WO2023210049A1 - 電池冷却システム - Google Patents

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battery
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compressor
refrigerant
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幸浩 武山
泰俊 水野
史修 榎島
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株式会社豊田自動織機
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    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B1/00—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B5/00—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity
    • F25B5/02—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity arranged in parallel
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    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
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    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • H—ELECTRICITY
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    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
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    • H01M10/63—Control systems
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    • H01M10/6569—Fluids undergoing a liquid-gas phase change or transition, e.g. evaporation or condensation
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    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present disclosure relates to a battery cooling system that cools multiple batteries.
  • Patent Document 1 JP 2020-184427A discloses a battery cooling system that cools a plurality of battery modules.
  • the refrigeration cycle installed in this battery cooling system branches the refrigerant supplied from the condenser into multiple branch channels in order to cool each of the multiple battery modules, and has an expansion valve in each of the multiple branch channels. and evaporators, and each evaporator is configured to cool each current module.
  • the present disclosure has been made in order to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to provide battery cooling with a refrigeration cycle in which a pressure reducing device such as an expansion valve and an evaporator are arranged in each of a plurality of branch flow paths.
  • a pressure reducing device such as an expansion valve and an evaporator are arranged in each of a plurality of branch flow paths.
  • the battery cooling system cools the battery.
  • This battery cooling system includes a refrigeration cycle that forms a circuit in which a refrigerant circulates, and a control circuit.
  • the refrigeration cycle includes a compressor, a condenser, a plurality of evaporators arranged to correspond to the plurality of batteries, and a first flow path connected to a discharge port of the compressor and one end of the condenser. , a second channel connected to the other end of the condenser, a plurality of branch channels respectively connecting the second channel and one end of the plurality of evaporators, and arranged in the plurality of branch channels, respectively.
  • the condenser exchanges heat between the refrigerant supplied from the compressor and the cooling fluid present around the condenser.
  • the battery cooling system further includes a first temperature detection section that detects the temperature of the cooling fluid and a second temperature detection section that detects the temperature of the battery.
  • the control circuit determines a target rotational speed of the compressor that can maintain the refrigerant in a liquid state in the plurality of branch flow paths based on the temperature of the cooling fluid and the temperature of the battery, and sets the rotational speed of the compressor to the target rotational speed. Control the rotation speed.
  • the rotational speed of the compressor is controlled to a rotational speed that can maintain the refrigerant in the plurality of branch channels in a liquid state based on the temperature of the cooling fluid and the temperature of the plurality of batteries. be done. Therefore, the refrigerant in the plurality of branch channels can be easily maintained in a liquid state.
  • Paragraph 2 In the battery cooling system described in Paragraph 1, the control circuit controls the temperature of the cooling fluid, the temperature of the battery, and the target of the compressor capable of maintaining the refrigerant in the plurality of branch flow paths in a liquid state. Data defining the correspondence with the rotational speed is stored in advance, and the target rotational speed corresponding to the detection results of the first and second temperature detection sections is determined by referring to the data, and the rotational speed of the compressor is set to the target rotational speed. to control.
  • the target rotational speed in the data is such that the power consumption of the compressor is reduced within a range that can maintain the refrigerant in the multiple branch flow paths in a liquid state. stipulated in
  • the target rotational speed in the data is defined to be lower as the temperature of the plurality of batteries becomes higher.
  • the data includes the correspondence between the temperature of the cooling fluid, the temperature of a plurality of batteries, the flow rate of the cooling fluid, and the target rotation speed. stipulates.
  • the control circuit refers to the data, determines a target rotational speed corresponding to the detection results of the first and second temperature detectors and the flow rate of the cooling fluid, and controls the rotational speed of the compressor to the target rotational speed.
  • a battery cooling system including a refrigeration cycle in which a pressure reducing device and an evaporator are arranged in each of a plurality of branch channels, it is possible to easily maintain the refrigerant in a plurality of branch channels in a liquid state. can.
  • FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of a battery cooling system. It is a figure showing the example of arrangement of a plurality of branch channels and a plurality of pressure reducing devices.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing the correspondence between the outside air temperature Tout and the compressor rotational speed Ncomp at which the refrigerant in the branch flow path becomes a liquid state.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing the correspondence between battery temperature Tbat and compressor rotational speed Ncomp at which the refrigerant in the branch flow path becomes a liquid state.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing map data showing the correspondence between battery temperature Tbat, outside temperature Tout, and target rotational speed Ntag.
  • 3 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure of a control circuit.
  • FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of a battery cooling system 1 according to this embodiment.
  • the battery cooling system 1 is mounted on, for example, a vehicle.
