JP4042694B2 - 蓄電機構の冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は蓄電機構の冷却装置に関し、特に、蓄電機構との間で熱交換された空気を、蓄電機構から車内空間に排出する蓄電機構の冷却装置に関する。

従来より、モータからの駆動力により走行するハイブリッド車、燃料電池車、電気自動車が知られている。このような車両には、モータに供給する電力を蓄えるため、バッテリやキャパシタが搭載されている。このバッテリやキャパシタは、電力を充放電する際に発熱する。そのため、バッテリやキャパシタを冷却する必要がある。

特開平１０−３０６７２２号公報（特許文献１）は、車室内の空気を用いて効率的に電池の冷却を行なう冷却システムを開示する。特許文献１に記載の冷却システムは、バッテリ室に設けられたバッテリを冷却する。この冷却システムは、一端が車室内へ向けて開口され、他端がバッテリ室に連結されている冷却ダクトと、冷却ダクト内に設けられた冷却ファンと、バッテリを挟んで冷却ダクトの反対側に設けられ、一端が車外に、他端がバッテリ室内に開口した排気ダクトとを含む。冷却ファンの駆動により車室内の空気がバッテリ室内へ冷却空気として供給される。バッテリとの間で熱交換された空気は、排気ダクトを介して車外へ排出される。

この公報に開示された発明によると、排気ダクトを介して冷却空気を車外へ排出することができる。
特開平１０−３０６７２２号公報

しかしながら、上述の公報に記載の冷却システムにおいては、排気ダクトを配設するスペースが必要となり、それだけ、車室や荷室が狭くなるという問題点があった。また、車室や荷室を広くするために、排気ダクトを小さく（特に、径を小さく）すると、排気ダクトにおける圧損が大きくなり、冷却性能が低下するおそれがあるという問題点があった。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、車内空間に与える影響および圧損を抑制することができる、蓄電機構の冷却装置を提供することである。

第１の発明に係る蓄電機構の冷却装置は、車両に搭載された蓄電機構を冷却する。この冷却装置は、蓄電機構から車内空間に、蓄電機構との間で熱交換された空気を排出するための手段と、車内空間から車外に、熱交換された空気を排出する排出ファンとを含む。

第１の発明によると、蓄電機構との間で熱交換された空気は、蓄電機構から車内空間に排出される。この空気は、排出ファンにより車内空間から車外に排出される。これにより、蓄電機構から車外に通じ、車内空間を迂回する排気ダクトを別途設けなくとも、熱交換された空気を車外に排出することができる。そのため、車内空間に与える影響および圧損を抑制することができる、蓄電機構の冷却装置を提供することができる。

第２の発明に係る蓄電機構の冷却装置においては、第１の発明の構成に加え、車両には空気の状態を調節する空調装置が搭載されている。蓄電機構の冷却装置は、空調装置の作動に応じて、排出ファンを制御するための制御手段をさらに含む。

第２の発明によると、車両には空気の状態を調節する空調装置が搭載されており、この空調装置の作動に応じて、制御手段は、排出ファンを制御する。これにより、たとえば、空調装置が内気を車内空間で循環させている場合には、排出ファンを作動させて、蓄電機構との熱交換により温度が上昇した空気を、強制的に車外に排出することができる。空調装置が外気を車内空間に導入している場合には、導入された外気とともに、蓄電機構との熱交換により温度が上昇した空気が車外に押流されるため、排出ファンを停止させ、不必要に排出ファンを作動させることを抑制することができる。

第３の発明に係る蓄電機構の冷却装置においては、第２の発明の構成に加え、空調装置は、車両の外部から空気を車内に導入するための手段と、車両の内部の空気を循環させるための手段とを含む。制御手段は、車両の内部の空気が循環させられている場合に、排出ファンを作動させるように制御するための手段と、車両の外部から空気が導入されている場合に、排出ファンの動作を抑制させるように制御するための手段とを含む。

第３の発明によると、排出ファンは、車両の内部の空気が循環させられている場合（内気循環時）には作動させられる。車両の外部から空気が導入されている場合（外気導入時）には、排出ファンの動作は抑制させられる。これにより、内気循環時には、排出ファンを作動させて、蓄電機構との熱交換により温度が上昇した空気を、強制的に車外に排出することができる。外気導入時には、導入された外気とともに、蓄電機構との熱交換により温度が上昇した空気が車外に押流されるため、排出ファンの動作を抑制させ、不必要に排出ファンを作動させることを抑制することができる。

