JP5029980B2

JP5029980B2 - バッテリー冷却装置

Info

Publication number: JP5029980B2
Application number: JP2001117570A
Authority: JP
Inventors: 勉中三川; 秀信今井; 勝雄浜田; 幸央鈴木; 大助荒木; 秀樹長野
Original assignee: Valeo Japan Co Ltd
Current assignee: Valeo Japan Co Ltd
Priority date: 2001-04-17
Filing date: 2001-04-17
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2021-04-17
Also published as: JP2002313441A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
この発明は、大容量のバッテリーを搭載する車両、例えば、ハイブリッド車や電気自動車において、空調装置の冷凍サイクルを流れる冷媒を利用してバッテリーの冷却を行うバッテリー冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
バッテリーの寿命は、その保管温度に左右され、高温状態では劣化が著しいことから、効率よく冷却することが望まれる。このため、例えば、特開平９−２３２００７号公報に開示される車両用電池の冷却装置は、電池の周辺部と車外との間を連通させ自然風冷する第１の冷却手段と、外気を送風機により送風する第２の冷却手段と、空気調和装置の冷風を送風する第３の冷却手段と、電池の温度を検出する温度センサーと、外気の温度を検出する温度センサーと、車室内の温度を検出する温度センサーと、これら温度センサーからの出力信号に基づいて前記第１、第２及び第３の冷却手段を操作する制御手段とを有している。これによって、効果的にバッテリーを冷却しようとするものである。
【０００３】
また、特開平８−４００８８号公報に開示される空調装置は、エアーを室内に導く室内用ダクトと、この室内用ダクトから分岐し、バッテリーを内装したバッテリーフレームに至るバッテリーダクトと、室内用ダクトとバッテリダクトとの分岐点に切換え且つ調整自在に設けられたバッテリードアとを有する。これによって、この空調装置では、空調装置において温度調整された空気を、必要に応じてバッテリードアによって選択してバッテリーダクト側に送風し、バッテリーを冷却するようにしたものである。
【０００４】
【発明が解決しようする課題】
しかしながら、上述した引例では、バッテリー冷却装置自体が、独立した冷却機構を有しないので、強制的にバッテリーを冷却したいときには、外気導入モードで対応するか、特別な空調制御を実行する必要が生じる。このため、空調制御のモードが複雑となったり、十分にバッテリーを冷却できないという不具合が生じる。
【０００５】
したがって、この発明は、車両の運転状態に左右されるバッテリーの充放電時の発熱、外気温度等による環境変化による温度変化等に対して、バッテリーを効果的に冷却することのできるバッテリー冷却装置を提供することにある。
【０００６】
【発明が解決しようする課題】
よって、この発明は、循環可能な冷却通路を画成するケースと、前記冷却通路内に、その一部又は全部が露出するバッテリーと、前記冷却通路内に配されるエバポレータと、空調装置の冷凍サイクルのコンプレッサ及びコンデンサと連結され、膨張手段及び前記エバポレータから少なくとも構成される冷媒バイパス通路と、前記冷却通路内に配される送風機とを具備することにある。
【０００７】
したがって、この発明によれば、バッテリーの一部又は全部が露出する冷却通路に、冷媒バイパス通路を介して空調装置から供給される冷媒によって冷却されるエバポレータを配すると共に送風機によって冷却通路内の空気を循環させることができるので、バッテリーを効果的に冷却することができ、上記課題を達成することができる。
【０００８】
また、この発明において、前記ケースには、該冷却通路の通風方向に垂直に延出する出入口部が設けられ、該出入口部には、該出入口部を閉鎖するときには前記冷却通路を連通させ、前記冷却通路を遮断するときには、前記出入口部を入口部と出口部に分割すると共に前記入口部及び前記出口部を前記冷却通路のそれぞれの端部とするフラップドアが設けられることが望ましい。
