JP5679063B2 - 車両 - Google Patents

Description

本発明は、特性が異なる複数の組電池を備えた車両に関するものである。

特許文献１に記載の電池システムでは、高容量型電池および高出力型電池が負荷に対して並列に接続されている。高容量型電池は、高出力型電池よりも大きなエネルギ容量を有している。高出力型電池は、高容量型電池よりも大きな電流で充放電を行うことができる。

特開２００６−０７９９８７号公報

特許文献１では、高容量型電池および高出力型電池を備えた車両を開示しているが、高容量型電池および高出力型電池をどのように配置するかについては、何ら開示されていない。高容量型電池および高出力型電池は、互いに異なる特性を有していたり、互いに異なる使われ方をされたりすることがある。したがって、高容量型電池および高出力型電池の特性などを考慮して、高容量型電池および高出力型電池を車両に搭載しないと、車両の商品性が低下するおそれがある。

本発明である車両は、車両を走行させる駆動源であるモータと、モータに電力を供給可能であり、二次電池でそれぞれ構成された高出力型組電池および高容量型組電池と、高出力型組電池および高容量型組電池の温度を調節するための温度調節機構とを有する。温度調節機構は、高出力型組電池および高容量型組電池に対して、各組電池の温度調節に用いられる熱交換媒体を供給する。温度調節機構としては、高出力型組電池や高容量型組電池に熱交換媒体を供給するダクトと、熱交換媒体を流動させるためのブロワとを用いることができる。

高出力型組電池は、高容量型組電池よりも相対的に大きな電流で充放電を行うことができる。高容量型組電池は、高出力型組電池よりも相対的に大きなエネルギ容量を有するとともに、電池特性の温度に対する依存度が高出力型組電池よりも高い。また、高容量型組電池は、熱交換媒体の流路において、高出力型組電池よりも上流に配置されている。電池特性としては、例えば、電池の容量や、電池の入出力電力がある。

高容量型組電池は、高出力型組電池よりも温度に対する依存度が高いため、高出力型組電池よりも上流に高容量型組電池を配置することにより、高容量型組電池の温度調節を、高出力型組電池の温度調節よりも優先させることができる。これにより、高容量型組電池の温度調節を効率良く行うことができ、高容量型組電池の電池特性を確保することができる。

車両を走行させる駆動源であるエンジンを備えた車両において、エンジンを停止した状態でモータの出力を用いて車両を走行させるとき、高容量型組電池は、高出力型組電池よりもモータに電力を供給することができる。高容量型組電池を積極的に使用することにより、モータを用いた走行距離を延ばすことができ、燃費を向上させることができる。

エンジンを停止した状態でモータの出力を用いて車両を走行させるときには、高容量型組電池の使用頻度を、高出力型組電池の使用頻度よりも高くすることができる。また、エンジンを停止した状態でモータの出力を用いて車両を走行させるときには、モータに供給される電力のうち、高容量型組電池からモータに供給される電力の割合を、高出力型組電池からモータに供給される電力の割合よりも高くすることができる。

高容量型組電池は、外部電源を用いて充電することができる。外部電源とは、車両の外部に配置され、車両とは別体で構成される電源である。高出力型組電池および高容量型組電池のうち、高容量型組電池だけを、外部電源を用いて充電するとき、高容量型組電池は、高出力型組電池よりも発熱しやすい。また、高容量型組電池は、高出力型組電池よりも相対的に大きなエネルギ容量を有しており、相対的に多くの電気エネルギを蓄えることができるため、外部電源を用いた充電によって、高出力型組電池よりも発熱しやすくなる。高容量型組電池の温度調節は、高出力型組電池の温度調節よりも優先されるため、充電中における高容量型組電池の温度上昇を抑制することができる。

高出力型組電池および高容量型組電池は、ラゲッジスペースに配置することができる。ラゲッジスペースを用いることにより、高出力型組電池および高容量型組電池を配置するためのスペースを確保しやすくなる。

高出力型組電池は、直列に接続された複数の単電池で構成することができる。また、高容量型組電池は、並列に接続された複数の単電池で構成することができる。高出力型組電池の単電池としては、角型電池を用い、高容量型組電池の単電池としては、円筒型電池を用いることができる。

高容量型組電池の単電池のサイズは、高出力型組電池の単電池のサイズよりも小さくすることができる。高容量型組電池の単電池のサイズが、高出力型組電池の単電池のサイズよりも小さいと、高容量型組電池および熱交換媒体との間で熱交換される熱量を、高出力型組電池および熱交換媒体との間で熱交換される熱量よりも小さくできる。これにより、高容量型組電池の温度調節を行った後の熱交換媒体を用いて、高出力型組電池の温度調節を行うことができる。すなわち、高容量型組電池の温度を調節した後の熱交換媒体に対して、高出力型組電池の温度を調節する能力を残すことができる。

高出力型組電池は、所定方向に並んで配置された複数の角型単電池で構成することができる。高出力型組電池の温度調節に用いられる熱交換媒体は、所定方向で隣り合う２つの単電池の間に形成されたスペースに進入させて、高出力型組電池との間で熱交換を行わせることができる。高容量型組電池は、所定平面と直交する方向に延び、所定平面内で並んで配置された複数の円筒型単電池で構成することができる。高容量型組電池の温度調節に用いられる熱交換媒体は、所定平面に沿って移動させて、高容量型組電池との間で熱交換を行わせることができる。

