JP5500319B2 - 車両 - Google Patents

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、居住スペースの減少やＮＶの悪化等のように、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、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、乗員が乗車する乗車スペースに配置され、高容量型組電池は、乗車スペースとは異なるラゲッジ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、ラゲッジ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、乗車スペースに到達し難くすることができる。また、乗車スペースに高出力型組電池を配置することにより、ラゲッジスペースのうち、荷物を配置するためのスペースを確保しやすくなり、車両の商品性を向上させることができる。

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乗車スペースは、乗員が乗車するため、乗車スペースの温度は、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、高出力型組電池を乗車スペースに配置することにより、乗車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、車両を走行させるときの走行距離を確保することができる。

車両には、乗車スペースの温度調節に用いられる空調設備を設けることができる。空調設備は、温度調節に用いられる空気を吹き出す口を有する。ここで、高出力型組電池は、高容量型組電池よりも吹き出し口の近くに配置することができる。高出力型組電池を吹き出し口の近くに配置すれば、吹き出し口からの空気を高出力型組電池に導きやすくなる。高出力型組電池は、上述したように、高容量型組電池よりも発熱しやすくなる。したがって、吹き出し口からの空気を高出力型組電池に導きやすくすることにより、発熱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。

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、上述したように、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、乗車スペースよりも広がりを持ったラゲージ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。乗車スペースには、シートなどが配置されるため、組電池を配置するためのスペースが限定されてしまう。一方、ラゲージスペースは、荷物などを配置するために予め空けられたスペースであり、乗車スペースよりも広がりを持っている。

また、上述した車両の走行距離を確保するために、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、ラゲッジ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、サイズを変更するときにも、ラゲージ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。

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。 高容量型組電池の搭載例を示す概略図である。 電池パックの構成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（交流モータ）３２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と連結されている。また、車輪３３には、エンジン３４が連結されており、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たものがある。

本実施例の車両では、高出力型組電池１０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、所定の基準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。

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、電池の入出力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。

本実施例において、高出力型組電池１０は、乗車スペースＲＳに配置されており、高容量型組電池２０は、車両１００のラゲッジスペースＬＳに配置されている。乗車スペースＲＳとは、乗員の乗車するスペースであり、より具体的には、シート（運転席、助手席および後部座席）によって規定されるスペースである。高出力型組電池１０は、例えば、運転席および助手席の間に形成されるスペースや、シート（シートクッション）の下方に形成されたスペースに配置することができる。高出力型組電池１０を運転席および助手席の間に配置する場合には、高出力型組電池１０をコンソールボックスに収容することができる。

ダッシュボードには、空調設備１０１が配置されている。空調設備１０１は、乗車スペースＲＳの温度を主に調節するために用いられ、温度調節に用いられる空気を乗車スペースＲＳに導くための吹き出し口１０１ａを備えている。吹き出し口１０１ａは、ダッシュボードに沿って配置されている。

例えば、乗車スペースＲＳの温度が上昇しているときには、空調設備１０１を用いて、乗車スペースＲＳの温度上昇を抑制したり、乗車スペースＲＳの温度を低下させたりすることができる。また、乗車スペースＲＳの温度が低下しているときには、空調設備１０１を用いて、乗車スペースＲＳの温度低下を抑制したり、乗車スペースＲＳの温度を上昇させたりすることができる。

ラゲッジスペースＬＳとは、乗車スペースＲＳとは異なるスペースであり、本実施例において、ラゲッジスペースＬＳは、乗車スペースＲＳよりも車両１００の後方に位置している。車両１００には、乗車スペースＲＳおよびラゲッジスペースＬＳが、仕切り部材（車両ボディの一部）によって仕切られている車両や、乗車スペースＲＳおよびラゲッジスペースＬＳがつながっている車両がある。また、トノカバーを備えた車両では、トノカバーを用いることにより、乗車スペースＲＳおよびラゲッジスペースＬＳを仕切ることができる。

ラゲッジスペースＬＳは、荷物が載せられる載置スペースと、この載置スペースの周囲に存在するスペースとを含む。載置スペースの周囲に存在するスペースには、例えば、載置スペースおよび車両本体（具体的には、フロアパネル）の間に形成されるスペースがある。載置スペースおよび車両本体の間に形成されるスペースは、デッキボードなどによって載置スペースと仕切られている。このスペースとしては、図１１に示すように、スペアタイヤの収容に用いられるスペースＳ１がある。スペースＳ１は、フロアパネル１０２によって形成されており、スペースＳ１は、デッキボード１０３によって塞がれている。スペースＳ１には、高容量型組電池２０を配置することができる。

