蓄电装置系统以及使用该系统的马达驱动体和移动体的制作方法

专利名称：蓄电装置系统以及使用该系统的马达驱动体和移动体的制作方法
技术领域：
本发明涉及高效率的蓄电装置系统以及使用该系统的马达驱动体和移动体。
背景技术：
对电力供给系统而言，昼夜间、季节间的电力负载落差的增大是很大的问题，近年 来，电力负载的落差日益增大。另一方面，出于提高产业竞争力的目的等，降低电力成本的 需求提高，可以想到，电力供给的负载平均化是非常重要的课题。作为针对上述课题的对策 之一，高效率且大容量的电力供给系统的开发不断推进，并且不断被实用化。针对上述电力成本降低的课题，已知有如专利文献1所列举的有关混合电池系统 的技术，该混合电池系统的特征在于，高能量容量的钠硫磺电池和输出/能量比相对大于 上述钠硫磺电池的高输出型电池与电力系统并联连接。专利文献1 日本特开2004-215456号公报

发明内容
在专利文献1所公开的混合电池系统中，仅限于钠硫磺电池和输出/能量比相对 大于该钠硫磺电池的、即能量容量小的电池的组合，因此，不能够采用能量容量大于钠硫磺 电池的蓄电装置，因此，一次可供给的电量受限。本发明的目的在于提供一种高效率的蓄电装置系统以及使用该系统的马达驱动 体和移动体。本发明的蓄电装置系统具有主蓄电装置A及辅助蓄电装置B作为电力源，其特征 在于，具备(1)主蓄电装置A，相对于所述辅助蓄电装置B具有相对高的能量密度，在规 定温度以上的温度域通过该主蓄电装置A的单独输出具有蓄电装置系统所需的输出需求 以上的输出能力，并且，在低于所述规定温度的温度域具有低于所述输出需求的输出能力； (2)辅助蓄电装置B，相对于所述主蓄电装置A具有相对高的输出密度，在低于所述规定温 度的温度域通过辅助蓄电装置B的单独输出或者所述主蓄电装置A和辅助蓄电装置B的 同时输出具有所述输出需求以上的输出能力；(3)预热单元，将所述主蓄电装置A预热至所 述规定温度以上；(4)预热监视单元，对所述主蓄电装置A监视进行预热的必要性；(5)运 转模式切换单元，在由所述预热监视单元判断为需要进行所述主蓄电装置A的预热的情况 下，开始该主蓄电装置A的预热，并且，一边进行预热一边选择进行所述辅助蓄电装置B的 单独输出或者所述主蓄电装置A和所述辅助蓄电装置B的同时输出的预热运转模式；在由 所述预热监视单元判断为不需要进行所述主蓄电装置A的预热的情况下，停止该主蓄电装 置A的预热，并且，选择进行所述主蓄电装置A的单独输出的通常运转模式并执行所选择的 运转模式；以及(6)电力供给系统，在所述预热运转模式时，将通过所述辅助蓄电装置B的 单独输出或者所述主蓄电装置A和所述辅助蓄电装置B的同时输出而得到的电力供给至蓄 电装置系统的外部；在所述通常运转模式时，将通过所述主蓄电装置A的单独输出而得到 的电力供给至蓄电装置系统的外部。
在上述结构的蓄电装置系统中，通过组合使用特殊处理为高能量密度的所述主蓄 电装置A和特殊处理为高输出密度的所述辅助蓄电装置B，与以往将蓄电装置单独组装于 系统而使用时、特别是在蓄电装置系统起动时产生输出不足的问题的情况相比，能够在宽 范围的温度区域得到稳定的高输出。本发明的蓄电装置系统优选的是，所述预热单元是进行所述主蓄电装置A和所述 辅助蓄电装置B之间的热交换的热交换单元。在上述结构的蓄电装置系统中，通过具备能够在所述主蓄电装置A及所述辅助蓄 电装置B之间相互进行热交换的所述热交换单元，在所述运转模式切换单元选择并执行所 述预热运转模式时，能够将所述主蓄电装置A自身的运转及/或所述辅助蓄电装置B的运 转引起的排热用于所述主蓄电装置A的升温，因此，能够在进行所述辅助蓄电装置B的单独 输出或者所述主蓄电装置A和所述辅助蓄电装置B的同时输出的同时，缩短所述主蓄电装 置A的升温时间。作为本发明的蓄电装置系统的一个方式，可以形成下述结构，所述预热监视单元 具有监视所述主蓄电装置A的温度的温度测定装置，并且具有被设定为所述规定温度以上 的温度域的运转模式切换温度数据，作为用于判断预热必要性的基准的温度数据，在该主 蓄电装置A的温度低于所述运转模式切换温度的情况下，判断为需要进行该主蓄电装置A 的预热。在上述结构的蓄电装置系统中，由于所述预热监视单元具有所述运转模式切换温 度数据，所以能够根据所述温度测定装置所监视的所述主蓄电装置A的温度来判断是否需 要进行所述主蓄电装置A的预热。作为本发明的蓄电装置系统的一个方式，可以形成下述结构，所述预热监视单元 具有监视所述主蓄电装置A的输出的输出测定装置，并且具有视为已达到所述规定温度以 上的温度域的规定运转模式切换输出数据，作为用于判断预热必要性的基准的输出数据， 在该主蓄电装置A的输出低于所述运转模式切换输出的情况下，判断为需要进行该主蓄电 装置A的预热。在上述结构的蓄电装置系统中，由于所述预热监视单元具有例如根据所述主蓄电 装置A的温度-输出曲线导出的所述运转模式切换输出数据，所以能够根据所述输出测定 装置所监视的所述主蓄电装置A的输出来判断是否需要进行所述主蓄电装置A的预热。本发明的蓄电装置系统优选的是，所述预热监视单元至少在蓄电装置系统的起动 阶段进行动作。在上述结构的蓄电装置系统中，从蓄电装置系统的起动阶段起开始监视是否需要 进行所述主蓄电装置A的预热，能够根据需要开始所述主蓄电装置A的预热。