JP7298460B2 - 温度調整装置 - Google Patents

Description

本発明は、温度調整装置に関し、特に、車両に搭載される走行モータを駆動するためのバッテリを温度調整対象として、当該バッテリに対する均一な温度調整を低コストで実現することが可能な温度調整装置に関する。

バッテリによって走行モータを駆動するＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）又はＢＥＶ（Battery Electric Vehicle）等の車両においては、バッテリの入出力特性の向上と長寿命化とを図るべく、バッテリの温度を所定の範囲に保つ必要がある。

バッテリを対象とする温度調整方法としては、（１）バッテリの表面に沿って冷却水を循環させる方法、又は、（２）ペルチェ素子等の熱電変換素子を用いた冷却ユニットによってバッテリを冷却する方法等が知られている。

しかし、上記（１）の方法では、冷却水の流路の上流域で生じる熱交換によって冷却水の温度が上昇するため、下流域においてバッテリを十分に冷却できない。また、上記（２）の方法では、バッテリを均一に冷却することはできるが、ペルチェ素子は高価であるため、コストが上昇する。

そこで、ペルチェ素子を用いる方法よりは低コストで、バッテリの均一な温度調整を実現する方法として、相変化材等の蓄熱材を用いてバッテリの温度調整を行う方法が提案されている。例えば下記特許文献１には、複数層に積層された組電池の層間に、組電池と略同面積のブロック状の畜冷材がそれぞれ配置された、組電池の冷却構造が開示されている。

特開２０１３－２２９２０５号公報

しかし、上記特許文献１に開示された組電池の冷却構造によると、比較的高価な相変化材を大量に使用する必要があるため、依然としてコストが高い。

本発明はかかる事情に鑑みて成されたものであり、温度調整対象物に対する均一な温度調整を低コストで実現することが可能な温度調整装置を得ることを目的とする。

本発明の一態様に係る温度調整装置は、温度調整対象物の温度を調整する温度調整装置であって、固相と液相との間で相変化する所定濃度の相変化材と、前記温度調整対象物に接触する第１流路と、前記第１流路に繋がり前記温度調整対象物から離間する第２流路とを有し、前記相変化材が封入される相変化材流路と、前記第２流路において前記相変化材の固相液相割合を調整する状態調整手段と、前記相変化材の固相液相割合が所定範囲に収まるように前記状態調整手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。

この態様によれば、相変化材流路は温度調整対象物に接触する第１流路と温度調整対象物から離間する第２流路とを有し、状態調整手段は第２流路において相変化材の固相液相割合を調整する。従って、潜熱蓄熱作用を有する相変化材との熱交換によって温度調整対象物の温度が調整されるため、温度調整対象物に対して均一な温度調整を実現できる。また、相変化材の固相液相割合が状態調整手段によって調整されるため、相変化材の濃度を低く設定できる。従って、比較的高価な相変化材の使用量を抑制できる。その結果、温度調整対象物に対する均一な温度調整を低コストで実現することが可能となる。しかも、状態調整手段は温度調整対象物から離間した第２流路に設けられるため、温度調整対象物の周辺構成を簡略化できる。その結果、温度調整対象物及び当該周辺構成をユニット化した場合に、当該ユニットを小型化することが可能となる。

また、上記態様において、前記温度調整対象物は、車両に搭載される走行モータを駆動するためのバッテリである。

この態様によれば、車両に搭載される走行モータを駆動するためのバッテリの温度を所定の範囲に保つことができるため、当該バッテリの入出力特性の向上と長寿命化とを図ることができる。

また、上記態様において、前記状態調整手段は、前記相変化材を冷却する冷却手段と、前記相変化材を加熱する加熱手段とを有し、前記第２流路は、前記冷却手段を経由する冷却流路と、前記加熱手段を経由する加熱流路と、前記冷却流路と前記加熱流路とを切り替える弁とを有し、前記制御手段はさらに前記弁の切り替えを制御することが望ましい。

この態様によれば、状態調整手段は、相変化材を冷却する冷却手段と、相変化材を加熱する加熱手段とを有する。従って、相変化材の固相液相割合を調整する調整幅が拡がるため、相変化材の使用量をさらに抑制でき、コストをより削減することが可能となる。

また、上記態様において、前記相変化材流路内で前記相変化材を循環させるポンプをさらに備え、前記制御手段はさらに前記ポンプの駆動を制御することが望ましい。

この態様によれば、制御手段は、相変化材流路内で相変化材を循環させるポンプの駆動を制御する。相変化材を循環させることにより、相変化材によるバッテリに対する温度調整量を増大することができる。

また、上記態様において、前記制御手段は、前記走行モータの駆動前又は前記走行モータの駆動後において、前記冷却手段に前記相変化材を冷却させる冷却処理、及び、前記加熱手段に前記相変化材を加熱させる加熱処理、の少なくとも一方を実行する時に、前記ポンプを駆動し、前記走行モータの駆動前又は前記走行モータの駆動後において、前記冷却処理及び前記加熱処理をいずれも実行しない時に、前記ポンプを駆動しないことが望ましい。

この態様によれば、冷却処理及び加熱処理の少なくとも一方を実行する時にポンプを駆動して相変化材を循環させることにより、相変化材の固相液相割合の調整を効率的に行うことができる。また、冷却処理及び加熱処理をいずれも実行しない時にポンプを駆動しないことにより、ポンプによる電力消費量を削減することができる。

また、上記態様において、前記冷却手段は、前記車両の走行風によって前記相変化材を冷却するラジエータを有することが望ましい。

この態様によれば、冷却手段は、車両の走行風によって相変化材を冷却するラジエータを有する。これにより、簡易な構成によって相変化材を冷却することができ、冷却によって相変化材を液相から固相へ相変化させることができる。

