WO2020158180A1 - 機器温調装置 - Google Patents

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WO2020158180A1
WO2020158180A1 PCT/JP2019/047391 JP2019047391W WO2020158180A1 WO 2020158180 A1 WO2020158180 A1 WO 2020158180A1 JP 2019047391 W JP2019047391 W JP 2019047391W WO 2020158180 A1 WO2020158180 A1 WO 2020158180A1
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ventilation passage
temperature
opening
radiator
outside air
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PCT/JP2019/047391
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English (en)
French (fr)
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康光 大見
功嗣 三浦
義則 毅
嘉之 山下
鈴木 雄介
Original Assignee
株式会社デンソー
トヨタ自動車株式会社
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Definitions

  • the present disclosure relates to a device temperature control device that adjusts the temperature of a target device using outside air.
  • Patent Document 1 is known as a technique for adjusting the temperature of a device mounted on a vehicle by using the traveling wind of the vehicle as the outside air.
  • a wind guide duct that extends in the front-rear direction is arranged at the lower portion of the vehicle, and the vehicle power supply device is cooled by traveling wind that passes through the wind guide duct. Has been done.
  • Patent Document 1 it is conceivable to arrange an opening for introducing traveling wind in the wind guide duct on the front surface of the vehicle, but if the wind guide duct is arranged from the front to the rear of the vehicle, the mountability on the vehicle is improved.
  • the issue arises in terms of. Specifically, it becomes necessary to sufficiently consider the positional relationship with other constituent devices in the vehicle.
  • the present disclosure has been made in view of these points, and relates to a device temperature control device that uses outside air, and provides a device temperature control device that improves mountability in a vehicle and that can realize appropriate temperature control of a target device.
  • the purpose is to do.
  • a device temperature control device includes a ventilation path and a device radiator.
  • the ventilation passage has a first opening and a second opening, and is arranged so as to be exposed to the air in the vehicle interior.
  • the first opening is located in the upper part of the wheel house of the vehicle and is open so that outside air can be introduced.
  • the second opening is arranged behind the wheel house at a position having a height difference with respect to the first opening, and is opened so that the outside air introduced from the first opening can be discharged.
  • the device radiator is arranged inside the ventilation passage between the first opening and the second opening, and radiates the heat generated in the target device to the outside air passing through the inside of the ventilation passage.
  • the ventilation passage is arranged from the upper part of the wheel house to the rear, it is possible to improve the mountability of the device temperature control device as compared with the case where the ventilation passage is arranged from the front to the rear of the vehicle. You can
  • the pressure between the first opening and the second opening is increased.
  • a difference can be generated.
  • the flow of outside air accompanying the traveling of the vehicle can be introduced into the ventilation passage from the first opening, and the heat of the target device can be efficiently radiated to the outside air by the device radiator. it can.
  • the ventilation passage is exposed to the air in the passenger compartment. For this reason, the temperature distribution inside the ventilation passage exhibits the same tendency as the temperature distribution inside the passenger compartment, with higher temperatures indicating higher temperatures and lower temperatures indicating lower temperatures.
  • the first opening in the ventilation passage is arranged in the upper part of the wheel house, and the second opening is arranged behind the wheel house at a position having a height difference with respect to the first opening.
  • a density difference occurs in the gas between the first opening and the second opening due to the temperature difference between the first opening and the second opening inside the ventilation passage. Therefore, a flow of outside air can be generated inside the ventilation passage due to a so-called chimney effect.
  • the device temperature adjustment device can realize appropriate temperature adjustment of the target device while improving the mountability on the vehicle.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a device temperature control apparatus according to the first embodiment
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the device temperature control apparatus according to the first embodiment
  • 3 is a sectional view showing a section taken along line III-III in FIG.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a configuration of a temperature adjusting unit in the device temperature adjusting device
  • FIG. 5 is a perspective view showing the arrangement of the assembled battery with respect to the evaporator of the temperature adjusting unit
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing the flow of outside air when the vehicle is traveling in the first embodiment
  • FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a device temperature control apparatus according to the first embodiment
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the device temperature control apparatus according to the first embodiment
  • 3 is a sectional view showing a section taken along line III-III in FIG.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a configuration of a temperature adjusting unit
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing the flow of outside air when the vehicle is stopped in the first embodiment
  • FIG. 8 is an explanatory view showing an operation mode in a low temperature state in the first embodiment
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing the configuration of the device temperature control apparatus according to the second embodiment
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing the flow of outside air when the vehicle is traveling in the second embodiment
  • FIG. 11 is an explanatory diagram showing the flow of outside air when the vehicle is stopped in the second embodiment.
  • the device temperature adjusting device 1 is applied as a device for adjusting the temperature of a battery pack BP (Battery Pack) mounted on a vehicle.
  • BP Battery Pack
  • the device temperature control device 1 As a vehicle in which the device temperature control device 1 is mounted, for example, a vehicle that can be driven by a traveling electric motor (not shown) using the battery pack BP as a power source can be cited. Specifically, the device temperature control device 1 can be applied to the assembled battery BP of an electric vehicle or a hybrid vehicle as a target device.
  • the battery pack BP is composed of a stacked body in which a plurality of rectangular parallelepiped battery cells BC are stacked, and is mounted on the luggage L located behind the rear seat RS. .. In the battery pack BP, the plurality of battery cells BC are electrically connected in series.
  • the battery cell BC is composed of a chargeable/dischargeable secondary battery (for example, a lithium ion battery or a lead storage battery).
  • the outer shape of the battery cell BC is not limited to the rectangular parallelepiped shape, and may be another shape such as a cylindrical shape.
  • the assembled battery BP may be configured to include battery cells BC electrically connected in parallel.
  • the battery pack BP configured in this way self-heats due to power supply and the like while the vehicle is running. If the assembled battery BP becomes excessively hot due to self-heating, the deterioration of the battery cells BC is promoted. In addition, when the temperature of the assembled battery BP becomes excessively low, the internal resistance of the battery cell BC increases, which causes a decrease in the output of the assembled battery BP. Therefore, when the assembled battery BP is used as the driving power source, it is important to maintain the assembled battery BP within a predetermined temperature range.
  • the device temperature control device 1 includes a ventilation path 10 arranged on the rear side of a wheel house WH of a vehicle and a thermosiphon-type temperature adjustment unit 20, and is a target device assembly. It is configured to regulate the battery BP within an appropriate temperature range.
  • a device radiator 40 that constitutes the temperature adjusting unit 20 is arranged inside the ventilation passage 10.
  • the device radiator 40 radiates the heat of the assembled battery BP, which is the target device, to the outside air OA passing through the ventilation path 10. Accordingly, the device temperature adjustment device 1 can adjust the temperature of the battery pack BP, which is the target device, within an appropriate temperature range.
  • the air passage 10 is arranged between the body panel B and a vehicle interior material (not shown) on the rear side of the wheel house WH of the vehicle.
  • the interior material of the passenger compartment is located between the body panel B and the passenger compartment space, and has gaps and openings for communicating with the passenger compartment. Therefore, the space between the body panel B and the vehicle interior material communicates with the vehicle interior space, and the ventilation passage 10 is exposed to the vehicle interior air.
  • the ventilation passage 10 has a first opening 11 and a second opening 12.
  • the first opening 11 is arranged in an upper portion of the wheel house WH at the right rear part of the vehicle, and communicates the inside of the wheel house WH and the inside of the ventilation passage 10.
  • the first opening 11 is opened so as to include a position above the wheels W inside the wheel house WH. Therefore, the first opening 11 is arranged so that the outside air OA in the wheel house WH can be introduced into the air passage 10.
  • the wheel house WH is joined to the side member SM or the floor panel around the side member SM, accommodates at least the wheel W, and a configuration accompanying the wheel W is also accommodated.
  • a configuration associated with the wheel W for example, a suspension or the like can be cited.
  • a wheel house liner WL is arranged between the wheel house WH and the wheels W.
  • the wheel house liner WL is arranged for the purpose of preventing scattering of water and mud for the purpose of body protection and reducing air resistance.
  • the wheel house liner WL is interposed between the wheel W and the first opening 11 of the wheel house WH. Thereby, the wheel house liner WL can prevent water or mud from entering the ventilation passage 10 through the first opening 11.
  • the air in the wheel house WH (that is, the outside air OA) is introduced into the first opening 11 through the gap between the wheel house liner WL and the body or the opening provided in the wheel house liner WL.
  • the second opening 12 is arranged behind the wheel house WH at a position having a height difference with respect to the first opening 11, and communicates with the outside of the vehicle.
  • the second opening 12 in the first embodiment is located below the side member SM on the vehicle rear side, and is opened between the rear bumper cover and the body at a portion that is not exposed to direct sunlight.
  • the second opening 12 can allow the outside air OA outside the vehicle to flow into and out of the ventilation passage 10. That is, the second opening 12 is configured to be able to discharge the outside air OA in the wheel house WH introduced at the first opening 11 to the outside of the vehicle.
  • a device radiator 40 is arranged inside the ventilation passage 10. As described above, the device radiator 40 configures the thermosiphon-type temperature adjusting unit 20, and radiates the heat of the assembled battery BP, which is the target device, to the outside air OA passing through the ventilation path 10. ..
  • the device radiator 40 is arranged between the first opening 11 and the second opening 12. Therefore, the device radiator 40 can radiate the heat of the assembled battery BP to the outside air OA passing between the first opening 11 and the second opening 12.
  • the temperature adjusting unit 20 including the device radiator 40 will be described later in detail with reference to the drawings.
  • a blocking mechanism portion 15 is arranged above the device radiator 40.
  • the closing mechanism portion 15 has a door member 16, an electromagnetic motor 17, and a temperature sensor 18.
  • the door member 16 is a plate-shaped member having a size capable of closing the flow passage cross section in the ventilation passage 10, and is rotatably supported inside the ventilation passage 10.
  • the electromagnetic motor 17 is a drive source for rotating the door member 16, and is arranged so as to transmit the driving force to the support shaft of the door member 16.
  • the temperature sensor 18 is arranged inside the ventilation passage 10 around the device radiator 40, and detects the internal temperature of the ventilation passage 10 (that is, the temperature of the outside air OA).
  • the electromagnetic motor 17 is connected to the output side of the control unit 60, and the temperature sensor 18 is connected to the input side of the control unit 60. Therefore, the closing mechanism unit 15 can operate the electromagnetic motor 17 according to the temperature inside the ventilation passage 10 detected by the temperature sensor 18, and can open and close the ventilation passage 10. Detailed operation of the closing mechanism 15 will be described later.
  • the ventilation passage 10 configured in this manner extends downward to the rear of the vehicle, and can be classified into an upper ventilation passage 10A and a lower ventilation passage 10B. it can.
  • the upper ventilation passage 10A constitutes a portion above the device radiator 40 in the ventilation passage 10. Therefore, in the first embodiment, the first opening 11 is arranged on the side of the upper ventilation passage 10A, and the door member 16 of the closing mechanism portion 15 is provided therein.
  • the upper ventilation passage 10A is formed of a metal material having good thermal conductivity (eg, aluminum). As described above, since the ventilation passage 10 is exposed to the air in the vehicle compartment between the body panel B and the interior material of the vehicle interior, the outside air OA in the upper ventilation passage 10A is the heat of the air in the vehicle compartment. The temperature is likely to rise.
  • a metal material having good thermal conductivity eg, aluminum
  • the lower ventilation passage 10B constitutes a lower portion of the ventilation passage 10 including the device radiator 40.
  • the second opening 12 is arranged on the lower ventilation passage 10B side, and the device radiator 40 of the temperature adjusting unit 20 is housed inside the second opening 12.
  • the lower ventilation passage 10B is formed integrally with the upper ventilation passage 10A by a metal material having good thermal conductivity, and its outer surface is covered with a heat insulating material 13. Therefore, the lower ventilation passage 10B has a larger thermal resistance between the inside and the outside of the lower ventilation passage 10B than the upper ventilation passage 10A, and the outside air OA inside the lower ventilation passage 10B is It is difficult to raise the temperature due to the heat of the air.
