JP2012054052A - 蓄電装置および車両 - Google Patents

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Abstract

【課題】 複数の蓄電スタックを上下に並べて配置すると、下段の蓄電スタックの熱が上段の蓄電スタックの一部だけに到達することがある。
【解決手段】 第１方向に並んで配置された複数の蓄電素子（１５１）を含む第１蓄電スタック（１５）と、第１方向とは異なる第２方向に並んで配置された複数の蓄電素子を含み、第１蓄電スタックの下方に配置された第２蓄電スタック（１１〜１４）と、冷却媒体を移動させるダクト（５１〜５４）と、を有する。ダクトは、第１蓄電スタックに沿って配置され、第１蓄電スタックおよび第２蓄電スタックの間に位置している。
【選択図】 図４

Description

本発明は、複数の蓄電素子で構成された蓄電スタックを複数備えた蓄電装置に関するものである。
車両等には、複数の電池スタックが搭載されることがある。電池スタックは、複数の単電池を一方向に並べることによって構成されており、車両の走行に用いられるエネルギを出力する。複数の電池スタックを用いる場合には、複数の電池スタックを同一平面内で並べて配置している。
特開２００５−０１９２３１号公報 特開２００６−１００１５６号公報 特開２００９−１８１８９６号公報
複数の電池スタックを用いるときには、複数の電池スタックを上下方向（鉛直方向）に並べて配置することがある。また、上方から見たときに、複数の電池スタックが交差するように配置されることがある。ここで、下段に配置された電池スタックで発生した熱は、上昇することにより、上段に配置された電池スタックに到達することがある。
複数の電池スタックが交差するように配置されていると、下段の電池スタックからの熱は、上段の電池スタックの一部だけに到達することになる。すなわち、上段の電池スタックには、下段の電池スタックからの熱の影響を受ける単電池と、下段の電池スタックからの熱の影響を受けない単電池とが含まれている。この場合には、上段の電池スタックの配列方向において、単電池の温度にバラツキが生じてしまう。単電池の温度にバラツキが生じると、単電池の劣化状態にもバラツキが生じてしまうおそれがある。
本発明である蓄電装置は、第１方向に並んで配置された複数の蓄電素子を含む第１蓄電スタックと、第１方向とは異なる第２方向に並んで配置された複数の蓄電素子を含み、第１蓄電スタックの下方に配置された第２蓄電スタックと、冷却媒体を移動させるダクトと、を有する。ダクトは、第１蓄電スタックに沿って配置され、第１蓄電スタックおよび第２蓄電スタックの間に位置している。
複数の第２蓄電スタックを設けることができる。また、複数の第２蓄電スタックは、第１方向に並べて配置することができる。ここで、ダクトは、第２蓄電スタックのそれぞれに接続することができ、第２蓄電スタックに冷却媒体を供給することができる。
第２蓄電スタックのそれぞれに接続されたダクトは、冷却媒体の移動経路の上流側において、互いに接続することができる。言い換えれば、ダクトを分岐させて、第２蓄電スタックのそれぞれに接続することができる。これにより、複数のダクトを互いに接続しない場合に比べて、ダクトの構成を簡素化することができる。また、蓄電装置の充放電を制御するために用いられる電子機器を、複数のダクトの下方であって、複数のダクトと対向する位置に配置することができる。さらに、第１方向および第２方向は、互いに直交する方向とすることができる。
また、導電性を有する材料で支持部材を形成し、ワイヤーハーネスのシールド線を支持部材に接続することができる。これにより、支持部材や補強フレームに対して、シールド線の機能を持たせることができ、シールド線を接地させることができる。また、支持部材や補強フレームを用いることにより、シールド線を短くすることができる。ワイヤーハーネスは、第１蓄電スタックおよび第２蓄電スタックの充放電に用いられる。
本発明の蓄電装置は、車両に搭載することができる。ここで、蓄電装置の電力をモータ・ジェネレータに供給することにより、車両を走行させるための運動エネルギを生成することができる。また、モータ・ジェネレータは、車両の回生時に発生した運動エネルギを電気エネルギに変換することができ、この電気エネルギは、蓄電装置に蓄えておくことができる。
本発明によれば、第１蓄電スタックおよび第２蓄電スタックの間に、ダクトが配置されているため、第２蓄電スタックで発生した熱が第１蓄電スタックに到達するのを阻止することができる。これにより、第２蓄電スタックの熱により、第１蓄電スタックが部分的に温められるのを抑制することができる。
電池パックを備えた車両の側面図である。 電池パックの外観図である。 電池パックおよびフロアパネルを車両の前方から見たときの概略図である。 電池パックの分解図である。 ロアーケースの分解図である。 電池スタックの分解図である。 電池スタックの固定構造を示す外観図である。 電池パックの内部構造を説明する外観図である。 電池パックの内部構造を説明する外観図である。 吸気ダクトおよび分岐ダクトの上面図である。 吸気ダクトおよび分岐ダクトの側面図である。 電池パックの内部構造を説明する外観図である。 上段に配置される電池スタックの断面図である。 電池パックの回路構成を示す図である。 電池スタック内の単電池を並列接続する構造を示す概略図である。 並列接続される単電池を含む電池スタックの一部を示す上面図である。 並列接続に用いられるバスバーおよびワイヤーハーネスの接続構造を示す図である。 電池パックの内部構造を示す側面図である。 電池スタックにおける空気の移動経路を説明する図である。 電池スタックにおける空気の移動経路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。
本発明の実施例１である電池パック（蓄電装置に相当する）について説明する。まず、本実施例の電池パックを備えた車両について、図１を用いて説明する。図１は、車両の側面図であり、電池パックと、電池パックの温度を調節する機構とを主に示している。図１に示す矢印ＵＰは、車両の上方向を示し、矢印ＦＲは、車両の前進方向を示す。
