JP2015120505A - 電気自動車またはハイブリッド車の電池の冷却システム - Google Patents
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Abstract
【課題】電気自動車またはハイブリッド車の分野において、充電または放電時に熱くなる電気エネルギー蓄電池を冷却することが必要である。【解決手段】蓄電池の液体冷却回路であって、蓄電池を冷却するための要素2に接続された、熱伝達流体を循環させるためのメインループ6と、空調システム13の放熱器3および/または熱交換4によって熱伝達流体を冷却するように、空気冷却放熱器3にメインループ6を接続する第1のバイパス8と、自動車に装備された空調システム13に接続されるように構成された熱交換器4にメインループ6を接続する第2のバイパス9とを備える液体冷却回路に関する。メインループ6は、第1のプログレッシブ三方弁11によって第1のバイパス8に接続され、メインループ6は、第2のプログレッシブ三方弁12によって第2のバイパス9に接続される。【選択図】図1
Description
本発明は、リチウムイオン電池など、容量および耐用寿命が熱調整の品質に関係する、電気自動車またはハイブリッド車の電池の冷却に関する。
電気自動車またはハイブリッド車の分野において、充電または放電時に熱くなる電気エネルギー蓄電池を冷却することが必要である。
この冷却は、熱伝導で電池を冷却するように、1つ以上の電池または電池の構成セルと接触状態にある中空冷却プレートを通って流れる熱伝達液によって行われる。
熱伝達液は、例えば、外気によって冷却される放熱器で冷却されることで、電池で発生した熱が、液体冷却回路によって外部に放出される。
また、熱伝達液は、熱伝達液/冷却剤タイプの交換器を通って流れることによって冷却されてもよく、交換器は、車両の主要空調ループに接続され、主要空調ループの冷却剤のすべてまたは一部が交換器を通って流れる。
しかしながら、これらの冷却モードは精度および効率性に欠けるため、熱伝達液は、十分な精度で設定点温度に常に保たれるわけではない。
本発明の目的は、車両の電池を冷却するための新規な高精度の機構を提案することである。
この目的を達成するために、本発明の主題は、電気タイプまたはハイブリッドタイプの自動車の蓄電池の液体冷却回路であって、蓄電池を冷却するための要素に接続された、熱伝達流体を循環するためのメインループと、空気冷却放熱器および/または熱交換器によって熱伝達流体を冷却するように、自動車に装備された空調システムに接続されるように構成された少なくとも1つの空気冷却放熱器および/または少なくとも1つの熱交換器にメインループを接続する少なくとも1つのバイパスとを備え、バイパスはそれぞれ、熱伝達流体の温度に依存してバイパスのそれぞれの流量を制御する流量コントローラによってメインループに接続されることを特徴とする回路である。
交換器または放熱器が、電池の熱制約に対して熱伝達流体の過度の冷却力を供給すれば、この機構により、流れの一部のみをこの交換器またはこの放熱器に向け、流れの他の部分をそらすことが可能になる。このように、電池を冷却するための熱伝達流体の温度は、所望の限界温度を下回らず、この流体は、電池を冷却するための機構を通って、連続的かつ安定して流れる。
また、本発明は、各流量コントローラが、熱伝達流体の温度を測定するためのセンサに接続された制御ユニットによって制御されるプログレッシブ三方弁である、上述した回路に関する。
また、本発明は、メインループを空気冷却放熱器に接続する第1のバイパスと、メインループを熱交換器に接続する第2のバイパスとを備え、第1のバイパスおよび第2のバイパスは、熱伝達流体の温度に依存して流量を制御する流量コントローラによってメインループにそれぞれ接続される回路に関する。
また、本発明は、空調システムに接続されるように構成された熱交換器が、空調システムにおける流体用の蒸発器である回路に関する。
好ましくは、空調システムは、空調システムにおける流体用の蒸発器である熱交換器を備える。
また、本発明は、上述したような回路に関し、制御ユニットは、システムの冷却力を増減するために、自動車の前記空調システムを制御するための手段を備える。
