JP2015214167A - 車両用のバッテリシステムとこれを搭載する車両 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な回路構成としながら、車両の発電電力で効率よく充電され、また、車両側に効率よく蓄電する電力を供給する。【解決手段】車両用のバッテリシステムは、鉛バッテリ１にサブバッテリ２を並列に接続している。このバッテリシステムは、サブバッテリ２の開路電圧−放電深度特性を、鉛バッテリ１の上限電圧においては充電可能な放電深度にあり、鉛バッテリ１の下限電圧においては放電可能な放電深度としている。【選択図】図１

Description

本発明は、鉛バッテリと並列にサブバッテリを接続してなる車両用のバッテリシステムと、このバッテリシステムを搭載する車両に関する。

従来の車両は、電装用のバッテリとして、定格電圧を１２Ｖとする鉛バッテリを搭載し、さらに、大型車両にあっては１２Ｖの鉛バッテリを２組直列に接続して定格電圧を２４Ｖとするバッテリを搭載している。鉛バッテリは、車両のオルタネータで充電されて、車両の電装器機やスターターモータなどに電力を供給している。この鉛バッテリは、放電抵抗は小さいが、充電抵抗が大きいので、効率よく充電するのが難しい欠点がある。この欠点を改善し、さらに容積や重量に対する電池容量（Ａｈ）を大きくすることを目的として、鉛バッテリと並列にニッケル水素電池やリチウムイオン二次電池などを接続している車両用のバッテリシステムは開発されている。（特許文献１参照）

特開２００７−４６５０８号公報

以上の車両用のバッテリシステムは、鉛バッテリと並列にＤＣ／ＤＣコンバータを介してサブバッテリを接続している。このバッテリシステムは、サブバッテリをＤＣ／ＤＣコンバータを介して並列に接続するので、回路構成が複雑で部品コストと製造コストとが高くなる欠点がある。とくに、このバッテリシステムがアイドリングストップの車両に搭載されて、回生制動の発電エネルギーで鉛バッテリとサブバッテリの両方を充電するとき、ＤＣ／ＤＣコンバータの電流容量を極めて大きくする必要があって、ＤＣ／ＤＣコンバータの部品コストと製造コストとが著しく高価になる欠点がある。回生制動は、短時間ではあるが、１００Ａ以上と極めて大きな電流でバッテリシステムを充電するからである。また、サブバッテリがＤＣ／ＤＣコンバータを介して接続されるバッテリシステムは、回生制動の発電電力で効率よくサブバッテリを充電するのが難しい欠点もある。それは、ＤＣ／ＤＣコンバータの電力損失がサブバッテリの充電電力を減少させるからである。

さらに、鉛バッテリとサブバッテリとを並列に接続している車両用のバッテリシステムは、アイドリングストップの車両に搭載されて、車両をブレーキで制動するときの回生制動での発電電力、すなわち回生発電電力で充電しているが、鉛バッテリとサブバッテリとの間で、電圧と充電状態の適合性が悪いために、回生発電電力をサブバッテリに効率よく充電できず、回生制動による燃費効率の改善効果が充分でない欠点がある。さらに、回生発電電力で充電されるバッテリシステムは、従来の車両のように、エンジンで駆動されるオルタネータで常に一定の電圧には保持されず、回生制動するタイミングでは極めて大きな電流で急速充電され、放電される状態においては、オルタネータで一定の電圧に保持されないので、鉛バッテリの電圧が大幅に変動して、その劣化が甚だしく、寿命が極めて短くなる欠点がある。

本発明は、以上の欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、簡単な回路構成としながら、車両の発電電力で効率よく充電され、また、車両側に効率よく蓄電する電力を供給できる車両用のバッテリシステムとこれを搭載する車両を提供することにある。
また、本発明の他の大切な目的は鉛バッテリとサブバッテリとの適合性を改善して、鉛バッテリの寿命を相当に長くできる車両用のバッテリシステムとこれを搭載する車両を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明の車両用のバッテリシステムは、鉛バッテリ１にサブバッテリ２を並列に接続してなる車両用のバッテリシステムであって、サブバッテリ２の開路電圧−放電深度特性を、鉛バッテリ１の上限電圧においては充電可能な放電深度にあり、かつ鉛バッテリ１の下限電圧においては放電可能な放電深度としている。

