JP2014238932A - バッテリ温調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリケース内の凝縮水により発生する問題を回避し得るバッテリの温調装置を提供する。
【解決手段】制御装置（４０）は、蒸発口（２２）を閉じて、加熱器（５）及び冷却器（６）により温調された空気を送風口（２１）からバッテリ（２）へと送風する送風モードと、送風口（２１）を閉じて、冷却器（６）において発生する凝縮水（Ｗ）を加熱器（５）により蒸発させ蒸発口（２２）から放出する凝縮水蒸発モードと、を切り換える。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両に搭載されるバッテリの温度を調整するバッテリ温調装置に関するものである。

ハイブリッド車両や電気自動車等の動力源としてのバッテリは、一般的に、水密構造のバッテリケースに収められる。そして、充放電時に高温となるバッテリを冷却する冷却装置として、空気を冷却する冷却器及び冷却器に空気を送る送風機がバッテリと共に収められる。

このような冷却装置では、空気が冷却される際に熱交換器で発生した凝縮水が電子部品の絶縁不良や腐蝕といった問題を引き起こす原因となる。そこで、凝縮水の発生を抑制するために、密閉されたバッテリケース内に不活性ガスを封入する技術が開示されている（特許文献１参照）。

特開２００９−２５９７８５号公報

しかしながら、シール部材等は経時劣化するため、バッテリケースの密閉度を長期にわたって維持することは難しい。密閉度が失われ水分を含んだ空気が侵入すると、バッテリケース内に凝縮水が発生してしまう。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、バッテリケース内の凝縮水により発生する問題を回避し得るバッテリの温調装置を提供することを目的とする。

本発明の実施態様によると、バッテリケースに収装されるバッテリと、バッテリケースに収装され、バッテリの温度を調整する温調ユニットと、バッテリの温度に基づいて温調ユニットを制御する制御装置と、を備えるバッテリ温調装置に適用される。温調ユニットは、送風を行う送風機と、送風機からの送風を加熱する加熱器と、送風機からの送風を冷却する冷却器と、加熱器及び冷却により温調された空気をバッテリへと送風する送風口と、冷却器で発生する凝縮水を蒸発させる蒸発口と、送風口及び前記蒸発口を開閉する開閉ドアと、を備え、制御装置は、蒸発口を閉じて加熱器及び冷却器により温調された空気を送風口からバッテリへと送風する送風モードと、送風口を閉じて凝縮水を加熱器により蒸発させ蒸発口から放出する凝縮水蒸発モードと、を切り換えることを特徴とする。

本発明の実施態様によると、通常はバッテリの温調を行う温調ユニットにおいて、凝縮水蒸発モードに切り換えて、冷却器の冷却に伴い発生した凝縮水を加熱器の熱によって蒸発させてバッテリケースの外へと放出することができる。このとき、開閉ドアにより送風口を閉じて凝縮水の蒸気がバッテリに送られることを防ぐことができる。

本発明の実施形態のバッテリ温調装置の構成を示す説明図である。 本発明の実施形態のバッテリ温調装置の凝縮水蒸発モードの説明図である。 本発明の実施形態のバッテリ温調装置が実行する凝縮水蒸発制御処理のフローチャートである。

以下に、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。

図１は、本発明の実施形態のバッテリ温調装置１００の構成を示す説明図である。

バッテリ温調装置１００はバッテリケース１を備え、バッテリケース１には、バッテリ２と温調ユニット３とが収装される。また、バッテリ温調装置１００には、温調ユニットの動作を制御する制御装置４０が備えられる。

バッテリ２は、電気的に相互接続された複数のセルで構成される。温調ユニット３は、ブロアファン４、ヒータ５、冷却器６等を備え、ブロアファン４により送風される空気の温度を調節して、バッテリ２に送風する。

温調ユニット３は温調ユニットケース１３を備え、温調ユニットケース１３の内部に、ブロアファン４、ヒータ５、冷却器６が備えられる。温調ユニットケース１３のバッテリ２に近接する側には送風口２１が備えられており、温調された空気が送風口２１からバッテリ２へと送風される。

