JP3824928B2

JP3824928B2 - 蓄電装置および車両駆動装置

Info

Publication number: JP3824928B2
Application number: JP2001391892A
Authority: JP
Inventors: 俊之坂本
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2001-12-25
Filing date: 2001-12-25
Publication date: 2006-09-20
Anticipated expiration: 2021-12-25
Also published as: JP2003197277A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の蓄電池を直列接続した棒状の蓄電池モジュールを所定間隔を隔てて複数列に配置する蓄電装置及び蓄電装置を備えた車両駆動装置に係り、特に低温環境下や高温環境下で使用される場合にも適正な温度に維持することのできる蓄電装置及び車両駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境への影響等の観点から、駆動源として二次電池（バッテリ）を備えたハイブリッド車や電気自動車が注目されている。これらの車両にバッテリを搭載するにあたっては、複数のバッテリを直列に接続して棒状のバッテリモジュールを形成し、これらのバッテリモジュールを保温性の高い強化樹脂製のケースに収容したバッテリボックスが用いられる場合がある。
【０００３】
ところで、前記バッテリボックスの温度が必要以上に上昇すると、バッテリの性能に影響が出るおそれがある。そこで、従来においては、ケースに直接冷却風を送り込んで冷却する方法や、ケースの外周リム部にヒートパイプを配設して、このヒートパイプによりケース内の熱を外部に放出させることで、バッテリモジュールを構成する各バッテリを冷却させていた。なお、この種の技術として、特開２０００−２９４３０１号公報、特開２００１−７６７７１号公報に開示されたものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来においては、以下のような問題があった。
近年、バッテリに求められる出力要求は益々増加の傾向にある。この要求に応えるようにバッテリの容量の増大したり個数を増加した場合には、それに伴いバッテリ作動時等に発生する熱量も増大し、バッテリの温度、ひいてはバッテリボックスの温度も上昇する。
しかし、従来においては、ケースに直接冷却風を送り込む方法では、ケース内に冷却通路を設けなければならず、バッテリボックス内のスペースが大きくなり、また、冷却風は通路途中でバッテリとの熱交換で温度が変わってしまうためバッテリ間に温度バラツキが発生する。一方、ケース外周リム部にヒートパイプを配設した方式では、バッテリで発生した熱量はケースを介して間接的にヒートパイプに伝達されるため、放熱性が十分高いとは言えず、上述のようにバッテリボックスを高い出力要求に応えるような構造にした場合に十分冷却することができなくなるおそれがある。
【０００５】
一方、低温環境下でバッテリボックスが使用される場合、バッテリの温度が適正温度より低下するとその性質上出力が低下するため、バッテリボックスを加温する必要がある。しかし、上述したようにバッテリボックスの冷却性能を高めることが要請されており、単純に保温材で覆ったりケースに加温装置を取り付ける等でバッテリボックスを加温する構造とすると、上述した冷却性能を確保する要請に反するという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、容量の大きい蓄電池や多くの蓄電池を搭載した場合にも適用できる放熱性に優れた蓄電装置及び車両駆動装置を提供することを一の目的とする。
また、本発明は、低温環境下や高温環境下で使用される場合にも蓄電池の温度を適正範囲内に維持することのできる蓄電装置及び車両駆動装置を提供することを他の目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以下に示す発明は上記課題を解決するためになされたものであり、請求項１に記載した発明である蓄電装置（例えば、実施の形態におけるバッテリボックス１０）は、複数の蓄電池（例えば、実施の形態におけるバッテリ１３）を直列接続した棒状の蓄電池モジュール（例えば、実施の形態におけるバッテリモジュール１２）を所定間隔を隔てて複数列に配置して、前記蓄電池モジュール間にヒートパイプ（例えば、実施の形態におけるヒートパイプ１７）を配置する蓄電装置であって、前記蓄電池モジュールの表面を絶縁チューブ（例えば、実施の形態における絶縁チューブ４０）で被覆し、この蓄電池モジュールが収容される丸穴を同心軸に有し、外形が六角形状である金属製スリーブ（例えば、実施の形態における金属製スリーブ３０）を設けるとともに、前記ヒートパイプが収容される丸穴を同心軸に有し、外形が菱形状である金属製スリーブ（例えば、実施の形態における金属製スリーブ３２）を設け、前記ヒートパイプと電池モジュールを、接触または前記金属製スリーブの薄肉部分を介して近接させたことを特徴とする。
【０００８】
このように構成すると、前記蓄電池モジュールはヒートパイプと直接的に熱の授受を行うため熱伝達性能を高めることができ、ヒートパイプを介して蓄電池モジュールから外部に熱を放出することができる。また、ヒートパイプを介して外部から蓄電池モジュールに熱を供給することができる。前記蓄電池モジュールとヒートパイプとは、熱伝導性の良い金属スリーブ内に収容されているため、ヒートパイプが加温または冷却された場合に金属スリーブの温度も短時間で均一化され、この金属スリーブにより蓄電池モジュールの温度を周囲から均一化することができ、蓄電池モジュールの温度バラツキを抑えることができる。さらに、絶縁チューブにより蓄電池モジュールとヒートパイプとの絶縁を確保しているため、漏洩電流が蓄電池モジュールからヒートパイプに流れるおそれを無くすことができる。