  • the battery cooling system 1 includes a plurality of battery modules 2, a refrigeration cycle 10, temperature sensors 50 and 60, and a control circuit 100. Battery cooling system 1 cools a plurality of battery modules 2 using refrigeration cycle 10 .
  • Each battery module 2 is configured by connecting a plurality of battery cells (not shown).
  • the plurality of battery modules 2 are packaged as one battery pack, for example, by being housed in a housing (not shown).
  • the refrigeration cycle 10 forms a circuit in which refrigerant circulates.
  • the refrigeration cycle 10 includes a compressor 11, a condenser 12, a plurality of pressure reducing devices 14, a plurality of evaporators 15, flow paths 31, 32, 35, and a plurality of branch flow paths 33. and a plurality of branch channels 34.
  • the compressor 11 compresses the refrigerant gas taken in from the flow path 35 and discharges it to the flow path 31 .
  • the operating amount (rotational speed, etc.) of the compressor 11 is controlled according to a command signal from the control circuit 100.
  • the flow path 31 connects the discharge port of the compressor 11 and the inlet of the condenser 12.
  • the condenser 12 uses a refrigerant supplied from the compressor 11 and flowing inside the condenser 12 (hereinafter also referred to as "internal refrigerant") and a cooling fluid existing around the condenser 12 (hereinafter also referred to as "external fluid"). Heat exchange is performed between the refrigerant supplied from the compressor 11 and flowing inside the condenser 12 (hereinafter also referred to as "internal refrigerant") and a cooling fluid existing around the condenser 12 (hereinafter also referred to as "external fluid"). Heat exchange is performed between the
  • the flow path 32 connects the outlet of the condenser 12 and the connection point N1.
  • the flow path 32 is branched into a plurality of branch flow paths 33 at the connection point N1.
  • the plurality of branch channels 33 connect the connection point N1 and the inlets of the plurality of evaporators 15, respectively.
  • the plurality of pressure reducing devices 14 are expansion valves (throttle valves) provided on the plurality of branch flow paths 33, respectively.
  • the plurality of pressure reducing devices 14 are configured by, for example, inexpensive fixed orifices.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the arrangement of a plurality of branch channels 33 and a plurality of pressure reducing devices 14. As shown in FIG. 2, between the connection point N1 and each branch flow path 33, a main pipe 33m connecting the connection point N1 and each branch flow path 33 is arranged. The refrigerant from the flow path 32 is supplied to the main pipe 33m at the connection point N1, and is distributed to each branch flow path 33 from the main pipe 33m.
  • the plurality of evaporators 15 are arranged corresponding to the plurality of battery modules 2, respectively, and perform heat exchange between the refrigerant flowing therein and the plurality of battery modules 2, respectively.
  • the plurality of evaporators 15 have the same shape. Therefore, the flow passage cross-sectional areas of the plurality of evaporators 15 are the same.
  • the plurality of branch flow paths 34 respectively connect the outlets of the plurality of evaporators 15 and the connection point N2.
  • the plurality of branch channels 34 are merged into the channel 35 at the connection point N2.
  • the flow path 35 connects the connection point N2 and the suction port of the compressor 11.
  • the temperature sensor 50 detects the temperature of the external fluid that exchanges heat with the internal refrigerant in the condenser 12. Note that the following description assumes that the external fluid of the condenser 12 is the outside air existing around the condenser 12, and that the temperature sensor 50 detects the outside temperature Tout around the condenser 12. . Note that the external fluid of the condenser 12 is not limited to outside air (gas), and may be a liquid refrigerant different from the internal refrigerant.
  • the temperature sensor 60 detects the temperature of the plurality of battery modules 2.
  • the temperature sensor 60 may be configured to detect the temperature of each of the plurality of battery modules 2, or to detect the temperature of some of the plurality of battery modules 2 (for example, a module arranged in a position where the temperature is likely to increase). Temperature may also be detected. In the following description, it will be assumed that the temperature sensor 60 detects a typical temperature (for example, the highest temperature) of the plurality of battery modules 2 as the battery temperature Tbat.
  • the control circuit 100 includes a CPU (Central Processing Unit), a memory (storage device), an input/output buffer, etc. (none of which are shown), and controls the compression in the refrigeration cycle 10 according to the detection results of the temperature sensors 50 and 60. The operation of the machine 11 is controlled. Note that this control is not limited to processing by software, but can also be performed by dedicated hardware (electronic circuit).
  • CPU Central Processing Unit
  • memory storage device
  • input/output buffer etc.
  • the refrigerant distributed to the plurality of branch flow paths 33 is depressurized by the plurality of pressure reducing devices 14, and then sent to the plurality of evaporators 15.
