JP2017171176A - 車載バッテリの冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】部品を追加することなく、防水構造のケースに収容されたバッテリが浸水する状態になったことを検知する。【解決手段】車載バッテリ７の冷却システム１０は、防水構造のケース１２に収容されており、走行用のモータ３に供給する電力を蓄えている車載バッテリ７を冷却する。車載バッテリ７の冷却システム１０は、バッテリ７を収容している防水構造のケース１２に接続している吸気ダクト１３と、吸気ダクト１３内の空気をケース１２に送り込むブロア１５と、ブロア１５を制御するコントローラ６を備えている。吸気ダクト１３の吸気口１３ａは下方に向かって開口しており、かつ、ブロア１５よりも低い位置に設けられている。コントローラ６は、ブロア１５のファン回転数が増加した時、又は、ブロア１５の消費電力が低下した時に、吸気口１３ａが塞がれたことを示す信号を出力する。【選択図】図１

Description

本明細書は、車載バッテリの冷却システムを開示する。詳細には、防水構造のケースに収容される車載バッテリが浸水する状態（車載バッテリに水が被る可能性が高まった状態）となったことを検知する冷却システムに関する。

電気自動車・ハイブリッド自動車・燃料電池自動車等は、走行用モータに供給する電力を蓄えている車載バッテリを備えており、その車載バッテリを冷却する冷却システムを備えている。その冷却システムは、車載バッテリを収容しているケースと、ケースに連通している吸気ダクトと、吸気ダクト内の空気をケース内に送り込むブロアと、ブロアを制御するコントローラを備えている。

自動車が冠水地域を走行する場合、あるいは河川を渡河する場合などには、車載バッテリが浸水する虞がある。このため、ケースを防水構造にすることがある。ケースを防水構造にすると、ケースの外側が浸水してもケース内に水が侵入しないため、車載バッテリが浸水することがない。このため、車室内に水が侵入しても、ケース内に水が侵入することを防止することができる。しかしながら、ケースに連通している吸気ダクトの吸気口が浸水すると、吸気ダクトに水が浸入して車載バッテリが浸水する虞がある。これに備えて、例えば、特許文献１に開示された技術では、車載バッテリが収容されているケース内に水が浸入したことを検知するセンサを搭載している。センサによって水の浸入が検知されると、例えば、車載バッテリの充放電量を制限ないし停止して車載バッテリの過熱を防止したり、あるいはブロアの回転を停止して水の浸入速度を低下させたりするなど、浸水時に必要な処理を起動することができる。

特開２０１５−８１８９６号公報

特許文献１の冷却システムは、浸水を検知するために、浸水を検知するためにのみ必要な浸水センサを追加搭載する。このため、部品点数が増加するという問題があった。本明細書は、浸水検知のための専用部品を追加することなく、防水構造のケースに収容される車載バッテリが浸水する状態になったことを検知する技術を開示する。

本明細書に開示する車載バッテリの冷却システムは、防水構造のケースに収容されており、走行用のモータに供給する電力を蓄えている車載バッテリを冷却する。その冷却システムは、車載バッテリを収容している防水構造のケースと、ケースに連通している吸気ダクトと、吸気ダクト内の空気をケース内に送り込むブロアと、ブロアを制御するコントローラを備えている。吸気ダクトの吸気口は下方に向かって開口しており、かつ、ブロアよりも低い位置に設けられている。コントローラは、ブロアのファン回転数の増加とブロアの消費電力の低下の少なくとも一方が生じた時に、吸気口が塞がれたことを示す信号を出力する。

上記の冷却システムでは、車室内に水が浸入すると、ブロアよりも低い位置において吸気口の空気が通過できる断面積が小さくなり、吸気ダクトを空気が通過する際の抵抗が増加する。このため、ブロアの消費電力を一定に制御している場合はブロアの回転数が増加し、ブロアのファン回転数を一定に制御している場合はブロアの消費電力が減少する。上記の冷却システムでは、ブロアのファン回転数の増加とブロアの消費電力の低下の少なくとも一方が生じた時に吸気口が塞がれていることを示す信号を出力するために、吸気ダクトに水が浸入したことを検知でき、浸水時に必要な処理を起動することができる。自動車に侵入した水位が上昇して吸気口に接近した時、あるいは吸気口が水没した時に、上記の事象が生じて吸気ダクトが塞がれたことを示す信号を出力する。

上記の冷却システムに必要なセンサは、ブロアの消費電力を検知するためのセンサ、あるいはブロアのファン回転数を検知するためのセンサであり、冷却システムがもともとに必要とするセンサであり、浸水検知のために新しく必要とされるものでない。必要部品数を増加させることなく、吸気口の浸水を検知することができる。