このような熱交換媒体の流路では、高出力型組電池での圧力損失は、高容量型組電池での圧力損失よりも高くなりやすい。圧力損失が高くなるほど、雑音が発生しやすい。高容量型組電池は、高出力型組電池よりも上流に配置されているため、高出力型組電池で発生した雑音を高容量型組電池によって阻止することができる。これにより、高出力型組電池で発生した雑音が外部（特に、乗員が乗車するスペース）に向かうのを抑制することができる。

電池システムの構成を示す図である。 高出力型組電池で用いられる単電池の外観図である。 高出力型組電池の外観図である。 高容量型組電池で用いられる単電池の外観図である。 高容量型組電池で用いられる電池ブロックの外観図である。 高出力型組電池の単電池で用いられる発電要素の構成を示す図である。 高容量型組電池の単電池で用いられる発電要素の構成を示す図である。 単電池の出力および温度の関係を示す図である。 単電池の容量維持率および温度の関係を示す図である。 高出力型組電池および高容量型組電池が搭載された車両の概略図である。 高出力型組電池および高容量型組電池の温度調節構造を示す概略図である。 高出力型組電池および高容量型組電池の温度調節構造を示す概略図である。 高容量型組電池の温度調節に用いられる空気の流れを説明する図である。 高出力型組電池の温度調節に用いられる空気の流れを説明する図である。

以下、本発明の実施例について説明する。

本実施例における電池システムについて、図１を用いて説明する。図１は、電池システムの構成を示す概略図である。本実施例の電池システムは、車両に搭載されている。図１において、実線で示す接続は、電気的な接続を表し、点線で示す接続は、機械的な接続を表す。

電池システムは、並列に接続された高出力型組電池１０および高容量型組電池２０を有する。高出力型組電池１０は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｇ１を介してインバータ３１に接続されている。また、高容量型組電池２０は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ２，ＳＭＲ−Ｇ２を介してインバータ３１に接続されている。インバータ３１は、組電池１０，２０から供給された直流電力を交流電力に変換する。

インバータ３１には、モータ・ジェネレータ３２（交流モータ）が接続されており、モータ・ジェネレータ３２は、インバータ３１から供給された交流電力を受けて、車両を走行させるための運動エネルギを発生する。モータ・ジェネレータ３２は、車輪３３と接続されている。また、車輪３３には、エンジン３４が接続されており、エンジン３４で生成された運動エネルギが車輪３３に伝達される。

車両を減速させたり、停止させたりするとき、モータ・ジェネレータ３２は、車両の制動時に発生する運動エネルギを電気エネルギ（交流電力）に変換する。インバータ３１は、モータ・ジェネレータ３２が生成した交流電力を直流電力に変換して、組電池１０，２０に供給する。これにより、組電池１０，２０は、回生電力を蓄えることができる。

コントローラ３５は、インバータ３１およびモータ・ジェネレータ３２のそれぞれに制御信号を出力して、これらの駆動を制御する。また、コントローラ３５は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１，Ｂ２，ＳＭＲ−Ｇ１，Ｇ２に制御信号を出力することにより、オンおよびオフの間での切り替えを行う。

システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｇ１がオンであるとき、高出力型組電池１０の充放電が許容され、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｇ１がオフであるとき、高出力型組電池１０の充放電が禁止される。システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ２，ＳＭＲ−Ｇ２がオンであるとき、高容量型組電池２０の充放電が許容され、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ２，ＳＭＲ−Ｇ２がオフであるとき、高容量型組電池２０の充放電が禁止される。

本実施例では、組電池１０，２０をインバータ３１に接続しているが、これに限るものではない。具体的には、組電池１０，２０およびインバータ３１の間の電流経路に、昇圧回路を配置することができる。これにより、昇圧回路は、組電池１０，２０の出力電圧を昇圧することができる。

本実施例の車両では、車両を走行させるための動力源として、組電池１０，２０だけでなく、エンジン３４も備えている。エンジン３４としては、ガソリン、ディーゼル燃料又はバイオ燃料を用いるものがある。

充電器３６は、高容量型組電池２０の正極端子および負極端子に接続されており、外部電源からの電力を高容量型組電池２０に供給する。外部電源としては、例えば、商用電源を用いることができる。商用電源を用いるときには、充電器３６は、交流電力を直流電力に変換する。外部電源から車両（高容量型組電池２０）に電力を供給する方法としては、接触方式や非接触方式の送電方法がある。

接触方式の送電方法においては、例えば、ケーブルを介して外部電源と接続された充電コネクタを、車両１００に設けられた充電インレットに接続することにより、外部電源の電力を車両（高容量型組電池２０）に供給することができる。非接触方式の送電方法においては、電磁誘導や共振現象を利用することにより、外部電源と接続された送電部から、車両に搭載された受電部に電力を送ることができる。送電部は、例えば、地面に設置することができる。

本実施例では、充電器３６を用いて、高容量型組電池２０を充電しているが、高出力型組電池１０も充電することができる。例えば、高出力型組電池１０が過度に放電されているときには、充電器３６を高出力型組電池１０の正極端子および負極端子に接続し、高出力型組電池１０を充電することができる。充電器３６から高容量型組電池２０への電力供給と、充電器３６から高出力型組電池１０への電力供給は、スイッチなどを用いて切り替えることができる。

本実施例の車両では、高出力型組電池１０の出力や高容量型組電池２０の出力だけを用いて、車両を走行させることができる。この走行モードを、ＥＶ（Electric Vehicle）走行モードという。例えば、充電状態（ＳＯＣ：State of Charge）が１００％付近から０％付近に到達するまで、高容量型組電池２０を放電させて、車両を走行させることができる。高容量型組電池２０のＳＯＣが０％付近に到達した後は、外部電源を用いて、高容量型組電池２０を充電することができる。

