JP2002352866A - 電気自動車のバッテリ冷却装置 - Google Patents

電気自動車のバッテリ冷却装置

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JP2002352866A JP2001159555A JP2001159555A JP2002352866A JP 2002352866 A JP2002352866 A JP 2002352866A JP 2001159555 A JP2001159555 A JP 2001159555A JP 2001159555 A JP2001159555 A JP 2001159555A JP 2002352866 A JP2002352866 A JP 2002352866A
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cooling
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健 櫻井
Akira Ozawa
晃 小澤
Yoshiji Ishikura
誉士 石倉
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 急速充電時にもバッテリの温度を上限温度以
下に制御可能にする。 【解決手段】 電気自動車駆動用バッテリ１１を冷却し
て温度上昇した冷却液をラジエータ１２で冷却して該冷
却液を循環させる冷却液循環回路１０と、車室内冷房用
エバポレータ３１およびコンプレッサ３３を有する冷凍
サイクルからなる冷媒循環回路３０と、を備え、冷媒循
環回路３０には、エバポレータ３１をバイパスする冷媒
バイパス路３７と、冷媒の流路を冷媒バイパス路３７と
エバポレータ３１のいずれかに切り換える冷媒流路切換
弁３８が設けられ、また、冷媒バイパス路３７と冷却液
循環回路１０には冷媒バイパス路３７を流れる冷媒と冷
却液循環回路１０を流れる冷却液との間で熱交換を行う
熱交換器２０が設けられ、バッテリ１１の急速充電時に
は冷媒流路切換弁３８が冷媒流路を冷媒バイパス路３７
側に切り換える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、電気自動車のバ
ッテリ冷却装置に関するものであり、特に、急速充電時
にもバッテリを十分に冷却可能な電気自動車のバッテリ
冷却装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】周知のように、電気自動車に搭載されて
いる駆動用バッテリは放電時および充電時に発熱を伴
い、特に、急速充電時に発生する熱は多大なものとな
る。ところで、バッテリには上限温度（例えば、約５０
゜Ｃ）があり、この上限温度を越えて使用すると性能劣
化が生じる。そこで、電気自動車に搭載されるバッテリ
には冷却装置が付設されている。従来のバッテリ冷却装
置には空冷式（例えば、特開平５−２６２１４４号公
報）や水冷式のものがある。
【０００３】従来の水冷式のバッテリ冷却装置は、冷却
水をバッテリとラジエータの間で循環させ、バッテリで
暖められた冷却水の熱をラジエータで外気に放熱するこ
とにより冷却し、再びバッテリに流している。この水冷
式バッテリ冷却装置でも、通常運転に関する限りは、特
に問題が生じることはない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
水冷式バッテリ冷却装置の場合、充電時の条件（外気温
度やバッテリ温度）によっては、充電に制限（充電の中
断、充電電流の減少等）を生ずることがあった。これ
は、従来のバッテリ冷却装置は、水冷式といえども冷却
水の熱を外気に放熱して冷却しているため、冷却水を外
気温度よりも低温に冷却することは不可能であり、ま
た、外気温度との温度差が小さいと冷却速度が低下する
ことによる。したがって、バッテリの充電時（特に、急
速充電時）にはバッテリを冷却する必要があるが、従来
の水冷式のバッテリ冷却装置の場合には、充電時の条件
によってはこれを満足できないことがあった。
【０００５】そこで、この発明は、車室内冷房システム
を利用してバッテリ冷却液を冷却可能にし、急速充電時
