JPH07105988A - バッテリー充電装置 - Google Patents

バッテリー充電装置

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JPH07105988A
JPH07105988A JP24648093A JP24648093A JPH07105988A JP H07105988 A JPH07105988 A JP H07105988A JP 24648093 A JP24648093 A JP 24648093A JP 24648093 A JP24648093 A JP 24648093A JP H07105988 A JPH07105988 A JP H07105988A
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cooling
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Takashi Hamada
隆志 浜田
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    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/30Constructional details of charging stations
    • B60L53/302Cooling of charging equipment
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    • Y02T90/10Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/12Electric charging stations

Abstract

(57)【要約】 【目的】 充電効率の低下やバッテリー寿命の短縮化を
招くようなことなしに、バッテリーに十分な充電が短時
間で行えるようにする。 【構成】 エンジン発電機2によってバッテリー4を充
電するようにしたバッテリー充電装置に対し、バッテリ
ー4を冷却するためのバッテリー冷却水が流通可能なバ
ッテリー冷却回路10を備えさせる。吸収式冷凍機11
を設け、該吸収式冷凍機11に、エンジン冷却水が流通
される冷却水管6及び前記バッテリー冷却回路10を夫
々熱交換可能に流通させる。この吸収式冷凍機11にお
いて、冷却水管6内のエンジン冷却水の熱を利用してバ
ッテリー冷却回路10内のバッテリー冷却水を冷却し、
この冷却されたバッテリー冷却水によってバッテリー4
を冷却しながら該バッテリー4の充電を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、バッテリー充電装置に
係り、特に、バッテリーの充電時における該バッテリー
の発熱対策に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、例えば特開平4−358950号
公報に開示されているように、電動式車両、所謂電気自
動車の要求が高まりつつある。この種の車両は、駆動エ
ネルギとしての電力が蓄えられたバッテリー(蓄電池)
が搭載されており、予め、このバッテリーを充電してお
くことによって所定距離(例えば300km)の走行が可能と
なっている。また、上記公報に開示されているように、
この種の車両を一般に普及させるためには、現在のガソ
リンスタンドと同様のバッテリー充電用のスタンドを複
数箇所に設置するようなシステムが必要であり、しか
も、このバッテリー充電用のスタンドにおいてバッテリ
ーに十分な充電を短時間で行えるようにしておく必要が
ある。また、このような電動式車両に係るものに限ら
ず、一般の電気機器において充電用バッテリーを備えた
ようなものに対しても、バッテリーに十分な充電を短時
間で行えることが好ましい。
【0003】尚、このようなバッテリーに充電を行うた
めの電力を得る手段としては、商用電源や、例えば特開
平2−95759号公報に開示されているようなエンジ