作为本发明的蓄电装置系统的一个方式，可以形成下述结构，所述运转模式切换 单元仅具有一个一边进行预热一边进行所述辅助蓄电装置B的单独输出的预热运转模式， 在由所述预热监视单元判断为不需要进行所述主蓄电装置A的预热的情况下，停止所述主 蓄电装置A的预热，并且，从所述辅助蓄电装置B的单独输出切换至主蓄电装置A的单独输 出ο作为本发明的蓄电装置系统的一个方式，可以形成下述结构，所述预热监视单元 在判断为需要进行所述主蓄电装置A的预热的情况下，还监视预热的进行状态，所述运转模式切换单元具有所述主蓄电装置A及/或所述辅助蓄电装置B的动作状态不同的2个以 上预热运转模式，并且对应由所述预热监视单元判断出的预热进行状态选择最佳的预热运 转模式。在上述结构的蓄电装置系统中，由于具有所述主蓄电装置A及/或所述辅助蓄电 装置B的动作状态不同的2个以上预热运转模式，所以能够对应预热进行状态阶段性地调 节所述主蓄电装置A及/或所述辅助蓄电装置B的动作状态。本发明的蓄电装置系统优选的是，所述主蓄电装置A为固体电解质二次电池。在上述结构的蓄电装置系统中，与具有液体电解质的电池、特别是具有有机液体 作为电解质的电池相比，由于在所述主蓄电装置A中采用寿命长且安全性高的具有固体电 解质的二次电池，所以能够长时间地实现安全性较高的电力供给。此外，在上述结构的蓄电 装置系统中，由于在所述主蓄电装置A中采用具有每单位容量的能量密度较高的固体电解 质的二次电池，所以能够实现蓄电装置系统整体的小体积化。作为本发明的蓄电装置系统的一个方式，可以形成下述结构，所述辅助蓄电装置B 为固体电解质二次电池。作为本发明的蓄电装置系统的一个方式，可以形成下述结构，所述辅助蓄电装置B 为锂离子二次电池。在上述结构的蓄电装置系统中，所述辅助蓄电装置B采用具有低温下也能发挥高 输出的液体电解质的锂离子二次电池，特别在系统起动时能够得到高输出。本发明的蓄电装置系统优选的是，还具有所述主蓄电装置A及所述辅助蓄电装置 B的充电单元。在上述结构的蓄电装置系统中，通过具备所述充电单元，能够耐用更长时间。本发明的马达驱动体的特征在于，具备上述的蓄电装置系统；以及马达，通过从 该蓄电装置系统供给的电力进行驱动；所述蓄电装置系统的所述预热单元为进行所述主蓄 电装置A和所述马达之间的热交换的热交换单元。在上述结构的马达驱动体中，由于具备能够在所述主蓄电装置A及所述马达之间 相互进行热交换的所述热交换单元，所以在所述运转模式切换单元选择并执行所述预热运 转模式时，能够将所述主蓄电装置A自身的运转及/或所述马达的运转引起的排热用于所 述主蓄电装置A的升温，因此，能够在进行所述辅助蓄电装置B的单独输出或者所述主蓄电 装置A和所述辅助蓄电装置B的同时输出的同时，缩短所述主蓄电装置A的升温时间。本发明的马达驱动体优选的是，还具备所述主蓄电装置A及所述辅助蓄电装置B 的充电单元，该充电单元的充电源为所述马达。在上述结构的马达驱动体中，通过具备利用所述马达的所述充电单元，能够耐用 更长时间。此外，在上述结构的马达驱动体中，能够通过所述马达同时进行马达驱动和充 电，从而能够实现节能化。本发明的移动体的特征在于，具备上述的蓄电装置系统；以及马达，通过从该蓄 电装置系统供给的电力进行驱动；所述蓄电装置系统的所述预热单元为进行所述主蓄电装 置A和所述马达之间的热交换的热交换单元。在上述结构的移动体中，由于具备能够在所述主蓄电装置A及所述马达之间相互 进行热交换的所述热交换单元，所以在所述运转模式切换单元选择并执行所述预热运转模式时，能够将所述主蓄电装置A自身的运转及/或所述马达的运转引起的排热用于所述主 蓄电装置A的升温，因此，能够在进行所述辅助蓄电装置B的单独输出或者所述主蓄电装置 A和所述辅助蓄电装置B的同时输出的同时，缩短所述主蓄电装置A的升温时间。本发明的移动体优选的是，所述蓄电装置系统的所述预热监视单元具有用于监视 所述主蓄电装置A的温度的温度测定装置，并且具有被设定为超过移动体可能遇到的外部 气温温度域的温度域的运转模式切换温度数据，作为用于判断预热必要性的基准的温度数 据，在该主蓄电装置A的温度低于所述运转模式切换温度的情况下，判断为需要进行该主 蓄电装置A的预热。在上述结构的移动体中，由于所述预热监视单元具有被设定为超过移动体可能遇 到的外部气温温度域的温度域的所述运转模式切换温度数据，所以能够根据所述温度测定 装置所监视的所述主蓄电装置A的温度来判断是否需要进行所述主蓄电装置A的预热。本发明的移动体优选的是，还具有所述主蓄电装置A及所述辅助蓄电装置B的充 电单元，该充电单元的充电源为所述马达。上述结构的移动体通过具备利用所述马达的所述充电单元，能够耐用更长时间。 此外，上述结构的移动体能够通过所述马达同时进行马达驱动和充电，能够实现节能化。发明效果根据本发明，通过组合使用特殊处理为高能量密度的所述主蓄电装置A和特殊处 理为高输出密度的所述辅助蓄电装置B，与以往将蓄电装置单独组装于系统而使用时特别 是蓄电装置系统起动时产生输出不足的问题的情况相比，能够在宽范围的温度区域得到稳 定的高输出。


图1是表示本发明所涉及的蓄电装置系统连接于外部负载的状态的典型例的概 略示意图。图2是表示本发明所涉及的蓄电装置系统控制的典型例的流程图。图3是表示本发明所涉及的移动体的典型例的概略示意图。附图标记说明1切换开关2、3热交换介质进行循环的流路