にもバッテリを十分に冷却することができる電気自動車
のバッテリ冷却装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載した発明は、電気自動車駆動用バッ
テリ（例えば、後述する実施の形態におけるバッテリ１
１）と放熱器（例えば、後述する実施の形態におけるラ
ジエータ１２）との間で冷却液を循環させ前記バッテリ
を冷却して温度上昇した冷却液を前記放熱器で冷却する
冷却液循環回路（例えば、後述する実施の形態における
冷却液循環回路１０）と、車室内冷房用エバポレータ
（例えば、後述する実施の形態におけるエバポレータ３
１）およびコンプレッサ（例えば、後述する実施の形態
におけるコンプレッサ３３）を有する冷凍サイクルから
なる冷媒循環回路（例えば、後述する実施の形態におけ
る冷媒循環回路３０）と、を備えた電気自動車におい
て、前記冷媒循環回路には、前記エバポレータをバイパ
スする冷媒バイパス路（例えば、後述する実施の形態に
おける冷媒バイパス路３７）と、冷媒の流路を前記冷媒
バイパス路と前記エバポレータのいずれかに切り換える
冷媒流路切換手段（例えば、後述する実施の形態におけ
る冷媒流路切換弁３８）が設けられ、また、前記冷媒バ
イパス路と前記冷却液循環回路には該冷媒バイパス路を
流れる冷媒と該冷却液循環回路を流れる冷却液との間で
熱交換を行う熱交換器（例えば、後述する実施の形態に
おける熱交換器２０）が設けられており、前記バッテリ
の充電時には前記冷媒流路切換手段が冷媒流路を前記冷
媒バイパス路側に切り換えることを特徴とする電気自動
車のバッテリ冷却装置（例えば、後述する実施の形態に
おけるバッテリ冷却装置１）である。このように構成す
ることにより、充電時には、車室内冷房用の冷媒が熱交
換器に流れ、熱交換器において冷媒の気化潜熱により冷
却液が冷却され（即ち、冷媒と冷却液との熱交換が行わ
れ）、冷却液は所定温度まで冷却される。
【０００７】請求項２に記載した発明は、請求項１に記
載の発明において、前記冷却液循環回路には、前記放熱
器をバイパスする冷却液バイパス路（例えば、後述する
実施の形態における冷却液バイパス路１５）と、冷却液
の流路を前記冷却液バイパス路と前記放熱器のいずれか
に切り換える冷却液流路切換手段（例えば、後述する実
施の形態における冷却液流路切換弁１６）が設けられ、
前記冷却液流路切換手段は前記バッテリ出口の冷却液温
度と外気温度との差に応じて冷却液流路を切り換えるこ
とを特徴とする。このように構成することにより、外気
温度がバッテリ出口の冷却液温度以上のときには冷却液
を冷却液バイパス路に流し、外気温度がバッテリ出口の
冷却液温度よりも低いときには冷却液を放熱器に流すこ
とが可能になる。
【０００８】請求項３に記載した発明は、請求項２に記
載の発明において、充電時における前記バッテリの発熱
量と前記熱交換器の熱交換効率に応じて前記コンプレッ
サの容量が設定されていることを特徴とする。このよう
に構成することにより、充電時にバッテリの温度を上限
温度以下に制御するのに必要な冷媒の流量を確保するこ
とが可能になる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、この発明に係る電気自動車
のバッテリ冷却装置の一実施の形態を図１および図２の
図面を参照して説明する。図１は電気自動車のバッテリ
冷却装置１を示しており、バッテリ冷却装置１は冷却液
循環回路１０と冷媒循環回路３０を備えている。電気自
動車は車載した駆動用バッテリ１１を動力源とする車両
である。
【００１０】冷却液循環回路１０はバッテリを冷却する
ための冷却液（この実施の形態では冷却水）が循環する
回路であり、バッテリ１１，ラジエータ（放熱器）１
２，ウォータポンプ１３，熱交換器２０が冷却液循環路
１４によって閉回路に接続されるとともに、バッテリ１
１の下流とウォータポンプ１３の上流がラジエータ１２
をバイパスする冷却液バイパス路１５によって接続され
て構成されている。冷却液循環路１４においてバッテリ
１１の下流には、冷却液の流路をラジエータ１２と冷却
液バイパス路１５のいずれかに切り換える冷却液流路切
換弁（冷却液流路切換手段）１６が設けられている。ま
