JP2004331024A

JP2004331024A - 車両用発熱要素冷却装置

Info

Publication number: JP2004331024A
Application number: JP2003133660A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Mitsui; 正三井
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-05-12
Filing date: 2003-05-12
Publication date: 2004-11-25

Abstract

【課題】車両に搭載が容易な車両用発熱要素冷却装置を提供する。
【解決手段】空調装置ＡＣに接続される後部座席ベントダクト３０に分岐部３１を設け、バッテリケース６０に接続されるバッテリ冷却ダクト５０を接続する。分岐部３１に切換ドア３５を設け、バッテリ冷却ダクト５０に正逆転可能なファン５１を設ける。切換ドア３５を下流ダクト３０ｂおよびバッテリ冷却ダクト５０の双方へ送風可能な回動位置に駆動し、ファン５１を正回転に駆動すると、空調空気を下流ダクト３０ｂとバッテリ冷却ダクト５０とに送風できる。また、上流ダクト３０ａを切換ドア３５で閉止して、車室内空気を後部座席ベント口３４からファン５１で吸引してバッテリ６１に送風できる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走行用モータに電力を供給するバッテリや燃料電池、キャパシタなどの発熱要素の冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
バッテリ冷却負荷に応じて車室内空気または空調空気を導入してバッテリを冷却する車両用バッテリ冷却装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−４０２１２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この車両用バッテリ冷却装置では、空調装置からの送風空気をバッテリに導くダクトと、車室内空気をバッテリに導くダクトとが必要である。そのため、バッテリ冷却装置が大型化し、走行用バッテリおよびバッテリ冷却装置を車両後半床下部に搭載する最も一般的なハイブリッド自動車や電気自動車などでは、当該装置の車両搭載が困難となったり車室内空間が減少する恐れがある。
【０００５】
本発明は、車両に搭載が容易な車両用発熱要素冷却装置を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明による車両用発熱要素冷却装置は、車室内に内気または外気を送風するブロアファンと、ブロアファンから送風される送風空気を車室内に送風する第１のダクトと、第１のダクトから分岐され、ブロアファンから送風される送風空気を発熱要素が収納される収納部に送風する第２のダクトと、第１のダクトと第２のダクトとの分岐部に設けられ、ブロアファンから送風される送風空気の送風経路を切り替える送風経路切換手段とを有することを特徴とする。
【０００７】
【発明の効果】
本発明による車両用発熱要素冷却装置は、送風空気を車室内に送風する第１のダクトと、第１のダクトから分岐され、送風空気を発熱要素が収納される収納部に送風する第２のダクトとを有し、第１および第２のダクトの分岐部に送風経路切換手段を設けた。これにより、空調装置からの送風空気を発熱要素に導くためのダクトと、車室内空気を発熱要素に導くためのダクトとをそれぞれ専用に設ける必要がないので、車両用発熱要素冷却装置の大型化、複雑化を防止でき、車両への搭載が容易である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
―――全体構成―――
図１〜８を参照して、本発明による車両用発熱要素冷却装置を乗用車に適用した一実施の形態を説明する。図１は、本実施の形態の車両用発熱要素冷却装置を乗用車に搭載したときの全体構成を模式的に示す断面図である。乗用車ＨＶは、いわゆるハイブリッド自動車と呼ばれるものであり、走行動力源として内燃機関と電気モータとを備えたものである。乗用車ＨＶのインストルメントパネル１の内部には空調装置ＡＣが設けられている。また、乗用車ＨＶの後部座席３の床下にはバッテリケース６０が設けられ、このバッテリケース６０の内部にバッテリ６１が格納されている。
