JP2015201376A - 駆動車 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構造で、電解液の濃度を均一化する。【解決手段】エンジン２０と、バッテリ５０と、前記エンジン２０の駆動中において、前記エンジン２０にて発生した熱を前記バッテリ５０の下部に伝える熱伝導手段と、を備える。この構成では、駆動によりエンジン２０にて発生した熱を伝えて、バッテリ５０の下部を加熱することで電解液Ｕが対流するため、電解液Ｕの濃度を均一化できる。しかも、エンジン２０の熱を、エンジン冷却後の温水Ｑ２を利用してバッテリ５０の下部に伝えるので、専用の電源やエネルギー貯蔵器を設ける必要がなく、構造が簡易である。【選択図】図１

Description

本発明は、電解液の濃度を均一にする技術に関する。

液式鉛蓄電池は、電槽内に極板と電解液を収容している。電解液である希硫酸は水より比重が重い。そのため、例えば、アイドリングストップ車など、液式鉛蓄電池が部分充電状態で使用される場合が多い車両では、充電の機会が少なく、ガッシング（過充電によって、電解液中の水が電気分解することによりガスが発生すること）による電解液の液撹拌が起き難いことから、電解液が成層化する場合がある。成層化とは、濃度の高い電解液が電槽の下部に滞留し、濃度の低い電解液が電槽の上部に滞留して、電槽の上下で電解液に濃度差が起きる状態を言う。電解液が成層化すると、バッテリの性能が低下するので、成層化を解消して、電解液の濃度を均一化することが好ましい。

電解液の濃度を均一化するには、電槽を加熱して、電解液を対流させる方法がある。下記特許文献１には、発熱板を利用して、電槽を加熱する点が記載されている。また、下記特許文献２には、エンジンを冷却する冷却水の熱エネルギーを、化学反応を利用してエネルギー貯蔵器に貯蔵し、エンジン始動時に、エネルギー貯蔵器から熱エネルギーを取り出して電槽下部を加熱する点が記載されている。

実開昭５２−４８６３４号公報 特開昭６３−２８０８４２号公報

しかしながら、特許文献１の構造では、電槽の加熱用に専用の電源を設ける必要がある。また、特許文献２の構造では、エネルギー貯蔵器を専用に設ける必要があるため、どちらも、構造が複雑であるという問題があった。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、簡易な構造で、成層化を解消して、電解液の濃度を均一化することを目的とする。

本明細書によって開示される駆動車は、エンジンと、液式鉛蓄電池と、前記エンジンの駆動中において、前記エンジンにて発生した熱を前記液式鉛蓄電池の下部に伝える熱伝導手段と、を備える。この構成では、駆動によりエンジンにて発生した熱を伝えて、液式鉛蓄電池の下部を加熱することで、電槽内にて対流が起きて、電解液が撹拌されることから、成層化を解消して、電解液の濃度を均一化できる。しかも、エンジンの熱を、変換などすることなく熱伝導手段を利用して、液式鉛蓄電池の下部に伝えるので、専用の電源やエネルギー貯蔵器を設ける必要がなく、構造が簡易である。

本発明によれば、簡易な構造で、成層化を解消して、電解液の濃度を均一化することが出来る。

本発明の実施形態１に適用された自動四輪車のブロック図 バッテリトレイ及びバッテリの断面図（図１のＡ−Ａ線断面図） バッテリトレイ及びバッテリの断面図（図１のＢ−Ｂ線断面図で、電解液の対流を示す） 本発明の実施形態２におけるバッテリトレイ及びバッテリの断面図 本発明の実施形態３におけるバッテリトレイ及びバッテリの断面図 本発明の実施形態４に適用された自動四輪車のブロック図 バッテリトレイ及びバッテリの断面図（図６のＢ−Ｂ線断面図で、電解液の対流を示す） 他の実施形態におけるバッテリトレイ及びバッテリの断面図

