JP2007123079A - 電動車両用蓄電器の冷却装置 - Google Patents

電動車両用蓄電器の冷却装置 Download PDF

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Abstract

【課題】駆動・回生用の蓄電器の温度が高まった場合に、その蓄電器を速やかに冷却することのできる電動車両用蓄電器の冷却装置を提供する。
【解決手段】車室内の冷気をリヤパーセルの吸気口１６からバッテリ７に導入する。エアコンＣＰＵ３０とバッテリＣＰＵ３１は、外気温センサと日射量センサの検出値が外気温閾値と日射量閾値を夫々超え、かつ、バッテリ温度センサ１７の検出値がバッテリ温度閾値を超えるときに、送風ファン９の回転数を増加させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、バッテリやキャパシタ等の蓄電器からの電力がインバータを介して供給される車両駆動用モータを備えたハイブリッド自動車や電気自動車等の電動車両における蓄電器の冷却装置であって、車室内の冷房装置の冷気を利用して蓄電器を冷却する電動車両用蓄電器の冷却装置に関するものである。
ハイブリッド自動車や電気自動車等の電動車両においては、走行時にモータジェネレータに電力を供給し、減速時にモータジェネレータで発生した回生電力を充電する高電圧の蓄電器が搭載されている。この蓄電器は、通常、ＰＤＵやＤＣ−ＤＣコンバータ等の高圧電装機器とともに電装ボックス内に収容され、車室内と隔絶された後部座席の後方位置等に配置されている。
ところで、電動車両で用いる蓄電器は高電圧のものが用いられるため、モータ駆動や充電に伴う発熱量が大きい。このため、これに対処にする車両用蓄電器の冷却装置として、冷房装置による車室内の冷気を、車室内に開口する吸気口を通して蓄電器の収容空間に誘導し、その冷気によって蓄電器を冷却するようにしたものが開発されている（例えば、特許文献１等参照）。
特許第３１２５１９８号公報
しかし、この電動車両用蓄電器の冷却装置は、駆動・回生用の蓄電器の温度に応じて冷房装置を作動させるものであるが、例えば、車外の温度が高い場合や、窓ガラスを通して車室内に照射される日射量が大きい場合等には、送風ファンによって吹出された冷気が吸気口に届く前に温められ、蓄電器の迅速な冷却がむずかしい状況が考えられる。
そこでこの発明は、駆動・回生用の蓄電器の温度が高まった場合に、その蓄電器を速やかに冷却することのできる電動車両用蓄電器の冷却装置を提供しようとするものである。
上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、蓄電器（例えば、後述の実施形態におけるバッテリ７）からの電力がインバータを介して供給される車両駆動用モータ（例えば、後述の実施形態におけるモータジェネレータ３）を備えた電動車両における前記蓄電器の冷却装置であって、車室内の冷房装置（例えば、後述の実施形態におけるエアコンユニット８）の冷気を取り入れる吸気口（例えば、後述の実施形態における吸気口１６）が車室に開口して設けられ、前記吸気口を通して導入された冷気によって前記蓄電器を冷却するものにおいて、前記冷房装置の送風ファン（例えば、後述の実施形態における送風ファン９）の作動中に、前記蓄電器の温度が設定温度を超えると、前記送風ファンの回転数を増加させる制御手段（例えば、後述の実施形態におけるエアコンＣＰＵ３０、バッテリＣＰＵ３１）を設けるようにした。
この発明の場合、車室内で冷房装置が作動中に、蓄電器の温度が設定温度を超えて上昇すると、制御手段が冷房装置の送風ファンの回転数を増加させ、それにより吸気口方向に冷気の流量が増加されて送給されるようになる。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記冷房装置の送風ファンの作動中に前記蓄電器の温度が設定温度を超えると、前記冷房装置のエア供給モードを内気循環モードに切り換える制御手段を設けるようにした。
この場合、冷房装置の作動中に、蓄電器の温度が設定温度を超えて上昇すると、制御手段が冷房装置の送風ファンの回転数を増加させるとともに、エア供給モードを内気循環モードに切り換える。これにより、冷気は外気の導入を遮断した状態において吸気口方向に送給されるようになる。
