JP2004087287A - Battery cooling device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮水素充填時および放出時の熱を利用したバッテリ冷却装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
特開2002−151126号公報には水素タンクを備えた燃料電池システムが開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来技術では、水素タンクへの水素充填時のタンク内の水素温度上昇により、圧力上昇し、水素の充填量が減少し、航続距離が低下するという問題がある。また、燃料電池車両用に搭載されたバッテリは、車室内風を利用して冷却するため、バッテリを冷却するために空調負荷増大となり、燃費の悪化という問題もある。また、バッテリへ車室内風を送風するファンの負荷増大により、燃費の悪化、ファンの騒音大という問題がある。
【0004】
したがって、本発明の目的は、燃費の悪化およびファンの騒音を軽減したバッテリ冷却装置を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明による電動車両用バッテリ冷却装置は、パワープラントに水素を供給する水素タンクと、前記水素タンクに接続するとともに、前記バッテリ冷却空気通路内で前記バッテリよりも上流側に配置される水素放出管と、を備えることを特徴とする。
【0006】
【発明の効果】
本発明によれば、水素放出管は水素をパワープラントに供給している間、水素の減圧によって温度が低下する。冷却ファンによって水素放出管の周囲に流れ込んだ空気通路内の空気は水素放出管によって冷却され、この冷却された空気によってバッテリが冷却される。そのため、バッテリを冷却するために空調装置の負荷を増大させる必要がなく、燃費の悪化を抑制できる。
【0007】
【実施の形態】
図1を参照すると、本発明による電動車両用バッテリ冷却装置は、車両に電力を供給するバッテリ6、バッテリ6に冷却用の空気を導入する冷却空気通路8、冷却空気の流れを生み出す冷却ファン7、および水素を貯蔵する水素タンク1を備える。
【0008】
冷却空気通路8には、空気の流れの上流側からこの例では3つの水素タンク1、バッテリ6、および冷却ファン7が配置される。水素タンク1はタンク内壁を露出させて放熱フィン2を取り付けた第1のネック部20を有し、この第1のネック部20が冷却空気通路内8に挿入される。第1のネック部20からは、水素を水素タンク1に導入する水素吸入管5と、水素を水素タンク1から燃料電池パワープラントに送り出す水素放出管3が伸び、これらの管を通して水素タンク1内水素の充填および放出が行われる。
第1のネック部20から伸びる水素放出管3は、所定の距離を冷却空気通路8内を冷却空気通路8と概略平行に伸びた後、冷却空気通路8から外へ出る。車両運転時に水素タンク1より放出される水素は、水素タンク1内で高圧に貯蔵された水素が膨張して低温になった水素である。したがって、水素放出管3が冷却空気通路8の内部を平行に伸びる間、水素タンク1から放出された水素は冷却空気通路8を流れる冷却空気と平行に流れ、冷却空気を冷却する。
【0009】
水素と冷却空気管の熱交換をより促進するため、放熱フィン21が放出水素管3の周囲に設けられる。これにより、冷却空気が一層低温に冷やされ、バッテリ6に供給する送風量を低減でき、冷却ファン7の消費電力を低減できる。
【0010】
図2は、水素放出管3と第1のネック部20の構造を示す。水素放出時には、水素放出管3と水素吸入管5が連結する側の第1のネック部20が主に低温となるため、第1のネック部20の周辺に放熱フィン2を、または水素放出管3の周囲に放熱フィン21を設け、低温の水素と冷却空気との間の熱交換を促進する。
【0011】
バッテリ冷却装置は、冷却ファン7とバッテリ6の間で冷却空気通路8と接続する水素タンク冷却空気通路23を備える。この水素タンク冷却空気通路23の空気の流れの上流側には、水素タンク1の第1のネック部20と反対側に設けられた第1のネック部20と類似の構造を有する第2のネック部22が挿入される。
【0012】
水素タンク1に水素が加圧注入される充填時、水素タンク1内の水素は圧縮されるため、水素タンク1は高温となる。図3の矢印に示す通り、注入された高温の加圧水素は水素タンク1内を、水素吸入管5の接続側と反対側にある第2のネック部22に向かって流れ、衝突する。このため、第2のネック部22は高温に熱せられる。
【0013】
