JP4192625B2 - バッテリ冷却装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両に搭載されたバッテリの温度を管理するバッテリ冷却装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両に搭載されたバッテリを冷却する従来のバッテリ冷却装置では、車室内の空気を導入してバッテリに吹き付けることによりバッテリの冷却を行っている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−２５２４６７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電気自動車やハイブリッド自動車等の走行用モータに電力を供給するバッテリは、通常、車両後方側の後部座席近傍に搭載されるため、バッテリ冷却装置の空気導入口も、上記公報に記載のごとく、リアトレイや後部座席下方側等の車両後方側に設置される。
【０００５】
一方、空調装置から車室内に吹き出される空気の温度は、設定温度や内気温度等の空調パラメータにより変化するものの、通常、約２５℃に制御されるが、バッテリ冷却装置の空気導入口がリアトレイや後部座席下方側等の車両後方側に設置されると、日射や排気管の熱等の外乱により、空気導入口に吸引される空気の温度は、３０℃〜３１℃程度まで上昇している。
【０００６】
このため、バッテリを十分に冷却することが難しくなるとともに、十分な冷却能力を確保するために、バッテリへの送風量を増大させる必要性が発生して、送風騒音の増大や送風機の寿命低下といった問題が発生する。
【０００７】
また、十分な冷却能力を確保すべくバッテリの放熱面積、すなわち表面積を増大させると、バッテリの大型化及び製造原価上昇を招いてしまう。
【０００８】
本発明は、上記点に鑑み、従来と異なる新規なバッテリ冷却装置を提供し、第２には、上記の問題点の少なくとも１つを解決することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、空調装置用の蒸発器（１３）及び前記空調装置用の蒸発器（１３）を通過した冷媒を吸入し、圧縮する圧縮機（１０）を有する空調装置用の蒸気圧縮式冷凍機を備える車両に搭載されたバッテリ（１）を冷却するバッテリ冷却装置であって、
バッテリ（１）を収納し、バッテリ冷却用空気の通路を構成し、バッテリ（１）の冷却を終えた空気を車外に放出するケーシング（２）と、
ケーシング（２）内の通路に設けられ、バッテリ（１）に空気を送風する送風機（３）と、
送風機（３）の吸入側に設けられ、送風機（３）に供給する車室内空気量と送風機（３）に供給する車室外空気量とを制御する内外気切替ユニット（４）と、
内外気切替ユニット（４）の内気吸入口（４ａ）側から送風機（３）の吸入口側に至る空気通路に設けられ、内気吸入口（４ａ）からの車室内空気を冷却する冷却手段（５）とを備え、
冷却手段（５）は、空調装置用の蒸発器（１３）とは別に設けられるバッテリ冷却専用の冷却手段であって、空調装置用の蒸気圧縮式冷凍機内を循環する冷媒の一部を導入することにより冷凍能力を得る蒸発器にて構成されており、
内外気切替ユニット（４）により送風機（３）に車室外空気が供給される外気導入状態として車室外空気にてバッテリ（１）を冷却する外気冷却モード、
内外気切替ユニット（４）により送風機（３）に車室内空気が供給される内気導入状態として車室内空気にてバッテリ（１）を冷却する内気冷却モード、
及び内外気切替ユニット（４）により送風機（３）に車室内空気が供給される内気導入状態として冷却手段（５）にて冷却された車室内空気によりバッテリ（１）を冷却する冷凍機冷却モードのいずれかのモードを選択するモード設定手段を有しており、
モード設定手段は、内気冷却モードにおいてバッテリ（１）の温度（Ｔｂ）が所定温度まで低下しないときに圧縮機（１０）を強制稼働させて冷凍機冷却モードを選択することを特徴とする。
【００１２】
これにより、日射や排気管の熱等の外乱から大きく影響されることなくバッテリ（１）を冷却することができる。したがって、バッテリ（１）の放熱面積、すなわち表面積を大きく増大させることなく、バッテリ（１）を十分に冷却することができるので、バッテリの大型化及び製造原価上昇を抑制しつつ、冷却風騒音を低減することができ得る。
【００１３】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のバッテリ冷却装置において、外気冷却モード、内気冷却モード及び冷凍機冷却モードにおいて、それぞれ、送風機（３）の風量をバッテリ（１）の温度（Ｔｂ）に応じて制御することを特徴とする。
