JPH0773901A

JPH0773901A - ハイブリッド電源

Info

Publication number: JPH0773901A
Application number: JP5218824A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Tonomura; 正外邨
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-09-02
Filing date: 1993-09-02
Publication date: 1995-03-17

Abstract

(57)【要約】【目的】大電力を供給でき、且長期間電源を稼働しても
少なくとも小電力はより長期に供給できるハイブリッド
電源を提供する。【構成】本発明のハイブリッド電池は、ポータブル機器
用の電源として信頼性の高い固体電解質を用いた固体電
解質二次電池２である第２電源と、高出力電流が得られ
る液体電解質を用いた蓄電池１である第１電源とを備え
ている。この事によって、機器内に各々独立した別系統
の電気回路Ａ、Ｂを構築する事ができ、従って、蓄電池
１が消耗した場合でも電子機器の動作に不都合をきたす
事がない。又、固体電解質二次電池２は放電と同様に小
さな電流でしか充電できないので、一般に充電には長時
間を必要とするが、本発明のハイブリッド電源では固体
電解質二次電池２を、加熱器４により充電時に加熱する
事によって大きな電流で短時間に充電する事ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電源、特にハイブリッ
ド電源に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年半導体集積回路や液晶を用いた省消
費電力機器の発展が目ざましく、電子ウオッチ、卓上電
卓で培われた電子技術が、ビデオカメラ、カセットテー
プレコーダ、携帯電話等のポータブル機器から電気自動
車等大型機器まで盛んに応用されるようになってきてい
る。

【０００３】上記のポータブル機器について特徴的なこ
とは、いわゆる機器の頭脳にあたる制御部、演算部、メ
モリー部には大抵の場合ワンチップの集積回路で構成さ
れており、このワンチップの集積回路で消費される電力
は極めて小さく、又、殆どの場合液晶表示部を備えてい
るが、液晶表示部で消費される電力も極めて小さい。つ
まり上記ワンチップの集積回路や液晶表示部に流れる電
流値としては電子ウオッチや卓上電卓と同程度で数μＡ
から数１０μＡである。これに対し、人間の手足にあた
る駆動部は電動モーターで代表されるように数１０ｍＡ
以上の大きな電流を必要とする。

【０００４】すなわち、従来は、長期間に微少な電流を
安定して供給できる能力が要求されるのと同時に、短時
間に大電流を供給する能力をも必要とするこの様な機器
に、一つの電源により電力を供給していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ポータブル
機器の電源には鉛蓄電池、ニッケルカドミウム蓄電池の
様な液体の電解質を用いた充電式の電池（二次電池）が
使われている。この様な化学電池系に於いては、大電流
（すなわち速い化学反応速度）を得ようとする程、化学
的に活性化の速い化学材料が必要になるが、化学的に活
性化の速い材料であればある程、自己放電反応による電
池の消耗が大きくなり、長期間に渡る使用には不利とな
る。

【０００６】その結果、そのような化学電池系を使用し
ている自動車を運転せずに放置しておくと、その自動車
の電池は自己放電による消耗が甚だしく、エンジンコン
トロールシステムをはじめ車載のラジオ、無線機等の電
子機器の動作に不都合をきたすことになる。携帯電話で
も長期間未使用で放置しておくと、電池は自己放電によ
る甚だしい消耗によって、高電力を必要とする送信はも
とより小電力で賄うことができる待機受信すら出来なく
なるという不都合をきたす。

【０００７】そこで本発明は、上記従来の電源の課題に
鑑みて、大電力を供給でき、且長期間電源を稼働しても
少なくとも小電力は、より長期に供給できるハイブリッ
ド電源を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、電力を供給す
る電源として働く第１電源と、電力を供給する電源とし
て働く二次電池の第２電源と、その第２電源を充電する
充電回路と、第２電源の充電時に第２電源を加熱する加
熱器とを備えるハイブリッド電源である。

【０００９】本発明は、上記加熱器が、第１電源を電源
として、加熱を行うハイブリッド電源である。

【００１０】本発明は、上記本発明において、第２電源
が、第１電源からの電力で充電回路によって適時充電さ
れるハイブリッド電源である。

【００１１】本発明は、所定の電力を供給する電源とし
て働く第１電源と、所定の電力より小さい電力を供給す
る電源として働く二次電池の第２電源と、その第２電源
へ第１電源から電力を充電する充電回路とを備えるハイ
ブリッド電源である。