ここで、水素タンク1は、水素が高温よりも低温のときにより大きな質量の水素を貯蔵することができる。したがって、水素充填時に、水素タンク冷却空気通路23に空気を流すことにより、第2のネック部22を冷却し、水素タンク1内の水素を所定の温度に冷却する。第2のネック部22の周囲に設けた放熱フィン4は、このとき放熱を促進する。これにより、水素タンク1の水素充填率を向上させることができる。
【0014】
冷却制御装置100は、上述の水素放出時と水素充填時の冷却空気を制御するために、バッテリ冷却空気通路8と水素タンク冷却空気通路との間で空気の流れを切り替える切り替え弁25および冷却ファン7の動作を制御する。このため、冷却制御装置100には、水素タンク1内の水素温度を検出する水素温度センサ9、およびバッテリの温度を検出するバッテリ温度センサ10からの各検出信号が入力する。
【0015】
切り替え弁25は水素タンク冷却通路23がバッテリ冷却空気通路8とが接続する部位に設けられる。水素充填時、切り替え弁25は水素タンク冷却空気通路23を開口して空気を流す。一方、水素放出時には、切り替え弁25は、水素タンク冷却空気通路23を閉じて空気の流れを遮断する。水素温度センサ9は水素タンク1の第2のネック部22の付け根付近に設けられる。バッテリ温度センサ10はバッテリ6に設けられる。
【0016】
次に、図4を参照して、水素タンク1に水素を充填する場合のバッテリ冷却装置の制御を説明する。水素注入とともに、水素タンク1内の水素温度が上昇し始める。水素温度センサ9で検出した水素温度が所定の温度である80℃を超えた場合、冷却制御装置100は、切り替え弁25を開位置にし、バッテリ冷却ファン7の作動を開始する。これにより、水素タンク冷却空気通路23にも空気が流れ、水素タンク1の第2のネック部22を冷却する。この結果、水素タンク1の水素圧力の上昇を防ぎ、水素タンク1のフェールセーフとしてリリーフバルブが開く所定の温度である105℃に達することを防ぎ、水素の充填率を向上する。各所定の温度は他の温度に設定することもできる。また、この場合、水素タンク冷却空気通路23を通る暖められた空気は、バッテリ6をバイパスするのでバッテリ6の温度が上昇することもない。
一方、車両の運転に伴う水素放出時には、切り替え弁25を閉位置にし、バッテリ冷却ファン7を作動する。これにより、バッテリ冷却空気通路8にのみ空気の流れができ、冷却空気と低温の水素が水素放出管3の放熱ファン21を通して熱交換し、バッテリ6の冷却空気の温度を低下させる。
次に、図5を参照して、水素の膨張による温度減少とバッテリ6を所定の温度に維持するために必要な冷却ファン7の所要電力との相関関係を説明する。この図によると、水素温度が低いほど冷却ファン7の所要電力が小さくて済むことがわかる。水素の放出開始とともに、水素温度が低下し始め、これに伴う冷却空気の温度低下により、バッテリの冷却がより促進される。したがって、冷却制御装置100はバッテリ温度に応じて冷却ファン7の駆動電力を制御することで、冷却ファン7の負荷を低減することができる。
また、冷却ファン7は、バッテリ冷却空気通路8と水素タンク冷却空気通路23がバッテリ6の下流で合流する位置よりも下流側に設けられているため、水素充填時も放出時も同じ冷却ファン7を使用することができるので、部品数増加によるコスト増加を抑制することができる。
【0017】
なお、水素充填時と水素放出時の両方の冷却空気通路内に水素放出管側のネック部を配置する構造としても良い。
【0018】
ここで、第1の実施形態の効果をまとめて列挙する。
【0019】
本発明によれば、水素放出管3は水素をパワープラントに供給している間、水素の減圧によって温度が低下する。冷却ファン7によって水素放出管3の周囲に流れ込んだバッテリ冷却空気通路8内の空気は水素放出管3によって冷却され、この冷却された空気によってバッテリ6が冷却される。そのため、バッテリ6を冷却するために空調装置の負荷を増大させる必要がなく、燃費の悪化を抑制できる。
水素充填時に空気が流れる水素タンク冷却空気通路23上に、水素タンク1の第2のネック部22を配置することにより、水素充填時に高温化する水素タンク1を冷却できるので、水素の充填効率を向上させることができる。また、第2のネック部22は、水素が注入される部位である第1のネック部20から対向した位置にあり、水素充填時に最も高温化する部位であるため、ここを冷却すると水素タンク1の冷却効率が良好となる。さらに、第2のネック部22が配置された水素タンク冷却空気通路23はバッテリ6をバイパスして流れるため、バッテリ6の冷却性能を阻害しない。
【0020】
第1のネック部20と水素放出管3は水素を放出する際には低温になるが、水素を充填する際には水素の加圧により温度が上昇する。そのため、水素充填時に水素放出部分と熱交換した空気がバッテリ6に流れ込むと、バッテリ6を加熱するおそれがある。本発明では、空気は水素充填時にバッテリ6と水素放出部分をバイパスして流れるため、高温化した空気がバッテリ6と熱交換する恐れが小さくなり、バッテリ6の冷却性能が向上する。