具体实施例方式本发明的蓄电装置系统具有主蓄电装置A及辅助蓄电装置B作为电力源，其特征 在于，具备(1)主蓄电装置A，相对于所述辅助蓄电装置B具有相对高的能量密度，在规 定温度以上的温度域通过该主蓄电装置A的单独输出具有蓄电装置系统所需的输出需求 以上的输出能力，并且，在低于所述规定温度的温度域具有低于所述输出需求的输出能力； (2)辅助蓄电装置B，相对于所述主蓄电装置A具有相对高的输出密度，在低于所述规定温 度的温度域通过辅助蓄电装置B的单独输出或者所述主蓄电装置A和辅助蓄电装置B的 同时输出具有所述输出需求以上的输出能力；(3)预热单元，将所述主蓄电装置A预热至所 述规定温度以上；(4)预热监视单元，对所述主蓄电装置A监视进行预热的必要性；(5)运转模式切换单元，在由所述预热监视单元判断为需要进行所述主蓄电装置A的预热的情况 下，开始该主蓄电装置A的预热，并且，一边进行预热一边选择进行所述辅助蓄电装置B的 单独输出或者所述主蓄电装置A和所述辅助蓄电装置B的同时输出的预热运转模式；在由 所述预热监视单元判断为不需要进行所述主蓄电装置A的预热的情况下，停止该主蓄电装 置A的预热，并且，选择进行所述主蓄电装置A的单独输出的通常运转模式并执行所选择运 转模式；以及(6)电力供给系统，在所述预热运转模式时，将通过所述辅助蓄电装置B的单 独输出或者所述主蓄电装置A和所述辅助蓄电装置B的同时输出而得到的电力供给至蓄电 装置系统的外部；在所述通常运转模式时，将通过所述主蓄电装置A的单独输出而得到的 电力供给至蓄电装置系统的外部。本发明的蓄电装置系统至少具备(1)主蓄电装置A、(2)辅助蓄电装置B、(3)预热 单元、(4)预热监视单元、(5)运转模式切换单元以及(6)电力供给系统这六个要素。以下 依次说明上述各要素。关于⑴主蓄电装置A及⑵辅助蓄电装置B作为本发明所涉及的蓄电装置系统的主要特征之一，列举了组合使用特殊处理为 高能量密度的主蓄电装置A和特殊处理为高输出密度的辅助蓄电装置B的情况。另外，在 本发明所涉及的蓄电装置系统中，“蓄电装置”是指能够为了将电力供给至外部负载而贮存 电力的装置。高能量密度的蓄电装置是指能量密度高的蓄电装置，具体是指具备适合较长时间 供给电力的特性的蓄电装置。另外，在此所说的能量密度，可以采用重量能量密度(单位 Wh/kg)和体积能量密度(单位Wh/L或Wh/m3)中的任一个。与此相对，高输出密度的蓄电装置是指输出密度(单位W/kg)高的蓄电装置，具 体是指具备适合在较短时间内供给高电力的特性的蓄电装置。通常，在单独的蓄电装置中，发挥高输出密度和达到高能量密度之间是相互矛盾 的关系。因此，特别是制造能够在低温下同时实现高输出密度且高能量密度的条件的蓄电 装置是困难的。特别是搭载于电力汽车的电池等主要用于室外的蓄电装置系统，需要在低温下也 能够以高输出密度且高能量密度起动系统。但是，根据上述的矛盾关系可知，以往是很难制 造出能够实现上述目的的蓄电装置系统的。为了打破上述现状，本申请的发明人通过组合使用特殊处理为高能量密度的主蓄 电装置A和特殊处理为高输出密度的辅助蓄电装置B，开发了与以往将蓄电装置单独组装 于系统而使用时特别是系统起动时产生输出不足的问题的情况相比，能够在宽范围的温度 区域得到稳定的高输出的蓄电装置系统。本发明所涉及的蓄电装置系统所使用的、相对于辅助蓄电装置B具有相对高的能 量密度的主蓄电装置A是如下所述的装置，S卩，在规定温度以上的温度域通过该主蓄电装 置A的单独输出具有蓄电装置系统所需的输出需求以上的输出能力，在低于所述规定温度 的温度域具有低于所述输出需求的输出能力(以下将所述规定温度称为“主蓄电装置A的 输出能力发挥最低温度”。)。因此，为了通过主蓄电装置A的单独输出使蓄电装置系统动 作，需要通过后述的预热单元将主蓄电装置A预热至主蓄电装置A的输出能力发挥最低温 度以上。
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本发明所涉及的蓄电装置系统所使用的、相对于主蓄电装置A具有相对高的输出 密度的辅助蓄电装置B是如下所述的装置，即，在低于主蓄电装置A的输出能力发挥最低温 度的温度域，通过辅助蓄电装置B的单独输出或者所述主蓄 电装置A和辅助蓄电装置B的 同时输出具有所述输出需求以上的输出能力。因此，在通过主蓄电装置A的单独输出使蓄 电装置系统动作之前的阶段，或者通过辅助蓄电装置B的单独输出使蓄电装置系统动作， 或者通过主蓄电装置A和辅助蓄电装置B的同时输出使蓄电装置系统动作，可以选择其一。在本发明所涉及的蓄电装置系统中，作为蓄电装置的例子，可以列举出电池、二次 电池、电容器等。电池(一次电池)是将伴随化学反应所产生的化学能的减少部分转换为电能的装 置，具体能够示例出锰干电池、碱性锰干电池、镍系一次电池、镍锰电池、氧化银电池、水银 电池、锌空气电池、锂电池、海水电池等，但不限于上述电池。二次电池是除了能够与一次电池一样进行将化学能转换为电能的能量转换之外， 还能够通过使电流向与放电时相反的方向流动而将电能转换为化学能并贮存起来(充电) 的装置，具体能够示例出铅蓄电池、镍_镉二次电池、氧化银_锌二次电池、镍_锌二次电 池、镍_氢电池、锂离子二次电池、锂_ 二硫化铁二次电池、钠_硫黄电池、氧化还原液流二 次电池、锌-溴二次电池等，但不限于上述电池。电容器是通过静电容贮存电荷(电能)或释放电荷(电能)的装置，具体能够示 例出塑料薄膜电容器、陶瓷电容器、云母电容器、电解电容器、电双层电容器、可变电容器、 纸电容器、油电容器、真空电容器、气体封入式电容器等，但不限于上述电容器。