JP2014089839A - 電源装置及び電源装置を備える車両 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の蓄電器を使用する電源装置において、高温環境下に置かれても使用可能なように十分な放熱性を備えさせる。
【解決手段】電源装置１００は、充電可能な複数の蓄電器１と、複数の蓄電器１の充放電を制御する制御部２１と、複数の蓄電器１と制御部２１を収納する収納ケース３０とを備える。収納ケース３０は、対向する一対の冷却面２３と、一対の冷却面２３と平行に設けられ、収納ケース３０の中央に断熱空間ＨＧを形成する一対の断熱壁２４とを含み、複数の蓄電器１は、一対の冷却面２３に沿って配置されると共に、一対の冷却面２３と一対の断熱壁２４の間に並べて配置され、制御部２１を、断熱空間ＨＧに配置する。これにより、複数列の蓄電器１を設けても、収納ケース３０の冷却面２３を利用して放熱を図りつつ、制御部２１への伝熱は蓄電器１の間に形成された断熱空間ＨＧでもって抑制できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用の電源装置及びこれを備える車両に関し、例えば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とする鉛蓄電池を用いた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、車両の電装機器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

このようなサブバッテリを、通常の鉛バッテリと同様にエンジンルームに配置する場合は、極めて高温となる環境下に置かれることとなる。特にサブバッテリにニッケル水素電池やリチウムイオン二次電池を用いる場合は、高温によって電池性能が劣化する。このため、十分な放熱対策が必要となるところ、従来の電源装置ではそのような熱対策が十分でなかった。特に、サブバッテリの容量を増すために電池セルを多くして、電池セルを二列以上に重ねて配置する必要が生じた場合、中間に配置された電池セルは放熱性が悪くなり、他の電池セルよりも劣化が進みやすくなる。複数の電池セルを接続したサブバッテリにおいては、いずれか一の電池セルが劣化して容量が低下すると、他の電池セルもこれに合わせて使用することとなって、サブバッテリとして利用可能な容量も低下してしまう。

本発明は、従来のこのような問題点に鑑みてなされたものである。本発明の主な目的は、複数の蓄電器を使用する電源装置において、高温環境下に置かれても使用可能なように十分な放熱性を備えた電源装置及び電源装置を備える電動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

上記目的を達成するために、本発明の電源装置によれば、充電可能な複数の蓄電器と、前記複数の蓄電器の充放電を制御する制御部と、前記複数の蓄電器と制御部を収納する収納ケースとを備える電源装置であって、前記収納ケースは、対向する一対の冷却面と、前記一対の冷却面と平行に設けられ、前記収納ケースの中央に断熱空間を形成する一対の断熱壁とを含み、前記複数の蓄電器は、前記一対の冷却面に沿って配置されると共に、前記一対の冷却面と前記一対の断熱壁の間に並べて配置され、前記制御部を、前記断熱空間に配置することができる。上記構成により、複数列の蓄電器列を設けても、収納ケースの冷却面を利用して放熱を図りつつ、制御部への伝熱は蓄電器列の間に形成された断熱空間でもって抑制できる。特に、蓄電器列を収納ケースの主面に近接させることで、収納ケースの主面を冷却面として利用でき、放熱性を高めることができる。また、これら蓄電器列の間に形成された断熱空間に制御部を配置したことで、蓄電器の配置によって生じるデッドスペースを効率よく利用して、電源装置の小型化に寄与できる利点が得られる。

また、他の電源装置によれば、さらに前記蓄電器と熱結合されると共に、前記収納ケースの前記一対の冷却面から表出された放熱部を設けることができる。上記構成により、蓄電器の発熱を放熱部を介して収納ケースの外部に効率よく放熱できる。

さらに、他の電源装置によれば、前記放熱部を、前記収納ケースにインサート成形された金属製の放熱フィンとすることができる。上記構成により、収納ケースに一体的に放熱部を形成できる。

さらにまた、他の電源装置によれば、前記放熱部を、前記収納ケースを貫通する熱伝導性の棒状の放熱ピンとできる。上記構成により、ブロック状の放熱フィンに比べて放熱構造を軽量化できる。

