JP7159828B2 - 車載バッテリの冷却システム - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載されるバッテリを冷却するシステムに関する。

特開２０１５－２３０７９７号公報は、車両に搭載されるバッテリの冷却システムを開示する。この従来の冷却システムは、熱交換器と、切換装置と、制御装置とを備えている。切換装置は、バッテリと熱交換器の間に冷却水を循環させる熱交換状態と、バッテリの周囲から冷却水を抜く保温状態と、を切り換える。制御装置は、バッテリの温度と、外気の温度とに基づいて、切換装置を制御する。

特開２０１５－２３０７９７号公報

冷媒の気化熱を利用してバッテリを冷却する冷却システムを考える。気化熱は、液体の冷媒が気体になるときに、当該冷媒が周囲から奪う熱である。この冷却システムでは、バッテリの周囲に液相の冷媒が供給される。バッテリの周囲の温度が冷媒の気化温度よりも高いと、冷媒が液相から気相に変化し、バッテリが冷却される。

この冷却システムでは、気相と液相の境界面がバッテリの周囲に形成される。しかしながら、この境界面は、車両の加速および減速による影響を受け易く、道路の傾斜（上り坂、下り坂）による影響も受け易い。そのため、車両の走行状態によってはバッテリの一部の冷却が不十分となる可能性がある。特に、バッテリがセルのスタックから構成される場合、これらのセル間に温度ばらつきが生じる可能性がある。

本発明の１つの目的は、冷媒の気化熱を利用してバッテリを冷却する冷却システムにおいて、セルのスタックから構成されるバッテリのセル間に温度ばらつきが生じるのを抑えることのできる技術を提供することにある。

第１の観点は、車両に搭載されるバッテリの冷却システムである。
前記冷却システムは、循環路と、第１熱交換器と、第２熱交換器と、制御バルブと、取得装置と、制御装置と、を備える。
前記循環路には、前記バッテリとの熱交換により液相から気相に変化する冷媒が循環する。
前記第１熱交換器は、前記循環路の途中に設けられる。前記第１熱交換器は、冷媒を気相から液相に変化させる。
前記第２熱交換器は、前記第１熱交換器の下流に設けられる。前記第２熱交換器は、前記第１熱交換器から流入する液相冷媒を用いて前記バッテリと熱交換する。
前記制御バルブは、前記第１および第２熱交換器の間に設けられる。前記制御バルブは、前記第１熱交換器から前記第２熱交換器に流入する液相冷媒の流量を制御する。
前記取得装置は、前記車両の加速度又は前記車両の傾きを取得する。
前記制御装置は、前記制御バルブの開度を調整する。
前記バッテリは、セルのスタックから構成される。
前記第２熱交換器は、前記セルの積層方向と平行な方向に延び、前記セルに共通して設けられるセル共通管を有する。
前記制御装置は、
前記取得装置により取得された前記車両の加速度に基づいて、前記積層方向における前記車両の加速度の絶対値を取得し、又は、前記取得装置により取得された前記車両の傾きに基づいて前記車両が走行する道路の前記積層方向における勾配を取得し、
前記積層方向における前記車両の加速度の絶対値が車両加速度について設定される第１所定値以上の場合、又は、前記車両が走行する道路の前記積層方向における勾配が道路勾配について設定される第１所定値以上の場合、前記流量が減るように前記開度を調整する。

第２の観点は、第１の観点において、更に次の特徴を有する。
前記制御装置は、
前記積層方向における前記車両の加速度の絶対値が車両加速度について設定される第１所定値以上となり、又は、前記車両が走行する道路の前記積層方向の勾配が道路勾配について設定される第１所定値以上となる第１状態が、第１判定時間に亘って継続するか否かを判定し、
前記第１状態が前記第１判定時間に亘って継続すると判定した場合、前記流量が減るように前記開度を調整する。

第３の観点は、第２の観点において、更に次の特徴を有する。
前記制御装置は、前記第１状態が前記第１判定時間に亘って継続すると判定した場合、前記流量がゼロとなるように前記開度を調整する。

第４の観点は、第１乃至３の観点の何れかにおいて、更に次の特徴を有する。
前記冷却システムは、複数の温度センサを更に備える。
前記複数の温度センサは、前記バッテリの少なくとも２箇所における温度をそれぞれ検出する。
前記制御装置は、
前記少なくとも２箇所における温度に基づいて、前記少なくとも２つのセルの間の第１温度ばらつきを計算し、
前記第１温度ばらつきが第１判定値以上か否かを判定し、
前記第１温度ばらつきが前記第１判定値以上であると判定した場合、前記流量が増えるように前記開度を調整する。

第５の観点は、第１乃至第４の観点の何れかにおいて、更に次の特徴を有する。
前記バッテリは、並列に複数設けられる。
前記循環路は、前記バッテリの配列方向と平行な方向に延び、前記バッテリに共通して設けられるバッテリ共通管を有する。
前記制御装置は、
前記取得装置により取得された前記車両の加速度に基づいて、前記配列方向における前記車両の加速度の絶対値を取得し、又は、前記取得装置により取得された前記車両の傾きに基づいて前記車両が走行する道路の前記配列方向における勾配を取得し、
前記配列方向における前記車両の加速度の絶対値が車両加速度について設定される第２所定値以上の場合、又は、前記車両が走行する道路の前記配列方向における勾配が道路勾配について設定される第２所定値以上の場合、前記流量が減るように前記開度を調整する。

第６の観点は、第５の観点において、更に次の特徴を有する。
前記制御装置は、
前記配列方向における前記車両の加速度の絶対値が車両加速度について設定される第２所定値以上となり、又は、前記車両が走行する道路の前記配列方向における勾配が道路勾配について設定される第２所定値以上となる第２状態が、第２判定時間に亘って継続するか否かを判定し、
前記第２状態が前記第２判定時間に亘って継続すると判定した場合、前記流量が減るように前記開度を調整する。

