JP2015012793A - 車両の冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電力消費量を抑制できる車両の冷却装置を提供する。
【解決手段】 車室内に空気を吹き出す空調送風手段と、空調モードとして、車室外の空気を車室内に導通する外気導入モードと、車室内で空気を循環させる内気循環モードとを有する空調制御部とを具備する車両に搭載され、車両の駆動用の電池を冷却する電池冷却手段と、電池冷却手段の作動を制御する冷却手段制御部と、を備える車両の冷却装置２０であって、冷却手段制御部は、空調モード及び空調送風手段の作動状態の両方に応じて電池冷却手段の作動状態を変更する。
【選択図】図３

Description

本発明は車両の冷却装置に関する。

近年、電気自動車等の電動車両は、車両に駆動力を与えるためにリチウムイオン二次電池等の充放電可能な二次電池を用いている。かかる二次電池は、充放電時に発熱することから、冷却する必要がある。

このため、電気自動車においては、電池の冷却のために冷却用ファンを設けているものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、冷却用ファンが電池温度の変化に基づいて送風量が制御されていることで、電池温度に影響されずに電池にとって必要十分な冷却効果を得ることができるとされている。

特許第４１２６７２６号公報（請求項１等）

ところで、冷却用ファンは、二次電池からの電力供給により作動するものであるから、冷却用ファンを電池温度に依存して作動させていると、電力消費量が多くなってしまい、その結果走行可能距離が短縮されてしまうという問題がある。なお、このような問題は電気自動車に限らず電動車両全般で問題となるものである。

そこで、本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決することにあり、電力消費量を抑制できる車両の冷却装置を提供しようとするものである。

本発明の車両の冷却装置は、車室内に空気を吹き出す空調送風手段と、空調モードとして、車室外の空気を車室内に導通する外気導入モードと、車室内で空気を循環させる内気循環モードとを有する空調制御部とを具備する車両に搭載され、前記車両の駆動用の電池を冷却する電池冷却手段と、該電池冷却手段の作動を制御する冷却手段制御部と、を備える車両の冷却装置であって、前記冷却手段制御部は、前記空調モード及び前記空調送風手段の作動状態の両方に応じて前記電池冷却手段の作動状態を変更することを特徴とする。

本発明では、冷却制御部は、外気導入モードの場合には、空調モード及び空調送風手段の作動状態の両方に応じて電池冷却手段の作動状態を変更することで、冷却効果を保持しながら、電池消費量を抑制することができる。なお、空調送風手段の作動状態とは、空調送風手段がオン状態であることもオフ状態であることも含む。

前記冷却手段制御部は、前記空調モードが外気導入モードであり、前記空調送風手段が作動している場合には、前記電池冷却手段の作動を制御することが好ましい。このように構成されることで、冷却効果を保持しながら、電池消費量を抑制することができる。

前記冷却手段制御部は、前記空調送風手段が高出力で作動するほど、前記電池冷却手段の作動を抑制することが好ましい。このように構成されることで、より冷却効果を保持しながら、さらに電池消費量を抑制することができる。

前記車両は、電気自動車であることが好ましい。電気自動車である場合には、電力消費量を抑制することにより走行可能距離の短縮を抑制できることの効果が大きい。

本発明の車両の冷却装置によれば、電力消費量を抑制できるという優れた効果を奏し得る。

本発明の冷却装置を備えた車両の構成を示す模式図。 本発明の制御部の構成を示すブロック図。 本発明の制御を示すフローチャート。

図１は、電気自動車（車両）Ｉの模式図である。電気自動車Ｉは駆動用の二次電池（例えば、リチウムイオン二次電池）を複数備えたバッテリ１１を有する。バッテリ１１は、車両後方に配されている。

このバッテリ１１の冷却をするための電池冷却ファン（電池冷却手段）１２が、バッテリ１１の前方に配されている。電池冷却ファン１２は、バッテリ１１から電力を供給されて作動してバッテリ１１を冷却する。電池冷却ファン１２は、車室内の空気を取り込んでバッテリ１１に向かって送風することでバッテリ１１を冷却する。詳しくは後述するが、電池冷却ファン１２は冷却装置２０を構成するものであり、本実施形態では電池冷却ファン１２において消費される電力を抑制して走行可能距離の短縮を抑制している。

また、電気自動車Ｉは空調装置１４を有する。空調装置１４は、図示しないヒートポンプと、空調ファン（空調送風手段）１３と、空調ファン１３からの空気が通過する空調ダクト（図示せず）とを備える。

空調ファン１３は電気自動車Ｉの車体前方に設けられている。電気自動車Ｉには、車両外の外気を取り込むための外気導入部１５と、車室内の内気を空調装置に取り込むための内気導入部１６とが設けられている。即ち、外気導入部１５は車両外に臨んで開口し、内気導入部１６は車室に臨んで開口している。