さらにまた、他の電源装置によれば、前記放熱ピンの、前記蓄電器と接触する先端部を、球状に形成することができる。上記構成により、放熱ピンと蓄電器との熱結合を確実に行うことが可能となる。

さらにまた、他の電源装置によれば、前記収納ケースを、前記複数の蓄電器を鉛直方向に複数列に配置することができる。上記構成により、収納ケース内で加熱された空気の自然対流によって蓄電器の放熱性を向上できる利点が得られる。

さらにまた、他の電源装置によれば、前記蓄電器の外形を円筒形とすることができる。これによって、蓄電器の表面積を広くして放熱性を高めることができる。

さらにまた、他の電源装置によれば、前記蓄電器を二次電池とすることができる。上記構成により、広く普及した二次電池でもって電源装置を構成でき、高密度での蓄電が可能となり、大容量化等にも対応できる。

さらにまた、他の電源装置によれば、前記制御部は、前記複数の蓄電器の充放電を監視する監視回路を実装した回路基板と、前記蓄電器の出力と接続され、その出力のＯＮ／ＯＦＦを切り替えるスイッチング部とを含み、前記スイッチング部を、前記回路基板より上方に設けることができる。上記構成により、スイッチング部の発熱が伝わりやすい上方には回路基板を配置せず、伝熱し難い下方に配置したことで回路基板に熱の影響が及ぶ事態を抑制して、回路基板を保護できる。

さらにまた、他の電源装置によれば、前記収納ケースの一の冷却面を、鉛バッテリと接触させるための接触面とすることができる。上記構成により、鉛バッテリと収納ケースとを接触面で接触させて、収納ケースの冷却面を介して蓄電器の発熱を鉛バッテリで吸収でき、放熱性を高めることができる。

さらにまた、電源装置を備える車両によれば、走行用のモータと、前記電源装置及び前記モータを搭載してなる車両本体と、前記モータで駆動されて前記車両本体を走行させる車輪とを備えることができる。

本発明の実施の形態１に係る電源装置を示す斜視図である。 図１の電源装置のＩＩ−ＩＩ線における水平断面図である。 本発明の実施の形態２に係る電源装置を示す斜視図である。 本発明の実施の形態３に係る電源装置を示す斜視図である。 図４の電源装置のＶ−Ｖ線における水平断面図である。 電源装置をサブバッテリとして鉛バッテリと並列に接続した状態を示す回路図である。 変形例に係る電源装置を示す垂直断面図である。 電源装置を車両のエンジンルームに設置する例を示す模式図である。

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電源装置及び電源装置を備える車両を例示するものであって、本発明は電源装置及び電源装置を備える車両を以下のものに特定しない。また実施の形態に記載されている構成部材の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。
（実施の形態１）

本発明の実施の形態１に係る電源装置１００の斜視図を図１に、この電源装置１００のＩＩ−ＩＩ線における水平断面図を図２に、それぞれ示す。これらの図に示す電源装置１００は、複数の蓄電器１と、蓄電器１と電気的に接続された制御部２１と、これら複数の蓄電器１と制御部２１とを収納する収納ケース３０とを備える。図１においては、電源装置１００の内部構造を示すため収納ケース３０を破線で示している。ここでは電源装置１００を、車載用の電池として、後述する図６に示すように、鉛バッテリＰＢのような１２Ｖの電装用バッテリと並列に接続されたサブバッテリに利用する例を示している。
（収納ケース３０）

収納ケース３０は、外形を矩形状としている。収納ケース３０は、好ましくは絶縁性に優れた材質、例えば樹脂製とする。収納ケース３０の内部には、複数の蓄電器１と制御部２１を収納している。
（蓄電器１）

蓄電器１は、蓄電可能な部材であり、二次電池セルが好適に利用できる。二次電池セルとしては、ニッケル水素電池が好適に利用できる。特にニッケル水素電池の電源電圧は、１．２Ｖであるので、１０個のニッケル水素電池を直列に接続すれば１２Ｖとなり、電源電圧を１２Ｖとする鉛バッテリＰＢとの並列接続に適合する。また、トラックなどの大型車両のように、定格電圧を２４Ｖとする鉛バッテリに対しては、ニッケル水素電池を２０本直列に接続することで２４Ｖに対応させることができる。このように、直列接続する本数を調整することで、電源装置１００の電圧を、接続先の鉛バッテリと一致させるように調整できる。

