JP2015003617A - 空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリパック内の不要な暖気を再利用することで暖房時の消費電力を低減することが可能な暖房システムを提供する。
【解決手段】走行用のモータに電力を供給するバッテリを搭載した車両１の車室内温度を調節する空調システムあって、熱源２３を有し暖気を発生させるヒータ装置９を有する空調ユニット６と、バッテリを収容するバッテリパック３と、ヒータ装置９より上流側に接続されてバッテリパック３と連通する送風ダクト５と、送風ダクト５を介してバッテリパック３内の空気を空調ユニット６に送る送風手段１０とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は車両の空調システムに関する。

従来、エンジンを有する車両において車室内を暖房する場合には、エンジンを冷却する冷却水の熱を利用して暖房を行っている。これに対してエンジンを有していない電気自動車では、水等の媒体を電気ヒータによって温め、この熱を利用して暖房を行っている。また電気自動車ではエンジンに代えてモータを有し、モータを駆動するための電力を供給するバッテリを有しているが、バッテリは高温になると充放電効率が低下してしまう。そのため、後席側空調ユニットの冷風を用いて冷却する技術が既に知られている。また、バッテリの低温時に暖機して放電出力の低下を防止することが可能なバッテリ温度管理装置が、例えば「特許文献１」に開示されている。

特開２００９−１５４６９８号公報

上述したように電気自動車では暖房時に媒体を電気ヒータによって温め、温められた媒体を車室内に設置されている冷暖房機器である空調ユニット（ＨＶＡＣ）のヒータコアへと送り込み暖房の熱源としている。しかし、電気ヒータを稼働させるには多くの電力を消費するため、消費電力が悪化して走行距離が低下する一要因となっている。また、バッテリは高温になると充放電効率が低下してしまうことから、バッテリを収納したバッテリパック内の不要な熱は外部に排出する必要がある。

本発明は上述の問題点を解決し、バッテリパック内の不要な暖気を再利用することで暖房時の消費電力を低減することが可能な空調システムの提供を目的とする。

請求項１記載の発明は、走行用のモータに電力を供給するバッテリを搭載した車両の車室内温度を調節する空調システムあって、熱源を有し暖気を発生させるヒータ装置を有する空調ユニットと、前記バッテリを収容するバッテリパックと、前記ヒータ装置より上流側に接続されて前記バッテリパックと連通する送風ダクトと、前記送風ダクトを介して前記バッテリパック内の空気を前記空調ユニットに送る送風手段とを備えることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の空調システムにおいて、さらに前記バッテリパック内の空気を車外に排出するための排気口と、前記送風ダクト及び前記排気口を開閉する開閉手段と、前記バッテリパック内の空気の温度に基づいて前記開閉手段の開閉状態及び前記送風手段の駆動状態を制御し、前記バッテリパック内の空気を前記送風ダクトを介して前記空調ユニットに送る再利用モードと、前記バッテリパック内の空気を前記排気口から排出する排気モードとに切り換える制御手段とを備えることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の空調システムにおいて、さらに前記バッテリパック内の空気の温度が所定温度よりも高くかつ空調システムの温度設定が暖房の範囲にある場合にのみ、前記再利用モードとされることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項２または３に記載の空調システムにおいて、さらに前記空調ユニットが内気導入とされている場合に、前記バッテリパック内の空気の温度が車内温度よりも低い場合には、前記排気モードとされることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１から３までの何れか一つに記載の空調システムにおいて、さらに前記空調ユニットが外気導入とされている場合に、前記バッテリパック内の空気の温度が車外温度よりも低い場合には、前記バッテリパック内の空気を車外に排出させる排気モードとされることを特徴とする。

本発明によれば、バッテリパックと空調ユニットが連通される送風ダクトと、バッテリパック内の空気の温度に基づいてバッテリパック内の空気を空調ユニットに送る送風手段とを有しているので、バッテリパック内の空気が所定温度よりも暖かい場合には、この暖められた空気を空調ユニットに送ることにより再利用することができる。このため、暖房機の印加電力や作動時間を低減することができるので、暖房時の消費電力を低減することができる。