かかる空調装置１４では、乗員により冷暖房指示が入力されると、ヒートポンプのコンプレッサを駆動すると共に空調ファン１３を作動させる。外気導入部１５から取り込まれた外気や内気導入部１６から取り込まれた内気は、それぞれ、冷暖房時には図示しないヒートポンプの熱交換器で熱交換される。温調された空気は空調ファン１３に流入し、空調ダクトから空気を車室内に吹き出して冷暖房が行われる。また、乗員により送風指示が入力されると、コンプレッサを停止した状態で空調ファン１３のみを作動させる。この場合には、外気導入部１５から取り込まれた外気や内気導入部１６から取り込まれた内気は、送風時には熱交換されずにそのまま空調ファン１３に流入し、空調ダクトを介して車室内に吹き出される。

また、これらの外気導入部１５及び内気導入部１６とには図１には図示しない切換手段が設けられて、切換手段により空調ファン１３に外気又は内気のどちらが流入するかが切り換えられる。これらが切り換えられることで、後述する空調モードが切り換えられる。

また、電気自動車Ｉには、空調制御部２１が設けられている。

図２に示すように、空調制御部２１は、モード制御部２２と、空調ファン制御部２３とを備える。空調制御部２１は、車両の空調を制御するものであり、乗員の入力した車両の空調指示に従って空調装置を制御する。

モード制御部２２は、空調のモードを制御する。空調のモードとしては、外気導入部１５から車室外の空気を導入して車室内に吹き出す外気導入モードと、内気導入部１６から車室内の空気を循環させて車室内に吹き出す内気循環との二つのモードが挙げられる。モード制御部２２は、乗員によって指示された空調のモードとなるように、外気導入部１５及び内気導入部１６との切換手段２９を切り換える切換動作を行う。

空調ファン制御部２３は、空調ファン１３の作動を制御する。具体的には、空調ファン制御部２３は、乗員から指示された風量となるように空調ファン１３への出力制御を、即ちデューティ制御を行う。

また、図２に示すように、車両Ｉは、冷却ファン制御部２５を備える。冷却ファン制御部２５は、電池冷却ファン１２の作動を制御するものである。本実施形態では、電池冷却ファン１２と冷却ファン制御部２５とで冷却装置２０を構成している。冷却ファン制御部２５は、バッテリ１１に設けられた温度センサ２６が測定したバッテリ温度を取得し、このバッテリ温度に基づいて送風量を設定する。そして、冷却ファン制御部２５は、この送風量となるように電池冷却ファン１２へのデューティ制御を行う。

ところで、上述のように、電池冷却ファン１２は、車室内の空気を取り込んでバッテリ１１に向かって送風することでバッテリ１１を冷却している。この場合に、空調モードが内気循環モードである場合には、車室内の空気が内気導入部１６により取り込まれているので圧力損失が高く、電池冷却ファン１２が車室内の空気を取り込みにくい。なお、このように空調モードが内気循環モードである場合には、電池冷却ファン１２が車室内の空気を取り込みにくいとはいえ、バッテリ１１の冷却は十分に行うことができる。

他方で、空調モードが外気導入モードであり、かつ、空調ファン１３が作動している場合には、電池冷却ファン１２は車室内の空気を取り込みやすく、その結果、送風量が予期していたよりも多くなることが考えられる。例えば、冷却ファン制御部２５が送風量をＡと設定し、このような送風量となるように電池冷却ファン１２の作動を制御する場合に、車両Ｉが外気導入モードであり、かつ、空調ファン１３が作動している場合には、電池冷却ファン１２は圧力損失が少なく空気を取り込みやすいために、送風量が（Ａ＋α）となる。この場合に、送風量が所望量よりも多くなったとしても、冷却の効率がこの多くなった分に比例して高くなるわけではなく、電力消費量のみが高いこととなるので、電力消費量を抑制することが好ましい。

このため、本実施形態では、冷却ファン制御部２５は、車両Ｉが外気導入モードであり、かつ、空調ファン１３が作動している場合には、空調ファン１３の作動に応じて電池冷却ファン１２の作動を低下させる低出力冷却制御を行う。即ち、冷却ファン制御部２５は、空調モードと空調ファン１３の作動状態の両方に応じて冷却ファンの作動を制御する。例えば、上記の例で言えば、冷却ファン制御部２５は、送風量が（Ａ−α）となるように電池冷却ファン１２の作動を低下させる。これにより、実質的にはバッテリ１１への送風量がＡとなる。

なお、車両Ｉが外気導入モードであり、かつ、空調ファン１３が作動している場合とは、車両Ｉが外気導入モードであり、コンプレッサが駆動状態（冷暖房モード）、かつ、空調ファン１３がオン状態である場合と、車両Ｉが外気導入モードであり、コンプレッサが停止状態（送風モード）、かつ、空調ファン１３がオン状態である場合とがある。

