JP2006151091A - 車両用動力源およびこれを搭載した車両 - Google Patents
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Abstract
【課題】 暖気時間を短縮して、いち早く効率的な走行を実現できる車両用動力源を提供する。
【解決手段】 車両用動力源10は、車両の駆動力を供給するエンジン11と、エンジン11と共に電力を供給する二次電池12と、エンジン11近傍および二次電池12近傍に冷媒を循環する循環通路13と、を有する。
【選択図】 図2
【解決手段】 車両用動力源10は、車両の駆動力を供給するエンジン11と、エンジン11と共に電力を供給する二次電池12と、エンジン11近傍および二次電池12近傍に冷媒を循環する循環通路13と、を有する。
【選択図】 図2
Description
本発明は、内燃機関および二次電池を有する車両用動力源およびこれを搭載した車両に関する。
近年、内燃機関に加えて二次電池を搭載する車両がある。このような車両では、内燃機関の発生動力を利用して、二次電池を充電する。二次電池が十分に充電されたら、内燃機関に対する燃料供給を遮断し、代わりに二次電池を放電することによってモータを駆動して、動力を得る。これにより、燃料効率の良い走行が可能となる(たとえば、特許文献1参照)。
特開2003−264904号公報
しかし、上記技術を採用した車両において、二次電池は、動作するための適当な温度(以下、動作適温という)に到達するまでは、所望の高出力が得られない。つまり、二次電池が動作適温に到達するまでの暖気時間を経過するまでは、効率のよい走行ができない。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、暖気時間を短縮して、いち早く効率的な走行を実現できる車両用動力源およびこれを搭載した車両を提供することを目的とする。
本発明の車両用動力源は、車両の駆動力を供給する内燃機関と、前記内燃機関と共に電力を供給する二次電池と、前記内燃機関近傍および前記二次電池近傍に冷媒を循環する循環通路と、を有する。
本発明の車両用動力源によれば、冷媒が内燃機関および二次電池近傍を循環する。内燃機関により加熱された冷媒が二次電池近傍を通過する際に、冷媒により二次電池が加熱されるので、二次電池が動作適温に到達するまでの時間、すなわち暖気時間を短縮できる。したがって、いち早く二次電池の最大出力が得られるようになり、効率的な走行を車両に実現できる。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
図1は、車両の駆動系の該略構成図である。
車両の駆動系は、エンジン(内燃機関)11、電磁クラッチ91、発電機92、インバータ93、二次電池12、モータ94、動力伝達ベルト95、および車輪96を有する。
エンジン11は、ガソリンなどの燃料の供給により、車両駆動用動力を発生する。
電磁クラッチ91は、エンジン11により発生された駆動力を、適宜車輪96に伝達する。
動力伝達ベルト95は、電磁クラッチ91を介して伝達された駆動力を車輪96の回転軸に伝達する。
発電機92は、エンジンにより発生された動力により回転し、該回転により発電する。
インバータ93は、発電機92により発電された電力を変換して、二次電池に伝達する。
二次電池は、充放電可能な電池であり、発電機92により発電された電力により充電される。二次電池としては、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池、鉛酸二次電池などが上げられる。二次電池としては、好ましくは、リチウムイオン二次電池が用いられる。二次電池は、十分に充電されているときには、放電を行う。
モータ94は、バイポーラ電池から放電された電力により回転する。モータ94の回転動力は、動力伝達ベルト95を介して、車輪96の回転軸に伝達される。
