车辆的制作方法
【专利摘要】本发明的目的在于将高输出型电池组和高容量型电池组配置在车辆的最佳位置。车辆具备作为使车辆行驶的驱动源、以及高输出型电池组和高容量型电池组，所述高输出型电池组和高容量型电池组能够向马达供给电力，且配置在行李空间。高输出型电池组能够以相对而言比高容量型电池组大的电流进行充放电。高容量型电池组具有相对比高输出型电池组大的能量容量，并且，电池特性对温度的依存度比高输出型电池组高。在车辆的上下方向上，在车辆的上下方向上高容量型电池组被配置成相对于高输出型电池组在其上方重叠。
【专利说明】车辆
【技术领域】
[0001]本发明涉及具备特性不同的多个电池组的车辆。
【背景技术】
[0002]在专利文献I所记载的电池系统中，高容量型电池及高输出型电池相对于负载并联连接。高容量型电池具有比高输出型电池大的能量容量。高输出型电池能够以比高容量型电池大的电流进行充放电。
[0003]在先技术文献
[0004]专利文献1:日本特开2006-079987号公报
【发明内容】
[0005]发明要解决的问题
[0006]在专利文献I中，公开了具备高容量型电池和高输出型电池的车辆，但关于如何配置高容量型电池和高输出型电池，则没有进行任何公开。高容量型电池和高输出型电池有时具有彼此不同的特性，或者以彼此不同的使用方法加以使用。因此，若不考虑高容量型电池和高输出型电池的特性等而将高容量型电池和高输出型电池搭载于车辆,则车辆的商品性可能会下降。
[0007]用于解决问题的手段
[0008]本发明的车辆具有作为使车辆行驶的驱动源的马达、和能够向马达供给电力的电池组。电池组配置在车辆的行李空间，包括高输出型电池组和高容量型电池组。高输出型电池组能够以相对而言比高容量型电池组大的电流进行充放电。高容量型电池组具有相对而言比高输出型电池组大的能量容量，并且，其电池特性对温度的依存度比高输出型电池组高。在车辆的上下方向上高容量型电池组重叠配置在高输出型电池组的上方。
[0009]通过将高容量型电池组配置在高输出型电池组的上方，从而容易将由高容量型电池组产生的热放出至大气中。高容量型电池组的电池特性对温度的依存性比高输出型电池组高，因此，通过使高容量型电池组容易放热，能够确保高容量型电池组的电池特性。电池特性包括电池的输入输出电力、电池的容量等。
[0010]在具备作为使车辆行驶的驱动源的发动机的车辆中，当在使发动机停止的状态下使用马达的输出来使车辆行驶时，高容量型电池组能够比高输出型电池组更主要向马达供给电力。通过积极地使用高容量型电池组，能够确保使用了电能的车辆的行驶距离，能够提高燃料经济性。
[0011]当在使发动机停止的状态下使用马达的输出来使车辆行驶时，高容量型电池组的使用频率比高输出型电池组的使用频率高。另外，当在使发动机停止的状态下使用马达的输出来使车辆行驶时，向马达供给的电力中，从高容量型电池组向马达供给的电力的比例比从高输出型电池组向马达供给的电力的比例高。
[0012]高容量型电池组能够使用外部电源进行充电。当在使发动机停止的状态下使用马达的输出来使车辆行驶时，例如，能够使高容量型电池组放电直到高容量型电池组的充电状态(SOC:State of Charge)接近0%。在使高容量型电池组放电之后，通过使用外部电源对高容量型电池组进行充电，能够在使发动机停止的状态下使用马达的输出来使车辆行驶时再次使用高容量型电池组。
[0013]通过使高容量型电池组的尺寸比高输出型电池组的尺寸大，能够增加高容量型电池组的容量，能够增加使用了电能的车辆的行驶距离。在行李空间中，越靠近车辆的上方，则越容易确保用于配置电池组的空间。由于高容量型电池组配置在高输出型电池的上方，所以容易将尺寸比高输出型电池组大的高容量型电池组配置在行李空间。
[0014]高容量型电池组的更换频率比高输出型电池组的更换频率高。高容量型电池组对温度的依存度比高输出型电池组对温度的依存度高，因此，高容量型电池组有时会比高输出型电池组更容易根据温度变化而发生劣化。另外，通过在高容量型电池组的使用频率比高输出型电池组的使用频率高的状态下持续使用高容量型电池组，高容量型电池组有时会比高输出型电池组容易发生劣化。若高容量型电池组发生劣化，则需要更换高容量型电池组。另外，高容量型电池组用于确保上述车辆的行驶距离，高容量型电池组的容量也能够根据用户的要求进行变更。在该情况下，也需要更换高容量型电池组。这样，高容量型电池组的更换频率比高输出型电池组的更换频率高。
