JP2009154697A - バッテリ温度管理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリの低温時に暖機して放電出力の低下を防止できるバッテリ温度管理装置を提供する。
【解決手段】車両に搭載されたバッテリ１２の温度を調整するバッテリ温度管理装置１において、バッテリ１２に車室内風を導く車室内風導入手段と、バッテリ１２に温風を導く温風導入手段を備えることを特徴とする。従って、バッテリ１２に車室内風または温風を当ててバッテリ１２を暖めることができ、バッテリ１２の低温時に暖機して放電出力の低下を防止できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリ温度管理装置に関する。

従来、ハイブリッド自動車等には、走行用モータ等に電気を供給するためのバッテリが搭載され、このバッテリとしては繰り返し充放電が可能なニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、或いはリチウムイオン電池等の二次電池の採用が実施・検討されている。
ところで、このようなバッテリは、高温になると充放電効率が低下してしまうため、後席側空調ユニットの冷風を用いて冷却する技術が公知となっている（特許文献１、２参照）。
特開２００４−１６７４号公報 特開２００７−１８５９９７号公報

しかしながら、従来の発明にあっては、バッテリの低温時に内部抵抗が高くなって放電出力が低下してしまうため、走行用モータに要求する出力を低く制限する必要が生じ、バッテリが所定温度になるまでは所望の走行用モータの出力、即ち、車両の駆動力が得られないという問題点があった。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、バッテリの低温時に暖機して放電出力の低下を防止できるバッテリ温度管理装置を提供することである。

請求項１記載の発明では、車両に搭載されたバッテリの温度を調整するバッテリ温度管理装置において、上記バッテリに車室内風を導く車室内風導入手段と、上記バッテリに温風を導く温風導入手段を備えることを特徴とする。

従って、バッテリに車室内風または温風を当ててバッテリを暖めることができ、バッテリの低温時に暖機して放電出力の低下を防止できる。

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

以下、実施例１を説明する。
図１は実施例１のバッテリ温度管理装置を示す全体図、図２は前席用空調ユニットの冷凍サイクルを示す図、図３は実施例１のシステム構成図、図４は実施例１のバッテリの温度管理を説明する模式図、図５〜８は実施例１のバッテリの温度管理における作動を説明する図である。

先ず、全体構成を説明する。
図１に示すように、実施例１のバッテリ温度管理装置１は、車室内後席の後方のリアパーシェル２の直下にトランクルーム３と隣接して配置された第１ケース４と、この第１ケース４の下方に配置される第２ケース５（第１ケース４と共に請求項の車室内風導入手段に相当）が備えられている。
第１ケース４の一方側には通路Ａ１が形成されると共に、この通路Ａ１はリアパーシェル２に設けられた吸い込み口１ａを介して車室内後方Ｒに連通されている。
これにより、車室内の空気（請求項の車室内風に相当、以下、内気と称す）を吸い込み口１ａから通路Ａ１を介して第１ケース４の上流部４ａに導入できるようになっている。

第１ケース４の上流部４ａには、空気清浄フィルタ６と、この空気清浄フィルタ６の下流側に空調用ファン７が配置され、さらに、この空調用ファン７の吹出側（下流側）には後席側エバポレータ８（請求項の冷却装置に相当）が配置されている。
図２に示すように、後席側エバポレータ８は、図示を省略する公知の前席側空調ユニット２０の冷凍サイクル２１から後席側膨張弁２２を介して分岐した冷媒通路に設けられ、後席側膨張弁２２で減圧された冷媒と空調用ファン７により送出された内気とを熱交換させることにより、この内気から気化熱を奪って吸熱・冷却するものである。