【０００９】
空調装置ＡＣには、空調空気を前部座席２の乗員に向けて送風するためのダクト２０と、後部座席３の乗員に向けて送風するための後部座席ベントダクト３０と、不図示の後部座席フットダクトとが接続されている。図２に示すように、後部座席ベントダクト３０の上流ダクト３０ａと下流ダクト３０ｂの間には分岐部３１が設けられている。下流ダクト３０ｂの端部は後部座席３と対向し、そこに後部座席ベント口３４が設けられている。分岐部３１には、バッテリケース６０に接続されるバッテリ冷却ダクト５０が接続されている。
【００１０】
分岐部３１は、バッテリ冷却ダクト５０の全長が短くなるよう、後部座席ベントダクト３０の流路途中であって、バッテリケース６０に接近した場所に設けられている。分岐部３１には、切換ドアアクチュエータ３５ａによって任意の回動位置に駆動される切換ドア３５が設けられている。バッテリ冷却ダクト５０には、正逆転可能なファン５１が設けられている。ファン５１は、正回転方向に駆動されたときに分岐部３１からバッテリケース６０へ送風し、逆回転方向に駆動されたときにバッテリケース６０から分岐部３１へ送風する。後で詳細に説明するように、切換ドア３５およびファン５１は、各ダクト３０，５０での送風空気の流れを制御する。バッテリケース６０には、車室内に開口している冷却空気排出口６２が設けられている。
【００１１】
図３は、空調装置ＡＣの構成を示す図である。空調装置ＡＣは、そのケース１０内に、ファン１１を駆動するブロアモータ１２と、ファン１１により送風された空気を除湿、冷却するエバポレータ１３と、エバポレータ１３で除湿、冷却された送風空気を再加熱するヒータコア１４と、ヒータコア１４への配風比を調節するエアミックスドア１５とを備えている。また、ケース１０の送風空気を取り入れる入口側には、車両室内の空気を送風するか、車外の空気を送風するかを決定する内気外気切換ドア１６が設けられている。
【００１２】
内気外気切換ドア１６で選択された車両室内または車外もしくはその双方の空気は、電圧で制御されるブロアモータ１２により駆動されるファン１１で加圧、送風され、エバポレータ１３を通過して除湿、冷却される。エバポレータ１３を通過した空気は、エアミックスドア１５により決定される配風比でヒータコア１４を通過する空気と、ヒータコア１４を通過しない空気とに分配される。エアミックスドアで分配されてヒータコア１４を通過した空気とヒータコア１４を通過しなかった空気とは、ヒータコア１４下流で再び合流し、車室内に供給される。
【００１３】
空調装置ＡＣは、オートエアコンアンプ７０と、空調装置ＡＣの熱負荷を検出するための各種の熱負荷センサ群７５と、各種ドアを開閉するアクチュエータ１５ａ，１６ａとを備えている。オートエアコンアンプ７０は、車室内が乗員の設定した設定温度になるよう熱負荷センサ群７５からの情報を基に空調運転条件の演算を行う。演算された空調運転条件に基づいて、オートエアコンアンプ７０は、所定の風量となるようブロアモータ１２の電圧ＶＦを制御するとともに、エアミックスドア１５の開度Ｍをエアミックスドアアクチュエータ１５ａにより制御する。また、オートエアコンアンプ７０は、演算された空調運転条件に基づいて、各吹き出し口に設けられたドアの開度を制御する。
【００１４】
オートエアコンアンプ７０には、バッテリ６１の負荷・温度等を検出するためのバッテリ負荷等検出センサ群７６と、切換ドアアクチュエータ３５ａと、ファン５１の駆動モータ５１Ｍとが接続されている。後述するように、オートエアコンアンプ７０は、空調装置ＡＣの運転条件およびバッテリ負荷等検出センサ群７６からの信号を基に、切換ドアアクチュエータ３５ａおよびファン駆動用５１Ｍの駆動を制御してバッテリ６１の冷却制御を行う。
【００１５】
上記構成の空調装置ＡＣは、オートエアコンアンプ７０によりブロアモータ１２の電圧（回転数）とエアミックスドア１５および不図示の各ドアの開度を制御して、車室内が設定温度になるよう風量、温度を調節した空調風を車室内に送風する。また空調装置ＡＣで調節された空調風によってバッテリ６１の冷却も行う。すなわち、本実施の形態の車両用発熱要素冷却装置は、空調装置ＡＣの一部として構成される。
【００１６】
―――バッテリ６１の冷却について―――
バッテリ６１は、充放電電流によって発熱する。そのためバッテリ６１は適宜冷却する必要がある。本実施の形態の車両用発熱要素冷却装置では、空調空気および車室内空気をバッテリケース６０に導入することで、バッテリ６１を冷却する。以下詳述する。
