JP2013220712A - 車載機器温調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高効率な冷凍サイクルを用いて電池などの自動車構成部品の冷却および暖機が両立でき、かつ簡素な構成で低コストとなる車載機器温調装置を提供する。
【解決手段】圧縮機１１と凝縮器１２と蒸発器１０とを有するクーラサイクルを用いた車両用空調装置１００を有する。凝縮器１２の冷媒流れ下流側に配置されるサブクールモジュレータ１５またはレシーバ５１から成る高圧側の液溜め機構１５、５１を有する。この液溜め機構１５、５１のさらに下流側に、冷媒の流れを絞る第１絞り（１６）と、冷媒が流れる車載機器（５）との熱交換部（２０）と、冷媒の流れを絞る第２絞り（１７）と、蒸発器（１０）とが順番に配置されている。車載機器５と成る電池の温度に基づき熱交換部２０で熱交換流体を介して車載機器５が加熱または冷却されるように、第１絞り１６の開度を制御装置７、２５で制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用空調装置のクーラサイクルを用いて自動車構成部品等の車載機器の加熱および冷却に適用される車載機器温調装置に関し、特には、電気自動車やハイブリッド車などの電動車両の電池、モータ、インバータなどの自動車構成部品の加熱および冷却に適用される車載機器温調装置に関する。

電気自動車やハイブリッド車などの電動車両では、２次電池などの蓄電装置に蓄えた電気エネルギーを、インバータを介してモータに供給し、該モータを駆動させて走行する。これら電池やインバータ、モータなどの電子機器は走行中など車両使用時に自己発熱し、高温になると十分な機能を得られないだけでなく、機器の劣化や破損を招いてしまうため、一定温度以下を維持するための冷却手段が必要となる。

一方、特に電池の場合は、高温時だけでなく冬季など低温時にも入出力特性が悪化し、走行のための十分な電力が得られない、あるいは充電・回生ができない等の問題が生じる。そのため、十分な性能を引き出すためには、冷却のみならず加熱手段も必要となる。

電池が最適に作動する温度は、一般的に１０℃〜４０℃とされ、高温側では４０℃を超えてしまうと電池の劣化が進み、特に、６０℃以上では破損の恐れがある。低温側では１０℃を下回ると電池の入出力特性が大幅に低下し、加速できない、回生できない、充電できない等の問題が生じる。

また、これらの機器の温度調節（温調とも言う）のためにエネルギーが必要となるが、例えば走行中に機器の温調に多くのエネルギーを費やしてしまうと、走行に使用できるエネルギーが減少し航続可能距離が低下してしまう。また、駐車中や充電中など外部電源で機器を温調する場合でも、効率の悪い温調手段を用いると、電気代の増大を招いてしまう。そのため、冷却および加熱を両立でき、かつ高効率で構成の簡単な車載機器温調装置が求められている。

従来、特許文献１に記載のバッテリ冷却装置が知られている。この装置は、車両の運転状態に左右されるバッテリの充放電時の発熱、外気温度等による環境変化による温度変化等に対して、バッテリを効果的に冷却することのできるバッテリ冷却装置を提供している。そのために、バッテリの一部又は全部が露出する冷却通路に、冷媒バイパス通路を介して空調装置の冷凍サイクルから供給される冷媒によって冷却される蒸発器を配すると共に、送風機によって冷却通路内の空気を循環させ、バッテリを効果的に冷却している。空調に用いる冷凍サイクルの低圧側冷媒（吸熱側）を分岐し、空調のクーラの原理で電池などの機器を冷却している。

特開２００２−３１３４４１号公報

上記特許文献１の技術によると、冷却はできるものの加熱ができないため、電気ヒータなど別の加熱手段を備える必要がありコスト増となる。また、電気ヒータなどの加熱手段は効率が悪いため、特に加熱時には機器温調のために多大なエネルギーが必要となる。

この問題に鑑み、ヒートポンプサイクルを用いることも考えられる。しかし、空調装置用にヒートポンプを搭載した車両には適用できるが、冷凍サイクルをクーラ（冷房）にしか使用しない車には適用できない。

更に、放熱器（凝縮器）をバイパスして高温のホットガスを送る技術を活用することも考えられる。しかし、配管の分岐等で構成が複雑となる。

本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目して成されたものであり、その目的は、高効率な冷凍サイクルを用いて電池などの自動車構成部品の冷却および暖機が両立でき、かつ簡素な構成で低コストとなる車載機器温調装置を提供することを目的としている。

従来技術として列挙された特許文献の記載内容は、この明細書に記載された技術的要素の説明として、参照によって導入ないし援用することができる。

本発明は上記目的を達成するために、下記の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、圧縮機（１１）で圧縮された冷媒を凝縮器（１２）に供給して、冷媒の熱を凝縮器（１２）で放熱し、更に蒸発器（１０）に冷媒を導いて蒸発器（１０）を介して空調風を冷却するクーラサイクルを用いた車両用空調装置（１００）において、凝縮器（１２）の冷媒流れ下流側に配置されるサブクールモジュレータ（１５）またはレシーバ（５１）から成る高圧側の液溜め機構（１５、５１）のさらに下流側に、冷媒の流れを絞る第１絞り（１６）と、冷媒が流れる車載機器（５）との熱交換部（２０）と、冷媒の流れを絞る第２絞り（１７）と、蒸発器（１０）とが順番に配置され、車載機器（５）の温度に基づき熱交換部（２０）にて車載機器（５）が加熱または冷却されるように、第１絞り（１６）の開度を制御する制御手段（７、２５）を備えたことを特徴としている。

