(57)【要約】  電気推進力を有する車両(1)用の蓄電システム(14)であって、各々が、中心対称軸(21)を有する円筒形の形状を有し、一方の端部においては正の電極を有し、他方の端部においては負の電極を有する１パックの化学電池(19)であって、化学電池は、少なくとも1つの列(22)に配置され、その列(22)において、その列(22)の化学電池(19)は全て互いに平行であり、且つ所定のピッチで互いに隣接して配置される１パックの化学電池(19)と、その群の中では化学電池(19)が互いに並列に接続される化学電池(19)の群(32)の複数を形成し、この化学電池(19)の群(32)の複数を互いに直列に接続するように、同じ列(22)の複数の化学電池(19)の電極を接続する複数の電気的接続素子(31)と、を備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気推進力を有する車両用の蓄電システムであって、
各々が、中心対称軸を有する円筒形の形状を有し、一方の端部においては正の電極を有し、他方の端部においては負の電極を有する1パックの化学電池であって、該化学電池は、少なくとも1つの列に配置され、該列が該化学電池の中心対称軸に垂直に展開するように、前記化学電池は全て互いに平行であり、且つ所定のピッチで互いに隣接して配置される、1パックの化学電池と、
前記化学電池が互いに並列に接続される前記化学電池の一連の群のを形成し、前記化学電池の複数の群を互いに直列に接続するように、同じ列の前記化学電池の電極を接続する複数の電気的接続素子と、を含み、
前記電気的接続素子の各々は、導電体材料からなり、Ｕ字形の形状を有し、第1のヘッドプレートと、第2のヘッドプレートと、ブリッジプレートとを有する剛体から成り、該第1のヘッドプレートは、前記化学電池の同じ第1の群の前記化学電池の正の電極に電気的に接続され、該第2のヘッドプレートは、前記化学電池の前記第1の群に隣接する、前記化学電池の同じ第2の群の前記化学電池の負の電極に電気的に接続され、該ブリッジプレートは、前記化学電池の該2つの群の前記化学電池の上方又は下方に延びることによって、該2つのヘッドプレートを互いに接続する、
電気推進力を有する車両用の蓄電システム。
【請求項２】
前記化学電池の各々は、前記化学電池の各々の電極の1つに隣接して配置される1つの安全弁を有し、
前記電気的接続素子の各々において、前記ヘッドプレートのうちの少なくとも1つは複数の貫通開口を有し、該複数の貫通開口は、対応する複数の前記化学電池の前記安全弁に対応して配置される、
請求項１に記載の蓄電システム。
【請求項３】
前記化学電池の群の各々は、対応する前記化学電池の動作を制御するローカル制御装置を有する、
請求項１又は2に記載の蓄電システム。
【請求項４】
前記化学電池の群の各々において、前記ローカル制御装置は、対応する前記電気的接続素子の前記ブリッジプレートによって機械的に支持される、
請求項3に記載の蓄電システム。
【請求項５】
前記化学電池の群の各々において、前記ローカル制御装置は、前記化学電池の群の各々ごとに、前記2つの電極の端部での電圧、前記2つの電極の間を流れる電流の強さ、及び／又は対応する電気化学セルの温度を決定する、
請求項３又は４に記載の蓄電システム。
【請求項６】
蓄電システム全体を制御し、前記ローカル制御装置に接続され、マスター／スレーブ方式によって前記ローカル制御装置と共に動作する中央制御装置を含む、
請求項3、4又は5のいずれか一項に記載の蓄電システム。
【請求項７】
その内部に複数の前記化学電池が配置される、プラスチック材料からなる支持マトリックスが設けられ、
前記電気的接続素子の各々の前記ブリッジプレートは前記支持マトリックスの壁の上に位置する、
請求項1乃至6のいずれか一項に記載の蓄電システム。
【請求項８】
前記支持マトリックスは、個々の前記化学電池19の機械的強度よりも低い機械的強度を有し、衝突が起きた場合は、変形するように調整される、
請求項7に記載の蓄電システム。
【請求項９】
衝突が起きた場合には、機械的結合を断絶させるように調節される機械的強度を有する機械的結合によって、前記ヘッドプレートの各々は、対応する前記化学電池の電極に機械的に接続される、
請求項1乃至8のいずれか一項に記載の蓄電システム。
【請求項１０】
前記電気的接続素子の各々において、前記2つのヘッドプレートは、対応する前記化学電池の電極に対して、ただ置かれる、
請求項9に記載の蓄電システム。
【請求項１１】
