JP2017105425A - 車両用バッテリ冷却システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】冷媒ライン111で車両室内を冷房する冷媒を循環させるエアコン手段110と、冷却ライン121で連結される電装用ラジエータ122と第1ウォータポンプ124とを含み、モータ125と電装品126を冷却する冷却水を循環させる電装用冷却手段120と、電装用冷却手段とバッテリ冷却ライン131を介して連結されるバッテリモジュール130と、エアコン手段の冷媒ラインと第1連結ライン132を介して連結され、バッテリ冷却ラインと第2連結ライン133を介して連結され、内部に流入する冷却水と冷媒を選択的に熱交換させて冷却水の温度を調節するチラー135と、バッテリモジュールとチラーとの間におけるバッテリ冷却ラインに備えられる第2ウォータポンプ137と、バッテリ冷却ラインに備えられる加熱器139とを含むことを特徴とする。
【選択図】図1
Description
このようなエアコン手段は、外部の温度変化に関係なく自動車室内の温度を適当な温度に維持して快適な室内環境を維持できるようにするもので、圧縮機の駆動によって吐出される冷媒が、凝縮器、レシーバドライヤ、膨張バルブおよび蒸発器を経て再び圧縮機に循環する過程で、蒸発器による熱交換によって自動車の室内を暖房または冷房するように構成される。
つまり、エアコン手段は、夏季の冷房モード時には、圧縮機から圧縮された高温、高圧の気相冷媒が凝縮器を介して凝縮された後、レシーバドライヤおよび膨張バルブを経て蒸発器での蒸発により室内の温度および湿度を低下させる。
環境にやさしい車両のうち、電気自動車またはハイブリッド車両には、一般車両の空気調和装置とは異なり、別途のヒータが使用されず、通常、ヒートポンプシステムと呼ばれる空気調和装置が適用される。
そして、ハイブリッド自動車においても、一般的な化石燃料で作動するエンジンと共に、燃料電池や、電気バッテリから供給される電気を用いてモータを駆動させて駆動力を発生させるので、燃料電池やバッテリ、およびモータから発生する熱を効果的に除去してモータの性能を確保する必要がある(例えば、特許文献1参照)。
従来技術に係るハイブリッド車両や電気自動車では、モータや電装品、および燃料電池を含むバッテリの過熱を防止するために、電装用冷却手段、ヒートポンプシステム、およびバッテリ冷却システムがそれぞれ別途の密閉回路で構成されていた。
また、バッテリが最適性能を発揮するために、車両の状態に応じてバッテリをウォームアップまたは冷却させるバッテリ冷却システムが別途に備えられるので、各連結配管と連結するための複数のバルブが必要とされ、これらバルブの頻繁な開閉作動による騒音および振動が車両室内に伝達されて乗り心地が低下するという問題もあった。
第2膨張バルブは、車両の冷房モードの作動、または冷媒でバッテリモジュールを冷却する場合に作動し、第1連結ラインを介して流入する冷媒を膨張させてチラーに流入させることができる。
バッテリ冷却ラインには、電装用ラジエータと加熱器との間において、モータと電装品とを連結する冷却ラインと、バッテリ冷却ラインとを連結する第1バルブと、バッテリモジュールと電装用ラジエータとの間において、冷却ライン、バッテリ冷却ライン、およびチラーに連結される第2連結ラインを連結する第2バルブとが備えられることが好ましい。
第2バルブは、冷却水を用いたバッテリモジュールの冷却時に、第2連結ラインを閉鎖させることができる。
第2バルブは、冷媒を用いたバッテリモジュールの冷却時に、冷却ラインを閉鎖し、バッテリ冷却ラインと第2連結ラインとを連結することが好ましい。
電装用ラジエータと第1バルブとの間における冷却ラインには、リザーバタンクが備えられることが好ましい。
電装品は、モータと第1ウォータポンプとの間における冷却ライン上に備えられる電力制御装置(EPCU:Electric Power Control Unit)と、モータと電装用ラジエータとの間における冷却ライン上に備えられる充電器(OBC:On Board Charger)とを含むことが好ましい。
加熱器は、バッテリモジュールのウォームアップ時にON作動して、バッテリ冷却ラインで循環する冷却水を加熱してバッテリモジュールに流入させることができる。
さらに、全体システムの簡素化によって製作コストの節減および重量の縮小が可能であり、空間活用性を向上させることができる。
