JP5685199B2 - 特に電気自動車のバッテリの冷却装置およびそうした装置を有する車両 - Google Patents

Description

本発明は、特に電気モータ自動車、ハイブリッドあるいは全電気自動車の１個または複数個のバッテリの冷却装置に関する。

電気モータを備えた車両はバッテリによって電力が供給される。バッテリの初期価格を考えるとバッテリの寿命が極めて重要である。
温度変化に対して極めて敏感なこれら電気化学的バッテリは、通常、温度範囲２０〜４０℃、あるいはさらに狭い２０〜３０℃の温度範囲で最適に動作するよう設計されている。
４０℃より高い温度はリチウム電池の性能を向上させることができるが、劣化の速度を速めるので、４０℃は長寿命を確保するためには既に高温である。

ＮｉＭＨ（またはＮｉＣｄ）タイプのバッテリに対して、４０℃より高い温度は、バッテリの充電容量に影響し温度の上昇を加速する。
それらバッテリのサイズおよび重量（一般的には、走行距離１００〜１５０ｋｍの１５〜２０ｋＷｈのバッテリの重量は１５０〜２００ｋｇである。）が比較的大きいことから、これらのバッテリは温度がゆっくりと上昇するが、冷却は困難である。

熱の発生は、電流の二乗に比例し、電力は電流に比例するので、熱の発生は電力の二乗に比例する。
したがって、バッテリへの非常に急速な充電（およそ１５分以内）により、バッテリ内で多大な熱の発生が引き起こされかねない。
バッテリへの急速な充電を行なうシステムの場合、運転者は、車両を使用してバッテリが完全に放電した後にバッテリを急速に充電して、車両を１日に数回使用することがある。

この場合、バッテリの温度は上昇を続け、バッテリは許容最高温度に到達する。バッテリはこのバッテリの２回の急速充電サイクルの間冷却する時間がない。
従って、バッテリの寿命を保つために、バッテリは冷却する必要がある。

特許文献第US5 834 132号は、モータ車両のバッテリの温度を制御するシステムを提案している。
このシステムは、バッテリのセル間を循環する冷却回路を提案しており、この回路には、容器から冷却液が供給される。
冷却液を循環させるために、ポンプが必要である。
冷却液はラジエータおよびそれに連結された扇風機によって、外部の空気で冷却される。

然しながら、有効な冷却を確保するために、ラジエータの寸法と扇風機の能力はよく考慮しなければならない。外気と冷却液の温度差、およびバッテリと冷却液の温度差は、比較的小さい。
この結果は、比較的そうしたシステムの容積が大きく重量も重くなる。さらに、システムが、サイズの大きい冷却回路、ポンプ、ラジエータ、換気扇のため、および、必要な弁類のために複雑で高価となってしまう。

さらに、継続的な急速充電の場合、非常に短時間で非常に大量の熱が発生するため、そうしたシステムは、バッテリの冷却が十分効率的ではない。

その他の既知の冷却装置において、１個または複数個のバッテリの冷却に車両の空調システムが用いられる。
この装置は、Ｆｏｒｄ Ｅｓｃａｐｅ Ｔｙｐｅの車両に取り付けられ、図１に図示されている。

この装置は、客室の外側に配置された凝縮装置３と、コンプレッサ６によって圧縮された例えばフレオンといった冷却剤が流れる２本のダクト４、５によって接続された、客室２内に配置された蒸発器１を有する。
２本のダクト４、５は、バッテリ１１を収納するケーシング１０の内側を冷却する蒸発器９に接続された２本の分岐ダクト７、８に接続されている。
ホルダー１２、１３は、ダクト４、５、７、８内の冷却剤の流れを調節することを可能とする。

この冷却装置の欠点は、バッテリを収納するケーシング１０内に蒸発器９が配置されていることで、このため、ケーシング１０の容積が増加し、蒸発器９と冷却剤の分岐回路との間の接続が複雑となるため、ケーシング１０を車両から取り外したい場合に問題を引き起こす。
本発明の目的は、これらの欠点を是正することである。

この目的は、本発明に従って、モータ車両、特に電気自動車の１個または複数個のバッテリを冷却するための装置によって達成される。即ち、該冷却装置は、空調設備を含み、該空調設備の蒸発器が、車両の客室を冷却するに適し、かつ筐体に収容されており、１個または複数個のバッテリはケーシング内に配置されており、この装置の特徴は、蒸発器の筐体はダクトに連結し、ダクトの出口は、１個または複数個のバッテリが収容されているケーシングの少なくとも１つの外面上に設けられた熱交換領域の方向に向けられていることである。

