JP2019129087A

JP2019129087A - 電池冷却用冷凍サイクル装置

Info

Publication number: JP2019129087A
Application number: JP2018010581A
Authority: JP
Inventors: 浩治清水; Koji Shimizu
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2018-01-25
Filing date: 2018-01-25
Publication date: 2019-08-01
Anticipated expiration: 2038-01-25
Also published as: US20200343611A1; JP6984439B2; WO2019146240A1; US11509007B2; DE112018006941T5

Abstract

【課題】オイルの滞留を抑制する電池冷却用冷凍サイクル装置を提供する。【解決手段】冷凍サイクル１０は、電池を冷却する。制御装置１５は、電池の温度を調節するように電池冷却系統３０に流れる冷媒流量を制御する。制御装置１５は、電池冷却系統３０に滞留したオイルをコンプレッサ１２に向けて押し流すように電池冷却系統３０に流れる冷媒流量を調節する。電池冷却系統３０は、複数の並列系統３１、３２を含む。流量調節弁としての電気膨張弁３１ｂ、３２ｂは、間欠的にオイル戻し運転を提供するように制御される。電気膨張弁３１ｂ、３２ｂは、順に、交互に、オイル戻し運転を提供するように制御される。オイル戻し運転では、複数の並列系統３１、３２のうちの一部に流れる冷媒流量を、温度制御部によって流される冷媒流量より増加させる。【選択図】図１

Description

この明細書における開示は、電池冷却用冷凍サイクル装置に関する。

特許文献１から特許文献３は、電池の温度調節のために、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを利用する。従来技術として列挙された先行技術文献の記載内容は、この明細書における技術的要素の説明として、参照により援用される。

特開２００７−６９７３３号公報特開２００５−９０８６２号公報特開平５−３４４６０６号公報

従来技術では、電池を冷却するための通路に、冷凍サイクルのオイルが滞留する場合がある。滞留したオイルは、冷凍サイクルの潤滑性を低下させる場合がある。滞留したオイルは、例えば、冷凍サイクルのコンプレッサにおける潤滑性を悪化させる。別の観点において、滞留したオイルは、その通路における冷媒の蒸発を妨げる場合がある。上述の観点において、または言及されていない他の観点において、電池冷却用冷凍サイクル装置にはさらなる改良が求められている。

開示されるひとつの目的は、電池を冷却する通路におけるオイルの滞留を抑制する電池冷却用冷凍サイクル装置を提供することである。

開示される他のひとつの目的は、冷凍サイクルのコンプレッサにおける潤滑性の悪化を抑制することができる電池冷却用冷凍サイクル装置を提供することである。

ここに開示された電池冷却用冷凍サイクル装置は、電池（４０）を冷却する複数の並列系統（３１、３２、３ｎ）を含む冷凍サイクル（１０）と、電池の温度を調節するように複数の並列系統に流れる冷媒流量を制御する温度制御部（１５１）と、複数の並列系統のうちの一部に流れる冷媒流量を、温度制御部によって流される冷媒流量より増加させ、同時に、複数の並列系統のうちの残部に流れる冷媒流量を維持するか減少させることにより、複数の並列系統のうちの一部に滞留したオイルを押し流すオイル戻し制御部（１５２、４５２ａ、４５２ｂ）とを備える。

開示される電池冷却用冷凍サイクル装置によると、温度制御部によって、電池の温度を調節することができる。しかも、複数の並列系統のうちの一部にオイルが滞留しても、滞留したオイルを押し流すことができる。特に、オイル戻し制御部は、複数の並列系統のうちの一部に流れる冷媒流量を、温度制御部によって流される冷媒流量より増加させる。オイル戻し制御部は、同時に、複数の並列系統のうちの残部に流れる冷媒流量を維持するか減少させる。このため、冷凍サイクルを循環する全体の冷媒流量を増加させることなく、一部の並列系統におけるオイルを押し流すことができる。よって、冷凍サイクルの動力消費を増大させずに、滞留したオイルに起因する不具合を抑制することができる。

この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。

第１実施形態の冷凍サイクルを示すブロック図である。電池を示す斜視図である。冷凍サイクルの制御を示すフローチャートである。冷凍サイクルの作動の一例を示す波形図である。第２実施形態の電池を示す斜視図である。第３実施形態の制御を示すフローチャートである。第４実施形態の制御を示すフローチャートである。冷凍サイクルの作動の一例を示す波形図である。第５実施形態の冷凍サイクルを示すブロック図である。第６実施形態の冷凍サイクルを示すブロック図である。

図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的におよび／または構造的に対応する部分および／または関連付けられる部分には同一の参照符号、または百以上の位が異なる参照符号が付される場合がある。対応する部分および／または関連付けられる部分については、他の実施形態の説明を参照することができる。

第１実施形態
図１において、電池冷却用冷凍サイクル装置１は、乗り物用冷凍サイクル装置を提供する。乗り物の語は、広義に解釈されるべきであり、車両、航空機、船舶などの移動体、およびアミューズメント機器など固定物を含む。電池冷却用冷凍サイクル装置１は、乗り物に利用されている電池を冷却することにより、電池の温度を調節する。なお、以下の説明において、電池の温度を制御することは、冷却の語で代表的に説明されている。この実施形態における電池は、車両の走行用モータに電力を供給する比較的大型の電池である。