本実施例の車両１００は、フロアパネル１０１を有しており、フロアパネル１０１の下面には、電池パック１が取り付けられている。フロアパネル１０１の上面は、車室の一部を形成しているため、電池パック１は、車室の外に配置される。車室とは、乗員が乗車するスペースである。フロアパネル１０１は、車両１００のボディの一部である。
電池パック１が搭載される車両１００としては、ハイブリッド自動車や電気自動車がある。ハイブリッド自動車は、車両１００を走行させる動力源として、電池パック１の他に、内燃機関又は燃料電池を備えた車両である。電気自動車は、車両１００の動力源として、電池パック１だけを備えた車両である。
電池パック１は、モータ・ジェネレータ（図示せず）に接続されており、モータ・ジェネレータは、電池パック１の出力を受けて、車両１００を走行させるための運動エネルギを生成する。モータ・ジェネレータの回転力は、動力伝達機構を介して、車輪に伝達される。
電池パック１およびモータ・ジェネレータの間に、昇圧回路やインバータを配置することができる。昇圧回路を配置すれば、電池パック１の出力電圧を昇圧することができる。インバータを用いれば、電池パック１から出力された直流電力を交流電力に変換でき、モータ・ジェネレータとして、三相交流モータを用いることができる。モータ・ジェネレータは、車両１００の制動時に発生する運動エネルギを電気エネルギに変換し、電池パック１に出力する。電池パック１は、モータ・ジェネレータからの電力を蓄える。
電池パック１には、吸気ダクト１０２が接続されており、吸気ダクト１０２は、電池パック１よりも車両１００の前方に配置されている。吸気ダクト１０２の一端には、吸気口１０２ａが設けられており、吸気口１０２ａから空気が取り込まれる。吸気ダクト１０２の他端１０２ｂは、電池パック１に接続されている。
ブロワ１０３は、吸気ダクト１０２に設けられており、ブロワ１０３を駆動することにより、吸気ダクト１０２の吸気口１０２ａから電池パック１に向けて空気が移動する。本実施例では、ブロワ１０３を吸気ダクト１０２に設けているが、これに限るものではない。吸気ダクト１０２の吸気口１０２ａから電池パック１に向けて空気が流れればよく、例えば、後述する排気ダクト１０６にブロワ１０３を設けることもできる。
エアクリーナ１０４は、吸気ダクト１０２に設けられており、吸気ダクト１０２の吸気口１０２ａから取り込まれた空気を浄化する。具体的には、エアクリーナ１０４は、フィルタを用いて、空気に含まれる異物を除去する。ブロワ１０３およびエアクリーナ１０４は、ダッシュボード１０５よりも車両１００の前方に設けられたスペースに配置されている。このスペースは、車両１００がエンジンを備えた自動車であれば、エンジンルームに相当する。
吸気ダクト１０２から電池パック１に導かれた空気は、電池パック１の内部を通過した後に、排気ダクト１０６に進入する。電池パック１の内部を空気が通過することにより、電池パック１の温度を調節することができる。例えば、空気が電池パック１の熱を奪うことにより、電池パック１を冷却することができる。電池パック１の内部における空気の流れについては、後述する。
排気ダクト１０６の一端１０６ａは、電池パック１に接続されている。排気ダクト１０６の他端には、排気口１０６ｂが形成されている。排気ダクト１０６の他端側は、リアバンパケース１０７の内側に配置されている。排気口１０６ｂから排出された空気は、リアバンパケース１０７の内側に形成されたスペースに移動する。
次に、電池パック１の構成について説明する。図２は、電池パック１の外観図である。図３は、電池パック１およびフロアパネル１０１を車両１００の前方から見たときの概略図である。図４は、電池パック１の分解図である。図２に示す矢印ＲＨは、車両１００の前進方向ＦＲを向いたときの右方向を示し、図４に示す矢印ＬＨは、車両１００の前進方向ＦＲを向いたときの左方向を示す。
電池パック１は、５つの電池スタック（蓄電スタックに相当する）１１〜１５と、電池スタック１１〜１５を収容するパックケース２０とを有する。パックケース２０の外縁には、複数の締結部２０ａが設けられており、締結部２０ａは、電池パック１をフロアパネル１０１に固定するために用いられる。
パックケース２０の上面には、突起部２０ｂが形成されている。突起部２０ｂは、上方に向かって突出しているとともに、車両１００の前後方向に延びている。図３に示すように、パックケース２０の上面は、フロアパネル１０１に沿って配置される。フロアパネル１０１は、センタートンネル１０１ａを有している。
センタートンネル１０１ａは、上方に向かって突出しているとともに、車両１００の前後方向に延びている。センタートンネル１０１ａは、車両１００の左右方向において、運転席および助手席の間に設けられている。センタートンネル１０１ａの内側には、パックケース２０の突起部２０ｂが位置している。パックケース２０の上面には、開口部２０ｃが形成されており、開口部２０ｃは、後述する電流遮断器を通すために設けられている。
図４に示すように、電池パック１は、５つの電池スタック１１〜１５を有しており、電池スタック１１〜１５は、アッパーケース２１およびロアーケース２２によって覆われている。アッパーケース２１は、複数のボルト２３によって、ロアーケース２２に固定される。アッパーケース２１は、例えば、ガラス繊維を含む樹脂を用いて形成することができる。
電池スタック１１〜１４は、車両１００の左右方向に延びており、４つの電池スタック１１〜１４は、車両１００の前後方向に並んでいる。４つの電池スタック１１〜１４（第２蓄電スタックに相当する）の上方には、電池スタック（第１蓄電スタックに相当する）１５が配置されており、電池スタック１５は、車両１００の前後方向に延びている。電池スタック１５は、パックケース２０の突起部２０ｂに対応した位置に配置される。すなわち、電池スタック１５は、センタートンネル１０１ａの内側に位置している。
ロアーケース２２は、図５に示すように、ロアキャリア２２１およびフレーム（補強フレームに相当する）２２２を有する。電池スタック１１〜１５は、ロアキャリア２２１に固定される。ロアキャリア２２１は、複数のボルト２４によってフレーム２２２に固定される。ロアキャリア２２１は、例えば、ガラス繊維を含む樹脂を用いて形成することができる。フレーム２２２は、鉄といった金属を用いて形成することができる。フレーム２２２は、ロアーケース２２の強度を確保するために用いられ、車両１００の左右方向に延びるリンフォースメント２２２ａ，２２２ｂを有する。フレーム２２２は、フロアパネル１０１に固定される。
