JP2020183815A - Cooling system - Google Patents
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Abstract
【課題】液相と気相とに相変化する冷媒が自然循環するループ型サーモサイフォンについて、簡素な構成で冷媒の循環状態を判別すること。【解決手段】冷却器11と、凝縮器12と、を有するループ型サーモサイフォン10を備え、冷却器11と凝縮器12との間で冷媒が自然循環する冷却システム1であって、液体配管14を閉塞するシャット弁15と、シャット弁15の開閉を制御するECU20と、気体冷媒の圧力を検出する圧力センサ33と、を備え、ECU20は、冷却器11での冷媒温度と凝縮器12での冷媒温度とに温度差がある状態でシャット弁15を閉じ、圧力センサ33で検出される圧力が所定値以上まで上昇した場合には、ループ型サーモサイフォン10内を冷媒が正常に循環していると判定し、シャット弁15を閉じても圧力センサ33で検出される圧力が所定値まで上昇しない場合には、ループ型サーモサイフォン10の異常と判定する。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To determine a circulation state of a refrigerant with a simple configuration for a loop type thermosiphon in which a refrigerant whose phase changes between a liquid phase and a gas phase naturally circulates. SOLUTION: The cooling system 1 is provided with a loop type thermosiphon 10 having a cooler 11 and a condenser 12, and a refrigerant naturally circulates between the cooler 11 and the condenser 12, and is a liquid pipe 14. The ECU 20 includes a shut valve 15 for closing the shut valve 15, an ECU 20 for controlling the opening and closing of the shut valve 15, and a pressure sensor 33 for detecting the pressure of the gaseous refrigerant. The ECU 20 includes the refrigerant temperature in the cooler 11 and the condenser 12 in the condenser 12. When the shut valve 15 is closed with a temperature difference from the refrigerant temperature and the pressure detected by the pressure sensor 33 rises to a predetermined value or more, the refrigerant normally circulates in the loop type thermosiphon 10. If the pressure detected by the pressure sensor 33 does not rise to a predetermined value even when the shut valve 15 is closed, it is determined that the loop type thermosiphon 10 is abnormal. [Selection diagram] Fig. 1
Description
本発明は、冷却システムに関する。 The present invention relates to a cooling system.
特許文献1には、液相の冷媒を蒸発される蒸発器(冷却器)と、気相の冷媒を凝縮させる凝縮器とを有するループ型サーモサイフォンを備え、液相と気相とに相変化する冷媒を用いて熱を輸送し、冷却器と凝縮器との間で冷媒が自然循環する冷却システムが開示されている。特許文献1に記載の構成では、凝縮器と冷却器との間の液体配管に開閉弁を設け、電池セルの過冷却を防止する目的で、制御部が開閉弁の開閉を制御する。 Patent Document 1 includes a loop-type thermosiphon having an evaporator (cooler) that evaporates the liquid phase refrigerant and a condenser that condenses the gas phase refrigerant, and phase changes between the liquid phase and the gas phase. A cooling system is disclosed in which heat is transported by using a refrigerant to be used, and the refrigerant naturally circulates between the cooler and the condenser. In the configuration described in Patent Document 1, an on-off valve is provided in the liquid pipe between the condenser and the cooler, and the control unit controls the opening and closing of the on-off valve for the purpose of preventing supercooling of the battery cell.
冷媒が循環する冷却装置としては、冷媒を強制循環させる構成と、冷媒が自然循環する構成とが挙げられる。強制循環の場合、例えば電動ポンプによって冷媒を循環させる構成では、ポンプ回転数や駆動電流を監視することによって、冷媒が正常に循環しているか否かを判定することができる。すなわち、ポンプ回転数と駆動電流に基づいて、冷媒の循環異常を検出することが可能である。一方、自然循環の場合、例えばループ型サーモサイフォンを備える構成では、電動ポンプが存在しないため、ポンプ回転数と駆動電流に基づいた状態判別が行えない。そこで、冷媒が自然循環するループ型サーモサイフォンについて、内部の冷媒が正常に循環していることを正確に判定できることが望まれる。 Examples of the cooling device in which the refrigerant circulates include a configuration in which the refrigerant is forcibly circulated and a configuration in which the refrigerant naturally circulates. In the case of forced circulation, for example, in a configuration in which the refrigerant is circulated by an electric pump, it is possible to determine whether or not the refrigerant is normally circulated by monitoring the pump rotation speed and the drive current. That is, it is possible to detect a refrigerant circulation abnormality based on the pump rotation speed and the drive current. On the other hand, in the case of natural circulation, for example, in a configuration provided with a loop type thermosiphon, since the electric pump does not exist, the state cannot be determined based on the pump rotation speed and the drive current. Therefore, it is desired that the loop type thermosiphon in which the refrigerant naturally circulates can be accurately determined that the internal refrigerant circulates normally.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、液相と気相とに相変化する冷媒が自然循環するループ型サーモサイフォンについて、簡素な構成で冷媒の循環状態を判別することができる冷却システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is possible to determine the circulation state of the refrigerant with a simple configuration for a loop type thermosiphon in which the refrigerant whose phase changes between the liquid phase and the gas phase naturally circulates. The purpose is to provide a cooling system that can.