電池冷却用冷凍サイクル装置１は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル１０を備える。同時に、冷凍サイクル１０は、空調用冷凍サイクル装置を提供する。冷凍サイクル１０は、冷媒１１を有する。冷凍サイクル１０は、冷媒１１が循環するサイクルを構成している。冷凍サイクル１０は、コンプレッサ１２を備える。コンプレッサ１２は、冷媒を吸入し、冷媒を圧縮する。コンプレッサ１２は、電動である。冷凍サイクル１０は、コンプレッサ１２によって圧縮された冷媒から放熱する放熱器１３を備える。放熱器１３は、コンデンサとも呼ばれる。コンプレッサ１２および放熱器１３は、冷凍サイクル１０における高圧系統を主として提供している。冷凍サイクル１０は、コンプレッサ１２を潤滑し、冷媒１１とともに流れるオイル１４とを有している。さらに、冷凍サイクル１０は、制御装置１５（ＥＣＵ）を有する。

冷凍サイクル１０は、冷媒を蒸発させる低圧系統を有する。冷凍サイクル１０は、空調系統２０、および、電池冷却系統３０を備える。空調系統２０および電池冷却系統３０は、低圧系統を主として提供している。

空調系統２０は、冷却器２１および減圧器としての電気膨張弁２２を含む。冷却器２１は、空気を冷却する熱交換器である。冷却器２１は、蒸発器とも呼ばれる。空調系統２０は、冷却器２１の出口近傍における冷媒の過熱度を検出するために、センサ２３を有する。センサ２３は、温度センサによって提供できる。センサ２３は、圧力センサ、過熱度センサなど多様なセンサによって提供されてもよい。センサ２３は、冷却器２１の冷却度合いを示す信号を出力する。センサ２３の信号は、電気膨張弁２２を制御するために利用される。制御装置１５は、センサ２３の信号に基づいて、電気膨張弁２２を制御する。

電池冷却系統３０は、複数の並列系統３１、３２を有する。複数の並列系統３１、３２は、それぞれが低圧系統を提供している。この実施形態では、電池冷却系統３０は、２つの並列系統３１、３２を有する。第１の並列系統３１と第２の並列系統３２とは、相似である。

並列系統３１、３２は、冷却器３１ａ、３２ａおよび減圧器としての電気膨張弁３１ｂ、３２ｂを有する。電気膨張弁３１ｂ、３２ｂは、冷却器３１ａ、３２ａにおける冷媒の流量を制御する流量調節弁を提供する。冷却器３１ａ、３２ａは、電池を冷却する熱交換器である。冷却器３１ａ、３２ａは、蒸発器とも呼ばれる。並列系統３１、３２は、冷却器３１ａ、３２ａの出口近傍における冷媒の過熱度を検出するために、センサ３１ｃ、３２ｃを有する。センサ３１ｃ、３２ｃは、温度センサによって提供できる。センサ３１ｃ、３２ｃは、圧力センサ、過熱度センサなど多様なセンサによって提供されてもよい。センサ３１ｃ、３２ｃは、冷却器３１ａ、３２ａの冷却度合いを示す信号を出力する。センサ３１ｃ、３２ｃの信号は、電気膨張弁３１ｂ、３２ｂを制御するために利用される。制御装置１５は、センサ３１ｃ、３２ｃの信号に基づいて、電気膨張弁３１ｂ、３２ｂを制御する。

電気膨張弁２２、３１ｂ、３２ｂは、冷媒流量を調節する流量調節部を提供する。流量調節部は、冷却負荷に応じて冷媒流量を調節でき、かつ、滞留オイルを押し流す冷媒流量を流すことができる。流量調節部は、冷却負荷に応じて冷媒流量を調節する状態と、滞留オイルを押し流す冷媒流量を流す状態とに切り換え可能である。冷却負荷に応じて冷媒流量を調節する状態は、フィードバック制御状態とも呼ばれる。滞留オイルを押し流す冷媒流量を流す状態は、大開度状態、またはオイル戻し制御状態と呼ばれる。

電気膨張弁２２、３１ｂ、３２ｂは、電磁的なモータなどのアクチュエータを備える。電気膨張弁２２、３１ｂ、３２ｂは、減圧器としての絞り開度を連続的に調節する。電気膨張弁２２、３１ｂ、３２ｂは、電子式膨張弁とも呼ばれる。電気膨張弁２２、３１ｂ、３２ｂは、減圧器と電磁弁との並列回路、または感温式膨張弁と電磁弁との並列回路など多様な機器によって提供可能である。

制御装置１５は、電子制御装置（Electronic Control Unit）である。制御装置１５は、少なくともひとつの演算処理装置（ＣＰＵ）と、プログラムとデータとを記憶する記憶媒体としての少なくともひとつのメモリ装置（ＭＭＲ）とを有する。制御装置１５は、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体を備えるマイクロコンピュータによって提供される。記憶媒体は、コンピュータによって読み取り可能なプログラムを非一時的に格納する非遷移的実体的記憶媒体である。記憶媒体は、半導体メモリまたは磁気ディスクなどによって提供されうる。制御装置１５は、ひとつのコンピュータ、またはデータ通信装置によってリンクされた一組のコンピュータ資源によって提供されうる。プログラムは、制御装置１５によって実行されることによって、制御装置１５をこの明細書に記載される装置として機能させ、この明細書に記載される方法を実行するように制御装置１５を機能させる。