以上のバッテリシステムは、簡単な回路構成としながら、車両の発電電力で効率よく充電され、また、車両側に効率よく蓄電する電力を供給できる特徴がある。それは、以上のバッテリシステムが、サブバッテリの開路電圧−放電深度特性を、鉛バッテリが上限電圧となって充電を制限する必要のある電圧においては充電可能な放電深度として充電できる状態とし、また、鉛バッテリが下限電圧となって放電を制限する必要のある電圧においては放電可能な放電深度として放電できる状態とするからである。以上の車両用のバッテリシステムは、中間の放電深度範囲においては比較的電圧変動の少ない鉛バッテリと並列に、特定の開路電圧−放電深度特性のサブバッテリを接続することによって、鉛バッテリを充電できない状態においてもサブバッテリを効率よく充電できる。

以上の特性は、車両を回生制動してバッテリシステムを充電して、車両を停止させる状態ではエンジンを停止させるアイドリングストップの車両において極めて大切な特性である。それは、回生制動の発電電力によって、バッテリシステムが効率よく充電されるからである。回生制動は、車両を制動する数十秒以内の短時間に、極めて大電流でバッテリシステムを充電するが、鉛バッテリは大電流充電の効率が極めて低く、サブバッテリには効率よく充電される。とくに、本発明のバッテリシステムは、鉛バッテリの電圧が上限電圧まで上昇して充電電流が制限される状態となっても、サブバッテリの放電深度は充電可能な状態にあって、回生制動の発電電力で効率よく充電される。

以上のバッテリシステムは、回生制動に限らず、エンジンで駆動されるオルタネータ（交流発電機）によっても効率よく発電して車両の燃費効率を改善できる効果を実現する。それは、エンジンの燃費効率を高く、かつオルタネータの発電効率をも高い状態としてバッテリシステムを充電できるからである。エンジンはアイドリングに近い軽い負荷においては燃費効率が低下する特性がある。このことは、ハイブリッドカーが軽い負荷ではモータで走行させて燃費効率を改善することからも明らかである。エンジンは、負荷を大きくして、すなわちオルタネータの回転トルクを大きくして燃費効率を向上でき、オルタネータは出力を大きくして発電効率を高くできる。したがって、オルタネータの出力を大きくして、これを回転させるエンジンの負荷を大きくして、燃費効率は改善できる。ただ、鉛バッテリは、例えば出力電圧を１４Ｖとする状態では、充電電流が大きくならず、大電流で充電できない特性がある。ところが、以上のバッテリシステムは、オルタネータの出力電圧を１４Ｖと一定にしながら、鉛バッテリの数倍もの電力がサブバッテリに充電されるので、オルタネータの出力を大きく、またエンジンの負荷を大きくして、短時間で効率よくバッテリシステムを充電できる。このため、回生制動しない車両においても、エンジンでオルタネータを駆動してバッテリシステムを充電する時間を短縮し、しかも、短時間の充電容量を大きくすることで車両の燃費効率を改善する効果を実現する。

さらに、以上のバッテリシステムは、鉛バッテリの上限電圧ではサブバッテリを充電し、下限電圧でもサブバッテリを放電できる状態とすることで、鉛バッテリの過充電や過放電を防止して劣化を防止し、これによって鉛バッテリの寿命を著しく長くできる特徴も実現する。

本発明の車両用のバッテリシステムは、鉛バッテリ１の上限電圧におけるサブバッテリ２の放電深度を３０％以上として、鉛バッテリ１の下限電圧におけるサブバッテリ２の放電深度を９０％以下とすることができる。

以上の車両用のバッテリシステムは、鉛バッテリの上限電圧と下限電圧において、サブバッテリの放電深度を特定の範囲とするようにサブバッテリの開路電圧−放電深度特性を特定する。したがって、バッテリシステムの充電状態においては、鉛バッテリの開路電圧が上限電圧まで上昇しても、サブバッテリの放電深度を３０％以上としてサブバッテリを効率よく充電できる。また、放電状態においては、鉛バッテリの開路電圧が下限電圧まで低下しても、サブバッテリの放電深度を９０％以下として放電できる状態とするので、鉛バッテリの放電が制限される状態ではサブバッテリを放電して車両側の負荷である電装器機等の電力を供給できる。したがって、以上のバッテリシステムは、鉛バッテリと、特定の開路電圧−放電深度特性のサブバッテリを並列に接続することで、極めて効率よく充放電するので、バッテリシステムの充電電力を削減して、車両の燃費を相当に改善できる特徴がある。とくに、アイドリングストップの車両においては、回生制動の発電電力でバッテリシステムを極めて効率よく充電できるので、車両の燃費改善に相当に貢献できる特徴がある。

