JP2020111221A - 冷却システム - Google Patents

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Abstract

【課題】搭乗者の快適性を維持しつつ、十分な量の空気をバッテリに適切に誘導する。【解決手段】冷却システム１０は、車両１内に複数並置された座席近傍に、位置を異にして設けられた複数の吸気口２６と、複数の吸気口それぞれから独立して吸気する複数の吸気ファン２８と、複数の吸気ファンの吸気をバッテリ２０に誘導するダクト３０と、搭乗者の着座態様に基づいて、複数の吸気ファンの吸気流量の比率を制御する吸気制御部５２と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリを冷却する冷却システムに関する。
電気自動車などの電気で動作する車両では、車両外部から電力の供給を受け、車両に搭載されているバッテリに充電している。このようなバッテリは利用時に高温になることが知られている。したがって、吸気ファンを通じて車室内から空気を誘導し、バッテリを冷却する場合がある。
また、車室内の空気の温度に基づいて、車室内からの空気の吸入量の上限を変更する技術が知られている（例えば、特許文献１）。
特開２０１３−１４７１２９号公報
バッテリの冷却媒体である空気は車室内から吸気口を通じて吸引している。したがって、吸気口と搭乗者との位置関係によっては、搭乗者が、吸気口に連通している吸気ファンの回転に基づく音を不快に感じてしまう場合がある。
しかし、搭乗者の乗車に応じて吸気ファンの吸気流量を単純に小さくしてしまうと、誘導できる空気量が少なくなり、バッテリの温度上昇を十分に抑制できなくなる。そうすると、燃費や寿命が悪化するばかりでなく、バッテリの最大容量が劣化し、電気による走行が困難になるおそれが生じる。
本発明は、このような課題に鑑み、搭乗者の快適性を維持しつつ、十分な量の空気をバッテリに適切に誘導可能な冷却システムを提供することを目的としている。
上記課題を解決するために、本発明の冷却システムは、車両内に複数並置された座席近傍に、位置を異にして設けられた複数の吸気口と、複数の吸気口それぞれから独立して吸気する複数の吸気ファンと、複数の吸気ファンの吸気をバッテリに誘導するダクトと、搭乗者の着座態様に基づいて、複数の吸気ファンの吸気流量の比率を制御する吸気制御部と、を備える。
吸気制御部は、複数並置された座席のうち、搭乗者が着座している座席近傍の吸気口と連通する吸気ファンの吸気流量が、搭乗者が着座していない座席近傍の吸気口と連通する吸気ファンの吸気流量より小さくなるとしてもよい。
吸気制御部は、複数の吸気ファンの吸気流量の合計が所定の目標範囲に収まるように、複数の吸気ファンの吸気流量の比率を制御してもよい。
搭乗者の着座態様が変化しない所定の更新停止条件が満たされている場合、吸気制御部は、吸気流量の比率の更新を行わないとしてもよい。
本発明によれば、搭乗者の快適性を維持しつつ、十分な量の空気をバッテリに適切に誘導することが可能となる。
冷却システムが適用される車両の構成を示す鳥瞰図である。 吸気ファンの吸気流量の比率を示した説明図である。 バッテリの冷却方法の処理の流れを示したフローチャートである。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
<冷却システム１０>
図１は、冷却システム１０が適用される車両１の構成を示す鳥瞰図である。ここでは、車両１の各構成を鉛直上方から視認している。当該車両１において、冷却システム１０は、バッテリ２０と、インバータ２２と、駆動モータ２４と、吸気口２６と、吸気ファン２８と、ダクト３０と、温度センサ３２と、着座センサ３４と、中央制御部３６とを含んで構成される。本実施形態における車両１は、駆動モータ２４を駆動源とした電気自動車として説明するが、駆動源として駆動モータ２４と並行してエンジンが設けられたハイブリッド電気自動車にも適用できる。
