JP2008103108A - 電池の保温システム、電池を動力源とする自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で二次電池の温度調整を行なう。
【解決手段】本発明のシステムは、二次電池１１を収容する電池ユニット６と、二次電池１１から取り出した電力を動力源として駆動するモータ３と、モータ３の回生電力をエネルギ源として二次電池１１を加熱する電気式ヒータ１２とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、電池の保温システム、及び、電池から取り出した電力を動力源として自動車に関する。

近年、電気自動車やハイブリッド型自動車など電動モータを動力源とした自動車が開発されている。電気自動車は、電気を蓄積する二次電池を備え、二次電池から取り出した電気を電動モータに流すことでトルクを発生しタイヤを回転させる。電池の放電特性は温度に依存し、低温下では放電できる容量が減少して十分な放電特性が得られず、自動車の発進性能や走行性能が低下する。反対に高温下では自己放電が増加して残容量の減少や充電性能の低下が起こる。このような放電特性の低下を防止するために、従来、二次電池を冷却、加熱する温度調整システムが存在する。

例えば、特許文献１には、電池ユニットに吸気口を設け、電池温度と外気温度との温度差に基づいて、吸気弁の開閉を制御し、外気を取り込み、電池を冷却するだけでなく、電池ユニットにエアーコンプレッサ用の冷媒管を延長し、外気のみの温度調節と冷媒による温度調整とを切り替える温度調整システムが開示されている。

また、特許文献２には、電池（バッテリ）を敷設するバッテリトレイの中央に燃焼式ヒータ部を設け、インバータや電動モータなどの補機類が発生する熱を燃焼式ヒータ部に送給し、電池を保温する技術が開示されている。
特開２００６−５４１５０号公報 特開平６−２３１８０７号公報

特許文献１記載の発明は、電池を冷却するものであり、電池を加温する機能を備えない。また、特許文献１記載の発明では、循環ユニット、吸気弁、排気弁、冷媒管などの装置が必要になり、装置が複雑になってコスト増を招くうえ、自動車の重量が嵩み、さらには冷却のために余分な電力消費が発生するという問題がある。

また、特許文献２記載の発明は、インバータやモータなどの補機類が発生する熱を送給管を用いて燃焼式ヒータ部に送給して電池を加温するが、電池を加温するための配管が必要になり、装置の複雑化を招いてしまう。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡単な構成で電池の温度調整を行なう電池の保温システム、及び、電力を動力源とする自動車を提供することにある。

前記課題を解決するための発明は、電池と、前記電池から取り出した電力を動力源として駆動するモータと、前記モータの回生電力をエネルギ源として前記電池を加熱する電気式ヒータとを備えたことを特徴とする電池の保温システムである。
また、前記課題を解決するための発明は、電池と、前記電池から取り出した電力を動力源として車輪を駆動するモータと、前記モータの回生電力をエネルギ源として前記電池を加熱する電気式ヒータと、を備えたことを特徴とする電池を動力源とする自動車である。

本発明によれば、簡単な構成で電池の保温を行なうことができる。

＝＝＝全体構成＝＝＝
以下、図面を参照しつつ本発明の一実施の形態について説明する。
図１は、電気自動車１の要部構成を示すブロック図である。電気自動車１は、タイヤ２を駆動するモータ３、モータ３を駆動するインバータ４、二次電池１１を格納する電池ユニット６、二次電池１１の充電を行なう充電器７、インバータ４からの回生電力により電気式ヒータ１２（図２、図３）への通電を行なう電気式ヒータ制御部８、電池ユニット６の温度制御等をＢＭＵ（Battery Management Unit）９を備える。なお、後述するように、インバータ４は、ＢＭＵ９からの制御信号に従って、モータ３から回生電力を電気式ヒータ制御部８または充電器７へ供給する機能も有している。

電気自動車１は、電気を動力源とした自動車である。電気自動車１はモータ３に電気を流すことで力（トルク）を発生し、タイヤ２を回転させる。電気自動車の走行時には、モータ３を制御するインバータ４が発熱する。また、二次電池１１の充電時には、充電器７が発熱する。
これらインバータ４及び充電器７を冷却するべく、インバータ４及び充電器７を冷却するための冷却液１５が流れる冷却配管１６と、インバータ４及び充電器７を冷却することにより温度が上昇した冷却液１５を冷却するためのラジエータ５とが設けられている。