た、冷却液循環路１４においてバッテリ１１と冷却液流
路切換弁１６の間には、バッテリ１１の出口における冷
却液温度を検出する温度センサ１７が設けられている。
なお、ラジエータ１２はモータ駆動のラジエータファン
１２ａを備えている。
【００１１】また、冷媒循環回路３０は車室内冷房用の
冷媒（例えば、ＨＦＣ１３４ａ）が循環する回路であ
り、冷凍サイクルを構成している。詳述すると、冷媒循
環回路３０は、車室内冷房用のエバポレータ３１，アキ
ュームレータ３２，モータ駆動のコンプレッサ３３，コ
ンデンサ３４，膨張弁３５が冷媒循環路３６によって閉
回路に接続されるとともに、膨張弁３５の下流とアキュ
ームレータ３２の上流がエバポレータ３１をバイパスす
る冷媒バイパス路３７によって接続され、さらに、この
冷媒バイパス路３７に前記熱交換器２０が設けられて構
成されている。冷媒循環路３６において膨張弁３５の下
流には、冷媒の流路をエバポレータ３１と熱交換器２０
のいずれかに切り換える冷媒流路切換弁（冷媒流路切換
手段）３８が設けられている。なお、エバポレータ３１
およびコンデンサ３４はそれぞれモータ駆動のエバポレ
ータファン３１ａ，コンデンサファン３４ａを備えてい
る。
【００１２】熱交換器２０は、冷却液循環回路１０を流
れる冷却液と冷媒循環回路３０を流れる冷媒との間で非
接触で熱交換を行わしめるものであり、この機能を有す
る限り、熱交換器２０の構造に特に限定はない。図２は
熱交換器２０の一例を一部破断して示した斜視図であ
り、密閉箱形の筐体２１の内部中央に、多数のフィン２
２を有する冷媒管２３が蛇行して設けられている。冷媒
は、図２において破線矢印で示すように、冷媒バイパス
路３７に接続された冷媒入口２４から冷媒管２３に入
り、冷媒管２３内を流れて、冷媒出口２５から冷媒バイ
パス路３７に排出される。冷却液は、図２において実線
矢印で示すように、冷却液循環路１４に接続された冷却
液入口２６から筐体２１内の前部側に入り、ここから冷
媒管２３およびフィン２２の間を通り抜けて筐体２１の
後部側に流れ、冷却液出口２７から冷却液循環路１４に
排出される。したがって、この熱交換器２０に冷媒と冷
却液が供給されたときには、冷却液と冷媒との間で熱交
換が行われ、冷却液は冷媒によって冷却される。
【００１３】冷却液流路切換弁１６，温度センサ１７，
冷媒流路切換弁３８，ウォータポンプ１３の駆動モー
タ，コンプレッサ３３の駆動モータ，ラジエータファン
１２ａの駆動モータ，エバポレータファン３１ａの駆動
モータ，コンデンサファン３４ａの駆動モータ（いずれ
の駆動モータも図示せず）は図示しないコントロールユ
ニットに接続され制御される。
【００１４】上述構成のバッテリ冷却装置１は、通常運
転時（急速充電時以外の時）には次のように作用する。
通常運転時には、冷却液流路切換弁１６をラジエータ１
２側に接続し、冷媒流路切換弁３８をエバポレータ３１
側に接続する。これによって、通常運転時には冷却液バ
イパス路１５に冷却液は流れず、冷媒バイパス路３７に
冷媒は流れない。また、熱交換器２０に冷却液は流れる
が冷媒は流れないこととなる。
【００１５】この通常運転時に冷媒循環回路３０では、
エバポレータ３１において冷媒が蒸発し、これにより冷
房用空気が冷却されて車室内に冷気が送り込まれる。そ
して、エバポレータ３１で気化された冷媒はコンプレッ
サ３３で圧縮されてコンデンサ３４に送られ、コンデン
サ３４で液化され、膨張弁３５を通って低温低圧の霧化
状態とされ、再びエバポレータ３１に供給される。
【００１６】一方、冷却液循環回路１０では、バッテリ
１１を冷却して暖められた冷却液は、ラジエータ１２で
外気に熱を放出することにより冷却され、さらにウォー
タポンプ１３により熱交換器２０を経由して再びバッテ
リ１１に供給される。なお、前述したように、この時に
は熱交換器２０に冷媒が流れていないので、熱交換器２
０では冷却液は殆ど冷却されない。
【００１７】次に、バッテリ１１を急速充電する場合の
作用を説明する。この実施の形態では、バッテリ１１の
急速充電は電気自動車の運転停止時に実行するものと
し、急速充電時には充電に必要な機器（例えば、ウォー
タポンプ１３やコンプレッサ３３の駆動モータ等）はバ
ッテリ１１を駆動源として駆動するものとする。
