JP2022546382A - 車両内のバッテリー温度制御システム - Google Patents

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Abstract

システム（１０）は、電力を出力するように構成されたバッテリー（１２）を備える。液体が流通するように構成され、バッテリー（１２）と熱交換関係にある作動路（１６）を備え、その温度を制御するように構成された温度調節回路（１４）がある。システムは、非可逆的に冷凍サイクルにかけることができる流体が流通するように構成された冷凍回路（１８）をさらに備える。冷凍回路（１８）は順に、温度調節回路（１４）の加熱路（３２）と熱交換関係にある凝縮器（２０）を備える。温度調節回路（１４）の冷却路（３４）と熱交換関係にある蒸発器（２２）がある。温度調節回路（１４）に関連する弁アセンブリ（３６）は、加熱構成及び冷却構成を選択的にとるように構成される。加熱構成では、弁アセンブリ（３６）は、温度調節回路（１４）において、作動路（１６）と加熱路（３２）との間の液体用の閉加熱経路（Ａ）を画定する。冷却構成では、弁アセンブリ（３６）は、温度調節回路（１４）において、作動路（１６）と冷却路（３４）との間の液体用の閉冷却経路（Ｂ）を画定する。

Description

本発明は、車両内のバッテリー温度制御システムに関する。
車両には、そのような車両に搭載された装置や機器に電力を供給するバッテリーが装備されていることが一般に知られている。特に、いくつかの現代の用途では、車両を少なくとも部分的に推進するために、例えば電気自動車または「ハイブリッド」自動車上にも電力が供給される。
車両のバッテリーの適切な動作及び長寿命を保証するために、バッテリー温度を所定の動作範囲内に保つことが望ましい。例えば、過度に高い動作温度は、バッテリーが受けることができる再充電サイクルの回数を著しく減少させる可能性がある。逆に温度が低すぎると、バッテリーの性能が低下する可能性がある。
バッテリー温度は、通常、液体、特に水がそれぞれ加熱及び冷却のためにバッテリーと熱交換を行うために使用される流体回路の手段によって調節される。液体は、流体回路と熱交換する可逆熱力学的回路によってそれぞれ冷却及び加熱される。可逆熱力学的回路は、バッテリーと温度調節回路との間で行う必要がある熱的相互作用に応じて、それぞれ冷凍機として及びヒートポンプとして働くように構成される。
しかしながら、可逆熱力学的回路を採用するこのような対策はコストが高く複雑な構成要素を用いる必要があり、また冷凍及びヒートポンプサイクルの動作を同時に最適化することができない。
本発明の１つの目的は、車両内のバッテリーの温度を制御するためのシステムを提供することであって、このようなシステムは従来技術が被る問題を解決することができ、簡易かつ経済的な方法で製造することができる。
本発明によれば、この目的及び他の目的は、添付の独立請求項に記載された技術的特徴を有するシステムによって達成される。
特に、非可逆的に冷凍サイクルにかけることができる流体が流通するように構成された冷凍回路があるという事実から、このシステムにおいては、何ら複雑でコストのかかる構成要素を使用することなく、熱交換の最適化が可能である。
添付の請求項は、本発明の以下の詳細な説明において提供される技術的教示の不可欠な部分であることが理解される。特に、添付の従属請求項は、いくつかの任意選択の技術的特徴を含む本発明のいくつかの好ましい実施形態を定義する。
本発明のさらなる特徴及び利点は、単に非限定的な例として提供され、特に以下に要約される添付の図面を参照して、以下の詳細な説明に照らして明らかになるであろう。
図１は、本発明の例示的実施形態に従って作製された車両内のバッテリー温度制御システムを表す機能ブロック図である。 図２は、図１に示されたものと同様のブロック図であり、ここで、そのようなシステムは、それぞれ加熱構成及び冷却構成で示される。 図３は、図１に示されたものと同様のブロック図であり、ここで、そのようなシステムは、それぞれ加熱構成及び冷却構成で示される。
添付図面を参照すると、符号１０は、車両内のバッテリー温度制御システムを全体として示す。
当業者には明らかなように、システム１０は、任意のカテゴリ及びタイプの動力車で使用するように構成することができる。例えば、前記動力車は、人または物を輸送するための自動車、商業車、産業用車両、軍用車両、建築現場車両、スポーツカー、スポーツユーティリティ車両（ＳＵＶ）、農業機械、列車、バスなどであってもよい。このような車両は、内燃機関、電気モータ、または「ハイブリッド」推進システムによって推進することができる。
