車両用電源装置およびこれを搭載した車両
【課題】 暖気時間を短縮して、いち早く効率的な走行を実現できる車両用電源装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 車両用電源装置１０は、車両駆動用の電力を供給する燃料電池１１と、燃料電池１１と共に電力を供給する二次電池１２と、燃料電池１１近傍および二次電池１２近傍に第１冷媒を循環する第１循環通路１３と、を有する。
【解決手段】 車両用電源装置１０は、車両駆動用の電力を供給する燃料電池１１と、燃料電池１１と共に電力を供給する二次電池１２と、燃料電池１１近傍および二次電池１２近傍に第１冷媒を循環する第１循環通路１３と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池および二次電池を有する車両用電源装置およびこれを搭載した車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料電池を搭載した車両の開発が盛んである。燃料電池搭載車両の中には、燃料電池に加えて二次電池も搭載し、燃料電池のエネルギーを補間するものがある。このような車両によれば、燃料電池の出力の過不足に対応して二次電池を充放電することによって、効率のよい走行が可能となる（たとえば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平７−９９０５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記技術を採用した車両においても、燃料電池および二次電池が動作するための適当な温度（以下、動作適温という）に到達するまでは、効率よく走行できない。つまり、燃料電池および二次電池が動作適温に到達するまでの暖気時間を開花するまでは、効率のよい走行ができない。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、暖気時間を短縮して、いち早く効率的な走行を実現できる車両用電源装置およびこれを搭載した車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の車両用電源装置は、車両駆動用の電力を供給する燃料電池と、前記燃料電池と共に電力を供給する二次電池と、前記燃料電池近傍および前記二次電池近傍に第１冷媒を循環する第１循環通路と、を有する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の車両用電源装置によれば、第１冷媒が燃料電池および二次電池近傍を循環する。燃料電池により加熱された第１冷媒が二次電池近傍を通過する。第１冷媒により二次電池が加熱されるので、二次電池が動作適温に到達するまでの時間、すなわち暖気時間を短縮できる。したがって、いち早く効率的な走行を車両に実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【０００８】
図１は、車両の駆動系の該略構成図である。
【０００９】
車両の駆動系は、車両用電源装置１０、ＤＣ／ＤＣコンバータ９２、インバータ９４、モータ９６、前輪９８を有する。
【００１０】
車両用電源装置１０は、車両の駆動に必要な電力を発生する。車両用電源装置１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ９２およびインバータ９４を介してモータ９６に電力を供給する。この電力によりモータ９６は、回転動力を発生する。回転動力は前輪９８に伝達される。これにより、車両が駆動する。
【００１１】
車両用電源装置１０は、燃料電池１１と二次電池１２とを含む。燃料電池１１は、燃料として消費される水素、酸素を連続して補給することにより発電する電池である。二次電池１２は、充放電可能な電池である。二次電池１２としては、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池、鉛酸二次電池などが上げられる。二次電池１２としては、好ましくは、リチウムイオン二次電池が用いられる。
【００１２】
次に、上記駆動系の車両用電源装置１０について、詳細な構成を説明する。
【００１３】
（第１実施形態）
図２は、車両用電源装置の構成図である。
【００１４】
車両用電源装置１０は、燃料電池１１、二次電池１２、循環通路（第１循環通路）１３、電動ポンプ１４、放熱器１５および制御部１６を含む。
【００１５】
燃料電池１１および二次電池１２は、並んで配置されている。
【００１６】
循環通路１３は、内部に冷媒（第１冷媒）を流すための閉じた流路が形成されており、該流路に冷媒が充填されている。循環通路１３は、燃料電池１１の近傍および二次電池１２の近傍に冷媒が通過するように配置されている。循環通路１３内において、燃料電池１１および二次電池１２近傍を通過した冷媒は、放熱器１５を通過して、再度、燃料電池１１および二次電池１２に供給される。循環通路１３には、電動ポンプ１４が接続されている。
【００１７】
電動ポンプ１４は、駆動すると、図中矢印で示すように、循環通路１３内で冷媒を循環させる。
【００１８】
放熱器１５は、循環通路１３に設けられている。放熱器１５は、燃料電池１１および二次電池１２を通過して、それらの熱により加熱された冷媒を冷却する。ここで、放熱器１５は、冷媒が所定温度以上にならないように、すなわち、燃料電池１１を動作適温に維持できるように、冷媒温度を、たとえば、８０度付近に維持する。
【００１９】
制御部１６は、電動ポンプ１４に接続され、車両の始動に従って、電動ポンプ１４を駆動制御する。
【００２０】
次に、上記車両用電源装置の作用について説明する。
【００２１】
図３は、車両用電源装置の動作を示すフローチャートである。
【００２２】
まず、制御部１６は、車両が始動されたか否かを判断する（ステップＳ１）。車両が始動されていない場合（ステップＳ１：ＮＯ）、始動されるまで待機する。
【００２３】
車両が始動された場合（ステップＳ１：ＹＥＳ）、制御部１６は、電動ポンプ１４を駆動する（ステップＳ２）。ここで、車両が始動されると、燃料電池１１は放電を開始し、二次電池１２も充放電を開始する。燃料電池１１および二次電池１２は、それぞれ自己発熱して温度が上昇する。したがって、電動ポンプ１４の駆動により冷媒が循環し始めると、冷媒は燃料電池１１を通過する際に、温度が上昇する。
【００２４】
温度が上昇した冷媒は、二次電池１２を通過する際に、二次電池１２に熱を与える。したがって、二次電池１２の温度が上昇する。つまり、冷媒を介して、燃料電池１１の熱が、二次電池１２に伝達される。
【００２５】
以上のように、本実施形態では、燃料電池１１を動作適温に維持するための循環通路１３の途中に、二次電池１２を配置している。したがって、燃料電池１１の発熱により温度上昇した冷媒により、二次電池１２が暖められる。これにより、二次電池１２が最も効率良く充放電を実行できる温度に到達するまでの時間、すなわち、暖気時間を短縮できる。結果として、いち早く効率的な走行を車両に実現できる。
【００２６】
特に、燃料電池１１および二次電池１２は、並んで配置されており、冷媒は、燃料電池１１近傍を通過した直後に、二次電池１２近傍を通過する。したがって、燃料電池１１により暖められた冷媒が放熱器１５により冷却される前に、効率良く二次電池１２を加熱できる。
【００２７】
さらに、暖気時間が経過した後、二次電池１２がさらに温度上昇した場合、冷媒は、二次電池１２を冷却するように作用する。したがって、二次電池１２の温度が適当な作動温度に維持される。このように、燃料電池１１の温度制御のための系を、二次電池１２にも適用できるのは、燃料電池１１の適当な動作温度が、二次電池１２においても適当な動作温度であるからである。
【００２８】
上記実施形態では、二次電池１２にバイポーラ電池を用いることができる。バイポーラ電池を用いることにより、高出力でコンパクトな二次電池が得られ、車両に適用するのにより好適な車両用電源装置が得られる。