ン発電機が知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】そして、上述したよう
に短時間で十分な充電が行えるようにするためには、充
電時に大電流をバッテリーに流すようにする必要があ
る。しかしながら、このようにバッテリーに大電流を流
すような場合、バッテリー自身が発熱してしまうことに
なる。そして、このようにバッテリーが発熱すると、充
電効率が低下してしまったり、バッテリー寿命を短縮化
してしまうことに繋るので、このような大電流による充
電は実用性に欠けるものであった。つまり、これらの不
具合を回避しながらバッテリーに十分な充電を行うため
には、比較的小さな電流を長時間に亘ってバッテリーに
流すような充電方法を採らざるを得なかった。また、商
用電源を利用して短時間で十分な充電が行えるようにす
るためには、大容量の電源設備が必要となるために実用
的ではない。
【0005】本発明は、これらの点に鑑みてなされたも
のであって、充電効率の低下やバッテリー寿命の短縮化
を招くようなことなしに、バッテリーに十分な充電が短
時間で行えるような実用性の高いバッテリー充電装置を
提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、エンジンにより駆動される発電機から
の電流をバッテリーに充電させるようにし、この充電時
には、エンジンからの発熱を有効利用してバッテリーを
冷却するようにした。具体的に、請求項1記載の発明
は、エンジンと、該エンジンの回転駆動力を受け、該回
転駆動力を電力に変換する発電手段と、該発電手段にお
いて生成された電力を整流手段を介して受けて該電力を
蓄えるバッテリー手段と、バッテリー冷却液により前記
バッテリー手段を冷却するバッテリー冷却手段と、前記
エンジンから発せられる熱を受け、該熱を利用して前記
バッテリー冷却手段のバッテリー冷却液に熱交換動作を
行わせ、該バッテリー冷却液を冷却する熱交換手段とを
備えさせるような構成としている。
【0007】請求項2記載の発明は、前記請求項1記載
のバッテリー充電装置において、バッテリー手段の充電
時に、この充電電流を制御するように、エンジン回転数
を制御するエンジン回転数制御手段を備えさせるような
構成としている。
【0008】
【作用】上記の構成により、本発明では以下に述べるよ
うな作用が得られる。請求項1記載の発明では、エンジ
ンが駆動されると、該エンジンの回転駆動力を発電手段
が受け、該発電手段は前記回転駆動力を電力に変換す
る。そして、この発電手段で生成された電力は整流手段
を経てバッテリー手段に蓄えられることになる。このよ
うな充電動作に伴って、熱交換手段は、前記エンジンか
ら発せられる熱を受け、この熱を利用してバッテリー冷
却手段のバッテリー冷却液に熱交換動作を行わせて該バ
ッテリー冷却液を冷却する。そして、このバッテリー冷
却液を備えたバッテリー冷却手段は、該バッテリー冷却
液により前記バッテリー手段を冷却することになる。こ
のようにして、エンジンからの熱を有効に利用してバッ
テリー手段の冷却が行われ、充電時においてバッテリー
手段が高温度に過熱するようなことがなくなる。
【0009】請求項2記載の発明では、バッテリー手段
の充電時には、エンジン回転数制御手段によりエンジン
回転数が制御され、バッテリー手段の充電電流が制御さ
れることになる。
【0010】
【実施例】次に、本発明の一実施例を図面に基いて説明
する。図1は、本例に係るバッテリー充電装置のシステ
ム全体図である。この図1に示すように、本バッテリー
充電装置は、エンジン1、発電手段としての発電機2、
整流手段としての整流回路3を備えており、エンジン1
の駆動に伴って得られる回転駆動力を発電機2によって
交流電流としての電力に変換し、これを整流回路3によ
って直流電流に変換した後、この直流電流をバッテリー
手段としてのバッテリー4に流すことによって該バッテ
リー4の充電を行うようになっている。詳しく説明する
と、前記エンジン1は、ロータリエンジンであって、そ
の燃料としてはガソリンに限らず、プロパンガスや液化
天然ガス(LNG)が使用可能となっている。また、こ
のエンジン1のシリンダブロック1aに形成されている