本発明は、発熱体の熱を吸熱して液体冷媒を蒸発させる冷却器と、前記冷却器よりも上方に配置され、前記冷却器で気化された気体冷媒を凝縮させる凝縮器と、前記冷却器で気化された気体冷媒を前記凝縮器に流通させる気体配管と、前記凝縮器で液化された液体冷媒を前記冷却器に流通させる液体配管と、を有するループ型サーモサイフォンを備え、前記冷却器と前記凝縮器との間で冷媒が自然循環する冷却システムであって、前記気体配管または前記液体配管に設けられ、配管を閉塞するシャット弁と、前記シャット弁の開閉を制御する制御部と、前記気体配管に設けられ、気体冷媒の圧力を検出する圧力センサと、を備え、前記制御部は、前記冷却器での冷媒温度と前記凝縮器での冷媒温度とに温度差がある状態で前記シャット弁を閉じ、前記圧力センサで検出される圧力が所定値以上まで上昇した場合には、前記ループ型サーモサイフォン内を冷媒が正常に循環していると判定する第1判定部を有し、前記第1判定部は、前記温度差がある状態で前記シャット弁を閉じても、前記圧力センサで検出される圧力が所定値まで上昇しない場合には、前記ループ型サーモサイフォンの異常と判定することを特徴とする。 The present invention comprises a cooler that absorbs the heat of a heating element to evaporate a liquid refrigerant, a condenser that is arranged above the cooler and condenses a gaseous refrigerant vaporized by the cooler, and the cooler. A loop type thermosiphon having a gas pipe for circulating the gas refrigerant vaporized in the above to the condenser and a liquid pipe for flowing the liquid refrigerant liquefied by the condenser to the cooler is provided with the cooler. A cooling system in which a refrigerant spontaneously circulates between the condenser, a shut valve provided in the gas pipe or the liquid pipe to close the pipe, a control unit for controlling the opening and closing of the shut valve, and the above. A pressure sensor provided in the gas pipe to detect the pressure of the gas refrigerant is provided, and the control unit shuts the gas in a state where there is a temperature difference between the refrigerant temperature in the cooler and the refrigerant temperature in the condenser. When the valve is closed and the pressure detected by the pressure sensor rises to a predetermined value or more, it has a first determination unit for determining that the liquid is normally circulating in the loop type thermosiphon. If the pressure detected by the pressure sensor does not rise to a predetermined value even if the shut valve is closed with the temperature difference, the first determination unit determines that the loop type thermosiphon is abnormal. It is characterized by.
また、前記ループ型サーモサイフォン内の冷媒の温度を検出する温度センサ、をさらに備え、前記制御部は、前記第1判定部により正常と判定された場合に、前記圧力センサで検出された圧力と前記温度センサで検出された温度とにより定まる実際の冷媒特性と、冷媒の物性値から得られる飽和圧力と飽和温度とにより定まる理論特性とを比較し、前記実際の冷媒特性が前記理論特性から所定値以上ずれているか否かを判定する第2判定部を有し、前記第2判定部は、前記実際の冷媒特性が前記理論特性から所定値以上ずれている場合には、冷媒特性に異常があると判定し、前記実際の冷媒特性が前記理論特性から所定値以上ずれていない場合には、冷媒特性は正常であると判定してもよい。 Further, a temperature sensor for detecting the temperature of the refrigerant in the loop type thermosiphon is further provided, and the control unit can be used with the pressure detected by the pressure sensor when it is determined to be normal by the first determination unit. The actual refrigerant characteristics determined by the temperature detected by the temperature sensor are compared with the theoretical characteristics determined by the saturation pressure and the saturation temperature obtained from the physical property values of the refrigerant, and the actual refrigerant characteristics are determined from the theoretical characteristics. It has a second determination unit that determines whether or not the value deviates from the value or more, and the second determination unit has an abnormality in the refrigerant characteristics when the actual refrigerant characteristics deviate from the theoretical characteristics by a predetermined value or more. If it is determined that there is, and the actual refrigerant characteristics do not deviate from the theoretical characteristics by a predetermined value or more, it may be determined that the refrigerant characteristics are normal.
この構成によれば、ループ型サーモサイフォン内部における実際の冷媒特性と、冷媒の物性値から得られる理論特性とを比較することによって、冷媒の特性異常を検出することができる。 According to this configuration, an abnormality in the characteristics of the refrigerant can be detected by comparing the actual refrigerant characteristics inside the loop type thermosiphon with the theoretical characteristics obtained from the physical property values of the refrigerant.
また、前記発熱体は、車両に搭載された電池であり、前記制御部は、前記車両のソーク中に前記シャット弁の開閉状態を切り替える制御を実行する際、前記第1判定部による判定処理を実施してもよい。 Further, the heating element is a battery mounted on the vehicle, and when the control unit executes a control for switching the open / closed state of the shut valve during the soak of the vehicle, the first determination unit performs a determination process. It may be carried out.
この構成によれば、車両のソーク中に実行される制御と並行して、ループ型サーモサイフォンの異常検出制御を行うことができる。 According to this configuration, abnormality detection control of the loop type thermosiphon can be performed in parallel with the control executed during the soaking of the vehicle.
また、前記制御部は、前記車両のソーク中に、前記電池の温度バラツキを抑制するための制御を実行して前記シャット弁を閉じる際に、前記第1判定部による判定処理を実施してもよい。 Further, even if the control unit executes control for suppressing the temperature variation of the battery during the soaking of the vehicle and closes the shut valve, the determination process by the first determination unit may be performed. Good.
この構成によれば、車両のソーク中に実行される温度バラツキの抑制制御と並行して、ループ型サーモサイフォンの異常検出制御を行うことができる。 According to this configuration, it is possible to perform abnormality detection control of the loop type thermosiphon in parallel with suppression control of temperature variation executed during soaking of the vehicle.
また、前記制御部は、前記車両のソーク中に、前記車両の外気温が低いことによる前記電池の過冷却を抑制するための制御を実行して前記シャット弁を閉じる際に、前記第1判定部による判定処理を実施してもよい。 Further, when the control unit executes control for suppressing supercooling of the battery due to the low outside air temperature of the vehicle during soaking of the vehicle and closes the shut valve, the first determination is made. The determination process by the unit may be carried out.
