ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО С ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ И АККУМУЛЯТОРНАЯ БАТАРЕЯ
ELECTRIC MOTOR VEHICLE AND BATTERY PACK

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Настоящее изобретение относится к транспортному средству с электродвигателем, оборудованному множеством аккумуляторов, имеющих различные характеристики, и к аккумуляторной батарее.
2. Описание предшествующего уровня техники
[0002] Транспортные средства с электродвигателями, такие как гибридные транспортные средства и электрические транспортные средства, оснащены перезаряжаемыми аккумуляторными батареями, которые подают выходную электрическую мощность для приведения в действие вращающейся электрической машины и накапливают электрическую энергию, генерируемую вращающейся электрической машиной или электрическую энергию, заряжаемую от внешнего источника электроэнергии. Емкости, типы и характеристики и т.д. этих транспортных средств, на которых установлены аккумуляторные батареи, определяются в зависимости от технических характеристик транспортных средств, в которых установлены эти аккумуляторные батареи.
[0003] Недавно было предложено, например, устанавливать два или более типов аккумуляторов в одном транспортном средстве с электродвигателем с целью повышения характеристик транспортного средства с электродвигателем, например, для увеличения длины пробега и повышения выходного крутящего момента. Например, в международной публикации №2013/157049 раскрыто транспортное средство, в котором сборный аккумулятор большой мощности и сборный аккумулятор большой емкости установлены вблизи багажного отделения, расположенного в задней части в транспортном средстве.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0004] В транспортном средстве с электродвигателем, оснащенном двумя типами аккумуляторов: аккумулятором большой емкости и аккумулятором большой мощности, в основном используется аккумулятор большой емкости, а аккумулятор большой мощности применяется, если невозможно удовлетворить запрос от водителя только с помощью выходной мощности аккумулятора большой емкости. В этом случае, во всей электрической энергии, передаваемой и получаемой с помощью блока управления питанием (именуемого «БУП» далее по тексту), сконфигурированного с помощью инвертора или преобразователя, процентная доля электрической энергии, передаваемой и принимаемой между БУП и аккумулятором большой емкости, вероятно, будет больше, чем процентная доля электрической энергии, передаваемой и принимаемой между БУП и аккумулятором большой мощности. В таком случае, в целях повышения эффективности использования топлива, важно уменьшить потери электрической энергии между часто используемым аккумулятором большой емкости и БУП. К сожалению, в предшествующем уровне техники, включая WO 2013/157049 А, не было проведено достаточных исследований по снижению потерь при передаче электроэнергии между таким часто используемым аккумулятором и БУП.
[0005] Настоящее изобретение относится к транспортному средству с электродвигателем и к аккумуляторной батарее, способной эффективно передавать и принимать электроэнергию.
[0006] Транспортное средство с электродвигателем в соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения включает в себя аккумулятор большой мощности; аккумулятор большой емкости, имеющий большую емкость и меньшую выходную мощность, чем емкость и выходная мощность аккумулятора большой мощности; контроллер электрической энергии, который включает в себя инвертор и передает электрическую энергию к аккумулятору большой мощности и аккумулятору большой емкости и принимает электрическую энергию от аккумулятора большой мощности и аккумулятора большой емкости; первый провод, который соединяет аккумулятор большой мощности с контроллером электрической энергии; и второй провод, который соединяет аккумулятор большой емкости с контроллером электрической энергии, и который короче, чем упомянутый первый провод.
[0007] Согласно аспекту изобретения в электрической энергии, передаваемой и принимаемой контроллером электрической энергии, процентная доля от электрической энергии, передаваемой и принимаемой между контроллером электрической энергии и аккумулятором большой емкости, может быть больше, чем процентная доля от электрической энергии, передаваемой и принимаемой между контроллером электрической энергии и аккумулятором большой мощности. Согласно другому аспекту изобретения местоположение аккумулятора большой емкости может находиться ближе к контроллеру электрической энергии, чем местоположение аккумулятора большой мощности. В этом случае контроллер электрической энергии, аккумулятор большой емкости и аккумулятор большой мощности могут быть расположены в таком порядке в одном направлении.
[0008] Согласно другому аспекту изобретения аккумулятор большой емкости и аккумулятор большой мощности могут быть расположены под панелью пола транспортного средства, и при этом аккумулятор большой емкости и аккумулятор большой мощности размещены в едином корпусе. В этом случае контроллер электрической энергии может быть расположен более спереди, чем кабина транспортного средства, а аккумулятор большой емкости расположен более спереди, чем аккумулятор большой мощности в корпусе.
[0009] Аккумуляторная батарея в соответствии с другим аспектом настоящего изобретения является аккумуляторной батареей, включающей в себя аккумуляторы двух или более типов, и аккумулятор включает в себя: корпус; аккумулятор большой мощности, размещенный в упомянутом корпусе; аккумулятор большой емкости, размещенный в упомянутом корпусе и имеющий большую емкость и меньшую выходную мощность, чем емкость и выходная мощность аккумулятора большой мощности; разъем, электрически соединенный с контроллером электрической энергии, расположенным снаружи аккумуляторной батареи; первый внутренний провод, который соединяет аккумулятор большой мощности с разъемом; и второй внутренний провод, который соединяет аккумулятор большой емкости с разъемом, и который короче, чем первый внутренний провод.
