JP2020111084A - 電池冷却システム - Google Patents

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Abstract

【課題】車両に搭載された電池を冷却するための電池を冷却するシステムにおいて、システムの安全性及び冷却性能を高めつつ大型化を抑制する。【解決手段】電池冷却システムは、車両に搭載された電池を冷却する。電池冷却システムは、電池を冷却する冷却水を循環させる冷却水循環回路と、空気と冷却水との間で熱交換を行う第一熱交換器と、冷凍サイクル回路の低圧冷媒と冷却水との間で熱交換を行う第二熱交換器と、冷却水に含まれる不純物イオンを取り除くイオン交換器と、を備える。第一熱交換器及び第二熱交換器は、冷却水循環回路に直列に配置されている。そして、イオン交換器は、冷却水循環回路における第二熱交換器の下流側に配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、電池冷却システムに係り、特に、車両に搭載された電池を冷却するための電池冷却システムに関する。
特許文献１には、充電中のバッテリの温度を管理する熱管理システムに関する技術が開示されている。この熱管理システムは、エアコン用冷媒が循環するエアコン用冷媒ループと、バッテリ用冷媒をバッテリと蒸発器と加熱器との間で循環させるバッテリ用冷媒ループと、を備えている。そして、システムは、バッテリの充電中、バッテリ用冷媒の温度が目標温度よりも高い場合、エアコン用冷媒を循環させて蒸発器においてバッテリ用冷媒から吸熱させる。
特開２０１４−０３７１８０号公報 特開２０１７−１０６３６７号公報
車両に搭載される電池の出力が増大すると発熱量も増大する。このため、電池において発生しうる最大発熱量での冷却性能を賄う電池冷却システムを構築すると、システムの大型化が問題となる。また、出力の大きい電池を対象とした電池冷却システムでは、冷却水の漏れに備えた漏電対策を行うことが望ましい。このような漏電対策としては、絶縁ＬＬＣと呼ばれる絶縁性能の高い冷却水を用いることが一般的に知られている。絶縁ＬＬＣは使用による熱劣化によって絶縁性能が低下するため、絶縁性能を回復させるための装置をシステムに組み込むことが必要となる。このように、出力の大きい電池を搭載した車両の電池冷却システムでは、システムの安全性及び冷却性能を高めつつ大型化を抑制するための技術の構築が望まれる。
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたもので、車両に搭載された電池を冷却するための電池を冷却するシステムにおいて、システムの安全性及び冷却性能を高めつつ大型化を抑制することのできる電池冷却システムを提供することを目的とする。
第１の発明は、上記の課題を解決するため、車両に搭載された電池を冷却するための電池冷却システムに適用される。電池冷却システムは、電池を冷却する冷却水を循環させる冷却水循環回路と、空気と冷却水との間で熱交換を行う第一熱交換器と、冷凍サイクル回路の低圧冷媒と冷却水との間で熱交換を行う第二熱交換器と、冷却水に含まれる不純物イオンを取り除くイオン交換器と、を備えている。第一熱交換器及び第二熱交換器は、冷却水循環回路に直列に配置されている。そして、イオン交換器は、冷却水循環回路における第二熱交換器の下流側に配置されている。
第２の発明は、第１の発明において、更に以下の特徴を有している。
第二熱交換器は、冷却水循環回路において第一熱交換器の下流側に配置されている。
第３の発明は、第１の発明において、更に以下の特徴を有している。
第一熱交換器は、冷却水循環回路において第二熱交換器の下流側に配置されている。また、イオン交換器は、冷却水循環回路においての第一熱交換器の下流側に配置されている。
第４の発明は、第１の発明において、更に以下の特徴を有している。
第一熱交換器は、冷却水循環回路において第二熱交換器の下流側に配置されている。また、イオン交換器は、冷却水循環回路においての第一熱交換器の上流側に配置されている。
第５の発明は、第１乃至第４の何れか１つの発明において、更に以下の特徴を有している。
冷凍サイクル回路は、低圧冷媒を車両の空調用熱交換器に流通させる第一流路形態と、
低圧冷媒を第二熱交換器に流通させる第二流路形態と、電池の温度と相関する相関値に応じて、第一流路形態と第二流路形態との切り替えを行う切替機構と、を含んでいる。
第６の発明は、第１乃至第５の何れか１つの発明において、更に以下の特徴を有している。
