(57)【要約】【課題】電動車において、バッテリ冷却ファンの負荷を低減し、水素タンクの水素充填効率を向上する。【解決手段】バッテリ（６）と、冷却ファン（７）と、前記バッテリと前記冷却ファンを連通するバッテリ冷却空気通路（８）と、を備える水素をエネルギ源とする電動車両用バッテリ冷却装置において、パワープラントに水素を供給する水素タンク（１）と、前記水素タンクに接続するとともに、前記バッテリ冷却空気通路内で前記バッテリよりも上流側に配置される水素放出管（３）と、を備える。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリと、冷却ファンと、前記バッテリと前記冷却ファンを連通するバッテリ冷却空気通路と、を備える水素をエネルギ源とする電動車両用バッテリ冷却装置において、
パワープラントに水素を供給する水素タンクと、
前記水素タンクに接続するとともに、前記バッテリ冷却空気通路内で前記バッテリよりも上流側にその一部が配置される水素放出管と、
を備えることを特徴とする電動車両用バッテリ冷却装置。
【請求項２】
バッテリ冷却空気の冷却を促進する放熱フィンを前記水素放出管と前記水素タンクの前記水素放出管の接続部に設けたことを特徴とする請求項１に記載の電動車両用バッテリ冷却装置。
【請求項３】
バッテリの温度を検出するバッテリ温度センサを備え、検出したバッテリ温度に応じて冷却ファンを作動させることを特徴とした請求項１または２に記載の電動車両用バッテリ冷却装置。
【請求項４】
前記バッテリとその下流の前記冷却ファンの間で前記バッテリ冷却空気通路と接続する水素タンク冷却空気通路を備え、前記水素タンクに水素を充填するときに高温となる前記水素タンクの一部を前記水素タンク冷却空気通路に配置することを特徴とする請求項１に記載の電動車両用バッテリ冷却装置。
【請求項５】
前記バッテリ冷却空気通路と前記水素タンク冷却空気通路の連結部に、前記バッテリ冷却空気通路と前記水素タンク冷却空気通路との間で空気を流す通路を選択的に切り替えるための切り替え弁を備え、水素充填時には、前記切り替え弁を開位置にして前記水素タンク冷却空気通路に空気を流し、前記水素タンクの高温部を冷却することを特徴とした請求項４に記載の電動車両用バッテリ冷却装置。
【請求項６】
水素充填時に水素タンクの冷却を促進する放熱フィンを前記水素タンクの高温部に設けたことを特徴とする請求項４または５に記載の電動車両用バッテリ冷却装置。
【請求項７】
前記水素タンク内の水素温度を検知する水素温度センサを水素タンクに備え、前記水素温度が所定値を越えた場合に前記冷却ファンを作動させることを特徴とした請求項５の電動車両用バッテリ冷却装置。
【請求項８】
前記冷却空気を車室内から取り入れることを特徴とした請求項７に記載の電動車両用バッテリ冷却装置。
【請求項９】
前記車室内空調装置を前記水素タンク冷却空気通路の上流端に設け、前記冷却ファン作動後に前記水素タンク内の水素温度が所定値を越えた場合、前記車室内空調装置を作動させて空気を冷却することを特徴とする請求項８に記載の電動車両用バッテリ冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮水素充填時および放出時の熱を利用したバッテリ冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開２００２−１５１１２６号公報には水素タンクを備えた燃料電池システムが開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来技術では、水素タンクへの水素充填時のタンク内の水素温度上昇により、圧力上昇し、水素の充填量が減少し、航続距離が低下するという問題がある。また、燃料電池車両用に搭載されたバッテリは、車室内風を利用して冷却するため、バッテリを冷却するために空調負荷増大となり、燃費の悪化という問題もある。また、バッテリへ車室内風を送風するファンの負荷増大により、燃費の悪化、ファンの騒音大という問題がある。
【０００４】
したがって、本発明の目的は、燃費の悪化およびファンの騒音を軽減したバッテリ冷却装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明による電動車両用バッテリ冷却装置は、パワープラントに水素を供給する水素タンクと、前記水素タンクに接続するとともに、前記バッテリ冷却空気通路内で前記バッテリよりも上流側に配置される水素放出管と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