この構成によれば、車両のソーク中に実行される過冷却の抑制制御と並行して、ループ型サーモサイフォンの異常検出制御を行うことができる。 According to this configuration, it is possible to perform abnormality detection control of the loop type thermosiphon in parallel with suppression control of supercooling executed during soaking of the vehicle.
本発明では、気相と液相とに相変化する冷媒が自然循環する冷却システムについて、シャット弁の開閉に応じた圧力変化を監視することにより、ループ型サーモサイフォン内での冷媒の循環状態を正確に判別することができる。 In the present invention, in a cooling system in which a refrigerant that changes phase between a gas phase and a liquid phase naturally circulates, the circulation state of the refrigerant in the loop type thermosiphon is controlled by monitoring the pressure change according to the opening and closing of the shut valve. It can be determined accurately.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態における冷却システムについて具体的に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, the cooling system according to the embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments described below.
図1は、実施形態における冷却システムの概略構成を示す模式図である。図2は、冷却器と凝縮器との間で冷媒が自然循環する状態を示す模式図である。図3は、ループ型サーモサイフォンの動作原理を説明するための図である。なお、図2には、冷媒が循環する際の流れが矢印で示されている。 FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a cooling system according to an embodiment. FIG. 2 is a schematic view showing a state in which the refrigerant naturally circulates between the cooler and the condenser. FIG. 3 is a diagram for explaining the operating principle of the loop type thermosiphon. In FIG. 2, the flow when the refrigerant circulates is indicated by an arrow.
冷却システム1は、電池セル2を冷却対象とするものである。この冷却システム1は、液相と気相とに相変化する作動流体(冷媒)を利用して熱を輸送するループ型サーモサイフォン10を備える。冷媒は、熱輸送媒体であり、気液変化する際に潜熱を利用して吸熱もしくは放熱するものである。ここでは、「液相の作動流体」を「液体冷媒」、「気相の作動流体」を「気体冷媒」と記載する。
The cooling system 1 targets the
電池セル2は、角型に構成されている。この電池セル2は電池パックを構成するものである。電池パックは、複数のバッテリモジュールにより構成されている。このバッテリモジュールは、複数の電池セル2が積層するように配置された構造を有する。このように、複数の電池セル2からなるバッテリモジュールでは、電池セル2間で温度のバラツキが発生する。
The
例えば、電池セル2は電動車両やプラグインハイブリッド車両に搭載される車載バッテリである。この場合、電池セル2には走行用モータに供給するための電力が蓄えられている。そして、車両が走行する際に、電池セル2から走行用モータに電力を供給する。また、充電スタンドなどの外部電源から充電する際には、外部電源から車載の電池セル2に電力が供給される。このように、放電時と充電時には、通電に伴って電池セル2で熱が発生する。この電池セル2の熱をループ型サーモサイフォン10によって輸送し放熱する。
For example, the
ループ型サーモサイフォン10は、冷却器11と、凝縮器12と、気体冷媒が流通する気体配管13と、液体冷媒が流通する液体配管14と、を備える。ループ型サーモサイフォン10では、閉ループ回路内に冷媒が封入されており、冷却器11と凝縮器12との間で冷媒を自然循環させることができる。冷却器11の蒸気出口と凝縮器12の蒸気入口とを繋ぐように気体配管13が配管されている。凝縮器12の液体出口と冷却器11の液体入口とを繋ぐように液体配管14が配管されている。
The loop type thermosiphon 10 includes a
冷却器11は、電池セル2で発生した熱を吸熱して液体冷媒を蒸発させるものである。すなわち、冷却器11は、ループ型サーモサイフォン10における蒸発器として機能する。冷却器11の内部には液体冷媒が供給される。冷却器11の外表面は電池セル2の表面に接触している。冷却器11の内部に供給された液体冷媒は、電池セル2の熱を受け取って沸騰して蒸発する。図3に示すように、冷却器11で液体冷媒が蒸発する際、蒸発に伴う潜熱の移動により、電池セル2から冷却器11に熱が移動する。このように、冷却器11は電池セル2の熱を吸熱して電池セル2を冷却する。
The cooler 11 absorbs the heat generated in the
冷却器11内部で気化した蒸気(気体冷媒)は蒸気出口から気体配管13に流出する。そして、電池セル2で生じた熱が気体冷媒によって凝縮器12に輸送される。電池セル2の熱は凝縮器12で放熱される。