本発明の一実施形態を適用可能な車両の概略図である。 本発明の一実施形態に用いられる暖房システムの概略図である。 本発明の一実施形態に用いられる制御手段のブロック図である。 本発明の一実施形態における動作を説明するフローチャートである。 本発明の一実施形態における動作を説明するフローチャートである。

図１は、本発明の一実施形態を適用可能な車両を示している。同図において車両１は、駆動用の図示しないモータを有しており、車室２の床部の下方である車体下部には、モータに電力を供給するための複数のバッテリを収納したバッテリパック３が配設されている。また、車室２の前部には、冷暖房機能を備える空調ユニット６（ＨＶＡＣ）が設けられている。バッテリパック３には、それぞれ空調ユニット６に連通されて、空調ユニット６から空気をバッテリパック３内に取り入れるための吸入ダクト４と、バッテリパック３内部の空気を空調ユニット６へ送るための送風ダクト５とが設けられている。

図２は、本発明の一実施形態に用いられる空調システムの全体構成を示している。空調ユニット６は、従来の車両と同様、本体６ａと、本体６ａ内に設けられたブロアファン７、エバポレータ８、ヒータ装置であるヒータコア９等を有している。

本体６ａ内における空気流動方向の最上流の位置、すなわちブロアファン７の配設位置の上流には内気取り入れ口６ｂと外気取り入れ口６ｃとが配設されており、その近傍には外気導入と内気導入を切り換える内外気切換ダンパ１３が設けられている。内外気切換ダンパ１３は、内気取り入れ口６ｂを閉塞して外気取り入れ口６ｃを開放する図２に実線で示す外気位置と内気取り入れ口６ｂを開放して外気取り入れ口６ｃを閉塞する図２に二点鎖線で示す内気位置との間で選択的に位置が調整されて、外気導入と内気導入の割合を調整する。

また、本体６ａ内のヒータコア９の近傍には、ヒータコア９を通る空気の量を調整するためのエアミックスダンパ１４が設けられている。エアミックスダンパ１４は、本体６ａ内に送り込まれた全ての空気がヒータコア９を通過するよう導く図２に実線で示す第１の位置と該空気がヒータコア９を通過しないよう導く図２に二点鎖線で示す第２の位置との間で選択的に位置が調整され、ヒータコア９を通過する空気とヒータコアを通過しない空気の割合を調整する。

また、本体６ａ内の空気流動方向最下流位置には、デフ吹き出し口６ｄ、上部吹き出し口６ｅ、下部吹き出し口６ｆがそれぞれ配設されている。各吹き出し口６ｄ，６ｅ，６ｆには、それぞれ閉塞位置と開放位置との間で位置が調整されて吹出し量が調整されるダンパ１５，１６，１７がそれぞれ配設されている。また、各吹き出し口６ｄ，６ｅ，６ｆには、それぞれ吹き出し用のダクトが接続される。なお、空調ユニット６に設けられる各ダンパ１３〜１７は、従来の車両と同様、乗員が適宜設定した空調システムの設定温度や吹き出し口の設定等に応じて、それぞれダンパの開閉状態や開度が制御される。

吸入ダクト４は、上流側が下部吹き出し口６ｆに設けられた下部吹き出し用ダクト６ｇに接続され、下流側がバッテリパック３に接続されている。下部吹き出し用ダクト６ｇにおける吸入ダクト４が接続される部位の近傍には、空気の送風先を車室２内とバッテリパック３内（吸入ダクト４側）とで切り換える切換ダンパ１８が設けられている。切換ダンパ１８は、吸入ダクト４を閉塞する図２に実線で示す閉位置と吸入ダクト４を開放する図２に二点鎖線で示す開位置とで選択的に位置が調整される。なお切換ダンパ１８は、バッテリパック３内の空気を冷却する必要があると判断された場合、またはバッテリパック３内の空気が温まって再利用可能と判断された場合に吸入ダクト４を開くよう設定されている。

