(57)【要約】【課題】  蓄電装置の放電時における電気エネルギを熱エネルギとして再利用することができる蓄熱システムを提供する。【解決手段】  充放電が可能な蓄電装置（１０ａ）と、蓄電装置を放電させた際の電気エネルギを用いて発熱する発熱体（１３）と、発熱体の熱エネルギを用いて蓄熱するとともに、蓄熱された熱エネルギを蓄電装置に供給するための蓄熱手段（１２，１４）とを有する。【選択図】  図２
2009004164.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充放電が可能な蓄電装置と、
前記蓄電装置を放電させた際の電気エネルギを用いて発熱する発熱体と、
前記発熱体の熱エネルギを用いて蓄熱するとともに、蓄熱された熱エネルギを前記蓄電装置に供給するための蓄熱手段とを有することを特徴とする蓄熱システム。
【請求項２】
前記蓄熱手段は、前記蓄電装置に接触して前記蓄電装置に熱エネルギを伝達することを特徴とする請求項１に記載の蓄熱システム。
【請求項３】
前記蓄熱手段は、前記蓄電装置に導かれる熱交換媒体に対して熱エネルギを与えることを特徴とする請求項１に記載の蓄熱システム。
【請求項４】
前記蓄熱手段は、
固相状態及び液相状態の間で変化して過冷却される蓄熱材を含む蓄熱体と、
前記蓄熱体に対して振動を与えるための振動伝達体とを有することを特徴とする請求項１から３のいずれか1つに記載の蓄熱システム。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか1つに記載の蓄熱システムと、
前記蓄熱手段の駆動を制御するコントローラとを有し、
前記コントローラは、車両を始動させる際に、前記蓄熱手段から前記蓄電装置に対して熱エネルギを供給させることを特徴とする車両。
【請求項６】
前記蓄熱手段は、該車両に搭載された前記蓄電装置とは異なる搭載物に対して、熱エネルギを供給することを特徴とする請求項５に記載の車両。
【請求項７】
前記コントローラは、該車両が始動していない場合に、前記蓄電装置の残容量が所定値に到達するまで、前記蓄電装置を放電させることを特徴とする請求項５又は６に記載の車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電装置を放電させた際の電気エネルギを熱エネルギとして再利用することのできる蓄熱システム及び、これを備えた車両に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の単電池（二次電池）で構成される組電池を含む電池パックを車両に搭載し、電池パック（組電池）の出力を用いて車両を走行等させる場合には、組電池の残容量（いわゆる、ＳＯＣ(State Of Charge)）が所定範囲内で変動するように、組電池の充放電を行っている。例えば、上記所定範囲の上限値として８０％に設定し、下限値として４０％に設定している。
【０００３】
また、車両のイグニッションスイッチがオフ状態となったときには、組電池のＳＯＣを所定値（例えば、上記所定範囲の中心に位置する値）に維持し、次回において車両を始動し易くしている。
【０００４】
ここで、車両が放置された状態（言い換えれば、エンジンが停止している状態）においては、一般的に、組電池のＳＯＣが高いほど、組電池の寿命が短くなってしまうことが知られている。特に、一般の車両では、放置された状態が全体の９０％を占めることもあり、組電池のＳＯＣを高い値に維持しておくことは、組電池の寿命を低下させてしまう。
【０００５】
そこで、特許文献１では、車両が非走行状態にあるときに、バッテリを強制的に放電することにより、バッテリの電圧値（ＳＯＣに相当する）を下げるようにしている。
【特許文献１】特開平１０−３０２８４４号公報（段落００２４−００４８、図２）
【特許文献２】特開２０００−１３４８１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した特許文献１のように、バッテリを強制的に放電させれば、車両の放置に伴うバッテリの劣化を抑制することができるものの、バッテリを単に放電させただけでは、放電時の電気エネルギが無駄になってしまう。