図示しないウオータジャケットにはエンジン冷却水の流
通が可能となっている。また、このシリンダブロック1
aにはエンジン冷却水をラジエータ5との間で循環させ
る冷却水管6が接続されており、この冷却水管6を流れ
るエンジン冷却水は、前記ウォータジャケットを流通す
る際にエンジン1を冷却することによって加熱され、そ
の後、冷却水管6を経てラジエータ5に達し、該ラジエ
ータ5において外気との間で熱交換が行われて冷却され
るようになっている。また、このエンジン1の排気系に
おける触媒コンバータ7の下流側には、前記冷却水管6
のうちエンジン冷却水をラジエータ5に向って流す部分
の一部が接触されて熱交換器8aが形成されており、こ
の熱交換器8aにおいて冷却水管6内を流通するエンジ
ン冷却水と排気通路内を流通する高温度の排気との間で
熱交換が行われて、エンジン冷却水の温度が更に上昇さ
れるようになっている。また、このエンジン1は、吸気
系に配設されたスロットルバルブ1bの開度がエンジン
回転数制御手段としてのコントローラ9aによって制御
自在となっており、このコントローラ9aによるスロッ
トルバルブ1bの開度制御によってエンジン回転数が可
変となっている。
【0011】一方、発電機2は、従来より周知の単相同
期発電機で成っており、前記エンジン1のクランク軸1
cに直結された図示しないロータを備えており、このク
ランク軸1cから伝達される回転駆動力を交流電流に変
換するようになっている。また、この発電機2において
生成される交流電流の周波数は前記ロータの回転数つま
りエンジン1のクランク軸1cの回転に基いて設定され
るようになっている。詳しくは、この発電機2は、ロー
タの極数として2極のものと4極のものとが切換え自在
とされた極数可変型で構成されており、その運転状態と
して、60Hzの交流電流を得るような場合、ロータを2
極のものとすればエンジン回転数を3600rpm としてエン
ジン出力の大きな領域を使用して発電を行うことができ
るようになっている一方、ロータを4極のものに切換え
ればエンジン回転数を1800rpm としてエンジン1を低騒
音、低振動の運転状態において発電を行うことができる
ようになっている。尚、前記コントローラ9aには自動
電圧調整器9bが接続されている。この自動電圧調整器
9bは、コントローラ9aの指令信号を受けて発電機2
の出力電圧を100V,200V等に一定に制御可能に
するものであり、また、充電時には出力電圧を制御しな
いものである。
【0012】そして、整流回路3は、従来より周知のサ
イリスタや、ダイオードによって構成されるブリッジ回
路によって成されており、前記発電機2において生成さ
れた交流電流を直流電流に変換した後、この直流電流を
バッテリー4に流すことによって該バッテリー4の充電
を行うようになっている。
【0013】次に、本例の特徴とする構成について説明
する。本バッテリー充電装置は、前記バッテリー4を冷
却するためのバッテリー冷却液としてのバッテリー冷却
水が備えられたバッテリー冷却手段としてのバッテリー
冷却回路10と、このバッテリー冷却回路10のバッテ
リー冷却水を冷却するための熱交換手段としての吸収式
冷凍機11とを備えている。前記バッテリー冷却回路1
0は、バッテリー冷却水が循環される2系統の第1及び
第2循環管10a,10dを備えている。そして、この
2系統の循環管10a,10dのうち第1循環管10a
は、ポンプPaを備え、後述する冷水タンク10bと吸
収式冷凍機11との間でバッテリー冷却水を循環させる
ものであり、第2循環管10dは、ポンプPbを備え、
後述する冷水タンク10bとバッテリー4に備えられた
熱交換部10cとの間でバッテリー冷却水を循環させる
ものである。前記冷水タンク10bは、図2に示すよう
に、その内部が鉛直方向に延びる2枚の仕切壁10e,
10fによって仕切られて互いに連通された3室10
g,10h,10iに区画されている。そして、図2に
おいて左側に位置する温水室10gの上層部に第1循環
管10aの上流端が、右側に位置する冷水室10iの下
層部に第1循環管10aの下流端が夫々連通されてお
り、この第1循環管10aの一部が吸収式冷凍機11を
