(57)【要約】【課題】本明細書は、電気自動車にてインバータとバッテリを冷却するシステムにおいて、冷媒の量を抑制する技術を提供する。【解決手段】本明細書が開示するバッテリ温度調整システム２は、液体を溜めるリザーブタンク３と、第１循環路１０と、第２循環路２０を備える。第１循環路１０は、リザーブタンク３とインバータ１８とラジエータ１２の間で液体を循環させる。第２循環路２０は、リザーブタンク３とバッテリ２２との間で液体を循環させる。インバータ１８を冷却する第１循環路１０とバッテリ２２の温度を調整する第２循環路２０を別々に備えるので、インバータとバッテリの双方に液体を循環させる一つの循環路を有する場合よりも冷媒の量が少なくて済む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気自動車用のバッテリ温度調整システムであり、
液体を溜めるリザーブタンクと、
リザーブタンクとインバータとラジエータの間で液体を循環させる第１循環路と、
リザーブタンクとバッテリとの間で液体を循環させる第２循環路と、
を備えることを特徴とするバッテリ温度調整システム。
【請求項２】
リザーブタンクの液体を第１循環路と第２循環路のいずれか一方に排他的に流す切換弁をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載のバッテリ温度調整システム。
【請求項３】
リザーブタンクが断熱材で覆われていることを特徴とする請求項１又は２に記載のバッテリ温度調整システム。
【請求項４】
車両始動時に第２循環路を使ってバッテリを予熱することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のバッテリ温度調整システム。
【請求項５】
バッテリ充填中に第２循環路を使ってバッテリを冷却することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のバッテリ温度調整システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車用のバッテリ温度調整システムに関する。本明細書における「電気自動車」には、モータとエンジンの双方を備えるハイブリッド車や、燃料電池車を含む。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車は、モータと、モータに電力を供給するバッテリと、バッテリの直流電力を交流に変換するインバータを備える。これらのデバイスは発熱量が大きいので電気自動車はこれらのデバイスを冷却する冷却システムを備える。電気自動車用の冷却システムに関する提案が例えば特許文献１乃至３に開示されている。また、それらデバイスが発した熱を有効に使うことも提案されている。例えば、特許文献４に開示された技術は、ハイブリッド車においてエンジンの熱とインバータの熱を冷媒を通じて回収・蓄熱し、車内の暖房や次回のエンジン始動時のエンジン予熱に用いる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１２６２５６号公報
【特許文献２】特開２０１０−０４０４２０号公報
【特許文献３】特開２００８−２７７１８０号公報
【特許文献４】特開２００４−１３２１８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
多くの電気自動車では、モータやインバータは車両前方の空間（フロントコンパートメント）に配置され、モータに電力を供給するバッテリは車両後方（後部座席下や座席の後ろのラゲッジスペース下など）に配置される。そこで、車両前方に配置されたモータ／インバータと車両後方に配置されたバッテリを一つの冷媒循環路で同時に冷却しようとすると、循環路が長くなり、大量の冷媒を必要とする。本明細書は、電気自動車にてインバータとバッテリを冷却するシステムにおいて、冷媒の量を抑制する技術を提供する。