  • the ventilation passage 10 according to the first embodiment is configured such that the thermal resistance between the inside and the outside of the upper ventilation passage 10A is smaller than the thermal resistance between the inside and the outside of the lower ventilation passage 10B. Thereby, a temperature difference can be further generated between the inside of the upper ventilation passage 10A and the inside of the lower ventilation passage 10B due to the influence of the heat of the air in the vehicle interior.
  • the ventilation passage 10 configured as described above, as shown in FIG. 1, since the rear wheels are arranged from the upper side of the wheel house WH toward the rear of the vehicle, the front of the vehicle and the rearmost portion thereof are covered. Compared with the case where the ventilation passage is arranged, the mountability of the device temperature control device 1 can be improved.
  • the heat of the assembled battery BP can be radiated by the device radiator 40 to the outside air OA passing through the inside of the ventilation passage 10 and discharged to the outside of the vehicle. This can contribute to adjusting the temperature of the battery pack BP within an appropriate temperature range.
  • the fluid circulation circuit 25 is a heat pipe that transfers heat by evaporating and condensing a refrigerant as a working fluid.
  • the fluid circulation circuit 25 is configured as a loop-type thermosiphon in which a flow path through which a vapor-phase refrigerant flows and a flow path through which a liquid-phase refrigerant flows are separated.
  • the fluid circulation circuit 25 includes a plurality of evaporators 30, a device radiator 40, a gas phase flow passage portion 45, and a liquid phase flow passage portion 50.
  • the fluid circulation circuit 25 forms a closed annular fluid circuit by connecting the plurality of evaporators 30, the device radiator 40, the gas-phase flow path portion 45, and the liquid-phase flow path portion 50 to each other.
  • a refrigerant as a working fluid is sealed inside the fluid circulation circuit 25 in a state where the inside is evacuated.
  • a CFC-based refrigerant for example, R134a, R1234yf, etc.
  • a working fluid not only a CFC-based refrigerant but also another refrigerant such as carbon dioxide or an antifreezing liquid can be used.
  • the evaporator 30 is a heat exchanger for exchanging heat between the refrigerant inside the evaporator 30 and the assembled battery BP when the temperature of the assembled battery BP which is the target device is adjusted.
  • the evaporator 30 absorbs heat from the battery pack BP to evaporate the liquid phase refrigerant when the battery pack BP which is the target device is cooled.
  • the temperature adjusting unit 20 has a plurality of evaporators 30, a first evaporator 30A, a second evaporator 30B, a third evaporator 30C, and a fourth evaporator 30D.
  • the first evaporator 30A and the second evaporator 30B connected in series on the vehicle rear side
  • the third evaporator 30C and the fourth evaporator 30D connected in series on the vehicle front side. It consists of two systems.
  • the first evaporator 30A to the fourth evaporator 30D are arranged at the same level in the gravity direction. That is, the first evaporator 30A to the fourth evaporator 30D are arranged on the same horizontal plane.
  • the evaporator 30 is used as a generic name.
  • the evaporator 30 has a main body 31 formed in a hollow rectangular parallelepiped shape, an inflow port 32, and an outflow port 33.
  • the main body 31 is made of, for example, a metal material having excellent thermal conductivity such as aluminum or copper. Note that the constituent material of the main body 31 may be a material other than metal as long as it is a material having excellent thermal conductivity.
  • the inflow port 32 is a part to which the liquid-phase refrigerant circulating in the fluid circulation circuit 25 is supplied to the inside of the main body 31 of the evaporator 30 when the assembled battery BP is cooled.
  • the liquid phase flow path section 50 is connected to the inflow port 32.
  • the inflow port 32 is arranged at a lower side portion in the gravity direction on one side surface (for example, the right side surface) of the main body portion 31.
  • the liquid-phase refrigerant in the fluid circulation circuit 25 is supplied from the liquid-phase flow path section 50 to the main body section 31 of the evaporator 30 via the inflow port 32.
  • the outlet 33 is a portion where the vapor-phase refrigerant evaporated by the heat absorption from the battery pack BP flows out of the evaporator 30 when the battery pack BP is cooled.
  • a gas phase flow passage portion 45 is connected to the outlet 33.
  • the outflow port 33 is arranged on an upper side portion in the gravity direction on one side surface (for example, the right side surface) of the main body 31. Therefore, on one side surface of the main body 31 of the evaporator 30, the outflow port 33 is arranged on the upper side in the gravity direction with respect to the inflow port 32.
  • a liquid phase connection port and a gas phase connection port are provided on a surface (for example, a left side surface) facing one side surface of the main body 31. It is arranged.
  • the liquid phase connection port is arranged at a position facing the inflow port 32 in the main body 31, and is a part to which the liquid phase connection pipe 51 is attached.
  • the liquid phase connection port is connected to the inflow port 32 of the second evaporator 30B and the fourth evaporator 30D via the liquid phase connection pipe 51.
  • the gas phase connection port is arranged at a position facing the outflow port 33 in the main body part 31, and is a part to which the liquid phase connection pipe 51 is attached.
  • the liquid phase connection port is connected to the outflow ports 33 of the second evaporator 30B and the fourth evaporator 30D via the liquid phase connection pipe 51.
  • the main body 31 of the evaporator 30 is arranged between the battery packs BP arranged in the vehicle front-rear direction, and the battery pack BP that is the target device and the refrigerant that is the working fluid. This is the part that exchanges heat with.
  • the battery pack BP is arranged along the front side surface and the rear side surface of the box-shaped main body 31.
  • the front side surface and the rear side surface of the main body 31 constitute a battery contact surface.
  • the assembled battery BP is arranged such that one side surface of each battery cell BC is in thermal contact with the battery contact surface of the main body 31.
  • each battery cell BC opposite to the surface on which the terminal CT is provided is arranged so as to contact the battery contact surface via the heat conductive sheet.
  • the battery cells BC that form the assembled battery BP are arranged in the vehicle left-right direction.
  • the temperature adjustment unit 20 causes the assembled battery, which is the target device, by the latent heat of vaporization of the liquid-phase refrigerant.
  • the BP can be cooled.
  • a heat conductive sheet is arranged on the battery contact surface of the main body 31.
  • the heat conductive sheet ensures insulation between the main body 31 and the battery pack BP and suppresses thermal resistance between the main body 31 and the battery pack BP.
  • the device radiator 40 is arranged above the plurality of evaporators 30 in the temperature adjusting unit 20 in the direction of gravity, and is located inside the ventilation passage 10 as described above.
  • the device radiator 40 heat-exchanges the vapor-phase refrigerant that has evaporated inside the evaporator 30 with the outside air OA to condense it, and changes the phase to a liquid-phase refrigerant.
  • the device radiator 40 is composed of an air-refrigerant heat exchanger, and heat-exchanges the vapor-phase refrigerant flowing through the fluid circulation circuit 25 and the outside air OA flowing inside the ventilation passage 10. Thus, the heat of the vapor-phase refrigerant is radiated to the outside of the passenger compartment.
  • the device radiator 40 is made of, for example, a metal or alloy having excellent thermal conductivity such as aluminum or copper.
  • the heat radiating portion 41 of the device heat radiator 40 has a so-called tank-and-tube heat exchanger structure.
  • the device radiator 40 has a plurality of tubes through which a refrigerant flows, a tank for distributing or collecting the refrigerant through the plurality of tubes, and the like.
  • the heat radiating portion 41 has a structure for exchanging heat between the refrigerant flowing through the tubes arranged in a stack and spaced from each other in a certain direction and the air flowing through the air passage formed between the adjacent tubes. ..
  • Heat exchange fins are arranged in the air passages formed between the tubes in the heat dissipation portion 41.
  • the heat exchange fin is composed of one thin plate-shaped metal member.
  • the heat exchange fin is a member that promotes heat exchange between the refrigerant and the outside air OA in the heat dissipation unit 41.
  • the constituent material of the device radiator 40 a material other than metal can be used as long as it is a material having excellent thermal conductivity. In this case, it is desirable that at least the heat dissipation portion 41 be made of a material having excellent thermal conductivity.
  • a fluid inlet 42 is arranged on the upper side in the gravity direction of the device radiator 40.
  • the fluid inlet 42 is connected to an end of the vapor phase flow passage 45 on the upper side in the gravity direction. Therefore, at the fluid inlet 42, the vapor-phase refrigerant evaporated in the plurality of evaporators 30 flows into the device radiator 40 via the vapor-phase flow passage portion 45.
  • a fluid outlet 43 is arranged on the lower side of the device radiator 40 in the direction of gravity.
  • the fluid outlet 43 is located below the fluid inlet 42 in the direction of gravity.
  • the fluid outlet 43 is connected to the upper end of the liquid phase flow path portion 50 in the gravity direction. Therefore, at the fluid outlet 43, the liquid-phase refrigerant condensed inside the device radiator 40 flows out to the liquid-phase flow path portion 50.
  • the vapor-phase flow passage portion 45 is a refrigerant flow passage that guides the vapor-phase refrigerant evaporated in the plurality of evaporators 30 to the device radiator 40.
  • the vapor phase flow path portion 45 includes a vapor phase connection pipe 46.
  • the gas-phase connection pipe 46 is connected between the first evaporator 30A and the second evaporator 30B and between the third evaporator 30C and the fourth evaporator 30D so that the gas-phase refrigerant can flow in and out, respectively. ing.
  • the vapor phase flow path portion 45 is connected to the fluid inlet 42 of the device radiator 40, the vapor phase refrigerants flowing out from the plurality of evaporators 30 are collected to the fluid inlet 42 of the device radiator 40. I can guide you.
  • the liquid-phase flow path portion 50 is a refrigerant flow path that guides the liquid-phase refrigerant condensed in the device radiator 40 to the plurality of evaporators 30. As shown in FIG. 4, the liquid phase flow path portion 50 includes a liquid phase connection pipe 51.
  • the liquid phase connection pipe 51 is connected between the first evaporator 30A and the second evaporator 30B and between the third evaporator 30C and the fourth evaporator 30D so that the liquid phase refrigerant can flow in and out, respectively. ing.
  • liquid-phase flow path portion 50 Since the liquid-phase flow path portion 50 is connected to the fluid outlet 43 of the device radiator 40, the liquid-phase refrigerant condensed in the device radiator 40 is distributed and guided to the plurality of evaporators 30, respectively. You can
  • the amount of the refrigerant filled in the fluid circulation circuit 25 is set so that the liquid level position of the refrigerant inside the main body 31 of each evaporator 30 becomes the proper liquid level. Specifically, the refrigerant is filled in the fluid circulation circuit 25 so that the liquid surface position of the refrigerant inside the main body 31 of each evaporator 30 becomes a predetermined target liquid surface.
  • the device temperature control device 1 when the temperature of the assembled battery BP rises due to self-heating of the assembled battery BP, a part of the liquid-phase refrigerant inside the main body 31 of each evaporator 30 is heated by the assembled battery BP. Evaporates by. At this time, the battery pack BP is cooled by the latent heat of vaporization of the liquid-phase refrigerant in each evaporator 30, and the temperature of the battery pack BP decreases.
  • the refrigerant undergoes a phase change from a liquid phase to a gas phase, so that its specific gravity becomes small. Therefore, the vapor-phase refrigerant evaporated in each evaporator 30 moves upward inside the main body 31 and flows out from the outlet 33 to the vapor-phase flow passage 45. The vapor-phase refrigerant flowing through the vapor-phase flow path portion 45 moves upward in the gravity direction and flows into the device radiator 40.
  • the heat of the vapor phase refrigerant is radiated to the outside air OA passing through the ventilation passage 10.
  • the vapor phase refrigerant is condensed inside the device radiator 40 to become a liquid phase refrigerant. Since the specific gravity of the refrigerant increases due to this phase change, the liquid-phase refrigerant condensed inside the device radiator 40 flows out to the lower side in the gravity direction from the fluid outlet 43 of the device radiator 40 due to its own weight.
  • the liquid-phase refrigerant flowing out of the device radiator 40 flows into the inside of the main body 31 of each evaporator 30 via the liquid-phase flow passage 50.