次に、各電池スタック１１〜１５の構成について説明する。図６は、電池スタック１１の分解図である。電池スタック１１は、一方向に並んで配置された複数の単電池（蓄電素子に相当する）１１１を有する。単電池１１１としては、いわゆる角型の単電池を用いている。本実施例では、各電池スタック１１〜１５を構成する単電池の数が互いに異なっている。電池スタック１１〜１５を構成する単電池の数は、適宜設定することができる。本実施例では、ロアーケース２２の形状に基づいて、電池スタック１１〜１５を構成する単電池の数を設定している。また、隣り合う２つの単電池１１１の間には、仕切り板が配置されている。仕切り板は、絶縁性を有する材料（例えば、樹脂）で形成されており、単電池１１１の表面に空間を形成するために用いられる。
単電池１１１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。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタ（コンデンサ）を用いることもできる。本実施例の電池スタック１１〜１５では、複数の単電池を一方向に並べているが、これに限るものではない。具体的には、複数の単電池を用いて１つの電池モジュールを構成し、複数の電池モジュールを一方向に並べることもできる。
単電池１１１の内部には、発電要素が収容されている。発電要素は、充放電を行うことができる要素である。発電要素は、例えば、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（電解液を含む）とで構成することができる。正極素子は、集電板の表面に正極活物質層を形成したものである。負極素子は、集電板の表面に負極活物質層を形成したものである。
単電池１１１の上面には、正極端子１１１ａおよび負極端子１１１ｂが設けられている。正極端子１１１ａは、発電要素の正極素子と電気的に接続されている。負極端子１１１ｂは、発電要素の負極素子と電気的に接続されている。隣り合う２つの単電池１１１は、バスバーによって電気的に接続される。
本実施例では、複数のバスバーが一体的に構成されたバスバーモジュール１１０を用いている。バスバーモジュール１１０は、電池スタック１１の上面に配置される。バスバーモジュール１１０は、複数のバスバーと、各バスバーを保持するホルダとを有する。ホルダは、絶縁性を有する材料（例えば、樹脂）で形成されている。各バスバーは、絶縁性を有するカバー（例えば、樹脂製のカバー）で覆うことができ、カバーは、ホルダに取り付けることができる。
電池スタック１１の両端には、一対のエンドプレート１１２が配置されている。拘束バンド１１３は、複数の単電池１１１の配列方向に延びており、拘束バンド１１３の両端部が一対のエンドプレート１１２に固定されている。電池スタック１１の上面には、２つの拘束バンド１１３が配置され、電池スタック１１の下面にも、２つの拘束バンド１１３が配置されている。
拘束バンド１１３をエンドプレート１１２に固定することにより、一対のエンドプレート１１２は、互いに近づく方向に変位する。これにより、一対のエンドプレート１１２によって挟まれた複数の単電池１１１に対して、拘束力を与えることができる。隣り合う２つの単電池１１１の間には、スペーサが配置されており、隣り合う２つの単電池１１１の間には、空気が進入することができる。
吸気チャンバ１１４および排気チャンバ１１５は、電池スタック１１の両側面に配置される。具体的には、吸気チャンバ１１４および排気チャンバ１１５は、複数の単電池１１１の配列方向と直交する方向において、複数の単電池１１１を挟む位置に配置される。吸気チャンバ１１４は、接続口１１４ａを有しており、接続口１１４ａには、吸気ダクト１０２からの空気が進入する。吸気チャンバ１１４の内側に移動した空気は、隣り合う２つの単電池１１１の間に形成されたスペースに進入する。空気は、吸気チャンバ１１４から排気チャンバ１１５に向かって移動する。
空気および単電池１１１の間で熱交換が行われることにより、単電池１１１の温度を調節することができる。単電池１１１が充放電によって発熱しているときには、空気が単電池１１１の熱を奪うことにより、単電池１１１の温度上昇を抑制することができる。２つの単電池１１１の間を通過した空気は、排気チャンバ１１５に移動する。排気チャンバ１１５の両端には、排気口１１５ａが設けられており、熱交換後の空気は、排気口１１５ａから排出される。排気口１１５ａから排出された空気は、アッパーケース２１およびロアーケース２２の間に形成されたスペースに移動する。
電池スタック１２〜１５の構成は、基本的には、電池スタック１１の構成と同様である。ただし、電池スタック１１〜１５を構成する単電池の数は、互いに異なる。ここで、各電池スタック１１〜１４を構成する複数の単電池は、車両１００の左右方向に並んでおり、電池スタック１５を構成する複数の単電池は、車両１００の前後方向に並んでいる。
図７に示すように、電池スタック１１のエンドプレート１１２には、ボルト１１７によって、ブラケット１１６が固定される。ブラケット１１６は、図８に示すように、ボルト１１８によってロアーケース２２に固定される。これにより、電池スタック１１は、ロアーケース２２に固定される。
ブラケット１２０は、電池スタック１２をロアーケース２２に固定するために用いられる。具体的には、ブラケット１２０は、電池スタック１２の一対のエンドプレートに固定されるとともに、ロアーケース２２に固定される。ブラケット１３０は、電池スタック１３をロアーケース２２に固定するために用いられる。具体的には、ブラケット１３０は、電池スタック１３の一対のエンドプレートに固定されるとともに、ロアーケース２２に固定される。ブラケット１４０は、電池スタック１４をロアーケース２２に固定するために用いられる。具体的には、ブラケット１４０は、電池スタック１４の一対のエンドプレートに固定されるとともに、ロアーケース２２に固定される。
