WO2015050226A1 - バッテリ温調装置 - Google Patents
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Abstract
Description
このバッテリ温調装置において、前記バッテリパックケースは、該バッテリパックケース内部から外部への気体の通過を許容する通気部を有している。
前記バッテリ温調手段は、通過する空気を冷却する冷却用熱交換器と、前記冷却用熱交換器にて発生した凝縮水を貯める凝縮水貯水部と、前記冷却用熱交換器及び前記凝縮水貯水部近傍の空気を送風して前記バッテリパックケース内に循環させる送風手段と、を有して構成されている。
また、前記バッテリ温調手段は、前記温度検出手段によって検出されたバッテリモジュールの温度が予め定められた所定温度より高い場合は、前記冷却用熱交換器によって通過する空気を冷却すると共に、前記送風手段を駆動してバッテリモジュールの冷却を実施する。さらに、前記バッテリ温調手段は、該バッテリモジュールの冷却の実施が終了した後の所定のタイミングで、前記温度検出手段によって検出されるバッテリモジュールの温度に関わらず、前記送風手段のみを駆動する。
すなわち、バッテリ温調装置において、バッテリ冷却(バッテリモジュールの冷却)の実施により、冷却用熱交換器にて凝縮水が発生し、この凝縮水は、バッテリ冷却実施後、凝縮水貯水部に貯められ、周囲空気との水蒸気分圧差に応じて蒸発していく。
所定のタイミングであるこの凝縮水の蒸発中に、冷却用熱交換器による冷却を行わずに送風手段のみを駆動させるので、バッテリパックケース内は強制対流状態となり、冷却用熱交換器及び凝縮水貯水部近傍に局所的に発生した水蒸気(空気)がバッテリパックケース内へ拡散される。このため、バッテリパックケース内の水蒸気分圧は、冷却用熱交換器及び凝縮水貯水部近傍から通気部までの勾配が緩やかになり、通気部近傍の水蒸気分圧が、送風手段を駆動させない場合の通気部近傍の水蒸気分圧よりも大きくなる。
したがって、通気部からバッテリパックケース外部へ水蒸気になった凝縮水の排出を効率よく行うことができる。
この結果、付加的な駆動部品等を追加しないことでレイアウトスペースを増大させることなく、バッテリパックケース外部へ凝縮水を排出することができる。
実施例1のバッテリ温調装置における構成を、「バッテリパックBPの車載構成」、「バッテリパックBPの全体詳細構成」、「バッテリ温調装置の詳細構成」、「制御システム構成」に分けて説明する。
図1及び図2は、実施例1のバッテリ温調装置を採用したバッテリパックBPが搭載された電気自動車を示す。以下、図1及び図2に基づき、バッテリパックBPの車載構成を説明する。
図3及び図4は、実施例1のバッテリ温調装置を採用したバッテリパックBPの詳細を示す。以下、図3及び図4に基づき、バッテリパックBPの全体詳細構成を説明する。
また、バッテリパックアッパーカバー12は、図3に示すように、バッテリパックケース1内の空気(凝縮水の水蒸気を含む。)を、バッテリパックケース1外部へ排出するための2つの通気部17を有している。通気部17は、バッテリパックケース1内部から外部への気体の通過を許容すると共に、バッテリパックケース1外部から内部への液体の通過を防止する様に構成されていることが望ましい。例えば、ゴアテックス(登録商標)等の気体の通過を許容すると共に液体の通過を阻止する素材(膜)を用いて、構成することが考えられる。
なお、温度センサTはバッテリパック内部の雰囲気温度をバッテリモジュールの温度(バッテリパックBPの内部温度、バッテリ温度)として検出する温度センサであるが、バッテリモジュールに直接接触して設けられて、バッテリモジュールの温度を検出するものであっても良い。また、図4には単一の温度センサTを記載しているが、温度センサTは複数設けられても良い。複数の温度センサTを設けた場合は、LBコントローラ6は検出された複数のバッテリモジュールの温度のうちの最高温度、あるいは平均値をバッテリモジュールの温度として検出すれば良い。