本発明の車両用のバッテリシステムは、鉛バッテリ１の上限電圧を、開路電圧において１２．８Ｖとすることができる。さらに、本発明の車両用のバッテリシステムは、鉛バッテリ１の下限電圧を、開路電圧において１２．４Ｖとすることができる。

本発明の車両用のバッテリシステムは、鉛バッテリ１の上限電圧を開路電圧において１２．８Ｖとし、この上限電圧におけるサブバッテリ２の放電深度を３０％以上として、鉛バッテリ１の下限電圧を開路電圧において１２．４Ｖとし、この下限電圧におけるサブバッテリ２の放電深度を９０％以下とすることができる。

以上の車両用のバッテリシステムは、鉛バッテリの上限電圧である開路電圧１２．８Ｖと、下限電圧である開路電圧１２．４Ｖにおいて、サブバッテリの放電深度を特定の範囲とするようにサブバッテリの開路電圧−放電深度特性を特定する。したがって、バッテリシステムの充電状態においては、鉛バッテリの開路電圧が１２．８Ｖまで上昇しても、サブバッテリの放電深度を３０％以上としてサブバッテリを効率よく充電できる。また、放電状態においては、鉛バッテリの開路電圧が１２．４Ｖまで低下しても、サブバッテリの放電深度を９０％以下として放電できる状態とするので、鉛バッテリの放電が制限される状態ではサブバッテリを放電して車両側の負荷である電装器機等の電力を供給できる。したがって、以上のバッテリシステムは、鉛バッテリと、特定の開路電圧−放電深度特性のサブバッテリを並列に接続することで、極めて効率よく充放電するので、バッテリシステムの充電電力を削減して、車両の燃費を相当に改善できる特徴がある。とくに、アイドリングストップの車両においては、回生制動の発電電力でバッテリシステムを極めて効率よく充電できるので、車両の燃費改善に相当に貢献できる特徴がある。

本発明の車両用のバッテリシステムは、鉛バッテリ１が、容量劣化を抑制するための下限放電深度を有しており、鉛バッテリ１の上限電圧を、鉛バッテリ１の満充電状態における開路電圧とし、鉛バッテリ１の下限電圧を、鉛バッテリ１の下限放電深度における開路電圧とすることができる。
なお、本明細書において、下限放電深度とは、鉛バッテリの容量劣化を抑制するための放電深度の下限を意味するものとする。
以上のバッテリシステムは、鉛バッテリの上限電圧を、鉛バッテリの満充電状態における開路電圧とするので、鉛バッテリの満充電状態ではサブバッテリを充電することで鉛バッテリが過充電されるのを有効に防止できる。また、鉛バッテリの下限電圧を、鉛バッテリの下限放電深度における開路電圧とするので、下限電圧においてもサブバッテリを放電できる状態とすることで、鉛バッテリの過放電を防止して劣化を防止できる。したがって、鉛バッテリの過充電や過放電を防止して、寿命を著しく長くできる特徴を実現できる。

本発明の車両用のバッテリシステムは、鉛バッテリ１とサブバッテリ２とを電圧変換回路を介することなく並列に接続することができる。
以上のバッテリシステムは、電圧変換回路を使用することなく鉛バッテリとサブバッテリとを並列に接続するので、回路構成を簡単にして安価にできる特徴がある。

本発明の車両用のバッテリシステムは、鉛バッテリ１とサブバッテリ２とをリード線４で直接に接続することができる。
以上のバッテリシステムは、鉛バッテリとサブバッテリとをリード線で直接に接続して互いに並列に接続するので、回路構成を最も簡単にしながら、鉛バッテリとサブバッテリの両方を極めて効率良く充電でき、また放電できる特徴がある。

本発明の車両用のバッテリシステムは、サブバッテリ２をニッケル水素電池３とすることができる。
以上のバッテリシステムは、正極の電極材料で開路電圧−放電深度特性を最適な特性に調整して、サブバッテリを効率よく充放電できる特徴がある。

本発明の車両用のバッテリシステムは、サブバッテリ２が１０個のニッケル水素電池３を直列に接続することができる。
以上のバッテリシステムは、鉛バッテリとサブバッテリの定格電圧を１２Ｖにできるので、鉛バッテリとサブバッテリとをバランスよく、しかもサブバッテリの開路電圧−放電深度特性を最適特性とすることで、鉛バッテリとサブバッテリの両方を効率よく充放電できる特徴がある。

