組電池、電池パック
【課題】組電池を構成する各電池モジュールの寿命のバラツキを抑制することができる技術を提供する。
【解決手段】組電池１は、車両を走行させるモータに供給される電力を蓄電する組電池であって、複数の電池セル１２Ａが並列接続された電池モジュール１０Ｂと、複数の単電池が並列接続され、電池モジュール１０Ｂよりも放熱性の低い領域に位置する電池モジュール１０Ａと、を有し、電池モジュール１０Ａは、電池モジュール１０Ｂよりも電池セル１２Ａが多いことを特徴とする。
【解決手段】組電池１は、車両を走行させるモータに供給される電力を蓄電する組電池であって、複数の電池セル１２Ａが並列接続された電池モジュール１０Ｂと、複数の単電池が並列接続され、電池モジュール１０Ｂよりも放熱性の低い領域に位置する電池モジュール１０Ａと、を有し、電池モジュール１０Ａは、電池モジュール１０Ｂよりも電池セル１２Ａが多いことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の単電池によって構成される組電池の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境を意識した車両として、車両走行用の電動モータを搭載した電気自動車、ハイブリッド自動車などが注目され、実用されている。電動モータは、充放電可能な複数の単電池で構成される組電池から出力される電力により駆動する。
【０００３】
組電池には、電池容量を大きくするために複数の単電池を並列接続して１つの電池モジュールとし、出力を増大させるために複数の電池モジュールを直列接続させた構成のものがある。
【０００４】
また車両内の配置スペースの関係で、電池モジュールの近くにジャンクションボックス（以下、Ｊ／Ｂと記す）や充電器、排気管といった発熱体が存在する場合がある。
【０００５】
関連のある技術として、複数の素電池（単電池）が収納された容器内で、一部の素電池の放熱性が他より低く、充放電サイクルに伴って素電池間の容量格差の拡大するところを、予めその一部素電池の容量を他より大きいものにする組電池が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２６９３６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
発熱体が近くにある電池モジュール等、放熱性の低い領域（スポット的高熱部位）に位置する電池モジュールは、内部の単電池の容量が発熱体からの熱により他の単電池の容量よりも早期に低下するため、寿命が短くなる。この問題への対処として、従来、スポット的高熱部位に配置される電池モジュールを基準として組電池の寿命を決定している。しかしながらこの対処では、最も劣化する電池モジュールによってパック出力が決まってしまうため、他の電池モジュールを使いきれずに寿命となってしまう。
【０００８】
また上記問題への対処として、車種毎に、組電池毎にそれぞれ冷却設計をチューニングする手法もあるが、複数の電池モジュールへ一括送風して冷却するような冷却構造とすることができないため、電池モジュールに個別対応した複雑な冷却構造が必要となる。また車種毎に発熱体の位置が異なり、発熱レベルも異なるため、これらに応じた設計が毎回必要となり、汎用性に欠ける。
【０００９】
特許文献１を車載用の電池に適用する場合、容量の異なる単電池を組み合わせ、劣化進度の高い箇所に容量の大きい単電池を配置することとなる。単電池の容量を決める場合に発熱体の熱量も考慮する必要があるため、様々な容量の単電池を用意する必要がある。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされるものであり、電池モジュールの劣化進度（劣化の進み具合い）のバラツキを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の組電池は、（１）車両を走行させるモータに供給される電力を蓄電する組電池であって、複数の単電池が並列接続された第１電池モジュールと、複数の単電池が並列接続され第１電池モジュールよりも放熱性の低い領域に位置する第２電池モジュールと、を有し、第２電池モジュールは、第１電池モジュールよりも単電池の個数が多いことを特徴とする。この構成により、第２電池モジュールの劣化進度を抑え、第１電池モジュールと第２電池モジュールとの間で生ずる劣化進度のバラツキを抑制することができる。
【００１２】
（２）上記（１）の構成において、第２電池モジュールは、前記第１電池モジュールよりも発熱体に近い領域に位置することを特徴とする。この構成により、発熱体近くの第２電池モジュールの劣化進度を抑えることができ、電池モジュールの劣化進度のバラツキを抑制できる。
【００１３】
（３）また、上記（２）の構成において、前記発熱体は、前記組電池の充放電の際に発熱する発熱機器であり、前記発熱機器は、例えば、前記組電池の充放電を許容する第１の状態と、充放電を許容しない第２の状態との間で動作するリレーを収容したジャンクションボックスである。また前記発熱機器は、車両外部に設けられた電源により該組電池を充電するための充電器であってもよい。また、前記発熱体は、車両の排気ガスを放出する排気管であってもよい。
【００１４】
また本発明の組電池は、（４）車両を走行させるモータに供給される電力を蓄電する組電池であって、複数の単電池が並列接続された電池モジュールであり冷却経路内に配置される第１電池モジュールと、複数の単電池が並列接続された電池モジュールであり第１電池モジュールよりも冷却経路の下流側に配置される第２電池モジュールと、を有し、第２電池モジュールは、第１電池モジュールよりも単電池の個数が多いことを特徴とする。この構成により、放熱性が低くなる下流側に配置される第２電池モジュールの劣化進度を抑えることができ、第１電池モジュールとの間での劣化進度のバラツキを抑制することができる。
【００１５】
（５）上記（４）の構成において、前記第１電池モジュール、前記第２電池モジュールは、それぞれ金属板を有し、各電池モジュール内の複数の単電池は、前記金属板に固定されていることを特徴とする。この構成により、電池モジュール内での単電池の温度バラツキを解消することができる。
【００１６】
（６）また上記（４）の構成において、前記第２モジュールが配置される位置における冷却経路の断面積は、前記第１モジュールが配置される位置における冷却経路の断面積よりも小さいことを特徴とする。この構成により、より下流側にある第２モジュール付近の冷却風の流速が上がり冷却性能が向上するため、電池モジュール内での単電池の温度バラつきを抑制することができる。
【００１７】
本発明の電池パックは、（７）車両を走行させるモータに供給される電力を蓄電する組電池を備える電池パックであって、冷却経路と、複数の単電池が並列接続された電池モジュールであり冷却経路内に配置される第１電池モジュールと、複数の単電池が並列接続された電池モジュールであり、第１電池モジュールよりも前記冷却経路の下流側に配置される第２電池モジュールと、を有し、第２電池モジュールは、第１電池モジュールよりも単電池の個数が多いことを特徴とする。この構成においても、上記（４）の構成と同様に、下流側に配置される第２電池モジュールの劣化進度を抑えることができ、第１電池モジュールとの間での劣化進度のバラツキを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、電池モジュールの劣化進度のバラツキを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】車両の一部におけるハード構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態の組電池の構成例を示す平面図である。
【図３】第１実施形態の組電池の構成例を示す断面図である。
【図４】第２実施形態の電池モジュールの構成例を示す模式図である。
【図５】第２実施形態の電池パックの構成、および冷却風の方向を示す図である。