（本実施形態の概要）
初めに、本実施形態の駆動車の概要について説明する。本駆動車は、エンジンと、液式鉛蓄電池と、前記エンジンの駆動中において、前記エンジンにて発生した熱を前記液式鉛蓄電池の下部に伝える熱伝導手段と、を備える。この構成では、駆動によりエンジンにて発生した熱を伝えて、液式鉛蓄電池の下部を加熱することで、電槽内にて対流が起きて、電解液が撹拌されることから、成層化を解消して、電解液の濃度を均一化できる。しかも、エンジンの熱を、変換などすることなく熱伝導手段を利用して、液式鉛蓄電池の下部に伝えるので、専用の電源やエネルギー貯蔵器を設ける必要がなく、構造が簡易である。

本駆動車では、ラジエータと、前記エンジンと前記ラジエータとを接続し、前記エンジンと前記ラジエータとの間で熱媒体を循環させる循環路とを備え、前記循環路は、前記ラジエータから前記エンジンへ前記熱媒体が移動する往路管と、前記エンジンから前記ラジエータへ前記熱媒体が移動する復路管とを有し、前記復路管を前記液式鉛蓄電池の下部に配置して、前記熱伝導手段を形成する。この構成では、エンジンで発生する熱を、エンジン冷却用の熱媒体を用いて、液式鉛蓄電池に伝達する。そのため、少ない部品点数で、液式鉛蓄電池を加熱する装置を構築することが出来る。尚、「往路管、復路管」は、熱媒体が循環可能であればよく、これには、配管やチューブ、ホースに加え、加温パネルに形成した貫通孔等が含まれる。

本駆動車では、前記熱伝導手段は、車載される前記液式鉛蓄電池を受けるバッテリトレイを備え、前記バッテリトレイは、樹脂製のトレイ本体と、前記トレイ本体の底壁上に配置され、前記復路管を内部に有する金属製の加温パネルと、を含む。この構成では、トレイ本体は樹脂製であるため、熱が拡散し難い。また、加温パネルは金属製であるため、熱が液式鉛蓄電池の下部に伝わり易い。すなわち、熱伝導率の異なる材料（金属と樹脂）を組み合わせて、バッテリトレイを構成していることから、液式鉛蓄電池への熱伝導と、熱の拡散防止を両立させることが可能であり、液式鉛蓄電池を効率よく加熱出来る。

本駆動車では、前記熱伝導手段は、車載される前記液式鉛蓄電池を受けるバッテリトレイを備え、前記バッテリトレイは、金属製のトレイ本体と、前記トレイ本体の底壁上に配置され、前記復路管を内部に有する金属製の加温パネルと、前記トレイ本体と前記加温パネルの間に配置され、前記加温パネルを囲む断熱部材とを含む。この構成では、断熱部材が熱の拡散を抑制するので、加温パネルにより、液式鉛蓄電池の下部を効率よく加熱できる。

本駆動車では、前記循環路は、前記往路管より分岐して前記エンジンをバイパスした後、前記復路管に合流する分岐管をさらに含み、前記復路管を流れる前記熱媒体により前記液式鉛蓄電池の下部を加熱する一方、前記分岐管を流れる前記熱媒体により前記液式鉛蓄電池の側面上部を冷却する。この構成では、液式鉛蓄電池の上部側と下部側とで温度差が大きくなるので、電解液が対流し易くなる。そのため、成層化を解消して、電解液の濃度を、より一層均一化できる。

本駆動車は、停車状態にあるときに前記エンジンを一時的に停止させると共に所定の条件が成立したときに前記エンジンを再始動させるアイドリングストップ機能を実行可能な駆動車である。アイドリングストップ機能を実行可能な駆動車は、液式鉛蓄電池が部分充電状態で使用される場合が多く、電解液が成層化し易い。従って、アイドリングストップ機能を実行可能な駆動車に対して本発明を適用すると、特に効果的である。

＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を図１ないし図３によって説明する。
図１は自動四輪車１０のブロック図である。自動四輪車（本発明の「駆動車」の一例）１０は、図１に示すように、内燃機関であるエンジン２０と、エンジン冷却系Ｓと、液式鉛蓄電池（以下、バッテリ）５０と、バッテリトレイ７０とを備えている。エンジン冷却系Ｓは水冷式であり、ラジエータ３０と、ポンプ３５と、サーモスタット３７と、配管（本発明の「循環路」の一例）４０とを備える。ラジエータ３０は放熱器であり、エンジン２０の冷却により温められた温水Ｑ２から熱を奪って冷却する機能を果たす。配管４０は、合成樹脂製又はゴム製のホースである。配管４０は、冷却水Ｑ１と温水Ｑ２を循環させるものであり、往路管４１と、復路管４５と、バイパス管４７を備えている。往路管４１は、ラジエータ３０からエンジン２０へ冷却水Ｑ１が移動する通路であり、ラジエータ３０とエンジン２０との間を接続する。また、復路管４５は、エンジン２０からラジエータ３０へ温水Ｑ２（熱交換後の冷却水Ｑ１）が移動する通路であり、エンジン２０とラジエータ３０との間を接続する。また、バイパス管４７は、エンジン２０とサーモスタット３７との間を接続している。

サーモスタット３７は、温度検出機能付きの切り換え弁であり、冷却水Ｑ１の温度を検出して、冷却水Ｑ１の流路を切り換える機能を果たす。例えば、エンジン始動後の暖気中など、冷却水Ｑ１の温度が低い場合は、復路管４５、ラジエータ３０を迂回する経路（図１にて破線で示す）で冷却水Ｑ１を循環かせる。一方、エンジン温度が適温に達した以降など、冷却水Ｑ１の温度が高い場合、サーモスタット３７は、冷却水Ｑ１の循環経路を、図１にて実線で示すように、復路管４５、ラジエータ３０を通る経路に切り換える。すなわち、冷却水Ｑ１は、まず、往路管４１を通ってエンジン２０のウォータジャケットに循環する。そして、エンジン２０の冷却により温められた温水Ｑ２（熱交換後の冷却水Ｑ１）は、復路管４５を通ってラジエータ３０に至る。ラジエータ３０は、温水Ｑ２から熱を奪って冷却する。その後、冷却水Ｑ１（冷却後の温水Ｑ２）は、往路管４１を通ってエンジン２０のウォータジャケットに循環しエンジン２０を冷却する。上記のサイクルを繰り返すことで、エンジン２０を冷却する構造となっている。

そして、自動四輪車１０では、以下説明するように、エンジン冷却後の温水Ｑ２を利用して、電槽５１の下面壁５２を加熱する構造になっている。

バッテリ５０は、図２に示すように、電槽５１と、極板５３と、希硫酸からなる電解液Ｕと、蓋部材５５とを備える。以下、図２の左右方向（端子５５Ａ、５５Ｂの並び方向）をＸ方向とし、高さ方向をＺ方向、図２にて紙面に直交する方向をＹ方向とする。

電槽５１は合成樹脂製であって、上面が開放した箱型をなす。電槽５１の内部は、Ｘ方向に概ね等間隔で形成された隔壁５４により、複数のセル室に仕切られている。そして各セル室には、電解液Ｕと共に極板５３が収容されている。蓋部材５５は合成樹脂製であって、図２に示すように、電槽５１の上面を封口する大きさとされる。蓋部材５５は、電槽５１への組み付け後、電槽５１に対して熱溶着等により全周を溶着される。また、蓋部材５５のＸ方向両側には、図２に示すように、正極側端子５５Ａと、負極側端子５５Ｂが設けられている。尚、各端子５５Ａ、５５Ｂは、Ｘ方向の両側に位置するセル室の極板５４に対して、電気的に接続されている。

バッテリトレイ７０は金属製であって、例えば、エンジンルーム等に配置され、車載されるバッテリ５０を支持する。バッテリトレイ７０は、電槽５１の下面壁５２に面接触する底面部７１と、底面部７１の外周に形成された側壁部７５とを備える。底面部７１は、バッテリ５０の外形よりも一回り大きな形状をした板状をなす。側壁部７５は、底面部７１の外周から上方に立ち上がっており、底面部７１上に載置されたバッテリ５０の下部を囲む。