本発明の車両用のバッテリシステムは、サブバッテリ２を非水系電解液二次電池とすることができる。
以上のバッテリシステムは、サブバッテリの容積と重量に対する電池容量（Ａｈ）を鉛バッテリに比較して相当に大きくできる特徴がある。また、サブバッテリを非水系電解液二次電池とするので、大電流の発電電力でサブバッテリを効率よく充電できる特徴も実現する。

本発明の車両用のバッテリシステムは、鉛バッテリ１とサブバッテリ２とを、アイドリングストップの車両に搭載されるバッテリとして、車両の回生発電の電力で鉛バッテリ１とサブバッテリ２の両方を充電することができる。

以上の車両用のバッテリシステムは、回生制動の発電電力で効率よく充電されて、これを搭載する車両の燃費を改善できる特徴がある。それは、バッテリシステムが効率よく充電される特徴によって、これを充電するためにエンジンが消費する燃料を少なくできるからである。とくに、以上のアイドリングストップの車両に搭載されるバッテリシステムは、鉛バッテリの上限電圧のとき、サブバッテリの放電深度を３０％以上とすることで、オルタネータの発電駆動時にはサブバッテリに十分な回生容量を確保できる。また、鉛バッテリの下限電圧において、サブバッテリの放電深度を９０％以下とすることで、アイドリングストップ中にバッテリ電圧が低下しても、サブバッテリから電装品に電力供給して、鉛バッテリの電圧低下を抑制できるので、オルタネータの発電駆動時間を短縮して、更なる車両燃費性能の改善が可能となる。

本発明の車両用のバッテリシステムは、サブバッテリ２の電池容量（Ａｈ）を鉛バッテリ１の電池容量（Ａｈ）よりも小さくすることができる。
以上のバッテリシステムは、サブバッテリに小容量のバッテリを使用するので、トータルコストを低減できる特徴がある。とくに、サブバッテリに鉛バッテリよりも高価なニッケル水素電池や非水系電解液二次電池を使用して、優れた充放電特性を実現しながら、トータルコストを低減できる特徴がある。

本発明の車両用のバッテリシステムは、サブバッテリ２の電池容量（Ａｈ）を鉛バッテリ１の電池容量（Ａｈ）の１／３０以上であって、１／２以下とすることができる。

本発明の車両は、車両を走行させるエンジンと、このエンジンで駆動されるオルタネータと、このオルタネータで充電されるバッテリシステムとを備えるアイドリングストップ機能の車両であって、バッテリシステムが、以上のいずれかに記載される構成を備えている。
以上の車両は、オルタネータによりバッテリシステムを大電流で充電できるので、車両の燃費効率を改善することに有効である。それは、オルタネータを高い発電効率の領域で運転し、かつエンジンも燃料消費率の小さい領域で運転できるからである。

本発明の車両は、車両を走行させるエンジンと、このエンジンで駆動され、かつ車両の回生制動で駆動されるオルタネータと、このオルタネータで充電されるバッテリシステムとを備えるアイドリングストップ機能の車両であって、バッテリシステムが、以上のいずれかに記載される構成を備えている。
以上の車両は、回生制動の発電電力でバッテリシステムを効率よく充電することで、車両の燃費を相当に改善できる特徴がある。

本発明の一実施の形態にかかる車両用のバッテリシステムの概略構成図である。 ニッケル水素電池からなるサブバッテリの開路電圧−放電深度特性を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための車両用のバッテリシステムとこれを搭載する車両を例示するものであって、本発明は車両用のバッテリシステムとこれを搭載する車両を以下に特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。

図１に示す車両用のバッテリシステムは、鉛バッテリ１とサブバッテリ２とを並列に接続している。鉛バッテリ１とサブバッテリ２は、電流調整回路等を介することなく、リード線４で直接に接続される。したがって、鉛バッテリ１とサブバッテリ２の電圧は常に同じ電圧となる。ただし、本発明のバッテリシステムは、鉛バッテリとサブバッテリとをリレーや半導体スイッチング素子などのスイッチング素子を介して並列に接続し、ダイオード等を介して並列に接続することもできる。

鉛バッテリ１は、６セルを直列に接続して定格電圧を１２Ｖとするバッテリである。ただ、本発明は鉛バッテリの定格電圧を１２Ｖには特定しない。２個の鉛バッテリを直列に接続して定格電圧を２４Ｖとし、また、３個の鉛バッテリを直列に接続して３６Ｖ、４個の鉛バッテリを直列に接続して４８Ｖとして使用することもできるからである。従来の電装器機は、１２Ｖの電源電圧で動作するように設計されているが、２４Ｖ〜４８Ｖの鉛バッテリを搭載する車両は、この電圧で動作する電装器機を搭載する。

