JP2011073536A - 移動体熱サイクルシステム - Google Patents

Abstract

【課題】本願は、室内空調の省エネ化を図ることができると共に、発熱部品の温度調整の機能性を向上させることができる移動体熱サイクルシステムの提供を課題とする。
【解決手段】上記課題は、冷媒が流通する冷凍サイクルシステムと、発熱部品の温度を調整する熱移動媒体が流通する第１熱移動システムと、室内の空気状態を調整する熱移動媒体が流通する第２熱移動システムと、冷凍サイクルシステムと第１熱移動媒体システムとの間に設けられた中間熱交換器６ａと、冷凍サイクルシステムと第２熱移動媒体システムとの間に設けられた中間熱交換器６ｂと、第１熱移動システムに設けられ室内熱交換器５ａと、第２熱移動システムに設けられた室内熱交換器５ｂとを有する熱サイクルシステムを備えることにより、解決できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、移動体に搭載された熱サイクルシステムに関する。

移動体に搭載された熱サイクルシステムに関する背景技術としては、例えば特許文献１，２に開示された技術が知られている。特許文献１には、冷凍サイクルシステムにヒータを設け、冷凍サイクルの暖房サイクルで生じた熱と、電気ヒータで発生させた熱とを併用させ、暖房能力を向上させる技術が開示されている。特許文献２には、発熱部品から放出された熱を受熱した冷却液と冷凍サイクルの冷媒とを熱交換して、発熱部品から放出された熱を冷凍サイクルの暖房運転時の熱源として活用し、暖房能力を向上させる技術が開示されている。

特開平２００８−２３０５９４号公報 特開平８−２５８５４８号公報

空調システムは専用のエネルギー源を備えていないので、別のエネルギー源、例えば発熱部品を作動させるためのエネルギー源を自身の作動のためのエネルギー源として、そのエネルギー源から供給されたエネルギーによって作動しなければならない。また、特許文献１に開示された技術のように、空調システムに対してヒータを設置した場合にも、発熱部品のエネルギー源から供給されたエネルギーによってヒータを作動させなければならない。このため、発熱部品の稼動を大きくしたい場合には、空調システムの能力を下げ、空調システムが発熱部品のエネルギー源から持ち出すエネルギー（空調システムが消費するエネルギー）を抑えなければならない。

空調システムの能力を下げることなく、発熱部品の稼動を大きくするためには、例えば特許文献２に開示された技術のように、発熱部品から放出された熱を冷凍サイクルの暖房運転時の熱源として活用できるシステムを構成し、空調システムの省エネルギー（以下、「省エネ」と記述する）化を図ることが考えられる。これにより、空調システムが発熱部品のエネルギー源から持ち出すエネルギーを抑えることができる。しかし、特許文献２に開示された技術のように、発熱部品の排熱を冷凍サイクルに回収した後、その排熱を空調に利用するという、排熱を二次的に利用するシステム構成では、熱エネルギーの変換に伴って効率が低下し、省エネ効果が低下すると考えられる。このようなことから、省エネ効果を高くできるシステム構成の構築が必要である。

発熱部品は、その発熱が冷却媒体によって回収されることにより冷却され、その温度が許容温度範囲に調整される。また、発熱部品は、負荷変動によって瞬時的に出力が変化し、これに伴って発熱量が変化する。発熱部品を高効率に作動させるためには、発熱部品の発熱量（温度）の変化に応じて発熱部品の冷却能力を変化させ、発熱部品の温度を常に適温にすることが好ましい。発熱部品の冷却能力を変化させるためには、空気と熱交換される冷却媒体の流速或いは空気の風量を変化させ、空気と冷却媒体との熱交換量を変化させ、冷却媒体の温度を可変することが考えられる。しかし、空気と冷却媒体との熱交換では、冷却媒体の温度を空気の温度以下に低下させることができないので、例えば夏場の高温時に発熱部品の発熱量（温度）が大きくなった場合には、発熱部品の温度を、発熱部品が高効率に作動できる適温に近づけずらくなる。このようなことから、周囲の環境状態に影響されずに、発熱部品の冷却能力を可変できるようにすることが必要である。また、冬場の低温時には、発熱部品の温度を、発熱部品が高効率に作動できる適温に調整できるように、すなわち発熱部品を加熱できるようにすることが必要である。

代表的な本発明の一つは、室内空調の省エネ化を図ることができると共に、発熱部品の温度調整の機能性を向上させることができる移動体熱サイクルシステムを提供する。

ここに、代表的な本発明の一つは、熱サイクル回路を、室外側と熱交換を行う１次側熱サイクル回路と、室内側及び発熱部品側と熱交換を行う２次側熱サイクル回路とに分けて、１次側熱サイクル回路を冷凍サイクルシステムにより、２次側熱サイクル回路を、熱移動媒体が独立して流通する２つの熱移動システムにより、それぞれ構成し、冷凍サイクルシステムの冷媒と２つの熱移動システムのそれぞれの熱移動媒体とが熱交換できるように、冷凍サイクルシステムと２つの熱移動システムのそれぞれとの間に中間熱交換器を設け、さらには発熱部品側と熱交換を行う熱移動システムの熱移動媒体と、室内に取り込まれる空気とが熱交換できるように、発熱部品側と熱交換を行う熱移動システムに室内熱交換器を設けることにより、熱サイクルシステムを構成したことを特徴とする。

代表的な本発明の一つによれば、発熱部品の温度調整によって得られる熱エネルギーを室内空調に利用して、室内空調に必要なエネルギーの最小化を図ることができるので、室内空調の省エネ化を図ることができる。しかも、代表的な本発明の一つによれば、発熱部品の温度調整によって得られる熱エネルギーを直接、室内空調に利用するので、室内空調の省エネ効果を高めることができる。従って、代表的な本発明の一つによれば、空調システムが発熱部品のエネルギー源から持ち出すエネルギーを抑えることができる。

また、代表的な本発明の一つによれば、室内空調に用いられる熱エネルギーを発熱部品の温度調整に利用して、発熱部品の温度を調整するための熱移動媒体の温度を幅広く調整できるので、周囲の環境状態に影響されずに、発熱部品の温度を可変できる。従って、代表的な本発明の一つによれば、発熱部品の温度を、発熱部品が高効率に作動できる適温に調整でき、発熱部品を高効率に作動させることができる。

本発明の第１実施例である熱サイクルシステムの構成を示す配管経路図。 図１の配管経路を１次側熱サイクル経路と２次側熱サイクル経路とを区別して示した配管経路図。 図１の熱サイクルシステムの動作説明図であり、熱サイクルシステムの冷房運転時の動作を示す配管経路図。 図１の熱サイクルシステムの動作説明図であり、電気自動車の電気駆動システムの定常運転時における熱サイクルシステムの暖房運転時の動作を示す配管経路図。 図１の熱サイクルシステムの動作説明図であり、電気自動車の電気駆動システムの冷機運転時における熱サイクルシステムの暖房運転時の動作を示す配管経路図。 図１の熱サイクルシステムの動作説明図であり、熱サイクルシステムの冷房除湿運転時の動作を示す配管経路図。 図１の熱サイクルシステムの動作説明図であり、熱サイクルシステムの暖房除湿運転時の動作を示す配管経路図。 図１の熱サイクルシステムの動作説明図であり、熱サイクルシステムの暖房除湿運転時の動作を示す配管経路図。 本発明の第２実施例である熱サイクルシステムの構成を示す配管経路図。 図８の熱サイクルシステムの冷房除湿運転時及び暖房除湿運転時における減圧器の動作を説明するための動作説明図。 本発明の第３実施例である熱サイクルシステムの構成を示す配管経路図。 本発明の第４実施例である熱サイクルシステムの構成を示す配管経路図。 本発明の第１乃至第４実施例のいずれかの熱サイクルシステムを搭載した電気自動車の電動機駆動システムの構成を示すブロック図。

以下、本発明の実施例を説明する。

以下に説明する実施例では、本発明を、電動機を車両の唯一の駆動源とする純電気自動車の熱サイクルシステムに適用した場合を例に挙げて説明する。

以下に説明する実施例の構成は、内燃機関であるエンジンと電動機とを車両の駆動源とする電動車両、例えばハイブリッド自動車（乗用車），ハイブリッドトラックなどの貨物自動車，ハイブリッドバスなどの乗合自動車などの熱サイクルシステムに適用しても構わない。

まず、図１３を用いて、本発明の熱サイクルシステムが適用される純電気自動車（以下、単に「ＥＶ」と記述する）の電動機駆動システムについて説明する。

図１３は、ＥＶ１０００の駆動系の構成及びその一部を構成する電動機駆動システムの各コンポーネントの電気的な接続構成を示す。

尚、図１３において、太い実線は強電系を示し、細い実線は弱電系を示す。

図示省略した車体のフロント部或いはリア部には車軸３０が回転可能に軸支されている。車軸３０の両端には一対の駆動輪２０が設けられている。図示省略したが、車体のリア部或いはフロント部には、両端に一対の従動輪が設けられた車軸が回転可能に軸支されている。図１２に示すＥＶ１０００では、駆動輪２０を前輪とし、従動輪を後輪とした前輪駆動方式を示しているが、駆動輪２０を後輪とし、従動輪を前輪とした後輪駆動方式もある。

