JP4930310B2 - 電気自動車 - Google Patents

Description

本発明は、モータの電源部を冷却手段で冷却する電気自動車に関する。

電気自動車は、駆動源となるモータと、その電源部としてバッテリーを車体に搭載している。電気自動車においてはバッテリーの性能や容量が走行距離に影響を与えることになるので、通常、充電可能な複数のバッテリーをユニット化して搭載し、放電によりバッテリー電圧が低下すると充電できるように構成されている。従来より、電気自動車用のバッテリーは、充電と放電を繰り返すことにより寿命性能が劣化することが知られている。また、温度環境によっては劣化が早まることも知られている。つまり、バッテリーは、充放電の際に発熱するため、充放電時における温度環境の最適化が求められる。

そこで、特許文献１では、バッテリーの外部充電時にも冷却装置を作動させてバッテリーの温度上昇を抑えて外部充電によるバッテリーの劣化を抑制する発明が提案されている。

特許第２８９４４２７号

電気自動車のバッテリーに対する外部充電には、１００ボルトや２００ボルトの交流電源を用いて充電する通常充電方式と、交流電源を直流に変換し、通常充電方式これよりも高い電圧と電流により短時間で充電する急速充電方式とがある。通常充電方式の場合、例えば７時間から１４時間掛けて充電するため、単位時間当たりの電流はそれほど多くはならない。そのため、通常充電方式での充電による発熱は許容される範囲であることが多い。しかし急速充電方式による充電の場合、単位時間当たりの電流が通常充電方式に比べて何倍にもなるので発熱が大きい。また、急速充電する場合、充電後に走行することが想定されるので、充電により発熱したバッテリーが放熱する前に走行によってさらに発熱することとなる。

また、バッテリーを冷却装置によって冷却する場合、ファン等の送風装置の稼動音が生じることが考えられる。例えば家庭用電源を用いて充電する通常充電方式の場合、電気料金が安い夜間電力の利用が想定されるが、深夜に送風装置の稼動音が断続的に発生することは好ましものではない。

通常充電時及び急速充電時の両方で冷却装置を稼動させる場合、冷却ファンの使用頻度が多くなるので、冷却ファンに求められる耐久性が高くなり、既存の冷却ファンを流用することが困難となってコストアップにつながってしまう。

さらに、電源部の温度が大きく上昇しないと考えられる通常充電時に電源部の冷却が必要になるということは、何かしらの不具合が発生している可能性があるため、電源部を冷却し、充電を続けることが必ずしもよいとはいえない場合もある。

特許文献１においては、このような急速充電時のことまでは考慮しておらず、バッテリーの耐久性を考慮すると、改善の余地が残されている。
本発明は、急速充電が行われた場合でも低コストで電源部を効率よく冷却して、従来に比べてよりバッテリーや冷却手段の耐久性を向上することが可能な電気自動車を提案することを、その目的としている。

上記目的を達成するため、本発明は、車輪を駆動するモータと、モータの電源部を冷却する冷却手段と、電源部の温度状態を検出する温度検出手段と、電源部が外部充電器による急速充電中か否かを検出する充電状況検出手段と、冷却手段を制御する制御手段とを備え、温度検出手段と充電状況検出手段からの検出情報から急速充電時における電源部の温度が所定温度よりも高い場合には、冷却手段を作動させるように制御手段で制御することを特徴としている。

本発明において、冷却手段は、送風ファンを駆動する送風駆動モータとコンプレッサを備え冷却気流を発生させるエアコンユニットと、 エアコンユニットからダクトを介して電源部に供給された冷却気流を車外に排出する排出ファンを駆動する排出駆動モータを備え、温度検出手段と充電状況検出手段からの検出情報から急速充電時における電源部の温度が第１の温度より高い場合には、送風ファンと排気ファンを駆動すべく送風駆動モータと排出駆動モータを作動し、急速充電時における電源部の温度が第１の温度より高い第２の温度の場合には、コンプレッサを追加作動させるように制御手段により制御することを特徴としている。

