(57)【要約】【課題】特性の異なる蓄電装置を併用する電源装置において、体格の小型化を図ることができる電源装置を提供することを目的とする。【解決手段】電源装置は、主電源として用いられる複数の主蓄電セル３０と、主蓄電セル３０よりも内部抵抗及び容量が小さく、主蓄電セルに対して補完的に用いられる複数の副蓄電セル５０と、を有する複合電源部２０と、複合電源部２０に接続され、主蓄電セル３０と副蓄電セル５０とに生じる熱を放熱する放熱器１１と、を備える。複合電源部２０は、主蓄電セル３０と副蓄電セル５０とが交互に配置されて構成されており、主蓄電セル３０は、副蓄電セル５０の外装缶５１を介して放熱器１１と熱的に接続されている。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主電源として用いられる複数の主蓄電セル（３０）と、前記主蓄電セルよりも内部抵抗及び容量が小さく、前記主蓄電セルに対して補完的に用いられる複数の副蓄電セル（５０）と、を有する複合電源部と、
前記複合電源部に接続され、前記主蓄電セルと前記副蓄電セルとに生じる熱を放熱する放熱器（１１）と、を備え、
前記複合電源部は、前記主蓄電セルと前記副蓄電セルとが交互に配置されて構成されており、
前記主蓄電セルは、前記副蓄電セルの外装缶（５１）を介して前記放熱器と熱的に接続されている、電源装置。
【請求項２】
前記主蓄電セルの外装缶を主外装缶とし、
前記副蓄電セルの外装缶を副外装缶とし、
前記主外装缶及び前記副外装缶のそれぞれは、厚さ方向において扁平な直方体状をなしており、
前記主蓄電セルと前記副蓄電セルとは、前記主外装缶において厚さ方向を向く側面と前記副外装缶において厚さ方向を向く側面とを当接させて交互に配置されており、
前記主外装缶において厚さ方向を向く側面は、前記副外装缶において厚さ方向を向く側面よりも面積が小さくされており、かつ前記主外装缶において厚さ方向を向く側面の全面が前記副外装缶において厚さ方向を向く側面に当接されている、請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記主外装缶において厚さ方向と直交する幅方向に延びる面であって、かつ、前記主外装缶において厚さ方向を向く側面と直交する面が主端子面（３４）とされており、
前記副外装缶において厚さ方向と直交する幅方向に延びる面であって、かつ、前記副外装缶において厚さ方向を向く側面と直交する面が副端子面（５４）とされており、
前記主外装缶は、前記主端子面において幅方向に離間して配置された正極端子（３２）と負極端子（３３）とを有し、
前記副外装缶は、前記副端子面において幅方向に離間して配置された正極端子（５２）と負極端子（５３）とを有し、
前記各主蓄電セルは、前記主端子面を同一方向に向けて、かつ、厚さ方向において隣り合う前記主蓄電セルのうち一方の前記主蓄電セルの正極端子と他方の前記主蓄電セルの負極端子とが厚さ方向に並ぶように配置されており、
前記各副蓄電セルは、前記副端子面を同一方向に向けて、かつ、厚さ方向において隣り合う前記副蓄電セルのうち一方の前記副蓄電セルの正極端子と他方の前記副蓄電セルの負極端子とが厚さ方向に並ぶように配置されており、
厚さ方向に隣り合う前記主蓄電セルのうち、一方の前記主蓄電セルの正極端子と他方の前記主蓄電セルの負極端子とを電気的に接続している主導電部材（７０）と、
厚さ方向に隣り合う前記副蓄電セルのうち、一方の前記副蓄電セルの正極端子と他方の前記副蓄電セルの負極端子とを電気的に接続している副導電部材（７５）と、を備える請求項２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記各主蓄電セルと前記各副蓄電セルとは、前記主端子面と前記副端子面とを同一方向に向けて配置されており、
前記副外装缶の幅方向の長さ寸法は、前記主外装缶の幅方向の長さ寸法よりも大きくされており、
前記副外装缶の幅方向における外縁のそれぞれが前記主外装缶の幅方向における外縁のそれぞれよりも幅方向において外側となるように、前記各主蓄電セル及び前記各副蓄電セルとが配置されており、
前記副端子面の正極端子及び負極端子のそれぞれは、幅方向において前記主端子面よりも外側となるように前記副端子面に設けられており、
前記副導電部材は、前記副端子面の正面視において、厚さ方向に並ぶ前記副蓄電セルに挟まれた空間の上方を通るように設けられている、請求項３に記載の電源装置。
【請求項５】
厚さ方向に並ぶ前記主蓄電セルにおいて高電位側の前記主蓄電セルから低電位側の前記主蓄電セルへと向かう配置方向と、厚さ方向に並ぶ前記副蓄電セルにおいて高電位側の前記副蓄電セルから低電位側の前記副蓄電セルへと向かう配置方向とが同じになるように、前記各主蓄電セルと前記各副蓄電セルとが配置されている、請求項３から請求項４のいずれか一項に記載の電源装置。
【請求項６】
前記複合電源部を収容する収容ケース（１４）を備え、
前記主導電部材と、前記副導電部材とは、前記収容ケースに配置された共通のグランド端子（Ｔ３）に接続されている、請求項５に記載の電源装置。
【請求項７】
前記収容ケースは直方体状であって、
前記グランド端子と、直列に接続された前記主蓄電セルのうち最も高電位側の主蓄電セルが接続された端子である第１端子（Ｔ１）と、直列に接続された前記副蓄電セルのうち最も高電位側の副蓄電セルが接続された端子である第２端子（Ｔ２）とを配置する端子配置部（１５）を備え、
前記端子配置部は、前記収容ケースの一辺に沿って、前記第２端子と、前記第１端子と、前記グランド端子とをこの順序で配置している、請求項６に記載の電源装置。
【請求項８】
前記各主蓄電セルと前記各副蓄電セルとは、前記主端子面と前記副端子面とを同一方向に向けて配置されており、
前記複合電源部は、
厚さ方向に並ぶ前記主蓄電セルと前記副蓄電セルとで構成された第１蓄電セル群（２１）と、
厚さ方向に並ぶ前記主蓄電セルと前記副蓄電セルとで構成され、前記主蓄電セル及び前記副蓄電セルの幅方向において前記第１蓄電セル群と並ぶ第２蓄電セル群（２２）と、を有し、
幅方向において前記第１蓄電セル群を構成する前記主蓄電セルの隣りに前記第２蓄電セル群を構成する前記主蓄電セルが配置され、幅方向において前記第１蓄電セル群を構成する前記副蓄電セルの隣りに前記第２蓄電セル群を構成する前記副蓄電セルが配置されており、
幅方向に隣り合う前記主蓄電セルの内、一方の前記主蓄電セルの前記正極端子と、他方の前記主蓄電セルの前記負極端子とが隣り合って配置されており、
前記幅方向に隣り合う前記副蓄電セルの内、一方の前記副蓄電セルの前記正極端子と、他方の前記副蓄電セルの前記負極端子とが隣り合って配置されており、
前記第１蓄電セル群を構成する前記主蓄電セルにおいて厚さ方向で最も端に位置する２つの前記主蓄電セルのうち、一方の主蓄電セルが第１主端部セル（３６）とされており、
前記第１蓄電セル群を構成する前記副蓄電セルにおいて厚さ方向で最も端に位置する２つの前記副蓄電セルのうち、前記第１主端部セルと厚さ方向で隣り合う副蓄電セルが第１副端部セル（３７）とされており、
前記第２蓄電セル群を構成する前記主蓄電セルのうち、幅方向において前記第１主端部セルと隣り合う主蓄電セルが第２主端部セル（５６）とされており、
前記第２蓄電セル群を構成する前記副蓄電セルのうち、幅方向において前記第１副端部セルと隣り合う副蓄電セルが第２副端部セル（５７）とされており、
前記第１主端部セルと前記第２主端部セルとは、前記主導電部材により直列接続されており、
前記第１副端部セルと前記第２副端部セルとは、前記副導電部材により直列接続されている、請求項５から請求項７のいずれか一項に記載の電源装置。
【請求項９】
前記主蓄電セルは、前記主端子面が前記副端子面から略９０度又は略１８０度ずれた状態で、前記副蓄電セルに対して配置されている、請求項３に記載の電源装置。
【請求項１０】
前記主蓄電セルの状態を管理する第１管理部（１７）と、
前記副蓄電セルの状態を管理する第２管理部（１８）と、
前記第１管理部と前記第２管理部とが配置されている共通の基板と、を備える、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の電源装置。
【請求項１１】
前記主蓄電セルは二次電池であり、前記副蓄電セルはキャパシタである、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の電源装置。
【請求項１２】
前記放熱器の放熱制御を行う放熱制御部と、