図5~図10は、バッテリパックBPに搭載された実施例1のバッテリ温調装置の詳細を示す。以下、図5~図10に基づき、バッテリ温調装置の詳細構成を説明する。
また、ブロアファン35は、ユニットケース31を通じて、エバポレータ32及び凝縮水貯水部33近傍の空気(領域M1)を通気部17近傍へ送風する。すなわち、後述する配風ダクト9に設けた吹出口99へエバポレータ32及び凝縮水貯水部33近傍の空気(領域M1)を送風する。
この配風ダクト9は、図5に示すように、車両前後方向で上面視略長方形状とされたバッテリパックロアフレーム11の中央部長辺方向に沿って設けられている。また、この配風ダクト9は、少なくとも通気部17の近傍まで延びている。図10に示すように、配風ダクト9の他端は、通気部17よりも車両後方に延びている。
電気自動車の制御システム構成を説明する。
このうち、バッテリパックBPのバッテリ温度を最適温度域に調整するバッテリ温度調整制御である。また、エバポレータ32を使用したバッテリスタック2を冷却するバッテリ冷却を実施中にエバポレータ32にて発生する凝縮水を、バッテリ冷却を実施後に排出する凝縮水排出制御である。なお、この凝縮水排出制御中、エバポレータ32及びPTCヒータ36は動作していない。
温度センサTで検出されたバッテリモジュールの温度(バッテリ温度)であるバッテリ温度情報は、LBコントローラ6等から統合コントローラ120へ伝達される。統合コントローラ120は、バッテリ温度情報等に基づき、各制御手段へ適切な信号を伝達する。
ここで、「バッテリスタック2の充電時」とは、バッテリスタック2が充電スタンド118と接続されている時である。
凝縮水排出制御の場合、バッテリ冷却を実施後、統合コントローラ120は、温調用リレー51及び温調用コントローラ52へブロアファン35を駆動する駆動信号を出力する。この駆動信号には、少なくとも、ブロアファン35の回転率(駆動出力、ブロアファン回転率(%))、及び、送風手段としてのブロアファン35の駆動時間(以下、単に、「駆動時間」ともいう。)が含まれている。この駆動信号に基づき、温調用コントローラ52は、ブロアファン35を駆動時間の間、駆動させる。
このブロアファン回転率(以下、単に、「回転率」ともいう。)は、0%の時はブロアファン35が停止し、100%の時はブロアファン35が最大回転となる。また、このブロアファン35の回転率は、「バッテリ温度調整制御」中の回転率よりも、「凝縮水排出制御」中の回転率の方が低く設定されている。
ここで、「駆動時間(所定の駆動時間)」とは、バッテリ冷却を実施しない場合、すなわち、エバポレータ32を使用しない場合におけるブロアファン35が駆動する駆動時間であって、バッテリ冷却を実施中に発生する最大量の凝縮水を排出(乾燥)可能な駆動時間である。例えば、駆動時間は、25分である。この時間は、統合コントローラ120にて、凝縮水の発生量から決定する。この凝縮水の発生量は、バッテリパックケース1の空気体積、バッテリスタック2の冷却(バッテリ冷却)使用頻度(例えば、時間)、及び、代表環境温湿度から決定する。なお、代表環境温湿度は、例えば、一般に電気自動車が備えている外気温センサ等から得られる外部環境温湿度、または、LBコントローラ6から統合コントローラ120に伝達されるバッテリ温度情報等から決定する。
実施例1のバッテリ温調装置における作用を、「バッテリパックBPのバッテリ温度調整作用」、「凝縮水排出制御の基本作用」、「車両充電時の動作」、「車両起動時の凝縮水排出制御作用」、「車両再起動時の凝縮水排出制御作用」、「バッテリ冷却時の凝縮水排出制御作用」、「バッテリ加熱時の凝縮水排出制御作用」に分けて説明する。
