JP2008247341A - 車載発熱体の冷却装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】車内等への空調風量および発熱体の冷却風量を適切に確保できる車載発熱体の冷却装置を提供する。
【解決手段】車載発熱体の冷却装置は、車両に搭載された車両用空調装置で生成された空調空気を、車両に搭載されて発熱する電池パック1を冷却するための冷却空気として導入する運転モードを有しており、空調空気を冷却空気として電池パック1に供給する冷却用ブロワ26と、車両用空調装置で生成される空調空気を車内に向けて送風する空調用送風機の出力に基づいて、冷却用ブロワ26にその作動を制御する制御信号を送信するHV制御装置42と、を備えており、HV制御装置42は、当該運転モードにおいて空調用送風機の出力が増加すると、当該冷却空気の風量を絞るように冷却用ブロワ26を作動させる制御信号を送信する。
【選択図】図4

Description

本発明は、空調装置で生成された空調風を利用することにより、車両に搭載されて発熱する機器を冷却する車載発熱体の冷却装置に関するものである。
従来、この種の車載発熱体の冷却装置としては、例えば特許文献1に記載の装置が知られている。この車載発熱体の冷却装置は、ハイブリッド自動車の走行用二次電池であるバッテリパックの温度調節を行う冷却装置であり、エアコン装置の通風路と連通する構成を備え、エアコン装置で生成された空調風を導入してバッテリパックの冷却風として利用するものである。
このバッテリパックの冷却装置は、電池に対して空気を供給するための電池ファンと、キャビンのアッパバックから導入された空気、リアエアコンユニットから導入された空気、トランクルームから導入された空気のいずれかの空気を電池ファンによりバッテリパックに供給するための切換えダンパと、バッテリパックの温度を検知する温度センサと、を備えている。さらに、バッテリパック冷却装置はバッテリパックの温度、キャビン温度およびトランクルームの温度などに基づいて切換えダンパおよび電池ファンを制御する電池ECUと、電池ECUからの信号に基づいてリアエアコンユニットの動作を制御するエアコンECUと、を備えている。
特開2005−254974号公報
特許文献1に記載のバッテリパックの冷却装置では、発熱体を空冷するために切換えダンパおよび電池ファンの作動を制御することにより、リアエアコンユニットから空調風を取り入れる運転を行っている。この運転を行うときには、発熱体への冷却風量を一定にするために電池ファンの出力を固定値に制御するが、他方、車内で大風量の空調風を供給したいときはリアエアコンユニットの空調用送風機の出力を大きくなるように制御することになる。
このような制御を行ったとき、空調用送風機が吹き出す送風量は大きくなるが、当該送風量の一部は電池ファンの吸引力によって発熱体側に引き込まれるので、発熱体への冷却風量は空調用送風機が吹き出す送風量に比例して増大することになる。
このため、リアエアコンユニットから車内に供給される空調風の風量は、発熱体に導入される冷却風量の増大により、期待するほどには増加せず、車内に必要とする空調性能を提供できない事態が生じていた。また、発熱体に導入される冷却風量が過多になってしまうという問題もあった。
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は車内等への空調風量および発熱体の冷却風量を適切に確保できる車載発熱体の冷却装置を提供することにある。
本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。すなわち、第1の発明は、車両に搭載された車両用空調装置(5)で生成された空調空気を、車両に搭載されて発熱する発熱体(1)を冷却するための冷却空気として導入する運転モードを有する車載発熱体の冷却装置であって、
冷却空気の風量を調節する風量調節手段(26、37)と、車両用空調装置(5)で生成される空調空気を車内に向けて送風する空調用送風機(8)の出力に基づいて、風量調節手段(26、37)にその作動を制御する制御信号を送信する制御手段(42)と、を備えており、
制御手段(42)は、当該運転モードにおいて空調用送風機(8)の出力が増加すると、当該冷却空気の風量を絞るように風量調節手段(26、37)を作動させる制御信号を風量調節手段(26、37)に送信することを特徴としている。
この発明によれば、空調用送風機の出力が増加してその送風量が大きくなることに伴う発熱体への冷却空気の増加を抑制して、車内への空調空気の風量不足や発熱体への冷却空気の過剰供給を防ぐことができ、車内等への空調風量および発熱体の冷却風量の双方を適切に確保することができる。
また、風量調節手段は空調空気を冷却空気として発熱体(1)に供給する送風手段(26)で構成され、制御手段(42)は、運転モードにおいて空調用送風機(8)の出力が増加すると送風手段(26)に出力を下げる制御信号を送信することが好ましい。
この発明によれば、空調用送風機の出力が増加したときに送風手段の出力を下げることで発熱体への冷却空気の増加を抑制し、車内への空調空気の風量不足や発熱体への冷却空気の過剰供給を防ぐことができる。例えば空調用送風機の出力増加度合と送風手段の出力変化度合との制御特性により、発熱体への冷却空気を一定値などの所望の値に制御することが可能となる。
さらに制御手段(42)は、運転モードにおいて空調用送風機(8)の出力が所定値以上のときは送風手段(26)に出力を下げる制御信号を送信することが好ましい。この発明によれば、空調用送風機の出力の程度に対して送風手段に出力を増加または低減する制御を実行することにより、空調用送風機の出力が高いときに冷却空気の風量を増加させないで迅速に適切な値にもっていくことができる。
また、空調空気を前記冷却空気として発熱体(1)に導入する送風手段(26)と、車両用空調装置(5)から冷却空気を導入する冷風導入通路(28)と、を備え、風量調節手段(37)は開度が調整されることにより冷風導入通路(28)を開閉する冷風供給用ドア(37)で構成され、制御手段(42)は、運転モードにおいて空調用送風機(8)の出力が増加すると冷風供給用ドア(37)に開度を小さくする制御信号を送信することが好ましい。