なおサブバッテリには、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、他の二次電池も使用できる。また、この例では蓄電器１として電池セルを使用する例を説明しているが、本発明は蓄電器として電池セルに代えて、あるいはこれに加えて電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）等のキャパシタを利用することもできる。

図１の斜視図及び図２の断面図に示す例では、蓄電器１は円筒形の外装缶を利用している。ここでは、複数本の円筒形の蓄電器１を、垂直姿勢に保持して、収納ケース３０の内面に沿うように一面に並べている。ここでは、蓄電器１は一層のみの蓄電器列１０としている。そして二層に分ける場合は、各蓄電器列１０を収納ケース３０の対向する一対の主面にそれぞれ沿わせると共に、これら蓄電器列１０同士を離間させて、間に断熱空間ＨＧを設ける。この主面を、蓄電器列１０をそれぞれ放熱するための冷却面２３とする。

このように、複数本の蓄電器１を縦方向に並べた蓄電器列１０を積層することを避けることで、複数の蓄電器１を使用しつつも、放熱性の低下を抑制できる。特に、各蓄電器列１０は収納ケース３０の主面にそれぞれ沿わせることで、この主面を冷却面２３として収納ケース３０の外部に放熱できる。すなわち、蓄電器列１０はそれぞれ収納ケース３０外部に面した冷却面２３を確保できるので、複数列を積層した場合に中間の蓄電器列からの放熱性が低下して、相対的に他の蓄電器列よりも劣化が進んでばらつきが生じる事態を回避できる。特に、電源装置１００を鉛バッテリと並べて配置する場合は、収納ケース３０の一方の冷却面２３を、鉛バッテリと接触させるための接触面とすることができる。接触面を鉛バッテリに接触させることで、鉛バッテリ自体に含まれる電解液の熱容量によって電源装置１００の放熱を吸収できるので、この点においても収納ケース３０に蓄電器１を近接あるいは密接させて、これら蓄電器列１０の放熱性能を一層改善できる利点も得られる。

さらに図１の斜視図に示すように、蓄電器１はその外装缶の長さ方向に２本を直列に接続して蓄電器組２を構成している。蓄電器組２を構成する蓄電器の接続本数を３本以上とすると、放熱され易い端縁に位置する蓄電器と比べ、中間の蓄電器の放熱性が悪くなって相対的に劣化が進む懸念が生じる。そこで、各蓄電器組２で蓄電器１の接続本数を２本とすることで、このような放熱性能のばらつきを低減できる。図１の例では、長さ方向に２本を直列に接続した蓄電器組２を、互いに平行姿勢に５組並べて、これらを直列接続して一の蓄電器列１０を構成している。さらにこれら１０本の蓄電器１の直列接続で構成された蓄電器列１０を、対向する収納ケース３０の内面に沿って２組を離間して配置し、これらを直列接続して電源装置１００を構成している。この結果、図１の例では計２０本の蓄電器１を直列接続した２４Ｖの電圧を定格電圧としている。
（断熱空間ＨＧ）

また収納ケース３０の内部には、一対の冷却面２３とほぼ平行に、一対の断熱壁２４が設けられている。断熱壁２４は、収納ケース３０のほぼ中央に断熱空間ＨＧを形成し、この断熱空間ＨＧに制御部２１を配置する。つまり断熱壁２４の内側、すなわち断熱壁２４同士の間には、制御部２１を配置する断熱空間ＨＧが形成される一方、断熱壁２４の外側、すなわち各断熱壁２４と放熱面との間には、蓄電器を配置するための蓄電器収納空間ＢＳが形成される。このように収納ケース３０の内部には、中央に制御部２１が、その両側に蓄電器列１０が、それぞれ配置され、制御部２１と蓄電器列１０との間には断熱壁２４が介在されることとなる。これによって、制御部２１と蓄電器列１０とを物理的な２枚の断熱壁２４と、その間に形成される空気層の絶縁空間によって、蓄電器から制御部２１に熱が伝わる事態を抑制できる。また蓄電器列１０の間に形成された断熱空間ＨＧに制御部２１を配置したことで、蓄電器の配置によって生じるデッドスペースを効率よく利用して、電源装置の小型化に寄与できる利点も得られる。
（制御部２１）

