充電又は放電を制限し、蓄電装置全体の出力電圧が低下する分を電圧変換手段で補うように制御することができる。

具体的に、電子制御ユニットは、接続部が接触した蓄電体の割合に応じて、例えば、蓄電装置からの電力供給（放電）の際に、蓄電装置全体の出力電圧の低下を補うように電圧変換手段の昇圧比を変更したり、蓄電装置への充電の際に、接続部が接触していない蓄電体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、電圧変換手段の降圧比を変更したりする。これにより、蓄電体の一部が休止状態となった場合にも、残された蓄電体への負荷が増大してその内圧が上昇することを抑制しながら、蓄電装置に求められる機能を維持することができる。

第９発明の車両は、第７または第８発明の電源システムが搭載されていることを特徴とする。

第９発明の車両によれば、充放電が繰り返され、蓄電装置又は蓄電装置を構成する複数の蓄電体の一部に過電圧が掛かり、内圧が過剰に高まる事態が生じた場合にも、蓄電体は、内圧が過剰に上昇したときに、その上昇許容値を超える前に、接続部が隣接する蓄電体の側部に接触して休止状態となるため、蓄電体の内圧の上昇を抑制することができる。そして、内圧が上昇した蓄電体は、その上昇許容値を超える前に休止状態となるため、蓄電装置の機能喪失を防ぐことができる。これにより、車両の走行等に必要な電力が当該蓄電装置から安定的に供給され、車両の走行性能を高めることができる。

本発明の実施の形態について、図１〜図７を参照して説明する。

まず、図１を参照して、本実施の形態の燃料電池電源システム（本発明の電源システムに相当する）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ユニット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。

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、二次電池ユニット６は、複数の二次電池から構成され（図２参照）、出力電圧は約２９０Ｖ〜３５０Ｖの範囲で変動する。

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。

さらに、燃料電池電源システムは、二次電池ユニット６と電圧変換手段７との間で、二次電池ユニット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、二次電池ユニット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、二次電池ユニット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。

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及びキャパシタ２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及びキャパシタ２から出力される電圧、電流及び電力を検知する。

また、電子制御ユニット１０は、図２に示すように、二次電池ユニット６を構成する各二次電池６０に接続されて各二次電池６０の出力電圧を検知する電圧センサ１１（本発明の接触検出手段に相当する）と、二次電池ユニット６の端部に設けられて二次電池ユニット６の出力電流を検知する電流センサ１２とに接続される。そして、電子制御ユニット１０は、各二次電池６０の出力電圧と、これらの出力電圧から算出される二次電池ユニット６全体の出力電圧と、二次電池ユニット６全体の出力電流と、これらから算出される二次電池ユニット６全体の出力電力とを検知する。さらに、電子制御ユニット１０は、各二次電池６０の出力電圧を監視することにより、後述する各二次電池６０の通電路の形成を検知する。

なお、電圧センサ１１は、図では簡略的に記載しているが、各二次電池６０にそれぞれ並列に接続された複数の（二次電池６０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、二次電池ユニット６に直列に接続された電流センサである。本実施形態では、各二次電池６０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、各二次電池６０の出力電流が検知される。なお、二次電池ユニット６は、複数の二次電池６０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、各二次電池６０の出力電流を検知すればよい。

さらに、電子制御ユニット１０は、各二次電池６０の出力電圧と出力電流とから該二次電池６０の開路電圧を推定し、推定した開路電圧と該二次電池６０の残容量（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、該二次電池６０のＳＯＣを推定する。そして、電子制御ユニット１０は、二次電池ユニット６全体のＳＯＣを、二次電池ユニット６を構成する全ての二次電池６０のＳＯＣの推定値の総和として算出する。また、電子制御ユニット１０は、キャパシタ２の出力電圧と出力電流とから該キャパシタ２の開路電圧を推定し、推定したキャパシタ２の開路電圧とＳＯＣとの関係からキャパシタ２のＳＯＣを推定する。

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及び二次電池ユニット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及び二次電池ユニット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及び二次電池ユニット６への充電とを行う。

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及び二次電池ユニット６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及び二次電池ユニット６への充電とを行う。