サブバッテリ２は、ニッケル水素電池３である。電源電圧を１２Ｖとする鉛バッテリ１には、１０個のニッケル水素電池３を直列に接続してなるサブバッテリ２が並列に接続される。ニッケル水素電池３は電源電圧を１．２Ｖとするので、直列に接続する個数で鉛バッテリ１に整合させる。サブバッテリには、ニッケル水素電池に代わって、リチウムイオン二次電池、リチウムポリマー二次電池など、他の全ての二次電池も使用できる。

サブバッテリ２は、充放電の効率を改善し、かつ鉛バッテリ１の劣化を防止するために並列に接続される。サブバッテリ２は、鉛バッテリ１と並列に接続されて、同じ電圧となる。この状態において、サブバッテリ２と鉛バッテリ１との充放電の電流バランス、すなわち適合性が大切である。適合性が悪いと、鉛バッテリやサブバッテリのみが充電されたり、あるいは鉛バッテリやサブバッテリのみが放電されたりするため、両方を並列に接続しても、充放電の効率を改善できず、また鉛バッテリの寿命も効果的には長くできなくなる。

鉛バッテリ１とサブバッテリ２の適合性は、サブバッテリ２の開路電圧−放電深度特性をコントロールして実現する。サブバッテリ２の開路電圧−放電深度特性は、たとえば、ニッケル水素電池３においては正極の亜鉛量などで調整でき、リチウムイオン二次電池やリチウムポリマー電池にあっては、正極活物質であるリチウム含有化合物の選択により調整できる。図２は、サブバッテリ２のニッケル水素電池３の開路電圧−放電深度特性を示す。この図において、特性曲線Ａは、一般的なニッケル水素電池の開路電圧−放電深度特性を示し、特性曲線Ｂは鉛バッテリ１に適合する特性に調整しているニッケル水素電池３の開路電圧−放電深度特性を示している。この図は、放電深度に対する開路電圧を示している。特性曲線Ｂの開路電圧−放電深度特性のサブバッテリ２は、鉛バッテリ１の上限電圧（開路電圧１２．８Ｖ）において充電できる放電深度、好ましくは３０％以上であって、鉛バッテリ１の下限電圧（開路電圧１２．４Ｖ）において充電できる放電深度、好ましくは９０％以下とする。以上のバッテリシステムは、鉛バッテリの放電深度を、上限電圧と下限電圧とで特定しているが、鉛バッテリは、上限電圧と下限電圧を越えて充放電することもできるのはいうまでもない。
なお、本明細書における上限電圧とは、鉛電池がほぼ満充電状態に示す開路電圧であり、下限電圧とは、鉛電池の正極活物質粒子間の結合力低下による容量劣化（軟化現象）を抑制するための、所定の放電深度における開路電圧であって、必ずしも１２．８Ｖが上限電圧、１２．４Ｖが下限電圧となるとは限らない。これらの値は、鉛バッテリの組成や、劣化をどの程度許容するかによって、適宜選択できる。なお、本明細書においては、鉛バッテリの容量劣化を抑制するための放電深度の下限を下限放電深度としており、この下限放電深度における開路電圧を下限電圧としている。鉛バッテリは、開路電圧が下限電圧を下回らないように鉛バッテリの充放電を制御することで、鉛バッテリの容量劣化を抑制することができる。例えば、車両に搭載される鉛バッテリの場合、車両側の制御部が鉛バッテリの開路電圧データに基づいて、鉛バッテリの充放電を制御するようになっている。

［実施例１〜３、及び比較例１、２のバッテリシステム］
車両用のバッテリシステムは、以下の鉛バッテリ１とサブバッテリ２のニッケル水素電池３とを並列に接続している。

（鉛バッテリ１）
鉛バッテリ１には、電池工業会規格（ＳＢＡ Ｓ ０１０１）で定める試験条件で、以下の性能を満たすバッテリを使用する。
５時間率容量 ：４８Ａｈ
定格コールドクランキング電流：３２０Ａ
充電受入性 ：６．０Ａ

