(57)【要約】【課題】電池セルの安全弁から排出されるガスを電源装置の外部に排出しやすくした車載用の電源装置並びにこれを備える車両を提供する。【解決手段】鉛バッテリ１０と、鉛バッテリ１０と並列に接続される補助バッテリ２０とが、鉛バッテリ１０の端面に補助バッテリ１０が配置された状態で外ケース３０に収納されており、補助バッテリ２０は、外形が外装缶で構成され直列に接続された複数の二次電池セルと、前記複数の二次電池セルを水平姿勢に保持する内ケース２２とを備え、前記二次電池セルの端面には、該外装缶の内圧が所定値以上になると開弁して外装缶のガスを外部に排出する安全弁が設けられており、前記安全弁の上方に位置する外ケース３０の上面には、安全弁から外ケースの内部に排出されたガスを外ケースの外部に排出するガス排出孔３３が設けられている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛バッテリと、
前記鉛バッテリと並列に接続される補助バッテリと、
鉛バッテリの端面に補助バッテリが配置された状態で鉛バッテリと補助バッテリとを収納する外ケースと
を備える電源装置であって、
前記補助バッテリは、
外形が外装缶で構成され直列に接続された複数の二次電池セルと、
前記複数の二次電池セルを水平姿勢に保持する電池ホルダとを備え、
前記二次電池セルの端面には、該外装缶の内圧が所定値以上になると開弁して外装缶内のガスを外部に排出する安全弁が設けられており、
前記安全弁の上方に位置する前記外ケースの上面には、前記安全弁から前記外ケースの内部に排出されたガスを該外ケースの外部に排出するガス排出孔が設けられていることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記電池ホルダは、前記安全弁が鉛直方向に直線状に位置する姿勢に、前記複数の二次電池セルを保持す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】
前記電池ホルダは、二次電池セルを２本ずつ水平方向に直列に接続した状態で保持しており、
前記電池ホルダのうち、二次電池セルを水平方向に直列に接続した接続部と対応する位置には開口窓を形成してなることを特徴とする請求項１または２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記二次電池セルがニッケル水素電池であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項５】
車両に搭載されるエンジンと、
前記エンジンの駆動によって前記車両を走行させる車輪と、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の電源装置とを備える車両
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車載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補助バッテリを接続した車両用の電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の補助バッテリを図９に示す。車両用の電源装置は、鉛バッテリと並列に補助バッテリ３２０を接続することで、回生発電電力の充電効率を改善し、優れた燃費効率を実現できる。このような車載用の電源装置３００においては、鉛バッテリと補助バッテリ３２０とを共通の外ケースに収納して一体的に構成することが考えられる。
【０００３】
外ケースに収納される補助バッテリ３２０は、一般的に複数の電池セル３２１が直列に接続されて構成される。各電池セル３２１は、金属製の外装缶３２２を備えている。この外装缶３２２の内部でガスが発生して高圧になった際に、開弁して該高圧ガスを電池セル３２１の外部に排出する安全弁３２３が設けられている。安全弁３２３は、たとえば電極面（例えば正極側）に設けられており、安全弁３２３の開弁が生じた場合には、ガスをさらに外ケースの外部に排出する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２０８５９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、図９に示すように縦置きに配置した電池セル３２１で構成された補助バッテリ３２０では、とくに外ケースの底面３２４側に安全弁３２３が面する姿勢で保持された電池セル３２１から排出されるガスを、さらに外ケースの外部に排出させることがスムーズに行われ難いという問題があった。
【０００６】
