(57)【要約】【課題】簡単な構成にして、駆動部の温度調整と二次電池の温度調整とを両立することができる駆動ユニットを提供する。【解決手段】車両(1)に搭載され、稼動することで発熱する駆動部(3)と、駆動部を冷却する冷却部(29)と、駆動部と冷却部とで熱媒体を流通可能に接続する熱媒体回路(30)と、熱媒体回路に設けられ、駆動部から冷却部に向かって熱媒体を流通させる高温熱媒体通路(32,33)と、車両に搭載され、車両を走行させるモータ(5,7)と、前記モータに電力を供給する二次電池(21)と、を備え、二次電池は、固体電解質にリチウムを含有する全固体電池であり、熱媒体回路の高温熱媒体通路に接続される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載され、稼動時に発熱する駆動部と、
前記駆動部を冷却する冷却部と、
前記駆動部と前記冷却部とを熱媒体を流通可能に接続する熱媒体回路と、
前記車両に搭載され、前記車両を走行させるモータと、
前記モータに電力を供給する二次電池と、を備え、
前記熱媒体回路は、前記駆動部から前記冷却部に向かって前記熱媒体を流通させる高温熱媒体通路を有し、
前記二次電池は、固体電解質にリチウムを含有する全固体電池であり、前記高温熱媒体通路に接続される駆動ユニット。
【請求項２】
前記駆動部は、燃料を燃焼して稼動する内燃機関である、請求項１に記載の駆動ユニット。
【請求項３】
前記熱媒体回路に設けられ、前記熱媒体が所定温度以上のときに開弁する第１開閉弁と、
前記熱媒体回路に設けられ、前記熱媒体回路の前記冷却部から前記駆動部に向かって前記熱媒体を流通させる低温熱媒体通路と、
前記熱媒体回路の前記高温熱媒体通路から延び、前記低温熱媒体通路に接続し、前記高温熱媒体通路から前記低温熱媒体通路に向かって前記熱媒体を流通させる第１バイパス通路と、を備え、
前記第１開閉弁は、前記高温熱媒体通路の前記二次電池と前記冷却部との間に配設され、
前記第１バイパス通路は、前記高温熱媒体通路の前記二次電池と前記第１開閉弁との間から延びる、請求項１または２に記載の駆動ユニット。
【請求項４】
前記熱媒体回路における前記二次電池の上流側と前記熱媒体回路における前記二次電池の下流側であって駆動部の上流側とを接続する第２バイパス通路と、
前記熱媒体回路に設けられ、前記熱媒体が一定温度以上のときに開弁する第２開閉弁と、を備え、
前記第２開閉弁は、前記二次電池と前記第２バイパス通路の上流側との間の前記熱媒体回路に配設される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の駆動ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は駆動ユニットに係り、特に駆動ユニットに備えられた二次電池の温度を調整する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年普及が進んでいるハイブリット車両には、エンジンやモータ、モータに供給する電力を蓄電するバッテリが搭載されている。
これらエンジン、モータ及びバッテリは、稼動すると発熱するため、それぞれにラジエータ等の冷却装置が備えられている。
一方、エンジン、モータ及びバッテリには、稼動の際に適切な温度があり、温度が低い場合には冷却をせずに温める必要もある。
【０００３】
そこで、エンジンの冷却に用いる冷却水及びラジエータを利用してバッテリを加熱及び冷却する技術が開発されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−２２２２３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記特許文献１に開示される技術のような電解質にリチウムイオンを含有する電解液を用いたリチウムイオンバッテリの多くは、主に劣化防止の観点により、使用可能な上限温度を６０℃、適温を４０℃としている。
一方、エンジンの稼動時における冷却水の温度は、７０℃〜１００℃である。
