(57)【要約】【課題】望ましい特性をもつ電池冷却システムを提供する。【解決手段】電池冷却システムは、車両に電力を供給する二次電池５４を備えている。電池冷却システム１は、車両の内部を空調する空調運転に用いる内部熱媒体を循環させる回路をなす内部回路１０と、車両の外部に設けられた熱媒体供給部から供給される外部熱媒体を循環させる回路をなす外部回路６０とを備えている。電池冷却システムは、車両の外部に設けられた充電装置により二次電池が充電されている場合に、内部回路と外部回路とを用いて二次電池を冷却する。このため、内部回路を単独で用いて冷却をする場合や外部回路を単独で用いて冷却する場合に比べて、冷却能力を高めることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両（２）に電力を供給する二次電池（５４、３５４）と、
前記車両の内部を空調する空調運転に用いる内部熱媒体を循環させる回路をなす内部回路（１０）と、
前記車両の外部に設けられた熱媒体供給部（８５）から供給される外部熱媒体を循環させる回路をなす外部回路（６０）とを備え、
前記車両の外部に設けられた充電装置（８０）により前記二次電池が充電されている場合に、前記内部回路と前記外部回路とを用いて前記二次電池を冷却する電池冷却システム。
【請求項２】
前記内部回路は、圧縮機（１１）と、
凝縮器（１２）と、
前記車両の内部を空調する空調用熱交換器（２３）と、
前記空調用熱交換器に対して並列に設けられて、前記二次電池を冷却する冷却用熱交換器（７１、２７１、３７１、４７１）とを備え、
前記冷却用熱交換器を用いて前記二次電池を冷却する請求項１に記載の電池冷却システム。
【請求項３】
前記内部回路は、前記冷却用熱交換器において前記内部熱媒体が液相から気相に相変化するように前記内部熱媒体を膨張させる冷却用膨張弁（３２）を備えている請求項２に記載の電池冷却システム。
【請求項４】
前記二次電池を冷却する熱媒体を循環させる回路をなす電池冷却回路（５０）と、
前記外部回路と前記電池冷却回路とを熱交換させる外部熱交換器（７２、２７１、４７１）とを備え、
前記冷却用熱交換器は、前記内部回路と前記電池冷却回路とを熱交換させる内部熱交換器（７１、２７１、４７１）であって、
前記二次電池は、前記電池冷却回路を介して前記内部回路と前記外部回路とによって冷却される請求項２または請求項３に記載の電池冷却システム。
【請求項５】
前記内部熱交換器および／または前記外部熱交換器においては、内部を流れる熱媒体が互いに対向した向きに流れる請求項４に記載の電池冷却システム。
【請求項６】
前記内部熱交換器（７１）と前記外部熱交換器（７２）とは、前記電池冷却回路において、直列に設けられている請求項４または請求項５に記載の電池冷却システム。
【請求項７】
前記電池冷却回路は、熱媒体を循環させるポンプ（５２）を備え、
前記ポンプによる流れの向きにおいて、前記外部熱交換器は前記内部熱交換器よりも上流に位置し、前記内部熱交換器は前記二次電池よりも上流に位置している請求項６に記載の電池冷却システム。
【請求項８】
前記二次電池の温度を測定する温度センサ（５３、３５３ａ、３５３ｂ）を備え、
前記温度センサで測定した温度が冷却上限温度以上であれば、前記外部回路を用いた冷却と、前記内部回路を用いた冷却とを同時に行って前記二次電池を冷却する請求項１から請求項７のいずれかに記載の電池冷却システム。
【請求項９】
前記外部回路を用いた冷却と前記内部回路を用いた冷却とを同時に行って前記二次電池を冷却する場合に、前記内部回路を用いた冷却の冷却能力を変化させて、前記二次電池を冷却する冷却能力を調整する請求項８に記載の電池冷却システム。
【請求項１０】
前記熱媒体供給部は、前記二次電池の充電が完了するまでに要する充電残時間が所定時間よりも短くなった場合に、前記外部回路を用いた前記二次電池の冷却を停止して、前記外部回路から前記外部熱媒体を回収する請求項１から請求項９のいずれかに記載の電池冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この明細書における開示は、電池冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、二次電池の充電時に、温度調節部に車両の外部から熱媒体が供給され、この熱媒体を用いて二次電池を間接的に冷却する冷却システムを開示している。また、走行風によって冷却効果を得るラジエータを用いて、二次電池を冷却する冷却システムを開示している。二次電池は、放電時や充電時に発熱するため、冷却を行い適切な動作温度に維持する必要がある。特に急速充電時は、二次電池に対して短時間に多くの電流が流れるため、温度が上がりやすく、二次電池を強力に冷却することが必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−４６７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術の構成では、充電装置を用いた充電時に充電装置から供給される熱媒体で二次電池の冷却を行っていた。この場合、発熱量の大きな二次電池の冷却に対応するためには、充電装置に高い冷却能力を持たせる必要があり、充電装置が大型化してしまっていた。また、空気と熱交換するラジエータで二次電池を冷却する冷却システムにおいては、周囲の空気の温度が高い場合などに十分な冷却効果が得られないことがあった。上述の観点において、または言及されていない他の観点において、電池冷却システムにはさらなる改良が求められている。
【０００５】
開示される１つの目的は、充電装置を用いて二次電池に充電する際に、二次電池の冷却を良好に行う電池冷却システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ここに開示された電池冷却システムは、車両（２）に電力を供給する二次電池（５４、３５４）と、車両の内部を空調する空調運転に用いる内部熱媒体を循環させる回路をなす内部回路（１０）と、車両の外部に設けられた熱媒体供給部（８５）から供給される外部熱媒体を循環させる回路をなす外部回路（６０）とを備え、車両の外部に設けられた充電装置（８０）により二次電池が充電されている場合に、内部回路と外部回路とを用いて二次電池を冷却する。
【０００７】
開示された電池冷却システムによると、車両の空調運転に用いる内部熱媒体による冷却能力と外部熱媒体による冷却能力とを合わせた冷却能力で二次電池を冷却できる。このため、内部回路を単独で用いて冷却をする場合や外部回路を単独で用いて冷却する場合に比べて、冷却能力を高めることができる。また、車両の空調運転に用いる内部熱媒体を活用して二次電池を冷却できる。このため、空調運転で用いる部品を二次電池の冷却時にも活用することで冷却能力を高めることができる。
【０００８】
この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】外部充電装置と車両との構成を示す構成図である。
【図２】電池冷却システムの構成を示す構成図である。
【図３】電池冷却システムの制御に関するブロック図である。
【図４】電池冷却システムの制御に関するフローチャートである。
【図５】図４のフローチャートの続きである。
【図６】図４のフローチャートにおけるステップＳ１１０のフローチャートである。
【図７】図４のフローチャートにおけるステップＳ１２０のフローチャートである。
【図８】図４のフローチャートにおけるステップＳ１３０のフローチャートである。
【図９】第２実施形態の電池冷却システムの構成を示す構成図である。
【図１０】第３実施形態の電池冷却システムの構成を示す構成図である。
【図１１】第４実施形態の電池冷却システムの構成を示す構成図である。
【図１２】第５実施形態の電池冷却システムの制御に関するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的におよび／または構造的に対応する部分および／または関連付けられる部分には同一の参照符号、または百以上の位が異なる参照符号が付される場合がある。対応する部分および／または関連付けられる部分については、他の実施形態の説明を参照することができる。
【００１１】
第１実施形態
図１において、車両２は、モータ等を駆動源として電気エネルギーで走行する電気自動車である。車両２は、電力を蓄える電池パック５１を備えている。電池パック５１は、充電と放電とを繰り返すことが可能な二次電池５４をケーシングで覆った装置である。二次電池５４は、車両２の駆動源であるモータ等に電力を供給する電力源である。電池パック５１のケーシング内部には、複数の二次電池５４が互いに接続された状態で収納されている。
【００１２】