ＥＶ走行モードにおいて、運転者がアクセルペダルを操作して、車両の要求出力が上昇したときには、高容量型組電池２０の出力だけでなく、高出力型組電池１０の出力も用いて、車両を走行させることができる。高容量型組電池２０および高出力型組電池１０を併用することにより、アクセルペダルの操作に応じた電池出力を確保することができ、ドライバビリティを向上させることができる。

また、高容量型組電池２０のＳＯＣが０％付近に到達した後では、高出力型組電池１０およびエンジン３４を併用して、車両を走行させることができる。この走行モードを、ＨＶ（Hybrid Vehicle）走行モードという。ＨＶ走行モードでは、例えば、高出力型組電池１０のＳＯＣが、予め定めた基準ＳＯＣに沿って変化するように、高出力型組電池１０の充放電を制御することができる。

高出力型組電池１０のＳＯＣが基準ＳＯＣよりも高いときには、高出力型組電池１０を放電して、高出力型組電池１０のＳＯＣを基準ＳＯＣに近づけることができる。また、高出力型組電池１０のＳＯＣが基準ＳＯＣよりも低いときには、高出力型組電池１０を充電して、高出力型組電池１０のＳＯＣを基準ＳＯＣに近づけることができる。ＨＶ走行モードでは、高出力型組電池１０だけではなく、高容量型組電池２０も用いることができる。すなわち、高容量型組電池２０の容量を残しておき、ＨＶ走行モードにおいて、高容量型組電池２０を放電させることもできる。また、回生電力を高容量型組電池２０に蓄えることもできる。

上述したように、高容量型組電池２０は、主にＥＶ走行モードで用いることができ、高出力型組電池１０は、主にＨＶ走行モードで用いることができる。高容量型組電池２０を主にＥＶ走行モードで用いることとは、以下の２つの場合を意味する。

第１として、ＥＶ走行モードにおいて、高容量型組電池２０の使用頻度が、高出力型組電池１０の使用頻度よりも高いことを意味する。第２として、ＥＶ走行モードにおいて、高容量型組電池２０および高出力型組電池１０を併用するときには、車両の走行に用いられた総電力のうち、高容量型組電池２０の出力電力が占める割合が、高出力型組電池１０の出力電力が占める割合よりも高いことを意味する。ここでの総電力とは、瞬間的な電力ではなく、所定の走行時間又は走行距離における電力である。

高出力型組電池１０は、図１に示すように、直列に接続された複数の単電池１１を有している。単電池１１としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。高出力型組電池１０を構成する単電池１１の数は、高出力型組電池１０の要求出力などを考慮して適宜設定することができる。単電池１１は、図２に示すように、いわゆる角型の単電池である。角型の単電池とは、電池の外形が直方体に沿って形成された単電池である。

図２において、単電池１１は、直方体に沿って形成された電池ケース１１ａを有しており、電池ケース１１ａは、充放電を行う発電要素を収容している。発電要素は、正極素子と、負極素子と、正極素子および負極素子の間に配置されるセパレータとを有する。セパレータには、電解液が含まれている。正極素子は、集電板と、集電板の表面に形成された正極活物質層とを有する。負極素子は、集電板と、集電板の表面に形成された負極活物質層とを有する。

電池ケース１１ａの上面には、正極端子１１ｂおよび負極端子１１ｃが配置されている。正極端子１１ｂは、発電要素の正極素子と電気的に接続されており、負極端子１１ｃは、発電要素の負極素子と電気的に接続されている。

図３に示すように、高出力型組電池１０では、複数の単電池１１が一方向に並んで配置されている。隣り合って配置された２つの単電池１１の間には、仕切り板１２が配置されている。仕切り板１２は、樹脂といった絶縁材料で形成することができ、２つの単電池１１を絶縁状態とすることができる。

仕切り板１２を用いることにより、単電池１１の外面にスペースを形成することができる。具体的には、仕切り板１２に対して、単電池１１に向かって突出する突起部を設けることができる。突起部の先端を単電池１１に接触させることにより、仕切り板１２および単電池１１の間にスペースを形成することができる。このスペースにおいて、単電池１１の温度調節に用いられる空気を移動させることができる。

単電池１１が充放電などによって発熱しているときには、仕切り板１２および単電池１１の間に形成されたスペースに、冷却用の空気を導くことができる。冷却用の空気は、単電池１１との間で熱交換を行うことにより、単電池１１の温度上昇を抑制することができる。また、単電池１１が過度に冷えているときには、仕切り板１２および単電池１１の間に形成されたスペースに、加温用の空気を導くことができる。加温用の空気は、単電池１１との間で熱交換を行うことにより、単電池１１の温度低下を抑制することができる。

複数の単電池１１は、２つのバスバーモジュール１３によって電気的に直列に接続されている。バスバーモジュール１３は、複数のバスバーと、複数のバスバーを保持するホルダとを有する。バスバーは、導電性材料で形成されており、隣り合って配置された２つの単電池１１のうち、一方の単電池１１の正極端子１１ｂと、他方の単電池１１の負極端子１１ｃとに接続される。ホルダは、樹脂といった絶縁材料で形成されている。

複数の単電池１１の配列方向における高出力型組電池１０の両端には、一対のエンドプレート１４が配置されている。一対のエンドプレート１４には、複数の単電池１１の配列方向に延びる拘束バンド１５が接続されている。これにより、複数の単電池１１に対して拘束力を与えることができる。拘束力とは、複数の単電池１１の配列方向において、各単電池１１を挟む力である。単電池１１に拘束力を与えることにより、単電池１１の膨張などを抑制することができる。

