JP2015183627A

JP2015183627A - ハイブリッド車両のバッテリ暖機システム

Info

Publication number: JP2015183627A
Application number: JP2014062078A
Authority: JP
Inventors: 奥村　健一; Kenichi Okumura; 健一奥村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-03-25
Filing date: 2014-03-25
Publication date: 2015-10-22

Abstract

【課題】バッテリの不具合を防止しつつ効率的な利用が可能なハイブリッド車両のバッテリ暖機システムを提供する。【解決手段】コンプレッサ１３で生成された圧縮空気が空気供給路１４を介して燃焼器１２に供給され、タービン１１が駆動されるガスタービン２と、タービン１１の駆動によって発電された電気を充電するバッテリ３と、を備えたハイブリッド車両１に適用されるバッテリ暖機システム２１であって、空気供給路１４には、コンプレッサ１３から供給される圧縮空気のうち少なくとも一部を取り出す空気取出口２２が設けられ、空気取出口２２から取り出された圧縮空気をバッテリ３に導く配管２３を備えた。【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリを充填可能なハイブリッド車両に適用されるバッテリ暖機システムに関する。

エンジンの動力によりジェネレータで発電を行い、バッテリを充電するハイブリッド車両において、エンジンから放出される排ガスの熱量でバッテリを暖機するバッテリ暖機装置が知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２が存在する。

特開２０１３−１８４１９号公報国際公開第１１／０７７５２８号パンフレット

バッテリを暖機するための媒体としてエンジンの排ガスを利用すると、バッテリが排ガスにより腐食するおそれがある。

そこで、本発明はバッテリの不具合を防止しつつ効率的な利用が可能なハイブリッド車両のバッテリ暖機システムを提供することを目的とする。

本発明のハイブリッド車両のバッテリ暖機システムは、コンプレッサで生成された圧縮空気が空気供給路を介して燃焼器に供給され、タービンが駆動されるガスタービンと、前記タービンの駆動によって発電された電気を充電するバッテリと、を備えたハイブリッド車両に適用されるバッテリ暖機システムであって、前記空気供給路には、前記コンプレッサから供給される圧縮空気のうち少なくとも一部を取り出す空気取出口が設けられ、前記空気取出口から取り出された圧縮空気を前記バッテリに導く空気導入手段を備えたものである（請求項１）。

本発明によれば、コンプレッサで生成される圧縮空気の少なくとも一部がバッテリに導かれる。圧縮空気は燃焼器に供給される前のものであり、バッテリを汚染したり腐食したりすることがない。したがって、圧縮空気の熱を利用して不具合を生じさせることなくバッテリを暖機することができ、効率よくバッテリを利用することができる。

本発明の一形態に係るバッテリ暖機システムが適用されたハイブリッド車両を示す全体概略図。ＥＣＵが実行するバルブ開閉処理を示すフローチャート。本発明の変形例に係るバッテリ暖機システムが適用されたハイブリッド車両を示す全体概略図。熱交換型ガスタービンを備えたハイブリッド車両にバッテリ暖機システムが適用された構成を示した図。

図１は、本発明の一形態に係るバッテリ暖機システムが適用されたハイブリッド車両を示す全体概略図である。ハイブリッド車両１は、コンプレッサ１３で生成された圧縮空気が空気供給路１４を介して燃焼器１２に供給され、タービン１１が駆動されるガスタービン２と、タービン１１の駆動によって発電された電気を充電するバッテリ３とを備えている。つまり、ガスタービン２には、タービン１１と、タービン１１を回転させるための燃焼器１２と、圧縮空気を生成するコンプレッサ１３と、コンプレッサ１３から燃焼器１２に圧縮空気を供給する空気供給路１４とが設けられている。タービン１１及びコンプレッサ１３は、回転軸１５を介して一体回転可能に構成されている。コンプレッサ１３は、吸気通路１６から外気を吸気して圧縮空気を生成する。圧縮空気は、空気供給路１４を介して燃焼器１２に供給される。圧縮空気の燃焼により発生した高温高圧ガスは、ガス供給路１７を介してタービン１１に供給され、タービン１１が回転駆動する。タービン１１の回転によりコンプレッサ１３に動力が供給される。一方で、高温高圧ガスはタービン１１から排気通路１８を介して排出される。

タービン１１の回転は、回転軸１５を介して発電機（不図示）に伝達され、発電される。発電された電気は、バッテリ３やモータ（不図示）に供給される。モータの駆動により車輪１９が回転することでハイブリッド車両１が走行する。バッテリ３には、発電機からの電気や、モータの回生により発電した電気が充電される。また、バッテリ３には、バッテリ３の温度を計測するバッテリ温度計３ａが設けられている。このようなハイブリッド車両１の構成は、周知技術を利用して構成してもよい。

