特許 7378204 温度調整システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-02

(45)【発行日】2023-11-13

(54)【発明の名称】温度調整システム

(51)【国際特許分類】

   B60L 3/00 20190101AFI20231106BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20231106BHJP

   H01M 10/615 20140101ALI20231106BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20231106BHJP

   H01M 10/6568 20140101ALI20231106BHJP

   H01M 10/6556 20140101ALI20231106BHJP

   B60L 50/60 20190101ALI20231106BHJP

   B60L 58/26 20190101ALI20231106BHJP

   B60L 58/27 20190101ALI20231106BHJP

【ＦＩ】

B60L3/00 J

B60L3/00 S

H02M7/48 Z

H01M10/615

H01M10/613

H01M10/6568

H01M10/6556

B60L50/60

B60L58/26

B60L58/27

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2018212835

(22)【出願日】2018-11-13

(65)【公開番号】P2020080611

(43)【公開日】2020-05-28

【審査請求日】2021-10-01

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】509186579

【氏名又は名称】日立Ａｓｔｅｍｏ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001634

【氏名又は名称】弁理士法人志賀国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】武居 夏生

(72)【発明者】

【氏名】住谷 武則

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 帆南

(72)【発明者】

【氏名】辻田 真幸

【審査官】篠原 将之

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－０９３０４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／０８８４７６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００９－２９８１９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０２３１８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－０７３９０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０６１８７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５５３７９５６（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６０Ｌ １／００ － ３／１２

Ｂ６０Ｌ ７／００ － １３／００

Ｂ６０Ｌ １５／００ － ５８／４０

Ｈ０２Ｍ ７／４８

Ｈ０１Ｍ １０／６０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

バッテリと、前記バッテリを充電する充電器と、前記バッテリに接続される電力変換器と、前記電力変換器に接続されるモータとの温度を熱媒体により調整すると共に、前記熱媒体を熱交換する熱交換器を備える温度調整システムであって、
前記熱交換器によって熱交換された前記熱媒体を前記充電器に供給する第１熱媒体流路と、
前記第１熱媒体流路に並列に接続され、前記熱交換器によって熱交換された前記熱媒体を前記電力変換器及び前記モータに供給する第２熱媒体流路と、
前記第１熱媒体流路及び前記第２熱媒体流路に接続され、前記充電器、前記電力変換器及び前記モータにおいて熱交換された前記熱媒体を前記熱交換器へと案内する熱交換流路と、
前記第１熱媒体流路と前記第２熱媒体流路との流量を調整する弁装置とを備え、
前記弁装置は、前記第１熱媒体流路において前記バッテリを迂回する第１バイパス流路との合流点の下流側かつ前記充電器の上流側に設けられ、前記第１熱媒体流路の流量を調整する第１流量調整弁と、
前記第２熱媒体流路において前記電力変換器の上流側に設けられ、前記第２熱媒体流路における流量を調整する第２流量調整弁と
を備えることを特徴とする温度調整システム。

【請求項2】

前記第１熱媒体流路に接続され、前記充電器を迂回する第２バイパス流路を備えることを特徴とする請求項１記載の温度調整システム。

【請求項3】

前記弁装置として、前記第１熱媒体流路と前記第１バイパス流路とを切り替える第１切替弁と、
前記第１熱媒体流路と前記第２熱媒体流路とを切り替える第２切替弁を備えることを特徴とする請求項１または２記載の温度調整システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、温度調整システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

例えば、特許文献1には、電動機付き自動車に搭載される機器に対して、冷却液（熱媒体）を供給する冷却装置が開示されている。特許文献1においては、コンバータ、充電器、モータ駆動用インバータ（電力変換器）、走行用モータ及びラジエータを対象とし、各機器を直列に接続して循環する流路が形成されている。このような流路中を冷却液が循環することにより、各機器に冷却液が供給される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１１－２１７５５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記の冷却装置においては、各機器を直列に接続しているため、熱媒体を供給するにあたり、冷却が必要な機器に対して重点的に熱媒体を供給することができない。例えば、高温環境下でバッテリに対して充電を行う場合には、充電器を十分に冷却する必要があり、充電器に対して重点的に熱媒体を供給することが必要となる。