[0015]由于高容量型电池组配置在高输出型电池组的上方，所以作业者容易接触到高容量型电池组。因此，作业者能够容易地更换高容量型电池组。
[0016]高输出型电池组可以由串联连接的多个单电池构成。另外，高容量型电池组可以由并联连接的多个单电池构成。可以使用方形电池来作为高输出型电池组的单电池，使用圆筒型电池来作为高容量型电池组的单电池。
[0017]具体而言，包括高输出型电池组的电池包，可以由在预定方向上排列配置的多个方形单电池和收容多个方形单电池的壳体构成。包括高容量型电池组的电池包，可以由多个圆筒型单电池、支承多个圆筒型单电池的保持架(holder)以及收容多个圆筒型单电池和保持架的壳体构成。可以在保持架设置插入各圆筒型单电池的贯通孔。保持架的端面与壳体接触。圆筒型单电池在与预定平面(配置保持架的平面)正交的方向上延伸，多个圆筒型单电池配置成在预定平面内排列。
[0018]通过如上述那样构成包括高输出型电池组的电池包和包括高容量型电池组的电池包，能够使包括高容量型电池组的电池包的刚性比包括高输出型电池组的电池包的刚性高。在包括高容量型电池组的电池包中，即使在壳体上施加外力，也能够通过与壳体接触的保持架来承受该外力。由于高容量型电池组配置在高输出型电池组的上方，所以高容量型电池组处于容易受到外力的位置。通过使包括高容量型电池组的电池包的刚性比包括高输出型电池组的电池包的刚性高，还能够经受外力。
[0019]对于高输出型电池组的温度调节所使用的热交换介质，可以使其进入在预定方向上相邻的两个单电池之间形成的空间，在其与高输出型电池组之间进行热交换。对于高容量型电池组的温度调节所使用的热交换介质，可以使其沿着预定平面移动，在其与高容量型电池组之间进行热交换。
[0020]在这样的热交换介质的流路中，高输出型电池组中的压力损失容易变得比高容量型电池组中的压力损失高。压力损失越高，则越容易产生杂音。由于高容量型电池组配置在高输出型电池组的上方，所以能够通过高容量型电池组来阻止由高输出型电池组产生的杂音。由此,能够抑制由高输出型电池组产生的杂音传向外部(特别是乘员乘车的空间)。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是表示电池系统的结构的图。
[0022]图2是在高输出型电池组中使用的单电池的外观图。
[0023]图3是高输出型电池组的外观图。
[0024]图4是在高容量型电池组中使用的单电池的外观图。
[0025]图5是在高容量型电池组中使用的电池块的外观图。
[0026]图6是表示在高输出型电池组的单电池中使用的发电要素的结构的图。
[0027]图7是表示在高容量型电池组的单电池中使用的发电要素的结构的图。
[0028]图8是表示单电池的输出与温度的关系的图。
[0029]图9是表示单电池的容量维持率与温度的关系的图。
[0030]图10是搭载有高输出型电池组和高容量型电池组的车辆的概略图。
[0031]图11是对两个电池包的配置进行说明的图。
[0032]图12是对两个电池包的配置进行说明的图。
[0033]图13是对高容量型电池组的温度调节所使用的空气的流动进行说明的图。
[0034]图14是对高输出型电池组的温度调节所使用的空气的流动进行说明的图。
[0035]图15是表示高容量型电池组的电池包的结构的概略图。
[0036]图16是表示高输出型电池组的电池包的结构的概略图。
【具体实施方式】
[0037]以下，对本发明的实施例进行说明。
[0038]实施例1
[0039]使用图1，对本实施例的电池系统进行说明。图1是表示电池系统的结构的概略图。本实施例的电池系统搭载于车辆。在图1中，以实线示出的连接表示电连接，以虚线示出的连接表示机械连接。
[0040]电池系统具有并联连接的高输出型电池组10和高容量型电池组20。高输出型电池组10经由系统主继电器SMR-B1、SMR-G1与变换器31连接。另外，高容量型电池组20经由系统主继电器SMR-B2、SMR-G2与变换器31连接。变换器31将从电池组10、20供给的直流电力变换成交流电力。
[0041]变换器31连接有电动发电机32 (交流马达)，电动发电机32接受从变换器31供给的交流电力而产生用于使车辆行驶的动能。电动发电机32与车轮33连接。另外，车轮33连接有发动机34，由发动机34生成的动能向车轮33传递。
[0042]在使车辆减速或停止时，电动发电机32将车辆制动时所产生的动能变换成电能(交流电力)。变换器31将由电动发电机32生成的交流电力变换成直流电力，并向电池组10、20供给。由此，电池组10、20能够储存再生电力。
