JP6216225B2 - 温度調節装置 - Google Patents

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本発明は、車両に搭載される蓄電体の温度を調節する温度調節装置に関する。
近年、動力源として電動モータのみを搭載する電気自動車や、動力源としてエンジンおよび電動モータを搭載するハイブリッド型の電気自動車が開発されている。また、電気自動車には、電動モータの電源としてバッテリやキャパシタ等の蓄電体が搭載されている。このような蓄電体の性能を十分に発揮させるためには、蓄電体の温度を所定範囲内に制御することが重要となっている。そこで、車室内に開口する吸気ダクトに送風機を組み付け、車室内の空気を蓄電体に吹き付けることにより、蓄電体を冷却する温度調節装置が提案されている(特許文献1参照)。また、特許文献1に記載される温度調節装置は、車室から空気を取り込む吸気ダクトにヒータを備えており、蓄電体の温度が低い場合にはヒータによって暖めた空気を蓄電体に吹き付けている。
特開2009−272112号公報
ところで、車両衝突時に蓄電体を保護する観点から、車両における蓄電体の設置箇所としては、車両衝突時にも大きく変形することのない車室の近傍に設定することが望ましい。しかしながら、特許文献1に記載の温度調節装置のように、車室近傍の吸気ダクトに対して送風機やヒータを設けることは、車室近傍に設置される蓄電体の設置スペースを制限する要因となっていた。
本発明の目的は、蓄電体の設置スペースを確保することにある。
本発明の温度調節装置は、車両に搭載される蓄電体の温度を調節する温度調節装置であって、前記蓄電体と車室内とを接続して空気を案内する第1空気経路と、前記蓄電体と車室外とを接続して空気を案内する第2空気経路と、前記第2空気経路に設けられ、前記第2空気経路の空気を暖める熱源部と、前記第2空気経路に設けられ、前記蓄電体から前記車室外に向かう第1方向に空気を送る第1状態と、前記車室外から前記蓄電体に向かう第2方向に空気を送る第2状態と、に作動する送風機構と、前記熱源部および前記送風機構を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記蓄電体の温度が第1閾値を上回る場合に、前記熱源部を停止させ、前記送風機構を第1状態に制御し、前記蓄電体の温度が前記第1閾値以下の第2閾値を下回り、かつ前記第1空気経路の空気温度が第3閾値を下回る場合に、前記熱源部を作動させて空気を暖め、前記送風機構を第2状態に制御し、前記蓄電体の温度が前記第2閾値を下回り、かつ前記第1空気経路の空気温度が前記第3閾値を上回る場合に、前記熱源部を停止させ、前記送風機構を第1状態に制御する。
本発明によれば、第2空気経路に熱源部および送風機構を設けるようにしたので、第1空気経路の小型化を達成することができ、蓄電体の設置スペースを確保することが可能となる。
本発明の一実施の形態である温度調節装置を示す概略図である。 温度調節制御の実行手順の一例を示すフローチャートである。 (a)〜(c)は温度調節制御に用いられるマップデータの一例を示す線図である。 冷却モード、加温モード1および加温モード2の実施状況を示す説明図である。 温度調節装置の冷却モードでの作動状態を示す概略図である。 (a)は温度調節装置の加温モード1での作動状態を示す概略図であり、(b)は温度調節装置の加温モード2での作動状態を示す概略図である。 本発明の他の実施の形態である温度調節装置を示す概略図である。 本発明の他の実施の形態である温度調節装置を示す概略図である。 本発明の他の実施の形態である温度調節装置を示す概略図である。 本発明の他の実施の形態である温度調節装置を示す概略図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1は本発明の一実施の形態である温度調節装置10を示す概略図である。図1に示すように、車両後部の荷室には、バッテリパック(蓄電体)11が設けられるとともに、バッテリパック11の温度を調節する温度調節装置10が設けられている。バッテリパック11は、複数のバッテリモジュール12によって構成されており、バッテリモジュール12は、複数の図示しないバッテリセルによって構成されている。また、バッテリモジュール12間やバッテリセル間には、冷風や温風を流すための隙間が設けられている。図1に示されるクラッシュエリアとは、車両衝突時に大きな変形が想定される車体領域である。また、図1に示される非クラッシュエリアとは、車両衝突時に大きく変形することのない車体領域である。車両衝突時の安全性を向上させるため、バッテリパック11は非クラッシュエリアに設置されている。
