(57)【要約】【課題】空冷式の熱交換器と冷媒冷却式の熱交換器を備える冷却システムにおいて、構成を簡素化する。【解決手段】冷却対象機器２２から熱を受け取る熱媒体と空気とを熱交換して熱媒体を冷却する第１熱交換器２５と、熱媒体と冷凍サイクルの冷媒とを熱交換して熱媒体を冷却する第２熱交換器２０とを備える冷却システムにおいて、第１熱交換器２５の内部に第２熱交換器２０を設ける。第１熱交換器２５は、熱媒体と空気とを熱交換するコア部２５ａと、コア部の熱媒体流れ下流側に設けられた出口側タンク２５ｃとを有しており、第２熱交換器２０は、出口側タンク２５ｃの内部に設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却対象機器（２２）から熱を受け取る熱媒体と空気とを熱交換して前記熱媒体を冷却する第１熱交換器（２５）と、
前記熱媒体と冷凍サイクルの冷媒とを熱交換して前記熱媒体を冷却する第２熱交換器（２０）とを備え、
前記第１熱交換器の内部に前記第２熱交換器が設けられている冷却システム。
【請求項２】
前記第１熱交換器は、前記熱媒体と空気とを熱交換するコア部（２５ａ）と、前記コア部の熱媒体流れ下流側に設けられた出口側タンク（２５ｃ）とを有しており、
前記第２熱交換器は、前記出口側タンクの内部に設けられている請求項１に記載の冷却システム。
【請求項３】
前記冷却対象機器は電池である請求項１または２に記載の冷却システム。
【請求項４】
前記第１熱交換器を用いて前記熱媒体を冷却する第１冷却モードと、前記第１熱交換器および前記第２熱交換器を用いて前記熱媒体を冷却する第２冷却モードとを切り替える制御部（３０）を備え、
前記制御部は、前記電池の温度に基づいて前記第１冷却モードまたは前記第２冷却システムの切り替えを行う請求項３に記載の冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空冷式の熱交換器と冷媒冷却式の熱交換器を備える冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電池を冷却する冷却システムとして、特許文献１には空冷式のラジエータと冷媒冷却式のチラーを用いて電池を冷却することが提案されている。この冷却システムでは、冷却水を熱媒体として用い、通常時はラジエータで電池の冷却を行い、高負荷時はラジエータとチラーを併用して電池を冷却するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／０３２１５３２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の冷却システムでは、ラジエータとチラーが並列に接続されている。このため、冷却水回路が複雑になり、配管類が多くなってしまう。
【０００５】
本発明は上記点に鑑み、空冷式の熱交換器と冷媒冷却式の熱交換器を備える冷却システムにおいて、構成を簡素化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、冷却対象機器（２２）から熱を受け取る熱媒体と空気とを熱交換して熱媒体を冷却する第１熱交換器（２５）と、熱媒体と冷凍サイクルの冷媒とを熱交換して熱媒体を冷却する第２熱交換器（２０）とを備える冷却システムにおいて、第１熱交換器の内部に第２熱交換器が設けられていることを特徴とする。
【０００７】
これにより、空冷式の第１熱交換器に熱媒体を循環させる熱媒体通路と、冷媒冷却式の第２熱交換器に熱媒体を循環させる熱媒体通路を個別に設ける必要がなく、熱媒体通路を構成する配管の数を減らすことができる。この結果、冷却システムの構成を簡素化することができる。
【０００８】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る冷却システムの構成を示す図である。
【図２】ラジエータの正面図である。
【図３】制御装置の構成を示すブロック図である。
【図４】冷却システムの変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。本実施形態では、本発明に係る冷却システムを、車両走行用の駆動力を走行用の電動モータから得る電気自動車に適用している。さらに、本実施形態の電気自動車では、冷却システムを、車室内の空調（冷房および暖房）、並びに、二次電池２２の温度調整（冷却）を行うために用いている。
【００１１】
より詳細には、冷却システムは、蒸気圧縮式の冷凍サイクル１０、室内空調ユニット１６、及び二次電池２２を備え、車室内へ送風される室内用送風空気の温度を調整する機能を果たすと共に、二次電池２２に向けて供給される冷却水の温度を調整する機能を果たすように構成されている。
【００１２】
冷凍サイクル１０の構成機器のうち、圧縮機１２は、冷媒通路１１を流通する冷媒を吸入し、圧縮して吐出する。圧縮機１２の吐出口側は、凝縮器１３の冷媒入口側に接続されている。
【００１３】