車軸３０の中央部にはデファレンシャルギア（以下、「ＤＥＦ」と記述する）７０が設けられている。車軸３０はＤＥＦ７０の出力側に機械的に接続されている。ＤＥＦ７０の入力側には変速機６０の出力軸が機械的に接続されている。ＤＥＦ７０は、変速機６０によって変速されて伝達された回転駆動力を左右の車軸３０に分配する差動式動力分配機構である。変速機６０の入力側にはモータジェネレータ２００の出力側が機械的に接続されている。

モータジェネレータ２００は、電機子巻線２１１を備えた電機子（図１３に示すＥＶ１０００では固定子が相当）２１０と、電機子２１０に空隙を介して対向配置され、永久磁石２２１を備えた界磁（図１３に示すＥＶ１０００では回転子が相当）２２０を有する回転電機であり、ＥＶ１０００の力行時にはモータとして機能し、回生時にはジェネレータとして機能する。

モータジェネレータ２００がモータとして機能する場合には、バッテリ１００に蓄積された電気エネルギーがインバータ装置３００を介して電機子巻線２１１に供給される。これにより、モータジェネレータ２００は電機子２１０と界磁２２０との間の磁気的作用により回転動力（機械エネルギー）が発生する。モータジェネレータ２００から出力された回転動力は、変速機６０及びＤＥＦ７０を介して車軸３０に伝達され、駆動輪２０を駆動する。

モータジェネレータ２００がジェネレータとして機能する場合には、駆動輪２０から伝達された機械エネルギー（回転動力）がモータジェネレータ２００に伝達され、モータジェネレータ２００が駆動される。このように、モータジェネレータ２００が駆動されると、電機子巻線２１１には界磁２２０の磁束が鎖交して電圧が誘起される。これにより、モータジェネレータ２００は電力を発生する。モータジェネレータ２００から出力された電力はインバータ装置３００を介してバッテリ１００に供給される。これにより、バッテリ１００は充電される。

モータジェネレータ２００、特に電機子２１０は、後述する熱サイクルシステムによってその温度が許容温度範囲内になるように調節されている。電機子２１０は発熱部品であるので冷却が必要であると共に、周囲温度が低温の時には所定の電気特性が得られるように、モータジェネレータ２００の暖気が必要になる場合もある。

モータジェネレータ２００は、電機子２１０とバッテリ１００との間の電力がインバータ装置３００によって制御されることにより駆動する。すなわちインバータ装置３００はモータジェネレータ２００の制御装置である。インバータ装置３００は、スイッチング半導体素子のスイッチング動作によって電力を直流から交流に、交流から直流に変換する電力変換装置であり、パワーモジュール３１０，パワーモジュール３１０に実装されたスイッチング半導体素子を駆動する駆動回路３３０，パワーモジュール３１０の直流側に電気的に並列に接続され、直流電圧を平滑する電解コンデンサ３２０、及びパワーモジュール３１０のスイッチング半導体素子のスイッチング指令を生成し、このスイッチング指令に対応する信号を駆動回路３３０に出力するモータ制御装置３４０を備えている。

パワーモジュール３１０は、二つの（上アーム及び下アームの）スイッチング半導体素子を電気的に直列に接続し直列回路（一相分のアーム）が三相分、電気的に並列に接続（三相ブリッジ接続）されて電力変換回路が構成されるように、六つのスイッチング半導体素子を基板上に実装し、アルミワイヤなどの接続導体によって電気的に接続した構造体である。

スイッチング半導体素子としては金属酸化膜半導体型電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）或いは絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を用いている。ここで、電力変換回路をＭＯＳＦＥＴによって構成する場合、ドレイン電極とソース電極との間には寄生ダイオードが存在するので、別途、それらの間にダイオード素子を実装する必要がない。一方、電力変換回路をＩＧＢＴによって構成する場合、コレクタ電極とエミッタ電極との間にはダイオード素子が存在していないので、別途、それらの間にダイオード素子を電気的に逆並列に接続する必要がある。

各上アームの下アーム接続側とは反対側（ＩＧＢＴの場合、コレクタ電極側）はパワーモジュール３１０の直流側から外部に導出され、バッテリ１００の正極側に電気的に接続されている。各下アームの上アーム接続側とは反対側（ＩＧＢＴの場合、エミッタ電極側）はパワーモジュール３１０の直流側から外部に導出され、バッテリ１００の負極側に電気的に接続されている。各アームの中点、すなわち上アームの下アーム接続側（ＩＧＢＴの場合、上アームのエミッタ電極側）と下アームの上アーム接続側（ＩＧＢＴの場合、下アームのコレクタ電極側）との接続点はパワーモジュール３１０の交流側から外部に導出され、電機子巻線２１１の対応する相の巻線に電気的に接続されている。

電解コンデンサ３２０は、スイッチング半導体素子の高速スイッチング動作及び電力変換回路に寄生するインダクタンスに起因して生じる電圧変動を抑制するために、すなわち直流成分に含まれる交流成分を除去する平滑コンデンサである。平滑コンデンサとしては電解コンデンサ３２０の代わりにフィルムコンデンサを用いることもできる。

モータ制御装置３４０は、車両全体の制御を司る車両制御装置８０から出力されたトルク指令信号を受けて、六つのスイッチング半導体素子に対するスイッチング指令信号（例えばＰＷＭ（パルス幅変調）信号）を生成し、駆動回路３３０に出力する電子回路装置である。

駆動回路３３０は、モータ制御装置３４０から出力されたスイッチング指令信号を受けて、六つのスイッチング半導体素子に対する駆動信号を生成し、六つのスイッチング半導体素子のゲート電極に出力する電子回路装置である。

インバータ装置３００、特にパワーモジュール３１０及び電解コンデンサ３２０は、後述する熱サイクルシステムによってその温度が許容温度範囲内になるように調節されている。パワーモジュール３１０及び電解コンデンサ３２０は発熱部品であるので冷却が必要であると共に、周囲温度が低温の時には所定の動作特性や電気特性が得られるように、インバータ装置３００の暖気が必要になる場合もある。

車両制御装置８０は、運転者からのトルク要求，車両の速度など、車両の運転状態を示す複数の状態パラメータに基づいて、モータ制御装置３４０に対するモータトルク指令信号を生成し、そのモータトルク指令信号をモータ制御装置３４０に出力する。

バッテリ１００は、モータジェネレータ２００の駆動用電源を構成する、公称出力電圧２００ボルト以上の高電圧であり、ジャンクションボックス４００を介してインバータ装置３００及び充電器５００に電気的に接続されている。バッテリ１００としてはリチウムイオンバッテリを用いている。

尚、バッテリ１００としては、鉛電池，ニッケル水素電池，電気二重層キャパシタ，ハイブリッドキャパシタなど、他の蓄電器を用いることもできる。

バッテリ１００は、インバータ装置３００及び充電器５００によって充放電される蓄電装置であり、主要部として電池部１１０及び制御部を備えている。

電池部１１０は電気エネルギーの貯蔵庫であり、電気エネルギーの蓄積及び放出（直流電力の充放電）が可能な複数のリチウムイオン電池が電気的に直列に接続されたものから構成され、インバータ装置３００及び充電器５００に電気的に接続されている。

制御部は、複数の電子回路部品から構成された電子制御装置であり、電池部１１０の状態を管理及び制御すると共に、インバータ装置３００及び充電器５００に許容充放電量を提供して、電池部１１０における電気エネルギーの出入りを制御する。

電子制御装置は、機能上、２つの階層に分かれて構成されており、バッテリ１００内において上位（親）に相当するバッテリ制御装置１３０と、バッテリ制御装置１３０に対して下位（子）に相当するセル制御装置１２０とを備えている。

セル制御装置１２０は、バッテリ制御装置１３０から出力された指令信号に基づいてバッテリ制御装置１３０の手足となって動作し、複数のリチウムイオン電池のそれぞれの状態を管理及び制御する複数の電池管理手段を備えている。複数の電池管理手段はそれぞれ集積回路（ＩＣ）によって構成されている。複数の集積回路は、電気的に直列に接続された複数のリチウムイオン電池をいくつかのグループに分けたとき、そのグループのそれぞれに対応して設けられ、対応するグループが有する複数のリチウムイオン電池のそれぞれの電圧及び過充放電異常を検出すると共に、対応するグループが有する複数のリチウムイオン電池間に充電状態のバラツキがある場合には、所定の充電状態よりも大きなリチウムイオン電池を放電して、対応するグループが有する複数のリチウムイオン電池間の充電状態が揃うように、対応するグループが有する複数のリチウムイオン電池のそれぞれの状態を管理及び制御する。

バッテリ制御装置１３０は、電池部１１０の状態を管理及び制御すると共に、車両制御装置８０又はモータ制御装置３４０に許容充放電量を通知して、電池部１１０における電気エネルギーの出入りを制御する電子制御装置であり、状態検知手段を備えている。状態検知手段は、マイクロコンピュータやディジタルシグナルプロセッサなどの演算処理装置である。

