(57)【要約】【課題】  発熱体冷却装置において、冷却過程で生じる水滴の飛散（飛水）を防止する。【解決方法】  発熱体５を収納する略密閉されたモジュールケース６に配置される発熱体冷却装置１であって、空気流を発生する送風機２と、空気流を冷却する冷却用熱交換器３とを有し、送風機２が、少なくとも、第１の風量と、前記第１の風量よりも多い第２の風量とを含む、複数の風量で送風することができ、所定の条件により、複数の風量の切換を可能とする。【選択図】図１
2015022905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体を収納する略密閉されたモジュールケースに配置される発熱体冷却装置であって、空気流を発生する送風機と、前記空気流を冷却する冷却用熱交換器とを有し、前記送風機が、少なくとも、第１の風量と、前記第１の風量よりも多い第２の風量とを含む、複数の風量で送風することができ、所定の条件により、前記複数の風量の切換が可能であることを特徴とする発熱体冷却装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発熱体冷却装置であって、前記送風機の、前記複数の風量の切換が、前記送風機の運転時間に基づくことを特徴とする発熱体冷却装置。
【請求項３】
請求項１に記載の発熱体冷却装置であって、前記送風機の、前記複数の風量の切換が、前記空気流の温度、湿度のいずれか、またはその両方に基づくことを特徴とする発熱体冷却装置。
【請求項４】
請求項１に記載の発熱体冷却装置であって、前記送風機の、前記複数の風量の切換が、前記送風機の運転時間と、前記空気流の温度、湿度のいずれか、またはその両方との組み合わせに基づくことを特徴とする発熱体冷却装置。
【請求項５】
発熱体を収納する略密閉されたモジュールケースに配置され、空気流を発生する送風機と、前記空気流を冷却する冷却用熱交換器とを有する発熱体冷却装置において、前記送風機が、少なくとも、第１の風量と、前記第１の風量よりも多い第２の風量とを含む、複数の風量で送風することができ、
−前記複数の風量のうちのいずれかの風量で送風する工程と、
−前記空気流の風量を切り換えるための所定の条件を検出する工程と、
−前記検出された所定の条件に基づき、前記複数の風量のうちの他の風量に切り換えて送風する工程と
を含む、発熱体冷却装置の制御方法。
【請求項６】
請求項５に記載の発熱体冷却装置の制御方法であって、前記空気流の風量を切り換えるための所定の条件が、前記送風機の運転時間であることを特徴とする、発熱体冷却装置の制御方法。
【請求項７】
請求項５に記載の発熱体冷却装置の制御方法であって、前記空気流の風量を切り換えるための所定の条件が、前記空気流の温度、湿度のいずれか、またはその両方であることを特徴とする、発熱体冷却装置の制御方法。
【請求項８】
請求項５に記載の発熱体冷却装置の制御方法であって、前記空気流の風量を切り換えるための所定の条件が、前記送風機の運転時間と、前記空気流の温度、湿度のいずれかまたはその両方との組み合わせであることを特徴とする、発熱体冷却装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱体の冷却を行う発熱体冷却装置及びその制御方法に関し、特に、ハイブリッド自動車や電気自動車に用いられるバッテリの冷却を行う発熱体冷却装置及びその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の分野において、ハイブリッド自動車や電気自動車が広く実用されるようになってきている。その際に、従来よりも大容量のバッテリが用いられ、その発熱量も従来の自動車と比べ、はるかに大きくなってきている。
【０００３】
一方、バッテリの設置場所は、自動車内部の居住スペースを確保するため、トランクルーム下部や、座席床下などの、狭隘で、形状が制限される場所となる場合が多い。
【０００４】
そのような中で、いかに効率的にバッテリを冷却するかは、走行性能、快適性、安全性など、自動車全体の性能を確保する意味で、極めて重要な問題となってきている。
