JP2021035174A - 車両のバッテリ冷却装置及びそれを備えた車両用空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両のバッテリの冷却ムラを解消若しくは抑制し、オイル戻り性も改善することができる車両のバッテリ冷却装置を提供する。【解決手段】車両のバッテリ冷却装置６１は、圧縮機２と、室外熱交換器７と、バッテリ５５と熱伝導可能に設けられたバッテリ用熱交換器６４と、補助膨張弁７３と、空調コントローラ３２を備える。空調コントローラ３２は、室外熱交換器にて放熱した冷媒を補助膨張弁により減圧した後、バッテリ用熱交換器にて吸熱させる。バッテリ用熱交換器から出た冷媒の温度と圧力を検出する出口センサの出力に基づき、バッテリ用熱交換器から出た冷媒に過熱度ＳＨｂｏｕｔを付けない方向で補助膨張弁の弁開度を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、車両に搭載されたバッテリを冷却するバッテリ冷却装置、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車室内を暖房し、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、吸熱器において吸熱させることで車室内を冷房するものが開発されている（例えば、特許文献１参照）。

一方、バッテリは自己発熱等で高温となった環境下で充放電を行うと、劣化が進行し、やがては作動不良を起こして破損する危険性もある。そこで、冷媒回路を循環する冷媒をバッテリ用熱交換器（電池冷却用蒸発器）にて吸熱させることで、バッテリを冷却することができるようにしたものも開発されている（例えば、特許文献２参照）。

特許第５９９９６３７号公報 特開２０１８−１８５１０４号公報

ここで、通常バッテリは複数のセルから構成されており、車両の床下等に各セルが広い面積で並設されるかたちとなるため、バッテリ全体を効果的に冷却するには、バッテリ用熱交換器の流路（冷媒の流路）が複雑化することになる。そのため、冷媒の過熱度が付いている部分と付かない部分が発生して、冷却にムラが生じると共に、冷媒に溶け込んで循環するオイルの戻りも悪くなると云う問題があった。

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、車両のバッテリの冷却ムラを解消若しくは抑制し、オイル戻り性も改善することができる車両のバッテリ冷却装置、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冷却装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、車室外に設けられた室外熱交換器と、車両に搭載されたバッテリと熱伝導可能に設けられ、冷媒を吸熱させてバッテリを冷却するためのバッテリ用熱交換器と、このバッテリ用熱交換器に流入する冷媒を減圧するためのバッテリ用膨張弁と、バッテリ用熱交換器から出た冷媒の温度と圧力を検出するための出口センサと、制御装置を備え、この制御装置は、圧縮機から吐出された冷媒を室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒をバッテリ用膨張弁により減圧した後、バッテリ用熱交換器にて吸熱させると共に、出口センサの出力に基づき、バッテリ用熱交換器から出た冷媒に過熱度ＳＨｂｏｕｔを付けない方向でバッテリ用膨張弁の弁開度を制御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冷却装置は、上記発明において制御装置は、出口センサの出力に基づき、バッテリ用熱交換器から出た冷媒に過熱度ＳＨｂｏｕｔが付いた場合、バッテリ用膨張弁の弁開度を、開く方向で変更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冷却装置は、上記発明において制御装置は、出口センサの出力に基づき、バッテリ用熱交換器から出た冷媒の過熱度ＳＨｂｏｕｔが、所定の閾値ＳＨｂｏｕｔ１より大きくなった場合、バッテリ用膨張弁の弁開度を、開く方向で変更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冷却装置は、上記各発明において圧縮機から吐出された冷媒の温度と圧力を検出するための吐出センサを備え、制御装置は、出口センサの出力と吐出センサの出力に基づき、バッテリ用熱交換器から出た冷媒に過熱度ＳＨｂｏｕｔを付けない方向でバッテリ用膨張弁の弁開度を制御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冷却装置は、上記発明において制御装置は、吐出センサの出力に基づき、圧縮機から吐出された冷媒の過熱度ＳＨｄｉｓが所定の閾値ＳＨｄｉｓ１より小さくなった場合、バッテリ用膨張弁の弁開度を、閉じる方向で変更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冷却装置は、上記各発明においてバッテリ用熱交換器の冷媒出口から圧縮機の冷媒吸込側に至る冷媒回路に設けられたアキュムレータを備えたことを特徴とする。

請求項７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冷却装置と、冷媒を吸熱させて車室内に供給する空気を冷却するための吸熱器と、この吸熱器に流入する冷媒を減圧するための室内膨張弁を備え、バッテリ用膨張弁の冷媒入口側に位置する分岐部に室内膨張弁の冷媒入口が連通接続され、バッテリ用熱交換器の冷媒出口側に位置する合流部に吸熱器の冷媒出口が連通接続されると共に、制御装置は、圧縮機から吐出された冷媒を室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒をバッテリ用膨張弁により減圧した後、バッテリ用熱交換器にて吸熱させるバッテリ冷却モードと、圧縮機から吐出された冷媒を室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を分岐部にて分流し、分流した一部の冷媒をバッテリ用膨張弁により減圧した後、バッテリ用熱交換器にて吸熱させ、分流した残りの冷媒を室内膨張弁により減圧した後、吸熱器にて吸熱させるバッテリ冷却＋冷房モードと、圧縮機から吐出された冷媒を室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を室内膨張弁により減圧した後、吸熱器にて吸熱させる冷房モードを有することを特徴とする。

請求項８の発明の車両用空気調和装置は、上記発明において制御装置は、バッテリ冷却＋冷房モードにおいては、室内膨張弁の弁開度Ｖｅｖａを所定値Ｖｅｖａ１に固定することを特徴とする。

請求項９の発明の車両用空気調和装置は、請求項７又は請求項８の発明において出口センサは、合流部よりバッテリ用熱交換器側の冷媒回路に設けられていることを特徴とする。

本発明の車両のバッテリ冷却装置によれば、冷媒を圧縮する圧縮機と、車室外に設けられた室外熱交換器と、車両に搭載されたバッテリと熱伝導可能に設けられ、冷媒を吸熱させてバッテリを冷却するためのバッテリ用熱交換器と、このバッテリ用熱交換器に流入する冷媒を減圧するためのバッテリ用膨張弁と、バッテリ用熱交換器から出た冷媒の温度と圧力を検出するための出口センサと、制御装置を備えており、この制御装置が、圧縮機から吐出された冷媒を室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒をバッテリ用膨張弁により減圧した後、バッテリ用熱交換器にて吸熱させると共に、出口センサの出力に基づき、バッテリ用熱交換器から出た冷媒に過熱度ＳＨｂｏｕｔを付けない方向でバッテリ用膨張弁の弁開度を制御するようにしたので、バッテリ用熱交換器から出た冷媒には過熱度ＳＨｂｏｕｔが付かないか、付いても極めて小さいものなる。