  • the low-pressure refrigerant sent to the plurality of evaporators 15 exchanges heat with the plurality of battery modules 2 in the plurality of evaporators 15, evaporates, and becomes a low-pressure gas refrigerant. Thereby, the plurality of battery modules 2 are cooled.
  • the low-pressure gas refrigerant evaporated in the plurality of evaporators 15 joins the flow path 35 at the connection point N2, and is sucked into the compressor 11 again through the flow path 35.
  • the refrigerant in the plurality of branch channels 33 may not necessarily be in a liquid state (subcooled state).
  • compressor rotational speed Ncomp the rotational speed of the compressor 11
  • data defining the correspondence between the outside air temperature Tout and the battery temperature Tbat and the compressor rotational speed Ncomp that can maintain the refrigerant in the plurality of branch channels 33 in a liquid state has been obtained through experiments and the like. It is determined in advance and stored in the memory of the control circuit 100 in advance. Then, the control circuit 100 maintains the refrigerant in the branch flow path 33 in a liquid state using the detection results of the temperature sensors 50 and 60 (outside temperature Tout and battery temperature Tbat) and the above data stored in the memory. At the same time, the rotational speed of the compressor 11 (compressor rotational speed Ncomp) is controlled so that the power consumption of the compressor 11 is minimized.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing the correspondence between the outside temperature Tout and the compressor rotation speed Ncomp at which the refrigerant in the branch flow path 33 becomes a liquid state.
  • the region where the compressor rotational speed Ncomp is higher than the boundary indicated by the solid line is the region where the refrigerant in the branch flow path 33 can be maintained in a liquid state.
  • the control circuit 100 controls the compressor rotational speed Ncomp to a value that is higher than the boundary shown in FIG. 3 and as small as possible. Thereby, the power consumption of the compressor 11 can be made as small as possible while maintaining the refrigerant in the branch flow path 33 in a liquid state.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing the correspondence between the battery temperature Tbat and the compressor rotation speed Ncomp at which the refrigerant in the branch flow path 33 becomes a liquid state.
  • the region where the compressor rotation speed Ncomp is higher than the boundary indicated by the solid line is the region where the refrigerant in the branch flow path 33 can be maintained in a liquid state.
  • the control circuit 100 controls the compressor rotation speed Ncomp to a value that is higher than the boundary shown in FIG. 4 and as small as possible. Thereby, the power consumption of the compressor 11 can be made as small as possible while maintaining the refrigerant in the branch flow path 33 in a liquid state.
  • the minimum value of the compressor rotational speed Ncomp that can maintain the refrigerant in the branch flow path 33 in a liquid state (hereinafter referred to as "target Data defining the correspondence with the rotational speed Ntag" is stored in the memory of the control circuit 100 as a map.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing map data showing the correspondence between the battery temperature Tbat, the outside temperature Tout, and the target rotational speed Ntag.
  • a target rotational speed Ntag is set in advance using battery temperature Tbat and outside temperature Tout as parameters.
  • the target rotational speed Ntag in this map data is specified to be lower as the outside temperature Tout is lower. Furthermore, in view of the characteristics shown in FIG. 4 described above, the target rotational speed Ntag in this map data is specified to be lower as the battery temperature Tbat is higher.
  • the control circuit 100 refers to the map data shown in FIG. is controlled to the target rotational speed Ntag.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure of the control circuit 100. This flowchart is repeatedly executed at predetermined intervals.
  • the control circuit 100 acquires the outside temperature Tout and the battery temperature Tbat detected by the temperature sensors 50 and 60 (step S10).
  • control circuit 100 refers to the map data shown in FIG. 5 and stored in the memory in advance to determine the target rotational speed Ntag corresponding to the outside temperature Tout and the battery temperature Tbat acquired in step S10. (Step S20).
  • control circuit 100 controls the compressor 11 so that the compressor rotation speed Ncomp becomes the target rotation speed Ntag determined in step S20 (step S30).
  • the control circuit 100 adjusts the outside temperature Tout, the battery temperature Tbat, and the target rotational speed Ntag of the compressor 11 that can maintain the refrigerant in the plurality of branch channels 33 in a liquid state.
  • Map data that defines the correspondence relationship is stored in advance, and the target rotational speed Ntag corresponding to the detection results of the temperature sensors 50 and 60 (outside temperature Tout and battery temperature Tbat) is determined with reference to this map data, and the compressor 11 The rotational speed of is controlled to the target rotational speed Ntag.
  • the refrigerant in the plurality of branch channels 33 can be maintained in a liquid state, so that the amount of refrigerant distributed to each of the plurality of branch channels 33 can be made equal.