システム１０は電力を出力するように構成されたバッテリー１２（または複数のバッテリー）を備え、その温度を動作条件に従って制御する必要があり、特に、上昇または低下させる必要がある。
当業者には明らかなように、バッテリー１２は、温度を制御することが必要であるか、または望ましい任意のタイプのバッテリーであってもよい。特に、バッテリー１２は、システム１０が搭載されている車両に電力を供給するように構成されている。例えば、バッテリーが供給することができる電力は、システムが搭載された車両を推進するために少なくとも部分的に使用することができる。
システム１０は更に、実線で図示された温度調節回路１４を備えている。温度調節回路１４は、システム１０の動作条件に応じて、特に、それぞれ加熱及び冷却のために、バッテリー１２と熱的に相互作用するのに適した、任意の液体、例えば、水が流通するように構成される。
詳細を以下に説明するように、温度調節回路１４は互いに選択的に連通するように構成された複数のダクトまたは分岐を備え、それにより、そこを流れる液体のための複数の経路を画定する。
温度調節回路１４は、バッテリー１２と熱交換関係にある作動路１６を備え、その温度を制御する。このようにして、作動路１６を通って流れる液体は、バッテリー１２と熱的に相互作用することができる。特に、作動路１６を通って流れる液体は、バッテリー１２の温度と比較した液体の温度に応じて、それぞれ、バッテリー１２に熱を与え、バッテリー１２から熱を受け取ることができる。
システム１０はさらに、破線で図示されている冷凍回路１８を備えている。冷凍回路１８は、以下に詳細に説明するように、非可逆的に冷凍サイクルにかけることができ、また温度調節回路１４と共動する流体が流通するように構成されている。
冷凍回路１８は、凝縮器２０と蒸発器２２とを備える。例として本明細書に図示されている実施形態では、冷凍回路１８は、凝縮器２０の下流で蒸発器２２の上流に接続された膨張弁またはラミネーション弁２４と、蒸発器２２の下流で凝縮器２０の上流に接続された圧縮器２６とを備えている。
好ましくは、冷凍回路１８はさらに、凝縮器の下流で膨張弁またはラミネーション弁２４の上流に接続されたアキュムレータ２８を備える。さらに、本明細書に図示されている例示的な実施形態では、冷凍回路が、凝縮器２０の下流（特に、アキュムレータ２８の下流に位置する箇所）で膨張弁またはラミネーション弁２４の上流に接続されたドライヤ３０を備えている。
凝縮器２０は温度調節回路１４の加熱路３２と熱交換関係にあり、蒸発器２２は温度調節回路１４の冷却路３４と熱交換関係にある。
システム１０は、温度調節回路１４に関連した弁アセンブリ３６を備える。弁アセンブリ３６は、特にバッテリー１２で生じる熱交換を参照して、加熱構成及び冷却構成を選択的にとることによって、温度調節回路１４に作用するように構成される。例えば、弁アセンブリ３６の動作、さらに特には加熱構成と冷却構成との間の切り換えは、システム１０に含まれる制御装置またはモジュール（図示せず）によって、所定のまたは操作者が定義する基準に従って制御することができる。
図２では、システム１０が、加熱構成における弁アセンブリ３６と共に示されている。加熱構成では、弁アセンブリ３６が、温度調節回路１４内に作動路１６と加熱路３２との間の液体用閉加熱経路を画定する。図２においてＡとして示されている黒い矢印によって示されている閉加熱経路は、残りの温度調節回路１４と比較して太線で描かれている。
図３において、システム１０が、冷却構成における弁アセンブリ３６と共に示されている。冷却構成では、弁アセンブリ３６が、温度調節回路１４内に作動路１６と冷却路３４との間の液体用閉冷却経路を画定する。図３においてＢとして示されている黒い矢印によって示されている閉冷却経路は、残りの温度調節回路１４と比較して太線で描かれている。
典型的には、加熱構成は、冬期に車両内で、またはいずれにしてもより低い動作温度で使用される。逆に、冷却構成は、夏期に車両内で、またはいずれにせよより高い動作温度で使用される。
好ましくは、温度調節回路１４は、ラジエータ４０と熱交換関係にある熱安定化路３８を備える。例えば、ラジエータ４０は、システム１０が搭載される車両のラジエータであってもよい。
特に、図２に示される加熱構成では、弁アセンブリ３６は、温度調節回路１４において、太線で描かれ、液体に対してＡ’として示される、さらなる閉冷却経路を画定する。さらなる閉冷却経路Ａ’は、冷却路３４と熱安定化路３８とを共に接続することによって画定される。本明細書に図示される実施形態では、このような加熱構成において、弁アセンブリ３６は、バッテリー１２に関連する閉加熱経路Ａと、ラジエータ４０に関連するさらなる閉冷却経路Ａ’とを同時に画定し、このような閉経路Ａ及びＡ’は互いに分離している。