蓄电装置大体区分为放热型蓄电装置和吸热型蓄电装置，所述放热型蓄电装置在 将基于物理法则的物理能或伴随着化学反应产生的化学能所减少的部分转换为电能时，能 量损失而产生热；所述吸热型蓄电装置与该放热型蓄电装置相比，通过从周围环境获取热 能，以增加基于物理法则的物理能或伴随着化学反应产生的化学能，从而产生电能。在本发明所涉及的蓄电装置系统中，优选至少辅助蓄电装置B采用放热型蓄电装 置，更优选主蓄电装置A及辅助蓄电装置B双方均采用放热型蓄电装置。可以在集成多个上述的电池、二次电池、电容器等(以下有时简称为电池等)各个 装置并适当地进行串联或者并联等而形成组件后，用作本发明的蓄电装置。在这种情况下， 可以将同种电池等彼此集成而成的组件用作蓄电装置，也可以将不同种类的电池等彼此集 成而成的组件用作蓄电装置。主蓄电装置A优选从系统起动时开始输出随着时间的经过而逐渐增加的装置。特 别优选主蓄电装置A的输出取决于温度而增加，S卩，与系统起动时的温度下的输出相比，从 系统起动时开始经过一定时间，在主蓄电装置A的输出能力发挥最低温度以上的温度域的 输出更高。在辅助蓄电装置B采用放热型蓄电装置的情况下，优选的是，主蓄电装置A的输出 通过辅助蓄电装置B的排热而增加。此外，在主蓄电装置A及辅助蓄电装置B的双方均采 用放热型蓄电装置的情况下，主蓄电装置A的输出通过主蓄电装置A自身的排热及/或辅 助蓄电装置B的排热而增加。在后文描述将辅助蓄电装置B的排热用于主蓄电装置A的输出增加的方法。本发明所涉及的蓄电装置系统优选的是，主蓄电装置A是具有固体电解质的二次电池。二次电池中使用的电解质的一种即固体电解质，一般具有离子传导率随着温度的 上升而提高的性质。即，具有这种固体电解质的二次电池的电池输出随着温度升高而提高。 此外，通过在高温下使用具有这种固体电解质的二次电池，能够得到下述的优点，即，不需 要增大电池的相对面积或者减薄正极及/或负极的活性物质层，就能够提高电池的输出。 以往，具有这种固体电解质的二次电池若为了在低温下提高输出而采取增加电池相对面积 的对策，则产生系统整体体积变大的缺点，此外，若采取减薄活性物质层的对策，则虽然输 出得以提高，但却产生了能量密度降低的缺点。具有固体电解质的二次电池与具有液体电解质的电池、特别是具有有机液体作为 电解质的电池相比，寿命长并且安全性高。特别是，众所周知，具有有机液体作为电解质的 二次电池若为了提高输出而升高温度，则电解质的老化提前，电池整体的寿命缩短。此外， 具有有机液体作为电解质的二次电池始终存在有机液体着火等危险性，这也是公知的。因此，在主蓄电装置A采用具有固体电解质的二次电池的、本发明所涉及的蓄电 装置系统的优选方式中，与具有液体电解质的电池、特别是具有有机液体作为电解质的电 池相比，由于主蓄电装置A采用具有寿命长且安全性高的固体电解质的二次电池，所以能 够实现长时间的安全性高的电力供给。此外，在这种结构的本发明所涉及的蓄电装置系统 的优选方式中，通过主蓄电装置A采用具有每单位容量的能量密度高的固体电解质的二次 电池，能够实现蓄电装置系统整体的体积小型化。另外，作为本发明的蓄电装置系统的一个方式，可以形成下述结构，所述辅助蓄电 装置B为固体电解质二次电池。上述固体电解质可以使用固体氧化物电解质、固体硫化物电解质等。作为固体氧化物电解质，具体可以示例出LiP0N(含氮磷酸锂)、 Lii. 3八1。· 3T10.7 (PO4) 3、La0 51Li0 34Ti00 74 等。作为固体硫化物电解质，具体可以示例出Li2S_P2S5、Li2S-SiS2. Li3.25PQ.25GeQ.76S4寸。另外，本发明所涉及的蓄电装置系统优选的是，主蓄电装置A为具有固体电解质 的全固体二次电池。作为本发明所涉及的蓄电装置系统的一个方式，可以形成下述结构，辅助蓄电装 置B为锂离子二次电池。这是因为，通过采用具有即使在低温下也能够发挥高输出的液体 电解质的锂离子二次电池作为辅助蓄电装置B，特别在系统起动时，能够得到高的输出。作为具有液体电解质的锂离子二次电池的具体结构，负极可以使用碳，正极使用 钴酸锂等锂过渡金属氧化物，电解质使用在碳酸乙烯或碳酸二乙酯等有机溶剂中加入六氟 磷酸锂(LiPF6)之类的锂盐而形成的物质。但是，一般而言，负极、正极及电解质各自的材 料只要是能够使锂离子移动、且能够通过电荷的接收和释放进行充放电的材料即可，因此 可以采用非常多的结构。作为锂盐，除了 LiPF6之夕卜，还可以使用LiBF4等氟络盐、 LiN(SO2Rf)2 · LiC(SO2Rf) 3(其中，Rf = CF3、C2F5)等盐。此外，通常，为了使电解液具有高的导电率和安全性，作为碳酸乙烯-碳酸丙烯等 环状碳酸酯系的高介电常数且高沸点的溶剂，可以使用作为低粘性率溶剂的碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯等低级链状碳酸酯，一部分也可以使用低级脂肪酸酯。本发明的蓄电装置系统，从能够耐用更长时间的观点出发，优选还具有主蓄电装 置A及辅助蓄电装置B的充电单元。对于充电单元没有特别的限定，可以采用一般用于对蓄电装置进行充电的装置或 蓄电装置的充电方法。