CN101300727B - 驱动*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种驱动***，在具有电动机和二次电池的车辆驱动***中，通过将电动机与二次电池一体化，而使该驱动***具有良好的搭载性。在电动机(110)的圆筒状外部壳(116)与转子(112)的间隙处，将层叠状的圆筒状二次电池配设于外部壳(116)的内部。另外，在转子与二次电池之间配设有圆筒状的冷却构件(180)。

Description

驱动***
技术领域
本发明涉及驱动***。
背景技术
例如，混合动力型车辆具有作为驱动源的电动机、以及用于向电动机供给电力的二次电池(例如、参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开平11-185831号公报
但是，电动机与二次电池是相互独立的，需要分别准备空间，因此，死空间大，在搭载性上有问题。
发明内容
本发明是为了解决上述以往技术中存在的课题而作成的，其目的在于，提供一种具有良好搭载性的驱动***。
用于实现上述目的的本发明是一种驱动***，其特征在于，该驱动***具有：电动机，其作为驱动源；二次电池，其与上述电动机一体化，用于向上述电动机供给电力；上述二次电池具有层叠的多个单电池，上述二次电池配置于面向所述驱动***外部的外侧壳和用于收容上述电动机转子的圆筒状的转子外壳之间。
采用本发明，电动机与二次电池被一体化，不需要分别准备空间，因此，死空间小。另外，二次电池具有层叠的多个单电池，因此容易小型化。因此，搭载性的自由度大。
即，本发明能够提供一种具有良好搭载性的驱动***。
附图说明
图1是用于说明实施方式1的驱动***的剖视图。
图2是用于说明使用了图1所示驱动***的动力产生装置的侧视图。
图3是用于说明图1所示驱动***所具有的二次电池的剖面图。
图4是用于说明图3所示二次电池所具有的单电池的侧视图。
图5是用于说明实施方式2的二次电池的剖面图。
图6是用于说明图5所示二次电池所具有的单电池的侧视图。
图7是用于说明实施方式3的二次电池的分解图。
图8是用于说明图7所示二次电池的形成方法的剖面图，表示第1组件。
图9是用于说明图7所示二次电池的形成方法的剖面图，表示第2组件。
图10是用于说明图7所示二次电池的形成方法的剖面图，表示第3组件。
图11是用于说明实施方式4的驱动***的剖面图。
图12是用于说明实施方式5的驱动***的剖面图。
图13是用于说明实施方式6的驱动***的概念图。
具体实施方式
以下参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是用于说明实施方式1的驱动***的剖视图，图2是用于说明使用了图1所示驱动***的动力产生装置的侧视图。
驱动***100配置(内置)于动力产生装置10的变速器部20，其具有电动机110、二次电池120、电动机控制器与电池冷却部件。
动力产生装置10例如是混合动力型车辆的发动机。
电动机110具有转子112、以及用于收容转子112的圆筒状的转子外壳114。转子外壳114配置有磁场产生用线圈。
二次电池120用于向电动机110供给电力，其具有大致圆筒形状，与面向外部的圆筒状的外侧壳116相邻接地配置。
电动机控制器具有变换器外壳170，该变换器外壳170与转子外壳114的外周相邻接地配置。变换器外壳170为圆筒状，配置有具有SiC开关元件的变换器172。变换器172将从二次电池120输出的直流转换成交流，用于驱动电动机110。
为了具有高速响应性，SiC开关元件优选是能以大电流驱动。例如，SiC开关元件可以使用IGBT(绝缘栅双极型晶体管：INSULATED GATE BIPOLAR TRANSISTOR)、FET(场效应晶体管：FIELD EFFECT TRANSISTOR)。
电池冷却部件具有冷却套180，该冷却套180配置于二次电池120与变换器外壳170(变换器172)之间。冷却套180是由具有良好热导率的材料形成的圆筒状构件，具有供冷却介质流通的通路182。通路182与外部的冷却介质配管***(未图示)相连接。冷却介质由气体或液体构成。气体例如为压缩空气。液体例如为油、乙二醇等防冻液或水。
考虑到电动机110、变换器172及二次电池120的许可温度范围，电池冷却部件例如将二次电池120的温度维持在50℃～100℃，将电动机110及变换器172的温度控制在120℃以下。
图3是用于说明图1所示驱动***所具有的二次电池的剖面图，图4是用于说明图3所示二次电池所具有的单电池的侧视图。