（サブバッテリ２）
サブバッテリ２は、１０個のニッケル水素電池３を直列に接続している。ニッケル水素電池３は、水酸化ニッケルを主正極活物質とするニッケル正極と、水素吸蔵合金を負極活物質とする水素吸蔵合金負極とセパレータとからなる電極群を、アルカリ電解液と共に外装缶内に入れて、容量を６．０Ａｈとする電池を使用する。このニッケル水素電池３は、開路電圧−放電深度特性を調整するために、正極の亜鉛量とイットリウム量をコントロールしている。

鉛バッテリ１とニッケル水素電池３とは、以下の状態に調整した後、リード線４で並列に接続してバッテリシステムとする。

鉛バッテリ１は、電池工業会規格（ＳＢＡ Ｓ ０１０１）で定める充電条件、すなわち、０．２Ｉｔの充電電流で、１５分ごとに測定した充電中の端子電圧、または温度換算した電解液密度が３回連続して一定値を示すまで充電し、常温２４時間放置後の開路電圧を測定する。

サブバッテリ２のニッケル水素電池３は、１Ｉｔの充電電流で電池容量の１１０％まで充電した後、１Ｉｔで所定容量を放電し、常温２４時間放置後の開路電圧が、鉛バッテリ１の開路電圧と０．１Ｖ以内であることを確認して鉛バッテリ１と並列に接続する。

サブバッテリ２の放電深度と開路電圧の関係は、以下のようにして測定する。
サブバッテリ２のニッケル水素電池３を１Ｉｔの充電電流で電池容量の１１０％まで充電した後、１Ｉｔで所定容量を放電し、常温で２４時間放置後の開路電圧を測定する。この開路電圧が、鉛バッテリ１の上限電圧（開路電圧１２．８Ｖ）と下限電圧（開路電圧１２．４Ｖ）を示すときの放電深度を放電された容量から算出する。開路電圧に対する放電深度が異なる３種のニッケル水素電池を試作して、表１に示すように、サブバッテリの開路電圧−放電深度特性、すなわち開路電圧に対する放電深度が異なる実施例１、２、３のバッテリシステムを試作する。

実施例１のバッテリシステムに使用するサブバッテリのニッケル水素電池は、鉛バッテリの上限電圧（１２．８Ｖ）における放電深度を７０％、鉛バッテリの下限電圧（１２．４Ｖ）における放電深度を９０％とする開路電圧−放電深度特性に調整している。

実施例２のバッテリシステムに使用するサブバッテリのニッケル水素電池は、鉛バッテリの上限電圧（１２．８Ｖ）における放電深度を６０％、鉛バッテリの下限電圧（１２．４Ｖ）における放電深度を８０％とする開路電圧−放電深度特性に調整している。

実施例３のバッテリシステムに使用するサブバッテリのニッケル水素電池は、鉛バッテリの上限電圧（１２．８Ｖ）における放電深度を３０％、鉛バッテリの下限電圧（１２．４Ｖ）における放電深度を５０％とする開路電圧−放電深度特性に調整している。

比較のために、開路電圧に対する放電深度が異なるニッケル水素電池を試作して、比較例１、２のバッテリシステムを試作する。

比較例１のバッテリシステムに使用するサブバッテリのニッケル水素電池は、鉛バッテリの上限電圧（１２．８Ｖ）における放電深度を７５％、鉛バッテリの下限電圧（１２．４Ｖ）における放電深度を９５％とする開路電圧−放電深度特性に調整している。

比較例２のバッテリシステムに使用するサブバッテリのニッケル水素電池は、鉛バッテリの上限電圧（１２．８Ｖ）における放電深度を２０％、鉛バッテリの下限電圧（１２．４Ｖ）における放電深度を４０％とする開路電圧−放電深度特性に調整している。

以上の実施例１〜３、及び比較例１、２のバッテリシステムを以下の条件で、充電または放電を行い、バッテリシステムの充電容量と放電容量を測定すると表１に示すようになる。

充放電の環境は、温度２５℃±２℃、風速２．０ｍ／ｓ以下とする。
充電は、充電電圧を１４．００Ｖ±０．０３Ｖ、制限電流１００．０Ａ±０．５Ａとして、６０．０秒±０．３秒間充電する。放電は、４５Ａ±１Ａの放電電流で放電して、鉛バッテリの下限電圧（開路電圧１２．４Ｖ）となるまで放電する。

表１は、参考例として、サブバッテリを接続しない鉛バッテリ単体の充電容量（Ａｈ）と放電容量（Ａｈ）も記載している。鉛バッテリ単体は、充電容量（Ａｈ）が０．１０（Ａｈ）、放電容量（Ａｈ）が０．８０（Ａｈ）となる。