【0021】
水素タンク1の水素充填時に温度上昇する部位に放熱フィン2を設けたため、水素充填時の水素タンク1から効果的に放熱することができる。
【0022】
水素放出部分に放熱フィン2、21を設けることにより、水素タンク1の水素放出時に温度低下した部位とバッテリ冷却空気通路23内の空気とを効率的に熱交換可能であり、下流に位置するバッテリ6の冷却性が向上する。
【0023】
水素タンク1が水素を吸入する際に冷却ファン7を作動させ、水素タンク1の高温化した部位の冷却性を向上させる。
【0024】
水素タンク1内の水素温度を検知して、バッテリ冷却用の冷却ファン7を作動させることで、必要に応じてファンを作動させ、水素温度を低下させることができる。
【0025】
また、水素放出管3に放熱フィン21を設けることにより、水素と冷却空気管の熱交換をさらに促進する。
次に、図6を参照して、本発明の第2の実施形態を説明する。この実施形態によると、水素タンク1のネック部20だけではなく、水素タンク1全体がバッテリ冷却空気通路8に挿入される。他の構成要素は第1の実施形態と同じであり、同一の構成要素には同一の参照番号を付す。
これにより、水素充填時には水素タンク1全体が空気により冷却され、水素放出時には水素タンク1全体で空気を冷却することができる。
なお、水素放出時には、充填時のように水素タンク1の温度が上昇しないのでバッテリ冷却空気通路8を通過する空気は水素放出管3の放熱フィン21において十分に冷却される。したがって、第2の実施形態では第1の実施形態とほぼ同様の効果が得られる。
【0026】
次に、図7を参照して、本発明の第3の実施形態を説明する。この実施形態によると、バッテリ冷却装置は、水素タンク冷却空気通路23の上流端に設けられた車室内空調装置50と、空気通路切り替え弁13とをさらに備える。他の構成要素は第1の実施形態と同じであり、同一の構成要素には同一の参照番号を付す。車室内空調装置50は公知の車両用空調装置と同様の構造を有し、ここでは詳細には説明しない。空気通路切り替え弁13は車室内空調装置50の冷却用の送風通路51に対する水素タンク冷却空気通路23の接続部に設けられる。
【0027】
水素タンク1への水素充填時に、空気通路切り替え弁13を開口し、送風通路51から水素タンク冷却空気通路23に空気を導入する。水素温度が所定の温度を超えた場合、車室内空調装置50を作動させることにより、水素タンク冷却空気通路23に低温の冷却空気を導入する。これにより、第2のネック部22に設けられた放熱フィン4において注入水素の冷却を促進する。
この場合、再度図4を参照すると、水素温度センサ9で検出した水素温度が所定の温度である約80度℃を超えた場合、冷却制御装置100は、冷却ファン7の作動を開始する。さらに水素温度が上昇し、所定の温度である約90℃を越えた場合に、車両の空調装置50を作動させ、低温の冷却空気により水素温度を低下させる。これにより、水素圧力の上昇を防ぎ、水素タンク1のフェールセーフとしてリリーフバルブが開く所定の温度である105℃に達することを防ぎ、水素の充填率を上げる。
第3の実施形態の効果を列挙する。冷却風を車室内から供給することで、冷却空気温度をさらに低下させることができる。
【0028】
また、バッテリ冷却用の冷却ファン7を作動させた後、さらに水素温度が上昇し、所定値を越えた場合は、車両用の空調装置50を作動させることにより、冷却空気の温度をさらに低下させ、水素温度を低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0030】
【図1】本発明によるバッテリ冷却装置の概略構成図である。
【0031】
【図2】水素タンク内の注入水素の流れを説明する図である。
【0032】
【図3】水素タンクの第1のネック部を示す図である。
【0033】
【図4】水素タンクへの水素充填時の水素温度推移を説明する図である。
【0034】
【図5】水素放出時の水素温度推移を説明する図である。
【0035】
【図6】本発明の第2の実施形態の概略構成図である。
【0036】
【図7】本発明の第3の実施形態の概略構成図である。
【0037】
【符号の説明】
1 水素タンク
2、 4、21 放熱フィン
3 水素放出管
5 水素吸入管
6 バッテリ
7 冷却ファン
8 バッテリ冷却空気通路
9 水素温度センサ
10 バッテリ温度センサ
13 空気通路切り替え弁
20 第1のネック部
22 第2のネック部
23 水素タンク冷却空気通路
25 切り替え弁
35 上流端
50 車室空調装置