車両２は、二次電池５４を充電する際に、外部充電装置８０と接続する。外部充電装置８０は、電力供給部８１と熱媒体供給部８５とを備えている。外部充電装置８０は、二次電池５４に充電を行うとともに、二次電池５４への充電中に外部熱媒体を用いて二次電池５４を冷却する装置である。外部充電装置８０は、充電装置を提供する。ただし、外部充電装置８０は、急速充電が可能な充電装置に限られない。例えば、急速充電機能のない家庭用のコンセントを用いた充電装置を用いてもよい。
【００１３】
電力供給部８１は、二次電池５４に供給するための電力を出力する。電力供給部８１は、急速充電モードと通常充電モードの２つの充電モードを備えている。急速充電モードは、通常充電モードよりも大きな電流を流して、通常充電モードよりも短時間で二次電池５４の充電を完了させる充電モードである。電力供給部８１は、電力供給ケーブル８２を介して車両２と接続されている。
【００１４】
熱媒体供給部８５は、内部に冷却機構を備えており、車両２に供給する前の外部熱媒体を低温の状態に維持している。外部熱媒体は、例えば水である。外部熱媒体は、流体であればよく、不凍液や空気などの気体を外部熱媒体としてもよい。熱媒体供給部８５は、二次電池５４を冷却するための外部熱媒体を送り出す。熱媒体供給部８５は、熱媒体供給ケーブル８６を介して車両２と接続されている。
【００１５】
二次電池５４は、車両２の走行に伴う放電で発熱して温度が上昇する。また、二次電池５４は、充電のために電流が流れることで発熱して温度が上昇する。特に、急速充電モードでの充電においては、通常充電モードよりも大きな電流が流れるため発熱量も大きく、二次電池５４の温度が上昇しやすい。二次電池５４は、高温環境下では劣化が進みやすく、二次電池５４の寿命が短くなりやすい。このため、二次電池５４が高温になった場合には、二次電池５４を冷却する必要がある。電池冷却システム１は、車両２に搭載される二次電池５４が高温である場合に冷却するシステムである。熱媒体供給部８５からの外部熱媒体の供給は、二次電池５４を冷却する電池冷却システム１の一部である。
【００１６】
図２において、電池冷却システム１は、内部回路１０と電池冷却回路５０と外部回路６０とを備えている。内部回路１０は、空調用回路２０と冷却回路３０とを備えている。空調用回路２０は、車室内の空調運転を行う際に用いる回路である。冷却回路３０は、二次電池５４などの発熱部品を冷却する際に用いる回路である。内部回路１０を流れる内部熱媒体は、通常の冷却サイクルにおいては、外部に取り出されることがない。一方、外部回路６０を流れる外部熱媒体は、車両２に搭載されていない外部充電装置８０の熱媒体供給部８５から供給される。すなわち、内部回路１０は車両２の内部のみを熱媒体が循環する熱媒体回路であり、外部回路６０は、車両２の外部にも熱媒体が循環する熱媒体回路である。
【００１７】
空調用回路２０は、圧縮機１１と凝縮器１２と空調用熱交換器２３とを接続している。圧縮機１１は、気相の熱媒体を圧縮することで熱媒体の圧力と温度を上昇させる装置である。凝縮器１２は、気相の熱媒体の熱を放熱して温度を低下させることで凝縮して、液相の熱媒体にする凝縮装置である。空調用熱交換器２３は、液相の熱媒体を蒸発させて気相の熱媒体にすることで、周囲の熱を奪って周囲の温度を低下させる装置である。内部熱媒体は、空調用熱交換器２３において液相から気相に相変化する冷媒である。空調用熱交換器２３は、車室内を冷房する際に用いる冷房用の熱源である。すなわち、車室内の冷房が必要な場合には、空調用回路２０に内部熱媒体を循環させて冷房運転を行う。
【００１８】
空調用回路２０は、凝縮器１２から空調用熱交換器２３までの間に、空調用遮断弁２１と空調用膨張弁２２とを備えている。空調用遮断弁２１は、空調用回路２０の回路を開閉する弁である。空調用遮断弁２１が全閉状態の場合には、空調用回路２０は遮断された状態である。すなわち、空調用回路２０の空調用熱交換器２３に熱媒体が流れることができない状態である。空調用膨張弁２２は、空調用遮断弁２１と空調用熱交換器２３との間に設けられている。空調用膨張弁２２は、空調用回路２０を流れる熱媒体を膨張させて減圧させる弁である。空調用膨張弁２２は、弁開度を任意に調整可能な電子制御弁である。
【００１９】
冷却回路３０は、空調用回路２０と一部の回路を共通にしている。すなわち、冷却回路３０は、空調用回路２０における空調用遮断弁２１、空調用膨張弁２２、空調用熱交換器２３に対して並列に設けられている。言い換えると、冷却回路３０は、空調用遮断弁２１、空調用膨張弁２２、空調用熱交換器２３をバイパスして内部熱媒体を循環させるバイパス回路である。冷却回路３０は、凝縮器１２から圧縮機１１までの間に、冷却用遮断弁３１と冷却用膨張弁３２と内部熱交換器７１を備えている。空調用熱交換器２３と内部熱交換器７１とは、内部回路１０において、並列の関係にある。
【００２０】
冷却用遮断弁３１は、冷却回路３０の回路を開閉する弁である。冷却用遮断弁３１が全閉状態の場合には、冷却回路３０は遮断された状態である。すなわち、冷却回路３０の内部熱交換器７１に熱媒体が流れることができない状態である。冷却用膨張弁３２は、冷却用遮断弁３１と内部熱交換器７１との間に設けられている。冷却用膨張弁３２は、冷却回路３０を流れる熱媒体を膨張させて減圧させる弁である。冷却用膨張弁３２は、弁開度を任意に調整可能な電子制御弁である。内部熱交換器７１は、冷却回路３０を流れる内部熱媒体と後述する電池冷却回路５０を流れる熱媒体とを熱交換させる装置である。内部熱交換器７１は、冷却用熱交換器を提供する。
【００２１】
電池冷却回路５０は、電池パック５１とポンプ５２と外部熱交換器７２と内部熱交換器７１とを接続している。電池パック５１のケーシング内部に収納された二次電池５４は、車両２の駆動に用いる電気エネルギーを蓄える装置である。ポンプ５２は、電池冷却回路５０の内部に充填された熱媒体を循環させる駆動源である。ポンプ５２は、出力の大きさを制御可能なウォーターポンプである。外部熱交換器７２は、電池冷却回路５０を流れる熱媒体と後述する外部回路６０を流れる外部熱媒体とを熱交換させる装置である。
【００２２】
二次電池５４は、配線を介して外部電力コネクタ５６と接続されている。外部電力コネクタ５６は、電力供給ケーブル８２と接続するためのコネクタである。外部電力コネクタ５６において、電力供給ケーブル８２が着脱自在に設けられている。すなわち、充電中は外部電力コネクタ５６に電力供給ケーブル８２が取り付けられてロックして固定された状態である。
【００２３】
電池パック５１は、温度センサ５３を備えている。温度センサ５３は、電池パック５１において、発熱部品である二次電池５４に直接取り付けられている。温度センサ５３は、電池パック５１における二次電池５４の温度を測定している。温度センサ５３は、電池パック５１のケーシングに取り付けるようにしてもよい。この場合、温度センサ５３は、ケーシング表面の温度から間接的に二次電池５４の温度を測定可能である。
【００２４】
外部回路６０は、外部熱交換器７２と外部熱媒体コネクタ６６とを備えている。外部熱媒体コネクタ６６は、熱媒体供給ケーブル８６と接続するためのコネクタである。外部熱媒体コネクタ６６において、熱媒体供給ケーブル８６が着脱自在に設けられている。すなわち、充電中は外部熱媒体コネクタ６６に熱媒体供給ケーブル８６が取り付けられてロックして固定された状態である。外部電力コネクタ５６と外部熱媒体コネクタ６６とは、近接して設けられることが好ましい。この場合、一回の着脱操作で、電力供給ケーブル８２と熱媒体供給ケーブル８６とをまとめてコネクタ５６、６６に着脱させることができる。
【００２５】
外部回路６０は、外部熱媒体コネクタ６６に熱媒体供給ケーブル８６が接続された状態で外部熱媒体が循環可能な熱媒体回路をなしている。すなわち、外部熱媒体コネクタ６６に熱媒体供給ケーブル８６が接続されていない状態では循環する回路が形成されておらず、外部回路６０を熱媒体が流れることができない状態である。外部回路６０には、熱媒体供給部８５で冷却された状態の低温の外部熱媒体が循環されることとなる。
【００２６】
電池冷却回路５０と内部回路１０とは、配管同士が互いに合流していない独立した熱媒体回路である。すなわち、電池冷却回路５０と内部回路１０との間で、内部を流れる熱媒体同士が混ざることが無い。内部熱交換器７１は、電池冷却回路５０と冷却回路３０とを隣接した状態で保持している。電池冷却回路５０と外部回路６０とは、配管同士が互いに合流していない独立した熱媒体回路である。すなわち、電池冷却回路５０と外部回路６０との間で、内部を流れる熱媒体同士が混ざることが無い。外部熱交換器７２は、電池冷却回路５０と外部回路６０とを隣接した状態で保持している。
【００２７】
内部熱交換器７１は、冷却回路３０をなす配管と電池冷却回路５０をなす配管とを熱交換させる装置である。外部熱交換器７２は、電池冷却回路５０をなす配管と外部回路６０をなす配管とを熱交換させる装置である。内部熱交換器７１と外部熱交換器７２とは、熱伝導性の高い材料により形成されている。内部熱交換器７１と外部熱交換器７２とは、一方の回路を流れる熱媒体の熱を配管を介して他方の回路を流れる熱媒体に与える装置である。熱交換器７１、７２は、例えばアルミニウム製のシート状の部材であって、配管同士の外側に巻きつけられて構成されている。これにより、配管同士を密着させるとともに熱交換器７１、７２を介して熱媒体同士の熱交換を促進させる。内部熱交換器７１と外部熱交換器７２とは、熱交換器を提供する。