この発明によれば、複雑な構成が不要となり、簡素化が可能となる。ちなみに、ヒートポンプやホットガスでは、車載機器の加熱と冷却を両立させるために３方弁や電磁弁、３方分岐配管部など複雑な構成が必要となるが、この発明ではそれらの構成が不要である。

なお、特許請求の範囲および上記各手段に記載の括弧内の符号ないし説明は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を分かり易く示す一例であり、発明の内容を限定するものではない。

図１は本発明の第１実施形態における車載機器温調装置の模式構成図である。 上記実施形態における冷却制御モード運転時のモリエル線図である。 上記実施形態における加熱制御モード運転時のモリエル線図である。 本発明の第２実施形態における第１絞りの概略構成図である。 本発明の第３実施形態における車載機器温調装置の模式構成図である。 図５の構成における冷却制御時のモリエル線図である。 図５の構成における加熱制御時のモリエル線図である。 本発明の第４実施形態における車載機器温調装置の模式構成図である。 図８の構成における冷却制御モード運転時のモリエル線図である。 図８の構成における加熱制御モード運転時のモリエル線図である。 本発明の第５実施形態における車載機器温調装置の一部模式構成図である。 本発明の第６実施形態における車載機器温調装置の一部模式構成図である。 本発明の第７実施形態における車載機器温調装置の一部模式構成図である。 本発明の第８実施形態における車載機器温調装置の一部模式構成図である。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。

各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１ないし図３を用いて詳細に説明する。この発明の車両はハイブリッド車に限らず、通常のガソリン車でも良いが、クーラサイクルから成る冷凍サイクルを搭載しており、かつ温度を調整する必要のある電池等の車載機器を搭載していることが要件となる。

この第１実施形態では、走行エネルギーを供給する電池５と該電池５の電力によって車輪を駆動する電動発電機（ＭＧ）２と、エンジン３とを有するハイブリッド車を一例にとって説明する。

図１において、制御装置を成すハイブリッドＥＣＵ（ハイブリッド電子ユニット）１は、電動発電機２およびエンジン３のうち、いずれの駆動力を駆動輪に伝達するかの駆動切替え制御を行う機能、および車載用蓄電装置である電池（二次電池）５の充放電を制御する機能を備えている。

また、上記電池５は電池パック２１内に複数の電池セルとして収納されている。この電池５は、車両用空調装置１００の圧縮機（電動圧縮機）１１にて消費される電力を電力線１１Ｐにて供給する。

また、電池５を充電するための図示しない充電装置を備えている。また、充電装置は、電力供給源としての電気スタンドや商業用電源（家庭用電源）に接続されるコンセントを備えており、このコンセントに電源供給源を接続することにより、電池５の充電を行うことができる。更に、車両が坂道を下るときの回生制動時に電動発電機２が発生する電力で、充電装置が二次電池からなる電池５を充電する。

次に、図１の車両用空調装置１００に関して説明する。車両用空調装置１００は、車室内を空調する空調ユニットをエアコンＥＣＵ７によって制御するように構成されている。図１では、代表的にエアコンＥＣＵ７が圧縮機１１に制御信号１１ｓを供給している状態のみ図示している。車両用空調装置１００は、いわゆるオートエアコンシステムとして構成されている。車両用空調装置１００は、冷凍サイクル８の冷媒流れを制御して、車室内を空調する。

図示しない空調ユニットは、車両の車室内前方に配置され、内部を送風空気が通過する周知の空調ケースを備えている。空調ケースは、一方側に空気取入口が形成され、他方側に車室内に向かう空気が通過する複数の吹出口が形成される。空調ケースは、空気取入口と吹出口との間に送風空気が通過する通風路を有する。空調ケースの上流側（一方側）には、送風機が設けられている。

送風機（空調用送風機）は、内外気切替え機構（内外気切替ドアとも言う）およびブロワ含む。この内外気切替えドアは、サーボモータ等のアクチュエータによって駆動され、空気取入口である内気吸込口と外気吸込口との開度を変更する吸込口切替手段を構成している。

ブロワは、ブロワ駆動回路（図示せず）によって制御されるブロワモータにより回転駆動されて、空調ケース内において、車室内に向かう空気流を発生させる遠心式送風機である。ブロワは、後述する各吹出口から車室内に向けてそれぞれ吹き出される空調風の吹出風量を変更する機能を有する。空調ケースには、送風機から送風された空気を加熱または冷却して空調風とするための空調用熱交換器を成す蒸発器１０が設けられている。

蒸発器１０は、冷媒を使用して空調ケースを通過して車室内に向かう空調風の温度を調整する（冷却する）冷却用熱交換器として機能する。また、蒸発器１０の空気下流側には、通風路を通過する空気を、エンジン３のエンジン冷却水と熱交換して加熱する暖房用熱交換器としての図示しないヒータコア、または電気ヒータが設けられている。

エンジン冷却水が循環する冷却水回路は、電動ウォータポンプによって、エンジン３のウォータジャケットで暖められたエンジン冷却水を循環させる回路である。この回路には、ラジエータ（図示せず）、サーモスタット（図示せず）およびヒータコアが設けられている。

ヒータコアの空気上流側には、車室内の温度調節を行うためのエアミックスドアが設けられている。エアミックスドアは、サーボモータ等のアクチュエータにより駆動される。また、エアミックスドアは、各吹出口から車室内に向けて、それぞれ吹出される空調風の吹出温度を変更する。換言すると、エアミックスドアは、蒸発器１０を通過する空気と、ヒータコア等の通過する空気との風量比率を調整するエアミックス手段として機能する。