これにより、バッテリ用熱交換器の全体、若しくは、略全体で冷媒が蒸発し、バッテリから吸熱することができるようになるので、バッテリの冷却にムラが生じる不都合を解消、若しくは、抑制し、バッテリ全体を効果的に冷却して劣化を抑制することができるようになる。また、オイル戻りも良くなるので、圧縮機の焼き付きも未然に回避することができるようになる。

特に、請求項２の発明の如く制御装置が、出口センサの出力に基づき、バッテリ用熱交換器から出た冷媒に過熱度ＳＨｂｏｕｔが付いた場合、バッテリ用膨張弁の弁開度を、開く方向で変更することで、バッテリの冷却ムラの発生やオイル戻りの悪化を効果的に解消、若しくは、抑制することができるようになる。

この場合、具体的には請求項３の発明の如く制御装置が、出口センサの出力に基づき、バッテリ用熱交換器から出た冷媒の過熱度ＳＨｂｏｕｔが、所定の閾値ＳＨｂｏｕｔ１より大きくなった場合、バッテリ用膨張弁の弁開度を、開く方向で変更するようにすれば、閾値ＳＨｂｏｕｔ１を極めて小さい値に設定しておくことで、バッテリの冷却ムラの発生やオイル戻りの悪化を適切に解消、若しくは、抑制することができるようになる。

一方、請求項４の発明の如く圧縮機から吐出された冷媒の温度と圧力を検出するための吐出センサを設け、制御装置が、出口センサの出力と吐出センサの出力に基づき、バッテリ用熱交換器から出た冷媒に過熱度ＳＨｂｏｕｔを付けない方向でバッテリ用膨張弁の弁開度を制御することで、液圧縮により圧縮機が損傷する不都合も未然に回避することが可能となる。

この場合、具体的には請求項５の発明の如く制御装置が、吐出センサの出力に基づき、圧縮機から吐出された冷媒の過熱度ＳＨｄｉｓが所定の閾値ＳＨｄｉｓ１より小さくなった場合、バッテリ用膨張弁の弁開度を、閉じる方向で変更するようにすれば、例えば、閾値ＳＨｄｉｓ１を、バッテリ用熱交換器からの液戻り多くなり、圧縮機での液圧縮の危険性が高くなる値に設定しておくことで、バッテリ用熱交換器から圧縮機に吸い込まれる液冷媒の量が多くなり、液圧縮を引き起こす不都合を適切に解消することができるようになる。

また、請求項６の発明の如くバッテリ用熱交換器の冷媒出口から圧縮機の冷媒吸込側に至る冷媒回路にアキュムレータを設けることでも、圧縮機への液バックを効果的に解消することができるようになる。

更に、請求項７の発明の車両用空気調和装置によれば、上記各発明の車両のバッテリ冷却装置と、冷媒を吸熱させて車室内に供給する空気を冷却するための吸熱器と、この吸熱器に流入する冷媒を減圧するための室内膨張弁を備えており、バッテリ用膨張弁の冷媒入口側に位置する分岐部に室内膨張弁の冷媒入口が連通接続され、バッテリ用熱交換器の冷媒出口側に位置する合流部に吸熱器の冷媒出口が連通接続されると共に、制御装置が、圧縮機から吐出された冷媒を室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒をバッテリ用膨張弁により減圧した後、バッテリ用熱交換器にて吸熱させるバッテリ冷却モードと、圧縮機から吐出された冷媒を室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を分岐部にて分流し、分流した一部の冷媒をバッテリ用膨張弁により減圧した後、バッテリ用熱交換器にて吸熱させ、分流した残りの冷媒を室内膨張弁により減圧した後、吸熱器にて吸熱させるバッテリ冷却＋冷房モードと、圧縮機から吐出された冷媒を室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を室内膨張弁により減圧した後、吸熱器にて吸熱させる冷房モードを有するようにしたので、冷媒によるバッテリの冷却と車室内の冷房を、適切に実現することが可能となる。

この場合、請求項８の発明の如く制御装置が、バッテリ冷却＋冷房モードにおいては、室内膨張弁の弁開度Ｖｅｖａを所定値Ｖｅｖａ１に固定するようにすれば、例えば、所定値Ｖｅｖａ１を、バッテリ用膨張弁の弁開度が極めて小さくなり、若しくは、バッテリ用膨張弁が全閉となった場合でも、室内膨張弁に流入する冷媒の過冷却度が過大とならない値に設定しておくことで、安全に車室内の冷房を継続することができるようになる。

また、請求項９の発明の如く出口センサを、合流部よりバッテリ用熱交換器側の冷媒回路に設けることで、バッテリ用熱交換器から出た冷媒の過熱度ＳＨｂｏｕｔを的確に把握することができるようになるものである。

本発明のバッテリ冷却装置を備えた一実施例の車両用空気調和装置の構成図である（暖房モード）。 図１の車両用空気調和装置の制御装置としての空調コントローラのブロック図である。 図１の車両用空気調和装置の除湿暖房モードを説明する構成図である。 図１の車両用空気調和装置の除湿冷房モードと、冷房モードを説明する構成図である。 図１の車両用空気調和装置のバッテリ冷却モードを説明する図である。 図１の車両用空気調和装置のバッテリ冷却＋冷房モードを説明する構成図である。 図２の空調コントローラによる補助膨張弁の制御に関するフローチャートである。 図１の車両用空気調和装置のｐ−ｈ線図である。 図１の車両用空気調和装置のもう一つのｐ−ｈ線図である。

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は本発明のバッテリ冷却装置６１を備えた一実施例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、車両にバッテリ５５（例えば、リチウムイオンバッテリ）が搭載され、外部電源からバッテリ５５に充電された電力を走行用モータ（電動モータ）に供給することで駆動し、走行するものである。そして、車両用空気調和装置１を構成する各機器も、バッテリ５５から給電されて駆動されるものである。

即ち、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を有するヒートポンプ装置ＨＰにより車室内の暖房を行い、更に、冷房、除湿を選択的に実行することで、車室内の空調を行いながら、バッテリ５５の冷却も行うものである。尚、車両として係る電気自動車に限らず、エンジンと走行用の電動モータを供用する所謂ハイブリッド自動車にも本発明が有効であることは云うまでもない。