前記主蓄電セルの温度が所定の使用温度範囲内であるか否かを判定する温度判定部と、
前記主蓄電セルの温度が前記使用温度範囲の下限値を下回ったと前記温度判定部により判定された場合に、前記放熱制御部による前記放熱器の放熱制御を停止し、前記副蓄電セルの放電を前記主蓄電セルの放電よりも優先する優先部と、を備える請求項１１に記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両に使用される電源装置として二次電池やキャパシタ等の蓄電装置を備えるものが知られている。例えば、二次電池は化学反応を利用することで電力を供給する。また、キャパシタは、電極の間に電荷を蓄えることで、この電荷を電力として供給する。二次電池とキャパシタとを比較した場合、二次電池は大容量である反面、内部抵抗が大きく電力の出し入れに要する速度がキャパシタと比べて低いという特性がある。
【０００３】
特許文献１には、内部抵抗及び容量の異なる２つの蓄電装置を備える電源装置が開示されている。特許文献１に記載の電源装置では、内部抵抗及び容量の大きい方の蓄電装置が主電源として用いられ、内部抵抗及び容量の小さい方の蓄電装置が、主電源として用いられる蓄電装置に対して補完的に用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１０２５９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された電源装置のように、主電源として用いられる蓄電装置は、熱負荷が高く、安定的に充放電を行うためには、冷却性能を高める必要がある。冷却性能を高めるために、各蓄電装置の間に集熱部材を配置する方法もあるが、集熱部材の分だけ車両内の実装スペースを広く確保する必要がある。また、このような課題は、電源装置を車両以外の装置に実装する場合にも生じ得る。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みたものであり、特性の異なる蓄電装置を併用する電源装置において、体格の小型化を図ることができる電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、第１の発明では、主電源として用いられる複数の主蓄電セルと、前記主蓄電セルよりも内部抵抗及び容量が小さく、前記主蓄電セルに対して補完的に用いられる複数の副蓄電セルと、を有する複合電源部と、前記複合電源部に接続され、前記主蓄電セルと前記副蓄電セルとに生じる熱を放熱する放熱器と、を備え、前記複合電源部は、前記主蓄電セルと前記副蓄電セルとが交互に配置されて構成されており、前記主蓄電セルは、前記副蓄電セルの外装缶を介して前記放熱器と熱的に接続されている。
【０００８】
第１の発明では、副蓄電セルは、主蓄電セルに対して補完的に用いられる。このため、副蓄電セルの使用頻度は、主蓄電セルの使用頻度よりも小さくなる傾向にある。したがって、副蓄電セルの発熱量が主蓄電セルの発熱量よりも小さくなる傾向にあり、副蓄電セルの温度が主蓄電セルの温度よりも低くなる傾向があることに本発明者は着目した。そして本発明者は、主蓄電セルと副蓄電セルとを交互に配置して複合電源部を構成するとともに、この複合電源部において、主蓄電セルから副蓄電セルの外装缶を経由して放熱器に至る伝熱経路を形成できると共に、主蓄電セルの放熱に対して副蓄電セルが熱マスとして働き、主蓄電セルの温度上昇を緩慢にすることができるとの知見を得た。
【０００９】
そこで第１の発明では、主蓄電セルと副蓄電セルとが交互に配置されて構成される複合電源部において、主蓄電セルは、副蓄電セルの外装缶を介して主蓄電セル及び放熱器と熱的に接続されている。この場合、複合電源部には、主蓄電セルにより生じた熱を、放熱器へと直接伝える伝熱経路に加えて、主蓄電セルにより生じた熱を副蓄電セルの外装缶を経由して放熱器へと伝える伝熱経路が形成されることとなる。したがって、主蓄電セルの冷却性能を高めるために、主蓄電セルにより生じた熱を放熱器に伝えるための集熱部材を新たに設ける必要がない。また、副蓄電セルは、主蓄電セルの熱マスとして働き、主蓄電セルの温度上昇を緩慢にすることができ、かつ放熱効果を高めることができる。その結果、電源装置を小型化することができ、ひいてはこの電源装置が搭載される装置のスペースを有効に活用することができる。
【００１０】
第２の発明では、前記主蓄電セルの外装缶を主外装缶とし、前記副蓄電セルの外装缶を副外装缶とし、前記主外装缶及び前記副外装缶のそれぞれは、厚さ方向において扁平な直方体状をなしており、前記主蓄電セルと前記副蓄電セルとは、前記主外装缶において厚さ方向を向く側面と前記副外装缶において厚さ方向を向く側面とを当接させて交互に配置されており、前記主外装缶において厚さ方向を向く側面は、前記副外装缶において厚さ方向を向く側面よりも面積が小さくされており、かつ前記主外装缶において厚さ方向を向く側面の全面が前記副外装缶において厚さ方向を向く側面に当接されている。
【００１１】
上記構成では、主外装缶において厚さ方向を向く側面が、副外装缶において厚さ方向を向く側面よりも面積が小さくされている。そして、主外装缶の側面は、その全面が副外装缶の側面に当接されている。このため、主蓄電セルから生じる熱が主外装缶の側面を介して、副蓄電セルの副外装缶に伝わり易くなり、主蓄電セルの冷却性能を高めることができる。
【００１２】
第３の発明では、前記主外装缶において厚さ方向と直交する幅方向に延びる面であって、かつ、前記主外装缶において厚さ方向を向く側面と直交する面が主端子面とされており、前記副外装缶において厚さ方向と直交する幅方向に延びる面であって、かつ、前記副外装缶において厚さ方向を向く側面と直交する面が副端子面とされており、前記主外装缶は、前記主端子面において幅方向に離間して配置された正極端子と負極端子とを有し、前記副外装缶は、前記副端子面において幅方向に離間して配置された正極端子と負極端子とを有し、前記各主蓄電セルは、前記主端子面を同一方向に向けて、かつ、厚さ方向において隣り合う前記主蓄電セルのうち一方の前記主蓄電セルの正極端子と他方の前記主蓄電セルの負極端子とが厚さ方向に並ぶように配置されており、前記各副蓄電セルは、前記副端子面を同一方向に向けて、かつ、厚さ方向において隣り合う前記副蓄電セルのうち一方の前記副蓄電セルの正極端子と他方の前記副蓄電セルの負極端子とが厚さ方向に並ぶように配置されており、厚さ方向に隣り合う前記主蓄電セルのうち、一方の前記主蓄電セルの正極端子と他方の前記主蓄電セルの負極端子とを電気的に接続している主導電部材と、厚さ方向に隣り合う前記副蓄電セルのうち、一方の前記副蓄電セルの正極端子と他方の前記副蓄電セルの負極端子とを電気的に接続している副導電部材と、を備える。
【００１３】
上記構成では、厚さ方向において並ぶ主蓄電セルと副蓄電セルとは、主端子面又は副端子面を同一方向に向けつつ、一方のセルにおける正極端子と他方のセルにおける負極端子とが厚さ方向に並ぶように配置されている。そのため、各セルを直列接続する場合に、正極端子と負極端子との間隔を狭くすることができるため、導電部材の長さを短くでき、この導電部材の内部抵抗が高くなるのを抑制することができる。その結果、導電部材から生じる熱を抑制し、主蓄電セル又は副蓄電セルの周囲温度の上昇を抑制することができる。さらに、本構成においては、各端子と各導電部材とが同一方向に揃うので、例えば溶接の手法を用いて、電気接続を取る際に加工が容易になり、作業者の負担を軽減することができる。
【００１４】
第４の発明では、前記各主蓄電セルと前記各副蓄電セルとは、前記主端子面と前記副端子面とを同一方向に向けて配置されており、前記副外装缶の幅方向の長さ寸法は、前記主外装缶の幅方向の長さ寸法よりも大きくされており、前記副外装缶の幅方向における外縁のそれぞれが前記主外装缶の幅方向における外縁のそれぞれよりも幅方向において外側となるように、前記各主蓄電セル及び前記各副蓄電セルとが配置されており、前記副端子面の正極端子及び負極端子のそれぞれは、幅方向において前記主端子面よりも外側となるように前記副端子面に設けられており、前記副導電部材は、前記副端子面の正面視において、厚さ方向に並ぶ前記副蓄電セルに挟まれた空間の上方を通るように設けられている。
【００１５】
