JP6006927B2 - 電気自動車のバッテリー冷却ダクトフィルタリング装置、及びフィルタリング方法 - Google Patents

Description

本発明は、電気自動車のバッテリーを冷却するための冷却風をフィルタリングする電気自動車のバッテリー冷却ダクトフィルタリング装置、及びフィルタリング方法に関するものである。

電気自動車とは、広くモータとバッテリーなどの電気部品を利用して駆動させる車両であり、ハイブリッド自動車や充電して駆動する車両を包含する概念である。このような電気自動車は、バッテリーの冷却性能が車両の走行性能及び燃費に密接に関連し、特に、バッテリーの耐久性との関連が深く、バッテリーの冷却は非常に重要な課題である。しかし、バッテリーを適正温度に冷却するために空調装置を直接利用すると、これは逆にエネルギーの消耗により燃費の低下という結果が生じてくる。従って、バッテリーを冷却させることと共に、エネルギーを節約するために、室内の空気を利用してバッテリーを冷却する方向で技術開発がなされている。

しかし、この場合に、室内の埃を空気と一緒に流入するので冷却ファンの性能を充分に発揮できず、部品の耐久性を損なうという問題が発生する。実際、市販の電気自動車は、一定の使用期間が経つと冷却ファンが埃などで汚れて冷却ファンの性能を発揮することができず、車両の性能低下になる問題が発生している。これを整備するためにバッテリーモジュール自体を取り出してファンを入れ替えて装着するなどに対する苦情が発生している。

冷却ダクトにフィルターを付ける方法は、冷却する風量が減少してバッテリーの熱を除く効率を悪くするなど、問題を満足に解決できる技術は未だ提案されていない。そこで、バッテリーの冷却性能の向上と埃の流入防止ができる技術の開発が緊急の現実的な問題となっている。

電気自動車のバッテリー冷却に関しては、外部の空気を流入する入口を電気自動車の後方側に開放することにより、車両が前進するときに埃や水分の流入を１次的に減少させる提案〔特許文献１参照〕、二次電池、遠心多翼ファンおよび電動モータを収納するケーシング内に、二次電池および遠心多翼ファンと電動モータとを離隔する隔壁部材を設け、二次電池から電動モータへと熱が伝導することを防止することができるとともに、吸入口から吸入された塵埃が、電動モータに付着してしまうことを防止する提案〔特許文献２参照〕などがある。

特開２００５−０２６２０１号公報 特開平１１−１８５８３１号公報

このような問題点を解決すべくなされた本発明の目的は、バッテリーの冷却ダクトで室内の埃が流入することを遮断し、バッテリーに流入する冷却風に対する影響を最小限にして、冷却性能を維持しながら塵埃の流入を防止することができる電気自動車のバッテリー冷却ダクトフィルタリング装置、及びフィルタリング方法を提供することにある。

上記目的を達成すべくなされた本発明による電気自動車のバッテリー冷却ダクトフィルタリング装置は、電気自動車のバッテリーに冷却風（Ａ）を流入させる冷却ダクト（Ｄ）に設けられた埃センサー（１００）と、前記冷却ダクト（Ｄ）に設けられて冷却風（Ａ）をフィルタリングし、前記埃センサー（１００）による埃濃度とバッテリー温度によって制御される駆動部（２００）により前記冷却ダクト（Ｄ）を開閉できるように設置された可変フィルター（３００）と、前記埃センサー（１００）による埃濃度の計測値とバッテリー温度によって駆動部（２００）が制御され、埃濃度が所定値以上に感知されない場合には前記可変フィルター（３００）を折って前記冷却ダクト（Ｄ）を完全開放し、埃濃度が所定値以上に感知された場合にはバッテリー温度によって前記可変フィルター（３００）の開度を調節して前記冷却ダクト（Ｄ）を閉鎖ないし一部開放させる制御部と、を含んで構成され、前記バッテリー温度は、バッテリーセルの最大温度とバッテリーセル間の最大の温度差によって決められることを特徴とする。

可変フィルターは、冷却ダクトの内部に設置された駆動部によって回転される回転軸と、回転軸の両側に設けられて駆動部の作動によって折れるまたは広げる動作を行うフィルターウイングとを含むことができる。