  • the target rotational speed Ntag in the map data is defined such that the rotational speed of the compressor 11 is reduced within a range that can maintain the refrigerant in the plurality of branch channels 33 in a liquid state. More specifically, the target rotational speed Ntag in the map data is defined to be lower as the outside temperature Tout is lower. Further, the target rotational speed Ntag in the map data is specified to be lower as the battery temperature Tbat is higher. Therefore, the power consumption of the compressor 11 can be minimized while maintaining the refrigerant in the plurality of branch channels 33 in a liquid state.
  • the control circuit 100 refers to the map data, determines a target rotational speed Ntag corresponding to the outside temperature Tout, the battery temperature Tbat, and the flow rate of the external fluid (for example, the operating amount of a blower fan), and The rotational speed of No. 11 may be controlled to the target rotational speed Ntag.
  • the flow rate of the external fluid can be derived by taking into consideration the vehicle speed and the opening state of the grille shutter, in addition to the operating amount of the blower fan described above.

Abstract

電池冷却システム（１）は、冷凍サイクル（１０）と、制御回路（１００）とを備える。冷凍サイクル（１０）は、圧縮機（１１）と、凝縮器（１２）と、複数の電池（２）にそれぞれ対応して配置される複数の蒸発器（１５）と、複数の分岐流路（３３，３４）と、複数の分岐流路（３３，３４）にそれぞれ配置される複数の減圧装置（１４）とを備える。凝縮器（１２）は、圧縮機（１）から供給される冷媒と、凝縮器（１２）の周囲に存在する外気との間で熱交換を行なう。制御回路（１００）は、外気温度と、電池温度と、複数の分岐流路（３３，３４）内の冷媒を液状態に維持可能な圧縮機の目標回転速度との対応関係を規定したデータを予め記憶する。制御回路（１００）は、データを参照して外気温度および電池温度の検出結果に対応する目標回転速度を決定し、圧縮機の回転速度を目標回転速度に制御する。

Description

電池冷却システム
　本開示は、複数の電池を冷却する電池冷却システムに関する。
　特開２０２０－１８４４２７号公報（特許文献１）には、複数の電池モジュールを冷却する電池冷却システムが開示されている。この電池冷却システムに搭載される冷凍サイクルは、複数の電池モジュールをそれぞれ冷却するために、凝縮器から供給される冷媒を複数の分岐流路に分岐し、複数の分岐流路の各々に膨張弁および蒸発器を配置し、各蒸発器で各電流モジュールを冷却するように構成されている。
特開２０２０－１８４４２７号公報
　特開２０２０－１８４４２７号公報に開示された電池冷却システムのように複数の分岐流路の各々に膨張弁および蒸発器が配置される冷凍サイクルの構成において、複数の電池モジュールを均等に冷却するためには、複数の分岐流路にそれぞれ分配される冷媒量を等しくすることが望ましい。そのためには、複数の分岐流路内の冷媒を液状態（サブクール状態）に維持しておくことが望まれる。しかしながら、各電池モジュールの温度、凝縮器の周囲の外気温度の影響によって、複数の分岐流路内の冷媒が必ずしも液状態にならない可能性がある。
