JP2015189467A5

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Publication number: JP2015189467A5
Application number: JP2014103469A
Authority: JP
Filing date: 2014-05-19
Publication date: 2017-06-29

Description

キャビンおよびバッテリの加熱システム

本発明は、安全な使用を可能にし、電気加熱器（ＰＴＣ）を使用しないのであまりエネルギーを消費せず、寒冷気候条件で作動できるキャビンおよびバッテリの加熱システムに関する。

最新の用途において、電気自動車のキャビンおよびバッテリを加熱するために使用されるＰＴＣ電気ヒーターシステムは、あまりにも多くのエネルギーを消費することにより、車両の範囲を減らしている。さらに、電気自動車のキャビンおよびバッテリを加熱するために使用される燃料加熱システムは、高価であり、燃料タンクおよび燃料燃焼要素のため複雑である。電気自動車では通常設けられない燃料システムも、安全性リスクをもたらす。

最新の用途において、電気自動車のキャビンおよびバッテリを加熱するために使用される高温ガス加熱システムは、それが極めて単純な構造を有するにも拘わらず、あまりにも多くのエネルギーを消費することにより、車両の範囲を減らしている。さらに、電気自動車のキャビンおよびバッテリを加熱するために使用されるヒートポンプシステムに必要な要素は、高価で複雑である。営利上、大量生産によってそれを供給することは困難である。これらに加えて、法的な規準によって規定され、営利上−２０℃（寒冷気候車両）未満の極めて低い温度で使用される冷却剤を、ヒートポンプシステムとして使用することができない。

米国特許文献番号ＵＳ２０１３０９８５７７（Ａ１）、最新の出願は、電気自動車のキャビン用の空気調和システムを開示している。このシステムは、キャビン内の空気に関連する熱交換器と制御弁とを備えている。空気調和システムは、キャビン加熱モード用の高温液体流ループと、キャビン冷却モード用の低温液体流ループとを備えている。電気圧縮機用モータは、冷媒圧縮機を作動させるように充電ユニットによって作動される。

日本特許文書ＪＰ２００６０１６０００（Ａ）、最新の出願は、バッテリの温度調整装置を開示している。温度調整装置は、バッテリを加熱または冷却する間に産出される熱利用を改善する。車両キャビン内の空気は、バッテリを加熱または冷却するための流路を通過する。この空気の排熱は、車両内の空調システムで使用される。

国際特許文献番号ＷＯ０２０６４３８９（Ａ１）、最新の出願は、空気調和システムを開示している。空調システムは、電気で駆動される二段圧縮システム圧縮機を備えている。エネルギー源として電気を使用する車両において、第一段で圧縮された冷媒を冷却するための冷媒熱交換器が組み込まれており、キャビン空気との熱交換が可能になる。冷媒の熱は、モータを冷却するために冷却剤の熱と一緒に加熱するために使用される。

本発明の目的は、安全な使用を可能にするキャビンおよびバッテリの加熱システムを提供することである。

本発明の別の目的は、電気加熱器（ＰＴＣ）を使用しないのであまりエネルギーを消費せず、寒冷気候条件で作動できるキャビンおよびバッテリの加熱システムを提供することである。

安全な使用を可能とし、電気加熱器（ＰＴＣ）が使用されないのであまり燃料を使用せず、寒冷気候条件で作動できるキャビンおよびバッテリの加熱システム（１）は、
前記バッテリを加熱および冷却するようにされている少なくとも１つのバッテリ加熱−冷却ユニット（２）と、
冷却を可能にする少なくとも１つの冷却熱交換器（３）と、
加熱を可能にする少なくとも１つの加熱熱交換器（４）と、
低温空気を提供するようにされている少なくとも１つの圧縮機（５）と、
モータ内の熱交換物質の循環を可能にする少なくとも１つのモータ冷却システム循環ポンプ（６）と、
前記バッテリ内の前記熱交換物質の循環を可能にする少なくとも１つのバッテリ冷却システム循環ポンプ（７）と、
冷却を行う少なくとも１つのモータ冷却コイル（ラジエータ）（８）と、
前記モータ冷却コイル（８）を冷却することを可能にする少なくとも１つのモータ冷却ファン（９）と、
ＨＶＡＣモジュール（Ｈ）内に位置し、前記キャビンを加熱することを可能にする少なくとも１つのキャビン加熱コイル（１０）と、
前記ＨＶＡＣモジュール（Ｈ）内に位置し、前記キャビンを冷却することを可能にする少なくとも１つのキャビン冷却コイル（１１）と、
ソレノイド制御によって膨張を可能にする少なくとも１つのソレノイド制御膨張弁（１２）と、
前記ＨＶＡＣモジュール（Ｈ）内に位置し、前記キャビン冷却コイル（１１）を冷却することを可能にする少なくとも１つの換気ファン（１３）と、
３つの方向に流れを提供できる少なくとも１つの３方向弁（１４）と、
ソレノイド制御の結果、流体流を可能にする少なくとも１つのソレノイド制御冷却剤弁（１５）と、
単一の方向への流れを提供する少なくとも１つの片方向弁（１６）と、を基本的に備えている。

