JP2019193501A - 電池温調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２次電池のリップル昇温における放熱ロスを抑制することができる電池温調装置を提供する。【解決手段】電池温調装置１は、充放電可能な２次電池１０の充放電を制御することで、２次電池１０に流れるリップル電流によって２次電池１０を自己発熱させる。２次電池１０は、当該２次電池１０から放出される熱を断熱する断熱部１２を含む。これにより、２次電池１０の熱が断熱部１２によって外部環境に逃げにくくなり、２次電池１０のリップル昇温における放熱ロスを抑制する。【選択図】図１

Description

本発明は、電池温調装置に関する。

一般に、温度が過度に低下した２次電池は最大出力が著しく低下するので、負荷に対する十分な電力を供給することが困難である。このため、２次電池の加熱が必要になる。しかし、２次電池が持つ電気エネルギを用いて２次電池そのものを加熱する場合、２次電池単独では十分な出力を得ることができず、迅速な加熱が困難であった。

そこで、外部回路を用いて２次電池の充放電を繰り返すことにより、出力が著しく低下した２次電池に大電流を発生させ、２次電池の内部抵抗による自己発熱で昇温する技術が、例えば特許文献１で提案されている。

特許第５８６５７３６号公報

しかしながら、上記従来の技術のように、２次電池の充放電を繰り返すリップル昇温の方法を用いて２次電池を加熱する場合、リップル昇温によって発生した熱の一部が２次電池から外部環境に放熱される。このため、放熱ロスが生じてしまう。

本発明は上記点に鑑み、２次電池のリップル昇温における放熱ロスを抑制することができる電池温調装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、充放電可能な２次電池（１０）の充放電を制御することで２次電池に流れるリップル電流によって２次電池を自己発熱させる電池温調装置であって、２次電池の外側に配置され、２次電池から放出される熱を断熱する断熱部（１２）を含む。

これによると、２次電池の熱が断熱部によって外部環境に逃げにくくなる。したがって、２次電池のリップル昇温における放熱ロスを抑制することができる。

請求項３に記載の発明では、充放電可能な２次電池（１０）の充放電を制御することで２次電池に流れるリップル電流によって２次電池を自己発熱させる電池温調装置であって、２次電池から放出される熱を蓄熱する蓄熱部（１４）を含む。

これによると、２次電池の熱が蓄熱部に蓄熱され外部環境に逃げにくくなり、一旦蓄熱した熱エネルギを２次電池やその他の機器で利用することができる。したがって、２次電池のリップル昇温における放熱ロスを抑制することができる。

請求項５に記載の発明では、充放電可能な２次電池（１０）の充放電を制御することで２次電池に流れるリップル電流によって２次電池を自己発熱させる電流発生装置（４５、４６）と、熱媒体が循環すると共に、電流発生装置で発生する熱を熱媒体で受け取る熱媒体回路（２８、４０）と、を含む。

これによると、電流発生装置で発生する熱が、熱媒体回路に受け渡されるので、リップル電流を発生させるために生じる熱を熱媒体回路において利用することができる。したがって、２次電池のリップル昇温における放熱ロスを抑制することができる。

なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

第１実施形態に係る電池温調装置を示した図である。 インバータの回路図である。 電池温調装置に含まれる制御装置を説明するための図である。 断熱部の効果を説明するための図である。 第２実施形態に係る２次電池を示した図である。 第３実施形態に係る２次電池を示した図である。 第４実施形態に係る電池温調装置の一部を示した図である。 第４実施形態に係るインバータの駆動方式を示した図である。 第５実施形態に係る電池温調装置の一部を示した図である。 第６実施形態に係る電池温調装置の一部を示した図である。 第７実施形態に係る電池温調装置を示した図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
以下、実施形態について図に基づいて説明する。図１に示された電池温調装置１は、車両に搭載された２次電池１０を適切な温度に調整する装置である。電池温調装置１は、２次電池１０の充放電を制御することで２次電池１０に流れるリップル電流によって２次電池１０を自己発熱させる機能を有する。また、電池温調装置１は、車室内空間を適切な温度に調整する空調装置としても機能する。

電池温調装置１は、走行用電動モータから車両走行用の駆動力を得る電気自動車に搭載される。電気自動車は、車両停車時に外部電源から供給された電力を、車両に搭載された２次電池１０に充電可能となっている。外部電源は例えば商用電源である。２次電池１０に蓄えられた電力は、走行用電動モータのみならず、電池温調装置１を構成する電動式構成機器をはじめとする各種車載機器に供給される。

２次電池１０は、充放電可能な複数の電池セル１１を有する。各電池セル１１としては、例えばリチウムイオン電池を用いることができる。この種の電池は、低温になると化学反応が進みにくく充放電に関して十分な性能を発揮することができない。一方、この種の電池は、高温になると劣化が進行しやすい。したがって、各電池セル１１の温度は、充分な性能を発揮できる適正な温度の範囲内に調整される。

また、電池温調装置１は、２次電池１０から放出される熱を断熱するための断熱部１２を有する。断熱部１２として、例えば真空断熱材、グラスウール、発泡ポリウレタン等の材料が用いられる。