第一熱交換器は、車両の後輪から車両の進行方向の前方側に拡がる空間において、当該進行方向に対面するように配置されている。また、第一熱交換器は、外気を取り込み前記第一熱交換器へと導くダクトを備えている。
また、第７の発明は、上記の課題を解決するため、車両に搭載された電池を冷却するための電池冷却システムに適用される。電池冷却システムは、電池を冷却する冷却水を循環させる冷却水循環回路と、空気と冷却水との間で熱交換を行う第一熱交換器と、冷凍サイクルの低圧冷媒と冷却水との間で熱交換を行う第二熱交換器と、冷却水に含まれる不純物イオンを取り除くイオン交換器と、を備えている。第一熱交換器及び第二熱交換器は、冷却水循環回路に直列に配置されている。第二熱交換器は、冷却水循環回路において第一熱交換器の下流側に配置されている。イオン交換器は、第一熱交換器と第二熱交換器の間の冷却水循環回路から分岐した分岐通路に配置されている。そして、冷却水循環回路は、第一熱交換器を流通した冷却水の温度に応じて、第一熱交換器から流通する冷却水の流通先を第二熱交換器とイオン交換器との間で切り替える冷却水用切替機構を備えている。
第１の発明によれば、空気と冷却水とで熱交換を行う第一熱交換器と、冷凍サイクル回路の低圧冷媒と冷却水とで熱交換を行う第二熱交換器と、が冷却水循環回路において直列に配置されている。これにより、電池を冷却する冷却水を第一熱交換器と第二熱交換器の両方を用いて冷却することができるので、第一熱交換器が大型化することを抑制しつつ冷却性能を高めることができる。また、第１の発明によれば、冷却水に含まれる不純物イオンを取り除くイオン交換器が、第二熱交換器の下流側に配置されている。このような構成によれば、冷凍サイクルの低圧冷媒を用いて冷却された後の冷却水をイオン交換器に導入することができる。これにより、イオン交換器におけるイオン交換効率を向上させて冷却水の絶縁性能を高めるとともに、イオン交換器の耐久性を向上させることができる。このように、第１の発明によれば、システムの安全性及び冷却性能を高めつつ大型化を抑制することのできる電池冷却システムを提供することが可能となる。
第２の発明によれば、第二熱交換器が、冷却水循環回路において第一熱交換器の下流側に配置されている。第二熱交換器における熱交換に用いられる低圧冷媒は、第一熱交換器における熱交換に用いられる空気よりも温度が低い。このため、本発明によれば、冷却水との熱交換を行う熱媒体の温度が順に低くされるので、効率よく冷却水を冷却することが可能となる。
第３の発明によれば、第二熱交換器、第一熱交換器、そしてイオン交換器が、冷却水循環回路の上流側からこの順に配置される。このような構成によっても、冷凍サイクルの低圧冷媒を用いて冷却された後の冷却水をイオン交換器に導入することができる。
第４の発明によれば、第二熱交換器、イオン交換器、そして第一熱交換器が、冷却水循環回路の上流側からこの順に配置される。このような構成によっても、冷凍サイクルの低圧冷媒を用いて冷却された後の冷却水をイオン交換器に導入することができる。
第５の発明によれば、冷凍サイクル回路は、電池温度の相関値に応じて、低圧冷媒の流通先が空調用熱交換器と第二熱交換器との間で切り替えられる。これにより、電池温度に応じて第二熱交換器での熱交換量を変化させることができるので、電池の過冷却や過昇温を抑制することが可能となる。
第６の発明によれば、車両に沿って流れる外気を効率よく第一熱交換器へと導くことが可能となる。
第７の発明によれば、第一熱交換器を流通した冷却水の温度に応じて、第一熱交換器から流通する冷却水の流通先を、第二熱交換器とイオン交換器との間で切り替えることができる。これにより、導入される冷却水の温度に応じて、イオン交換器におけるイオン交換効率の向上及び耐久性の向上を図ることが可能となる。
実施の形態１の電池冷却システムの構成を説明するための図である。 市街地走行モードにおける電池冷却システムの動作について説明するための図である。 スポーツ走行モードにおける電池冷却システムの動作について説明するための図である。 電池冷却システムが搭載された車両の左後輪の周囲の内部構造を左前方から透視した模式図である。 電池冷却システムが搭載された車両の左後輪の周囲の内部構造を左側方から透視した模式図である。 電池冷却システムが搭載された車両の左後輪の周囲の内部構造を左前方から透視した模式図である。 図５の要部であるラジエータの周囲を拡大して示す図である。 車両に搭載された電池冷却システムの主要部品の配置構造を、車両の左前方から透視した模式図である。 車両に搭載された電池冷却システムの主要部品の配置構造を、車両の上方から透視した模式図である。 実施の形態２の電池冷却システムが備える冷却水循環回路の構成を説明するための図である。 実施の形態３の電池冷却システムが備える冷却水循環回路の構成を説明するための図である。 実施の形態４の電池冷却システムが備える冷却水循環回路の構成を説明するための図である。 実施の形態５の電池冷却システムが備える冷却水循環回路の構成を説明するための図である。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
