JP2014225346A - Battery temperature adjustment unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電池の温度調整を行う電池温度調整ユニットに関する。 The present invention relates to a battery temperature adjustment unit that adjusts the temperature of a battery.
従来、電気自動車やハイブリッド車等の電動車両では、二次電池等の蓄電手段に蓄えられた電力を、インバータ等を介して電動モータへ供給して車両走行用の駆動力を出力させている。この種の二次電池は、充放電時の自己発熱等によって高温化してしまうと、作動不良を起こしたり、劣化したりしてしまうことがある。 2. Description of the Related Art Conventionally, in an electric vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle, electric power stored in a power storage means such as a secondary battery is supplied to an electric motor via an inverter or the like to output a driving force for traveling the vehicle. When this type of secondary battery is heated to high temperatures due to self-heating during charging / discharging or the like, it may cause malfunction or deteriorate.
さらに、二次電池は、低温になると電力の入出力特性が低下してしまうので、二次電池を自己発熱等だけでは暖機することができない程度の低温環境下で使用すると、電力を充分に放電できなくなってしまうことや、回生電力を充分に充電できなくなってしまうことがある。 In addition, since the input / output characteristics of the power will decrease when the secondary battery is at a low temperature, the secondary battery will not be able to be warmed up only by self-heating etc. In some cases, the battery cannot be discharged or the regenerative power cannot be charged sufficiently.
このため、二次電池を備える電動車両では、二次電池の温度を所定の温度範囲内に調整するための温度調整手段が必要とされている。例えば、特許文献1には、車両用空調装置の冷凍サイクル装置を、二次電池の温度を所定の温度範囲内に調整するための温度調整手段として用いたものが開示されている。 For this reason, in the electric vehicle provided with a secondary battery, the temperature adjustment means for adjusting the temperature of a secondary battery in a predetermined temperature range is required. For example, Patent Document 1 discloses a refrigeration cycle device for a vehicle air conditioner that is used as a temperature adjusting means for adjusting the temperature of a secondary battery within a predetermined temperature range.
具体的には、この特許文献1の冷凍サイクル装置では、低圧冷媒と二次電池の温度調整用の熱媒体とを熱交換させて熱媒体を冷却する冷却用熱交換器と、高圧冷媒と熱媒体とを熱交換させて熱媒体を加熱する加熱用熱交換器とを備え、双方の熱交換器にて熱媒体を冷却あるいは加熱することによって、二次電池の温度を所定の温度範囲内に調整している。 Specifically, in the refrigeration cycle apparatus disclosed in Patent Document 1, a heat exchanger for cooling that cools the heat medium by exchanging heat between the low-pressure refrigerant and the heat medium for adjusting the temperature of the secondary battery, and the high-pressure refrigerant and heat A heat exchanger for heating that heats the heat medium by exchanging heat with the medium, and cooling or heating the heat medium with both heat exchangers to bring the temperature of the secondary battery within a predetermined temperature range. It is adjusting.
ところが、特許文献1の冷凍サイクル装置では、車室内へ送風される室内用送風空気の温度調整を行う一般的な空調装置用の冷凍サイクル装置に対して、二次電池の温度調整を行うための専用の冷却用熱交換器および専用の加熱用熱交換器の2つの熱交換器を追加している。このような複数の熱交換器の追加は、冷凍サイクル装置全体としての大型化やサイクル構成の複雑化を招く原因となる。 However, in the refrigeration cycle apparatus of Patent Document 1, the temperature of the secondary battery is adjusted with respect to the refrigeration cycle apparatus for a general air conditioner that adjusts the temperature of the indoor air blown into the passenger compartment. Two heat exchangers, a dedicated cooling heat exchanger and a dedicated heating heat exchanger, are added. The addition of such a plurality of heat exchangers causes an increase in the size and complexity of the cycle configuration of the entire refrigeration cycle apparatus.
これに対して、本発明者らは、先に、特願2012−176873号(以下、先願例と記載する。)にて、車両用空調装置の冷凍サイクル装置に対して、冷媒と二次電池へ向けて送風される電池用送風空気とを熱交換させる1つの電池用熱交換器(補助熱交換器)を追加することによって、冷凍サイクル装置全体としての大型化を抑制しつつ、二次電池の温度を所定の温度範囲内に調整可能としたものを提案している。 On the other hand, the present inventors previously described a refrigerant and a secondary for a refrigeration cycle apparatus of a vehicle air conditioner in Japanese Patent Application No. 2012-176873 (hereinafter referred to as a prior application example). By adding one battery heat exchanger (auxiliary heat exchanger) that exchanges heat with the battery air blown toward the battery, the secondary size of the refrigeration cycle apparatus can be suppressed while increasing its size. It has been proposed that the battery temperature can be adjusted within a predetermined temperature range.
具体的には、この先願例では、電池用熱交換器および二次電池を、電池温度調整ユニット(電池パック)に形成された空気通路内に配置し、二次電池を加熱する際には、冷凍サイクル装置の高圧冷媒を電池用熱交換器へ流入させて、電池用熱交換器を凝縮器として機能させる冷媒回路に切り替えている。一方、二次電池を冷却する際には、冷凍サイクル装置の低圧冷媒を電池用熱交換器へ流入させて、電池用熱交換器を蒸発器として機能させる冷媒回路に切り替えている。 Specifically, in this prior application example, when the battery heat exchanger and the secondary battery are disposed in the air passage formed in the battery temperature adjustment unit (battery pack) and the secondary battery is heated, The high-pressure refrigerant of the refrigeration cycle apparatus is flowed into the battery heat exchanger, and the battery heat exchanger is switched to a refrigerant circuit that functions as a condenser. On the other hand, when the secondary battery is cooled, the low-pressure refrigerant of the refrigeration cycle apparatus is flowed into the battery heat exchanger, and the refrigerant circuit is switched to function as an evaporator.
しかしながら、先願例の冷凍サイクル装置を実際に作動させると、二次電池の温度を所定の温度範囲内に調整することはできるものの、二次電池が所望の入出力特性を発揮できないことがあった。 However, when the refrigeration cycle apparatus of the prior application example is actually operated, the secondary battery temperature may be adjusted within a predetermined temperature range, but the secondary battery may not exhibit desired input / output characteristics. It was.
そこで、本発明者らがその原因について調査したところ、先願例では、電池温度調整ユニット内の電池用熱交換器にて温度調整された電池用送風空気に温度分布が生じているために、二次電池が所望の入出力特性を発揮できないことが判った。さらに、この電池用送風空気の温度分布は、共通する1つの電池用熱交換器を凝縮器または蒸発器に切り替えて使用していることが原因であると判った。 Therefore, when the present inventors investigated the cause, in the prior application example, because the temperature distribution is generated in the battery air that has been temperature adjusted in the battery heat exchanger in the battery temperature adjustment unit, It was found that the secondary battery cannot exhibit desired input / output characteristics. Furthermore, it has been found that the temperature distribution of the battery air is caused by switching one common battery heat exchanger to a condenser or an evaporator.
その理由は、電池用熱交換器を凝縮器として機能させた際に電池用送風空気の温度分布を抑制するために最適なパス構成(冷媒の流れ方)やコアマトリクス(チューブやフィン等の仕様)といった熱交換器の仕様は、電池用熱交換器を蒸発器として機能させた際に電池用送風空気の温度分布を抑制するために最適な仕様とは異なるからである。 The reason for this is that when the battery heat exchanger functions as a condenser, the optimal path configuration (refrigerant flow) and core matrix (specifications such as tubes and fins) are used to suppress the temperature distribution of the battery air. This is because the specification of the heat exchanger is different from the optimum specification for suppressing the temperature distribution of the blown air for the battery when the heat exchanger for the battery functions as an evaporator.