另外，在使用二次电池作为蓄电装置的情况下，具体而言，可以根据 电池的种类适当地选择恒电压充电、恒电流充电、恒电流恒电压充电(CC-CV)、-Δ V检测充 电、电池温度上升检测充电、电池温度上升微分值检测充电、充电电流的施加_停止(测定) 充电、脉冲充电、涓流充电等充电法。此外，在使用电容器作为蓄电装置的情况下，具体而 言，可以通过在电极间施加电压进行充电。主蓄电装置A及辅助蓄电装置B各自在电力供给时不必仅限定为0%或100%的 输出状态中的任一状态。即，可以使主蓄电装置A及辅助蓄电装置B各自的输出状态在 0% 100%之间可变地进行调节。关于(3)预热单元本发明所涉及的蓄电装置系统具备的预热单元是将上述主蓄电装置A预热至主 蓄电装置A的输出能力发挥最低温度以上的单元。在此，“主蓄电装置A的预热”是指，使主蓄电装置A的温度上升，以使该主蓄电装 置A通过单独输出达到本系统的要求输出。在此，“主蓄电装置A的温度”是指，包括主蓄电 装置A内部在内的、主蓄电装置A所处周边的温度，优选为主蓄电装置A内部的温度。通过 使主蓄电装置A内部的温度上升，主蓄电装置A的输出达到本系统的要求输出，结果，能够 实现高效率且长时间的运转。关于测定主蓄电装置A的温度的方法，将在预热监视单元的 说明中进行描述。预热单元可以是与蓄电装置系统的发电机构独立地承担主蓄电装置A的预热的 单元，但是出于节省空间及节省电力的观点，也可以是利用蓄电装置系统的发电机构的单兀。优选的是，预热单元为进行主蓄电装置A和辅助蓄电装置B之间的热交换的热交 换单元。这是因为，通过具备能够在主蓄电装置A及辅助蓄电装置B之间相互进行热交换 的热交换单元，在后述的运转模式切换单元选择并执行预热运转模式时，能够将主蓄电装 置A自身的运转及/或辅助蓄电装置B的运转引起的排热用于主蓄电装置A的升温，因此， 能够在进行辅助蓄电装置B的单独输出或者主蓄电装置A和辅助蓄电装置B的同时输出的 同时，缩短主蓄电装置A的升温时间。另外，在后文描述运转模式切换单元的预热运转模式。热交换单元不限于用于热交换的装置等，例如也可以是基于蓄电装置的形状或配 置等的装置。例如，作为热交换单元的设定方法，可以列举出将主蓄电装置A及辅助蓄电装 置B配置在能够相互进行热交换的位置的方法，优选将这些蓄电装置相互完全叠合地配置 的方法等。另外，在将预热单元设为上述热交换单元的情况下，优选的是，辅助蓄电装置B为 放热型蓄电装置。特别优选的是，上述热交换单元具有供在主蓄电装置A和辅助蓄电装置B之间循 环的热交换介质流动的流路。这是因为，通过选择与主蓄电装置A及辅助蓄电装置B的种类或主蓄电装置A及辅助蓄电装置B在发电时的温度范围相对应的热交换介质，能够同时 实现安全性高的发电及更高的发电效率。热交换介质可以使用气体、液体等可循环的流动体。作为热交换介质的具体例，可 以列举出空气、氮气、氩气等气体以及水等液体。优选的是，流路配置成围绕主蓄电装置A及辅助蓄电装置B，以使主蓄电装置A及 辅助蓄电装置B能够充分地进行热交换。只要不妨碍发电，也可以将流路设计成包含于蓄 电装置的内部。另外，特别优选的是，为了辅助热交换介质的循环，具备送出该介质的泵等循环单元、关于(4)预热监视单元本发明所涉及的蓄电装置系统具备的预热监视单元是对主蓄电装置A监视进行 预热的必要性的单元。为了监视预热必要性，并将监视结果传递给后述的运转模式切换单 元，预热监视单元至少需要具备从主蓄电装置A取得物性数据的单元或装置、基于所得到 的该物性数据判定是否需要进行主蓄电装置A的预热的单元。作为预热监视单元的一个方式，可以形成下述结构，具有监视主蓄电装置A的温 度的温度测定装置，并且具有被设定为主蓄电装置A的输出能力发挥最低温度以上的温度 域的运转模式切换温度数据，作为用于判断预热必要性的基准的温度数据，在该主蓄电装 置A的温度低于运转模式切换温度的情况下，判断为需要进行该主蓄电装置A的预热。通 过使预热监视单元具有上述的运转模式切换温度数据，能够根据温度测定装置所监视的主 蓄电装置A的温度判断是否需要进行主蓄电装置A的预热。这里所说的“运转模式切换温度数据”中设定的温度域，并不一定是主蓄电装置A 的输出能力发挥最低温度本身。即，可以设定成，运转模式切换温度数据中设定的温度域具 有某种程度的温度范围，在该温度范围中不一定包含所述输出能力发挥最低温度。对于测定主蓄电装置A的温度的单元没有特别的限定，一般可以采用测定蓄电装 置周边的温度的方法。作为温度测定方法的具体例，可以列举出利用如下温度计的测定方 法，所述温度计是指使用纯水银的玻璃制温度计、使用双金属的金属制温度计、使用钼丝的 电子式温度计、使用热电偶的温度传感器、使用热敏电阻的电阻温度计以及放射温度计等。作为预热监视单元的不同的一个方式，可以形成下述结构，具有监视主蓄电装置A 的输出的输出测定装置，并且具有视为已达到主蓄电装置A的输出能力发挥最低温度以上 的温度域的规定运转模式切换输出数据，作为用于判断预热必要性的基准的输出数据，在 该主蓄电装置A的输出低于运转模式切换输出的情况下，判断为需要进行该主蓄电装置A 的预热。通过使预热监视单元具有上述的运转模式切换温度数据，可以根据输出测定装置 所监视的所述主蓄电装置A的输出判断是否需要进行主蓄电装置A的预热。另外，作为运转模式切换输出数据的具体例，可以列举出预先测定主蓄电装置A 的与各温度对应的输出并根据将该输出测定结果绘成的温度-输出曲线等生成的数据等。可以从蓄电装置系统的起动阶段开始监视是否需要进行主蓄电装置A的预热，并 根据需要开始主蓄电装置A的预热，从该观点出发，优选预热监视单至少在蓄电装置系统 的起动阶段进行动作。另外，在蓄电装置系统使用环境的温度极低等需要始终确认预热必 要性的情况下，优选预热监视单元不仅在蓄电装置系统的起动阶段进行动作，在蓄电装置