前席側空調ユニット２０の冷凍サイクル２１は、コンプレッサ２３と、コンデンサ２４と、レシーバ２５と、前席側膨張弁２６と、エバポレータ２７等を包含する閉回路からなる。
コンプレッサ２３は、冷媒を圧縮して高温・高圧の気体にしてコンデンサへ送出するものである。
コンデンサ２４は、コンプレッサ２３から送出された高温高圧の気体冷媒を冷却して液化した後、レシーバ２５へ送出するものである。
レシーバ２５は、コンデンサ２４から送出された余分な冷媒を一時貯留すると共に、冷媒の完全な気液分離を行った後、前席側膨張弁２６（後席側膨張弁２２共）へ送出するものである。
前席側膨張弁２６は、レシーバ２５から送出された冷媒を減圧して断熱膨張することにより冷媒を蒸発し易くした後、前席側エバポレータ２７へ送出するものである。
前席側エバポレータ２７は、前席側膨張弁２５で減圧された冷媒を外気（または内気）と熱交換させて気体化した後、コンプレッサ２３へ送出すると共に、この熱交換される外気から気化熱を奪って吸熱・冷却するものである。

後席側エバポレータ８の下流側に位置する第１ケース４の中流部４ｂは、ヒータコア９（請求項の温風導入手段に相当）を通過する温風とヒータコア９をバイパスする冷風との風量割合を回転駆動動作により調整可能なエアミックスドア１０が設けられている。

第１ケース４の他方側に位置する下流部４ｃには、足下または天井の吹き出し口１ｂを介して車室内後方Ｒに連通された通路Ａ２が形成されている。

これにより、内気を空調用ファン７で通路Ａ１の吸い込み口１ａから第１ケース４の上流部４ａに導入し、空気清浄フィルタ６及び後席側エバポレータ８を通過させてエアミックスドア１０でヒータコア９を通過する温風とヒータコア９をバイパスする冷風との風量割合を調整した後、通路Ａ２の吹き出し口１ｂを介して車室内後方Ｒへ戻すことが可能な後席側空調ユニット２８が形成されている。

第２ケースは、第１ケース４の下方位置で、且つ、トランクルーム３の床下部に配置されている。
第２ケース５の一方側に位置する上流部５ａには、第１ケース４の上流部４ａに連通した通路Ａ３（請求項の第２空調手段に相当）が形成されている。
また、通路Ａ３に隣接して、第１ケース４の中流部４ｂに連通した通路Ａ４（請求項の第１空調手段に相当）が形成されている。
また、通路Ａ４に隣接して、第１ケース４の下流部４ｃに連通した通路Ａ５（請求項の温風導入手段及び第１空調手段に相当）が形成されている。
さらに、第２ケース５の上流部５ａには、トランクルーム３に連通した通路Ａ６（請求項のトランクルーム外気導入手段に相当）が形成されると共に、各通路Ａ３、Ａ４、Ａ５に臨んだ状態でバッテリ用ファン１１が配置されている。

また、通路Ａ３には第１ケース４の上流部４ａから第２ケース５の上流部５ａへ導入する内気の風量を回転駆動動作により調整可能な弁Ｖ１が設けられている。
また、通路Ａ５には、第１ケース４の下流部４ｃから第２ケース５の上流部５ａへ導入する温風の風量を回転駆動動作により調整可能な弁Ｖ２が設けられている。
また、通路Ａ６には、トランクルーム３から第２ケース５の上流部５ａへ導入する外気の風量を回転駆動動作により調整可能な弁Ｖ３が設けられている。

なお、トランクルーム３はトランク蓋部等の微小隙間を通して外気雰囲気に連通しているので、トランクルーム３は外気雰囲気に近似した雰囲気になっている。
このため、トランクルーム３から第２ケース５の上流部５ａへの空気吸入は外気吸入とみなすことができる。

そして、バッテリ用ファン１１の吹出側（下流側）に位置する第２ケース５の中流部５ｂには、バッテリ１２が配置されている。
バッテリ１２は、車両の電動機（主に走行用の電動モータ）に電力を供給する充放電可能な二次電池であり、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、或いはリチウムイオン電池等の二次電池が採用されている。
また、実施例１のバッテリ１２は、所定隙間を有して積層された複数のバッテリモジュール１２ａから構成され、これらは第２ケース５の途中に介装されたバッテリパック１３内に収容されている。