そのため、電池用熱交換器の仕様として、例えば、電池用熱交換器を凝縮器として機能させた際に電池用送風空気の温度分布を抑制するために最適な仕様を採用してしまうと、電池用熱交換器を蒸発器として機能させた際に電池用送風空気の温度分布を抑制することができなくなってしまう。 Therefore, as the specification of the battery heat exchanger, for example, when the optimum specification is used to suppress the temperature distribution of the battery air when the battery heat exchanger functions as a condenser, the battery When functioning the heat exchanger as an evaporator, it becomes impossible to suppress the temperature distribution of the battery air.
さらに、この種の二次電池は、一般的に、複数のセルが組み合わされて構成されている。従って、二次電池全体としての電力の入出力特性は、複数のセルのうち最も入出力特性が低下しているセルによって決定されてしまう。 Furthermore, this type of secondary battery is generally configured by combining a plurality of cells. Therefore, the power input / output characteristics of the secondary battery as a whole are determined by the cell having the lowest input / output characteristics among the plurality of cells.
そのため、電池用送風空気の温度分布によって二次電池に温度分布が生じ、最も低い温度になっているセルの入出力特性が低下してしまうと、高い入出力特性を発揮できるセルが存在していても、この入出力特性が低下したセルの存在によって、二次電池全体としての電力の入出力特性も低下してしまう。 For this reason, there is a cell that can exhibit high input / output characteristics when the temperature distribution of the battery blown air causes temperature distribution in the secondary battery and the input / output characteristics of the cell at the lowest temperature deteriorate. However, due to the presence of the cell having the deteriorated input / output characteristics, the input / output characteristics of the electric power of the entire secondary battery are also deteriorated.
また、二次電池の劣化は温度上昇に伴って進行するので、電池用送風空気の温度分布によって他のセルと比較して温度が高くなりやすいセルは劣化が進行しやすい。従って、電池用送風空気に温度分布が生じていると、二次電池全体としての耐久寿命に悪影響を及ぼすおそれもある。 In addition, since the deterioration of the secondary battery proceeds as the temperature rises, the cell whose temperature is likely to be higher than other cells due to the temperature distribution of the blown air for the battery is likely to deteriorate. Therefore, if a temperature distribution is generated in the blown air for the battery, there is a possibility that the durability life of the secondary battery as a whole may be adversely affected.
本発明は、上記点に鑑み、電池へ向けて送風される電池用送風空気の温度分布を抑制可能に構成された電池温度調整ユニットを提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the battery temperature adjustment unit comprised so that suppression of the temperature distribution of the ventilation air for batteries sent toward a battery in view of the said point.
本発明は、上記目的を達成するために案出されたもので、請求項1に記載の発明では、電池(55)に向けて送風される電池用送風空気が流通する空気通路(52)を形成するケーシング(51)と、空気通路(52)に配置されて、蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置(10)を循環する冷媒と電池用送風空気とを熱交換させる温度調整用熱交換器(23)とを備え、
冷凍サイクル装置(10)は、温度調整用熱交換器(23)へ高圧冷媒を流入させる冷媒回路と温度調整用熱交換器(23)へ低圧冷媒を流入させる冷媒回路とを切替可能に構成されており、
さらに、空気通路(52)のうち温度調整用熱交換器(23)の空気流れ下流側、かつ、電池(55)の空気流れ上流側に配置されて、温度調整用熱交換器(23)にて温度調整された電池用送風空気の温度分布を均一化させる温度分布均一化手段(53、54、56、57)を備える電池温度調整ユニットを特徴とする。
The present invention has been devised in order to achieve the above object. In the invention according to claim 1, the air passage (52) through which the blown air for the battery blown toward the battery (55) flows is provided. A temperature adjustment heat exchanger (23) that is arranged in the casing (51) to be formed and the air passage (52) and exchanges heat between the refrigerant circulating in the vapor compression refrigeration cycle apparatus (10) and the blown air for the battery. )
The refrigeration cycle apparatus (10) is configured to be able to switch between a refrigerant circuit for flowing high-pressure refrigerant into the temperature adjustment heat exchanger (23) and a refrigerant circuit for flowing low-pressure refrigerant into the temperature adjustment heat exchanger (23). And
Further, the air passage (52) is arranged on the downstream side of the air flow of the temperature adjustment heat exchanger (23) and on the upstream side of the air flow of the battery (55), and is connected to the temperature adjustment heat exchanger (23). And a battery temperature adjustment unit including temperature distribution equalizing means (53, 54, 56, 57) for equalizing the temperature distribution of the blown air for the battery.
これによれば、温度調整用熱交換器(23)へ高圧冷媒を流入させて温度調整用熱交換器(23)を放熱器として機能させることで、電池用送風空気を加熱して電池(55)を加熱することができる。また、温度調整用熱交換器(23)へ低圧冷媒を流入させて温度調整用熱交換器(23)を蒸発器として機能させることで、電池用送風空気を冷却して電池(55)を冷却することができる。従って、電池(55)の温度を所定の温度範囲内に調整することができる。 According to this, the high-pressure refrigerant is caused to flow into the temperature adjustment heat exchanger (23) and the temperature adjustment heat exchanger (23) functions as a radiator, so that the battery air is heated and the battery (55 ) Can be heated. In addition, the low pressure refrigerant is allowed to flow into the temperature adjustment heat exchanger (23) and the temperature adjustment heat exchanger (23) functions as an evaporator, thereby cooling the battery air and cooling the battery (55). can do. Therefore, the temperature of the battery (55) can be adjusted within a predetermined temperature range.
さらに、温度分布均一化手段(53、54、56、57)を備えているので、温度分布の抑制された電池用送風空気を電池へ向けて送風することができる。すなわち、本請求項に記載の発明によれば、電池へ向けて送風される電池用送風空気の温度分布を抑制可能に構成された電池温度調整ユニットを提供することができる。延いては、電池全体としての電力の入出力特性の低下を抑制できるとともに、電池全体としての信頼性を向上させることができる。 Furthermore, since the temperature distribution uniformizing means (53, 54, 56, 57) is provided, the blown air for the battery whose temperature distribution is suppressed can be blown toward the battery. That is, according to the invention described in the claims, it is possible to provide a battery temperature adjusting unit configured to be able to suppress the temperature distribution of the blown air for the battery blown toward the battery. As a result, it is possible to suppress a decrease in the input / output characteristics of the electric power of the entire battery and to improve the reliability of the entire battery.
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in this column and the claim is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.