[0010] В соответствии с настоящим изобретением, провод, соединенный с аккумулятором большой емкости, который часто используется, короче провода, соединенного с аккумулятором большой мощности, что уменьшает потери при передаче электрической энергии между аккумулятором большой емкости и БУП. В результате можно более эффективно передавать и принимать электроэнергию.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0011] Признаки, преимущества, а также техническое и промышленное значение показательных примеров осуществления настоящего изобретения будут описаны ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых одинаковые ссылочные позиции обозначают одинаковые элементы, и на которых:
Фиг. 1 представляет собой чертеж, показывающий конфигурацию аккумуляторной системы;
Фиг. 2А представляет собой чертеж, показывающий конфигурацию соединительной коробки большой мощности;
Фиг. 2В представляет собой чертеж, показывающий конфигурацию соединительной коробки большой емкости;
Фиг. 3 представляет собой общий вид аккумуляторного элемента, используемого в сборном аккумуляторе большой мощности;
Фиг. 4 представляет собой общий вид сборного аккумулятора большой мощности;
Фиг. 5 представляет собой общий вид аккумуляторного элемента, используемого в сборном аккумуляторе большой емкости;
Фиг. 6 представляет собой общий вид блока аккумуляторов, используемого в сборном аккумуляторе большой емкости;
Фиг. 7 представляет собой чертеж, показывающий конфигурацию элемента генерирования энергии, используемого в аккумуляторном элементе сборного аккумулятора большой мощности;
Фиг. 8 представляет собой чертеж, показывающий конфигурацию элемента генерирования энергии, используемого в аккумуляторном элементе сборного аккумулятора большой емкости;
Фиг. 9 представляет собой схематический вид сбоку транспортного средства;
Фиг. 10 представляет собой чертеж, показывающий расположение сборного аккумулятора большой мощности и сборного аккумулятора большой емкости в аккумуляторной батарее;
Фиг. 11 представляет собой схематический вид сбоку другого транспортного средства; а также;
Фиг. 12 представляет собой чертеж, показывающий расположение сборного аккумулятора большой мощности и сборного аккумулятора большой емкости в другой аккумуляторной батарее.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
[0012] Транспортное средство с электродвигателем, которое является примером осуществления настоящего изобретения, будет описано далее со ссылкой на фиг. 1 и фиг. 2. Фиг. 1 представляет собой схематический вид, показывающий конфигурацию аккумуляторной системы, установленной в транспортном средстве с электродвигателем. Фиг. 2А и фиг. 2В представляют собой чертежи, иллюстрирующие конфигурации соединительных коробок 32, 34, как показано на фиг. 1. На фиг. 1 соединения, показанные сплошными линиями, обозначают электрические соединения, а соединения, показанные пунктирными линиями, обозначают механические соединения.
[0013] Транспортное средство с электродвигателем согласно настоящему примеру осуществления является гибридным транспортным средством, имеющим двигатель-генератор 51 и двигатель в качестве источника питания. Аккумуляторная система включает в себя сборный аккумулятор 10 большой мощности и сборный аккумулятор 20 большой емкости, которые соединены параллельно. Сборные аккумуляторы 10, 20 расположены вместе с соответствующими соединительными коробками 32, 34 в едином корпусе 35, образуя, таким образом, аккумуляторную батарею 30.
[0014] Сборный аккумулятор 10 большой мощности соединен с блоком управления питанием (контроллером электрической энергии, называемым далее по тексту «БУП») 40 через главные реле SMR-G1, SMR-B1, SMR-P1 системы и сопротивление R1 предварительной зарядки, которые предусмотрены в соединительной коробке 32. Сборный аккумулятор 20 большой емкости соединен с БУП 40 через главные реле SMR-G2, SMR-B2, SMR-P2 системы и сопротивление R2 предварительной зарядки, которые расположены в соединительной коробке 34. Сборный аккумулятор 20 большой емкости также подключен к зарядному устройству 46 с помощью зарядных реле CR-G и Сr-В, расположенных в соединительной коробке 34.
[0015] БУП 40 включает в себя инвертор 44 и преобразователь прямого тока в прямой ток (далее ПТ-ПТ) 42. Преобразователь ПТ-ПТ 42 повышает напряжение постоянного тока, подаваемое от каждого сборного аккумулятора 10, 20 или понижает напряжение постоянного тока, генерируемое двигателем-генератором 51 и выдаваемое из инвертора 44. Инвертор 44 преобразует мощность постоянного тока, подаваемую от каждого сборного аккумулятора 10, 20, в питание переменного тока. Двигатель-генератор 51 (электродвигатель переменного тока) подключен к преобразователю 44, и двигатель-генератор 51 получает питание переменного тока, подаваемое из преобразователя 44, и вырабатывает кинетическую энергию для приведения в движение транспортного средства. Двигатель-генератор 51 соединен с колесами 52. Двигатель 54 соединен с колесами 52 так, чтобы передавать кинетическую энергию, генерируемую двигателем 54, на колеса 52.
[0016] При остановке или торможении транспортного средства, двигатель-генератор 51 преобразует кинетическую энергию, генерируемую торможением транспортного средства, в электрическую энергию (питание переменного тока). Инвертор 44 преобразует питание переменного тока, генерируемое двигателем-генератором 51, в питание постоянного тока, и подает это питание на каждый сборный аккумулятор 10, 20. Благодаря этой конфигурации, сборные аккумуляторы 10, 20 могут накапливать регенерированную энергию. Двигатель-генератор 51 не обязательно должен быть один, вместо этого могут быть предусмотрены несколько двигателей-генераторов 51.
[0017] Зарядное устройство 46 преобразует электрическую энергию от внешнего источника питания переменного тока в питание зарядки (питание постоянного тока), которым заряжается сборный аккумулятор 20 большой емкости. Зарядное устройство 46 соединено с входом 48 для зарядки. Вход 48 для зарядки расположен в заднем положении в боковой поверхности транспортного средства, как описано ниже, и соединитель (так называемый зарядный штекер) источника питания переменного тока (например, промышленного источника питания) подключен к входу 48 для зарядки.
[0018] Контроллер 50 выдает управляющие сигналы соответственно на БУП 40 и двигатель-генератор 51 таким образом, чтобы управлять их действием. Контроллер 50 выдает управляющие сигналы соответственно на главные реле SMR-B1, В2, SMR-G1, G2, SMR-P1, Р2 системы и зарядные реле CR-G, CR-B таким образом, чтобы осуществлять переключение между положениями ВКЛ и ВЫКЛ этих реле.
[0019] Если основные реле SMR-B1, SMR-G1, SMR-P1 системы включены в положение ВКЛ, зарядка и разрядка сборного аккумулятора 10 большой мощности разрешена, а если главные реле SMR-B1, SMR-G1, SMR-Р1 системы выключены в положение ВЫКЛ, то зарядка и разрядка сборного аккумулятора 10 большой мощности запрещена. Если основные реле SMR-B2, SMR-G2, SMR-P2 системы включены в положение ВКЛ, зарядка и разрядки сборного аккумулятора 20 большой емкости разрешена, а если главные реле SMR-B2, SMR-G2, SMR- Р2 системы выключены в положение ВЫКЛ, зарядка и разрядка сборного аккумулятора 20 большой емкости запрещена. Если зарядные реле CR-G, CR-B включены в положение ВКЛ, сборный аккумулятор 20 большой мощности может быть заряжаться извне, а если зарядные реле CR-G, CR-B находятся в положении ВЫКЛ, зарядка сборного аккумулятора 20 большой мощности извне запрещена.