１．実施の形態１．
実施の形態１について図を参照して説明する。
１−１．実施の形態１の構成
図１は、実施の形態１の電池冷却システムの構成を説明するための図である。本実施の形態の電池冷却システム１は、車両を駆動するトルクを出力する電動機と、当該電動機へ電力を供給する電池４と、を備えた車両Ｖ１に搭載される。実施の形態１では、上記の電動機とエンジンとを備えるハイブリッド車両を例に説明するが、エンジンを備えないＥＶ車両や、外部充電機能を更に備えるプラグインハイブリッドハイブリッド車両でもよい。
電池冷却システム１は、車両Ｖ１に搭載された電池４を冷却するためのシステムである。電池４は、例えば単電池を複数個積層した組電池として構成されている。電池４の内部には、後述する電池冷却用の冷却水が流通するための冷却水通路（図示せず）が設けられている。
電池冷却システム１は、冷却水循環回路１００と、冷凍サイクル回路２００と、制御装置５０と、を備えている。冷却水循環回路１００は、電池４の冷却水通路に冷却水を循環させるための構成として、ラジエータ６、チラー８、イオン交換器１０、及びウォータポンプ１２が搭載されている。これらの部品が冷却水配管２によって環状に接続されることにより、冷却水の循環回路が形成されている。冷却水には、絶縁ＬＬＣと呼ばれる絶縁性能の高い冷却水が用いられる。
ラジエータ６は、空気との熱交換によって冷却水を冷却する熱交換器である。以下、ラジエータは第一熱交換器とも呼ばれる。ラジエータ６は、電池４の下流側の冷却水配管２に配置されている。また、冷却水循環回路１００には、完全密閉型のリザーブタンク１４がラジエータ６と並列に配置されている。
チラー８は、ラジエータ６の下流側の冷却水配管２に配置されている。チラー８は、冷凍サイクル回路２００を循環する低圧冷媒との熱交換によって冷却水を冷却するための熱交換器である。以下、チラー８は、第二熱交換器とも呼ばれる。冷凍サイクル回路２００の構成については詳細を後述する。
イオン交換器１０は、チラー８の下流側の冷却水配管２に配置されている。イオン交換器１０は、冷却水から不純物イオンを取り除くための装置である。イオン交換器１０はオリフィスを内蔵している。これにより、チラー８において冷却された冷却水の一部が、イオン交換器１０へと流れ込む仕組みになっている。
ウォータポンプ１２は、イオン交換器１０の下流側の冷却水配管２に配置されている。ウォータポンプ１２は、冷却水循環回路１００の冷却水を、電池４、ラジエータ６、チラー８、及びイオン交換器１０へと順に循環させる。
冷凍サイクル回路２００は、冷凍サイクルを利用して車内の空気を冷房する車内空調機能と、上述のチラー８を利用して冷却水を冷却する冷却水冷却機能と、を備えた装置である。冷凍サイクル回路２００は、その回路を構成する部品として、コンプレッサ２２、コンデンサ２４、ガスフィルタ２６、減圧弁２８、ＨＶＡＣ蒸発器３０、切替機構４４、減圧弁４２及び上述のチラー８が搭載されている。
冷凍サイクル回路２００は、コンプレッサ２２、コンデンサ２４、ガスフィルタ２６、減圧弁２８、及びＨＶＡＣ蒸発器３０を環状に接続した冷媒配管２０ａを備えている。コンプレッサ２２は、低圧冷媒ガスを圧縮する。冷媒の種類は、特に限定されない。実施の形態１の冷凍サイクル回路２００では、例えばＨＦＣ１３４ａなどの冷媒を使用することができる。
コンデンサ２４は、コンプレッサ２２から吐出された高温高圧の冷媒と、空気（走行風）との間で熱を交換する凝縮器の例である。コンデンサ２４を通過した高圧の冷媒は、ガスフィルタ２６を通過する。ガスフィルタ２６は、冷媒に含まれている不純物を濾過して取り除く。
減圧弁２８は、コンデンサ２４及びガスフィルタ２６を通過した高圧の冷媒を減圧して低圧冷媒にする減圧装置の例である。減圧弁２８は、例えば開度を可変にできる電子制御式の膨張弁等として構成される。減圧された低圧冷媒は、気液二相の状態になる。ＨＶＡＣ蒸発器３０は、減圧弁２８で減圧された低圧冷媒と外気との間で熱を交換する熱交換器である。ＨＶＡＣ蒸発器３０において、低圧冷媒は、外気の熱を吸収することで蒸発する。図示しないブロアファンは、外気がＨＶＡＣ蒸発器３０を通って車室内へ供給されるように送風する。つまり、ＨＶＡＣ蒸発器３０は、車両の空調用熱交換器として機能する。ＨＶＡＣ蒸発器３０で蒸発した低圧冷媒ガスは、コンプレッサ２２に吸入される。
