WO2013187280A1

WO2013187280A1 - 車載用の電装用バッテリ

Info

Publication number: WO2013187280A1
Application number: PCT/JP2013/065420
Authority: WO
Inventors: 岡田　渉; 正雄西藤; 文夫安富
Original assignee: 三洋電機株式会社
Priority date: 2012-06-11
Filing date: 2013-06-04
Publication date: 2013-12-19
Also published as: US20150104676A1; JPWO2013187280A1

Abstract

車載用の電装用バッテリは、全体を直方体とする鉛バッテリ１と、鉛バッテリ１と並列に接続してなるサブバッテリ２とを備える。鉛バッテリ１は、横幅より長さが長い直方体で、正負の電極端子である第1 のメイン端子３Ａと第２のメイン端子３Ｂを、直方体の片側の長辺側に偏在して上面の両端部に配置し、第１のメイン端子３Ａを、車両のリード線８が接続される出力端子９とし、第２のメイン端子３Ｂを、サブバッテリ２に接続している。サブバッテリ２は、外装ケース２０に複数の素電池２１を収納している。電装用バッテリは、鉛バッテリ１の長手方向の端部外側であって、鉛バッテリ１の第２のメイン端子３Ｂ側に接近する端部外側に外装ケース２０を配置して、鉛バッテリ１とサブバッテリ２とを連結している。

Description

車載用の電装用バッテリ

　本発明は、回生制動で発生する回生エネルギーを有効に蓄電に利用できる車載用の電装用バッテリに関し、とくに、従来の鉛バッテリに代わって車載できる車載用の電装用バッテリに関する。

　従来の車両は、車載用の電装用バッテリとして鉛バッテリを搭載している。鉛バッテリは発電機で充電されて、車両の電装機器やスターターモータに電力を供給する。鉛バッテリは、頻繁な充放電に対する耐久性が低く寿命が短い欠点がある。このため、アイドルストップ機能のある車両や、制動時に回生制動して回生エネルギーでバッテリを急速充電する車両に電源として使用されると、頻繁に大電流で充放電されて寿命が著しく短くなる。この弊害を防止するために、鉛バッテリと並列にリチウムイオン電池等のサブバッテリを接続する車載用の電装用バッテリが開発されている。（特許文献１参照）

特開２０１１－１５５１６号公報

　特許文献１の車載用の電装用バッテリは、車両のオルタネータに電気接続された鉛バッテリと並列にリチウム電池を接続している。また、この車載用の電装用バッテリは、鉛バッテリやリチウム電池の内部抵抗や開放電圧を所定の条件を満たすように設定することで、鉛バッテリとリチウム電池とをＤＣ／ＤＣコンバータを介することなく並列に接続して、コストダウンをはかっている。

　ところで、車両は、鉛バッテリを所定の位置にセットするために、鉛バッテリを配置する載せ台を固定して、この載せ台に鉛バッテリを載せ、鉛バッテリの上面に押さえ金具を配置し、この押さえ金具を載せ台に連結して、鉛バッテリを固定している。載せ台は、規定寸法の鉛バッテリを載せて設置できる形状としている。鉛バッテリと並列に接続されるリチウム電池を備える従来の車載用の電装用バッテリは、載せ台に鉛バッテリを配置し、さらに、この鉛バッテリと並列接続されるリチウム電池を鉛バッテリとは別に配置する必要がある。鉛バッテリはエンジンルームに配置されるが、エンジンルームにはエンジンや種々の機器が配置されることから、鉛バッテリとは別にリチウム電池を配置して、これを鉛バッテリと並列に接続するのに極めて手間がかかる欠点がある。とくに、リチウム電池をエンジンルームに配置する車両は、リチウム電池を熱による障害の少ない位置に配置する必要があるので、リチウム電池の設置がさらに難しくなる。リチウム電池は、トランクルームや車内に配置されて、熱の障害を防止できる。しかしながら、リチウム電池が車内に配置されると、エンジンルームの鉛バッテリに接続する配線に著しく手間がかかる欠点がある。エンジンルームと車内とを区画している区画壁を貫通する長い配線を必要とするからである。さらに、この配線は、極めて大きな電流が流れるので、太くて電気抵抗の小さいリード線を使用することからも配線作業に極めて手間がかかる欠点がある。さらにまた、リチウム電池と鉛バッテリとを接続する配線は、大電流による電圧降下が大きくて、電力損失も大きくなる欠点がある。

　本発明は、この欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、鉛バッテリと並列にサブバッテリを接続しながら、単体の鉛バッテリと同様に、簡単かつ容易に、しかも鉛バッテリとサブバッテリとを接続する配線の電力損失をも少なくしながら、サブバッテリを最適な位置に設置できる車載用の電装用バッテリ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

　本発明の車載用の電装用バッテリは、全体の形状を直方体とする鉛バッテリ１と、この鉛バッテリ１と並列に接続してなるサブバッテリ２とを備えている。鉛バッテリ１は、横幅（Ｗ）より長さ（Ｌ）が長い直方体で、正負の電極端子である第１のメイン端子３Ａと第２のメイン端子３Ｂとを、直方体の片側の長辺側に偏在して上面の両端部に配置している。鉛バッテリ１は、第１のメイン端子３Ａを、車両のリード線が接続される出力端子９としており、第２のメイン端子３Ｂを、サブバッテリ２に接続している。サブバッテリ２は、外装ケース２０に複数の素電池２１を収納する構造としている。車載用の電装用バッテリは、鉛バッテリ１の長手方向の端部外側であって、鉛バッテリ１の第２のメイン端子３Ｂ側に接近する端部外側に外装ケース２０を配置して、鉛バッテリ１とサブバッテリ２とを連結している。

