JP2015123922A - ハイブリッド車両のバッテリ冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】キャビンとバッテリが離れている商用車等においても適用することができ、燃費の悪化や運転者のドライブフィールの悪化を招くことなく適切な時期にバッテリを冷却することのできるハイブリッド車両のバッテリ冷却装置を提供すること。【解決手段】コンプレッサ（２１）を経由して冷媒が循環する空調回路（２０）と、バッテリ（１１）を経由して冷媒が循環するバッテリ冷却回路（３０）と、空調回路とバッテリ冷却回路との間で熱交換を行う熱交換器（２６）と、前記熱交換器と熱交換を行い、冷熱を蓄える蓄冷材（２７）と、エンジンの駆動中にコンプレッサを作動させて蓄冷材に冷熱を蓄えさせ、エンジン停止時にバッテリを冷却する際には、熱交換器を介し蓄冷材に蓄えた冷熱を用いてバッテリ冷却回路の冷媒を冷却させる制御部（４０）と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッド車両のバッテリ冷却装置に係り、詳しくは走行用のバッテリを冷却する技術に関する。

近年、環境問題等を考慮して、エンジンとモータとを駆動源とするハイブリッド車両の開発が進んでいる。このようなハイブリッド車両には、大容量のバッテリが搭載されているが、バッテリは適切な温度範囲になければ大幅に効率が低下したり、製品の寿命を縮めることになる。一方で、バッテリの使用が制限されれば、ハイブリッドシステムの使用が制限され、燃費改善効果が得られなくなる。

そこで、バッテリ高温時には冷却する必要があり、例えば特許文献１では、車両のキャビンの空調装置とバッテリとの間で熱交換を行うことでバッテリを冷却している。

特表２００５−５０４６８６号公報

しかしながら、乗用車のようにキャビンとバッテリが近い車両であれば特許文献１のようにキャビンの空気でバッテリを冷却することも可能であるが、例えばトラック等の商用車等の場合はキャビンとバッテリが離れた位置にある場合には、特許文献１を適用するのは困難である。

また、空調装置のコンプレッサをエンジンで駆動する場合、モータのみでの走行時等でエンジンが停止しているときにはバッテリを冷却することができなくなる。バッテリの冷却のためだけにエンジンを駆動すれば燃費の悪化や運転者のドライブフィールの悪化を招くこととなる。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、キャビンとバッテリが離れている商用車等においても適用することができ、燃費の悪化や運転者のドライブフィールの悪化を招くことなく適切な時期にバッテリを冷却することのできるハイブリッド車両のバッテリ冷却装置を提供することにある。

上記した目的を達成するために、本発明に係るハイブリッド車両のバッテリ冷却装置は、車両の駆動源であるエンジンと、前記車両の駆動源であり発電も可能な電動機と、前記電動機を駆動するための電力の供給及び当該電動機により発電された電力の蓄電が可能なバッテリと、前記エンジンにより駆動するコンプレッサと、前記コンプレッサを経由して冷媒が循環する空調回路と、前記バッテリを経由して冷媒が循環するバッテリ冷却回路と、前記バッテリ冷却回路と前記空調回路との間で熱交換を行う熱交換器と、前記熱交換器と熱交換を行い、冷熱を蓄える蓄冷材と、前記エンジンの駆動中に前記コンプレッサを作動させて前記蓄冷材に冷熱を蓄えさせ、前記エンジン停止時に前記バッテリを冷却する際には、前記熱交換器を介し当該蓄冷材に蓄えた冷熱を用いて前記バッテリ冷却回路の冷媒を冷却させる制御部と、を備える。

上記手段を用いる本発明によれば、キャビンとバッテリが離れている商用車等においても適用することができ、燃費の悪化や運転者のドライブフィールの悪化を招くことなく適切な時期にバッテリを冷却することができる。

本発明の一実施形態に係るハイブリッド車両のバッテリ冷却装置の概略構成図である。 （ａ）制御部が実行する蓄冷制御開始ルーチンを示すフローチャート、（ｂ）蓄冷制御開始条件となるエンジントルクの所定範囲を示す説明図である。 本実施形態における蓄冷制御及び従来技術における蓄冷制御をそれぞれ実行した場合のトルク変化の一例を示した説明図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づき説明する。
図１は本発明の一実施形態におけるハイブリッド車両のバッテリ冷却装置の概略構成図であり、以下同図に基づき説明する。
ハイブリッド車両１はいわゆるパラレル型ハイブリッドのトラックとして構成されており、以下の説明では、単に車両とも称する。

車両１には走行用の動力源としてディーゼルエンジン（以下、エンジンという）２、及び発電機としても作動可能なモータ３（電動機）が搭載されている。エンジン２の出力軸にはクラッチ４が連結され、クラッチ４にはモータ３の回転軸を介して変速機５の入力側が連結されている。変速機５の出力側にはプロペラシャフト６を介して差動装置７が連結され、差動装置７には駆動軸８を介して左右の駆動輪９が連結されている。

