JP2020089093A - 車両のバッテリ温度調整装置及びそれを備えた車両用空気調和装置 - Google Patents

車両のバッテリ温度調整装置及びそれを備えた車両用空気調和装置 Download PDF

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Abstract

【課題】車両に搭載されたバッテリを充電する際、充電時間と充電電力に関して使用者に最適な充電方法を選択することができるようにした車両のバッテリ温度調整装置を提供する。【解決手段】バッテリ温度調整装置61は、外部の充電器により充電可能であり、車両に搭載されたバッテリ55の温度を調整するものであって、制御装置を備え、この制御装置は、バッテリ55を充電する際、当該バッテリ55の温度を調整する充電時間優先モードと、バッテリ55を充電する際に動作せず、若しくは、バッテリ55の温度を調整する動作を制限する充電電力優先モードを有する。【選択図】図1

Description

本発明は、車両に搭載されたバッテリの温度を調整するバッテリ温度調整装置、及び、それを備えて車室内を空調するヒートポンプ方式の車両用空気調和装置に関するものである。
近年の環境問題の顕在化から、車両に搭載されたバッテリから供給される電力で走行用モータを駆動する電気自動車やハイブリッド自動車等の車両が普及するに至っている。そして、このような車両に適用することができる空気調和装置として、圧縮機と、放熱器と、吸熱器と、室外熱交換器が接続された冷媒回路を備え、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器において放熱させ、この放熱器において放熱した冷媒を室外熱交換器において吸熱させることで暖房し、圧縮機から吐出された冷媒を室外熱交換器において放熱させ、吸熱器(蒸発器)において蒸発させ、吸熱させることで冷房する等して車室内を空調するものが開発されている(例えば、特許文献1参照)。
一方、例えばバッテリは外部の急速充電器等の充電器から充電可能とされているが、充電時にバッテリは自己発熱して温度が上昇する。このような高温となった状態で充電を行うと劣化が進行するため、急速充電器は充電電流を制限するように動作するが、それでは充電時間が長くかかる問題が発生する。そこで、冷媒回路にバッテリ用の熱交換器を別途設け、冷媒回路を循環する冷媒とバッテリ用冷媒(熱媒体)とをこのバッテリ用の熱交換器で熱交換させ、この熱交換した熱媒体をバッテリに循環させることでバッテリを冷却することができるようにした車両用空気調和装置も開発されている(例えば、特許文献2、特許文献3参照)。
特開2014−213765号公報 特許第5860360号公報 特許第5860361号公報
上記のような車両用空気調和装置でバッテリを冷却することで、充電電流を制限すること無く、急速充電を行うことができるようになるが、バッテリを冷却するための電力が主に圧縮機にて消費されることになるため、全体の充電電力は大きくなり、充電のための料金も高くなるという問題がある。一方、例えば使用者が買い物をしている間に充電を行う等の使用状況によっては、バッテリの充電には十分な時間があるため、バッテリの充電時間よりも料金(充電電力)を優先する場合もある。
本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、車両に搭載されたバッテリを充電する際、充電時間と充電電力に関して使用者に最適な充電方法を選択することができるようにした車両のバッテリ温度調整装置、及び、それを備えた車両用空気調和装置を提供することを目的とする。
本発明の車両のバッテリ温度調整装置は、外部の充電器により充電可能であり、車両に搭載されたバッテリの温度を調整するものであって、制御装置を備え、この制御装置は、バッテリを充電する際、当該バッテリの温度を調整する充電時間優先モードと、バッテリを充電する際に動作しない、又は、バッテリの温度を調整する動作を制限する、状態のうちの何れかの状態となる充電電力優先モードを有することを特徴とする。
請求項2の発明の車両のバッテリ温度調整装置は、上記発明において制御装置は、充電時間優先モードにおいて、バッテリの温度を示す指標を所定の適正温度範囲に制御することを特徴とする。
請求項3の発明の車両のバッテリ温度調整装置は、上記各発明において制御装置は、充電時間優先モードにおいて、バッテリの充電電流に基づき、当該充電電流が最大となるようバッテリの温度を示す指標を制御することを特徴とする。
請求項4の発明の車両のバッテリ温度調整装置は、上記各発明において冷却装置を備え、この冷却装置を用いてバッテリを冷却可能とされており、制御装置は、充電電力優先モードにおいて、バッテリの温度を示す指標が所定の上限値に達した場合、バッテリを冷却し、前記指標を上限値より低い値とすることを特徴とする。
請求項5の発明の車両のバッテリ温度調整装置は、上記各発明において加熱装置を備え、この加熱装置を用いてバッテリを加熱可能とされており、制御装置は、充電電力優先モードにおいて、バッテリの温度を示す指標が所定の下限値に達した場合、バッテリを加熱し、前記指標を下限値より高い値とすることを特徴とする。
請求項6の発明の車両のバッテリ温度調整装置は、上記各発明において制御装置は、急速充電器によりバッテリに充電する際、充電時間優先モード、又は、充電電力優先モードを実行することを特徴とする。
請求項7の発明の車両のバッテリ温度調整装置は、上記各発明において制御装置は、充電時間優先モードを実行するか、充電電力優先モードを実行するかを選択するための入力装置を有することを特徴とする。
請求項8の発明の車両のバッテリ温度調整装置は、上記各発明において制御装置は、所定の出力装置を有し、バッテリの残量、環境条件、充電開始時のバッテリの温度を示す指標、充電器の種類のうちの何れか、或いは、それらの組み合わせ、若しくは、それらの全てから算出されるバッテリ充電完了時間、及び、バッテリ充電電力を、充電時間優先モードと充電電力優先モード毎に出力することを特徴とする。
請求項9の発明の車両のバッテリ温度調整装置は、請求項1乃至請求項6の発明において制御装置は、バッテリの残量、環境条件、充電開始時のバッテリの温度を示す指標、充電器の種類のうちの何れか、或いは、それらの組み合わせ、若しくは、それらの全てから算出されるバッテリ充電完了時間に基づき、算出された当該バッテリ充電完了時間が予め設定された希望充電時間を満たす場合、充電電力優先モードを実行することを特徴とする。
請求項10の発明の車両のバッテリ温度調整装置は、上記各発明において制御装置は、所定の出力装置を有し、充電時間優先モードを実行しているか、充電電力優先モードを実行しているかを出力することを特徴とする。
請求項11の発明の車両用空気調和装置は、上記各発明の車両のバッテリ温度調整装置と、冷媒を圧縮する圧縮機と、車室内に供給する空気と冷媒を熱交換させるための室内熱交換器と、車室外に設けられた室外熱交換器を備えて車室内を空調すると共に、バッテリ温度調整装置は、冷媒を用いてバッテリを冷却可能とされており、制御装置は、充電時間優先モードにおいて、車室内の空調運転を制限し、又は、車室内の空調運転を禁止することを特徴とする。
本発明によれば、外部の充電器により充電可能であり、車両に搭載されたバッテリの温度を調整する車両のバッテリ温度調整装置において、制御装置を備え、この制御装置が、バッテリを充電する際、当該バッテリの温度を調整する充電時間優先モードと、バッテリを充電する際に動作しない、又は、バッテリの温度を調整する動作を制限する、状態のうちの何れかの状態となる充電電力優先モードを有するようにしたので、バッテリの充電時に、充電時間を優先する場合には充電時間優先モードとしてバッテリの温度を調整することにより、当該バッテリを迅速に充電し、充電電力(料金)を優先する場合には充電電力優先モードとしてバッテリの温調を行わず、若しくは、バッテリ温度調整装置の動作を制限して、少ない電力でバッテリを充電することが可能となる。
即ち、使用者の都合や好みに応じて最適な充電方法を選択し、バッテリを充電することができるようになり、利便性が著しく向上するものである。
この場合、例えば請求項2の発明の如く制御装置が、充電時間優先モードにおいては、バッテリの温度を示す指標を所定の適正温度範囲に制御することで、充電器が充電電流を制限することを回避して、迅速にバッテリを充電することができるようになる。
また、例えば請求項3の発明の如く制御装置が、充電時間優先モードにおいては、バッテリの充電電流に基づき、当該充電電流が最大となるようバッテリの温度を示す指標を制御することで、充電器が充電電流を最大としてバッテリを充電するように当該バッテリの温度を示す指標を制御し、最大の充電電流で極めて迅速にバッテリを充電することができるようになる。
一方、請求項4の発明の発明の如く冷却装置を設け、この冷却装置を用いてバッテリを冷却可能とすると共に、制御装置が、充電電力優先モードにおいては、バッテリの温度を示す指標が所定の上限値に達した場合、バッテリを冷却し、前記指標を上限値より低い値とすることにより、充電電力優先モードにおいても、充電時の自己発熱でバッテリの温度が異常に高くなってしまう不都合を未然に回避することができるようになる。
他方、請求項5の発明の如く加熱装置を設け、この加熱装置を用いてバッテリを加熱可能とすると共に、制御装置が、充電電力優先モードにおいても、バッテリの温度を示す指標が所定の下限値に達した場合、バッテリを加熱し、前記指標を下限値より高い値とすることにより、異常に低い温度で充電することで生じるバッテリの劣化を未然に回避することができるようなる。
また、上記各発明の如く制御装置が実行する充電時間優先モードや充電電力優先モードは、請求項6の発明のように急速充電器によりバッテリに充電する際に特に有効となる。
更に、請求項7の発明の如く制御装置に、充電時間優先モードを実行するか、充電電力優先モードを実行するかを選択するための入力装置を設けることで、使用者が任意に充電時間優先モードを実行するか、充電電力優先モードを実行するかを選択することができるようになる。
この場合、請求項8の発明の如く所定の出力装置を設け、制御装置が、バッテリの残量、環境条件、充電開始時のバッテリの温度を示す指標、充電器の種類のうちの何れか、或いは、それらの組み合わせ、若しくは、それらの全てから算出されるバッテリ充電完了時間、及び、バッテリ充電電力を、充電時間優先モードと充電電力優先モード毎に出力するようにすれば、出力されたバッテリ充電完了時間、及び、バッテリ充電電力から使用者が容易に充電時間優先モードか充電電力優先モードモードを選択することができるようになり、利便性が一段と向上する。
更に、請求項9の発明の如く制御装置が、バッテリの残量、環境条件、充電開始時のバッテリの温度を示す指標、充電器の種類のうちの何れか、或いは、それらの組み合わせ、若しくは、それらの全てから算出されるバッテリ充電完了時間に基づき、算出された当該バッテリ充電完了時間が予め設定された希望充電時間を満たす場合、充電電力優先モードを実行するようにすれば、出発予定時刻等に応じて希望充電時間を予め設定しておくことで、料金が安くなる充電電力優先モードを制御装置が自動的に選択して実行するようになり、著しく利便性が向上する。
また、請求項10の発明の如く制御装置が所定の出力装置を有し、充電時間優先モードを実行しているか、充電電力優先モードを実行しているかを出力するようにすれば、バッテリの充電時に何れのモードを実行しているかを使用者が容易に確認することができるようになる。
そして、請求項11の発明によれば、上記各発明の車両のバッテリ温度調整装置と、冷媒を圧縮する圧縮機と、車室内に供給する空気と冷媒を熱交換させるための室内熱交換器と、車室外に設けられた室外熱交換器を備えて車室内を空調すると共に、バッテリ温度調整装置が、冷媒を用いてバッテリを冷却可能とされた車両用空気調和装置において、制御装置が、充電時間優先モードにおいて、車室内の空調運転を制限し、又は、車室内の空調運転を禁止するようにしたので、車室内の空調に使用される冷却能力を制限し、又は、無くして、バッテリの冷却能力を向上させ、より一層迅速にバッテリを充電することができるようになるものである。