【００２９】
適用できるバイポーラ電池について簡単に説明する。
【００３０】
図４はバイポーラ電池の概略構成を示す図である。
【００３１】
バイポーラ電池は、集電体５１の一方の面に正極５２が形成され、他方の面に負極５３が形成されたバイポーラ電極５４を電解質層５５を挟んで複数枚直列に積層してなる。
【００３２】
正極５２に含まれる主要な活物質には、リチウムと遷移金属との複合酸化物を使用できる。具体的には、ＬｉＣｏＯ２などのＬｉ・Ｃｏ系複合酸化物、ＬｉＮｉＯ２などのＬｉ・Ｎｉ系複合酸化物、スピネルＬｉＭｎ２Ｏ４などのＬｉ・Ｍｎ系複合酸化物、ＬｉＦｅＯ２などのＬｉ・Ｆｅ系複合酸化物などが挙げられる。特に、ＬｉＦｅＰＯ４が好ましい。ＬｉＦｅＰＯ４を用いることによって、耐熱性に優れた二次電池を構成できる。
【００３３】
また、負極５３に含まれる主要な活物質には、カーボンもしくはリチウムと金属酸化物もしくは金属との複合酸化物を使用できる。特に、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２が好ましい。Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２を用いることによって、耐熱性に優れた二次電池を構成できる。
【００３４】
電解質層５５は、イオン伝導性を有する高分子から構成される層であり、イオン伝導性を示すのであれば材料は限定されない。特に、主要な電解質として極性高分子およびリチウム塩が含まれることが好ましい。これにより耐熱性に優れ、かつ液漏れの虞がない。信頼性を向上できる。
【００３５】
さらに、極性高分子はポリアルキレンオキシドであることが好ましい。ポリアルキレンオキシドはイオン電動度が高いからである。ポリアルキレンオキシドのなかでも特に高分子側鎖としてエチレンオキシド鎖を持つものを用いることが好ましい。信頼性の高い電源を構成できる。
【００３６】
（第２実施形態）
第１実施形態とは異なる車両用電源装置１０の構成について説明する。
【００３７】
図５は車両用電源装置の構成図であり、５（Ａ）はバイパス側に冷媒を流す様子を示す図、５（Ｂ）は放熱器側に冷媒を流す様子を示す図である。
【００３８】
図５に示すように、第２実施形態においては、車両用電源装置１０は、燃料電池１１、二次電池１２、電動ポンプ１４、放熱器１５、循環通路（第１循環通路）２１、三方バルブ（第１切替手段）２２、温度計（第１温度計）２３、制御部２４を含む。第１実施形態と同様の構成には、同一の参照番号を付して説明を省略する。
【００３９】
循環通路２１は、内部に冷媒（第１冷媒）を流すための閉じた流路が形成されており、該流路に冷媒が充填されている。循環通路２１は、燃料電池１１の近傍および二次電池１２の近傍に冷媒が通過するように配置されている。循環通路２１には、電動ポンプ１４が設けられている。
【００４０】
電動ポンプ１４は、駆動により図５（Ａ）に示す矢印の方向に冷媒が循環させる。循環通路２１は、二次電池１２の先で、二通路に分岐している。二通路の一方には、放熱器１５が接続されている。以下では、放熱器１５が接続されている通路を、放熱通路２５という。また、放熱器が接続されていない方の通路を、バイパス通路２６という。
【００４１】
三方バルブ２２は、循環通路２１が二通路に分かれる分岐点に配置されている。三方バルブ２２は、冷媒を放熱通路２５に流すか、バイパス通路２６に流すかを切替可能である。三方バルブ２２は、制御部２４に接続され、流路の切替が制御されている。
【００４２】
温度計２３は、燃料電池１１に取り付けられ、燃料電池１１の温度を検出する。
【００４３】
制御部２４は、電動ポンプ１４、三方バルブ２２および温度計２３に接続されている。制御部２４は、車両の始動に基づいて電動ポンプ１４を制御する。また、制御部２４は、温度計２３の検出結果に基づいて、三方バルブ２２を制御する。
【００４４】
次に、上記車両用電源装置の作用について説明する。
【００４５】
図６は、車両用電源装置の動作を示すフローチャートである。
【００４６】
まず、制御部２４は、車両が始動されたか否かを判断する（ステップＳ１１）。車両が始動されていない場合（ステップＳ１１：ＮＯ）、始動されるまで待機する。
【００４７】
車両が始動された場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、制御部２４は、三方バルブ２２を制御して、バイパス通路２６側を開状態、放熱通路２５側を閉状態とする（ステップＳ１２）。ここで、車両が始動されると、燃料電池１１は放電を開始し、二次電池１２も充放電を開始する。燃料電池１１および二次電池１２は、それぞれ自己発熱して温度が上昇し始める。
【００４８】
続けて、制御部１６は、電動ポンプ１４を駆動する（ステップＳ１３）。すると、図５（Ａ）に矢印で示すように、冷媒がバイパス通路２６を流れる。冷媒は、燃料電池１１近傍を通過する際に燃料電池１１の自己発熱により加熱され、二次電池１２近傍を通過する際に二次電池１２に熱が奪われる。つまり、冷媒を介して、燃料電池１１の熱が、二次電池１２に伝達される。
【００４９】
温度計２３により燃料電池１１の温度Ｔ１が検出される（ステップＳ１４）。検出された温度Ｔ１が、所定温度Ｔａ以上か否かが判断される（ステップＳ１５）。ここで、所定温度Ｔａとは、燃料電池１１の動作適温である。
【００５０】
検出温度Ｔ１が所定温度Ｔａ未満の場合（ステップＳ１４：ＮＯ）、温度計２３による温度検出を繰り返す。燃料電池１１が十分に温まって、検出温度Ｔ１が所定温度Ｔａ以上になったら（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、制御部２４は、三方バルブ２２を制御して、バイパス通路２６側を閉状態、放熱通路２５側を開状態とする（ステップＳ１６）。これにより、図５（Ｂ）に矢印で示すように、冷媒が放熱通路２５を流れ始める。
【００５１】
以上のように、第２実施形態では、第１実施形態と同様に、燃料電池１１の温度を制御するための冷媒を通す循環通路２１近傍に二次電池１２も配置している。したがって、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００５２】
加えて、第２実施形態では、燃料電池１１の温度Ｔ１を検出して三方バルブ２２を切替え、燃料電池１１が動作適温になるまでは冷媒をバイパス通路２６に通す。燃料電池１１が動作適温になったら、冷媒を放熱通路２５に通す。したがって、燃料電池１１が動作適温になるまでは、冷媒が放熱器１５により放熱されない。放熱されない冷媒は動作適温までは温度が次第に向上するので、冷媒による二次電池１２の加熱がより促進される。
【００５３】
一方、燃料電池１１が動作適温になったら、冷媒が放熱器１５を通り、冷却されて、循環通路２１に循環される。したがって、燃料電池１１および二次電池１２の過熱が防止される。
【００５４】
（第３実施形態）
さらに異なる車両用電源装置１０の構成について説明する。
【００５５】
図７は車両用電源装置の構成図であり、図７（Ａ）は第１冷媒のみ循環する様子を示す図、図７（Ｂ）は第１冷媒および第２冷媒を循環する様子を示す図である。
【００５６】
図７に示すように、第３実施形態においては、車両用電源装置１０は、燃料電池１１、二次電池１２、第１電動ポンプ１４、温度計２３、第１循環通路３１、熱交換器３２、第２循環通路３３、第２電動ポンプ（ポンプ）３４、放熱器（第２放熱器）３５および制御部３６を含む。第１実施形態および第２実施形態と同様の構成には、同一の参照番号を付して説明を省略する。
【００５７】
第１循環通路３１は、内部に閉じた通路が形成されており、該通路に第１冷媒が充填されている。第１循環通路３１は、燃料電池１１の近傍および二次電池１２の近傍に第１冷媒が通過するように配置されている。第１循環通路３１には、第１電動ポンプ１４が設けられている。