請求項３に記載の発明は、請求項２または３に記載の発明において、車外の気温を検出する外気温検出手段（例えば、後述の実施形態における外気温センサ１８）による検出値が設定値を超えることをさらなる条件として、前記制御手段が前記送風ファンの回転数を増加させるようにした。
この場合、冷房装置の作動中に蓄電器の温度が設定温度を超えて上昇し、かつ、外気温検出手段による検出値が設定値を超えると、制御手段が送風ファンの回転数を増加させ、送風ファンを通して吸気口方向に送給する冷気の風量を増大させる。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明において、日射量を検出する日射量検出手段（例えば、後述の実施形態における日射量センサ１９）を備え、この日射量検出手段による検出値が設定値を超えることをさらなる条件として、前記制御手段が前記送風ファンの回転数を増加させるようにした。
この場合、冷房装置の作動中に蓄電器の温度が設定温度を超えて上昇し、かつ、日射量検出手段による検出値が設定値以上になると、制御手段が送風ファンの回転数を増加させ、送風ファンを通して吸気口方向に送給する冷気の風量を増大させる。
請求項１に記載の発明によれば、冷房装置の作動中に蓄電器の温度が設定温度を超えて上昇すると、制御手段が冷房装置の送風ファンの回転数を増加させ吸気口に向かう冷気の流量を増大させるため、吸気口に供給される充分な冷気によって蓄電器を迅速に冷却することができる。
請求項２に記載の発明によれば、冷房装置の作動中に蓄電器の温度が設定温度を超えて上昇すると、制御手段が送風ファンの回転数を増加させ、かつ、エア供給モードを内気循環モードに切り換えるため、車室内への外気の導入を遮断して効率良く蓄電器を冷却することができる。
請求項３に記載の発明によれば、冷房装置の作動中に蓄電器の温度が設定温度を超えて上昇し、かつ、外気温検出手段による検出値が設定値を超えると、制御手段が送風ファンの回転数を増加させるため、外気温度の上昇が要因に加わって蓄電器の冷却効率が低下しているときに、吸気口に供給される充分な冷気によって蓄電器を迅速に冷却することができる。
請求項４に記載の発明によれば、冷房装置の作動中に蓄電器の温度が設定温度を超えて上昇し、かつ、日射量検出手段による検出値が設定値を超えると、制御手段が送風ファンの回転数を増加させるため、日射量の増加が要因に加わって蓄電器の冷却効率が低下しているときに、吸気口に供給される充分な冷気によって蓄電器を迅速に冷却することができる。
以下、この発明の第１の実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、以下の説明における前後左右等の向きは、特に記載が無ければ車両における向きと同一とする。また、図中矢印Ｆ，Ｒは車両前後を、矢印Ｌ，Ｒは車両左右を夫々指している。
図１，図２は、この発明にかかる蓄電器の冷却装置１を適用したハイブリッド自動車（電動車両）を示すものである。このハイブリッド自動車は、所謂パラレル型であり、エンジン２とモータジェネレータ３（車両駆動用モータ）が直列に連結され、これらの動力がトランスミッション４を介して駆動輪（例えば、前輪Ｗｆ）に伝達されるようになっている。モータジェネレータ３は、例えば、三相のＤＣブラシレスモータによって構成されている。なお、図中５ｆ1，５ｆ2は、運転席側と助手席側のフロントシートであり、５ｒは、リヤシート、６は、ハンドル、Ｗｒは、後輪である。
このハイブリッド自動車は、車両減速時等に前輪Ｗｆからモータジェネレータ３に回転が伝達されると、モータジェネレータ３が発電機として機能してエネルギーを所謂回生制動力として回収する。回収された電気エネルギーは、図示しないＰＤＵ（Ｐｏｗｅｒ Ｄｒｉｖｅ Ｕｎｉｔ）を介して駆動・回生用の高電圧のバッテリ（蓄電器）７に充電される。なお、ＰＤＵは、インバータを主要素として構成され、モータジェネレータ３の駆動時にバッテリ７の直流電流を受けて三相交流電流に変換するとともに、制動時等にモータジェネレータ３で発電した交流電流を直流電流に変換する。
また、車室内の前席前方側には、この発明における冷房装置を構成するエアコンユニット８が配置されている。このエアコンユニット８は、図示しない熱交換システムを備えるとともに、モータ駆動される送風ファン９と、エア供給モードの切換え機構１０とを備えている。この切換え機構１０は、外気取り込みモードと内気循環モードを選択的に切り換えるものであり、外気取り込みモードは、図示しない外気導入ダクトを開くことによって外気を車室内に連続的に取り込み、内気循環モードは、外気導入ダクトを閉じることによって車室内のエアを循環させる。また、熱交換システムのコンプレッサ（図示せず）や送風ファン、切換え機構等はエアコンＣＰＵ（制御手段）３０によって制御されるようになっている。なお、図中１１は、エアコンユニット８の操作パネルであり、１２は、エアコンユニット８のエア吹出し口である。
