JP2019155999A - バッテリ冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリ冷却と車両空調とを兼ねた冷媒の冷却を十分に行いつつ、車両の燃費向上を図る。【解決手段】冷媒流路１２は、バッテリ３２を冷却する冷媒が循環する。コンプレッサ１４は、冷媒流路１２上に設けられ冷媒を圧縮する。コンデンサ１６は、冷媒流路１２上に設けられ、外気との熱交換により冷媒を冷却する。シャッタ１８は、電動車の車両前方方向に設けられ、外気の導入口を覆う。開閉制御部５０６は、バッテリ３２の冷却要求に基づくコンプレッサ１４の作動中に、冷媒流路１２内の冷媒の圧力が所定圧力以下の場合はシャッタ１８を閉状態とし、冷媒の圧力が所定圧力を超えた場合はシャッタ１８を開状態とする。【選択図】図１

Description

本発明は、電動車のバッテリ冷却システムに関する。

従来、冷媒を冷却するラジエータに外気を供給する外気連通口にシャッタを設け、必要に応じてシャッタを開閉する技術が提案されている。これは、グリルシャッタを開状態で走行すると空気抵抗が大きくなるため、燃費向上の観点から見ると、グリルシャッタはできる限り閉状態にして走行するのが好ましいためである。
例えば、下記特許文献１には、ハイブリッド車両の車体下面に設置されたインバータを収納するユニットボックスにおける前方側の端面にシャッタを設置するとともに、インバータ及び電動発電機を冷却する冷却水が流れるラジエータをシャッタと並列に配置し、ＥＣＵは、冷却水の温度を測定する冷却水温度センサの測定値Ｔが予め設定されたしきい温度Ｔｐ超である場合には、シャッタを開状態にする一方で、その測定値Ｔがしきい温度Ｔｐ以下である場合には、シャッタを閉状態にする制御を行うように構成したハイブリッド車両が記載されている。

特開２０１５−１０４９２７号公報

近年、バッテリに蓄電された電力を用いて走行する電動車において、車内空調用の冷却システムをバッテリの冷却システムと兼用する提案がなされている。
上述した先行文献では、冷媒（冷却水）の温度に基づいてシャッタの開閉を行っているが、車内空調用の冷却システムをバッテリの冷却システムと兼用する場合には、冷却システムの稼働状態、すなわちバッテリの冷却のみが行われている場合と、空調装置が稼働している場合とで制御を異ならせるのが好ましく、改善の余地がある。
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、バッテリ冷却と車両空調とを兼ねた冷媒の冷却を十分に行いつつ、車両の燃費向上を図ることにある。

上述の目的を達成するため、請求項１の発明にかかるバッテリ冷却システムは、バッテリに蓄電された電力を用いて走行する電動車のバッテリ冷却システムであって、前記バッテリを冷却する冷媒が循環する冷媒流路と、前記冷媒流路上に設けられ、前記冷媒を圧縮するコンプレッサと、前記冷媒流路上に設けられ、外気との熱交換により前記冷媒を冷却するコンデンサと、前記電動車の車両前方方向に設けられ、前記外気の導入口を覆うシャッタと、前記シャッタの開閉状態を制御する開閉制御部と、を備え、前記開閉制御部は、前記バッテリの冷却要求に基づく前記コンプレッサの作動中に、前記冷媒流路内の前記冷媒の圧力が所定圧力以下の場合は前記シャッタを閉状態とし、前記冷媒の圧力が前記所定圧力を超えた場合は前記シャッタを開状態とする、ことを特徴とする。
請求項２の発明にかかるバッテリ冷却システムは、前記冷媒は、前記電動車内の空調用冷媒を兼ねており、前記開閉制御部は、前記電動車の空調装置への要求出力が所定出力以上となった場合に、前記シャッタを開状態とする、ことを特徴とする。
請求項３の発明にかかるバッテリ冷却システムは、前記開閉制御部は、前記電動車の空調装置がオンになった場合に、前記シャッタを開状態とする、ことを特徴とする。
請求項４の発明にかかるバッテリ冷却システムは、前記バッテリの温度を検出するバッテリ温度検出部を更に備え、前記開閉制御部は、前記バッテリの冷却要求中に前記バッテリ温度が所定温度以上となった場合に、前記シャッタを開状態とする、ことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、バッテリの冷却要求がありコンプレッサが作動している間も、冷媒の圧力が所定圧力以下の間はシャッタを閉状態とするので、シャッタが開状態となる期間が短縮され、電動車の燃費を向上させることができる。また、冷媒の圧力が所定圧力を超えた際にはシャッタを開状態とするので、シャッタが閉状態では十分なバッテリ冷却が行えない場合に、コンデンサに外気を供給して冷却能を向上させることができる。すなわち、電動車の燃費の向上とバッテリの冷却能の向上との両立を図ることが可能となる。
請求項２の発明によれば、バッテリ冷却用の冷媒が空調用冷媒を兼ねているため、電動車の部品点数を削減する上で有利となる。また、電動車の空調装置への要求出力が所定出力以上となった場合にシャッタを開状態とするので、空調装置を安定して作動させる上で有利となる。
請求項３の発明によれば、電動車の空調装置がオンになった場合にシャッタを開状態とするので、より確実に冷媒の冷却を行い、空調装置を安定して作動させる上で有利となる。
請求項４の発明によれば、バッテリの冷却要求中にバッテリ温度が所定温度以上となった場合にシャッタを開状態とするので、シャッタが閉状態ではバッテリの冷却が十分に行えない場合にコンデンサに外気を供給して冷却能を向上させることができる。