また、上記態様において、前記冷却手段は、前記ラジエータに送風するファンをさらに有することが望ましい。

この態様によれば、冷却手段は、ラジエータに送風するファンをさらに有する。これにより、簡易な構成によって相変化材をさらに冷却できるとともに、走行風が得られない駐停車時にも相変化材の冷却を行うことが可能となる。

また、上記態様において、前記制御手段は、前記走行モータの駆動前において前記相変化材を冷却させる時、又は、前記走行モータの駆動後において前記相変化材の吸熱対象量が吸熱可能量を超える時に、前記ファンを駆動することが望ましい。

この態様によれば、制御手段は、走行モータの駆動前において相変化材を冷却させる時に、ファンを駆動する。これにより、走行風が得られずラジエータによる冷却が不可能な走行モータの駆動前においても、相変化材を冷却することができる。また、制御手段は、走行モータの駆動後において相変化材の吸熱対象量が吸熱可能量を超える時に、ファンを駆動する。これにより、ラジエータによる冷却では不十分な場合であっても、ファンを駆動することによって相変化材を十分に冷却することができる。

また、上記態様において、前記加熱手段は、前記相変化材を加熱するヒータを有することが望ましい。

この態様によれば、加熱手段は、相変化材を加熱するヒータを有する。これにより、簡易な構成によって相変化材を加熱することができ、加熱によって相変化材を固相から液相へ相変化させることができる。

また、上記態様において、前記制御手段は、前記走行モータの駆動前において前記相変化材を加熱させる時、又は、前記走行モータの駆動後において前記冷却手段によって前記相変化材が過冷却される時に、前記ヒータを駆動することが望ましい。

この態様によれば、制御手段は、走行モータの駆動前において相変化材を加熱させる時に、ヒータを駆動する。従って、低温環境下での長時間駐車等に起因して相変化材の固相割合が過度に高くなった場合に、走行モータの駆動前にヒータを駆動することによって、相変化材の固相液相割合を良好な状態に回復させることができる。また、制御手段は、走行モータの駆動後において冷却手段によって相変化材が過冷却される時に、ヒータを駆動する。従って、冷却量を調整できないラジエータによって相変化材が過剰に冷却される場合に、ヒータを駆動して相変化材を加熱することにより、相変化材の固相液相割合を良好な状態に調整することができる。

また、上記態様において、前記第１流路の入口に繋がる前記第２流路の出口に配置され、前記相変化材の固相液相割合を検出してその検出値を出力する検出手段をさらに備え、前記制御手段は、前記検出値に基づいて前記状態調整手段による調整量を設定することが望ましい。

この態様によれば、相変化材の固相液相割合を検出する検出手段は、第１流路の入口に繋がる第２流路の出口に配置されている。これにより、第１流路に流入する直前の状態に基づいて相変化材の固相液相割合が調整されるため、最適な状態の相変化材によってバッテリの温度調整を行うことができる。

また、上記態様において、前記検出手段は、前記相変化材の熱伝導率を測定する熱伝導率センサと、前記相変化材に関する熱伝導率と固相液相割合との対応関係を表す情報を記憶する記憶部とを有することが望ましい。

この態様によれば、相変化材の熱伝導率を熱伝導率センサによって測定することにより、相変化材の固相液相割合を簡易かつ正確に求めることができる。

本発明によれば、温度調整対象物に対する均一な温度調整を低コストで実現することが可能となる。

本発明の実施の形態に係る温度調整装置の全体構成を簡略化して示すブロック図である。 図１のうちバッテリ付近の構造を抜き出して示す斜視図である。 マイクロカプセル化された相変化材料の一部断面構造を示す斜視図である。 相変化材料の濃度と相変化材の熱伝導率との関係を示す図である。 状態検出部の構成の一例を示すブロック図である。 相変化材の熱伝導率と固相液相割合との対応関係の一例を示す図である。 相変化材の固相液相割合と温度との関係を示す図である。 車両の走行モータが駆動される前に制御部が実行する処理の流れを示すフローチャートである。 車両の走行モータが駆動された後に制御部が実行する処理の流れを示すフローチャートである。 車両の走行モータが駆動された後に制御部が実行する処理の流れを示すフローチャートである。 車両の走行モータが駆動された後に制御部が実行する処理の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、異なる図面において同一の符号を付した要素は、同一又は相応する要素を示すものとする。

［温度調整装置の構成］
図１は、本発明の実施の形態に係る温度調整装置１の全体構成を簡略化して示すブロック図である。本実施の形態の例において、温度調整装置１の温度調整対象物は、ＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）又はＢＥＶ（Battery Electric Vehicle）等の車両において走行モータを駆動するためのバッテリ２である。バッテリ２は、例えば、４８Ｖの高電圧を出力するリチウムイオンバッテリである。バッテリ２の入出力特性の向上と長寿命化とを図るべく、バッテリ２の温度を所定の温度（例えば４０℃）に保つことが要求され、温度調整装置１によってバッテリ２の温度調整が行われる。

図２は、図１のうちバッテリ２付近の構造を抜き出して示す斜視図である。バッテリ２は、その側面及び上面に当接する蓋材３によって覆われている。また、パイプ状の流路Ｒが、蓋材３の上面に接触して配置されている。蓋材３及び流路Ｒの材質は、熱伝導率の高い銅又はアルミニウム等の金属である。蓋材３の上面内において流路Ｒは蛇行しており、これにより蓋材３と流路Ｒとの接触面積の増大が図られている。流路Ｒ内には、熱媒体としての相変化材が封入されている。

熱伝導率の高い金属製の蓋材３及び流路Ｒを介してバッテリ２と相変化材との間で熱交換が行われることにより、バッテリ２の温度調整が行われる。すなわち、相変化材の相変化温度よりもバッテリ２の温度が高い場合には、相変化材がバッテリ２から熱を奪う熱交換が行われることによって、バッテリ２は冷却され、相変化材は固相から液相に相変化する。一方、相変化材の相変化温度よりもバッテリ２の温度が低い場合には、相変化材がバッテリ２に熱を与える熱交換が行われることによって、バッテリ２は加熱され、相変化材は液相から固相に相変化する。