【００５８】
第１電動ポンプ１４は、駆動により図７（Ａ）に示す矢印の方向に第１冷媒を循環させる。第１循環通路には、熱交換器３２が接続されている。
【００５９】
熱交換器３２は、第１循環通路３１を含む系と、第２循環通路３３を含む他の系とを熱交換する。
【００６０】
他の系には、第２循環通路３３、第２電動ポンプ３４および放熱器３５が含まれる。
【００６１】
循環通路３３は、循環通路３１と同様に内部に第２冷媒を流すための流路が形成されており、該流路に第２冷媒が充填されている。
【００６２】
第２循環通路３３には、第２電動ポンプ３４が取り付けられている。第２電動ポンプ３４は、駆動により、第２循環通路３３内の第２冷媒を循環させる。
【００６３】
第２循環通路３３には、さらに、放熱器３５が設けられている。放熱器３５は、通過する第２冷媒の温度が所定温度以上にならないように制御する。燃料電池１１の動作適温が８０度である場合、放熱器３５は、８０度以上にならないように第２冷媒を放熱する。
【００６４】
制御部３６は、電動ポンプ１４、温度計２３および電動ポンプ３４に接続されている。制御部３６は、車両の始動に基づいて第１電動ポンプ１４を制御する。制御部３６は、温度計２３の検出結果に基づいて、第２電動ポンプ３４の駆動を制御する。
【００６５】
次に、上記車両用電源装置の作用について説明する。
【００６６】
図８は、車両用電源装置の動作を示すフローチャートである。
【００６７】
まず、制御部３６は、車両が始動されたか否かを判断する（ステップＳ２１）。車両が始動されていない場合（ステップＳ２１：ＮＯ）、始動されるまで待機する。
【００６８】
車両が始動された場合（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、制御部３６は、第１電動ポンプ１４を駆動する（ステップＳ２２）。第１電動ポンプ１４が駆動すると、図７（Ａ）に矢印で示すように、第１冷媒が第１循環通路３１を流れる。ここで、車両が始動されると、燃料電池１１は放電を開始し、二次電池１２も充放電を開始する。燃料電池１１および二次電池１２は、それぞれ自己発熱して温度が上昇する。
【００６９】
この間、温度計２３により燃料電池１１の温度Ｔ１が検出される（ステップＳ２３）。検出された温度Ｔ１が、所定温度Ｔａ以上か否かが判断される（ステップＳ２４）。ここで、所定温度Ｔａとは、燃料電池１１の動作適温である。
【００７０】
検出温度Ｔ１が所定温度Ｔａ未満の場合（ステップＳ２４：ＮＯ）、温度計２３による温度検出を繰り返す。燃料電池１１が十分に温まって、検出温度Ｔ１が所定温度Ｔａ以上になったら（ステップＳ２４：ＹＥＳ）、制御部３６は、第２電動ポンプ３４を駆動する（ステップＳ２５）。これにより、図７（Ｂ）に矢印で示すように、第２冷媒が第２循環通路３３を循環し始める。第２循環通路３３を循環する第２冷媒は、熱交換器３２において、第１循環通路３１を循環する第１冷媒と熱交換される。熱交換により暖められた第２循環通路３３の第２冷媒は、放熱器３５を通過する際に冷却され、熱交換器３２に供給される。
【００７１】
以上のように、第３実施形態では、第１実施形態と同様に、燃料電池１１の温度を制御するための第１冷媒を通す循環通路２１近傍に二次電池１２も配置している。したがって、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００７２】
加えて、第３実施形態では、燃料電池１１の温度Ｔ１を検出して、燃料電池１１が動作適温になるまでは第１循環通路３１でのみ冷媒を循環させる。したがって、燃料電池１１が動作適温になるまでは、第１冷媒が熱交換器３２においてほとんど熱交換されない。第１冷媒が冷却されないので、次第に温度上昇する第１冷媒により、二次電池１２の加熱がより促進される。
【００７３】
一方、燃料電池１１が動作適温になったら、第２循環通路３３においても第２冷媒が循環される。したがって、熱交換器３２には、常に放熱器３５において冷却された第２冷媒が供給され、第１循環通路３１の第１冷媒と熱交換される。結果として、冷却された第１冷媒が第１循環通路３１を循環するので、燃料電池１１および二次電池１２は、動作適温以上に過熱されない。
【００７４】
（第４実施形態）
さらに異なる車両用電源装置１０の構成について説明する。
【００７５】
図９は車両用電源装置の構成図であり、図９（Ａ）は第１冷媒のみ循環する様子を示す図、図９（Ｂ）は第１冷媒および第２冷媒を循環する様子を示す図、図９（Ｃ）は二次電池をバイパスして第１冷媒を流す様子を示す図である。
【００７６】
第４実施形態では、第３実施形態と略同様の構成に、一部新たな構成を付加している。したがって、第３実施形態と異なる点について説明する。
【００７７】
図９に示すように、第４実施形態の車両用電源装置１０は、第１循環通路３１が途中で分岐されている。一方は、二次電池１２に向かって第１冷媒が進む電池側通路４１であり、もう一方は、二次電池１２をバイパスして第１冷媒が進むバイパス通路（第２バイパス通路）４２である。
【００７８】
これらの通路を４１、４２の分岐の開始点には、三方バルブ４３が設けられている。三方バルブ４３は、冷媒の進行方向を、電池側通路４１またはバイパス通路４２に切替可能である。
【００７９】
また、二次電池１２には、第２温度計４４が取り付けられている。第２温度計４４は、二次電池１２の温度を検出する。
【００８０】
第３実施形態では、制御部３６は、三方バルブ４３および第２温度計４４に接続されている。制御部３６は、第２温度計４４の検出結果に従って、三方バルブ４３を制御する。
【００８１】
次に、上記車両用電源装置の作用について説明する。
【００８２】
図１０は、車両用電源装置の動作を示すフローチャートである。
【００８３】
まず、制御部３６は、車両が始動されたか否かを判断する（ステップＳ３１）。車両が始動されていない場合（ステップＳ３１：ＮＯ）、始動されるまで待機する。
【００８４】
車両が始動された場合（ステップＳ３１：ＹＥＳ）、制御部３６は、三方バルブ４３を制御して、電池側通路４１側を開状態、バイパス通路４２側を閉状態とする（ステップＳ３２）。ここで、車両が始動されると、燃料電池１１は放電を開始し、二次電池１２も充放電を開始する。燃料電池１１および二次電池１２は、それぞれ自己発熱して温度が上昇し始める。
【００８５】
続けて、制御部３６は、第１電動ポンプ１４を駆動する（ステップＳ３３）。すると、図９（Ａ）に矢印で示すように、第１冷媒が燃料電池１１および二次電池１２近傍を流れる。冷媒は、燃料電池１１近傍を通過する際に燃料電池１１の自己発熱により加熱され、二次電池１２近傍を通過する際に二次電池１２に熱が奪われる。つまり、冷媒を介して、燃料電池１１の熱が、二次電池１２に伝達される。
【００８６】
この間、温度計２３により燃料電池１１の温度Ｔ１が検出される（ステップＳ３４）。検出された温度Ｔ１が、所定温度Ｔａ以上か否かが判断される（ステップＳ３５）。ここで、所定温度Ｔａとは、燃料電池１１の動作適温である。
【００８７】
検出温度Ｔ１が所定温度Ｔａ未満の場合（ステップＳ３５：ＮＯ）、温度計２３による温度検出を繰り返す。燃料電池１１が十分に温まって、検出温度Ｔ１が所定温度Ｔａ以上になったら（ステップＳ３５：ＹＥＳ）、制御部３６は、第２電動ポンプ３４を駆動する（ステップＳ３６）。これにより、図９（Ｂ）に矢印で示すように、第２冷媒が第２循環通路３３を循環し始める。第２循環通路３３を循環する第２冷媒は、熱交換器３２において、第１循環通路３１を循環する第１冷媒と熱交換される。熱交換により暖められた第２循環通路３３の第２冷媒は、放熱器３５を通過する際に冷却され、熱交換器３２に供給される。
【００８８】
さらに、第２温度計４４により、二次電池１２の温度Ｔ２が検出される（ステップＳ３７）。検出された温度Ｔ２が、所定温度Ｔａよりも高く設定された設定温度Ｔｂ以上か否かが判断される（ステップＳ３８）。ここで、設定温度Ｔｂとは、二次電池１２の動作適温よりも高い温度に設定されている。