本発明の変形実施形態によれば、空調システムは、圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器を備えるメインループを備える。圧縮機は、膨張弁を通って流れる前に凝縮器を通った後、再び圧縮機に達する前に蒸発器を通過するように、冷却流体をメインループに流す。このように、空調システムのこのメインループにおいて、冷却剤流体は、凝縮器で熱を放出し、凝縮器で熱を取り込む熱力学サイクルを行う。
好ましくは、空調システムのメインループは、凝縮器の出口および圧縮機の入口に接続された別のバイパスループによって熱交換器に接続される。このバイパスループは、好ましくは、空調システムのメインループに戻るために熱交換器を通って流れ、圧縮機の入口で再注入される前に冷却剤流体が通過する膨張弁を備える。
本発明の1つの変形実施形態によれば、空調システムは、膨張弁および蒸発器を通る冷却剤流体の流れを許容または防止するための流量コントローラを備えうる。
さらに、本発明の別の変形実施形態によれば、空調システムのメインループを熱交換器に接続するバイパスループは、膨張弁および交換器を通る冷却剤流体の通過を許容または防止するための流量コントローラを備えうる。
好ましくは、第1および第2のバイパスは、メインループに沿って順に配設される。このように、流量コントローラは、熱伝達流体が放熱器および交換器において連続して冷却されるように作動される。
好ましくは、流量コントローラは、前記流量の漸進的制御を可能にする。
また、本発明は、上述したような電気タイプまたはハイブリッドタイプの自動車の蓄電池の液体冷却回路を制御する方法であって、液体冷却回路は、
−自動車に装備された空調システムに接続されるように構成された熱交換器と、
−熱伝達流体の温度を測定するためのセンサと、外気温を測定するためのセンサとに接続され、メモリ手段を備える制御ユニットと、
を備え、以下のステップが連続して実行され、すなわち、
(a)設定点値と呼ばれる温度値およびしきい値と呼ばれる別の温度値がメモリ手段に格納され、
(b)熱伝達流体の温度および外気温がセンサによって測定され、
(c)熱伝達流体の温度および設定点値は、制御ユニットによって比較され、例えば、3℃〜5℃の温度値は、好ましくは、この比較が実行される前に設定点値に加算または設定点値から減算され、
d.1)熱伝達流体の温度が設定点値より高ければ、外気温およびしきい値は、制御ユニットによって比較され、例えば、3℃〜5℃の温度値は、好ましくは、この比較が実行される前にしきい値に加算または設定点値から減算され、
d.2)外気温が前記しきい値より低ければ、制御ユニットは、
−放熱器の流量コントローラが完全に開かれれば、熱交換器の流量コントローラの開口が漸進的に増大され、
−放熱器の流量コントローラが完全に開かれなければ、好ましくは、熱交換器の流量コントローラが完全に閉じられれば、放熱器の流量コントローラの開口が漸進的に増大され、
d.3)外気温がしきい値以上であれば、制御ユニットは、熱交換器の流量コントローラの開口を漸進的に増大し、放熱器の流量コントローラを閉じ、
e.1)熱伝達流体の温度が設定点より低ければ、制御ユニットは、
−熱交換器の流量コントローラが完全に閉じられ、放熱器の流量コントローラが開かれれば、放熱器の流量コントローラの開口を漸進的に低減させ、
−熱交換器の流量コントローラが開かれれば、熱交換器の流量コントローラの開口を漸進的に低減させることを特徴とする方法に関する。
−自動車に装備された空調システムに接続されるように構成された熱交換器と、
−熱伝達流体の温度を測定するためのセンサと、外気温を測定するためのセンサとに接続され、メモリ手段を備える制御ユニットと、
を備え、以下のステップが連続して実行され、すなわち、
(a)設定点値と呼ばれる温度値およびしきい値と呼ばれる別の温度値がメモリ手段に格納され、
(b)熱伝達流体の温度および外気温がセンサによって測定され、
(c)熱伝達流体の温度および設定点値は、制御ユニットによって比較され、例えば、3℃〜5℃の温度値は、好ましくは、この比較が実行される前に設定点値に加算または設定点値から減算され、
d.1)熱伝達流体の温度が設定点値より高ければ、外気温およびしきい値は、制御ユニットによって比較され、例えば、3℃〜5℃の温度値は、好ましくは、この比較が実行される前にしきい値に加算または設定点値から減算され、
d.2)外気温が前記しきい値より低ければ、制御ユニットは、
−放熱器の流量コントローラが完全に開かれれば、熱交換器の流量コントローラの開口が漸進的に増大され、
−放熱器の流量コントローラが完全に開かれなければ、好ましくは、熱交換器の流量コントローラが完全に閉じられれば、放熱器の流量コントローラの開口が漸進的に増大され、
