JP4304246B2 - 車両のバッテリ冷却システム - Google Patents

Description

本発明は、車両のバッテリ冷却システムに関するものである。

例えばハイブリッド車両や電気自動車のように駆動源の一部又は全部にモータを使用している車両は、バッテリから供給される電力によってモータを駆動させて走行している。

しかし、バッテリは充放電のたびに発熱するので、バッテリ温度上昇による性能及び寿命の低下を防止するためにバッテリを冷却する必要がある。

そこで、車室内の空調を行う空調装置を用いて車室内に冷風を供給して、この車室内の空気を必要に応じて冷却ファンによってバッテリ収納室へ供給することでバッテリを冷却する技術が特許文献１に記載されている。
特開平１０−３０６７２２号公報

しかし、このような技術ではバッテリの冷却のために専用の冷却ファンを設けており、バッテリを冷却するときは常に冷却ファンが作動することになるので、電力消費が著しく燃費が悪化する。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、車室内から車外へと空気を排出させる通路内にバッテリを設け、冷却ファンを作動させないときであっても、バッテリを冷却することができる車両のバッテリ冷却システムを提供することを目的としている。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

本発明は、車室内に外気を導入する外気導入通路（３）と、車両（３０）の負荷部へ電力を供給するバッテリ（１）と、バッテリ（１）を経由するように設けられた、車室内の大部分の空気を車外へ排出するダクト（５、２２）と、ダクト（５、２２）に連結され、バッテリ（１）を収納するバッテリ収納室（９）と、車室内とバッテリ収納室（９）とを連通する連通路（６）と、連通路（６）の内部に設けられ、車室内の空気を強制的に吸入してバッテリ収納室（９）へ供給することでバッテリ（１）を冷却する空気供給手段（７）と、を備え、ダクト（５、２２）は、車室内の空気をバッテリ収納室（９）を介して車外へと排出する、ことを特徴とする。

本発明によれば、バッテリ冷却用ダクトを車室内の大部分の空気を車外へ排出する換気用通路の一部としたことにより、外気導入通路から車室内に流入した空気が車外へ排出されるときにはその大部分が当該ダクトを通流する。よって、バッテリ冷却用のファンを作動させなくても車室内から車外へと流れる自然な空気の流れによってバッテリを冷却することができるので、バッテリ冷却用ダクトを新たに設ける必要がなくコストを低減することができる。

また、車室内と車外とを連通する換気用通路を流れる排出空気によってバッテリを冷却するので、電力消費を抑制して燃費を向上させることができる。

以下では図面等を参照して本発明の実施の形態について詳しく説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明による車両のバッテリ冷却システムの第１実施形態を示す構成図である。本装置はバッテリ１と、空調装置２と、外気導入通路３と、外気導入ファン４と、冷却ダクト５と、連通路６と、冷却ファン７と、コントローラ８とを備えている。

バッテリ１は、車両３０の駆動力の一部又は全部を発生しているモータに電力を供給しており、エンジンの駆動力や回生エネルギーの回収による発電電力によって充電される。バッテリ１は、冷却ダクト５の一部を構成するバッテリ収納室９の中に格納されている。バッテリ１は複数の連通穴を有しており、この連通穴を空気が通過することによって効率よく冷却される。また、バッテリ１にはバッテリ温度を検出する温度センサ１０が備えられている。

空調装置２は、車両３０の車室内の温度を調節する装置である。空調装置２は、内部に外気導入通路３と外気導入ファン４とを備えている。空調装置２は、外気を車室内に導入する外気導入モードと車室内の空気を循環させる内気循環モードとを備えている。

外気導入通路３は、空調装置２が外気導入モードのときに外気を車室内に導入するための通路であり、空調装置２の中に設けられている。

外気導入ファン４は、空調装置２が外気導入モードのときに作動して外気を車室内に導入する。

冷却ダクト５は、車室内の空気を車室外へ排出する排出経路の一部であり、車室内の空気をバッテリ収納室９へ通流可能なようにバッテリ収納室９に連結されている。冷却ダクト５の車室内側は車室内のリアパーセル１５に設けられた通気口１４に開口し、冷却ダクト５の車室外側はバッテリ収納室９に連結している。バッテリ収納室９は排気ダクト２２によってトランクルーム内と連通しており、トランクルームはドラフタ１６を介して車外と連通している。空調装置２が外気導入モードであるときには外気導入通路３から車室内に導入された空気は冷却ダクト５からバッテリ収納室９を通って車室外へと排出される。この空気の流れによってバッテリ１は冷却されている。

なお、連通路６は冷却ファン７が停止している時には冷却ファン７が抵抗となって空気の流通が制限されるため、冷却ダクト５が車室内から車外へと排出される空気の全量が流れる唯一の冷却ダクトとなる。しかし、実際には車体隙間部分からの漏れやダクトレイアウト上の制約等が考えられるので、車室外への排出空気の大部分が通過するような冷却ダクト５であればよい。