【００８９】
検出された温度Ｔ２が設定温度Ｔｂ未満である場合（ステップＳ３８：ＮＯ）、二次電池１２の温度の検出が続行される。検出された温度Ｔ２が設定温度Ｔｂ以上である場合（ステップＳ３８：ＹＥＳ）、制御部３６は、三方バルブ４３を制御して、電池側通路４１側を閉状態、バイパス通路４２側を開状態とする（ステップＳ３９）。これにより、図９（Ｃ）に矢印で示すように、冷媒が二次電池１２をバイパスして流れる。
【００９０】
そして、検出された温度Ｔ２が設定温度Ｔｂ未満に戻ったか否かが判断される（ステップＳ４０）。温度Ｔ２が設定温度Ｔｂ未満に戻っていない場合（ステップＳ４０：ＮＯ）、三方バルブ４３の状態が維持される。
【００９１】
温度Ｔ２が設定温度Ｔｂ未満に戻った場合（ステップＳ４０：ＹＥＳ）、制御部３６は、三方バルブ４３を制御して、電池側通路４１側を開状態、バイパス通路４２側を閉状態とする（ステップＳ４１）。ステップＳ３７からステップＳ４１までの処理は、車両が運転停止になるまで繰り返される。
【００９２】
以上のように、第４実施形態では、第３実施形態の構成に加え、三方バルブ４３を設けている。したがって、急発進などにより燃料電池１１の温度が二次電池の作動適温よりも急激に高くなり、該燃料電池１１の温度が第１冷媒を通じて伝達される場合、即座に、三方バルブ４３をバイパス通路４２側に切替えられる。これにより、高温の第１冷媒が二次電池１２近傍を通過することを防止でき、その熱が二次電池１２に伝達されない。結果として、二次電池１２の温度を作動温度に保持できる。
【００９３】
第１冷媒の温度が燃料電池１１の動作適温に戻ったら、再び、電池側通路４１に冷媒を通すことにより、二次電池１２の温度を適温に維持できる。
【００９４】
（第５実施形態）
第５実施形態では、上記第１実施形態〜第４実施形態の車両用電源装置を駆動用電源として搭載して車両を構成する。
【００９５】
参考までに、図１１に車両用電源装置１０を搭載する自動車１００の該略図を示す。自動車１００に搭載する車両用電源装置１０は、上記説明した特性を有する。このため、二次電池が動作適温に到達するまでの時間、すなわち暖気時間が短い。自動車１００は、いち早く効率的な走行を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】車両の駆動系の該略構成図である。
【図２】車両用電源装置の構成図である。
【図３】車両用電源装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】バイポーラ電池の概略構成を示す図である。
【図５】車両用電源装置の構成図であり、５（Ａ）はバイパス側に冷媒を流す様子を示す図、５（Ｂ）は放熱器側に冷媒を流す様子を示す図である。
【図６】車両用電源装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】車両用電源装置の構成図であり、図７（Ａ）は第１冷媒のみ循環する様子を示す図、図７（Ｂ）は第１冷媒および第２冷媒を循環する様子を示す図である。
【図８】車両用電源装置の動作を示すフローチャートである。
【図９】車両用電源装置の構成図であり、図９（Ａ）は第１冷媒のみ循環する様子を示す図、図９（Ｂ）は第１冷媒および第２冷媒を循環する様子を示す図、図９（Ｃ）は二次電池をバイパスして第１冷媒を流す様子を示す図である。
【図１０】車両用電源装置の動作を示すフローチャートである。
【図１１】車両用電源装置を搭載する自動車の概略図である。
【符号の説明】
【００９７】
１０…車両用電源装置、
１１…燃料電池、
１２…二次電池、
１３…第１循環通路、
１４…電動ポンプ、
１５…第１放熱器、
１６、２４、３６…制御部、
２１、３１…第１循環通路、
２２…三方バルブ、
２３…第１温度計、
２５…放熱通路、
２６…バイパス通路、
３２…熱交換器、
３３…第２循環通路、
３４…電動ポンプ、
３５…放熱器、
４１…電池側通路、
４２…バイパス通路、
４３…三方バルブ、
４４…第２温度計、
５１…集電体、
５２…正極、
５３…負極、
５４…バイポーラ電極、
５５…電解質層、
９２…コンバータ、
９４…インバータ、
９６…モータ、
９８…前輪、
１００…自動車。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池および二次電池を有する車両用電源装置およびこれを搭載した車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料電池を搭載した車両の開発が盛んである。燃料電池搭載車両の中には、燃料電池に加えて二次電池も搭載し、燃料電池のエネルギーを補間するものがある。このような車両によれば、燃料電池の出力の過不足に対応して二次電池を充放電することによって、効率のよい走行が可能となる（たとえば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平７−９９０５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記技術を採用した車両においても、燃料電池および二次電池が動作するための適当な温度（以下、動作適温という）に到達するまでは、効率よく走行できない。つまり、燃料電池および二次電池が動作適温に到達するまでの暖気時間を開花するまでは、効率のよい走行ができない。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、暖気時間を短縮して、いち早く効率的な走行を実現できる車両用電源装置およびこれを搭載した車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の車両用電源装置は、車両駆動用の電力を供給する燃料電池と、前記燃料電池と共に電力を供給する二次電池と、前記燃料電池近傍および前記二次電池近傍に第１冷媒を循環する第１循環通路と、を有する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の車両用電源装置によれば、第１冷媒が燃料電池および二次電池近傍を循環する。燃料電池により加熱された第１冷媒が二次電池近傍を通過する。第１冷媒により二次電池が加熱されるので、二次電池が動作適温に到達するまでの時間、すなわち暖気時間を短縮できる。したがって、いち早く効率的な走行を車両に実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【０００８】
図１は、車両の駆動系の該略構成図である。
【０００９】
車両の駆動系は、車両用電源装置１０、ＤＣ／ＤＣコンバータ９２、インバータ９４、モータ９６、前輪９８を有する。
【００１０】
車両用電源装置１０は、車両の駆動に必要な電力を発生する。車両用電源装置１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ９２およびインバータ９４を介してモータ９６に電力を供給する。この電力によりモータ９６は、回転動力を発生する。回転動力は前輪９８に伝達される。これにより、車両が駆動する。
【００１１】
車両用電源装置１０は、燃料電池１１と二次電池１２とを含む。燃料電池１１は、燃料として消費される水素、酸素を連続して補給することにより発電する電池である。二次電池１２は、充放電可能な電池である。二次電池１２としては、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池、鉛酸二次電池などが上げられる。二次電池１２としては、好ましくは、リチウムイオン二次電池が用いられる。
【００１２】
次に、上記駆動系の車両用電源装置１０について、詳細な構成を説明する。
【００１３】
（第１実施形態）
図２は、車両用電源装置の構成図である。
【００１４】