【０００５】
例えば、バッテリを冷却する方法として、特許文献１には、バッテリと、バッテリを収容するバッテリケースと、バッテリケース内部に設けられた送風機と、バッテリケース内部に設けられたエバポレータとを備える自動車用バッテリ冷却装置に係る技術思想が開示されている。
【０００６】
このような、ケース内に、発熱体、送風機、冷却用熱交換器を収容する発熱体冷却装置は、騒音を抑制したり、自動車への搭載性を向上したりできるという利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−５４３７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ケース内に、発熱体、送風機、冷却用熱交換器を収容するバッテリ冷却装置においては、運転時に、冷却用熱交換器表面に空気中の水分が凝縮し、凝縮水が発生し、その凝縮水の水滴が飛散する、飛水という現象が発生する。特許文献１においては、冷却用熱交換器としてのエバポレータの表面に親水性の表面処理を施し、かつ、エバポレータの取り付けを傾斜させることで、凝縮水の水滴の飛水の発生を防止し、かつ、凝縮水を排水ドレンからバッテリケース外へ排出するようにしているが、次の点で十分とは言えないというという問題があった。
【０００９】
発熱体冷却装置は、狭隘で形状が制限される場所に配置されることが多いため、冷却用熱交換器も小型のものが用いられる。一方、バッテリなどの発熱体は、その表面が冷却された空気と接触することで冷却されるものである。ここで、一般に発熱体は数量が多く、表面形状も複雑であり、発熱体冷却装置には大きな送風能力が求められる。その結果、冷却用熱交換器を通過する空気流の風速は速いものとなり、親水性の表面処理を施した冷却用熱交換器を用いたとしても、凝縮水の飛水に対して、より注意深く考慮する必要がある。
【００１０】
そこで、上記問題を解決するため、本発明は、飛水の発生を最小限に抑えるようにした、バッテリなどの発熱体を冷却する装置及びその制御方法を提供することを課題とした。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
かかる課題を解決するため、本発明は、発熱体を収納する略密閉されたモジュールケースに配置される発熱体冷却装置であって、空気流を発生する送風機と、空気流を冷却する冷却用熱交換器とを有し、送風機が、少なくとも、第１の風量と、第１の風量よりも多い第２の風量とを含む、複数の風量で送風することができ、所定の条件により、複数の風量の切換が可能であることを特徴とする。
【００１２】
これによれば、凝縮により水滴が発生し、かつ、飛水しやすい状態の場合には、より少ない風量（例えば第１の風量）で送風機を運転することで、冷却用熱交換器表面に水滴が発生したとしても飛水の発生が防止される。このとき水滴は、冷却用熱交換器の通風部分の外部（例えば、冷却用熱交換器の下方）へと移動する。その後、モジュールケースの内部が除湿されて水滴が発生しにくい条件に移行したら、より多い風量（例えば第２の風量）に切り換えることで、飛水の発生なく発熱体の冷却効率を高めることができる。
【００１３】
また、本発明は、上記の発熱体冷却装置であって、上記送風機の風量の切換が、送風機の運転時間に基づくことを特徴とする。
【００１４】
すなわち、運転開始時は、空気流の湿度が比較的高く、水滴が発生しやすい。その状態では、より少ない風量で送風機を運転する。すると、発生した水滴は、飛水することなく、冷却用熱交換器の通風部分の外部（例えば、冷却用熱交換器の下方）へと移動する。また空気流は、湿度が低下していく。そこで、所定の時間を経過した後により多い風量に切り換えることで、飛水の発生なく発熱体の冷却効率を高めることができる。これにより、センサなどによる検知機構を必要とせず、簡便に装置が実現できる。
【００１５】
あるいは、本発明は、上記の発熱体冷却装置であって、上記送風機の風量の切換が、空気流の温度、湿度のいずれか、またはその両方に基づくことを特徴としてもよい。