[0020] Транспортное средство в соответствии с настоящим примером осуществления изобретения включает в себя в качестве источника энергии для приведения в движение транспортного средства, не только сборные аккумуляторы 10, 20, но и двигатель 54. Пример двигателя 54 может включать двигатель, работающий на бензине, дизельном топливе или биотопливе.
[0021] В транспортном средстве согласно настоящему примеру осуществления изобретения, например, транспортное средство может перемещаться с помощью только выходной мощности сборного аккумулятора 10 большой мощности или сборного аккумулятора 20 большой емкости. Этот режим перемещения называется режимом перемещения ЭТС (электрического транспортного средства). Например, транспортное средство может перемещаться посредством разрядки сборного аккумулятора 20 большой емкости, пока состояния зарядки (СЗ) не достигнет приблизительно 0% от примерно 100%. После того как СЗ сборного аккумулятора 20 большой емкости достигает приблизительно 0%, используют внешний источник питания, например, промышленный источник питания для зарядки сборного аккумулятора 20 большой емкости.
[0022] В режиме перемещения ЭТС, когда водитель управляет педалью акселератора так, чтобы требуемая мощность транспортного средства увеличивалась, можно вести транспортное средство с использованием не только выходной мощности сборного аккумулятора 20 большой емкости, но и выходной мощности сборного аккумулятор 10 большой мощности. При использовании сборного аккумулятора 20 большой емкости вместе со сборным аккумулятором 10 большой мощности, можно обеспечить выходную мощность аккумулятора в соответствии со степенью нажатия педали акселератора, тем самым повышая общие характеристики автомобиля.
[0023] После того как СЗ сборного аккумулятора 20 большой емкости достигает приблизительно 0%, транспортное средство может перемещаться с помощью сборного аккумулятора 10 большой мощности вместе с двигателем 54. Этот режим перемещения именуется режимом перемещения ГТС (гибридного транспортного средства). В этом режиме перемещения ГТС, например, зарядку и разрядку аккумулятора 10 большой мощности в сборе можно регулировать таким образом, что СЗ сборного аккумулятора 10 большой мощности изменяется в соответствии с заданным эталонным СЗ.
[0024] Если СЗ сборного аккумулятора 10 большой мощности выше, чем эталонное СЗ, то сборный аккумулятор 10 большой мощности разряжается так, чтобы приблизить СЗ сборного аккумулятора 10 большой мощности к эталонному СЗ. Если СЗ сборного аккумулятора 10 большой мощности меньше, чем эталонное СЗ, то сборный аккумулятор 10 большой мощности заряжается таким образом, чтобы приблизить СЗ сборного аккумулятора 10 большой мощности к эталонному СЗ. В режиме перемещения ГТС может быть использован не только сборный аккумулятор 10 большой мощности, но и сборный аккумулятор 20 большой емкости. Это означает, что емкость сборного аккумулятор 20 большой емкости может оставаться, и сборный аккумулятор 20 большой емкости может разряжаться в режиме перемещения ГТС. Кроме того, можно накапливать регенерируемую электроэнергию в сборном аккумуляторе 20 большой емкости.
[0025] Как упомянуто выше, сборный аккумулятор 20 большой емкости в основном может быть использован в режиме перемещения ЭТС, а сборный аккумулятор 10 большой мощности главным образом может быть использован в режиме перемещения ГТС. Использование сборного аккумулятора 20 большой емкости в основном в режиме управления ЭТС означает следующие два случая. Во-первых, это означает, что в режиме перемещения ЭТС сборный аккумулятор 20 большой емкости имеет более высокую частоту использования, чем сборный аккумулятор 10 большой мощности. Во-вторых, это означает, что при использовании и сборного аккумулятора 20 большой емкости, и сборного аккумулятора 10 большой мощности, оба используются в режиме перемещения ЭТС, причем вся электрическая энергия целиком используется для перемещения транспортного средства, притом процентная доля выходной электрической энергии сборного аккумулятора 20 большой емкости выше, чем процентная доля выходной электрической энергии сборного аккумулятора 10 большой мощности. Суммарная электрическая энергия не обозначает мгновенную электрическую энергию, а обозначает электрическую энергию на промежутке времени перемещения заранее определенной продолжительности или на заранее определенном расстоянии перемещения.
[0026] Как показано на фиг. 1, сборный аккумулятор 20 большой емкости включает в себя множество аккумуляторных элементов 11, соединенных последовательно. В качестве аккумуляторных элементов 11 могут быть использованы перезаряжаемые аккумуляторные элементы, таких как никель-водородные аккумуляторы и литий-ионные аккумуляторы. Число аккумуляторных элементов 11 и конфигурация сборного аккумулятора 10 большой мощности могут быть соответствующим образом определены с учетом требуемой выходной мощности сборного аккумулятора 10 большой мощности. Как показано на фиг. 3, аккумуляторный элемент 11 представляет собой так называемый аккумуляторный элемент прямоугольной формы. Аккумуляторный элемент прямоугольной формы означает аккумуляторный элемент, имеющий внешнюю форму, образованную в соответствии с формой прямоугольного параллелепипеда.
[0027] На фиг. 3 аккумуляторный элемент 11 имеет корпус 11а аккумулятора, выполненный в форме прямоугольного параллелепипеда, при этом корпус 11а аккумулятора вмещает в себя элемент генерирования энергии, которые выполняет зарядку и разрядку. Элемент генерирования энергии включает в себя элемент положительного электрода, элемент отрицательного электрода и разделитель, расположенный между элементом положительного электрода и элементом отрицательного электрода. Разделитель содержит электролитический раствор. Элемент положительного электрода включает в себя коллектор тока, а также слои активного вещества положительного электрода, сформированные на поверхности коллектора тока. Элемент отрицательного электрода включает в себя коллектор тока, а также слои активного вещества отрицательного электрода, сформированные на поверхности коллектора тока.
