JPWO2013030884A1 - 車両 - Google Patents

Abstract

【課題】 高出力型組電池および高容量型組電池を車両の最適な位置に配置する。【解決手段】 車両は、車両を走行させる駆動源であるモータおよびエンジンと、モータに電力を供給可能である組電池とを有する。組電池は、高出力型組電池および高容量型組電池を含む。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可能であり、高容量型組電池は、高出力型組電池より相対的に大きなエネルギ容量を有する。エンジンを停止した状態でモータの出力を用いて走行する場合、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。高出力型組電池は、乗員又は荷物を収容する車内スペースに配置され、高容量型組電池は、車体の外面に位置する車外スペースに配置されている。【選択図】 図１０

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およびエンジンと、モータに電力を供給可能である組電池とを有する。組電池は、高出力型組電池および高容量型組電池を含む。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可能であり、高容量型組電池は、高出力型組電池より相対的に大きなエネルギ容量を有する。エンジンを停止した状態でモータの出力を用いて走行する場合、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。高出力型組電池は、乗員又は荷物を収容する車内スペースに配置され、高容量型組電池は、車体の外面に位置する車外スペースに配置されている。

エンジンを停止させた状態で、モータの出力を用いて車両を走行させるときには、エンジンを駆動しているときよりも、組電池の作動音が乗員に聞こえやすい。また、エンジンを停止させた状態で、モータの出力を用いて車両を走行させるときには、高容量型組電池は、高出力型組電池よりもモータに電力を供給する。このため、高容量型組電池は、高出力型組電池よりも相対的に作動音が大きくなる。ここで、高容量型組電池は、車外スペースに配置されているため、高容量型組電池の作動音を、車内スペース（言い換えれば、乗員）に到達し難くすることができる。

また、充放電時には、組電池から電磁波が発生するが、高容量型組電池を車外スペースに配置することにより、電磁波が車内スペースに到達するのを阻止することができる。車内スペースおよび車外スペースの間には車体があるため、高容量型組電池から車内スペースに向かう電磁波は、車体によって阻止される。電磁波が車内スペースに到達するのを阻止することにより、車内スペース（特に、乗員の収容スペース）で用いられるラジオ（音声）やテレビ（画像や音声）にノイズが発生するのを阻止することができる。

一方、高出力型組電池は、高容量型組電池よりも大きな電流で充放電を行うことが可能なため、発熱しやすい。発熱量は、電流値の二乗に比例するため、高容量型組電池よりも電流値が高い高出力型組電池では、発熱しやすくなる。高出力型組電池が配置される車内スペースの温度は、乗員や電池に対して適した温度に調節されることが多い。したがって、高出力型組電池を車内スペースに配置することにより、車内スペースの空気を高出力型組電池に導きやすくなり、発熱などに伴う高出力型組電池の温度上昇を抑制することができる。

エンジンを停止させた状態で、モータの出力を用いて車両を走行させるとき、高容量型組電池の使用頻度は、高出力型組電池の使用頻度よりも高くなっている。また、エンジンを停止させた状態で、モータの出力を用いて車両を走行させるとき、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は、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なっている。高容量型組電池を積極的に用いることにより、車両の走行距離を確保することができる。

高容量型組電池は、高出力型組電池よりも交換頻度が高い。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性が高くなっているため、温度変化に応じて、高容量型組電池は、高出力型組電池よりも劣化しやすいことがある。高容量型組電池の使用頻度が、高出力型組電池の使用頻度よりも高い状態で、高容量型組電池を使用し続けることにより、高容量型組電池は、高出力型組電池よりも劣化しやすいことがある。高容量型組電池が劣化すれば、高容量型組電池を交換する必要がある。また、高容量型組電池は、上述した車両の走行距離を確保するために用いられ、高容量型組電池の容量は、ユーザの要求によって変更することもできる。この場合にも、高容量型組電池を交換する必要がある。

高容量型組電池は、車内スペースよりも広がりを持った車外スペースに配置されているため、高容量型組電池を容易に交換することができる。また、車外スペースは、車内スペースよりも作業者がアクセスしやすいため、高容量型組電池の交換や点検を容易に行うことができる。

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。外部電源の電力を高容量型組電池に供給するときには、送電部および受電部を用いることができる。送電部は、外部電源と接続されており、外部電源からの電力を、無線を介して受電部に送る。受電部は、送電部からの電力を高容量型組電池に供給する。