【００１６】
すなわち、湿度が高く、水滴の発生や飛水をしやすい場合には、より少ない風量で送風機を運転することで、水滴は飛水せず冷却用熱交換器の通風部分の外部（冷却用熱交換器の下方）へと移動し、空気流は湿度が低下する。湿度低下後は、より多い風量に切り換えて、飛水の発生なく冷却効率を高めることができる。直接、空気流の湿度という、水滴や飛水の発生条件から制御するため、確実な動作が期待できる。
【００１７】
また、上記送風機の風量の切換が、空気流の温度に基づくようにしてもよい。同一密閉空間であれば、温度が高いほど含みうる水蒸気量が多いことから、冷却によって水滴が発生しやすいため、高温の間はより少ない風量で、温度が低下したらより多い風量で、それぞれに送風するようにすればよい。温度の検知は比較的容易にできるため、装置が簡便になる。
【００１８】
更に、本発明は、前記の発熱体冷却装置であって、送風機の風量の切換が、送風機の運転時間と、空気流の温度、湿度のいずれか、またはその両方との組み合わせに基づくことを特徴としてもよい。
【００１９】
例えば、運転開始から所定の時間を経過するか、湿度が所定の値に下がるか、どちらかを満たせばより多い風量に切り換える組み合わせ、あるいは運転開始から所定の時間を経過しても温度が高ければ、より多い風量には切り換えないというような組み合わせであってもよい。実態に合わせて、きめ細かい制御が可能となる。
【００２０】
別の本発明は、発熱体冷却装置の制御方法であって、発熱体を収納する略密閉されたモジュールケースに配置され、空気流を発生する送風機と、空気流を冷却する冷却用熱交換器とを有する発熱体冷却装置において、送風機が、少なくとも、第１の風量と、前記第１の風量よりもより多い第２の風量とを含む、複数の風量で送風することができ、
−送風機が、複数の風量のうちのいずれかの風量で送風する工程と、
−空気流の風量を切り換えるための所定の条件を検出する工程と、
−検出された所定の条件に基づき、前記送風機が、前記複数の風量のうちの他の風量に切り換えて送風する工程と
を含むことを特徴とする。
【００２１】
また、別の本発明は、発熱体冷却装置の制御方法であって、空気流の風量を切り換えるための所定の条件が、送風機の運転時間であることを特徴としてもよい。
【００２２】
あるいは、別の本発明は、発熱体冷却装置の制御方法であって、空気流の風量を切り換えるための所定の条件が、空気流の温度、湿度のいずれか、またはその両方であることを特徴としてもよい。
【００２３】
あるいは、別の本発明は、発熱体冷却装置の制御方法であって、空気流の風量を切り換えるための所定の条件が、送風機の運転時間と、空気流の温度、湿度のいずれかまたはその両方の組み合わせであることを特徴としてもよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る発熱体冷却装置及びその制御方法では、冷却用熱交換器において発生する水滴の飛散を防止することができ、発熱体などに悪影響を与えることなく、長期間の稼働が可能となり、その経済的効果は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態に係る発熱体冷却装置１及び発熱体５を内蔵するモジュールケース６の正面断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る発熱体冷却装置１の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態にかかる発熱体冷却装置１について説明する。なお、以下では本発明の目的を達成するための説明に必要な範囲を模式的に示し、本発明の該当部分の説明に必要な範囲を主に説明することとし、説明を省略する箇所については公知技術によるものとする。
【００２７】
図１は、本発明の一実施形態に係る発熱体冷却装置１及び発熱体５を内蔵するモジュールケース６の正面断面図であり、図２は、本発明の一実施形態に係る発熱体冷却装置１の斜視図である。これらにより、詳細に説明する。
