特許 6235529 電動車両および電池パック

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6235529

(24)【登録日】2017年11月2日

(45)【発行日】2017年11月22日

(54)【発明の名称】電動車両および電池パック

(51)【国際特許分類】

   B60L 11/18 20060101AFI20171113BHJP

   B60K 1/04 20060101ALI20171113BHJP

   H01M 2/10 20060101ALI20171113BHJP

【ＦＩ】

   B60L11/18 Z

   B60K1/04 Z

   H01M2/10 S

   H01M2/10 M

【請求項の数】4

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2015-105848(P2015-105848)

(22)【出願日】2015年5月25日

(65)【公開番号】特開2016-220475(P2016-220475A)

(43)【公開日】2016年12月22日

【審査請求日】2016年10月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】特許業務法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】久須美 秀年

(72)【発明者】

【氏名】扇谷 一慶

【審査官】 橋本 敏行

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−２４７７７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／０３０８８２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０２１０２０９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１４／０６８８９９（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６０Ｋ１／００−８／００

Ｂ６０Ｌ１／００−３／１２

７／００−１３／００

１５／００−１５／４２

Ｂ６０Ｗ１０／００−２０／５０

Ｈ０１Ｍ２／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高出力型電池と、
前記高出力型電池に比して容量が大きく、かつ、出力が小さい高容量型電池と、
インバータを含み、前記高出力型電池および高容量型電池と電力授受を行う電力制御部と、
前記高出力型電池と前記電力制御部とを接続する第一配線と、
前記高容量型電池と前記電力制御部とを接続し、前記第一配線よりも短い第二配線と、
前記高容量型電池と充電インレットとを接続する充電配線と、
を備え、
前記高容量型電池と前記高出力型電池とは、同一ケース内に収容された状態で、車両のフロアパネルの下に搭載され、
前記高容量型電池は、前記高出力型電池に比べて、前記電力制御部に近い位置に搭載されるとともに、
前記電力制御部、前記高容量型電池、および、前記高出力型電池は、一方向において、この順に搭載され、
前記充電インレットは、前記電力制御部と同じ側に配置されていることを特徴とする電動車両。

【請求項2】

請求項１に記載の電動車両であって、
前記電力制御部に授受される電力のうち、前記電力制御部と前記高容量型電池との間で授受される電力の割合は、前記電力制御部と前記高出力型電池との間で授受される電力の割合よりも大きい、ことを特徴とする電動車両。

【請求項3】

請求項１または２に記載の電動車両であって、
前記電力制御部は、客室よりも前方に配置され、
前記ケース内において前記高容量型電池が前記高出力型電池より前方に位置するように配置されていることを特徴とする電動車両。

【請求項4】

請求項３に記載の電動車両であって、
前記ケースの外部に設けられた前記電力制御部と電気的に接続される電力制御部側接続端子と、充電器と電気的に接続される充電側接続端子とが、前記ケースの前端に設置されている、ことを特徴とする電動車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、性能が異なる複数の電池を備えた電動車両、および、電池パックに関する。

【背景技術】

【0002】

ハイブリッド車両や電気自動車等の電動車両には、回転電機を駆動する電力を出力するとともに、回転電機で発電、あるいは、外部電力から充電された電力を蓄電するために、充放電可能な二次電池が搭載されている。かかる車載の二次電池の容量や種類、性能等は、搭載される車両の仕様等に応じて決定される。

【0003】

ここで、近年、電動車両の性能をより向上、例えば、航続距離の増加や、出力トルクの増加等を可能にするために、一つの電動車両に二種類以上の電池を搭載することが提案されている。例えば、特許文献１には、車両の後部に位置するラゲッジスペースの周囲に、高出力型組電池と、高容量型組電池とを配置した車両が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】国際公開第２０１３／１５７０４９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

このように高容量型および高出力型の二種類の電池を搭載した電動車両では、主として高容量型電池を用い、ドライバからの要求に高容量型電池の出力だけで応答出来ない場合には、高出力型電池を用いる。この場合、インバータやコンバータから構成されるパワーコントロールユニット（以下「ＰＣＵ」という）に授受される電力のうち、ＰＣＵと高容量型電池との間で授受される電力の割合は、ＰＣＵと高出力型電池との間で授受される電力の割合よりも大きくなりやすい。かかる場合において燃費を向上させるためには、多用される高容量型電池とＰＣＵとの間の電力損失を低減することが重要となる。しかし、特許文献１を始めとする従来技術では、こうした多用される電池とＰＣＵとの間の送電損失低減について十分に検討されていなかった。

【0006】

そこで、本発明は、より効率的な電力の授受が可能な電動車両、および、電池パック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】

