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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023130950
(43)【公開日】2023-09-21
(54)【発明の名称】電動車両
(51)【国際特許分類】
B60L 58/26 20190101AFI20230913BHJP
B60H 1/22 20060101ALI20230913BHJP
B60H 1/32 20060101ALI20230913BHJP
F25B 1/00 20060101ALI20230913BHJP
F25B 5/02 20060101ALI20230913BHJP
F25B 39/02 20060101ALI20230913BHJP
F25B 47/02 20060101ALI20230913BHJP
【ＦＩ】
B60L58/26
B60H1/22 671
B60H1/32 624H
B60H1/22 651C
B60H1/22 651A
F25B1/00 321L
F25B5/02 530Z
F25B39/02 Z
F25B47/02 510E
F25B47/02 550C
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022035562
(22)【出願日】2022-03-08
(71)【出願人】
【識別番号】000173809
【氏名又は名称】一般財団法人電力中央研究所
(74)【代理人】
【識別番号】100101236
【弁理士】
【氏名又は名称】栗原 浩之
(74)【代理人】
【識別番号】100166914
【弁理士】
【氏名又は名称】山▲崎▼ 雄一郎
(72)【発明者】
【氏名】張 莉
(72)【発明者】
【氏名】東 朋寛
(72)【発明者】
【氏名】斉川 路之
【テーマコード（参考）】
3L211
5H125
【Ｆターム（参考）】
3L211AA10
3L211AA11
3L211BA02
3L211BA23
3L211BA27
3L211BA42
3L211CA14
3L211EA86
3L211FA38
3L211GA26
3L211GA41
5H125AA01
5H125AC12
5H125BC19
5H125CD08
5H125FF24
(57)【要約】
【課題】バッテリの電力を用いることなく（バッテリの電力を消費することなく）バッテリの冷却を行う。
【解決手段】車室用蒸発器６が蒸発器として動作された際の凝縮水を利用して外気を冷やし、電力を用いずに（バッテリファン１４の動力は除く）、冷やされた外気ＳＡｂによりバッテリ１１を冷却し、ヒートポンプシステム（ヒートポンプサイクル）で得られる副産物（凝縮水）を有効に利用してバッテリ１１の温度管理（冷却）を行う。
【選択図】 図１
【解決手段】車室用蒸発器６が蒸発器として動作された際の凝縮水を利用して外気を冷やし、電力を用いずに（バッテリファン１４の動力は除く）、冷やされた外気ＳＡｂによりバッテリ１１を冷却し、ヒートポンプシステム（ヒートポンプサイクル）で得られる副産物（凝縮水）を有効に利用してバッテリ１１の温度管理（冷却）を行う。
【選択図】 図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
車室内熱交換器、車室外熱交換器、車室用蒸発器を有し、圧縮手段、経路切換え手段、膨張手段を介して所望の状態にされた冷媒が循環されるヒートポンプサイクルと、
車両の動力を得るための電力が貯められるバッテリとを備えた電動車両において、
冷却源が供給されることで前記バッテリの冷却を行うバッテリ冷却手段と、
前記車室用蒸発器が蒸発器として動作された際に生じる凝縮水を前記冷却源として前記バッテリ冷却手段に反映させる冷却源反映手段とを備えた
ことを特徴とする電動車両。
車両の動力を得るための電力が貯められるバッテリとを備えた電動車両において、
冷却源が供給されることで前記バッテリの冷却を行うバッテリ冷却手段と、
前記車室用蒸発器が蒸発器として動作された際に生じる凝縮水を前記冷却源として前記バッテリ冷却手段に反映させる冷却源反映手段とを備えた
ことを特徴とする電動車両。
【請求項2】
請求項１に記載の電動車両において、
前記バッテリ冷却手段は、
前記バッテリに隣接して配される凝縮水保持手段と、前記凝縮水保持手段を通して外気を前記バッテリに送る送給手段とを有し、
前記冷却源反映手段は、
前記凝縮水を前記凝縮水保持手段に送る手段である
ことを特徴とする電動車両。
前記バッテリ冷却手段は、
前記バッテリに隣接して配される凝縮水保持手段と、前記凝縮水保持手段を通して外気を前記バッテリに送る送給手段とを有し、
前記冷却源反映手段は、
前記凝縮水を前記凝縮水保持手段に送る手段である
ことを特徴とする電動車両。
【請求項3】
請求項２に記載の電動車両において、
前記凝縮水保持手段はバッテリ用熱交換器であり、
前記バッテリ用熱交換器は、
媒体が流通する媒体経路の外側に高分子吸着剤が配され、
前記冷却源反映手段は、
前記凝縮水を前記バッテリ用熱交換器に送ることで、前記高分子吸着剤に前記凝縮水を付着させる手段である
ことを特徴とする電動車両。
前記凝縮水保持手段はバッテリ用熱交換器であり、
前記バッテリ用熱交換器は、
媒体が流通する媒体経路の外側に高分子吸着剤が配され、
前記冷却源反映手段は、
前記凝縮水を前記バッテリ用熱交換器に送ることで、前記高分子吸着剤に前記凝縮水を付着させる手段である
ことを特徴とする電動車両。
【請求項4】
請求項３に記載の電動車両において、
前記車両の車室内に、前記車室内熱交換器、前記車室用蒸発器が配され、
前記車両の車室外に、前記車室外熱交換器、前記バッテリ、前記バッテリ用熱交換器が配され、