本実施の形態に係る温度調整装置１では、マイクロカプセル化された相変化材料が水等の溶媒に所定の濃度で混入された態様の相変化材が使用される。

図３は、マイクロカプセル化された相変化材料の一部断面構造を示す斜視図である。パラフィン系炭化水素又は遷移金属系セラミックス等から成る球体状のコア３１が、酸化アルミニウム等から成る薄膜状のシェル３２によって被覆されている。

本実施の形態に係る温度調整装置１において、溶媒に混入される相変化材料の濃度は、例えば３％である。

図４は、相変化材料の濃度と相変化材の熱伝導率との関係を示す図である。図４に示すように、相変化材料の濃度が低いほど相変化材の熱伝導率は高くなることが分かる。本実施の形態に係る温度調整装置１では十分に低濃度（例えば３％）の相変化材料が使用されるため、相変化材の熱伝導率は十分に高い。従って、温度調整対象物であるバッテリ２の温度を、応答性良く制御することができる。なお、相変化材の流速を高めることによっても、相変化材の熱伝導率を高めることは可能である。しかし、流速を高めるためには、相変化材を循環させるポンプの出力を上げる必要があり、当該ポンプの電力消費量が大きくなるため、望ましくない。

図１を参照して、温度調整装置１は、制御部１１、ファン１２、ラジエータ１３、弁１４、ヒータ１５、状態検出部１６、ポンプ１７、温度センサ１８、電流値センサ１９、及び流路Ｒを備えている。温度センサ１８は、バッテリ２の温度を検出して、その検出値をデータＳ５として制御部１１に入力する。電流値センサ１９は、バッテリ２を流れる電流の電流値を検出して、その検出値をデータＳ６として制御部１１に入力する。

ファン１２及びラジエータ１３は冷却手段であり、ヒータ１５は加熱手段である。これらの冷却手段及び加熱手段は、相変化材の固相と液相との混合割合（固相液相割合）を調整するための状態調整手段として機能する。また、弁１４、ヒータ１５、状態検出部１６、ポンプ１７、バッテリ２、及び蓋材３は、断熱筐体１００内に収容されている。バッテリ２が断熱筐体１００内に収容されることにより、車両の外気温がバッテリ２に及ぼす影響が緩和されている。

流路Ｒは、蓋材３を介してバッテリ２に接触する第１流路Ｒ１と、第１流路Ｒ１に繋がりバッテリ２から離間する第２流路Ｒ２とを有している。図２に示したように、蛇行する第１流路Ｒ１において、相変化材とバッテリ２との間で熱交換が行われる。

第２流路Ｒ２は、冷却流路Ｒ２Ｃと加熱流路Ｒ２Ｗとを有している。制御部１１が制御信号Ｓ２によって弁１４を制御することにより、冷却流路Ｒ２Ｃと加熱流路Ｒ２Ｗとが切り替えられる。制御部１１は、液相から固相への相変化を促す（つまり液相割合を低めて固相割合を高める）ために上記冷却手段によって相変化材を冷却する時には、冷却流路Ｒ２Ｃに切り替える。一方、固相から液相への相変化を促す（つまり固相割合を低めて液相割合を高める）ために上記加熱手段によって相変化材を加熱する時には、加熱流路Ｒ２Ｗに切り替える。

冷却流路Ｒ２Ｃ及び加熱流路Ｒ２Ｗはいずれも、ポンプ１７を経由する。制御部１１は、制御信号Ｓ７によってポンプ１７の駆動を制御する。ポンプ１７が駆動されることにより、流路Ｒ内で相変化材が循環される。詳細は後述するが、制御部１１は、走行モータの駆動前又は駆動後において、上記冷却手段によって相変化材を冷却させる冷却処理、及び、上記加熱手段によって相変化材を加熱させる加熱処理、の少なくとも一方を実行する時に、ポンプ１７を駆動する。また、制御部１１は、走行モータの駆動前又は駆動後において、上記冷却処理及び上記加熱処理をいずれも実行しない時には、ポンプ１７を駆動しない。

冷却流路Ｒ２Ｃはラジエータ１３を経由する。ラジエータ１３は、例えば車両のフロントグリルの内側に配置されており、車両の走行時に生じる走行風によって、冷却流路Ｒ２Ｃ内の相変化材を冷却する。また、ラジエータ１３の前面又は背面には、ラジエータ１３に向けて送風するファン１２が配置されている。制御部１１は、制御信号Ｓ１によってファン１２の駆動を制御する。詳細は後述するが、制御部１１は、走行モータの駆動前において相変化材を冷却させる時、又は、走行モータの駆動後において相変化材の吸熱対象量Ｑが吸熱可能量Ｐを超える時に、ファン１２を駆動する。

冷却流路Ｒ２Ｃ及び加熱流路Ｒ２Ｗはいずれも、ヒータ１５を経由する。図２に示したように、第２流路Ｒ２の外周を包み込むようにシート状のヒータ１５が配置されている。制御部１１は、制御信号Ｓ３によってヒータ１５の駆動を制御する。詳細は後述するが、制御部１１は、走行モータの駆動前において相変化材を加熱させる時、又は、走行モータの駆動後、車両走行時のラジエータ１３による冷却によって相変化材が過冷却される時に、ヒータ１５を駆動する。

図１，２を参照して、状態検出部１６（検出手段）は、第１流路Ｒ１の入口に繋がる第２流路Ｒ２の出口に配置されている。状態検出部１６は、相変化材の固相液相割合を検出して、その検出値をデータＳ４として出力する。データＳ４は制御部１１に入力される。制御部１１は、データＳ４に基づいて上記状態調整手段による調整量を設定する。つまり制御部１１は、データＳ４に基づいて、第２流路Ｒ２の出口における相変化材の固相液相割合が所定範囲に収まるように、弁１４の切り替え、ポンプ１７のオン又はオフ、ファン１２のオン又はオフ、ヒータ１５のオン又はオフを制御する。