この発明によれば、空調用送風機の出力が増加したときに冷風供給用ドアの開度を小さくすることで発熱体への冷却空気の増加を抑制し、車内への空調空気の風量不足や発熱体への冷却空気の過剰供給を防ぐことができる。例えば、空調用送風機の出力増加度合と冷風供給用ドアの開度変化度合との制御特性により、発熱体への冷却空気を一定値などの所望の値に制御することが可能となる。
さらに制御手段(42)は、運転モードにおいて空調用送風機(8)の出力が所定値以上のときは冷風供給用ドア(37)に開度を小さくする制御信号を送信することが好ましい。この発明によれば、空調用送風機の出力の程度に対して冷風供給用ドアの開度を増加または低減する制御を実行することにより、空調用送風機の出力が高いときに冷却空気の風量を増加させないで迅速に適切な値にもっていくことができる。
また、制御手段(42)は発熱体(1)が所定温度以下になるまで上記運転モードを継続することが好ましい。この発明によれば、発熱体の冷却のために必要な冷却空気の風量を確保しながら車内へ必要な空調空気を提供する制御を実行できる。また、この制御を発熱体の冷却を要する状況において実行するので無駄の少ない効率的な運転を提供することができる。
上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
(第1実施形態)
第1実施形態では、車載発熱体の冷却装置の一例である、内燃機関と電池駆動モータとを組み合わせて走行駆動源とするハイブリッド自動車に用いられ、走行用モータの駆動電源等となる電池パックを冷却する電池冷却装置について説明する。冷却対象である車載の発熱体としては電池パックの他、DC/DCコンバーターがあり、本実施形態の電池冷却装置の構成はDC/DCコンバーターを空冷する冷却装置にも適用することができる。
この電池パックは、例えばニッケル水素二次電池、リチウムイオン二次電池、有機ラジカル電池であり、ケース内に収納された状態でトランクルームの床下部、自動車の座席下、後部座席とトランクルームとの間の空間、運転席と助手席の間の空間などに搭載されている。DC/DCコンバーターはハイブリッド自動車の動力源用主電池の高電圧を低電圧に変換し、補機電池(例えば12V)を充電してライト、ワイパ、ホーン等を動作させる。
本実施形態について図1〜図5を用いて説明する。図1は、本実施形態における電池冷却装置および空調装置を車両に搭載した状態を示した車両側面の概略図である。図2は後席側空調ユニット5および電池冷却装置の構成を示した断面概略図である。
図1に示すように、後席側空調ユニット5はトランクルーム3内に搭載される。後席側空調ユニット5はリヤートレイ4の直下の部位に配置される。トランクルーム3は後席2の後方側でリヤートレイ4の下方側に形成されている。
後席側空調ユニット5は樹脂製の空調ケース5aの内部に車室内へ向かって空気が流れる通風路を備えている。空調ケース5a内の通風路の一端側には内気吸込口6が設けられている。この内気吸込口6は空調ケース5aの上部に配置されており、リヤートレイ4を貫通して車内の後席側領域に開口している。内気吸込口6は車内空気(内気)を車内の後席側領域から取り入れて空調ケース5a内部へ導く開口部である。
空調ケース5a内の通風路には、内気吸込口6の風下側に空気清浄フィルタ7が配置され、空気清浄フィルタ7の風下側に後席側送風機8が配置されている。この空気清浄フィルタ7は除塵機能および脱臭機能を果たしている。後席側送風機8は遠心式送風ファン8aをモータ8bにより回転駆動する構成である。
空調ケース5a内の通風路には、後席側送風機8の吹出側に冷却用熱交換器である後席側蒸発器9が配置されている。後席側蒸発器9は前席側空調ユニット10の冷凍サイクル11から分岐した冷媒通路に設けられている。冷凍サイクル11は、圧縮機12、高圧側冷媒の放熱器をなす凝縮器13、前席側膨張弁14、前席側蒸発器15等を含む閉回路で構成されている。圧縮機12はモータにより回転駆動される電動圧縮機で構成されている。
前席側空調ユニット10は、車内の前部に配置されており、車内の前席側領域を空調している。前席側空調ユニット10は図示しない前席側送風機によって内気または外気を吸入して空調ケース17内で空調している。空調ケース17内の通風路には前席側送風機の吹出側に冷却用熱交換器である前席側蒸発器15が配置されており、前席側蒸発器15の風下側に加熱用熱交換器である前席側ヒータコア(図示せず)が配置されている。そして、前席側ヒータコアを通過する温風と前席側ヒータコアをバイパスする冷風との風量割合を前席側エアミックスドア(図示せず)により調整し、車内前席側の吹出空気温度を調整している。
温度調整後の空調空気は、図示しない吹出口切換え機構によりフェイス吹出口、フット吹出口およびデフロスタ吹出口のいずれか1つ、または複数の吹出口から車内前席側または車両前面窓ガラス側へ吹き出される。
後席側蒸発器9の冷媒入口側には後席側膨張弁20が接続されている。後席側膨張弁20および後席側蒸発器9は前席側膨張弁14および前席側蒸発器15と並列に接続されている。前席側膨張弁14および後席側膨張弁20はそれぞれ前席側蒸発器15、後席側蒸発器9の出口冷媒の過熱度が所定値となるように弁開度を調節する。
後席側空調ユニット5における空調ケース5a内の通風路には、後席側蒸発器9の風下側に加熱用熱交換器である後席側ヒータコア21が配置されている。後席側エアミックスドア22は、後席側ヒータコア21を通過する温風と後席側ヒータコア21をバイパスする冷風との風量割合を調整して車内後席側吹出空気の温度を調整する。後席側ヒータコア21および前席側ヒータコアは車両のエンジン冷却水(温水)を熱源として空気を加熱する。
後席側ヒータコア21の風下側には、後席側吹出モード切換えドア23と、この後席側吹出モード切換えドア23により開閉される後席側フェイス開口部24および後席側フット開口部25が設けられている。後席側フェイス開口部24には後席側天井吹出ダクト24aが接続されており、後席側フット開口部25には図示しない後席側足元吹出ダクトが接続されている。
この構成により、後席側の冷房時には後席側フェイス開口部24が開口されることで、後席側エアミックスドア22により温度調整された冷風が、後席側フェイス開口部24から後席側天井吹出ダクト24a内を流れ、後席側天井吹出口24bから後席乗員の頭部に向かって吹き出されることになる。