温調ユニットケース１３には、吸気口２３が備えられている。吸気口２３は、温調ユニットケース１３において送風口２１とは離れた位置に備えられる。送風口２１から送風された空気がバッテリ２を加熱又は冷却しながらバッテリケース１の内部を循環し、再び吸気口２３から温調ユニット３に戻る。吸気口２３の内側には、吸気口２３から吸気された空気をブロアファン４に導く整流部２５が備えられている。

ブロアファン４は吸気口２３付近に備えられており、吸気口２３から空気を吸気する。ブロアファン４の送風側には、ヒータ５及び冷却器６が順に並べて配置される。ブロアファン４からの送風は、ヒータ５及び冷却器６を通過して、送風口２１からバッテリ２に送風される。

ヒータ５は、例えばＰＴＣヒータにより構成されており、ブロアファン４から送風される空気と熱交換を行うことでブロアファン４から送風される空気を加熱する。冷却器６は、冷凍サイクル（エアコンサイクル）のエバボレータであり、ブロアファン４から送風される空気とエバボレータ内部を流通する冷媒（例えば、Ｒ−１３４ａ）との間で熱交換を行うことで、ブロアファン４から送風される空気を冷却する。

制御装置４０は、これらブロアファン４、ヒータ５及び冷却器６の動作を制御する。制御装置４０は、バッテリ２の各セルの温度を取得して、バッテリ２の加温又は冷却を決定する。

バッテリ２の温度が低くバッテリ２を加温することを決定した場合は、制御装置４０は、ブロアファン４を作動させると共にヒータ５を加熱させて、ヒータ５により加熱された空気をバッテリ２に送風する加温制御を行う。バッテリ２の温度が高くバッテリ２を冷却することを決定した場合は、制御装置４０は、ブロアファン４を作動させると共に冷却器６を冷却させて、冷却器６により冷却された空気をバッテリ２に送風する冷却制御を行う。ヒータ５及び冷却器６を個別に制御するのではなく双方を同時に制御して、温度を細かく調整することもできる。

冷却器６は周囲の空気よりも低い温度となるため、バッテリケース１の内部にある空気中の湿度が凝縮して凝縮水Ｗが発生する。温調ユニットケース１３の内部には、冷却器６の熱交換により発生して冷却器６から滴下する凝縮水Ｗを受ける貯留パン７が備えられている。貯留パン７には凝縮水Ｗを検出する凝縮水検出部１７が備えられる。凝縮水検出部１７は、例えば水位センサや重力センサ等により構成される。なお、貯留パン７の底部に、振動により凝縮水Ｗが溢れないように水分を吸収して保持する不織布等を備えてもよい。

凝縮水Ｗがバッテリケース１の内部に存在すると、バッテリ２等の電子部品の絶縁不良や腐蝕といった問題を引き起こす原因となる。そこで、凝縮水Ｗをバッテリケース１の外部へと放出することが必要となる。本発明の実施形態では、凝縮水Ｗを加熱して、蒸発した凝縮水Ｗをバッテリケース１の外部へと放出するように構成した。凝縮水Ｗの加熱は、ブロアファン４及びヒータ５を動作させることによって行われる。

凝縮水Ｗを蒸発させてバッテリケース１の外部に放出するために、温調ユニットケース１３の上方側に蒸発口２２が備えられる。蒸発口２２は、温調ユニットケース１３の送風口２１に隣接して配置される。蒸発口２２には、これと連通して上方へと延設する略円筒状の蒸発ダクト２４が接続される。

一方、バッテリケース１には換気口３０が開口して形成される。換気口３０には、この開口部分を覆う透湿膜３１が備えられる。透湿膜３１は、液体の水は通過せず水蒸気のみが通過可能な膜である。換気口３０は蒸発ダクト２４に連通しており、蒸発した凝縮水Ｗが透湿膜３１を介して外部へと放出される。