車両用電源装置１０は、燃料電池１１、二次電池１２、循環通路（第１循環通路）１３、電動ポンプ１４、放熱器１５および制御部１６を含む。
【００１５】
燃料電池１１および二次電池１２は、並んで配置されている。
【００１６】
循環通路１３は、内部に冷媒（第１冷媒）を流すための閉じた流路が形成されており、該流路に冷媒が充填されている。循環通路１３は、燃料電池１１の近傍および二次電池１２の近傍に冷媒が通過するように配置されている。循環通路１３内において、燃料電池１１および二次電池１２近傍を通過した冷媒は、放熱器１５を通過して、再度、燃料電池１１および二次電池１２に供給される。循環通路１３には、電動ポンプ１４が接続されている。
【００１７】
電動ポンプ１４は、駆動すると、図中矢印で示すように、循環通路１３内で冷媒を循環させる。
【００１８】
放熱器１５は、循環通路１３に設けられている。放熱器１５は、燃料電池１１および二次電池１２を通過して、それらの熱により加熱された冷媒を冷却する。ここで、放熱器１５は、冷媒が所定温度以上にならないように、すなわち、燃料電池１１を動作適温に維持できるように、冷媒温度を、たとえば、８０度付近に維持する。
【００１９】
制御部１６は、電動ポンプ１４に接続され、車両の始動に従って、電動ポンプ１４を駆動制御する。
【００２０】
次に、上記車両用電源装置の作用について説明する。
【００２１】
図３は、車両用電源装置の動作を示すフローチャートである。
【００２２】
まず、制御部１６は、車両が始動されたか否かを判断する（ステップＳ１）。車両が始動されていない場合（ステップＳ１：ＮＯ）、始動されるまで待機する。
【００２３】
車両が始動された場合（ステップＳ１：ＹＥＳ）、制御部１６は、電動ポンプ１４を駆動する（ステップＳ２）。ここで、車両が始動されると、燃料電池１１は放電を開始し、二次電池１２も充放電を開始する。燃料電池１１および二次電池１２は、それぞれ自己発熱して温度が上昇する。したがって、電動ポンプ１４の駆動により冷媒が循環し始めると、冷媒は燃料電池１１を通過する際に、温度が上昇する。
【００２４】
温度が上昇した冷媒は、二次電池１２を通過する際に、二次電池１２に熱を与える。したがって、二次電池１２の温度が上昇する。つまり、冷媒を介して、燃料電池１１の熱が、二次電池１２に伝達される。
【００２５】
以上のように、本実施形態では、燃料電池１１を動作適温に維持するための循環通路１３の途中に、二次電池１２を配置している。したがって、燃料電池１１の発熱により温度上昇した冷媒により、二次電池１２が暖められる。これにより、二次電池１２が最も効率良く充放電を実行できる温度に到達するまでの時間、すなわち、暖気時間を短縮できる。結果として、いち早く効率的な走行を車両に実現できる。
【００２６】
特に、燃料電池１１および二次電池１２は、並んで配置されており、冷媒は、燃料電池１１近傍を通過した直後に、二次電池１２近傍を通過する。したがって、燃料電池１１により暖められた冷媒が放熱器１５により冷却される前に、効率良く二次電池１２を加熱できる。
【００２７】
さらに、暖気時間が経過した後、二次電池１２がさらに温度上昇した場合、冷媒は、二次電池１２を冷却するように作用する。したがって、二次電池１２の温度が適当な作動温度に維持される。このように、燃料電池１１の温度制御のための系を、二次電池１２にも適用できるのは、燃料電池１１の適当な動作温度が、二次電池１２においても適当な動作温度であるからである。
【００２８】
上記実施形態では、二次電池１２にバイポーラ電池を用いることができる。バイポーラ電池を用いることにより、高出力でコンパクトな二次電池が得られ、車両に適用するのにより好適な車両用電源装置が得られる。
【００２９】
適用できるバイポーラ電池について簡単に説明する。
【００３０】
図４はバイポーラ電池の概略構成を示す図である。
【００３１】
バイポーラ電池は、集電体５１の一方の面に正極５２が形成され、他方の面に負極５３が形成されたバイポーラ電極５４を電解質層５５を挟んで複数枚直列に積層してなる。
【００３２】
正極５２に含まれる主要な活物質には、リチウムと遷移金属との複合酸化物を使用できる。具体的には、ＬｉＣｏＯ２などのＬｉ・Ｃｏ系複合酸化物、ＬｉＮｉＯ２などのＬｉ・Ｎｉ系複合酸化物、スピネルＬｉＭｎ２Ｏ４などのＬｉ・Ｍｎ系複合酸化物、ＬｉＦｅＯ２などのＬｉ・Ｆｅ系複合酸化物などが挙げられる。特に、ＬｉＦｅＰＯ４が好ましい。ＬｉＦｅＰＯ４を用いることによって、耐熱性に優れた二次電池を構成できる。
【００３３】
また、負極５３に含まれる主要な活物質には、カーボンもしくはリチウムと金属酸化物もしくは金属との複合酸化物を使用できる。特に、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２が好ましい。Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２を用いることによって、耐熱性に優れた二次電池を構成できる。
【００３４】
電解質層５５は、イオン伝導性を有する高分子から構成される層であり、イオン伝導性を示すのであれば材料は限定されない。特に、主要な電解質として極性高分子およびリチウム塩が含まれることが好ましい。これにより耐熱性に優れ、かつ液漏れの虞がない。信頼性を向上できる。
【００３５】
さらに、極性高分子はポリアルキレンオキシドであることが好ましい。ポリアルキレンオキシドはイオン電動度が高いからである。ポリアルキレンオキシドのなかでも特に高分子側鎖としてエチレンオキシド鎖を持つものを用いることが好ましい。信頼性の高い電源を構成できる。
【００３６】
（第２実施形態）
第１実施形態とは異なる車両用電源装置１０の構成について説明する。
【００３７】
図５は車両用電源装置の構成図であり、５（Ａ）はバイパス側に冷媒を流す様子を示す図、５（Ｂ）は放熱器側に冷媒を流す様子を示す図である。
【００３８】
図５に示すように、第２実施形態においては、車両用電源装置１０は、燃料電池１１、二次電池１２、電動ポンプ１４、放熱器１５、循環通路（第１循環通路）２１、三方バルブ（第１切替手段）２２、温度計（第１温度計）２３、制御部２４を含む。第１実施形態と同様の構成には、同一の参照番号を付して説明を省略する。
【００３９】
循環通路２１は、内部に冷媒（第１冷媒）を流すための閉じた流路が形成されており、該流路に冷媒が充填されている。循環通路２１は、燃料電池１１の近傍および二次電池１２の近傍に冷媒が通過するように配置されている。循環通路２１には、電動ポンプ１４が設けられている。
【００４０】
電動ポンプ１４は、駆動により図５（Ａ）に示す矢印の方向に冷媒が循環させる。循環通路２１は、二次電池１２の先で、二通路に分岐している。二通路の一方には、放熱器１５が接続されている。以下では、放熱器１５が接続されている通路を、放熱通路２５という。また、放熱器が接続されていない方の通路を、バイパス通路２６という。
【００４１】
三方バルブ２２は、循環通路２１が二通路に分かれる分岐点に配置されている。三方バルブ２２は、冷媒を放熱通路２５に流すか、バイパス通路２６に流すかを切替可能である。三方バルブ２２は、制御部２４に接続され、流路の切替が制御されている。
【００４２】
温度計２３は、燃料電池１１に取り付けられ、燃料電池１１の温度を検出する。
【００４３】
制御部２４は、電動ポンプ１４、三方バルブ２２および温度計２３に接続されている。制御部２４は、車両の始動に基づいて電動ポンプ１４を制御する。また、制御部２４は、温度計２３の検出結果に基づいて、三方バルブ２２を制御する。
【００４４】
次に、上記車両用電源装置の作用について説明する。
【００４５】
図６は、車両用電源装置の動作を示すフローチャートである。
【００４６】
まず、制御部２４は、車両が始動されたか否かを判断する（ステップＳ１１）。車両が始動されていない場合（ステップＳ１１：ＮＯ）、始動されるまで待機する。
【００４７】