図1に示すように、温度調節装置10は、バッテリパック11の上流側に接続されて空気を案内する吸気ダクト(第1空気経路)13を有している。また、温度調節装置10は、バッテリパック11の下流側に接続されて空気を案内する排気ダクト(第2空気経路)14を有している。吸気ダクト13の端部13aは後部座席15の近傍から車室内に開口しており、吸気ダクト13を介してバッテリパック11と車室内とは接続されている。また、排気ダクト14の端部14aは車室外である荷室や車外に開口しており、排気ダクト14を介してバッテリパック11と車室外とは接続されている。排気ダクト14には、熱源部としてPTCヒータや電熱線ヒータ等のヒータ16が設けられている。なお、熱源部としては、排気ダクト14の外側に設けられるヒータであっても良く、排気ダクト14の内側に設けられるヒータであっても良い。また、PTCヒータとは、PTCサーミスタ(Positive Temperature Coefficient Thermistor)と呼ばれるセラミック素子を発熱させる電気ヒータである。
排気ダクト14には、送風機構であるファンユニット20が設けられている。ファンユニット20は、直列接続される軸流ファン(軸流送風機)21と遠心ファン(遠心送風機)22とによって構成されている。なお、図示する場合には、遠心ファン22としてシロッコファンと呼ばれる多翼ファンが設けられている。また、軸流ファン21として、静圧能力の高いタンデムファンやコントラファンが設けられている。タンデムファンとは、対向する羽根車を同方向に回転させることにより、同方向に風を発生させるファンである。また、コントラファンとは、右回転用の羽根車と左回転用の羽根車とを備え、対向する羽根車を逆方向に回転させることにより、同方向に風を発生させるファンである。
図1に示すように、温度調節装置10は、前述したヒータ16やファンユニット20を制御する制御ユニット(制御部)23を有している。また、温度調節装置10は、吸気ダクト13に流入する空気の温度(以下、吸気温度Tiと記載する)を検出する吸気温度センサ24を有している。さらに、温度調節装置10は、バッテリパック11の温度(以下、バッテリ温度TBと記載する)を検出するバッテリ温度センサ25を有している。そして、制御ユニット23は、バッテリ温度TBを所定の温度範囲に収めるため、吸気温度Tiやバッテリ温度TBに基づきヒータ16やファンユニット20を制御している。なお、制御ユニット23は、制御信号等を演算するCPU、制御プログラムやデータ等が格納されるROM、および一時的にデータが格納されるRAM等によって構成されている。
続いて、バッテリパック11を適正な温度範囲に保つための温度調節制御について説明する。図2は温度調節制御の実行手順の一例を示すフローチャートである。図3(a)〜(c)は温度調節制御に用いられるマップデータの一例を示す線図である。図2に示すように、ステップS10では、バッテリ温度TBが所定値(第1閾値)T1を上回るか否かが判定される。バッテリ温度TBが所定値T1を上回ると判定された場合、つまりバッテリパック11の温度が高い場合には、ステップS11に進み、バッテリパック11を冷却する冷却モードが開始される。
冷却モードにおいては、まず、ステップS11においてヒータ16が停止される。続くステップS12では、図3(a)のマップデータを参照することにより、バッテリ温度TBに基づいて遠心ファン22の目標回転数N1が設定される。そして、ステップS13に進み、目標回転数N1に向けて遠心ファン22が駆動制御される。このように、冷却モードにおいては、遠心ファン22を駆動して空気を吸引させることにより、車室内の空気が冷却風としてバッテリパック11に吹き付けられ、バッテリパック11を冷却することが可能となる。また、図3(a)に示すように、バッテリ温度TBが高い場合には、遠心ファン22の目標回転数N1が高く設定され、遠心ファン22に吸引される冷却風量Qが多く設定される。一方、バッテリ温度TBが低い場合には、遠心ファン22の目標回転数N1が低く設定され、遠心ファン22に吸引される冷却風量Qが少なく設定される。このように、バッテリ温度TBに応じて冷却風量Qを増減させることにより、ファン騒音を抑制しつつバッテリパック11を冷却することが可能となる。