制御装置１５を含む制御システムは、多様な要素を提供する。それらの要素の少なくとも一部は、機能を実行するためのブロックと呼ぶことができる。別の観点では、それらの要素の少なくとも一部は、構成として解釈されるモジュール、またはセクションと呼ぶことができる。さらに、制御システムに含まれる要素は、意図的な場合にのみ、その機能を実現する手段ともよぶことができる。

制御システムが提供する手段および／または機能は、実体的なメモリ装置に記録されたソフトウェアおよびそれを実行するコンピュータ、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組合せによって提供することができる。例えば、制御装置がハードウェアである電子回路によって提供される場合、それは多数の論理回路を含むデジタル回路、またはアナログ回路によって提供することができる。

図２において、電池冷却系統３０によって冷却される電池４０は、複数のセル電池４５を有する。ひとつのセル電池４５は、電解質を共有するひとつの容器である。ひとつのセル電池４５は、少なくとも正極と負極とを有する最小の電池単位でもある。複数のセル電池４５は、直列および／または並列に接続されている。電池４０は、複数の群電池４１、４２を有する。群電池４１、４２のそれぞれは、複数のセル電池４５を含んでいる。図示の例では、電池４０は、２つの群電池４１、４２を含む。ひとつの群電池４１は、４つのセル電池４５を含む。

複数の冷却器３１ａ、３２ａは、電池４０に直接的に接触して電池４０の熱を奪っている。複数の冷却器３１ａ、３２ａは、それらからの複数の冷却能力を、ひとつのセル電池４５に与えるように配置されている。複数の冷却器３１ａ、３２ａは、それらからの複数の冷却能力を、ひとつの群電池４１に与えるように配置されている。複数の冷却器３１ａ、３２ａは、それらからの複数の冷却能力を、ひとつの群電池４２に与えるように配置されている。複数の冷却器３１ａ、３２ａは、それらからの複数の冷却能力を、ひとつの電池４０に与えるように配置されている。冷却対象は、図示以外にもあってもよい。

言い換えると、複数の並列系統３１、３２に属する複数の冷却器３１ａ、３２ａは、ひとつのセル電池４５または一群の群電池４１および／または群電池４２を冷却する。この結果、複数の冷却器３１ａ、３２ａのうちの一部の冷却器の冷却能力が低下しても、または、冷却能力が失われても、残部の冷却器によって電池の冷却が可能である。よって、電池４０の全体、群電池４１の全体、群電池４２の全体、ひとつのセル電池４５の全体に対する冷却能力のすべてが失われる可能性が抑制される。

図３において、制御装置１５によるオイル戻し制御処理１５０が図示されている。ステップ１５１において、制御装置１５は、冷却器２１、３１ａ、３２ａが求められる冷却能力を発揮するように冷却運転を実施する。冷却運転において、コンプレッサ１２が運転され、電気膨張弁２２、３１ｂ、３２ｂが制御される。制御装置１５は、冷却器２１の冷却負荷に応じて、効率的な過熱度が得られるように電気膨張弁２２を制御する。制御装置１５は、冷却器３１ａ、３２ａの冷却負荷に応じて、効率的な過熱度が得られるように電気膨張弁３１ｂ、３２ｂを制御する。これにより空調系統２０は、除湿または冷房が提供される。電池冷却系統３０では、電池４０が冷却される。制御装置１５は、センサ３１ｃ、３２ｃの出力信号に応じて、電気膨張弁３１ｂ、３２ｂをフィードバック制御する。

冷凍サイクル１０が冷却負荷に応じて制御されると、冷却器２１、３１ａ、３２ａにオイルが滞留する場合がある。特に、冷却負荷が小さい場合、電気膨張弁２２、３１ｂ、３２ｂの開度が絞られる。このため、冷媒流量が減り、オイルが滞留する。このような滞留オイルは、コンプレッサ１２へのオイル戻りを低下させ、コンプレッサ１２の潤滑、および／または冷却を悪化させる。また、滞留オイルは、冷却器２１、３１ａ、３２ａにおける熱交換を妨げる場合がある。

ステップ１５２では、制御装置１５は、冷凍サイクル１０がオイル戻し運転されるように、オイル戻し制御を実施する。ステップ１５２は、オイル戻し制御部を提供する。オイル戻し制御は、複数の並列系統３１、３２の冷媒流量に差を与え、いずれか一方の並列系統の冷媒流量を滞留オイルを押し流すほどに大流量にする。この大流量は、電池を冷却するために必要な冷却流量より多い。ステップ１５２は、オイル戻し制御部を提供する。

オイル戻し制御は、複数の並列系統３１、３２のうち、一部の並列系統における冷媒流量だけを冷却負荷に応じた流量から増加させることによって提供される。オイル戻し制御において、残部の並列回路における冷媒流量は、冷却負荷に応じた流量に維持される。オイル戻し制御において、残部の並列回路における冷媒流量は、冷却負荷に応じた流量より少なく制限されてもよい。ステップ１５２におけるオイル戻し制御は、複数の並列系統３１、３２のなかで、一部の並列系統を順に変更する。電池冷却系統３０が、２つの並列系統３１、３２を含む場合、オイル戻し制御部は、２つの並列系統３１、３２のなかで、オイル戻し制御が実施される一部の並列系統を交互に変更する。