　本開示は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、複数の分岐流路の各々に膨張弁等の減圧装置および蒸発器が配置される冷凍サイクルを備える電池冷却システムにおいて、複数の分岐流路内の冷媒を液状態に維持し易くすることである。
　（第１項）　本開示による電池冷却システムは、電池を冷却する。この電池冷却システムは、冷媒が循環する回路を形成する冷凍サイクルと、制御回路とを備える。冷凍サイクルは、圧縮機と、凝縮器と、複数の電池にそれぞれ対応して配置される複数の蒸発器と、圧縮機の吐出口と凝縮器の一方端とに接続される第１流路と、凝縮器の他方端に接続される第２流路と、第２流路と複数の蒸発器の一方端とをそれぞれ接続する複数の分岐流路と、複数の分岐流路にそれぞれ配置される複数の減圧装置と、複数の蒸発器の他方端と圧縮機の吸入口とを接続する第３流路とを備える。凝縮器は、圧縮機から供給される冷媒と、凝縮器の周囲に存在する冷却流体との間で熱交換を行なう。電池冷却システムは、冷却流体の温度を検出する第１温度検出部と、電池の温度を検出する第２温度検出部とをさらに備える。制御回路は、冷却流体の温度と、電池の温度とに基づいて、複数の分岐流路内の冷媒を液状態に維持可能な圧縮機の目標回転速度を決定し、圧縮機の回転速度を目標回転速度に制御する。
　上記（１）の構成によれば、圧縮機の回転速度が、冷却流体の温度と複数の電池の温度とに基づいて複数の分岐流路内の冷媒を液状態に維持可能な回転速度に制御される。そのため、複数の分岐流路内の冷媒を液状態に維持し易くすることができる。
　（第２項）　第１項に記載の電池冷却システムにおいて、制御回路は、冷却流体の温度と、電池の温度と、複数の分岐流路内の冷媒を液状態に維持可能な圧縮機の目標回転速度との対応関係を規定したデータを予め記憶し、データを参照して第１、第２温度検出部の検出結果に対応する目標回転速度を決定し、圧縮機の回転速度を目標回転速度に制御する。
　（第３項）　第２項に記載の電池冷却システムにおいて、データ内の目標回転速度は、複数の分岐流路内の冷媒を液状態に維持可能な範囲で圧縮機の消費電力が小さくなるように規定されている。
　（第４項）　第３項に記載の電池冷却システムにおいて、データ内の目標回転速度は、冷却流体の温度が低いほど、低くなるように規定されている。
　（第５項）　第３項に記載の電池冷却システムにおいて、データ内の目標回転速度は、複数の電池の温度が高いほど、低くなるように規定されている。
　（第６項）　第２～５項のいずれかに記載の電池冷却システムにおいて、データは、冷却流体の温度と、複数の電池の温度と、冷却流体の流量と、目標回転速度との対応関係を規定する。制御回路は、データを参照して、第１、第２温度検出部の検出結果、および冷却流体の流量に対応する目標回転速度を決定し、圧縮機の回転速度を目標回転速度に制御する。
　本開示によれば、複数の分岐流路の各々に減圧装置および蒸発器が配置される冷凍サイクルを備える電池冷却システムにおいて、複数の分岐流路内の冷媒を液状態に維持し易くすることができる。
電池冷却システムの全体構成を示す図である。 複数の分岐流路および複数の減圧装置の配置例を示す図である。 外気温Ｔｏｕｔと、分岐流路内の冷媒が液状態となるコンプレッサ回転速度Ｎｃｏｍｐとの対応関係を模式的に示す図である。 電池温度Ｔｂａｔと、分岐流路内の冷媒が液状態となるコンプレッサ回転速度Ｎｃｏｍｐとの対応関係を模式的に示す図である。 電池温度Ｔｂａｔおよび外気温Ｔｏｕｔと、目標回転速度Ｎｔａｇとの対応関係を示すマップデータを模式的に示す図である。 制御回路の処理手順の一例を示すフローチャートである。
　以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
　（電池冷却システム１の全体構成）
　図１は、本実施の形態による電池冷却システム１の全体構成を示す図である。電池冷却システム１は、たとえば車両に搭載されている。
　電池冷却システム１は、複数の電池モジュール２と、冷凍サイクル１０と、温度センサ５０，６０と、制御回路１００とを備えている。電池冷却システム１は、冷凍サイクル１０を用いて複数の電池モジュール２を冷却する。
　各電池モジュール２は、図示しない電池セルが複数接続されることにより構成されている。複数の電池モジュール２は、たとえば、図示しないハウジング内に収容されることにより、１つの電池パックとしてパッケージ化されている。
　（冷凍サイクル１０の構成）