本実施例では、高出力型組電池１０の上面に、２つの拘束バンド１５が配置され、高出力型組電池１０の下面に、２つの拘束バンド１５が配置されている。なお、拘束バンド１５の数は、適宜設定することができる。すなわち、拘束バンド１５およびエンドプレート１４を用いて、単電池１１に拘束力を与えることができればよい。一方、単電池１１に拘束力を与えなくてもよく、エンドプレート１４や拘束バンド１５を省略することもできる。

本実施例では、複数の単電池１１を一方向に並べているが、これに限るものではない。例えば、複数の単電池を用いて、１つの電池モジュールを構成しておき、複数の電池モジュールを一方向に並べることもできる。

一方、高容量型組電池２０は、図１に示すように、直列に接続された複数の電池ブロック２１を有している。各電池ブロック２１は、並列に接続された複数の単電池２２を有する。電池ブロック２１の数や、各電池ブロック２１に含まれる単電池２２の数は、高容量型組電池２０の要求出力や容量などを考慮して適宜設定することができる。本実施例の電池ブロック２１では、複数の単電池２２を並列に接続しているが、これに限るものではない。具体的には、複数の単電池２２を直列に接続した電池モジュールを複数用意しておき、複数の電池モジュールを並列に接続することによって、電池ブロック２１を構成することもできる。

単電池２２としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。単電池２２は、図４に示すように、いわゆる円筒型の単電池である。円筒型の単電池とは、電池の外形が円柱に沿って形成された単電池である。

円筒型の単電池２２では、図４に示すように、円筒形状の電池ケース２２ａを有する。電池ケース２２ａの内部には、発電要素が収容されている。単電池２２における発電要素の構成部材は、単電池１１における発電要素の構成部材と同様である。

単電池２２の長手方向における両端には、正極端子２２ｂおよび負極端子２２ｃがそれぞれ設けられている。正極端子２２ｂおよび負極端子２２ｃは、電池ケース２２ａを構成する。正極端子２２ｂは、発電要素の正極素子と電気的に接続されており、負極端子２２ｃは、発電要素の負極素子と電気的に接続されている。本実施例の単電池２２は、直径が１８［ｍｍ］であり、長さが６５．０［ｍｍ］であり、いわゆる１８６５０型と呼ばれる電池である。なお、１８６５０型の単電池２２とは異なるサイズの単電池２２を用いることもできる。

ここで、角型の単電池１１のサイズは、円筒型の単電池２２のサイズよりも大きい。単電池１１，２２のサイズとは、最も寸法が大きい部分のサイズをいう。具体的には、図２に示す単電池１１の構成では、長さＷ１を単電池１１のサイズとすることができる。図４に示す単電池２２の構成では、長さＷ２を単電池２２のサイズとすることができる。長さＷ１は、長さＷ２よりも大きい。

電池ブロック２１は、図５に示すように、複数の単電池２２と、複数の単電池２２を保持するホルダ２３とを有する。複数の電池ブロック２１を並べることによって、高容量型組電池２０が構成される。ここで、複数の電池ブロック２１は、電気ケーブルなどを介して直列に接続されている。高容量型組電池２０は、ＥＶ走行モードでの走行距離を確保するために用いられており、多くの単電池２２が用いられている。このため、高容量型組電池２０のサイズは、高出力型組電池１０のサイズよりも大きくなりやすい。

ホルダ２３は、各単電池２２が挿入される貫通孔２３ａを有する。貫通孔２３ａは、単電池２２の数だけ設けられている。単電池２２は、ホルダ２３が配置される平面に対して直交する方向に延びている。また、複数の単電池２２は、ホルダ２３が配置される平面内において、並んで配置されている。複数の単電池２２は、正極端子２２ｂ（又は負極端子２２ｃ）がホルダ２３に対して同一の側に位置するように配置されている。複数の正極端子２２ｂは、１つのバスバーと接続され、複数の負極端子２２ｃは、１つのバスバーと接続される。これにより、複数の単電池２２は、電気的に並列に接続される。

本実施例の電池ブロック２１では、１つのホルダ２３を用いているが、複数のホルダ２３を用いることもできる。例えば、一方のホルダ２３を用いて、単電池２２の正極端子２２ｂの側を保持し、他方のホルダ２３を用いて、単電池２２の負極端子２２ｃの側を保持することができる。

次に、高出力型組電池１０で用いられる単電池１１の特性と、高容量型組電池２０で用いられる単電池２２の特性について説明する。表１は、単電池１１，２２の特性を比較したものである。表１に示す「高」および「低」は、２つの単電池１１，２２を比較したときの関係を示している。すなわち、「高」は、比較対象の単電池と比べて高いことを意味しており、「低」は、比較対象の単電池と比べて低いことを意味している。

単電池１１の出力密度は、単電池２２の出力密度よりも高い。単電池１１，２２の出力密度は、例えば、単電池の単位質量当たりの電力（単位［Ｗ／ｋｇ］）や、単電池の単位体積当たりの電力（単位［Ｗ／Ｌ］）として表すことができる。単電池１１，２２の質量又は体積を等しくしたとき、単電池１１の出力［Ｗ］は、単電池２２の出力［Ｗ］よりも高くなる。

また、単電池１１，２２の電極素子（正極素子又は負極素子）における出力密度は、例えば、電極素子の単位面積当たりの電流値（単位［ｍＡ／ｃｍ＾２］）として表すことができる。電極素子の出力密度に関して、単電池１１は、単電池２２よりも高い。ここで、電極素子の面積が等しいとき、単電池１１の電極素子に流すことが可能な電流値は、単電池２２の電極素子に流すことが可能な電流値よりも大きくなる。