本発明の電動車両は、高出力型電池と、前記高出力型電池に比して容量が大きく、かつ、出力が小さい高容量型電池と、インバータを含み、前記高出力型電池および高容量型電池と電力授受を行う電力制御部と、前記高出力型電池と前記電力制御部とを接続する第一配線と、前記高容量型電池と前記電力制御部とを接続し、前記第一配線よりも短い第二配線と、前記高容量型電池と充電インレットとを接続する充電配線と、を備え、前記高容量型電池と前記高出力型電池とは、同一ケース内に収容された状態で、車両のフロアパネルの下に搭載され、前記高容量型電池は、前記高出力型電池に比べて、前記電力制御部に近い位置に搭載されるとともに、前記電力制御部、前記高容量型電池、および、前記高出力型電池は、一方向において、この順に搭載され、前記充電インレットは、前記電力制御部と同じ側に配置されていることを特徴とする。

【0008】

好適な態様では、前記電力制御部に授受される電力のうち、前記電力制御部と前記高容
量型電池との間で授受される電力の割合は、前記電力制御部と前記高出力型電池との間で
授受される電力の割合よりも大きい、ことが望ましい。

【0009】

他の好適な態様では、前記電力制御部は、客室よりも前方に配置され、前記ケース内において前記高容量型電池が前記高出力型電池より前方に位置するように配置される、ことが望ましい。さらにこの場合は、前記ケースの外部に設けられた前記電力制御部と電気的に接続される電力制御部側接続端子と、充電器と電気的に接続される充電側接続端子とが、前記ケースの前端に設置されている、ことが望ましい。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、多用される高容量型電池に接続される配線のほうが、高出力型電池に接続される配線より短いため、高容量型電池とＰＣＵとの間の送電損失を低減できる。結果として、より効率的な電力の授受が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】電池システムの構成を示す図である。

【図2a】高出力側ジャンクションボックスの構成を示す図である。

【図2b】高容量側ジャンクションボックスの構成を示す図である。

【図3】高出力型組電池で用いられる単電池の外観図である。

【図4】高出力型組電池の外観図である。

【図5】高容量型組電池で用いられる単電池の外観図である。

【図6】高容量型組電池で用いられる電池ブロックの外観図である。

【図7】高出力型組電池の単電池で用いられる発電要素の構成を示す図である。

【図8】高容量型組電池の単電池で用いられる発電要素の構成を示す図である。

【図9】車両の概略側面図である。

【図10】電池パック内での高出力型組電池および高容量型組電池の配置を示す図である。

【図11】他の車両の概略側面図である。

【図12】他の電池パック内での高出力型組電池および高容量型組電池の配置を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施形態である電動車両について、図１、図２を用いて説明する。図１は、電動車両に搭載される電池システムの構成を示す概略図である。また、図２ａ、図２ｂは、図１に図示されたジャンクションボックス３２，３４の構成を示す図である。図１において、実線で示す接続は、電気的な接続を表し、破線で示す接続は、機械的な接続を表す。

【0014】

本実施形態の電動車両は、モータ・ジェネレータ５１およびエンジンを動力源とするハイブリッド車両である。電池システムは、並列に接続された高出力型組電池１０および高容量型組電池２０を有する。二種類の組電池１０，２０は、対応するジャンクションボックス３２，３４とともに、一つのケース３５内に収容されて電池パック３０を構成する。

【0015】

高出力型組電池１０は、ジャンクションボックス３２内に設けられたシステムメインリレーＳＭＲ−Ｇ１，ＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｐ１およびプリチャージ抵抗Ｒ１を介してパワーコントロールユニット（電力制御部、以下「ＰＣＵ」という）４０に接続されている。また、高容量型組電池２０は、ジャンクションボックス３４内に設けられたシステムメインリレーＳＭＲ−Ｇ２，ＳＭＲ−Ｂ２，ＳＭＲ−Ｐ２およびプリチャージ抵抗Ｒ２を介してＰＣＵ４０に接続されている。さらに、高容量型組電池２０は、ジャンクションボックス３４内に設けられた充電リレーＣＲ−Ｇ，ＣＲ−Ｂを介して充電器４６にも接続されている。

【0016】

ＰＣＵ４０は、インバータ４４およびＤＣ／ＤＣコンバータ４２を備えている。ＤＣ／ＤＣコンバータ４２は、組電池１０，２０から供給された直流電力を昇圧、または、モータ・ジェネレータ５１で発電されてインバータ４４から出力される直流電力を降圧する。また、インバータ４４は、組電池１０，２０から供給された直流電力を交流電力に変換する。インバータ４４には、モータ・ジェネレータ５１（交流モータ）が接続されており、モータ・ジェネレータ５１は、インバータ４４から供給された交流電力を受けて、車両を走行させるための運動エネルギを発生する。モータ・ジェネレータ５１は、車輪５２と接続されている。また、車輪５２には、エンジン５４が接続されており、エンジン５４で生成された運動エネルギが車輪５２に伝達される。

【0017】

車両を減速させたり、停止させたりするとき、モータ・ジェネレータ５１は、車両の制動時に発生する運動エネルギを電気エネルギ（交流電力）に変換する。インバータ４４は、モータ・ジェネレータ５１が生成した交流電力を直流電力に変換して、組電池１０，２０に供給する。これにより、組電池１０，２０は、回生電力を蓄えることができる。なお、モータ・ジェネレータ５１は、一つでなく、より多数設けられてもよい。