断熱部１２は、２次電池１０の外側に配置されている。断熱部１２は、２次電池１０の一部、または全体を覆っている。なお、配線は断熱部１２を貫通している。

電池温調装置１は、冷凍サイクル装置２０を有している。以下、冷凍サイクル装置２０を構成する各構成機器について説明する。

圧縮機２１は、冷凍サイクル装置２０において、冷媒を吸入し、圧縮して吐出するものである。圧縮機２１は、車両ボンネット内に配置されている。圧縮機２１は、吐出容量が固定された固定容量型の圧縮機構を電動モータにて回転駆動する電動圧縮機である。圧縮機２１は、後述する制御装置７０から出力される制御信号によって、回転数（すなわち冷媒吐出能力）が制御される。

圧縮機２１の吐出口には、高温側水−冷媒熱交換器２２の冷媒通路の入口側が接続されている。高温側水−冷媒熱交換器２２は、圧縮機２１から吐出された高圧冷媒と高温冷却水回路３０を循環する高温側熱媒体とを熱交換させて、高温側熱媒体を加熱する熱交換器である。高温側熱媒体としては、エチレングリコールを含む溶液、不凍液等を採用することができる。

ここで、高温冷却水回路３０は、高温側熱媒体を循環させる高温側の水回路である。高温冷却水回路３０は、高温側循環流路３１を有している。高温側循環流路３１は、高温側熱媒体として高温側冷却水が循環する冷却水流路である。高温側循環流路３１には、高温側水−冷媒熱交換器２２の水通路、高温側ラジエータ３２、高温側ポンプ３３、高温側電気ヒータ３４、高温側ヒータコア３５等が配置されている。

高温側ラジエータ３２は、車両ボンネット内の前方側に配置されている。高温側ラジエータ３２は、高温側水−冷媒熱交換器２２等と一体的に形成されていても良い。高温側ラジエータ３２は、高温側水−冷媒熱交換器２２にて加熱された高温側熱媒体と図示しない外気ファンから送風された外気とを熱交換させて、高温側熱媒体の有する熱を外気に放熱させる熱交換器である。

高温側ポンプ３３は、高温冷却水回路３０において、高温側熱媒体を高温側電気ヒータ３４へ圧送する高温側水ポンプである。高温側ポンプ３３は、制御装置７０から出力される制御電圧によって、回転数（すなわち水圧送能力）が制御される電動ポンプである。

高温側電気ヒータ３４は、電力が供給されることによって発熱し、高温側ポンプ３３から圧送される高温冷却水回路３０の高温側熱媒体を加熱する補助加熱器である。

高温側ヒータコア３５は、後述する空調ケーシング内に配置されている。高温側ヒータコア３５は、高温側電気ヒータ３４にて加熱された高温側熱媒体と送風空気とを熱交換させて、送風空気を加熱する熱交換器である。

つまり、本実施形態では、高温冷却水回路３０に配置された高温側ポンプ３３、高温側電気ヒータ３４、高温側ヒータコア３５、高温側水−冷媒熱交換器２２等によって、圧縮機２１から吐出された冷媒を熱源として送風空気を加熱する加熱部が構成されている。

なお、高温冷却水回路３０は、高温側ラジエータ３２に並列に接続された経路を有する。当該経路は高温側ラジエータ３２を迂回する経路である。当該迂回経路と高温側ラジエータ３２の経路との分岐点には図示しないサーモスタット弁が設けられている。これにより、高温冷却水回路３０の高温側熱媒体の温度に応じて、高温側熱媒体が高温側ラジエータ３２の経路または迂回経路に流れるようになっている。

次に、高温側水−冷媒熱交換器２２の冷媒通路の出口には、分岐部２３ａの流入口側が接続されている。分岐部２３ａは、高温側水−冷媒熱交換器２２から流出した冷媒の流れを分岐するものである。分岐部２３ａは、互いに連通する３つの流入出口が有する三方継手構造のもので、３つの流入出口のうち１つを冷媒流入口とし、残りの２つを冷媒流出口としたものである。

なお、高温側水−冷媒熱交換器２２の冷媒通路の出口には、レシーバが接続されていても良い。レシーバは、高温側水−冷媒熱交換器２２から流出した高圧冷媒の気液を分離して分離された液相冷媒を下流側へ流出させると共に、サイクルの余剰冷媒を液相冷媒として貯える気液分離部である。レシーバは、有底筒状の容器である。レシーバは、高温側水−冷媒熱交換器２２等と一体的に形成されていても良い。

分岐部２３ａの一方の流出口には、冷房用膨張弁２４ａの入口側が接続されている。分岐部２３ａの他方の流出口には、吸熱用膨張弁２４ｂの入口側が接続されている。

冷房用膨張弁２４ａは、少なくとも冷房モード時及び除湿暖房モード時に、高温側水−冷媒熱交換器２２から流出した冷媒を減圧させる減圧部であると共に、室内蒸発器２５へ流入する冷媒の流量を調整する冷房用流量調整部である。

冷房用膨張弁２４ａは、絞り開度を変更可能に構成された弁体と、この弁体の開度を変化させる電動アクチュエータ（具体的には、ステッピングモータ）とを有して構成される電気式の可変絞り機構である。冷房用膨張弁２４ａは、制御装置７０から出力される制御信号（制御パルス）によって、その作動が制御される。冷房用膨張弁２４ａは、弁開度を全閉とすることで冷媒通路を閉塞する全閉機能を有している。

冷房用膨張弁２４ａの出口には、室内蒸発器２５の冷媒入口側が接続されている。室内蒸発器２５は、空調ケーシング内に配置されている。より詳細には、室内蒸発器２５は、高温側ヒータコア３５よりも送風空気流れ上流側に配置されている。