　以上の電装用バッテリは、鉛バッテリと並列にサブバッテリを接続しながら、単体の鉛バッテリと同様に、簡単かつ容易に、しかも鉛バッテリとサブバッテリとを接続する配線の電力損失をも少なくしながら、鉛バッテリとサブバッテリとを最適な位置に設置できる特徴がある。それは、以上の車載用の電装用バッテリが、サブバッテリの外装ケースを、鉛バッテリの長手方向の端部外側であって、鉛バッテリの第２の接続端子側に接近する端部外側に配置して、鉛バッテリとサブバッテリとを一体構造に連結しているからである。以上の車載用の電装用バッテリは、サブバッテリを一体構造としながら、その外形を大容量の鉛バッテリと同じ形状にできるので、鉛バッテリに代わって、鉛バッテリの載せ台にそのまま設置できる特徴がある。また、鉛バッテリの端部外側にサブバッテリを配置するので、サブバッテリと鉛バッテリを並列に接続するバスバーを短くでき、バスバーの電気抵抗を小さくして電力損失を小さくできる。

　本発明の車載用の電装用バッテリは、サブバッテリ２が、鉛バッテリ１の第２のメイン端子３Ｂに接続される第２のサブ端子４Ｂを外装ケース２０の上面であって、鉛バッテリ１の第２のメイン端子３Ｂ側の端部に配置することができる。
　この車載用の電装用バッテリは、サブバッテリの第２のサブ端子と鉛バッテリの第２のメイン端子とを接近して、電気抵抗の小さいバスバーで接続でき、バスバーの電気抵抗をより小さく、バスバーによる電力損失をより小さくできる。

　本発明の車載用の電装用バッテリは、サブバッテリ２が、外装ケース２０の上面であって、幅方向の両端部に第１のサブ端子４Ａと第２のサブ端子４Ｂを配置して、第２のサブ端子４Ｂを鉛バッテリ１の第２のメイン端子３Ｂに接続することができる。
　この車載用の電装用バッテリは、サブバッテリの第１のサブ端子と第２のサブ端子とを離して配置するので、正負のサブ端子のショートなどの弊害を防止しながら、サブバッテリの第２のサブ端子を鉛バッテリの第２のメイン端子に短いバスバーで接続して、バスバーの電力損失を小さくできる。

　本発明の車載用の電装用バッテリは、鉛バッテリ１の第１のメイン端子３Ａと、サブバッテリ２の第１のサブ端子４Ａとを、鉛バッテリ１の上面に配置してなる第１のバスバー５Ａで接続して、この第１のバスバー５Ａの上面を絶縁することができる。
　以上の車載用の電装用バッテリは、鉛バッテリの第１のメイン端子とサブバッテリの第１のサブ端子を接続するバスバーを絶縁するので、上面にバッテリに接続される電圧バスバーが露出せず、従来の鉛バッテリと同じように載せ台に設置して安全に使用できる。

　本発明の車載用の電装用バッテリは、サブバッテリ２の外装ケース２０の横幅（ｗ）を、鉛バッテリ１の幅方向に突出しない寸法とすることができる。
　この車載用の電装用バッテリは、サブバッテリが鉛バッテリの幅方向に突出しないので、鉛バッテリを設置している載せ台に、サブバッテリのない鉛バッテリに代わって設置できる。

　本発明の車載用の電装用バッテリは、サブバッテリ２の外装ケース２０の高さ（ｈ）を、鉛バッテリ１の上下方向に突出しない寸法とすることができる。
　この車載用の電装用バッテリは、サブバッテリを鉛バッテリに接続しながら、サブバッテリが鉛バッテリから上に突出せず、鉛バッテリに代わって高さ制限のあるエンジンルームなどに便利に配置できる。

　本発明の車載用の電装用バッテリは、サブバッテリ２の外装ケース２０の横幅（ｗ）を、鉛バッテリ１の横幅（Ｗ）にほぼ等しくすることができる。

　この車載用の電装用バッテリは、サブバッテリを鉛バッテリに並列に接続しながら、容量の大きい鉛バッテリ単体の外形と同じ横幅にできる。ここで、表１は欧州向け鉛バッテリの外形規格を示し、表２は日本向け鉛バッテリの外形規格を示している。

　これらの表に示すように、鉛バッテリは、容量によって長さのみが異なり、横幅と高さを同じ寸法としている。したがって、サブバッテリと鉛バッテリとを並列に接続して、サブバッテリの横幅（ｗ）を鉛バッテリの横幅（Ｗ）と同じとする車載用の電装用バッテリは、容量の大きい鉛バッテリと同じ寸法となり、鉛バッテリの載せ台にそのまま載せ替えできる。車両に設けている鉛バッテリの載せ台は、容量が異なる大小の鉛バッテリを設置できる大きさとしているので、鉛バッテリと同じ外形とする車載用の電装用バッテリは、従来の鉛バッテリに代わって、そのまま載せ台に設置できる特徴がある。

　本発明の車載用の電装用バッテリは、サブバッテリ２の外装ケース２０の高さ（ｈ）を、鉛バッテリ１の高さ（Ｈ）にほぼ等しくすることができる。
　この車載用の電装用バッテリは、サブバッテリの高さ（ｈ）も鉛バッテリにほぼ等しくするので、鉛バッテリに代わって載せ台に設置して、高さ制限のある狭隘なエンジンルームなどに便利に使用できる。

　本発明の車載用の電装用バッテリは、サブバッテリ２を、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、非水系電解液電池のいずれかとすることができる。

　サブバッテリをニッケル水素電池とする車載用の電装用バッテリは、鉛バッテリのみの電装用バッテリに比較して、回生制動で発生する回生エネルギーで極めて効率よく充電されて、車両の燃費を著しく改善できる特徴がある。図１は、回生エネルギーで充電されるニッケル水素電池と鉛バッテリとの充電電流を示している。この図から明らかなように、回生制動してバッテリの電圧が上昇すると、ニッケル水素電池の充電電流はラインＡで示すように、鉛バッテリの充電電流を示すラインＢに比べて極めて大きくなる。たとえば、バッテリが回生制動で駆動される発電機で充電されて、充電電圧が約１５Ｖまで上昇すると、鉛バッテリの充電電流はわずかに２５Ａとなり、ニッケル水素電池の充電電流は約１７０Ａと極めて大きくなる。すなわち、ニッケル水素電池の充電電流は、鉛バッテリの約７倍となる。このことから、回生エネルギーで鉛バッテリを充電すると、充電電流が小さくなって回生エネルギーを効率よく回収できず、ニッケル水素電池で回生エネルギーを回収すると効果的に回収できることが明らかとなる。