本発明を適用した一実施形態の車両用空気調和装置(バッテリ温度調整装置を含む)の構成図である。 図1の車両用空気調和装置の制御装置の電気回路のブロック図である。 図2の制御装置が実行する運転モードを説明する図である。 図2の制御装置のヒートポンプコントローラによる暖房モードを説明する車両用空気調和装置の構成図である。 図2の制御装置のヒートポンプコントローラによる除湿暖房モードを説明する車両用空気調和装置の構成図である。 図2の制御装置のヒートポンプコントローラによる除湿冷房モードを説明する車両用空気調和装置の構成図である。 図2の制御装置のヒートポンプコントローラによる冷房モードを説明する車両用空気調和装置の構成図である。 図2の制御装置のヒートポンプコントローラによる空調(優先)+バッテリ冷却モードとバッテリ冷却(優先)+空調モードを説明する車両用空気調和装置の構成図である。 図2の制御装置のヒートポンプコントローラによるバッテリ冷却(単独)モードを説明する車両用空気調和装置の構成図である。 図2の制御装置のヒートポンプコントローラによる除霜モードを説明する車両用空気調和装置の構成図である。 図2の制御装置のヒートポンプコントローラの圧縮機制御に関する制御ブロック図である。 図2の制御装置のヒートポンプコントローラの圧縮機制御に関するもう一つの制御ブロック図である。 図2の制御装置のヒートポンプコントローラの空調(優先)+バッテリ冷却モードでの電磁弁69の制御を説明するブロック図である。 図2の制御装置のヒートポンプコントローラの圧縮機制御に関する更にもう一つの制御ブロック図である。 図2の制御装置のヒートポンプコントローラのバッテリ冷却(優先)+空調モードでの電磁弁35の制御を説明するブロック図である。 図2の制御装置のヒートポンプコントローラの熱媒体加熱ヒータ制御に関する制御ブロック図である。 バッテリの温度調整に関する温度の値の関係を説明する図である。 図2の制御装置のヒートポンプコントローラの充電時間優先モードにおける目標熱媒体温度TWOの制御に関する制御ブロック図である。 図2の制御装置のヒートポンプコントローラによるバッテリ充電完了時間とバッテリ充電電力の出力制御を説明する図である。 図2の制御装置のヒートポンプコントローラによる充電時間優先モードと充電電力優先モードの自動選択に関する制御ブロック図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。図1は本発明の車両のバッテリ温度調整装置を適用した一実施形態の車両用空気調和装置1の構成図を示している。本発明を適用する実施例の車両は、エンジン(内燃機関)が搭載されていない電気自動車(EV)であって、車両に搭載されているバッテリ55に充電された電力を走行用モータ(電動モータ。図示せず)に供給することで駆動し、走行するものであり、本発明の車両用空気調和装置1の後述する冷媒回路Rの圧縮機2や、バッテリ温度調整装置61も、バッテリ55から供給される電力で駆動されるものとする。
即ち、実施例の車両用空気調和装置1は、エンジン廃熱による暖房ができない電気自動車において、冷媒回路Rを用いたヒートポンプ運転により暖房モード、除湿暖房モード、除湿冷房モード、冷房モード、除霜モード、空調(優先)+バッテリ冷却モード、バッテリ冷却(優先)+空調モード、及び、バッテリ冷却(単独)モードの各運転モードを切り換えて実行することで車室内の空調やバッテリ55の温調を行うものである。
尚、車両としては電気自動車に限らず、エンジンと走行用モータを供用する所謂ハイブリッド自動車にも本発明は有効である。また、実施例の車両用空気調和装置1を適用する車両は外部の充電器(急速充電器や通常の充電器)からバッテリ55に充電可能とされているものである。
実施例の車両用空気調和装置1は、電気自動車の車室内の空調(暖房、冷房、除湿、及び、換気)を行うものであり、冷媒を圧縮する電動式の圧縮機2と、車室内の空気が通気循環されるHVACユニット10の空気流通路3内に設けられ、圧縮機2から吐出された高温高圧の冷媒がマフラー5と冷媒配管13Gを介して流入し、この冷媒を車室内に放熱(冷媒の熱を放出)させる室内熱交換器としての放熱器4と、暖房時に冷媒を減圧膨張させる電動弁(電子膨張弁)から成る室外膨張弁6と、冷房時には冷媒を放熱させる放熱器として機能し、暖房時には冷媒を吸熱(冷媒に熱を吸収)させる蒸発器として機能すべく冷媒と外気との間で熱交換を行わせる室外熱交換器7と、冷媒を減圧膨張させる機械式膨張弁から成る室内膨張弁8と、空気流通路3内に設けられて冷房時及び除湿時に冷媒を蒸発させて車室内外から冷媒に吸熱(冷媒に熱を吸収)させる室内熱交換器としての吸熱器9と、アキュムレータ12等が冷媒配管13により順次接続され、冷媒回路Rが構成されている。
そして、室外膨張弁6は放熱器4から出て室外熱交換器7に流入する冷媒を減圧膨張させると共に、全閉も可能とされている。また、実施例では機械式膨張弁が使用された室内膨張弁8は、吸熱器9に流入する冷媒を減圧膨張させると共に、吸熱器9における冷媒の過熱度を調整する。
尚、室外熱交換器7には、室外送風機15が設けられている。この室外送風機15は、室外熱交換器7に外気を強制的に通風することにより、外気と冷媒とを熱交換させるものであり、これにより停車中(即ち、車速が0km/h)にも室外熱交換器7に外気が通風されるよう構成されている。
また、室外熱交換器7は冷媒下流側にレシーバドライヤ部14と過冷却部16を順次有し、室外熱交換器7の冷媒出口側の冷媒配管13Aは、吸熱器9に冷媒を流す際に開放される開閉弁としての電磁弁17(冷房用)を介してレシーバドライヤ部14に接続され、過冷却部16の出口側の冷媒配管13Bは逆止弁18、室内膨張弁8、及び、電磁弁35(キャビン用)を順次介して吸熱器9の冷媒入口側に接続されている。尚、レシーバドライヤ部14及び過冷却部16は構造的に室外熱交換器7の一部を構成している。また、逆止弁18は室内膨張弁8の方向が順方向とされている。
また、室外熱交換器7から出た冷媒配管13Aは冷媒配管13Dに分岐しており、この分岐した冷媒配管13Dは、暖房時に開放される開閉弁としての電磁弁21(暖房用)を介して吸熱器9の冷媒出口側の冷媒配管13Cに連通接続されている。そして、この冷媒配管13Cがアキュムレータ12の入口側に接続され、アキュムレータ12の出口側は圧縮機2の冷媒吸込側の冷媒配管13Kに接続されている。
更に、放熱器4の冷媒出口側の冷媒配管13Eにはストレーナ19が接続されており、更に、この冷媒配管13Eは室外膨張弁6の手前(冷媒上流側)で冷媒配管13Jと冷媒配管13Fに分岐し、分岐した一方の冷媒配管13Jが室外膨張弁6を介して室外熱交換器7の冷媒入口側に接続されている。また、分岐した他方の冷媒配管13Fは除湿時に開放される開閉弁としての電磁弁22(除湿用)を介し、逆止弁18の冷媒下流側であって、室内膨張弁8の冷媒上流側に位置する冷媒配管13Bに連通接続されている。
これにより、冷媒配管13Fは室外膨張弁6、室外熱交換器7及び逆止弁18の直列回路に対して並列に接続されたかたちとなり、室外膨張弁6、室外熱交換器7及び逆止弁18をバイパスするバイパス回路となる。また、室外膨張弁6にはバイパス用の開閉弁としての電磁弁20が並列に接続されている。
また、吸熱器9の空気上流側における空気流通路3には、外気吸込口と内気吸込口の各吸込口が形成されており(図1では吸込口25で代表して示す)、この吸込口25には空気流通路3内に導入する空気を車室内の空気である内気(内気循環)と、車室外の空気である外気(外気導入)とに切り換える吸込切換ダンパ26が設けられている。更に、この吸込切換ダンパ26の空気下流側には、導入した内気や外気を空気流通路3に送給するための室内送風機(ブロワファン)27が設けられている。
尚、実施例の吸込切換ダンパ26は、吸込口25の外気吸込口と内気吸込口を任意の比率で開閉することにより、空気流通路3の吸熱器9に流入する空気(外気と内気)のうちの内気の比率を0〜100%の間で調整することができるように構成されている(外気の比率も100%〜0%の間で調整可能)。
また、放熱器4の風下側(空気下流側)における空気流通路3内には、実施例ではPTCヒータ(電気ヒータ)から成る補助加熱装置としての補助ヒータ23が設けられ、放熱器4を経て車室内に供給される空気を加熱することが可能とされている。更に、放熱器4の空気上流側における空気流通路3内には、当該空気流通路3内に流入し、吸熱器9を通過した後の空気流通路3内の空気(内気や外気)を放熱器4及び補助ヒータ23に通風する割合を調整するエアミックスダンパ28が設けられている。
更にまた、放熱器4の空気下流側における空気流通路3には、FOOT(フット)、VENT(ベント)、DEF(デフ)の各吹出口(図1では代表して吹出口29で示す)が形成されており、この吹出口29には上記各吹出口からの空気の吹き出しを切換制御する吹出口切換ダンパ31が設けられている。
更に、車両用空気調和装置1は、バッテリ55に熱媒体を循環させて当該バッテリ55の温度を調整する本発明のバッテリ温度調整装置61を備えている。実施例のバッテリ温度調整装置61は、バッテリ55に熱媒体を循環させるための循環装置としての循環ポンプ62と、冷媒−熱媒体熱交換器64と、加熱装置としての熱媒体加熱ヒータ63を備え、それらとバッテリ55が熱媒体配管66にて環状に接続されている。
実施例の場合、循環ポンプ62の吐出側に冷媒−熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64Aの入口が接続され、この熱媒体流路64Aの出口は熱媒体加熱ヒータ63の入口に接続されている。この熱媒体加熱ヒータ63の出口がバッテリ55の入口に接続され、バッテリ55の出口が循環ポンプ62の吸込側に接続されている。
このバッテリ温度調整装置61で使用される熱媒体としては、例えば水、HFO−1234yfのような冷媒、クーラント等の液体、空気等の気体が採用可能である。尚、実施例では水を熱媒体として採用している。また、熱媒体加熱ヒータ63はPTCヒータ等の電気ヒータから構成されている。更に、バッテリ55の周囲には例えば熱媒体が当該バッテリ55と熱交換関係で流通可能なジャケット構造が施されているものとする。
そして、循環ポンプ62が運転されると、循環ポンプ62から吐出された熱媒体は冷媒−熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64Aに流入する。この冷媒−熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64Aを出た熱媒体は熱媒体加熱ヒータ63に至り、当該熱媒体加熱ヒータ63が発熱されている場合にはそこで加熱された後、バッテリ55に至り、熱媒体はそこでバッテリ55と熱交換する。そして、このバッテリ55と熱交換した熱媒体が循環ポンプ62に吸い込まれることで熱媒体配管66内を循環される。
一方、冷媒回路Rの冷媒配管13Fと冷媒配管13Bとの接続部の冷媒下流側であって、室内膨張弁8の冷媒上流側に位置する冷媒配管13Bには、分岐回路としての分岐配管67の一端が接続されている。この分岐配管67には実施例では機械式の膨張弁から構成された補助膨張弁68と、電磁弁(チラー用)69が順次設けられている。補助膨張弁68は冷媒−熱媒体熱交換器64の後述する冷媒流路64Bに流入する冷媒を減圧膨張させると共に、冷媒−熱媒体熱交換器64の冷媒流路64Bにおける冷媒の過熱度を調整する。
そして、分岐配管67の他端は冷媒−熱媒体熱交換器64の冷媒流路64Bに接続されており、この冷媒流路64Bの出口には冷媒配管71の一端が接続され、冷媒配管71の他端は冷媒配管13Dとの合流点より冷媒上流側(アキュムレータ12の冷媒上流側)の冷媒配管13Cに接続されている。そして、これら補助膨張弁68や電磁弁69、冷媒−熱媒体熱交換器64の冷媒流路64B、圧縮機2、放熱器5、室外熱交換器7等も冷媒回路Rの一部を構成すると同時に、バッテリ温度調整装置61の一部である本発明における冷却装置をも構成することになる。
