JPH11332023A - 電気自動車用バッテリー - Google Patents

電気自動車用バッテリー

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JPH11332023A
JPH11332023A JP10132186A JP13218698A JPH11332023A JP H11332023 A JPH11332023 A JP H11332023A JP 10132186 A JP10132186 A JP 10132186A JP 13218698 A JP13218698 A JP 13218698A JP H11332023 A JPH11332023 A JP H11332023A
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battery
secondary battery
electric vehicle
high energy
energy density
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Toyoaki Nakagawa
豊昭 中川
Hideaki Horie
英明 堀江
Mikio Kawai
幹夫 川合
Takeji Tanjo
雄児 丹上
Takaaki Abe
孝昭 安部
Takeshi Iwai
健 岩井
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Nissan Motor Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】高出力で且つ高エネルギーな電気自動車用バッ
テリーを提供する。 【解決手段】高出力密度型二次電池１５Ｂと高エネルギ
ー密度型二次電池１５Ａとを並列に接続する。これによ
り、高出力密度で且つ高エネルギー密度の電気自動車用
バッテリーを提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気自動車に用い
られる二次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術とその問題点】燃料電池や鉛蓄電池などの
電気化学反応を利用した電源と、電気二重層コンデンサ
ーなどの電気化学反応を利用しない電源とを用いた電気
自動車用バッテリーが知られている（例えば、特開平８
−１９１１５号公報参照）。この種の電気自動車用バッ
テリーでは、通常は燃料電池や鉛蓄電池などの二次電池
を用い、短時間大電力の充放電が必要な時だけ電気二重
層コンデンサーを用いている。
【０００３】しかしながら、電気二重層コンデンサーは
入出力電力を制御しないと効率が悪くなる、自己放電が
大きいなどの問題がある。
【０００４】本発明の目的は、高出力で且つ高エネルギ
ーな電気自動車用バッテリーを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】一実施の形態の構成を示
す図２に対応づけて本発明を説明すると、 （１）請求項１の発明は、高出力密度型二次電池１５Ｂ
と高エネルギー密度型二次電池１５Ａとを並列に接続す
ることにより、上記目的を達成する。 （２）請求項２の電気自動車用バッテリーは、高出力密
度型二次電池１５Ｂおよび高エネルギー密度型二次電池
１５Ａにリチウムイオン電池を用い、両電池のセル数を
同一としたものである。 （３）請求項３の電気自動車用バッテリーは、高出力密
度型二次電池１５Ｂにリチウムイオン電池を用い、高エ
ネルギー密度型二次電池１５Ａにリチウムポリマー電池
を用いたものである。 （４）請求項４の電気自動車用バッテリーは、高エネル
ギー密度型二次電池１５Ａと高出力密度型二次電池１５
Ｂとの間に電力制御手段１５Ｃを設け、両電池間で電力
の授受を行うようにしたものである。 （５）請求項５の電気自動車用バッテリーは、通常は高
出力密度型二次電池１５Ｂを用い、高出力密度型二次電
池１５Ｂの充電状態ＳＯＣが略５０％を越えたら、高出
力密度型二次電池１５Ｂの電力を電力制御手段１５Ｃを
介して高エネルギー密度型二次電池１５Ａへ送るように
したものである。 （６）請求項６の電気自動車用バッテリーは、通常は高