副蓄電セルで生じた熱の放熱速度が遅いと、主蓄電セルから副蓄電セルへ伝わる熱量が低下する場合がある。この点、上記構成では、主蓄電セルと副蓄電セルとを交互に配置した状態においても、端子間を接続する副導電部材の下方に空間が形成されるため、この空間により副導電部材の放熱性能を高めることができる。その結果、副蓄電セルで生じた熱を副導電部材により速やかに放熱でき、主蓄電セルから副蓄電セルへ伝わる熱量が低下するのを抑制することができる。その結果、電池セルの冷却性能を高めることができる。さらに、各蓄電セルの端子面を同じ方向に向けて配置させることで、複合電源部に導電部材を組み付ける際の作業性を高めることができる。
【００１６】
第５の発明では、厚さ方向に並ぶ前記主蓄電セルにおいて高電位側の前記主蓄電セルから低電位側の前記主蓄電セルへと向かう配置方向と、厚さ方向に並ぶ前記副蓄電セルにおいて高電位側の前記副蓄電セルから低電位側の前記副蓄電セルへと向かう配置方向とが同じになるように、前記各主蓄電セルと前記各副蓄電セルとが配置されている。
【００１７】
主蓄電セルと副蓄電セルとが充放電を繰り返すことで、主外装缶と副外装缶とに電荷が帯電する。ここで、各外装缶の表面に結露等が生じ、主外装缶と副外装缶とが電気的に接続されると、主外装缶と副外装缶とに帯電している電荷の電位差に応じた電流が流れる場合がある。この点、第５の発明では、直列接続された各主蓄電セルと各副蓄電セルとの電位の高低の向きを同じ方向に揃えることで、厚さ方向に並ぶ主外装缶と副外装缶との間の電位差を低くできる。これにより、主外装缶と副外装缶との表面に結露が生じる場合でも、各外装缶に流れる電流を小さくし、電蝕等の被害が大きくなるのを抑制することができる。
【００１８】
第６の発明では、前記複合電源部を収容する収容ケースを備え、前記主導電部材と、前記副導電部材とは、前記収容ケースに配置された共通のグランド端子に接続されている。
【００１９】
上記構成では、主蓄電セルと副蓄電セルとで、グランド端子を共通化できる。このため、主蓄電セルと副蓄電セルとが別々のグランド端子に接続される場合と比べて、端子数を削減することができ、電源装置を小型化することができる。
【００２０】
第７の発明では、前記収容ケースは直方体状であって、前記グランド端子と、直列に接続された前記主蓄電セルのうち最も高電位側の主蓄電セルが接続された端子である第１端子と、直列に接続された前記副蓄電セルのうち最も高電位側の副蓄電セルが接続された端子である第２端子とを配置する端子配置部を備え、前記端子配置部は、前記収容ケースの一辺に沿って、前記第２端子と、前記第１端子と、前記グランド端子とをこの順序で配置している。
【００２１】
上記構成では、収容ケースの端子配置部には、収容ケースの一辺に沿って、第２端子と、第１端子と、グランド端子とがこの順序で配置されている。このため、副蓄電セルに接続された第２端子を、主蓄電セルに接続された第１端子よりも外側に配置することができる。これにより、第１端子の電位が第２端子の電位よりも高い場合において、導電性の物体が収容ケースに接触したときでも、この物体が第１端子に接触する可能性を低くできる。その結果、第１端子から導電性の物体へと過電流が流れるのを防止することができる。
【００２２】
第８の発明では、前記各主蓄電セルと前記各副蓄電セルとは、前記主端子面と前記副端子面とを同一方向に向けて配置されており、前記複合電源部は、厚さ方向に並ぶ前記主蓄電セルと前記副蓄電セルとで構成された第１蓄電セル群と、厚さ方向に並ぶ前記主蓄電セルと前記副蓄電セルとで構成され、前記主蓄電セル及び前記副蓄電セルの幅方向において前記第１蓄電セル群と並ぶ第２蓄電セル群とを有し、前記幅方向において前記第１蓄電セル群の前記主蓄電セルの隣りに前記第２蓄電セル群の前記主蓄電セルが配置され、前記幅方向において前記第１蓄電セル群の前記副蓄電セルの隣りに前記第２蓄電セル群の前記副蓄電セルが配置されており、前記幅方向に隣り合う前記主蓄電セルの内、一方の前記主蓄電セルの前記正極端子と、他方の前記主蓄電セルの前記負極端子とが隣り合って配置されており、前記幅方向に隣り合う前記副蓄電セルの内、一方の前記副蓄電セルの前記正極端子と、他方の前記副蓄電セルの前記負極端子とが隣り合って配置されており、前記第１蓄電セル群を構成する前記主蓄電セルにおいて厚さ方向で最も端に位置する２つの前記主蓄電セルのうち、一方の主蓄電セルが第１主端部セルとされており、前記第２蓄電セル群を構成する前記副蓄電セルにおいて厚さ方向で最も端に位置する２つの前記副蓄電セルのうち、前記第１主端部セルと厚さ方向で隣り合う副蓄電セルが第１副端部セルとされており、前記第２蓄電セル群を構成する前記主蓄電セルのうち、幅方向において前記第１主端部セルと隣り合う主蓄電セルが第２主端部セルとされており、前記第２蓄電セル群を構成する前記副蓄電セルのうち、幅方向において前記第１副端部セルと隣り合う副蓄電セルが第２副端部セルとされている。第８の発明では、前記第１主端部セルと前記第２主端部セルとは、前記主導電部材により直列接続されており、前記第１副端部セルと前記第２副端部セルとは、前記副導電部材により直列接続されている。
【００２３】
上記構成では、第１蓄電セル群を構成する主蓄電セル及び副蓄電セルにおいて厚さ方向で最も端に位置する第１主端部セルと第２副端部セルとが、第２蓄電セル群を構成する主蓄電セル及び副蓄電セルにおける第２主端部セルと第２副端部セルと、それぞれ幅方向で隣り合っている。そのため、第１主端部セルと第２主端部セルとを直列接続する主導電部材、及び第１副端部セルと第２副端部セルとを直列接続する副導電部材の長さを短くすることができる。また、複合電源部を幅方向において並ぶ第１蓄電セル群と第２蓄電セル群とで分割して配置することで、この複合電源部が蓄電セルの配置方向で長くなるのを抑制することができる。
【００２４】
第９の発明では、前記主蓄電セルは、前記主端子面が前記副端子面から略９０度又は略１８０度ずれた状態で、前記副蓄電セルに対して配置されている。このため、主蓄電セルと副蓄電セルとで導電部材が取り付けられる面が異なり、複合電源部の所定方向の領域に実装される導電部材の数の増加を抑制することができる。これにより、主端子面と副端子面とが同一方向に向けられている場合に比べて、導電部材間の距離を広くすることができ、導電部材の放熱速度を高めることができる。その結果、各蓄電セルで生じた熱を速やかに放熱でき、主蓄電セルから副蓄電セル５０へ伝わる熱量が低下するのを抑制することができる。したがって、電池セル３０の冷却性能を高めることができる。
【００２５】
第１０の発明では、前記主蓄電セルの状態を管理する第１管理部と、前記副蓄電セルの状態を管理する第２管理部と、前記第１管理部と前記第２管理部とが配置されている共通の基板と、を備える。上記構成では、主蓄電セルを管理する第１管理部と、副蓄電セルを管理する第２管理部とが、それぞれ同じ基板上に配置されている。このため、第１管理部及び第２管理部のそれぞれが各別の基板に配置されている構成と比べて、基板の増加を回避でき、ひいては装置の肥大化を抑制することができる。
【００２６】
第１１の発明では、前記主蓄電セルは二次電池であり、前記副蓄電セルはキャパシタである。上記構成では、容量が大きい二次電池を主電源として用い、充放電の速度が速いキャパシタを補完的に使用することで、車両の仕様に応じて電源装置の出力特性を適正なものとすることができる。
【００２７】
第１２の発明では、前記放熱器の放熱制御を行う放熱制御部と、前記主蓄電セルの温度が所定の使用温度範囲内であるか否かを判定する温度判定部と、前記主蓄電セルの温度が前記使用温度範囲の下限値を下回ったと前記温度判定部により判定された場合に、前記放熱制御部による前記放熱器の放熱制御を停止し、前記副蓄電セルの放電を前記主蓄電セルの放電よりも優先する優先部と、を備える。
【００２８】
化学反応により出力電圧を発生させる二次電池は、物理的に電荷を蓄電することで出力電圧を発生させるキャパシタと比べて、使用温度範囲が狭いことが知られている。この点、上記構成では、二次電池である主蓄電セルの温度が使用温度範囲を下回った場合に、放熱器の駆動を停止し、副蓄電セルでの給電を優先して行うことで、副蓄電セルからの熱により主蓄電セルを暖機することができる。この場合、ヒータ等の別部材を使用することなく、副蓄電セルから生じる熱を利用して、主蓄電セルを暖機することができ、装置の肥大化及びやコストを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】第１実施形態における車両用制御システムの全体構成図。
【図２】電源装置の構成を説明する図。
【図３】電源装置を説明する図。
【図４】主蓄電セルの構成を説明する図。
【図５】副蓄電セルの構成を説明する図。