後席側の暖房時には後席側フット開口部25が開口されることで、後席側エアミックスドア22により温度調整された温風が、後席側フット開口部25から後席側足元吹出ダクト内を流れ、後席乗員の足元部に向かって吹き出されることになる。
トランクルーム3の床下部に配置される電池冷却装置は、主に電池モジュールの集合体である電池パック1と、電池パック1を冷却する送風を供給する冷却用ブロワ26とからなる。電池パック1は、電気的に直列接続された複数個の電池モジュールをその長手方向の側面を対向させて並列配置しこれらを一体化して構成されたものであり、収納ケース34内に収納されている。
冷却用ブロワ26はモータ26bにより回転駆動される遠心式送風ファン26aを備えており、ブロワケース32に収納されている。ブロワケース32は、スクロールケーシングを有し、遠心式送風ファン26aの風上側にチャンバを有する筐体である。遠心式送風ファン26aは前向きブレードを有するシロッコファンであり、シロッコファンの他に、径向きブレードを有するラジアルファンを用いてもシロッコファンと同様、高静圧に強く、低風量で低騒音の送風部材を構成することができる。
冷却用ブロワ26の吸入側には、電池パック1を冷却する冷却空気を導く経路として設けられた少なくとも2つの導入通路が設けられておりブロワケース32に接続されている。本実施形態では3つの導入通路が冷却用ブロワ26の吸入側に接続されている例を示す。この3つの導入通路は、車内の空気(内気)が流れてくる内気導入通路27、後席側蒸発器9によって冷却された空気が流れてくる冷風導入通路28、および車外の空気(外気)が流れてくる外気導入通路29である。
冷却用ブロワ26の吹出側は、収納ケース34とブロワケース32とを連結する連結ダクト33によって収納ケース34の空気入口部に連通している。収納ケース34の空気出口部は車内への還流通路35と車外への排出通路36とに分岐するダクトが接続されている。還流通路35は車内と連通して電池を冷却した後の空気が流れて図1の矢印aに示すように車内に還流する通路である。排出通路36の下流端部は車外に直接開口している。
内気導入通路27は後席側空調ユニット5の内気吸込口6の下流側で後席側送風機8の上流側の部位に接続されている。冷風導入通路28は後席側蒸発器9の風下直後の部位に接続されている。外気導入通路29はトランクルーム3内に開口している。トランクルーム3の内部はトランクの蓋部等で形成される微小隙間によって外気と通じており、トランクルーム3内は外気に近似した雰囲気になっている。このため、外気導入通路29からの空気吸入は外気吸入とみなすことができる。
ブロワケース32内には、ブロワケース32側に形成された導入通路27、28、29の3つの開口部を開閉できる2つの導入通路切換えドア30および31が配置されている。導入通路切換えドア30および31は、電池パック1を冷却する空気が流れてくる導入経路を変更することができる経路変更ドアであり、図示しないリンク機構によって連動するように構成されている。図2は導入通路切換えドア30および31により内気導入通路27および外気導入通路29が閉塞されて冷風導入通路28のみを開口している状態を示しており、この状態は冷風取入れモードが設定された状態である。
導入通路切換えドア30および31は、冷風取入れモードの他に、内気導入通路27および冷風導入通路28を閉塞して外気導入通路29を開口する外気取入れモードと、冷風導入通路28および外気導入通路29を閉塞して内気導入通路27を開口する内気取入れモードと、冷風導入通路28のみを閉塞して内気導入通路27および外気導入通路29の両方を同時に開口する内外気同時取入れモードとを切換え自在に設定することができる。
なお、図1では図面を見やすくするため後席側ヒータコア21、後席側エアミックスドア22、後席側吹出モード切換えドア23、後席側フット開口部25、導入通路切換えドア30、31等の図示を省略している。
次に、図3を用いて本実施形態の電池冷却装置および空調装置における制御手段の概要を説明する。図3は電池冷却装置および後席用空調ユニット5を制御するための構成を示したブロック図である。ハイブリッドビークル制御装置42(以下HV制御装置42とする)は、エンジンの駆動を制御するエンジン制御装置40およびエアコン制御装置41のそれぞれと双方向に制御信号を通信して両制御装置を制御しながら、ハイブリッドシステムを制御する。本実施形態の電池冷却装置および空調装置の制御手段は、HV制御装置42およびエアコン制御装置41によって構成される。
エアコン制御装置41には空調用センサ群(図示しない)および空調操作パネル(図示しない)からの信号が入力される。空調用センサ群は、外気温センサ、内気温センサ、日射センサ、蒸発器温度センサ、エンジン冷却水温度センサ等である。空調操作パネルには、車室内温度の温度設定、風量切換え、吹出モード切換え、内外気吸込モード切換え、圧縮機12の作動指令等を行う各種操作スイッチが設けられている。
エアコン制御装置41は、圧縮機12の駆動用モータ、前席側送風機の駆動用モータ、前席側エアミックスドアのアクチュエータであるサーボモータ、後席側送風機8のモータ8b、後席側エアミックスドア22のアクチュエータであるサーボモータ22a、後席側吹出モード切換えドア23のアクチュエータであるサーボモータ23a等に制御信号を出力して各空調用機能品の作動を制御する。
HV制御装置42には、電池パック1の温度を検出する温度センサ(図示しない)の検出信号が入力される。HV制御装置42は、冷却用ブロワ26のモータ26bの端子電圧を制御してモータ26bの回転数、つまり冷却用ブロワ26の風量を制御するとともに、サーボモータ30aおよび31aの作動角を制御して導入通路切換えドア30および31の開閉を制御する。
HV制御装置42はモータ26bに対して例えば電圧のパルス波のデューティ比を変化させて変調するPWM制御を行う。PWM制御は、一定周期のパルスでモータを駆動する方法であり、パルスのデューティ比(モータのON時間をON時間とOFF時間の合計時間で割った値)を変えることでモータの電圧を制御する。HV制御装置42は、PWM制御により遠心式送風ファン26aの回転数を目標とする冷却能力に応じて可変制御し、電池パック1の表面温度を制御している。