さらに、電子制御ユニット１０は、二次電池ユニット６が備えるコンタクタ等の内部スイッチ６ａのＯＮ／ＯＦＦを制御することにより、二次電池ユニット６からの放電または二次電池ユニット６への充電を停止する。また、電動機５から二次電池ユニット６側へ通電させる際の電圧変換手段７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、二次電池ユニット６への充電を制限または停止することも可能である。

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。

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。

次に、図３を参照して、二次電池ユニット６の構成について説明する。図３は、二次電池ユニット６の構成を示す斜視図である。

二次電池ユニット６は、正極６１と負極６２とをその端部に備える筒状の二次電池６０を複数直列に接続してなる。隣接する二次電池６０Ａ，６０Ｂは、一方の二次電池６０Ａの正極６１が他方の二次電池６０Ｂの負極６２に導通性を有する接続バー７０ａによって接続され、さらに、他方の二次電池６０Ｂの正極６１がその隣に位置する二次電池６０Ａの負極６２に接続バー７０ｂ接続されてなる。以下、このような接続を順次繰り返すことにより、二次電池ユニット６が構成される。

隣接する二次電池６０は、側部フレーム７１によって所定の間隙を有して配置され、この間隙は、二次電池６０（セル）の冷却通路としても利用される。側部フレーム７１は、複数の二次電池６０の周囲を囲んで束ねる結束部７１ａと、隣接する二次電池６０間に挟まれるスペーサ部７１ｂとを備える。尚、側部フレーム７１は、例えば、絶縁性を有する合成樹脂製の部材によって構成される。

次に、図４を参照して、二次電池ユニット６を構成する二次電池６０の構成について説明する。図４は、二次電池６０の構成を示す分解図である。

二次電池６０は、内部に図示しない電解液が充填された筐体６３と、筐体６３の周囲を覆うケーシング６４と、ケーシング６４から突出するように設けられた突出ピン６５とを備える。

筐体６３は、導電性を有する金属性の箱体であって、内圧の上昇に伴ってその側部が膨張可能な弾性を有する。筐体６３は、その一端側（図では上端側）に正極６１と負極６２とを備える。正極６１は、筐体６３との接続部分が絶縁樹脂６１ａにより電気的に絶縁されている。一方、負極６２は、筐体６３との接続部分により筐体６３と電気的に導通している。このため、筐体６３は、電気的には負極６２の一部を成している。

ケーシング６４は、内部に筐体６３が挿入可能な有底筒状の形状であって、絶縁性を有する合成樹脂製の部材により構成される。ケーシング６４は、その側壁の一面である第１側壁６４ａに、突出ピン６５が貫通する第１貫通孔６６ａを備えると共に、第１側壁６４ａと対向する第２側壁６４ｂに第１貫通孔６６ａと対向する設けられた第２貫通孔６６ｂとを備える（図５（ａ）および図６（ａ）参照）。

第１側壁６４ａは、ケーシング６４の内部に挿入された筐体６３の膨張を許容するように側壁が薄肉に形成してなる。一方、第１側壁６４ａを除くケーシング６４の側壁（第２側壁６４ｂを含む）および側壁は筐体６３の膨張に対して変形しない厚みを有する。

突出ピン６５は、導通性を有する金属製のピンであって、第１貫通孔６６ａに挿通する円柱状の突部６５ａと、突部６５ａの端部に接続された板体６５ｂとを備える。板体６５ｂは、例えば、突部６５ａの端部にこれと同心円状に接続された円板等である。

突出ピン６５は、ケーシング６４の内部から突部６５ａを第１貫通孔６６ａに貫通させて取り付けられ、この状態で、筐体６３がケーシング６４に挿入されることにより、ケーシング６４の第１側壁６４ａと筐体６３の側壁との間に板体６５ｂが挟持される。なお、かかる第１側壁６４ａと筐体６３の側壁と、これらの間に挟まれるように取り付けられた突出ピン６５とが本発明の接続部に相当する。また、第１側壁６４ａと向かい合う筐体６３の側壁が本発明の容易変形部に相当する。