【0005】

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、充電器に対して効率的に熱媒体を供給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に、本発明では、第１の手段として、バッテリと、前記バッテリを充電する充電器と、前記バッテリに接続される電力変換器と、前記電力変換器に接続されるモータとの温度を熱媒体により調整すると共に、前記熱媒体を熱交換する熱交換器を備える温度調整システムであって、前記充電器に前記熱媒体を供給する第１熱媒体流路と、前記第１熱媒体流路に並列に接続され、前記電力変換器及び前記モータに前記熱媒体を供給する第２熱媒体流路と、前記第１熱媒体流路及び前記第２熱媒体流路に接続され、前記熱媒体を熱交換器へと案内する熱交換流路と、前記第１熱媒体流路と前記第２熱媒体流路との流量を調整する弁装置とを備える、という構成を採用する。

【0007】

第２の手段として、前記第１熱媒体流路に接続され、前記バッテリを迂回する第１バイパス流路を備える、という構成を採用する。

【0008】

第３の手段として、前記第１熱媒体流路に接続され、前記充電器を迂回する第２バイパス流路を備える、という構成を採用する。

【0009】

第４の手段として、前記弁装置として、前記第１熱媒体流路と前記第１バイパス流路とを切り替える第１切替弁と、前記第１熱媒体流路と前記第２熱媒体流路とを切り替える第２切替弁を備える、という構成を採用する。

【0010】

第５の手段として、前記弁装置は、前記第１熱媒体流路に設けられ、前記第１熱媒体流路の流量を調整する第１流量調整弁と、前記第２熱媒体流路に設けられ、前記第２熱媒体流路における流量を調整する第２流量調整弁とを備える、という構成を採用する。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、充電器が接続された第１熱媒体流路と、電力変換器及びモータが接続された第２熱媒体流路とを備え、第１熱媒体流路と第２熱媒体流路とを切り替えて選択可能としている。これにより、充電器を重点的に冷却したい場合には、充電器に対して優先的かつ効率的に熱媒体を供給することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の第１実施形態に係る温度調整システムを示す模式図である。

【図2】本発明の第２実施形態に係る温度調整システムを示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照して、本発明に係る温度調整システムの一実施形態について説明する。

【0014】

［第１実施形態］
まず、図１に示す本実施形態に係る温度調整システム１の対象となるバッテリＡ、充電器Ｂ、コンバータＣ、電力変換器Ｄ及びモータＥについて説明する。
バッテリＡは、複数の電池セルが直列接続された組電池であり、比較的高圧（数百ボルト）の電力（バッテリ電力）を、電力変換器Ｄを介してモータＥへと供給する。

【0015】

充電器Ｂは、バッテリＡを充電する機器である。すなわち、充電器Ｂは、一対の出力端のうち、高電位側の出力端がバッテリＡのプラス端子に接続され、また低電位側の出力端がバッテリＡのマイナス端子に接続される。なお、このような充電器Ｂは、バッテリＡに対して着脱自在に構成されている。すなわち、充電器Ｂは、必要に応じてバッテリＡに接続されて当該バッテリＡを充電する。

【0016】

コンバータＣは、バッテリＡと電力変換器Ｄとの間に設けられ、バッテリＡから供給される電圧を所定値まで昇降圧する機器である。

【0017】

電力変換器Ｄは、不図示のパワー半導体素子を備え、バッテリＡの電力を交流電力へと変換し、当該直流電力をモータＥへと供給する機器である。モータＥは、例えば、車両の走行動力を発生させる走行用モータとされる。

【0018】

本実施形態に係る温度調整システム１は、バッテリＡ、充電器Ｂ、コンバータＣ、電力変換器Ｄ及びモータＥを冷却または加温するシステムである。このような温度調整システム１は、熱媒体(例えば、冷却水)を案内する流路として、第１熱媒体流路Ｒ１と、第２熱媒体流路Ｒ２と、第１バイパス流路Ｒ３と、第２バイパス流路Ｒ４と、熱交換流路Ｒ５とを有している。また、温度調整システム１は、熱交換器２と、ポンプ３と、第１切替弁４と、第２切替弁５とを備えている。