蒸発器１０は、クーラサイクルから成る冷凍サイクル８の一構成部品を成すものである。また、電池５の直流出力は、図示しないインバータで三相交流に変換される。この三相交流が入力される電動機により駆動されて、冷媒を吸入圧縮してから吐出する圧縮機１１を上記冷凍サイクル８に含んでいる。

また、冷凍サイクル８は、圧縮機１１より吐出された冷媒を凝縮液化させる凝縮器１２と、この凝縮器１２より流入した液冷媒を気液分離するサブクールモジュレータ１５と、このサブクールモジュレータ１５より流入した液冷媒を断熱膨張させる第１絞り１６および第２絞り１７と、第２絞り１７より流入した気液二相状態の冷媒を蒸発気化させる蒸発器１０とを含んでいる。

圧縮機１１が回転して、蒸発器１０による空気冷却作用が行われ、圧縮機１１の回転が停止（オフ）した時に、圧縮機１１による冷媒の吐出が無くなり、蒸発器１０による空気冷却作用が停止される。また、電池５は電動発電機（ＭＧ）２の電力でもエンジン３で駆動される図示しない発電機でも充電される。

また、凝縮器１２は、ハイブリッド車が走行する際に生じる走行風を受け易い場所に配設され、内部を流れる冷媒と、図示しない室外ファンにより送風される外気または走行風とを熱交換する室外熱交換器を構成している。

空調ケースの最も下流側には、吹出口切替部を構成する、それぞれ、デフロスタ開口部、フェイス開口部およびフット開口部が形成されている。各吹出口の内側には、吹出口切替ドアが回動自在に取り付けられている。吹出口切替ドアは、サーボモータ等のアクチュエータによりそれぞれ駆動されて、吹出口モードを周知のフェイスモード、バイレベルモード、フットモード、フットデフロスタモードまたはデフロスタモードのいずれに切り替えることが可能である。

次に、車両用空調装置１００の電気的構成に関して説明する。図１のエンジン３の始動および停止を司る図示しないイグニッションスイッチがオン操作（ＯＮ）されるとＩＧ信号が出る。ＩＧ信号が出された時に、車両に搭載された車載電源である電池５から直流電源が各制御装置であるエアコンＥＣＵ７、ハイブリッドＥＣＵ１、および電池制御装置２５等に供給され、演算処理や制御処理を開始する。

エアコンＥＣＵ７には、エンジンＥＣＵから出力される通信信号、車室内前面に設けられた操作パネル上の各スイッチからのスイッチ信号、および各センサからのセンサ信号が入力される。エアコンＥＣＵ７は、エンジン３の駆動要求（エンジンオン要求）を行う。また、エンジン３の停止制御を行う。また、エアコンＥＣＵ６０には、蒸発器１０を通過した直後の空気温度（蒸発器後温度ＴＥ）を検出するエバ後温度検出手段としてのエバ後温度センサ等が接続されているが、図１では図示を省略している。

次に、エアコンＥＣＵ７による概略制御を説明する。イグニッションスイッチがオンされて、エアコンＥＣＵ７に直流電源が供給されると、初期化（イニシャライズ）し、各種操作スイッチからのスイッチ信号を読込む。

次に、各種センサからのセンサ信号を読込み、目標吹出温度ＴＡＯを演算する。そして、この目標吹出温度ＴＡＯおよび上記各種センサからの信号により、エアミックスドア等のアクチュエータの制御値等を算出する。

また、エアコンＥＣＵ７は、ブロワ電圧を決定する処理を実施する。また、吹出口モード決定する。更に、圧縮機回転数決定処理を実施する。その他、必要に応じて、電気ヒータの作動本数を決定する処理および要求水温決定処理等を実施する。

車両用空調装置１００の冷凍サイクル（クーラサイクル）は、冷媒流れの順に圧縮機１１、凝縮器１２、液溜めを構成するサブクールモジュレータ１５、第１絞り１６、電池温調用熱交換器を成す補助熱交換器２０、第２絞り１７、蒸発器１０が配置されている。

電池パック２１内に配置される電池温度センサ２２、熱交換部温度センサ２３の信号が電池制御装置２５に取り込まれ、算出条件に基づいて第１絞り１６の開度が制御される。第１絞り１６には全開機能付電気式膨張弁を用いており、電池制御装置２５からの信号に基づいて任意に開度が変更できる。

補助熱交換器２０は、電池パック内２１におけるケース２７内の送風路に配置され、電池温調用ブロワ２６にて送風された熱交換流体を成す空気とクーラサイクルの冷媒とを熱交換させる。

電池パック２１内に配置された電池温度センサ２２の検出結果に基づき、電池温度が最適作動範囲温度を上回った場合（例えば４０℃以上）には、冷却が必要と判断して「冷却制御モード」で運転を開始する。具体的には、補助熱交換器２０の温度を冷却目標温度となるように第１絞り１６の開度を第２絞り１７よりも小さくする。

電池パック２１内に配置された電池温度センサ２２の検出結果に基づき、 電池温度が最適作動範囲温度を下回った場合（例えば１０℃以下）には、加熱が必要と判断して「加熱制御モード」で第１絞り１６を運転する。具体的には、補助熱交換器２０の温度を加熱目標温度となるように、第１絞り１６の開度を第２絞り１７より大きくする。

冷却制御モードおよび加熱モードの両モードとも、第２絞り１７の開度は従来の車両用空調装置１００の制御と同様である。つまり、第２絞り１７の開度は、蒸発器１０の出口のスーパーヒート（ＳＨ）が所定範囲内となるように制御される。