【発明の効果】
本発明によれば、水素放出管は水素をパワープラントに供給している間、水素の減圧によって温度が低下する。冷却ファンによって水素放出管の周囲に流れ込んだ空気通路内の空気は水素放出管によって冷却され、この冷却された空気によってバッテリが冷却される。そのため、バッテリを冷却するために空調装置の負荷を増大させる必要がなく、燃費の悪化を抑制できる。
【０００７】
【実施の形態】
図１を参照すると、本発明による電動車両用バッテリ冷却装置は、車両に電力を供給するバッテリ６、バッテリ６に冷却用の空気を導入する冷却空気通路８、冷却空気の流れを生み出す冷却ファン７、および水素を貯蔵する水素タンク１を備える。
【０００８】
冷却空気通路８には、空気の流れの上流側からこの例では３つの水素タンク１、バッテリ６、および冷却ファン７が配置される。水素タンク１はタンク内壁を露出させて放熱フィン２を取り付けた第１のネック部２０を有し、この第１のネック部２０が冷却空気通路内８に挿入される。第１のネック部２０からは、水素を水素タンク１に導入する水素吸入管５と、水素を水素タンク１から燃料電池パワープラントに送り出す水素放出管３が伸び、これらの管を通して水素タンク１内水素の充填および放出が行われる。
第１のネック部２０から伸びる水素放出管３は、所定の距離を冷却空気通路８内を冷却空気通路８と概略平行に伸びた後、冷却空気通路８から外へ出る。車両運転時に水素タンク１より放出される水素は、水素タンク１内で高圧に貯蔵された水素が膨張して低温になった水素である。したがって、水素放出管３が冷却空気通路８の内部を平行に伸びる間、水素タンク１から放出された水素は冷却空気通路８を流れる冷却空気と平行に流れ、冷却空気を冷却する。
【０００９】
水素と冷却空気管の熱交換をより促進するため、放熱フィン２１が放出水素管３の周囲に設けられる。これにより、冷却空気が一層低温に冷やされ、バッテリ６に供給する送風量を低減でき、冷却ファン７の消費電力を低減できる。
【００１０】
図２は、水素放出管３と第１のネック部２０の構造を示す。水素放出時には、水素放出管３と水素吸入管５が連結する側の第１のネック部２０が主に低温となるため、第１のネック部２０の周辺に放熱フィン２を、または水素放出管３の周囲に放熱フィン２１を設け、低温の水素と冷却空気との間の熱交換を促進する。
【００１１】
バッテリ冷却装置は、冷却ファン７とバッテリ６の間で冷却空気通路８と接続する水素タンク冷却空気通路２３を備える。この水素タンク冷却空気通路２３の空気の流れの上流側には、水素タンク１の第１のネック部２０と反対側に設けられた第１のネック部２０と類似の構造を有する第２のネック部２２が挿入される。
【００１２】
水素タンク１に水素が加圧注入される充填時、水素タンク１内の水素は圧縮されるため、水素タンク１は高温となる。図３の矢印に示す通り、注入された高温の加圧水素は水素タンク１内を、水素吸入管５の接続側と反対側にある第２のネック部２２に向かって流れ、衝突する。このため、第２のネック部２２は高温に熱せられる。
【００１３】
ここで、水素タンク１は、水素が高温よりも低温のときにより大きな質量の水素を貯蔵することができる。したがって、水素充填時に、水素タンク冷却空気通路２３に空気を流すことにより、第２のネック部２２を冷却し、水素タンク１内の水素を所定の温度に冷却する。第２のネック部２２の周囲に設けた放熱フィン４は、このとき放熱を促進する。これにより、水素タンク１の水素充填率を向上させることができる。
【００１４】
冷却制御装置１００は、上述の水素放出時と水素充填時の冷却空気を制御するために、バッテリ冷却空気通路８と水素タンク冷却空気通路との間で空気の流れを切り替える切り替え弁２５および冷却ファン７の動作を制御する。このため、冷却制御装置１００には、水素タンク１内の水素温度を検出する水素温度センサ９、およびバッテリの温度を検出するバッテリ温度センサ１０からの各検出信号が入力する。
【００１５】
切り替え弁２５は水素タンク冷却通路２３がバッテリ冷却空気通路８とが接続する部位に設けられる。水素充填時、切り替え弁２５は水素タンク冷却空気通路２３を開口して空気を流す。一方、水素放出時には、切り替え弁２５は、水素タンク冷却空気通路２３を閉じて空気の流れを遮断する。水素温度センサ９は水素タンク１の第２のネック部２２の付け根付近に設けられる。バッテリ温度センサ１０はバッテリ６に設けられる。
