JP2011076926A - 車載電池の冷却制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮空気作動装置の作動に支障を生じさせることなく、車載電池を効率よく冷却させる。
【解決手段】圧縮空気を供給する圧縮空気供給手段から車載電池の近傍に圧縮空気を導き、車載電池の温度が温度閾値を超えたら、車載電池の近傍で圧縮空気を噴出する。圧縮空気供給手段は、貨物用車両などに通常装備されているものを用いる。更に、圧縮空気貯留槽内の圧縮空気の圧力が圧力閾値を下回っていたなら、検出温度が閾値を越えていても、圧縮空気の噴出を行わない。これにより、圧縮空気を用いて車載電池を冷却でき、かつ圧縮空気の不足を防止できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッド車等に搭載されている車載電池を冷却する車載電池の冷却制御装置に関する。

動力源に内燃機関と電動機とを具えたハイブリッド車や、電池に蓄えた電力で走行する電気自動車には、走行用に、比較的容量が大きい電池が搭載されている。このようなハイブリッド車等に搭載されている車載電池は、充放電時の電流量が大きく、発熱量も大きい。そのため車載電池の過度の温度上昇を防止するため、適宜冷却を行い、電池の温度を所定値以下に保持する必要がある。

例えば特許文献１には、電池収納ケースに送風ファンを設け、送風ファンにより電池収納ケース内に外気を導入して内部の熱気を排出し、電池収納ケース内に収納されている電池を冷却する発明が記載されている。

特開２００８−０８４６５３号公報

しかしながら、外気を送風ファンを用いて電池収納ケース内に送風して車載電池を冷却する冷却方式では、導入される冷却風温度が外気温度に左右される。外気温度が高くなる夏季では、導入される冷却風の温度も高く、電池収納ケース内に冷却風を導入させても、車載電池を効率よく冷却することができない場合があった。また冷却を強めるために多量の外気を電池収納ケース内に導入させようとすると、ファンの駆動力が大きくなり、電力消費量が増加してバッテリー上がりのおそれや、発電機の負荷が増大して燃費を悪化させてしまうという問題があった。

また車両で使用されている圧縮空気を用いて車載電池を冷却することも考えられるが、圧縮空気が不足して、圧縮空気の本来の使用目的である制動機構の作動等に支障をきたすことも考えられる。

本発明は上記課題を解決し、車載電池の冷却において、圧縮空気を使用して車載電池を冷却させるとともに本来の圧縮空気の使用において支障を生じさせることのない車載電池の冷却制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、車載電池の冷却制御装置を次のように構成した。

圧縮空気を供給する圧縮空気供給装置から車載電池の近傍に圧縮空気を導き、車載電池の温度等を検出し、電池の冷却が必要と判断されたら、車載電池の近傍で圧縮空気を噴出する。トラックなど貨物用車両には通常、制動装置や各種空圧作動機器類を作動させる目的で圧縮空気を生成、貯蔵する圧縮空気供給装置が装備されている。車載電池の冷却には、かかる圧縮空気供給装置からの圧縮空気を用いる。

制御装置は、温度センサが車載電池の温度を検出すると、第２の温度閾値と車載電池の温度とを比較する。温度センサの検出温度が第２の温度閾値を越えたと判断すると、制御装置は、圧縮空気の噴出を決定し、前記圧縮空気噴出機構により圧縮空気を噴出させるように制御する。

さらに、電池に外気を導く冷却ファンを備えており、制御装置は、温度センサの検出温度が第２の温度閾値よりも低い第１の温度閾値を超えたと判断すると、冷却ファンを作動させることが好ましい。

さらに、圧縮空気供給装置の圧縮空気の圧力を検出する圧力検出手段を備えており、前記制御装置は、温度センサの検出温度が第２の温度閾値を超えている場合でも、圧力検出手段により検出された圧縮空気供給装置が供給する圧縮空気の圧力が圧力閾値以下であるときには、圧縮空気の噴出を停止させる圧縮空気噴出停止手段を備えていることが好ましい。

本発明にかかる車載電池の冷却制御装置は、次の効果を有している。

外気を圧縮すると、圧縮空気の温度は外気温より上昇するが、圧縮空気貯留槽の外壁などを通して熱が放散され、圧縮空気貯留槽内の圧縮空気は外気温にほぼ等しい温度になる。

そして圧縮空気を車載電池の近傍で噴出させると、空気流を車載電池の近傍に形成するとともに圧縮空気が断熱膨張し、噴出された空気の温度が低下する。これにより、車載電池に、外気より温度の低い空気を直接当接させたり、あるいは車載電池を収納した電池収納ケースの内部に温度の低い空気を流通させることができる。したがって夏季など外気の温度が高い時期であっても、車載電池を効率よく冷却することができる。