第２絞り１７は、電気式膨張弁または機械式膨張弁（スーパーヒートエキスパンションバルブ）を用いる。圧縮機１１で圧縮されて蓄熱された冷媒は、車両前方のラジエーター前などに配置された凝縮器（凝縮器）１２で走行風や電動ファンによる強制空冷で冷却され、ガス状の冷媒が液化される。液化された冷媒は、室内エアコンユニットの蒸発器１０に送られる。蒸発器１０には第２絞り１７を成す上記機械式膨張弁（スーパーヒートエキスパンションバルブ）から構成されており、ここで液化された冷媒が気化されることにより、車室内を冷房する。

冷房のために空調風と熱交換を終えた冷媒は、圧縮機１１に返送され、一部の余剰の冷媒は液溜めとなるサブクールモジュレータ１５に蓄えられて再液化および内部の乾燥剤による冷媒の除湿が行われる。

この「冷却制御モード」運転時のモリエル線図（ｐ−ｈ線図）を図２に示す。ｐ−ｈ線図（圧力−比エンタルピー線図）は，縦軸に圧力、横軸に比エンタルピーをとり、実用上の便利さから縦軸は圧力の対数で目盛られている。

「加熱制御モード」運転時のモリエル線図（ｐ−ｈ線図）を図３に示す。このように、このクーラサイクルを用いた車載機器５となる電池５の温度調節（冷却および暖房）を行う車載機器温調装置は、多数の電磁弁や３方分岐弁（３方弁）などの複雑な回路構成を必要とすることなく、通常のクーラサイクルに、第１絞り１６と車載機器５との熱交換部を成す例えば補助熱交換器２０を付加するだけで、電池５の冷却だけでなく加熱（暖房）もできる。故に、構成が簡素で低コストとなるのはもちろん、ヒートポンプやホットガス配管を持たない車両にも使用できるため、多くの車両への適用が可能となる。

サブクールモジュレータ（液溜め）の後流に、車載機器５との熱交換部２０を成す例えば補助熱交換器２０を配置しているため、加熱時はサブクール部での加熱が可能となり、比エンタルピが図２および図３のＥＸのように拡大するため、冷凍サイクルの効率が向上する。

第２絞り１７の開度は、上述したように、従来の車両用空調装置１００の制御と同様である。蒸発器８出口のスーパーヒート（ＳＨ）が所定範囲となるように制御しているため、通常の冷房用冷凍サイクルから大きな変更が無く、車載機器５との熱交換器能を追加できる。

加熱時に車載機器５との熱交換部２０を成す補助熱交換器２０の冷媒温度が高すぎる場合、電池５の劣化を招く恐れがある。一般に、電池温度は４０℃以下が最適とされ、それ以上の温度では急激に電池５が劣化する。この第１実施形態の構成を用いれば、車両用空調装置１００の空調運転条件によって高圧の冷媒温度が高すぎる場合でも、第１絞り１６によって車載機器５との熱交換部を成す補助熱交換器２０の冷媒温度を適正化でき、電池５の高温劣化を防止できる。

冷却時に車載機器５との熱交換部２０を成す補助熱交換器２０の冷媒温度が低すぎる場合、電池５の表面に結露が生じる場合がある。電池パック２１内は高い絶縁性が求められるが、電池５の表面に結露が生じると、水分により電気短絡が生じる可能性がある。

しかし、上記構成を用いれば、車両用空調装置１００の空調運転条件によって、蒸発器１０の冷媒温度が低い場合でも、第１絞り１６によって車載機器５との熱交換部２０を成す補助熱交換器２０の冷媒温度を適正化でき、電池５表面への結露を防止できる。更に、クーラサイクルを用いて、冷却だけでなく加熱もできる。

（第１実施形態の作動）
次に、第１実施形態の作動について説明する。図１の圧縮機１１で圧縮された冷媒を凝縮器１２に供給して、冷媒の熱を凝縮器１２で放熱し、更に蒸発器１０に冷媒を導いて蒸発器１０を介して空調風を冷却するクーラサイクルを用いた車両用空調装置１００を車載機器温調装置内に有している。

そして、凝縮器１２の冷媒流れ下流側に配置されるサブクールモジュレータ１５から成る高圧側の液溜め機構のさらに下流側に、第１絞り１６、冷媒が流れる車載機器５との熱交換部２０（補助熱交換器）、第２絞り１７、蒸発器１０が順番に配置されている。

車載機器５となる電池５の温度に基づき、車載機器（電池５）との熱交換部２０で熱交換流体（空気）を介して車載機器５が加熱または冷却されるように第１絞り１６の開度を制御する制御手段を電池制御装置２５内に備えている。

これによれば、複雑な構成が不要となり、簡素化が可能となる。またサブクールで加熱することにより比エンタルピの幅が広がり、冷凍サイクルの高効率化が可能となる。ちなみに、ヒートポンプやホットガスでは、車載機器５の加熱と冷却を両立させるために３方弁や多数の電磁弁等、複雑な構成が必要となるが、この第１実施形態ではそれらの構成が不要である。

更に、車載機器（電池５）の温度が第１所定値（４０℃）以上の場合は、第１絞り１６の開度が第２絞り１７の開度よりも小さくなるよう制御される。一方、車載機器（電池５）の温度が第２所定値（１０℃）以下の場合は、第１絞り１６の開度が第２絞り１７の開度よりも大きくなるよう制御される。