そして、冷却ファン制御部２５は、車両Ｉが外気導入モードであり、かつ、空調ファン１３が作動している場合以外の場合には、空調ファン１３の作動に応じて電池冷却ファン１２の作動を制御する通常冷却制御を行う。

本実施形態では、電池冷却ファン１２からの送風量が低下するように制御したとしても、電池冷却ファン１２からの送風量は所望の送風量となるので、所望の冷却をすることができる。このような制御は、電池冷却ファン１２が空調ファン１３からの送風により空気が通過する送風路のバッテリ１１よりも上流に設けられていることからバッテリ１１に送風する送風量を正確に制御することができるものである。これと共に、バッテリ１１から駆動力を得ている電池冷却ファン１２の出力が低下されるので、バッテリ１１の無駄な消費を抑制することができる。また、電池冷却ファン１２の作動を低下させることから、冷却ファン出力を抑制させて冷却ファンからの音を抑制することもできる。

かかる冷却ファン制御部２５による制御を図３に示すフローチャートを用いて詳細に説明する。

まず、車両の電源が投入されると、制御が開始される。制御が開始されると、ステップＳ１へ進む。

ステップＳ１では、冷却ファン制御部は、温度センサからバッテリの電池温度を取得する。ステップＳ２へ進む。

ステップＳ２では、冷却ファン制御部は、電池温度が冷却要求温度以上であるかどうかを判断する。冷却要求温度とは、冷却が必要である温度をいう。電池温度が冷却要求温度未満である場合、ステップＳ３へ進む。電池温度が冷却要求温度以上である場合、ステップＳ４へ進む。

ステップＳ３では、冷却ファン制御部は、冷却が必要ではないので、電池冷却ファンをオフ状態とする。ステップＳ１に戻る。

ステップＳ４では、冷却ファン制御部は、空調制御部から空調モードを取得し、外気導入モードであるかどうかを判断する。外気導入モードである場合、ステップＳ５へ進む。外気導入モードでない場合、ステップＳ７へ進む。

ステップＳ５では、冷却ファン制御部は、空調制御部から空調ファンの作動状態、即ち空調ファンがオン状態であるのかオフ状態であるのかを取得する。空調ファンが作動している場合には、ステップＳ６へ進む。空調ファンが作動していない場合、ステップＳ７へ進む。

ステップＳ６では、冷却ファン制御部は、電池冷却ファンが通常よりも低い出力となるような低出力冷却制御を行う。即ち、外気導入モード、かつ、空調ファン作動という条件が満たされているので、冷却ファン制御部は、電池冷却ファンの出力を低下させて冷却ファンを作動させる。

ステップＳ７では、冷却ファン制御部は、通常冷却制御を行う。即ち、外気導入モード、かつ、空調ファン作動という条件が満たされていないので、冷却ファン制御部は、電池冷却ファンの出力を低下させずに冷却ファンを作動させる。

このように、本実施形態では、外気導入モード、かつ、空調ファン作動という条件が満たされている場合には、電池冷却ファン１２からの送風量が低下するように出力制御したとしても、電池冷却ファン１２からの送風量は所望の送風量となるので、所望の冷却となる。そして、出力を低下させるように制御したことから、バッテリ１１の無駄な消費を抑制することができる。また、電池冷却ファン１２の作動を低下させることから、電池冷却ファンの出力を抑制して電池冷却ファン１２からの音を抑制することもできる。

また、上記のように、本実施形態では、電池冷却ファン１２が、バッテリ１１に向かって空気が送風される送風路上のバッテリ１１よりも上流側に設けられていることで、外気導入モードである場合、電池冷却ファン１２の作動を低下してバッテリ１１へ導入する送風量を正確に制御することができる。仮に、電池冷却ファン１２が、バッテリ１１に対してバッテリ１１よりも車両後側（即ち、送風路において、バッテリ１１よりも下流側）の荷室を介した位置に設けられて、当該電池冷却ファン１２の作動によりバッテリ１１に空気を送風することによって冷却するとすれば、荷室空間や乗員シートの隙間などからも電池冷却ファン１２が空気を吸い込んでしまうことから、バッテリ１１に導入する風量を正確に制御することができない。

従って、本実施形態のようにバッテリ１１に送風路の上流側に設けられた電池冷却ファン１２を制御することが好ましい。ただし、電池冷却ファン１２がバッテリ１１より車両後側（即ち、空気が通過する送風路において、バッテリ１１よりも下流側）に設けられる場合であっても、荷室等を介さずにバッテリ１１に直接送風できるように接続されたダクト内などに電池冷却ファン１２が設けられるように構成されていればよい。この場合は、荷室空間や乗員シートの隙間から電池冷却ファン１２が空気を吸い込んでしまう可能性は低いので、バッテリ１１に導入する風量を正確に制御することができる。即ち、荷室等を介さずにバッテリ１１に直接送風する場合であれば、送風路の上流側の配置であっても下流側の配置であっても風量の制御を行うことができる。