上記の冷却システムでは、吸気ダクトの吸気抵抗の上昇を検知する。閾値の設定によって、吸気ダクトが完全に塞がれたことを検知するようにすることもできれば、不完全に塞がれたことを検知するようにすることもできる。吸気ダクトが塞がれたことを示す信号は、吸気口が完全に塞がれたことを示す信号であることもあれば、部分的に塞がれたことを示す信号であることもある。

実施例に係る電気自動車の概略構成を示す断面図。 コントローラがブロアの消費電力を一定とする制御をしている場合に、浸水を検知する処理を示すフローチャート。 コントローラがブロアのファン回転数を一定とする制御をしている場合に、浸水を検知する処理を示すフローチャート。

図１に示すように、実施例の電気自動車２は、走行用のモータ３と、インバータ４と、車載バッテリ７を備えている。以下では、車載バッテリ７を、単にバッテリ７という。バッテリ７はインバータ４に接続されており、インバータ４は、バッテリ７が供給する直流を交流に変換し、モータ３に供給する。モータ３は、バッテリ７から供給される電力で駆動される。モータ３は、車両前部に搭載されており、インバータ４も車両前部に搭載されており、バッテリ７は車両後部に搭載されている。

バッテリ７は、冷却システム１０によって冷却される。冷却システム１０は、バッテリ７を収容しているケース１２と、ケース１２に連通している吸気ダクト１３と、吸気ダクト１３内の空気をケース１２内に送り込むブロア１５と、ブロア１５を制御するコントローラ６と、ケース１２から空気を排気する排気ダクト１４を備えている。

吸気ダクト１３の一端には、吸気口１３ａが設けられている。吸気口１３ａは車室内に下方に向かって開口しており、ブロア１５より低い位置に設けられている。吸気ダクト１３の他端はケース１２に連通している。ケース１２の上面に連通孔が設けられており、この連通孔と吸気ダクト１３の他端が接続している。吸気ダクト１３は、車室内とケース１２内を連通しており、吸気ダクト１３の途中にブロア１５が配置されている。吸気ダクト１３の一部（この場合は吸気口の近傍）は、ブロア１５よりも低い位置を通過している。なお、本実施例では吸気ダクト１３はケース１２の上面に接続されているが、これに限定されない。例えば、吸気ダクト１３はケース１２の側面に接続されていてもよい。

ケース１２内にバッテリ７が収容されている。ケース１２は防水構造となっている。ケース１２には、吸気ダクト１３と排気ダクト１４が連通している。ケース１２内は、吸気ダクト１３と排気ダクト１４を介して車室内と連通している。

ブロア１５は、吸気ダクト１３の途中に配置されている。ブロア１５は、コントローラ６により制御されている。ブロア１５が作動すると、吸気ダクト１３内の空気がケース１２内に送り込まれる。すなわち、ブロア１５によって、吸気口１３ａから吸気ダクト１３内に空気が取り込まれ、取り込まれた空気が吸気ダクト１３を通ってケース１２内へ送り込まれる。

排気ダクト１４の一端はケース１２に連通している。ケース１２の上面に連通孔が設けられており、この連通孔と排気ダクト１４の一端が接続している。排気ダクト１４の他端には、排気口１４ａが設けられている。排気口１４ａは車室内に開口している。排気ダクト１４は、ケース１２内と車室内を連通している。ケース１２内に送り込まれた空気は、排気ダクト１４を通り、排気口１４ａから排出される。なお、本実施例では排気ダクト１４はケース１２の上面に接続されているが、これに限定されない。例えば、排気ダクト１４はケース１２の側面に接続されていてもよい。

インバータ４や冷却システム１０を含む車両全体は、コントローラ６によって制御される。なお、実際の電気自動車２は、複数のプロセッサが共同することでコントローラ６を構成している。本明細書では、一つのコントローラ６が車両の機能を制御しているものとして説明を続ける。

コントローラ６には、吸気ダクト１３内の空気温度を計測する温度センサ１６と、ブロア１５のファン回転数を計測する回転数センサ１７と、ブロア１５を流れる電流値を検知する電流計１８（これに既知の電圧を乗じるとブロア１５の消費電力が判明する）と、バッテリ７の温度を計測する温度センサ８が接続されている。後に詳述するように、コントローラ６は、温度センサ１６、回転数センサ１７、電流計１８、温度センサ８から取得した情報に基づいて、吸気ダクト１３に水が浸入したことを検知する。コントローラ６は、吸気ダクト１３に水が浸入したことを検知すると、インバータ４やブロア１５を制御し、浸水したことを運転者に報知する情報をインパネ５に表示する。