【００２８】
電池冷却回路５０において、内部熱交換器７１と外部熱交換器７２とは、直列の関係に並んでいる。すなわち、電池冷却回路５０を流れる内部熱媒体は、内部熱交換器７１と外部熱交換器７２とのどちらか一方の熱交換器のみと熱交換を行うのではなく、両方の熱交換器と順番に熱交換を行う。
【００２９】
図３において、制御部（ＥＣＵ）９０は、電池冷却システム１のセンサなどからの信号が入力される。制御部９０は、電池冷却システム１の制御内容を決定する演算処理を行う。制御部９０からは、電池冷却システム１を制御する信号が出力される。温度センサ５３と二次電池５４とは、制御部９０に接続されている。すなわち、電池パック５１の二次電池５４の温度は、制御部９０に入力される。また、二次電池５４の充電量は、制御部９０に入力される。
【００３０】
圧縮機１１と遮断弁２１、３１と膨張弁２２、３２とポンプ５２とは制御部９０に接続されている。すなわち、圧縮機１１は制御部９０によって駆動が制御される。言い換えると、制御部９０は、圧縮機１１のオンオフ制御と出力の強弱を変更する制御を行う。遮断弁２１、３１は、制御部９０によって全開状態と全閉状態とが切り替え制御される。膨張弁２２、３２は、制御部９０によって開度が任意に制御される。言い換えると、膨張弁２２、３２で熱媒体が減圧される大きさが制御される。ポンプ５２は、制御部９０によって駆動が制御される。言い換えると、制御部９０は、電池冷却回路５０における熱媒体の循環量を制御する。
【００３１】
外部充電装置８０は、制御部９０に接続されている。制御部９０は、電力供給部８１の電力供給量を制御する。また、制御部９０は、熱媒体供給部８５の熱媒体供給量を制御する。ただし、車両２には車両制御部を備え、外部充電装置８０には充電装置制御部を備え、車両制御部と充電装置制御部とを通信により連動させて、制御部９０を構成するようにしてもよい。
【００３２】
次に、電池冷却システム１の制御処理について説明する。図４において、外部充電装置８０による充電を開始する場合、ステップＳ１０１で電力供給ケーブル８２を外部電力コネクタ５６に接続する。また、熱媒体供給ケーブル８６を外部熱媒体コネクタ６６に接続する。ケーブル８２、８６は、コネクタ５６、６６に接続された状態でロックして固定された状態である。すなわち、使用者による解除動作が行われない限り、ケーブル８２、８６とコネクタ５６、６６とが離れない状態である。ケーブル８２、８６とコネクタ５６、６６との接続が完了した後、ステップＳ１０２に進む。
【００３３】
ステップＳ１０２では、充電の必要があるか否かについて判断する。すなわち、二次電池５４の充電量が所定量以上であれば、充電の必要はないと判断して外部充電装置８０による充電を終了するため、ステップＳ１５１に進む。一方、二次電池５４の充電量が所定量未満であれば、充電の必要があると判断してステップＳ１０３に進む。ここで、充電の必要があるか否かを判断する所定量は例えば８０％である。すなわち、二次電池５４の最大充電容量に対して８０％未満であれば、充電の必要があると判断する。所定量は８０％に限られず、任意の値を設定可能である。また、使用者が充電時に所定量を設定するようにしてもよい。
【００３４】
ステップＳ１０３では、充電を開始する。すなわち、電力供給ケーブル８２を介して電力供給部８１の電力を二次電池５４に供給する。この時、供給される電力の大きさは、二次電池５４の状態もしくは、電力を供給する外部充電装置８０によって決まる。特に急速充電モードにおいては、供給可能な最大電力で充電を行い、短時間で二次電池５４を充電する。一方、通常充電モードにおいては、供給可能な最大電力よりも低い電力で充電を行い、長時間かけて二次電池５４を充電する。急速充電モードにおいては、通常充電モードよりも短時間で大きな電流を流すことになるため、二次電池５４が発熱しやすい。すなわち、二次電池５４の温度が高温になりやすい。二次電池５４への充電を開始した後、ステップＳ１１０に進む。
【００３５】
ステップＳ１１０では、後述する外部冷却モードで二次電池５４の冷却を行う。外部冷却モードは、外部回路６０によって二次電池５４の冷却を行う冷却モードである。外部冷却モードでの二次電池５４の冷却を実施した後、その冷却モードの状態を維持してステップＳ１１８に進む。
【００３６】
ステップＳ１１８では、充電の必要があるか否かについて判断する。すなわち、二次電池５４の充電量が所定量以上であれば、充電の必要はないと判断して外部充電装置８０による充電を終了するため、ステップＳ１５１に進む。一方、二次電池５４の充電量が所定量未満であれば、充電の必要があると判断してステップＳ１１９に進む。
【００３７】
ステップＳ１１９では、温度センサ５３で測定した二次電池５４の温度が第１所定温度以上か否かを判断する。第１所定温度以上である場合には、二次電池５４が高温であって、さらなる冷却が必要であると判断してステップＳ１２０に進む。一方、第１所定温度未満である場合には、さらなる冷却は必要ないと判断してステップＳ１１０に戻る。すなわち、充電が完了するか、外部冷却モードでは第１所定温度未満に二次電池５４を冷却できなくなるまで、現在の外部冷却モードでの冷却を継続する。ここで、第１所定温度は、二次電池５４が正常に機能を発揮する冷却上限温度である。第１所定温度となる冷却上限温度は、二次電池５４に使われる材料や二次電池５４の形状などによって異なる。第１所定温度は、例えば６０℃である。
【００３８】
ステップＳ１２０では、後述する併用冷却モードで二次電池５４の冷却を行う。併用冷却モードは、冷却回路３０による冷却と外部回路６０による冷却との２つの冷却を併用して二次電池５４の冷却を行う冷却モードである。併用冷却モードでの二次電池５４の冷却を実施した後、その冷却モードの状態を維持してステップＳ１２７に進む。
【００３９】
ステップＳ１２７では、充電の必要があるか否かについて判断する。すなわち、二次電池５４の充電量が所定量以上であれば、充電の必要はないと判断して外部充電装置８０による充電を終了するため、ステップＳ１５１に進む。一方、二次電池５４の充電量が所定量未満であれば、充電の必要があると判断してステップＳ１２８に進む。
【００４０】
ステップＳ１２８では、温度センサ５３で測定した二次電池５４の温度が第２所定温度以上か否かを判断する。第２所定温度以上である場合には、二次電池５４が冷却され過ぎている状態ではないと判断してステップＳ１２９に進む。一方、第２所定温度未満である場合には、二次電池５４が冷却され過ぎていると判断してステップＳ１１０に戻る。すなわち、併用冷却モードよりも冷却能力の低い外部冷却モードで二次電池５４の冷却を行い、必要以上の冷却を行わないようにする。ここで、第２所定温度は例えば４０℃である。ただし、第２所定温度をあらかじめ定めた固定値にするのではなく、第１所定温度から所定値だけ低い温度としてもよい。すなわち、第１所定温度よりも２０℃低い温度を第２所定温度とするなどしてもよい。第２所定温度は、冷却下限温度を提供する。
【００４１】
ステップＳ１２９では、温度センサ５３で測定した二次電池５４の温度が第１所定温度以上か否かを判断する。第１所定温度以上である場合には、二次電池５４が高温であって、さらなる冷却が必要であると判断してステップＳ１３０に進む。一方、第１所定温度未満である場合には、さらなる冷却は必要ないと判断してステップＳ１２０に戻る。すなわち、充電が完了するか、併用冷却モードでは第１所定温度未満に二次電池５４を冷却できなくなるまで、現在の併用冷却モードでの冷却を継続する。
【００４２】
ステップＳ１３０では、後述する保護冷却モードで二次電池５４の冷却を行う。保護冷却モードは、充電のために流す電流の大きさを制限した上で、冷却回路３０による冷却と外部回路６０による冷却との２つの冷却を併用して二次電池５４の冷却を行う冷却モードである。保護冷却モードでの二次電池５４の冷却を実施した後、その冷却モードの状態を維持してステップＳ１３８に進む。
【００４３】
ステップＳ１３８では、充電の必要があるか否かについて判断する。すなわち、二次電池５４の充電量が所定量以上であれば、充電の必要はないと判断して外部充電装置８０による充電を終了するため、ステップＳ１５１に進む。一方、二次電池５４の充電量が所定量未満であれば、充電の必要があると判断してステップＳ１３９に進む。
【００４４】
ステップＳ１３９では、温度センサ５３で測定した二次電池５４の温度が第２所定温度以上か否かを判断する。第２所定温度以上である場合には、二次電池５４が冷却され過ぎている状態ではないと判断してステップＳ１３０に戻って、保護冷却モードを維持する。一方、第２所定温度未満である場合には、二次電池５４が冷却され過ぎていると判断してステップＳ１２０に戻る。すなわち、保護冷却モードではなく併用冷却モードで二次電池５４の冷却を行い、二次電池５４への充電の制限を行わないようにする。