これによれば、車載機器（電池５）の温度が比較的高い場合に、車載機器（電池５）との熱交換部２０に低温低圧の冷媒が供給されて、車載機器（電池５）を冷却することができ、車載機器（電池５）の温度が低い場合は、車載機器（電池５）との熱交換部２０に高温高圧の冷媒が供給されて車載機器（電池５）を加熱することができる。

なお、電池５は、狭い範囲の最適温度域に制御されるのでなく、電池５としても機能が著しく阻害されない程度に加熱または冷却され、同時に運転される車両用空調装置１００の性能が低下しないようにされる。

凝縮器１２部分は、凝縮部と過冷却部との間に気液分離器が配置され液冷媒を更に冷やすことで液冷媒自体が持つエンタルピを増大させるサブクール式の凝縮器１２、１５からなる。そして、サブクール式の凝縮器１２、１５の後流に、車載機器５との熱交換部２０を配置している。

これによれば、サブクール式の凝縮器１２、１５の後流に車載機器５との熱交換部２０を配置しているから、車載機器５の熱交換部２０を加熱または冷却する場合に、冷媒のサブクール部での加熱または冷却が可能となり、比エンタルピが拡大するため冷凍サイクルの効率が向上する。

車載機器５を成す電池５は、車両走行エネルギーを発生し、かつ圧縮機１１を駆動するエネルギーを供給する二次電池５から成るから、二次電池５の温度を簡単な構成で管理することができ、二次電池の充放電特性を良好に保ち充放電効率を良くすることができる。これにより、圧縮機１１を持つ車両用空調装置１００を含んだ車載機器温調装置全体の効率が良くなる。従って、車両用空調装置１００の冷媒を活用して二次電池５を温度調節しても、電池５を含む車両用空調装置１００全体の性能または効率を悪化させることが少ない。

（第１実施形態の作用効果）
以下に、第１実施形態における作用効果をまとめて記載する。車載機器５の温度が所定値以上の場合は、第１絞り１６の開度が第２絞り１７の開度よりも小さくなるよう制御されている。また、車載機器５の温度が第１所定値より低温の第２所定値以下の場合は、第１絞り１６の開度が第２絞り１７の開度よりも大きくなるよう制御手段７、２５が制御している。

これによれば、車載機器の温度が高すぎる場合は、車載機器との熱交換部に低温低圧の冷媒が供給されて車載機器を冷却することができ、車載機器の温度が低すぎる場合は、車載機器との熱交換部に高温高圧の冷媒が供給されて車載機器を加熱することができる。

更に、凝縮器１２は、凝縮部と過冷却部との間に気液分離器が配置され液冷媒を更に冷やすことで液冷媒自体が持つ比エンタルピを増大させるサブクール式の凝縮器１２、１５からなる。そして、サブクール式の凝縮器１２、１５の後流に車載機器５との熱交換部２０を配置している。

これによれば、サブクール式の凝縮器の後流に車載機器との熱交換部を配置しているから、車載機器との熱交換部を加熱する場合は冷媒のサブクール部での加熱が可能となり、エンタルピが拡大するため冷凍サイクルの効率が向上する。

次に、車載機器は、圧縮機を駆動するエネルギーを発生する二次電池５から成る。これによれば、二次電池の温度を簡単な構成で管理することができ、二次電池の充放電特性を良好に保ち効率を良くすることができる。また、圧縮機を持つ車両用空調装置を含んだ車載機器温調装置全体の効率が良くなる。これにより、車両用空調装置の冷媒を活用して二次電池を温度調節しても、二次電池を含めた車両用空調装置全体の性能向上または効率向上に寄与する。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、以降の各実施形態においては、上述した第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、異なる構成および特徴について説明する。図４は、本発明の第２実施形態において第１絞り１６として使用するブリードポート３１と電磁弁部（弁部とも言う）３２とを有するブリード型電磁弁から成る第１絞り１６の概略を示している。なお、第２実施形態のその他の構成は、第１実施形態と同一である。

第１実施形態では、第１絞り１６に電気式膨張弁を用い、制御信号により車載機器５との熱交換部２０を成す補助熱交換器２０の冷媒温度が目標温度となるよう制御したが、第２実施形態では、図４のように、第１絞り１６にブリードポート３１（固定穴）を持ったブリード型電磁弁を用いている。電池５の温度が最適作動温度範囲を上回り冷却が必要となった場合は、弁部３２を閉状態として、ブリードポート３１の穴径に関連する固定絞りとする。

また、電池５の温度が最適作動温度範囲を下回り、加熱が必要となった場合は、電磁弁部３２を全開状態とする。このようにすることで、第１絞り１６の構成が簡素になる上、制御ロジックも簡素になるため、機器のコストダウンや制御適合工数が削減できる。

なお、この種のブリード型電磁弁は種々のものを使用できるが、例えば、特開２００２−２８６１５２号公報に開示されたブリード型比例電磁弁を採用することができる。なお、比例電磁弁でなく、オンオフ弁として使用し、制御を簡素化しても良い。

（第２実施形態の作用効果）
第２実施形態においては、第１絞り１６は、全閉または全開が可能な弁部３２と該弁部３２と並列の流路に形成されたブリードポート３１とを有している。そして、弁部３２が全閉時でも一定の開口面積を持つブリードポート３１から冷媒が流れるようにしている。その上で、車載機器５を冷却する場合は、弁部３２を全閉としてブリードポート３１による固定絞りが構成される。また、車載機器５を加熱する場合は弁部３２が全開となるよう制御される。