図５は、状態検出部１６の構成の一例を示すブロック図である。図５の接続関係で示すように、状態検出部１６は、熱伝導率センサ４１、記憶部４２、及び固相液相割合検出部４３を備えている。熱伝導率センサ４１は、例えば、第２流路Ｒ２内に配置されたプローブの温度変化に基づいて、相変化材の熱伝導率を測定する。また、相変化材の熱伝導率と固相液相割合との対応関係を表すテーブル情報が予め作成されて、当該テーブル情報が、不揮発性の記憶部４２に記憶されている。

図６は、相変化材の熱伝導率と固相液相割合との対応関係の一例を示す図である。縦軸の固相液相割合（０／１００）は、固相割合が０％で液相割合が１００％であることを意味している。また、固相液相割合（１００／０）は、固相割合が１００％で液相割合が０％であることを意味している。図６の特性で示されるように、相変化材の固相割合は熱伝導率にほぼ比例しており、熱伝導率が高いほど、固相割合が大きく液相割合が小さい。この特性は、溶媒に混入される相変化材料の濃度に応じて異なる。従って、実際に流路Ｒ内に封入される相変化材を対象とした実験又はシミュレーション等によって、この特性を表すテーブル情報が予め作成されて、当該テーブル情報が記憶部４２に記憶されている。

固相液相割合検出部４３は、記憶部４２に記憶されているテーブル情報を参照することにより、熱伝導率センサ４１から入力された熱伝導率Ｘに対応する固相液相割合Ｙを割り出す。そして、固相液相割合検出部４３は、割り出した固相液相割合Ｙを示すデータＳ４を、制御部１１に入力する。

図７は、相変化材の固相液相割合と温度との関係を示す図である。固相と液相とが混在している状態、つまり、固相液相割合が（１００／０）超かつ（０／１００）未満である場合には、相変化材の温度は相変化温度ＴＰで一定である。従って、バッテリ２の目標温度（例えば４０℃）と同一又は近似する相変化温度ＴＰを有する相変化材を選択し、かつ、相変化材の状態として固相と液相とが混在した状態（以下「固液混在状態」と称す）を保つことによって、バッテリ２の温度を目標温度付近で維持することができる。本実施の形態に係る温度調整装置１では、固相液相割合が例えば（７０／３０）の許容下限値ＶＬと、例えば（３０／７０）の許容上限値ＶＨとが設定されている。これにより、許容下限値ＶＬ以上かつ許容上限値ＶＨ以下の許容範囲が設定されている。相変化温度ＴＰ、許容下限値ＶＬ、及び許容上限値ＶＨは、制御部１１が参照可能な不揮発性の記憶部に予め格納されている。制御部１１は、状態検出部１６から入力されたデータＳ４に基づいて、第２流路Ｒ２の出口における相変化材の固相液相割合が当該許容範囲に収まるように、上記状態調整手段を制御する。

［走行モータ駆動前の処理フロー］
図８は、車両の走行モータが駆動される前に制御部１１が実行する処理の流れを示すフローチャートである。この処理は、低温又は高温の環境下での長時間駐車等に起因して相変化材の固液混在状態が許容範囲から逸脱している場合に、固液混在状態を許容範囲内に回復させるための処理である。この処理は、例えば、車両の電源が投入されてから走行モータの駆動が開始されるまでの間に実行される。

まずステップＳＰ１０１において制御部１１は、状態検出部１６からデータＳ４を取得することにより、その時点での相変化材の固相液相割合を検出する。

次にステップＳＰ１０２において制御部１１は、ステップＳＰ１０１で検出した固相液相割合が許容下限値ＶＬ未満であるか否かを判定する。

ステップＳＰ１０１で検出した固相液相割合が許容下限値ＶＬ未満である場合（ステップＳＰ１０２：ＹＥＳ）には、次にステップＳＰ１０３において制御部１１は、制御信号Ｓ２によって弁１４を駆動することにより、加熱流路Ｒ２Ｗに切り替える。

次にステップＳＰ１０４において制御部１１は、制御信号Ｓ３によってヒータ１５の駆動を開始する。ヒータ１５によって相変化材が加熱されることによって、固相から液相への相変化が促される。つまり制御部１１は、走行モータの駆動前において、ヒータ１５に相変化材を加熱させる加熱処理を実行する時に、ヒータ１５を駆動する。

次にステップＳＰ１０５において制御部１１は、制御信号Ｓ７によってポンプ１７の駆動を開始する。これにより、第１流路Ｒ１及び加熱流路Ｒ２Ｗ内において相変化材が循環される。つまり制御部１１は、走行モータの駆動前において上記加熱処理を実行する時に、ポンプ１７を駆動する。

次にステップＳＰ１０６において制御部１１は、状態検出部１６からデータＳ４を取得することにより、その時点での相変化材の固相液相割合を検出する。

次にステップＳＰ１０７において制御部１１は、ステップＳＰ１０６で検出した固相液相割合が許容下限値ＶＬ未満であるか否かを判定する。

ステップＳＰ１０６で検出した固相液相割合が許容下限値ＶＬ未満である場合（ステップＳＰ１０７：ＹＥＳ）には、制御部１１は、ステップＳＰ１０６，ＳＰ１０７の処理を繰り返し実行する。

ステップＳＰ１０６で検出した固相液相割合が許容下限値ＶＬ以上である場合（ステップＳＰ１０７：ＮＯ）には、相変化材の固液混在状態を許容範囲内に回復させることができたため、次にステップＳＰ１０８において制御部１１は、制御信号Ｓ３によってヒータ１５の駆動を停止する。