冷凍サイクル回路２００は、冷媒配管２０ａから減圧弁２８とＨＶＡＣ蒸発器３０をバイパスして合流する冷媒配管２０ｂを備えている。冷媒配管２０ｂには、減圧弁４２、及び上述のチラー８が、上流側からこの順に直列に配置されている。減圧弁４２は、減圧弁２８と同様の構造を有している。減圧された低圧冷媒は、気液二相の状態になる。チラー８は、減圧弁２８で減圧された低圧冷媒とラジエータ６を通った冷却水との間で熱を交換する熱交換器である。低圧冷媒は、チラー８において冷却水の熱を吸収することで蒸発する。チラー８で蒸発した低圧冷媒ガスは、コンプレッサ２２に吸入される。
冷凍サイクル回路２００は、切替機構４４を備えている。切替機構４４は、コンデンサ２４及びガスフィルタ２６を通過した冷媒の流通先を、減圧弁２８の側と減圧弁４２の側とで切り替える流路切替機構として機能するものである。切替機構４４は、具体的には、配管を流れる冷媒の流通及び遮断を切り替える開閉弁４６，４８により構成されている。開閉弁４６は、冷媒配管２０ａにおける冷媒配管２０ｂへの分岐部の下流側且つ減圧弁２８の上流側に配置されている。また、開閉弁４８は、冷媒配管２０ｂにおける減圧弁４２の上流側に配置されている。
切替機構４４は、開閉弁４６，４８の開閉状態を切り替えることにより冷凍サイクル回路２００を流れる冷媒の流路形態を切り替える。具体的には、切替機構４４は、開閉弁４６を開状態とし、開閉弁４８を閉状態とする第一流路形態と、開閉弁４６を閉状態とし、開閉弁４８を開状態とする第二流路形態と、を切り替える。
本実施の形態に係る電池冷却システム１は制御装置５０を備えている。制御装置５０は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０とも呼ばれる。ＥＣＵ５０は、電池冷却システム１の全体を総合制御する制御装置であって、本発明に係る制御装置はＥＣＵ５０の一つの機能として具現化されている。
ＥＣＵ５０は、少なくとも入出力インタフェース、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵを有する。入出力インタフェースは、電池冷却システム１が備えるセンサの信号を取り込むとともに、電池冷却システム１が備えるアクチュエータに対して操作信号を出力する。センサは電池冷却システム１の各所に取り付けられている。例えば、電池４には、電池温度Ｔｂを検出するための温度センサ５２が設けられている。ＥＣＵ５０は、取り込んだ各センサの信号を処理して所定の制御プログラムにしたがって各アクチュエータを操作する。ＥＣＵ５０によって操作されるアクチュエータには、ウォータポンプ１２、切替機構４４、及びコンプレッサ２２が含まれている。ＲＯＭには、電池冷却システム１を制御するための各種の制御プログラムやマップを含む各種の制御データが記憶されている。ＣＰＵは、制御プログラムをＲＯＭから読みだして実行し、取り込んだセンサ信号に基づいて操作信号を生成する。なお、ＥＣＵ５０に接続されるアクチュエータやセンサは図中に示す以外にも多数存在するが、本明細書においてはその説明は省略する。
１−２．実施の形態１の電池冷却システムの特徴
次に、実施の形態１の電池冷却システム１の特徴について説明する。実施の形態１の電池冷却システム１は、電池４の発熱量に応じて、電池の冷却度合を調整可能な構成に特徴を有している。すなわち、実施の形態１の電池冷却システム１が搭載された車両は、電池４の出力形態の異なる複数の走行モードを選択可能に構成されている。複数の走行モードは、一般道の通常走行を想定した市街地走行モードと、サーキットでの高速走行を想定したスポーツ走行モードを含んでいる。これらのモードは、ドライバが手動で設定可能に構成されている。
スポーツ走行モードは、市街地走行モードに比べて電池４の発熱量が大幅に上昇する。そこで、実施の形態１の電池冷却システム１では、走行モードに応じて冷凍サイクル回路２００の流路形態が切り替えられる。以下、各走行モードでの電池冷却システム１の動作について説明する。
１−２−１．市街地走行モード
図２は、市街地走行モードにおける電池冷却システムの動作について説明するための図である。この図に示すように、走行モードとして市街地走行モードが選択されている場合、ＥＣＵ５０は、第一流路形態が選択されるように切替機構４４を動作させる。これにより、冷凍サイクル回路２００は、コンプレッサ２２を駆動することにより、コンプレッサ２２、コンデンサ２４、減圧弁２８、及びＨＶＡＣ蒸発器３０の順に冷媒が流通する冷凍サイクルが形成される。このため、市街地走行モードでは、ＨＶＡＣ蒸発器３０において車内空気を冷却する車内空調機能が実現される。