送風口２１と蒸発口２２とには、これらを選択的に開放及び閉塞する開閉ドア８が備えられている。開閉ドア８は、送風口２１と蒸発口２２との間に備えられる回転軸１０を軸として揺動することで、送風口２１を開放して蒸発口２２を閉塞する状態、又は、送風口２１を閉塞して蒸発口２２を開放する状態、のいずれかの状態を取ることができる。開閉ドア８は、制御装置４０の制御により、回転軸１０に備えられるアクチュエータ１０ａによって揺動する。

なお、以降は、送風口２１を開放して蒸発口２２を閉塞した状態を「送風モード」と呼び、送風口２１を閉塞して蒸発口２２を開放した状態を「凝縮水蒸発モード」と呼ぶ。

温調ユニットケース１３の内部の上方側には、仕切壁２６が形成されている、仕切壁２６と温調ユニットケース１３とにより通路２９が形成される。凝縮水蒸発モードにおいて、送風口２１を閉塞して蒸発口２２を開放したとき、ブロアファン４の送風は、ヒータ５及び冷却器６を通過した後、その一部が蒸発口２２から放出され、その一部が通路２９を通過してブロアファン４の吸気側に戻る。

また、送風モードにおいて送風口２１を開放して蒸発口２２を閉塞したとき、開閉ドア８の延設部１８が仕切壁２６の端部に当接する。このときは通路２９が閉鎖される。

図２は、本発明の実施形態のバッテリ温調装置１００の構成を示す説明図であり、凝縮水Ｗを蒸発させる凝縮水蒸発モードの説明図である。

凝縮水蒸発モードが決定された場合は、制御装置４０は、アクチュエータ１０ａを動作させて開閉ドア８を揺動させ、送風口２１を閉塞し、蒸発口２２を開放する。

このとき、制御装置４０は、ブロアファン４を動作させると共にヒータ５を加熱させる。冷却器６の冷却は停止させる。

ブロアファン４から送風された空気はヒータ５により加温されて貯留パン７付近に送風されることにより、貯留パン７に貯留された凝縮水Ｗを加熱する。加熱された凝縮水Ｗは蒸発（気化）する。蒸発した凝縮水Ｗは空気の流れと共に上昇し、蒸発口２２から蒸発ダクト２４へと導かれる。蒸発した凝縮水Ｗは蒸発ダクト２４を通過した後、透湿膜３１を介して換気口３０からバッテリケース１の外部へと放出される。

蒸発ダクト２４の上方側の端部であって換気口３０付近には、上方へと向かって拡径された拡径部２４ａが形成されている。拡径部２４ａは、蒸発ダクト２４の内壁に接触した水蒸気が凝縮して再び凝縮水Ｗとなった場合にも、凝縮水Ｗがバッテリケース１の内部に滴下せず蒸発ダクト２４の内側に滴下させるために設けられる。

ブロアファン４から送風される空気の一部は通路２９を通過してブロアファン４の吸気側に戻り、温調ユニットケース１３の内部を循環する。これにより温調ユニット３の内部の温度が上昇し温調ユニット３内の空気が膨張するため、凝縮水Ｗの蒸発及び放出が促進される。温調ユニット３の送風口２１は開閉ドア８により閉塞されるので、バッテリ２に蒸発した凝縮水が送られることを防止する。

次に、このように構成されたバッテリ温調装置１００の動作を、図３に示す凝縮水蒸発制御処理のフローチャートを参照して説明する。

制御装置４０は、この図３に示すフローチャートを、バッテリ２に関して行われる他の制御と並行して、所定の周期（例えば１０ｍｓ毎）で実行する。

制御装置４０は、まずステップＳ１０において、バッテリ２の加温制御又は冷却制御が実行されていない、すなわち、加温制御又は冷却制御がＯＦＦであるか否かを判定する。

制御装置４０は、バッテリ２の各セルの温度を取得している。この温度に基づき、バッテリ２の加温制御を実行するか、バッテリ２の冷却制御を実行するか、又は、いずれの処理も実行しないかを決定する。