　冷凍サイクル１０は、冷媒が循環する回路を形成する。冷凍サイクル１０は、圧縮機（コンプレッサ）１１と、凝縮器（コンデンサ）１２と、複数の減圧装置１４と、複数の蒸発器１５と、流路３１，３２，３５と、複数の分岐流路３３と、複数の分岐流路３４とを備える。
　圧縮機１１は、流路３５から吸入される冷媒ガスを圧縮して流路３１へ吐出する。圧縮機１１の作動量（回転速度など）は、制御回路１００からの指令信号に従って制御される。
　流路３１は、圧縮機１１の吐出口と凝縮器１２の入口とを接続する。
　凝縮器１２は、圧縮機１１から供給されて凝縮器１２の内部を流れる冷媒（以下「内部冷媒」ともいう）と、凝縮器１２の周囲に存在する冷却流体（以下「外部流体」ともいう）との間で熱交換を行なう。
　流路３２は、凝縮器１２の出口と接続点Ｎ１とを接続する。流路３２は、接続点Ｎ１において複数の分岐流路３３に分岐される。複数の分岐流路３３は、接続点Ｎ１と複数の蒸発器１５の入口とをそれぞれ接続する。
　複数の減圧装置１４は、複数の分岐流路３３上にそれぞれ設けられる膨張弁（絞り弁）である。複数の減圧装置１４は、たとえば安価な固定オリフィスによって構成される。
　図２は、複数の分岐流路３３および複数の減圧装置１４の配置例を示す図である。図２に示すように、接続点Ｎ１と各分岐流路３３との間には、接続点Ｎ１と各分岐流路３３とを接続する主管３３ｍが配置されている。流路３２からの冷媒は、接続点Ｎ１において主管３３ｍに供給され、主管３３ｍから各分岐流路３３に分配される。
　図１に戻って、複数の蒸発器１５は、複数の電池モジュール２にそれぞれ対応して配置され、内部を流れる冷媒と複数の電池モジュール２との間でそれぞれ熱交換を行なう。複数の蒸発器１５は同じ形状を有する。したがって、複数の蒸発器１５の流路断面積は互いに同じである。
　複数の分岐流路３４は、複数の蒸発器１５の出口と接続点Ｎ２とをそれぞれ接続する。複数の分岐流路３４は、接続点Ｎ２において流路３５に合流される。流路３５は、接続点Ｎ２と圧縮機１１の吸入口とを接続する。
　温度センサ５０は、凝縮器１２において内部冷媒と熱交換を行なう外部流体の温度を検出する。なお、以下では、凝縮器１２の外部流体が凝縮器１２の周囲に存在する外気であることを想定して、温度センサ５０が、凝縮器１２の周囲の外気温Ｔｏｕｔを検出するものとして説明する。なお、凝縮器１２の外部流体は、外気（気体）であることに限定されず、内部冷媒とは別の液冷媒であってもよい。
　温度センサ６０は、複数の電池モジュール２の温度を検出する。なお、温度センサ６０は、複数の電池モジュール２の温度をそれぞれ検出するようにしてもよいし、複数の電池モジュール２のうちの一部（たとえば温度が高くなり易い位置に配置されるモジュール）の温度を検出するようにしてもよい。以下では、温度センサ６０が、複数の電池モジュール２の代表的な温度（たとえば最も高い温度）を電池温度Ｔｂａｔを検出するものとして説明する。
　制御回路１００は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）、メモリ（記憶装置）、入出力バッファ等を含み（いずれも図示せず）、温度センサ５０，６０の検出結果などに応じて、冷凍サイクル１０における圧縮機１１の作動を制御する。なお、この制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。
　（冷却運転）
　圧縮機１１が作動されると、圧縮機１１で圧縮された高温高圧のガス冷媒が、凝縮器１２に送られ、凝縮器１２によって凝縮される。凝縮器１２により凝縮された高温高圧の液冷媒は、流路３２に供給され、流路３２から複数の分岐流路３３にそれぞれ分配される。
　複数の分岐流路３３にそれぞれ分配された冷媒は、複数の減圧装置１４によって減圧された後、複数の蒸発器１５に送られる。複数の蒸発器１５に送られた低圧の冷媒は、複数の蒸発器１５において複数の電池モジュール２との間で熱交換を行って蒸発して、低圧のガス冷媒になる。これにより、複数の電池モジュール２が冷却される。複数の蒸発器１５で蒸発した低圧のガス冷媒は、接続点Ｎ２において流路３５に合流され、流路３５を通って再び圧縮機１１に吸入される。
　上記のような冷却運転中において、複数の電池モジュール２を均等に冷却するためには、複数の分岐流路３４にそれぞれ分配される冷媒量を等しくすることが望ましい。そのためには、複数の分岐流路３３内の冷媒を液状態（サブクール状態）に維持しておくことが望まれる。
　しかしながら、電池温度Ｔｂａｔ、外気温Ｔｏｕｔの影響によって、複数の分岐流路３３内の冷媒が必ずしも液状態（サブクール状態）にならない可能性がある。その対策として、圧縮機１１の回転速度（以下「コンプレッサ回転速度Ｎｃｏｍｐ」ともいう）を過剰に高い値にすると、圧縮機１１の消費電力が不必要に大きくなってしまうことが懸念される。