車両が始動された場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、制御部２４は、三方バルブ２２を制御して、バイパス通路２６側を開状態、放熱通路２５側を閉状態とする（ステップＳ１２）。ここで、車両が始動されると、燃料電池１１は放電を開始し、二次電池１２も充放電を開始する。燃料電池１１および二次電池１２は、それぞれ自己発熱して温度が上昇し始める。
【００４８】
続けて、制御部１６は、電動ポンプ１４を駆動する（ステップＳ１３）。すると、図５（Ａ）に矢印で示すように、冷媒がバイパス通路２６を流れる。冷媒は、燃料電池１１近傍を通過する際に燃料電池１１の自己発熱により加熱され、二次電池１２近傍を通過する際に二次電池１２に熱が奪われる。つまり、冷媒を介して、燃料電池１１の熱が、二次電池１２に伝達される。
【００４９】
温度計２３により燃料電池１１の温度Ｔ１が検出される（ステップＳ１４）。検出された温度Ｔ１が、所定温度Ｔａ以上か否かが判断される（ステップＳ１５）。ここで、所定温度Ｔａとは、燃料電池１１の動作適温である。
【００５０】
検出温度Ｔ１が所定温度Ｔａ未満の場合（ステップＳ１４：ＮＯ）、温度計２３による温度検出を繰り返す。燃料電池１１が十分に温まって、検出温度Ｔ１が所定温度Ｔａ以上になったら（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、制御部２４は、三方バルブ２２を制御して、バイパス通路２６側を閉状態、放熱通路２５側を開状態とする（ステップＳ１６）。これにより、図５（Ｂ）に矢印で示すように、冷媒が放熱通路２５を流れ始める。
【００５１】
以上のように、第２実施形態では、第１実施形態と同様に、燃料電池１１の温度を制御するための冷媒を通す循環通路２１近傍に二次電池１２も配置している。したがって、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００５２】
加えて、第２実施形態では、燃料電池１１の温度Ｔ１を検出して三方バルブ２２を切替え、燃料電池１１が動作適温になるまでは冷媒をバイパス通路２６に通す。燃料電池１１が動作適温になったら、冷媒を放熱通路２５に通す。したがって、燃料電池１１が動作適温になるまでは、冷媒が放熱器１５により放熱されない。放熱されない冷媒は動作適温までは温度が次第に向上するので、冷媒による二次電池１２の加熱がより促進される。
【００５３】
一方、燃料電池１１が動作適温になったら、冷媒が放熱器１５を通り、冷却されて、循環通路２１に循環される。したがって、燃料電池１１および二次電池１２の過熱が防止される。
【００５４】
（第３実施形態）
さらに異なる車両用電源装置１０の構成について説明する。
【００５５】
図７は車両用電源装置の構成図であり、図７（Ａ）は第１冷媒のみ循環する様子を示す図、図７（Ｂ）は第１冷媒および第２冷媒を循環する様子を示す図である。
【００５６】
図７に示すように、第３実施形態においては、車両用電源装置１０は、燃料電池１１、二次電池１２、第１電動ポンプ１４、温度計２３、第１循環通路３１、熱交換器３２、第２循環通路３３、第２電動ポンプ（ポンプ）３４、放熱器（第２放熱器）３５および制御部３６を含む。第１実施形態および第２実施形態と同様の構成には、同一の参照番号を付して説明を省略する。
【００５７】
第１循環通路３１は、内部に閉じた通路が形成されており、該通路に第１冷媒が充填されている。第１循環通路３１は、燃料電池１１の近傍および二次電池１２の近傍に第１冷媒が通過するように配置されている。第１循環通路３１には、第１電動ポンプ１４が設けられている。
【００５８】
第１電動ポンプ１４は、駆動により図７（Ａ）に示す矢印の方向に第１冷媒を循環させる。第１循環通路には、熱交換器３２が接続されている。
【００５９】
熱交換器３２は、第１循環通路３１を含む系と、第２循環通路３３を含む他の系とを熱交換する。
【００６０】
他の系には、第２循環通路３３、第２電動ポンプ３４および放熱器３５が含まれる。
【００６１】
循環通路３３は、循環通路３１と同様に内部に第２冷媒を流すための流路が形成されており、該流路に第２冷媒が充填されている。
【００６２】
第２循環通路３３には、第２電動ポンプ３４が取り付けられている。第２電動ポンプ３４は、駆動により、第２循環通路３３内の第２冷媒を循環させる。
【００６３】
第２循環通路３３には、さらに、放熱器３５が設けられている。放熱器３５は、通過する第２冷媒の温度が所定温度以上にならないように制御する。燃料電池１１の動作適温が８０度である場合、放熱器３５は、８０度以上にならないように第２冷媒を放熱する。
【００６４】
制御部３６は、電動ポンプ１４、温度計２３および電動ポンプ３４に接続されている。制御部３６は、車両の始動に基づいて第１電動ポンプ１４を制御する。制御部３６は、温度計２３の検出結果に基づいて、第２電動ポンプ３４の駆動を制御する。
【００６５】
次に、上記車両用電源装置の作用について説明する。
【００６６】
図８は、車両用電源装置の動作を示すフローチャートである。
【００６７】
まず、制御部３６は、車両が始動されたか否かを判断する（ステップＳ２１）。車両が始動されていない場合（ステップＳ２１：ＮＯ）、始動されるまで待機する。
【００６８】
車両が始動された場合（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、制御部３６は、第１電動ポンプ１４を駆動する（ステップＳ２２）。第１電動ポンプ１４が駆動すると、図７（Ａ）に矢印で示すように、第１冷媒が第１循環通路３１を流れる。ここで、車両が始動されると、燃料電池１１は放電を開始し、二次電池１２も充放電を開始する。燃料電池１１および二次電池１２は、それぞれ自己発熱して温度が上昇する。
【００６９】
この間、温度計２３により燃料電池１１の温度Ｔ１が検出される（ステップＳ２３）。検出された温度Ｔ１が、所定温度Ｔａ以上か否かが判断される（ステップＳ２４）。ここで、所定温度Ｔａとは、燃料電池１１の動作適温である。
【００７０】
検出温度Ｔ１が所定温度Ｔａ未満の場合（ステップＳ２４：ＮＯ）、温度計２３による温度検出を繰り返す。燃料電池１１が十分に温まって、検出温度Ｔ１が所定温度Ｔａ以上になったら（ステップＳ２４：ＹＥＳ）、制御部３６は、第２電動ポンプ３４を駆動する（ステップＳ２５）。これにより、図７（Ｂ）に矢印で示すように、第２冷媒が第２循環通路３３を循環し始める。第２循環通路３３を循環する第２冷媒は、熱交換器３２において、第１循環通路３１を循環する第１冷媒と熱交換される。熱交換により暖められた第２循環通路３３の第２冷媒は、放熱器３５を通過する際に冷却され、熱交換器３２に供給される。
【００７１】
以上のように、第３実施形態では、第１実施形態と同様に、燃料電池１１の温度を制御するための第１冷媒を通す循環通路２１近傍に二次電池１２も配置している。したがって、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００７２】
加えて、第３実施形態では、燃料電池１１の温度Ｔ１を検出して、燃料電池１１が動作適温になるまでは第１循環通路３１でのみ冷媒を循環させる。したがって、燃料電池１１が動作適温になるまでは、第１冷媒が熱交換器３２においてほとんど熱交換されない。第１冷媒が冷却されないので、次第に温度上昇する第１冷媒により、二次電池１２の加熱がより促進される。
【００７３】
一方、燃料電池１１が動作適温になったら、第２循環通路３３においても第２冷媒が循環される。したがって、熱交換器３２には、常に放熱器３５において冷却された第２冷媒が供給され、第１循環通路３１の第１冷媒と熱交換される。結果として、冷却された第１冷媒が第１循環通路３１を循環するので、燃料電池１１および二次電池１２は、動作適温以上に過熱されない。
【００７４】
（第４実施形態）
さらに異なる車両用電源装置１０の構成について説明する。
【００７５】