　ところで、回生エネルギーは、車両を制動するときに、車両の運動のエネルギーで発電機を駆動して発電するが、回生制動は短時間に大きな運動のエネルギーを発生するので、発電時間は短いが、発電電流が極めて大きくなる。たとえば、走行している車両が停止する１回の回生制動で、発生する電力が２０Ｗｈ～５０Ｗｈとなることがある。１回の回生エネルギーを２０Ｗｈ、回生制動で車両が停止するのでの時間を３６秒とすれば、回生制動しているときの発電電力は２０００Ｗ、１２Ｖのバッテリの充電電流は約１７０Ａと極めて大きくなる。実際には回生制動で停止する時間は３６秒よりも更に短いので、回生制動の充電電流はさらに大きくなる。このように大きな回生エネルギーを回収する車載用の電装用バッテリは、充電電流が大きくなるニッケル水素電池を鉛バッテリに並列に接続することで、回生エネルギーを効率よくニッケル水素電池に蓄えることができる。回生制動で効率よく蓄電できる車載用の電装用バッテリは、バッテリを充電するために消費する燃料が少なく、車両の燃費を著しく改善できる。逆に、放電電流が大きい場合、例えば、エンジン始動時や高負荷電装品を多用している時などについても、鉛バッテリの負荷を軽減することができ、鉛電池の寿命を保つのに役立つ。

　また、通常、鉛バッテリは、最適な使用電圧が決まっており、１２～１５Ｖの範囲で使用されることが好ましい。サブバッテリをニッケル水素電池で構成する場合、ニッケル水素の電圧は、ＳＯＣ５０％での開放電圧が１．３５Ｖとなり、ニッケル水素電池を直列に１０個接続することで、１３．５Ｖとなる。そのため、サブバッテリをニッケル水素電池とする車載用の電装用バッテリは、充放電時に（例えば、ＳＯＣ２０～８０％の範囲で）、鉛バッテリの最適な使用電圧である１２～１５Ｖの範囲に収まりやすいという特徴がある。そのため、ニッケル水素電池を使用した場合は、ＤＣ／ＤＣコンバータや、前述の特許文献１のような構成が不要となり、簡単な構成で電装用バッテリを構成することができる。

　また、ニッケルカドミウム電池もニッケル水素電池に近似する充放電特性を示すことから、鉛バッテリと並列に、サブバッテリとしてニッケルカドミウム電池を接続する車載用の電装用バッテリも回生エネルギーを効率よく回収できる。さらに、サブバッテリを非水系電解液電池とする車載用の電装用バッテリは、非水系電解液電池が鉛バッテリに比較して体積と重量に対する容量が極めて大きく、小型化しながら充放電容量を大きくできる特徴がある。

　本発明の車載用の電装用バッテリは、サブバッテリ２と直列に接続してなる出力スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３と、この出力スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３をオンオフに制御する制御回路１５とを備えて、制御回路１５が、サブバッテリ２の残容量と電圧の何れかを検出して、出力スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３を制御することができる。
　以上の車載用の電装用バッテリは、サブバッテリを有効に充放電しながら、劣化を少なくして寿命を長くできる特徴がある。それは、出力スイッチを制御して、サブバッテリの過充電や過放電を防止できるからである。

　本発明の車載用の電装用バッテリは、鉛バッテリ１とサブバッテリ２を一体構造に連結する連結具６を有して、鉛バッテリ１とサブバッテリ２のサブ端子４を金属板のバスバー５で接続して、この金属板のバスバー５を連結具６に併用することができる。
　以上の電装用バッテリは、バスバーでもってサブバッテリを鉛バッテリに接続すると共に、サブバッテリを鉛バッテリに一体構造に連結する連結具に併用するので、連結具を簡単にできる特徴がある。

　本発明の車載用の電装用バッテリは、鉛バッテリ１の第２のメイン端子３Ｂとサブバッテリ２の第２のサブ端子４Ｂとを接続してなるバスバー５を、連結具６に併用することができる。

　本発明の車載用の電装用バッテリは、鉛バッテリ１の第１のメイン端子３Ａとサブバッテリ２の第１のサブ端子４Ａとを接続してなるバスバー５を、連結具６に併用することができる。

回生エネルギーで充電されるニッケル水素電池と鉛バッテリの充電電流と電圧の特性を示すグラフである。本発明の一実施の形態にかかる車載用の電装用バッテリの斜視図である。図２に示す車載用の電装用バッテリの概略平面図である。他の構造の鉛バッテリを備える車載用の電装用バッテリの概略平面図である。他の構造の鉛バッテリを備える車載用の電装用バッテリの概略平面図である。連結具の一例を示す概略平面図である。本発明の一実施の形態にかかる車載用の電装用バッテリの回路図である。本発明の他の実施の形態にかかる車載用の電装用バッテリの回路図である。本発明の他の実施の形態にかかる車載用の電装用バッテリの回路図である。本発明の他の実施の形態にかかる車載用の電装用バッテリの回路図である。

　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車載用の電装用バッテリを例示するものであって、本発明は車載用の電装用バッテリを以下のものに特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。

　図２の斜視図に示す車載用の電装用バッテリは、全体の形状を直方体とする鉛バッテリ１と、この鉛バッテリ１と並列に接続しているサブバッテリ２とを備え、鉛バッテリ１とサブバッテリ２とを一体構造に連結している。

［鉛バッテリ１］
　鉛バッテリ１は、横幅（Ｗ）より長さ（Ｌ）を長くする直方体で、正負のメイン端子３を、直方体の片側の長辺側に偏在して上面の両端部に配置している。図２において、鉛バッテリ１は、左下側に位置する長辺側に偏在して、上面の両端部に正負のメイン端子３を配置している。メイン端子３は円柱状で、わずかに上方を細くするテーパー状としている。図２において、鉛バッテリ１上面の、左側に配置している第１のメイン端子３Ａを、車両のリード線が接続される電装用バッテリの出力端子９とし、右側に配置している第２のメイン端子３Ｂを、サブバッテリ２のサブ端子４に接続している。

