JP6733630B2 - サーモサイフォン - Google Patents

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Description

本発明は、サーモサイフォンに関するものである。
従来、サーモサイフォンでは、液相冷媒および電池の間の熱交換により液相冷媒を蒸発して電池を冷却する冷却器と、冷却器からの気相冷媒を凝縮する凝縮器とを備え、冷却器および凝縮器の間で冷媒を循環させる冷媒回路を構成するものがある(例えば、特許文献1参照)。
ここで、電池は、冷却器の長手方向に積層されている複数の電池セルによって構成されている。
特許59429943号明細書
本発明者等は、電池に生じる温度ムラに着目して、上記サーモサイフォンを自動車に搭載することについて検討した。
すなわち、サーモサイフォンにおいて重力下方に液相冷媒が溜まる冷却器を電池の冷却に用いた場合、自動車が傾斜地に駐車すると、冷却器が水平方向に対して斜めになる。このため、図15に示すように、冷却器14のうち液相冷媒の液面より重力方向上側には、気相冷媒が存在する気体部分14kが生じる。このため、電池が冷却器のうち気体部分1kに触れることになる。
電池の発熱量が低い状態で自動車が坂道を走行する場合には、冷却器14内の沸騰が無い、或いは、冷却器14内の沸騰が非常に穏やとなる。このため、冷却器14内の液相冷媒の液面が低く、冷却器14内のうち液面より上側の気体部分14kに電池が触れることになる。
このように冷却器14のうち気体部分14kが電池に接触された状態では、電池が熱抵抗の大きな気体部分14kの温度を顕熱で上昇させるだけで、電池の冷却ができず、電池の温度が飽和液温度よりも高くなってしまう。
このように気体部分14kが電池に接触される姿勢でサーモサイフォンが長時間放置されると、停車後の余熱や、車両外部からの熱、たとえば、車載充電器やその関連電気部品の発熱、車両外の外気の熱などを受けて、電池に温度ムラが生じることがある。
この温度ムラによって、電池のうち電池温度が高く維持されたセルが劣化しやすい傾向にあり、その結果、電池(すなわち、被冷却対象)の寿命が短くなることがある。
本発明は上記点に鑑みて、被冷却対象に温度ムラが生じることを抑制するようにしたサーモサイフォンを提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、走行用電動機(41)に電力を供給する電池(12a、12b)としての被冷却対象を備える車両に適用され、
気相冷媒を凝縮して液相冷媒を排出する凝縮器(16)と、
凝縮器からの液相冷媒を蒸発させることにより被冷却対象から吸熱する冷却器(14)と、を備え、凝縮器と冷却器との間で冷媒を循環させるサーモサイフォンであって、
凝縮器から冷却器に液相冷媒が流れる冷媒経路の途中に設けられて、液相冷媒を貯める貯液部(22)と、
冷却器内の液相冷媒の貯液量を調整する調整部(24、24A)と、を備え
貯液部内の液相冷媒を冷媒経路を通して冷却器に排出する第1冷媒出口(22c)および第2冷媒出口(22b)が貯液部に設けられており、
第1冷媒出口は、第2冷媒出口に対して重力方向下側に配置されており、
調整部は、第1冷媒出口を開閉する開閉弁(24)を備えており、
開閉弁が前記冷媒出口を開閉することによって貯液部から冷媒経路を通して冷却器に流れる液相冷媒の流量を調整して冷却器内の液相冷媒の貯液量を調整し、
開閉弁は、第1開閉弁であり、
調整部は、第2冷媒出口を開閉する第2開閉弁(24A)を備え、
現在の季節が冬期であり、かつ車両が停車している場合に、第1開閉弁および第2開閉弁が、第1冷媒出口および第2冷媒出口を自動的に閉じる
請求項1に記載の発明によれば、冷却器内の液相冷媒の貯液量を増大させることにより、冷却器内のうち気相冷媒が存在する気体部分を小さくすることができる。よって、冷却器によって被冷却対象を良好に冷却することができる。このため、被冷却対象に温度ムラが生じることを抑制することができる。
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した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ものである。
第1実施形態における冷却ユニットの全体構成を示す図である。 図1中の冷却ユニットを構成する冷却器、凝縮器、往路配管、復路配管、貯液部、および貯液バルブを示す図である。 図1中の冷却ユニットを構成する二次電池の構成を示す図である。 図1中の冷却ユニットの電気的構成を示す模式図である。 図4中の電子制御装置における貯液量調整処理を示すフローチャートである。 図5A中の一部のステップの詳細を示すフローチャートである。 図1の冷却ユニットにおいて、車両進行方向が水平方向に平行である状態で、二次電池の発熱量が閾値よりも大きい場合における冷却器内の液相冷媒量を示す図である。 図1の冷却ユニットにおいて、車両進行方向前側が車両進行方向後側よりも上側に位置した状態で、二次電池の発熱量が閾値よりも大きい場合における冷却器内の液相冷媒量を示す図である。 図1の冷却ユニットにおいて、車両進行方向後側が車両進行方向前側よりも上側に位置した状態で、二次電池の発熱量が閾値よりも大きい場合における冷却器内の液相冷媒量を示す図である。 図1の冷却ユニットにおいて、車両進行方向が水平方向に平行である状態で車両が停止している場合における冷却器内の液相冷媒量を示す図である。 図1の冷却ユニットにおいて、車両進行方向前側が車両進行方向後側よりも上側に位置した状態で車両が停止している場合における冷却器内の液相冷媒量を示す図である。 図1の冷却ユニットにおいて、車両進行方向後側が車両進行方向前側よりも上側に位置した状態で車両が停止している場合における冷却器内の液相冷媒量を示す図である。 第2実施形態における冷却ユニットを構成する冷却器、凝縮器、往路配管、復路配管、貯液部、および貯液バルブを示す図である。 第2実施形態における電子制御装置における貯液量調整処理を示すフローチャートである。 図8A中の一部のステップの詳細を示すフローチャートである。 図1の冷却ユニットにおいて二次電池の発熱量が閾値よりも大きい場合における冷却器内の液相冷媒量を示す図である。 図1の冷却ユニットにおいて冬期に車両が停車している場合における冷却器内の液相冷媒量を示す図である。 図1の冷却ユニットにおいて夏期に車両が停車している場合、或いは二次電池の発熱量が閾値よりも小さい場合における冷却器内の液相冷媒量を示す図である。 第3実施形態における冷却ユニットを構成する冷却器、凝縮器、往路配管、復路配管、貯液部、および貯液バルブを示す図である。 第3実施形態における冷却ユニットにおいて、車両進行方向が水平方向に平行である状態で車両が停止している場合における冷却器内の液相冷媒量を示す図である。 第3実施形態における冷却ユニットにおいて、車両進行方向前側が車両進行方向後側よりも上側に位置した状態で車両が停止している場合における冷却器内の液相冷媒量を示す図である。 第3実施形態における冷却ユニットにおいて、車両進行方向後側が車両進行方向前側よりも上側に位置した状態で車両が停止している場合における冷却器内の液相冷媒量を示す図である。 第4実施形態における冷却ユニットを構成する冷却器、凝縮器、往路配管、復路配管、貯液部、および貯液バルブを示す図である。 第4実施形態における冷却ユニットにおいて、車両進行方向が水平方向に平行である状態で車両が停止している場合における冷却器内の液相冷媒量を示す図である。 第4実施形態における冷却ユニットにおいて、車両進行方向前側が車両進行方向後側よりも上側に位置した状態で車両が停止している場合における冷却器内の液相冷媒量を示す図である。 第4実施形態における冷却ユニットにおいて、車両進行方向後側が車両進行方向前側よりも上側に位置した状態で車両が停止している場合における冷却器内の液相冷媒量を示す図である。 第5実施形態における冷却ユニット貯液部を示す図である。 対比例における冷却ユニットを構成する冷却器、凝縮器、往路配管、復路配管、貯液部、および貯液バルブを示す図である。
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。
(第1実施形態)
図1に示す本実施形態の冷却ユニット10は、電気自動車やハイブリッド自動車などの電動自動車に搭載される。そして、本実施形態では、冷却ユニット10は、その電動自動車に搭載される二次電池12a、12bを冷却する。すなわち、冷却ユニット10が冷却する被冷却対象は二次電池12a、12bである。
冷却ユニット10を搭載する電動自動車(以下、単に「車両」とも呼ぶ)では、二次電池12a、12bを主要構成部品として含む蓄電装置(言い換えれば、電池パック)に蓄えた電力がインバータ回路40などを介して走行用電動機41に供給され、それによって車両は走行する。二次電池12a、12bは、電力をインバータ回路40を介して走行用電動機に出力する際に自己発熱する。