The steam (gas refrigerant) vaporized inside the cooler 11 flows out to the
凝縮器12は、冷却器11よりも上方に配置され、冷却器11で気化された気体冷媒を凝縮させるものである。例えば、凝縮器12は、空冷式の放熱器であるラジエータにより構成される。ラジエータからなる凝縮器12は、図3に示すように、気体冷媒と車両の外気との間で熱交換を行う。例えば、車両が走行中はラジエータに走行風が当たるため、気体冷媒を放熱させることができる。
The
気体配管13と液体配管14とは、冷媒配管として環状に形成されている。気体配管13は、冷却器11で気化された気体冷媒を凝縮器12に流通させる配管である。液体配管14は、凝縮器12で液化された液体冷媒を冷却器11に流通させる配管である。
The
気体配管13は、下方側の端部が冷却器11の蒸気出口に接続され、鉛直方向で上方に向けて延びている。気体配管13の上方側の端部は凝縮器12の蒸気入口に接続されている。気体配管13内を凝縮器12に向けて流通する気体冷媒は、鉛直方向の上方に向けて流れた後、凝縮器12に到達する。
The lower end of the
液体配管14は、上方側の端部が凝縮器12の液体出口に接続されている。この液体配管14は、図3に示すように、凝縮器12で液化した液体冷媒が自重(重力)で鉛直方向の下方に向けて流れるように、上方側の端部から鉛直方向に沿って下方に延在している。また、液体配管14の下側の端部は冷却器11の液体入口に接続されている。液体配管14内を自重により鉛直方向で下方に流れた液体冷媒は、液体入口から冷却器11に流入する。
The upper end of the
また、液体配管14には、液体配管14を閉塞するシャット弁15が設けられている。シャット弁15は、開いた状態と閉じた状態とに切り替わる開閉弁である。シャット弁15が開いた状態では、液体冷媒が液体配管14を流通できるため、冷却器11と凝縮器12との間で冷媒が循環可能となる。一方、シャット弁15が閉じた状態では、液体冷媒が液体配管14を流通できないため、冷却器11と凝縮器12との間で冷媒が循環不可となる。このシャット弁15は、電磁弁により構成されており、電子制御装置(以下、ECUという)20によって制御される。なお、シャット弁15の開状態を「OPEN」、シャット弁15の閉状態を「CLOSE」と記載する場合がある。
Further, the
ECU20は、CPUと、各種プログラム等のデータが格納された記憶部と、電池セル2の温度を制御するための各種の演算を行う演算処理部と、を備える。ECU20には各種のセンサからの信号が入力される。図1に示すように、冷却システム1は、冷却器11内での冷媒の温度を検出する第1温度センサ31と、凝縮器12内での冷媒の温度を検出する第2温度センサ32と、気体配管13内での気体冷媒の圧力を検出する圧力センサ33とを備える。ECU20には、第1温度センサ31、第2温度センサ32、圧力センサ33とからの信号が入力される。第1温度センサ31は、冷却器11内の冷媒(液体、気体を問わず)の代表温度を計測することが可能な場所に設けられている。第2温度センサ32は、凝縮器12内の冷媒(液体、気体を問わず)の代表温度を計測することが可能な場所に設けられている。さらに、ECU20には、電池セル2の温度を検出する電池温度センサ(不図示)、外気の温度を検出する外気温度センサ(不図示)等からの信号が入力されてもよい。電池温度センサは、電池セル2の表面に取り付けられ、電池温度を検出する。なお、この説明では、電池セル2の温度を「電池温度」と記載する場合がある。
The
ECU20は、第1温度センサ31と第2温度センサ32と圧力センサ33とからの入力信号に基づいて、冷却システム1の異常を検出するための制御である異常検出制御を実行する。ECU20は、異常検出制御として、冷媒が正常に循環していないことを検出するための制御(循環状態判別制御)と、冷媒自体に異常が発生していることを検出するための制御(冷媒状態判別制御)とを実行する。
The
循環状態判別制御では、第1温度センサ31により検出された冷媒温度と、第2温度センサ32により検出された冷媒温度と、圧力センサ33により検出された冷媒圧力とを用いて、ループ型サーモサイフォン10の内部で冷媒が正常に循環しているか否かを判定する。循環状態判別制御は、ループ型サーモサイフォン10の特性に着目した制御である。まず、ループ型サーモサイフォン10の特性として、冷却器11での冷媒温度と凝縮器12での冷媒温度とに差がある場合には、この温度差に応じた圧力差が、ループ型サーモサイフォン10内に発生する。この場合、シャット弁15が開いた状態では、この温度差に伴う圧力差によって冷媒が自然循環する。そして、冷媒が自然循環している状態でのループ型サーモサイフォン10の内圧は、シャット弁15を閉じて閉空間相当(液体配管14を閉塞)にした状態でのループ型サーモサイフォン10の内圧とは異なる値となる。
In the circulation state discrimination control, a loop type thermosiphon is used by using the refrigerant temperature detected by the
そこで、シャット弁15を開状態から閉状態に切り替えて、その際に発生する圧力変化を圧力センサ33によって検出する。そして、検出した圧力が所定値以上に上昇した場合には、ループ型サーモサイフォン10内を冷媒が正常に循環していると判断する。一方、検出した圧力が所定値よりも低い場合には、ループ型サーモサイフォン10内で冷媒が正常に循環していない状態(循環異常)と判断する。
Therefore, the