連通路６は、車室内とバッテリ収納室９とを連通するように設けられており、内部に冷却ファン７を備えている。

冷却ファン７は、連通路６の中に設けられており、車室内の空気を強制的にバッテリ収納室９へと供給する空気供給手段である。冷却ファン７は、冷却ダクト５を通流する空気量が不足してバッテリ冷却能力が不足しているときに作動して適切な冷却能力になるように空気量を補う。

コントローラ８は、温度センサ１０から受信したバッテリ温度に基づいて冷却ファン７及び外気導入ファン４の作動及び風量を制御している。

本実施形態の車両３０は、エンジンとモータとを駆動源とするハイブリッド車両である。ここで、図２を参照して車両３０に搭載されるハイブリッド装置の構成を説明する。図２は、本実施形態の車両に搭載されるハイブリッド装置の構成を示した構成図である。ハイブリッド装置４０は、バッテリ１と、エンジン１７と、第１モータ１８と、第２モータ１９と、インバータ２０とを備えている。

バッテリ１は、第１モータ１８及び第２モータ１９に電力を供給しており、エンジン１７の駆動力を利用した第１モータ１８による発電及び駆動輪２１の回転を利用した第２モータ１９による回生によって充電される。

エンジン１７は、駆動輪２１に対して駆動力を発生させるとともに第１モータ１８を回転させて発電を行っている。

第１モータ１８は、エンジン１７の始動及びエンジン１７の駆動力による発電を行っている。

第２モータ１９は、駆動輪２１に対して駆動力を発生させるとともに、車両加速時の駆動力補助及び車両減速時の回生を行っている。

インバータ２０は、バッテリ１から供給される直流電流を変換して第１モータ１８及び第２モータ１９へ３相交流電流を供給している。

ハイブリッド装置４０は、車両走行時には車両３０の運転状態に応じてエンジン１７と第２モータ１９との発生駆動力を変化させ、車両減速時には駆動輪２１の回転力によって第２モータ１９で発電することで回生エネルギーを回収している。バッテリ１は第１モータ１８及び第２モータ１９に対して電力を供給し、また第１モータ１８及び第２モータ１９の発電電力によって充電されているので、第１モータ１８及び第２モータ１９の力行及び回生時に発熱する。

次に、コントローラ８で行う制御について図３を参照しながら説明する。図３は車両のバッテリ冷却システムの本実施形態における制御を示したフローチャートである。なお、本制御は所定時間（例えば１０ｍｓ）ごとに繰り返し行われている。

ステップＳ１０１では、バッテリ温度を検出する温度センサ１０の検出値を読み込む。

ステップＳ１０２では、ステップＳ１０１で読み込んだバッテリ温度が所定温度より低いか否かを判定する。バッテリ温度が所定温度より低ければステップＳ１０３へ進み、バッテリ温度が所定温度以上であればステップＳ１０４へ進む。ここで、所定温度とはバッテリ１が十分な性能を発揮することができる作動温度の下限値のことである。なお、所定温度は予め実験などによって求めておく。

ステップＳ１０３では、空調装置２を内気循環モードに設定して処理を終了する。ここで、バッテリ１は所定温度より低温の時には性能が低下するので、例えば車両起動時のようなバッテリ１が低温のときには所定温度に上昇するまでバッテリ１の冷却を中止する。

ステップＳ１０４では、空調装置２を外気導入モードに設定する。ここで、バッテリ１が所定温度以上、すなわち作動温度にあるときにはバッテリ１を冷却する必要があるので、外気を導入して車室内から冷却ダクト５を通して車室外へと流すことでバッテリ１を冷却する。

ステップＳ１０５では、バッテリ温度が許容温度より高いか否かを判定する。バッテリ温度が許容温度より高ければステップＳ１０６へ進み、バッテリ温度が許容温度以下であれば処理を終了する。ここで、空調装置２の外気導入モードによって車室内に導入された空気によるバッテリ１の冷却能力が十分であれば、バッテリ温度は一定の作動温度範囲を維持する。しかし、バッテリ１の充放電電流が大きくなったときや、車両３０の速度が低下して外気導入される空気量が減少したときなどには、バッテリ１の冷却能力が不足してバッテリ温度が上昇する。そして許容温度を超えるとバッテリ１の性能が低下するので強制的に空気を供給する必要があると判断する。なお、許容温度は予め実験などによって求めておく。

ステップＳ１０６では、冷却ファン７を作動させて処理を終了する。ステップＳ１０６では、ステップＳ１０５においてバッテリ温度が許容温度を超えたと判断されたので不足している冷却能力を補うために冷却ファン７によってバッテリ１に強制的に空気を供給する。冷却ファン７の風量は空気量の不足分のみを発生させるように、例えばバッテリ温度が許容温度より少しだけ低い温度を維持するように制御される。なお、ステップＳ１０６で冷却ファン７を作動させるときにはステップＳ１０４において空調装置２を外気導入モードに設定しているので、冷却ファン７によって車室内の空気を強制的に排出しても車室内に圧力変化を生じて搭乗者に不快感を与えることはない。