一方、電気自動車のバッテリー冷却ダクトフィルタリング装置を利用したフィルタリング方法は、電気自動車バッテリーの冷却ダクトに設けられた埃センサーによる埃濃度の計測値を利用して埃濃度を感知する埃感知段階（Ｓ１００）と、埃濃度が所定値以上に感知されない場合には、前記埃センサーによる埃濃度とバッテリー温度によって制御される駆動部により、可変フィルターを折って前記冷却ダクトを完全開放する冷却ダクトの開放段階（Ｓ１２０）と、埃濃度が所定値以上に感知された場合には、バッテリー温度によって前記可変フィルターの開度を調節して冷却ダクトを閉鎖ないし一部開放させるフィルタリング段階と、を含んで構成され、前記バッテリー温度は、バッテリーセルの最大温度とバッテリーセル間の最大の温度差によって決められることを特徴とする。

ここで、前記のフィルタリング段階は、バッテリー温度が予め設定されたＡ値を越す場合、過熱であると判断して、一定時間可変フィルターを折って冷却ダクトを開放し、その後再びバッテリー温度を参考にして可変フィルターの開度を調節することができる。

また、前記のフィルタリング段階は、バッテリー温度が予め設定されたＡ値を越す場合には過熱であると判断して一定時間可変フィルターを折って冷却ダクトを開放し、その後再びバッテリー温度を参考にして、温度がＡより低く設定されたＢ値を越す場合に冷却ダクトを一部開放し、バッテリー温度がＢ値より低い場合に冷却ダクトを閉鎖することができる。

また、前記のフィルタリング段階は、バッテリー温度が予め設定されたＡ値を越さない場合には正常であると判断して一定時間可変フィルターを広げて冷却ダクトを閉鎖し、その後再びバッテリー温度を参考して可変フィルターの開度を調節することができる。

また、前記のフィルタリング段階は、バッテリー温度が予め設定されたＡ値を越さない場合に正常であると判断して一定時間可変フィルターを広げて冷却ダクトを閉鎖し、その後再びバッテリー温度を参考にして、温度がＡ値より低く設定されたＢ値を越す場合に冷却ダクトを一部開放して、温度がＢ値より低い場合に冷却ダクトを閉鎖することができる。

前記のフィルタリング段階は、埃濃度が所定値以上に感知された場合、バッテリーセル間の温度差によって可変フィルターの開度を調節して、冷却ダクトを閉鎖ないし一部開放させることができる。

また、前記のフィルタリング段階は、埃濃度が所定値以上に感知された場合バッテリー最大温度及びセル間の温度差によって可変フィルターの開度を調節して冷却ダクトを閉鎖ないし一部開放させることができる。

本発明の電気自動車のバッテリー冷却ダクトフィルタリング装置、及びフィルタリング方法によれば、フィルターの開度を選択的に調節することができて、埃の流入の遮断とバッテリーの冷却のいずれかを優先的に選択することができる。このような制御を複合的に行うことで、必要時に埃の流入を遮断し、あるいはバッテリーの状態によって冷却風を瞬間的に流入して温度を低めた後再び埃を遮断することで、埃の流入を著しく減らしながらもバッテリーの安全性と性能を確保することができるようになる。

本発明の一実施形態による電気自動車のバッテリー冷却ダクトフィルタリング装置の斜視図である。 図１に示した電気自動車のバッテリー冷却ダクトフィルタリング装置の作動モードを示した図面である。 同じく、図１に示した電気自動車のバッテリー冷却ダクトフィルタリング装置の作動モードを示した図面である。 同じく、図１に示された電気自動車のバッテリー冷却ダクトフィルタリング装置の作動モードを示した図面である。 本発明の一実施形態による電気自動車のバッテリー冷却ダクトフィルタリング方法を示したフロー図である。

以下、添付した図面を参照して本発明の好ましい実施形態による電気自動車のバッテリー冷却ダクトフィルタリング装置、及びフィルタリング方法を説明する。
図１は、本発明の一実施形態による電気自動車のバッテリー冷却ダクトフィルタリング装置の斜視図である。バッテリー冷却ダクトフィルタリング装置は、電気自動車のバッテリーに冷却風Ａが流入する冷却ダクトＤに設けられ埃を感知する埃センサー１００と、冷却ダクトＤに設けられて冷却風Ａをフィルタリングして、駆動部２００を通じて冷却ダクトＤを開閉できるように設置された可変フィルター３００と、埃センサー１００の埃濃度計測値とバッテリー温度によって駆動部２００を制御するが、埃濃度が所定値に感知されない場合には可変フィルター３００を折って冷却ダクトＤを完全開放し、埃濃度が所定値以上感知されたときにバッテリー温度によって可変フィルター３００の開度を調節して冷却ダクトＤを閉鎖ないし一部開放させる制御部と、を含んで構成される。

