(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧水素ガスを貯蔵する水素貯蔵タンクと、二次電池と、前記水素貯蔵タンクを囲うように配設され冷却風を前記二次電池に導く冷却風導入ダクトとを備え、
前記水素貯蔵タンクにて発生する冷熱により冷却された空気を、前記冷却風導入ダクトを介して、前記二次電池に導くことにより、前記二次電池の冷却を行うことを特徴とする車両用電池冷却システム。
【請求項２】
前記冷却風導入ダクトと前記二次電池との間に、冷却ファンを設置したことを特徴とする請求項１記載の車両用電池冷却システム。
【請求項３】
前記冷却風導入ダクトと前記二次電池との間に、開閉弁を設置したことを特徴とする請求項１記載の車両用電池冷却システム。
【請求項４】
前記冷却風導入ダクトと前記二次電池との間に、冷却ファン及び開閉弁を設置したことを特徴とする請求項１記載の車両用電池冷却システム。
【請求項５】
前記開閉弁及び前記冷却ファンの動作を前記水素貯蔵タンクの温度と前記二次電池の温度とに基づいて制御することを特徴とする請求項４記載の車両用電池冷却システム。
【請求項６】
前記水素貯蔵タンクに放熱板を設置したことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項記載の車両用電池冷却システム。
【請求項７】
前記水素貯蔵タンクに螺旋状の放熱板を設置したことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項記載の車両用電池冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素を燃料とする車両における二次電池を冷却する車両用電池冷却システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動車両またはハイブリッド車両において、駆動用の二次電池が充放電により発熱するため、二次電池の温度を規定温度以下に冷却する必要がある。
【０００３】
このような二次電池冷却システムの従来例としては、特開２００１−１６７８０４号公報や特開２００１−１６７８０６号公報記載の技術が知られている。これらの従来技術は、二次電池に吸気ダクトと排気ダクトとを設け、これらのダクトに配置した吸気ファンまたは排気ファンの回転による外気または車室内空気の流れで二次電池を強制空冷していた。
【０００４】
また、燃料電池用の水素吸蔵合金から水素が放出される際の冷熱を冷熱源として、室内空気を冷却する冷房装置が特開平１０−１４８４１５号公報に記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の二次電池冷却システムにおいて、外気で二次電池を冷却する場合には、二次電池の冷却性能が十分でないという問題点があった。
【０００６】
また空気調和装置で温度調整された車室内空気を使用して二次電池を冷却する場合には、冷却効率は良いが、空気調和装置を動作させるときに電力を使用するため、車両の航続距離が短縮するという問題点があった。
【０００７】
特に燃料電池車両では、加速時の電力アシストや回生電力吸収等のために二次電池から大電流を充放電することが多いため、二次電池が発熱しやすく、二次電池の温度が上昇すると、回生電力吸収量や加速時電力アシスト量が制限されるという問題点があった。
【０００８】
以上の問題点に鑑み、本発明の目的は、車両の航続距離を短縮することなく、効果的に二次電池を冷却することができる車両用電池冷却システムを提供することである。
【０００９】
