JP2016012390A - 車載用電池システム - Google Patents

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Abstract

【課題】鉛蓄電池を含む２種類の蓄電池を有する車載用電池システムの取り扱いを鉛蓄電池モジュールと同等にする。
【解決手段】ある態様の車載用電池システム１００は第１の蓄電モジュール１０およびこれと隣接する第２の蓄電モジュール２０を有する。第１の蓄電モジュール１０は鉛蓄電池とこれを収容する第１の筐体１４を有する。また、第２の蓄電モジュール２０は鉛蓄電池よりエネルギ密度が高い蓄電部とこれを収容する第２の筐体２４を有する。第２の筐体２４の上面部２７は、第１の筐体１４と同一の耐薬品性を有する材料で形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、車載用電池システムに関する。
一般に、内燃機関を駆動源とする車両には、スタータモータ等の各種電気負荷へ電力供給する鉛蓄電池が搭載されている。鉛蓄電池は、ニッケル蓄電池やリチウムイオン蓄電池等の高出力、高エネルギ密度の高性能蓄電池に比べて安価であるものの、頻繁な充放電に対する耐久性が低い。特にアイドルストップ機能を備える車両では、鉛蓄電池が頻繁に放電されることとなり早期劣化が懸念される。また、車両の回生エネルギによりオルタネータを発電させて充電する場合、鉛蓄電池が頻繁に充電されることになるため、早期劣化がより一層懸念される。これらの懸念に対し、鉛蓄電池を高性能蓄電池に置き換えるだけでは、大幅なコストアップを招く。
これに対し、オルタネータ等の発電機と、発電機で発生した電力を充電可能な鉛蓄電池と、鉛蓄電池に対して電気的に並列接続され、発電機で発生した電力を充電可能であり、かつ、鉛蓄電池に比べて出力密度又はエネルギ密度の高い第２蓄電池と、を備えた車載電池装置が知られている（特許文献１参照）。このように、鉛蓄電池に加えて高性能蓄電池である第２蓄電池を備えることで、鉛蓄電池の劣化抑制とコストダウンとの両立を図ることができる。すなわち、例えばアイドルストップ中における電気負荷への電力供給や回生充電は、高性能蓄電池が優先的に実施することで、鉛蓄電池の劣化軽減を図ることができる。一方、車両を駐車する場合等、長時間に亘って要求される電力供給は、安価な鉛蓄電池が優先的に実施することで、高性能蓄電池を小容量化してコストアップ抑制を図ることができる。
特開２０１１−１７６９５８号公報
従来、鉛蓄電池は、耐薬品性を有する筐体に収容されることで、エンジンルーム内などの使用環境に設置可能であった。一方、リチウムイオン蓄電池等の蓄電部は耐薬品性に関して対策が講じられていなかったため、鉛蓄電池とリチウムイオン蓄電池等の蓄電部を同じ使用環境下で併設することが困難であった。
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、鉛蓄電池とこれに併設された蓄電部とを有する車載用電池システムを鉛蓄電池と同等の使用環境下に設置することができる技術を提供することにある。
本発明のある態様は、車載用電池システムである。当該車載用電池システムは、鉛蓄電池および前記鉛蓄電池を収容する第１の筐体を含む第１の蓄電モジュールと、前記第１の蓄電モジュールに隣接して配置され、前記鉛蓄電池よりエネルギ密度が高い蓄電部および前記蓄電部を収容する第２の筐体を含む第２の蓄電モジュールと、を備え、前記鉛蓄電池および前記蓄電部は回生エネルギを電力に変換する発電部に対して電気的に並列に接続され、前記第１の筐体および前記第２の筐体の上面部に耐薬品性を有する同一の材料が用いられていることを特徴とする。
本発明によれば、鉛蓄電池とこれに併設された蓄電部とを有する車載用電池システムを鉛蓄電池と同等の使用環境下に設置することができる。
実施の形態１に係る車載用電池システムの外観を示す斜視図である。 実施の形態１に係る車載用電池システムを含む電気ブロック図である。 、第２の蓄電モジュール２０の内部構造を示す透過斜視図である。 図３に示すＡ−Ａ線に沿った断面図である。 実施の形態２に係る車載用電池システム１００の外観を示す斜視図である。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