従って、蒸発器で作られた冷気の一部分は、蒸発器を入れた筐体から引き出され、ダクトを経由してケーシングの少なくとも一面上に設けられた熱交換領域に送られる。このような構成が１個または複数個のバッテリの冷却を可能としている。
このため、ケーシングは第２の蒸発器を含まず、このケーシングの製造を単純化することを可能としている。

本発明の好ましい態様において、前記熱交換領域は、前記ダクトの出口に面して配置された前記ケーシングの外側部分と、前記ケーシングの内側に面して配置された部分とからなっている。

本発明の特に有利な実施形態によれば、前記熱交換領域は、ラジエータからなり、ラジエータは金属基板を有し、この金属基板は、その一面上に前記ダクトの出口の方向へ向けられた第１の一連のフィンと、基板の反対面上に前記ケーシングの内側方向へ向けられた第２の一連のフィンとが設けられている。
従って、第１の一連のフィンは、ラジエータをダクトから出る冷気によって冷却可能とし、第２の一連のフィンは、今度はケーシング内に含まれる空気を冷却可能とするので、１個または複数個のバッテリを効果的に冷却することが出来る。
この実施形態において、前記ラジエータは、前記ダクトの出口に面して設置された前記ケーシングの外壁に、ケーシングを密封する様式で連結されている。

ラジエータのフィンと１個または複数個のバッテリの間の熱交換は、空気の自然対流または扇風機による強制対流によって達成できる。
この熱交換は、また、金属構造またはヒートパイプを用いた伝導によっても達成される。

本発明による装置の改良例において、１個または複数個のバッテリを収容するケーシングの外壁の少なくとも一面には、ケーシングの内側を外気とを連通させるために、開放可能な少なくとも１個のフラップを有している。
従って、外気が冷たい場合、前記フラップを開けてケーシングの内側を冷たい外気で冷却することができる。この結果、車両の空調のスイッチを切ることが可能となるので、エネルギーの節約を実現できる。

別の態様によれば、本発明はまた、本発明による冷却装置を有するモータ車両、特に、電気自動車に関する。
この車両の好ましい形態において、１個または複数個のバッテリを収容するケーシングは、この車両に着脱可能な状態で取り付けられている。ケーシングには蒸発器を含まず、ラジエータ（あるいは、前記熱交換領域）は空調装置のその他の部分から物理的に切り離されているので、これにより車両に問題は発生しない。
本発明のその他の特別の特徴や利点は、以下の明細書の記載を通して明らかとされる。

図１は従来の冷却装置を示す図である。 図２は本発明による冷却装置の図である。 図３は、改良された冷却装置の図である。

添付の図面は、非限定的な例として示している。
図２および図３の図面において、図１に示す既知の冷却装置と同一の要素は、同じ参照番号を付した。
従って、図２、３と図１の間で共通の要素は、再度説明はしない。

図２および図３に示す実施形態において、モータ車両、特に電気自動車の１個または複数個のバッテリの冷却のための装置は、空調設備を含み、該空調設備の蒸発器１は、車両の客室２を冷却するに適し、かつ筺体１３に収容されている。
筺体１３は、冷気を客室２に拡散するための出口（図示していない）を有する。

本発明によれば、蒸発器１の筺体１３はダクト１４に連結され、ダクトの出口１４ａは、バッテリ１１を収容するケーシング１０の外表面１６に設けられた熱交換領域１５に向けられている。
この熱交換領域１５は、ダクト１４の出口１４ａに対向して配置されたケーシング１０の外側部分と、ケーシング１０の内側に面して配置された内側部分と、を有する。

図２および図３に示した例において、熱交換領域１５は、金属基板１７を有するラジエータからなり、金属基板１７の一面には、ダクト１４の出口１４ａ方向に向けて設置された第１の一連のフィン１８と、金属基板１７の反対面には、ケーシング１０の内側方向に向けて設置された第２の一連のフィン１９とが取り付けられている。