バッテリ２の加温制御又は冷却制御を実行する場合は、本フローチャートの処理を終了して、他の処理に戻る。他の処理では、バッテリ２の温度に基づいて加温制御又は冷却制御を行う。

バッテリ２の加温制御及び冷却制御のいずれもＯＦＦであると判定した場合は、ステップＳ２０に移行する。ステップＳ２０において、制御装置４０は、貯留パン７に貯留された凝縮水Ｗの量が規定量を超えたか否かを判定する。凝縮水Ｗの量が規定量を超えたと判定した場合はステップＳ３０に移行する。凝縮水Ｗの量が規定量以下であると判定した場合はステップＳ４０に移行する。

貯留パン７に貯留された凝縮水Ｗの量は凝縮水検出部１７により検出され、この検出結果に基づき、凝縮水Ｗの量が規定量を超えたか否かが制御装置４０によって判定される。

凝縮水検出部１７が水位センサで構成されている場合は、制御装置４０は、貯留パン７に貯留されている凝縮水Ｗの水位が所定の水位を超えているか否かを判定する。凝縮水検出部１７が重量センサで構成されている場合は、制御装置４０は、貯留パン７に貯留されている凝縮水Ｗの重量が所定の重量を超えているか否かを判定する。

ステップＳ２０における判定は、貯留パン７に凝縮水Ｗが存在することをもって規定量を超えたと判定してもよいし、貯留パン７に貯留できる凝縮水Ｗの上限から余裕分を考慮して規定値を設定し、この規定値を超えたか否かを判定してもよい。また、凝縮水Ｗの量が規定量を超えたか否かの判定にヒステリシスを設定してもよい。ヒステリシスを設定することにより、凝縮水蒸発処理の動作のハンチングを防止できる。

ステップＳ３０では、制御装置４０は凝縮水蒸発処理を実行する。制御装置４０は、アクチュエータ１０ａを動作させて、開閉ドア８により送風口２１を閉塞して蒸発口２２を開放する凝縮水蒸発モードを選択する。凝縮水蒸発モードが選択された状態で、制御装置４０は、ブロアファン４より送風を行うと共にヒータ５を加熱する。

ブロアファン４から送風される空気はヒータ５により加温されて貯留パン７付近に送風されることで、貯留パン７に貯留された凝縮水Ｗを加熱して蒸発させる。蒸発された凝縮水Ｗは蒸発口２２から蒸発ダクト２４へと導かれ、透湿膜３１を介して換気口３０からバッテリケース１の外部へと放出される。

ブロアファン４からの送風の一部は通路２９からブロアファン４に戻り、温調ユニットケース１３内部を循環することで温調ユニット３の内部の温度を上昇させる。これにより凝縮水Ｗの蒸発が促進される。このステップＳ３０の処理の後、本フローチャートの処理を終了して、他の処理に戻る。

ステップＳ２０において凝縮水Ｗの量が定量以下であると判定した場合は、ステップＳ４０に移行する。ステップＳ４０では、制御装置４０は、凝縮水蒸発処理を停止する。制御装置４０は、アクチュエータ１０ａを動作させて、開閉ドア８により送風口２１を開放して蒸発口２２を閉鎖する送風モードを選択する。送風モードが選択された状態で、制御装置４０は、ブロアファン４を停止させ、ヒータ５の加熱を停止する。

これらステップＳ３０又はＳ４０の処理の後、本フローチャートの処理を終了して、他の処理に戻る。他の処理において、制御装置４０は、バッテリ２の各セルの温度に基づき、ブロアファン４、ヒータ５及び冷却器６の動作を制御する。

