JP2016134322A - 電池パックの冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パッケージトレイの上方空間における冷気または熱気が乗員に不快感を与えることを抑制する電池パックの冷却装置を提供することである。【解決手段】車室２から吸引した空気により電池パック１１を冷却して荷室２に排気し、当該排気をパッケージトレイ５の連通部５ａを通して車室２に戻す冷却手段１４ａ，１５，１６と、パッケージトレイ５の連通部５ａに隣接する吸気口２１ａからパッケージトレイ５の上方の空気を吸引して排気口２２ａから車室２に排気する吸排気手段２０と、を備え、パッケージトレイ５の上方の空気温度が、第１の所定温度ＴＨより高い、または第１の所定温度ＴＨより低い第２の所定温度ＴＬより低いと推定または測定されるときに、吸排気手段２０を動作させて、パッケージトレイ５の上方の空気を、パッケージトレイ５の連通部５ａに隣接する吸気口２１ａから吸引して排気口２２ａから車室２に排気する。【選択図】図１

Description

本発明は、電池パックの冷却装置に関し、特に、電池パックを冷却した空気を荷室に排気する電池パックの冷却装置に関する。

電気自動車やハイブリッド自動車においては、モータを駆動するための電池パックや、この電池パックの充放電を制御する制御装置等を備える電池ユニットが搭載されている。この電池ユニットは、車両構成や電池ユニットの大きさ等に応じて、座席の下方、フロアパネルの下方、荷室等の車両の様々な位置に配置される。

電池パックは充放電によって発熱し、高温になると電池パックの出力特性が低下してしまう。そこで、車両のフロアパネルに固定された電池パックに、車室から取り込んだ空気を供給して電池パックを冷却する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−３３７９９公報

車室と荷室とは、座席の後側上方に配置されたパッケージトレイに設けられた連通口を介して連通しているので、車室から取り込んだ空気を電池パックに供給して、電池パックを冷却した空気を荷室に排気すると、この排気によって荷室内の空気が連通口から車室の座席の後側上方に押し出されて車室内に流出する。

一方、荷室は外気温度の影響を受けやすく、荷室の温度は外気温度と略同じ温度となることがある。このため、外気温度が低い場合や高い場合には、電池パックを冷却した空気が荷室に排気されると、荷室の低温空気（冷気）または高温空気（熱気）がパッケージトレイの連通口を介して車室に流出して、乗員が冷気や熱気を感じて快適性が損なわれる。

また、パッケージトレイの上方の空気は、リアガラスからの日射等の影響により暖められて温度上昇して高温となる場合がある。この場合も、電池パックを冷却した空気を荷室に排気すると、このパッケージトレイの上方空間の高温空気（熱気）が車室に流出して、乗員が熱気を感じて快適性が損なわれる。

そこで、本発明では、パッケージトレイの上方空間における冷気または熱気が乗員に不快感を与えることを抑制する電池パックの冷却装置を提供することを目的とする。

本発明の電池パックの冷却装置は、車室と、荷室と、前記車室と前記荷室とを仕切ると共に前記車室と前記荷室とを連通させる連通部が設けられたパッケージトレイと、を備える車両に搭載される電池パックの冷却装置であって、前記車室から吸引した空気により前記電池パックを冷却して前記荷室に排気し、当該排気を前記パッケージトレイの前記連通部を通して前記車室に戻す冷却手段と、前記パッケージトレイの前記連通部に隣接して開口する吸気口から前記パッケージトレイの上方の空気を吸引して、座席の下方に開口する排気口から前記車室に排気する吸排気手段と、前記吸排気手段を動作させる制御部と、を備え、前記制御部は、前記パッケージトレイの上方の空気温度が、第１の所定温度より高い、または前記第１の所定温度より低い第２の所定温度より低いと推定または測定されるときに、前記吸排気手段を動作させることを特徴とする。

