JP2018151117A - 電池冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】冷凍サイクルで用いられる冷媒を導入する電池冷却システムにおいて、適切な冷却状態が得られるように冷媒流量を制御する。【解決手段】冷凍サイクルから導入された気液混合状態の冷媒は、バッテリ４０が取り付けられた放熱器１２０を通過した後、昇熱装置１３０をさらに通過して、冷凍サイクルへ戻される。冷媒流量は、コントローラ１６０が電子膨張弁１１０の開度を増減することによって制御される。放熱器１２０通過後の冷媒温度Ｔ２が、通過前の冷媒温度Ｔ１よりも上昇すると、冷媒不足が検知されて冷媒流量は増加される。昇熱装置１３０通過後の冷媒温度Ｔ３が、通過前の冷媒温度Ｔ２と同等であると、冷媒過剰が検知されて冷媒流量は減少される。【選択図】図３

Description

本開示は電池冷却システムに関し、より特定的には、冷凍サイクルで用いられる冷媒を導入して電池を冷却するシステムに関する。

電力を用いて走行する電気自動車やハイブリッド自動車等の電動車両では、電気エネルギを蓄積するために二次電池が搭載される。二次電池は充放電によって発熱し、かつ、高温領域では内部抵抗の増大等によって損失が増加するため、電動車両では、二次電池を冷却する必要がある。

特開２００５−１２０５０５号公報（特許文献１）には、電池を冷却するための熱伝達流体を、空調システムの冷媒との熱交換によって冷却するための熱交換器に導入するバイパス経路を設けるシステム構成が示されている。さらに、特許文献１には、熱伝達流体の測定温度と設定点温度との比較に従ってバイパス経路の流量を制御することで、電池の冷却要求が高いときに当該熱交換器に導入される熱伝達流体を増加する制御が記載されている。

特開２００５−１２０５０５号公報

特許文献１とは異なり空調システムでの冷媒を直接導入して電池冷却に用いる構成とすると、熱交換器の配置が不要となることで、システム構成を簡素化することができる。その一方で、冷媒を直接導入するため、冷媒流量が不足すると電池を十分に冷却できない一方で、冷媒流量が過剰になると、空調システム等の本来の冷凍サイクルにおける冷却能力が不足することが懸念される。

しかしながら、冷凍サイクルから導入された気液混合状態の冷媒が気化する際の潜熱によって電池が冷却される構成では、冷媒温度から冷媒状態を直接検知することが困難である。したがって、特許文献１のように、冷媒（熱伝達流体）と基準温度（設定点温度）との比較に従って、冷媒流量を制御することが困難である。

本開示はこのような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、冷凍サイクルで用いられる冷媒を導入する電池冷却システムにおいて、適切な冷却状態が得られるように冷媒流量を制御することである。

本開示のある局面では、電池冷却システムは、第１および第２の冷媒経路と、熱交換器と、冷媒の流量調整機構と、昇温装置と、第１、第２および第３の温度検出と、制御装置とを備える。第１の冷媒経路は、少なくとも一部が液化された状態の冷媒を冷凍サイクルから導入するように構成される。熱交換器は、電池と第１の冷媒経路によって供給される冷媒との間で熱交換を実行するように構成される。冷媒の流量調整機構は、第１の冷媒経路に介挿接続される。第２の冷媒経路は、熱交換器を通流した後の冷媒を冷凍サイクルに戻すように構成される。昇温装置は、第２の冷媒経路に介挿接続されて、冷媒を昇温する。第１の温度検出器は、熱交換器の通過前における冷媒の温度である第１の冷媒温度を検出する。第２の温度検出器は、熱交換器の通過後であって昇温装置の通過前における冷媒の温度である第２の冷媒温度を検出する。第３の温度検出器は、昇温装置の通過後における冷媒の温度である第３の冷媒温度を検出する。制御装置は、第２の冷媒温度が第１の冷媒温度よりも高くなると冷媒流量を増加する第１の制御と、第１および第２の冷媒温度が同等である下で第３の冷媒温度が第２の冷媒温度と同等である場合には冷媒流量を減少する第２の制御とを実行するように流量調整機構を制御する。

上記電池冷却システムによれば、第１および第２の冷媒温度の比較により、放熱器の通過時に冷媒のドライアウトが発生していることを検知すると、冷媒不足を検知して冷媒流量を増加するとともに、第２および第３の冷媒温度の比較により、放熱器および昇温装置を通過しても冷媒にドライアウトが発生しないことを検知すると、冷媒過剰を検知して冷媒流量を減少することができる。したがって、冷凍サイクルで用いられる冷媒を導入する電池冷却システムにおいて、冷媒不足による電池冷却能力不足、および、冷媒過剰による冷媒供給元の冷凍サイクルでの冷却能力不足を回避するように冷媒流量を制御することである。