なお、後述するように、本明細書が開示する技術は冷媒が吸収した熱を有効利用してバッテリの予熱にも用いるため、本明細書が開示する技術を具現化した装置は「冷却システム」ではなく「バッテリ温度調整システム」と称する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書が開示する電気自動車用のバッテリ温度調整システムは、液体を溜めるリザーブタンクと、リザーブタンク内の液体を循環させる２個の循環路（第１循環路と第２循環路）を備える。第１循環路は、リザーブタンクとインバータ（及び／又はモータ）とラジエータの間で液体を循環させる。第２循環路は、リザーブタンクとバッテリとの間で液体を循環させる。インバータは、バッテリの直流電力を走行用モータの駆動に適した交流電力に変換するデバイスである。第１循環路はインバータだけでなく、モータに通じていてもよい。この温度調整システムは、リザーブタンクは共用であるが、インバータとバッテリには夫々独立した循環路で液体が送られる。インバータに液体を送る第１循環路はラジエータ（液体を冷却するデバイス）を備えており、専らインバータを冷却する。第２循環路はラジエータを備えておらず、バッテリの温度を液体の温度に近い温度に調整する。
【０００６】
なお、リザーブタンクとともに液体を圧送するポンプを第１流路と第２流路で共用することも好適である。その場合は、リザーブタンクの液体を圧送するポンプと、ポンプから圧送された液体を第１循環路と第２循環路のいずれか一方に排他的に流す切換弁をさらに備えているとよい。第２循環路を用いる典型的な状況は、次の２つである。一つは、寒冷地（冬場）における車両始動時であり、このときにバッテリの温度がリザーブタンクの液体温度よりも低ければ、第２循環路を使って液体でバッテリを予熱する。車両起動時はまだ走行前なので、インバータやモータを冷却する必要がない。従って、車両始動時であって車両が停止している間、第１循環路を閉鎖し第２循環路だけに液体を循環させればよい。予熱が終了したら液体の循環経路を第２循環路から第１循環路に切り換え、通常走行に移行する。
【０００７】
もう一つはバッテリ充電中である。バッテリは充電している間に多量に発熱するので、そのときに第２循環路を使ってバッテリを冷却する。なお、外部電源から充電する場合、車両は停止しているのでインバータやモータを冷却する必要はない。従って、外部電源から充電するときには第１循環路を閉鎖し第２循環路だけに液体を循環させればよい。
【０００８】
上記のバッテリ温度調整システムは、リザーブタンクの液体でバッテリを予熱することがある。それゆえ、リザーブタンクが断熱材で覆われているとよい。典型的には、前回走行時に液体がインバータから奪った熱をリザーブタンクに蓄積しておき、その熱を使って、次に新たに車両を起動する際にバッテリを予熱する。それゆえ、リザーブタンクを断熱材で覆い、液体の熱を逃がさないようにするのがよい。
【０００９】
上記の説明では循環させる媒体を単純に「液体」と称したが、その液体は典型的には、水、あるいはＬＬＣ（ＬｏｎｇＬｉｆｅＣｏｏｌａｎｔ）である。
【００１０】
本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例の温度調整システムのブロック図である。
【図２】温度調整システムのバッテリ周辺の構成の変形例である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図面を参照して実施例のバッテリ温度調整システム２を説明する。以下、バッテリ温度調整システム２を簡単化のため温度調整システム２と称する。図１に、温度調整システム２のブロック図を示す。温度調整システム２は、電気自動車１００に搭載され、モータ１４、充電器１６、及び、インバータ１８を冷却するとともに、バッテリ２２の温度を常温に調整する。なお、図１のブロック図は温度調整システム２のブロック図であるとともに、電気自動車１００の走行系のブロック図でもあることに留意されたい。
【００１３】