  • the liquid-phase refrigerant inside the evaporator 30 is evaporated by the heat from the assembled battery BP when the temperature of the assembled battery BP is higher than the boiling point of the refrigerant.
  • the refrigerant circulates between each evaporator 30 and the device radiator 40 while changing the phase between the vapor phase state and the liquid phase state, so that each evaporator 30 is radiated from the device radiator.
  • the heat of the battery pack BP which is the target device can be transported to 40.
  • the heat of the transported refrigerant can be radiated to the outside air OA inside the air passage 10.
  • the device temperature controller 1 can radiate the heat of the assembled battery BP absorbed in each evaporator 30 to the outside air OA by the device radiator 40 via the refrigerant that is the working fluid. Can be cooled.
  • thermosyphon-type temperature adjustment unit 20 when the outside air temperature in the ventilation passage 10 becomes higher than the temperature of the gas-phase refrigerant, the heat dissipation in the device radiator 40 (that is, the condensation of the gas-phase refrigerant) is naturally stopped. .. Then, when the outside air temperature becomes lower than the temperature of the vapor phase refrigerant, the refrigerant, which is the working fluid, naturally starts to circulate.
  • the temperature adjustment unit 20 it is possible to easily cope with these cases compared with the control using the ECU and the drive parts.
  • the operation of the temperature adjusting unit 20 does not use a movable part or the like, and is therefore preferable in that it does not involve the problem of durability as the temperature adjusting unit or the problem of abnormal noise generation and consumes no power.
  • the operation of the device temperature control apparatus 1 according to the first embodiment when the vehicle is traveling will be described with reference to FIG.
  • the lower side of the wheel W that is, the contact surface side
  • the upper part of the wheel W moves from the rear to the front.
  • the outside air OA flows from the front to the rear and passes through the inside of the wheel house WH.
  • the flow of the outside air OA as the traveling wind is opposite to the moving direction of the upper portion of the wheel W.
  • the upper portion of the wheel house WH tends to have a higher atmospheric pressure than other portions (for example, the rear portion of the vehicle).
  • the pressure on the first opening 11 side is higher than that on the second opening 12 side.
  • a flow of the outside air OA from the first opening 11 to the second opening 12 is generated due to the pressure difference.
  • the outside air OA introduced as traveling wind into the wheel house WH is removed by using the pressure difference between the first opening 11 side and the second opening 12 side. Through the opening 11, it can be introduced efficiently into the ventilation passage 10.
  • the device temperature adjustment device 1 during vehicle traveling can efficiently pass the outside air OA to the device radiator 40 in the ventilation passage 10, so that the heat dissipation performance of the device radiator 40 is improved.
  • the device temperature adjustment device 1 can effectively utilize the outside air OA as the running wind when the vehicle is running to cool the battery pack BP as the target device and realize appropriate temperature adjustment.
  • the operation of the device temperature control apparatus 1 according to the first embodiment when the vehicle is stopped will be described with reference to FIG. 7.
  • the outside air OA does not flow as a running wind. Therefore, the flow of the outside air OA due to the traveling wind cannot be expected inside the ventilation passage 10.
  • the device temperature control device 1 uses a so-called chimney effect in order to generate a flow of outside air OA in the ventilation passage 10 when the vehicle is stopped.
  • the chimney effect when there is a temperature difference in the air in the chimney, the buoyancy effect caused by the difference in air density due to the temperature difference causes the cold air outside from the air intake port at the bottom of the chimney to warm into the chimney. A phenomenon in which air rises.
  • the ventilation passage 10 is arranged between the body panel B and the vehicle interior material. Since the body panel B and the vehicle interior material communicate with the vehicle interior, the temperature distribution between the body panel B and the vehicle interior material shows the same tendency as the temperature distribution in the vehicle interior space.
  • the temperature around the ceiling of the passenger compartment will be as high as 85 to 95°C due to the effect of solar radiation on the ceiling.
  • the temperature is almost the same as the outside air temperature because the air having a low temperature accumulates. That is, the temperature distribution in the passenger compartment shows a higher temperature as it goes upward and a lower temperature as it goes down.
  • the temperature distribution in the space between the body panel B and the interior material of the vehicle interior shows a higher temperature as it goes upward and a lower temperature as it goes downward, like the temperature distribution in the vehicle interior space. Since the ventilation passage 10 is exposed to the air inside the vehicle between the body panel B and the interior material of the vehicle interior, the temperature distribution inside the ventilation passage 10 also shows a higher temperature as it goes up and a lower temperature as it goes down. ..
  • the air density on the upper side of the ventilation passage 10 is about 7.5% lower than that on the lower side of the ventilation passage 10. Due to the difference in air density between the upper and lower sides of the ventilation passage 10, buoyancy is generated in the air on the upper side, so that a flow that sucks the air on the lower side and discharges it upward is formed inside the ventilation passage 10.
  • the upper ventilation passage 10A of the ventilation passage 10 is formed of a metal material having good thermal conductivity (eg, aluminum). Therefore, the outside air OA in the upper ventilation passage 10A receives the heat of the indoor air having a relatively high temperature between the body panel B and the interior material of the vehicle compartment, and raises the temperature thereof.
  • a metal material having good thermal conductivity eg, aluminum
  • the outer surface of the lower ventilation passage 10B of the ventilation passage 10 is covered with the heat insulating material 13, and the thermal resistance is larger than that of the upper ventilation passage 10A. That is, the outside air OA in the lower ventilation passage 10B is less likely to receive the heat of the indoor air between the body panel B and the indoor air. As a result, the lower ventilation passage 10B prevents the temperature of the outside air OA around the device radiator 40 from rising, thereby increasing the temperature difference when the device radiator 40 radiates the surrounding outside air OA.
  • the device temperature control device 1 the flow of the outside air OA passing through the device radiator 40 can be formed inside the ventilation passage 10 by utilizing the stack effect even when the vehicle is stopped.
  • the device temperature adjustment device 1 can radiate the heat of the assembled battery BP to the outside air OA even when the vehicle is stopped, and thus can appropriately adjust the temperature of the assembled battery BP.
  • the heat resistance between the inside and the outside of the upper ventilation passage 10A is formed to be smaller than that of the lower ventilation passage 10B, the temperature difference between the upper side and the lower side of the ventilation passage 10 is increased to increase the temperature difference between the upper side and the lower side.
  • the buoyancy acting on the outside air OA can be increased. That is, the flow rate of the outside air OA due to the chimney effect can be increased inside the ventilation passage 10, so that the heat dissipation performance of the device radiator 40 is improved and the temperature of the assembled battery BP is appropriately adjusted. You can
  • the heat insulating material 13 is arranged so as to include the position of the device radiator 40. This is to prevent the temperature of the outside air OA introduced by the chimney effect from rising before passing through the lower ventilation passage 10B and reaching the device radiator 40.
  • the device radiator 40 can radiate the heat of the battery pack BP to the outside air OA having the lowest temperature when the vehicle is stopped, so that the battery pack BP can be efficiently cooled.
  • the operation of the device temperature control apparatus 1 when the outside air OA is at a low temperature will be described in detail with reference to FIG.
  • the presence or absence of refrigerant circulation in the fluid circulation circuit 25 is changed depending on the relationship between the temperature of the vapor-phase refrigerant in the device radiator 40 and the temperature of the outside air OA around the device radiator 40.
  • a blocking mechanism portion 15 is arranged inside the ventilation passage 10 in order to cope with a low temperature environment such as winter.
  • the closing mechanism unit 15 has the door member 16, the electromagnetic motor 17, and the temperature sensor 18, and the operation of the closing unit 15 is controlled by the control unit 60.
  • control unit 60 When it is determined that the temperature of the outside air OA detected by the temperature sensor 18 is lower than the predetermined reference temperature, the control unit 60 causes the door member 16 to close the ventilation passage 10 by electromagnetic waves. The motor 17 is controlled.
  • the upper side of the device radiator 40 is blocked inside the ventilation passage 10.
  • the outside air OA rises inside the ventilation passage 10 due to the chimney effect and is warmed by the heat radiation by the device radiator 40.
  • the upper side of the device radiator 40 is closed by the door member 16 of the closing mechanism portion 15, the outside air OA warmed by the device radiator 40 should be kept around the device radiator 40. You can
  • the temperature difference between the gas-phase refrigerant inside the device radiator 40 and the outside air around the device radiator 40 can be reduced, and the heat dissipation performance of the device radiator 40 can be suppressed to a low level. Then, when the temperature of the outside air OA around the device radiator 40 becomes higher than the temperature of the gas-phase refrigerant, the heat dissipation in the device radiator 40 is naturally stopped, and the cooling of the assembled battery BP by the temperature adjusting unit 20 is stopped. You can
  • the device temperature control apparatus 1 cools the assembled battery BP in the low temperature environment by closing the upper side of the device radiator 40 by the closing mechanism unit 15 even when the thermosiphon type temperature adjusting unit 20 is adopted. It is possible to suppress excessiveness and prevent a decrease in the output of the battery pack BP.
  • control unit 60 controls the electromagnetic motor 17 to move the door member 16 and open the ventilation passage 10. ..
  • the device radiator 40 can radiate the heat of the assembled battery BP to the outside air OA, so that the assembled battery BP can be appropriately cooled.
  • the ventilation passage 10 is arranged from the upper portion of the wheel house WH to the rear thereof. .. Therefore, the device temperature adjusting apparatus 1 according to the first embodiment can improve the mountability of the device temperature adjusting apparatus 1 as compared with the case where the ventilation passage 10 is arranged from the front to the rear of the vehicle. ..
  • the first opening 11 of the ventilation passage 10 is opened at an upper portion of the wheel house WH in which the internal pressure tends to be high when the vehicle is traveling, and thus the first opening 11 and the second opening are formed.
  • a pressure difference between 12 and 12 can be generated.
  • the flow of the outside air OA accompanying the traveling of the vehicle can be introduced into the ventilation passage 10 from the first opening 11, so that the device radiator 40 can assemble the battery pack.
  • the heat of BP can be efficiently radiated to the outside air OA.
  • the ventilation passage 10 is exposed to the air inside the vehicle. For this reason, the temperature distribution inside the ventilation passage 10 has the same tendency as the temperature distribution inside the passenger compartment, with the higher temperature indicating a higher temperature and the lower temperature indicating a lower temperature.
  • the first opening 11 in the ventilation passage 10 is arranged in an upper portion of the wheel house WH, and the second opening 12 has a height difference with respect to the first opening 11 behind the wheel house WH. It is located in a position.
  • a density difference occurs in the gas between the first opening 11 and the second opening 12 due to the temperature difference between the first opening 11 and the second opening 12 inside the ventilation passage 10. Therefore, as shown in FIG. 7, a flow of the outside air OA can be generated inside the ventilation passage 10 by the so-called chimney effect.
  • the device temperature adjustment device 1 can realize appropriate temperature adjustment of the battery pack BP while improving mountability on the vehicle.
  • the upper ventilation passage 10A of the ventilation passage 10 is formed of a metal material having good heat conductivity (for example, aluminum), and the outer surface of the lower ventilation passage 10B is covered with a heat insulating material 13. That is, since the thermal resistance between the inside and the outside of the upper ventilation passage 10A is formed to be smaller than that of the lower ventilation passage 10B, the temperature difference between the upper side and the lower side of the ventilation passage 10 is increased to increase the temperature difference between the upper side and the lower side. The buoyancy acting on the outside air OA can be increased.
  • the device temperature control apparatus 1 improves the heat dissipation performance of the device radiator 40 by increasing the flow rate of the outside air OA due to the chimney effect inside the ventilation passage 10, thereby improving the appropriateness of the assembled battery BP. Temperature adjustment can be realized.
  • the heat insulating material 13 is arranged so as to include the position of the device radiator 40. As a result, it is possible to prevent the temperature of the outside air OA introduced by the chimney effect from rising before passing through the lower ventilation passage 10B and reaching the device radiator 40, and efficiently cool the assembled battery BP. ..
