JP2008044476A - 車両用バッテリ冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】 車両搭載性を向上しつつ、車両の燃費への影響を抑制することができる車両用バッテリ冷却システムを提供すること。
【解決手段】 車両に設置され走行に用いられるバッテリ２と、バッテリ２の少なくとも底面側を覆うバッテリケース１と、バッテリ２の底面側のバッテリケース部分と一体に設けられ、冷媒を流す流路となるバッテリ２の冷却ライン１１と、冷媒をバッテリ２の冷却ライン１１に供給及び回収するようエアコンシステムとの接続を行う冷媒ライン３１，３２を備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両に設置される走行用バッテリを冷却する車両用バッテリ冷却システムの技術分野に属する。

従来では、温度センサによりバッテリの温度を検出し、制御手段が、空調用エバポレータと並列に冷媒経路が接続されるバッテリ冷却器における冷媒の流通とその停止とを切り替える切り替え手段を制御して、バッテリ温度が予め設定した上限温度を上回るとバッテリ冷却器に低温低圧冷媒を流通せしめ、バッテリ温度が予め設定した下限温度を下回るとバッテリ冷却器の低温低圧冷媒の流通を停止する構成とすることにより、バッテリ冷却時にバッテリに下限温度と上限温度との差で規定される蓄冷量を与えておくことで、バッテリ温度が下限温度から上限温度に達するまでの間のバッテリの冷却を不要にし、内燃機関の動力で駆動され、冷凍サイクルを構成するコンプレッサの始動頻度が少なくなるようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００１−１０５８４３号公報（第２−９頁、全図）

しかしながら、従来にあっては、冷媒ラインをバッテリと混在させ、冷却器とエバポレータの冷媒経路を選択し、内燃機関で駆動するコンプレッサを用いるものであったため、バッテリ本体が大きくなってしまい、設計自由度が低下し、車両搭載性に問題があり、車両の燃費も問題となるものであった。

本発明は、上記問題点に着目してなされたもので、その目的とするところは、車両搭載性を向上しつつ、車両の燃費への影響を抑制することができる車両用バッテリ冷却システムを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明では、車両に設置され走行に用いられるバッテリと、前記バッテリの少なくとも底面側を覆うバッテリケースと、前記バッテリの底面側のバッテリケース部分と一体に設けられ、冷媒を流す流路となるバッテリ冷却ラインと、前記冷媒をバッテリ冷却ラインに供給及び回収する冷媒循環手段と、を備えることを特徴とする。

よって、本発明にあっては、車両搭載性を向上しつつ、車両の燃費への影響を抑制することができる。

以下、本発明の車両用バッテリ冷却システムを実現する実施の形態を、請求項１に係る発明に対応する実施例１と、請求項１，２に係る発明に対応する実施例２と、請求項１，２，３，６に係る発明に対応する実施例３と、請求項１〜４，６に係る発明に対応する実施例４と、請求項１，２に係る発明に対応する実施例５と、請求項１〜６に係る発明に対応する実施例６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の車両用バッテリ冷却システムにおけるバッテリ冷却構造の説明図である。図２は実施例１の車両用バッテリ冷却システムにおけるバッテリ設置位置の説明図である。
実施例１における車両用バッテリ冷却システムは、バッテリケース１、バッテリ２、冷媒ライン３１，３２を主要な構成としている。
バッテリケース１は、図２に示すように、車両トランクやフロア下において、車体パネル４の上方にバッテリ２を固定するための構造部材であり、且つ周囲に対してバッテリ２を保護する保護部材である。バッテリケース１は、バッテリ２の全面を覆うものでなくともよいが、少なくとも底面を形成して、直接あるいは間接的にバッテリ２を支持するものである。

さらに、バッテリケース１には、底面部に冷媒を流す冷却ライン１１を設ける。この冷却ライン１１は、バッテリケース１と一体に設ける。
この冷却ライン１１には、冷却ライン１１へ冷媒を流入させるための冷媒ライン３１と冷却ライン１１から冷媒を流出させるための冷媒ライン３２が接続される。冷却ライン１１の冷媒はエアコンシステムにより供給・回収するものとする。
また、冷媒ライン３１，３２は、図１に示すように車体パネル４の下部を通るようにする。なお、冷媒ライン３１には電磁弁６を設け、冷媒量の制御を行う。この制御は、エアコンシステムで行うようにしても、図示しないバッテリの充放電を制御するコントローラで制御してもどちらでもよい。

