JP4917475B2 - 蓄電池空冷装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両走行用のエネルギー源として車載された蓄電池の発熱を空気の強制的循環により冷却する蓄電池空冷装置に関する。

従来、ハイブリッド車等に搭載された蓄電池（強電バッテリ）の発熱を空気の強制的循環により空冷する蓄電池空冷装置としては、車室内または車室外の何れかの空気をファンで蓄電池の周囲に供給し、蓄電池を冷却して通過した空気を、車室外に排出するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１６６７２８号公報

しかしながら、従来の蓄電池空冷装置にあっては、車室内または車室外から冷却に使用する空気を取り入れ、冷却後の空気を車室外に排出する構成を採用するものであるため、下記に列挙するような問題があった。

(1)従来の蓄電池空冷装置は、車室内または車室外から冷却に使用する空気を取り入れていたため、特に、車室外から取り入れる場合等は、異物の混入を防ぐためにフィルタを設置する必要があった。

(2)車室外に空気を排出する構造であるため、特に車両が冠水した場合等に水の浸入を防ぐため、車両レイアウト上、空気排出口の高さやダクト構造に制約が生じることがあった。

(3)車室内から空気を取り入れる場合、空気取り入れ口近傍までファン騒音が到達し、乗員の快適性を損なうことがあった。

(4)蓄電池の要求冷却量に対して取り入れる空気温度が高い場合、風量を増大することで要求冷却量を満足させる必要があり、増大した風量に伴う騒音も増大し、乗員の快適性を損なうことがあった。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、空気の強制的循環により蓄電池の発熱を有効に抑えつつ、異物混入の抑制と、車両レイアウト自由度の増大と、騒音の低減と、を併せて達成することができる蓄電池空冷装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、車両走行用のエネルギー源として車載された蓄電池の発熱を空気の強制的循環により冷却する蓄電池空冷装置において、
外周に隙間余裕による空間を持たせて前記蓄電池を収納するバッテリケースと、
車室内からの収納や取り出しが可能で収納物を冷蔵するクールボックスと、
前記バッテリケースのケース室と前記クールボックスのボックス室を連通させることで空気循環閉鎖経路を形成する一対のダクトと、
前記空気循環閉鎖経路の途中位置に設定し、駆動により経路内の空気を強制的に循環させるファンと、
を備えたことを特徴とする。

よって、本発明の蓄電池空冷装置にあっては、ファンにより空気を強制的に循環させることで、空気の流れをバッテリケースとクールボックスの間で完結させる空気循環閉鎖経路が形成される。
したがって、クールボックス内の冷却された空気を循環させることで、蓄電池の発熱を有効に抑制することができる。
加えて、空気循環閉鎖経路が形成されることで異物混入が抑制される。また、空気取り入れ口や排出口を考慮する必要が無いため、車両レイアウト自由度を増大させることができる。また、閉鎖空間での空気循環になるし、風量を低く抑えることができるため、騒音を低減することができる。
この結果、空気の強制的循環により蓄電池の発熱を有効に抑えつつ、異物混入の抑制と、車両レイアウト自由度の増大と、騒音の低減と、を併せて達成することができる。

以下、本発明の蓄電池空冷装置を実現する最良の形態を、図面に示す実施例１に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
図１は実施例１の蓄電池空冷装置を示す全体システム図である。
実施例１の蓄電池空冷装置は、走行動力源としてエンジンとモータジェネレータを併用するハイブリッド車（適用一例）に適用されたものである。

実施例１の蓄電池空冷装置は、図１に示すように、蓄電池１と、バッテリケース２と、クールボックス３と、エバポレータ４と、第１冷風循環ダクト５（ダクト）と、第２冷風循環ダクト６（ダクト）と、ファン７と、ファンモータ８と、コントローラ９と、後席シート１０と、蓄電池温度センサ１１と、ＣＡＮ通信線１２と、クールボックススイッチ１３と、を備えている。