【図６】主蓄電セルと副蓄電セルとの配置状態を説明する図。
【図７】車両用制御システムの動作を説明する図。
【図８】電池セルが主電源として使用される期間における各蓄電セルの熱の流れを説明する図。
【図９】主蓄電セルと、副蓄電セルとで構成された複合電源部を主端子面，副端子面側から見た図。
【図１０】第２実施形態における複合電源部を示す図。
【図１１】第２実施形態における複合電源部を示す図。
【図１２】第３実施形態において、制御部により実施される処理を説明するフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した第１実施形態を図面に基づいて説明する。車両用制御システムを構成する電源装置は、車載の各種電気負荷に電力を供給する。また、この実施形態において、電源装置が実装される車両は、走行動力源として、内燃機関であるエンジンと、回転電機とを備えるハイブリット車両である。
【００３１】
まずは、本実施形態に係る車両用制御システム１００について、図１を用いて説明する。車両用制御システム１００は、電源装置１０と、冷却装置８０と、電力変換部９０と、回転電機９４と、制御部９５とを備えている。
【００３２】
電源装置１０は、直列接続された複数の電池セル３０と、直列接続された複数のキャパシタセル５０とを備えている。電池セル３０は、主電源として用いられ、キャパシタセル５０は、電池セル３０よりも内部抵抗及び容量が小さく、電池セル３０に対して補完的に用いられる。この実施形態では、電池セル３０として、リチウムイオン電池を用い、キャパシタセル５０として、電気二重層式のキャパシタを用いている。本実施形態において、電池セル３０が主蓄電セルに相当し、キャパシタセル５０が副蓄電セルに相当する。
【００３３】
電源装置１０には、電池セル３０に電気的に接続された第１端子Ｔ１、キャパシタセル５０に電気的に接続された第２端子Ｔ２、及びグランド端子Ｔ３が設けられている。本実施形態において、第１端子Ｔ１は、電池セル３０の放電時において出力端子として機能し、電池セル３０の充電時において入力端子として機能する。また本実施形態において、第２端子Ｔ２は、キャパシタセル５０の放電時において出力端子として機能し、キャパシタセル５０の充電時において入力端子として機能する。グランド端子Ｔ３は車両用制御システム１００におけるグランドに接続されている。
【００３４】
また、電源装置１０は、電池セル３０及びキャパシタセル５０の状態を監視し、その監視結果を制御部９５に出力する監視ユニット１６を備えている。図２に示すように、監視ユニット１６は、電池セル３０の状態を管理する第１管理部１７と、キャパシタセル５０の状態を管理する第２管理部１８と、第１管理部１７と第２管理部１８とが実装されている共通の基板１９と、を備えている。第１管理部１７は、各電池セル３０に接続されており、電池セル３０の状態として、電池セル３０の電圧、電流及び温度の少なくとも１つを監視する。第１管理部１７は、各電池セル３０の状態の監視結果に基づいて、例えば各電池セル３０の蓄電量の管理を行う。第２管理部１８は、各キャパシタセル５０に接続されており、キャパシタセル５０の状態として、キャパシタセル５０の電圧、電流及び温度の少なくとも１つを監視する。第２管理部１８は、各キャパシタセル５０の状態の監視結果に基づいて、例えば各キャパシタセル５０の蓄電量の管理を行う。
【００３５】
冷却装置８０は、電源装置１０を冷却する機能を有している。冷却装置８０は、電源装置１０に冷却流体を流入させる流入側経路８１と、電源装置１０から排出された冷却流体が流れる排出側経路８２と、この排出側経路８２に設けられており冷却流体を循環させるポンプ８３と、排出側経路８２を通じて排出された冷却流体を冷却するラジエータ８４と、を備えている。ポンプ８３の駆動により、冷却流体は、流入側経路８１、電源装置１０、排出側経路８２、及びラジエータ８４の間を循環する。例えば、冷却流体は、水等の液体や、空気等の気体を用いることができる。また、ポンプ８３は、制御部９５と接続されており、制御部９５によりその駆動が制御される。
【００３６】
回転電機９４は、図示しない車載エンジンの出力軸の回転により発電したり、走行中の車両の運動エネルギにより回生発電したりする発電機能と、出力軸に回転力を付与する動力出力機能とを備えている。
【００３７】
電力変換部９０は、電源装置１０の出力電圧を変圧するＤＣ・ＤＣコンバータ９１と、電源装置１０が出力する直流電圧を回転電機９４の駆動に必要な交流電圧に変換するインバータ９２と、を備えている。本実施形態では、ＤＣ・ＤＣコンバータ９１として、入力電圧を降圧して出力する降圧コンバータを用いており、具体的には例えば非絶縁式の降圧コンバータを用いることができる。ＤＣ・ＤＣコンバータ９１の入力側には、電源装置１０の第１端子Ｔ１に接続された第１電気経路Ｌ１と、グランド端子Ｔ３に接続された第３電気経路Ｌ３とが接続されている。ＤＣ・ＤＣコンバータ９１の出力側には、第２端子Ｔ２に接続された第２電気経路Ｌ２と、第３電気経路Ｌ３とが接続されている。ＤＣ・ＤＣコンバータ９１は、第１電気経路Ｌ１を介して入力された直流電圧を降圧して第２電気経路Ｌ２に出力する。第２電気経路Ｌ２及び第３電気経路Ｌ３には、インバータ９２が接続されている。インバータ９２には、第２電気経路Ｌ２を介してＤＣコンバータ９１からの電力が供給される。
【００３８】
なお、インバータ９２は、交流電圧を直流電圧に整流する整流機能を備えている。インバータ９２は、車両の制動時には、回生発電によって回転電機９４から出力された交流電流を直流電流に整流する。整流された電流が電源装置１０を構成する各キャパシタセル５０に供給されることにより、各キャパシタセル５０が充電される。また、整流された電流がＤＣ・ＤＣコンバータ９１を介して電源装置１０を構成する各電池セル３０に供給されることにより、各電池セル３０が充電される。
【００３９】
制御部９５は、車両用制御システム１００の全体動作を制御する。制御部９５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備える周知のコンピュータとして構成され、運転者による車両操作や車両状態等に基づいて、車両の要求駆動力を算出するとともに、その要求駆動力に基づき電源装置１０、冷却装置８０及び電力変換部９０を制御する。また、制御部９５には、上流温度センサ９６ａ、中間温度センサ９６ｂ、下流温度センサ９６ｃ、及び監視ユニット１６が接続されている。上流温度センサ９６ａ、中間温度センサ９６ｂ及び下流温度センサ９６ｃは、冷却装置８０を流れる冷却流体の温度を検出する。上流温度センサ９６ａは、電源装置１０と冷却装置８０の流入側経路８１とを繋ぐ位置に配置されている。また、中間温度センサ９６ｂは、電源装置１０の内部に配置されている。そして、下流温度センサ９６ｃは、電源装置１０と冷却装置の排出側経路８２とを繋ぐ位置に配置されている。制御部９５は、各温度センサ９６ａ〜９６ｃによる検出温度や、監視ユニット１６による電源装置１０の監視結果に基づいて、電源装置１０、冷却装置８０、及び電力変換部９０を制御する。
【００４０】
制御部９５は、監視ユニット１６による電源装置１０の監視結果に基づいて、電源装置１０の蓄電状態を示すＳＯＣ（State of Charge）を算出する。このＳＯＣにより、回転電機９４から各蓄電セルへの充電量や、各蓄電セルから回転電機９４等への放電量が制御される。
【００４１】
次に、電源装置１０の構成を説明する。図３（ａ），（ｂ）に示すように、電源装置１０は、複合電源部２０と、主導電部材として機能する主バスバー７０と、副導電部材として機能する副バスバー７５と、放熱器１１と、収容ケース１４と、を備えている。
【００４２】
収容ケース１４は、複合電源部２０を収容している。収容ケース１４は、直方体状であり、その周縁部に、第１端子Ｔ１と、第２端子Ｔ２と、グランド端子Ｔ３とが配置される端子配置部１５を有している。端子配置部１５は、収容ケース１４の一辺に沿って、第２端子Ｔ２と、第１端子Ｔ１と、グランド端子Ｔ３とがこの順序で配置されている。
【００４３】
複合電源部２０は、図２に示すように、電池セル３０とキャパシタセル５０とが交互に配置されて構成されている。本実施形態では、キャパシタセル５０の数が、電池セル３０の数よりも１つ多い。このため、交互に配置された各セルのうち最も端に位置するセルがキャパシタセル５０とされている。複合電源部２０の内、複数の電池セル３０が主バスバー７０により直列接続されることで電池モジュールが形成され、複数のキャパシタセル５０が副バスバー７５により直列接続されることでキャパシタモジュールが形成されている。