一方、冷却水循環回路１００では、ウォータポンプ１２から電池４、ラジエータ６、チラー８、イオン交換器１０へ続く冷却水循環回路１００を流れる冷却水回路が形成される。このような冷却水循環回路１００及び冷凍サイクル回路２００の回路構成によれば、電池４の発熱を吸熱した冷却水は、主にラジエータ６での空気との熱交換によって冷却される。
１−２−２．スポーツ走行モード
図３は、スポーツ走行モードにおける電池冷却システムの動作について説明するための図である。この図に示すように、走行モードとしてスポーツ走行モードが選択されている場合、ＥＣＵ５０は、第二流路形態が選択されるように切替機構４４を動作させる。これにより、冷凍サイクル回路２００は、コンプレッサ２２を駆動することにより、コンプレッサ２２、コンデンサ２４、減圧弁４２、及びチラー８の順に冷媒が流通する冷凍サイクルが形成される。このため、スポーツ走行モードでは、チラー８において冷却水を冷却する冷却水冷却機能が実現される。
一方、冷却水循環回路１００では、ウォータポンプ１２から電池４、ラジエータ６、チラー８、イオン交換器１０へ続く冷却水循環回路１００を流れる冷却水回路が形成される。このような冷却水循環回路１００及び冷凍サイクル回路２００の回路構成によれば、電池４の発熱を吸熱した冷却水は、ラジエータ６での空気との熱交換と、チラー８での冷媒との熱交換によって冷却される。これにより、ラジエータ６での熱交換のみによって冷却水を冷却する場合よりも冷却性能を高めることができる。
このように、実施の形態１の電池冷却システム１では、電池４での発熱量に応じて、冷凍サイクル回路２００のチラー８を併用することができる。これにより、冷却性能を高めつつラジエータ６の大型化を抑制することが可能となる。
１−２−３．イオン交換器
実施の形態１の電池冷却システム１は、イオン交換器１０の構成にも特徴を有している。すなわち、電池冷却システム１は、冷却水として絶縁ＬＬＣを用いている。これにより、冷却水を用いて電池４を冷却する際の安全性を確保している。但し、絶縁ＬＬＣは、使用による熱劣化によって導電率が次第に上昇してしまう。そこで、実施の形態１の電池冷却システム１では、冷却水循環回路１００におけるチラー８の下流側にイオン交換器１０を配置している。イオン交換器１０は、イオン交換によって絶縁ＬＬＣ内の不純物イオンを取り除く機能を有している。冷却水循環回路１００を流れる絶縁ＬＬＣは、イオン交換器１０に導入されて不純物イオンが除去される。これにより、絶縁ＬＬＣの絶縁性能を維持することが可能となる。
なお、イオン交換器１０でのイオン交換効率は、温度に依存している。具体的には、イオン交換器１０へ導入される絶縁ＬＬＣの温度が７３℃を超えると、イオン交換効率が大幅に減少することが知られている。そこで、実施の形態１の電池冷却システム１は、冷却水循環回路１００におけるチラー８の下流側にイオン交換器１０を配置している。ラジエータ６は走行風（空気）と冷却水の熱交換を行うのに対して、チラー８は走行風（空気）よりも低温の低圧冷媒と冷却水の熱交換を行う。このため、チラー８を通過した冷却水はラジエータ６を通過した冷却水よりも低温となる。これにより、イオン交換器１０に導入される冷却水の温度をより低温にすることができるので、イオン交換器１０でのイオン交換効率の低下を抑制しつつ耐久性を向上させることが可能となる。
１−３．実施の形態１の電池冷却システムの車載構造
実施の形態１の電池冷却システム１は、電池冷却システム１の車載構造にも特徴を有している。図４は、電池冷却システム１が搭載された車両の左後輪の周囲の内部構造を左前方から透視した模式図である。図４に示すように、車両Ｖ１の左後輪６０の進行方向の前方側に拡がる空間には、外気を整流して取り込むためのダクト６２が設けられている。ダクト６２の入口側は外部に開口しており、出口側は上下２つに分岐している。ダクト６２の上側の出口には、車両Ｖ１のエンジンの構成部品であるインタークーラ６４が配置されている。そして、ダクト６２の下側の出口には、上述のラジエータ６が配置されている。
図５は、電池冷却システム１が搭載された車両の左後輪の周囲の内部構造を左側方から透視した模式図である。図６は、電池冷却システム１が搭載された車両の左後輪の周囲の内部構造を左前方から透視した模式図である。また、図７は、図５の要部であるラジエータの周囲を拡大して示す図である。なお、図５乃至図７では、図４に示したダクト６２を２点鎖線で示して透視している。これらの図に示すように、ラジエータ６は、車両Ｖ１から左後輪６０の前方側の空間において、進行方向に対面する向き（つまり縦置き）に配置されている。このような構成によれば、車両Ｖ１の側面に沿って流れる外気がダクト６２を通ってラジエータ６へと導かれる。これにより、ラジエータ６における空気との熱交換効率を高めることが可能となる。