バッテリ２０は、リチウムイオンバッテリ等の二次電池で構成され、外部から供給された電力を充電（蓄電）する。インバータ２２は、バッテリ２０の直流電力を交流電力に変換し駆動モータ２４に出力する。駆動モータ２４は、インバータ２２を通じてバッテリ２０から電力の供給を受け、供給された電力に応じたトルクで車両１を駆動する。
バッテリ２０は充電時や放電時に高温になるので、車両１の車室１ａ内から空気を誘導し、バッテリ２０を冷却する。ここで、吸気口２６は、車室１ａに複数並置された座席近傍、例えば、座席サイドや搭乗者の耳元に相当する場所に、位置を異にして複数設けられる。本実施形態では、後部の幅方向において、右側座席２ａのさらに右側に吸気口２６ａを設け、後部の左側座席２ｂのさらに左側に吸気口２６ｂを設ける例を挙げて説明する。
なお、本実施形態における座席は、人一人が着座することを想定した席を示す。したがって、例えば、車室１ａの後部の座席が一体的に形成されていたとしても、車両１の幅方向に、着座が想定されている人数分の座席があるもの（例えば、右側座席２ａ、左側座席２ｂ）として説明する。
吸気ファン２８（２８ａ、２８ｂ）は、複数の吸気口２６ａ、２６ｂそれぞれから独立して吸気する。すなわち、吸気ファン２８ａは吸気口２６ａから吸気し、吸気ファン２８ｂは吸気口２６ｂから吸気する。ダクト３０は、複数の吸気ファン２８ａ、２８ｂの吸気（冷媒）をバッテリ２０に誘導する。ここでは、複数の吸気ファン２８ａ、２８ｂの吸気をそれぞれ独立してバッテリ２０に誘導する例を挙げて説明するが、複数の吸気ファン２８ａ、２８ｂの吸気を集約してバッテリ２０に誘導してもよい。
温度センサ３２は、バッテリ２０と一体的に設けられ、バッテリ２０の温度を検出する。着座センサ３４は、座席２ａ、２ｂの座面に設けられた圧力センサによって、その座席２ａ、２ｂへの人の着座を検知する。ここでは、着座センサ３４ａが右側座席２ａにおける人の着座を検知し、着座センサ３４ｂが左側座席２ｂにおける人の着座を検知する。なお、着座センサ３４は、圧力センサに限られず、人の着座さえ検知できれば足り、例えば、シートベルトの装着やドアの開閉等、既存の様々な検知手段を適用することができる。
中央制御部（ＥＣＵ）３６は、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含む半導体集積回路から構成される。中央制御部３６は、車両１全体を統括制御する。また、本実施形態において、中央制御部３６は、吸気導出部５０、吸気制御部５２としても機能する。
なお、本実施形態では各機能部（吸気導出部５０、吸気制御部５２）を中央制御部３６に配置する例を挙げて説明するが、これに限られるものではない。具体的には、中央制御部３６が有する各機能部は複数の制御装置に分割配置されてもよい。この場合、当該複数の制御装置は、ＣＡＮ等の通信バスを介して、互いに接続されてもよい。
吸気導出部５０は、少なくとも、温度センサ３２で検出されたバッテリ２０の温度に基づき、バッテリ２０の冷却に必要な単位時間当たりの空気量（以下、単に「吸気流量」という）を導出する。
吸気制御部５２は、吸気導出部５０が導出した吸気流量に基づいて、複数の吸気ファン２８ａ、２８ｂの回転制御を行う。例えば、バッテリ２０の冷却に必要な吸気流量を１とすると、吸気制御部５２は、吸気ファン２８ａ、２８ｂによって誘導される吸気流量の合計が１となるように、吸気ファン２８ａおよび吸気ファン２８ｂそれぞれの吸気流量を決定する。なお、吸気ファン２８における吸気流量は回転数に基づいて一意に決定されることとなるので、ここで示す吸気流量は回転数と同義であり、互いに読み替えることもできる。
ところで、上述したように、吸気口２６ａ、２６ｂは、車両１の車室１ａ内に設けられる。吸気口２６ａ、２６ｂはダクト３０を通じてそれぞれ吸気ファン２８ａ、２８ｂと連通している。したがって、吸気口２６ａ、２６ｂと、搭乗者との位置関係によっては、搭乗者が、吸気口２６ａ、２６ｂに連通している吸気ファン２８ａ、２８ｂの回転に基づく音を不快に感じてしまう場合がある。しかしながら、バッテリ２０の温度上昇を抑制するため、吸気ファン２８ａ、２８ｂの吸気流量を単純に小さくすることはできない。