【０００７】
そこで、本発明は、放電時の電気エネルギを熱エネルギとして再利用して電気エネルギの無駄を省くことのできる蓄熱システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明である蓄熱システムは、充放電が可能な蓄電装置と、蓄電装置を放電させた際の電気エネルギを用いて発熱する発熱体と、発熱体の熱エネルギを用いて蓄熱するとともに、蓄熱された熱エネルギを蓄電装置に供給するための蓄熱手段とを有することを特徴とする。
【０００９】
ここで、蓄熱手段を蓄電装置に接触させて蓄電装置に熱エネルギを伝達することができる。また、蓄熱手段により、蓄電装置に導かれる熱交換媒体に対して熱エネルギを与えることができる。蓄熱手段としては、固相状態及び液相状態の間で変化して過冷却される蓄熱材を含む蓄熱体と、蓄熱体に対して振動を与えるための振動伝達体とで構成することができる。
【００１０】
一方、本発明である車両は、上述した蓄熱システムと、蓄熱手段の駆動を制御するコントローラとを有し、コントローラは、車両を始動させる際に、蓄熱手段から蓄電装置に対して熱エネルギを供給させることを特徴とする。
【００１１】
ここで、蓄熱手段は、車両に搭載された蓄電装置とは異なる搭載物に対して、熱エネルギを供給することができる。また、コントローラは、車両が始動していない場合に、蓄電装置の残容量が所定値に到達するまで、蓄電装置を放電させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、蓄電装置を放電させた際の電気エネルギを熱エネルギとして蓄熱手段に貯めておくことができるため、放電時のエネルギを無駄無く利用することができる。また、蓄熱手段で貯められた熱エネルギは、蓄電装置を温めるために用いることにより、低温時における蓄電装置の出力低下を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１４】
本発明の実施例１である蓄熱システムについて、図１及び図２を用いて説明する。ここで、図１は、本実施例の蓄熱システムの構成を示すブロック図であり、図２は、単電池の構成を示す外観図である。
【００１５】
図１において、電池パック１は、複数の単電池（二次電池）からなる組電池１０と、組電池１０を収容するパックケース１１とで構成されている。組電池１０には、複数の単電池がバスバーを介して電気的及び機械的に接続されたものである。組電池１０は、正極用及び負極用の配線（不図示）が接続されており、これらの配線は、パックケース１１を貫通して、電池パック１の外部に設けられた電子機器に接続されている。
【００１６】
本実施例の電池パック１は、車両に搭載されており、車両の走行に用いられるモータに対して電力を供給したり、車両の減速時における回生エネルギを用いて充電したりする。ここで、電池パック１の出力を用いて車両を走行させる構成は、公知の構成と同様であるため、詳細な説明については省略する。
【００１７】
一方、組電池１０の冷却効率（放熱効率）を向上させるためと、複数の単電池の間における短絡を防止するために、パックケース１１の内部に、組電池１０とともに液体を収容することができる。
【００１８】
この液体としては、絶縁性の油や不活性液体を用いることができる。絶縁性の油としては、シリコンオイルが用いられる。また、不活性液体（絶縁性を有する液体）としては、フッ素系不活性液体である、フロリナート、Ｎｏｖｅｃ  ＨＦＥ(hydrofluoroether)、Ｎｏｖｅｃ１２３０（スリーエム社製）を用いることができる。
【００１９】
ここで、図２を用いて、組電池１０を構成する単電池の構成について説明する。図２（Ａ）は、本実施例における単電池を側面から見たときの図であり、図２（Ｂ）は、本実施例における単電池を図２（Ａ）の矢印Ｘ方向（上方向）から見たときの図である。
【００２０】
単電池１０ａは、電池ケースと、電池ケースの内部に収容される発電要素とで構成されている。ここで、発電要素とは、正極体、負極体及び電解質で構成され、充放電が可能なものである。
