JP2014037179A

JP2014037179A - 電動車両用熱管理システム

Info

Publication number: JP2014037179A
Application number: JP2012179333A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Hatakeyama; 淳畠山; Takayuki Ishikawa; 貴幸石川; Masashi Koshijima; 将史越島; Satoshi Ogiwara; 智荻原; Hitoshi Shimonosono; 均下野園
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd; Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd; Marelli Corp
Priority date: 2012-08-13
Filing date: 2012-08-13
Publication date: 2014-02-27

Abstract

【課題】バッテリを所望の温度範囲内に保持しながら、より効率よくバッテリに蓄熱する。
【解決手段】電動モータ３３によって駆動される電動車両用熱管理システム１００は、エアコン用冷媒ループ１０と、バッテリ用冷媒をバッテリ１と蒸発部１７と加熱器５４との間で循環させるバッテリ用冷媒ループ５０と、ヒータ用冷媒を凝縮部１６とヒータ用冷媒から車内への導入空気に放熱させる車内放熱器３５とヒータ用冷媒から車外空気へと放熱させる車外放熱器３２との間で循環させるヒータ用冷媒ループ３０と、バッテリ用冷媒の温度がバッテリ用冷媒目標温度より低い場合、加熱器５４によってバッテリ用冷媒を加熱し、バッテリ用冷媒の温度がバッテリ用冷媒目標温度より高い場合、エアコン用冷媒を循環させて蒸発部１７においてバッテリ用冷媒から吸熱させる熱管理制御手段と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動車両に搭載される電動車両用熱管理システムに関する。

電動モータの駆動力によって走行する電動車両は、エンジンを搭載していないので、暖房時にエンジンの排熱を利用することができない。また、ハイブリッド車両のようにエンジンを搭載した電動車両においても、エンジンを常時運転させているわけではないので、暖房時の熱量が不足する。そこで、暖房時には、電動コンプレッサを備えた冷媒サイクルによって構成される空調装置によって車室内温度を上昇させている。

しかし、空調装置を作動させた分だけバッテリに蓄電された電力が消費されるので、車両の航続可能距離が低下する。

特許文献１は、空調装置を構成する冷媒サイクルとは別に、バッテリを冷却する冷却水回路を備え、冷媒と冷却水との間で熱交換可能な熱交換器を備える空調システムを開示している。この空調システムは、充電中にバッテリを加熱しておき、車両の動作中であって暖房を使用する際に、バッテリに蓄熱された熱を利用する。

特開２０１１−６８３４８号公報

しかし、上記特許文献１の空調システムは、バッテリを加熱する際に、冷媒サイクルのホットガス（高温冷媒）を熱交換器を介して冷媒から冷却水に熱伝達するとともに、暖房使用時には、冷媒サイクルをヒートポンプサイクルとして機能させ、熱交換器を介して冷却水から冷媒に熱伝達している。

したがって、バッテリを加熱する必要がある場合には、熱交換器へ冷媒サイクルの高温冷媒を供給し、バッテリ自体の発熱により冷却水温度が上昇して冷却水を冷却する必要がある場合には、熱交換器へ冷媒サイクルの低温冷媒を供給するので、バッテリの加熱と冷却とが繰り返される場合には、冷媒サイクルの追従性が低下し、バッテリを所望の温度範囲内に制御することが困難となる。

本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたもので、バッテリを所望の温度範囲内に保持しながら、より効率よくバッテリに蓄熱可能な電動車両用熱管理システムを提供することを目的とする。