本発明において、電源部の温度が高くなるほど排出ファンの回転が高くなるように排出駆動モータの作動を制御手段で制御することを特徴としている。

本発明によれば、急速充電時における電源部の温度が所定温度よりも高い場合、冷却手段が作動するので、急速充電により発熱した電源部を冷却することができ、従来に比べてより電源部の耐久性を向上することができる。また、電源部の冷却は、急速充電時の短時間のみに行われるので、冷却手段に求められる耐久性が大きく変化せず、既存の冷却手段を流用できるため、大幅なコストアップを防ぐことができるとともに、冷却手段の作動音でユーザの利便を損なうことが少なくなる。さらに、通常充電時には電源部の冷却を行わないので、電源部に何かしらの不具合が生じた場合には、早期に発見することができる。

本発明によれば、急速充電時における電源部の温度が第１の温度より高い場合には送風ファンと排気ファンを駆動すべく送風駆動モータと排出駆動モータを作動し、急速充電時における電源部の温度が第１の温度より高い第２の温度の場合にはコンプレッサが追加作動するので、電源部の温度変化に対応させて冷却手段による冷却能力が変更されることになり、過度な使用電力を抑制しながら効果的な電源部の冷却を行なえ、充電効率の向上にもつながる。

本発明によれば、電源部の温度が高くなるほど排出ファンの回転が高くなるように排出駆動モータを作動させるので、冷却風の流通効率が向上し、より効果的な電源部の冷却を行なえる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。図１において、符号１で示す電気自動車は、モータ２の駆動で車輪３を回転させて走行するものである。電気自動車１の車室内２０に設けられた座席４の下部には、モータ２の電源部となるバッテリーユニット５が配設されている。バッテリーユニット５は、複数のセルを１つのモジュールとし、これらモジュールを複数備えた電池パックとして構成されている。バッテリーユニット５は、車体を構成するフロアパネル６とフロアパネル６の下方に設けられた遮蔽板７とで構成されたユニット収納部８内に収納されている。

電気自動車１は、バッテリー制御部９と、バッテリーユニット５を冷却する冷却手段１５と、バッテリーユニット５の温度状態を検出する温度検出手段となる温度検出センサ２１と、バッテリーユニット５が図２に示す外部充電器１２１Ａによる急速充電中か否かを検出する充電状況検出手段１０１と、冷却手段１５を制御する冷却制御部１０と、バッテリー制御部９と冷却制御部１０を制御する制御手段１００と、通常充電を行う車載充電器１２１Ａを備えている。

冷却手段１５は、外気導入路１３に配置された送風ファン１４とそれを駆動する送風駆動モータ１４１とコンプレッサ１８を備え、符号Ｓで示す冷却気流となる送風気流とコンプレッサ１８の駆動により外気導入路１３に配置された熱交換器１７との間で冷媒を冷凍サイクル循環させることで外気を冷却し冷却風を発生させるエアコンユニット１５０と、エアコンユニット１５０からダクト１６を介してユニット収納部８内に供給された冷却気流全般を車外に排出する排出ファン１１と、排出ファン１１を駆動する排出駆動モータ１１を備えている。

エアコンユニット１５０は、車室内２０に冷却気流Ｓを導入する室内冷却噴出口１５ａと、冷却気流をユニット収納部８へ案内するバッテリー冷却吹出口１５ｂを備え、両者はダンパ１９によって切り替えられるように構成されている。

ユニット収納部８の前側には導入口８ａが形成され、後側８ｂに形成された排出口には排出ファン１１が装着されている。排出ファン１１は、ユニット収納部８内に空気を吸引するためのもので、このファンが回転することで、ユニット収納部８内の空気が排出されるように構成されている。

導入口８ａには、一端１６ａがバッテリー冷却吹出口１５ｂに連結されてエアコンユニット１５０からの冷却気流Ｓをユニット収納部８に案内する流路を内部に形成されたダクト１６の他端１６ｂが連結されている。ユニット収納部８内のバッテリーユニット５は、このダクト１６を介して案内されて導入される冷却気流Ｓによって冷却されるように構成されている。本形態において、ダクト１６は、助手席４Ａ側のフロア６に配設されている。