【００２１】
例えば、単電池１０ａとしてニッケル−水素電池を用いた場合には、正極体のうち集電体上に形成される活物質として、ニッケル酸化物を用い、負極体のうち集電体上に形成される活物質として、ＭｍＮｉ（５−ｘ−ｙ−ｚ）ＡｌｘＭｎｙＣｏｚ（Ｍｍ：ミッシュメタル）等の水素吸蔵合金を用いることができる。そして、電解液としての水酸化カリウムを用いることができる。
【００２２】
また、リチウムイオン電池を用いた場合には、正極体のうち集電体上に形成される活物質として、リチウム−遷移金属複合酸化物を用い、負極体のうち集電体上に形成される活物質として、カーボンを用いることができる。そして、有機電解液を用いることができる。なお、本実施例では、二次電池を用いた場合について説明するが、電気二重層キャパシタ（コンデンサ）を用いることもできる。
【００２３】
単電池１０ａには、上述した発電要素に接続された正極用端子１０ｂ及び負極用端子１０ｃを有している。正極用端子１０ｂ及び負極用端子１０ｃは、他の単電池１０ａに設けられた正極用端子１０ｂや負極用端子１０ｃと、バスバーを介して電気的に接続される。
【００２４】
一方、単電池（蓄電装置）１０ａの外側面には、蓄熱体（発熱体）１２が配置されている。この蓄熱体１２は、後述するように、蓄熱した熱エネルギを利用して単電池１０ａを温めるために用いられ、図２（Ｂ）に示すように、単電池１０ａにおける４つの側面に接触している。ここで、蓄熱体１２は、単電池１０ａにおける少なくとも一部分に接触していればよく、この接触位置は適宜設定することができる。
【００２５】
なお、蓄熱体１２の熱によって単電池１０ａを温めることができれば、蓄熱体１２を単電池１０ａから離して配置することもできる。
【００２６】
本実施例では、組電池１０を構成する各単電池１０ａに対して蓄熱体１２を設けているが、複数の単電池１０ａが電気的に接続された１つの電池モジュールに対して、１つの蓄熱体１２を設けてもよい。ここで、単電池１０ａ毎の出力特性（充放電特性）のバラツキを抑制するためには、蓄熱体１２によって、組電池１０を構成するすべての単電池１０ａを温めるようにすることが好ましい。
【００２７】
蓄熱体１２は、蓄熱材を密閉状態となる容器内に充填したものである。蓄熱材としては、固相状態及び液相状態の間で変化し、過冷却される材料が用いられる。例えば、酢酸ナトリウム、硫酸ナトリウム、パラフィンを用いることができる。蓄熱材として用いる材料は、各材料の持つ凝固温度に基づいて決定することができる。
【００２８】
また、蓄熱体１２の内部には、電気ヒータ（発熱体）１３が設けられており、この電気ヒータ１３は、電池パック１（組電池１０）に接続されている。これにより、電気ヒータ１３には、組電池１０からの電流が流れるようになっている。電気ヒータ１３に電流が流れた場合には、電気ヒータ１３が発熱することにより、蓄熱体１２が加熱される。ここで、本実施例では、蓄熱体１２の内部に電気ヒータ１３を設けた場合について説明するが、これに限るものではない。すなわち、電気ヒータ１３によって蓄熱体１２を加熱することができればよく、例えば、蓄熱体１２の外表面に電気ヒータ１３を設けてもよい。
【００２９】
一方、蓄熱体１２の外表面には、振動体（振動伝達体）１４が設けられている。この振動体１４は、蓄熱体１２に対して振動を与えるために用いられる。振動体１４は、圧電素子（電気−機械エネルギ変換素子）によって構成されており、圧電素子に電圧を印加することにより、圧電素子を変形させて蓄熱体１２に振動を与えることができる。
【００３０】
なお、振動体１４としては、蓄熱体１２に振動を与えることができるものであればよく、上述した構成に限定されるものではない。例えば、蓄熱体１２に接触する位置と、蓄熱体１２から離れた位置との間で移動する移動部材（振動伝達体）を設け、この移動部材を蓄熱体１２に衝突させることにより、振動を発生させるようにすることもできる。
【００３１】
図１において、放電回路２は、電池パック１（組電池１０）を強制的に放電させるために用いられ、コントローラ４によって制御される。放電回路２は、具体的には、組電池１０及び電気ヒータ１３を接続する配線上に設けられ、スイッチ等によって構成することができる。