第４の発明に係る蓄電機構の冷却装置は、第１の発明の構成に加え、蓄電機構を冷却するための冷却手段と、冷却手段の作動に応じて排出ファンを制御するための制御手段とをさらに含む。

第４の発明によると、排出ファンは、冷却手段の作動に応じて制御される。これにより、たとえば冷却手段が作動し、蓄電機構が冷却されている場合に、排出ファンを作動させることができる。一方、冷却手段が停止しており、蓄電機構が冷却されていない場合は、排出ファンを停止させることができる。そのため、不必要に排出ファンを作動させることを抑制することができる。

第５の発明に係る蓄電機構の冷却装置においては、第４の発明の構成に加え、冷却手段は、蓄電機構に対して空気を送風する冷却ファンである。制御手段は、冷却ファンが送風する空気の量が多いほど、排出ファンが排出する空気の量が多くなるように、排出ファンを制御するための手段を含む。

第５の発明によると、冷却手段は、蓄電機構に対して空気を送風する冷却ファンである。この冷却ファンが送風する空気の量が多いほど、排出ファンが排出する空気の量が多くなるように、排出ファンが作動される。これにより、送風された空気の量と対応した量の空気を車外に排出することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

＜第１の実施の形態＞
図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る冷却装置を搭載した車両について説明する。この車両は、エンジン１００と、発電機２００と、ＰＣＵ（Power Control Unit）３００と、バッテリ４００、モータ５００と、これらの全てに接続されたハイブリッドＥＣＵ（Electronic Control Unit）６００と、エアコンディショナユニット（以下、エアコンディショナをエアコンと記載する）１０００と、エアコンユニット１０００に接続されたエアコンＥＣＵ１００２とを含む。

なお、本実施の形態は、エンジン１００を搭載したハイブリッド車両を用いて説明するが、本発明は、エンジン１００を搭載したハイブリッド車両に限定されず、エンジン１００の代わりに燃料電池を搭載したハイブリッド車両（燃料電池車）や、バッテリ４００のみを搭載した電気自動車などに適用してもよい。

エンジン１００が発生する動力は、動力分配機構７００により、２経路に分割される。一方は減速機８００を介して車輪９００を駆動する経路である。もう一方は、発電機２００を駆動させて発電する経路である。

発電機２００は、動力分配機構７００により分配されたエンジン１００の動力により発電するが、発電機２００により発電された電力は、車両の運転状態や、バッテリ４００のＳＯＣ（State Of Charge）の状態に応じて使い分けられる。たとえば、通常走行時や急加速時では、発電機２００により発電された電力はそのままモータ５００を駆動させる電力となる。一方、バッテリ４００のＳＯＣが予め定められた値よりも低い場合、発電機２００により発電された電力は、ＰＣＵ３００のインバータ３０２により交流電力から直流電力に変換され、コンバータ３０４により電圧が調整された後、バッテリ４００に蓄えられる。

バッテリ４００は、複数のバッテリセルを一体化したバッテリモジュールを、さらに複数直列に接続して構成された組電池である。このバッテリ４００を冷却する冷却空気を送風する冷却ファン４０２と、バッテリ４００との熱交換により暖められた冷却空気を車外に排出する排出ファン４０４が設けられている。冷却ファン４０２および排出ファン４０４は、温度センサ４０６により検知されたバッテリ温度や、エアコンユニット１０００の作動状態などに応じて作動するように、ハイブリッドＥＣＵ６００により制御される。なお、バッテリ４００の代わりに、キャパシタ（コンデンサ）を用いてもよい。

モータ５００は、三相交流モータであり、バッテリ４００に蓄えられた電力および発電機２００により発電された電力の少なくともいずれか一方の電力により駆動する。モータ５００の駆動力は、減速機８００を介して車輪９００に伝えられる。これにより、モータ５００は、エンジン１００をアシストして車両を走行させたり、モータ５００からの駆動力のみにより車両を走行させたりする。

一方、ハイブリッド車両の回生制動時には、減速機８００を介して車輪９００によりモータ５００が駆動され、モータ５００が発電機として作動させられる。これによりモータ５００は、制動エネルギーを電力に変換する回生ブレーキとして作用する。モータ５００により発電された電力は、インバータ３０２を介してバッテリ４００に蓄えられる。