前記電気的接続素子の各々において、前記電気的接続素子の各々の変形により発生し、前記電気的接続素子の各々が前記化学電池に結合されるときにもたらされるスプリングバック力によって、前記2つのヘッドプレートが、対応する前記化学電池の電極に対して押し当てられる、
請求項10に記載の蓄電システム。
【請求項１２】
前記電気的接続素子の各々において、前記2つのヘッドプレートは、対応する前記化学電池の電極に溶接される、
請求項9に記載の蓄電システム。
【請求項１３】
前記複数の電気的接続素子の前記ブリッジプレートに熱的に結合される冷却システムを含む、
請求項1乃至12のいずれか一項に記載の蓄電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気推進力を有する車両用の蓄電システムに関する。
【０００２】
本発明は、以下の説明が一般性を失うことなく明確に該当するハイブリッド推進力を有する道路走行車両に有利に適用される。
【背景技術】
【０００３】
ハイブリッド車は、ギアボックスを備える変速機を介して駆動輪へ駆動トルクを伝達する内燃熱機関と、駆動輪に機械的に接続され、蓄電システムに電気的に接続される少なくとも1つの電気機械とを含む。通常、蓄電システムは、互いに直列及び並列に接続される1パックの化学電池を含む。
【０００４】
伊国特許出願第IT2012BO00056号には、電気推進力を有する車両用の蓄電システムが記載されている。この蓄電システムは、互いに直列及び並列に接続される1パックの化学電池を備え、各化学電池は中心対称軸を有する円筒形の形状を有し、各電気化学セルを備える。化学電池は、プラスチック材料からなり、化学電池自体に機械的支持を与える支持マトリックスに配置される。
【０００５】
伊国特許出願第IT2012BO00056号では、同じ列の化学電池は互いに並列に接続される一方、化学電池のいくつかの列は互いに直列に接続される。具体的には、化学電池の各列は、対応する正極導体を介して、その列の化学電池の全ての正の電極に電気的に接続される正の電気的マニフォールドと、対応する負極導体を介してその列の化学電池の全ての負の電極に電気的に接続される負の電気的マニフォールドとを有する。しかしながら、同じ列の全ての化学電池を互いに並列に接続していることにより、蓄電システムの端子において全体として高電圧が得られず、また、その実施が特に困難である（よって、費用がかかる）ため、上述の化学電池の電気的接続方法には、いくつかの欠点がある。
【発明の概要】
【０００６】
本願の目的は、上述の欠点を有さず、容易に且つコスト効率良く実施できる、電気推進力を有する車両用の蓄電システムを提供することである。
【０００７】
本願によれば、添付の特許請求の範囲による電気推進力を有する車両用の蓄電システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
次に、添付の図面を参照しながら、本発明を説明する。添付の図面は、本発明の非限定的な実施例を示す。
【図１】ハイブリッド推進力を有する道路走行車両の平面図を示す。
【図２】本発明に従って実施される蓄電システムが強調された、図1の道路走行車両のフレームの平面図を示す。
【図３】蓄電システムが示されない図2のフレームの平面図である。
【図４】図2の蓄電システムのみを示す拡大平面図である。
【図５】図2の蓄電システムを構成する化学電池のいくつかのモジュールを示す斜視図である。
【図６】図2の蓄電システムの、プラスチック材料からなる支持マトリックスの斜視図を示す。
【図７】図5の蓄電システムの細部を示す断面図である。
【図８】図5の蓄電システムの細部を示す縦断面図である。
【図９】化学電池間の並列及び直列の電気的接続が強調された、図2の蓄電システムを構成する化学電池のいくつかのモジュールの斜視図を示す。
【図１０】化学電池の隣り合う2つの群を互いに直列及び並列に接続する、剛性のＵ字形接続要素の斜視図を示す。
【図１１】化学電池のいくつかの列の中の化学電池間の並列及び直列の接続を示す配線図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図1において、参照番号1は、2つの前輪2と、ハイブリッドモーター推進システム4から駆動トルクを受ける2つの後部駆動輪3とを備えるハイブリッド推進力を有する道路走行車両を、全体として示す。
【００１０】
道路走行車両1は、直線運動の方向に平行な（すなわち、ステアリング角がゼロのときの運動方向に平行な）前後方向Lと、前後方向Lに垂直な横方向Tとを有する。
【００１１】