これにより、バッテリ用ファン１１でバッテリパック１３の上流（入口）側から導入された風を各バッテリモジュール１２ａの所定隙間に通過させて熱交換させた後、バッテリパック１３の下流（出口）側へ排出できるようになっている。
さらに、バッテリパック１３の入口には雰囲気温度を検出可能なセンサ１４が設置されている。
また、バッテリモジュール１２ａには、その表面温度もしくは雰囲気温度からバッテリ１２の温度を検出可能なセンサ１６が設けられている。
なお、センサ１６は１つのみ図示しているが、その設置数や設置位置は適宜設定できる。

バッテリ１２の下流側に位置する第２ケース５の下流部５ｃには、車外に連通された車外排出口１ｃが設けられている。
また、第２ケース５の下流部５ｃの途中には、天井または足下の吹き出し口１ｂを介して車室内後方Ｒに連通された通路Ａ７（請求項の環流手段に相当）が形成され、さらに、この通路Ａ６と隣接してトランクルーム３に連通された通路Ａ８が形成されている。
また、通路Ａ７には、下流部５ｃから車室内後方Ｒへ戻す風量を調整可能な弁Ｖ４が設けられている。
また、通路Ａ８には、下流部５ｃからトランクルーム３へ導入する風量を調整可能な弁Ｖ５が設けられている。
なお、この弁Ｖ４（Ｖ５）が全開の状態では下流部５ｃを車外排出口１ｃへ向かって流れる空気の全量が通路Ａ７（Ａ８）に流入するようになっている。

さらに、図３に示すように、前述した空調用ファン７、ヒータコア９、エアミックスドア１０、バッテリ用ファン１１、弁Ｖ１〜Ｖ５等の作動は、これらと電気的に接続されたコントローラ１５によって制御されており、このコントローラ１５はセンサ１４からの検出結果信号と、前席側空調ユニット２０（詳細には前席側空調ユニット２０のコントローラ）からの空調制御信号に基づいて後述する車室内後方Ｒの空調制御及びバッテリ１２の温度管理制御を行うようになっている。

なお、コントローラ１５による以下に説明する制御は、公知のものと同様に前席側空調ユニット２０が稼働中の場合のみにおいて行うことができるようになっている。
また、以下に説明する制御は一例であって、この実施例に限定されるものではない。

次に、作用を説明する。
先ず、コントローラ１５による車室内後方Ｒの空調制御について説明する。

[冷房時について]
前席側空調ユニット２０による車室内の冷房時には、先ず、弁Ｖ１〜Ｖ３を閉じた状態とし、空調用ファン７を稼働させて（適宜ヒータコア９共）、内気を吸い込み口１ａから通路Ａ１を介して第１ケース４の上流部４ａに導入する。
次に、空気清浄フィルタ６及び後席側エバポレータ８を通過した内気は、エアミックスドア１０の回転駆動動作により、前席側空調ユニット２０で設定された吹き出し口目標温度に温度調整された冷風となって通路Ａ２の吹き出し口１ｂから車室内後方Ｒに吹き出すことにより、車室内後方Ｒの冷房を行う。

[内気循環時について]
前席側空調ユニット２０による内気循環時には、先ず、弁Ｖ１〜Ｖ３を閉じた状態とし、空調用ファン７を稼働させて、内気を吸い込み口１ａから通路Ａ１を介して第１ケース４の上流部に導入する。
次に、空気清浄フィルタ６及び後席側エバポレータ８を通過した内気は、エアミックスドア１０の回転駆動動作により、前席側空調ユニット２０で設定された吹き出し口目標温度に温度調整された風となって通路Ａ２の吹き出し口１ｂから車室内後方Ｒに吹き出すことにより、車室内後方Ｒの内気循環を行う。

[暖房時について]
前席側空調ユニット２０による暖房時には、先ず、弁Ｖ１〜Ｖ３を閉じた状態とし、空調用ファン７及びヒータコア９を稼働させて、内気を吸い込み口１ａから通路Ａ１を介して第１ケース４の上流部に導入する。
次に、空気清浄フィルタ６及び後席側エバポレータ８を通過した内気は、エアミックスドア１０の回転駆動動作により、前席側空調ユニット２０で設定された吹き出し口目標温度に温度調整された温風となって通路Ａ２の吹き出し口１ｂから車室内後方Ｒに吹き出すことにより、車室内後方Ｒの暖房を行う。