【0018】

充電器４６は、外部のＡＣ電源からの電力を高容量型組電池２０に充電する充電電力（直流電力）に変換する。充電器４６は、充電インレット４８に接続されている。充電インレット４８は、後に詳説するように、車両の側面のうち後方寄りの位置に設けられており、ＡＣ電源（例えば、商用電源）のコネクタ（いわゆる充電プラグ）が挿し込まれる。

【0019】

コントローラ５０は、ＰＣＵ４０およびモータ・ジェネレータ５１のそれぞれに制御信号を出力して、これらの駆動を制御する。また、コントローラ５０は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１，Ｂ２，ＳＭＲ−Ｇ１，Ｇ２，ＳＭＲ−Ｐ１，Ｐ２および充電リレーＣＲ−Ｇ，ＣＲ−Ｂに制御信号を出力することにより、オンおよびオフの間での切り替えを行う。

【0020】

システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｇ１，ＳＭＲ−Ｐ１がオンであるとき、高出力型組電池１０の充放電が許容され、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｇ１，ＳＭＲ−Ｐ１がオフであるとき、高出力型組電池１０の充放電が禁止される。システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ２，ＳＭＲ−Ｇ２，ＳＭＲ−Ｐ２がオンであるとき、高容量型組電池２０の充放電が許容され、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ２，ＳＭＲ−Ｇ２，ＳＭＲ−Ｐ２がオフであるとき、高容量型組電池２０の充放電が禁止される。また、充電リレーＣＲ−Ｇ，ＣＲ−Ｂがオンであるとき、高容量型組電池２０への外部充電が許容され、充電リレーＣＲ−Ｇ，ＣＲ−Ｂがオフであるとき、高容量型組電池２０への外部充電が禁止される。

【0021】

本実施形態の車両では、車両を走行させるための動力源として、組電池１０，２０だけでなく、エンジン５４も備えている。エンジン５４としては、ガソリン、ディーゼル燃料又はバイオ燃料を用いるものがある。

【0022】

本実施例の車両では、高出力型組電池１０や高容量型組電池２０の出力だけを用いて、車両を走行させることができる。この走行モードを、ＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）走行モードという。例えば、充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）が１００％付近から０％付近に到達するまで、高容量型組電池２０を放電させて、車両を走行させることができる。高容量型組電池２０のＳＯＣが０％付近に到達した後は、外部電源、例えば、商用電源を用いて、高容量型組電池２０を充電することができる。

【0023】

ＥＶ走行モードにおいて、運転者がアクセルペダルを操作して、車両の要求出力が上昇したときには、高容量型組電池２０の出力だけでなく、高出力型組電池１０の出力も用いて、車両を走行させることができる。高容量型組電池２０および高出力型組電池１０を併用することにより、アクセルペダルの操作に応じた電池出力を確保することができ、ドライバビリティを向上させることができる。

【0024】

また、高容量型組電池２０のＳＯＣが０％付近に到達した後では、高出力型組電池１０およびエンジン５４を併用して、車両を走行させることができる。この走行モードを、ＨＶ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）走行モードという。ＨＶ走行モードでは、例えば、高出力型組電池１０のＳＯＣが、所定の基準ＳＯＣに沿って変化するように、高出力型組電池１０の充放電を制御することができる。

【0025】

高出力型組電池１０のＳＯＣが基準ＳＯＣよりも高いときには、高出力型組電池１０を放電して、高出力型組電池１０のＳＯＣを基準ＳＯＣに近づけることができる。また、高出力型組電池１０のＳＯＣが基準ＳＯＣよりも低いときには、高出力型組電池１０を充電して、高出力型組電池１０のＳＯＣを基準ＳＯＣに近づけることができる。ＨＶ走行モードでは、高出力型組電池１０だけではなく、高容量型組電池２０も用いることができる。すなわち、高容量型組電池２０の容量を残しておき、ＨＶ走行モードにおいて、高容量型組電池２０を放電させることもできる。また、回生電力を高容量型組電池２０に蓄えることもできる。

【0026】

上述したように、高容量型組電池２０は、主にＥＶ走行モードで用いることができ、高出力型組電池１０は、主にＨＶ走行モードで用いることができる。高容量型組電池２０を主にＥＶ走行モードで用いることとは、以下の２つの場合を意味する。第１として、ＥＶ走行モードにおいて、高容量型組電池２０の使用頻度が、高出力型組電池１０の使用頻度よりも高いことを意味する。第２として、ＥＶ走行モードにおいて、高容量型組電池２０および高出力型組電池１０を併用するときには、車両の走行に用いられた総電力のうち、高容量型組電池２０の出力電力が占める割合が、高出力型組電池１０の出力電力が占める割合よりも高いことを意味する。ここでの総電力とは、瞬間的な電力ではなく、所定の走行時間又は走行距離における電力である。