【0019】

第１熱媒体流路Ｒ１は、バッテリＡ、充電器Ｂ、熱交換器２及びポンプ３と接続され、上流側の端部がポンプ３に接続されると共に下流側の端部が熱交換流路Ｒ５に接続された流路である。

【0020】

第２熱媒体流路Ｒ２は、電力変換器Ｄ及びモータＥと接続されると共に、上流側の端部が第１熱媒体流路Ｒ１におけるポンプ３とバッテリＡとの間に接続され、下流側の端部が熱交換流路Ｒ５に接続された流路である。

【0021】

第１バイパス流路Ｒ３は、上流側の端部が第１熱媒体流路Ｒ１におけるポンプ３とバッテリＡとの間に接続され、下流側の端部が第１熱媒体流路Ｒ１におけるバッテリＡと充電器Ｂとの間に接続された流路である。この第１バイパス流路Ｒ３は、バッテリＡを迂回する流路である。

【0022】

第２バイパス流路Ｒ４は、コンバータＣが接続されると共に、上流側の端部が第１バイパス流路Ｒ３に接続され、下流側の端部が熱交換流路Ｒ５に接続された流路である。この第２バイパス流路Ｒ４は、充電器Ｂを迂回する流路である。

【0023】

熱交換流路Ｒ５は、熱交換器２と接続されると共に、下流側の端部がポンプ３へと接続された流路である。

【0024】

熱交換器２は、通過する熱媒体と外気とを熱交換し、熱媒体を冷却する機器である。ポンプ３は、熱交換器２から排出された熱媒体を圧送する機器である。すなわち、第１熱媒体流路Ｒ１においては、熱交換器２により冷却された熱媒体がポンプ３によりバッテリＡへと供給される。

【0025】

第１切替弁４は、不図示のＥＣＵにより制御可能とされる電動弁であり、第１熱媒体流路Ｒ１と第１バイパス流路Ｒ３との上流側の接続部に設けられている３方弁である。この第１切替弁４は、該第１切替弁４の下流側において、第１熱媒体流路Ｒ１と第１バイパス流路Ｒ３とを切り替える装置である。すなわち、第１切替弁４を切り替えることにより、熱媒体がバッテリＡを通過する、またはバッテリＡを迂回することが切り替え可能である。

【0026】

第２切替弁５は、ＥＣＵにより制御可能とされる電動弁であり、第１熱媒体流路Ｒ１と第２熱媒体流路Ｒ２と第２バイパス流路Ｒ４との下流側の接続部に設けられている４方弁である。この第２切替弁５は、第１熱媒体流路Ｒ１と第２熱媒体流路Ｒ２と第２バイパス流路Ｒ４とのいずれかを熱交換流路Ｒ５へと接続させる装置である。すなわち、第２切替弁５を切り替えることにより、充電器Ｂと、コンバータＣと、電力変換器Ｄ及びモータＥとのいずれに熱媒体を供給するかを切り替え可能である。

【0027】

このような本実施形態に係る温度調整システム１の動作について説明する。
例えば、車両が一定速度で走行している通常走行時には、バッテリＡの温度がバッテリの稼働に当たり適切な温度に保たれる。したがって、このとき、バッテリＡ、充電器Ｂ及びコンバータＣを冷却または加温する必要がない。このような場合には、ＥＣＵは、電力変換器Ｄ及びモータＥのみを冷却する必要があるため、第１切替弁４を完全に閉弁し、第１熱媒体流路Ｒ１の下流側及び第１バイパス流路Ｒ３を遮断する。これにより、第２熱媒体流路Ｒ２と、第１熱媒体流路Ｒ１にのみ熱媒体が流れるため、電力変換器Ｄ及びモータＥを冷却した熱媒体が熱交換器２へと流れ、冷却された後に、再び電力変換器Ｄ及びモータＥへと戻る循環流路が形成される。