[0043]控制器35分别向变换器31和电动发电机32输出控制信号来控制它们的驱动。另夕卜，控制器35通过向系统主继电器SMR-B1、B2、SMR-GU G2输出控制信号来进行接通与断开之间的切换。
[0044]在系统主继电器SMR-B1、SMR-Gl接通时，允许高输出型电池组10的充放电，在系统主继电器SMR-B1、SMR-Gl断开时，禁止高输出型电池组10的充放电。在系统主继电器SMR-B2、SMR-G2接通时，允许高容量型电池组20的充放电，在系统主继电器SMR_B2、SMR_G2断开时，禁止高容量型电池组20的充放电。
[0045]在本实施例中，将电池组10、20与变换器31连接，但不限于此。具体而言，可以在电池组10、20与变换器31之间的电流路径配置升压电路。由此，升压电路能够对电池组
10、20的输出电压进行升压。
[0046]在本实施例的车辆中，作为用于使车辆行驶的动力源，不仅具备电池组10、20，还具备发动机34。作为发动机34，存在使用汽油、柴油燃料或生物燃料的发动机。
[0047]在本实施例的车辆中，能够仅使用高输出型电池组10的输出和/或高容量型电池组20的输出来使车辆行驶。将该行驶模式称作EV (Electric Vehicle)行驶模式。例如，能够使高容量型电池组20在充电状态(SOC =State of Charge)从100%附近到达0%附近这段期间进行放电而使车辆行驶。在高容量型电池组20的SOC到达0%附近之后，能够使用外部电源对高容量型电池组20充电。所谓外部电源，是指配置在车辆的外部、在车辆以外另外设置的电源。作为外部电源，例如可以使用商用电源。在使用商用电源时，需要将交流电力变换成直流电力的充电器。
[0048]在EV行驶模式中，当驾驶者操作加速器踏板而车辆的要求输出上升时，能够不仅使用高容量型电池组20的输出、也使用高输出型电池组10的输出来使车辆行驶。通过同时使用高容量型电池组20和高输出型电池组10，能够确保与加速器踏板的操作相应的电池输出，能够提高驾驶性能。
[0049]另外，在高容量型电池组20的SOC到达0%附近之后，能够同时使用高输出型电池组10和发动机34来使车辆行驶。将该行驶模式称作HV (Hybrid Vehicle)行驶模式。在HV行驶模式中，例如能够对高输出型电池组10的充放电进行控制，以使得高输出型电池组
10的SOC沿着预先确定的基准SOC变化。
[0050]在高输出型电池组10的SOC比基准SOC高时，可以使高输出型电池组10放电而使高输出型电池组10的SOC接近基准S0C。另外，在高输出型电池组10的SOC比基准SOC低时，可以对高输出型电池组10进行充电而使高输出型电池组10的SOC接近基准S0C。在HV行驶模式中，能够不仅使用高输出型电池组10而也使用高容量型电池组20。S卩，也可以预留高容量型电池组20的容量，在HV行驶模式中使高容量型电池组20放电。另外，也可以将再生电力储存于高容量型电池组20。
[0051 ] 如上所述，高容量型电池组20可以主要在EV行驶模式中使用，高输出型电池组10可以主要在HV行驶模式中使用。所谓主要在EV行驶模式中使用高容量型电池组20，意味着以下两种情况。作为第一种情况，意味着在EV行驶模式中，高容量型电池组20的使用频率比高输出型电池组10的使用频率高。作为第二种情况，意味着在EV行驶模式中，当同时使用高容量型电池组20和高输出型电池组10时，车辆行驶所使用的总电力中，高容量型电池组20的输出电力所占的比例比高输出型电池组10的输出电力所占的比例高。在此所说的总电力不是瞬间性的电力，而是预定的行驶时间或行驶距离的电力。
[0052]如图1所示，高输出型电池组10具有串联连接的多个单电池11。作为单电池11，可以使用镍氢电池或锂离子电池等二次电池。构成高输出型电池组10的单电池11的数量可以考虑高输出型电池组10的要求输出等而适当设定。如图2所示，单电池11是所谓的方形的单电池。方形的单电池是指电池的外形沿着直六面体形成的单电池。
[0053]在图2中，单电池11具有沿着直六面体形成的电池壳体11a，电池壳体Ila收容有进行充放电的发电要素。发电要素具有正极元件、负极元件以及配置在正极元件与负极元件之间的分隔件(separator)。分隔件包含电解液。正极元件具有集电板和在集电板的表面形成的正极活性物质层。负极元件具有集电板和在集电板的表面形成的负极活性物质层。