車載されている通常充電器１２１Ａは、例えば電圧１００ボルト／１５アンペアで充電するもので、車外に設置されている１００Ｖ供給のコンセント１２３に連結されるソケット１２Ａが充電ケーブル１２２を介して接続されている。

車外に設置されている急速充電器１２１Ｂは、例えば三相電圧２００ボルト／５０ＫＷで充電するもので、ケーブルを介してソケット１２Ｂが延びている。電気自動車１には、このソケット１２Ｂが装着されるコネクター１２４が設置さている。充電状況検出手段１０１は、コネクター１２４に急速充電器１２１Ｂ（ソケット１２Ｂ）が接続されていることを検出するものであり、例えば電圧計であっても良いし、コネクター１２４の近傍に設けたメカニカルなスイッチであってもよい。充電状況検出手段１０１は制御手段１００に信号線を介して接続されていて、充電状況の検出情報を出力している。

バッテリー制御部９は、バッテリーユニット５への充電や温度を制御するもので、バッテリーユニット５と温度検出センサ２１、排出ファン１１を作動する排出駆動モータ１１１が接続されており、充電状況に応じて排出駆動モータ１１１に作動指令を送信して排出駆動モータ１１１の作動を制御するように構成されている。

冷却制御部１０には、コンプレッサ１８、送風駆動モータ１４１、ダンパ１９を駆動して冷却気流の吹出口を切り替えるダンパ駆動部１９１が接続されていて、各駆動部に作動指令を送信することで各駆動部の作動を制御するように構成されている。

バッテリー制御部９、冷却制御部１０及び制御手段１００は、周知のコンピュータで構成されている。制御手段１００は、バッテリー制御部９、冷却制御部１０、充電状況検出手段１０１が信号線で接続されていて、バッテリー制御部９から送信される温度検出センサ２１からの温度情報と充電状況検出手段１０１からの検出情報からバッテリーユニット５の温度Ｔと急速充電状態であるか否かを判定し、バッテリーユニット５の温度Ｔが所定温度よりも高い場合には、冷却手段１５を作動させるように制御する機能を備えている。具体的には、制御手段１００は、温度検出センサ２１と充電状況検出手段１０１からの検出情報から急速充電時におけるバッテリーユニット５の温度Ｔが、予め制御手段１００に設定されている第１の温度Ｔ１より高い場合には、排気ファン１１と送風ファン１４を駆動すべく排出駆動モータ１１１と送風駆動モータ１４１を作動し、急速充電時におけるバッテリーユニット５の温度Ｔが第１の温度Ｔ１より高い第２の温度Ｔ２（Ｔ１＜Ｔ２）の場合には、コンプレッサ１８を追加作動させる機能を備えている。

このような構成におけるバッテリーユニット５の冷却動作を図３に示すフローチャートに沿って説明する。

電気自動車１は、その走行時にはバッテリーユニット５からモータ２へ供給される電力によってモータ２が駆動して車輪３を回転することで走行する。走行時においてバッテリーユニット５は放電するため、電力が消耗するとともに発熱する。

ここで、バッテリーユニット５の放電が進んで残量が低下すると、充電の必要が生じる。例えば、充電完了後、走行しないで駐車する場合にはソケット１２Ａを図２に示す車外のコンセント１２３に連結する。この場合１００ボルト／１５アンペアの出力で充電されるので、充電時間を要するが発熱量は抑えられる。

一方、充電完了後、再び走行するような場合には、コネクター１２４に図２に示す急速充電器１２１Ａのソケット１２Ｂを連結する。この場合には、２００ボルト／５０ｋｗの出力で充電されるので、充電時間は通常充電に比べて短時間で済むが発熱量が大きくなる。