本発明によれば、パッケージトレイの上方空間における冷気または熱気が乗員に不快感を与えることを抑制でき、乗員の快適性を維持することができる。

電池パックの冷却装置が配置された車両後部の概略図である。 荷室を車両後方から見た概略構成図である。 後部座席を車室から見た概略構成図である 電池ユニットの制御部に関する入出力系統図である。 車室に戻る空気の流れの切換制御を説明するフローチャートである。

図１において、エンジンとモータジェネレータを備えるハイブリッドの車両１は、車室２と、車室２の後側に隣接している荷室３とを備え、車室２には後部座席４が配置されている。後部座席４の後側上方には、車室２と荷室３とを仕切るパッケージトレイ５が設けられている。このパッケージトレイ５は連通部としての複数の連通口５ａを備えており、車室２と荷室３とを連通している。

図１〜３に示すように、後部座席４の後側の荷室３には、モータジェネレータに電力を供給する電池ユニット１０が配置されている。電池ユニット１０は、複数の電池セルを電気的に接続して構成される電池パック１１と、電池パック１１の温度を検出する電池温度センサ１２と、電池パック１１の温度等に基づいて電池パック１１の充放電を制御する制御部１３と、これらを収容するケーシング１４と、電池パック１１に冷却用の空気を供給する冷却ファン１５と、冷却ファン１５に車室２の空気を導入する吸気ダクト１６とを備えている。なお、図１〜３において、矢印Ｕｐは車両上方向を示し、矢印Ｒｒは車両後方を示し、矢印Ｒｈは車両の前方を向いたときの右方向を示し、矢印Ｌｈは車両の前方を向いたときの左方向を示している。

ケーシング１４の上面には冷却ファン１５が配置される。冷却ファン１５には、吸気ダクト１６の一端が接続されており、吸気ダクト１６の他端は後部座席４のシートサイドガーニッシュ６に設けられた開口６ａに接続される。ケーシング１４の後面には、電池パック１１を冷却した空気を荷室３に排気する排気口１４ａが設けられている。冷却ファン１５、吸気ダクト１６、排気口１４ａ等により電池パック１１を冷却する冷却手段が構成されている。

後部座席４の後側であり、電池ユニット１０の上方には、車両２の後部空間の空調を行うＡ／Ｃユニット２０が配置されている。Ａ／Ｃユニット２０は、パッケージトレイ５の上方に開口する吸気ダクト２１と、後部座席４の下方に開口する排気ダクト２２と、吸気ダクト２１から吸引した空気を排気ダクト２２を介して後部座席４の下方に排気する送風ファン２３と、吸気ダクト２１から吸引した空気の温度を調節する図示しない温度調節部と、送風ファン２３や温度調節部を制御する制御部２４とを備えている。

Ａ／Ｃユニット２０の上面には、吸気ダクト２１の一端が接続されており、吸気ダクト２１の他端は、パッケージトレイ５を貫通してパッケージトレイ５の上方に開口している。この開口が吸気口２１ａを構成しており、吸気口２１ａはパッケージトレイ５の連通口５ａの近傍であって連通口５ａよりも車室２側に設けられている。

Ａ／Ｃユニット２０の右側面には、排気ダクト２２の一端が接続されており、排気ダクト２２は、Ａ／Ｃユニット２０の右側面から車両１の右側に延出した後、車両１の下方に向かって屈曲して、さらに車両１のスカッフプレート７に沿って、後部座席４の下方まで延びている。排気ダクト２２の他端は、後部座席４の下方において車室２の中央に向かって開口しており、この開口が排気口２２ａを構成している。

Ａ／Ｃユニット２０は、図示しない送風ダクトから温度調節された空気を送風して、車室２の後部空間の空調を行う通常の空調動作と、パッケージトレイ５の上方の空気を車室２の後部座席４の下方に排気する吸排気手段としての送風動作との２つの動作が可能である。送風動作の場合、空気の温度調節は行わず送風ファン２３による送風のみを行う。なお、Ａ／Ｃユニット２０とは独立して送風動作を行う吸排気手段を設けてもよい。