これによれば、第１絞りは全閉または全開が可能な弁部と該弁部と並列の流路に配置されたブリードポートとを有し、弁部が全閉時でも一定の開口面積を持つブリードポートから冷媒が流れるようにしたから、簡単な構成で第１絞りを構成し、車載機器の冷却および加熱を行うことができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。上述した実施形態と異なる特徴部分を説明する。第１および第２実施形態では、電池５の温度により「冷却制御モード」および「加熱制御モード」のうちいずれかを判定して、車載機器５との熱交換部２０を成す補助交換器２０の温度が目標温度となるように、第１絞り１６を制御していたが、この第３実施形態では、蒸発器１０の出口側のスーパーヒート制御（エバ出口スーパーヒート制御）のみを制御する。

図５の構成における冷却制御時のモリエル線図を図６に示す。また、加熱制御時のモリエル線図を図７に示す。「冷却制御モード」と判定された場合は、図６のように、第１絞り１６を蒸発器出口側がスーパーヒート状態と成るようにエバ出口スーパーヒート（ＳＨ）制御を実行する。同時に、第２絞り１７は、全開状態とする。

一方、「加熱制御モード」と判定された場合は、図７のように、第１絞り１６を全開状態とし、第２絞り１７を蒸蒸発器出口側が所定のスーパーヒート状態と成るようにエバ出口スーパーヒート（ＳＨ）制御を実行する。

この第３実施形態における電池温度検出方法は、第１および第２実施形態と同様であるが、検出結果のフィードバック制御が、蒸発器１０の出口側のスーパーヒート制御（エバ出口スーパーヒート制御）のみとなるため、全体の制御が簡素となる。

蒸発器１０の出口側がスーパーヒート状態と成るように制御するために、一例として従来の空調用に装着されている蒸発器フィン温度を検出するサーミスタ４１（図５）と蒸発器出口側の冷媒温度を検出する冷媒温度センサ４２を用いてスーパーヒート状態を検出している。なお、スーパーヒート状態が検出できれば他の手段を用いることも可能である。

（第３実施形態の作動）
車載機器５の温度が比較的高い場合は、第１絞り１６の開度を制御して蒸発器１０の出口側の冷媒が所定のスーパーヒート状態になるようにするとともに、第２絞り１７の開度を実質的に全開とする。

一方、車載機器５の温度が比較的低い場合は、第１絞り１６の開度を実質的に全開とするとともに第２絞り１７の開度を制御して蒸発器１０の出口側の冷媒が所定のスーパーヒート状態になるように制御する。

これによれば、車載機器５の温度が比較的高い場合は、車載機器５との熱交換部２０に低温低圧の冷媒が供給され、車載機器５を冷却できる。また、車載機器５の温度が低い場合は、車載機器５との熱交換部２０に高温高圧の冷媒が供給され、車載機器５を加熱することができる。

そして、冷媒が所定のスーパーヒート状態になるように制御するために、蒸発器１０の出口側の冷媒の冷媒出口温度Ｔｏを検出する冷媒温度センサ４２と蒸発器１０のフィン温度Ｔｆを検出するフィン温度センサ４１とを用いて、冷媒出口温度Ｔｏとフィン温度Ｔｆとの偏差が所定の範囲内に成るように、第１絞り１６または第２絞り１７を制御する。これによれば、既存のフィン温度センサ４１を活用して冷媒出口温度Ｔｏとフィン温度Ｔｆとの偏差に関係するスーパーヒート状態を制御することができる。

（第３実施形態の作用効果）
第３実施形態の作用効果をまとめると以下の通りである。車載機器５の温度が所定値以上の場合は、第１絞り１６の開度を制御して蒸発器１０における出口側の冷媒が所定のスーパーヒート状態になるように制御するとともに、第２絞り１７の開度を実質的に全開としている。

一方、車載機器５の温度が第２所定値以下の場合は、第１絞り１６の開度を実質的に全開とするとともに第２絞り１７の開度を制御して蒸発器１０における出口側の冷媒が所定のスーパーヒート状態になるように制御手段７、２５が制御している。

これによれば、車載機器の温度が高い場合は、車載機器との熱交換部に低温低圧の冷媒が供給されて車載機器をより確実に冷却でき、車載機器温度が低い場合は、車載機器との熱交換部に高温高圧の冷媒が供給され車載機器をより確実に加熱することができる。

また、冷媒が所定のスーパーヒート状態になるように制御するために、蒸発器１０の出口側の冷媒の冷媒出口温度Ｔｏを検出する冷媒温度センサ４２と蒸発器１０のフィン温度Ｔｆを検出するフィン温度センサ４１とを備えている。そして、冷媒出口温度Ｔｏとフィン温度Ｔｆとの偏差が所定の範囲内に成るように、第1絞り１６または第２絞り１７を制御手段７、２５にて制御している。これによれば、既存のフィン温度センサを活用して冷媒出口温度とフィン温度との偏差に関係するスーパーヒート状態を制御することができる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。上述した実施形態と異なる特徴部分を説明する。上記第１実施形態では高圧側の液溜め機構としてサブクールモジュレータを用いたが、図８に示すようにレシーバ５１を用いても良い。このように液溜め機構としてレシーバ５１を用いても、クールサイクルを利用して第１実施形態と同様に、車載機器５が加熱または冷却されるように第１絞り１６の開度を制御することができる。

この第４実施形態では、図８において、圧縮機１１で圧縮された冷媒を凝縮器１２に供給して、冷媒の熱を凝縮器１２で放熱している。更に蒸発器１０に冷媒を導いて蒸発器１０を介して空調風を冷却するクーラサイクルを用いた車両用空調装置を構成している。