本開示によれば、冷凍サイクルで用いられる冷媒を導入する電池冷却システムにおいて、適切な冷却状態が得られるように冷媒流量を制御することができる。

本実施の形態に従う電池冷却システムの適用例として示されるハイブリッド車両の全体構成を示すブロック図である。 本実施の形態に従う電池冷却システムおよび電池冷却システムへ冷媒を供給する空調システムの概略的な構成図である。 本実施の形態に従う電池冷却システムの構成を説明するためのブロック図である。 冷媒流量適正時における冷媒温度の挙動を説明する概念図である。 冷媒流量不足時における冷媒温度の挙動を説明する概念図である。 冷媒流量過剰時における冷媒温度の挙動を説明する概念図である。 本実施の形態に従う電池冷却システムにおける冷媒流量制御を説明するフローチャートである。

以下、本開示の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお以下では、複数の実施の形態について説明する。なお、図中の同一または相当する部分には同一符号を付してその説明は繰返さないものとする。

図１は、本実施の形態に従う電池冷却システムの適用例として示されるハイブリッド車両の全体構成を示すブロック図である。

図１を参照して、ハイブリッド車両１は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、動力分割装置４と、減速機５と、駆動輪６と、ＰＣＵ（Power Control Unit）２０と、エンジン３０と、バッテリ４０と、制御装置５０とを含む。

エンジン３０は、たとえば、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関により構成される。動力分割装置４は、エンジン３０の発生する動力を、出力軸７を経由した駆動軸８への経路とモータジェネレータＭＧ１への経路とに分割可能に構成される。動力分割装置４としては、サンギヤ、プラネタリギヤおよびリングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車機構を用いることができる。たとえば、モータジェネレータＭＧ１のロータを中空としてその中心にエンジン３０のクランク軸を通すことで、動力分割装置４にエンジン３０とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とを機械的に接続することができる。

具体的には、モータジェネレータＭＧ１のロータをサンギヤに接続し、エンジン３０の出力軸をプラネタリギヤに接続し、かつ、出力軸７をリングギヤに接続する。モータジェネレータＭＧ２の回転軸とも接続された出力軸７は、減速機５を経由して、駆動輪６を回転駆動するための駆動軸８と機械的に連結される。なお、モータジェネレータＭＧ２の回転軸と出力軸７との間に減速機をさらに組込んでもよい。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、交流回転電機であり、たとえば、三相交流同期電動発電機である。モータジェネレータＭＧ１は、エンジン３０によって駆動される発電機として動作し、かつ、エンジン３０を始動させるための電動機として動作するものとして、電動機および発電機の機能を併せ持つように構成される。

同様に、モータジェネレータＭＧ２は、減速機５および駆動軸８を経由して駆動輪６へ伝達される車両駆動力を発生する。さらに、モータジェネレータＭＧ２は、駆動輪６の回転方向と反対方向の出力トルクを発生することによって回生発電を行なうように電動機および発電機への機能を併せ持つように構成される。

図１の構成例では、バッテリ４０を電源とするモータジェネレータＭＧ１によって、エンジン３０の出力軸（クランク軸）に回転力（クランキングトルク）を付与することができる。すなわち、モータジェネレータＭＧ１は、エンジン３０の始動を行なうことが可能に構成されている。そして、モータジェネレータＭＧ１は、動力伝達ギヤの一例である動力分割装置４を経由して、ハイブリッド車両１の駆動軸８およびエンジン３０の出力軸と機械的に連結されている。

バッテリ４０は、たとえば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池または鉛蓄電池などの二次電池によって構成される。バッテリ４０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するためのＰＣＵ２０に接続される。そして、バッテリ４０は、ハイブリッド車両１の駆動力を発生させるための電力をＰＣＵ２０に供給する。また、バッテリ４０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２で発電された電力を蓄電する。

上記のようにバッテリ４０は、ハイブリッド車両１の走行に伴い充放電される。あるいは、バッテリ４０が、図示しない車載充電器を経由して、車両外部の電源からの電力によって充電可能であるように、ハイブリッド車両１を構成することも可能である。たとえば、交流／直流電力変換機能を有する充電器を車載することによって、充電ケーブルによって接続された商用交流電源からの電力によってバッテリ４０を外部充電する、いわゆる、プラグイン充電タイプのハイブリッド車両を構成することができる。

ＰＣＵ２０は、バッテリ４０から供給される直流電力を交流電力に変換し、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動する。また、ＰＣＵ２０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２が発電した交流電力を直流電力に変換し、バッテリ４０を充電する。