図１に示すように、パッケージトレイ５の上面には、リアガラス１ａを透過する日射量を検出する日射センサ８が設けられている。日射センサ８はフォトダイオード等から構成されている。車両１の後部には、車両１の外気温度を検出する外気温度センサ９が設けられている。外気温度センサ９はサーミスタ等の温度検出素子から構成されている。なお、外気温度センサ９は外気温度を検出することができれば車両１の後部以外に設けられていてもよい。

図４に示すように、電池ユニット１０の制御部１３には、日射センサ８、外気温度センサ９、電池温度センサ１２が検出した検出値がそれぞれ入力される。制御部１３は、電池温度センサ１２からの検出情報に基づいて、冷却ファン１５の動作を制御する。制御部１３は、Ａ／Ｃユニット２０の制御部２４と制御信号の授受を行うために信号線により接続されており、日射センサ８、外気温度センサ９から入力される検出値に基づいて、制御部２４に制御信号を出力し、制御部２４を介して送風ファン２３の動作を制御する。

また、制御部１３は、電池パック１１の冷却の必要性を判断するための冷却判断温度ＴＢと、パッケージトレイ５から乗員の上半身に流れる空気の温度が、快適性を損なう高温であるかを判断する熱気判断温度ＴＨと、パッケージトレイ５から乗員の上半身に流れる空気の温度が、快適性を損なう低温であるかを判断する冷気判断温度ＴＬとを記憶している。なお、冷却判断温度ＴＢ、熱気判断温度ＴＨ、冷気判断温度ＴＬについては、以下のフローチャートにおいて詳しく説明する。

次に、制御部１３の制御について図５に示すフローチャートに基づいて説明する。まず、ステップＳ１０において、電池温度センサ１２から電池パック１１の温度を取得して、ステップＳ１１へ進む。

ステップＳ１１では、電池温度センサ１２が検出した温度と、制御部１３が記憶している冷却判断温度ＴＢとを比較する。冷却判断温度ＴＢは、電池パック１１の温度が上昇した場合に、電池パック１１の冷却が必要であるかを判断するための温度である。電池パック１１は充放電によって発熱し、高温になると出力特性が低下するので、電池パック１１の温度を検出して、電池パック１１の冷却が必要であるかを判断する。ステップＳ１１において、検出温度が冷却判断温度ＴＢ以上である場合（ＹＥＳ）、電池パック１１を冷却する必要があると判断してステップＳ１２に進む。

ステップＳ１２では、パッケージトレイ５の上方空間の空気温度を推定する。パッケージトレイ５の上方空間の空気は、リアガラス１ａを透過する日射により暖められるので、この上方空間の空気は日射量が多いと高温となる。このため、日射センサ８により検出された日射量に基づきパッケージトレイ５の上方空間の空気温度を推定することができる。よって、制御部１３は、日射センサ８が検出した日射量に基づいてパッケージトレイ５の上方空間の空気温度を推定してステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３では、推定されたパッケージトレイ５の上方空間の空気温度と、制御部１３が記憶している熱気判断温度ＴＨとを比較する。第１の所定温度としての熱気判断温度ＴＨは、パッケージトレイ５の上方空間に滞留している空気が車室２に流出して乗員の上半身に触れたときに乗員が熱気を感じて不快と感じる温度である。荷室３の空気がパッケージトレイ５の連通口５ａを介してパッケージトレイ５の上方に押し出されると、パッケージトレイ５の上方空間に滞留している空気が車室２に押し出される。このとき、パッケージトレイ５の上方空間の空気温度が高温であると、乗員は熱気を感じて快適性が損なわれる。よって、パッケージトレイ５の上方空間の空気温度が、乗員の快適性を損なう高温であるかを判断するための熱気判断温度ＴＨを設定している。

ステップＳ１３において推定されたパッケージトレイ５の上方空間の空気温度が、熱気判断温度ＴＨ以上である場合（ＹＥＳ）、パッケージトレイ５の上方空間の空気は熱気であると判断してステップＳ１４に進む。