一方、単電池２２の電力容量密度は、単電池１１の電力容量密度よりも高い。単電池１１，２２の電力容量密度は、例えば、単電池の単位質量当たりの容量（単位［Ｗｈ／ｋｇ］）や、単電池の単位体積当たりの容量（単位［Ｗｈ／Ｌ］）として表すことができる。単電池１１，２２の質量又は体積を等しくしたとき、単電池２２の電力容量［Ｗｈ］は、単電池１１の電力容量［Ｗｈ］よりも大きくなる。

また、単電池１１，２２の電極素子における容量密度は、例えば、電極素子の単位質量当たりの容量（単位［ｍＡｈ／ｇ］）や、電極素子の単位体積当たりの容量（単位［ｍＡｈ／ｃｃ］）として表すことができる。電極素子の容量密度に関して、単電池２２は、単電池１１よりも高い。ここで、電極素子の質量又は体積が等しいとき、単電池２２の電極素子の容量は、単電池１１の電極素子の容量よりも大きくなる。

図６は、単電池１１における発電要素の構成を示す概略図であり、図７は、単電池２２における発電要素の構成を示す概略図である。

図６において、単電池１１の発電要素を構成する正極素子は、集電板１１１と、集電板１１１の両面に形成された活物質層１１２とを有する。単電池１１がリチウムイオン二次電池であるとき、集電板１１１の材料としては、例えば、アルミニウムを用いることができる。活物質層１１２は、正極活物質、導電材およびバインダーなどを含んでいる。

単電池１１の発電要素を構成する負極素子は、集電板１１３と、集電板１１３の両面に形成された活物質層１１４とを有する。単電池１１がリチウムイオン二次電池であるとき、集電板１１３の材料としては、例えば、銅を用いることができる。活物質層１１４は、負極活物質、導電材およびバインダーなどを含んでいる。

正極素子および負極素子の間には、セパレータ１１５が配置されており、セパレータ１１５は、正極素子の活物質層１１２と、負極素子の活物質層１１４とに接触している。正極素子、セパレータ１１５および負極素子を、この順に積層して積層体を構成し、積層体を巻くことによって、発電要素を構成することができる。

本実施例では、集電板１１１の両面に活物質層１１２を形成したり、集電板１１３の両面に活物質層１１４を形成したりしているが、これに限るものではない。具体的には、いわゆるバイポーラ電極を用いることができる。バイポーラ電極では、集電板の一方の面に正極活物質層１１２が形成され、集電板の他方の面に負極活物質層１１４が形成されている。複数のバイポーラ電極を、セパレータを介して積層することにより、発電要素を構成することができる。

図７において、単電池２２の発電要素を構成する正極素子は、集電板２２１と、集電板２２１の両面に形成された活物質層２２２とを有する。単電池２２がリチウムイオン二次電池であるとき、集電板２２１の材料としては、例えば、アルミニウムを用いることができる。活物質層２２２は、正極活物質、導電材およびバインダーなどを含んでいる。

単電池２２の発電要素を構成する負極素子は、集電板２２３と、集電板２２３の両面に形成された活物質層２２４とを有する。単電池２２がリチウムイオン二次電池であるとき、集電板２２３の材料としては、例えば、銅を用いることができる。活物質層２２４は、負極活物質、導電材およびバインダーなどを含んでいる。正極素子および負極素子の間には、セパレータ２２５が配置されており、セパレータ２２５は、正極素子の活物質層２２２と、負極素子の活物質層２２４とに接触している。

図６および図７に示すように、単電池１１および単電池２２における正極素子を比較したとき、活物質層１１２の厚さＤ１１は、活物質層２２２の厚さＤ２１よりも薄い。また、単電池１１および単電池２２における負極素子を比較したとき、活物質層１１４の厚さＤ１２は、活物質層２２４の厚さＤ２２よりも薄い。活物質層１１２，１１４の厚さＤ１１，Ｄ１２が活物質層２２２，２２４の厚さＤ２１，Ｄ２２よりも薄いことにより、単電池１１では、正極素子および負極素子の間で電流が流れやすくなる。したがって、単電池１１の出力密度は、単電池２２の出力密度よりも高くなる。

ここで、活物質層における単位容量当たりの体積（単位［ｃｃ／ｍＡｈ］）に関して、活物質層１１２は、活物質層２２２よりも大きく、活物質層１１４は、活物質層２２４よりも大きい。活物質層２２２，２２４の厚さＤ２１，Ｄ２２は、活物質層１１２，１１４の厚さＤ１１，Ｄ１２よりも厚いため、単電池２２の容量密度は、単電池１１の容量密度よりも高くなる。

次に、電池の温度依存性について説明する。表１に示すように、入出力の温度依存性に関して、単電池２２は、単電池１１よりも高い。すなわち、単電池２２の入出力は、単電池１１の入出力と比べて、温度変化に対して変化しやすい。図８は、温度に対する単電池１１，２２の出力特性を示している。図８において、横軸は温度を示し、縦軸は出力電力を示している。図８は、単電池１１，２２の出力特性を示しているが、単電池１１，２２の入力特性についても、図８と同様の関係がある。

図８に示すように、単電池（高出力型）１１および単電池（高容量型）２２は、温度が低下するにつれて、出力性能が低下する。ここで、単電池１１における出力性能の低下率は、単電池２２における出力性能の低下率よりも低い。すなわち、単電池２２の出力性能は、単電池１１の出力性能に比べて、温度による影響を受けやすく、温度に対する依存度が高い。