本発明のある態様によれば、電動モータによって駆動される電動車両に用いられる車両用熱管理システムであって、エアコン用冷媒を圧縮する圧縮部と、エアコン用冷媒の熱を放熱してエアコン用冷媒を凝縮させる凝縮部と、エアコン用冷媒を膨張させて減圧させる減圧部と、エアコン用冷媒に熱を吸熱させてエアコン用冷媒を蒸発させる蒸発部とを有し、エアコン用冷媒を循環させるエアコン用冷媒ループと、バッテリ用冷媒を、電動モータへの供給電力を蓄電するバッテリと、エアコン用冷媒ループと共通の蒸発部と、バッテリ用冷媒を加熱する加熱器と、の間で循環させるバッテリ用冷媒ループと、ヒータ用冷媒を、エアコン用冷媒ループと共通の凝縮部と、ヒータ用冷媒から車内への導入空気に放熱させる車内放熱器と、ヒータ用冷媒から車外空気へと放熱させる車外放熱器と、の間で循環させるヒータ用冷媒ループと、バッテリ用冷媒の温度がバッテリ用冷媒目標温度より低い場合、加熱器によってバッテリ用冷媒を加熱し、バッテリ用冷媒の温度がバッテリ用冷媒目標温度より高い場合、エアコン用冷媒を循環させて蒸発部においてバッテリ用冷媒から吸熱させる熱管理制御手段と、を備えることを特徴とする電動車両用熱管理システムが提供される。

上記態様によれば、バッテリから発生する充電熱をバッテリの冷却システムであるバッテリ用冷媒ループの熱マスを利用して蓄熱することができる。さらに、バッテリの加熱が必要な場合には加熱器によってバッテリ用冷媒を加熱し、余剰の熱はエアコン用冷媒ループによって吸熱することができる。よって、バッテリの充電熱を効率よく蓄熱しつつ、バッテリ温度をより確実に所望の温度範囲内に制御することができる。

本発明の実施形態に係る電動車両用熱管理システムの全体構成を示している。電動車両用熱管理システムの制御システム図である。充電時における電動車両用熱管理システムの作動状態を示している。バッテリ暖機時における電動車両用熱管理システムの作動状態を示している。暖房時における電動車両用熱管理システムの作動状態を示している。冷房時における電動車両用熱管理システムの作動状態を示している。比較例における電動車両用熱管理システムの全体構成を示している。比較例における冬季充電時の電動車両用熱管理システムの作動状態を示している。比較例における冬季走行時の電動車両用熱管理システムの作動状態を示している。比較例における冷房時の電動車両用熱管理システムの作動状態を示している。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明に係る電動車両用熱管理システム１００の全体構成を示している。

電動車両用熱管理システム１００は、エアコンループ１０と、高水温ループ３０と、低水温ループ５０と、を備える。

エアコンループ１０について説明する。

エアコンループ１０は、冷媒（例えばＨＦＣ１３４ａなど）を、コンプレッサ１１、水コンデンサ１６、膨張弁１３、及びエバポレータ１４の順に循環させる冷凍サイクルを構成する冷媒回路である。

コンプレッサ１１は、電動モータによって駆動され、冷媒ガスを圧縮して高温高圧の圧縮冷媒ガスを吐出する。

水コンデンサ１６は、圧縮冷媒ガスと後述する高水温ループの冷却水との間で熱交換を行う熱交換器であり、圧縮冷媒ガスの熱を冷却水に放熱することで圧縮冷媒ガスを冷却し、凝縮させて液体冷媒とする。

膨張弁１３は、高圧の液体冷媒を膨張させて低圧の液体冷媒とする。膨張弁１３は感温式膨張弁（ＴＸＶ）であり、エバポレータ１４の出口における過熱度が予め設定した所定の状態となるようにエバポレータ１４に流入する冷媒量を制御する。

エバポレータ１４は、液体冷媒と車室内空気との間で熱交換を行って、車室内空気の熱を吸収することで車室内空気を冷却し、液体冷媒を蒸発させて冷媒ガスとする。

エアコンループ１０はさらに、水コンデンサ１６の下流側とコンプレッサ１１の上流側とを接続し、エバポレータと並列に設けられる流路１９と、流路１９に設けられるチラー１７及び膨張弁１８と、を備える。