図4に示すように、同じ温度で比較した場合、シャット弁15が開いた状態の冷媒圧力は、シャット弁15が閉じた状態の冷媒圧力よりも低い。例えば、同じ温度での圧力差は数十kPaとなる。これは、ループ型サーモサイフォン10において、シャット弁15を閉じて閉空間相当にした際の内圧が、冷媒が循環している際の内圧よりも高いことを表している。そのため、図5に示すように、シャット弁15を閉じた状態から開いた状態に切り替えた場合(時刻t1)、凝縮器12の前に位置する気体配管13内の圧力、すなわち気体冷媒の圧力は、シャット弁15の開閉前後で急激に低下する。そして、シャット弁15が開いた状態では、理論飽和状態よりも低い圧力となる。なお、図4には示さないが、理論飽和状態における圧力(理論飽和圧力)と温度(理論飽和温度)との関係は、比例関係になる。理論飽和状態では、温度が上昇するに連れて比例的(直線的)に圧力が上昇する。また、シャット弁15が閉じた状態の冷媒圧力は、シャット弁15が開いた状態の冷媒圧力よりも理論飽和状態に近い圧力となる。さらに、シャット弁15を開いた状態では冷媒が流れるため、シャット弁15を開いた状態の冷媒圧力は、シャット弁15を閉じた状態の冷媒圧力よりも乱れる(比例的な変化からのずれが大きくなる)。
As shown in FIG. 4, when compared at the same temperature, the refrigerant pressure when the shut
冷媒状態判別制御は、ループ型サーモサイフォン10内に異物が混入している冷媒異常(異物混入)や、ループ型サーモサイフォン10内に封入されていた冷媒が外部に漏れてしまった冷媒異常(冷媒抜け)を検出するための制御である。この冷媒状態判別制御では、シャット弁15を閉じてループ型サーモサイフォン10内を閉空間相当にした状態において、センサで計測した実測値に基づいた実際の冷媒特性と、冷媒の物性値に基づいた理論値である理論特性とを比較することによって、冷媒特性の異常を検出する。理論値は、冷媒の物性値から得られる理論飽和圧力と理論飽和温度とである。すなわち、理論値とは冷媒の物性値のことである。理論的に物性値から得られる飽和圧力および飽和温度は、閉空間に飽和状態で冷媒を封入した際の圧力なので、シャット弁15を閉じて冷媒配管を閉塞させた場合に相当する。
Refrigerant state determination control includes a refrigerant abnormality (foreign matter mixed) in which foreign matter is mixed in the
そこで、ECU20は、圧力と温度との関係を示す冷媒の特性について、実測値と理論値(物性値)とを比較し、実測値が理論値から大きくずれている場合には、ループ型サーモサイフォン10で冷媒の異常が発生していると判断する。
Therefore, the
また、ECU20は、電池温度センサにより検出した電池セル2の温度に基づいて、シャット弁15の開閉を制御して、電池温度を最適な温度に調整する。ECU20は、ループ型サーモサイフォン10によってバッテリモジュールの温度を最適な温度に調整する温度制御を実行する。温度制御には、車両のソーク中に複数の電池セル2間での温度のバラツキを抑制するための制御や、車両のソーク中に外気温が低いことによる電池セル2の過冷却を抑制するための制御が含まれる。
Further, the
冷却システム1を搭載した車両は、イグニッションスイッチを備えている。イグニッションスイッチは、ユーザによる車両の駆動システムの起動操作(イグニッションオン操作)および駆動システムの停止操作(イグニッションオフ操作)を受け付ける。この説明では、イグニッションオン操作を「IG−ON」と記載し、イグニッションオフ操作を「IG−OFF」と記載する場合がある。IG−ONした場合、IG−ON信号がイグニッションスイッチからECU20に出力される。IG−OFFした場合、IG−OFF信号がイグニッションスイッチからECU20に出力される。なお、イグニッションスイッチはスタートスイッチまたはイグニッションキーのいずれであってもよい。
The vehicle equipped with the cooling system 1 is equipped with an ignition switch. The ignition switch accepts a user's start operation of the vehicle drive system (ignition on operation) and stop operation of the drive system (ignition off operation). In this description, the ignition on operation may be described as "IG-ON", and the ignition off operation may be described as "IG-OFF". When IG-ON is turned on, an IG-ON signal is output from the ignition switch to the
ECU20は、イグニッションスイッチからIG−OFF信号が入力された場合には、車両のソーク時であると判断する。車両のソーク中とは、車両が走行するための電力を電池セル2から出力する放電状態、および停車中に外部電源からの充電状態とはならない状況であることを表す。電池セル2について電力の授受が発生しない状態を、車両のソーク中と表現することができる。
When the IG-OFF signal is input from the ignition switch, the
図6は、異常検出制御フローを示すフローチャートである。図6に示す制御は、ECU20によって実行される。
FIG. 6 is a flowchart showing an abnormality detection control flow. The control shown in FIG. 6 is executed by the
ECU20は、冷却システム1の異常検出時期となる電池パックの使用時間であるか否かを判定する(ステップS1)。ECU20の記憶部には、冷却システム1のループ型サーモサイフォン10に異常が発生しているか否かを検出するタイミングである異常検出時期情報が記憶されている。異常検出時期情報には、電池パックの使用時間や、車両の走行距離などが含まれる。ステップS1では、冷却システム1の異常検出時期であるか否かが判定される。
The
冷却システム1の異常検出時期ではない場合(ステップS1:No)、この制御ルーチンは終了する。 If it is not the time to detect an abnormality in the cooling system 1 (step S1: No), this control routine ends.