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、バッテリ５５から給電されて冷媒を圧縮する電動式の圧縮機（電動圧縮機）２と、車室内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冷媒配管１３Ｇを介して流入し、この冷媒を放熱させて車室内に供給する空気を加熱するための放熱器４と、暖房時に冷媒を減圧膨張させる電動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凝縮器として機能し、暖房時には冷媒を吸熱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ための室外熱交換器７と、冷媒を減圧膨張させる電動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（除湿時）に車室内外から冷媒に吸熱させて車室内に供給する空気を冷却するための吸熱器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、ヒートポンプ装置ＨＰの冷媒回路Ｒが構成されている。室外膨張弁６や室内膨張弁８は、冷媒を減圧膨張させると共に、全開や全閉も可能とされている。

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の冷媒出口側に接続された冷媒配管１３Ａは、逆止弁１８を介して冷媒配管１３Ｂに接続されている。尚、逆止弁１８は冷媒配管１３Ｂ側が順方向とされ、この冷媒配管１３Ｂは室内膨張弁８に接続されている。

また、室外熱交換器７から出た冷媒配管１３Ａは分岐しており、この分岐した冷媒配管１３Ｄは、暖房時に開放される電磁弁２１を介して吸熱器９の冷媒出口側に位置する冷媒配管１３Ｃに連通接続されている。そして、この冷媒配管１３Ｄの接続点より下流側の冷媒配管１３Ｃに逆止弁２０が接続され、この逆止弁２０より下流側の冷媒配管１３Ｃがアキュムレータ１２に接続され、アキュムレータ１２は圧縮機２の冷媒吸込側に接続されている。尚、逆止弁２０はアキュムレータ１２側が順方向とされている。

更に、放熱器４の冷媒出口側の冷媒配管１３Ｅは室外膨張弁６の手前で冷媒配管１３Ｊと冷媒配管１３Ｆに分岐しており、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電磁弁２２を介して逆止弁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、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。

また、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、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、前述した如く車両用空気調和装置１は、バッテリ５５から冷媒回路Ｒの冷媒により吸熱して当該バッテリ５５を冷却するためのバッテリ冷却装置６１を備えている。実施例では、バッテリ５５は複数のセル５５Ａ〜５５Ｄから構成されており、これらが車両の床下に並設されている。また、図１において６４はバッテリ用熱交換器である。このバッテリ用熱交換器６４には、何れも冷媒流路である分配部６４Ｅと、この分配部６４Ｅにそれぞれ連通された複数の熱交換部６４Ａ〜６４Ｄと、熱交換部６４Ａ、６４Ｂに連通された合流部６４Ｆと、熱交換部６４Ｃ、６４Ｄに連通された合流部６４Ｇが構成されている。

そして、各セル５５Ａ〜５５Ｄは、各熱交換部６４Ａ〜６４Ｄ上に熱伝導可能にそれぞれ設けられており、後述する如く各熱交換部６４Ａ〜６４Ｄ内に流入して蒸発する冷媒により直接の熱伝導で吸熱されて冷却されることになるが、このような構成である関係上、バッテリ用熱交換器６４内の冷媒流路は複雑なものとなっている。

一方、冷媒回路Ｒの冷媒配管１３Ｆの出口、即ち、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の分岐部Ｂ１には、分岐配管７２の入口端が連通接続されている。この分岐配管７２には電動膨張弁から構成されたバッテリ用膨張弁としての補助膨張弁７３が設けられている。この補助膨張弁７３はバッテリ用熱交換器６４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。

そして、分岐配管７２の出口端はバッテリ用熱交換器６４の分配部６４Ｅに接続されている。バッテリ用熱交換器６４の各合流部６４Ｆ、６４Ｇには、冷媒配管７４の入口端が接続され、冷媒配管７４の出口端は逆止弁２０の冷媒下流側であって、アキュムレータ１２の手前（冷媒上流側）の冷媒配管１３Ｃに設けられた合流部Ｂ２にて当該冷媒配管１３Ｃに連通接続されている。そして、これら補助膨張弁７３やバッテリ用熱交換器６４等は車両用空気調和装置１の冷媒回路Ｒの一部を構成する。一方、ヒートポンプ装置ＨＰの圧縮機２や室外熱交換器７、アキュムレータ１２、後述する空調コントローラ３２等は、補助膨張弁７３やバッテリ用熱交換器６４等と共に、本発明におけるバッテリ冷却装置６１の一部を構成することになる。

補助膨張弁７３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）が分岐部Ｂ１にて分流されて分岐配管２７に流入し、補助膨張弁７３で減圧された後、バッテリ用熱交換器６４の分配部６４Ｅに流入する。分配部６４Ｅに流入した冷媒は各熱交換部６４Ａ〜６４Ｄに分配され、そこで蒸発する。冷媒は各熱交換部６４Ａ〜６４Ｄを流れる過程でバッテリ５５の各セル５５Ａ〜５５Ｄから吸熱し、冷却した後、熱交換部６４Ａ、６４Ｂからは合流部６４Ｆに流入し、熱交換部６４Ｃ、６４Ｄからは合流部６４Ｇに流入する。その後、冷媒は各合流部６４Ｆ、６４Ｇから出て冷媒配管７４に流入して合流し、冷媒配管１３Ｃを経てアキュムレータ１２に至り、その後、圧縮機２に吸い込まれることになる。

即ち、アキュムレータ１２はバッテリ用熱交換器６４の冷媒出口から圧縮機２の冷媒吸込側に至る冷媒回路Ｒに設けられたかたちとなる。また、分岐部Ｂ１は補助膨張弁７３の冷媒入口側に位置し、且つ、室内膨張弁８の冷媒入口がこの分岐部Ｂ１に連通接続されたかたちとなる。更に、合流部Ｂ２はバッテリ用熱交換器６４の冷媒出口側に位置し、且つ、吸熱器９の冷媒出口がこの合流部Ｂ２に連通接続されたかたちとなる。

次に、図２において３２は車両用空気調和装置１（バッテリ冷却装置６１を含む）の制御を司る制御装置としての空調コントローラ３２である。この空調コントローラ３２は、プロセッサを備えたコンピュータの一例としてのマイクロコンピュータから構成されている。