バッテリ２は、リチウムイオンを極間で交換して、充電、放電を行うリチウムイオンバッテリである。リチウムイオンバッテリには、いわゆるメモリー効果が生じないという有利な特徴がある。
車両の走行用に用いるバッテリ２は、リチウムイオンバッテリの複数を直列接続するよう組合せた組電池にしたものである。
この走行用に組電池にしたものの詳細例として、特開２００５−１１６４２７を挙げておく。組電池の構造は、この詳細例に限らないものとするが、板状のリチウムイオンバッテリを組合せた最小単位のものをさらに複数組合せて用いる。その総数は数十個以上に達する。

なお、実施例１の車両用バッテリ冷却システムにおいては、図示しないコントローラによって、バッテリの充放電や温度管理などが成されるものとする。

作用を説明する。
[走行用バッテリの冷却作用]
実施例１の車両用バッテリ冷却システムは、ハイブリッド車両や電気自動車に用いるものである。
この走行用に使用されるバッテリ２は、走行時の充放電によって発熱し、この充放電を繰り返すことにより、高温に至る。
例えば、リチウムイオンバッテリでは、高温になると劣化や極間を形成する部材の剥離、不純物の析出などを生じ、結果的にバッテリ容量が減り、寿命を迎える。また、最悪の場合、破損することになる。

そのため、リチウムイオンバッテリでは、略５０度以下程度に冷却して保つことが良好なバッテリ性能の発揮のために必要となる。
他のバッテリにおいても、概ね同様の理由により冷却の必要がある。
車両が走行することにより生じる走行風や送風装置による空冷装置を考えることができるが、車両への走行性能の要求が高くなるにつれ、バッテリの軽量化や大容量化が求められるようになり、より積極的な冷却手段が必要になっている。

実施例１の車両用バッテリ冷却システムは、このような問題を解決して積極的な冷却によりバッテリを良好な性能が発揮できる温度に保ち、その上で、車両搭載性を向上しつつ、室内空調とバッテリ冷却を両立でき、車両の燃費への影響を抑制することができる。

(a)積極的な冷却作用
実施例１の車両用バッテリ冷却システムでは、バッテリ２は、バッテリケース１内部に設置される。
走行時の充放電によって発熱したバッテリ２の熱は、バッテリケース１に伝熱される。
バッテリケース１の底面部に一体として設けられている冷却ライン１１には、冷媒が循環しているため、バッテリ２の熱は、バッテリケース１を介して吸熱されることになる。

吸熱により温度上昇した冷媒は、エアコンシステムのコンデンサによって効率良く外気あるいは走行風と熱交換することにより、バッテリ２の熱は外部に放熱されることになる。
この積極的な冷却によって、バッテリ２を適度な温度に保つことができ、バッテリ２の性能を良好に発揮させることができる。
実施例１のバッテリ２のように、板状の広い平面を有するリチウムイオンバッテリのような場合、バッテリケース１の底面部で冷却すると、広い対向面で伝熱が行われるため、効率よく冷却することができる。

(b)車両搭載性の向上作用
実施例１の車両用バッテリ冷却システムでは、バッテリケース１の外形形状を大きく拡大することなく、むしろ送風装置等を外部に設けるものと比較すれば、バッテリケース１の底面部に冷却ライン１１を構成するため、省スペースなものとなり、車両搭載性が向上する。

(c)車両の燃費への影響を抑制する作用
実施例１の車両用バッテリ冷却システムへ冷媒を供給・回収するエアコンシステムは、ハイブリッド車両において、電動コンプレッサにより構成されるようにすれば、エンジンの駆動負荷にならないため、低燃費化の促進を図ることができ、車両の燃費への影響を抑制する。

次に、効果を説明する。
実施例１の車両用バッテリ冷却システムにあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。

(1)車両に設置され走行に用いられるバッテリ２と、バッテリ２の少なくとも底面側を覆うバッテリケース１と、バッテリ２の底面側のバッテリケース部分と一体に設けられ、冷媒を流す流路となるバッテリ２の冷却ライン１１と、冷媒をバッテリ２の冷却ライン１１に供給及び回収するようエアコンシステムとの接続を行う冷媒ライン３１，３２を備えるため、車両搭載性を向上しつつ、車両の燃費への影響を抑制することができる。