【０００９】
なお、ヒートパイプは蓄電池モジュールの軸方向に沿って配置することが好ましい。このようにすると、蓄電池モジュールの軸方向から冷却または加温を行うことができるため、伝熱性をさらに高めることができる。また、ヒートパイプとしては、その内部にブライン等の伝熱媒体と、網状のウィックとを備えた構造のものが熱伝達の観点から好ましい。
【００１０】
また、請求項２に記載した発明である蓄電装置は、前記金属スリーブの外側に樹脂製のケース（例えば、実施の形態におけるケース３５）を設けたことを特徴とする。
このように構成すると、上述したヒートパイプ及び金属スリーブにより伝熱性を高めるとともに、樹脂製のケースにより蓄電装置の保温性を高めることができる。
【００１１】
また、請求項３に記載した発明である蓄電装置は、前記ヒートパイプは前記蓄電池モジュールの端部から延出する延出部（例えば、実施の形態における延出部１８）を備え、該延出部に発熱体（例えば、実施の形態における抵抗発熱体１４）を設けたことを特徴とする。
このように構成すると、前記発熱体で発生させた熱をヒートパイプから蓄電池モジュールに伝達することができるため、低温環境下においても蓄電池を適正温度までより短時間で加温することができる。
【００１２】
また、請求項４に記載した発明である蓄電装置は、前記ヒートパイプの延出部（例えば、実施の形態における延出部１８，１９）を覆う断熱カバー（例えば、実施の形態における断熱カバー３４，３６）を設けたことを特徴とする。
このように構成すると、ヒートパイプから放出される熱を断熱カバー内に保持することで周囲に拡散することを防止できるため、蓄電装置の周囲に機器を配置した場合にこれらの機器に不要な熱を与えるおそれを無くすことができる。また、断熱カバー内に蓄えた熱をヒートパイプにより蓄電池モジュールに供給することで、さらに効率的に伝熱することができる。
【００１３】
また、請求項５に記載した発明である車両駆動装置（例えば、実施の形態における車両駆動装置２０）は、車両の駆動軸を駆動して推進力を出力若しくは補助する駆動源（例えば、実施の形態におけるモータ２３またはエンジン）と、電気エネルギーによって駆動軸を回転駆動すると共に、駆動源の出力または車両の運動エネルギーを電気エネルギーに変換するモータ（例えば、実施の形態におけるモータ２３）と、変換された電気エネルギーを蓄電する蓄電装置（例えば、実施の形態におけるメインバッテリ部１１）を備えた車両駆動装置において、蓄電装置は、複数の蓄電池（例えば、実施の形態におけるバッテリ１３）が直列接続され所定間隔を隔てて複数列に配置される棒状の蓄電池モジュール（例えば、実施の形態におけるバッテリモジュール１２）と、蓄電池モジュール間に配置されるヒートパイプ（例えば、実施の形態におけるヒートパイプ１７）と、前記蓄電池モジュールが収容される丸穴を同心軸に有し、外形が六角形状である金属製スリーブ（例えば、実施の形態における金軸製スリーブ３０）と、前記ヒートパイプが収容される丸穴を同心軸に有し、外形が菱形状である金属製スリーブ（例えば、実施の形態における金軸製スリーブ３２）と、を備え、前記ヒートパイプと電池モジュールを、接触または前記金属製スリーブの薄肉部分を介して近接させ、前記ヒートパイプは前記蓄電池モジュールの端部から延出する延出部を備え、該延出部に発熱体（例えば、実施の形態における抵抗発熱体１４）を設け、前記発熱体は前記モータの回生電流により発熱させるよう蓄電装置と並列に接続したことを特徴とする。
【００１４】
このように構成すると、上述したように前記蓄電池モジュールはヒートパイプと直接的に熱の授受を行うことができるため、ヒートパイプを介して蓄電池モジュールから外部に熱を効果的に放出することができる。また、低温環境下においては、前記モータで発生する回生電流により変換された電気エネルギーを用いて蓄電装置の加温を行うことで、この蓄電装置の加温を蓄電装置の充電と並行して行うことができる。また、発熱体として抵抗値の高い抵抗発熱体を用いることで蓄電装置を短時間で適正な温度まで加温することができるため、蓄電装置の充電満了時には車両駆動等にほぼ十分な電力を出力することができ、車両走行時の利便性を高めることができる。また、前記蓄電池モジュールの各列が所定間隔を隔てて配置されているので、蓄電池モジュールの各列ごとに適度に放熱することにより、蓄電池モジュールが過度に加温されることを防止でき適度な温度を維持することができる。ここで、前記発熱体をフィルム状に形成して、前記発熱体を前記ヒートパイプに巻き付けるようにすれば、場所をとらずに低コストかつ簡易な作業で設置できる。
【００１５】
また、この場合において、各蓄電池モジュールは、前記ヒートパイプを取り囲むように配置すると、これら蓄電池モジュールは前記ヒートパイプから同様に熱の受け渡しを行うことができるため、それぞれの蓄電池モジュール間での温度バラツキを低減することができ、それぞれの蓄電池モジュールの温度を均一化することができる。さらに、蓄電装置に冷却ファンを取り付けて、このファンにより冷却風をヒートパイプに吹き付けることで、ヒートパイプを介して蓄電池モジュールをさらに効果的に冷却することができる。この場合、冷却ファンはヒートパイプの上端側に取り付けることが伝熱性の点から好ましい。また、冷却風を効率的にヒートパイプに供給できるようにフィンを形成しておくことが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面と共に説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態におけるバッテリボックス１０を示す斜視図である。このバッテリボックス１０は、複数のバッテリ１３（バッテリセル）を直列接続して棒状に形成した複数のバッテリモジュール１２と、これらのバッテリモジュール１２を加温および冷却するためのヒートパイプ１７と、前記バッテリモジュール１２及びヒートパイプ１７を収容する金属製のスリーブ３０，３２と、これらのバッテリモジュール１２、ヒートパイプ１７，スリーブ３０，３２を収容する強化樹脂製のケース３５とを備えている。