[0054]在电池壳体Ila的上表面配置有正极端子Ilb和负极端子11c。正极端子Ilb与发电要素的正极元件电连接，负极端子Ilc与发电要素的负极元件电连接。
[0055]如图3所示，在高输出型电池组10中，多个单电池11配置成在一个方向上排列。在相邻配置的两个单电池11之间配置有隔板12。隔板12可以由树脂等绝缘材料形成，能够使两个单电池11为绝缘状态。
[0056]通过使用隔板12，能够在单电池11的外表面形成空间。具体而言，可以对隔板12形成向单电池11突出的突起部。通过使突起部的顶端与单电池11接触，能够在隔板12与单电池11之间形成空间。在该空间中，能够使单电池11的温度调节所使用的空气(相当于热交换介质)进行移动。
[0057]在单电池11因充放电等而发热时，可以将冷却用的空气导入形成在隔板12与单电池11之间的空间。通过冷却用的空气在与单电池11之间进行热交换，能够抑制单电池11的温度上升。另外，在单电池11过度冷却时，可以将加温用的空气导入形成在隔板12与单电池11之间的空间。通过加温用的空气在与单电池11之间进行热交换，能够抑制单电池11的温度下降。单电池11的温度调节也可以使用与空气不同成分的气体。
[0058]多个单电池11通过两个汇流条模块13而电串联连接。汇流条模块13具有多个汇流条和保持多个汇流条的保持架。汇流条由导电性材料形成，与相邻配置的两个单电池11中一方的单电池11的正极端子Ilb以及另一方的单电池11的负极端子Ilc连接。保持架由树脂等绝缘材料形成。
[0059]在高输出型电池组10的多个单电池11的排列方向上的两端配置有一对端板14。在一对端板14连接有在多个单电池11的排列方向上延伸的约束带15。由此，能够对多个单电池11施加约束力。所谓约束力，是指在多个单电池11的排列方向上夹住各单电池11的力。通过对单电池11施加约束力，能够抑制单电池11的膨胀等。
[0060]在本实施例中，在高输出型电池组10的上表面配置有两条约束带15，在高输出型电池组10的下表面配置有两条约束带15。此外，约束带15的数量可以适当设定。S卩，只要能够使用约束带15和端板14来对单电池11施加约束力即可。另一方面，也可以不对单电池11施加约束力，也可以省略端板14和/或约束带15。
[0061 ] 在本实施例中，在一个方向上排列多个单电池11，但不限于此。例如，也可以为，使用多个单电池构成I个电池模块，并在一个方向上排列多个电池模块。
[0062]另一方面，如图1所示，高容量型电池组20具有串联连接的多个电池块21。各电池块21具有并联连接的多个单电池22。电池块21的数量和/或各电池块21中包含的单电池22的数量可以考虑高容量型电池组20的要求输出和/或容量等而适当设定。在本实施例的电池块21中，将多个单电池22并联连接，但不限于此。具体而言，也可以准备多个将多个单电池22串联连接而得到的电池模块，并将多个电池模块并联连接，由此构成电池块21。
[0063]作为单电池22，可以使用镍氢电池和/或锂离子电池等二次电池。如图4所示，单电池22是所谓的圆筒型的单电池。圆筒型的单电池是指电池的外形沿着圆柱形成的单电池。
[0064]如图4所示，圆筒型的单电池22具有圆筒形状的电池壳体22a。在电池壳体22a的内部收容有发电要素。单电池22的发电要素的结构构件与单电池11的发电要素的结构构件是同样的。
[0065]在单电池22的长度方向上的两端分别设置有正极端子22b和负极端子22c。正极端子22b和负极端子22c构成电池壳体22a。正极端子22b与发电要素的正极元件电连接，负极端子22c与发电要素的负极元件电连接。本实施例的单电池22的直径为18mm，长度为65.0mm，是所谓的18650型的电池。此外，也可以使用与18650型的单电池22不同尺寸的单电池22。
[0066]在此，方形的单电池11的尺寸比圆筒型的单电池22的尺寸大。单电池11、22的尺寸是指尺寸最大的部分的尺寸。具体而言，在图2所示的单电池11的结构中，可以将长度Wl作为单电池11的尺寸。在图4所示的单电池22的结构中，可以将长度W2作为单电池22的尺寸。长度Wl比长度W2大。
[0067]如图5所示，电池块21具有多个单电池22和保持多个单电池22的保持架23。通过排列多个电池块21来构成高容量型电池组20。在此，多个电池块21通过电缆等而串联连接。高容量型电池组20用于确保EV行驶模式下的行驶距离，使用了较多的单电池22。因此,高容量型电池组20的尺寸容易变得比高输出型电池组10的尺寸大。
