特許 7497857 車両用空気調温システム

(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】2024-06-03

(45)【発行日】2024-06-11

(54)【発明の名称】車両用空気調温システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/663 20140101AFI20240604BHJP

   B60H 1/22 20060101ALI20240604BHJP

   B60K 1/04 20190101ALI20240604BHJP

   B60K 11/06 20060101ALI20240604BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20240604BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20240604BHJP

   H01M 10/6556 20140101ALI20240604BHJP

   H01M 10/6569 20140101ALI20240604BHJP

【ＦＩ】

H01M10/663

B60H1/22 651A

B60K1/04 Z

B60K11/06

H01M10/613

H01M10/625

H01M10/6556

H01M10/6569

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2020078605

(22)【出願日】2020-04-27

(62)【分割の表示】P 2019553141の分割

【原出願日】2019-03-20

(65)【公開番号】P2020129551

(43)【公開日】2020-08-27

【審査請求日】2022-03-10

【審判番号】

【審判請求日】2023-08-08

(31)【優先権主張番号】P 2018062434

(32)【優先日】2018-03-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【早期審理対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】320011199

【氏名又は名称】株式会社石川エナジーリサーチ

(74)【代理人】

【識別番号】100147913

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 義敬

(74)【代理人】

【識別番号】100091605

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 敬

(74)【代理人】

【識別番号】100197284

【弁理士】

【氏名又は名称】下茂 力

(72)【発明者】

【氏名】茅沼 秀高

(72)【発明者】

【氏名】石川 満

【合議体】

【審判長】鈴木 充

【審判官】村山 美保

【審判官】水野 治彦

(56)【参考文献】

【文献】特開平５－１５５２４５号公報

【文献】特開平１０－２５２４６７号公報

【文献】特開２０１０－８３２２３号公報

【文献】特開昭６０－１５２１８号公報

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６０Ｈ１／２２

Ｈ０１Ｍ１０／６０

Ｂ６０Ｋ１１／０６

Ｂ６０Ｋ１／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

外気導入モードにより運転され、車室内から排出される車室内空気と、車両の駆動装置に電力を供給するバッテリーモジュールとを熱交換させ、熱交換した後の前記車室内空気を車外に排出するシステムであり、
車外熱交換器と、車室内熱交換器と、換気熱交換器と、圧縮機と、空調制御装置と、を具備し、
前記車外熱交換器は、車外空気と冷媒とを熱交換するように構成され、
前記車室内熱交換器は、前記車室内空気と前記冷媒とを熱交換するように構成され、
前記換気熱交換器は、前記バッテリーモジュールが内蔵されるバッテリボックスから空気が外部に放出される風路に介装され、前記車室内から排出されて前記バッテリーモジュールと熱交換した後に前記車外に放出される前の前記車室内空気と熱交換するように構成され、
前記圧縮機は、前記冷媒を圧縮するように構成され、
前記空調制御装置は、前記車外からの前記車室内への前記車外空気の流入、前記車室内に於ける前記車室内空気の循環、および、前記車室内から外部への前記車室内空気の排出を制御するように構成され、
冷房運転する際には、前記圧縮機により圧縮された前記冷媒は、前記車外熱交換器、前記換気熱交換器および前記車室内熱交換器の順番で流れ、且つ、前記車室内空気、前記バッテリボックスの内部空気、および、前記車外空気は、この順番で温度が高くなり、
暖房運転する際には、前記圧縮機により圧縮された前記冷媒は、前記車室内熱交換器、前記換気熱交換器および前記車外熱交換器の順番で流れ、且つ、前記車室内空気、前記バッテリボックスの内部空気、および、前記車外空気は、この順番で温度が低くなることを特徴とする車両用空気調温システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は車両用空気調温システムに関し、特に、車室に加えてバッテリーモジュールを調温することができる車両用空気調温システムに関する。

【背景技術】

【0002】

バッテリーでモータを駆動することで推進力を得る電動車両として、モータのみから推進力を得る電気自動車、または、モータおよびエンジンから推進力を得るハイブリッド自動車がある。電動車両では、長時間にわたりモータに大電流を供給する必要があるため、モータに大電流を供給するための大型のバッテリが搭載される。