(第1実施形態)
図1〜図4を用いて、本発明の第1実施形態を説明する。本実施形態の電池温度調整ユニット50は、車両走行用の駆動力を走行用の電動モータから得る電気自動車に適用されており、走行用の電動モータへ供給される電力を蓄える二次電池55の温度調整(加熱および冷却)を行うために用いられている。より詳細には、この電池温度調整ユニット50では、二次電池55に向けて送風される電池用送風空気の温度を調整することによって、二次電池55の温度調整を行っている。
(First embodiment)
1st Embodiment of this invention is described using FIGS. 1-4. The battery
電池温度調整ユニット50は、車両後方のトランクルームと後部座席との間の車両底面側に配置されており、電気的な絶縁処理(例えば、絶縁塗装)が施された金属製のケーシング51を備えている。このケーシング51は、電池温度調整ユニット50の外殻を形成するとともに、その内部に電池用送風空気が流通する空気通路52を形成するものである。
The battery
ケーシング51の内部に形成された空気通路52には、後述する冷凍サイクル装置10を循環する冷媒と電池用送風空気とを熱交換させて電池用送風空気の温度を調整する温度調整用熱交換器としての電池用熱交換器23、二次電池55へ向けて電池用送風空気を送風する温調用送風機53、および二次電池55が配置されている。また、空気通路52は、二次電池55の下流側の電池用送風空気を電池用熱交換器23の送風空気入口側へ導くように形成されている。
In the
温調用送風機53は、後述する制御装置から出力される制御電圧によって回転数(送風量)が制御される電動送風機であって、空気通路52のうち電池用熱交換器23の空気流れ下流側、かつ、二次電池55の空気流れ上流側に配置されている。従って、本実施形態では、制御装置が温調用送風機53を作動させると、電池用送風空気は、温調用送風機53→二次電池55→電池用熱交換器23→温調用送風機53の順に循環送風される。
The
二次電池55は、複数のセルが直列的および並列的に接続されて構成されたリチウムイオン電池である。この種のリチウムイオン電池では、10℃以下の低温になると、化学反応が進まない等の理由により十分な入出力特性が得られなくなってしまう。つまり、本実施形態では、二次電池55が10℃以下になってしまうと、二次電池55の出力が低下して車両を走行させることができなくなってしまう。
The
一方、この種のリチウムイオン電池では、高温になると劣化が進行しやすくなる。そこで、本実施形態では、二次電池55の電池温度Tbが40℃以上になった際には、二次電池55の劣化を防止するために制御装置が電力の入出力を停止させるようにしている。従って、二次電池55が40℃以上の高温になった際にも車両を走行させることができなくなってしまう。
On the other hand, in this type of lithium ion battery, deterioration easily proceeds at a high temperature. Therefore, in the present embodiment, when the battery temperature Tb of the
つまり、本実施形態では、二次電池55の容量を充分に活かして車両を走行させるためには、二次電池55の温度を概ね10℃以上、かつ、40℃以下の範囲に調整する必要がある。
That is, in the present embodiment, in order to make the vehicle travel while fully utilizing the capacity of the
次に、電池用熱交換器23へ流入する冷媒が循環する冷凍サイクル装置10について説明する。この冷凍サイクル装置10は、二次電池55の温度調整を行う機能を果たすとともに、車室内の空調(冷房および暖房)を行う機能を果たす。より詳細には、本実施形態の冷凍サイクル装置10は、電池用送風空気の温度を調整する機能を果たすとともに、車室内へ送風される室内用送風空気の温度を調整する機能を果たす。
Next, the
さらに、この冷凍サイクル装置10は、冷媒を循環させる冷媒回路を切替可能に構成されており、後述するように、冷媒回路を切り替えて運転モードを切り替えることによって、室内用送風空気および電池用送風空気の温度調整を行う。
Further, the
冷凍サイクル装置10の構成機器のうち、圧縮機11は、車両ボンネット内に配置され、冷凍サイクル装置10において冷媒を吸入し、圧縮して吐出するもので、吐出容量が固定された固定容量型の圧縮機構を電動モータにて回転駆動する電動圧縮機として構成されている。圧縮機11の電動モータは、制御装置から出力される制御信号によって、その作動(回転数)が制御される。
Among the components of the
なお、この冷凍サイクル装置10では、冷媒としてHFC系冷媒(具体的には、R134a)を採用しており、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超えない蒸気圧縮式の亜臨界冷凍サイクルを構成している。もちろん、冷媒としてHFO系冷媒(具体的には、R1234yf)等を採用してもよい。さらに、この冷媒には圧縮機11を潤滑するための冷凍機油が混入されており、冷凍機油の一部は冷媒とともにサイクルを循環している。
The
圧縮機11の吐出口側には、室内凝縮器12の冷媒入口側が接続されている。室内凝縮器12は、室内空調ユニット30において室内用送風空気の空気通路を形成するケーシング31内に配置されている。この室内凝縮器12は、圧縮機11から吐出された冷媒と後述する室内蒸発器20通過後の室内用送風空気とを熱交換させて、室内用送風空気を加熱する加熱用熱交換器である。なお、室内空調ユニット30の詳細については後述する。
The refrigerant inlet side of the
室内凝縮器12の冷媒出口側には、第1三方弁13aが接続されている。第1三方弁13aは、制御装置から出力される制御電圧によって、その作動が制御される電気式三方弁である。
A first three-
具体的には、第1三方弁13aは、室内凝縮器12の冷媒出口側と第1三方継手14aの一方の冷媒流入口とを接続する冷媒回路、および室内凝縮器12の冷媒出口側と第2三方継手14bの一方の冷媒流入口とを接続する冷媒回路を切り替える。従って、第1三方弁13aは、サイクルを循環する冷媒の冷媒回路を切り替える冷媒回路切替手段を構成している。
Specifically, the first three-
第1三方継手14aは、3つの流入出口を有する継手構造のものであって、複数の配管を接合することによって形成されたものや、金属ブロックや樹脂ブロックに複数の冷媒通路を設けることによって形成されたもの等を採用することができる。また、第2三方継手および後述する第3〜第6三方継手14c〜14fの基本的構成も、第1三方継手14aと同様である。
The first three-way joint 14a has a joint structure having three inlets and outlets, and is formed by joining a plurality of pipes, or by providing a plurality of refrigerant passages in a metal block or a resin block. Can be used. The basic configurations of the second three-way joint and third to sixth three-
さらに、第1三方継手14aでは、3つの流入出口のうちの2つを冷媒流入口とし、1つを冷媒流出口として用いている。具体的には、第1三方継手14aの一方の冷媒流入口には、前述の如く第1三方弁13aの1つの冷媒流入出口が接続され、他方の冷媒流入口には、後述する電池用開閉弁21の出口側が接続され、さらに、冷媒流出口には、後述する電池用膨張弁22の入口側が接続されている。
Further, in the first three-way joint 14a, two of the three inlets and outlets are used as refrigerant inlets, and one is used as the refrigerant outlet. Specifically, as described above, one refrigerant inlet / outlet of the first three-
また、第2三方継手14bでは、第1三方継手14aと同様に、3つの流入出口のうちの2つを冷媒流入口とし、1つを冷媒流出口として用いている。具体的には、第2三方継手14bの一方の冷媒流入口には、前述の如く第1三方弁13aの別の1つの冷媒流入出口が接続され、他方の冷媒流入口には、後述する第2三方弁13bの1つの冷媒流入出口が接続され、さらに、冷媒流出口には、暖房用膨張弁15の入口側が接続されている。
Further, in the second three-way joint 14b, as in the first three-way joint 14a, two of the three inlets and outlets are used as refrigerant inlets, and one is used as the refrigerant outlet. Specifically, as described above, another refrigerant inlet / outlet of the first three-
従って、第1三方弁13aは、実質的に、室内凝縮器12の冷媒出口側と電池用膨張弁22の入口側とを接続する冷媒回路、および室内凝縮器12の冷媒出口側と暖房用膨張弁15の入口側とを接続する冷媒回路を切り替えている。
Accordingly, the first three-
暖房用膨張弁15は、室内用送風空気を加熱して車室内の暖房を行う際等に第2三方継手14aから流出して室外熱交換器16へ流入する冷媒を減圧させる暖房用の減圧手段である。
The
より具体的には、この暖房用膨張弁15は、絞り開度を変更可能に構成された弁体と、この弁体の絞り開度を変化させるステッピングモータからなる電動アクチュエータとを有して構成された電気式膨張弁であり、制御装置から出力される制御信号によって、その作動が制御される。さらに、この暖房用膨張弁15は、絞り開度を全開にすることで冷媒減圧作用を殆ど発揮することなく単なる冷媒通路として機能する全開機能付きの可変絞り機構で構成されている。