【００１２】本発明は、上記本発明において、第１電源
が二次電池であり、充電回路によって第２電源から電力
が充電されるハイブリッド電源である。

【００１３】本発明は、上記本発明において、二次電池
として、ポリマー固体電解質を使用するハイブリッド電
源である。

【００１４】本発明は、上記ハイブリッド電源を、携帯
電話を駆動する為に用いたものである。

【００１５】本発明は、上記ハイブリッド電源を、電気
自動車と、その電気自動車に車載される装置とを駆動す
る為に用いたものである。

【００１６】

【作用】本発明では、二次電池である第２電源は出力電
流は小さいが、自己放電は極めて小さく小電流で長期間
に渡り安定した出力を供給可能とし、消費電力の小さな
電子機器等の電源に用いられる。第１電源は、大きな出
力電流を与え、電動モーター、ヒーター等の消費電力の
大きな機器等の電源に用いられる。

【００１７】これらの電源によって、機器の内部に各々
独立した別系統（例えば大電流系と小電流系）の電気回
路を構築することができる。従って、第１電源が消耗し
た場合、第２電源によって供給されている電子機器の動
作はすぐに不都合をきたす事が無い。

【００１８】一般に、固体電解質を使用した二次電池で
は、放電する時と同様に小さな電流で充電することにな
るので充電に長時間が必要となるが、本発明のハイブリ
ッド電源によれば固体電解質を使用した二次電池である
第２電源を加熱器によって充電時に加熱することによっ
て、大きな電流で短時間に充電する事ができる。又、こ
の充電は第１電源の電気量が十分であるときに適時行う
ことができる。又、加熱器の電力は第１電源からの電力
供給によって賄う。

【００１９】本発明のハイブリッド電源に用いる第１電
源としては、液体を電解質とする電池、例えば硫酸水溶
液を電解質とする鉛蓄電池、可性カリ水溶液を電解質と
するニッケル・カドミウム蓄電池やニッケル・金属水素
化物蓄電池、ホウフッ化リチウム、リンフッ化リチウム
等のリチウム塩を溶解したプロピレンカーボネート、エ
チレンカーボネート、ジメトキシエタン等の有機溶媒溶
液を電解質とするリチウム二次電池等が用いられる。

【００２０】二次電池である蓄電池の充電方法は、電力
会社より供給される給電電線ケーブルに接続し、充電器
を介して行うことができる。あるいは、太陽電池、燃料
電池等の独立した発電機により行うこともできる。

【００２１】又、本発明のハイブリッド電源に用いる第
２電源としては、 (a) Rb₄Cu₁₆I₁₃Cl₁₇の銅イオン伝導性固体電解質とCu₂M
o₆S₈の銅シュブレル相化合物を正極および負極に用いた
電圧が約０．６ボルトの電池； (b) H₃Mo₁₂PO₄₀・29H₂Oで表されるプロトン伝導性固体
電解質、LaNi₅やMmNi_3.6Mn_0.4Al_0.3Co_0.7等の水素吸蔵
合金を負極に、二酸化マンガンを正極に用いた電圧が約
１．５ボルトの電池； (c) Ag₆I₄WO₄で表される銀イオン伝導性固体電解質とAg
_0.7V₂O₅で表される銀バナジン酸を、正極および負極に
用いた電圧が約０．４５ボルトの電池； (d) LiI, LiI-Al₂O₃系, Li₃PO₄-Li₂S-SiS₂系等のリチウ
ムイオン伝導性固体電解質とリチウム合金とを負極と
し、ＭＸａ（Ｍ＝Ｃｕ，Ａｇ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｚ
ｒ；Ｘ＝Ｏ，Ｓ，Ｓｅ；ａ＝０．５〜３）で表される金
属カルコゲン化物を正極とする電圧が約３ボルトの電
池； (e) ポリエチレンオキサイドやプロピレンオキサイド等
のポリアルキレンオキサイドを主成分とする高分子材料
にLiCF₃SO₃やLiBF₄等のリチウム塩を溶解して得られる
ポリマー固体電解質と、球状黒鉛等とのカーボンを負極
とし、LiCoO₂で表されるコバルト酸リチウム等の金属酸
化物あるいは活性炭等の炭素材料を正極とする電圧が約
４ボルトの電池； (f) Li-Aｌ合金の負極と、2,5-シ゛メルカフ゜ト-1,3,4-チアシ゛アソ゛
ール等の有機シ゛スルフィト゛化合物やポリアニリン等の有機物の
正極と、LiCF₃SO₃やLiBF₄等のリチウム塩を溶解した非
プロトン性溶媒で構成される電解質をポリアクリロニト
リル、ポリアクリロニトリル共重合体、ポリフッ化ビニ
リデン等のビニル重合体でゲル化したポリマー電解質と
で構成される電圧が約３．５ボルトの電池； (g)活性炭、黒鉛等の炭素材料を正極、負極の両方に用
い、(a)から(f)で用いた固体電解質により構成される固
体状の電気二重層キャパシタ等が用いられる。