凝縮器１３は、内部を流通する高圧気相冷媒と送風ファン１４から送風された外気とを熱交換させて冷媒を凝縮させる放熱用熱交換器である。送風ファン１３は、後述する制御装置３０から出力される制御電圧によって回転数（送風空気量）が制御される電動送風機である。
【００１４】
凝縮器１３の冷媒出口側には、膨張弁１５が接続されている。膨張弁１５は、凝縮器１２から流出した液相冷媒を減圧膨張させる減圧部である。
【００１５】
冷媒通路１１は膨張弁１５の冷媒流れ下流側で空調用冷媒通路１１ａと電池用冷媒通路１１ｂに分岐している。空調用冷媒通路１１ａには空調用蒸発器１６が設けられており、電池用冷媒通路１１ｂにはチラー２０が設けられている。空調用蒸発器１６およびチラー２０は、並列して配置されている。
【００１６】
空調用蒸発器１６は、室内空調ユニット１７の空調用ケーシング１８内で図示しないヒータコアよりも空気流れ上流側に配置されている。空調用蒸発器１６は、膨張弁１５によって減圧膨張された低圧冷媒と室内用送風空気とを熱交換させて冷媒を蒸発させることにより、室内用送風空気を冷却する冷却用熱交換器である。
【００１７】
空調用ケーシング１７内の空調用蒸発器１６の空気流れ上流側には、送風機１９が配置されている。送風機１９は、例えば遠心多翼ファン（シロッコファン）を電動モータにて駆動する電動送風機であって、後述する制御装置５０から出力される制御電圧によって回転数（送風量）が制御される。
【００１８】
チラー２０は、膨張弁１５によって減圧膨張された低圧冷媒と二次電池２２を冷却するための冷却水とを熱交換させて冷媒を蒸発させる電池用蒸発器である。チラー２０で蒸発した気相冷媒は圧縮機１２に吸入されて圧縮される。
【００１９】
電池用冷媒通路１１ｂにおけるチラー２０の上流側には、電池用冷媒通路１１ｂを開閉する開閉弁２１が設けられている。開閉弁２１を開放することで、チラー２０に冷媒が流入し、開閉弁２１を閉鎖することで、チラー２０への冷媒の流入を制限する。
【００２０】
チラー２０は、二次電池２２を冷却するためのラジエータ２５内に設けられている。この点については後述する。
【００２１】
二次電池２２は、走行用の電動モータへ供給される電力を蓄える蓄電部であり、例えばリチウムイオン電池等を用いることができる。二次電池２２は、走行中や充電中等の電力の出し入れによりジュール熱が発生して電池温度が上昇する発熱機器である。二次電池２２は、所定の上限温度を超えてしまうと電池の劣化や破損を招くため、二次電池２２を上限温度以下に維持するために冷却する必要がなる。なお、二次電池２２が本発明の冷却対象機器に相当する。
【００２２】
二次電池２２には、冷却水通路２３を流通する冷却水が循環する。冷却水は、二次電池２２で発生した熱を受け取る熱媒体である。冷却水通路２３には、冷却水を循環させる循環ポンプ２４と、冷却水と空気とを熱交換させるラジエータ２５が設けられている。ラジエータ２５は、空気によって冷却水を冷却する空冷式の熱交換器であり、二次電池２２の冷却に用いられる。なお、ラジエータ２５が本発明の第１熱交換器に相当する。
【００２３】
図２に示すように、ラジエータ２５は、チューブとフィンからなるコア部２５ａ、冷却水が流入する入口側タンク２５ｂ、冷却水が流出する出口側タンク２５ｃを備えて構成されている。コア部２５ａは、チューブを流れる冷却水と空気との熱交換を行う。入口側タンク２５ｂは、コア部２５ａの冷却水流れ上流側に配置され、コア部２５ａのチューブに冷却水を分配する。出口側タンク２５ｃは、コア部２５ａの冷却水流れ下流側に配置され、コア部２５ａのチューブから流出する冷却水を集合する。
【００２４】
ラジエータ２５の出口側タンク２５ｃの内部に、上述したチラー２０が設けられている。チラー２０は、ラジエータ２５の出口側タンク２５ｃの内部を流れる冷却水と低温冷媒とを熱交換して冷却水を冷却する冷媒冷却式の熱交換器であり、二次電池２２の冷却に用いられる。なお、チラー２０が本発明の第２熱交換器に相当する。
【００２５】
チラー２０で冷却水と熱交換する低温冷媒の温度は、ラジエータ２５で冷却水と熱交換する空気の温度よりも低い。このため、本実施形態では、ラジエータ２５におけるコア部２５ａよりも冷却水流れ下流側の出口側タンク２５ｃにチラー２０を設けている。このような構成によって、ラジエータ２５のコア部２５ａで空気と熱交換して冷却した冷却水を、チラー２０で低温冷媒と熱交換してさらに冷却することができる。
【００２６】
本実施形態では、二次電池２２を冷却する冷却モードが２種類設けられている。第１冷却モードでは、流路開閉弁２１を閉鎖することで、ラジエータ２５のみを用いて二次電池２２を冷却する。第２冷却モードでは、流路開閉弁２１を開放することで、ラジエータ２５およびチラー２０を用いて二次電池２２を冷却する。このため、第１冷却モードより第２冷却モードの方が二次電池２２を冷却する能力が高くなっている。
【００２７】
次に、図２のブロック図を用いて、本実施形態の電気制御部の概要を説明する。制御装置３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成されている。制御装置３０は、ＲＯＭ内に記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行い、その出力側に接続された各種制御対象機器の作動を制御する。