一方、リヤシート５ｒのシートバックの背面側には、電装ボックス１３が配置されている。この電装ボックス１３は略直方体状に形成され、その内部に、駆動・回生用のバッテリ７とバッテリＣＰＵ（制御手段）３１が前述のＰＤＵやＤＣ−ＤＣコンバータ等の高圧電装機器とともに収容されている。そして、電装ボックス１３の内部には冷却空気が導入され、その冷却空気によってバッテリ７とバッテリＣＰＵ３１やＰＤＵ等の高圧電装機器を冷却した後に、熱交換を終えた空気がトランクルーム１４側に排出されるようになっている。電装ボックス１３に導入される空気は吸気ダクト１５を通して車室内から取り入れられる。吸気ダクト１５の車室内側の端部はリヤパーセル３３（図２参照。）上の吸気口１６を通して車室内に連通している。
また、バッテリ７には、バッテリ７の温度を検出するバッテリ温度センサ（バッテリ温度検出手段）１７が設けられ、このバッテリ温度センサ１７の検出信号がバッテリＣＰＵ３１に入力されるようになっている。バッテリＣＰＵ３１は、バッテリ温度センサ１７からの検出信号の他、バッテリ７の電圧信号や図示しないエンジンコントローラ等からの要求信号を受け、車両の走行状況に応じて電力供給と充電のための制御を行う。
さらにまた、エアコンＣＰＵ３０には、車両外部の温度を検出する外気温センサ（外気温検出手段）１８と、ウィンドガラス（例えば、リヤウインドガラス）を通して車室内に照射される日射量を検出する日射量センサ（日射量検出手段）１９が接続され、エアコンＣＰＵ３０は、これらのセンサ１８，１９による検出信号と、バッテリＣＰＵからの通信信号を受けるようになっている。エアコンＣＰＵ３０は、基本的に操作パネル１１による設定操作に応じて温度制御や風量制御を行うが、冷房運転中に外気温センサ１８の検出値と日射量センサ１９の検出値が夫々設定値以上になり、かつ、バッテリ７の温度が設定温度以上になった旨の通信信号がバッテリＣＰＣ３１から入力されると、エアコンユニット８の送風ファン９の回転数を増大するようになっている。
なお、この実施形態の場合、バッテリ冷却装置１はエアコンＣＰＵ３０を含むエアコンユニット８と、吸気口１６、吸気ダクト１５、電装ボックス１３、バッテリＣＰＵ３１等によって構成されている。
以下、エアコンＣＰＵ３０とバッテリＣＰＵ３１によるバッテリ冷却装置１の制御について、図３のフローチャートに従って説明する。なお、以下の処理は、エアコンユニット８による冷房運転が行われているときに行われる。
まず、ステップ１０１において、外気温センサ１８の検出値とメモリに記憶されている外気温閾値（例えば、４０℃）とを比較し、検出値が外気温閾値以下のときにはそのまま処理を抜け、検出値が外気温閾値よりも大きいときは次のステップ１０２へと進む。
ステップ１０２においては、日射量センサ１９の検出値とメモリに記憶されている日射量閾値（例えば、８００ｋcal/m2hr）とを比較し、検出値が日射量閾値以下のときにはそのまま処理を抜け、検出値が日射量閾値よりも大きい場合にだけ次のステップ１０３へと進む。
ステップ１０３では、バッテリ温度センサ１７の検出値とメモリに記憶されているバッテリ温度閾値とを比較し、検出値がバッテリ温度閾値以下のときには処理を抜け、検出値がバッテリ温度閾値よりも大きい場合にはステップ１０４へと進む。なお、このステップ１０３の実際の温度比較はバッテリＣＰＵ３１で行い、その結果を示す信号をエアコンＣＰＵ３０に通信している。
ステップ１０４に進むと、送風ファン９に回転数を増大させる（駆動電圧を上昇させる）べく指令を発し、つづく、ステップ１０５において、エアコンユニット８の切換え機構１０にエア供給モードを内気循環モードに切り換えるべく指令を発する。