前記蓄電池１は、ハイブリッド車の走行動力源の一つである図外のモータジェネレータの電気エネルギー源として搭載され、モータジェネレータとはインバータを介して接続されている。実施例１の蓄電池空冷装置は、蓄電池１の発熱を空気の強制的循環により冷却する。

前記バッテリケース２は、内部のケース室２ａを蓄電池１より大型とし、外周に隙間余裕による空間を持たせて前記蓄電池１を収納するケースである。

前記クールボックス３は、後席シート１０の背面位置に配置され、飲料缶等の収納物を冷蔵する。このクールボックス３は、後席シート１０のシートバック１０ａの一部に内蔵されたアームレスト１０ｂを開閉扉としている。つまり、収納物は、車室内からのアームレスト１０ｂに対する開閉操作により収納や取り出しが可能である。

前記エバポレータ４は、ボックス室３ａ内を冷却する手段としてクールボックス３に内蔵されている。このエバポレータ４には、車載空調装置の冷凍サイクルにより作り出される冷媒が流通する。つまり、車載空調装置の冷凍サイクルには、空調ユニットケースに内蔵された温調用エバポレータと、クールボックス用のエバポレータ４の２つのエバポレータが接続されている。

前記第１冷風循環ダクト５は、前記バッテリケース２の第１冷風開口２ｂと前記クールボックス３の第１冷風開口３ｂを連通する。前記第２冷風循環ダクト６は、前記クールボックス３の第２冷風開口３ｃと前記バッテリケース２の第２冷風開口２ｃを連通する。
すなわち、一対のダクト５，６により、バッテリケース２のケース室２ａとクールボックス３のボックス室３ａを連通させることで空気循環閉鎖経路を形成している。

前記ファン７は、空気循環閉鎖経路の途中位置に設定し、ファンモータ８による駆動により経路内の空気を強制的に循環させる。実施例１では、ファン７を第２冷風循環ダクト６の途中位置に設け、蓄電池１を冷却する空冷ファン機能とクールボックス３を運転するときの送風ファン機能を兼用している。

前記コントローラ９は、ファンモータ８の駆動制御をするもので、蓄電池１の温度が空冷開始しきい値を超えた発熱温度条件と、充放電による蓄電池１の発熱が予測される発熱予測条件と、クールボックス３の冷却運転が要求される冷却運転要求条件のうち、少なくとも一つの条件が成立するとき、ファンモータ８を駆動する。

前記蓄電池温度センサ１１は、バッテリケース２の内部に設定され、蓄電池１の温度情報をコントローラ９に出力する。

前記ＣＡＮ通信線１２は、他の車載コントローラ（例えば、ハイブリッドコントローラ等）と相互通信により情報交換するための通信線である。つまり、蓄電池１のバッテリ容量情報や急激な充放電を要する走行負荷情報（加速、減速、制動等の情報）等を蓄電池１の発熱予測情報とし、ＣＡＮ通信線１２を介してコントローラ９が受け取る。

前記クールボックススイッチ１３は、クールボックス３の冷却運転を要求するときにオン操作し、クールボックス３の冷却運転の停止を要求するときにオフ操作するスイッチである。

次に、本発明に至る経緯を説明する。
電気自動車やハイブリッド車等の車両では、走行用の蓄電池（大型の強電バッテリ）を搭載しているが、蓄電池の急激な放電，充電により蓄電池内部の化学反応による反応熱や電気的内部抵抗による熱が発生する。この発熱により蓄電池が一定以上の温度になると、蓄電池の性能が低下するため、適切な蓄電池冷却装置を設けることが必要になる。

このとき使用する蓄電池は、通常、乗員のスペースを妨げないトランクや車室内の床下や内装パネルの下等に搭載される。また、蓄電池は、水分やホコリを嫌うため、電動ファンを駆動して空冷することが多い。

空冷するためには、ファンの他にダクトが必要になるが、これらが車両の中で占める体積は必ずしも小さくない。また、ファン駆動時の騒音が車室内に入ってくるため、乗員の快適性を損なう可能性が常にある。このため、蓄電池冷却装置の占有スペースと騒音の双方を最小限に抑えることは、自動車の商品性を高める上で重要な要素である。

