JP2007161098A - 車両に搭載された電気機器の冷却制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の後方に搭載されたバッテリ等の電気機器を十分に冷却する。
【解決手段】ＥＣＵは、エアコンが内気循環モードに切り換わってから（Ｓ１００にてＹＥＳ）、タイマＴで設定された予め定められた時間が経過すると（Ｓ３００にてＹＥＳ）、二次電池温度ＴＨ（Ｂ）、外気温ＴＨ（Ａ）およびエアコン設定温度ＴＨ（ＡＣ）を検知するステップ（Ｓ４００、Ｓ５００、Ｓ６００）と、二次電池温度ＴＨ（Ｂ）が高く（Ｓ７００にてＹＥＳ）、外気温ＴＨ（Ａ）が高く（Ｓ８００にてＹＥＳ）およびエアコン設定温度ＴＨ（ＡＣ）が高いと（Ｓ９００にてＹＥＳ）、エアコンのブロアファンの回転数を上昇させるステップ（Ｓ１０００）とを含むプログラムを実行する。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両に搭載された電気機器（蓄電機構（二次電池、コンデンサ等）、電力変換用半導体素子等）の冷却装置に関し、特に、車両後方に搭載された電気機器を車室内に設けられた吸入口から車室内の空気を吸入して電気機器を冷却する冷却制御装置に関する。

内燃機関（たとえば、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの公知の機関を用いることが考えられる。）と電気モータとを組合せたハイブリッドシステムと呼ばれるパワートレインを搭載した車両が開発され、実用化されている。このような車両においては、走行用の電気モータを駆動するための二次電池やコンデンサ等の蓄電機構およびインバータやＤＣ／ＤＣコンバータ等の電力変換用機器の電気機器を搭載している。この二次電池は、化学反応により放電や充電が行なわれ、この化学反応が発熱を伴うため、冷却する必要がある。また、インバータやＤＣ／ＤＣコンバータもパワー素子が発熱するため、冷却する必要がある。一般的に、電気機器においては電力線に電流が流れるとジュール熱が発生するため、冷却する必要がある。

このような電気機器は、たとえば、車両後席とラゲッジルームとの間に配置されることがある。この電気機器は、空気通路をなすダクト状のケーシング内に配置されており、ケーシング内の電気機器の吸気上流側であって、電気機器と後部座席との間には、電気機器を冷却する冷却風を発生させる冷却ファンが配置されている。そして、このケーシングの上流端部は、車室内に連通（具体的にはリアパッケージトレイに開口）しているため、電気機器が、車室内の空気にて冷却されることになる。

また、インバータやＤＣ／ＤＣコンバータは、ＰＣＵ（Power Control Unit）と呼ばれる電気機器として一体化されて車両に搭載されることもある。このＰＣＵも、電気機器として、車両後席とラゲッジルームとの間に配置されることがある。

ハイブリッド車両においては、エンジンに加えてこのような電気機器を搭載しなければならない。特開２００５−１８６８６８号公報（特許文献１）は、車内空間に与える影響および圧損を抑制することができる、蓄電機構の冷却装置を開示する。この公報に開示された蓄電機構の冷却装置は、蓄電機構から車内空間に、蓄電機構との間で熱交換された空気を排出するための手段と、車内空間から車外に、熱交換された空気を排出する排出ファンとを含む。

この蓄電機構の冷却装置によると、蓄電機構との間で熱交換された空気は、蓄電機構から車内空間に排出される。この空気は、排出ファンにより車内空間から車外に排出される。これにより、蓄電機構から車外に通じ、車内空間を迂回する排気ダクトを別途設けなくとも、熱交換された空気を車外に排出することができる。そのため、車内空間に与える影響および圧損を抑制することができる。