また、エアコン手段と電装用冷却手段とを連動させるためのバルブの個数を最小化して費用を節減し、頻繁なバルブの開閉作動による騒音および振動を低減して車両の乗り心地を向上させることができる。
このようなバッテリ冷却システム100は、ハイブリッド車両または電気自動車において、車両室内を冷房または暖房するための空調装置であるエアコン手段110と、モータ125と電装品126を冷却するための電装用冷却手段120とに相互連動する。
本実施形態において、エアコン手段110は、冷媒ライン111を介して相互連結される圧縮機112、凝縮器113、蒸発器115、および第1膨張バルブ114を含む。
このようなエアコン手段110は、車両の冷房モードの作動時、冷媒の循環により車両室内を冷房する。
ここで、電装品126は、モータ125と第1ウォータポンプ124との間における冷却ライン121上に備えられる電力制御装置(Electric Power Control Unit、EPCU)127と、モータ125と電装用ラジエータ122との間における冷却ライン121上に備えられる充電器(On Board Charger、OBC)128とを含むことができる。
電装用ラジエータ122は車両の前方に配置され、後方にはクーリングファン123が備えられて、クーリングファン123の作動と外気との熱交換により冷却水を冷却する。
ここで、本発明の実施形態に係るバッテリ冷却システム100は、バッテリモジュール130と、チラー135と、第2ウォータポンプ137と、加熱器139とを含む。
バッテリモジュール130は、モータ125と電装品126に電源を供給し、電装用冷却手段120とバッテリ冷却ライン131を介して連結される。
このようなバッテリモジュール130は、冷却水により冷却される水冷式で形成できる。
ここで、第1連結ライン132には、凝縮器113とチラー135との間に第2膨張バルブ116が備えられるとよい。
第2膨張バルブ116は、車両の冷房モードの作動、または冷媒でバッテリモジュール130を冷却する場合に作動する。このような第2膨張バルブ116は、第1連結ライン132を介して流入する冷媒を膨張させて低温状態でチラー135に流入させることができる。
第2ウォータポンプ137は、バッテリモジュール130とチラー135との間におけるバッテリ冷却ライン131に備えられる。
このような第2ウォータポンプ137は、冷却水をバッテリ冷却ライン131に循環させる。
そして、加熱器139は、第2ウォータポンプ137とバッテリモジュール130との間におけるバッテリ冷却ライン131に備えられる。
ここで、加熱器139は、バッテリモジュール130のウォームアップ時にON作動して、バッテリ冷却ライン131で循環する冷却水を加熱してバッテリモジュール130に流入させることができる。
第1バルブ140は、電装用ラジエータ122と加熱器139との間において、モータ125と電装品126とを連結する冷却ライン121と、バッテリ冷却ライン131とを連結する。
このような第1バルブ140は、冷却水を用いたバッテリモジュール130の冷却時に、電装用ラジエータ122、およびモータ125と電装品126とに連結される冷却ライン121と、バッテリ冷却ライン131とを連結する。
このような第2バルブ150は、冷却水を用いたバッテリモジュール130の冷却時に、チラー135に連結される第2連結ライン133を閉鎖させる。
また、第2バルブ150は、冷媒を用いたバッテリモジュール130の冷却時に、冷却ライン121を閉鎖し、バッテリ冷却ライン131と第2連結ライン133とを連結する。
一方、電装用ラジエータ122と第1バルブ140との間における冷却ライン121には、リザーバタンク129が備えられることがよい。
リザーバタンク129は、電装用ラジエータ122から流入する冷却の完了した冷却水を貯蔵できる。
本明細書では、第1ウォータポンプ124が第1バルブ140と電力制御装置127との間における冷却ライン121上に備えられることを一実施形態として説明したが、本発明はこれに限定されず、第1ウォータポンプ124は、第1バルブ140とリザーバタンク129との間における冷却ライン121上に備えられてもよい。
第1ウォータポンプ124がリザーバタンク129と第1バルブ140との間に備えられると、バッテリモジュール130を冷却水で冷却する場合、第2ウォータポンプ137と共に稼働しながら、バッテリモジュール130に循環する冷却水の流量を増大させることができる。
図2は、本発明の実施形態に係る車両用バッテリ冷却システムにおける車両の冷房モード作動中の、バッテリモジュール冷却時の作動状態図である。