図２は電池ユニット６の上面図、図３は電池ユニット６の側断面図である。電池ユニット６は、図２及び図３に示すように、筐体１０の内部に複数（図面では４つ）の二次電池１１が配設されて構成されている。二次電池１１の底面と電池ユニット６との間には、電気式ヒータ１２が設けられている。回生電力とは、電気自動車１の速度を減速させるとき、モータ３の回転エネルギを電力に変換して得られる電力である。電気式ヒータ制御部８は、この回生電力をエネルギ源として電気式ヒータ１２に通電する。

電池ユニット６の内部は、保温液１３で満たされている。保温液１３は、蓄熱性能が高く、二次電池１１の材料や電気式ヒータ１２の材料と反応しない物質であり、二次電池１１をこれに浸漬する。なお、二次電池１１を保温液１３に浸漬するのではなく、二次電池１１と保温液１３とを隔離した状態で保温するような構成にしてもよい。

電池ユニット６には二次電池１１の温度を検出する温度センサ（不図示）が設けられており、この温度センサの温度検出信号はＢＭＵ９に供給される。

ＢＭＵ９は、上記信号に基づいて、二次電池１１の温度を検知し、この温度が所定の下限温度Ｔ１（例えば、２０〜３０度）以下であれば、インバータ４に制御信号を出力する。インバータ４は、ＢＭＵ９からの制御信号に従い、電気式ヒータ制御部８に対して、電気式ヒータ１２に回生電力を供給するよう指示を与える。電気式ヒータ１２は、電気式ヒータ制御部８を介して供給された回生電力を利用して二次電池１１を加熱する。

一方、二次電池１１の温度が所定の上限温度Ｔ２（例えば、５０度）以上となると、ＢＭＵ９は、インバータ４に電気式ヒータ１２への回生電力の供給を停止すべき旨の制御信号を出力する。インバータ４は、ＢＭＵ９からの制御に従い、電気式ヒータ制御部８による電気式ヒータ１２への回生電力の供給を停止させるとともに、充電器７へ回生電力を供給する。充電器７は、インバータ４から供給された回生電力を二次電池１１に充電する。

なお、二次電池１１の温度が下限温度Ｔ１と上限温度Ｔ２の間にある場合、ＢＭＵ９は、インバータ４に対する制御信号は出力せず、インバータ４は現在の状態を維持する。すなわち、電気式ヒータ１２へ回生電力を供給している状態であればその状態を維持し、電気式ヒータ１２への回生電力の供給を停止している状態であればその状態を維持する。

＝＝＝温度調整システムの動作＝＝＝
次いで、図４を参照して温度調整システムの動作を説明する。
ＢＭＵ９は、電池ユニット６内の二次電池１１の温度を検知し（ステップＳ１１）、二次電池１１の温度が下限温度Ｔ１以下であれば（ステップＳ１２；ＹＥＳ）、インバータ４に対して、電気式ヒータ１２へ回生電力を供給すべき旨の制御信号を出力する（ステップＳ１３）。これにより、インバータ４から、電気式ヒータ制御部８を介して、電気式ヒータ１２への通電が行なわれ、二次電池１１が電気式ヒータ１２により加熱される。また、二次電池１１の温度が上限温度Ｔ２以上であれば（ステップＳ１４；ＹＥＳ）、ＢＭＵ９は、インバータ４に対して回生電力の供給を停止すべき旨の制御信号を出力する（ステップＳ１５）。これに応じて、インバータ４は、電気式ヒータ制御部８による電気式ヒータ１２への回生電力の供給を停止させるとともに、充電器７へ回生電力を供給する。充電器７は、インバータ４から供給された回生電力を二次電池１１に充電する（ステップＳ１６）。

なお、上記のように二次電池１１の温度が下限温度Ｔ１と上限温度Ｔ２の間にある場合（ステップＳ１４;ＮＯ）、ＢＭＵ９は、インバータ４に対する制御信号は出力せず、インバータ４は現在の状態を維持する。