さらに、車両には、通常、車室内の温度を調整するエアコンディショナ（以下、エアコンと記載する）が備えられており、設定温度に従い（あるいは搭乗者の操作に従い）、車室内の温度が高いときには冷房を、車室内の温度が低いときには暖房する。このエアコンには、吸気通路の車外吸気通路と車内吸気通路との分岐部には、車外吸気通路または車内吸気通路のいずれか一方を選択的に閉塞可能であるとともに、車外吸気通路と車内吸気通路の両方を開放する中間位置に位置して両通路の開口面積の比率を変更可能なエアダンパが配設される。エアダンパはアクチュエータ（ステップモータ等）により揺動させ、その停止位置が制御可能である。エアダンパを車外吸気通路を閉塞して車内吸気通路を開放する内気導入位置と、車内吸気通路を閉塞して車外吸気通路を開放する外気導入位置との間で自在に移動させ、停止させる切換動作を行なう。特開２００１−２９１５３２号公報（特許文献２）は、このようなエアコンを備えた車両に適用できるバッテリ温度冷却装置を開示する。この公報に開示されたバッテリ温度冷却装置は、車外の空気もしくは空調装置が設けられた車室内の空気を導入することによってバッテリ集合体が収納されるバッテリケース内の温度を制御するバッテリ温度制御装置であって、空調装置が内気循環モードにおいて、空調負荷が大、空調負荷が小でかつバッテリ温度TBが標準温度範囲内、空調負荷が小でかつバッテリ温度がバッテリ上限温度よりも高い、空調負荷が小でかつバッテリ温度が標準温度範囲内よりも低い、のいずれかであるときはバッテリケース内に外気を導入し、空調負荷が小でかつバッテリ温度がバッテリ上限温度以下で標準温度範囲よりも高いときは、車内温と外気温のいずれか低い方の空気をバッテリケース内に導入する。

このバッテリ温度冷却装置によると、エアダンパは、空調負荷が小でかつバッテリ温度がバッテリ上限温度以下で標準温度範囲よりも高いときは、車内温と外気温のいずれか低い方の空気がバッテリケース内に導入されるように、外気導入位置または内気導入位置に切換制御される。これにより、バッテリケース内により低い温度の方の空気を導入してバッテリ冷却を行い、バッテリ温度を速やかに低下させることができる。
特開２００５−１８６８６８号公報 特開２００１−２９１５３２号公報

しかしながら、バッテリは、通常、車両後方側の後部座席近傍に搭載されるため、バッテリ冷却装置の空気導入口も、リアトレイや後部座席下方側等の車両後方側に設置される。一方、エアコンから車室内に吹き出される空気の温度は、設定温度や内気温度等の空調パラメータにより変化するものの、通常、約２５℃程度に制御されるが、バッテリ冷却装置の空気導入口がリアトレイや後部座席下方側等の車両後方側に設置されると、エアコンの作動状況（特に、内気循環状態）においては、十分にエアコンから吹き出した空気が空気導入口までと到達しないこともある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、車両の後方に搭載されたバッテリ等の電気機器を十分に冷却可能な、車両に搭載された電気機器の冷却制御装置を提供することである。

第１の発明に係る冷却制御装置は、車両の後方に搭載された電気機器を車室内の空気を用いて冷却する装置を制御する。車室内の前方に車室内の空気温度を調整する温度調整機構の吹き出し口があって、温度調整機構は、外気導入モードと内気循環モードとを有する。この冷却制御装置は、温度調整機構が内気循環モードであることを検知するためのモード検知手段と、電気機器の冷却要求を検知するための要求検知手段と、内気循環モードであるときに電気機器の冷却要求があると、温度調整機構の吹き出し口からの風量を増加するように温度調整機構を制御するための制御手段とを含む。

第１の発明によると、温度調整機構の吹き出し口が車室内の前方にあって冷却対象の電気機器は車両の後方に搭載されている。このため、外気導入モードに比較して、内気循環モードにおいて温度調整機構の吹き出し口から電気機器への冷却用の空気が到達しにくい。このため、制御手段は、内気循環モードであるときに電気機器の冷却要求があると、温度調整機構の吹き出し口からの風量を増加する。このため、内気循環でも車両後方に搭載された電気機器を効率的に冷却することができる。その結果、車両の後方に搭載されたバッテリ等の電気機器を十分に冷却可能な、車両に搭載された電気機器の冷却制御装置を提供することができる。