したがって、エンジンの冷却に用いた冷却水を介してバッテリを加熱及び冷却するためには、バッテリに流通する冷却水の温度を調整する必要がある。このため、上記特許文献１に開示される技術のように、昇温デバイスを介してバッテリを加温するためには、加温しすぎないように調整する必要があり、装置全体が複雑になる虞があった。さらに、バッテリを冷却するためには、装置全体がさらに複雑になるという問題があった。
【０００６】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡単な構成にして、エンジン（駆動部）の温度調整とバッテリ（二次電池）の温度調整とを両立することができる駆動ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、本発明の駆動ユニットは、車両に搭載され、稼動することで発熱する駆動部と、前記駆動部を冷却する冷却部と、前記駆動部と前記冷却部とで熱媒体を流通可能に接続する熱媒体回路と、前記熱媒体回路に設けられ、前記駆動部から前記冷却部に向かって前記熱媒体を流通させる高温熱媒体通路と、前記車両に搭載され、前記車両を走行させるモータと、前記モータに電力を供給する二次電池と、を備え、前記二次電池は、固体電解質にリチウムを含有する全固体電池であり、前記熱媒体回路の前記高温熱媒体通路に接続されることを特徴とする。
【０００８】
これにより、固体電解質にリチウムを含有する全固体電池を二次電池として用いることで、高い温度での動作が都合の良い全固体二次電池の効率的な使用が可能である。また、二次電池が熱媒体回路の駆動部から冷却部に向かって熱媒体を流通させる高温熱媒体通路に接続することで、駆動部によって加熱された熱媒体を冷却することなく二次電池に流通させて二次電池を加熱することが可能とされる。
【０００９】
その他の態様として、前記駆動部は、燃料を燃焼して稼動する内燃機関であるのが好ましい。
これにより、内燃機関が燃料を燃焼して稼動して発熱することで、二次電池に流通する熱媒体を加熱することが可能とされる。
その他の態様として、前記熱媒体回路に設けられ、前記熱媒体が所定温度以上のときに開弁する第１開閉弁と、前記熱媒体回路に設けられ、前記熱媒体回路の前記冷却部から前記駆動部に向かって前記熱媒体を流通させる低温熱媒体通路と、前記熱媒体回路の前記高温熱媒体通路から延び、前記低温熱媒体通路に接続し、前記高温熱媒体通路から前記低温熱媒体通路に向かって前記熱媒体を流通させる第１バイパス通路と、を備え、前記第１開閉弁は、前記高温熱媒体通路の前記二次電池と前記冷却部との間に配設され、前記第１バイパス通路は、前記高温熱媒体通路の前記二次電池と前記第１開閉弁との間から延びるのが好ましい。
【００１０】
これにより、第１開閉弁が高温熱媒体通路の二次電池と冷却部との間に配設され、第１バイパス通路が高温熱媒体通路の二次電池と第１開閉弁との間から延びて低温熱媒体通路に接続することで、駆動部によって加熱された熱媒体を二次電池に流通させ、該二次電池によって加熱または冷却された熱媒体の温度に応じて熱媒体を冷却するか否かを第１開閉弁によって選択することが可能とされる。
【００１１】
そして、熱媒体が所定温度以上のときには第１開閉弁が開弁し熱媒体が冷却部によって冷却される一方、熱媒体が所定温度未満のときには第１開閉弁が閉弁し熱媒体が冷却部によって冷却されないようにすることで、熱媒体の温度が所定温度以上になるまで二次電池を効率的に加熱することが可能となる。
その他の態様として、前記熱媒体回路における前記二次電池の上流側と前記熱媒体回路における前記二次電池の下流側であって駆動部の上流側とを接続する第２バイパス通路と、前記熱媒体回路に設けられ、前記熱媒体が一定温度以上のときに開弁する第２開閉弁と、を備え、前記第２開閉弁は、前記二次電池と前記第２バイパス通路の上流側との間に配設されるのが好ましい。
【００１２】