凝縮器１２の冷媒流れ下流側に配置されるレシーバ５１から成る高圧側の液溜め機構のさらに下流側に、第１絞り１６、車載機器５と熱交換可能な熱交換部２０、第２絞り１７、蒸発器１０が順番に配置されている。そして、車載機器５の温度に基づき、車載機器５との熱交換部２０で熱交換流体となる空気を介して車載機器５が加熱または冷却されるように第１絞り１６の開度を制御する制御手段を電池制御装置２５内に備えている。

第４実施形態における「冷却制御モード」運転時のモリエル線図（ｐ−ｈ線図）を図９に示す。また、第４実施形態における「加熱制御モード」運転時のモリエル線図（ｐ−ｈ線図）を図１０に示す。これによれば、複雑な構成が不要となり、一層の簡素化が可能となる。

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について説明する。上述した実施形態と異なる特徴部分を説明する。図１１において、第１実施形態よりも広い閉鎖空間内に車載機器５と熱交換可能な補助熱交換器２０が設けられている。

そして、補助熱交換器２０を通過する熱交換流体（空気）を遮蔽するドア部材６１を備えている。このドア部材６１が図１１の状態から１８０度回転して補助熱交換器２０の右側の表面を覆うことにより、補助熱交換器２０を迂回して熱交換流体（空気）を流すことが可能となる。ドア部材６１は、車両用空調装置１００のエアミックスドアと同様にアクチュエータで回転が制御される。

以上の構成により、補助熱交換器２０を通過する熱交換流体を介して車載機器５が加熱または冷却されるようにしているが、補助熱交換器２０を通過する熱交換流体を遮蔽するドア部材６１を備え、補助熱交換器２０を迂回して熱交換流体を流すことにより、補助熱交換器２０と熱交換流体との間の熱交換状態を制御することができる。

（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態について説明する。上述した実施形態と異なる特徴部分を説明する。図１２において、車載機器５との熱交換部２０と第１絞り１６をバイパスするバイパス弁７１と該バイパス弁７１を開閉する制御手段（電池制御装置２５内）とを設けている。なお、図１２の破線のように、車載機器５との熱交換部２０のみをバイパスするようにバイパス弁７１０を設けても良い。

上記構成によれば、車載機器５との熱交換部２０をバイパスするバイパス弁７１０、または車載機器５との熱交換部２０と第１絞り１６とをバイパスするバイパス弁７１を設け、更に、該バイパス弁７１（７１０）を開閉する制御手段（電池制御装置）２５とを備えることにより、車載機器５との熱交換部２０に冷媒を通過させる必要の無いときにバイパス弁７１（７１０）を開いて、該バイパス弁７１（７１０）に冷媒を流して、冷媒の流通抵抗を削減することができる。

（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態について説明する。上述した実施形態と異なる特徴部分を説明する。第１実施形態では、電池パック内の電池の温調を送風によって実施する例を示したが、図１３に示すように、補助熱交換器２０を冷却液と冷媒との間で熱交換する冷却液冷媒間熱交換器（チラー）とし、熱交換された冷却液にて電池５を温調する構成としても良い。冷却液は不凍液（ＬＬＣ）等の冷却水が望ましいが、オイルなど他の液体媒体でも良い。冷却液は、冷却ポンプ６２によって、電池パック２１内の電池５と冷却液冷媒間熱交換器２０との間を循環する。

上記構成によれば、電池５を、熱容量が大きく冷却性能の良い冷却液を用いて速やかに温度調整が可能である。従って、車両用空調装置１００側から冷却または加熱のためのエネルギーを得て、車両用空調装置１００の性能を悪化させる時間を短時間として、電池５の温度を調整することができる。

（第７実施形態の作用効果）
第７実施形態によれば、車載機器５との熱交換部２０は、車載機器５を冷却する冷却液と冷媒とを熱交換する冷却液冷媒間熱交換器２０からなる。そして、車載機器５の温度に基づき冷却液冷媒間熱交換器２０で冷却液を介して車載機器５が加熱または冷却される。

これによれば、車載機器を、熱容量が大きく冷却性能の良い冷却液を用いて速やかに温度調整が可能である。従って、車両用空調装置の性能低下時間を短時間として電池パックの温度を調整することができる。

（第８実施形態）
次に、本発明の第８実施形態について説明する。上述した実施形態と異なる特徴部分を説明する。図１４においては、電池パック２１内の電池５を直接冷媒で冷却している。従って、車載機器５との熱交換部２０は、電池パック２１内の冷媒が流れる空間（ダクト２７）となる。

この構成によれば、電池パックを、途中の補助熱交換器を介さず、車載機器５との熱交換部２０を成すダクト２７において直接冷媒を用いて温度調整が可能である。

（第８実施形態の作用効果）
第８実施形態によれば、冷媒が直接的に車載機器５と熱交換する熱交換部２０を有する。そして、車載機器５の温度に基づき、熱交換部２０で冷媒によって車載機器５が加熱または冷却される。これによれば、冷媒自体が熱交換流体と成り、熱交換器が不要となるため、構造の簡素化または軽量化を図ることができる。

（その他の実施形態）
本発明は上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張することができる。電池温度検出手段は、電池の温度を直接検出するセンサだけでなく、電池温度が間接的に検出できる手段を用いても良い。例えば、電池パック内部材温度や、電池を温調する流体の温度等でも良い。

また、これまでの実施例ではリチウムイオン電池などの二次電池を温調する例を示したが、車載機器は、電池以外の他の機器でも良い。例えばインバータや車載充電器などの電気機器や、インタークーラ等でも良い。また、二次電池もリチウムイオンに限定せず、ニッケル水素電池など他の電池でも良い。