制御装置５０は、例えば電子制御ユニット（ＥＣＵ）によって構成される。制御装置５０は、各種の情報を記憶するメモリ５１およびＣＰＵ（Central Processing Unit）５２を有する。メモリ５１には、制御装置５０を動作させるためのプログラムが記憶されている。制御装置５０による各制御機能は、ＣＰＵ５２が、メモリ５１に格納されたプログラムを実行するソフトウェア処理および／または専用の電子回路によるハードウェア処理によって実行することが可能である。

制御装置５０は、車両の走行状態に応じて、エンジン３０およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の出力を制御する。たとえば、制御装置５０は、エンジン３０を停止させた状態でモータジェネレータＭＧ２を動力源として走行する「ＥＶ走行」と、エンジン３０を動作させた状態で走行する「ＨＶ走行」とを組み合わせるように、ハイブリッド車両１の走行を制御する。

バッテリ４０は、走行中の充放電あるいは外部充電に伴う発熱によって温度が上昇する。バッテリ４０については、高温時には内部抵抗の増大によって電力損失が増加すること、および、著しい高温状態が継続すると劣化が進行することが知られている。このため、バッテリ４０に対しては、以下に説明する電池冷却システムが設けられる。

図２は、本実施の形態に従う電池冷却システムおよび電池冷却システムへ冷媒を供給する空調システム概略的な構成図である。

図２を参照して、ハイブリッド車両１には、エンジン冷却システム６０、空調システム７０、および、電池冷却システム１００ａ，１００ｂがさらに搭載される。

図２の例では、バッテリ４０は、ハイブリッド車両１内で分割配置される。たとえば、図１に示された、バッテリ４０は、車室フロア下領域に配置されたバッテリ４０ａと、車室後方領域に配置されたバッテリ４０ｂとによって構成される。かかる分割配置では、バッテリ４０ａおよび４０ｂにそれぞれ対応して、電池冷却システム１００ａおよび１００ｂを配置することが好ましい。ただし、電池冷却システム１００ａおよび１００ｂは同一の構成を有するので、以下では、両者を包括的に表記する場合には、単に電池冷却システム１００とも称する。

空調システム７０は、車室への送風口９９を有するエアコン筐体９１と、エアコン筐体９１に格納される、暖房用のヒータコア９２、冷房用のエバポレータ９４、ブロア９５、および、可動式のエア混合機構９６とを含む。

エアコン筐体９０内には、ブロア９５の作動時に送風される通風路が設けられる。ヒータコア９２、エバポレータ９４、および、エア混合機構９６は、通風路内に配列される。ブロア９５の作動／停止および回転数（送風量）は、制御装置５０によって制御される。また、制御装置５０によるエア混合機構９６の移動制御によって、送風口９９からの出力における、ヒータコア９２による温風およびエバポレータ９４による冷風の混合比率を０〜１００（％）に調整することができる。

エンジン冷却システム６０は、エンジン３０の冷却水を循環させるためのウォータポンプ６１と、冷却水の放熱するためのラジエータ６２と、冷却水経路を切換えるための電磁弁６３，６４と、水加熱ヒータ６６とを有する。ウォータポンプ６１を電動式ポンプで構成することにより、エンジン３０の停止中にも冷却水を循環させることができる。

エンジン３０の作動時には、電磁弁６３および６４を開放することにより、エンジン３０内に設けられた冷却水経路に、冷却水を循環することができる。冷却水がエンジン３０から熱を奪うことによって、循環冷却水の温度が上昇するとともに、エンジン３０が冷却される。さらに、循環冷却水の一部は、水冷コンデンサ９０およびヒータコア９２を通過する。これにより、ヒータコア９２を通過する冷却水と、通風路の空気との熱交換によって、エンジン３０による発熱の一部を用いて、ヒータコア９２によって暖房を行うことができる。

なお、エンジン３０およびラジエータ６２の間には、図示しないサーモスタットが配置されることにより、循環冷却水の低温時は、冷却水がラジエータ６２を通過しない一方で、高温時には冷却水がラジエータ６２を通過するように、冷却水の経路を自動的に切換えることができる。

エンジン３０の停止時には、電磁弁６４を閉止する一方で電磁弁６３を開放した状態でウォータポンプ６１を作動させることにより、水加熱ヒータ６６、水冷コンデンサ９０およびヒータコア９２を含む経路に、冷却水を循環することができる。たとえば、バッテリ４０の電力によって水加熱ヒータ６６を作動することにより、エンジン３０の停止時においても、ヒータコア９２を通過する循環冷却水を昇温することができる。このように、空調システム７０は、エンジン冷却システム６０を用いて、エンジン３０の作動時および停止時の両方において、暖房を行うことができる。

空調システム７０は、冷媒を圧縮するための電動式の圧縮機７１と、第１膨張弁７２と、コンデンサ７９ａ，７９ｂと、運転切換弁７３，７４と、バイパス弁７５と、第２膨張弁７６と、逆止弁７７と、アキュムレータ７８と、配管８１〜８６とを含む。