【0027】

高出力型組電池１０は、図１に示すように、直列に接続された複数の単電池１１を有している。単電池１１としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。高出力型組電池１０を構成する単電池１１の数は、高出力型組電池１０の要求出力などを考慮して適宜設定することができる。単電池１１は、図３に示すように、いわゆる角型の単電池である。角型の単電池とは、電池の外形が直方体に沿って形成された単電池である。

【0028】

図３において、単電池１１は、直方体に沿って形成された電池ケース１１ａを有しており、電池ケース１１ａは、充放電を行う発電要素を収容している。発電要素は、正極素子と、負極素子と、正極素子および負極素子の間に配置されるセパレータとを有する。セパレータには、電解液が含まれている。正極素子は、集電板と、集電板の表面に形成された正極活物質層とを有する。負極素子は、集電板と、集電板の表面に形成された負極活物質層とを有する。

【0029】

電池ケース１１ａの上面には、正極端子１１ｂおよび負極端子１１ｃが配置されている。正極端子１１ｂは、発電要素の正極素子と電気的に接続されており、負極端子１１ｃは、発電要素の負極素子と電気的に接続されている。

【0030】

図４に示すように、高出力型組電池１０では、複数の単電池１１が一方向に並んで配置されている。隣り合って配置された２つの単電池１１の間には、仕切り板１２が配置されている。仕切り板１２は、樹脂といった絶縁材料で形成することができ、２つの単電池１１を絶縁状態とすることができる。

【0031】

仕切り板１２を用いることにより、単電池１１の外面にスペースを形成することができる。具体的には、仕切り板１２に対して、単電池１１に向かって突出する突起部を設けることができる。突起部の先端を単電池１１に接触させることにより、仕切り板１２および単電池１１の間にスペースを形成することができる。このスペースにおいて、単電池１１の温度調節に用いられる空気を移動させることができる。

【0032】

単電池１１が、充放電などによって発熱しているときには、仕切り板１２および単電池１１の間に形成されたスペースに、冷却用の空気を導くことができる。冷却用の空気は、単電池１１との間で熱交換を行うことにより、単電池１１の温度上昇を抑制することができる。また、単電池１１が過度に冷えているときには、仕切り板１２および単電池１１の間に形成されたスペースに、加温用の空気を導くことができる。加温用の空気は、単電池１１との間で熱交換を行うことにより、単電池１１の温度低下を抑制することができる。

【0033】

複数の単電池１１は、２つのバスバーモジュール１３によって電気的に直列に接続されている。バスバーモジュール１３は、複数のバスバーと、複数のバスバーを保持するホルダとを有する。バスバーは、導電性材料で形成されており、隣り合って配置された２つの単電池１１のうち、一方の単電池１１の正極端子１１ｂと、他方の単電池１１の負極端子１１ｃとに接続される。ホルダは、樹脂といった絶縁材料で形成されている。

【0034】

複数の単電池１１の配列方向における高出力型組電池１０の両端には、一対のエンドプレート１４が配置されている。一対のエンドプレート１４には、複数の単電池１１の配列方向に延びる拘束バンド１５が接続されている。これにより、複数の単電池１１に対して拘束力を与えることができる。拘束力とは、複数の単電池１１の配列方向において、各単電池１１を挟む力である。単電池１１に拘束力を与えることにより、単電池１１の膨張などを抑制することができる。

【0035】

本実施例では、高出力型組電池１０の上面に、２つの拘束バンド１５が配置され、高出力型組電池１０の下面に、２つの拘束バンド１５が配置されている。なお、拘束バンド１５の数は、適宜設定することができる。すなわち、拘束バンド１５およびエンドプレート１４を用いて、単電池１１に拘束力を与えることができればよい。一方、単電池１１に拘束力を与えなくてもよく、エンドプレート１４や拘束バンド１５を省略することもできる。

【0036】

本実施例では、複数の単電池１１を一方向に並べているが、これに限るものではない。例えば、複数の単電池を用いて、１つの電池モジュールを構成しておき、複数の電池モジュールを一方向に並べることもできる。

【0037】

一方、高容量型組電池２０は、図１に示すように、直列に接続された複数の電池ブロック２１を有している。各電池ブロック２１は、並列に接続された複数の単電池２２を有する。電池ブロック２１の数や、各電池ブロック２１に含まれる単電池２２の数は、高容量型組電池２０の要求出力や容量などを考慮して適宜設定することができる。本実施例の電池ブロック２１では、複数の単電池２２を並列に接続しているが、これに限るものではない。具体的には、複数の単電池２２を直列に接続した電池モジュールを複数用意しておき、複数の電池モジュールを並列に接続することによって、電池ブロック２１を構成することもできる。

【0038】

単電池２２としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。単電池２２は、図５に示すように、いわゆる円筒型の単電池である。円筒型の単電池とは、電池の外形が円柱に沿って形成された単電池である。