オイル戻し制御処理１５０は、ステップ１５１とステップ１５２とを繰り返す。これにより、冷却器３１ａ、３２ａにおける滞留オイルが抑制される。

図４は、オイル戻し制御による波形図を示す。横軸は、時間ｔ（秒）の経過を示す。縦軸は、電気膨張弁３１ｂ、３２ｂの開度（％）、センサ３１ｃ、３２ｃの検出温度（℃）、および、電池４０の温度（℃）を示す。

電気膨張弁３１ｂ、３２ｂは、冷却負荷に応じた開度Ｐｆｂに制御されている。電気膨張弁３１ｂ、３２ｂは、間欠的に、オイル戻し制御される。よって、オイル戻し制御部による制御は間欠的である。オイル戻し制御において、電気膨張弁３１ｂ、３２ｂは、滞留オイルを押し流す冷媒流量を供給できる開度Ｐｔに制御される。センサ３１ｃ、３２ｃの検出温度は、電池４０を目標温度に維持できる温度Ｔｆｂにフィードバック制御されている。このとき、電池４０の温度も、温度Ｂｆｂにフィードバック制御されている。

時刻ｔ１と時刻ｔ２との間において、並列系統３１がオイル戻し制御される。時刻ｔ３と時刻ｔ４との間において、並列系統３２がオイル戻し制御される。複数の並列系統３１、３２におけるオイル戻し制御は、順に、実施されている。複数の並列系統３１、３２におけるオイル戻し制御は、同時に実施されない。複数の並列系統３１、３２におけるオイル戻し制御は、交互に実施されている。

複数の並列系統３１、３２におけるオイル戻し制御の実施時期、間隔、および期間は、タイマー制御、またはスケジュール制御によって提供することができる。

時刻ｔ１と時刻ｔ２との期間において、第１の並列系統３１がオイル戻し制御の対象となる。この期間において、第２の並列系統３２は冷却負荷に応じて制御されている。この期間において、電気膨張弁３１ｂの開度が開度Ｐｔに制御される。冷却器３１ａに供給される冷媒流量が、大流量となる。開度Ｐｔが提供する大流量は、開度Ｐｆｂが提供する流量より大きい。つまり、温度制御部は、流量調節弁の開度を第１開度Ｐｆｂに制御し、オイル戻し制御部は、流量調節弁の開度を第１開度より大きい第２開度（Ｐｔ）に制御する。この結果、センサ３１ｃの検出温度が上昇する。やがて、検出温度が、電池４０を目標温度に維持するための限界温度Ｃｈに到達すると、オイル戻し制御が終了する。このとき、電池４０の温度は、限界温度Ｂｈより低く維持される。この期間において、第１の並列系統３１に流れる大流量の冷媒は、滞留オイルを押し流す。この結果、第１の並列系統３１における滞留オイルが抑制され、コンプレッサ１２へのオイル戻りが改善される。

時刻ｔ２と時刻ｔ３との間において、再び冷却負荷に応じたフィードバック制御が行われる。これにより、電池４０の温度は、再び温度Ｂｆｂにフィードバック制御される。

時刻ｔ３と時刻ｔ４との期間において、第２の並列系統３２がオイル戻し制御の対象となる。この期間において、第１の並列系統３１は冷却負荷に応じて制御されている。この期間において、電気膨張弁３２ｂの開度が開度Ｐｔに制御される。冷却器３２ａに供給される冷媒流量が、大流量となる。開度Ｐｔが提供する大流量は、開度Ｐｆｂが提供する流量より大きい。この結果、センサ３２ｃの検出温度が上昇する。やがて、検出温度が、電池４０を目標温度に維持するための限界温度Ｃｈに到達すると、オイル戻し制御が終了する。このとき、電池４０の温度は、限界温度Ｂｈより低く維持される。この期間において、第２の並列系統３２に流れる大流量の冷媒は、滞留オイルを押し流す。この結果、第２の並列系統３２における滞留オイルが抑制され、コンプレッサ１２へのオイル戻りが改善される。

制御装置１５は、上述の間欠的な、かつ、並列系統３１、３２において互いに重ならないオイル戻し制御を提供する。これにより、コンプレッサ１２における冷媒流量が小さいときでも、滞留オイルが押し流される。

以上に述べた実施形態によると、電池４０を冷却するための冷却器３１ａ、３２ａを備える冷凍サイクルにおいて、コンプレッサ１２へのオイル戻りを確保できる。このため、コンプレッサ１２を含む冷凍サイクルの品質低下を抑制できる。また、電池４０を冷却するための冷却器３１ａ、３２ａにおける滞留オイルが抑制されるから、滞留オイルに起因する冷却性能の低下を抑制できる。さらに、コンプレッサ１２へのオイル戻りを確保できるから、冷凍サイクルの省動力が図られる。