空調コントローラ３２（制御装置）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）の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、吹出口２９から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、圧縮機２から吐出された冷媒の温度（吐出温度Ｔｄ）と圧力（吐出圧力Ｐｄ）を検出する複合型の吐出センサ４２と、圧縮機２の吸込冷媒温度を検出する吸込温度センサ４４と、放熱器４の温度（放熱器４を経た空気の温度、又は、放熱器４自体の温度：放熱器温度ＴＣＩ）を検出する放熱器温度センサ４６と、放熱器４の冷媒圧力（放熱器４内、又は、放熱器４を出た直後の冷媒の圧力：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を経た空気の温度、又は、吸熱器９自体の温度：吸熱器温度Ｔｅ）を検出する吸熱器温度センサ４８と、吸熱器９の冷媒圧力（吸熱器９内、又は、吸熱器９を出た直後の冷媒の圧力）を検出する吸熱器圧力センサ４９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と、設定温度や空調運転の切り換えを設定するための空調操作部５３と、室外熱交換器７の温度（室外熱交換器７から出た直後の冷媒の温度、又は、室外熱交換器７自体の温度：室外熱交換器温度ＴＸＯ。室外熱交換器７が蒸発器として機能するとき、室外熱交換器温度ＴＸＯは室外熱交換器７における冷媒の蒸発温度となる）を検出する室外熱交換器温度センサ５４と、室外熱交換器７の冷媒圧力（室外熱交換器７内、又は、室外熱交換器７から出た直後の冷媒の圧力）を検出する室外熱交換器圧力センサ５６の各出力が接続されている。

また、空調コントローラ３２の入力には更に、バッテリ５５の温度（バッテリ５５自体の温度、又は、バッテリ用熱交換器６４の温度：バッテリ温度Ｔｂ）を検出するバッテリ温度センサ７６と、バッテリ用熱交換器６４から出た冷媒の温度（出口温度Ｔｂｏｕｔ）と圧力（出口圧力Ｐｂｏｕｔ）を検出する複合型の出口センサ７７の各出力も接続されている。この出口センサ７７は合流部Ｂ２よりバッテリ用熱交換器６４側の冷媒回路Ｒの冷媒配管７４に設けられている。

一方、空調コントローラ３２の出力には、前記圧縮機２と、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と、室外膨張弁６、室内膨張弁８と、電磁弁２２（除湿）、電磁弁２１（暖房）の各電磁弁と、補助膨張弁７３が接続されている。そして、空調コントローラ３２は各センサの出力と空調操作部５３にて入力された設定に基づいてこれらを制御するものである。

以上の構成で、次に実施例の車両用空気調和装置１の動作について説明する。空調コントローラ３２（制御装置）は、この実施例では暖房モード、除湿暖房モード、除湿冷房モード、及び、冷房モードの各空調運転モードと、バッテリ冷却モードと、バッテリ冷却＋冷房モード（バッテリ冷却＋除湿冷房モードを含む）を切り換えて実行し、車室内を空調すると共に、バッテリ５５を冷却する。

（１）暖房モード
最初に、図１を参照しながら暖房モードについて説明する。図１には暖房モードにおける冷媒回路Ｒの冷媒の流れを実線矢印で示している。冬場等の低外気温時に空調コントローラ３２により（オートモード）、或いは、空調操作部５３へのマニュアル操作（マニュアルモード）により暖房が選択されると、空調コントローラ３２は電磁弁２１（暖房用）を開き、電磁弁２２（除湿用）を閉じる。また、室内膨張弁８と補助膨張弁７３を全閉とする。

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（潤滑用のオイルを含む。以下、同じ）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内の高温冷媒により加熱され、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、冷媒配管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にて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、当該冷媒配管１３Ｃの逆止弁２０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。

空調コントローラ３２は、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の風下側の空気温度の目標値）から目標放熱器圧力ＰＣＯ（放熱器４の圧力ＰＣＩの目標値）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４の冷媒圧力（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、放熱器温度センサ４６が検出する放熱器４の温度（放熱器温度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。前記目標ヒータ温度ＴＣＯは基本的にはＴＣＯ＝ＴＡＯとされるが、制御上の所定の制限が設けられる。

（２）除湿暖房モード
次に、図３を参照しながら除湿暖房モードについて説明する。図３は除湿暖房モードにおける冷媒回路Ｒの冷媒の流れを実線矢印で示している。除湿暖房モードでは、空調コントローラ３２は上記暖房モードの状態において電磁弁２２を開放し、室内膨張弁８を開いて冷媒を減圧膨張させる状態とする。これにより、放熱器４を経て冷媒配管１３Ｅを流れる凝縮冷媒の一部が分流され、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から室内膨張弁８に流れ、残りの冷媒が室外膨張弁６に流れるようになる。即ち、分流された一部の冷媒が室内膨張弁８にて減圧された後、吸熱器９に流入して蒸発する。

空調コントローラ３２は吸熱器９の出口における冷媒の過熱度を所定値に維持するように室内膨張弁８の弁開度を制御するが、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。分流されて冷媒配管１３Ｊに流入した残りの冷媒は、室外膨張弁６で減圧された後、室外熱交換器７で蒸発することになる。

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、逆止弁２０及びアキュムレータ１２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にて除湿された空気は放熱器４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。

空調コントローラ３２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と共に、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）に基づいて室外膨張弁６の弁開度を制御する。

（３）除湿冷房モード
次に、図４を参照しながら除湿冷房モードについて説明する。図４は除湿冷房モードにおける冷媒回路Ｒの冷媒の流れを実線矢印で示している。除湿冷房モードでは、空調コントローラ３２は室内膨張弁８を開いて冷媒を減圧膨張させる状態とし、電磁弁２１と電磁弁２２を閉じる。また、補助膨張弁７３も全閉とする。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内の高温冷媒により加熱され、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を経て室外膨張弁６に至り、開き気味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にて通風される外気により空冷され、凝縮する。室外熱交換器７を出た冷媒は冷媒配管１３Ａ、逆止弁１８を経て冷媒配管１３Ｂに入り、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、吸熱器９に流入して蒸発する。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及び逆止弁２０を経てアキュムレータ１２に至り、そこを経て圧縮機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、除湿された空気は放熱器４を通過する過程でリヒート（再加熱：暖房時よりも放熱能力は低い）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。

空調コントローラ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）とそ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）と目標ヒータ温度ＴＣＯから算出される目標放熱器圧力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を得る。

（４）冷房モード
次に、冷房モードについて説明する。冷媒回路Ｒの流れは図４の除湿冷房モードと同様である。夏場等に実行されるこの冷房モードでは、空調コントローラ３２は上記除湿冷房モードの状態において室外膨張弁６の弁開度を全開とする。尚、エアミックスダンパ２８は放熱器４に空気が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を経て室外膨張弁６に至る。このとき室外膨張弁６は全開とされているので冷媒はそのまま室外膨張弁６を経て冷媒配管１３Ｊを通過し、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にて通風される外気により空冷され、凝縮液化する。