［サブバッテリ２］
　サブバッテリ２は、外装ケース２０に複数の素電池２１を収納している。外装ケース２０は、プラスチックなどの絶縁材で箱形に成形している。外装ケース２０は、正負のサブ端子４を上面から突出して設けている。正負のサブ端子４は、幅方向の両端部に配設される。サブ端子４は、鉛バッテリ１のメイン端子３と同じ形状としている。すなわち、サブバッテリ２のサブ端子４は、円柱状であって、上方に向かってわずかに細くなるテーパー状としている。サブバッテリ２の正極側のサブ端子は、鉛バッテリ１の正極側のメイン端子３と同じ形状、サブバッテリ２の負極側のサブ端子４は、鉛バッテリ１の負極側のメイン端子３と同じ形状としている。この構造のサブバッテリ２は、サブバッテリ２のサブ端子４を電装用バッテリの出力端子９、すなわち車両のリード線が接続される端子に使用できる。

　サブバッテリ２は、鉛バッテリ１の長手方向の端部外側であって、鉛バッテリ１の第２のメイン端子３Ｂ側に接近する端部外側、図２において、鉛バッテリ１の右下の外側に外装ケース２０を配置して、鉛バッテリ１と一体構造に連結される。鉛バッテリ１とサブバッテリ２とは、バスバー５を介して一体構造に連結され、あるいは、周囲をバインドバー等（図示せず）で結束して、一体構造に連結される。サブバッテリ２は鉛バッテリ１に一体構造に連結されるが、脱着できる一体構造で連結される。この車載用の電装用バッテリは、サブバッテリ２より寿命の短い鉛バッテリ１が劣化すると、一体構造を解除して、鉛バッテリ１を交換できるので、サブバッテリ２を有効に使用できる。

［サブバッテリ２の外装ケース２０］
　図２の電装用バッテリは、サブバッテリ２の外装ケース２０の横幅（ｗ）を鉛バッテリ１の横幅（Ｗ）にほぼ等しく、サブバッテリ２の高さ（ｈ）をバッテリの高さ（Ｈ）とほぼ等しくしている。サブバッテリ２の横幅（ｗ）と、高さ（ｈ）とが鉛バッテリ１にほぼ等しいとは、サブバッテリ２を鉛バッテリ１に一体構造に連結する状態で、容量の大きい鉛バッテリ１と同じように載せ台に載せて固定できる大きさ、たとえば、鉛バッテリ１の寸法の±１０％以内とする。

　このサブバッテリ２を鉛バッテリ１に一体構造に連結する車載用の電装用バッテリは、鉛バッテリ１と同じ外形として、容量の大きい、すなわち長さのみが長い鉛バッテリに代わって車両に実装できる。ただ、サブバッテリ２の外装ケース２０は、横幅（ｗ）を鉛バッテリ１の幅方向に突出させない寸法、すなわち鉛バッテリ１の横幅（Ｗ）よりも狭く、また高さ（ｈ）を鉛バッテリ１の上下方向に突出しない寸法、すなわち鉛バッテリ１の高さ（Ｈ）よりも低くすることもできる。この車載用の電装用バッテリも、容量の大きい長い鉛バッテリ１に代わって、車両にセットできる。

［バスバー５］
　サブバッテリ２は、鉛バッテリ１の第２のメイン端子３Ｂに接続される第２のサブ端子４Ｂを、外装ケース２０の上面であって、鉛バッテリ１の第２のメイン端子３Ｂ側の端部（図２において外装ケース２０の左下側）に配置している。サブバッテリ２の第２のサブ端子４Ｂは、鉛バッテリ１の第２のメイン端子３Ｂの近傍にあって、第２のバスバー５Ｂで互いに接続される。

　車両に搭載される鉛バッテリ１は、図３ないし図５に示すように、正負のメイン端子３を互いに反対位置に配置する２種（型式の最後がＲ又はＬ）のタイプがある。サブバッテリ２は、図３ないし図５に示すように、鉛バッテリ１Ａ、１Ｂに一体構造に連結されて、２種の鉛バッテリ１Ａ、１Ｂと同じように車両に搭載して使用できる。ここで、図３と図４に示す電装用バッテリは、鉛バッテリ１の長手方向の端部外側であって、図において右側に位置する側面にサブバッテリ２を連結している。したがって、図３と図４に示す電装用バッテリは、鉛バッテリ１の上面の両端部であって、図において左側に配置しているメイン端子３を第１のメイン端子３Ａとし、右側に配置しているメイン端子３を第２のメイン端子３Ｂとしている。また、図５に示す電装用バッテリは、鉛バッテリ１の長手方向の端部外側であって、図において左側に位置する側面にサブバッテリ２を連結している。したがって、図５に示す電装用バッテリは、鉛バッテリ１の上面の両端部であって、図において右側に配置しているメイン端子３を第１のメイン端子３Ａとし、左側に配置しているメイン端子３を第２のメイン端子３Ｂとしている。

　図３ないし図５の電装用バッテリは、一方の出力端子９を鉛バッテリ１の第１のメイン端子３Ａとし、他方の出力端子９をサブバッテリ２の第２のサブ端子４Ｂとしている。電装用バッテリの出力端子９は、車両のリード線８を接続する端子である。この電装用バッテリは、鉛バッテリ１のメイン端子３と同じように、リード線８を接続する正負の出力端子９を上面の両端部に配置する。したがって、鉛バッテリ１に代わってリード線８を同じように接続できる。

　図３と図５の電装用バッテリは、鉛バッテリ１Ａの第１のメイン端子３Ａをプラス側の出力端子９Ａとし、サブバッテリ２の第２のサブ端子４Ｂをマイナス側の出力端子９Ｂとしている。図４の電装用バッテリは、鉛バッテリ１Ｂの第１のメイン端子３Ａをマイナス側の出力端子９Ｂとして、サブバッテリ２の第２のサブ端子４Ｂをプラス側の出力端子９Ａとしている。