前記車室内熱交換器の媒体経路の一方側には、前記圧縮手段で圧縮された媒体を送る経路が接続され、
前記車室内熱交換器の媒体経路の他方側には、前記経路切換え手段が接続され、
前記車室外熱交換器の媒体経路の他方側には、前記経路切換え手段が接続され、
前記車室外熱交換器の媒体経路の一方側には、第１膨張弁を介して前記車室用蒸発器の媒体経路の他方側が接続されると共に、前記車室外熱交換器の媒体経路の一方側には、第２膨張弁を介して前記バッテリ用熱交換器の媒体経路の他方側が接続され、
前記車室用蒸発器の媒体経路の一方側には、第３膨張弁を介して前記経路切換え手段が接続されると共に、前記バッテリ用熱交換器の媒体経路の一方側には前記経路切換え手段が接続され、
前記経路切換え手段には、前記圧縮手段で圧縮された媒体が送られ、
運転モードの指示の情報に基づいて、前記経路切換え手段、前記第１膨張弁、前記第２膨張弁、前記第３膨張弁の動作を制御する制御手段を備えた
ことを特徴とする電動車両。
前記車両の車室内に、前記車室内熱交換器、前記車室用蒸発器が配され、
前記車両の車室外に、前記車室外熱交換器、前記バッテリ、前記バッテリ用熱交換器が配され、
前記車室内熱交換器の媒体経路の一方側には、前記圧縮手段で圧縮された媒体を送る経路が接続され、
前記車室内熱交換器の媒体経路の他方側には、前記経路切換え手段が接続され、
前記車室外熱交換器の媒体経路の他方側には、前記経路切換え手段が接続され、
前記車室外熱交換器の媒体経路の一方側には、第１膨張弁を介して前記車室用蒸発器の媒体経路の他方側が接続されると共に、前記車室外熱交換器の媒体経路の一方側には、第２膨張弁を介して前記バッテリ用熱交換器の媒体経路の他方側が接続され、
前記車室用蒸発器の媒体経路の一方側には、第３膨張弁を介して前記経路切換え手段が接続されると共に、前記バッテリ用熱交換器の媒体経路の一方側には前記経路切換え手段が接続され、
前記経路切換え手段には、前記圧縮手段で圧縮された媒体が送られ、
運転モードの指示の情報に基づいて、前記経路切換え手段、前記第１膨張弁、前記第２膨張弁、前記第３膨張弁の動作を制御する制御手段を備えた
ことを特徴とする電動車両。
【請求項5】
請求項４に記載の電動車両において、
前記運転モードは、
圧縮された媒体が前記車室外熱交換器に送られることで前記車室外熱交換器が凝縮器とされ、膨張された媒体が前記車室用蒸発器に送られることで前記車室用蒸発器が蒸発器とされ、前記車室用蒸発器で生じた前記凝縮水が前記バッテリ用熱交換器に反映された状態で、前記バッテリ用熱交換器に外気が通され、蒸発熱で冷やされた外気により前記バッテリを冷却する、冷房・バッテリ冷却モードを含み、
前記制御手段は、
前記冷房・バッテリ冷却モードが選択された場合、
前記圧縮手段で圧縮された媒体を前記車室内熱交換器、前記車室外熱交換器、前記第１膨張弁、前記車室用蒸発器、前記第３膨張弁の順に送り、前記圧縮手段に循環させるように前記経路切換え手段を動作させると共に、前記第１膨張弁を絞り状態に動作させ、前記第２膨張弁を閉じ状態に動作させ、前記第３膨張弁を全開状態に動作させると共に、外気が前記バッテリ用熱交換器を通って前記バッテリに送られるようにする
ことを特徴とする電動車両。
前記運転モードは、
圧縮された媒体が前記車室外熱交換器に送られることで前記車室外熱交換器が凝縮器とされ、膨張された媒体が前記車室用蒸発器に送られることで前記車室用蒸発器が蒸発器とされ、前記車室用蒸発器で生じた前記凝縮水が前記バッテリ用熱交換器に反映された状態で、前記バッテリ用熱交換器に外気が通され、蒸発熱で冷やされた外気により前記バッテリを冷却する、冷房・バッテリ冷却モードを含み、
前記制御手段は、
前記冷房・バッテリ冷却モードが選択された場合、
前記圧縮手段で圧縮された媒体を前記車室内熱交換器、前記車室外熱交換器、前記第１膨張弁、前記車室用蒸発器、前記第３膨張弁の順に送り、前記圧縮手段に循環させるように前記経路切換え手段を動作させると共に、前記第１膨張弁を絞り状態に動作させ、前記第２膨張弁を閉じ状態に動作させ、前記第３膨張弁を全開状態に動作させると共に、外気が前記バッテリ用熱交換器を通って前記バッテリに送られるようにする
ことを特徴とする電動車両。
【請求項6】
請求項４もしくは請求項５に記載の電動車両において、
前記運転モードは、
前記車室用蒸発器で生じた前記凝縮水が前記バッテリ用熱交換器に反映された状態で、外気が前記バッテリ用熱交換器を通って前記バッテリに送られるようにするバッテリ冷却モードを含み、
前記制御手段は、
前記バッテリ冷却モードが選択された場合、
外気が前記バッテリ用熱交換器を通って前記バッテリに送られる動作だけが実施されるようにする
ことを特徴とする電動車両。
前記運転モードは、
前記車室用蒸発器で生じた前記凝縮水が前記バッテリ用熱交換器に反映された状態で、外気が前記バッテリ用熱交換器を通って前記バッテリに送られるようにするバッテリ冷却モードを含み、
前記制御手段は、
前記バッテリ冷却モードが選択された場合、
外気が前記バッテリ用熱交換器を通って前記バッテリに送られる動作だけが実施されるようにする
ことを特徴とする電動車両。
【請求項7】
請求項４から請求項６のいずれか一項に記載の電動車両において、
前記運転モードは、
圧縮された媒体が前記車室内熱交換器に送られることで前記車室内熱交換器が凝縮器とされると共に、圧縮された媒体が前記車室外熱交換器に送られることで前記車室外熱交換器が凝縮器とされ、膨張された媒体が前記バッテリ用熱交換器に送られることで前記バッテリ用熱交換器が蒸発器とされ、前記バッテリの熱が前記バッテリ用熱交換器で回収されて吸熱源とされる、車室暖房・除霜モードを含み、
前記制御手段は、
前記車室暖房・除霜モードが選択された場合、