【００４５】
図５において、充電の必要はないと判断されてステップＳ１５１に進むと、外部充電装置８０による充電を停止する。電力供給部８１からの電力供給を停止した後、電力供給ケーブル８２と外部電力コネクタ５６とのロックを解除する。すなわち、外部電力コネクタ５６から電力供給ケーブル８２を取り外し可能な状態とする。その後、ステップＳ１５２に進む。
【００４６】
ステップＳ１５２では、外部熱媒体の供給を停止する。すなわち、熱媒体供給部８５によって外部回路６０に外部熱媒体を循環させることを停止する。その後、ステップＳ１５３に進み、外部熱媒体回収を行う。外部熱媒体回収では、外部回路６０に残っている外部熱媒体を熱媒体供給部８５に回収する。外部熱媒体の回収方法としては、例えば、外部熱媒体を外部回路６０に供給する代わりに、空気などの流体を外部回路６０に供給して流体の力で外部熱媒体を押し出す方法がある。外部熱媒体の回収方法としては、上述の方法に限られず、あらかじめ外部回路６０を重力方向に傾斜させて車両２に設けておき、重力によって外部熱媒体を外部回路６０の外に移動させて回収するなどしてもよい。
【００４７】
外部熱媒体の回収が完了した後、熱媒体供給ケーブル８６と外部熱媒体コネクタ６６とのロックを解除する。すなわち、外部熱媒体コネクタ６６から熱媒体供給ケーブル８６を取り外し可能な状態とする。ステップＳ１５３の完了後、外部充電装置８０による充電に伴う一連の制御を終了する。ここで、二次電池５４の温度が高い場合には、冷却回路３０に内部熱媒体を循環させて、内部熱交換器７１を用いた冷却を継続するようにしてもよい。
【００４８】
次に、ステップＳ１１０である外部冷却モードにおける電池冷却システム１の制御処理について説明する。図６において、外部冷却モードでの電池冷却を開始する場合、まず、ステップＳ１１１で冷却用遮断弁３１を全閉状態とする。すなわち、冷却回路３０に熱媒体が流れない状態とする。ここで、冷却用遮断弁３１を全閉状態とする代わりに、冷却用膨張弁３２を全閉状態に絞って冷却回路３０に熱媒体がほとんど流れないようにするなどしてもよい。冷却用遮断弁３１を全閉状態にした後、ステップＳ１１２に進む。
【００４９】
ステップＳ１１２では、外部熱媒体を供給する。すなわち、熱媒体供給部８５で冷却された状態の外部熱媒体を、熱媒体供給部８５から熱媒体供給ケーブル８６を介して外部回路６０に供給する。外部回路６０に外部熱媒体が充填されていく過程で、外部回路６０内部における空気などの外部熱媒体以外の流体は、外部熱媒体に押し出されることとなる。あるいは、すでに外部回路６０に外部熱媒体が充填された状態である場合には、温度の上昇した古い外部熱媒体が、冷却された状態の新しい外部熱媒体に押し出されることとなる。外部熱媒体の供給後、ステップＳ１１３に進む。
【００５０】
ステップＳ１１３では、外部熱媒体を外部回路６０に循環させる。すなわち、熱媒体供給部８５は、外部回路６０に冷却された状態の外部熱媒体を供給するとともに、外部回路６０を流れる過程で温度が上昇した状態の外部熱媒体を回収する。回収された外部熱媒体は、熱媒体供給部８５で冷却されて、再び外部回路６０に供給される。このように、外部回路６０には、熱媒体供給部８５で冷却された状態の低温の外部熱媒体が循環される。外部回路６０に外部熱媒体を循環させた状態でステップＳ１１４に進む。
【００５１】
ステップＳ１１４では、温度センサ５３を用いて二次電池５４の温度を測定する。温度センサ５３を二次電池５４に対して複数箇所に設けている場合には、複数の温度センサ５３のうち、最も高い温度を二次電池５４の温度とする。ただし、複数の温度センサ５３で測定した温度の平均値を二次電池５４の温度とするなどしてもよい。二次電池５４の温度を測定した後、ステップＳ１１５に進む。
【００５２】
ステップＳ１１５では、ポンプ５２の駆動力を調整する。すなわち、二次電池５４の温度が高い場合には、ポンプ５２の駆動力を上げて電池冷却回路５０を循環する熱媒体の流量を増やす。これにより、電池冷却回路５０と二次電池５４との熱交換を促進させるとともに、電池冷却回路５０と外部回路６０との熱交換を促進させる。すなわち、二次電池５４をより強く冷却する。一方、二次電池５４の温度が低い場合には、ポンプ５２の駆動力を下げて電池冷却回路５０を循環する熱媒体の流量を減らす。これにより、外部回路６０による二次電池５４の冷却の効果を弱める。ポンプ５２の駆動力の調整を行った後、ステップＳ１１６に進む。
【００５３】
ステップＳ１１６では、熱媒体供給部８５での熱媒体供給量を調整する。すなわち、二次電池５４の温度が高い場合には、熱媒体供給部８５の熱媒体供給量を増やして外部回路６０を循環する外部熱媒体の流量を増やす。これにより、電池冷却回路５０と外部回路６０との熱交換を促進させる。すなわち、二次電池５４をより強く冷却する。一方、二次電池５４の温度が低い場合には、熱媒体供給部８５の熱媒体供給量を減らして外部回路６０を循環する外部熱媒体の流量を減らす。これにより、二次電池５４の冷却を弱める。熱媒体供給部８５の調整が完了した状態での運転を維持した状態で、ステップＳ１１０の外部冷却モードの制御を終了する。
【００５４】
ステップＳ１１６において、熱媒体供給量を調整する代わりに、外部熱媒体の冷却温度を調整するようにしてもよい。すなわち、二次電池５４の温度が高い場合には、熱媒体供給部８５での外部熱媒体の冷却温度を下げて外部回路６０を循環する外部熱媒体の温度を低くする。これにより、電池冷却回路５０と外部回路６０との熱交換を促進させて、二次電池５４をより強く冷却する。一方、二次電池５４の温度が低い場合には、熱媒体供給部８５での外部熱媒体の冷却温度を上げて外部回路６０を循環する外部熱媒体の温度を高くする。これにより、外部回路６０による二次電池５４の冷却の効果を弱める。
【００５５】
ステップＳ１１４で測定した電池温度が外部冷却モードによる冷却が不要なほど低い場合には、ステップＳ１１５でのポンプ５２の駆動力をゼロとして熱媒体を循環させないようにしてもよい。この場合、ステップＳ１１６での熱媒体供給部８５での熱媒体供給量もゼロとして外部熱媒体を循環させないようにする。
【００５６】
ステップＳ１１６での熱媒体供給部８５での熱媒体供給量の調整を行わず、熱媒体供給部８５からは常に一定の量の熱媒体を供給するようにしてもよい。この場合、外部熱媒体の冷却温度も常に一定とする。このように、熱媒体供給部８５の機能をなるべくシンプルにすることで、熱媒体供給部８５を小型化して外部充電装置８０の設置に必要な空間を小さくしやすい。
【００５７】
外部冷却モードにおける電池冷却システム１での熱媒体の流れについて以下に説明する。図２において、冷却用遮断弁３１は全閉状態であり、冷却回路３０には、内部熱媒体が循環しない状態である。また、電池冷却回路５０には、ポンプ５２の駆動によって熱媒体が循環する状態である。また、外部回路６０には、熱媒体供給部８５によって外部熱媒体が循環する状態である。電池冷却回路５０を流れる熱媒体は、外部熱交換器７２によって外部回路６０を流れる外部熱媒体と熱交換を行って冷却される。その後、冷却された熱媒体は、二次電池５４と熱交換を行って二次電池５４を冷却し、熱媒体は温度が上昇する。温度の上昇した熱媒体は、再び外部熱交換器７２で外部熱媒体に冷却され、一連の冷却サイクルを繰り返す。
【００５８】
外部冷却モードにおいては、冷却回路３０は、二次電池５４の冷却には寄与していない状態である。言い換えると、外部冷却モードにおいては、熱媒体供給部８５から供給した外部熱媒体によって二次電池５４の冷却を行う状態である。
【００５９】
外部熱交換器７２の内部においては、熱媒体と外部熱媒体とが互いに配管内部を対向流の関係で流れる。したがって、外部熱交換器７２の内部において、電池冷却回路５０を流れる熱媒体は、外部熱媒体と熱交換しながら徐々に温度が低下する。外部熱交換器７２の内部において、熱媒体の温度が高い外部熱交換器７２の入口付近では、熱媒体と熱交換を行った後のある程度温度が上昇した外部熱媒体と熱交換を行う。一方、外部熱交換器７２の内部において、熱媒体の温度が最も低下する外部熱交換器７２の出口付近においては、熱媒体と熱交換を行う前の温度が低い状態の外部熱媒体と熱交換を行う。
【００６０】
次に、ステップＳ１２０である併用冷却モードにおける電池冷却システム１の制御処理について説明する。併用冷却モードは、外部冷却モードでは冷却能力が不足している場合に行う冷却モードである。図７において、併用冷却モードを開始する場合、まず、ステップＳ１２１で冷却用遮断弁３１を全開状態とする。すなわち、冷却回路３０に内部熱媒体が流れる状態とする。冷却用遮断弁３１を全開状態にした後、ステップＳ１２２に進んで、温度センサ５３を用いて二次電池５４の温度を測定する。二次電池５４の温度を測定した後、ステップＳ１２３に進む。
