WO2014068881A1 - 電源装置及び電源装置を備える車両 - Google Patents

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WO2014068881A1
WO2014068881A1 PCT/JP2013/006165 JP2013006165W WO2014068881A1 WO 2014068881 A1 WO2014068881 A1 WO 2014068881A1 JP 2013006165 W JP2013006165 W JP 2013006165W WO 2014068881 A1 WO2014068881 A1 WO 2014068881A1
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power supply
capacitor
supply device
battery
air passage
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大隅　信幸
坂田　英樹
真明 廣岡
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三洋電機株式会社
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a power supply device for a vehicle and a vehicle including the same, for example, a battery system for a vehicle in which a sub battery is connected in parallel with a lead battery, and a vehicle on which the battery system is mounted.
  • a conventional vehicle is equipped with a lead battery using a lead storage battery with a rated voltage of 12V as a battery for electrical equipment. Further, in a large vehicle, two sets of 12V lead batteries are connected in series and rated voltage is set. A battery with 24V is installed. The lead battery is charged by the alternator of the vehicle and supplies power to the electrical equipment and starter motor of the vehicle. Although this lead battery has a small discharge resistance, it has a drawback that it is difficult to charge efficiently because the charge resistance is large. For vehicles in which a secondary battery such as a nickel metal hydride battery or a lithium ion secondary battery is connected in parallel with the lead battery for the purpose of improving this drawback and further increasing the battery capacity (Ah) with respect to volume and weight. A battery system has been developed (see Patent Document 1).
  • a main object of the present invention is to provide a power supply device using a plurality of secondary batteries and other power storage devices, and a power supply device and a power supply device having sufficient heat dissipation so that they can be used even in a high temperature environment. It is to provide an electric vehicle.
  • a plurality of capacitor arrays including a plurality of chargeable / dischargeable capacitors, and a circuit board on which a circuit for controlling charge / discharge of the plurality of capacitor rows is mounted, And a storage case for storing the plurality of capacitor rows and the circuit board, wherein the plurality of capacitor rows are arranged in parallel to the circuit board, and Including an adjacent first capacitor row and a second capacitor row adjacent to the first capacitor row, wherein the storage case includes a partition wall provided between the circuit board and the first capacitor row; A cooling air passage provided between one capacitor row and the second capacitor row and an air passage opening having an opening communicating with the cooling air passage can be included.
  • the partition wall can be formed so as to surround the circuit board.
  • the circuit board can be protected from foreign matters such as dust in addition to heat by surrounding the circuit board with a partition wall.
  • each of the first capacitor row and the second capacitor row connects the plurality of capacitors in series, and the first capacitor row and the second capacitor row. Two capacitor rows can be connected in parallel.
  • the edge of the air passage opening can be cut so that the opening end becomes wide.
  • the storage case may have an insulating covering portion that covers at least a surface of the battery that faces the cooling air passage.
  • the capacitor row includes a plurality of capacitors having a cylindrical outer case, and the covering portion extends along the surface of the plurality of capacitors. It can be configured to form a curved surface.
  • the surface area of the cylindrical battery can be increased to increase heat dissipation
  • the covering portion can also be formed as a cylindrical curved surface along this cylinder to increase the heat dissipation area and increase heat dissipation. it can.
  • the plurality of capacitors can be secondary batteries.
  • a power supply device can be configured with widely used secondary batteries, power can be stored at high density, and large capacity can be accommodated.
  • the storage battery can be held in a vertical posture in the storage case.
  • the secondary battery can be a nickel metal hydride battery. With the above configuration, it is possible to store electricity that exhibits excellent characteristics even in a high temperature environment.
  • the engine includes a traveling engine, a radiator for cooling the traveling engine, and a cooling fan that forcibly blows air toward the radiator,
  • a cooling air passage can be disposed on the air passage of the cooling fan.
  • FIG. 4 is a horizontal sectional view taken along line IV-IV of the power supply device of FIG. 3. It is a horizontal sectional view which shows the power supply device which concerns on one modification of this invention. It is sectional drawing which shows the power supply device which concerns on another modification. It is a perspective view which shows the power supply device which concerns on Embodiment 2 of this invention. It is a circuit diagram which shows the state which connected the power supply device in parallel with the lead battery as a sub battery. It is a schematic diagram which shows the example which installs a power supply device in the engine room of a vehicle. It is a schematic cross section which shows a power supply device provided with the partition wall which concerns on a modification.
  • each element constituting the present invention may be configured such that a plurality of elements are constituted by the same member and the plurality of elements are shared by one member, and conversely, the function of one member is constituted by a plurality of members. It can also be realized by sharing.
  • the contents described in some examples and embodiments may be used in other examples and embodiments.
  • FIG. 1 is a perspective view of a power supply apparatus 100 according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the power supply apparatus 100
  • FIG. 3 is an internal structure of the power supply apparatus 100
  • FIG. 4 respectively.
  • the power supply apparatus 100 shown in these drawings includes a plurality of capacitors 1, a circuit board 20 electrically connected to the capacitors 1, and a storage case 30 that stores the plurality of capacitors 1 and the circuit board 20.
  • the storage case 30 is indicated by a broken line in order to show the internal structure of the power supply device 100.
  • the storage case 30 has a rectangular outer shape.
  • the storage case 30 is preferably made of a material having excellent insulating properties, for example, resin.
  • a plurality of capacitors 1 and the circuit board 20 are housed inside the housing case 30.
  • the circuit board 20 is partitioned from the battery 1 by a partition wall 22 described later. (Accumulator 1)
  • the power storage device 1 is a member that can store power, and a secondary battery cell can be suitably used.
  • a nickel metal hydride battery can be suitably used.
  • the power supply voltage of the nickel metal hydride battery is 1.2V, it becomes 12V when 10 nickel metal hydride batteries are connected in series, and is suitable for parallel connection with a lead battery PB having a power supply voltage of 12V.
  • the capacitor 1 that is two nickel metal hydride batteries is used as the capacitor set 2 connected in the longitudinal direction, and five sets thereof are arranged in parallel on the same plane to constitute the capacitor row 10. That is, the capacitor array 10 is composed of ten nickel metal hydride batteries.