本発明者は、占有スペースと騒音の双方を最小限に抑えるという要求に対し、車両に搭載されるクールボックスを、蓄電池冷却装置の一部として有効に活用する点に着目した。そして、空気の流れをバッテリケースとクールボックスの間で完結させる空気循環閉鎖経路を形成する構成を採用した。この構成を採用したことにより、蓄電池の発熱抑制という本来の空冷機能を発揮するのは勿論のこと、自動車の商品性を高める上で重要な要素である、異物混入の抑制と、車両レイアウト自由度の増大と、騒音の低減と、を併せて達成することができる。

次に、作用を説明する。
以下、実施例１の蓄電池空冷装置における作用を、「蓄電池の強制空冷作用」、「異物混入の抑制作用」、「レイアウト自由度増大作用」、「騒音低減作用」、「ファン共用作用」、「冷凍サイクルの信頼性確保作用」に分けて説明する。

［蓄電池の強制空冷作用］
ファンモータ８の駆動制御を行うコントローラ９において、蓄電池１の温度が空冷開始しきい値を超えた発熱温度条件と、充放電による蓄電池１の発熱が予測される発熱予測条件と、クールボックス３の冷却運転が要求される冷却運転要求条件のうち、少なくとも一つの条件が成立するとき、ファンモータ８が駆動される。

そして、ファンモータ８の駆動により第２冷風循環ダクト６に設けられたファン７が運転されると、エバポレータ４を通過することで冷却された冷風を、クールボックス３のボックス室３ａおよび第２冷風開口３ｃを経過して介してファン７の吸入側に吸込む。そして、ファン７にて吸い込んだ冷風は、第２冷風循環ダクト６のファン７の吐出側からバッテリケース２の第２冷却開口２ｃを経過してケース室２ａ内に導入される。そして、ケース室２ａ内では、冷却した空気が蓄電池１の外周に沿って流れ、このとき、蓄電池１の持つ熱を奪う。そして、蓄電池１の持つ熱を奪うことで温度が高くなった空気は、バッテリケース２の第１冷風開口２ｂから第１冷風循環ダクト５を経過し、クールボックス３の第１冷風開口３ｂに導かれ、再び、クールボックス３内のエバポレータ４に戻される。

したがって、クールボックス３内の冷却された空気を、図１に示すＡ方向に閉鎖経路で循環させることで、外気や内気を取り込んで蓄電池を空冷する従来装置に比べ、蓄電池１の冷却性能を向上させることができる。言い換えると、同一の冷却性能を得る場合、実施例１の蓄電池空冷装置の場合、ファン７の風量を低く抑えることができる。
ここで、実施例１では、冷風循環方向を、図１に示すＡ方向としている。したがって、エバポレータ４にて冷却された空気が、直接、クールボックス３に導入されるため、クールボックス３内の飲料等が良く冷える。つまり、クールボックス３を冷却した後、蓄電池１を冷却することになる。しかし、基本的にクールボックス３内には発熱体が無いので、クールボックス３内が冷えてしまえば、冷風を継続的に蓄電池１に送ることができるというように、蓄電池１の冷却効果を低下させることはない。
なお、蓄電池１を空冷しているときに、クールボックス３の扉であるアームレスト１０ｂを開いたとしても、車室内の空気が循環閉鎖経路内に取り込まれるだけである。

［異物混入の抑制作用］
従来の蓄電池空冷装置は、車室内または車室外から冷却に使用する空気を取り入れていたため、特に、車室外から取り入れる場合等は、異物の混入を防ぐためにフィルタを設置する必要があった。
これに対し、実施例１の蓄電池空冷装置は、蓄電池１を冷却するための空気流路が、バッテリケース２とクールボックス３と両者２，３を接続する両ダクト５，６のみに限定することにより、閉鎖空間での空気循環流路になるため、異物等の混入の可能性を最小限に抑えることができる。
そして、蓄電池１を冷却するための空気流路が、閉鎖空間での空気循環流路であるため、車室外から空気を取り入れる場合に比べ、フィルタが不要になる、コスト安となる、通気抵抗が低くなる、空気取り入れ口や排出口の位置等を考慮する必要がない、等のメリットを持つ。