また車両に装備されている圧縮空気供給手段の圧縮空気の圧力が閾値以下の場合には、圧縮空気の噴出を一時停止させるため、圧縮空気の不足を招くことがなく、本来の圧縮空気作動装置の作動に支障を生じさせることがない。

冷却装置は、車両に既に装備されている圧縮空気供給手段の圧縮空気を用いることができるので、圧縮空気を生成するために新たな機構を必要とせず、低いコストで提供できる。また圧縮空気の噴出により空気流が形成されるので、送風ファンを作動させることなく、車載電池に送風でき、車載電池を効率よく冷却させることができる。

本発明にかかる車載電池の冷却制御装置を搭載した車両の一実施形態を示す構成図である。 電池収納ケースを示す断面図である。 車載電池の冷却手順を示すフローチャートである。

本発明にかかる車載電池の冷却制御装置の一実施形態について、図に示した冷却装置を参照して説明する。
図１に、車両１０の前半部分を示す。車両１０は、貨物用車両で、かつ内燃機関としてのエンジン１２と、電動機としてのモータ発電機１４を備えたハイブリッド車である。二点鎖線で車両１０の外形の一部を示す。

車両１０の四隅には、車輪１６（図では前輪を示す。）がそれぞれ取り付けられ、フレーム１８にはエンジン１２、モータ発電機１４、変速機２０、電池２２などが設けられている。車両１０は、エンジン１２とモータ発電機１４を適宜制御して走行し、また制動時にはモータ発電機１４を駆動させて制動エネルギーを回収する。モータ発電機１４を駆動させる電力や制動により回収した電力は、パワーコントロールユニット５１により、電池２２から取り出したり、電池２２に蓄えたりする。エンジン１２は、ガソリンエンジン、あるいはディーゼルエンジンのいずれでもよい。

また車両１０は、圧縮空気供給装置として、圧縮空気を生成する圧縮機２４と、圧縮機２４で生成した圧縮空気を貯蔵する圧縮空気貯留槽２６を備えている。圧縮機２４及び圧縮空気貯留槽２６は、貨物用車両などに従来から装備されている圧縮空気供給用の機構のものである。

圧縮機２４は、エンジン１２によって駆動され、ドライヤー３０を介して圧縮空気貯留槽２６の流入口に接続され、圧縮空気を圧縮空気貯留槽２６に供給している。

圧縮空気貯留槽２６は、例えば金属製の耐圧容器であり、圧縮機２４で生成された圧縮空気を貯留する。圧縮空気貯留槽２６の流出口には、空気配管３２が接続してある。空気配管３２は、制動器の倍力装置、その他車両１０に装備されている空圧作動機器類（いずれも図示せず。）に延びている。

また圧縮空気貯留槽２６には、圧力検出手段としての圧力センサ３４が設けられている。圧力センサ３４は、制御装置５０と信号線で接続され、圧縮空気貯留槽２６の内部の圧力を検出すると、その値を制御装置５０に送り出す。

電池２２は、モータ発電機１４に電力を供給し、またモータ発電機１４で発電した電力を蓄える二次電池であり、電池収納ケース４０内に収納されている。電池２２は、電池セルなどと呼ばれている単電池を複数連結させて構成されており、例えば４００ボルトの出力電圧を有している。

電池収納ケース４０は、図２に示すように周囲に壁体を具え、図の右側壁に設けられた流入口４２と、他端壁に設けられた流出口４４を除き、全体が密閉された構造を有している。電池収納ケース４０の内部には、電池保持体４６が設けられており、電池２２は、上下方向に空気が通るように適宜所定の間隔をもって電池保持体４６に保持されている。尚、電池間に間隔を設けず、電池の側面に空気を通すようにしてもよい。

流入口４２は、外気に開放され、外気開放部分にフィルタ４３が交換可能に取り付けられている。流入口４２は、流入通路４８に連通し、流入通路４８を介して電池２２の上部に通じている。

電池２２（電池保持体４６）の下部には、流出通路５２が接続されている。流出通路５２の他端は、流出口４４に通じている。また流出通路５２には、送風ファン５４が設けられている。送風ファン５４は、駆動回路５６（図２参照。）を介して制御装置５０に接続され、駆動回路５６を介して作動すると流出口４４の方向に送風する。

電池収納ケース４０には、温度検出手段としての温度センサ５８が設けられている。温度センサ５８は、制御装置５０と信号線で接続しており、電池収納ケース４０内の温度、すなわち電池２２の温度を検出すると、信号線を介して検出値を制御装置５０に送出する。