【図６】図５で示す構成とは異なる構成の電池パック、および冷却風の方向を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、各実施形態の態様について説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の一実施形態である車両の一部におけるハード構成を示すブロック図である。同図において、点線の矢印は信号の流れる方向を示している。車両１００は、バッテリの出力を用いてモータを駆動する駆動経路とエンジンによる駆動経路とを有し、車両外部の外部電源を用いてバッテリを充電可能なプラグインハイブリッド車両である。ただし、車両１００は、車両外部の外部電源を用いてバッテリを充電可能であって、エンジンを省略した電気車両であってもよい。また、車両１００は、車両外部の外部電源を用いたバッテリの充電が不可能なハイブリッド車両であってもよい。
【００２１】
車両１００は、組電池１と、充電器２２と、平滑用コンデンサＣ１、Ｃ２と、電圧コンバータ３２と、インバータ３３と、モータジェネレータＭＧ１と、モータジェネレータＭＧ２と、動力分割プラネタリーギヤＰ１と、リダクションプラネタリーギヤＰ２と、減速機Ｄと、エンジン３４と、リレー３１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１と、補機バッテリ４２と、吸気ファン４４と、ＥＣＵ５０と、監視ユニット５１と、インレット６２とを含む。
【００２２】
車両１００は、さらに、電源ラインＰＬ１と、接地ラインＳＬとを含む。組電池１は、リレー３１を構成するシステムメインリレーＳＭＲ−Ｇ，ＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｐを介して、電圧コンバータ３２に接続されている。組電池１のプラス端子には、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇが接続され、組電池１のマイナス端子には、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂが接続されている。また、システムメインリレーＳＭＲ−Ｐおよびプリチャージ抵抗３１Ａは、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂに対して並列に接続されている。
【００２３】
これらのシステムメインリレーＳＭＲ−Ｇ，ＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｐは、コイルに対して通電したときに接点が閉じるリレーである。ＳＭＲがオンとは通電状態を意味し、ＳＭＲがオフとは非通電状態を意味する。
【００２４】
ＥＣＵ５０は、電流遮断時、すなわちイグニッションスイッチがＯＦＦ位置になるときには、全てのシステムメインリレーＳＭＲ−Ｇ，ＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｐをオフする。すなわち、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇ，ＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｐのコイルに対する励磁電流をオフにする。なお、イグニッションスイッチは、ＯＦＦ位置→ＯＮ位置の順に切り替わる。
【００２５】
ＥＣＵ５０は、車両１００全体の制御を司る。ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ、ＭＰＵであってもよいし、これらのＣＰＵなどにおいて実行される処理の少なくとも一部を回路的に実行するＡＳＩＣ回路を含んでも良い。また、ＣＰＵなどの個数は、単数であってもよいし、或いは複数であってもよい。したがって、例えば、電圧コンバータ３２を制御するＣＰＵと、吸気ファン４４の駆動を制御するＣＰＵとが異なっていても良い。ＥＣＵ５０は、補機バッテリ４２から電力が供給されることにより、起動する。
【００２６】
ハイブリッドシステム起動時（メイン電源接続時）、すなわち、たとえば運転者がブレーキペダルを踏み込んでプッシュ式のスタートスイッチを押し込むと、ＥＣＵ５０は、最初にシステムメインリレーＳＭＲ−Ｇをオンにする。次に、ＥＣＵ５０は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｐをオンしてプリチャージを実行する。
【００２７】
システムメインリレーＳＭＲ−Ｐにはプリチャージ抵抗３１Ａが接続されている。このため、システムメインリレーＳＭＲ−Ｐをオンしてもインバータ３３への入力電圧は緩やかに上昇し、突入電流の発生を防止できる。
【００２８】
イグニッションスイッチがＯＮ位置からＯＦＦ位置に切り替わると、ＥＣＵ５０は、先ずシステムメインリレーＳＭＲ−Ｂをオフし、続いてシステムメインリレーＳＭＲ−Ｇをオフする。これにより、組電池１とインバータ３３との間の電気的な接続が遮断され、電源遮断状態となる。システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇ，ＳＭＲ−Ｐは、ＥＣＵ５０から与えられる制御信号に応じて導通／非導通状態が制御される。
【００２９】
コンデンサＣ１は、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬ間に接続され、ライン間電圧を平滑化する。また、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬ間には、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１が接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ４１は、組電池１から供給される電力を降圧して、補機バッテリ４２を充電したり、或いは吸気ファン４４に電力を供給する。
【００３０】
電圧コンバータ３２は、コンデンサＣ１の端子間電圧を昇圧する。コンデンサＣ２は、電圧コンバータ３２によって昇圧された電圧を平滑化する。インバータ３３は、電圧コンバータ３２から与えられる直流電圧を三相交流に変換してモータジェネレータＭＧ２に出力する。リダクションプラネタリーギヤＰ２は、モータジェネレータＭＧ２で得られた動力を減速機Ｄに伝達して、車両１００を駆動する。動力分割プラネタリーギヤＰ１は、エンジン３４で得られた動力を二経路に分割し、一方は減速機Ｄを介して車輪に伝達され、他方はモータジェネレータＭＧ１を駆動して発電を行う。
【００３１】
このモータジェネレータＭＧ１において発電された電力は、モータジェネレータＭＧ２の駆動に用いられることでエンジン３４を補助する。また、リダクションプラネタリーギヤＰ２は、車両減速時に、減速機Ｄを介して伝達される動力をモータジェネレータＭＧ２に伝達し、モータジェネレータＭＧ２を発電機として駆動する。このモータジェネレータＭＧ２で得られた電力は、インバータ３３において三相交流から直流電圧に変換され、電圧コンバータ３２に伝達される。このとき、ＥＣＵ５０は、電圧コンバータ３２が降圧回路として動作するように制御する。電圧コンバータ３２で降圧された電力は、組電池１に蓄電される。
【００３２】
監視ユニット５１は、組電池１の電圧、電流及び温度に関する情報を取得する。監視ユニット５１は、組電池１とともにユニット化されている。監視ユニット５１は、組電池１から取得した情報をＥＣＵ５０に対して出力する。ＥＣＵ５０は、監視ユニット５１から取得した情報に基づき、組電池１の充放電を制御したり、或いは吸気ファン４４の駆動を制御する。
【００３３】
ここで、吸気ファン４４は、回転動作に応じて車室内の空気を組電池１に対して供給する。すなわち、ＥＣＵ５０は、車両１００のイグニッションスイッチがオンされた状態で、組電池１の温度が所定値よりも高いと判定した場合には、吸気ファン４４を作動させる。
【００３４】