ハイブリッドモーター推進システム4は、前部位置に配置される内燃熱機関5であって、ドライブシャフト6と、内燃熱機関5により発生させられた駆動トルクを後部駆動輪3へ伝達する自動変速機7と、自動変速機7に機械的に接続され、可逆である（すなわち、電気エネルギーを吸収して機械的な駆動トルクを発生させる電気モーターとしても、また、機械的エネルギーを吸収して電気エネルギーを発生させる発電機としても機能可能である）電気機械8と、を備える内燃熱機関5を含む。
【００１２】
自動変速機7は、一方の側では角度を有するようにドライブシャフト6と一体であり、他方の側ではデュアルクラッチギアボックス10に機械的に接続されるプロペラシャフト9を含み、デュアルクラッチギアボックス10は、後部位置に配置され、ディファレンシャル・ギヤ12から運動を受け取る2つのアクスルシャフト11によって、後部駆動輪3に運動を伝達する。主電気機械8は、デュアルクラッチギアボックス10に機械的に接続される。具体的には、主電気機械8は、角度を有するようにデュアルクラッチギアボックス10の主軸と一体である。主電気機械8をデュアルクラッチギアボックス10に接続する方法については、例えば、欧州特許出願公開第2,325,034A1号明細書を参照する。
【００１３】
図2及び図3に示すように、道路走行車両1は、区画の底部壁を構成するフロア16（図3に部分的に示す）を有するフレーム15を備える。蓄電システム14を収容するフロア16内に、2つのハウジング17（図3に示す）が得られる（従って、蓄電システム14はフロア16上に位置する)。蓄電システム14は、(通常は、熱伝導性及び電気絶縁性を有するプラスチック材料からなる)2つの容器18を含む。各容器18は対応するハウジング17に挿篏されるため、ハウジング17自体と同じ形状を有する。
【００１４】
１パックの化学電池19が、各容器18内に配置される。これらの化学電池は、互いに並列及び直列に接続され、蓄えられた化学エネルギーを電気エネルギーに及びその逆に変換するように適合される、各電気化学セル20（図7及び図8に示す)を含む。1つの好適な実施形態によれば、電気化学セル20は、リチウムイオン（Li-Ion）セルである。
【００１５】
図5に示すように、各化学電池19は、中心対称軸21を有する円筒形の形状を有し、一方の端部に正の電極を有し、他方の端部に負の電極を有する。蓄電システム14は、各化学電池19の中心対称軸21が、道路走行車両1の前後方向Lにも道路走行車両1の横方向Ｔにも平行にならないように、道路走行車両1の内部に篏合する形状に成形される。
【００１６】
図5に示すように、化学電池19は、互いに平行で且つ一層に配列される（すなわち、化学電池19の上又は下に別の化学電池19が配置されない）複数の列22に配置される。図示しない、異なる実施形態によれば、この1パック化学電池19は、互いの上に配置される２つ以上の化学電池19の層を有する。化学電池19の中心対称軸21に垂直に列22が展開するように、列22の化学電池19は全て互いに平行であり、且つ所定のピッチで互いに隣接して配置される。
【００１７】
図5及び図6に示すように、蓄電システム14は、その内部に化学電池19が配置される、プラスチック材料からなる支持マトリックス23を含む。具体的には、支持マトリックス23は、複数の貫通孔24を有する直方体の形状を有し、複数の貫通孔24の各々は、対応する化学電池19であって、貫通孔24内へ軸方向に挿篏される化学電池19を受け入れ且つ収容するよう適合される。本実施形態においては、各化学電池19の中心部のみが支持マトリックス23と係合し（すなわち、支持マトリックス23の対応する貫通孔24内に配置され）、その一方、各化学電池19の2つの端部（正電極及び負電極の2つの電極が配置される）は、支持マトリックス23から突出する。支持マトリックス23は、化学電池19とは別個に且つ独立して実装され（「空の」支持マトリックス23は、図6に示したように見える)、化学電池19は、後の時点で、先に実装された支持マトリックス23の貫通孔24内へ挿篏される。各化学電池19の2つの端部は、支持マトリックス23から突出する。各化学電池19の端部は外部から完全にアクセス可能になるので、このようにして、化学電池19を支持マトリックス23内に挿篏すると、化学電池19の電気的な安全接続が実現される。
【００１８】