【００６１】
ステップＳ１２３では、二次電池５４の温度に応じて冷却用膨張弁３２の開度を調整する。すなわち、二次電池５４の温度が高い場合には、冷却用膨張弁３２の開度を大きくして冷却回路３０を循環する内部熱媒体の流量を増やす。これにより、冷却回路３０と電池冷却回路５０との熱交換を促進させる。すなわち、二次電池５４をより強く冷却する。一方、二次電池５４の温度が低い場合には、冷却用膨張弁３２の開度を小さくして冷却回路３０を循環する内部熱媒体の流量を減らす。これにより、冷却回路３０による二次電池５４の冷却の効果を弱める。冷却用膨張弁３２の開度調整を行った後、ステップＳ１２４に進む。
【００６２】
ステップＳ１２４では、圧縮機１１の駆動力を調整する。すなわち、二次電池５４の温度が高い場合には、圧縮機１１の駆動力を増やして冷却回路３０を循環する内部熱媒体の流量を増やす。これにより、冷却回路３０と電池冷却回路５０との熱交換を促進させる。すなわち、二次電池５４をより強く冷却する。一方、二次電池５４の温度が低い場合には、圧縮機１１の駆動力を減らして冷却回路３０を循環する内部熱媒体の流量を減らす。これにより、二次電池５４の冷却を弱める。圧縮機１１の駆動力の調整後、ステップＳ１２５に進む。
【００６３】
ステップＳ１２５では、ポンプ５２の駆動力を調整する。すなわち、二次電池５４の温度が高い場合には、ポンプ５２の駆動力を上げて電池冷却回路５０を循環する熱媒体の流量を増やす。これにより、電池冷却回路５０と二次電池５４との熱交換を促進させる。さらに、電池冷却回路５０と冷却回路３０との熱交換を促進させる。さらに、電池冷却回路５０と外部回路６０との熱交換を促進させる。すなわち、二次電池５４をより強く冷却する。一方、二次電池５４の温度が低い場合には、ポンプ５２の駆動力を下げて電池冷却回路５０を循環する熱媒体の流量を減らす。これにより、冷却回路３０と外部回路６０とによる二次電池５４の冷却の効果を弱める。ポンプ５２の駆動力の調整が完了した状態での運転を維持した状態で、ステップＳ１２０の併用冷却モードの制御を終了する。
【００６４】
併用冷却モードにおける電池冷却システム１での熱媒体の流れについて以下に説明する。図２において、冷却用遮断弁３１は全開状態であり、冷却回路３０には、内部熱媒体が循環する状態である。また、電池冷却回路５０には、ポンプ５２の駆動によって熱媒体が循環する状態である。また、外部回路６０には、熱媒体供給部８５によって外部熱媒体が循環する状態である。
【００６５】
電池冷却回路５０を流れる熱媒体は、外部熱交換器７２によって外部回路６０を流れる外部熱媒体と熱交換を行って冷却される。さらに、電池冷却回路５０を流れる熱媒体は、冷却回路３０を流れる内部熱媒体と内部熱交換器７１で熱交換を行って冷却される。この時、冷却回路３０を流れる内部熱媒体は、冷却用膨張弁３２で膨張されて温度が下がった状態である。内部熱交換器７１では、冷却回路３０を流れる内部熱媒体と電池冷却回路５０を流れる熱媒体とが熱交換して、冷却回路３０を流れる内部熱媒体が蒸発する。これにより、冷却回路３０を流れる内部熱媒体が電池冷却回路５０を流れる熱媒体から気化熱を奪う。すなわち、電池冷却回路５０を流れる熱媒体を冷却する。内部熱交換器７１では、液相と気相との相変化に伴う潜熱分の冷却能力と、内部熱媒体の温度変化に伴う顕熱分の冷却能力とが得られる。一方、外部熱交換器７２では相変化を行わないため、熱媒体の温度変化に伴う顕熱分の冷却能力が得られる。すなわち、内部熱交換器７１での冷却能力は、外部熱交換器７２での冷却能力よりも高く設定しやすい。
【００６６】
内部熱交換器７１での熱交換で冷却された熱媒体は、二次電池５４との熱交換を行って二次電池５４から熱を奪って冷却する。これにより、熱媒体の温度は上昇する。温度の上昇した熱媒体は、再び外部熱交換器７２と内部熱交換器７１との２つの熱交換器で冷却され、一連の冷却サイクルを繰り返す。併用冷却モードにおいては、冷却回路３０と外部回路６０との両方の熱媒体回路が二次電池５４の冷却に寄与している状態である。
【００６７】
電池冷却回路５０を流れる熱媒体の流れの向きにおいて、内部熱交換器７１は、外部熱交換器７２よりも下流に位置している。すなわち、電池冷却回路５０を流れる熱媒体は、外部熱交換器７２と熱交換して冷却された後、内部熱交換器７１と熱交換して冷却される。言い換えると、二次電池５４に流れ込む直前の熱媒体は、内部熱交換器７１と熱交換した直後の状態である。
【００６８】
併用冷却モードにおいては、熱媒体供給部８５は一定の冷却能力で運転を行う。すなわち、熱媒体供給部８５の冷却能力を最大とした状態で運転を行う。したがって、二次電池５４の冷却能力の調整は、圧縮機１１と冷却用膨張弁３２とポンプ５２とを調整することで行う。ただし、ポンプ５２の出力を固定して圧縮機１１と冷却用膨張弁３２とで冷却能力を調整するようにしてもよい。
【００６９】
次に、ステップＳ１３０である保護冷却モードにおける電池冷却システム１の制御処理について説明する。保護冷却モードは、併用冷却モードでは冷却能力が不足している場合に行う冷却モードである。図８において、保護冷却モードを開始する場合、まず、ステップＳ１３１で冷却用遮断弁３１を全開状態とする。すなわち、冷却回路３０に内部熱媒体が流れる状態とする。冷却用遮断弁３１を全開状態にした後、ステップＳ１３２に進んで、温度センサ５３を用いて二次電池５４の温度を測定する。二次電池５４の温度を測定した後、ステップＳ１３３に進む。
【００７０】
ステップＳ１３３では、二次電池５４の温度に応じて冷却用膨張弁３２の開度を調整する。すなわち、二次電池５４の温度が高い場合には、冷却用膨張弁３２の開度を大きくして冷却回路３０を循環して内部熱交換器７１に流入する内部熱媒体の量を増やす。これにより、冷却回路３０と電池冷却回路５０との熱交換を促進させる。すなわち、二次電池５４をより強く冷却する。一方、二次電池５４の温度が低い場合には、冷却用膨張弁３２の開度を小さくして冷却回路３０を循環する内部熱媒体の流量を減らす。これにより、冷却回路３０による二次電池５４の冷却の効果を弱める。冷却用膨張弁３２の開度調整を行った後、ステップＳ１３４に進む。
【００７１】
ステップＳ１３４では、圧縮機１１の駆動力を調整する。すなわち、二次電池５４の温度が高い場合には、圧縮機１１の駆動力を増やして冷却回路３０を循環して内部熱交換器７１に流入する内部熱媒体の量を増やす。これにより、冷却回路３０と電池冷却回路５０との熱交換を促進させる。すなわち、二次電池５４をより強く冷却する。一方、二次電池５４の温度が低い場合には、圧縮機１１の駆動力を減らして冷却回路３０を循環する内部熱媒体の流量を減らす。これにより、二次電池５４の冷却を弱める。圧縮機１１の駆動力の調整後、ステップＳ１３５に進む。
【００７２】
ステップＳ１３５では、ポンプ５２の駆動力を調整する。すなわち、二次電池５４の温度が高い場合には、ポンプ５２の駆動力を上げて電池冷却回路５０を循環する熱媒体の流量を増やす。これにより、電池冷却回路５０と二次電池５４との熱交換を促進させる。さらに、電池冷却回路５０と冷却回路３０との熱交換を促進させる。さらに、電池冷却回路５０と外部回路６０との熱交換を促進させる。すなわち、二次電池５４をより強く冷却する。一方、二次電池５４の温度が低い場合には、ポンプ５２の駆動力を下げて電池冷却回路５０を循環する熱媒体の流量を減らす。これにより、冷却回路３０と外部回路６０とによる二次電池５４の冷却の効果を弱める。ポンプ５２の駆動力の調整が完了した後、ステップＳ１３６に進む。
【００７３】
ステップＳ１３６では、電力供給部８１での電力供給量を調整する。すなわち、電力供給部８１により二次電池５４に充電する際の電流の大きさを制限する。例えば、急速充電における電流の大きさの上限を通常の急速充電時の５０％に制限する。これにより、二次電池５４に対して一度に流れる電流の大きさを低減する。言い換えると、二次電池５４を充電する際に流れる電流で発熱する発熱量を低減する。電力供給部８１の電力供給量の調整が完了した状態での運転を維持した状態で、ステップＳ１３０の保護冷却モードの制御を終了する。
【００７４】
ステップＳ１３６において、電流値の上限を低く制限するのではなく、通常の急速充電モードにおける電流の５０％相当の電流を流すなどして電力供給を制限してもよい。あるいは、電流値の大きさを制限するのではなく、連続して電流を流す時間を制限するようにしてもよい。すなわち、電流を流さない時間を設けて、充電に伴う二次電池５４の発熱を止めることで二次電池５４の冷却に専念する時間を設けるようにしてもよい。
【００７５】