  • the device temperature control apparatus 1 has a thermosyphon-type temperature adjustment unit 20, and the device radiator 40 includes a plurality of evaporators 30, a gas phase flow path unit 45, and a liquid. Together with the phase flow path section 50, the fluid circulation circuit 25 of the temperature adjusting section 20 is configured.
  • the temperature adjusting unit 20 evaporates the refrigerant in the plurality of evaporators 30 and condenses the refrigerant in the device radiator 40, so that the battery pack BP is changed by the phase change between the liquid phase and the gas phase of the refrigerant as the working fluid. The temperature of can be adjusted.
  • thermosyphon-type temperature adjustment unit 20 heat transfer from the assembled battery BP to the device radiator 40 is realized by unpowered natural circulation without using a pump or the like. can do. Since it does not require electric power or control, it is particularly effective for adjusting the temperature of the battery pack BP when the vehicle is stopped.
  • a blocking mechanism portion 15 is arranged inside the ventilation passage 10 above the device radiator 40.
  • the closing mechanism 15 closes the ventilation path 10 above the device radiator 40 when the temperature is low.
  • the device temperature control device 1 As a result, according to the device temperature control device 1, the outside air OA warmed by the device radiator 40 stays around the device radiator 40, and the temperature around the device radiator 40 can be increased, and the temperature of the thermosiphon type can be increased. It is possible to stop the cooling of the assembled battery BP by the adjusting unit 20. That is, the device temperature adjusting device 1 suppresses overcooling of the assembled battery BP in a low temperature state even when the thermosiphon type temperature adjusting unit 20 is adopted, and realizes appropriate temperature adjustment of the assembled battery BP. be able to.
  • the equipment temperature control device 1 according to the second embodiment is different from the above-described first embodiment in the configuration of the ventilation passage 10.
  • the second opening 12 in the ventilation passage 10 is arranged at a position higher than the first opening 11. Therefore, the ventilation passage 10 according to the second embodiment is located above the vehicle as it is located rearward of the vehicle.
  • Other configurations are similar to those of the above-described first embodiment, and therefore description thereof will be omitted.
  • the device temperature control apparatus 1 has the ventilation passage 10 and the thermosiphon type temperature adjusting unit 20 as in the first embodiment.
  • the ventilation passage 10 according to the second embodiment is arranged from the upper portion of the wheel house WH to the rear side, and extends so as to be positioned higher toward the vehicle rear side.
  • a device radiator 40 that constitutes the temperature adjusting unit 20 and a closing mechanism unit 15 are arranged inside the air passage 10.
  • the ventilation passage 10 is arranged between the body panel B and the interior material of the vehicle interior, and is exposed to the air inside the vehicle interior.
  • the first opening 11 in the second embodiment is arranged in the upper portion of the wheel house WH and communicates with the inside of the wheel house WH (that is, the side on which the wheels W are housed).
  • the second opening 12 in the second embodiment is arranged above the first opening 11 on the rear side of the wheel house WH.
  • the ventilation passage 10 according to the second embodiment can also be classified into an upper ventilation passage 10A and a lower ventilation passage 10B.
  • the upper ventilation passage 10A constitutes a portion above the device radiator 40 in the ventilation passage 10. Therefore, in the second embodiment, the second opening 12 is arranged on the side of the upper ventilation passage 10A, and the door member 16 of the closing mechanism portion 15 is provided therein.
  • the upper ventilation passage 10A is formed of a metal material having good thermal conductivity (eg, aluminum).
  • the outside air OA in the upper ventilation passage 10A is in a state where the temperature of the outside air OA easily rises due to the heat of the air in the vehicle interior.
  • the lower ventilation passage 10B constitutes a lower portion of the ventilation passage 10 including the device radiator 40.
  • the second opening 12 is arranged on the lower ventilation passage 10B side, and the device radiator 40 of the temperature adjusting unit 20 is housed inside the second opening 12.
  • the outer surface of the lower ventilation passage 10B according to the second embodiment is covered with the heat insulating material 13. That is, the lower ventilation passage 10B has a larger thermal resistance between the inside and the outside of the lower ventilation passage 10B than the upper ventilation passage 10A, and the outside air OA in the lower ventilation passage 10B is inside the vehicle compartment. The temperature of the air is difficult to rise due to the heat of the air.
  • the first opening 11 in the second embodiment is arranged in the upper part of the wheel house WH, as in the first embodiment. Therefore, also in the ventilation passage 10 in the second embodiment, the pressure on the first opening 11 side is higher than that on the second opening 12 side. As a result, inside the ventilation passage 10, a flow of the outside air OA from the first opening 11 to the second opening 12 is generated due to the pressure difference.
  • the device temperature control apparatus 1 is also introduced as traveling wind into the wheel house WH by utilizing the pressure difference between the first opening 11 side and the second opening 12 side when the vehicle is traveling.
  • the outside air OA can be efficiently introduced into the ventilation passage 10 from the first opening 11.
  • the device temperature control apparatus 1 when the vehicle is running can efficiently pass the outside air OA to the device radiator 40 in the ventilation passage 10, and thus cools the assembled battery BP as the target device, Appropriate temperature adjustment can be realized.
  • the operation of the device temperature control apparatus 1 according to the second embodiment when the vehicle is stopped will be described with reference to FIG.
  • the temperature distribution inside the ventilation passage 10 also shows a higher temperature as it goes up and becomes lower as it goes down. Indicates temperature.
  • buoyancy is generated in the upper air due to the difference in the air densities in the upper and lower parts of the air passage 10, so that the lower air is sucked upward in the air passage 10.
  • a discharge stream is formed. That is, as shown in FIG. 11, a flow of the outside air from the first opening 11 to the second opening 12 is formed inside the ventilation passage 10 by the chimney effect.
  • the lower ventilation passage 10B according to the second embodiment is covered with the heat insulating material 13, and the upper ventilation passage 10A is formed of a metal material having good thermal conductivity (for example, aluminum). That is, since the thermal resistance between the inside and the outside of the upper ventilation passage 10A is formed to be smaller than that of the lower ventilation passage 10B, the temperature difference between the upper side and the lower side of the ventilation passage 10 is increased to increase the temperature difference between the upper side and the lower side. The buoyancy acting on the outside air OA can be increased.
  • the flow of the outside air OA due to the chimney effect can be accelerated inside the ventilation passage 10, so that the heat dissipation performance of the device radiator 40 is improved. By doing so, it is possible to realize appropriate temperature adjustment of the battery pack BP.
  • the device temperature control device 1 operates in the same low temperature condition as in the winter, like the first embodiment. That is, also in the second embodiment, when the temperature is low, the closing mechanism portion 15 closes the ventilation passage 10 above the device radiator 40. As a result, the outside air OA warmed by the heat radiation in the device radiator 40 can be retained around the device radiator 40 without being discharged to the outside of the ventilation passage 10.
  • the device temperature adjusting device 1 even when the thermosiphon type temperature adjusting unit 20 is adopted, the battery pack BP is prevented from being overcooled in the low temperature state, and the battery pack BP is suppressed. It is possible to prevent a decrease in output.
  • the device temperature control apparatus 1 As described above, according to the device temperature control apparatus 1 according to the second embodiment, even if the second opening 12 of the ventilation passage 10 is arranged at a position higher than the first opening 11, the first The same effects as those of the first embodiment can be obtained in the same manner as in the first embodiment.
  • the fluid circulation circuit 25 of the device temperature control apparatus 1 is configured to have the four evaporators 30 that are the first evaporator 30A to the fourth evaporator 30D, but is not limited to this mode. is not.
  • the number of evaporators 30 forming the fluid circulation circuit of the device temperature control device 1 can be appropriately changed.
  • connection mode of the plurality of evaporators 30 in the temperature adjustment unit 20 is not limited to the mode of the above-described embodiment.
  • a plurality of evaporators 30 may be connected in parallel to the device radiator 40.
  • the upper ventilation passage 10A is formed of a metal material having good thermal conductivity between the body panel B and the vehicle interior material in order to easily receive heat from the vehicle interior air.
  • the present invention is not limited to this aspect and material.
  • the outer surface of the upper ventilation passage 10A may be increased in order to easily receive heat from the vehicle interior air.
  • a plurality of fins may be arranged on the outer surface of the upper ventilation passage 10A, or the upper ventilation passage 10A may be formed thick. Further, the upper ventilation passage 10A may be arranged so as to be exposed to direct sunlight from the inside of the vehicle interior, or may be arranged so as to be in contact with the interior of the vehicle interior exposed to direct sunlight.
  • the lower ventilation passage 10B has the outer surface thereof covered with the heat insulating material 13 to make it difficult to receive heat from the air in the vehicle interior, but the invention is not limited to this mode. ..
  • the thermal resistance between the inside and the outside of the lower ventilation passage 10B may be increased by reducing the passage cross-sectional area of the lower ventilation passage 10B.
  • the constituent material of the upper ventilation passage 10A and the constituent material of the lower ventilation passage 10B may be different.
  • a material having high thermal conductivity for example, aluminum
  • a material having low thermal conductivity for example, foamed resin
  • the ventilation passage 10 is simply arranged between the vehicle interior materials of the body panel B, but the present invention is not limited to this mode.
  • an upper opening that communicates the vehicle interior material with the vehicle interior on the upper side of the ventilation path 10 and a lower opening that communicates the vehicle interior material with the vehicle interior on the lower side of the ventilation path may be arranged. With this configuration, the temperature in the vehicle compartment can be easily transmitted to the air passage 10.
  • the closing mechanism unit 15 closes the ventilation passage 10 with the door member 16 by controlling the operation of the electromagnetic motor 17 by the control unit 60 according to the temperature detected by the temperature sensor 18.
  • the present invention is not limited to this mode.
  • Various modes can be adopted as long as it is a mechanism that closes or opens the ventilation path 10 depending on whether or not a predetermined temperature condition is satisfied.
  • a thermospring, bimetal, or thermowax may be used as the closing mechanism unit 15.
  • the second opening 12 is opened between the rear bumper cover and the body at a portion that is not exposed to direct sunlight, but the present invention is not limited to this aspect.
  • the vehicle air exhaust port when the vehicle air exhaust port is arranged between the rear bumper cover and the body, the vehicle air exhaust port and the second opening 12 may be unitized.
  • the battery pack BP is cited as the target device for temperature adjustment, but the target device is not limited to this.
  • the target device may be any device as long as it needs to be cooled or warmed up, and for example, a motor, an inverter, a charger or the like can be adopted.
  • the upper portion of the wheel house means an upper part of a horizon passing through the center of the wheel in the wheel house.
  • the opening in the upper portion of the wheel house means an opening including at least the wheel house.