ロアーケース２２は、２つのリブ２２ａ，２２ｂを有する。リブ２２ａ，２２ｂは、上方に向かって突出しているとともに、車両１００の左右方向に延びている。リブ２２ａ，２２ｂは、フレーム２２２（図５参照）の一部によって構成されている。リブ２２ａよりも車両１００の前方に位置する第１領域Ｓ１には、電池スタック１２が搭載される。リブ２２ａおよびリブ２２ｂの間に位置する第２領域Ｓ２には、電池スタック１１が搭載される。リブ２２ｂよりも車両１００の後方に位置する第３領域Ｓ３には、電池スタック１３，１４が搭載される。各電池スタック１１〜１４は、ブラケット１１６，１２０，１３０，１４０だけでなく、ブラケット３０（図１２参照）を用いてロアーケース２２に固定されている。
図９および図１０に示すように、吸気ダクト１０２には、４つの分岐ダクト５１〜５４が接続されている。図９は、分岐ダクト５１〜５４の配置を示す図であり、図１０は、分岐ダクト５１〜５４の上面図である。図１１に示すように、分岐ダクト５２は、爪部５２ｂを有しており、吸気ダクト１０２は、爪部５２ｂと係合する凹部１０２ｃを有する。爪部５２ｂおよび凹部１０２ｃが係合することにより、分岐ダクト５２を吸気ダクト１０２に固定することができる。図１１は、図１０の矢印Ｄ１の方向から見たときの図である。
分岐ダクト５１，５３，５４についても、分岐ダクト５２の爪部５２ｂに対応する爪部を有しており、吸気ダクト１０２の凹部１０２ｃと係合する。これにより、分岐ダクト５１，５３，５４を吸気ダクト１０２に接続することができる。吸気ダクト１０２からの空気は、４つの分岐ダクト５１〜５４に移動する。図１０および図１１の点線で示す矢印は、空気の移動方向を示す。
分岐ダクト５１の接続口５１ａは、電池スタック１１に設けられた吸気チャンバ１１４の接続口１１４ａと接続している。分岐ダクト５１は、電池スタック１１のうち、車両１００の前方側に位置する側面に接続されている。分岐ダクト５１の空気は、電池スタック１１の単電池１１１に供給される。分岐ダクト５２の接続口５２ａは、電池スタック１２の吸気チャンバと接続されており、分岐ダクト５２の空気は、電池スタック１２の単電池に供給される。分岐ダクト５２は、電池スタック１２のうち、車両１００の前方側に位置する側面に接続されている。
分岐ダクト５３の接続口５３ａは、電池スタック１３の吸気チャンバと接続されており、分岐ダクト５３の空気は、電池スタック１３の単電池に供給される。分岐ダクト５３は、電池スタック１３のうち、車両１００の前方側に位置する側面に接続されている。分岐ダクト５４の接続口５４ａは、電池スタック１４の吸気チャンバと接続されており、分岐ダクト５４の空気は、電池スタック１４の単電池に供給される。分岐ダクト５４は、電池スタック１２のうち、車両１００の後方側に位置する側面に接続されている。
図９に示すように、吸気ダクト１０２の下方には、電子機器６０が配置されている。電子機器６０は、ロアーケース２２に固定されている。電子機器６０は、電池スタック１１〜１５の充放電を制御するために用いられる機器である。電子機器６０としては、例えば、システムメインリレーやレジスタがある。システムメインリレーは、電池スタック１１〜１５の充放電を許容したり、禁止したりする。システムメインリレーやレジスタは、ジャンクションボックスに取り付けられる。
図１２に示すように、分岐ダクト５１〜５４の上面には、台座（支持部材の一部に相当する）８０が配置される。台座８０は、吸気ダクト１０２の一部の上面にも位置している。上方から見たときに、台座８０および分岐ダクト５１〜５４は、互いに重なっている。台座８０は、下方に延びる脚（不図示）を有しており、脚の先端がロアーケース２２に固定される。これにより、分岐ダクト５１〜５４の上面において、台座８０を位置決めすることができる。本実施例では、脚を用いて台座８０を固定しているが、これに限るものではない。例えば、隣り合う２つの電池スタック（１１〜１４）の間に、ブラケットを配置し、ブラケットに台座を固定することができる。
台座８０の上面には、複数のスタッドボルト８１が設けられており、各スタッドボルト８１には、ネジ溝が形成されている。台座８０の上面には、電池スタック１５が配置される。電池スタック１５は、複数の単電池１５１を有し、複数の単電池１５１は、一方向（車両１００の前後方向）に並んでいる。
電池スタック１５の両端には、一対のエンドプレート１５２が配置されている。拘束バンド１５３は、車両１００の前後方向に延びており、拘束バンド１５３の両端は、一対のエンドプレート１５２に固定される。電池スタック１５の上面には、２つの拘束バンド１５３が配置され、電池スタック１５の下面には、２つの拘束バンド１５３が配置されている。拘束バンド１５３およびエンドプレート１５２を用いることにより、複数の単電池１５１に対して拘束力を与えることができる。
２つのブラケット１５６，１５８は、ボルト１５９ａによって、各エンドプレート１５２に固定される。台座８０のスタッドボルト８１は、ブラケット１５６，１５８を貫通して、ナット１５９ｂと噛み合う。
電池スタック１５の両側面には、吸気チャンバ１５４および排気チャンバ１５５が配置されている。吸気チャンバ１５４は、複数の単電池１５１の配列方向に延びており、吸気チャンバ１５４の一端には、接続口１５４ａが設けられている。吸気チャンバ１５４の他端は、塞がれている。排気チャンバ１５５は、複数の単電池１５１の配列方向に延びており、排気チャンバ１５５の一端には、排気口１５５ａが設けられている。排気チャンバ１５５の他端は、塞がれている。接続口１５４ａは、車両１００の前後方向における電池スタック１５の一端に設けられ、排気口１５５ａは、車両１００の前後方向における電池スタック１５の他端に設けられている。接続口１５４ａは、吸気ダクト１０２と接続され、吸気ダクト１０２からの空気が吸気チャンバ１５４に進入する。
図１３に示すように、吸気チャンバ１５４は、ワイヤーハーネス７０を保持する保持部１５４ｂを有する。保持部１５４ｂは、吸気チャンバ１５４の上部に設けられており、単電池１５１の側にへこんでいる。ワイヤーハーネス７０は、保持部１５４ｂに収容されており、吸気チャンバ１５４から突出していない。保持部１５４ｂは、複数設けられており、複数の保持部１５４ｂは、吸気チャンバ１５４の長手方向（車両１００の前後方向）において、間隔を空けて配置されている。