これにより、熱媒体が一定温度以上のときには第２開閉弁が開弁し熱媒体が二次電池に流通する一方、熱媒体が一定温度未満のときには第２開閉弁が閉弁し熱媒体が二次電池に流通しないようにすることで、熱媒体の温度が一定温度以上になるまで熱媒体によって二次電池が冷却されないようにすることが可能とされる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の駆動ユニットによれば、二次電池を全固体電池とすることで二次電池の冷却を不要にするとともに、二次電池を熱媒体回路の駆動部から冷却部に向かって熱媒体を流通させる高温熱媒体通路に接続したので、駆動部によって加熱された熱媒体を冷却することなく二次電池に流通させて高い温度での動作が都合の良い全固体二次電池を加熱することができる。
【００１４】
これにより、簡単な構成にして、駆動部の温度調整と二次電池の温度調整とを両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態に係る車両の概略構成図である。
【図２】第１実施形態に係る冷却回路の概略構成図である。
【図３】第２実施形態に係る冷却回路の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面に基づき本発明の一実施形態について説明する。
＜第１実施形態＞
図１を参照すると、第１実施形態に係るプラグインハイブリッド車（以下、車両１という）の概略構成図が示されている。
車両１には、エンジン３、フロントモータ５及びリヤモータ７が備えられた駆動ユニット２が搭載されている。車両１は、エンジン３、フロントモータ５及びリヤモータ７を適宜稼動させることで前輪９及び後輪１１を駆動して走行することが可能なハイブリット式の４輪駆動車である。
【００１７】
駆動ユニット２には、エンジン（駆動部）３、フロントモータ（駆動部、モータ）５、リヤモータ（駆動部、モータ）７、全固体電池（二次電池）２１及びラジエータ（冷却部）２９が備えられている。
エンジン３は、図示しない燃料タンクから供給される燃料を燃焼することで稼動する内燃機関である。この内燃機関は、循環する冷却水によって冷却されるが、燃費性能や耐久性能の点を鑑みると、例えば冷却水が７０℃（所定温度）〜１００℃（規定温度）となる範囲（稼動温度域）で稼動することが望ましい。また、エンジン３は、減速機１３を介して発電機１７を駆動し、発電することが可能である。
【００１８】
減速機１３には、エンジン３の出力軸と前輪９の駆動軸１５との間の動力の伝達を断接切換え可能なクラッチ１３ａが内蔵されている。これにより、エンジン３は、クラッチ１３ａが接続状態のとき、減速機１３及び駆動軸１５を介して前輪９を駆動することが可能である。
フロントモータ５は、フロントインバータ１９を介して後述する全固体電池２１及び発電機１７から高電圧の電力を供給されて減速機１３を駆動するモータである。これにより、フロントモータ５は、減速機１３及び駆動軸１５を介して前輪９を駆動することが可能である。
【００１９】
リヤモータ７は、リヤインバータ２３を介して全固体電池２１及び発電機１７から高電圧の電力を供給されて減速機２５を駆動するモータである。これにより、リヤモータ７は、減速機２５及び駆動軸２７を介して後輪１１を駆動することが可能である。
全固体電池２１は、例えば電解質にＬｉＰＦ６などのリチウム塩が溶解された常温下で液体の電解液を用いず、リチウムを含有する固体電解質を用いた二次電池である。
【００２０】
詳しくは、全固体電池２１は、正極にＬｉＣｏＯ２（コバルト酸リチウム）を、負極にグラファイトを、電解質としてＬＧＰＳ（例えばＬｉ９．５４Ｓｉ１．７４Ｐ１．４４Ｓ１１．７Ｃｌ０．３）をそれぞれ備えており、電解質を介してリチウムイオンを正極−負極間で交換（イオン伝導）可能に構成されている。ここで、電解質として用いたＬＧＰＳ（リチウム・ゲルマニウム・リン・硫黄）は、硫化物電解質と呼ばれている。このような硫化物電解質を用いた電池は、酸化物電解質を用いた電池と比較してイオン伝導の効率（イオン伝導率）が高いため、充放電性能が比較的高い。
【００２１】