本発明を適用した温度調整システムでは、電気式ヒータ１２を設け、電気自動車１の減速時に発生する回生エネルギを用いて二次電池１１を加温する。上記特許文献１に開示されるような温度調整システムは、二次電池１１を加温する際、エアーコンディショナや外気の吸気弁から取り込んだ空気を電池ユニットに送給する配管が必要であったが、本実施の形態では、インバータ４、電気式ヒータ８を配線１４を介して接続すればよいので配管が不要である。

また、電気式ヒータ１２への通電が不要である場合、インバータ４が生成した回生電力を二次電池１１に充電するため、電気を効率的に利用することができる。

＜第２の実施の形態＞
次いで、図５を参照して第２の実施の形態における温度調整システムについて説明する。なお、第２の実施の形態では、図１〜図３に示す実施形態と同様の構成部分に同一の符号を付して説明を省略する。

第２の実施の形態における電気自動車１００では、ラジエータ５と充電器７と電池ユニット６とが、放熱パイプ１１０により接続されている。ラジエータ５によって冷却された冷却液１５は、インバータ４及び充電器７の放熱で温められる。

図６は電池ユニット６の上面図、図７は電池ユニット６の側断面図である。電池ユニット６は、図６及び図７に示すように、二次電池１１の周囲には、放熱パイプ１１０が配設されている。インバータ４及び充電器７の放熱で温められた冷却液１５は、放熱パイプ１１０を通って電池ユニット６内を循環する。電池ユニット６内の二次電池１１は、冷却液１５により加熱される。

電気式ヒータ１２は、冷却液１５の加熱だけでは二次電池１１の温度が適温に達しない場合に、上記第１の実施形態と同様に、二次電池１１の温度調節を行なう。ＢＭＵ９による制御手順は、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。

このように、第２の実施の形態の温度調節システムでは、冷却液１５により二次電池１１を常時加熱する。電気式ヒータ１２は、冷却液１５だけでは二次電池１１の温度が適温に達しない場合に、二次電池１１をさらに加熱し、二次電池１１の温度調節を行なう。

以上、上記実施形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物も含まれる。

例えば、本実施の形態では、本発明を電気自動車に適用したが、電気を動力源とする自動車であるハイブリッドカー、また、自動車でなくとも電気とモータとを備える装置であれば本発明を適用することができる。

また、第２の実施の形態では、二次電池１１は、冷却液１５により常時加熱されている構成としたが、放熱パイプ１１０に開閉バルブなどを設け、電気式ヒータ１２を停止しているにも係らず、二次電池１１の温度が適温範囲若しくはそれ以上になった場合に、上記開閉バルブを閉じて放熱パイプ１１０を閉鎖し、冷却液１５による加熱を停止するような構成にしてもよい。

電気自動車の要部構成を示すブロック図である。 電池ユニットの上面図である。 電池ユニットの側断面図である。 温度調整システムの動作を説明するフローチャートである。 第２の実施の形態における電気自動車の要部構成を示すブロック図である。 第２の実施の形態における電池ユニットの上面図である。 第２の実施の形態における電池ユニットの側断面図である。

符号の説明

１ 電気自動車 ４ インバータ ５ ラジエータ
６ 電池ユニット ７ 充電器 ８ 電気式ヒータ制御部
９ ＢＭＵ １１ 二次電池 １２ 回生エネルギ用ヒータ
１４ 配線

Claims (3)

1. 電池と、
   前記電池から取り出した電力を動力源として駆動するモータと、
   前記モータの回生電力をエネルギ源として前記電池を加熱する電気式ヒータと
   を備えたことを特徴とする電池の保温システム。
2. 前記電池の温度に基づいて、前記回生電力を前記電気式ヒータに供給するか否かを制御する制御部を備えたことを特徴とする請求項１記載の電池の保温システム。
3. 電池と、
   前記電池から取り出した電力を動力源として車輪を駆動するモータと、
   前記モータの回生電力をエネルギ源として前記電池を加熱する電気式ヒータと、
   を備えたことを特徴とする電池を動力源とする自動車。