モータ３は、具体的には永久磁石が貼り付けられたロータと三相コイルが巻回されたステータとを備えた同期発電電動機であり、インバータ１０を介してバッテリ１１と接続されている。
このように構成された車両１は、クラッチ４を接続してエンジン２のみの駆動力による走行（以下、エンジン走行という）、クラッチ４を切断してモータ３のみの駆動力による走行（以下、モータ力行運転という）、及びクラッチ４を接続してエンジン２及びモータ３の駆動力による走行（以下、ハイブリッド走行という）が可能である。また、例えば車両１の減速時や降坂路での走行時には、駆動輪９側からの逆駆動によりモータ３が発電機として作動する。そしてモータ３が発生した負側の駆動力は制動力として駆動輪９側に伝達されると共に、モータ３が発電した交流電力がインバータ１０で直流電力に変換されてバッテリ１１に充電される（以下、モータ回生運転という）。

また車両１は、キャビン内の空調を行うための空調回路２０と、バッテリ１１を冷却するためのバッテリ冷却回路３０を備えている。
空調回路２０は、冷媒として例えば代替フロンHFC134a等の空調冷媒を使用する。当該空調回路２０には、コンプレッサ２１（圧縮機）、コンデンサ２２（凝縮器）、第１膨張弁２３、第２膨張弁２４、エバポレータ２５（蒸発器）、チラー２６（熱交換器）等が設けられている。当該空調回路２０はコンプレッサ２１、コンデンサ２２、第１膨張弁２３、及びエバポレータ２５を通って空調冷媒が循環する第１経路２０ａと、第１膨張弁２３及びエバポレータ２５を迂回して第２膨張弁２４及びチラー２６を通る第２経路２０ｂを有している。

一方、バッテリ冷却回路３０は、冷媒として例えば冷却水を使用する。当該バッテリ冷却回路３０には、バッテリ１１、ウォータポンプ３１、ラジエータ３２、及び上記チラー２６が設けられている。
空調回路２０に設けられているコンプレッサ２１は、入力軸２１ａがエンジン２の出力軸２ａに連結されたベルト部材２ｂを介して接続されており、エンジン２の回転に伴い作動する。なお、コンプレッサ２１の入力軸２１ａには図示しない電磁クラッチが設けられており、当該電磁クラッチの断接によりコンプレッサ２１の作動及び停止が可能である。そして、コンプレッサ２１は空調冷媒を圧縮し、高温化及び高圧化するものである。

コンデンサ２２は、コンプレッサ２１により圧縮された空調冷媒の熱を奪い、且つ、空調冷媒を液化するものである。第１膨張弁２３及び第２膨張弁２４は、コンデンサ２２で液化された空調冷媒を急激に膨張させて低温化及び低圧化するものである。エバポレータ２５は、第１膨張弁２３で低温化及び低圧化された空調冷媒を蒸発させることで周囲の熱を奪い、キャビン内の空気を冷却するものである。

チラー２６は第２膨張弁２４で低温化及び低圧化にされた空調冷媒を蒸発させることで、バッテリ冷却回路３０を通る冷却水から熱を奪い冷却するものである。
本実施形態に係るバッテリ冷却装置には、チラー２６と熱交換を行い、冷熱を蓄える蓄冷材２７が設けられる。好適には、蓄冷材２７は、チラー２６内に設けることができる。当該蓄冷材２７は冷熱を蓄えることができる公知の素材からなり、チラー２６において空調冷媒が蒸発すると当該蓄冷材２７の熱も奪われ、当該蓄冷材２７に冷熱が蓄えられることとなる。そして、チラー２６は、エンジン２が停止中でコンプレッサが作動せず空調冷媒が循環しないときでも、当該蓄冷材２７に蓄えられた冷熱を用いてバッテリ冷却回路３０を通る冷却水を冷却することが可能である。また、当該蓄冷材２７がチラー２６内に設けられることにより当該チラー２６の熱容量を増大させることができる。

一方、バッテリ冷却回路３０に設けられているウォータポンプ３１は例えば電動ポンプであり、バッテリ１１の冷却時には当該ウォータポンプ３１を作動させることでバッテリ冷却回路３０に冷却水を循環させる。また、ラジエータ３２は冷却水と外気との間で熱交換を行うことで冷却水を冷却させるものである。そして、チラー２６において、冷却水と空調冷媒または蓄冷材２７との間で熱交換が行われることで冷却水はさらに冷却され、当該冷却水がバッテリ１１に送られることでバッテリ１１は冷却される。