請求項３に記載の発明では、請求項１又は２に記載のバッテリ冷却装置において、蒸気圧縮式冷凍機に、空調装置用の蒸発器（１３）に接続された冷媒回路を開閉する電磁弁（１４）が設けられており、
圧縮機（１０）の強制稼働時に電磁弁（１４）を閉弁状態とすることを特徴とする。
【００１４】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、走行用の内燃機関（エンジン）と走行用の電動モータとを組み合わせて走行するハイブリッド自動車に搭載されたバッテリを冷却するバッテリ冷却装置に本発明を適用したものであって、図１は本実施形態に係るバッテリ冷却装置の模式図である。
【００１６】
バッテリ１は主に走行用の電動モータに電力を供給する充放電可能な二次電池であり、ケーシング２はバッテリ１を収納するとともに、バッテリ冷却用の空気の通路を構成する空調ダクトである。なお、本実施形態では、バッテリ１の冷却を終えた空気が車外に放出される。
【００１７】
ケーシング２の空気流れ最上流側であって、バッテリ１の空気流れ上流側には、バッテリ１に冷却風を送風する送風機３が設けられており、この送風機３の吸入側には、送風機３に供給する車室内空気量と送風機３に供給する車室外空気量とを制御する内外気切替ユニット４が設けられている。
【００１８】
ここで、本実施形態に係る内外気切替ユニット４は、室内に連通する内気吸入口４ａ、室外に連通する外気吸入口４ｂ、及び内気吸入口４ａと外気吸入口４ｂとを切り替え開閉して外気導入モードと内気導入モードとを切り替える内外気切換ドア４ｃ等からなるもので、内外気切換ドア４ｃの作動は電子制御装置により制御される。
【００１９】
なお、送風機３の送風能力は、停止状態（ｏｆｆ）を含めて、Ｌｏ（最小風量）、Ｍｅ１（第１中間風量）、Ｍｅ２（第２中間風量）及びＨｉ（最大風量）の５段階で制御しており、送風量は、Ｌｏ、Ｍｅ１、Ｍｅ２、Ｈｉの順に大きくなる。
【００２０】
また、内気吸入口４ａ側から送風機３の吸入口側に至る空気通路のうち、内気吸入口４ａ側には、内気吸入口４ａからケーシング２内に吸引された内気を冷却する冷却器５が配置されている。
【００２１】
なお、冷却器５は、冷媒の蒸発潜熱を利用して空気を冷却する蒸気圧縮式冷凍機の蒸発器であり、本実施形態では、空調装置用の蒸気圧縮式冷凍機内を循環する冷媒の一部を導入することにより冷凍能力を得ている。
【００２２】
圧縮機１０は冷媒を吸入圧縮するもので、放熱器１１は圧縮機１０から吐出された高温・高圧の冷媒と室外空気とを熱交換して冷媒を冷却するものであり、減圧器１２は空調装置用の蒸発器１３に流入する冷媒を減圧するもので、本実施形態では、減圧器１２として、蒸発器１３の冷媒出口側における冷媒過熱度が所定値となるように絞り開度を調節する、いわゆる温度式膨脹弁を採用している。
【００２３】
因みに、減圧器５ａは、冷却器５に流入する冷媒を減圧するもので、本実施形態では、減圧器１２と同様な冷却器５の冷媒出口側における冷媒過熱度が所定値となるように絞り開度を調節する温度式膨脹弁を採用しているが、キャピラリチューブやオリフィス等の固定絞りを用いてもよい。
【００２４】
また、電磁弁１４は、蒸発器１３に接続された冷媒回路を開閉するものであり、送風機１５は空調装置用の送風手段であり、ヒータ１６は室内に吹き出す空気を加熱する加熱手段であり、エアミックスドア１７はヒータ１６を通過する空気量を調節するものである。なお、本実施形態に係るヒータ１６は、エンジンの廃熱等の車両で発生する廃熱を熱源とするものである。
【００２５】
因みに、本実施形態では、圧縮機１０を電動モータで駆動するとともに、冷房運転時には、ヒータ１６のコア部をエアミックスドア１７にて閉じて圧縮機１０の回転数を制御することにより室内に吹き出す空気の温度を制御し、暖房運転時や除湿運転時には、蒸発器にて空気を露点温度以下程度まで冷却した後、エアミックスドア１７の開度、つまりヒータ１６のコア部を通過する空気量を調節することにより室内に吹き出す空気の温度を制御する。
【００２６】
次に、本実施形態に係るバッテリ冷却装置の特徴的作動を述べる。
【００２７】
本実施形態に係るバッテリ冷却装置は、外気にてバッテリ１を冷却する外気冷却モード、内気にてバッテリ１を冷却する内気冷却モード、及び冷却器５にて冷却された室内空気によりバッテリ１を冷却する冷凍機冷却モードのいずれかのモードを適宜選択してバッテリ１を冷却するものである。
【００２８】
そして、電子制御装置は、基本的作動として、外気冷却モード→内気冷却モード→冷凍機冷却モードの順に冷却モードを実行してバッテリ１を冷却し、冷凍機冷却モードにおいても、バッテリ１を所定温度（例えば、４０℃）以下まで冷却できないときには、その旨の警告を乗員に発して車両を停止させる。以下、図２に基づいてバッテリ冷却装置の詳細作動を述べる。
