JP2020196396A - 温度管理システム - Google Patents

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Abstract

【課題】本開示は、電気自動車における温度管理システムの省スペース化を図ることを目的とする。【解決手段】電気自動車用の温度管理システム20であって、電気自動車の車室内において温度調整を行うための冷媒が流れる空調用冷媒回路30と、高電圧機器48を冷却するための冷媒が流れる高電圧機器用冷媒回路40と、バッテリ58を冷却するための冷媒が流れるバッテリ用冷媒回路50と、冷媒を溜めるタンク60と、を備え、前記空調用冷媒回路30と前記高電圧機器用冷媒回路40と前記バッテリ用冷媒回路50とが前記タンク60に接続され、前記タンク60から前記空調用冷媒回路30と前記高電圧機器用冷媒回路40と前記バッテリ用冷媒回路50とに冷媒が供給される。【選択図】図1

Description

本開示は、温度管理システムに関する。
特許文献1は、電気自動車にてインバータとバッテリを冷却するシステムを開示している。このシステムは、液体を溜めるリザーブタンクと、第1循環路と、第2循環路を備える。第1循環路は、リザーブタンクとインバータとラジエータの間で液体を循環させる。第2循環路は、リザーブタンクとバッテリとの間で液体を循環させる。
特開2014−58241号公報
ところで、電気自動車においては、空調用の冷媒回路が設けられることがある。この場合、空調用の冷媒タンクが別途設けられることになる。近年の自動車においては、より一層の省スペース化が求められている。
そこで、本開示は、電気自動車における温度管理システムの省スペース化を図ることを目的とする。
本開示の温度管理システムは、電気自動車用の温度管理システムであって、前記電気自動車の車室内において温度調整を行うための冷媒が流れる空調用冷媒回路と、高電圧機器を冷却するための冷媒が流れる高電圧機器用冷媒回路と、バッテリを冷却するための冷媒が流れるバッテリ用冷媒回路と、冷媒を溜めるタンクと、を備え、前記空調用冷媒回路と前記高電圧機器用冷媒回路と前記バッテリ用冷媒回路とが前記タンクに接続され、前記タンクから前記空調用冷媒回路と前記高電圧機器用冷媒回路と前記バッテリ用冷媒回路とに冷媒が供給されるものである。
本開示によれば、電気自動車における温度管理システムの省スペース化が図られる。
図1は実施形態1に係る温度管理システムを示す図である。 図2は温度管理システムにおいて冷媒が通過する各部の配置例を示す図である。 図3は配管及び電線を示す概略断面図である。 図4は他の例に係る配管及び電線を示す概略断面図である。 図5は他の例に係る冷媒用管及び電線を示す概略断面図である。 図6は他の例に係る冷媒用管及び電線を示す概略断面図である。
[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
本開示の温度管理システムは、次の通りである。
(1)電気自動車用の温度管理システムであって、前記電気自動車の車室内において温度調整を行うための冷媒が流れる空調用冷媒回路と、高電圧機器を冷却するための冷媒が流れる高電圧機器用冷媒回路と、バッテリを冷却するための冷媒が流れるバッテリ用冷媒回路と、冷媒を溜めるタンクと、を備え、前記空調用冷媒回路と前記高電圧機器用冷媒回路と前記バッテリ用冷媒回路とが前記タンクに接続され、前記タンクから前記空調用冷媒回路と前記高電圧機器用冷媒回路と前記バッテリ用冷媒回路とに冷媒が供給される、温度管理システムである。これにより、共通する前記タンクから前記空調用冷媒回路と前記高電圧機器用冷媒回路と前記バッテリ用冷媒回路とに冷媒が供給される。このため、タンクの設置数を削減することができる。もって、電気自動車における温度管理システムの省スペース化が図られる。
(2)前記バッテリ用冷媒回路は、前記バッテリとしてリチウムイオンバッテリを経由してもよい。これにより、リチウムイオンバッテリが、水冷式冷却システムによって、効率的に冷却される。
(3)前記高電圧機器用冷媒回路は、前側高電圧機器用冷媒回路と後側高電圧機器用冷媒回路とを含み、前記前側高電圧機器用冷媒回路は、前記電気自動車において前側に設けられる前側高電圧機器を経由し、前記後側高電圧機器用冷媒回路は、前記電気自動車において後側に設けられる後側高電圧機器を経由し、前記タンクからの冷媒が、前記前側高電圧機器用冷媒回路と前記後側高電圧機器用冷媒回路とで分れて流れてもよい。これにより、電気自動車の前側と後側とで効果的な冷却が行われる。
(4)冷媒を冷却するラジエータをさらに備え、前記高電圧機器用冷媒回路と前記バッテリ用冷媒回路とが別々の流路で前記ラジエータを経由してもよい。これにより、共通するラジエータを用いつつ、高電圧機器用冷媒回路を流れる冷媒とバッテリ用冷媒回路を流れる冷媒とが別々に温度管理される。
(5)前記空調用冷媒回路と前記バッテリ用冷媒回路との間で熱交換を行う熱交換器をさらに備えてもよい。これにより、空調用冷媒回路を流れる冷媒によって、バッテリ用冷媒回路を流れる冷媒の温度管理を行うことができる。
(6)少なくとも一部が前記空調用冷媒回路と前記高電圧機器用冷媒回路と前記バッテリ用冷媒回路の少なくとも一部に沿う電線をさらに備えてもよい。これにより、電線と冷媒回路とが、コンパクトな構成で車両に搭載される。
(7)前記電線は、ISO6722における長時間老化耐熱試験において耐熱温度が175度以下、ISO6722における短時間老化耐熱試験において耐熱温度が175度以下、かつ、ISO6722における過負荷加熱耐熱試験において耐熱温度が175度以下の電線であってもよい。電線の少なくとも一部が前記空調用冷媒回路と前記高電圧機器用冷媒回路と前記バッテリ用冷媒回路の少なくとも一部に沿う。このため、電線が効率よく冷却される。これにより、前記電線として、ISO6722における長時間老化耐熱試験において耐熱温度が175度以下、ISO6722における短時間老化耐熱試験において耐熱温度が175度以下、かつ、ISO6722における過負荷加熱耐熱試験において耐熱温度が175度以下のものが用いられ得る。