図９は車両用電源装置の構成図であり、図９（Ａ）は第１冷媒のみ循環する様子を示す図、図９（Ｂ）は第１冷媒および第２冷媒を循環する様子を示す図、図９（Ｃ）は二次電池をバイパスして第１冷媒を流す様子を示す図である。
【００７６】
第４実施形態では、第３実施形態と略同様の構成に、一部新たな構成を付加している。したがって、第３実施形態と異なる点について説明する。
【００７７】
図９に示すように、第４実施形態の車両用電源装置１０は、第１循環通路３１が途中で分岐されている。一方は、二次電池１２に向かって第１冷媒が進む電池側通路４１であり、もう一方は、二次電池１２をバイパスして第１冷媒が進むバイパス通路（第２バイパス通路）４２である。
【００７８】
これらの通路を４１、４２の分岐の開始点には、三方バルブ４３が設けられている。三方バルブ４３は、冷媒の進行方向を、電池側通路４１またはバイパス通路４２に切替可能である。
【００７９】
また、二次電池１２には、第２温度計４４が取り付けられている。第２温度計４４は、二次電池１２の温度を検出する。
【００８０】
第３実施形態では、制御部３６は、三方バルブ４３および第２温度計４４に接続されている。制御部３６は、第２温度計４４の検出結果に従って、三方バルブ４３を制御する。
【００８１】
次に、上記車両用電源装置の作用について説明する。
【００８２】
図１０は、車両用電源装置の動作を示すフローチャートである。
【００８３】
まず、制御部３６は、車両が始動されたか否かを判断する（ステップＳ３１）。車両が始動されていない場合（ステップＳ３１：ＮＯ）、始動されるまで待機する。
【００８４】
車両が始動された場合（ステップＳ３１：ＹＥＳ）、制御部３６は、三方バルブ４３を制御して、電池側通路４１側を開状態、バイパス通路４２側を閉状態とする（ステップＳ３２）。ここで、車両が始動されると、燃料電池１１は放電を開始し、二次電池１２も充放電を開始する。燃料電池１１および二次電池１２は、それぞれ自己発熱して温度が上昇し始める。
【００８５】
続けて、制御部３６は、第１電動ポンプ１４を駆動する（ステップＳ３３）。すると、図９（Ａ）に矢印で示すように、第１冷媒が燃料電池１１および二次電池１２近傍を流れる。冷媒は、燃料電池１１近傍を通過する際に燃料電池１１の自己発熱により加熱され、二次電池１２近傍を通過する際に二次電池１２に熱が奪われる。つまり、冷媒を介して、燃料電池１１の熱が、二次電池１２に伝達される。
【００８６】
この間、温度計２３により燃料電池１１の温度Ｔ１が検出される（ステップＳ３４）。検出された温度Ｔ１が、所定温度Ｔａ以上か否かが判断される（ステップＳ３５）。ここで、所定温度Ｔａとは、燃料電池１１の動作適温である。
【００８７】
検出温度Ｔ１が所定温度Ｔａ未満の場合（ステップＳ３５：ＮＯ）、温度計２３による温度検出を繰り返す。燃料電池１１が十分に温まって、検出温度Ｔ１が所定温度Ｔａ以上になったら（ステップＳ３５：ＹＥＳ）、制御部３６は、第２電動ポンプ３４を駆動する（ステップＳ３６）。これにより、図９（Ｂ）に矢印で示すように、第２冷媒が第２循環通路３３を循環し始める。第２循環通路３３を循環する第２冷媒は、熱交換器３２において、第１循環通路３１を循環する第１冷媒と熱交換される。熱交換により暖められた第２循環通路３３の第２冷媒は、放熱器３５を通過する際に冷却され、熱交換器３２に供給される。
【００８８】
さらに、第２温度計４４により、二次電池１２の温度Ｔ２が検出される（ステップＳ３７）。検出された温度Ｔ２が、所定温度Ｔａよりも高く設定された設定温度Ｔｂ以上か否かが判断される（ステップＳ３８）。ここで、設定温度Ｔｂとは、二次電池１２の動作適温よりも高い温度に設定されている。
【００８９】
検出された温度Ｔ２が設定温度Ｔｂ未満である場合（ステップＳ３８：ＮＯ）、二次電池１２の温度の検出が続行される。検出された温度Ｔ２が設定温度Ｔｂ以上である場合（ステップＳ３８：ＹＥＳ）、制御部３６は、三方バルブ４３を制御して、電池側通路４１側を閉状態、バイパス通路４２側を開状態とする（ステップＳ３９）。これにより、図９（Ｃ）に矢印で示すように、冷媒が二次電池１２をバイパスして流れる。
【００９０】
そして、検出された温度Ｔ２が設定温度Ｔｂ未満に戻ったか否かが判断される（ステップＳ４０）。温度Ｔ２が設定温度Ｔｂ未満に戻っていない場合（ステップＳ４０：ＮＯ）、三方バルブ４３の状態が維持される。
【００９１】
温度Ｔ２が設定温度Ｔｂ未満に戻った場合（ステップＳ４０：ＹＥＳ）、制御部３６は、三方バルブ４３を制御して、電池側通路４１側を開状態、バイパス通路４２側を閉状態とする（ステップＳ４１）。ステップＳ３７からステップＳ４１までの処理は、車両が運転停止になるまで繰り返される。
【００９２】
以上のように、第４実施形態では、第３実施形態の構成に加え、三方バルブ４３を設けている。したがって、急発進などにより燃料電池１１の温度が二次電池の作動適温よりも急激に高くなり、該燃料電池１１の温度が第１冷媒を通じて伝達される場合、即座に、三方バルブ４３をバイパス通路４２側に切替えられる。これにより、高温の第１冷媒が二次電池１２近傍を通過することを防止でき、その熱が二次電池１２に伝達されない。結果として、二次電池１２の温度を作動温度に保持できる。
【００９３】
第１冷媒の温度が燃料電池１１の動作適温に戻ったら、再び、電池側通路４１に冷媒を通すことにより、二次電池１２の温度を適温に維持できる。
【００９４】
（第５実施形態）
第５実施形態では、上記第１実施形態〜第４実施形態の車両用電源装置を駆動用電源として搭載して車両を構成する。
【００９５】
参考までに、図１１に車両用電源装置１０を搭載する自動車１００の該略図を示す。自動車１００に搭載する車両用電源装置１０は、上記説明した特性を有する。このため、二次電池が動作適温に到達するまでの時間、すなわち暖気時間が短い。自動車１００は、いち早く効率的な走行を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】車両の駆動系の該略構成図である。
【図２】車両用電源装置の構成図である。
【図３】車両用電源装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】バイポーラ電池の概略構成を示す図である。
【図５】車両用電源装置の構成図であり、５（Ａ）はバイパス側に冷媒を流す様子を示す図、５（Ｂ）は放熱器側に冷媒を流す様子を示す図である。
【図６】車両用電源装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】車両用電源装置の構成図であり、図７（Ａ）は第１冷媒のみ循環する様子を示す図、図７（Ｂ）は第１冷媒および第２冷媒を循環する様子を示す図である。
【図８】車両用電源装置の動作を示すフローチャートである。
【図９】車両用電源装置の構成図であり、図９（Ａ）は第１冷媒のみ循環する様子を示す図、図９（Ｂ）は第１冷媒および第２冷媒を循環する様子を示す図、図９（Ｃ）は二次電池をバイパスして第１冷媒を流す様子を示す図である。
【図１０】車両用電源装置の動作を示すフローチャートである。
【図１１】車両用電源装置を搭載する自動車の概略図である。
【符号の説明】
【００９７】
１０…車両用電源装置、
１１…燃料電池、
１２…二次電池、
１３…第１循環通路、
１４…電動ポンプ、
１５…第１放熱器、
１６、２４、３６…制御部、
２１、３１…第１循環通路、
２２…三方バルブ、
２３…第１温度計、
２５…放熱通路、
２６…バイパス通路、
３２…熱交換器、
３３…第２循環通路、
３４…電動ポンプ、
３５…放熱器、
４１…電池側通路、
４２…バイパス通路、
４３…三方バルブ、
４４…第２温度計、
５１…集電体、
５２…正極、
５３…負極、
５４…バイポーラ電極、
５５…電解質層、
９２…コンバータ、
９４…インバータ、
９６…モータ、
９８…前輪、