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Abstract

機器温調装置(1)は、通風路(10)と、機器放熱器(40)と、を有する。通風路は、第1開口(11)と、第2開口(12)と、を有し、車室内の空気に暴露するように配置されている。第1開口は、車両のホイールハウス(WH)における上方部分に配置され、外気を導入可能に開口している。第2開口は、ホイールハウスの後方で第1開口に対して高低差を有する位置に配置され、第1開口から導入された外気を排出可能に開口されている。そして、機器放熱器(40)は、通風路の内部にて第1開口と第2開口の間に配置され、対象機器(BP)に生じた熱を通風路の内部を通過する外気に対して放熱する。

Description

機器温調装置 関連出願の相互参照
 本出願は、2019年1月29日に出願された日本特許出願2019-13381号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
 本開示は、外気を利用して対象機器の温度を調整する機器温調装置に関する。
 従来、外気としての車両の走行風を利用して、車両に搭載された機器の温度を調整する技術として、例えば、特許文献1の技術が知られている。特許文献1に記載された車両用電源装置の冷却構造では、車両の下部に前後方向へ伸びる導風ダクトを配置し、導風ダクトを通過する走行風によって車両用電源装置を冷却するように構成されている。
特開2013-035323号公報
 しかしながら、特許文献1の構成では、導風ダクトに走行風を導入する為の開口を車両前面に配置することが考えられるが、導風ダクトを車両の前方から後方まで配置すると、車両に対する搭載性の点で課題が生じる。具体的には、車両における他の構成機器との配置関係を充分に考慮する必要が生じる。
 又、特許文献1のように対象機器としてバッテリを採用した場合、走行風を利用した冷却だけを採用すると、車両停車後にバッテリに熱がこもってしまう。この場合、バッテリ温度が高い状態を維持してしまうことになり、バッテリの劣化が促進されてしまう。
 本開示は、これらの点に鑑みてなされており、外気を利用した機器温調装置に関し、車両に対する搭載性を向上させると共に、対象機器の適切な温度調整を実現可能な機器温調装置を提供することを目的とする。
 本開示の一態様に係る機器温調装置は、通風路と、機器放熱器と、を有する。通風路は、第1開口と、第2開口と、を有し、車室内の空気に暴露するように配置されている。
 第1開口は、車両のホイールハウスにおける上方部分に配置され、外気を導入可能に開口している。第2開口は、ホイールハウスの後方で第1開口に対して高低差を有する位置に配置され、第1開口から導入された外気を排出可能に開口されている。そして、機器放熱器は、通風路の内部にて第1開口と第2開口の間に配置され、対象機器に生じた熱を通風路の内部を通過する外気に対して放熱する。
 これによれば、通風路がホイールハウスの上方部分から後方にわたって配置されている為、通風路を車両の前方から後方まで配置する場合と比較して、機器温調装置の搭載性を向上させることができる。
 又、機器温調装置において、通風路の第1開口は、車両走行時に内圧が高くなる傾向にあるホイールハウスの上方部分で開口している為、第1開口と第2開口との間に圧力差を発生させることができる。この圧力差を利用して、車両の走行に伴う外気の流れを第1開口から通風路の内部に導入させることができ、機器放熱器によって対象機器の有する熱を効率よく外気へ放熱することができる。
 そして、機器温調装置において、通風路は車室内の空気に暴露している。この為、通風路の内部の温度分布は車室内の温度分布と同じ傾向を示し、上方であるほど高い温度を示し、下方ほど低い温度を示す。
 又、通風路における第1開口は、ホイールハウスの上方部分に配置され、第2開口は、ホイールハウスの後方で第1開口に対して高低差を有する位置に配置されている。この結果、通風路の内部における第1開口と第2開口の温度差に伴って、第1開口と第2開口における気体に密度差が生じる。この為、通風路内部に、いわゆる煙突効果による外気の流れを発生させることができる。
 即ち、車両が停車している状態においても、第1開口と第2開口の間を通過する外気の流れを煙突効果によって形成することができるので、機器放熱器によって対象機器の有する熱を外気に放熱させることができる。これにより、機器温調装置は、車両に対する搭載性を向上させつつ、対象機器の適切な温度調整を実現することができる。
 本開示についての上記及び他の目的、特徴や利点は、添付図面を参照した下記詳細な説明から、より明確になる。添付図面において、
図1は、第1実施形態に係る機器温調装置の構成を示す斜視図であり、 図2は、第1実施形態に係る機器温調装置の構成を示す断面図であり、 図3は、図2におけるIII-III断面を示す断面図であり、 図4は、機器温調装置における温度調整部の構成を示す斜視図であり、 図5は、温度調整部の蒸発器に対する組電池の配置を示す斜視図であり、 図6は、第1実施形態における車両走行時の外気の流れを示す説明図であり、 図7は、第1実施形態における車両停車時の外気の流れを示す説明図であり、 図8は、第1実施形態における低温状態時の作動態様を示す説明図であり、 図9は、第2実施形態に係る機器温調装置の構成を示す断面図であり、 図10は、第2実施形態における車両走行時の外気の流れを示す説明図であり、 図11は、第2実施形態における車両停車時の外気の流れを示す説明図である。
 以下に、図面を参照しながら本開示を実施するための複数の形態を説明する。各実施形態において、先行する実施形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の実施形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
 (第1実施形態)
 先ず、本開示における第1実施形態について図面を参照しつつ説明する。第1実施形態に係る機器温調装置1は、図1に示すように、車両に搭載された組電池BP(Battery Pack)の温度を調整する装置として適用されている。
 そして、以下の説明で前後左右上下の方向を用いて説明するときは、機器温調装置が搭載される車両に搭乗した乗員から見た前後左右上下の方向を示すものとする。そして、各図に適宜示す矢印についても同様の定義を用いており、車両幅方向とは左右方向に相当している。
 前記機器温調装置1が搭載される車両としては、例えば、組電池BPを電源として図示しない走行用電動モータによって走行可能な車両を挙げることができる。具体的には、電気自動車、ハイブリッド自動車の組電池BPを対象機器として、機器温調装置1を適用することができる。
 図1、図5等に示すように、組電池BPは、直方体形状の複数の電池セルBCを積層配置した積層体で構成されており、リアシートRSの後方に位置するラゲージLに搭載されている。組電池BPにおいて、複数の電池セルBCは電気的に直列に接続されている。電池セルBCは、充放電可能な二次電池(例えば、リチウムイオン電池、鉛蓄電池)で構成されている。
 尚、電池セルBCの外形は、直方体形状に限定されるものではなく、円筒形状等の他の形状であっても良い。又、組電池BPは、電気的に並列に接続された電池セルBCを含んで構成されていてもよい。
 このように構成された組電池BPは、車両の走行中等における電力供給等によって自己発熱する。組電池BPが自己発熱によって過度に高温になると、電池セルBCの劣化が促進されてしまう。又、組電池BPが過度に低温になった場合には、電池セルBCの内部抵抗が増大してしまい、組電池BPの出力低下の要因になってしまう。この為、駆動用電源として組電池BPを採用する場合、組電池BPを所定の温度範囲内に維持することが重要である。
 第1実施形態に係る機器温調装置1は、車両のホイールハウスWHの後方側に配置された通風路10と、サーモサイフォン式の温度調整部20とを有しており、対象機器としての組電池BPを適切な温度範囲内に調整するように構成されている。
 図1に示すように、通風路10の内部には、温度調整部20を構成する機器放熱器40が配置されている。機器放熱器40は、通風路10を通過する外気OAに対して、対象機器である組電池BPの有する熱を放熱する。これにより、機器温調装置1は、対象機器である組電池BPの温度を適切な温度範囲内に調整することができる。
 第1実施形態に係る通風路10の具体的な構成について、図1~図3を参照しつつ説明する。通風路10は、車両のホイールハウスWHの後方側において、ボデーパネルBと図示しない車室内装材の間に配置されている。
 車室内装材は、ボデーパネルBと車室空間との間に配置されており、車室内と連通する為の隙間や開口を有している。従って、ボデーパネルBと車室内装材の間の空間は、車室内空間と連通しており、通風路10は、車室内空気に暴露している。
 図1等に示すように、通風路10は、第1開口11と、第2開口12を有している。第1開口11は、車両の右後部のホイールハウスWHの上側部分に配置されており、ホイールハウスWHの内部と通風路10の内部を連通している。具体的には、第1開口11は、ホイールハウスWHの内部の車輪Wよりも上方となる位置を含むように開口している。従って、第1開口11は、ホイールハウスWH内の外気OAを通風路10の内部へ導入可能に配置されている。
 ここで、ホイールハウスWHは、サイドメンバーSM、或いは、サイドメンバーSM周辺のフロアパネルと接合しており、少なくとも車輪Wを収容しており、車輪Wに付随する構成も収容される。車輪Wに付随する構成としては、例えば、サスペンション等を挙げることができる。
 図3に示すように、ホイールハウスWHと車輪Wの間には、ホイールハウスライナーWLが配置されている。ホイールハウスライナーWLは、ボデー保護の為に水や泥の飛散防止や、空気抵抗の低減を目的として配置されている。
 この為、ホイールハウスWHの第1開口11と車輪Wの間には、ホイールハウスライナーWLが介在することになる。これにより、ホイールハウスライナーWLによって、第1開口11を介して、通風路10内に水や泥が侵入することを防止することができる。
 そして、ホイールハウスWH内の空気(即ち、外気OA)は、ホイールハウスライナーWLとボデーの隙間やホイールハウスライナーWLに設けられた開口を介して、第1開口11へ導入される。
 図1、図2に示すように、第2開口12は、ホイールハウスWHの後方で第1開口11に対して高低差を有する位置に配置されており、車両の外部と連通している。第1実施形態における第2開口12は、車両後方側においてサイドメンバーSMの下方に位置しており、リアバンパーカバーとボデーの間で、直射日光に当たらない部位に開口されている。
 従って、第2開口12は、通風路10の内部に対して、車両の外部における外気OAを流出入させることができる。即ち、第2開口12は、第1開口11にて導入されたホイールハウスWH内の外気OAを、車両の外部へ排出可能に構成されている。
 そして、図1、図2に示すように、通風路10の内部には機器放熱器40が配置されている。機器放熱器40は、上述したように、サーモサイフォン式の温度調整部20を構成しており、通風路10を通過する外気OAに対して、対象機器である組電池BPの有する熱を放熱する。
 具体的に、通風路10の内部において、機器放熱器40は、第1開口11と第2開口12の間に配置されている。従って、機器放熱器40は、第1開口11と第2開口12との間を通過する外気OAに対して、組電池BPの有する熱を放熱することができる。機器放熱器40を含む温度調整部20については、後に図面を参照しつつ詳細に説明する。
 又、通風路10の内部において、機器放熱器40の上方側には、閉塞機構部15が配置されている。閉塞機構部15は、ドア部材16と、電磁モータ17と、温度センサ18とを有している。ドア部材16は、通風路10内の流路断面を閉塞可能なサイズの板状部材であり、通風路10の内部において回転可能に支持されている。
 電磁モータ17は、ドア部材16を回転させる為の駆動源であり、ドア部材16の支持軸に対して駆動力を伝達させるように配置されている。温度センサ18は、通風路10の内部にて機器放熱器40の周辺に配置されており、通風路10の内部温度(即ち、外気OAの温度)を検出する。
 図2に示すように、電磁モータ17は制御部60の出力側に接続されており、温度センサ18は制御部60の入力側に接続されている。従って、閉塞機構部15は、温度センサ18で検出された通風路10内部の温度に応じて、電磁モータ17を作動させることができ、通風路10を開閉することができる。閉塞機構部15の詳細な作動に関しては、後述する。
 このように構成された通風路10は、図2に示すように、車両後方側に向かうほど下方に位置するように伸びており、上側通風路10Aと、下側通風路10Bに分類することができる。
 上側通風路10Aは、通風路10における機器放熱器40よりも上側部分を構成している。従って、第1実施形態においては、上側通風路10A側には第1開口11が配置されており、その内部に閉塞機構部15のドア部材16を有している。