  • the two capacitor rows 10A and 10B are arranged apart from each other so as to form a pair. Accordingly, a total of 20 lithium ion secondary batteries are used for the power supply device 100.
  • ten capacitors 1 are connected in series to set the total voltage of the capacitor row 10 to 12V, and two rows of capacitor rows 10A and 10B are connected in parallel to increase the capacity.
  • the voltage of the power supply device 100 can be adjusted to match the lead battery to which the power supply device 100 is connected, and the capacity can be adjusted by the number of capacitors 1 connected in parallel.
  • a lead battery having a rated voltage of 24V such as a large vehicle such as a truck, can be made to support 24V by connecting 20 capacitors 1 of nickel-metal hydride batteries in series.
  • the sub battery other secondary batteries such as a lithium ion secondary battery and a lithium polymer secondary battery can be used instead of the nickel metal hydride battery.
  • a battery cell is used as the capacitor 1.
  • the present invention uses a capacitor such as an electric double layer capacitor (EDLC) instead of or in addition to the battery cell as the capacitor. You can also (Cooling air passage 31)
  • EDLC electric double layer capacitor
  • a cooling air passage 31 for flowing cooling air is formed between the capacitor rows 10. Further, an air passage opening 34 communicating with the cooling air passage 31 is opened on the surface of the storage case 30. As shown in FIG. 1, the air passage openings 34 are respectively opened on opposing surfaces of the storage case 30. Of these, one air passage opening 34a serves as an inlet for the cooling air passage 31, and the other air passage opening 34b serves as an outlet for cooling air. Further, these air passage openings 34a and 34b are opened at positions facing the cooling air passage 31 as shown in FIG. With this configuration, the cooling air guided from the air passage opening 34a can be straightly guided to the cooling air passage 31 and discharged from the other air passage opening 34b.
  • the cooling air introduced into the cooling air passage 31 can be smoothly exchanged with the battery 1 without bending the traveling direction of the cooling air inside the storage case 30.
  • illustration of members such as a capacitor inside the storage case 30 is omitted in order to easily show the cooling air passage 31 and the air passage opening 34 b on the back surface side. Further, the flow of the cooling air is indicated by a one-dot chain line. (Coating part 32)
  • the storage case 30 includes a covering portion 32 for arranging the battery 1 inside.
  • the covering portion 32 covers the surface of the battery 1 that faces the cooling air passage 31. That is, in the cross-sectional view of FIG. 4, each first capacitor row 10 ⁇ / b> A, second capacitor row 10 ⁇ / b> B is formed so as to form a cooling air passage 31 between the upper first capacitor row 10 ⁇ / b> A and the lower second capacitor row 10 ⁇ / b> B.
  • Each surface is covered with a covering portion 32.
  • the covering portion 32 By constituting the covering portion 32 with an insulating member, the surface of the battery 1 is not exposed directly to the cooling air passage 31 but is insulated. Further, the covering portion 32 can protect the battery 1 from water droplets and dust contained in the cooling air.
  • the storage case 30 defines the cooling air passage 31 with the covering portion 32 therein.
  • the covering portion 32 is preferably formed integrally with the storage case 30. However, it is also possible to form the covering portion with a separate member from the storage case. For example, it is possible to form a double structure in which a power storage holder for holding a power storage unit is formed, a covering portion is provided on a part of the power storage holder, and the power storage holder is stored in a storage case. (Airway opening 34)
  • the air passage opening 34 is preferably formed so that the opening end is widened by cutting a part of the edge 35 at the opening end of the cooling air passage 31.
  • the edge portion of the edge 35 is chamfered so as to be curved from the main surface of the storage case 30 toward the cooling air passage 31, so that the cooling air is opened to the air passage. It is easy to take in from the part 34.
  • the formation of the edge 35 of the air passage opening 34 is performed only on the intake-side air passage opening 34a, and the discharge-side air passage opening 34b may have the same shape.
  • This configuration has an advantage that it can be easily manufactured, and also by this configuration, the edge of the opening edge is removed so that the air passage opening 34 'becomes wider toward the opening edge. As a result, the intake of the cooling air into the cooling air passage 31 'can be improved.
  • FIG. 9 shows a schematic diagram of an example in which the power supply device is installed in the engine room of the vehicle.
  • the vehicle shown in the figure includes a traveling engine 96, a radiator 99 that circulates a refrigerant for cooling the engine 96, and a cooling fan 98 that forcibly blows air toward the radiator 99.
  • the power supply device is arranged on the air path blown by the cooling fan 98 for the radiator.
  • the cooling fan 98 for the radiator is provided by arranging the air passage opening so as to intersect with the air passage and the cooling air passage 31 so as to coincide with the cooling air blowing direction of the cooling fan 98. It can be shared for cooling the battery of the power supply device. As a result, it is possible to efficiently cool the power supply device using existing equipment without separately preparing a dedicated fan for cooling the battery.
  • the battery 1 uses a cylindrical outer can.
  • a plurality of cylindrical capacitors 1 are held in a vertical posture and are arranged in a planar shape along the inner surface of the storage case 30.
  • two rows of capacitor rows 10 are provided, and each row of capacitor rows 10 is arranged along the opposing main surface of the storage case 30, and the capacitor rows 10 are separated from each other, and a cooling air passage 31 is provided therebetween.
  • one of the two rows of capacitor rows 10 is opposed to the inner surface of one main surface of the storage case 30, and the other capacitor row 10 is connected to the inner surface side of the other main surface of the capacitor row 10 and the storage case 30.
  • the circuit board 20 is disposed between the two. By arranging in this way, the cooling air passage 31 and the circuit board 20 are separated from each other, and the situation where the circuit board 20 prevents the introduction of the cooling air is avoided. (Circuit board 20)
  • the circuit board 20 is disposed between the capacitor array 10 and the main surface of the storage case 30.
  • the circuit board 20 is mounted with an electronic circuit that monitors charging / discharging of the battery 1. It is also possible to implement a safety circuit that monitors the abnormality of each capacitor 1 based on current, voltage, temperature, etc., and shuts off the abnormality when it is determined to be abnormal. (Partition wall 22)
  • the circuit board 20 is partitioned by a capacitor row and a partition wall 22.