第７の観点は、第６の観点において、更に次の特徴を有する。
前記制御装置は、前記第２状態が前記第２判定時間に亘って継続すると判定した場合、前記流量がゼロとなるように前記開度を調整する。

第８の観点は、第５乃至第７の観点の何れかにおいて、更に次の特徴を有する。
前記冷却システムは、複数の温度センサを備える。前記温度センサは、前記バッテリの各温度をそれぞれ検出する。
前記制御装置は、
前記各温度に基づいて、前記バッテリの間の第２温度ばらつきを計算し、
前記第２温度ばらつきが第２判定値以上か否かを判定し、
前記第２温度ばらつきが前記第２判定値以上であると判定した場合、前記流量が増えるように前記開度を調整する。

第１の観点によれば、積層方向における車両の加速度の絶対値が車両加速度について設定される第１所定値以上の場合、又は、車両が走行する道路のセル積層方向における勾配が道路勾配について設定される第１所定値以上の場合、第１熱交換器から第２熱交換器に流入する液相冷媒の流量が減るように制御バルブの開度が調整される。セル積層方向における車両の加速度の絶対値が車両加速度について設定される第１所定値以上である、又は、車両が走行する道路のセル積層方向における勾配が道路勾配について設定される第１所定値以上であるということは、走行状態から境界面が影響を受けていることを意味する。このような場合に、液相冷媒の流量が減るように制御バルブの開度が調整されれば、バッテリのセル間に温度ばらつきが生じるのを未然に防止することができる。

第２の観点によれば、第１状態が第１判定時間に亘って継続すると判定された場合、第１熱交換器から第２熱交換器に流入する液相冷媒の流量が減るように制御バルブの開度が調整される。第１状態は、積層方向における車両の加速度の絶対値が車両加速度について設定される第１所定値以上となり、又は、車両が走行する道路のセル積層方向における勾配が道路勾配について設定される第１所定値以上となる状態である。そのため、第１状態が第１判定時間に亘って継続するということは、走行状態から境界面が受ける影響が大きいということを意味する。このような場合に、液相冷媒の流量が減るように制御バルブの開度が調整されれば、バッテリのセル間に温度ばらつきが生じるのを未然に防止することができる。

第３の観点によれば、第１状態が第１判定時間に亘って継続すると判定された場合、液相冷媒の流量がゼロとなるように制御バルブの開度が調整される。したがって、バッテリのセル間に温度ばらつきが生じるのを良好に防止することができる。

第４の観点によれば、第１温度ばらつきが第１判定値以上であると判定された場合、液相冷媒の流量が増えるように制御バルブの開度が調整される。第１温度ばらつきは、積層方向における少なくとも２つのセルの間の温度ばらつきである。そのため、第１温度ばらつきが第１判定値以上であるということは、第１乃至第３の観点の何れかに基づいた制御バルブの開度の調整にも関わらず、セルの間に温度ばらつきが生じてしまっていることを意味する。このような場合に、液相冷媒の流量が増えるように制御バルブの開度が調整されれば、現に生じている温度ばらつきを小さくすることができる。

第５の観点によれば、バッテリ配列方向における車両の加速度の絶対値が車両加速度について設定される第２所定値以上の場合、又は、車両が走行する道路のバッテリ配列方向における勾配が道路勾配について設定される第２所定値以上の場合、第１熱交換器から第２熱交換器に流入する液相冷媒の流量が減るように制御バルブの開度が調整される。バッテリ配列方向における車両の加速度の絶対値が車両加速度について設定される第２所定値以上である、又は、車両が走行する道路のバッテリ配列方向における勾配が道路勾配について設定される第２所定値以上であるということは、走行状態から境界面が影響を受けていることを意味する。このような場合に、液相冷媒の流量が減るように制御バルブの開度が調整されれば、バッテリ間に温度ばらつきが生じるのを未然に防止することができる。

第６の観点によれば、第２状態が第２判定時間に亘って継続すると判定された場合、液相冷媒の流量が減るように制御バルブの開度が調整される。第２状態は、バッテリ配列方向における車両の加速度の絶対値が車両加速度について設定される第２所定値以上となり、又は、車両が走行する道路のバッテリ配列方向における勾配が道路勾配について設定される第２所定値以上となる状態である。そのため、第２状態が第２判定時間に亘って継続するということは、走行状態から境界面が受ける影響が大きいということを意味する。このような場合に、液相冷媒の流量が減るように制御バルブの開度が調整されれば、バッテリ間に温度ばらつきが生じるのを未然に防止することができる。

第７の観点によれば、第２状態が第２判定時間に亘って継続すると判定された場合、液相冷媒の流量がゼロとなるように制御バルブの開度が調整される。したがって、バッテリ間に温度ばらつきが生じるのを良好に防止することができる。

第８の観点によれば、第２温度ばらつきが第２判定値以上であると判定された場合、液相冷媒の流量が増えるように制御バルブの開度が調整される。第２温度ばらつきは、バッテリの間の温度ばらつきである。そのため、第２温度ばらつきが第２判定値以上であるということは、第５乃至７の観点の何れかに基づいた制御バルブの開度の調整にも関わらず、バッテリの間に温度ばらつきが生じてしまっていることを意味する。このような場合に、液相冷媒の流量が増えるように制御バルブの開度が調整されれば、現に生じている温度ばらつきを小さくすることができる。