また、冷却モードにおいては、単に遠心ファン22を駆動するだけでなく、冷却風量Qに応じて軸流ファン21を駆動している。図2に示すように、ステップS14においては、図3(b)のマップデータを参照することにより、遠心ファン22の冷却風量Qに基づいて軸流ファン21の目標回転数N2が設定される。そして、ステップS15に進み、目標回転数N2に向けて軸流ファン21が駆動制御される。ここで、図3(b)に示すように、遠心ファン22の冷却風量Qが多い場合には、軸流ファン21の目標回転数N2が高く設定される一方、遠心ファン22の冷却風量Qが少ない場合には、軸流ファン21の目標回転数N2が低く設定される。この目標回転数N2とは、軸流ファン21の設置によって拡大する排気ダクト14の圧力損失を軽減するための回転数である。すなわち、軸流ファン21の設置に伴って排気ダクト14の流路抵抗は増大することになるが、冷却モードにおいては、単に遠心ファン22を回転させるだけでなく軸流ファン21を回転させている。このように、軸流ファン21を正回転方向に駆動することにより、軸流ファン21の設置に伴う流路抵抗の増加分を減少若しくは消滅させることができ、冷却風量を十分に確保することが可能となる。なお、軸流ファン21の正回転方向とは、バッテリパック11から車室外に空気を送るための回転方向を意味している。
図2のフローチャートに示すように、ステップS10において、バッテリ温度TBが所定値T1以下であると判定された場合には、ステップS16に進み、バッテリ温度TBが所定値(第2閾値)T2を下回るか否かが判定される。なお、所定値T2とは、所定値T1以下に設定される値である。ステップS16において、バッテリ温度TBが所定値T2以上であると判定された場合、つまりバッテリパック11の温度が適正な温度範囲に収まる場合には、ステップS17においてヒータ16が停止され、ステップS18において遠心ファン22が停止され、ステップS19において軸流ファン21が停止される。このように、バッテリ温度TBが適正な温度範囲に収まる場合には、温度調節装置10は停止した状態となる。
一方、ステップS16において、バッテリ温度TBが所定値T2を下回ると判定された場合、つまりバッテリパック11の温度が低い場合には、ステップS20に進み、バッテリパック11を暖める加温モードが開始される。加温モードにおいては、まずステップS20において、吸気温度Tiが所定値(第3閾値)Taを上回るか否かが判定される。ステップS20において、吸気温度Tiが所定値Taを上回ると判定された場合、つまり車室内の空気が暖かいと判定された場合には、車室内の空気を用いた加温モード1を実行するため、続くステップS21においてヒータ16が停止され、ステップS22において軸流ファン21が停止される。次いで、ステップS23では、図3(c)のマップデータを参照することにより、吸気温度Tiとバッテリ温度TBとの温度差Δt(Δt=Ti−TB)に基づいて遠心ファン22の目標回転数N3が設定される。そして、ステップS24に進み、目標回転数N3に向けて遠心ファン22が駆動制御される。このように、加温モード1においては、遠心ファン22を駆動して空気を吸引させることにより、車室内の暖かい空気をバッテリパック11に吹き付けることができ、バッテリパック11を暖めることが可能となる。また、図3(c)に示すように、温度差Δtが大きい場合、つまり車室内の空気による加温能力が高い場合には、遠心ファン22の目標回転数N3が低く設定される。一方、温度差Δtが小さい場合、つまり車室内の空気による加温能力が低い場合には、遠心ファン22の目標回転数N3が高く設定される。このように、温度差Δtに応じて風量を増減させることにより、ファン騒音を抑制しつつバッテリパック11を暖めることが可能となる。なお、温度差Δtが微小となる場合には、遠心ファン22が停止される。