送風ダクト５は、空調ユニット（ＨＶＡＣ）６の上流側に接続される空調用送風路５ａと、車室２内部に連通している車室用送風路５ｂとに分岐されている。空調用送風路５ａは、空調ユニット６（本体６ａ）のヒータコア９の上流側、具体的にはブロアファン７の上流に接続されている。送風ダクト５におけるバッテリパック３と各送風路５ａ，５ｂとの間には、互いに両者を接続する接続路５ｃが形成されている。接続路５ｃはバッテリパック３に接続される部位と二股に分岐して空調用送風路５ａ及び車室用送風路５ｂにそれぞれ接続される部位とを有している。また、接続路５ｃのバッテリパック３に接続される部位の近傍には、車外に連通した排気口５ｄが設けられている。

そして、接続路５ｃ内の排気口５ｄの近傍には、排気口５ｄを開閉する開閉手段としての切換ダンパ１１が設けられている。切換ダンパ１１は、排気口５ｄを閉塞する図２に実線で示す閉位置と排気口５ｄを開放するとともに送風ダクト５（接続路５ｃ）を閉塞する図２に二点鎖線で示す開位置とで選択的に切り換えられる。この切換ダンパ１１の位置によって、バッテリパック３内の空気が排気口５ｄから車外に排出される排気モードと、バッテリパック３内の空気が送風ダクト５を介して再利用される再利用モードとに切り換えられる。

また、接続路５ｃ内の分岐部の近傍には、車室用送風路５ｂを開閉する開閉手段としての切換ダンパ１２が設けられている。切換ダンパ１２は、車室用送風路５ｂを閉塞する図２に実線で示す第１の位置と各送風路５ａ，５ｂを開放する図２に二点鎖線で示す第２の位置とで選択的に切り換えられる。なお各切換ダンパ１１，１２は、その動作を後述する制御手段によりバッテリパック3内の空気の温度に基づいて制御される。

また、バッテリパック３内における接続路５ｃとの接続部分の近傍には、送風手段としてのファン１０が配設されている。ファン１０は、主に再利用モードのとき（切換ダンパ１１が閉位置に動作されて排気口５ｄが閉じられているとき）に駆動される。このファン１０の駆動によりバッテリパック３内の空気（暖気）が強制的に空調用送風路５ａを介して空調ユニット６に送り出される構成となっている。なお、バッテリの冷却が必要な場合は、排気モードにおいてもファン１０が駆動される。

図３は、本発明の一実施形態に用いられる制御手段のブロック図を示している。同図において制御手段２４は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有するマイクロコンピュータであり、バッテリパック３内に設けられた温度センサ１９、車室２内に設けられた温度センサ２０、外気温センサ２１、ヒータコア９に設けられた水温センサ２２等からの温度情報に基づき、送風ダクト５内の各切換ダンパ１１，１２及び空調ユニット６内の各ダンパ１３〜１８、バッテリパック３内のファン１０、そしてヒータコア９に設けられた熱源としての電気温水ヒータ２３等の動作を制御する。

上述の構成において、本発明の空調システムでは、バッテリパック３内の空気の温度に基づいて送風ダクト５の切換ダンパ１１とファン１０とを制御し、バッテリパック３内の暖められた空気（暖気）を再利用する再利用モードと、排気口５ｄから空気を排出する排気モードとを切り換えている。具体的には、バッテリパック３内の空気が所定温度以上に温まっている状態で、暖房が必要と判断された場合に再利用モードとし、バッテリパック３内の空気（暖気）を車外に排出せずにファン１０によって積極的に空調ユニット６のヒータコア９の上流側に送っている。つまり、バッテリパック３内で暖められた空気を暖房用の空気として再利用することでヒータコア９の負担を軽減し、熱源である電気温水ヒータ２３の印加電力や作動時間を制御して消費電力を低減している。以下に、本発明の空調システムにおける具体的な制御方法を図４及び図５に示すフローチャートに基づいて説明する。