実施の形態１に係る冷却システムの第１の構成例を説明する図である。 実施の形態１に係る冷却システムの第２の構成例を説明する図である。 熱交換部の構成および熱交換部による冷却原理を説明する図である。 車両の加速時における影響を説明する図である。 登坂時における影響を説明する図である。 車両の減速時における影響を説明する図である。 降坂時における影響を説明する図である。 車両の旋回時における影響を説明する図である。 横断勾配のある道路の走行時における影響を説明する図である。 実施の形態１における慣性センサの検出値に基づいたバルブ制御処理の流れを説明するフローチャートである。 傾斜センサの検出値に基づいたバルブ制御処理の流れを説明するフローチャートである。 実施の形態２に係る冷却システムの第１の構成例を説明する図である。 実施の形態２に係る冷却システムの第２の構成例を説明する図である。 実施の形態２における慣性センサの検出値に基づいたバルブ制御処理の流れを説明するフローチャートである。 本発明の実施の形態３に係る冷却システムの第１の構成例を説明する図である。 実施の形態３における冷却制御処理の流れを説明するフローチャートである。 実施の形態４に係る冷却システムの第１の構成例を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

１．実施の形態１
先ず、本発明の実施の形態１について、図１乃至図１１を参照しながら説明する。

１．１ 冷却システムの構成
実施の形態１に係る冷却システムは、車両に搭載されるバッテリを冷却するシステムである。車両としては、電気自動車およびプラグインハイブリッド車両が例示される。バッテリの冷却は、冷媒の気化熱を利用して行われる。冷媒は、バッテリの作動温度域において気化する性質を有している。

(i) 第１の構成例
図１は、実施の形態１に係る冷却システムの第１の構成例を説明する図である。図１に示す冷却システム１は、バッテリ１０と、熱交換部２０と、冷媒管３０および３２と、チラー４０と、制御バルブ４２と、制御装置５０と、を備えている。

バッテリ１０は、インバータ（不図示）を介して走行用モータに電気を供給する。バッテリ１０は、また、回生電力を蓄える。バッテリ１０は、第１スタック１２および第２スタック１４を有している。第１スタック１２はおよび第２スタック１４は、それぞれ、複数のセルを有している。第１スタック１２および第２スタック１４は、セルの積層方向ＳＤに対して直交する方向に並べられている。

熱交換部２０は、第１スタック１２および第２スタック１４の間に設けられている。熱交換部２０は、積層方向ＳＤと平行な方向に延びる２本の管を有している。重力方向の下方に位置する管（第１管）の一端は、冷媒管３０に接続されている。重力方向の上方に位置する管（第２管）の一端は、冷媒管３２に接続されている。これらの管の構成を含む熱交換部２０の詳細な構成については後述する。

冷媒管３０および３２は、冷媒の循環路を形成する。冷媒管３０には、液相の冷媒が流れる。一方、冷媒管３２には、気相の冷媒が流れる。冷媒管３０と３２の接続箇所には、熱交換部２０およびチラー４０が設けられる。

チラー４０は、冷媒管３２から流入した気相の冷媒を、外気または冷却水と熱交換させる熱交換器である。チラー４０からは、液相の冷媒が排出される。チラー４０から排出された液相の冷媒は、冷媒管３０に流入する。冷媒管３０におけるチラー４０の下流には、制御バルブ４２が設けられている。制御バルブ４２は、冷媒管３０を流れる液相の冷媒の流量を調整する。制御バルブ４２としては、常閉の電磁バルブが例示される。

制御装置５０は、ＣＰＵ（Central Control Unit）、メモリ、入出力ポートなどを備えるマイクロコンピュータである。制御装置５０の入力側には、慣性センサ５２、傾斜センサ５４および電流センサ５６が接続されている。慣性センサ５２は、車両の前後方向および左右方向の加速度を検出する。傾斜センサ５４は、車両の傾きを検出する。電流センサ５６は、バッテリ１０の充電電流および放電電流を検出する。制御装置５０の出力側には、制御バルブ４２が接続されている。

制御装置５０は、電流センサ５６の検出値に基づいて、バッテリ１０の状態を判定する。制御装置５０は、バッテリ１０が放電中または充電中であると判定した場合、制御バルブ４２を開く（バルブ制御）。

矢印Ｃ１およびＣ２は、冷却システム１内の冷媒の流れを表している。矢印Ｃ１は、通常時の冷媒の流通の向きを表している。矢印Ｃ２は、液相の冷媒を冷媒管３０に戻す向きを表している。矢印Ｃ２で示すように、液相の冷媒は、チラー４０と制御バルブ４２の間に戻される。このような戻り経路を設けることで、熱交換部２０で気化しなかった冷媒が冷媒管３２を介してチラー４０に流入するのを防止している。なお、この戻り経路の途中には、余分な液相の冷媒を貯留するリザーバータンクが設けられていてもよい。

(ii) 第２の構成例
図２は、実施の形態１に係る冷却システムの第２の構成例を説明する図である。図１に示す冷却システム２は、バッテリ１０と、熱交換部２０と、冷媒管３４および３６と、制御バルブ４２と、コンプレッサ４４と、コンデンサ４６と、制御装置５０と、を備えている。

冷媒管３４および３６は、冷媒の循環路を形成する。冷媒管３４には、液相の冷媒が流れる。一方、冷媒管３６には、気相の冷媒が流れる。冷媒管３４と３６の接続箇所には、熱交換部２０、コンプレッサ４４およびコンデンサ４６が設けられる。

コンプレッサ４４およびコンデンサ４６は、図１で説明したチラー４０と同様の熱交換器として機能する。すなわち、コンプレッサ４４は、気相の冷媒を圧縮する。コンデンサ４６は、コンプレッサ４４から流入した気相混合の冷媒を冷却する。コンプレッサ４４からは、液相の冷媒が排出される。