特に、図３に示す冷却構成では、弁アセンブリ３６は、温度調節回路１４において、太線で描かれ、液体に対してＢ’として示される、さらなる閉加熱経路を画定する。さらなる閉加熱経路Ｂ’は、加熱路３２と熱安定化路３８とを共に接続することによって画定される。本明細書に図示される実施形態では、このような冷却構成において、弁アセンブリ３６は、バッテリー１２に関連する閉冷却経路Ｂと、ラジエータ４０に関連するさらなる閉加熱経路Ｂ’とを同時に画定し、このような閉経路Ｂ及びＢ’は互いに分離している。
好ましくは、温度調節回路１４は、空気調和装置４４と熱交換関係にある内部加熱路４２を備える。特に、装置４４は、システムが搭載される車両１０の内部またはキャビン内の空気を調整するためのシステムでありうる。前記装置４４は、何れのタイプのＨＶＡＣ(暖房、換気及び空調）システムであってもよい。
本明細書に示される実施形態では、特に弁アセンブリ３６が加熱構成にあるときに、内部加熱路４２が作動路１６と並列に接続されるように構成される。
本明細書に示す実施形態では、弁アセンブリ３６が加熱構成にあるときに、システム１０は、閉加熱経路内の液体の強制循環を誘導するように構成された加熱ポンプ装置４６をさらに備える。特に、加熱ポンプ装置４６が加熱路３２内に配置されている。
本明細書に示す実施形態では、弁アセンブリ３６が冷却構成にあるときに、システム１０は、閉冷却経路内の液体の強制循環を誘導するように構成された冷却ポンプ装置４８をさらに備える。特に、冷却ポンプ装置４８が冷却路３４内に配置されている。
好ましくは、弁アセンブリ３６は、加熱弁５０と、冷却弁５２と、戻り切替弁５４とを備える。加熱弁５０は、加熱路３２と作動路１６との間に配置される。冷却弁５２は、冷却路３４と作動路１６との間に配置されている。戻り切換弁５４は、作動路１６の下流であって、加熱路３２及び冷却路３４の上流に配置されている。
本明細書に示す実施形態では、加熱弁５０も切換弁であり、加熱路３２の下流であって、作動路１６及び熱安定化路３８の上流に配置されている。
本明細書に示す実施形態では、冷却弁５２も切換弁であり、冷却路３４の下流であって、作動路１６及び熱安定化路３８の上流に配置されている。
特に、図２に示す弁アセンブリ３６の加熱構成では：
－ 加熱弁５０は、加熱路３２と熱安定化路３８との間の液体の流れを好ましくは防止しながら、加熱路３２と作動路１６との間の液体の流れを可能にする；
－ 冷却弁５２は、冷却路３４と熱安定化路３８との間の液体の流れを好ましくは可能にしながら、冷却路３４と作動路１６との間の液体の流れを防止し；
－ 戻り切換弁５４は、作動路１６と加熱路３２との間の液体の流れを選択的に可能にし、したがって、冷却路３４を迂回する。
特に、図３に示す弁アセンブリ３６の冷却構成では：
－ 加熱弁５０は、加熱路３２と熱安定化路３８との間の液体の流れを好ましくは可能にしながら、加熱路３２と作動路１６との間の液体の流れを防止し；
－ 冷却弁５２は、冷却路３４と熱安定化路３８との間の液体の流れを好ましくは防止しながら、冷却路３４と作動路１６との間の液体の流れを可能にし；
－ 戻り切換弁５４は、作動路１６と冷却路３４との間の液体の流れを選択的に可能にし、したがって、加熱路３２を迂回する。
本明細書に示される実施形態では、弁アセンブリ３６は、それぞれ加熱構成において及び冷却構成において、内部加熱路４２及び作動路１６に向かう流れを制御するように構成された中間弁装置をさらに備える。
特に、中間弁装置は、加熱路３２及び加熱弁５０の下流に配置されている第１中間弁５６を備える。また、第１中間弁５６は、互いに並列に接続された内部加熱路４２及び作動路１６の上流に配置されている。第１中間弁５６は、加熱構成において、加熱路３２から来て内部加熱路４２及び作動路１６に向かう流体の流れを制御するように構成される。好ましくは、第１中間弁５６は、加熱構成において、内部加熱路４２と作動路１６との間で液体の流れを分配するように構成された流量制御弁（例えば、比例弁）である（例えば、内部加熱路４２及び作動路１６のいずれか一方への液体の流れのみを可能にし、流れの一部を内部加熱路４２に及び流れの他方の部分を作動路１６にそれぞれ分配する）。逆に、第１中間弁５６は、冷却構成において、冷却路３４から内部加熱路４２に向かう液体の流れを阻止する。