d.3)外気温がしきい値以上であれば、制御ユニットは、熱交換器の流量コントローラの開口を漸進的に増大し、放熱器の流量コントローラを閉じ、
e.1)熱伝達流体の温度が設定点より低ければ、制御ユニットは、
−熱交換器の流量コントローラが完全に閉じられ、放熱器の流量コントローラが開かれれば、放熱器の流量コントローラの開口を漸進的に低減させ、
−熱交換器の流量コントローラが開かれれば、熱交換器の流量コントローラの開口を漸進的に低減させることを特徴とする方法に関する。
好ましくは、冷却要求がさらに高まると、制御ユニットは、熱伝達流体を冷却して設定点に達することができるように、空調システムに冷却力を高めさせる。
本発明は、以下においてさらに深く理解され、他の特徴および利点は、添付の単一の図面を参照しながら例示的に与えられ、非限定的な実施例によって提示され、本発明および実施方法の説明の理解を補い、必要に応じて、本発明の規定に寄与する助けとなりうる実施形態を備える以下の詳細な記載を読むことで明らかになる。
図1に示され、参照番号1を有する本発明による回路は、熱伝達流体が流れる複数の冷却プレート2によって蓄電池(図示せず)を冷却する。これらの冷却プレート2は、伝導によって蓄電池または蓄電池のセルを冷却するために、蓄電池またはセルと接触状態にある。
この熱伝達流体は、外気流によって冷却される放熱器3によって、および/または、自動車に装備された空調システム13の回路によって冷却される熱交換器4によって、外部条件に応じて、設定点値と呼ばれる値を有する温度に冷却によって維持される。
実際の冷却回路は、熱伝達流体が冷却プレート2を通って流れるようにするためのポンプ7を備えるメインループ6を備える。このメインループ6は、第1のバイパスループ8によって放熱器3に接続される一方で、第2のバイパスループ9によって熱交換器4に接続される。
この回路は、メインループ6と第1のバイパスループ8とを連通状態にする第1のプログレッシブ三方弁11を備える。この弁11が完全に開かれると、メインループ6を流れる熱伝達流体のすべてが、第1のバイパス8を通って流れることで、熱伝達流体は放熱器3において冷却される。一方、この弁11が完全に閉じられると、熱伝達流体は第1のバイパスループ8を通って流れなくなる。
この回路は、メインループ6と第2のバイパスループ9とを連通状態にする第2のプログレッシブ三方弁12を備える。この第2の弁12が完全に開かれると、メインループ6を流れる熱伝達流体のすべては、第2のバイパス9を通って流れることで、熱伝達流体は熱交換器4において冷却される。一方、この第2の弁12が完全に閉じられると、熱伝達流体は第2のバイパス9を通って流れなくなる。
このように、第1の弁11は、放熱器3を通る熱伝達流体の流れを制御するための弁であり、第2の弁12は、熱交換器4を通る熱伝達流体の流れを制御可能にする弁である。
図1から分かるように、熱伝達流体/冷却剤タイプのものであり、第2のバイパス9に接続された熱交換器4もまた、自動車に装備された空調システム13に接続される。このように、熱交換器4により、空調システム13によって生成された冷気によって熱伝達流体を冷却可能である。
この空調システム13は、膨張弁18と蒸発器19を通過した後に圧縮機16に再度達する前に、凝縮器17を通過するように、このループ14を通って冷却剤流体を流すようにする圧縮機16を備えるメインループ14を備える。このメインループにおいて、冷却剤流体は、凝縮器17で熱を放出して蒸発器19で熱を取り込む熱力学サイクルを行う。
このメインループ14は、凝縮器17の出口および圧縮機16の入口に接続される別のバイパスループ21によって熱交換器4に接続される。このバイパスループ21は、メインループに戻るために熱交換器4を通って流れ、圧縮機16の入口に再注入される前に冷却剤流体が通過する膨張弁22を備える。
さらに、空調システム13は、冷却剤流体が膨張弁18および蒸発器19を通る流れを許容または防止するための弁23を備える。このバイパスループ21は、膨張弁22および交換器4を通る冷却剤流体の通過を許容または防止するための弁24を備える。
このように、空調システム13の動作時、このシステム13の冷却剤流体のすべてまたは一部は、蓄電池を冷却するための回路1を流れる熱伝達流体を冷却するように、熱交換器4の方へそらされうる。