[0028] Клемма 11b положительного электрода и клемма 11с отрицательного электрода расположены на верхней поверхности корпуса 11а аккумулятора. Клемма 11b положительного электрода электрически соединена с элементом положительного электрода элемента генерирования энергии, а клемма 11с отрицательного электрода электрически соединена с элементом отрицательного электрода элемента генерирования энергии.
[0029] Как показано на фиг. 4, в сборном аккумуляторе 10 большой мощности множество аккумуляторных элементов 11 расположено в линию в одном направлении. Между двумя соседними аккумуляторными элементами 11 расположена перегородка 12. Каждая перегородка 12 может быть образована изолирующим материалом, например, пластиком, таким образом, чтобы изолировать каждый из двух соседних аккумуляторных элементов 11 друг от друга.
[0030] Каждая перегородка 12 используется таким образом, чтобы образовать пространство на внешней поверхности каждого соответствующего аккумуляторного элемента 11. В частности, каждая перегородка 12 может быть выполнена с выступами, выступающими в направлении соответствующих аккумуляторных элементов 11. Передний конец каждого выступа находится в контакте с каждым соответствующим аккумуляторным элементом 11, тем самым образуя пространство между каждой перегородкой 12 и каждым соответствующим аккумуляторным элементом 11. Воздух, используемый для регулировки температуры каждого аккумуляторного элемента 11, можно перемещать через это пространство.
[0031] Если аккумуляторные элементы 11 вырабатывают тепло во время зарядки и разрядки или тому подобное, охлаждающий воздух может быть введен в пространства, образованные между перегородками 12 и аккумуляторными элементами 11. Происходит теплообмен охлаждающего воздуха с аккумуляторными элементами 11, что предотвращает повышение температуры аккумуляторных элементов 11. Если аккумуляторные элементы 11 чрезмерно охлаждаются, нагревающий воздух может быть введен в пространства, образованные между перегородками 12 и аккумуляторными элементами 11. Происходит теплообмен нагревающего воздуха с аккумуляторными элементами 11, что предотвращает снижение температуры аккумуляторных элементов 11.
[0032] Множество аккумуляторных элементов 11 электрически соединены друг с другом последовательно при помощи двух шинных модулей 13. Каждый шинный модуль 13 включает множество шин, а также держатель, удерживающий множество шин. Каждая шина образована из электропроводящего материала, а клемма 11b положительного электрода одного из каждых двух соседних аккумуляторных элементов 11 соединена с клеммой 11с отрицательного электрода другого аккумуляторного элемента 11. Держатель изготовлен из изоляционного материала, например пластика.
[0033] На обоих концах сборного аккумулятора 10 большой мощности в направлении расположения множества аккумуляторных элементов 11 расположена пара концевых пластин 14. Крепежные полосы 15, проходящие в направлении расположения множества аккумуляторных элементов 11, соединены с парой концевых пластин 14. Благодаря этому, можно приложить удерживающее усилие к множеству аккумуляторных элементов 11. Удерживающее усилие обозначает приложенную в направлении расположения множества аккумуляторных элементов 11 силу, которая удерживает отдельные аккумуляторные элементы 11 с обеих сторон. Удерживающее усилие прикладывают к аккумуляторным элементам 11 таким образом, чтобы предотвратить расползание аккумуляторных элементов 11.
[0034] В настоящем примере осуществления изобретения, например, две крепежные полосы 15 расположены на верхней поверхности сборного аккумулятора 10 большой мощности, и две крепежные полосы 15 расположены на нижней поверхности сборного аккумулятора 10 большой мощности. Количество крепежных полос 15 может быть соответствующим образом определено. В частности, достаточно приложить удерживающее усилие к аккумуляторным элементам 11 с помощью крепежных полос 15 и концевых пластин 14. В качестве альтернативы удерживающее усилие можно не прикладывать к аккумуляторным элементам 11, и концевые пластины 14, а также крепежные полосы 15 могут быть опущены.
[0035] В настоящем примере осуществления изобретения, например, множество аккумуляторных элементов 11 расположено в одном направлении, однако настоящее изобретение не ограничивается этим. Например, один аккумуляторный модуль может быть образован с использованием множества аккумуляторных элементов 11, и множество аккумуляторных модулей может быть расположено в одном направлении.
[0036] В то же время, как показано на фиг. 1, сборный аккумулятор 20 в большой емкости включает в себя множество аккумуляторных блоков 21, соединенных последовательно. Каждый аккумуляторный блок 21 включает в себя множество аккумуляторных элементов 22, соединенных параллельно. Число аккумуляторных блоков 21, а также количество аккумуляторных элементов 22, входящих в каждый аккумуляторный блок 21, надлежащим образом определены с учетом требуемой выходной мощности и требуемой емкости сборного аккумулятора 20 в сборе. В каждом аккумуляторном блоке 21 согласно настоящему примеру осуществления изобретения, например, множество аккумуляторных элементов 22 соединены параллельно, но настоящее изобретение не ограничивается этим. В частности, подготавливают несколько аккумуляторных модулей, в каждом из которых множество аккумуляторных элементов 22 соединены последовательно, и множество аккумуляторных модулей соединяют параллельно, образуя таким образом каждый аккумуляторный блок 21.
[0037] В качестве аккумуляторного элемента 22 может быть использован перезаряжаемый аккумулятор, например, никель-водородный и литий-ионный аккумулятор. Аккумуляторный элемент 22 представляет собой так называемый цилиндрической аккумулятор, как показано на фиг. 5. Элемент цилиндрического аккумулятора представляет собой аккумуляторный элемент, внешняя форма которого образована в соответствии с цилиндром.
[0038] Как показано на фиг. 5, каждый цилиндрический аккумуляторный элемент 22 включает в себя корпус 22а аккумулятора цилиндрической формы. В каждом корпусе 22а аккумулятора содержится элемент генерирования энергии. Компоненты элемента генерирования энергии каждого аккумуляторного элемент 22 такие же, как и у каждого аккумуляторного элемента 11.
[0039] Клемма 22b положительного электрода и клемма 22 с отрицательного электрода расположены на обоих продольных концах каждого аккумуляторного элемента 22. Клемма 22b положительного электрода и клемма 22 с отрицательного электрода образуют корпус 22а аккумулятора. Клемма 22b положительного электрода электрически соединена с элементом положительного электрода элемента генерирования энергии, а клемма 22 с отрицательного электрода электрически соединена с элементом отрицательного электрода элемента генерирования энергии. Каждый аккумуляторный элемент 22 согласно настоящему примеру осуществления изобретения, например, имеет диаметр 18  [мм] и длину 65,0 [мм] и представляет собой так называемый аккумулятор типа 18650. Также может быть использован аккумуляторный элемент 22, имеющий размер, отличный от размера элемента 22 типа 18650.