【００４４】
まず、電池セル３０について説明する。図４（ａ），（ｂ）に示すように、電池セル３０は、主外装缶３１と、この主外装缶３１に収容されて化学反応により起電力を生じさせる蓄電素子４０と、を備えている。主外装缶３１は、厚さ方向において扁平な直方体状をなしている。以下では、主外装缶３１及び後述する副外装缶５１の厚さ方向を、厚さ方向Ｄ１と記載し、この厚さ方向Ｄ１に対して直交する方向を幅方向Ｄ２と記載し、厚さ方向Ｄ１と幅方向Ｄ２とのそれぞれに直交する方向を高さ方向Ｄ３と記載する。
【００４５】
本実施形態において、主外装缶３１は、１つの主端子面３４と、厚さ方向Ｄ１を向く２つの側面である主当接面３５とを備えている。主端子面３４は、主外装缶３１において幅方向Ｄ２に延びる面であって、かつ、主当接面３５と直交する面である。主端子面３４には、正極端子３２ｐと負極端子３２ｎとが幅方向Ｄ２に離間して配置されている。本実施形態では、図４（ａ）に示すように、正極端子３２ｐと負極端子３２ｎとが幅方向Ｄ２において第１距離Ｐ１だけ離間して配置されている。
【００４６】
蓄電素子４０は、正極端子３２ｐと接続された正極電極、負極端子３２ｎと接続された負極電極、及び正極電極と負極電極とを分離するセパレータとを備えている。なお本実施形態では、上述したように電池セル３０としてリチウムイオン電池を用いている。このため、正極電極の材料としてリチウム遷移金属化合物を用い、負極電極の材料としてグラファイトを用いることができる。
【００４７】
次に、キャパシタセル５０について説明する。図５（ａ），（ｂ）に示すように、キャパシタセル５０は、副外装缶５１と、この副外装缶５１に収容され電荷を充放電する電荷素子４５と、を備えている。副外装缶５１は、厚さ方向Ｄ１において扁平な直方体状をなしている。本実施形態において、副外装缶５１は、１つの副端子面５４と、厚さ方向Ｄ１を向く２つの側面である副当接面５５とを備えている。副端子面５４は、副外装缶５１において、幅方向Ｄ２に延びる面であって、かつ、副当接面５５と直交する面である。副端子面５４には、正極端子５２ｐと負極端子５２ｎとが幅方向Ｄ２に離間して配置されている。本実施形態では、図５（ａ）に示すように、正極端子５２ｐと負極端子５２ｎとが幅方向Ｄ２において第２距離Ｐ２だけ離間して配置されている。
【００４８】
電荷素子４５は、正極端子５２ｐに接続されてかつプラス側に帯電する正極側電極、負極端子５２ｎに接続されてかつマイナス側に帯電する負極側電極、及び正極側電極と負極側電極とを分離するセパレータを備えている。なお、キャパシタセル５０がリチウムイオンキャパシタの場合、正極側電極として、アルミニウムの表面に炭素を塗布したものを用いることができ、負極側電極として、アルミニウムの表面に炭素が塗布されるとともに、この炭素にリチウムイオンが添加されたものを用いることができる。
【００４９】
図６に示すように、本実施形態において、主外装缶３１において厚さ方向Ｄ１を向く主当接面３５の面積は、副外装缶５１において厚さ方向Ｄ１を向く副当接面５５の面積よりも小さくされている。具体的には、副当接面５５の幅方向Ｄ２の長さ寸法Ｗ２は、主当接面３５の幅方向Ｄ２の長さ寸法Ｗ１よりも大きくされ、副当接面５５の高さ方向Ｄ３の長さ寸法と主当接面３５の高さ方向Ｄ３の長さ寸法とは同じ値に設定されている。なお、主外装缶３１の厚さ方向Ｄ１の長さ寸法は、副外装缶５１の厚さ方向Ｄ１の長さ寸法よりも大きくされている。
【００５０】
副端子面５４における正極端子５２ｐと負極端子５２ｎとの第２距離Ｐ２が、主外装缶３１の幅方向Ｄ２の長さ寸法Ｗ１よりも大きくされている。そして、副外装缶５１の幅方向Ｄ２における外縁のそれぞれが主外装缶３１の幅方向Ｄ２における外縁のそれぞれよりも幅方向Ｄ２において外側となるように、各電池セル３０及び各キャパシタセル５０とが配置されている。さらに、副外装缶５１の正極端子５２ｐ及び負極端子５２ｎのそれぞれは、幅方向Ｄ２において主外装缶３１の主端子面３４の外縁よりも外側となるように副端子面５４に設けられている。
【００５１】
図２に示すように、複合電源部２０において、各電池セル３０及び各キャパシタセル５０は、主端子面３４及び副端子面５４を同一方向に向けて配置されている。厚さ方向Ｄ１において隣り合う電池セル３０のうち一方の電池セル３０の正極端子３２ｐと他方の電池セル３０の負極端子３２ｎとが厚さ方向に並ぶように各電池セル３０が配置されている。また、厚さ方向において隣り合うキャパシタセル５０のうち一方のキャパシタセル５０の正極端子５２ｐと他方のキャパシタセル５０の負極端子５２ｎとが厚さ方向に並ぶように各キャパシタセル５０が配置されている。
【００５２】
厚さ方向に隣り合うキャパシタセル５０のうち、一方のキャパシタセル５０の正極端子５２ｐと他方のキャパシタセル５０の負極端子５２ｎとは、副バスバー７５によって接続されている。副バスバー７５は、副端子面５４の正面視において、電池セル３０を跨ぐように設けられている。各キャパシタセル５０のうち、最も高電位側のキャパシタセル５０の正極端子５２ｐには、第２端子Ｔ２が接続され、最も低電位側のキャパシタセル５０の負極端子５２ｎには、共通のグランド端子Ｔ３が接続されている。
【００５３】
厚さ方向に隣り合う電池セル３０のうち、一方の電池セル３０の正極端子３２ｐと他方の電池セル３０の負極端子３２ｎとは、主バスバー７０によって接続されている。主バスバー７０は、主端子面３４の正面視において、厚さ方向に並ぶキャパシタセル５０に挟まれた空間の上方を通るように設けられている。各電池セル３０のうち、最も高電位側の電池セル３０の正極端子３２ｐには、第１端子Ｔ１が接続され、最も低電位側の電池セル３０の負極端子３２ｎには、共通のグランド端子Ｔ３が接続されている。
【００５４】
次に、放熱器１１について説明する。放熱器１１は、複合電源部２０と熱的に接続され、複合電源部２０に生じる熱を奪うことで複合電源部２０を冷却する。放熱器１１は、例えば、アルミニウムや銅等の熱伝導性の高い材料により形成されている。放熱器１１は、その上面側が複合電源部２０を構成する各電池セル３０及び各キャパシタセル５０の下面側に当接されている。これにより、電池セル３０とキャパシタセル５０とに放熱器１１が熱的に接続されることとなる。また、放熱器１１は、各蓄電セル３０,５０が配置される厚さ方向Ｄ１において冷却流体が流れる貫通経路１３を備えている。この貫通経路１３は、冷却装置８０の流入側経路８１と排出側経路８２とを繋ぎ、冷却流体が循環する経路の一部を形成する。そのため、貫通経路１３を流れる冷却流体により放熱器１１と複合電源部２０との間に温度差を生じさせて、電池セル３０とキャパシタセル５０で生じる熱を奪う。
【００５５】
なお、複合電源部２０と放熱器１１とは、その間に緩衝部材を介在させた状態で、熱的に接続されるものであってもよい。この場合においても、複合電源部２０で生じた熱は、緩衝部材を経由して放熱器１１へと伝わることとなる。
【００５６】
次に、図７，８を用いて、電源装置１０の動作を説明する。図７（ａ）は、電源装置１０を備える車両の速度の推移を示し、図７（ｂ）は、回転電機９４の作動負荷の推移を示す図である。また、図７（ｃ）は、電池セル３０及びキャパシタセル５０の使用状態の推移を示し、図７（ｄ）は、複合電源部２０の充放電電力（ｋＷ）を示す図である。図７を用いて、電源装置１０において、電池セル３０が主電源として使用され、キャパシタセル５０が電池セル３０に対して補完的に使用される状態を説明する。
【００５７】
図７に示す例では、時刻ｔ１からｔ２において車両の加速走行が実施され、時刻ｔ２からｔ３において２０ｋｍ／ｈで定速度走行が実施され、時刻ｔ３からｔ４において減速走行が実施される。その後、時刻ｔ５からｔ６において加速走行が実施され、時刻ｔ６からｔ７において６０ｋｍ／ｈで定速度走行が実施され、時刻ｔ７からｔ８において減速走行が実施される。
【００５８】
時刻ｔ１からｔ２及び時刻ｔ５からｔ６に示す加速走行時において、キャパシタセル５０が電池セル３０よりも優先使用され、キャパシタセル５０から回転電機９４への供給電力が、電池セル３０から回転電機９４への供給電力を上回る。ここで、時刻ｔ５からｔ６の期間では、時刻ｔ１からｔ２の期間と比べて、車両に要求される車速が大きく、複合電源部２０から回転電機９４への供給電力が大きくなっている。なお、時刻ｔ５からｔ６の一部の期間において、エンジンによるアシストを加えた状態で車速を加速させている。