また本発明の目的は、二次電池温度上昇による回生電力吸収量や加速時電力アシスト量の低下を抑制することができる車両用電池冷却システムを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、上記目的を達成するため、高圧水素ガスを貯蔵する水素貯蔵タンクと、二次電池と、前記水素貯蔵タンクを囲うように配設され冷却風を前記二次電池に導く冷却風導入ダクトとを備え、前記水素貯蔵タンクにて発生する冷熱により冷却された空気を、前記冷却風導入ダクトを介して、前記二次電池に導くことにより、前記二次電池の冷却を行うことを要旨とする車両用電池冷却システムである。
【００１１】
請求項２記載の発明は、上記目的を達成するため、請求項１記載の車両用電池冷却システムにおいて、前記冷却風導入ダクトと前記二次電池との間に、冷却ファンを設置したことを要旨とする。
【００１２】
請求項３記載の発明は、上記目的を達成するため、請求項１記載の車両用電池冷却システムにおいて、前記冷却風導入ダクトと前記二次電池との間に、開閉弁を設置したことを要旨とする。
【００１３】
請求項４記載の発明は、上記目的を達成するため、請求項１記載の車両用電池冷却システムにおいて、前記冷却風導入ダクトと前記二次電池との間に、冷却ファン及び開閉弁を設置したことを要旨とする。
【００１４】
請求項５記載の発明は、上記目的を達成するため、請求項４記載の車両用電池冷却システムにおいて、前記開閉弁及び前記冷却ファンの動作を前記水素貯蔵タンクの温度と前記二次電池の温度とに基づいて制御することを要旨とする。
【００１５】
請求項６記載の発明は、上記目的を達成するため、請求項１乃至請求項５の何れか１項記載の車両用電池冷却システムにおいて、前記水素貯蔵タンクに放熱板を設置したことを要旨とする。
【００１６】
請求項７記載の発明は、上記目的を達成するため、請求項１乃至請求項５の何れか１項記載の車両用電池冷却システムにおいて、前記水素貯蔵タンクに螺旋状の放熱板を設置したことを要旨とする。
【００１８】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、水素貯蔵タンクから水素ガスを放出する時に発生する冷熱を、車両の走行風を利用し、二次電池に導き、二次電池を冷却する構成なので、空気調和装置等により温度調節された空気を使用した二次電池冷却に比べ、燃費が向上及び、二次電池を冷却することができ、二次電池の温度異常による出力低下を抑えられる。
【００１９】
請求項２記載の発明によれば、車両停止時等で、走行風が得られない場合でも、冷却ファンによる強制空冷で二次電池を冷却することができ、二次電池の温度異常による出力低下を抑えられると共に、車両停止時においても水素貯蔵タンク周りの換気も同時に実施できる。
【００２０】
請求項３記載の発明によれば、水素貯蔵タンクの表面温度が二次電池温度より高い場合は、開閉弁を閉じることで、水素貯蔵タンクへ水素ガスを充填して発生する熱により二次電池が加熱されることを防止できる。
【００２１】
請求項４記載の発明によれば、冷却ファンと開閉弁とを同時に備えたので、水素貯蔵タンクの表面温度が二次電池温度より低い場合には、開閉弁を開いて冷却ファンを回転させ二次電池の冷却を行い、水素貯蔵タンクの表面温度が二次電池温度より高い場合は、ファンを逆回転させることにより、水素貯蔵タンクへ水素ガスを充填して発生した熱により、二次電池の加熱を防止しながら、走行風が得られない場合でも、二次電池を冷却することができるため、二次電池の温度異常による出力低下を抑えられると共に、水素貯蔵タンク周りの換気も同時に実施できる。
【００２２】
請求項５記載の発明によれば、冷却ファンと開閉弁を同時に使用し、水素貯蔵タンクと二次電池の温度により、冷却ファンと開閉弁の動作方法を変えるため、水素貯蔵タンクへ水素ガスを充填した時に発生する熱により、二次電池の加熱を防止でき、二次電池の温度異常による出力低下を抑えられると共に、水素貯蔵タンク周りの換気も同時に実施できる。
【００２３】
請求項６記載の発明によれば、水素貯蔵タンクに放熱板を設けるため、水素貯蔵タンク表面から効率よく冷熱を冷却風に伝達できるようになり、二次電池の冷却効率を向上させることができる。
【００２４】