ここで、筐体６３のケーシング６４への挿入方向により、二次電池６０は２つのタイプに分類される。すなわち、ケーシング６４に対して、筐体６３の正極６１が図中手前側に位置するのが二次電池６０Ａであり、筐体６３の正極６１が図中奥側に位置するのが二次電池６０Ｂである。そして、二次電池ユニット６は、これら２つのタイプの二次電池６０Ａ，６０Ｂを交互に配列することにより、隣接する二次電池６０Ａ，６０Ｂの正極６１と負極６２とを接続バー７０ａ，７０ｂで（電池の配列方向と同方向に）最短に結ぶことができる。

なお、筐体６３のケーシングへの挿入方向を統一することより１つのタイプの二次電池６０Ａまたは６０Ｂにより二次電池ユニット６を構成してもよいが、この場合には、隣接する６０Ａおよび６０Ａ（６０Ｂおよび６０Ｂ）の正極６１と負極６２とは電池の配列方向と同方向に並ばない。そのため、接続バー７０ａ，７０ｂを対角方向に斜めに配置して正極６１と負極６２とを接続すればよい。

以上が、本実施の形態における二次電池ユニット６およびこれを構成する二次電池６０の構成である。

次に、図５および図６を参照して、本実施形態の二次電池ユニット６およびこれを構成する二次電池６０の作動について説明する。図５（ａ）は、二次電池６０の内圧の上昇前の二次電池ユニット６の平面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）に対応する回路図である。図６（ｂ）は、一部の二次電池６０の内圧が上昇した場合の二次電池ユニット６の平面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）に対応する回路である。

まず、図５（ａ）では、二次電池ユニット６を構成する複数の二次電池６０Ａ，６０Ｂの正極６１と負極６２とがそれぞれ接続バー７０ａおよび７０ｂにより接続されている。また、突出ピン６５が第１貫通孔６６ａを貫通して、隣接する二次電池６０のケーシング６４の第２貫通孔６６ｂに挿通されている。この状態では、突出ピン６５の先端は隣接する二次電池６０の筐体６３には到達しないように、隣接する二次電池６０Ａ，６０Ｂの間隙が側部フレーム７１のスペーサ部７１ｂにより調整されている。

そのため、図５（ａ）に対応する回路図は、図５（ｂ）に示すように、単に二次電池６０Ａ，６０Ｂが直列に連続的に接続されてなる。

この状態から、一部の二次電池６０Ｂ´の筐体６３の内圧が上昇すると、図６（ａ）に示すように、ケーシング６４の第１側壁６４が内圧の上昇による筐体６３の変形を供する。そのため、第１側壁６４と、これに接する筐体６３の側壁とこれらの間に挟まれた突出ピン６５とが外方に変位する。突出ピン６５は、その筐体６３の内圧の上昇に伴って変位量を増大し、隣接する二次電池６０Ａの第２貫通孔６６ｂを進行する。そして、内圧の許容限界値に到達したとき、突出ピン６５の先端が隣接する二次電池６０Ａの筐体６３に接触する。これにより、内圧が上昇した二次電池６０Ｂ´は、その負極６２が、ここで突出ピン６５が接触した二次電池６０Ａの負極６２に接続される。

そのため、図６（ａ）に対応する回路図は、図６（ｂ）に示すように、内圧が上昇した二次電池６０Ｂ´を迂回する通電路６７が形成される。これにより、二次電池６０Ｂ´の使用を停止させることできる。

なお、使用を停止した二次電池６０Ｂ´は、内圧の上昇が次第に緩和されることにより、第１側壁６４ａと、これに接する筐体６３の側壁とこれらの間に挟まれた突出ピン６５との外方への変位量が減少し、図５（ａ）に示す状態に自然復帰する。

以上が、本実施形態の二次電池ユニット６およびこれを構成する二次電池６０の作動である。

次に、図７に示すフローチャートを参照して、電子制御ユニット１０による二次電池ユニット６の充放電制御について説明する。

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二次電池６０の出力電圧を取得する（ＳＴＥＰ１０）。

次に、電子制御ユニット１０は、取得した各二次電池６０の出力電圧から、通電路６７が形成されている二次電池６０が第１個数以上あるか否かを判定する（ＳＴＥＰ２０）。ここで、第１個数は、例えば、二次電池ユニット６を構成する二次電池６０の個数に応じた所定の割合であって、通電路６７が形成された二次電池６０の個数が多く、二次電池ユニット６全体の出力電圧が大きく低下するか、さもなくば、相対的に通電路６７が形成されていない二次電池６０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。