図5に示される1つの好適な実施形態によれば、支持マトリックス23は、その化学電池のパックの全ての化学電池19を担持する単体ではなく、支持マトリックス23のモジュールを互いに隣接するように複数配置して、モジュール式に実現され、複数のモジュールの各々は、所定の数の化学電池19（図5及び図6に示される実施例では、6つの化学電池19)を担持する。つまり、支持マトリックス23は、互いに同一で、且つ各々が同数の化学電池19を担持する複数のモジュールの結合によって、モジュール式に構成される。（別の方法として、ただ一つのタイプのモジュールではなく、モジュール同士が互いに区別される様々なタイプのモジュールが設けられてもよい。）このようにして、支持マトリックス23の全体的な形状を蓄電システム14の容器18の(通常は不ぞろいな)形状に適合させることは容易である。
【００１９】
図7及び図8に示すように、支持マトリックス23の底面は、フロア16の底部パネル25上に位置する。各化学電池19は、円筒形の形状を有する電気化学セル20と、機械的強度の高い材料で作られ、円筒形の形状を有し、電気化学セル20自体を圧縮した状態に保ったまま、電気化学セル20をその内部に収容するアウターシェル26とを有する。各化学電池19は、アウターシェル26の基部に配置され、アウターシェル26内部の圧力が所定の安全圧を超えると開くように調整される安全弁27（すなわち、通気弁又は過剰圧力バルブ）を備える。つまり、安全弁27は、アウターシェル26内部の圧力が高すぎて、アウターシェル26自体の烈しい爆発を防ぐことができないときに自動的に開く機械的最大圧力弁である。各化学電池19は、フロア16の底部パネル25を貫いて設けられる排出開口29に安全弁27を接続する排出管28を備える。各排出開口29は、所定の閾値よりも高い圧力の存在下で外れるように設定される調整栓30によって閉じられることが好ましい。
【００２０】
図11は、化学電池19が3つの列22に配置される蓄電システム14の場合の、並列接続及び直列接続の配線図を示す。（図11においては、この3つの列22は区別される。すなわち、第1の列は短く、6つの化学電池19から成り、その一方、残りの2つの列は長く、各々が12個の化学電池19から成る。）化学電池19が互いに直列に接続される、複数の化学電池19の一連の群32（添付の図面では、3つの化学電池19から成る）を形成するように、同じ列22の化学電池19の電極を接続するために、複数の電気的接続素子31が設けられる。つまり、化学電池19の群32（添付の図面では、3つの化学電池19から成る）の各々においては、化学電池19は互いに並列に接続され、化学電池19の群32のいくつかは、互いに直列に接続される。図11に示すように、化学電池19の列22は互いに直列に接続されることが好ましいが、あるいは、化学電池19の列22は（全体的に又は部分的に）互いに並列に接続されてもよい。
【００２１】
図9及び図10に示すように、各電気的接続素子31は、導電体材料（通常は、銅又はアルミニウム等の金属材料）からなり、Ｕ字形の形状を有し、第1のヘッドプレート33と、第2のヘッドプレート33と、ブリッジプレート34とを有する剛体から成る。第1のヘッドプレート33は、化学電池19の同じ第1の群32の化学電池19の正の電極に電気的に接続され、第2のヘッドプレート33は、化学電池19の第1の群32に隣接する、化学電池19の同じ第2の群32の化学電池19の負の電極に電気的に接続され、ブリッジプレート34は、化学電池19のこれら2つの群32の化学電池19の上方に（又は、図示しない異なる実施形態によれば、下方に）延びることによって、これら2つのヘッドプレート33を互いに接続する。従って、各電気的接続素子31のブリッジプレート34は、支持マトリックス23の（底部又は頂部）壁の上に位置する。
【００２２】
1つの好適な実施形態によれば、各電気的接続素子31において、少なくとも1つのヘッドプレート33は複数の貫通開口35を有し、複数の貫通開口35は、対応する複数の化学電池19の安全弁27に配置される。貫通開口35の機能は、ヘッドプレート33と、対応する化学電池19の安全弁27との間の機械的干渉を防ぐことである。
【００２３】
支持マトリックス23は、個々の化学電池19の機械的強度よりも低い機械的強度を有し、（烈しい）衝突が起き場合は、変形するように調整される。つまり、支持マトリックス23は、標準的な運転の応力（加速に起因する応力か、又は振動に起因する応力）には耐える、十分に高い機械的強度を有するように（十分な安全余裕をとって）サイズ決めされるが、その機械的強度は、衝突(例えば、低速での単純な追突などではなく、明らかに、ある程度深刻な衝突)が起きた場合に生じる応力に耐えるほど十分に高くはない。深刻な衝突が起きた場合は、個々の化学電池19は無傷のまま、支持マトリックス23が変形する（通常は、壊れる）ならば、それが許容される（か、又は、望ましい）ので、いずれにしろ、支持マトリックス23の機械的強度が、個々の化学電池19の機械的強度よりも（大幅に）小さいことが不可欠である。