実施の形態にかかるバッテリ冷却システム１０の構成を示す図である。 シャッタ１８の構造を示す説明図である。 ＥＣＵ５０の機能的構成を示す説明図である。 シャッタ１８の開閉制御の処理手順を示すフローチャートである。

以下に添付図面を参照して、本発明にかかるバッテリ冷却システムの好適な実施の形態を詳細に説明する。
図１は、実施の形態にかかるバッテリ冷却システム１０の構成を示す図である。
バッテリ冷却システム１０は、バッテリ３２に蓄電された電力を用いて走行する電動車に搭載されている。より詳細には、電動車はバッテリ３２に蓄電された電力を用いて図示しないモータを駆動して走行する。また、本実施の形態では図示していないが、電動車がハイブリッド車である場合にはさらにエンジンおよびエンジンを冷却する冷却システム等が搭載されている。
本実施の形態では、バッテリ冷却システム１０内の冷媒が電動車内の空調用冷媒を兼ねている。すなわち、バッテリ冷却システム１０の冷媒流路１２が、車室内の空調を集約管理するＨＶＡＣ（Ｈｅａｔｉｎｇ，Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ，ａｎｄ Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）４０にも接続されている。

バッテリ冷却システム１０は、電動車の筐体内に収容され、冷媒流路１２、コンプレッサ１４、コンデンサ１６、シャッタ（グリルシャッタ）１８および冷却対象物であるバッテリパック３０、ＨＶＡＣ４０を含んで構成される。
冷媒流路１２は、バッテリ冷却システム１０の各構成部をつなぐ配管であり、バッテリ３２を冷却する冷媒が循環する。図１においては、冷媒の循環方向は矢印Ｂ方向であるものとする。
コンプレッサ１４は、冷媒流路１２上に設けられ、冷媒流路１２を循環する冷媒を圧縮する。また、コンプレッサ１４で圧縮された冷媒の圧力を圧力センサ２２によって検出する。
コンデンサ１６は、冷媒流路１２上に設けられ、外気Ａとの熱交換により冷媒を冷却する。なお、後述するシャッタが閉状態にあり、外気が導入されていない場合でも、コンデンサファン２０の作動によりコンデンサ１６周辺の空気を循環させて冷媒を冷却することが可能である。

シャッタ１８は、コンデンサ１６に対して電動車の車両前方方向に設けられ、電動車の筐体内と筐体外とを連通する外気Ａの導入口１８０（図２参照）を覆っている。外気の導入口１８０は、電動車のフロントグリル部に設けられており、シャッタ１８が開状態で電動車が前進すると、導入口１８０から電動車の筐体内に外気が導入され、コンデンサ１６に外気が供給される。一方、シャッタ１８が閉状態の場合には、電動車が前進しても外気は導入されない。