キャビンおよびバッテリの加熱システムの概要の図である。

本発明の目的を実現するように開発されたキャビンおよびバッテリの加熱システムは、添付図面に示されている。

本発明の好ましい実施形態では、本発明のキャビンおよびバッテリの加熱システム（１）は、前記バッテリを加熱および冷却するようにされているバッテリ加熱−冷却ユニット（２）と、冷却を可能にする冷却熱交換器（３）と、加熱を可能にする加熱熱交換器（４）と、低温空気を提供するようにされている圧縮機（５）と、モータ内の熱交換物質の循環を可能にするモータ冷却システム循環ポンプ（６）と、前記バッテリ内の前記熱交換物質の循環を可能にするバッテリ冷却システム循環ポンプ（７）と、冷却を行うモータ冷却コイル（ラジエータ）（８）と、前記モータ冷却コイル（８）を冷却することを可能にするモータ冷却ファン（９）と、ＨＶＡＣモジュール（Ｈ）内に位置し、前記キャビンを加熱することを可能にするキャビン加熱コイル（１０）と、前記ＨＶＡＣモジュール（Ｈ）内に位置し、前記キャビンを冷却することを可能にするキャビン冷却コイル（１１）と、ソレノイド制御によって膨張を可能にするソレノイド制御膨張弁（１２）と、前記ＨＶＡＣモジュール（Ｈ）内に位置し、前記キャビン冷却コイル（１１）を冷却することを可能にする換気ファン（１３）と、３つの方向に流れを提供できる３方向弁（１４）と、ソレノイド制御によって、流体流を可能にするソレノイド制御冷却剤弁（１５）と、単一の方向への流れを提供する片方向弁（１６）と、を備えている。

本発明のキャビンおよびバッテリの加熱システム（１）の好ましい実施形態では、バッテリおよびキャビンを加熱するために、電気モータ（Ｅ）で加熱されて第１ループで使用される冷却剤は、モータ冷却システム循環ポンプ（６）によって吸引され、加熱されるために加熱熱交換器（４）に送られる。加熱熱交換器（４）を離れて第１ループで使用される流体は、キャビン加熱コイル（１０）およびバッテリ加熱−冷却ユニット（２）に送られるように、ソレノイド制御冷却剤弁（１５）に送られる。バッテリを加熱し、バッテリ加熱−冷却ユニット（２）を離れて、第１ループで用いられることを可能にする冷却剤は、３方向弁（１４）へと送られる。第１ループで使われる冷却剤は、３方向弁（１４）によってキャビン加熱コイル（１０）から来る流体と合流し、モータ冷却ファン（９）によって冷却されるモータ冷却コイル（ラジエータ）（８）に送られることによって冷却され、その後、電気モータ（Ｅ）に送られて、ループが完了するか、または、冷却モードの間、冷却剤がバッテリ冷却システム循環ポンプ（７）を介して冷却熱交換器（３）に送られ、再び冷却されて、冷却ループが提供される。

本発明のキャビンおよびバッテリの加熱システム（１）の好ましい実施形態では、バッテリを冷却するために、ソレノイド制御冷却剤弁（１５）は、閉じられ、このように、第１ループで使用されて加熱された高温流体は、バッテリ加熱−冷却ユニット（２）に行くことを妨げられる。バッテリ加熱−冷却ユニット（２）を離れて、第１ループで使用される冷却剤は、３方向弁（１４）に送られる。第１ループで使用された冷却剤は、バッテリ冷却システム循環ポンプ（７）を介して冷却工程の間、３方向弁（１４）によって冷却熱交換器（３）に送られる。冷却熱交換器（３）を離れて、第１ループで使用される流体は、バッテリを冷却するように片方向弁（１６）によってバッテリ加熱−冷却ユニット（２）に送り戻され、このようにして冷却ループが完了する。

本発明のキャビンおよびバッテリの加熱システム（１）の好ましい実施形態では、キャビンを冷却するために、まず、ソレノイド制御膨張弁（１２）が閉じられ、圧縮機（５）によって圧縮されて加熱され、第２ループで使用される気相冷却物質（液体）が、加熱熱交換器（４）に送られる。第２ループで使用される高温冷却物質（液体）は、その熱を、加熱熱交換器（４）で、第１ループ内で使用されキャビンおよびバッテリを加熱するために用いられる冷却剤に、移し、第２ループで使用される冷却物質（液体）は、液相に戻る。液相に変化して、第２ループで使用される冷却物質（液体）は、加熱熱交換器（４）を去るときに２つの部分に分岐し、それにより両方がソレノイド制御冷却剤弁（１５）を通過し、冷却熱交換器（３）を介して第１ループで使用される冷却物質を冷却することを可能にして、圧縮機（５）に行き、キャビン冷却工程を実行するためにソレノイド制御冷却剤弁（１５）を介してキャビン冷却コイル（１１）を通過して圧縮機（５）に行く。