通過するようになっている。一方、前記冷水室10iの
下層部に第2循環管10dの上流端が、温水室10gの
上層部に第2循環管10dの下流端が夫々連通されてお
り、この第2循環管10dの一部がバッテリ4の周囲に
配設されて、このバッテリー冷却水とバッテリ4との間
で熱交換を行う前記熱交換部10cに構成されている。
このような構造で冷水タンク10bが形成されているた
めに、中央の中間室10hが冷温水の対流を抑制しなが
ら冷水タンク10b内の温水と冷水とを分離する機能を
発揮することになる。つまり、図2における左側の仕切
壁10eが温水室10g上層部の温水の中間室10hへ
の流れ込みを防止し、右側の仕切壁10fが冷水室10
i下層部の冷水の中間室10hへの流れ込みを抑制する
ようになっている。これによって、温水用及び冷水用に
個別のタンクを備えさせる必要がなくなり、タンク配置
スペースの縮小化が図れるようになっている。
【0014】また、図1の如く、前記吸収式冷凍機11
の内部には、前記エンジン1から延びる冷却水管6も通
過されるようになっている。つまり、この吸収式冷凍機
11には、前記第2循環管10dの熱交換部10cによ
ってバッテリー4との間で熱交換を行って温度上昇され
た後、冷水タンク10bから供給されるバッテリー冷却
水と、熱交換器8aを経て高温度となったエンジン冷却
水とが供給されるようになっている。そして、この吸収
式冷凍機11は、エンジン冷却水の熱を利用することに
よってバッテリー冷却水を冷却するようになっている。
次に、このエンジン冷却水の熱を利用してバッテリー冷
却水を冷却する吸収式冷凍機11について説明する。こ
の吸収式冷凍機11は、従来より周知のものであって、
図3に示すように、上下2空間に仕切られた円筒状のケ
ーシング11a内に蒸発器11b、吸収器11c、再生
器11d及び凝縮器11eを備えて成っている。そし
て、前記エンジン1から延びる冷却水管6は再生器11
dを通過するように配設されており、バッテリー冷却回
路10の第1循環管10aは蒸発器11bを通過するよ
うに配設されている。また、前記蒸発器11bには冷媒
としての水Wが貯留されている一方、吸収器11cには
吸湿性の高い臭化リチウムの水溶液Lが貯留されてい
る。そして、前記蒸発器11bでは、貯留されている水
Wが冷媒ポンプ11fによって一旦取出された後、前記
第1循環管10aの上方から散布されるようになってい
て、この散布された水が第1循環管10a内のバッテリ
ー冷却水の熱を蒸発熱として奪って蒸発することによっ
て該バッテリー冷却水が冷却されるようになっている。
そして、吸収器11cでは、前記蒸発器11bにおいて
蒸発された水蒸気が臭化リチウムLに吸収されることに
なり、この吸収器11cでは、臭化リチウムの希水溶液
が生成されることになる。また、この吸収器11cの臭
化リチウムの希水溶液は溶液ポンプ11gによって取出
されて供給管11iによって再生器11dに供給され、
この再生器11dにおいて、冷却水管6を流通する高温
のエンジン冷却水によって加熱されて水蒸気が分離され
ることになる。そして、この再生器11dにおいて分離
された水蒸気は凝縮器11eにおいて凝縮されて水W´
となり、この凝縮器11eから回収管11mによって蒸
発器11bに回収されることになる。一方、前記再生器
11dには、水蒸気が分離することによって臭化リチウ
ムの濃水溶液が残り、この水溶液は回収管11jによっ
て吸収器11cに回収されることになる。このような冷
媒としての水と臭化リチウム水溶液の循環が行われるこ
とによって第1循環管10a内のバッテリー冷却水が冷
却されるようになっている。また、この吸収式冷凍機1
1には、吸収器11cの内部温度を低く維持すること
と、凝縮器11eでの水蒸気の凝縮を行うために、この
吸収器11cから凝縮器11eに亘る冷却水管11hが
延長配置されている。また、吸収器11cの臭化リチウ
ム希水溶液を再生器11dに供給する供給管11iと該
再生器11dから臭化リチウムの濃水溶液を吸収器11
cに回収する回収管11jとの間には、熱交換器11k
が設けられており、この両水溶液同士の熱交換を行って
効率の良い冷凍動作が行えるようになっている。このよ