冷却システム1の異常検出時期である場合(ステップS1:Yes)、ECU20は、凝縮器12内の冷媒温度と冷却器11内の冷媒温度とに温度差があるか否かを判定する(ステップS2)。ステップS2では、第1温度センサ31より検出された冷却器11内の冷媒温度と、第2温度センサ32により検出された凝縮器12内の冷媒温度とについて温度差を算出する。この場合、凝縮器12内の冷媒温度は、冷却器11内の冷媒温度よりも低い。なお、第1温度センサ31により検出される冷媒温度は、冷却器11内の冷媒の代表温度である。同様に、第2温度センサ32により検出される冷媒温度は、凝縮器12内の冷媒の代表温度である。
When it is the time for detecting an abnormality in the cooling system 1 (step S1: Yes), the
凝縮器12内の冷媒温度と冷却器11内の冷媒温度とに温度差がない場合(ステップS2:No)、この制御ルーチンは終了する。
When there is no temperature difference between the refrigerant temperature in the
凝縮器12内の冷媒温度と冷却器11内の冷媒温度とに温度差がある場合(ステップS2:Yes)、ECU20は、他の制御によるシャット弁15の駆動要求があるか否かを判定する(ステップS3)。シャット弁15の駆動要求は、シャット弁15が開状態から閉状態に切り替わる場合、またはシャット弁15が閉状態から開状態に切り替わる場合のどちらでもよい。
When there is a temperature difference between the refrigerant temperature in the
ステップS3における他の制御は、異常検出とは異なる目的で実行される制御である。例えば、他の制御として、車両のソーク中に電池温度のバラツキを抑制する目的、または電池全体の温度を低下させる目的で、シャット弁15の開閉を切り替える制御が挙げられる。また、他の制御として、外気温が低い場合に電池の過冷却を防止する目的で、シャット弁15を開状態から閉状態に切り替える制御が挙げられる。
The other control in step S3 is a control executed for a purpose different from the abnormality detection. For example, as another control, there is a control for switching the opening and closing of the shut
他の制御によるシャット弁15の駆動要求がない場合(ステップS3:No)、この制御ルーチンは終了する。
If there is no drive request for the shut
他の制御によるシャット弁15の駆動要求がある場合(ステップS3:Yes)、ECU20は、シャット弁15の開閉状態を切り替える制御を実行し、シャット弁15を駆動させる(ステップS4)。シャット弁15が閉じていた場合には、ステップS4では、シャット弁15を開く制御が実行される。シャット弁15が開いていた場合には、ステップS4では、シャット弁15を閉じる制御が実行される。この際、電磁弁より構成されたシャット弁15には、ECU20から開閉状態を切り替える指令信号が出力される。
When there is a drive request for the shut
ECU20は、シャット弁15の開閉前後で、ループ型サーモサイフォン10の内圧(冷媒圧力)が変化したか否かを判定する(ステップS5)。シャット弁15が開状態から閉状態に切り替わった場合には、ステップS5では、ループ型サーモサイフォン10の内圧が上昇したか否かが判定される。シャット弁15が閉状態から開状態に切り替わった場合には、ステップS5では、ループ型サーモサイフォン10の内圧(冷媒圧力)が下降したか否かが判定される。また、ステップS5で用いる内圧は、気体配管13に設けられた圧力センサ33により計測した気体冷媒の圧力である。なお、「ループ型サーモサイフォン10の内圧」を「ループ型サーモサイフォン10内の冷媒圧力」と記載する場合がある。また、ECU20は、ステップS5の判定処理を実施する第1判定部を有する。
The
さらに、ステップS5では、圧力変化の有無だけでなく、シャット弁15が駆動後の冷媒圧力に基づいた判定処理を行うこともできる。例えば、シャット弁15が開状態から閉状態に切り替わった場合、ステップS5では、シャット弁15を閉じた後の冷媒圧力が第1所定値以上まで上昇したか否かが判定される。この冷媒圧力が第1所定値以上である場合には、ステップS5で肯定的に判定される。一方、シャット弁15を閉状態から開状態に切り替わった場合、ステップS5では、シャット弁15を閉じた後の冷媒圧力が第2所定値以下まで低下したか否かが判定される。この冷媒圧力が第2所定値以下である場合、ステップS5で肯定的に判定される。
Further, in step S5, not only the presence / absence of the pressure change but also the determination process based on the refrigerant pressure after the shut
シャット弁15の開閉前後で、ループ型サーモサイフォン10内の冷媒圧力が変化していない場合(ステップS5:No)、ECU20は、冷却システム1の異常と判定する(ステップS6)。ステップS6では、ループ型サーモサイフォン10内の冷媒が正常に循環していない状態、すなわち循環異常と判断される。ステップS6が実施されることにより、ECU20は、ループ型サーモサイフォン10内の循環状態が異常であることを検出できる。ステップS6を実施すると、この制御ルーチンは終了する。
When the refrigerant pressure in the
一方、シャット弁15の開閉前後で、ループ型サーモサイフォン10内の冷媒圧力が変化した場合(ステップS5:Yes)、ECU20は、ループ型サーモサイフォン10内の冷媒は正常に循環していると判定する(ステップS7)。ステップS7が実施されることにより、ECU20は、ループ型サーモサイフォン10内の循環状態が正常であることを検出できる。上述したステップS1〜S7までの処理が、ループ型サーモサイフォン10での循環異常を検出するための制御(循環状態判別制御)に含まれる。
On the other hand, when the refrigerant pressure in the
さらに、ECU20は、シャット弁15が現在閉じているか否かを判定する(ステップS8)。
Further, the
シャット弁15が現在開いている場合(ステップS8:No)、この制御ルーチンは終了する。
If the
シャット弁15が現在閉じている場合(ステップS8:Yes)、ECU20は、ループ型サーモサイフォン10内の冷媒圧力と冷媒温度とにより定まる実際の特性を、理論飽和圧力と理論飽和温度とにより定まる理論特性と比較する(ステップS9)。ステップS9では、センサ値から得られる実際の冷媒特性(圧力と温度との特性)と、冷媒の物性値から得られる理論特性(圧力と温度との特性)とを比較する。
When the shut
具体的には、ECU20は、圧力センサ33で計測した気体配管13内の冷媒圧力(気体冷媒の圧力)と、第1温度センサ31で計測した冷却器11内の冷媒温度とに基づいて、ループ型サーモサイフォン10における実際の冷媒特性を求める。ECU20は、いくつかの状態で計測した冷媒圧力および冷媒温度をプロットして、実際の飽和圧力および飽和温度に基づく特性データ(実際の特性)を作成するように構成されている。この作成した特性データを実際の特性として比較処理に用いることができる。一方、理論特性は、冷媒の物性値により決まる値である。冷却器11内の冷媒は、基本的に飽和状態となっている。そのため、冷媒の物性値として決まる飽和圧力と飽和温度は一義的に定まる。