【００１７】
図２は図１の矢印Ａ方向の要部拡大図である。同図に示したように、それぞれのバッテリモジュール１２は、外形が六角形状で丸い穴を同心軸に設けた金属製のスリーブ３０に内接するようにして前記スリーブ３０に収容されている。この状態で、水平方向には、各スリーブ３０同士の隣合う辺が当接するように複数列（本実施の形態においては３列）に配置される。このため、水平方向に隣合うバッテリモジュール１２同士が当接し、水平方向の配置スペースがコンパクトになっている。一方、垂直方向には、隣合うスリーブ３０の頂点同士が接するように複数段（本実施の形態においては７段）に配置される。このため、垂直方向に隣合うバッテリモジュール１２同士は所定間隔を隔てて配置され、各バッテリモジュール１２ごとに適度に放熱できるようにしている。なお、上述した水平方向と垂直方向の配置関係が逆であってもよい。
【００１８】
そして、垂直方向に隣合うスリーブ３０間に形成される菱形状の空間部には、菱形状の金属製のスリーブ３２，３３が交互に挿入されている。前記スリーブ３２は、外形が菱形状でヒートパイプの外径と略同一の丸穴を同心軸上に設けた筒状のスリーブになっており、このスリーブ３２にヒートパイプ１７が内接するように収容されており、このヒートパイプ１７が垂直方向に隣合うバッテリモジュール１２と直接接触或いはスリーブ３０，３２の薄肉部分を介して近接するように配置されている。このようにしたため、前記バッテリモジュール１２はヒートパイプ１７と直接熱の授受を行うことができ、効率的に熱伝達を行うことができる。また、ヒートパイプ１７及びバッテリモジュール１２の周囲には、金属製のスリーブ３０、３２、３３が設けられているため、伝熱性が高まるとともに周方向に均一的に熱伝達できる。また、その周囲に樹脂製のケース３５を設けているため、バッテリボックス１０の保温性を高めることができる。なお、保温性の観点から、前記ケース３５は強化樹脂で形成することが好ましい。また、本実施の形態においては、組み付けを容易にするため、各スリーブ３０，３２、３３を別々の部材で構成したが、これらのいくつか、または全体が一体化したものを用いても良い。
【００１９】
次にバッテリボックス１０を図１の側面方向から見た場合について説明する。図３は図１のバッテリモジュール１２の側面図である。前記バッテリモジュール１２は、側面を絶縁チューブ４０で覆われ、この絶縁チューブ４０によりヒートパイプ１７とバッテリモジュール１２との短絡が防止される。そして、バッテリモジュール１２には、各バッテリ１３の軸方向に沿って温度センサ１５が取り付けてあり、ヒートパイプ１７に接触するバッテリモジュール１２の温度を測定できるようにしている。この温度センサ１５は後述する制御回路部（ＥＣＵ）２４に接続され、温度センサ１５で測定したバッテリモジュール１２の温度がＥＣＵ２４に伝達される。
さらに、本実施の形態においては、各バッテリモジュール１２同士を直列に接続することでメインバッテリ部１１を構成し、車両を駆動するのに十分な電力を供給できるようにしている。また、各バッテリモジュール１２には、同じ大きさの電流が流れるため、各バッテリモジュール１２の容量バラツキや温度バラツキを抑えることができる。
【００２０】
ヒートパイプ１７を図１の側面方向から見た場合について説明する。ヒートパイプ１７は内部に中空部を有し、この中空部を区画する内壁面にウィック（図示せず）を備えるとともに、中空部にブラインなどの伝熱媒体（図示せず）を封入している。ヒートパイプ１７内に封入されたブラインは通常液状に保持されるとともに、熱エネルギーを受けると気化するようにしている。そして、ヒートパイプ１７は、前記バッテリモジュール１２よりも軸方向の長さが長く、ケース３５の両面から延出する延出部１８，１９を備えている。図４（ａ）は図１のヒートパイプ１７の側面図であり、図４（ｂ）は該ヒートパイプ１７の正面図である。同図に示したように、ヒートパイプ１７の延出部１８には、フィルム状に形成された抵抗発熱体１４が巻き付けられている。このように、前記抵抗発熱体１４をフィルム状に形成したため、場所をとらずに低コストかつ簡易な作業で設置することができる。また、前記抵抗発熱体１４は、モータシステム駆動回路部（ＰＤＵ）２２に介装されており、車両の回生エネルギーを利用して発熱できるようにしている。これについては詳細を後述する。
【００２１】
図５および図６は、それぞれ図１のケース３５正面および背面に断熱カバー３４、３６を取り付けた状態を示す斜視図である。このように断熱カバー３４，３６を設けたことで、ヒートパイプ１７からの熱が周囲に拡散することを防止できるため、バッテリボックス１０の周囲に機器を配置した場合にこれらの機器に不要な熱を与えるおそれを無くすことができる。また、断熱カバー３４、３６内に蓄えた熱をヒートパイプ１７によりバッテリモジュール１２に供給することで、熱の利用効率を高めることができる。
【００２２】
また、図６に示したように、断熱カバー３６の上面側には冷却ファン３７が取り付けてあり、この冷却ファン３７からヒートパイプ１７の延出部１９に冷却風を供給可能としている。さらに、前記断熱カバー３６内であって、前記ケース３５の背面には、図１８に示したように、冷却用のフィン（冷却フィン）４１が板状に形成されており、このフィン４１により冷却風を効率的にヒートパイプ１７の延出部１９に供給できるようにしている。本実施の形態においては、ヒートパイプ１７の延出部１９に広い面積のフィン４１を設けることで、放熱面積を大きく確保して冷却能力を高めている。また、前記冷却ファン３７は前記ＥＣＵ２４に接続され、このＥＣＵ２４により駆動制御されるようになっている。
【００２３】
本実施の形態においては、図５に示したように、バッテリボックス１０を所定の角度αだけ傾斜させて車両内に配置している。これにより、ヒートパイプ１７は、抵抗発熱体１４が設けられた延出部１８を下側にして蒸発部（高温部）となるようにし、冷却ファン３７が配置された延出部１９を上側にして凝縮部（低温部）になるように傾斜して配置され、詳細を後述するようにヒートパイプ１７内のブラインによる伝熱性能を高めることができる。この角度αは、ブラインの伝熱性能を考えると垂直またはこれに近い角度が望ましいが、バッテリボックス１０の配置時の安定性や配置場所等の要因により適宜調整することができる。