100 冷却制御装置[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a battery cooling device that utilizes heat during charging and discharging of compressed hydrogen.
[0002]
[Prior art]
JP-A-2002-151126 discloses a fuel cell system including a hydrogen tank.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional technology, there is a problem that the pressure rises due to an increase in the hydrogen temperature in the hydrogen tank when the hydrogen tank is filled with hydrogen, the amount of hydrogen charged decreases, and the cruising distance decreases. Further, a battery mounted in a fuel cell vehicle is cooled by utilizing the air in the passenger compartment, so that an air conditioning load increases to cool the battery, and there is a problem that fuel efficiency is deteriorated. Further, there is a problem that fuel consumption is deteriorated and noise of the fan is increased due to an increase in load of the fan that blows the vehicle interior air to the battery.
[0004]
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a battery cooling device in which fuel consumption is deteriorated and fan noise is reduced.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a battery cooling device for an electric vehicle according to the present invention includes a hydrogen tank that supplies hydrogen to a power plant, and a hydrogen tank connected to the hydrogen tank and upstream of the battery in the battery cooling air passage. And a hydrogen release tube disposed at the first position.
[0006]
【The invention's effect】
According to the present invention, while supplying hydrogen to the power plant, the temperature of the hydrogen discharge tube decreases due to the reduced pressure of hydrogen. The air in the air passage that has flowed around the hydrogen discharge tube by the cooling fan is cooled by the hydrogen discharge tube, and the battery is cooled by the cooled air. Therefore, it is not necessary to increase the load on the air conditioner in order to cool the battery, and it is possible to suppress deterioration in fuel efficiency.