【0039】

円筒型の単電池２２では、図５に示すように、円筒形状の電池ケース２２ａを有する。電池ケース２２ａの内部には、発電要素が収容されている。単電池２２における発電要素の構成部材は、単電池１１における発電要素の構成部材と同様である。

【0040】

単電池２２の長手方向における両端には、正極端子２２ｂおよび負極端子２２ｃがそれぞれ設けられている。正極端子２２ｂおよび負極端子２２ｃは、電池ケース２２ａを構成する。正極端子２２ｂは、発電要素の正極素子と電気的に接続されており、負極端子２２ｃは、発電要素の負極素子と電気的に接続されている。本実施例の単電池２２は、直径が１８［ｍｍ］であり、長さが６５．０［ｍｍ］であり、いわゆる１８６５０型と呼ばれる電池である。なお、１８６５０型の単電池２２とは異なるサイズの単電池２２を用いることもできる。

【0041】

電池ブロック２１は、図６に示すように、複数の単電池２２と、複数の単電池２２を保持するホルダ２３とを有する。複数の電池ブロック２１を並べることによって、高容量型組電池２０が構成される。ここで、複数の電池ブロック２１は、電気ケーブルなどを介して直列に接続されている。高容量型組電池２０は、ＥＶ走行モードでの走行距離を確保するために用いられており、多くの単電池２２が用いられている。このため、高容量型組電池２０のサイズは、高出力型組電池１０のサイズよりも大きくなりやすい。

【0042】

ホルダ２３は、各単電池２２が挿入される貫通孔２３ａを有する。貫通孔２３ａは、単電池２２の数だけ設けられている。複数の単電池２２は、正極端子２２ｂ（又は負極端子２２ｃ）がホルダ２３に対して同一の側に位置するように配置されている。複数の正極端子２２ｂは、１つのバスバーと接続され、複数の負極端子２２ｃは、１つのバスバーと接続される。これにより、複数の単電池２２は、電気的に並列に接続される。

【0043】

本実施例の電池ブロック２１では、１つのホルダ２３を用いているが、複数のホルダ２３を用いることもできる。例えば、一方のホルダ２３を用いて、単電池２２の正極端子２２ｂの側を保持し、他方のホルダ２３を用いて、単電池２２の負極端子２２ｃの側を保持することができる。

【0044】

次に、高出力型組電池１０で用いられる単電池１１の特性と、高容量型組電池２０で用いられる単電池２２の特性について説明する。表１は、単電池１１，２２の特性を比較したものである。表１に示す「高」および「低」は、２つの単電池１１，２２を比較したときの関係を示している。すなわち、「高」は、比較対象の単電池と比べて高いことを意味しており、「低」は、比較対象の単電池と比べて低いことを意味している。

【表1】

【0045】

単電池１１の出力密度は、単電池２２の出力密度よりも高い。単電池１１，２２の出力密度は、例えば、単電池の単位質量当たりの電力（単位［Ｗ／ｋｇ］）や、単電池の単位体積当たりの電力（単位［Ｗ／Ｌ］）として表すことができる。単電池１１，２２の質量又は体積を等しくしたとき、単電池１１の出力［Ｗ］は、単電池２２の出力［Ｗ］よりも高くなる。

【0046】

また、単電池１１，２２の電極素子（正極素子又は負極素子）における出力密度は、例えば、電極素子の単位面積当たりの電流値（単位［ｍＡ／ｃｍ^２］）として表すことができる。電極素子の出力密度に関して、単電池１１は、単電池２２よりも高い。ここで、電極素子の面積が等しいとき、単電池１１の電極素子に流すことが可能な電流値は、単電池２２の電極素子に流すことが可能な電流値よりも大きくなる。

【0047】

一方、単電池２２の電力容量密度は、単電池１１の電力容量密度よりも高い。単電池１１，２２の電力容量密度は、例えば、単電池の単位質量当たりの容量（単位［Ｗｈ／ｋｇ］）や、単電池の単位体積当たりの容量（単位［Ｗｈ／Ｌ］）として表すことができる。単電池１１，２２の質量又は体積を等しくしたとき、単電池２２の電力容量［Ｗｈ］は、単電池１１の電力容量［Ｗｈ］よりも大きくなる。

【0048】

また、単電池１１，２２の電極素子における容量密度は、例えば、電極素子の単位質量当たりの容量（単位［ｍＡｈ／ｇ］）や、電極素子の単位体積当たりの容量（単位［ｍＡｈ／ｃｃ］）として表すことができる。電極素子の容量密度に関して、単電池２２は、単電池１１よりも高い。ここで、電極素子の質量又は体積が等しいとき、単電池２２の電極素子の容量は、単電池１１の電極素子の容量よりも大きくなる。

【0049】

図７は、単電池１１における発電要素の構成を示す概略図であり、図８は、単電池２２における発電要素の構成を示す概略図である。

【0050】

図７において、単電池１１の発電要素を構成する正極素子は、集電板１１１と、集電板１１１の両面に形成された活物質層１１２とを有する。単電池１１がリチウムイオン二次電池であるとき、集電板１１１の材料としては、例えば、アルミニウムを用いることができる。活物質層１１２は、正極活物質、導電材およびバインダーなどを含んでいる。