上述した実施形態によると、二次電池５４が充電されている場合に内部回路１０と外部回路６０との両方の熱媒体回路を用いて二次電池５４を冷却する。このため、内部回路１０による冷却能力と外部回路６０による冷却能力とを合わせた冷却能力で二次電池５４を冷却できる。したがって、内部回路１０を単独で用いて冷却をする場合や外部回路６０を単独で用いて冷却する場合に比べて、冷却能力を高めることができる。言い換えると、二次電池５４の冷却に必要な能力を下回らない範囲で、内部回路１０と外部回路６０との冷却能力を低く設定することができる。特に、外部回路６０による冷却のみで二次電池５４を冷却する必要がないため、外部回路６０の冷却能力の上限を低く設定することができる。言い換えると、熱媒体供給部８５の冷凍能力を低減しやすい。したがって、熱媒体供給部８５を備えた外部充電装置８０を小型化しやすい。
【００７６】
温度センサ５３での測定温度に基づいて、内部回路１０による冷却能力を調整している。言い換えると、車両２の空調用に搭載されている圧縮機１１と冷却用膨張弁３２の絞り量を調整することで二次電池５４を冷却する能力を調整している。このため、外部充電装置８０の熱媒体供給部８５において、冷却能力を調整する機能を省略できる。したがって、外部充電装置８０の機能を単純にして装置を小型化しやすい。
【００７７】
温度センサ５３での測定温度が冷却下限温度である第２所定温度未満であれば、内部回路１０による二次電池５４の冷却を停止する。このため、不必要に二次電池５４を冷却しすぎることによる過大な電力消費を抑制できる。
【００７８】
外部熱交換器７２において、電池冷却回路５０をなす配管を流れる熱媒体の流れの向きと、外部回路６０をなす配管を流れる外部熱媒体の流れの向きとが対向した向きである。言い換えると、外部熱交換器７２において、熱媒体と外部熱媒体とは互いに対向流の関係で流れている。このため、並行流で流れる場合に比べて、外部熱交換器７２における熱交換の効率を高めることができる。したがって、電池冷却回路５０を流れる熱媒体をより効率的に冷却して、二次電池５４の冷却を安定させることができる。すなわち、二次電池５４の温度が上昇することによる電池性能の劣化を低減することができる。
【００７９】
内部熱交換器７１と外部熱交換器７２とは、電池冷却回路５０において、直列に設けられている。このため、電池冷却回路５０を流れる熱媒体は、内部熱交換器７１による冷却と外部熱交換器７２による冷却とを順番に受けることとなる。したがって、片方の熱交換器が故障した場合であっても、残りの熱交換器で冷却を継続することができる。したがって、二次電池５４の温度を安定して所定の温度範囲内に制御しやすい。
【００８０】
ポンプ５２による電池冷却回路５０での熱媒体の流れの向きにおいて、外部熱交換器７２、内部熱交換器７１、二次電池５４の順に熱媒体が流れるように配置されている。言い換えると、外部熱交換器７２は、内部熱交換器７１の上流に位置している。また、内部熱交換器７１は、二次電池５４の上流に位置している。すなわち、内部熱交換器７１を流れた直後の熱媒体は、二次電池５４に流れ込む。このため、外部熱交換器７２の冷却能力が低い場合であっても、内部熱交換器７１で十分に冷却された状態の熱媒体を二次電池５４に循環させることができる。
【００８１】
内部熱交換器７１は、冷却回路３０を流れる内部熱媒体を液相から気相に相変化させる。このため、内部熱交換器７１では、液相と気相との相変化に伴う潜熱分の冷却能力と、内部熱媒体の温度変化に伴う顕熱分の冷却能力とを合わせた高い冷却能力が得られる。したがって、液相と気相との相変化を行わない場合に比べて、二次電池５４を効率的に冷却することができる。
【００８２】
冷却回路３０を流れる内部熱媒体は、車両２の空調運転に使われる内部熱媒体と同じものである。すなわち、空調用回路２０の圧縮機１１や凝縮器１２を用いて、二次電池５４の冷却を行うことができる。このため、空調用と二次電池５４の冷却用とで圧縮機１１などの部品を別々に設ける必要がなく、車両２のスペースを有効に活用できる。
【００８３】
冷却回路３０と外部回路６０とは、二次電池５４を直接冷却するのではなく、電池冷却回路５０を冷却することで二次電池５４を間接的に冷却している。このため、冷却回路３０と外部回路６０とのそれぞれの配管を二次電池５４に直接的に熱交換できるように設ける必要がない。言い換えると、冷却回路３０や外部回路６０の配管の長さを短くできる。特に外部回路６０においては、熱媒体供給や熱媒体回収に伴う振動が発生した場合であっても、振動が大きくなりにくい。あるいは、振動を吸収する部材を設置する量を少なくすることができる。
【００８４】
外部回路６０は、内部回路１０や電池冷却回路５０と独立した回路である。このため、外部回路６０を流れる外部熱媒体が内部回路１０を流れる内部熱媒体と混ざることがない。また、外部回路６０を流れる外部熱媒体が電池冷却回路５０を流れる熱媒体と混ざることがない。したがって、外部熱媒体に異物が混入していた場合であっても、その異物が内部回路１０や電池冷却回路５０に流入することがない。よって、電池冷却システム１の冷却能力を安定して発揮できる。
【００８５】
内部回路１０は、空調用回路２０と冷却回路３０とを備えており、共通の内部熱媒体を循環させている。このため、空調用回路２０に流れる内部熱媒体を減らして、冷却回路３０を流れる内部熱媒体を増やすことで、二次電池５４の冷却能力を大きく確保することができる。すなわち、車室内を空調する能力を一時的に低くすることで、二次電池５４を冷却する能力を一時的に高めることができる。したがって、冷却回路３０に流れる内部熱媒体の量を調整して、二次電池５４を冷却する強さを広い範囲で調整可能である。
【００８６】
併用冷却モードでも冷却能力が不足する場合には、保護冷却モードに移行する。このため、冷却能力が低い場合であっても、二次電池５４の発熱を抑えることで二次電池５４の温度を適切な温度範囲内に収めることができる。したがって、充電に伴って二次電池５４が高温になることにより、二次電池５４が劣化することを抑えることができる。
【００８７】
外部熱媒体の回収を行わずに、外部熱媒体が車両２に残った状態で充電を完了させてもよい。この場合、外部熱媒体が外部回路６０から漏れ出さないように外部熱媒体コネクタ６６を塞ぐ蓋を設ける。すなわち、熱媒体供給ケーブル８６を外部熱媒体コネクタ６６に接続する前に蓋を開いて、外部回路６０に外部熱媒体を供給できるようにする。また、熱媒体供給ケーブル８６を外部熱媒体コネクタ６６から取り外した後に蓋を閉じて、外部回路６０から外部熱媒体が漏れ出さないようにする。これによると、外部熱媒体を回収する必要がない。このため、外部充電装置８０での充電後、速やかに車両２を走行可能な状態にすることができる。
【００８８】
膨張弁２２、３２について電子制御弁を用いて説明したが、温度自動膨張弁を用いてもよい。温度自動膨張弁を用いた場合には、熱交換器２３、７１の出口における内部回路１０を流れる内部熱媒体の過熱度を検知する。この過熱度の値が一定になるように温度自動膨張弁の開度を制御する。また、膨張弁２２、３２に代えて、キャピラリチューブなどの固定絞りを用いて内部回路１０を構成するようにしてもよい。この場合、内部熱媒体が液相の状態で圧縮機１１に吸い込まれてしまう液バック現象を防止するため、内部熱交換器７１と圧縮機１１との間にアキュムレータを設けるとよい。これによると、冷却用膨張弁３２を廃止できるため、制御部９０での制御を簡略化することができる。
【００８９】
上述した実施形態において、外部熱交換器７２で電池冷却回路５０をなす配管を流れる熱媒体の流れの向きと、外部回路６０をなす配管を流れる外部熱媒体の流れの向きとは、対向流に限られない。すなわち、外部熱交換器７２において、電池冷却回路５０をなす配管を流れる熱媒体の流れの向きと、外部回路６０をなす配管を流れる外部熱媒体の流れの向きとが並行となる並行流でもよい。あるいは、外部熱交換器７２を二重管構造の熱交換装置として、内側の配管と外側の配管とにそれぞれ外部回路６０を流れる外部熱媒体と電池冷却回路５０を流れる熱媒体とを流して熱交換させてもよい。
【００９０】
第２実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、１つの冷却用熱交換器２７１を用いて冷却回路３０と電池冷却回路５０との熱交換と、外部回路６０と電池冷却回路５０との熱交換を行っている。また、電池冷却回路５０にラジエータ２５４を備えている。
【００９１】
図９において、冷却用熱交換器２７１が、冷却回路３０と電池冷却回路５０と外部回路６０とにまたがって配置されている。冷却用熱交換器２７１では、冷却回路３０を流れる内部熱媒体の流れと電池冷却回路５０を流れる熱媒体の流れとが、互いに対向流の関係である。また、外部回路６０を流れる外部熱媒体の流れと電池冷却回路５０を流れる熱媒体の流れとが、互いに対向流の関係である。したがって、熱媒体回路の配管同士を熱交換させる冷却用熱交換器２７１は、熱媒体が対向流で流れる状態で熱交換を行う装置である。冷却用熱交換器２７１は、内部熱交換器を提供する。冷却用熱交換器２７１は、外部熱交換器を提供する。
【００９２】