【0003】

車両に搭載されるバッテリを効率的に稼働させるためには、充電時に於いても、放電時に於いても、バッテリの温度が所定の温度帯域となるように温度管理を行わなくてはならない。例えば、バッテリとしてリチウムイオンバッテリを採用した場合、効率的に充電できる温度帯域は０℃以上４５℃以下であり、効率的に放電できる温度帯域は－２０℃以上５０℃以下である。

【0004】

特許文献１には、車載バッテリの温度を調整するバッテリ温度調整装置が記載されている。具体的には、車両にバッテリ用送風手段とバッテリ用蒸発器とが備えられており、バッテリ用送風手段およびバッテリ用蒸発器でバッテリを冷却することで、特に夏期に於いてバッテリが過熱することを防止することができる。よって、バッテリを効率的に放電させることができ、エネルギ効率を向上することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特許第５５１５８５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１に記載されたバッテリ温度調整装置では、バッテリ用送風手段およびバッテリ用蒸発器は、バッテリを冷却するための専用部材であるため、バッテリを効率的に放電させるために追加の部品が必要となり、コスト高を招く恐れがある。

【0007】

また、上記したように、バッテリは所定の温度帯域で効率的に充放電が可能であり、過度な高温下および過度な低温下にて効率が低下してしまう。しかしながら、特許文献１にはバッテリを効率的に冷却する発明は記載されているが、バッテリを昇温する発明は記載されていないので、冬期に於いてバッテリが過度に冷却された場合、充放電時の効率が低下してしまう恐れがあった。

【0008】

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡易な構成でバッテリの冷却および昇温を行うことで、バッテリの充放電時の効率を向上する車両用空気調温システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の車両用空気調温システムは、車外空気と冷媒とを熱交換する車外熱交換器と、車室内空気と前記冷媒とを熱交換する車室内熱交換器と、車室内から排出され、車両の駆動装置に電力を供給するバッテリーモジュールと熱交換し、車外に放出される前の前記車室内空気と熱交換する換気熱交換器と、前記冷媒を圧縮する圧縮機と、前記車外からの前記車室内への前記車外空気の流入、前記車室内に於ける前記車室内空気の循環、および、前記車室内から外部への前記車室内空気の排出を制御する空調制御装置と、を具備し、前記バッテリーモジュールは、バッテリボックスに内蔵され、前記車室内から排出される前記車室内空気と、前記バッテリーモジュールとを熱交換させ、熱交換した後の前記車室内空気を前記車外に排出し、冷房運転する際には、前記圧縮機により圧縮された前記冷媒は、前記車外熱交換器、前記換気熱交換器および前記車室内熱交換器の順番で流れ、暖房運転する際には、前記圧縮機により圧縮された前記冷媒は、前記車室内熱交換器、前記換気熱交換器および前記車外熱交換器の順番で流れ、且つ、前記車室内空気、前記バッテリボックスの内部空気、および、前記車外空気は、この順番で温度が低くなることを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明の車両用空気調温システムは、車外空気と冷媒とを熱交換する車外熱交換器と、車室内空気と前記冷媒とを熱交換する車室内熱交換器と、車室内から排出され、車両の駆動装置に電力を供給するバッテリーモジュールと熱交換し、車外に放出される前の前記車室内空気と熱交換する換気熱交換器と、前記冷媒を圧縮する圧縮機と、前記車外からの前記車室内への前記車外空気の流入、前記車室内に於ける前記車室内空気の循環、および、前記車室内から外部への前記車室内空気の排出を制御する空調制御装置と、を具備し、前記車室内から排出される前記車室内空気と、前記バッテリーモジュールとを熱交換させ、熱交換した後の前記車室内空気を前記車外に排出し、冷房運転する際には、前記圧縮機により圧縮された前記冷媒は、前記車外熱交換器、前記換気熱交換器および前記車室内熱交換器の順番で流れ、暖房運転する際には、前記圧縮機により圧縮された前記冷媒は、前記車室内熱交換器、前記換気熱交換器および前記車外熱交換器の順番で流れることを特徴とする。従って、換気により排出される車室内空気で、バッテリーモジュールの温度を適切に管理することができる。具体的には、夏期に於いて換気により車室内から放出される冷却状態の車室内空気で、バッテリーモジュールを適切に冷却することができる。更に、冬期に於いて換気により車室内から放出される暖房状態の車室内空気で、バッテリーモジュールを適切に昇温することができる。よって、従来は単に外部に排気されていた車室内空気を用いて、効果的にバッテリーモジュールを温度調整することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施形態に係る車両用空気調温システムを示す図であり、（Ａ）は冷房運転される車両用空気調温システムを備えた車両を示す模式図であり、（Ｂ）は車両用空気調温システムの回路構成図である。