室内蒸発器２５は、少なくとも冷房モード時及び除湿暖房モード時に、冷房用膨張弁２４ａにて減圧された低圧冷媒と送風空気とを熱交換させて低圧冷媒を蒸発させ、送風空気を冷却する冷却用蒸発部である。

室内蒸発器２５の冷媒出口には、蒸発圧力調整弁２６の入口側が接続されている。蒸発圧力調整弁２６は、室内蒸発器２５における冷媒蒸発圧力を予め定めた基準圧力以上に維持する蒸発圧力調整部である。蒸発圧力調整弁２６は、室内蒸発器２５の出口側の冷媒圧力の上昇に伴って、弁開度を増加させる機械式の可変絞り機構で構成されている。

本実施形態では、蒸発圧力調整弁２６として、室内蒸発器２５における冷媒蒸発温度を、室内蒸発器２５の着霜を抑制可能な基準温度（本実施形態では、１℃）以上に維持するものを採用している。

蒸発圧力調整弁２６の出口には、合流部２３ｂの一方の流入口側が接続されている。合流部２３ｂは、蒸発圧力調整弁２６から流出した冷媒の流れとチラー２７から流出した冷媒の流れとを合流させるものである。合流部２３ｂの基本的構成は、分岐部２３ａと同様である。すなわち、合流部は、三方継手構造のもので、３つの流入出口のうち２つを冷媒流入口とし、残りの１つを冷媒流出口としたものである。

吸熱用膨張弁２４ｂは、少なくとも暖房モード時に、高温側水−冷媒熱交換器２２から流出した冷媒を減圧させる減圧部であると共に、チラー２７へ流入する冷媒の流量を調整する吸熱用流量調整部である。吸熱用膨張弁２４ｂの基本的構成は、冷房用膨張弁２４ａと同様である。

吸熱用膨張弁２４ｂの出口には、チラー２７の冷媒通路の入口側が接続されている。チラー２７は、少なくとも暖房モード時に、吸熱用膨張弁２４ｂにて減圧された低圧冷媒と低温冷却水回路４０を循環する低温側熱媒体とを熱交換させ、低圧冷媒を蒸発させて冷媒に吸熱作用を発揮させる吸熱用蒸発部である。低温側熱媒体としては、エチレングリコールを含む溶液、不凍液等を採用することができる。

すなわち、冷凍サイクル装置２０が構成する冷媒回路は、冷媒が循環することによって低温側である低温冷却水回路４０から高温側である当該冷媒回路に熱をくみ上げるヒートポンプ回路２８である。つまり、低温冷却水回路４０を循環する冷却水の熱は、ヒートポンプ回路２８を循環する冷媒に受け渡される。チラー２７は、冷却水から冷媒に吸熱させる役割を果たす。このように、冷却水の熱は、チラー２７を介して低温冷却水回路４０からヒートポンプ回路２８に受け渡される。

チラー２７の冷媒通路の出口には、合流部２３ｂの他方の流入口側が接続されている。合流部２３ｂの流出口には、圧縮機２１の吸入口側が接続されている。

ここで、低温冷却水回路４０は、低温側熱媒体を循環させる低温側の水回路である。低温冷却水回路４０は、低温側循環流路４１及び電池流路４２を有している。低温側循環流路４１は、低温側熱媒体として低温側冷却水が循環する流路である。低温側循環流路４１には、低温側熱媒体ポンプ４３、チラー２７、低温側電気ヒータ４４、インバータ４５、モータジェネレータ４６、及び低温側ラジエータ４７が配置されている。

低温側熱媒体ポンプ４３は、低温冷却水回路４０において、低温側熱媒体をチラー２７の水通路の入口側へ圧送する低温側水ポンプである。低温側熱媒体ポンプ４３の基本的構成は、高温側ポンプ３３と同様である。

低温側電気ヒータ４４は、電力が供給されることによって発熱し、低温冷却水回路４０の冷却水を加熱する補助加熱器である。

インバータ４５は、２次電池１０から供給された直流電力を交流電力に変換してモータジェネレータ４６に出力する電力変換装置である。モータジェネレータ４６は、インバータ４５から出力された電力を利用して走行用駆動力を発生すると共に、減速中や降坂中に回生電力を発生させる。インバータ４５及びモータジェネレータ４６は、低温冷却水回路４０の冷却水によって、十分な性能を発揮できる適正な温度帯の範囲内に調整される。

図２に示されるように、モータジェネレータ４６は、例えば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３つのコイルが中性点で連結された３相回転機である。モータジェネレータ４６のうち中性点側ではない各端子は、インバータ４５を介して２次電池１０に接続されている。

インバータ４５は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の交流の電圧及び電流を発生させて高電圧のモータジェネレータ４６を駆動する。このため、インバータ４５は、Ｕ相アーム４８、Ｖ相アーム４９、Ｗ相アーム５０を有する。これら各アーム４８〜５０は、正極側配線５１と負極側配線５２との間に並列に接続されている。

各アーム４８〜５０は、直列に接続された２つのスイッチング素子５３、５４を有する。第１スイッチング素子５３は、正極側配線５１に接続されている。第２スイッチング素子５４は、第１スイッチング素子５３と負極側配線５２との間に接続されている。