チラー１７は低水温ループ５０に設けられ、エアコンループ１０の冷媒と低水温ループ５０との間で熱交換を行う熱交換器である。チラー１７への冷媒の流出入もエバポレータ１４と同様に感温式膨張弁（ＴＸＶ）を介して行われる。

エアコンループ１０はさらに、エバポレータ１４への冷媒流路を開閉可能なエバ電磁弁２２と、チラー１７への冷媒流路を開閉可能なチラー電磁弁２３と、を備える。

次に、高水温ループ３０について説明する。

高水温ループ３０は、冷却水（例えば不凍液など）を、ラジエータポンプ３１、ラジエータ３２、モータ３３の順に循環させるとともに、Ｈ／Ｃポンプ３４、ヒータコア３５、水コンデンサ１６の順に循環させる。つまり、高水温ループ３０は、モータ３３及び水コンデンサの少なくとも一方で吸熱した熱を、ラジエータ３２及びヒータコア３５の少なくとも一方で放熱する冷却水回路である。

ラジエータポンプ３１は、冷却水をラジエータ３２へと送出する。ラジエータ３２は、冷却水と車室外空気との間で熱交換を行って、冷却水の熱を車室外へと放出することで冷却水を冷却する。モータ３３は、車両駆動用の電動モータであり、バッテリ１からの電力供給を受けて車両を駆動する。

Ｈ／Ｃポンプ３４は、冷却水をヒータコア３５へと送出する。ヒータコア３５は、冷却水と車室内空気との間で熱交換を行って、冷却水の熱を車室内へと放出することで車室内空気を加熱し、冷却水を冷却する。水コンデンサ１６は、エアコンループ１０の冷媒と高水温ループ３０の冷却水との間で熱交換を行う熱交換器であり、冷媒から冷却水へと熱が伝達される。

高水温ループ３０はさらに、水コンデンサ１６の下流側とラジエータポンプの上流側とを接続してモータ３３をバイパスするバイパス流路３６と、水コンデンサ１６の下流側の冷却水をモータ３３側及びバイパス流路３６側の少なくとも一方に流すように流路を切り換え可能な水切り換え弁３７と、を備える。

次に、低水温ループ５０について説明する。

低水温ループ５０は、冷却水（例えば不凍液など）を、バッテリポンプ５１、ＤＣ／ＤＣコンバータ５２、インバータ５３、温水ヒータ５４、ウォータジャケット５５、チラー１７の順に循環させる。

バッテリポンプ５１は、冷却水をＤＣ／ＤＣコンバータ５２へと送出する。ＤＣ／ＤＣコンバータ５２は、バッテリ１から供給された電力を例えば１２Ｖに降圧し、駆動系（モータ３３、インバータ５３など）とは異なる電源系統（サブバッテリなど）へ出力される。インバータ５３は、車両の要求駆動力に応じてバッテリ１の直流電力を交流電力に変換してモータ３３へと供給する。バッテリ１は、車両駆動用のモータ３３に供給する電力を蓄電し、バッテリ１と外気との間の断熱性を確保できる断熱構造となっている。

温水ヒータ５４は、例えばＰＴＣヒータなどであり、バッテリ１から供給される電力によって発熱して冷却水を加熱する。ウォータジャケット５５は、冷却水とバッテリ１との間で熱交換を行う熱交換器であり、バッテリモジュールとの接触面積が大きくなるようにバッテリ１に隣接して設けられる。チラー１７は、低水温ループ５０の冷却水とエアコンループ１０の冷媒との間で熱交換を行う熱交換器であり、冷媒から冷却水へと熱が伝達される。

電動車両用熱管理システム１００は、以上の３つのループから構成され、各ループ間で熱の伝達が行われる。

ここで、車両と車室外空気との間の熱の授受について説明する。

高水温ループ３０のラジエータ３２は、車両走行時の走行風を受ける位置に配設される。これにより、走行中は走行風によってラジエータ３２からの放熱を行うことが可能である。さらに、電動のラジエータファン２がラジエータ３２に隣接して設けられ、ラジエータファン２を作動させることでラジエータ３２からの放熱を強制的に行うことも可能である。