実施例２の車両用バッテリ冷却システムは、冷媒ラインを空調ラインと並列にした例である。
構成を説明する。
図３は実施例２の車両用バッテリ冷却システムにおけるバッテリ冷却構造の説明図である。図４は実施例２の車両用バッテリ冷却システムと協調制御されるエアコンシステムの説明図である。
実施例２では、エアコンシステムにおいて、冷媒を供給する冷媒ラインをニ方へ分けて、一方を空調用エバポレータ５へ向かう冷媒ライン５１とし、もう一方を冷媒ライン３１とする。そして、二方分配部に電磁弁６を設けて、分配量を変更する。この制御は、エアコンシステムのコントローラにより行う。
また、バッテリケースの冷却ライン１１から冷媒を回収する冷媒ライン３２は、空調用エバポレータ５から冷媒を回収する冷媒ライン５２と合流させ、エアコンシステム、つまりコンデンサ１０１や電動コンプレッサ１０２へ向かうようにする。

ここで、実施例２と協調して冷媒制御を行うエアコンシステムについて、図４を参照して説明する。
実施例２と協調制御を行うエアコンシステムは、電動コンプレッサ１０２によって圧縮した高圧冷媒をコンデンサ１０１に送って放熱冷却させ冷媒を液化し、その後リキッドタンク１０３で水分やゴミを除去して液化した冷媒を電磁弁６へ送り、空調用エバポレータ５へ向かう冷媒ライン５１とバッテリケース１の冷却ライン１１へ向かう冷媒ライン３１への振り分け冷媒流量を制御する。そして、図示しない弁により冷媒を低圧に膨張させ、空調用エバポレータ５で冷媒を蒸発させてファン１０４が車室内に送る空気を冷却し、蒸発した低圧冷媒を冷媒ライン３２、５２により回収して電動コンプレッサ１０２に送るようにして循環させるものである。

電動コンプレッサ１０２や電磁弁６は、エアコンシステムにおけるコントローラ１０５により制御される。センサ類等の説明は省略する。このエアコンシステムのコントローラ１０５は、車内通信等により、図示しないバッテリ２のコントローラと通信を行い、必要な情報、指令を通信して、電磁弁６による冷媒流量の制御等を行うものとする。
なお、冷媒を低圧に膨張させる弁は、冷媒ライン３１にも図示しないが設けられる。また電磁弁６と一体に設けてもよい。

作用を説明する。
[車室内空調とバッテリ冷却の両立作用]
実施例２の車両用バッテリ冷却システムでは、バッテリ２を冷却するための冷媒ライン３１，３２を空調用エバポレータ５への冷媒ライン５１，５２と並列に設けるようにし、電磁弁６により冷媒流量を自在に制御することで、室内空調とバッテリ冷却を精度よく両立して行う。

次に、効果を説明する。
この実施例２の車両用バッテリ冷却システムにあっては、実施例１の(1)の効果に加え、下記の効果を得ることができる。

(2)冷媒循環手段は、車両用空調システムにおける空調用エバポレータ５への冷媒ライン５１，５２と分配させて並列に設けたバッテリ２の冷却ライン１１への冷媒ライン３１，３２と、空調用エバポレータ５への冷媒ライン５１，５２及びバッテリ２の冷却ライン１１への冷媒ライン３１，３２における冷媒流量を制御する電磁弁６を備えるため、並列接続とすることで空調とバッテリ冷却を各々独立して制御することができ、特に直列接続に比較して制御の複雑化を抑制して、空調システムと両立させることができる。

実施例３は、バッテリケースと一体に複数並列させて設けた冷却ラインに１方向の冷媒流れで冷却を行うようにした例である。
構成を説明する。
図５は実施例３の車両用バッテリ冷却システムの説明図である。
実施例３では、バッテリケース１の底面部に、複数の冷却ライン１１を並列させて、バッテリケース１と一体に設ける。
この複数の冷却ライン１１は、バッテリケース１の底面部を押し出し加工で設けることにより、押し出し材で一体に設けるようにする。

実施例３において、バッテリ２は、複数単位で構成したものをバッテリケース１の底面部に、図５に示すように少なくとも３箇所に配置し、それぞれのバッテリ２の下方左右に冷却ライン１１がそれぞれ位置するようにする。
言い換えると、複数のバッテリ２の長手方向に冷却ライン１１が伸長するように設ける。

冷媒の供給、回収を行う構成は、実施例２と同様とし、実施例３では、この複数並列して設けた冷却ライン１１において、冷媒は同じ流れ方向となるようにする。つまり、実施例１、２同様、車両後方から車両前方へ向かう冷媒の流れで冷却ライン１１内を流れるようにする。
その他構成は、実施例１、２と同様であるので説明を省略する。

作用を説明する。
[効率のよいバッテリ冷却作用]
実施例３では、複数の並列した冷却ライン１１に、同じ方向へ冷媒を流すようにする。そのため、冷却ライン１１同士が冷却効果を相殺するような発熱、吸熱の関係になることなく、バッテリ２の冷却を主要な吸熱作用となるようにして、効率的に冷却を行う。
また、図５に示すように、バッテリケース１の底面部を介して、バッテリ２の冷却を行うため、伝熱面積を大きくして熱交換することになり、さらに効率的な冷却となる。