ガスタービン２の空気供給路１４には、コンプレッサ１３から供給される圧縮空気のうち少なくとも一部を取り出す空気取出口２２が設けられている。ハイブリッド車両１には、空気取出口２２から取り出された圧縮空気をバッテリ３に導く空気導入手段としての配管２３が設けられている。配管２３を介して一部の圧縮空気がバッテリ３に導かれる。配管２３は、一例として、バッテリ３に広範囲に吹き付けられるようにバッテリ３側の形状が拡がるように形成されていてもよい。空気取出口２２からの圧縮空気の取出し量は、ガスタービン２の設計に依存する。一例として、１５［ｋＷ］出力、圧縮比５のガスタービンエンジンで圧縮された空気のうち３［％］を空気取出口２２から取り出せば、バッテリ３に１００［℃］程度の空気をブローすることができる。空気取出口２２には、配管２３への通路を開閉するバルブ２４が設けられている。バルブ２４は、コンピュータとして構成されたエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）３１にて開閉制御される。ＥＣＵ３１は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を含む。バルブ２４は、バッテリ温度計３ａの計測結果に応じて開閉制御されてもよいし、手動で開閉できるように構成されてもよい。バッテリ暖機システム２１の構成には、空気取出口２２、配管２３及びＥＣＵ３１が含まれる。

次に本発明の作用を説明する。バルブ２４は、バッテリ３の温度に応じて、あるいはユーザの指示等により全開又は全閉する。バルブ２４が開状態でコンプレッサ１３にて生成された圧縮空気がバッテリ３に導かれると、圧縮空気の熱によりバッテリ３の温度が上昇する。また、バッテリ３に導かれる圧縮空気は外気を吸気したものであり、バッテリ３を汚染したり腐食したりすることがない。バッテリ３は、化学反応を活用しているため、低温下においては内部抵抗が増大し活性が低下する。これにより、充放電効率の低下や出力制限といった不具合が生じ、また、このような不具合が繰り返し生じると、バッテリ３の寿命を低下させるおそれがある。本発明によれば、圧縮空気の熱を利用するため、バッテリ３に不具合を生じさせることなく暖機することができる。冷間時のバッテリ性能低下を回避するとともに、効率よくバッテリを利用することができる。

図２は、ＥＣＵ３１が実行するバルブ開閉処理を示すフローチャートである。バルブ２４の開閉は、上述した開閉制御の他、取出し量要求に応じて開度を制御するようにしてもよい。図２を参照して以下に説明する。バルブ開閉処理は、ハイブリッド車両１のスタート時に実行される。ＥＣＵ３１は、バッテリ温度計３ａの計測結果からバッテリ温度がＸ［℃］以上か否かを判別する（ステップＳ１）。このバッテリ監視温度の閾値Ｘ［℃］として、例えば−１０［℃］が設定される。なお、閾値Ｘ［℃］は、バッテリ３の性能や、他の構成要素との関係に応じて適宜設定してよい。

バッテリ温度がＸ［℃］以上でない場合、ＥＣＵ３１は、ガスタービン２を起動し（ステップＳ２）、バルブ２４を開口する（ステップＳ３）。なお、ガスタービン２を起動した走行はＲＥＸ（レンジエクステンダー）モードといい、後述するバッテリモードと区別する。ＲＥＸモードは、ガスタービン２の駆動により発電機で発電し、モータやバッテリ３に電気を供給するモードである。このときのバルブ２４の開度は、適宜設定してよい。そして、ＥＣＵ３１は、バッテリ温度が閾値Ｘ［℃］以上か否かを判別する（ステップＳ４）。バッテリ温度がＸ［℃］以上である場合、ＥＣＵ３１は、バルブ２４を閉口し（ステップＳ５）、バッテリ３に充電されている電気を用いるバッテリモードでハイブリッド車両１を走行させ（ステップＳ６）、今回の処理を終了する。また、ステップＳ１でバッテリ温度がＸ［℃］以上である場合、ＥＣＵ３１は、ステップＳ６に進んでバッテリモードでハイブリッド車両１を走行させ、今回の処理を終了する。なお、バッテリ残量が少ない場合等、必要であれば、ステップＳ６に代えてＲＥＸモードでの走行を継続させてもよい。ステップＳ５でバルブ２４が閉口した後は、バッテリモード、ＲＥＸモードのいずれのモードが選択されてもよい。