また、ＬＧＰＳは、常温下及び全固体電池２１の充放電において生じる温度（稼動温度。例えば、−４０℃〜１５０℃）で固体の電解質である。すなわち、全固体電池２１は、高温下（例えば１００℃）においても電解質が固体のため、例えば正極の表面で陰イオンや溶媒分子の分解といった副反応的な化学反応が比較的発生しにくく、ひいては劣化が生じにくい。故に、全固体電池２１は、後述する規定温度より高い温度（例えば１５０℃）まで故障なく使用することが可能である。
【００２２】
図２を参照すると、第１実施形態に係る冷却回路（熱媒体回路）３０の概略構成図が示されている。ラジエータ２９は、車両１の前側に配設された（図１参照）、外気と冷却水（熱媒体）とで熱交換をさせることが可能な熱交換器である。サーモスタット（第１開閉弁）３６は、後述する第３通路３３を流通する冷却水の温度が所定温度（例えば７０℃）以上になると徐々に開弁し、規定温度（例えば１００℃）になると全開になる、感温式の開閉弁である。
【００２３】
冷却回路３０は、ラジエータ２９からエンジン３に冷却水を送る第１通路（低温熱媒体通路）３１、エンジン３から全固体電池２１に冷却水を送る第２通路（高温熱媒体通路）３２、全固体電池２１からサーモスタット３６に冷却水を送る第３通路（高温熱媒体通路）３３及びサーモスタット３６からラジエータ２９に冷却水を送る第４通路（高温熱媒体通路）３４を備えて循環路を構成している。
【００２４】
また、冷却回路３０の第１通路３１には、ポンプ３１ａが備えられている。このポンプ３１ａが駆動することにより、冷却水は冷却回路３０を循環することが可能である。さらに、第１通路３１のラジエータ２９とポンプ３１ａとをつなぐ経路には、サーモスタット３６の上流側の第３通路３３から第１通路３１に冷却水を送るバイパス通路（第１バイパス通路）３５が接続されている。
【００２５】
エンジン３は、燃料を燃焼して稼動するため発熱するが、エンジン用ウォータジャケット３ａ内を流通する冷却水と熱交換をすることで冷却される。すなわち、第１通路３１からエンジン３に流入した冷却水は、エンジン３によって加熱されたあと、第２通路３２を流通する。
第２通路３２を流通する冷却水は、全固体電池２１に備えられた電池用ウォータジャケット２１ａに流入する。電池用ウォータジャケット２１ａは、エンジン３のエンジン用ウォータジャケット３ａと同様に、全固体電池２１と冷却水とで熱交換をさせることができる。すなわち、冷却水は、全固体電池２１より冷却水の方が高温のとき全固体電池２１によって冷却され、冷却水より全固体電池２１の方が高温のとき全固体電池２１によって加熱される。
【００２６】
ところで、第２通路３２には、エンジン３によって加熱された冷却水を冷却する装置（例えばラジエータ）が配設されていない。これにより、全固体電池２１は、高温な冷却水によって加熱され、規定温度程度にまで加熱される可能性があるが、上記した通り、全固体電池２１は高温下においても劣化が生じにくいため、第２通路３２に冷却水を冷却する装置を配設する必要がない。
【００２７】
また、全固体電池２１を含むリチウムイオンを用いた電池は、温度が高いほどイオン伝導率が高くなり、充放電性能が向上するという性質を有している。換言すると、全固体電池２１は、エンジン３によって加熱された冷却水によって加熱されることで充放電性能を向上させることができる。
また、冷却水より全固体電池２１の方が高温のときは、全固体電池２１によって冷却水を加熱することができるので、エンジン３の昇温を早めることができる。
【００２８】
全固体電池２１と熱交換をした冷却水は、第３通路３３に排出され、サーモスタット３６に流通する。サーモスタット３６は、第３通路３３を流通する冷却水の温度が所定温度以上になると徐々に開弁する。すなわち、サーモスタット３６は、冷却水の温度が所定温度以上のとき、冷却水の温度に対応する開度で開弁して第４通路３４に冷却水を流通させる。
【００２９】
第４通路３４に流通した冷却水は、ラジエータ２９内を流通して再び第１通路３１に流通する。このラジエータ２９は、冷却水と外気とで熱交換をして冷却水を冷却することが可能である。すなわち、ラジエータ２９は、冷却水を冷却して第１通路３１に流通させることでエンジン３を冷却することが可能である。