まず、実施例の電気自動車１００を概説する。電気自動車１００は、バッテリ２２に充電された電力により走行用のモータ１４で走行する。バッテリ２２の直流電力はインバータ１８で交流電力に変換され、モータ１４に供給される。不図示の走行用コントローラは、車速やアクセル開度に基づいてモータ１４の目標出力を算定し、その目標出力が実現するようにインバータ１８を制御する。より具体的には、モータ１４は３相誘導モータであり、走行用コントローラは、インバータ１８が有するスイッチング素子へのＰＷＭ信号を生成し供給する。
【００１４】
電気自動車１００は、減速エネルギを使ってモータ１４で発電し、バッテリ２２を充電することも可能であるが、基本的には外部の電源から電力の供給を受けて充電する。それゆえ、電気自動車１００は充電器１６を備える。
【００１５】
温度調整システム２は、モータ１４、インバータ１８、及び、充電器１６を冷却する液体循環経路と、バッテリ２２の温度を調整する液体循環経路を別々に備えている。前者は、リザーブタンク３に蓄えられた液体をラジエータ１２、モータ１４、充電器１６、及び、インバータ１８に循環させる第１循環路１０で構成され、後者はリザーブタンク３に蓄えられた液体をバッテリ２２に循環させる第２循環路２０で構成される。なお、リザーブタンク３に蓄えられた液体はＬＬＣ（ＬｏｎｇＬｉｆｅＣｏｏｒａｎｔ）である。ＬＬＣは、不凍液とも呼ばれ、エチレングリコールを主成分とする液体である。
【００１６】
リザーブタンク３に蓄えられたＬＬＣは電動ポンプ４により第１循環路１０あるいは第２循環路２０のいずれかに圧送される。電動ポンプ４の先には三方弁５が接続されている。三方弁５は、入力端５ａを、２つの出力端５ｂ、５ｃのいずれか一方と接続する。三方弁５は、コントローラ３０によって制御される。すなわち、三方弁５は、リザーブタンク３に蓄えられた液体を第１循環路１０と第２循環路２０のいずれか一方に排他的に流す切換弁である。コントローラ３０には、後述する各種センサの情報が集められ、状況に応じて三方弁５やポンプ４を制御する。コントローラ３０の処理については後述する。
【００１７】
ＬＬＣが第１循環路１０を流れる場合について説明する。第１循環路１０には、リザーブタンク３を最上流として、下流に向けて、ラジエータ１２、モータ１４（モータケース１３）、充電器１６（充電器ケース１５）、インバータ１８（インバータケース１７）がこの順で接続されている。電動ポンプ４で圧送されたＬＬＣは、まずラジエータ１２で冷却され、次にモータケース１３に送られてモータ１４を冷却する。次にＬＬＣは充電器１６（充電器ケース１５）に送られる。充電器１６は外部電源が供給する電力によってバッテリ２２を充電するデバイスであり、走行時は機能していない。即ち、走行中は充電器１６の温度は常温に近い。それゆえ、走行時はＬＬＣは充電器ケース１５の通過前後でほとんど温度は変わらない。次にＬＬＣはインバータケース１７に送られ、インバータ１８を冷却する。インバータケース１７を通過したＬＬＣは、逆止弁７ａと合流弁６を通じてリザーブタンク３に還流する。モータ１４とインバータ１８にはそれぞれ、温度を計測する温度センサ２６、２５が備えられている。また、リザーブタンク３にも、蓄えられているＬＬＣの温度を計測する温度センサ２４が備えられている。コントローラ３０は、モータ温度、インバータ温度、及び、ＬＬＣ温度に基づいて、電動ポンプ４の出力を調整する。具体的には、コントローラ３０は、モータ温度あるいはインバータ温度が高いほど、電動ポンプ４の出力を高くし、ＬＬＣの単位時間当たりの流量を増やす。また、コントローラ３０は、モータ温度あるいはインバータ温度とＬＬＣ温度の差が小さいほど（モータ温度／インバータ温度＞ＬＬＣ温度の場合）、電動ポンプ４の出力を高くする。
【００１８】
逆止弁７ａは、ＬＬＣの逆流を防ぐために備えられている。合流弁６のバッテリ側にも同様に逆止弁７ｂが備えられており、第１循環路１０を流れてきたＬＬＣが合流弁６を超えてバッテリ側に流れないようになっている。
【００１９】