制御装置４０は、この図３に示すフローチャートの処理を実行することにより、貯留した凝縮水Ｗを蒸発させてバッテリケース１の外部へと放出することができる。

なお、凝縮水検出部１７は、水位センサや重量センサなど、貯留パン７に貯留された凝縮水Ｗの量を直接計測するものでなくてもよい。例えば、貯留パン７の底部に導通センサを備え、導通センサがＯＮとなった場合に貯留パン７に貯留された凝縮水Ｗが規定量を推定してもよい。または、貯留パン７の底部に温度センサを設け、周囲の温度と貯留パン７の温度との差が規定の値を超えた場合に、貯留パン７に貯留された凝縮水Ｗの量を推定してもよい。

また、凝縮水検出部１７は、車外からの情報により当日の湿度を検出し、冷却器６による冷却の開始前と開始後の温度を比較して、発生する凝縮水の量を推定してもよい。このようにして推定された凝縮水の量に基づいて、前述のステップＳ２０の判定を行ってもよい。

以上のように、本発明の実施形態では、バッテリケース１に収装されるバッテリ２と、バッテリケース１に収装され、バッテリ２の温度を調整する温調ユニット３と、温調ユニット３の動作を制御する制御装置４０と、を備えるバッテリ温調装置１００に適用される。温調ユニット３は、送風機としてのブロアファン４、加熱器としてのヒータ５及び冷却器６を備え、温調された空気をバッテリ２へと送風する送風口２１と、冷却器６で発生する凝縮水を蒸発させる蒸発口２２と、送風口２１及び蒸発口２２のいずれか一方を閉じる開閉ドア８とを備える。

制御装置４０は、開閉ドア８により蒸発口２２を閉じて、ヒータ５及び冷却器６により温調された空気を送風口２１からバッテリ２へと送風する送風モードと、開閉ドア８により送風口２１を閉じて、冷却器６において発生する凝縮水Ｗをヒータ５により蒸発させ、蒸発口２２からバッテリケース１の外部に放出する凝縮水蒸発モードと、を切り換える。

このような構成により、通常はバッテリの温調を行う温調ユニットが凝縮水蒸発モードに切り換えられ、冷却器６の冷却に伴い発生した凝縮水Ｗを、加熱器の熱によって蒸発させてバッテリケースの外へと放出することができる。

このとき、送風口２１は開閉ドア８により閉じられているので、バッテリ２に蒸発した凝縮水が送られることが防止され、バッテリ２等の電子部品に凝縮水Ｗが付着することが防止される。

また、凝縮水蒸発処理は、バッテリ２の温調が必要ない間に行われるためバッテリ２の温調を妨げないので、凝縮水蒸発処理によってバッテリ２の充放電効率が低下されることがない。

また、この構成では温調ユニット３の構成の変更は最小限であり、温調ユニット３に備わるヒータ５により凝縮水Ｗを蒸発させることができる。このとき開閉ドア８により送風口２１を閉鎖するので、必要最小限の空間のみを加熱することで、凝縮水Ｗの蒸発を行うときにも、省電力化、高効率化を図ることができる。なお、温調ユニット３の吸気口２３に開閉するドアを更に備え、凝縮水蒸発モードのときに吸気口を閉塞するように構成してもよい。

温調ユニットケース１３の蒸発口２２とバッテリケース１の換気口３０との間には蒸発ダクト２４が備えられ、蒸発した凝縮水Ｗをバッテリケース１の外部に放出することができる。蒸発ダクト２４を備えることで、既存の温調ユニット３の形状を変更することなく凝縮水Ｗを外部に放出する通路を形成できる。

蒸発ダクト２４の上方側で換気口３０の付近には、上方へと向かって拡径された拡径部２４ａが形成されている。拡径部２４ａは、蒸発ダクト２４の内壁に接触した水蒸気が凝縮して再び凝縮水Ｗとなった場合にも、凝縮水Ｗがバッテリケース１側に滴下することなく蒸発ダクト２４の内側へと流下させる。これにより、蒸発ダクト２４とバッテリケース１との間に隙間が発生している場合であっても、バッテリ２側に凝縮水Ｗが到達することを防止できる。