　電装用バッテリは、図３ないし図５の鎖線で示すように、正負の出力端子９を鉛バッテリ１の正負のメイン端子３とすることもできる。図３と図５の電装用バッテリは、鉛バッテリ１の第１のメイン端子３Ａをプラス側の出力端子９Ａとし、図の鎖線で示すように、鉛バッテリ１の第２のメイン端子３Ｂをマイナス側の出力端子９Ｂとしている。図４の電装用バッテリは、鉛バッテリ１の第１のメイン端子３Ａをマイナス側の出力端子９Ｂとし、図の鎖線で示すように、鉛バッテリ１の第２のメイン端子３Ｂをプラス側の出力端子９Ａとしている。

　図３ないし図５の実線と鎖線で示すように、一方の出力端子９を、サブバッテリ２の第２のサブ端子４Ｂ又は鉛バッテリ１の第２のメイン端子３Ｂとする電装用バッテリは、車両のリード線８をより好ましい状態で接続できる。電装用バッテリの一方の出力端子９の位置を、サブバッテリ２の第２のサブ端子４Ｂと鉛バッテリ１の第２のメイン端子３Ｂの位置に切り換えて接続できるからである。

　電装用バッテリの出力端子９に接続される車両のリード線は電力損失を少なくするために、できる限り短くしているので、接続する電装用バッテリの出力端子９の位置がずれると接続できなくなることがある。鉛バッテリ１と同じ位置に出力端子９を設けている電装用バッテリは、鉛バッテリ１に代えて使用して、リード線を接続でき、また、リード線を接続する出力端子９を２箇所とする電装用バッテリは、好ましい出力端子９にリード線を接続することができる。

　外装ケース２０の上面であって、幅方向の両端部に正負のサブ端子４を配置するサブバッテリ２は、図３と図４に示すように、鉛バッテリ１に接続する姿勢を水平面内で１８０度反転して、正負のメイン端子３が互いに反対側にある２種の鉛バッテリ１Ａ、１Ｂに一体構造に連結して使用できる。あるいは、図３と図５に示すように、サブバッテリ２を連結する位置を、鉛バッテリ１の長手方向の端部外側で入れ替えることによって、すなわち、サブバッテリ２の連結位置を、図において左右逆転することで、２種の鉛バッテリ１Ａ、１Ｂに一体構造に連結して使用できる。

　図２ないし図５に示す電装用バッテリは、第１のサブ端子４Ａと第１のメイン端子３Ａを第１のバスバー５Ａで接続して、第２のサブ端子４Ｂと第２のメイン端子３Ｂとを第２のバスバー５Ｂで接続している。第１のサブ端子４Ａと第１のメイン端子３Ａは、電装用バッテリ上面の対角位置に配置され、第２のサブ端子４Ｂと第２のメイン端子３Ｂとは接近する位置に配置される。

　図２に示す第１のバスバー５Ａは、全体の形状をＬ字状とする金属板で、両端部を下方に階段状に折曲加工して接続部５ａを設けて、接続部５ａを第１のサブ端子４Ａと第１のメイン端子３Ａとに接続している。さらに、第１のバスバー５Ａは、鉛バッテリ１とサブバッテリ２の上面に配置されて、両端の接続部５ａを除く上面を絶縁している。第１のバスバー５Ａは、上面のみでなく全周を絶縁することもできる。第１のバスバー５Ａ、は表面に絶縁材を塗布し、あるいは表面に絶縁膜を接着し、あるいは又絶縁シートや絶縁プレートを積層して絶縁できる。

　図２に示す第２のバスバー５Ｂは、第１のバスバー５Ａよりも短い細長い金属板で、両端を下方に階段状に折曲加工して接続部５ａを設けて、接続部５ａを第２のメイン端子３Ｂと第２のサブ端子４Ｂとに接続している。

　なお、上記実施形態において、第１のバスバー５Ａや、第２のバスバー５Ｂは、比較的強固な金属板で形成しているが、フレキシブル性を有したフレキシブルバスバーとしても良い。フレキシブルバスバーとしては、０．１～０．２ｍｍ程度の薄い金属板を数枚重ねたものや、金属線材、例えば針金やワイヤーを網目状に編み込んだものなどがある。このようなフレキシブルバスバーを使用すると、端子位置が公差分、多少ずれても接続を容易とすることができる。また、走行する車両の振動等により、鉛バッテリとサブバッテリの端子位置を位置ずれさせる負荷が作用しても、フレキシブルバスバーでこの負荷を吸収して、端子接続部分における損傷や接触不良の発生を有効に防止できる。

［連結具６］
　図２の電装用バッテリは、第１のバスバー５Ａと第２のバスバー５Ｂの接続部５ａに貫通孔５ｂを設け、この貫通孔５ｂにメイン端子３とサブ端子４とを挿通して、メイン端子３とサブ端子４とに固定している。第１のバスバー５Ａと第２のバスバー５Ｂは、その両端の接続部５ａがメイン端子３とサブ端子４とに固定されて、鉛バッテリ１とサブバッテリ２とを連結する連結具６に兼用される。とくに、金属板からなるバスバー５両端の接続部５ａを、鉛バッテリ１のメイン端子３とサブバッテリ２のサブ端子４とに固定する電装用バッテリは、バスバー５を連結具６に兼用して、鉛バッテリ１とサブバッテリ２を上部で強固に連結できる。バスバー５を連結具６に兼用して上部を連結している電装用バッテリは、図６の概略平面図で示すように、鉛バッテリ１とサブバッテリ２の周囲を囲む連結具６のバインドバー１１で結束して、鉛バッテリ１とサブバッテリ２とを強固に一体構造に連結できる。図６のバインドバー１１は、両端部を外側に折曲加工して互いに平行な対向片１１Ａを設け、対向片１１Ａの貫通孔に止ネジ１２を挿入して、止ネジ１２にナット１３をねじ込んで結束している。この連結具６は、バインドバー１１のナット１３を緩め、第１のバスバー５Ａと第２のバスバー５Ｂの接続部５ａをメイン端子３とサブ端子４から外して、鉛バッテリ１とサブバッテリ２とを脱着できる。すなわち、鉛バッテリ１とサブバッテリ２とを脱着できるように一体構造に連結できる。