 そして、上側通風路10Aは、熱伝導性の良い金属材料(例えば、アルミニウム等)によって形成されている。上述したように、通風路10は、ボデーパネルBと車室内装材との間において車室内の空気に暴露している為、上側通風路10A内の外気OAは、車室内の空気の熱で温度上昇しやすい状態になっている。
 一方、下側通風路10Bは、通風路10の内、機器放熱器40を含む下側部分を構成している。第1実施形態では、下側通風路10B側には第2開口12が配置されており、その内部には、温度調整部20の機器放熱器40が収容されている。
 図2に示すように、下側通風路10Bは、熱伝導性の良い金属材料で上側通風路10Aと一体的に形成され、その外表面を断熱材13で被覆して構成されている。従って、下側通風路10Bは、上側通風路10Aに比較して、下側通風路10Bの内側と外側の間の熱抵抗が大きくなっており、下側通風路10B内の外気OAが車室内の空気の熱で温度上昇しにくい状態になっている。
 換言すると、第1実施形態に係る通風路10は、上側通風路10Aの内側と外側の間の熱抵抗が下側通風路10Bの内側と外側の間の熱抵抗よりも小さく構成されている。これにより、車室内の空気の熱の影響から上側通風路10Aの内部と下側通風路10Bの内部の間で、より温度差を発生させることができる。
 このように構成された通風路10によれば、図1に示すように、後輪のホイールハウスWHの上側部分から車両後方に向かって配置されている為、車両の前面から最後部に亘って通風路を配置する場合に比べ、機器温調装置1の搭載性を向上させることができる。
 又、通風路10によれば、通風路10の内部を通過する外気OAに対して、機器放熱器40で組電池BPの有する熱を放熱して、車両の外部に排出することができる。これにより、組電池BPの温度を適切な温度範囲内に調整することに貢献することができる。
 次に、機器温調装置1における温度調整部20の具体的構成について、図4、図5を参照しつつ説明する。温度調整部20において、流体循環回路25は、作動流体としての冷媒の蒸発及び凝縮により熱移動を行うヒートパイプである。流体循環回路25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として構成されている。
 図4に示すように、流体循環回路25は、複数の蒸発器30と、機器放熱器40と、気相流路部45と、液相流路部50を含んでいる。流体循環回路25は、複数の蒸発器30、機器放熱器40、気相流路部45及び液相流路部50を互いに接続することで、閉じられた環状の流体回路を構成している。そして、流体循環回路25の内部には、その内部を真空排気した状態で、作動流体としての冷媒が封入されている。
 流体循環回路25を循環する作動流体としての冷媒は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルで利用されるフロン系冷媒(例えば、R134a、R1234yf等)が用いられている。この作動流体としては、フロン系冷媒だけでなく、二酸化炭素等の他の冷媒や不凍液等を用いることも可能である。
 蒸発器30は、対象機器である組電池BPの温度調整を行う際に、蒸発器30の内部の冷媒と、組電池BPとを熱交換させる熱交換器である。蒸発器30は、対象機器である組電池BPの冷却時に、組電池BPから吸熱して液相冷媒を蒸発させる。
 図4に示すように、温度調整部20は、複数の蒸発器30として、第1蒸発器30A、第2蒸発器30B、第3蒸発器30C、第4蒸発器30Dを有している。機器温調装置1では、車両後方側において直列に接続された第1蒸発器30A及び第2蒸発器30Bと、車両前方側において直列に接続された第3蒸発器30C及び第4蒸発器30Dの2系統で構成されている。
 又、第1実施形態においては、第1蒸発器30A~第4蒸発器30Dは、重力方向において同じレベルに配置されている。即ち、第1蒸発器30A~第4蒸発器30Dは、同一の水平平面上に配置されている。尚、特に位置関係を区別する必要がない場合等においては、蒸発器30を総称として使用する。
 ここで、各蒸発器30の具体的構成について、図5を参照しつつ説明する。蒸発器30は、中空の直方体状に形成された本体部31と、流入口32と、流出口33とを有している。本体部31は、例えば、アルミニウムや銅等の熱伝導性に優れた金属材料によって構成されている。尚、本体部31の構成材料としては、熱伝導性に優れた材料であれば、金属以外の材料を用いることも可能である。
 流入口32は、組電池BPの冷却時において、流体循環回路25を循環する液相冷媒が蒸発器30の本体部31内部に供給される部分である。流入口32には、液相流路部50が接続されている。流入口32は、本体部31の一側面(例えば、右側側面)において、重力方向の下側部分に配置されている。流体循環回路25における液相冷媒は、流入口32を介して、液相流路部50から蒸発器30の本体部31へ供給される。
 そして、流出口33は、組電池BPの冷却時において、組電池BPからの吸熱にて蒸発した気相冷媒が蒸発器30の外部へ流出する部分である。流出口33には、気相流路部45が接続されている。流出口33は、本体部31の一側面(例えば、右側側面)において、重力方向の上側部分に配置されている。従って、蒸発器30の本体部31の一側面において、流出口33は、流入口32に対して重力方向上方側に配置されている。
 尚、図示は省略するが、第1蒸発器30A、第3蒸発器30Cにおいては、本体部31の一側面に対向する面(例えば、左側側面)に、液相接続口と気相接続口が配置されている。液相接続口は、本体部31にて流入口32と対向する位置に配置されており、液相接続配管51が取り付けられる部分である。液相接続口は、液相接続配管51を介して、第2蒸発器30B、第4蒸発器30Dの流入口32に接続される。
 又、気相接続口は、本体部31にて流出口33と対向する位置に配置されており、液相接続配管51が取り付けられる部分である。液相接続口は、液相接続配管51を介して、第2蒸発器30B、第4蒸発器30Dの流出口33に接続される。
 図4、図5に示すように、蒸発器30の本体部31は、車両前後方向に並んだ組電池BPの間に配置されており、対象機器である組電池BPと、作動流体である冷媒とを熱交換させる部分である。
 箱状に形成された本体部31の前側側面及び後側側面に沿って、組電池BPが配置されている。本体部31の前側側面及び後側側面は、電池接触面を構成している。組電池BPは、各電池セルBCにおける一つの側面が本体部31の電池接触面に対して熱的に接触するように配置されている。
 図5に示すように、各電池セルBCにおける端子CTが設けられた面と反対側の面が、熱伝導シートを介して電池接触面に接触するように配置されている。組電池BPを構成する各電池セルBCは、車両左右方向に並べられている。
 これにより、対象機器である組電池BPと、本体部31内部の液相冷媒との熱交換が可能となる為、温度調整部20は、液相冷媒の蒸発潜熱によって、対象機器である組電池BPを冷却することができる。
 尚、本体部31の電池接触面には、熱伝導シートが配置されている。熱伝導シートは、本体部31と組電池BPとの間の絶縁を保障すると共に、本体部31と組電池BPとの間の熱抵抗を抑えている。
 図4に示すように、機器放熱器40は、温度調整部20において複数の蒸発器30よりも重力方向上方に配置されており、上述したように通風路10の内部に位置している。機器放熱器40は、組電池BPの冷却時に、蒸発器30の内部で蒸発した気相冷媒を外気OAと熱交換させることで凝縮させ、液相冷媒へと相変化させる。
 第1実施形態に係る機器放熱器40は、空気‐冷媒熱交換器にて構成されており、流体循環回路25を流れる気相冷媒と通風路10の内部を流通する外気OAとを熱交換させることで、気相冷媒の熱を車室外へ放熱させている。
 そして、機器放熱器40は、例えば、アルミニウム、銅等の熱伝導性に優れた金属や合金で構成されている。機器放熱器40の放熱部41は、いわゆるタンクアンドチューブ型の熱交換器構造になっている。
 具体的には、機器放熱器40は、冷媒を流通させる複数のチューブと、複数のチューブを流通する冷媒の分配或いは集合を行う為のタンク等を有している。そして、放熱部41は、一定方向に互いに間隔を開けて積層配置されたチューブを流通する冷媒と、隣り合うチューブ間に形成された空気通路を流通する空気とを熱交換させる構造になっている。
 放熱部41におけるチューブの間に形成される空気通路には、熱交換フィンが配置されている。熱交換フィンは、一つの薄板状の金属部材により構成されている。熱交換フィンは、放熱部41における冷媒と外気OAとの熱交換を促進させる部材である。
 尚、機器放熱器40の構成材料としては、熱伝導性に優れた材料であれば、金属以外の材料を用いることも可能である。この場合、少なくとも放熱部41については、熱伝導性に優れた材料によって構成することが望ましい。
 図4に示すように、機器放熱器40における重力方向の上方側には、流体入口42が配置されている。流体入口42には、気相流路部45における重力方向上方側の端部が接続されている。従って、流体入口42では、複数の蒸発器30にて蒸発した気相冷媒が気相流路部45を介して機器放熱器40の内部へ流入する。
 又、機器放熱器40における重力方向の下方側には、流体出口43が配置されている。流体出口43は、流体入口42に対して重力方向下方側に位置している。流体出口43には、液相流路部50における重力方向上方側の端部が接続されている。従って、流体出口43では、機器放熱器40の内部にて凝縮した液相冷媒が液相流路部50へ流出する。
 気相流路部45は、複数の蒸発器30にて蒸発した気相冷媒を機器放熱器40に導く冷媒流路である。図4に示すように、気相流路部45には、気相接続配管46が含まれる。気相接続配管46は、第1蒸発器30Aと第2蒸発器30Bの間と、第3蒸発器30Cと第4蒸発器30Dの間について、それぞれ、気相冷媒の流出入が可能に接続している。
 そして、気相流路部45は、機器放熱器40の流体入口42に接続されている為、複数の蒸発器30から流出した気相冷媒を集合させて、機器放熱器40の流体入口42へ導くことができる。
 液相流路部50は、機器放熱器40にて凝縮した液相冷媒を複数の蒸発器30に導く冷媒流路である。図4に示すように、液相流路部50は、液相接続配管51を含んでいる。液相接続配管51は、第1蒸発器30Aと第2蒸発器30Bの間と、第3蒸発器30Cと第4蒸発器30Dの間について、それぞれ、液相冷媒の流出入が可能に接続している。
 そして、液相流路部50は、機器放熱器40の流体出口43に接続されている為、機器放熱器40にて凝縮した液相冷媒を分配して、複数の蒸発器30へそれぞれ導くことができる。
 尚、流体循環回路25に対する冷媒の充填量は、各蒸発器30の本体部31の内部における冷媒の液面位置が適正液面となるように設定される。具体的には、各蒸発器30の本体部31の内部における冷媒の液面位置が、予め定められた目標液面となるように流体循環回路25の内部に冷媒が充填される。
 次に、組電池BPを冷却する場合における機器温調装置1の作動について、詳細に説明する。
 機器温調装置1において、組電池BPの自己発熱によって組電池BPの温度が上昇していくと、各蒸発器30の本体部31内部において、液相冷媒の一部が組電池BPからの熱によって蒸発する。この時、組電池BPは、各蒸発器30における液相冷媒の蒸発潜熱によって冷却され、組電池BPの温度は低下する。
 各蒸発器30の内部において、冷媒は液相から気相へ相変化する為、その比重は小さくなる。従って、各蒸発器30にて蒸発した気相冷媒は、本体部31の内部を上方へ向かって移動して、流出口33から気相流路部45へ流出する。気相流路部45を流れる気相冷媒は、重力方向上方へ移動していき、機器放熱器40の内部へ流入する。
 そして、機器放熱器40では、気相冷媒の熱が通風路10を通過する外気OAに放熱される。これにより、機器放熱器40の内部において、気相冷媒が凝縮して、液相冷媒となる。この相変化によって冷媒の比重が増大する為、機器放熱器40の内部で凝縮した液相冷媒は、その自重によって、機器放熱器40の流体出口43から重力方向下方側へ流出する。
 機器放熱器40から流出した液相冷媒は、液相流路部50を介して、各蒸発器30における本体部31の内部に流入する。蒸発器30内部の液相冷媒は、組電池BPの温度が冷媒の沸点よりも高い場合には、組電池BPからの熱によって蒸発する。
 このように組電池BPの冷却時には、冷媒が気相状態と液相状態とに相変化しながら各蒸発器30と機器放熱器40の間を循環することで、各蒸発器30から機器放熱器40に対して、対象機器である組電池BPの熱を輸送することができる。そして、機器放熱器40では、輸送された冷媒の熱を通風路10内部の外気OAへ放熱することができる。
 即ち、機器温調装置1は、各蒸発器30で吸熱した組電池BPの熱を、作動流体である冷媒を介して、機器放熱器40で外気OAに放熱することができるので、組電池BPを冷却することができる。