冷却用熱交換器２７１は、冷却回路３０と外部回路６０との熱交換を行って、冷却回路３０によって外部回路６０を冷却することができる。この場合、外部回路６０を流れる外部熱媒体を冷却回路３０でも冷却できるため、熱媒体供給部８５での熱媒体冷却に要する負荷を軽減することができる。ただし、冷却用熱交換器２７１にスリットを設けるなどして、冷却回路３０と外部回路６０とが積極的に熱交換を行わないようにしてもよい。これによると、冷却回路３０と外部回路６０との冷却効果を電池冷却回路５０の冷却に集中させやすい。
【００９３】
電池冷却回路５０に、ラジエータ２５４が設けられている。ラジエータ２５４は、二次電池５４と外部熱交換器７２との間に設けられている。ラジエータ２５４は、熱媒体と空気とを熱交換して熱媒体を冷やす空冷式の熱交換装置である。ただし、ラジエータ２５４の表面にミストを噴射してラジエータ２５４の温度を低く保つ機能を持たせてもよい。あるいは、ラジエータ２５４の熱媒体と水とを熱交換させる水冷式の熱交換装置としてもよい。
【００９４】
電池冷却回路５０での熱媒体の流れについて、併用冷却モードの場合を例に説明する。二次電池５４を流出した熱媒体は、ポンプ５２によって電池冷却回路５０の内部を循環する。ポンプ５２から送られた温度の高い熱媒体は、まず、ラジエータ２５４で周りの空気と熱交換して冷却される。その後、冷却用熱交換器２７１に送られる。
【００９５】
熱媒体は、冷却用熱交換器２７１において、外部熱媒体と熱交換して冷却される。その後、冷却回路３０を流れる内部熱媒体と熱交換してさらに低温に冷却される。この時、冷却用熱交換器２７１において、冷却回路３０を流れる内部熱媒体の流れと電池冷却回路５０を流れる熱媒体の流れとは、対向流の関係で流れる。このため、並行流で流れる場合に比べてより効率的に熱交換を行うことができる。冷却用熱交換器２７１で冷却された熱媒体は、二次電池５４に流入して二次電池５４から熱を奪う。二次電池５４を冷却した熱媒体は、再びラジエータ２５４に流入して、一連の冷却のサイクルを繰り返す。
【００９６】
上述した実施形態によると、電池冷却回路５０に、ラジエータ２５４が設けられている。このため、二次電池５４を通過したことで高温となった熱媒体を、冷却用熱交換器２７１で直接冷やすのではなく、ラジエータ２５４で外気温に近い温度まで冷却してから冷却用熱交換器２７１で冷却できる。したがって、ラジエータ２５４による冷却能力の分、冷却用熱交換器２７１での冷却能力を低減できる。言い換えると、外部回路６０による冷却能力をあらかじめ低く設定できるため、外部充電装置８０を小型化できる。
【００９７】
ポンプ５２による熱媒体の流れにおいて、ラジエータ２５４、冷却用熱交換器２７１、二次電池５４の順に熱媒体が流れるように配置されている。このため、熱媒体の熱を段階的に奪って冷却することができる。
【００９８】
第３実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、冷却回路３０が二次電池３５４を直接冷却している。
【００９９】
図１０において、二次電池３５４は、冷却回路３０と電池冷却回路５０とにまたがって配置されている。すなわち、二次電池３５４は、内部回路１０の一部である冷却回路３０によって直接冷却されるとともに、電池冷却回路５０によっても直接冷却される。このため、二次電池３５４は、主に冷却回路３０によって冷却される部分と、主に電池冷却回路５０によって冷却される部分とに分かれる。
【０１００】
内部熱交換器３７１は、冷却回路３０の配管を電池パック３５１に接触させるように設けられている。すなわち、内部熱交換器３７１は、冷却回路３０の配管を電池パック３５１に対して密着させる部材である。内部熱交換器３７１は、熱伝導性の高い材料からなるシート状の伝熱板である。内部熱交換器３７１は、電池パック３５１と冷却回路３０の配管とを熱交換させる。内部熱交換器３７１は、冷却用熱交換器を提供する。
【０１０１】
二次電池３５４において、冷却回路３０の配管と接触する部分の近傍には、第１温度センサ３５３ａが設けられている。第１温度センサ３５３ａは、冷却回路３０によって冷却された二次電池３５４の温度を測定する。二次電池３５４において、電池冷却回路５０の配管と接触する部分の近傍には、第２温度センサ３５３ｂが設けられている。第２温度センサ３５３ｂは、電池冷却回路５０によって冷却された二次電池３５４の温度を測定する。第１温度センサ３５３ａと第２温度センサ３５３ｂとで測定した温度に基づいて二次電池３５４全体の温度を算出する。第１温度センサ３５３ａと第２温度センサ３５３ｂとは、温度センサを提供する。
【０１０２】
冷却回路３０において、冷却用膨張弁３２で減圧された液相の内部熱媒体は、二次電池３５４と熱交換して気相に相変化する。すなわち、冷却回路３０を流れる内部熱媒体は、二次電池３５４から気化熱を奪って冷却する。一方、電池冷却回路５０を流れる液相の熱媒体は、外部回路６０を流れる外部熱媒体との熱交換で冷却された後、二次電池３５４を冷却する。この時、二次電池３５４と熱交換した後でも液相の熱媒体は蒸発せず、液相のまま電池冷却回路５０を循環する。すなわち、外部回路６０よりも冷却回路３０の方が電池冷却回路５０からより多くの熱を奪って二次電池３５４を冷却しやすい。
【０１０３】
第１温度センサ３５３ａで測定した温度と第２温度センサ３５３ｂで測定した温度との両方の温度が高い場合には、冷却回路３０と電池冷却回路５０と外部回路６０とを用いた冷却を行う。第１温度センサ３５３ａで測定した温度のみが高い場合には、冷却回路３０を用いた冷却を行い、電池冷却回路５０と外部回路６０を用いた冷却を停止する。一方、第２温度センサ３５３ｂで測定した温度のみが高い場合には、電池冷却回路５０と外部回路６０とを用いた冷却を行い、冷却回路３０を用いた冷却を停止する。
【０１０４】
上述した実施形態によると、二次電池３５４は、冷却回路３０と電池冷却回路５０とにまたがって配置されている。このため、二次電池３５４において冷却が必要な箇所に絞って、二次電池３５４を冷却できる。また、冷却回路３０を流れる内部熱媒体が二次電池３５４から直接気化熱を奪えるため、間接的に冷却を行う場合に比べて二次電池３５４を強く冷却することができる。また、電池冷却回路５０のポンプ５２が故障した場合であっても、冷却回路３０を用いて二次電池３５４の冷却を継続することができる。
【０１０５】
冷却回路３０での冷却効果を二次電池３５４が直接受ける。このため、冷却回路３０での冷却効果を電池冷却回路５０を介して間接的に受ける場合に比べて、二次電池３５４をより素早く冷却しやすい。また、二次電池３５４をより強力に冷却しやすい。
【０１０６】
内部熱交換器３７１から二次電池３５４までの間に空間を設けて、内部熱交換器３７１から二次電池３５４に向かう向きに風を送る送風機を設けてもよい。この場合、二次電池３５４を内部熱交換器３７１で直接冷やすのではなく、冷却風を介して二次電池３５４を冷やすこととなる。このため、二次電池３５４が局所的に冷えすぎることによって温度分布が偏ってしまうことを抑制できる。言い換えると、二次電池３５４の全体を均一に冷やして、温度ムラを発生させにくい。したがって、二次電池３５４の性能が場所によって大きなバラツキが生じることを抑制できる。
【０１０７】
第４実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、冷却用熱交換器４７１が冷却回路３０と電池冷却回路５０と外部回路６０とを熱交換させている。
【０１０８】
図１１において、冷却回路３０と電池冷却回路５０と外部回路６０とは、冷却用熱交換器４７１で互いに熱交換可能に設けられている。すなわち、冷却用熱交換器４７１は、冷却回路３０をなす配管と電池冷却回路５０をなす配管と外部回路６０をなす配管との３つの配管を互いに熱交換させる装置である。冷却用熱交換器４７１は、内部熱交換器を提供する。冷却用熱交換器４７１は、外部熱交換器を提供する。
【０１０９】
冷却用熱交換器４７１は、電池冷却回路５０を流れる熱媒体を冷却する熱交換器である。冷却用熱交換器４７１において、外部回路６０を流れる外部熱媒体は、電池冷却回路５０を流れる熱媒体と熱交換して、熱媒体から熱を奪って温度を低下させる。冷却用熱交換器４７１において、冷却回路３０を流れる減圧された内部熱媒体は、電池冷却回路５０を流れる熱媒体と熱交換して、熱媒体から気化熱を奪って蒸発する。冷却用熱交換器４７１においては、この２つの熱交換による冷却を行い、電池冷却回路５０を流れる熱媒体の温度を下げる。言い換えると、冷却用熱交換器４７１は、電池冷却回路５０に対する２つの熱交換箇所を並列に設ける熱交換器である。
【０１１０】
上述した実施形態によると、冷却回路３０による冷却と外部回路６０による冷却との２つの冷却能力を、二次電池５４に熱媒体が流入する直前に集中させることができる。すなわち、二次電池５４に流入する直前で内部熱媒体を最も冷えた状態にしやすい。また、冷却回路３０と電池冷却回路５０と外部回路６０とを１つの熱交換器で熱交換させるため、複数の熱交換器を設ける必要がない。すなわち、電池冷却システム１の部品点数を削減できる。