制御部２１は、回路基板２０と、スイッチング部２５を含んでいる。回路基板２０は、蓄電器１の充放電を監視する電子回路を実装している。また回路基板２０には、各蓄電器１の異常を、電流や電圧、温度等に基づいて監視し、異常と判定されたときにはこれを遮断する安全回路を実装することもできる。一方スイッチング部２５は、蓄電器の出力と接続され、その出力のＯＮ／ＯＦＦを切り替える部材である。後述する図６の回路図に示す例では、蓄電器列１０が鉛バッテリＰＢと並列に接続された状態で、蓄電器列１０と鉛バッテリＰＢとの間にスイッチング部２５が配置される。スイッチング部２５をＯＮすると蓄電器列１０が鉛バッテリＰＢと並列に接続され、ＯＦＦすると蓄電器列１０が回路から切断される。このようなスイッチング部２５には、リレーや半導体スイッチング素子が利用できる。このスイッチング部２５は、通電によって発熱する発熱部材となる。

図４の斜視図に示すように、スイッチング部２５は、回路基板２０よりも上方に配置することが好ましい。これにより、スイッチング部２５の発熱は自然対流により上方に伝熱されるため、スイッチング部２５の下方に配置した回路基板２０に熱が影響を与えることを抑制できる。なお図４の例では、回路基板２０のほぼ上方にスイッチング部２５を配置した例を説明したが、これに限らず、例えば図７の変形例に示す電源装置１００’のように、スイッチング部２５’を回路基板２０’とオフセットさせて配置してもよい。例えば図７の例では、蓄電器列１０’同士の間の断熱空間ＨＧ’内において、制御部２１’とスイッチング部２５’とを対角線状に配置させている。この制御部２１’は、回路基板２０’とこれを収納した仕切壁２２’（後述）とで構成される。このような配置によって、極力回路基板２０’をスイッチング部２５’と離間させて、スイッチング部２５’の発熱の影響をさらに抑制できる。
（仕切壁２２）

なお回路基板２０は、その周囲を覆うこともできる。図２の例では、回路基板２０と周囲を仕切壁２２で囲んでいる。仕切壁２２は、断熱性を備える部材で構成する。このように断熱性の仕切壁２２を設けたことで、蓄電器列１０と回路基板２０とを物理的に隔離して、蓄電器１の発熱が回路基板２０に及ぶことを抑制して回路基板２０を保護できる。
（放熱部４０）

さらに電源装置１００は、蓄電器１の発熱を放熱するための放熱部４０を備えている。放熱部４０は、一部を蓄電器１と熱結合し、別の一部を収納ケース３０の表面から表出させている。これによって放熱部４０を介して蓄電器１は収納ケース３０の外部と連通されていることとなり、蓄電器１の発熱を放熱部４０を介して収納ケース３０の外部に効率よく放熱できる。図１及び図２の例では、放熱部４０はその水平断面において、一方の面を円筒状の蓄電器１に沿った円弧状に形成し、他方の面は凹凸状に形成した放熱フィン４１を設けている。好ましくは、放熱部４０を導電性に優れた銅やアルミニウム等の金属製とする。また、樹脂製の収納ケースにインサート成型する等して、放熱部を収納ケースと一体化させることが望ましい。これによって、収納ケース３０に蓄電器１を収納させつつも、放熱部４０を介して実質的には収納ケース３０表面に表出させた状態とできる。特に、蓄電器列１０を構成する各蓄電器１をすべて収納ケース３０に対向させたことで、すべての蓄電器１を放熱部４０と熱結合して放熱させることが可能となり、例えば複数層に蓄電器を積層した場合に蓄電器に挟まれた中間の蓄電器の放熱性が低下して劣化が進む事態を回避できる。このように、放熱部によって蓄電器の放熱を外部へ積極的に行いつつ、一方で内部の制御部への伝熱は断熱壁と断熱空間の二重構造によって抑制できる。この結果、制御部への伝熱を抑制しつつも、蓄電器の放熱自体は収納ケースの両側を使って効率よく冷却でき、電源装置の信頼性が向上される。