空調システム７０は、圧縮機７１、コンデンサ７９ａ，７９ｂ、エバポレータ９４、ならびに、第１膨張弁７２および第２膨張弁７６によって構成される冷媒の冷凍サイクルによって冷房運転を行うことができる。冷媒は、冷凍サイクル内で気体および液体間の相変化を生じるものであれば、その種類は特に限定されない。

冷房運転時には、運転切換弁７３が閉止され、運転切換弁７４が開放された状態で、圧縮機７１が作動する。これにより、圧縮機７１から吐出された高圧の冷媒蒸気は、配管８１および第１膨張弁７２を経てコンデンサ７９ａ，７９ｂを通過する。冷媒は、コンデンサ７９ａ，７９ｂにおいて冷却されて、高圧のまま液化されて過冷却状態となる。これにより、冷媒は、少なくとも一部が液化された状態(通常、気液混合状態）で配管８３へ出力される。

配管８３に出力された冷媒は、第２膨張弁７６が介挿された配管８４を経由してエバポレータ９４へ送られる。冷媒は、第２膨張弁７６で減圧された後、エバポレータ９４で気化される。エバポレータ９４では、冷媒の気化に伴う潜熱によって、通風路の空気を冷却することができる。このとき、配管８３に出力された冷媒の一部は、配管８３から電池冷却システム１００へ送出された後、配管８５から配管８６へ戻される。

エバポレータ９４を通過した低圧の冷媒蒸気は、圧縮機７１の吸入側と接続された配管８６へ出力される。配管８６には、アキュムレータ７８が配置されており、冷媒蒸気中の液体成分が分離される。圧縮機７１は、液体成分が分離された低圧の冷媒蒸気を圧縮して、高温高圧の冷媒蒸気を配管８１へ吐出する。このように形成された冷凍サイクルによって、空調システム７０では、エバポレータ９４で冷却された冷風を送風口９９から出力する冷房運転を行うことができる。

一方で、暖房運転時には、運転切換弁７４が閉止され、運転切換弁７３が開放された状態で、圧縮機７１が作動する。これにより、圧縮機７１から配管８１へ吐出された冷媒は、水冷コンデンサ９０、第１膨張弁７２および、コンデンサ７９ａを通過した後、配管８２を経由して、エバポレータ９４をバイパスして配管８６へ戻される。また、配管８２を通過せずにコンデンサ７９ｂを通過する一部の冷媒についても、配管８３から電池冷却システム１００へ送出された後、配管８５から配管８６へ戻される。

暖房運転時には、運転切換弁７４の閉止により、配管８４からエバポレータ９４を通過する経路が遮断されるので、冷媒がエバポレータ９４を通過することによる、通風路での冷却は実行されない。一方で、水冷コンデンサ９０によって、圧縮機７１から吐出された高温高圧の冷媒蒸気と、エンジン冷却システム６０での循環冷却水との間で熱交換が行われる。これにより、暖房運転時には、冷媒の熱エネルギを用いて、ヒータコア９２を通過する循環冷却水を昇温することができる。すなわち、冷凍サイクルを暖房運転にも利用できる。

電池冷却システム１００ａは、配管８３から分岐される配管１０１ａと、開閉弁１０５ａと、電子膨張弁１１０ａと、放熱器１２０ａと、放熱器１２０ａと配管８６の間に配置される配管１０２ａと、昇温装置１３０ａとを含む。開閉弁１０５ａおよび電子膨張弁１１０ａは、配管１０１ａに介挿される。昇温装置１３０ａは、配管１０２ａに介挿される。

配管１０１ａは、空調システム７０の冷凍サイクルから、少なくとも一部が液化された状態の冷媒を導入する。配管１０１ａによって導入された冷媒は、電子膨張弁１１０ａによって減圧されて、放熱器１２０ａへ供給される。

開閉弁１０５ａは、たとえば電磁弁によって構成されて、開状態および閉状態の一方に制御される。開閉弁１０５ａを閉止することによって、電池冷却システム１００ａに対する冷媒の供給を遮断することができる。

放熱器１２０ａは、金属等の熱伝導性の高い材質で構成することができる。放熱器１２０ａには、冷凍システムから導入された冷媒の流路（図示せず）が設けられる。放熱器１２０ａは、当該流路を経由する冷媒と、放熱器１２０ａに取り付けられたバッテリ４０ａとの間で熱交換が行われるように構成される。

放熱器１２０ａを通過する冷媒の気化に伴う潜熱によって、放熱器１２０ａを経由してバッテリ４０ａから熱量が奪われる。これにより、空調システム７０の冷凍サイクルから導入された冷媒を用いて、バッテリ４０ａを冷却することができる。さらに、電子膨張弁１１０ａの開度調整により、電池冷却システム１００ａに導入される冷媒流量を制御することができる。