【0028】

また、バッテリＡの温度が低く、かつコンバータＣ、電力変換器Ｄ及びモータＥの温度が高い場合には、バッテリＡを適切な温度まで加温する必要があり、さらにコンバータＣ、電力変換器Ｄ及びモータＥを冷却する必要がある。このような場合には、ＥＣＵは、第１切替弁４及び第２切替弁５を操作することにより、第１熱媒体流路Ｒ１の下流側へと熱媒体が流れるようにすると共に、第２バイパス流路Ｒ４及び第２熱媒体流路Ｒ２から熱交換流路Ｒ５へと熱媒体が流れるようにする。これにより、コンバータＣ、電力変換器Ｄ及びモータＥを冷却することにより温度の上昇した熱媒体が、熱交換器２において適温まで冷却された後に、バッテリＡへと供給される。

【0029】

また、高温環境下での走行時など、バッテリＡ、コンバータＣ、電力変換器Ｄ及びモータＥの冷却が必要な場合には、ＥＣＵは、まず、第１切替弁４を第１熱媒体流路Ｒ１の下流側へと切り替え、さらに第２切替弁５を第２熱媒体流路Ｒ２及び第２バイパス流路Ｒ４から熱交換器２へと流れるように切り替える。これにより、バッテリＡ、コンバータＣ、電力変換器Ｄ及びモータＥが同時に冷却される。
なお、当該条件下において、コンバータＣ、電力変換器Ｄ及びモータＥにおける放熱量が大きく、循環する熱媒体の温度が上昇することで熱媒体によりバッテリＡの温度が上昇してしまう場合には、ＥＣＵは、第１切替弁４を第１バイパス流路Ｒ３側へと切り替える。これにより、バッテリＡは、冷却系統から切り離され、熱媒体による昇温が防止される。

【0030】

また、高温環境下でバッテリＡを充電する際には、バッテリＡ、充電器Ｂ及びコンバータＣを重点的に冷却する必要がある。なお、この際には、車両は停止しているため、電力変換器Ｄ及びモータＥについて冷却の必要はない。したがって、このような場合には、ＥＣＵは、第１切替弁４については第１熱媒体流路Ｒ１のバッテリＡ側へと流れるように切り替え、第２切替弁５については第１熱媒体流路Ｒ１及び第２バイパス流路Ｒ４を熱交換流路Ｒ５へと接続するように切り替える。これにより、熱媒体は、電力変換器Ｄ及びモータＥに供給されず、バッテリＡ、充電器Ｂ及びコンバータＣに対してのみ供給される。
また、当該条件下において、充電器Ｂにおける放熱量が大きく、循環する熱媒体の温度が上昇することで、熱媒体によりバッテリＡの温度が上昇してしまう場合には、ＥＣＵは、第１切替弁４を第１バイパス流路Ｒ３側へと切り替える。これにより、バッテリＡは、冷却系統から切り離され、熱媒体による昇温が防止される。さらに、コンバータＣが冷却の必要性のない温度である場合には、ＥＣＵは、第２切替弁５を第１熱媒体流路Ｒ１のみが熱交換器２へと接続するように切り替える。これにより、熱媒体は、充電器Ｂのみに供給されることとなる。

【0031】

このような本実施形態によれば、充電器Ｂを通る第１熱媒体流路Ｒ１と、充電器Ｂを迂回する第２バイパス流路Ｒ４とが並列に形成されている。これにより、非充電時において充電器Ｂを迂回する流路が形成されるため、効率的に熱媒体を供給することができる。
また、本実施形態によれば、高温環境下で充電する際に、充電器Ｂを重点的に冷却することが可能となる。したがって、熱媒体による冷却効率が向上し、充電時において、充電器Ｂを適切な温度に保つことが可能である。

【0032】

また、本実施形態によれば、第１切替弁４及び第２切替弁５により、各流路を切り替え可能としている。これにより、冷却の必要のない機器を冷却系統から切り離すことが可能となる。したがって、冷却の必要のある機器のみに効率的に熱媒体を供給することが可能である。