【００２４】
そして、図７に示すように、前記バッテリボックス１０と、バッテリボックス１０とダッシュボード付近のエアコン吹き出し部３８との間には、バッテリボックス１０に設けたヒートパイプ１７とは別に設けられるヒートパイプ４２が設けられている。すなわち、前記ヒートパイプ４２の一端部が前記エアコン吹き出し部３８に臨むように配置されるとともに、ヒートパイプ４２の他端部が冷却フィン４１への接続を介して前記ヒートパイプ１７の延出部１９に臨むように配置されている。これにより、エアコン使用時において、バッテリの発熱エネルギーをヒートパイプ１７を介してバッテリボックス１０から取り出して、ヒートパイプ１７の延出部１９から冷却フィン４１を介してヒートパイプ４２へ伝達し、エアコン吹き出し部３８と熱交換を行って効果的に冷却することができる。
【００２５】
図８は本発明の実施の形態における車両駆動装置２０の概略を示すブロック図である。図８に示したように、車両駆動装置２０は、主として、メインバッテリ部１１と、加温システム駆動回路部２１と、モータシステム駆動回路部２２と、モータ２３と、制御回路部（ＥＣＵ）２４とにより構成されている。さらに、バッテリ車両駆動装置２０は、メインバッテリ部１１を構成する各バッテリモジュール１２の温度Ｔｂを検出するための温度センサ１５や、メインバッテリ部１１の残容量ＳＯＣを検出するための電流センサ２５や、全電流Ｉｃｈｇを検出するための電流センサ２６や、全電圧Ｖｃｈｇ検出用の電圧センサ２７や、モータ２３の回転数Ｎｅを検出する回転センサ２８といったセンサ群を備えている。
【００２６】
図１０は、図８における加温システム駆動回路部２１と、ＰＤＵ２２と、モータ２３とを具体的に示す回路図である。前記モータ２３は、車両の駆動軸（図示せず）に連結され、前記メインバッテリ部１１からの電力により前記駆動軸を回転させて、車両を走行させるものである。なお、前記車両がハイブリッド車の場合には、前記駆動軸はに接続されており、モータ２３は前記エンジンを駆動補助する。
また、車両の減速時に駆動輪側からモータ２３に駆動力が伝達されると、モータ２３は発電機として機能し、いわゆる回生制動力を発生する。これにより、車体の運動エネルギーを電気エネルギーとして回収する。
【００２７】
本実施の形態におけるモータ２３は、界磁として永久磁石を利用する永久磁石式のブラシレスモータとされており、前記モータ２３に接続された前記モータシステム駆動回路部（ＰＤＵ、Power Drive Unit）２２から供給される３相交流電力により駆動制御される。前記ＰＤＵ２２は、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子等から構成されるＰＷＭインバータを備えており、前記ＰＤＵ２２に接続された制御回路部２４から出力されるトルク指令に基づいて、メインバッテリ部１１から出力される直流電力を３相交流電力に変換してモータ２３へ供給する。
【００２８】
また、前記モータ２３が回生制動力を発生したときには、前記ＰＤＵ２２は、制御回路部２４からの指令に基づいて、モータ２３の３相交流電力を、直流電力に変換してメインバッテリ部１１に供給する。
本実施の形態においては、メインバッテリ部１１を加温する加温システム駆動回路部２１が前記ＰＤＵ２２に接続されている。これにより、前記モータ２３により変換された電気エネルギーを用いてメインバッテリ部１１の加温を行うことができるため、該メインバッテリ部１１の加温処理をメインバッテリ部１１の充電処理と並行して行うことができる。
【００２９】
ＰＤＵ２２は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の他に、転流ダイオードＤ１〜Ｄ６、平滑コンデンサＣを備えたＰＷＭインバータを備えている。このＰＤＵ２２の構成については、従来と同様であるため詳細を省略する。
【００３０】
図１１は図８におけるメインバッテリ部１１と加温システム駆動回路部２１とをより具体的に示す回路図である。上述したように、メインバッテリ部１１を構成するバッテリモジュール１２同士がそれぞれ直列に接続されるとともに、バッテリモジュール１２を構成するバッテリ１３もそれぞれ直列に接続されているため、複数列のバッテリモジュール１２を構成する各バッテリ１３に均一な電流を流すことができるとともに、各バッテリ１３に容量バラツキや劣化度合バラツキが生じることを防止することができる。
【００３１】
そして、上述したように、各バッテリモジュール１２を構成するバッテリ１３を加温するために、各ヒートパイプ１７ごとに抵抗発熱体１４が設けられている。図１１に示すように、各抵抗発熱体１４（１４ａ、１４ｂ…１４ｎ）は、メインバッテリ部１１を構成する各バッテリモジュール１２（１２ａ、１２ｂ…１２ｎ）に対して並列に接続されている。これにより、前記各バッテリモジュール１２の内部抵抗値を極力抑えることで前記各バッテリモジュール１２の効率良いエネルギーの出入を維持することができるとともに、抵抗値の高い抵抗体を抵抗発熱体１４として用いることができるため、加温効果を高めることができる。
【００３２】
そして、各抵抗発熱体１４には、ＩＧＢＴからなるスイッチング素子Ｑｎ（Ｑｎａ、Ｑｎｂ…Ｑｎｎ）が直列に接続されている。各スイッチング素子Ｑｎは前記制御回路部２４に接続されており、前記制御回路部２４により各スイッチング素子Ｑｎの開閉制御を行うようにしている。上述したように、各バッテリモジュール１２には、温度Ｔｂを検出する温度センサ１５が設けられ、該温度センサは前記制御回路部２４に接続されている。このようにしたため、各バッテリモジュール１２の温度に応じてスイッチング素子Ｑｎの開閉制御を行うことにより、各抵抗発熱体１４における発熱量を制御して加温制御することで各バッテリモジュール１２を適正温度まで加温することができる。加えて、各バッテリモジュール１２の温度バラツキを短時間で収束させることが可能となる。