昇温装置１３０ａは、たとえば、バッテリ４０ａの電力によって通電加熱されるヒータによって構成される。放熱器１２０ａを通過した冷媒は、昇温装置１３０ａを通過することによって気化されて、配管８６へ送出される。放熱器１２０ａでの気化量は、バッテリ４０ａからの抜熱量によって変化するが、昇温装置１３０ａの配置によって、配管８６から圧縮機７１の吸入側へ戻される冷媒の状態を一定に維持することを指向する。具体的には、冷媒流量を適正化することによって、冷媒をドライアウトさせて、ほぼ完全に気化状態（乾き度１００（％））とすることができる。

電池冷却システム１００ａには、冷媒温度を検出するための温度センサ１５１ａ〜１５３ａおよび冷媒圧力を検出するための圧力センサ１４０ａが配置される。温度センサ１５１ａは、配管１０１ａにおいて放熱器１２０ａよりも上流側に設けられて、放熱器１２０ａの通過前における冷媒温度を検出する。温度センサ１５２ｂは、放熱器１２０ａおよび昇温装置１３０との間に配置されて、放熱器１２０ａの通過後の冷媒温度を検出する。温度センサ１５３ａは、配管１０２ａにおいて昇温装置１３０ａよりも下流側に配置されて、昇温装置１３０ａの通過後の冷媒温度を検出する。さらに、圧力センサ１４０ａは、配管１０２ａに配置されて、冷凍サイクルに戻される冷媒の圧力を検出する。

バッテリ４０ｂを冷却する電池冷却システム１００ｂは、配管１０１ｂと、開閉弁１０５ｂと、電子膨張弁１１０ｂと、放熱器１２０ｂと、放熱器１２０ｂと配管８６の間に配置される配管１０２ｂと、昇温装置１３０ｂとを含む。電子膨張弁１１０ｂは、配管１０１ｂに介挿される。昇温装置１３０ｂは、配管１０２ｂに介挿される。

配管１０１ｂは、電池冷却システム１００ａの配管１０１ａと並列に、配管８３から分岐される。配管１０２ｂは、電池冷却システム１００ｂの配管１０１ｂと並列に、配管８６に接続される。電子膨張弁１１０ｂ、放熱器１２０ｂ、配管１０２ｂ、および、昇温装置１３０ｂは、開閉弁１０５ａ、電子膨張弁１１０ａ、放熱器１２０ａ、配管１０２ａ、および、昇温装置１３０ａと同様に構成される。

すなわち、電池冷却システム１００ｂにおいても、空調システム７０の冷凍サイクルから導入された冷媒を用いて、バッテリ４０ｂを冷却することができる。また、電池冷却システム１００ｂに導入される冷媒流量は、電子膨張弁１１０ｂの開度調整によって制御することができる。また、電池冷却システム１００ｂにおいても、圧力センサ１４０ａおよび温度センサ１５１ａ〜１５３ａのそれぞれと同様の位置に配置された、圧力センサ１４０ｂおよび温度センサ１５１ｂ〜１５３ｂが設けられる。

図３は、本実施の形態に従う電池冷却システムの構成を説明するブロック図である。
図３を参照して、電池冷却システム１００は、図２に示された電池冷却システム１００ａおよび１００ｂを包括的に示すものである。

電池冷却システム１００は、配管１０１と、開閉弁１０５と、電子膨張弁１１０と、バッテリ４０に取り付けられた放熱器１２０と、配管１０２と、昇温装置１３０と、コントローラ１６０と、温度センサ１５１〜１５３とを含む。

配管１０１は、配管１０１ａ，１０１ｂを包括的に表記するものであり、配管１０２は、配管１０２ａ，１０２ｂを包括的に表記するものである。また、開閉弁１０５は、開閉弁１０５ａ，１０５ｂを包括的に表記するものであり、電子膨張弁１１０は、電子膨張弁１１０ａ，１１０ｂを包括的に表記するものである。同様に、放熱器１２０は、放熱器１２０ａ，１２０ｂを包括的に表記するものであり、昇温装置１３０は、昇温装置１３０ａ，１３０ｂを包括的に表記するものである。なお、配管１０１は「第１の冷媒経路」の一実施例に対応し、配管１０２は「第２の冷媒経路」の一実施例に対応する。

また、温度センサ１５１は、温度センサ１５１ａ，１５１ｂを包括的に表記するものであり、温度センサ１５２は、温度センサ１５２ａ，１５２ｂを包括的に表記するものであり、温度センサ１５３は、温度センサ１５３ａ，１５３ｂを包括的に表記するものである。温度センサ１５１は「第１の温度検出器」の一実施例に対応し、温度センサ１５２は「第２の温度検出器」の一実施例に対応し、温度センサ１５３は「第３の温度検出器」の一実施例に対応する。