電気膨張弁３１ｂ、３２ｂの開度を制御することにより、冷却器３１ａ、３２ａの温度を目標温度にフィードバック制御している。この目標温度を、電池４０を安定的に機能させるための第１温度Ｔｆｂから、第１温度Ｔｆｂより高い第２温度Ｃｈに切り換えることで、電気膨張弁３１ｂ、３２ｂの開度を増加させている。しかも、第２温度Ｃｈは、電池の機能を損なわないように温度および／または継続時間が設定されている。例えば、第２温度Ｃｈと、第２温度Ｃｈの継続時間は、電池４０の推奨利用温度範囲の中において、短時間に設定されている。このため、電池４０の性能低下を抑制しながら、冷却効率を高めることができる。

さらに、複数の冷却器３１ａ、３２ａの電気膨張弁３１ｂ、３２ｂは、互いに重ならないように交互にオイル戻し制御される。よって、オイル戻し制御の対象となっている冷却器における冷媒流量を、オイルを押し流すように大流量にすることができる。しかも、共通のコンプレッサ１２における冷媒流量を過剰に大きくすることがない。

さらに、電池４０に起因する冷凍サイクルの冷凍負荷が比較的低い低負荷時において、電気膨張弁３１ｂ、３２ｂの開度が比較的小さいときでも、オイル戻りが確保される。低負荷は、外気温度が低く電池４０の温度が比較的低い冬季、または、電池４０の充電負荷、放電負荷が小さく電池４０の温度が比較的低い低電気負荷のときに生じる。オイルの滞留が生じやすい低負荷時に、オイル戻り制御が実施されるから、オイルの滞留に起因する不具合が顕著に抑制される。

さらに、冷却器３１ａ、３２ａは、電池４０に直接的に接触して電池４０の熱を奪っている。このような直接方式の冷却器３１ａ、３２ａは、水または空気など二次媒体を介して電池４０を冷却する間接方式の冷却器より、高い圧力損失を生じる。この結果、直接方式の冷却器は、オイルの滞留を生じやすい。この実施形態では、直接方式の冷却器に対してオイル戻り制御を適用するから、冷凍サイクルに使用されるオイルの多くを戻すことができる。

電池冷却用冷凍サイクル装置は、電池４０を冷却する複数の並列系統３１、３２を含む冷凍サイクル１０を備える。さらに、温度制御部としてのステップ１５１は、電池４０の温度を調節するように複数の並列系統３１、３２に流れる冷媒流量を制御する。さらに、オイル戻し制御部としてのステップ１５２は、複数の並列系統のうちの一部に流れる冷媒流量を、ステップ１５１によって流される冷媒流量より増加させる。このステップ１５２は、同時に、複数の並列系統３１、３２のうちの残部に流れる冷媒流量を維持するか減少させる。これにより、複数の並列系統３１、３２のうちの一部に滞留したオイルが押し流される。

よって、電池冷却用冷凍サイクル装置によると、温度制御部によって、電池４０の温度を調節することができる。しかも、複数の並列系統３１、３２のうちの一部にオイルが滞留しても、滞留したオイルを押し流すことができる。このため、冷凍サイクル１０を循環する全体の冷媒流量を増加させることなく、一部の並列系統３１（または３２）におけるオイルを押し流すことができる。よって、冷凍サイクルの動力消費を増大させずに、滞留したオイルに起因する不具合を抑制することができる。

第２実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、複数の冷却器は、ひとつまたは一群の電池を冷却する。これに代えて、この実施形態では、ひとつの冷却器は、ひとつまたは一群の電池を冷却する。

図５において、冷却器２３１ａは、冷却器３１ａに相当する。冷却器２３２ａは、冷却器３２ａに相当する。よって、並列系統３１は、冷却器２３１ａを有する。並列系統３２は、冷却器２３１ａを有する。

冷却器２３１ａは、一群の電池４１を冷却する。冷却器２３１ａは、他群の電池４２を冷却しない。ひとつの冷却器２３１ａは、ひとつのセル電池４５または１群の群電池４１を冷却する。

冷却器２３２ａは、一群の電池４２を冷却する。冷却器２３２ａは、他群の電池４１を冷却しない。ひとつの冷却器２３２ａは、ひとつのセル電池４５または１群の群電池４２を冷却する。

第３実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、冷凍サイクル１０が運転されている間中にわたってオイル戻し制御が提供される。これに代えて、オイル戻し制御は、実施条件が満足された場合にだけ実施されてもよい。

図６において、冷凍サイクル１０を制御する制御装置１５のための制御処理３５０が図示されている。制御処理３５０は、制御装置１５によって実行される。制御処理３５０は、実施条件が成立したか否かを判定するステップ３５３を有する。ステップ３５３は、実施条件が成立したか否かを判定する判定部を提供する。制御装置１５は、ステップ３５３において、実施条件が成立した場合、ステップ１５２に分岐する。制御装置１５は、ステップ３５３において、実施条件が成立していない場合、ステップ１５１に分岐する。

実施条件は、多様な条件を利用できる。実施条件は、例えば、冷却器３１ａ、３２ａに滞留オイルを生じやすい運転状態においてのみ、オイル戻り運転を実施するように設定することができる。実施条件は、例えば、外気温度が低い低熱負荷、または電池４０の充放電が少ない低電池負荷においては、冷媒流量が絞られるから、滞留オイルが生じやすい。よって、低熱負荷、および／または低電池負荷において、オイル戻り運転を実施してもよい。