図９は、単電池１１，２２の容量維持率と、温度との関係を示す図である。図９において、横軸は温度を示し、縦軸は容量維持率を示している。容量維持率とは、初期状態にある単電池１１，２２の容量と、使用状態（劣化状態）にある単電池１１，２２の容量との比（劣化容量／初期容量）で表される。初期状態とは、単電池１１，２２を製造した直後の状態であり、単電池１１，２２を使用し始める前の状態をいう。図９に示すグラフは、各温度において、単電池の充放電を繰り返した後の単電池１１，２２の容量維持率を示す。

図９に示すように、温度が高いほど、単電池１１，２２の容量維持率が低下する傾向がある。容量維持率の低下は、単電池１１，２２の劣化を表している。温度上昇に対する単電池の容量維持率の低下率に関して、単電池２２は、単電池１１よりも高い。言い換えれば、単電池２２は、単電池１１と比べて、温度上昇（温度変化）に対して劣化し易くなっている。このように、高容量型組電池２０は、高出力型組電池１０よりも温度に対する依存度が高くなっている。

次に、高出力型組電池１０および高容量型組電池２０を車両に搭載するときの配置について、図１０を用いて説明する。

高出力型組電池１０および高容量型組電池２０は、車両１００のラゲッジスペースＬＳに配置されている。具体的には、荷物が乗せられるスペースの周囲に、高出力型組電池２０および高容量型組電池２０が配置されている。ラゲッジスペースＬＳは、乗員が乗車するスペース（いわゆる車室）ＲＳよりも車両１００の後方に位置している。乗員の乗車スペースＲＳは、シートの配置に応じて規定される。車両１００には、乗員の乗車スペースＲＳおよびラゲッジスペースＬＳが仕切り部材によって仕切られている車両や、乗車スペースＲＳおよびラゲッジスペースＬＳがつながっている車両がある。

本実施例では、組電池１０，２０がラゲッジスペースＬＳに配置されているが、これに限るものではない。組電池１０，２０は、車両１００に搭載することができればよく、組電池１０，２０を配置する位置は、適宜設定することができる。例えば、組電池１０，２０を乗車スペースＲＳに配置することができる。具体的には、運転席および助手席の間に形成されたスペースや、シートクッションの下方に形成されたスペースに、組電池１０，２０を配置することができる。また、車体の外面に沿って組電池１０，２０を配置することもできる。例えば、フロアパネルのうち、車両の外側を向く面に対して、組電池１０，２０を取り付けることができる。

高出力型組電池１０および高容量型組電池２０には、乗車スペースＲＳの空気が供給されることにより、組電池１０，２０の温度が調節される。図１１は、組電池１０，２０の温度を調節する構造を示す概略図である。乗車スペースＲＳの温度は、車両１００に搭載された空調設備などを用いることにより、組電池１０，２０の温度調節に適した温度に調節されていることが多い。空調設備を用いれば、乗車スペースＲＳの温度を調節し易くなるが、空調設備を用いなくても、例えば、窓を開けた換気などによって、乗車スペースＲＳの温度を調節することもできる。このため、乗車スペースＲＳの空気を組電池１０，２０に供給することにより、組電池１０，２０の温度を調節しやすくなる。

本実施例では、乗車スペースＲＳの空気を、組電池１０，２０に供給しているが、これに限るものではない。例えば、車両１００の外部に存在する空気を、組電池１０，２０に供給することもできる。組電池１０，２０を車体の外面に沿って配置するときには、車両１００の外部に存在する空気を組電池１０，２０に供給することができる。本実施例では、組電池１０，２０に空気を供給しているが、空気とは異なる成分の気体を組電池１０，２０に供給することもできる。

電池パック２０Ａは、高容量型組電池２０と、高容量型組電池２０を収容するパックケース２４とを有する。パックケース２４には、吸気ダクト４１が接続されており、吸気ダクト４１の先端に設けられた吸気口は、乗車スペースＲＳに面している。吸気ダクト４１には、ブロワ４２が取り付けられており、ブロワ４２を駆動することにより、乗車スペースＲＳの空気は、吸気口から吸気ダクト４１に取り込まれる。ブロワ４２の駆動は、コントローラ３５（図１参照）によって制御することができる。ここで、コントローラ３５は、制御対象に応じて複数のコントローラに分けることもできる。吸気ダクト４１に取り込まれた空気は、パックケース２４の内部に進入し、高容量型組電池２０の温度調節に用いられる。

パックケース２４に進入した空気は、高容量型組電池２０の単電池２２との間で熱交換を行うことにより、単電池２２の温度を調節する。例えば、充放電などによって、単電池２２が発熱しているときには、冷却用の空気を単電池２２に接触させることにより、単電池２２の温度上昇を抑制することができる。また、単電池２２が過度に冷えているときには、加温用の空気を単電池２２に接触させることにより、単電池２２の温度低下を抑制することができる。

電池パック２０Ａは、接続ダクト４３を介して、電池パック１０Ａと接続されている。具体的には、接続ダクト４３の一端は、パックケース２４と接続され、接続ダクト４３の他端は、パックケース１６と接続されている。パックケース１６は、高出力型組電池１０を収容しており、パックケース１６および高出力型組電池１０によって電池パック１０Ａが構成されている。

パックケース２４を通過した空気は、接続ダクト４３を通過して、パックケース１６に導かれる。パックケース１６に進入した空気は、高出力型組電池１０の単電池１１との間で熱交換を行うことにより、単電池１１の温度を調節する。パックケース１６には、排気ダクト４４が接続されている。高出力型組電池１０の温度調節に用いられた空気は、排気ダクト４４に導かれ、電池パック１０Ａの外部に排出される。図１１に示す構造において、吸気ダクト４１、ブロワ４２、接続ダクト４３および排気ダクト４４は、本発明における温度調節機構に相当する。