コントローラ１６０は、たとえば、制御装置５０の一部機能として実現することができる。あるいは、制御装置５０とは別の電子制御ユニット（ＥＣＵ）を配置して、電池冷却システム１００のコントローラ１６０を構成することも可能である。

コントローラ１６０には、温度センサ１５１〜１５３によってそれぞれ検出された冷媒温度Ｔ１〜Ｔ３が入力される。コントローラ１６０は、開閉弁１０５の開閉および電子膨張弁１１０の開度を調整する。コントローラ１６０は、コントローラ１６０は、冷媒温度Ｔ１〜Ｔ３に基づいて、電子膨張弁１１０の弁開度指令Ｓｏｐを生成する。弁開度指令Ｓｏｐを変化させることにより、電池冷却システム１００に導入される冷媒流量を制御することができる。すなわち、本実施の形態では、電子膨張弁１１０が「流量調整機構」の一実施例に対応する。

電池冷却システム１００では、空調システム７０の冷凍サイクルから導入された、少なくとも一部が液化されている冷媒が気化することによってバッテリ４０が冷却される。したがって、放熱器１２０の通過中に、すなわち、乾き度＝１００（％）となって、冷媒が完全に気化する現象であるドライアウトが発生すると、バッテリ４０の冷却能力が不足することが懸念される。

ドライアウトは、バッテリ４０での発熱量に対して冷媒流量が不足することで発生する。一方でバッテリ４０での発熱量に対して、冷媒流量が過剰であると、昇温装置１３０の通過後においても、冷媒の乾き度が１００（％）に達していない状態となる。冷媒流量が過剰であると、バッテリ４０の冷却能力が確保される一方で、冷媒の供給元である空調システム７０における冷却能力が低下する虞がある。

このように、空調システム７０から導入される冷媒を用いた電池冷却システム１００では、冷媒流量を適切に制御することが必要となる。一方で、冷媒温度は、ドライアウトが発生するまでは、吸熱エネルギが気化に使われるため上昇しない。このため、特許文献１のように、一点の冷媒温度のみを単純に監視しても、冷媒流量が適正であるかどうかを判断することが困難である。

次に、図４から図６を用いて、電池冷却システム１００における冷媒状態の違いに対応した冷媒温度の挙動の違いを説明する。

図４には、冷媒流量適正時における冷媒温度の挙動が示される。
図４を参照して、冷媒流量が適正である場合には、放熱器１２０の通過時（すなわち、電池冷却時）には冷媒のドライアウトは発生せず、放熱器１２０の出力側においても、冷媒の乾き度が１００％に達しない。したがって、放熱器１２０の出側における冷媒温度Ｔ２は、冷媒温度Ｔ１から上昇しない（Ｔ２＝Ｔ１）。

放熱器１２０から出力された冷媒は、昇温装置１３０によって加熱されることによって完全に気化されて、乾き度が１００（％）となる。昇温装置１３０の通過中に乾き度が１００（％）になると、昇温装置１３０の出側における冷媒温度Ｔ３は、放熱器１２０の出側（昇温装置１３０の入側）における冷媒温度Ｔ２よりも上昇する。したがって、冷媒流量適正時における冷媒温度Ｔ１〜Ｔ３は、冷媒温度Ｔ１およびＴ２が同等である一方で、冷媒温度Ｔ３は冷媒温度Ｔ２よりも高くなる。

図５には、冷媒流量不足時における冷媒温度の挙動が示される。
図５を参照して、冷媒流量が不足する場合には、放熱器１２０の通過中（すなわち、電池冷却時）に、冷媒のドライアウトが発生して、冷媒の乾き度が１００％に達する。したがって、放熱器１２０の出側における冷媒温度Ｔ２は、冷媒温度Ｔ１から上昇する（Ｔ２＞Ｔ１）。

放熱器１２０の通過時点で気化している冷媒は、昇温装置１３０によって加熱されることによってさらに温度が上昇する。すなわち、昇温装置１３０の出側における冷媒温度Ｔ３は、放熱器１２０の出側（昇温装置１３０の入側）における冷媒温度Ｔ２からさらに上昇する。したがって、冷媒流量適正時における冷媒温度Ｔ１〜Ｔ３は、冷媒温度Ｔ１、Ｔ２およびＴ３の順に高くなる（Ｔ３＞Ｔ２＞Ｔ１）。