図１の例では、放熱部４０として、各蓄電器１毎に分割された、放熱フィン４１を備えるブロック状に構成した例を説明した。ただ、本発明はこの構成に限定されるものでなく、例えば放熱部をフィンの延長方向に延長して一体に構成して、一の放熱部に複数の蓄電器を熱結合させて放熱させることもできる。また図１の例では、蓄電器１の長さ方向に２箇所に放熱部４０をそれぞれ配置した例を説明したが、蓄電器の長さ方向に３以上に分割してもよく、あるいは逆に一の放熱部に纏めてもよいことはいうまでもない。

この例では、蓄電器１の長さ方向が鉛直姿勢となるように縦置きとした姿勢に電源装置１００を配置する例を説明した。この構成では、収納ケース３０の内部で加熱された空気が、隣接する蓄電器１の隙間に入り込み、蓄電器１の長さ方向に沿って上昇して自然対流によって放熱性を発揮できる利点が得られる。さらにこの姿勢で電源装置が固定される場合は、図１に示すように放熱部４０の外表面に形成される放熱フィン４１を、蓄電器１の長さ方向と平行に沿うように凹状のパターンを形状している。この形状であれば、放熱フィン４１の複数のフィン同士の隙間が垂直方向に並ぶため、熱せられた空気が自然対流によってフィン同士の隙間を流れやすくなり（図１において一点鎖線で示す方向）、これによって放熱性が向上される。この結果、冷却ファンのような強制冷却部材を設けずとも放熱性を発揮でき、構成を簡素化できる利点が得られる。
（実施の形態２）

ただ、本発明はこのように蓄電器を縦置きとする例に限られず、これを横置きとなる姿勢に電源装置を配置する例にも適用できる。このような配置例を実施の形態２として図３に示す。この電源装置２００でも、蓄電器列１０同士の間に形成された放熱隙間を通じて、熱せされた空気が一点鎖線で示すように上方に移動して自然対流による放熱効果が期待できる。また放熱部４０Ｂの放熱フィン４１Ｂの形状を、実施の形態１とは異なり蓄電器１の長さ方向と交差する方向に各フィンが延長されるようなパターンに形成することが好ましい。これによって、収納ケース３０Ｂの周囲で熱せられた空気が、自然対流により各フィン同士の間の隙間を伝って上方に移動しやすくなり、空気の移動によって放熱性を高める効果が期待できる。
（実施の形態３）

また放熱部はこの構成に限らず、蓄電器と熱結合して収納ケース外部に放熱可能な任意の構成が利用できる。例えば、実施例３として図４の斜視図及び図５の水平断面図に示す電源装置３００では、放熱部４０Ｃをピン状に形成した放熱ピン４２として、複数の放熱ピン４２が収納ケース３０の主面である冷却面２３を貫通して蓄電部に接触するような形態としている。各放熱ピン４２は、先端を球状に面取りしており、蓄電器１の外装缶と点状に接触して熱結合する。また他端は収納ケース３０の外部から針状に突出されており、その表面積を稼いでいる。この構成であれば、実施の形態１のような塊状の放熱部と比べて大幅に軽量化でき、また金属部剤の使用量も低減でき、軽量かつ低コストな放熱構造が実現できる。また放熱ピン４２と蓄電器１との熱結合を点状としたことで、接触面積は狭くなるものの突出された放熱ピン４２で確実に接触されて、熱結合の信頼性も高められる。放熱ピン４２には、アルミニウムや銅等、熱伝導に優れた棒状の金属が好適に利用できる。
なお放熱ピン４２の先端の内、外部に表出される側は球状とする必要は必ずしもなく、円柱状や角柱状等とすることもできる。また放熱ピン４２の蓄電器１と接触させる側の先端も、ボール状とする他、蓄電器の表面形状に応じて湾曲させ、面接触とさせることも可能である。