【００５９】
時刻ｔ２からｔ３及び時刻ｔ６からｔ７に示す定速度走行時においては、電池セル３０が主電源として使用され、回転電機９４に電力が供給される。詳しくは、定速度走行時においては、電池セル３０から回転電機９４への供給電力が、キャパシタセル５０から回転電機９４への供給電力を上回る。定速度走行時においては、加速走行時と比べて、回転電機９４への供給電力が低く、かつ供給電力の変化が小さくなっている。なお、時刻ｔ６からｔ７の期間では、時刻ｔ２からｔ３の期間と比べて、車速が大きく、複合電源部２０から回転電機９４への供給電力が大きくなっている。
【００６０】
そして、時刻ｔ３からｔ４及び時刻ｔ７からｔ８に示す減速回生走行時においては、回転電機９４による回生発電により電池セル３０及びキャパシタセル５０が充電される。なお、回生発電によるキャパシタセル５０の充電が電池セル３０の充電よりも優先され、キャパシタセル５０の充電電力が電池セル３０の充電電力よりも大きくされていてもよい。
【００６１】
続いて図８を用いては、図７に示す電源装置１０の駆動状態において、電池セル３０が主電源として使用される時刻ｔ２からｔ３及び時刻ｔ６からｔ７の電池セル３０及びキャパシタセル５０の熱の流れを説明する。図８では、複合電源部２０を構成する各セルのうち一部のセルについて、電池セル３０により生じた熱が放熱器１１へ伝わる経路を第１の伝熱経路ＨＲ１及び第２の伝熱経路ＨＲ２として示している。また、説明を容易にするため、図中、一部の電池セル３０及びキャパシタセル５０の寸法を厚さ方向Ｄ１において拡大して示すとともに、それらセル３０,５０の内部を簡略的に示している。なお、説明を容易にするため、各セル３０,５０に接続されているバスバー７０,７５の図示を省略している。
【００６２】
第１の伝熱経路ＨＲ１は、主外装缶３１において、高さ方向Ｄ３に向く面である下面から放熱器１１へと伝わる熱の経路である。この第１の伝熱経路ＨＲ１により、電池セル３０の放電又は充電により生じた熱が放熱器１１に伝わる。
【００６３】
また、第２の伝熱経路ＨＲ２は、主外装缶３１の主当接面３５から副外装缶５１の副当接面５５を経由して、この副外装缶５１における高さ方向Ｄ３に向く面である下面から放熱器１１へと伝わる熱の経路である。電池セル３０が主電源として使用される時刻ｔ２からｔ３、及び時刻ｔ６からｔ７の期間では、キャパシタセル５０が放電していないため、電池セル３０とキャパシタセル５０との温度差が大きくなっている。そのため、電池セル３０で生じた熱は、主外装缶３１の主当接面３５を通じて副外装缶５１の副当接面５５に伝わる。そして、副外装缶５１の下面から放熱器１１により放熱される。また、電池セル３０の厚さ方向Ｄ１の両側にキャパシタセル５０が配置されることで、主外装缶３１の両主当接面３５からこの主外装缶３１に当接する各副外装缶５１へと熱が伝わることとなる。
【００６４】
そのため、電池セル３０の冷却性能を高めるために、例えば電池セル３０の周囲に集熱部材を新たに設ける場合と比べて、キャパシタセル５０が電池セル３０の熱マスとして働くことで電池セル３０の温度上昇を緩慢にすることができ、かつ放熱効果を高めることができる。その結果、電源装置１０における体格の小型化を図ることができ、ひいては車両のスペースを有効に活用することができる。
【００６５】
本実施形態では、電池セル３０の主外装缶３１における主当接面３５は、キャパシタセル５０の副外装缶５１における副当接面５５よりもその面積が小さくされており、かつその全面が副外装缶５１の副当接面５５に当接されている。そのため、電池セル３０から生じる熱が主外装缶３１の主当接面３５を介して、の副外装缶５１に伝わり易くなり、電池セル３０の冷却性能を高めることができる。
【００６６】
本実施形態では、電池セル３０とキャパシタセル５０とは、主端子面３４又は副端子面５４を同一方向に向けつつ、一方の蓄電セルにおける正極端子３２ｐと他方のセルにおける負極端子３２ｎとが厚さ方向Ｄ１に並ぶように配置されている。そのため、各蓄電セル３０,５０を、バスバー７０,７５を介して直列接続する場合に、接続対象となる正極端子と負極端子との間隔を狭くすることができる。このため、バスバー７０,７５の長さを短くでき、バスバー７０，７５の内部抵抗の上昇を抑制することができる。その結果、バスバー７０,７５から生じる熱を抑制し、電池セル３０及びキャパシタセル５０の周囲温度の上昇を抑制することができる。さらに、各蓄電セル３０,５０の端子面３４,５４を同じ方向に向けて配置させることで、例えば溶接の手法を用いて、各蓄電セル３０,５０とバスバー７０,７５との電気接続を取る際に、加工が容易になり、作業者の負担を軽減することができる。
【００６７】
キャパシタセル５０で生じた熱の放熱速度が遅いと、電池セル３０からキャパシタセル５０へ伝わる熱量が低下する場合がある。この点、本実施形態では、電池セル３０とキャパシタセル５０とを交互に配置した状態においても、厚さ方向Ｄ１に並ぶキャパシタセル５０を接続する副バスバー７５の下方に空間が形成されるため、この空間により副バスバー７５の放熱性能を高めることができる。そのため、副バスバー７５は、キャパシタセル５０で生じた熱を速やかに放熱でき、電池セル３０からキャパシタセル５０へ伝わる熱量が低下するのを抑制することができる。その結果、電池セル３０の冷却性能を高めることができる。
【００６８】
電池セル３０とキャパシタセル５０とが充放電を繰り返すことで、各外装缶３１，５１に電荷が帯電する。ここで、各外装缶３１，５１の表面に結露等が生じ、主外装缶３１と副外装缶５１とがこの結露により電気的に接続すると、各外装缶３１，５１に帯電している電荷の電位差により電流が流れる場合がある。この点、本実施形態では、直列接続された各電池セル３０とキャパシタセル５０との電位の高低の向きを同じ方向に揃えることで、厚さ方向Ｄ１に並ぶ主外装缶３１と副外装缶５１との間の電位差を低くし、各外装缶３１，５１の表面に結露が生じる場合でも、電蝕等の被害が大きくなるのを抑制することができる。
【００６９】
本実施形態では、直列接続された電池セル３０及びキャパシタセル５０とで、グランド端子Ｔ３を共通化することで、電池セル３０とキャパシタセル５０とを別々の端子に接続する場合と比べて、端子数を削減することができる。
【００７０】
導電性の物体が収容ケース１４に接触する場合、この収容ケース１４の周縁部に配置されている端子が、内側に配置されている端子よりも物体に接触し易くなる。この点、本実施形態では、立方体状の収容ケース１４の１辺に沿って、電池セル３０の第２端子Ｔ２と、第１端子Ｔ１と、グランド端子Ｔ３とをこの順序で配置しており、導電性の物体が収容ケース１４に接触した場合でも第１端子Ｔ１と接触する可能性を低くする。その結果、短絡により流れる電流を低くし、第１端子Ｔ１から導電性の物体へと過電流が流れるのを防止することができる。
【００７１】
本実施形態では、電池セル３０を管理する第１管理部１７と、キャパシタセル５０を管理する第２管理部１８とが、それぞれ同じ基板１９上に配置されている。このため、基板の増加に伴う電源装置１０の体格の増加を抑制することができる。
【００７２】
（第２実施形態）
以下、第２実施形態について、上記第１実施形態との相違点を中心に説明する。なお、以下の実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。
【００７３】
本実施形態では、図９に示すように、複合電源部２０の構成を変更する。詳しくは、複合電源部２０は、厚さ方向Ｄ１に並ぶ電池セル３０とキャパシタセル５０とで構成された第１蓄電セル群２１と、厚さ方向Ｄ１に並ぶ電池セル３０とキャパシタセル５０とで構成された第２蓄電セル群２２とを有している。また、第２蓄電セル群２２は、幅方向Ｄ２において第１蓄電セル群２１と並んでいる。本実施形態では、第１蓄電セル群２１及び第２蓄電セル群２２のそれぞれにおいて、電池セル３０の総数は互いに同じ数となっており、第１蓄電セル群２１及び第２蓄電セル群２２のそれぞれにおいて、キャパシタセル５０の総数は互いに同じ数となっている。
【００７４】
第１蓄電セル群２１及び第２蓄電セル群２２のそれぞれにおいて、電池セル３０とキャパシタセル５０とは、厚さ方向Ｄ１を同じにして交互に配置されて構成されている。具体的には、電池セル３０における主外装缶３１の主当接面３５の全面を、キャパシタセル５０の副外装缶５１の副当接面５５に当接させた状態で、厚さ方向Ｄ１に配置されて構成されている。