さらに、車両１には、エンジン２の駆動中にコンプレッサ２１を作動させて蓄冷材２７に冷熱を蓄えさせ、エンジン２の停止時にバッテリ１１を冷却する際には、チラー２６を介し蓄冷材２７に蓄えた冷熱を用いてバッテリ冷却回路３０の冷媒を冷却させる制御部４０を備えている。当該制御部４０は、車両１に搭載されている一つ又は複数のＥＣＵ（電子コントロールユニット）からなり、空調回路２０のコンプレッサ２１、第１膨張弁２３及び第２膨張弁２４、バッテリ冷却回路３０のウォータポンプ３１等の制御を行う。

また、制御部４０は、エンジン２及びモータ３の運転状態、クラッチ４の断接状態、変速機５の変速段情報、インバータ１０及びバッテリ１１の温度情報、図示しないエアコンスイッチのオンオフ情報等の各種情報を図示しない各種センサや他のＥＣＵから取得可能である。

そして、制御部４０は、車内に設けられたエアコンスイッチがオン状態へと操作されると、コンプレッサ２１を作動させ空調回路２０を用いた車内の空調制御を行う。
また、制御部４０は蓄冷材２７に冷熱を蓄える蓄冷制御を行う。ここで、図２には制御部４０が実行する蓄冷制御開始ルーチンを示すフローチャートが示されており、以下同フローチャートに沿って蓄冷制御を開始する条件について説明する。

まず、図２に示すように、制御部４０はステップＳ１として、図示しないエアコンスイッチがオフ状態であるか否かを判定する。つまり、制御部４０はここで空調制御が停止中であるか否かを判定する。
次に制御部４０はステップＳ２として、エンジン２が駆動状態であるか否かを判定する。つまり、制御部４０はここで車両１がエンジン２の駆動力を用いて走行しているか否かを判定する。

続いて制御部４０はステップＳ３として、エンジントルクが第１所定値Ｔａ以上第２所定値Ｔｂ以下の所定のトルク範囲内にあるか否かを判定する。当該所定のトルク範囲は、図２（ｂ）に示すようにエンジントルクにコンプレッサ２１を作動するのに要する負荷が加わった場合に燃費効率が向上する範囲に設定されている。従って、当該ステップＳ３では蓄冷制御を行うことでエンジン２の燃費効率が向上するか否かを判定する。

これらステップＳ１からＳ３の判定結果のいずれかが偽（Ｎｏ）である場合は、蓄冷制御は行わず当該ルーチンをリターンする。一方、これら全ての判定結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ちエアコンスイッチがオフであり、エンジン駆動中で、エンジントルクが所定のトルク範囲にある場合は、ステップＳ４に進む。

ステップＳ４で制御部４０は、蓄冷制御を開始すべく、空調回路２０のコンプレッサ２１の電磁クラッチを接続状態とし、第１膨張弁２３を閉じ、第２膨張弁２４を開く。これにより、空調回路２０において、空調冷媒がコンプレッサ２１、コンデンサ２２、第２経路２０ｂの第２膨張弁２４を通ってチラー２６に送られることとなり、蓄冷材２７に冷熱が蓄えられる。

そして、制御部４０は、バッテリ１１の温度を監視して所定温度以上となったときに、バッテリ１１を冷却させるべくバッテリ冷却回路３０のウォータポンプ３１を作動させて冷却水を循環させる。これにより、ラジエータ３２における外気との熱交換、及びチラー２６における空調冷媒又は蓄冷材２７との熱交換により冷却水を冷却してバッテリ１１の冷却を行う（以下、これをバッテリ冷却制御という）。

ここで図３には、本実施形態における蓄冷制御及び従来技術における蓄冷制御を実行した場合のトルク変化の一例を示した説明図が示されており、以下同図に基づき本実施形態の作用及び効果について説明する。
図３では、まず車両１はエンジン２を駆動するとともに、モータ３を力行運転させたハイブリット走行を行っている。本実施形態における制御部４０はこのハイブリッド走行中のｔ１時点からｔ２時点までの間に上記図２のステップＳ１からＳ３の条件が成立し、空調回路２０のコンプレッサ２１を作動させて蓄冷材２７に冷熱を蓄えさせる。このときコンプレッサ２１を作動する負荷分エンジントルクが増加するが、図２（ｂ）でも示したように燃費効率は良くなるよう設定されている。

そして、車両１はｔ３時点からエンジントルクを増加させ、当該エンジントルクを用いてモータ３を発電するエンジン発電走行を行っている。続いてｔ４時点からは車両１は降坂路に入ることから、エンジン２を停止させ、モータ３の回生運転のみを行っている。そして、ｔ５時点以降は再びエンジン２及びモータ３によるハイブリッド走行を行っている。