上記の駆動系により、二次電池が充電されていないときは、エンジンの駆動力により車輪96が駆動される。また、二次電池が十分に充電されたときには、エンジンにより動力発生を止め、二次電池の放電によりモータ94を駆動する。そして、モータ94の回転動力により車輪96が駆動される。
上記のエンジン11および二次電池12を含んで車両用動力源が構成される。
(第1実施形態)
図2は、車両用動力源の構成図である。
図2は、車両用動力源の構成図である。
車両用動力源10は、エンジン11、二次電池12、循環通路(循環通路)13、放熱器14、サーモスタット15および電動ポンプ16を含む。
エンジン11および二次電池12は、並んで配置されている。
循環通路13は、内部に冷媒を流すための閉じた流路が形成されており、該流路に冷媒が充填されている。循環通路13は、エンジン11の近傍および二次電池12の近傍に冷媒が通過するように配置されている。エンジン11および二次電池12近傍を通過した冷媒は、循環通路13を循環して、再度、エンジン11および二次電池12に供給される。
循環通路13は、途中で分岐され、二通路を構成している。一方の通路13aには、放熱器14が接続されている。他方の通路13bには、何も接続されておらず、冷媒が通される。分岐された通路の合流地点には、サーモスタット15が設けられている。
放熱器14は、エンジン11および二次電池12を通過により加熱された冷媒を冷却する。ここで、放熱器14は、冷媒が所定温度以上にならないように、すなわち、エンジン11がオーバーヒートしないように、冷媒温度を、たとえば、80〜100℃付近に維持する。
サーモスタット(冷媒通過調整手段)15は、温度変化に応じて膨張収縮する感応体(不図示)を含む。該感応体は、サーモスタット15内に設けられた弁(不図示)に接続されている。弁は、バネにより、通路13aを閉じるように付勢されている。感応体が膨張すると、バネの付勢に抗して、弁が開かれ、通路13aが開かれる。たとえば、サーモスタット15は、冷媒の温度が80℃未満では通路13aを閉じて冷媒の通過を禁止し、80℃以上では通路13aを開いて冷媒の通過を許容する。感応体としては、ワックス(ろう)や、形状記憶合金を使用できる。
電動ポンプ16は、駆動すると、図中矢印で示すように、循環通路13内で冷媒を循環させる。エンジン11近傍を通過した冷媒が、二次電池12近傍を通過する。
(作用)
次に、上記車両用動力源の作用について説明する。
次に、上記車両用動力源の作用について説明する。
車両が始動されると、図示しない制御部により電動ポンプ16が駆動される。これにより、循環通路13内を冷媒が循環する。ここで、車両始動時、すなわち、暖気運転時には、冷媒が冷えている。したがって、サーモスタット15を通過する冷媒も冷えているので、サーモスタット15内の弁の作用により、通路13aが閉じられる。
暖機運転時には、図2(A)に矢印で示すように、放熱器14を避けて、冷媒が循環される。
そして、エンジン11の温度上昇と共に冷媒の温度も向上し、冷媒の温度が80℃以上となる。すなわち、暖気運転が終了する。すると、サーモスタット15の弁が通路13aを開放する。これによって、通路13a、13bのいずれにも冷媒が通過し始める。したがって、80℃以上なった冷媒が放熱器14において放熱され、冷媒の温度は80℃〜100℃の適温に維持される。
以上のように、本実施形態では、エンジン11を動作適温に維持するための循環通路13の途中に、二次電池12を配置している。したがって、エンジン11の発熱により温度上昇した冷媒により、二次電池12が暖められる。これにより、二次電池12が最も効率良く充放電を実行できる温度に到達するまでの時間、すなわち、暖気時間を短縮できる。結果として、いち早く二次電池の最大出力が得られるようになり、効率的な走行を車両に実現できる。
特に、エンジン11および二次電池12は、並んで配置されており、冷媒は、エンジン11近傍を通過した直後に、二次電池12近傍を通過する。したがって、エンジン11により暖められた冷媒が自然放熱せず、効率良く二次電池12を加熱できる。