バッテリ制御装置１３０の状態検知手段１には、電池部１１０の充放電電流を計測するための電流計測手段，電池部１１０の充放電電圧を計測するための電圧計測手段及び電池部１１０及びいくつかのリチウムイオン電池の温度を計測するための温度計測手段から出力された計測信号，セル制御装置１２０から出力された、複数のリチウムイオン電池の端子間電圧に関する検出信号，セル制御装置１２０から出力された異常信号，イグニションキースイッチの動作に基づくオンオフ信号、及び上位制御装置である車両制御装置８０又はモータ制御装置３４０から出力された信号を含む複数の信号が入力されている。

バッテリ制御装置１３０の状態検知手段は、それらの入力信号から得られた情報、予め設定された、リチウムイオン電池の特性情報及び演算に必要な演算情報を含む複数の情報に基づいて、電池部１１０の充電状態（ＳＯＣ：State of charge）及び劣化状態（ＳＯＨ：State of health）などを検知するための演算，複数のリチウムイオン電池の充電状態をバランスさせるための演算、及び電池部１１０の充放電量を制御するための演算を含む複数の演算を実行する。そして、バッテリ制御装置１３０の状態検知手段は、それらの演算結果に基づいて、セル制御装置１２０に対する指令信号，電池部１１０の充放電量を制御するための許容充放電量に関する信号，電池部１１０のＳＯＣに関する信号、及び電池部１１０のＳＯＨに関する信号を含む複数の信号を生成して出力する。

また、バッテリ制御装置１３０の状態検知手段は、セル制御装置１２０から出力された異常信号に基づいて、第１正極及び負極リレー４１０，４２０を遮断するための指令信号、及び異常状態を通知するための信号を含む複数の信号を生成して出力する。

バッテリ制御装置１３０及びセル制御装置１２０は、信号伝送路によってお互いに信号の授受ができるようになっているが、電気的には絶縁されている。これは、お互いの動作電源が異なり、お互いに基準電位が異なるためである。このため、バッテリ制御装置１３０及びセル制御装置１２０の間を結ぶ信号伝送路上にはフォトカプラ，容量性結合素子，変圧器などの絶縁１４０が設けられている。これにより、バッテリ制御装置１３０及びセル制御装置１２０は、お互いに基準電位の異なる信号を用いて信号伝送ができる。

バッテリ１００は、特に電池部１１０は、後述する熱サイクルシステムによってその温度が許容温度範囲内になるように調節されている。電池部１１０は発熱部品であるので冷却が必要であると共に、周囲温度が低温の時には所定の入出力特性が得られるように、バッテリ１００の暖気が必要になる場合もある。

バッテリ１００に蓄積された電気エネルギーは、ＥＶ１０００を走行させる電動機駆動システムの駆動用電力として使用される。バッテリ１００への電気エネルギーの蓄積は、電動機駆動システムの回生動作により生成された回生電力、或いは家庭向け商用電源から取り込んだ電力、若しくは電気スタンドから購入した電力により行われる。

家庭の商用電源６００或いは電気スタンドの給電装置からバッテリ１００を充電する場合、充電器５００の外部電源接続端子に電気的に接続された電源ケーブルの先端の電源プラグ５５０を商用電源６００側のコンセント７００に差し込み或いは電気スタンドの給電装置から延びる電源ケーブルを充電器５００の外部電源接続端子に接続し、充電器５００と商用電源６００或いは電気スタンドの給電装置とを電気的に接続する。これにより、交流電力が商用電源６００或いは電気スタンドの給電装置から充電器５００に供給される。充電器５００は、供給された交流電力を直流電力に変換し、かつバッテリ１００の充電電圧に調整した後、バッテリ１００に供給する。これにより、バッテリ１００は充電される。

尚、電気スタンドの給電装置からの充電も基本的には家庭の商用電源６００からの充電と同じように行われる。但し、家庭の商用電源６００からの充電と電気スタンドの給電装置からの充電とでは、充電器５００に供給される電流容量及び充電時間が異なり、電気スタンドの給電装置からの充電の方が、家庭の商用電源６００からの充電よりも電流容量が大きく、かつ充電時間が速い、すなわち急速充電ができる。

充電器５００は、家庭の商用電源６００から供給された交流電力或いは電気スタンドの給電装置から供給された交流電力を直流電力に変換すると共に、この変換された直流電力をバッテリ１００の充電電圧に昇圧してバッテリ１００に供給する電力変換装置であり、交直変換回路５１０，昇圧回路５２０，駆動回路５３０及び充電制御装置５４０を主な構成機器として備えている。

交直変換回路５１０は、外部電源から供給された交流電力を直流電力に変換して出力する電力変換回路であり、例えば複数のダイオード素子のブリッジ接続により構成され、外部電源から供給された交流電力を直流電力に整流するために設けられた整流回路、及び整流回路の直流側に電気的に接続され、整流回路の出力の力率を改善するために設けられた力率改善回路を備えている。交流電力を直流電力に変換する回路としては、ダイオード素子が逆並列に接続された複数のスイッチング半導体素子のブリッジ接続により構成された回路を用いても構わない。

昇圧回路５２０は、交直変換回路５１０（力率改善回路）から出力された直流電力をバッテリ１００の充電電圧まで昇圧するための電力変換回路であり、例えば絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータにより構成されている。絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータは、変圧器，変圧器の一次側巻線に電気的に接続されると共に、複数のスイッチング半導体素子のブリッジ接続により構成され、交直変換回路５１０から出力された直流電力を交流電力に変換して変圧器の一次側巻線に入力する変換回路，変圧器の二次側巻線に電気的に接続されると共に、複数のダイオード素子のブリッジ接続により構成され、変圧器の二次側巻線に発生した交流電力を直流電力に整流する整流回路，整流回路の出力側（直流側）の正極側に電気的に直列に接続された平滑リアクトル，整流回路の出力側（直流側）の正負極間に電気的に並列に接続された平滑コンデンサから構成されている。

充電制御装置５４０は、充電器５００によるバッテリ１００の充電終始や、充電時に充電器５００からバッテリ１００に供給される電力，電圧，電流などを制御するために、車両制御装置８０から出力された信号や、バッテリ１００の制御装置から出力された信号を受けて、昇圧回路５２０の複数のスイッチング半導体素子に対するスイッチング指令信号（例えばＰＷＭ（パルス幅変調）信号）を生成し、駆動回路５３０に出力する電子回路装置であり、マイクロコンピュータなどの演算処理装置を含む複数の電子部品が回路基板に実装されることにより構成されている。

車両制御装置８０は、例えば充電器５００の入力側の電圧を監視し、充電器５００と外部電源の両者が電気的に接続されて充電器５００の入力側に電圧が印加され、充電開始状態になったと判断した場合には、充電を開始するための指令信号を、バッテリ１００の制御装置から出力されたバッテリ状態信号に基づいてバッテリ１００が満充電状態になったと判断した場合には、充電を終了するための指令信号を、それぞれ充電制御装置５４０に出力する。このような動作は、モータ制御装置３４０或いはバッテリ１００の制御装置が行ってもよいし、バッテリ１００の制御装置と協調して充電制御装置５４０が自ら行ってもよい。

バッテリ１００の制御装置は、充電器５００からバッテリ１００に対する充電が制御されるように、バッテリ１００の状態を検知してバッテリ１００の許容充電量を演算し、この演算結果に関する信号を充電器５００に出力する。

駆動回路５３０は、充電制御装置５４０から出力された指令信号を受けて、昇圧回路５２０の複数のスイッチング半導体素子に対する駆動信号を発生し、複数のスイッチング半導体素子のゲート電極に出力する電子回路装置であり、スイッチング半導体素子や増幅器などの複数の電子部品が回路基板に実装されることにより構成されている。

尚、交直変換回路５１０がスイッチング半導体素子によって構成されている場合には、充電制御装置５４０から、交直変換回路５１０のスイッチング半導体素子に対するスイッチング指令信号が駆動回路５３０に出力され、駆動回路５３０から、交直変換回路５１０のスイッチング半導体素子に対する駆動信号が交直変換回路５１０のスイッチング半導体素子のゲート電極に出力され、交直変換回路５１０のスイッチング半導体素子のスイッチングが制御される。

ジャンクションボックス４１０の内部には第１及び第２正極側リレー４１０，４３０及び第１及び第２負極側リレー４２０，４４０が収納されている。

第１正極側リレー４１０はインバータ装置３００（パワーモジュール３１０）の直流正極側とバッテリ１００の正極側との間の電気的な接続を制御するためのスイッチである。第１負極側リレー４２０はインバータ装置３００（パワーモジュール３１０）の直流負極側とバッテリ１００の負極側との間の電気的な接続を制御するためのスイッチである。第２正極側リレー４３０は充電器５００（昇圧回路５２０）の直流正極側とバッテリ１００の正極側との間の電気的な接続を制御するためのスイッチである。第２負極側リレー４４０は充電器５００（昇圧回路５００）の直流負極側とバッテリ１００の負極側との間の電気的な接続を制御するためのスイッチである。