バッテリは温度依存度が高く、バッテリ温度が高過ぎても、また、バッテリ温度が低過ぎてもバッテリ性能が低下する。したがって、低外気温時や高外気温時に高いバッテリ性能を維持するためには、バッテリ温度を最適温度域に調整することが好ましい。以下、図5及び図7に基づき、これを反映するバッテリパックBPのバッテリ温度調整作用を説明する。
例えば、結露水(凝縮水)が貯留される貯留部と、該貯留部の底面部に開閉可能に設けられて当該貯留部に溜まった結露水を外部に排出させるプラグ部材を有する開閉機構と、が設けられた車載用バッテリの冷却装置を比較例とする。この比較例の車載用バッテリの冷却装置によれば、バッテリケース内への水分の浸入を防止しつつ、バッテリを冷却する際に生じる結露水(凝縮水)を良好に外部に排出するようにしている。
しかも、バッテリ冷却を実施中は、通気部17に循環風すなわち動圧が当たることにより、バッテリパックケース1外部からの空気すなわち水分の浸入が抑制されるので、バッテリパックケース1内での凝縮水の発生量を低減することができる。
しかも、車両走行中に、バッテリ冷却を実施しない(エバポレータ32を駆動しない)。すなわち、バッテリスタック2が充電スタンド118と接続されているバッテリスタック2の充電時に、バッテリ冷却が実施される。このため、充電スタンド118から供給される電力を用いてバッテリ冷却を行うことができる。これにより、その分(バッテリ冷却分)の電力が消費されることがなく、車両の走行距離を伸ばすことができる。したがって、車両の航続可能距離を短縮すること無くバッテリスタック2を最適な温度に制御することができる。
以下、「車両充電時の動作」について、図12の動作フロー及び図14の各動作のタイムチャートに基づいて詳しく説明する。なお、図14の縦軸は、上から順に、車両状態(起動・停止・充電状態)、バッテリ温度調整制御(冷却・加熱・OFF(何もしない状態))、ブロアファン回転率(%)、駆動時間(分)が示されている。図14の横軸は、時間を表していて、「t」はその時刻を表している。
以下、「車両起動時の凝縮水排出制御作用」について、図13の動作フロー及び図14の各動作のタイムチャートに基づいて詳しく説明する。
図13のフローは、イグニッション・オンにより、車両が停止状態から起動された際(時刻t4、t8)に起動する。以下では、まず、「時刻t4における車両起動時の動作」に関して説明し、「時刻t8における車両起動時における動作(後述する「車両再起動時の凝縮水排出制御作用」内に記載)」は分けて説明する。なお、時刻t4、t8が、バッテリ冷却後の、次回の車両起動時である所定のタイミングに相当する。
ステップS17では、駆動時間が0より大きいか、すなわち駆動時間が設定されているか否かを判定する。駆動時間が設定されている場合にはステップS18へ進み、設定されていない場合には制御を終了する。
ステップS18(時刻t4)では、駆動時間のカウントダウンが開始される。このとき、ブロアファン35を回転率40%にて駆動させる。図14に示すように、時刻t4から時刻t5までの間、駆動時間はステップS13あるいは後述するステップS22で記憶した駆動時間から経過時間を減算してカウントダウンされる。この駆動時間に駆動するブロアファン35は、12Vバッテリにより駆動される。この12Vバッテリは、車両起動中、DC/DCコンバータを介して、前記バッテリパックBP(強電バッテリ)から電力が供給される。
また、その温度上昇により、凝縮水の蒸発が促進され、水蒸気になった凝縮水の水量が増加する。
以下、「車両再起動時の凝縮水排出制御作用」について、図13の動作フロー及び図14の各動作のタイムチャートに基づいて詳しく説明する。