制御装置５０の出力側には、制御バルブ４２およびコンプレッサ４４が接続されている。制御装置５０は、バッテリ１０が放電中または充電中であると判定した場合、制御バルブ４２を開く（バルブ制御）。制御装置５０は、バッテリ１０が放電中または充電中であると判定した場合、コンプレッサ４４のモータを駆動する。

１．２ 熱交換部の構成および冷却原理
図３は、熱交換部２０の構成を説明する図である。図３に示すように、熱交換部２０は、第１管２２および第２管２４を有している。第１管２２および第２管２４は、積層方向ＳＤと平行な方向に延びている。第１管２２は、重力方向の下方に設けられている。第２管２４は、重力方向の上方に設けられている。熱交換部２０は、更に、第１管２２と第２管２４を繋ぐ複数の第３管２６を有している。第３管２６は、垂直方向に延びている。

第１管２２の上流端２２ａは、上述した冷媒管３０または３４に接続されている。そのため、上流端２２ａからは液相の冷媒が流入する。上流端２２ａから流入した液相の冷媒は、第１管２２を流れて下流端２２ｂに向かう。下流端２２ｂは、上述した戻り経路を介して冷媒管３０または３４に接続されている。第１管２２を流れる液相の冷媒の一部は、第３管２６に流入する。液相と気相の境界面ＢＳは、第３管２６の途中に形成される。

液相の冷媒は、放電中または充電中のバッテリ１０から熱を受け取ることより気化する。これにより、バッテリ１０が冷却される。気化した冷媒は、第３管２６を流れ、第２管２４に流入する。第２管２４の下流端２４ｂは、上述した冷媒管３２または３６に接続されている。第２管２４の上流管２４ａは、上述した戻り経路を介して冷媒管３０または３４に接続されている。

１．３ バルブ制御
バルブ制御では、バッテリ１０が放電中または充電中であると判定された場合、制御バルブ４２が全開にされる。バルブ制御によれば、熱交換部２０に液相の冷媒が連続的に供給される。そのため、熱交換部２０において液相の冷媒の気化が連続的に起こり、バッテリ１０の温度が低い温度に保たれる。

(i) 問題点
しかしながら、上述したように、境界面ＢＳは、車両の加速および減速による影響を受け易く、道路の傾斜による影響も受け易い。図４乃至図９は、これらの影響を説明する図である。

図４は、車両の加速時における影響を説明する図である。図４に示す例では、積層方向ＳＤが車両Ｍ１の前後方向と一致している。車両Ｍ１は、平坦路を加速走行している（加速度ａ１＞０）。このような加速時には、車両Ｍ１に慣性力Ｆｉが作用する。慣性力Ｆｉが作用する方向は、進行方向と反対の方向である。そして、この慣性力Ｆｉは、第１管２２を流れる液相の冷媒にも作用する。そのため、境界面ＢＳは、フロント側からリア側に向けて持ち上がるように傾斜する。

境界面ＢＳがこのように傾斜すると、フロント側において気化することのできる液相の冷媒量が相対的に減ることになる。この問題は、車両Ｍ１が上り坂を走行している間にも生じる。図５は、登坂時における影響を説明する図である。図５に示す例では、車両Ｍ１が、縦断勾配αの上り坂を定速走行している（加速度ａ１＝０）。このような登坂時には、車両Ｍ１に重力の斜面方向の成分Ｆｇが作用する。そして、この成分Ｆｇは、第１管２２を流れる液相の冷媒にも作用する。故に、境界面ＢＳは、フロント側からリア側に向けて持ち上がるように傾斜する。

図６は、車両の減速時における影響を説明する図である。図６に示す例では、車両Ｍ１が、平坦路を減速走行している（加速度ａ１＜０）。このような減速時には、車両Ｍ１に慣性力Ｆｉが作用する。慣性力Ｆｉが作用する方向は、進行方向と同じ方向である。そして、この慣性力Ｆｉは、第１管２２を流れる液相の冷媒にも作用する。そのため、境界面ＢＳは、リア側からフロント側に向けて持ち上がるように傾斜する。

境界面ＢＳがこのように傾斜すると、リア側において気化することのできる液相の冷媒量が相対的に減ることになる。この問題は、車両Ｍ１が下り坂を走行している間にも生じる。図７は、降坂時における影響を説明する図である。図７に示す例では、車両Ｍ１が、縦断勾配βの下り坂を定速走行している（加速度ａ１＝０）。このような降坂時には、車両Ｍ１に重力の斜面方向の成分Ｆｇが作用する。そして、この成分Ｆｇは、第１管２２を流れる液相の冷媒にも作用する。故に、境界面ＢＳは、リア側からフロント側に向けて持ち上がるように傾斜する。

図８は、車両の旋回時における影響を説明する図である。図８に示す例では、積層方向ＳＤが車両Ｍ２の左右方向と一致している。車両Ｍ２は、左方向に旋回走行している（加速度ａ２＝０）。このような旋回時には、車両Ｍ２に慣性力（遠心力）Ｆｉが作用する。慣性力Ｆｉが作用する方向は、旋回方向と反対の方向である。そして、この慣性力Ｆｉは、第１管２２を流れる液相の冷媒にも作用する。そのため、境界面ＢＳは、左側から右側に向けて持ち上がるように傾斜する。

境界面ＢＳがこのように傾斜すると、左側において気化することのできる液相の冷媒量が相対的に減ることになる。この問題は、車両Ｍ２が横断勾配のある道路を走行している間にも生じる。図９は、横断勾配のある道路の走行時における影響を説明する図である。図９に示す例では、車両Ｍ２が、横断勾配γの直線を定速走行している（加速度ａ２＝０）。このような走行時には、車両Ｍ２に重力の斜面方向の成分Ｆｇが作用する。そして、この成分Ｆｇは、第１管２２を流れる液相の冷媒にも作用する。故に、境界面ＢＳは、左側から右側に向けて持ち上がるように傾斜する。