第１正極側リレー４１０及び第１負極側リレー４２０は、モータジェネレータ２００の回転動力が必要な運転モードにある場合及びモータジェネレータ２００の発電が必要な運転モードにある場合に投入され、車両が停止モードにある場合（イグニションキースイッチが開放された場合）、電動駆動装置或いは車両に異常が発生した場合及び充電器５００によってバッテリ１００を充電する場合に開放される。一方、第２正極側リレー４３０及び第２負極側リレー４４０は、充電器５００によってバッテリ１００を充電する場合に投入され、充電器５００によるバッテリ１００の充電が終了した場合及び充電器５００或いはバッテリ１００に異常が発生した場合に開放される。

第１正極側リレー４１０及び第１負極側リレー４２０の開閉は、車両制御装置８０から出力される開閉指令信号によって制御される。第１正極側リレー４１０及び第１負極側リレー４２０の開閉は、他の制御装置、例えばモータ制御装置３４０或いはバッテリ１００の制御装置から出力される開閉指令信号によって制御しても構わない。第２正極側リレー４３０及び第２負極側リレー４４０の開閉は、充電制御装置５４０から出力される開閉指令信号によって制御される。第２正極側リレー４３０及び第２負極側リレー４４０の開閉は、他の制御装置、例えば車両制御装置８０或いはバッテリ１００の制御装置から出力される開閉指令信号によって制御しても構わない。

以上のように、ＥＶ１０００では、バッテリ１００とインバータ装置３００と充電器５００との間に第１正極側リレー４１０，第１負極側リレー４２０，第２正極側リレー４３０及び第２負極側リレー４４０を設けて、それらの間の電気的な接続を制御するようにしているので、高電圧である電動駆動装置に対する高い安全性を確保できる。

尚、図１３に示したＥＶ１０００では、モータジェネレータ２００とインバータ装置３００とを別体にした場合を例に挙げて説明したが、モータジェネレータ２００とインバータ装置３００とを一体、例えばモータジェネレータ２００の筐体上にインバータ装置３００の筐体を固定して一体にしても構わない。モータジェネレータ２００とインバータ装置３００とを一体にした場合、それらの冷却媒体を循環させる配管の這い回しなどが容易になり、冷却媒体循環システムを容易に構成できる。

次に、ＥＶ１０００に搭載される熱サイクルシステムについて説明する。

ＥＶには、ヒートポンプと呼ばれる熱移動式の冷凍サイクルシステムを用いた空調システムが搭載されている。冷凍サイクルシステムを用いた冷房運転では、まず、作動媒体である冷媒を圧縮機により高温及び高圧のガスとし、この高温及び高圧のガス状の冷媒を、室外に設けた熱交換器により室外の空気中に放熱して凝縮させ、高圧の液状の冷媒とする。次に、減圧器（膨張弁）により低温・低圧の２層状（液とガス）の冷媒として、最終的に室内に設けている熱交換器を介して室内の熱を吸熱（冷媒はガス化）する。これにより、室内の空気を冷やす。一方、冷凍サイクルシステムを用いた暖房では、室内外の熱交換器の作用を冷房とは逆にし、室内に設けている熱交換器を介して室内に熱を放熱する。これにより、室内の空気を暖める。

また、ＥＶには、バッテリ，モータジェネレータ及びインバータ装置などの発熱部品を冷却する温調システム（冷却システム）が搭載されている。発熱部品を冷却する温調システムでは、ポンプにより熱移動媒体である冷却液（水或いは不凍液）を発熱部品に循環して発熱部品を冷却し、冷却後、冷却液に回収された発熱部品の熱を熱交換器を介して大気中に放熱する。

空調システム及び温調システムを含む熱サイクルシステムを作動させるためにはエネルギー源が必要になる。とりわけ、ＥＶでは、モータジェネレータの駆動電源であるバッテリをエネルギー源として、バッテリに蓄積された電気エネルギーを熱サイクルシステムに供給し、熱サイクルシステムを作動させている。このため、ＥＶでは、バッテリに蓄積された電気エネルギーが熱サイクルシステムによって消費される。しかも、その消費率は他の負荷よりも比較的高い。

一方、ＥＶは、地球環境に与える影響がハイブリッド自動車（以下、「ＨＥＶ」と記述する）よりも小さいことから（ゼロであることから）注目を集めている。

しかし、ＥＶは、バッテリの一充電あたりの走行距離が短く、さらには充電ステーションなどのインフラ設備の整備も遅れていることから、その普及率がＨＥＶよりも低い。また、ＥＶは、要求される航続距離の走行に、ＨＥＶのバッテリに蓄積された電気エネルギーよりも多くの電気エネルギーが必要であることから、ＨＥＶよりもバッテリの容量が大きくなる。このため、ＥＶは、バッテリのコストがＨＥＶよりも高く、車両価格がＨＥＶよりも高くなることから、その普及率がＨＥＶよりに低い。

ＥＶの普及率を高くするためには、バッテリの一充電あたりのＥＶの走行距離を延ばすことが必要である。バッテリの一充電あたりのＥＶの走行距離を延ばすためには、バッテリに蓄積された電気エネルギーのモータジェネレータ駆動以外での消費を抑える必要がある。

バッテリ，モータジェネレータ及びインバータ装置などの発熱部品は、その発熱が冷却媒体によって回収されることにより冷却され、その温度が許容温度範囲に調整される。また、発熱部品は、ＥＶの負荷変動によって瞬時的に出力が変化し、これに伴って発熱量が変化する。発熱部品を高効率に作動させるためには、発熱部品の発熱量（温度）の変化に応じて発熱部品の冷却能力を変化させ、発熱部品の温度を常に適温にすることが好ましい。発熱部品の冷却能力を変化させるためには、空気と熱交換される冷却媒体の流速或いは空気の風量を変化させ、空気と冷却媒体との熱交換量を変化させ、冷却媒体の温度を可変することが考えられる。

一方、ＥＶの普及率を高くするためには、バッテリ，モータジェネレータ及びインバータ装置などの発熱部品の低コスト化を図り、ＥＶの車両価格をＨＥＶと同等の車両価格まで低下させる必要がある。発熱部品の低コスト化を図るためには発熱部品の小型高出力化を図る必要がある。ところが、発熱部品を小型高出力化すると、発熱部品の発熱量（温度）が大きくなるので、発熱部品の冷却能力を大きくする必要がある。

しかし、空気と冷却媒体との熱交換では、冷却媒体の温度を空気の温度以下に低下させることができないので、例えば夏場の高温時に発熱部品の発熱量（温度）が大きくなった場合には、発熱部品の温度を、発熱部品が高効率に作動できる適温に近づけづらくなる。このようなことから、周囲の環境状態に影響されずに、発熱部品の冷却能力を可変できるようにすることが必要である。また、冬場の低温時には、発熱部品の温度を、発熱部品が高効率に作動できる適温に調整できるように、すなわち発熱部品を加熱できるようにすることが必要である。

以上のような課題は、ＥＶの熱サイクルシステム内の熱エネルギーを有効利用して室内空調及び発熱部品の温度調整を行うことにより解決できる。

そこで、以下に説明する実施例では、熱サイクル回路を、室外側と熱交換を行う１次側熱サイクル回路と、室内側及び発熱部品側と熱交換を行う２次側熱サイクル回路とに分けて、１次側熱サイクル回路を冷凍サイクルシステムにより、２次側熱サイクル回路を、熱移動媒体が独立して流通する２つの熱移動システムにより、それぞれ構成し、冷凍サイクルシステムの冷媒と２つの熱移動システムのそれぞれの熱移動媒体とが熱交換できるように、冷凍サイクルシステムと２つの熱移動システムのそれぞれとの間に中間熱交換器６ａ，６ｂを設け、さらには発熱部品側と熱交換を行う熱移動システムの熱移動媒体と、室内に取り込まれる空気とが熱交換できるように、発熱部品側と熱交換を行う熱移動システムに室内熱交換器５ａを設けることにより、ＥＶ１０００の熱サイクルシステムを構成している。

以下に説明する実施例によれば、発熱部品の温度調整によって得られる熱エネルギーを室内空調に利用して、室内空調に必要なエネルギーの最小化を図ることができるので、室内空調の省エネ化を図ることができる。しかも、以下に説明する実施例によれば、発熱部品の温度調整によって得られる熱エネルギーを直接、室内空調に利用するので、室内空調の省エネ効果を高めることができる。従って、以下に説明する実施例によれば、空調システムが発熱部品のエネルギー源から持ち出すエネルギーを抑えることができる。

以上のような熱サイクルシステムは、バッテリ１００の一充電あたりのＥＶ１０００の走行距離を延ばす場合に好適である。また、以上のような熱サイクルシステムは、バッテリ１００の一充電あたりの走行距離がこれまでと同様であるときには、バッテリ１００の容量を小さくする場合に好適である。バッテリ１００の容量を小さくできると、ＥＶ１０００の低コスト化，ＥＶ１０００の普及促進，ＥＶ１０００の軽量化に繋げることができる。