[0040] Как показано на фиг. 6, каждый аккумулятор блок 21 включает в себя множество аккумуляторных элементов 22 и держатель 23, удерживающий множество аккумуляторных элементов 22. В сборный аккумулятор 20 большой емкости входит множество аккумуляторных блоков 21. Множество аккумуляторных блоков 21 соединено последовательно с помощью электрического кабеля и пр. Сборный аккумулятор 20 большой емкости используется для обеспечения расстояния перемещения в режиме перемещения ЭТС, и при этом здесь используются многие аккумуляторные элементы 22. Соответственно, размер сборного аккумулятора 20 большой емкости, вероятно, будет больше, чем размер сборного аккумулятора 10 большой мощности.
[0041] Держатель 23 имеет сквозные отверстия 23а, в каждое из которых вставлен аккумуляторный элемент 22. Число сквозных отверстий 23а равно числу аккумуляторных элементов 22. Множество аккумуляторных элементов 22 расположены таким образом, чтобы клеммы 22b положительного электрода (или клеммы 22с отрицательного электрода) находились на той же стороне держателя 23. Множество клемм 22b положительного электрода подсоединены с единой шиной, и множество клемм 22 с отрицательного электрода соединены с единой шиной. С помощью этой конфигурации множество аккумуляторных элементов 22 электрически соединены параллельно.
[0042] В каждом аккумуляторном блоке 21 согласно настоящему примеру осуществления изобретения, например, используется единый держатель 23, однако может быть также использован множество держателей 23. Например, один из держателей 23 может быть использован для удержания клемм 22b положительного электрода аккумуляторных элементов 22, а другой держатель 23 может быть использован для удержания клемм 22с отрицательного электрода аккумуляторных элементов 22.
[0043] Характеристики каждого аккумуляторного элемента 11, используемого в сборном аккумуляторе 10 большой мощности, и характеристики каждого аккумуляторного элемента 22, используемого в сборном аккумуляторе 20 большой емкости, будут описаны ниже. В таблице 1 приведено сравнительное соотношение характеристик между аккумуляторными элементами 22. «Высокий» и «Низкий» в таблице 1 обозначают соотношение между двумя аккумуляторными элементами 11, 22, если сравнивать аккумуляторные элементы 11, 22 друг с другом. В частности, «Высокий» указывает на более высокое состояние по сравнению с аккумуляторным элементом в качестве цели сравнения, а «Низкий», указывает на более низкое состояние по сравнению с аккумуляторным элементом в качестве цели сравнения.
[0044] Удельная выходная мощность аккумуляторного элемента 11 выше, чем удельная выходная мощность аккумуляторного элемента 22. Например, удельная выходная мощность каждого аккумуляторного элемента 11, 22 может быть выражена в единицах электрической энергии на единицу массы (единица измерения [Вт/кг]) аккумуляторного элемента, или в единицах электрической энергии на единицу объема (единица измерения [Вт/л]) аккумуляторного элемента. Если масса или объем аккумуляторного элемента 11 приравнена к таковым аккумуляторного элемента 22, выходная мощность [Вт] аккумуляторного элемента 11 должна быть выше, чем выходная мощность [Вт] аккумуляторного элемента 22.
2
[0045] Плотность тока электродного элемента (элемента положительного электрода или элемента отрицательного электрода) каждого аккумуляторного элемента 11, 22 может быть выражена в единицах значения тока на единицу площади (единица [мА/см]) электродного элемента. Плотность тока электродного элемента аккумуляторного элемента 11 выше, чем таковая у электродного элемента аккумуляторного элемента 22. Если площадь каждого электродного элемента будет одинаковой для аккумуляторного элемента 11 и аккумуляторного элемента 22, значение тока, подаваемого на электродный элемент аккумуляторного элемента 11 больше, чем значение тока, подаваемого на электродный элемент аккумуляторного элемента 22.
[0046] Удельная энергоемкость аккумуляторного элемента 22 выше, чем таковая аккумуляторного элемента 11. Удельная энергоемкость каждого аккумуляторного элемента 11, 22 может быть выражена в единицах энергоемкости на единицу массы (единица [Вт⋅ч/кг]) аккумуляторного элемента или энергоемкости на единицу объема (единица измерения [Вт⋅ч/л]) аккумуляторного элемента, например. Если масса или объем каждого электродного элемента будут одинаковы для аккумуляторного элемента 11 и аккумуляторного элемента 22, энергоемкость [Вт⋅ч] аккумуляторного элемента 22 больше энергоемкости [Вт⋅ч] аккумуляторного элемента 11.
[0047] Удельная емкость заряда электродного элемента каждого аккумуляторного элемента 11, 22 может быть выражена в единицах емкости заряда на единицу массы (единица [мА⋅ч/г]) электродного элемента, или емкость заряда на единицу объема электродного элемента (единица измерения [мА⋅ч/куб.см]), например. Удельная емкость заряда электродного элемента аккумуляторного элемента 22 выше, чем таковая у аккумуляторного элемента 11. Если масса или объем каждого электродного элемента равны для аккумуляторного элемента 11 и аккумуляторного элемента 22, емкость заряда электродного элемента аккумуляторного элемента 22 больше, чем емкость заряда электродного элемента аккумуляторного элемента 11.
[0048] Фиг. 7 представляет собой схематический вид, показывающий конфигурацию элемента генерирования энергии каждого аккумуляторного элемента 11, а фиг. 8 представляет собой схематический вид, показывающий конфигурацию элемента генерирования энергии каждого аккумуляторного элемента 22.
[0049] На фиг. 7 элемент положительного электрода, образующий элемент генерирования энергии каждого аккумуляторного элемента 11, включает в себя коллектор 111 тока и слои 112 активного вещества, образованные на обеих поверхностях коллектора 111 тока. Если аккумуляторный элемент 11 представляет собой литий-ионный аккумулятор, в качестве материала коллектора 111 тока может быть использован, например, алюминий. Каждый активный слой 112 включает в себя активное вещество положительного электрода, электропроводящий материал, связующее вещество и пр.