制御ユニット(図示せず)は、異なるセンサによって回路1およびシステム13に接続され、また、熱伝達流体を冷却して設定点温度に熱伝達流体を保つようにプログレッシブ三方弁11および12を制御するために、プログレッシブ三方弁11および12に接続される。
さらに、放熱器3および凝縮器17は、矢印27で表される冷却空気の流れにさらされ、これにより、最初に、放熱器3は、この放熱器3を通って流れる熱伝達流体を冷却し、次に、凝縮器17は、空調システム13の冷却流体から熱を放出しうる。
図1から分かるように、第1のバイパス8および第2のバイパス9は、メインループ6に沿って順に配設される。弁11および12は、熱伝達流体が放熱器3および交換器4に冷却されるように作動されうる。
液体冷却回路1を制御するための方法は、特に、蓄電池の冷却要求に依存して、弁11、12を開閉する選択を含む。
このように、蓄電池の冷却要求が比較的低く、外気温が十分に冷たいとき、熱交換器4の弁12は、熱伝達流体が熱交換器4を通って流れることができないように閉じられ、放熱器3の弁11は、熱伝達流体を設定点温度に保つために、ある程度開かれる。
この制御は、制御ユニット(図示せず)によって実行され、制御ユニットは、熱伝達流体の温度を測定するためのセンサに接続され、測定温度が設定点値より高ければ、弁11の開口を増大させ、測定温度が設定点温度より低い場合、この開口を低減させる。
一方、冷却要求が高い場合、すなわち、放熱器3の弁11が完全に開かれているが、熱伝達流体の温度が設定点温度より高いままである場合、熱交換器4に関連する弁12は、放熱器3によって冷却された熱伝達流体のすべてまたは一部が熱交換器4を通過するように開くように作動される。
この場合、空調システム13は、熱伝達流体の冷却のすべてまたは一部を実行するように始動される。詳細には、空調システム13は、乗員室の温度を下げたい車両乗員室の乗員によって予め始動されてもよい。そうでなければ、空調システム13は、冷却剤流体が熱交換器4を通って効率的に流れるようにするために、弁23および24を制御する制御ユニット(図示せず)によって動作状態になる。
次に、熱伝達流体は、熱交換器4を通って流れる空調システム13の冷却剤流体によって熱交換器4において冷却されることで、熱伝達流体が設定点温度で保たれるように冷却力を著しく増大させることが可能になる。
次に、放熱器3のプログレッシブ弁11は、完全に開かれ、熱交換器4のプログレッシブ弁12は、熱伝達流体が設定点温度に保たれるように熱伝達流体の温度に対して従動される。
この構成において、特に、外部温度が放熱器3に流入する熱伝達流体の温度より高ければ、すなわち、動作条件により、放熱器3が熱伝達流体を冷却できない場合、放熱器3の弁11の開口を低減し、または閉じることも可能である。
冷却要求がさらに高まると、制御ユニット(図示せず)は、熱伝達流体を冷却して設定点温度に達することができるように、冷却力を高めるように空調システム13を制御する。
このように、この状況において、熱交換器4の弁12は、熱伝達流体の流れのすべてが熱交換器4を通過するように完全に開かれ、制御ユニットによる空調システム13の制御は、熱伝達流体の温度に対して従動される。
図1に示す実施例において、回路1は、制御ユニットによって制御される2つのプログレッシブ三方弁11、12によってそれぞれ供給される2つの別々のバイパス8、9を備えるが、より単純な解決策が本発明の範囲内において考えられてもよい。
このように、プログレッシブ三方弁11および12の一方および/または他方は、サーモスタットタイプなどの1つ以上の流量コントローラによって置き換えられてもよい。このようなコントローラにより、関連するヒートセンサを有する専用の制御ユニットを提供することなく、熱伝達流体の温度が増加する場合、各バイパスを通る流量を漸進的に増加させることができ、およびその逆も同様である。
また、回路の構成は、例えば、熱伝達流体/空気タイプの熱交換器および熱伝達流体/冷却剤タイプの熱交換器のそれぞれのための2つの別々のバイパスではなく、熱伝達流体/空気タイプの熱交換器と熱伝達流体/冷却剤タイプの熱交換器との間で熱伝達流体の流れを分配するための単一のプログレッシブバイパスを提供することによって単純化されうる。この単一のバイパスは、流体の温度に依存して2つの回路の間に流れの分配を制御するためのコントローラによってメインループに接続される。
Claims (8)
- 電気タイプまたはハイブリッドタイプの自動車の蓄電池の液体冷却回路であって、