【００２２】又、本発明のハイブリッド電源に用いる加
熱器としては、ニクロム線や市販の白金、酸化ルテニウ
ム、カーボンペースト等の導電性ペーストをセラミック
あるいはガラス等の絶縁性の基板に印刷焼付けして得ら
れる面状の抵抗体に直接電流を流して発熱させる方式の
加熱器や、高周波による誘導加熱により間接的に加熱す
る方式のもの等を用いることが出来る。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は本発明の一実施例であるハイブリッ
ド電源の構成を示している。始めに本発明の第１実施例
について、説明をする。

【００２４】図１に於て、ニッケル・金属水素化物蓄電
池１を第１電源（主電源）とし、カーボン負極と、Ｌｉ
ＣｏＯ₂正極と、ＬｉＰＦ₆を溶解したポリエチレンオキ
サイドポリマー固体電解質とによって構成される固体電
解質二次電池２が第２電源とされ、その固体電解質二次
電池２はアルミナ基板３の一方の面に配置されている。
アルミナ基板３のもう一方の面にはヒーター４が設けら
れている。ヒーター４は、酸化ルテニウムを材料とする
導電性ペーストを塗布焼付けしてあり、固体電解質二次
電池２を加熱する為の加熱器である。又、ヒーター４は
スイッチ５を介してニッケル・金属水素化物蓄電池１に
つながれ、固体電解質電池２を充電する際にスイッチ５
が閉じることで、ニッケル・金属水素化物蓄電池１から
電力が供給されて、発熱を起こす。

【００２５】固体電解質二次電池２は、スイッチ６を介
してニッケル・金属水素化物蓄電池１につながれてお
り、充電時には、スイッチ５と同時にスイッチ６が閉じ
ることで、ヒーター４によって加熱された状態でニッケ
ル・金属水素化物蓄電池１から電力の供給がなされ、充
電を始める。ヒーター４による加熱温度は、温度センサ
ー７および温度制御装置により９０±１０℃の間に制御
されている。

【００２６】固体電解質二次電池２の充電が終了すると
スイッチ５および６は開かれ、固体電解質二次電池２が
賄っている電気回路Ａとニッケル・金属水素化物蓄電池
１につながっている電気回路Ｂとは、電気的に全く独立
した状態となる。

【００２７】次に、本発明の第２実施例について説明を
する。

【００２８】図１と同様の構成で、リチウムーアルミニ
ウム合金を負極とし、２、５ージメルカプトー１、３、
４ーチアジアゾールとポリアニリンとの複合体を活物質
として正極として、ＬｉＢＦ₄を１Ｍ溶解したモル比が
１：１のエチレンカーボネートとプロピレンカーボネー
トとの混合溶媒をアクリロニトリルーアクリル酸メチル
共重合体でゲル化したポリマー電解質から構成される容
量が５０ｍＡｈ、大きさ４０ｘ８０ｍｍ、厚さ１ｍｍの
平板形固体電解質二次電池である第２電源を携帯電話の
電話呼び出し用の信号受信待機回路の電源として用い、
容量が５００ｍＡｈ、大きさ２０ｘ４０ｍｍ、厚さ５ｍ
ｍの角形ニッケル・金属水素化物蓄電池を４つ直列にし
て第１電源とし携帯電話の主電源として用いた。平板型
固体電解質二次電池の充電は、３カ月に一度の割合で行
った。平板型固体電解質二次電池の加熱は、平板型固体
電解質二次電池の容器外面に沿って配置したカーボンフ
ィルムを発熱体とする電池容器と同寸法の４０ｘ８０ｍ
ｍの面状ヒーターにより行い、加熱温度の制御は、６５
±５℃で制御したところ、５時間で充電容量の９５％の
充電が可能であった。又、加熱せずに室温下で充電を行
なった所、１００時間を過ぎても充電容量の８５％まで
しか充電されなかった。