うに、吸収式冷凍機11により、エンジン冷却水の熱を
利用してバッテリー冷却水を冷却するようになっている
ために、バッテリー4は低温度のバッテリー冷却水との
間で熱交換が行われることになり、該バッテリー4の加
熱を抑制することができるようになっている。具体的な
各部の水温について説明すると、第1循環管10aを流
通しているバッテリー冷却水は、吸収式冷凍機11の入
口では約12℃であるのに対し、この吸収式冷凍機11
による冷却により出口では約7℃となっている。また、
冷却水管6を流通しているエンジン冷却水は、吸収式冷
凍機11の入口では約90℃であるのに対し、出口では
約80℃となっている。更に、冷却水管11hを流通し
ている冷却水は、吸収式冷凍機11の入口では約32℃
であるのに対し、出口では約37℃となっている。
【0015】次に、本例のバッテリー充電装置の具体的
な使用例として、電動式車両のバッテリー充電時に使用
した際の充電動作について説明する。図4及び図1に示
すように、電動式車両15には図示しないバッテリー4
が搭載されており、その外周囲は第2循環管10dの熱
交換部10cに接触されている。そして、この電動式車
両15に設けられた循環管接続部15aに第2循環管1
0dを接続すると共に、前記バッテリー4に、発電機2
から整流回路3を介して延びる充電用電線16をバッテ
リー4の端子に接続する。この状態から、バッテリー充
電装置のエンジン1を駆動させて発電機2による発電を
開始させる。また、この発電開始に伴って各ポンプP
a,Pbを駆動させてバッテリー冷却回路10にバッテ
リー冷却水を循環させる。このような動作により、発電
機2において発生された交流電流は整流回路3によって
直流電流に変換されてバッテリー4に供給され、該バッ
テリー4が充電されることになる。また、バッテリー冷
却回路10を循環しているバッテリー冷却水は吸収式冷
凍機11によって冷却された後、冷水タンク10bを経
てバッテリー4の外周囲の熱交換部10cに達して該バ
ッテリー4を冷却した後、再び吸収式冷凍機11によっ
て冷却されるように循環される。従って、このような動
作によれば、バッテリー4を冷却しながら該バッテリー
4を充電することができるので、バッテリー4に大きな
電流を流しても、充電効率が低下してしまったり、バッ
テリー寿命を短縮化してしまうようなことがなくなる。
【0016】また、このような充電動作において、日中
に充電するような場合で、特に短時間で充電を行う要求
がある場合には、発電機2のロータを2極とし、コント
ローラ9aによるスロットル開度の制御によりエンジン
回転数を3600rpm とすることによりエンジン出力の大き
な領域を使用して高速充電を行うようにすることができ
る。一方、夜間に充電するような場合で、短時間で充電
を行う要求がない場合には、発電機2のロータを4極の
ものに切換え、コントローラ9aによるスロットル開度
の制御によりエンジン回転数を1800rpm とすることによ
りエンジン1を低騒音、低振動の運転状態において充電
を行うことができる。また、本エンジン1は、上述した
如くコントローラ9aによるスロットル開度の制御によ
り回転数が可変であることから、充電される電流の周波
数は60Hzに限らず、自動電圧調整器9bにより電圧を
制御しながらエンジン回転数を変更することによって様
々な周波数の電流を得ることができる。つまり、例えば
ロータを2極とした場合に、エンジン回転数を1200rpm
に設定すれば20Hzの電流が、エンジン回転数を4500rp
m に設定すれば75Hzの電流が夫々得られることにな
り、要求される周波数の電流を自在に得ることができ
る。このように、エンジン回転数を直接制御することに
よって要求される周波数の電流が得られるようなシステ
ムであるので、制御システムの簡略化が図れることにな
り、発電波形として高周波ノイズのない波形を得ること
ができる。また、本例では、発電駆動力を得るためのエ
ンジン1を摩耗の少ないロータリエンジンとしたことに
より、高速状態での長時間運転における長寿命化を図る
ことができ、また、このロータリエンジンは、レシプロ
エンジンに比べて、高回転時において高い性能が得ら