前記蓄電池を冷却するための要素(2)に接続された、熱伝達流体を循環させるためのメインループ(6)と、
空気冷却放熱器(3)および/または熱交換器(4)によって前記熱伝達流体を冷却するように、前記自動車に装備された空調システム(13)に接続されるように構成された少なくとも1つの前記空気冷却放熱器(3)および/または少なくとも1つの前記熱交換器(4)に前記メインループ(6)を接続する少なくとも1つのバイパス(8、9)と、
を備え、前記バイパス(8、9)はそれぞれ、前記熱伝達流体の温度に依存して前記バイパス(8、9)のそれぞれの流量を制御する流量コントローラ(11、12)によって前記メインループ(6)に接続されることを特徴とする回路。 - 前記流量コントローラ(11、12)はそれぞれ、前記熱伝達流体の温度を測定するためのセンサに接続された制御ユニットによって制御されるプログレッシブ三方弁であることを特徴とする、請求項1に記載の回路。
- 前記制御ユニットは、前記システム(13)の冷却力を増減するために、前記自動車の前記空調システム(13)を制御するための手段を備えることを特徴とする、請求項2に記載の回路。
- 前記メインループ(6)を前記空気冷却放熱器(3)に接続する第1のバイパス(8)と、前記メインループ(6)を前記熱交換器(4)に接続する第2のバイパス(9)とを備え、前記第1のバイパス(8)および前記第2のバイパス(9)は、前記熱伝達流体の温度に依存して流量を制御する前記流量コントローラ(11、12)によって前記メインループ(6)にそれぞれ接続されることを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の回路。
- 前記空調システム(13)に接続されるように構成された前記熱交換器(4)は、前記空調システム(13)における流体用の蒸発器であることを特徴とする、請求項1から4のいずれか一項に記載の回路。
- 前記空調システム(13)は、前記空調システム(13)における流体用の蒸発器である熱交換器(19)を備え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回路。
- 前記流量コントローラ(11、12)は、前記流量の漸進的制御を可能にすることを特徴とする、請求項1から6のいずれか一項に記載の回路。
- 請求項1から7のいずれか一項に記載の電気タイプまたはハイブリッドタイプの自動車の蓄電池の液体冷却回路を制御する方法であって、前記液体冷却回路は、
−自動車に装備された空調システム(13)に接続されるように構成された熱交換器(4)と、
−前記熱伝達流体の温度を測定するためのセンサと、外気温を測定するためのセンサとに接続され、メモリ手段を備える制御ユニットと、
を備え、以下のステップが連続して実行され、すなわち、
(a)設定点値と呼ばれる温度値およびしきい値と呼ばれる別の温度値がメモリ手段に格納され、
(b)前記熱伝達流体の温度および前記外気温が前記センサによって測定され、
(c)前記熱伝達流体の温度および前記設定点値は、前記制御ユニットによって比較され、
d.1)前記熱伝達流体の温度が前記設定点値より高ければ、前記外気温および前記しきい値は、前記制御ユニットによって比較され、
d.2)前記外気温が前記しきい値より低ければ、前記制御ユニットは、
−前記放熱器(3)の前記流量コントローラ(11)が完全に開かれれば、前記熱交換器(4)の前記流量コントローラ(12)の開口が漸進的に増大され、
−前記放熱器の前記流量コントローラが完全に開かれなければ、前記放熱器(3)の前記流量コントローラ(11)の開口が漸進的に増大され、
d.3)前記外気温が前記しきい値以上であれば、前記制御ユニットは、前記熱交換器(4)の前記流量コントローラ(12)の開口を漸進的に増大させ、前記放熱器(3)の前記流量コントローラ(11)を閉じ、
e.1)前記熱伝達流体の温度が前記設定点より低ければ、前記制御ユニットは、
−前記熱交換器(4)の前記流量コントローラ(12)が完全に閉じられ、前記放熱器(3)の前記流量コントローラ(11)が開かれれば、前記放熱器(3)の前記流量コントローラ(11)の開口を漸進的に低減させ、
−前記熱交換器(4)の前記流量コントローラ(12)が開かれれば、前記熱交換器(4)の前記流量コントローラ(12)の開口を漸進的に低減させることを特徴とする方法。
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