また、以下に説明する実施例によれば、室内空調に用いられる熱エネルギーを発熱部品の温度調整に利用して、発熱部品の温度を調整するための熱移動媒体の温度を幅広く調整できるので、周囲の環境状態に影響されずに、発熱部品の温度を可変できる。従って、以下に説明する実施例によれば、発熱部品の温度を、発熱部品が高効率に作動できる適温に調整でき、発熱部品を高効率に作動させることができる。

以上のような熱サイクルシステムは、ＥＶ１０００の低コスト化を図る上で好適である。ＥＶ１０００を低コスト化できると、ＥＶ１０００の普及に繋げることができる。

尚、この他にも解決すべき課題及びそれを解決するための構成或いは方法があるが、それらについてはこれ以降の実施例の中で説明する。

以下、図面を用いて、ＥＶ１０００に搭載される熱サイクルシステムの実施例を詳述する。

図１乃至図８を用いて、ＥＶ１０００に搭載される熱サイクルシステムの第１実施例について説明する。

図１乃至図８は、ＥＶ１０００に搭載される熱サイクルシステムの構成を示す。

尚、図２では、ＨＦＣ−１３４ａなどの冷媒が流通する冷媒配管１２（１次側熱サイクル回路）を実線にて示している。水或いは不凍液などの液状冷却剤（熱移動媒体）が流通する熱移動媒体配管１３ａ，１３ｂ（２次側熱サイクル回路）を点線にて示している。

ＥＶ１０００に搭載される熱サイクルシステムは、図１，図２に示すように、熱サイクル回路を、室外側と熱交換を行う１次側熱サイクル回路と、室内側及び発熱部品側と熱交換を行う２次側熱サイクル回路とに分けられて構成されている。１次側熱サイクル回路は冷凍サイクルシステムから構成されている。２次側熱サイクル回路が、冷却液が独立して流通する第１熱移動システム及び第２熱移動システムから構成されている。

冷凍サイクルシステム及び第１熱移動システムは、バッテリ１００，モータジェネレータ２００及びインバータ装置３００などの発熱部品の温度調整及び室内空調に用いられる温調システムを構成している。冷凍サイクルシステムと第１熱移動システムとの間には、冷凍サイクルシステムの冷媒と第１熱移動システムの冷却液との間の熱交換を行う中間熱交換器６ａが設けられている。冷凍サイクルシステム及び第２熱移動システムは、室内空調に用いられる空調システムを構成している。冷凍サイクルシステムと第２熱移動システムとの間には、冷凍サイクルシステムの冷媒と第２熱移動システムの冷却液との間の熱交換を行う中間熱交換器６ｂが設けられている。

尚、発熱部品としては、インバータ装置３００以外の電力変換装置、例えばＤＣ／ＤＣコンバータなどの他の電動機駆動システムのコンポーネントが含まれる場合もある。

また、モータジェネレータ２００及びインバータ装置３００は並列に冷却及び加熱されてもよいし、直列に冷却及び加熱されてもよい。直列の場合には、インバータ装置３００を冷却してからモータジェネレータ２００を冷却するように、配管経路に対してモータジェネレータ２００及びインバータ装置３００を配置することが好ましい。

冷凍サイクルシステムはヒートポンプと呼ばれる熱移動式の熱サイクルシステムの一つであり、図１，図２に示すように、冷媒が流通する冷媒配管１２が環状に這い回された１次ループ経路によって構成されている。冷媒配管１２によって構成された１次ループ経路上には、圧縮機１，四方弁２，室外熱交換器４，減圧器３ｂ，中間熱交換器６ｂ，減圧器３ａ及び中間熱交換器６ａが配置されている。室外熱交換器４にはファン８ａが取り付けられている。１次ループ経路では、四方弁２の切り替えによって、冷媒が圧縮機１，四方弁２，室外熱交換器４，減圧器３ｂ，中間熱交換器６ｂ，減圧器３ａ，中間熱交換器６ａ，四方弁２，圧縮機１という順番に循環する経路と、冷媒が圧縮機１，四方弁２，中間熱交換器６ａ，減圧器３ａ，中間熱交換器６ｂ，減圧器３ｂ，室外熱交換器４，四方弁２，圧縮機１という順番に循環する経路とが構成される。

圧縮機１は、圧縮によって冷媒を高温及び高圧のガス状媒体とする電動式流体機器である。四方弁２は、圧縮機１に吸入されて吐出される冷媒の流れ方向を切り替えるための切替器であり、冷媒の流れを、圧縮機１に中間熱交換器６ａ側から吸入して室外熱交換器４側に吐出する方向と、圧縮機１に室外熱交換器４側から吸入して中間熱交換器６ａ側に吐出する方向とで切り替える。室外熱交換器４は、ファン８ａによって送風される空気と冷媒との間において高温側媒体から低温側媒体に熱移動させるための熱移動機器である。減圧器３ａ及び減圧器３ｂは、弁体の開度調整によって冷媒を減圧させて膨張させることにより、冷媒の温度及び圧力を調整する膨張弁（絞り弁）である。中間熱交換器６ａは、第１熱移動システムを循環する冷却液と冷媒との間において高温側媒体から低温側媒体に熱移動させるための熱移動機器であり、蒸発器の役目を果たす。中間熱交換器６ｂは、第２熱移動システムを循環する冷却液と冷媒との間において高温側媒体から低温側媒体に熱移動させるための熱移動機器であり、蒸発器の役目を果たす。

第１熱移動システムは、水又は不凍液などの液状の熱移動媒体を循環させて、バッテリ１００，モータジェネレータ２００及びインバータ装置３００などの発熱部品の温度調節（冷却及び加熱）するための熱サイクルシステムであり、図１，図２に示すように、冷却液が流通する熱移動媒体配管１３ａが環状に這い回された２次ループ経路によって構成されている。熱移動媒体配管１３ａによって構成された２次ループ経路上には、室内熱交換器５ａ，前述した発熱部品（バッテリ１００，モータジェネレータ２００及びインバータ装置３００など），ポンプ７ａ，中間熱交換器６ａ，三方弁９ａ及び三方弁９ｂが配置されている。また、熱移動媒体配管１３ａによって構成された２次ループ経路上には、室内熱交換器５ａをバイパスして冷却液を流通させるためのバイパス配管１３ｃ，バッテリ１００をバイパスして冷却液を流通させるためのバイパス配管１３ｄが形成されている。

第２熱移動システムは、水又は不凍液などの液状の熱移動媒体を循環させて、室内の空気の状態（温度，湿度など）を調整するための熱サイクルシステムであり、図１，図２に示すように、冷却液が流通する熱移動媒体配管１３ｂが環状に這い回された２次ループ経路によって構成されている。熱移動媒体配管１３ｂによって構成された２次ループ経路上には、室内熱交換器５ｂ，ポンプ７ｂ及び中間熱交換器６ｂが配置されている。

室内熱交換器５ａは、熱移動媒体配管１３ａを循環する冷却液と室内の空気（内気）或いは外から取り込んだ空気（外気）との間において高温側媒体から低温側媒体に熱移動させるための熱移動機器である。室内熱交換器５ｂは、熱移動媒体配管１３ｂを循環する冷却液と室内の空気（内気）或いは外から取り込んだ空気（外気）との間において高温側媒体から低温側媒体に熱移動させるための熱移動機器である。

ポンプ７ａは熱移動媒体配管１３ａ内の冷却液を循環させるための流体機器である。ポンプ７ｂは熱移動媒体配管１３ｂ内の冷却液を循環させるための流体機器である。

三方弁９ａは、弁体の切り替えによって冷却液の流通経路を切り替える切替器であり、バッテリ１００を介して冷却液を流通させる経路と、バイパス配管１３ｄを介して冷却液を流通させる経路とで切り替える。三方弁９ｂは、弁体の切り替えによって冷却液の流通経路を切り替える切替器であり、室内熱交換器５ａを介して冷却液を流通させる経路と、バイパス配管１３ｃを介して冷却液を流通させる経路とで切り替える。

室内熱交換器５ａ及び室内熱交換器５ｂの出口側にはファン８ｂが設けられている。ファン８ｂが作動すると、内気或いは外気はファン８ｂによって吸気される。これにより、内気或いは外気は、図２に示すように、矢印「入」の方向から流入し、室内熱交換器５ａ及び室内熱交換器５ｂを、室内熱交換器５ｂ，室内熱交換器５ａの順に通過し、図２の矢印「出」の方向に流出する。このとき、内気或いは外気は冷却液と熱交換され、所定の温度に調整（除湿含む）される。この後、内気或いは外気はファン８ｂによって室内に送風される。

熱サイクルシステムには、図１に示すように、コントローラ１５が設けられている。コントローラ１５は、発熱部品が有する温度センサ（図示省略）から得られた各発熱部品の温度測定情報，第１及び第２熱移動システムのそれぞれが有する温度センサ（図示省略）から得られた各冷却液の温度測定情報，運転者によって手動設定或いは自動設定される室内要求温度，予め設定された各発熱部品の冷却閾値及び加熱閾値を含む複数の入力情報に基づいて、冷媒の圧力や温度，各冷却液の流量や流速などの値を設定すると共に、この設定値に基づいて、熱サイクルシステムの各コンポーネントの作動を制御するための指令値を設定し、この指令値に対応する信号を各コンポーネントに出力して、各コンポーネントの作動を制御する。これにより、冷媒及び各冷却液の状態が制御され、発熱部品の温度及び室内の温度が調整される。