さらに、車両と車室内空気との間の熱の授受について説明する。

車室内の温度を調整する空調ユニットは、ブロアファン３、エバポレータ１４、ミックスドア４、及びヒータコア３５を備える。

ブロアファン３によって、車室内の空気又は外気から選択的に取り入れられた空気は、エバポレータ１４によって冷却され、ミックスドア４の開度に応じて再加熱された後、車室内への吹き出し口から車室内へと吹き出される。

空調ユニットに取り入れる空気を外気導入とするか内気循環とするかは、空調ユニットの最上流部に設けられるインテークドアの開度に応じて切り換えられる。ミックスドア４の開度は、設定温度や日射量センサの検出値などに基づいて設定される目標吹き出し温度に応じて設定される。車室内への吹き出し口であるデフ吹き出し口、ベント吹き出し口、及びフット吹き出し口の吹き出し割合は、各吹き出し口の開度を調整するデフドア、ベントドア、フットドアの開度によって調整される。

次に、電動車両用熱管理システム１００の動作制御を行うコントローラ７０について図２を参照しながら説明する。

コントローラ７０は、車両が充電状態であることを検知する充電状態センサ７１の検知信号、車室内空気の温度を検出する内気温度センサ７２の検出信号、車室外空気の温度を検出する外気温度センサ７３の検出信号、車両が受ける日射量を検出する日射量センサ７４の検出信号、インストルメントパネル内に設置されたＡ／Ｃコントローラ７５を運転者が操作することによって設定された設定温度や風量などの設定情報、低水温ループ５０を循環する冷却水の温度を検出する低水温ループ温度センサ７６の検出信号、及び、高水温ループ３０を循環する冷却水の温度を検出する高水温ループ温度センサ７７の検出信号を受信する。

コントローラ７０は、受信された各種信号を処理して、ブロアファン３の風量、各ドアの開度、コンプレッサ１１の回転速度、ラジエータファン２の作動、温水ヒータ５４の作動、ラジエータポンプ３１の作動、Ｈ／Ｃポンプ３４の作動、バッテリポンプ５１の作動、三方弁２０の切り換え、水切り換え弁３７の切り換え、エバ電磁弁２２の開閉、及びチラー電磁弁２３の開閉、を制御する。

次に、電動車両用熱管理システム１００の動作について図３〜図６を参照して説明する。各図において、エアコンループ１０、高水温ループ３０、及び低水温ループ５０の回路のうち、太線で示す部分が冷媒又は冷却水が流れる部分を示している。

図３は、バッテリ充電時における電動車両用熱管理システム１００の動作を示す回路図である。

エアコンループ１０では、コンプレッサ１１が作動して冷媒を、水コンデンサ１６、チラー電磁弁２３、膨張弁１８、チラー１７の順に循環させる。冷媒の循環路は、エバ電磁弁２２が閉塞することで規制されるので、冷媒はエバポレータ１４には流れない。

低水温ループ５０では、バッテリポンプ５１が作動して冷却水を、ＤＣ／ＤＣコンバータ５２、インバータ５３、温水ヒータ５４、ウォータジャケット５５、チラー１７の順に循環させる。

高水温ループ３０では、Ｈ／Ｃポンプ３４が作動して冷却水を、ヒータコア３５、水コンデンサ１６、水切り換え弁３７の順に循環させる。冷却水の循環路は、水切り換え弁３７によって規制され、さらにラジエータポンプ３１が作動していないので、冷却水はモータ３３及びラジエータ３２には流れない。

これにより、バッテリ充電時には、バッテリ１の充電熱、インバータ５３及びＤＣ／ＤＣコンバータ５２における熱損失を低水温ループ５０の冷却水に吸熱させ、必要に応じて冷却水を温水ヒータ５４により加熱する。冷却水で余剰となった熱はチラー１７においてエアコンループ１０の冷媒に伝達する。