（実施の形態１）
まず、本実施の形態を具体的に説明する前に、基礎となった知見を説明する。本発明者は、鉛蓄電池と高性能蓄電池などの蓄電部を備える車載用電池システムにおいて、蓄電部を、鉛蓄電池に併設して車両のエンジンルーム内に設置することに思い至った。蓄電部をエンジンルーム内に配置することで、例えば蓄電部を車両の居住スペースに設置した場合に起こる、居住スペースの狭小化や、発電機であるオルタネータあるいは鉛蓄電池との配線接続の複雑化を抑制することができる。しかしながら、従来の蓄電部は、エンジンルーム内のような環境下での使用を想定していないため、エンジンオイルなどの薬液が蓄電部に浸透する可能性があり、鉛蓄電池に蓄電部を併設してエンジンルーム内のような使用環境下に設置することが困難であった。本出願人は、このような知見をもとに、本実施形態に係る車載用電池システムを開発するに至った。
図１は、実施の形態１に係る車載用電池システム１００の外観を示す斜視図である。図２は、実施の形態１に係る車載用電池システム１００を含む電気ブロック図である。図３は、第２の蓄電モジュール２０の内部構造を示す透過斜視図である。図４は、図３に示すＡ−Ａ線に沿った断面図である。
実施の形態１に係る車載用電池システムは、内燃機関を駆動源とする車両に搭載される電池システムである。当該車両は、停止すると内燃機関が自動的に停止し、ブレーキペダルを離すなどの発進動作を行うと内燃機関が再始動するアイドリングストップ機能を有することが好ましい。
図１に示すように、車載用電池システム１００は、第１の蓄電モジュール１０および第２の蓄電モジュール２０を有する。第１の蓄電モジュール１０は第２の蓄電モジュール２０に隣接して設けられている。
第１の蓄電モジュール１０は、鉛蓄電池１２（図２参照、図１では図示せず）および鉛蓄電池１２を収容する第１の筐体１４を有する。
鉛蓄電池１２は周知の鉛蓄電池のセル構造であればよく、特に限定されない。具体的には、鉛蓄電池１２を構成する単セルでは、負極活物質として鉛、正極活物質として二酸化鉛が用いられ、電解液として硫酸が用いられる。鉛蓄電池１２は、複数の当該単セルを電気的に直列接続することで構成される。
第１の筐体１４は耐薬品性を有する材料で構成されている。耐薬品性とは、酸、アルカリの他、エンジンオイルなどの化学薬品に対して耐性を有することをいう。第１の筐体１４に用いられる材料としては、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレートなどが挙げられる。
第２の蓄電モジュール２０は、鉛蓄電池１２と比べてエネルギ密度（Ｗｈ／ｋｇ）が高い蓄電部２２および蓄電部２２を収容する第２の筐体２４を有する。
蓄電部２２は、例えばリチウムイオン蓄電池や水素電池等である。例えば、蓄電部２２がリチウムイオン蓄電池である場合、蓄電部２２は周知のリチウムイオン蓄電池のセル構造であればよく、特に限定されない。例えば、リチウムイオン蓄電池を構成する単セルでは、正極活物質としてコバルト酸リチウムなどのリチウム金属酸化物、負極活物質としてカーボンなどの炭素材料が用いられ、電解液として炭酸エチレン、炭酸プロピレンなどの有機電解液が用いられる。リチウムイオン蓄電池は、複数の当該単セルを電気的に直列接続することで構成される。本実施の形態の蓄電部２２は、１０個の円筒形の蓄電池２３を有する。なお、蓄電池２３の個数や形状、配置は特に限定されない。例えば、蓄電池２３の形状は角形であってもよい。
各蓄電池２３は、配線２１により互いに電気的に直列接続されて、第２の筐体２４内に収容されている。第２の筐体２４の上部において配線２１の一部が露出して、負極端子２９ａを形成している。また、第２の筐体２４の上部において配線２１の一部が露出して、正極端子２９ｂ１、正極端子２９ｂ２を形成している。正極端子２９ｂ１は、後述する車両側電装ユニットに接続される。また、正極端子２９ｂ２は鉛蓄電池１２に接続される。
第２の筐体２４は、底部２５、収容部２６ａ、収容部２６ｂおよび上面部２７を有する。収容部２６ａおよび収容部２６ｂは底部２５の上面に設置されている。上面部２７は収容部２６ｂおよび収容部２６ｂの上面に設置されている。