【００２９】
車両の始動スイッチが投入されると同時に、内外気切替ユニット４を外気導入モードとして外気冷却モード状態とした後、バッテリ１の温度Ｔｂが所定温度（例えば、４０℃）以下か否かを判定し（Ｓ１、Ｓ２）、電池温度Ｔｂが所定温度以下の場合には、送風機３の送風量を現状よりも一段階低下させる（Ｓ３）。なお、Ｓ３にて送風機３が停止状態である場合には、停止状態を維持する。
【００３０】
一方、電池温度Ｔｂが所定温度より高い場合には、室外空気の温度が所定温度（例えば、２５℃〜２６℃）以下であるか否かを判定し（Ｓ４）、外気温度が所定温度より高いときには、内気導入モードとして内気冷却モードにてバッテリ１の冷却を試みるとともに、送風機３の送風量を現状よりも一段階上昇させる（Ｓ５、Ｓ６）。なお、送風能力が既にＨｉ（最大送風量）である場合には、その送風能力を維持する。
【００３１】
次に、空調装置、つまり圧縮機１０が稼動しているか否かを判定し（Ｓ７）、圧縮機１０が停止している場合には、電池温度Ｔｂが所定温度以下か否か、つまり内気冷却モードにてバッテリ１を冷却できるか否かを判定して（Ｓ８）、電池温度Ｔｂが所定温度以下のときには、Ｓ１に戻る。
【００３２】
一方、電池温度Ｔｂが所定温度より高いときには、内気冷却モードのまま、電池温度Ｔｂが所定温度以下となるように、第２中間風量以下の範囲で送風能力を上昇させる（Ｓ９〜Ｓ１１）。
【００３３】
ここで、第２中間風量とは、室内の乗員が大きな不快感を感じない騒音範囲内における最大送風量に対応する送風量に設定されている。
【００３４】
そして、内気冷却モードとし状態で第２中間風量にて送風しても電池温度Ｔｂが所定温度以下まで低下しないときには、電磁弁１４を閉じた状態で圧縮機１０を強制稼動させて冷却器５で冷却能力を発生させ、冷凍機冷却モードにてバッテリ１を冷却する（Ｓ１２）。なお、冷凍機冷却モード移行しても電池温度Ｔｂが所定温度以下に低下しないときは、最大風量にてバッテリ１を冷却する（Ｓ１３、１４）。
【００３５】
また、Ｓ７にて圧縮機１０が稼動しているものと判定されたときは、内気冷却モードのまま、電池温度Ｔｂが所定温度以下となるまで送風能力を増大させる（Ｓ１５、Ｓ１６）。
【００３６】
なお、室外空気の温度が所定温度以下である場合には、外気冷却モードにてバッテリ１を冷却し得るので、外気導入モードとしたまま、電池温度Ｔｂが所定温度以下となるまで送風能力を増大させる（Ｓ１７〜Ｓ１９）。
【００３７】
次に、本実施形態の作用効果を述べる。
【００３８】
本実施形態では、車室内空気を吸引してバッテリ１に送風する内気送風モードと、車室外空気を吸引してバッテリ１に送風する外気送風モードとを切り替えてバッテリ１を冷却するとともに、内気送風モード時のみ冷却器５にて空気を冷却するので、日射や排気管の熱等の外乱から大きく影響されることなくバッテリ１を冷却することができる。
【００３９】
延いては、バッテリ１の放熱面積、すなわち表面積を大きく増大させることなく、バッテリ１を十分に冷却することができるので、バッテリの大型化及び製造原価上昇を抑制しつつ、冷却風騒音を低減することができ得る。
【００４０】
また、内外気切換ドア４ｃにて冷却器５を通過する空気量を調節することができるので、冷却器５に流れ込む冷媒量を調節するバルブを廃止することができ得る。
【００４１】
（参考例）
本参考例は、図３に示すように、冷却器５を送風機３の空気流れ下流側に配置するとともに、切換ドア６により冷却器５を通過する冷却風を制御するものである。
【００４２】
つまり、外気冷却モード及び内気冷却モードには、切換ドア６により冷却器５のコア部を塞いで送風機３から送風された冷却風を冷却器５を迂回させてバッテリ１に供給し、冷凍機冷却モードには、送風機３から送風された冷却風の略全量を冷却器５に導いて冷却風を冷却してバッテリ１冷却する。
【００４３】
したがって、本参考例において、外気導入モードとした状態で切換ドア６により冷却器５のコア部を塞いて送風機３を稼動させて外気冷却モードを実施し、内気導入モードとした状態で切換ドア６により冷却器５のコア部を塞いて送風機３を稼動させて内気冷却モードを実施し、内気導入モードとした状態で送風機３から送風された冷却風の略全量を冷却器５に導いて冷凍機冷却モードを実施する。
【００４４】
なお、図４は、図３に示すバッテリ冷却装置を、第１実施形態に係るバッテリ冷却装置と同じように作動させるための制御フローチャートである。