【0051】

単電池１１の発電要素を構成する負極素子は、集電板１１３と、集電板１１３の両面に形成された活物質層１１４とを有する。単電池１１がリチウムイオン二次電池であるとき、集電板１１３の材料としては、例えば、銅を用いることができる。活物質層１１４は、負極活物質、導電材およびバインダーなどを含んでいる。

【0052】

正極素子および負極素子の間には、セパレータ１１５が配置されており、セパレータ１１５は、正極素子の活物質層１１２と、負極素子の活物質層１１４とに接触している。正極素子、セパレータ１１５および負極素子を、この順に積層して積層体を構成し、積層体を巻くことによって、発電要素を構成することができる。

【0053】

本実施例では、集電板１１１の両面に活物質層１１２を形成したり、集電板１１３の両面に活物質層１１４を形成したりしているが、これに限るものではない。具体的には、いわゆるバイポーラ電極を用いることができる。バイポーラ電極では、集電板の一方の面に正極活物質層１１２が形成され、集電板の他方の面に負極活物質層１１４が形成されている。複数のバイポーラ電極を、セパレータを介して積層することにより、発電要素を構成することができる。

【0054】

図８において、単電池２２の発電要素を構成する正極素子は、集電板２２１と、集電板２２１の両面に形成された活物質層２２２とを有する。単電池２２がリチウムイオン二次電池であるとき、集電板２２１の材料としては、例えば、アルミニウムを用いることができる。活物質層２２２は、正極活物質、導電材およびバインダーなどを含んでいる。

【0055】

単電池２２の発電要素を構成する負極素子は、集電板２２３と、集電板２２３の両面に形成された活物質層２２４とを有する。単電池２２がリチウムイオン二次電池であるとき、集電板２２３の材料としては、例えば、銅を用いることができる。活物質層２２４は、負極活物質、導電材およびバインダーなどを含んでいる。正極素子および負極素子の間には、セパレータ２２５が配置されており、セパレータ２２５は、正極素子の活物質層２２２と、負極素子の活物質層２２４とに接触している。

【0056】

図７および図８に示すように、単電池１１および単電池２２における正極素子を比較したとき、活物質層１１２の厚さＤ１１は、活物質層２２２の厚さＤ２１よりも薄い。また、単電池１１および単電池２２における負極素子を比較したとき、活物質層１１４の厚さＤ１２は、活物質層２２４の厚さＤ２２よりも薄い。活物質層１１２，１１４の厚さＤ１１，Ｄ１２が活物質層２２２，２２４の厚さＤ２１，Ｄ２２よりも薄いことにより、単電池１１では、正極素子および負極素子の間で電流が流れやすくなる。したがって、単電池１１の出力密度は、単電池２２の出力密度よりも高くなる。

【0057】

次に、高出力型組電池１０および高容量型組電池２０を車両に搭載するときの配置および配線について、図９、図１０を用いて説明する。図９は、車両の概略側面図であり、図１０は、電池パック３０内での高出力型組電池１０および高容量型組電池２０の配置を示す図である。

【0058】

既述した通り、本実施形態の車両は、二種類の組電池、すなわち、高出力型組電池１０および高容量型組電池２０を有している。本実施形態では、この高出力型組電池１０および高容量型組電池２０を一つのケース３５に収容し、一つの電池パック３０として構成している。この電池パック３０のケース３５は、樹脂やアルミ等の材料からなり、その形状は、周辺部材との関係や、二種類の組電池１０，２０のサイズ等に応じて自由に変更できる。図１０に示すように、このケース３５の一端には、ＰＣＵ４０と電気的に接続されるＰＣＵ側接続端子３６が設けられている。また、ケース３５の他端には、充電器４６と電気的に接続される充電側接続端子３８が設けられている。この端子３６，３８に高圧ワイヤハーネスを接続することで、各組電池１０，２０が、ＰＣＵ４０や充電器４６と電気的に接続される。

【0059】

ケース３５の内部には、高出力型組電池１０と、高容量型組電池２０と、高出力側ジャンクションボックス３２と、高容量側ジャンクションボックス３４と、が設けられている。本実施形態では、高出力型組電池１０の側方に高出力側ジャンクションボックス３２を設置し、高容量型組電池２０の上に高容量側ジャンクションボックス３４を載置している。

【0060】

このように二種類の組電池１０，２０を、一つのケース３５に収容し、パック化することで、組電池の設置やメンテナンスの手間を大幅に低減できる。すなわち、従来、二種類の組電池１０，２０を搭載する場合、高出力型組電池１０および高容量型組電池２０は、互いに独立した別個の電池パックとして構成されることが多かった。そして、二種類の電池パックは、互いに別の場所に設置されていた。例えば、高出力型組電池１０を有する電池パックは、ラゲッジスペースに、高容量型組電池２０を有する電池パックは、シート７０の下部に設置されていた。しかし、こうした構成の場合、高出力型組電池１０および高容量型組電池２０を車両に組み付ける際に、別々の組み付け作業が必要であり、また、電池系統のメンテナンスをする際にも、互いに異なる二カ所にアクセスする必要があり、手間であった。一方、本実施形態のように、二種類の組電池１０，２０を、一つの電池パック３０にまとめた場合、組み付けの手間や、メンテナンスの手間を大幅に低減できる。