各スイッチング素子５３、５４のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオード５５がそれぞれ接続されている。また、各スイッチング素子５３、５４の接続点は、モータジェネレータ４６の各端子に接続されている。各スイッチング素子５３、５４は例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）であり、各ダイオード５５はＦＷＤ（Free Wheeling Diode）である。

インバータ４５の正極側配線５１には、リレー５６を介して２次電池１０の正極が接続されている。また、インバータ４５の正極側配線５１と負極側配線５２との間には平滑コンデンサ５７が接続されている。

２次電池１０の正極は、リレー５８を介してＵ相に対応した各スイッチング素子５３、５４の接続点に接続されている。リレー５６、５８として、例えば可動接点形の電磁形リレーが用いられる。各スイッチング素子５３、５４及び各リレー５６、５８は後述する制御装置７０からの操作信号によって電子操作される。

低温側ラジエータ４７は、チラー２７等と一体的に形成されて、車両ボンネット内の前方側に配置されている。低温側ラジエータ４７は、チラー２７にて冷却された低温側熱媒体と外気ファンから送風された外気とを熱交換させて、低温側熱媒体に外気から吸熱させる熱交換器である。

なお、低温冷却水回路４０は、低温側ラジエータ４７に並列に接続された経路を有する。当該経路は低温側ラジエータ４７を迂回する経路である。当該迂回経路と低温側ラジエータ４７の経路との分岐点には図示しないサーモスタット弁が設けられている。これにより、低温冷却水回路４０の低温側熱媒体の温度に応じて、低温側熱媒体が低温側ラジエータ４７の経路または迂回経路に流れるようになっている。

低温側循環流路４１と電池流路４２との接続部には、第１三方弁５９及び第２三方弁６０が配置されている。第１三方弁５９は、低温側循環流路４１の冷却水が電池流路４２に流入する状態と流入しない状態とを切り替える電磁弁である。第２三方弁６０は、電池流路４２の冷却水が低温側循環流路４１へ流出する状態と流出しない状態とを切り替える電磁弁である。よって、低温冷却水回路４０は、２次電池１０の熱を熱媒体である冷却水で受け取る熱媒体回路であると言える。同様に、冷凍サイクル装置２０が構成する冷媒回路は、チラー２７を介して冷却水の熱を熱媒体である冷媒で受け取る熱媒体回路であると言える。

上記の構成において、室内蒸発器２５及びヒータコア３５は、図示しない空調ケーシングに収容される。ヒータコア３５は、空調ケーシング内の空気通路において、室内蒸発器２５の空気流れ下流側に配置される。空調ケーシングには内気及び外気が切り替え導入されるようになっている。空調ケーシングに導入された内気及び外気は、図示しない送風機によって室内蒸発器２５及びヒータコア３５に送風される。

空調ケーシング内の空気通路において室内蒸発器２５とヒータコア３５との間には、図示しないエアミックスドアが配置されている。エアミックスドアは、室内蒸発器２５を通過した冷風のうちヒータコア３５に流入する冷風と、ヒータコア３５をバイパスして流れる冷風との風量割合を調整する。

エアミックスドアによって温度調整された空調風は、空調ケーシングに形成された図示しない吹出口から車室内へ吹き出される。

上記の電池温調装置１は図３に示された制御装置７０によって制御される。制御装置７０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路を有する。制御装置７０は、ＲＯＭに記憶された制御プログラムに従って、空調制御、２次電池１０の温度制御、２次電池１０の昇温制御等を行う。

制御装置７０の入力側には、電池温度センサ１３や図示しない各種スイッチが接続されている。電池温度センサ１３は、２次電池１０の温度を検出するセンサである。各種スイッチは、車内空調に関するスイッチである。制御装置７０の出力側には、圧縮機２１、冷房用膨張弁２４ａ、吸熱用膨張弁２４ｂ、高温側ポンプ３３、低温側ポンプ４３、第１三方弁５９、第２三方弁６０等の制御対象機器が接続されている。制御装置７０は、これらの制御対象機器の動作を制御する。

次に、電池温調装置１の空調制御について説明する。冷凍サイクル装置２０の低圧側冷媒が室内蒸発器２５を流れるので、車室内へ送風される空気が室内蒸発器２５で冷却される。

また、冷凍サイクル装置２０の高圧側冷媒が高温側水−冷媒熱交換器２２を流れるので、高温冷却水回路３０の冷却水が高温側水−冷媒熱交換器２２で加熱される。高温側水−冷媒熱交換器２２で加熱された高温冷却水回路３０の冷却水がヒータコア３５を流れるので、車室内へ送風される空気がヒータコア３５で加熱される。

室内蒸発器２５を通過した冷風のうちヒータコア３５に流入する冷風と、ヒータコア３５をバイパスして流れる冷風との風量割合を図示しないエアミックスドアで調整することによって、車室内空間を適切な温度に調整できる。

低外気温環境下における車両の始動時等、高温側水−冷媒熱交換器２２で加熱された高温冷却水回路３０の冷却水の温度が十分に上昇していない場合、高温側電気ヒータ３４によって高温冷却水回路３０の冷却水の温度を上昇させる。

高温冷却水回路３０の冷却水の熱量に余剰がある場合、高温側ラジエータ３２にて余剰熱を外気に放出する。

低外気温環境下における車両の始動時等、２次電池１０、インバータ４５、及びモータジェネレータ４６を暖機する必要がある場合、低温側電気ヒータ４４によって低温冷却水回路４０の冷却水の温度を上昇させる。