また電池収納ケース４０には、圧縮空気噴出機構７０が設けられている。圧縮空気噴出機構７０は、圧縮空気貯留槽２６から延びる空気配管３２と、空気配管３２の先端に設けられた噴出口７２と、開閉機構７４などから構成されている。

空気配管３２は、例えば制動装置に連結されている空気配管３２など、車両１０に敷設されている空気配管と同等の配管である。噴出口７２は、所定の絞り特性を具えており、図２に示すように流入通路４８内に開口している。噴出口７２は、圧縮空気を噴出させると、断熱膨張により効率よく温度が低下するように形成されている。

開閉機構７４は、電磁弁などからなる機構で、空気配管３２に設けられている。開閉機構７４は、制御装置５０と信号線で接続され、制御装置５０から開放信号が出されると空気配管３２を開放させる。尚、開閉機構７４と噴出口７２は、空気配管３２の先端に一体に組み付けた構成でもよい。

制御装置５０は、温度センサ５８から送られてきた検出値と第１の閾値とを比較し、電池温度が第１の閾値を越えたと判定したなら、送風ファン５４の駆動回路５６に作動信号を送る。更に制御装置５０は、圧縮空気噴出決定手段を具え、温度センサ５８から送られてきた検出値と第２の閾値とを比較し、電池温度が第２の閾値を越えたと判定したなら、開閉機構７４に作動信号を送る。一方制御装置５０は、電池２２の温度がこれら第２の閾値や第１の閾値を下回ったと判定したなら、開閉機構７４や駆動回路５６に送信している作動信号を停止させたり、あるいはそれらに停止信号を送る。

また制御装置５０は、圧縮空気噴出停止手段を具え、圧縮空気貯留槽２６に設けられた圧力センサ３４からの圧力値と圧力閾値とを比較し、圧縮空気貯留槽２６に設けられた圧力センサ３４からの圧力値と圧力閾値とを比較し、圧力値が圧力閾値を下回ったと判定すると、電池２２の温度にかかわらず、圧縮空気噴出機構７０を作動させず、また作動中のときは、その作動を中断させる。

圧力閾値は、車両１０に装備されている空圧作動機器類を機能させる上で必要とされる最低圧力値等から設定される。したがって圧力閾値は、制動装置等が使用する圧縮空気の使用量の他、圧縮機２４の圧縮空気生成能力や圧縮空気貯留槽２６の貯留容量なども勘案して設定される。また、圧縮空気の使用状態等を勘案して設定してもよい。

次に、車載電池の冷却装置の作動について、図３に示したフローチャートを用いて説明する。

車両１０は、制御装置５０とパワーコントロールユニット５１が、エンジン１２とモータ発電機１４とを適宜選択駆動させ、最適な駆動力で走行する。また、制動時には、従来の制動装置としての摩擦ブレーキを作動させるとともにモータ発電機１４を駆動させ、モータ発電機１４から電力として制動エネルギーを回収する。

電池２２は、パワーコントロールユニット５１を介して、走行中モータ発電機１４に電力を供給したり、モータ発電機１４が発電した電力を蓄える。制御装置５０は、温度センサ５８から送り出された検出値、つまり電池温度ｔを受け取ると（Ｓ−１０２）、第１の温度閾値ｔ１と比較し（Ｓ−１０４）、第１の温度閾値ｔ１を越えたと判定したら、作動信号を駆動回路５６に送り、送風ファン５４を所定の強度で作動させる（Ｓ−１０６）。送風ファン５４が作動されると、流出通路５２内の空気を流出口４４から排出するので、流入口４２から外気を流入通路４８に流入させ、電池２２の間を通して排出する。これにより、電池２２から熱を奪い、電池２２の温度を低下させる。

一方電池温度ｔは第１の温度閾値ｔ１を越えていないと判定されたら、送風ファン５４を作動させない、あるいは作動を停止させる（Ｓ−１０８）。

更に制御装置５０は、温度センサ５８からの検出値、つまり電池温度 ｔを第２の温度閾値ｔ２と比較し（Ｓ−１１０）、第２の温度閾値を越えたと判定したなら、送風ファン５４による送風のみでは電池２２の温度を低下させることが限界になったと判断し、圧縮空気貯留槽２６に設けられた圧力センサ３４からの圧力値Ｐを受け取り（Ｓ−１１２）、圧力閾値Ｐ１とを比較する（Ｓ−１１４）。圧縮空気貯留槽２６の圧力値Ｐが圧力閾値Ｐ１を超えていると判定されたら、開閉機構７４に作動信号を送り、空気配管３２を開放させる。