二次电池120具有层叠的多个单电池130。在单电池130中的配置有正极电极与负极电极的部位具有曲率。这有利于缓和振动与热应力。
单电池130优选是通过串联构成电池组，以提高可供给的电压。这是由于，电动机的尺寸是由线圈绕线决定的，在假定为相同输出功率的电动机时，驱动用电压越高则电流值越小，能使电动机内的线圈绕线细。
可将单电池130层叠3层以上且400层以下。优选是，二次电池120的输出功率密度为3kW/L以上，二次电池120的输出/容量比为30(l/h)以上。
单电池130是锂离子电池，具有正极电极132、电解质134、以及负极电极138，该正极电极132包括正极活物质层及电子传导层，该负极电极138包括负极活物质层及电子传导层。电解质134由凝胶状电解质或固体电解质构成。
另外，由正极活物质层、负极活物质层、电解质134及电子传导层构成的一对电极的厚度优选为50μm以下。
单电池130通过以喷墨方式将正极电极132与负极电极138涂布于电解质134上而形成。即，单电池130与使用喷墨打印机打印图像一样，从喷嘴选择性地向作为基材的电解质134喷出形成用于构成正极电极132与负极电极138的各层所需要的材料，从与电解质134相邻接的层起依次形成。单电池130的形成方法并不特别限定于喷墨方式的涂布，也可以适用真空蒸镀法等层叠法。
电解质134优选是由含有熔化温度100℃以上的耐热高分子材料的电解质、或含有PEO(聚氧化乙烯)系高分子材料的电解质构成。耐热高分子材料优选是例如聚偏二氟乙烯(PVdF)。
正极活物质层包括正极活物质、用于提高电子传导性的导电助剂、用于提高离子传导性的锂盐、粘接剂、高分子凝胶电解质等。正极活物质例如为锂过渡金属复合氧化物。
负极活物质层包括负极活物质、用于提高电子传导性的导电助剂、用于提高离子传导性的锂盐、粘接剂、高分子凝胶电解质(聚合物基体、电解液等)等。负极活物质例如为碳或锂过渡金属复合氧化物。
电子传导层具有隔断离子的功能，例如包括金属、导电性聚合物、导电性橡胶等。
如上所述，在实施方式1的驱动***100中，电动机110、二次电池120、变换器172及电池冷却部件被一体化，不需要分别准备空间，因此，死空间小。另外，二次电池120具有层叠的多个单电池130，因此容易小型化。因此搭载性的自由度大。即，能够提供一种具有良好搭载性的驱动***。
另外，不需要用于连接电动机110与二次电池120的强电电缆，降低了由强电电缆造成的输出功率损失。而且，可以通过改变单电池130的层叠数量来调整电压，从而可以容易地适用于要求的最大电压不同的各种电动机。
另外，驱动***100也可以与动力产生装置10的变速器部20相邻接地配置。
根据需要，变换器172也可以做成单独的。此时，电池冷却部件(冷却套)配置于二次电池120与转子外壳114之间。
电池冷却部件的冷却套180也可与二次电池120的外周相邻接地配置。
供冷却介质流通的通路182也可以利用形成于转子外壳114与外侧壳116之间的间隙、例如形成于二次电池120与变换器外壳170之间的间隙。根据需要，也可以另外单独配置电池冷却部件、或省略电池冷却部件。
图5是用于说明实施方式2的二次电池的剖面图，图6是用于说明图5所示二次电池所具有的单电池的侧视图。另外，在以下说明中，对与实施方式1具有相同功能的构件使用类似的附图标记，为了避免重复而适当省略其说明。
实施方式2在单电池230及二次电池220的结构上与实施方式1基本不同。
单电池230具有正极电极232、电解质234与负极电极238。电解质234较长，其具有加工部235与未加工部236，该加工部235被施加了不导通离子的不导通化处理。加工部235以规定间隔配置多个。
例如，在使用隔离件和由凝胶状的电解质构成的凝胶电解质时，不导通化处理通过在该加工部分不添加凝胶、或在隔离件的该加工部分施加排斥凝胶电解质那样的处理而构成。另外，在使用固体高分子电解质时，也可以通过利用加热处理对分子结构产生影响来降低离子导电性而构成不导通化处理。
在电解质234的一表面与另一表面上例如通过涂布配置多个正极电极232与负极电极238。正极电极232与负极电极238配置于未加工部236上、并进行对位。即，电解质234为多个单电池230所共有。
二次电池220通过将配置了多个正极电极232与负极电极238的电解质234缠绕在冷却套上而形成。即，单电池230的层叠容易。
未加工部236的长度、即正极电极232(负极电极238)的长度与加工部235的长度的合计值同冷却套的外周长度大致一致。因此，内侧的单电池230的正极电极232与相邻的外侧的单电池230的负极电极238重叠。另外，为了使正极电极232与负极电极238接触良好，防止电阻增加，每缠绕一周，在正极电极232与负极电极238重叠的面上配置集电极箔240。集电极箔240例如由铜、铝、不锈钢、导电性聚合物、导电性橡胶等构成。