【００４５】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、送風能力を段階的に制御したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば送風能力を無段階的に制御してもよい。
【００４６】
また、上述の実施形態では、外気導入モードからバッテリ冷却を始めたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば内気温度と外気温度をとを比較し、内気温度が外気温度より低いときには内気導入モードからバッテリ冷却を実施する等してもよい。
【００４７】
また、上述の実施形態では、冷却器５として蒸発器を採用するとともに、圧縮機１０を空調用の圧縮機１０と共用したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４８】
また、本発明は、バッテリ冷却装置において、冷却器５を通過した空気をバッテリ１に流すようにし、内外気のうち内気のみが冷却器５を通過することを特徴とするものであるので、本発明は上述の実施形態に示されたものに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るバッテリ冷却装置の模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るバッテリ冷却装置の制御を示すフローチャートである。
【図３】 本発明の参考例に係るバッテリ冷却装置の模式図である。
【図４】 本発明の参考例に係るバッテリ冷却装置の制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…バッテリ、２…ケーシング、３…送風機、４…内外気切替ユニット、
５…冷却器（蒸発器）、１０…圧縮機、１１…放熱器、１２…減圧器、
１３…空調用蒸発器、１４…電磁弁、１５…空調用送風機。

Claims (3)

1. 空調装置用の蒸発器（１３）及び前記空調装置用の蒸発器（１３）を通過した冷媒を吸入し、圧縮する圧縮機（１０）を有する空調装置用の蒸気圧縮式冷凍機を備える車両に搭載されたバッテリ（１）を冷却するバッテリ冷却装置であって、
   前記バッテリ（１）を収納し、バッテリ冷却用空気の通路を構成し、前記バッテリ（１）の冷却を終えた空気を車外に放出するケーシング（２）と、
   前記ケーシング（２）内の通路に設けられ、前記バッテリ（１）に空気を送風する送風機（３）と、
   前記送風機（３）の吸入側に設けられ、前記送風機（３）に供給する車室内空気量と前記送風機（３）に供給する車室外空気量とを制御する内外気切替ユニット（４）と、
   前記内外気切替ユニット（４）の内気吸入口（４ａ）側から前記送風機（３）の吸入口側に至る空気通路に設けられ、前記内気吸入口（４ａ）からの車室内空気を冷却する冷却手段（５）とを備え、
   前記冷却手段（５）は、前記空調装置用の蒸発器（１３）とは別に設けられるバッテリ冷却専用の冷却手段であって、前記空調装置用の蒸気圧縮式冷凍機内を循環する冷媒の一部を導入することにより冷凍能力を得る蒸発器にて構成されており、
   前記内外気切替ユニット（４）により前記送風機（３）に車室外空気が供給される外気導入状態として車室外空気にて前記バッテリ（１）を冷却する外気冷却モード、
   前記内外気切替ユニット（４）により前記送風機（３）に車室内空気が供給される内気導入状態として車室内空気にて前記バッテリ（１）を冷却する内気冷却モード、
   及び前記内外気切替ユニット（４）により前記送風機（３）に車室内空気が供給される内気導入状態として前記冷却手段（５）にて冷却された車室内空気により前記バッテリ（１）を冷却する冷凍機冷却モードのいずれかのモードを選択するモード設定手段を有しており、
   前記モード設定手段は、前記内気冷却モードにおいて前記バッテリ（１）の温度（Ｔｂ）が所定温度まで低下しないときに前記圧縮機（１０）を強制稼働させて前記冷凍機冷却モードを選択することを特徴とするバッテリ冷却装置。
2. 前記外気冷却モード、前記内気冷却モード及び前記冷凍機冷却モードにおいて、それぞれ、前記送風機（３）の風量を前記バッテリ（１）の温度（Ｔｂ）に応じて制御することを特徴とする請求項１に記載のバッテリ冷却装置。
3. 前記蒸気圧縮式冷凍機に、前記空調装置用の蒸発器（１３）に接続された冷媒回路を開閉する電磁弁（１４）が設けられており、
   前記圧縮機（１０）の強制稼働時に前記電磁弁（１４）を閉弁状態とすることを特徴とする請求項１又は２に記載のバッテリ冷却装置。

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