　そこで、本実施の形態においては、外気温Ｔｏｕｔおよび電池温度Ｔｂａｔと、複数の分岐流路３３内の冷媒を液状態に維持可能なコンプレッサ回転速度Ｎｃｏｍｐとの対応関係を規定したデータが実験等によって予め求められて、制御回路１００のメモリに予め記憶されている。そして、制御回路１００は、温度センサ５０，６０の検出結果（外気温Ｔｏｕｔおよび電池温度Ｔｂａｔ）と、メモリに記憶された上記データとを用いて、分岐流路３３内の冷媒を液状態に維持しつつ圧縮機１１の消費電力が極力小さくなるように、圧縮機１１の回転速度（コンプレッサ回転速度Ｎｃｏｍｐ）を制御する。
　図３は、外気温Ｔｏｕｔと、分岐流路３３内の冷媒が液状態となるコンプレッサ回転速度Ｎｃｏｍｐとの対応関係を模式的に示す図である。図３において、実線で示される境界よりもコンプレッサ回転速度Ｎｃｏｍｐが高い領域が、分岐流路３３内の冷媒を液状態に維持可能な領域である。制御回路１００は、コンプレッサ回転速度Ｎｃｏｍｐを、図３に示す境界よりも高い領域であって、かつ、極力小さい値となるように制御する。これにより、分岐流路３３内の冷媒を液状態に維持しつつ、圧縮機１１の消費電力を極力小さい値にすることができる。
　図４は、電池温度Ｔｂａｔと、分岐流路３３内の冷媒が液状態となるコンプレッサ回転速度Ｎｃｏｍｐとの対応関係を模式的に示す図である。図４において、実線で示される境界よりもコンプレッサ回転速度Ｎｃｏｍｐが高い領域が、分岐流路３３内の冷媒を液状態に維持可能な領域である。制御回路１００は、コンプレッサ回転速度Ｎｃｏｍｐを、図４に示す境界よりも高い領域であって、かつ、極力小さい値となるように制御する。これにより、分岐流路３３内の冷媒を液状態に維持しつつ、圧縮機１１の消費電力を極力小さい値にすることができる。
　図３および図４に示すような特性があることに鑑み、電池温度Ｔｂａｔおよび外気温Ｔｏｕｔと、分岐流路３３内の冷媒を液状態に維持可能なコンプレッサ回転速度Ｎｃｏｍｐの最小値（以下「目標回転速度Ｎｔａｇ」ともいう）との対応関係を規定したデータが、マップとして制御回路１００のメモリに記憶されている。
　図５は、電池温度Ｔｂａｔおよび外気温Ｔｏｕｔと、目標回転速度Ｎｔａｇとの対応関係を示すマップデータを模式的に示す図である。このマップデータにおいては、図５に示すように、電池温度Ｔｂａｔおよび外気温Ｔｏｕｔをパラメータとして、目標回転速度Ｎｔａｇが予め設定されている。
　上述の図３に示す特性に鑑み、このマップデータ内の目標回転速度Ｎｔａｇは、外気温Ｔｏｕｔが低いほど、低くなるように規定されている。また、上述の図４に示す特性に鑑み、このマップデータ内の目標回転速度Ｎｔａｇは、電池温度Ｔｂａｔが高いほど、低くなるように規定されている。
　制御回路１００は、図５に示すマップデータを参照して、温度センサ５０，６０の検出結果（外気温Ｔｏｕｔおよび電池温度Ｔｂａｔ）に対応する目標回転速度Ｎｔａｇを決定し、圧縮機１１の回転速度を目標回転速度Ｎｔａｇに制御する。
　（フローチャート）
　図６は、制御回路１００の処理手順の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは、所定周期で繰り返し実行される。
　制御回路１００は、温度センサ５０，６０によって検出された外気温Ｔｏｕｔおよび電池温度Ｔｂａｔを取得する（ステップＳ１０）。
　次いで、制御回路１００は、メモリに予め記憶されている上述の図５に示すマップデータを参照して、ステップＳ１０で取得された外気温Ｔｏｕｔおよび電池温度Ｔｂａｔに対応する目標回転速度Ｎｔａｇを決定する（ステップＳ２０）。
　次いで、制御回路１００は、コンプレッサ回転速度ＮｃｏｍｐがステップＳ２０で決定された目標回転速度Ｎｔａｇとなるように、圧縮機１１を制御する（ステップＳ３０）。
　以上のように、本実施の形態による制御回路１００は、外気温Ｔｏｕｔおよび電池温度Ｔｂａｔと、複数の分岐流路３３内の冷媒を液状態に維持可能な圧縮機１１の目標回転速度Ｎｔａｇとの対応関係を規定したマップデータを予め記憶し、このマップデータを参照して温度センサ５０，６０の検出結果（外気温Ｔｏｕｔおよび電池温度Ｔｂａｔ）に対応する目標回転速度Ｎｔａｇを決定し、圧縮機１１の回転速度を目標回転速度Ｎｔａｇに制御する。これにより、複数の分岐流路３３内の冷媒を液状態に維持しておくことができるため、複数の分岐流路３３にそれぞれ分配される冷媒量を等しくすることができる。