実施条件は、例えば、所定期間または所定時間にわたって冷凍サイクル１０が継続運転された場合に成立するように設定することができる。実施条件は、例えば、冷凍サイクル１０の継続運転時間が所定の閾値時間を上回った場合に成立するように設定することができる。実施条件は、例えば、所定の冷凍サイクル１０の運転状態が発生した場合に成立するように設定することができる。

第４実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、１種類のオイル戻し運転が提供される。これに代えて、電池冷却用冷凍サイクル装置は、第１オイル戻し運転と、第２オイル戻し運転とを提供してもよい。第１オイル戻し運転と、第２オイル戻し運転とは、予定されたオイル戻し量の差によって特徴付けられる。第１オイル戻し運転は、例えば、オイル戻しの効果に関して、第２オイル戻し運転より弱い。つまり、第２オイル戻し運転によるオイル戻し量は、第１オイル戻し運転によるオイル戻し量より少ない。よって、第１オイル戻し制御は、弱制御とも呼ばれる。第２オイル戻し制御は、強制御とも呼ばれる。複数の電気膨張弁は、それぞれを異なる任意の開度に制御できる。第１オイル戻し制御と、第２オイル戻し制御との差は、複数の電気膨張弁のそれぞれの開度が、互いに異なり、しかも温度フィードバックで与えられる開度とは異なる開度に強制的に制御されることによって与えられる。

図７において、制御処理４５０が図示されている。この処理では、強いオイル戻し制御を実施するための第２実施条件が成立していると、第２オイル戻し運転が実施される。弱いオイル戻し制御を実施するための第１実施条件が成立していると、第２オイル戻し運転が実施される。

ステップ４５３ａでは、制御装置１５は、第２実施条件が成立しているか否かを判定する。第２実施条件が成立している場合、ステップ４５２ａに進む。第２実施条件が成立していない場合、ステップ４５３ｂに進む。ステップ４５３ｂでは、制御装置１５は、第１実施条件が成立しているか否かを判定する。第１実施条件が成立している場合、ステップ４５２ｂに進む。第１実施条件が成立していない場合、１５１に進む。ステップ４５３ａとステップ４５３ｂとは、判定部を提供している。

ステップ４５２ａでは、制御装置１５は、第２オイル戻し制御を実施し、相対的に強いオイル戻し運転を実施する。ステップ４５２ｂでは、制御装置１５は、第１オイル戻し制御を実施し、相対的に弱いオイル戻し運転を実施する。ステップ４５２ａとステップ４５２ｂとは、オイル戻し制御を実施するオイル戻し部を提供している。

第１オイル戻し制御では、上述の実施形態と同じオイル戻し制御が実施される。第２オイル戻し制御では、第１オイル戻し制御より強く滞留オイルを押し流すオイル戻し制御が実施される。第２オイル戻し制御において、例えば、一方の並列系統にだけ冷媒を流すように流量調節部である電気膨張弁３１ａ、３２ａが制御される。

この実施形態によると、ステップ４５３ａと、ステップ４５３ｂとによって判定部が提供される。判定部は、第１オイル戻し制御だけを実施できるか、第１オイル戻し制御より強くオイルを戻す第２オイル戻し制御を実施できるか、または、第１オイル戻し制御および第２オイル戻し制御を実施できないかを判定する。さらに、ステップ４５２ａとステップ４５２ｂとによって、オイル戻し制御部が提供される。ステップ４５２ｂは、判定部によって第１オイル戻し制御だけを実施できると判定した場合に、第１オイル戻し制御を実施する第１オイル戻し制御部を有する。さらに、ステップ４５２ａは、判定部によって第２オイル戻し制御を実施できると判定した場合に、第２オイル戻し制御を実施する第２オイル戻し制御部を有する。

図８において、第１オイル戻し運転は、例えば、複数の並列系統３１、３２に冷媒流量の差を与える。第１オイル戻し運転は、先行する実施形態のオイル戻し運転と同じである。よって、第１の並列系統３１が通常の温度フィードバック制御されているときに、第２の並列系統３２は冷媒流量を増やすように強制制御される。温度フィードバック制御と、強制制御とは、交互に実行される。

第２オイル戻し運転は、例えば、第１オイル戻し運転における冷媒流量の差よりも大きい冷媒流量の差を与える。この大きい差は、複数の電気膨張弁の開度を、それぞれ異なる開度に制御することによって提供される。または、第２オイル戻し運転は、例えば、電池冷却系統３０の全体を対象に実施される。これにより、電池冷却系統３０の全体から滞留オイルがコンプレッサへ向けて押し流される。例えば、複数の並列系統３１、３２の合流部において、第１オイル戻し運転で逆流した滞留オイルも、第２オイル戻し運転で、押し流される。

具体的に、第１オイル戻し運転は、複数の並列系統３１、３２の一方だけを温度制御を停止してオイル戻しのために制御する。第２オイル戻し運転は、複数の並列系統３１、３２のすべての温度制御を停止して、複数の並列系統３１、３２のひとつだけにオイル戻しのために冷媒を流す。オイル戻しの対象となるひとつの並列系統は、複数の並列系統の中で順に切り換えられる。