図８は、車両に搭載された電池冷却システムの主要部品の配置構造を、車両の左前方から透視した模式図である。また、図９は、車両に搭載された電池冷却システムの主要部品の配置構造を、車両の上方から透視した模式図である。これらの図に示すように、冷却水循環回路１００を構成するイオン交換器１０、ウォータポンプ１２、チラー８、ラジエータ６は、電池４の側方に近接して配置されている。これにより、冷却水配管２の配管長を短くすることができるので、システムのコンパクト化を図ることが可能となる。
１−４．実施の形態１の電池冷却システムの変形例
実施の形態１の電池冷却システム１は、以下のように変形した形態を採用してもよい。
切替機構４４の切り替えは、走行モードに対応して切り替える方法に限られない。すなわち、切替機構４４の切り替えは、電池４の温度に応じて切り替えてもよい。この場合ＥＣＵ５０は、温度センサ５２により検出された電池温度Ｔｂが所定温度Ｔｔｈ１より大きいか否かを判定する。ここでの所定温度Ｔｔｈ１は、チラー８を併用した冷却水の冷却が必要となる電池温度のしきい値である。実施の形態１の電池冷却システム１では、電池４に導入される冷却水の戻り温度が６０℃以下となるように冷却水を冷却することが好ましい。所定温度Ｔｔｈ１は、例えばラジエータ６のみによって冷却水を冷却した場合に、戻り温度が６０℃を超えるときの電池温度とすることができる。
ＥＣＵ５０は、電池温度Ｔｂが所定温度Ｔｔｈ１以下の場合、第一流路形態となるように切替機構４４を制御する。一方、ＥＣＵ５０は、電池温度Ｔｂが所定温度Ｔｔｈ１より大きい場合、第二流路形態となるように切替機構４４を制御する。このような切替機構４４の動作によれば、電池４の温度に応じて流路形態を切り替えることができるので、電池４の発熱量に応じた冷却を行うことが可能となる。
なお、切替機構４４の切り替えは、電池４の温度と相関のある相関値を用いてもよい。このような相関値としては、例えば、冷却水の温度、電池４の負荷、車速、などを用いることができる。
また、車両Ｖ１が外部充電が可能なプラグイン車両である場合、充電状態に応じて切替機構４４の切り替えを行ってもよい。すなわち、電池４の急速充電が行われる間は、電池４の発熱量が増大する。そこで、ＥＣＵ５０は、車両Ｖ１の急速充電が開始されたことを検出した場合、冷凍サイクル回路２００を起動するとともに、切替機構４４を第二流路形態に切り替えるように構成されていてもよい。これにより、急速充電時の電池４の過熱を有効に抑えることが可能となる。
切替機構４４は、開閉弁４６，４８の構成に限らない。すなわち、切替機構４４は、冷媒配管２０ａと冷媒配管２０ｂとの分岐部に三方弁を配置し、第一流路形態と第二流路形態とを切り替える構成でもよい。
切替機構４４は、第二流路形態を実現している間、第一流路形態にも冷媒を循環させてもよい。この場合、ＥＣＵ５０は、電池温度Ｔｂに応じて、第二流路形態を循環する冷媒と第一流路形態を循環する冷媒の比率を調整してもよい。
実施の形態１の電池冷却システム１では、冷凍サイクル回路２００の構成に限定はない。すなわち、冷凍サイクル回路の低圧冷媒をチラー８に導入できる構成であれば、切替機構４４の構成を備えていなくてもよい。
２．実施の形態２．
次に、実施の形態２の電池冷却システムについて説明する。
２−１．実施の形態２に係る電池冷却システムの特徴
図１０は、実施の形態２の電池冷却システムが備える冷却水循環回路の構成を説明するための図である。なお、実施の形態２の電池冷却システム１が備える冷凍サイクル回路は、実施の形態１の電池冷却システム１が備える冷凍サイクル回路２００と同様である。実施の形態２の冷却水循環回路１００は、リザーブタンク１４が簡易密閉型として構成されている構造を除き、実施の形態１の冷却水循環回路１００と同様の構成を備えている。このように、実施の形態２の電池冷却システム１によれば、リザーブタンク１４の構成をより簡素化することが可能となる。また、実施の形態２の電池冷却システム１によれば、実施の形態１の電池冷却システム１と同様の効果を奏することが可能となる。
３．実施の形態３．
次に、実施の形態３の電池冷却システムについて説明する。
３−１．実施の形態３に係る電池冷却システムの特徴