電磁弁69が開いている場合、室外熱交換器7から出た冷媒(一部又は全ての冷媒)は分岐配管67に流入し、補助膨張弁68で減圧された後、電磁弁69を経て冷媒−熱媒体熱交換器64の冷媒流路64Bに流入して、そこで蒸発する。冷媒は冷媒流路64Bを流れる過程で熱媒体流路64Aを流れる熱媒体から吸熱した後、冷媒配管71、冷媒配管13C、アキュムレータ12を経て冷媒配管13Kから圧縮機2に吸い込まれることになる。
次に、図2は実施例の車両用空気調和装置1の制御装置11のブロック図を示している。尚、この制御装置11も本発明のバッテリ温度調整装置61を構成するものである。制御装置11は、何れもプロセッサを備えたコンピュータの一例であるマイクロコンピュータから構成された空調コントローラ45及びヒートポンプコントローラ32から構成されており、これらがCAN(Controller Area Network)やLIN(Local Interconnect Network)を構成する車両通信バス65に接続されている。また、圧縮機2と補助ヒータ23、循環ポンプ62と熱媒体加熱ヒータ63も車両通信バス65に接続され、これら空調コントローラ45、ヒートポンプコントローラ32、圧縮機2、補助ヒータ23、循環ポンプ62及び熱媒体加熱ヒータ63が車両通信バス65を介してデータの送受信を行うように構成されている。
更に、車両通信バス65には走行を含む車両全般の制御を司る車両コントローラ72(ECU)と、バッテリ55の充放電の制御を司るバッテリコントローラ(BMS:Battery Management system)73と、GPSナビゲーション装置74が接続されている。車両コントローラ72やバッテリコントローラ73、GPSナビゲーション装置74もプロセッサを備えたコンピュータの一例であるマイクロコンピュータから構成されており、制御装置11を構成する空調コントローラ45とヒートポンプコントローラ32は、車両通信バス65を介してこれら車両コントローラ72やバッテリコントローラ73、GPSナビゲーション装置74と情報(データ)の送受信を行う構成とされている。
空調コントローラ45は、車両の車室内空調の制御を司る上位のコントローラであり、この空調コントローラ45の入力には、車両の外気温度Tamを検出する外気温度センサ33と、外気湿度を検出する外気湿度センサ34と、吸込口25から空気流通路3に吸い込まれて吸熱器9に流入する空気の温度を検出するHVAC吸込温度センサ36と、車室内の空気(内気)温度を検出する内気温度センサ37と、車室内の空気の湿度を検出する内気湿度センサ38と、車室内の二酸化炭素濃度を検出する室内CO2濃度センサ39と、車室内に吹き出される空気の温度を検出する吹出温度センサ41と、車室内への日射量を検出するための例えばフォトセンサ式の日射センサ51と、車両の移動速度(車速)を検出するための車速センサ52の各出力と、車室内の設定温度や運転モードの切り換え等の車室内の空調設定操作や情報の表示を行うための空調操作部53が接続されている。尚、図中53Aはこの空調操作部53に設けられた出力装置としてのディスプレイであり、53Bは空調操作部53に設けられた入力装置としてのスイッチである。
また、空調コントローラ45の出力には、室外送風機15と、室内送風機(ブロワファン)27と、吸込切換ダンパ26と、エアミックスダンパ28と、吹出口切換ダンパ31が接続され、それらは空調コントローラ45により制御される。
ヒートポンプコントローラ32は、主に冷媒回路Rの制御を司るコントローラであり、このヒートポンプコントローラ32の入力には、放熱器4の冷媒入口温度Tcxin(圧縮機2の吐出冷媒温度でもある)を検出する放熱器入口温度センサ43と、放熱器4の冷媒出口温度Tciを検出する放熱器出口温度センサ44と、圧縮機2の吸込冷媒温度Tsを検出する吸込温度センサ46と、放熱器4の冷媒出口側の冷媒圧力(放熱器4の圧力:放熱器圧力Pci)を検出する放熱器圧力センサ47と、吸熱器9の温度(吸熱器9自体の温度、又は、吸熱器9により冷却された直後の空気(冷却対象)の温度:以下、吸熱器温度Te)を検出する吸熱器温度センサ48と、室外熱交換器7の出口の冷媒温度(室外熱交換器7の冷媒蒸発温度:室外熱交換器温度TXO)を検出する室外熱交換器温度センサ49と、補助ヒータ23の温度を検出する補助ヒータ温度センサ50A(運転席側)及び50B(助手席側)の各出力が接続されている。
また、ヒートポンプコントローラ32の出力には、室外膨張弁6、電磁弁22(除湿用)、電磁弁17(冷房用)、電磁弁21(暖房用)、電磁弁20(バイパス用)、電磁弁35(キャビン用)及び電磁弁69(チラー用)の各電磁弁が接続され、それらはヒートポンプコントローラ32により制御される。尚、圧縮機2、補助ヒータ23、循環ポンプ62及び熱媒体加熱ヒータ63はそれぞれコントローラを内蔵しており、実施例では圧縮機2や補助ヒータ23、循環ポンプ62や熱媒体加熱ヒータ63のコントローラは車両通信バス65を介してヒートポンプコントローラ32とデータの送受信を行い、このヒートポンプコントローラ32によって制御される。
尚、バッテリ温度調整装置61を構成する循環ポンプ62や熱媒体加熱ヒータ63はバッテリコントローラ73により制御されるようにしてもよい。更に、このバッテリコントローラ73にはバッテリ温度調整装置61の冷媒−熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64Aの出口側の熱媒体の温度(熱媒体温度Tw:バッテリ55の温度を示す指標)を検出する熱媒体温度センサ76と、バッテリ55の温度(バッテリ55自体の温度:バッテリ温度Tcell:これもバッテリ55の温度を示す指標)を検出するバッテリ温度センサ77の出力が接続されている。
そして、実施例ではバッテリ55の残量(蓄電量)やバッテリ55の充電に関する情報(充電中であることの情報や充電完了時間、残充電時間等)、熱媒体温度Twやバッテリ温度Tcellは、バッテリコントローラ73から車両通信バス65を介して空調コントローラ45や車両コントローラ72に送信される。尚、バッテリ55の充電時におけるバッテリ充電完了時間やバッテリ充電電力(料金)に関する情報は、実施例では後述する急速充電器等の外部の充電器から供給される情報に基づいてヒートポンプコントローラ32が予測演算するが、急速充電器等から供給される情報としてもよい。また、バッテリ55の充電電流は、熱媒体温度Twに応じて急速充電器等の充電器とバッテリコントローラ73が協働して自動調整する。
ヒートポンプコントローラ32と空調コントローラ45は車両通信バス65を介して相互にデータの送受信を行い、各センサの出力や空調操作部53にて入力された設定に基づき、各機器を制御するものであるが、この場合の実施例では外気温度センサ33、外気湿度センサ34、HVAC吸込温度センサ36、内気温度センサ37、内気湿度センサ38、室内CO2濃度センサ39、吹出温度センサ41、日射センサ51、車速センサ52、空気流通路3に流入して当該空気流通路3内を流通する空気の風量Ga(空調コントローラ45が算出)、エアミックスダンパ28による風量割合SW(空調コントローラ45が算出)、室内送風機27の電圧(BLV)、前述したバッテリコントローラ73からの情報、GPSナビゲーション装置74からの情報、空調操作部53に入力された情報は空調コントローラ45から車両通信バス65を介してヒートポンプコントローラ32に送信され、ヒートポンプコントローラ32による制御に供される構成とされている。
また、ヒートポンプコントローラ32からも冷媒回路Rやバッテリ温度調整装置61の制御(後述するバッテリ55の充電時の制御を含む)に関するデータ(情報)、空調操作部53に出力する情報が車両通信バス65を介して空調コントローラ45に送信される。尚、前述したエアミックスダンパ28による風量割合SWは、0≦SW≦1の範囲で空調コントローラ45が算出する。そして、SW=1のときはエアミックスダンパ28により、吸熱器9を経た空気の全てが放熱器4及び補助ヒータ23に通風されることになる。
以上の構成で、次に実施例の車両用空気調和装置1の動作を説明する。この実施例では制御装置11(空調コントローラ45、ヒートポンプコントローラ32)は、暖房モード、除湿暖房モード、除湿冷房モード、冷房モード、及び、空調(優先)+バッテリ冷却モードの各空調運転と、バッテリ冷却(優先)+空調モード、バッテリ冷却(単独)モードの各バッテリ冷却運転と、除霜モードを切り換えて実行する。これらが図3に示されている。
このうち、暖房モードと、除湿暖房モードと、除湿冷房モードと、冷房モードと、空調(優先)+バッテリ冷却モードの各空調運転は、実施例ではバッテリ55を充電しておらず、車両のイグニッション(IGN)がONされ、空調操作部53の空調スイッチがONされている場合に実行されるものである。但し、リモート運転時(プレ空調等)にはイグニッションがOFFの場合にも実行される。また、バッテリ55を充電中でもバッテリ冷却要求が無く、空調スイッチがONされているときは実行される。一方、バッテリ冷却(優先)+空調モードと、バッテリ冷却(単独)モードの各バッテリ冷却運転は、例えば急速充電器(外部電源)のプラグを接続し、バッテリ55に充電しているときに実行されるものである。但し、バッテリ冷却(単独)モードは、バッテリ55の充電中以外にも、空調スイッチがOFFで、バッテリ冷却要求があった場合(高外気温で走行時等)には実行される。
また、実施例ではヒートポンプコントローラ32は、イグニッションがONされているときや、イグニッションがOFFされていてもバッテリ55が充電中であるときは、バッテリ温度調整装置61の循環ポンプ62を運転し、図4〜図10に破線で示す如く熱媒体配管66内に熱媒体を循環させるものとする。更に、図3には示していないが、実施例のヒートポンプコントローラ32は、バッテリ温度調整装置61の熱媒体加熱ヒータ63を発熱させることでバッテリ55を加熱するバッテリ加熱モードも実行する。
(1)暖房モード
先ず、図4を参照しながら暖房モードについて説明する。尚、各機器の制御はヒートポンプコントローラ32と空調コントローラ45の協働により実行されるものであるが、以下の説明ではヒートポンプコントローラ32を制御主体とし、簡略化して説明する。図4には暖房モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ方(実線矢印)を示している。ヒートポンプコントローラ32により(オートモード)或いは空調コントローラ45の空調操作部53へのマニュアルの空調設定操作(マニュアルモード)により暖房モードが選択されると、ヒートポンプコントローラ32は電磁弁21を開き、電磁弁17、電磁弁20、電磁弁22、電磁弁35、電磁弁69を閉じる。そして、圧縮機2、及び、各送風機15、27を運転し、エアミックスダンパ28は室内送風機27から吹き出された空気が放熱器4及び補助ヒータ23に通風される割合を調整する状態とする。
これにより、圧縮機2から吐出された高温高圧のガス冷媒は放熱器4に流入する。放熱器4には空気流通路3内の空気が通風されるので、空気流通路3内の空気は放熱器4内の高温冷媒と熱交換して加熱される。一方、放熱器4内の冷媒は空気に熱を奪われて冷却され、凝縮液化する。
放熱器4内で液化した冷媒は当該放熱器4を出た後、冷媒配管13E、13Jを経て室外膨張弁6に至る。室外膨張弁6に流入した冷媒はそこで減圧された後、室外熱交換器7に流入する。室外熱交換器7に流入した冷媒は蒸発し、走行により、或いは、室外送風機15により通風される外気中から熱を汲み上げる(吸熱)。即ち、冷媒回路Rがヒートポンプとなる。そして、室外熱交換器7を出た低温の冷媒は冷媒配管13A及び冷媒配管13D、電磁弁21を経て冷媒配管13Cに至り、更にこの冷媒配管13Cを経てアキュムレータ12に入り、そこで気液分離された後、冷媒配管13Kからガス冷媒が圧縮機2に吸い込まれる循環を繰り返す。放熱器4にて加熱された空気は吹出口29から吹き出されるので、これにより車室内の暖房が行われることになる。
ヒートポンプコントローラ32は、車室内に吹き出される空気の目標温度(車室内に吹き出される空気の温度の目標値)である後述する目標吹出温度TAOから算出される目標ヒータ温度TCO(放熱器4の目標温度)から目標放熱器圧力PCOを算出し、この目標放熱器圧力PCOと、放熱器圧力センサ47が検出する放熱器圧力Pci(冷媒回路Rの高圧圧力)に基づいて圧縮機2の回転数を制御すると共に、放熱器出口温度センサ44が検出する放熱器4の冷媒出口温度Tci及び放熱器圧力センサ47が検出する放熱器圧力Pciに基づいて室外膨張弁6の弁開度を制御し、放熱器4の出口における冷媒の過冷却度を制御する。