さらに、冷却ライン１１が一体に設けられたバッテリケース１は、蓄冷材にもなる。つまり、バッテリ２の発熱量以上に冷却した分や、バッテリ２の発熱が小さくなるに伴い、冷媒量を低く制御した際の冷却性能の応答遅れ分によって、バッテリケース１が十分に予備冷却されることになる。
このことは、次回のバッテリ２の発熱時の、冷媒量制御による冷却性能の立ち上がりに寄与することになり、且つ冷媒量制御による冷却性能が十分になるまでの間、バッテリ２の予備冷却を行うことができるようになる。

この蓄冷材となる作用については、押し出し材により冷却ライン１１を一体に構成したバッテリケース１は、熱容量が大きく、著しい効果が得られる。
また、車室内空調の負荷が小さいか、あるいはない場合に、バッテリケース１への蓄冷を行うことによって、さらに車室内空調との両立性を良好にすることもできる。
また、車体パネル４上に取り付けられるバッテリケース１の底面部に冷却ライン１１を設け、バッテリケース１が蓄冷材となることにより、路面温度が高い場合に、路面からの放射熱でバッテリ２が温められるのを抑制することができる。
その他作用は、実施例１，２と同様であるので、説明を省略する。

効果を説明する。
実施例３の車両用バッテリ冷却システムにあっては、実施例１、２の(1),(2)の効果に加え、下記の効果を得ることができる。

(3)バッテリ２の冷却ライン１１は、バッテリ２の底面側のバッテリケース部分と一体に、複数を並列して設け、複数を並列させたバッテリ２の冷却ライン１１で、同じ方向に冷媒を流す構成にしたため、さらに、効率よくバッテリの冷却を行うことができ、また、車室内空調との両立性をさらに良好にすることができる。

(6)バッテリケース１と、バッテリ２の底面側に設けられる冷却ライン１１を、押し出し材で形成したため、伝熱面積を十分に確保することができると共に、生産性を向上させることができる。

実施例４の車両用バッテリ冷却システムは、バッテリの側部近傍にも冷却ラインを設けた例である。
構成を説明する。
図６は実施例４の車両用バッテリ冷却システムの説明図である。
実施例４では、実施例３と同様に、バッテリケース１の底面部に、複数の冷却ライン１１を並列させて、バッテリケース１と一体に押し出し材で設ける。
さらに実施例４では、バッテリケース１の底面部上で、各バッテリ２の両側の側部近傍に冷却ライン７を設けている。この冷却ライン７の伸長方向は、冷却ライン１１と同じ方向にし、冷媒を流す方向も冷却ライン１１と同じにする。
その他構成は、実施例３と同様であるので説明を省略する。

作用を説明する。
[冷却効果を高める作用]
実施例４では、冷却ライン１１によりバッテリ２がバッテリケース１の底面部を介して冷却されるとともに、各バッテリ２の両側の側部近傍に設けた冷却ライン７により、側方からも冷却される。

各バッテリ２は、異なる３方向から冷却されるため、冷却効果が高まる。また、冷却ライン１１と冷却ライン７は、冷媒の流れ方向を同じにしているので、吸熱した冷媒が、他の冷媒流れを温めてしまうようなことがなく、良好な冷却性能を得ることができる。
また、バッテリケース１の蓄冷の観点からは、より蓄熱されやすくなるため、上記説明したような蓄冷の効果がさらに高まることになる。
その他作用は実施例３と同様であるので説明を省略する。

効果を説明する。
実施例４の車両用バッテリ冷却システムにあっては、実施例１〜３における(1)〜(3),(6)の効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
(4)バッテリ２の側部近傍に、バッテリ２の冷却ライン１１と同方向に伸長し、バッテリ２の冷却ライン１１と同方向に冷媒を流す側方の冷却ライン７を備えたため、さらにバッテリ冷却効果を高めることができる。

実施例５は、バッテリケースの内部に空間を有するよう構成した例である。
構成を説明する。
図７は実施例５の車両用バッテリ冷却システムの説明図である。
実施例５では、バッテリケース８の底面部を内部に空間を有する箱型形状とし、冷却パイプ８１を内部に複数並列させて設けて冷却ラインとしている。
バッテリケース８は、このような構成であってもよい。
その他構成、作用効果は、実施例１、２と同様であるので説明を省略する。