冷却ダクトＤは、室内、室外、空調装置など冷却空気の取入れ口からの冷却風Ａをバッテリーに案内してバッテリーを冷却するための手段として、バッテリーの冷却風流入口と連結される。

このような冷却ダクトＤを通じて冷却風Ａがバッテリーに流入されるが、冷却風には埃、その他の異物が浮遊していてバッテリーに直接供給されると、冷却ファンの周辺で埃が堆積して冷却性能を低下させる原因となる。
これを防止するために本発明では、冷却ダクトＤの入口側に埃センサー１００を設置している。埃センサー１００は、レーザーなどを利用して流入した空気の埃濃度を測定する機能を有している。

また、冷却ダクトＤには、駆動部２００と、これに連結された可変フィルター３００が設けられて、選択的に冷却風Ａをフィルタリングするようになる。
制御部は、埃センサー１００による埃濃度の計測値とバッテリー温度センサーの温度の伝達を受けて、現在のバッテリーに埃が多く流入しているか、バッテリーの温度が正常であるかを判断する。そして、そのような判断を基礎にして駆動部２００の作動を制御することで、可変フィルター３００の開度を調節し、冷却風をフィルタリングされずに１００％そのまま流入するか、あるいは一部または全てをフィルタリングして流入するようにする。

このような可変フィルター３００は、冷却ダクトＤの内部に設置され、駆動部２００によって回転する回転軸３２０と、回転軸３２０の両側に設けられ駆動部２００の作動によって折るあるいは広げる動作を行うフィルターウイング３４０と、を含んで構成することができる。

図２ないし図４は、図１に示した電気自動車のバッテリー冷却ダクトフィルタリング装置の作動モードを示した図面である。図２は、バッテリーに埃の流入が所定濃度以下である、あるいはバッテリーの冷却が緊急に必要である場合であり、駆動部２００を作動させてフィルターウイング３４０を折ることで、冷却風Ａがフィルタリングされずに１００％の風速と風量を持って流入することができる。

図３は、埃がある程度流入してくるが、バッテリーの冷却も同時に必要な場合であり、フィルターウイング３４０の開度が調整されて、冷却風Ａの一部はフィルタリングされず、一部はフィルタリングされて流入する。

一方、図４は、埃が非常に多い、あるいはバッテリーの冷却がさほど必要ではない通常時の場合であり、フィルターウイング３４０を完全に広げることで全ての流入冷却風Ａがフィルタリングされ、フィルターウイング３４０を通過した冷却風のみが冷却ダクトＤを流れるようになる。

このような本発明の電気自動車のバッテリー冷却ダクトフィルタリング装置を利用した電気自動車のバッテリー冷却ダクトフィルタリング方法を具体的に説明する。図５は、本発明の一実施形態による電気自動車のバッテリー冷却ダクトフィルタリング方法を示したフロー図である。

本発明の電気自動車のバッテリー冷却ダクトフィルタリング方法は、電気自動車バッテリーの冷却ダクトに設けられた埃センサーによる埃濃度の計測値を利用して埃の濃度を感知する埃感知段階（Ｓ１００）と、埃濃度が所定値以上に感知されない場合には冷却ダクトの開放程度を調節する可変フィルターを折って冷却ダクトが完全開放されるようにする開放段階（Ｓ１２０）と、埃濃度が所定値以上に感知された場合にはバッテリー温度を参考にして可変フィルターの開度を調節して冷却ダクトを閉鎖ないし一部開放させるフィルタリング段階と、を含む構成である。

埃センサーでは埃を感知して、その埃濃度の計測値を制御部に送る。制御部では埃濃度が所定値以上に感知されない場合には、フィルターウイングを折ることで冷却ダクトを完全に開放してバッテリーが充分に冷却されるようにする（Ｓ１２０）。
しかし、埃濃度が所定値以上に感知された場合には、バッテリー温度を参考にして可変フィルターの開度を調節して、冷却ダクトを閉鎖ないし一部開放する。

具体的に、フィルタリング段階は、バッテリー温度が、予め設定されたＡ値を越す場合に過熱状態にあると判断して一定時間可変フィルターを折って冷却ダクトを開放（Ｓ２２０）し、バッテリー温度を参考にして可変フィルターの開度を調節するようにする。
このように、一定時間毎にバッテリー温度を参照して可変フィルターの開度を調節することにより、埃の流入を抑えつつバッテリー冷却機能を上げて、互いに効率的に妥協できる状態を作る状態が達せられる。