図２は、シャッタ１８の構造を示す説明図である。
シャッタ１８は、外気の導入口１８０に沿ったフレーム１８２と、フレーム１８２に取り付けられた複数のスラット１８４を備える。スラット１８４は、車幅方向に延在し、車幅側の両側をフレーム１８２に取り付けられている。スラット１８４のフレーム１８２への取り付け点は、図示しないアクチュエータにより回転揺動可能である。後述するＥＣＵ５０の開閉制御部５０６によりアクチュエータを駆動することにより、スラット１８４の回転位置を任意の位置に変更し、図２Ａに示すシャッタの閉状態と図２Ｂに示すシャッタの開状態との間で、シャッタ１８の開度を変更可能である。

図１の説明に戻り、バッテリパック３０には、バッテリ３２および冷却ユニット３６が収容されている。
バッテリ３２は、複数の電池セルが直列接続された組電池であり、電動車を駆動するモータに電力を供給する。バッテリ３２には温度センサ３４が取り付けられており、検出したバッテリ温度を後述するＥＣＵ５０に出力する。
冷却ユニット３６は、冷媒流路１２を流れる冷媒との熱交換を行う熱交換器やファン（バッテリファン）などを備え、バッテリ３２を冷却する。
冷媒流路１２のうち、バッテリパック３０に到る流路上には膨張弁（機械的に開閉する弁）３８が設けられており、冷媒の逆流を防止している。バッテリパック３０に到る流路上には膨張弁３８のみが設けられているため、冷却ユニット３６には常時冷媒が循環している。

ＨＶＡＣ（空調装置）４０は、車両内の空調機能を集約したモジュール部品であり、ヒータや送風、エアコンの各機能部分を一体化したものである。
ＨＶＡＣ４０には、冷媒流路１２を流れる冷媒との熱交換を行う熱交換器やファン、ヒータなどが設けられている。
冷媒流路１２のうち、ＨＶＡＣ４０に到る流路上には、電磁弁（電気的に開閉する弁）４４および膨張弁（機械的に開閉する弁）４２が設けられている。電磁弁４４は、後述するＥＣＵ５０の制御により開閉する。ＨＶＡＣ４０に到る流路上には電磁弁４４が設けられているため、電磁弁４４が開放しないとＨＶＡＣ４０には冷媒が循環しない。

図３は、電動車のＥＣＵ５０の機能的構成を示す説明図である。
ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ、制御プログラムなどを格納・記憶するＲＯＭ、制御プログラムの作動領域としてのＲＡＭ、各種データを書き換え可能に保持するＥＥＰＲＯＭ、周辺回路等とのインターフェースをとるインターフェース部などによって構成される。
なお、本実施の形態では、単一のＥＣＵ５０が後述する各機能部を実現するものとして説明するが、実際にはバッテリ３２を制御するＢＭＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）や車両全体を制御する車両ＥＣＵ、エアコンＥＣＵなど、複数の制御部が協調して処理を行うことにより、後述する各機能部を実現する。

ＥＣＵ４０は、上記ＣＰＵが上記制御プログラムを実行することにより、バッテリ冷却制御部５０２、空調制御部５０４、開閉制御部５０６として機能する。
バッテリ冷却制御部５０２は、バッテリ３２の冷却を制御する。
バッテリ冷却制御部５０２は、バッテリ３２の温度が上昇した場合、例えばバッテリ３２に取り付けられた温度センサ３４の検出値が第１の所定温度Ｔ１以上になった場合に、バッテリ３２の冷却要求有と判断し、コンプレッサ１４、コンデンサファン２０およびバッテリパック３０内の冷却ユニット３６（バッテリファン）等を作動させ、バッテリ３２を冷却する。

空調制御部５０４は、電動車内の空調を制御する。
空調制御部５０４は、例えばエアコンスイッチ（車室内の空調設定用スイッチ）４６がユーザから操作された場合に、空調作動要求有と判断し、コンプレッサ１４、コンデンサファン２０およびＨＶＡＣ４０等を作動させるとともに、電磁弁４４を開放してＨＶＡＣ４０に冷媒を供給する。

開閉制御部５０６は、シャッタ１８の開閉状態を制御する。
本実施の形態では、電動車の走行中は基本的にシャッタ１８を閉状態とする。これは、シャッタ１８を開にして電動車の筐体内に外気を取り込むと、空気抵抗が増加して燃費が低下するためである。一方で、バッテリ冷却システム１０に対する冷却要求が所定以上となった場合には、シャッタ１８を開状態にしてコンデンサ１６における冷媒の冷却能を最大限に発揮できるようにする。