【００２９】平板型固体電解質二次電池である第２電源
が充電されている間の５時間を除き、携帯電話の信号受
信待機回路と通話用の主回路とは別々の電源により駆動
され、そしてニッケル・金属水素化物蓄電池である第１
電源の容量が尽きた状態でも、電話呼び出し用の信号受
信は可能であった。第２電源は、主電源としての第１電
源の残存容量を表示する液晶パネルおよび液晶パネル動
作用回路の電源、さらに電話番号記憶用の半導体メモリ
ー回路の電源としても用いたが、充電の割合は、３ヶ月
に一度で十分であった。

【００３０】又、平板型固体電解質二次電池である第２
電源と、ニッケル・金属水素化物蓄電池である第１電源
とを共に充電完了の後、携帯電話の動作を待機動作も含
め全て停止した状態で１年間放置し、その後、携帯電話
を作動させた所、待機動作はその後３ケ月に渡り正常に
行われたが、通話は３分間出来たがそれ以上は出来なか
った。主電源としての第１電源が自己放電により容量が
低下したのに対し、平板型固体電解質二次電池である第
２電源は保存中でも容量の劣化が殆どみられ無い。

【００３１】上記の様に、本実施例のハイブリッド電源
を搭載した携帯電話は極めて信頼性の高いものになって
いる。

【００３２】次に、本発明の第３実施例について、説明
をする。

【００３３】図１と同様の構成で、リチウム−アルミニ
ウム合金を負極に用い、0.05Li₃PO₄-0.60Li₂S-0.35SiS₂
固体電解質粉末をポリフロン結着材と混合した、厚さ
０．１ｍｍのシート状に成形した固体電解質シートと、
化学重合ポリアニリン粉末と、0.05Li₃PO₄-0.60Li₂S-0.
35SiS₂固体電解質粉末と、ポリフロン結着材とを混合
し、それらを厚さ０．２ｍｍのシート状に成形した材料
を正極に用い、それら正極,負極と、容量が１２Ａｈの
角形固体電解質二次電池とで構成した電源を第２電源と
した。この角形固体電解質二次電池である第２電源を、
電気自動車の速度メータ、走行距離、第１電源の電池残
存容量表示を含むダッシュボードパネル表示用電気回
路、液晶表示パネル、自動車電話の稼働、モーター駆動
制御のコントローラー用に電源として用いた。

【００３４】容量が１６０Ａｈの鉛蓄電池を第１電源と
し、この鉛蓄電池である第１電源をモーター駆動、ヘッ
ドライト、バックライト、指示灯、室内灯、カーステレ
オ等のオーディオ機器、エアーコンディショナー用に、
主電源として用いた。

【００３５】角型固体電解質二次電池の充電は、６カ月
に一度の割合で行った。又、角型固体電解質二次電池の
加熱は、電池の容器外面に沿って配置したニクロム線を
発熱体とするヒーターによって行い、加熱温度の制御は
８０±５℃で制御した所、充電は６時間で完了した。ち
なみに、加熱をしないで室温下に於て、充電した所、充
電が完了するまでに１８０時間を要した。

【００３６】角型固体電解質二次電池である電源が充電
されている間の６時間を除き、自動車電話は信号受信待
機回路と送受話用の主回路とが別々の電源によって駆動
され、そして鉛蓄電池である第１電源の容量が尽きた状
態でも、電源としての第２電源が電力を供給するダッシ
ュボートパネル、液晶表示パネル等は正常に作動し、自
動車電話も正常に作動した。