次にステップＳＰ１０９において制御部１１は、制御信号Ｓ７によってポンプ１７の駆動を停止し、処理を終了する。

ステップＳＰ１０１で検出した固相液相割合が許容下限値ＶＬ以上である場合（ステップＳＰ１０２：ＮＯ）には、次にステップＳＰ１１０において制御部１１は、ステップＳＰ１０１で検出した固相液相割合が許容上限値ＶＨ超であるか否かを判定する。

ステップＳＰ１０１で検出した固相液相割合が許容上限値ＶＨ超である場合（ステップＳＰ１１０：ＹＥＳ）には、次にステップＳＰ１１１において制御部１１は、制御信号Ｓ２によって弁１４を駆動することにより、冷却流路Ｒ２Ｃに切り替える。

次にステップＳＰ１１２において制御部１１は、制御信号Ｓ１によってファン１２の駆動を開始する。ファン１２によって相変化材が冷却されることによって、液相から固相への相変化が促される。つまり制御部１１は、走行モータの駆動前において、ファン１２に相変化材を冷却させる冷却処理を実行する時に、ファン１２を駆動する。

次にステップＳＰ１１３において制御部１１は、制御信号Ｓ７によってポンプ１７の駆動を開始する。これにより、第１流路Ｒ１及び冷却流路Ｒ２Ｃ内において相変化材が循環される。つまり制御部１１は、走行モータの駆動前において上記冷却処理を実行する時に、ポンプ１７を駆動する。

次にステップＳＰ１１４において制御部１１は、状態検出部１６からデータＳ４を取得することにより、その時点での相変化材の固相液相割合を検出する。

次にステップＳＰ１１５において制御部１１は、ステップＳＰ１１４で検出した固相液相割合が許容上限値ＶＨ超であるか否かを判定する。

ステップＳＰ１１４で検出した固相液相割合が許容上限値ＶＨ超である場合（ステップＳＰ１１５：ＹＥＳ）には、制御部１１は、ステップＳＰ１１４，ＳＰ１１５の処理を繰り返し実行する。

ステップＳＰ１１４で検出した固相液相割合が許容上限値ＶＨ以下である場合（ステップＳＰ１１５：ＮＯ）には、相変化材の固液混在状態を許容範囲内に回復させることができたため、次にステップＳＰ１１６において制御部１１は、制御信号Ｓ１によってファン１２の駆動を停止する。

次にステップＳＰ１１７において制御部１１は、制御信号Ｓ７によってポンプ１７の駆動を停止し、処理を終了する。

ステップＳＰ１０１で検出した固相液相割合が許容上限値ＶＨ以下である場合（ステップＳＰ１１０：ＮＯ）には、相変化材の固液混在状態が許容範囲内であるため、制御部１１は処理を終了する。つまり制御部１１は、走行モータの駆動前において上記冷却処理及び上記加熱処理をいずれも実行しない時には、ポンプ１７を駆動しない。

なお、本実施の形態の例では、バッテリ２の目標温度は４０℃であり、また、バッテリ２は断熱筐体１００内に収容されており、さらに、バッテリ２は常に第１流路Ｒ１内の相変化材に接触している。従って、車両が高温環境下で長時間駐車された場合であっても、バッテリ２の温度が目標温度を超えて大幅に上昇するという状況はほぼ発生しないと考えられる。このように、走行モータの駆動前に相変化材の固相液相割合が許容上限値ＶＨを超えるという状況が発生しない又はその可能性が極めて低い場合には、ステップＳＰ１１０～ＳＰ１１７の処理は省略しても良い。

［走行モータ駆動後の処理フロー］
図９－１１は、車両の走行モータが駆動された後に制御部１１が実行する処理の流れを示すフローチャートである。図９－１１に示したフローチャートは、接続点Ａ－Ｂ及び接続点Ｃ－Ｄによって互いに接続される。この処理は、図８に示した処理によって相変化材の固液混在状態が許容範囲内に回復された後に実行される。

まずステップＳＰ２０１において制御部１１は、状態検出部１６からデータＳ４を取得することにより、その時点での相変化材の固相液相割合を検出する。

次にステップＳＰ２０２において制御部１１は、ステップＳＰ２０１で検出した固相液相割合が許容上限値ＶＨ超であるか否かを判定する。

ステップＳＰ２０１で検出した固相液相割合が許容上限値ＶＨ超である場合（ステップＳＰ２０２：ＹＥＳ）には、次にステップＳＰ２０３において制御部１１は、制御信号Ｓ２によって弁１４を駆動することにより、冷却流路Ｒ２Ｃに切り替える。

次にステップＳＰ２０４において制御部１１は、制御信号Ｓ１によってファン１２の駆動を開始する。ファン１２によって相変化材が冷却されることによって、液相から固相への相変化が促される。つまり制御部１１は、走行モータの駆動後において、ファン１２に相変化材を冷却させる冷却処理を実行する時に、ファン１２を駆動する。

次にステップＳＰ２０５において制御部１１は、制御信号Ｓ７によってポンプ１７の駆動を開始する。これにより、第１流路Ｒ１及び冷却流路Ｒ２Ｃ内において相変化材が循環される。つまり制御部１１は、走行モータの駆動後において上記冷却処理を実行する時に、ポンプ１７を駆動する。

次にステップＳＰ２０６において制御部１１は、状態検出部１６からデータＳ４を取得することにより、その時点での相変化材の固相液相割合を検出する。

次にステップＳＰ２０７において制御部１１は、ステップＳＰ２０６で検出した固相液相割合が許容上限値ＶＨ超であるか否かを判定する。

ステップＳＰ２０６で検出した固相液相割合が許容上限値ＶＨ超である場合（ステップＳＰ２０７：ＹＥＳ）には、制御部１１は、ステップＳＰ２０６，ＳＰ２０７の処理を繰り返し実行する。

