JP3422051B2

JP3422051B2 - バッテリー充電装置

Info

Publication number: JP3422051B2
Application number: JP24648093A
Authority: JP
Inventors: 隆志浜田
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1993-10-01
Filing date: 1993-10-01
Publication date: 2003-06-30
Anticipated expiration: 2018-06-30
Also published as: JPH07105988A

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）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01M 10/42 - 10/54 F02G 1/00 - 5/04 F01P 1/00 - 11/20 B60L 1/00 - 15/42 H02J 7/00 - 7/12 H02J 7/34 - 7/36

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【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。
【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。