HV制御装置42は、導入通路切換えドア30のアクチュエータを制御することにより内気導入通路27のブロワケース側開口部を開閉し、導入通路切換えドア31のアクチュエータを制御することにより冷風導入通路28および外気導入通路29のブロワケース側開口部をそれぞれ開閉する。HV制御装置42は、サーボモータ30aおよび31aのそれぞれを所定の作動角に制御して導入通路切換えドア30および31のそれぞれを所定の開度に制御することにより、冷風取入れモード、外気取入れモード、内気取入れモードおよび内外気同時取入れモードを切換え自在に設定し、電池パック1を冷却する冷却空気が導入される導入経路を変更することができる。
次に、前席側空調ユニット10および後席側空調ユニット5の作動の概要を説明する。前席側空調ユニット10は前席側送風機の作動により内気または外気を吸入して前席側蒸発器15に向かって送風し、前席側蒸発器15によって冷却する。ここで、前席側蒸発器15の冷却能力は、圧縮機12の回転数を調整して冷媒流量を調整することにより調整される。したがって、前席側蒸発器15の吹出側の冷風温度は圧縮機12の回転数を調整することにより制御することができる。
前席側蒸発器15を通過した後の冷風は前席側エアミックスドアにより前席側ヒータコア側と前席側ヒータコアのバイパス通路側とに分岐される。したがって、前席側空調ユニット10は、前席側エアミックスドアの開度が調整されることにより、前席側ヒータコアを通過する温風と前席側ヒータコア18をバイパスする冷風との風量割合を調整し、車内前席側への吹出空気温度を制御することができる。
後席側空調ユニット5は後席側送風機8の作動により内気吸込口6から内気を吸入して空気清浄フィルタ7に向かって送風し、空気清浄フィルタ7によって除塵および脱臭を行う。そして、送風空気は後席側蒸発器9に向かって送風されて後席側蒸発器9によって冷却される。
後席側蒸発器9を通過した後の冷風は後席側エアミックスドア22により後席側ヒータコア21側と後席側ヒータコア21のバイパス通路側とに分岐される。後席側空調ユニット5は、後席側エアミックスドア22の開度が調整されることにより、後席側ヒータコア21を通過する温風と後席側ヒータコア21をバイパスする冷風との風量割合を調整し、車内後席側への吹出空気温度を制御することができる。
次に、本実施形態による電池冷却の制御について図4および図5に基づいて説明する。図4は本実施形態における電池冷却の制御処理手順の一例を示したフローチャートである。図5は図4のS20における冷却用ブロワ26のデューティ比の補正制御を示した制御マップである。
ハイブリッド自動車の運転開始信号が発生すると電池冷却の制御処理が開始される。図4は内気取入れモードの状態から電池冷却の制御処理手順を例示したものであり、冷却風の導入経路の変更に係る制御を示している。まず、HV制御装置42は温度センサにより電池パック1の温度を検出し、電池パック1の温度が所定値T1℃以下であるか否かを判断する(S10)。このT1℃は、電池パック1が即時に劣化しないが、その状態を放置しておくと劣化につながる温度であり、冷却用ブロワ26による冷却風量を増加して供給する必要がある状態を示している。
S10においてT1℃以下であると判断した場合は、HV制御装置42は冷却用ブロワ26による現状の風量を低減するように電圧のデューティ比を下げる制御信号をモータ26bに送りブロワレベルをダウンさせ(S11)、次にS10の判断処理を再度行う。この電圧のデューティ比を下げる制御信号は所定の下げ幅で段階的に送られ、風量は段階的に減少する。
他方、S10において所定値T1を超えていると判断した場合は、HV制御装置42は冷却用ブロワ26による現状の風量を増大するように電圧のデューティ比を上げる制御信号をモータ26bに送りブロワレベルをアップさせる(S13)。この電圧のデューティ比を上げる制御信号は所定の上げ幅で段階的に送られ、風量は段階的に増加する。
次に、冷却用ブロワ26のブロワレベルが所定の上限値未満であるか否かを判断する(S14)。この所定の上限値は、空調装置による車内への空調風の風量と電池パック1への冷却風の風量とのバランスから決定される値であり、冷却風の風量が過大になりすぎて空調風が減りすぎたり車内への騒音が大きくなりすぎたりしないように設定されたこれ以上冷却風の風量を上げる必要のない上限値である。
S14における判断が所定の上限値未満である場合は、HV制御装置42は冷却用ブロワ26による現状の風量を増大するように電圧のデューティ比を上げる制御信号をモータ26bに送りブロワレベルをアップさせ(S15)、次にS10の判断処理を再度行う。
他方、S14において所定の上限値以上であると判断した場合は、HV制御装置42は引き続いてサーボモータ30aに制御信号を送り導入経路切換えドア30を内気導入通路27のブロワケース側開口部を閉塞するように作動させて冷風取入れモードに切り換え、冷却風の導入経路を変更し、後席側蒸発器9で冷やされた冷風を冷風導入通路28を通じて導入する(S16)。
次に、後席側送風機8(空調用ブロワ)のデューティ比に基づいて冷却用ブロワ26のデューティ比を補正する制御を行う(S17〜S20)。まず、エアコン制御装置41は後席側送風機8のモータ8bに送られているデューティ比の情報をHV制御装置42に送り、HV制御装置42はこのデューティ比が所定値以下であるか否かを判断する(S17)。エアコン制御装置41はHV制御装置42と通信しながらモータ8bに対して電圧のパルス波のデューティ比を変化させて変調するPWM制御を行う。エアコン制御装置41は、パルスのデューティ比(モータ8bのON時間をON時間とOFF時間の合計時間で割った値)を変えることでモータ8bの電圧を制御する。