【００１７】
（１）バッテリ６１の冷却が不要の場合
図４は、がバッテリ６１の冷却の必要がない場合の切換ドア３５の回動位置と送風空気の流れを示している。切換ドア３５は、バッテリ冷却ダクト５０への流路を閉止し、後部座席ベントダクト３０の上流ダクト３０ａと下流ダクト３０ｂとを連通させる回動位置３５Ｒａに駆動される。空調空気は、図４の矢印で示すように、上流ダクト３０ａからバッテリ冷却ダクト５０へ分岐されることなく全量が下流ダクト３０ｂへ流れ、後部座席ベント口３４から吹き出される。ファン５１は停止している。空調空気の温度および吹き出し口の選択モードは任意であってよい。
【００１８】
（２）バッテリの冷却が必要な場合
図５〜７は、バッテリ６１の冷却の必要がある時の切換ドア３５の回動位置と送風空気の流れを示している。この場合、空調空気の温度および後部座席吹き出し口の選択モードによって切換ドア３５の回動位置、ファン５１の回転方向および送風空気の流れが異なるので、それぞれの場合について以下に説明する。
【００１９】
（２−１）後部座席吹き出し口の選択モードがベントモードまたはバイレベルモードの場合
後部座席吹き出し口の選択モードがベントモードまたはバイレベルモードの場合、空調空気を後部座席ベント口３４から吹き出し、かつ、バッテリケース６０の内部に通風してバッテリを冷却する必要がある。空調空気の吹き出し温度が低い場合には空調空気によってバッテリ６１を冷却し、空調空気の吹き出し温度が高い場合には車室内の空気によってバッテリ６１を冷却する。
【００２０】
（２−１−１）空調空気の温度が低い場合
空調空気の温度が低く、バッテリ６１の冷却に適した温度である場合、空調空気は後部座席ベント口３４およびバッテリケース６０の双方に送風される。図５に示すように、切換ドア３５は、下流ダクト３０ｂおよびバッテリ冷却ダクト５０の双方へ送風可能な回動位置３５Ｒｂに駆動される。ファン５１は、空調空気を分岐部３１からバッテリケース６０へ流すよう正回転方向に駆動される。空調空気は、図５の矢印で示すように、上流ダクト３０ａから下流ダクト３０ｂとバッテリ冷却ダクト５０とに分岐される。これにより、空調空気は後部座席ベント口３４から吹き出されるとともに、バッテリケース６０のバッテリ６１を冷却して冷却空気排出口６２から車室内に排出される。
【００２１】
（２−１−２）空調空気の温度が高い場合
空調空気の温度が高く、バッテリ６１の冷却に適さない温度である場合、空調空気は後部座席ベント口３４にのみ送風される。そして、バッテリ６１を冷却するために、ファン５１を逆回転方向に駆動することで、車室内の空気を冷却空気排出口６２から吸引してバッテリケース６０内に導入する。バッテリ６１を冷却した空気は、バッテリ冷却ダクト５０および下流ダクト３０ｂを経由して後部座席ベント口３４から車室内に排出される。図６に示すように、切換ドア３５は、上流ダクト３０ａおよびバッテリ冷却ダクト５０の双方から送風される空気が下流ダクト３０ｂへ送風可能な回動位置３５Ｒｃに駆動される。空調空気は、図６の矢印で示すように、上流ダクト３０ａから全量が下流ダクト３０ｂへ送風される。
【００２２】
（２−２）後部座席吹き出し口の選択モードがベントモードおよびバイレベルモード以外の場合
後部座席吹き出し口の選択モードがベントモードおよびバイレベルモード以外の場合、不図示の後部座席ベントドアによって後部座席ベントダクト３０が閉止されて、空調空気は後部座席ベントダクト３０に送風されない。そこで、車室内の空気によってバッテリ６１を冷却する。図７に示すように、切換ドア３５は、上流ダクト３０ａを閉止して、後部座席ベントダクト３０の下流ダクト３０ｂとバッテリ冷却ダクト５０とを連通させる回動位置３５Ｒｄに駆動される。ファン５１は、車室内の空気を後部座席ベント口３４から吸引してバッテリケース６０へ流すよう正回転方向に駆動される。車室内の空気は、図７の矢印で示すように、下流ダクト３０ｂからバッテリ冷却ダクト５０を経由してバッテリケース６０へ送風される。バッテリ６１を冷却した車室内の空気は冷却空気排出口６２から再び車室内に排出される。
【００２３】