また、排気チャンバ１５５は、ワイヤーハーネス７０を保持する保持部１５５ｂを有する。保持部１５５ｂは、排気チャンバ１５５の上部に設けられており、単電池１５１の側にへこんでいる。ワイヤーハーネス７０は、保持部１５５ｂに収容されており、排気チャンバ１５５から突出していない。保持部１５５ｂは、複数設けられており、複数の保持部１５５ｂは、排気チャンバ１５５の長手方向（車両１００の前後方向）において、間隔を空けて配置されている。
保持部１５４ｂ，１５５ｂを用いることにより、ワイヤーハーネス７０を電池スタック１５に固定することができる。ワイヤーハーネス７０を電池スタック１５に固定しておくことで、ワイヤーハーネス７０および電池スタック１５の取り扱いが容易となり、電池パック１を容易に組み立てることができる。また、ワイヤーハーネス７０を保持部１５４ｂ，１５５ｂに収容させることにより、図１３の左右方向において、電池パック１が大型化するのを防止することができる。
本実施例では、電池スタック１５の吸気チャンバ１５４および排気チャンバ１５５に保持部１５４ｂ，１５５ｂを設けているが、これに限るものではない。電池スタック１１〜１４の吸気チャンバや排気チャンバに対して、保持部１５４ｂ，１５５ｂに相当する部分を設けることができる。また、吸気チャンバおよび排気チャンバの一方だけに、保持部１５４ｂ，１５５ｂに相当する部分を設けることができる。
ブラケット１５７は、複数の単電池１５１の配列方向に延びており、排気チャンバ１５５に固定されている。台座８０のスタッドボルト８１は、ブラケット１５７を貫通して、ナット１５９ｂと噛み合う。図１２には示していないが、吸気チャンバ１５４にも、ブラケット１５７が固定されている。３種類のブラケット１５６〜１５８を用いることにより、電池スタック１５が台座８０に固定される。電池スタック１５の上面には、図６で説明したように、バスバーモジュールが配置される。
電池スタック１２〜１４は、ブラケット３０によって、ロアーケース２２に押し付けられている。ブラケット３０の形状は、電池スタック１２〜１４に応じて異なっている。５つの電池スタック１１〜１５は、ワイヤーハーネス７０を介して電気的に接続されている。ロアーケース２２の側壁には、開口部２２ｃが形成されており、開口部２２ｃは、電池スタック１１〜１５および負荷を接続するケーブルを通過させるために設けられている。
２つの電池監視ユニット４０の一方の付近に、電流遮断器７１が配置されている。電流遮断器７１は、電池スタック１１〜１５の電流経路を遮断するために用いられる。電流遮断器７１は、プラグと、プラグに差し込まれるグリップとで構成されており、グリップをプラグから抜くことにより、電流経路を遮断することができる。
電流遮断器７１は、パックケース２０の開口部２０ｃ（図２参照）を貫通するとともに、フロアパネル１０１に形成された開口部を貫通している。これにより、電流遮断器７１は、車室内に突出しており、作業者は車室内で電流遮断器７１を操作することができる。電流遮断器７１は、シートクッションの下方に形成されたスペースに位置させることができる。また、パックケース２０の開口部２０ｃおよびフロアパネル１０１の間の密閉性を確保するために、シール部材を用いることができる。
次に、電池パック１の回路構成について、図１４を用いて説明する。
本実施例では、５つの電池スタック１１〜１５を用いて、２つの組電池９１，９２を構成しており、組電池９１，９２は、電気的に並列に接続している。組電池９１，９２を構成する単電池の数は、互いに等しい。組電池９１，９２は、負荷に接続されている。負荷としては、例えば、モータ・ジェネレータ、昇圧回路、インバータがある。
図１２に示す２つの電池監視ユニット４０の一方は、組電池９１の状態を監視するために用いられ、他方の電池監視ユニット４０は、組電池９２の状態を監視するために用いられる。組電池９１，９２の状態には、電流、電圧、温度が含まれる。電圧には、各組電池９１，９２の電圧、単電池の電圧、組電池９１，９２を構成する複数の単電池を複数のブロックに分けたときの電圧が含まれる。各ブロックには、２つ以上の単電池が含まれる。温度には、各組電池９１，９２を１箇所又は複数箇所で測定したときの温度が含まれる。
電池監視ユニット４０で監視される電流、電圧および温度は、電池スタック１１〜１５の充放電を制御するために用いられる。例えば、電流等は、電池スタック１１〜１５のＳＯＣを推定するために用いたり、電池スタック１１〜１５の劣化状態を推定するために用いたりする。また、電圧等は、電池スタック１１〜１５の過充電や過放電を抑制するために用いられる。
組電池９１は、２つの電池スタック１１，１５と、電池スタック１３の一部とで構成されており、電池スタック１１，１５，１３の単電池は電気的に直列に接続されている。組電池９２は、２つの電池スタック１２，１４と、電池スタック１３の一部とで構成されており、電池スタック１２，１４，１３の単電池は電気的に直列に接続されている。
各電池スタック１１〜１５には、ヒューズ７２が設けられている。電池スタック１１および電池スタック１５の間には、電流遮断器７１が設けられており、電池スタック１２および電池スタック１４の間には、電流遮断器７１が設けられている。２つの電流遮断器７１は、一体的に構成されており、電流遮断器７１のグリップを引き抜くことにより、各組電池９１，９２の電流経路を同時に遮断することができる。
組電池９１のプラス端子には、システムメインリレーＳＭＲ＿Ｂ１が接続されており、組電池９２のプラス端子には、システムメインリレーＳＭＲ＿Ｂ２が接続されている。組電池９１，９２のマイナス端子には、システムメインリレーＳＭＲ＿Ｇが接続されている。システムメインリレーＳＭＲ＿Ｐおよび抵抗７３は、システムメインリレーＳＭＲ＿Ｇと並列に接続されている。システムメインリレーＳＭＲ＿Ｂ１，Ｂ２，Ｇ，Ｐは、上述した電子機器５０に含まれる。