１０ 蒸発器
１５ サブクールモジュレータ
５１ レシーバ
１５、５１ 液溜め機構
１６ 第１絞り
５ 車載機器（電池）
２０ 車載機器との熱交換部（補助熱交換器）
１７ 第２絞り
６１ ドア部材
３１ ブリードポート

Claims (11)

1. 圧縮機（１１）で圧縮された冷媒を凝縮器（１２）に供給して、前記冷媒の熱を前記凝縮器（１２）で放熱し、更に蒸発器（１０）に前記冷媒を導いて前記蒸発器（１０）を介して空調風を冷却するクーラサイクルを用いた車両用空調装置（１００）において、
   前記凝縮器（１２）の前記冷媒流れ下流側に配置されるサブクールモジュレータ（１５）またはレシーバ（５１）から成る高圧側の液溜め機構（１５、５１）のさらに下流側に、前記冷媒の流れを絞る第１絞り（１６）と、前記冷媒が流れる車載機器（５）との熱交換部（２０）と、前記冷媒の流れを絞る第２絞り（１７）と、前記蒸発器（１０）とが順番に配置され、
   前記車載機器（５）の温度に基づき前記熱交換部（２０）にて前記車載機器（５）が加熱または冷却されるように、前記第１絞り（１６）の開度を制御する制御手段（７、２５）を備えたことを特徴とする車載機器温調装置。
2. 前記車載機器（５）の温度が所定値以上の場合は、前記第１絞り（１６）の開度が前記第２絞り（１７）の開度よりも小さくなるよう制御され、前記車載機器（５）の温度が前記第１所定値より低温の第２所定値以下の場合は、前記第１絞り（１６）の開度が前記第２絞り（１７）の開度よりも大きくなるよう前記制御手段（７、２５）が制御することを特徴とする請求項１に記載の車載機器温調装置。
3. 前記車載機器（５）の温度が所定値以上の場合は、前記第１絞り（１６）の開度を制御して前記蒸発器（１０）における出口側の前記冷媒が所定のスーパーヒート状態になるように制御するとともに、前記第２絞り（１７）の開度を実質的に全開とし、
   前記車載機器（５）の温度が前記第２所定値以下の場合は、前記第１絞り（１６）の開度を実質的に全開とするとともに前記第２絞り（１７）の開度を制御して前記蒸発器（１０）における出口側の前記冷媒が前記所定のスーパーヒート状態になるように前記制御手段（７、２５）が制御することを特徴とする請求項２に記載の車載機器温調装置。
4. 前記冷媒が前記所定のスーパーヒート状態になるように制御するために、前記蒸発器（１０）の出口側の冷媒の冷媒出口温度（Ｔｏ）を検出する冷媒温度センサ（４２）と前記蒸発器（１０）のフィン温度（Ｔｆ）を検出するフィン温度センサ（４１）とを備えて、前記冷媒出口温度（Ｔｏ）と前記フィン温度（Ｔｆ）との偏差が所定の範囲内に成るように、前記第1絞り（１６）または前記第２絞り（１７）を前記制御手段（７、２５）にて制御することを特徴とする請求項３に記載の車載機器温調装置。
5. 前記熱交換部（２０）は、補助熱交換器（２０）からなり、該補助熱交換器（２０）を通過する熱交換流体を遮蔽するドア部材（６１）を備え、前記補助熱交換器（２０）を迂回して前記熱交換流体を流すことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の車載機器温調装置。
6. 更に、前記熱交換部（２０）、または、前記熱交換部（２０）と前記第１絞り（１６）とをバイパスするバイパス弁（７１、７１０）と、
   前記バイパス弁（７１、７１０）を開閉する前記制御手段（２５）と、を備えることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の車載機器温調装置。
7. 前記凝縮器（１２）は、凝縮部と過冷却部との間に気液分離器が配置され液冷媒を更に冷やすことで液冷媒自体が持つ比エンタルピを増大させるサブクール式の凝縮器（１２、１５）からなり、前記サブクール式の凝縮器（１２、１５）の後流に前記熱交換部（２０）を配置していることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の車載機器温調装置。
8. 前記第１絞り（１６）は全閉または全開が可能な弁部（３２）と該弁部（３２）と並列の流路に形成されたブリードポート（３１）とを有し、前記弁部（３２）が全閉時でも一定の開口面積を持つ前記ブリードポート（３１）から前記冷媒が流れ、前記車載機器（５）を冷却する場合は、前記弁部（３２）を全閉として前記ブリードポート（３１）による固定絞りが構成され、
   前記車載機器（５）を加熱する場合は、前記弁部（３２）が全開となるよう制御されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の車載機器温調装置。
9. 前記熱交換部（２０）は、前記車載機器（５）を冷却する冷却液と前記冷媒とを熱交換する冷却液冷媒間熱交換器（２０）からなり、前記冷却液冷媒間熱交換器（２０）によって、前記冷却液を介して前記車載機器（５）が該車載機器（５）の温度に基づき加熱または冷却されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一項に記載の車載機器温調装置。
10. 前記熱交換部（２０）は、前記冷媒が直接的に前記車載機器（５）と熱交換する熱交換部（２０）からなり、前記熱交換部（２０）において、前記冷媒によって前記車載機器（５）が該車載機器（５）の温度に基づき加熱または冷却されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一項に記載の車載機器温調装置。
11. 前記車載機器は、前記圧縮機を駆動するエネルギーを供給する二次電池から成ることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の車載機器温調装置。

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