[本開示の実施形態の詳細]
本開示の温度管理システムの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
[実施形態1]
以下、実施形態に係る温度管理システムについて説明する。図1は実施形態に係る温度管理システム20を示す図であり、図2は温度管理システム20において冷媒が通過する各部の配置例を示す図である。なお、図2において、電気自動車10の概形が示されている。電気自動車10の前側に前室11が設けられ、その後側に車室12が設けられる。前室11と車室12との間には仕切壁13が設けられる。前室11には、電気自動車10を走行駆動するためのモータが設けられてもよい。電気自動車10が内燃機関を有する場合には、内燃機関は前室11に設けられてもよい。なお、電気自動車10について前及び後ろは、電気自動車10の通常走行方向を基準にして定義される。電気自動車10の通常走行方向が前側であり、後退方向が後ろである。
温度管理システム20は、電気自動車10に組込まれる。ここで、電気自動車10がBEV(Battery Electric Vehicle)である場合を想定して説明する。ここで、BEVは、外部電源によって充電されるバッテリを備え、当該バッテリに蓄えられたエネルギーによって走行する車両である。ここでは、BEVは、バッテリに蓄えられたエネルギーのみを動力源として走行する車両を意味することとする。なお、本温度管理システム20は、BEVだけでなく、電気モータの駆動によって走行する電気自動車にも適用され得る。
電気自動車10に対しては、電気モータを駆動させるため、高電圧電気機器48及びバッテリ58が搭載される。温度管理システム20は、高電圧電気機器48及びバッテリ58の温度管理を行うのに有効である。なお、高電圧とは、例えば、60Vより大きいことをいう。このため、高電圧電気機器とは、例えば、60Vより大きい電圧が印加される電気機器である。また、バッテリ58は、電気自動車10を走行させるための電力を供給するバッテリである。かかるバッテリ58からの供給電圧は、例えば、400〜800Vである。また、電気自動車10に対しては、車室12内において温度調整を行うために冷媒が用いられる。温度管理システム20は、かかる冷媒の温度管理を行うのに有効である。電気モータの駆動によって走行する電気自動車10としては、上記BEVの他、HEV(Hybrid Electric Vehicle)、PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle)、FCV(Fuel Cell Vehicle)等が想定される。
<温度管理システムについて>
温度管理システム20は、空調用冷媒回路30と、高電圧機器用冷媒回路40と、バッテリ用冷媒回路50と、タンク60を備える。
空調用冷媒回路30は、電気自動車10の車室12内において温度調整を行うための冷媒が流れる冷媒回路である。
高電圧機器用冷媒回路40は、高電圧電気機器48を冷却するための冷媒が流れる冷媒回路である。
バッテリ用冷媒回路50は、バッテリ58を冷却するための冷媒が流れる冷媒回路である。
タンク60は、冷媒を溜めるタンクである。
上記空調用冷媒回路30と高電圧機器用冷媒回路40とバッテリ用冷媒回路50とは、共通するタンク60に接続されている。このタンク60から、空調用冷媒回路30と高電圧機器用冷媒回路40とバッテリ用冷媒回路50とに冷媒が供給される。
上記各冷媒回路30、40、50及びタンク60についてより具体的に説明する。
タンク60は、電気自動車10に搭載されている。タンク60は、例えば、前室11内に設けられる。図2では、タンク60は、前室11のうち車室12寄りの位置であって一側寄りの位置に設けられている。
高電圧機器用冷媒回路40は、冷媒を通すための回路である。高電圧機器用冷媒回路40は、高電圧電気機器48(1)、48(2)、48(3)、48(4)、48(5)、48(6)、48(7)を経由するように構成されている。図1及び図2において、高電圧電気機器は高圧機器と略されている。高電圧電気機器48(1)、48(2)、48(3)、48(4)、48(5)、48(6)、48(7)について、高電圧電気機器48と総称される場合がある。
より具体的には、高電圧機器用冷媒回路40は、ポンプ41と、バルブ42と、クーラ43と、ラジエータ44と、継手45と、配管46とを備える。なお、図2において配管46の一部が図示されている。
ポンプ41は、タンク60と接続されている。ポンプ41は、タンク60内の冷媒を、配管46を経て各機器内を通過するように送出す。
バルブ42は2方向切替バルブである。バルブ42の上流側の接続口は、ポンプ41に接続されている。バルブ42の下流側の2つの接続口の一方はクーラ43に接続され、他方はラジエータ44に接続されている。制御ユニットの制御下、バルブ42は、冷媒が流れる方向を、クーラ43側とラジエータ44側との間で切替える。切替は、冷媒がクーラ43のみに流れる状態、冷媒がラジエータ44のみに流れる状態、冷媒がクーラ43及びラジエータ44の双方に流れる状態の3つの状態のうちの少なくとも2つの状態の間でなされてもよい。
クーラ43は、バルブ42を経由して流れてきた冷媒を冷却する部分である。クーラ43として熱交換器が用いられてもよい。クーラ43は、冷媒を強制冷却するファンを備えていてもよい。ここでは、クーラ43が、エアコン用の外気を導入する導入路の途中に設けられている。この場合、クーラ43における排熱によってエアコン用の外気が暖められる。つまり、クーラ43の排熱が、車室12内を暖めるエネルギーとして利用される。
ラジエータ44は、冷媒を放熱する熱交換器の一種である。ラジエータ44は、電気自動車10の前部に設けられる。電気自動車10の走行中において、走行風がラジエータ44を通過する。走行風によってラジエータ44が効率よく冷却される。ラジエータ44に対して空気を流して強制冷却するためのファンが設けられていてもよい。