【００２８】
薄肉で箱型構造の略密封されたモジュールケース６内には、略水平状態の仕切板６１が設けられ、仕切板６１には、第１の通風口６２、第２の通風口６３が設けられている。仕切板６１の上方には、自動車用バッテリなどの発熱体５が固定されている。
【００２９】
また、モジュールケース６内には、仕切板６１の下方に、両端に第１の開口部４１、第２の開口部４２を有するダクト状のハウジング４が設けられ、第２の開口部４２が、仕切板６１の第１の通風口６２と密着されている。
【００３０】
このハウジング４には、内部に、第１の開口部４１側に冷却用熱交換器３、第２の開口部４２側に送風機２が収容され、固定されており、これらにより、発熱体冷却装置１を構成している。
【００３１】
送風機２としては、省スペースで設置が可能で、適切な風量が得られるシロッコファン及びファンを駆動するモータの組み合わせとして実現されることが望ましいが、ファンの種類はそれに限定されるものではない。
【００３２】
また、冷却用熱交換器３としては、冷媒の蒸発による気化熱を利用するエバポレータを採用することが望ましいが、それに限定されるものではない。
【００３３】
ここで、発熱体５には図示しない外部からの電力用配線及び必要な場合は制御用配線、送風機２にも図示しない外部からの電力用配線及び制御用配線、冷却用熱交換器３にも図示しない外部からの冷媒出入配管が接続されているが、それらの配線、配管の取付部分は、シールなどで密封され、その部分からの空気の流入流出が防止されている。なお、外部とは、モジュールケース６の外部のことを言う。
【００３４】
また、送風機２が発生する空気流の方向は、図１の中に矢印で示すように、ハウジング４の第１の開口部４１から、冷却用熱交換器３を通過して吸引され、ハウジング４の第２の開口部４２、仕切板６１の第１の通風口６２を通過して発熱体５の方へ吐出され、発熱体５を通過した後は、仕切板６１の第２の通風口６３を経由して、ハウジング４の第１の開口部４１へと循環するようになっている。すなわち、空気流の上流側から、冷却用熱交換器３、送風機２、発熱体５の順に環状に並ぶようになっている。
【００３５】
冷却用熱交換器３は、図示しない外部からの冷媒出入配管を通して、冷却された冷媒が流入し、その冷媒が冷却用熱交換器３中に設けられた図示しない配管を通過する際に、冷媒と、送風機２が発生する空気流との間で熱交換がなされ、空気流を冷却できるようになっている。
【００３６】
また、冷却用熱交換器３の下方には、水滴を収集するための吸水材６６が設置されている。
【００３７】
更に、モジュールケース６内には、湿度センサ６４、温度センサ６５が設けられており、モジュールケース外の自動車全体の制御を司る、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）７に電気的に接続されている。なお、湿度センサ６４、温度センサ６５は、いずれか１つのみ備えるか、両方とも備えない場合もある。このＥＣＵ７は、送風機２、冷却用熱交換器３などとも、電気的に接続されている。
【００３８】
また、ＥＣＵ７に電気的に接続されるか、あるいはＥＣＵ７の内部に設けられる、経過時間を測定しうるタイマー７１を有する場合もある。
【００３９】
次に、このような構成の発熱体冷却装置１の動作について説明する。
【００４０】
自動車の運転を開始するなどして、発熱体１の冷却が必要な事態となった場合には、冷却用熱交換器３への冷媒の流入が開始され、更に送風機２の運転が開始される。ここで、送風機２は、より少ない風量（第１の風量）か、第１の風量よりもより多い風量（第２の風量）のいずれかの風量で運転が可能となっている。この切り換えは、送風機２に内蔵された風量切換機構２１によってなされる。風量切換機構２１は、具体的には送風機２内のモータの回転数の変更によりなされるが、それに限定されず、周知の風量切換機構であってもよい。なお、風量切換機構２１は、送風機２側ではなく、ＥＣＵ７側に配置し、ＥＣＵ７からの信号により、風量が切り換わるようにしてもよい。