これに対して、比較例１のバッテリシステムは、充電容量（Ａｈ）が０．９０（Ａｈ）と大きくなるが、放電容量（Ａｈ）が０．８２（Ａｈ）と鉛バッテリ単体とほとんど変わらず、効率よく放電できない。また、比較例２のバッテリシステムは、放電容量（Ａｈ）を１．４１（Ａｈ）と大きくできるが、充電容量（Ａｈ）が０．１３（Ａｈ）と鉛バッテリ単体からほとんど増加できない。

これに対して、本発明の実施例１のバッテリシステムは、充電容量（Ａｈ）が０．８０（Ａｈ）と鉛バッテリ単体の８倍にも増加しながら、放電容量（Ａｈ）は１．３０（Ａｈ）と鉛バッテリ単体から６０％も増加する。
また、実施例２のバッテリシステムは、充電容量（Ａｈ）が０．７０（Ａｈ）と鉛バッテリ単体の７倍にも増加しながら、放電容量（Ａｈ）は１．３６（Ａｈ）と鉛バッテリ単体から７０％も増加する。
さらにまた、実施例３のバッテリシステムは、充電容量（Ａｈ）が０．５５（Ａｈ）と鉛バッテリ単体の５．５倍にも増加しながら、放電容量（Ａｈ）は１．４０（Ａｈ）と鉛バッテリ単体から７５％も増加する。

以上の結果から、実施例１〜３のバッテリシステムは、鉛バッテリ単体に比較して、充電容量（Ａｈ）が５．５倍〜８倍と著しく増加しながら、放電容量（Ａｈ）も６０％〜７５％も増加する。

とくに、以上のバッテリシステムは、１００Ａもの大電流で充電するときの充電容量（Ａｈ）が、鉛バッテリ単体の５．５倍から８倍と飛躍的に改善できることから、車両の回生制動における回生発電電力で極めて効率よく充電できる。回生発電電力の充電電流が極めて大きいからである。このため、本発明のバッテリシステムは、回生制動で発生するエネルギーを極めて効率よく蓄えることができ、また蓄えた電力を鉛バッテリ単体よりも相当に効率よく車両側の負荷である電装器機５に供給できる。このため、本発明のバッテリシステムを搭載する車両は、エンジン７でオルタネータ６を駆動して充電するエネルギーを相当に少なくして、燃費効率を相当に改善できる特徴を実現する。

以上のバッテリシステムは、回生制動によらずエンジンでオルタネータを駆動して充電する車両においても、燃費効率を改善できる。それは、鉛バッテリ１の最大で８倍もの電力をサブバッテリ２に充電できるからである。車両のオルタネータ６は、鉛バッテリ１を一定の電圧で充電して劣化を防止し、かつ電装器機５の供給電圧を一定とするために、出力電圧を常に一定の電圧である約１４Ｖに安定化している。したがって、オルタネータ６が鉛バッテリ１を充電する電流は小さく、大電流では充電されない。したがって、車両には出力電流を１００Ａとするオルタネータ６が搭載されても、このオルタネータ６が１００Ａで鉛バッテリ１を充電することはなく、オルタネータ６は電装器機５に電力を供給するために出力電流を大きくしている。このオルタネータ６がバッテリシステムを大電流で充電できることは、車両の燃費効率を改善することに有効である。それは、オルタネータ６を高い発電効率の領域で運転し、かつエンジン７も燃料消費率の小さい領域で運転できるからである。オルタネータ６は軽負荷での発電効率が低く、エンジン７は軽負荷での燃料消費率が大きくなるからである。

さらに、本発明の車両用のバッテリシステムは、回生制動の発電電力を鉛バッテリ１のみでなく、サブバッテリ２に充電して鉛バッテリ１を大電流充電から保護し、また、オルタネータ６で充電されない状態では、鉛バッテリ１のみでなく充電されたサブバッテリ２から電装器機５に電力を供給するので、鉛バッテリ１を充電と過放電から防止して、寿命を著しく長くできる特徴がある。

以上の実施例は、サブバッテリ２をニッケル水素電池３とするが、リチウムイオン二次電池やリチウムポリマー電池も、電圧−放電深度特性を最適値にコントロールすることで、ニッケル水素電池と同様に、充電容量（Ａｈ）と放電容量（Ａｈ）を大きくして、回生制動やオルタネータの充電効率と放電効率を改善できる。とくに、リチウムイオン二次電池やリチウムポリマー電池は、放電深度に対する開路電圧の変化が大きいので、開路電圧−放電深度特性を最適範囲にコントロールすることで、充電効率と放電効率を改善できる。このため、このバッテリシステムも、車両に搭載されて、燃費性能を改善し、また鉛バッテリ１の劣化を防止して寿命特性を著しく改善できる特徴がある。