【００３２】
また、電池パック１には、電池パック１（組電池１０）の温度を検出するための第１の温度センサ３ａが設けられており、第１の温度センサ３ａの出力は、コントローラ４に入力される。コントローラ４は、第１の温度センサ３ａの出力に基づいて電池パック１の温度を検出する。なお、本実施例では、電池パック１に取り付けた第１の温度センサ３ａによって電池パック１の温度を直接、検出するようにしているが、これに限るものではない。すなわち、電池パック１の温度を間接的に検出できるものであってもよい。
【００３３】
一方、第２の温度センサ３ｂは、電池パック１の外部における温度（いわゆる環境温度）を検出するために用いられる。コントローラ４は、第２の温度センサ３ｂの出力に基づいて環境温度を検出する。なお、第２の温度センサ３ｂを用いずに、間接的に環境温度を検出できるものであってもよい。
【００３４】
コントローラ４は、所定情報を記憶するためのメモリ４ａを有している。この所定情報の内容については、後述する。ここで、コントローラ４５は、後述する電池パック１の放電制御や、放電回路２及び振動体１４の駆動制御の他にも、車両の走行状態を制御するために用いることもできる。
【００３５】
次に、上述したコントローラ４の制御について、図３を用いて説明する。ここで、図３に示す処理は、電池パック１を強制的に放電させるための処理である。この処理は、車両のエンジンが停止したとき（言い換えれば、イグニッションスイッチがオフ状態のとき）に開始される。
【００３６】
ステップＳ１０において、コントローラ４は、第１の温度センサ３ａの出力に基づいて電池パック１の温度を検出するとともに、第２の温度センサ３ｂの出力に基づいて環境温度（いわゆる外気温）を検出する。ステップＳ１１において、ステップＳ１０で検出された電池パック１の温度及び環境温度が略等しいか否かを判別し、略等しい場合には、ステップＳ１２に進み、そうでない場合にはステップＳ１０に戻る。ここでいう略等しいとは、完全に一致しているだけでなく、許容される温度差を含むものである。
【００３７】
ステップＳ１２において、コントローラ４は、車両（エンジン）を始動させるために必要な電池パック１におけるＳＯＣの下限値（以下、最低ＳＯＣという）を決定する。具体的には、コントローラ４のメモリ４ａには、図４に示すデータテーブル（上述した所定情報）が記憶されており、このデータテーブルを用いて最低ＳＯＣが決定される。
【００３８】
ここで、図４は、電池パック１の最低ＳＯＣと温度との関係を示す図である。図４に示すように、電池パック１の最低ＳＯＣは、温度が高くなるにつれて低くなる。また、図４に示す最低ＳＯＣのラインに対して上側の領域は、車両を始動させることができる領域を示し、下側の領域は、車両を始動させることができない領域を示している。各温度に対する最低ＳＯＣは、予め求めておくことができる。
【００３９】
なお、本実施例では、図４に示す最低ＳＯＣのデータテーブルをメモリ４ａに記憶させているが、これに限るものではない。すなわち、図３のステップＳ１０で検出された温度に基づいて、最低ＳＯＣを演算によって求めるようにしてもよい。
【００４０】
また、本実施例では、ステップＳ１１で説明したように、環境温度及び電池パック１の温度を比較しているが、これに限るものではない。例えば、エンジンが停止したタイミングから所定時間が経過した後に、電池パック１の温度を検出し、この検出された温度に基づいて最低ＳＯＣを決定することもできる。
【００４１】
ここで、所定時間の測定は、例えば、コントローラ４に設けたタイマによって行うことができる。また、所定時間とは、車両が放置されることによって単電池１０ａに劣化が生じ始める前までの時間である。
【００４２】
さらに、本実施例では、図４に示すように、エンジンの始動が可能な領域と、エンジンの始動が不可能な領域との境界に位置する最低ＳＯＣを設定しているが、これに限るものではない。具体的には、図４に示す最低ＳＯＣよりも高いＳＯＣを設定するようにしてもよい。但し、設定されるＳＯＣは、図４に示す最低ＳＯＣに近いことが好ましい。