また、ヒートポンプコントローラ32は、必要とされる暖房能力に対して放熱器4による暖房能力(加熱能力)が不足する場合、この不足する分を補助ヒータ23の発熱で補完する。これにより、低外気温時等にも車室内を支障無く暖房する。
(2)除湿暖房モード
次に、図5を参照しながら除湿暖房モードについて説明する。図5は除湿暖房モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ方(実線矢印)を示している。除湿暖房モードでは、ヒートポンプコントローラ32は電磁弁21、電磁弁22、電磁弁35を開き、電磁弁17、電磁弁20、電磁弁69は閉じる。そして、圧縮機2、及び、各送風機15、27を運転し、エアミックスダンパ28は室内送風機27から吹き出された空気が放熱器4及び補助ヒータ23に通風される割合を調整する状態とする。
これにより、圧縮機2から吐出された高温高圧のガス冷媒は放熱器4に流入する。放熱器4には空気流通路3内の空気が通風されるので、空気流通路3内の空気は放熱器4内の高温冷媒と熱交換して加熱される。一方、放熱器4内の冷媒は空気に熱を奪われて冷却され、凝縮液化する。
放熱器4内で液化した冷媒は放熱器4を出た後、冷媒配管13Eを経て一部は冷媒配管13Jに入り、室外膨張弁6に至る。室外膨張弁6に流入した冷媒はそこで減圧された後、室外熱交換器7に流入する。室外熱交換器7に流入した冷媒は蒸発し、走行により、或いは、室外送風機15により通風される外気中から熱を汲み上げる(吸熱)。そして、室外熱交換器7を出た低温の冷媒は冷媒配管13A及び冷媒配管13D、電磁弁21を経て冷媒配管13Cに至り、この冷媒配管13Cを経てアキュムレータ12に入り、そこで気液分離された後、ガス冷媒が冷媒配管13Kから圧縮機2に吸い込まれる循環を繰り返す。
一方、放熱器4を経て冷媒配管13Eを流れる凝縮冷媒の残りは分流され、この分流された冷媒が電磁弁22を経て冷媒配管13Fに流入し、冷媒配管13Bに至る。次に、冷媒は室内膨張弁8に至り、この室内膨張弁8にて減圧された後、電磁弁35を経て吸熱器9に流入し、蒸発する。このときに吸熱器9で生じる冷媒の吸熱作用で室内送風機27から吹き出された空気中の水分が吸熱器9に凝結して付着するので、空気は冷却され、且つ、除湿される。
吸熱器9で蒸発した冷媒は、冷媒配管13Cに出て冷媒配管13Dからの冷媒(室外熱交換器7からの冷媒)と合流した後、アキュムレータ12を経て冷媒配管13Kから圧縮機2に吸い込まれる循環を繰り返す。吸熱器9にて除湿された空気は放熱器4や補助ヒータ23(発熱している場合)を通過する過程で再加熱されるので、これにより車室内の除湿暖房が行われることになる。
ヒートポンプコントローラ32は、実施例では目標ヒータ温度TCOから算出される目標放熱器圧力PCOと放熱器圧力センサ47が検出する放熱器圧力Pci(冷媒回路Rの高圧圧力)に基づいて圧縮機2の回転数を制御するか、又は、吸熱器温度センサ48が検出する吸熱器9の温度(吸熱器温度Te)とその目標値である目標吸熱器温度TEOに基づいて圧縮機2の回転数を制御する。このとき、ヒートポンプコントローラ32は放熱器圧力Pciによるか吸熱器温度Teによるか、何れかの演算から得られる圧縮機目標回転数の低い方を選択して圧縮機2を制御する。また、吸熱器温度Teに基づいて室外膨張弁6の弁開度を制御する。
また、ヒートポンプコントローラ32は、この除湿暖房モードにおいても必要とされる暖房能力に対して放熱器4による暖房能力(加熱能力)が不足する場合、この不足する分を補助ヒータ23の発熱で補完する。これにより、低外気温時等にも車室内を支障無く除湿暖房する。
(3)除湿冷房モード
次に、図6を参照しながら除湿冷房モードについて説明する。図6は除湿冷房モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ方(実線矢印)を示している。除湿冷房モードでは、ヒートポンプコントローラ32は電磁弁17、及び、電磁弁35を開き、電磁弁20、電磁弁21、電磁弁22、及び、電磁弁69を閉じる。そして、圧縮機2、及び、各送風機15、27を運転し、エアミックスダンパ28は室内送風機27から吹き出された空気が放熱器4及び補助ヒータ23に通風される割合を調整する状態とする。
これにより、圧縮機2から吐出された高温高圧のガス冷媒は放熱器4に流入する。放熱器4には空気流通路3内の空気が通風されるので、空気流通路3内の空気は放熱器4内の高温冷媒と熱交換して加熱される。一方、放熱器4内の冷媒は空気に熱を奪われて冷却され、凝縮液化していく。
放熱器4を出た冷媒は冷媒配管13E、13Jを経て室外膨張弁6に至り、暖房モードや除湿暖房モードよりも開き気味(大きい弁開度の領域)で制御される室外膨張弁6を経て室外熱交換器7に流入する。室外熱交換器7に流入した冷媒はそこで走行により、或いは、室外送風機15により通風される外気によって空冷され、凝縮する。室外熱交換器7を出た冷媒は冷媒配管13A、電磁弁17、レシーバドライヤ部14、過冷却部16を経て冷媒配管13Bに入り、逆止弁18を経て室内膨張弁8に至る。室内膨張弁8にて冷媒は減圧された後、電磁弁35を経て吸熱器9に流入し、蒸発する。このときの吸熱作用で室内送風機27から吹き出された空気中の水分が吸熱器9に凝結して付着し、空気は冷却され、且つ、除湿される。
吸熱器9で蒸発した冷媒は、冷媒配管13Cを経てアキュムレータ12に至り、そこを経て冷媒配管13Kから圧縮機2に吸い込まれる循環を繰り返す。吸熱器9にて冷却され、除湿された空気は放熱器4や補助ヒータ23(発熱している場合)を通過する過程で再加熱(除湿暖房時よりも加熱能力は低い)されるので、これにより車室内の除湿冷房が行われることになる。
ヒートポンプコントローラ32は吸熱器温度センサ48が検出する吸熱器9の温度(吸熱器温度Te)と吸熱器9の目標温度(吸熱器温度Teの目標値)である目標吸熱器温度TEOに基づき、吸熱器温度Teを目標吸熱器温度TEOにするように圧縮機2の回転数を制御すると共に、放熱器圧力センサ47が検出する放熱器圧力Pci(冷媒回路Rの高圧圧力)と目標放熱器圧力PCO(放熱器圧力Pciの目標値)に基づき、放熱器圧力Pciを目標放熱器圧力PCOにするように室外膨張弁6の弁開度を制御することで放熱器4による必要なリヒート量(再加熱量)を得る。
また、ヒートポンプコントローラ32は、この除湿冷房モードにおいても必要とされる暖房能力に対して放熱器4による暖房能力(再加熱能力)が不足する場合、この不足する分を補助ヒータ23の発熱で補完する。これにより、車室内の温度を下げ過ぎること無く、除湿冷房する。
(4)冷房モード
次に、図7を参照しながら冷房モードについて説明する。図7は冷房モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ方(実線矢印)を示している。冷房モードでは、ヒートポンプコントローラ32は電磁弁17、電磁弁20、及び、電磁弁35を開き、電磁弁21、電磁弁22、及び、電磁弁69を閉じる。そして、圧縮機2、及び、各送風機15、27を運転し、エアミックスダンパ28は室内送風機27から吹き出された空気が放熱器4及び補助ヒータ23に通風される割合を調整する状態とする。尚、補助ヒータ23には通電されない。
これにより、圧縮機2から吐出された高温高圧のガス冷媒は放熱器4に流入する。放熱器4には空気流通路3内の空気は通風されるものの、その割合は小さくなるので(冷房時のリヒート(再加熱)のみのため)、ここは殆ど通過するのみとなり、放熱器4を出た冷媒は冷媒配管13Eを経て冷媒配管13Jに至る。このとき電磁弁20は開放されているので冷媒は電磁弁20を通過し、そのまま室外熱交換器7に流入し、そこで走行により、或いは、室外送風機15により通風される外気によって空冷され、凝縮液化する。
室外熱交換器7を出た冷媒は冷媒配管13A、電磁弁17、レシーバドライヤ部14、過冷却部16を経て冷媒配管13Bに入り、逆止弁18を経て室内膨張弁8に至る。室内膨張弁8にて冷媒は減圧された後、電磁弁35を経て吸熱器9に流入し、蒸発する。このときの吸熱作用で室内送風機27から吹き出されて吸熱器9と熱交換する空気は冷却される。
吸熱器9で蒸発した冷媒は、冷媒配管13Cを経てアキュムレータ12に至り、そこから冷媒配管13Kを経て圧縮機2に吸い込まれる循環を繰り返す。吸熱器9にて冷却された空気は吹出口29から車室内に吹き出されるので、これにより車室内の冷房が行われることになる。この冷房モードにおいては、ヒートポンプコントローラ32は吸熱器温度センサ48が検出する吸熱器9の温度(吸熱器温度Te)に基づいて圧縮機2の回転数を制御する。
(5)空調(優先)+バッテリ冷却モード
次に、図8を参照しながら空調(優先)+バッテリ冷却モードについて説明する。図8は空調(優先)+バッテリ冷却モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ方(実線矢印)を示している。空調(優先)+バッテリ冷却モードでは、ヒートポンプコントローラ32は電磁弁17、電磁弁20、電磁弁35、及び、電磁弁69を開き、電磁弁21、及び、電磁弁22を閉じる。
そして、圧縮機2、及び、各送風機15、27を運転し、エアミックスダンパ28は室内送風機27から吹き出された空気が放熱器4及び補助ヒータ23に通風される割合を調整する状態とする。尚、この運転モードでは補助ヒータ23には通電されない。また、熱媒体加熱ヒータ63にも通電されない。
これにより、圧縮機2から吐出された高温高圧のガス冷媒は放熱器4に流入する。放熱器4には空気流通路3内の空気は通風されるものの、その割合は小さくなるので(冷房時のリヒート(再加熱)のみのため)、ここは殆ど通過するのみとなり、放熱器4を出た冷媒は冷媒配管13Eを経て冷媒配管13Jに至る。このとき電磁弁20は開放されているので冷媒は電磁弁20を通過し、そのまま室外熱交換器7に流入し、そこで走行により、或いは、室外送風機15により通風される外気によって空冷され、凝縮液化する。
室外熱交換器7を出た冷媒は冷媒配管13A、電磁弁17、レシーバドライヤ部14、過冷却部16を経て冷媒配管13Bに入る。この冷媒配管13Bに流入した冷媒は、逆止弁18を経た後に分流され、一方はそのまま冷媒配管13Bを流れて室内膨張弁8に至る。この室内膨張弁8に流入した冷媒はそこで減圧された後、電磁弁35を経て吸熱器9に流入し、蒸発する。このときの吸熱作用で室内送風機27から吹き出されて吸熱器9と熱交換する空気は冷却される。
吸熱器9で蒸発した冷媒は、冷媒配管13Cを経てアキュムレータ12に至り、そこから冷媒配管13Kを経て圧縮機2に吸い込まれる循環を繰り返す。吸熱器9にて冷却された空気は吹出口29から車室内に吹き出されるので、これにより車室内の冷房が行われることになる。
他方、逆止弁18を経た冷媒の残りは分流され、分岐配管67に流入して補助膨張弁68に至る。ここで冷媒は減圧された後、電磁弁69を経て冷媒−熱媒体熱交換器64の冷媒流路64Bに流入し、そこで蒸発する。このときに吸熱作用を発揮する。この冷媒流路64Bで蒸発した冷媒は、冷媒配管71、冷媒配管13C及びアキュムレータ12を順次経て冷媒配管13Kから圧縮機2に吸い込まれる循環を繰り返す(図8に実線矢印で示す)。
一方、循環ポンプ62が運転されているので、この循環ポンプ62から吐出された熱媒体が熱媒体配管66内を冷媒−熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64Aに至り、そこで冷媒流路64B内で蒸発する冷媒と熱交換し、吸熱されて熱媒体は冷却される。この冷媒−熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64Aを出た熱媒体は、熱媒体加熱ヒータ63に至る。但し、この運転モードでは熱媒体加熱ヒータ63は発熱されないので、熱媒体はそのまま通過してバッテリ55に至り、当該バッテリ55と熱交換する。これにより、バッテリ55は冷却されると共に、バッテリ55を冷却した後の熱媒体は、循環ポンプ62に吸い込まれる循環を繰り返す(図8に破線矢印で示す)。