図１１は、実施の形態３の電池冷却システムが備える冷却水循環回路の構成を説明するための図である。なお、実施の形態３の電池冷却システム１が備える冷凍サイクル回路は、実施の形態１の電池冷却システム１が備える冷凍サイクル回路２００と同様である。実施の形態３の冷却水循環回路１００は、チラー８がラジエータ６の上流側に配置されている構造を除き、実施の形態２の冷却水循環回路１００と同様の構成を備えている。
実施の形態３の電池冷却システム１によれば、チラー８、ラジエータ６、イオン交換器１０の順に冷却水が流通する。実施の形態１の電池冷却システム１と比較すると、チラー８とラジエータ６の流通順序が異なるが、チラー８がイオン交換器１０よりも上流側である点は共通している。つまり、実施の形態３の電池冷却システム１によれば、チラー８において冷却された冷却水をイオン交換器１０に導入することができるので、実施の形態１の電池冷却システム１と同様に、イオン交換器１０でのイオン交換効率の向上及び耐久性の向上を図ることが可能となる。
４．実施の形態４．
次に、実施の形態４の電池冷却システムについて説明する。
４−１．実施の形態４に係る電池冷却システムの特徴
図１２は、実施の形態４の電池冷却システムが備える冷却水循環回路の構成を説明するための図である。なお、実施の形態４の電池冷却システム１が備える冷凍サイクル回路は、実施の形態１の電池冷却システム１が備える冷凍サイクル回路２００と同様である。実施の形態４の冷却水循環回路１００は、イオン交換器１０がチラー８の下流側且つラジエータ６の上流側となる位置に配置されている構造を除き、実施の形態３の冷却水循環回路１００と同様の構成を備えている。
実施の形態４の電池冷却システム１によれば、チラー８、イオン交換器１０、ラジエータ６の順に冷却水が流通する。実施の形態１の電池冷却システム１と比較すると、ラジエータ６とイオン交換器１０の流通順序が異なるが、チラー８がイオン交換器１０よりも上流側である点は共通している。つまり、実施の形態４の電池冷却システム１によれば、チラー８において冷却された冷却水をイオン交換器１０に導入することができるので、実施の形態１の電池冷却システム１と同様に、イオン交換器１０でのイオン交換効率の向上及び耐久性の向上を図ることが可能となる。
５．実施の形態５．
次に、実施の形態５の電池冷却システムについて説明する。
５−１．実施の形態５に係る電池冷却システムの特徴
図１３は、実施の形態５の電池冷却システムが備える冷却水循環回路の構成を説明するための図である。なお、実施の形態５の電池冷却システム１が備える冷凍サイクル回路は、実施の形態１の電池冷却システム１が備える冷凍サイクル回路２００と同様である。実施の形態５の冷却水循環回路１００は、ラジエータ６の下流側の冷却水配管２から分岐してチラー８をバイパスする分岐通路としての冷却水配管２ａを備えている。そして、冷却水配管２ａの途中には、イオン交換器１０が配置されている。また、冷却水配管２と冷却水配管２ａの分岐部には、ラジエータ６から流通する冷却水の流通先をチラー８の側とイオン交換器１０の側とで切り替える冷却水用切替機構としての切替弁１８が配置されている。切替弁１８は、例えば、ロータリバルブ等を採用することができる。また、ラジエータ６には、ラジエータ６から流出する冷却水の出口温度Ｔｏｕｔを検出するための温度センサ５４が設けられている。実施の形態５の電池冷却システム１におけるその他の構造は、実施の形態２の冷却水循環回路１００の構成と同様である。
上述したように、イオン交換器１０に高温の冷却水が導入されると、イオン交換効率の低下と耐久性が問題となる。そこで、実施の形態５の電池冷却システム１では、ラジエータ６から流出する冷却水の出口温度Ｔｏｕｔが所定の判定温度よりも低い場合に限りイオン交換器１０に冷却水を導入する。具体的には、ＥＣＵ５０は、温度センサ５４により検出された冷却水の出口温度Ｔｏｕｔが所定温度Ｔｔｈ２より大きいか否かを判定する。ここでの所定温度Ｔｔｈ２は、イオン交換器１０の耐久性及びイオン交換性能から決まる冷却水温度のしきい値である。実施の形態５の電池冷却システム１では、イオン交換器１０に導入される冷却水の温度が７３℃以下となるように冷却水を冷却することが好ましい。所定温度Ｔｔｈ２は、例えば、７３℃以下の任意の値に設定することができる。
ＥＣＵ５０は、冷却水の出口温度Ｔｏｕｔが所定温度Ｔｔｈ２以下の場合、冷却水がイオン交換器１０に導入されるように切替弁１８を制御する。一方、ＥＣＵ５０は、冷却水の出口温度Ｔｏｕｔが所定温度Ｔｔｈ２より大きい場合、冷却水がチラー８に導入されるように切替弁１８を制御する。このような切替弁１８の動作によれば、冷却水の温度に応じてイオン交換器１０への冷却水の導入及び遮断を切り替えることが可能となる。これにより、イオン交換器１０がチラー８の下流側にない場合であっても、イオン交換器１０のイオン交換効率の向上及び耐久性の向上を図ることが可能となる。