ステップＳＰ２０６で検出した固相液相割合が許容上限値ＶＨ以下である場合（ステップＳＰ２０７：ＮＯ）には、相変化材の固液混在状態を許容範囲内に回復させることができたため、次にステップＳＰ２０８において制御部１１は、制御信号Ｓ１によってファン１２の駆動を停止する。

次にステップＳＰ２０９において制御部１１は、制御信号Ｓ７によってポンプ１７の駆動を停止する。

次にステップＳＰ２１０において制御部１１は、温度センサ１８からデータＳ５を取得することによって、その時点でのバッテリ２の温度を計測する。

次にステップＳＰ２１１において制御部１１は、ステップＳＰ２１０で計測したバッテリ２の温度が相変化材の相変化温度ＴＰを超えているか否かを判定する。

ステップＳＰ２１０で計測したバッテリ２の温度が相変化温度ＴＰ以下である場合（ステップＳＰ２１１：ＮＯ）には、相変化材の冷却処理及び加熱処理は不要であるため、制御部１１は、ステップＳＰ２１０，ＳＰ２１１の処理を繰り返し実行する。なお、ステップＳＰ２１１の実行時点でポンプ１７が駆動されている場合には、次にステップＳＰ２２４において制御部１１は、制御信号Ｓ７によってポンプ１７の駆動を停止する。つまり制御部１１は、走行モータの駆動後において相変化材の冷却処理及び加熱処理をいずれも実行しない時には、ポンプ１７を駆動しない。

ステップＳＰ２１０で計測したバッテリ２の温度が相変化温度ＴＰを超えている場合（ステップＳＰ２１１：ＹＥＳ）には、次にステップＳＰ２１２において制御部１１は、制御信号Ｓ２によって弁１４を駆動することにより、冷却流路Ｒ２Ｃに切り替える。これにより、車両走行時にラジエータ１３によって相変化材が冷却されることによって、液相から固相への相変化が促される。

次にステップＳＰ２１３において制御部１１は、制御信号Ｓ７によってポンプ１７の駆動を開始する。これにより、第１流路Ｒ１及び冷却流路Ｒ２Ｃ内において相変化材が循環される。つまり制御部１１は、走行モータの駆動後において相変化材の冷却処理を実行する時に、ポンプ１７を駆動する。

次にステップＳＰ２１４において制御部１１は、状態検出部１６からデータＳ４を取得することにより、その時点での相変化材の固相液相割合を検出する。

次にステップＳＰ２１５において制御部１１は、ステップＳＰ２１４で検出した固相液相割合が許容下限値ＶＬ未満であるか否かを判定する。

ステップＳＰ２１４で検出した固相液相割合が許容下限値ＶＬ未満である場合（ステップＳＰ２１５：ＹＥＳ）には、ラジエータ１３による冷却によって相変化材が過冷却されている状況であるため、次にステップＳＰ２１６において制御部１１は、制御信号Ｓ３によってヒータ１５の駆動を開始する。ヒータ１５によって相変化材が加熱されることによって、固相から液相への相変化が促される。なお、この時点ではポンプ１７の駆動は継続されている。つまり制御部１１は、走行モータの駆動後において相変化材の加熱処理を実行する時に、ポンプ１７を駆動する。

次にステップＳＰ２１７において制御部１１は、状態検出部１６からデータＳ４を取得することにより、その時点での相変化材の固相液相割合を検出する。

次にステップＳＰ２１８において制御部１１は、ステップＳＰ２１７で検出した固相液相割合が許容下限値ＶＬ未満であるか否かを判定する。

ステップＳＰ２１７で検出した固相液相割合が許容下限値ＶＬ未満である場合（ステップＳＰ２１８：ＹＥＳ）には、制御部１１は、ステップＳＰ２１７，ＳＰ２１８の処理を繰り返し実行する。

ステップＳＰ２１７で検出した固相液相割合が許容下限値ＶＬ以上である場合（ステップＳＰ２１８：ＮＯ）には、相変化材の固液混在状態を許容範囲内に回復させることができたため、次にステップＳＰ２１９において制御部１１は、制御信号Ｓ３によってヒータ１５の駆動を停止する。制御部１１は、ステップＳＰ２１９に続いてステップＳＰ２２０を実行する。

ステップＳＰ２１４で検出した固相液相割合が許容下限値ＶＬ以上である場合（ステップＳＰ２１５：ＮＯ）には、次にステップＳＰ２２０において制御部１１は、電流値センサ１９からデータＳ６を取得することによって、その時点でのバッテリ２の電流値を検出する。そして、制御部１１は、バッテリ２の電流値（ｉ）と既知の内部抵抗値（ｒ）とを用いてｉ^２×ｒの演算を行うことにより、その時点でのバッテリ２の発熱量を算出する。

次にステップＳＰ２２１において制御部１１は、データＳ４を取得してその時点での固相液相割合を検出し、当該固相液相割合と、固液混在状態における固相液相割合の最大値（０／１００）との差に基づいて、相変化材の吸熱可能量Ｐを算出する。この吸熱可能量Ｐは、バッテリ２から相変化材に移動させることができる熱量の最大値であり、上記の固相液相割合の差が大きいほど吸熱可能量Ｐは大きい。

次にステップＳＰ２２２において制御部１１は、データＳ５を取得してその時点でのバッテリ２の温度を検出し、当該温度と、ステップＳＰ２２０で算出したバッテリ２の発熱量とに基づいて、バッテリ２に対する相変化材の吸熱対象量Ｑを算出する。この吸熱対象量Ｑは、相変化材によってバッテリ２から吸熱しなければならない熱量であり、バッテリ２の温度が高いほど吸熱対象量Ｑは大きく、バッテリ２の発熱量が大きいほど吸熱対象量Ｑは大きい。