この空調(優先)+バッテリ冷却モードにおいては、ヒートポンプコントローラ32は電磁弁35を開いた状態を維持し、吸熱器温度センサ48が検出する吸熱器9の温度(吸熱器温度Te)に基づいて後述する図12に示す如く圧縮機2の回転数を制御する。また、実施例では熱媒体温度センサ76が検出する熱媒体の温度(熱媒体温度Tw:バッテリコントローラ73から送信される)に基づき、電磁弁69を以下の如く開閉制御する。
ここで、図17にバッテリ55の温度調整に関する各温度の値の関係を示す。THはバッテリ55の使用限界の上限温度である上限値(例えば、+60℃等)、TLは使用限界の下限温度である下限値である(例えば、+10℃等)。また、TwULは制御上限値、TwLLは制御下限値である。制御上限値TwULは上限値THより低い値(例えば+40℃等)、制御下限値TwLLは下限値TLより高い値(例えば、+15℃等)に設定され、それらの間の範囲がバッテリ55の温度を示す指標である熱媒体温度Twの適正温度範囲とする。実施例の熱媒体温度Twはバッテリ55の温度を示す指標であるので、これが即ちバッテリ55の適正温度範囲となる。そして、熱媒体温度Twのデフォルトの目標値としての目標熱媒体温度TWO(後述するTWObase)は、この適正温度範囲内の所定値Aに予め設定しておくものとする。
そして、図13は空調(優先)+バッテリ冷却モードにおける電磁弁69の開閉制御のブロック図を示している。ヒートポンプコントローラ32のバッテリ用電磁弁制御部90には熱媒体温度センサ76が検出する熱媒体温度Twと、前述した熱媒体温度Twの目標値としての目標熱媒体温度TWOが入力される。そして、バッテリ用電磁弁制御部90は、電磁弁69を閉じている状態からバッテリ55の発熱等により熱媒体温度Twが高くなり、制御上限値TwULまで上昇した場合(制御上限値TwULを上回った場合、又は、制御上限値TwUL以上となった場合。以下、同じ)、電磁弁69を開放する(電磁弁69開指示)。これにより、冷媒は冷媒−熱媒体熱交換器64の冷媒流路64Bに流入して蒸発し、熱媒体流路64Aを流れる熱媒体を冷却するので、この冷却された熱媒体によりバッテリ55は冷却される。
その後、熱媒体温度Twが制御下限値TwLLまで低下した場合(制御下限値TwLLを下回った場合、又は、制御下限値TwLL以下となった場合。以下、同じ)、電磁弁69を閉じる(電磁弁69閉指示)。以後、このような電磁弁69の開閉を繰り返して、車室内の冷房を優先しながら、熱媒体温度Twを目標熱媒体温度TWOに制御し、バッテリ55の冷却を行う。
(6)空調運転の切り換え
ヒートポンプコントローラ32は下記式(I)から前述した目標吹出温度TAOを算出する。この目標吹出温度TAOは、吹出口29から車室内に吹き出される空気の温度の目標値である。
TAO=(Tset−Tin)×K+Tbal(f(Tset、SUN、Tam))
・・(I)
ここで、Tsetは空調操作部53で設定された車室内の設定温度、Tinは内気温度センサ37が検出する車室内空気の温度、Kは係数、Tbalは設定温度Tsetや、日射センサ51が検出する日射量SUN、外気温度センサ33が検出する外気温度Tamから算出されるバランス値である。そして、一般的に、この目標吹出温度TAOは外気温度Tamが低い程高く、外気温度Tamが上昇するに伴って低下する。
そして、ヒートポンプコントローラ32は起動時には外気温度センサ33が検出する外気温度Tamと目標吹出温度TAOとに基づいて上記各空調運転のうちの何れかの空調運転を選択する。また、起動後は外気温度Tamや目標吹出温度TAO、熱媒体温度Tw等の運転条件や環境条件、設定条件の変化に応じ、前記各空調運転を選択して切り換えていく。例えば、冷房モードから空調(優先)+バッテリ冷却モードへの移行は、バッテリコントローラ73からのバッテリ冷却要求が入力されたことに基づいて実行される。この場合、バッテリコントローラ73は例えば熱媒体温度Twやバッテリ温度Tcellが所定値以上に上昇した場合にバッテリ冷却要求を出力し、ヒートポンプコントローラ32や空調コントローラ45に送信するものである。
(7)バッテリ冷却(優先)+空調モード
次に、バッテリ55の充電中の動作について説明する。例えば急速充電器(外部電源)の充電用のプラグが接続され、バッテリ55が充電されているときに(これらの情報はバッテリコントローラ73から送信される)、車両のイグニッション(IGN)のON/OFFに拘わらず、バッテリ冷却要求があり、空調操作部53の空調スイッチがONされた場合、ヒートポンプコントローラ32はバッテリ冷却(優先)+空調モードを実行する。このバッテリ冷却(優先)+空調モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ方は、図8に示した空調(優先)+バッテリ冷却モードの場合と同様である。
但し、このバッテリ冷却(優先)+空調モードの場合、実施例ではヒートポンプコントローラ32は電磁弁69を開いた状態に維持し、熱媒体温度センサ76(バッテリコントローラ73から送信される)が検出する熱媒体温度Twに基づいて後述する図14に示す如く圧縮機2の回転数を制御する。また、実施例では吸熱器温度センサ48が検出する吸熱器9の温度(吸熱器温度Te)に基づき、電磁弁35を以下の如く開閉制御する。尚、後述する充電時間優先モードと充電電力優先モードの切り換えにより、動作は異なって来るが、これについては後に詳述する。
図15はこのバッテリ冷却(優先)+空調モードにおける電磁弁35の開閉制御のブロック図を示している。ヒートポンプコントローラ32の吸熱器用電磁弁制御部95には吸熱器温度センサ48が検出する吸熱器温度Teと、当該吸熱器温度Teの目標値としての所定の目標吸熱器温度TEOが入力される。そして、吸熱器用電磁弁制御部95は、目標吸熱器温度TEOの上下に所定の温度差を有して制御上限値TeULと制御下限値TeLLを設定し、電磁弁35を閉じている状態から吸熱器温度Teが高くなり、制御上限値TeULまで上昇した場合(制御上限値TeULを上回った場合、又は、制御上限値TeUL以上となった場合。以下、同じ)、電磁弁35を開放する(電磁弁35開指示)。これにより、冷媒は吸熱器9に流入して蒸発し、空気流通路3を流通する空気を冷却する。
その後、吸熱器温度Teが制御下限値TeLLまで低下した場合(制御下限値TeLLを下回った場合、又は、制御下限値TeLL以下となった場合。以下、同じ)、電磁弁35を閉じる(電磁弁35閉指示)。以後、このような電磁弁35の開閉を繰り返して、バッテリ55の冷却を優先しながら、吸熱器温度Teを目標吸熱器温度TEOに制御し、車室内の冷房を行う。
(8)バッテリ冷却(単独)モード
次に、イグニッションのON/OFFに拘わらず、空調操作部53の空調スイッチがOFFされた状態で、急速充電器の充電用のプラグが接続され、バッテリ55が充電されているとき、バッテリ冷却要求があった場合、ヒートポンプコントローラ32はバッテリ冷却(単独)モードを実行する。但し、バッテリ55の充電中以外にも、空調スイッチがOFFで、バッテリ冷却要求があった場合(高外気温で走行時等)には実行される。図9はこのバッテリ冷却(単独)モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ方(実線矢印)を示している。バッテリ冷却(単独)モードでは、ヒートポンプコントローラ32は電磁弁17、電磁弁20、及び、電磁弁69を開き、電磁弁21、電磁弁22、及び、電磁弁35を閉じる。
そして、圧縮機2、及び、室外送風機15を運転する。尚、室内送風機27は運転されず、補助ヒータ23にも通電されない。また、この運転モードでは熱媒体加熱ヒータ63も通電されない。
これにより、圧縮機2から吐出された高温高圧のガス冷媒は放熱器4に流入する。放熱器4には空気流通路3内の空気は通風されないので、ここは通過するのみとなり、放熱器4を出た冷媒は冷媒配管13Eを経て冷媒配管13Jに至る。このとき、電磁弁20は開放されているので冷媒は電磁弁20を通過し、そのまま室外熱交換器7に流入し、そこで室外送風機15により通風される外気によって空冷され、凝縮液化する。
室外熱交換器7を出た冷媒は冷媒配管13A、電磁弁17、レシーバドライヤ部14、過冷却部16を経て冷媒配管13Bに入る。この冷媒配管13Bに流入した冷媒は、逆止弁18を経た後、全てが分岐配管67に流入して補助膨張弁68に至る。ここで冷媒は減圧された後、電磁弁69を経て冷媒−熱媒体熱交換器64の冷媒流路64Bに流入し、そこで蒸発する。このときに吸熱作用を発揮する。この冷媒流路64Bで蒸発した冷媒は、冷媒配管71、冷媒配管13C及びアキュムレータ12を順次経て冷媒配管13Kから圧縮機2に吸い込まれる循環を繰り返す(図9に実線矢印で示す)。
一方、循環ポンプ62が運転されているので、この循環ポンプ62から吐出された熱媒体が熱媒体配管66内を冷媒−熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64Aに至り、そこで冷媒流路64B内で蒸発する冷媒により吸熱され、熱媒体は冷却されるようになる。この冷媒−熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64Aを出た熱媒体は、熱媒体加熱ヒータ63に至る。但し、この運転モードでは熱媒体加熱ヒータ63は発熱されないので、熱媒体はそのまま通過してバッテリ55に至り、当該バッテリ55と熱交換する。これにより、バッテリ55は冷却されると共に、バッテリ55を冷却した後の熱媒体は、循環ポンプ62に吸い込まれる循環を繰り返す(図9に破線矢印で示す)。
このバッテリ冷却(単独)モードにおいても、ヒートポンプコントローラ32は熱媒体温度センサ76が検出する熱媒体温度Twに基づいて後述する如く圧縮機2の回転数を制御することにより、バッテリ55を冷却する。尚、後述する充電時間優先モードと充電電力優先モードの切り換えにより、動作は異なって来るが、これについては後に詳述する。
(9)除霜モード
次に、図10を参照しながら室外熱交換器7の除霜モードについて説明する。図10は除霜モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ方(実線矢印)を示している。前述した如く暖房モードでは、室外熱交換器7では冷媒が蒸発し、外気から吸熱して低温となるため、室外熱交換器7には外気中の水分が霜となって付着する。
そこで、ヒートポンプコントローラ32は室外熱交換器温度センサ49が検出する室外熱交換器温度TXO(室外熱交換器7における冷媒蒸発温度)と、室外熱交換器7の無着霜時における冷媒蒸発温度TXObaseとの差ΔTXO(=TXObase−TXO)を算出しており、室外熱交換器温度TXOが無着霜時における冷媒蒸発温度TXObaseより低下して、その差ΔTXOが所定値以上に拡大した状態が所定時間継続した場合、室外熱交換器7に着霜しているものと判定して所定の着霜フラグをセットする。
そして、この着霜フラグがセットされており、空調操作部53の前述した空調スイッチがOFFされた状態で、急速充電器の充電用のプラグが接続され、バッテリ55が充電されるとき、ヒートポンプコントローラ32は以下の如く室外熱交換器7の除霜モードを実行する。
ヒートポンプコントローラ32はこの除霜モードでは、冷媒回路Rを前述した暖房モードの状態とした上で、室外膨張弁6の弁開度を全開とする。そして、圧縮機2を運転し、当該圧縮機2から吐出された高温の冷媒を放熱器4、室外膨張弁6を経て室外熱交換器7に流入させ、当該室外熱交換器7の着霜を融解させる(図10)。そして、ヒートポンプコントローラ32は室外熱交換器温度センサ49が検出する室外熱交換器温度TXOが所定の除霜終了温度(例えば、+3℃等)より高くなった場合、室外熱交換器7の除霜が完了したものとして除霜モードを終了する。
(10)バッテリ加熱モード
また、空調運転を実行しているとき、或いは、バッテリ55を充電しているとき、ヒートポンプコントローラ32はバッテリ加熱モードを実行する。このバッテリ加熱モードでは、ヒートポンプコントローラ32は循環ポンプ62を運転し、熱媒体加熱ヒータ63に通電する。尚、電磁弁69は閉じる。