(ii) バルブ制御処理
上述した問題は、第１管２２を流れる液相の冷媒に対して、積層方向ＳＤの力が作用することに起因している。そして、積層方向ＳＤの力が作用し続けたときには、セル間に温度ばらつきが生じてしまい、一部のセルが劣化するという問題に繋がる。そこで、実施の形態１のバルブ制御では、慣性センサ５２および傾斜センサ５４の検出値に基づいて、制御バルブ４２を制御する。

(iii) 第１の処理例
図１０は、慣性センサ５２の検出値に基づいたバルブ制御処理の流れを説明するフローチャートである。図１０に示すルーチンは、バッテリ１０の放電中または充電中に、所定の制御周期で繰り返し実行される。

図１０に示すルーチンでは、先ず、積層方向ＳＤの加速度の絶対値｜ａ＿ｓｄ｜が閾値ＴＨａ以上か否かが判定される（ステップＳ１０）。ステップＳ１０の判定結果が否定的な場合、バルブ制御処理が終了される。

ステップＳ１０の判定結果が肯定的な場合、絶対値｜ａ＿ｓｄ｜が閾値ＴＨａ以上となる状態が継続するか否かが判定される（ステップＳ１２）。ステップＳ１２の処理では、ステップＳ１０の判定処理が、判定時間ＪＴ１に亘って繰り返し実行される。ステップＳ１２の判定結果が否定的な場合は、積層方向ＳＤに慣性力が作用したものの、境界面ＢＳが受ける影響は許容範囲であると判断できる。そのため、バルブ制御処理が終了される。

ステップＳ１２の判定結果が肯定的な場合、制御バルブ４２が閉じられる（ステップＳ１４）。制御バルブ４２が閉じられると、第１管２２に対する新たな液相の冷媒の供給が停止される。

(iv) 第２の処理例
図１１は、傾斜センサ５４の検出値に基づいたバルブ制御処理の流れを説明するフローチャートである。図１１に示すルーチンは、バッテリ１０の放電中または充電中に、所定の制御周期で繰り返し実行される。

図１１に示すルーチンでは、先ず、積層方向ＳＤの勾配ｉ＿ｓｄが閾値ＴＨｉ以上か否かが判定される（ステップＳ２０）。勾配ｉ＿ｓｄは、上述した縦断勾配または横断勾配である。ステップＳ２０の判定結果が否定的な場合、バルブ制御処理が終了される。

ステップＳ２０の判定結果が肯定的な場合、勾配ｉ＿ｓｄが閾値ＴＨｉ以上となる状態が継続するか否かが判定される（ステップＳ２２）。ステップＳ２２の処理では、ステップＳ２０の判定処理が、判定時間ＪＴ２に亘って繰り返し実行される。ステップＳ２２の判定結果が否定的な場合は、積層方向ＳＤに重力の成分が作用したものの、境界面ＢＳが受ける影響は許容範囲であると判断できる。そのため、バルブ制御処理が終了される。

ステップＳ２２の判定結果が肯定的な場合、制御バルブ４２が閉じられる（ステップＳ２４）。ステップＳ２４の処理は、図１０のステップＳ１４の処理と同じである。

１．４ 効果
以上説明した実施の形態１のバルブ制御処理によれば、境界面ＢＳが受ける影響が許容範囲外であると判断した場合に、制御バルブ４２が閉じられる。したがって、セル間に温度ばらつきが生じるのを未然に防止することができる。

１．５ 実施の形態１と観点との対応関係
上記実施の形態１においては、チラー４０、または、コンプレッサ４４とコンデンサ４６の組み合わせが、第１の観点における「第１熱交換器」に相当している。熱交換部２０が第１の観点における「第２熱交換器」に相当している。第１管２２が第１の観点における「セル共通管」に相当している。絶対値｜ａ＿ｓｄ｜が閾値ＴＨａ以上となる状態、または、勾配ｉ＿ｓｄが閾値ＴＨｉ以上となる状態が、第１の観点における「第１状態」に相当している。

２．実施の形態２
次に、本発明の実施の形態２について、図１２乃至図１４を参照しながら説明する。なお、上記実施の形態１の説明と重複する説明については、適宜省略される。

２．１ 冷却システムの構成
(i) 第１の構成例
図１２は、実施の形態２に係る冷却システムの第１の構成例を説明する図である。図１２に示す冷却システム３は、バッテリ１０および６０と、熱交換部２０および７０と、冷媒管３０および３２と、チラー４０と、制御バルブ４２と、制御装置５０と、を備えている。つまり、冷却システム３の構成は、図１で説明した冷却システム１の構成に、バッテリ６０および熱交換部７０が追加されたものである。

バッテリ６０は、第３スタック６２および第４スタック６４を有している。バッテリ６０の構成は、バッテリ１０の構成と同じである。バッテリ１０および６０の配列方向ＡＤは、積層方向ＳＤに対して直交している。

熱交換部７０は、第３スタック６２および第４スタック６４の間に設けられている。熱交換部７０の構成は、熱交換部２０の構成と同じである。

電流センサ５６は、バッテリ１０（またはバッテリ６０）の充電電流および放電電流を検出する。制御装置５０は、電流センサ５６の検出値に基づいて、バッテリ１０および６０の状態を判定する。制御装置５０は、バッテリ１０および６０が放電中または充電中であると判定した場合、制御バルブ４２を開く（バルブ制御）。

(ii) 第２の構成例
図１３は、実施の形態２に係る冷却システムの第２の構成例を説明する図である。図１３に示す冷却システム４は、バッテリ１０および６０と、熱交換部２０および７０と、冷媒管３４および３６と、制御バルブ４２と、コンプレッサ４４と、コンデンサ４６と、制御装置５０と、を備えている。つまり、冷却システム４の構成は、図２で説明した冷却システム２の構成に、バッテリ６０および熱交換部７０が追加されたものである。