【０１１１】
第５実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、充電を開始する前に電池冷却を開始している。また、充電を停止する前に外部熱媒体を回収している。
【０１１２】
図１２において、外部充電装置８０による充電を開始する場合、ステップＳ５０１で電力供給ケーブル８２を外部電力コネクタ５６に接続する。また、熱媒体供給ケーブル８６を外部熱媒体コネクタ６６に接続する。これにより、二次電池５４への充電と二次電池５４の冷却が可能な状態とする。接続後、ステップＳ５０２に進む。
【０１１３】
ステップＳ５０２では、二次電池５４の冷却を開始する。すなわち、熱媒体供給部８５から外部熱媒体を供給するとともにポンプ５２を駆動して、外部回路６０を用いた外部冷却モードで二次電池５４を冷却する。ただし、外部冷却モードではなく、最初から冷却回路３０と外部回路６０との２つの熱媒体回路を併用する併用冷却モードで冷却を開始してもよい。二次電池５４の冷却を開始した後、ステップＳ５０３に進む。
【０１１４】
ステップＳ５０３では、温度センサ５３で測定した二次電池５４の温度が第１所定温度未満であるか否かを判断する。二次電池５４の温度が第１所定温度未満である場合には、二次電池５４が低温であって、充電を開始可能な温度まで冷えた状態であると判断してステップＳ５０９に進む。一方、走行直後などで二次電池５４の温度が第１所定温度以上である場合には、充電を開始できる温度まで冷却されていないと判断してステップＳ５０２に戻る。すなわち、充電を開始できる温度に二次電池５４が冷却できるまで、二次電池５４の冷却を継続する。
【０１１５】
ステップＳ５０９では、二次電池５４に対して充電を開始する。この時、二次電池５４は冷却が維持された状態であるため、二次電池５４の冷却を行っていない場合に比べて温度が上昇しにくい状態である。充電を開始した後、ステップＳ５１０で二次電池５４の温度を測定する。二次電池５４の温度を測定した後、ステップＳ５１１に進む。
【０１１６】
ステップＳ５１１では、冷却モードを調整する。すなわち、二次電池５４の温度が高くより強い冷却が必要であれば、現在の冷却モードよりも冷却能力の高い状態に調整する。すなわち、外部冷却モードを併用冷却モードに変更する。あるいは、併用冷却モードを保護冷却モードに変更する。あるいは、ポンプ５２の出力を大きくして熱媒体の循環量を増やすなどして、冷却能力を高くして二次電池５４が上限温度を越えないように調整する。一方、二次電池５４の温度が低く冷却が過剰であれば、現在の冷却モードよりも冷却能力の低い状態に調整する。すなわち、保護冷却モードを併用冷却モードに変更する。あるいは、併用冷却モードを外部冷却モードに変更する。あるいは、ポンプ５２の出力を小さくして熱媒体の循環量を減らすなどして、冷却能力を低くして二次電池５４を過剰に冷却することがないように調整する。冷却モードの調整を行った後、ステップＳ５２０に進む。
【０１１７】
ステップＳ５２０では、充電残時間を算出する。充電残時間とは、現時点から充電が完了するまでに要する時間である。充電残時間は、現時点での二次電池５４の充電量と充電に用いる電流値により算出される。例えば、充電が完了したと判断する充電量が８０％であって、１％の充電に１分の時間を要する場合であれば、現在の充電量が５０％の時には、充電残時間は３０分と算出できる。現在の充電量が７５％の時には、充電残時間は、５分と算出できる。ただし、充電が進むほど、二次電池５４に供給可能な電流値は小さくなる傾向にあるため、充電量に応じて１％の充電に要する時間を適宜補正することが好ましい。充電残時間の算出後、ステップＳ５２１に進む。
【０１１８】
ステップＳ５２１では、算出した充電残時間が所定時間よりも短いか否かを判断する。充電残時間が所定時間よりも長い場合には、充電完了までにまだ多くの時間を要すると判断して、ステップＳ５１０に戻って充電および冷却を継続する。一方、充電残時間が所定時間よりも短い場合には、充電があと少しの時間で完了すると判断して、外部回路６０を用いた冷却を停止するため、ステップＳ５３０に進む。ここで、所定時間とは、外部熱媒体の回収に必要な時間に相当する時間である。すなわち、外部回路６０内の外部熱媒体を回収して、外部回路６０の内部に外部熱媒体が残っていない状態にするまでに要する時間である。所定時間は、熱媒体回収に必要な時間よりも若干長い時間である。所定時間は、外部回路６０の長さや、外部熱媒体を回収する際の熱媒体回収装置の能力に依存するが、例えば３分である。
【０１１９】
ステップＳ５３０では、外部熱媒体の供給を停止する。さらに、ステップＳ５３１では、外部回路６０の内部に充填されている外部熱媒体を回収する。外部熱媒体を回収している間も充電は進めるため、冷却回路３０を用いた二次電池５４の冷却を継続する。ただし、二次電池５４が満充電の状態に近いほど、電流は二次電池５４を流れにくくなるため、二次電池５４の発熱量も小さくなる傾向にある。すなわち、必要となる冷却能力も低くなる傾向にある。外部熱媒体の回収後、ステップＳ５３２に進む。
【０１２０】
ステップＳ５３２では、充電の必要があるか否かを判断する。現在の充電量が目標の充電量に達していなければ、充電の必要がまだあると判断して充電を継続する。現在の充電量が目標の充電量に達していれば、充電の必要がないと判断してステップＳ５３３に進んで充電を停止する。充電を停止した時点では、外部熱媒体の回収が完了しているため、外部充電装置８０による制御は完了しており、コネクタ５６、６６からケーブル８２、８６を外すことができる状態である。
【０１２１】
上述した実施形態によると、充電を開始する前に電池冷却を開始している。このため、充電を開始してから外部熱媒体を供給する場合に比べて、迅速に冷却を開始できる。すなわち、充電開始時点ですでに二次電池５４の温度が高い場合などには、二次電池５４が第１所定温度を下回る温度になるまで冷却してから充電を開始する。したがって、二次電池５４の温度が上限温度である第１所定温度を越えてしまうことを抑制できる。また、冷却を行っていない状態で二次電池５４を急速充電することにより、二次電池５４の温度が急上昇してしまうことを抑制できる。言い換えると、充電に伴う二次電池５４の温度上昇を緩やかにすることができる。
【０１２２】
充電を停止する前に外部熱媒体を回収している。このため、充電が完了した時点で、車両２と外部充電装置８０との接続を解除できる。言い換えると、充電が完了してから熱媒体回収を行う場合よりも素早く、車両２を走行可能な状態にすることができる。したがって、外部充電装置８０での充電に要する時間を短縮できる。ただし、充電の停止と同時に外部熱媒体の回収が完了するようにしてもよい。あるいは、充電の停止直後に外部熱媒体の回収が完了するようにしてもよい。
【０１２３】
他の実施形態
この明細書における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品および／または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および／または要素が省略されたものを包含する。開示は、１つの実施形態と他の実施形態との間における部品および／または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。
【符号の説明】
【０１２４】
１  電池冷却システム、  ２  車両、  １０  内部回路、  １１  圧縮機、  １２  凝縮器、  ２０  空調用回路、  ２１  空調用遮断弁、  ２２  空調用膨張弁、  ２３  空調用熱交換器、  ３０  冷却回路、  ３１  冷却用遮断弁、  ３２  冷却用膨張弁、  ５０  電池冷却回路、  ５１  二次電池、  ５２  ポンプ、  ５３  温度センサ、  ５４  二次電池、  ５６  外部電力コネクタ、  ６０  外部回路、  ６６  外部熱媒体コネクタ、  ７１  内部熱交換器、  ７２  外部熱交換器、  ８０  外部充電装置、  ８１  電力供給部、  ８２  電力供給ケーブル、  ８５  熱媒体供給部、  ８６  熱媒体供給ケーブル、  ９０  制御部、  ２５４  ラジエータ、  ２７１  冷却用熱交換器、  ３５１  電池パック、  ３５３ａ  第１温度センサ、  ３５３ｂ  第２温度センサ、  ３５４  二次電池、  ３７１  内部熱交換器、  ４７１  冷却用熱交換器
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
2019075248.tif 000010
【図９】
2019075248.tif 000011
【図１０】
2019075248.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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