さらに、暖気時間が経過した後、すなわち、冷媒温度が80℃以上になった場合、放熱器14が接続された通路13aがサーモスタット15により自動に開かれる。これにより、冷媒が放熱されて、冷媒の温度が、エンジン11がオーバーヒートにならない適温80〜100℃に維持される。該適温は、二次電池12が作動するのに適した温度と共通する。したがって、エンジン11だけでなく、二次電池12も同時に適温に維持できる。
上記実施形態では、二次電池12にバイポーラ電池を用いることができる。バイポーラ電池を用いることにより、高出力でコンパクトな二次電池が得られ、車両に適用するのにより好適な車両用動力源が得られる。
適用できるバイポーラ電池について簡単に説明する。
図3はバイポーラ電池の概略構成を示す図である。
バイポーラ電池は、集電体51の一方の面に正極52が形成され、他方の面に負極53が形成されたバイポーラ電極54を電解質層55を挟んで複数枚直列に積層してなる。
正極52に含まれる主要な活物質には、リチウムと遷移金属との複合酸化物を使用できる。具体的には、LiCoO2などのLi・Co系複合酸化物、LiNiO2などのLi・Ni系複合酸化物、スピネルLiMn2O4などのLi・Mn系複合酸化物、LiFeO2などのLi・Fe系複合酸化物などが挙げられる。特に、LiFePO4が好ましい。LiFePO4を用いることによって、耐熱性に優れた二次電池を構成できる。
また、負極53に含まれる主要な活物質には、カーボンもしくはリチウムと金属酸化物もしくは金属との複合酸化物を使用できる。特に、Li4Ti5O12が好ましい。Li4Ti5O12を用いることによって、耐熱性に優れた二次電池を構成できる。
電解質層55は、イオン伝導性を有する高分子から構成される層であり、イオン伝導性を示すのであれば材料は限定されない。特に、主要な電解質として極性高分子およびリチウム塩が含まれることが好ましい。これにより耐熱性に優れ、かつ液漏れの虞がなく、信頼性を向上できる。
さらに、極性高分子はポリアルキレンオキシドであることが好ましい。ポリアルキレンオキシドはイオン電動度が高いからである。ポリアルキレンオキシドのなかでも特に高分子側鎖としてエチレンオキシド鎖を持つものを用いることが好ましい。信頼性の高い電源を構成できる。
(第2実施形態)
第1実施形態とは異なる車両用動力源10’の構成について説明する。
第1実施形態とは異なる車両用動力源10’の構成について説明する。
図4は車両用動力源の構成図であり、図4(A)二次電池側に冷媒を流す様子を示す図、図4(B)はバイパス側に冷媒を流す様子を示す図である。
図4に示すように、第2実施形態では、第1実施形態の構成に、バイパス通路13c、三方バルブ17、温度計18および制御部19が追加されている。第1実施形態と同様の構成には、同一の参照番号を付して説明を省略する。
バイパス通路13cは、二次電池12近傍をバイパスして冷媒を流す経路である。バイパス通路13cは、三方バルブ17から分岐された経路である。
三方バルブ17は、循環通路13が二通路に分かれる分岐点に配置されている。三方バルブ17は、冷媒を二次電池12側に流すか、バイパス通路13cに流すかを切替可能である。なお、以下では、二次電池12側の通路を二次電池通路13dという。三方バルブ17は、制御部19に接続され、流路の切替が制御されている。
温度計18は、二次電池12の温度T1を計測し、計測結果を制御部19に出力する。
制御部19は、温度計18の計測温度T1に基づいて、三方バルブ17の切替を制御する。また、制御部19は、電動ポンプ16にも接続されており、車両の始動に基づいて電動ポンプ16を駆動する。
次に、上記車両用動力源10’の作用について説明する。
図5は、車両用動力源の動作を示すフローチャートである。
まず、制御部19は、車両が始動されたか否かを判断する(ステップS1)。車両が始動されていない場合(ステップS1:NO)、始動されるまで待機する。