室外熱交換器７を出た冷媒は冷媒配管１３Ａ、逆止弁１８を経て冷媒配管１３Ｂに入り、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、吸熱器９に流入して蒸発する。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、空気は冷却される。

吸熱器９で蒸発した冷媒は冷媒配管１３Ｃ及び逆止弁２０を経てアキュムレータ１２に至り、そこを経て圧縮機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、除湿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、空調コントローラ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）空調運転モードの切り換え
空調コントローラ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、空調コントローラ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モードのうちの何れかの空調運転モードを選択する。また、起動後は外気温度Ｔａｍや目標吹出温度ＴＡＯ等の環境や設定条件の変化に応じて前記各空調運転モードを選択し、切り換えていくものである。

（６）バッテリ冷却モード
次に、図５を参照しながらバッテリ冷却モードについて説明する。図５はバッテリ冷却モードにおける冷媒回路Ｒの冷媒の流れを実線矢印で示している。このバッテリ冷却モードは、バッテリ５５の充電中や、走行中にバッテリ温度Ｔｂが所定値（所定の高い温度）より高くなった場合で、車室内の空調を行う必要がない場合等に実行される。バッテリ冷却モードでは、空調コントローラ３２は補助膨張弁７３を開いて冷媒を減圧膨張させる状態とし、電磁弁２１と電磁弁２２を閉じる。また、室外膨張弁６は全開とし、室内膨張弁８は全閉とする。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は停止する。

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ないので、そのまま通過する。放熱器４を出た冷媒は冷媒配管１３Ｅを経て室外膨張弁６に至り、全開の室外膨張弁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室外送風機１５にて通風される外気（或いは、走行風）により空冷され、凝縮する。室外熱交換器７を出た冷媒は冷媒配管１３Ａ、逆止弁１８を経て冷媒配管１３Ｂに入り、分岐部Ｂ１から分岐配管７２に流入して補助膨張弁７３に至る。補助膨張弁７３にて冷媒は減圧された後、バッテリ用熱交換器６４の分配部６４Ｅに流入する。

分配部６４Ｅに流入した冷媒は図５に矢印で示す如く各熱交換部６４Ａ〜６４Ｄに分配され、そこで蒸発する。冷媒は各熱交換部６４Ａ〜６４Ｄを流れる過程でバッテリ５５の各セル５５Ａ〜５５Ｄから吸熱し、冷却した後、熱交換部６４Ａ、６４Ｂからは合流部６４Ｆに流入し、熱交換部６４Ｃ、６４Ｄからは合流部６４Ｇに流入する。その後、冷媒は各合流部６４Ｆ、６４Ｇから出て冷媒配管７４に流入して合流し、合流部Ｂ２にて冷媒配管１３Ｃに入り、その後、アキュムレータ１２を経て圧縮機２に吸い込まれる循環を繰り返す。これにより、バッテリ５５は冷却されることになる。

空調コントローラ３２はバッテリ温度センサ７６が検出するバッテリ温度Ｔｂとその目標値である目標バッテリ温度ＴＢＯに基づき、バッテリ温度Ｔｂを目標バッテリ温度ＴＢＯにするように圧縮機２の回転数を制御する。また、空調コントローラ３２は出口センサ７７が検出するバッテリ用熱交換器６４から出た冷媒の温度（出口温度Ｔｂｏｕｔ）と圧力（出口圧力Ｐｂｏｕｔ）、及び、吐出センサ４２が検出する圧縮機２から吐出された冷媒の温度（吐出温度Ｔｄ）と圧力（吐出圧力Ｐｄ）に基づいて補助膨張弁７３の弁開度を制御するものであるが、これについては後に詳述する。

（７）バッテリ冷却＋冷房モード
次に、図６を参照しながらバッテリ冷却＋冷房モードについて説明する。図６はバッテリ冷却＋冷房モードにおける冷媒回路Ｒの冷媒の流れを実線矢印で示している。このバッテリ冷却＋冷房モードは、バッテリ５５の充電中に車室内の冷房要求があった場合（例えば空調操作部５３で冷房が選択された場合）や、車室内の冷房を行いながら走行中にバッテリ温度Ｔｂが所定値（所定の高い温度）より高くなった場合等に実行される。

バッテリ冷却＋冷房モードでは、空調コントローラ３２は補助膨張弁７３と室内膨張弁８を開いて冷媒を減圧膨張させる状態とし、電磁弁２１と電磁弁２２を閉じる。また、室外膨張弁６は全開とする。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を経て室外膨張弁６に至る。このとき、室外膨張弁６は全開とされているので、冷媒はそのまま室外膨張弁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室外送風機１５にて通風される外気（或いは、走行風）により空冷され、凝縮する。室外熱交換器７を出た冷媒は冷媒配管１３Ａ、逆止弁１８を経て冷媒配管１３Ｂに入り、分岐部Ｂ１にて一部が分流され、分岐配管７２に流入して補助膨張弁７３に至る。補助膨張弁７３にて冷媒は減圧された後、バッテリ用熱交換器６４の分配部６４Ｅに流入する。

分配部６４Ｅに流入した冷媒は図５に矢印で示す如く各熱交換部６４Ａ〜６４Ｄに分配され、そこで蒸発する。冷媒は各熱交換部６４Ａ〜６４Ｄを流れる過程でバッテリ５５の各セル５５Ａ〜５５Ｄから吸熱し、冷却した後、熱交換部６４Ａ、６４Ｂからは合流部６４Ｆに流入し、熱交換部６４Ｃ、６４Ｄからは合流部６４Ｇに流入する。その後、冷媒は各合流部６４Ｆ、６４Ｇから出て冷媒配管７４に流入して合流し、合流部Ｂ２にて冷媒配管１３Ｃに入り、その後、アキュムレータ１２を経て圧縮機２に吸い込まれる循環を繰り返す。これにより、バッテリ５５は冷却されることになる。

一方、分岐部Ｂ１にて分流された残りの冷媒は室内膨張弁８に至り、この室内膨張弁８にて減圧された後、吸熱器９に流入して蒸発する。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、空気は冷却される。吸熱器９で蒸発した冷媒は冷媒配管１３Ｃ及び逆止弁２０を経て合流部Ｂ２に至り、そこで、バッテリ用熱交換器６４からの冷媒と合流した後、アキュムレータ１２に至り、そこを経て圧縮機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、除湿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。