そこで、本実施形態では、複数の吸気ファン２８ａ、２８ｂそれぞれの吸気流量を個々に制御することで、搭乗者の快適性を維持しつつ、十分な量の空気をバッテリ２０に適切に誘導する。
吸気制御部５２は、着座センサ３４による搭乗者の着座態様（着座している人数およびその位置）に基づいて、複数の吸気ファン２８ａ、２８ｂの吸気流量の比率を制御する。具体的に、吸気制御部５２は、複数並置された座席２ａ、２ｂのうち、搭乗者が着座している座席近傍の吸気口２６と連通する吸気ファン２８の吸気流量が、搭乗者が着座していない座席近傍の吸気口２６と連通する吸気ファン２８の吸気流量より小さくなるよう制御する。
図２は、吸気ファン２８ａ、２８ｂの吸気流量の比率を示した説明図である。車室１ａの後部における右側座席２ａおよび左側座席２ｂのいずれにも人が着座していない場合、図２（ａ）のように、バッテリ２０を冷却するために必要な吸気流量を吸気ファン２８ａ、２８ｂで均等に按分する（吸気ファン２８ａ：吸気ファン２８ｂ＝５０：５０）。また、右側座席２ａおよび左側座席２ｂのいずれにも人が着座している場合も、図２（ｂ）のように、バッテリ２０を冷却するために必要な吸気流量を吸気ファン２８ａ、２８ｂで均等に按分する（吸気ファン２８ａ：吸気ファン２８ｂ＝５０：５０）。
一方、車室１ａの後部において、右側座席２ａには人が着座しているが、左側座席２ｂには着座していない場合、図２（ｃ）のように、右側座席２ａ近傍の吸気口２６ａと連通する吸気ファン２８ａの吸気流量が、左側座席２ｂ近傍の吸気口２６ｂと連通する吸気ファン２８ｂの吸気流量より小さくなるよう、例えば、その比率を吸気ファン２８ａ：吸気ファン２８ｂ＝２０：８０とする。
また、車室１ａの後部における左側座席２ｂには人が着座しているが、右側座席２ａには着座していない場合、図２（ｄ）のように、左側座席２ｂ近傍の吸気口２６ｂと連通する吸気ファン２８ｂの吸気流量が、右側座席２ａ近傍の吸気口２６ａと連通する吸気ファン２８ａの吸気流量より小さくなるよう、例えば、その比率を吸気ファン２８ａ：吸気ファン２８ｂ＝８０：２０とする。
なお、ここでは、吸気ファン２８ａと吸気ファン２８ｂとの吸気流量の比率を２０：８０あるいは８０：２０とする例を挙げて説明したが、かかる場合に限らず、その比率は任意に決定することができる。例えば、吸気制御部５２は、吸気ファン２８の吸気流量に応じ、搭乗者がどの程度不快に感じるか、および、吸気ファン２８の効率がどの程度低下するかに応じて、適切な比率を決定するとしてもよい。また、吸気ファン２８ａ、２８ｂの一方のみを動作させ、他方を動作させないとすることもできる。
このように、吸気ファン２８ａと吸気ファン２８ｂとの吸気流量の比率を変化させ、搭乗者が着座している座席近傍の吸気口２６と連通する吸気ファン２８の吸気流量を下げることで、搭乗者の快適性を維持することができる。
なお、このとき、吸気制御部５２は、複数の吸気ファン２８ａ、２８ｂの吸気流量の合計が、バッテリ２０を冷却するために必要な吸気流量の所定の目標範囲に収まるように、複数の吸気ファン２８ａ、２８ｂの吸気流量の比率を制御する。すなわち、搭乗者の快適性のため、一方の吸気ファン２８の吸気流量を減少させたとしても、搭乗者から遠い他方の吸気ファン２８の吸気流量を増大させることで、全体としての冷却効率を下げることなく維持する。したがって、所定の目標範囲内の十分な量の空気をバッテリ２０に適切に誘導することで、バッテリ２０の温度上昇を抑制することが可能となる。
<冷却方法>
図３は、バッテリ２０の冷却方法の処理の流れを示したフローチャートである。かかるフローチャートは、所定の割込時間（例えば１分間）毎に実行される。なお、ここでは、バッテリ２０の冷却に関する処理のみを説明し、その他の処理については、詳細な説明を省略する。