これにより、循環ポンプ62から吐出された熱媒体は熱媒体配管66内を冷媒−熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64Aに至り、そこを通過して熱媒体加熱ヒータ63に至る。このとき熱媒体加熱ヒータ63は発熱されているので、熱媒体は熱媒体加熱ヒータ63により加熱されて温度上昇した後、バッテリ55に至り、当該バッテリ55と熱交換する。これにより、バッテリ55は加熱されると共に、バッテリ55を加熱した後の熱媒体は、循環ポンプ62に吸い込まれる循環を繰り返す。
このバッテリ加熱モードにおいては、ヒートポンプコントローラ32は熱媒体温度センサ76が検出する熱媒体温度Twに基づいて後述する如く熱媒体加熱ヒータ63の発熱を制御することにより、熱媒体温度Twを所定の目標熱媒体温度TWOに調整し、バッテリ55を加熱する。尚、バッテリ55の充電時には後述する充電時間優先モードと充電電力優先モードの切り換えにより、動作は異なって来るが、これについては後に詳述する。
(11)ヒートポンプコントローラ32による圧縮機2の制御
また、ヒートポンプコントローラ32は、暖房モードでは放熱器圧力Pciに基づき、図11の制御ブロック図により圧縮機2の目標回転数(圧縮機目標回転数)TGNChを算出し、除湿冷房モード、冷房モード、空調(優先)+バッテリ冷却モードでは、吸熱器温度Teに基づき、図12の制御ブロック図により圧縮機2の目標回転数(圧縮機目標回転数)TGNCcを算出する。尚、除湿暖房モードでは圧縮機目標回転数TGNChと圧縮機目標回転数TGNCcのうちの低い方向を選択する。また、バッテリ冷却(優先)+空調モード、バッテリ冷却(単独)モードでは、熱媒体温度Twに基づき、図13の制御ブロック図により圧縮機2の目標回転数(圧縮機目標回転数)TGNCwを算出する。
(11−1)放熱器圧力Pciに基づく圧縮機目標回転数TGNChの算出
先ず、図11を用いて放熱器圧力Pciに基づく圧縮機2の制御について詳述する。図11は放熱器圧力Pciに基づいて圧縮機2の目標回転数(圧縮機目標回転数)TGNChを算出するヒートポンプコントローラ32の制御ブロック図である。ヒートポンプコントローラ32のF/F(フィードフォワード)操作量演算部78は外気温度センサ33から得られる外気温度Tamと、室内送風機27のブロワ電圧BLVと、SW=(TAO−Te)/(Thp−Te)で得られるエアミックスダンパ28による風量割合SWと、放熱器4の出口における冷媒の過冷却度SCの目標値である目標過冷却度TGSCと、ヒータ温度Thpの目標値である前述した目標ヒータ温度TCOと、放熱器4の圧力の目標値である目標放熱器圧力PCOに基づいて圧縮機目標回転数のF/F操作量TGNChffを算出する。
尚、ヒータ温度Thpは放熱器4の風下側の空気温度(推定値)であり、放熱器圧力センサ47が検出する放熱器圧力Pciと放熱器出口温度センサ44が検出する放熱器4の冷媒出口温度Tciから算出(推定)する。また、過冷却度SCは放熱器入口温度センサ43と放熱器出口温度センサ44が検出する放熱器4の冷媒入口温度Tcxinと冷媒出口温度Tciから算出される。
前記目標放熱器圧力PCOは上記目標過冷却度TGSCと目標ヒータ温度TCOに基づいて目標値演算部79が算出する。更に、F/B(フィードバック)操作量演算部81はこの目標放熱器圧力PCOと放熱器圧力Pciに基づくPID演算若しくはPI演算により圧縮機目標回転数のF/B操作量TGNChfbを算出する。そして、F/F操作量演算部78が算出したF/F操作量TGNChffとF/B操作量演算部81が算出したF/B操作量TGNChfbは加算器82で加算され、TGNCh00としてリミット設定部83に入力される。
リミット設定部83では制御上の下限回転数ECNpdLimLoと上限回転数ECNpdLimHiのリミットが付けられてTGNCh0とされた後、圧縮機OFF制御部84を経て圧縮機目標回転数TGNChとして決定される。即ち、圧縮機2の回転数は上限回転数ECNpdLimHi以下に制限される。通常モードではヒートポンプコントローラ32は、この放熱器圧力Pciに基づいて算出された圧縮機目標回転数TGNChにより、放熱器圧力Pciが目標放熱器圧力PCOになるように圧縮機2の運転を制御する。
尚、圧縮機OFF制御部84は、圧縮機目標回転数TGNChが上述した下限回転数ECNpdLimLoとなり、放熱器圧力Pciが目標放熱器圧力PCOの上下に設定された所定の上限値PULと下限値PLLのうちの上限値PULまで上昇した状態(上限値PULを上回った状態、又は、上限値PUL以上となった状態。以下、同じ)が所定時間th1継続した場合、圧縮機2を停止させて圧縮機2をON−OFF制御するON−OFFモードに入る。
この圧縮機2のON−OFFモードでは、放熱器圧力Pciが下限値PLLまで低下した場合(下限値PLLを下回った場合、又は、下限値PLL以下となった場合。以下、同じ)、圧縮機2を起動して圧縮機目標回転数TGNChを下限回転数ECNpdLimLoとして運転し、その状態で放熱器圧力Pciが上限値PULまで上昇した場合は圧縮機2を再度停止させる。即ち、下限回転数ECNpdLimLoでの圧縮機2の運転(ON)と、停止(OFF)を繰り返す。そして、放熱器圧力Pciが下限値PULまで低下し、圧縮機2を起動した後、放熱器圧力Pciが下限値PULより高くならない状態が所定時間th2継続した場合、圧縮機2のON−OFFモードを終了し、通常モードに復帰するものである。
(11−2)吸熱器温度Teに基づく圧縮機目標回転数TGNCcの算出
次に、図12を用いて吸熱器温度Teに基づく圧縮機2の制御について詳述する。図12は吸熱器温度Teに基づいて圧縮機2の目標回転数(圧縮機目標回転数)TGNCcを算出するヒートポンプコントローラ32の制御ブロック図である。ヒートポンプコントローラ32のF/F操作量演算部86は外気温度Tamと、空気流通路3内を流通する空気の風量Ga(室内送風機27のブロワ電圧BLVでもよい)と、目標放熱器圧力PCOと、吸熱器温度Teの目標値である目標吸熱器温度TEOに基づいて圧縮機目標回転数のF/F操作量TGNCcffを算出する。
また、F/B操作量演算部87は目標吸熱器温度TEOと吸熱器温度Teに基づくPID演算若しくはPI演算により圧縮機目標回転数のF/B操作量TGNCcfbを算出する。そして、F/F操作量演算部86が算出したF/F操作量TGNCcffとF/B操作量演算部87が算出したF/B操作量TGNCcfbは加算器88で加算され、TGNCc00としてリミット設定部89に入力される。
リミット設定部89では制御上の下限回転数TGNCcLimLoと上限回転数TGNCcLimHiのリミットが付けられてTGNCc0とされた後、圧縮機OFF制御部91を経て圧縮機目標回転数TGNCcとして決定される。従って、加算器88で加算された値TGNCc00が上限回転数TGNCcLimHiと下限回転数TGNCcLimLo以内であり、後述するON−OFFモードにならなければ、この値TGNCc00が圧縮機目標回転数TGNCc(圧縮機2の回転数となる)。通常モードではヒートポンプコントローラ32は、この吸熱器温度Teに基づいて算出された圧縮機目標回転数TGNCcにより、吸熱器温度Teが目標吸熱器温度TEOになるように圧縮機2の運転を制御する。
尚、圧縮機OFF制御部91は、圧縮機目標回転数TGNCcが上述した下限回転数TGNCcLimLoとなり、吸熱器温度Teが目標吸熱器温度TEOの上下に設定された制御上限値TeULと制御下限値TeLLのうちの制御下限値TeLLまで低下した状態が所定時間tc1継続した場合、圧縮機2を停止させて圧縮機2をON−OFF制御するON−OFFモードに入る。
この場合の圧縮機2のON−OFFモードでは、吸熱器温度Teが制御上限値TeULまで上昇した場合、圧縮機2を起動して圧縮機目標回転数TGNCcを下限回転数TGNCcLimLoとして運転し、その状態で吸熱器温度Teが制御下限値TeLLまで低下した場合は圧縮機2を再度停止させる。即ち、下限回転数TGNCcLimLoでの圧縮機2の運転(ON)と、停止(OFF)を繰り返す。そして、吸熱器温度Teが制御上限値TeULまで上昇し、圧縮機2を起動した後、吸熱器温度Teが制御上限値TeULより低くならない状態が所定時間tc2継続した場合、この場合の圧縮機2のON−OFFモードを終了し、通常モードに復帰するものである。
(11−3)熱媒体温度Twに基づく圧縮機目標回転数TGNCwの算出
次に、図14を用いて熱媒体温度Twに基づく圧縮機2の制御について詳述する。図14は熱媒体温度Twに基づいて圧縮機2の目標回転数(圧縮機目標回転数)TGNCwを算出するヒートポンプコントローラ32の制御ブロック図である。ヒートポンプコントローラ32のF/F操作量演算部92は外気温度Tamと、バッテリ温度調整装置61内の熱媒体の流量Gw(循環ポンプ62の出力から算出される)と、バッテリ55の発熱量(バッテリコントローラ73から送信される)と、バッテリ温度Tcell(バッテリコントローラ73から送信される)と、熱媒体温度Twの目標値である目標熱媒体温度TWOに基づいて圧縮機目標回転数のF/F操作量TGNCcwffを算出する。
また、F/B操作量演算部93は目標熱媒体温度TWOと熱媒体温度Tw(バッテリコントローラ73から送信される)に基づくPID演算若しくはPI演算により圧縮機目標回転数のF/B操作量TGNCwfbを算出する。そして、F/F操作量演算部92が算出したF/F操作量TGNCwffとF/B操作量演算部93が算出したF/B操作量TGNCwfbは加算器94で加算され、TGNCw00としてリミット設定部96に入力される。
リミット設定部96では制御上の下限回転数TGNCwLimLoと上限回転数TGNCwLimHiのリミットが付けられてTGNCw0とされた後、圧縮機OFF制御部97を経て圧縮機目標回転数TGNCwとして決定される。従って、加算器94で加算された値TGNCw00が上限回転数TGNCwLimHiと下限回転数TGNCwLimLo以内であり、後述するON−OFFモードにならなければ、この値TGNCw00が圧縮機目標回転数TGNCw(圧縮機2の回転数となる)。通常モードではヒートポンプコントローラ32は、この熱媒体温度Twに基づいて算出された圧縮機目標回転数TGNCwにより、熱媒体温度Twが前述した適正温度範囲内の目標熱媒体温度TWOになるように圧縮機2の運転を制御する。
尚、圧縮機OFF制御部97は、圧縮機目標回転数TGNCwが上述した下限回転数TGNCwLimLoとなり、熱媒体温度Twが目標熱媒体温度TWOの上下に設定された制御上限値TwULと制御下限値TwLLのうちの制御下限値TwLLまで低下した状態が所定時間tw1継続した場合、圧縮機2を停止させて圧縮機2をON−OFF制御するON−OFFモードに入る。
この場合の圧縮機2のON−OFFモードでは、熱媒体温度Twが制御上限値TwULまで上昇した場合、圧縮機2を起動して圧縮機目標回転数TGNCwを下限回転数TGNCwLimLoとして運転し、その状態で熱媒体温度Twが制御下限値TwLLまで低下した場合は圧縮機2を再度停止させる。即ち、下限回転数TGNCwLimLoでの圧縮機2の運転(ON)と、停止(OFF)を繰り返す。そして、熱媒体温度Twが制御上限値TwULまで上昇し、圧縮機2を起動した後、熱媒体温度Twが制御上限値TwULより低くならない状態が所定時間tw2継続した場合、この場合の圧縮機2のON−OFFモードを終了し、通常モードに復帰するものである。
(12)ヒートポンプコントローラ32による熱媒体加熱ヒータ63の制御
次に、図16を用いて前述したバッテリ加熱モードにおける熱媒体温度Twに基づいた熱媒体加熱ヒータ63の制御について詳述する。図16は熱媒体温度Twに基づいて熱媒体加熱ヒータ63の目標発熱量ECHtwを算出するヒートポンプコントローラ32の制御ブロック図である。ヒートポンプコントローラ32のF/F操作量演算部98は外気温度Tamと、バッテリ温度調整装置61内の熱媒体の流量Gw(循環ポンプ62の出力から算出される)と、バッテリ55の発熱量(バッテリコントローラ73から送信される)と、バッテリ温度Tcell(バッテリコントローラ73から送信される)と、熱媒体温度Twの目標値である目標熱媒体温度TWOに基づいて目標発熱量のF/F操作量ECHtffを算出する。