【０００９】
これによって、フラップドアによって出入口部を閉鎖するときには、冷却通路が外部と遮断されるので内気循環モードとなり、フラップドアが出入口部を開口すると共に冷却通路を遮断したときには、前記出入口部を入口部と出口部に分割すると共に前記入口部及び前記出口部を前記冷却通路のそれぞれの端部となるので、外気導入モードとなるものである。
【００１０】
さらに、この発明において、前記冷却通路には、入口部から出口部まで、送風機、バッテリー及びエバポレータの順に配されることが望ましい。これによって、内気循環モードの場合には、エバポレータによって循環する空気を冷却することができると共に、外気導入モードの場合には、送風機によって外気を吸入してバッテリーを冷却した後、出口部から排気することができるものである。尚、この構成では、外気導入モードの場合、エバポレータの駆動を停止させる必要があるが、車両への搭載時の配置よってこの構成が最善となる場合がある。
【００１１】
さらにまた、この発明において、前記冷却通路には、入口部から出口部まで、エバポレータ、バッテリー及び送風機の順に配されることが望ましい。この構成では、内気循環モードの場合には、エバポレータによって循環する空気を冷却することができると共に、外気導入モードの場合にも、導入される空気を冷却することができるので、内気循環モード、外気導入モード及び外気導入冷却モードの３つのモードを得ることができるものである。また、送風機が出口部近傍に位置することから、冷却通路の圧力を外圧に対して低下させることができる。
【００１２】
また、この発明において、前記冷却通路には、入口部から出口部まで、送風機、エバポレータ及びバッテリーの順に配されることが望ましい。この構成では、内気循環モードの場合には、エバポレータによって循環する空気を冷却することができると共に、外気導入モードの場合にも、導入される空気を冷却することができるので、内気循環モード、外気導入モード及び外気導入冷却モードの３つのモードを得ることができるものである。また、送風機が入口部近傍に位置することから、冷却通路の圧力を外圧に対して上昇させることができる。
【００１３】
さらに、前記入口部の下流側には、フィルターが配されることが望ましい。これによって、送風機やエバポレータの目詰まりを防止できる。
【００１４】
さらにまた、前記冷却通路には、動作時に発熱する他の電装部品が配されても良いものである。これによって、例えば、モータ駆動用の切換え素子の放熱用のヒートシンク等の発熱する電装部品の冷却も同時にできるものである。
【００１５】
また、前記送風機は、シロッコファンであり、ファンの回転方向は前記冷却通路の通風方向に対して略平行であってもよく、略垂直であっても良いものである。これによって、バッテリー冷却装置の車両への搭載位置によるレイアウトに対応して、送風機の位置、向きを変えることができるものである。
【００１６】
さらに、前記冷媒バイパス通路は、該冷凍バイパス通路を開閉する第１の開閉手段を具備することが望ましく、また前記冷凍サイクルには、該冷凍サイクルの膨張手段及びエバポレータへの冷媒の流れをオンオフする第２の開閉手段が設けられることが望ましい。これによって、冷凍サイクルを独立して制御できると共に、冷媒バイパス通路も独立して制御できるため、バッテリー冷凍装置の制御を効果的に実行できるものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面により説明する。
【００１８】
本願発明の実施の形態にかかるバッテリー冷却装置１は、図１に示すように、バッテリー２の一部又は全部が露出する冷却通路３と、冷却通路３を画成するケース４と、ケース４に設けられる出入口部５と、前記冷却通路３上に配される送風機６と、冷却通路３を通過する空気を冷却するエバポレータ７と、エバポレータ７の上流側に配されるフィルター８と、前記出入口部５に配されるフラップドア９とによって構成される。
【００１９】