ステップＳ１４では、パッケージトレイ５の上方空間の高温空気（熱気）を吸引して後部座席４の下方に排気する。すなわち、制御部１３が、Ａ／Ｃユニット２０の制御部２４に対して送風ファン２３の駆動信号を出力し、Ａ／Ｃユニット２０の制御部２４が送風ファン２３を駆動してステップＳ１５に進む。送風ファン２３が駆動されると、図１において、矢印Ｆ１で示すように、パッケージトレイ５の上方空間の高温空気（熱気）が、吸気ダクト２１の吸気口２１ａから吸引される。そして、矢印Ｆ２で示すように、排気ダクト２２の排気口２２ａから後部座席４の下方に排気される。温度に関して人は上半身よりも下半身のほうが鈍感であるので、高温空気（熱気）を乗員の足元に排気しても不快と感じにくい。

ステップＳ１５では、電池パック１１に冷却用空気を供給する。すなわち、制御部１３が冷却ファン１５を駆動して最初のステップＳ１０に戻る。冷却ファン１５が駆動されると、図１において、矢印Ｆ３で示すように、車室２の空気が吸気ダクト１６を介して電池パック１１に供給される。この供給された空気は電池パック１１との間で熱交換を行って電池パック１１を冷却する。そして、矢印Ｆ４で示すように、電池パック１１との熱交換により暖められた空気は、排気口１４ａから荷室３に排気される。さらに、荷室３の空気は、排気口１４ａから排気された空気によって、パッケージトレイ５の連通口５ａからパッケージトレイ５の上方空間に押し出される。押し出された空気は、Ａ／Ｃユニット２０の吸気ダクト２１の吸気口２１ａから吸引されて排気ダクト２２の排気口２２ａから排気される。

一方、ステップＳ１３において推定されたパッケージトレイ５の上方空間の空気温度が、熱気判断温度ＴＨより低い場合（ＮＯ）、パッケージトレイ５の上方空間の空気温度は高温ではなく乗員の快適性を損なわないと判断してステップＳ１６に進む。

ステップＳ１６では、荷室３の空気温度を推定する。荷室３は外気温度の影響を受けやすく、荷室３の空気温度は外気温度と略同じ温度になる。このため、外気温度を検出することによって、荷室３の空気温度を推定することができる。よって、制御部１３は、外気温度センサ９が検出した外気温度に基づき荷室３の空気温度を推定してステップＳ１７に進む。

ステップＳ１７では、推定した荷室３の空気温度と、制御部１３が記憶している熱気判断温度ＴＨとを比較する。熱気判断温度ＴＨとは、荷室３に滞留している空気が車室２に流出して乗員の上半身に触れたときに乗員が熱気を感じて不快と感じる温度である。荷室３の空気がパッケージトレイ５の連通口５ａを介して車室２に流出するときに、荷室３の空気温度が高温であると、乗員は熱気を感じて快適性が損なわれる。よって、荷室３の空気温度が、乗員の快適性を損なう高温であるかを判断するための熱気判断温度ＴＨを設定している。また、当ステップにおける熱気判断温度ＴＨは、ステップＳ１３で述べた熱気判断温度ＴＨと同じ温度である。

ステップＳ１７において、推定した荷室３の空気温度が熱気判断温度ＴＨ以上である場合（ＹＥＳ）、荷室３の高温空気（熱気）が、パッケージトレイ５の連通口５ａを介して車室２に流出すると、乗員が熱気を感じて快適性を損なうと判断してステップＳ１４に進む。

ステップＳ１４では、上述したように、送風ファン２３を駆動して、パッケージトレイ５の上方空間の空気を吸気ダクト２１の吸気口２１ａから吸引して排気ダクト２２の排気口２２ａから後部座席４の下方に排気する。そして、ステップＳ１５に進み、電池ユニット１０の冷却ファン１５を駆動して電池パック１１を冷却する。