次に、図３乃至８を用いて、本実施例の熱サイクルシステムの動作について説明する。

まず、図３を用いて、熱サイクルシステムの冷房運転時の動作について説明する。

図３に示すように、冷房動作中、冷媒配管１２を流通する冷媒は、四方弁２によって、中間熱交換器６ａ側から圧縮機１に吸入して室外熱交換器４側に吐出する方向に流通する。冷媒は、まず、圧縮機１において圧縮され、高温及び高圧のガス状媒体になる。この後、冷媒は、室外熱交換器４において熱交換（空気中に熱を放出）して凝縮され、高圧の液体状媒体になる。この後、冷媒は、減圧器３ｂにおいて減圧され、低圧及び低温の冷媒（液状及びガス状の２層冷媒）になる。この後、冷媒は、中間熱交換器６ｂにおいて、熱移動媒体配管１３ｂを流通する冷却液と熱交換される。この後、冷媒は、全開状態の減圧器３ａを通過し、中間熱交換器６ａにおいて、熱移動媒体配管１３ａを流通する冷却液と熱交換される。この後、冷媒は、四方弁２を介して再び圧縮機１に流通し、再び圧縮され、前述した一連のサイクルを繰り返す。

熱移動媒体配管１３ｂを流通する冷却液はポンプ７ｂによって送圧され、熱移動媒体配管１３ｂを循環する。ポンプ７ｂによって送圧された冷却液は、まず、中間熱交換器６ｂにおいて冷媒と熱交換され、冷やされる。この後、冷却液は、室内熱交換器５ｂにおいて、室内に送風される内気或いは外気と熱交換される。これにより、内気或いは外気は冷却液によって吸熱されて冷やされ、ファン８ｂによって室内に送風されることにより室内を冷却する。この後、冷却液は、再び中間熱交換器６ｂに流通し、前述の一連のサイクルを繰り返す。

熱移動媒体配管１３ａを流通する冷却液はポンプ７ａによって送圧され、熱移動媒体配管１３ａを循環する。ポンプ７ａによって送圧された冷却液は、まず、中間熱交換器６ａにおいて冷媒と熱交換され、冷やされる。この後、冷却液は、三方弁９ｂによって流通方向が制御され、バイパス配管１３ｃを流通、すなわち室内熱交換器５ａをバイパスして流通する。この後、冷却液は、バッテリ１００側に流通する。ここで、バッテリ１００の温度が許容温度範囲内にある場合には、冷却液は、三方弁９ａによって流通方向が制御され、バイパス配管１３ｄを流通、すなわちバッテリ１００をバイパスして流通する。バッテリ１００の温度が許容温度範囲の上限値よりも高い場合には、冷却液は、三方弁９ａによって流通方向が制御され、バッテリ１００を流通してバッテリ１００を冷却する。この後、冷却液は、モータジェネレータ２００及びインバータ装置３００を流通して、モータジェネレータ２００及びインバータ装置３００を冷却する。この後、冷却液は、再び中間熱交換器６Ａに流通し、前述の一連のサイクルを繰り返す。

中間熱交換器６ａ，６ｂにおいて冷却液と熱交換した冷媒は、冷却液から受けた熱を最終的には室外熱交換器４において外気との熱交換により大気に放出する。

本実施例では、冷凍サイクルシステム及び第２熱移動システムの作動により、室内の冷房することができる。また、本実施例では、冷凍サイクルシステム及び第１熱移動システムの作動により、発熱部品を冷却し、発熱部品の温度を、発熱部品が高効率に作動できる適温に調整できる。この時、本実施例では、第１熱移動システムの冷却液を冷凍サイクルシステムの冷媒の熱エネルギーによって冷やしているので、第１熱移動システムの冷却液の温度を、室外環境（空気の温度）に影響されず、発熱部品の発熱量（温度）に応じた温度に調整できる。従って、本実施例では、発熱部品の小型高出力化に伴って、発熱部品の発熱量（温度）が大きくなっても、それに応じて第１熱移動システムの冷却液の温度を調整できるので、発熱部品の温度を、発熱部品が高効率に作動できる適温に調整でき、発熱部品を高効率に作動させることができる。

次に、図４を用いて、ＥＶ１０００の定常状態時における熱サイクルシステムの暖房運転時の動作について説明する。

ここで、定常状態とは、電動機駆動システム（バッテリ１００，モータジェネレータ２００及びインバータ装置３００）の作動によってＥＶ１０００が動作していると共に、バッテリ１００，モータジェネレータ２００及びインバータ装置３００の冷却が必要な状態にあることをいう。

図４の状態では、第１熱移動システムのみが作動し、モータジェネレータ２００及びインバータ装置３００を、必要に応じてバッテリ１００を、熱移動媒体配管１３ａを流通する冷却液によって冷却する。この場合、冷却液は、ポンプ７ａによって送圧された後、中間熱交換器６ａを流通するが、冷凍サイクルシステムが作動していないため、熱交換されずに通過する。この後、冷却液は、三方弁９ｂによって流通方向が制御され、室内熱交換器５ａに流通する。室内熱交換器５ａでは、室内に送風される内気或いは外気と冷却液とが熱交換される。これにより、内気或いは外気は暖められて、ファン８ｂにより室内に送風され、室内を暖房する。室内熱交換器５ａにおける熱交換量は、ポンプ７ａの流速を変化させることによって調整できる。この後、冷却液は、バッテリ１００側に流通する。ここで、バッテリ１００の温度が許容温度範囲内にある場合には、冷却液は、三方弁９ａによって流通方向が制御され、バイパス配管１３ｄを流通、すなわちバッテリ１００をバイパスして流通する。バッテリ１００の温度が許容温度範囲の上限値よりも高い場合には、冷却液は、三方弁９ａによって流通方向が制御され、バッテリ１００を流通してバッテリ１００を冷却する。この後、冷却液は、モータジェネレータ２００及びインバータ装置３００を流通して、モータジェネレータ２００及びインバータ装置３００を冷却する。この後、冷却液は、再び中間熱交換器６Ａを素通りする形で、前述の一連のサイクルを繰り返す。

本実施例では、第１熱移動システムの作動により、発熱部品を冷却するので、発熱部品の温度を、発熱部品が高効率に作動できる適温に調整できる。しかも、本実施例では、発熱部品から回収した熱によって室内を暖房できる。この時、冷凍サイクルシステム及び第２熱移動システムの作動は停止状態にある。これにより、本実施例では、冷凍サイクルシステム及び第２熱移動システムを作動させることなく、発熱部品から回収した熱を利用して室内を暖房することができるので、室内空調に必要なエネルギーの最小化が図れ、室内空調の省エネ化を図ることができる。しかも、本実施例では、発熱部品から回収した熱を直接、室内に取り込まれる空気に放熱できるので、熱エネルギー変換による損失を最小限にでき、省エネ効果を高くできる。従って、本実施例では、車内空調によってバッテリ１００から持ち出される電気キエネルギーを抑えることができる。

尚、本願発明者らは、一般道を模擬したテストコースにおいて、本実施例の熱サイクルシステムを搭載したＥＶ１０００の走行実験（最大速度：時速８０キロ）を行い、モータジェネレータ２００及びインバータ装置３００の排熱によってＥＶ１０００の室内を暖房することができるか否かの確認を行った。この結果、モータジェネレータ２００及びインバータ装置３００の発熱量が３００〜５００ワットになり、モータジェネレータ２００及びインバータ装置３００の排熱によってＥＶ１０００の室内を暖房することができるという、確認が得られた。

次に、図５を用いて、ＥＶ１０００の冷始動時における熱サイクルシステムの暖房運転時の動作について説明する。

ここで、ＥＶ１０００の始動時とは、バッテリ１００，モータジェネレータ２００及びインバータ装置３００を冷機状態のまま始動させて、ＥＶ１０００を駆動する、いわゆるコールドスタート時をいう。

一般に、暖房を使用するのは冬季など、外気の温度が低いときである。このように、外気の温度が低い環境下において、ＥＶ１０００が冷始動するような状態にある場合では、熱移動媒体配管１３ａを流通する冷却液は冷えた状態にあるので、熱移動媒体配管１３ａを流通する冷却液の熱を直ちに室内の暖房に使用できない。そこで、本実施例では、冷凍サイクルシステムの冷媒を冷房時とは逆の方向に流通させ、冷房時に室外熱交換器４によって大気中に放出していた熱を、ＥＶ１０００の始動時には室内に放出して室内を暖房するようにしている。この時、バッテリ１００，モータジェネレータ２００及びインバータ装置３００などの発熱部品の温度が低く、熱移動媒体配管１３ａを流通する冷却液の温度も低い。このため、熱移動媒体配管１３ａを流通する冷却液の循環は行わない。