另外，二次电池220的厚度会因缠绕数量(层叠数量)而增加，致使最下层的直径与最上位的直径差异很大，从而使正极电极232与负极电极238的重叠产生问题，此时，可以通过改变涂布宽度、即未加工部236的宽度来处理。
如上所述，实施方式2可以容易地层叠单电池230。
图7是用于说明实施方式3的二次电池的分解图。图8～图10是用于说明图7所示二次电池的形成方法的剖面图，表示第1～3组件。
实施方式3在单电池330及二次电池320的结构上与实施方式1基本不同。
二次电池320具有单电池330与集电极箔340。集电极箔340配置于最上位的单电池330A的正极电极332的上方、最下位的单电池330C的负极电极338的下方、以及中间位的单电池330B中的相邻接的正极电极332与负极电极338之间。单电池330A、330B、330C被串联，以确保必要的电压。另外，附图标记334为电解质。
二次电池320例如利用3个组件321、322、323来形成。
第1组件321具有集电极箔340与正极电极332，该正极电极332配置于集电极箔340的一表面上。第2组件322具有集电极箔340以及正极电极332与负极电极338，该正极电极332与负极电极338分别配置于集电极箔的一表面与另一表面上。第3组件323具有集电极箔340与负极电极338，该负极电极338配置于集电极箔的一表面上。正极电极332与负极电极338例如通过涂布配置于集电极箔340上。
第3组件323配置于最下位。第3组件323的集电极箔340面向外侧，形成了二次电池320的最下层。在第3组件323的负极电极338的上方配置电解质334。
在电解质334的上方配置第2组件322。第2组件322的正极电极332面向电解质334。然后，在第2组件322的负极电极338的上方配置电解质334。
根据需要，第2组件322与电解质334可以以规定次数反复层叠。由此，将集电极箔340配置于单电池330之间。然后，在电解质334的上方配置第1组件321。第1组件321的正极电极332面向电解质334。第1组件321的集电极箔340面向外侧，形成了二次电池320的最上层。
如上所述，实施方式3可以容易地将集电极箔340配置于单电池330之间。
图11是用于说明实施方式4的驱动***的剖面图。
实施方式4在电池冷却部件的结构上与实施方式1基本不同。详细地说，电池冷却部件具有冷却套480与隔热层486。
冷却套480与变换器外壳470相邻接地配置于该变换器外壳470的周围。隔热层486配置于冷却套480与二次电池420之间，覆盖冷却套480。
隔热层486由热导率小于形成变换器外壳470的材料的材料形成，以抑制热量从变换器外壳侧向二次电池侧传导。因此，容易将二次电池420的温度维持在50℃～100℃、且将电动机410与变换器472的温度控制在120℃以下。
另外，附图标记412、414、416、482分别表示转子、转子外壳、外侧壳、通路。
如上所述，实施方式4可以容易地管理二次电池420的温度。
图12是用于说明实施方式5的驱动***的剖面图。
实施方式5在电池冷却部件的结构上与实施方式1基本不同。详细地说，电池冷却部件具有冷却套580，该冷却套580为具有内层通路582与外层通路584的双层结构。
内层通路582配置于面向变换器外壳570的内侧层。外层通路584配置于面向二次电池520的外侧层。
冷却套580与外部的冷却介质配管***(未图示)相连接。冷却介质经由外层通路584导入到内层通路582，从而在冷却二次电池520之后，冷却变换器572(变换器外壳570)。即，冷却介质最先冷却二次电池520，因此，可以容易地将二次电池520保持为低温。
另一方面，冷却介质由于冷却二次电池520而温度上升。但是，二次电池520的温度目标为50℃～100℃，而变换器572及电动机510的温度目标为120℃以下。因此，可以将冷却二次电池520后的冷却介质用于冷却变换器572及电动机510。
另外，附图标记512、514、516分别表示转子、转子外壳、外侧壳。
如上所述，实施方式5能高效率地冷却二次电池520、变换器572及电动机510。
另外，单独设置变换器572时，电池冷却部件(冷却套)配置于二次电池520与转子外壳514之间，从而在冷却二次电池520之后，冷却电动机510(转子外壳514)。
另外，冷却介质可以使用由混合动力型车辆的散热器冷却的发动机冷却水。例如，将冷却套580与发动机冷却水循环***相连接，将发动机冷却水经由外层通路584导入到内层通路582，然后使发动机冷却水返回发动机的冷却套，由此，可以冷却二次电池520、变换器572及电动机510。