12系统的中途阶段也进行动作。关于(5)运转模式切换单元本发明所涉及的蓄电装置系统所具备的运转模式切换单元，是选择预热运转模式 或者通常运转模式中的一个运转模式并执行所选择的运转模式的单元。预热运转模式是在由预热监视单元判断为需要进行主蓄电装置A的预热的情况 下所选择的运转模式，在该运转模式下，开始主蓄电装置A的预热，并且，一边进行预热一 边进行辅助蓄电装置B的单独输出或者主蓄电装置A和辅助蓄电装置B的同时输出。另外， 优选的是，进行上述的辅助蓄电装置B的单独输出或者主蓄电装置A和辅助蓄电装置B的 同时输出，结果能够得到蓄电装置系统的输出需求以上的输出。通常运转模式是在由预热监视单元判断为不需要进行主蓄电装置A的预热的情 况下所选择的运转模式，在该运转模式下，停止主蓄电装置A的预热，并且，进行主蓄电装 置A的单独输出。另外，优选的是，进行上述的辅助蓄电装置A的单独输出，结果能够得到 蓄电装置系统的输出需求以上的输出。这里所说的“判断为需要进行预热的情况”并不限于仅产生1次。S卩，也可以设想 下述情况由预热监视单元判断为需要进行主蓄电装置A的预热而进行预热，结果在由预 热监视单元暂时判断为不需要进行预热后，由预热监视单元再次判断为需要进行预热。同 样，在这种情况下，本发明所涉及的蓄电装置系统所具备的运转模式切换单元也能够再次 选择预热运转模式。这对于“判断为不需要进行预热的情况”也相同。即，运转模式切换单 元定期地从预热监视单元获得需要或不需要进行预热的信息而切换运转模式。此外，这里所说的“通常运转模式”是指不进行伴随着预热的运转而进行通常运转 的模式。因此，本发明所涉及的“通常运转模式”是指，例如即使在蓄电装置系统整体中产 生了故障等情况下也能够与是否发生该故障无关地进行选择的模式。作为本发明的蓄电装置系统的一个方式，可以形成下述结构，运转模式切换单元 仅具有一个一边进行预热一边进行辅助蓄电装置B的单独输出的预热运转模式，在由预热 监视单元判断为不需要进行主蓄电装置A的预热的情况下，停止主蓄电装置A的预热，并 且，从辅助蓄电装置B的单独输出切换至主蓄电装置A的单独输出。在上述的运转模式切换单元中，仅采用一个由辅助蓄电装置B进行100%单独输 出的预热运转模式，在切换输出时，从由辅助蓄电装置B进行100%单独输出的仅有一个的 预热运转模式切换至由主蓄电装置A进行100 %单独输出的通常运转模式。作为本发明的蓄电装置系统的不同一个方式，可以形成下述结构，预热监视单元 在判断为需要进行所述主蓄电装置A的预热的情况下，还监视预热的进行状态，运转模式 切换单元具有主蓄电装置A及/或辅助蓄电装置B的动作状态不同的2个以上预热运转模 式，对应由预热监视单元判断出的预热进行状态选择最佳的预热运转模式。在上述的运转模式切换单元中，采用2个以上预热运转模式。这里所说的“2个以 上预热运转模式”可以列举出，例如主蓄电装置A及辅助蓄电装置B各自对蓄电装置系统 整体输出的输出贡献分别不同的预热运转模式。作为上述的预热运转模式的例子，可以列 举出主蓄电装置A25%输出及辅助蓄电装置B75%输出的预热运转模式、主蓄电装置A50% 输出及辅助蓄电装置B50%输出的预热运转模式、主蓄电装置A75%输出及辅助蓄电装置 B25%输出的预热运转模式等。即，在上述的运转模式切换单元中，通过在多个预热运转模式中选择最佳的预热运转模式，能够使主蓄电装置A及辅助蓄电装置B各自对蓄电装置系 统整体输出的输出贡献连续地变化。优选的是，主蓄电装置A及辅助蓄电装置B的输出贡 献随着系统动作时间的推移，最终切换成由主蓄电装置A进行100%单独输出(即通常运转 模式)。图1是表示本发明所涉及的蓄电装置系统连接于外部负载的状态的典型例的概 略示意图。图1中的图1(a)是在运转模式切换单元中选择了预热运转模式的状态，图1(b) 是在运转模式切换单元中选择了通常运转模式的状态。；另外，该典型例只不过是一个例 子，本发明所涉及的蓄电装置系统不限定于该典型例。图2是表示本发明所涉及的蓄电装置系统控制的典型例的流程图。如图1所示，在本发明所涉及的蓄电装置系统的典型例中，具有主蓄电装置A及辅 助蓄电装置B、具备测定主蓄电装置A的温度的温度传感器的预热监视单元、作为运转模式 切换单元的一个方式的切换开关1及作为预热单元的一个方式的热交换介质进行循环的 流路2，还具有用于使热交换介质进行循环的泵。主蓄电装置A及辅助蓄电装置B相互并联 连接，通过电力供给系统与外部负载连接。切换开关1与预热监视单元联动，并被设定成 若预热监视单元判断为不需要进行主蓄电装置A的预热，则通过切换开关1自动地从预热 运转模式切换至通常运转模式。另外，在图1中，在流路2中流动的热交换介质(箭头表示 热交换介质的流动方向)通过泵而进行流动，以充分地进行主蓄电装置A及辅助蓄电装置 B之间的热交换，此外，流路2的宽度、热交换介质的流动方向并不一定是图示的情况。基于图1的模式图及图2的流程图，说明本发明所涉及的第一蓄电装置系统的控 制。假设将系统起动时的初期状态设定为预热运转模式(图1(a))。