［レイアウト自由度増大作用］
従来の蓄電池空冷装置は、車室外に空気を排出する構造であるため、特に車両が冠水した場合等に水の浸入を防ぐため、車両レイアウト上、空気排出口の高さやダクト構造に制約が生じることがあった。
これに対し、実施例１の蓄電池空冷装置は、空気循環閉鎖経路を形成したものであり、空気取り入れ口や排出口の設定位置や設定高さを考慮する必要がないため、車両のレイアウト自由度を増大することができる。

［騒音低減作用］
従来の蓄電池空冷装置は、車室内から空気を取り入れる場合、空気取り入れ口近傍までファン騒音が到達し、乗員の快適性を損なうことがあった。
また、蓄電池の要求冷却量に対して取り入れる空気温度が高い場合、風量を増大することで要求冷却量を満足させる必要があり、増大した風量に伴う騒音も増大し、乗員の快適性を損なうことがあった。
これに対し、実施例１の蓄電池空冷装置は、下記の理由により騒音を最小限に抑えることができる。
理由１：閉鎖空間での空気循環になるため、空気循環閉鎖経路から外部への音漏れが抑えられる。このため、車室内に伝わる騒音を最小限に抑えられ、乗員を快適にする車室内の静粛性に貢献できる。
理由２：上記のように、同一の冷却性能を得る場合、従来装置に比べ、実施例１の蓄電池空冷装置は、ファン７の風量を低く抑えることができる。

［ファン共用作用］
クールボックスを搭載した車両の場合、通常の車両用空調装置の他にクールボックスと蓄電池空冷装置にさらに２つのファンが必要なため、車両の設置する際に乗員のスペースや荷室空間を犠牲にする必要があった。
これに対し、実施例１の蓄電池空冷装置は、第２冷風循環ダクト６の途中位置にファン７を設け、１つのファン７で、蓄電池１を冷却する空冷ファン機能とクールボックス３を運転するときの送風ファン機能を兼用している。このため、省スペース、低コスト、高信頼性を満足することができる。

［冷凍サイクルの信頼性確保作用］
クールボックス専用のエバポレータにおいて、クールボックスの未使用時、つまり、クールボックスのファンを運転していない場合においては、エバポレータの内部に冷媒とオイルが滞留し、車両空調用の冷凍サイクルに冷媒不足やオイル不足といった弊害を誘発する可能性があった。
これに対し、実施例１の蓄電池空冷装置は、クールボックス３の未使用時でも、ファンモータ８の駆動制御を行うコントローラ９において、蓄電池１の温度が空冷開始しきい値を超えた発熱温度条件と、充放電による蓄電池１の発熱が予測される発熱予測条件のうち、少なくとも一つの条件が成立するとき、ファンモータ８が駆動される。このため、クールボックス専用のエバポレータ４の内部に冷媒やオイルが滞留してしまうことが無く、適切に循環が保たれることにより、車両空調用の冷凍サイクルの信頼性確保が容易になる。

次に、効果を説明する。
実施例１の蓄電池空冷装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。

(1) 車両走行用のエネルギー源として車載された蓄電池１の発熱を空気の強制的循環により冷却する蓄電池空冷装置において、外周に隙間余裕による空間を持たせて前記蓄電池１を収納するバッテリケース２と、車室内からの収納や取り出しが可能で収納物を冷蔵するクールボックス３と、前記バッテリケース２のケース室２ａと前記クールボックス３のボックス室３ａを連通させることで空気循環閉鎖経路を形成する一対のダクト５，６と、前記空気循環閉鎖経路の途中位置に設定し、駆動により経路内の空気を強制的に循環させるファン７と、を備えたため、空気の強制的循環により蓄電池１の発熱を有効に抑えつつ、異物混入の抑制と、車両レイアウト自由度の増大と、騒音の低減と、を併せて達成することができる。