そして、二次電池12a、12bが過度に高温になると、その二次電池12a、12bを構成する電池セル13の劣化が促進されることから、自己発熱が少なくなるように電池セル13の出力および入力に制限を設ける必要がある。
そのため、電池セル13の出力および入力を確保するためには、二次電池12a、12bを所定の温度以下に維持するための冷却装置が必要となる。
また、車両走行中だけでなく夏季の駐車放置中などにも電池温度は上昇する。また、蓄電装置は車両の床下やトランクルーム下などに配置されることが多く、二次電池12a、12bに与えられる単位時間当たりの熱量は小さいものの、長時間の放置により電池温度は徐々に上昇する。
二次電池12a、12bを高温状態で放置すると、二次電池12a、12bの寿命が大幅に低下するので、車両の停車中も二次電池12a、12bを冷却するなど電池温度を低温に維持することが望まれている。
本実施形態の二次電池12a、12bは、複数の電池セル13を車両進行方向に積層してなる組電池として構成されているが、各電池セル13の温度にばらつきがあると電池セル13の劣化に偏りが生じ、蓄電装置の性能が低下してしまう。
これは、最も劣化した電池セル13の特性に合わせて蓄電装置の入出力特性が決まることによる。そのため、長期間にわたって蓄電装置に所望の性能を発揮させるためには、複数の電池セル13相互間の温度ばらつきを低減させる均温化が重要となる。
また、二次電池12a、12bを冷却する他の冷却装置として、これまでブロワによる送風や、冷凍サイクルを用いた空冷、水冷、あるいは冷媒直接冷却方式が一般的となっているが、ブロワは車室内の空気を送風するだけなので、ブロワの冷却能力は低い。
また、ブロワによる送風では空気の顕熱で二次電池12a、12bを冷却するので、空気流れの上流と下流との間で温度差が大きくなり、電池セル13間の温度ばらつきを十分に抑制できない。
また、冷凍サイクル方式では冷却能力は高いが、電池セル13との熱交換部は空冷または水冷の何れでも顕熱冷却であるので、同じく、電池セル13間の温度ばらつきを十分に抑制できない。更には、駐車放置中に冷凍サイクルのコンプレッサや冷却ファンを駆動させることは、電力消費の増大や騒音などの原因となるので好ましくない。
これらの背景から、本実施形態の冷却ユニット10では、コンプレッサを用いず冷媒の自然対流で二次電池12a、12bを冷却するサーモサイフォン方式が採用されている。
具体的に、冷却ユニット10は、図1に示すように、冷却器14、凝縮器16、往路配管18、復路配管20、貯液部22、および貯液バルブ24を備える。そして、その凝縮器16と往路配管18と冷却器14と復路配管20と貯液部22は環状に連結され、冷却ユニット10の冷媒としての冷媒が循環するサーモサイフォン回路26を構成する。
すなわち、サーモサイフォン回路26は、冷媒の蒸発および凝縮により熱移動を行うサーモサイフォンを構成する。そして、サーモサイフォン回路26は、気相冷媒が流れる流路と液相冷媒が流れる流路とが分離されたループ型のサーモサイフォン(言い換えれば、冷媒の循環回路)となるように構成されている。
各図において、矢印DR1は、重力方向を示すもので、矢印DR1において上矢印は車両の重力方向の上側を示し、下矢印は車両の重力方向の下側を示している。矢印DR2は、冷却ユニット10を車両に搭載した状態の冷却ユニット10の上下方向を示している。矢印DR3は、水平方向を示している。車両の進行方向が水平方向に一致したときに、重力方向と上下方向とは一致することになる。矢印DR4は、車両進行方向を示している。矢印DR5は、車両幅方向(すなわち、車両左右方向)を示す。
本実施形態のサーモサイフォン回路26内には冷媒が封入充填されている。そして、サーモサイフォン回路26内はその冷媒で満たされている。その冷媒はサーモサイフォン回路26を自然対流により循環し、冷却ユニット10は、その冷媒の液相と気相との相変化によって二次電池12a、12bの温度を調整する。詳細には、その冷媒の相変化によって二次電池12a、12bを冷却する。
サーモサイフォン回路26内に充填されている冷媒は、例えば、HFO−1234yfまたはHFC−134aなどのフロン系冷媒である。或いは、冷媒として、水、アンモニア等のフロン系冷媒以外の各種の作動流体を用いても良い。
図3に示すように、冷却器14は、二次電池12a、12bの間に配置されて二次電池12a、12bおよび冷媒の間で熱交換して二次電池12a、12bから冷媒へ熱を移動させることにより二次電池12a、12bを冷却する熱交換器である。冷却器14は、例えば熱伝導性の高い金属製である。
なお、図3中矢印Raは、冷却器14の冷媒出口14bから凝縮器16に流れ出る気相冷媒の流れを示し、図3中矢印Rbは、貯液部22から冷媒入口14aを通して冷却器14に流れる液相冷媒の流れを示している。
ここで、サーモサイフォン回路26内への冷媒の充填量は、二次電池12a、12bおよび冷媒の間の熱交換が停止し、かつ車両の進行方向が水平方向に一致した状態において冷却器14の内部が液相冷媒で満たされる量とされている。
冷却器14には、図2に示すように、冷媒入口14aと冷媒出口14bとが形成されている。冷媒入口14aと冷媒出口14bとは、冷却器14のうち車両進行方向前側に設けられている。冷媒出口14bは、冷媒入口14aに対して天地方向上側に配置されている。
往路配管18の内部に形成された往路流通路18aは、冷却器14内へ連通されている。したがって、サーモサイフォン回路26を冷媒が循環すると、往路流通路18aの液相冷媒は、冷媒入口14aを介して冷却器14内部に流入する。
往路流通路18aは、凝縮器16から冷却器14へ液相冷媒を流通させる冷媒経路である。冷却器14の冷媒出口14bは、復路配管20に形成された復路流通路20aを冷却器14内へ連通させている。
したがって、サーモサイフォン回路26を冷媒が循環すると、冷却器14内の気相冷媒は冷媒出口14bを通して復路流通路20aへ出る。その復路流通路20aは、冷却器14の冷媒出口14bから凝縮器16へ気相冷媒を流す気相冷媒経路である。
なお、冷却器14は、気相冷媒を冷媒入口14aと冷媒出口14bとのうち専ら冷媒出口14bから出させる不図示の構造を備えている。
凝縮器16は、凝縮器16内の気相冷媒および受熱流体の間で熱交換して冷媒から受熱流体へ放熱させる熱交換器である。詳細に言えば、凝縮器16には復路配管20から気相冷媒が流入し、凝縮器16は、冷媒から受熱流体に放熱させることによりその冷媒を凝縮させる。
凝縮器16内の冷媒と熱交換させられる受熱流体としては、例えば空気(すなわち、車室外の空気)、或いは水などである。
本実施形態の凝縮器16は、車両の車両進行方向(或いは、車両幅方向)が水平方向に対して傾いた状態になっても、冷却器14よりも天地方向上側に位置するように設置されている。
凝縮器16は、冷却器14よりも重力方向の上側に配置されている。本実施形態では、凝縮器16は、フロント格納室やトランクルームに収納されている。フロント格納室は、車両のうち車室内に対して車両進行方向前側に配置されて、走行用エンジンや走行用電動機を収納する室である。トランクルームは、車両のうち車室内に対して車両進行方向後側に配置されて荷物等を収納する格納室である。
凝縮器16のうち重力方向の上側の部位には復路配管20が接続されている。要するに、復路配管20は、往路配管18よりも重力方向の上側にて凝縮器16に接続されている。
貯液部22は、車両の車両進行方向(或いは、車両幅方向)が水平方向に対して傾いた状態になっても、冷却器14よりも天地方向上側に位置するように設置されている。
貯液部22は、往路流通路18aの途中に、配置されている。貯液部22は、凝縮器16から冷却器14へ流れる液相冷媒を一時的に貯める容器を構成し、冷媒入口22aおよび冷媒出口22b、22cを備える。
本実施形態では、貯液部22に貯められる液相冷媒量としては、貯液部22内の液相冷媒を冷却器14に流した場合において、車両進行方向(或いは、車両幅方向)が水平方向に傾斜した状態で、前述した気体部分が冷却器14に形成されない液相冷媒量に設定されている。
さらに、本実施形態では、水平方向に対する車両進行方向(或いは車両幅方向)の傾斜角度が10°以上であっても、貯液部22内の液相冷媒の液面は、貯液部22の天井部よりも下側に位置するように設定されている。
冷媒入口22aは、凝縮器16から冷媒が流れ込む入口である。冷媒出口22b、22cは、液相冷媒を冷却器14へ排出する出口である。冷媒入口22aは、冷媒出口22b、22cに対して重力方向上側に配置されている。
冷媒出口22bは、冷媒出口22c(すなわち、第2冷媒出口)に対して天地方向上側に配置されている第1冷媒出口である。貯液バルブ24は、冷媒出口22cを開閉する弁体と、弁体を駆動する電動アクチュエータとを備える第1開閉弁である。
往路配管18は、凝縮器16の冷媒出口と貯液部22の冷媒入口との間に接続される上側往路配管部18bと、貯液部22の冷媒出口22b、22cと冷却器14の冷媒入口との間に接続される下側往路配管部18cとから構成されている。
次に、本実施形態の冷却ユニット10の電気的構成について図4を参照して説明する。