首先，在图2所示 的步骤Sl 1中，使系统从初期状态即图1 (a)的状态开始起动，接着在步骤S12中，执行预热 单元及预热监视单元。接着，在步骤S13中，由预热监视单元判定是否需要进行预热。预热监视单元具有 上述的运转模式切换温度数据，基于该数据判断是否需要进行预热。如果不需要预热，则移 至步骤S14。此外，如果需要预热，则返回至步骤S12，继续执行预热运转模式。另外，作为 执行步骤S13的时间间隔、即由预热监视单元判定为需要预热之后再次执行预热监视单元 的判定的时间间隔，可以设定成短至几秒、长至几分钟的时间间隔。在步骤S14中，执行运转模式切换单元。具体而言，通过将切换开关1从图1(a) 所示的预热运转模式切换至图1(b)所示的通常运转模式，开始仅由主蓄电装置A进行的电 力供给，在剩余的运转时间中，可以发挥所需输出以上的输出并将电力供给至外部负载。以下，依次说明使用上述蓄电装置系统的马达驱动体及移动体。本发明的马达驱动体的特征在于，具备上述的蓄电装置系统；以及马达，通过从 该蓄电装置系统供给的电力进行驱动；所述蓄电装置系统的所述预热单元是进行所述主蓄 电装置A和所述马达之间的热交换的热交换单元。上述结构的马达驱动体通过具备能够在主蓄电装置A及马达之间相互进行热交 换的热交换单元，在运转模式切换单元选择并执行预热运转模式时，能够将主蓄电装置A 自身的运转及/或马达的运转所引起的排热用于主蓄电装置A的升温，因此，能够在进行辅 助蓄电装置B的单独输出或者主蓄电装置A和辅助蓄电装置B的同时输出的同时，缩短主蓄电装置A的升温时间。另外，热交换单元可以形成下述结构进行主蓄电装置A、辅助蓄电装置B及马达 之间的热交换。从能够耐用更长时间的观点出发，优选的是，本发明的马达驱动体还具备主蓄电 装置A及辅助蓄电装置B的充电单元，该充电单元的充电源为马达。上述结构的马达驱动 体能够通过马达同时进行马达驱动和充电，从而能够实现节能化。本发明的移动体的特征在于，具备上述的蓄电装置系统；以及马达，通过从该蓄 电装置系统供给的电力进行驱动；所述蓄电装置系统的所述预热单元是进行所述主蓄电装 置A和所述马达之间的热交换的热交换单元。上述结构的移动体通过具备能够在主蓄电装置A及马达之间相互进行热交换的 所述热交换单元，在运转模式切换单元选择并执行预热运转模式时，能够将主蓄电装置A 自身的运转及/或马达的运转引起的排热用于主蓄电装置A的升温，因此，能够在进行辅助 蓄电装置B的单独输出或者主蓄电装置A和辅助蓄电装置B的同时输出的同时，缩短主蓄 电装置A的升温时间。另外，热交换单元形成下述结构进行主蓄电装置A、辅助蓄电装置B及马达之间 的热交换。优选的是，蓄电装置系统的预热监视单元具有用于监视主蓄电装置A的温度的温 度测定装置，并且具有被设定为超过移动体可能遇到的外部气温温度域的温度域的运转模 式切换温度数据，作为用于判断预热必要性的基准的温度数据，在该主蓄电装置A的温度 低于运转模式切换温度的情况下，判断为需要进行该主蓄电装置A的预热。这是因为，通过 预热监视单元具有被设定为超过移动体可能遇到的外部气温温度域的温度域的运转模式 切换温度数据，能够根据温度测定装置所监视的所述主蓄电装置A的温度判断是否需要进 行主蓄电装置A的预热。从能够耐用更长时间的观点出发，优选的是，本发明的移动体还具备主蓄电装置A 及辅助蓄电装置B的充电单元，该充电单元的充电源为所述马达。上述结构的移动体能够 通过马达同时进行马达驱动和充电，从而能够实现节能化。本发明所涉及的移动体可以根据用途增设其他各种装置。例如，在利用汽车等车 辆作为本发明所涉及的移动体的情况下，可以增设内燃机、用于向车辆的驱动轮输出动力 的输出部件、对电动机的旋转进行减速的减速机构等装置。图3是表示本发明所涉及的移动体的典型例的概略示意图。图3中的图3(a)是 在运转模式切换单元中选择了预热运转模式的状态，图3(b)是在运转模式切换单元中选 择了通常运转模式的状态。另外，该典型例只不过是一个例子，本发明所涉及的移动体不仅 限于该典型例。如图3所示，在本发明所涉及的移动体的典型例中，具有主蓄电装置A及辅助蓄电 装置B、马达、具备测定主蓄电装置A的温度的温度传感器的预热监视单元、作为运转模式 切换单元的一个方式的切换开关1以及作为预热单元的一个方式的热交换介质进行循环 的流路3，并且还具备用于使热交换介质进行循环的泵。主蓄电装置A及辅助蓄电装置B相 互并联连接，并通过电力供给系统与马达连接。切换开关1与预热监视单元联动，若预热监 视单元判断为不需要进行主蓄电装置A的预热，则通过切换开关1自动地从预热运转模式切换至通常运转模式。另外，在图3中，在流路3中流动的热交换介质(箭头表示热交换介 质的流动方向)通过泵而进行流动，以充分地进行主蓄电装置A及辅助蓄电装置B及马达 之间的热交换，此外，流路3的宽度、热交换介质的流动方向并一定不限于图示的情况。
本典型例的控制参考上述图2所示的流程图进行。
权利要求