【００７５】
また、第１蓄電セル群２１及び第２蓄電セル群２２のそれぞれにおいて、各電池セル３０と各キャパシタセル５０とは、主端子面３４と副端子面５４とを同一方向に向けて配置されている。具体的には、各電池セル３０は、厚さ方向Ｄ１において隣り合う電池セル３０のうち一方の電池セル３０の正極端子３２ｐと他方の電池セル３０の負極端子３２ｎとが厚さ方向Ｄ１に並ぶように配置されている。また、各キャパシタセル５０は、厚さ方向Ｄ１において隣り合うキャパシタセル５０のうち一方のキャパシタセル５０の正極端子５２ｐと他方のキャパシタセル５０の負極端子５２ｎとが厚さ方向Ｄ１に並ぶように配置されている。
【００７６】
幅方向Ｄ２において、第１蓄電セル群２１を構成する電池セル３０の隣りには、第２蓄電セル群２２を構成する電池セル３０が配置されている。また、幅方向Ｄ２において、第１蓄電セル群２１を構成するキャパシタセル５０の隣りには、第２蓄電セル群２２を構成するキャパシタセル５０が配置されている。そして、幅方向Ｄ２に隣り合う電池セル３０の内、一方の電池セル３０の正極端子３２ｐと、他方の電池セル３０の負極端子３２ｎとが隣り合って配置されている。また、幅方向Ｄ２に隣り合うキャパシタセル５０の内、一方のキャパシタセル５０の正極端子５２ｐと、他方のキャパシタセル５０の負極端子５２ｎとが隣り合って配置されている。
【００７７】
以下では、第１蓄電セル群２１を構成する電池セル３０において、厚さ方向Ｄ１で最も端に位置する２つの電池セル３０のうち、一方の電池セル３０を第１主端部セル３６と記載する。また、第１蓄電セル群２１を構成するキャパシタセル５０において厚さ方向Ｄ１で最も端に位置する２つのキャパシタセル５０のうち、第１主端部セル３６と厚さ方向で隣り合うキャパシタセルを第１副端部セル５６と記載する。そして、第２蓄電セル群２２を構成する電池セル３０のうち、幅方向Ｄ２において第１主端部セル３６と隣り合う電池セル３０を第２主端部セル３７と記載する。また、第２蓄電セル群２２を構成するキャパシタセル５０のうち、幅方向Ｄ２において第１副端部セル５６と隣り合うキャパシタセル５０を第２副端部セル５７と記載する。
【００７８】
次に、第１蓄電セル群２１及び第２蓄電セル群２２を構成する各蓄電セル３０,５０を直列接続するバスバー７０,７５について説明する。この第２の実施形態においても、主バスバー７０は、厚さ方向Ｄ１において隣り合う電池セル３０のうち、一方の電池セル３０の正極端子３２ｐと他方の主蓄電セルの負極端子３２ｎとに電気的に接続されている。また、副バスバー７５は、厚さ方向Ｄ１において隣り合うキャパシタセル５０のうち、一方のキャパシタセル５０の正極端子５２ｐと他方の副蓄電セルの負極端子５２ｎとに電気的に接続されている。
【００７９】
第１蓄電セル群２１を構成する電池セル３０のうち厚さ方向Ｄ１において第１主端部セル３６と隣り合う電池セル３０の負極端子３２ｎと、第１主端部セル３６の正極端子３２ｐとを接続するバスバーが第１主端部バスバー７１とされている。また、第２蓄電セル群２２を構成する電池セル３０のうち厚さ方向Ｄ１において第２主端部セル３７と隣り合う電池セル３０の負極端子３２ｎと、第２主端部セル３７の正極端子３２ｐとを接続するバスバーが第２主端部バスバー７３とされている。
【００８０】
第１蓄電セル群２１を構成するキャパシタセル５０のうち厚さ方向Ｄ１において第１副端部セル５６と隣り合うキャパシタセル５０の負極端子５２ｎと、第１副端部セル５６の正極端子５２ｐとを接続するバスバーが第１副端部バスバー７６とされている。また、第２蓄電セル群２２を構成するキャパシタセル５０のうち厚さ方向Ｄ１において第２副端部セル５７と隣り合うキャパシタセル５０の負極端子５２ｎと、第２副端部セル５７の正極端子５２ｐとを接続するバスバーが第２副端部バスバー７８とされている。
【００８１】
第１主端部セル３６の負極端子３２ｎと第２主端部セル３７の正極端子３２ｐとは、第２主端部バスバー７２によって接続されている。また、第１副端部セル５６の負極端子５２ｎと第２副端部セル５７の正極端子５２ｐとは、第２副端部バスバー７７によって接続されている。
【００８２】
この第２実施形態においても、第１蓄電セル群２１と第２蓄電セル群２２とは、複合電源部２０において、高電位側の電池セル３０から低電位側の電池セル３０の配置方向と、高電位側のキャパシタセル５０から低電位側のキャパシタセル５０の配置方向とが同じ向きとなるようにされている。そのため、厚さ方向Ｄ１で隣り合う主外装缶３１と副外装缶５１とにそれぞれ帯電する電荷の電位差を低くしている。
【００８３】
第１蓄電セル群２１を構成するキャパシタセル５０のうち、最も高電位側のキャパシタセル５０の正極端子５２ｐには、第２端子Ｔ２が接続されている。また、第１蓄電セル群２１を構成する電池セル３０のうち、最も高電位側の電池セル３０の正極端子３２ｐには、第１端子Ｔ１が接続されている。また、第２蓄電セル群２２を構成するキャパシタセル５０のうち、最も低電位側のキャパシタセル５０の負極端子５２ｎには、グランド端子Ｔ３が接続されている。また、第２蓄電セル群２２を構成する電池セル３０のうち、最も低電位側の電池セル３０の負極端子３２ｎには、グランド端子Ｔ３が接続されている。
【００８４】
以上説明したように、この第２実施形態では、複合電源部２０を厚さ方向Ｄ１に並ぶ第１蓄電セル群２１と第２蓄電セル群２２とで分割して構成した。このため、複合電源部２０が各蓄電セル３０,５０の配置方向で長くなるのを抑制することができる。また、第１蓄電セル群２１と第２蓄電セル群２２とは、幅方向Ｄ２に隣り合う同一の電池セル３０及びキャパシタセル５０の端子間の極性が異なるよう併設されているため、第１蓄電セル群２１と第２蓄電セル群２２とを直列に接続するための第２主端部バスバー７２及び第２副端部バスバー７７の長さを短くすることができる。
【００８５】
（第３実施形態）
以下、第３実施形態について、上記第１実施形態との相違点を中心に説明する。なお、以下の実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。
【００８６】
この第３実施形態では、各電池セル３０の主端子面３４と、各キャパシタセル５０の副端子面５４とが、異なる向きとなるよう電池セル３０とキャパシタセル５０とが交互に配置されている。図１０（ａ）に示す複合電源部２０では、電池セル３０の主端子面３４と、キャパシタセル５０の副端子面５４とは、互いに略９０度ずれた状態で配置されている。
【００８７】
また、図１０（ｂ）に示すように、電池セル３０の主当接面３５の面積は、キャパシタセル５０の副当接面５５の面積よりも小さくされている。例えば、電池セル３０の主端子面３４の幅方向の長さ寸法Ｗ１１は、この電池セル３０の主端子面３４と隣り合うキャパシタセル５０の面５８において電池セル３０を基準とした幅方向の長さ寸法Ｗ１２よりも小さくされている。
【００８８】
なお、電池セル３０の主端子面３４に対して、キャパシタセル５０の副端子面５４がずれる角度は９０度に限定されず、図１１に示すように、電池セル３０の主端子面３４に対して、キャパシタセル５０の副端子面５４が１８０度ずれるものであってもよい。
【００８９】
以上説明したように、第３実施形態では、電池セル３０とキャパシタセル５０との端子面が略９０度又は略１８０度ずれた状態で交互に配置されている。このため、電池セル３０とキャパシタセル５０とでバスバー７０，７５の取り付け面を異ならせることができ、複合電源部２０においてバスバーが密集して取り付けられることを回避できる。そのため、電池セル３０の主端子面３４とキャパシタセル５０の副端子面５４とを同一方向に向ける場合と比べて、バスバー間の距離を広くすることができ、各バスバー７０，７５の放熱速度を高めることができる。その結果、各蓄電セルで生じた熱を速やかに放熱し、電池セル３０からキャパシタセル５０へ伝わる熱量が低下するのを抑制することができる。
【００９０】
（第４実施形態）
以下、第４実施形態について、上記第１実施形態との相違点を中心に説明する。第４実施形態では、車両用制御システム１００は、電池セル３０の使用温度範囲の下限値を下回った場合に、電池セル３０を暖機するために、電池セル３０及びキャパシタセル５０のうち、キャパシタセル５０から優先的に放電させる。なお、電池セル３０の使用温度範囲は、電池セル３０が安定的に充放電を行うことができる温度の上限値と下限値とで規定され、電池セル３０がリチウムイオン電池であればマイナス２０度からプラス６０度の範囲とすることができる。