【００１６】
次に、図４を参照して、水素タンク１に水素を充填する場合のバッテリ冷却装置の制御を説明する。水素注入とともに、水素タンク１内の水素温度が上昇し始める。水素温度センサ９で検出した水素温度が所定の温度である８０℃を超えた場合、冷却制御装置１００は、切り替え弁２５を開位置にし、バッテリ冷却ファン７の作動を開始する。これにより、水素タンク冷却空気通路２３にも空気が流れ、水素タンク１の第２のネック部２２を冷却する。この結果、水素タンク１の水素圧力の上昇を防ぎ、水素タンク１のフェールセーフとしてリリーフバルブが開く所定の温度である１０５℃に達することを防ぎ、水素の充填率を向上する。各所定の温度は他の温度に設定することもできる。また、この場合、水素タンク冷却空気通路２３を通る暖められた空気は、バッテリ６をバイパスするのでバッテリ６の温度が上昇することもない。
一方、車両の運転に伴う水素放出時には、切り替え弁２５を閉位置にし、バッテリ冷却ファン７を作動する。これにより、バッテリ冷却空気通路８にのみ空気の流れができ、冷却空気と低温の水素が水素放出管３の放熱ファン２１を通して熱交換し、バッテリ６の冷却空気の温度を低下させる。
次に、図５を参照して、水素の膨張による温度減少とバッテリ６を所定の温度に維持するために必要な冷却ファン７の所要電力との相関関係を説明する。この図によると、水素温度が低いほど冷却ファン７の所要電力が小さくて済むことがわかる。水素の放出開始とともに、水素温度が低下し始め、これに伴う冷却空気の温度低下により、バッテリの冷却がより促進される。したがって、冷却制御装置１００はバッテリ温度に応じて冷却ファン７の駆動電力を制御することで、冷却ファン７の負荷を低減することができる。
また、冷却ファン７は、バッテリ冷却空気通路８と水素タンク冷却空気通路２３がバッテリ６の下流で合流する位置よりも下流側に設けられているため、水素充填時も放出時も同じ冷却ファン７を使用することができるので、部品数増加によるコスト増加を抑制することができる。
【００１７】
なお、水素充填時と水素放出時の両方の冷却空気通路内に水素放出管側のネック部を配置する構造としても良い。
【００１８】
ここで、第１の実施形態の効果をまとめて列挙する。
【００１９】
本発明によれば、水素放出管３は水素をパワープラントに供給している間、水素の減圧によって温度が低下する。冷却ファン７によって水素放出管３の周囲に流れ込んだバッテリ冷却空気通路８内の空気は水素放出管３によって冷却され、この冷却された空気によってバッテリ６が冷却される。そのため、バッテリ６を冷却するために空調装置の負荷を増大させる必要がなく、燃費の悪化を抑制できる。
水素充填時に空気が流れる水素タンク冷却空気通路２３上に、水素タンク１の第２のネック部２２を配置することにより、水素充填時に高温化する水素タンク１を冷却できるので、水素の充填効率を向上させることができる。また、第２のネック部２２は、水素が注入される部位である第１のネック部２０から対向した位置にあり、水素充填時に最も高温化する部位であるため、ここを冷却すると水素タンク１の冷却効率が良好となる。さらに、第２のネック部２２が配置された水素タンク冷却空気通路２３はバッテリ６をバイパスして流れるため、バッテリ６の冷却性能を阻害しない。
【００２０】
第１のネック部２０と水素放出管３は水素を放出する際には低温になるが、水素を充填する際には水素の加圧により温度が上昇する。そのため、水素充填時に水素放出部分と熱交換した空気がバッテリ６に流れ込むと、バッテリ６を加熱するおそれがある。本発明では、空気は水素充填時にバッテリ６と水素放出部分をバイパスして流れるため、高温化した空気がバッテリ６と熱交換する恐れが小さくなり、バッテリ６の冷却性能が向上する。
【００２１】
水素タンク１の水素充填時に温度上昇する部位に放熱フィン２を設けたため、水素充填時の水素タンク１から効果的に放熱することができる。
【００２２】
水素放出部分に放熱フィン２、２１を設けることにより、水素タンク１の水素放出時に温度低下した部位とバッテリ冷却空気通路２３内の空気とを効率的に熱交換可能であり、下流に位置するバッテリ６の冷却性が向上する。
【００２３】
水素タンク１が水素を吸入する際に冷却ファン７を作動させ、水素タンク１の高温化した部位の冷却性を向上させる。
【００２４】