第２の発明に係る冷却制御装置は、第１の発明の構成に加えて、車両の外気温を検知するための手段をさらに含む。制御手段は、内気循環モードであって外気温が予め定められた第１の温度以上であるときに電気機器の冷却要求があると、温度調整機構の吹き出し口からの風量を増加するように温度調整機構を制御するための手段を含む。

第２の発明によると、外気温が高いときに外気導入すると電気機器の冷却に不利であるので、内気循環のままで温度調整機構の吹き出し口からの風量を増加する。このため、内気循環でも車両後方に搭載された電気機器を効率的に冷却することができる。

第３の発明に係る冷却制御装置は、第１の発明の構成に加えて、温度調整機構の設定温度を検知するための手段をさらに含む。制御手段は、内気循環モードであって設定温度が予め定められた第２の温度以上であるときに電気機器の冷却要求があると、温度調整機構の吹き出し口からの風量を増加するように温度調整機構を制御するための制御手段を含む。

第３の発明によると、温度調整機構の設定温度が高いとに、多くの冷却風を電気機器に与えて効率的に冷却するために、内気循環のままで温度調整機構の吹き出し口からの風量を増加する。このため、内気循環でも車両後方に搭載された電気機器を効率的に冷却することができる。

第４の発明に係る冷却制御装置においては、第１〜３のいずれかの発明の構成に加えて、モード検知手段は、温度調整機構が内気循環モードに切り換えられてから経過した時間が予め定められた時間以上であることに基づいて、内気循環モードであることを検知するための手段を含む。

第４の発明によると、外気導入モードから内気循環モードへの変更が行なわれてから相当の時間（たとえば３０分間）が経過すると、内気循環モードであることを検知することができる。

第５の発明に係る冷却制御装置は、第１〜４のいずれかの発明の構成に加えて、冷却制御装置は、電気機器の温度を検知するための手段をさらに含む。要求検知手段は、電気機器の温度が予め定められた第３の温度以上であるときに電気機器の冷却要求を検知するための手段を含む。

第５の発明によると、電気機器である二次電池、コンデンサなどの温度が高いことに起因して耐久性等の問題が発生することを回避できる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。なお、以下の説明では、蓄電機構の一例である二次電池を電気機器として冷却する車両用冷却装置について説明するが（なお、本実施の形態に係る冷却制御装置は、この車両用冷却装置の一部である）、本発明はこれに限定されない。蓄電機構は二次電池ではなくコンデンサであってもよいし、電気機器は蓄電機構（二次電池やコンデンサ）ではなく、インバータやＤＣ／ＤＣコンバータを含むＰＣＵであってもよい。また、以下の説明において、車両は、エンジンとモータとを駆動源とするハイブリッド車両を想定するが、電気自動車（ＥＶ）であってもよい（ＥＶの電源は限定されるものでない）。

図１に、本実施の形態に係る車両用冷却装置を搭載した車両の制御ブロック図を示す。図１に示すように、この車両用冷却装置は、車室内空間（搭乗空間）より車両後方側のトランクルーム（搭乗空間以外の空間）内に配設される。また、この車両用冷却装置は、車両幅方向の両側のタイヤハウスを避けるように車両幅方向のほぼ中央部に設置されている。

車両用冷却装置は、車両の駆動源である充放電可能な二次電池（ニッケル水素電池やリチウムイオン電池）１００と、二次電池１００の電動冷却ファン２００とを含む。

二次電池１００は、たとえば、角型のバッテリセル（通常１．２Ｖ程度の出力電圧）が６個直列に接続されて１個のバッテリモジュールを形成し、多数（２０〜３０個）のバッテリモジュールを直列に接続してバッテリパックとして構成される。なお、この二次電池１００の体格は、一例として、車両幅方向のリヤサイドメンバの内側に収まるような寸法である。

車両用冷却装置は、車室内空間の空気が、冷却風吸入口２１０からダクトを介して電動冷却ファン２００により吸引されることにより、二次電池１００に供給されて、二次電池１００を冷却する。