【００１８】この急速充電時には、冷媒流路切換弁３８
を熱交換器２０側に接続する。したがって、急速充電時
には、冷媒はエバポレータ３１に流れず、熱交換器２０
に流れることとなる。その結果、冷媒循環回路３０にお
いて、熱交換器２０の冷媒管２３を流れる冷媒は熱交換
器２０の筐体２１内を流れる冷却液により加熱されて蒸
発し、筐体２１内を流れる冷却液は急冷される。そし
て、熱交換器２０で気化された冷媒はコンプレッサ３３
で圧縮されてコンデンサ３４に送られ、コンデンサ３４
で液化され、膨張弁３５を通って低温低圧の霧化状態と
され、再び熱交換器２０に供給される。
【００１９】一方、冷却液流路切換弁１６は、急速充電
時に温度センサ１７で検出される冷却液温度と図示しな
い外気温度センサにより検出される外気温度に応じて冷
却液流路を切り換える。詳述すると、バッテリ１１の出
口における冷却液温度が外気温度以下のときには、冷却
液流路切換弁１６を冷却液バイパス路１５側に接続す
る。これにより冷却液はラジエータ１２に流れなくな
り、冷却液バイパス路１５を流れるようになる。これ
は、外気温度以下の冷却液をラジエータ１２に流すと、
冷却液が外気から熱を奪って暖まり、熱交換器２０に対
する負荷を大きくしてしまうからであり、この場合に
は、冷却液をラジエータ１２をバイパスして流した方
が、効率的に冷却液を冷却できるからである。
【００２０】そして、バッテリ１１の出口における冷却
液温度が外気温度よりも高いときには、冷却液流路切換
弁１６をラジエータ１２側に接続する。これにより冷却
液は冷却液バイパス路１５に流れなくなり、ラジエータ
１２に流れるようになる。外気温度よりも温度が高い冷
却液をラジエータ１２に流したときには、冷却液の熱が
外気に放熱され、冷却液を冷却することができるので、
熱交換器２０に対する負荷を小さくすることができる。
したがって、この場合には、冷却液をラジエータ１２に
流した方が、効率的に冷却液を冷却できるからである。
【００２１】このように、急速充電時には、冷却液をラ
ジエータ１２に流す場合と冷却液バイパス路１５に流す
場合があるが、いずれの場合も、冷却液は熱交換器２０
において冷媒循環回路３０を流れる冷媒の気化潜熱によ
り冷却されるので、外気温度の大小にかかわりなく冷却
液を所定温度まで確実に低下させてからバッテリ１１に
冷却液を供給することができる。その結果、急速充電時
にもバッテリ１１を上限温度以下に温度制御することが
でき、バッテリ１１の性能劣化を防止することができ
る。しかも、冷却液を冷却する冷媒は車室内冷房用の冷
媒を利用しており、冷却液の冷却に専用のシステムを必
要としないので、車両搭載スペースを小さくできるとと
もに、コストダウンを図ることができる。
【００２２】なお、バッテリ１１の急速充電時には、コ
ンデンサファン３４ａを走行時の回転方向とは逆方向に
回転させて、走行時とは逆方向に送風する。これによ
り、コンデンサ３４からの放熱により暖められた空気が
車体側に送風されないようにし、バッテリ１１や高圧電
気部品等に熱を与えないようにすることができる。
【００２３】また、コンプレッサ１３の容量は、急速充
電時におけるバッテリ１１の発熱量と熱交換器２０の熱
交換効率に応じて設定しておき、コンデンサ３４の放熱
能力も急速充電時に冷却液の冷却に必要な放熱能力に設
定しておく。これは、通常運転時に車室内冷房で要求さ
れるコンプレッサ１３の容量（例えば、４ｋＷ）より
も、急速充電時に冷却液を冷却するために要求されるコ
ンプレッサ１３の容量（例えば、５ｋＷ）の方が大きい
からである。そして、要求される空調冷房負荷あるいは
冷却液冷却負荷の大きさに応じてコンプレッサ１３の回
転数を変化させるようにコンプレッサ１３の駆動モータ
の回転数制御を行う。
【００２４】
【発明の効果】以上説明するように、請求項１に記載し
た発明によれば、充電時に熱交換器において冷媒と冷却
液との熱交換が行われて、冷却液が所定温度まで冷却さ
れるので、この冷却液でバッテリを急冷することがで
き、バッテリの温度を上限温度以下に確実に温度制御す
ることができるという優れた効果が奏される。また、冷
却液を冷却する冷媒は車室内冷房用の冷媒を利用してお