収容部２６ａは第１の蓄電モジュール１０の側に設置されており、収容部２６ａの一方の主表面が第１の筐体１４と接している。収容部２６ｂは、収容部２６ａよりも第１の蓄電モジュール１０から遠い位置に配置されている。本実施形態では、収容部２６ａおよび収容部２６ｂがそれぞれ扁平な直方体形状であり、対向する主表面が当接するようにねじなどの締結部材を用いて固定されている。
図４に示すように、収容部２６ｂと接する側の収容部２６ａの主表面には、蓄電部２２を構成する単セルに応じた数の凹部２８ａが設けられている。また、収容部２６ａと接する側の収容部２６ｂの主表面には、蓄電部２２を構成する単セルに応じた数の凹部２８ｂが設けられている。凹部２８ａおよび凹部２８ｂは、収容部２６ａと収容部２６ｂとが当接した状態で互いに対向するように配置されており、凹部２８ａおよび凹部２８ｂによって蓄電池２３すなわち蓄電部２２の収容空間が形成される。
本実施の形態では、第２の筐体２４、すなわち、底部２５、収容部２６ａ、収容部２６ｂおよび上面部２７は、第１の筐体１４と同じ材料で形成されている。なお、本実施の形態では、第２の筐体２４全体が第１の筐体１４と同じ材料で形成されているが、少なくとも上面部２７を第１の筐体１４と同じ材料で形成すればよく、底部２５、収容部２６ａ、収容部２６ｂを構成する材料は第１の筐体１４の材料と異なっていてもよい。
図２に示すように、鉛蓄電池１２および蓄電部２２は、オルタネータ（発電機）３０、スタータモータ４０および車両側電装ユニット５０に対して電気的に並列に接続されている。
この他、車載用電池システム１００は、電圧検出回路１２２、ＣＰＵ１２４および制御回路１２６を有する。電圧検出回路１２２は蓄電部２２の電圧を検出する。ＣＰＵ１２４は電圧検出回路１２２によって検出された電圧や、車両の運転状況に応じて、制御回路１２６にスイッチ類（スイッチ９０、９２）のオンオフを指示する。制御回路１２６は、ＣＰＵ１２４からの指示に従って、スイッチ類のオンオフを実行する。
スイッチ９０は、蓄電部２２と車両側電装ユニット５０との間の分岐点Ａ１と、鉛蓄電池１２とオルタネータ３０との間の分岐点Ａ２との間に設置されており、スイッチ９０のオンオフにより、蓄電部２２とオルタネータ３０との間の通電、遮断が切り替えられる。スイッチ９２は、分岐点Ａ１と蓄電部２２との間に設けられており、スイッチ９２のオンオフにより、蓄電部２２とスイッチ９０および車両側電装ユニット５０との間の通電、遮断が切り替えられる。
オルタネータ３０は、クランク軸の回転エネルギを電力に変換する。スタータモータ４０は、内燃機関の始動時にクランク軸を回転させるモータである。スタータモータ４０は、分岐点Ａ２とオルタネータ３０との間の分岐点Ａ３に接続されている。分岐点Ａ３とスタータモータ４０との間にスイッチ９４が設けられている。スイッチ９４のオンオフにより、スタータモータ４０への通電、遮断が切り替えられる。スイッチ９４のオンオフは図示しないＥＣＵによって制御される。
車両側電装ユニット５０は、ナビゲーションシステムやオーディオ機器などのように、供給電力の電圧が安定していることが要求される電気負荷やヘッドライト、ワイパ、空調装置の送風ファンなどの一般的な電気負荷である。
（回生充電時）
車両の減速時に生じる回生エネルギにより、鉛蓄電池１２および蓄電部２２を充電する場合には、スイッチ９０がオンにされる。鉛蓄電池１２は回生エネルギが生じている間、逐次充電が行われ、満充電に近い状態に保たれる。一方、電圧検出回路１２２によって検出された蓄電部２２の電圧が所定の下限電圧より低くなっている場合にスイッチ９２がオンにされ、スイッチ９２がオンにされている間に蓄電部２２が充電される。なお、回生エネルギによる充電動作時には、スイッチ９４はオフにされ、スタータモータ４０は放充電回路から切り離される。
（通常放電時）
上述した回生エネルギによる充電動作時以外のエンジン運転時には、スイッチ９０、スイッチ９４がともにオフにされる。一方、電圧検出回路１２２によって検出された蓄電部２２の電圧が所定の下限電圧以上である場合には、スイッチ９２がオンにされ、蓄電部２２の電力が車両側電装ユニット５０に供給される。
（アイドルストップ時およびスタータモータ作動時）