例えば、二次電池ユニット６が、１００個の二次電池６０で構成されている場合に、その２０％に相当する２０個の二次電池に通電路６７が形成されると、８０個の通電路６７が形成されていない二次電池６０で二次電池ユニット６に求められる定格出力電圧を出力することになる。そのため、通電路６７が形成されていない各二次電池６０の耐電圧を超える使用がなされ得る。これを回避するために、第１個数を２０個として、通電路６７が形成された二次電池６０が２０個となると（ＳＴＥＰ２０でＹＥＳ）、二次電池ユニット６の内部スイッチ６ａをＯＦＦして二次電池ユニット６からの放電および二次電池ユニット６への充電を停止する（ＳＴＥＰ３０）。

一方、通電路６７が形成されている二次電池６０が第１個数未満である場合（ＳＴＥＰ２０でＮＯ）、通電路６７が形成されている二次電池６０の個数が第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、通電路６７が形成されていない二次電池６０への負荷が増大し、これに新たな通電路６７が形成されることを防止するための個数である。つまり、さらなる通電路６７が残りの二次電池６０に形成され、通電路６７が形成される二次電池６０の数が前記第１個数へと移行するのを防止するものである。

例えば、二次電池ユニット６が１００個の二次電池６０で構成されている場合には、その５％に相当する５個以上の二次電池６０に通電路６７が形成されると（ＳＴＥＰ４０でＹＥＳ）、通電路６７が形成されていない二次電池６０への負荷が大きくなり、これらの二次電池６０に新たに通電路６７が形成される可能性がある。そのため、電圧変換手段７の昇降圧比を変更する（ＳＴＥＰ５０）。具体的に、二次電池ユニット６への充電時には、第３電力供給ラインＬ３に対して第２電力供給ラインＬ２が低圧側となっているため、電圧変換手段７を降圧手段として機能させて、その降圧比を変更する。また、二次電池ユニット６の放電の時には、二次電池ユニット６全体の出力電圧の低下を補うように電圧変換手段７の昇圧比を変更する。

一方、通電路６７が形成されている二次電池６０が第５個数未満である場合（ＳＴＥＰ４０でＮＯ）や、二次電池ユニット６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、各二次電池６０の出力電圧を監視する。

以上が電子制御ユニット１０による二次電池ユニット６の充放電制御である。尚、本実施形態において、電子制御ユニット１０は、通電路６７が形成されている二次電池６０の個数に応じて、二次電池ユニット６からの放電および二次電池ユニット６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。

また、電圧変換手段７の昇降圧比を変更することにより、二次電池ユニット６への充電および二次電池ユニット６からの放電を制限したが、これに限定されるものではなく、これに加えてまたは代えて、昇降圧手段３の昇降圧比を変更したり、燃料電池１の作動量を制御したりしてもよい。例えば、燃料電池１により二次電池ユニット６を充電する場合に、電圧変換手段７の昇降圧比を固定値として、昇降圧手段３の昇降圧比を変更することや燃料電池１の作動量を制御することにより、二次電池ユニット６を構成する二次電池６０への付加を低減するようにしてもよい。

なお、本実施形態では、本発明の蓄電装置の構成を適用したものとして、二次電池ユニット６を例に説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、かかる構成をキャパシタ２およびこれを構成するキャパシタセルに適用してもよい。

また、本実施形態では、二次電池ユニット６を構成する二次電池６０にこれを迂回する通電路６７が形成されるように、第１貫通孔６６ａおよび突出ピン６５を備える構成としたが、これに限らず、二次電池ユニット６を構成する複数の二次電位６０のうちで連続的または断続的な一部分の二次電池６０にのみこれを備える構成としてもよい。

さらに、本実施形態では、電子制御ユニット１０は、二次電池ユニット６を構成する各二次電池６０の電圧を取得することにより、通電路６７が形成された二次電池６０の個数を認識したが、これに限らず、突出ピン６５に導通センサを設けてその通電の有無からこれを認識するようにしてもよい。