受電部は、送電部からの電力を受けるために、車体の外面に設けておく必要がある。高容量型組電池は、車外スペースに配置されているため、受電部は、高容量型組電池と隣り合う位置に配置することができる。これにより、受電部から高容量型組電池に電力を供給する経路を短縮することができる。

また、上述した車両の走行距離を確保する上では、高容量型組電池のサイズは、高出力型組電池のサイズよりも大きくなりやすい。したがって、車内スペースよりも広がりをもった車体スペースを用いることにより、高容量型組電池を配置するスペースを確保し易くなる。また、高容量型組電池の容量、言い換えれば、高容量型組電池のサイズを変更するときにも、車外スペースを用いることにより、高容量型組電池のサイズを変更しやすくなる。

上述した車両の走行距離を確保する上では、高容量型組電池の重量は、高出力型組電池の重量よりも大きくなりやすい。フロアパネル（車体）のうち車両の外側に向く面に、高容量型組電池を取り付けることにより、車両の重心を下げることができる。これにより、車両のロールを抑止してドライバビリティを向上させることができる。

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。

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。 電池パックの構成を示す概略図である。 電力の供給システムを示す概略図である。

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。

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。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、交流電力を直流電力に変換する充電器が必要となる。

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。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１１の出力性能は、単電池２２の出力性能に比べて、温度による影響を受けにくい。

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、温度が上昇するにつれて、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性が高くなっている。

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。図１０において、矢印ＦＲの方向は、車両１００の前進方向を示しており、矢印ＵＰの方向は、車両１００の上方を示している。

本実施例において、高出力型組電池１０は、車内スペースＩＳに配置されており、高容量型組電池２０は、車外スペースＯＳに配置されている。車内スペースＩＳとは、車体の内側に位置するスペースであって、乗員又は荷物を収容するスペースである。車内スペースＩＳには、乗員が乗車するスペース（いわゆる車室）や、荷物を配置するための専用スペース（いわゆるラゲッジスペース）がある。乗員の乗車スペースは、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およびラゲッジスペースが仕切り部材によって仕切られている車両や、乗車スペースおよびラゲッジスペースがつながっている車両がある。車外スペースＯＳとは、車体の外側に位置するスペースであり、車体の外面に沿ったスペースである。

本実施例において、高出力型組電池１０は、ラゲッジスペースに配置されており、高容量型組電池２０は、フロアパネルに沿って配置されている。高出力型組電池１０は、高容量型組電池２０よりも車両１００の上方に位置している。ここで、高出力型組電池１０は、ラゲッジスペースだけではなく、乗員の乗車スペースに配置することもできる。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、高出力型組電池１０を配置することができる。

一方、フロアパネルには、車両１００の上方に向かって凸となる屈曲部が形成されていることがある。すなわち、車両１００の外側からフロアパネルを見れば、屈曲部が凹んでいる。この場合には、高容量型組電池２０の少なくとも一部を、屈曲部（いわゆる凹部）に配置することができる。これにより、高容量型組電池２０を、車両１００（フロアパネル）の外面に沿って効率良く配置することができる。一方、高容量型組電池２０を、エンジンコンパートメントに配置することもできる。また、高容量型組電池２０を、車体の天井に取り付けることもできる。

高出力型組電池１０および高容量型組電池２０を車両１００に搭載するときには、図１１に示すように、電池パック１０Ａ，２０Ａとして、車両１００に搭載される。電池パック１０Ａ，２０Ａは、パックケース６１を有しており、パックケース６１は、組電池１０，２０およびジャンクションボックス６２を収容する。ジャンクションボックス６２は、組電池１０，２０と隣り合う位置に配置されている。ジャンクションボックス６２には、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１，Ｂ２，ＳＭＲ−Ｇ１，Ｇ２（図１参照）などが収容されている。