より詳細には、開閉制御部５０６は、バッテリ３２の冷却および空調装置（ＨＶＡＣ４０）の作動のいずれも行っていない場合には、シャッタ１８を閉状態とする。
また、バッテリ３２の冷却のみを行っている場合には、基本的にはシャッタ１８を閉状態とするが、シャッタ１８が閉状態ではバッテリ３２の冷却能が追い付かない場合にはシャッタ１８を開状態とする。具体的には、開閉制御部５０６は、バッテリ３２の冷却要求に基づくコンプレッサ１４の作動中に、冷媒流路１２内の冷媒の圧力（圧力センサ２２の検出値）が所定圧力以下の場合は、シャッタ１８を閉状態とする。一方で、冷媒流路１２内の冷媒の圧力が所定圧力を超えた場合は、現在の冷却能ではバッテリ３２の冷却が不十分であると判断し、コンデンサ１６による冷媒の冷却能を向上させるためシャッタ１８を開状態とする。
また、開閉制御部５０６は、バッテリ３２の冷却要求中にバッテリ温度（温度センサ３４の検出値）が第２の所定温度Ｔ２以上となった場合にも、現在の冷却能ではバッテリ３２の冷却が不十分であると判断し、シャッタ１８を開状態とする。なお、第２の所定温度Ｔ２は、バッテリ冷却制御部５０２がバッテリ３２の冷却を開始する第１の所定温度Ｔ１よりも高い温度とする。

また、開閉制御部５０６は、電動車の空調装置（ＨＶＡＣ４０）への要求出力が所定出力以上となった場合に、シャッタ１８を開状態とする。空調装置への要求出力が所定出力以上となった場合とは、例えば車室内の現在温度と設定温度との差分が所定値以上の場合や、空調強度設定値が所定値以上となった場合などである。
また、空調装置がオンに設定された場合に、要求出力が所定出力以上となったものと判断し、シャッタ１８を開状態としてもよい。これにより、より確実に冷媒の冷却を行うことができる。以下の説明では、空調装置がオンになった場合に、要求出力が所定出力以上となったものとする。

図４は、ＥＣＵ５０によるシャッタ１８の開閉制御の処理手順を示すフローチャートである。
初期状態では、シャッタ１８は閉状態となっている（ステップＳ４００）。
バッテリ冷却制御部５０２は、バッテリ３２の温度が上昇してバッテリ３２の冷却要求有と判断した場合（ステップＳ４０２：Ｙｅｓ）、コンプレッサ１４を作動させて冷媒流路１２内の冷媒の圧縮を開始する。また、併せてコンデンサファン２０および冷却ユニット３６内のバッテリファンを作動させる（ステップＳ４０４）。
なお、バッテリ３２の冷却要求がない場合には（ステップＳ４０２：Ｎｏ）、ステップＳ４１２に移行する。
つぎに、開閉制御部５０６は、圧力センサ２２の検出値を取得し、コンプレッサ１４による圧縮後の冷媒圧力が所定圧力以下か否かを判断する（ステップＳ４０６）。冷媒圧力が所定圧力以下の場合は（ステップＳ４０６：Ｙｅｓ）、シャッタ１８の閉状態を継続する（ステップＳ４０８）。また、冷媒圧力が所定圧力を超えている場合は（ステップＳ４０６：Ｎｏ）、コンデンサ１６における冷媒冷却能が不足し、コンプレッサ１４への負荷が大きくなっていると判断して、シャッタ１８を開状態にしてコンデンサ１６の冷媒冷却能を大きくする（ステップＳ４１０）。
また、ステップＳ４０８でシャッタ１８の閉状態を継続している際に、バッテリ温度（温度センサ３４の検出値）が第２の所定温度Ｔ２以上となった場合には（ステップＳ４０９：Ｙｅｓ）、冷媒の冷却が不十分であり、バッテリ３２の冷却が十分に行えていないと判断し、シャッタ１８を開状態にしてコンデンサ１６の冷媒冷却能を大きくする（ステップＳ４１０）。