リザーブタンク３は断熱材４１で覆われており、リザーブタンク３に蓄えられているＬＬＣの温度が下がらないようになっている。これは、後述するように、車両起動時にバッテリ２２の温度が低い場合にＬＬＣでバッテリ２２を予熱するためである。
【００２０】
ＬＬＣが第２循環路２０を流れる場合について説明する。リザーブタンク３のＬＬＣは、電動ポンプ４で圧送され、バッテリ２２（バッテリケース２１）へと送られる。バッテリ２２の温度がＬＬＣの温度よりも高い場合は、バッテリ２２がＬＬＣで冷却される。バッテリ２２の温度がＬＬＣの温度よりも低い場合には、バッテリ２２はＬＬＣで温められる。バッテリケース２１を通過したＬＬＣは、逆止弁７ｂと合流弁６を通じ、リザーブタンク３へと還流する。なお、バッテリ２２には温度センサ２３が取り付けられており、温度センサ２３が計測するバッテリ温度はコントローラ３０に送られる。
【００２１】
前述したように、温度調整システム２は、リザーブタンク３に蓄えられたＬＬＣを第１循環路１０と第２循環路２０のいずれか一方へ排他的に流す三方弁５を備えており、コントローラ３０が三方弁５を制御する。次に、コントローラ３０が行う処理を説明する。
【００２２】
通常走行時は、コントローラ３０は、第２循環路２０を閉じ、リザーブタンク３のＬＬＣを第１循環路１０へ送る。通常走行時は、前述したように、モータ１４の温度あるいはインバータ１８の温度が高いほど電動ポンプ４を高出力で駆動し、ＬＬＣの単位時間当たりの流量を増加させる。なお、第１循環路１０を一巡してリザーブタンク３に戻ってきたＬＬＣは、モータ１４やインバータ１８から熱を吸収して温度が上がっている。リザーブタンク３の周囲は断熱材４１で覆われているため、リザーブタンク３内でＬＬＣは保温される。
【００２３】
車両始動時には、コントローラ３０は、温度センサ２３によってバッテリ２２の温度を得るとともに、温度センサ２４によってリザーブタンク３内のＬＬＣの温度を得る。冬季は、車両始動時にバッテリ２２の温度が低いことがある。バッテリ２２は温度が低いと効率が悪い。そこで、コントローラ３０は、車両始動時、バッテリ２２の温度が所定の閾値温度よりも低く、かつ、ＬＬＣの温度がバッテリ２２の温度よりも高い場合、第１循環路１０を閉じ、リザーブタンク３のＬＬＣを第２循環路２０へ送る。こうして、バッテリ２２が予熱され、バッテリの効率が高まる。なお、上記所定の閾値温度が明らかにＬＬＣの温度よりも低い温度に設定されている場合は、バッテリ２２の温度が閾値温度よりも低ければ、ＬＬＣの温度を参照することなくリザーブタンク３のＬＬＣを第２循環路へ送るようにしてもよい。
【００２４】
車両起動時はまだ車両が動作していないので、モータ１４やインバータ１８を冷却する必要はなく、第１循環路１０にＬＬＣを送る必要がない。また、バッテリ２２の温度が低い場合とは、外気温が低い場合であり、そのような状況であることも、モータ１４やインバータ１８を冷却する必要性が低いことの一因である。
【００２５】
外部電源でバッテリ２２を充電するときには、コントローラ３０は第１循環路１０を閉じ、リザーブタンク３のＬＬＣを第２循環路２０へ送る。バッテリ２２は、充電する際に発熱するので、これを抑えるためである。
【００２６】
温度調整システム２に関してその他の特徴を述べる。ラジエータ１２、モータ１４、充電器１６、及び、インバータ１８は、車両のフロントコンパートメントに配置される。これに対してバッテリ２２は車両後方（後部座席下、あるいは、後部ラゲッジルーム下）に配置される。リザーブタンク３はフロントコンパートメントに配置される。車両後方に配置されたバッテリ２２へＬＬＣを送る第２循環路２０は、フロントコンパートメント内でＬＬＣを循環させる第１循環路１０と独立しており、第１循環路１０と第２循環路２０のいずれか一方に排他的にＬＬＣが流される。それゆえ、実施例の温度調整システム２は、フロントコンパートメントと車両後方を一つの循環路でＬＬＣを循環させるよりも、ＬＬＣの必要量が少なくてすむ。
【００２７】
第１循環路１０と第２循環路２０は独立であるが、それらにＬＬＣを圧送する電動ポンプ４は共用である。第１循環路１０と第２循環路２０に夫々独立に電動ポンプを設ける必要がないのでコストを抑えられる。