本実施形態の冷却ユニット10は、電子制御装置(図中ECUと記す)30、および電流センサ31を備える。電子制御装置30は、メモリ、マイクロコンピュータ等から構成され、予めメモリに記憶されているコンピュータプログラムにしたがって、冷却器14内の液相冷媒の貯液量を調整するための貯液量調整処理を実行する。
電子制御装置30は、貯液量調整処理の実行に伴って、イグニッションスイッチIGの出力信号、電流センサ31の検出値、および外気温センサ32の検出値に基づいて、貯液バルブ24を制御する。
イグニッションスイッチIGは、走行用モータや走行用エンジンの電源スイッチである。イグニッションスイッチIGは、電子制御装置30およびバッテリBaの間に接続されている。
電流センサ31は、二次電池12a、12bから負荷に流れる出力電流や負荷から二次電池12a、12bに流れる入力電流を検出する。負荷とは、二次電池12a、12bから電力が供給される電気機器、或いは二次電池12a、12bに電力を供給する電気機器を意味する。
具体的には、負荷とは、二次電池12a、12bからの直流電力に基づいて走行用電動機41に三相交流電力を出力したり、走行用電動機41によって発電された三相交流電力を直流電力に変換して電池に出力するインバータ回路40を用いることができる。外気温センサ32は、車室外の空気温度を検出する。
次に、本実施形態の冷却ユニット10の作動について説明する。図5Aは、貯液量調整処理を示すフローチャートである。図5Bは、図5A中のステップ120の具体的な制御処理を示すフローチャートである。
電子制御装置30は、図5Aのフローチャートにしたがって貯液量調整処理を実行する。
まず、ステップ100(すなわち、停車判定部)において、イグニッションスイッチIGがオフしているか否かを判定することにより、車両が停車しているか否かを判定する。
イグニッションスイッチIGがオフされていると、ステップ100で、YESと判定する。これに伴い、ステップ110において、貯液バルブ24を開弁するため、冷媒出口22cが開けられる。その後、ステップ100に戻る。
一方、イグニッションスイッチIGがオンしているときには、車両が走行しているとしてステップ100でNOと判定する。これに伴い、ステップ120に移行して、後述する走行バルブ制御処理を実行する。その後、ステップ100に戻る。
以上により、イグニッションスイッチIGがオフされていると、ステップ100でYESと判定して、ステップ110において貯液バルブ24を開弁する。一方、イグニッションスイッチIGがオンしているときには、ステップ100でNOと判定して、ステップ120に移行して、走行バルブ制御処理を実行する。
次に、電子制御装置30における走行バルブ制御処理について図5Bを参照して説明する。
電子制御装置30は、図5Bのフローチャートにしたがって走行バルブ制御処理を実行する。
まず、ステップ200において、電流センサ31の検出値が所定値以下であるか否かを判定することにより、電池12a、12bの発熱量が閾値以下であるか否かを判定する。
このとき、電流センサ31の検出値が所定値以下であるときには、電池12a、12bの発熱量が閾値以下であるとして、ステップ200においてYESと判定する。これに伴い、低熱制御部および停車制御部としてのステップ210において、貯液バルブ24を開弁するため、冷媒出口22cが開けられる。その後、ステップ200に戻る。
一方、上記ステップ200において、電流センサ31の検出値が所定値よりも大きいときには、電池12a、12bの発熱量が閾値よりも大きいとして、ステップ200においてNOと判定する。これに伴い、ステップ220において、貯液バルブ24を閉弁するため、冷媒出口22cが閉じられる。その後、ステップ200に戻る。
このように、電池12a、12bの発熱量が閾値以下であるか否かを判定し、この判定結果に応じて貯液バルブ24の開弁、或いは閉弁を実施する。
次に、本実施形態の冷却ユニット10の作動として具体例について図6A〜図6Dを参照して説明する。
図6Aに示すように、車両走行時に電池12a、12bの発熱量が閾値以上であるときには、貯液バルブ24を閉弁する(ステップ220)。
この場合、二次電池12a、12bから冷却器14へ熱が伝わる。これに伴って、二次電池12a、12bから冷却器14へ伝わる熱によって冷却器14内の液相冷媒が沸騰する。
このことにより、冷却器14内の液相冷媒の内部から冷媒が蒸発することになる。このため、電池12a、12bの発熱量が多いときには、液相冷媒の沸騰に伴って気相冷媒を含む気泡が液相冷媒の内部から発生する。この気泡が液相冷媒内を上昇する。この気泡の上昇に伴って液相冷媒の液面Wbが図6中の矢印Ycの如く上昇する。したがって、冷却器14内の液相冷媒の量が少なくても、冷却器14内の液相冷媒の液面が十分な高さとなる。
この際に、冷却器14内のうち天地方向上側にまで液相冷媒が供給されるため、二次電池12a、12bのうち上側からも熱を奪って蒸発して気相冷媒となる。
このような気相冷媒は、冷却器14の冷媒出口14bから復路配管20の復路流通路20aを通して凝縮器16に流れる。
このとき、二次電池12a、12bの温度が凝縮器16の温度よりも高くなるか、凝縮器16の温度が二次電池12a、12bの温度よりも低くなると、凝縮器16内では、気相冷媒の凝縮が始まる。
この際に、凝縮器16内では、気相冷媒が受熱流体へ放熱して気相冷媒が凝縮する。この凝縮した液相冷媒は、重力により、上側往路配管部18bの往路流通路18aを通して貯液部22内に流れる。
このとき、上述のごとく、貯液バルブ24が閉弁されている。このため、貯液部22内に液相冷媒が貯められる。このため、貯液部22内の液相冷媒の液面が冷媒出口22bに到達すると、貯液部22内の液相冷媒が冷媒出口22bから下側往路配管部18cの往路流通路18aおよび冷媒入口14aを通して冷却器14に流れる。
このように、本実施形態の冷却ユニット10では、これらの作動がコンプレッサ等の駆動装置を必要とせずに、サーモサイフォン回路26に封入された冷媒の自然循環により行われる。自然循環は、凝縮器16と冷却器14との温度差によって生じる自然対流により、サーモサイフォン回路26内を冷媒が循環することである。
例えば、車両が上り坂を登っている時などでは、図6Bに示すように、冷却ユニット10のうち車両進行方向前側が車両進行方向後側よりも天地方向上側になる。このとき、電池12a、12bの発熱量が閾値よりも大きくなると、貯液バルブ24を閉弁する(ステップ220)。
或いは、車両が下り坂を下っている時などでは、図6Cに示すように、冷却ユニット10のうち車両進行方向後側が車両進行方向前側よりも天地方向上側になる。このとき、電池12a、12bの発熱量が閾値よりも大きくなると、貯液バルブ24を閉弁する(ステップ220)。
このように車両が坂道を走行時に、電池12a、12bの発熱量が閾値よりも大きくなり、貯液バルブ24を閉弁すると、貯液部22に液相冷媒を貯めつつ、凝縮器16と冷却器14との温度差によって生じる自然対流により、サーモサイフォン回路26内を冷媒が循環することである。
また、図6Dに示すように、イグニッションスイッチIGがオフされて車両が停車しているときには、貯液バルブ24を開弁する(ステップ210)。この場合、貯液部22の冷媒出口22b、22cがそれぞれ開けられることになる。
したがって、貯液部22内の液相冷媒が冷媒出口22b、22cから下側往路配管部18cの往路流通路18aおよび冷媒入口14aを通して冷却器14に流れる。よって、貯液部22内の液相冷媒を冷却器14内に移すことができる。
図6D、図6E、図6Fの如く、車両進行方向が水平方向に平行である場合に限らず、車両進行方向前側が車両進行方向後側よりも天地方向上側になる場合や、車両進行方向前側が車両進行方向後側よりも天地方向下側になる場合においても、冷却器14内の液相冷媒の液面を図6D中のWaの如く高くすることができる。
また、車両が坂道を走行時に、電池12a、12bの発熱量が閾値未満となると、貯液バルブ24を開弁する。このため、貯液部22の冷媒出口22b、22cがそれぞれ開けられることになる。よって、冷却器14内の液相冷媒の液面を高くすることができる。
このように冷却器14内の液相冷媒の液面を高くすることにより、冷却器14のうち気相冷媒が存在する気体部分が小さくなる。よって、電池12a、12bの全体に亘って冷却器14との間で熱交換される。
このため、電池12a、12bのうち重力方向上側からの熱も冷却器14内の液相冷媒に伝えることができる。このため、電池12a、12bを重力方向に亘って冷却することができる。
冷却器14内の液相冷媒は、電池12a、12bからの熱によって蒸発する。この蒸発した気相冷媒は、冷却器14の冷媒出口14bから復路配管20の復路流通路20aを通して凝縮器16に流れる。
このとき、凝縮器16内では、気相冷媒が受熱流体へ放熱して気相冷媒が凝縮する。この凝縮した液相冷媒は、重力により、上側往路配管部18bの往路流通路18aを通して貯液部22内に流れる。