More specifically, the
暖房用膨張弁15の出口側には、室外熱交換器16の冷媒入口側が接続されている。室外熱交換器16は、ボンネット内に配置され、その内部を流通する冷媒と送風ファン16aから送風された外気とを熱交換させるものである。
The refrigerant inlet side of the
より具体的には、この室外熱交換器16は、室内用送風空気を加熱して車室内の暖房を行う際等には、低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる蒸発器として機能し、室内用送風空気を冷却して車室内の冷房を行う際等には、高圧冷媒を放熱させる放熱器として機能する。送風ファン16aは、制御装置から出力される制御電圧によって稼働率、すなわち回転数(送風空気量)が制御される電動送風機である。
More specifically, the
室外熱交換器16の冷媒出口側には、第3三方継手14cが接続されている。第3三方継手14cでは、3つの流入出口のうちの1つを冷媒流入口とし、2つを冷媒流出口として用いている。具体的には、第3三方継手14cの一方の冷媒流出口には、暖房用開閉弁17を介して、第4三方継手14dの一方の冷媒流入口が接続され、他方の冷媒流出口には、逆止弁18を介して、第5三方継手14eの冷媒流入口が接続されている。
A third three-way joint 14 c is connected to the refrigerant outlet side of the
暖房用開閉弁17は、第3三方継手14cから第4三方継手14dへ至る冷媒流路を開閉する開閉手段であって、制御装置から出力される制御電圧によって開閉作動が制御される電磁弁で構成されている。第4三方継手14dでは、3つの流入出口のうちの2つを冷媒流入口とし、1つを冷媒流出口として用いており、第4三方継手14dの冷媒流出口には後述するアキュムレータ24が接続されている。
The heating on-off
従って、暖房用開閉弁17が開いた際には、室外熱交換器16から流出した冷媒が第3三方継手14cおよび第4三方継手14dを介してアキュムレータ24へ流入する冷媒回路に切り替えられ、暖房用開閉弁17が閉じた際には、室外熱交換器16から流出した冷媒が逆止弁18を介して第5三方継手14e側へ流入する冷媒回路に切り替えられる。つまり、暖房用開閉弁17は、冷媒回路切替手段を構成している。
Therefore, when the heating on-off
逆止弁18は、第3三方継手14c側(室外熱交換器16の冷媒出口側)から第5三方継手14e側(冷房用膨張弁19の入口側あるいは電池用開閉弁21の入口側)へ冷媒が流れることのみを許容するものである。
The
第5三方継手14eでは、3つの流入出口のうちの1つを冷媒流入口とし、2つを冷媒流出口として用いており、第5三方継手14eの一方の冷媒流出口には、冷房用膨張弁19を介して、室内蒸発器20の冷媒入口側が接続され、他方の冷媒流出口には、電池用開閉弁21を介して、前述した第1三方継手14aの他方の冷媒流入口が接続されている。
In the fifth three-way joint 14e, one of the three inlets and outlets is used as a refrigerant inlet and two are used as the refrigerant outlets. One refrigerant outlet of the fifth three-way joint 14e has a cooling expansion. The refrigerant inlet side of the
冷房用膨張弁19は、暖房用膨張弁15と同様の構成の電気式膨張弁であり、室内用送風空気を冷却して車室内の冷房を行う際等に室外熱交換器16から流出して室内蒸発器20へ流入する冷媒を減圧させる冷房用の減圧手段である。さらに、冷房用膨張弁19は、弁体の絞り開度を全閉にすることで第5三方継手14eから室内蒸発器20の冷媒入口側へ至る冷媒流路を閉塞することができる全閉機能付きの可変絞り機構で構成されている。
The cooling
従って、冷房用膨張弁19は、第5三方継手14eから室内蒸発器20の冷媒入口側へ至る冷媒流路を開閉することによって、第5三方継手14eから室内蒸発器20へ冷媒を流入させる冷媒回路と室内蒸発器20へ冷媒を流入させない冷媒回路とを切り替えることができる。つまり、冷房用膨張弁19は、減圧手段としての機能を果たすとともに、冷媒回路切替手段としての機能を兼ね備えている。
Therefore, the cooling
室内蒸発器20は、室内空調ユニット30のケーシング31内の室内凝縮器12よりも空気流れ上流側に配置されている。この室内蒸発器20は、冷房用膨張弁19にて減圧された冷媒と室内用送風空気とを熱交換させて、室内用送風空気を冷却する冷却用熱交換器である。室内蒸発器20の冷媒出口側には、第6三方継手14fを介して、第4三方継手14dの他方の冷媒流入口が接続されている。
The
第6三方継手14fでは、3つの流入出口のうちの2つを冷媒流入口とし、1つを冷媒流出口として用いており、第6三方継手14fの他方の冷媒流入口には、後述する第2三方弁13bの1つの冷媒流入出口が接続されている。なお、第4三方継手14dおよび第6三方継手14fのように直接接続される三方継手については、2つの三方継手に代えて4つの冷媒流入出口を有する四方継手を採用してもよい。
In the sixth three-way joint 14f, two of the three inlets and outlets are used as refrigerant inlets, and one is used as the refrigerant outlet, and the other refrigerant inlet of the sixth three-way joint 14f is connected to a second outlet described later. One refrigerant inlet / outlet of the two-
また、第5三方継手14eの他方の冷媒流出口に接続された電池用開閉弁21は、暖房用開閉弁17と同様の構成の電磁弁であって、第5三方継手14eから第1三方継手14aへ至る冷媒流路を開閉する開閉手段である。
The battery on / off
従って、電池用開閉弁21が開いた際には、室外熱交換器16から流出した冷媒が第5三方継手14eおよび第1三方継手14aを介して電池用膨張弁22側へ流入する冷媒回路に切り替えられ、電池用開閉弁21が閉じた際には、室外熱交換器16から流出した冷媒が冷房用膨張弁19側へ流入する冷媒回路に切り替えられる。つまり、電池用開閉弁21は、冷媒回路切替手段を構成している。
Therefore, when the battery on-off
電池用膨張弁22は、暖房用膨張弁15と同様の構成の全開機能付きの電気式膨張弁であり、電池用送風空気の温度を調整して二次電池55の温度を調整する際に、室内凝縮器12あるいは室外熱交換器16から流出して電池用熱交換器23へ流入する冷媒を減圧させる電池温度調整用の減圧手段である。電池用膨張弁22の出口側には、電池温度調整ユニット50内に配置された電池用熱交換器23の冷媒入口側が接続されている。
The
電池用熱交換器23の冷媒出口側には、第2三方弁13bの別の1つの冷媒流入口が接続されている。この第2三方弁13bの基本的構成は、第1三方弁13aと同様である。具体的には、第2三方弁13bは、電池用熱交換器23の冷媒出口側と前述した第2三方継手14bの他方の冷媒流入口とを接続する冷媒回路、および電池用熱交換器23の冷媒出口側と第6三方継手14fの他方の冷媒流入口とを接続する冷媒回路を切り替える。
Another refrigerant inlet of the second three-
より詳細には、第2三方弁13bは、実質的に、電池用熱交換器23の冷媒出口側と暖房用膨張弁15の入口側とを接続する冷媒回路、および電池用熱交換器23の冷媒出口側とアキュムレータ24の入口側とを接続する冷媒回路に切り替えている。従って、第2三方弁13bは、第1三方弁13a等とともに冷媒回路切替手段を構成している。
More specifically, the second three-
アキュムレータ24は、その内部に流入した冷媒の気液を分離し、分離された気相冷媒を圧縮機11の吸入側へ流出させるとともに、分離された液相冷媒を内部に蓄えるものである。つまり、アキュムレータ24は、気液分離手段としての機能を果たすとともに、サイクル内の余剰冷媒を液相状態にして蓄える冷媒貯留手段としての機能を果たす。
The
次に、室内空調ユニット30について説明する。室内空調ユニット30は、温度調整された室内用送風空気を車室内に送風するためのもので、車室内最前部の計器盤(インストルメントパネル)の内側に配置されて、その外殻を形成するケーシング31内に空調用送風機32、前述の室内凝縮器12、室内蒸発器20等を収容することによって構成されている。
Next, the indoor
ケーシング31は、内部に室内用送風空気の空気通路を形成しており、ある程度の弾性を有し、強度的にも優れた樹脂(例えば、ポリプロピレン)にて成形されている。ケーシング31内の室内用送風空気の空気流れ最上流側には、ケーシング31内の空気通路に導入される内気(車室内空気)の風量と外気(車室内空気)の風量との風量割合を変化させる内外気切替ドアが配置されている。
The
内外気切替装置33の空気流れ下流側には、内外気切替装置33を介して吸入された空気を車室内へ向けて送風する空調用送風機32が配置されている。この空調用送風機32は、遠心多翼ファン(シロッコファン)を電動モータにて駆動する電動送風機であって、制御装置から出力される制御電圧によって回転数(送風量)が制御される。
On the downstream side of the air flow of the inside / outside
空調用送風機32の空気流れ下流側には、室内蒸発器20および室内凝縮器12が、室内用送風空気の流れに対して、この順に配置されている。換言すると、室内蒸発器20は、室内凝縮器12に対して、室内用送風空気の流れ方向上流側に配置されている。
On the downstream side of the air flow of the air-
さらに、室内蒸発器20の空気流れ下流側であって、かつ、室内凝縮器12の空気流れ上流側には、室内蒸発器20通過後の送風空気のうち、室内凝縮器12を通過させる風量割合を調整するエアミックスドア34が配置されている。また、室内凝縮器12の空気流れ下流側には、室内凝縮器12にて冷媒と熱交換して加熱された送風空気と室内凝縮器12を迂回して加熱されていない送風空気とを混合させる混合空間35が設けられている。