電流センサ５６は、バッテリ１０（またはバッテリ６０）の充電電流および放電電流を検出する。制御装置５０は、電流センサ５６の検出値に基づいて、バッテリ１０および６０の状態を判定する。制御装置５０は、バッテリ１０および６０が放電中または充電中であると判定した場合、制御バルブ４２を開く（バルブ制御）。制御装置５０は、バッテリ１０および６０が放電中または充電中であると判定した場合、コンプレッサ４４のモータを駆動する。

２．３ バルブ制御
(i) 問題点
バッテリ１０および６０が並列に設けられる場合は、上述した境界面ＢＳの傾斜の問題が配列方向ＡＤでも生じる。すなわち、第１管２２を流れる液相の冷媒に対して、配列方向ＡＤの力が作用し続けたときには、バッテリ間に温度ばらつきが生じてしまい、一方のバッテリが劣化するという問題に繋がる。

(ii) バルブ制御処理
そこで、実施の形態２のバルブ制御では、上記実施の形態１のバルブ制御の手法を、配列方向ＡＤに適用する。図１４は、慣性センサ５２の検出値に基づいたバルブ制御処理の流れを説明するフローチャートである。図１４に示すルーチンは、バッテリ１０および６０の放電中または充電中に、所定の制御周期で繰り返し実行される。

図１４に示すルーチンでは、先ず、配列方向ＡＤの加速度の絶対値｜ａ＿ａｄ｜が閾値ＴＨａ以上か否かが判定される（ステップＳ３０）。ステップＳ３０の判定結果が否定的な場合、バルブ制御処理が終了される。

ステップＳ３０の判定結果が肯定的な場合、絶対値｜ａ＿ａｄ｜が閾値ＴＨａ以上となる状態が継続するか否かが判定される（ステップＳ３２）。ステップＳ３２の処理では、ステップＳ３０の判定処理が、判定時間ＪＴ１に亘って繰り返し実行される。ステップＳ３２の判定結果が否定的な場合は、配列方向ＡＤに慣性力が作用したものの、境界面ＢＳが受ける影響は許容範囲であると判断できる。そのため、バルブ制御処理が終了される。

ステップＳ３２の判定結果が肯定的な場合、制御バルブ４２が閉じられる（ステップＳ３４）。ステップＳ３４の処理は、図１０のステップＳ１４の処理と同じである。

傾斜センサ５４の検出値に基づいたバルブ制御処理の流れについては、図１２で説明した流れと基本的に同じである。すなわち、図１２のステップＳ２０およびＳ２２の勾配ｉ＿ｓｄを、配列方向ＡＤの勾配ｉ＿ａｄで置換すれば、傾斜センサ５４の検出値に基づいたバルブ制御処理の流れが説明される。勾配ｉ＿ａｄは、上述した縦断勾配または横断勾配である。

２．４ 効果
以上説明した実施の形態２のバルブ制御処理によれば、バッテリ１０および６０が並列に設けられるシステムにおいて、バッテリ間に温度ばらつきが生じるのを未然に防止することができる。

２．５ 実施の形態２と観点との対応関係
絶対値｜ａ＿ａｄ｜が閾値ＴＨａ以上となる状態、または、勾配ｉ＿ａｄが閾値ＴＨｉ以上となる状態が、第４の観点における「第２状態」に相当している。

３．実施の形態３
次に、本発明の実施の形態３について、図１５および１６を参照しながら説明する。なお、上記実施の形態１の説明と重複する説明については、適宜省略される。

３．１ 冷却システムの構成
(i) 第１の構成例
図１５は、実施の形態３に係る冷却システムの第１の構成例を説明する図である。図１５に示す冷却システム５は、バッテリ１０と、熱交換部２０と、冷媒管３０および３２と、チラー４０と、制御バルブ４２と、ポンプ４８と、制御装置５０と、を備えている。つまり、冷却システム５の構成は、図１で説明した冷却システム１の構成に、ポンプ４８が追加されたものである。ポンプ４８は、ポンプ４８に流入した冷媒を圧送する。

制御装置５０の入力側には、慣性センサ５２、傾斜センサ５４、電流センサ５６および温度センサ５８が接続されている。つまり、冷却システム５の構成は、図１で説明した冷却システム１の構成に、温度センサ５８が追加されたものでもある。温度センサ５８は、セルの温度を検出する。温度センサ５８は、積層方向ＳＤの少なくとも２箇所に設けられる。制御装置５０の出力側には、制御バルブ４２およびポンプ４８が接続されている。

(ii) 第２の構成例
実施の形態３に係る冷却システムの第２の構成例は、図２で説明した冷却システム２の構成に、ポンプ４８および温度センサ５８が追加されたものである。ポンプ４８および温度センサ５８の設置箇所は、図１５で説明した第１の構成例と同じである。

３．２ 冷却制御
実施の形態３では、実施の形態１で説明したバルブ制御に加えて、ポンプ４８の駆動制御が行われる。図１６は、実施の形態３における冷却制御処理の流れを説明するフローチャートである。図１６に示すルーチンは、バッテリ１０の放電中または充電中に、所定の制御周期で繰り返し実行される。

図１６に示すルーチンでは、先ず、温度ばらつきＴＶＡ＿ｓｄが計算される（ステップＳ４０）。温度ばらつきＴＶＡ＿ｓｄは、積層方向ＳＤにおけるセル間の温度ばらつきである。温度ばらつきＴＶＡ＿ｓｄは、温度センサ５８の検出値に基づいて算出される。