一方、ステップS20において、吸気温度Tiが所定値Ta以下であると判定された場合、つまり車室内の空気が冷たいと判定された場合には、ヒータ16を用いた加温モード2が開始される。この加温モード2においては、まず、ステップS25においてヒータ16を作動させて排気ダクト14内の空気が暖められる。そして、ステップS26では遠心ファン22が停止され、ステップS27では軸流ファン21が逆回転方向に駆動される。これにより、排気ダクト14内で暖められた空気をバッテリパック11に流すことができ、バッテリパック11を暖めることが可能となる。なお、軸流ファン21の逆回転方向とは、車室外からバッテリパック11に空気を送るための回転方向を意味している。また、加温モード2における軸流ファン21の目標回転数は、ヒータ16からバッテリパック11に暖かい空気が届けることが可能な回転数に設定されている。
ここで、図4は冷却モード、加温モード1および加温モード2の実施状況を示す説明図である。また、図5は温度調節装置10の冷却モードでの作動状態を示す概略図である。さらに、図6(a)は温度調節装置10の加温モード1での作動状態を示す概略図であり、図6(b)は温度調節装置10の加温モード2での作動状態を示す概略図である。なお、図5および図6においては、空気の流れを白抜きの矢印で示している。
図4に示すように、バッテリ温度TBが所定値T1を上回る場合には、車室内の空気を用いてバッテリパック11を冷却する冷却モードが実施される。図5に示すように、冷却モードにおいては、回転する遠心ファン22に空気を吸引させることにより、車室内からバッテリパック11に向けて空気を流している。また、遠心ファン22による冷却風の流れを妨げないように、軸流ファン21が正回転方向に駆動される。すなわち、冷却モードにおいてファンユニット20は第1状態に制御されており、ファンユニット20によってバッテリパック11から車室外に向かう第1方向に空気が送られている。このように、バッテリパック11が高温である場合には、バッテリパック11を冷却するため、車室内の空気が冷却風としてバッテリパック11に供給される。
また、図4に示すように、バッテリ温度TBが所定値T2を下回り、かつ吸気温度Tiが所定値Taを上回る場合には、車室内の暖かな空気を用いてバッテリパック11を暖める加温モード1が実施される。図6(a)に示すように、加温モード1においては、回転する遠心ファン22に空気を吸引させることにより、車室内からバッテリパック11に向けて空気を流している。すなわち、加温モード1においてファンユニット20は第1状態に制御されており、ファンユニット20によってバッテリパック11から車室外に向かう第1方向に空気が送られている。このように、バッテリパック11が低温であり、かつ車室内が暖かい場合には、バッテリパック11を暖めるため、車室内の暖かな空気がバッテリパック11に供給される。
また、図4に示すように、バッテリ温度TBが所定値T2を下回り、かつ吸気温度Tiが所定値Ta以下となる場合には、ヒータ16を用いてバッテリパック11を暖める加温モード2が実施される。図6(b)に示すように、加温モード2においては、ヒータ16を作動させて排気ダクト14内の空気を暖め、軸流ファン21を逆回転方向に駆動することにより、排気ダクト14からバッテリパック11に向けて空気を流している。すなわち、加温モード2においてファンユニット20は第2状態に制御されており、ファンユニット20によって車室外からバッテリパック11に向かう第2方向に空気が送られている。このように、バッテリパック11が低温であり、かつ車室内が冷たい場合には、バッテリパック11を暖めるため、排気ダクト14内の暖かな空気がバッテリパック11に供給される。
これまで説明したように、温度調節装置10は、バッテリパック11の下流側に配置される排気ダクト14に対し、ヒータ16およびファンユニット20を設けている。これにより、車室内とバッテリパック11とを接続する吸気ダクト13の小型化を達成することができ、バッテリパック11の設置スペースを確保することが可能となる。すなわち、車室に接続される吸気ダクト13は、車室近傍つまり非クラッシュエリアに配置される部材であることから、この吸気ダクト13の小型化を達成することにより、非クラッシュエリア内におけるバッテリパック11の設置スペースを拡大することが可能となる。さらに、バッテリパック11の設置スペースを拡大するため、排気ダクト14にヒータ16およびファンユニット20を設けた場合であっても、ファンユニット20は双方向への送風が可能であることから、バッテリパック11の冷却および加温が可能となっている。