空調コントローラ３２は前述したバッテリ冷却モードと同様にバッテリ温度センサ７６が検出するバッテリ温度Ｔｂとその目標値である目標バッテリ温度ＴＢＯに基づき、バッテリ温度Ｔｂを目標バッテリ温度ＴＢＯにするように圧縮機２の回転数を制御する。また、空調コントローラ３２は同様に出口センサ７７が検出するバッテリ用熱交換器６４から出た冷媒の温度（出口温度Ｔｂｏｕｔ）と圧力（出口圧力Ｐｂｏｕｔ）、及び、吐出センサ４２が検出する圧縮機２から吐出された冷媒の温度（吐出温度Ｔｄ）と圧力（吐出圧力Ｐｄ）に基づいて補助膨張弁７３の弁開度を制御するものであるが、これについても後に詳述する。

他方、空調コントローラ３２はこのバッテリ冷却＋冷房モードでは、室内膨張弁８の弁開度Ｖｅｖａを所定値Ｖｅｖａ１に固定する。この所定値Ｖｅｖａ１は、補助膨張弁７３の弁開度が例えば制御上の最小開度（極めて小さい開度）となり、若しくは、補助膨張弁７３が全閉となった場合でも、室内膨張弁８に流入する冷媒の過冷却度が過大とならない値（冷媒回路Ｒの高圧側圧力を考慮して、過冷却度が許容される範囲内となる値）であり、予め実験により求めておくものとする。

尚、前述した如く冷房モードは除湿冷房モードの状態で室外膨張弁６を全開とするものであるため、上記バッテリ冷却＋冷房モードで室外膨張弁６を開き気味の制御することで、空調コントローラ３２はバッテリ５５の冷却と車室内の除湿冷房を行うバッテリ冷却＋除湿冷房モードも実行可能とされている。例えば、空調コントローラ３２はバッテリ５５の充電中に空調操作部５３で除湿冷房が選択された場合等には、係るバッテリ冷却＋除湿冷房モードを実行するものであるが、この出願ではバッテリ冷却＋除湿冷房モードもバッテリ冷却＋冷房モードに含む概念とする。

（７）バッテリ冷却モード、バッテリ冷却＋冷房モードにおける補助膨張弁７３の制御
次に、図７〜図９を参照しながら、前述したバッテリ冷却モード、及び、バッテリ冷却＋冷房モードにおいて空調コントローラ３２が実行する補助膨張弁７３の弁開度の制御について詳述する。

前述した如くバッテリ用熱交換器６４内の冷媒流路は複雑なものとなっているため、流路抵抗も大きく、冷媒の流れが偏り易くなっている。そのため、熱交換部６４Ａ〜６４Ｄのうちの冷媒が多く流れる熱交換部では冷媒が蒸発し切れず、そこから出る冷媒に過熱度が付かなくなる。一方、冷媒が流れ難い熱交換部では、バッテリ用熱交換器６４に流入する冷媒の量によっては冷媒が蒸発し切ってしまい、そこから出る冷媒の過熱度が大きくなり、バッテリ５５のセルの冷却が不足する状態に陥る。即ち、バッテリ５５の冷却にムラが生じ、冷却が不足するセルの劣化が発生する。また、冷媒に溶け込んで循環するオイルの戻りも悪くなって来る。

そこで、空調コントローラ３２は基本的にバッテリ用熱交換器６４から出た冷媒に過熱度ＳＨｂｏｕｔを付けない方向で補助膨張弁７３の弁開度を制御することで、冷却が不足する熱交換部が発生しないようにする。この場合、空調コントローラ３２は例えばバッテリ用熱交換器６４から出た冷媒に過熱度ＳＨｂｏｕｔが付いた場合、補助膨張弁７３の弁開度を所定ステップ分、開く方向で変更する。

更に具体的には空調コントローラ３２は、出口センサ７７が検出するバッテリ用熱交換器６４から出た冷媒の温度（出口温度Ｔｂｏｕｔ）と圧力（出口圧力Ｐｂｏｕｔ）によりバッテリ用熱交換器６４から出た冷媒の過熱度ＳＨｂｏｕｔを算出し、吐出センサ４２が検出する圧縮機２から吐出された冷媒の温度（吐出温度Ｔｄ）と圧力（吐出圧力Ｐｄ）により圧縮機２から出た冷媒の過熱度ＳＨｄｉｓを算出して、これら過熱度ＳＨｂｏｕｔと過熱度ＳＨｄｉｓに基づき、補助膨張弁７３の弁開度を制御する。

次に、図７のフローチャートを参照しながら、バッテリ冷却モードとバッテリ冷却＋冷房モードにおいて空調コントローラ３２が実行する補助膨張弁７３の弁開度制御について具体的に説明する。空調コントローラ３２は図７のステップＳ１で出口センサ７７から出口温度Ｔｂｏｕｔと出口圧力Ｐｂｏｕｔを取得し、吐出センサ４２から吐出温度Ｔｄと吐出圧力Ｐｄを取得する。

次に、ステップＳ２で下記計算式（ＩＩ）、（ＩＩＩ）を用いてバッテリ用熱交換器６４から出た冷媒の過熱度ＳＨｂｏｕｔと、圧縮機２から吐出された冷媒の過熱度ＳＨｄｉｓを算出する。
ＳＨｂｏｕｔ＝Ｔｂｏｕｔ−ｆ（Ｐｂｏｕｔ） ・・・（ＩＩ）
ＳＨｄｉｓ＝Ｔｄ−ｆ（Ｐｄ） ・・・（ＩＩＩ）
上記式（ＩＩ）中のｆ（Ｐｂｏｕｔ）は出口圧力Ｐｂｏｕｔから飽和温度を算出する計算式である。即ち、過熱度ＳＨｂｏｕｔは出口温度Ｔｂｏｕｔ−飽和温度から算出される。また、上記式（ＩＩＩ）中のｆ（Ｐｄ）は吐出圧力Ｐｄから飽和温度を算出する計算式である。即ち、過熱度ＳＨｄｉｓは吐出温度Ｔｄ−飽和温度から算出される。

次に、空調コントローラ３２はステップＳ３で、バッテリ用熱交換器６４から出た冷媒の過熱度ＳＨｂｏｕｔが所定の閾値ＳＨｂｏｕｔ１より大きくなったか否か判断する。この閾値ＳＨｂｏｕｔ１は、極めて小さい所定の値であり、予め実験により決定して空調コントローラ３２に設定しておくものとする。