また、図２に示すように、バッテリトレイ７０は中空状をしたフレームであり、底面部７１の内部に復路管４５を収容する収容部７３が形成されている。復路管４５は、バッテリトレイ７０に対応して、複数本（一例として５本）の細管４６に分岐している。５本の細管４６はいずれも金属管であって、底面部７１内にてＸ方向に等間隔で配置されている。各細管４６は、Ｙ方向に延びており、バッテリトレイ７０の底面部７１をＹ方向に貫通している。尚、図２、図３中、バッテリトレイ７０は、板厚を線で表記した断面図として図示されている。

バッテリトレイ７０の底面部７１に細管４６を配置することで、細管４６を通る温水Ｑ２が、電槽５１の下面壁５２を加熱する。そのため、図３に示すように、電槽５１の各セル室内にて対流が起きて、電解液Ｕが撹拌されることから、成層化を解消して、電解液Ｕの濃度を均一化できる。

尚、成層化とは、濃度の高い電解液Ｕが電槽５１の下部に滞留し、濃度の低い電解液Ｕが電槽５１の上部に滞留して、電槽５１の上下で電解液Ｕに濃度差が起きる状態を言う。また、本実施形態における復路管４５、バッテリトレイ７０、冷却水Ｑ１、温水Ｑ２が、本発明における熱伝導手段に相当する。また、冷却水Ｑ１、温水Ｑ２が、本発明における熱媒体に相当する。

また、停車状態にあるときにエンジンを一時的に停止させると共に、例えばドライバーの発進動作を検出ときにエンジンを再始動させるアイドリングストップ車は、バッテリ５０が部分充電状態で使用される場合が多く、充電の機会が少ないため、ガッシングによる電解液Ｕの液撹拌が起き難いことから、電解液Ｕが成層化しやすい。そのため、本技術を、アイドリングストップ車に適用すると、特に効果的である。

以上のように、自動四輪車１０は、エンジン２０の熱を利用してバッテリ５０を加熱するため、加熱専用の熱源や電源を設ける必要がなく、構造が簡易である。しかも、エンジン冷却後の温水Ｑ２を用いて、エンジン２０の熱をバッテリ５０に伝達する。そのため、少ない部品点数で、バッテリ５０を加熱する装置を構築することが出来る。

また、バッテリトレイ７０に対してバッテリ５０の加熱機能を付加しているため、既存構造に対してバッテリトレイ７０の変更さえすれば、適用が可能である。

加えて、冷却水Ｑ１、温水Ｑ２を循環させる配管４０は、循環途中で外気と熱交換して、熱効率を下げないように、通常、熱伝導率が低い材料（本例では合成樹脂製又はゴム製）を用いている。そのため、バッテリ５０の近くに、配管４０をただ配置するだけでは、電解液Ｕを対流させるまで、バッテリ５０を加熱することは難しい。この点、自動四輪車１０は、電槽５１の下面壁５２に面接触するバッテリトレイ７０の内部に配管を通しており、加熱したときに最も対流が起きやすい、電槽５１の下面壁５２を加熱する。そのため、配管４０をそれ以外の部位に配置する場合に比べて、電槽５１内にて、電解液Ｕが対流しやすくなる。

しかも、バッテリトレイ７０及びその内部を通る細管４６はいずれも、金属製であり、熱伝導率の高い材料である。そのため、温水Ｑ２の熱で、電槽５１の下面壁５２を効率よく加熱できる。

＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２を図４によって説明する。
実施形態２は、実施形態１に対してバッテリトレイ７０の構造を変更している。実施形態２のバッテリトレイ１００は、図４に示すように、トレイ本体１１０と、加温パネル１２０を備える。トレイ本体１１０は、合成樹脂製であり、底壁１１１と、底壁１１１の外周に形成された側壁１１５とを備える。底壁１１１は、バッテリ５０の外形よりも一回り大きな形状をした板状をなす。側壁部７５は、底壁１１１の外周から上方に立ち上がっており、加温パネル１２０上に載置されたバッテリ５０の下部を囲む。