冷却風吸入口２１０は、リアガラスの下方部位に位置するリアパッケージトレイ（通常、オーディオのスピーカー等が設置される部材）に開口している。つまり、冷却風吸入口２１０につながるダクトは、図１に示すように上方から下方に延びるように配置されているため、車室内空気は、図１の矢印で示すように上方から下方に流れ、この車室内空気は、電動冷却ファン２００によって二次電池１００に向けて吸い込まれ（バッテリモジュールの間を流れて）、その後、二次電池１００を冷却した空気は、二次電池１００の後方に接続されたダクト５００を通って車外に排出される。

エアコン３００は、車外から空気を取り入れる外気導入状態（外気導入モード）と車室内の空気を循環させる内気循環状態（内気循環モード）とを切換えるための内外気切換ダンパ４００を有する。内外気切換ダンパ４００が図１の紙面の上側にあるとき内気循環モードであって、紙面の下側にあるとき外気導入モードである。

外気導入モードのときには、車外に開口された外気取り入れ口３３０から車両の外部の空気をエアコン３００に導入する。外気導入モードのときには、車内に開口された内気取り入れ口３２０から車両の内部の空気をエアコン３００に導入する。

この内外気切換ダンパ４００は、電気モータや空気アクチュエータで作動され、これらの機器（モータ、アクチュエータ）はＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０００からの指令信号に基づいて、その作動が制御される。また、ＥＣＵ１０００には、外気温を検知する外気温センサ１０２０から外気温ＴＨ（Ａ）、二次電池１００に設けられた温度センサ１０１０から二次電池温度ＴＨ（Ｂ）が、それぞれ入力される。また、エアコン３００の設定温度ＴＨ（ＡＣ）がＥＣＵ１０００に入力される。ＥＣＵ１０００は、各センサから入力された温度情報、設定温度等に基づいてエアコン３００を制御する。なお、ＥＣＵ１０００には、車速を表わす信号も入力される。

図２を参照して、本実施の形態に係る冷却装置を制御するＥＣＵ１０００で実行されるプログラムの制御構造について説明する。なお、このフローチャートで表わされるプログラムは、予め定められたサイクルタイム（たとえば８０ｍｓｅｃ）で繰り返し実行される。

ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、ＥＣＵ１０００は、エアコン３００の内外気切換ダンパ４００が外気導入状態から内気循環状態に切り換えられたか否かを判断する。内気循環状態に切り換えられると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、処理はＳ２００へ移される。もしそうでないと（Ｓ１００にてＮＯ）、この処理は終了する。

Ｓ２００にて、ＥＣＵ１０００は、内気循環状態であるとタイマＴで経過時間を計測する。このタイマで計測される内気循環状態の時間は、連続累積時間となる。なお、一時的に外気導入状態とされた場合にはその外気導入時間を除いて累積時間を計測するようにしてもよい。

Ｓ３００にて、ＥＣＵ１０００は、エアコン３００の内気循環状態である時間を計測するタイマＴがタイムアップ（たとえば３０分）したか否かを判断する。タイマＴがタイムアップすると（Ｓ３００にてＹＥＳ）、処理はＳ４００へ移される。もしそうでないと（Ｓ３００にてＮＯ）、処理はＳ３００へ戻され、タイマＴがタイムアップするまで待つ。

Ｓ４００にて、ＥＣＵ１０００は、二次電池温度ＴＨ（Ｂ）を検知する。Ｓ５００にて、ＥＣＵ１０００は、外気温ＴＨ（Ａ）を検知する。Ｓ６００にて、ＥＣＵ１０００は、エアコン３００の設定温度ＴＨ（ＡＣ）を検知する。

Ｓ７００にて、ＥＣＵ１０００は、二次電池温度ＴＨ（Ｂ）が４０℃（この４０℃というのは一例である）以上であるか否かを判断する。二次電池温度ＴＨ（Ｂ）が４０℃以上であると（Ｓ７００にてＹＥＳ）、処理はＳ８００へ移される。もしそうでないと（Ｓ７００にてＮＯ）、この処理は終了する。