前記エバポレータ７は、冷媒バイパス通路１１を介して車両用空調装置の冷凍サイクル１０に接続され、またこの冷媒バイパス通路１１のエバポレータ７の上流側には、膨張装置（例えば、機械式膨張弁、外部信号によって弁開度が可変する電気式膨張弁又はオリフィスチューブ）１２が設けられる。前記冷凍サイクル１０は、電磁クラッチ１３を介して図示しない走行用エンジンと連結されて駆動するコンプレッサ１４と、このコンプレッサ４によって圧縮された冷媒を凝縮するコンデンサ１５と、このコンデンサ１５によって凝縮された冷媒を膨張させて圧力を低下させる空調用膨張装置（例えば、機械式膨張弁、外部信号によって弁開度が可変する電気式膨張弁又はオリフィスチューブ等）１６と、この空調用膨張装置１６で低圧になった冷媒を蒸発させ、空調ダクト１８を通過する空気を冷却する空調用エバポレータ１７と、この空調用エバポレータ１７から流出して冷媒の気液分離を行うと共に冷凍サイクル１０を流れる冷媒量を調節するアキュムレータ１９とによって少なくとも構成され、前記冷媒バイパス通路１１は、前記空調用膨張装置１６及び空調用エバポレータ１７に並列に接続される。
【００２０】
さらに、前記冷媒バイパス通路１１上には、この冷媒バイパス通路１１を開閉する第１の開閉弁２０が設けられる。また、前記空調用膨張装置１６と前記冷媒バイパス通路１１の分岐点の間には、前記空調用膨張装置１６側への冷媒の流れをオンオフする第２の開閉弁２１が設けられる。これによって、空調装置のみを稼動させたい場合には、第１の開閉弁２０を閉とし且つ第２の開閉弁２１を開としてコンプレッサ１４を稼動させ、空調装置の稼動時にエバポレータ７を稼動させたい場合には第１の開閉弁２０を開とする。また、前記エバポレータ７だけを稼動させたい場合には、第１の開閉弁２０を開とし且つ第２の開閉弁２１を閉としてコンプレッサ１４を稼動する。
【００２１】
さらに、前記フラップドア９が前記出入口部５の開口部２２を閉鎖した場合、前記冷却通路３が循環可能に連通するので内気循環モードが得られ、前記フラップドア９が前記出入口部５を開放した場合には、前記冷却通路３が遮断されると共に前記出入口部５の開口部２２が入口側開口部２２Ａと出口側開口部２２Ｂとに分割されるので、送風６機によって入口側開口部２２Ａから吸入された空気がバッテリー２を冷却した後に、フィルター８及びエバポレータ７を通過して出口側開口部２２Ｂから排出される外気導入モードが得られるものである。このように、前記フラップドア９によって開口部２２を入口側開口部２２Ａと出口側開口部２２Ｂに分割し、出入口部を隣設させることによって、同一平面（体積）において最も長い冷却通路３を形成できるものである。
【００２２】
図２および図３で示す第１の具体的配置は、図１で示す構成と略等しいもので、開口部２２の入口側開口部２２Ａから、送風機６、被冷却物としてのバッテリー２、エバポレータ７及び出口側開口部２２Ｂと配置される。さらに、図２及び図３示されるバッテリー冷却装置１は、スペアタイヤの設置場所に装着可能なように、ケース４は円形に形成され、出入口部５は、ケース４の径方向に突出して形成されている。また、送風機６として、シロッコファンが使用され、送風機６の回転方向は前記冷却通路３の通風方向に対して平行に設定される。これによって、送風機６の縦方向の寸法を縮小することができる。
【００２３】
図２は、バッテリー冷却装置１のフラップドア９が出入口部５の開口部２２を閉鎖し、冷却通路２２が循環可能に連通して内気循環モードが構成されたことを示している。これによって、送風機６の稼動により内気が循環し、エバポレータ７を通過して冷却された空気がバッテリー２および電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０を冷却するものである。尚、３１は、エバポレータから滴下するドレン水の排水孔である。
【００２４】
図３は、バッテリー冷却装置１のフラップドア９が、前記冷却通路３を遮断すると共に、前記出入口部５の開口部２２を入口側開口部２２Ａと出口側開口部２２Ｂに分割し、外気導入モードを構成したことを示している。これによって、送風機６の稼動により、入口側開口部２２Ａから吸引された空気は、ＥＣＵ３０及びバッテリー２を冷却し、エバポレータ７を通過して出口側開口部２２Ｂから外部に排出される。この構成では、外気導入モードの場合、エバポレータ７の稼動を停止させる。
【００２５】