このため、貯液部22内の液相冷媒を冷媒出口22b、22cを通して冷却器14内に移すことにより、冷却器14内の液相冷媒の液面を高くすることができる。
なお、本実施形態では、車両進行方向(或いは、車両幅方向)が水平方向に対して傾斜しているときでも、貯液部22および凝縮器16は、液相冷媒の液面よりも重力方向上側に位置するように設定されている。
以上説明した本実施形態によれば、冷却ユニット10は、気相冷媒を凝縮して液相冷媒を排出する凝縮器16と、凝縮器16からの液相冷媒を蒸発させることにより二次電池12a、12bから吸熱する冷却器14とを備え、凝縮器16と冷却器14との間で冷媒を循環させるサーモサイフォンを構成する。
冷却ユニット10は、凝縮器16から冷却器14に液相冷媒が流れる往路流通路18aの途中に設けられて、液相冷媒を貯める貯液部22と、貯液部22から往路流通路18aを通して冷却器14に流れる液相冷媒の流量を調整することにより、冷却器14内の液相冷媒の貯液量を調整する調整部としての貯液バルブ24を備える。
貯液部22は、冷却器14に対して重力方向上側に配置されている。貯液部22には、貯液部22内の液相冷媒を往路流通路18aを通して冷却器14に排出する冷媒出口22b、22cが設けられている。
冷媒出口22cは、冷媒出口22bに対して重力方向下側に配置されている。貯液バルブ24は、冷媒出口22cを開閉する開閉弁である。貯液バルブ24が冷媒出口22cを開閉することによって貯液部22から往路流通路18aを通して冷却器14に流れる液相冷媒の流量を調整して冷却器14内の液相冷媒の貯液量を調整する。
以上により、冷却器14内の液相冷媒を増大させて冷却器14内の気相冷媒が存在する気体部分を小さくすることにより、二次電池に12a、12bのうち気体部分に接触する領域を小さくすることができる。このため、冷却器14が二次電池に12a、12bを良好に冷却することができる。したがって、二次電池12a、12bに温度ムラが生じることを抑制することができる。
具体的には、電子制御装置30が、二次電池12a、12bから発生される熱量が閾値以下であると判定したとき、貯液バルブ24を制御して冷媒出口22cを開ける。このため、二次電池12a、12bから発生される発熱量が小さいとき、特に車両が傾斜して冷却器14が傾いた状態で二次電池12a、12bから発生される発熱量が小さいときに、冷却器14内の液相冷媒を増大させることにより、二次電池12a、12bに温度ムラが生じることを抑制することができる。
これに加えて、本実施形態では、電子制御装置30が、イグニッションスイッチIGがオフしているとき、貯液バルブ24を制御して冷媒出口22cを開ける。このため、車両が停車(或いは駐車)しているときに冷却器14内の液相冷媒を増大させることにより、二次電池12a、12bに温度ムラが生じることを抑制することができる。
ここで、駐車は、前傾、後傾、左右傾斜などのあらゆるパターンの駐車姿勢が想定されるが、使用者の自宅の駐車場が傾斜していると、いつも同じ姿勢で駐車されることが多くなることで、冷却器のうち冷媒が届かない部位に接触する特定の電池セルが冷却されずに、それら特定の電池セルの劣化が加速し、電池寿命が想定よりも短くなることが懸念される。
これに対して、本実施形態では、上述の如く、車両が停車時に冷却器14内の液相冷媒を増大させることにより、二次電池12a、12bに温度ムラが生じることを抑制することができる。このため、電池寿命が短くなることを未然に防ぐことができる。
本実施形態では、車両が走行中に貯液バルブ24を開弁して冷却器14内の液相冷媒液量を増やすことがあるのは、二次電池12a、12bの発熱量が少ない場合と二次電池12a、12bの温度ムラが大きい場合とである。
ここで、水平方向に平行である平地を車両が走行中に二次電池12a、12bの温度分布に大きなムラが生じるのは、サーモサイフォン回路26において冷媒漏れが考えられる。そこで、本実施形態では、冷媒漏れの対策して延命するため、貯液バルブ24を開弁して液量増運転することも有効である。
本実施形態では、電池12a、12bの発熱量が多いときには、上述の如く、気泡の上昇に伴って液相冷媒の液面Wbが上昇する。したがって、冷却器14内の液相冷媒の量が少なくても、冷却器14内の液相冷媒の液面が十分な高さとなる。このため、冷却器14が二次電池12a、12bを良好に冷却することができる。
なお、電池の冷却にサーモサイフォンを採用する場合、冷却器に封入される液相冷媒の液面を、電池の高さ以上に高く設定すると、沸騰後の冷媒の気泡の排出がスムーズにならない。このため、液相冷媒の液面は、概ね、電池と接触する上部程度までが良い。それ以上高くするには、気泡排出を改善させるために排出配管を太くしたり、排出しやすい位置に複数の排出流路を設けるなどの工夫が必要だが、自動車への搭載を考えると現実的ではない。
(第2実施形態)
上記第1実施形態では、貯液部22の冷媒出口22cに貯液バルブ24を設けた例について説明したが、これに加えて、貯液部22の冷媒出口22bに貯液バルブ24Aに設ける本第2実施形態について説明する。
図7に本実施形態の冷却ユニット10の構成を示す。図7において、図2と同一符号は、同一のものを示し、その説明を省略する。
本実施形態の冷却ユニット10は、上記第1実施形態の冷却ユニット10に貯液バルブ24A(すなわち、第2開閉弁)を追加したものである。貯液バルブ24Aは、冷媒出口22bを開閉する弁体と、弁体を駆動する電動アクチュエータとを備える開閉弁である。貯液バルブ24Aの電動アクチュエータは、電子制御装置30によって制御される。
次に、本実施形態の冷却ユニット10の作動について説明する。図8Aは、貯液量調整処理を示すフローチャートである。図8Bは、図8A中の走行バルブ制御処理(ステップ120A)の詳細を示すフローチャートである。
電子制御装置30は、図5Aに代わる図8Aのフローチャートにしたがって貯液量調整処理を実行する。
まず、ステップ100において、イグニッションスイッチIGがオフしているか否かを判定することにより、車両が停車しているか否かを判定する。
このとき、イグニッションスイッチIGがオンしているときには、ステップ100で、NOと判定する。これに伴い、後述する走行バルブ制御処理(ステップ120A)に進んだ後、ステップ100に戻る。このため、イグニッションスイッチIGがオンしている限り、走行バルブ制御処理(ステップ120A)およびステップ100のNO判定を繰り返す。
その後、乗員の操作によってイグニッションスイッチIGがオフされると、ステップ100においてYESと判定する。これに伴い、ステップ130において、冬期判定部として、車室外の気温を検出する外気温センサ32の検出値に基づいて、外気温が閾値以下であるか否かを判定することにより、現在の季節が冬期であるか否かを判定する。
ここで、冬期の停車中では、電池12a、12bを冷却器14によって冷却することが必要なくなる。このため、外気温が閾値以下であるときには、現在の季節が冬期であるとして、ステップ130でYESと判定する。
これに伴い、ステップ140において、全閉制御部として、貯液バルブ24Aを閉弁して冷媒出口22bを閉じるとともに、貯液バルブ24を閉弁して冷媒出口22cを閉じる。このことにより、冷媒出口22b、22cが両方とも閉じられる。
一方、外気温が閾値よりも高いときには、現在の季節が冬期以外の季節(例えば、夏期、秋期、春期)であるとして、ステップ130でNOと判定する。これに伴い、ステップ141において、貯液バルブ24Aを開弁して冷媒出口22bを開けるとともに、貯液バルブ24を開弁して冷媒出口22cを開ける。
次に、電子制御装置30における走行バルブ制御処理について図8Bを参照して説明する。
電子制御装置30は、図8Bのフローチャートにしたがって走行バルブ制御処理を実行する。
まず、ステップ200において、電流センサ31の検出値が所定値以下であるか否かを判定することにより、電池12a、12bの発熱量が閾値以下であるか否かを判定する。
このとき、電流センサ31の検出値が所定値以下であるときには、電池12a、12bの発熱量が閾値以下であるとして、ステップ200においてYESと判定する。これに伴い、ステップ211において、貯液バルブ24を開弁して冷媒出口22cを開けるとともに、貯液バルブ24Aを開弁して冷媒出口22bを開ける。
一方、上記ステップ200において、電流センサ31の検出値が所定値よりも大きいときには、電池12a、12bの発熱量が閾値よりも大きいとして、ステップ200においてNOと判定する。これに伴い、ステップ221において、貯液バルブ24を閉弁して冷媒出口22cを閉じるとともに、貯液バルブ24Aを開弁して冷媒出口22cを開ける。
次に、本実施形態の冷却ユニット10の作動として具体例について図9A〜図9Cを参照して説明する。
車両の走行時に電池12a、12bの発熱量が閾値よりも大きいととき、貯液バルブ24を閉弁するとともに、貯液バルブ24Aを開弁する。このため、冷媒出口22bが開けられて、冷媒出口22cが閉じられる。