【図2】本発明の実施形態に係る車両用空気調温システムを示す図であり、冷房運転される車両用空気調温システムの回路構成図である。

【図3】本発明の実施形態に係る車両用空気調温システムを示す図であり、冷房運転時における空気の温度変化を示すグラフである。

【図4】本発明の実施形態に係る車両用空気調温システムを示す図であり、（Ａ）は暖房運転される車両用空気調温システムを備えた車両を示す模式図であり、（Ｂ）は車両用空気調温システムの回路構成図である。

【図5】本発明の実施形態に係る車両用空気調温システムを示す図であり、暖房運転される車両用空気調温システムの回路構成図である。

【図6】本発明の実施形態に係る車両用空気調温システムを示す図であり、暖房運転時における空気の温度変化を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図を参照して本実施形態に係る車両用調温システム１０を説明する。以下の説明では、同一の部材には原則的に同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。

【0013】

以下の説明では、図１から図３を参照して車両用調温システム１０を冷房運転する場合を説明し、図４から図６を参照して車両用調温システム１０を暖房運転する場合を説明する。

【0014】

図１から図３を参照して、車両用調温システム１０を冷房運転する場合を説明する。車両用調温システム１０では、車両用調温システム１０を冷房運転することで、多くの専用部分や大きな設計変更を行うことなく、バッテリーモジュール１２を効率的に冷却して充放電することができる温度帯域に調温することができる。

【0015】

図１（Ａ）は車両用調温システム１０を備えた車両１１を示す模式図であり、図１（Ｂ）は車両用調温システム１０を構成する冷凍サイクルを示す回路図である。ここで、車両１１としては、ＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）またはＨＶ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）を採用することができる。また、大容量バッテリを持たないガソリン車などの従来車両においても、換気熱を利用して省燃費化をはかることが可能である。

【0016】

図１（Ａ）を参照して、本実施形態に係る車両用調温システム１０は、車両１１の車室２３の室内温度を、乗員が快適に過ごせる温度帯域に調温し、更に、バッテリーモジュール１２を所定の温度帯域に調温するためのシステムである。具体的には、車両用調温システム１０は、車外熱交換器１３、車室内熱交換器１４、換気熱交換器１８および空調制御装置１５を主要に有している。

【0017】

車外熱交換器１３は、車両１１の前端近傍に配設されており、車外空気１６と冷媒とを熱交換する。車外熱交換器１３は、車両１１が走行することで発生する風としての車外空気１６と接触することで、または、車外熱交換器１３の近傍に配設されたファンが回転することで発生する風としての車外空気１６と接触することで、熱交換の効率を向上している。

【0018】

車室内熱交換器１４は、車両１１の車室２３の車室内空気１７を循環させながら、車室内空気１７と冷媒とを熱交換する。係る熱交換により、車室２３の室内温度を、車両１１に搭乗する乗員にとって快適な温度帯域にすることができる。ここでは、車室内熱交換器１４で熱交換することで車室内空気１７を循環冷却し、車室内空気１７の温度を、例えば２０℃程度に冷却することができる。

【0019】

換気熱交換器１８は、バッテリボックス２４の内部でバッテリーモジュール１２と熱交換され、外部に排出される前の車室内空気１７と冷媒とを熱交換する。換気熱交換器１８は、バッテリボックス２４から車外空気１６が外部に放出される風路に介装される。換気熱交換器１８は、換気により排出される車外空気１６から更に熱エネルギを回収する熱交換器である。