ハイブリッドＥＣＵ６００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６０２と、メモリ６０４とを含む。ＣＰＵ６０２は、車両の運転状態や、アクセル開度センサ１１００により検知されたアクセル開度、アクセル開度の変化率、シフトポジション、バッテリ４００のＳＯＣ、メモリ６０４に保存されたマップおよびプログラムなどに基づいて演算処理を行なう。これにより、ハイブリッドＥＣＵ６００は、車両が所望の運転状態となるように、車両に搭載された機器類を制御する。

エアコンユニット１０００は、車外から取入れた空気を調整する外気導入モードと、車室内の空気を車室内で循環させて調整する内気循環モードとを選択的に実行し、車室内の気温が所望の状態となるように作動する。このエアコンユニット１０００には、周知の技術を利用すればよいため、ここではさらなる説明は繰返さない。

エアコンユニット１０００には、エアコンＥＣＵ１００２が接続されている。エアコンＥＣＵ１００２は、運転者のスイッチ操作および室温センサ１００４により検知された車室内の室温などに基づいて、エアコンユニット１０００を制御する。エアコンＥＣＵ１００２は、ハイブリッドＥＣＵ６００に接続されている。エアコンＥＣＵ１００２は、エアコンユニット１０００の作動状態および室温センサ１００４により検知された車室内の室温の情報を、ハイブリッドＥＣＵ６００に送信する。

図２を参照して、本実施の形態に係る冷却装置を搭載した車両についてさらに説明する。

車両は、車室１１００と、車室１１００の後方に設けられた荷室１２００とを含む。この車両は、車室１１００と荷室１２００とが区画されたセダンタイプの車両である。車室１１００前方のインストルメントパネル内に、エアコンユニット１０００が設けられている。エアコンユニット１０００は、切換ダンパ１００６を含む。エアコンユニット１０００は、切換ダンパ１００６の位置を切換えることにより、外気導入モードと内気循環モードとを切換える。

車室１１００に設けられたリアシート１１０２の後方に、冷却ファン４０２が設けられている。冷却ファン４０２の後方には、バッテリ４００を筐体内に収納したバッテリパック４０１が設けられている。冷却ファン４０２とバッテリパック４０１とはダクトを介して連通している。なお、冷却ファン４０２およびバッテリパック４０１の搭載位置は、リアシート１１０２の後方に限らず、その他、リアシート１１０２の下方であってもよい。

冷却ファン４０２は、リアパッケージトレイ上に開口した吸入口４０８を介して、車室１１００と連通している。バッテリパック４０１内に送風される冷却空気は、吸入口４０８から吸入される。バッテリパック４０１は、排出口４１０を介して荷室１２００と連通している。荷室１２００の後部には、通気口４１２が設けられている。通気口４１２は車外に向かって開口している。通気口４１２の前方に位置するように、荷室１２００に排出ファン４０４が設けられている。

図３を参照して、本実施の形態に係る冷却装置において、ハイブリッドＥＣＵ６００が実行するプログラムの制御構造について説明する。

ステップ（以下、ステップをＳと略す）１００にて、ハイブリッドＥＣＵ６００は、冷却ファン４０２が作動しているか否かを判別する。冷却ファン４０２が作動している場合（Ｓ１００にてＹＥＳ）、処理はＳ２００に移される。そうでない場合（Ｓ１００にてＮＯ）、処理は、Ｓ４００に移される。

Ｓ２００にて、ハイブリッドＥＣＵ６００は、エアコンユニット１０００が、内気循環モードで作動中であるか否かを判別する。エアコンユニット１０００が、内気循環モードで作動中であるか否かは、たとえばエアコンＥＣＵ１００２から送信される信号により判別すればよい。エアコンユニット１０００が、内気循環モードで作動中である場合（Ｓ２００にてＹＥＳ）、処理はＳ３００に移される。そうでない場合（Ｓ４００にてＮＯ）、処理はＳ４００に移される。

Ｓ３００にて、ハイブリッドＥＣＵ６００は、冷却ファン４０２の風量を検出する。なお、冷却ファン４０２の風量は、たとえばエアコンＥＣＵ１００２から送られた信号により検出すればよい。Ｓ４００にて、ハイブリッドＥＣＵ６００は、排出ファン４０４を停止させる（停止中である場合は、停止状態を継続する）。なお、排出ファン４０４を完全に停止させる代わりに、排出ファン４０４の動作を、内気循環モードである場合よりも抑制するように構成してもよい。