ステップＳ４０に続いて、温度ばらつきＴＶＡ＿ｓｄが閾値ＴＨｖａ未満か否かが判定される（ステップＳ４２）。ステップＳ４２の判定結果が肯定的な場合、ステップＳ１０～Ｓ１４の処理が行われる。ステップＳ１０～Ｓ１４の処理については、図１０で説明したとおりである。なお、ステップＳ１０～Ｓ１４の処理の代わりに、図１１で説明したステップＳ２０～Ｓ２４の処理を行ってもよい。

ステップＳ４２の判定結果が否定的な場合、ポンプ４８が駆動される（ステップＳ４４）。ポンプ４８が駆動されると、冷媒管３０を流れる液相の冷媒の量が増やされる。液相の冷媒の量が増やされると、熱交換部２０に流入する冷媒の量が増やされる。そうすると、熱交換部２０での熱交換の速度が上昇し、バッテリ１０の全体が冷やされる。

冷媒の気化により冷やされたバッテリ１０の温度は、一定の低い温度に収束する。そのため、バッテリ１０の全体が冷やされれば、温度ばらつきＴＶＡ＿ｓｄが縮小する。

３．３ 効果
以上説明した実施の形態３によれば、温度ばらつきＴＶＡ＿ｓｄが閾値ＴＨｖａ以上の場合に、熱交換部２０に流入する冷媒の量が増やされる。したがって、実施の形態１のバルブ制御の実行にも関わらず温度ばらつきＴＶＡ＿ｓｄが生じたとしても、温度ばらつきＴＶＡ＿ｓｄを小さくすることができる。

３．４ 実施の形態３と観点との対応関係
上記実施の形態３においては、温度ばらつきＴＶＡ＿ｓｄが第３の観点における「第１温度ばらつき」に対応している。閾値ＴＨｖａが第３の観点における「第１判定値」に対応している。

４．実施の形態４
次に、本発明の実施の形態４について、図１７を参照しながら説明する。なお、上記実施の形態１乃至３の説明と重複する説明については、適宜省略される。

４．１ 冷却システムの構成
(i) 第１の構成例
図１７は、実施の形態４に係る冷却システムの第１の構成例を説明する図である。図１７に示す冷却システム６は、バッテリ１０および６０と、熱交換部２０および７０と、冷媒管３０および３２と、チラー４０と、制御バルブ４２と、ポンプ４８と、制御装置５０と、を備えている。つまり、冷却システム６の構成は、図１２で説明した冷却システム３の構成に、ポンプ４８が追加されたものでもある。

制御装置５０の入力側には、慣性センサ５２、傾斜センサ５４、電流センサ５６および温度センサ５８が接続されている。つまり、冷却システム６の構成は、図１２で説明した冷却システム３の構成に、温度センサ５８が追加されたものでもある。温度センサ５８は、バッテリ１０および６０の温度を検出する。温度センサ５８は、例えば、積層方向ＳＤに３箇所ずつ設けられる。制御装置５０の出力側には、制御バルブ４２およびポンプ４８が接続されている。

(ii) 第２の構成例
実施の形態４に係る冷却システムの第２の構成例は、図１３で説明した冷却システム４の構成に、ポンプ４８および温度センサ５８が追加されたものである。ポンプ４８および温度センサ５８の設置箇所は、図１７で説明した第１の構成例と同じである。

４．２ 冷却制御
実施の形態４では、実施の形態３と同様の冷却制御が行われる。冷却制御処理の流れは、図１６を援用して説明される。すなわち、図１６のステップＳ４０およびＳ４２の温度ばらつきＴＶＡ＿ｓｄを、温度ばらつきＴＶＡ＿ａｄで置換すれば、冷却制御処理の流れが説明される。温度ばらつきＴＶＡ＿ａｄは、配列方向ＡＤにおけるバッテリ間の温度ばらつきである。

４．３ 効果
以上説明した実施の形態４によれば、温度ばらつきＴＶＡ＿ａｄが閾値ＴＨｖａ以上の場合に、熱交換部２０に流入する冷媒の量が増やされる。したがって、実施の形態２のバルブ制御の実行にも関わらず温度ばらつきＴＶＡ＿ａｄが生じたとしても、温度ばらつきＴＶＡ＿ａｄを小さくすることができる。

４．４ 実施の形態４と観点との対応関係
上記実施の形態４においては、温度ばらつきＴＶＡ＿ａｄが第６の観点における「第２温度ばらつき」に対応している。閾値ＴＨｖａが第６の観点における「第２判定値」に対応している。

５．その他の実施の形態
上記実施の形態１および２では、境界面ＢＳが受ける影響が許容範囲外であると判断した場合に、制御バルブ４２が閉じられた。しかし、制御バルブ４２を閉じるのではなく、制御バルブ４２の開度を小さくしてもよい。制御バルブ４２の開度を小さくすれば、熱交換部２０に流入する冷媒の流量が減らされる。したがって、セル間に温度ばらつきが生じるのを未然に防止することができる。

上記実施の形態１では、図１０のステップＳ１０およびＳ１２の判定結果が共に肯定的な場合、制御バルブ４２が閉じられた。または、図１１のステップＳ２０およびＳ２２の判定結果が共に肯定的な場合、制御バルブ４２が閉じられた。上記実施の形態２では、図１４のステップＳ３０およびＳ３２の判定結果が共に肯定的な場合、制御バルブ４２が閉じられた。しかし、制御バルブ４２は、ステップＳ１０，Ｓ２０またはＳ３０の判定結果のみが肯定的な場合に閉じられてもよい。つまり、ステップＳ１２、Ｓ２２およびＳ３２の処理は、省略されてもよい。