［素電池２１の収納構造］
　図２のサブバッテリ２は、外装ケース２０内に複数の素電池２１を収納している。素電池２１はニッケル水素電池である。ただし、素電池はリチウムイオン電池やリチウムポリマー電池とする非水系電解液電池やニッケルカドミウム電池等、鉛バッテリ１よりも充放電特性に優れる全ての二次電池を使用できる。ニッケル水素電池とニッケルカドミウム電池は定格電圧を１．２Ｖとするので、１０個の素電池２１を直列に接続して外装ケース２０に収納している。非水系電解液電池は定格電圧が高いので、たとえば、３個ないし４個の素電池を直列に接続して、鉛バッテリ１の定格電圧にできる。

　図２のサブバッテリ２は、素電池２１を円筒形電池としている。このサブバッテリ２は、互いに直列に接続している１０個の素電池２１を垂直姿勢で同一平面に配置して、１ユニットの組電池２２としている。１ユニットの組電池２２は、上段に５列、下段に５列の素電池２１を並べている。１ユニットの組電池２２は、上下の素電池２１の両端を接続して直列に接続し、さらに隣接する素電池２１を直列に接続して、１０個の素電池２１を直列に接続している。図２のサブバッテリ２は、２ユニットの組電池２２を水平方向に積層し、積層している組電池２２を互いに並列に接続して、外装ケース２０に収納している。図２に示すように、複数の組電池２２を積層するように配置して、互いに並列に接続するサブバッテリ２は、積層して並列に接続する組電池２２を多くして、電流容量を大きくできる。たとえば、１ユニットの電流容量を５Ａｈとする組電池２２を２組積層して、サブバッテリ２の電流容量を１０Ａｈと２倍にできる。

　図２の外装ケース２０は、内部に収納される円筒形電池の外形に沿うように、外周面を波形形状としている。この形状の外装ケース２０は、収納される円筒形電池との密着性を高めることができると共に、直方体形状のケースと比較してケースの表面積を増やすことができ、外装ケース２０の冷却性能を高めることができる。電装用バッテリは、車両のエンジンルーム内に配設されることが多い。エンジンルーム内は、エンジンの発熱により、高温になりやすい傾向があるが、上記構成とすることで、エンジンルーム内に流入する外気を介して、外装ケース２０が冷却され、外装ケース２０内に収納される円筒形電池を効果的に冷却することができる。また、外装ケース２０の内面に円筒形電池を密着させて定位置に保持できるので、走行時の振動等に対する安定性も図ることができる。

　電装用バッテリの回路図を図７ないし図１０に示す。
　図７の電装用バッテリは、バスバー５を介して鉛バッテリ１とサブバッテリ２とを常に並列に接続している。

　図８の電装用バッテリは、サブバッテリ２の出力側に第１の出力スイッチＳＷ１を接続して、鉛バッテリ１の出力側に第２の出力スイッチＳＷ２を接続し、さらに、サブバッテリ２と鉛バッテリ１とを並列に接続する並列スイッチＳＷ３とを備え、ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３を制御回路１５でオンオフに制御する。この電装用バッテリは、以下のようにしてスイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３を制御回路１５でオンオフに切り換える。
（１）車両の電装負荷３１に低レートで放電する状態
　この状態では、ＳＷ１とＳＷ３をオフ、ＳＷ２をオンとして鉛バッテリ１から電装負荷３１に電力を供給する。
　この状態は、ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３をオンとして、鉛バッテリ１とサブバッテリ２の両方から電装負荷３１に電力を供給することもできる。
（２）電装負荷３１を高レートで放電する状態
　この状態ではＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３をオンとして、鉛バッテリ１とサブバッテリ２から電装負荷３１に電力を供給する。
（３）スターターモータ３２でエンジン始動時、瞬間的に高レートで放電する状態
　この状態では、ＳＷ２とＳＷ３をオフ、ＳＷ１をオンとして、サブバッテリ２からスターターモータ３２に電力を供給する。
　この状態は、ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３の全てをオン状態として、鉛バッテリ１とサブバッテリ２の両方からスターターモータ３２に電力を供給することができ、また、ＳＷ１をオフ、ＳＷ２、ＳＷ３をオンとして鉛バッテリ１のみからスターターモータ３２に電力を供給することもできる。
（４）電装負荷３１に電力を供給しながら、スターターモータ３２を始動する状態
　この状態では、ＳＷ３をオフとして、ＳＷ１とＳＷ２をオンとして、スターターモータ３２にはサブバッテリ２から、電装負荷３１には鉛バッテリ１から電力を供給する。
　この状態も、ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３をオンとして、鉛バッテリ１とサブバッテリ２の両方からスターターモータ３２と電装負荷３１に電力を供給することができる。
（５）回生制動して回生エネルギーで蓄電する状態
　この状態では、ＳＷ２をオフ、ＳＷ１、ＳＷ３をオンとして、回生エネルギーでサブバッテリ２を充電する。電装負荷３１には電力を供給するので、電装負荷３１のスイッチはオン状態とする。
　この状態は、ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３をオンとして、回生エネルギーで鉛バッテリ１とサブバッテリ２の両方を充電することができる。とくに、サブバッテリ２の残容量が最大残容量近くまで増加すると、回生エネルギーでサブバッテリ２と鉛バッテリ１の両方を充電して、サブバッテリ２の過充電を防止する。さらに、サブバッテリ２の残容量が最大残容量になると、ＳＷ１をオフとして回生エネルギーで鉛バッテリ１のみを充電する。
（６）鉛バッテリ１が容量低下、又はサブバッテリ２が容量低下して、低レートで充電する状態
　この状態では、ＳＷ３をオフ、ＳＷ２をオンとして鉛バッテリ１を充電し、また、ＳＷ２をオフ、ＳＷ１とＳＷ３をオンにしてサブバッテリ２を充電し、さらに、ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３をオンとして鉛バッテリ１とサブバッテリ２とを充電する。
（７）鉛バッテリ１とサブバッテリ２の電圧差が発生する状態
　この状態ではＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３をオンとして鉛バッテリ１とサブバッテリ２の電圧を均等化する。
（８）サブバッテリ２が充電される状態で最大残容量まで充電され、あるいは放電される状態で最低残容量まで放電されると、制御回路１５がこのことを検出して、ＳＷ１をオフに切り換えて、サブバッテリ２の過充電と過放電を防止する。