図２を参照して、コントローラ６が浸水を検知する処理について説明する。図２は、コントローラ６が、ブロア１５の消費電力を一定に制御している場合に浸水を検知する処理の一例である。

図２の処理では、コントローラ６が、回転数センサ１７が計測したブロア１５のファン回転数に関する情報を取得し、ファン回転数の増加を検知する（Ｓ１０）。電気自動車２の車室内に浸水すると、吸気ダクト１３の吸気口１３ａが水没し、吸気口１３ａが水によって塞がれた状態、すなわち、吸気ダクト１３が塞がれた状態になる。すると、吸気口１３ａから吸気ダクト１３内に空気を取り込むことができなくなり、ブロア１５に達する風量が減少する。このため、吸気ダクト１３が塞がれると、ブロア１５のファン回転数が増加する。

コントローラ６がブロア１５のファン回転数の増加を検知した時（Ｓ１０でＹＥＳの時）には、次に、コントローラ６は、温度センサ１６が計測した吸気ダクト１３内の温度に関する情報を取得し、吸気ダクト１３内の温度上昇を検知する（Ｓ１２）。吸気ダクト１３が塞がれ、吸気ダクト１３からケース１２内へ空気を送り込むことができなくなると、バッテリ７を冷却することができなくなる。このため、バッテリ７の温度が上昇する。また、吸気ダクト１３が塞がれているため、バッテリ７の温度が上昇すると、バッテリ７を収容するケース１２と連通している吸気ダクト１３内の温度も上昇する。このため、吸気ダクト１３が塞がれると、コントローラ６は吸気ダクト１３内の温度上昇を検知する。

コントローラ６が吸気ダクト１３内の温度上昇を検知した時（Ｓ１２でＹＥＳの時）には、次に、コントローラ６は、温度センサ８が計測したバッテリ７のケース１２内の温度に関する情報を取得し、ケース１２内の温度上昇を検知する（Ｓ１４）。吸気ダクト１３が塞がれると、バッテリ７を冷却することができなくなる。このため、バッテリ７の温度が上昇し、ケース１２内の温度が上昇する。このため、コントローラ６はケース１２内の温度上昇を検知する。

図２の実施例では、ブロア１５のファン回転数が増加し（Ｓ１０がＹＥＳ）、吸気ダクト１３内の温度が上昇し（Ｓ１２がＹＥＳ）、ケース１２内の温度が上昇した（Ｓ１４がＹＥＳのとき）という３条件が成立した時に、コントローラ６によって、吸気ダクト１３が塞がれている、すなわち、浸水していると判定する。この場合には、コントローラ６は、バッテリ７の入出力の上限値が制限されるようインバータ４を制御する（単位時間当たりの放電量と充電量の上限を低下させる）。また、コントローラ６は、ブロア１５が停止されるよう制御する。さらに、コントローラ６は、浸水していることを運転者に報知する情報をインパネ５に表示させる。

一方、ブロア１５のファン回転数が増加しない場合（Ｓ１０がＮＯ）は、他の２条件が成立してもステップＳ１６の処理を実施しない。同様に、吸気ダクト１３内の温度が上昇しない場合（Ｓ１２がＮＯ）は、他の２条件が成立してもステップＳ１６の処理を実施しない。同様に、ケース１２内の温度が上昇しない場合（Ｓ１４がＮＯ）は、他の２条件が成立してもステップＳ１６の処理を実施しない。

図２の処理は、３条件の全部が成立し、吸気ダクト１３が塞がれている可能性が高いと判断できる場合に、ステップＳ１６の処理を実行する。これに代えて、３条件のうちのいずれかの２条件が成立する場合、あるいは３条件のうちのいずれかの１条件が成立する場合にステップＳ１６を実行してもよい。３条件の活用の仕方によって、吸気ダクト１３が塞がれている可能性が存在する場合にステップＳ１６の処理を実行するようにしたり、吸気ダクト１３が塞がれている可能性が存在するというだけでなくその可能性が高い場合にステップＳ１６の処理を実行するようにしたりすることができる。

本明細書で、ブロア１５のファン回転数の増加が生じた時にコントローラ６が閉塞信号を出力するという場合、少なくともファン回転数の増加を条件に計測信号を出力することを意味し、図２に示すようにさらに他の条件が成立することを条件として閉塞信号を出力する場合も含むし、Ｓ１０がＹＥＳであれば直ちに閉塞信号を出力する場合をも含む。