【0061】

ただし、二種類の組電池１０，２０を一つの電池パック３０にまとめた場合、二種類の組電池１０，２０を別個に設置する場合に比べて、まとまった広さの設置スペースが必要となる。ラゲッジスペースや、シート下では、こうしたまとまった広さの設置スペースを確保することが難しい。そこで、本実施形態では、図９に示すように、フロアパネル７２の下部で、車両の前後方向中央位置に電池パック３０を設置している。フロアパネル７２は、車室の床面を構成するパネルである。電池パック３０は、このフロアパネル７２の外側底面に固着される。このようにフロアパネル７２の下部、すなわち、車室の底面外側であれば、ラゲッジスペースやシート下に比べて、まとまった広さのスペースが確保しやすい。そのため、比較的、大きいサイズの電池パック３０でも設置することが可能となる。特に、近年は、航続距離の更なる向上が求められており、この要望に応えるために、電池容量の更なる増加、ひいては、電池パック３０の更なる大型化が求められている。車室の底面外側に設置するのであれば、こうした電池パック３０の大型化の要望にも十分に応えられる。また、重量物である電池パック３０を、フロアパネル７２の底面外側、すなわち、車両の下部に設置することで、車両全体の重心が下がる。その結果、走行時における車両の安定性をより高めることができる。

【0062】

ここで、各組電池１０，２０は、高圧ワイヤハーネス（電気配線）を介してＰＣＵ４０や充電インレット４８と電気的に接続される。以下では、高出力型組電池１０とＰＣＵ４０とを接続する電気配線を「第一配線６０」、高容量型組電池２０とＰＣＵ４０とを接続する電気配線を「第二配線６２」、高容量型組電池２０と充電インレットとを接続する電気配線を「充電配線６４」と呼ぶ。本実施形態では、高容量型組電池２０とＰＣＵ４０とを接続する第二配線６２を、高出力型組電池１０とＰＣＵ４０とを接続する第一配線６０より短くしている。

【0063】

具体的に説明すると、第一配線６０は、高出力型組電池１０の入出力端子（図示せず）とＰＣＵ側接続端子３６とを接続する第一内部配線６０ｉと、ＰＣＵ側接続端子３６とＰＣＵ４０とを接続する第一外部配線６０ｏと、から構成される。同様に、第二配線６２は、高容量型組電池２０の入出力端子（図示せず）とＰＣＵ側接続端子３６とを接続する第二内部配線６２ｉと、ＰＣＵ側接続端子３６とＰＣＵ４０とを接続する第二外部配線６２ｏと、から構成される。ここで、第一内部配線６０ｉおよび第二内部配線６２ｉは、いずれも、対応する組電池１０，２０の入出力端子から引きだされ、対応するジャンクションボックス３２，３４を経由して、ＰＣＵ側接続端子３６まで延びる配線である。

【0064】

原則として、電池パック３０の外側に延びる第一外部配線６０ｏおよび第二外部配線６２ｏの長さは、ほぼ同じとなる。一方、電池パック３０の内部に設けられた第一内部配線６０ｉおよび第二内部配線６２ｉの長さは、二種類の組電池１０，２０の配置に応じて異なってくる。本実施形態では、図１０に示すように、高容量型組電池２０を、高出力型組電池１０に比べて、ＰＣＵ側接続端子３６に近い位置に設置し、第二内部配線６２ｉを第一内部配線６０ｉより短くしている。そして、これにより、第二配線６２が第一配線６０より短くなる。

【0065】

かかる構成とするのは、次の理由による。本実施形態では、既述した通り、高出力型組電池１０は、ＨＶ走行時、および、高容量型組電池２０のＳＯＣが過度に低下した場合にのみ用いており、それ以外の場面では、高容量型組電池２０を用いている。したがって、ＰＣＵ４０に授受される電力のうち、ＰＣＵ４０と高出力型組電池１０との間で授受される電力の割合よりも、ＰＣＵ４０と高容量型組電池２０との間で授受される電力の割合のほうが、大きい。かかる車両において、車両全体で生じる送電損失を低減するためには、ＰＣＵ４０と高出力型組電池１０を結ぶ第一配線６０の送電抵抗を低減するよりも、ＰＣＵ４０と高容量型組電池２０を結ぶ第二配線６２の送電抵抗を低減するほうが効果的となる。送電抵抗を減らすためには、配線の断面積を増加、あるいは、配線の距離を短くすることが有効となる。ただし、断面積の増加は、コストアップや配線の取り回し性の悪化を招くため、容易に採用できない。そこで、本実施形態では、コストアップすることなく、第二配線６２の送電抵抗を減らすために、第二配線６２を第一配線６０より短くして、送電抵抗を低減している。これにより、コストをかけることなく、送電損失を低減できる。