次にステップＳＰ２２３において制御部１１は、ステップＳＰ２２１で算出した吸熱可能量Ｐが、ステップＳＰ２２２で算出した吸熱対象量Ｑ以上であるか否かを判定する。

吸熱可能量Ｐが吸熱対象量Ｑ以上である場合（ステップＳＰ２２３：ＹＥＳ）は、ラジエータ１３による冷却だけで相変化材を十分に冷却可能ということであるため、制御部１１は、ステップＳＰ２１０～ＳＰ２２３の処理を繰り返し実行する。

吸熱可能量Ｐが吸熱対象量Ｑ未満である場合（ステップＳＰ２２３：ＮＯ）は、ラジエータ１３による冷却だけでは相変化材を十分に冷却できないということであるため、次にステップＳＰ２２５において制御部１１は、制御信号Ｓ１によってファン１２の駆動を開始する。ファン１２によって相変化材が冷却されることによって、液相から固相への相変化が促される。つまり制御部１１は、走行モータの駆動後において、相変化材の吸熱対象量Ｑが吸熱可能量Ｐを超える時に、ファン１２を駆動する。

次にステップＳＰ２２６において制御部１１は、温度センサ１８からデータＳ５を取得することによって、その時点でのバッテリ２の温度を計測する。

次にステップＳＰ２２７において制御部１１は、状態検出部１６からデータＳ４を取得することにより、その時点での相変化材の固相液相割合を検出する。

次にステップＳＰ２２８において制御部１１は、電流値センサ１９からデータＳ６を取得し、その時点でのバッテリ２の発熱量を算出する。

次にステップＳＰ２２９において制御部１１は、ステップＳＰ２２７で検出した固相液相割合に基づいて、相変化材の吸熱可能量Ｐを算出する。

次にステップＳＰ２３０において制御部１１は、ステップＳＰ２２６で計測したバッテリ２の温度と、ステップＳＰ２２８で算出したバッテリ２の発熱量とに基づいて、相変化材の吸熱対象量Ｑを算出する。

次にステップＳＰ２３１において制御部１１は、ステップＳＰ２２９で算出した吸熱可能量Ｐが、ステップＳＰ２３０で算出した吸熱対象量Ｑ以上であるか否かを判定する。

吸熱可能量Ｐが吸熱対象量Ｑ未満である場合（ステップＳＰ２３１：ＮＯ）は、ラジエータ１３による冷却だけでは相変化材を十分に冷却できないということであるため、制御部１１は、ファン１２の駆動を継続したまま、ステップＳＰ２２６～ＳＰ２３１の処理を繰り返し実行する。

吸熱可能量Ｐが吸熱対象量Ｑ以上である場合（ステップＳＰ２３１：ＹＥＳ）は、ラジエータ１３による冷却だけで相変化材を十分に冷却可能ということであるため、次にステップＳＰ２３２において制御部１１は、制御信号Ｓ１によってファン１２の駆動を停止する。制御部１１は、ステップＳＰ２３２に続いてステップＳＰ２１０を実行する。

［作用効果］
本実施の形態に係る温度調整装置１によれば、相変化材の流路Ｒは温度調整対象物であるバッテリ２に接触する第１流路Ｒ１とバッテリ２から離間する第２流路Ｒ２とを有し、状態調整手段（冷却手段及び加熱手段）は第２流路Ｒ２において相変化材の固相液相割合を調整する。従って、潜熱蓄熱作用を有する相変化材との熱交換によってバッテリ２の温度が調整されるため、バッテリ２に対して均一な温度調整を実現できる。また、相変化材の固相液相割合が状態調整手段によって調整されるため、相変化材の濃度を低く設定できる。従って、比較的高価な相変化材の使用量を抑制できる。その結果、バッテリ２に対する均一な温度調整を低コストで実現することが可能となる。しかも、状態調整手段はバッテリ２から離間した第２流路Ｒ２に設けられるため、バッテリ２の周辺構成を簡略化できる。その結果、バッテリ２及び当該周辺構成をユニット化した場合に、当該ユニットを小型化することが可能となる。

また、本実施の形態に係る温度調整装置１によれば、車両に搭載される走行モータを駆動するためのバッテリ２の温度を所定の範囲に保つことができるため、当該バッテリ２の入出力特性の向上と長寿命化とを図ることができる。

また、本実施の形態に係る温度調整装置１によれば、状態調整手段は、相変化材を冷却する冷却手段（ファン１２及びラジエータ１３）と、相変化材を加熱する加熱手段（ヒータ１５）とを有する。従って、相変化材の固相液相割合を調整する調整幅が拡がるため、相変化材の使用量をさらに抑制でき、コストをより削減することが可能となる。

また、本実施の形態に係る温度調整装置１によれば、制御部１１は、相変化材の流路Ｒ内で相変化材を循環させるポンプ１７の駆動を制御する。相変化材を循環させることにより、相変化材によるバッテリ２に対する温度調整量を増大することができる。

また、本実施の形態に係る温度調整装置１によれば、制御部１１は冷却処理及び加熱処理の少なくとも一方を実行する時にポンプ１７を駆動して相変化材を循環させることにより、相変化材の固相液相割合の調整を効率的に行うことができる。また、制御部１１は冷却処理及び加熱処理をいずれも実行しない時にポンプ１７を駆動しないことにより、ポンプ１７による電力消費量を削減することができる。

また、本実施の形態に係る温度調整装置１によれば、冷却手段は、車両の走行風によって相変化材を冷却するラジエータ１３を有する。これにより、簡易な構成によって相変化材を冷却することができ、冷却によって相変化材を液相から固相へ相変化させることができる。

また、本実施の形態に係る温度調整装置１によれば、冷却手段は、ラジエータ１３に送風するファン１２をさらに有する。これにより、簡易な構成によって相変化材をさらに冷却できるとともに、走行風が得られない駐停車時にも相変化材の冷却を行うことが可能となる。