割込時間が経過すると、吸気導出部５０は、車両１が所定の走行条件を満たしているか否か判定する（Ｓ１００）。ここで、走行条件は、バッテリ２０を冷却するため、車両１が走行している状態にあるかを判定するための条件である。具体的に、車両１の速度が所定の第１速度（例えば、１０ｋｍ／ｈ）を越えたこと、車両１が前進していること、車両１のドアが全て閉状態であること等が挙げられる。
吸気導出部５０は、車両１が走行条件を満たしていると判定すると（Ｓ１００におけるＹＥＳ）、バッテリ２０が所定の冷却条件を満たしているか否か判定する（Ｓ１０２）。なお、吸気導出部５０は、車両１が走行条件を満たしていないと判定すると（Ｓ１００におけるＮＯ）、当該冷却方法の処理を終了する。
ここで、冷却条件は、バッテリ２０の温度を所定範囲（例えば１０℃〜４５℃）に収めるための上限値を示す。したがって、吸気導出部５０は、バッテリ２０の温度が所定温度（例えば３５℃）以上となると冷却条件を満たすと判定する。
吸気導出部５０は、バッテリ２０が所定の冷却条件を満たしていると判定すると（Ｓ１０２におけるＹＥＳ）、車両１が所定の更新停止条件を満たしているか否か判定する（Ｓ１０４）。かかる更新停止条件については後ほど詳述する。なお、吸気導出部５０は、バッテリ２０が所定の冷却条件を満たしていないと判定すると（Ｓ１０２におけるＮＯ）、当該冷却方法の処理を終了する。
吸気導出部５０は、車両１が更新停止条件を満たしていないと判定すると（Ｓ１０４におけるＮＯ）、温度センサ３２で検出されたバッテリ２０の温度に基づき、バッテリ２０の冷却に必要な吸気流量を導出する（Ｓ１０６）。なお、吸気導出部５０は、車両１が更新停止条件を満たしていると判定すると（Ｓ１０４におけるＹＥＳ）、当該冷却方法の処理を終了する。
続いて、吸気制御部５２は、着座センサ３４ａ、３４ｂを参照し、車室１ａの後部における右側座席２ａおよび左側座席２ｂのいずれにも人が着座しているか、または、いずれにも人が着座していないかを判定する（Ｓ１０８）。そして、右側座席および左側座席のいずれにも人が着座しているか、または、いずれにも人が着座していなければ（Ｓ１０８におけるＹＥＳ）、吸気制御部５２は、吸気導出部５０が導出した吸気流量に基づいて、その吸気流量の比率が、吸気ファン２８ａ：吸気ファン２８ｂ＝５０：５０となるように吸気ファン２８ａ、２８ｂを回転制御する（Ｓ１１０）。
右側座席２ａおよび左側座席２ｂのいずれかに人が着座していると判定されれば（Ｓ１０８におけるＮＯ）、吸気制御部５２は、着座センサ３４を参照し、右側座席２ａに人が着座しているか否か判定する（Ｓ１１２）。そして、右側座席２ａに人が着座していれば（Ｓ１１２におけるＹＥＳ）、吸気制御部５２は、吸気導出部５０が導出した吸気流量に基づいて、その吸気流量の比率が、吸気ファン２８ａ：吸気ファン２８ｂ＝２０：８０となるように吸気ファン２８ａ、２８ｂを回転制御する（Ｓ１１４）。
右側座席２ａに人が着座していないと判定されれば（Ｓ１１２におけるＮＯ）、左側座席２ｂにのみ人が着座していることになるので、吸気制御部５２は、吸気導出部５０が導出した吸気流量に基づいて、その吸気流量の比率が、吸気ファン２８ａ：吸気ファン２８ｂ＝８０：２０となるように吸気ファン２８ａ、２８ｂを回転制御する（Ｓ１１６）。
なお、ステップＳ１１０、Ｓ１１４、Ｓ１１６のいずれにおいても、吸気制御部５２は、複数の吸気ファン２８ａ、２８ｂの吸気流量の合計が、バッテリ２０を冷却するために必要な吸気流量の所定の目標範囲に収まるように、複数の吸気ファン２８ａ、２８ｂの吸気流量の比率を制御する。
このような吸気ファン２８ａ、２８ｂの吸気流量の比率制御は、搭乗者の着座態様を常時監視し、その変化に追従する。例えば、一人の搭乗者が、右側座席２ａから左側座席２ｂに移動した場合、吸気制御部５２は、吸気流量の比率を、吸気ファン２８ａ：吸気ファン２８ｂ＝２０：８０から、吸気ファン２８ａ：吸気ファン２８ｂ＝８０：２０となるように変化させる。しかし、搭乗者の着座態様が変化しないことが予め分かっている場合においてまでステップＳ１０６〜ステップＳ１１６の処理を必ず行うとすると処理負荷が大きくなる。