組電池９１，９２および負荷を電気的に接続するためには、まず、システムメインリレーＳＭＲ＿Ｂ１，Ｂ２およびシステムメインリレーＳＭＲ＿Ｐを、オフからオンに切り替える。次に、システムメインリレーＳＭＲ＿Ｇをオフからオンに切り替えた後に、システムメインリレーＳＭＲ＿Ｐをオンからオフに切り替える。これにより、組電池９１，９２の充放電を行うことができる。一方、組電池９１，９２を、直流電源又は交流電源と接続することにより、組電池９１，９２の充電を行うことができる。
本実施例では、電池スタック１３に含まれる２つの単電池を電気的に並列に接続している。この構造について、図１５および図１６を用いて説明する。図１５は、電池スタック１３の構成を示す概略図であり、図１６は、電池スタック１３におけるバスバーの接続構造を示す図である。図１５では、電池スタック１３の単電池を省略して示している。
図１５において、電池スタック１３の両端に位置する２つの単電池では、各正極端子１３１ａにワイヤーハーネス７０が接続されている。図１４で説明したように、２つのワイヤーハーネス７０のうち、一方のワイヤーハーネス７０は、電池スタック１２の一端に位置する単電池の負極端子に接続されている。他方のワイヤーハーネス７０は、電池スタック１１の一端に位置する単電池１１１の負極端子に接続されている。
電池スタック１３では、２種類のバスバー１３２，１３３が用いられている。本実施例では、バスバー１３２，１３３が、絶縁性を有する材料（例えば、樹脂）で形成されたホルダに保持されることにより、バスバーモジュールを構成している。図１６に示すように、第１バスバー１３２は、一方の単電池１３１の正極端子１３１ａと、他方の単電池１３１の負極端子１３１ｂとに接続されている。第１バスバー１３２と同様のバスバーは、電池スタック１１，１２，１４，１５でも用いられている。
第２バスバー１３３は、２つの接続部１３３ａ，１３３ｂを有しており、２つの負極端子１３１ｂに接続されている。具体的には、接続部１３３ａは、隣り合って配置された２つの単電池１３１のうち、一方の単電池１３１の負極端子１３１ｂに接続されている。接続部１３３ｂは、他方の単電池１３１の負極端子１３１ｂに接続されている。また、第２バスバー１３３には、ワイヤーハーネス７０の端子７０ａが接続されている。
図１７に示すように、第２バスバー１３３は、ボルト１３３ｃを有している。図１７は、図１６のＣ−Ｃ断面図である。ボルト１３３ｃは、ワイヤーハーネス７０の端子７０ａを貫通した状態において、ナット１３３ｄと噛み合っている。これにより、端子７０ａを第２バスバー１３３に固定することができる。ホルダ１３６は、第２バスバー１３３を保持しており、絶縁性を有する材料で形成されている。ボルト１３３ｃおよび端子７０ａは、カバー１３７によって覆われており、カバー１３７は、ホルダ１３６に取り付けられる。
ボルト１３３ｃの下方には、仕切り板１３４が位置している。ボルト１３３ｃおよび端子７０ａを接続するときに、下方向への外力が作用すると、ホルダ１３６の下面は、仕切り板１３４の上面に接触する。これにより、ボルト１３３ｃおよび端子７０ａを接続するときの負荷が単電池１３１に作用するのを防止することができる。
仕切り板１３４は、隣り合う２つの単電池１３１の間に配置され、単電池１３１の表面にスペースを形成するために用いられる。このスペースは、後述するように、単電池１３１の温度を調節するための空気が移動するスペースとなる。仕切り板１３４は、複数の突起部１３４ａを有しており、各突起部１３４ａの先端が単電池１３１に接触することにより、単電池１３１の表面にスペースを形成することができる。
本実施例では、各突起部１３４ａが、図１７の左右方向に延びており、複数の突起部１３４ａが、図１７の上下方向において並んでいる。なお、突起部１３４ａの形状は、図１７に示す形状に限るものではない。すなわち、単電池１３１の表面に、空気を移動させるスペースを形成することができればよい。一方、仕切り板１３４の上方および下方には、単電池１３１に対して拘束力を与えるための拘束バンド１３５が配置されている。
第２バスバー１３３を用いることにより、隣り合って配置された２つの単電池１３１を電気的に並列に接続することができる。これにより、電池スタック１３を構成する複数の単電池１３１を、並列に接続される２つの組電池９１，９２に振り分けることができる。また、第２バスバー１３３の取り付け位置を自由に変更できるため、電池スタック１３において、電気的に並列に接続される２つの単電池１３１を自由に決めることができる。
なお、本実施例では、第２バスバー１３３が２つの負極端子１３１ｂに接続されているが、２つの正極端子１３１ａに接続することもできる。この場合には、図１４に示す組電池９１，９２の正極および負極が逆になる。また、第２バスバー１３３の形状は、図１５および図１６に示す形状に限るものではない。すなわち、第２バスバー１３３は、同一極性の端子に接続されているとともに、ワイヤーハーネス７０に接続されていればよい。
次に、電池パック１に供給される空気の流れについて、図１８〜図２０を用いて説明する。
図１８に示すように、吸気ダクト１０２からの空気は、電池スタック１５に導かれるとともに、分岐ダクト４１〜４４を通過して電池スタック１１〜１４に導かれる。空気が電池スタック１５に移動すると、図１９の矢印で示すように、空気は、吸気チャンバ１５４に沿って移動するとともに、隣り合う２つの単電池１５１の間に形成されたスペースに進入する。空気および単電池１５１の間で熱交換が行われることにより、単電池１５１の温度が調節される。
電池スタック１５に導かれた空気は、吸気チャンバ１５４から排気チャンバ１５５に向かって移動する。熱交換後の空気は、排気チャンバ１５５に移動し、排気チャンバ１５５の排気口１５５ａから排出される。排気口１５５ａから排出された空気は、アッパーケース２１およびロアーケース２２で囲まれたスペース（電池スタック１１〜１５の収容スペース）に移動する。
分岐ダクト５１を通過する空気は、電池スタック１１に導かれる。電池スタック１１に導かれた空気は、吸気チャンバ１１４に沿って移動する。ここで、空気は、電池スタック１１の両端に向かって移動する。また、空気は、電池スタック１１の配列方向に沿って移動するとともに、隣り合う２つの単電池１１１の間に形成されたスペースに進入する。空気および単電池１１１の間で熱交換が行われることにより、単電池１１１の温度が調節される。熱交換後の空気は、排気チャンバ１１５に移動し、電池スタック１１の両端に設けられた排気口１１５ａから排出される。排気口１１５ａから排出された空気は、アッパーケース２１およびロアーケース２２で囲まれたスペースに移動する。