請求項７記載の発明によれば、水素貯蔵タンクに放熱板を螺旋状にして設けるため、水素貯蔵タンク表面から効率よく冷熱を冷却風に伝達できるとともに、放熱板による水素だまりを発生させずに、水素貯蔵タンク周りの換気も同時に実施できる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
〔第一実施形態〕
図１は、本発明に係る車両用電池冷却システムの水素貯蔵タンクと二次電池との位置関係を説明する図である。同図において、車両のフレーム１１の上面には、水素ガスを貯蔵する水素貯蔵タンク１０が取り付けられ、フレーム１１の下面には、加速時の電力アシストや回生エネルギーを貯蔵する二次電池１２が取り付けられる。水素貯蔵タンク１０は、高圧ガスタンクとして構成してもよいし、水素吸蔵合金を内蔵するタンクとして構成してもよい。
【００２７】
図２は、本発明に係る車両用電池冷却システムの第一実施形態を説明する概略断面図である。本実施形態では、水素ガスを燃料とする燃料電池車両に本発明を適用した例を示している。同図において、冷却風導入ダクト１３は水素貯蔵タンク１０を囲うように、フレーム１１に取り付ける。二次電池１２の冷却は走行風１４が冷却風導入ダクト１３を介して二次電池１２に冷却風１５として供給され、二次電池１２内を巡回し、排気ダクト１７から冷却風排気１６として外部へ排気される。尚、詳細は図示しないが、二次電池１２は、複数のユニットを直列接続して構成され、各ユニット間は、冷却風が通り抜けるように冷却チャネルが設けられている。
【００２８】
この燃料電池車両の動作は、以下の通りである。
【００２９】
１．水素貯蔵タンク１０内の水素ガスを図示しない燃料電池へ供給する。この時の水素貯蔵タンク１０からの水素放出量に応じて、水素が気体として放出される際の冷熱により、水素貯蔵タンク１０の表面温度が低下して行く。
【００３０】
２．燃料電池では、水素ガスと図示しない空気供給源からの空気ガスを用いて直流電力を発電させる。
【００３１】
３．燃料電池にて発電された直流電力は図示しない電力ケーブルを通して図示しないＤＣ／ＡＣインバータへ供給される。
【００３２】
４．二次電池１２の電力はＤＣ／ＤＣコンバータにて電圧調整され、ＤＣ／ＡＣインバータへ供給される。
【００３３】
５．ＤＣ／ＡＣインバータでは、燃料電池にて発電された直流電力と二次電池から供給された直流電力を交流電力に変換する。
【００３４】
６．ＤＣ／ＡＣインバータにて作成された交流電力は、電力ケーブルを通して、図示しない駆動モータへ供給される。
【００３５】
７．駆動モータでは、供給された交流電力を用いて車両を駆動させる。
【００３６】
二次電池１２の温度は、二次電池１２の充放電（加速時の電力アシストでは放電、回生時の電力吸収では充電）を行うことにより上昇していく。
【００３７】
二次電池１２の温度上昇時は車両としては、水素貯蔵タンク１０から、水素を取り出し、燃料電池にて発電して走行しており、水素貯蔵タンク１０は冷熱により表面温度が低下している。その走行風１４は、冷却風導入ダクト１３を介して、二次電池１２に導入することにより、水素貯蔵タンク１０の表面の冷気を冷却風１５として、二次電池１２を冷却し、二次電池１２内を冷却循環させた冷却風は、排気ダクト１７から冷却風排気１６として、外部へ排気する。
【００３８】
〔第二実施形態〕
図３は、本発明に係る車両用電池冷却システムの第二実施形態を説明する概略断面図である。本実施形態と第一実施形態との異なる部分のみ説明し、共通の部分は説明を省略する。
【００３９】
図３において、冷却風導入ダクト１３と二次電池１２との間に冷却ファン１８が設置されている。その他の構成は、第一実施形態と同様である。冷却ファン１８は、特に限定されないが、例えば図示しないコントローラからの制御信号により回転制御される電動モータにより駆動される。コントローラは、図示しない車速センサから車速信号、外気温センサから外気温度、二次電池温度センサから二次電池温度をそれぞれ入力するようになっている。そしてコントローラは、車速と外気温度と二次電池温度とを変数とするマップを参照して、冷却ファン１８を駆動するか否かの判断、或いは冷却ファンの停止を含む回転駆動速度を判断して、前記電動モータの回転を制御する。