エンジンが自動停止されたアイドルストップ時およびエンジンが始動する際のスタータモータ作動時では、スイッチ９４がオンにされ、スイッチ９０がオフにされる。また、スイッチ９２はオンにされる。これにより、蓄電部２２および車両側電装ユニット５０はオルタネータ３０およびスタータモータ４０から切り離され、蓄電部２２からスタータモータ４０への放電が生じることが防止される。この状態で、電圧検出回路１２２によって検出された蓄電部２２の電圧が所定の下限電圧以上である場合には、スイッチ９２がオンにされ、蓄電部２２の電力が車両側電装ユニット５０に供給される。
以上説明した車載用電池システム１００によれば、エンジンオイルなどの液体が上方から垂れてくるような使用環境下において、第１の蓄電モジュール１０と同等の耐薬品性を有する上面部２７によって蓄電部２２が保護される。このため、第１の蓄電モジュール１０を設置可能な使用環境下において、第１の蓄電モジュール１０に併設して第２の蓄電モジュール２０を設置することができる。
また、第２の筐体２４全体を第１の筐体１４と同じ材料で形成することにより、車載用電池システム１００をリサイクルする際に、第２の筐体２４を第１の筐体１４と同様に取り扱うことが可能になる。このため、車載用電池システム１００をリサイクルする際の手間やリサイクルコストを低減することができる。
（実施の形態２）
図５は、実施の形態２に係る車載用電池システム１００の外観を示す斜視図である。実施の形態２に係る車載用電池システム１００について、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
本実施の形態の第２の筐体２４は、底部２５、収容部２６ａ、収容部２６ｂからなる。そして、本実施の形態の第１の筐体１４は、第２の筐体２４の上にひさし状に延在する延在部１５を有している。この延在部１５により第２の筐体２４の収容部２６ａおよび収容部２６ｂ７の上面が覆われている。なお、本実施の形態では、負極端子２９ａ、正極端子２９ｂ１および正極端子２９ｂ２は、延在部１５に設けられた切り欠き部分に露出するように設けられている。
本実施の形態によれば、実施の形態１と同様に、第１の蓄電モジュール１０を設置可能な使用環境下において、第１の蓄電モジュール１０に併設して第２の蓄電モジュール２０を設置することができる。
本発明は、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。
上述の各実施の形態では、蓄電部２２は蓄電池を有するが、特にこれに限定されない。例えば、蓄電部２２は、電気二重層コンデンサ等のコンデンサ（キャパシタ）であってもよい。
１０ 第１の蓄電モジュール、１２ 鉛蓄電池、１４ 第１の筐体、２０ 第２の蓄電モジュール、２２ 蓄電部、２４ 第２の筐体、１００ 車載用電池システム

Claims (4)

  1. 鉛蓄電池および前記鉛蓄電池を収容する第１の筐体を含む第１の蓄電モジュールと、
    前記第１の蓄電モジュールに隣接して配置され、前記鉛蓄電池よりエネルギ密度が高い蓄電部および前記蓄電部を収容する第２の筐体を含む第２の蓄電モジュールと、
    を備え、
    前記鉛蓄電池および前記蓄電部は回生エネルギを電力に変換する発電部に対して電気的に並列に接続され、
    前記第１の筐体および前記第２の筐体の上面部に耐薬品性を有する同一の材料が用いられていることを特徴とする車載用電池システム。
  2. 鉛蓄電池および前記鉛蓄電池を収容する第１の筐体を含む第１の蓄電モジュールと、
    前記第１の蓄電モジュールに隣接して配置され、前記鉛蓄電池よりエネルギ密度が高い蓄電部および前記蓄電部を収容する第２の筐体を含む第２の蓄電モジュールと、
    を備え、
    前記鉛蓄電池および前記蓄電部は回生エネルギを電力に変換する発電部に対して電気的に並列接続され、
    前記第１の筐体は耐薬品性を有し、かつ前記第１の筐体は前記第２の筐体の上に延在する延在部を有し、
    前記延在部により前記第２の筐体の上面が覆われていることを特徴とする車載用電池システム。
  3. 前記蓄電部がリチウムイオン蓄電池である請求項１または２に記載の車載用電池システム。
  4. 前記第１の筐体を形成する材料が、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレートからなる群より選ばれる請求項１乃至３のいずれか１項に記載の車載用電池システム。
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