【００３３】
前記制御回路部２４は、上述したセンサ群に接続され、これらのセンサ群からの入力値に基づいて、各抵抗発熱体１４に接続したスイッチング素子Ｑｎを開閉するため、短時間にバッテリは適正作動温度域まで加温できる。温度バラツキを生じているバッテリ間での温度収束に対しても効果を有する。なお、前記制御回路部２４は、バッテリモジュール１２加温中に過放電若しくは過充電となることを防止するとともに適正な残容量ＳＯＣを確保するために、前記スイッチング素子Ｑｎを開閉制御して、各バッテリモジュール１２の加温に使う電流（すなわち各抵抗発熱体１４に流れる電流）と、各バッテリモジュール１２へ回生される電流との配分を調整している。また、前記制御回路部２４内には、タイマ２９が設けてあり、このタイマ２９により各処理を行う時間が調整されている（詳細は後述する）。
【００３４】
このように構成されたバッテリボックス１０及び車両駆動装置２０における作用について説明する。まず、メインバッテリ部１１からの電力により車両が走行駆動される駆動モードの場合について図１０を用いて説明する。前記モータ２３のＵ相に電流が流入する場合について説明する。なお、この駆動モードにおいては、コンタクタ１６はＯＮになっており、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４、Ｑ６のスイッチがＯＮになるとともに、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３、Ｑ５がＯＦＦになっている。
【００３５】
この駆動モードにおいて、電流は、メインバッテリ部１１の正極からコンタクタ１６を介してスイッチング素子Ｑ１を通り、モータ２３のＵ相に流入する。この電流は、モータ２３のＶ相及びＷ相に分岐して流れ、それぞれスイッチング素子Ｑ４及びＱ６を通ってメインバッテリ部１１の負極に戻っている。なお、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のＯＮとＯＦＦを切り替えることで、電流をモータ２３のＶ相やＷ相に向けて流すように切り替えることができる。なお、Ｖ相及びＷ相に電流が流入する場合も同様である。
【００３６】
この状態から回生モードに移行した場合について説明する。このときには、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のすべてをＯＦＦにする。これにより、メインバッテリ部１１からモータ２３への電流の流れを遮断することができる。一方、モータ２３で生じた電流（例えばＵ相に流れる電流）は、上述したように、モータ２３のＶ相及びＷ相に分岐して、転流ダイオードＤ３及びＤ５を介してメインバッテリ部１１の正極側に向かう。加えて、本実施の形態においては、回生モードにおいて、スイッチング素子ＱｎをＯＮにすることにより、対応する抵抗発熱体１４に前記電流を流して発熱させることができる。これにより、前記抵抗発熱体１４を覆ったバッテリ１３を加温することができる。なお、前記抵抗発熱体１４に流れた電流は、転流ダイオードＤ２を介してモータ２３のＵ相に戻る。
【００３７】
図９は前記車両駆動装置２０による処理を示すメインフローチャートである。まず、ステップＳ１００に示すように、上述した各種センサにより、モータ回転数Ｎｅ、回生電流（全電流）Ｉｃｈｇ、回生電圧（全電圧）Ｖｃｈｇ、各バッテリモジュール１２の温度Ｔｂ、各バッテリモジュール１２への回生電流Ｉｂと、各バッテリモジュール１２への加温時間Ｔを検出して、これらの検出値を制御回路部２４に送信する。そして、ステップＳ１０２に示すように、制御回路部２４において、前記回生電流Ｉｂに基づいて残容量ＳＯＣを算出する。そして、ステップＳ１０４に示すように、回生電流Ｉｃｈｇを前記残容量ＳＯＣに基づいてバッテリモジュール１２の電流Ｉｂと抵抗発熱体１４の電流Ｉｒとに配分する。それから、各バッテリモジュール１２の加温制御を行い、メインフローの処理を終了する。
【００３８】
上述した各処理を図１２〜図１６に基づいてより詳細に説明する。図１２は、各抵抗発熱体１４への電流、電力及び冷却ファン３７への電力を算出するフローである。図１２のステップＳ１１０に示したように、各バッテリモジュール１２に接続した温度センサ１５により、ｘ（ｘ＝１，２…ｎ）番目のバッテリモジュール１２（以下、バッテリモジュール１２ｘ、と言う）の温度Ｔｂ_ｔ（ｘ）を検出する。そして、この温度が、バッテリモジュール１２ｘの適正温度である目標設定温度Ｔｂ_ｓより小さいかどうかを判定する。
【００３９】
判定結果が「ＹＥＳ」の場合、すなわち、バッテリモジュール１２ｘの温度Ｔｂ_ｔ（ｘ）が目標設定温度Ｔｂ_ｓより小さい場合には、ステップＳ１１２に進む。ステップＳ１１２は、Ｔｂ_ｔ（ｘ）とＴｂ_ｓとの差分に基づき、ｘ番目の抵抗発熱体１４ｘを加熱するために必要となる回生電力増加量ΔＰｃｈｇ（ｘ）、電流増加量ΔＩｃｈｇ（ｘ）を（１）式および（２）式に示すように算出する。
ΔＰｃｈｇ（ｘ）＝Ｋ１×（Ｔｂ_ｓ−Ｔｂ_ｔ（ｘ））……（１）式
ΔＩｃｈｇ（ｘ）＝Ｋ２×（Ｔｂ_ｓ−Ｔｂ_ｔ（ｘ））……（２）式
ここで、Ｋ１，Ｋ２は定数である。なお、回生電力増加量ΔＰｃｈｇ（ｘ）、電流増加量ΔＩｃｈｇ（ｘ）は、温度差ΔＴｂとの関係特性により差分が所定値になるまでは徐々に回生電力増加量及び電流増加量が増加し所定値以上で一定の値になるよう予め設定しメモリに記憶させたテーブルＴ１により算出してもよい。このように、回生電力増加量ΔＰｃｈｇ（ｘ）、電流増加量ΔＩｃｈｇ（ｘ）を求めた後、再びステップＳ１１０の処理に戻って上述した一連の処理を行う。
【００４０】