前記圧縮手段で圧縮された媒体を前記車室内熱交換器、前記車室外熱交換器、前記第２膨張弁、前記バッテリ用熱交換器、の順に送り、前記圧縮手段に循環させるように前記経路切換え手段を動作させると共に、前記第２膨張弁を絞り状態に動作させると共に、前記第１膨張弁、前記第２膨張弁を閉じ状態に動作させ、前記バッテリ用熱交換器を前記バッテリの熱が吸熱源とされる蒸発器としてヒートポンプサイクルを成立させ、凝縮器とされた前記車室外熱交換器の霜を除去する
ことを特徴とする電動車両。
前記運転モードは、
圧縮された媒体が前記車室内熱交換器に送られることで前記車室内熱交換器が凝縮器とされると共に、圧縮された媒体が前記車室外熱交換器に送られることで前記車室外熱交換器が凝縮器とされ、膨張された媒体が前記バッテリ用熱交換器に送られることで前記バッテリ用熱交換器が蒸発器とされ、前記バッテリの熱が前記バッテリ用熱交換器で回収されて吸熱源とされる、車室暖房・除霜モードを含み、
前記制御手段は、
前記車室暖房・除霜モードが選択された場合、
前記圧縮手段で圧縮された媒体を前記車室内熱交換器、前記車室外熱交換器、前記第２膨張弁、前記バッテリ用熱交換器、の順に送り、前記圧縮手段に循環させるように前記経路切換え手段を動作させると共に、前記第２膨張弁を絞り状態に動作させると共に、前記第１膨張弁、前記第２膨張弁を閉じ状態に動作させ、前記バッテリ用熱交換器を前記バッテリの熱が吸熱源とされる蒸発器としてヒートポンプサイクルを成立させ、凝縮器とされた前記車室外熱交換器の霜を除去する
ことを特徴とする電動車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ヒートポンプサイクルの空調装置を備えた電動車両に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、車両の省エネと環境問題に伴い、エンジンと電動モータを併用して走行するハイブリッド電気自動車（ＨＶ、ＰＨＶ、ＰＨＥＶ）や、電動モータのみで走行する電気自動車（ＢＥＶ）等の電動車両が実用化されてきている。電動車両の空調装置としては、エンジンの排熱を十分に利用できないことから、ヒートポンプサイクルを用いた空調装置が提案されている（特許文献１）。
【0003】
電動車両のバッテリは、充放電中の発熱により温度が上昇し、放電容量や電圧が低下する虞があるため、温度が上昇した際には冷却を行って適切な温度に維持する必要がある。バッテリの冷却を行う場合、車室の空調装置にバッテリ冷却用の蒸発器を追加して設け、蒸発器で冷却した空気や水をバッテリに循環させてバッテリの温度上昇を抑制する技術が提案されている（特許文献２）。
【0004】
特許文献２で提案された温度管理の技術を用いることで、バッテリ冷却用の蒸発器により空気や水を冷やし、冷却空気、冷却水としてバッテリの冷却を行うことができる。このため、車室の空調装置を拡張した形で、バッテリを適切な温度に維持することができる。
【0005】
しかし、従来のバッテリの冷却の技術では、空調装置の冷媒の圧力や温度を維持して循環させるための動力や、冷却用の空気や水を循環させるための動力が必要であり、バッテリに蓄えられた電気が動力源となっている。このため、バッテリの温度を管理するための消費電力が嵩み、特に、電動モータのみで走行する電気自動車（ＢＥＶ）にあっては、走行距離に影響を及ぼす虞があるのが現状であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開２０１５－１０１１８０号公報
【特許文献2】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】
【0007】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、ヒートポンプシステムで得られる副産物を有効に利用してバッテリの温度管理（冷却）を行うことができる電動車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の電動車両は、車室内熱交換器、車室外熱交換器、車室用蒸発器を有し、圧縮手段、経路切換え手段、膨張手段を介して所望の状態にされた冷媒が循環されるヒートポンプサイクルと、車両の動力を得るための電力が貯められるバッテリとを備えた電動車両において、冷却源が供給されることで前記バッテリの冷却を行うバッテリ冷却手段と、前記車室用蒸発器が蒸発器として動作された際に生じる凝縮水を前記冷却源として前記バッテリ冷却手段に反映させる冷却源反映手段とを備えたことを特徴とする。
【0009】
請求項１に係る本発明では、車室用蒸発器が蒸発器として動作された際に生じる凝縮水が冷却源反映手段によりバッテリ冷却手段に反映され、冷房時の副産物としてのドレン水を冷却用の冷却源として用いられる。これにより、ヒートポンプシステムで得られる副産物を有効に利用してバッテリの温度管理（冷却）を行うことが可能になり、バッテリの電力を用いることなく（バッテリの電力を消費することなく）バッテリの冷却を行うことができる。
【0010】
バッテリ冷却手段としては、バッテリ用熱交換器を用い、冷媒の通路の外側に、水分を吸着させるための高分子吸着剤、デシカント材を設ける構成を適用したり、凝縮水をタンクなどの貯留手段に貯め、貯留された凝縮水をバッテリのケースに循環させる構成を適用したりすることができる。
【0011】
そして、請求項２に係る本発明の電動車両は、請求項１に記載の電動車両において、前記バッテリ冷却手段は、前記バッテリに隣接して配される凝縮水保持手段と、前記凝縮水保持手段を通して外気を前記バッテリに送る送給手段とを有し、前記冷却源反映手段は、前記凝縮水を前記凝縮水保持手段に送る手段であることを特徴とする。
【0012】
請求項２に係る本発明では、凝縮水が凝縮水保持手段に保持され、外気が凝縮水保持手段に通されることで蒸発熱により外気が冷やされ、冷やされた外気によりバッテリが冷却される。凝縮水保持手段としては、外気に水分が接触できる状態に水分が保持される手段が用いられる。