以下、「バッテリ冷却時の凝縮水排出制御作用」について、図12及び図13の動作フロー及び図16の各動作のタイムチャートに基づいて詳しく説明する。なお、図16の縦軸は、上から順に、車両状態(起動・停止・充電状態)、バッテリ温度調整制御(冷却・加熱・OFF(何もしない状態))、ブロアファン回転率(%)、駆動時間(分)が示されている。図14の横軸は、時間を表していて、「t」はその時刻を表している。
その後、時刻t4と時刻t7との間、すなわち、車両停止後かつ車両再起動前に、時刻t5から時刻t6の期間でバッテリ冷却が実施されることにより、新たに凝縮水が発生する。
車両起動時に外気温が低い場合にはバッテリの温度が低下しすぎる可能性が有る。このため、バッテリの温度調節機構としてバッテリを加熱する機能を備えることが望ましい。以下ではバッテリの加熱機構を備えた場合における、「バッテリ加熱時の凝縮水排出制御作用」について、図15の動作フロー及び図16の各動作のタイムチャートに基づいて詳しく説明する。
実施例1のバッテリ温調装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
前記バッテリモジュール(バッテリスタック2)の温度(バッテリ温度)を検出する温度検出手段(温度センサT)と、
前記バッテリモジュール(バッテリスタック2)の温度(バッテリ温度)を調整するバッテリ温調手段(温調ユニット3、温調用コントローラ52)と、
前記バッテリモジュール(バッテリスタック2)及び前記バッテリ温調手段(温調ユニット3、温調用コントローラ52)を収納するバッテリパックケース1と、
を備えたバッテリ温調装置において、
前記バッテリパックケース1は、該バッテリパックケース1内部から外部への気体の通過を許容する通気部17を有し、
前記バッテリ温調手段(温調ユニット3、温調用コントローラ52)は、通過する空気を冷却する冷却用熱交換器(エバポレータ32)と、前記冷却用熱交換器(エバポレータ32)にて発生した凝縮水を貯める凝縮水貯水部33と、前記冷却用熱交換器(エバポレータ32)及び前記凝縮水貯水部33近傍の空気を送風して前記バッテリパックケース1内に循環させる送風手段(ブロアファン35)と、を有して構成され、
前記バッテリ温調手段(温調ユニット3、温調用コントローラ52)は、
前記温度検出手段(温度センサT)によって検出されたバッテリモジュール(バッテリスタック2)の温度(バッテリ温度)が予め定められた所定温度(第1設定温度)より高い場合は、前記冷却用熱交換器(エバポレータ32)によって通過する空気を冷却すると共に、前記送風手段(ブロアファン35)を駆動してバッテリモジュール(バッテリスタック2)の冷却を実施し、
該バッテリモジュール(バッテリスタック2)の冷却の実施が終了した後の所定のタイミングで、前記温度検出手段(温度センサT)によって検出されるバッテリモジュール(バッテリスタック2)の温度(バッテリ温度)に関わらず、前記送風手段(ブロアファン35)のみを駆動する。
このため、付加的な駆動部品等を追加しないことでレイアウトスペースを増大させることなく、バッテリパックケース1外部へ凝縮水を排出することができる。
前記所定のタイミングは、前記バッテリモジュール(バッテリスタック2)の冷却を実施後の、次回の車両起動時である(図12、図13)。
このため、(1)の効果に加え、より多くの水蒸気となった凝縮水を通気部17から排出することができると共に、その水蒸気となった凝縮水を一層排出しやすくすることができる。
このため、(1)~(2)の効果に加え、ブロアファン35の回転率を最小必要回転率まで下げることにより、ブロアファン35による騒音、振動、及び消費電力を抑えることができる。
このため、(1)~(3)の効果に加え、凝縮水貯水部33の大きさ(容積等)を凝縮水の発生量に応じて適正化することで、温調ユニット3の一部のスペースを削減することができる。