バルブ42における切替タイミングは下記のように制御されてもよい。例えば、通常状態では、冷媒がラジエータ44のみを通過するように、バルブ42が切替えられる。冷媒の冷却程度を大きくする必要がある場合には、冷媒がラジエータ44及びクーラ43を通過するように、バルブ42が切替えられる。クーラ43の排熱によってエアコン用の外気が暖められる場合には、冷媒がクーラ43のみ、又は、ラジエータ44及びクーラ43を通過するように、バルブ42が切替えられる。
継手45は、例えば、4方向継手(4way connector)である。クーラ43及びラジエータ44において冷却された冷媒は、継手45にまとめられた後、2方向に分岐して流れ出る。継手45から流れ出る2方向の冷媒は、高電圧電気機器48(1)、48(2)、48(3)、48(4)、48(5)、48(6)、48(7)を経由して流れる。
高電圧機器用冷媒回路40は、継手45よりも下流側において、前側高電圧機器用冷媒回路40Fと後側高電圧機器用冷媒回路40Rとを含む。タンク60からの冷媒は、前側高電圧機器用冷媒回路40Fと後側高電圧機器用冷媒回路40Rとで分れて流れる。
前側高電圧機器用冷媒回路40Fは、電気自動車10において前側に設けられる前側高電圧電気機器48(1)、48(2)、48(3)、48(4)を経由する。これにより、冷媒によって、前側高電圧電気機器48(1)、48(2)、48(3)、48(4)が冷却される。後側高電圧機器用冷媒回路40Rは、電気自動車10において後側に設けられる後側高電圧電気機器48(5)、48(6)、48(7)を経由する。ここで、前側高電圧電気機器及び後側高電圧電気機器とは、電気自動車10に搭載される複数の高電圧電気機器を、電気自動車10の前後方向において任意の境界で前後に分けた場合において、当該境界よりも前側の高電圧電気機器及び後側の高電圧電気機器である。境界は、電気自動車10の前後方向中央である必要は無い。しかしながら、電気自動車10の前後方向中央の境界よりも前側の高電圧電気機器が前側高電圧電気機器と称され、当該境界よりも後ろ側の高電圧電気機器が後側高電圧電気機器と称されてもよい。
高電圧電気機器(1)、48(2)、48(3)、48(4)、48(5)、48(6)、48(7)は、例えば、無線給電ユニット、電気駆動ユニット、モータ、DC−DCコンバータ、チャージャー等である。
より具体的には、前側高電圧電気機器48(1)は例えばDC−DCコンバータである。DC−DCコンバータは、バッテリ58の電圧を降圧する。DC−DCコンバータには、車両における各種電気機器が接続される。電気機器としては、ECU(電子制御ユニット)、アクチュエータ、表示装置、発光ダイオード、ランプ、エンターテイメント機器等が想定される。
前側高電圧電気機器48(2)は例えばチャージャーである。チャージャーは、外部から電力供給を受けて、バッテリ58を充電制御する。
前側高電圧電気機器48(3)は例えば前側の走行用モータを駆動制御する電気駆動ユニットである。電気駆動ユニットは、例えば、DC−ACインバータ、コンバータ等が一体化されたユニットである。コンバータは、電圧をコントロールする。DC−ACインバータはモータを駆動する。
前側高電圧電気機器48(4)は、前輪駆動用のモータである。
これらの前側高電圧電気機器48(1)、48(2)、48(3)、48(4)は発熱し易い部品であるため、本温度管理システム20によって冷却されることが望まれる機器である。また、これらの前側高電圧電気機器48(1)、48(2)、48(3)、48(4)は、電気自動車10において前側に配置される機器である。ここでは、前側高電圧電気機器48(1)、48(2)、48(3)、48(4)は、前室11に配置される。このため、前側高電圧電気機器48(1)、48(2)、48(3)、48(4)は、前側高電圧機器用冷媒回路40Fを流れる冷媒によって冷却されるのに適する。
また、後側高電圧電気機器48(5)は例えば無線給電ユニットである。無線給電ユニットは、外部から非接触で電力供給を受けてバッテリ58を充電する。
後側高電圧電気機器48(6)は例えば後側の走行用モータを駆動制御する電気駆動ユニットである。電気駆動ユニットは、例えば、DC−ACインバータ、コンバータ等が一体化されたユニットである。DC−ACインバータはモータを駆動する。コンバータは、電圧をコントロールする。
前側高電圧電気機器48(7)は、後輪駆動用のモータである。
これらの後側高電圧電気機器48(5)、48(6)、48(7)は発熱し易い部品であるため、本温度管理システム20によって冷却されることが望まれる機器である。また、これらの後側高電圧電気機器48(5)、48(6)、48(7)は、電気自動車10において後側に配置される機器である。ここでは、後側高電圧電気機器48(5)、48(6)、48(7)は、車室12における後部に配置される。このため、後側高電圧電気機器48(5)、48(6)、48(7)は、後側高電圧機器用冷媒回路40Rを流れる冷媒によって冷却されるのに適する。
前側高電圧電気機器48(1)、48(2)、48(3)、48(4)を経由して前側高電圧機器用冷媒回路40Fを流れる冷媒、及び、後側高電圧電気機器48(5)、48(6)、48(7)を経由して後側高電圧機器用冷媒回路40Rを流れる冷媒は、タンク60に戻る。
配管46は、冷媒が通過する樹脂製又は金属製の管である。配管46は、上記各機器間を繋ぐように接続されている。配管46は、各機器間においては、それらを繋ぐ管として存在し得る。各機器内においては、熱交換専用の管が設けられていてもよい。この場合、配管46は、それらの機器に設けられた管に接続される。或は、配管46がそのまま各機器内を通るように配置されてもよい。配管46が各高電圧電気機器48(1)、48(2)、48(3)、48(4)、或は、各高電圧電気機器48(5)、48(6)、48(7)を通過する順は、上記例に限られない。冷媒回路が各機器を通過する順は、各機器の発熱の程度、使用温度範囲、レイアウト等を考慮して適宜決定されてもよい。