　さらに、マップデータ内の目標回転速度Ｎｔａｇは、複数の分岐流路３３内の冷媒を液状態に維持可能な範囲で、圧縮機１１の回転速度が小さくなるように規定されている。より具体的には、マップデータ内の目標回転速度Ｎｔａｇは、外気温Ｔｏｕｔが低いほど、低くなるように規定されている。また、マップデータ内の目標回転速度Ｎｔａｇは、電池温度Ｔｂａｔが高いほど、低くなるように規定されている。そのため、複数の分岐流路３３内の冷媒を液状態に維持しつつ、圧縮機１１の消費電力を極力小さくすることができる。
　［変形例］
　凝縮器１２の熱交換効率を上げるための送風ファンが凝縮器１２の近傍に設けられている場合、複数の分岐流路３３内の冷媒の状態は、外気温Ｔｏｕｔおよび電池温度Ｔｂａｔに加えて、送風ファンの作動量（凝縮器１２に当接する外部流体の流量）の影響も受ける。
　そのため、マップデータにおいて、外気温Ｔｏｕｔと、電池温度Ｔｂａｔと、外部流体の流量と、目標回転速度Ｎｔａｇとの対応関係を規定しておくようにしてもよい。そして、制御回路１００が、マップデータを参照して、外気温Ｔｏｕｔと、電池温度Ｔｂａｔと、外部流体の流量（たとえば送風ファンの作動量）とに対応する目標回転速度Ｎｔａｇを決定し、圧縮機１１の回転速度を目標回転速度Ｎｔａｇに制御するようにしてもよい。これにより、より適切に、複数の分岐流路３３内の冷媒を液状態に維持しつつ、圧縮機１１の消費電力を極力小さくすることができる。外部流体の流量は、上記の送風ファンの作動量の他、車速やグリルシャッターの開口状態も加味して導くことができる。
　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１　電池冷却システム、２　電池モジュール、１０　冷凍サイクル、１１　圧縮機、１２　凝縮器、１４　減圧装置、１５　蒸発器、３１，３２，３５　流路、３３，３４　分岐流路、３３ｍ　主管、５０，６０　温度センサ、１００　制御回路、Ｎ１，Ｎ２　接続点。

Claims (6)

  1. 　電池を冷却する電池冷却システムであって、
    　冷媒が循環する回路を形成する冷凍サイクルと、
    　制御回路とを備え、
    　前記冷凍サイクルは、
    　　圧縮機と、
    　　凝縮器と、
    　　複数の前記電池にそれぞれ対応して配置される複数の蒸発器と、
    　　前記圧縮機の吐出口と前記凝縮器の一方端とに接続される第１流路と、
    　　前記凝縮器の他方端に接続される第２流路と、
    　　前記第２流路と前記複数の蒸発器の一方端とをそれぞれ接続する複数の分岐流路と、
    　　前記複数の分岐流路にそれぞれ配置される複数の減圧装置と、
    　　前記複数の蒸発器の他方端と前記圧縮機の吸入口とを接続する第３流路とを備え、
    　前記凝縮器は、前記圧縮機から供給される冷媒と、前記凝縮器の周囲に存在する冷却流体との間で熱交換を行ない、
    　前記電池冷却システムは、
    　　前記冷却流体の温度を検出する第１温度検出部と、
    　　前記電池の温度を検出する第２温度検出部とをさらに備え、
    　前記制御回路は、
    　　前記冷却流体の温度と、前記電池の温度とに基づいて、前記複数の分岐流路内の冷媒を液状態に維持可能な前記圧縮機の目標回転速度を決定し、前記圧縮機の回転速度を前記目標回転速度に制御する、電池冷却システム。
  2. 　前記制御回路は、
    　　前記冷却流体の温度と、前記電池の温度と、前記複数の分岐流路内の冷媒を液状態に維持可能な前記圧縮機の目標回転速度との対応関係を規定したデータを予め記憶し、
    　　前記データを参照して前記第１、第２温度検出部の検出結果に対応する目標回転速度を決定し、前記圧縮機の回転速度を前記目標回転速度に制御する、請求項１に記載の電池冷却システム。
  3. 　前記データ内の目標回転速度は、前記複数の分岐流路内の冷媒を液状態に維持可能な範囲で前記圧縮機の消費電力が小さくなるように規定されている、請求項２に記載の電池冷却システム。
  4. 　前記データ内の目標回転速度は、前記冷却流体の温度が低いほど、低くなるように規定されている、請求項３に記載の電池冷却システム。
  5. 　前記データ内の目標回転速度は、前記電池の温度が高いほど、低くなるように規定されている、請求項３に記載の電池冷却システム。
  6. 　前記データは、前記冷却流体の温度と、前記電池の温度と、前記冷却流体の流量と、前記目標回転速度との対応関係を規定し、
    　前記制御回路は、前記データを参照して、前記第１、第２温度検出部の検出結果、および前記冷却流体の流量に対応する目標回転速度を決定し、前記圧縮機の回転速度を前記目標回転速度に制御する、請求項２～５のいずれかに記載の電池冷却システム。
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