  • a partition wall 22 is formed so as to surround the periphery of the circuit board 20 to partition the circuit board from one of the capacitor rows 10, here the first capacitor row 10A.
  • a partition wall is comprised with the member provided with heat insulation.
  • the partition wall 22 is not limited to this configuration, and a configuration for partitioning the circuit board 20 and the first capacitor array 10A can be used as appropriate.
  • the partition wall 22 is formed in a cylindrical shape having an open upper end, but the open end may be closed so as to cover the circuit board also on the upper surface side. The same applies to the lower end.
  • the space between the inner surface of the partition wall and the circuit board can be filled with a filler in a state where the circuit board is housed in the partition wall, so that the solid structure can be formed.
  • the partition wall 22C can be formed in a wall shape between the circuit board 20 and the first capacitor row 10A inside the storage case, as in the power supply device 100C according to the modification shown in FIG.
  • the partition wall 22C can be formed integrally with the storage case 30C, there is an advantage that the structure is simple and can be configured at low cost.
  • each battery 1 is a nickel-metal hydride battery having a cylindrical outer shape.
  • coated part 32 is also formed in the curved surface shape along this cylindrical surface so that the surface of this cylindrical battery 1 may be covered.
  • the attitude of the battery 1 and the opening position of the air passage opening 34 are defined so that the cooling air flows in a direction crossing the longitudinal direction of the battery 1.
  • the present invention is not limited to this example, and it is possible to flow cooling air along the longitudinal direction of the battery.
  • FIG. The power supply device 200 shown in this figure holds the storage device vertically so that the longitudinal direction is along the vertical direction, as in FIG. 3 and the like, while the cooling air passage 31B is vertically arranged in the storage case 30B in FIG.
  • the air passage opening 34B is opened on the upper and lower surfaces of the storage case 30B.
  • the cooling air By flowing the cooling air through the air passage opening 34B, the cooling air flows in the vertical direction inside the storage case 30B, so that the cooling air can exchange heat with the battery 1 to cool it.
  • the cooling air is made to flow into the V-shaped gap between the cylindrical batteries by flowing cooling air along the longitudinal direction of the battery. Benefits that can be promoted.
  • the present invention does not limit the posture in which the capacitor is held in the storage case to the vertical orientation, and any posture such as horizontal orientation or oblique orientation. It goes without saying that it can be done.
  • the cooling capacity of the capacitor can be secured by arbitrarily changing the number of air passage openings according to the number of capacitors constituting the capacitor set. That is, the present invention does not limit the number of air passage openings to two but can be one or three or more.
  • the air passage opening may be greatly opened to cool the entire battery set. For example, in the example of FIG. 3, one large air passage opening that is a combination of two air passage openings may be opened. (circuit diagram)
  • FIG. 8 shows an example in which the above power supply device 100 is connected to a vehicle battery system.
  • the power supply device 100 shown in this figure functions as a sub battery that assists the lead battery PB.
  • the power supply device 100 that is a sub-battery is connected in parallel with the lead battery PB.
  • the lead battery PB and the sub-battery are directly connected by the lead wire 50 without going through a current adjustment circuit or the like. Therefore, the voltage of the lead battery PB and the sub battery is always the same voltage.
  • the lead battery and the sub-battery can be connected in parallel via a switching element such as a relay or a semiconductor switching element, and can be connected in parallel via a diode or the like.
  • the lead battery PB is a battery in which 6 cells are connected in series and the rated voltage is 12V. However, the present invention does not specify the rated voltage of the lead battery as 12V. Two lead batteries can be connected in series for a rated voltage of 24V, three lead batteries can be connected in series for 36V, and four lead batteries can be connected in series for 48V. Because. Conventional electrical equipment is designed to operate with a power supply voltage of 12V. A vehicle equipped with a lead battery of 24V to 48V is equipped with electrical equipment that operates with this voltage.
  • the sub-batteries are connected in parallel in order to improve the charge / discharge efficiency and prevent the lead battery PB from deteriorating.
  • the sub battery is connected in parallel with the lead battery PB and has the same voltage.
  • compatibility the current balance of charging / discharging between the sub-battery and the lead battery PB, that is, compatibility is important. If the compatibility is poor, only the lead battery and sub-battery will be charged, or only the lead battery and sub-battery will be discharged, so even if both are connected in parallel, the charge / discharge efficiency cannot be improved. The life of the lead battery cannot be effectively extended.
  • the compatibility between the lead battery PB and the sub-battery is realized by controlling the open circuit voltage-discharge depth characteristics of the sub-battery.
  • the open circuit voltage-discharge depth characteristics of the sub-battery can be adjusted by, for example, the amount of zinc of the positive electrode in a nickel metal hydride battery, and the lithium-containing compound that is a positive electrode active material in a lithium ion secondary battery or a lithium polymer battery. Can be adjusted by selection.
  • the battery system described above can improve fuel efficiency even in a vehicle that is charged by driving the alternator 6 with the engine 96 regardless of regenerative braking. This is because the power supply device 100 that is a sub-battery can be charged up to eight times as much power as the lead battery PB.
  • the alternator 6 of the vehicle stabilizes the output voltage at a constant voltage of about 14 V in order to prevent the deterioration by charging the lead battery PB with a constant voltage and to keep the supply voltage of the electrical equipment 5 constant. ing. Therefore, the current for the alternator 6 to charge the lead battery PB is small and is not charged with a large current.
  • the alternator 6 does not charge the lead battery PB at 100 A, and the alternator 6 outputs the output current to supply power to the electrical equipment 5.
  • the ability of the alternator 6 to charge the battery system with a large current is effective in improving the fuel efficiency of the vehicle. This is because the alternator 6 can be operated in a region where the power generation efficiency is high, and the engine 96 can also be operated in a region where the fuel consumption rate is small. This is because the alternator 6 has low power generation efficiency at light loads, and the engine 96 has a high fuel consumption rate at light loads.