前記バッテリモジュール(バッテリスタック2)の充電時は、該バッテリモジュール(バッテリスタック2)が前記外部電源(充電スタンド118)と接続されている時である。
このため、車両の航続可能距離を短縮すること無くバッテリスタック2を最適な温度に制御することができる。
前記送風手段(ブロアファン35)のみの駆動開始から所定の駆動時間の間、前記送風手段(ブロアファン35)のみを駆動し、
前記駆動時間を、前記凝縮水の発生量から決定し、該凝縮水の発生量を、前記バッテリパックケース1の空気体積、前記バッテリモジュール(バッテリスタック2)の冷却使用頻度、及び、代表環境温湿度から決定する。
このため、(1)~(5)の効果に加え、バッテリパックケース1内、または、温調ユニット3の部品点数を削減することができる。
このため、(6)の効果に加え、バッテリ冷却を実施中に発生した凝縮水に応じた凝縮水量に対し、必要な駆動時間が確保されるので、凝縮水の排出信頼性を向上することができる。
このため、(6)~(7)の効果に加え、新たに発生した追加凝縮水に対し、必要な駆動時間が確保されるので、凝縮水の排出信頼性を向上することができる。
前記バッテリ温調手段(温調用コントローラ52)は、前記駆動時間をカウントしている場合に、前記ヒータ(PTCヒータ36)を駆動して前記バッテリモジュール(バッテリスタック2)の加熱を実施する場合、そのカウントを停止すると共に該駆動時間をゼロにする(図15、図16)。
このため、(6)~(8)の効果に加え、さらに多くの凝縮水の水蒸気を通気部17から排出することができると共に、その水蒸気となった凝縮水をより一層排出しやすくすることができる。
前記送風手段(ブロアファン35)は、前記通風経路部(ユニットケース31、ユニットダクト37)を通じて前記冷却用熱交換器(エバポレータ32)及び前記凝縮水貯水部33近傍の空気を送風して前記バッテリパックケース1内に循環させる手段であり、
前記通風経路部(ユニットケース31、ユニットダクト37)に、少なくとも前記通気部17の近傍まで延びるダクト(配風ダクト9)を接続し、
前記送風手段(ブロアファン35)が送風する前記冷却用熱交換器(エバポレータ32)及び前記凝縮水貯水部33近傍の空気を、前記通気部17へ向かって吹き出す吹出口99を前記ダクト(配風ダクト9)に設けた。
このため、(1)~(9)の効果に加え、凝縮水の排出信頼性を向上することができる。
Claims (10)
- バッテリモジュールと、
前記バッテリモジュールの温度を検出する温度検出手段と、
前記バッテリモジュールの温度を調整するバッテリ温調手段と、
前記バッテリモジュール及び前記バッテリ温調手段を収納するバッテリパックケースと、
を備えたバッテリ温調装置において、
前記バッテリパックケースは、該バッテリパックケース内部から外部への気体の通過を許容する通気部を有し、
前記バッテリ温調手段は、通過する空気を冷却する冷却用熱交換器と、前記冷却用熱交換器にて発生した凝縮水を貯める凝縮水貯水部と、前記冷却用熱交換器及び前記凝縮水貯水部近傍の空気を送風して前記バッテリパックケース内に循環させる送風手段と、を有して構成され、
前記バッテリ温調手段は、
前記温度検出手段によって検出されたバッテリモジュールの温度が予め定められた所定温度より高い場合は、前記冷却用熱交換器によって通過する空気を冷却すると共に、前記送風手段を駆動してバッテリモジュールの冷却を実施し、
該バッテリモジュールの冷却の実施が終了した後の所定のタイミングで、前記温度検出手段によって検出されるバッテリモジュールの温度に関わらず、前記送風手段のみを駆動する
ことを特徴とするバッテリ温調装置。 - 請求項1に記載されたバッテリ温調装置において、