図2に示したとおり、車両の冷房モードの作動中、バッテリモジュール130を冷却する場合、エアコン手段110が作動して、冷媒ライン111に沿って冷媒が循環することによって室内が冷房される。
第1膨張バルブ114を通過しながら膨張した冷媒は、蒸発器115を介して蒸発された後、再び圧縮機112に供給されてエアコン手段110を循環する。
ここで、第2膨張バルブ116は開放され、凝縮器113から排出された冷媒の一部を膨張させてチラー135に供給する。また、第2バルブ150は、冷却ライン121を閉鎖し、バッテリ冷却ライン131と第2連結ライン133とを連結する。
すると、バッテリモジュール130には、チラー135で冷媒との熱交換により冷却された冷却水が第2ウォータポンプ137の作動により流入する。これにより、冷却された冷却水はバッテリモジュール130を効率的に冷却することができる。
図3に示したとおり、冷媒を用いてバッテリモジュール130を冷却する場合、エアコン手段110の第1膨張バルブ114の作動が中止して、蒸発器115に冷媒の流入が防止される。
この状態で、冷媒は、圧縮機112から凝縮器113に流入して外気との熱交換により凝縮される。その後、冷媒は、凝縮器113から排出されて冷媒ライン111に沿って第2膨張バルブ116を通過しながら膨張し、チラー135を通過した後、再び圧縮機112に供給される。
すると、バッテリモジュール130には、チラー135で冷媒との熱交換により冷却された冷却水が第2ウォータポンプ137の作動により流入する。これにより、冷却された冷却水はバッテリモジュール130を効率的に冷却することができる。
一方、図2と図3に基づいて、電装用冷却手段120が作動しないことを一実施形態として説明したが、これに限定されることなく、モータ125と電装品126の冷却要求時には、冷却ライン121に冷却水を循環させる。
図4に示したとおり、モータ125と電装品126の冷却のために電装用冷却手段120が作動する。
この時、第1バルブ140は、電装用ラジエータ122、モータ125と電装品126とに連結される冷却ライン121、および、バッテリ冷却ライン131とを連結する。
そして、第2バルブ150は、チラー135に連結される第2連結ライン133を閉鎖させる。
すると、電装用冷却手段120を循環する冷却水のうち、電装用ラジエータ122を通過して冷却された冷却水はバッテリ冷却ライン131に流入し、作動がOFFとなった加熱器139を通過してバッテリモジュール130に流入する。これにより、冷却された冷却水はバッテリモジュール130を冷却することができる。
図5に示したとおり、モータ125と電装品126の冷却が要求されていない場合、第1バルブ140は、モータ125と電装品126とに連結される冷却ライン121は閉鎖し、バッテリ冷却ライン131を連結する。そして、第2バルブ150は、チラー135に連結される第2連結ライン133を閉鎖させる。
これにより、電装用ラジエータ122で冷却された冷却水は、第2ウォータポンプ137の作動によりバッテリ冷却ライン131を循環する。
すると、電装用ラジエータ122を通過して冷却された冷却水はバッテリ冷却ライン131に流入し、作動がOFFとなった加熱器139を通過してバッテリモジュール130に流入する。これにより、冷却された冷却水はバッテリモジュール130を冷却することができる。
図6に示したとおり、バッテリモジュール130をウォームアップする場合、第2バルブ150は、冷却ライン121とバッテリ冷却ライン131との連結を閉鎖し、第2連結ライン133を連結する。
すると、バッテリ冷却ライン131内部の冷却水は、第2ウォータポンプ137の作動によりバッテリ冷却ライン131を繰り返し循環する。
この時、加熱器139は作動して、バッテリ冷却ライン131で循環する冷却水を加熱してバッテリモジュール130に流入させる。これにより、バッテリモジュール130は、加熱された冷却水の流入で速やかにウォームアップできる。
さらに、全体システムの簡素化することにより製作コストの節減および重量の縮小が可能であり、空間活用性を向上させることができる。
また、エアコン手段110と電装用冷却手段120とを連動させるためのバルブの個数を最小化して費用を節減し、頻繁なバルブの開閉作動による騒音および振動を低減して車両の乗り心地を向上させることができる。
110:エアコン手段
111:冷媒ライン
112:圧縮機
113:凝縮器