【0020】

バッテリーモジュール１２は、車両１１に駆動力を与える図示しないモータ（駆動装置）に電力を供給する二次電池である。バッテリーモジュール１２としては、例えばリチウムイオンバッテリが採用される。リチウムイオンバッテリは、高容量であり且つ小型であるメリットがあるが、一定の温度帯域よりも高温または低温であると、充電効率および放電効率が低下してしまう。本実施形態では、車室２３から車外に放出される車室内空気１７とバッテリーモジュール１２とを熱交換させることで、バッテリーモジュール１２の温度を適切な温度帯域にし、バッテリーモジュール１２を効率的に充放電させている。

【0021】

バッテリボックス２４は、バッテリーモジュール１２を収容する容器であり、例えば、車室２３の下方に配設される。バッテリボックス２４と車室２３とは、ここでは図示しないダクトで連通する。車室２３からバッテリボックス２４に送風された車室内空気１７は、バッテリーモジュール１２と熱交換しながらバッテリボックス２４の内部を流通する。バッテリボックス２４は、ここでは図示しない排気口を介して車外と連通している。バッテリボックス２４と排気口との間に、上記した換気熱交換器１８が配設される。

【0022】

空調制御装置１５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭから成るＥＣＵであり、記憶された制御プログラムに基づいて、車両用調温システム１０を構成する各部位の動作を制御する。例えば、空調制御装置１５は、車室内空気１７の車室２３への流入の可否および流入量、車室２３内に於ける車室内空気１７の循環を制御している。

【0023】

図１（Ｂ）を参照して、上記した車室内熱交換器１４、換気熱交換器１８および車外熱交換器１３は、冷媒配管２６を介して相互に接続されている。また、車室内熱交換器１４と換気熱交換器１８との間には膨張弁２７が介装され、車外熱交換器１３と車室内熱交換器１４との間には、三方弁１９、切替弁２８および圧縮機２５が介装されている。膨張弁２７は膨張手段である。車両用調温システム１０は、蒸気圧縮冷凍サイクルを構成しており、その内部を流通する冷媒としては、例えば、フロンガスＲ１３４ａ等が採用される。車両用調温システム１０は、ヒートポンプとも称される。

【0024】

三方弁１９は、車室内熱交換器１４側（圧縮機２５側）に接続する第１ポート２０と、換気熱交換器１８および車外熱交換器１３に接続する第２ポート２１と、車外熱交換器１３を経由せずに換気熱交換器１８に接続する第３ポート２２と、を有している。後述するように、調温に要する負荷等に応じて、空調制御装置１５の指示に基づいて、三方弁１９を切り替えることで、効率的に車室２３およびバッテリーモジュール１２を調温することができる。

【0025】

切替弁２８は、圧縮機２５が冷媒を圧送する方向を規定する弁である。空調制御装置１５の指示に基づいて、切替弁２８は圧送方向を切り替える。具体的には、空調制御装置１５の指示に基づいて、切替弁２８は、冷房運転時には車外熱交換器１３側に冷媒を圧送し、暖房運転時には車室内熱交換器１４側に冷媒を圧送する。

【0026】

ここで、車外熱交換器１３、換気熱交換器１８および車室内熱交換器１４は、近傍にファンを備えている。これらのファンが車外熱交換器１３、換気熱交換器１８および車室内熱交換器１４に送風することで、より効果的に熱交換を行うことができる。

【0027】

車両用調温システム１０を冷房運転する際には、空調制御装置１５は、圧縮機２５が吐出する冷媒が三方弁１９に流れるように切替弁２８を切り替える。また、空調制御装置１５は、三方弁１９の第３ポート２２を閉じ、第１ポート２０および第２ポート２１を開くことで、冷媒が圧縮機２５から車外熱交換器１３および換気熱交換器１８に流れるようにする。

【0028】

上記のように切替弁２８および三方弁１９を切り替えると、圧縮機２５が吐出する冷媒は、切替弁２８、三方弁１９、車外熱交換器１３、換気熱交換器１８、膨張弁２７および車室内熱交換器１４の順番で循環する。