  • the regenerative braking generated power is charged not only in the lead battery PB but also in the power supply device 100 to protect the lead battery PB from high-current charging, and the alternator 6
  • power is supplied to the electrical equipment 5 from the charged power supply device 100 as well as the lead battery PB, so that the lead battery PB can be prevented from being charged and overdischarged, and the life can be extended.
  • the vehicle equipped with the power supply device and the power supply device according to the present invention can be suitably used for a battery for electrical equipment or an auxiliary battery of the vehicle.
  • the load of the lead battery can be reduced.

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Abstract

　複数の蓄電器を使用する電源装置を、高温環境下に置かれても使用可能なように十分な放熱性を具備させる。電源装置(１００)は、充放電可能な複数の蓄電器列(１０)と、複数の蓄電器列(１０)の充放電を制御する回路基板(２０)と、複数の蓄電器列(１０)及び回路基板(２０)を収納する収納ケースとを備える。複数の蓄電器列(１０)は、回路基板(２０)に対してそれぞれが平行に配置されると共に、回路基板(２０)と隣接する第一蓄電器列(１０Ａ)と、第一蓄電器列(１０Ａ)に隣接する第二蓄電器列(１０Ｂ)とを含み、収納ケースは、回路基板(２０)と第一蓄電器列(１０)との間に設けられる仕切壁(２２)と、第一蓄電器列(１０Ａ)と第二蓄電器列(１０Ｂ)の間に設けられる冷却風路と、冷却風路と連通される開口を有する風路開口部(３４)とを含む。

Description

電源装置及び電源装置を備える車両
　本発明は、車両用の電源装置及びこれを備える車両に関し、例えば鉛バッテリと並列にサブバッテリを接続してなる車両用のバッテリシステムと、このバッテリシステムを搭載する車両に関する。
　従来の車両は、電装用のバッテリとして、定格電圧を１２Ｖとする鉛蓄電池を用いた鉛バッテリを搭載し、さらに、大型車両にあっては１２Ｖの鉛バッテリを２組直列に接続して定格電圧を２４Ｖとするバッテリを搭載している。鉛バッテリは、車両のオルタネータで充電されて、車両の電装機器やスターターモータなどに電力を供給している。この鉛バッテリは、放電抵抗は小さいが、充電抵抗が大きいので、効率よく充電するのが難しい欠点がある。この欠点を改善し、さらに容積や重量に対する電池容量（Ａｈ）を大きくすることを目的として、鉛バッテリと並列にニッケル水素電池やリチウムイオン二次電池などの二次電池を接続している車両用のバッテリシステムは開発されている（特許文献１参照）。
特開２００７－４６５０８号公報
　このようなサブバッテリを、通常の鉛バッテリと同様にエンジンルームに配置する場合は、極めて高温となる環境下に置かれることとなる。特にサブバッテリにニッケル水素電池やリチウムイオン二次電池を用いる場合は、高温によって電池性能が劣化する。このため、十分な放熱対策が必要となるところ、従来の電源装置ではそのような熱対策が十分でなかった。特に、サブバッテリの容量を増すために電池セルを多くすると、電池セルを二列以上に重ねて配置する必要が生じるところ、中間に配置された電池セルは放熱性が悪くなり、他の電池セルよりも劣化が進みやすくなる。複数の電池セルを接続したサブバッテリにおいては、いずれか一の電池セルが劣化して容量が低下すると、他の電池セルもこれに合わせて使用することとなって、サブバッテリとして利用可能な容量も低下してしまう。
　本発明は、従来のこのような問題点に鑑みてなされたものである。本発明の主な目的は、複数の二次電池等の蓄電器を使用する電源装置において、高温環境下に置かれても使用可能なように十分な放熱性を備えた電源装置及び電源装置を備える電動車両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
　上記目的を達成するために、本発明の電源装置によれば、充放電可能な複数の蓄電器を備える複数の蓄電器列と、前記複数の蓄電器列の充放電を制御する回路を実装した回路基板と、前記複数の蓄電器列及び前記回路基板を収納する収納ケースとを備える電源装置であって、前記複数の蓄電器列は、前記回路基板に対してそれぞれが平行に配置されると共に、前記回路基板と隣接する第一蓄電器列と、前記第一蓄電器列に隣接する第二蓄電器列とを含み、前記収納ケースは、前記回路基板と前記第一蓄電器列との間に設けられる仕切壁と、前記第一蓄電器列と前記第二蓄電器列の間に設けられる冷却風路と、前記冷却風路と連通される開口を有する風路開口部とを含むことができる。上記構成により、一の冷却風路の両側に、二つの蓄電器列を対称的に配置したことで、二つの蓄電器列の熱的な環境を揃えることができ、直列接続された蓄電器列同士で、各蓄電器の性能に極端な差が生じることを抑制して、電源装置として利用可能な容量の低下を低減できる利点が得られる。また、蓄電器と回路基板とを仕切壁で隔離したことにより、蓄電器との発熱が回路基板に及ぶことを抑制して回路基板を保護できる。