また、判定結果が「ＮＯ」の場合、すなわち、目標設定温度Ｔｂ_ｓと同じかそれより大きい場合には、バッテリモジュール１２ｘを加温する必要がないため、ステップＳ１１４に示したように、抵抗発熱体１４ｘへの回生電力増加量ΔＰｃｈｇ（ｘ）と、電流増加量ΔＩｃｈｇ（ｘ）の値をそれぞれ０に設定する。そして、ステップＳ１１６に示したように、Ｔｂ_ｔ（ｘ）とＴｂ_ｓとの差分ΔＴｂ_ｃｌを算出する。それから、ステップＳ１１８に示したように、各バッテリモジュール１２ｘごとの温度差の合計ΣΔＴｂ_ｃｌに、係数Ｋ３を乗じて、冷却ファン３７のデューティーを算出して、図６の処理を終了する。なお、これらの処理は、各バッテリモジュール１２ごとに行う（以下のフローチャートにおいても同様）。
【００４１】
また、図１３は回生量の補正制御を行うためのフローである。図１３のステップＳ１２０に示すように、各バッテリモジュール１２ｘに流れている電流の総和ΣＩｂ（ｘ）から、残容量ＳＯＣを算出する。残容量ＳＯＣに基づいて各バッテリモジュール１２ｘに流すことができる最大電流Ｉｂ_maxが決まるため、ステップＳ１２２に示すように、ＳＯＣが所定値を超えると徐々に小さくなり上限値になると零になる関係特性を示したテーブルＴ２から、残容量ＳＯＣに基づいてＩｂ_maxの読み込みを行う。そして、ステップＳ１２４に示すように、先ほど読み込んだ最大電流Ｉｂ_maxの値をバッテリモジュール１２ｘに流す電流Ｉｂ_ｓ１に代入する。次に、ステップＳ１２６に示すように、各抵抗発熱体１４ｘに流す回生増加量ΔＰｃｈｇ（ｘ）と、電流増加量ΔＩｃｈｇ（ｘ）のそれぞれの総和をΔＰｃｈｇと、Ｉｒ_ｓとして算出する。そして、ステップＳ１２８に示すように、モータ２３で回生させる電流Ｉｃｈｇ_ｓと、電力Ｐｃｈｇ_ｓ１を、上述したＩｂ_ｓ１とＩｒ_ｓの和、Ｐｂ_ｓ１とΔＰｃｈｇの和として算出する。
【００４２】
それから、ステップＳ１３０に示すように、現時点（時刻ｔ）での電圧値Ｖｃｈｇ_ｔと電流値Ｉｃｈｇ_ｔを電流センサ２５と電圧センサ２７により検出して、現時点における電力Ｐｃｈｇ_ｔをこれらの積として算出する。そして、ステップＳ１３２に示すように、要求された電力量Ｐｃｈｇ_ｓ１と現時点での電力量Ｐｃｈｇ_ｔの差分から、補正量Ｐｃｈｇ_ｍを算出する。その後、ステップＳ１３４に示すように、補正量Ｐｃｈｇ_ｍに基づいてモータ２３における回生補正量を制御する。それから、ステップＳ１３６に示すように、所定時間経過したかを前記タイマ２９により判定を行い、判定結果が「ＹＥＳ」である場合は図１３の処理を終了し、判定結果が「ＮＯ」である場合はステップＳ１２０に戻り、再び上述した処理を行う。
【００４３】
また、図１４はモータ２３における回転数による補正制御を行うためのフローである。図１４のステップＳ１４０に示すように、回転センサ２８により検出したモータ２３の回転数Ｎｅを読み込む。次に、ステップＳ１４２に示すように、回転数が所定値になるまで徐々に増加し所定以上で一定になる関係特性を示したテーブルＴ３から回転数Ｎｅに基づいて最大電力量Ｐｃｈｇ_maxの読み込みを行う。そして、ステップＳ１４４に示すように、最大電力量Ｐｃｈｇ_maxを現時点での電圧値Ｖｃｈｇ_ｔで割って、最大電流値Ｉｃｈｇ_maxを算出する。それから、ステップＳ１４６に示すように、要求電流値Ｉｃｈｇ_ｓが最大電流値Ｉｃｈｇ_maxより大きいかどうかを判定し、判定結果が「ＹＥＳ」である場合はステップＳ１４８に進み、要求電流値Ｉｃｈｇ_ｓを最大電流値Ｉｂ_maxに置き換える補正処理を行う。判定結果が「ＮＯ」である場合はこのような補正処理を行う必要が無いため、後述するステップＳ１６０の処理に進む。
【００４４】
Ｓ１４８の処理を行った後には、ステップＳ１５０に示すように、バッテリ１３の残容量ＳＯＣに基づいて最小電流値Ｉｂ_minの値を関係特性テーブルＴ４から読み込む。この最小電流値Ｉｂ_minとは、バッテリモジュール１２からの放電を防止する等のために、バッテリモジュール１２に流す最小限の電流のことであり、ＳＯＣが所定値以下に下降すると零から徐々に増加するように設定されている。そして、ステップＳ１５２に示すように、回生要求電流値Ｉｃｈｇ_ｓと抵抗体への要求電流値Ｉｒ_ｓの差分が最小電流値Ｉｂ_minより大きいかどうかを判定する。判定結果が「ＹＥＳ」である場合はステップＳ１５４に進む。ステップＳ１５４では、最小電流値Ｉｂ_minをバッテリモジュール１２に流す要求電流値Ｉｂ_ｓに代入して、バッテリモジュール１２に確実に最小電流値Ｉｂ_min分電流が流れるようにしておく。判定結果が「ＮＯ」である場合はステップＳ１５６に進む。この場合には、ステップＳ１５６に示すように、全要求電流値Ｉｃｈｇ_ｓと抵抗発熱体要求電流値Ｉｒ_ｓの差分で前記最小電流値Ｉｂ_minを確保できているため、この差分を補正することなくバッテリ要求電流値Ｉｂ_ｓに代入する処理を行って、ステップＳ１６０の処理に進む。一方、ステップＳ１５４の処理を行った後は、ステップＳ１５８に示すように、全要求電流値Ｉｃｈｇ_ｓと最小電流値Ｉｂ_minの差分を抵抗発熱体要求電流値Iｒ_ｓに代入して、ステップＳ１６０の処理に進む。そして、ステップＳ１６０では所定時間経過したかどうかをタイマ２９により判定し、判定結果が「ＹＥＳ」である場合は図８の処理を終了し、判定結果が「ＮＯ」である場合はステップＳ１４０に戻って再び上述した処理を行う。
【００４５】
また、図１５は抵抗発熱体１４ｘに流す電流のデューティーを算出するフローである。図１５のステップＳ１７０に示すように、上述した最大電流値Ｉｒ_maxや抵抗発熱体要求電流値Iｒ_ｓや電流増加量ΔＩｃｈｇ（ｘ）や、総電流増加量ΣΔＩｃｈｇ（ｘ）のそれぞれの値の読み込みを行う。Ｉｒ_maxは抵抗発熱体１４ｘに流すことのできる最大電流値で、材質等により定められる。そして、ステップＳ１７２に示すように、抵抗発熱体１４ｘに流す電流に基づいて、スイッチング素子ＱｎｘのデューティーＤ_ｈ（ｘ）を（３）式により算出する。

ここで、Ｋ４は係数である。また、デューティーＤ_ｈ（ｘ）は１（１００％）以下の値が算出される。
【００４６】
それから、ステップＳ１７４に示すように、回生・発電制御を行える状態かどうかを判定し、判定結果が「ＹＥＳ」である場合はステップＳ１７６に進み、判定結果が「ＮＯ」である場合はステップＳ１７０に戻って再び上述した処理を行う。ステップＳ１７６では、各抵抗発熱体１４ｘ用のスイッチング素子Ｑｎｘのスイッチング制御を行う。そして、ステップＳ１７８に示すように、所定時間経過したかどうかを判定し、判定結果が「ＹＥＳ」である場合は図１５の処理を終了し、判定結果が「ＮＯ」である場合はステップＳ１７０に戻って再び上述した処理を行う。