以上のように、このバッテリ冷却装置１においては、外気温と日射量の検出値がいずれも設定値よりも大きく、かつ、バッテリ７の温度が設定温度よりも高くなると、エア供給モードを内気循環モードにして、送風ファン９の回転数を増大させるため、例えば、図２中の矢印Ａ´のようであったエアコンユニット８の風量が矢印Ａで示すように増大し、それによって速やかに冷気が吸気口１６に送給されるようになる。したがって、このとき吸気口１６を通して車室内の冷気が積極的に電装ボックス１３内に供給され、その結果、バッテリ７を始めとする放熱部品が速やかに冷却されるようになる。そして、このとき、外気の導入が遮断されて内気循環モードになるため、車室から電装ボックス１３にかけての空間（空気）がより効率良く冷却される。
また、この発明にかかるバッテリ冷却装置１は、外気温や日射量に関係なく、バッテリ７の温度のみを監視して、バッテリ温度が設定温度以上になったときに送風ファン９の風量を増大させることも可能であるが、この実施形態のバッテリ冷却装置１においては、外気温と日射量が夫々設定値以上であることを送風ファン９の風量を増大させる条件としているため、吸入口１６付近の雰囲気温度が高温になり易い場合にだけ、可及的少ない頻度でもってバッテリ７の迅速な冷却を行うことができる。したがって、このバッテリ冷却装置１においては、頻繁な風量変化によって乗員に違和感を与えることもない。
なお、この発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。例えば、上記の実施形態においては、バッテリ７がリヤシート５ｒの背部に配置されているが、バッテリ７は車室内のフロア下等に設けるようにしても良い。また、上記の実施形態では、エアコンＣＰＵ３０とバッテリＣＰＵ３１の協働によってバッテリ７を迅速に冷却する制御を行っているが、例えば、エアコンＣＰＵ３０にバッテリ７の温度監視機能を持たせれば、エアコンＣＰＵ３０単独で同様の制御を行うことも可能である。
また、上記の実施形態では、バッテリ７の温度が設定値よりも上昇したときに送風ファン９の回転数のみを増大させるようにしているが、送風ファン９の回転数を増大させるとともに図示しない冷凍サイクルの冷却能力を増大させるようにコンプレッサの圧縮容量を増大させたり、減圧装置の絞り量を増大させるようにしても良い。
さらに、上記の実施形態においては、この発明にかかる冷却装置をハイブリッド自動車に適用したが、電動モータのみを駆動源とする電気自動車にも同様に適用することができる。また、上記の実施形態では、蓄電器としてバッテリを採用したが、バッテリに代えてキャパシタを用いることも可能である。
この発明の一実施形態を説明する車両の模式的な平面図。 同実施形態を説明する車両の模式的な側面図。 同実施形態を説明するフローチャート。
符号の説明
１…バッテリ冷却装置
３…モータジェネレータ（車両駆動用モータ）
７…バッテリ（蓄電器）
８…エアコンユニット（冷房装置）
９…送風ファン
１６…吸気口
１８…外気温センサ（外気温検出手段）
１９…日射量センサ（日射量検出手段）
３０…エアコンＣＰＵ（制御手段）
３１…バッテリＣＰＵ（制御手段）

Claims (4)

  1. 蓄電器からの電力がインバータを介して供給される車両駆動用モータを備えた電動車両における前記蓄電器の冷却装置であって、
    車室内の冷房装置の冷気を取り入れる吸気口が車室に開口して設けられ、前記吸気口を通して導入された冷気によって前記蓄電器を冷却するものにおいて、
    前記冷房装置の送風ファンの作動中に、前記蓄電器の温度が設定温度を超えると、前記送風ファンの回転数を増加させる制御手段を設けたことを特徴とする電動車両用蓄電器の冷却装置。
  2. 前記冷房装置の送風ファンの作動中に前記蓄電器の温度が設定温度を超えると、前記冷房装置のエア供給モードを内気循環モードに切り換える制御手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の電動車両用蓄電器の冷却装置。
  3. 車外の気温を検出する外気温検出手段を備え、前記制御手段はこの外気温検出手段による検出値が設定値を超えることをさらなる条件として、前記送風ファンの回転数を増加させることを特徴とする請求項１または２に記載の電動車両用蓄電器の冷却装置。
  4. 日射量を検出する日射量検出手段を備え、前記制御手段はこの日射量検出手段による検出値が設定値を超えることをさらなる条件として、前記送風ファンの回転数を増加させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動車両用蓄電器の冷却装置。

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