低温冷却水回路４０の冷却水の熱量に余剰がある場合、低温側ラジエータ４７にて余剰熱を外気に放出する。

続いて、２次電池１０の昇温制御について説明する。車両が極低温の環境下に置かれることで２次電池１０が冷えた状態になっていると、車両の始動時に２次電池１０から十分な出力が得られない。そこで、制御装置７０は、インバータ４５を駆動することで２次電池１０の充放電を制御することで２次電池１０に流れるリップル電流によって２次電池１０を自己発熱させるリップル昇温制御を行う。

リップル昇温制御は、電池温度センサ１３によって検出される２次電池１０の温度や、２次電池１０に含まれる監視装置によって検出される各電池セル１１のセル電圧に基づいて行われる。そして、制御装置７０は、２次電池１０の温度が低いと判定した場合、２次電池１０から平滑コンデンサ５７への電気エネルギの移動処理と、平滑コンデンサ５７から２次電池１０への電気エネルギの移動処理と、を行う。つまり、制御装置７０は、２次電池１０の充放電による内部抵抗での発熱を狙ったリップル昇温制御を行う。

２次電池１０から平滑コンデンサ５７への電気エネルギの移動処理は、２次電池１０の電圧を昇圧して平滑コンデンサ５７に印加する昇圧処理となる。まず、リレー５６を開状態とし、リレー５８を閉状態とする。そして、制御装置７０は、リレー５８によって２次電池１０に接続されないレッグであるＶ相及びＷ相について、下側アームの第２スイッチング素子５４をオンする。これにより、２次電池１０、リレー５８、モータジェネレータ４６、Ｖ相及びＷ相の第２スイッチング素子５４を備えるループ経路に電流が流れ、モータジェネレータ４６に電気エネルギが蓄えられる。

次に、制御装置７０はＶ相及びＷ相の第２スイッチング素子５４をオフすることで、モータジェネレータ４６、Ｖ相及びＷ相の上アームのダイオード５５、平滑コンデンサ５７、２次電池１０、及びリレー５８を備えるループ経路に電流が流れ、平滑コンデンサ５７が充電される。

一方、平滑コンデンサ５７から２次電池１０への電気エネルギの移動処理は、平滑コンデンサ５７の電圧を降圧して２次電池１０に印加する降圧処理となる。まず、制御装置７０は、リレー５８によって２次電池１０に接続されないレッグであるＶ相及びＷ相について、上側アームの第１スイッチング素子５３をオンする。これにより、平滑コンデンサ５７、Ｖ相及びＷ相の第１スイッチング素子５３、モータジェネレータ４６、リレー５８、２次電池１０を備えるループ経路に電流が流れ、モータジェネレータ４６に電気エネルギが蓄えられる。

次に、制御装置７０は、Ｖ相及びＷ相の第１スイッチング素子５３をオフすることで、モータジェネレータ４６、リレー５８、２次電池１０、Ｖ相及びＷ相の下アームのダイオード５５を備えるループ経路に電流が流れる。

以上のように、２次電池１０と平滑コンデンサ５７との間で電気エネルギの移動処理を高周波数で行う。これにより、２次電池１０のエネルギ消費を抑制しつつ、２次電池１０を昇温することができる。インバータ４５及びモータジェネレータ４６は、リップル電流によって２次電池１０を自己発熱させる電流発生装置を構成していると言える。なお、上記のリップル昇温制御は、インバータ４５とモータジェネレータ４６とを組み合わせたモータ＋インバータ方式である。

そして、本実施形態では、２次電池１０が断熱部１２で覆われた断熱構造を有している。これにより、図４に示されるように、２次電池１０から外部環境への放熱を抑えることができる。これにより、以下の効果が得られる。

まず、リップル昇温制御によって昇温された２次電池１０の熱が断熱部１２によって外部環境に逃げにくくなるので、２次電池１０のリップル昇温における放熱ロスを抑制することができる。

断熱部１２によって２次電池１０が温まりやすくなるので、２次電池１０の昇温速度を向上させることができる。また、リップル電流を流すための昇温エネルギを低減することができる。このため、２次電池１０の電力を必要以上に消費しないので、車両の航続距離の低下を抑制することができる。

２次電池１０の熱が断熱部１２によって外部環境に逃げにくくなるので、２次電池１０の温度低下を抑制することができる。２次電池１０の熱を低温冷却水回路４０の冷却水で回収することで、ヒートポンプ回路２８等で有効利用することができる。

変形例として、２次電池１０の外側に配置される断熱部１２は、２次電池１０の外側の一部に配置されていても良い。断熱部１２が２次電池１０の一部を覆う形態であっても、２次電池１０から外気への放熱を抑えることができる。よって、２次電池１０の全体を覆うことができない場合においても断熱部１２は有効である。

なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、低温冷却水回路４０及びヒートポンプ回路２８が特許請求の範囲の「熱媒体回路」に対応する。また、インバータ４５及びモータジェネレータ４６が特許請求の範囲の「電流発生装置」に対応する。

さらに、スイッチング素子５３、５４及びダイオード５５が特許請求の範囲の「電流切替え手段」に対応し、モータジェネレータ４６のコイル及び平滑コンデンサ５７が特許請求の範囲の「蓄電手段」に対応する。