図３を参照して、コントローラ６がブロア１５のファン回転数を一定に制御している場合に、コントローラ６が浸水を検知する処理について説明する。図３に示すように、まずコントローラ６は、電流計１８が計測したブロア１５を流れる電流値に関する情報を取得し、ブロア１５の消費電力の低下を検知する（Ｓ２０）。電気自動車２の車室内が浸水すると、吸気ダクト１３の吸気口１３ａが水没し、吸気口１３ａが水により塞がれた状態、すなわち、吸気ダクト１３が塞がれた状態になる。すると、吸気口１３ａから吸気ダクト１３内に空気を取り込むことができなくなり、ブロア１５に達する風量が減少する。このため、ブロア１５が受ける空気抵抗が減少し、ブロア１５の消費電力が低下する。

図３の処理は、図２のステップＳ１０をステップＳ２０に置換したものであり、他は同じである。そこで、重複説明を省略する。図３の処理では、ブロア１５の消費電力が低下したか（Ｓ２０がＹＥＳ？）、吸気ダクト１３内の温度が上昇したか（Ｓ２２がＹＥＳ？）、ケース１２内の温度が上昇したか（Ｓ２４がＹＥＳ？）という３条件が用いられる。その３条件の全部が成立した場合には、コントローラ６によって、吸気ダクト１３が塞がれている、すなわち、浸水していると判定する。この場合には、コントローラ６は、バッテリ７の入出力の上限値が制限されるようインバータ４を制御する（単位時間当たりの放電量と充電量の上限を低下させる）。また、コントローラ６は、ブロア１５が停止されるよう制御する。さらに、コントローラ６は、浸水していることを運転者に報知する情報をインパネ５に表示させる。

一方、ブロア１５の消費電力が低下しない場合（Ｓ２０がＮＯ）は、他の２条件が成立してもステップＳ２６の処理を実施しない。同様に、吸気ダクト１３内の温度が上昇しない場合（Ｓ２２がＮＯ）は、他の２条件が成立してもステップＳ２６の処理を実施しない。同様に、ケース１２内の温度が上昇しない場合（Ｓ２４がＮＯ）は、他の２条件が成立してもステップＳ２６の処理を実施しない。

図３の処理は、３条件の全部が成立し、吸気ダクト１３が塞がれている蓋然性が高いと判断できる場合に、ステップＳ２６の処理を実行する。これに代えて、３条件のうちのいずれかの２条件が成立する場合、あるいは３条件のうちのいずれかの１条件が成立する場合にステップＳ２６を実行してもよい。３条件の活用の仕方によって、吸気ダクト１３が塞がれている可能性が存在する場合にステップＳ２６の処理を実行するようにしたり、吸気ダクト１３が塞がれている可能性が存在するというだけでなくその可能性が高い場合にステップＳ２６の処理を実行するようにしたりすることができる。

本明細書で、ブロア１５の消費電力の低下が生じた時にコントローラ６が閉塞信号を出力するという場合、少なくともブロア１５の消費電力の低下を条件にして閉塞信号を出力することを意味し、図３に示すようにさらに他の条件が成立することを条件として閉塞信号を出力する場合も含むし、Ｓ２０がＹＥＳであれば直ちに閉塞信号を出力する場合をも含む。

コントローラ６は、他の用途のために既に設置されている各種センサ（特に１７，１８）から取得した情報に基づいて吸気ダクト１３の浸水を判定する。このため、部品点数を増加させることなく、吸気ダクト１３の浸水を検知することができる。

また、コントローラ６は、バッテリ７のケース１２に接続される吸気ダクト１３に水が浸入したことを検知する。このため、バッテリ７のケース１２内に水が侵入する前に、バッテリ７が浸水する状況になったことを検知することができる。

また、コントローラ６は、吸気ダクト１３の浸水を検知すると、ブロア１５を停止させる。このため、吸気ダクト１３内に侵入した水を、ブロア１５の作動によってケース１２内に送り込むことを回避することができる。

また、コントローラ６は、吸気ダクト１３の浸水を検知すると、バッテリ７の入出力の上限値を制限する。上述したように、吸気ダクト１３が浸水すると、バッテリ７を冷却することができなくなる。このため、バッテリ７の入出力の上限値を制限することによって、バッテリ７の発熱を抑制することができ、バッテリ７の故障を抑制することができる。

