(57)【要約】【課題】電源装置の温度を速やかに適正温度範囲内にする。【解決手段】電源装置（１００）は、車両（１）に搭載され、複数の第１電池セルと、複数の第２電池セルとを備える。複数の第１電池セル及び複数の第２電池セルの各々は、相互に他の電池セルを囲むように交互に配置されている。このため、第１電池セル及び第２電池セルの一方の電池セルのみが使用されている場合、該一方の電池セルから発せられる熱により、第１電池セル及び第２電池セルの他方の電池セルを温めることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載され、
複数の第１電池セルと、
複数の第２電池セルと
を備え、
前記複数の第１電池セル及び前記複数の第２電池セルの各々は、相互に他の電池セルを囲むように交互に配置されている
ことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記複数の第１電池セル及び前記複数の第２電池セルのうち一の電池セルと、前記一の電池セルと対角に隣接した電池セルと、は接合子により相互に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
相隣接して配置された第１電池セル及び第２電池セル間に配置された熱伝導部材を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記車両のエンジンを冷却するための冷却水を、前記複数の第１電池セル及び前記複数の第２電池セルの少なくとも一部に導くことが可能な冷却水流路を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電源装置。
【請求項５】
前記車両は、
前記車両を駆動するためのモータを更に備え、
前記モータのみで走行するモータ走行機能と、
前記モータ及び前記エンジンを併用して走行するハイブリッド走行機能と
を有することを特徴とする請求項４に記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばハイブリッド自動車、電気自動車等の車両に搭載され、該車両に搭載された電動機等に電力を供給可能な電源装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の装置として、例えば、第１蓄電装置を構成する複数の蓄電セルと、第２蓄電装置を構成する複数の蓄電セルとが交互に配置され、スイッチ素子により、第１蓄電装置及び第２蓄電装置各々の充放電を制御する装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
或いは、樹脂製の立方体形状の電槽を有する単位電池が複数個直列配置されてなる電池モジュールが提案されている。ここでは特に、隣り合う電槽の間に、波板状に形成された金属板からなる冷却用部材が挿入配置されている（特許文献２参照）。
【０００４】
或いは、複数の電池セルを夫々保持する複数の位置決嵌着部と、該位置決嵌着部と略平行に形成され、冷却媒体を流す冷媒経路とを備える電源装置が提案されている（特許文献３参照）。或いは、蓄電池を包囲する水ジャケットに、内燃機関の冷却水を循環供給する装置が提案されている（特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２１８２７２号公報
【特許文献２】特開２００３−００７３５５号公報
【特許文献３】特開２００５−２８５４５５号公報
【特許文献４】実開昭６１−３５３６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の背景技術によれば、電源装置の冷却に主眼を置いており、電源装置の昇温については十分考慮されていない。すると、電源装置の温度を速やかに適正温度範囲内にすることが困難になる可能性があるという技術的問題点がある。
【０００７】