（第２実施形態）
本実施形態では、主に第１実施形態と異なる部分について説明する。図５に示されるように、電池温調装置１は、２次電池１０から放出される熱を蓄熱するための蓄熱部１４を有する。蓄熱部１４は、蓄熱材料の相転移を利用して熱を蓄熱する。

蓄熱部１４は、例えば、２次電池１０の全体を覆っている。断熱部１２は蓄熱部１４の外側に配置され、２次電池１０及び蓄熱部１４を密閉している。蓄熱部１４と断熱部１２との間には、断熱の効果を高めるための隙間があることが望ましい。なお、２次電池１０の配線は断熱部１２及び蓄熱部１４を貫通している。

蓄熱部１４によって２次電池１０の蓄熱量が増加するので、２次電池１０の温度低下の抑制効果が高くなる。また、第１実施形態と同様の効果が得られる。

変形例として、蓄熱部１４は２次電池１０の外側ではなく、電池セル１１間に配置されていても良い。つまり、電池セル１１と蓄熱部１４とが交互に積層される。また、蓄熱部１４は２次電池１０の全体ではなく一部に配置されていても良い。例えば、２次電池１０の一面に断熱部１２が配置され、他の一面に蓄熱部１４が配置されていても良い。

（第３実施形態）
本実施形態では、主に第１、第２実施形態と異なる部分について説明する。図６に示されるように、電池温調装置１は、断熱部１２を有さず、蓄熱部１４を有している。このように、蓄熱部１４のみによって２次電池１０の放熱ロスを抑制しても良い。蓄熱部１４の効果及び変形例は第２実施形態と同じである。

（第４実施形態）
本実施形態では、主に第１〜第３実施形態と異なる部分について説明する。図７に示されるように、リップル昇温制御時にインバータ４５及びモータジェネレータ４６から廃熱が発生する。低温冷却水回路４０及びヒートポンプ回路２８は、インバータ４５及びモータジェネレータ４６で発生する廃熱を熱媒体である冷却水や冷媒で受け取る。

このように、インバータ４５及びモータジェネレータ４６の廃熱を低温冷却水回路４０及びヒートポンプ回路２８で回収することができる。また、インバータ４５及びモータジェネレータ４６の廃熱を高温側水−冷媒熱交換器２２における空気の加熱に利用することができる。このように、リップル電流を発生させるために生じる熱を低温冷却水回路４０及びヒートポンプ回路２８において利用することができる。これにより、ヒートポンプ回路２８のサイクル効果を向上させることができる。

さらに、チラー２７で冷却された低温冷却水回路４０の冷却水がインバータ４５及びモータジェネレータ４６を流れるので、インバータ４５及びモータジェネレータ４６を冷却することができる。したがって、第１実施形態と同様に、リップル昇温における放熱ロスを抑制することができる。以上のように、２次電池１０の昇温に寄与しない一定割合の廃熱を有効利用することができる。

（第５実施形態）
本実施形態では、主に第１〜第４実施形態と異なる部分について説明する。図８に示されるように、リップル電流を発生させるための方式は、上記の「モータ＋インバータ方式」の他に、「昇圧回路方式」や「マトリクスコンバータ方式」がある。

電流発生装置がモータ＋インバータ方式でリップル電流を発生させる場合、電流発生装置は発熱部位としてＩＧＢＴ、ダイオード、モータコイル、及びコンデンサを含んだ回路を構成する。モータ＋インバータ方式の作動は第１実施形態と同じである。

電流発生装置が昇圧回路方式でリップル電流を発生させる場合、電流発生装置は発熱部位としてＩＧＢＴ、ダイオード、リアクトル、及びコンデンサを含んだ回路を構成するこの方式では、高圧側ＩＧＢＴと低圧側ＩＧＢＴとが直列接続され、この直列接続にコンデンサが並列接続される。各ＩＧＢＴの接続点にリアクトルが接続される。各ＩＧＢＴにはダイオードが含まれている。２次電池１０はリアクトルと低圧側ＩＧＢＴとの間に接続される。

昇圧時には低圧側ＩＧＢＴをオンし、２次電池１０→リアクトル→低圧側ＩＧＢＴに電流を流し、リアクトルにエネルギを蓄える。その後、低圧側ＩＧＢＴをオフし、バッテリ→リアクトル→高圧側ＩＧＢＴのダイオード→コンデンサに電流を流す。リアクトルの２次電池１０側の電圧は２次電池１０の電圧になるので、コンデンサに昇圧された電圧が蓄電される。

降圧時には高圧側ＩＧＢＴをオンし、コンデンサ→高圧側ＩＧＢＴ→リアクトル→２次電池１０に電流を流し、リアクトルにエネルギを蓄える。その後、高圧側ＩＧＢＴをオフし、リアクトル→２次電池１０→低圧側ＩＧＢＴのダイオードに電流を流す。リアクトルの低圧側ＩＧＢＴのダイオード側の電圧は０Ｖになるので、２次電池１０に降圧された電圧が蓄電される。

よって、上記の昇圧と降圧とを繰り返して２次電池１０にリップル電流を流す。これにより、２次電池１０の内部発熱により２次電池１０が昇温する。電流は２次電池１０→リアクトルの方向を正とすると、昇圧時には正の方向に電流が流れ、降圧時には逆方向に電流が流れる。