一方、サーモスタット３６は、冷却水の温度が所定温度未満のとき、閉弁する。また、冷却水の温度が所定温度以上であっても、冷却水の温度が所定温度に比較的近い場合、サーモスタット３６の開度が冷却水の温度に対応して狭くなる。
【００３０】
すなわち、サーモスタット３６に流通する冷却水のうちの一部または全部は、第４通路３４に流通することなくバイパス通路３５に流通する。このようにして第３通路３３からバイパス通路３５に流通した冷却水は、ラジエータ２９によって冷却されることなく、再び第１通路３１に流通する。これにより、エンジン３は、冷却水を所定温度になるまで温めることができる。
【００３１】
以上説明したように、第１実施形態に係る駆動ユニットでは、車両１に搭載され、稼動することで発熱するエンジン３と、エンジン３を冷却するラジエータ２９と、エンジン３とラジエータ２９とで冷却水を流通可能に接続する冷却回路３０と、エンジン３からラジエータ２９に向かって冷却水を流通させる第２通路３２及び第３通路３３と、車両１に搭載され、車両１を走行させるモータと、モータに電力を供給する全固体電池２１と、を備え、全固体電池２１は、固体電解質にリチウムを含有する全固体電池であり、冷却回路３０の第２通路３２及び第３通路３３に接続される。
【００３２】
従って、固体電解質にリチウムを含有する全固体電池２１を用いることで、二次電池の耐熱性を高めることができる。また、全固体電池２１が冷却回路３０のエンジン３からラジエータ２９に向かって冷却水を流通させる第２通路３２に接続したので、エンジン３によって加熱された冷却水を冷却することなく全固体電池２１に流通させて全固体電池２１を加熱することができる。
【００３３】
特に、エンジン３は、燃料を燃焼して稼動する内燃機関なので、全固体電池２１に流通する冷却水を加熱することができる。さらには、エンジン３の温度調整を冷却水を利用して行うことで、全固体電池２１の温度調整も同時に行うことになる。ここで、上記したように、エンジン３の稼動温度域は７０℃〜１００℃であり、全固体電池２１の稼動温度域は−４０℃〜１５０℃である。すなわち、エンジン３の稼動温度域で温度調整することで、全固体電池２１の稼動温度域内で全固体電池２１の温度調整をすることができる。
【００３４】
そして、冷却回路３０に設けられ、冷却回路３０のラジエータ２９からエンジン３に向かって冷却水を流通させる第１通路３１と、冷却回路３０に設けられ、冷却水が所定温度以上のときに開弁するサーモスタット３６と、冷却回路３０の第２通路３２から延び、第１通路３１に接続し、第２通路３２から第１通路３１に向かって冷却水を流通させるバイパス通路３５と、を備え、サーモスタット３６は、第２通路３２の全固体電池２１とラジエータ２９との間に配設され、バイパス通路３５は、第２通路３２の全固体電池２１とサーモスタット３６との間から延びる。
【００３５】
従って、冷却水が所定温度以上のときにはサーモスタット３６が開弁し冷却水がラジエータ２９によって冷却される一方、冷却水が所定温度未満のときにはサーモスタット３６が閉弁し冷却水がラジエータ２９によって冷却されないので、冷却水の温度が所定温度以上になるまで冷却水の冷却をしないようにすることができる。
また、サーモスタット３６が第２通路３２の全固体電池２１とラジエータ２９との間に配設され、バイパス通路３５が第２通路３２の全固体電池２１とサーモスタット３６との間から延びて第１通路３１に接続することで、エンジン３によって加熱された冷却水を全固体電池２１に流通させ、全固体電池２１によって加熱または冷却された冷却水の温度に応じて冷却水を冷却するか否かをサーモスタット３６によって選択することができる。
【００３６】
＜第２実施形態＞
以下、図３に基づき第２実施形態について説明する。
なお、上記第１実施形態と共通の構成については説明を省略し、ここでは第１実施形態と異なる部分について説明する。
図３を参照すると、第２実施形態に係る冷却回路１３０の概略構成図が示されている。
【００３７】