図５に示すように、冷媒配管１２を流通する冷媒は、四方弁２によって、室外熱交換器４側から圧縮機１に吸入して中間熱交換器６ａ側に吐出する方向に流通する。冷媒は、まず、圧縮機１において圧縮され、高温及び高圧のガス状媒体になる。この後、冷媒は、中間熱交換器６ａを流通するが、第１熱移動システムが作動していないので、熱交換されずに通過し、全開状態である減圧器３ａも通過する。この後、冷媒は、中間熱交換器６ｂを流通し、熱移動媒体配管１３ｂを流通する冷却液と熱交換される。この後、冷媒は、減圧器３ｂにおいて減圧される。この後、冷媒は、室外熱交換器４において熱交換され、空気中の熱を吸熱する。この後、冷媒は、四方弁２を介して再び圧縮機１に流通し、再び圧縮され、前述した一連のサイクルを繰り返す。

図５に示す動作がしばらく続いた後、バッテリ１００，モータジェネレータ２００及びインバータ装置３００などの発熱部品の作動によって、それらの発熱部品の温度が上昇した場合には、図４に示す暖房運転に切り替える。

また、冬季に外気温がマイナスになる地域では、バッテリ１００，モータジェネレータ２００及びインバータ装置３００などの発熱部品の温度が極端に低くなる場合もある。このような場合には、ＥＶ１０００の始動開始前に、バッテリ１００，モータジェネレータ２００及びインバータ装置３００などの発熱部品、特にバッテリ１００を暖気し、発熱部品の温度を、発熱部品が高効率に作動できる適温に予め調整する。この場合、始動時間設定システムに始動開始時間を予め設定しておき、その設定時間の所定時間前に、冷凍サイクルシステム及び第１熱移動システムを、図５に示す暖房運転時と同様に作動させ、中間熱交換器６ａにおいて、冷媒配管１２を流通する冷媒と、熱移動媒体配管１３ａを流通する冷却液とを熱交換する。これにより、熱移動媒体配管１３ａを流通する冷却液は温められる。この後、冷却液は、三方弁９ｂ，バイパス配管１３ｃ，三方弁９ａ，バッテリ１００，モータジェネレータ２００とインバータ装置３００を順に流通する。これにより、バッテリ１００，モータジェネレータ２００及びインバータ装置３００などの発熱部品、特に低温によって入出力特性が低下するバッテリ１００は、その温度が、発熱部品が高効率に作動できる適温になるように温められる。

本実施例では、冷凍サイクルシステム及び第２熱移動システムの作動により、室内の暖房することができる。また、本実施例では、発熱部品の温度が上昇次第、第１熱移動システムの作動による暖房に切り替えることができるので、暖房能力を低下させることなく、冷凍サイクルシステム及び第２熱移動システムの作動を最小限に抑えることができ、室内空調に必要なエネルギーの最小化を図ることができる。従って、本実施例では、室内空調の省エネ化を図ることができ、車内空調によってバッテリ１００から持ち出される電気キエネルギーを抑えることができる。

また、本実施例では、発熱部品の温度が極端に低い場合には、予め冷凍サイクルシステム及び第１熱移動システムの作動により、発熱部品を加熱できる。従って、本実施例では、外気温が極端に低い時にも、発熱部品の温度を、発熱部品が高効率に作動できる適温に調整でき、ＥＶ１０００の始動時から、発熱部品を高効率に作動させることができる。

次に、図６を用いて、熱サイクルシステムの冷房除湿運転時の動作について説明する。

冷房除湿運転時の熱サイクルシステムの動作は、基本的には図３に示す冷房運転時と同じであり、中間熱交換器６ｂにおいて、冷媒配管１２を流通する冷媒と、熱移動媒体配管１３ｂを流通する冷却液とを熱交換し、熱移動媒体配管１３ｂを流通する冷却液を冷やす。この後、熱移動媒体配管１３ｂを流通する冷却液は、室内熱交換器５ｂにおいて、室内に取り込まれる空気と熱交換される。冷却液の温度は、減圧器３ｂの開度調整によって、冷媒配管１２を流通する冷媒の温度が調整されることにより、調整される。

ここで、冷房除湿は、室内に取り込まれる空気を、その中に含まれる水分（湿気）が結露する温度まで冷やす、いわゆるフロン式（或いは冷却式若しくはコンプレッサ式）除湿を行うことにより実現できる。このため、冷房除湿運転時では、中間熱交換器６ｂを流通する冷却液の温度が、室内に取り込まれる空気の中に含まれる水分（湿気）を結露させることができる温度になるように、冷媒配管１２を流通する冷媒の温度を減圧器３ｂによって調整する。このように温度調整された冷却液が、室内熱交換器５ｂにおいて、室内に取り込まれる空気と熱交換されると、室内に取り込まれる空気の中の水分（湿気）が結露によって取り除かれる。これにより、室内には乾いた空気が取り込まれる。

冷房除湿にあたって、室内に取り込まれる空気の温度が低い場合には、室内熱交換器５ａにおいて、室内に取り込まれる空気と、熱移動媒体配管１３ａを流通する冷却液とを熱交換し、室内に取り込まれる空気を暖める。すなわち室内に取り込まれる空気を再加熱する。また、室内に取り込まれる空気を再加熱する必要がない場合は、熱移動媒体配管１３ａを流通する冷却液を、三方弁Ｂ９ｂによってバイパス配管１３ｃに流通させる。こうすることにより、熱移動媒体配管１３ａを流通する冷却液の熱は、中間熱交換器６ａを介して、冷媒配管１２を流通する冷媒に移動し、室外熱交換器４を介して外気に放熱される。

本実施例では、減圧器３ｂの開度を調整して、冷媒配管１２を流通する冷媒の温度を、室内に取り込まれる空気の中に含まれる水分（湿気）を結露させることができる温度に調整し、室内に取り込まれる空気の中の水分（湿気）を結露させているので、室内を冷房除湿することができる。この時、室内に取り込まれる空気と、熱移動媒体配管１３ａを流通する冷却液とを室内熱交換器５ａを介して熱交換して、室内に取り込まれる空気を暖める、すなわち再加熱ができるので、除湿によって室内が冷え過ぎないようにすることができる。

次に、図７及び図８を用いて、熱サイクルシステムの暖房除湿運転時の動作について説明する。

図７に示す暖房除湿運転では、冷媒配管１２を流通する冷媒を、図６に示す冷房除湿運転と同様の方向に循環させる。圧縮機１によって圧縮された高温及び高圧状態の冷媒を、室外熱交換器４において熱交換し、この後、減圧器３ｂにおいて減圧され、低圧及び低温の冷媒になり中間熱交換器６ｂにおいて、熱移動媒体配管１３ｂを流通する冷却液と熱交換される。この後、冷媒は、全開の減圧器３ａを流通し、中間熱交換器６ａにおいて、熱移動媒体配管１３ａを流通する冷却液とほとんど熱交換せずに、四方弁２を介して再び圧縮機１に流通し、再び圧縮され、前述した一連のサイクルを繰り返す。

熱移動媒体配管１３ｂを流通する冷却液は、中間熱交換器６ｂにおいて、冷媒配管１２を流通する冷媒と熱交換されて冷やされる。この後、冷却液は、室内熱交換器５ｂにおいて、室内に取り込まれる空気と熱交換される。これにより、室内に取り込まれる空気は冷やされる。冷却液の温度は、圧縮機１の圧縮動作の調整によって、冷媒配管１２を流通する冷媒の温度が調整されることにより、調整される。

熱移動媒体配管１３ａを流通する冷却液は、中間熱交換器６ａにおいて、ほとんど熱交換されずに、この後、冷却液は、三方弁９ｂによって室内熱交換器５ａに流通され、室内熱交換器５ａにおいて、室内に取り込まれる空気と熱交換される。これにより、室内に取り込まれる空気は暖められる。この後、冷却液は、バッテリ１００，モータジェネレータ２００とインバータ装置３００の順に流通する。なお、冷媒配管１２を流通する冷媒の温度は中間熱交換器６ｂにおいて熱交換され温度が高くなり、結果的中間熱交換器６ａにおいて、ほとんど熱交換されない。

ここで、暖房除湿も冷房除湿と同様に、室内に取り込まれる空気を、その中に含まれる水分（湿気）が結露する温度まで冷やす、フロン式除湿を行うことにより実現できる。このため、暖房除湿運転時では、中間熱交換器６ｂを流通する冷却液の温度が、室内に取り込まれる空気の中に含まれる水分（湿気）を結露させることができる温度になるように、冷媒配管１２を流通する冷媒の温度を減圧器３ｂによって調整する。このように温度調整された冷却液が、室内熱交換器５ｂにおいて、室内に取り込まれる空気と熱交換されると、室内に取り込まれる空気の中の水分（湿気）が結露によって取り除かれる。これにより、室内には乾いた空気が取り込まれる。

暖房除湿では、室内に取り込まれる空気の温度が低いので、室内熱交換器５ａにおいて、室内に取り込まれる空気と、熱移動媒体配管１３ａを流通する冷却液とを熱交換し、室内に取り込まれる空気を暖める。こうすることにより、室内には、適温に暖められて乾いた空気が取り込まれる。これにより、室内の快適性を向上させることができる。