出力密度型二次電池１５Ｂを用い、高出力密度型二次電
池１５Ｂの充電状態ＳＯＣが略５０％を下回ったら、高
エネルギー密度型二次電池１５Ａの電力を電力制御手段
１５Ｃを介して高出力密度型二次電池１５Ｂへ送るよう
にしたものである。
【０００６】上述した課題を解決するための手段の項で
は、説明を分かりやすくするために一実施の形態の図を
用いたが、これにより本発明が一実施の形態に限定され
るものではない。
【０００７】
【発明の効果】（１）請求項１の発明によれば、高出力
密度で且つ高エネルギー密度の電気自動車用バッテリー
を提供することができる。 （２）請求項２の発明によれば、リチウムイオン電池
は、ニッケル水素電池などの他の二次電池に比べてエネ
ルギー密度が高く、且つまた、正負電極の活物質を薄く
することによって電池の内部抵抗が下がり、他の電池に
比べて比較的容易に高出力密度型とすることができる。
したがって、同様な端子電圧特性を有する高出力型リチ
ウムイオン電池と高エネルギー型リチウムイオン電池の
セル数を同一にして並列接続するだけで、高出力密度で
且つ高エネルギー密度の電気自動車用バッテリーを提供
することができる。 （３）請求項３の発明によれば、リチウムポリマー電池
はリチウムイオン電池のおよそ２倍のエネルギー密度が
得られるので、高出力密度で且つさらに高エネルギー密
度の電気自動車用バッテリーを提供することができる。 （４）請求項４の発明によれば、高出力密度型二次電池
と高エネルギー密度型二次電池のそれぞれの特性を効率
よく利用でき、高出力密度で且つ高エネルギー密度の電
気自動車用バッテリーを提供することができる。 （５）請求項５の発明によれば、車両の加速時には短時
間大電流を放電する能力が要求され、一方、車両の減速
時には短時間大電流を充電する能力が要求されるので、
ＳＯＣの中央値である５０％を高出力型二次電池の充放
電の基準にすることによって、車両の加速時には十分な
加速力を発生でき、且つまた減速時には十分な回生制動
力を発生できる。 （６）高出力密度型二次電池はＳＯＣがおよそ５０％を
下回ると出力が急激に低下する特性を有しており、請求
項６の発明によれば、ＳＯＣを常に５０％以上に保つこ
とができ、車両の走行性能を向上させることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明をハイブリッド車両に適用
した一実施の形態を説明する。なお、本発明はハイブリ
ッド車両に限定されず、一般の電気自動車を始め、電気
自動車以外の各種装置に適用することができる。
【０００９】図１は一実施の形態の構成を示す図であ
る。図において、太い実線は機械力の伝達経路を示し、
太い破線は電力線を示す。また、細い実線は制御線を示
し、二重線は油圧系統を示す。この車両のパワートレイ
ンは、モーター１、エンジン２、クラッチ３、モーター
４、無段変速機５、減速装置６、差動装置７および駆動
輪８から構成される。モーター１の出力軸、エンジン２
の出力軸およびクラッチ３の入力軸は互いに連結されて
おり、また、クラッチ３の出力軸、モーター４の出力軸
および無段変速機５の入力軸は互いに連結されている。
【００１０】クラッチ３締結時はエンジン２とモーター
４が車両の推進源となり、クラッチ３解放時はモーター
４のみが車両の推進源となる。エンジン２および／また
はモーター４の駆動力は、無段変速機５、減速装置６お
よび差動装置７を介して駆動輪８へ伝達される。無段変
速機５には油圧装置９から圧油が供給され、ベルトのク
ランプと潤滑がなされる。油圧装置９のオイルポンプ
（不図示）はモーター１０により駆動される。
【００１１】モータ１，４，１０は三相同期電動機また
は三相誘導電動機などの交流機であり、モーター１は主
としてエンジン始動と発電に用いられ、モーター４は主
として車両の推進と制動に用いられる。また、モーター
１０は油圧装置９のオイルポンプ駆動用である。なお、
モーター１，４，１０には交流機に限らず直流電動機を
用いることもできる。また、クラッチ３締結時に、モー
ター１を車両の推進と制動に用いることもでき、モータ
ー４をエンジン始動や発電に用いることもできる。
【００１２】クラッチ３はパウダークラッチであり、伝
達トルクを調節することができる。なお、このクラッチ
３に乾式単板クラッチや湿式多板クラッチを用いること