本実施例では、電池パック２０Ａ（パックケース２４）および電池パック１０Ａ（パックケース１６）が、接続ダクト４３を介して接続されているが、これに限るものではない。組電池１０，２０の温度を調節する構造として、例えば、図１２に示す構造を用いることもできる。

図１２において、高容量型組電池２０および高出力型組電池１０は、１つのパックケース４５に収容されている。パックケース４５の内部には、仕切り板４６が配置されている。仕切り板４６は、パックケース４５の内部スペースを、高容量型組電池２０を収容するスペースと、高出力型組電池１０を収容するスペースとに分ける。仕切り板４６は、複数の貫通孔４６ａを有する。

図１２に示す構成において、ブロワ４２を駆動すると、乗車スペースＲＳの空気が、吸気ダクト４１に取り込まれる。吸気ダクト４１は、パックケース４５に接続されており、吸気ダクト４１を通過した空気は、パックケース４５（言い換えれば、高容量型組電池２０の収容スペース）に進入する。パックケース４５に進入した空気は、まず、高容量型組電池２０と接触して高容量型組電池２０の温度を調節する。

高容量型組電池２０との間で熱交換が行われた空気は、仕切り板４６の貫通孔４６ａを通過して、高出力型組電池１０の収容スペースに移動する。貫通孔４６ａを通過した空気は、高出力型組電池１０と接触して高出力型組電池１０の温度を調節する。高出力型組電池１０との間で熱交換が行われた空気は、排気ダクト４４に導かれる。排気ダクト４４は、パックケース４５（高出力型組電池１０の収容スペース）に接続されており、パックケース４５の内部に存在する空気を、パックケース４５の外部に排出する。図１２に示す構造において、吸気ダクト４１、ブロワ４２、仕切り板４６および排気ダクト４４は、本発明における温度調節機構に相当する。

図１１および図１２に示す構成では、吸気ダクト４１にブロワ４２を配置しているが、これに限るものではない。すなわち、ブロワ４２を駆動することにより、乗車スペースＲＳの空気を、吸気ダクト４１に取り込むことができればよい。例えば、図１１に示す構成では、接続ダクト４３又は排気ダクト４４にブロワ４２を配置することができる。図１２に示す構成では、排気ダクト４４にブロワ４２を配置することができる。

外部電源（充電器３６）からの電力供給によって、高容量型組電池２０を充電しているとき、高容量型組電池２０は、高出力型組電池１０よりも発熱する。すなわち、外部電源からの電力は、高容量型組電池２０だけに供給されるため、高容量型組電池２０は、高出力型組電池１０よりも発熱しやすくなる。ここで、外部電源の電力を、高容量型組電池２０および高出力型組電池１０に供給するときにも、高容量型組電池２０は、高出力型組電池１０よりも発熱しやすくなる。高容量型組電池２０は、高出力型組電池１０よりも相対的に大きなエネルギ容量を有しており、充電によって電気エネルギをより多く蓄えることができるため、外部電源からの電力を受けたときに、高出力型組電池１０よりも発熱しやすくなる。

高容量型組電池２０の充電中にブロワ４２を駆動すれば、乗車スペースＲＳの空気が、高容量型組電池２０に供給され、高容量型組電池２０の温度上昇を抑制することができる。高容量型組電池２０は、高出力型組電池１０よりも、空気の流路の上流側に配置されているため、乗車スペースＲＳの空気は、高出力型組電池１０よりも高容量型組電池２０に最初に接触する。したがって、高容量型組電池２０の温度を調節しやすくなる。

車両１００を走行させるときに、ＨＶ走行モードよりもＥＶ走行モードを優先させると、高容量型組電池２０は、高出力型組電池１０よりも使用頻度が高くなる。ＨＶ走行モードよりもＥＶ走行モードを優先させる場合としては、例えば、車両１００の始動直後から、ＥＶ走行モードでの走行を行うことができる。そして、ＥＶ走行モードでの走行を行うことができなくなったときには、ＥＶ走行モードからＨＶ走行モードに切り替えることができる。

高容量型組電池２０の使用頻度が高出力型組電池１０の使用頻度よりも高いときには、高容量型組電池２０は、高出力型組電池１０よりも使用し続けられることになり、高出力型組電池１０よりも発熱しやすくなる。本実施例によれば、乗車スペースＲＳの空気は、まず、高容量型組電池２０に供給されるため、高出力型組電池１０の温度調節よりも、高容量型組電池２０の温度調節を優先させることができる。したがって、高出力型組電池１０よりも発熱しやすい高容量型組電池２０を、効率良く冷却することができる。

図９を用いて説明したように、高容量型組電池２０は、高出力型組電池１０よりも温度依存性が高いため、温度変化に応じて、高容量型組電池２０は、高出力型組電池１０よりも劣化しやすいことがある。したがって、高容量型組電池２０の温度調節を、高出力型組電池１０の温度調節よりも優先させることにより、高容量型組電池２０の劣化が進行するのを抑制することができる。

図８を用いて説明したように、高容量型組電池２０は、高出力型組電池１０よりも温度依存性が高いため、各温度において、高容量型組電池２０の入出力は、高出力型組電池１０の入出力よりも低くなりやすい。したがって、高容量型組電池２０の温度調節を、高出力型組電池１０の温度調節よりも優先させることにより、高容量型組電池２０の入出力の低下を抑制することができる。例えば、組電池１０，２０を温めるときには、加温用の空気を、高出力型組電池１０よりも高容量型組電池２０に最初に接触させることにより、高容量型組電池２０を効率良く温めることができ、高容量型組電池２０の入出力を確保することができる。