バッテリ用冷媒回路50は、冷媒を通すための回路である。バッテリ用冷媒回路50は、バッテリ58を経由するように構成されている。高電圧機器用冷媒回路40とバッテリ用冷媒回路50とは、冷媒が流れる別の経路として構成されているため、高電圧電気機器48と、バッテリ58とを別々の温度で管理することができる。
より具体的には、バッテリ用冷媒回路50は、ポンプ51と、バルブ52と、熱交換器53(heat exchanger)と、クーラ54と、配管56とを備える。
ポンプ51は、タンク60と接続されている。ポンプ51は、タンク60内の冷媒を、配管56を経て各機器内を通過するように送出す。
バルブ52は2方向切替バルブである。バルブ52の上流側の接続口は、ポンプ51に接続されている。バルブ52の下流側の2つの接続口の一方はラジエータ44に接続され、他方は熱交換器53に接続されている。制御ユニットの制御下、バルブ52は、冷媒が流れる方向を、ラジエータ44側と熱交換器53側との間で切替える。切替は、冷媒がラジエータ44のみに流れる状態、冷媒が熱交換器53のみに流れる状態、冷媒がラジエータ44及び熱交換器53の双方に流れる状態の3つの状態のうちの少なくとも2つの状態の間でなされてもよい。バルブ52の切替タイミング例については後で説明する。
ラジエータ44は、上記したように、冷媒を放熱する熱交換器である。ラジエータ44は、電気自動車10の前部に設けられる。このラジエータ44は、上記高電圧機器用冷媒回路40を流れる冷媒が流れるラジエータ44と同じである。このラジエータ44内において、2つの流路が設けられている。2つの流路の一方に高電圧機器用冷媒回路40を流れる冷媒が流れる。2つの流路の他方にバッテリ用冷媒回路50を流れる冷媒が流れる。このため、高電圧機器用冷媒回路40を流れる冷媒と、バッテリ用冷媒回路50を流れる冷媒とは、共通するラジエータ44において冷却される。しかしながら、2つの冷媒は、ラジエータ44内において交わらずに流れる。このため、高電圧機器用冷媒回路40を流れる冷媒と、バッテリ用冷媒回路50を流れる冷媒とは、別々の温度を呈することができる。
熱交換器53は、冷媒の熱を他と熱交換する。ここでは、熱交換器53は、バッテリ用冷媒回路50を流れる冷媒と、空調用冷媒回路30を流れる冷媒との間で熱交換を行う。ここでは、バッテリ用冷媒回路50を流れる冷媒の温度が比較的低く、かつ、空調用冷媒回路30を流れる冷媒の温度が比較的高い場合に、両冷媒の間で熱交換を行って、バッテリ用冷媒回路50を流れる冷媒の温度を高くすることが想定される。
上記ラジエータ44の下流側の配管56及び熱交換器53及びクーラ54の下流側の配管は、一つに合流してバッテリ58を経由するように配置される。このため、上記ラジエータ44を経由する冷媒も、熱交換器53及びクーラ54を経由する冷媒も、バッテリ58に流れ込む。これにより、冷媒によって、当該バッテリ58が冷却され、或は、暖められる。
バッテリ58を経由した冷媒は、配管56を通ってタンク60に戻る。
配管56は、冷媒が通過する樹脂製又は金属製の管である。配管56は、上記配管46と同様に、上記各機器間を繋ぐように接続されている。
空調用冷媒回路30は、冷媒を通すための回路である。タンク60から冷媒は、空調用冷媒回路30に対して供給可能である。しかしながら、空調用冷媒回路30は、高電圧機器用冷媒回路40とバッテリ用冷媒回路50とは別の経路として構成されている。このため、空調用冷媒の温度は、高電圧電気機器48及びバッテリ58とは別々の温度で管理され得る。
より具体的には、空調用冷媒回路30は、デガススワルポート31(Degas swirl pot)と、バルブ32と、ポンプ33と、凝縮器34と、PTCヒータ35(Positive Temperature Coefficient Heater)と、空調用熱交換器36とを備える。
デガススワルポート31は、空調用の冷媒中の気泡を遠心力によって集めてタンク60に戻す役割を果す。タンク60に戻された気泡分の冷媒は、本デガススワルポート31又は空調用冷媒回路30のいずれかの位置おいて、空調用冷媒回路30に補充される。このため、空調用冷媒回路30においては、冷媒のほとんどは、タンク60を経由しないで循環するが、冷媒が不足すると、タンク60から冷媒が供給される。
バルブ32は2方向切替バルブである。バルブ32の上流側の接続口は、デガススワルポート31に接続されている。バルブ32の下流側の2つの接続口の一方は熱交換器53に接続され、他方の接続口はポンプ33に接続されている。制御ユニットの制御下、バルブ32は、冷媒が流れる方向を、熱交換器53側とポンプ33との間で切替える。切替は、冷媒が熱交換器53のみに流れる状態、冷媒がポンプ33のみに流れる状態、冷媒が熱交換器53及びポンプ33の双方に流れる状態の3つの状態のうちの少なくとも2つの状態の間でなされてもよい。バルブ32の切替タイミング例については後で説明する。
熱交換器53は、上記したように、バッテリ用冷媒回路50を流れる冷媒と、空調用冷媒回路30を流れる冷媒との間で熱交換を行う。つまり、熱交換器53は、空調用冷媒回路30とバッテリ用冷媒回路50との間で熱交換を行う。
熱交換器53及びバルブ32は、配管37を介してポンプ33に接続されている。すなわち、熱交換器53を経由する冷媒は、ポンプ33に流れ込む。また、バルブ32から直接的に冷媒がポンプ33に流れ込む。
ポンプ33は、冷媒を、凝縮器34、PTCヒータ35及び空調用熱交換器36側に送出す。
凝縮器34は、前室11等に設けられている。凝縮器34は、熱交換器の一種であり、冷媒を冷却凝縮させる。特に、室内を冷却する場合に、凝縮器34が作動して冷媒を冷却凝縮させる。凝縮器34は、コンデンサとも呼ばれる。室内を冷却しない場合、或は、暖める場合には、凝縮器34は非作動状態となる。