Ｓ８００にて、ＥＣＵ１０００は、外気温ＴＨ（Ａ）が３０℃（この３０℃というのは一例である）以上であるか否かを判断する。外気温ＴＨ（Ａ）が３０℃以上であると（Ｓ８００にてＹＥＳ）、処理はＳ９００へ移される。もしそうでないと（Ｓ８００にてＮＯ）、この処理は終了する。

Ｓ９００にて、ＥＣＵ１０００は、エアコン３００の設定温度ＴＨ（ＡＣ）が２０℃（この２０℃というのは一例である）以上であるか否かを判断する。外気温ＴＨ（ＡＣ）が２０℃以上であると（Ｓ９００にてＹＥＳ）、処理はＳ１０００へ移される。もしそうでないと（Ｓ９００にてＮＯ）、この処理は終了する。

Ｓ１０００にて、ＥＣＵ１０００は、マップに従い（このとき検知した車速、二次電池温度ＴＨ（Ｂ）に基づいてマップからモードを選択して）、エアコン３００のブロアファン４１０の回転数を上昇させる。この結果、内気循環モードにおけるエアコン３００からの吹き出し風量が増加する。

なお、この図２に示すフローチャートのＳ５００、Ｓ６００、Ｓ８００、Ｓ９００の処理を適宜実行しないようなプログラムでもよい。

以上のような構造に基づく、本実施の形態に係る車両用冷却装置の動作について、説明する。

たとえば、車両がＲＥＡＤＹ−ＯＮ状態になると、電動冷却ファン２００を駆動するモータに作動指令信号が出力されて、電動冷却ファン２００が作動を始める。車両の搭乗者がエアコン３００の温度設定部を操作してエアコンの設定温度ＴＨ（ＡＣ）がセットされる。車両の搭乗者がエアコン３００の外気導入モードを内気循環モードに切り換えるようにエアコン３００の操作部を操作したり、ＥＣＵ１０００が自動的にエアコン３００の外気導入モードを内気循環モードに切り換えるようにエアコン３００に指令信号を出力する（Ｓ１００にてＹＥＳ）。

内気循環状態が３０分以上継続すると（Ｓ３００にてＹＥＳ）、二次電池温度ＴＨ（Ｂ）が検知され（Ｓ４００）、外気温ＴＨ（Ａ）が検知され、エアコン３００の設定温度が検知される（Ｓ６００）。

二次電池温度ＴＨ（Ｂ）が４０℃以上であって（Ｓ７００にてＹＥＳ），かつ外気温ＴＨ（Ａ）が３０℃以上であって（Ｓ８００にてＹＥＳ）、かつエアコン３００の設定温度ＴＨ（ＡＣ）が２０℃以上であると（Ｓ９００にてＹＥＳ）、
内気循環時のエアコン３００の風量を上昇させるために、エアコン３００のブロアファン４１０の回転数を上昇させる（Ｓ１０００）。このとき使用されるマップを図３に示す。図３においては、エアコン３００のブロアファン４１０の回転数を上昇させると、ノイズが増大するので、ブロアファン４１０の回転数を上昇させる頻度を極力低下させるために、モード（３）（４）（５）でのみブロアファン４１０の回転数を上昇させるようにしている。

なお、図４に、この図３に対応する従来制御において用いられていたマップの一例を示す。

図４の従来制御においては、エアコン３００の設定（この設定とは内気循環と外気導入の設定）に関わらず、たとえば二次電池温度ＴＨ（Ｂ）の温度にパラメータとして、エアコン３００のブロアファン４１０の回転数を車速により変化させていた。図３に示すように、本実施の形態においては二次電池温度ＴＨ（Ｂ）が高いとき（たとえばＳ７００で示したように４０℃以上であるとき）には、エアコン３００のブロアファン４１０の回転数をより上昇させて、内気循環モードにおけるエアコン３００からの吹き出し量を増加させる。