実施例６は、冷媒ラインを二重管構造にした例である。
構成を説明する。
図８は実施例６の車両用バッテリ冷却システムにおける冷媒ラインの説明図である。
実施例６では、エアコンシステムとバッテリケース１の冷媒の供給、回収を行う冷媒ライン３１，３２を二重管９により構成している。
二重管９は、図８に示すように、内管を高圧側とし、外管側を低圧側としている。なお、逆の構成であってもよい。なお、バッテリケース１の冷却ライン１１の近傍で２つに分岐させて、冷却ライン１１へそれぞれ接続するものとする。

作用を説明する。
[構成の簡素化]
実施例６では、二重管９により冷媒ライン３１，３２が構成されるため、車両への搭載性、作業性が向上する。

効果を説明する。
実施例６では、上記(1)〜(4),(6)の効果に加えて以下の効果を有する。
(5)バッテリ２の冷却ライン１１への冷媒ラインは、供給側と回収側からなる二重管構造であるため、取り回しの簡素化、軽量化、省スペース化を図ることができる。

以上、本発明の車両用バッテリ冷却システムを実施例１〜実施例６に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例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。
実施例の車両用バッテリ冷却システムは、ハイブリッド車両や電気自動車に用いられるものとして説明したが、他にも例えば、燃料電池車などに用いられるものであってもよい。

実施例１の車両用バッテリ冷却システムにおけるバッテリ冷却構造の説明図である。 実施例１の車両用バッテリ冷却システムにおけるバッテリ設置位置の説明図である。 実施例２の車両用バッテリ冷却システムにおけるバッテリ冷却構造の説明図である。 実施例２の車両用バッテリ冷却システムと協調制御されるエアコンシステムの説明図である。 実施例３の車両用バッテリ冷却システムの説明図である。 実施例４の車両用バッテリ冷却システムの説明図である。 実施例５の車両用バッテリ冷却システムの説明図である。 実施例６の車両用バッテリ冷却システムにおける冷媒ラインの説明図である。

符号の説明

１ バッテリケース
１１ 冷却ライン
２ バッテリ
３１ 冷媒ライン
３２ 冷媒ライン
４ 車体パネル
５ 空調用エバポレータ
５１ 冷媒ライン
５２ 冷媒ライン
６ 電磁弁
７ 冷却ライン
８ バッテリケース
８１ 冷却パイプ
９ 二重管
１０１ コンデンサ
１０２ 電動コンプレッサ
１０３ リキッドタンク
１０４ ファン
１０５ コントローラ

Claims (6)

1. 車両に設置され走行に用いられるバッテリと、
   前記バッテリの少なくとも底面側を覆うバッテリケースと、
   前記バッテリの底面側のバッテリケース部分と一体に設けられ、冷媒を流す流路となるバッテリ冷却ラインと、
   前記冷媒をバッテリ冷却ラインに供給及び回収する冷媒循環手段と、
   を備えることを特徴とする車両用バッテリ冷却システム。
2. 請求項１に記載の車両用バッテリ冷却システムにおいて、
   前記冷媒循環手段は、
   車両用空調システムにおけるエバポレータへの冷媒ラインと分配させて並列に設けた前記バッテリ冷却ラインへの冷媒ラインと、
   前記エバポレータへの冷媒ライン及び前記バッテリ冷却ラインへの冷媒ラインにおける冷媒流量を制御する冷媒流量制御手段と、
   を備えることを特徴とする車両用バッテリ冷却システム。
3. 請求項１または請求項２に記載の車両用バッテリ冷却システムにおいて、
   前記バッテリ冷却ラインは、前記バッテリの底面側のバッテリケース部分と一体に、複数を並列させて設け、
   複数を並列させた前記バッテリ冷却ラインで、同じ方向に冷媒を流す構成にした、
   ことを特徴とする車両用バッテリ冷却システム。
4. 請求項１〜請求項３に記載の車両用バッテリ冷却システムにおいて、
   前記バッテリの側部近傍に、前記バッテリ冷却ラインと同方向に伸長し、前記バッテリ冷却ラインと同方向に冷媒を流す側方冷却ラインを備えた、
   ことを特徴とする車両用バッテリ冷却システム。
5. 請求項２〜請求項４に記載の車両用バッテリ冷却システムにおいて、
   前記バッテリ冷却ラインへの冷媒ラインは、供給側と回収側からなる二重管構造である、ことを特徴とする車両用バッテリ冷却システム。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の車両用バッテリ冷却システムにおいて、
   前記バッテリケースと、前記バッテリの底面側に設けられるバッテリ冷却ラインを、押し出し材で形成した、
   ことを特徴とする車両用バッテリ冷却システム。
   

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