Ｓ５００にて、ハイブリッドＥＣＵ６００は、排出ファン４０４の風量を決定する。ハイブリッドＥＣＵ６００は、冷却ファン４０２の風量が多いほど、排出ファン４０４の風量を多くする。すなわち、冷却ファン４０２の風量と排出ファン４０４の風量とを比例させる。なお、排出ファン４０４の風量がゼロ、すなわち排出ファン４０４を作動させない場合もある。Ｓ６００にて、ハイブリッドＥＣＵ６００は、排出ファン４０４を作動させる。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る制御装置であるハイブリッドＥＣＵ６００の動作について説明する。

車両の走行中、冷却ファン４０２が作動しているか否かが判別される（Ｓ１００）。冷却ファン４０２が作動していなければ（Ｓ１００にてＮＯ）、排出ファン４０４も作動させられない（Ｓ４００）。これにより、排出ファン４０４の不必要な動作が抑制される。

バッテリ４００の温度が高くなり、冷却ファン４０２が作動させられると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、エアコンユニット１０００が内気循環モードで作動中であるか否かが判別される（Ｓ２００）。

ここで、エアコンユニット１０００が内気循環モードで作動中であると想定する。この場合（Ｓ２００にてＹＥＳ）、冷却ファン４０２の風量が検出される（Ｓ３００）。冷却ファン４０２の風量が検出されると（Ｓ３００）、検出された風量に基づいて排出ファン４０４の風量が決定され（Ｓ５００）、排出ファン４０４が作動させられる（Ｓ６００）。

この状態では、図４に示すように、車室１１００の空気の一部は車室１１００を循環し、一部は冷却ファン４０２により吸入口４０８から吸入されて、バッテリパック４０１内に送り込まれる。バッテリパック４０１内のバッテリ４００との間で熱交換され、温度が上昇した冷却空気は、排出口４１０を介して、バッテリパック４０１から荷室１２００に排出される。荷室１２００に排出された冷却空気は、排出ファン４０４により、通気口４１２を介して、強制的に荷室１２００から車外に排出される。

荷室１２００に排出された冷却空気が、強制的に車外に排出されるので、熱交換により温度が上昇した冷却空気が、トリムやリアシート１１０２などの隙間から車室１１００に戻ることが抑制される。そのため、乗員に不快な熱気を感じさせることが抑制される。

一方、エアコンユニット１０００が、外気導入モードで作動している場合（Ｓ２００にてＮＯ）、排出ファン４０４は作動させられない（Ｓ４００）。この場合、図５に示すように、冷却空気は、車外からエアコンユニット１０００を介して車室１１００に導入される。車室１１００に導入された冷却空気は、冷却ファン４０２により吸入口４０８から吸入されて、バッテリパック４０１内に送り込まれる。冷却空気は、バッテリパック４０１内のバッテリ４００との間で熱交換される。熱交換により温度が上昇した冷却空気は、排出口４１０を介して、バッテリパック４０１から荷室１２００に排出される。荷室１２００に排出された冷却空気は、排出ファン４０４を作動させなくても、通気口４１２を介して、荷室１２００から車外に排出される。なお、排出ファン４０４を完全に停止させる代わりに、排出ファン４０４の動作を、内気循環モードである場合よりも抑制するように構成してもよい。

以上のように、本実施の形態に係る蓄電機構の冷却装置においては、バッテリパックと荷室とは、排出口を介して連通している。荷室には、車外に向かって開口した通気口と、
バッテリとの熱交換により温度が上昇した冷却空気を荷室から車外に排出する排出ファンとが設けられている。排出ファンにより、バッテリとの熱交換により温度が上昇した冷却空気が、強制的に車外に排出される。これにより、別途、バッテリパックから車外に通じ、荷室を迂回するダクトを設けなくても、バッテリとの熱交換により温度が上昇した冷却空気を車外に排出することができる。

＜第２の実施の形態＞
図６を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。前述の第１の実施の形態における車両は、車室と荷室とが区画されたセダンタイプの車両であったが、本実施の形態における車両は、車室と荷室とが連続的に形成されたワゴンタイプ（ハッチバックタイプ）の車両である。その他のハードウエア構成、処理フローについては、前述の第１の実施の形態と同じである。それらについての機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰返さない。