【００９１】
図１２は、制御部９５により実施される処理を説明するフローチャートである。図１２に示す処理は、制御部９５により所定周期で実施される処理である。
【００９２】
ステップＳ１１では、上流温度センサ９６ａ、中間温度センサ９６ｂ、及び下流温度センサ９６ｃによる各検出温度に基づいて、電池セル３０の温度が所定の使用温度範囲内であるか否かを判定する。本実施形態において、上流温度センサ９６ａ、中間温度センサ９６ｂ、及び下流温度センサ９６ｃによる各検出温度を用いているのは、各電池セル３０の温度のばらつきを考慮したためである。具体的には、上流温度センサ９６ａによる検出温度を第１閾値Ｔｈ１と比較し、中間温度センサ９６ｂによる検出温度を第２閾値Ｔｈ２と比較し、下流温度センサ９６ｃによる検出温度を第３閾値Ｔｈ３と比較する。そして、いずれかの検出温度が対応する閾値を下回ったと判定した場合に、電池セル３０の温度が使用温度範囲の下限値を下回っていると判定する。なお本実施形態では、ステップＳ１１の処理が温度判定部に相当する。
【００９３】
ちなみに、各閾値Ｔｈ１〜Ｔｈ３は、電池セル３０の使用温度範囲と、冷却装置８０が使用する冷却流体の特性とに基づいて、定められる値である。また、各閾値Ｔｈ１〜Ｔｈ３は、例えば実験的に定められればよい。
【００９４】
電池セル３０の温度を示す検出温度が使用温度範囲内であれば（ステップＳ１１：ＮＯ）、ステップＳ１５に進み、温度条件によらず、電池セル３０又はキャパシタセル５０の充放電を制御する通常制御を実施する。例えば、ステップＳ１５での通常制御では、図７に示した車両の車速に応じて、電池セル３０を主電源としつつ、キャパシタセル５０を補完的に使用した回転電機９４への電力の供給を実施する。
【００９５】
電池セル３０の温度が使用温度範囲の下限値を下回ったと判定した場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、ステップＳ１２に進み、ポンプ８３の駆動を停止する。そのため、放熱器１１の貫通経路１３内を冷却流体が循環しないようになり、電池セル３０及びキャパシタセル５０から放熱器１１への放熱量が低下する。なお本実施形態において、ステップＳ１２の処理が放熱制御部に相当する。
【００９６】
ステップＳ１３では、キャパシタセル５０を電池セル３０よりも優先使用する。そのために、ＤＣ・ＤＣコンバータ９１の駆動を停止させる。これにより、電池セル３０からインバータ９２を介した回転電機９４への電力供給が停止される。その結果、キャパシタセル５０から回転電機９４への供給電力が、電池セル３０から回転電機９４への供給電力を上回る。
【００９７】
ステップＳ１４では、回転電機９４を駆動させる。そのため、回転電機９４はキャパシタセル５０から優先的に供給された電力により駆動を開始する。ここで、キャパシタセル５０は電池セル３０と比べて使用温度範囲の下限値が低いため、検出温度が電池セル３０の使用温度範囲の下限値を下回っている場合でも、回転電機９４に電力を安定的に供給することができる。ステップＳ１３,１４が優先部として機能する。
【００９８】
キャパシタセル５０を電池セル３０よりも優先使用することで、キャパシタセル５０により生じた熱が電池セル３０に伝わり、電池セル３０を暖機する。具体的には、キャパシタセル５０により生じた熱は、副外装缶５１の副当接面５５から電池セル３０の主外装缶３１の主当接面３５に伝わり、電池セル３０を暖機する。ステップＳ１４の処理が終了した場合、制御部９５は図１２の処理を一旦終了する。
【００９９】
以上説明したように、第４実施形態では、制御部９５は、電池セル３０の温度が所定の使用温度範囲内であるか否かを判定し、電池セル３０の温度が使用温度範囲の下限値を下回った場合に、放熱器の放熱制御を停止し、キャパシタセル５０を電池セル３０に対して優先使用する。化学反応により出力電圧を発生させる二次電池は、物理的に電荷を蓄電することで出力電圧を発生させるキャパシタと比べて、使用温度範囲が狭いことが知られている。この点、第４実施形態では、二次電池である電池セル３０の温度が使用温度範囲を下回った場合に、放熱器１１の駆動を停止し、キャパシタセル５０での給電を優先して行うことで、キャパシタセル５０からの熱により電池セル３０を暖機することができる。この場合、ヒータ等の別部材を使用することなく、キャパシタセル５０から生じる熱を利用して、電池セル３０を暖機することができ、電源装置１０の肥大化やコストを抑制することができる。
【０１００】
（その他の実施形態）
・電池セル３０は、直方体状の外装缶を備える構成以外にも、蓄電素子をラミネートフィルムに収容したいわゆるラミネート型のセルであってもよい。この場合においても、電池セル３０とキャパシタセル５０とをその厚さ方向Ｄ１に配置させるとともに、両者を熱的に接続させる。
【０１０１】
・電池セル３０とキャパシタセル５０との間に厚みの薄い集熱部材を介在させるものであってもよい。具体的には、例えば、電池セル３０とキャパシタセル５０との間にシート状の集熱部材を介在させるものであってもよい。この場合においても、主外装缶３１、集熱部材、副外装缶５１、放熱器の順に電池セル３０から発生した熱が伝わる伝熱経路が形成される。
【０１０２】
・主蓄電セルとして、リチウムイオン電池に代えて、ニッケル水素電池を用いるものであってもよい。また、副蓄電セルとして、電気二重層キャパシタに代えて、電気二重層ハイブリットキャパシタを用いるものであってもよい。
【０１０３】
・上記第４実施形態において、制御部９５は、３つの温度センサ９６ａ〜９６ｃの全ての検出温度が対応する閾値を下回っている場合に、電池セル３０の温度が使用温度範囲の下限値を下回ったと判定するものであってもよい。
【０１０４】
・上記第４実施形態の図１２のステップＳ１２では、電池セル３０から回転電機９４への電力供給を停止させたがこれに限らない。例えば、キャパシタセル５０から回転電機９４への供給電力が、電池セル３０から回転電機９４への供給電力を上回ることを条件として、ＤＣ・ＤＣコンバータ９１を駆動させて電池セル３０から回転電機９４へと電力を供給してもよい。
【０１０５】
・上記第１実施形態では、副当接面５５の高さ方向Ｄ３の長さ寸法と主当接面３５の高さ方向Ｄ３の長さ寸法とが同じ値に設定されていたがこれに限らない。例えば、主当接面３５の面積が副当接面５５の面積よりも小さくなることを条件として、副当接面５５の高さ方向Ｄ３の長さ寸法と主当接面３５の高さ方向Ｄ３の長さ寸法とが異なる値に設定されていてもよい。
【０１０６】
・上記第１実施形態では、副外装缶５１の厚さ方向Ｄ１の長さ寸法が、主外装缶３１の厚さ方向Ｄ１の長さ寸法よりも小さく設定されていたがこれに限らない。例えば、副外装缶５１の厚さ方向Ｄ１の長さ寸法が、主外装缶３１の厚さ方向Ｄ１の長さ寸法よりも大きく設定されていてもよいし、副外装缶５１の厚さ方向Ｄ１の長さ寸法と、主外装缶３１の厚さ方向Ｄ１の長さ寸法とが同じ値に設定されていてもよい。
【０１０７】
・上記第２実施形態において、第１蓄電セル群２１を構成する電池セル３０及びキャパシタセル５０の総数と、第２蓄電セル群２２を構成する電池セル３０及びキャパシタセル５０の総数とが異なっていてもよい。更に、本発明では、電気二重層式キャパシタで説明したが、リチウムイオンキャパシタを用いても上述した各実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１０８】
・電源装置が搭載される車両としては、走行動力源としてエンジン及び回転電機を備えるものに限らず、例えば、走行動力源として回転電機のみを備える電気自動車であってもよい。
【０１０９】
・電源装置としては、車両に搭載されるものに限定されない。
【符号の説明】
【０１１０】
１０…電源装置、１１…放熱器、２０…複合電源部、３０…電池セル、５０…キャパシタセル、５１…副外装缶。
【図１】
2018060684.tif 000003
【図２】
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【図３】
2018060684.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2018060684.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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