本発明は、例えば上記問題点に鑑みてなされたものであり、電源装置の温度を速やかに適正温度範囲内にすることができる電源装置を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の電源装置は、上記課題を解決するために、車両に搭載され、複数の第１電池セルと、複数の第２電池セルとを備え、前記複数の第１電池セル及び前記複数の第２電池セルの各々は、相互に他の電池セルを囲むように交互に配置されている。
【０００９】
本発明の電源装置によれば、当該電源装置は、例えば自動車等の車両に搭載されている。当該電源装置は、複数の第１電池セルと複数の第２電池セルとを備えている。尚、複数の第１電池セルは、例えば一の電池装置を構成する。他方、複数の第２電池セルは、例えば該一の電池装置とは異なる他の電池装置を構成する。また、複数の第１電池セル同士は、例えば相互に直列に電気的に接続されている。複数の第２電池セル同士も、例えば相互に直列に電気的に接続されている。
【００１０】
本発明では特に、複数の第１電池セル及び複数の第２電池セルの各々は、相互に他の電池セルを囲むように交互に配置されている。具体的には例えば、第１電池セル及び第２電池セル各々が、市松模様のように交互に配置されている。
【００１１】
本願発明者の研究によれば、以下の事項が判明している。即ち、車両の走行時等に要求される電力量が、電源装置を構成する複数の電池セルの合計の電池容量に対して小さい場合、全ての電池セルが使用されると、個々の電池セルに流れる電流量が少なくなる。すると、電池セルの内部抵抗の発熱による活性化（即ち、電池セルの昇温）が鈍くなる。この結果、特に、低温環境下で電源装置が使用される場合、該電源装置本来のパフォーマンスが発揮されるまでに比較的時間がかかる可能性がある。
【００１２】
要求される電力量に応じて使用される電池セルの数を変更して、個々の電池セルに流れる電流量を増加させることは、活性化を促進させる観点から有効である。しかしながら、要求される電力量が増加したことに起因して使用される電池セルの数が増加した場合、使用される電池セル間に温度差が生じる可能性がある。すると、電源装置本来のパフォーマンスを得られない可能性がある。
【００１３】
しかるに本発明では、電源装置が複数の第１電池セル及び複数の第２電池セルを備えている。このため、要求される電力量が比較的少ない場合に、第１電池セル及び第２電池セルの一方の電池セルのみが使用されるようにすれば、比較的早期に使用される電池セルを活性化することができる。
【００１４】
加えて、本発明では、複数の第１電池セル及び複数の第２電池セルの各々は、相互に他の電池セルを囲むように交互に配置されている。このため、上記一方の電池セルのみが使用されている場合、該一方の電池セルから発せられる熱により、第１電池セル及び第２電池セルの他方の電池セルがほぼ均一に温められ、第１電池セル及び第２電池セル間に温度差が生じることを抑制することができる。
【００１５】
以上の結果、本発明の電源装置によれば、当該電源装置の温度を速やかに適正温度範囲内にすることができる。従って、電源装置本来のパフォーマンスを比較的早期に得ることができ、実用上非常に有利である。
【００１６】
本発明の電源装置の一態様では、前記複数の第１電池セル及び前記複数の第２電池セルのうち一の電池セルと、前記一の電池セルと対角に隣接した電池セルと、は接合子により相互に電気的に接続されている。
【００１７】
この態様によれば、一の電池セルと該一の電池セルと対角に隣接した電池セルとは、例えば金属板等からなる接合子により相互に電気的に接続されている。具体的には例えば、電池セル間に、電池セルと接触するように接合子が配置されることによって、電池セルと接合子とが電気的に接続された結果、電池セル同士が電気的に接続される。従って、例えば配線ケーブルにより電池セル同士が電気的に接続される場合に比べて、当該電源装置を小型化することができ、実用上非常に有利である。
【００１８】
尚、上述の如く、本発明では、複数の第１電池セル及び複数の第２電池セルの各々が、相互に他の電池セルを囲むように交互に配置されているので、「一の電池セル」と「一の電池セルと対角に隣接した電池セル」とは、第１電池セル及び第２電池セルのうち一方の電池セルに含まれる。つまり、「一の電池セル」が第１電池セルであれば、「一の電池セルと対角に隣接した電池セル」は第１電池セルとなる。