また、電流発生装置がマトリクスコンバータ方式でリップル電流を発生させる場合、電流発生装置は発熱部位としてＭＯＳＦＥＴスイッチ及びコンデンサを含んだ回路を構成する。この方式では、２次電池１０は、ＭＯＳＦＥＴスイッチ及びコンデンサを含んだモジュールを構成する。ＭＯＳＦＥＴスイッチは、電池セル１１の正極とモジュール内コンデンサの一方の端子との間を開閉する。また、ＭＯＳＦＥＴスイッチは、電池セル１１の負極とモジュール内コンデンサの他方の端子との間を開閉する。

そして、２次電池１０の温度が低い場合、ＭＯＳＦＥＴスイッチの開閉動作に従って、電池セル１１のいくつかの電気エネルギを２次電池１０内のコンデンサに放電させ、２次電池１０内のコンデンサの蓄電エネルギを電池セル１１のいくつかに充電する処理を行う。すなわち、電池セル１１が充放電を繰り返すことで、その内部抵抗による発熱によって２次電池１０の温度を上昇させることができる。

以上のように、２次電池１０をリップル昇温制御する方式は様々あり、上記の各方式あるいは他の方式を用いて２次電池１０の温度を上昇させることができる。

なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、昇圧回路方式のＩＧＢＴ及びダイオード、マトリクスコンバータ方式のＭＯＳＦＥＴスイッチが特許請求の範囲の「電流切替え手段」に対応する。また、昇圧回路方式のリアクトル及びコンデンサ、マトリクスコンバータ方式のコンデンサが特許請求の範囲の「蓄電手段」に対応する。

（第６実施形態）
本実施形態では、主に第１〜第５実施形態と異なる部分について説明する。図９に示されるように、チラー２７で冷却された低温冷却水回路４０の冷却水は電池流路４２を流れる。これに伴い、２次電池１０の熱が低温冷却水回路４０の冷却水に吸熱される。すなわち、リップル昇温制御後の２次電池１０の熱を低温冷却水回路４０で回収する。

また、チラー２７を介して冷却水の熱を、ヒートポンプ回路２８を循環する冷媒に受け渡す。これにより、リップル昇温制御後の２次電池１０の熱を空調制御に利用することができる。

変形例として、図１０に示されるように、電池温調装置１は、ヒートポンプ回路２８の冷媒が２次電池１０を通過するように構成されていても良い。これにより、２次電池１０の熱をヒートポンプ回路２８に直接受け渡すことができる。

（第７実施形態）
本実施形態では、主に第１〜第６実施形態と異なる部分について説明する。図１１に示されるように、２次電池１０は、複数の電池セル１１が直列接続された第１組電池１５ａ、第２組電池１５ｂ、及び第３組電池１５ｃが並列に接続されている。各組電池１５ａ〜１５ｃにはスイッチ１６ａ〜１６ｃが直列接続されている。各スイッチ１６ａ〜１６ｃは制御装置７０によって制御される。

第１組電池１５ａからインバータ４５及びモータジェネレータ４６への電力の供給は、第１スイッチ１６ａによって断続される。第２組電池１５ｂからインバータ４５及びモータジェネレータ４６への電力の供給は、第２スイッチ１６ｂによって断続される。第３組電池１５ｃからインバータ４５及びモータジェネレータ４６への電力の供給は、第３スイッチ１６ｃによって断続される。各スイッチ１６ａ〜１６ｃの切り替えにより、各組電池１５ａ〜１５ｃを任意に放電させることができる。

また、低温冷却水回路４０の電池流路４２は、各組電池１５ａ〜１５ｃに対応した第１電池流路４２ａ、第２電池流路４２ｂ、及び第３電池流路４２ｃが並列に設けられている。各電池流路４２ａ〜４２ｃは、低温冷却水回路４０の冷却水が流れる冷却水流路である。

第１電池流路４２ａには、第１組電池１５ａが配置される。第１電池流路４２ａを流れる冷却水によって第１組電池１５ａの温度が調整される。第１電池流路４２ａには第１開閉弁６１ａが配置される。第１開閉弁６１ａは、第１電池流路４２ａを開閉する電磁弁である。

第２電池流路４２ｂには、第２組電池１５ｂが配置される。第２電池流路４２ｂを流れる冷却水によって第２組電池１５ｂの温度が調整される。第２電池流路４２ｂには第２開閉弁６１ｂが配置される。第２開閉弁６１ｂは、第２電池流路４２ｂを開閉する電磁弁である。

第３電池流路４２ｃには、第３組電池１５ｃが配置される。第３電池流路４２ｃを流れる冷却水によって第３組電池１５ｃの温度が調整される。第３電池流路４２ｃには第３開閉弁６１ｃが配置される。第３開閉弁６１ｃは、第３電池流路４２ｃを開閉する電磁弁である。

各開閉弁６１ａ〜６１ｃが開いている状態で、低温側循環流路４１の冷却水が各電池流路４２ａ〜４２ｃに流入する状態、及び、各電池流路４２ａ〜４２ｃの冷却水が低温側循環流路４１へ流出する状態では、冷却水が各電池流路４２ａ〜４２ｃを循環する。各開閉弁６１ａ〜６１ｃの開閉制御によって、各電池流路４２ａ〜４２ｃに対する冷却水の循環を任意に断続することができる。