S17でデューティ比が所定値以下であると判断された場合は、HV制御装置42は冷却用ブロワ26による現状の風量を増大するようにデューティ比を上げる制御信号をモータ26bに送りブロワレベルをアップさせる(S18)。また、S17でデューティ比が所定値より大きいと判断された場合は、HV制御装置42は冷却用ブロワ26による現状の風量を低減するようにデューティ比を下げる制御信号をモータ26bに送りブロワレベルをダウンさせる(S19)。HV制御装置42は、このようにパルスのデューティ比(モータ26bのON時間をON時間とOFF時間の合計時間で割った値)を変えることでモータ26bの電圧を制御する。S18またはS19における制御信号は所定の上げ幅または下げ幅で段階的に送られ、冷却用ブロワ26による風量は段階的に増加または減少する。
S18またはS19において冷却用ブロワ26による風量の調整が行われた後、冷却用ブロワ26のモータ26bへのデューティ比を補正する制御を実行する(S20)。S20の補正制御は、図5の制御マップで示すような後席側送風機8(空調用ブロワ)のデューティ比(横軸)と冷却用ブロワ26のデューティ比(折れ線)の関係を満たすように行われる。
空調用ブロワのデューティ比は、乗員が空調操作パネルを操作することにより設定された空調温度や空調風量の信号に基づいてエアコン制御装置41で決定され、後席側送風機8(空調用ブロワ)のモータ8bに制御信号として送られる。つまり、エアコン制御装置41は、乗員が設定した空調温度や空調風量を満たすように、上述の各空調用機能品のアクチュエータに制御信号を出力するとともに、空調用ブロワのモータ8bに対しても継続的にデューティ比信号を出力している。このことから、空調用ブロワのデューティ比は図4に示す制御フローの中で常に制御されているので、変動するものであり、空調用ブロワが送風する空調空気の風量は変動し得る。
図5は、横軸を空調用ブロワのデューティ比(%)、縦軸を冷却用ブロワ26のデューティ比および風量(m/h)とし、折れ線は冷却用ブロワ26のデューティ比の特性を示し、棒グラフの斜線部は電池の冷却風量であり、白抜き部は車内に供給される空調風量である。
冷却用ブロワ26のデューティ比は、空調用ブロワのデューティ比が大きく空調用ブロワが吹き出す送風量が大風量のときは小さく設定され、空調用ブロワのデューティ比が小さく空調用ブロワが吹き出す送風量が小風量のときは大きく設定されることにより、発熱体への風量供給が過剰にならないようにしている。詳細には図5に示すように、冷却用ブロワ26のデューティ比は、空調用ブロワのデューティ比が増加するにつれて、いくつかの異なる傾き(減少率)にしたがいながら線形(一次関数的)に小さくなるように設定されている。
このようにHV制御装置42は、S20において、変動し得る後席側送風機8(空調用ブロワ)のモータ8bの出力が増加していると出力を下げるようにモータ26bのデューティ比(冷却用ブロワ26の出力)を制御する。また、HV制御装置42は、後席側送風機8(空調用ブロワ)のモータ8bの出力が高いときはモータ26bのデューティ比(冷却用ブロワ26の出力)を下げるように制御し、モータ8bの出力が低いときはモータ26bのデューティ比(冷却用ブロワ26の出力)を上げるように制御する。
冷却用ブロワ26のデューティ比は、空調用ブロワのデューティ比(以下、EBDとする)が第1の所定値になるまでは第1の傾きで減少させ、さらにEBDが第1の所定値から第2の所定値の間にあるときは第1の傾きよりも小さい第2の傾きにしたがって徐々に減少させるように制御される。さらにEBDが第2の所定値から第3の所定値の間にあるときは第1の傾きおよび第2傾きよりも大きな傾きの第3の傾きにしたがって急激に減少させるように制御される。さらにEBDが第3の所定値以上になると、冷却用ブロワ26のデューティ比をゼロにして冷却用ブロワ26を停止する。このように冷却用ブロワ26を停止しても、EBDが第3の所定値以上と大きいため、空調用送風機から送風される大風量の一部は冷風導入通路28を通って発熱体に供給されて、発熱体の冷却風量は確保される。
このような制御が行われることにより、空調用ブロワのデューティ比の増加に対して、車内に供給される空調風量は比例するように増加し(図5の白抜き棒グラフ)、電池の冷却風量は急激の増加しないで発熱体への過多の風量供給が抑制されるとともに、必要な空調風量が車内に供給されることなる。図5に示すような空調用送風機の出力増加度合と送風手段の出力変化度合との制御特性を満たすことにより、発熱体への冷却空気を略一定値などの所望の値に制御することが可能となる。
次にHV制御装置42は、S10における処理と同様に温度センサによって検出された電池表面の温度が所定値T1℃以下であるか否かを判断する(S21)。S21において温度センサによって検出された電池表面の温度がT1を超えていると判断した場合は、HV制御装置42は電池パック1への冷風の提供を継続する必要があるため、現在の冷却風の導入経路を維持し冷風取入れモードを継続し、再度S17に戻り、後席側送風機8(空調用ブロワ)のデューティ比に基づいて冷却用ブロワ26のデューティ比を補正する制御を行う(S17〜S20)。当該補正制御(S17〜S20)は電池表面の温度が所定値T1℃以下になるまで繰り返される。
S21において所定値T1℃以下であると判断した場合は、HV制御装置42は電池パック1を冷風で冷却する必要のない状態とみなして、サーボモータ30aに制御信号を送り導入経路切換えドア30を冷風導入通路28のブロワケース側開口部を閉塞するように作動させて内気取入れモードに切り換え、冷却風の導入経路を変更する(S22)。そして、再度、S10に戻り以降の処理を継続していく。
このように電池パック1が所定温度T1℃以下になるまでS17〜S20の冷風取入れ運転モードを継続することにより、電池パック1の冷却のために必要な冷却空気の風量を確保しながら車内へ必要な空調空気を提供する制御を実行できる。また、この制御を発熱体の冷却を要する状況において実行するので無駄の少ない効率的な運転が行われる。
発熱体の冷却のために必要な冷却空気の風量を確保しながら車内へ必要な空調空気を提供する制御を実行できる。また、この制御を発熱体の冷却を要する状況において実行するので効率的な運転を提供することができる。
以上のように本実施形態の車載発熱体の冷却装置は、車両に搭載された車両用空調装置で生成された空調空気を、車両に搭載されて発熱する電池パック1を冷却するための冷却空気として導入する運転モードを有しており、空調空気を冷却空気として電池パック1に供給する冷却用ブロワ26と、車両用空調装置で生成される空調空気を車内に向けて送風する空調用送風機(後席側送風機8)の出力に基づいて、冷却用ブロワ26にその作動を制御する制御信号を送信するHV制御装置42と、を備えており、HV制御装置42は、当該運転モードにおいて空調用送風機の出力が増加すると、当該冷却空気の風量を絞るように冷却用ブロワ26を作動させる制御信号を送信する。