特に、フィルタリング段階は、バッテリー温度が予め設定されたＡ値を越す場合に過熱状態と判断して一定時間可変フィルターを折って冷却ダクトを開放（Ｓ２２０）した後、再びバッテリー温度を参考にして、バッテリー温度がＡ値より低いＢ値を越す場合、冷却ダクトを一部開放して（Ｓ２６４）、バッテリー温度がＢ値より低い場合に冷却ダクトを閉鎖（Ｓ２６２）することもできる。

すなわち、先ず、バッテリーセルなどの温度で一番高い温度Ｔｍａｘが５０℃を越す場合には、過熱状態と判断して冷却ダクトを一時的に全て開放する。この状態で再び温度を測定してＴｍａｘが４５℃を越す場合には過熱危険と判断して冷却ダクトを一部だけ開放して継続する。Ｔｍａｘが４５℃を越さない場合には、定常状態と判断して冷却ダクトを完全に閉鎖してフィルタリングされた冷却風のみを流入するようにする。もちろん、フィルタリングによって冷却風の流量と流速は減少するが、緊急の冷却が要請されないので、このように遂行しても問題にならない。

また、前記した温度をＡ値、Ｂ値だけではなく、多様な区間に分けて各区間別に冷却ダクトの開放量を調節する場合さらに細密な制御が可能であろう。

一方、フィルタリング段階は、バッテリー温度が予め設定されたＡ値を越さない場合には正常で判断して一定時間可変フィルターを広げて冷却ダクトを閉鎖（Ｓ２４０）した後再び温度を参考にして可変フィルターの開度を調節するようにする。

具体的には、フィルタリング段階は、バッテリー温度が設定されたＡ値を越さない場合正常であると判断して一定時間可変フィルターを広げて冷却ダクトを閉鎖（Ｓ２４０）し、その後再びバッテリー温度を参考して、温度がＡ値より低く設定されたＢ値を越す場合に冷却ダクトを一部開放して（Ｓ２８２）、温度がＢ値より低い場合に冷却ダクトをずっと閉鎖（Ｓ２８４）するようにする。
ここで、実施形態として示した図５の場合、Ａ値は５０度、Ｂ値は４５度であることは、前で説明したとおりである。

また、フィルタリング段階は、埃濃度が所定値以上で感知された場合バッテリーセル間の温度差によって可変フィルターの開度を調節して冷却ダクトを閉鎖ないし一部開放させるようにすることも可能であり、フィルタリング段階は、埃が感知された場合バッテリー最大温度及びセル間の温度差によって可変フィルターの開度を調節して冷却ダクトを閉鎖ないし一部開放させることも可能である。

すなわち、バッテリーセルの最大温度だけではなく、セル間の温度差のうちで最も大きい差値が、例えば、５度を越す場合にも冷却に問題があるものとし、冷却ダクトを完全開放するようにできるものである。

このように埃の感知と共にバッテリーの温度を考慮して冷却ダクトのフィルタリング程度を決める場合、一定時間毎に冷却と埃の流入遮断の優先順位を決めて、それによって適切にフィルタリングを遂行して、両機能の喪失を最小限にできる長所がある。

本発明は、特定の実施形態に関して説明したが、以下の特許請求範囲によって提供される本発明の技術的思想を脱しない限度内で、本発明が多様に改良及び変化されることができるということは、当業界で通常の知識を有した者において自明であろう。

１００；埃センサー
２００；駆動部
３００；可変フィルター
３２０；回転軸
３４０；フィルターウイング
Ｄ；冷却ダクト
Ａ；冷却風

Claims (9)

1. 電気自動車のバッテリーに冷却風（Ａ）を流入させる冷却ダクト（Ｄ）に設けられた埃センサー（１００）と、
   前記冷却ダクト（Ｄ）に設けられて冷却風（Ａ）をフィルタリングし、前記埃センサー（１００）による埃濃度とバッテリー温度によって制御される駆動部（２００）により前記冷却ダクト（Ｄ）を開閉できるように設置された可変フィルター（３００）と、
   前記埃センサー（１００）による埃濃度の計測値とバッテリー温度によって駆動部（２００）が制御され、埃濃度が所定値以上に感知されない場合には前記可変フィルター（３００）を折って前記冷却ダクト（Ｄ）を完全開放し、埃濃度が所定値以上に感知された場合にはバッテリー温度によって前記可変フィルター（３００）の開度を調節して前記冷却ダクト（Ｄ）を閉鎖ないし一部開放させる制御部と、を含んで構成され、
   前記バッテリー温度は、バッテリーセルの最大温度とバッテリーセル間の最大の温度差によって決められることを特徴とする電気自動車のバッテリー冷却ダクトフィルタリング装置。
   