さらに、エアコンループ１０では、コンプレッサ１１の吐出側の高温冷媒から水コンデンサ１６によって熱を高水温ループ３０の冷却水へと伝達し、チラー１７において低水温ループ５０の余剰の熱を吸熱する。高水温ループ３０では、水コンデンサ１６で加熱された冷却水をヒータコア３５へと循環させる。

図４は、バッテリ暖機時における電動車両用熱管理システム１００の動作を示す回路図である。

この場合、コンプレッサ１１、ラジエータポンプ３１、及びＨ／Ｃポンプ３４は作動しないので、エアコンループ１０及び高水温ループ３０では冷媒及び冷却水は循環しない。

低水温ループ５０では、バッテリポンプ５１が作動して冷却水を、ＤＣ／ＤＣコンバータ５２、インバータ５３、温水ヒータ５４、ウォータジャケット５５、チラー１７の順に循環させる。さらに、温水ヒータ５４を作動させて冷却水を加温する。エアコンループ１０には冷媒が流れていないので、チラー１７において熱交換は行われない。

これにより、バッテリ暖機時には、バッテリ１の充電熱、インバータ５３及びＤＣ／ＤＣコンバータ５２における熱損失を低水温ループ５０の冷却水に吸熱させ、さらに、温水ヒータ５４により冷却水を加熱して冷却水を適切な温度で循環させることでバッテリ１を暖機することができる。

図５は、暖房時における電動車両用熱管理システム１００の動作を示す回路図である。

エアコンループ１０では、コンプレッサ１１が作動して冷媒を、水コンデンサ１６、エバ電磁弁２２、膨張弁１３、エバポレータ１４の順に循環させるとともに、これと並列に、水コンデンサ１６、チラー電磁弁２３、膨張弁１８、チラー１７の順に循環させる。

高水温ループ３０では、Ｈ／Ｃポンプ３４が作動して冷却水を、ヒータコア３５、水コンデンサ１６、水切り換え弁３７、モータ３３の順に循環させる。冷却水の循環路は、水切り換え弁３７によって規制され、バイパス流路３６の水切り換え弁３７とＨ／Ｃポンプ３４との間には流れない。さらに、ラジエータポンプ３１が作動していないので、冷却水はラジエータ３２には流れない。

これにより、暖房時には、バッテリ１の充電熱、インバータ５３及びＤＣ／ＤＣコンバータ５２における熱損失を低水温ループ５０の冷却水に吸熱させ、必要に応じて冷却水を温水ヒータ５４により加熱する。冷却水で余剰となった熱はチラー１７においてエアコンループ１０の冷媒に伝達する。

さらに、エアコンループ１０では、コンプレッサ１１の吐出側の高温冷媒から水コンデンサ１６によって熱を高水温ループ３０の冷却水へと伝達し、チラー１７において低水温ループ５０の余剰の熱を吸熱する。高水温ループ３０では、水コンデンサ１６及びモータ３３の排熱によって加熱された冷却水をヒータコア３５へと循環させる。

図６は、冷房時における電動車両用熱管理システム１００の動作を示す回路図である。

エアコンループ１０では、コンプレッサ１１が作動して冷媒を、水コンデンサ１６、エバ電磁弁２２、膨張弁１３、エバポレータ１４の順に循環させるとともに、これと並列に水コンデンサ１６の下流側で分岐して、チラー電磁弁２３、膨張弁１８、チラー１７の順に循環させる。

高水温ループ３０では、ラジエータポンプ３１が作動して冷却水を、ラジエータ３２、モータ３３の順に循環させる。Ｈ／Ｃポンプ３４が作動していないので、冷却水はヒータコア３５には流れることなく、モータ３３とラジエータ３２との間で循環する。

これにより、冷房時には、バッテリ１の充電熱、インバータ５３及びＤＣ／ＤＣコンバータ５２における熱損失を低水温ループ５０の冷却水に吸熱させる。冷却水で余剰となった熱はチラー１７においてエアコンループ１０の冷媒に伝達する。