【0066】

なお、本実施形態のように、車両の前方にＰＣＵ４０、後方に充電インレット４８を設け、さらに、高容量型組電池２０を高出力型組電池１０に比して車両前方に設置した場合、高容量型組電池２０とＰＣＵ４０との間の送電抵抗は低減できるが、高容量型組電池２０と充電インレット４８（ひいては外部電源）との間の送電抵抗は、低減できない。しかし、一般に、高容量型組電池２０とＰＣＵ４０との間で授受される電力は、高容量型組電池２０と充電インレット４８との間で授受される電力よりも大きい。そのため、高容量型組電池２０と充電インレット４８との間の送電抵抗が多少増加しても（すなわち充電配線６４が多少長くなっても）、高容量型組電池２０とＰＣＵ４０との間の送電抵抗を低減（すなわち第二配線６２を短く）したほうが、車両全体の送電損失は、低減できる。

【0067】

なお、高容量型組電池２０とＰＣＵ４０との間の送電損失だけでなく、高容量型組電池２０と充電インレット４８との間の送電損失も低減するために、図１１に示すように、充電インレット４８を、ＰＣＵ４０と同じ側、すなわち、車両前方に設置し、さらに、充電側接続端子３８を図１２に示すように、電池パック３０の前端に設置するようにしてもよい。かかる構成とすることで、第二配線６２だけでなく、充電配線６４も短くすることができ、車両全体としての送電損失をより低減できる。

【0068】

以上、説明した通り、第二配線６２を第一配線６０より短くすることで、車両全体での送電に伴う損失を低減できる。なお、これまで説明した構成は一例であり、第二配線６２を第一配線６０より短くできるのであれば、その他の構成は、適宜変更されてもよい。

【0069】

例えば、本実施形態では、高出力型組電池１０と高容量型組電池２０を、一つにパック化しているが、二種類の組電池１０，２０は、パック化されていなくてもよい。例えば、二種類の組電池１０，２０を、それぞれ、別個の電池パックとして構成してもよい。この場合、高容量型組電池２０とＰＣＵ４０とを結ぶ第二配線６２が、高出力型組電池１０とＰＣＵ４０とを結ぶ第一配線６０より短くなるように、高容量型組電池２０を有する電池パックは、高出力型組電池１０を有する電池パックより、ＰＣＵ４０に近い位置に設置される。

【0070】

また、本実施形態では、ＰＣＵ４０を、車両の前方にあるエンジンルームに設置しているが、ＰＣＵ４０は、他の場所、例えば、車両の後方等に設置されてもよい。この場合、高容量型組電池２０とＰＣＵ４０とを結ぶ第二配線６２が、高出力型組電池１０とＰＣＵ４０とを結ぶ第一配線６０より短くなるように、高容量型組電池２０は、高出力型組電池１０よりも車両後方側に設置される。

【0071】

また、二種類の組電池１０，２０は、前後に並べるのではなく、上下や左右に並べてもよい。すなわち、ＰＣＵ４０が電池パック３０より上方に位置しているなら、高容量型組電池２０とＰＣＵ４０とを結ぶ第二配線６２が、高出力型組電池１０とＰＣＵ４０とを結ぶ第一配線６０より短くなるように、高容量型組電池２０を高出力型組電池１０より上側に設置してもよい。また、ＰＣＵ４０が電池パック３０より右側（または左側）に位置しているなら、第二配線６２が第一配線６０より短くなるように、高容量型組電池２０を高出力型組電池１０より右側（または左側）に設置する構成としてもよい。

【0072】

また、本実施形態は、エンジンを搭載し、かつ、外部充電が可能なプラグインハイブリッド車両を例に挙げて説明したが、本実施形態の技術は、二種類の組電池１０，２０を搭載する電動車両であれば、他の車両、例えば、エンジンを搭載しない電気自動車等に適用されてもよい。

【符号の説明】

【0073】

１０ 高出力型組電池、１１，２２ 単電池、１３ バスバーモジュール、１４ エンドプレート、１５ 拘束バンド、２０ 高容量型組電池、２１ 電池ブロック、２３ ホルダ、３０ 電池パック、３２，３４ ジャンクションボックス、３６ ＰＣＵ側接続端子、３８ 充電側接続端子、４２ コンバータ、４４ インバータ、４６ 充電器、４８ 充電インレット、５０ コントローラ、５１ モータ・ジェネレータ、５２ 車輪、５４ エンジン、６０ 第一配線、６０ｉ 第一内部配線、６０ｏ 第一外部配線、６２ 第二配線、６２ｉ 第二内部配線、６２ｏ 第二外部配線、６４ 充電配線、７０ シート、７２ フロアパネル。

【図1】

【図2a】

【図2b】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】