り、冷却液の冷却に専用のシステムを必要としないの
で、車両搭載スペースを小さくできるとともに、コスト
ダウンを図ることができる。
【００２５】請求項２に記載した発明によれば、外気温
度がバッテリ出口の冷却液温度以上のときには冷却液を
冷却液バイパス路に流し、外気温度がバッテリ出口の冷
却液温度よりも低いときには冷却液を放熱器に流すこと
が可能になるので、熱交換器で冷却した冷却液が放熱器
で加熱されるのを防止することができ、冷却液を効率的
に冷却することができるという効果がある。
【００２６】請求項３に記載した発明によれば、充電時
にバッテリの温度を上限温度以下に制御するのに必要な
冷媒の流量を確保することが可能になるので、バッテリ
を確実に上限温度以下に制御することができるという効
果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明に係る電気自動車のバッテリ冷却装
置における一実施の形態の構成図である。
【図２】 前記実施の形態に使用される熱交換器を一部
破断して示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 電気自動車のバッテリ冷却装置 １０ 冷却液循環回路 １１ バッテリ １２ ラジエータ（放熱器） １５ 冷却液バイパス路 １６ 冷却液流路切換弁（冷却液流路切換手段） ２０ 熱交換器 ３０ 冷媒循環回路 ３１ エバポレータ ３３ コンプレッサ ３７ 冷媒バイパス路 ３８ 冷媒流路切換弁（冷媒流路切換手段）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ６０Ｌ 11/18 Ｂ６０Ｌ 11/18 Ａ Ｆ２５Ｂ 5/02 Ｆ２５Ｂ 5/02 Ｂ Ｆ２５Ｄ 17/02 ３０３ Ｆ２５Ｄ 17/02 ３０３ (72)発明者 石倉 誉士 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 Ｆターム(参考） 3D035 AA03 5H031 AA09 KK01 KK03 KK08 5H115 PA08 PA12 PC06 PG04 PI16 PI29 PI30 PO06 PU01 QA02 QE12 SE06 TI10 TO05 TR19 TU12 UI29 UI35 UI40

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電気自動車駆動用バッテリと放熱器との
    間で冷却液を循環させ前記バッテリを冷却して温度上昇
    した冷却液を前記放熱器で冷却する冷却液循環回路と、
    車室内冷房用エバポレータおよびコンプレッサを有する
    冷凍サイクルからなる冷媒循環回路と、を備えた電気自
    動車において、 前記冷媒循環回路には、前記エバポレータをバイパスす
    る冷媒バイパス路と、冷媒の流路を前記冷媒バイパス路
    と前記エバポレータのいずれかに切り換える冷媒流路切
    換手段が設けられ、 また、前記冷媒バイパス路と前記冷却液循環回路には該
    冷媒バイパス路を流れる冷媒と該冷却液循環回路を流れ
    る冷却液との間で熱交換を行う熱交換器が設けられてお
    り、 前記バッテリの充電時には前記冷媒流路切換手段が冷媒
    流路を前記冷媒バイパス路側に切り換えることを特徴と
    する電気自動車のバッテリ冷却装置。
  2. 【請求項２】 前記冷却液循環回路には、前記放熱器を
    バイパスする冷却液バイパス路と、冷却液の流路を前記
    冷却液バイパス路と前記放熱器のいずれかに切り換える
    冷却液流路切換手段が設けられ、前記冷却液流路切換手
    段は前記バッテリ出口の冷却液温度と外気温度との差に
    応じて冷却液流路を切り換えることを特徴とする請求項
    １に記載の電気自動車のバッテリ冷却装置。
  3. 【請求項３】 充電時における前記バッテリの発熱量と
    前記熱交換器の熱交換効率に応じて前記コンプレッサの
    容量が設定されていることを特徴とする請求項２に記載
    の電気自動車のバッテリ冷却装置。
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