図８はバッテリ用熱交換器６４から出た冷媒に過熱度ＳＨｂｏｕｔが付いた状態の冷媒回路Ｒのｐ−ｈ線図を示している（図中に過熱度ＳＨｂｏｕｔ）を示す。空調コントローラ３２は、バッテリ用熱交換器６４から出た冷媒に過熱度ＳＨｂｏｕｔが付き、その値が閾値ＳＨｂｏｕｔ１より大きくなった場合、ステップＳ３からステップＳ４に進んで、補助膨張弁７３の弁開度を所定ステップ分、開く方向で変更する。これにより、分岐配管７２に流入し、バッテリ用熱交換器６４に流入する冷媒量が増えるので、過熱度ＳＨｂｏｕｔは低下、又は、無くなる方向に変化することになる。また、それまで過熱度が付いていた熱交換部（６４Ａ〜６４Ｄのうちの何れか）にも冷媒が十分に流入するようになるので、当該熱交換部における冷却不足も解消されるようになる。

一方、バッテリ用熱交換器６４から出た冷媒に過熱度ＳＨｂｏｕｔが付かなくなると、バッテリ用熱交換器６４から流出する液冷媒の量が増加し、アキュムレータ１２では対処し切れなくなって、そのままでは圧縮機２に吸い込まれる液冷媒が多くなる。ここで、図９はバッテリ用熱交換器６４から出た冷媒に過熱度ＳＨｂｏｕｔが付かない状態の冷媒回路Ｒのｐ−ｈ線図を示している。バッテリ用熱交換器６４から出た冷媒に過熱度ＳＨｂｏｕｔが付かない場合、バッテリ用熱交換器６４から出た冷媒の状態は飽和蒸気線の内側に来るため（図中にＸ１で示す）、不明となる。他方、その状態では圧縮機２から吐出された冷媒の過熱度ＳＨｄｉｓが低下して来る（図中に過熱度ＳＨｄｉｓで示す）。

そこで、空調コントローラ３２は、ステップＳ３で過熱度ＳＨｂｏｕｔが閾値ＳＨｂｏｕｔ１以下である場合、ステップＳ５に進んで、今度は圧縮機２から吐出された冷媒の過熱度ＳＨｄｉｓが所定の閾値ＳＨｄｉｓ１より小さくなったか否か判断する。この閾値ＳＨｄｉｓ１は、バッテリ用熱交換器６４からの液戻り多くなり、アキュムレータ１２があったとしても圧縮機２での液圧縮の危険性が高くなる値であり、予め実験により求めて空調コントローラ３２に設定しておくものとする。

空調コントローラ３２は、圧縮機２から吐出された冷媒の過熱度ＳＨｄｉｓが閾値ＳＨｄｉｓ１より小さくなった場合、ステップＳ５からステップＳ６に進んで、補助膨張弁７３の弁開度を所定ステップ分、閉じる方向で変更する。これにより、分岐配管７２に流入し、バッテリ用熱交換器６４に流入する冷媒量が減少するので、バッテリ用熱交換器６４から流出して圧縮機２に吸い込まれる液冷媒の量も減少するようになる。

尚、ステップＳ５で圧縮機２から吐出された冷媒の過熱度ＳＨｄｉｓが閾値ＳＨｄｉｓ１以上である場合、空調コントローラ３２はステップＳ５からステップＳ７に進んで、補助膨張弁７３の弁開度を変更せず、現在の弁開度を維持するものとする。

以上詳述した如く、本発明によれば空調コントローラ３２が、圧縮機２から吐出された冷媒を室外熱交換器７にて放熱させ、放熱した当該冷媒を補助膨張弁７３により減圧した後、バッテリ用熱交換器６４にて吸熱させると共に、出口センサ７７の出力に基づき、バッテリ用熱交換器６４から出た冷媒に過熱度ＳＨｂｏｕｔを付けない方向で補助膨張弁７３の弁開度を制御するようにしたので、バッテリ用熱交換器６４から出た冷媒には過熱度ＳＨｂｏｕｔが付かないか、付いても極めて小さいものなる。

これにより、バッテリ用熱交換器６４の全体、若しくは、略全体で冷媒が蒸発し、バッテリ５５の各セル５５Ａ〜５５Ｄから吸熱することができるようになるので、バッテリ５５の冷却にムラが生じる不都合を解消、若しくは、抑制し、バッテリ５５の全体を効果的に冷却して劣化を抑制することができるようになる。また、オイル戻りも良くなるので、圧縮機２の焼き付きも未然に回避することができるようになる。

この場合、空調コントローラ３２は、出口センサ７７の出力に基づき、バッテリ用熱交換器６４から出た冷媒に過熱度ＳＨｂｏｕｔが付いた場合、補助膨張弁７３の弁開度を、開く方向で変更するので、バッテリ５５の冷却ムラの発生やオイル戻りの悪化を効果的に解消、若しくは、抑制することができるようになる。

特に、実施例では空調コントローラ３２が、出口センサ７７の出力に基づき、バッテリ用熱交換器６４から出た冷媒の過熱度ＳＨｂｏｕｔが、所定の閾値ＳＨｂｏｕｔ１より大きくなった場合、補助膨張弁７３の弁開度を、開く方向で変更するようにしているので、実施例の如く閾値ＳＨｂｏｕｔ１を極めて小さい値に設定しておくことで、バッテリ５５の冷却ムラの発生やオイル戻りの悪化を適切に解消、若しくは、抑制することができるようになる。

また、実施例では空調コントローラ３２が、出口センサ７７と、吐出センサ４２の出力に基づいてバッテリ用熱交換器６４から出た冷媒に過熱度ＳＨｂｏｕｔを付けない方向で補助膨張弁７３の弁開度を制御するようにしているので、液圧縮により圧縮機２が損傷する不都合も未然に回避することが可能となる。

特に、実施例では空調コントローラ３２が、吐出センサ４２の出力に基づき、圧縮機２から吐出された冷媒の過熱度ＳＨｄｉｓが所定の閾値ＳＨｄｉｓ１より小さくなった場合、補助膨張弁７３の弁開度を、閉じる方向で変更するようにしているので、実施例の如く閾値ＳＨｄｉｓ１を、バッテリ用熱交換器６４からの液戻り多くなり、圧縮機２での液圧縮の危険性が高くなる値に設定しておくことで、バッテリ用熱交換器６４から圧縮機２に吸い込まれる液冷媒の量が多くなり、液圧縮を引き起こす不都合を適切に解消することができるようになる。

また、実施例ではバッテリ用熱交換器６４の冷媒出口から圧縮機２の冷媒吸込側に至る冷媒回路Ｒにアキュムレータ１２を設けているので、圧縮機２への液バックをより効果的に解消することができるようになる。