以上の制御をまとめて作用を説明する。なお、理解を容易にするために図３のフローチャートに対応する符号を括弧内に示した。温度センサ１０によってバッテリ温度を検出して所定温度より低いか否かを判定する（Ｓ１０１、Ｓ１０２）。バッテリ温度が所定温度より低ければ、空調装置２を内気循環モードに設定してバッテリ１の冷却を中止する（Ｓ１０３）。バッテリ温度が所定温度以上であれば、空調装置２を外気導入モードに設定して車室内から冷却ダクト５を通って車室外へと排出される空気の流れによってバッテリ１を冷却する（Ｓ１０４）。その後、バッテリ温度が許容温度より高いか否かを判定して（Ｓ１０５）、バッテリ温度が許容温度より高ければ、冷却ファン７を作動させてバッテリ１の冷却能力を向上させる（Ｓ１０６）。バッテリ温度が許容温度以下であれば、処理を終了する。

以上のように本実施形態では、空調装置２が外気導入モードになっているときは車室内から冷却ダクト５を通って車室外へと排出される空気の流れによってバッテリ１を冷却することができるので、冷却ファン７を作動させる必要がない。よって、冷却ファン７による電力消費がないので燃費を向上させることができる。

また、バッテリ１は冷却ダクト５に連結されたバッテリ収納室９の内部に格納されているので冷却ダクト５を通流する空気によって効率よく冷却される。

さらに、バッテリ冷却用の空気量が不足するときには冷却ファン７によって強制的に車室内の空気を供給して不足する空気量を補うので、バッテリ１を確実に冷却することができる。

さらにまた、冷却ファン７は不足する空気量のみを補うように作動するので消費電力を抑制して燃費を向上させることができる。

さらにまた、バッテリ温度に基づいて空調装置２の内気循環モードと外気導入モードとを切り替えるので、車両起動時などのバッテリ温度が低いときはバッテリ１を冷却することを防止して、バッテリ１を迅速に作動温度に到達させることができる。

さらにまた、バッテリ温度に基づいて冷却ファン７の作動を制御するので、冷却ファン７を無駄に作動させることなく消費電力を抑制して燃費を向上させることができる。

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。

例えば、第１実施形態では、連通路６は車室内とバッテリ収納室９とを連通するように設けられているが、これに限定されることなく冷却ダクト５から分岐するように設けてもよい。

さらに車両３０は、電動モータによって駆動力を発生させるタイプのものに限定されることなく、通常のエンジン搭載車両に適用してもよい。

本発明による車両のバッテリ冷却システムの第１実施形態を示す構成図である。 第１実施形態の車両に搭載されるハイブリッド装置の構成を示した構成図である。 第１実施形態の制御フローチャートである。

符号の説明

１ バッテリ
２ 空調装置
３ 外気導入通路
４ 外気導入ファン
５ 冷却ダクト（ダクト）
６ 連通路
７ 冷却ファン（空気供給手段）
８ コントローラ
９ バッテリ収納室
１０ 温度センサ（バッテリ温度検出手段）
１４ 通気口
１５ リアパーセル
１６ ドラフタ
１７ エンジン
１８ 第１モータ
１９ 第２モータ
２０ インバータ
２１ 駆動輪
２２ 排気ダクト（ダクト）
３０ 車両
４０ ハイブリッド装置
Ｓ１０３ 外気導入通路開閉手段
Ｓ１０４ 外気導入通路開閉手段

Claims (2)

1. 車室内に外気を導入する外気導入通路と、
   車両の負荷部へ電力を供給するバッテリと、
   前記バッテリを経由するように設けられた、車室内の大部分の空気を車外へ排出するダクトと、
   前記ダクトに連結され、前記バッテリを収納するバッテリ収納室と、
   車室内と前記バッテリ収納室とを連通する連通路と、
   前記連通路の内部に設けられ、車室内の空気を強制的に吸入して前記バッテリ収納室へ供給することで前記バッテリを冷却する空気供給手段と、
   を備え、
   前記ダクトは、車室内の空気を前記バッテリ収納室を介して車外へと排出する、
   ことを特徴とする車両のバッテリ冷却システム。
2. 前記バッテリの温度を検出するバッテリ温度検出手段と、
   前記バッテリの温度が所定温度より低いとき、車室内の空気を循環させる内気循環モードを選択する一方、前記バッテリの温度が前記所定温度以上のとき、外気を車室内に導入する外気導入モードを選択し、さらに、前記バッテリの温度が前記所定温度より高く設定した許容温度より高いとき、前記空気供給手段を作動させる一方、前記バッテリの温度が前記許容温度以下のとき前記空気供給手段を非作動とする制御手段と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の車両のバッテリ冷却システム。

Images