そこで、上記のステップＳ１０４では、車両１が所定の更新停止条件を満たしているか否か判定し、車両１が更新停止条件を満たしていると判定すると（Ｓ１０４におけるＹＥＳ）、ステップＳ１０６〜ステップＳ１１６の処理を行うことなく、当該冷却方法の処理を終了する。こうすることで、搭乗者の着座態様が変化しない状況下において、無駄に、ステップＳ１０６〜ステップＳ１１６の処理を行わなくて済み、処理負荷および消費電力の抑制を図ることができる。
ここで、更新停止条件は、搭乗者の着座態様が変化しない（車室１ａ内を移動しない）条件である。具体的に、車両１の速度が所定の第２速度（例えば、８０ｋｍ／ｈ）を越えたこと（高速道路を走行していること）、シートベルトが締結状態にあること、着座センサ３４が搭乗者の移動を検知しない状態が所定時間（例えば５分）経過したこと等が挙げられる。
以上、説明した冷却システム１０により、搭乗者の快適性を維持しつつ、所定の目標範囲内の十分な量の空気をバッテリ２０に適切に誘導することで、バッテリ２０の温度上昇を抑制することが可能となる。
また、コンピュータを冷却システム１０の吸気導出部５０や吸気制御部５２として機能させるプログラムや、当該プログラムを記録した、コンピュータで読み取り可能なフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤ等の記憶媒体も提供される。ここで、プログラムは、任意の言語や記述方法にて記述されたデータ処理手段をいう。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば、上述した実施形態では、複数の吸気ファン２８として、吸気ファン２８ａ、２８ｂの２つを挙げて説明したが、複数であればよく、例えば、３以上で構成されていてもよい。このとき、搭乗者の座席から遠い吸気ファンより、近い吸気ファンの方が、吸気流量が小さくなるように回転制御すればよい。
また、図３のフローチャートでは、ステップＳ１０４において更新停止条件を満たさない場合にのみ複数の吸気ファン２８ａ、２８ｂの吸気流量の比率を更新する例を挙げて説明した。しかし、かかる場合に限らず、人が移動したときのみ更新すれば足り、例えば、着座センサ３４が人の移動を検知した場合にのみ吸気流量の比率を更新するとしてもよい。
なお、本明細書の冷却方法の各工程は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいはサブルーチンによる処理を含んでもよい。
本発明は、バッテリを冷却する冷却システムに利用することができる。
１ 車両
１０ 冷却システム
２０ バッテリ
２６ 吸気口
２８ 吸気ファン
３０ ダクト
５２ 吸気制御部

Claims (4)

  1. 車両内に複数並置された座席近傍に、位置を異にして設けられた複数の吸気口と、
    前記複数の吸気口それぞれから独立して吸気する複数の吸気ファンと、
    前記複数の吸気ファンの吸気をバッテリに誘導するダクトと、
    搭乗者の着座態様に基づいて、前記複数の吸気ファンの吸気流量の比率を制御する吸気制御部と、
    を備える冷却システム。
  2. 前記吸気制御部は、前記複数並置された座席のうち、搭乗者が着座している座席近傍の吸気口と連通する吸気ファンの吸気流量が、搭乗者が着座していない座席近傍の吸気口と連通する吸気ファンの吸気流量より小さくなるよう制御する請求項１に記載の冷却システム。
  3. 前記吸気制御部は、前記複数の吸気ファンの吸気流量の合計が所定の目標範囲に収まるように、前記複数の吸気ファンの吸気流量の比率を制御する請求項１または２に記載の冷却システム。
  4. 搭乗者の着座態様が変化しない所定の更新停止条件が満たされている場合、前記吸気制御部は、前記吸気流量の比率の更新を行わない請求項１から３のいずれか１項に記載の冷却システム。
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