(57)【要約】【課題】放熱器の放熱能力を電池の冷却に十分に発揮させることができる車両用熱マネジメントシステムを提供する。【解決手段】システム１０は、充放電に伴い発熱する車両駆動用の電池４と、電池４から受けた熱を輸送する液状の熱輸送媒体１４と、電池４との熱交換によって電池４から熱輸送媒体１４へ受熱させる受熱部１６と、車両の外部の空気２１との熱交換によって熱輸送媒体１４を放熱させる放熱器２０とを備える。熱輸送媒体１４は、液状の基材と、基材に相溶するオルト珪酸エステルとを含み、かつ、イオン性防錆剤を含まない。このシステムでは、電気絶縁性が高い熱輸送媒体が用いられるので、液絡の対策が不要になる。このため、液絡の対策を行うことによる、電池４から熱輸送媒体１４への受熱量が抑えられることを回避できる。よって、放熱器の放熱能力を電池の冷却に十分に発揮させることができる。【選択図】図１
2020105942.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載される車両用熱マネジメントシステムであって、
充放電に伴い発熱する車両走行用の電池（４）と、
前記電池から受けた熱を輸送する液状の熱輸送媒体（１４）と、
前記電池との熱交換によって前記熱輸送媒体を受熱させる受熱部（１６）と、
前記車両の外部の空気（２１）との熱交換によって前記熱輸送媒体を放熱させる放熱器（２０）とを備え、
前記熱輸送媒体は、液状の基材と、前記基材に相溶するオルト珪酸エステルとを含み、かつ、イオン性防錆剤を含まない、車両用熱マネジメントシステム。
【請求項２】
モータジェネレータ（２）を冷却するオイル（３６）との熱交換によって前記熱輸送媒体を受熱させるオイル熱交換器（２２）をさらに備える、請求項１に記載の車両用熱マネジメントシステム。
【請求項３】
インバータ（６）との熱交換によって前記熱輸送媒体を受熱させるインバータ熱交換器（２４）をさらに備える、請求項１または２に記載の車両用熱マネジメントシステム。
【請求項４】
前記受熱部と前記放熱器との少なくとも一方のうち前記熱輸送媒体と接触する部分は、アルミニウムを含む部材で構成されており、
前記基材は、水を含む、請求項１に記載の車両用熱マネジメントシステム。
【請求項５】
前記オイル熱交換器のうち前記熱輸送媒体と接触する部分は、アルミニウムを含む部材で構成されており、
前記基材は、水を含む、請求項２に記載の車両用熱マネジメントシステム。
【請求項６】
前記インバータ熱交換器のうち前記熱輸送媒体と接触する部分は、アルミニウムを含む部材で構成されており、
前記基材は、水を含む、請求項３に記載の車両用熱マネジメントシステム。
【請求項７】
前記熱輸送媒体に発生するイオンを捕捉するイオン交換器（２６）をさらに備える、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の車両用熱マネジメントシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載される車両用熱マネジメントシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、車両用熱マネジメントシステムが開示されている。このシステムは、走行用モータに電力を供給する車両走行用の電池と、電池から受けた熱を輸送する液状の熱輸送媒体と、電池との熱交換によって熱輸送媒体に受熱させる受熱部と、車両の外部の空気との熱交換によって熱輸送媒体を放熱させる放熱器とを備える。このシステムでは、電池の熱が熱輸送媒体を介して車両の外部の空気に伝達されることによって、電池が冷却される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１３１５９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のシステムでは、熱輸送媒体の導電性が高い場合、漏れた熱輸送媒体が電池に触れると、液絡が生じる。このため、この対策として、例えば、熱輸送媒体の漏れが発生しないように、受熱部を流れる熱交換媒体の流量を少なく抑えることが必要となる。また、他の例として、漏れた熱輸送媒体が電池にかからないように、電池と受熱部との間に隔壁を配置することが必要となる。また、他の例として、漏れた熱輸送媒体と電池との接触面積を極力小さくするために、電池に対する受熱部の設置領域を小さく抑えることが必要となる。
【０００５】