第２実施形態に係る冷却回路（熱媒体回路）１３０には、バイパス通路（第２バイパス通路）１３５及びサーモスタット（第２開閉弁）１３６が備えられている。バイパス通路１３５は、第２通路３２から第３通路３３に冷却水を流通可能に接続した通路である。このバイパス通路１３５を流通する冷却水は、全固体電池２１の電池用ウォータジャケット２１ａを流通しない。
【００３８】
サーモスタット１３６は、第１実施形態に係るサーモスタット３６と同様に、第２通路３２を流通する冷却水の温度が一定温度（例えば６０℃）以上になると徐々に開弁し、規定温度（例えば１００℃）になると全開になる、感温式の弁である。
このように第２実施形態に係る冷却回路１３０にバイパス通路１３５及びサーモスタット１３６が備えられたことで、第２通路３２を流通する冷却水は、温度が一定温度未満のとき、全固体電池２１を流通せずに第３通路３３に流通する。
【００３９】
すなわち、冷却水の温度が一定温度未満で全固体電池２１を冷却する可能性があるときは、全固体電池２１に冷却水を流通させないようにすることができる。
以上説明したように、第２実施形態に係る駆動ユニットでは、冷却回路１３０における全固体電池２１の上流側と冷却回路１３０における全固体電池２１の下流側であってエンジン３の上流側とを接続するバイパス通路１３５と、冷却回路１３０に設けられ、冷却水が一定温度以上のときに開弁するサーモスタット１３６と、を備え、サーモスタット１３６は、全固体電池２１とバイパス通路１３５の上流側との間に配設される。
【００４０】
従って、冷却水が一定温度以上のときにはサーモスタット１３６が開弁し冷却水が全固体電池２１に流通する一方、冷却水が一定温度未満のときにはサーモスタット１３６が閉弁し冷却水が全固体電池２１に流通しないので、冷却水の温度が一定温度以上になるまで冷却水によって全固体電池２１が冷却されないようにすることができる。
以上で本発明に係る駆動ユニットの説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
【００４１】
例えば、本実施形態では、正極にＬｉＣｏＯ２を、負極にグラファイトを、電解質としてＬＧＰＳをそれぞれ備えた全固体電池２１を用いて説明したが、正極、負極及び電解質がすべて固体であればよく、電解質にＬＳＳＰＳ（例えばＬｉ１０．３５［Ｓｎ０．２７Ｓｉ１．０８］Ｐ１．６５Ｓ１２）を備えるようにしてもよく、いわゆる酸化物型全固体電池を全固体電池２１に用いてもよい。
【００４２】
また、本実施形態では、サーモスタット３６、１３６を用いて説明したが、冷却水の温度に応じてラジエータ２９及び全固体電池２１に冷却水を流通させることができればよく、電磁弁であってもよい。
また、本実施形態では、エンジン３の冷却をする冷却水を用いて説明したが、フロントモータ５やリヤモータ７のように稼働時に発熱する機器を冷却をする冷却水を用いてもよい。
【００４３】
また、本実施形態では、熱媒体として冷却水を用いて説明したが、冷却水に代えてエンジン３内を循環するエンジンオイルを用い、ラジエータ２９をオイルクーラと、ポンプ３１ａをオイルポンプと、サーモスタット３６をリリーフ弁とそれぞれ置き換えてもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１  車両
２  駆動ユニット
３  エンジン（駆動部）
５  フロントモータ（駆動部、モータ）
７  リヤモータ（駆動部、モータ）
２１  全固体電池（二次電池）
２９  ラジエータ（冷却部）
３０、１３０  冷却回路（熱媒体回路）
３１  第１通路（低温熱媒体通路）
３２  第２通路（高温熱媒体通路）
３３  第３通路（高温熱媒体通路）
３４  第４通路（高温熱媒体通路）
３５  バイパス通路（第１バイパス通路）
３６  サーモスタット（第１開閉弁）
１３５  バイパス通路（第２バイパス通路）
１３６  サーモスタット（第２開閉弁）
【図１】
2020009591.tif 000003
【図２】
2020009591.tif 000004
【図３】
2020009591.tif 000005