先ず、温度センサ１９によってバッテリパック３内の空気の温度を測り（ＳＴ０１）、制御手段２４はこの温度が所定温度に対して高いか低いかを判定する（ＳＴ０２）。そして、所定温度よりも低いと判定すると、バッテリパック３内の空気が温まっておらず暖房に利用できないと判断し、切換ダンパ１１を開位置に動作させて排気口５ｄから空気を車外に放出させる排気モードとし（ＳＴ０３）、ステップＳＴ０１に戻る。つまり、バッテリパック３内の空気の温度が所定温度以上になるまでは、バッテリパック３内の空気の再利用は行われず排気口５ｄから車外に放出される。

ステップＳＴ０２において所定温度よりも高いと判定すると、ブロアファン７のスイッチの状態を確認し（ＳＴ０４）、スイッチがオンされているか否かを判定する（ＳＴ０５）。オンされていない場合には空調システムが作動されていないと判断し、切換ダンパ１１を開位置に動作させて排気口５ｄから空気を車外に放出させる排気モードとし（ＳＴ０６）、ステップＳＴ０４に戻る。オンされている場合には空調システムの設定温度を入力する（ＳＴ０７）。これは、乗員が空調ユニット６に対してどのようなことを要求しているのか、例えば夏場に冷房を使うのか、冬場に暖房を使うのか等を判断している。

次に、暖房であるか否かが判定され（ＳＴ０８）、暖房ではないと判定された場合には暖気を必要としていないと判断し、切換ダンパ１１を開位置に動作させて排気口５ｄから空気を車外に放出させる排気モードとし（ＳＴ０９）、ステップＳＴ０４に戻る。そして、暖房と判定された場合には内外気の切換状態が確認され（ＳＴ１０）、乗員によって内外気の何れが選択されているかが確認される（ＳＴ１１）。内気が選択されている場合には温度センサ１９によってバッテリパック３内の温度が確認され（ＳＴ１２）、その後に温度センサ２０によって車室２内の温度が確認され（ＳＴ１３）、バッテリパック３内の温度と車室２内の温度とが比較される（ＳＴ１４）。バッテリパック３内の温度の方が低いと判定されると、バッテリパック３内の空気を送風する必要がないので、切換ダンパ１１を開位置に動作させて排気口５ｄから空気を車外に放出させる排気モードとし（ＳＴ１５）、ステップＳＴ０４に戻る。バッテリパック３内の温度の方が高いと判定されるとステップＳＴ１６に進む。

ステップＳＴ１１において外気が選択されている場合には温度センサ１９によってバッテリパック３内の温度が確認され（ＳＴ１７）、その後に温度センサ２１によって外気の温度が確認され（ＳＴ１８）、バッテリパック３内の温度と外気の温度が比較される（ＳＴ１９）。バッテリパック３内の温度の方が低いと判定されると、ステップＳＴ１５に進んで切換ダンパ１１を開位置に動作させて排気口５ｄから空気を車外に放出させる排気モードとし、ステップＳＴ０４に戻る。バッテリパック３内の温度の方が高いと判断されるとステップＳＴ１６に進む。

ステップＳＴ１６では切換ダンパ１１を閉位置に移動させて排気口５ｄを閉塞すると共にファン１０を作動し、バッテリパック３内の空気を空調ユニット６に送風する再利用モードとされる。次にセンサ２０によって車室２内の温度が確認される（ＳＴ２０）。そして、車室２内の温度が空調システムの設定温度に対して高いか否かが判定され（ＳＴ２１）、高いと判定されると電気温水ヒータ２３の出力が制御されて印加電力が下げられた後（ＳＴ２２）、ステップＳＴ２３に進む。一方、ステップＳＴ２１において車室２内の温度が空調システムの設定温度より低いと判定されると、そのままステップＳＴ２３に進む。