図６には、冷媒流量過剰時における冷媒温度の挙動が示される。
図６を参照して、冷媒流量が過剰である場合には、放熱器１２０および昇温装置１３０を通過しても、冷媒は完全に気化しないため乾き度が１００（％）に達しない。すなわち、冷媒のドライアウトは発生しないので、放熱器１２０の出側における冷媒温度Ｔ２は、冷媒温度Ｔ１から上昇しない。さらに、昇温装置１３０の出側における冷媒温度Ｔ３も、放熱器１２０の出側（昇温装置１３０の入側）における冷媒温度Ｔ２から上昇しない。したがって、冷媒流量過剰時における冷媒温度Ｔ１〜Ｔ３は変化しない（Ｔ１＝Ｔ２＝Ｔ３）。

本実施の形態に従う電池冷却システム１００では、図４〜図６で説明した三点での冷媒温度Ｔ１〜Ｔ３の比較に基づいて冷媒状態を推定することにより、図７に示される冷媒流量制御を実行する。図７のフローチャートに示された制御処理は、一定時間の経過毎に、コントローラ１６０によって周期的に実行することができる。

図７を参照して、コントローラ１６０は、ステップＳ１００により、温度センサ１５１〜１５３の検出値から冷媒温度Ｔ１〜Ｔ３を取得すると、ステップＳ１１０により、冷媒温度Ｔ１およびＴ２の比較により、冷媒温度Ｔ２が冷媒温度Ｔ１から上昇しているかどうかを判定する。

ステップＳ１２０の判定は、たとえば、Ｔ２−Ｔ１＜ε（ε：所定の判定値）が成立するか否かによって実行することができる。Ｔ２−Ｔ１＜εの成立時（Ｓ１２０のＹＥＳ判定時）には、Ｔ１≒Ｔ２、すなわち、冷媒温度Ｔ２は冷媒温度Ｔ１から上昇しておらず、放熱器１２０の通過時に冷媒のドライアウトは発生していないと判定することができる。

コントローラ１６０は、Ｔ２−Ｔ１＜εの非成立時（Ｓ１２０のＮＯ判定時）、すなわち、図５のように冷媒温度Ｔ２が冷媒温度Ｔ１から上昇しているとき（Ｔ２＞Ｔ１）には、ステップＳ１３０へ処理を進める。

コントローラ１６０は、ステップＳ１３０では冷媒不足を検知し、ステップＳ１４０に処理を進めて、冷媒流量を増加するように、すなわち、電子膨張弁１１０の弁開度が増加するように弁開度指令Ｓｏｐを調整する。すなわち、ステップＳ１３０，Ｓ１４０により「第１の制御」が実行される。

コントローラ１６０は、Ｔ２−Ｔ１＜εの成立時（Ｓ１２０のＹＥＳ判定時）には、図４および図６の状態のいずれであるかを区別するために、ステップＳ１５０により、冷媒温度Ｔ２が冷媒温度Ｔ３から上昇しているかどうかを判定する。

ステップＳ１５０の判定は、たとえば、Ｔ３＞Ｔ２＋α（α：所定の判定値）が成立するか否かによって実行することができる。Ｔ３＞Ｔ２＋αの非成立時（Ｓ１５０のＮＯ判定時）には、Ｔ２≒Ｔ３、すなわち、冷媒温度Ｔ３は冷媒温度Ｔ２から上昇しておらず、昇温装置１３０を通過しても冷媒のドライアウトは発生していないと判定することができる。

コントローラ１６０は、Ｔ３＞Ｔ２＋αの非成立時（Ｓ１５０のＮＯ判定時）、すなわち、図６のように冷媒温度Ｔ３が冷媒温度Ｔ２から上昇していないとき（Ｔ２≒Ｔ３）には、ステップＳ１６０へ処理を進める。

コントローラ１６０は、ステップＳ１６０では冷媒過剰を検知し、ステップＳ１７０に処理を進めて、冷媒流量を減少するように、すなわち、電子膨張弁１１０の開度が減少するように弁開度指令Ｓｏｐを調整する。すなわち、ステップＳ１６０，Ｓ１７０により「第２の制御」が実行される。

コントローラ１６０は、Ｔ３＞Ｔ２＋αの成立時（Ｓ１５０のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ１８０へ処理を進めて、図４のような冷媒温度Ｔ１〜Ｔ３の挙動であるため、現在の冷媒流量が適正であると判定する。したがって、コントローラ１６０は、ステップＳ１９０により、現在の流量を維持するように、すなわち、電子膨張弁１１０の開度を維持するように、弁開度指令Ｓｏｐを生成する。

このように、冷媒温度Ｔ１〜Ｔ３を用いて、バッテリ４０を冷却する放熱器１２０の入側および出側の冷媒温度比較、ならびに、昇温装置１３０の入側および出側の冷媒温度比較に基づいて冷媒流量の過剰あるいは不足を検知することにより、電子膨張弁１１０によって冷媒流量を適正に制御することができる。