[0068]保持架23具有供各单电池22插入的贯通孔23a。贯通孔23a设置有单电池22的数量个。多个单电池22配置成正极端子22b (或负极端子22c)相对于保持架23位于同一侦U。多个正极端子22b与一个汇流条连接，多个负极端子22c与一个汇流条连接。由此，多个单电池22并联电连接。
[0069]单电池22在与配置保持架23的平面正交的方向上延伸。多个单电池22在配置保持架23的平面内排列配置。在配置保持架23的平面内配置多个单电池22的位置可以适当设定。
[0070]在本实施例的电池块21中，使用一个保持架23，但也可以使用多个保持架23。例如，可以使用一方的保持架23来保持单电池22的正极端子22b侧，使用另一方的保持架23来保持单电池22的负极端子22c侦U。
[0071]接着，对在高输出型电池组10中使用的单电池11的特性和在高容量型电池组20中使用的单电池22的特性进行说明。表I是对单电池11、22的特性进行比较的表。表I所示的“高”和“低”表示对2种单电池11、22进行比较时的关系。即，“高”意味着与比较对象的单电池相比较高，“低”意味着与比较对象的单电池相比较低。
[0072][表I]
[0073]
【权利要求】
1.一种车辆，其特征在于，具备: 作为使车辆行驶的驱动源的马达；以及 高输出型电池组和高容量型电池组，该高输出型电池组和高容量型电池组能够向所述马达供给电力，且配置在行李空间， 所述高输出型电池组能够以与所述高容量型电池组相比相对大的电流进行充放电， 所述高容量型电池组具有与所述高输出型电池组相比相对大的能量容量，且电池特性对温度的依存度比所述高输出型电池组高，在车辆的上下方向上该高容量型电池组相对于所述高输出型电池组重叠配置在其上方。
2.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于， 具有作为使车辆行驶的驱动源的发动机， 当在停止了所述发动机的状态下使用所述马达的输出来行驶时，所述高容量型电池组比所述高输出型电池组更主要向所述马达供给电力。
3.根据权利要求2所述的车辆，其特征在于， 当在停止了所述发动机的状态下使用所述马达的输出来行驶时，所述高容量型电池组的使用频率比所述高输出型电池组的使用频率高。
4.根据权利要求2所述的车辆，其特征在于， 当在停止了所述发动机的状态下使用所述马达的输出来行驶时，向所述马达供给的电力中，从所述高容量型电池组向所述马达供给的电力的比例比从所述高输出型电池组向所述马达供给的电力的比例高。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的车辆，其特征在于， 所述高容量型电池组接受来自外部电源的电力供给而进行充电。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的车辆，其特征在于， 所述高容量型电池组的尺寸比所述高输出型电池组的尺寸大。
7.根据权利要求1~6中任一项所述的车辆，其特征在于， 所述高容量型电池组的更换频率比所述高输出型电池组的更换频率高。
8.根据权利要求1~7中任一项所述的车辆，其特征在于， 所述高输出型电池组具有串联连接的多个单电池， 所述高容量型电池组具有并联连接的多个单电池。
9.根据权利要求8所述的车辆，其特征在于， 包括所述高输出型电池组的电池包具有在预定方向上排列配置的多个方形单电池和收容所述多个方形单电池的壳体， 包括所述高容量型电池组的电池包具有: 在与预定平面正交的方向上延伸，并在所述预定平面内排列配置的多个圆筒型单电池； 具备供所述多个圆筒型单电池插入的贯通孔，并对所述各圆筒型单电池进行支承的保持架；和 收容所述多个圆筒型单电池，并与所述保持架的端面接触的壳体。
10.根据权利要求9所述的车辆，其特征在于， 所述高输出型电池组的温度调节所使用的热交换介质，进入在所述预定方向上相邻的两个所述单电池之间形成的空间，与所述高输出型电池组之间进行热交换， 所述高容量型电池组的温度调节所使用的热交换介质，沿着所述预定平面移动，与所述高容量型电池组 之间进行热交换。
【文档编号】H01M10/625GK103733421SQ201180072841
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2011年8月30日 优先权日:2011年8月30日
【发明者】林强, 木村健治, 中山琢朗, 藤原伸得, 佐藤彰洋, 渡边广隆 申请人:丰田自动车株式会社