 又、サーモサイフォン式の温度調整部20では、通風路10内の外気温度が気相冷媒の温度よりも高くなると、機器放熱器40における放熱(即ち、気相冷媒の凝縮)を自然に停止する。そして、外気温度が気相冷媒の温度よりも低くなると自然に、作動流体である冷媒の循環を開始する。
 この為、低車速時のエンジンルーム熱を拾ったり、路面温度の影響で温度が高くなったりした場合であっても、機器放熱器40における放熱を自動的に停止することができる。温度調整部20によれば、これらの場合に対する対応を、ECUや駆動部品を用いた制御よりも簡易に構成できる。そして、温度調整部20の作動は、可動部等を用いていない為、温度調整部としての耐久性に関する課題や、異音発生に関する課題を伴わず、動力消費がないという点で好ましい。
 次に、第1実施形態に係る機器温調装置1の車両走行時における動作について、図6を参照しつつ説明する。図6に示すように車両走行時において、車輪Wの下側(即ち、接地面側)は、車輪Wの回転に伴って、前方から後方へ向かって移動する。この為、車輪Wの上方部分では、後方から前方へ向かって移動することになる。
 又、車両走行時の走行風として、外気OAは前方から後方に向かって流れ、ホイールハウスWHの内部を通過する。この時、ホイールハウスWHの上側部分では、走行風としての外気OAの流れと、車輪W上部の移動方向が逆向きになる。これにより、ホイールハウスWHの上側部分は、他の部分(例えば、車両の後方部分等)に比べて、高い気圧となる傾向を示す。
 上述したように、通風路10の第1開口11は、ホイールハウスWHの上側部分に配置されている為、第1開口11側が第2開口12側に比べて気圧の高い状態となる。この結果、通風路10の内部では、第1開口11から第2開口12へと向かう外気OAの流れが圧力差に起因して生じる。
 従って、機器温調装置1によれば、第1開口11側と第2開口12側との間の圧力差を利用して、ホイールハウスWH内に走行風として導入された外気OAを、第1開口11を介して、通風路10の内部に効率よく導入させることができる。
 これにより、車両走行時の機器温調装置1は、通風路10内の機器放熱器40に対して、効率よく外気OAを通過させることができる為、機器放熱器40の放熱性能を向上させることができる。即ち、機器温調装置1は、車両走行時における走行風としての外気OAを有効に活用して、対象機器としての組電池BPを冷却し、適切な温度調整を実現することができる。
 続いて、第1実施形態に係る機器温調装置1の車両停車時の動作について、図7を参照しつつ説明する。車両停車時では、車両走行時とは異なり、走行風としての外気OAの流れが生じていない。この為、通風路10の内部において、走行風に起因する外気OAの流れを期待することができない。
 一方で、車両停車時においても、組電池BPの温度調整は必要である為、通風路10内に外気OAの流れを生じさせて、機器放熱器40で組電池BPの熱を放熱させる必要がある。
 機器温調装置1においては、車両停車時の通風路10内において、外気OAの流れを発生させる為に、いわゆる煙突効果を利用している。煙突効果とは、煙突の中の空気に温度差がある場合に、温度差に伴う空気の密度差によって生じる浮力の作用によって、煙突下部の空気取り入れ口から外部の冷たい空気を煙突に引き入れながら暖かい空気が上昇する現象をいう。
 具体的に、機器温調装置1における煙突効果について説明する。上述したように、通風路10は、ボデーパネルBと車室内装材の間に配置されている。ボデーパネルBと車室内装材の間は車室内と連通している為、ボデーパネルBと車室内装材の間の温度分布は、車室内空間の温度分布と同じ傾向を示す。
 例えば、外気温が35℃程度である夏の車室内の温度分布を例に挙げると、車室の天井付近は、天井に対する日射の影響もあって、85℃~95℃の高温となる。一方、車室の床面では、温度の低い空気がたまる為、概ね外気温と同じ温度を示す。即ち、車室内の温度分布は、上方ほど高い温度を示し、下方に向かうにつれて低い温度を示す。
 この為、ボデーパネルBと車室内装材の間の空間における温度分布は、車室内空間の温度分布と同様に、上方ほど高い温度を示し下方に向かうにつれて低い温度を示す。通風路10は、ボデーパネルBと車室内装材の間において車室内空気に暴露している為、通風路10の内部における温度分布も、上方ほど高い温度を示し下方に向かうにつれて低い温度を示す。
 上述した具体例の条件においては、通風路10の上方側では、約60℃を示し、通風路10の下方側では35℃を示す。この場合、通風路10の上方側における空気の密度は、通風路10の下方側に対して7.5%程低くなる。通風路10内の上下における空気の密度差によって、上方側の空気に浮力が生じる為、通風路10の内部には、下方側の空気を吸引しつつ上方に排出する流れが形成される。
 そして、通風路10の上側通風路10Aは、熱伝導性の良い金属材料(例えば、アルミニウム等)によって形成されている。従って、上側通風路10A内の外気OAは、ボデーパネルBと車室内装材の間において、比較的高温を示す室内空気の熱を受熱して、その温度を上昇させる。
 通風路10の下側通風路10Bは、その外表面が断熱材13で覆われており、上側通風路10Aに比べて熱抵抗が大きくなっている。つまり、下側通風路10B内の外気OAは、ボデーパネルBと室内空気の間の室内空気の熱を受熱しにくくなっている。これにより、下側通風路10Bは、機器放熱器40周辺の外気OAの温度上昇を防止することで、機器放熱器40が周囲の外気OAの放熱する際の温度差を大きくしている。
 つまり、機器温調装置1によれば、車両停車時においても、煙突効果を利用して通風路10内部に機器放熱器40を通過する外気OAの流れを形成することができる。これにより、機器温調装置1は、車両停車時においても、組電池BPの有する熱を外気OAに放熱させることができるので、組電池BPの適切な温度調整を行うことができる。
 又、上側通風路10Aの内側と外側の間の熱抵抗を下側通風路10Bよりも小さく形成しているので、通風路10の上方側と下方側における温度差を大きくして、上方側の外気OAに作用する浮力を大きくすることができる。即ち、通風路10の内部において、煙突効果に起因する外気OAの流量を多くすることができるので、機器放熱器40における放熱性能を向上させて、組電池BPの適切な温度調整を実現することができる。
 そして、下側通風路10Bにおいて、断熱材13は、機器放熱器40の位置を含むように配置されている。下側通風路10Bを通過して機器放熱器40に至るまでに、煙突効果によって導入された外気OAの温度が上昇することを抑制する為である。
 これにより、機器放熱器40は、車両停車時において、できるだけ温度の低い外気OAに対して、組電池BPの熱を放熱することができるので、組電池BPを効率よく冷却することができる。
 次に、外気OAが低温である場合における機器温調装置1の動作について、図8を参照しつつ詳細に説明する。機器温調装置1の温度調整部20では、機器放熱器40における気相冷媒の温度と、機器放熱器40周辺の外気OAの温度の関係によって、流体循環回路25における冷媒循環の有無が変更される。
 具体的には、外気OAの温度が機器放熱器40における気相冷媒の温度よりも低い場合には、機器放熱器40から外気OAへの放熱が行われ、組電池BPが冷却されることになる。つまり、冬季のような低温環境では、サーモサイフォン式の温度調整部20による放熱が継続してしまう為、組電池BPの温度が低下しすぎてしまう。組電池BPが過度に低温になった場合、組電池BPの内部抵抗が増大してしまい、組電池BPの出力低下の要因になってしまう。
 機器温調装置1においては、冬季のような低温環境に対応する為に、通風路10の内部に閉塞機構部15が配置されている。上述したように、閉塞機構部15は、ドア部材16と、電磁モータ17と、温度センサ18とを有しており、制御部60によってその作動が制御される。
 温度センサ18によって検出された外気OAの温度が予め定められた基準温度よりも低い低温状態であると判断された場合、制御部60は、ドア部材16によって通風路10を閉塞するように、電磁モータ17を制御する。
 図8に示すように、通風路10の内部にて、機器放熱器40の上方側が閉塞される。低温環境における車両停車時において、外気OAは、煙突効果によって通風路10の内部を上昇し、機器放熱器40での放熱によって暖められる。この時、機器放熱器40の上方側は、閉塞機構部15のドア部材16で閉塞されている為、機器放熱器40で温められた外気OAを、機器放熱器40の周辺に留めておくことができる。
 これにより、機器放熱器40内の気相冷媒と機器放熱器40周辺の外気との温度差を小さくすることができ、機器放熱器40における放熱性能を低く抑えることができる。そして、機器放熱器40周辺の外気OAの温度が気相冷媒の温度よりも高くなると、機器放熱器40における放熱を自然に停止して、温度調整部20による組電池BPの冷却を停止することができる。
 この結果、機器温調装置1は、サーモサイフォン式の温度調整部20を採用した場合でも、閉塞機構部15によって機器放熱器40の上方側を閉塞することで、低温環境における組電池BPの冷やしすぎを抑制して、組電池BPの出力低下を防止することができる。
 そして、温度センサ18で検出された外気OAの温度が予め定められた基準温度以上である場合、制御部60は、電磁モータ17を制御してドア部材16を移動させ、通風路10を開放する。
 即ち、低温状態でないと判断された場合、通風路10内部にて、第1開口11と第2開口12の間を、外気OAが通過可能な状態となる。この結果、図6、図7に示すように、機器放熱器40にて、組電池BPの熱を外気OAに放熱することができるので、組電池BPを適切に冷却することができる。
 以上説明したように、第1実施形態に係る機器温調装置1によれば、図1、図2に示すように、通風路10がホイールハウスWHの上方部分から後方に亘って配置されている。この為、第1実施形態に係る機器温調装置1は、通風路10を車両の前方から後方まで配置している場合と比較して、機器温調装置1の搭載性を向上させることができる。
 又、機器温調装置1において、通風路10の第1開口11は、車両走行時に内圧が高くなる傾向にあるホイールハウスWHの上方部分で開口している為、第1開口11と第2開口12との間に圧力差を発生させることができる。図6に示すように、この圧力差を利用して、車両の走行に伴う外気OAの流れを第1開口11から通風路10の内部に導入させることができるので、機器放熱器40によって組電池BPの有する熱を効率よく外気OAへ放熱することができる。
 そして、機器温調装置1にて、通風路10は車室内の空気に暴露している。この為、通風路10の内部の温度分布は車室内の温度分布と同じ傾向を示し、上方であるほど高い温度を示し、下方ほど低い温度を示す。
 図2に示すように、通風路10における第1開口11は、ホイールハウスWHの上方部分に配置され、第2開口12は、ホイールハウスWHの後方で第1開口11に対して高低差を有する位置に配置されている。この結果、通風路10の内部における第1開口11と第2開口12の温度差に伴って、第1開口11と第2開口12における気体に密度差が生じる。この為、図7に示すように、通風路10内部に、いわゆる煙突効果による外気OAの流れを発生させることができる。
 即ち、車両が停車している状態においても、第1開口11と第2開口12の間を通過する外気OAの流れを煙突効果によって形成することができるので、機器放熱器40によって組電池BPの有する熱を外気OAに放熱させることができる。これにより、機器温調装置1は、車両に対する搭載性を向上させつつ、組電池BPの適切な温度調整を実現することができる。
 又、通風路10の上側通風路10Aは、熱伝導性の良い金属材料(例えば、アルミニウム等)によって形成され、下側通風路10Bの外表面は断熱材13で覆われている。つまり、上側通風路10Aの内側と外側の間の熱抵抗を下側通風路10Bよりも小さく形成しているので、通風路10の上方側と下方側における温度差を大きくして、上方側の外気OAに作用する浮力を大きくすることができる。
 これにより、機器温調装置1は、通風路10の内部において、煙突効果に起因する外気OAの流れを速くすることで、機器放熱器40における放熱性能を向上させて、組電池BPの適切な温度調整を実現することができる。
 又、下側通風路10Bにおいて、断熱材13は、機器放熱器40の位置を含むように配置されている。これにより、下側通風路10Bを通過して機器放熱器40に至るまでに、煙突効果によって導入された外気OAの温度が上昇することを抑制し、組電池BPを効率よく冷却することができる。
 図1に示すように、機器温調装置1は、サーモサイフォン式の温度調整部20を有しており、機器放熱器40は、複数の蒸発器30と、気相流路部45と、液相流路部50と共に、温度調整部20の流体循環回路25を構成している。温度調整部20は、複数の蒸発器30にて冷媒を蒸発させ、機器放熱器40にて冷媒を凝縮させることで、作動流体としての冷媒の液相と気相との相変化により組電池BPの温度を調整することができる。