(2) 前記一対のダクトは、前記バッテリケース２の第１冷風開口２ｂと前記クールボックス３の第１冷風開口３ｂを連通する第１冷風循環ダクト５と、前記クールボックス３の第２冷風開口３ｃと前記バッテリケース２の第２冷風開口２ｃを連通する第２冷風循環ダクト６であり、前記ファン７は、前記第１冷風循環ダクト５と第２冷風循環ダクト６のうち、少なくとも一方のダクトの途中位置に設けたため、バッテリケース２やクールボックス３にファン設置スペースを設ける必要が無く、バッテリケース２やクールボックス３の大型化を防止しながら、蓄電池１を冷却する空気のスムーズな循環を確保することができる。

(3) 前記ファン７を駆動するファンモータ８と、前記ファンモータ８の駆動制御をするコントローラ９と、を備え、前記コントローラ９は、蓄電池温度が空冷開始しきい値を超えた発熱温度条件と、充放電による蓄電池１の発熱が予測される発熱予測条件のうち、少なくとも一つの条件が成立するとき、ファンモータ８を駆動するため、特に、発熱予測に基づく空冷制御を実行することにより、蓄電池性能が低下するまでに蓄電池１の温度が上昇するのを確実に防止することができる。

(4) 前記ファン７は、空気循環閉鎖経路の途中位置に１基設定し、蓄電池１を冷却する空冷ファン機能とクールボックス３を運転するときの送風ファン機能を兼用したため、ファンを２基設置する必要が無く、省スペース、低コスト、高信頼性を併せて満足することができる。

(5) 前記クールボックス３は、ボックス室３ａ内を冷却する手段として、車載空調装置の冷凍サイクルにより作り出される冷媒が流通するエバポレータ４を有し、前記コントローラ９は、蓄電池温度が空冷開始しきい値を超えた発熱温度条件と、充放電による蓄電池１の発熱が予測される発熱予測条件と、クールボックス３の冷却運転が要求される冷却運転要求条件のうち、少なくとも一つの条件が成立するとき、ファンモータ８を駆動するため、クールボックス未使用時でもクールボックス専用のエバポレータ４の内部に冷媒が滞留してしまうことが無く、適切に循環が保たれることにより、車両空調用の冷凍サイクルの信頼性を容易に確保することができる。

以上、本発明の蓄電池空冷装置を実施例１に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この実施例１に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

実施例１では、冷風循環方向を図１に示すＡ方向とし、クールボックス３内の飲料等冷却効果とバッテリケース２内の蓄電池１の冷却効果を両立する好ましい例を示した。しかし、冷風循環方向を、図２に示すように、Ａ方向とは逆にＢ方向としても良い。このように、循環方向をＢ方向とした場合、クールボックス３内の飲料等を充分に冷やせないものの、エバポレータ４にて冷却された空気が直接、バッテリケース２に導入されるため、蓄電池１の冷却効果は高くなる。したがって、例えば、蓄電池１の冷却要求のみが出され、クールボックス３の冷却運転が要求されていないとき、冷風循環方向をＢ方向に切り替える制御を行うようにしても良い。

実施例１では、クールボックスの冷却手段として、車載空調装置の冷凍サイクルにより作り出される冷媒が流通するエバポレータを用いる例を示したが、車載空調装置からの冷風を導入したり、冷却ドレン水を導入したりする構成例としても良い。さらに、単体のクールボックスではなく、例えば、クールボックス付きリアクーラ等の例であっても良い。

要するに、外周に隙間余裕による空間を持たせて蓄電池を収納するバッテリケースと、車室内からの収納や取り出しが可能で収納物を冷蔵するクールボックスと、バッテリケースのケース室とクールボックスのボックス室を連通させることで空気循環閉鎖経路を形成する一対のダクトと、空気循環閉鎖経路の途中位置に設定し、駆動により経路内の空気を強制的に循環させるファンと、を備えたものであれば、具体的構成は実施例１には限られることはない。