また図５の例では、放熱ピン４２をインサート成型している。各放熱ピン４２が蓄電器１の表面と熱結合するように、予め位置決めして固定されている。ただ、放熱ピンの先端にスプリングなどで付勢して弾性的に蓄電器に突出するように構成すれば、押圧力によってさらに接触の確実性が高められる。

このように、放熱部４０を樹脂製の収納ケース３０の外部に表出させて、ヒートシンクとして利用できる。すなわち、蓄電器１と外気との接触面積を増やして、蓄電器１の放熱性を向上できる。

なお、以上の例では収納ケースで蓄電器を保持する例を説明したが、本発明はこの構成に限られない。例えば、蓄電器を蓄電ホルダで保持し、この蓄電ホルダを収納ケースに収納するような二重構造とすることもできる。
（回路図）

以上の電源装置１００を、車両用のバッテリシステムに接続した例を図６に示す。この図に示す電源装置１００は、鉛バッテリＰＢを補助するサブバッテリとして機能する。サブバッテリである電源装置１００は、鉛バッテリＰＢと並列に接続される。鉛バッテリＰＢとサブバッテリは、電流調整回路等を介することなく、リード線５０で直接に接続される。したがって、鉛バッテリＰＢとサブバッテリの電圧は常に同じ電圧となる。ただ、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ＰＢ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。従来の電装機器は、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機器を搭載する。

サブバッテリは、充放電の効率を改善し、かつ鉛バッテリＰＢの劣化を防止するために並列に接続される。サブバッテリは、鉛バッテリＰＢと並列に接続されて、同じ電圧となる。この状態において、サブバッテリと鉛バッテリＰＢ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ＰＢとサブバッテリの適合性は、サブバッテリの開路電圧−放電深度特性をコントロールして実現する。サブバッテリの開路電圧−放電深度特性は、たとえば、ニッケル水素電池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。

以上のバッテリシステムは、回生制動によらずエンジン９６でオルタネータ６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ＰＢの最大で８倍もの電力を、サブバッテリである電源装置１００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ＰＢを一定の電圧で充電して劣化を防止し、かつ電装機器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ＰＢ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ＰＢを充電することはなく、オルタネータ６は電装機器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９６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９６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、この電源装置を用いた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ＰＢのみでなく、電源装置に充電して鉛バッテリＰＢ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ＰＢのみでなく充電された電源装置から電装機器５に電力を供給するので、鉛バッテリＰＢを充電と過放電から防止して、寿命を長くできる。

また、自然対流による放熱に加えて、あるいはこれに代えて、強制的に冷却風を放熱部４０に向かって送出して冷却することもできる。このように冷却風を強制的に流すファン等の強制冷却機構を設ける場合は、新たに強制冷却機構を追加する他、既存の部材を兼用することもできる。特に後者は、構成の簡素化や製造コストの削減の面から好ましい。例えば、車載用の電源装置においては、ラジエータ用の冷却ファンを利用することもできる。図８に、電源装置を車両のエンジンルームに設置した例の模式図を示す。この図に示す車両は、走行用のエンジン９６と、このエンジン９６を冷却するための冷媒を循環させるラジエータ９９と、ラジエータ９９に向けて強制送風する冷却ファン９８とを備えている。この図に示すように、ラジエータ用の冷却ファン９８で送風される風路上に電源装置を配置する。このとき、風路開口部がこの風路上に交差するように開口され、冷却風路３１が冷却ファン９８の冷却風の送風方向と一致するように配置することで、ラジエータ用の冷却ファン９８を、電源装置の蓄電器の冷却に共用できる。この結果、蓄電器の冷却用に専用のファンを別途用意することなく、既存の設備を利用して電源装置の効率的な冷却を図ることが可能となる。