また、本実施形態では、説明の都合上、通電路６７は抵抗が０のように表記しているが、通電路６７を介して内圧が上昇した二次電池６０が急激に放電されることを抑止するため、通電路６７には適当な抵抗が設けられる。

さらに、本実施形態では、二次電池ユニット６を構成する複数の二次電池６０は、側部フレーム７１のスペーサ部７１ｂにより、所定の間隙となるように配置したが、これに限らず、ケーシング６４にスペーサに相当する部位（例えば、凸部）を設けて所定の間隙となるようにしてもよい。

本実施形態の燃料電池電源システムの全体構成図。 図１の二次電池ユニットの構成を示す説明図。 図２の二次電池ユニットの外観を示す斜視図。 図３の二次電池の内部構造を示す分解図。 二次電池ユニットの作動を示す説明図。 図５から内圧が上昇した場合の二次電池ユニットの作動を示す説明図。 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

１…燃料電池、２…キャパシタ、３…昇降圧手段、５…電動機、６…二次電池ユニット（蓄電装置）、７…電圧変換手段、１０…電子制御ユニット、１１…電圧センサ（接触検出手段）、１２…電流センサ、６０…二次電池（蓄電体）、６１…正極、６２…負極、６３…筐体６３…ケーシング、６４ａ…第１側壁（接続部）、６４ｂ…第２側壁、６５…突出ピン（接続部）、６５ａ…突部、６６ａ…第１貫通孔、６６ｂ…第２貫通孔（ガイド部）、６７…通電路、７０…接続バー、７１…側部フレーム。

Claims (9)

1. 筒状の筐体と、筐体の端部に設けられた正極と負極とを備える蓄電体を該正極と該負極とにより複数個直列に接続してなる蓄電装置であって、
   前記蓄電体は、前記筐体が前記正極と前記負極のいずれか一方の電極と導通し、該筐体の側部に内圧の上昇に伴って膨張変位すると共に上昇した内圧が低下した場合に元の位置に向かって変位する接続部を備え、隣接する蓄電体同士が一方の蓄電体の該接続部を他方の蓄電体の側部に間隙を有して配置され、該間隙が該蓄電体の内圧の上昇許容値に応じた該接続部の変位量に設定されていることを特徴とする蓄電装置。
2. 請求項１記載の蓄電装置において、
   前記接続部は、他の部分に比して弱い力で弾性変形する容易変形部により構成されることを特徴とする蓄電装置。
3. 請求項２記載の蓄電装置において、
   前記容易変形部は、前記筐体を覆うケーシングの側壁の対応する部位が他の部分に比して弱い力で弾性変形することにより実現されることを特徴とする蓄電装置。
4. 請求項１乃至３のうちいずれか１項記載の蓄電装置において、
   前記接続部は、前記筐体から外方に突出した突部を備えることを特徴とする蓄電装置。
5. 請求項４記載の蓄電装置において、
   前記突部の外方への変位をガイドするガイド部を備えることを特徴とする蓄電装置。
6. 請求項１乃至５のうちいずれか１項記載の蓄電装置において、
   該蓄電装置を構成する複数の蓄電体の一部の蓄電体にのみ前記接続部が設けられていることを特徴とする蓄電装置。
7. 車両に搭載される電源システムにおいて、請求項１乃至６のうちいずれか１項記載の蓄電装置を備えることを特徴とする電源システム。
8. 請求項７記載の電源システムにおいて、
   前記蓄電体の接続部の接触を検出する接触検出手段と、
   前記蓄電体の出力部に設けられて、主に該蓄電装置の出力電圧を昇圧する電圧変換手段と、
   該電圧変換手段を介して、少なくとも前記蓄電装置の充電又は放電を制御する電子制御ユニットとを備え、
   前記電子制御ユニットは、前記接触検出手段を介して前記蓄電体の接続部の接触を検出し、全蓄電体に対して接触する蓄電体の割合に応じて、前記電圧変換手段の作動を制御して、前記蓄電装置の充電又は放電を実行することを特徴とする電源システム。
9. 請求項７または８記載の電源システムが搭載されていることを特徴とする車両。
   

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