また、開閉制御部５０６は、エアコンスイッチ４６が操作されるなどして空調装置の作動要求があったか否かを判断する（ステップＳ４１２）。空調装置の作動要求があった場合には（ステップＳ４１２：Ｙｅｓ）、シャッタ１８を開状態とするとともに（ステップＳ４１２）、ＨＶＡＣ４０や電磁弁４４等を作動させて車内空調を開始する（ステップＳ４１６）。なお、空調装置の作動要求がない場合には（ステップＳ４１２：Ｎｏ）、ステップＳ４０２に戻る。
空調装置の作動要求が解除され、空調装置の作動を終了するまでは（ステップＳ４１８：Ｎｏのループ）、ステップＳ４１４に戻り、シャッタ１８の開状態を継続する。
空調装置の作動を終了すると（ステップＳ４１８：Ｙｅｓ）、シャッタ１８を閉状態として（ステップＳ４２０）、ステップＳ４００に戻り以降の処理をくり返す。

以上説明したように、実施の形態にかかるバッテリ冷却システム１０は、バッテリ３２の冷却要求がありコンプレッサ１４が作動している間も、冷媒の圧力が所定圧力以下の間はシャッタ１８を閉状態とするので、シャッタ１８が開状態となる期間が短縮され、電動車の燃費を向上させることができる。また、冷媒の圧力が所定圧力を超えた際にはシャッタ１８を開状態とするので、シャッタ１８が閉状態では十分なバッテリ冷却が行えない場合に、コンデンサ１６に外気を供給して冷却能を向上させることができる。
また、バッテリ冷却システム１０は、バッテリ冷却用の冷媒が空調用冷媒を兼ねているため、電動車の部品点数を削減する上で有利となる。また、電動車の空調装置への要求出力が所定出力以上となった場合にシャッタを開状態とするので、空調装置を安定して作動させる上で有利となる。特に、本実施の形態では、電動車の空調装置がオンになった場合にシャッタを開状態とするので、より確実に冷媒の冷却を行い、空調装置を安定して作動させる上で有利となる。
また、バッテリ冷却システム１０は、バッテリ３２の冷却要求中にバッテリ温度が所定温度以上となった場合にシャッタ１８を開状態とするので、シャッタ１８が閉状態ではバッテリの冷却が十分に行えない場合にコンデンサ１６に外気を供給して冷却能を向上させることができる。

１０ バッテリ冷却システム
１２ 冷媒流路
１４ コンプレッサ
１６ コンデンサ
１８ シャッタ
２０ コンデンサファン
２２ 圧力センサ
３０ バッテリパック
３２ バッテリ
３４ 温度センサ
３６ 冷却ユニット
５０ ＥＣＵ
５０２ バッテリ冷却制御部
５０４ 空調制御部
５０６ 開閉制御部

Claims (4)

1. バッテリに蓄電された電力を用いて走行する電動車のバッテリ冷却システムであって、
   前記バッテリを冷却する冷媒が循環する冷媒流路と、
   前記冷媒流路上に設けられ、前記冷媒を圧縮するコンプレッサと、
   前記冷媒流路上に設けられ、外気との熱交換により前記冷媒を冷却するコンデンサと、
   前記電動車の車両前方方向に設けられ、前記外気の導入口を覆うシャッタと、
   前記シャッタの開閉状態を制御する開閉制御部と、を備え、
   前記開閉制御部は、前記バッテリの冷却要求に基づく前記コンプレッサの作動中に、前記冷媒流路内の前記冷媒の圧力が所定圧力以下の場合は前記シャッタを閉状態とし、前記冷媒の圧力が前記所定圧力を超えた場合は前記シャッタを開状態とする、
   ことを特徴とするバッテリ冷却システム。
2. 前記冷媒は、前記電動車内の空調用冷媒を兼ねており、
   前記開閉制御部は、前記電動車の空調装置への要求出力が所定出力以上となった場合に、前記シャッタを開状態とする、
   ことを特徴とする請求項１記載のバッテリ冷却システム。
3. 前記開閉制御部は、前記電動車の空調装置がオンになった場合に、前記シャッタを開状態とする、
   ことを特徴とする請求項２記載のバッテリ冷却システム。
4. 前記バッテリの温度を検出するバッテリ温度検出部を更に備え、
   前記開閉制御部は、前記バッテリの冷却要求中に前記バッテリ温度が所定温度以上となった場合に、前記シャッタを開状態とする、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のバッテリ冷却システム。

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