Specifically, the
さらに、ステップS9では、理論特性からのずれの有無だけでなく、実際の冷媒特性(実測値)が理論特性(理論値)から所定値以上ずれているか否かを判定することもできる。ここで用いる所定値は、予め設定された値である。また、上述した図3に示すように、ループ型サーモサイフォン10で冷媒が自然循環する原理は、冷却器11と凝縮器12との冷媒の温度差に伴う冷媒の圧力差に加え、凝縮された液体冷媒が液体配管14内を自重(重力)により鉛直方向下方に流れることを含む。そのため、冷媒が循環している状態でのループ型サーモサイフォン10の内圧は、物性値から得られる理論飽和圧力と理論飽和温度とは若干異なる値に収束することになる。これを考慮して、ECU20では、実際の冷媒の特性について、理論特性からのずれ量が大きいか否かを判定する。
Further, in step S9, it is possible to determine not only whether or not there is a deviation from the theoretical characteristics, but also whether or not the actual refrigerant characteristics (measured value) deviates from the theoretical characteristics (theoretical value) by a predetermined value or more. The predetermined value used here is a preset value. Further, as shown in FIG. 3 described above, the principle that the refrigerant naturally circulates in the
ECU20は、計測した冷媒圧力と冷媒温度とにより定まる実際の冷媒特性が理論特性から所定値以上ずれているか否かを判定する(ステップS10)。また、ECU20は、ステップS10の判定処理を実施する第2判定部を有する。
The
例えば、仮にループ型サーモサイフォン10内に異物が混入していた場合、冷媒の流路が狭くなり、冷媒が循環している状態の内圧が正常時よりも高くなる。そのため、異物混入による異常状態では、シャット弁15を閉じた状態から開いた状態に切り替えた際、圧力の降下量が正常時よりも小さくなる。このように、正常時の理論特性からずれた圧力変化が発生する。ステップS10では、このような正常状態からの乖離(ずれ)を判別する。
For example, if a foreign substance is mixed in the
また、仮にループ型サーモサイフォン10から冷媒が外部に漏れていた場合、全ての冷媒が外部に漏れていると、そもそも冷媒が循環していないことになる。そのため、冷媒抜けによる異常状態では、シャット弁15を閉じた状態から開いた状態に切り替えた際、圧力変化が起きない。このように、正常時の理論特性からずれた圧力変化が発生する。ステップS10では、このような正常状態からの乖離(ずれ)を判別する。
Further, if the refrigerant leaks to the outside from the
計測した冷媒圧力と冷媒温度とにより定まる実際の冷媒特性が理論特性から所定値以上ずれている場合(ステップS10:Yes)、ECU20は、ループ型サーモサイフォン10内の冷媒特性は異常であると判断する(ステップS11)。ステップS11が実施されることにより、ECU20は、ループ型サーモサイフォン10内で冷媒特性の異常が発生していることを検出できる。ステップS11を実施すると、この制御ルーチンは終了する。
When the actual refrigerant characteristics determined by the measured refrigerant pressure and the refrigerant temperature deviate from the theoretical characteristics by a predetermined value or more (step S10: Yes), the
計測した冷媒圧力と冷媒温度とにより定まる実際の冷媒特性が理論特性から所定値以上ずれていない場合(ステップS10:No)、ECU20は、ループ型サーモサイフォン10内の冷媒特性は正常であると判断する(ステップS12)。ステップS12が実施されることにより、ECU20は、ループ型サーモサイフォン10内の冷媒特性が正常であることを検出できる。ステップS12を実施すると、この制御ルーチンは終了する。
When the actual refrigerant characteristics determined by the measured refrigerant pressure and the refrigerant temperature do not deviate from the theoretical characteristics by a predetermined value or more (step S10: No), the
以上説明した通り、実施形態によれば、冷却器11での冷媒温度と凝縮器12での冷媒温度とに差がある状態で、シャット弁15の開閉状態を切り替えて、その際の冷媒圧力の変化を監視することによって、ループ型サーモサイフォン10の異常を検出することができる。これにより、簡素な構成で、ループ型サーモサイフォン10内での循環状態と、冷媒特性とが正常状態であるか異常状態であるかを判別することができる。
As described above, according to the embodiment, when there is a difference between the refrigerant temperature in the cooler 11 and the refrigerant temperature in the
なお、上述した実施形態の変形例として、シャット弁15は、気体配管13に設けられてもよい。つまり、ループ型サーモサイフォン10では、気体配管13または液体配管14にシャット弁15が設けられていればよい。
As a modification of the above-described embodiment, the
また、上述した図6に示す制御では、他の制御によるシャット弁15の駆動要求の有無を判定していたが、ステップS3とステップS4の処理は実施されてなくてもよい。つまり、ステップS2で肯定的に判定された場合(ステップS2:Yes)、制御ルーチンはステップS5に進むように構成されてもよい。すなわち、他の制御によるシャット弁15の駆動要求と並行した制御ではなく、他の制御とは独立して実行される異常検出制御であってもよい。
Further, in the control shown in FIG. 6 described above, the presence / absence of a drive request for the shut
さらに、ステップS3,S4を実施しない場合には、ステップS1において、車両がソーク中であるか否かを判定するように構成されてもよい。つまり、ステップS1の異常検出時期であることに、車両のソーク中を含めることができる。 Further, when steps S3 and S4 are not performed, it may be configured in step S1 to determine whether or not the vehicle is soaking. That is, the soaking of the vehicle can be included in the abnormality detection time of step S1.