【００４０】
本実施形態では、冷却風導入ダクト１３と二次電池１２との間に冷却ファン１８を設置したので、低速走行時等で走行風１４が得られない様な場合でも、冷却ファン１８を回転駆動することにより、二次電池１２へ冷却風１５の供給が可能となり、二次電池１２の低速時の放熱性能が向上する。
【００４１】
〔第三実施形態〕
図４は、本発明に係る車両用電池冷却システムの第三実施形態を説明する概略断面図である。本実施形態と第一実施形態との異なる部分のみ説明し、共通の部分は説明を省略する。
【００４２】
図４において、冷却風導入ダクト１３と二次電池１２との間に電磁式開閉弁１９が設置されている。その他の構成は、第一実施形態と同様である。電磁式開閉弁１９は、図示しないコントローラからの制御信号により開閉制御されるものである。コントローラは、特に限定されないが、図示しない水素貯蔵タンク温度センサ及び二次電池温度センサから、水素貯蔵タンク温度、二次電池温度をそれぞれ入力するようになっている。そしてコントローラは、水素貯蔵タンク１０へ水素を充填した直後等の水素貯蔵タンク温度が二次電池温度より高い場合には、電磁式開閉弁１９を閉じるように制御する。逆に、水素貯蔵タンク温度が二次電池温度より低い場合には、電磁式開閉弁１９を閉じるように制御する。
【００４３】
本実施形態では、冷却風導入ダクト１３と二次電池１２との間に電磁式開閉弁１９を設置したので、水素貯蔵タンク１０へ水素を充填した直後等の二次電池１２より、水素貯蔵タンク１０の温度が高い場合に、電磁式開閉弁１９を閉じることにより、二次電池１２を暖めることを防止する。また、二次電池１２より、水素貯蔵タンク１０の温度が低い場合には、電磁式開閉弁１９を開くことにより、二次電池１２の冷却を行うことができる。
【００４４】
〔第四実施形態〕
図５は、本発明に係る車両用電池冷却システムの第四実施形態を説明する概略断面図である。本実施形態と第一実施形態との異なる部分のみ説明し、共通の部分は説明を省略する。
【００４５】
図５に示すように、本実施形態においては、冷却風導入ダクト１３と二次電池１２の間に冷却ファン１８と電磁式開閉弁１９とを直列に設置することで構成される。その他の構成は、第一実施形態と同様である。冷却ファン１８と電磁式開閉弁１９は、図示しないコントローラからの制御信号によりそれぞれ制御されるものである。コントローラは、特に限定されないが、図示しない水素貯蔵タンク温度センサ及び二次電池温度センサから、水素貯蔵タンク温度、二次電池温度をそれぞれ入力するようになっている。そしてコントローラは、水素貯蔵タンク１０へ水素を充填した直後等の水素貯蔵タンク温度が二次電池温度より高い場合には、電磁式開閉弁１９を閉じるように制御する。逆に、水素貯蔵タンク温度が二次電池温度より低い場合には、電磁式開閉弁１９を閉じるように制御する。
【００４６】
また、コントローラには、図示しない車速センサから車速信号、外気温センサから外気温度、二次電池温度センサから二次電池温度をそれぞれ入力するようになっている。そしてコントローラは、電磁式開閉弁１９を開いている際に、車速と外気温度と二次電池温度とを変数とするマップを参照して、冷却ファン１８を駆動するか否かの判断、或いは冷却ファンの停止を含む回転駆動速度を判断して、前記電動モータの回転を制御する。
【００４７】