[0050] Элемент отрицательного электрода, образующий элемент генерирования энергии каждого аккумуляторного элемента 11 включает в себя коллектор 113 тока и слои 114 активного вещества, образованные на обеих поверхностях коллектора 113 тока. Если аккумуляторный элемент 11 представляет собой литий-ионный аккумулятор, в качестве материала коллектора 113 тока может быть использована, например, медь. Каждый слой 114 активного вещества включает в себя активное вещество отрицательного электрода, электропроводящий материал, связующее вещество и пр.
[0051] Разделитель 115 расположен между элементом положительного электрода и элементом отрицательного электрода, и разделитель 115 находится в контакте со слоем 112 активного вещества элемента положительного электрода и со слоем 114 активного вещества элемента отрицательного электрода. Элемент положительного электрода, разделитель 115, а также элемент отрицательного электрода уложены слоями в этом порядке в многослойный объект, и этот многослойный объект задействован в элементе генерирования энергии.
[0052] В настоящем примере осуществления изобретения, например, слои 112 активного вещества образованы на обеих поверхностях коллектора 111 тока, и слои 114 активного вещества образованы на обеих поверхностях коллектора 113 тока, однако настоящее изобретение этим не ограничивается. В частности, может быть использован так называемый биполярный электрод. В биполярном электроде слой 112 активного вещества положительного электрода образован на одной поверхности коллектора тока, а слой активного вещества 114 отрицательного электрода образован на другой поверхности коллектора тока. Множество биполярных электродов уложены слоями с помощью разделителя, расположенного между ними, тем самым образуя элемент генерирования энергии.
[0053] На фиг. 8 элемент положительного электрода, образующий элемент генерирования энергии каждого аккумуляторного элемента 22, включает в себя коллектор 221 тока, и слои 222 активного вещества, образованные на обеих поверхностях коллектора 221 тока. Если аккумуляторный элемент 22 является ионно-литиевым аккумулятором, в качестве материала коллектора 221 тока может быть использован, например, алюминий. Слой 222 активного вещества включает в себя активное вещество положительного электрода, электропроводящий материал, связующее вещество и пр.
[0054] Элемент отрицательного электрода, образующий элемент генерирования энергии каждого аккумуляторного элемента 22, включает в себя коллектор 223 тока и слои 224 активного вещества, образованные на обеих поверхностях коллектора 223 тока. Если аккумуляторный элемент 22 является ионно-литиевым аккумулятором, в качестве материала коллектора 223 тока может быть использована, например, медь. Слой активного вещества 224 включает в себя активное вещество отрицательного электрода, электропроводящий материал, связующее вещество и пр. Между элементом положительного электрода и элементом отрицательного электрода расположен разделитель 225, и разделитель 225 находится в контакте со слоем 222 активного вещества элемента положительного электрода и со слоем 224 активного вещества элемента отрицательного электрода.
[0055] Как показано на фиг. 7 и фиг. 8, если соответствующие элементы положительного электрода аккумуляторного элемента 11 и аккумуляторного элемента 22 сравнивать друг с другом, толщина D11 слоя 112 активного вещества тоньше, чем толщина D21 слоя 222 активного вещества. Если соответствующие элементы отрицательного электрода аккумуляторного элемента 11 и аккумуляторного элемента 22 сравнивать друг с другом, толщина D12 слоя 114 активного вещества тоньше, чем толщина D22 слоя 224 активного вещества. Толщины D11, D12 слоев 112, 114 активного вещества имеют меньшую толщину, чем толщины D21, D22 слоев 222, 224 активного вещества, что облегчает протекание тока между элементом положительного электрода и элементом отрицательного электрода в каждом аккумуляторном элементе 11. Соответственно, удельная выходная мощность каждого аккумуляторного элемента 11 становится выше, чем удельная выходная мощность каждого аккумуляторного элемента 22.
[0056] Устройства и провод сборного аккумулятора 10 большой мощности и сборного аккумулятора 20 большой емкости, когда эти аккумуляторы установлены в транспортном средстве, будут описаны со ссылкой на фиг. 9 и фиг. 10. Фиг. 9 представляет собой схематический вид сбоку транспортного средства, а на фиг. 10 представляет собой чертеж, показывающий устройство сборного аккумулятора 10 большой мощности и сборного аккумулятора 20 большой емкости в аккумуляторной батарее 30.
[0057] Как указывалось выше, транспортное средство в соответствии с настоящим примером осуществления изобретения включает в себя сборные аккумуляторы двух типов, то есть сборный аккумулятор 10 большой мощности и сборный аккумулятор 20 большой емкости. В настоящем примере осуществления изобретения сборный аккумулятор 10 большой мощности и сборный аккумулятор 20 большой емкости размещены в едином корпусе 35, таким образом, образуя единую аккумуляторную батарею 30. Корпус 35 аккумуляторной батареи 30 выполнен из пластикового материала, алюминия и пр., и форма его может свободно изменяться в зависимости от окружающих его элементов, размеров сборных аккумуляторов 10, 20 двух типов и проч. Как показано на фиг. 10, разъем 36 соединения с БУП для электрического соединения с БУП 40 предусмотрен на одном конце корпуса 35. Разъем 38 соединения с зарядным устройством для электрического соединения зарядного устройства 46 предусмотрен на другом конце корпуса 35. Жгуты высоковольтного провода подключены к этим разъемам 36, 38 таким образом, чтобы электрически присоединить каждый сборный аккумулятор 10, 20 к БУП 40 и зарядным устройствам 46.
[0058] Сборный аккумулятор 10 большой мощности, сборный аккумулятор 20 большой емкости, соединительная коробка 32 аккумулятора большой мощности, соединительная коробка 34 аккумулятора большой емкости расположены внутри корпуса 35. В настоящем примере осуществления изобретения соединительная коробка 32 аккумулятора большой мощности расположена сбоку по отношению к сборному аккумулятору 10 большой мощности, и соединительная коробка 34 аккумулятора большой емкости размещена на сборном аккумуляторе 20 большой емкости.