2. 前記可変フィルター（３００）は、前記冷却ダクト（Ｄ）の内部に設置された前記駆動部（２００）によって回転される回転軸（３２０）と、前記回転軸（３２０）の両側に設けられて前記駆動部（２００）の作動によって折れるまたは広げる動作を行うフィルターウイング（３４０）と、を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の電気自動車のバッテリー冷却ダクトフィルタリング装置。
   
3. 電気自動車バッテリーの冷却ダクトに設けられた埃センサーによる埃濃度の計測値を利用して埃濃度を感知する埃感知段階（Ｓ１００）と、
   埃濃度が所定値以上に感知されない場合には、前記埃センサーによる埃濃度とバッテリー温度によって制御される駆動部により、可変フィルターを折って前記冷却ダクトを完全開放する冷却ダクトの開放段階（Ｓ１２０）と、
   埃濃度が所定値以上に感知された場合には、バッテリー温度によって前記可変フィルターの開度を調節して冷却ダクトを閉鎖ないし一部開放させるフィルタリング段階と、を含んで構成され、
   前記バッテリー温度は、バッテリーセルの最大温度とバッテリーセル間の最大の温度差によって決められることを特徴とする電気自動車のバッテリー冷却ダクトフィルタリング方法。
   
4. 前記フィルタリング段階は、バッテリー温度が予め設定されたＡ値を越す場合には過熱であると判断して、一定時間前記可変フィルターを折って前記冷却ダクトを開放（Ｓ２２０）し、その後再びバッテリー温度を参考にして前記可変フィルターの開度を調節することを特徴とする請求項３に記載の電気自動車のバッテリー冷却ダクトフィルタリング方法。
   
5. 前記フィルタリング段階は、バッテリー温度が予め設定されたＡ値を越す場合には過熱であると判断して一定時間前記可変フィルターを折って前記冷却ダクトを開放（Ｓ２２０）し、その後再びバッテリー温度を参考にして、バッテリー温度がＡ値より低く設定されたＢ値を越す場合には前記可変フィルターを調節して前記冷却ダクトを一部開放して（Ｓ２６４）、バッテリー温度がＢ値より低い場合に前記冷却ダクトを閉鎖（Ｓ２６２）することを特徴とする請求項３に記載の電気自動車のバッテリー冷却ダクトフィルタリング方法。
   
6. 前記フィルタリング段階は、バッテリー温度が予め設定されたＡ値を越さない場合には正常であると判断して一定時間前記可変フィルターを広げて前記冷却ダクトを閉鎖（Ｓ２４０）し、その後再びバッテリー温度を参考にして前記可変フィルターの開度を調節することを特徴とする請求項３に記載の電気自動車のバッテリー冷却ダクトフィルタリング方法。
   
7. 前記フィルタリング段階は、バッテリー温度が予め設定されたＡ値を越さない場合に正常であると判断して一定時間前記可変フィルターを広げて前記冷却ダクトを閉鎖（Ｓ２４０）し、その後再びバッテリー温度を参考にして、バッテリー温度がＡ値より低く設定されたＢ値を越す場合には前記可変フィルターを調節して前記冷却ダクトを一部開放して（Ｓ２８２）、バッテリー温度がＢ値より低い場合に前記冷却ダクトを閉鎖（Ｓ２８４）することを特徴とする請求項３に記載の電気自動車のバッテリー冷却ダクトフィルタリング方法。
   
8. 前記フィルタリング段階は、前記埃濃度が所定値以上に感知された場合バッテリーセル間の温度差によって前記可変フィルターの開度を調節して前記冷却ダクトを閉鎖ないし一部開放させることを特徴とする請求項３に記載の電気自動車のバッテリー冷却ダクトフィルタリング方法。
   
9. 前記フィルタリング段階は、前記埃濃度が所定値以上に感知された場合にバッテリー最大温度及びセル間の温度差によって前記可変フィルターの開度を調節して前記冷却ダクトを閉鎖ないし一部開放させることを特徴とする請求項３に記載の電気自動車のバッテリー冷却ダクトフィルタリング方法。
   

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