該バッテリパックケースは車両に搭載されて、前記バッテリモジュールは電力を車載機器へ供給する車両用電源装置であって、
前記所定のタイミングは、前記バッテリモジュールの冷却を実施後の、次回の車両起動時である
ことを特徴とするバッテリ温調装置。 - 請求項1または請求項2に記載されたバッテリ温調装置において、
前記バッテリ温調手段は、前記バッテリモジュールの冷却を実施中の前記送風手段の駆動出力よりも、前記所定のタイミングにおいて駆動する際の前記送風手段の駆動出力を低く設定する
ことを特徴とするバッテリ温調装置。 - 請求項1から請求項3までの何れか一項に記載されたバッテリ温調装置において、
前記バッテリモジュールの冷却は、前記バッテリモジュールの充電時のみに実施する
ことを特徴とするバッテリ温調装置。 - 請求項4のバッテリ温調装置において、
前記バッテリモジュールは該バッテリパックケース外部の電源である外部電源と電気的に接続及び切断可能に構成されると共に、前記外部電源と電気的に接続した状態で該外部電源から供給される電力によって充電され、
前記バッテリモジュールの充電時は、該バッテリモジュールが前記外部電源と接続されている時である
ことを特徴とするバッテリ温調装置。 - 請求項1から請求項5までの何れか一項に記載されたバッテリ温調装置において、
前記バッテリ温調手段は、
前記送風手段のみの駆動開始から所定の駆動時間の間、前記送風手段のみを駆動し、
前記駆動時間を、前記凝縮水の発生量から決定し、該凝縮水の発生量を、前記バッテリパックケースの空気体積、前記バッテリモジュールの冷却使用頻度、及び、代表環境温湿度から決定する
ことを特徴とするバッテリ温調装置。 - 請求項6に記載されたバッテリ温調装置において、
前記バッテリ温調手段は、前記送風手段のみの駆動開始からの経過時間をカウントし、その経過時間が前記所定の駆動時間となる前に車両が停止した場合、そのカウントを停止すると共に前記経過時間と所定の駆動時間との差を記憶し、次回の車両起動時には該車両起動からの経過時間が前記経過時間と所定の駆動時間との差となるまで前記送風手段のみを駆動する
ことを特徴とするバッテリ温調装置。 - 請求項6または請求項7に記載されたバッテリ温調装置において、
前記バッテリ温調手段は、前記送風手段のみの駆動開始からの経過時間をカウントし、その経過時間が前記所定の駆動時間となる前に車両が停止した場合、そのカウントを停止すると共に前記経過時間と所定の駆動時間との差を記憶し、車両停止後かつ次回の車両起動時前に、前記バッテリモジュールの冷却が実施された場合、停止したカウントをリセットし、前記所定の駆動時間を設定する
ことを特徴とするバッテリ温調装置。 - 請求項6から請求項8までの何れか一項に記載されたバッテリ温調装置において、
前記バッテリ温調手段は、加熱用のヒータを有し、
前記バッテリ温調手段は、前記駆動時間をカウントしている場合に、前記ヒータを駆動して前記バッテリモジュールの加熱を実施する場合、そのカウントを停止すると共に該駆動時間をゼロにする
ことを特徴とするバッテリ温調装置。 - 請求項1から請求項9までの何れか一項に記載されたバッテリ温調装置において、
前記バッテリ温調手段は、前記凝縮水貯水部を有する通風経路部を有し、
前記送風手段は、前記通風経路部を通じて前記冷却用熱交換器及び前記凝縮水貯水部近傍の空気を送風して前記バッテリパックケース内に循環させる手段であり、
前記通風経路部に、少なくとも前記通気部の近傍まで延びるダクトを接続し、
前記送風手段が送風する前記冷却用熱交換器及び前記凝縮水貯水部近傍の空気を、前記通気部へ向かって吹き出す吹出口を前記ダクトに設けた
ことを特徴とするバッテリ温調装置。
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