(57)【要約】【課題】  エネルギーの有効活用が図られた車載用のバッテリ温度管理装置およびこれを備える自動車を提供する。【解決手段】  インバータ３やモータジェネレータ２は、走行時にはおよそ８０℃になるので、バッテリ１を暖機する熱源として利用することが可能である。したがって、モータジェネレータ２およびインバータ３には、熱交換器１２，１３がそれぞれ設けられており、熱を通風路２６の空気を介して排出するようになっている。冬期など外気が−２０℃〜０℃の環境下で始動時にバッテリ温度が低くなってしまっているときには、必要に応じて弁９，１０，１１を用いて通風経路においてバッテリ１の上流側に熱交換器１２，１３が来るように通風経路を変更することができる。【選択図】        図１
2006120334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温風発生装置と、
バッテリと、
回転電機と、
前記バッテリからの電気エネルギーを交流に変換して前記回転電機を駆動するインバータと、
前記温風発生装置から前記回転電機または前記インバータを経由して前記バッテリに至る第１の送風経路とを備える、バッテリ温度管理装置。
【請求項２】
前記バッテリから車室に至る第２の送風経路をさらに備える、請求項１に記載のバッテリ温度管理装置。
【請求項３】
前記温風発生装置は、車室内用空調装置である、請求項１または２に記載のバッテリ温度管理装置。
【請求項４】
前記回転電機および前記インバータを経由せずに前記温風発生装置から前記バッテリに至る第３の送風経路と、
前記第１の送風経路と前記第３の送風経路のいずれか一方の選択を行なう切替手段とをさらに備える、請求項３に記載のバッテリ温度管理装置。
【請求項５】
前記バッテリの温度を検知する温度センサと、
前記温度センサの出力に応じて前記切替手段に対して送風経路の選択制御を行なう制御部をさらに備える請求項４に記載のバッテリ温度管理装置。
【請求項６】
前記温風発生装置から前記第３の送風経路と並列に設けられ、前記第３の送風経路と同時に使用される第４の送風経路をさらに備え、
前記第４の送風経路上には前記回転電機または前記インバータが配置される、請求項４に記載のバッテリ温度管理装置。
【請求項７】
前記バッテリ、前記回転電機および前記インバータは、車両のリア部に配置され、
前記温風発生装置は、車両のフロント部に配置される、請求項１〜６のいずれか１項に記載のバッテリ温度管理装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載されたバッテリ温度管理装置を備える自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリ温度管理装置およびそれを備える自動車に関し、より特定的にはモータを駆動する大容量バッテリのバッテリ温度管理装置およびそれを備える自動車に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両を推進させるためのモータを備える自動車が身近なものになってきている。これらの自動車には、大容量バッテリとこの大容量バッテリから電力を受けモータを駆動させるインバータ装置とが搭載される。
【０００３】
バッテリの最適温度は、２５℃から３５℃くらいであり、ハイブリッド自動車等ではバッテリは車室近辺に配置されたりしてあまり低温にならないように配慮されていた。
【０００４】
特開２００４−１６７４号公報（特許文献１）には、車両後方側に搭載され、車室内に吹き出す空気の温度を調節する空気温度調節手段が収納されたリアエアコンユニットを有する車両について、車両に搭載されたバッテリの温度を管理するバッテリ温度管理装置が開示されている。この装置は、空気温度調節手段を通過した空気をバッテリに導くダクトを有し、このダクトにより導かれた空気をバッテリに供給することによりバッテリの温度を管理する。
【特許文献１】特開２００４−１６７４号公報
【特許文献２】特開平６−２４２３８号公報
【特許文献３】特開平８−６７１２９号公報
【特許文献４】特開２００３−２８９６０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、冬期間のごとく外気温度が低いときには、バッテリを加熱してすみやかに最適温度にする必要がある。バッテリを加熱する場合には、特開２００４−１６７４号公報（特許文献１）に開示された構成では、室内用空調装置のみを熱源としている。このため、バッテリの温度をすみやかに確実に最適な温度にするためには、室内用空調装置の能力を十分高くしておく必要があり、改善の余地があった。
【０００６】
この発明は、エネルギーの有効活用が図られた車載用のバッテリ温度管理装置およびこれを備える自動車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】