PTCヒータ35は、冷媒を暖めるヒータである。より具体的には、PTCヒータ35は、通電された後、電流が流れて温度が上昇するにつれて電気抵抗が大きくなって電気が流れにくくなる特性を持つヒータである。かかるPTCヒータ35は、一旦温度上昇した後は、消費電力が抑制されるため、消費電力を抑えることができるというメリットを有する。PTCヒータ35は、車室12内を暖める場合、或は、バッテリ58を暖める場合に作動して、冷媒を暖める。車室12内を冷却する場合には、PTCヒータ35は非作動状態となる。冷媒を暖めるヒータは、PTCヒータである必要は無い。ヒータは、サーモスタット等によってオンオフされることで温度調整されるヒータであってもよい。
空調用熱交換器36は、車室12内に向けて供給される空気との間で熱交換を行う。空調用熱交換器36内を流れる冷媒の温度に応じて、車室12内に向けて供給される空気が冷却され、或は、暖められる。つまり、冷媒が凝縮器34によって冷却されている場合には、空調用熱交換器36によって冷却された空気が車室12内に供給される。また、冷媒がPTCヒータ35によって暖められている場合には、空調用熱交換器36によって暖められた空気が車室12内に供給される。
冷媒は、ポンプ33から凝縮器34、PTCヒータ35及び空調用熱交換器36をこの順で経由した後、配管37を通ってデガススワルポート31に戻る。
配管37は、冷媒が通過する樹脂製又は金属製の管である。配管37は、上記配管46と同様に、上記各機器間を繋ぐように接続されている。
バルブ52及びバルブ32における切替タイミングは下記のように制御されてもよい。
まず、背景として、バッテリ58については、適切な温度範囲で使用することが要請される。例えば、リチウムイオンバッテリについては、所定の温度範囲での使用が要請される。特に、正極としてニッケルベースのものを用いたリチウムイオンバッテリの中には、25度〜35度で使用することが要請されるものがある。このため、寒冷環境ではバッテリ58を暖めることが要請される場合がある。また、バッテリ58は、充放電によって熱くなるため、上記温度範囲を超えると冷却することが要請される場合がある。
まず、バッテリ用冷媒回路50の冷媒温度が上記温度範囲より高く、かつ、空調用冷媒回路30の冷媒温度がバッテリ用冷媒回路50の冷媒温度が上記温度範囲より低い場合が想定される。この場合、バルブ52は、冷媒がラジエータ44側に流れ、熱交換器53側に流れないように切り替えられるとよい。これにより、バッテリ用冷媒回路50の冷媒が、ラジエータ44によって効率的に冷却される。これにより、バッテリ58は、空調用の冷媒の温度とは関係なく、冷却される。
この場合において、バルブ32は、冷媒がポンプ33側を流れるように切替えられてもよいし、熱交換器53側を流れるように切替えられてもよい。特に、車室12内が暖められる状態であるとする。この場合、後述するバルブ32は、冷媒がポンプ33側を流れるように切替えられてもよい。また、空調用の冷媒は熱交換器53において冷却されずに、ポンプ33に流れる。
また、バッテリ用冷媒回路50の冷媒温度が上記温度範囲より低く、かつ、空調用冷媒回路30の冷媒温度が上記温度範囲より低い場合が想定される。この場合、バルブ52は、冷媒が熱交換器53側を流れるように切替えられるとよい。また、バルブ32は、冷媒が熱交換器53側を流れるように切替えられるとよい。さらに、PTCヒータ35がオン状態となって、冷媒を暖める状態になるとよい。これにより、PTCヒータ35によって暖められた冷媒が熱交換器53を流れる。すると、空調用冷媒回路30側の冷媒とバッテリ用冷媒回路50側の冷媒との間で熱交換が行われ、バッテリ用冷媒回路50側の冷媒が暖められる。この冷媒がバッテリ58を流れることで、バッテリ58が暖められる。
空調用冷媒回路30の冷媒は、車室12を暖めるための冷媒である。このため、空調用冷媒回路30の冷媒の温度範囲は、バッテリ58を上記温度範囲25度〜35度に暖めるのにも適する。
また、バッテリ用冷媒回路50の冷媒温度が上記温度範囲より高く、かつ、空調用冷媒回路30の冷媒温度が上記温度範囲より高い場合が想定される。この場合、バルブ52は、冷媒がラジエータ44側を流れるように切替えられるとよい。これにより、バッテリ用冷媒回路50の冷媒が、空調用の冷媒の温度とは関係なく、ラジエータ44によって効率的に冷却される。
この場合において、バルブ32は、冷媒がポンプ33側を流れるように切替えられてもよいし、熱交換器53側を流れるように切替えられてもよい。なお、車室12内が冷却される状態であるとする。この場合、PTCヒータ35が非作動状態となると共に、凝縮器34が動作して空調用の冷媒が冷却されるとよい。
また、バッテリ用冷媒回路50の冷媒温度が上記温度範囲より低く、かつ、空調用冷媒回路30の冷媒温度が上記温度範囲より高い場合が想定される。この場合、バルブ52は、冷媒が熱交換器53を流れるように切替えられるとよい。また、バルブ32は、冷媒が熱交換器53側を流れるように切替えられるとよい。これにより、空調用冷媒回路30側の冷媒とバッテリ用冷媒回路50側の冷媒との間で熱交換が行われ、バッテリ用冷媒回路50側の冷媒が暖められる。この冷媒がバッテリ58を流れることで、バッテリ58が暖められる。
上記したように、空調用冷媒回路30の冷媒は、車室12を暖めるための冷媒である。このため、空調用冷媒回路30の冷媒の温度範囲は、バッテリ58を上記温度範囲25度〜35度に暖めるのにも適する。
このように、車室12を暖めるためのPTCヒータ35は、冷媒を介してバッテリ58を暖める目的にも利用される。
本実施形態によると、共通するタンク60から空調用冷媒回路30と高電圧機器用冷媒回路40とバッテリ用冷媒回路50とに冷媒が供給される。このため、タンク60の設置数を削減することができる。もって、電気自動車10における温度管理システム20の省スペース化が図られる。
特に、電気自動車の分野では、PTCヒータ35等を用いた空調システムと、高電圧電気機器48を冷却する冷却システムと、バッテリ58を冷却する冷却システムについて、水冷式冷却システムが用いられる。特に、BEVについては、ガソリン自動車、ディーゼル自動車と異なり、燃料の燃焼に伴う排熱が無いため、PTCヒータ35等を用いた空調システムが必要とされる。また、電気自動車については、例えば、60Vよりおおきい電圧が印加される高電圧電気機器48が搭載される。また、電気自動車10を走行させるため、400〜800Vの供給電圧のバッテリ58が搭載される。これらを如何に冷却するかは重要なテーマとなっている。本開示は、かかる重要なテーマの解決に貢献する。