しかし、これらの対策を行うと、電池から熱輸送媒体への受熱量が少なく抑えられる。このため、放熱器の放熱能力が、電池の冷却に十分に発揮されない。これが、放熱器の大型化の原因となる。
【０００６】
本発明は、放熱器の放熱能力を電池の冷却に十分に発揮させることができる車両用熱マネジメントシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明によれば、
車両用熱マネジメントシステムは、
充放電に伴い発熱する車両走行用の電池（４）と、
電池から受けた熱を輸送する液状の熱輸送媒体（１４）と、
電池との熱交換によって熱輸送媒体を受熱させる受熱部（１６）と、
車両の外部の空気（２１）との熱交換によって熱輸送媒体を放熱させる放熱器（２０）とを備え、
熱輸送媒体は、液状の基材と、基材に相溶するオルト珪酸エステルとを含み、かつ、イオン性防錆剤を含まない。
【０００８】
これによれば、熱輸送媒体は、オルト珪酸エステルを含み、かつ、イオン性防錆剤を含まない。熱輸送媒体に、オルト珪酸エステルが含まれることで、熱輸送媒体は防錆の機能を有する。このため、熱輸送媒体に、イオン性防錆剤が含まれなくてもよい。この熱輸送媒体は、イオン性防錆剤を含まないので、イオン性防錆剤を含む場合と比較して、導電率が低く、高い電気絶縁性を有する。
【０００９】
このシステムでは、電気絶縁性が高い熱輸送媒体が用いられる。これにより、上記した液絡の対策が不要になる。このため、上記した液絡の対策を行うことによる、電池から熱輸送媒体への受熱量が抑えられることを回避できる。換言すると、このシステムによれば、液絡を気にせずに、電池から熱輸送媒体への受熱量が多くなるように、熱輸送媒体の流量を設定したり、受熱部を電池に対して設けたりすることができる。よって、放熱器の放熱能力を電池の冷却に十分に発揮させることができる。
【００１０】
なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態における車両用熱マネジメントシステムの全体構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。
【００１３】
（第１実施形態）
図１に示す車両用熱マネジメントシステム１０は、電動車両に搭載される。以下では、車両用熱マネジメントシステム１０は、単に、システム１０と呼ばれる。電動車両は、走行用電動モータ２から車両走行用の駆動力を得る。電動車両としては、電気自動車、プラグインハイブリッド自動車、電動２輪等が挙げられる。電動車両の車輪数や車両用途は限定されない。電動車両には、走行用電動モータ２と、電池４、インバータ６が搭載されている。
【００１４】
走行用電動モータ２は、電池４から供給された電力を車両走行用の動力に変換するとともに、減速時に車両の動力を電力に変換するモータジェネレータである。走行用電動モータ２は、動力と電力との変換に伴い発熱する。
【００１５】
電池４は、走行用電動モータ２に電力を供給する車両走行用の電池である。電池４は、車両減速時に走行用電動モータ２から供給される電力を充電する。電池４は、車両停車時に外部電源（すなわち、商用電源）から供給される電力の充電が可能である。電池４は、充放電に伴い発熱する。
【００１６】
インバータ６は、電池４から走行用電動モータ２へ供給される電力を直流から交流へ変換する電力変換装置である。また、インバータ６は、走行用電動モータ２から電池４へ充電される電力を交流から直流へ変換する。インバータ６は、電力の変換に伴い発熱する。
【００１７】
システム１０は、電池４と、熱輸送媒体１４と、受熱部１６と、空気熱交換器２０と、オイル熱交換器２２と、インバータ熱交換器２４と、イオン交換器２６と、ポンプ３０と、ホース３４とを備える。
【００１８】
熱輸送媒体１４は、液状であり、電池４から受けた熱を輸送する。熱輸送媒体１４は、液状の基材と、オルト珪酸エステルとを含み、イオン性防錆剤を含まない。
【００１９】
基材は、熱輸送媒体１４のベースとなる材料である。液状の基材とは、使用状態で液体の状態であることを意味する。基材としては、凝固点降下剤が添加された水が用いられる。水が用いられるのは、水は熱容量が大きく、安価であり、粘性が低いからである。凝固点降下剤が水に添加されるのは、環境温度が氷点下であっても液体の状態を確保するためである。凝固点降下剤は、水に溶解し、水の凝固点を降下させる。凝固点降下剤としては、有機アルコール、例えば、アルキレングリコールまたはその誘導体が用いられる。アルキレングリコールとしては、例えば、モノエチレングリコール、モノプロピレングリコール、ポリグリコール、グリコールエーテル、グリセリンが単独または混合物として用いられる。凝固点降下剤としては、有機アルコールに限らず、無機塩等が用いられてもよい。