分岐ダクト５２から電池スタック１２に導かれた空気は、吸気チャンバ内で電池スタック１２の両端に向かって移動するとともに、隣り合う２つの単電池の間に形成されたスペースに移動する。ここで、単電池との間で熱交換が行われた空気は、排気チャンバに移動し、電池スタック１２の両端に設けられた排気口から排出される。電池スタック１２の排気口から排出された空気は、アッパーケース２１およびロアーケース２２で囲まれたスペースに移動する。
分岐ダクト５３から電池スタック１３に導かれた空気は、吸気チャンバ内で電池スタック１３の両端に向かって移動するとともに、隣り合う２つの単電池の間に形成されたスペースに移動する。ここで、単電池との間で熱交換が行われた空気は、排気チャンバに移動し、電池スタック１３の両端に設けられた排気口から排出される。電池スタック１３の排気口から排出された空気は、アッパーケース２１およびロアーケース２２で囲まれたスペースに移動する。
分岐ダクト５４から電池スタック１４に導かれた空気は、吸気チャンバ内で電池スタック１４の両端に向かって移動するとともに、隣り合う２つの単電池の間に形成されたスペースに移動する。ここで、単電池との間で熱交換が行われた空気は、排気チャンバに移動し、電池スタック１４の両端に設けられた排気口から排出される。電池スタック１４の排気口から排出された空気は、アッパーケース２１およびロアーケース２２で囲まれたスペースに移動する。
電池スタック１３の排気チャンバと、電池スタック１４の排気チャンバとは、車両１００の前後方向において向かい合っている。ここで、電池スタック１３，１４は、車両１００の前後方向において近づいている。すなわち、電池スタック１３，１４の間隔は、電池スタック１１，１２の間隔や、電池スタック１１，１３の間隔よりも狭くなっている。このように電池スタック１３，１４を近づけて配置すると、例えば、電池スタック１３の排熱が電池スタック１４の単電池に到達してしまうおそれがある。
本実施例では、電池スタック１３，１４の排気チャンバが、向かい合っているため、例えば、電池スタック１３の排気チャンバの熱は、電池スタック１４の排気チャンバに到達するだけである。電池スタック１３からの熱は、電池スタック１４の排気チャンバに到達しても、電池スタック１４の排気チャンバから排出されるだけである。したがって、電池スタック１３からの熱が、電池スタック１４の単電池に到達するのを防止することができる。
パックケース２０の内部に存在する空気（熱交換後の空気）は、排気ダクト１０６に導かれて、パックケース２０の外部に移動する。排気ダクト１０６に進入した空気は、排気ダクト１０６に沿って移動し、排気口１０６ｂ（図１参照）から車両１００の外部に排出される。
図１８〜図２０に示すように、電池スタック１５の下方には、電子機器６０が配置されているため、電子機器６０で発生した熱が、上昇して電池スタック１５に到達しやすい。本実施例では、電池スタック１５および吸気ダクト１０２の接続部分が、電子機器６０の上方に位置している。また、鉛直方向において、電子機器６０は、すべての分岐ダクト５１〜５４と向かい合っている。このため、電池スタック１５のうち、電子機器６０の熱が到達しやすい部分には、吸気ダクト１０２からの空気が最初に到達する。したがって、電池スタック１５の一部分だけが、電子機器６０の熱によって温められるのを抑制することができる。そして、複数の単電池１５１の配列方向において、単電池１５１の温度にバラツキが発生するのを抑制することができる。
また、本実施例では、図１９に示すように、上方から見たときに、電池スタック１５と、各電池スタック１１〜１４とが交差するように配置されている。このような構成では、各電池スタック１１〜１４で発生した熱が、上昇して電池スタック１５に向かうことがある。例えば、電池スタック１１で発生した熱は、電池スタック１５に含まれる一部の単電池１５１に向かうことになる。一部の単電池１５１だけに熱が加わると、電池スタック１５の配列方向において、単電池１５１の温度にバラツキが生じてしまう。
本実施例では、電池スタック１５および各電池スタック１１〜１４の間に、分岐ダクト５１，５３，５４が配置されている。具体的には、電池スタック１１の上方には、電池スタック１３，１４に接続される分岐ダクト５３，５４が位置している。電池スタック１２の上方には、電池スタック１１，１３，１４に接続される分岐ダクト５１，５３，５４が位置している。電池スタック１３の上方には、電池スタック１４に接続される分岐ダクト５４が位置している。電池スタック１４の上方には、電池スタック１４に接続される分岐ダクト５４が位置している。
このように配置された分岐ダクト５１，５３，５４によって、各電池スタック１１〜１４で発生した熱が、電池スタック１５に到達するのを阻止することができる。また、分岐ダクト５１，５３，５４には、冷却用の空気が流動しているため、各電池スタック１１〜１４の熱が分岐ダクト５１，５３，５４に到達しても、分岐ダクト５１，５３，５４に熱が留まることもない。
このように、本実施例では、各電池スタック１１〜１４の熱によって、電池スタック１５が部分的に温まるのを防止でき、電池スタック１５の配列方向において、単電池１５１の温度にバラツキが生じるのを抑制することができる。単電池１５１の温度のバラツキを抑制すれば、温度に起因した単電池１５１の劣化のバラツキを抑制することができる。これにより、電池スタック１５内のすべての単電池１５１の寿命を揃えることができ、すべての単電池１５１を寿命時期まで使用し続けることができる。
本実施例では、電池パック１を上方から見たときに、分岐ダクト５１〜５４が電池スタック１５の配置領域内に位置している。すなわち、上方から見たときに、分岐ダクト５１〜５４は、電池スタック１５からはみ出していない。これにより、電池スタック１５と、各電池スタック１１〜１４との間に形成されたスペースに、分岐ダクト５１〜５４を効率良く配置することができ、電池パック１の大型化を抑制することができる。