图13是用于说明实施方式6的驱动***600的概念图。
实施方式6还具有外部电源690，这点与实施方式1基本不同。
外部电源690为大容量的二次电池，经由升压电路(DC/DC升压器)692与变换器672相连接。外部电源690用于辅助二次电池620。
因此，通过在外部电源690、和与电动机610一体化了的二次电池620之间适当分割必要的功能，可以容易地构筑多种***。例如，可以在低负荷时利用外部电源690，而在瞬时高负荷时利用二次电池620。
为了便于配设电缆694，升压电路692优选是降低连接外部电源690与变换器672的电缆694的容量，也可以适当省略电缆694。
如上所述，实施方式6还具有外部电源690，因此，构筑***的自由度大。
另外，本发明不限定于上述实施方式，可在权利要求书的范围内进行各种改变。
例如，二次电池可以由组合了被串联起来的多个单电池和被并联起来的多个单电池而成的复合电池组构成，另外还可以将实施方式6与实施方式1～5适当组合。
产业上的可利用性
采用本发明，电动机与二次电池被一体化，不需要分别准备空间，因此死空间小。另外，二次电池具有层叠的多个单电池，因此容易小型化。因此，搭载性的自由度大。
即，本发明能够提供一种具有良好搭载性的驱动***。

Claims (21)

1.一种驱动***，其特征在于，
该驱动***具有：电动机，该电动机作为驱动源；二次电池，该二次电池与上述电动机一体化，用于向上述电动机供给电力；上述二次电池具有层叠的多个单电池，
上述二次电池配置于面向所述驱动***外部的外侧壳和用于收容上述电动机转子的圆筒状的转子外壳之间。
2.根据权利要求1所述的驱动***，其特征在于，上述单电池是被串联起来的。
3.根据权利要求1或2所述的驱动***，其特征在于，在上述单电池中的配置有正极电极与负极电极的部位具有曲率。
4.根据权利要求1或2所述的驱动***，其特征在于，将上述单电池层叠3层以上且400层以下。
5.根据权利要求1所述的驱动***，其特征在于，上述单电池为锂离子电池。
6.根据权利要求5所述的驱动***，其特征在于，上述锂离子电池具有包含熔化温度100℃以上的高分子材料的电解质。
7.根据权利要求5所述的驱动***，其特征在于，上述锂离子电池具有包含聚氧化乙烯系高分子材料的电解质。
8.根据权利要求1所述的驱动***，其特征在于，该驱动***还具有与上述电动机相邻接地配置的电动机控制器。
9.根据权利要求8所述的驱动***，其特征在于，上述电动机控制器包括变换器。
10.根据权利要求9所述的驱动***，其特征在于，上述变换器配置于上述二次电池与上述转子外壳之间。
11.根据权利要求10所述的驱动***，其特征在于，上述变换器具有SiC开关元件。
12.根据权利要求1所述的驱动***，其特征在于，该驱动***还具有用于冷却上述二次电池的电池冷却部件。
13.根据权利要求1所述的驱动***，其特征在于，该驱动***还具有用于冷却上述二次电池的电池冷却部件，上述电池冷却部件配置于上述二次电池与上述转子外壳之间。
14.根据权利要求13所述的驱动***，其特征在于，上述电池冷却部件具有供由气体或液体构成的冷却介质流通的通路。
15.根据权利要求14所述的驱动***，其特征在于，上述通路具有配置于二次电池侧的外层通路与配置于转子外壳侧的内层通路，上述冷却介质经由上述外层通路被导入到上述内层通路，从而在冷却上述二次电池之后，冷却上述转子外壳。
16.根据权利要求10所述的驱动***，其特征在于，该驱动***还具有用于冷却上述二次电池的电池冷却部件，上述电池冷却部件配置于上述变换器与上述二次电池之间。
17.根据权利要求16所述的驱动***，其特征在于，上述电池冷却部件具有供由气体或液体构成的冷却介质流通的通路。
18.根据权利要求17所述的驱动***，其特征在于，上述通路具有配置于二次电池侧的外层通路与配置于变换器侧的内层通路，上述冷却介质经由上述外层通路被导入到上述内层通路，从而在冷却上述二次电池之后，冷却上述变换器。
19.根据权利要求1所述的驱动***，其特征在于，上述驱动***配置于动力产生装置的变速器部，或与上述变速器部相邻接地配置。
20.根据权利要求19所述的驱动***，其特征在于，上述动力产生装置为混合动力型车辆的发动机。
21.根据权利要求14、15、17或18中任一项所述的驱动***，其特征在于，上述驱动***配置于混合动力型车辆中，上述冷却介质为由上述混合动力型车辆的散热器冷却的发动机冷却水。
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