【００４１】
冷却用熱交換器３の運転開始時には、モジュールケース６の内部の空気の温度は、冷却が必要な状態であるから、通常は、高温となっており、水分は水蒸気として気体の状態となっている。
【００４２】
この状態で、冷却用熱交換器３の運転が開始されると、水滴が飛散しやすくなる。すなわち、モジュールケース６の内部の空気の温度は下がりきっておらず、冷却用熱交換器３の表面には、水蒸気の凝縮による水滴が発生することになる。ここで、水滴が発生し、しかも冷却用熱交換器３の表面に留まっている場合に（水滴が、冷却用熱交換器の通風部分の外部へ移動する前に）、送風機２がより多い風量を発生するように運転されると、冷却用熱交換器３を通過する空気流の風速が早いために、表面の水滴が離脱し、送風機２を通過して、発熱体５の方へと向かうことになる。このことにより、種々の電気的接点や金属部分を有する発熱体５に対して、接点の誤動作や錆の発生などにつながることが懸念される。
【００４３】
そこで、冷却用熱交換器３の運転開始時には、送風機２をより少ない風量の第１の風量で運転するようにする。第１の風量は、冷却用熱交換器３の表面に発生した水滴が離脱しない風量（風速）となるように設定してあり、水滴は冷却用熱交換器３の表面を鉛直下方に移動していき、冷却用熱交換器３の下方にある吸水材６６に吸水されることになる。
【００４４】
第１の風量で、運転を続行していると、モジュールケース６が略密閉であるために、温度および湿度が低下していき、更なる凝縮が生じない状態となる。そこで、送風機２の風量を、より多い風量である第２の風量に切り替える。それにより、効率的な冷却がなされることになる。
【００４５】
この、少風量から多風量に切り換える条件として、運転開始からの経過時間を条件とする方法がある。すなわち、凝縮を生じなくなるまでの運転時間は、モジュールケース６内の容積、発熱体５の発熱量、冷却用熱交換器３の冷却能力、第１の風量などの条件から、実測または計算によってＥＣＵ７において求めることができる。それにより、ＥＣＵ７が、タイマー７１を設定し、設定時間経過後に風量切換機構２１を作動させればよい。あるいは、凝縮を生じなくなるまでの運転時間は、実測や計算により予め求めておくこともできる。タイマー７１が予め設定しておいた所定の時間を計測し、所定の時間が経過した後、ＥＣＵ７が風量切換機構２１を作動させればよい。
【００４６】
また、別の条件としては、モジュールケース６の内部の湿度を条件とする方法がある。例えば、モジュールケース６の内部に設置された湿度センサ６４の測定結果を、湿度センサ６４に接続された自動車のＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）７に伝送し、ＥＣＵ７が、モジュールケース６内の湿度が凝縮を発生させない数値以下になったと判断した場合には、送風機２の風量を、より多い風量である第２の風量に切り換えるようにする。
【００４７】
更に、別の条件としては、モジュールケース６の内部の温度を条件とする方法がある。例えば、モジュールケース６の内部に設置された温度センサ６５の測定結果を、温度センサ６５に接続された自動車のＥＣＵ７に伝送し、ＥＣＵ７が、モジュールケース６内の容積、発熱体５の発熱量、冷却用熱交換器３の冷却能力、第１の風量などの条件から、実測または計算によって、温度の低下と湿度の低下の相関を求めることができ、それにより、モジュールケース６内の空気が凝縮を発生させない状態になったと判断した場合には、送風機２の風量を、より多い風量である第２の風量に切り替えるようにする。
【００４８】
これらの条件は、組み合わせて用いてもよい。例えば、運転開始からの経過時間と、モジュールケース６内の湿度のどちらか早い方とする。これにより、早期に風量を多くして、発熱体の冷却を早めることができる。また、温度と湿度の両方を検知し、それらがある範囲内になったら切り替えてもよい。除湿された状態を、より確実に検知することができる。
【００４９】