【００２８】
図１の温度調整システム２では、バッテリ２２はＬＬＣによって冷却された。即ち、バッテリ２２は液冷式である。バッテリ２２は大電力を蓄えているため、ＬＬＣが漏れて漏電すると他のデバイスまでダメージを受ける可能性がある。そこで、バッテリ２２は空冷式であってもよい。バッテリ２２が空冷式である場合、第２循環路２０を流れるＬＬＣによって、バッテリ２２に送られる空気の温度を調整するように構成することも好適である。その例を、図２を参照して説明する。
【００２９】
図２に、温度調整システム２のバッテリ周辺の構成の変形例を示す。図２では、第２循環路２０の一部だけを示しており、リザーブタンク３や第１循環路等は図示を省略している。リザーブタンク３から送られたＬＬＣは、符号「Ａ」の側から流れてきて、バッテリケース２１に接している第２のリザーブタンク３３へと送られる。また、一旦、第２のリザーブタンク３３に溜められたＬＬＣは、符号「Ｂ」の側から流れ出て、リザーブタンク３へ戻る。
【００３０】
第２のリザーブタンク３３の周囲に沿って、空気が流れるダクト３２が配置されている。ファン３１でダクト３２に空気が送り込まれ、その空気は第２リザーブタンク３３の周囲で第２リザーブタンク３３の内部のＬＬＣと熱交換する。その後、空気は、バッテリケース２１の内部へと送られ、バッテリ２２の周囲を流れてバッテリ２２と熱交換する。
【００３１】
外部電源による充電時、バッテリ２２の温度がＬＬＣの温度と外気温度よりも高く、かつ、ＬＬＣの温度が外気温度よりも低い場合には、第２循環路２０にＬＬＣが送られる。ファン３１でダクト３２に送り込まれた空気は第２リザーブタンク３３の周囲でＬＬＣによって冷却される。外気温度よりも温度が下がった空気がバッテリ２２の周囲を流れるので、バッテリ２２が効率よく冷却される。
【００３２】
また、車両起動時、バッテリ２２の温度が温度閾値よりも低く、ＬＬＣの温度が外気の温度よりも高い場合にも、第２循環路２０へＬＬＣが送られる。この場合は、ファン３１でダクト３２に送り込まれた空気は第２リザーブタンク３３の周囲でＬＬＣによって暖められる。外気温度よりも温度が上がった空気がバッテリ２２の周囲を流れるので、バッテリ２２が効率よく予熱される。
【００３３】
図２の変形例では、液体であるＬＬＣがバッテリケース２１の内部に入らないので、漏電の際に他のデバイスがダメージを受ける可能性が小さいという利点がある。
【００３４】
以上説明した技術に関し、留意点を述べる。実施例の電気自動車１００は走行用のモータを一つ備える電気自動車であったが、本明細書が開示する技術は、走行用にモータとエンジンの双方を備えるハイブリッド車や燃料電池車に適用することもできる。燃料電池車の場合は、図１、図２のバッテリ２２が燃料電池スタックに相当する。
【００３５】
実施例の温度調整システムは、第１循環路１０でモータ１４とインバータ１８と充電器１６を冷却する。本明細書が開示する技術は、第１循環路において、走行用モータに交流電力を供給するインバータだけが冷却対象であってもよい。また、第１、第２循環路を流れる液体は、ＬＬＣに限られない。第１、第２循環路を流れる液体は水であってもよい。
【００３６】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３７】
２：温度調整システム
３：リザーブタンク
４：電動ポンプ
５：三方弁
６：合流弁
７ａ、７ｂ：逆止弁
１０：第１循環路
１２：ラジエータ
１４：モータ
１６：充電器
１８：インバータ
２０：第２循環路
２１：バッテリケース
２２：バッテリ
２３、２４、２６：温度センサ
３０：コントローラ
３１：ファン
３２：ダクト
３３：第２リザーブタンク
４１：断熱材
１００：電気自動車
【図１】
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【図２】
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