この場合、二次電池12a、12bから冷却器14へ伝わる熱によって冷却器14内の液相冷媒が沸騰する。このため、液相冷媒の沸騰に伴って気相冷媒を含む気泡が液相冷媒の内部から発生する。よって、冷却器14内の液相冷媒の液面が図5中Wbの如く上昇する。
このような気相冷媒は、冷却器14の冷媒出口14bから復路配管20の復路流通路20aを通して凝縮器16に流れる。このとき、凝縮器16内では、気相冷媒が受熱流体へ放熱して気相冷媒が凝縮する。
この凝縮した液相冷媒は、重力により、上側往路配管部18bの往路流通路18aを通して貯液部22内に流れる。このとき、上述のごとく、貯液部22内の液相冷媒が冷媒出口22bから下側往路配管部18cの往路流通路18aおよび冷媒入口14aを通して冷却器14に流れる。
冬期に車両が停車しているときには、図9Bに示すように、貯液バルブ24Aを閉弁するとともに、貯液バルブ24を閉弁する。このため、冷媒出口22bが閉じられて、冷媒出口22cが閉じられる。
この場合、二次電池12a、12bから発生した熱が冷却器14へ伝わることによって冷却器14内の液相冷媒が蒸発して気相冷媒が発生する。このため、この気相冷媒が、冷却器14の冷媒出口14bから復路配管20の復路流通路20aを通して凝縮器16に流れる。
このとき、凝縮器16内では、気相冷媒が受熱流体へ放熱して気相冷媒が凝縮する。この凝縮した液相冷媒は、重力により、上側往路配管部18bの往路流通路18aを通して貯液部22内に流れる。このため、図9Bに示すように、冷却器14内の液相冷媒が、凝縮器16および貯液部22内に移動されることになる。よって、冷却器14内に液相冷媒が無くなった状態になり、凝縮器16内が液相冷媒で満たされることになる。
冬期以外の季節に車両が停車しているとき、或いは、電池12a、12bの発熱量が閾値以下であるときには、図9Cに示すように、貯液バルブ24Aを開弁するとともに、貯液バルブ24を開弁する。
この場合、貯液部22内の液相冷媒が冷媒出口22b、22cから下側往路配管部18cの往路流通路18aおよび冷媒入口14aを通して冷却器14に流れる。よって、貯液部22内の液相冷媒を冷却器14内に移すことにより、冷却器14内の液相冷媒の液面を図6D中のWcの如く高くすることができる。
以上説明した本実施形態によれば、貯液部22の冷媒出口22b、22cには、貯液バルブ24、24Aが設けられている。電子制御装置30が、二次電池12a、12bから発生される熱量が閾値以下であるとき、或いは冬期以外の季節に停車しているとき、貯液バルブ24を開弁して冷媒出口22cを開けるとともに、貯液バルブ24Aを開弁して冷媒出口22bを開ける。
このため、上記第1実施形態と同様に、貯液部22の冷媒出口22b、22cから液相冷媒を冷却器14に流すことにより、冷却器14内の液相冷媒を増大させる。したがって、冷却器14内の液相冷媒の液面を上昇させることができるので、冷却器14内のうち、気相冷媒が存在する気体部分が小さくなる。このため、冷却器14が二次電池に12a、12bを良好に冷却することができる。したがって、二次電池12a、12bに温度ムラが生じることを抑制することができる。
さらに、電子制御装置30が、二次電池12a、12bから発生される熱量が閾値よりも大きいと判定したとき、貯液バルブ24を閉弁して冷媒出口22cを閉じるとともに、貯液バルブ24Aを開弁して冷媒出口22bを開ける。このため、凝縮器16と冷却器14との温度差によって生じる自然対流により、サーモサイフォン回路26内を冷媒が循環して冷却器14により二次電池12a、12bを冷却する。
また、電子制御装置30が、冬季に停車しているとき、貯液バルブ24を閉弁して冷媒出口22cを閉じるとともに、貯液バルブ24Aを閉弁して冷媒出口22bを閉じる。これにより、二次電池12a、12bからの熱によって冷却器14内の液相冷媒を蒸発させて気相冷媒を発生させる。
このため、この気相冷媒を冷却器14の冷媒出口14bから復路配管20の復路流通路20aを通して凝縮器16に移動させる。よって、冷却器14内に液相冷媒が無くなった状態になり、凝縮器16内が液相冷媒に貯めることになる。このため、冷却器14と二次電池12a、12bとの間の熱交換が停止される。
(第3実施形態)
上記第1、第2実施形態では、貯液バルブ24を用いて冷却器14内の液相冷媒の液面を調整する例について説明したが、これに代えて、車両が傾斜したときに冷却器14内の液相冷媒の液面を高くする本第3実施形態について説明する。
図10に本実施形態の冷却ユニット10の構成を示す。図10において、図2と同一符号は、同一のものを示している。
本実施形態の冷却ユニット10は、上記第1実施形態の冷却ユニット10において、貯液部22に代わる貯液部22Aを備える。本実施形態の冷却ユニット10のうち貯液部22A以外の構成は、上記第1実施形態の冷却ユニット10と同様である。このため、貯液部22Aについて説明し、その他の構成の説明を省略する。
貯液部22Aは、底部22dを有して凝縮器16から液相冷媒を貯める容器を構成する。底部22dは、軸線Saに直交する断面が軸線Saを中心とする環状(具体的には、円形状)であり、かつ前記断面の面積が重力方向下側に向かうほど小さくなる円錐状に形成されている。軸線Saは、重力方向に延びる仮想線である。
換言すれば、図10に示すように、貯液部22Aは、冷媒出口22e、22fおよび軸線Saを含む断面において、冷媒出口22e、22fを結ぶ方向の寸法Dsが重力方向下側に向かうほど小さくなるように形成されている。したがって、貯液部22Aが傾斜した際に貯液部22A内の液相冷媒を内壁に沿って冷媒出口22e、22fに円滑に流すことができる。
貯液部22Aは、底部22dに対して重力方向上側に配置されて、かつ重力方向に対して傾斜する方向(具体的には、重力方向に対して直交する方向)に開口して冷媒出口22e、22fを形成している。冷媒出口22eは、車両進行方向前側に開口している。冷媒出口22fは、車両進行方向後側に開口している。つまり、冷媒出口22e、22fは、軸線Saを中心とする周方向にオフセットして配置されている。
次に、本実施形態の冷却ユニット10の作動について図11A、図11B、図11Cを参照して説明する。
まず、車両が停止した状態で、車両進行方向が水平方向に対して平行であるときには、図11Aに示すように、凝縮器16、貯液部22Aおよび冷却器14が予め決められた姿勢になっている。このとき、冷媒出口22e、22fは、それぞれ水平方向に開口されている。
この場合、貯液部22A内の液相冷媒が冷媒出口22e、22fから下側往路配管部18cの往路流通路18aを通して冷却器14に流れる。
その後、貯液部22A内の液相冷媒の液面が冷媒出口22e、22fよりも低くなると、貯液部22A内の液相冷媒が冷媒出口22e、22fから下側往路配管部18cの往路流通路18aを通して冷却器14に流れることが停止される。
次に、車両が停止した状態で、車両の車両進行方向前側が車両進行方向後側よりも高くなっていると、図11Bに示すように、凝縮器16、貯液部22Aおよび冷却器14が予め決められた姿勢に対して傾いた状態になる。このとき、冷媒出口22eは、斜め上側に開口されて、冷媒出口22fは、斜め下側に開口されている。
この場合、貯液部22A内の液相冷媒が冷媒出口22fから下側往路配管部18cの往路流通路18aを通して冷却器14に流れる。
その後、貯液部22A内の液相冷媒の液面が冷媒出口22fよりも低くなると、貯液部22A内の液相冷媒が冷媒出口22fから下側往路配管部18cの往路流通路18aを通して冷却器14に流れることが停止される。
これにより、図11Aに示す場合に比べて、貯液部22Aから冷却器14に流れる液相冷媒の流量を増大することができる。このことにより、冷却器14内の液相冷媒の冷媒量を増やすことができる。これにより、冷却器14内の液相冷媒の液面Wcを高くことができる。
次に、車両が停止した状態で、車両の車両進行方向後側が車両進行方向前側よりも高くなっていると、図11Cに示すように、凝縮器16、貯液部22Aおよび冷却器14が予め決められた姿勢に対して傾いた状態になる。このとき、冷媒出口22eは、斜め下側に開口されて、冷媒出口22fは、斜め上側に開口されている。
この場合、貯液部22A内の液相冷媒が冷媒出口22eから下側往路配管部18cの往路流通路18aを通して冷却器14に流れる。
その後、貯液部22A内の液相冷媒の液面が冷媒出口22eよりも低くなると、貯液部22A内の液相冷媒が冷媒出口22eから下側往路配管部18cの往路流通路18aを通して冷却器14に流れることが停止される。
これにより、図11Aに示す場合に比べて、貯液部22Aから冷却器14に流れる液相冷媒の流量を増大することができる。このことにより、冷却器14内の液相冷媒の冷媒量を増やすことができる。これにより、冷却器14内の液相冷媒の液面Wcを高くことができる。
さらに、車両の走行時において車両進行方向の加速度が急激に変化したとき、貯液部22A内の液相冷媒が冷媒出口22e(或いは、冷媒出口22f)から下側往路配管部18cの往路流通路18aを通して冷却器14に流れる。このことにより、冷却器14内の液相冷媒の冷媒量を増やすことができる。これにより、冷却器14内の液相冷媒の液面Wcを高くことができる。