前述の説明では、熱源部としてPTCヒータや電熱線ヒータ等のヒータ16を設けているが、これに限られることはなく、熱源部として他の機器を設けるようにしても良い、図7は本発明の他の実施の形態である温度調節装置30を示す概略図である。図7において、図1に示す部材と同様の部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。図7に示すように、排気ダクト14には、熱源部としてのDC/DCコンバータ31(以下、コンバータと記載する)が設けられている。コンバータ31はバッテリパック11からの電力を降圧する機能を有しており、バッテリパック11からコンバータ31を介して図示しない電装品や補機用バッテリ等への電力供給が可能となっている。また、コンバータ31を熱源部として機能させる際には、コンバータ31の電力変換効率を故意に低下させることにより、コンバータ31の発熱量を増大させることが望ましい。このように、既存のコンバータ31を熱源部として機能させることにより、ヒータ16等を新たに追加する必要が無いため、温度調節装置30の低コスト化を達成することが可能となる。
また、図1に示す場合には、一定の内径寸法を備える排気ダクト14に対してヒータ16を設けているが、これに限られることはなく、他の形状の排気ダクト14にヒータを設けるようにしても良い。図8は本発明の他の実施の形態である温度調節装置40を示す概略図である。図8において、図1に示す部材と同様の部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。図8に示すように、排気ダクト14には、内径寸法を拡大したチャンバ部41が形成されている。また、チャンバ部41の内面には、熱源部としてPTCヒータや電熱線ヒータ等のヒータ42が設けられている。このように、ヒータ42を設置するためのチャンバ部41を排気ダクト14に形成することにより、排気ダクト14の圧力損失を小さくすることができ、ヒータ42の表面積を拡大して発熱量を増やすことが可能となる。
また、前述の説明では、バッテリパック11とファンユニット20との間にヒータ16,42を設けているが、これに限られることはなく、バッテリパック11とヒータ16,42との間にファンユニット20を設けても良い。図9は本発明の他の実施の形態である温度調節装置50を示す概略図である。図9において、図8に示す部材と同様の部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。図9に示すように、バッテリパック11の下流側に接続される排気ダクト14には、バッテリパック11側にファンユニット20が設けられており、車室外側にヒータ42が設けられている。このように、バッテリパック11とヒータ42との間にファンユニット20を設けた場合であっても、前述した温度調節装置10,30,40と同様の効果を得ることが可能となっている。
また、図示する場合には、1つのバッテリパック11に対してファンユニット20およびヒータ16を設けているが、これに限られることはなく、複数のバッテリパック11が搭載される場合には、ヒータ16やファンユニット20を共用しても良い。図10は本発明の他の実施の形態である温度調節装置60を示す概略図である。図10において、図9に示す部材と同様の部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。図10に示すように、車両には2つのバッテリパック11が搭載されている。それぞれのバッテリパック11には、ファンユニット20を備えた排気ダクト14が接続されている。それぞれの排気ダクト14は、ファンユニット20の下流側に設けられるチャンバ部61を介して互いに接続されている。また、チャンバ部61の内面には、熱源部としてPTCヒータや電熱線ヒータ等のヒータ62が設けられている。このように、複数のバッテリパック11に対して本発明を適用する場合であっても、ヒータ62を共用することによってコストを抑制することが可能となる。なお、図示する場合には、ヒータ62を共用しているが、これに限られることはなく、ファンユニット20を共用しても良く、ヒータ62とファンユニット20との双方を共用しても良い。