本発明は、従来のこのような問題点を解決するためになされたものである。本発明の主な目的は、電池セルの安全弁から排出されるガスを電源装置の外部に排出しやすくした車載用の電源装置並びにこれを備える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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の一の車載用の電源装置によれば、鉛バッテリと、前記鉛バッテリと並列に接続される補助バッテリと、鉛バッテリの端面に補助バッテリが配置された状態で鉛バッテリと補助バッテリとを収納する外ケースとを備える電源装置であって、前記補助バッテリは、外形が外装缶で構成され直列に接続された複数の二次電池セルと、前記複数の二次電池セルを水平姿勢に保持する電池ホルダとを備え、前記二次電池セルの端面には、該外装缶の内圧が所定値以上になると開弁して外装缶内のガスを外部に排出する安全弁が設けられており、前記安全弁の上方に位置する前記外ケースの上面には、前記安全弁から前記外ケースの内部に排出されたガスを該外ケースの外部に排出するガス排出孔が設けられている。
【０００８】
上記構成により、二次電池セルが安全弁から外ケースの内部に排出したガスを、外ケースの上面に設けられたガス排出口を介して外ケースの外部にスムーズに排出させることができる。
【０００９】
さらに、前記電池ホルダは、安全弁が鉛直方向に直線状に位置する姿勢に、前記複数の二次電池セルを保持する。
【００１０】
上記構成により、ガス排出口は、上下方向に直線状に配置した複数の安全弁の延長線上に位置するので、二次電池セルが安全弁から外ケースの内部に排出したガスを効果的に外ケースの外部に排出することができる。
【００１１】
さらに、前記電池ホルダは、二次電池セルを２本ずつ水平方向に直列に接続した状態で保持しており、前記電池ホルダのうち、二次電池セルを水平方向に直列に接続した接続部と対応する位置には開口窓を形成している。
【００１２】
上記構成により、二次電池セル同士の接続部に位置する二次電池セルの端面から排出される排出ガスを、開口窓を介して電池ホルダの外部に効果的に排出させることができる。
【００１３】
さらに、二次電池セルはニッケル水素電池であるので、回生制動で発生する回生エネルギーを用いて効率よく充電することができる。
【００１４】
さらに、車両に搭載されるエンジンと、前記エンジンの駆動によって前記車両を走行させる車輪と、電源装置とを備えているので、車両の燃費を著しく改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る電源装置の斜視図である。
【図２】電源装置の分解斜視図である。
【図３】電源装置の透視斜視図である。
【図４】電源装置を背面側から見た透視斜視図である。
【図５】１本の二次電池セルで蓄電素子組が形成される電源装置の縦断面図である。
【図６】２本の二次電池セルで蓄電素子組が形成される電源装置の縦断面図である。
【図７】電源装置を車両のエンジンルーム内に配置した状態を示す模式水平断面図である。
【図８】車両に搭載した電源装置の回路図である。
【図９】従来の補助バッテリを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための車載用の電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、本発明は車載用の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。
【００１７】
本発明の一実施例に係る車両用の電源装置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、図４の透視断面図にそれぞれ示す。蓄電素子組が１本の二次電池セルで形成される電源装置２００の縦断面図を図５に示し、蓄電素子組が２本の二次電池セルで形成される電源装置１００の縦断面図を図６に示す。電源装置１００を車両１０００のエンジンルーム９６内に配置した状態を図７に示し、車両１０００に搭載した電源装置１００の回路図を図８に示す。電源装置２００は、鉛バッテリ１０と、補助バッテリ１２０と、これらを収納する外ケース１３０とを備え、電源装置１００は、鉛バッテリ１０と、補助バッテリ２０と、これらを収納する外ケース３０とを備えている。なお図３、図４では、内部構造を示すために外ケース３０と出力端子１２とを破線で示し、またカバー部４２（後述）の図示を省略している。
（外ケース３０）
【００１８】