【００４７】
また、図１６はメインバッテリ部１１に流す電流のデューティーを算出するフローである。図１６のステップＳ１８０に示すように、上述したバッテリ要求電流値Ｉｂ_ｓやバッテリ最大電流値Iｂ_maxの読み込みを行う。Ｉｂ_maxはバッテリモジュール１２ｘに流すことのできる最大電流値で、材質等により定められる。そして、ステップＳ１８２に示すように、メインバッテリ部１１に流す電流量に基づいて、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のデューティーＤ_ｂを（４）式により算出する。
Ｄ_ｂ＝Ｋ５×（Ｉｂ_ｓ／Ｉｂ_max）……（４）式
ここで、Ｋ５は係数である。また、デューティーＤ_ｂは１（１００％）以下の値が算出される。
【００４８】
それから、ステップＳ１８４に示すように、回生・発電制御を行える状態かどうかを判定し、判定結果が「ＹＥＳ」である場合はステップＳ１８６に進み、判定結果が「ＮＯ」である場合はステップＳ１８０に戻って再び上述した処理を行う。ステップＳ１８６では、メインバッテリ部１１用のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング制御を行う。そして、ステップＳ１８８に示すように、所定時間経過したかどうかを判定し、判定結果が「ＹＥＳ」である場合は図１０における処理を終了し、判定結果が「ＮＯ」である場合はステップＳ１８０に戻って再び上述した処理を行う。なお、図１２から図１６に示した処理は、それぞれ並行して行い、これにより制御時間の短縮を図っている。
【００４９】
このようにしたため、バッテリモジュール１２を加温する場合には、ヒートパイプ１７の延出部１８（下端部）に設けられた抵抗発熱体１４に電流が供給されると、この抵抗発熱体１４が発熱し、ヒートパイプ１７の延出部１８内に封入されたブラインを加熱して気化させる。この気化したブラインは、ヒートパイプ１７の上端側（延出部１９側）に向かって上昇しつつ、周囲に設けられたバッテリモジュール１２を加温するのである。一方、バッテリモジュール１２を冷却する場合には、ヒートパイプ１７の延出部１９（上端部）側に配置された冷却ファン３７により前記延出部１９内のブラインを冷却して液化させる。この液化したブラインは、ヒートパイプ１７の下端側（延出部１８側）に向かって下降しつつ戻り、気化（蒸発）から液化（凝縮）迄の一工程サイクルを終える。バッテリモジュール１２を加温している間は前述の工程サイクルが繰り返される。上述したように、ヒートパイプ１７及びバッテリモジュール１２は熱伝導性の良い金属スリーブ３０，３２に収容されているため、ヒートパイプ１７が加温または冷却された場合に金属スリーブ３０，３２の温度も短時間で均一化され、この金属スリーブ３０，３２によりバッテリモジュール１２の温度を周囲から均一化することができ、バッテリモジュール１２の温度バラツキを抑えることができる。さらに、絶縁チューブ４０によりバッテリモジュール１２とヒートパイプ１７との絶縁を確保しているため、漏洩電流がバッテリモジュール１２からヒートパイプ１７に流れるおそれを無くすことができる。また、抵抗発熱体は絶縁被膜されているので、抵抗発熱体１４に流れる加温のための電流がヒートパイプ１７に流れることはない。
【００５０】
以上説明したように、本実施の形態においては、前記各バッテリモジュール１２を構成するバッテリ１３の内部抵抗値を極力抑えることで前記複数のバッテリ１３において効率良くエネルギーを出入させることができるとともに、抵抗値の高い抵抗体を抵抗発熱体１４として用いることができるため、加温効果を高めることができる。また、各バッテリモジュール１２の温度を検出する温度センサ１５を設けて、制御回路部２４により加温制御することで、各バッテリモジュール１２を構成するバッテリ１３を適正温度まで加温することができる。
【００５１】
また、各バッテリ１３を短時間で適正な温度まで加温することができるため、各バッテリ１３の充電満了時には車両駆動等にほぼ十分な電力を出力することができ、車両走行時の利便性を高めることができる。また、前記各バッテリ１３を短時間で加温することができるため、バッテリ１３ごとの温度バラツキが発生しにくくなるとともに、メインバッテリ部１１の充電完了後には、加温のための電流をメインバッテリ部１１に供給する必要がほとんど無くなるため、メインバッテリ部１１の過充電を防止することができる。
【００５２】
なお、バッテリとしては、リチウムイオンバッテリ、ニッケル水素バッテリ、鉛バッテリ、ニッケルカドミウムバッテリ等のいわゆる二次電池に適用することができる。
【００５３】
また、バッテリボックス１０としては上述した構成に限られない。図１７は本発明の第２の実施の形態のバッテリボックス１０を示す。なお、前実施の形態において示した部材と同様の部材については、同一の番号を付してその説明を省略する。この実施の形態においては、第１の実施の形態における左右のヒートパイプ１７の一方を一段上下にずらして交互に配置したものである。この実施の形態によれば、バッテリモジュール１２の上下方向にヒートパイプ１７が配置されることになるため、バッテリボックス１０を上下方向に温度バラツキが生じ易い環境に配置される場合であっても、より均等に冷却または加熱を行えるという利点がある。なお、ヒートパイプ１７の配置形態としては、これに限らず、各バッテリモジュール１２に少なくとも一つのヒートパイプ１７が接するように配置すればよい。また、図１９に示したように、各ヒートパイプ１７毎に冷却フィン４１を設けてもよい。この場合に、図２０に示したように、ヒートパイプ１７へ向かう冷却風の通過を阻害しない様に各冷却フィン４１の向きをバッテリボックス１０の端面に略対向するようにして、冷却フィン４１をヒートパイプ１７に取り付けてもよい。なお、この場合においては、ヒートパイプ１７の延出部１９がＬ字状になっているため、冷却フィン４１は端面に対してやや傾斜して配置されている。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載した発明によれば、前記蓄電池モジュールはヒートパイプと直接的に熱の授受を行うため、蓄電池モジュールから外部に熱を効果的に放出することができるとともに、外部から蓄電池モジュールに熱を供給することができる。また、ヒートパイプが加温または冷却された場合に金属スリーブの温度も短時間で均一化され、この金属スリーブにより蓄電池モジュールの温度を周囲から均一化することができ、蓄電池モジュールの温度バラツキを抑えることができる。さらに、余分な電流が蓄電池モジュールからヒートパイプに流れるおそれを無くすことができる。