Further, on the downstream side of the air flow of the
ケーシング31の空気流れ最下流部には、混合空間35にて混合された空調風を、空調対象空間である車室内へ吹き出す開口穴が配置されている。具体的には、この開口穴としては、車室内の乗員の上半身に向けて空調風を吹き出すフェイス開口穴、乗員の足元に向けて空調風を吹き出すフット開口穴、および車両前面窓ガラス内側面に向けて空調風を吹き出すデフロスタ開口穴(いずれも図示せず)が設けられている。
In the most downstream part of the air flow of the
従って、エアミックスドア34が室内凝縮器12を通過させる風量の割合を調整することによって、混合空間35にて混合された空調風の温度が調整され、各開口穴から吹き出される空調風の温度が調整される。つまり、エアミックスドア34は、車室内へ送風される空調風の温度を調整する温度調整手段を構成している。なお、エアミックスドア34は、制御装置から出力される制御信号によって作動が制御される図示しないサーボモータによって駆動される。
Therefore, the temperature of the conditioned air mixed in the mixing
さらに、フェイス開口穴、フット開口穴、およびデフロスタ開口穴の空気流れ上流側には、それぞれ、フェイス開口穴の開口面積を調整するフェイスドア、フット開口穴の開口面積を調整するフットドア、デフロスタ開口穴の開口面積を調整するデフロスタドア(いずれも図示せず)が配置されている。 Furthermore, on the upstream side of the air flow of the face opening hole, foot opening hole, and defroster opening hole, a face door that adjusts the opening area of the face opening hole, a foot door that adjusts the opening area of the foot opening hole, and a defroster opening hole, respectively A defroster door (none of which is shown) for adjusting the opening area is arranged.
これらのフェイスドア、フットドア、デフロスタドアは、開口穴モードを切り替える開口穴モード切替手段を構成するものであって、リンク機構等を介して、制御装置から出力される制御信号によってその作動が制御される図示しないサーボモータによって駆動される。 These face doors, foot doors, and defroster doors constitute opening hole mode switching means for switching the opening hole mode, and their operations are controlled by a control signal output from the control device via a link mechanism or the like. It is driven by a servo motor (not shown).
次に、本実施形態の電気制御部について説明する。制御装置は、CPU、ROMおよびRAM等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成され、そのROM内に記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行い、その出力側に接続された各種制御対象機器11、13a、13b、15、16a、17、19、21、22、32、54等の作動を制御する。
Next, the electric control unit of this embodiment will be described. The control device is composed of a well-known microcomputer including a CPU, ROM, RAM and the like and its peripheral circuits, and performs various calculations and processing based on a control program stored in the ROM, and is connected to the output side. It controls the operation of various
また、制御装置の入力側には、車室内温度Trを検出する内気センサ、外気温Tamを検出する外気センサ、車室内の日射量Tsを検出する日射センサ、室内蒸発器20の吹出空気温度(蒸発器温度)Tefinを検出する蒸発器温度センサ、圧縮機11から吐出された高圧冷媒の高圧側冷媒圧力Pdを検出する吐出圧力センサ、混合空間35から車室内へ送風される送風空気温度TAVを検出する送風空気温度センサ、二次電池55の温度である電池温度Tbを検出する温度検出手段としての電池温度センサ等の種々の制御用センサ群が接続されている。
Further, on the input side of the control device, an inside air sensor that detects the vehicle interior temperature Tr, an outside air sensor that detects the outside air temperature Tam, a solar radiation sensor that detects the amount of solar radiation Ts in the vehicle interior, and the temperature of air blown from the indoor evaporator 20 ( An evaporator temperature sensor for detecting Tefin, a discharge pressure sensor for detecting the high-pressure refrigerant pressure Pd of the high-pressure refrigerant discharged from the
なお、本実施形態の蒸発器温度センサは、具体的に室内蒸発器20の熱交換フィンの温度を検出している。もちろん、蒸発器温度センサとして、室内蒸発器20のその他の部位の温度を検出する温度検出手段を採用してもよいし、室内蒸発器20を流通する冷媒自体の温度を直接検出する温度検出手段を採用してもよい。
Note that the evaporator temperature sensor of the present embodiment specifically detects the temperature of the heat exchange fins of the
また、二次電池55は、冷凍サイクル装置10の各構成機器に対して熱容量が大きいとともに、複数のセルを組み合わせて構成されていることから、温度分布も生じやすい。そこで、本実施形態では、二次電池55を構成する複数のセルの表面の温度を検出する複数の温度検出手段を用いて、これらの複数の温度検出手段の検出値の平均値を電池温度Tbとしている。
Moreover, since the
さらに、制御装置の入力側には、車室内前部の計器盤付近に配置された図示しない操作パネルが接続され、この操作パネルに設けられた各種操作スイッチからの操作信号が入力される。操作パネルに設けられた各種操作スイッチとしては、車室内空調を行うことを要求する空調作動スイッチ、車室内温度を設定する車室内温度設定スイッチ、空調運転モードの選択スイッチ等が設けられている。 Further, an operation panel (not shown) disposed near the instrument panel in the front part of the vehicle interior is connected to the input side of the control device, and operation signals from various operation switches provided on the operation panel are input. As various operation switches provided on the operation panel, there are provided an air conditioning operation switch for requesting air conditioning in the vehicle interior, a vehicle interior temperature setting switch for setting the vehicle interior temperature, an air conditioning operation mode selection switch, and the like.
ここで、本実施形態の制御装置は、その出力側に接続された各種制御対象機器を制御する制御手段が一体に構成されたものであるが、それぞれの制御対象機器の作動を制御する構成(ハードウェアおよびソフトウェア)が、それぞれの制御対象機器の作動を制御する制御手段を構成している。 Here, the control device of the present embodiment is configured such that the control means for controlling various control target devices connected to the output side is integrally configured, but the configuration for controlling the operation of each control target device ( Hardware and software) constitute control means for controlling the operation of each control target device.