[0059] Таким образом, сборные аккумуляторы 10, 20 двух типов размещены в едином корпусе 35, который следует упаковывать таким образом, чтобы значительно уменьшить трудозатраты на установку и техническое обслуживание этих сборных аккумуляторов. В частности, в обычном случае установки сборных аккумуляторов 10, 20 двух типов, сборный аккумулятор 10 большой мощности и сборный аккумулятор 20 большой емкости часто выполнены в виде отдельных аккумуляторных батарей, которые отделены друг от друга. Аккумуляторные батареи двух типов расположены в разных местах друг от друга. Например, аккумуляторная батарея, включающая в себя сборный аккумулятор 10 большой мощности, расположена в багажном отсеке, и аккумуляторная батарея, включающая в себя сборный аккумулятор 20 большой емкости, расположена под сиденьем 70. В этой конфигурации, если сборный аккумулятор 10 большой мощности и сборный аккумулятор 20 большой емкости установлены на транспортном средстве, необходимо отдельно устанавливать эти сборные аккумуляторы; и в случае проведения технического обслуживания каждой электрической системы необходимо получить доступ к различным двум точкам этих аккумуляторов, что является утомительным трудом. Напротив, в соответствии с настоящим примером осуществления изобретения в случае совместной установки сборных аккумуляторов 10, 20 двух типов в единую аккумуляторную батарею 30, можно значительно сократить трудозатраты на установку и трудозатраты на техническое обслуживание.
[0060] Тем не менее, в случае совместной установки сборных аккумуляторов 10, 20 двух типов в единую аккумуляторную батарею 30, требуется установочное пространство с умеренным объемом по сравнению со случаем отдельной установки сборных аккумулятором 10, 20 двух типов. Трудно обеспечить места для установки с умеренным объемом в багажном отсеке или под сиденьем. Чтобы справиться с этой трудностью, в настоящем примере осуществления изобретения, как показано на фиг. 9, аккумуляторная батарея 30 размещена под панелью 72 пола в центральном положении в продольном направлении относительно транспортного средства. Панель 72 пола представляет собой панель, образующую поверхность пола кабины транспортного средства. Аккумуляторная батарея 30 закреплена на наружной нижней поверхности панели 72 пола. Легче обеспечить пространство с умеренным объемом под панелью 72 пола, то есть за пределами нижней поверхности кабины транспортного средства, по сравнению с багажным отсеком или пространством под сиденьем. Соответственно, можно установить даже аккумуляторную батарею 30, имеющую относительно большие размеры. В частности, в последнее время выдвигаются требования дальнейшего увеличения расстояния пробега, и также для того, чтобы удовлетворить такую потребность, предлагается дальнейшее увеличение емкости аккумулятора, а также дальнейшее увеличение размеров аккумуляторной батареи 30. Если аккумуляторную батарею 30 расположить снаружи нижней поверхности кабины транспортного средства, можно в достаточной степени удовлетворить такую потребность на увеличение в размерах аккумуляторной батареи 30. Если аккумуляторную батарею 30 с тяжелым весом расположить снаружи нижней поверхности панели 72 пола, то есть расположить в нижней части транспортного средства, центр тяжести всего транспортного средства становится пониженным. В результате можно повысить устойчивость транспортного средства во время движения.
[0061] Каждый сборный аккумулятор 10, 20 электрически соединен с БУП 40 и входом 48 для зарядки через жгут высоковольтных проводов (электрический провод). Далее электрический провод, который соединяет сборный аккумулятор 10 большой мощности с БУП 40, именуется «первым проводом 60», электрический провод, который соединяет сборный аккумулятор 20 большой емкости с БУП 40, именуется «вторым проводом 62», а электрический провод, который соединяет сборный аккумулятор 20 большой емкости с входом для зарядки, именуется «зарядным проводом 64». В настоящем примере осуществления изобретения второй провод 62, который соединяет сборный аккумулятор 20 большой емкости с БУП 40, выполнен короче первого провода 60, который соединяет сборный аккумулятор 10 большой мощности с БУП 40.
[0062] Более конкретно, первый провод 60 образован первым внутренним проводом 60i, который соединяет ВХ/ВЫХ (вход/выход) разъем (не показан) сборного аккумулятора 10 большой мощности с разъемом 36 соединения с БУП, а также первым внешним проводом 60о, который соединяет разъем 36 с БУП 40. Аналогичным образом, второй провод 62 образован вторым внутренним проводом 62i, который соединяет ВХ/ВЫХ разъем (не показан) ВХ/ВЫХ разъем сборного аккумулятора 20 большой емкости с разъемом 36 соединения с БУП, а также вторым внешним проводом 62о, который соединяет разъем 36 с БУП 40. При этом первый внутренний провод 60i, а также второй внутренний провод 62i протянуты из соответствующих клемм ВХ/ВЫХ соответствующих сборных аккумуляторов 10, 20 и продолжаются через соответствующие соединительные коробки 32, 34 к разъему 36 соединения с БУП.
[0063] В целом как первый внешний провод 60о, так и второй внешний провод 62о, которые пролегают снаружи аккумуляторного блока 30, имеют, по существу, одинаковую длину. При этом длины первого внутреннего провода 60i и второго внутреннего провода 62i, которые расположены внутри аккумуляторной батареи 30, становятся отличными друг от друга в зависимости от соответствующих расположений сборных аккумуляторов 10, 20 двух типов. В настоящем примере осуществления изобретения, как показано на фиг. 10, расположение сборного аккумулятора 20 большой емкости устанавливается так, чтобы он был ближе к разъему 36 соединения с БУП, чем сборный аккумулятора 10 большой мощности, при этом второй внутренний провод 62i выполнен более коротким, чем первый внутренний провод 60i. С помощью этой конфигурации второй провод 62 становится короче первого провода 60.