【0013】
また、請求項３に係る本発明の電動車両は、請求項２に記載の電動車両において、前記凝縮水保持手段はバッテリ用熱交換器であり、前記バッテリ用熱交換器は、媒体が流通する媒体経路（伝熱管）の外側に高分子吸着剤が配され、前記冷却源反映手段は、前記凝縮水を前記バッテリ用熱交換器に送ることで、前記高分子吸着剤に前記凝縮水を付着させる手段であることを特徴とする。
【0014】
請求項３に係る本発明では、バッテリ用熱交換器の媒体経路（伝熱管）の外側に配された高分子吸着剤に凝縮水が送られ、外気が接触できる状態に凝縮水が保持される。バッテリ用熱交換器に圧縮された媒体が送られることで、蒸発器として作動させてバッテリの冷却を行うこともできる。
【0015】
また、請求項４に係る本発明の電動車両は、請求項３に記載の電動車両において、前記車両の車室内に、前記車室内熱交換器、前記車室用蒸発器が配され、前記車両の車室外に、前記車室外熱交換器、前記バッテリ、前記バッテリ用熱交換器が配され、前記車室内熱交換器の媒体経路の一方側には、前記圧縮手段で圧縮された媒体を送る経路が接続され、前記車室内熱交換器の媒体経路の他方側には、前記経路切換え手段が接続され、前記車室外熱交換器の媒体経路の他方側には、前記経路切換え手段が接続され、前記車室外熱交換器の媒体経路の一方側には、第１膨張弁を介して前記車室用蒸発器の媒体経路の他方側が接続されると共に、前記車室外熱交換器の媒体経路の一方側には、第２膨張弁を介して前記バッテリ用熱交換器の媒体経路の他方側が接続され、前記車室用蒸発器の媒体経路の一方側には、第３膨張弁を介して前記経路切換え手段が接続されると共に、前記バッテリ用熱交換器の媒体経路の一方側には前記経路切換え手段が接続され、前記経路切換え手段には、前記圧縮手段で圧縮された媒体が送られ、運転モードの指示の情報に基づいて、前記経路切換え手段、前記第１膨張弁、前記第２膨張弁、前記第３膨張弁の動作を制御する制御手段を備えたことを特徴とする。
【0016】
請求項４に係る本発明では、車室内熱交換器、車室外熱交換器、車室用蒸発器、バッテリ用熱交換器で構成されるヒートポンプシステムを構築することができる。
【0017】
また、請求項５に係る本発明の電動車両は、請求項４に記載の電動車両において、
前記運転モードは、圧縮された媒体が前記車室外熱交換器に送られることで前記車室外熱交換器が凝縮器とされ、膨張された媒体が前記車室用蒸発器に送られることで前記車室用蒸発器が蒸発器とされ、前記車室用蒸発器で生じた前記凝縮水が前記バッテリ用熱交換器に反映された状態で、前記バッテリ用熱交換器に外気が通され、蒸発熱で冷やされた外気により前記バッテリを冷却する、冷房・バッテリ冷却モードを含み、
前記制御手段は、
前記冷房・バッテリ冷却モードが選択された場合、前記圧縮手段で圧縮された媒体を前記車室内熱交換器、前記車室外熱交換器、前記第１膨張弁、前記車室用蒸発器、前記第３膨張弁の順に送り、前記圧縮手段に循環させるように前記経路切換え手段を動作させると共に、前記第１膨張弁を絞り状態に動作させ、前記第２膨張弁を閉じ状態に動作させ、前記第３膨張弁を全開状態に動作させると共に、外気が前記バッテリ用熱交換器を通って前記バッテリに送られるようにすることを特徴とする。
前記運転モードは、圧縮された媒体が前記車室外熱交換器に送られることで前記車室外熱交換器が凝縮器とされ、膨張された媒体が前記車室用蒸発器に送られることで前記車室用蒸発器が蒸発器とされ、前記車室用蒸発器で生じた前記凝縮水が前記バッテリ用熱交換器に反映された状態で、前記バッテリ用熱交換器に外気が通され、蒸発熱で冷やされた外気により前記バッテリを冷却する、冷房・バッテリ冷却モードを含み、
前記制御手段は、
前記冷房・バッテリ冷却モードが選択された場合、前記圧縮手段で圧縮された媒体を前記車室内熱交換器、前記車室外熱交換器、前記第１膨張弁、前記車室用蒸発器、前記第３膨張弁の順に送り、前記圧縮手段に循環させるように前記経路切換え手段を動作させると共に、前記第１膨張弁を絞り状態に動作させ、前記第２膨張弁を閉じ状態に動作させ、前記第３膨張弁を全開状態に動作させると共に、外気が前記バッテリ用熱交換器を通って前記バッテリに送られるようにすることを特徴とする。
【0018】
請求項５に係る本発明では、ヒートポンプの構成により車室の冷房を行うと共に、電力を用いることなく凝縮水でバッテリの冷却を行うシステムを構成することができる。
【0019】
また、請求項６に係る本発明の電動車両は、請求項４もしくは請求項５に記載の電動車両において、前記運転モードは、前記車室用蒸発器で生じた前記凝縮水が前記バッテリ用熱交換器に反映された状態で、外気が前記バッテリ用熱交換器を通って前記バッテリに送られるようにするバッテリ冷却モードを含み、前記制御手段は、前記バッテリ冷却モードが選択された場合、外気が前記バッテリ用熱交換器を通って前記バッテリに送られる動作だけが実施されるようにすることを特徴とする。
【0020】
請求項６に係る本発明では、車室冷房・バッテリ冷却モードの制御に加え、もしくは、車室冷房・バッテリ冷却モードの制御の有無によらず、外気がバッテリ用熱交換器を通ってバッテリに送られる動作だけが実施されるバッテリ冷却モードでバッテリを冷却することができる。
【0021】
また、請求項７に係る本発明の電動車両は、請求項４から請求項６のいずれか一項に記載の電動車両において、
前記運転モードは、
圧縮された媒体が前記車室内熱交換器に送られることで前記車室内熱交換器が凝縮器とされると共に、圧縮された媒体が前記車室外熱交換器に送られることで前記車室外熱交換器が凝縮器とされ、膨張された媒体が前記バッテリ用熱交換器に送られることで前記バッテリ用熱交換器が蒸発器とされ、前記バッテリの熱が前記バッテリ用熱交換器で回収されて吸熱源とされる、車室暖房・除霜モードを含み、