【0033】

［第２実施形態］
上記第１実施形態の変形例を第２実施形態として説明する。なお、上記第１実施形態と同一の構成については符号を同一とし、説明を省略する。

【0034】

本実施形態においては、温度調整システム１は、図２に示すように、第１切替弁４及び第２切替弁５を備えず、第１流量調整弁６と、第２流量調整弁７と、第３流量調整弁８とを備えている。なお、第１流量調整弁６と、第２流量調整弁７とは、本発明における弁装置に相当する。

【0035】

第１流量調整弁６は、ＥＣＵにより制御可能とされる電動弁であり、第１熱媒体流路Ｒ１において、第１バイパス流路Ｒ３の合流点の下流側であって充電器Ｂの上流側に設けられている。すなわち、第１流量調整弁６は、充電器Ｂへと流れる熱媒体の流量を調整可能としている。

【0036】

第２流量調整弁７は、ＥＣＵにより制御可能とされる電動弁であり、第２熱媒体流路Ｒ２において電力変換器Ｄの上流側に設けられている。すなわち、第２流量調整弁７は、第２熱媒体流路Ｒ２へと流れる熱媒体の流量を調整可能としている。

【0037】

第３流量調整弁８は、ＥＣＵにより制御可能とされる電動弁であり、第１バイパス流路Ｒ３に設けられている。すなわち、第３流量調整弁８は、第１バイパス流路Ｒ３へと流れる熱媒体の流量を調整可能としている。

【0038】

このような本実施形態においては、例えば、バッテリＡ、コンバータＣ、電力変換器Ｄ及びモータＥを同時に冷却する際には、ＥＣＵは、第１流量調整弁６及び第３流量調整弁８を完全に閉弁し、第２流量調整弁７の開度を半開とする。これにより、第２熱媒体流路Ｒ２と第１熱媒体流路Ｒ１とに流れる熱媒体の流量がほぼ等量となり、バッテリＡ及びコンバータＣと、電力変換器Ｄ及びモータＥとに分かれて熱媒体が流れる。

【0039】

また、充電器Ｂ及びコンバータＣを冷却する場合には、ＥＣＵは、第１流量調整弁６を半開とし、第２流量調整弁７を完全に閉弁し、第３流量調整弁８を完全に開弁する。これにより、圧力損失が大きいバッテリＡ、電力変換器Ｄ及びモータＥに対しては熱媒体がほとんど供給されず、かつ、充電器Ｂ及びコンバータＣにほぼ等量ずつ熱媒体が供給される。

【0040】

また、ＥＣＵが第１流量調整弁６、第２流量調整弁７及び第３流量調整弁８を全て半開とすることにより、バッテリＡ、充電器Ｂ、コンバータＣ、電力変換器Ｄ及びモータＥの全てに対して熱媒体を供給することが可能である。

【0041】

このような本実施形態によれば、流量調整弁を用いて各流路へと流れる熱媒体の流量を調整する。したがって、各機器の冷却量を詳細に調整することが可能である。したがって、熱媒体を効率的に各機器へと供給し、熱媒体による冷却効率がより向上し、充電時において、充電器Ｂを適切な温度に保つことが可能である。

【0042】

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

【0043】

上記実施形態においては、コンバータＣについても冷却可能としたが、本発明はこれに限定されない。冷却対象にコンバータＣを含まなくともよい。この場合、第２バイパス流路Ｒ４上に機器は配置されない。

【0044】

また、上記第2実施形態において、流量調整弁が設けられた流路と並列する流路に対して、オリフィスを設けるものとしてもよい。この場合、オリフィスにより、流量調整弁が設けられている流路よりも並列する流路の圧力損失が大きくなるため、流量調整弁による流量調整がより支配的となる。

【符号の説明】

【0045】

１ 温度調整システム
２ 熱交換器
３ ポンプ
４ 第１切替弁
５ 第２切替弁
６ 第１流量調整弁
７ 第２流量調整弁
８ 第３流量調整弁
Ａ バッテリ
Ｂ 充電器
Ｃ コンバータ
Ｄ 電力変換器
Ｅ モータ
Ｒ１ 第１熱媒体流路
Ｒ２ 第２熱媒体流路
Ｒ３ 第１バイパス流路
Ｒ４ 第２バイパス流路
Ｒ５ 熱交換流路

【図1】

【図2】