本実施例では、コントローラ６は、ブロア１５のファン回転数の増加（Ｓ１０）又はブロア１５の消費電力の低下（Ｓ２０）を検知することに加えて、吸気ダクト１３内の温度の上昇（Ｓ１２、Ｓ２２）と、バッテリ７のケース１２内の温度の上昇（Ｓ１４、Ｓ２４）を検知することによって吸気ダクト１３の浸水を判定しているが、このような構成に限定されない。上述したように、吸気ダクト１３が塞がれていることは、ブロア１５のファン回転数の増加（Ｓ１０）又はブロア１５の消費電力の低下（Ｓ２０）のみから検知することができる。このため、ブロア１５のファン回転数の増加（Ｓ１０）又はブロア１５の消費電力の低下（Ｓ２０）のみを検知することによって吸気ダクト１３の浸水を判定してもよい。また、上述したように、ブロア１５のファン回転数の増加（Ｓ１０）又はブロア１５の消費電力の低下（Ｓ２０）を検知することに加えて、吸気ダクト１３内の温度の上昇（Ｓ１２、Ｓ２２）と、バッテリ７のケース１２内の温度の上昇（Ｓ１４、Ｓ２４）を検知することによって、吸気ダクト１３が塞がれていることをより確実に判定することができ、誤判定を回避することができる。このため、ブロア１５のファン回転数の増加（Ｓ１０）又はブロア１５の消費電力の低下（Ｓ２０）を検知することに加えて、吸気ダクト１３内の温度の上昇（Ｓ１２、Ｓ２２）又はバッテリ７のケース１２内の温度の上昇（Ｓ１４、Ｓ２４）のいずれかを検知することによって、吸気ダクト１３の浸水を判定してもよい。

なお、本実施例の冷却システム１０は、電気自動車２に搭載されているが、このような構成に限定されない。例えば、ハイブリッド自動車や燃料電池自動車等のような走行用モータに供給する電力を蓄えているバッテリを備える自動車であれば、当該バッテリの冷却システムに本明細書で開示する冷却システムを用いることができる。

なお、冷却システム１０では、排気ダクト１４の形状は限定されない。上述のように、コントローラ６は、吸気ダクト１３が塞がれた状態であることを検知することによって、浸水したことを検知する。このため、排気ダクト１４が塞がれた状態であるかどうかにかかわらず、浸水を検知することができる。

なお、冷却システム１０は、吸気ダクト１３が完全に塞がれた状態だけでなく、吸気ダクト１３が不完全に塞がれた状態についても検知することができる。コントローラ６は、吸気ダクト１３を空気が通過する際の抵抗が増加したことを検知することによって、吸気ダクト１３が塞がれたことを検知する。すなわち、吸気ダクト１３が空気を吸気する際の抵抗が上昇した場合に、コントローラ６は吸気ダクト１３が塞がれたことを検知する。吸気ダクト１３の吸気抵抗が上昇する場合としては、吸気ダクト１３が完全に塞がれた状態の他に、吸気ダクト１３の一部が塞がれた状態や、電気自動車２に侵入した水位が上昇して吸気口１３ａに接近した状態を挙げることができる。したがって、吸気ダクト１３が不完全に塞がれた状態である、吸気口１３ａの一部が塞がれた状態又は上昇した水位が吸気口１３ａに接近した状態についても、コントローラ６は検知することができる。このため、このような状態のブロア１５のファン回転数又はブロア１５の消費電力を検知するように閾値を設定することによって、吸気ダクト１３が不完全に塞がれた状態を検知することができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：電気自動車
３：走行用のモータ
４：インバータ
５：インパネ
６：コントローラ
７：バッテリ
８：温度センサ
１０：冷却システム
１２：ケース
１３：吸気ダクト
１３ａ：吸気口
１４：排気ダクト
１４ａ：排気口
１５：ブロア
１６：温度センサ
１７：回転数センサ
１８：電流計

Claims (1)

1. 防水構造のケースに収容されており、走行用のモータに供給する電力を蓄えている車載バッテリの冷却システムであり、
   前記車載バッテリを収容している防水構造のケースと、
   前記ケースに連通している吸気ダクトと、
   前記吸気ダクト内の空気を前記ケース内に送り込むブロアと、
   前記ブロアを制御するコントローラと、
   を備えており、
   前記吸気ダクトの吸気口が下方に向かって開口しており、かつ、前記ブロアよりも低い位置に設けられており、
   前記コントローラは、前記ブロアのファン回転数の増加と前記ブロアの消費電力の低下の少なくとも一方が生じた時に、前記吸気口が塞がれたことを示す信号を出力する、車載バッテリの冷却システム。
   

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