図８は、上述したバッテリ冷却動作を行うプログラムの処理内容を示すフローチャートである。不図示のイグニッションスイッチがＯＮになったとき、図８に示した処理を行うプログラムがオートエアコンアンプ７０で実行される。ステップＳ１において、空調装置ＡＣの動作状態およびバッテリ負荷等検出センサ群７６からの信号を読み込んでステップＳ３ヘ進む。ステップＳ３において、ステップＳ１で読み込んだ情報からバッテリ６１の冷却が必要か否かを判断する。ステップＳ３が否定判断、すなわち、バッテリ６１の冷却が不要であると判断されると、ステップＳ５へ進み、切換ドア３５を図４に示した回動位置３５Ｒａへ駆動してステップＳ７へ進む。ステップＳ７において、ファン５１を停止してリターンする。
【００２４】
ステップＳ３が肯定判断、すなわち、バッテリ６１の冷却が必要であると判断されると、ステップＳ９へ進み、後部座席吹き出し口の選択モードがベントモードまたはバイレベルモードであるか否かを判断する。ステップＳ９が肯定判断されるとステップＳ１１へ進み、空調空気の吹き出し温度がバッテリ冷却に適した低温度であるか否かを判断する。ステップＳ１１が肯定判断されるとステップＳ１３へ進み、切換ドア３５を図５に示した回動位置３５Ｒｂへ駆動してステップＳ１５へ進む。ステップＳ１５において、ファン５１を正回転方向に駆動してリターンする。
【００２５】
ステップＳ１１が否定判断されるとステップＳ１７へ進み、切換ドア３５を図６に示した回動位置３５Ｒｃへ駆動してステップＳ１９へ進む。ステップＳ１９において、ファン５１を逆回転方向に駆動してリターンする。
【００２６】
ステップＳ９が否定判断されるとステップＳ２１へ進み、切換ドア３５を図７に示した回動位置３５Ｒｄへ駆動してステップ２３へ進む。ステップＳ２３において、ファン５１を正回転方向に駆動してリターンする。
【００２７】
上述した車両用発熱要素冷却装置によれば次の作用効果を奏する。
（１）後部座席ベントダクト３０の流路途中からバッテリケース６０に接続されるバッテリ冷却ダクト５０を分岐して、この分岐部３１に切換ドア３５を設けた。これにより、空調装置からの送風空気をバッテリに導くためのダクトと、車室内空気をバッテリに導くためのダクトとをそれぞれ専用に設ける必要がないので、発熱要素冷却装置の大型化が防止でき、当該装置の車両搭載を容易にする。
（２）分岐部３１は、後部座席ベントダクト３０の流路途中であって、バッテリケース６０に接近した場所に設けられている。これにより、バッテリ冷却ダクト５０の長さを短くでき、発熱要素冷却装置をコンパクト化できる。
（３）切換ドア３５は、分岐部３１で回動可能に軸支され、切換ドアアクチュエータ３５ａによって任意の回動位置に駆動される。これにより、空調空気および車室内空気の双方をバッテリ６１の冷却に利用でき、効率的にバッテリ６１を冷却できる。
（４）バッテリ冷却ダクト５０にファン５１を設けた。これにより、バッテリケース６０へ冷却風を積極的に流すことができ、効率的にバッテリ６１を冷却できる。
（５）バッテリ冷却ダクト５０に設けられたファン５１は正逆転可能である。これにより、バッテリケース６０を流れる冷却風の流れ方向をファン５１によって制御できるので、空調空気および車室内空気の双方をバッテリ６１の冷却に効率的に利用できる。
（６）ファン５１を逆回転方向に駆動することで、車室内の空気を冷却空気排出口６２から吸引してバッテリ６１を冷却し、バッテリ冷却ダクト５０および下流ダクト３０ｂを経由して後部座席ベント口３４から車室内に排出する。これにより、バッテリの冷却に適さない温風送風時であってもバッテリ６１を冷却できる。また、バッテリで発生した熱を補助暖房の熱源として車室内に供給でき、熱効率上有利である。
【００２８】
―――変形例―――
（１）上述の説明では、バッテリ冷却ダクト５０を後部座席ベントダクト３０から分岐したが、本発明はこれに限定されない。たとえば後部座席フット口に接続される後部座席フットダクトからバッテリ冷却ダクト５０を分岐してもよい。
（２）上述の説明では、バッテリ冷却ダクト５０を後部座席ベントダクト３０から分岐したが、本発明はこれに限定されない。たとえばエンジンや走行用電動機とともに空調装置ＡＣが車両後方に配置された車両では、空調装置ＡＣから前部座席の乗員に向けて送風するためのダクトからバッテリ冷却ダクト５０を分岐するようにしてもよい。
【００２９】
（３）上述の説明では、バッテリ６１の冷却に関する制御をオートエアコンアンプ７０で制御しているが、本発明はこれに限定されない。たとえば、オートエアコンアンプ７０とは別の制御装置により切換ドア３５およびファン５１の制御を行うようにしてもよい。この場合、オートエアコンアンプ７０から空調装置ＡＣの運転状態に関する信号とバッテリ負荷等検出センサ群７６からの信号とを別の制御装置で受信して、バッテリ６１の冷却に関する制御を行うようにすればよい。