【００５５】
また、請求項２に記載した発明によれば、伝熱性を高めるとともに蓄電装置の保温性を高めることができる。
また、請求項３に記載した発明によれば、低温環境下においても蓄電池の性能を適正温度の場合と同様に確保することができ、蓄電装置の耐久性をさらに向上することができる。
また、請求項４に記載した発明によれば、蓄電装置の周囲に機器を配置した場合にこれらの機器に不要な熱を与えるおそれを無くすことができるとともに、熱の利用効率を高めることができる。
【００５６】
また、請求項５に記載した発明によれば、蓄電池モジュールから外部に熱を効果的に放出することができる。また、蓄電装置の加温を蓄電装置の充電と並行して行うことができる。また、発熱体として抵抗値の高い抵抗発熱体を用いることで蓄電池モジュールの各列ごとに適度に放熱することができるため、車両走行時の利便性を高めることができる。また、蓄電池モジュールが過度に加温されることを防止でき適度な温度を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の第１の実施の形態におけるバッテリボックスを示す斜視図である。
【図２】図１のバッテリモジュールを挿入した六角柱スリーブ及びヒートパイプを挿入した菱形スリーブを示す正面図である。
【図３】図１のバッテリモジュールに温度センサを取り付けた状態を示す側面図である。
【図４】図１のヒートパイプの延出部に抵抗発熱体を巻き付けた状態を示す側面図及び正面図である。
【図５】図１のケース正面に断熱カバーを取り付けた状態を示す斜視図である。
【図６】図１のケース背面に断熱カバーを取り付けた状態を示す斜視図である。
【図７】図１のバッテリボックスを車両に搭載した状態を示す概略説明図である。
【図８】本発明の実施の形態における車両駆動装置の概略を示すブロック図である。
【図９】図８の車両駆動装置による処理を示すメインフローチャートである。
【図１０】図８のモータ及びモータシステム駆動回路部の詳細を示す回路図である。
【図１１】図８のメインバッテリ部及び加温システム駆動回路部の詳細を示す回路図である。
【図１２】図９のサブフローチャートである。
【図１３】図９のサブフローチャートである。
【図１４】図９のサブフローチャートである。
【図１５】図９のサブフローチャートである。
【図１６】図９のサブフローチャートである。
【図１７】本発明のバッテリボックスの変形例を示す正面図及びその要部拡大図である。
【図１８】図１のバッテリボックスの斜視図である。
【図１９】本発明のバッテリボックスの変形例を示す斜視図である。
【図２０】本発明のバッテリボックスの変形例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０バッテリボックス
１１メインバッテリ部
１２バッテリモジュール
１３バッテリ
１４抵抗発熱体
１７ヒートパイプ
１８、１９延出部
２０車両駆動装置
２３モータ
３０、３２，３３スリーブ
３４，３６断熱カバー
３５ケース
４０絶縁チューブ

Claims

複数の蓄電池を直列接続した棒状の蓄電池モジュールを所定間隔を隔てて複数列に配置して、前記蓄電池モジュール間にヒートパイプを配置する蓄電装置であって、前記蓄電池モジュールの表面を絶縁チューブで被覆し、この蓄電池モジュールが収容される丸穴を同心軸に有し、外形が六角形状である金属製スリーブを設けるとともに、前記ヒートパイプが収容される丸穴を同心軸に有し、外形が菱形状である金属製スリーブを設け、前記ヒートパイプと電池モジュールを、接触または前記金属製スリーブの薄肉部分を介して近接させたことを特徴とする蓄電装置。
前記金属スリーブの外側に樹脂製のケースを設けたことを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
前記ヒートパイプは前記蓄電池モジュールの端部から延出する延出部を備え、該延出部に発熱体を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の蓄電装置。
前記ヒートパイプの延出部を覆う断熱カバーを設けたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の蓄電装置。
車両の駆動軸を駆動して推進力を出力若しくは補助する駆動源と、電気エネルギーによって駆動軸を回転駆動すると共に、駆動源の出力または車両の運動エネルギーを電気エネルギーに変換するモータと、変換された電気エネルギーを蓄電する蓄電装置を備えた車両駆動装置において、蓄電装置は、複数の蓄電池が直列接続され所定間隔を隔てて複数列に配置される棒状の蓄電池モジュールと、蓄電池モジュール間に配置されるヒートパイプと、前記蓄電池モジュールが収容される丸穴を同心軸に有し、外形が六角形状である金属製スリーブと、前記ヒートパイプが収容される丸穴を同心軸に有し、外形が菱形状である金属製スリーブと、を備え、前記ヒートパイプと電池モジュールを、接触または前記金属製スリーブの薄肉部分を介して近接させ、前記ヒートパイプは前記蓄電池モジュールの端部から延出する延出部を備え、該延出部に発熱体を設け、前記発熱体は前記モータの回生電流により発熱させるよう蓄電装置と並列に接続したことを特徴とする車両駆動装置。