なお、図11A、図11B、図11Cにおいて、点ハッチングは、液相冷媒を示している。符号Wdは、車両走行時に冷却器14内で冷媒が沸騰している際の液相冷媒の液面を示している。
以上説明した本実施形態によれば、冷却ユニット10は、気相冷媒を凝縮して液相冷媒を排出する凝縮器16と、凝縮器16からの液相冷媒を蒸発させることにより二次電池12a、12bから吸熱する冷却器14と、を備え、凝縮器16と冷却器14との間で冷媒を循環させるサーモサイフォンを構成する。
冷却ユニット10は、凝縮器16から冷却器14に液相冷媒が流れる往路配管18の途中に設けられて、液相冷媒を貯める貯液部22Aを備える。貯液部22Aは、重力方向に対して直交する方向に開口する冷媒出口22e、22fを形成している。
ここで、冷却器14および貯液部22Aが予め決められた姿勢に対して傾いたときに、冷媒出口22e、22fのうちいずれかの冷媒出口から貯液部22A内の液相冷媒を下側往路配管部18cを通して冷却器14に排出する。
これにより、冷却器14および貯液部22Aが予め決められた姿勢になっているときに比べて、貯液部22Aから冷却器14に流れる液相冷媒の流量を増大することができる。このことにより、冷却器14内の液相冷媒の冷媒量を増やすことができる。これにより、冷却器14内の液相冷媒の液面Wbを高くことができる。
以上により、冷却器14内の液相冷媒を増大させて冷却器14内の気相冷媒が存在する気体部分を小さくすることにより、冷却器14が二次電池に12a、12bを良好に冷却することができる。したがって、二次電池12a、12bに温度ムラが生じることを抑制することができる。
(第4実施形態)
上記第3実施形態では、2つの冷媒出口22e、22fを用いた貯液部22Aを用いた例について説明したが、これに代えて、1つの冷媒出口22eを用いた貯液部22Bを用いる本第4実施形態について説明する。
図12に本実施形態の冷却ユニット10の構成を示す。図12において、図10と同一符号は、同一のものを示している。
本実施形態の冷却ユニット10は、上記第3実施形態の冷却ユニット10において、貯液部22Aに代わる貯液部22Bを備える。本実施形態の冷却ユニット10のうち貯液部22B以外の構成は、上記第1実施形態の冷却ユニット10と同様である。このため、貯液部22Bについて説明し、その他の構成の説明を省略する。
貯液部22Bは、内側貯液部22Q、外側貯液部22R、および冷媒出口22mを備える。内側貯液部22Qは、凝縮器16から流れる液相冷媒を一時的に貯める容器を構成するもので、底部22kを備える。
底部22kは、軸線Sbに直交する断面が軸線Sbを中心とする環状(具体的には、円形状)に形成され、かつ前記断面の面積が重力方向下側に向かうほど小さくなる円錐形状に形成されている。軸線Sbは、重力方向に延びる仮想線である。
冷媒出口22mは、外側貯液部22Rの天井部に対して重力方向下側に配置され、かつ内側貯液部22Qに対して重力方向上側に配置されている。冷媒出口22mは、軸線Sbに交差(具体的には、直交)する方向に開口し、かつ軸線Sbを中心とする周方向に亘って設けられている。
このことにより、貯液部22Bが傾斜した際に貯液部22B内の液相冷媒を内壁に沿って冷媒出口22mに円滑に流すことができる。冷媒出口22mは、内側貯液部22Qからの液相冷媒を排出する出口である。
外側貯液部22Rは、内側貯液部22Qおよび冷媒出口22mを収納する。外側貯液部22Rは、冷媒入口22a、底部22h、および冷媒出口22cを備える排出部である。冷媒入口22aは、外側貯液部22Rのうち天井部に設けられて、凝縮器16からの液相冷媒を内側貯液部22Qに導くための入口である。底部22hは、内側貯液部22Qに対して重力方向下側に配置されている。
底部22hは、軸線Sbに直交する断面が軸線Sbを中心とする円形状に形成され、かつ前記断面の面積が重力方向下側に向かうほど小さくなる円錐形状に形成されている。冷媒出口22cは、底部22hのうち最も重力方向下側に配置され、冷媒出口22mからの液相冷媒を集めて下側往路配管部18cの往路流通路18aを通して冷却器14に排出する。本実施形態では、冷媒出口22cは、軸線Sbに重なるように配置されている。
次に、本実施形態の冷却ユニット10の作動について図13A、図13B、図13Cを参照して説明する。
まず、車両が停止した状態で、車両進行方向(および、車両幅方向)が水平方向に対して平行であるときには、図13Aに示すように、凝縮器16、貯液部22Bおよび冷却器14が予め決められた姿勢になっている。このとき、冷媒出口22mは、水平方向に開口されている。
この場合、内側貯液部22Q内の液相冷媒が冷媒出口22mから底部h、冷媒出口22c、および下側往路配管部18cの往路流通路18aを通して冷却器14に流れる。
その後、内側貯液部22Q内の液相冷媒の液面が冷媒出口22mよりも低くなると、内側貯液部22Q内の液相冷媒が冷媒出口22mから流れることが停止される。このことにより、内側貯液部22Q内に液相冷媒が保持されることになる。
次に、車両が停止した状態で、車両の車両進行方向前側が車両進行方向後側よりも高くなっていると、図13Bに示すように、凝縮器16、貯液部22Bおよび冷却器14が予め決められた姿勢に対して傾いた状態になる。
このとき、冷媒出口22mのうち車両進行方向前側は、斜め上側に開口されて、冷媒出口22fのうち車両進行方向後側は、斜め下側に開口されている。
この場合、貯液部22B内の液相冷媒が冷媒出口22mのうち車両進行方向後側から、底部22h、冷媒出口22c、および下側往路配管部18cの往路流通路18aを通して冷却器14に流れる。
その後、内側貯液部22Q内の液相冷媒の液面が冷媒出口22mのうち車両進行方向後側よりも低くなると、内側貯液部22Q内の液相冷媒が冷媒出口22mから流れることが停止される。
これにより、図13Aに示す場合に比べて、貯液部22Bから冷却器14に流れる液相冷媒の流量を増大することができる。このことにより、冷却器14内の液相冷媒の冷媒量を増やすことができる。これにより、冷却器14内の液相冷媒の液面Wcを高くことができる。
次に、車両が停止した状態で、車両の車両進行方向後側が車両進行方向前側よりも高くなっていると、図13Cに示すように、凝縮器16、貯液部22Bおよび冷却器14が予め決められた姿勢に対して傾いた状態になる。このとき、冷媒出口22mのうち車両進行方向前側は、斜め下側に開口されて、冷媒出口22fのうち車両進行方向後側は、斜め上側に開口されている。
この場合、内側貯液部22Q内の液相冷媒が冷媒出口22mのうち車両進行方向前側から、受液部22h、冷媒出口22c、および下側往路配管部18cの往路流通路18aを通して冷却器14に流れる。
その後、内側貯液部22Q内の液相冷媒の液面が冷媒出口22eのうち車両進行方向前側よりも重力方向下側に位置するときには、内側貯液部22Q内の液相冷媒が冷媒出口22mから流れることが停止される。
これにより、図13Aに示す場合に比べて、貯液部22Bから冷却器14に流れる液相冷媒の流量を増大することができる。このことにより、冷却器14内の液相冷媒の冷媒量を増やすことができる。これにより、冷却器14内の液相冷媒の液面Wcを高くことができる。
さらに、車両の走行時において車両進行方向(或いは、車両幅方向)の加速度が急激に変化したとき、貯液部22A内の液相冷媒が冷媒出口22mから下側往路配管部18cの往路流通路18aを通して冷却器14に流れる。このことにより、冷却器14内の液相冷媒の冷媒量を増やすことができる。これにより、冷却器14内の液相冷媒の液面Wcを高くことができる。
なお、図13A、図13B、図13Cにおいて、点ハッチングは、液相冷媒をしめしている。符号Wdは、車両走行時に冷却器14内で冷媒が沸騰している際の液相冷媒の液面を示している。
以上説明した本実施形態によれば、貯液部22Bは、凝縮器16から流れる液相冷媒を貯める内側貯液部22Qと、重力方向に対して直交する方向に開口して内側貯液部22Q内の液相冷媒を排出する冷媒出口22eと、冷媒出口22eから排出される液相冷媒を受け、この受けた液相冷媒を下側往路配管部18cを通して冷却器14に排出する外側貯液部22Rとを備える。
貯液部22Bが予め決められた姿勢に対して傾いたときに、内側貯液部22Q内の液相冷媒が冷媒出口22m、受液部22h、および下側往路配管部18cの往路流通路18aを通して冷却器14に流れる。
これにより、上記第3実施形態と同様に、冷却器14および貯液部22Aが予め決められた姿勢になっているときに比べて、冷却器14内の液相冷媒の冷媒量を増やすことができる。これにより、冷却器14内の液相冷媒の液面Wcを高くことができる。
さらに、車両の走行時において車両進行方向(或いは、車両幅方向)の加速度が急激に変化したとき、冷却器14内の液相冷媒の冷媒量を増やすことができる。これにより、冷却器14内の液相冷媒の液面Wcを高くことができる。
以上により、冷却器14内の液相冷媒を増大させて冷却器14内の気相冷媒が存在する気体部分を小さくすることにより、冷却器14が二次電池に12a、12bを良好に冷却することができる。したがって、二次電池12a、12bに温度ムラが生じることを抑制することができる。