なお、これまでの説明では、ＥＣＵ７を用いるとしたが、これを用いることなく、発熱体冷却装置１に関しての制御を専用に行う制御部を設けるか、あるいは、制御部を設けず、単純なタイマーなどを用いる方法で行うようにしてもよい。
【００５０】
これまでの説明では、冷却用熱交換器３の下方に吸水材６６を設置するとしたが、冷却用熱交換器３の下方に受け皿のような構造を設け、そこに水分を溜めておくようにしてもよいし、配管によって外部に排水してもよい。外部に排水する場合は、モジュールケース６の密封度を減じないような配管構造とすることが望ましい。また、冷却用熱交換器３の表面を親水性処理し、吸水材６６を冷却用熱交換器の側面や周囲に配置してもよい。冷却用熱交換器３を下方へ流れる水滴だけでなく、側面や周囲でも水滴を捕捉できる。冷却用熱交換器の表面から水滴をより効率的に除去することができるので、水滴の飛散の発生をより確実に防ぐことができる。
【００５１】
構成要素の配列についても、空気流の上流側から、冷却用熱交換器３、送風機２、発熱体５の順に環状に並ぶとしたが、送風機２、冷却用熱交換器３、発熱体５の順に環状に並んでもよい。発熱体冷却装置１に要求される種々の条件から、このような配列が有利になることもある。
【００５２】
モジュールケース６とその内部の構造について、発熱体５を仕切板６１の上に固定する構造として説明したが、その構造に限定されず、例えば、仕切板６１を用いずにモジュールケース６の側面や上部から発熱体５を固定する方法や、発熱体５を側面間に渡した梁状や網状の構造物の上に設置する方法であってもよい。
【００５３】
また、これまでの説明では、送風機２及び冷却用熱交換器３を、ハウジング４に組み付けた状態で、モジュールケース６の内部に設置するとして説明した。このようにすると、モジュールケース６の外部でハウジング４への組み付け作業ができることから、作業性に優れている。
【００５４】
一方、送風機２及び冷却用熱交換器３を、モジュールケース６の内部に、直接設置するようにしてもよい。この場合は、モジュールケース６がハウジング４を兼ねることとなる。このようにすると、部品点数が減るため、部材費を低減することができる。
【００５５】
更に、これまでの説明では、モジュールケース６内で、発熱体５が上方、発熱体冷却装置１が下方に設置される構造として説明したが、これに限定されず、上下が逆の構造でも、全体を横に倒したような構造であってもよい。
【００５６】
また、これまでの説明では、送風機２を、初めは、より少ない風量の第１の風量で運転し、水滴を生じない条件になったら、より多い風量の第２の風量に切り換えるとして説明したが、逆に、より多い風量の第２の風量で運転中に湿度が上昇した場合などに、より少ない風量の第１の風量に切り換えるようにしてもよい。
【００５７】
更に、風量は、第１の風量と、それより多い風量の第２の風量との間を切り換えるとして説明したが、３以上の風量を切り換えてもよい。例えば、第１の風量から、水滴発生量が少なくなったら、少し多い風量の第２の風量へ、更に水滴の発生が少なくなったら、最も多い風量の第３の風量へと切り換えるようにしてもよい。
【００５８】
なお、これまでの説明では、発熱体５として自動車用バッテリ、冷却用熱交換器３としてエバポレータを例に説明したが、これに限定されるものでなく、発熱体としては冷却を必要とするあらゆる電気装置（例えば、車両走行用モータのインバーター）、冷却用熱交換器としては、冷却に用いられるあらゆる熱交換器（例えば、液体式冷却用熱交換器）を含むものとする。
【符号の説明】
【００５９】
１    発熱体冷却装置
２    送風機
２１  風量切換機構
３    冷却用熱交換器
４    ハウジング
４１  第１の開口部
４２  第２の開口部
５    発熱体
６    モジュールケース
６１  仕切板
６２  第１の通風口
６３  第２の通風口
６４  湿度センサ
６５  温度センサ
６６  吸水材
７    ＥＣＵ
７１  タイマー
【図１】
2015022905.tif 000003
【図２】
2015022905.tif 000004