充電器２２は、リレー３１を介して、組電池１に接続されている。リレー３１が開いた状態である場合には、組電池１が、電圧コンバータ３２、充電器２２等から電気的に遮断される。リレー３１が閉じた状態である場合には、組電池１が、電圧コンバータ３２、充電器２２等と電気的に接続される。
【００３５】
ＥＣＵ５０は、車両外部の商用電源から組電池１の充電が行われるときに、充電器２２を駆動するための駆動信号を生成して出力する。インレット６２は、車両１００の側部に設けられていても良い。インレット６２には、車両１００と外部電源とを連結する充電ケーブルのコネクタが接続される。なお、本願発明は、インレット６２及びコネクタを接続しない非接触充電に適用することもできる。
【００３６】
図２、図３を参照しながら、第１実施形態の組電池の構成例を説明する。図２は、車両に搭載された組電池の平面模式図であり、図３は断面模式図である。
【００３７】
Ｊ／Ｂ（ジャンクションボックス）２０は、電線の結合、分岐、中継する際に用いられる端子や端末を収容する機器であり、リレー３１を収容する機器である。排気管２１は、内燃機関からの排気ガスを外部へ排出する導出管である。
【００３８】
Ｊ／Ｂ２０、充電器２２は、組電池１の充放電の際に発熱する発熱機器であり、排気管２１は、高温の排出ガスを放出することで発熱体となる。発熱体とは、高温の排気ガスを放出する排気管２１や、組電池１の充放電の際に発熱する発熱機器を含み、発熱機器とは、Ｊ／Ｂ２０や充電器２２のことをいう。
【００３９】
組電池１は、複数の単電池１２Ａを並列接続して成る電池モジュール１０Ａ（第２電池モジュール）、１０Ｂ（第１電池モジュール）を、直列接続した構成となっており、車両１００のリアシートＳ後方部、ラゲージルームの下方に配置される。本例のように、ラゲージルームの下方に配置するのはあくまでも一例である。図２、図３の例において、電池モジュール１０Ａは、Ｊ／Ｂ２０、排気管２１、充電器２２等の発熱体の近くに配置され、電池モジュール１０Ｂよりも発熱体からの受熱の影響を多く受ける位置、すなわち放熱性の低い領域に配置される。
【００４０】
また電池モジュール１０Ａと１０Ｂとでは、並列接続される単電池１２Ａの数が異なっており、発熱体近くの電池モジュール１０Ａの方が、電池モジュール１０Ｂよりも単電池１２Ａの数が多くなっている。単電池１２Ａは、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池などの二次電池であり、単一の電池セル、或いは複数の電池セルを接続した構成でもよい。ここで、電池セルとは、充放電可能な最小単位の要素を意味する。
【００４１】
図２、図３の例では、電池モジュール１０Ａは４×５（＝２０）の単電池１２Ａによって構成され、電池モジュール１０Ｂは３×３（＝９）の単電池１２Ａによって構成されているが、態様を限定するものではなく、単電池の特性や発熱体からの受熱量に応じて実装される。
【００４２】
ここで、発熱体近くの電池モジュールの単電池個数を、他の電池モジュールの単電池個数よりも多くする意義について説明する。並列接続される単電池の数が多い程、並列回路の性質によって１つの単電池に流れる電流値が低くなる。よって単電池の数が多い程、単電池の内部抵抗により生ずる発熱量が抑えられ、熱による単電池の劣化進度を低減させることができる。したがって、電池モジュール内の単電池の個数を可変とし、発熱体近くに配置される電池モジュールについては単電池の並列数が多くなるように調整することで、同じ種類の単電池を使用しつつ各電池モジュールの劣化進度のバラツキを抑制することができる。
【００４３】
単電池の温度は、単電池での発熱量と、冷却機能以外の周辺環境による放熱性能（環境温度＜単電池の制御温度の場合）、または受熱量（環境温度＞単電池の制御温度の場合）によって決まる。本実施形態では、上記のように単電池での発熱量を単電池の個数で調整する。
【００４４】
具体的には、発熱体近くの電池モジュールの単電池数を、発熱体からより離れた位置に配置される他のモジュールの単電池数より増やすことで、並列回路の性質を使って１つの単電池当たりの電流値を他の電池モジュールより下げる。単電池の発熱量は、
（単電池の内部抵抗）×（電流値）２
で表すことができるため、電流値を下げることで単電池の発熱量を抑えることができる。
【００４５】
並列数の差の導出方法は、次の通りとなる。
【００４６】
１．発熱体が近くにあるか否かによるセルの放熱性能差または受熱差（＝ΔＷ）を求める。
【００４７】
２．基本並列数（標準とする電池モジュールに含まれる単電池の数）Ｎにおける車両出力要求の電流値Ｉを求め、単電池１個当たりの電流値（Ｉ／Ｎ）を算出する。
【００４８】
３．ΔＷを１個当たり単電池の発熱量でカバーするので、追加する単電池の個数をＸ、内部抵抗Ｒとすると、
ΔＷ＝（Ｉ／Ｎ）２×Ｒ−（Ｉ／（Ｎ＋Ｘ））２×Ｒ
となり、追加する単電池の個数Ｘは、
Ｘ＝（Ｉ／√（（Ｉ／Ｎ）２−ΔＷ／Ｒ））−Ｎ
で求めることができる。
【００４９】
なお、本実施形態で説明した電池モジュール内の単電池の数を調整する方法に対して、さらに、発熱体付近の冷媒の温度を他よりも低くしたり、発熱体付近の冷媒の流量を他より大きくする方法を組み合わせても、同様に各電池モジュールの劣化進度のバラつきを抑制することができる。
【００５０】
上記では、放熱性の低い領域に位置する電池モジュールとして、発熱体の近くに位置する電池モジュールを例示した。しかしながら、発熱体が無くても、例えば、組電池の中央に位置する電池モジュールは側方に位置する電池モジュールよりも、充放電等に伴う発熱により熱がこもり易く、より温度が高くなる（放熱性が悪くなる）。このことから、組電池の中央に位置する電池モジュールを少なくとも含んだ領域の電池モジュールについても、上記発熱体の例と同様の問題が起こり得る。
【００５１】
このことから、組電池中央部の電池モジュールについても、他の電池モジュールよりも組電池の並列数を多くして、単電池の発熱量を抑えることで、電池モジュールの劣化進度のバラツキを抑制することができる。この例以外でも、放熱性のより低い領域に位置する電池モジュールについては、放熱性のより高い領域にある電池モジュールよりも組電池の個数を多くすることで、電池モジュールの劣化進度のバラツキを抑制することができる。
（第２実施形態）
第１実施形態では、発熱体近くに配置される電池モジュールを、放熱性の低い領域に位置する電池モジュールとして説明し、当該電池モジュールの単電池数を、他の電池モジュールの単電池数よりも多くすることで、各電池モジュールの劣化進度のバラツキを抑制する実装例について説明した。第２の実施形態では、冷却経路を考慮することで劣化進度のバラツキを抑制する実装例について説明する。
【００５２】
第２実施形態で用いる電池モジュールの一例を図４に示す。電池モジュール１１は、並列接続された複数の単電池１２Ｂが金属板１３に固定されている構成となる。第２実施形態の組電池は、１つの冷却経路内に、図４の例で示す電池モジュール１１を複数直列接続して配置する構成とし、単電池１２Ｂそれぞれの表面に冷却風が流れる構成とする。またこのように複数の単電池１２Ｂを金属板１３に固定させることで、単電池間の温度バラツキを抑制し、電池モジュール内での単電池の温度バラツキを解消することができる。
【００５３】
図５に、本実施形態の組電池の構成例、および冷却経路の一例を示す。本実施形態の電池パック１５０Ａは、組電池１Ａと冷却経路Ｒとを有し、組電池１Ａは冷却経路Ｒ内に配置されている。
【００５４】
導入管１３０内のファン１３１（例えばシロッコ式ファン、フロスフロー型のファンであり、図１の吸気ファン４４に相当する）により、車室内空気が吸気チャンバ１３２まで吸気される。この吸気による冷却風は、分流して組電池１Ａの各電池モジュールを冷却し、下流側の廃棄チャンバ１３３を通過してラゲージルームに排出される。また組電池１Ａの配置位置での冷却経路Ｒの断面は、上流の吸気チャンバ１３２側から下流の排気チャンバ１３３側まで可変なく同じ大きさとなっている（Ｄ１＝Ｄ２）。
【００５５】