本実施形態では、冷却風導入ダクト１３と二次電池１２の間に冷却ファン１８と電磁式開閉弁１９を設置した。このことにより、低速走行等で走行風１４が得られない様なときに、二次電池１２の温度より水素貯蔵タンク１０の温度が低い場合には、電磁式開閉弁１９を開き、冷却ファン１８により、二次電池１２へ冷却風１５の供給が可能となる。また、水素貯蔵タンク１０へ水素を充填した直後等の二次電池１２より、水素貯蔵タンク１０の温度が高い場合に、電磁式開閉弁１９を閉じることにより、二次電池１２を暖めることを防止する。また、二次電池１２より、水素貯蔵タンク１０の温度が高い場合には、電磁式開閉弁１９を開き、冷却ファン１８を逆回転させることにより、冷却風排気から外気を吸入し、二次電池１２内部を通って、水素貯蔵タンクを冷却することもできる。
【００４８】
〔第五実施形態〕
図６は、本発明に係る車両用電池冷却システムの第五実施形態を説明する概略図である。本実施形態と第一実施形態との異なる部分のみ説明し、共通の部分は説明を省略する。
【００４９】
図６において、水素貯蔵タンク１０の軸方向に沿って、水素貯蔵タンク１０の表面に４枚の放熱板１９を設置している。尚、放熱板の数は、図示した４枚に限らず何枚でもよい。また放熱板を設置する方向もタンク軸方向に限らず、タンク外周方向（軸方向に垂直な方向）としてもよい。
【００５０】
本実施形態では、水素貯蔵タンク１０に放熱板１９を取り付けることにより、水素貯蔵タンク１０の表面積を拡大し、燃料電池での発電目的による、水素タンク１０から水素を放出で発生した冷熱を、効率的に冷却風の伝達することができる。
【００５１】
〔第六実施形態〕
図７は、本発明に係る車両用電池冷却システムの第六実施形態を説明する概略図である。本実施形態と第一実施形態との異なる部分のみ説明し、共通の部分は説明を省略する。
【００５２】
図７において、水素貯蔵タンク１０の表面に螺旋状放熱板２０を設置する。
【００５３】
本実施形態では、水素貯蔵タンク１０に螺旋状放熱板２０を取り付けることにより、水素貯蔵タンク１０の表面積を拡大し、燃料電池での発電目的による、水素タンク１０から水素を放出で発生した冷熱を、効率的に冷却風に伝達することができると共に、図６の第五実施形態に対して冷却板を螺旋構造にすることにより、空気抵抗が減少し冷却風が通りやすくなる。
【００５４】
上記第一〜第六実施形態では水素ガスを用いて説明して来たが、水素ガスに限定した物ではなく、他の代替燃料であるＣＮＧやプロパンガス等他の燃料として用いられる高圧ガスにおいても、同様の特性を示すため、同様の効果が得られる。また、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定する為に記載されたものではない。実施形態が変わっても同一機能を有した物であれば、本発明の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】水素貯蔵タンクと二次電池との位置関係を説明する図である。
【図２】本発明に係る車両用電池冷却システムの第一実施形態の構成を示す構成図である。
【図３】本発明に係る車両用電池冷却システムの第二実施形態の構成を示す構成図である。
【図４】本発明に係る車両用電池冷却システムの第三実施形態の構成を示す構成図である。
【図５】本発明に係る車両用電池冷却システムの第四実施形態の構成を示す構成図である。
【図６】本発明に係る車両用電池冷却システムの第五実施形態の構成を示す構成図である。
【図７】本発明に係る車両用電池冷却システムの第六実施形態の構成を示す構成図である。
【符号の説明】
１０…水素貯蔵タンク
１１…フレーム
１２…二次電池
１３…冷却風導入ダクト
１４…走行風
１５…冷却風
１６…排気冷却風
１７…排気ダクト
１８…冷却ファン
１９…電磁開閉弁
２０…放熱板
２１…螺旋状放熱板
【図１】
0003912162.tif 000002
【図２】
0003912162.tif 000003
【図３】
0003912162.tif 000004
【図４】
0003912162.tif 000005
【図５】
0003912162.tif 000006
【図６】
0003912162.tif 000007
【図７】
0003912162.tif 000008