【００４３】
一方、図３のステップＳ１３では、現在における電池パック１のＳＯＣが、ステップＳ１２で決定された最低ＳＯＣとなるように、電池パック１の放電を行う。ここでは、現在のＳＯＣが最低ＳＯＣよりも高くなっている。具体的には、コントローラ４は、放電回路２をオフ状態からオン状態に切り換えることにより、電池パック１を強制的に放電させる。
【００４４】
このように電池パック１のＳＯＣが最低ＳＯＣとなるように電池パック１の放電を行うことにより、ＳＯＣが高い状態のままで電池パック１が長時間放置されることによる劣化を抑制することができる。
【００４５】
電池パック１から放電された電流は、放電回路２を介して電気ヒータ１３に供給される。これにより、電気ヒータ１３は、発熱することになる。ここで、電池パック１の電圧値を直接、電気ヒータ１３に供給することもできるし、ＤＣ／ＤＣコンバータによって電池パック１の電圧値を低電圧値に変換してから電気ヒータ１３に供給することもできる。
【００４６】
電気ヒータ１３が発熱すると、電気ヒータ１３と接触している蓄熱体１２に含まれる蓄熱材が温められ、蓄熱材の温度が上昇していく。ここで、電気ヒータ１３への通電が行われる前においては、蓄熱材が固相状態となっている。
【００４７】
蓄熱材の温度が上昇していくと、蓄熱材は、固相状態から液相状態に変化（融解）する。そして、蓄熱材の温度は、電気ヒータ１３の発熱量に応じた温度まで上昇する。
【００４８】
電池パック１のＳＯＣが最低ＳＯＣに到達して電池パック１の放電が停止されると、電気ヒータ１３への通電も停止する。ここで、電池パック１の放電停止は、放電回路２をオン状態からオフ状態に切り替えることによって行われる。
【００４９】
電気ヒータ１３への通電が停止した後は、蓄熱体１２の放熱が開始されることになる。すなわち、蓄熱体１２の温度は、環境温度に応じて低下していくことになる。ここで、蓄熱材は、上述したように過冷却が可能な材料であるため、蓄熱材は、徐々に冷却されることにより、液相のままで過冷却の状態となる。この状態において、蓄熱体１２（蓄熱材）は、融解熱に相当する熱量を蓄えていることになる。
【００５０】
次に、車両を始動させる際の動作について、図５に示すフローチャートを用いて説明する。
【００５１】
ステップＳ２０において、コントローラ４は、第１の温度センサ３ａの出力に基づいて電池パック１の温度を検出する。ステップＳ２１では、ステップＳ２０で検出された温度が所定値以下であるか否かを判別する。この所定値とは、図３のステップＳ１２で決定された最低ＳＯＣに対応する温度を示す。
【００５２】
ステップＳ２１において、電池パック１の検出温度が所定値以下である場合には、ステップＳ２２に進み、そうでない場合にはステップＳ２３に進む。ステップＳ２２において、コントローラ４は、振動体１４を駆動することによって、蓄熱体１２に振動（外力）を与える。
【００５３】
ここで、振動体１４によって振動を与える前においては、図３のステップＳ１３で説明したように、蓄熱体１２の蓄熱材は、液相状態であって、かつ過冷却の状態にある。この状態の蓄熱材に対して振動を与えると、過冷却の状態が解除され、蓄熱材は液相状態から固相状態に変化する。そして、蓄熱体１２からは融解熱に相当する熱量が放出される。
【００５４】
蓄熱体１２は、図２に示すように、単電池１０ａに接触しているため、蓄熱体１２から発生した熱は単電池１０ａに伝達され、単電池１０ａが温められる。単電池１０ａが温められると、単電池１０ａの出力を上昇させることができ、エンジンを始動させるのに必要な出力を得ることができる。
【００５５】
なお、本実施例では、電池パック１の検出温度に応じて振動体１４を駆動したり、駆動しなかったりしているが、電池パック１の温度に拘わらず、エンジンを始動させるときには常に振動体１４を駆動させてもよい。この場合には、電池パック１（単電池１０ａ）が蓄熱体１２からの熱によって温められ、単電池１０ａの出力を上昇させることができる。これにより、エンジンの始動を容易に行うことができる。
【実施例２】
【００５６】