【００１９】
本発明の電源装置の他の態様では、相隣接して配置された第１電池セル及び第２電池セル間に配置された熱伝導部材を更に備える。
【００２０】
この態様によれば、第１電池セル及び第２電池セル間において、一方の電池セルの熱が他方の電池セルに伝わり易くなる。すると、一方の電池セルから発せられる熱により、他方の電池セルを効率良く温めることができ、実用上非常に有利である。
【００２１】
本発明の電源装置の他の態様では、前記車両のエンジンを冷却するための冷却水を、前記複数の第１電池セル及び前記複数の第２電池セルの少なくとも一部に導くことが可能な冷却水流路を更に備える。
【００２２】
この態様によれば、冷却水流路に、エンジンから発せられる熱により温められた冷却水（例えば、摂氏８０度）を供給することにより、当該電源装置を適切な温度範囲に保温することができ、実用上非常に有利である。
【００２３】
冷却水流路を備える態様では、前記車両は、前記車両を駆動するためのモータを更に備え、前記モータのみで走行するモータ走行機能と、前記モータ及び前記エンジンを併用して走行するハイブリッド走行機能とを有してよい。
【００２４】
このように構成すれば、電力に対する依存度が比較的高いハイブリッド車両において、当該電源装置を適切な温度範囲に保温することができ、実用上非常に有利である。
【００２５】
本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１実施形態に係る電源装置を搭載する車両の構成を示すブロック図である。
【図２】図１中のスイッチ操作により実現される電池構成を示す表である。
【図３】第１実施形態に係る電池セルの構造を示す図である。
【図４】第１実施形態に係る接続端子の構造を示す図である。
【図５】第１実施形態に係る電池セル同士の電気的な接続方法を示す概念図である。
【図６】第２実施形態に係る電池セルの構成を示す概念図である。
【図７】第３実施形態に係る電池セルの構成を示す概念図である。
【図８】第３実施形態の変形例に係る電池セルの構成を示す概念図である。
【図９】第４実施形態に係る電源装置の構成を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明に係る電源装置の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の図面では、各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、適宜、該各部材毎に縮尺を異ならしめている。
【００２８】
＜第１実施形態＞
本発明に係る電源装置の第１実施形態について、図１乃至図５を参照して説明する。
【００２９】
先ず、本実施形態に係る電源装置が搭載された車両の構成について、図１を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る電源装置を搭載する車両の構成を示すブロック図である。
【００３０】
図１において、車両１は、エンジン１１と、該エンジン１１の駆動軸に機械的に接続された発電機１２と、該発電機１２に電気的に接続されたインバータ１３と、動力伝達機構１６と、該動力伝達機構１６に機械的に接続された、該動力伝達機構１６に対して駆動力を出力可能な電動機１５と、該電動機１５に電気的に接続されたインバータ１４と、インバータ１３及び１４に電気的に接続された電源装置１００とを備えて構成されている。
【００３１】
尚、電動機１５は、モータ・ジェネレータ（電動発電機）により実現されてもよい。また、本実施形態に係る車両１は、シリーズハイブリッド車両である。
【００３２】
電源装置１００は、複数の電池セルＡ、複数の電池セルＢ、昇圧器１７並びにスイッチＳＷ１、ＳＷ２及びＳＷ３を備えて構成されている。ここで図１に示すように、複数の電池セルＡ及び複数の電池セルＢの各々は、相互に他の電池セルを囲むように交互に配置されている。
【００３３】