例えば、制御装置のうち、圧縮機11の作動を制御する構成が冷媒吐出能力制御手段を構成し、冷媒回路切替手段を構成する各種機器13a、13b、17、19、21の作動を制御する構成が冷媒回路切替制御手段を構成している。
For example, in the control device, the configuration for controlling the operation of the
次に、上記構成における本実施形態の冷凍サイクル装置10の作動を説明する。前述の如く、この冷凍サイクル装置10は、車室内の空調および二次電池55の温度調整を行うことができる。
Next, the operation of the
具体的には、車室内の空調を行うための運転モードとしては、車室内を冷房する冷房モードと車室内を暖房する暖房モードがあり、二次電池55の温度調整を行うための運転モードとしては、二次電池55を加熱する加熱モードと二次電池55を冷却する冷却モードがある。これらの運転モードの切り替えは、制御装置が予め記憶回路に記憶している制御プログラムを実行することによって行われる。
Specifically, the operation mode for air conditioning the vehicle interior includes a cooling mode for cooling the vehicle interior and a heating mode for heating the vehicle interior. The operation modes for adjusting the temperature of the
この制御プログラムでは、操作パネルの操作信号および制御用センサ群の検出信号を読み込み、読み込まれた検出信号および操作信号の値に基づいて各種制御対象機器の制御状態を決定し、決定された制御状態が得られるように各種制御対象機器へ制御信号あるいは制御電圧を出力するといった制御ルーチンを繰り返す。 In this control program, the operation signal of the operation panel and the detection signal of the control sensor group are read, the control state of various control target devices is determined based on the read detection signal and the value of the operation signal, and the determined control state The control routine of outputting a control signal or a control voltage to various devices to be controlled is repeated.
そして、車室内の空調を行う際の運転モードについては、操作パネルの操作信号を読み込んだ際に、空調作動スイッチが投入(ON)された状態で選択スイッチにて冷房が選択されている場合には冷房モードに切り替えられ、空調作動スイッチが投入(ON)された状態で選択スイッチにて暖房が選択されている場合には暖房モードに切り替えられる。 And about the operation mode at the time of air-conditioning of a vehicle interior, when the air conditioning operation switch is turned on (ON) and cooling is selected with the selection switch when the operation signal of the operation panel is read Is switched to the cooling mode, and when heating is selected by the selection switch while the air conditioning operation switch is turned on (ON), the mode is switched to the heating mode.
また、二次電池55の温度調整を行う際の運転モードについては、制御用センサ群の検出信号を読み込んだ際に、電池温度Tbが第1基準温度Tk1(本実施形態では、15℃)以下になっている際には二次電池55を加熱する加熱モードに切り替え、電池温度Tbが第2基準温度Tk2(本実施形態では、30℃)以上になっている際には二次電池を冷却する冷却モードに切り替える。
As for the operation mode when adjusting the temperature of the
前述の如く、本実施形態の二次電池55では、その温度を概ね10℃以上、かつ、40℃以下の範囲で管理する必要がある。そこで、本実施形態では、電池温度Tbが第1基準温度Tk1以下になっている際には加熱モードに切り替え、電池温度Tbが第2基準温度Tk2以上となっている際には冷却モードに切り替えることによって、電池温度Tbが10℃以上、かつ、40℃以下となるようにしている。
As described above, in the
従って、本実施形態の冷凍サイクル装置10では、
(a)二次電池55の温度調整を行うことなく車室内の冷房を行う冷房運転モード
(b)車室内の冷房を行うと同時に二次電池55の冷却を行う冷房+冷却運転モード
(c)車室内の空調を行うことなく、二次電池55の冷却を行う冷却運転モード
(d)車室内の暖房を行うと同時に二次電池55の冷却を行う暖房+冷却運転モード
(e)二次電池55の温度調整を行うことなく、車室内の暖房を行う暖房運転モード
(f)車室内の暖房を行うと同時に二次電池55の加熱を行う暖房+加熱運転モード
(g)車室内の空調を行うことなく、二次電池55の加熱を行う加熱運転モード
(h)車室内の冷房を行うと同時に二次電池55の加熱を行う冷房+加熱運転モード
の各運転モードに切り替えて、車室内の空調および二次電池55の温度調整を行うことができる。
Therefore, in the
(A) Cooling operation mode for cooling the vehicle interior without adjusting the temperature of the secondary battery 55 (b) Cooling + cooling operation mode for cooling the
また、各運転モードへの切り替えは、制御装置が、図3、図4の図表に示すように、冷媒回路切替手段13a、13b、17、19、21、暖房用膨張弁15、電池用膨張弁22、空調用送風機32、エアミックスドア34、および温調用送風機53の作動を制御することによって行われる。
In addition, as shown in the charts of FIGS. 3 and 4, the switching to each operation mode is performed by the control device using the refrigerant circuit switching means 13 a, 13 b, 17, 19, 21, the
そして、上記の如く運転モードが切り替えられることにより、冷凍サイクル装置10では、(b)冷房+冷却運転モード、(c)冷却運転モード、(d)暖房+冷却運転モードでは、電池用熱交換器23が、電池用膨張弁22にて減圧された低圧冷媒を蒸発させる蒸発器として機能し、(f)暖房+加熱運転モード、(g)加熱運転モード、(h)冷房+加熱運転モードでは、電池用熱交換器23が、室内凝縮器12から流出した高圧冷媒を放熱させる放熱器として機能する冷媒回路に切り替えられる。
Then, by switching the operation mode as described above, in the
例えば、(c)冷却運転モードでは、制御装置が、図3に示すように、室内凝縮器12の冷媒出口側と暖房用膨張弁15の入口側とを接続するように第1三方弁13aの作動を制御し、電池用熱交換器23の冷媒出口側とアキュムレータ24の入口側とを接続するように第2三方弁13bの作動を制御する。
For example, in the (c) cooling operation mode, as shown in FIG. 3, the control device of the first three-
さらに、制御装置は、暖房用膨張弁15を全開とし、暖房用開閉弁17を閉じ、冷房用膨張弁19を全閉とし、電池用開閉弁21を開き、電池用膨張弁22を絞り状態とし、空調用送風機32を停止させるとともに、温調用送風機53を予め定めた送風能力を発揮するように作動させる。
Further, the control device fully opens the
これにより、冷却運転モードでは、冷凍サイクル装置10は、図1の太矢印に示すように、圧縮機11→室内凝縮器12→(第1三方弁13a→暖房用膨張弁15→)室外熱交換器16→(逆止弁18→)電池用開閉弁21→電池用膨張弁22→電池用熱交換器23→(第2三方弁13b→)アキュムレータ24→圧縮機11の順に冷媒が循環する冷媒流路に切り替えられる。
As a result, in the cooling operation mode, the
従って、冷却運転モードの冷凍サイクル装置10では、圧縮機11から吐出された高圧冷媒が室内凝縮器12へ流入する。この際、冷却運転モードでは、図3に示すように、空調用送風機32の作動が停止し、エアミックスドア34が室内凝縮器12側の空気通路を全閉にしているので、室内凝縮器12へ流入した冷媒は、室内用送風空気と熱交換することなく、室内凝縮器12から流出する。従って、室内用送風空気は加熱されない。
Therefore, in the
室内凝縮器12から流出した冷媒は、第1三方弁13aおよび暖房用膨張弁15を介して、室外熱交換器16へ流入する。室外熱交換器16へ流入した冷媒は、送風ファン16aから送風された外気と熱交換して放熱する。室外熱交換器16から流出した冷媒は、暖房用開閉弁17が閉じ、冷房用膨張弁19が全閉となり、電池用開閉弁21が開いているので、絞り状態となっている電池用膨張弁22へ流入して減圧される。