冷却経路Ｒ内の冷却風の温度は、上流側の電池モジュールでの発熱の影響を受けるため、下流側になるにつれて上昇する。従って、下流側の電池モジュールの放熱性（冷却風による冷却効率）は上流側の電池モジュールよりも低くなり、下流側の電池モジュールは、温度が上昇しやすくなるため、劣化を早めて充放電サイクル性が低下する。
【００５６】
この下流側の電池モジュールの劣化進度を遅らせるため、本実施形態では、下流側の電池モジュールの単電池数（並列接続数）を増やすことで、並列回路の性質を利用して１つの単電池当たりの電流値を上流側の電池モジュールより下げ、電池モジュールが発する発熱量を低下させる。
【００５７】
図５に示す組電池１Ａは、図４の電池モジュール１１と同等構成である電池モジュール１１Ａ（第１電池モジュール）、電池モジュール１１Ｂ（第２電池モジュール）によって構成される。電池モジュール１１Ａは単電池の個数が７であり、一方電池モジュール１１Ｂは、単電池の個数が９とするが態様（単電池の個数や配列方法）は限定されない。
【００５８】
電池モジュール１１Ｂの方が電池モジュール１１Ａよりも下流側となるため、電池モジュール１１Ｂは、電池モジュール１１Ａよりも放熱性の低い領域に位置する電池モジュールとなる。このため、第２実施形態では、図５に示すように同一冷却経路内で下流側に配置される電池モジュールの方が上流側に配置される電池モジュールよりも単電池の個数を多くする。この実装により、各電池モジュールの充放電サイクルのバラツキを抑制することができる。またこのように単電池の熱収支のバラツキを抑制することで、組電池の寿命（充放電サイクル性）を向上させる。
【００５９】
単電池温度は、単電池自身の発熱量、および電池温度と冷却風温度との差（ΔＴ１）で決まる。上述のように、同一冷却経路内で１つ目の電池モジュールを通過した冷却風温度は、ΔＴ２増加する。すると、その下流にある電池モジュールはΔＴ１−ΔＴ２しか電池と冷却風との温度差がつかないため、具体的には下流側の電池モジュール内の単電池数を上流側の他のモジュールより増やすことで、並列回路の性質を使って単電池１つ当たりの電流値を他の電池モジュールより下げる。単電池の発熱量は、
（電池の内部抵抗）×（電流値）２
で表すことができるため、電流値を下げることで単電池の発熱量を抑えることができる。
【００６０】
並列数の差の導出方法は、次の通りとなる。
【００６１】
１．上流側の電池モジュールと下流側の電池モジュールのモジュール直前冷却温度の差より算出される放熱量差（＝ΔＷ）を求める。
【００６２】
２．基本並列数Ｎにおける車両出力要求の電流値Ｉを求め、単電池１個当たりの電流値（Ｉ／Ｎ）を算出する。
【００６３】
３．ΔＷを１個当たり単電池の発熱量でカバーするので、追加する単電池の個数をＸ、内部抵抗Ｒとすると、
ΔＷ＝（Ｉ／Ｎ）２×Ｒ−（Ｉ／（Ｎ＋Ｘ））２×Ｒ
となり、追加するセル数Ｘは、
Ｘ＝（Ｉ／√（（Ｉ／Ｎ）２−ΔＷ／Ｒ））−Ｎ
で求めることができる。
【００６４】
また、冷却経路の形状を例えば図６のようにすることもできる。図６の冷却流路Ｒ＿Ａは、組電池１Ｂの配置位置において、吸気チャンバ１３２Ａ側の上流よりも排気チャンバ１３３Ａ側の下流の方が、流路断面が従変的に狭まる構成であり（Ｄ１＞Ｄ２）、結果、下流になるにつれ流速が増す構成となる。よって、上流側に配置される電池モジュールよりも下流側に配置される電池モジュールの方が流速増加に伴う冷却効果が増すこととなる。このような冷却流路Ｒ＿Ａを有する電池パック１５０Ｂは、冷却流路Ｒ＿Ａの形状のみで劣化進度のバラツキを抑制することができる。
【００６５】
従って、本実施形態において説明した、冷却経路のより下流側の電池モジュールの単電池数を上流側の電池モジュールの単電池数よりも多くする構成に対して、さらに、この図６で示すような、下流側の電池モジュールの位置における流路の断面積を、より上流側の電池モジュールの位置における流路の断面積よりも小さくする構成を組み合わせる実装でもよい。このような組み合わせによっても、各電池モジュールの劣化進度のバラつきを抑制することができる。
【００６６】
第１実施形態の態様と、第２実施形態の態様とを組み合わせてもよい。また第１実施形態、第２実施形態は、一例として車両に搭載される実装について説明したが、態様を限定するものではなく、当該組電池はいかなる用途に使用されてもよい。
【００６７】
また、第１実施形態、第２実施形態で説明した組電池１または組電池１Ａと、図６で示す冷却経路Ｒ＿Ａとを少なくとも含めた電池パックが提供されてもよく、また組電池１と図５で示す冷却経路Ｒとを少なくとも含めた電池パックが提供されてもよい。
【００６８】
また、組電池１から供給される電力により走行用モータを駆動する第１の駆動経路のみを有する電気自動車、車両外部の商用電源による充電が不可能なハイブリッド自動車にも適用できる。
【００６９】
以上に詳説したように、本実施形態の構成によって、放熱性の低い領域に位置する電池モジュールについては、他の電池モジュールよりも単電池の個数を増やすことで、組電池を構成する各電池モジュールの劣化進度のバラツキを抑制することができる。また本実施形態の構成によって、電池容量等の仕様の異なる単電池を用いることなく、劣化進度のバラツキを抑制することができる。
【符号の説明】
【００７０】
１、１Ａ、１Ｂ 組電池
１０Ａ、１０Ｂ、１１、１１Ａ、１１Ｂ 電池モジュール
１２Ａ、１２Ｂ 単電池
１３ 金属板
２０ Ｊ／Ｂ
２１ 排気管
２２ 充電器
１００ 車両
１５０Ａ、１５０Ｂ 電池パック
Ｒ、Ｒ＿Ａ 冷却流路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の単電池によって構成される組電池の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境を意識した車両として、車両走行用の電動モータを搭載した電気自動車、ハイブリッド自動車などが注目され、実用されている。電動モータは、充放電可能な複数の単電池で構成される組電池から出力される電力により駆動する。
【０００３】
組電池には、電池容量を大きくするために複数の単電池を並列接続して１つの電池モジュールとし、出力を増大させるために複数の電池モジュールを直列接続させた構成のものがある。
【０００４】
また車両内の配置スペースの関係で、電池モジュールの近くにジャンクションボックス（以下、Ｊ／Ｂと記す）や充電器、排気管といった発熱体が存在する場合がある。
【０００５】
関連のある技術として、複数の素電池（単電池）が収納された容器内で、一部の素電池の放熱性が他より低く、充放電サイクルに伴って素電池間の容量格差の拡大するところを、予めその一部素電池の容量を他より大きいものにする組電池が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２６９３６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
発熱体が近くにある電池モジュール等、放熱性の低い領域（スポット的高熱部位）に位置する電池モジュールは、内部の単電池の容量が発熱体からの熱により他の単電池の容量よりも早期に低下するため、寿命が短くなる。この問題への対処として、従来、スポット的高熱部位に配置される電池モジュールを基準として組電池の寿命を決定している。しかしながらこの対処では、最も劣化する電池モジュールによってパック出力が決まってしまうため、他の電池モジュールを使いきれずに寿命となってしまう。
【０００８】
また上記問題への対処として、車種毎に、組電池毎にそれぞれ冷却設計をチューニングする手法もあるが、複数の電池モジュールへ一括送風して冷却するような冷却構造とすることができないため、電池モジュールに個別対応した複雑な冷却構造が必要となる。また車種毎に発熱体の位置が異なり、発熱レベルも異なるため、これらに応じた設計が毎回必要となり、汎用性に欠ける。
【０００９】