複数の電池セルＡは、電池バンクＡを構成する。他方、複数の電池セルＢは、電池バンクＢを構成する。そして、スイッチＳＷ１、ＳＷ２及びＳＷ３の各々が操作されることにより、電池バンクＡ及び電池バンクＢの少なくとも一方の電池バンクが充放電される。
【００３４】
具体的には、スイッチＳＷ１、ＳＷ２及びＳＷ３の各々が操作されることにより、図２に示す電池接続が実現される。図２は、図１中のスイッチ操作により実現される電池構成を示す表である。尚、図２中の“ＳＷ１”、“ＳＷ２”及び“ＳＷ３”の各々における数値は、図１中の“ＳＷ１”、“ＳＷ２”及び“ＳＷ３”の各々における端子の番号を示している。
【００３５】
次に、電池セルの構造について、図３を参照して説明する。図３は、本実施形態に係る電池セルの構造を示す図である。尚、電池セルの構造は、電池セルＡ及びＢ共に同一である。
【００３６】
図３（ａ）に示すように、電池セルにおいて、＋極及び−極は相互に対角に位置するように形成されている。視点（ｂ）から電池セルを見ると、図３（ｂ）に示すように、視点（ａ）から見た電池セルの端部（図３（ａ）参照）とは反対側の端部の近傍に＋極が形成されていることがわかる。他方、視点（ｃ）から電池セルを見ると、図３（ｃ）に示すように、視点（ａ）から見た電池セルの端部の近傍に−極が形成されていることがわかる。
【００３７】
本実施形態では、図面に表示されている電池セルの端部の近傍に形成されている電極を、“＋”又は“−”で示している。他方、図面に表示されている電池セルの端部とは反対側の端部の近傍に形成されている電極を、丸付きの“＋”又は“−”で示している。
【００３８】
次に、電池セル同士の電気的な接続方法について、図４を参照して説明する。図４は、本実施形態に係る接続端子の構造を示す図である。
【００３９】
図４（ａ）に示すように、接続端子２１０は、例えば金属等の導電性材料で形成されており、該導電性材料が露出している導電面２１１と、絶縁材料からなる絶縁膜が形成された絶縁面２１２とを有している。
【００４０】
電池セル同士を互いに電気的に接続する場合には、図４（ｂ）に示すように、接続端子２１０の導電面２１１が電池セルの電極に接触するように、電池セル間に接続端子２１０が配置される。これにより、一の電池セルと、該一の電池セルと対角に隣接した電池セルとが、接続端子２１０を介して、相互に電気的に接続される。
【００４１】
ここで、上述の如く、複数の電池セルＡ及び複数の電池セルＢの各々は、相互に他の電池セルを囲むように交互に配置されている（図１参照）。このため、一の電池セルと対角に隣接した電池セルは、一の電池セルと同じ電池バンクに含まれることとなる。具体的には例えば、一の電池セルが電池セルＡであれば、一の電池セルと対角に隣接した電池セルも電池セルＡとなる。
【００４２】
より具体的には、図５に示すように、電池バンクＡの電池セル１の＋極と、電池バンクＡの電池セル２の−極とが、接続端子２１０を介して、相互に電気的に接続される。同様に、電池バンクＡの電池セル３の−極と、電池バンクＡの電池セル４の＋極とが、接続端子２１０を介して、相互に電気的に接続され、電池バンクＢの電池セル１の−極と、電池バンクＢの電池セル２の＋極とが、接続端子２１０を介して、相互に電気的に接続される。
【００４３】
この結果、電池バンクＡにおいて、複数の電池セルＡは、相互に直列に電気的に接続され、電池バンクＢにおいて、複数の電池セルＢは、相互に直列に電気的に接続される。尚、電池セルの集合体（図１参照）の最外周に位置する一の電池セルの一方の電極は、配線ケーブル等を介して、他の電池セルの電極に電気的に接続されている。
【００４４】
尚、図５は、本実施形態に係る電池セル同士の電気的な接続方法を示す概念図である。本実施形態に係る「電池セルＡ」、「電池セルＢ」及び「接続端子２１０」は、夫々、本発明に係る「第１電池セル」、「第２電池セル」及び「接合子」の一例である。
【００４５】