ラジエータ１５は、ダクト１４の出口１４ａに面して位置しているケーシング１０の外壁に、ケーシングを密封する様式で連結されている。
ラジエータ１５のフィン１９とバッテリ１１との間の熱交換は、自然対流または扇風機による強制対流によって得られる。
この熱交換は、ラジエータ１５のフィン１９とバッテリ１１の間で、金属構造またはヒートパイプによる伝導によっても達成される。

図３に示す形態において、バッテリ１１を収容するケーシング１０の外壁の一部にフラップ２０を有し、外気温度がバッテリ１１を冷却するに十分な低温な時、ケーシング１０の内側と外気とを連通させるためにフラップ２０を開放可能な構成としている。
バッテリ１１を収容するケーシング１０は、例えば、ダクト１４が可能な限り短くなるように、空調設備の筺体１３のほぼ直下の車両の床２１の下側に、着脱可能に取り付けられている。

ケーシング１０の着脱可能な連結は、特別な問題を引き起こすことはない。なぜなら、図１に示す従来の例と異なり、ケーシング１０と空調設備の残余の間には物理的な連結は無いからである。

ここで、本発明による冷却装置の操作について、図３を参照して説明する。
回路４、５のホルダー１２が作動している時、フレオンといった冷却剤は蒸発器１の内部を流れ、このことによって、客室２を冷却し、冷気をダクト１４に送る効果が得られる。

ダクトの出口１４ａを離れる冷気はラジエータ１５のフィン１８を冷却し、ラジエータ１５のフィン１９は、ケーシング１０に含まれる空気を冷却し、その冷気が自然対流あるいは扇風機による強制対流によって、バッテリ１１を冷却する。

こうして、冷却装置はバッテリが４０℃程度の温度を超えることを防ぐことを可能とし、一方、車両の走行中客室２を冷却することをも可能としている。

車両が停止している場合、この装置は、バッテリを急速に再充電するサイクルの間、バッテリ１１を効率的に冷却することも可能である。
この場合、コンプレッサ６を駆動するために車両のモータを動かし、客室２を不必要に冷却することを防止するために筺体１３の出口を閉止するだけでよい。

外気温度が十分低温であれば、ケーシング１０のフラップ２０を開き、車両の空調のスイッチを切ることができる。
特に、この場合は、ケーシング１０内の空気と、ケーシング内に位置するバッテリ１１を冷却できるほど外気が十分低温である。

Claims (7)

1. モータ車両、特に電気自動車の１個または複数個のバッテリ（１１）を冷却するための装置であって、
   空調設備と、
   前記空調設備の蒸発器（１）であって、車両の客室（２）を冷却するように構成され、かつ筺体（１３）に収容された蒸発器（１）と、
   前記１個または複数個のバッテリを収納するケーシング（１０）と、
   を備え、
   前記蒸発器（１）の筺体（１３）はダクト（１４）に連結し、ダクトの出口（１４ａ）は、１個または複数個のバッテリ（１１）を収容するケーシング（１０）の少なくとも１つの外面（１６）上に設けられた熱交換領域（１５）の方向に向けられており、
   前記熱交換領域（１５）はラジエータからなり、ラジエータは金属基板（１７）を有し、この金属基板（１７）は、その一面に前記ダクト（１４）の出口（１４ａ）方向に向けられた第１の一連のフィン（１８）と、その反対面に前記ケーシング（１０）の内側方向に向けられた第２の一連のフィン（１９）とが設けられている、
   装置。
2. 前記ラジエータ（１５）は、前記ダクト（１４）の出口（１４ａ）に面して位置しているケーシング（１０）の外壁に、ケーシングを密封する様式で連結されている、請求項１に記載の装置。
3. ラジエータ（１５）のフィン（１９）と１個または複数個のバッテリ（１１）との間で、対流によって熱交換する手段を有する、請求項１または２に記載の装置。
4. ラジエータ（１５）のフィン（１９）と１個または複数個のバッテリ（１１）の間で伝導によって熱交換する手段を有し、これら手段は金属構造またはヒートパイプを含む、請求項１または２に記載の装置。
5. １個または複数個のバッテリ（１１）を収容するケーシング（１０）の少なくとも一つの外壁に、ケーシング（１０）の内側と外気とを連通させるため、開放可能な少なくとも１個のフラップ（２０）を有する、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の装置。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の冷却装置を取り付けたモータ車両、特に電気自動車。
7. １個または複数個のバッテリ（１１）を収容するケーシング（１０）が、車両に着脱可能に取り付けられている、請求項６に記載のモータ車両。

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