図面で示される構成要素は、それぞれ以下のように与えられた参照番号である。

１キャビンおよびバッテリの加熱システム
２バッテリ加熱−冷却ユニット
３冷却熱交換器
４加熱熱交換器
５圧縮機
６モータ冷却システム循環ポンプ
７バッテリ冷却システム循環ポンプ
８モータ冷却コイル（ラジエータ）
９モータ冷却ファン
１０キャビン加熱コイル
１１キャビン冷却コイル
１２ソレノイド制御膨張弁
１３換気ファン
１４３方向弁
１５ソレノイド制御冷却剤弁
１６片方向弁
Ｅ電気モータ
ＨＨＶＡＣモジュール

Claims

安全な使用を可能とし、電気加熱器（ＰＴＣ）が使用されないのであまり燃料を使用せず、寒冷気候条件で作動できるキャビンおよびバッテリの加熱システム（１）であって、
前記バッテリを加熱および冷却するようにされている少なくとも１つのバッテリ加熱−冷却ユニット（２）と、
冷却を可能にする少なくとも１つの冷却熱交換器（３）と、
加熱を可能にする少なくとも１つの加熱熱交換器（４）と、
低温空気を提供するようにされている少なくとも１つの圧縮機（５）と、
モータ内の熱交換物質の循環を可能にする少なくとも１つのモータ冷却システム循環ポンプ（６）と、
前記バッテリ内の前記熱交換物質の循環を可能にする少なくとも１つのバッテリ冷却システム循環ポンプ（７）と、
冷却を行う少なくとも１つのモータ冷却コイル（ラジエータ）（８）と、
前記モータ冷却コイル（８）を冷却することを可能にする少なくとも１つのモータ冷却ファン（９）と、
ＨＶＡＣモジュール（Ｈ）内に位置し、前記キャビンを加熱することを可能にする少なくとも１つのキャビン加熱コイル（１０）と、
前記ＨＶＡＣモジュール（Ｈ）内に位置し、前記キャビンを冷却することを可能にする少なくとも１つのキャビン冷却コイル（１１）と、
ソレノイド制御によって膨張を可能にする少なくとも１つのソレノイド制御膨張弁（１２）と、
前記ＨＶＡＣモジュール（Ｈ）内に位置し、前記キャビン冷却コイル（１１）を冷却することを可能にする少なくとも１つの換気ファン（１３）と、
３つの方向に流れを提供できる少なくとも１つの３方向弁（１４）と、
ソレノイド制御の結果、流体流を可能にする少なくとも１つのソレノイド制御冷却剤弁（１５）と、
単一の方向への流れを提供する少なくとも１つの片方向弁（１６）と、によって基本的に特徴付けられているキャビンおよびバッテリの加熱システム（１）。
前記モータ冷却システム循環ポンプ（６）は、電気モーター（Ｅ）で加熱される冷却剤を第１ループで使用されるように使用することを可能にすることを特徴とする、請求項１に記載のキャビンおよびバッテリの加熱システム（１）。
前記３方向弁（１４）は、第１ループで使用される前記冷却剤が、前記キャビン加熱コイル（１０）から来る流体と一緒になり、かつ前記モータ冷却ファン（９）によって冷却される前記モータ冷却コイル（ラジエータ）（８）に送られることによって冷却され、その結果、電気モータ（Ｅ）に送られることを可能にし、前記ループが完了することを可能にすることを特徴とする、請求項１に記載のキャビンおよびバッテリの加熱システム（１）。
前記３方向弁（１４）は、冷却モードの間、第１ループで用いられる冷却剤を、前記バッテリ冷却システム循環ポンプ（７）を介して前記冷却熱交換器（３）に送り、再び冷却することを可能にすることを特徴とする、請求項１に記載のキャビンおよびバッテリの加熱システム（１）。
前記ソレノイド制御冷却剤弁（１５）は、閉じられることによって、第１ループで用いられて加熱された高温流体が前記バッテリ加熱−冷却ユニット（２）に行くことを妨げることを特徴とする、請求項１に記載のキャビンおよびバッテリの加熱システム（１）。
前記ソレノイド制御膨張弁（１２）は、前記キャビンを冷却する工程の間、閉じられていることを特徴とする、請求項１に記載のキャビンおよびバッテリの加熱システム（１）。
前記加熱熱交換器（４）は、前記圧縮機（５）によって圧縮されて加熱され、第２ループで用いられる気相冷却物質の熱を、前記キャビンおよびバッテリを加熱するために第１ループで用いられる前記冷却物質に移すことを特徴とする、請求項１に記載のキャビンおよびバッテリの加熱システム（１）。
前記冷却熱交換器（３）は、液相に変化し第２ループで用いられる冷却物質が、第１ループで用いられる前記冷却物質を冷やし、かつ前記圧縮機（５）に行くことを可能にすることを特徴とする、請求項１に記載のキャビンおよびバッテリの加熱システム（１）。