一方、ステップＳ４でバッテリ温度が閾値Ｘ［℃］以上でない場合、ＥＣＵ３１は、ステップＳ３に戻り、さらにバルブ２４を開口する。バッテリ温度を監視する監視周期として、例えば１０秒が設定され、ステップＳ３及びＳ４の処理が繰り返される。一回の処理で制御するバルブ２４の開度は適宜設定してよい。なお、バッテリ監視温度及び監視周期は上述した例に限定されるものではなく、使用するバッテリの特性、監視に伴う消費電力の許容値によってそれぞれ任意に設定してもよい。

本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本形態では、コンプレッサ１３で生成された圧縮空気の一部をそのままバッテリ３へ導いたがこれに限られない。例えば、バッテリ３に導く圧縮空気の温度を調整できるようにしてもよい。図３は、本発明の変形例に係るバッテリ暖機システム４１が適用されたハイブリッド車両１Ａを示す全体概略図である。上述した図１の形態と同様の構成には、同じ符号を付して説明を省略する。ハイブリッド車両１Ａには、上述した形態に加えて、圧縮空気の温度を下げるための希釈配管４２が配管２３に接続されている。希釈配管４２には、大気を導入するバルブ４２ａが設けられている。バッテリ暖機システム４１の構成には、空気取出口２２、配管２３、希釈配管４２、及びＥＣＵ３１が含まれる。バルブ４２ａの開閉は、バッテリ３の温度、あるいは圧縮空気の温度に応じてＥＣＵ３１が制御する。これにより、圧縮空気の温度が高すぎる場合に、バッテリ３にブローする前に大気で希釈して温度を下げることができる。また、ＥＣＵ３１でバルブ４２ａの開閉を制御することで任意の温度に制御することができる。希釈配管４２のバルブ４２ａの開閉制御は、バッテリ温度計３ａの計測結果に基づく他、配管２３や空気供給路１４に温度計を設け、この計測結果に基づいて制御してよい。

図１及び図３の形態では、ガスタービン２をバッテリ３の前方に配置した例で説明したが、これに限られない。例えば、バッテリ３の後方にガスタービン２を設けた形態に本発明を適用してもよい。バッテリ３の後方にガスタービンを設けた形態においても同様の効果を得ることができる。

また、上述した形態に限られず、図４に示すように、熱交換型ガスタービンに本発明を適用してもよい。図４は、熱交換型ガスタービン２Ａを備えたハイブリッド車両１Ｂにバッテリ暖機システム２１が適用された構成を示した図である。熱交換型ガスタービン２Ａには、ガスタービン２の構成に加え、熱交換器２５が設けられている。熱交換器２５は、コンプレッサ１３が燃焼器１２に供給する圧縮空気と、タービン１１から排出される高温高圧ガスとの間で熱交換を行い、圧縮空気の加温及び高温高圧ガスの冷却をする。熱交換器２５によって熱交換されたガスはそのまま排気通路２６を介して排出される。このような熱交換型ガスタービン２Ａを備えたハイブリッド車両１Ｂにおいても本発明は適用でき、同様の効果を得ることができる。この場合において、空気取出口２２は、熱交換器２５の上流側及び下流側のいずれに配置されていてもよい。

上述した形態においては、空気導入手段として配管２３で説明したがこれに限られない。圧縮空気をバッテリ３へ導く構成であればよく、例えば、他の部材との関係で仕切りを設けたりしてもよい。また、バッテリ３の暖機に利用した空気をハイブリッド車両１の車内に導入してもよい。圧縮空気は外気から生成されたものであり、車内に導入しても実害がなく、車内暖房として利用することができる。

１、１Ａ、１Ｂハイブリッド車両
２ガスタービン
３バッテリ
１１タービン
１２燃焼器
１３コンプレッサ
１４空気供給路
２１、４１バッテリ暖機システム
２２空気取出口
２３配管（空気導入手段）

Claims

コンプレッサで生成された圧縮空気が空気供給路を介して燃焼器に供給され、タービンが駆動されるガスタービンと、前記タービンの駆動によって発電された電気を充電するバッテリと、を備えたハイブリッド車両に適用されるバッテリ暖機システムであって、
前記空気供給路には、前記コンプレッサから供給される圧縮空気のうち少なくとも一部を取り出す空気取出口が設けられ、
前記空気取出口から取り出された圧縮空気を前記バッテリに導く空気導入手段を備えたバッテリ暖機システム。