(第5実施形態)
上記第1〜4実施形態では、貯液部22の外側に冷媒出口22b、22cを設けた例について説明したが、図15に示すように、貯液部22の内側に下側往路配管部18cの一部を配置し、下側往路配管部18cに冷媒出口22b、22c、および貯液バルブ24を設けてもよい。
(他の実施形態)
(1)上記第1〜第5実施形態では、被冷却対象を二次電池12a、12bとした例について説明したが、これに代えて、二次電池12a、12b以外の発熱体を被冷却対象としてもよい。
(2)上記第1〜第5実施形態では、冷却ユニット10を車両に適用した例について説明したが、これに限らず、冷却ユニット10を車両以外の機器に適用してもよい。
(3)上記第1〜第3実施形態では、貯液バルブ24(或いは、24A)を用いて冷却器14内の液相冷媒の液面を調整する例について説明したが、これに代えて、次のように貯液部22を構成してもよい。
すなわち、貯液部22内において液面よりも下側に貯液部22自体の容積を可変させる容積可変部を設けて、容積可変部で貯液部から冷却器14に流す冷媒量を調整して冷却器14内の液量(液面)高さを調整してもよい。
(4)本発明の実施にあたり、上記第1〜第5実施形態において、貯液部22を凝縮器16や冷却器14や配管と一体構造にしてもよい。
(5)本発明の実施にあたり、上記第1〜第5実施形態において、電池パックを構成する複数の二次電池のぞれぞれを冷却する複数の冷却器14を採用して冷却ユニット10を構成してもよい。
(6)上記第1〜第5実施形態では、イグニッションスイッチIGの出力信号に基づいて車両が停止しているか否かを判定したが、これに代えて、次のようにしてもよい。すなわち、二次電池12a、12bを充電中に電池内の充電器の検知信号に基づいて、車両が停止しているか否かを判定してもよい。
(7)上記第1〜第5実施形態では、冷却器14および凝縮器16の間で気相冷媒を流通させる気体排出経路としての復路配管20を複数設けてもよい。
(8)上記第3実施形態では、貯液部22Aに2つの冷媒出口22e、22fを設けた例について説明したが、これに代えて、貯液部22Aに3つ以上の冷媒出口を設けてもよい。3つ以上の冷媒出口は、軸線Saを中心とする周方向にオフセットして配置されている。
(9))上記第3実施形態では、軸線Saに直交する断面の面積が重力方向下側に向かうほど小さくなるように貯液部22Aの底部22dを形成したが、これに限らず、次のようにしてもよい。
すなわち、軸線Saに直交する断面の面積が重力方向に亘って同一になるように貯液部22Aの底部22dを形成してもよい。或いは、軸線Saに直交する断面の面積が重力方向下側に向かうほど大きくなるように貯液部22Aの底部22dを形成してもよい。
(10)上記第4実施形態では、軸線Sbに直交する断面の面積が重力方向下側に向かうほど小さくなるように内側貯液部22Qの底部22kを形成したが、これに限らず、次のようにしてもよい。
すなわち、軸線Sbに直交する断面の面積が重力方向に亘って同一になるように内側貯液部22Qの底部22kを形成してもよい。或いは、軸線Sbに直交する断面の面積が重力方向下側に向かうほど大きくなるように内側貯液部22Qの底部22kを形成してもよい。
さらに、外側貯液部22Rの底部も内側貯液部22Qの底部22kと同様である。
(11)上記第1、第2実施形態では、電池12a、12bの出力電流や入力電流を検出する電流センサ31の検出値に基づいて電池12a、12bの発熱量が閾値以下であるか否かを判定した例について説明したが、これに代えて、次のようにしてもよい。
すなわち、電池12a、12bの温度を検出する温度センサの検出値に基づいて電池12a、12bの発熱量が閾値以下であるか否かを判定してもよい。或いは、電池12a、12bの温度分布を検出するセンサの検出値に基づいて電池12a、12bの発熱量が閾値以下であるか否かを判定してもよい。
(12)上記第3実施形態では、貯液部22Aに2つの冷媒出口22e、22fを設けた例について説明したが、これに代えて、貯液部22Aに3つ以上の冷媒出口を設けてもよい。
また、上記第3実施形態では、貯液部22Aの冷媒出口は、車両進行方向前側、および車両進行方向後側に開口する場合に限らず、車両幅方向右側、或いは車両幅方向左側に貯液部22Aの冷媒出口を開口させるようにしてもよい。
(13)上記第3実施形態では、軸線Saに直交する断面が軸線Saを中心とする円形状になるように貯液部22Aの底部22dを形成した例について説明したが、これに代えて、
軸線Saに直交する断面が軸線Saを中心とする楕円形状になるように貯液部22Aの底部22dを形成してもよい。
(14)上記第4実施形態では、内側貯液部22Qの底部22kは、軸線Sbに直交する断面が軸線Sbを中心とする円形になるように形成されている例について説明したが、これに代えて、軸線Sbに直交する断面が軸線Sbを中心とする楕円形になるように内側貯液部22Qの底部22kを形成してもよい。
(15)上記第2実施形態では、車室外の気温を検出する外気温センサ32の検出値に基づいて、現在の季節が冬期であるか否かを判定した例について説明したが、これに代えて、
メモリにカレンダーを記憶させておいて、この記憶されたカレンダーに基づいて現在の季節が冬期であるか否かを判定してもよい。
(16)上記第2実施形態では、電子制御装置30によって制御されて弁体を駆動する電動アクチュエータによって構成される貯液バルブ24、24Aを用いた例について説明したが、これに加えて、次のようにしてもよい。
すなわち、サーモワックス、形状記憶合金、形状記憶樹脂、バイメタル等を用いて温度に応じた物理作用を利用して自動的に弁体を開閉させる機構(以下、自動開閉機構という)を貯液バルブ24、24Aに採用する。
具体的には、貯液バルブ24、24Aとしては、温度が閾値Sa以下になると自動開閉機構が自動的に弁体を閉弁し、温度が閾値Saよりも大きくなると自動開閉機構が自動的に弁体を開弁するものが用いられる。
ここで、現在の季節が冬期であるとき、車両が停止すると、貯液バルブ24、24Aの周辺温度が外気温の影響を受けて低下する。このため、貯液バルブ24、24Aの温度が閾値Sa以下になるため、貯液バルブ24、24Aが自動的に閉弁する。よって、冷媒出口22b、22cが貯液バルブ24、24Aによって閉じられる。このことにより、図8Aのステップ140と同様の処理を実施することができる。
一方、現在の季節が冬期以外の季節であるとき、車両が停止すると、貯液バルブ24、24Aの周辺温度が高くなり、貯液バルブ24、24Aの温度が閾値Saよりも大きくなる。このため、貯液バルブ24、24Aが自動的に開弁する。よって、冷媒出口22b、22cが貯液バルブ24、24Aによって開けられる。このことにより、図8Aのステップ141と同様の処理を実施することができる。
また、車両が走行中であるときには、貯液バルブ24、24Aの周辺温度が高くなり、貯液バルブ24、24Aの温度が閾値Saよりも大きくなる。このため、貯液バルブ24、24Aが自動的に開弁する。よって、冷媒出口22b、22cが開けられる。
電子制御装置30は、車両が走行中において、電池12a、12bの発熱量が閾値Sb以下であるとして、図8Bのステップ200においてYESと判定すると、ステップ210において、貯液バルブ24、24Aを開弁する。このため、冷媒出口22b、22cが開けられる。
一方、電子制御装置30は、車両が走行中において、電池12a、12bの発熱量が閾値Sbよりも大きくなると、図8Bのステップ200においてNOと判定すると、ステップ211において、貯液バルブ24を閉弁する。このため、冷媒出口22bが開けられて、かつ冷媒出口22cが閉じられる。
以上により、温度に応じて自動的に開閉する貯液バルブ24、24Aを採用して上記第2実施形態と同様の作動を実施することができる。
なお、貯液バルブ24、24Aとしては、自動開閉機構および電動アクチュエータのうち自動開閉機構だけを備えるものを採用してもよい。
(17)なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。
(まとめ)
上記第1〜第4実施形態、および他の実施形態の一部または全部に記載された第1の観点によれば、気相冷媒を凝縮して液相冷媒を排出する凝縮器と、凝縮器からの液相冷媒を蒸発させることにより被冷却対象から吸熱する冷却器と、を備え、凝縮器と冷却器との間で冷媒を循環させるサーモサイフォンであって、凝縮器から冷却器に液相冷媒が流れる冷媒経路の途中に設けられて、液相冷媒を貯める貯液部と、冷却器内の液相冷媒の貯液量を調整する調整部と、を備える。
第2の観点によれば、貯液部内の液相冷媒を冷媒経路を通して冷却器に排出する第1冷媒出口および第2冷媒出口が貯液部に設けられており、第1冷媒出口は、第2冷媒出口に対して重力方向下側に配置されており、調整部は、第1冷媒出口を開閉する開閉弁を備えており、開閉弁が冷媒出口を開閉することによって貯液部から冷媒経路を通して冷却器に流れる液相冷媒の流量を調整して冷却器内の液相冷媒の貯液量を調整する。