高容量型組電池２０は、載置スペースの周囲に存在するスペースに配置することができる。高容量型電池２０および載置スペースは、ボードなどの仕切り部材によって仕切られており、載置スペースから高容量型組電池２０を見たときに、高容量型組電池２０は、仕切り部材によって覆われている。

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１２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）などが配置されている。

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。

本実施例のように、乗車スペースＲＳに高出力型組電池１０を配置するとともに、ラゲッジスペースＬＳに高容量型組電池２０を配置することにより、以下に説明する効果が得られる。

ＥＶ走行モードにおいて車両１００を走行させるとき、高容量型組電池２０の使用頻度は、高出力型組電池１０の使用頻度よりも高くなる。組電池１０，２０を使用するときには、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は、高出力型組電池１０が配置される乗車スペースＲＳとは異なるラゲッジスペースＬＳに配置されている。このため、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、この異音が乗車スペースＲＳに存在する乗員に到達し難くすることができる。

高容量型組電池２０や高出力型組電池１０に充放電電流が流れるときには、ノイズが発生することがあり、このノイズによって異音が発生するおそれもある。上述したように、高容量型組電池２０は、ラゲッジスペースＬＳに配置されているため、高容量型組電池２０で発生した異音が乗車スペースＲＳ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は、乗車スペースＲＳから離れた位置（ラゲッジスペースＬＳ）に配置されているため、電池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が動作していなく、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。

車両１００には、空調設備１０１が配置されており、乗車スペースＲＳの温度は、乗員だけでなく、高出力型組電池１０にとっても適切な温度に調節されていることが多い。高出力型組電池１０は、乗車スペースＲＳに配置されているため、乗車スペースＲＳの空気を高出力型組電池１０に導けば、高出力型組電池１０の温度を調節することができる。

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を用いたときに、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高くなる。発熱量は、電流値の二乗に比例するため、電流値が高くなれば、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、乗車スペースＲＳに高出力型組電池１０を配置しているため、乗車スペースＲＳ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。乗車スペースＲＳの温度は、空調設備１０１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１０１を用いれば、乗車スペースＲＳの温度を調節し易くなるが、空調設備１０１を用いなくても、例えば、窓を開けた換気などによって、乗車スペースＲＳの温度を調節することもできる。このため、乗車スペースＲＳ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の温度調節を効率良く行うことができる。

また、高出力型組電池１０を乗車スペースＲＳに配置することにより、乗車スペースＲＳの空気を高出力型組電池１０に導きやすくすることができる。ここで、運転席および助手席の間に形成されたスペースや、運転席又は助手席の下方に形成されたスペースに、高出力型組電池１０を配置すれば、冷却用の空気を高出力型組電池１０に導きやすくなる。

高容量型組電池２０を構成する単電池２２の数を増やせば、ＥＶ走行モードでの走行距離を確保することができるが、単電池２２の数を増やした分だけ、高容量型組電池２０が大型化してしまう。乗車スペースＲＳ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。一方、ラゲッジスペースＬＳ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。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をラゲッジスペースＬＳに配置しておくことにより、容量の変更に伴う高容量型組電池２０のサイズ変更に対応することができる。

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が、高出力型組電池１０よりも使用頻度が高くなれば、充放電によって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。

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２０（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くなっている。

高容量型組電池２０は、車両１００のラゲッジスペースＬＳに配置されており、ラゲッジスペースＬＳは、広がりをもったスペースであるため、高容量型組電池２０を容易に交換することができる。例えば、高容量型組電池２０が仕切り板で覆われた構成では、仕切り板を取り外すだけで、高容量型組電池２０を露出させることができる。そして、車両に対する高容量型組電池２０の締結を外せば、高容量型組電池２０をラゲッジスペースＬＳから容易に取り出すことができる。

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であり、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、乗員が乗車する乗車スペースに配置され、
   前記高容量型組電池は、前記乗車スペースとは異なるラゲッジ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. 前記乗車スペースの温度調節に用いられ、空気の吹き出し口を備えた空調設備を有しており、
   前記高出力型組電池は、前記高容量型組電池よりも前記吹き出し口の近くに配置されている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４のいずれか１つに記載の車両。
6. 温度変化に対する電池特性の変化に関して、前記高容量型組電池は、前記高出力型組電池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。

Images