一方、ステップＳ１７において、推定した荷室３の空気温度が熱気判断温度ＴＨよりも低い場合（ＮＯ）、荷室３の空気温度は高温ではないと判断してステップＳ１８に進む。

ステップＳ１８では、推定した荷室３の空気温度と、制御部１３が記憶している冷気判断温度ＴＬとを比較する。第２の所定温度としての冷気判断温度ＴＬとは、熱気判断温度ＴＨよりも低い温度であり、荷室３に滞留している空気が車室２に流出して乗員の上半身に触れたときに冷気を感じて不快と感じる温度である。荷室３の空気がパッケージトレイ５の連通口５ａを介して車室２に流出するときに、荷室３の空気温度が低温であると、乗員は冷気を感じて快適性が損なわれる。よって、荷室３の空気温度が、乗員の快適性を損なう低温であるかを判断するための冷気判断温度ＴＬを設定している。

ステップＳ１８において、推定した荷室３の空気温度が冷気判断温度ＴＬ以下である場合（ＹＥＳ）、荷室３の低温空気（冷気）が、パッケージトレイ５の連通口５ａを介して車室２に流出して、乗員が冷気を感じて快適性を損なうと判断してステップＳ１４、Ｓ１５に進む。また、ステップＳ１８において、推定した荷室３の空気温度が冷気判断温度ＴＬよりも高い場合（ＮＯ）、荷室３の空気温度は低温ではないと判断してステップＳ１５に進む。

ステップＳ１５からステップＳ１０に戻った後、再度、電池温度センサ１２から電池パック１１の温度を取得して、ステップＳ１１において電池温度センサ１２が検出した温度と、制御部１３が記憶している冷却判断温度ＴＢとを比較する。

ステップＳ１１において、検出温度が冷却判断温度ＴＢより低い場合（ＮＯ）、電池パック１１を冷却する必要はないと判断してステップＳ１９に進む。ステップＳ１９では、電池パック１１への冷却用空気の供給を停止する。すなわち、冷却ファン１５を停止してステップＳ２０に進む。

ステップＳ２０では、パッケージトレイ５の上方の空気吸引を停止する。すなわち、Ａ／Ｃユニット２０の送風ファン２３を停止する。ただし、このときＡ／Ｃユニット２０が空調のために送風ファン２３を駆動している場合には、その駆動を維持する。

以上説明したように、電池パック１１の冷却が必要となったときに、荷室３の空気温度が熱気判断温度ＴＨより低く、かつ、冷気判断温度ＴＬより高い場合、または、パッケージトレイ５の上方空間の空気温度が熱気判断温度ＴＨより低い場合には、図１の矢印Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５に示すように、車室２の空気が電池パック１１に供給されて電池パック１１を冷却し、この冷却後の空気は荷室３に排気されてパッケージトレイ５の上方空間を通って車室２に戻る。このように、電池パック１１を冷却する空気は、車室２、荷室３、パッケージトレイ５の上方空間を通じて循環する。

一方、電池パック１１の冷却が必要となったときに、荷室３の空気温度が熱気判断温度ＴＨより高い、または、冷気判断温度ＴＬより低い場合、あるいは、パッケージトレイ５の上方空間の空気温度が熱気判断温度ＴＨより高い場合には、図１の矢印Ｆ１、Ｆ２で示すように、まず、パッケージトレイ５の上方空間の空気を、吸気口２１ａから吸引して排気口２２ａから後部座席４の下方に排気する。

その後、図１の矢印Ｆ３、Ｆ４に示すように、車室２の空気が電池パック１１に供給されて電池パック１１を冷却し、この冷却後の空気は荷室３に排気されてパッケージトレイ５の上方空間に流出する。このパッケージトレイ５の上方空間に流出した空気は、吸気口２１ａから吸引されて排気口２２ａから後部座席４の下方に排気されるので、電池パック１１を冷却する空気は、図１における矢印Ｆ４から矢印Ｆ５ではなく矢印Ｆ１、Ｆ２の経路によって、車室２に戻ることになる。

このように、電池パック１１を冷却する空気は、車室２、荷室３、パッケージトレイ５の上方空間、吸気ダクト２１、排気ダクト２２を通じて循環する。このため、パッケージトレイ５の上方空間を通って車室２に戻ることが抑制される。