また、本実施の形態に係る温度調整装置１によれば、制御部１１は、走行モータの駆動前において相変化材を冷却させる時に、ファン１２を駆動する。これにより、走行風が得られずラジエータ１３による冷却が不可能な走行モータの駆動前においても、相変化材を冷却することができる。また、制御部１１は、走行モータの駆動後において相変化材の吸熱対象量Ｑが吸熱可能量Ｐを超える時に、ファン１２を駆動する。これにより、ラジエータ１３による冷却では不十分な場合であっても、ファン１２を駆動することによって相変化材を十分に冷却することができる。

また、本実施の形態に係る温度調整装置１によれば、加熱手段は、相変化材を加熱するヒータ１５を有する。これにより、簡易な構成によって相変化材を加熱することができ、加熱によって相変化材を固相から液相へ相変化させることができる。

また、本実施の形態に係る温度調整装置１によれば、制御部１１は、走行モータの駆動前において相変化材を加熱させる時に、ヒータ１５を駆動する。従って、低温環境下での長時間駐車等に起因して相変化材の固相割合が過度に高くなった場合に、走行モータの駆動前にヒータ１５を駆動することによって、相変化材の固相液相割合を良好な状態に回復させることができる。また、制御部１１は、走行モータの駆動後において冷却手段によって相変化材が過冷却される時に、ヒータ１５を駆動する。従って、冷却量を調整できないラジエータ１３によって相変化材が過剰に冷却される場合に、ヒータ１５を駆動して相変化材を加熱することにより、相変化材の固相液相割合を良好な状態に調整することができる。

また、本実施の形態に係る温度調整装置１によれば、相変化材の固相液相割合を検出する状態検出部１６（検出手段）は、第１流路Ｒ１の入口に繋がる第２流路Ｒ２の出口に配置されている。これにより、第１流路Ｒ１に流入する直前の状態に基づいて相変化材の固相液相割合が調整されるため、最適な状態の相変化材によってバッテリ２の温度調整を行うことができる。

また、本実施の形態に係る温度調整装置１によれば、相変化材の熱伝導率を熱伝導率センサ４１によって測定することにより、相変化材の固相液相割合を簡易かつ正確に求めることができる。

１ 温度調整装置
２ バッテリ
１１ 制御部
１２ ファン
１３ ラジエータ
１４ 弁
１５ ヒータ
１６ 状態検出部
１７ ポンプ
１８ 温度センサ
１９ 電流値センサ
４１ 熱伝導率センサ
４２ 記憶部
４３ 固相液相割合検出部
Ｒ 流路
Ｒ１ 第１流路
Ｒ２ 第２流路
Ｒ２Ｃ 冷却流路
Ｒ２Ｗ 加熱流路

Claims (12)

1. 温度調整対象物の温度を調整する温度調整装置であって、
   固相と液相との間で相変化する所定濃度の相変化材と、
   前記温度調整対象物に接触する第１流路と、前記第１流路に繋がり前記温度調整対象物から離間する第２流路とを有し、前記相変化材が封入される相変化材流路と、
   前記第２流路において前記相変化材の固相液相割合を調整する状態調整手段と、
   前記相変化材の固相液相割合が所定範囲に収まるように前記状態調整手段を制御する制御手段と、
   を備える、温度調整装置。
2. 前記温度調整対象物は、車両に搭載される走行モータを駆動するためのバッテリである、請求項１に記載の温度調整装置。
3. 前記状態調整手段は、前記相変化材を冷却する冷却手段と、前記相変化材を加熱する加熱手段とを有し、
   前記第２流路は、前記冷却手段を経由する冷却流路と、前記加熱手段を経由する加熱流路と、前記冷却流路と前記加熱流路とを切り替える弁とを有し、
   前記制御手段はさらに前記弁の切り替えを制御する、請求項２に記載の温度調整装置。
4. 前記相変化材流路内で前記相変化材を循環させるポンプをさらに備え、
   前記制御手段はさらに前記ポンプの駆動を制御する、請求項３に記載の温度調整装置。
5. 前記制御手段は、
   前記走行モータの駆動前又は前記走行モータの駆動後において、前記冷却手段に前記相変化材を冷却させる冷却処理、及び、前記加熱手段に前記相変化材を加熱させる加熱処理、の少なくとも一方を実行する時に、前記ポンプを駆動し、
   前記走行モータの駆動前又は前記走行モータの駆動後において、前記冷却処理及び前記加熱処理をいずれも実行しない時に、前記ポンプを駆動しない、請求項４に記載の温度調整装置。
6. 前記冷却手段は、前記車両の走行風によって前記相変化材を冷却するラジエータを有する、請求項３～５のいずれか一つに記載の温度調整装置。
7. 前記冷却手段は、前記ラジエータに送風するファンをさらに有する、請求項６に記載の温度調整装置。
8. 前記制御手段は、前記走行モータの駆動前において前記相変化材を冷却させる時、又は、前記走行モータの駆動後において前記相変化材の吸熱対象量が吸熱可能量を超える時に、前記ファンを駆動する、請求項７に記載の温度調整装置。
9. 前記加熱手段は、前記相変化材を加熱するヒータを有する、請求項３～８のいずれか一つに記載の温度調整装置。
10. 前記制御手段は、前記走行モータの駆動前において前記相変化材を加熱させる時、又は、前記走行モータの駆動後において前記冷却手段によって前記相変化材が過冷却される時に、前記ヒータを駆動する、請求項９に記載の温度調整装置。
11. 前記第１流路の入口に繋がる前記第２流路の出口に配置され、前記相変化材の固相液相割合を検出してその検出値を出力する検出手段をさらに備え、
    前記制御手段は、前記検出値に基づいて前記状態調整手段による調整量を設定する、請求項１～１０のいずれか一つに記載の温度調整装置。
12. 前記検出手段は、前記相変化材の熱伝導率を測定する熱伝導率センサと、前記相変化材に関する熱伝導率と固相液相割合との対応関係を表す情報を記憶する記憶部とを有する、請求項１１に記載の温度調整装置。
    

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