本実施形態では、電源装置１００が複数の電池セルＡ及び複数の電池セルＢを備えて構成されている。このため、電源装置１００に対して要求される電力量が比較的少ない場合には、電池セルＡ及び電池セルＢの一方の電池セルのみが使用されるようにすれば（即ち、電池バンクＡ及び電池バンクＢの一方のみが使用されるようにすれば）、比較的早期に使用される電池セルを活性化することができる。
【００４６】
加えて、複数の電池セルＡ及び複数の電池セルＢの各々は、図１に示すように、相互に他の電池セルを囲むように交互に配置されている。このため、電池バンクＡ及び電池バンクＢの一方のみが使用されている場合に、該一方の電池バンクを構成する電池セルから発せられる熱により、他方の電池バンクを温めることができる。従って、電池バンクＡ及び電池バンクＢ間に温度差が生じることを抑制することができる。
【００４７】
また、接続端子２１０により電池セル同士を相互に電気的に接続することによって、配線ケーブルにより全ての電池セル同士が相互に電気的に接続される場合に比べて、電源装置１００を小型化することができ、実用上非常に有利である。
【００４８】
＜第２実施形態＞
本発明の電源装置に係る第２実施形態を、図６を参照して説明する。第２実施形態では、電池セル間に熱伝導体が配置されている以外は、第１実施形態の構成と同様である。よって、第２実施形態について、第１実施形態と重複する説明を省略すると共に、図面上における共通箇所には同一符号を付して示し、基本的に異なる点についてのみ、図６を参照して説明する。
【００４９】
本実施形態に係る電源装置１００では、図６（ａ）に示すように、相隣接して配置された電池セルＡ及び電池セルＢ間に、例えばシリコンゴムシート等からなる熱伝導体２２０が配置されている。ここで、図６（ｂ）に示すように、熱伝導体２２０は、接続端子２１０による電池セル同士の電気的な接続が妨げられないように、配置されている。
【００５０】
本実施形態では、熱伝導体２２０により、一方の電池セルの熱を効率的に他方の電池セルに伝えることができる。このため、一方の電池セルから発せられる熱により、他方の電池セルを効率的に温めることができる。
【００５１】
尚、図６は、本実施形態に係る電池セルの構成を示す概念図である。本実施形態に係る「熱伝導体２２０」は、本発明に係る「熱伝導部材」の一例である。
【００５２】
＜第３実施形態＞
本発明の電源装置に係る第３実施形態を、図７を参照して説明する。第３実施形態では、電池セル間に冷却剤路が配置されている以外は、第１実施形態の構成と同様である。よって、第３実施形態について、第１実施形態と重複する説明を省略すると共に、図面上における共通箇所には同一符号を付して示し、基本的に異なる点についてのみ、図７を参照して説明する。
【００５３】
本実施形態に係る電源装置１００では、図７に示すように、相隣接して配置された電池セルＡ及び電池セルＢ間に、冷却剤が流れる冷却剤路ＰＡ−Ｂが形成された熱伝導体２４０が配置されている。電池セルＡ同士は、冷却剤路ＰＡが形成された接続端子２３０ａにより相互に電気的に接続されている。同様に、電池セルＢ同士は、冷却剤路ＰＢが形成された接続端子２３０ｂにより相互に電気的に接続されている。尚、図７は、第３実施形態に係る電池セルの構成を示す概念図である。
【００５４】
ここで、接続端子２３０ａは、電池セルＡのみに接触しており、電池セルＢには接触していない。他方、接続端子２３０ｂは、電池セルＢのみに接触しており、電池セルＡには接触していない。また、冷却剤路ＰＡ及びＰＢの壁面、即ち、接続端子２３０ａ及び２３０ｂの内壁面は、絶縁性の膜で覆われている。
【００５５】
冷却剤路ＰＡ−Ｂに冷却剤が供給されることにより、電池セルＡ及び電池セルＢの両方と、冷却剤との間で熱交換が行われる。冷却剤路ＰＡに冷却剤が供給されることにより、電池セルＡと冷却剤との間で熱交換が行われる。冷却剤路ＰＢに冷却剤が供給されることにより、電池セルＢと冷却剤との間で熱交換が行われる。
【００５６】
電源装置１００の一部を構成する冷却剤放流制御手段３１０は、電池セルＡに設けられた温度センサ（図示せず）、及び電池セルＢに設けられた温度センサ（図示せず）の各々から出力される信号により示される電池セルＡ及び電池セルＢ各々の温度に応じて、冷却剤を供給する冷却剤路、又は冷却剤を供給しない冷却剤路を決定する。その後、冷却剤放流制御手段３１０は、冷却材ポンプ３２０並びに制御弁ＶＡ、ＶＢ及びＶＡ−Ｂを夫々制御する。