次に、センサ２０によって車室２内の温度が確認される（ＳＴ２３）と共にセンサ１９によってバッテリパック３内の温度が確認される（ＳＴ２４）。バッテリパック３内の温度が車室２内温度に比して高いか否かが各センサ１９，２０の検知結果に基づいて判定され（ＳＴ２５）、バッテリパック３内の温度の方が高いと判定されると切換ダンパ１２が第２の位置に移動されてバッテリパック３内の空気が送風ダクト５から車室２内及び空調ユニット６の本体６ａのブロアファン７の上流側へと送られ（ＳＴ２６）、ステップＳＴ０４に戻る。ステップＳＴ２５においてバッテリパック３内の温度の方が低いと判定されると、切換ダンパ１２が第１の位置に移動されて送風ダクト５の室内用送風路５ｂが閉じられ、バッテリパック３内の空気が本体６ａのみへと送られ（ＳＴ２７）、ステップＳＴ０４に戻る。

以上説明したように本発明の構成によれば、バッテリパック３と空調ユニット６のヒータコア９の上流側に連通される送風ダクト５と、バッテリパック３内の空気を空調ユニット６に送るファン１０とを有しているので、バッテリパック３内の暖められた空気、すなわち今まで不要とされていたバッテリパック３内の暖気を積極的に再利用することができる。従って、ヒータコア９に設けられる電気温水ヒータ２３の印加電力や作動時間を低減することができ、消費電力を低減することができる。

しかも、バッテリパック３内の空気が所定温度よりも暖かく、暖房が必要とされている場合にのみ空調ユニット６に送風されるので、効率よくバッテリパック３内の不要な暖気を再利用できる。

１ 車両
２ 車室
３ バッテリパック
５ 送風ダクト
５ｄ 排気口
６ 空調ユニット
９ ヒータ装置（ヒータコア）
１０ 送風手段（ファン）
１１，１２ 開閉手段（切換ダンパ）
２３ 熱源（電気温水ヒータ）
２４ 制御手段

Claims (5)

1. 走行用のモータに電力を供給するバッテリを搭載した車両の車室内温度を調節する空調システムあって、
   熱源を有し暖気を発生させるヒータ装置を有する空調ユニットと、前記バッテリを収容するバッテリパックと、前記ヒータ装置より上流側に接続されて前記バッテリパックと連通する送風ダクトと、前記送風ダクトを介して前記バッテリパック内の空気を前記空調ユニットに送る送風手段とを備えることを特徴とする空調システム。
2. 請求項１記載の空調システムにおいて、
   前記バッテリパック内の空気を車外に排出するための排気口と、前記送風ダクト及び前記排気口を開閉する開閉手段と、前記バッテリパック内の空気の温度に基づいて前記開閉手段の開閉状態及び前記送風手段の駆動状態を制御し、前記バッテリパック内の空気を前記送風ダクトを介して前記空調ユニットに送る再利用モードと、前記バッテリパック内の空気を前記排気口から排出する排気モードとに切り換える制御手段とを備えることを特徴とする空調システム。
3. 請求項２記載の空調システムにおいて、
   前記バッテリパック内の空気の温度が所定温度よりも高くかつ空調システムの温度設定が暖房の範囲にある場合にのみ、前記再利用モードとされることを特徴とする空調システム。
4. 請求項２または３に記載の空調システムにおいて、
   前記空調ユニットが内気導入とされている場合に、前記バッテリパック内の空気の温度が車内温度よりも低い場合には、前記排気モードとされることを特徴とする空調システム。
5. 請求項１から３までの何れか一つに記載の空調システムにおいて、
   前記空調ユニットが外気導入とされている場合に、前記バッテリパック内の空気の温度が車外温度よりも低い場合には、前記バッテリパック内の空気を車外に排出させる排気モードとされることを特徴とする空調システム。

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