図４（ａ），（ｂ），（ｃ）は、上記第１の具体的配置の変形例の概略構成図を示すもので、出入口部５が円形に形成されたケース４の軸方向に突出して形成されると共に、送風機６の回転方向が冷却通路３の通風方向に対して垂直となるように配置されている点で、上述した構成と異なっている。また、この変形例では、フィルタ８は、送風機６の上流側に配されている。さらに、この変形例では、出入口部５の端部には、前記フラップドア９が出入口部２２を入口側開口部２２Ａと出口側開口部２２Ｂに分離する時に延長線上に配される分離版５Ａが設けられている。尚、図４（ｂ）は、この配置における内気循環モードを、図４（ｃ）は、この配置における外気導入モードを示すものであり、上述したものと同様の効果を奏するものである。
【００２６】
図５及び図６（ａ），（ｂ），（ｃ）に示される第２の具体的配置は、冷却通路３上であって、入口側開口部２２Ａから出口側開口部２２Ｂまで、フィルター８、エバポレータ７、被冷却物としてのバッテリー２及び送風機６と順に配される。図６（ｂ）は、フラップドア９が出入口部５の開口部２を閉鎖して冷却通路３を循環可能に連通させて内気循環モードが設定された状態を示している。この内気循環モードでは、送風機６に吸引されて吐出される内気が、エバポレータ７を通過して冷却され、その冷却された空気によってバッテリー２を冷却し、再び送風機６に吸引される。これによって、上述した具体的配置と同様の効果を奏する。
【００２７】
図６（ｃ）は、フラップドア９によって冷却通路７を遮断すると共に、出入口部５の開口部２２を入口側開口部２２Ａと出口側開口部２２Ｂとに分割し、前記冷却通路７の遮断端部がそれぞれ入口側開口部２２Ａ及び出口側開口部２２Ｂと連通する外気導入モードが設定された状態を示している。これによって、送風機６の吸引力によって入口側開口部２２Ａから導入された外気は、フィルタ８、エバポレータ７を通過してバッテリー２を冷却して送風機６に吸引され、出口側開口部２２Ｂから吐出されるものである。この第２の具体的配置では、さらに、外気導入モードにおいてエバポレータ７を稼動させた外気導入冷却モードを設定することができる。また、この第２の具体的配置では、エバポレータ７から送風機６の吸入側までの間の冷却通路７が外気圧に対して負圧となっているので、バッテリー冷却装置１から車室内側への空気の漏れを防止したいときには、この配置を用いることが望ましい。
【００２８】
図７及び図８（ａ），（ｂ），（ｃ）に示される第３の具体的配置は、冷却通路３上であって、入口側開口部２２Ａから出口側開口部２２Ｂまで、送風機７、フィルター８、エバポレータ７、被冷却物としてのバッテリー２と順に配される。また、図７で示すものと図８で示すものとの間には、バッテリー２の位置や配置に設計上異なる点があるが、基本的構成が同一であるため、以下、図８を利用してこの具体的配置について説明する。
【００２９】
図８（ｂ）は、フラップドア９が出入口部５の開口部２を閉鎖して冷却通路３を循環可能に連通させて内気循環モードが設定された状態を示している。この内気循環モードでは、送風機６に吸引されて吐出される内気が、フィルタ８及びエバポレータ７を通過して冷却され、その冷却された空気によってバッテリー２を冷却し、再び送風機６に吸引される。これによって、上述した具体的配置と同様の効果を奏する。
【００３０】
図８（ｃ）は、フラップドア９によって冷却通路７を遮断すると共に、出入口部５の開口部２２を入口側開口部２２Ａと出口側開口部２２Ｂとに分割し、前記冷却通路７の遮断端部がそれぞれ入口側開口部２２Ａ及び出口側開口部２２Ｂと連通する外気導入モードが設定された状態を示している。これによって、送風機６によって入口側開口部２２Ａから吸引され吐出された外気は、フィルタ８、エバポレータ７を通過してバッテリー２を冷却し、出口側開口部２２Ｂから吐出されるものである。この第３の具体的配置では、さらに、第２の具体的配置と同様に、外気導入モードにおいてエバポレータ７を稼動させた外気導入冷却モードを設定することができる。また、この第３の具体的配置では、エバポレータ７から送風機６の下流側において冷却通路７が外気圧に対して正圧となっているので、車室内側からバッテリー冷却装置１への空気の流入を防止したいときには、この配置を用いることが望ましい。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、バッテリーを冷却する空気を独立して冷却することのできるエバポレータを設けたことによって、バッテリー冷却装置の冷却制御をきめ細かく行うことができ、バッテリーを効率よく冷却することができるので、バッテリーの信頼性を向上させ、寿命を延ばすことができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の実施の形態に係るバッテリー冷却装置の概略構成図である。