もできる。無段変速機５はベルト式やトロイダル式など
の無段変速機であり、変速比を無段階に調節することが
できる。
【００１３】モーター１，４，１０はそれぞれ、インバ
ーター１１，１２，１３により駆動される。なお、モー
ター１，４，１０に直流電動機を用いる場合には、イン
バーターの代わりにＤＣ／ＤＣコンバーターを用いる。
インバーター１１〜１３は共通のＤＣリンク１４を介し
てメインバッテリー１５に接続されており、メインバッ
テリー１５の直流充電電力を交流電力に変換してモータ
ー１，４，１０へ供給するとともに、モーター１，４の
交流発電電力を直流電力に変換してメインバッテリー１
５を充電する。インバーター１１〜１３は互いにＤＣリ
ンク１４を介して接続されているので、回生運転中のモ
ーターにより発電された電力をメインバッテリー１５を
介さずに直接、力行運転中のモーターへ供給することが
できる。なお、この明細書では電池とバッテリーとを同
義として用いる。
【００１４】コントローラー１６は、マイクロコンピュ
ーターとその周辺部品や各種アクチュエータなどを備
え、エンジン２の回転速度、出力およびトルク、クラッ
チ３の伝達トルク、モーター１，４，１０の回転速度お
よびトルク、無段変速機５の変速比、メインバッテリー
１５の充放電などを制御する。
【００１５】図２はメインバッテリー１５の詳細な構成
を示す図である。メインバッテリー１５は、高エネルギ
ー密度型二次電池１５Ａと、高出力密度型二次電池１５
Ｂと、電力制御装置１５Ｃとを備えている。
【００１６】リチウムイオン電池は、ニッケル水素電池
などの他の二次電池に比べてエネルギー密度が高いの
で、この実施の形態では、高エネルギー密度型二次電池
１５Ａに正負電極の活物質を厚くした高エネルギー仕様
のリチウムイオン電池を用いる。リチウムイオン電池は
また、正負電極の活物質を薄くすることによって電池の
内部抵抗が下がり、他の電池に比べて比較的容易に高出
力密度型とすることができるので、この実施の形態で
は、高出力密度型二次電池１５Ｂに高出力密度仕様のリ
チウムイオン電池を用いる。
【００１７】なお、電力制御装置１５Ｃを設けずに、両
電池１５Ａと１５Ｂのセル数を同一にして単純に並列に
接続してもよい。これにより、同様な端子電圧特性を有
する高出力型リチウムイオン電池と高エネルギー型リチ
ウムイオン電池のセル数を同一にして並列接続するだけ
で、高出力密度で且つ高エネルギー密度の電気自動車用
バッテリーを提供することができる。
【００１８】また、リチウムイオン電池の約２倍のエネ
ルギー密度が得られるリチウムポリマー電池を、高エネ
ルギー密度型二次電池１５Ａとして用いてもよい。これ
により、高出力密度で且つさらに高エネルギー密度の電
気自動車用バッテリーを提供することができる。
【００１９】なお、リチウムポリマー電池は高温で十分
な充放電能力を発揮するため、リチウムポリマー電池の
昇温をエンジンの冷却水を利用して行うようにしても
い。
【００２０】電力制御装置１５Ｃは、必要に応じて高エ
ネルギー密度型二次電池１５Ａと高出力密度型二次電池
１５Ｂとの間で電力の授受を行う。通常、インバーター
１１〜１３との間の充放電は高出力密度型二次電池１５
Ｂが用いられる。高出力密度型二次電池１５Ａにはその
充電状態ＳＯＣを検出するためのＳＯＣ検出装置１７が
接続されており、検出されたＳＯＣはコントローラー１
６へ送られる。これにより、高出力密度型二次電池１５
Ｂと高エネルギー密度型二次電池１５Ａのそれぞれの特
性を効率よく利用でき、高出力密度で且つ高エネルギー
密度の電気自動車用バッテリーとすることができる。
【００２１】コントローラー１６は、高出力密度型二次
電池１５ＢのＳＯＣ５０％を基準にして、ＳＯＣが５０
％を越えたら高出力密度型二次電池１５Ｂの電力を電力
制御装置１５Ｃを介して高エネルギー密度型二次電池１
５Ａへ送り、高エネルギー密度型二次電池１５Ａを充電
する。高出力密度型二次電池１５Ｂは短時間大電力を受
け入れる充電能力があり、走行中は頻繁にＳＯＣが５０
％を越え、その都度、高エネルギー密度型二次電池１５
Ａへ電力を送って充電する。
【００２２】また、コントローラー１６は、高出力密度
型二次電池１５ＢのＳＯＣが５０％を下回ったら高エネ
ルギー密度型二次電池１５Ａの電力を電力制御装置１５