なお、空調ファン１３の送風量を取得してこの送風量に基づいて冷却ファンの送風量を変更することも可能であるが、この場合には空調ファン１３の送風量を検出する検出手段が必要であり、製造コストが増加するおそれがある。従って、本実施形態のように特に検出手段などが増加することなく、製造コストを抑制して構成できる冷却装置２０が好ましい。

上記した実施形態では、通常冷却制御は一定のものであったが、これに限定されない。検出された温度に応じて電池冷却ファン１２の作動状態を変更するように構成することも可能である。

上記した実施形態では、空調ファン１３が作動していれば一律に電池冷却ファン１２の出力を低下させたが、これに限定されない。例えば、空調用ファンが高出力で作動するほど、電池冷却ファン１２の作動を抑制するように構成してもよい。このように構成することで、より電池の消費量を抑制することができる。

この場合には、例えば冷却制御部は、予め空調ファン１３の出力状態に対する送風量を示すマップを有し、空調ファン１３の出力状態を得て、この出力状態に応じた送風量を得る。そして、冷却制御部は、この空調ファン１３の送風量に応じて電池冷却ファン１２の送風状態を変更することができるように構成されていればよい。

本実施形態では電気自動車を例にして説明したが、これに限定されない。ハイブリッド車両等の電動車両であってもよい。

本実施形態では、乗員が冷房指示などの空調モードを入力するように構成したが、これに限定されず、空調モードを自動で切り換えるオートエアコンであってもよい。

本実施形態では、外気導入モード、かつ、空調ファン作動という条件が満たされている場合には、電池冷却ファン１２からの送風量が低下するように構成したが、これに限定されない。例えば、外気導入モード、かつ、空調ファン作動という条件が満たされている場合には、電池冷却ファン１２からの送風量が相対的に低下するように、内気導入モードであるか、または、外気導入モード、かつ、空調ファン１３が停止という条件が満たされている場合には電池冷却ファン１２からの送風量を多くしてもよい。即ち、本実施形態では、内気導入モードであるか、または、外気導入モード、かつ、空調ファン１３が停止という条件が満たされている場合を基準として、外気導入モード、かつ、空調ファン作動という条件が満たされている場合に送風量を低下させたが、外気導入モード、かつ、空調ファン作動という条件が満たされている場合を基準として、内気導入モードであるか、または、外気導入モード、かつ、空調ファン１３が停止という条件が満たされている場合に電池冷却ファン１２の送風量を向上させればよい。例えば、電池冷却ファン１２からの送風量は、外気導入モード、かつ、空調ファン作動という条件が満たされている場合に実際の送風量がＡとなるように予め電池冷却ファン１２を作動させると共に、内気導入モードであるか、または、外気導入モード、かつ、空調ファン１３が停止という条件が満たされている場合には電池冷却ファン１２からの送風量が実質的にＡ＋αとなるように構成すればよい。

本実施形態では、空調送風手段として空調ファン、電池冷却手段として冷却ファンを示したが、これに限定されない。それぞれ、他の送風手段であってもよい。

本発明の車両の冷却装置は電力消費量を抑制できるという優れた効果を有する。従って、車両の製造産業分野において利用可能である。

１１ バッテリ
１２ 電池冷却ファン
１３ 空調ファン
１４ 空調装置
１５ 外気導入部
１６ 内気導入部
２０ 冷却装置
２１ 空調制御部
２２ モード制御部
２３ 空調ファン制御部
２５ 冷却ファン制御部
２６ 温度センサ

Claims (4)

1. 車室内に空気を吹き出す空調送風手段と、空調モードとして、車室外の空気を車室内に導通する外気導入モードと、車室内で空気を循環させる内気循環モードとを有する空調制御部とを具備する車両に搭載され、前記車両の駆動用の電池を冷却する電池冷却手段と、該電池冷却手段の作動を制御する冷却手段制御部と、を備える車両の冷却装置であって、
   前記冷却手段制御部は、前記空調モード及び前記空調送風手段の作動状態の両方に応じて前記電池冷却手段の作動状態を変更することを特徴とする車両の冷却装置。
2. 前記冷却手段制御部は、前記空調モードが外気導入モードであり、前記空調送風手段が作動している場合には、前記電池冷却手段の作動を抑制することを特徴とする請求項１記載の車両の冷却装置。
3. 前記冷却手段制御部は、前記空調送風手段が高出力で作動するほど、前記電池冷却手段の作動を抑制することを特徴とする請求項１又は２記載の車両の冷却装置。
4. 前記車両は、電気自動車であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の車両の冷却装置。

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