次に、制御ユニットによるバッテリ１２の温度管理制御について説明する。
ここでバッテリ１２の温度は、所定温度範囲内に維持するのが、バッテリ１２の耐久性能（寿命）及び放電出力性能の面から好ましい。
従って、例えば、図４に示すように、バッテリ１２を所定値ＴＢ１<バッテリ温度ＴＢ<所定値ＴＢ２に維持するためには、バッテリパック１３内の入口温度を所定値Ｔａ１<バッテリパック１３の入口温度：センサ１４の温度Ｔａ<所定値Ｔａ２に維持することが望ましい。

そこで、実施例１では、コントローラ１５が常にバッテリ１２の温度をセンサ１６から検出して後述するような温度管理を行う。
なお、バッテリ１２の温度はバッテリモジュール１２ａの発熱量から算出するようにしても良い。

[バッテリの低温時について]
図４に示すように、例えば冬場のエンジンスタート時等において、バッテリ１２が低温（バッテリ温度ＴＢ<所定値ＴＢ１）で車室内の暖房時Ｃ１には、先ず、図５に示すように、弁Ｖ２、Ｖ４、Ｖ５を開いた状態とし（ただし弁Ｖ４は半開）、弁Ｖ１、Ｖ３を閉じた状態とする。また、バッテリ用ファン１１を稼働させる。
これにより、通路Ａ５からの温風（例えば３０℃）をバッテリ用ファン１１による適宜の風量でバッテリ１２に通過させることにより、バッテリ１２を暖めることができる。
また、バッテリ１２を通過後の空気を通路Ａ７を介して車室内後方Ｒへ戻すと共に、通路Ａ８を介してトランクルーム３へ導入することにより、車室内の暖房を効率良くできる。

なお、バッテリ１２の温度が上昇して所定値ＴＢ１に近づいた場合には、弁Ｖ５を一時的に閉じてバッテリ１２を一時的に車外に連通させることにより、所定値ＴＢ１になるまでの上昇スピードを緩やかにしてバッテリ１２の温度調整を正確にできる。
その後、バッテリ１２の温度が所定値ＴＢ１になった場合には、弁Ｖ５を適宜の角度・タイミングで開閉させて、バッテリ１２を車外に連通させることにより、バッテリ１２の温度を前述した所定温度範囲内となるように維持する。

[バッテリの適温時について]
図４に示すように、バッテリ１２が所定温度範囲内（所定値ＴＢ１（℃）<バッテリ温度ＴＢ<所定値ＴＢ２）で内気循環時Ｃ２には、図６に示すように、弁Ｖ１、Ｖ４を開いた状態とし、弁Ｖ２、Ｖ５を閉じた状態とし、弁Ｖ３を適宜の角度・タイミングで開閉動作させる。また、バッテリ用ファン１１を稼働させる。

これにより、通路Ａ２を介した内気（例えば１０℃）をバッテリ用ファン１１により適宜の風量でバッテリ１２に通過させることにより、バッテリ１２を冷機または暖機した後、通路Ａ７を介して車室内へ戻すが、この際、予めバッテリ１２を通過後の空気の温度を予測し、この空気の温度が、通路Ａ２を介して車室内後方Ｒに戻る空気の温度と同じ温度となるように弁Ｖ３を適宜の角度・タイミングで開閉させて第２ケース５の上流部５ａでトランクルーム３の外気を内気に混合させる。
なお、バッテリ１２を通過後の空気の温度Ｔａ３は、バッテリ１２の発熱量＝空気質量×（Ｔａ−Ｔａ３）により予測する。
従って、バッテリ１２を通過後に通路Ａ７を介して車室内後方Ｒに戻る空気と通路Ａ７を介して車室内後方Ｒに戻る空気とが混合することにより、車室内の温度が不安定になって温度調整に時間が掛かってしまうのを防止できると同時に、車室内の負圧化を防止できる。