したがって、開閉弁が冷媒出口を開閉することによって貯液部から冷却器に流れる液相冷媒の流量を調整して冷却器内の液相冷媒の液面を上昇させることができる。
第3の観点によれば、開閉弁は、第1開閉弁であり、調整部は、第2冷媒出口を開閉する第2開閉弁を備える。
第4の観点によれば、走行用電動機に電力を供給する電池としての前記被冷却対象を備える車両に適用され、現在の季節が冬期であり、かつ車両が停車している場合に、第1開閉弁および第2開閉弁が、第1冷媒出口および第2冷媒出口を自動的に閉じる。
これにより、電動アクチュエータを用いることなく、第1開閉弁および第2開閉弁が、第1冷媒出口および第2冷媒出口を自動的に閉じることができる。
第5の観点によれば、走行用電動機に電力を供給する電池としての被冷却対象を備える車両に適用され、現在の季節が冬期であるか否かを判定する冬期判定部と、車両が停車しているか否かを判定する停車判定部と、現在の季節が冬期であると冬期判定部が判定し、かつ車両が停車していると停車判定部が判定したとき、第1開閉弁および第2開閉弁を制御して第1冷媒出口および第2冷媒出口を閉じる全閉制御部とを備える。
したがって、冬期の停車時には、第1冷媒出口および第2冷媒出口を閉じることができる。このため、貯液部から液相冷媒が冷却器に流れることを停止することができる。
第6の観点によれば、被冷却対象から発生される熱量が閾値以下であるか否かを判定する熱判定部と、被冷却対象から発生される熱量が閾値以下であると熱判定部が判定したとき、開閉弁を制御して第1冷媒出口を開ける低熱制御部とを備える。
したがって、被冷却対象から発生される熱量が閾値以下であるときに、冷却器内の液相冷媒の液面を上昇させることができる。
第7の観点によれば、走行用電動機に電力を供給する電池としての被冷却対象を備える車両に適用され、車両が停車しているか否かを判定する停車判定部と、車両が停車していると停車判定部が判定したとき、開閉弁を制御して第1冷媒出口を開ける停車制御部と、を備える。
したがって、車両が停車しているとき、冷却器内の液相冷媒の液面を上昇させることができる。
第8の観点によれば、気相冷媒を凝縮して液相冷媒を排出する凝縮器と、凝縮器からの液相冷媒を蒸発させることにより被冷却対象から吸熱する冷却器と、を備え、凝縮器と冷却器との間で冷媒を循環させるサーモサイフォンであって、凝縮器から冷却器に液相冷媒が流れる冷媒経路の途中に設けられて、凝縮器からの液相冷媒を貯める貯液部を備え、貯液部は、重力方向に対して交差する方向に開口し、かつ重力方向に延びる仮想線を中心とする周方向にオフセットして配置され、貯液部に貯められた液相冷媒を冷媒経路を通して冷却器に排出する2つの冷媒出口を備える。
したがって、凝縮器、貯液部、および冷却器が予め定められた姿勢に対して傾いたとき、貯液部から液相冷媒を冷却器に流して冷却器内の液相冷媒の液面を上昇させることができる。このため、冷却器が被冷却対象を良好に冷却することができるので、被冷却対象に温度ムラが生じることを抑制することができる。
第9の観点によれば、貯液部は、2つの冷媒出口および仮想線を含む断面において、2つの冷媒出口を結ぶ方向の寸法が重力方向下側に向かうほど小さくなるように形成されている。
第10の観点によれば、気相冷媒を凝縮して液相冷媒を排出する凝縮器と、凝縮器からの液相冷媒を蒸発させることにより被冷却対象から吸熱する冷却器と、を備え、凝縮器と冷却器との間で冷媒を循環させるサーモサイフォンであって、凝縮器から冷却器に液相冷媒が流れる冷媒経路の途中に設けられている貯液部を備え、貯液部は、凝縮器から流れる液相冷媒を貯める容器と、容器よりも重力方向上側に配置され、重力方向に対して交差する方向に開口され、かつ重力方向に延びる仮想線を中心とする周方向に亘って形成されて、容器内の液相冷媒を排出する冷媒出口と、冷媒出口から排出される液相冷媒を冷媒経路を通して冷却器に排出する排出部とを備える。
したがって、凝縮器、貯液部、および冷却器が予め定められた姿勢に対して傾いたとき、貯液部から液相冷媒を冷却器に流して冷却器内の液相冷媒の液面を上昇させることができる。このため、冷却器が被冷却対象を良好に冷却することができるので、被冷却対象に温度ムラが生じることを抑制することができる。
第11の観点によれば、容器は、仮想線に直交する断面が仮想線を中心とする環状に形成され、かつ重力方向下側に向かうほど断面の面積が小さくなるように形成されている。
10 冷却ユニット
12a、12b 二次電池
14 冷却器
16 凝縮器
18 往路配管
20 復路配管
22 貯液部
24 貯液バルブ

Claims (6)

  1. 走行用電動機(41)に電力を供給する電池(12a、12b)としての被冷却対象を備える車両に適用され、
    気相冷媒を凝縮して液相冷媒を排出する凝縮器(16)と、前記凝縮器からの液相冷媒を蒸発させることにより前記被冷却対象から吸熱する冷却器(14)と、を備え、前記凝縮器と前記冷却器との間で冷媒を循環させるサーモサイフォンであって、
    前記凝縮器から前記冷却器に前記液相冷媒が流れる冷媒経路の途中に設けられて、前記液相冷媒を貯める貯液部(22)と、
    前記冷却器内の前記液相冷媒の貯液量を調整する調整部(24、24A)と、を備え
    前記貯液部内の前記液相冷媒を前記冷媒経路を通して前記冷却器に排出する第1冷媒出口(22c)および第2冷媒出口(22b)が前記貯液部に設けられており、
    前記第1冷媒出口は、前記第2冷媒出口に対して重力方向下側に配置されており、
    前記調整部は、前記第1冷媒出口を開閉する開閉弁(24)を備えており、
    前記開閉弁が前記冷媒出口を開閉することによって前記貯液部から前記冷媒経路を通して前記冷却器に流れる前記液相冷媒の流量を調整して前記冷却器内の前記液相冷媒の貯液量を調整し、
    前記開閉弁は、第1開閉弁であり、
    前記調整部は、前記第2冷媒出口を開閉する第2開閉弁(24A)を備え、
    現在の季節が冬期であり、かつ前記車両が停車している場合に、前記第1開閉弁および前記第2開閉弁が、前記第1冷媒出口および前記第2冷媒出口を自動的に閉じるサーモサイフォン。
  2. 前記被冷却対象から発生される熱量が閾値以下であるか否かを判定する熱判定部(S200)と、
    前記被冷却対象から発生される熱量が閾値以下であると前記熱判定部が判定したとき、前記開閉弁を制御して前記第1冷媒出口を開ける低熱制御部(S210)と、を備える請求項に記載のサーモサイフォン。
  3. 前記車両が停車しているか否かを判定する停車判定部(S100)と、
    前記車両が停車していると前記停車判定部が判定したとき、前記開閉弁を制御して前記第1冷媒出口を開ける停車制御部(S110)と、を備える請求項1または2に記載のサーモサイフォン。
  4. 気相冷媒を凝縮して液相冷媒を排出する凝縮器(16)と、
    前記凝縮器からの液相冷媒を蒸発させることにより被冷却対象(12a、12b)から吸熱する冷却器(14)と、を備え、前記凝縮器と前記冷却器との間で冷媒を循環させるサーモサイフォンであって、
    前記凝縮器から前記冷却器に前記液相冷媒が流れる冷媒経路の途中に設けられて、前記凝縮器からの前記液相冷媒を貯める貯液部(22A)を備え、
    前記貯液部は、重力方向に対して交差する方向に開口し、かつ前記重力方向に延びる仮想線(Sa)を中心とする周方向にオフセットして配置され、前記貯液部に貯められた液相冷媒を前記冷媒経路を通して前記冷却器に排出する2つの冷媒出口(22e、22f)を備え
    前記貯液部は、前記2つの冷媒出口および前記仮想線を含む断面において、前記2つの冷媒出口を結ぶ方向の寸法(Ds)が重力方向下側に向かうほど小さくなるように形成されているサーモサイフォン。
  5. 気相冷媒を凝縮して液相冷媒を排出する凝縮器(16)と、前記凝縮器からの液相冷媒を蒸発させることにより被冷却対象(12a、12b)から吸熱する冷却器(14)と、を備え、前記凝縮器と前記冷却器との間で冷媒を循環させるサーモサイフォンであって、
    前記凝縮器から前記冷却器に前記液相冷媒が流れる冷媒経路の途中に設けられている貯液部(22B)を備え、
    前記貯液部は、
    前記凝縮器から流れる前記液相冷媒を貯める容器(22Q)と、
    前記容器よりも重力方向上側に配置され、重力方向に対して交差する方向に開口され、かつ前記重力方向に延びる仮想線(Sb)を中心とする周方向に亘って形成されて、前記容器内の液相冷媒を排出する冷媒出口(22m)と、
    前記冷媒出口から排出される液相冷媒を前記冷媒経路を通して前記冷却器に排出する排出部(22R)と、を備えるサーモサイフォン。
  6. 前記容器は、前記仮想線に直交する断面が前記仮想線を中心とする環状に形成され、かつ重力方向下側に向かうほど前記断面の面積が小さくなるように形成されている請求項5に記載のサーモサイフォン。
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