【００３７】又、角型固体電解質二次電池である第２電
源、鉛蓄電池である第１電源共に充電完了の後、自動車
電話の待機動作も含め全ての電気系統を停止した状態で
１年間放置し、その後に電気自動車を運転した所、ダッ
シュボードパネル、液晶表示パネル、自動車電話、モー
ターの駆動制御用の回路は、その後６ケ月に渡り正常に
作動した。そして第１電源の電池残存容量表示計は残存
容量１０％を表示しており、電気自動車を走行させた
所、４０ｋｍ／ｈの速度で１２ｋｍ走った場所で動かな
くなった。

【００３８】又、主電源（第１電源）の代わりに補助電
源（第２電源）を直接利用して、あるいはスイッチ６操
作により第２電源から第１電源を逆に充電させた第１電
源を利用して、走行を試みた所、４〜６ｋｍ／ｈの低速
ではあるが、更に６ｋｍも走行可能であった。このよう
に、僅かではあるが走行することが可能となり、近くの
給電所或はサービスステーションへと電気自動車を移動
させることも可能である。

【００３９】又、主電源としての第１電源が自己放電に
よって容量が低下したのに対し、角型固体電解質二次電
池である第２電源は保存中でも容量の劣化が殆どみられ
無い。

【００４０】この様に、本実施例のハイブリッド電源を
搭載した電気自動車は、主電源としての第１電源の容量
が尽きて走行できなくなった場合に於ても、第２電源が
電力を供給しているダッシュボードパネル、液晶表示パ
ネル、自動車電話、モーター駆動制御用の回路等、その
他の電気系統の動作は正常に保たれる。この事によって
自動車電話を使い給電の要請を発信する事が出来る。

【００４１】なお、本発明の二次電池としては、上記実
施例のものに限らず、他の充電可能な電池であればかま
わない。

【００４２】また、本発明の充電回路は、上記実施例で
は、第１電源や第２電源から電力を供給するためのスイ
ッチ６等であったが、これに限らず、第１電源や第２電
源以外の電源から電力を供給させるものであってもかま
わない。

【００４３】また、本発明の加熱器としては、上記作
用、実施例で述べられたものに限らず、他の、第２電源
の充電時に前記第２電源を加熱可能な手段であればかま
わない。

【００４４】また、本発明の充電では、上記実施例では
加熱を行っているが、必ずしもこのような加熱は必要で
はない。

【００４５】

【発明の効果】本発明のハイブリッド電源は、大電力を
供給でき、且長期間電源を稼働しても少なくとも小電力
は、より長期に供給できるハイブリッド電源を提供する
ことが出来る。

【００４６】又、本発明のハイブリッド電源は、二次電
池を加熱することができる加熱器を備えた事によって、
大きな電流で短時間に充電出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のハイブリッド電源の構成を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ニッケル・金属水素化物蓄電池等（第１電源）２固体電解質二次電池等（第２電源）３アルミナ基板４ヒーター（加熱器）５スイッチ（ヒーター発熱用）６スイッチ（充電用）７温度センサーＡ,Ｂ電気回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電力を供給する電源として働く第１電源
と、電力を供給する電源として働く二次電池の第２電源
と、その第２電源を充電する充電回路と、前記第２電源
の充電時に前記第２電源を加熱する加熱器とを備えるこ
とを特徴とするハイブリッド電源。
【請求項２】加熱器は、前記第１電源を電源として、前
記加熱を行うことを特徴とする請求項１記載のハイブリ
ッド電源。
【請求項３】第２電源は、前記第１電源からの電力で前
記充電回路によって適時充電されることを特徴とする請
求項１又は２記載のハイブリッド電源。
【請求項４】所定の電力を供給する電源として働く第１
電源と、前記所定の電力より小さい電力を供給する電源
として働く二次電池の第２電源と、その第２電源へ前記
第１電源から電力を充電する充電回路とを備えることを
特徴とするハイブリッド電源。
【請求項５】第１電源は二次電池であり、充電回路によ
って前記第２電源から電力が充電されることを特徴とす
る請求項１〜４何れか記載のハイブリッド電源。
【請求項６】二次電池としては、ポリマー固体電解質電
池であることを特徴とする請求項１〜５何れか記載のハ
イブリッド電源。
【請求項７】携帯電話を駆動する為の電力を供給する事
を特徴とする請求項１〜６何れか記載のハイブリッド電
源。
【請求項８】電気自動車と、その電気自動車に車載され
る装置とを駆動する為の電力を供給する事を特徴とする
請求項１〜６何れか記載のハイブリッド電源。