[0064] Причина использования этой конфигурации состоит в следующем. В настоящем примере осуществления изобретения, как упомянуто выше, сборный аккумулятор 10 большой мощности используется только при перемещении ГТС, и в состоянии, в котором СЗ сборного аккумулятора 20 большой емкости становится чрезмерно разряженным, и сборный аккумулятор 20 большой емкости используется в остальных условиях. Соответственно, во всей электрической энергии, передаваемой и получаемой БУП 40, процентная доля от электрической энергии, передаваемой и принимаемой между БУП 40 и сборным аккумулятором 20 большой емкости, больше, чем процентная доля от электрической энергии, передаваемой и принимаемой между БУП 40 и сборным аккумулятором 10 большой мощности. В таком транспортном средстве, чтобы уменьшить потери при передаче электроэнергии, происходящие во всем транспортном средстве, более эффективно снизить сопротивление передаче электрической энергии второго провода 62, который соединяет БУП 40 со сборным аккумулятором 20, чем уменьшать сопротивление передаче электрической энергии первого провода 60, который соединяет БУП 40 со сборным аккумулятором 10 большой мощности. Чтобы уменьшить сопротивление передаче электрической энергии, целесообразно увеличить площадь сечения провода или уменьшить протяженность провода. Тем не менее увеличение площади сечения проводов приводит к увеличению стоимости или ухудшению обслуживаемости проводки, и, таким образом, это решение непросто применить. Чтобы справиться с этим, в настоящем примере осуществления изобретения, чтобы уменьшить сопротивление передаче электрической энергии второго провода 62, не вызывая увеличения затрат, второй провод 62 делают короче первого провода 60, уменьшая тем самым ее сопротивление передаче электрической энергии. Соответственно, с помощью этой конфигурации можно уменьшить сопротивление передаче электрической энергии, не вызывая увеличения затрат.
[0065] Как и в настоящем примере осуществления изобретения, если БУП 40 расположен в переднем положении на транспортном средстве, а вход 48 для зарядки расположен в заднем положении на транспортном средстве, и, кроме того, если сборный аккумулятор 20 большой емкости расположен более спереди в транспортном средстве, чем сборный аккумулятор 10 большой мощности, сопротивление передаче электрической энергии между сборным аккумулятором 20 большой емкости и БУП 40 может быть уменьшено, однако сопротивление передаче электрической энергии между сборным аккумулятором 20 большой емкости и входом 48 для зарядки (а также внешним источником питания) не может уменьшиться. Тем не менее, в целом, электрическая энергия, передаваемая и принимаемая между сборным аккумулятором 20 большой емкости и БУП 40, больше электрической энергии, передаваемой и принимаемой между сборным аккумулятором 20 большой емкости и входом 48 для зарядки. Соответственно, даже если сопротивление передаче электрической энергии между сборным аккумулятором 20 большой емкости и входом 48 для зарядки несколько увеличивается (то есть зарядный провод 64 становится несколько длиннее), потери по передаче электрической энергии всего транспортного средства могут быть уменьшены за счет уменьшения сопротивления передаче электрической энергии между сборным аккумулятором 20 большой емкости и БУП 40 (то есть, с помощью установки более короткого второго провода 62).
[0066] Чтобы уменьшить не только потери электрической энергии при передаче между сборным аккумулятором 20 большой емкости и БУП 40, но и потери электрической энергии при передаче между сборным аккумулятором 20 большой емкости и входом 48 для зарядки, как показано на фиг. 11, вход 48 для зарядки может быть расположен на той же стороне БУП 40, то есть в переднем положении на транспортном средстве, и, кроме того, как показано на фиг. 12, соединительный разъем 38 зарядного устройства может быть расположен на передней части аккумуляторной батареи 30. Такая конфигурация позволяет второму проводу 62, а также зарядному проводу 64, быть короче, тем самым дополнительно уменьшая потери при передаче электрической энергии всего транспортного средства.
[0067] Как указывалось выше, второй провод 62 должен быть короче первого провода 60, что уменьшает потери при передаче электрической энергии всего транспортного средства. Вышеописанная конфигурация является примером, и другие конфигурации могут быть соответствующим образом изменены, с тем чтобы второй провод 62 мог быть короче, чем первый провод 60.
[0068] Например, в настоящем примере осуществления изобретения сборный аккумулятор 10 большой мощности и сборный аккумулятор 20 большой емкости скомпонованы в один блок, однако компоновка сборных аккумуляторов 10, 20 двух типов в единый блок не является необходимостью. Например, сборные аккумуляторы 10, 20 двух типов могут быть скомпонованы в отдельные аккумуляторные батареи. В этом случае местоположение аккумуляторной батареи, включающей в себя сборный аккумулятор 20 большой емкости, установлено ближе к БУП 40, чем местоположение аккумуляторной батареи, включающей в себя сборный аккумулятор 10 большой мощности, при этом второй провод 62, который соединяет сборный аккумулятор 20 большой емкости и БУП 40, становится короче первого провода 60, который соединяет сборный аккумулятор 10 большой мощности и БУП 40.
[0069] В настоящем примере осуществления изобретения БУП 40 находится в отсеке двигателя, расположенном в переднем положении на транспортном средстве, однако БУП 40 может быть расположен в другом месте, например, в заднем положении на транспортном средстве, и т.п. В этом случае сборный аккумулятор 20 большой емкости расположен далее позади в транспортном средстве, чем сборный аккумулятор 10 большой мощности, при этом второй провод 62, который соединяет сборный аккумулятор 20 большой емкости и БУП 40, становится короче, чем первый провод 60, который соединяет сборный аккумулятор 10 большой мощности в боре и БУП 40.
[0070] Сборные аккумуляторы 10, 20 двух типов могут быть расположены не в продольном направлении, а в вертикальном направлении или в поперечном направлении. В частности, если БУП 40 находится более спереди, чем аккумуляторная батарея 30, сборный аккумулятор 20 большой емкости может располагаться выше, чем сборный аккумулятор 10 большой мощности, при этом второй провод 62, который соединяет сборный аккумулятор 20 большой емкости и БУП 40, становится короче первого провода 60, который соединяет сборный аккумулятор 10 большой мощности и БУП 40. Если БУП 40 находится правее (или левее), чем аккумуляторная батарея 30, сборный аккумулятор 20 большой емкости может располагаться правее (или левее), чем сборный аккумулятор 10 большой мощности, при этом второй провод 62 становится короче первого провода 60.
[0071] Настоящий пример осуществления изобретения был описан с использованием примера подключаемого к внешнему источнику электропитания гибридного транспортного средства, которое включает в себя двигатель и выполнено с возможностью зарядки извне, однако технология согласно настоящему примеру осуществления изобретения может быть применена к любым другим транспортным средством, таким как электрическое транспортное средство, не включающее в себя двигатель, например, с условием, что транспортное средство представляет собой транспортное средство с электродвигателем, включающее в себя сборные аккумуляторы 10, 20 двух типов.