また、近年の自動車では、より一層の省スペース化が求められている。水冷式冷却器は、空冷式冷却器と比べて、冷媒の供給といった観点でスペースを必要とする。本開示では、共通するタンク60から冷媒が供給されるため、省スペース化に貢献する。
また、空調用冷媒回路30については冷却と暖房とを行うことが要請される。高電圧機器用冷媒回路40については専ら高電圧電気機器48を冷却することが要請される。また、バッテリ用冷媒回路50については充放電に適した温度となるように管理することが要請される。タンク60から供給される冷媒は、空調用冷媒回路30と高電圧機器用冷媒回路40とバッテリ用冷媒回路50が別々に冷却され、また、必要に応じて暖められる。このため、各回路30、40、50別に適切な温度管理が行われ得る。
また、バッテリ用冷媒回路50は、バッテリ58としてリチウムイオンバッテリを経由する。このため、リチウムイオンバッテリが、水冷式冷却システムによって効率的に冷却される。
特に、近年、市場において電気自動車の充電一回あたりの走行距離を大きくしたいという需要が増している。一例として、充電一回あたり500km以上の走行距離を実現することが求められている。電気自動車の充電一回あたりの走行距離を大きくするために、電気自動車のバッテリとして、ニッケル電池の代わりに、リチウムイオンバッテリを用いることが試みられている。リチウムイオンバッテリでは、充電または放電に適した温度領域が決まっている。これにより、リチウムイオンバッテリの発熱量が大きくなると、充電または放電に適さない状態が生じ得るという不都合があった。特に、リチウムイオンバッテリとして、正極にニッケルをベースとする材料を用いたものの開発が進められている。ニッケルをベースとする材料を正極として利用すると、高容量化が可能となるが、温度管理を厳しくすることが要請される。本実施形態によると、バッテリ58を、バッテリ用冷媒回路50を流れる冷媒によって冷却するため、そのようなリチウムイオンバッテリについても適切に温度管理が行われる。
また、高電圧機器用冷媒回路40は、前側高電圧機器用冷媒回路40Fと、後側高電圧機器用冷媒回路40Rとを含む。このため、電気自動車10の前側と後側とで効果的な冷却を行える。
また、高電圧機器用冷媒回路40及びバッテリ用冷媒回路50は、共通するラジエータ44を、別々の流路で経由する。このため、共通するラジエータ44を用いつつ、高電圧機器用冷媒回路40を流れる冷媒とバッテリ用冷媒回路50を流れる冷媒とが、別々に温度管理される。
また、空調用冷媒回路30とバッテリ用冷媒回路50とは、熱交換器53において熱交換することができる。このため、空調用冷媒回路30を流れる冷媒によって、バッテリ用冷媒回路50を流れる冷媒の温度管理が行われる。
<電線の冷却構造について>
本温度管理システム20は、少なくとも一部が空調用冷媒回路30と高電圧機器用冷媒回路40とバッテリ用冷媒回路50との少なくとも一部に沿う電線100をさらに備えると把握されてもよい。
図2において、一例として、上記高電圧電気機器48(1)、48(2)、48(3)、48(4)の間を接続する電線100が描かれている。また、高電圧電気機器48(1)、48(2)、48(3)、48(4)の間には配管46が配設されている。配管は、配管37、46のいずれであってもよい。電線100はバッテリ58に接続される電線、PTCヒータ35に接続される電線であってもよい。
電線100は、上記配管46に沿って配設されている。電線100は、高電圧用電線の一例である。ここで、高電圧用電線とは、例えば、60Vより大きい電圧が印加される電線である。かかる電線100には、高電圧が印加されるため、発熱し易い。高電圧機器用冷媒回路40を流れる冷媒によって、電線100が効果的に冷却される。また、配管46に電線100が沿った状態であるため、配管46と電線100とがコンパクトな形態で電気自動車10に搭載される。また、各高電圧電気機器48(1)、48(2)、48(3)、48(4)の間に、配管46と電線100とが同時に容易に組込まれる。
電線100が配管46に沿う形態とされるため、電線100が効率的に冷却される。このため、電線100に要請される耐熱温度が下げられ得る。電線100としては、例えば、ISO6722における長時間老化耐熱試験において耐熱温度が175度以下、ISO6722における短時間老化耐熱試験において耐熱温度が175度以下、かつ、ISO6722における過負荷加熱耐熱試験において耐熱温度が175度以下の電線が用いられてもよい。換言すれば、電線100として、ISO6722における要求特性クラスEの電線か、それよりも劣る電線(クラスD、クラスC、クラスB、クラスAの電線)が用いられてもよい。
これにより、コスト削減等が可能となる。
配管110に電線100を沿わせて保持するための構成例について説明する。図3は配管110に電線100を沿わせるための1つ目の構成例を示す概略断面図である。配管110は、配管37,46、56に適用可能な管の一例である。
配管110は、管本体部112と、電線保持部114とが一体形成された構成とされている。配管110は、例えば、樹脂が押出成形されることによって形成される。
管本体部112は、内部に冷媒を通すことが可能な管状に形成されている。
電線100は、芯線と、芯線の周囲を覆う絶縁被覆とを備える。芯線は、単線であってもよいし、撚り線であってもよい。絶縁被覆は、例えば、芯線の周囲に押出被覆されることによって形成される。ここでは、電線100の横断面形状(軸方向に対して直交する断面の形状)は、円形状である。電線100の横断面形状は、正方形、長方形状等であってもよい。また、ここでは、2本の電線100が配管110に沿って保持される例を示している。電線100は、1本であってもよいし、3本であってもよい。以下では、1本又は複数本の電線100の外周に接する最小円を外接円ということがある。