特許文献１を車載用の電池に適用する場合、容量の異なる単電池を組み合わせ、劣化進度の高い箇所に容量の大きい単電池を配置することとなる。単電池の容量を決める場合に発熱体の熱量も考慮する必要があるため、様々な容量の単電池を用意する必要がある。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされるものであり、電池モジュールの劣化進度（劣化の進み具合い）のバラツキを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の組電池は、（１）車両を走行させるモータに供給される電力を蓄電する組電池であって、複数の単電池が並列接続された第１電池モジュールと、複数の単電池が並列接続され第１電池モジュールよりも放熱性の低い領域に位置する第２電池モジュールと、を有し、第２電池モジュールは、第１電池モジュールよりも単電池の個数が多いことを特徴とする。この構成により、第２電池モジュールの劣化進度を抑え、第１電池モジュールと第２電池モジュールとの間で生ずる劣化進度のバラツキを抑制することができる。
【００１２】
（２）上記（１）の構成において、第２電池モジュールは、前記第１電池モジュールよりも発熱体に近い領域に位置することを特徴とする。この構成により、発熱体近くの第２電池モジュールの劣化進度を抑えることができ、電池モジュールの劣化進度のバラツキを抑制できる。
【００１３】
（３）また、上記（２）の構成において、前記発熱体は、前記組電池の充放電の際に発熱する発熱機器であり、前記発熱機器は、例えば、前記組電池の充放電を許容する第１の状態と、充放電を許容しない第２の状態との間で動作するリレーを収容したジャンクションボックスである。また前記発熱機器は、車両外部に設けられた電源により該組電池を充電するための充電器であってもよい。また、前記発熱体は、車両の排気ガスを放出する排気管であってもよい。
【００１４】
また本発明の組電池は、（４）車両を走行させるモータに供給される電力を蓄電する組電池であって、複数の単電池が並列接続された電池モジュールであり冷却経路内に配置される第１電池モジュールと、複数の単電池が並列接続された電池モジュールであり第１電池モジュールよりも冷却経路の下流側に配置される第２電池モジュールと、を有し、第２電池モジュールは、第１電池モジュールよりも単電池の個数が多いことを特徴とする。この構成により、放熱性が低くなる下流側に配置される第２電池モジュールの劣化進度を抑えることができ、第１電池モジュールとの間での劣化進度のバラツキを抑制することができる。
【００１５】
（５）上記（４）の構成において、前記第１電池モジュール、前記第２電池モジュールは、それぞれ金属板を有し、各電池モジュール内の複数の単電池は、前記金属板に固定されていることを特徴とする。この構成により、電池モジュール内での単電池の温度バラツキを解消することができる。
【００１６】
（６）また上記（４）の構成において、前記第２モジュールが配置される位置における冷却経路の断面積は、前記第１モジュールが配置される位置における冷却経路の断面積よりも小さいことを特徴とする。この構成により、より下流側にある第２モジュール付近の冷却風の流速が上がり冷却性能が向上するため、電池モジュール内での単電池の温度バラつきを抑制することができる。
【００１７】
本発明の電池パックは、（７）車両を走行させるモータに供給される電力を蓄電する組電池を備える電池パックであって、冷却経路と、複数の単電池が並列接続された電池モジュールであり冷却経路内に配置される第１電池モジュールと、複数の単電池が並列接続された電池モジュールであり、第１電池モジュールよりも前記冷却経路の下流側に配置される第２電池モジュールと、を有し、第２電池モジュールは、第１電池モジュールよりも単電池の個数が多いことを特徴とする。この構成においても、上記（４）の構成と同様に、下流側に配置される第２電池モジュールの劣化進度を抑えることができ、第１電池モジュールとの間での劣化進度のバラツキを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、電池モジュールの劣化進度のバラツキを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】車両の一部におけるハード構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態の組電池の構成例を示す平面図である。
【図３】第１実施形態の組電池の構成例を示す断面図である。
【図４】第２実施形態の電池モジュールの構成例を示す模式図である。
【図５】第２実施形態の電池パックの構成、および冷却風の方向を示す図である。
【図６】図５で示す構成とは異なる構成の電池パック、および冷却風の方向を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、各実施形態の態様について説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の一実施形態である車両の一部におけるハード構成を示すブロック図である。同図において、点線の矢印は信号の流れる方向を示している。車両１００は、バッテリの出力を用いてモータを駆動する駆動経路とエンジンによる駆動経路とを有し、車両外部の外部電源を用いてバッテリを充電可能なプラグインハイブリッド車両である。ただし、車両１００は、車両外部の外部電源を用いてバッテリを充電可能であって、エンジンを省略した電気車両であってもよい。また、車両１００は、車両外部の外部電源を用いたバッテリの充電が不可能なハイブリッド車両であってもよい。
【００２１】
車両１００は、組電池１と、充電器２２と、平滑用コンデンサＣ１、Ｃ２と、電圧コンバータ３２と、インバータ３３と、モータジェネレータＭＧ１と、モータジェネレータＭＧ２と、動力分割プラネタリーギヤＰ１と、リダクションプラネタリーギヤＰ２と、減速機Ｄと、エンジン３４と、リレー３１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１と、補機バッテリ４２と、吸気ファン４４と、ＥＣＵ５０と、監視ユニット５１と、インレット６２とを含む。
【００２２】
車両１００は、さらに、電源ラインＰＬ１と、接地ラインＳＬとを含む。組電池１は、リレー３１を構成するシステムメインリレーＳＭＲ−Ｇ，ＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｐを介して、電圧コンバータ３２に接続されている。組電池１のプラス端子には、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇが接続され、組電池１のマイナス端子には、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂが接続されている。また、システムメインリレーＳＭＲ−Ｐおよびプリチャージ抵抗３１Ａは、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂに対して並列に接続されている。
【００２３】
これらのシステムメインリレーＳＭＲ−Ｇ，ＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｐは、コイルに対して通電したときに接点が閉じるリレーである。ＳＭＲがオンとは通電状態を意味し、ＳＭＲがオフとは非通電状態を意味する。
【００２４】
ＥＣＵ５０は、電流遮断時、すなわちイグニッションスイッチがＯＦＦ位置になるときには、全てのシステムメインリレーＳＭＲ−Ｇ，ＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｐをオフする。すなわち、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇ，ＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｐのコイルに対する励磁電流をオフにする。なお、イグニッションスイッチは、ＯＦＦ位置→ＯＮ位置の順に切り替わる。
【００２５】