また、F/B操作量演算部99は目標熱媒体温度TWOと熱媒体温度Tw(バッテリコントローラ73から送信される)に基づくPID演算若しくはPI演算により目標発熱量のF/B操作量ECHtwfbを算出する。そして、F/F操作量演算部98が算出したF/F操作量ECHtwffとF/B操作量演算部99が算出したF/B操作量ECHtwfbは加算器101で加算され、ECHtw00としてリミット設定部102に入力される。
リミット設定部102では制御上の下限発熱量ECHtwLimLo(例えば、通電OFF)と上限発熱量ECHtwLimHiのリミットが付けられてECHtw0とされた後、熱媒体加熱ヒータOFF制御部103を経て目標発熱量ECHtwとして決定される。従って、加算器101で加算された値ECHtw00が上限発熱量ECHtwLimHiと下限発熱量ECHtwLimLo以内であり、後述するON−OFFモードにならなければ、この値ECHtw00が目標発熱量ECHtw(熱媒体加熱ヒータ63の発熱量となる)。通常モードではヒートポンプコントローラ32は、この熱媒体温度Twに基づいて算出された目標発熱量ECHtwにより、熱媒体温度Twが目標熱媒体温度TWOになるように熱媒体加熱ヒータ63の発熱を制御する。
尚、熱媒体加熱ヒータOFF制御部103は、目標発熱量ECHtwが上述した下限発熱量ECHtwLimLoとなり、熱媒体温度Twが目標熱媒体温度TWOの上下に設定された制御上限値TwULと制御下限値TwLLのうちの制御上限値TwULまで上昇した状態が所定時間tw1継続した場合、熱媒体加熱ヒータ63の通電を停止させて熱媒体加熱ヒータ63をON−OFF制御するON−OFFモードに入る。
この場合の熱媒体加熱ヒータ63のON−OFFモードでは、熱媒体温度Twが制御下限値TwLLまで低下した場合、熱媒体加熱ヒータ63に通電して所定の低発熱量として通電し、その状態で熱媒体温度Twが制御上限値TwULまで上昇した場合は熱媒体加熱ヒータ64の通電を再度停止させる。即ち、所定の低発熱量での熱媒体加熱ヒータ63の発熱(ON)と、発熱停止(OFF)を繰り返す。そして、熱媒体温度Twが制御下限値TwLLまで低下し、熱媒体加熱ヒータ63を通電した後、熱媒体温度Twが制御下限値TwLLより高くならない状態が所定時間tw2継続した場合、この場合の熱媒体加熱ヒータ63のON−OFFモードを終了し、通常モードに復帰するものである。
(13)バッテリ55の急速充電時の充電モード(充電時間優先モードと充電電力優先モード)
次に、図17〜図20を参照しながら、バッテリ55を急速充電器により充電する際の、充電時間優先モードと充電電力優先モードについて説明する。実施例の制御装置11のヒートポンプコントローラ32は、急速充電器(外部電源)の充電用のプラグが接続され、バッテリ55を急速充電する際に実行する充電モードとして、充電時間優先モードと充電電力優先モードを有している。尚、この充電時間優先モードと充電電力優先モードは、バッテリ55を充電する際の前述したバッテリ冷却(優先)+空調モード、バッテリ冷却(単独)モード、及び、バッテリ加熱モードで実行されるものである。
ここで、前述した如くバッテリ55の充電電流は、熱媒体温度Twに応じて急速充電器とバッテリコントローラ73が協働して自動調整するため、前述したバッテリ冷却(優先)+空調モードやバッテリ冷却(単独)モードでバッテリ55を冷却し、バッテリ加熱モードでバッテリ55を加熱して、熱媒体温度Twを適正温度範囲とすれば、急速充電器やバッテリコントローラ73は充電電流を制限すること無く、大きな充電電流でバッテリ55を充電するようになるため、急速充電を行うことができるようになるが、バッテリ55を冷却するための電力が主に圧縮機2にて消費され、加熱する場合には熱媒体加熱ヒータ63で電力が消費されることになるため、全体の充電電力は大きくなり、充電のための料金も高くなる。
一方、例えば大規模商業施設等で使用者が買い物をしている間に充電を行う等の使用状況では、バッテリ55の充電には十分な時間があるため、使用者はバッテリ55の充電時間よりも料金(充電電力)を優先すると考えられる。そこで、本発明ではバッテリ55を充電する際のバッテリ冷却(優先)+空調モード、バッテリ冷却(単独)モード、及び、バッテリ加熱モードにおいて、充電時間を優先する充電時間優先モードと、充電電力(料金)を優先する充電電力優先モードの何れかを選択できるように、或いは、自動選択されるように構成されている。
(13−1)充電時間優先モードが選択されたときの制御(その1)
先ず、充電時間優先モードが選択された場合、ヒートポンプコントローラ32はバッテリ冷却(優先)+空調モード、バッテリ冷却(単独)モード及びバッテリ加熱モードで前述した如くバッテリ55を冷却し、或いは、加熱することで熱媒体温度Twを適正温度範囲に制御し、バッテリ55も適正温度範囲に維持する。これにより、急速充電器やバッテリコントローラ73が充電電流を制限することを回避して、迅速にバッテリ55を充電することができるようになる。
(13−2)充電時間優先モードが選択されたときの制御(その2)
尚、上述した制御(その1)において、バッテリ冷却(優先)+空調モードの場合には、車室内の空調運転を制限し、或いは、禁止するようにしてもよい。空調運転を制限する場合には、例えば前述した目標吸熱器温度TEOを所定値上昇させる。これにより、電磁弁35が開く期間が短くなるので、冷媒−熱媒体熱交換器64に向かう冷媒量が多くなる。また、空調運転を禁止する場合には、自動的にバッテリ冷却(単独)モードに切り換えることになる。これにより、車室内の空調(冷房)に使用される冷却能力を制限し、又は、無くして、バッテリ55の冷却能力を向上させ、より一層迅速にバッテリ55を充電することができるようになる。
(13−3)充電時間優先モードが選択されたときの制御(その3)
また、充電時間優先モードが選択された場合のバッテリ冷却(優先)+空調モード及びバッテリ冷却(単独)モードでは、バッテリ55の充電電流が最大となるようにヒートポンプコントローラ32が熱媒体温度Tw(目標熱媒体温度TWO:バッテリ55の温度を示す指標)をフィードバック制御するようにしてもよい。図18はその場合のヒートポンプコントローラ32の充電時間優先モードにおける目標熱媒体温度TWOの制御に関する制御ブロック図である。図中TWObaseは前述したデフォルトの目標熱媒体温度であり、実施例では適正温度範囲内の所定値Aとされている。また、104はバッテリ55の最大充電電流値Imaxと外気温度Tamの関係を示したデータテーブルであり、実施例ではヒートポンプコントローラ32に予め設定されているものとする。
そして、通常は図18の目標熱媒体温度TWObase(所定値A)が目標熱媒体温度TWOとして決定されるが、この場合の充電時間優先モードでは、ヒートポンプコントローラ32は最大充電電流値Imaxとバッテリ55の実際の充電電流値である実充電電流値Iactとの差の積分値に基づいて補正を加える。
即ち、最大充電電流値Imaxとバッテリコントローラ73から得られる実充電電流値Iactは減算器106に入力され、その偏差e(Imax−Iact)が増幅器107で増幅されて演算器108に入力される。演算器108では所定の積分周期と積分時間で熱媒体温度補正値の積分演算が行われ(積分制御。微分積分でもよい)、加算器109で前回値と加算された熱媒体温度補正値の積分値TWOHosが算出される。そして、リミット設定部101で制御上限値と制御下限値のリミットが付けられた後、熱媒体温度補正値TWOHos(最大電流狙い)として決定される。
熱媒体温度補正値TWOHosは減算器112にてデフォルトの目標熱媒体温度TWObaseから減算されて目標熱媒体温度TWOとして決定される。従って、熱媒体温度補正値TWOHosの分、目標熱媒体温度TWOが下げられ、それにより圧縮機2の圧縮機目標回転数TGNCwが引き上げられることになり、圧縮機2の回転数が上がり、圧縮機2の能力が増大する。このようなフィードバック制御により、冷媒−熱媒体熱交換器64にて最大充電電流値Imaxを得るためのバッテリ55の冷却能力を得ることができるようになるので、最大の充電電流で極めて迅速にバッテリ55を充電することができるようになる。
尚、リミット設定部101では熱媒体温度補正値TWOHosの上限がTWObase−LLTWOに設定されている。このLLTWOは実施例では前述した制御下限値TwLL(所定値Cとする)であるので、この場合の制御では目標熱媒体温度TWOは図17に示す如く所定値Aと所定値Cの間でフィードバック制御されることになる。
(13−4)充電電力優先モードが選択されたときの制御(その1)
次に、充電電力優先モードが選択された場合、ヒートポンプコントローラ32はバッテリ冷却(優先)+空調モード、バッテリ冷却(単独)モード及びバッテリ加熱モードを実行しないようにする。即ち、ヒートポンプコントローラ32はこの場合にはバッテリ55の充電中、バッテリ55の温調を行わないので、時間がかかる可能性はあるものの、少ない電力でバッテリ55を充電することができるようになる。
(13−5)充電電力優先モードが選択されたときの制御(その2)
尚、上述の如く充電電力優先モードではバッテリ冷却(優先)+空調モード、バッテリ冷却(単独)モード及びバッテリ加熱モードを実行しないことに代えて、それを制限するようにしてもよい。その場合には、例えばヒートポンプコントローラ32は、バッテリ冷却(優先)+空調モード、バッテリ冷却(単独)モードでは、熱媒体温度Twが前述した図17の上限値THに達するまでは上述同様にバッテリ冷却(優先)+空調モード、バッテリ冷却(単独)モードを実行しない。
一方、急速充電中に熱媒体温度Twが上限値THに達してしまった場合、ヒートポンプコントローラ32は圧縮機2他を起動してバッテリ冷却(優先)+空調モード、バッテリ冷却(単独)モードを実行し、バッテリ55を冷却する。そして、例えば上限値THより低い所定値B(図17)まで熱媒体温度Twが低下した場合、運転を停止する。これにより、バッテリ冷却(優先)+空調モード、バッテリ冷却(単独)モードを制限し、充電電力(料金)を抑制しながら、充電電力優先モードにおいても、充電時の自己発熱でバッテリ55の温度が異常に高くなってしまう不都合を未然に回避することができるようになる。
また、バッテリ加熱モードでも熱媒体温度Twが前述した図17の下限値TLに達するまでは上述同様にバッテリ加熱モードを実行しない。他方、熱媒体温度Twが下限値TLに達してしまった場合、ヒートポンプコントローラ32は熱媒体加熱ヒータ63に通電してバッテリ加熱モードを実行し、バッテリ55を加熱する。そして、例えば下限値TLより高い前述した所定値C(実施例の制御下限値TwLL。図17)まで熱媒体温度Twが上昇した場合、通電を停止する。これにより、バッテリ加熱モードを制限し、充電電力(料金)を抑制しながら、充電電力優先モードにおいても、異常な低温下で充電することで生じるバッテリ55の劣化を未然に回避することができるようなる。
(13−6)充電時間優先モードと充電電力優先モードの選択(その1)
次に、図19を参照しながら空調操作部53のスイッチ53Bを用いて使用者が手動で充電時間優先モードと充電電力優先モードを選択する場合の一例を説明する。実施例ではヒートポンプコントローラ32(急速充電器とバッテリコントローラ73でもよい)の予測演算部116は、急速充電器の充電用のプラグが接続された場合、バッテリ55の残量(SOC)と、外気温度Tam(環境条件)と、充電開始時の熱媒体温度Tw(バッテリ温度Tcellでもよい)と、急速充電器の種類のうちの何れか、或いは、それらの組み合わせ、若しくは、それらの全て(実施例では全て)に基づいてバッテリ55の充電が完了するバッテリ充電完了時間と、料金としてのバッテリ充電電力を予測演算し、図19に示す如く空調操作部53のディスプレイ53Aに表示(出力)する。