水素タンク１内の水素温度を検知して、バッテリ冷却用の冷却ファン７を作動させることで、必要に応じてファンを作動させ、水素温度を低下させることができる。
【００２５】
また、水素放出管３に放熱フィン２１を設けることにより、水素と冷却空気管の熱交換をさらに促進する。
次に、図６を参照して、本発明の第２の実施形態を説明する。この実施形態によると、水素タンク１のネック部２０だけではなく、水素タンク１全体がバッテリ冷却空気通路８に挿入される。他の構成要素は第１の実施形態と同じであり、同一の構成要素には同一の参照番号を付す。
これにより、水素充填時には水素タンク１全体が空気により冷却され、水素放出時には水素タンク１全体で空気を冷却することができる。
なお、水素放出時には、充填時のように水素タンク１の温度が上昇しないのでバッテリ冷却空気通路８を通過する空気は水素放出管３の放熱フィン２１において十分に冷却される。したがって、第２の実施形態では第１の実施形態とほぼ同様の効果が得られる。
【００２６】
次に、図７を参照して、本発明の第３の実施形態を説明する。この実施形態によると、バッテリ冷却装置は、水素タンク冷却空気通路２３の上流端に設けられた車室内空調装置５０と、空気通路切り替え弁１３とをさらに備える。他の構成要素は第１の実施形態と同じであり、同一の構成要素には同一の参照番号を付す。車室内空調装置５０は公知の車両用空調装置と同様の構造を有し、ここでは詳細には説明しない。空気通路切り替え弁１３は車室内空調装置５０の冷却用の送風通路５１に対する水素タンク冷却空気通路２３の接続部に設けられる。
【００２７】
水素タンク１への水素充填時に、空気通路切り替え弁１３を開口し、送風通路５１から水素タンク冷却空気通路２３に空気を導入する。水素温度が所定の温度を超えた場合、車室内空調装置５０を作動させることにより、水素タンク冷却空気通路２３に低温の冷却空気を導入する。これにより、第２のネック部２２に設けられた放熱フィン４において注入水素の冷却を促進する。
この場合、再度図４を参照すると、水素温度センサ９で検出した水素温度が所定の温度である約８０度℃を超えた場合、冷却制御装置１００は、冷却ファン７の作動を開始する。さらに水素温度が上昇し、所定の温度である約９０℃を越えた場合に、車両の空調装置５０を作動させ、低温の冷却空気により水素温度を低下させる。これにより、水素圧力の上昇を防ぎ、水素タンク１のフェールセーフとしてリリーフバルブが開く所定の温度である１０５℃に達することを防ぎ、水素の充填率を上げる。
第３の実施形態の効果を列挙する。冷却風を車室内から供給することで、冷却空気温度をさらに低下させることができる。
【００２８】
また、バッテリ冷却用の冷却ファン７を作動させた後、さらに水素温度が上昇し、所定値を越えた場合は、車両用の空調装置５０を作動させることにより、冷却空気の温度をさらに低下させ、水素温度を低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明によるバッテリ冷却装置の概略構成図である。
【００３１】
【図２】水素タンク内の注入水素の流れを説明する図である。
【００３２】
【図３】水素タンクの第１のネック部を示す図である。
【００３３】
【図４】水素タンクへの水素充填時の水素温度推移を説明する図である。
【００３４】
【図５】水素放出時の水素温度推移を説明する図である。
【００３５】
【図６】本発明の第２の実施形態の概略構成図である。
【００３６】
【図７】本発明の第３の実施形態の概略構成図である。
【００３７】
【符号の説明】
１　　　水素タンク
２、　　４、２１　放熱フィン
３　　　水素放出管
５　　　水素吸入管
６　　　バッテリ
７　　　冷却ファン
８　　　バッテリ冷却空気通路
９　　　水素温度センサ
１０　　バッテリ温度センサ
１３　　空気通路切り替え弁
２０　　第１のネック部
２２　　第２のネック部
２３　　水素タンク冷却空気通路
２５　　切り替え弁
３５　　上流端
５０　　車室空調装置
１００　冷却制御装置
【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】
2004087287.tif 000007
【図６】
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【図７】
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