加温パネル１２０は、中空状をした金属製のフレームであり、内部に復路管４５を収容する収容部１２３が形成されている。復路管４５は、実施形態１と同様、バッテリトレイ１００に対応して、複数本（一例として５本）の細管４６に分岐しており、加温パネル１２０の内部には、分岐した５本の細管４６が、Ｘ方向に等間隔で配置されている。細管４６は、実施形態１と同様、いずれも金属管である。各細管４６は、Ｙ方向に延びており、加温パネル１２０をＹ方向に貫通している。尚、図４中、加温パネル１２０は、板厚を線で表記した断面図として図示されている。

図４に示すように、加温パネル１２０は、トレイ本体１１０の底壁１１１上に配置され、電槽５１の下面壁５２を加熱する。そのため、図４に示すように、電槽５１内にて電解液Ｕを対流させることが出来、実施形態１と同様、成層化を解消して、電解液Ｕの濃度を均一化できる。しかも、実施形態２のバッテリトレイ１００は、合成樹脂製のトレイ本体１１０で、加温パネル１２０を囲っている。合成樹脂材（トレイ本体１１０）は熱伝導率が低く、加温パネル１２０の熱が周囲に拡散することを抑制するため、電槽下面を加温パネル１２０により効率よく加熱できる。すなわち、バッテリトレイ１００は、熱伝導率の異なる材料（金属と合成樹脂）を組み合わせていることから、電槽下面への熱伝導と、熱の拡散防止を両立させることが可能であり、電槽下面を効率よく加熱出来る。

＜実施形態３＞
次に、本発明の実施形態３を図５によって説明する。
実施形態３は、実施形態２に対してバッテリトレイ１００の構造を一部変更しており、図５に示すように、バッテリトレイ１５０を、金属製のトレイ本体１６０と、加温パネル１２０と、合成樹脂製の断熱板（本発明の「断熱部材」の一例）１８０とから構成している。断熱板１８０は、トレイ本体１６０の内側に配置され、加温パネル１２０の下面を覆う底板１８１と、加温パネル１２０の側面とバッテリ５０の下部側面を覆う側板１８３とを備える。断熱板１８０は、加温パネル１２０とバッテリ５０の下部を囲っている。実施形態３では、断熱板１８０が熱の拡散を抑制するため、実施形態２と同様、電槽５１の下面壁５２を加温パネル１２０により効率よく加熱できる。

＜実施形態４＞
次に、本発明の実施形態４を図６、図７によって説明する。
実施形態１では、エンジン２０の冷却により温められた温水Ｑ２を利用して、電槽５１の下面壁５２を加熱することにより、電解液Ｕを対流させる構造とした。実施形態４では、電槽５１の下面壁５２の加熱に加えて、バッテリ５０の側面上部を冷却する。なお、バッテリ５０の側面上部とは、電槽５１の高さの上半分とする。

具体的に説明すると、実施形態４の自動四輪車１０は、冷却水Ｑ１を循環させる配管４０に分岐管４０Ａを設けている。分岐管４０Ａは、図６に示すように、往路管４１より分岐しており、エンジン２０をバイパス（迂回）した後、復路管４５に合流する構造になっている。

一方、図７に示すように、電槽５１の側面上部には、金属製の冷却パネル２００が配置されている。冷却パネル２００は、隔壁に直交する側面に配置することが好ましく、本例では、電槽５１のＹ方向両側の側面上部に配置されている。各冷却パネル２００の内部には、分岐管４０Ａが通されており、分岐管４０Ａを流れる冷却水Ｑ１により、電槽５１の側面上部を冷却する構造になっている。このようにすることで、電槽５１の下部側だけを加熱する場合に比べて、電槽５１の上部側と下部側の温度差が大きくなり、電解液Ｕが対流し易くなる。そのため、成層化を解消して、電解液Ｕの濃度を、より一層、均一化できる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

（１）実施形態１〜４では、本発明を自動四輪車１０に適用した例を示したが、内燃機関であるエンジン２０を駆動源とした車両であれば、適用可能であり、例えば、自動二輪車やフォークリフト等に適用することが可能である。