【００２８】
制御装置３０は、出力側に接続された各種制御対象機器を制御する制御手段が一体的に構成されたものであるが、制御装置３０における各制御対象機器の作動を制御する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）が、各制御対象機器の作動を制御する制御手段を構成している。
【００２９】
制御装置３０の出力側には、圧縮機１２、送風ファン１４、膨張弁１５、空調ファン１９、流路開閉弁２１および循環ポンプ２４等の各種制御対象機器が接続されている。制御装置３０の入力側には、内気温センサ３１、外気温センサ３２、電池温度センサ３３等が接続され、これらのセンサ群の検出信号が制御装置３０へ入力される。内気温センサ３１は車室内の温度を検出するセンサであり、外気温センサ３２は車室外の温度を検出するセンサである。電池温度センサ３３は、二次電池２２の温度を検出するセンサである。
【００３０】
制御装置３０は、電池温度センサ３３で検出した二次電池２２の温度に基づいて二次電池２２の冷却モードを切り替えることができる。
【００３１】
具体的には、二次電池２２の温度が所定温度を下回っている場合には、ラジエータ２５のみで二次電池２２の冷却が可能であると判断できる。このため、制御装置３０は、流路開閉弁２１を閉鎖する。この場合には、チラー２０に低温冷媒が流入せず、ラジエータ２５のみで二次電池２２の冷却が行われる第１冷却モードとなる。
【００３２】
また、二次電池２２の温度が所定温度を上回っている場合には、ラジエータ２５のみでは二次電池２２の冷却に不十分であると判断できる。このため、制御装置３０は、流路開閉弁２１を開放する。この場合には、チラー２０に低温冷媒が流入し、ラジエータ２５に加えてチラー２０も用いて二次電池２２の冷却が行われる第２冷却モードとなる。
【００３３】
以上説明した本実施形態によれば、冷媒冷却式のチラー２０と空冷式のラジエータ２５を備える冷却システムにおいて、チラー２０をラジエータ２５の内部に設けている。これにより、チラー２０に冷却水を循環させる冷却水通路と、ラジエータ２５に冷却水を循環させる冷却水通路を個別に設ける必要がなく、冷却水通路２３を構成する配管の数を減らすことができる。この結果、二次電池２２を冷却する冷却システムの構成を簡素化することができ、車両への搭載性や組み付け性を向上させることができる。
【００３４】
また、本実施形態では、チラー２０をラジエータ２５の出口側タンク２５ｃの内部に設けている。これにより、ラジエータ２５で空気によって冷却された冷却水を、チラー２０で低温冷媒によってさらに冷却することができ、冷却水の冷却を効果的に行うことができる。
【００３５】
また、本実施形態では、ラジエータ２５のみを用いて二次電池２２を冷却する第１冷却モードと、ラジエータ２５およびチラー２０を用いて二次電池２２を冷却する第２冷却モードを設け、二次電池２２の温度に基づいて冷却モードを切り替えている。これにより、二次電池２２の負荷変動によって発熱量が変動した場合にも、二次電池２２を適切に冷却することができる。
【００３６】
（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。また、上記各実施形態に開示された手段は、実施可能な範囲で適宜組み合わせてもよい。
【００３７】
（１）上記実施形態では、ラジエータ２５およびチラー２０を用いて二次電池２２を冷却するように構成したが、これに限らず、ラジエータ２５およびチラー２０を用いて二次電池２２とは異なる機器を冷却するようにしてもよい。
【００３８】
（２）上記実施形態では、冷媒通路１１において空調用蒸発器１６とチラー２０を並列に配置したが、これに限らず、図４に示すように、冷媒通路１１において空調用蒸発器１６とチラー２０を直列に配置してもよい。図４に示す例では、冷媒流れ方向上流側に空調用蒸発器１６が設けられ、冷媒流れ方向下流側にチラー２０が設けられている。
【００３９】
（３）上記実施形態では、二次電池２２の温度に基づいて冷却モードを切り替えるように構成したが、これに限らず、電池温度に関連する情報に基づいて冷却モードを切り替えることができる。例えば、二次電池２２から流出した冷却水の温度に基づいて冷却モードを切り替えてもよく、二次電池２２の負荷状態（充放電状態）に基づいて冷却モードを切り替えてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
２０    チラー（第２熱交換器）
２２    二次電池（冷却対象機器、電池）
２５    ラジエータ（第１熱交換器）
２５ａ  コア部
２５ｃ  出口側タンク
３０    制御装置（制御部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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