　また、本発明の他の電源装置によれば、前記仕切壁が、前記回路基板を囲むように形成することができる。上記構成により、回路基板の周囲を仕切壁で囲むことで、回路基板を熱に加えて埃などの異物からも保護できる。
　さらに、本発明の他の電源装置によれば、前記第一蓄電器列及び前記第二蓄電器列は、それぞれが、前記複数の蓄電器を直列に接続していると共に、前記第一蓄電器列及び前記第二蓄電器列を並列に接続することができる。
　さらにまた、本発明の他の電源装置によれば、前記風路開口部の端縁を、開口端が広くなるようにカットすることができる。上記構成により、より多くの冷却風を風路開口端に誘い込みし易くできる。
　さらにまた、本発明の他の電源装置によれば、前記収納ケースが、前記蓄電器の、少なくとも前記冷却風路と対向する面を被覆する、絶縁性の被覆部を有することができる。上記構成により、蓄電器の表面を冷却風路に対して直接表出させず、被覆部で絶縁して保護できる。
　さらにまた、本発明の他の電源装置によれば、前記蓄電器列は、互いに平行に配置される複数本の蓄電器組で構成されると共に、前記蓄電器組は、各蓄電器の長手方向に接続される複数の蓄電器で構成され、前記冷却風路が、前記蓄電器組を構成する各蓄電器に対応した位置に設けられるように構成できる。上記構成により、複数の蓄電器で蓄電器組を構成しつつも、冷却経路は各蓄電器毎に設けられているため、十分な冷却能力を発揮できる。
　さらにまた、本発明の他の電源装置によれば、前記蓄電器列は、円筒形の外装ケースを有する複数の蓄電器を含み、前記被覆部は、前記被覆部を前記複数の蓄電器の表面に沿って曲面状に形成するよう構成できる。上記構成により、円筒形とした蓄電器の表面積を広くして放熱性を高めると共に、被覆部もこの円筒形に沿った円筒状の曲面として、同様に放熱面積を広くして放熱性を高めることができる。
　さらにまた、本発明の他の電源装置によれば、前記複数の蓄電器を、二次電池とすることができる。上記構成により、広く普及した二次電池でもって電源装置を構成でき、高密度での蓄電が可能となり、大容量化等にも対応できる。
　さらにまた、本発明の他の電源装置によれば、前記蓄電器を、前記収納ケース内にあって、それぞれ垂直姿勢に保持することができる。
　さらにまた、本発明の他の電源装置によれば、前記二次電池を、ニッケル水素電池とすることができる。上記構成により、高温環境下でも優れた特性を示す蓄電が可能となる。
　さらにまた、本発明の電源装置を備える電源装置によれば、走行用のエンジンと、前記走行用のエンジンを冷却するためのラジエータと、前記ラジエータに向けて強制送風する冷却ファンとを備え、前記冷却風路を、前記冷却ファンの風路上に配置することができる。
本発明の実施の形態１に係る電源装置の外観を示す斜視図である。 図１の電源装置の分解斜視図である。 図１の電源装置の内部構造を示す斜視図である。 図３の電源装置のＩＶ－ＩＶ線における水平断面図である。 本発明の一変形例に係る電源装置を示す水平断面図である。 他の変形例に係る電源装置を示す断面図である。 本発明の実施の形態２に係る電源装置を示す斜視図である。 電源装置をサブバッテリとして鉛バッテリと並列に接続した状態を示す回路図である。 電源装置を車両のエンジンルームに設置する例を示す模式図である。 変形例に係る仕切壁を備える電源装置を示す模式断面図である。
　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電源装置及び電源装置を備える車両を例示するものであって、本発明は電源装置及び電源装置を備える車両を以下のものに特定しない。また実施の形態に記載されている構成部材の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。
（実施の形態１）
　本発明の実施の形態１に係る電源装置１００の斜視図を図１に、この電源装置１００の分解斜視図を図２に、この電源装置１００の内部構造を図３に、水平断面図を図４に、それぞれ示す。これらの図に示す電源装置１００は、複数の蓄電器１と、蓄電器１と電気的に接続された回路基板２０と、これら複数の蓄電器１と回路基板２０とを収納する収納ケース３０とを備える。図３においては、電源装置１００の内部構造を示すため収納ケース３０を破線で示している。ここでは電源装置１００を、車載用の電池として、後述する図８に示すように、鉛バッテリＰＢのような１２Ｖの電装用バッテリと並列に接続されたサブバッテリに利用する例を示している。
（収納ケース３０）
　収納ケース３０は、外形を矩形状としている。収納ケース３０は、好ましくは絶縁性に優れた材質、例えば樹脂製とする。収納ケース３０の内部には、複数の蓄電器１と回路基板２０を収納している。ここでは回路基板２０は、後述する仕切壁２２によって蓄電器１と区画されている。
（蓄電器１）
　蓄電器１は、蓄電可能な部材であり、二次電池セルが好適に利用できる。二次電池セルとしては、ニッケル水素電池が好適に利用できる。特にニッケル水素電池の電源電圧は、１．２Ｖであるので、１０個のニッケル水素電池を直列に接続すれば１２Ｖとなり、電源電圧を１２Ｖとする鉛バッテリＰＢとの並列接続に適合する。図２、図３の例では、２本のニッケル水素電池である蓄電器１を、長手方向に接続した蓄電器組２として、これを５組互いに平行に同一平面上に並べて蓄電器列１０を構成する。すなわち蓄電器列１０は、１０本のニッケル水素電池で構成される。さらに、２つの蓄電器列１０Ａ、１０Ｂを対になるように離間させて配置している。したがって電源装置１００には、計２０本のリチウムイオン二次電池が使用される。ここでは、１０本の蓄電器１を直列に接続して蓄電器列１０の総電圧を１２Ｖとし、さらに蓄電器列１０Ａ、１０Ｂを２列、並列に接続して、容量を大きくしている。このように、直列接続する本数を調整することで、電源装置１００の電圧を、接続先の鉛バッテリと一致させるように調整でき、また並列接続する蓄電器１の本数によって、容量を調整できる。例えば、トラックなどの大型車両のように、定格電圧を２４Ｖとする鉛バッテリに対しては、ニッケル水素電池の蓄電器１を２０本直列に接続することで、２４Ｖに対応させることができる。