前記制御手段は、
前記車室暖房・除霜モードが選択された場合、前記圧縮手段で圧縮された媒体を前記車室内熱交換器、前記車室外熱交換器、前記第２膨張弁、前記バッテリ用熱交換器、の順に送り、前記圧縮手段に循環させるように前記経路切換え手段を動作させると共に、前記第２膨張弁を絞り状態に動作させると共に、前記第１膨張弁、前記第２膨張弁を閉じ状態に動作させ、前記バッテリ用熱交換器を前記バッテリの熱が吸熱源とされる蒸発器としてヒートポンプサイクルを成立させ、凝縮器とされた前記車室外熱交換器の霜を除去することを特徴とする。
前記運転モードは、
圧縮された媒体が前記車室内熱交換器に送られることで前記車室内熱交換器が凝縮器とされると共に、圧縮された媒体が前記車室外熱交換器に送られることで前記車室外熱交換器が凝縮器とされ、膨張された媒体が前記バッテリ用熱交換器に送られることで前記バッテリ用熱交換器が蒸発器とされ、前記バッテリの熱が前記バッテリ用熱交換器で回収されて吸熱源とされる、車室暖房・除霜モードを含み、
前記制御手段は、
前記車室暖房・除霜モードが選択された場合、前記圧縮手段で圧縮された媒体を前記車室内熱交換器、前記車室外熱交換器、前記第２膨張弁、前記バッテリ用熱交換器、の順に送り、前記圧縮手段に循環させるように前記経路切換え手段を動作させると共に、前記第２膨張弁を絞り状態に動作させると共に、前記第１膨張弁、前記第２膨張弁を閉じ状態に動作させ、前記バッテリ用熱交換器を前記バッテリの熱が吸熱源とされる蒸発器としてヒートポンプサイクルを成立させ、凝縮器とされた前記車室外熱交換器の霜を除去することを特徴とする。
【0022】
請求項７に係る本発明では、車室内熱交換器、及び、車室外熱交換器が、蒸発動作を行う凝縮器とされ、バッテリ用熱交換器がバッテリの熱を吸熱源とした蒸発器とされてヒートポンプサイクルが構築され、凝縮器とされた車室内熱交換器で暖房が行われると共に、凝縮器とされた車室外熱交換器の霜が除去される。
【発明の効果】
【0023】
本発明の電動車両は、ヒートポンプシステム（ヒートポンプサイクル）で得られる副産物（凝縮水）を有効に利用してバッテリの温度管理（冷却）を行うことが可能になる。この結果、バッテリの電力を用いることなく（バッテリの電力を消費することなく）バッテリの冷却を行うことが可能になり、航行距離を減少させることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】本発明の一実施例に係る電動車両における空調装置の全体構成図である。
【図2】冷房・バッテリ冷却モードにおける空調装置の概略系統図である。
【図3】冷房モードにおける空調装置の概略系統図である。
【図4】冷媒を用いないバッテリ冷却モードにおける空調装置の概略系統図である。
【図5】冷媒を用いたバッテリ冷却モードにおける空調装置の概略系統図である。
【図6】暖房・バッテリ加熱モードにおける空調装置の概略系統図である。
【図7】除湿防曇・暖房モードにおける空調装置の概略系統図である。
【図8】暖房・除霜モードにおける空調装置の概略系統図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
【0026】
図１に示すように、本実施例の電動車両における空調装置１は、装置ケース２から車室３に空調用の流体が送風されるヒートポンプサイクルの装置とされている。即ち、装置ケース２の中には（車室内には）、媒体が伝熱管を流通する車室内熱交換器５、及び、車室用蒸発器６が配されている。装置ケース２の外には外気との間で熱交換されることで媒体の温度を調整する車室外熱交換器７が配されている。
【0027】
一方、電動車両には、走行用の電力を賄う（全部、もしくは、一部）バッテリ１１が搭載され、バッテリ１１に隣接してバッテリ冷却手段としてのバッテリ用熱交換器１２が配されている。バッテリ用熱交換器１２の媒体経路（伝熱管）の外側には、凝縮水保持手段として、水分を吸着させるための高分子吸着剤１３が設けられている。
【0028】
バッテリ用熱交換器１２の媒体経路（伝熱管）の外側に配された高分子吸着剤１３に凝縮水が送られることで、外気が接触できる状態に凝縮水が保持される。つまり、車室用蒸発器６が蒸発器として動作された際に、蒸発器の凝縮水が高分子吸着剤１３に送られる（凝縮水が冷却源反映手段によりバッテリ冷却手段に反映される）。
【0029】
尚、バッテリ冷却手段としては、媒体経路（伝熱管）の外側に吸着剤を設けた熱交換器を適用したり、凝縮水をタンクなどの貯留手段に貯め、貯留された凝縮水をバッテリ１１のケースに循環させる構成を適用したりすることができる。
【0030】
バッテリ１１の近傍には、高分子吸着剤１３が設けられたバッテリ用熱交換器１２を通して外気をバッテリ１１に送る、送給手段としてバッテリファン１４が配されている。バッテリファン１４の駆動により、凝縮水が保持された高分子吸着剤１３を有するバッテリ用熱交換器１２を通して、外気がバッテリ１１に送られる。バッテリ用熱交換器１２では凝縮水の蒸発熱により外気が冷やされ、冷やされた外気がバッテリ１１に送られてバッテリ１１が冷却される。
【0031】
即ち、車室用蒸発器６が蒸発器として動作された際の副産物（凝縮水）を利用して外気を冷やし、電力を用いずに（バッテリファン１４の動力は除く）バッテリ１１を冷却することができる。
【0032】
一方、媒体を圧縮する圧縮手段１６が備えられ、圧縮手段１６で圧縮された媒体（圧縮媒体）は、車室内熱交換器５に送られた後、経路切換え手段１７を介して、車室外熱交換器７、もしくは、車室用蒸発器６（バッテリ用熱交換器１２）のいずれかに供給が切り換えられる。
【0033】