The refrigerant flowing out of the
この際、制御装置は、電池用膨張弁22へ流入する冷媒の過冷却度がサイクルの成績係数(COP)が略最大値となるように決定された目標過冷却度に近づくように、電池用膨張弁22の絞り開度を制御する。電池用膨張弁22にて減圧された冷媒は、電池用熱交換器23へ流入して、電池用送風空気から吸熱して蒸発する。これにより、電池用送風空気が冷却される。
At this time, the control device causes the battery supercooling degree of the refrigerant flowing into the
電池用熱交換器23から流出した冷媒は、第2三方弁13bを介して、アキュムレータ24へ流入する。そして、アキュムレータ24にて分離された気相冷媒が圧縮機11に吸入されて再び圧縮される。
The refrigerant that has flowed out of the
上記の如く、冷却運転モードでは、電池用熱交換器23を蒸発器として機能させて電池用送風空気を冷却することによって、二次電池55の冷却を行っている。
As described above, in the cooling operation mode, the
また、例えば、(g)加熱運転モードでは、制御装置が、室内凝縮器12の冷媒出口側と電池用膨張弁22の入口側とを接続するように第1三方弁13aの作動を制御し、電池用熱交換器23の冷媒出口側と暖房用膨張弁15の入口側とを接続するように第2三方弁13bの作動を制御する。
Also, for example, in (g) heating operation mode, the control device controls the operation of the first three-
さらに、制御装置は、暖房用膨張弁15を絞り状態とし、暖房用開閉弁17を開き、冷房用膨張弁19を全閉とし、電池用開閉弁21を閉じ、電池用膨張弁22を全開とし、空調用送風機32を停止させるとともに、温調用送風機53を予め定めた送風能力を発揮するように作動させる。
Further, the control device opens the
これにより、加熱運転モードでは、冷凍サイクル装置10は、図2の太矢印に示すように、圧縮機11→室内凝縮器12→(第1三方弁13a→)電池用膨張弁22→電池用熱交換器23→(第2三方弁13b→)→暖房用膨張弁15→室外熱交換器16→(暖房用開閉弁17→)アキュムレータ24→圧縮機11の順に冷媒が循環する冷媒流路に切り替えられる。
As a result, in the heating operation mode, the
従って、加熱運転モードの冷凍サイクル装置10では、圧縮機11から吐出された高圧冷媒が室内凝縮器12へ流入する。この際、加熱運転モードでは、図4に示すように、空調用送風機32の作動が停止し、エアミックスドア34が室内凝縮器12側の空気通路を全閉にしているので、室内凝縮器12へ流入した冷媒は、室内用送風空気と熱交換することなく、室内凝縮器12から流出する。従って、室内用送風空気は加熱されない。
Therefore, in the
室内凝縮器12から流出した冷媒は、第1三方弁13aおよび電池用膨張弁22を介して電池用熱交換器23へ流入し、電池用送風空気と熱交換して放熱する。これにより、電池用送風空気が加熱される。電池用熱交換器23から流出した冷媒は、第2三方弁13bを介して暖房用膨張弁15へ流入し、低圧となるまで減圧される。
The refrigerant that has flowed out of the
この際、制御装置は、暖房用膨張弁15へ流入する冷媒の過冷却度がサイクルの成績係数(COP)が略最大値となるように決定された目標過冷却度に近づくように、暖房用膨張弁15の絞り開度を制御する。暖房用膨張弁15にて減圧された低圧冷媒は、室外熱交換器16へ流入して、送風ファン16aより送風された外気から吸熱して蒸発する。
At this time, the control device sets the supercooling degree of the refrigerant flowing into the
室外熱交換器16から流出した冷媒は、暖房用開閉弁17が開き、冷房用膨張弁19が全閉となり、電池用開閉弁21が閉じているので、暖房用開閉弁17を介してアキュムレータ24へ流入する。そして、アキュムレータ24にて分離された気相冷媒が圧縮機11に吸入されて再び圧縮される。
The refrigerant flowing out of the
上記の如く、加熱運転モードでは、電池用熱交換器23を放熱器として機能させて電池用送風空気を加熱することによって、二次電池55の加熱を行っている。
As described above, in the heating operation mode, the
ここで、本実施形態の電池温度調整ユニット50のように、1つの電池用熱交換器23を、冷凍サイクル装置10にて凝縮器または蒸発器に切り替えて使用すると、前述したように電池用熱交換器23にて温度調整された電池用送風空気に温度分布が生じやすい。このような温度分布は、二次電池55全体としての入出力特性の悪化を招いたり、二次電池55全体としての信頼性の低下を招いたりする原因となる。
Here, as in the battery
これに対して、本実施形態では、電池温度調整ユニット50の温調用送風機53を、電池用熱交換器23の送風空気流れ下流側、かつ、二次電池55の空気流れ上流側に配置している。従って、電池用熱交換器23にて温度調整された電池用送風空気に温度分布が生じていても、温調用送風機53にて電池用送風空気を撹拌して温度分布を抑制させた後に、二次電池55へ向けて送風することができる。
On the other hand, in the present embodiment, the
つまり、本実施形態では、温調用送風機53を、電池用熱交換器23にて温度調整された電池用送風空気の温度分布を均一化させる温度分布均一化手段として機能させて、温度分布の抑制された電池用送風空気を二次電池55へ向けて送風することができる。その結果、一部のセルの温度低下によって、二次電池55全体としての入出力特性の悪化を招いてしまうことや、一部のセルの温度上昇によって、二次電池55全体としての信頼性の低下を招いてしまうことを抑制できる。
That is, in this embodiment, the
ところで、一般的な電動送風機では、作動時にモータ等が発熱してしまう。このため、本実施形態のように、温調用送風機53を電池用熱交換器23の送風空気流れ下流側に配置してしまうと、冷却運転モード時等に、電池用熱交換器23にて冷却された電池用送風空気の温度を上昇させてしまい、二次電池55の冷却性能が低下してしまうことが懸念される。
By the way, in a general electric blower, a motor or the like generates heat during operation. For this reason, if the temperature-
これに対して、本実施形態の電池温度調整ユニット50の空気通路52のように、二次電池55の下流側の電池用送風空気を電池用熱交換器23の送風空気入口側へ導いて、電池用送風空気を循環送風させる構成では、空気通路52内のいずれの箇所に温調用送風機53を配置しても、電池用送風空気が、温調用送風機53の排熱を吸熱することになる。従って、本実施形態のように温調用送風機53を、電池用熱交換器23の送風空気流れ下流側に配置しても、二次電池55を冷却する冷却性能が悪化してしまうことはない。
In contrast, like the
また、一般的な電動送風機では、温度上昇によってモータ故障等が生じることがある。このため、本実施形態のように、温調用送風機53を電池用熱交換器23の送風空気流れ下流側に配置すると、加熱運転モード時等に、温調用送風機53の温度が上昇してしまい、温調用送風機53の耐久寿命に悪影響を与えてしまうことが懸念される。
In a general electric blower, a motor failure or the like may occur due to a temperature rise. For this reason, when the
これに対して、本実施形態の電池温度調整ユニット50では、二次電池55の電池温度Tbが40℃以下となるように調整している。従って、加熱運転モード時等に、電池用熱交換器23にて温度調整された送風空気が温調用送風機53の耐久寿命に悪影響を与えてしまう程の高温(例えば、60℃以上)になってしまうことがない。
On the other hand, in the battery
つまり、本実施形態のように空気通路52を形成し、温調用送風機53を、電池用熱交換器23の送風空気流れ下流側、かつ、二次電池55の空気流れ上流側に配置して温度分布均一化手段として機能させる構成は、二次電池55の温度調整能力を低下させてしまうことがなく、さらに、温調用送風機53の耐久寿命に悪影響を与えることがないという点で、二次電池55(複数のセルが組み合わされることによって形成されたリチウムイオン電池)の温度調整を行うために用いて極めて有効である。
That is, as in the present embodiment, the
(第2実施形態)
本実施形態では、第1実施形態に対して、図5、図6に示すように、電池温度調整ユニット50の構成を変更した例を説明する。なお、図5、図6では、第1実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付している。このことは、以下の図面においても同様である。
(Second Embodiment)
In the present embodiment, an example in which the configuration of the battery
具体的には、本実施形態の電池温度調整ユニット50では、図5に示すように、電池用熱交換器23の送風空気流れ上流側に温調用送風機53を配置するとともに、電池用熱交換器23の送風空気流れ下流側、かつ、二次電池55の空気流れ上流側にメッシュ状のフィルタ54を配置している。