【００２０】
オルト珪酸エステルは、基材に相溶する。オルト珪酸エステルは、熱輸送媒体１４に防錆の機能を持たせるための化合物である。オルト珪酸エステルが熱輸送媒体１４に含まれることで、熱輸送媒体１４は防錆の機能を有する。このため、熱輸送媒体１４にイオン性防錆剤が含まれなくてもよい。
【００２１】
オルト珪酸エステルとしては、一般式（Ｉ）で示される化合物が用いられる。
【００２２】
【化１】
2020105942.tif 000003
一般式（Ｉ）において、置換基Ｒ１〜Ｒ４は、同じ又は異なり、かつ、炭素数１〜２０のアルキル置換基、炭素数２〜２０のアルケニル置換基、炭素数１〜２０のヒドロキシアルキル置換基、置換又は非置換の炭素数６〜１２のアリール置換基及び／又は式−（ＣＨ２−ＣＨ２−Ｏ）ｎ−Ｒ５のグリコールエーテル−置換基を表す。Ｒ５は、水素又は炭素数１〜５のアルキルを表す。ｎは、１〜５の数を表す。
【００２３】
オルト珪酸エステルの典型的な例は、純粋なテトラアルコキシシラン、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラ（ｎ−プロポキシ）シラン、テトラ（イソプロポキシ）シラン、テトラ（ｎ−ブトキシ）シラン、テトラ（ｔ−ブトキシ）シラン、テトラ（２−エチルブトキシ）シラン、又はテトラ（２−エチルヘキソキシ）シラン、並びにさらにテトラフェノキシシラン、テトラ（２−メチルフェノキシ）シラン、テトラビニルオキシシラン、テトラアリルオキシシラン、テトラ（２−ヒドロキシエトキシ）シラン、テトラ（２−エトキシエトキシ）シラン、テトラ（２−ブトキシエトキシ）シラン、テトラ（１−メトキシ−２−プロポキシ）シラン、テトラ（２−メトキシエトキシ）シラン又はテトラ［２−［２−（２−メトキシエトキシ）エトキシ］エトキシ］シランである。
【００２４】
オルト珪酸エステルとしては、一般式（Ｉ）において、置換基Ｒ１〜Ｒ４は、同じであり、かつ、炭素数１〜４のアルキル置換基又は式−（ＣＨ２−ＣＨ２−Ｏ）ｎ−Ｒ５のグリコールエーテル置換基を表し、Ｒ５は水素、メチル又はエチルを表し、ｎは１、２又は３の数を表す化合物が用いられることが好ましい。
【００２５】
オルト珪酸エステルは、熱輸送媒体１４の全体に対するケイ素の濃度が１〜１００００質量ｐｐｍとなるように、熱輸送媒体１４に含まれる。このケイ素の濃度は、１質量ｐｐｍ以上２０００質量ｐｐｍ以下であることが好ましい。また、このケイ素の濃度は、２０００質量ｐｐｍより高く１００００質量ｐｐｍ以下であることが好ましい。上記のオルトケイ酸エステルは、市販されているか又は１当量のテトラメトキシシランを、４当量の相応する長鎖アルコール又はフェノールで簡単にエステル交換し、メタノールを留去することにより製造可能である。
【００２６】
熱輸送媒体１４にイオン性防錆剤が含まれないため、熱輸送媒体１４の導電率は、熱輸送媒体にイオン系防錆剤が含まれる場合と比較して低い。熱輸送媒体１４の導電率は、５０μＳ／ｃｍ以下であり、好ましくは、１μＳ／ｃｍ以上５μＳ／ｃｍ以下である。
【００２７】
なお、熱輸送媒体１４には、オルト珪酸エステルに加えて、防錆剤としてのアゾール誘導体が含まれていてもよい。
【００２８】
受熱部１６は、電池４との熱交換によって熱輸送媒体１４を受熱させる。受熱部１６を構成する部材を介して、電池４から熱輸送媒体１４へ熱が移動する。なお、電池４が熱輸送媒体１４に浸漬され、電池４から熱輸送媒体１４へ直に熱が移動するように、受熱部１６が構成されていてもよい。
【００２９】
空気熱交換器２０は、車両の外部の空気２１との熱交換によって、熱輸送媒体１４を放熱させる放熱器である。図示しない送風機の作動によって、空気熱交換器２０に空気２１が供給される。
【００３０】
オイル熱交換器２２は、走行用電動モータ２から熱を受けたオイル３６との熱交換によって、熱輸送媒体１４を受熱させる熱交換器である。オイル熱交換器２２は、オイル３６が流れる配管３８を介して、走行用電動モータ２のオイル流路部と接続されている。
【００３１】
インバータ熱交換器２４は、インバータ６との熱交換によって、熱輸送媒体１４を受熱させる熱交換器である。受熱部１６、空気熱交換器２０、オイル熱交換器２２およびインバータ熱交換器２４のそれぞれでは、熱輸送媒体１４と接触する部分が、アルミニウムを含む部材で構成されている。
【００３２】