図３に示すように、ｔ３’時点からｔ４’時点の間にバッテリ温度が所定温度以上となりバッテリ冷却制御が行われる。本実施形態では、予めｔ１時点からｔ２時点で蓄冷材２７に冷熱を蓄えていることから、コンプレッサ２１を作動させることなく、蓄冷材２７の冷熱を用いてバッテリ１１の冷却を行う。このため、実線で示すようにｔ３’時点からｔ４’時点までに、バッテリ冷却のためにエンジントルクを増加させることなく、バッテリ１１の冷却を行うことができる。

一方、図３においては、蓄冷材２７を設けていない従来技術におけるトルク変化が破線で示されており、当該図３に示す従来技術のバッテリ冷却制御ではバッテリ冷却時にはコンプレッサを作動させて空調回路とバッテリ冷却回路との間で熱交換を行う。このため、エンジン発電走行中にバッテリ温度が所定温度以上となりコンプレッサを作動することとなると、ｔ３’時点からｔ４時点では燃費効率の良い領域よりも高いエンジントルクとなる。また、本来エンジンを停止させるｔ４時点からｔ４’時点では、コンプレッサ作動のためエンジンを停止することできないということになる。これらのことから従来技術では燃費の悪化及び運転者のドライブフィールの悪化を招く。

以上のように、本実施形態ではエンジン２が駆動している間にコンプレッサ２１を作動させて蓄冷材２７に冷熱を蓄えておき、エンジン２の停止時にバッテリ１１を冷却する場合には当該蓄冷材２７に蓄えられた冷熱を用いる。従って、バッテリ１１の冷却のためだけに停止中のエンジン２を駆動させる必要がなくなることから、エンジンオフの時間を長く保つことができ、燃費を改善することができる。また、エンジン２の停止時に突然エンジン２を始動するようなこともなくなることから運転者のドライブフィールを悪化させることもない。

また、蓄冷制御におけるコンプレッサ２１の作動は、エンジントルクがコンプレッサ２１の作動負荷を加えることで燃費効率が向上する範囲にて行うことから、燃費を向上させることができる。
さらに、本実施形態では、空調回路２０の一部とバッテリ冷却回路３０の一部を近づければよい構成であるので、キャビンとバッテリ１１が離れているような商用車等にも容易に適用することができる。

これらのことから本実施形態に係るハイブリッド車両のバッテリ冷却装置は、キャビンとバッテリ１１が離れている商用車等においても適用することができ、燃費の悪化や運転者のドライブフィールの悪化を招くことなく適切な時期にバッテリを冷却することができる。

以上で本発明に係るハイブリッド車両のバッテリ冷却装置の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、上記実施形態では、蓄冷材２７をチラー２６内に設けているが、必ずしもチラー２６内に設けられる必要はなく、蓄冷材とチラーと空調回路の別の位置に設けてもよい。

また、上記実施形態における空調回路２０及びバッテリ冷却回路３０に設けられる装置は上述したものに限られるものではなく、各装置の配置等もこれに限られるものではない。例えば、バッテリ冷却回路はインバータも経由させることで、バッテリとインバータを冷却するものとしてもよい。またバッテリ冷却回路にラジエータを設けずに、チラーのみで冷却水を冷却する構成としてもよい。

また、上記実施形態の制御部４０は、ＧＰＳ（Global Positioning System）やナビゲーション装置からの情報に基づき、車両１の前方の状況を予測した上で蓄冷制御を開始するタイミングを決定してもよい。これにより、さらに効率よく蓄冷制御及びバッテリ冷却制御を行うことができる。

１ 車両
２ エンジン
３ モータ
１０ インバータ
１１ バッテリ
２０ 空調回路
２１ コンプレッサ
２２ コンデンサ
２３ 第１膨張弁
２４ 第２膨張弁
２５ エバポレータ
２６ チラー（熱交換器）
３０ バッテリ冷却回路
４０ 制御部

Claims (1)

1. 車両の駆動源であるエンジンと、
   前記車両の駆動源であり発電も可能な電動機と、
   前記電動機を駆動するための電力の供給及び当該電動機により発電された電力の蓄電が可能なバッテリと、
   前記エンジンにより駆動するコンプレッサと、
   前記コンプレッサを経由して冷媒が循環する空調回路と、
   前記バッテリを経由して冷媒が循環するバッテリ冷却回路と、
   前記バッテリ冷却回路と前記空調回路との間で熱交換を行う熱交換器と、
   前記熱交換器と熱交換を行い、冷熱を蓄える蓄冷材と、
   前記エンジンの駆動中に前記コンプレッサを作動させて前記蓄冷材に冷熱を蓄えさせ、前記エンジン停止時に前記バッテリを冷却する際には、前記熱交換器を介し当該蓄冷材に蓄えた冷熱を用いて前記バッテリ冷却回路の冷媒を冷却させる制御部と、
   を備えるハイブリッド車両のバッテリ冷却装置。

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