図６に示すように、車両は、車室１１１０と、車室１１１０と連続的に形成された荷室１２１０とを含む。車室１１１０と荷室１２１０とは、トノカバー１２１２により仕切られている。なお、車室１１１０と荷室１２１０と仕切る部材は、トノカバー１２１２に限らず、その他、トノボードなどであってもよい。吸入口４１４は、リアシート１１１２の側部に設けられている。このように構成しても、前述の第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

＜第３の実施の形態＞
図７を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。前述の第１の実施の形態における車両は、車室と荷室が区画されたセダンタイプの車両であったが、本実施の形態における車両は、車室と荷室とが区画されていないミニバンタイプの車両である。その他のハードウエア構成、処理フローについては、前述の第１の実施の形態と同じである。それらについての機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰返さない。

図７に示すように、車両は、車室１１２０と、車室１１２０の後部に設けられたサードシート１１２２とを含む。吸入口４１６は、サードシート１１２２の下方に設けられている。排出口４１０は、サードシート１１２２の後方に設けられている。バッテリ４００との間で熱交換され、温度が上昇した冷却空気は、車室１１２０であって、サードシート１１２２の後方に排出される。なお、サードシート１１２２の後方空間を荷室として構成してもよい。このように構成しても、前述の第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

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。

本発明の第１の実施の形態に係る蓄電機構の冷却装置を搭載した車両を示す制御ブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係る蓄電機構の冷却装置を搭載したセダンタイプの車両を示す側面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る蓄電機構の冷却装置において、ＥＣＵが実行するプログラムの制御構造を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施の形態に係る蓄電機構の冷却装置を搭載した車両において、エアコンユニットが内気循環モードで作動している場合の冷却空気の流れを示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る蓄電機構の冷却装置を搭載した車両において、エアコンユニットが外気導入モードで作動している場合の冷却空気の流れを示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る蓄電機構の冷却装置を搭載したワゴンタイプの車両を示す側面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る蓄電機構の冷却装置を搭載したミニバンタイプの車両を示す側面図である。

符号の説明

４００ バッテリ、４０１ バッテリパック、４０２ 冷却ファン、４０４ 排出ファン、４０８ 吸入口、４１０ 排出口、４１２ 通気口、４１４ 吸入口、４１６ 吸入口、６００ ハイブリッドＥＣＵ、１０００ エアコンユニット、１００６ 切換ダンパ、１１００，１１１０，１１２０ 車室、１２００，１２１０ 荷室、１２１２ トノカバー、１００２ エアコンＥＣＵ。

Claims (2)

1. 車両に搭載された蓄電機構の冷却装置であって、前記車両には空気の状態を調節する空調装置が搭載され、
   前記蓄電機構から車内空間に、前記蓄電機構との間で熱交換された空気を排出するための排出口と、
   前記車内空間から車外に、前記熱交換された空気を排出する排出ファンと、
   前記空調装置の作動に応じて、前記排出ファンを制御するための制御手段とを含み、
   前記空調装置は、
   前記車両の外部から空気を車内に導入するための手段と、
   前記車両の内部の空気を循環させるための手段とを含み、
   前記制御手段は、
   前記車両の内部の空気が循環させられている場合に、前記排出ファンを作動させるように制御するための手段と、
   前記車両の外部から空気が導入されている場合に、前記排出ファンの動作を抑制させるように制御するための手段とを含む、蓄電機構の冷却装置。
2. 車両に搭載された蓄電機構の冷却装置であって、
   前記蓄電機構から車内空間に、前記蓄電機構との間で熱交換された空気を排出するための排出口と、
   前記車内空間から車外に、前記熱交換された空気を排出する排出ファンと、
   前記蓄電機構を冷却するための冷却手段と、
   前記冷却手段の作動に応じて前記排出ファンを制御するための制御手段とを含み、
   前記冷却手段は、前記蓄電機構に対して空気を送風する冷却ファンであって、
   前記制御手段は、前記冷却ファンが送風する空気の量が多いほど、前記排出ファンが排出する空気の量が多くなるように、前記排出ファンを制御するための手段を含む、蓄電機構の冷却装置。

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