空気配管３２を開放させると、圧縮空気貯留槽２６に貯留されている圧縮空気が噴出口７２から流入通路４８内に噴出される（Ｓ−１１６）。

噴出口７２から噴出された圧縮空気は急激に膨張して圧力が低下し、噴出された空気の温度が低下する。電池収納ケース４０の流入通路４８内に噴出された圧縮空気は、流入通路４８を通って電池２２の間を通過する。その際、電池２２を冷気で冷却する。そして電池２２の熱で、温度が上昇した空気は、流出通路５２を通って流出口４４から排出される。

一方、ステップＳ−１１０にて、電池２２の検出温度ｔが第２の温度閾値ｔ２より低下したと判断されたり、ステップＳ−１１４にて、圧縮空気貯留槽２６の圧力値Ｐが圧力閾値Ｐ１を下回っていると判定されたら、圧縮空気噴出機構７０を作動させない、あるいは作動を停止させる（Ｓ−１１８）。そしてスタートに戻り、かかる動作が循環される。

上記車載電池の冷却装置は、外気温度に近い圧縮空気を電池２２の近傍にて噴出させるので、噴出された空気の温度が断熱膨張により低下し、外気温より低い温度の空気を電池２２に当てて温度を低下させることができる。したがって、効果的に電池２２の過熱を防止できる。

更に、圧縮空気貯留槽２６の圧力値が圧力閾値を下回った場合は、圧縮空気噴出機構７０が作動されないので、圧縮空気の圧力低下などを生じさせず、車両１０の制動装置など他の空圧作動機器類の作動に影響を与えることがない。

従来から車両に搭載されている既存の圧縮空気供給機構を用いることができ、配管類等を除いて圧縮装置類などを新たに増設する必要がなく、低コストで実現できる。圧縮空気を噴出させることにより、空気容量が増大し、それにより送風ファン５４を作動させることなく、電池収納ケース４０の内部に空気を流通させることが可能となる。

尚、圧縮空気噴出機構７０を作動させる際、送風ファン５４を作動させても、あるいは停止させてもよい。送風ファン５４を一時的に停止させ、噴出した圧縮空気、つまり冷気を電池２２の周囲にしばらく留まらせると、低温の空気を用いて効率よく電池２２を冷却させることができる。

更に、電池収納ケース４０の構造は、上記例に限るものではない。また、電池収納ケース４０内における電池２２の配置、及び冷却用空気の流れも上記例に限るものではない。また、温度閾値ｔ１、ｔ２や圧力閾値Ｐ１などを境界として送風ファン５４や圧縮空気噴出機構７０の作動のオンオフを変更しているが、チャタリングを防止する点から、作動のオンとオフの値の間に間隔をあけることが好ましい。

本発明は、ハイブリッド車や電気自動車などに搭載されている、容量の大きい車載電池を冷却する車載電池の冷却装置に用いられる。

１０…車両
１２…エンジン
１４…モータ発電機
２２…電池
２４…圧縮機
２６…圧縮空気貯留槽
３２…空気配管
３４…圧力センサ
４０…電池収納ケース
４２…流入口
４４…流出口
４８…流入通路
５０…制御装置
５２…流出通路
５４…送風ファン
５８…温度センサ
７０…圧縮空気噴出機構
７２…噴出口
７４…開閉機構

Claims (3)

1. 車両に搭載された電池と、
   前記車両に装備され、該車両の空圧作動機器に圧縮空気を供給する圧縮空気供給装置と、
   前記電池の温度を検出する電池温度検出手段と、
   前記圧縮空気供給装置に接続され、圧縮空気を噴出させる噴出口を前記電池近傍に具えた圧縮空気噴出機構と、
   前記温度検出手段が検出した前記電池の温度に基づき、圧縮空気供給装置に貯留された圧縮空気を前記圧縮空気噴出機構により前記電池に向かって噴出させるか否かを決定する制御装置と、を備えており、
   前記制御装置は、
   前記温度検出手段が検出した前記電池の温度が第２の温度閾値を超えたとき、圧縮空気の噴出を決定し、前記圧縮空気噴出機構により圧縮空気を噴出させることを特徴とする車載電池の冷却制御装置。
2. 前記電池に外気を導く冷却ファンを更に備え、
   前記制御装置は、
   前記第２の温度閾値よりも低い第１の温度閾値を超えた場合には、前記冷却ファンを作動させることを特徴とする請求項１記載の車載電池の冷却制御装置。
3. 前記圧縮空気供給装置が供給する圧縮空気の圧力値を検出する圧力検出手段を更に備え、
   前記制御装置は、
   前記温度検出手段が検出した前記電池の温度が第２の温度閾値を超えている場合でも、前記圧力検出手段により検出された前記圧縮空気供給装置が供給する圧縮空気の圧力が圧力閾値以下であるときには圧縮空気の噴出を停止させる圧縮空気噴出停止手段と、を備えていることを特徴とする請求項１記載の車載電池の冷却制御装置。

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