５−２．実施の形態５の電池冷却システムの変形例
実施の形態５の電池冷却システム１は、以下のように変形した形態を採用してもよい。
冷却水配管２ａは、チラー８をバイパスせずにチラー８の上流側の冷却水配管２に戻すように構成されていてもよい。また、冷却水用切替機構としての切替弁１８の構成は限定しない。例えば、切替弁１８は所定の温度で流路が切り替わるサーモスタットでもよい。
１ 電池冷却システム
２，２ａ 冷却水配管
４ 電池
６ ラジエータ
８ チラー
１０ イオン交換器
１２ ウォータポンプ
１４ リザーブタンク
１８ 切替弁
２０ａ，２０ｂ 冷媒配管
２２ コンプレッサ
２４ コンデンサ
２６ ガスフィルタ
２８ 減圧弁
３０ ＨＶＡＣ蒸発器
４２ 減圧弁
４４ 切替機構
４６，４８ 開閉弁
５０ 制御装置（ＥＣＵ）
５２，５４ 温度センサ
６０ 左後輪
６２ ダクト
６４ インタークーラ
１００ 冷却水循環回路
２００ 冷凍サイクル回路

Claims (7)

  1. 車両に搭載された電池を冷却する電池冷却システムにおいて、
    前記電池を冷却する冷却水を循環させる冷却水循環回路と、
    空気と前記冷却水との間で熱交換を行う第一熱交換器と、
    冷凍サイクル回路の低圧冷媒と前記冷却水との間で熱交換を行う第二熱交換器と、
    前記冷却水に含まれる不純物イオンを取り除くイオン交換器と、を備え、
    前記第一熱交換器及び前記第二熱交換器は、前記冷却水循環回路に直列に配置され、
    前記イオン交換器は、前記冷却水循環回路における前記第二熱交換器の下流側に配置されることを特徴とする電池冷却システム。
  2. 前記第二熱交換器は、前記冷却水循環回路において前記第一熱交換器の下流側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電池冷却システム。
  3. 前記第一熱交換器は、前記冷却水循環回路において前記第二熱交換器の下流側に配置され、
    前記イオン交換器は、前記冷却水循環回路においての前記第一熱交換器の下流側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電池冷却システム。
  4. 前記第一熱交換器は、前記冷却水循環回路において前記第二熱交換器の下流側に配置され、
    前記イオン交換器は、前記冷却水循環回路においての前記第一熱交換器の上流側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電池冷却システム。
  5. 前記冷凍サイクル回路は、
    前記低圧冷媒を前記車両の空調用熱交換器に流通させる第一流路形態と、
    前記低圧冷媒を前記第二熱交換器に流通させる第二流路形態と、
    前記電池の温度と相関する相関値に応じて、前記第一流路形態と前記第二流路形態との切り替えを行う切替機構と、を含むことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の電池冷却システム。
  6. 前記第一熱交換器は、前記車両の後輪から前記車両の進行方向の前方側に拡がる空間において、前記進行方向に対面するように配置され、
    外気を取り込み前記第一熱交換器へと導くダクトを備えることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の電池冷却システム。
  7. 車両に搭載された電池を冷却する電池冷却システムにおいて、
    前記電池を冷却する冷却水を循環させる冷却水循環回路と、
    空気と前記冷却水との間で熱交換を行う第一熱交換器と、
    冷凍サイクルの低圧冷媒と前記冷却水との間で熱交換を行う第二熱交換器と、
    前記冷却水に含まれる不純物イオンを取り除くイオン交換器と、を備え、
    前記第一熱交換器及び前記第二熱交換器は、前記冷却水循環回路に直列に配置され、
    前記第二熱交換器は、前記冷却水循環回路において前記第一熱交換器の下流側に配置され、
    前記イオン交換器は、前記第一熱交換器と前記第二熱交換器の間の前記冷却水循環回路から分岐した分岐通路に配置され、
    前記冷却水循環回路は、前記第一熱交換器を流通した前記冷却水の温度に応じて、前記第一熱交換器からから流通する前記冷却水の流通先を前記第二熱交換器と前記イオン交換器との間で切り替える冷却水用切替機構を備えることを特徴とする電池冷却システム。
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