[バッテリの高温時について]
図４に示すように、例えば夏場の渋滞時等において、バッテリ１２が高温（バッテリ温度ＴＢ>所定値ＴＢ２＋α）で冷房時Ｃ３には、図７に示すように、弁Ｖ４、Ｖ５を開いた状態とし（ただし弁Ｖ４は半開）、弁Ｖ１〜Ｖ３を閉じた状態とする。また、バッテリ用ファン１１を稼働させる。
これにより、通路Ａ４からの冷風（例えば０℃）をバッテリ用ファン１１による適宜の風量でバッテリ１２に通過させることにより、バッテリ１２を冷却することができる。
また、バッテリ１２を通過後の空気を通路Ａ７を介して車室内後方Ｒへ戻すと共に、通路Ａ８を介してトランクルーム３へ導入することにより、車室内の冷房を効率良くできる。

なお、バッテリ１２の温度が所定値ＴＢ２に近づいた場合には、弁Ｖ５を一時的に閉じてバッテリ１２を一時的に車外に連通させることにより、所定値ＴＢ２になるまでの下降スピードを緩やかにしてバッテリ１２の温度調整を正確にできる。
その後、バッテリ１２の温度が所定値ＴＢ２になった場合には、弁Ｖ５を適宜の角度・タイミングで開閉させて、バッテリ１２を車外に連通させることにより、バッテリ１２の温度を前述した所定温度範囲内となるように維持する。

[バッテリの異常高温時について]
図４に示すように、バッテリ１２が異常高温（バッテリ温度ＴＢ>所定値ＴＭＡＸ）で冷房時Ｃ４には、図８に示すように、弁Ｖ１〜Ｖ３を閉じた状態にしてバッテリ１２を冷却すること等は前述のバッテリ１２の高温時と同様である。

また、この際、弁Ｖ４、Ｖ５を閉じた状態として、バッテリ１２を通過後の空気を全て車外排出口１ｃから車外へ排出することにより、バッテリ１２の異常高温時に電解液が蒸発して発生したガスが車室内に侵入するのを防止でき、このガスをバッテリ１２を通過後の空気と共に車外へ速やかに排出できる。

次に、効果を説明する。
このように実施例１のバッテリ温度管理装置１では、バッテリ１２が低温で暖房時Ｃ１には、バッテリ１２に温風を当てて暖めることで放電出力が低下するのを防止でき、バッテリ１２の暖機時間を短くして安定した放電出力を得ることができる。
加えて、バッテリ１２を通過後の空気を車室内後方Ｒ及びトランクルーム３へ導入することにより、車室内の暖房を効率良くできると同時に、車室内の負圧化を防止できる。

また、バッテリ１２が所定温度範囲内で内気循環時Ｃ２には、バッテリ１２に内気とトランクルーム３の外気を当ててバッテリ１２を冷機または暖機することにより、バッテリ１２の温度を所定温度範囲内に維持することができ、バッテリ１２の安定した放電出力を得ることができる。
加えて、バッテリ１２を通過後の空気を車室内後方Ｒへ導入することにより、車室内の負圧化を防止できる。
さらに、通路Ａ７を介して車室内後方Ｒに戻る空気の温度と通路Ａ２を介して車室内後方Ｒに戻る空気の温度を等しくすることにより、バッテリ１２の冷機・暖機に関係なく車室内の空調を安定できる。

また、バッテリ１２が高温で冷房時Ｃ３には、バッテリ１２に冷風を当てて冷却することで放電出力が低下するのを防止でき、バッテリ１２の冷機時間を短くして安定して出力を得ることができる。
加えて、バッテリ１２を通過後の空気を車室内後方Ｒ及びトランクルーム３へ導入することにより、車室内の冷房を効率良くできると同時に、車室内の負圧化を防止できる。

また、バッテリ１２が異常高温で冷房時Ｃ４には、バッテリ１２に冷風を当てて冷却することで放電出力が低下するのを防止でき、バッテリ１２の冷機時間を短くして安定して出力を得ることができる。
加えて、バッテリ１２を通過後の空気を全て車外へ排出することにより、バッテリ１２の異常高温時に電解液が蒸発して発生したガスが通路Ａ７を介して車室内に侵入したり、トランクルーム３の僅かな車室内に侵入するのを防止でき、このガスをバッテリ１２を通過後の空気と共に車外へ速やかに排出できる。