図７のフローチャートを繰り返し実行することにより、冷媒流量が適正な状態から、バッテリ４０の発熱量の増加あるいは減少によって、冷媒流量の不足あるいは過剰が生じても、冷媒温度Ｔ１〜Ｔ３の挙動に基づいて、再び適正な冷媒流量が得られるように、電子膨張弁１１０を制御することが可能である。

以上説明したように、本実施の形態に従う電池冷却システムでは、冷凍サイクルで用いられる冷媒を導入する構成において、冷却能力不足および過剰な冷媒使用を回避して適切な冷却状態が得られるように、冷媒流量を制御することができる。

なお、本実施の形態では、電子膨張弁１１０によって「冷媒流量調整機構」の機能を実現したが、変形例として、膨張弁とは別個に流量調整弁を配置することも可能である。この場合には、当該流量調整弁の開度調整によって、ステップＳ１４０，Ｓ１７０，Ｓ１９０による冷媒流量の制御を実行することができる。

また、図１では、エンジンが搭載されたハイブリッド車両１への搭載例として、エンジン冷却システム６０との間で熱交換が可能な空調システム７０からの冷媒を電池冷却システムに導入する構成を示したが、エンジン冷却システム６０との間で熱交換を実施しない空調システムであっても、電池冷却システムへ冷媒を導入することができる。

たとえば、エンジンが搭載されない電気自動車においても、空調システムから電池冷却システムへ冷媒を導入することができる。あるいは、空調システム以外であっても、冷媒の冷凍サイクルを有するシステムであれば、当該システムから電池冷却システムに対して冷媒を導入することができる。すなわち、本実施の形態に従う電池冷却システムにおいて、冷媒供給元は空調システムに限定されるものではない。さらに、冷凍サイクルから冷媒を導入することが可能であれば、ハイブリッド車両や電気自動車以外の用途においても本実施の形態に従う電池冷却システムを適用することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ ハイブリッド車両、４ 動力分割装置、５ 減速機、６ 駆動輪、７ 出力軸、８ 駆動軸、３０ エンジン、４０，４０ａ，４０ｂ バッテリ、５０ 制御装置、５１ メモリ、６０ エンジン冷却システム、６１ ウォータポンプ、６２ ラジエータ、６３，６４ 電磁弁、６６ 水加熱ヒータ、７０ 空調システム、７１ 圧縮機、７２ 第１膨張弁、７３，７４ 運転切換弁、７５ バイパス弁、７６ 第２膨張弁、７７ 逆止弁、７８ アキュムレータ、７９ａ，７９ｂ コンデンサ、８１〜８６，１０１，１０１ａ，１０１ｂ，１０２，１０２ａ，１０２ｂ 配管、９０ 水冷コンデンサ、９１ エアコン筐体、９２ ヒータコア、９４ エバポレータ、９５ ブロア、９６ エア混合機構、９９ 送風口、１００，１００ａ，１００ｂ 電池冷却システム、１３０，１３０ａ，１３０ｂ 昇温装置、１０５，１０５ａ，１０５ｂ 開閉弁、１１０，１１０ａ，１１０ｂ 電子膨張弁、１２０，１２０ａ，１２０ｂ 放熱器、１４０，１４０ａ，１４０ｂ 圧力センサ、１５１〜１５３，１５１ａ〜１５３ａ，１５１ｂ〜１５３ｂ 温度センサ、１６０ コントローラ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、Ｓｏｐ 弁開度指令（電子膨張弁）、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３ 冷媒温度。

Claims (1)

1. 冷凍サイクルから、少なくとも一部が液化された状態の冷媒を導入するための第１の冷媒経路と、
   電池と前記第１の冷媒経路によって供給される前記冷媒との間で熱交換を実行するように構成された熱交換器と、
   前記第１の冷媒経路に介挿接続される、前記冷媒の流量調整機構と、
   前記熱交換器を通流した後の前記冷媒を前記冷凍サイクルに戻すための第２の冷媒経路と、
   前記第２の冷媒経路に介挿接続される、前記冷媒を昇温するための昇温装置と、
   前記熱交換器の通過前における前記冷媒の温度である第１の冷媒温度を検出する第１の温度検出器と、
   前記熱交換器の通過後であって前記昇温装置の通過前における前記冷媒の温度である第２の冷媒温度を検出する第２の温度検出器と、
   前記昇温装置の通過後における前記冷媒の温度である第３の冷媒温度を検出する第３の温度検出器と、
   前記第２の冷媒温度が前記第１の冷媒温度よりも高くなると冷媒流量を増加する第１の制御と、前記第１および第２の冷媒温度が同等である下で前記第３の冷媒温度が前記第２の冷媒温度と同等である場合には冷媒流量を減少する第２の制御とを実行するように前記流量調整機構を制御する制御装置とを備える、電池冷却システム。

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