Specifically, in the battery
フィルタ54は、電池用送風空気内の異物を捕集するためのもので、図6に示すように、電池用熱交換器23にて温度調整された電池用送風空気の全風量を通過させるように配置されている。このようなフィルタ54としては、伝熱性に優れる針金状の金属(例えば、アルミニウム、銅)を編みこんで形成されたもの等を採用することができる。その他の構成および作動は第1実施形態と同様である。
The
従って、本実施形態の電池温度調整ユニット50では、電池用熱交換器23にて温度調整された電池用送風空気がフィルタ54を通過する際に撹拌されて、温度分布の抑制された電池用送風空気を二次電池55へ向けて送風することができる。つまり、本実施形態では、フィルタ54が温度分布均一化手段を構成し、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
Therefore, in the battery
さらに、本実施形態では、フィルタ54を伝熱部材で構成しているので、電池用熱交換器23にて温度調整された電池用送風空気に温度分布が生じていても、フィルタ54を介して熱を伝達することによって、より一層、電池用送風空気の温度分布を抑制できる。なお、本実施形態における伝熱部材とは、少なくとも空気よりも熱伝導率の高い材質の部材と定義することができる。
Furthermore, in this embodiment, since the
(第3実施形態)
本実施形態では、第1実施形態に対して、図7に示すように、電池温度調整ユニット50の構成を変更した例を説明する。
(Third embodiment)
In the present embodiment, an example in which the configuration of the battery
具体的には、本実施形態の電池温度調整ユニット50では、図7に示すように、電池用熱交換器23の送風空気流れ上流側に温調用送風機53を配置するとともに、電池用熱交換器23の送風空気流れ下流側、かつ、二次電池55の空気流れ上流側の空気通路52の内壁面に、電池用送風空気の流れを撹拌する平板状に形成されたガイド部材56を配置している。その他の構成および作動は第1実施形態と同様である。
Specifically, in the battery
従って、本実施形態の電池温度調整ユニット50においても、電池用熱交換器23にて温度調整された電池用送風空気が、電池用熱交換器23の下流側でガイド部材56によって撹拌されて、温度分布の抑制された電池用送風空気を二次電池55へ向けて送風することができる。つまり、本実施形態では、ガイド部材56が温度分布均一化手段を構成し、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
Therefore, also in the battery
なお、図7では、平板状に形成されたガイド部材56を複数(3つ)配置した例を図示しているが、ガイド部材56は、電池用送風空気の流れを撹拌することができれば単数であってもよい。また、ガイド部材56は、平板状に限定されず、平板を湾曲させた形状であってもよいし、平板にディンプル加工を施して凹凸を設けたものであってもよいし、平板に表裏を貫通する貫通穴を設けたものであってもよい。
7 illustrates an example in which a plurality (three) of
(第4実施形態)
本実施形態では、第1実施形態に対して、図8に示すように、電池温度調整ユニット50の構成を変更した例を説明する。
(Fourth embodiment)
This embodiment demonstrates the example which changed the structure of the battery
具体的には、本実施形態の電池温度調整ユニット50では、図8に示すように、電池用熱交換器23の送風空気流れ上流側に温調用送風機53を配置するとともに、電池用熱交換器23の送風空気流れ下流側、かつ、二次電池55の空気流れ上流側に風車57を配置している。風車57は、羽根車に電池用送風空気の流れを受けることによって回転するものである。その他の構成および作動は第1実施形態と同様である。
Specifically, in the battery
従って、本実施形態の電池温度調整ユニット50では、電池用熱交換器23にて温度調整された電池用送風空気が風車57を回転させる際に撹拌されて、温度分布の抑制された電池用送風空気を二次電池55へ向けて送風することができる。つまり、本実施形態では、風車57が温度分布均一化手段を構成し、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
Therefore, in the battery
(他の実施形態)
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously modified as follows without departing from the spirit of the present invention.
(1)上述の実施形態では、電池温度調整ユニット50を電気自動車に適用した例を説明したが、もちろん内燃機関と走行用電動モータの双方から車両走行用の駆動力を得るハイブリッド車両に適用してもよい。ハイブリッド車両に適用する場合には、室内空調ユニット30の内部に内燃機関の冷却水を熱源として室内用送風空気を加熱するヒータコアを設けてもよい。さらに、電池温度調整ユニット50を車両以外に適用してもよい。
(1) In the above-described embodiment, the example in which the battery
(2)上述の実施形態では、複数の運転モードに切替可能に構成された冷凍サイクル装置10を採用した例を説明したが、冷凍サイクル装置10はこれに限定されない。
(2) In the above-described embodiment, the example in which the
冷凍サイクル装置10は、少なくとも、電池用送風空気を加熱する際には電池用熱交換器23へ高圧冷媒を流入させる冷媒回路へ切り替え、電池用送風空気を冷却する際には電池用熱交換器23へ低圧冷媒を流入させる冷媒回路へ切り替えるように構成されていればよい。さらに、冷凍サイクル装置10は、電池用送風空気の温度を調整する機能を果たすものであれば、室内用送風空気の温度を調整する機能を有していなくてもよい。
The
10 冷凍サイクル装置
23 電池用熱交換器
51 ケーシング
52 空気通路
53 温調用送風機
55 二次電池
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記空気通路(52)に配置されて、蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置(10)を循環する冷媒と前記電池用送風空気とを熱交換させる温度調整用熱交換器(23)とを備え、
前記冷凍サイクル装置(10)は、前記温度調整用熱交換器(23)へ高圧冷媒を流入させる冷媒回路と前記温度調整用熱交換器(23)へ低圧冷媒を流入させる冷媒回路とを切替可能に構成されており、
さらに、前記空気通路(52)のうち前記温度調整用熱交換器(23)の空気流れ下流側、かつ、前記電池(55)の空気流れ上流側に配置されて、前記温度調整用熱交換器(23)にて温度調整された電池用送風空気の温度分布を均一化させる温度分布均一化手段(53、54、56、57)を備えることを特徴とする電池温度調整ユニット。 A casing (51) forming an air passage (52) through which battery air blown toward the battery (55) flows; and
A temperature adjusting heat exchanger (23) disposed in the air passage (52) for exchanging heat between the refrigerant circulating in the vapor compression refrigeration cycle apparatus (10) and the battery air.
The refrigeration cycle device (10) can be switched between a refrigerant circuit for flowing high-pressure refrigerant into the temperature adjustment heat exchanger (23) and a refrigerant circuit for flowing low-pressure refrigerant into the temperature adjustment heat exchanger (23). Is composed of
Further, the temperature adjusting heat exchanger is disposed in the air passage (52) on the downstream side of the air flow of the temperature adjusting heat exchanger (23) and on the upstream side of the air flow of the battery (55). A battery temperature adjustment unit comprising temperature distribution equalizing means (53, 54, 56, 57) for equalizing the temperature distribution of the battery air adjusted in (23).
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