イオン交換器２６は、熱輸送媒体１４に発生するイオンを捕捉する。イオン交換器２６は、イオン交換体と、ろ過部材とを含む。イオン交換体としては、アニオン性樹脂、カチオン性樹脂が挙げられる。ろ過部材としては、活性炭フィルターが挙げられる。
【００３３】
ポンプ３０は、熱輸送媒体１４を送る流体機械である。ホース３４は、熱輸送媒体１４が流れる流路を形成する流路形成部材である。
【００３４】
受熱部１６と、空気熱交換器２０と、オイル熱交換器２２と、インバータ熱交換器２４と、イオン交換器２６と、ポンプ３０とは、ホース３４によって接続されている。これによって、熱輸送媒体１４が循環して流れる熱輸送媒体回路１２が形成されている。具体的には、受熱部１６と、オイル熱交換器２２と、インバータ熱交換器２４と、イオン交換器２６と、空気熱交換器２０と、ポンプ３０とが、この記載順に環状に接続されている。
【００３５】
ポンプ３０が作動することによって、受熱部１６、オイル熱交換器２２、インバータ熱交換器２４、イオン交換器２６、空気熱交換器２０、ポンプ３０の順に、熱輸送媒体１４が循環する。このとき、受熱部１６で、熱輸送媒体１４は電池４から熱を受ける。オイル熱交換器２２で、熱輸送媒体１４はオイル３６から熱を受ける。インバータ熱交換器２４で、熱輸送媒体１４はインバータ６から熱を受ける。空気熱交換器２０で、熱輸送媒体１４は熱を車両の外部の空気２１へ放出する。これにより、電池４、走行用電動モータ２およびインバータ６が冷却される。
【００３６】
また、熱輸送媒体１４が熱輸送媒体回路１２を流れているとき、種々の理由により、熱輸送媒体１４にイオンが発生する。この発生したイオンは、イオン交換器２６によって捕捉される。
【００３７】
次に、本実施形態の効果について説明する。
【００３８】
（１）本実施形態では、システム１０は、電池４と、熱輸送媒体１４と、受熱部１６と、空気熱交換器２０とを備える。熱輸送媒体１４は、液状の基材と、オルト珪酸エステルとを含み、かつ、イオン性防錆剤を含まない。
【００３９】
これによれば、熱輸送媒体１４に、オルト珪酸エステルが含まれることで、熱輸送媒体１４は防錆の機能を有する。このため、熱輸送媒体１４にイオン性防錆剤が含まれなくてもよい。この熱輸送媒体１４は、イオン性防錆剤を含まないので、イオン性防錆剤を含む場合と比較して、導電率が低く、高い電気絶縁性を有する。
【００４０】
このように、システム１０では、電気絶縁性が高い熱輸送媒体１４が用いられる。これにより、上記した液絡の対策が不要になる。このため、上記した液絡の対策を行うことによる、電池４から熱輸送媒体１４への受熱量が抑えられることを回避できる。換言すると、このシステム１０によれば、液絡を気にせずに、電池４から熱輸送媒体１４への受熱量が多くなるように、熱輸送媒体１４の流量を設定したり、受熱部１６を電池４に対して設けたりすることができる。よって、空気熱交換器２０の放熱能力を電池４の冷却に十分に発揮させることができる。
【００４１】
このため、本実施形態によれば、外部電源からの急速充電時の電池４の冷却が可能となる。すなわち、電池４の急速充電に要する時間を短縮させると、電池４の発熱量が多くなる。本実施形態によれば、空気熱交換器２０の放熱能力を十分に発揮できるので、電池４の急速充電に要する時間を短縮することができる。
【００４２】
（２）システム１０は、オイル熱交換器２２と、インバータ熱交換器２４とをさらに備える。これによれば、熱輸送媒体１４を利用して、走行用電動モータ２とインバータ６とを冷却することができる。
【００４３】
（３）受熱部１６、空気熱交換器２０、オイル熱交換器２２およびインバータ熱交換器２４のそれぞれでは、熱輸送媒体１４と接触する部分が、アルミニウムを含む部材で構成されている。熱輸送媒体１４の基材は、水が含まれる。
【００４４】
熱輸送媒体１４と接触する部分がアルミニウムを含む部材で構成され、かつ、熱輸送媒体１４に水が含まれると、熱輸送媒体１４と接触する部分での水の電気化学反応により、水素が発生する場合がある。しかしながら、熱輸送媒体１４にオルト珪酸エステルが含まれることで、この水素の発生を抑制することができる。このことは、本発明者が行った実験によって確認されている。なお、受熱部１６、空気熱交換器２０、オイル熱交換器２２およびインバータ熱交換器２４の全部ではなく、これらの少なくとも１つにおいて、熱輸送媒体１４と接触する部分が、アルミニウムを含む部材で構成されていればよい。
【００４５】
（４）システム１０は、イオン交換器２６をさらに備える。これによれば、熱輸送媒体１４にイオンが発生しても、イオン交換器２６によってイオンを捕捉することができる。このため、熱輸送媒体１４の高い電気絶縁性を維持することができる。