（４）上述の説明では、冷却空気排出口６２は車室内に開口していたが、本発明はこれに限定されない。たとえばバッテリの発熱量が多い場合、冷却空気排出口６２を車両外部に設けて、冷却後の空気が車外に放出されるようにしてもよい。また、切換ドアを設けて冷却後の空気が車室内または車外のいずれかに排出できるように構成することもできる。
【００３０】
（５）上述の説明では、バッテリの冷却について説明したが、本発明はこれに限定されない。温度の高い空調空気によって適切な作動温度よりも低い温度にあるバッテリを加熱することも可能である。
（６）上述の説明では、冷却対象はバッテリであったが、本発明はこれに限定されない。バッテリ以外の燃料電池やキャパシタなどの発熱要素の冷却装置に本発明を適用してもよい。さらに、上述した各実施の形態および変形例は、それぞれ組み合わせてもよい。
【００３１】
上述の説明において、第１のダクトは後部座席ベントダクト３０に、第２のダクトはバッテリ冷却ダクト５０に、発熱要素はバッテリ６１に、収納部はバッテリケース６０に、送風経路切換手段は切換ドア３５に、送風ファンはファン５１に、冷却空気排出部は冷却空気排出口６２にそれぞれ対応する。また、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、本発明は、上述した実施の形態および変形例における機器構成に何ら限定されない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態の車両用発熱要素冷却装置を乗用車に搭載したときの全体構成を模式的に示す断面図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】空調装置ＡＣの構成を示す図である。
【図４】切換ドア３５の回動位置と送風空気の流れを示す図である。
【図５】切換ドア３５の回動位置と送風空気の流れを示す図である。
【図６】切換ドア３５の回動位置と送風空気の流れを示す図である。
【図７】切換ドア３５の回動位置と送風空気の流れを示す図である。
【図８】バッテリ冷却動作を行うプログラムの処理内容を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０ケース１１ファン
１２ブロアモータ１３エバポレータ
１４ヒータコア１５エアミックスドア
１６内気外気切換ドア２０ダクト
３０後部座席ベントダクト３０ａ上流ダクト
３０ｂ下流ダクト３１分岐部
３４後部座席ベント口３５切換ドア
５０バッテリ冷却ダクト５１ファン
６０バッテリケース６１バッテリ
６２冷却空気排出口

Claims

車室内に内気または外気を送風するブロアファンと、
前記ブロアファンから送風される送風空気を車室内に送風する第１のダクトと、
前記第１のダクトから分岐され、前記ブロアファンから送風される送風空気を発熱要素が収納される収納部に送風する第２のダクトと、
前記第１のダクトと第２のダクトとの分岐部に設けられ、前記ブロアファンから送風される送風空気の送風経路を切り替える送風経路切換手段とを有することを特徴とする車両用発熱要素冷却装置。
請求項１に記載の車両用発熱要素冷却装置において、
前記発熱要素は、少なくとも走行用電動機へ電力を供給するバッテリ、燃料電池、もしくはキャパシタであることを特徴とする車両用発熱要素冷却装置。
請求項１または請求項２に記載の車両用発熱要素冷却装置において、
前記第２のダクトに正逆回転可能な送風ファンをさらに備え、
前記送風ファンが正回転方向に駆動されると、前記第１のダクトの前記分岐部より下流のダクトを経由して車室内の空気が吸引されて前記収納部に送風されることを特徴とする車両用発熱要素冷却装置。
請求項３に記載の車両用発熱要素冷却装置において、
前記収納部の下流には、前記収納部と車室内を接続する冷却空気排出部がさらに設けられ、
前記送風ファンが逆回転方向に駆動されると、車室内の空気が前記冷却空気排出部から吸引されて前記第１のダクトの前記分岐部より下流のダクトを経由して再び車室内に送風されることを特徴とする車両用発熱要素冷却装置。
請求項１〜４のいずれかの項に記載の車両用発熱要素冷却装置において、
前記ブロアファンは車両前方に配設され、
前記第１のダクトは後席乗員に送風空気を送風するためのダクトであり、
前記第１のダクトの前記収納部付近に配設された部分から前記第２のダクトが分岐されるように前記分岐部を設けることを特徴とする車両用発熱要素冷却装置。