この制御によれば、空調用送風機の出力が増加してその送風量が大きくなることに伴う発熱体への冷却空気の増加が抑制されるので、車内への空調空気の風量不足や電池パック1への冷却空気の過剰供給を防ぐことができ、効率的な運転を実行できる。
さらにHV制御装置42は、運転モードにおいて空調用送風機(後席側送風機8)の出力が所定値以上のときは冷却ブロワ26に出力を下げる制御信号を送信する。この制御を採用した場合には、空調用送風機の出力の程度に対して冷却ブロワ26の出力を増加または低減する制御を実行することにより、空調用送風機の出力が高いときに車内への空調空気の風量と冷却空気の風量とをより迅速に適切な風量バランスにもっていくことができる。
(第2実施形態)
第2実施形態は、第1実施形態の車載発熱体の冷却装置に対して、冷風導入通路28の通風を制御する冷風供給用ドア37を備えている点が異なり、これに伴い、冷却用ブロワ26のデューティ比を補正する制御の代わりに、冷風供給用ドア37の開度を補正する制御を実行する点が異なっている。その他の構成部品については第1実施形態と同様であり、構成、作用効果においても上述の記載と同様である。
以下、図6〜図9を用いて本実施形態を説明する。図6は本実施形態における後席側空調ユニットおよび電池冷却装置の構成を示した断面概略図である。図8は電池冷却の制御処理手順の一例を示したフローチャートである。図9は、図8のS34における冷却用ブロワ26のデューティ比の補正制御を示した制御マップである。
図6に示すように、ブロワケース32内には、ブロワケース側に形成された内気導入通路27の開口部を開閉できる導入通路切換えドア30と、ブロワケース側に形成された冷風導入通路28の開口部を開閉できる冷風供給用ドア37と、ブロワケース側に形成された外気導入通路29の開口部を開閉できる導入通路切換えドア31と、が配置されている。また、冷風供給用ドア37は冷風導入通路28の空調ケース側開口部を開閉可能なように空調ケース5a内に配置してもよい。
導入通路切換えドア30、31および冷風供給用ドア37は、電池パック1を冷却する空気が流れてくる導入経路を変更することができる経路変更ドアであり、図示しないリンク機構によって連動するように構成されている。図6は導入通路切換えドア30および31により内気導入通路27および外気導入通路29が閉塞され、冷風供給用ドア37により冷風導入通路28のみが開口されている状態を示しており、この状態は冷風取入れモードが設定されている状態である。
導入通路切換えドア30、31および冷風供給用ドア37は、冷風取入れモードの他に、内気導入通路27および冷風導入通路28を閉塞して外気導入通路29を開口する外気取入れモードと、冷風導入通路28および外気導入通路29を閉塞して内気導入通路27を開口する内気取入れモードと、冷風導入通路28のみを閉塞して内気導入通路27および外気導入通路29の両方を同時に開口する内外気同時取入れモードとを切換え自在に設定することができる。
次に、図7を用いて本実施形態の電池冷却装置および空調装置における制御手段の概要を説明する。図7は電池冷却装置および空調装置における制御手段の概要を示したブロック図である。本実施形態の制御手段は、第1実施形態と同様であり、エンジン制御装置40、HV制御装置42およびエアコン制御装置41のそれぞれが双方向に制御信号を通信して両制御装置を制御しながら、ハイブリッドシステムを制御している。
エアコン制御装置41に入力される信号は第1実施形態と同様である。エアコン制御装置41は、第1実施形態で記載した各空調用機能品の作動を制御することに加えて、冷風供給用ドア37のアクチュエータであるサーボモータ37aにも制御信号を出力して冷風供給用ドア37の作動を制御する。HV制御装置42は第1実施形態と同様にモータ26bに対して例えば電圧のパルス波のデューティ比を変化させて変調するPWM制御を行う。
HV制御装置42は、導入通路切換えドア30のアクチュエータを制御することにより内気導入通路27のブロワケース側開口部を開閉し、冷風供給用ドア37のアクチュエータを制御することにより冷風導入通路28のブロワケース側開口部を開閉し、導入通路切換えドア31のアクチュエータを制御することにより外気導入通路29のブロワケース側開口部を開閉する。
次に、本実施形態による電池冷却の制御について図8および図9に基づいて説明する。図8は本実施形態における電池冷却の制御処理手順の一例を示したフローチャートである。図9は図8のS34における冷却用ブロワ26のデューティ比の補正制御を示した制御マップである。
ハイブリッド自動車の運転開始信号が発生すると電池冷却の制御処理が開始される。図8は内気取入れモードの状態から電池冷却の制御処理手順を例示したものであり、冷却風の導入経路の変更に係る制御を示している。図8に示すフローチャートにおいてS10〜S16は、第1実施形態で説明した図4のS10〜S16と同様の処理である。
HV制御装置42は、S16の次に冷却用ブロワ26のモータ26bのデューティ比を固定値に設定する制御を実行する(S30)。S30の処理と以降のS31〜S34の処理により、本実施形態では冷却用ブロワ26のデューティ比を所定値に固定しながら、空調用ブロワのデューティ比に基づいて冷風供給用ドア37の開度を制御して、車内に供給される空調風量と発熱体に供給される冷却風量とが適切に制御されることになる。
次に、後席側送風機8(空調用ブロワ)のデューティ比に基づいて冷却用ブロワ26のデューティ比を補正する制御を説明する(S31〜S34)。まず、エアコン制御装置41は後席側送風機8のモータ8bに送られているデューティ比の情報をHV制御装置42に送り、HV制御装置42はこのデューティ比が所定値以下であるか否かを判断する(S31)。エアコン制御装置41はHV制御装置42と通信しながらモータ8bに対して電圧のパルス波のデューティ比を変化させて変調するPWM制御を行う。エアコン制御装置41は、パルスのデューティ比(モータ8bのON時間をON時間とOFF時間の合計時間で割った値)を変えることでモータ8bの電圧を制御する。