【0029】

車両用調温システム１０の冷房運転を具体的に説明すると、先ず、圧縮機２５は、低温低圧の冷媒蒸気を高温高圧の状態に圧縮する。車外熱交換器１３は、冷媒と車外空気１６とを熱交換することで、冷媒から熱を奪って凝縮し液冷媒とする。換気熱交換器１８は、バッテリーモジュール１２を冷却することで昇温した車室内空気１７と冷媒とを熱交換することで、冷媒から更に熱を奪う。膨張弁２７は、冷媒を絞り膨張させて湿り蒸気とする。車室内熱交換器１４は、車室内空気１７と冷媒とを熱交換することで、冷媒を蒸発気化させる。車室内熱交換器１４が、車室内空気１７から熱を吸収することで、車室２３を冷却する。ここでは、車外熱交換器１３および換気熱交換器１８を凝縮器として利用し、車室内熱交換器１４を蒸発器（冷却器）として利用している。

【0030】

車両用調温システム１０を上記のように冷房運転することで、車室２３の室内温度が例えば２０℃程度に冷却され、車室２３に搭乗する乗員は爽快感を得ることができる。また、バッテリーモジュール１２は、車室２３から外部に排出される車室内空気１７と熱交換することで好適に冷却され、効率的に充放電することができる。更に、バッテリーモジュール１２を冷却した車室内空気１７は、車外熱交換器１３を経た冷媒よりも温度が低いので、換気熱交換器１８で車室内空気１７と冷媒とを熱交換することで、冷媒を更に冷却し、車両用調温システム１０を効率的に運転することができる。

【0031】

図２を参照して、車両用調温システム１０を冷房運転する別の方法を説明する。ここでは、三方弁１９は、第１ポート２０および第３ポート２２を開き、第２ポート２１を閉じることで、第１ポート２０から流入した冷媒を第３ポート２２から吐出している。従って、空調制御装置１５は、冷房負荷が一定値よりも低い場合等に、圧縮機２５から吐出された冷媒を、車外熱交換器１３を経由せずに、換気熱交換器１８に流入させる。具体的には、圧縮機２５で圧縮された冷媒は、換気熱交換器１８で車室内空気１７と熱交換することで凝縮され、膨張弁２７で膨張されることで湿り蒸気となり、車室内熱交換器１４で車室内空気１７と熱交換することで蒸発し、圧縮機２５に帰還する。このようにすることで、より効率的に車室２３を冷却することができる。

【0032】

ここで、車室２３を調温するモードとしては、外気導入モードと内気循環モードとがあり、インストルメントパネルに設置された操作ボタン等を操作することで、両モードを切り替えることができる。外気導入モードでは、車両１１の前部から車室２３に車外空気１６を導入しながら、車室２３を調温する。内気循環モードでは、車室２３で車室内空気１７を循環させながら、車室２３を調温する。本実施形態の車両用調温システム１０は、外気導入モードおよび内気循環モードの両方に適用可能である。外気導入モードであれば、車室２３から比較的多量の車室内空気１７が排出されるので、車室内空気１７でバッテリーモジュール１２を調温する効果を大きくすることができる。また、内気循環モードであっても、車室内空気１７は外部に放出されるので、バッテリーモジュール１２を調温することは可能である。

【0033】

具体的には、冷房運転では、基本的には、車室２３で車室内空気１７を循環させつつ車室内熱交換器１４で冷却することで、車室２３を例えば２０℃程度に冷却する。車両用調温システム１０が走行する際は、車外空気１６を車室２３に導入し、且つ、車室内空気１７を車室２３から外部に放出している。

【0034】

本実施形態では、車室２３から放出される冷たい車室内空気１７を用いて、バッテリーモジュール１２を冷却している。一般に、夏期に於いて何ら対策を施さないと、バッテリーモジュール１２は例えば５０℃以上の高温になり、充放電時の効率が低下する恐れがある。また、充放電時の効率を向上するためにバッテリーモジュール１２を冷却するための冷却機構を設けると、コスト高になる。そこで本実施形態では、車室２３から放出される冷たい車室内空気１７をバッテリボックス２４に導入し、バッテリーモジュール１２を好適に冷却している。よって、バッテリーモジュール１２を冷却することで充放電時の効率を向上し、更には、バッテリーモジュール１２を低コストで冷却することができる。