一方、電池パック１０Ａ，２０Ａには、吸気ダクト６３および排気ダクト６４を接続することができる。吸気ダクト６３および排気ダクト６４の少なくとも一方に、ブロワを配置すれば、ブロワを駆動することにより、組電池１０，２０に温度調節用の空気を供給することができる。組電池１０，２０の温度が上昇しているときには、冷却用の空気（冷やされた空気）を組電池１０，２０に供給することにより、組電池１０，２０の温度上昇を抑制することができる。また、組電池１０，２０が過度に冷えているときには、加温用の空気（温められた空気）を組電池１０，２０に供給することにより、組電池１０，２０の温度低下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は、車内スペースＩＳに配置されているため、車内スペースＩＳに存在する空気を吸気ダクト６３から取り込むことにより、高出力型組電池１０の温度を調節することができる。高容量型組電池２０は、車外スペースＯＳに配置されているため、例えば、車外スペースＯＳに存在する空気を吸気ダクト６３から取り込むことにより、高容量型組電池２０の温度を調節することができる。高容量型組電池２０には、車内スペースＩＳに存在する空気を供給することもできる。

図１２に示すように、高容量型組電池２０の電池パック２０Ａには、外部電源からの電力を受けるための受電部７１が配置されている。電池パック２０Ａは、フロアパネル１０１に固定されている。外部電源とは、車両１００の外部において、車両１００とは別体として設けられた電源であり、外部電源としては、例えば、商用電源がある。

受電部７１は、送電部７２からの電力供給を受ける。受電部７１および送電部７２は、離れて配置されており、非接触の状態である。送電部７２から受電部７１に電力を供給する方法としては、電磁誘導や共振現象を利用した送電方法がある。この送電方式は、公知であるため詳細な説明は省略する。送電部７２は、地面２００に配置されており、外部電源と接続されている。

受電部７１は、送電部７２から受けた電力を高容量型組電池２０に供給する。本実施例では、受電部７１が、高容量型組電池２０に電力を供給しているが、高出力型組電池１０にも電力を供給してもよい。例えば、高出力型組電池１０が過度に放電されているとき、受電部７１が受けた電力を用いて、高出力型組電池１０を充電することができる。

高容量型組電池２０（電池パック２０Ａ）は、車外スペースＯＳに配置されているため、図１２に示すように、電池パック２０Ａに受電部７１を取り付けることができる。また、受電部７１を電池パック２０Ａに取り付けなくても、電池パック２０Ａと隣り合う位置に受電部７１を配置することができる。受電部７１および電池パック２０Ａは、まとめて配置することができるため、受電部７１が受けた電力を電池パック２０Ａ（高容量型組電池２０）に供給しやすくなる。すなわち、受電部７１から高容量型組電池２０に電力を供給する経路を短縮することができる。

本実施例では、非接触方式の充電システムを用いているが、これに限るものではない。具体的には、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１００（主に、高容量型組電池２０）に供給することができる。

また、電池パック２０Ａを車外スペースＯＳに配置することにより、作業者は、電池パック２０Ａに容易にアクセスすることができる。例えば、車両１００のリフトアップにより、作業者は、フロアパネル１０１に取り付けられた電池パック２０Ａに容易にアクセスすることができる。このため、電池パック２０Ａの交換や点検などを容易に行うことができる。

電池パック２０Ａの交換は、作業者が手作業で行うこともできるし、ロボットシステムを用いて自動的に行うこともできる。車両１００に対する電池パック２０Ａの装着構造として、例えば、フック機構を用いれば、電池パック２０Ａの取り外しや装着を容易に行うことができる。具体的には、車両１００および電池パック２０Ａの一方に、フックを設けておき、車両１００および電池パック２０Ａの他方にフックを引っ掛ければ、車両１００に電池パック２０Ａを装着することができる。フックを外せば、車両１００から電池パック２０Ａを取り外すことができる。

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た場合には、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い、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の使用頻度が高くなれば、充放電によって、高容量型組電池２０が劣化し易いことがある。また、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。

高容量型組電池２０が劣化したときには、高容量型組電池２０の少なくとも一部を交換する必要がある。また、ＥＶ走行モードでの走行距離を変更するために、高容量型組電池２０の容量を変更するときには、高容量型組電池２０を交換する必要がある。例えば、ＥＶ走行モードでの走行距離を延ばすときには、高容量型組電池２０を構成する単電池２２（電池ブロック２１）の数を増やすことができる。このように、高容量型組電池２０は、高出力型組電池１０よりも交換頻度が高い。したがって、本実施例のように、容易に交換できる位置に高容量型組電池２０を配置することにより、高容量型組電池２０の交換に伴う煩わしさを低減することができる。