電線保持部114は、管本体部112の外周囲の一部から外方に向けて突出するように形成されている。電線保持部114は、外周の一部にスリット115が形成された管状に形成されている。電線保持部114の内径は、電線100を内部に収めることができる程度の大きさに設定されている。例えば、電線保持部114の内径は、電線100の外接円の直径と同じ程度に設定される。スリット115の幅は、電線保持部114の弾性変形を利用して電線100を電線保持部114内に収めることができ、かつ、電線100を電線保持部114内に収めた状態で電線100が電線保持部114から脱落することを抑制できる程度の大きさに設定されている。例えば、スリット115の幅は、電線100の外接円の直径よりも小さく設定され、半径よりも大きく設定される。なお、ここでは、スリット115は、管本体部112とは反対側に開口している。スリット115が開口する位置は他の位置であってもよい。
電線保持部114が弾性的に変形されてスリット115が開かれることで、電線100が電線保持部114内に収められる。電線100が電線保持部114内に収められた状態では、電線保持部114が元の形状に弾性的に復元する。すると、スリット115が閉じて、電線100が電線保持部114によって保持される。これにより、電線100が配管110に沿って保持された状態に保たれる。
図4は図3に係る配管110の変形例を示す概略図である。この変形例に係る配管110Bは、管本体部112と、複数(ここでは2つ)の電線保持部114Bとを備える。
管本体部112と複数の電線保持部114Bとは樹脂等によって一体成形されている。ここでは、2つの電線保持部114Bが、管本体部112の両側に設けられている。複数の電線保持部は、管本体部の外周側に隣合って設けられてもよい。
電線保持部114Bは、上記電線保持部114と同様構成である。電線保持部114Bは、保持対象となる電線100を保持可能な大きさに形成されている。また、スリット115の幅は、電線保持部114Bの弾性変形を利用して電線100を電線保持部114Bに収めることが可能で、かつ、電線100の脱落を抑制できる程度の大きさに設定されている。
図3又は図4に示される例によると、電線100が配管110、110Bに沿って容易に取付けられる。
また、配管110、110Bと電線100とが一体化された形態で供給されるため、電気自動車10への組付性が向上する。また、配管110、110Bと電線100とが別々の形態で提供され、それらを電気自動車10に組付ける際に一体化されることも可能である。このため、組付作業が柔軟に行われる。
また、電線100が配管110、110Bの近くに取付けられるため、電線100の冷却効果が高い。
特に、図4に示す例では、複数(ここでは2つ)の電線100が、複数(ここでは2つ)の電線保持部114Bによって1つずつ保持される。このため、各電線100が管本体部112の近くに保持されることになり、各電線100が効果的に冷却される。
図5は配管210に電線100を沿わせるための2つ目の構成例を示す概略断面図である。配管210は、配管37,46、56に適用可能な管の一例である。
本例では、電線100は、取付部材280によって配管210に沿って保持されている。
取付部材280は、管取付部282と、電線取付部284とを備える。取付部材280は、樹脂等によって形成される。
管取付部282は、周方向の一部に開口283が形成された環状部分、即ち、C字状の部材である。管取付部282は、配管210を収めることが可能な内径に設定される。開口283は、配管210の直径よりは小さく設定されている。そして、管取付部282が弾性変形されることで、開口283が開く。開いた開口283を通って配管210が管取付部282内に収められる。この状態で、管取付部282が弾性的に元の形状に戻ることで、管取付部282が配管210に取付けられる。
電線取付部284は、周方向の一部に開口285が形成された環状部分、即ち、C字状の部材である。電線取付部284は、電線100を収めることが可能な内径に設定される。開口285は、電線100の外接円の直径よりは小さく設定されている。そして、電線取付部284が弾性変形されることで、開口285が開く。開いた開口285を通って電線100が電線取付部284内に収められる。この状態で、電線取付部284が弾性的に元の形状に戻ることで、電線100に電線取付部284が取付けられる。
取付部材280は、電線100及び配管210の延在方向において部分的に取付けられる短い部材である。取付部材280は、電線100及び配管210に対してある程度の長さに亘って取付けられる長尺部材であってもよい。
なお、管取付部282の開口283及び電線取付部284の開口285の方向は任意である。
また、本例では、取付部材280は、車両に固定される車両固定部286を含む。ここでは、車両固定部286は、基部286aと、柱状部286bと、引っ掛かり部286cとを含む。基部286aは円板状又は皿状に形成されている。基部286aは、電線取付部284の外周の一部に隣接する位置で当該電線取付部284と一体成形されている。基部は管取付部の外周の一部に隣接する位置で当該管取付部と一体形成されていてもよい。
柱状部286bは、基部286aの中央から外方に向けて突出する細長い柱状の部分である。
引っ掛かり部286cは、柱状部286bの先端部に一対設けられている。引っ掛かり部286cの外向き面は、柱状部286bの先端部から基端部に向けて外向き傾斜するように形成している。
そして、電気自動車10のボディに設けられた固定用孔10hに車両固定部286が挿入され、引っ掛かり部286cが固定用孔10hを超えると、引っ掛かり部286cが電気自動車10のうち固定用孔10hの周囲部分に引っ掛かる。これにより、電気自動車10のうち固定用孔10hの周囲部分が、引っ掛かり部286cと基部286aとの間に挟み込まれる。これにより、車両固定部286が電気自動車10に固定される。
車両固定部286の構成は上記例に限られない。車両固定部は、車両に対してネジ止固定される部分又は溶接等によって固定される部分であってもよい。車両固定部286は省略されてもよい。