【0035】

更に本実施形態では、車室２３から外部に放出される車室内空気１７で、換気熱交換器１８を用いて冷媒を更に冷却し、車両用調温システム１０の冷却効率を高めている。よって、熱回収機構を追加することなく、車両用調温システム１０の冷却効率を高めている。

【0036】

図３に、上記のように車両用調温システム１０を冷房運転した場合の温度の変化の一例を示す。先ず、車外空気１６の温度は、例えば４０℃である。車室内熱交換器１４の表面温度は例えば５℃であり、導入される車外空気１６と車内を循環する車室内空気１７は、混合し車室内熱交換器１４で冷却されることにより２０℃程度となる。車室内空気１７の一部は換気により車室２３から排出され、バッテリボックス２４の内部を通り、バッテリーモジュール１２を冷却することで２０℃程度から３０℃程度まで上昇する。更に、車室内空気１７は、換気熱交換器１８にて冷媒を冷却することで３０℃程度から４０℃程度まで上昇し、車外に放出される。

【0037】

内気循環モードであっても、外気導入モードであっても、上記したように車室内空気１７の一部は、換気のために車室２３から放出される。ここでは、車室２３から放出される車室内空気１７を、バッテリボックス２４に導入している。車室内空気１７は、バッテリボックス２４の内部でバッテリーモジュール１２を冷却することで温度上昇しながら流動する。その後、車室内空気１７は換気熱交換器１８で冷媒を冷却することで更に温度上昇する。例えば、車室内空気１７は４０℃程度まで温度上昇する。その後に、車室内空気１７は、車両１１の車外に放出される。

【0038】

図４から図６を参照して、車両用調温システム１０を暖房運転する場合を説明する。車両用調温システム１０では、車両用調温システム１０を暖房運転することで、多くの専用部分や大きな設計変更を行うことなく、バッテリーモジュール１２を効率的に昇温し、効率的に充放電できる温度帯域に昇温することができる。

【0039】

図４（Ａ）は車両用調温システム１０を備えた車両１１を示す模式図であり、図４（Ｂ）は車両用調温システム１０を構成する冷凍サイクルを示す回路図である。この図に示す各部位の構成等は、図１に示した場合と同様である。

【0040】

車両用調温システム１０を暖房運転する際には、空調制御装置１５は、圧縮機２５が吐出する冷媒が車室内熱交換器１４に流れるように、切替弁２８を切り替える。また、空調制御装置１５は、三方弁１９の第３ポート２２を閉じ、第２ポート２１および第１ポート２０を開くことで、車外熱交換器１３および換気熱交換器１８からの冷媒が切替弁２８に流れるように切り替える。

【0041】

上記のように切替弁２８および三方弁１９を切り替えると、圧縮機２５が吐出する冷媒は、切替弁２８、車室内熱交換器１４、膨張弁２７、換気熱交換器１８、車外熱交換器１３、三方弁１９、切替弁２８、圧縮機２５の順番で循環する。

【0042】

車両用調温システム１０の暖房運転を具体的に説明すると、先ず、圧縮機２５は、低温低圧の冷媒蒸気を高温高圧の状態に圧縮する。車室内熱交換器１４は、冷媒と車室内空気１７とを熱交換することで、冷媒から熱を奪って凝縮して液冷媒とし、同時に車室２３の室内温度を上昇させる。膨張弁２７は、冷媒を絞り膨張させて湿り蒸気とする。換気熱交換器１８は、バッテリーモジュール１２を昇温した後の車室内空気１７と冷媒とを熱交換することで、冷媒を熱交換して蒸発気化させる。車外熱交換器１３では、車外空気１６と冷媒とを熱交換することで、冷媒を蒸発気化させる。ここでは、車室内熱交換器１４を凝縮器として利用し、車外熱交換器１３および換気熱交換器１８を蒸発器として利用している。