この場合、ヒートポンプコントローラ32の予測演算部116は、バッテリ充電完了時間とバッテリ充電電力(料金)を、前述した充電時間優先モードと充電電力優先モード毎に算出し、空調コントローラ45に送信してディスプレイ53Aに表示する。図19ではX1は充電時間優先モードを選択した場合のバッテリ充電完了時間、X2は充電電力優先モードを選択した場合のバッテリ充電完了時間であり、Y1は充電時間優先モードを選択した場合のバッテリ充電電力(料金)、Y2は充電電力優先モードを選択した場合のバッテリ充電電力(料金)である。
予測演算の傾向としては、外気温度Tamや充電開始時の熱媒体温度Twが高い程、充電電力優先モードのバッテリ充電完了時間X2は長くなり、充電時間優先モードのバッテリ充電電力(料金)Y1は高くなる。また、バッテリ55の残量が多い程、何れのモードのバッテリ充電完了時間X1、X2は短くなり、バッテリ充電電力(料金)Y1、Y2は安くなる。
使用者はディスプレイ53に表示された予測演算の結果を基に判断し、スイッチ53Bを操作して充電時間優先モードか充電電力優先モードを選択することになる。スイッチ53Bで選択された充電モードは空調コントローラ45からヒートポンプコントローラ32に送信され、ヒートポンプコントローラ32は何れかの充電モードを実行する。このように、充電時間優先モードを実行するか、充電電力優先モードを実行するかを選択するためのスイッチ53Bを設けることで、使用者が任意に充電時間優先モードを実行するか、充電電力優先モードを実行するかを選択することができるようになる。
特に、ヒートポンプコントローラ32が、バッテリ55の残量、外気温度Tam(環境条件)、充電開始時の熱媒体温度Tw(バッテリ55の温度を示す指標)、急速充電器の種類のうちの何れか、或いは、それらの組み合わせ、若しくは、それらの全てから算出されるバッテリ充電完了時間(X1、X2)、及び、バッテリ充電電力(Y1、Y2)を、充電時間優先モードと充電電力優先モード毎にディスプレイ53Aに表示するようにしているので、表示されたバッテリ充電完了時間、及び、バッテリ充電電力から使用者が容易に充電時間優先モードか充電電力優先モードを選択することができるようになり、利便性が一段と向上する。
(13−7)充電時間優先モードと充電電力優先モードの選択(その2)
次に、図20を参照しながらヒートポンプコントローラ32が自動で充電時間優先モードと充電電力優先モードを選択する場合の一例を説明する。図20はヒートポンプコントローラ32が充電時間優先モードと充電電力優先モードの選択を行う制御ブロック図である。尚、図20における予測演算結果は図19の場合と同様である。この場合もヒートポンプコントローラ32(急速充電器とバッテリコントローラ73でもよい)の予測演算部116は、急速充電器の充電用のプラグが接続された場合、バッテリ55の残量(SOC)と、外気温度Tam(環境条件)と、充電開始時の熱媒体温度Tw(バッテリ温度Tcellでもよい)と、急速充電器の種類のうちの何れか、或いは、それらの組み合わせ、若しくは、それらの全て(実施例では全て)に基づいてバッテリ充電完了時間とバッテリ充電電力を、充電時間優先モードと充電電力優先モード毎に予測演算により算出する。
一方、この場合使用者は空調操作部53のスイッチ53Bを用いて希望充電時間を空調コントローラ45経由でヒートポンプコントローラ32に入力する。この希望充電時間は、出発予定時間から逆算されるものである。そして、ヒートポンプコントローラ32の予測演算部116が予測演算した充電電力優先モードのバッテリ充電完了時間X2が比較器113に入力され、入力された希望充電時間と比較される。
ヒートポンプコントローラ32は比較器113での比較で、X2≦希望充電時間となって充電電力優先モードのバッテリ充電完了時間X2が使用者の希望充電時間を満たす場合、切換器114で充電電力優先モードを選択し、充電モード選択結果として出力する。他方、比較器113での比較で、X2>希望充電時間となって充電電力優先モードのバッテリ充電完了時間X2が使用者の希望充電時間を満たさない場合、切換器114で充電時間優先モードを選択し、充電モード選択結果として出力する。ヒートポンプコントローラ32はこの出力結果に基づいて充電電力優先モードか充電時間優先モードを実行する。
このように、ヒートポンプコントローラ32が、バッテリ55の残量、外気温度Tam(環境条件)、充電開始時の熱媒体温度Tw、急速充電器の種類のうちの何れか、或いは、それらの組み合わせ、若しくは、それらの全てから算出されるバッテリ充電完了時間に基づき、算出された当該バッテリ充電完了時間が予め設定された希望充電時間を満たす場合、充電電力優先モードを実行するようにすれば、出発予定時刻等に応じて希望充電時間を予め設定しておくことで、料金が安くなる充電電力優先モードをヒートポンプコントローラ32が自動的に選択して実行するようになり、著しく利便性が向上する。
(13−8)充電時間優先モードと充電電力優先モードの表示
また、ヒートポンプコントローラ32は、空調コントローラ45の空調操作部53のディスプレイ53Aに、現在実行している充電モードが充電時間優先モードであるか、充電電力優先モードであるかを表示(出力)する。これにより、バッテリ55の急速充電時に何れの充電モードを実行しているかを使用者が容易に確認することができるようになる。
以上詳述した如く本発明によれば、ヒートポンプコントローラ32が、バッテリ55を充電する際、当該バッテリ55の温度を調整する充電時間優先モードと、バッテリ55を充電する際に動作しない、又は、バッテリ55の温度を調整する動作を制限する、状態のうちの何れかの状態となる充電電力優先モードを有するので、バッテリ55の充電時に、充電時間を優先する場合には充電時間優先モードとしてバッテリ55の温度を調整することにより、当該バッテリ55を迅速に充電し、充電電力(料金)を優先する場合には充電電力優先モードとしてバッテリ55の温調を行わず、若しくは、バッテリ温度調整装置61の動作を制限して、少ない電力でバッテリ55を充電することが可能となる。
即ち、使用者の都合や好みに応じて最適な充電方法を選択し、バッテリ55を充電することができるようになり、利便性が著しく向上する。特に、実施例の如く急速充電器によりバッテリ55に充電する際に本発明は有効である。
尚、実施例では車室内を空調する車両用空気調和装置1に本発明のバッテリ温度調整装置61を設けたが、請求項11以外の発明ではそれに限らず、車室内の空調を行わず、バッテリ55の温度調整のみを行うバッテリ温度調整装置にも有効である。また、バッテリ55を冷却する冷却装置も、実施例の冷媒回路Rに限らず、例えばペルチェ素子等の電子冷却装置を用いる場合にも本発明は有効である。
また、前述した実施例では熱媒体温度Twをバッテリ55の温度を示す指標として採用したが、バッテリ温度Tcellを採用してもよい。更に、実施例では熱媒体を循環させてバッテリ55の温調を行うようにしたが、それに限らず、冷媒とバッテリ55を直接熱交換させるバッテリ用熱交換器を設けてもよい。その場合には、バッテリ温度Tcellがバッテリ55の温度を示す指標となる。
更に、実施例では急速充電器を用いてバッテリ55に充電する場合について説明したが、請求項6以外の発明では通常の充電器を用いる場合にも本発明は有効である。また、実施例で説明した冷媒回路Rの構成や数値はそれに限定されるものでは無く、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能であることは云うまでもない。
1 車両用空気調和装置
2 圧縮機
3 空気流通路
4 放熱器(室内熱交換器)
6 室外膨張弁
7 室外熱交換器
8 室内膨張弁
9 吸熱器(室内熱交換器)
11 制御装置
32 ヒートポンプコントローラ(制御装置の一部を構成)
35 電磁弁
45 空調コントローラ(制御装置の一部を構成)
48 吸熱器温度センサ
55 バッテリ
61 バッテリ温度調整装置
64 冷媒−熱媒体熱交換器
68 補助膨張弁
69 電磁弁
76 熱媒体温度センサ
R 冷媒回路

Claims (11)

  1. 外部の充電器により充電可能であり、車両に搭載されたバッテリの温度を調整するバッテリ温度調整装置であって、
    制御装置を備え、該制御装置は、
    前記バッテリを充電する際、当該バッテリの温度を調整する充電時間優先モードと、
    前記バッテリを充電する際に動作しない、又は、前記バッテリの温度を調整する動作を制限する、状態のうちの何れかの状態となる充電電力優先モードを有することを特徴とする車両のバッテリ温度調整装置。
  2. 前記制御装置は、前記充電時間優先モードにおいて、前記バッテリの温度を示す指標を所定の適正温度範囲に制御することを特徴とする請求項1に記載の車両のバッテリ温度調整装置。
  3. 前記制御装置は、前記充電時間優先モードにおいて、前記バッテリの充電電流に基づき、当該充電電流が最大となるよう前記バッテリの温度を示す指標を制御することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の車両のバッテリ温度調整装置。
  4. 冷却装置を備え、該冷却装置を用いて前記バッテリを冷却可能とされており、
    前記制御装置は、前記充電電力優先モードにおいて、前記バッテリの温度を示す指標が所定の上限値に達した場合、前記バッテリを冷却し、前記指標を前記上限値より低い値とすることを特徴とする請求項1乃至請求項3のうちの何れかに記載の車両のバッテリ温度調整装置。
  5. 加熱装置を備え、該加熱装置を用いて前記バッテリを加熱可能とされており、
    前記制御装置は、前記充電電力優先モードにおいて、前記バッテリの温度を示す指標が所定の下限値に達した場合、前記バッテリを加熱し、前記指標を前記下限値より高い値とすることを特徴とする請求項1乃至請求項4のうちの何れかに記載の車両のバッテリ温度調整装置。
  6. 前記制御装置は、急速充電器により前記バッテリに充電する際、前記充電時間優先モード、又は、前記充電電力優先モードを実行することを特徴とする請求項1乃至請求項5のうちの何れかに記載の車両のバッテリ温度調整装置。
  7. 前記制御装置は、前記充電時間優先モードを実行するか、前記充電電力優先モードを実行するかを選択するための入力装置を有することを特徴とする請求項1乃至請求項6のうちの何れかに記載の車両のバッテリ温度調整装置。
  8. 前記制御装置は、所定の出力装置を有し、
    前記バッテリの残量、環境条件、充電開始時の前記バッテリの温度を示す指標、前記充電器の種類のうちの何れか、或いは、それらの組み合わせ、若しくは、それらの全てから算出されるバッテリ充電完了時間、及び、バッテリ充電電力を、前記充電時間優先モードと前記充電電力優先モード毎に出力することを特徴とする請求項1乃至請求項7のうちの何れかに記載の車両のバッテリ温度調整装置。
  9. 前記制御装置は、前記バッテリの残量、環境条件、充電開始時の前記バッテリの温度を示す指標、前記充電器の種類のうちの何れか、或いは、それらの組み合わせ、若しくは、それらの全てから算出されるバッテリ充電完了時間に基づき、算出された当該バッテリ充電完了時間が予め設定された希望充電時間を満たす場合、前記充電電力優先モードを実行することを特徴とする請求項1乃至請求項8のうちの何れかに記載の車両のバッテリ温度調整装置。
  10. 前記制御装置は、所定の出力装置を有し、
    前記充電時間優先モードを実行しているか、前記充電電力優先モードを実行しているかを出力することを特徴とする請求項1乃至請求項9のうちの何れかに記載の車両のバッテリ温度調整装置。
  11. 冷媒を圧縮する圧縮機と、
    車室内に供給する空気と前記冷媒を熱交換させるための室内熱交換器と、
    車室外に設けられた室外熱交換器を備えて前記車室内を空調すると共に、
    前記バッテリ温度調整装置は、前記冷媒を用いて前記バッテリを冷却可能とされており、
    前記制御装置は、前記充電時間優先モードにおいて、前記車室内の空調運転を制限し、又は、前記車室内の空調運転を禁止することを特徴とする請求項1乃至請求項10のうちの何れかに記載の車両のバッテリ温度調整装置を備えた車両用空気調和装置。
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