　なおサブバッテリには、ニッケル水素電池に代わって、リチウムイオン二次電池、リチウムポリマー二次電池など、他の二次電池も使用できる。また、この例では蓄電器１として電池セルを使用する例を説明しているが、本発明は蓄電器として電池セルに代えて、あるいはこれに加えて、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）等のキャパシタを利用することもできる。
（冷却風路３１）
　また蓄電器列１０同士の間には、冷却風を流すための冷却風路３１を形成している。さらに収納ケース３０の表面には、冷却風路３１と連通させた風路開口部３４を開口している。風路開口部３４は、図１に示すように収納ケース３０の対向する面に、それぞれ開口されている。この内、一方の風路開口部３４ａは冷却風路３１の取り入れ口とし、他方の風路開口部３４ｂを冷却空気の排出口とする。またこれらの風路開口部３４ａ、３４ｂは、図３に示すように冷却風路３１と対向する位置に開口されている。この構成により、風路開口部３４ａから案内された冷却風を、そのまま一直線状に冷却風路３１に案内して、他方の風路開口部３４ｂから排出できる。いいかえると、冷却風の進行方向を収納ケース３０の内部で折曲させること無く、冷却風路３１に導入した冷却風を蓄電器１とスムーズに熱交換させることができる。なお図１においては、冷却風路３１及び裏面側の風路開口部３４ｂを判り易く示すために、収納ケース３０内部の蓄電器などの部材の図示を省略している。また冷却風の流れを一点鎖線で示している。
（被覆部３２）
　この収納ケース３０は、内部に蓄電器１を配置するための被覆部３２を備えている。被覆部３２は、蓄電器１の内、冷却風路３１と対向する面を被覆している。すなわち、図４の断面図において、上段の第一蓄電器列１０Ａと下段の第二蓄電器列１０Ｂとの間に、冷却風路３１を形成するよう、各第一蓄電器列１０Ａ、第二蓄電器列１０Ｂのそれぞれの表面を被覆部３２で被覆している。この被覆部３２を絶縁性の部材で構成することで、蓄電器１の表面を冷却風路３１に直接表出させず、これを絶縁している。また被覆部３２は、冷却風に含まれる水滴や埃から蓄電器１を保護できる。この被覆部３２でもって、収納ケース３０の内部に、蓄電器１の収納空間と冷却風路３１とを隔離している。換言すると、収納ケース３０はその内部に被覆部３２でもって、冷却風路３１を画定している。被覆部３２は、好ましくは収納ケース３０と一体に形成される。ただ、収納ケースと別部材で被覆部を形成することも可能である。例えば、蓄電器を保持する蓄電ホルダを形成して、蓄電ホルダの一部に被覆部を設け、この蓄電ホルダを収納ケースに収納する二重構造とすることができる。
（風路開口部３４）
　風路開口部３４は、冷却風路３１の開口端において、端縁３５の一部をカットして、開口端が広くなるように形成することが好ましい。図４の断面図に示す例では、端縁３５のエッジ部分を面取りして、収納ケース３０の主面から冷却風路３１に向かって湾曲させるように形成したことで、冷却風を風路開口部３４から取り込み易くしている。このような風路開口部３４の端縁３５の形成は、取り入れ側の風路開口部３４ａのみに行う他、排出側の風路開口部３４ｂにおいても同様の形状とすることもできる。
　また図５の変形例に示す電源装置１００’の収納ケース３０’のように、風路開口部３４’の端縁３５’を、傾斜面状に面取りすることもできる。この構成は、製造を容易に行える利点が有り、またこの構成によっても、開口端縁の端縁のエッジを除去して、開口端縁に向かって風路開口部３４’が広くなるように形成したことで、冷却風路３１’への冷却風の取り込みを改善できる。
　また、冷却風路に冷却風を強制的に流すためには、ファン等の強制冷却機構を設けることが好ましい。このような強制冷却機構は、新たに追加する他、既存の部材を兼用することが構成の簡素化や製造コストの削減の面から好ましい。例えば、車載用の電源装置においては、ラジエータ用の冷却ファンを利用することもできる。図９に、電源装置を車両のエンジンルームに設置した例の模式図を示す。この図に示す車両は、走行用のエンジン９６と、このエンジン９６を冷却するための冷媒を循環させるラジエータ９９と、ラジエータ９９に向けて強制送風する冷却ファン９８とを備えている。この図に示すように、ラジエータ用の冷却ファン９８で送風される風路上に電源装置を配置する。このとき、風路開口部がこの風路上に交差するように開口され、冷却風路３１が冷却ファン９８の冷却風の送風方向と一致するように配置することで、ラジエータ用の冷却ファン９８を、電源装置の蓄電器の冷却に共用できる。この結果、蓄電器の冷却用に専用のファンを別途用意することなく、既存の設備を利用して電源装置の効率的な冷却を図ることが可能となる。
　図２～図４に示す例では、蓄電器１は円筒形の外装缶を利用している。ここでは、複数本の円筒形の蓄電器１を、垂直姿勢に保持して、収納ケース３０の内面に沿うように平面状に並べている。ここでは、蓄電器列１０を２列設け、各蓄電器列１０を収納ケース３０の対向する主面にそれぞれ沿わせると共に、これら蓄電器列１０同士を離間させて、間に冷却風路３１を設ける。さらに、２列の蓄電器列１０の一方を、収納ケース３０の一方の主面の内面と対向させ、他方の蓄電器列１０は、この蓄電器列１０と収納ケース３０の他方の主面の内面側との間に、回路基板２０を配置している。このように配置したことで、冷却風路３１と回路基板２０とが離間され、冷却風の導入を回路基板２０で妨げる事態が回避される。
（回路基板２０）
　回路基板２０は、蓄電器列１０と収納ケース３０の主面との間に配置されている。この回路基板２０は、蓄電器１の充放電を監視する電子回路を実装している。また、各蓄電器１の異常を、電流や電圧、温度等に基づいて監視し、異常と判定されたときにはこれを遮断する安全回路を実装することもできる。
（仕切壁２２）