車両が始動された場合(ステップS1:YES)、制御部19は、三方バルブ17を制御して、二次電池12側を開状態、バイパス通路13c側を閉状態とする(ステップS2)。ここで、車両が始動されると、エンジン11が駆動を開始し、二次電池12も充放電を開始する。エンジン11および二次電池12は、それぞれ自己発熱して温度が上昇し始める。
続けて、制御部19は、電動ポンプ16を駆動する(ステップS3)。すると、図4(A)に矢印で示すように、冷媒が循環通路13を循環する。エンジン始動当初は、冷媒の温度が低いので、第1実施形態と同様に、サーモスタット15の作用により、冷媒は放熱器14を通過せずに循環する。また、冷媒は、三方バルブ17の作用により、バイパス通路13cを通らずに、二次電池通路13dのみを通過する。冷媒は、エンジン11近傍を通過する際にエンジン11の自己発熱により加熱され、二次電池12近傍を通過する際に二次電池12に熱が加えられる。つまり、冷媒を介して、エンジン11の熱が、二次電池12に伝達される。
温度計18により二次電池12の温度T1が検出される(ステップS4)。検出された温度T1が、所定温度Ta以上か否かが判断される(ステップS5)。ここで、所定温度Taとは、二次電池12の動作適温であり、例えば、90℃である。
検出温度T1が所定温度Ta未満の場合(ステップS5:NO)、温度計18による温度検出を繰り返す。エンジン11が十分に温まって、検出温度T1が所定温度Ta以上になったら(ステップS5:YES)、制御部19は、三方バルブ17を制御して、二次電池12側を閉状態、バイパス通路13c側を開状態とする(ステップS6)。これにより、図4(B)に矢印で示すように、冷媒が循環通路13を循環する。すなわち、二次電池12の温度が90℃以上のときには冷媒の温度もそれに近いので、サーモスタット15の作用により、冷媒は放熱器14も通過する。これにより冷媒の温度が一定に維持される。また、冷媒は、三方バルブ17の作用により、バイパス通路13cを通り、二次電池通路13dを通過しない。
引き続き、二次電池12の温度T1が検出される(ステップS7)。検出された温度T1が、所定温度Tb未満か否かが判断される(ステップS8)。ここで、所定温度Tbとは、二次電池12の動作適温の下限値であり、例えば、80℃である。
検出温度T1が所定温度Tb未満の場合(ステップS8:YES)、ステップS2の処理に戻る。すなわち、二次電池通路13dに再び冷媒が通過される。
検出温度T1が所定温度Tb以上の場合(ステップS8:NO)、エンジン停止か否かが判断される(ステップS9)。
エンジンが停止でない場合(ステップS9:NO)、ステップS7の処理に戻って、二次電池12の温度T1が検出される。エンジンが停止の場合(ステップS9:YES)、処理が終了する。
なお、エンジンが停止された場合は、上述のどのステップでも、処理を終了できる。
以上のように、第2実施形態では、二次電池12の温度T1を検出し、温度T1が所定温度Ta以上になるまでは、三方バルブ17を制御して二次電池通路13dに冷媒を通す。したがって、エンジン11により加熱された冷媒により、二次電池12が暖められる。これにより、二次電池12が最も効率良く充放電を実行できる温度に到達するまでの時間、すなわち、暖気時間を短縮できる。結果として、いち早く二次電池の最大出力が得られるようになり、効率的な走行を車両に実現できる。
また、二次電池12の温度が動作適温Ta以上になったら、二次電池通路13dに冷媒を通すのを止め、バイパス通路13cに冷媒を通す。したがって、車両の急加速などによりエンジン11が異常に温度上昇したような場合、異常に加熱された冷媒が二次電池12近傍を通らない。したがって、二次電池12が必要以上に加熱されることがない。二次電池12が過熱によって破損したり機能低下したりすることを防止できる。
第1実施形態と同様に、サーモスタット15の作用により、冷媒の温度が80℃程度になったら、放熱器14にも冷媒が流れる。したがって、通常、冷媒の温度をエンジン11および二次電池12の動作適温に維持できる。