本発明の車両用のバッテリシステムは、発電電力で効率よく充電して車両の燃費を改善するので、回生制動でバッテリシステムを充電するアイドリングストップの車両に最適である。

１…鉛バッテリ
２…サブバッテリ
３…ニッケル水素電池
４…リード線
５…電装器機
６…オルタネータ
７…エンジン

Claims (16)

1. 鉛バッテリにサブバッテリを並列に接続してなる車両用のバッテリシステムであって、
   前記サブバッテリの開路電圧−放電深度特性を、前記鉛バッテリの上限電圧においては充電可能な放電深度にあり、
   かつ前記鉛バッテリの下限電圧においては放電可能な放電深度としてなることを特徴とする車両用のバッテリシステム。
2. 前記鉛バッテリの上限電圧における前記サブバッテリの放電深度が３０％以上で、
   前記鉛バッテリの下限電圧における前記サブバッテリの放電深度が９０％以下である請求項１に記載される車両用のバッテリシステム。
3. 前記鉛バッテリの上限電圧が開路電圧において１２．８Ｖである請求項１または２に記載される車両用のバッテリシステム。
4. 前記鉛バッテリの下限電圧が開路電圧において１２．４Ｖである請求項１から３のいずれかに記載される車両用のバッテリシステム。
5. 前記鉛バッテリの上限電圧が開路電圧において１２．８Ｖで、この上限電圧における前記サブバッテリの放電深度が３０％以上で、
   前記鉛バッテリの下限電圧が開路電圧において１２．４Ｖで、この下限電圧における前記サブバッテリの放電深度が９０％以下である請求項１から４のいずれかに記載される車両用のバッテリシステム。
6. 前記鉛バッテリは、容量劣化を抑制するための下限放電深度を有しており、
   前記鉛バッテリの上限電圧は、鉛バッテリの満充電状態における開路電圧であり、
   前記鉛バッテリの下限電圧は、前記下限放電深度における開路電圧である請求項１から５のいずれかに記載される車両用のバッテリシステム。
7. 前記鉛バッテリと前記サブバッテリとが電圧変換回路を介することなく並列に接続されてなる請求項１から６のいずれかに記載される車両用のバッテリシステム。
8. 前記鉛バッテリと前記サブバッテリとがリード線で直接に接続されてなる請求項７に記載される車両用のバッテリシステム。
9. 前記サブバッテリがニッケル水素電池である請求項１から８のいずれかに記載される車両用のバッテリシステム。
10. 前記サブバッテリが１０個のニッケル水素電池を直列に接続してなる請求項９に記載される車両用のバッテリシステム。
11. 前記サブバッテリが非水系電解液二次電池である請求項１から９のいずれかに記載される車両用のバッテリシステム。
12. 前記鉛バッテリと前記サブバッテリとが、アイドリングストップの車両に搭載されるバッテリであって、車両の回生発電の電力で前記鉛バッテリと前記サブバッテリの両方が充電されるようにしてなる請求項１から１１のいずれかに記載される車両用のバッテリシステム。
13. 前記サブバッテリの電池容量（Ａｈ）が前記鉛バッテリの電池容量（Ａｈ）よりも小さい請求項１から１２のいずれかに記載される車両用のバッテリシステム。
14. 前記サブバッテリの電池容量（Ａｈ）が前記鉛バッテリの電池容量（Ａｈ）の１／３０以上であって、１／２以下である請求項１から１３のいずれかに記載される車両用のバッテリシステム。
15. 車両を走行させるエンジンと、このエンジンで駆動されるオルタネータと、このオルタネータで充電されるバッテリシステムとを備えるアイドリングストップ機能の車両であって、
    前記バッテリシステムが、請求項１から１４のいずれかに記載される構成を備えることを特徴とする車両。
16. 車両を走行させるエンジンと、このエンジンで駆動され、かつ車両の回生制動で駆動されるオルタネータと、このオルタネータで充電されるバッテリシステムとを備えるアイドリングストップ機能の車両であって、
    前記バッテリシステムが、請求項１から１４のいずれかに記載される構成を備えることを特徴とする車両。

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