れ、また低騒音、低振動の面からも優れている。また、
上述したような充電動作における充電初期時の制御とし
て、エンジン回転数を高く設定して高周波数(例えば7
5Hz) の電流を発電させると共に発電電圧を高く制御し
て大充電電流が得られるようにすれば、より効果的な充
電動作を行うことができることになる。また、このよう
な制御の場合、充電完了時にはエンジン回転数を低く設
定して周波数及び電圧を共に低く設定する。また、本例
の構成では、充電の必要がない時間帯では、発電電流を
一般電流とし、4極での静粛運転、2極での高出力運転
での電力供給が可能であり、同時に空調用の冷温水供給
を可能としている。
【0017】尚、本例では本発明に係るバッテリー充電
装置を電動式車両15のバッテリー充電に使用した場合
について説明したが、本発明は、これに限らず、種々の
電気製品、特に、高速充電が要求されるものに対して適
用することが可能であって、その用途は幅広いものであ
る。また、本例のエンジン1はロータリーエンジンを使
用したが、レシプロエンジンを使用するようにてもよ
く、バッテリー冷却液としては水の他に不凍液を使用す
るようにしてもよい。更に、吸収式冷凍機11として、
再生器に高温再生器と低温再生器とを備えた二重効用吸
収式冷凍機を作用し、省エネルギー化を図るようにして
もよい。
【0018】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば以下に述べるような効果が発揮される。請求項1記載
の発明によれば、エンジンから発せられる熱を受け、該
熱を利用して、バッテリー手段を冷却するためのバッテ
リー冷却液に熱交換動作を行わせ、該バッテリー冷却液
を冷却する熱交換手段を備えさせるようにしたために、
バッテリー手段の充電時、エンジンから発せられる熱を
有効に利用して、バッテリー手段を冷却しながら該バッ
テリー手段を充電することができるので、バッテリー手
段に大きな電流を流しても、充電効率が低下してしまっ
たり、バッテリー寿命を短縮化してしまうようなことが
回避でき、大電流によるバッテリー手段の充電の実用性
の向上を図ることができる。
【0019】請求項2記載の発明によれば、バッテリー
手段の充電時に、この充電電流を制御するように、エン
ジン回転数を制御するエンジン回転数制御手段を備えさ
せるようにしたために、エンジン回転数を変更すること
によって様々な周波数の電流を得ることができ、要求さ
れる周波数の電流を自在に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例におけるバッテリー充電装置の
システム全体図である。
【図2】冷水タンクの内部構造及び各循環管を示す図で
ある。
【図3】吸収式冷凍機の模式図である。
【図4】電動式車両の充電動作を説明するための図であ
る。
【符号の説明】
1 エンジン 2 発電機(発電手段) 3 整流回路(整流手段) 4 バッテリー(バッテリー手段) 9 コントローラ(エンジン回転数制御手段) 10 バッテリー冷却回路(バッテリー冷却手段) 11 吸収式冷凍機(熱交換手段)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エンジンと、 該エンジンの回転駆動力を受け、該回転駆動力を電力に
    変換する発電手段と、 該発電手段において生成された電力を整流手段を介して
    受けて該電力を蓄えるバッテリー手段と、 バッテリー冷却液により前記バッテリー手段を冷却する
    バッテリー冷却手段と、 前記エンジンから発せられる熱を受け、該熱を利用して
    前記バッテリー冷却手段のバッテリー冷却液に熱交換動
    作を行わせ、該バッテリー冷却液を冷却する熱交換手段
    とを備えていることを特徴とするバッテリー充電装置。
  2. 【請求項2】 バッテリー手段の充電時に、この充電電
    流を制御するように、エンジン回転数を制御するエンジ
    ン回転数制御手段を備えていることを特徴とする請求項
    1記載のバッテリー充電装置。
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