外ケース３０は、絶縁性に優れ、さらに耐薬品性に優れた樹脂などを用いて箱形に形成される。外ケース３０は、上面が開口した有底箱状のケース本体３２と、ケース本体３２の上面を閉塞する蓋部３１とを備えており、鉛バッテリ１０と補助バッテリ２０とを収納する。図２に示すように、外ケース３０は、鉛バッテリ１０が収納される外ケース３０の一部に、補助バッテリ２０が収納される収納空間３５が設けられた統合型とされており、複数の電解液槽３６と収納空間３５とを含んでいる。１つの外ケース３０に鉛バッテリ１０と補助バッテリ２０とを収納するので、電源装置１００をコンパクトに形成して、持ち運びおよびエンジンルーム９５への取り付けを容易に行うことができる。
【００１９】
外ケース３０の内部には、鉛バッテリ１０の電解液が注液される電解液槽３６同士を区画し、あるいは補助バッテリ２０を収納する収納空間３５と電解液槽３６とを区画する仕切壁３４が設けられている。仕切壁３４は、絶縁性の部材で構成されることが好ましく、たとえば外ケース本体３２と一体成型される。
【００２０】
外ケース３０の蓋部３１には、二次電池セルの安全弁から放出されたガスを外ケース３０の外部に排出するための排出孔３３が形成されている。内ケース２１の両側壁には、後述するように、二次電池セルの正極端子または負極端子を支持する支持部３７が上下方向に直線状に設けられており、排出孔３３は、上下方向に直線状に設けられた支持部３７の延長線上に形成される。内ケース２１の外部に排出されたガスは、 外ケース３０に形成された排出孔３３を介して電源装置１００の外部に排出可能である。なお、外ケース３０の外形及びサイズを、既存の車載用１２Ｖ鉛バッテリとほぼ同様の外形とすることで、容易に電源装置１００に載せ替えることができる。
（鉛バッテリ１０）
【００２１】
鉛バッテリ１０は、複数の鉛電池セル１１を積層した鉛電池積層体で構成される。鉛電池セル１１の電極体は、角形の外形とされ、幅方向の寸法よりも厚みが薄い薄型とされ、電解液と極板等とで構成される発電要素の単位の電池を示すものである。鉛バッテリ１０は、基本的に既存の車載用１２Ｖ鉛バッテリの構成が用いられる。すなわち、定格電圧が２Ｖの鉛電池セル１１を６セル積層して直列に接続したものが用いられる。
【００２２】
鉛バッテリ１０に補助バッテリ２０を積層しても、既存の車載用１２Ｖ鉛バッテリと略同じサイズとなるように、鉛電池セル１１の厚さは若干薄くされる。これにより、鉛バッテリ１０に補助バッテリ２０を統合した電源装置１００のサイズを、既存の車載用１２Ｖ鉛バッテリとほぼ同程度とすることができる。例えば、鉛電池セル１１の厚さを従来のものに比べて６／７にすることで、補助バッテリ２０の収納空間３５を確保したうえで、既存の車載用１２Ｖ鉛バッテリと略同じサイズの電源装置１００とすることができる。
（補助バッテリ１２０，２０）
【００２３】
図５，６に示すように、補助バッテリ１２０，２０は、複数の蓄電素子２１が直列に電気接続されて構成されており、複数の蓄電素子２１が略同一平面に配置されている。蓄電素子２１は蓄電可能な部材であり、二次電池セルが用いられる。二次電池セルとしてはニッケル水素電池が好適に利用される
【００２４】
図５に示すように、蓄電素子組１２１ａが１本の蓄電素子２１によって形成される場合について説明する。１本の蓄電素子２１によって形成された蓄電素子組１２１ａが、５組平行に同一平面上に並べられて、蓄電素子集合体が構成される。蓄電素子集合体は、合計５本のニッケル水素電池で構成される。内ケース１２２の側壁には、二次電池セルの正極端子または負極端子を支持する支持部３７が上下方向に直線状に設けられており、二次電池セルの正極端子から放出されたガスは、この支持部３７を介して、内ケース１２２の外部に排出される。内ケース１２２の外部に排出されたガスは、外ケース１３０に形成された排出孔３３から電源装置１００の外部に排出される。
【００２５】
このように１本の蓄電素子２１によって蓄電素子組１２１ａが形成される構成であると、蓄電素子組１２１ａに二次電池セルの接続部が存在しないので、接続部に位置する正極端子の安全弁から放出されたガスを外部に排出する構成を要しないので、電源装置１００の構成を簡単にすることができる。
【００２６】
図６に示すように、２本の二次電池セルを長手方向に接続して蓄電素子組２１ａを形成する場合について説明する。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１０との並列接続に適合する。２本の二次電池セルを長手方向に接続して蓄電素子組２１ａを形成する場合には、蓄電素子組２１ａを５組平行に同一平面上に並べて蓄電素子集合体が構成される。すなわち蓄電素子集合体は、合計１０本のニッケル水素電池で構成される。この構成によって上下方向に薄型の補助バッテリ２０が形成される。
【００２７】
補助バッテリ１２０，２０は後述のリード部１４を介して正負の出力端子１２に接続される。リード部１４は導電性に優れた金属等の部材で構成されており、鉛バッテリ１０と補助バッテリ１２０，２０とは、リード部１４を介して電気的に並列に接続される。補助バッテリ１２０，２０に補助電池端子を設ける場合には、リード部１４は、補助電池端子と正負の出力端子１２とを電気接続するように構成される。