よって、荷室３における熱気判断温度ＴＨより高い高温空気（熱気）、冷気判断温度ＴＬより低い低温空気（冷気）、パッケージトレイ５の上方空間における熱気判断温度ＴＨより高い高温空気（熱気）が車室２に流出して、この熱気、冷気が後部座席４の乗員に不快感を与えることを抑制でき、乗員の快適性を維持することができる。

特に、冷却ファン１５を駆動する前に、パッケージトレイ５の上方空間の高温空気（熱気）、低温空気（冷気）を吸気口２１ａから吸引して排気口２２ａから後部座席４の下方に排気するので、乗員への熱気、冷気の流出をより抑制することができる。

上述した実施形態では、パッケージトレイ５の上方空間の空気を吸引するためにＡ／Ｃユニット２０を使用したが、Ａ／Ｃユニット２０とは独立して送風動作を行う吸排気手段を設ける場合には、この吸排気手段として、一端がパッケージトレイ５の上方に開口する吸気ダクトと、この吸気ダクトの他端が接続される送風ファンと、この送風ファンに一端が接続され、他端が車室に開口する排気ダクトと、送風ファンの動作を制御する制御部とを備える構成としてもよい。そして、排気ダクトの流路を、送風ファンからＣピラー、天井、Ｂピラーを介してスカッフプレートの隙間から車室２に繋がる流路として、パッケージトレイ５の上方空間の空気を乗員の足元に排気する。

また、排気ダクトの流路を、送風ファンからＣピラー、天井、Ａピラーを介して、運転席及び助手席のレッグスペースに繋がる流路として、パッケージトレイ５の上方空間の空気を運転席及び助手席のレッグスペースに排気してもよい。

上述した実施形態では、パッケージトレイ５の上方空間の空気の温度を、日射センサ８が検出する日射量に基づいて推定していた。これに代えて、Ａ／Ｃユニット２０の送風ファン２３の駆動により、Ａ／Ｃユニット２０の内部に取り込んだ空気の温度をＡ／Ｃユニット２０内に設けられている温度センサによって検出してもよい。このようにすることによって、パッケージトレイ５の上方空間の空気の温度を直接検出することができる。また、パッケージトレイ５の上面に温度センサを設けて、パッケージトレイ５の上方空間の空気の温度を測定してもよい。

１ 車両、１ａ リアガラス、２ 車室、３ 荷室、４ 後部座席、５ パッケージトレイ、５ａ 連通口、６ シートサイドガーニッシュ、６ａ 開口、７ スカッフプレート、８ 日射センサ、９ 外気温度センサ、１０ 電池ユニット、１１ 電池パック、１２ 電池温度センサ、１３，２４ 制御部、１４ ケーシング、１４ａ，２２ａ 排気口、１５ 冷却ファン、１６，２１ 吸気ダクト、２０ Ａ／Ｃユニット、２１ａ 吸気口、２２ 排気ダクト、２３ 送風ファン、ＴＢ 冷却判断温度、ＴＨ 熱気判断温度、ＴＬ 冷気判断温度。

Claims (1)

1. 車室と、荷室と、前記車室と前記荷室とを仕切ると共に前記車室と前記荷室とを連通させる連通部が設けられたパッケージトレイと、を備える車両に搭載される電池パックの冷却装置であって、
   前記車室から吸引した空気により前記電池パックを冷却して前記荷室に排気し、当該排気を前記パッケージトレイの前記連通部を通して前記車室に戻す冷却手段と、
   前記パッケージトレイの前記連通部に隣接して開口する吸気口から前記パッケージトレイの上方の空気を吸引して、座席の下方に開口する排気口から前記車室に排気する吸排気手段と、
   前記吸排気手段を動作させる制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記パッケージトレイの上方の空気温度が、第１の所定温度より高い、または前記第１の所定温度より低い第２の所定温度より低いと推定または測定されるときに、前記吸排気手段を動作させることを特徴とする電池パックの冷却装置。
   
   

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