本実施例のように、センタートンネル１０１ａの内側に電池スタック１５を配置することにより、より多くの数の電池スタック１１〜１５によって電池パック１を構成することができる。センタートンネル１０１ａは、運転席および助手席の間に位置しているため、センタートンネル１０１ａを設けても、車室内の居住性に悪影響を与えることもない。
また、電池スタック１５をセンタートンネル１０１ａ内に配置するとともに、電子機器６０および電池スタック１１〜１４を、同一面内に配置することにより、フロアパネル１０１に沿って電池パック１を配置することができる。言い換えれば、電池パック１を車両１００の外面に沿って効率良く配置でき、電池パック１が車両１００の上下方向において大型化するのを防止することができる。
本実施例では、フロアパネル１０１のセンタートンネル１０１ａに、１つの電池スタック１５を配置しているが、これに限るものではない。例えば、複数の電池スタックを、センタートンネル１０１ａに配置することができる。センタートンネル１０１ａ内に配置される複数の電池スタックは、車両１００の前後方向に並んでいてもよいし、車両１００の左右方向に並んでいてもよい。一方、電池スタック１５の全体が、センタートンネル１０１ａの内側に位置している必要はなく、電池スタック１５の一部だけを、センタートンネル１０１ａの内側に位置させることができる。
本実施例では、図１４で説明したように、２つの組電池９１，９２を電気的に並列に接続しているが、これに限るものではない。例えば、組電池９１，９２を直列に接続することができる。また、電池スタック１１〜１５を用いて３つ以上の組電池を構成し、これらの組電池を電気的に並列に接続することもできる。一方、本実施例では、車両１００の外部に存在する空気を電池パック１に供給しているが、車室内の空気を電池パック１に供給することができる。また、空気の代わりに、他の冷却媒体（気体）を用いることもできる。
電池スタック１５の下方には、電池スタック１１〜１４および電子機器６０が配置されているが、これに限るものではない。例えば、電池スタック１５の下方に電子機器６０だけを配置することができる。電池スタック１５は、複数の単電池１５１等で構成されており、電子機器６０よりも大きい。そこで、電池スタック１５をフロアパネル１０１に沿って配置するとともに、電池スタック１５の下方に電子機器６０を配置することにより、電池スタック１５および電子機器６０を、フロアパネル１０１に対して効率良く配置することができる。電子機器６０を電池スタック１５の上方に配置すると、電池スタック１５および電子機器６０の間にデッドスペースが生じやすい。本実施例のように、電子機器６０を電池スタック１５の下方に配置すれば、デッドスペースを発生しにくくすることができる。
本実施例では、電池スタック１５の下方に、４つの電池スタック１１〜１４を配置しているが、これに限るものではない。具体的には、電池スタック１５の下方に配置される電池スタックの数は、１つ以上とすることができる。また、本実施例では、上方から見たときに（図１９参照）、電池スタック１５と、各電池スタック１１〜１４とは、互いに直交するように配置しているが、これに限るものではない。電池スタック１５と、各電池スタック１１〜１４とは、互いに交差するように配置されていればよい。
１：電池パック（蓄電装置）
１１〜１４：電池スタック（第２蓄電スタック）
１５：電池スタック（第１蓄電スタック）
１１０：バスバーモジュール １１１，１５１：単電池（蓄電素子）
１１１ａ，１３１ａ：正極端子 １１１ｂ，１３１ｂ：負極端子
１１２，１５２：エンドプレート １１３，１５３：拘束バンド
１１４，１５４：吸気チャンバ １１５，１５５：排気チャンバ
１５４ｂ，１５５ｂ：保持部 １１６：ブラケット
１３２：第１バスバー １３３：第２バスバー
１００：車両 １０１：フロアパネル
１０２：吸気ダクト １０６：排気ダクト
２０：パックケース ２１：アッパーケース
２２：ロアーケース ２２１：ロアキャリア
２２２：フレーム（補強フレーム） ３０：ブラケット
４０：電池監視ユニット ５１〜５４：分岐ダクト
６０：電子機器 ７０：ワイヤーハーネス
７１：電流遮断器 ８０：台座（支持部材）
９１，９２：組電池

Claims (8)

  1. 第１方向に並んで配置された複数の蓄電素子を含む第１蓄電スタックと、
    前記第１方向とは異なる第２方向に並んで配置された複数の蓄電素子を含み、前記第１蓄電スタックの下方に配置された第２蓄電スタックと、
    冷却媒体を移動させるダクトと、を有し、
    前記ダクトは、前記第１蓄電スタックに沿って配置され、前記第１蓄電スタックおよび前記第２蓄電スタックの間に位置していることを特徴とする蓄電装置。
  2. 前記第２蓄電スタックを複数有することを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
  3. 前記複数の第２蓄電スタックは、前記第１方向に並んでいることを特徴とする請求項２に記載の蓄電装置。
  4. 前記ダクトは、前記第２蓄電スタックのそれぞれに接続されており、前記第２蓄電スタックに冷却媒体を供給することを特徴とする請求項２又は３に記載の蓄電装置。
  5. 前記第２蓄電スタックのそれぞれに接続された前記ダクトは、前記冷却媒体の移動経路の上流側において、互いに接続されていることを特徴とする請求項４に記載の蓄電装置。
  6. 前記蓄電装置の充放電を制御するために用いられる電子機器を有し、
    前記電子機器は、前記複数のダクトの下方であって、前記複数のダクトと対向する位置に配置されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の蓄電装置。
  7. 前記第１方向および前記第２方向は、互いに直交する方向であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の蓄電装置。
  8. 請求項１から７のいずれか１つに記載の蓄電装置と、
    前記蓄電装置からの電力を受けて、車両を走行させる運動エネルギを生成するモータ・ジェネレータと、
    を有することを特徴とする車両。
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