第２オイル戻し運転は、例えば、一方の並列系統３１への冷媒流量を増加させるように電気膨張弁３１ｂを開度Ｐｔに開き、他方の並列系統３２への冷媒流量を減少または停止させるように電気膨張弁３２ｂを０（ゼロ）に閉じる。この場合、冷媒は、オイル戻しの対象となっている一方の並列系統３１だけに集中する。この結果、一方の並列系統３１の冷媒流量が、第１オイル戻し制御で得られる冷媒流量より多くなる。よって、一方の並列系統３１の滞留オイルが強力に押し流される。このような第２オイル戻し運転は、冷却能力の大幅な低下を生じる。しかし、電池冷却用冷凍サイクルの場合、空気を対象とする空調と比べて、電池４０の熱容量が大きく、温度変化が比較的遅いから、利用することができる。

この第２オイル戻し運転は、コンプレッサ１２の大流量を要することなく、電池冷却系統３０の滞留オイルを抑制することができる。また、第１および第２のオイル戻し制御は、温度制御の中間期間（ｔ２−ｔ３、ｔ４２−ｔ４３）を介在させて反復される。よって、電池４０の温度が過剰に上昇する事態が抑制される。第２オイル戻し運転は、他の実施形態におけるオイル戻し運転として提供されてもよい。

第５実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、冷凍サイクル１０によって、空調系統２０と、電池冷却系統３０とを提供している。これに代えて、冷凍サイクル１０は、電池冷却系統３０だけを提供してもよい。追加的に、または、代替的に、並列系統３１、３２の数は、３以上のｎ個でもよい。

図９において、冷凍サイクル１０は、電池冷却系統３０だけを提供する。電池冷却系統３０のための専用の冷凍サイクル１０は、電池の温度制御の精度を高めるために貢献する。

乗り物用冷凍サイクル装置１は、空調用冷凍サイクル５２０（ＲＥＦ）を有する。空調用冷凍サイクル５２０は、空調系統を提供するため専用である。これにより、電池冷却系統３０は、空調との相互関係を抑制して、電池４０の温度を調節することができる。特に、空調系統におけるオイル戻りへの配慮を抑制できる。この実施形態によると、電池冷却系統３０における複数の並列系統のためのオイル戻り運転を実施できる。例えば、空調のための空気温度制御に影響を与えることなく、オイル戻り運転を実施できる。

電池冷却系統３０は、２つの並列系統３１、３２に加えて、さらに、すくなくともひとつの並列系統３ｎを有する。すなわち、並列系統は、３個以上の並列系統３１、３２、・・・３ｎを備えることができる。

第６実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、複数の電気膨張弁３１ｂ、３２ｂだけで、オイル戻しのための冷媒流量を提供している。これに加えて、複数の並列系統３１、３２に冷媒流量の差を与えるために、開閉弁６３１ｄ、６３２ｄを有するバイパス通路を設けてもよい。開閉弁６３１ｄ、６３２ｄは、電磁弁によって提供することができる。

図１０において、電池冷却系統３０は、複数の並列系統３１、３２を有する。第１の並列系統３１は、電気膨張弁３１ｂをバイパスする開閉弁６３１ｄを有する。開閉弁６３１ｄは、電気膨張弁３１ｂをバイパスするバイパス通路を提供する。開閉弁６３１ｄは、電気膨張弁３１ｂの最大開度と等しいか、より大きい全開開度を提供する。開閉弁６３１ｄは、電気膨張弁３１ｂの最小開度より小さい全閉開度を提供する。よって、開閉弁６３１ｄが全閉であるとき、電気膨張弁３１ｂは、フィードバック制御される。第１の並列系統３１がオイル戻し運転されるとき、電気膨張弁３１ｂの開度にかかわらず、開閉弁６３１ｄは、全開される。これにより、滞留オイルを押し流す冷媒が流される。

第２の並列系統３２は、電気膨張弁３２ｂをバイパスする開閉弁６３２ｄを有する。開閉弁６３２ｄは、電気膨張弁３２ｂをバイパスするバイパス通路を提供する。開閉弁６３２ｄは、電気膨張弁３２ｂの最大開度と等しいか、より大きい全開開度を提供する。開閉弁６３２ｄは、電気膨張弁３２ｂの最小開度より小さい全閉開度を提供する。よって、開閉弁６３２ｄが全閉であるとき、電気膨張弁３２ｂは、フィードバック制御される。第２の並列系統３２がオイル戻し運転されるとき、電気膨張弁３２ｂの開度にかかわらず、開閉弁６３２ｄは、全開される。これにより、滞留オイルを押し流す冷媒が流される。

複数の開閉弁６３１ｄ、６３２ｄは、複数の並列系統３１、３２の少なくともひとつの通路を開き、残る少なくともひとつの通路を閉じるか、絞るように制御される。よって、前者の通路の冷媒流量が増え、後者の通路の冷媒流量が減る。複数の並列系統３１、３２の少なくともひとつに流れる冷媒量が増える。これにより、滞留オイルが押し流される。冷媒流量が増える通路は、滞留オイルの偏りを抑制するように、交互に、または順に入れ替えられる。よって、流量調節弁は、電気膨張弁３１ｂ、３２ｂを含む。さらに、流量調節弁は、開閉弁６３１ｄ、６３２ｄを含む場合がある。