上記実施の形態１乃至４では、傾斜センサ５４の検出値に基づいて道路の勾配を取得した。しかしながら、制御装置５０が地図情報および現在位置情報を利用できる場合は、これらの情報に基づいて勾配を取得してもよい。地図情報は、例えば、カーナビゲーションシステムが有する地図データベースから取得される。現在位置情報は、例えば、ＧＰＳ（Global Positioning System）の受信器から取得される。

１、２、３、４、５ 冷却システム
１０、６０ バッテリ
１２ 第１スタック
１４ 第２スタック
２０、７０ 熱交換部
２２ 第１管
２４ 第２管
２６ 第３管
３０、３２、３４、３６ 冷媒管
４０ チラー
４２ 制御バルブ
４４ コンプレッサ
４６ コンデンサ
４８ ポンプ
５０ 制御装置
５２ 慣性センサ
５４ 傾斜センサ
６２ 第３スタック
６４ 第４スタック
Ｍ１、Ｍ２ 車両
ＡＤ 配列方向
ＢＳ 境界面
ＳＤ 積層方向

Claims (8)

1. 車両に搭載されるバッテリの冷却システムであって、
   前記バッテリとの熱交換により液相から気相に変化する冷媒が循環する循環路と、
   前記循環路の途中に設けられ、冷媒を気相から液相に変化させる第１熱交換器と、
   前記第１熱交換器の下流に設けられ、前記第１熱交換器から流入する液相冷媒を用いて前記バッテリと熱交換する第２熱交換器と、
   前記第１および第２熱交換器の間に設けられ、前記第１熱交換器から前記第２熱交換器に流入する液相冷媒の流量を制御する制御バルブと、
   前記車両の加速度又は前記車両の傾きを取得する取得装置と、
   前記制御バルブの開度を調整する制御装置と、を備え、
   前記バッテリは、セルのスタックから構成され、
   前記第２熱交換器は、前記セルの積層方向と平行な方向に延び、前記セルに共通して設けられるセル共通管を有し、
   前記制御装置は、
   前記取得装置により取得された前記車両の加速度に基づいて、前記積層方向における前記車両の加速度の絶対値を取得し、又は、前記取得装置により取得された前記車両の傾きに基づいて前記車両が走行する道路の前記積層方向における勾配を取得し、
   前記積層方向における前記車両の加速度の絶対値が車両加速度について設定される第１所定値以上の場合、又は、前記車両が走行する道路の前記積層方向における勾配が道路勾配について設定される第１所定値以上の場合、前記流量が減るように前記開度を調整する
   ことを特徴とする車載バッテリの冷却システム。
2. 前記制御装置は、
   前記積層方向における前記車両の加速度の絶対値が車両加速度について設定される第１所定値以上となり、又は、前記車両が走行する道路の前記積層方向の勾配が道路勾配について設定される第１所定値以上となる第１状態が、第１判定時間に亘って継続するか否かを判定し、
   前記第１状態が前記第１判定時間に亘って継続すると判定した場合、前記流量が減るように前記開度を調整する
   ことを特徴とする請求項１に記載の車載バッテリの冷却システム。
3. 前記制御装置は、前記第１状態が前記第１判定時間に亘って継続すると判定した場合、前記流量がゼロとなるように前記開度を調整する
   ことを特徴とする請求項２に記載の車載バッテリの冷却システム。
4. 前記積層方向における少なくとも２つのセルの温度を検出する温度センサを更に備え、
   前記制御装置は、
   前記少なくとも２つのセルの温度に基づいて、前記少なくとも２つのセルの間の第１温度ばらつきを計算し、
   前記第１温度ばらつきが第１判定値以上か否かを判定し、
   前記第１温度ばらつきが前記第１判定値以上であると判定した場合、前記流量が増えるように前記開度を調整する
   ことを特徴とする請求項１乃至３何れか１項に記載の車載バッテリの冷却システム。
5. 前記バッテリは、並列に複数設けられ、
   前記循環路は、前記バッテリの配列方向と平行な方向に延び、前記バッテリに共通して設けられるバッテリ共通管を有し、
   前記制御装置は、
   前記取得装置により取得された前記車両の加速度に基づいて、前記配列方向における前記車両の加速度の絶対値を取得し、又は、前記取得装置により取得された前記車両の傾きに基づいて前記車両が走行する道路の前記配列方向における勾配を取得し、
   前記配列方向における前記車両の加速度の絶対値が車両加速度について設定される第２所定値以上の場合、又は、前記車両が走行する道路の前記配列方向における勾配が道路勾配について設定される第２所定値以上の場合、前記流量が減るように前記開度を調整する
   ことを特徴とする請求項１乃至４何れか１項に記載の車載バッテリの冷却システム。
6. 前記制御装置は、
   前記配列方向における前記車両の加速度の絶対値が車両加速度について設定される第２所定値以上の場合、又は、前記車両が走行する道路の前記配列方向における勾配が道路勾配について設定される２所定値以上となる第２状態が、第２判定時間に亘って継続するか否かを判定し、
   前記第２状態が前記第２判定時間に亘って継続すると判定した場合、前記流量が減るように前記開度を調整する
   ことを特徴とする請求項５に記載の車載バッテリの冷却システム。
7. 前記制御装置は、前記第２状態が前記第２判定時間に亘って継続すると判定した場合、前記流量がゼロとなるように前記開度を調整する
   ことを特徴とする請求項６に記載の車載バッテリの冷却システム。
8. 前記バッテリの各温度を検出する温度センサを更に備え、
   前記制御装置は、
   前記各温度に基づいて、前記バッテリの間の第２温度ばらつきを計算し、
   前記第２温度ばらつきが第２判定値以上か否かを判定し、
   前記第２温度ばらつきが前記第２判定値以上であると判定した場合、前記流量が増えるように前記開度を調整する
   ことを特徴とする請求項５乃至７何れか１項に記載の車載バッテリの冷却システム。

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