【００４６】
（他の実施形態）
（１）熱輸送媒体回路１２の構成部品である受熱部１６、空気熱交換器２０、オイル熱交換器２２、インバータ熱交換器２４の接続の順番は、図１に示す順番に限られず、任意に変更が可能である。
【００４７】
（２）第１実施形態では、システム１０は、オイル熱交換器２２、インバータ熱交換器２４を備えている。しかしながら、システム１０は、これらの熱交換器２２、２４のうちいずれか１つのみを備えていてもよい。また、システム１０は、これらの熱交換器２２、２４を備えていなくてもよい。
【００４８】
（３）上記した各実施形態では、熱輸送媒体１４の基材として、凝固点降下剤が添加された水が用いられている。しかしながら、熱輸送媒体１４の基材として、有機溶剤が用いられてもよい。熱輸送媒体１４に有機溶剤が含まれる場合、有機溶剤が気化することで、熱輸送媒体１４からガスが発生する。この場合、上記した各実施形態に記載の水素ガスを有機溶剤が気化したガスに読み替えればよい。また、この場合、受熱部１６、空気熱交換器２０、オイル熱交換器２２およびインバータ熱交換器２４のそれぞれのうち熱輸送媒体１４と接触する部分は、アルミニウムを含む材料で構成されていなくてよい。
【００４９】
（４）本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能であり、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の材質、形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の材質、形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その材質、形状、位置関係等に限定されるものではない。
【００５０】
（まとめ）
上記各実施形態の一部または全部で示された第１の観点によれば、車両用熱マネジメントシステムは、充放電に伴い発熱する車両走行用の電池と、電池から受けた熱を輸送する液状の熱輸送媒体と、電池との熱交換によって熱輸送媒体を受熱させる受熱部と、車両の外部の空気との熱交換によって熱輸送媒体を放熱させる放熱器とを備える。熱輸送媒体は、液状の基材と、基材に相溶するオルト珪酸エステルとを含み、かつ、イオン性防錆剤を含まない。
【００５１】
また、第２の観点によれば、車両用熱マネジメントシステムは、モータジェネレータを冷却するオイルとの熱交換によって熱輸送媒体を受熱させるオイル熱交換器をさらに備える。これによれば、熱輸送媒体を利用して、モータジェネレータを冷却することができる。
【００５２】
また、第３の観点によれば、車両用熱マネジメントシステムは、インバータとの熱交換によって熱輸送媒体を受熱させるインバータ熱交換器をさらに備える。これによれば、熱輸送媒体を利用して、インバータを冷却することができる。
【００５３】
また、第４の観点によれば、受熱部と放熱器との少なくとも一方のうち熱輸送媒体と接触する部分は、アルミニウムを含む部材で構成されている。基材は、水を含む。
【００５４】
また、第５の観点によれば、オイル熱交換器のうち熱輸送媒体と接触する部分は、アルミニウムを含む部材で構成されている。基材は、水を含む。
【００５５】
また、第６の観点によれば、インバータ熱交換器のうち熱輸送媒体と接触する部分は、アルミニウムを含む部材で構成されている。基材は、水を含む。
【００５６】
熱輸送媒体と接触する部分がアルミニウムを含む部材で構成され、かつ、熱輸送媒体に水が含まれると、熱輸送媒体と接触する部分での水の電気化学反応により、水素が発生する場合がある。しかしながら、第４〜第６の観点によれば、熱輸送媒体にオルト珪酸エステルが含まれることで、この水素の発生を抑制することができる。
【００５７】
また、第７の観点によれば、車両用熱マネジメントシステムは、熱輸送媒体に発生するイオンを捕捉するイオン交換器をさらに備える。これによれば、熱輸送媒体にイオンが発生しても、イオン交換器によってイオンを捕捉することで、熱輸送媒体の高い電気絶縁性を維持することができる。
【符号の説明】
【００５８】
２      走行用電動モータ
４      電池
６      インバータ
１４    熱輸送媒体
１６    受熱部
２０    空気熱交換器
２２    オイル熱交換器
２４    インバータ熱交換器
【図１】
2020105942.tif 000004