【図２】本願発明のバッテリー冷却装置の第１の具体的配置において、内気循環モードを示した概略構成図である。
【図３】本願発明のバッテリー冷却装置の第１の具体的配置において、外気循環モードを示した概略構成図である。
【図４】（ａ）は、本願発明のバッテリー冷却装置の第１の具体的配置の別の実施例を示した平面概略図であり、（ｂ）はその内気循環モードを示した側面概略図であり、（ｃ）はその外気導入モードを示した側面概略図である。
【図５】第２の具体的配置を示した平面概略図である。
【図６】（ａ）は、本願発明のバッテリー冷却装置の第２の具体的配置の別の実施例を示した平面概略図であり、（ｂ）はその内気循環モードを示した側面概略図であり、（ｃ）はその外気導入モードを示した側面概略図である。
【図７】第３の具体的配置を示した平面概略図である。
【図８】（ａ）は、本願発明のバッテリー冷却装置の第３の具体的配置の別の実施例を示した平面概略図であり、（ｂ）はその内気循環モードを示した側面概略図であり、（ｃ）はその外気導入モードを示した側面概略図である。
【符号の説明】
１バッテリー冷却装置
２バッテリー
３冷却通路
４ケース
５出入口部
６送風機
７エバポレータ
８フィルター
９フラップドア
１０冷凍サイクル
１１冷媒バイパス通路
１２膨張装置
１４コンプレッサ
１５コンデンサ
１６空調用膨張装置
１７空調用エバポレータ
１８空調ダクト
１９アキュムレータ
２０第１の開閉弁
２１第２の開閉弁
２２開口部
２２Ａ入口側開口部
２２Ｂ出口側開口部

Claims

冷却通路内の空気を循環可能な冷却通路を画成するケースと、
前記冷却通路内に、その一部又は全部が露出するバッテリーと、
前記冷却通路内に配されるエバポレータと、
空調装置の冷凍サイクルのコンプレッサ及びコンデンサと連結され、膨張手段及び前記エバポレータから少なくとも構成される冷媒バイパス通路と、
前記冷却通路内に配され、該冷却通路内の空気を循環させる送風機とを具備することを特徴とするバッテリー冷却装置。
前記ケースには、該冷却通路の通風方向に垂直に延出する出入口部が設けられ、該出入口部には、該出入口部を閉鎖するときには前記冷却通路を連通させ、前記冷却通路を遮断するときには、前記出入口部を入口部と出口部に分割すると共に前記入口部及び前記出口部を前記冷却通路のそれぞれの端部とするフラップドアが設けられることを特徴とする請求項１記載のバッテリー冷却装置。
前記冷却通路には、入口部から出口部まで、送風機、バッテリー及びエバポレータの順に配されることを特徴とする請求項２記載のバッテリー冷却装置。
前記冷却通路には、入口部から出口部まで、エバポレータ、バッテリー及び送風機の順に配されることを特徴とする請求項２記載のバッテリー冷却装置。
前記冷却通路には、入口部から出口部まで、送風機、エバポレータ及びバッテリーの順に配されることを特徴とする請求項３記載のバッテリー冷却装置。
前記入口部の下流側には、フィルターが配されることを特徴とする請求項２〜５のいずれか一つに記載のバッテリー冷却装置。
前記冷却通路には、動作時に発熱する他の電装部品が配されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のバッテリー冷却装置。
前記送風機は、シロッコファンであり、ファンの回転方向は前記冷却通路の通風方向に対して略平行であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のバッテリー冷却装置。
前記送風機は、シロッコファンであり、ファンの回転方向は前記冷却通路の通風方向に対して略垂直であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のバッテリー冷却装置。
前記冷媒バイパス通路は、該冷凍バイパス通路を開閉する第１の開閉手段を具備することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載のバッテリー冷却装置。
前記冷凍サイクルには、該冷凍サイクルの膨張手段及びエバポレータへの冷媒の流れをオンオフする第２の開閉手段が設けられることを特徴とする請求項１０記載のバッテリー冷却装置。