【００２４】
同様に、蓄電システム14を変形させ、これにより、上述したように、(支持マトリックス23の機械的崩壊によって)複数の化学電池19のうちの一部を通常の位置から変位させる衝突が起きた場合には、その機械的結合を断絶させるように調節される機械的強度を有する機械的結合によって、各ヘッドプレート33は、対応する化学電池19の電極に機械的に接続される。このようにして、化学電池19間の電気的導通は、少なくとも部分的に断絶する。すなわち、変位した化学電池19は電気回路から自動的に切り離され、こうして、短絡又は感電死のリスクを下げる。従って、衝突の後には、互いに接続されておらず、よって、個々には穏やかな電圧を有する多数の化学電池19が存在する。
【００２５】
1つの実施形態によれば、各電気的接続素子31において、2つのヘッドプレート33は、対応する化学電池19の電極の上に、ただ置かれる。本実施形態においては、各電気的接続素子31において、電気的接続素子31の変形により発生し、電気的接続素子31が化学電池19に結合されるときにもたらされるスプリングバック力によって、2つのヘッドプレート33が、対応する化学電池19の電極に対して押し当てられることが好ましい。つまり、化学電池19に結合すると、各電気的接続素子31は、わずかに弾性的に変形し、そのような弾性的変形により、化学電池19の電極に2つのヘッドプレート33を押し当てるスプリングバック力が発生する。
【００２６】
他の実施形態によれば（上記のスプリング圧を、この実施形態に組み合わせてもよい）、各電気的接続素子31において、2つのヘッドプレート33は、（スズのような)機械抵抗の低い溶接材料によって、対応する化学電池19の電極に溶接される。
【００２７】
図9に示される好適な実施形態によれば、蓄電システム14は、蓄電システム14全体を制御する中央制御装置36と、中央制御装置36に接続される複数のローカル制御装置37とを含む。各ローカル制御装置37は、対応する化学電池19の群32と関連付けられ、化学電池19の動作を制御し、マスター／スレーブ方式によって中央制御装置36と共に動作する。化学電池19の各群32において、ローカル制御装置37は、対応する電気的接続素子31のブリッジプレート34によって機械的に支持されることが好ましい。通常は、化学電池19の各群32において、ローカル制御装置37は、各化学電池19ごとに（又は化学電池19の各群32ごとに)、2つの電極の端部での電圧、2つの電極の間を流れる電流の強さ、及び／又は対応する電気化学セル20の温度を決定する。
【００２８】
1つの実施形態によれば、複数の電気的接続素子31のブリッジプレート34に熱的に結合される冷却システムが設けられる。実際、電気的接続素子31は、通常は、これもまた熱導体である金属材料（銅又はアルミニウム）で作られる。例えば、冷却システムは、ポンプにより循環される冷却液が流れる、ブリッジプレート34の頂面上に位置するパイプコイルを含むことができる。通常は、電気絶縁体であり且つ熱導体であるプラスチック材料の薄層が、冷却システムのパイプコイとブリッジプレート34との間に挿入される。
【００２９】
上述の蓄電システム14には、いくつかの利点がある。
【００３０】
第一に、蓄電システム14においては、電気的接続素子31を介する化学電池19の電気的接続方法によって、同じ列22では、並列接続よりも直列接続（直列接続は個々の電圧を合計する)が有力であるため、蓄電システム14の端子において全体として高電圧が得られる。
【００３１】
さらに、蓄電システム14においては、電気的接続素子31を介する化学電池19の電気的接続方法は、構成部品としても組立品としても、非常に単純であり、且つ安価である。実際、電気的接続素子31は、全て互いに等しく、非常に単純な形状を有する。その上、組み立て中は、電気的接続素子31は、容易に自動化可能な動きによって、ほぼ「接合式（joint-wise）に」対応する化学電池19に結合される。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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