ＥＣＵ５０は、車両１００全体の制御を司る。ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ、ＭＰＵであってもよいし、これらのＣＰＵなどにおいて実行される処理の少なくとも一部を回路的に実行するＡＳＩＣ回路を含んでも良い。また、ＣＰＵなどの個数は、単数であってもよいし、或いは複数であってもよい。したがって、例えば、電圧コンバータ３２を制御するＣＰＵと、吸気ファン４４の駆動を制御するＣＰＵとが異なっていても良い。ＥＣＵ５０は、補機バッテリ４２から電力が供給されることにより、起動する。
【００２６】
ハイブリッドシステム起動時（メイン電源接続時）、すなわち、たとえば運転者がブレーキペダルを踏み込んでプッシュ式のスタートスイッチを押し込むと、ＥＣＵ５０は、最初にシステムメインリレーＳＭＲ−Ｇをオンにする。次に、ＥＣＵ５０は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｐをオンしてプリチャージを実行する。
【００２７】
システムメインリレーＳＭＲ−Ｐにはプリチャージ抵抗３１Ａが接続されている。このため、システムメインリレーＳＭＲ−Ｐをオンしてもインバータ３３への入力電圧は緩やかに上昇し、突入電流の発生を防止できる。
【００２８】
イグニッションスイッチがＯＮ位置からＯＦＦ位置に切り替わると、ＥＣＵ５０は、先ずシステムメインリレーＳＭＲ−Ｂをオフし、続いてシステムメインリレーＳＭＲ−Ｇをオフする。これにより、組電池１とインバータ３３との間の電気的な接続が遮断され、電源遮断状態となる。システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇ，ＳＭＲ−Ｐは、ＥＣＵ５０から与えられる制御信号に応じて導通／非導通状態が制御される。
【００２９】
コンデンサＣ１は、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬ間に接続され、ライン間電圧を平滑化する。また、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬ間には、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１が接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ４１は、組電池１から供給される電力を降圧して、補機バッテリ４２を充電したり、或いは吸気ファン４４に電力を供給する。
【００３０】
電圧コンバータ３２は、コンデンサＣ１の端子間電圧を昇圧する。コンデンサＣ２は、電圧コンバータ３２によって昇圧された電圧を平滑化する。インバータ３３は、電圧コンバータ３２から与えられる直流電圧を三相交流に変換してモータジェネレータＭＧ２に出力する。リダクションプラネタリーギヤＰ２は、モータジェネレータＭＧ２で得られた動力を減速機Ｄに伝達して、車両１００を駆動する。動力分割プラネタリーギヤＰ１は、エンジン３４で得られた動力を二経路に分割し、一方は減速機Ｄを介して車輪に伝達され、他方はモータジェネレータＭＧ１を駆動して発電を行う。
【００３１】
このモータジェネレータＭＧ１において発電された電力は、モータジェネレータＭＧ２の駆動に用いられることでエンジン３４を補助する。また、リダクションプラネタリーギヤＰ２は、車両減速時に、減速機Ｄを介して伝達される動力をモータジェネレータＭＧ２に伝達し、モータジェネレータＭＧ２を発電機として駆動する。このモータジェネレータＭＧ２で得られた電力は、インバータ３３において三相交流から直流電圧に変換され、電圧コンバータ３２に伝達される。このとき、ＥＣＵ５０は、電圧コンバータ３２が降圧回路として動作するように制御する。電圧コンバータ３２で降圧された電力は、組電池１に蓄電される。
【００３２】
監視ユニット５１は、組電池１の電圧、電流及び温度に関する情報を取得する。監視ユニット５１は、組電池１とともにユニット化されている。監視ユニット５１は、組電池１から取得した情報をＥＣＵ５０に対して出力する。ＥＣＵ５０は、監視ユニット５１から取得した情報に基づき、組電池１の充放電を制御したり、或いは吸気ファン４４の駆動を制御する。
【００３３】
ここで、吸気ファン４４は、回転動作に応じて車室内の空気を組電池１に対して供給する。すなわち、ＥＣＵ５０は、車両１００のイグニッションスイッチがオンされた状態で、組電池１の温度が所定値よりも高いと判定した場合には、吸気ファン４４を作動させる。
【００３４】
充電器２２は、リレー３１を介して、組電池１に接続されている。リレー３１が開いた状態である場合には、組電池１が、電圧コンバータ３２、充電器２２等から電気的に遮断される。リレー３１が閉じた状態である場合には、組電池１が、電圧コンバータ３２、充電器２２等と電気的に接続される。
【００３５】
ＥＣＵ５０は、車両外部の商用電源から組電池１の充電が行われるときに、充電器２２を駆動するための駆動信号を生成して出力する。インレット６２は、車両１００の側部に設けられていても良い。インレット６２には、車両１００と外部電源とを連結する充電ケーブルのコネクタが接続される。なお、本願発明は、インレット６２及びコネクタを接続しない非接触充電に適用することもできる。
【００３６】
図２、図３を参照しながら、第１実施形態の組電池の構成例を説明する。図２は、車両に搭載された組電池の平面模式図であり、図３は断面模式図である。
【００３７】
Ｊ／Ｂ（ジャンクションボックス）２０は、電線の結合、分岐、中継する際に用いられる端子や端末を収容する機器であり、リレー３１を収容する機器である。排気管２１は、内燃機関からの排気ガスを外部へ排出する導出管である。
【００３８】
Ｊ／Ｂ２０、充電器２２は、組電池１の充放電の際に発熱する発熱機器であり、排気管２１は、高温の排出ガスを放出することで発熱体となる。発熱体とは、高温の排気ガスを放出する排気管２１や、組電池１の充放電の際に発熱する発熱機器を含み、発熱機器とは、Ｊ／Ｂ２０や充電器２２のことをいう。
【００３９】
組電池１は、複数の単電池１２Ａを並列接続して成る電池モジュール１０Ａ（第２電池モジュール）、１０Ｂ（第１電池モジュール）を、直列接続した構成となっており、車両１００のリアシートＳ後方部、ラゲージルームの下方に配置される。本例のように、ラゲージルームの下方に配置するのはあくまでも一例である。図２、図３の例において、電池モジュール１０Ａは、Ｊ／Ｂ２０、排気管２１、充電器２２等の発熱体の近くに配置され、電池モジュール１０Ｂよりも発熱体からの受熱の影響を多く受ける位置、すなわち放熱性の低い領域に配置される。
【００４０】
また電池モジュール１０Ａと１０Ｂとでは、並列接続される単電池１２Ａの数が異なっており、発熱体近くの電池モジュール１０Ａの方が、電池モジュール１０Ｂよりも単電池１２Ａの数が多くなっている。単電池１２Ａは、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池などの二次電池であり、単一の電池セル、或いは複数の電池セルを接続した構成でもよい。ここで、電池セルとは、充放電可能な最小単位の要素を意味する。
【００４１】
図２、図３の例では、電池モジュール１０Ａは４×５（＝２０）の単電池１２Ａによって構成され、電池モジュール１０Ｂは３×３（＝９）の単電池１２Ａによって構成されているが、態様を限定するものではなく、単電池の特性や発熱体からの受熱量に応じて実装される。
【００４２】
ここで、発熱体近くの電池モジュールの単電池個数を、他の電池モジュールの単電池個数よりも多くする意義について説明する。並列接続される単電池の数が多い程、並列回路の性質によって１つの単電池に流れる電流値が低くなる。よって単電池の数が多い程、単電池の内部抵抗により生ずる発熱量が抑えられ、熱による単電池の劣化進度を低減させることができる。したがって、電池モジュール内の単電池の個数を可変とし、発熱体近くに配置される電池モジュールについては単電池の並列数が多くなるように調整することで、同じ種類の単電池を使用しつつ各電池モジュールの劣化進度のバラツキを抑制することができる。
【００４３】