高容量型組電池２０の温度を調節するとき、温度調節用の空気は、図１３に示すように、円筒型の単電池２２の外周に沿って移動させることができる。図１３は、単電池２２の長手方向から、電池パック２０Ａを見たときの概略図である。ここで、温度調節用の空気は、単電池２２の長手方向と直交する平面に沿って移動することができる。高出力型組電池１０の温度を調節するとき、温度調節用の空気は、図１４に示すように、隣り合って配置された２つの単電池１１の間を通過する。ここで、温度調節用の空気は、単電池１１の配列方向に進んだ後に、隣り合って配置された２つの単電池１１の間に進入する。

高容量型組電池２０の温度調節に用いられる空気は、高出力型組電池１０の温度調節に用いられる空気よりも移動しやすい。すなわち、円筒型の単電池２２における外面は、図４に示すように、曲面で構成されているため、単電池２２の外周面に沿って空気が移動しやすい。一方、高出力型組電池１０の温度を調節するときには、複数の単電池１１の配列方向に沿って空気を移動させた後に、隣り合って配置される２つの単電池１１の間に空気を進入させなければならない。すなわち、単電池１１の温度調節に用いられる空気は、移動方向を急激に変化させなければならない。

図１４に示す流路では、図１３に示す流路よりも圧力損失が高くなりやすい。図１３に示す流路では、単電池２２の外周面に沿って空気がスムーズに移動しやすいため、圧力損失は低くなりやすい。一方、図１４に示す流路では、隣り合って配置された２つの単電池１１の間に空気が進入しなければならず、２つの単電池１１の間に空気が進入する部分において、圧力損失が高くなりやすい。圧力損失が高くなるほど、雑音が発生しやすくなる。

高容量型組電池２０は、高出力型組電池１０よりも、空気の流路の上流側に配置されているため、高容量型組電池２０は、高出力型組電池１０で発生した雑音が、吸気ダクト４１に向かうのを抑制することができる。これにより、吸気ダクト４１を通過した雑音が、乗車スペースＲＳに存在する乗員に到達するのを抑制することができる。

高容量型組電池２０では、高出力型組電池１０よりも空気をスムーズに移動させやすくなるため、高容量型組電池２０に導かれた空気には、高容量型組電池２０と十分に熱交換が行われない成分も存在する。また、単電池２２のサイズは、単電池１１のサイズよりも小さいため、単電池２２および空気の間で熱交換される熱量は、単電池１１および空気の間で熱交換される熱量よりも小さい。したがって、高容量型組電池２０よりも下流に配置された高出力型組電池１０にも、温度調節用の空気を導くことができ、高出力型組電池１０の温度調節を行うことができる。高容量型組電池２０の冷却後における空気には、高出力型組電池１０を冷却できる能力が残っている。また、高容量型組電池２０の加温後における空気には、高出力型組電池１０を温める能力が残っている。

Claims (9)

1. 車両を走行させる駆動源であるモータと、
   前記モータに電力を供給可能であり、二次電池でそれぞれ構成された高出力型組電池および高容量型組電池と、
   前記高出力型組電池および前記高容量型組電池に対して、前記各組電池の温度調節に用いられる熱交換媒体を供給する温度調節機構と、を備え、
   前記高出力型組電池は、前記高容量型組電池より相対的に大きな電流で充放電が可能であり、
   前記高容量型組電池は、前記高出力型組電池より相対的に大きなエネルギ容量を有し、電池特性の温度に対する依存度が前記高出力型組電池よりも高く、前記熱交換媒体の流路において、前記高出力型組電池よりも上流に配置されていることを特徴とする車両。
2. 車両を走行させる駆動源であるエンジンを有しており、
   前記エンジンを停止した状態で前記モータの出力を用いて走行する場合、前記高容量型組電池は、前記高出力型組電池よりも前記モータに電力を供給することを特徴とする請求項１に記載の車両。
3. 前記エンジンを停止した状態で前記モータの出力を用いて走行する場合、前記高容量型組電池の使用頻度は、前記高出力型組電池の使用頻度よりも高いことを特徴とする請求項２に記載の車両。
4. 前記エンジンを停止した状態で前記モータの出力を用いて走行する場合、前記モータに供給される電力のうち、前記高容量型組電池から前記モータに供給される電力の割合は、前記高出力型組電池から前記モータに供給される電力の割合よりも高いことを特徴とする請求項２に記載の車両。
5. 前記高容量型組電池は、外部電源からの電力供給を受けて充電を行うことを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の車両。
6. 前記高出力型組電池および前記高容量型組電池は、ラゲッジスペースに配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の車両。
7. 前記高出力型組電池は、直列に接続された複数の単電池を有し、
   前記高容量型組電池は、並列に接続された複数の単電池を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の車両。
8. 前記高容量型組電池の前記単電池のサイズは、前記高出力型組電池の前記単電池のサイズよりも小さいことを特徴とする請求項７に記載の車両。
9. 前記高出力型組電池は、所定方向に並んで配置された複数の角型単電池を有し、
   前記高容量型組電池は、所定平面と直交する方向に延び、前記所定平面内で並んで配置された複数の円筒型単電池を有し、
   前記熱交換媒体は、前記所定方向で隣り合う２つの前記単電池の間に形成されたスペースに進入して前記高出力型組電池との間で熱交換を行うとともに、前記所定平面に沿って移動して前記高容量型組電池との間で熱交換を行うことを特徴とする請求項７又は８に記載の車両。

Images