このとき、制御手段１００は、ステップＡ１において急速充電中であるか否かを、充電状況検出手段１０１からの検出情報から判定し、急速充電の場合にはステップＡ２に進む。ステップＡでは、温度検出センサ２１からの温度情報（バッテリ温度Ｔ）が、設定されている第１の温度Ｔ１を超えているか否かを判定し、第１の温度Ｔ１を超えていない場合には冷却の必要はないものとする。

一方、第１の温度Ｔ１を超えている場合には、冷却の必要があるものとしてステップＡ３に進み、空調システム作動指令を発する。この指令が発せられると、ステップＡ４において空調システムを構成する送風駆動モータ１４１とダンパ駆動部１９１と排出駆動モータ１１１が作動する。これらが作動すると、ダンパ１９がバッテリー冷却吹出口１５ｂへ切り替えられ、送風ファン１４と排気ファン１１が回転するので、外気導入路１３から外気が送風気流としてバッテリー冷却吹出口１５ｂ、ダクト１６を介してバッテリー収納部８へ供給される。供給された送風気流はバッテリー収納部８でバッテリーユニット５の熱を奪い、排気ファン１１によって車外へ排出される。このような送風気流がバッテリー収納部８内を流通するとこで、バッテリーユニット５が冷却されることになる。

ステップＡ５では、第１の冷却動作後のバッテリー温度Ｔと第２の温度Ｔ２を比較してバッテリー温度Ｔが第２の温度Ｔ２を超えているか否かを判定する。つまり第１の冷却動作による冷却風量と冷却温度で十分な冷却が成されたか否かを判定する。ここでバッテリー温度Ｔが第２の温度Ｔ２を超えていなければ、第１の冷却動作だけでバッテリーユニット５の十分な冷却ができているものとする。

一方、バッテリー温度Ｔが第２の温度Ｔ２を超える場合には、第１の冷却動作だけで十分な冷却ができないものとしてステップＡ６に進み、コンプレッサ作動指令を出力する。すると、ステップＡ７においてコンプレッサ１８が作動する。コンプレッサ１８が作動すると、熱交換器１７とコンプレッサ１８の間で冷媒が循環し、周知の冷凍サイクルの作用により、外気導入路１３からの外気が熱交換器１７によって冷却される。このため、バッテリー冷却吹出口１５ｂ、ダクト１６を介してバッテリー収納部８へ供給される気流は、送風気流よりも温度の低い冷却気流となり、バッテリー収納部８でバッテリーユニット５の熱を奪い、排気ファン１１によって車外へ排出される。このような冷却気流がバッテリー収納部８内を流通するとこで、送風気流が流通する場合よりもバッテリーユニット５が冷却されることになる。

このような構成によると、急速充電時におけるバッテリーユニット５の温度Ｔが所定温度よりも高い場合には、冷却手段１５が作動するので、急速充電により発熱したバッテリーユニット５の冷却することができ、従来に比べてよりバッテリーユニット５の耐久性を向上することができる。

本形態では、所定温度として第１の温度Ｔ１と第２の温度Ｔ２（Ｔ１＜Ｔ２）を設定し、急速充電時におけるバッテリーユニット５の温度Ｔが第１の温度Ｔ１より高い場合には送風ファン１４と排気ファン１１を駆動すべく送風駆動モータ１４１と排出駆動モータ１１１を作動し、これら駆動モータの作動による第１の冷却動作の実行後におけるバッテリーユニット５の温度Ｔが第２の温度Ｔ２の超える場合にはコンプレッサ１８を追加作動するので、バッテリーユニット５の温度変化に対応させて冷却手段１５による冷却能力が変更されることになり、過度な使用電力を抑制しながら効果的なバッテリーユニット５の冷却を行うことができ、充電効率の向上にもつながる。