S31でデューティ比が所定値以下であると判断された場合は、HV制御装置42は冷風導入通路28を流れてくる現状の風量を増大するように冷風供給用ドア37のサーボモータ37aの作動角を大きくする制御信号をサーボモータ37aに送り冷風供給用ドア37の開度をアップさせる(S32)。サーボモータ37aの作動角は冷風導入通路28のブロワケース側開口部を閉塞する位置を0°とし、当該開口部を全開にする位置を90°とし、0〜90°の範囲で可変させることができる。
また、S31でデューティ比が所定値より大きいと判断された場合は、HV制御装置42は冷風導入通路28を流れてくる現状の風量を下げるようにサーボモータ37aの作動角を小さくする制御信号をサーボモータ37aに送り冷風供給用ドア37の開度をダウンさせる(S33)。S32またはS33における制御信号は所定の上げ幅または下げ幅で段階的に送られ、冷風導入通路28を流れてくる冷却風量は段階的に増加または減少する。
S32またはS33において冷風の風量調整が行われた後、冷風供給用ドア37の開度を補正する制御を実行する(S34)。S34の補正制御は、図9の制御マップで示すような後席側送風機8(空調用ブロワ)のデューティ比(横軸)と冷風供給用ドア37の開度(%)(実線)の関係を満たすように行われる。
冷風供給用ドア37の開度は、乗員が空調操作パネルを操作することにより設定された空調温度や空調風量の信号に基づいてエアコン制御装置41と通信するHV制御装置42で決定され、後席側送風機8(空調用ブロワ)のサーボモータ37aに制御信号として送られる。つまり、HV制御装置42およびエアコン制御装置41は、乗員が設定した空調温度や空調風量を満たすように、上述の各空調用機能品のアクチュエータに制御信号を出力するとともに、冷風供給用ドア37のサーボモータ37aに対しても継続的に作動角の信号を出力している。
空調用ブロワのデューティ比は、乗員が空調操作パネルを操作することにより設定された空調温度や空調風量の信号に基づいてエアコン制御装置41で決定され、後席側送風機8(空調用ブロワ)のモータ8bに制御信号として送られる。つまり、エアコン制御装置41は、乗員が設定した空調温度や空調風量を満たすように、上述の各空調用機能品のアクチュエータに制御信号を出力するとともに、空調用ブロワのモータ8bに対しても継続的にデューティ比信号を出力している。このことから、空調用ブロワのデューティ比は図4に示す制御フローの中で常に制御されているので、変動するものであり、このため空調用ブロワが送風する空調空気の風量は変動し得る。
図9は、横軸を空調用ブロワのデューティ比(%)、縦軸を冷風供給用ドア37の開度(%)および風量(m/h)とし、実線は冷風供給用ドア37の開度の特性を示し、棒グラフの斜線部は電池の冷却風量であり、白抜き部は車内に供給される空調風量である。
冷風供給用ドア37は、空調用ブロワのデューティ比が大きく空調用ブロワが吹き出す送風量が大風量のときは小さな開度に設定され、空調用ブロワのデューティ比が小さく空調用ブロワが吹き出す送風量が小風量のときは大きな開度に設定されることにより、発熱体への風量供給が過剰にならないようにしている。さらに、冷風供給用ドア37の開度は、空調用ブロワのデューティ比が増加するにつれて、一定の傾き(減少率)にしたがいながら線形(一次関数的)に小さくなるように設定されていることが好ましい。
このようにHV制御装置42は、S20において、後席側送風機8(空調用ブロワ)のモータ8bの出力が増加していると開度を小さくするように冷風供給用ドア37を制御する。また、HV制御装置42は、後席側送風機8(空調用ブロワ)のモータ8bの出力が高いときは冷風供給用ドア37の開度を小さくして冷風供給用ドア37を閉じるように作動させ、モータ8bの出力が低いときは冷風供給用ドア37の開度を大きくして冷風供給用ドア37を開くように作動させる。
このような制御が行われることにより、空調用ブロワのデューティ比の増加に対して、車内に供給される空調風量は比例するように増加し(図9の白抜き棒グラフ)、電池の冷却風量は急激に増加しないで発熱体への過多の風量供給が抑制されるとともに、必要な空調風量が車内に供給されることなる。図9に示すような空調用送風機の出力増加度合と冷風供給用ドア37の開度変化度合との制御特性を満たすことにより、発熱体への冷却空気を略一定値などの所望の値に制御することが可能となる。
次にHV制御装置42は、S10における処理と同様に温度センサによって検出された電池表面の温度が所定値T1℃以下であるか否かを判断する(S35)。S35において温度センサによって検出された電池表面の温度がT1を超えていると判断した場合は、HV制御装置42は電池パック1への冷風の提供を継続する必要があるため、現在の冷却風の導入経路を維持し冷風取入れモードを継続し、再度S31に戻り、後席側送風機8(空調用ブロワ)のデューティ比に基づいて冷風供給用ドア37の開度を補正する制御を行う(S31〜S34)。当該補正制御(S31〜S34)は電池表面の温度が所定値T1℃以下になるまで繰り返される。
S35において所定値T1℃以下であると判断した場合は、HV制御装置42は電池パック1を冷風で冷却する必要のない状態とみなして、サーボモータ37aおよびサーボモータ30aに制御信号を送り、冷風供給用ドア37を閉じ、導入経路切換えドア30を開くように作動させて内気取入れモードに切り換え、冷却風の導入経路を変更する(S36)。そして、再度、S10に戻り以降の処理を継続していく。
以上のように本実施形態の車載発熱体の冷却装置は、空調空気を前記冷却空気として電池パック1に導入する冷却用ブロワ26と、後席側空調ユニット5(車両用空調装置)から冷却空気を導入する冷風導入通路28と、開度が調整されることにより冷風導入通路28を開閉する冷風供給用ドア37と、を備え、HV制御装置42は冷風取入れモードにおいて後席側側送風機8の出力が増加すると冷風供給用ドア37に開度を小さくする制御信号を送信する。
この制御によれば、空調用送風機の出力が増加したときに冷風供給用ドア37の開度を小さくすることで発熱体への冷却空気の増加を抑制し、車内への空調空気の風量不足や発熱体への冷却空気の過剰供給を防ぐことができる。