本発明は前記実施の形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、本発明の温度調節装置10,30,40,50,60が適用される車両としては、動力源として電動モータのみを備えた電気自動車や、動力源としてエンジンおよび電動モータを備えたハイブリッド型の電気自動車に限られることはなく、蓄電体を搭載した車両であれば如何なる車両であっても良い。
前述の説明では、軸流ファン21および遠心ファン22によって送風機構としてのファンユニット20を構成しているが、これに限られることはなく、双方向への送風が可能であれば1つのファン装置やブロワ装置を用いて送風機構を構成しても良い。また、軸流ファン21として、タンデムファンやコントラファンを挙げているが、これに限られることはなく、軸流ファンとして1つの羽根車を備えたファン装置を用いても良いことはいうまでもない。さらに、前述の説明では、熱源部として、PTCヒータ、電熱線ヒータ、コンバータ31を挙げているが、これに限られることはない。例えば、熱源部として、燃料を直に燃焼させる燃焼式ヒータを用いても良く、エンジンの冷却水を利用する温水式ヒータを用いても良い。
また、前述の説明では、冷却モードにおいて、軸流ファン21を正回転方向に駆動しているが、これに限られることはなく、軸流ファン21による圧力損失が許容されるのであれば軸流ファン21を停止させても良い。同様に、加温モード1において、軸流ファン21を停止しているが、これに限られることはなく、軸流ファン21による圧力損失が許容されない場合には、軸流ファン21を正回転方向に駆動しても良い。また、前述の説明では、吸気温度センサ24によって吸気ダクト13の空気温度を計測しているが、これに限られることはなく、他の温度センサによって計測された車室内の温度から吸気ダクト13の空気温度を推定しても良い。
10 温度調節装置
11 バッテリパック(蓄電体)
13 吸気ダクト(第1空気経路)
14 排気ダクト(第2空気経路)
16 ヒータ(熱源部)
20 ファンユニット(送風機構)
21 軸流ファン(軸流送風機)
22 遠心ファン(遠心送風機)
23 制御ユニット(制御部)
T1 所定値(第1閾値)
T2 所定値(第2閾値)
Ta 所定値(第3閾値)
30 温度調節装置
31 DC/DCコンバータ(熱源部)
40 温度調節装置
42 ヒータ(熱源部)
50 温度調節装置
60 温度調節装置
62 ヒータ(熱源部)

Claims (4)

  1. 車両に搭載される蓄電体の温度を調節する温度調節装置であって、
    前記蓄電体と車室内とを接続して空気を案内する第1空気経路と、
    前記蓄電体と車室外とを接続して空気を案内する第2空気経路と、
    前記第2空気経路に設けられ、前記第2空気経路の空気を暖める熱源部と、
    前記第2空気経路に設けられ、前記蓄電体から前記車室外に向かう第1方向に空気を送る第1状態と、前記車室外から前記蓄電体に向かう第2方向に空気を送る第2状態と、に作動する送風機構と、
    前記熱源部および前記送風機構を制御する制御部と、
    を有し、
    前記制御部は、
    前記蓄電体の温度が第1閾値を上回る場合に、前記熱源部を停止させ、前記送風機構を第1状態に制御し、
    前記蓄電体の温度が前記第1閾値以下の第2閾値を下回り、かつ前記第1空気経路の空気温度が第3閾値を下回る場合に、前記熱源部を作動させて空気を暖め、前記送風機構を第2状態に制御し、
    前記蓄電体の温度が前記第2閾値を下回り、かつ前記第1空気経路の空気温度が前記第3閾値を上回る場合に、前記熱源部を停止させ、前記送風機構を第1状態に制御する、
    温度調節装置。
  2. 請求項1記載の温度調節装置において、
    前記送風機構は、直列接続される軸流送風機と遠心送風機とを備える、温度調節装置。
  3. 請求項記載の温度調節装置において、
    前記送風機構を第1状態に制御する際には、前記遠心送風機を回転させる一方、前記送風機構を第2状態に制御する際には、前記軸流送風機を回転させる、温度調節装置。
  4. 請求項記載の温度調節装置において、
    前記送風機構を第1状態に制御する際に、前記遠心送風機と前記軸流送風機との双方を回転させる、温度調節装置。
JP2013234038A 2013-11-12 2013-11-12 温度調節装置 Active JP6216225B2 (ja)

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