【００２８】
二次電池セルを直列に接続する際に、二次電池セル同士を接続するバスバー２４（バスバー２４については後述する。）の長さを短くするために、短手方向に隣接する二次電池セル同士は長手方向の向きが逆向きになる。この場合に、二次電池セルを縦置きにすると、外装缶内に充填されている電解液が、底面側に位置する正極端子に形成された安全弁の近傍に溜まることがある。外装缶の内圧が所定値以上の高圧になって安全弁が開弁した際に、安全弁の近傍に溜まった電解液が、安全弁の開口部を部分的に塞ぐことがあるが、二次電池セルの長手方向が水平方向に向いた状態で内ケース１２２，２２に収納することによって、このような事態を回避することができる。
【００２９】
長手方向が水平方向に向くように配列された二次電池セルのうち、正極端子が内ケース１２２，２２の縦壁側に位置する二次電池セルでは、正極端子に形成された安全弁から放出されたガスは、正極端子を内ケース１２２，２２（内ケース１２２，２２については後述する。）に支持する支持部３７を介して、内ケース２２の外部に排出可能である。２本の二次電池セルを水平方向に直列に接続して蓄電素子組２１ａが形成される場合に、この接続部３８に位置する正極端子の安全弁から放出されたガスは、後述する内ケース２２の開口窓２６から排出可能である。
【００３０】
なお、直列接続する蓄電素子２１の本数を調整することで、補助バッテリ１２０，２０の電圧を、接続先の鉛バッテリ１０の電圧と一致するように調整できる。たとえば、トラック等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二次電池を２０本直列に接続することで対応させることができる。このように必要に応じて３６Ｖ、４８Ｖ等、ニッケル水素電池を１０本単位で、すなわち１０ｎ（ｎは自然数）個を直列に接続することにより、１２Ｖの倍数で出力電圧を調整して、多くの規格化された電源装置の電圧に適合することができる。蓄電素子２１をニッケル水素電池とする構成について説明したが、リチウムイオン電池等の二次電池を使用することもできる。
（バスバー２４）
【００３１】
内ケース１２２，２２に収納された蓄電素子２１同士はバスバー２４によって電気的に接続される。バスバー２４は、金属板などの導電性に優れた材質で構成される。鉛バッテリ１０と補助バッテリ１２０，２０との間には回路部４０が介在している。回路部４０は補助バッテリ１２０，２０の電圧、電流、温度等を監視して、異常時には回路を遮断する保護回路を備えている。たとえば蓄電素子２１にリチウムイオン電池を使用する場合には、各蓄電素子２１の電圧が監視されることが好ましい。このため各バスバー２４は、回路部４０と個別に配線されている。
【００３２】
また回路部４０は回路基板４１を備える。回路基板４１は一方向に延長された形状として、長手方向の側面側の一方に、端子コネクタ４６を設けている。端子コネクタ４６には、バスバー２５に設けられるシャント抵抗２８やヒューズ２９、あるいはバスバー２４に設けられるサーミスタ２７の信号ラインが接続される。回路部４０を外ケース１３０，３０の中心から一方の側面側に偏在させて配置する場合は、外ケース１３０，３０正面の端縁と近い側の側面に、端子コネクタ４６を設けることが好ましい。なお、鉛バッテリ１０は、多量の電解液を有しており、熱容量が補助バッテリ１２０，２０よりも大きいため、鉛バッテリ１０の方が補助バッテリ１２０，２０より温度が相対的に低くなる。
（内ケース２２）
【００３３】
内ケース１２２，２２は電池ホルダである。内ケース１２２，２２は、絶縁性に優れた材質を用いて形成され、例えば樹脂等で形成される。内ケース１２２，２２は外形を箱状に形成し、内部に蓄電素子集合体を収納できる空間を備えている。内ケース１２２，２２の主面は、角形の鉛電池セル１１の電極体の主面とほぼ等しいか、これよりも小さい大きさに形成されている。これによって、補助バッテリ１２０，２０を鉛バッテリ１０と積層した際に、外形をコンパクトなブロック状にすることができる。
【００３４】
内ケース１２２，２２の側壁には、二次電池セルの正極端子または負極端子を支持する支持部３７が上下方向に直線状に設けられており、二次電池セルの正極端子から放出されたガスは、この支持部３７を介して内ケース１２２，２２の外部に排出可能である。
【００３５】
２本の二次電池セルを水平方向に直列に接続して蓄電素子組２１ａが形成される場合には、内ケース２２の２つの主面において、この接続部３８に対応する位置に、接続部３８を挟み込むように角形の開口窓２６が各々形成される。接続部２６に位置する正極端子の安全弁から放出されたガスは、この開口窓２６を介して内ケース２２の外部に放出可能である。