　図９の電装用バッテリは、サブバッテリ２の出力側に第１の出力スイッチＳＷ１を接続して、鉛バッテリ１の出力側に第２の出力スイッチＳＷ２を接続して、ＳＷ１、ＳＷ２を制御回路１５で以下のようにオンオフに制御する。
（１）車両の電装負荷３１に低レートで放電する状態
　この状態では、ＳＷ１をオフ、ＳＷ２をオンとして鉛バッテリ１から電装負荷３１に電力を供給する。
　この状態は、ＳＷ１、ＳＷ２をオンとして、鉛バッテリ１とサブバッテリ２の両方から電装負荷３１に電力を供給することもできる。
（２）電装負荷３１を高レートで放電する状態
　この状態ではＳＷ１、ＳＷ２をオンとして、鉛バッテリ１とサブバッテリ２から電装負荷３１に電力を供給する。
（３）スターターモータ３２でエンジン始動時、瞬間的に高レートで放電する状態
　この状態ではＳＷ２をオフ、ＳＷ１をオンとして、サブバッテリ２からスターターモータ３２に電力を供給する。
　この状態は、ＳＷ１とＳＷ２をオン状態として、鉛バッテリ１とサブバッテリ２の両方からスターターモータ３２に電力を供給することができ、また、ＳＷ１をオフ、ＳＷ２をオンとして鉛バッテリ１のみからスターターモータ３２に電力を供給することもできる。
（４）電装負荷３１に電力を供給しながら、スターターモータ３２を始動する状態
　この状態では、ＳＷ１とＳＷ２をオンとして、スターターモータ３２と電装負荷３１に、鉛バッテリ１とサブバッテリ２から電力を供給する。
（５）回生制動して回生エネルギーで蓄電する状態
　この状態では、ＳＷ１をオンとして、回生エネルギーでサブバッテリ２を充電する。
　この状態は、ＳＷ１とＳＷ２をオンとして、回生エネルギーで鉛バッテリ１とサブバッテリ２の両方を充電することができる。とくに、サブバッテリ２の残容量が最大残容量近くまで増加すると、回生エネルギーでサブバッテリ２と鉛バッテリ１の両方を充電して、サブバッテリ２の過充電を防止する。さらに、サブバッテリ２の残容量が最大残容量になると、ＳＷ１をオフとして回生エネルギーで鉛バッテリ１のみを充電する。
（６）鉛バッテリ１が容量低下、又はサブバッテリ２が容量低下して、低レートで充電する状態
　この状態では、ＳＷ１をオフ、ＳＷ２をオンとして鉛バッテリ１を充電し、また、ＳＷ２をオフ、ＳＷ１をオンにしてサブバッテリ２を充電し、さらに、ＳＷ１とＳＷ２をオンとして鉛バッテリ１とサブバッテリ２とを充電する。
（７）鉛バッテリ１とサブバッテリ２の電圧差が発生する状態
　この状態ではＳＷ１とＳＷ２をオンとして鉛バッテリ１とサブバッテリ２の電圧を均等化する。
（８）サブバッテリ２が充電される状態で最大残容量まで充電され、あるいは放電される状態で最低残容量まで放電されると、制御回路１５がこのことを検出して、ＳＷ１をオフに切り換えて、サブバッテリ２の過充電と過放電を防止する。

　図１０の電装用バッテリは、サブバッテリ２の出力側にのみ出力スイッチＳＷ１を接続して、この出力スイッチＳＷ１を制御回路１５で制御している。
（１）車両の電装負荷３１を低レートで放電する状態
　この状態では、ＳＷ１をオフとして鉛バッテリ１のみから電装負荷３１に電力を供給する。
　この状態は、ＳＷ１をオンとして、鉛バッテリ１とサブバッテリ２の両方から電装負荷３１に電力を供給することもできる。
（２）電装負荷３１を高レートで放電する状態
　この状態ではＳＷ１をオンとして、鉛バッテリ１とサブバッテリ２から電装負荷３１に電力を供給する。
（３）スターターモータ３２でエンジン始動時、瞬間的に高レートで放電する状態
　この状態ではＳＷ１をオンとして、サブバッテリ２と鉛バッテリ１からスターターモータ３２に電力を供給する。
（４）電装負荷３１に電力を供給しながら、スターターモータ３２を始動する状態
　この状態では、ＳＷ１をオンとして、スターターモータ３２と電装負荷３１に、鉛バッテリ１とサブバッテリ２から電力を供給する。
（５）回生制動して回生エネルギーで蓄電する状態
　この状態では、ＳＷ１をオンとして、回生エネルギーでサブバッテリ２と鉛バッテリ１を充電する。
　サブバッテリ２の残容量が最大残容量になると、ＳＷ１をオフとして回生エネルギーで鉛バッテリ１のみを充電する。
（６）鉛バッテリ１が容量低下、又はサブバッテリ２が容量低下して、低レートで充電する状態
　この状態では、ＳＷ１をオフとして鉛バッテリ１を充電し、また、ＳＷ１をオンにして鉛バッテリ１とサブバッテリ２を充電する。
（７）鉛バッテリ１とサブバッテリ２の電圧差が発生する状態
　この状態ではＳＷ１をオンとして鉛バッテリ１とサブバッテリ２の電圧を均等化する。
（８）サブバッテリ２が充電される状態で最大残容量まで充電され、あるいは放電される状態で最低残容量まで放電されると、制御回路１５がこのことを検出して、ＳＷ１をオフに切り換えて、サブバッテリ２の過充電と過放電を防止する。

　図８ないし図１０の回路図に示す電装用バッテリは、車両側の発電機３３で充電される。車両側の発電機３３は、電装用バッテリを充電する状態で、充電電圧が最高電圧（例えば１４Ｖ～１５Ｖ）以上に上昇しないように出力電圧を制御して、電装用バッテリの過充電を防止している。ただ、この状態においても、サブバッテリ２の残容量は制御回路１５で検出され、残容量が最大残容量を越えて充電状態にあると、制御回路１５は第１の出力スイッチＳＷ１をオフに切り換えてサブバッテリ２の過充電を防止する。