制御装置４０は、貯留パン７に貯留された凝縮水の量が所定の量を超えた場合にのみ凝縮水蒸発モードに切り換えて凝縮水を蒸発させるので、必要以外の時に電力を消費することがない。凝縮水Ｗの水量は、貯留パン７の水位や重量により直接検出することもできるが、温度や湿度等によって間接的に検出することもできる。このようにセンサの位置や数を自由に選定できるほか、温調ユニット３に新たにセンサを設けることなく、凝縮水Ｗの量を推定することもできる。なお、貯留パン７の水位や重量を検出するセンサと、温度や湿度により凝縮水Ｗの水量の推定とを組み合わせて使用し、貯留パン７の凝縮水Ｗを検出してもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一つを示したものに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。例えば、上記実施形態では車両に搭載されるバッテリ２の温調装置について説明したが、これに限られるものではなく、車両以外のものに搭載されるバッテリについても同様に適用可能である。

１ バッテリケース
２ バッテリ
３ 温調ユニット
４ ブロアファン（送風部）
５ ヒータ（加熱器）
６ 冷却器
７ 貯留パン
８ 開閉ドア
１０ 回転軸
１０ａ アクチュエータ
１３ 温調ユニットケース
１７ 凝縮水検出部
１８ 延設部
２１ 送風口
２２ 蒸発口
２３ 吸気口
２４ 蒸発ダクト
２４ａ 拡径部
２６ 仕切壁
２９ 通路
３０ 換気口
３１ 透湿膜
４０ 制御装置
１００ バッテリ温調装置

Claims (6)

1. バッテリケースに収装されるバッテリと、前記バッテリケースに収装され、前記バッテリの温度を調整する温調ユニットと、前記バッテリの温度に基づいて前記温調ユニットを制御する制御装置と、を備えるバッテリ温調装置であって、
   前記温調ユニットは、
   送風を行う送風機と、
   前記送風機からの送風を加熱する加熱器と、
   前記送風機からの送風を冷却する冷却器と、
   前記加熱器及び前記冷却により温調された空気を前記バッテリへと送風する送風口と、
   前記冷却器で発生する凝縮水が蒸発することで前記バッテリケースの外部へと放出する蒸発口と、
   前記送風口及び前記蒸発口のいずれか一方を閉じる開閉ドアと、
   を備え、
   前記制御装置は、
   前記蒸発口を閉じて、前記加熱器及び冷却器により温調された空気を前記送風口から前記バッテリへと送風する送風モードと、
   前記送風口を閉じて、前記加熱器により前記凝縮水を蒸発させ前記蒸発口から前記バッテリケースの外部へと放出する凝縮水蒸発モードと、を切り換える
   ことを特徴とするバッテリ温調装置。
2. 前記温調ユニットは、前記冷却器で発生する前記凝縮水を貯留する貯留パンと、前記貯留パンに貯留された前記凝縮水を検出する凝縮水検出部と、を備え、
   前記制御装置は、前記凝縮水検出部により検出された前記凝縮水の量が所定量を超えたと判定した場合に、前記凝縮水蒸発モードに切り換えることを特徴とする請求項１に記載のバッテリ温調装置。
3. 前記凝縮水検出部は、前記貯留パンに貯留された前記凝縮水の水量を検出することを特徴とする請求項２に記載のバッテリ温調装置。
4. 前記凝縮水検出部は、前記貯留パンの温度に基づいて、前記貯留パンに貯留された前記凝縮水の量を推定することを特徴とする請求項２又は３に記載のバッテリ温調装置。
5. 前記バッテリケースには、蒸発した前記凝縮水を前記バッテリケースの外部へと放出する換気口が備えられ、
   前記温調ユニットには、蒸発した前記凝縮水を前記蒸発口から前記換気口へと導く蒸発ダクトが備えられることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載のバッテリ温調装置。
6. 前記蒸発ダクトは、前記換気口付近で、前記換気口に向かうに従って拡径した形状を有することを特徴とする請求項５に記載のバッテリ温調装置。

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