Ｃを介して高出力密度型二次電池１５Ｂへ送り、高出力
密度型二次電池１５Ｂを充電する。一般に、高出力密度
型二次電池は、ＳＯＣがおよそ５０％を下回ると出力が
急激に低下する特性を有している。ＳＯＣを常に５０％
以上に保つことによって、車両の走行性能を向上させる
ことができる。
【００２３】なお、電力制御装置１５Ｃを動作させる基
準ＳＯＣは５０％に限らないが、車両の加速時には短時
間大電流を放電する能力が要求され、一方、車両の減速
時には短時間大電流を充電する能力が要求されるので、
この実施の形態では中央値であるＳＯＣ５０％を基準に
する。これにより、車両の加速時には十分な加速力を発
生でき、且つまた減速時には十分な回生制動力を発生で
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 一実施の形態の構成を示す図である。
【図２】 メインバッテリーの構成を示す図である。
【符号の説明】
１、４、１０ モーター ２ エンジン ３ クラッチ ５ 無段変速機 ６ 減速装置 ７ 差動装置 ８ 駆動輪 ９ 油圧装置 １１〜１３ インバーター １４ ＤＣリンク １５ メインバッテリー １５Ａ 高エネルギー密度型二次電池 １５Ｂ 高出力密度型二次電池 １５Ｃ 電力制御装置 １６ コントローラー １７ ＳＯＣ検出装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丹上 雄児 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動 車株式会社内 (72)発明者 安部 孝昭 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動 車株式会社内 (72)発明者 岩井 健 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動 車株式会社内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 高出力密度型二次電池と高エネルギー密
    度型二次電池とを並列に接続したことを特徴とする電気
    自動車用バッテリー。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の電気自動車用バッテリ
    ーにおいて、 前記高出力密度型二次電池および前記高エネルギー密度
    型二次電池にリチウムイオン電池を用い、両電池のセル
    数を同一とすることを特徴とする電気自動車用バッテリ
    ー。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の電気自動車用バッテリ
    ーにおいて、 前記高出力密度型二次電池にリチウムイオン電池を用
    い、前記高エネルギー密度型二次電池にリチウムポリマ
    ー電池を用いることを特徴とする電気自動車用バッテリ
    ー。
  4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかの項に記載の電
    気自動車用バッテリーにおいて、 前記高エネルギー密度型二次電池と前記高出力密度型二
    次電池との間に電力制御手段を設け、両電池間で電力の
    授受を行うことを特徴とする電気自動車用バッテリー。
  5. 【請求項５】 請求項４に記載の電気自動車用バッテリ
    ーにおいて、 通常は前記高出力密度型二次電池を用い、前記高出力密
    度型二次電池の充電状態ＳＯＣが略５０％を越えたら、
    前記高出力密度型二次電池の電力を前記電力制御手段を
    介して前記高エネルギー密度型二次電池へ送ることを特
    徴とする電気自動車用バッテリー。
  6. 【請求項６】 請求項４に記載の電気自動車用バッテリ
    ーにおいて、 通常は前記高出力密度型二次電池を用い、前記高出力密
    度型二次電池の充電状態ＳＯＣが略５０％を下回った
    ら、前記高エネルギー密度型二次電池の電力を前記電力
    制御手段を介して前記高出力密度型二次電池へ送ること
    を特徴とする電気自動車用バッテリー。
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