このようにすると、図５に示すように外気導入モードでは、車速Ｖが高いほど車外から取り込まれる風量も多く、エアコン３００から多くの冷却風が、冷却風吸入口２１０まで到達して二次電池１００を十分に冷却することができていた。この状態から、図６に示すように内気循環モードに切り換えられると、車外から取り込まれる風量がなく、エアコン３００からの冷却風は、冷却風吸入口２１０まで到達しないので、二次電池１００を十分に冷却することがでなくなる。本実施の形態においては、図７に示すように、内気循環モードにおいて二次電池１００の温度が高いと、エアコン３００のブロアファン４１０の回転数を上昇させるので、エアコン３００から多くの冷却風が、冷却風吸入口２１０まで到達させることができるようになり、二次電池１００を十分に冷却することができるようになる。

以上のようにして、本実施の形態に係る冷却装置（冷却制御装置としてのＥＣＵ１０００を含む）によると、二次電池等の冷却対象物をエアコンにより調整された車室内の空気を用いて冷却する冷却装置において、二次電池の温度が上昇しているとき、かつ、エアコンが内気循環モードであるときには、エアコンのフロアファンの回転数を上昇せしめて、一時的に冷却性能を向上させることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に係る車両用冷却装置の制御ブロック図である。 図１のＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態における車速とエアコンファン回転数との関係を示す図である。 従来技術における車速とエアコンファン回転数との関係を示す図である。 外気導入時の車室内のエアコン吹き出し風の流れを示す概念図である。 内気循環時（エアコンファン能力変化なし）の車室内のエアコン吹き出し風の流れを示す概念図である。 内気循環時（エアコンファン能力上昇）の車室内のエアコン吹き出し風の流れを示す概念図である。

符号の説明

１００ 二次電池、２００ 電動冷却ファン、２１０ 冷却風吸入口、３００ エアコン、３１０ 吹き出し口、３２０ 内気取り入れ口、３３０ 外気取り入れ口、４００ 内外気切換ダンパ、４１０ ブロアファン、５００ 排気ダクト、１０００ ＥＣＵ、１０１０ バッテリ温度センサ、１０２０ 外気温センサ。

Claims (5)

1. 車両の後方に搭載された電気機器を車室内の空気を用いて冷却する装置の制御装置であって、
   車室内の前方に車室内の空気温度を調整する温度調整機構の吹き出し口があって、前記温度調整機構は、外気導入モードと内気循環モードとを有し、
   前記制御装置は、
   前記温度調整機構が内気循環モードであることを検知するためのモード検知手段と、
   前記電気機器の冷却要求を検知するための要求検知手段と、
   前記内気循環モードであるときに前記電気機器の冷却要求があると、前記温度調整機構の吹き出し口からの風量を増加するように前記温度調整機構を制御するための制御手段とを含む、冷却制御装置。
2. 前記冷却制御装置は、車両の外気温を検知するための手段をさらに含み、
   前記制御手段は、前記内気循環モードであって前記外気温が予め定められた第１の温度以上であるときに前記電気機器の冷却要求があると、前記温度調整機構の吹き出し口からの風量を増加するように前記温度調整機構を制御するための手段を含む、請求項１に記載された冷却制御装置。
3. 前記冷却制御装置は、前記温度調整機構の設定温度を検知するための手段をさらに含み、
   前記制御手段は、前記内気循環モードであって前記設定温度が予め定められた第２の温度以上であるときに前記電気機器の冷却要求があると、前記温度調整機構の吹き出し口からの風量を増加するように前記温度調整機構を制御するための手段を含む、請求項１に記載された冷却制御装置。
4. 前記モード検知手段は、前記温度調整機構が内気循環モードに切り換えられてから経過した時間が予め定められた時間以上であることに基づいて、内気循環モードであることを検知するための手段を含む、請求項１〜３のいずれかに記載の冷却制御装置。
5. 前記冷却制御装置は、前記電気機器の温度を検知するための手段をさらに含み、
   前記要求検知手段は、前記電気機器の温度が予め定められた第３の温度以上であるときに電気機器の冷却要求を検知するための手段を含む、請求項１〜４のいずれかに記載の冷却制御装置。

Images