　さらに収納ケース３０の内部で、回路基板２０は蓄電器列と仕切壁２２によって区画されている。図２～図４の例では、回路基板２０の周囲を囲むように仕切壁２２を形成して、回路基板と一方の蓄電器列１０、ここでは第一蓄電器列１０Ａとを仕切っている。仕切壁は、断熱性を備える部材で構成する。このように断熱性の仕切壁２２を設けたことで、蓄電器と回路基板とを隔離して、蓄電器の発熱が回路基板に及ぶことを抑制して回路基板を保護できる。
　なお、仕切壁２２はこの構成に限られず、回路基板２０と第一蓄電器列１０Ａとの間を仕切る構成が適宜利用できる。例えば図２～図３の例では、仕切壁２２は上端を開口した筒状に形成しているが、回路基板を上面側でも覆うように、開口端を閉塞することもできる。下端も同様である。あるいは、回路基板を仕切壁に収納した状態で、仕切壁の内面と回路基板との間の空間を充填材で充填して中実に構成することもできる。あるいはまた、図１０に示す変形例に係る電源装置１００Ｃのように、収納ケースの内部で回路基板２０と第一蓄電器列１０Ａとの間に仕切壁２２Ｃを壁状に形成することもできる。この構成の場合は、仕切壁２２Ｃを収納ケース３０Ｃと一体に形成できるので、構造が簡単で安価に構成できる利点が得られる。
　上述の通り、図３、図４の例では、蓄電器１を長手方向に２本接続して蓄電器組２とし、この蓄電器組２を複数本（この例では５本）平行に並べて蓄電器列１０を構成している。また各蓄電器１は、外形を円筒形のニッケル水素電池としている。そして、この円筒形の蓄電器１の表面を覆うように、被覆部３２もこの円筒面に沿って曲面状に形成している。この被覆部３２に沿って冷却空気を供給することで、各蓄電器１の長手方向に対して交差する方向から冷却空気を流して、各蓄電器１と熱交換して冷却する。
　なお図４の例では、冷却風路３１の幅を均一とした例を説明したが、これを変化させてもよい。例えば図６の変形例に係る電源装置１００”における収納ケース３０”の断面図に示すように、冷却風の風下側に進む程、冷却風路３１”幅が狭くなるように被覆部３２”を形成することもできる。このように冷却風路３１”の幅を狭くすることで相対的に冷却風の流速を増すことができ、冷却風路３１”を進行するに従って冷却風の蓄電器１との熱交換が進み、冷却風の温度が上昇する結果、冷却能力が相対的に低下する自体を、冷却風の流速を増すことで低減して、冷却能力が冷却風路３１”の位置によって不均一となることを抑制できる。また、冷却風路の一部に邪魔板を配置して冷却能力を意図的に抑制することで、他の部位との冷却能力の均一化を図ることも可能である。
（実施の形態２）
　以上の例では、冷却風を蓄電器１の長手方向と交差する方向に流すように、蓄電器１の姿勢と風路開口部３４の開口位置とを規定している。ただ、本発明はこの例に限らず、冷却風を蓄電器の長手方向と沿うように流すことも可能である。このような例を実施の形態２として図７に示す。この図に示す電源装置２００は、蓄電器を図３等と同様、長手方向が鉛直方向に沿うように縦置きに保持する一方で、収納ケース３０Ｂの内部で冷却風路３１Ｂを図７において上下方向とするように形成し、また風路開口部３４Ｂを収納ケース３０Ｂの上面と下面に開口している。この風路開口部３４Ｂに冷却風を流すことで、冷却風が収納ケース３０Ｂの内部で上下方向に流すことにより、冷却風で蓄電器１と熱交換して、これを冷却できる。特に蓄電器を円筒形とする場合は、蓄電器の長手方向に沿って冷却空気を流すことで、円筒形の蓄電器同士の間のＶ字状の隙間にも冷却空気を入り込みやすくして、熱交換を促進できる利点が得られる。
　また、以上の例では蓄電器を縦置き姿勢とした例を説明したが、本発明は蓄電器を収納ケース内で保持する姿勢を縦置きに限定するものでなく、横置きや斜めなど、任意の姿勢とできることはいうまでもない。
　さらに以上の例では、風路開口部３４を２つ開口して、２つの冷却経路を設けた例を説明した。特に、２本の蓄電器で一の蓄電器組を構成しつつも、冷却経路を各蓄電器毎に設けたことで、各蓄電器に対して十分な冷却能力を発揮できる。このように、蓄電器組を構成する蓄電器の本数に応じて、風路開口部の数も任意に変更して、蓄電器の冷却能力を担保できる。すなわち、本発明は風路開口部の数を２個に限定せず、１個又は３個以上とすることもできる。また一方で、風路開口部を大きく開口して、蓄電器組の全体を冷却するように構成してもよい。例えば、図３の例において２個の風路開口部を合わせた大きな風路開口部を一開口させてもよい。
（回路図）
　以上の電源装置１００を、車両用のバッテリシステムに接続した例を図８に示す。この図に示す電源装置１００は、鉛バッテリＰＢを補助するサブバッテリとして機能する。サブバッテリである電源装置１００は、鉛バッテリＰＢと並列に接続される。鉛バッテリＰＢとサブバッテリは、電流調整回路等を介することなく、リード線５０で直接に接続される。したがって、鉛バッテリＰＢとサブバッテリの電圧は常に同じ電圧となる。ただ、本発明のバッテリシステムは、鉛バッテリとサブバッテリとをリレーや半導体スイッチング素子などのスイッチング素子を介して並列に接続し、ダイオード等を介して並列に接続することもできる。
　鉛バッテリＰＢは、６セルを直列に接続して定格電圧を１２Ｖとするバッテリである。ただ、本発明は鉛バッテリの定格電圧を１２Ｖには特定しない。２個の鉛バッテリを直列に接続して定格電圧を２４Ｖとし、また、３個の鉛バッテリを直列に接続して３６Ｖ、４個の鉛バッテリを直列に接続して４８Ｖとして使用することもできるからである。従来の電装機器は、１２Ｖの電源電圧で動作するように設計されているが、２４Ｖ～４８Ｖの鉛バッテリを搭載する車両は、この電圧で動作する電装機器を搭載する。
　サブバッテリは、充放電の効率を改善し、かつ鉛バッテリＰＢの劣化を防止するために並列に接続される。サブバッテリは、鉛バッテリＰＢと並列に接続されて、同じ電圧となる。この状態において、サブバッテリと鉛バッテリＰＢとの充放電の電流バランス、すなわち適合性が大切である。適合性が悪いと、鉛バッテリやサブバッテリのみが充電されたり、あるいは鉛バッテリやサブバッテリのみが放電されたりするため、両方を並列に接続しても、充放電の効率を改善できず、また鉛バッテリの寿命も効果的には長くできなくなる。