さらに、ステップS5では、圧力変化の有無だけでなく、シャット弁15の開閉前後での圧力の変化量が所定値以上であるか否かを判定することもできる。例えば、シャット弁15が開状態から閉状態に切り替わった場合、ステップS5では、冷媒圧力の上昇量が所定値以上であるか否かが判定される。シャット弁15を閉状態から開状態に切り替わった場合、ステップS5では、冷媒圧力の下降量が所定値以上であるか否かが判定される。なお、ここで記載した上昇量、下降量、所定値は、絶対値を表している。
Further, in step S5, it is possible to determine not only whether or not there is a pressure change, but also whether or not the amount of pressure change before and after opening and closing the
1 冷却システム
2 電池セル
10 ループ型サーモサイフォン
11 冷却器
12 凝縮器
13 気体配管
14 液体配管
15 シャット弁
20 電子制御装置(ECU)
31 第1温度センサ
32 第2温度センサ
33 圧力センサ
1
31
Claims (5)
前記冷却器よりも上方に配置され、前記冷却器で気化された気体冷媒を凝縮させる凝縮器と、
前記冷却器で気化された気体冷媒を前記凝縮器に流通させる気体配管と、
前記凝縮器で液化された液体冷媒を前記冷却器に流通させる液体配管と、
を有するループ型サーモサイフォンを備え、前記冷却器と前記凝縮器との間で冷媒が自然循環する冷却システムであって、
前記気体配管または前記液体配管に設けられ、配管を閉塞するシャット弁と、
前記シャット弁の開閉を制御する制御部と、
前記気体配管に設けられ、気体冷媒の圧力を検出する圧力センサと、
を備え、
前記制御部は、前記冷却器での冷媒温度と前記凝縮器での冷媒温度とに温度差がある状態で前記シャット弁を閉じ、前記圧力センサで検出される圧力が所定値以上まで上昇した場合には、前記ループ型サーモサイフォン内を冷媒が正常に循環していると判定する第1判定部を有し、
前記第1判定部は、前記温度差がある状態で前記シャット弁を閉じても、前記圧力センサで検出される圧力が所定値まで上昇しない場合には、前記ループ型サーモサイフォンの異常と判定する
ことを特徴とする冷却システム。 A cooler that absorbs the heat of the heating element and evaporates the liquid refrigerant,
A condenser that is placed above the cooler and condenses the gaseous refrigerant vaporized by the cooler.
A gas pipe that distributes the gaseous refrigerant vaporized by the cooler to the condenser, and
A liquid pipe that distributes the liquid refrigerant liquefied by the condenser to the cooler, and
It is a cooling system provided with a loop type thermosiphon having a cooling system in which a refrigerant naturally circulates between the cooler and the condenser.
A shut valve provided on the gas pipe or the liquid pipe to close the pipe,
A control unit that controls the opening and closing of the shut valve,
A pressure sensor provided in the gas pipe to detect the pressure of the gas refrigerant and
With
When the control unit closes the shut valve in a state where there is a temperature difference between the refrigerant temperature in the cooler and the refrigerant temperature in the condenser, and the pressure detected by the pressure sensor rises to a predetermined value or more. Has a first determination unit that determines that the refrigerant is normally circulating in the loop type thermosiphon.
If the pressure detected by the pressure sensor does not rise to a predetermined value even if the shut valve is closed in a state where there is a temperature difference, the first determination unit determines that the loop type thermosiphon is abnormal. A cooling system characterized by that.
前記制御部は、前記第1判定部により正常と判定された場合に、前記圧力センサで検出された圧力と前記温度センサで検出された温度とにより定まる実際の冷媒特性と、冷媒の物性値から得られる飽和圧力と飽和温度とにより定まる理論特性とを比較し、前記実際の冷媒特性が前記理論特性から所定値以上ずれているか否かを判定する第2判定部を有し、
前記第2判定部は、
前記実際の冷媒特性が前記理論特性から所定値以上ずれている場合には、冷媒特性に異常があると判定し、
前記実際の冷媒特性が前記理論特性から所定値以上ずれていない場合には、冷媒特性は正常であると判定する
ことを特徴とする請求項1に記載の冷却システム。 A temperature sensor for detecting the temperature of the refrigerant in the loop type thermosiphon is further provided.
When the control unit is determined to be normal by the first determination unit, the control unit is based on the actual refrigerant characteristics determined by the pressure detected by the pressure sensor and the temperature detected by the temperature sensor, and the physical property value of the refrigerant. It has a second determination unit that compares the obtained saturation pressure with the theoretical characteristics determined by the saturation temperature and determines whether or not the actual refrigerant characteristics deviate from the theoretical characteristics by a predetermined value or more.
The second determination unit
If the actual refrigerant characteristics deviate from the theoretical characteristics by a predetermined value or more, it is determined that the refrigerant characteristics are abnormal.
The cooling system according to claim 1, wherein when the actual refrigerant characteristics do not deviate from the theoretical characteristics by a predetermined value or more, it is determined that the refrigerant characteristics are normal.
前記制御部は、前記車両のソーク中に前記シャット弁の開閉状態を切り替える制御を実行する際、前記第1判定部による判定処理を実施する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の冷却システム。 The heating element is a battery mounted on a vehicle.
The cooling according to claim 1 or 2, wherein the control unit executes a determination process by the first determination unit when executing control for switching the open / closed state of the shut valve during soaking of the vehicle. system.
ことを特徴とする請求項3に記載の冷却システム。 The control unit is characterized in that during the soaking of the vehicle, when the control for suppressing the temperature variation of the battery is executed and the shut valve is closed, the determination process by the first determination unit is performed. The cooling system according to claim 3.
ことを特徴とする請求項3または4に記載の冷却システム。 When the control unit executes control for suppressing supercooling of the battery due to the low outside air temperature of the vehicle during soaking of the vehicle and closes the shut valve, the first determination unit determines the control unit. The cooling system according to claim 3 or 4, wherein the determination process is performed.
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