１００…自動車。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両駆動用の電力を供給する燃料電池と、
前記燃料電池と共に電力を供給する二次電池と、
前記燃料電池近傍および前記二次電池近傍に第１冷媒を循環する第１循環通路と、
を有する車両用電源装置。
【請求項２】
前記燃料電池の温度を検出する第１温度計と、
前記第１循環通路の一部を二通路に分岐し、前記第１冷媒の進行方向を切替可能な第１切替手段と、
前記二通路の一方に接続され、通過する前記第１冷媒を放熱する第１放熱器と、
前記第１温度計による検出温度が所定温度未満の場合、前記二通路のうち、前記第１放熱器が接続されていない方の第１バイパス通路に前記第１冷媒が通るように、前記第１切替手段を制御する制御手段と、
をさらに有する請求項１に記載の車両用電源装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記第１温度計による検出温度が前記所定温度以上になると、前記第１バイパス通路側を閉じて、前記第１放熱器側に前記第１冷媒が通るように、前記第１切替手段を制御する請求項２に記載の車両用電源装置。
【請求項４】
第２冷媒が循環可能な第２循環通路と、前記第２冷媒の循環を始動または停止するポンプと、前記第２循環通路に接続され前記第２冷媒を放熱する第２放熱器と、を含む系と、
前記第１冷媒と前記系の第２冷媒とを熱交換する熱交換器と、
前記第１温度計による検出温度が所定温度未満の場合、前記ポンプを駆動せず、該所定温度以上となったら、前記第２冷媒を前記第２放熱器により冷却するために、前記ポンプを駆動する制御手段と、
をさらに有する請求項１に記載の車両用電源装置。
【請求項５】
前記二次電池の温度を検出する第２温度計と、
前記二時電池をバイパスして前記第１冷媒が通過するための第２バイパス通路と、
前記第１冷媒の進行方向を前記二次電池側か前記第２バイパス通路側かを切替可能な第２切替手段と、
前記第２温度計の検出結果が、前記所定温度より高く設定された設定温度以上の場合、前記第１冷媒が前記第２バイパス通路を通過するように、前記第２切替手段を制御する制御手段と、
をさらに有する請求項２〜４のいずれか一項に記載の車両用電源装置。
【請求項６】
前記所定温度とは、前記燃料電池の動作に適した温度である請求項２〜５のいずれか一項に記載の車両用電源装置。
【請求項７】
前記二次電池と前記燃料電池とは、並んで配置されており、
前記第１冷媒は、前記燃料電池近傍を通過した直後に、前記二次電池近傍を通過する請求項１〜６のいずれか一項に記載の車両用電源装置。
【請求項８】
前記二次電池は、集電体の一方の面に正極が形成され、他方の面に負極が形成されたバイポーラ電極を電解質層を挟んで複数枚直列に積層してなるバイポーラ電池である請求項１〜７のいずれか一項に記載の車両用電源装置。
【請求項９】
前記正極に含まれる主要な活物質がＬｉＦｅＰＯ４である請求項８に記載の車両用電源装置。
【請求項１０】
前記負極に含まれる主要な活物質がＬｉ４Ｔｉ５Ｏ１２である請求項８または９に記載の車両用電源装置。
【請求項１１】
前記電解質層に含まれる主要な電解質が極性高分子およびリチウム塩を含んでなる請求項８〜１０のいずれか一項に記載の車両用電源装置。
【請求項１２】
前記極性高分子がポリアルキレンオキシドである請求項１１に記載の車両用電源装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の車両用電源装置を搭載した車両。
【請求項１】
車両駆動用の電力を供給する燃料電池と、
前記燃料電池と共に電力を供給する二次電池と、
前記燃料電池近傍および前記二次電池近傍に第１冷媒を循環する第１循環通路と、
を有する車両用電源装置。
【請求項２】
前記燃料電池の温度を検出する第１温度計と、
前記第１循環通路の一部を二通路に分岐し、前記第１冷媒の進行方向を切替可能な第１切替手段と、
前記二通路の一方に接続され、通過する前記第１冷媒を放熱する第１放熱器と、
前記第１温度計による検出温度が所定温度未満の場合、前記二通路のうち、前記第１放熱器が接続されていない方の第１バイパス通路に前記第１冷媒が通るように、前記第１切替手段を制御する制御手段と、
をさらに有する請求項１に記載の車両用電源装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記第１温度計による検出温度が前記所定温度以上になると、前記第１バイパス通路側を閉じて、前記第１放熱器側に前記第１冷媒が通るように、前記第１切替手段を制御する請求項２に記載の車両用電源装置。
【請求項４】
第２冷媒が循環可能な第２循環通路と、前記第２冷媒の循環を始動または停止するポンプと、前記第２循環通路に接続され前記第２冷媒を放熱する第２放熱器と、を含む系と、
前記第１冷媒と前記系の第２冷媒とを熱交換する熱交換器と、
前記第１温度計による検出温度が所定温度未満の場合、前記ポンプを駆動せず、該所定温度以上となったら、前記第２冷媒を前記第２放熱器により冷却するために、前記ポンプを駆動する制御手段と、
をさらに有する請求項１に記載の車両用電源装置。
【請求項５】
前記二次電池の温度を検出する第２温度計と、
前記二時電池をバイパスして前記第１冷媒が通過するための第２バイパス通路と、
前記第１冷媒の進行方向を前記二次電池側か前記第２バイパス通路側かを切替可能な第２切替手段と、
前記第２温度計の検出結果が、前記所定温度より高く設定された設定温度以上の場合、前記第１冷媒が前記第２バイパス通路を通過するように、前記第２切替手段を制御する制御手段と、
をさらに有する請求項２〜４のいずれか一項に記載の車両用電源装置。
【請求項６】
前記所定温度とは、前記燃料電池の動作に適した温度である請求項２〜５のいずれか一項に記載の車両用電源装置。
【請求項７】
前記二次電池と前記燃料電池とは、並んで配置されており、
前記第１冷媒は、前記燃料電池近傍を通過した直後に、前記二次電池近傍を通過する請求項１〜６のいずれか一項に記載の車両用電源装置。
【請求項８】
前記二次電池は、集電体の一方の面に正極が形成され、他方の面に負極が形成されたバイポーラ電極を電解質層を挟んで複数枚直列に積層してなるバイポーラ電池である請求項１〜７のいずれか一項に記載の車両用電源装置。
【請求項９】
前記正極に含まれる主要な活物質がＬｉＦｅＰＯ４である請求項８に記載の車両用電源装置。
【請求項１０】
前記負極に含まれる主要な活物質がＬｉ４Ｔｉ５Ｏ１２である請求項８または９に記載の車両用電源装置。
【請求項１１】
前記電解質層に含まれる主要な電解質が極性高分子およびリチウム塩を含んでなる請求項８〜１０のいずれか一項に記載の車両用電源装置。
【請求項１２】
前記極性高分子がポリアルキレンオキシドである請求項１１に記載の車両用電源装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の車両用電源装置を搭載した車両。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００６−１１１１１６（Ｐ２００６−１１１１１６Ａ）
【公開日】平成１８年４月２７日（２００６．４．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３００００１（Ｐ２００４−３００００１）
【出願日】平成１６年１０月１４日（２００４．１０．１４）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月２７日（２００６．４．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月１４日（２００４．１０．１４）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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