次に、本発明の実施例２である蓄熱システムについて図６を用いて説明する。ここで、図６は、電池パックに対して気体を供給するための構成を示す概略図である。なお、実施例１で説明した部材と同一の機能を有する部材については同一符号を用い、詳細な説明は省略する。
【００５７】
ダクト５は、電池パック１に対して気体（例えば、空気）を供給するとともに、車両に搭載されたシートに対して気体を供給する。ここで、ダクト５の上流側には、ダクト５の内部に気体を取り込むためのファン（不図示）が配置されている。また、ダクト５は、電池パック１に気体を導く経路と、シートに気体を導く経路とに分岐されている。この分岐部分には、切換部材６が設けられている。
【００５８】
切換部材６は回動軸６ａを中心として回動可能であり、ダクト５の上流側からの気体を電池パック１に導く経路を形成する位置と、上記気体をシートに導く経路を形成する位置との間で移動可能となっている。切換部材６の駆動は、実施例１で説明したコントローラ４によって制御される。
【００５９】
ダクト５のうち、分岐部分よりも上流側には、蓄熱体１２が設けられている。この蓄熱体１２には、実施例１と同様に、電気ヒータ１３及び振動体１４が設けられている。具体的には、蓄熱体１２は、ダクト５の外周上に配置されており、ダクト５を通過する気体に対して熱エネルギを与えることができる。
【００６０】
実施例１で説明したように、過冷却の状態にある蓄熱体１２に対して振動を与えると、蓄熱体１２からは熱が放出され、この熱によって、ダクト５を通過する気体が温められる。この温められた気体を電池パック１に導けば、電池パック１を温めることができ、シートに導けば、シートを温めることができる。
【００６１】
なお、蓄熱体１２からの熱伝達を行わない場合には、ダクト５に取り込まれた気体を電池パック１に導くことにより、電池パック１を冷却することもできる。このようにダクト５を通過して電池パック１等に導かれる気体は、熱交換媒体として機能する。ここで、電池パック１において熱交換された気体は、車両の内部（車室内）又は外部に排出される。
【００６２】
本実施例では、熱交換媒体としての気体をダクト５を介して電池パック１及びシートに導いているが、これに限るものではない。すなわち、シート以外の車両に搭載される搭載物に対して気体を導いたり、車室内に気体（蓄熱体１２からの熱を受けた気体）を送り込むようにしたりすることができる。また、気体の代わりに液体（熱交換媒体）を電池パック１等に導くようにしてもよい。
【００６３】
本実施例によれば、電池パック１を放電させた際の電気エネルギを熱エネルギとして再利用し、電池パック１やシート等の車両搭載物を温めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施例１である蓄熱システムに用いられる回路構成を示すブロック図である。
【図２】実施例１における単電池の構成を示す側面図（Ａ）及び上面図（Ｂ）である。
【図３】実施例１において、電池パックの放電処理を示すフローチャートである。
【図４】電池パックの最低ＳＯＣ及び温度の関係を示す図である。
【図５】実施例１において、車両を始動させる際の処理を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施例２である蓄熱システムの構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【００６５】
１：電池パック
４：コントローラ
１０：組電池
１０ａ：単電池（蓄電装置）
１２：蓄熱体（蓄熱手段）
１３：電気ヒータ（発熱体）
１４：振動体（振動伝達体）
【図１】
2009004164.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2009004164.tif 000006
【図５】
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【図６】
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