本例によると、取付部材280を用いて、電線100が配管210に容易に取付けられる。
また、配管210と電線100とが一体化された形態で供給されるため、電気自動車10への組付性が向上する。また、配管210と電線100とが別々の形態で提供され、それらを電気自動車10に組付ける際に取付部材280を用いて一体化されることも可能である。このため、組付作業が柔軟に行われる。
また、車両固定部286を電気自動車10に固定することで、電線100及び配管210を車両に固定することが可能となる。
図6は配管210に電線100を沿わせるための3つ目の構成例を示す概略断面図である。
本例では、配管210に沿って電線100が配設されている。電線100及び配管210の周りに束ね部材380が巻付けられている。束ね部材380としては、粘着テープ、結束バンド等が用いられる。
ここで、車両への電線固定部品として、上記車両固定部286の同様構成部分に細長い板状部分を一体成形した部品がある。この部品の板状部分が、上記電線100及び配管210と一緒に束ねられた状態で、上記束ね部材380が巻付けられもよい。
本例によると、束ね部材380を用いて、電線100が配管210に容易に取付けられる。
また、配管210と電線100とが一体化された形態で供給されるため、電気自動車10への組付性が向上する。また、配管210と電線100とが別々の形態で提供され、それらを電気自動車10に組付ける際に束ね部材380を用いて一体化されることも可能である。このため、組付作業が柔軟に行われる。
また、電線100が配管210に接触した状態で束ねられるため、電線100の冷却効果が高められる。
なお、電線が配管に沿って配設されていることは必須ではない。
なお、上記実施形態及び各変形例で説明した各構成は、相互に矛盾しない限り適宜組合わせることができる。例えば、冷媒用管に電線を沿って配設する構成として、上記図3、図4、図5及び図6で示される各構成が併用されてもよい。
10 電気自動車
10h 固定用孔
11 前室
12 車室
13 仕切壁
20 温度管理システム
30 空調用冷媒回路
31 デガススワルポート
32 バルブ
33 ポンプ
34 凝縮器
35 PTCヒータ
36 空調用熱交換器
37 配管
40 高電圧機器用冷媒回路
40F 前側高電圧機器用冷媒回路
40R 後側高電圧機器用冷媒回路
41 ポンプ
42 バルブ
43 クーラ
44 ラジエータ
45 継手
46 配管
48(1)、48(2)、48(3)、48(4) 前側高電圧電気機器
48(5)、48(6)、48(7) 後側高電圧電気機器
50 バッテリ用冷媒回路
51 ポンプ
52 バルブ
53 熱交換器
54 クーラ
56 配管
58 バッテリ
60 タンク
100 電線
110 配管
110B 配管
112 管本体部
114 電線保持部
114B 電線保持部
115 スリット
210 配管
280 取付部材
282 管取付部
283 開口
284 電線取付部
285 開口
286 車両固定部
286a 基部
286b 柱状部
286c 引っ掛かり部
380 部材

Claims (7)

  1. 電気自動車用の温度管理システムであって、
    前記電気自動車の車室内において温度調整を行うための冷媒が流れる空調用冷媒回路と、
    高電圧機器を冷却するための冷媒が流れる高電圧機器用冷媒回路と、
    バッテリを冷却するための冷媒が流れるバッテリ用冷媒回路と、
    冷媒を溜めるタンクと、
    を備え、
    前記空調用冷媒回路と前記高電圧機器用冷媒回路と前記バッテリ用冷媒回路とが前記タンクに接続され、前記タンクから前記空調用冷媒回路と前記高電圧機器用冷媒回路と前記バッテリ用冷媒回路とに冷媒が供給される、温度管理システム。
  2. 請求項1に記載の温度管理システムであって、
    前記バッテリ用冷媒回路は、前記バッテリとしてリチウムイオンバッテリを経由する、温度管理システム。
  3. 請求項1又は請求項2に記載の温度管理システムであって、
    前記高電圧機器用冷媒回路は、前側高電圧機器用冷媒回路と後側高電圧機器用冷媒回路とを含み、
    前記前側高電圧機器用冷媒回路は、前記電気自動車において前側に設けられる前側高電圧機器を経由し、
    前記後側高電圧機器用冷媒回路は、前記電気自動車において後側に設けられる後側高電圧機器を経由し、
    前記タンクからの冷媒が、前記前側高電圧機器用冷媒回路と前記後側高電圧機器用冷媒回路とで分れて流れる、温度管理システム。
  4. 請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の温度管理システムであって、
    冷媒を冷却するラジエータをさらに備え、
    前記高電圧機器用冷媒回路と前記バッテリ用冷媒回路とが別々の流路で前記ラジエータを経由する、温度管理システム。
  5. 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の温度管理システムであって、
    前記空調用冷媒回路と前記バッテリ用冷媒回路との間で熱交換を行う熱交換器をさらに備える温度管理システム。
  6. 請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の温度管理システムであって、
    少なくとも一部が前記空調用冷媒回路と前記高電圧機器用冷媒回路と前記バッテリ用冷媒回路の少なくとも一部に沿う電線をさらに備える温度管理システム。
  7. 請求項6に記載の温度管理システムであって、
    前記電線は、ISO6722における長時間老化耐熱試験において耐熱温度が175度以下、ISO6722における短時間老化耐熱試験において耐熱温度が175度以下、かつ、ISO6722における過負荷加熱耐熱試験において耐熱温度が175度以下の電線である、温度管理システム。
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