さらに、エアコンループ１０では、エバポレータ１４において車室内に供給される空気から熱を吸熱するとともに、チラー１７において低水温ループ５０の余剰の熱を吸熱し、水コンデンサ１６において冷媒から高水温ループ３０の冷却水へと放熱する。高水温ループ３０では、モータ３３の排熱をラジエータ３２で放出する。

以上の動作により、低水温ループ５０の冷却水は常に循環され、冷却水温度が低温冷却水の目標温度を下回ると温水ヒータ５４によって冷却水を加熱し、冷却水温度が低温冷却水の目標温度を上回るとチラー１７を介してエアコンループ１０の冷媒に吸熱させる。

低温冷却水の目標温度は、車両の空調モードが暖房モードであるか冷房モードであるかによって、及び充電中であるか走行中であるかによって、適宜設定される。

また、高水温ループ３０の冷却水は、エアコンループ１０の冷媒を循環させている場合に循環させる。車両の空調モードが暖房モードである場合には、水コンデンサ１６から吸熱した熱をヒータコア３５において放熱し、冷房モードである場合には、水コンデンサ１６から吸熱した熱をラジエータ３２において放熱する。

このように本実施形態では、エアコンループ１０においてエバポレータ１４及びチラー１７から吸熱した熱は、すべて水コンデンサ１６から高水温ループ３０の冷却水へと伝達される。

ここで、比較例における電動車両用熱管理システム２００について説明する。

図７は、比較例における電動車両用熱管理システム２００の全体構成を示している。

比較例の電動車両用熱管理システム２００では、エアコンループ１１０は、冷媒を、コンプレッサ１１１、コンデンサ１１２、膨張弁１１３、及びエバポレータ１１４の順に循環させる冷媒回路である。

エアコンループ１１０はさらに、コンプレッサ１１１の下流側とコンデンサ１１２の下流側とをバイパスするバイパス流路１１５と、バイパス流路１１５の途中に設けられる水コンデンサ１１６と、エバポレータ１１４と並列に設けられるチラー１１７及び膨張弁１１８に冷媒を流す流路１１９と、を備える。

コンデンサ１１２は、圧縮冷媒ガスと外気との間で熱交換を行って、圧縮冷媒ガスの熱を外気に放熱することで圧縮冷媒ガスを冷却し、凝縮させて液体冷媒とする。

この比較例では、エアコンループ１１０の冷媒から外気に放熱する場合には、冷媒がコンデンサ１１２側へと送られ、冷媒から高水温ループ１３０の冷却水へと放熱する場合には、冷媒が水コンデンサ１１６側へと送られる。コンプレッサ１１１の下流側において、冷媒の流路をコンデンサ１１２側及び水コンデンサ１１６側の少なくとも一方に切り換えるため、流路の分岐部に三方弁１２０が設けられている。

さらに、冷媒を水コンデンサ１１６側へ流す場合に、水コンデンサ１１６の下流側において冷媒がコンデンサ１１２側へと逆流するのを防止するため、コンデンサ１１２の下流側に逆止弁１２１が設けられている。

なお、高水温ループ１３０、低水温ループ１５０、及び空調ユニットの構成は、本実施形態と同様である。

充電時には、図８に示すように、三方弁１２０が水コンデンサ１１６側に切り替えられ、エアコンループ１１０の冷媒は三方弁１２０、水コンデンサ１１６、チラー電磁弁１２３、膨張弁１１８、チラー１１７の順に循環する。つまり、チラー１１７において吸熱した熱量にコンプレッサ１１１における仕事を加算した熱量が水コンデンサ１１６において高水温ループ１３０の冷却水へと伝達される。