さらにHV制御装置42は、冷風取入れモードにおいて空調用送風機の出力が所定値以上のときは冷風供給用ドア37に開度を小さくする制御信号を送信する。この制御によれば、空調用送風機の出力の程度に対して冷風供給用ドア37の開度を増加または低減する制御を実行することにより、空調用送風機の出力が高いときに車内への空調空気の風量と冷却空気の風量とをより迅速に適切な風量バランスにもっていくことができる。
(その他の実施形態)
上述の実施形態では、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。
例えば、図4および図8のフローチャートは、内気取入れモードから冷風取入れモードへの切り換えを示した例であるが、当該フローチャートを外気取入れモードから冷風取入れモードへの切り換えに適用することもできる。
また、導入通路切換えドア30、31および冷風供給用ドア37は、ドア本体の一端側に回動軸を有する片持ち式の開閉ドアであるが、これは一例にすぎず、例えば、回動軸をドア本体中央部に有するバタフライ式のドアや、通風方向に対して垂直方向に移動するスライド式ドアおよびフィルムドア等であってもよい。
また、上記実施形態において冷却用ブロワ26は、図1および図2に示すように、冷却用空気の導入経路である内気導入通路27、冷風導入通路28および外気導入通路29の下流側に位置するように配置されているが、これに限定されるものではなく当該各通路の上流側に位置するように配置されてもよい。つまり、電池パック1に供給される空気は、冷却用ブロワ26によって当該各通路に吸い込まれる構成の他、当該各通路へ吹き出される構成でもよい。
また、冷却用空気の導入経路は、内気導入通路27、冷風導入通路28および外気導入通路29に限定されるものではなく、少なくとも2つの通路や導入口を有するものであり、内気導入通路27、冷風導入通路28および外気導入通路29のうちのいずれか2つ、または当該3つの通路に加えてその他の通路を有していてもよい。
また、冷却用ブロワ26は、冷却用空気を電池パック1に対して吹き出す構成であるが、電池パック1よりも下流側に配置されて電池パック1に対して冷却用空気を吸気する構成であってもよい。
第1および第2実施形態における電池冷却装置および空調装置を車両に搭載した状態を示した車両側面の概略図である。 第1実施形態における後席側空調ユニットおよび電池冷却装置の構成を示した断面概略図である。 第1実施形態の電池冷却装置および空調装置における制御手段の概要を示したブロック図である。 第1実施形態における電池冷却の制御処理手順の一例を示したフローチャートである。 図4のS20における冷却用ブロワ26のデューティ比の補正制御を示した制御マップである。 第2実施形態における後席側空調ユニットおよび電池冷却装置の構成を示した断面概略図である。 第2実施形態の電池冷却装置および空調装置における制御手段の概要を示したブロック図である。 第2実施形態における電池冷却の制御処理手順の一例を示したフローチャートである。 図8のS34における冷却用ブロワ26のデューティ比の補正制御を示した制御マップである。
符号の説明
1…電池パック(発熱体)
5…後席側空調ユニット(車両用空調装置)
8…後席側送風機(空調用送風機)
26…冷却用ブロワ(風量調節手段、送風手段)
28…冷風導入通路
37…冷風供給用ドア(風量調節手段)
42…ハイブリッドビークル制御装置、HV制御装置(制御手段)

Claims (6)

  1. 車両に搭載された車両用空調装置(5)で生成された空調空気を、前記車両に搭載されて発熱する発熱体(1)を冷却するための冷却空気として導入する運転モードを有する車載発熱体の冷却装置であって、
    前記冷却空気の風量を調節する風量調節手段(26、37)と、
    前記車両用空調装置(5)で生成される空調空気を車内に向けて送風する空調用送風機(8)の出力に基づいて、前記風量調節手段(26、37)にその作動を制御する制御信号を送信する制御手段(42)と、を備え、
    前記制御手段(42)は、前記運転モードにおいて前記空調用送風機(8)の出力が増加すると、前記冷却空気の風量を絞るように前記風量調節手段(26、37)を作動させる制御信号を送信することを特徴とする車載発熱体の冷却装置。
  2. 前記風量調節手段は前記空調空気を前記冷却空気として前記発熱体(1)に供給する送風手段(26)で構成され、
    前記制御手段(42)は、前記運転モードにおいて前記空調用送風機(8)の出力が増加すると送風手段(26)に出力を下げる制御信号を送信することを特徴とする請求項1に記載の車載発熱体の冷却装置。
  3. さらに前記制御手段(42)は、前記運転モードにおいて前記空調用送風機(8)の出力が所定値以上のときは前記送風手段(26)に出力を下げる制御信号を送信することを特徴とする請求項2に記載の車載発熱体の冷却装置。
  4. 前記空調空気を前記冷却空気として前記発熱体(1)に導入する送風手段(26)と、
    前記車両用空調装置(5)から前記冷却空気を導入する冷風導入通路(28)と、を備え、
    前記風量調節手段(37)は開度が調整されることにより前記冷風導入通路(28)を開閉する冷風供給用ドア(37)で構成され、
    前記制御手段(42)は、前記運転モードにおいて前記空調用送風機(8)の出力が増加すると前記冷風供給用ドア(37)に開度を小さくする制御信号を送信することを特徴とする請求項1に記載の車載発熱体の冷却装置。
  5. さらに前記制御手段(42)は、前記運転モードにおいて前記空調用送風機(8)の出力が所定値以上のときは前記冷風供給用ドア(37)に開度を小さくする制御信号を送信することを特徴とする請求項4に記載の車載発熱体の冷却装置。
  6. 前記制御手段(42)は前記発熱体(1)が所定温度以下になるまで前記運転モードを継続することを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の車載発熱体の冷却装置。
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