さらに、電池パック２０Ａを車外スペースＯＳに配置することにより、電池パック２０Ａで発生した熱を大気中に容易に放出させることができる。高容量型組電池２０は、外部電源からの電力供給を受けて充電されるが、高容量型組電池２０の充電中は、車両１００が駐車状態にある。ここで、高容量型組電池２０の温度調節に用いられるブロワを駆動していないと、高容量型組電池２０の充電によって、高容量型組電池２０が発熱し、電池パック２０Ａに熱が溜まってしまう。本実施例では、電池パック２０Ａが車外スペースＯＳに配置されているため、外部電源を用いた充電によって高容量型組電池２０が発熱しても、電池パック２０Ａの熱を大気中に放出しやすくなる。

電池パック２０Ａをフロアパネル１０１の下面に取り付けることにより、車両１００の重心を下げることができる。ＥＶ走行モードでの走行距離を確保するためには、高容量型組電池２０を構成する単電池２２を、数多く用意する必要があり、高容量型組電池２０は、高出力型組電池１０よりも重くなりやすい。そこで、高容量型組電池２０をフロアパネル１０１の下面に取り付けることにより、車両１００の重心を下げることができる。車両１００の重心を下げれば、車両１００のロールを抑制して、ドライバビリティを向上させることができる。

ＥＶ走行モードでの走行距離を確保する点において、高容量型組電池２０は、高出力型組電池１０よりも大型化しやすい。車内スペースＩＳには、シートなどが配置されており、高容量型組電池２０を配置するためのスペースを確保し難いことがある。また、車内スペースＩＳとしてのラゲッジスペースに高容量型組電池２０を配置しようとすると、荷物を配置するためのスペースが極端に狭くなってしまうことがある。

一方、車外スペースＯＳは、まとまったスペースを確保し易いため、高容量型組電池２０を配置するためのスペースを確保し易くなる。本実施例のように、フロアパネル１０１に電池パック２０Ａ（高容量型組電池２０）を配置するようにすれば、フロアパネル１０１の全面を用いて、電池パック２０Ａを配置することができ、電池パック２０Ａを配置しやすくなる。また、高容量型組電池２０の容量（言い換えれば、サイズ）をユーザのニーズに応じて変更する場合にも、高容量型組電池２０を車外スペースＯＳに配置しておくことにより、高容量型組電池２０のサイズ変更にも容易に対応することができる。

上述したように、円筒型の単電池２２のサイズは、角型の単電池１１のサイズよりも小さい。したがって、円筒型の単電池２２は、角型の単電池１１と比べて、単電池のレイアウトを自由に設定しやすい。すなわち、車両１００に搭載するときの単電池２２の向きを変更しやすい。フロアパネル１０１の下面に電池パック２０Ａを取り付けたとしても、単電池２２のレイアウト（向き）を適宜設定することにより、地面から電池パック２０Ａまでの距離を確保することができる。

本実施例では、車内スペースＩＳおよび車外スペースＯＳに分けて、高出力型組電池１０および高容量型組電池２０をそれぞれ配置している。言い換えれば、高出力型組電池１０および高容量型組電池２０を、互いに異なる環境に配置している。したがって、２つの環境の一方が変化することにより、変化した環境に配置された組電池（組電池１０又は２０）の充放電を禁止する場合には、他方の組電池（組電池２０又は１０）を使用し続けることができる。また、使用し続ける組電池を用いて、エンジン３４を始動させることもできる。

組電池１０，２０の充放電を許容するときには、組電池１０，２０に対応して設けられたシステムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１，Ｂ２，ＳＭＲ−Ｇ１，Ｇ２を動作させる必要がある。システムメインリレーでは、コイルに電流を流して磁力を発生させ、この磁力を用いてスイッチをオフからオンに切り替えている。このため、システムメインリレーをオフからオンに切り替えるときに、異音が発生することがある。

高容量型組電池２０（電池パック２０Ａ）は、車外スペースＯＳに配置されているため、高容量型組電池２０のシステムメインリレーＳＭＲ−Ｂ２，Ｇ２をオフからオンに切り替えたときに異音が発生しても、この異音が車内スペースＩＳに存在する乗員に到達し難くすることができる。また、高容量型組電池２０を車外スペースＯＳに配置することにより、高容量型組電池２０の温度調節に伴う雑音が乗員の耳に到達してしまうのを抑制することができる。温度調節に伴う雑音としては、例えば、ブロワを駆動したときの雑音、組電池２０に供給された空気の流れによって発生する雑音などがある。