単電池の温度は、単電池での発熱量と、冷却機能以外の周辺環境による放熱性能（環境温度＜単電池の制御温度の場合）、または受熱量（環境温度＞単電池の制御温度の場合）によって決まる。本実施形態では、上記のように単電池での発熱量を単電池の個数で調整する。
【００４４】
具体的には、発熱体近くの電池モジュールの単電池数を、発熱体からより離れた位置に配置される他のモジュールの単電池数より増やすことで、並列回路の性質を使って１つの単電池当たりの電流値を他の電池モジュールより下げる。単電池の発熱量は、
（単電池の内部抵抗）×（電流値）２
で表すことができるため、電流値を下げることで単電池の発熱量を抑えることができる。
【００４５】
並列数の差の導出方法は、次の通りとなる。
【００４６】
１．発熱体が近くにあるか否かによるセルの放熱性能差または受熱差（＝ΔＷ）を求める。
【００４７】
２．基本並列数（標準とする電池モジュールに含まれる単電池の数）Ｎにおける車両出力要求の電流値Ｉを求め、単電池１個当たりの電流値（Ｉ／Ｎ）を算出する。
【００４８】
３．ΔＷを１個当たり単電池の発熱量でカバーするので、追加する単電池の個数をＸ、内部抵抗Ｒとすると、
ΔＷ＝（Ｉ／Ｎ）２×Ｒ−（Ｉ／（Ｎ＋Ｘ））２×Ｒ
となり、追加する単電池の個数Ｘは、
Ｘ＝（Ｉ／√（（Ｉ／Ｎ）２−ΔＷ／Ｒ））−Ｎ
で求めることができる。
【００４９】
なお、本実施形態で説明した電池モジュール内の単電池の数を調整する方法に対して、さらに、発熱体付近の冷媒の温度を他よりも低くしたり、発熱体付近の冷媒の流量を他より大きくする方法を組み合わせても、同様に各電池モジュールの劣化進度のバラつきを抑制することができる。
【００５０】
上記では、放熱性の低い領域に位置する電池モジュールとして、発熱体の近くに位置する電池モジュールを例示した。しかしながら、発熱体が無くても、例えば、組電池の中央に位置する電池モジュールは側方に位置する電池モジュールよりも、充放電等に伴う発熱により熱がこもり易く、より温度が高くなる（放熱性が悪くなる）。このことから、組電池の中央に位置する電池モジュールを少なくとも含んだ領域の電池モジュールについても、上記発熱体の例と同様の問題が起こり得る。
【００５１】
このことから、組電池中央部の電池モジュールについても、他の電池モジュールよりも組電池の並列数を多くして、単電池の発熱量を抑えることで、電池モジュールの劣化進度のバラツキを抑制することができる。この例以外でも、放熱性のより低い領域に位置する電池モジュールについては、放熱性のより高い領域にある電池モジュールよりも組電池の個数を多くすることで、電池モジュールの劣化進度のバラツキを抑制することができる。
（第２実施形態）
第１実施形態では、発熱体近くに配置される電池モジュールを、放熱性の低い領域に位置する電池モジュールとして説明し、当該電池モジュールの単電池数を、他の電池モジュールの単電池数よりも多くすることで、各電池モジュールの劣化進度のバラツキを抑制する実装例について説明した。第２の実施形態では、冷却経路を考慮することで劣化進度のバラツキを抑制する実装例について説明する。
【００５２】
第２実施形態で用いる電池モジュールの一例を図４に示す。電池モジュール１１は、並列接続された複数の単電池１２Ｂが金属板１３に固定されている構成となる。第２実施形態の組電池は、１つの冷却経路内に、図４の例で示す電池モジュール１１を複数直列接続して配置する構成とし、単電池１２Ｂそれぞれの表面に冷却風が流れる構成とする。またこのように複数の単電池１２Ｂを金属板１３に固定させることで、単電池間の温度バラツキを抑制し、電池モジュール内での単電池の温度バラツキを解消することができる。
【００５３】
図５に、本実施形態の組電池の構成例、および冷却経路の一例を示す。本実施形態の電池パック１５０Ａは、組電池１Ａと冷却経路Ｒとを有し、組電池１Ａは冷却経路Ｒ内に配置されている。
【００５４】
導入管１３０内のファン１３１（例えばシロッコ式ファン、フロスフロー型のファンであり、図１の吸気ファン４４に相当する）により、車室内空気が吸気チャンバ１３２まで吸気される。この吸気による冷却風は、分流して組電池１Ａの各電池モジュールを冷却し、下流側の廃棄チャンバ１３３を通過してラゲージルームに排出される。また組電池１Ａの配置位置での冷却経路Ｒの断面は、上流の吸気チャンバ１３２側から下流の排気チャンバ１３３側まで可変なく同じ大きさとなっている（Ｄ１＝Ｄ２）。
【００５５】
冷却経路Ｒ内の冷却風の温度は、上流側の電池モジュールでの発熱の影響を受けるため、下流側になるにつれて上昇する。従って、下流側の電池モジュールの放熱性（冷却風による冷却効率）は上流側の電池モジュールよりも低くなり、下流側の電池モジュールは、温度が上昇しやすくなるため、劣化を早めて充放電サイクル性が低下する。
【００５６】
この下流側の電池モジュールの劣化進度を遅らせるため、本実施形態では、下流側の電池モジュールの単電池数（並列接続数）を増やすことで、並列回路の性質を利用して１つの単電池当たりの電流値を上流側の電池モジュールより下げ、電池モジュールが発する発熱量を低下させる。
【００５７】
図５に示す組電池１Ａは、図４の電池モジュール１１と同等構成である電池モジュール１１Ａ（第１電池モジュール）、電池モジュール１１Ｂ（第２電池モジュール）によって構成される。電池モジュール１１Ａは単電池の個数が７であり、一方電池モジュール１１Ｂは、単電池の個数が９とするが態様（単電池の個数や配列方法）は限定されない。
【００５８】
電池モジュール１１Ｂの方が電池モジュール１１Ａよりも下流側となるため、電池モジュール１１Ｂは、電池モジュール１１Ａよりも放熱性の低い領域に位置する電池モジュールとなる。このため、第２実施形態では、図５に示すように同一冷却経路内で下流側に配置される電池モジュールの方が上流側に配置される電池モジュールよりも単電池の個数を多くする。この実装により、各電池モジュールの充放電サイクルのバラツキを抑制することができる。またこのように単電池の熱収支のバラツキを抑制することで、組電池の寿命（充放電サイクル性）を向上させる。
【００５９】
単電池温度は、単電池自身の発熱量、および電池温度と冷却風温度との差（ΔＴ１）で決まる。上述のように、同一冷却経路内で１つ目の電池モジュールを通過した冷却風温度は、ΔＴ２増加する。すると、その下流にある電池モジュールはΔＴ１−ΔＴ２しか電池と冷却風との温度差がつかないため、具体的には下流側の電池モジュール内の単電池数を上流側の他のモジュールより増やすことで、並列回路の性質を使って単電池１つ当たりの電流値を他の電池モジュールより下げる。単電池の発熱量は、
（電池の内部抵抗）×（電流値）２
で表すことができるため、電流値を下げることで単電池の発熱量を抑えることができる。
【００６０】
並列数の差の導出方法は、次の通りとなる。
【００６１】
１．上流側の電池モジュールと下流側の電池モジュールのモジュール直前冷却温度の差より算出される放熱量差（＝ΔＷ）を求める。
【００６２】
２．基本並列数Ｎにおける車両出力要求の電流値Ｉを求め、単電池１個当たりの電流値（Ｉ／Ｎ）を算出する。
【００６３】
３．ΔＷを１個当たり単電池の発熱量でカバーするので、追加する単電池の個数をＸ、内部抵抗Ｒとすると、
ΔＷ＝（Ｉ／Ｎ）２×Ｒ−（Ｉ／（Ｎ＋Ｘ））２×Ｒ
となり、追加するセル数Ｘは、
Ｘ＝（Ｉ／√（（Ｉ／Ｎ）２−ΔＷ／Ｒ））−Ｎ
で求めることができる。
【００６４】
また、冷却経路の形状を例えば図６のようにすることもできる。図６の冷却流路Ｒ＿Ａは、組電池１Ｂの配置位置において、吸気チャンバ１３２Ａ側の上流よりも排気チャンバ１３３Ａ側の下流の方が、流路断面が従変的に狭まる構成であり（Ｄ１＞Ｄ２）、結果、下流になるにつれ流速が増す構成となる。よって、上流側に配置される電池モジュールよりも下流側に配置される電池モジュールの方が流速増加に伴う冷却効果が増すこととなる。このような冷却流路Ｒ＿Ａを有する電池パック１５０Ｂは、冷却流路Ｒ＿Ａの形状のみで劣化進度のバラツキを抑制することができる。
【００６５】