上記の構成において、第１組電池１５ａは断熱部１２に覆われている。これにより、２次電池１０の一部をリップル昇温制御することができる。もちろん、第１組電池１５ａに蓄熱部１４を設けても良い。また、第１組電池１５ａに断熱部１２ではなく蓄熱部１４のみを設けても良い。

（他の実施形態）
上記実施形態を例えば以下のように種々変形可能である。

（１）上記実施形態では、熱媒体として冷却水や冷媒を用いているが、油等の各種媒体を熱媒体として用いても良い。

（２）上記実施形態の冷凍サイクル装置２０では、冷媒としてフロン系冷媒を用いているが、冷媒の種類はこれに限定されるものではなく、二酸化炭素等の自然冷媒や炭化水素系冷媒等を用いても良い。

また、上記実施形態の冷凍サイクル装置２０は、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超えない亜臨界冷凍サイクルを構成しているが、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超える超臨界冷凍サイクルを構成していても良い。

（３）上記実施形態では、高温側水−冷媒熱交換器２２の冷媒通路の出口には分岐部２３ａの流入口側が接続されているが、高温側水−冷媒熱交換器２２の冷媒通路の出口に膨張弁が接続され、膨張弁には室外機が接続されていても良い。分岐部２３ａの流入口側には室外機が接続される。

（４）上記実施形態では、電池温調装置１は電気自動車に搭載されているが、電池温調装置１は、内燃機関及び走行用電動モータから車両走行用の駆動力を得るハイブリッド自動車に搭載されていても良い。また、電池温調装置１は、車両用に限られず、車両用以外の２次電池１０に適用しても良い。

（５）上記実施形態の室内蒸発器２５にエジェクタが内蔵されていても良い。エジェクタは、ノズルから噴射される高速度の噴射流体の吸引作用により流体吸引口から流体を吸引する。エジェクタは、さらに、噴射流体と流体吸引口から吸引された吸引流体との混合流体の速度エネルギを昇圧部にて圧力エネルギに変換することによって、混合流体の圧力を上昇させる。昇圧部はいわゆるディフューザである。

（６）上記実施形態の圧縮機２１は、ガスインジェクション圧縮機であっても良い。ガスインジェクション圧縮機は、サイクル内で生成された中間圧冷媒を昇圧過程の中間圧冷媒に合流させ、冷媒を多段階に昇圧させることで圧縮効率を向上させる圧縮機である。

１０ ２次電池
１２ 断熱部
１４ 蓄熱部
２７ チラー
２８ ヒートポンプ回路（熱媒体回路）
４０ 冷却水回路（熱媒体回路）
４５ インバータ（電流発生装置）
４６ モータジェネレータ（電流発生装置）

Claims (12)

1. 充放電可能な２次電池（１０）の充放電を制御することで前記２次電池に流れるリップル電流によって前記２次電池を自己発熱させる電池温調装置であって、
   前記２次電池の外側に配置され、前記２次電池から放出される熱を断熱する断熱部（１２）を含む電池温調装置。
2. 前記２次電池から放出される熱を蓄熱する蓄熱部（１４）を含む請求項１に記載の電池温調装置。
3. 充放電可能な２次電池（１０）の充放電を制御することで前記２次電池に流れるリップル電流によって前記２次電池を自己発熱させる電池温調装置であって、
   前記２次電池から放出される熱を蓄熱する蓄熱部（１４）を含む電池温調装置。
4. 熱媒体が循環すると共に、前記２次電池の熱を前記熱媒体で受け取る熱媒体回路（２８、４０）を含む請求項１ないし３のいずれか１つに記載の電池温調装置。
5. 充放電可能な２次電池（１０）の充放電を制御することで前記２次電池に流れるリップル電流によって前記２次電池を自己発熱させる電流発生装置（４５、４６）と、
   熱媒体が循環すると共に、前記電流発生装置で発生する熱を前記熱媒体で受け取る熱媒体回路（２８、４０）と、
   を含む電池温調装置。
6. 前記電流発生装置は、電流切替え手段と蓄電手段とを含む請求項５に記載の電池温調装置。
7. 前記電流切替え手段は、ＩＧＢＴ、ダイオード、ＭＯＳＦＥＴスイッチのうち少なくとも１つを含む請求項６に記載の電池温調装置。
8. 前記蓄電手段は、コイル、リアクトル、コンデンサのうち少なくとも１つを含む請求項６または７に記載の電池温調装置。
9. 前記熱媒体は、冷却用の冷却水であり、
   前記熱媒体回路は、前記冷却水が循環する冷却水回路（４０）を含む請求項４ないし８のいずれか１つに記載の電池温調装置。
10. 前記熱媒体回路は、冷媒が循環することによって低温側から高温側に熱をくみ上げるヒートポンプ回路（２８）を含み、
    前記冷却水の熱は、前記ヒートポンプ回路を循環する前記冷媒に受け渡される請求項９に記載の電池温調装置。
11. 前記ヒートポンプ回路は、前記冷却水から前記冷媒に吸熱させるチラー（２７）を含み、
    前記冷却水の熱は、前記チラーを介して前記冷却水回路から前記ヒートポンプ回路に受け渡される請求項１０に記載の電池温調装置。
12. 前記熱媒体回路は、冷媒が循環することによって低温側から高温側に熱をくみ上げるヒートポンプ回路（２８）を含み、
    前記熱媒体は、前記ヒートポンプ回路を循環する前記冷媒である請求項４ないし８のいずれか１つに記載の電池温調装置。

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