 機器温調装置1によれば、サーモサイフォン式の温度調整部20を用いることで、組電池BPから機器放熱器40までの熱輸送を、ポンプ等を用いることなく、無動力の自然循環で実現することができる。電力や制御を必要とすることがない為、特に、車両停車中における組電池BPの温度調整に有効である。
 図8に示すように、通風路10の内部における機器放熱器40の上方側には、閉塞機構部15が配置されている。閉塞機構部15は、低温状態である場合に、機器放熱器40の上方側にて通風路10を閉塞する。
 これにより、機器温調装置1によれば、機器放熱器40で温められた外気OAが機器放熱器40の周辺に留まり、機器放熱器40周辺の温度を高めることができ、サーモサイフォン式の温度調整部20による組電池BPの冷却を停止させることができる。即ち、機器温調装置1は、サーモサイフォン式の温度調整部20を採用した場合であっても、低温状態における組電池BPの冷やしすぎを抑制し、組電池BPの適切な温度調整を実現することができる。
 (第2実施形態)
 次に、第2実施形態に係る機器温調装置1について、図9~図11を参照しつつ説明する。第2実施形態に係る機器温調装置1は、上述した第1実施形態に対して、通風路10の構成を変更したものである。
 具体的には、第2実施形態では、通風路10における第2開口12を、第1開口11よりも高い位置に配置した構成である。従って、第2実施形態に係る通風路10は、車両後方であるほど、車両の上方に位置している。その他の構成については、上述した第1実施形態と同様である為、その説明を省略する。
 第2実施形態に係る機器温調装置1は、第1実施形態と同様に、通風路10と、サーモサイフォン式の温度調整部20とを有している。第2実施形態に係る通風路10は、図9に示すように、ホイールハウスWHの上方部分から後方に亘って配置されており、車両後方側ほど上方に位置するように伸びている。尚、通風路10の内部には、温度調整部20を構成する機器放熱器40と、閉塞機構部15が配置されている。
 第2実施形態に係る通風路10は、第1実施形態と同様に、ボデーパネルBと車室内装材の間に配置されており、車室内空気に対して暴露している。第2実施形態における第1開口11は、ホイールハウスWHの上方部分に配置されており、ホイールハウスWHの内部(即ち、車輪Wが収容されている側)と連通している。そして、第2実施形態における第2開口12は、ホイールハウスWHの後方側において、第1開口11よりも上方に配置されている。
 図9に示すように、第2実施形態に係る通風路10も、上側通風路10Aと、下側通風路10Bに分類することができる。上側通風路10Aは、通風路10における機器放熱器40よりも上側部分を構成している。従って、第2実施形態においては、上側通風路10A側には第2開口12が配置されており、その内部に閉塞機構部15のドア部材16を有している。
 そして、第2実施形態に係る上側通風路10Aは、熱伝導性の良い金属材料(例えば、アルミニウム等)によって形成されている。上側通風路10A内の外気OAは、車室内の空気の熱で温度上昇しやすい状態になっている。
 一方、下側通風路10Bは、通風路10の内、機器放熱器40を含む下側部分を構成している。第2実施形態では、下側通風路10B側には第2開口12が配置されており、その内部には、温度調整部20の機器放熱器40が収容されている。
 そして、第2実施形態に係る下側通風路10Bの外表面は、断熱材13によって被覆されている。つまり、下側通風路10Bは、上側通風路10Aに比較して下側通風路10Bの内側と外側の間の熱抵抗が大きくなっており、下側通風路10B内の外気OAが車室内の空気の熱で温度上昇しにくい状態になっている。
 次に、第2実施形態に係る機器温調装置1の車両走行時における動作について、図10を参照しつつ説明する。第2実施形態における第1開口11は、第1実施形態と同様に、ホイールハウスWHの上側部分に配置されている。この為、第2実施形態における通風路10においても、第1開口11側が第2開口12側に比べて気圧の高い状態となる。この結果、通風路10の内部では、第1開口11から第2開口12へと向かう外気OAの流れが圧力差に起因して生じる。
 従って、第2実施形態に係る機器温調装置1も、車両走行時には第1開口11側と第2開口12側との間の圧力差を利用して、ホイールハウスWH内に走行風として導入された外気OAを、第1開口11から通風路10の内部に効率よく導入させることができる。
 これにより、車両走行時の機器温調装置1は、通風路10内の機器放熱器40に対して、効率よく外気OAを通過させることができる為、対象機器としての組電池BPを冷却し、適切な温度調整を実現することができる。
 続いて、第2実施形態に係る機器温調装置1の車両停車時の動作について、図11を参照しつつ説明する。第2実施形態においても、通風路10は、ボデーパネルBと車室内装材の間に配置されている為、通風路10の内部における温度分布も、上方ほど高い温度を示し下方に向かうにつれて低い温度を示す。
 従って、第2実施形態においても、通風路10内の上下における空気の密度差によって、上方側の空気に浮力が生じる為、通風路10の内部には、下方側の空気を吸引しつつ上方に排出する流れが形成される。即ち、図11に示すように、煙突効果によって、通風路10の内部には、第1開口11から第2開口12へ向かう外気の流れが形成される。
 又、第2実施形態に係る下側通風路10Bは、断熱材13で被覆されており、上側通風路10Aは、熱伝導性の良い金属材料(例えば、アルミニウム等)によって形成されている。つまり、上側通風路10Aの内側と外側の間の熱抵抗を下側通風路10Bよりも小さく形成しているので、通風路10の上方側と下方側における温度差を大きくして、上方側の外気OAに作用する浮力を大きくすることができる。
 即ち、第2実施形態に係る機器温調装置1によれば、通風路10の内部において、煙突効果に起因する外気OAの流れを速くすることができるので、機器放熱器40における放熱性能を向上させて、組電池BPの適切な温度調整を実現することができる。
 尚、第2実施形態に係る機器温調装置1は、冬季のような低温状態において、第1実施形態と同様に作動する。即ち、第2実施形態でも、低温状態である場合に、閉塞機構部15で機器放熱器40の上方側の通風路10を閉塞する。これにより、機器放熱器40における放熱により温められた外気OAを、通風路10の外部に排出することなく、機器放熱器40の周囲に留めておくことができる。
 この結果、第2実施形態に係る機器温調装置1は、サーモサイフォン式の温度調整部20を採用した場合であっても、低温状態における組電池BPの冷やしすぎを抑制して、組電池BPの出力低下を防止できる。
 以上説明したように、第2実施形態に係る機器温調装置1によれば、通風路10の第2開口12が第1開口11よりも高い位置に配置された構成であっても、第1実施形態と共通の構成及び作動から奏される作用効果を、第1実施形態と同様に得ることができる。
 本開示は上述の実施形態に限定されることなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。
 上述した実施形態においては、機器温調装置1の流体循環回路25は、第1蒸発器30A~第4蒸発器30Dという4つの蒸発器30を有する構成としていたが、この態様に限定されるものではない。機器温調装置1の流体循環回路を構成する蒸発器30の数は適宜変更することができる。
 又、温度調整部20における複数の蒸発器30の接続態様は、上述した実施形態の態様に限定されるものではない。例えば、複数の蒸発器30を、機器放熱器40に対してそれぞれ並列に接続した態様とすることも可能である。
 上述した実施形態においては、上側通風路10Aは、ボデーパネルBと車室内装材の間において、車室内空気から受熱し易くする為に、熱伝導性の良い金属材料にて形成していたが、この態様や材料に限定されるものではない。車室内空気から受熱し易くする為に、上側通風路10Aにおける外表面を増大させても良い。
 具体的には、上側通風路10Aの外表面に複数のフィンを配置しても良いし、上側通風路10Aを太く形成しても良い。又、上側通風路10Aを車室内側から直射日光が当たるように配置しても良いし、直射日光があたる車室内内装に接するように配置しても良い。
 又、上述した実施形態においては、下側通風路10Bは、その外表面を断熱材13で被覆することによって、車室内空気から受熱しにくくしていたが、この態様に限定されるものではない。例えば、下側通風路10Bの通路断面積を小さくすることで、下側通風路10Bの内側と外側の間の熱抵抗を大きくしてもよい。
 そして、通風路10に関して、上側通風路10Aの構成材料と、下側通風路10Bの構成材料を相違させても良い。上側通風路10Aの構成材料として、熱伝導率の高い材料(例えば、アルミニウム等)を用い、下側通風路10Bの構成材料として、熱伝導率の低い材料(例えば、発泡樹脂等)を用いても良い。
 又、上述した実施形態においては、通風路10を単純にボデーパネルBの車室内装材の間に配置していたが、この態様に限定されるものではない。例えば、通風路10上方側における車室内装材と車室内とを連通する上部開口と、通風路下方側における車室内装材と車室内とを連通する下部開口とを配置してもよい。このように構成することで、車室内の温度を通風路10に対して伝わりやすくすることができる。
 そして、上述した実施形態において、閉塞機構部15を、温度センサ18で検出した温度に応じて、制御部60で電磁モータ17の動作を制御することによって、ドア部材16で通風路10を閉塞していたが、この態様に限定されるものではない。予め定められた温度条件を満たすか否かで、通風路10を閉塞又は開放する機構であれば、種々の態様を採用することができる。例えば、閉塞機構部15として、サーモバネやバイメタル、サーモワックスを利用しても良い。
 又、上述した第1実施形態においては、第2開口12は、リアバンパーカバーとボデーの間で、直射日光に当たらない部位に開口されていたが、この態様に限定されるものではない。例えば、リアバンパーカバーとボデーの間に車両空気排気口が配置されている場合には、車両空気排気口と第2開口12をユニット化してもよい。
 そして、上述した実施形態においては、温度調整の対象となる対象機器として、組電池BPを挙げているが、これに限定されるものではない。対象機器としては、機器の冷却や暖機が必要なものであれば良く、例えば、モータ、インバータ、充電器等を採用することも可能である。
 尚、本開示において、ホイールハウスの上方部分とは、ホイールハウス内における車輪の中心を通過する水平線の上方をいう。又、ホイールハウスの上方部分の開口は、少なくともホイールハウスを含む開口を意味する。
 本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims (4)

  1.  車両のホイールハウス(WH)における上方部分に配置され、外気を導入可能に開口する第1開口(11)と、前記ホイールハウスの後方で前記第1開口に対して高低差を有する位置に配置され、前記第1開口から導入された前記外気を排出可能に開口された第2開口(12)と、を有し、車室内の空気に暴露するように配置された通風路(10)と、
     前記通風路の内部にて前記第1開口と前記第2開口の間に配置され、対象機器(BP)に生じた熱を前記通風路の内部を通過する前記外気に対して放熱する機器放熱器(40)と、を有する機器温調装置。
  2.  前記通風路は、
     前記通風路における前記機器放熱器よりも上側部分を構成する上側通風路(10A)と、
     前記通風路において、前記機器放熱器を含む下側部分を構成する下側通風路(10B)と、を有し、
     前記上側通風路の内側と外側の間の熱抵抗は、前記下側通風路における内側と外側の間の熱抵抗よりも小さい請求項1に記載の機器温調装置。
  3.  前記機器放熱器は、作動流体の液相と気相との相変化により前記対象機器の温度を調整するサーモサイフォン式の温度調整部(20)を構成し、
     前記温度調整部は、
     前記機器放熱器よりも下方に配置され、前記対象機器の冷却時に前記対象機器から吸熱して液相の前記作動流体を蒸発させる蒸発器(30)と、
     前記蒸発器で蒸発した気相の前記作動流体を前記機器放熱器に導く気相流路部(45)と、
     前記機器放熱器における放熱で凝縮した液相の前記作動流体を前記蒸発器に導く液相流路部(50)と、を有し、
     前記機器放熱器は、気相の前記作動流体と前記通風路を通過する前記外気との熱交換によって、前記作動流体を凝縮して気相から液相へ相変化させる請求項1又は2に記載の機器温調装置。
  4.  前記通風路の内部における前記機器放熱器の上方側に配置され、前記通風路の内部温度が予め定められた低温状態である場合に前記通風路の内部を閉塞する閉塞機構部(15)を有する請求項3に記載の機器温調装置。
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