　鉛バッテリＰＢとサブバッテリの適合性は、サブバッテリの開路電圧－放電深度特性をコントロールして実現する。サブバッテリの開路電圧－放電深度特性は、たとえば、ニッケル水素電池においては正極の亜鉛量などで調整でき、リチウムイオン二次電池やリチウムポリマー電池にあっては、正極活物質であるリチウム含有化合物の選択により調整できる。
　以上のバッテリシステムは、回生制動によらずエンジン９６でオルタネータ６を駆動して充電する車両においても、燃費効率を改善できる。それは、鉛バッテリＰＢの最大で８倍もの電力を、サブバッテリである電源装置１００に充電できるからである。車両のオルタネータ６は、鉛バッテリＰＢを一定の電圧で充電して劣化を防止し、かつ電装機器５の供給電圧を一定とするために、出力電圧を常に一定の電圧である約１４Ｖに安定化している。したがって、オルタネータ６が鉛バッテリＰＢを充電する電流は小さく、大電流では充電されない。したがって、車両には出力電流を１００Ａとするオルタネータ６が搭載されても、このオルタネータ６が１００Ａで鉛バッテリＰＢを充電することはなく、オルタネータ６は電装機器５に電力を供給するために出力電流を大きくしている。このオルタネータ６がバッテリシステムを大電流で充電できることは、車両の燃費効率を改善することに有効である。それは、オルタネータ６を高い発電効率の領域で運転し、かつエンジン９６も燃料消費率の小さい領域で運転できるからである。オルタネータ６は軽負荷での発電効率が低く、エンジン９６は軽負荷での燃料消費率が大きくなるからである。
　さらに、この電源装置１００を用いた車両用のバッテリシステムは、回生制動の発電電力を鉛バッテリＰＢのみでなく、電源装置１００に充電して鉛バッテリＰＢを大電流充電から保護し、またオルタネータ６で充電されない状態では、鉛バッテリＰＢのみでなく充電された電源装置１００から電装機器５に電力を供給するので、鉛バッテリＰＢを充電と過放電から防止して、寿命を長くできる。
　本発明に係る電源装置及び電源装置を備える車両は、車両の電装用バッテリや補機バッテリに好適に利用できる。特に、回生制動で鉛バッテリを充電するアイドリングストップ機能を備えた車両に適用すると、鉛バッテリの負荷を軽減できる。
１００、１００’、１００”、１００Ｃ、２００…電源装置
１…蓄電器
２…蓄電器組
５…電装機器
６…オルタネータ
１０…蓄電器列；１０Ａ…第一蓄電器列；１０Ｂ…第二蓄電器列
２０…回路基板
２２、２２Ｃ…仕切壁
３０、３０’、３０”、３０Ｂ、３０Ｃ…収納ケース
３１、３１’、３１”、３１Ｂ…冷却風路
３２、３２”…被覆部
３４、３４’、３４ａ、３４ｂ、３４Ｂ…風路開口部
３５、３５’…端縁
５０…リード線
９６…エンジン
９７…車輪
９８…冷却ファン
９９…ラジエータ
ＰＢ…鉛バッテリ

Claims (11)

  1. 　充放電可能な複数の蓄電器を備える複数の蓄電器列と、
    　前記複数の蓄電器列の充放電を制御する回路を実装した回路基板と、
    　前記複数の蓄電器列及び前記回路基板を収納する収納ケースとを備える電源装置であって、
    　前記複数の蓄電器列は、
    　　前記回路基板に対してそれぞれが平行に配置されると共に、
    　　前記回路基板と隣接する第一蓄電器列と、
    　　前記第一蓄電器列に隣接する第二蓄電器列とを含み、
    　前記収納ケースは、
    　　前記回路基板と前記第一蓄電器列との間に設けられる仕切壁と、
    　　前記第一蓄電器列と前記第二蓄電器列の間に設けられる冷却風路と、
    　　前記冷却風路と連通される開口を有する風路開口部とを含むことを特徴とする電源装置。
  2. 　請求項１に記載の電源装置であって、
    　前記仕切壁は、前記回路基板を囲むように形成されてなることを特徴とする電源装置。
  3. 　請求項１又は２に記載の電源装置であって、
    　前記第一蓄電器列及び前記第二蓄電器列は、それぞれが、前記複数の蓄電器を直列に接続していると共に、前記第一蓄電器列及び前記第二蓄電器列が並列に接続されてなることを特徴とする電源装置。
  4. 　請求項１から３のいずれか一に記載の電源装置であって、
    　前記風路開口部の端縁を、開口端が広くなるようにカットしてなることを特徴とする電源装置。
  5. 　請求項１から４のいずれか一に記載の電源装置であって、
    　前記収納ケースは、前記蓄電器の、少なくとも前記冷却風路と対向する面を被覆する、絶縁性の被覆部を有することを特徴とする電源装置。
  6. 　請求項５に記載の電源装置であって、
    　前記蓄電器列は、互いに平行に配置される複数本の蓄電器組で構成されると共に、
    　前記蓄電器組は、各蓄電器の長手方向に接続される複数の蓄電器で構成され、
    　前記冷却風路は、前記蓄電器組を構成する各蓄電器に対応した位置に設けられてなることを特徴とする電源装置。
  7. 　請求項６に記載の電源装置であって、
    　前記蓄電器列は、円筒形の外装ケースを有する複数の蓄電器を含み、
    　前記被覆部は、前記被覆部を前記複数の蓄電器の表面に沿って曲面状に形成されることを特徴とする電源装置。
  8. 　請求項６又は７に記載の電源装置であって、
    　前記複数の蓄電器は、二次電池であることを特徴とする電源装置。
  9. 　請求項８に記載の電源装置であって、
    　前記二次電池は、ニッケル水素電池であることを特徴とする電源装置。
  10. 　請求項１から９のいずれか一に記載の電源装置であって、
    　前記蓄電器が、前記収納ケース内にあって、それぞれ垂直姿勢に保持されてなることを特徴とする電源装置。
  11. 　請求項１から１０のいずれか一に記載の電源装置を備える車両であって、
    　走行用のエンジンと、
    　前記走行用のエンジンを冷却するためのラジエータと、
    　前記ラジエータに向けて強制送風する冷却ファンとを備え、
    　前記冷却風路は、前記冷却ファンの風路上に配置されてなることを特徴とする車両。
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