更に、実施例では空調コントローラ３２が圧縮機２から吐出された冷媒を室外熱交換器７にて放熱させ、放熱した当該冷媒を補助膨張弁７３により減圧した後、バッテリ用熱交換器６４にて吸熱させるバッテリ冷却モードと、圧縮機２から吐出された冷媒を室外熱交換器７にて放熱させ、放熱した当該冷媒を分岐部Ｂ１にて分流し、分流した一部の冷媒を補助膨張弁７３により減圧した後、バッテリ用熱交換器６４にて吸熱させ、分流した残りの冷媒を室内膨張弁８により減圧した後、吸熱器９にて吸熱させるバッテリ冷却＋冷房モードと、圧縮機２から吐出された冷媒を室外熱交換器７にて放熱させ、放熱した当該冷媒を室内膨張弁８により減圧した後、吸熱器９にて吸熱させる冷房モードを実行できるようにしたので、冷媒によるバッテリ５５の冷却と車室内の冷房を、適切に実現することが可能となる。

この場合、実施例では空調コントローラ３２が、バッテリ冷却＋冷房モードにおいては、室内膨張弁８の弁開度Ｖｅｖａを所定値Ｖｅｖａ１に固定するようにしたので、実施例の如く所定値Ｖｅｖａ１を、補助膨張弁７３の弁開度が極めて小さくなり、若しくは、補助膨張弁７３が全閉となった場合でも、室内膨張弁８に流入する冷媒の過冷却度が過大とならない値に設定しておくことで、安全に車室内の冷房を継続することができるようになる。

また、実施例の如く出口センサ７７を、合流部Ｂ１よりバッテリ用熱交換器６４側の冷媒回路Ｒに設けることで、バッテリ用熱交換器６４から出た冷媒の過熱度ＳＨｂｏｕｔを的確に把握することができるようになる。

尚、実施例で説明した空調コントローラ３２の構成、バッテリ冷却装置６１や車両用空気調和装置１のヒートポンプ装置ＨＰの構成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
４ 放熱器
６ 室外膨張弁
７ 室外熱交換器
８ 室内膨張弁
９ 吸熱器
１２ アキュムレータ
３２ 空調コントローラ（制御装置）
４４ 吐出センサ
５５ バッテリ
６１ バッテリ冷却装置
６４ バッテリ用熱交換器
７２ 分岐配管
７３ 補助膨張弁（バッテリ用膨張弁）
７７ 出口センサ
Ｂ１ 分岐部
Ｂ２ 合流部
Ｒ 冷媒回路

Claims (9)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、
   車室外に設けられた室外熱交換器と、
   車両に搭載されたバッテリと熱伝導可能に設けられ、冷媒を吸熱させて前記バッテリを冷却するためのバッテリ用熱交換器と、
   該バッテリ用熱交換器に流入する冷媒を減圧するためのバッテリ用膨張弁と、
   前記バッテリ用熱交換器から出た冷媒の温度と圧力を検出するための出口センサと、
   制御装置を備え、
   該制御装置は、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を前記バッテリ用膨張弁により減圧した後、前記バッテリ用熱交換器にて吸熱させると共に、
   前記出口センサの出力に基づき、前記バッテリ用熱交換器から出た冷媒に過熱度ＳＨｂｏｕｔを付けない方向で前記バッテリ用膨張弁の弁開度を制御することを特徴とする車両のバッテリ冷却装置。
2. 前記制御装置は、前記出口センサの出力に基づき、前記バッテリ用熱交換器から出た冷媒に過熱度ＳＨｂｏｕｔが付いた場合、前記バッテリ用膨張弁の弁開度を、開く方向で変更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冷却装置。
3. 前記制御装置は、前記出口センサの出力に基づき、前記バッテリ用熱交換器から出た冷媒の過熱度ＳＨｂｏｕｔが、所定の閾値ＳＨｂｏｕｔ１より大きくなった場合、前記バッテリ用膨張弁の弁開度を、開く方向で変更することを特徴とする請求項２に記載の車両のバッテリ冷却装置。
4. 前記圧縮機から吐出された冷媒の温度と圧力を検出するための吐出センサを備え、
   前記制御装置は、前記出口センサの出力と前記吐出センサの出力に基づき、前記バッテリ用熱交換器から出た冷媒に過熱度ＳＨｂｏｕｔを付けない方向で前記バッテリ用膨張弁の弁開度を制御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冷却装置。
5. 前記制御装置は、前記吐出センサの出力に基づき、前記圧縮機から吐出された冷媒の過熱度ＳＨｄｉｓが所定の閾値ＳＨｄｉｓ１より小さくなった場合、前記バッテリ用膨張弁の弁開度を、閉じる方向で変更することを特徴とする請求項４に記載の車両のバッテリ冷却装置。
6. 前記バッテリ用熱交換器の冷媒出口から前記圧縮機の冷媒吸込側に至る冷媒回路に設けられたアキュムレータを備えた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冷却装置。
7. 前記冷媒を吸熱させて車室内に供給する空気を冷却するための吸熱器と、
   該吸熱器に流入する冷媒を減圧するための室内膨張弁を備え、
   前記バッテリ用膨張弁の冷媒入口側に位置する分岐部に前記室内膨張弁の冷媒入口が連通接続され、前記バッテリ用熱交換器の冷媒出口側に位置する合流部に前記吸熱器の冷媒出口が連通接続されると共に、
   前記制御装置は、
   前記圧縮機から吐出された冷媒を前記室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を前記バッテリ用膨張弁により減圧した後、前記バッテリ用熱交換器にて吸熱させるバッテリ冷却モードと、
   前記圧縮機から吐出された冷媒を前記室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を前記分岐部にて分流し、分流した一部の冷媒を前記バッテリ用膨張弁により減圧した後、前記バッテリ用熱交換器にて吸熱させ、分流した残りの冷媒を前記室内膨張弁により減圧した後、前記吸熱器にて吸熱させるバッテリ冷却＋冷房モードと、
   前記圧縮機から吐出された冷媒を前記室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を前記室内膨張弁により減圧した後、前記吸熱器にて吸熱させる冷房モード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冷却装置を備えた車両用空気調和装置。
8. 前記制御装置は、前記バッテリ冷却＋冷房モードにおいては、前記室内膨張弁の弁開度Ｖｅｖａを所定値Ｖｅｖａ１に固定することを特徴とする請求項７に記載の車両用空気調和装置。
9. 前記出口センサは、前記合流部より前記バッテリ用熱交換器側の冷媒回路に設けられていることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の車両用空気調和装置。

Images