従って、本実施形態において説明した、冷却経路のより下流側の電池モジュールの単電池数を上流側の電池モジュールの単電池数よりも多くする構成に対して、さらに、この図６で示すような、下流側の電池モジュールの位置における流路の断面積を、より上流側の電池モジュールの位置における流路の断面積よりも小さくする構成を組み合わせる実装でもよい。このような組み合わせによっても、各電池モジュールの劣化進度のバラつきを抑制することができる。
【００６６】
第１実施形態の態様と、第２実施形態の態様とを組み合わせてもよい。また第１実施形態、第２実施形態は、一例として車両に搭載される実装について説明したが、態様を限定するものではなく、当該組電池はいかなる用途に使用されてもよい。
【００６７】
また、第１実施形態、第２実施形態で説明した組電池１または組電池１Ａと、図６で示す冷却経路Ｒ＿Ａとを少なくとも含めた電池パックが提供されてもよく、また組電池１と図５で示す冷却経路Ｒとを少なくとも含めた電池パックが提供されてもよい。
【００６８】
また、組電池１から供給される電力により走行用モータを駆動する第１の駆動経路のみを有する電気自動車、車両外部の商用電源による充電が不可能なハイブリッド自動車にも適用できる。
【００６９】
以上に詳説したように、本実施形態の構成によって、放熱性の低い領域に位置する電池モジュールについては、他の電池モジュールよりも単電池の個数を増やすことで、組電池を構成する各電池モジュールの劣化進度のバラツキを抑制することができる。また本実施形態の構成によって、電池容量等の仕様の異なる単電池を用いることなく、劣化進度のバラツキを抑制することができる。
【符号の説明】
【００７０】
１、１Ａ、１Ｂ 組電池
１０Ａ、１０Ｂ、１１、１１Ａ、１１Ｂ 電池モジュール
１２Ａ、１２Ｂ 単電池
１３ 金属板
２０ Ｊ／Ｂ
２１ 排気管
２２ 充電器
１００ 車両
１５０Ａ、１５０Ｂ 電池パック
Ｒ、Ｒ＿Ａ 冷却流路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両を走行させるモータに供給される電力を蓄電する組電池であって、
複数の単電池が並列接続された第１電池モジュールと、
複数の単電池が並列接続され、前記第１電池モジュールよりも放熱性の低い領域に位置する第２電池モジュールと、を有し、
前記第２電池モジュールは、前記第１電池モジュールよりも前記単電池の個数が多いことを特徴とする組電池。
【請求項２】
前記第２電池モジュールは、発熱体からの受熱の影響を、前記第１電池モジュールよりも多く受ける位置にあることを特徴とする請求項１に記載の組電池。
【請求項３】
前記発熱体は、前記組電池の充放電の際に発熱する発熱機器であることを特徴とする請求項２に記載の組電池。
【請求項４】
前記発熱機器は、前記組電池の充放電を許容する第１の状態と、充放電を許容しない第２の状態との間で動作するリレーを収容したジャンクションボックスであることを特徴とする請求項３に記載の組電池。
【請求項５】
前記発熱機器は、車両外部に設けられた電源により該組電池を充電するための充電器であることを特徴とする請求項３に記載の組電池。
【請求項６】
前記発熱体は、車両の排気ガスを放出する排気管であることを特徴とする請求項２に記載の組電池。
【請求項７】
車両を走行させるモータに供給される電力を蓄電する組電池であって、
複数の単電池が並列接続された電池モジュールであり、冷却経路内に配置される第１電池モジュールと、
複数の単電池が並列接続された電池モジュールであり、前記第１電池モジュールよりも前記冷却経路の下流側に配置される第２電池モジュールと、を有し、
前記第２電池モジュールは、前記第１電池モジュールよりも前記単電池の個数が多いことを特徴とする組電池。
【請求項８】
前記第１電池モジュール、前記第２電池モジュールは、それぞれ金属板を有し、各電池モジュール内の複数の単電池は、前記金属板に固定されていることを特徴とする請求項７に記載の組電池。
【請求項９】
前記第２モジュールが配置される位置における冷却経路の断面積は、前記第１モジュールが配置される位置における冷却経路の断面積よりも小さいことを特徴とする請求項７または８に記載の組電池。
【請求項１０】
車両を走行させるモータに供給される電力を蓄電する組電池を備える電池パックであって、
冷却経路と、
複数の単電池が並列接続された電池モジュールであり、冷却経路内に配置される第１電池モジュールと、
複数の単電池が並列接続された電池モジュールであり、前記第１電池モジュールよりも前記冷却経路の下流側に配置される第２電池モジュールと、を有し、
前記第２電池モジュールは、前記第１電池モジュールよりも前記単電池の個数が多いことを特徴とする電池パック。
【請求項１】
車両を走行させるモータに供給される電力を蓄電する組電池であって、
複数の単電池が並列接続された第１電池モジュールと、
複数の単電池が並列接続され、前記第１電池モジュールよりも放熱性の低い領域に位置する第２電池モジュールと、を有し、
前記第２電池モジュールは、前記第１電池モジュールよりも前記単電池の個数が多いことを特徴とする組電池。
【請求項２】
前記第２電池モジュールは、発熱体からの受熱の影響を、前記第１電池モジュールよりも多く受ける位置にあることを特徴とする請求項１に記載の組電池。
【請求項３】
前記発熱体は、前記組電池の充放電の際に発熱する発熱機器であることを特徴とする請求項２に記載の組電池。
【請求項４】
前記発熱機器は、前記組電池の充放電を許容する第１の状態と、充放電を許容しない第２の状態との間で動作するリレーを収容したジャンクションボックスであることを特徴とする請求項３に記載の組電池。
【請求項５】
前記発熱機器は、車両外部に設けられた電源により該組電池を充電するための充電器であることを特徴とする請求項３に記載の組電池。
【請求項６】
前記発熱体は、車両の排気ガスを放出する排気管であることを特徴とする請求項２に記載の組電池。
【請求項７】
車両を走行させるモータに供給される電力を蓄電する組電池であって、
複数の単電池が並列接続された電池モジュールであり、冷却経路内に配置される第１電池モジュールと、
複数の単電池が並列接続された電池モジュールであり、前記第１電池モジュールよりも前記冷却経路の下流側に配置される第２電池モジュールと、を有し、
前記第２電池モジュールは、前記第１電池モジュールよりも前記単電池の個数が多いことを特徴とする組電池。
【請求項８】
前記第１電池モジュール、前記第２電池モジュールは、それぞれ金属板を有し、各電池モジュール内の複数の単電池は、前記金属板に固定されていることを特徴とする請求項７に記載の組電池。
【請求項９】
前記第２モジュールが配置される位置における冷却経路の断面積は、前記第１モジュールが配置される位置における冷却経路の断面積よりも小さいことを特徴とする請求項７または８に記載の組電池。
【請求項１０】
車両を走行させるモータに供給される電力を蓄電する組電池を備える電池パックであって、
冷却経路と、
複数の単電池が並列接続された電池モジュールであり、冷却経路内に配置される第１電池モジュールと、
複数の単電池が並列接続された電池モジュールであり、前記第１電池モジュールよりも前記冷却経路の下流側に配置される第２電池モジュールと、を有し、
前記第２電池モジュールは、前記第１電池モジュールよりも前記単電池の個数が多いことを特徴とする電池パック。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−１０５６８７（Ｐ２０１３−１０５６８７Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５０２３５（Ｐ２０１１−２５０２３５）
【出願日】平成２３年１１月１６日（２０１１．１１．１６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１６日（２０１１．１１．１６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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