この発明は、要約すると、バッテリ温度管理装置であって、温風発生装置と、バッテリと、回転電機と、バッテリからの電気エネルギーを交流に変換して回転電機を駆動するインバータと、温風発生装置から回転電機またはインバータを経由してバッテリに至る第１の送風経路とを備える。
【０００８】
好ましくは、バッテリ温度管理装置は、バッテリから車室に至る第２の送風経路をさらに備える。
【０００９】
好ましくは、温風発生装置は、車室内用空調装置である。
【００１０】
より好ましくは、バッテリ温度管理装置は、回転電機およびインバータを経由せずに温風発生装置からバッテリに至る第３の送風経路と、第１の送風経路と第３の送風経路のいずれか一方の選択を行なう切替手段とをさらに備える。
【００１１】
さらに好ましくは、バッテリ温度管理装置は、バッテリの温度を検知する温度センサと、温度センサの出力に応じて切替手段に対して送風経路の選択制御を行なう制御部をさらに備える。
【００１２】
さらに好ましくは、バッテリ温度管理装置は、温風発生装置から第３の送風経路と並列に設けられ、第３の送風経路と同時に使用される第４の送風経路をさらに備える。第４の送風経路上には回転電機またはインバータが配置される。
【００１３】
好ましくは、バッテリ、回転電機およびインバータは、車両のリア部に配置され、温風発生装置は、車両のフロント部に配置される。
【００１４】
この発明の他の局面に従うと、自動車であって、上記いずれかのバッテリ温度管理装置を備える。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のバッテリ温度管理装置は、低コストでバッテリの早期暖機が実現でき、バッテリの高出力状態を始動後早期に実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００１７】
図１は、本発明に係る自動車１００の構成を示す図である。
【００１８】
図１を参照して、自動車１００は、車室２５の前方のフロント部に配置されるエンジン２３とトランスミッション２４と空調装置とを含む。
【００１９】
エンジン２３およびトランスミッション２４は、前輪２１を駆動する。空調装置は、具体的にはエアコンであり、車内外熱交換器４と圧縮機５と電動圧縮機６と熱交換器７が「「車室用空調装置」に該当する。なお、「車室用空調装置」としては、エンジンの冷却水で加熱されるヒーターを用いることもできる。
【００２０】
車内外熱交換器４と圧縮機５と電動圧縮機６と熱交換器７とは冷媒通路２７によって接続されており、エンジン２３が動作中は圧縮機５によって冷媒が圧縮され、エンジン２３が停止中には電動圧縮機６によって冷媒が圧縮され、冷媒が冷媒通路を循環する。
【００２１】
暖房時には、圧縮機で圧縮された冷媒が熱交換器７から車内外熱交換器４を経由して圧縮機に戻ることにより、車内に熱が汲み入れられる。また、冷房時には、圧縮機で圧縮された冷媒が車内外熱交換器４から熱交換器７を経由して圧縮機に戻ることにより、車外に熱が排出される。
【００２２】
自動車１００は、エンジンとモータとを併用して車両を駆動するハイブリッド自動車である。このため、自動車１００は、バッテリ１と、モータジェネレータ２と、インバータ３とをさらに含む。バッテリ１としては、例えばニッケル水素バッテリが好適に用いられる。
【００２３】
モータジェネレータ２は、力行運転時にはバッテリ１から電気エネルギーを受けて後輪２２を駆動し、回生運転時には後輪から受けた回転エネルギーによって発生した電気エネルギーをバッテリ１に戻す。インバータ３は、バッテリ１の直流とモータジェネレータ２の交流とを相互に変換する。
【００２４】
バッテリ１は、最適温度が２５〜３５℃程度であり、冬期など外気が−２０℃〜０℃の環境下で始動時にバッテリ温度が低くなってしまっているときには、速やかに暖機を行なうことが望ましい。このため、空調装置の熱交換器７からの暖かい空気が車室を経ずに通風路２６からバッテリに直接与えられるように通風路２６が形成されている。バッテリ１の表面に形成された熱交換フィン８を介して暖かい空気から熱がバッテリ１に与えられる。
【００２５】
また、インバータ３やモータジェネレータ２は、走行時にはおよそ８０℃になるので、バッテリ１を暖機する熱源として利用することが可能である。したがって、モータジェネレータ２およびインバータ３には、熱交換器１２，１３がそれぞれ設けられており、熱を通風路２６の空気を介して排出するようになっている。
【００２６】
熱交換器７からバッテリ１に至る通風経路に熱交換器１２，１３を挿入可能なように弁９，１０，１１が設けられている。これによりバッテリ１の暖機を行なう必要がある場合には、通風経路においてバッテリ１の上流側に熱交換器１２，１３が来るように必要に応じて通風経路を変更することができる。なお、弁９，１０，１１の開閉による通風経路の変更については、後に図３、図４を用いて詳しく説明する。