つまり、車室内熱交換器５の媒体経路の一方側（図中上側）には、圧縮手段１６で圧縮された媒体が送られる経路が接続され、車室内熱交換器５の媒体経路の他方側（図中下側）には、経路切換え手段１７が接続されている。
【0034】
車室外熱交換器７の媒体経路の他方側（図中上側）には、経路切換え手段１７が接続され、車室外熱交換器７の媒体経路の一方側（図中下側）には、第１膨張弁２１を介して車室用蒸発器６の媒体経路の他方側（図中下側）が接続されている。また、車室外熱交換器７の媒体経路の一方側（図中下側）には、第２膨張弁２２を介してバッテリ用熱交換器１２の媒体経路の他方側（図中下側）が接続されている。
【0035】
また、車室用蒸発器６の媒体経路の一方側（図中上側）には、第３膨張弁２３を介して経路切換え手段１７が接続されると共に、バッテリ用熱交換器１２の媒体経路の一方側（図中上側）には経路切換え手段１７が接続されている。
【0036】
経路切換え手段１７は、車室内熱交換器５の他方側（図中下側）につながる（圧縮手段１６の出口側につながる）ポート１７ａ、圧縮手段１６の入口側につながるポート１７ｂ、車室外熱交換器７の他方側（図中上側）につながるポート１７ｃ、車室用蒸発器６（バッテリ用熱交換器１２）の一方側（図中上側）につながるポート１７ｄが備えられている。
【0037】
経路切換え手段１７には、圧縮手段１６で圧縮された媒体が送られ、制御手段２５からの運転モードの指示の情報に基づいて、経路切換え手段１７、第１膨張弁２１、第２膨張弁２２、第３膨張弁２３の動作が制御される。また、制御手段２５からの指示により、室外ファン２６、室内ファン２７が回転され、ダンパー２８の位置がＡ位置、Ｂ位置に動作される（Ａ位置では車室内熱交換器５を流通しない流路が開けられ、Ｂ位置では車室内熱交換器５を流通する流路が開けられる）。
【0038】
上記構成により、車室内熱交換器５、車室外熱交換器７、車室用蒸発器６、バッテリ用熱交換器１２で構成されるヒートポンプシステムが構築される。
【0039】
【0040】
図２には冷房・バッテリ冷却モードにおける空調装置の概略系統、図３には冷房モードにおける空調装置の概略系統、図４には冷媒を用いないバッテリ冷却モードにおける空調装置の概略系統、図５には冷媒を用いたバッテリ冷却モードにおける空調装置の概略系統、図６には暖房・バッテリ加熱モードにおける空調装置の概略系統、図７には除湿防曇・暖房モードにおける空調装置の概略系統、図８には暖房・除霜モードにおける空調装置の概略系統を示してある。
【0041】
図２に基づいて冷房・バッテリ冷却モードを説明する。冷房・バッテリ冷却モードは、長距離にわたり連続して高出力で走行を可能にして車室３を冷房するモードが想定されている。
【0042】
冷房・バッテリ冷却モードが実施される場合、制御手段２５により、ポート１７ａとポート１７ｃがつながり、ポート１７ｂとポート１７ｄがつながるように、経路切換え手段１７の動作が制御される。そして、第１膨張弁２１が絞り状態に動作され、第２膨張弁２２が全閉状態に動作され、第３膨張弁２３が全開状態に動作されると共に、バッテリファン１４、室外ファン２６、室内ファン２７が回転され、ダンパー２８がＡ位置に動作される。
【0043】
圧縮手段１６で圧縮された媒体が車室内熱交換器５を通過し、経路切換え手段１７から車室外熱交換器７、第１膨張弁２１、車室用蒸発器６、第３膨張弁２３、経路切換え手段１７の順に送られ、圧縮手段１６に循環される。これにより、車室外熱交換器７が凝縮器として働き、車室用蒸発器６が蒸発器として働く。
【0044】
室内ファン２７の駆動により、車室３内の還気ＲＡが車室用蒸発器６で冷却され、車室３への送風ＳＡｃとされる。車室用蒸発器６の凝縮水がバッテリ用熱交換器１２の高分子吸着剤１３に吸着されて保持される。バッテリファン１４の駆動により、凝縮水が保持された高分子吸着剤１３を有するバッテリ用熱交換器１２を通して、外気ＯＡがバッテリ１１に送られる。バッテリ用熱交換器１２では凝縮水の蒸発熱により外気が冷やされ、冷やされた外気ＳＡｂがバッテリ１１に送られてバッテリ１１が冷却され、排気される（ＥＡ）。
【0045】
これにより、車室用蒸発器６が蒸発器として動作された際の副産物（凝縮水）を利用して外気を冷やし、電力を用いずに（バッテリファン１４の動力は除く）、冷やされた外気ＳＡｂによりバッテリ１１を冷却することができる。
【0046】
従って、ヒートポンプシステム（ヒートポンプサイクル）で得られる副産物（凝縮水）を有効に利用してバッテリ１１の温度管理（冷却）を行うことが可能になる。この結果、バッテリ１１の電力を用いることなく（バッテリ１１の電力を消費することなく）バッテリ１１の冷却を行うことが可能になり、電動車両の航行距離の減少を抑制することが可能になる。
【0047】
図３に基づいて冷房モードを説明する。冷房モードは、短距離の走行の際（バッテリ１１の冷却を行う必要がない）に車室３の冷房を実施するモードが想定されている。
【0048】
冷房モードが実施される場合、制御手段２５により、ポート１７ａとポート１７ｃがつながり、ポート１７ｂとポート１７ｄがつながるように、経路切換え手段１７の動作が制御される。そして、第１膨張弁２１が絞り状態に動作され、第２膨張弁２２が全閉状態に動作され、第３膨張弁２３が全開状態に動作されると共に、バッテリファン１４が停止され、室外ファン２６、室内ファン２７が回転され、ダンパー２８がＡ位置に動作される。
【0049】
圧縮手段１６で圧縮された媒体が車室内熱交換器５を通過し、経路切換え手段１７から車室外熱交換器７、第１膨張弁２１、車室用蒸発器６、第３膨張弁２３、経路切換え手段１７の順に送られ、圧縮手段１６に循環される。これにより、車室外熱交換器７が凝縮器として働き、車室用蒸発器６が蒸発器として働く。
【0050】