【0043】

車両用調温システム１０を上記のように暖房運転することで、車室２３の室内温度が例えば２５℃程度に暖められ、車室２３に搭乗する乗員は快適感を得ることができる。また、バッテリーモジュール１２は、車室２３から外部に排出される車室内空気１７と熱交換することで好適に昇温され、効率的に充放電することができる。更に、換気熱交換器１８で、バッテリーモジュール１２を昇温した車室内空気１７と冷媒とを更に熱交換することで、車両用調温システム１０を効率的に運転することができる。

【0044】

図５を参照して、車両用調温システム１０を暖房運転する別の方法を説明する。ここでは、三方弁１９は、第１ポート２０および第３ポート２２を開き、第２ポート２１を閉じることで、第３ポート２２から流入した冷媒を第１ポート２０から吐出している。従って、空調制御装置１５は、暖房負荷が低いときに、または車外熱交換器１３に着霜が発生した際に、膨張弁２７を経た冷媒を、換気熱交換器１８のみを経由させ、車外熱交換器１３を経由せずに、圧縮機２５に流入させる。具体的には、圧縮機２５で圧縮された冷媒は、車室内熱交換器１４で車室内空気１７と熱交換することで凝縮され、膨張弁２７で膨張されることで湿り蒸気となり、換気熱交換器１８でバッテリーモジュール１２を昇温した後の車室内空気１７と熱交換することで蒸発気化し、圧縮機２５に帰還する。このようにすることで、より効率的に車室２３を昇温することができる。また、上記のように、車外熱交換器１３で熱交換することなく、換気熱交換器１８のみを蒸発器として用いて車両用調温システム１０を暖房運転することで、車外空気１６からの熱エネルギの汲み上げ量が減少するので、車外熱交換器１３への着霜を抑止することができる。

【0045】

図６に、上記のように車両用調温システム１０を暖房運転した場合の温度の変化の一例を示す。先ず、車外空気１６の温度は、例えば５℃である。車室内熱交換器１４の表面温度は例えば４０℃であり、導入される車外空気１６と車内を循環する車室内空気１７は、混合し車室内熱交換器１４で昇温されることにより２５℃程度となる。車室内空気１７の一部は換気により車室２３から排出され、バッテリボックス２４の内部を通り、バッテリーモジュール１２を昇温することで２５℃程度から１５℃程度まで低下する。更に、車室内空気１７は、換気熱交換器１８にて冷媒を沸騰させることで１５℃程度から５℃程度まで低下し車外に放出される。

【0046】

ここで、上記したように、本実施形態に係る車両用調温システム１０は、暖房運転する場合に於いても、顕著な効果を得ることができる。

【0047】

具体的には、代表的な物理特性として、車室内空気１７を２５℃、ＲＨを５０％とした場合、単位体積当たりの熱容量Ｃは１．２ｋＪ／ｍ^３Ｋ程度である。

【0048】

一方、車両１１の換気量が２００ｍ^３／ｈ程度とすれば、車室内空気１７の温度変化１０℃に対応する熱量は、上記熱容量よりＱ＝６７０Ｗとなる。

【0049】

よって、バッテリーモジュール１２を調温する際に車室内空気１７の温度が２５℃から１５℃に変化すれば、６７０Ｗの熱量でバッテリーモジュール１２を調温することができる。また、換気熱交換器１８で車室内空気１７の温度が１５℃から５℃まで変化すれば、ヒートポンプのＣＯＰ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｏｆ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）を３とすれは、約２ｋＷの暖房効果を得ることができる。従って、本実施形態の車両用調温システム１０によれば、換気により車室２３から排出される車室内空気１７で、バッテリーモジュール１２を好適に熱管理することができ、更に、ヒートポンプの効率を改善することができる。

【0050】

以上、本発明の実施形態を示したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。

【符号の説明】

【0051】

１０ 車両用調温システム
１１ 車両
１２ バッテリーモジュール
１３ 車外熱交換器
１４ 車室内熱交換器
１５ 空調制御装置
１６ 車外空気
１７ 車室内空気
１８ 換気熱交換器
１９ 三方弁
２０ 第１ポート
２１ 第２ポート
２２ 第３ポート
２３ 車室
２４ バッテリボックス
２５ 圧縮機
２６ 冷媒配管
２７ 膨張弁
２８ 切替弁

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】