上述したように、高容量型組電池２０は、ＥＶ走行モードのときに主に使用することができる。ＥＶ走行モードでは、エンジン３４が動作していないため、ＨＶ走行モードよりも静粛性が要求される。本実施例では、高容量型組電池２０を使用しているときに、異音や雑音が乗員に到達し難くしているため、静粛性を確保することができる。

組電池１０，２０を充放電するときには、組電池１０，２０から電磁波が発生する。高容量型組電池２０を車外スペースＯＳに配置することにより、高容量型組電池２０で発生した電磁波が車内スペースＩＳに進入するのを抑制することができる。具体的には、電池パック２０Ａ（高容量型組電池２０）が取り付けられた車体（特に、フロアパネル１０１）は、高容量型組電池２０で発生した電磁波が車内スペースＩＳに進入するのを阻止する。

ＥＶ走行モードをＨＶ走行モードよりも優先するとき、上述したように、高容量型組電池２０は、高出力型組電池１０よりも使用頻度が高くなる。この場合には、高容量型組電池２０から電磁波が発生しやすい。したがって、高容量型組電池２０を車外スペースＯＳに配置することにより、車内スペースＩＳに到達する電磁波を大幅に低減させることができる。車両１００でラジオやテレビを使用するときには、電磁波によってノイズが発生しやすくなる。したがって、電磁波を低減することにより、ノイズの発生を抑制することができる。

上述したように、高出力型組電池１０で用いられる単電池１１の出力密度は、高容量型組電池２０で用いられる単電池２２の出力密度よりも高い。このため、高出力型組電池１０の充放電時に単電池１１に流れる電流値は、単電池２２に流れる電流値よりも大きくなる。発熱量は、電流値の二乗に比例するため、電流値が大きくなれば、発熱量も大幅に増加する。したがって、高出力型組電池１０は、高容量型組電池２０よりも発熱しやすい特性があり、高容量型組電池２０よりも、高出力型組電池１０を優先的に冷却することが好ましい。

本実施例では、車内スペースＩＳに高出力型組電池１０を配置しているため、車内スペースＩＳの空気を用いることにより、高出力型組電池１０の温度上昇を効率良く抑制することができる。車内スペースＩＳ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、高出力型組電池１０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、車内スペースＩＳ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、車内スペースＩＳの温度を調節することもできる。このため、車内スペースＩＳの空気を高出力型組電池１０に供給することにより、高出力型組電池１０の温度を調節しやすくなる。

【０００１】
技術分野
［０００１］
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。
背景技術
［０００２］
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。
先行技術文献
特許文献
［０００３］
特許文献１：特開２００６−０７９９８７号公報
発明の概要
発明が解決しようとする課題
［０００４］
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。
課題を解決するための手段
［０００５］
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およびエンジンと、モータに電力を供給可能である組電池とを有する。組電池は、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を含む。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可能であり、高容量型組電池は、高出力型組電池より相対的に大きなエネルギ容量を有する。エンジン

Claims (9)

1. 車両を走行させる駆動源であるモータおよびエンジンと、
   前記モータに電力を供給可能な高出力型組電池および高容量型組電池と、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、
   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車両であって、
   前記高出力型組電池は、乗員又は荷物を収容する車内スペースに配置され、
   前記高容量型組電池は、車体の外面に位置する車外スペースに配置されていることを特徴とする車両。
2. 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１に記載の車両。
4. 前記高容量型組電池は、前記高出力型組電池よりも交換頻度が高いことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の車両。
5. 前記高容量型組電池の充電に用いられる電力を、車両の外部に配置された送電部から受け、前記高容量型組電池と隣り合う位置に配置された受電部を有する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. 前記高容量型組電池のサイズは、前記高出力型組電池のサイズよりも大きい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. 前記高容量型組電池の重量は、前記高出力型組電池の重量よりも大きく、
   前記高容量型組電池は、フロアパネルのうち車両の外側に向く面に取り付けられてい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７のいずれか１つに記載の車両。
9. 前記高出力型組電池の単電池は、角型電池であり、
   前記高容量型組電池の単電池は、円筒型電池であることを特徴とする請求項８に記載の車両。
   

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