車両の運転時であって空調モードが暖房モードである場合には、図９に示すように、エアコンループ１１０の冷媒は三方弁１２０、水コンデンサ１１６、エバ電磁弁１２２、膨張弁１１３、エバポレータ１１４の順に流れるとともに、エバポレータ１１４と並列に配置されるチラー１１７へも冷媒が循環する。つまり、エバポレータ１１４及びチラー１１７において吸熱した熱量にコンプレッサ１１１における仕事を加算した熱量が水コンデンサ１１６において高水温ループ１３０の冷却水へと伝達される。

一方、車両の運転時であって空調モードが冷房モードである場合には、図１０に示すように、三方弁１２０がコンデンサ１１２側に切り替えられ、エアコンループ１１０の冷媒は三方弁１２０、コンデンサ１１２、逆止弁１２１、エバ電磁弁１２２、膨張弁１１３、エバポレータ１１４の順に流れるとともに、エバポレータ１１４と並列に配置されるチラー１１７へも冷媒が循環する。つまり、エバポレータ１１４及びチラー１１７において吸熱した熱量にコンプレッサ１１１における仕事を加算した熱量がコンデンサ１１２において外気へ放熱される。

ここで、上記比較例は、エアコンループ１１０の冷媒から高水温ループ１３０の冷却水に放熱する水コンデンサ１１６側の流路と、冷媒から直接外気に放熱するコンデンサ１１２側の流路と、の２つの流路を有する。特に、コンデンサ１１２側の流路を設けることで、その流路及びコンデンサ１１２に加えて、三方弁１２０及び逆止弁１２１を設ける必要があるので構成部品が多くなる。

さらに、冷媒から外気放熱するコンデンサ１１２と、高水温ループ１３０の冷却水から外気放熱するラジエータ１３２と、を並列に配置する必要があるので、コンデンサファン１０２が大型化するとともに、車両への搭載性が悪化する。

さらに、図１０に示す冷房時には、冷媒をコンデンサ１１２に送るのに対して、図８及ぶ図９に示す冬季充電時及び冬季走行時（暖房時）には、冷媒の熱をできるだけ外気ではなく室内に放熱するためにコンデンサ１１２側への冷媒流路を遮断して、冷媒をすべて水コンデンサ側１１６に送る。したがって、暖房を主に使用する冬季には、コンデンサ１１２側の流路に冷媒が滞留し、液化して淀んだ状態（冷媒寝込み状態）となる。冷媒が寝込んだ分だけエアコンループ１１０内を循環する冷媒量が減少する。さらに、冷媒には各種可動部の潤滑性を上げるためオイルが溶け込んでいるが、冷媒が寝込むことで循環するオイル量も減少する。よって、暖房サイクル運転中に過少冷媒及び過少オイル状態となる。

寝込み冷媒を暖房サイクル内に回収するためには、一旦冷房運転を行ってコンデンサ１１２側流路の冷媒を押し出すことが必要であるが、完全に押し出すことは困難である上、回収運転中は車室内を暖めることができなくなる。

そこで、図１に示す本実施形態の電動車両用熱管理システム１００では、エアコンループ１０のコンデンサ側流路を廃止し、コンデンサ、三方弁、逆止弁を省略した。さらに、コンデンサにおける外気放熱がなくなるので、その分だけ水コンデンサ１６を大型化し、すべての冷媒凝縮熱を高水温ループ３０の冷却水に伝達させる構成とした。

これにより、比較例の電動車両用熱管理システム２００と比べて、コンデンサ側の流路、コンデンサ、三方弁、逆止弁を設ける必要がないので、システムを簡略化することができる。さらに、コンデンサにおける冷媒の寝込みが生じないので、冷媒回収運転の必要がなく、システム制御を簡素化することができる。さらに、冷媒回収のために車内暖房が途切れることを避けることができる。

また、バッテリ１から発生する充電熱をバッテリ１の冷却システムである低水温ループ５０の熱マスを利用して蓄熱することができる上に、余剰の熱はヒートポンプ式のエアコンループ１０によって吸熱することができる。よって、バッテリ１の充電熱を効率よく蓄熱しつつ、バッテリ温度を所望の温度範囲内に制御することができる。