[0007]
Embodiment
Referring to FIG. 1, a battery cooling device for an electric vehicle according to the present invention includes a
[0008]
In this example, three hydrogen tanks 1, a
The
[0009]
[0010]
FIG. 2 shows the structure of the
[0011]
The battery cooling device includes a hydrogen tank
[0012]
When filling the hydrogen tank 1 with pressurized injection of hydrogen, the hydrogen in the hydrogen tank 1 is compressed, so that the temperature of the hydrogen tank 1 becomes high. As shown by the arrow in FIG. 3, the injected high-temperature pressurized hydrogen flows in the hydrogen tank 1 toward the
[0013]
Here, the hydrogen tank 1 can store a larger mass of hydrogen when the temperature of the hydrogen is lower than the temperature. Therefore, at the time of filling with hydrogen, the
[0014]
The
[0015]
The
[0016]
Next, control of the battery cooling device when filling the hydrogen tank 1 with hydrogen will be described with reference to FIG. With the hydrogen injection, the hydrogen temperature in the hydrogen tank 1 starts to rise. When the hydrogen temperature detected by the
On the other hand, at the time of hydrogen release accompanying the operation of the vehicle, the switching
Next, with reference to FIG. 5, the correlation between the temperature decrease due to the expansion of hydrogen and the required power of the cooling fan 7 required to maintain the
Further, since the cooling fan 7 is provided on the downstream side of the position where the battery cooling air passage 8 and the hydrogen tank
[0017]
It should be noted that the neck portion on the hydrogen discharge tube side may be arranged in the cooling air passage both when hydrogen is charged and when hydrogen is released.
[0018]
Here, the effects of the first embodiment will be listed together.
[0019]
According to the present invention, while supplying hydrogen to the power plant, the temperature of the
By arranging the
[0020]
The temperature of the
[0021]
Since the radiating
[0022]
By providing the radiating
[0023]
When the hydrogen tank 1 sucks the hydrogen, the cooling fan 7 is operated to improve the cooling performance of the heated portion of the hydrogen tank 1.
[0024]
By detecting the temperature of hydrogen in the hydrogen tank 1 and operating the cooling fan 7 for cooling the battery, the fan can be operated as necessary to lower the hydrogen temperature.
[0025]
Further, by providing the
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. According to this embodiment, not only the
This allows the entire hydrogen tank 1 to be cooled by air when filling with hydrogen, and allows the entire hydrogen tank 1 to cool air when releasing hydrogen.
At the time of hydrogen release, the temperature of the hydrogen tank 1 does not rise as at the time of filling, so that the air passing through the battery cooling air passage 8 is sufficiently cooled by the
[0026]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. According to this embodiment, the battery cooling device further includes the vehicle
[0027]
When filling the hydrogen tank 1 with hydrogen, the air
In this case, referring to FIG. 4 again, when the hydrogen temperature detected by the
The effects of the third embodiment will be listed. By supplying the cooling air from the vehicle interior, the cooling air temperature can be further reduced.
[0028]
Further, after the cooling fan 7 for cooling the battery is operated, if the hydrogen temperature further rises and exceeds a predetermined value, the temperature of the cooling air is further reduced by operating the
[Brief description of the drawings]
[0030]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a battery cooling device according to the present invention.
[0031]
FIG. 2 is a diagram illustrating a flow of injected hydrogen in a hydrogen tank.
[0032]
FIG. 3 is a view showing a first neck portion of the hydrogen tank.
[0033]
FIG. 4 is a diagram illustrating a change in hydrogen temperature when hydrogen is charged into a hydrogen tank.
[0034]
FIG. 5 is a diagram for explaining transition of hydrogen temperature when releasing hydrogen.
[0035]
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a second embodiment of the present invention.
[0036]
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a third embodiment of the present invention.
[0037]
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (9)
パワープラントに水素を供給する水素タンクと、
前記水素タンクに接続するとともに、前記バッテリ冷却空気通路内で前記バッテリよりも上流側にその一部が配置される水素放出管と、
を備えることを特徴とする電動車両用バッテリ冷却装置。A battery cooling device for an electric vehicle using hydrogen as an energy source, comprising a battery, a cooling fan, and a battery cooling air passage communicating the battery and the cooling fan,
A hydrogen tank that supplies hydrogen to the power plant,
A hydrogen discharge pipe connected to the hydrogen tank and a part of which is disposed upstream of the battery in the battery cooling air passage,
A battery cooling device for an electric vehicle, comprising:
Priority Applications (1)
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JP2002246481A JP4082136B2 (en) | 2002-08-27 | 2002-08-27 | Battery cooling system |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115295828A (en) * | 2022-07-26 | 2022-11-04 | 上海杰宁新能源科技发展有限公司 | Fuel cell cooling control method and system, storage medium and intelligent terminal |
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