(第3実施形態)
第3実施形態では、上記第1実施形態および第2実施形態の車両用動力源を駆動用電源として搭載して車両を構成する。
第3実施形態では、上記第1実施形態および第2実施形態の車両用動力源を駆動用電源として搭載して車両を構成する。
参考までに、図6に車両用動力源10を搭載する自動車100の該略図を示す。自動車100に搭載する車両用動力源10は、上記説明した特性を有する。このため、二次電池が動作適温に到達するまでの時間、すなわち暖気時間が短い。したがって、自動車100は、いち早く効率的な走行を実現できる。
10…車両用動力源、
11…エンジン、
12…二次電池、
13…循環通路、
13a、13b…通路、
13c…バイパス通路、
13d…二次電池通路、
14…放熱器、
15…サーモスタット、
16…電動ポンプ、
17…三方バルブ、
18…温度計、
19…制御部、
51…集電体、
52…正極、
53…負極、
54…バイポーラ電極、
55…電解質層、
80…適温、
91…電磁クラッチ、
92…発電機、
93…インバータ、
94…モータ、
95…動力伝達ベルト、
96…車輪。
11…エンジン、
12…二次電池、
13…循環通路、
13a、13b…通路、
13c…バイパス通路、
13d…二次電池通路、
14…放熱器、
15…サーモスタット、
16…電動ポンプ、
17…三方バルブ、
18…温度計、
19…制御部、
51…集電体、
52…正極、
53…負極、
54…バイポーラ電極、
55…電解質層、
80…適温、
91…電磁クラッチ、
92…発電機、
93…インバータ、
94…モータ、
95…動力伝達ベルト、
96…車輪。
Claims (11)
- 車両の駆動力を供給する内燃機関と、
前記内燃機関と共に電力を供給する二次電池と、
前記内燃機関近傍および前記二次電池近傍に冷媒を循環する循環通路と、
を有する車両用動力源。 - 前記循環通路は、一部が分岐されて二通路を構成し、
前記二通路の一方には、
通過する前記冷媒を放熱する放熱器と、
所定温度以上になると弁が開いて前記冷媒の通過を許容する冷媒通過調整手段と、
が接続されている請求項1に記載の車両用動力源。 - 前記二次電池の温度を検出する温度計と、
前記二時電池をバイパスして前記冷媒が通過するためのバイパス通路と、
前記冷媒の進行方向を前記二次電池側か前記バイパス通路側かを切替可能な切替手段と、
前記温度計の検出結果が、前記所定温度以上の場合、前記冷媒が前記バイパス通路を通過し、所定温度未満の場合、前記冷媒が前記二次電池近傍を通過するように、前記切替手段を制御する制御手段と、
をさらに有する請求項1または2に記載の車両用動力源。 - 前記所定温度とは、前記二次電池の動作に適した温度である請求項1〜3のいずれか一項に記載の車両用動力源。
- 前記二次電池と前記内燃機関とは、並んで配置されており、
前記冷媒は、前記内燃機関近傍を通過した直後に、前記二次電池近傍を通過する請求項1〜4のいずれか一項に記載の車両用動力源。 - 前記二次電池は、集電体の一方の面に正極が形成され、他方の面に負極が形成されたバイポーラ電極を電解質層を挟んで複数枚直列に積層してなるバイポーラ電池である請求項1〜5のいずれか一項に記載の車両用動力源。
- 前記正極に含まれる主要な活物質がLiFePO4である請求項6に記載の車両用動力源。
- 前記負極に含まれる主要な活物質がLi4Ti5O12である請求項6または7に記載の車両用動力源。
- 前記電解質層に含まれる主要な電解質が極性高分子およびリチウム塩を含んでなる請求項6〜8のいずれか一項に記載の車両用動力源。
- 前記極性高分子がポリアルキレンオキシドである請求項9に記載の車両用動力源。
- 請求項1〜10のいずれか一項に記載の車両用動力源を搭載した車両。
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