室内ファン２７の駆動により、車室３内の還気ＲＡが車室用蒸発器６で冷却され、車室３への送風ＳＡｃとされる。車室用蒸発器６の凝縮水がバッテリ用熱交換器１２の高分子吸着剤１３に吸着されて保持されて溜められる。この場合、高分子の重さの３倍から４倍の水を溜めることができる。
【0051】
これにより、バッテリ１１の冷却の必要が低い走行時に、車室用蒸発器６が蒸発器として動作された際の副産物（凝縮水）を溜めながら、車室３の冷房を行うことができる。
【0052】
図４に基づいて凝縮水によるバッテリ冷却モードを説明する。凝縮水によるバッテリ冷却モードは、凝縮水が溜められている状態で、急速充電など車室３の冷房を必要とせず、バッテリ１１の温度が上限を超えて（例えば、４０℃から５０℃）バッテリ１１のみを冷却する場合が想定されている。
【0053】
凝縮水によるバッテリ冷却モードが実施される場合、圧縮手段１６、経路切換え手段１７、第１膨張弁２１、第２膨張弁２２、第３膨張弁２３の動作が停止され、室外ファン２６、室内ファン２７の回転が停止され、バッテリファン１４だけが回転されて、ダンパー２８がＡ位置に動作される。
【0054】
バッテリファン１４の駆動により、凝縮水が保持された高分子吸着剤１３を有するバッテリ用熱交換器１２を通して、外気ＯＡがバッテリ１１に送られる。バッテリ用熱交換器１２では凝縮水の蒸発熱により外気が冷やされ、冷やされた外気ＳＡｂがバッテリ１１に送られてバッテリ１１が冷却され、排気される（ＥＡ）。
【0055】
これにより、高分子吸着剤１３に溜められた凝縮水を利用して外気ＯＡを冷やし、電力を用いずに（バッテリファン１４の動力は除く）、冷やされた外気ＳＡｂによりバッテリ１１を冷却することができる。
【0056】
図５に基づいて冷媒によるバッテリ冷却モードを説明する（バッテリ用熱交換器１２を蒸発器として動作させる）。冷媒によるバッテリ冷却モードは、凝縮水が溜められていない状態で、急速充電など車室３の冷房を必要とせず、バッテリ１１の温度が上限を超えて（例えば、４０℃から５０℃）バッテリ１１のみを冷却する場合が想定されている。
【0057】
冷媒によるバッテリ冷却モードが実施される場合、制御手段２５により、ポート１７ａとポート１７ｃがつながり、ポート１７ｂとポート１７ｄがつながるように、経路切換え手段１７の動作が制御される。そして、第１膨張弁２１が全閉状態に動作され、第２膨張弁２２が絞り状態に動作され、第３膨張弁２３が全閉状態に動作されると共に、バッテリファン１４、室外ファン２６が回転され、室内ファン２７が停止され、ダンパー２８がＡ位置に動作される。
【0058】
圧縮手段１６で圧縮された媒体が車室内熱交換器５を通過し、経路切換え手段１７から車室外熱交換器７、第２膨張弁２２、バッテリ用熱交換器１２、経路切換え手段１７の順に送られ、圧縮手段１６に循環される。これにより、車室外熱交換器７が凝縮器として働き、バッテリ用熱交換器１２が蒸発器として働く。
【0059】
バッテリファン１４の駆動により、外気ＯＡが蒸発器として働くバッテリ用熱交換器１２で冷却され、冷却された外気ＳＡｂがバッテリ１１に送られてバッテリ１１が冷却され、排気される（ＥＡ）。
【0060】
これにより、高分子吸着剤１３に凝縮水が溜められていない場合に、外気ＯＡをバッテリ用熱交換器１２で冷却し、冷却された外気ＳＡｂによりバッテリ１１を冷却することができる。
【0061】
図６に基づいて暖房・バッテリ加熱モードを説明する。暖房・バッテリ加熱モードは、冬季の走行時や、低温時の起動の際に車室３の暖房を行ったり、バッテリ１１を加熱したりする場合が想定されている。
【0062】
暖房・バッテリ加熱モードが実施される場合、制御手段２５により、ポート１７ａとポート１７ｄがつながり、ポート１７ｃとポート１７ｂがつながるように、経路切換え手段１７の動作が制御される。そして、第１膨張弁２１が全閉状態に動作され、第２膨張弁２２が絞り状態に動作され、第３膨張弁２３が全閉状態に動作されると共に、バッテリファン１４、室外ファン２６、室内ファン２７が回転され、ダンパー２８がＢ位置に動作される。
【0063】
圧縮手段１６で圧縮された媒体が車室内熱交換器５を通り、経路切換え手段１７からバッテリ用熱交換器１２、第２膨張弁２２、車室外熱交換器７、経路切換え手段１７の順に送られ、圧縮手段１６に循環される。これにより、車室内熱交換器５、及び、バッテリ用熱交換器１２が凝縮器として働き、車室外熱交換器７が蒸発器として働く。
【0064】
室内ファン２７の駆動により、車室３内の還気ＲＡが車室用蒸発器６を通過して車室内熱交換器５で暖められ、車室３への送風ＳＡｃとされる。バッテリファン１４の駆動により、外気ＯＡがバッテリ用熱交換器１２で暖められ、高温となった外気ＳＡｂがバッテリ１１に送られてバッテリ１１が加熱され、排気される（ＥＡ）。
【0065】
尚、室内ファン２７、または、バッテリファン１４を停止させることにより、バッテリ１１の加熱、または、車室３の暖房を単独で行うことができる。
【0066】
図７に基づいて除湿防曇・暖房モードを説明する。除湿防曇・暖房モードは、低温で湿度が高い外気の条件での走行時に、除湿、曇り止め、暖房を行う場合が想定されている。
【0067】
除湿防曇・暖房モードが実施される場合、制御手段２５により、ポート１７ａとポート１７ｄがつながり、ポート１７ｃとポート１７ｂがつながるように、経路切換え手段１７の動作が制御される。そして、第１膨張弁２１が絞り状態に動作され、第２膨張弁２２が全閉状態に動作され、第３膨張弁２３が絞り状態に動作されると共に、バッテリファン１４が停止され、室外ファン２６、室内ファン２７が回転され、ダンパー２８がＢ位置に動作される。
【0068】
圧縮手段１６で圧縮された媒体が車室内熱交換器５を通り、経路切換え手段１７から第３膨張弁２３、車室用蒸発器６、第１膨張弁２１、車室外熱交換器７、経路切換え手段１７の順に送られ、圧縮手段１６に循環される。これにより、車室内熱交換器５が凝縮器として働き、車室用蒸発器６、車室外熱交換器７が蒸発器として働く。