【００２７】
図２は、図１に示した自動車の変形例である自動車２００の構成を示した図である。
【００２８】
図２を参照して、自動車２００は、図１で説明した自動車１００の構成に加えて弁１４，１５，１６を含む。弁１４，１５，１６によって、暖房時においてモータジェネレータ２、インバータ３およびバッテリ１を経由してより加熱された空気を車室２５に導入できるように通風経路を変更できるようになっている。弁１４，１５，１６の開閉による通風経路の変更については、後に図３、図４を用いて詳しく説明する。
【００２９】
なお、自動車２００の他の構成については、図１で説明した自動車１００と同様であるので説明は繰返さない。
【００３０】
図３は、弁の開閉による通風経路の変更を説明するための図である。
【００３１】
図３において熱交換器７，１２，１３、熱交換フィン８、車室２５、弁９〜１１，１４〜１６については、図１で説明しているので説明は繰返さない。
【００３２】
モータジェネレータ２に設けられた熱交換器１２は温度センサ１７で温度が観測され、インバータ３に設けられた熱交換器１３は温度センサ１８で温度が観測され、バッテリ１の熱交換フィン８は温度センサ１９で温度が観測され、各温度センサの温度は制御部３０に送られる。制御部３０は、温度センサ１７〜１９で観測された温度に応じて弁９〜１１，１４〜１６の開閉制御を行なう。
【００３３】
基本的にバッテリに対する温度管理は、空気循環で行なわれ、バッテリに関して液体配管を通すことによるレイアウトの複雑化や液漏れ等の心配がない。空気を循環させる機器は従来使われている機器であり、新たに機器を開発する必要がないため低コストで図３に示したシステムを実現できる。
【００３４】
熱交換器７からモータの熱交換器１２、インバータの熱交換器１３および弁１０を経由してバッテリの熱交換フィン８に至る送風経路４１は「第１の送風経路」に該当する。熱交換フィン８から弁１５を経由して車室２５に至る送風経路４２は、「第２の送風経路」に該当する。熱交換器７から弁９を経由してバッテリの熱交換フィン８に至る送風経路４３は「第３の送風経路」に該当する。送風経路４３と並列に設けられ熱交換器７からモータの熱交換器１２、インバータの熱交換器１３および弁１１を経由する送風経路４４は、送風経路４３と同時に使用される「第４の送風経路」に該当する。弁９〜１１，１４〜１６は、送風経路を切り替える「切替手段」に該当する。
【００３５】
これらの送風経路の切替により必要に応じてバッテリの早期暖機を実現したり、車室内の暖房能力を強化することができる。
【００３６】
図４は、各モードにおける弁の開閉状態を示した図である。
【００３７】
図５は、図３の制御部３０の制御動作を示すフローチャートである。
【００３８】
制御部３０は、所定の条件化で図５のフローチャートに従って弁９〜１１，１４〜１６の開閉制御を行なう。所定の条件とは、たとえば始動時や、一定時間が経過しバッテリの温度変動があると予想されるときや、エアコンの操作が行なわれたとき等が該当する。
【００３９】
図４、図５を参照して、まず、制御が開始されると、ステップＳ１においてエアコンが暖房運転をしているか否かが判断される。
【００４０】
ステップＳ１でエアコンが暖房運転をしているときはステップＳ２に処理が進む。一方、ステップＳ１でエアコンが暖房運転をしていないときにはステップＳ５に処理が進む。
【００４１】
ステップＳ２では、温度センサ１９で観測されたバッテリ温度が２５℃未満であるか否かが判断される。
【００４２】
ステップＳ２において、バッテリ温度が２５℃未満であるときにはステップＳ３に処理が進む。一方、ステップＳ２においてバッテリ温度が２５℃以上であるときには処理はステップＳ４に進む。
【００４３】
バッテリ温度が２５℃未満である場合、ステップＳ３では、図４のモード１に示す弁の状態で通風経路が選択され、エアコンの運転が行なわれる。このとき、弁９，１１は閉じられ、弁１０は開放される。これによりエアコンの熱交換器７からの暖気は、熱交換器１２，１３を経由してさらに暖かくなりバッテリ１の熱交換フィン８に導入される。これにより、バッテリ１が速やかに暖機される。これによりバッテリ温度が速やかに最適温度となり早期に高出力状態を実現することができる。
【００４４】
また、モード１では、弁１４，１６は閉じられ、弁１５が開放される。これにより、バッテリを経由した暖気は車室２５に導入される。
【００４５】
一方、バッテリ温度が２５℃以上である場合、ステップＳ４では、図４のモード２に示す弁の状態で通風経路が選択され、エアコンの運転が行なわれる。このとき、弁９，１１は開放され、弁１０は閉じられる。これによりエアコンの熱交換器７からの暖気は、通風路４３を経由してバッテリ１の熱交換フィン８に直接導入され、バッテリ１は最適温度２５℃〜３５℃に維持される。