以上、実施例を説明してきたが、本発明は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
例えば、実施例１の後席側空調ユニット２８を利用してバッテリの温度管理を行ったが、前席用空調ユニット２０のみを利用しても良く、この際、バッテリ１２を車両前方のエンジンルーム内に設けても良い。

実施例１のバッテリ温度管理装置を示す全体図である。 前席用空調ユニットの冷凍サイクルを示す図である。 実施例１のシステム構成図である。 実施例１のバッテリの温度管理を説明する模式図である。 実施例１のバッテリの温度管理における作動を説明する図である。 実施例１のバッテリの温度管理における作動を説明する図である。 実施例１のバッテリの温度管理における作動を説明する図である。 実施例１のバッテリの温度管理における作動を説明する図である。

符号の説明

Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、Ａ７、Ａ８ 通路
Ｒ 車室内後方
Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５ 弁
１ バッテリ温度管理装置
１ａ 吸い込み口
１ｂ 吹き出し口
１ｃ 車外排出口
２ リアパーシェル
３ トランクルーム
４ 第１ケース
４ａ 上流部
４ｂ 上流部
４ｃ 下流流部
５ 第２ケース
５ａ 上流部
５ｂ 上流部
５ｃ 下流部
６ 空気清浄フィルタ
７ 空調用ファン
８ エバポレータ
９ ヒータコア
１０ エアミックスドア
１１ バッテリ用ファン
１２ バッテリ
１２ａ バッテリモジュール
１３ バッテリパック
１４ センサ
１５ コントローラ
１６ センサ
２０ 前席側空調ユニット
２１ 冷凍サイクル
２２ 後席側膨張弁
２３ コンプレッサ
２４ コンデンサ
２５ レシーバ
２６ 前席側膨張弁
２７ 前席側エバポレータ
２８ 後席側空調ユニット

Claims (8)

1. 車両に搭載されたバッテリの温度を調整するバッテリ温度管理装置において、
   前記バッテリに車室内風を導く車室内風導入手段と、
   前記バッテリに温風を導く温風導入手段を備えることを特徴とするバッテリ温度管理装置。
2. 請求項１記載のバッテリ温度管理装置において、
   前記車室内風導入手段の途中に冷却装置を備えることを特徴とするバッテリ温度管理装置。
3. 請求項１または２記載のバッテリ温度管理装置において、
   前記バッテリ通過後の空気を車室内に戻す環流手段を備えることを特徴とするバッテリ温度管理装置。
4. 請求項１〜３のうちのいずれかに記載のバッテリ温度管理装置において、
   トランクルームの空気をバッテリに導くトランクルーム外気導入手段を備えることを特徴とするバッテリ温度管理装置。
5. 請求項１〜４のうちのいずれかに記載のバッテリ温度管理装置において、
   前記車室内風導入手段は、車室内風を前記冷却装置を介してバッテリに導入する第１空調手段と、該冷却装置をバイパスしてバッテリに導入する第２空調手段を備えることを特徴とするバッテリ温度管理装置。
6. 請求項１〜５のうちのいずれかに記載のバッテリ温度管理装置において、
   前記車室内風導入手段、温風導入手段、及びトランクルーム外気導入手段が、バッテリに導く風量を駆動動作により調整可能な弁をそれぞれ備え、
   前記バッテリが所定の温度範囲内となるように各弁の弁開度を調整することを特徴とするバッテリ温度管理装置。
7. 請求項１〜６のうちのいずれかに記載のバッテリ温度管理装置において、
   前記車両が前席側空調ユニットと後席側空調ユニットを備え、
   前記車室内風導入手段及び温風導入手段を後席側空調ユニットまたは後席側空調ユニットの一部で構成したことを特徴とするバッテリ温度管理装置。
8. 請求項７記載のバッテリ温度管理装置において、
   前記車室内の内気循環時には、前記バッテリ通過後に環流手段を介して車室内に戻す空気の温度と後席側空調ユニットまたは後席側空調ユニットから直接車室内に戻す空気の温度とを一致させることを特徴とするバッテリ温度管理装置。

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