さらに、高水温ループ３０の冷却水は、エアコンループ１０の冷媒から吸熱した熱を、暖房要求及び冷房要求に応じて車内又は車外へと放熱させることができるので、バッテリ１及び低水温ループ５０に蓄熱された熱をより効率良く利用することができる。

低水温ループ５０の冷却水を加熱する加熱器として電気式の温水ヒータ５４を使用するので、バッテリ１を加熱する必要がある場合に、エアコンループ１０の冷媒を循環させることなく低水温ループ５０の冷却水温度を上昇させてバッテリ１を加熱することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例を示したものであり、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、低水温ループ５０及び高水温ループ３０の冷却水は不凍液を例に挙げて説明したが、その他の冷媒、例えばオイルなどを用いてもよい。

１バッテリ
１０エアコンサイクル（エアコン用冷媒ループ）
１１コンプレッサ（圧縮部）
１３膨張弁（減圧部）
１４エバポレータ（蒸発部）
１６水コンデンサ（凝縮部）
１７チラー（蒸発部）
３０高水温ループ（ヒータ用冷媒ループ）
３２ラジエータ（車外放熱器）
３３モータ
３５ヒータコア（車内放熱器）
５０低水温ループ（バッテリ用冷媒ループ）
５４温水ヒータ（加熱器）
７０コントローラ（熱管理制御手段）
１００電動車両用熱管理システム

Claims

電動モータによって駆動される電動車両に用いられる車両用熱管理システムであって、
エアコン用冷媒を圧縮する圧縮部と、エアコン用冷媒の熱を放熱してエアコン用冷媒を凝縮させる凝縮部と、エアコン用冷媒を膨張させて減圧させる減圧部と、エアコン用冷媒に熱を吸熱させてエアコン用冷媒を蒸発させる蒸発部とを有し、エアコン用冷媒を循環させるエアコン用冷媒ループと、
バッテリ用冷媒を、前記電動モータへの供給電力を蓄電するバッテリと、前記エアコン用冷媒ループと共通の前記蒸発部と、バッテリ用冷媒を加熱する加熱器と、の間で循環させるバッテリ用冷媒ループと、
ヒータ用冷媒を、前記エアコン用冷媒ループと共通の前記凝縮部と、ヒータ用冷媒から車内への導入空気に放熱させる車内放熱器と、ヒータ用冷媒から車外空気へと放熱させる車外放熱器と、の間で循環させるヒータ用冷媒ループと、
バッテリ用冷媒の温度がバッテリ用冷媒目標温度より低い場合、前記加熱器によってバッテリ用冷媒を加熱し、バッテリ用冷媒の温度が前記バッテリ用冷媒目標温度より高い場合、エアコン用冷媒を循環させて前記蒸発部においてバッテリ用冷媒から吸熱させる熱管理制御手段と、
を備えることを特徴とする電動車両用熱管理システム。
請求項１に記載の電動車両用熱管理システムであって、
前記エアコン用冷媒ループのエアコン用冷媒の熱は、すべて前記凝縮部を介して前記高水温ループのヒータ用冷媒へと伝達される、
ことを特徴とする電動車両用熱管理システム。
請求項１又は請求項２に記載の電動車両用熱管理システムであって、
前記熱管理制御手段は、車室内温度を調整する空調ユニットの目標吹き出し温度が車室内空気温度より高い場合、ヒータ用冷媒の熱を前記車内放熱器から放熱し、前記空調ユニットの目標吹き出し温度が車室内空気温度より低い場合、ヒータ用冷媒の熱を前記車外放熱器から放熱する、
ことを特徴とする電動車両用熱管理システム。
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の電動車両用熱管理システムであって、
前記加熱器は、前記バッテリから供給される電力によって作動する電気ヒータである、
ことを特徴とする電動車両用熱管理システム。