実施例１では、走行動力源としてエンジンとモータジェネレータを併用したハイブリッド車に対し蓄電池空冷装置を適用する例を示したが、走行動力源としてモータもしくはモータジェネレータのみを搭載した電気自動車や燃料電池車に対しても適用することができる。要するに、車両走行用のエネルギー源として車載された蓄電池の発熱を空気の強制的循環により冷却する蓄電池空冷装置であれば適用できる。

実施例１の蓄電池空冷装置を示す全体システム図である。 実施例１の蓄電池空冷装置であって冷風循環方向をＢ方向に切り替えた状態を示す全体システム図である。

符号の説明

１ 蓄電池
２ バッテリケース
２ａ ケース室
２ｂ 第１冷風開口
２ｃ 第２冷風開口
３ クールボックス
３ａ ボックス室
３ｂ 第１冷風開口
３ｃ 第２冷風開口
４ エバポレータ
５ 第１冷風循環ダクト（ダクト）
６ 第２冷風循環ダクト（ダクト）
７ ファン
８ ファンモータ
９ コントローラ
１０ 後席シート
１０ａ シートバック
１０ｂ アームレスト
１１ 蓄電池温度センサ
１２ ＣＡＮ通信線
１３ クールボックススイッチ

Claims (5)

1. 車両走行用のエネルギー源として車載された蓄電池の発熱を空気の強制的循環により冷却する蓄電池空冷装置において、
   外周に隙間余裕による空間を持たせて前記蓄電池を収納するバッテリケースと、
   車室内からの収納や取り出しが可能で収納物を冷蔵するクールボックスと、
   前記バッテリケースのケース室と前記クールボックスのボックス室を連通させることで空気循環閉鎖経路を形成する一対のダクトと、
   前記空気循環閉鎖経路の途中位置に設定し、駆動により経路内の空気を強制的に循環させるファンと、
   を備えたことを特徴とする蓄電池空冷装置。
2. 請求項１に記載された蓄電池空冷装置において、
   前記一対のダクトは、前記バッテリケースの第１冷風開口と前記クールボックスの第１冷風開口を連通する第１冷風循環ダクトと、前記クールボックスの第２冷風開口と前記バッテリケースの第２冷風開口を連通する第２冷風循環ダクトであり、
   前記ファンは、前記第１冷風循環ダクトと第２冷風循環ダクトのうち、少なくとも一方のダクトの途中位置に設けたことを特徴とする蓄電池空冷装置。
3. 請求項１または請求項２に記載された蓄電池空冷装置において、
   前記ファンを駆動するファンモータと、
   前記ファンモータの駆動制御をするコントローラと、を備え、
   前記コントローラは、蓄電池温度が空冷開始しきい値を超えた発熱温度条件と、充放電による蓄電池の発熱が予測される発熱予測条件のうち、少なくとも一つの条件が成立するとき、ファンモータを駆動することを特徴とする蓄電池空冷装置。
4. 請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載された蓄電池空冷装置において、
   前記ファンは、空気循環閉鎖経路の途中位置に１基設定し、蓄電池を冷却する空冷ファン機能とクールボックスを運転するときの送風ファン機能を兼用したことを特徴とする蓄電池空冷装置。
5. 請求項４に記載された蓄電池空冷装置において、
   前記クールボックスは、ボックス室内を冷却する手段として、車載空調装置の冷凍サイクルにより作り出される冷媒が流通するエバポレータを有し、
   前記コントローラは、蓄電池温度が空冷開始しきい値を超えた発熱温度条件と、充放電による蓄電池の発熱が予測される発熱予測条件と、クールボックスの冷却運転が要求される冷却運転要求条件のうち、少なくとも一つの条件が成立するとき、ファンモータを駆動することを特徴とする蓄電池空冷装置。

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