一种蓄电装置系统，具有主蓄电装置A及辅助蓄电装置B作为电力源，其特征在于，具备(1)主蓄电装置A，相对于所述辅助蓄电装置B具有相对高的能量密度，在规定温度以上的温度域通过该主蓄电装置A的单独输出具有达到蓄电装置系统所需的输出需求以上的输出能力，并且，在低于所述规定温度的温度域具有低于所述输出需求的输出能力；(2)辅助蓄电装置B，相对于所述主蓄电装置A具有相对高的输出密度，并且，在低于所述规定温度的温度域通过辅助蓄电装置B的单独输出或者所述主蓄电装置A和辅助蓄电装置B的同时输出具有所述输出需求以上的输出能力；(3)预热单元，将所述主蓄电装置A预热至所述规定温度以上；(4)预热监视单元，对所述主蓄电装置A监视进行预热的必要性；(5)运转模式切换单元，在由所述预热监视单元判断为需要进行所述主蓄电装置A的预热的情况下，开始该主蓄电装置A的预热，并且，一边进行预热一边选择进行所述辅助蓄电装置B的单独输出或者所述主蓄电装置A和所述辅助蓄电装置B的同时输出的预热运转模式；在由所述预热监视单元判断为不需要进行所述主蓄电装置A的预热的情况下，停止该主蓄电装置A的预热，并且，选择进行所述主蓄电装置A的单独输出的通常运转模式并执行所选择的运转模式；以及(6)电力供给系统，在所述预热运转模式时，将通过所述辅助蓄电装置B的单独输出或者所述主蓄电装置A和所述辅助蓄电装置B的同时输出而得到的电力供给至蓄电装置系统的外部；在所述通常运转模式时，将通过所述主蓄电装置A的单独输出而得到的电力供给至蓄电装置系统的外部。
2.如权利要求1所述的蓄电装置系统，其中，所述预热单元为进行所述主蓄电装置A和所述辅助蓄电装置B之间的热交换的热交换单元。
3.如权利要求1或2所述的蓄电装置系统，其中，所述预热监视单元具有监视所述主蓄电装置A的温度的温度测定装置，并且具有被设 定为所述规定温度以上的温度域的运转模式切换温度数据，作为用于判断预热必要性的基 准的温度数据，在该主蓄电装置A的温度低于所述运转模式切换温度的情况下，判断为需 要进行该主蓄电装置A的预热。
4.如权利要求1或2所述的蓄电装置系统，其中，所述预热监视单元具有监视所述主蓄电装置A的输出的输出测定装置，并且具有视为 已达到所述规定温度以上的温度域的规定运转模式切换输出数据，作为用于判断预热必要 性的基准的输出数据，在该主蓄电装置A的输出低于所述运转模式切换输出的情况下，判 断为需要进行该主蓄电装置A的预热。
5.如权利要求1 4中任一项所述的蓄电装置系统，其中，所述预热监视单元至少在蓄电装置系统的起动阶段进行动作。
6 如权利要求1 5中任一项所述的蓄电装置系统，其中，所述运转模式切换单元仅具有一个一边进行预热一边进行所述辅助蓄电装置B的单 独输出的预热运转模式，在由所述预热监视单元判断为不需要进行所述主蓄电装置A的预 热的情况下，停止所述主蓄电装置A的预热，并且从所述辅助蓄电装置B的单独输出切换至主蓄电装置A的单独输出。
7.如权利要求1 5中任一项所述的蓄电装置系统，其中，所述预热监视单元在判断为需要进行所述主蓄电装置A的预热的情况下，还监视预热 的进行状态，所述运转模式切换单元具有所述主蓄电装置A及/或所述辅助蓄电装置B的 动作状态不同的2个以上预热运转模式，并且对应由所述预热监视单元判断出的预热进行 状态选择最佳的预热运转模式。
8.如权利要求1 7中任一项所述的蓄电装置系统，其中， 所述主蓄电装置A为固体电解质二次电池。
9.如权利要求8所述的蓄电装置系统，其中， 所述辅助蓄电装置B为固体电解质二次电池。
10.如权利要求8所述的蓄电装置系统，其中， 所述辅助蓄电装置B为锂离子二次电池。
11.如权利要求1 10中任一项所述的蓄电装置系统，其中， 还具备所述主蓄电装置A及所述辅助蓄电装置B的充电单元。
12.一种马达驱动体，其特征在于，具备权利要求1 11中任一项所述的蓄电装置系统；以及马达，通过从该蓄电装置 系统供给的电力进行驱动；所述蓄电装置系统的所述预热单元为进行所述主蓄电装置A和所述马达之间的热交 换的热交换单元。
13.如权利要求12所述的马达驱动体，其中，还具备所述主蓄电装置A及所述辅助蓄电装置B的充电单元； 该充电单元的充电源为所述马达。
14.一种移动体，其特征在于，具备权利要求1 11中任一项所述的蓄电装置系统；以及马达，通过从该蓄电装置 系统供给的电力进行驱动；所述蓄电装置系统的所述预热单元为进行所述主蓄电装置A和所述马达之间的热交 换的热交换单元。
15.如权利要求14所述的移动体，其中，所述蓄电装置系统的所述预热监视单元具有用于监视所述主蓄电装置A的温度的温 度测定装置，并且具有被设定为超过移动体可能遇到的外部气温温度域的温度域的运转模 式切换温度数据，作为用于判断预热必要性的基准的温度数据，在该主蓄电装置A的温度 低于所述运转模式切换温度的情况下，判断为需要进行该主蓄电装置A的预热。
16.如权利要求14或15所述的移动体，其中，还具有所述主蓄电装置A及所述辅助蓄电装置B的充电单元； 该充电单元的充电源为所述马达。
全文摘要
提供一种高效率的蓄电装置系统以及利用该系统的马达驱动体和移动体。该蓄电装置系统的特征在于，具备(1)主蓄电装置(A)，相对于辅助蓄电装置(B)具有相对高的能量密度；(2)辅助蓄电装置(B)，相对于主蓄电装置(A)具有相对高的输出密度；(3)预热单元，将主蓄电装置(A)预热至规定温度以上；(4)预热监视单元，对主蓄电装置(A)监视进行预热的必要性；(5)运转模式切换单元，选择预热运转模式或者通常运转模式并执行所选择的运转模式；以及(6)电力供给系统，将电力供给至蓄电装置系统的外部。
文档编号H01M10/44GK101884133SQ20098010015
公开日2010年11月10日 申请日期2009年2月16日 优先权日2009年2月16日
发明者陶山博司 申请人:丰田自动车株式会社