（２）実施形態１〜４では、熱伝導手段の一例として、復路管４５を流れる温水Ｑ２を利用して、エンジン２０で発生する熱をバッテリ５０に伝達する例を挙げた。熱伝導手段は、エンジン２０にて発生する熱をバッテリ５０に伝達することが出来ればよく、例えば、エンジン２０とバッテリ５０との間を金属製のプレートにより接続して熱を伝える構造にしてもよい。

（３）実施形態２では、加温パネル１２０の内部に配置した細管４６を利用して温水Ｑ２を循環させる例を示したが、例えば、図８に示すように、厚板状の加温パネル３００に形成した貫通孔３１０を利用して、温水Ｑ２を循環させる構造にしてもよい。

（４）実施形態１〜３では、復路管４５を、バッテリトレイ７０、１００、１５０の内部に配置した例を示したが、例えば、復路管自体はバッテリトレイを迂回させるようにして、バッテリトレイの内部には、復路管４５から分岐する分岐管（バッテリ加熱用の専用管）を配置するようにしてもよい。また、分岐管に電磁弁を設けると、電磁弁の開閉により、電槽５１を加熱するタイミングを制御することが出来る。そのため、例えば、電槽５１の温度を検出するセンサを設けて、センサの検出する温度に基づいて、電槽５１を加熱するタイミングを制御してもよい。

１０...自動四輪車（本発明の「駆動車」の一例）
２０...エンジン
３０...ラジエータ
４０...配管（本発明の「循環路」の一例）
４１...往路管
４５...復路管
５０...バッテリ（本発明の「液式鉛蓄電池」の一例）
７０...バッテリトレイ
Ｕ...電解液
Ｑ１...冷却水（本発明の「熱媒体」の一例）
Ｑ２...温水（本発明の「熱媒体」の一例）

Claims (6)

1. エンジンと、
   液式鉛蓄電池と、
   前記エンジンの駆動中において、前記エンジンにて発生した熱を前記液式鉛蓄電池の下部に伝える熱伝導手段と、を備える駆動車。
2. 請求項１に記載の駆動車であって、
   ラジエータと、
   前記エンジンと前記ラジエータとを接続し、前記エンジンと前記ラジエータとの間で熱媒体を循環させる循環路とを備え、
   前記循環路は、
   前記ラジエータから前記エンジンへ前記熱媒体が移動する往路管と、
   前記エンジンから前記ラジエータへ前記熱媒体が移動する復路管とを有し、
   前記復路管を前記液式鉛蓄電池の下部に配置して、前記熱伝導手段を形成する駆動車。
3. 請求項２に記載の駆動車であって、
   前記熱伝導手段は、車載される前記液式鉛蓄電池を受けるバッテリトレイを備え、
   前記バッテリトレイは、
   樹脂製のトレイ本体と、
   前記トレイ本体の底壁上に配置され、前記復路管を内部に有する金属製の加温パネルと、を含む駆動車。
4. 請求項２に記載の駆動車であって、
   前記熱伝導手段は、車載される前記液式鉛蓄電池を受けるバッテリトレイを備え、
   前記バッテリトレイは、
   金属製のトレイ本体と、
   前記トレイ本体の底壁上に配置され、前記復路管を内部に有する金属製の加温パネルと、
   前記トレイ本体と前記加温パネルの間に配置され、前記加温パネルを囲む断熱部材とを含む駆動車。
5. 請求項２ないし請求項４のいずれか一項に記載の駆動車であって、
   前記循環路は、
   前記往路管より分岐して前記エンジンをバイパスした後、前記復路管に合流する分岐管をさらに含み、
   前記復路管を流れる前記熱媒体により前記液式鉛蓄電池の下部を加熱する一方、前記分岐管を流れる前記熱媒体により前記液式鉛蓄電池の側面上部を冷却する駆動車。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の駆動車であって、
   停車状態にあるときに前記エンジンを一時的に停止させると共に所定の条件が成立したときに前記エンジンを再始動させるアイドリングストップ機能を実行可能な駆動車。

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