本発明に係る電源装置及び電源装置を備える車両は、車両の電装用バッテリや補機バッテリに好適に利用できる。特に、回生制動で鉛バッテリを充電するアイドリングストップ機能を備えた車両に適用すると、鉛バッテリの負荷を軽減できる。また、ＥＶ走行モードとＨＥＶ走行モードとを切り替え可能なプラグイン式ハイブリッド電気自動車やハイブリッド式電気自動車、電気自動車等のモータ駆動用の電源装置として利用することも可能である。さらにコンピュータサーバのラックに搭載可能なバックアップ電源装置、携帯電話等の無線基地局用のバックアップ電源装置、家庭内用、工場用の蓄電用電源、街路灯の電源等、太陽電池と組み合わせた蓄電装置、信号機等のバックアップ電源用等の用途にも適宜利用できる。

１００、１００’、２００、３００…電源装置
１…蓄電器
２…蓄電器組
５…電装機器
６…オルタネータ
１０、１０’…蓄電器列
２０、２０’…回路基板
２１、２１’…制御部
２２、２２’…仕切壁
２３…冷却面
２４…断熱壁
２５、２５’…スイッチング部
３０、３０Ｂ…収納ケース
４０、４０Ｂ、４０Ｃ…放熱部
４１、４１Ｂ…放熱フィン
４２…放熱ピン
５０…リード線
９６…エンジン
９８…冷却ファン
９９…ラジエータ
ＨＧ、ＨＧ’…断熱空間
ＢＳ…蓄電器収納空間
ＰＢ…鉛バッテリ
９７…車輪

Claims (11)

1. 充電可能な複数の蓄電器と、
   前記複数の蓄電器の充放電を制御する制御部と、
   前記複数の蓄電器と制御部を収納する収納ケースと
   を備える電源装置であって、
   前記収納ケースは、
   対向する一対の冷却面と、
   前記一対の冷却面と平行に設けられ、前記収納ケースの中央に断熱空間を形成する一対の断熱壁とを含み、
   前記複数の蓄電器は、前記一対の冷却面に沿って配置されると共に、前記一対の冷却面と前記一対の断熱壁の間に並べて配置され、
   前記制御部は、前記断熱空間に配置されることを特徴とする電源装置。
2. 請求項１に記載の電源装置であって、さらに、
   前記蓄電器と熱結合されると共に、前記収納ケースの前記一対の冷却面から表出された放熱部を設けてなることを特徴とする電源装置。
3. 請求項２に記載の電源装置であって、
   前記放熱部が、前記収納ケースにインサート成形された金属製の放熱フィンであることを特徴とする電源装置。
4. 請求項２に記載の電源装置であって、
   前記放熱部が、前記収納ケースを貫通する熱伝導性の棒状の放熱ピンであることを特徴とする電源装置。
5. 請求項４に記載の電源装置であって、
   前記放熱ピンの、前記蓄電器と接触する先端部が、球状に形成されてなることを特徴とする電源装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一に記載の電源装置であって、
   前記収納ケースが、前記複数の蓄電器を鉛直方向に複数列に配置してなることを特徴とする電源装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一に記載の電源装置であって、
   前記蓄電器を、外形を円筒形としてなることを特徴とする電源装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一に記載の電源装置であって、
   前記蓄電器を、二次電池としてなることを特徴とする電源装置。
9. 請求項１〜８のいずれか一に記載の電源装置であって、
   前記制御部は、
   前記複数の蓄電器の充放電を監視する監視回路を実装した回路基板と、
   前記蓄電器の出力と接続され、その出力のＯＮ／ＯＦＦを切り替えるスイッチング部とを含み、
   前記スイッチング部は、前記回路基板より上方に設けられてなることを特徴とする電源装置。
10. 請求項１〜８のいずれか一に記載の電源装置であって、
    前記収納ケースの一の冷却面を、鉛バッテリと接触させるための接触面としてなることを特徴とする電源装置。
11. 請求項１から８のいずれか一に記載の電源装置を備える車両であって、
    走行用のモータと、
    前記電源装置及び前記モータを搭載してなる車両本体と、
    前記モータで駆動されて前記車両本体を走行させる車輪と
    を備えることを特徴とする車両。

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