114:第1膨張バルブ
115:蒸発器
116:第2膨張バルブ
120:電装用冷却手段
121:冷却ライン
122:電装用ラジエータ
123:クーリングファン
124:第1ウォータポンプ
125:モータ
126:電装品
127:電力制御装置
128:充電器
129:リザーバタンク
130:バッテリモジュール
131:バッテリ冷却ライン
132:第1連結ライン
133:第2連結ライン
135:チラー
137:第2ウォータポンプ
139:加熱器
140:第1バルブ
150:第2バルブ
Claims (12)
- 冷媒ラインで連結される圧縮機、凝縮器、蒸発器、および第1膨張バルブを含み、車両室内を冷房する冷媒を循環させる空気調和手段(以下、エアコン手段という。)と、
冷却ラインで連結される電装用ラジエータと第1ウォータポンプとを含み、モータと電装品を冷却する冷却水を循環させる電装用冷却手段と、
前記電装用冷却手段とバッテリ冷却ラインを介して連結されるバッテリモジュールと、
前記エアコン手段の冷媒ラインと第1連結ラインを介して連結され、前記バッテリ冷却ラインと第2連結ラインを介して連結され、内部に流入する冷却水と冷媒を選択的に熱交換させて冷却水の温度を調節するチラーと、
前記バッテリモジュールと前記チラーとの間における前記バッテリ冷却ラインに備えられる第2ウォータポンプと、
前記第2ウォータポンプと前記バッテリモジュールとの間における前記バッテリ冷却ラインに備えられる加熱器とを含むことを特徴とする車両用バッテリ冷却システム。 - 前記第1連結ラインには、
前記凝縮器と前記チラーとの間に第2膨張バルブが備えられることを特徴とする請求項1に記載の車両用バッテリ冷却システム。 - 前記第2膨張バルブは、
車両の冷房モードの作動、または冷媒で前記バッテリモジュールを冷却する場合に作動し、前記第1連結ラインを介して流入する冷媒を膨張させて前記チラーに流入させることを特徴とする請求項2に記載の車両用バッテリ冷却システム。 - 前記バッテリ冷却ラインには、
前記電装用ラジエータと前記加熱器との間において、前記モータと前記電装品とを連結する前記冷却ラインと、前記バッテリ冷却ラインとを連結する第1バルブと、
前記バッテリモジュールと前記電装用ラジエータとの間において、前記冷却ライン、前記バッテリ冷却ライン、および前記チラーに連結される前記第2連結ラインを連結する第2バルブとが備えられることを特徴とする請求項1に記載の車両用バッテリ冷却システム。 - 前記第1バルブは、
冷却水を用いた前記バッテリモジュールの冷却時に、前記電装用ラジエータに連結される前記冷却ライン、前記モータと前記電装品とに連結される前記冷却ライン、および前記バッテリ冷却ラインを連結することを特徴とする請求項4に記載の車両用バッテリ冷却システム。 - 前記第2バルブは、
冷却水を用いた前記バッテリモジュールの冷却時に、前記第2連結ラインを閉鎖させることを特徴とする請求項4に記載の車両用バッテリ冷却システム。 - 前記第2バルブは、
冷媒を用いた前記バッテリモジュールの冷却時に、前記冷却ラインを閉鎖し、前記バッテリ冷却ラインと前記第2連結ラインとを連結することを特徴とする請求項4に記載の車両用バッテリ冷却システム。 - 前記第1バルブと前記第2バルブは、3−Wayバルブであることを特徴とする請求項4に記載の車両用バッテリ冷却システム。
- 前記電装用ラジエータと前記第1バルブとの間における前記冷却ラインには、リザーバタンクが備えられることを特徴とする請求項4に記載の車両用バッテリ冷却システム。
- 前記電装品は、
前記モータと前記第1ウォータポンプとの間における前記冷却ライン上に備えられる電力制御装置(EPCU:Electric Power Control Unit)と、
前記モータと前記電装用ラジエータとの間における前記冷却ライン上に備えられる充電器(OBC:On Board Charger)とを含むことを特徴とする請求項1に記載の車両用バッテリ冷却システム。 - 前記第1ウォータポンプと前記第2ウォータポンプは、
電動式ウォータポンプであることを特徴とする請求項1に記載の車両用バッテリ冷却システム。 - 前記加熱器は、
前記バッテリモジュールのウォームアップ時にON作動して、前記バッテリ冷却ラインで循環する冷却水を加熱して前記バッテリモジュールに流入させることを特徴とする請求項1に記載の車両用バッテリ冷却システム。
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