この実施形態でも、電池冷却系統３０における滞留オイルが抑制される。この結果、コンプレッサ１２におけるオイル戻りが改善される。また、滞留オイルに起因する冷却器３１ａ、３２ａの性能低下が抑制される。さらに、複数の並列系統３１、３２における電気式膨張弁３１ｂ、３２ｂの制御を変えることなく、追加的な開閉弁６３１ｄ、６３２ｄによって、オイル戻し運転を提供できる。

他の実施形態
この明細書および図面等における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品および／または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および／または要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品および／または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。
上記実施形態では、電池冷却系統３０における複数の冷却器３１ａ、３２ａ、３ｎａは、電池４０を直接的に冷却している。これに代えて、複数の冷却器３１ａ、３２ａ、３ｎａと電池４０との間に、二次的な熱伝達系統を介在させてもよい。二次的な熱伝達系統は、例えば、水、不凍液、オイルなどの二次媒体と、二次媒体を循環させる循環系統とによって提供される。さらに、循環系統は、冷却器３１ａ、３２ａ、３ｎａと二次媒体とを熱交換させる熱交換器と、電池と二次媒体とを熱交換させる熱交換器とを有する。このような二次的な熱伝達系統を備える場合にも、コンプレッサ１２における動力消費を過度に増加させることなく、滞留オイルを抑制することができる。

１電池冷却用冷凍サイクル装置、１０冷凍サイクル、
１１冷媒、１２コンプレッサ、１３放熱器、
１４オイル、１５制御装置、２０空調系統、
２１冷却器、２２電気膨張弁、２３センサ、
３０電池冷却系統、３１、３２、３ｎ並列系統、
３１ａ、３２ａ、３ｎａ冷却器、
３１ｂ、３２ｂ、３ｎｂ電気膨張弁、
３１ｃ、３２ｃ、３ｎｃセンサ、
４０電池、４１群電池、
４２群電池、４５セル電池、
２３１ａ、２３２ａ冷却器、
５２０空調系統、
６３１ｄ、６３２ｄ開閉弁。

Claims

電池（４０）を冷却する複数の並列系統（３１、３２、３ｎ）を含む冷凍サイクル（１０）と、
前記電池の温度を調節するように複数の前記並列系統に流れる冷媒流量を制御する温度制御部（１５１）と、
複数の前記並列系統のうちの一部に流れる冷媒流量を、前記温度制御部によって流される冷媒流量より増加させ、同時に、複数の前記並列系統のうちの残部に流れる冷媒流量を維持するか減少させることにより、複数の前記並列系統のうちの一部に滞留したオイルを押し流すオイル戻し制御部（１５２、４５２ａ、４５２ｂ）とを備える電池冷却用冷凍サイクル装置。
前記オイル戻し制御部は、複数の前記並列系統のなかで、一部の並列系統を順に変更する請求項１に記載の電池冷却用冷凍サイクル装置。
複数の前記並列系統は、２つの並列系統（３１、３２）を含み、
前記オイル戻し制御部は、２つの前記並列系統のなかで、前記一部の並列系統を交互に変更する請求項２に記載の電池冷却用冷凍サイクル装置。
複数の前記並列系統のそれぞれは、冷却器（３１ａ、３２ａ、３ｎａ）、および、前記冷却器における冷媒の流量を制御する流量調節弁（３１ｂ、３２ｂ、３ｎｂ、６３１ｄ、６３２ｄ）を含む請求項１から請求項３のいずれかに記載の電池冷却用冷凍サイクル装置。
複数の前記並列系統に属する複数の前記冷却器は、ひとつのセル電池（４５）を冷却する請求項４に記載の電池冷却用冷凍サイクル装置。
前記温度制御部は、前記流量調節弁の開度を第１開度（Ｐｆｂ）に制御し、
前記オイル戻し制御部は、前記流量調節弁の開度を前記第１開度より大きい第２開度（Ｐｔ）に制御する請求項４または請求項５に記載の電池冷却用冷凍サイクル装置。
前記流量調節弁は、電気膨張弁（３１ｂ、３２ｂ、３ｎｂ）を含む請求項４から請求項６のいずれかに記載の電池冷却用冷凍サイクル装置。
前記流量調節弁は、開閉弁（６３１ｄ、６３２ｄ）を含む請求項４から請求項７のいずれかに記載の電池冷却用冷凍サイクル装置。
前記オイル戻し制御部による制御は間欠的である請求項１から請求項８のいずれかに記載の電池冷却用冷凍サイクル装置。
さらに、第１オイル戻し制御だけを実施できるか、前記第１オイル戻し制御より強くオイルを戻す第２オイル戻し制御を実施できるか、または、前記第１オイル戻し制御および前記第２オイル戻し制御を実施できないかを判定する判定部（４５３ａ、４５３ｂ）を備え、
前記オイル戻し制御部は、
前記判定部によって前記第１オイル戻し制御だけを実施できると判定した場合に、前記第１オイル戻し制御を実施する第１オイル戻し制御部（４５２ｂ）と、
前記判定部によって前記第２オイル戻し制御を実施できると判定した場合に、前記第２オイル戻し制御を実施する第２オイル戻し制御部（４５２ｂ）とを備える請求項１から請求項９のいずれかに記載の電池冷却用冷凍サイクル装置。