また、ステップＡ４において排出駆動モータ１１１を駆動して排気ファン１１を作動させるに際し、排気ファン１１による風量（回転数）一定であってもよいが、図４に示すように、バッテリー温度Ｔが高くなるほど排出ファン１１の風量（回転数）回転が高くなるように排出駆動モータ１１１の作動を制御するようにしてもよい。このように排出ファン１１の可変制御を行うと、冷却気流の流通効率が向上し、より効果的なバッテリーユニット５の冷却を行なえるとともに、排出駆動モータ１１１を作動直後から高回転で回転させなくて済むので、排出駆動モータ１１１の耐久性の向上につながる。

さらに大きく発熱しないはずの通常充電時において、バッテリーユニット５の温度Ｔが所定温度、例えば第１の温度Ｔ１よりも高い場合は、車両に故障が発生している可能性があるため、通常充電時には冷却を実行しないことで故障の早期発見となる。

また、本形態において、バッテリーユニット５の冷却は、急速充電時の短時間のみに行われるので、冷却手段１５、特に排出駆動モータ１１１に求められる耐久性が大きく変化せず、既存のファンを流用できるため、大幅なコストアップを防ぐことができるとともに、冷却手段１５を構成するコンプレッサ１８や排出駆動モータ１１の作動音でユーザの利便を損なうことが少なくなる。

図５は、第１および第２の温度と、冷却システムの作動タイミングを示す特性図を示す。空調システムを構成する排出駆動モータ１１１と排気ファン１１は、バッテリー温度Ｔが第１の温度Ｔ１を超えると作動し、バッテリー温度Ｔが第２の温度Ｔ２を超えるとコンプレッサ１８が作動する。しかし、排出駆動モータ１１１と排気ファン１１の停止とコンプレッサ１８の停止はそれぞれバッテリー温度Ｔが第１の温度Ｔ１および第２の温度Ｔ２よりも低い温度になるまでは作動状態となる。これは作動と停止の温度を同一温度とすると、温度検出センサ２１の取り付け位置による温度ムラやセンサ不感体などによる誤差により、過度に各駆動モータやコンプレッサの作動／停止が頻繁に起こり耐久性に影響が出るためである。

本発明の一実施形態である電気自動車の概略構成図である。 本発明の制御系の構成を示すブロック図である。 制御手段によるバッテリー冷却制御の一形態を示すフローチャートである。 排気ファンの風量可変制御による作動特性を占め線図である。 空調システムとコンプレッサの作動タイミングを示す図である。

符号の説明

１ 電気自動車
２ モータ
３ 車輪
５ 電源部
１１ 排出ファン
１４ 送風ファン
１５ エアコンユニット
１６ ダクト
１５ 冷却手段
１８ コンプレッサ
２１ 温度検出手段
１０１ 充電状況検出手段
１００ 制御手段
１１１ 排出駆動モータ
１２１Ａ 外部充電器
１４１ 送風駆動モータ
Ｓ 冷却気流
Ｔ 電源部の温度
Ｔ１ 第１の温度
Ｔ２ 第２の温度

Claims (1)

1. 車輪を駆動するモータと、前記モータの電源部を冷却する冷却手段と、前記電源部の温度状態を検出する温度検出手段と、前記電源部が外部充電器による急速充電中か否かを検出する充電状況検出手段と、前記冷却手段を制御する制御手段とを備えた電気自動車において、
   前記冷却手段は、送風ファンを駆動する送風駆動モータとコンプレッサを備え冷却気流を発生させるエアコンユニットと、前記エアコンユニットからダクトを介して前記電源部に供給された冷却気流を車外に排出する排出ファンを駆動する排出駆動モータを備え、
   前記制御手段は、前記温度検出手段と前記充電状況検出手段からの検出情報から急速充電時における前記電源部の温度が第１の温度より高い場合には、前記送風ファンと排気ファンを駆動すべく前記送風駆動モータと前記排出駆動モータを作動し、前記急速充電時における電源部の温度が第１の温度より高い第２の温度の場合には、前記コンプレッサを追加作動させるとともに、前記電源部の温度が高くなるほど前記排出ファンの回転が高くなるように前記排出駆動モータの作動を制御することを特徴とする電気自動車。

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