（回路図）
【００３６】
図７は電源装置１００を車両１０００に載置したシステム例を示す。エンジン９６は車輪９７を駆動する。鉛バッテリ１０と補助バッテリ２０とが並列に電気接続されており、鉛バッテリ１０と補助バッテリ２０との間に、一時的に回路を切り離す遮断機構６０を備えている。鉛バッテリ１０と補助バッテリ２０とは、それぞれ鉛バッテリ用遮断スイッチ６１、補助バッテリ用遮断スイッチ６２とを介して、リード部１４で並列接続されており、各遮断スイッチをＯＮすると、鉛バッテリ１０と補助バッテリ２０の電圧は等しくなる。このような遮断スイッチとして、リレーや半導体スイッチング素子等のスイッチング素子が利用される。また遮断スイッチのＯＮ／ＯＦＦの切替制御は、回路部４０に設けられた制御回路４８によって行われる。
【００３７】
電源装置１００は、好ましくは回生制動とアイドリングストップする車両１０００に搭載される。この電源装置１００は、鉛バッテリ１０と補助バッテリ２０とを備えており、オルタネータ５２が回生制動発電した電力が、鉛バッテリ１０と補助バッテリ２０との双方に蓄えられる。鉛バッテリ１０と補助バッテリ２０とに蓄えられた電力は、エンジン９６を始動するスターターモータ５４と電装機器５０とに供給される。
【００３８】
アイドリングストップする車両は、メインスイッチであるイグニッションスイッチがオンの状態で、信号待ち等でエンジン９６を停止させて燃費効率を改善する。エンジン９６を再始動させるために、スターターモータ５４に電力が供給される。なお、回生制動し、かつアイドリングストップする車両は、大きなオルタネータ５２を備えており、このオルタネータ５２がエンジン９６を再始動するモータとしても用いられる。
【００３９】
このような構成の電源装置１００において、正極端子が内ケース２２の縦壁側に位置する二次電池セルの安全弁から放出されたガスは、内ケース２２の縦壁に設けられた支持部３７を介して、内ケース２２の外部に排出される。内ケース２２の支持部３７は上下方向に直線状に並んでおり、正極端子の支持部３７から排出されたガスは、まとまって上方に直線状に流れ、支持部３７の延長線上にある外ケース３０の排出孔３３を介して電源装置１００の外部に効率良く排出される。
【００４０】
２本の二次電池セルによって蓄電素子組２１ａを構成する場合には、２本の二次電池セルの接続部３８に位置する正極端子の安全弁から放出されたガスは、接続部３８を挟み込むように設けられた内ケース２２の開口窓２６から内ケース２１の外部に放出される。内ケース２１の外部に放出されたガスは、外ケース３の排出孔３３を介して電源装置１００
の外部に排出される。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明に係る車両用の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として好適に利用できる。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。
【符号の説明】
【００４２】
１００，２００，３００…電源装置
１０…鉛バッテリ
１１…鉛電池セル
２０，１２０，３２０…補助バッテリ
１２…出力端子；１２＋…正極側出力端子；１２−…負極側出力端子
１４、１４＋、１４−…リード部
２１…蓄電素子；２１ａ，１２１ａ…蓄電素子組
２２，１２２…内ケース
２４…バスバー
２５…バスバー
２６…開口窓
２７…サーミスタ
２８…シャント抵抗
２９…ヒューズ
３０，１３０…外ケース
３１…蓋部
３２…ケース本体
３３…排出孔
３４…仕切壁
３５…収納空間
３６…電解液槽
３７…支持部
３８…接続部
４０…回路部
４１…回路基板
４２…カバー部
４４…端子部；４４＋…正極側端子部；４４−…負極側端子部
４６…端子コネクタ
４８…制御回路
５０…電装機器
５２…オルタネータ
５４…スターターモータ
６０…遮断機構
６１…鉛バッテリ用遮断スイッチ
６２…補助バッテリ用遮断スイッチ
９５…エンジンルーム
９６…エンジン
９７…車輪
３２１…電池セル
３２２…外装缶
３２３…安全弁
３２４…底面
１０００…車両
【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】
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【図８】
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【図９】
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