【００４６】
熱交換器７からの暖気は、人間にとっての快適温度に設定されているが、この温度はバッテリにとっても最適温度でもある。このため、バッテリ温度が低い場合にはバッテリが加熱され、またバッテリ温度が高くなりすぎた場合にはバッテリが冷却され、バッテリ温度に対して複雑な温度管理を行なわなくてもよいという利点がある。
【００４７】
また、弁９により開かれる通風路４３と並列的に、弁１１によって熱交換器１２，１３を経由する通風経路が開かれる。これにより、８０℃程度にまで上昇する熱交換器１２，１３の熱によりバッテリが過熱されることがなくなる。
【００４８】
この場合、熱交換器１２，１３の冷却が十分でないときには、補助冷却機３１を起動させる。補助冷却機３１は、エアコンの通風路とは別系統の外気による冷却を行なうものであってもよいし、また冷却水によって冷却を行なうものであってもよい。
【００４９】
また、モード２では、弁１４，１６は閉じられ、弁１５が開放される。これにより、熱交換器１２，１３を経由して元のエアコンの温度よりもより加熱された暖気は車室２５に導入される。よって暖房能力を高めることができる。
【００５０】
つぎに、ステップＳ１からステップＳ５に進んだ場合について説明する。ステップＳ５では、エアコンの冷房運転が行なわれているか否かが判断される。
【００５１】
ステップＳ５で冷房運転が行なわれている場合にはステップＳ６に進む。一方、冷房運転が行なわれていない場合には、弁の開閉の変更を行なわずに処理が終了し、メイン処理に戻る。
【００５２】
ステップＳ６では図４のモード３に示す弁の開閉が行なわれる。まず、弁９，１１は開放され、弁１０は閉じられる。これによりエアコンの熱交換器７からの冷気は、通風路４３を経由してバッテリ１の熱交換フィン８に直接導入され、バッテリ１は最適温度２５℃〜３５℃に維持される。熱交換器７からの冷気は、人間にとっての快適温度であるが、この温度はバッテリにとっても最適温度でもある。このため、バッテリの温度が低い場合にはバッテリが加熱され、またバッテリの温度が高くなりすぎた場合にはバッテリが冷却され、バッテリに対して複雑な温度管理を行なわなくてもよいという利点がある。
【００５３】
また、弁９により開かれる通風路４３と並列的に、弁１１によって熱交換器１２，１３を経由する通風経路が開かれる。これにより、８０℃程度にまで上昇する熱交換器１２，１３の熱によりバッテリが過熱されることがなくなる。この場合、熱交換器１２，１３の冷却が十分でないときには、補助冷却機３１を起動させる。補助冷却機３１は、エアコンの通風路とは別系統の外気による冷却を行なうものであってもよいし、また冷却水によって冷却を行なうものであってもよい。
【００５４】
また、モード３では、弁１４，１６が開放され、弁１５が閉じられる。これにより、熱交換器１２，１３を経由して元のエアコンの温度よりもより加熱された冷気は車室２５に導入されることなく熱交換器７に戻される。車室には弁１４を介してエアコンからの冷気が直接導入されるので車室にバッテリ、モータ、インバータの排熱が導入されることはない。
【００５５】
以上説明したように、本発明のバッテリ温度管理装置は、低コストでバッテリの早期暖機が実現でき、バッテリの高出力状態を始動後早期に実現できる。さらに、暖機完了後には、車室内の暖房能力も高めることができる。また、廃熱を暖機に利用するので電力消費を抑えることができる。
【００５６】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明に係る自動車１００の構成を示す図である。
【図２】図１に示した自動車の変形例である自動車２００の構成を示した図である。
【図３】弁の開閉による通風経路の変更を説明するための図である。
【図４】各モードにおける弁の開閉状態を示した図である。
【図５】図３の制御部３０の制御動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５８】
１  バッテリ、２  モータジェネレータ、３  インバータ、４  車内外熱交換器、５  圧縮機、６  電動圧縮機、７，１２，１３  熱交換器、８  熱交換フィン、９〜１１，１４〜１６  弁、１７〜１９  温度センサ、２１  前輪、２２  後輪、２３  エンジン、２４  トランスミッション、２５  車室、２６，４３  通風路、２７  冷媒通路、３０  制御部、３１  補助冷却機、１００，２００  自動車。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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