また、本実施例では、中間熱交換器６ａ，６ｂ間に設けた減圧器３ａの開度を調整すれば、中間熱交換器６ａに流入する冷媒の温度を下げて、熱移動媒体配管１３ａを流通する冷却液を冷やすことができるので、暖房除湿運転時にも、バッテリ１００，モータジェネレータ２００及びインバータ装置３００などの発熱部品の冷却を行うことができる。

さらに、図８に示す暖房除湿運転では、冷媒配管１２を流通する冷媒を、図５に示す暖房運転と同様の方向に循環させることでも実現できる。圧縮機１によって圧縮された高温及び高圧状態の冷媒を、中間熱交換器６ａ側に流通し、中間熱交換器６ａにおいて、熱移動媒体配管１３ａを流通する冷却液とほとんど熱交換又は熱移動媒体配管１３ａを流通する冷却液を暖めて、この後、減圧器３ａにおいて減圧され、低圧及び低温の冷媒になる。この後、中間熱交換器６ｂにおいて、熱移動媒体配管１３ｂを流通する冷却液と熱交換される。この後、冷媒は、全開の減圧器３ｂを流通し、室外熱交換器４において熱交換し、再び圧縮され、前述した一連のサイクルを繰り返す。

暖房除湿運転条件は、発熱部品の温度，室内温度等を考慮し、電力消費量が小さくなる図７及び図８どちらかの条件で運転すれば良い。

図９及び図１０を用いて、ＥＶ１０００に搭載される熱サイクルシステムの第２実施例について説明する。

本実施例は第１実施例の変形例であり、中間熱交換器６ａ，６ｂと第１及び第２熱移動システムとの対応関係が第１実施例とは逆の関係になっている。すなわち減圧器３ａ，３ｂ間に配置された中間熱交換器６ｂによって、第１熱移動システムの冷却液と冷凍サイクルシステムの冷媒とを熱交換し、減圧器３ａと四方弁２との間に配置された中間熱交換器６ａによって、第２熱移動システムの冷却液と冷凍サイクルシステムの冷媒とを熱交換する。

この他の構成は第１実施例と同様であることから、第１実施例と同じ構成には第１実施例と同じ符号を付して、その説明を省略する。

また、本実施例の冷房運転時及び暖房運転時の各動作は第１実施例と同じである。しかし、本実施例の冷房除湿及び暖房除湿運転時の動作では、冷凍サイクルシステムが常に冷房運転となる。図１０に示すように、冷房除湿では、減圧器３ａを全開状態，減圧器３ｂの開度を絞った状態として、冷媒配管１２を流通する冷媒を減圧器３ｂ側から減圧器３ａ側に流通する。一方、暖房除湿では、減圧器３ａの開度を絞った状態，減圧器３ｂを全開の状態として、冷媒配管１２を流通する冷媒を減圧器３ｂ側から減圧器３ａ側に流通して、熱移動媒体配管１３ａ，１３ｂを流通する冷却液の温度を調整する。

以上説明した本実施例によれば、第１実施例と同様に車内空調を行うことができると共に、発熱部品の温度調整を行うことができる。従って、本実施例によれば、第１実施例と同様の作用効果を得ることができる。

図１１を用いて、ＥＶ１０００に搭載される熱サイクルシステムの第３実施例について説明する。

本実施例は第２実施例の改良例である。本実施例では、バイパス配管１３ｃ上に室外熱交換器１４を設けている。室外熱交換器１４は、ファン８ａによって送風された空気の流れに対して室外熱交換器４の上流側に配置されるようにして室外熱交換器４と並置され、ファン８ａによって送風された空気と、バイパス配管１３ｃを流通する冷却液とを熱交換する。また、本実施例では、三方弁９ｂをポンプ７ａと中間熱交換器６ｂとの間に配置している。これより、中間熱交換器６ｂによって熱交換される前の冷却液がバイパス配管１３ｃに流通させることができるようになっている。

この他の構成は第２実施例と同様であることから、第２実施例と同じ構成には第２実施例と同じ符号を付して、その説明を省略する。

また、本実施例の冷房運転時，暖房運転時，冷房除湿運転時，暖房除湿運転時の各動作は第２実施例と同じである。

以上説明した本実施例によれば、第２実施例と同様に車内空調を行うことができると共に、発熱部品の温度調整を行うことができる。従って、本実施例によれば、第２実施例と同様の作用効果を得ることができる。

また、本実施例によれば、冷房運転時、発熱部品の熱を冷凍サイクルシステムを介すことなく、直接室外の空気に放出できる。従って、本実施例によれば、熱サイクルシステムの自由度を向上させることができる。

図１２を用いて、ＥＶ１０００に搭載される熱サイクルシステムの第４実施例について説明する。

本実施例は、第３実施例と同様の思想に基づいて第１実施例を改良した例である。本実施例では、バイパス配管１３ｃ上に室外熱交換器１４を設けている。室外熱交換器１４は、ファン８ａによって送風された空気の流れに対して室外熱交換器４の上流側に配置されるようにして室外熱交換器４と並置され、ファン８ａによって送風された空気と、バイパス配管１３ｃを流通する冷却液とを熱交換する。また、本実施例では、三方弁９ｂをポンプ７ａと中間熱交換器６ａとの間に配置している。これより、中間熱交換器６ａによって熱交換される前の冷却液がバイパス配管１３ｃに流通させることができるようになっている。

この他の構成は第１実施例と同様であることから、第１実施例と同じ構成には第１実施例と同じ符号を付して、その説明を省略する。

また、本実施例の冷房運転時，暖房運転時，冷房除湿運転時，暖房除湿運転時の各動作は第１実施例と同じである。

以上説明した本実施例によれば、第１実施例と同様に車内空調を行うことができると共に、発熱部品の温度調整を行うことができる。従って、本実施例によれば、第２実施例と同様の作用効果を得ることができる。

また、本実施例によれば、冷房運転時、発熱部品の熱を冷凍サイクルシステムを介すことなく、直接室外の空気に放出できる。従って、本実施例によれば、熱サイクルシステムの自由度を向上させることができる。

Claims (5)

1. 冷媒が流通する冷凍サイクルシステムと、
   発熱部品の温度を調整する熱移動媒体が流通する第１熱移動システムと、
   室内の空気状態を調整する熱移動媒体が流通する第２熱移動システムと、
   前記冷凍サイクルシステムと前記第１熱移動媒体システムとの間に設けられ、前記冷媒と前記熱移動媒体とを熱交換する第１熱交換器と、
   前記冷凍サイクルシステムと前記第２熱移動媒体システムとの間に設けられ、前記冷媒と前記熱移動媒体とを熱交換する第２熱交換器と、
   前記第１熱移動システムに設けられ、室内に取り込まれる空気と前記熱移動媒体とを熱交換する室内熱交換器と、
   前記第２熱移動システムに設けられ、室内に取り込まれる空気と前記熱移動媒体とを熱交換する室内熱交換器と、を有する、
   ことを特徴とする移動体熱サイクルシステム。
2. 請求項１に記載の移動体熱サイクルシステムにおいて、
   前記第１及び第２熱交換器は、前記冷凍サイクルシステムに対して直列に配置されており、
   前記冷凍サイクルシステムの冷媒流路上の前記第１熱交換器と前記第２熱交換器との間には、前記冷媒を膨張させるための減圧弁が設けられている、
   ことを特徴とする移動体熱サイクルシステム。
3. 請求項１に記載の移動体熱サイクルシステムにおいて、
   前記発熱部品は、移動体を駆動するための駆動部品である、
   ことを特徴とする移動体熱サイクルシステム。
4. 請求項１に記載の移動体熱サイクルシステムにおいて、
   前記第１熱移動システムは、前記熱移動媒体と外気とを熱交換する室外熱交換器を備えている、
   ことを特徴とする移動体熱サイクルシステム。
5. 車輪を駆動するモータと、
   前記モータの駆動電源を構成するバッテリと、
   前記バッテリから供給された直流電力を交流電力に変換して前記モータに供給し、前記モータの駆動を制御する電力変換装置と、
   前記モータ，前記バッテリ，前記電力変換装置の温度を調整すると共に、室内の空気状態を調整する熱サイクルシステムと、を有し、
   前記熱サイクルシステムは、
   冷媒が流通する冷凍サイクルシステムと、
   発熱部品の温度を調整する熱移動媒体が流通する第１熱移動システムと、
   室内の空気状態を調整する熱移動媒体が流通する第２熱移動システムと、
   前記冷凍サイクルシステムと前記第１熱移動媒体システムとの間に設けられ、前記冷媒と前記熱移動媒体とを熱交換する第１熱交換器と、
   前記冷凍サイクルシステムと前記第２熱移動媒体システムとの間に設けられ、前記冷媒と前記熱移動媒体とを熱交換する第２熱交換器と、
   前記第１熱移動システムに設けられ、室内に取り込まれる空気と前記熱移動媒体とを熱交換する室内熱交換器と、
   前記第２熱移動システムに設けられ、室内に取り込まれる空気と前記熱移動媒体とを熱交換する室内熱交換器と、を有している、
   ことを特徴とする電気自動車。

Images