【００５７】
ここで、制御弁ＶＡ、ＶＢ及びＶＡ−Ｂは、夫々、冷却剤路ＰＡに供給される冷却剤の量を制御する弁、冷却剤路ＰＢに供給される冷却剤の量を制御する弁、及び冷却剤路ＰＡ−Ｂに供給される冷却剤の量を制御する弁である。
【００５８】
本実施形態によれば、電池セルが過熱状態となることを防止することができ、実用上非常に有利である。
【００５９】
尚、冷却剤路は、熱伝導体のみに形成されていてもよい。また、冷却剤は、電源装置１００専用の冷却剤であってもよいし、エンジン１１の冷却剤と共用であってもよい。
【００６０】
本実施形態に係る「接続端子２３０ａ及び２３０ｂ」は、本発明に係る「接合子」の他の例であり、本実施形態に係る「熱伝導体２４０」は、本発明に係る「熱伝導部材」の他の例である。本実施形態に係る「冷却剤路ＰＡ」、「冷却剤路ＰＢ」及び「冷却剤路ＰＡ−Ｂ」は、本発明に係る「冷却水流路」の一例である。
【００６１】
＜変形例＞
次に、第３実施形態に係る電源装置１００の変形例について、図８を参照して説明する。図８は、本実施形態の変形例に係る電池セルの構成を示す概念図である。
【００６２】
本変形例に係る電源装置１００では、図８に示すように、冷却剤路３３０が、接続端子２１０や熱伝導体２２０とは別個に設けられている。尚、図８中では、冷却剤路３３０の一部と、接続端子２１０とが重なって表示されているが、実際には、冷却剤路３３０と接続端子２１０とは重ならないように配置されている。
【００６３】
＜第４実施形態＞
本発明の電源装置に係る第４実施形態を、図９を参照して説明する。第４実施形態では、電源装置が、該電源装置にエンジンを冷却する冷却剤を供給可能に構成されている以外は、第１実施形態の構成と同様である。よって、第４実施形態について、第１実施形態と重複する説明を省略すると共に、図面上における共通箇所には同一符号を付して示し、基本的に異なる点についてのみ、図９を参照して説明する。
【００６４】
本実施形態に係る電源装置１００は、図９に示すように、エンジン１１とラジエータ１８との間を循環する冷却剤の一部を電源装置１００に引き込み可能に構成されている。具体的には例えば、冷却剤投入弁Ｖｉｎ、冷却剤排出弁Ｖｅｘ及び冷却剤ポンプが、夫々適宜制御されることにより、エンジン１１とラジエータ１８との間を循環する冷却剤の一部が、電源装置１００に流入する。尚、図９は、本実施形態に係る電源装置の構成を示す概念図である。
【００６５】
このように構成すれば、車両１がエンジン１１と電動機１５とを併用して走行するハイブリッド走行を経て車両１が停止した後に、比較的高温（例えば、摂氏８０度）の冷却剤を少量ずつ電源装置１００に供給することによって、車両１が停止した後において電池セルを保温することができる。
【００６６】
この結果、例えばショッピングセンター等に車両１で移動し、買い物等を済ました後に再び車両１を使用する場合、直ちに又は比較的早期に、電源装置１００本来のパフォーマンスを得ることができ、実用上非常に有利である。
【００６７】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う電源装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６８】
１…車両、１１…エンジン、１２…発電機、１３、１４…インバータ、１５…電動機、１００…電源装置、２１０、２３０ａ、２３０ｂ…接続端子、２２０、２４０…熱伝導体、３３０、ＰＡ、ＰＢ、ＰＡ−Ｂ…冷却剤路、ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３…スイッチ、ＶＡ、ＶＢ、ＶＡ−Ｂ…制御弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2011171043.tif 000009
【図８】
2011171043.tif 000010
【図９】
2011171043.tif 000011