　さらに、図８ないし図１０の電装用バッテリは、電装負荷３１やスターターモータ３２に電力を供給して放電される。車両側は、電装用バッテリの電圧が最適電圧以下に低下しないように発電機３３を制御して、電装用バッテリを充電する。電装用バッテリが放電される状態で、サブバッテリ２の残容量は制御回路１５で検出され、残容量が最低電圧以下になって放電される状態にあると、制御回路１５は第１の出力スイッチＳＷ１をオフに切り換えてサブバッテリ２の過放電を防止する。

　図８ないし図１０に示す電装用バッテリが備える出力スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３は、リレーや半導体スイッチング素子である。半導体スイッチング素子は、トランジスタ、ＦＥＴ、ＩＧＢＴ等の素子が使用できる。これらの出力スイッチは、サブバッテリの外装ケース内に設けた収納部に配置されて、サブ端子と組電池との間に接続される。外装ケースは、上部に収納部を設けて、ここに出力スイッチを配置できる。ただ、出力スイッチは、サブ端子とメイン端子との間に接続することもできる。

　本発明の車載用の電装用バッテリは、エンジンで駆動されて、あるいは走行用のモータで駆動されて走行する車両に電装用のバッテリとして搭載されて、走行する回生制動で発生する回生エネルギーを有効に蓄電できる電装用のバッテリとして好適に使用できる。

　　１…鉛バッテリ　　　　　　　　　　１Ａ…鉛バッテリ
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１Ｂ…鉛バッテリ
　　２…サブバッテリ
　　３…メイン端子　　　　　　　　　　３Ａ…第１のメイン端子
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　３Ｂ…第２のメイン端子
　　４…サブ端子　　　　　　　　　　　４Ａ…第１のサブ端子
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　４Ｂ…第２のサブ端子
　　５…バスバー　　　　　　　　　　　５Ａ…第１のバスバー
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　５Ｂ…第２のバスバー
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　５ａ…接続部
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　５ｂ…貫通孔
　　６…連結具
　　８…リード線
　　９…出力端子　　　　　　　　　　　９Ａ…プラス側の出力端子
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　９Ｂ…マイナス側の出力端子
　１１…バインドバー　　　　　　　　１１Ａ…対向片
　１２…止ネジ
　１３…ナット
　１５…制御回路
　２０…外装ケース
　２１…素電池
　２２…組電池
　３１…電装負荷
　３２…スタータモータ
　３３…発電機
　ＳＷ１…出力スイッチ
　ＳＷ２…出力スイッチ
　ＳＷ３…出力スイッチ

Claims

　全体の形状を直方体とする鉛バッテリと、この鉛バッテリと並列に接続してなるサブバッテリとを備え、
　前記鉛バッテリが、横幅（Ｗ）より長さ（Ｌ）が長い直方体で、
　正負の電極端子である第１のメイン端子と第２のメイン端子とを、直方体の片側の長辺側に偏在して上面の両端部に配置しており、
　前記第１のメイン端子を、車両のリード線が接続される出力端子として、
　前記第２のメイン端子を、前記サブバッテリに接続しており、
　前記サブバッテリは、外装ケースに複数の素電池を収納する構造であって、前記鉛バッテリの長手方向の端部外側であって、前記鉛バッテリの第２の接続端子側に接近する端部外側に前記外装ケースを配置して、
　前記鉛バッテリと前記サブバッテリとを連結してなる車載用の電装用バッテリ。
　前記サブバッテリは、前記鉛バッテリの第２のメイン端子に接続される第２のサブ端子を前記外装ケースの上面であって、前記鉛バッテリの第２のメイン端子側の端部に配置してなる請求項１に記載される車載用の電装用バッテリ。
　前記サブバッテリが、前記外装ケースの上面であって、幅方向の両端部に第１のサブ端子と第２のサブ端子を配置して、前記第２のサブ端子を前記鉛バッテリの第２のメイン端子に接続してなる請求項２に記載される車載用の電装用バッテリ。
　前記鉛バッテリの第１のメイン端子と、前記サブバッテリの第１のサブ端子とを、前記鉛バッテリの上面に配置してなる第１のバスバーで接続しており、この第１のバスバーの上面を絶縁してなる請求項３に記載される車載用の電装用バッテリ。
　前記サブバッテリの外装ケースの横幅（ｗ）が、前記鉛バッテリの幅方向に突出しない寸法である請求項１ないし４のいずれかに記載される車載用の電装用バッテリ。
　前記サブバッテリの外装ケースの高さ（ｈ）が、前記鉛バッテリの上下方向に突出しない寸法である請求項１ないし５のいずれかに記載される車載用の電装用バッテリ。
　前記サブバッテリの外装ケースの横幅（ｗ）が、前記鉛バッテリの横幅（Ｗ）にほぼ等しい請求項１ないし６のいずれかに記載される車載用の電装用バッテリ。
　前記サブバッテリの外装ケースの高さ（ｈ）が、前記鉛バッテリの高さ（Ｈ）にほぼ等しい請求項１ないし７のいずれかに記載される車載用の電装用バッテリ。
　前記サブバッテリが、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、非水系電解液電池のいずれかである請求項１ないし８のいずれかに記載される車載用の電装用バッテリ。
　前記サブバッテリと直列に接続してなる出力スイッチと、この出力スイッチをオンオフに制御する制御回路とを備え、
　制御回路が、前記サブバッテリの残容量と電圧の何れかを検出して、前記出力スイッチを制御する請求項１ないし９のいずれかに記載される車載用の電装用バッテリ。
　前記鉛バッテリと前記サブバッテリを一体構造に連結する連結具を有し、
　前記鉛バッテリのメイン端子と前記サブバッテリのサブ端子を金属板のバスバーで接続しており、この金属板のバスバーが連結具に併用されてなる請求項２ないし４のいずれかに記載される車載用の電装用バッテリ。
　前記鉛バッテリの第２のメイン端子と前記サブバッテリの第２のサブ端子とを接続してなるバスバーが、前記連結具に併用されてなる請求項１１に記載される車載用の電装用バッテリ。
　前記鉛バッテリの第１のメイン端子と前記サブバッテリの第１のサブ端子とを接続してなるバスバーが、前記連結具に併用されてなる請求項１１に記載される車載用の電装用バッテリ。