【0069】
室内ファン２７の駆動により、車室３内の還気ＲＡが車室用蒸発器６で除湿され、車室内熱交換器５で暖められ、暖められて除湿された車室３への送風ＳＡｃ（暖められて除湿された送風ＳＡｃ）とされる。暖められて除湿された送風ＳＡｃとされることで、車室３が暖房されると共に、除湿された空気となってフロントガラスやウインドウガラスなどの曇りが防止される。
【0070】
図８に基づいてバッテリ蓄熱による暖房・除霜モードを説明する。
【0071】
ヒートポンプシステムにより暖房モードを実施する場合（車室内熱交換器５を凝縮器として動作させる場合）、車室外熱交換器７を凝縮器として動作させ、大気から吸熱を行う必要がある（吸熱源が必要になる）。このため、暖房モードを継続して実施すると、車室外熱交換器７に霜が付着する。大気からの吸熱能力を維持するため、霜を除去する（除霜する）必要がある。
【0072】
バッテリ１１の放・充電の繰り返しによりバッテリ１１が発熱する。この発熱した熱を所定の範囲（例えば、２０℃から４０℃）で蓄熱し、暖房モードを実施する場合、バッテリ１１の熱を吸熱源として利用し（バッテリ用熱交換器１２を蒸発器として動作させ）、車室内熱交換器５、及び、車室外熱交換器７を凝縮器として動作させて車室３の暖房と車室外熱交換器７の霜取り（除霜）を実施している。
【0073】
つまり、暖房モードを実施する際に、車室３の暖房を継続しながら（暖房を停止することなく）車室外熱交換器７の除霜が実施されるようになっている。したがって、暖房モードにおけるヒートポンプシステムを維持した状態で、車室外熱交換器７を凝縮器として動作できるようにし、車室外熱交換器７の除霜を行いながら車室３の暖房を行うことが可能になっている。
【0074】
バッテリ蓄熱による暖房・除霜モードが実施される場合、制御手段２５により、ポート１７ａとポート１７ｃがつながり、ポート１７ｄとポート１７ｂがつながるように、経路切換え手段１７の動作が制御される。そして、第１膨張弁２１が全閉状態に動作され、第２膨張弁２２が絞り状態に動作され、第３膨張弁２３が全閉状態に動作されると共に、バッテリファン１４が逆向きに回転され、室外ファン２６が停止され、室内ファン２７が回転され、ダンパー２８がＢ位置に動作される。
【0075】
圧縮手段１６で圧縮された媒体が車室内熱交換器５を通り、経路切換え手段１７から車室外熱交換器７、第２膨張弁２２、バッテリ用熱交換器１２、経路切換え手段１７の順に送られ、圧縮手段１６に循環される。これにより、車室内熱交換器５、車室外熱交換器７が凝縮器として働き、バッテリ用熱交換器１２が蒸発器として働く。
【0076】
室内ファン２７の駆動により、車室３内の還気ＲＡが車室用蒸発器６を通過して車室内熱交換器５で暖められ、車室３への送風ＳＡｃとされ、車室３が暖房される。そして、凝縮器として働く車室外熱交換器７に付着した霜が除去される。一方、バッテリファン１４の逆向の回転により、外気ＯＡがバッテリ１１の熱により加熱される。ヒートポンプサイクルを維持するために、加熱された外気ＯＡを、蒸発器として働くバッテリ用熱交換器１２で放熱させることでバッテリ用熱交換器１２の冷媒を蒸発させる。放熱された外気ＯＡは排気される（ＥＡ）。
【0077】
このため、車室外熱交換器７の除霜を行いながら、車室３の暖房を継続させることが可能になっている。即ち、車室内熱交換器５、及び、車室外熱交換器７が凝縮器とされ、バッテリ用熱交換器１２がバッテリ１１の熱を吸熱源とした蒸発器とされてヒートポンプサイクルが構築され、凝縮器とされた車室内熱交換器５で暖房が行われると共に、凝縮器とされた車室外熱交換器７に付着した霜が除去される。
【0078】
尚、バッテリ１１の蓄熱の温度を所定の温度範囲に維持するため、温度検出手段を設け、発熱した熱を所定の範囲（例えば、２０℃から４０℃）に保つように、冷却を行いながら蓄熱することも可能である。
【0079】
上述した電動車両の空調装置１は、車室用蒸発器６が蒸発器として動作された際の副産物（凝縮水）を利用して外気を冷やし、電力を用いずに（バッテリファン１４の動力は除く）、冷やされた外気ＳＡｂによりバッテリ１１を冷却することができる。
【0080】
従って、ヒートポンプシステム（ヒートポンプサイクル）で得られる副産物（凝縮水）を有効に利用してバッテリ１１の温度管理（冷却）を行うことが可能になる。この結果、バッテリ１１の電力を用いることなく（バッテリ１１の電力を消費することなく）バッテリ１１の冷却を行うことが可能になり、電動車両の航行距離の減少を抑制することが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【0081】
本発明は、ヒートポンプサイクルの空調装置を備えた電動車両の産業分野で利用することができる。
【符号の説明】
【0082】
１ 空調装置
２ 装置ケース
３ 車室
５ 車室内熱交換器
６ 車室用蒸発器
７ 車室外熱交換器
１１ バッテリ
１２ バッテリ用熱交換器
１３ 高分子吸着剤
１４ バッテリファン
１６ 圧縮手段
１７ 経路切換え手段
２１ 第１膨張弁
２２ 第２膨張弁
２３ 第３膨張弁
２５ 制御手段
２６ 室外ファン
２７ 室内ファン
２８ ダンパー
２ 装置ケース
３ 車室
５ 車室内熱交換器
６ 車室用蒸発器
７ 車室外熱交換器
１１ バッテリ
１２ バッテリ用熱交換器
１３ 高分子吸着剤
１４ バッテリファン
１６ 圧縮手段
１７ 経路切換え手段
２１ 第１膨張弁
２２ 第２膨張弁
２３ 第３膨張弁
２５ 制御手段
２６ 室外ファン
２７ 室内ファン
２８ ダンパー
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