特に、中間弁装置は、冷却路３４及び冷却弁５０の下流に配置されている第２中間弁５８を備える。また、第２中間弁５８は、互いに並列に接続された内部加熱路４２と作動路１６との間に接続されている。第２中間弁５８は、冷却構成において、冷却路５０から来て内部加熱路４２及び作動路１６に向かう流体の流れを制御するように構成される。好ましくは、第２中間弁５８は、冷却構成において、冷却路３４と作動路１６とを選択的に連通させ、内部加熱路４２を通る液体の流れを防止する切換弁である。逆に、第２中間弁５８は、加熱構成において、冷却弁５２の下流で、冷却路３４と作動路１６との間の連通を選択的に防止する。
本明細書に示す実施形態では、弁アセンブリ３６は、熱安定化路３８を加熱路３２に、及び冷却路３４にそれぞれ接続するように構成された、一対の再循環弁６０、６２、例えば一対の切換弁、及びバイパス弁６４、例えば遮断弁をさらに備える。
加熱構成では、以下のことが起こる：
－ 第１再循環弁６０は、冷却路３４（冷却弁５２の下流）及び熱安定化路３８を、順次、相互液体連通状態とし、第２再循環弁６２は、戻し弁５４及び加熱路３２の出力路を、順次、相互液体連通状態とし、
－ バイパス弁６４は、熱安定化路３８（再循環弁６２の上流）及び冷却路３４を、順次、相互液体連通状態とする。
冷却構成では、以下のことが起こる：
－ 第１再循環弁６０は、熱安定化路３８及び加熱路３２を、順次、相互液体連通状態とし、
－ 第２再循環弁６２は、加熱路３２（加熱弁５０の下流）及び熱安定化路３８を、順次、相互液体連通状態とし、
－ バイパス弁６４は、熱安定化路３８（再循環弁６２の下流）と冷却路３４との間の液体連通を防止する。
もちろん、本発明の原理を損なうことなく、実施形態及び実施の詳細は、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の範囲から逸脱することなく、非限定的な例として本明細書に記載及び図示されたものから広範囲に変更してもよい。

Claims (18)

  1. 車両内の少なくとも１つのバッテリー（１２）の温度を制御するためのシステム（１０）であって：
    電力を出力するように構成された少なくとも１つのバッテリー（１２）と；
    液体が流通するように構成され、その温度を制御するように、前記バッテリー（１２）と熱交換関係にある作動路（１６）を備える温度調節回路（１４）と；
    当該システムはさらに、
    非可逆的に冷凍サイクルにかけることができる流体が流通するように構成された冷凍回路（１８）であって；前記冷凍回路（１８）は
    前記温度調節回路（１４）の加熱路（３２）と熱交換関係にある凝縮器（２０）と；
    前記温度調節回路（１４）の冷却路（３４）と熱交換関係にある蒸発器（２２）とを備え；及び
    前記温度調節回路（１４）に関連する弁アセンブリ（３６）であって、
    加熱構成であって、前記弁アセンブリ（３６）が、前記温度調節回路（１４）において、前記作動路（１６）と前記加熱路（３２）との間の液体のための閉加熱経路（Ａ）を画定する、加熱構成と、
    冷却構成であって、前記弁アセンブリ（３６）が、前記温度調節回路（１４）において、前記作動路（１６）と前記冷却路（３４）との間の液体のための閉冷却経路（Ｂ）を画定する、冷却構成と、
    を選択的にとるように構成された弁アセンブリ（３６）と
    を含むシステム。
  2. 前記温度調節回路（１４）は、ラジエータ（４０）と熱交換関係にある熱安定化路（３８）を備える、請求項１に記載のシステム。
  3. 前記加熱構成において、前記弁アセンブリ（３６）は、前記温度調節回路（１４）において、前記液体のためのさらなる閉冷却経路（Ａ’）を画定し、前記冷却路（３４）と前記熱安定化路（３８）とを共に接続する、請求項２に記載のシステム。
  4. 前記冷却構成において、前記弁アセンブリ（３６）は、前記温度調節回路（１４）において、前記液体のためのさらなる閉加熱経路（Ｂ’）を画定し、前記加熱路（３２）と前記熱安定化路（３８）とを共に接続する、請求項２または３に記載のシステム。
  5. 前記温度調節回路（１４）は、空気調和装置（４４）と熱交換関係にある加熱路（４２）を備える、請求項１から４のいずれか一項に記載のシステム。
  6. 前記弁アセンブリ（３６）が加熱構成にあるときに、前記加熱路（４２）は前記作動路（１６）と並列に接続されるように構成される、請求項５に記載のシステム。
  7. 前記弁アセンブリ（３６）が加熱構成にあるとき、及び前記冷却構成にあるときそれぞれで、前記閉加熱経路（Ａ）及び前記閉冷却経路（Ｂ）それぞれを通る、前記液体の強制循環を誘導するように構成された少なくとも１つのポンプ装置（４６、４８）をさらに備える、請求項１から６のいずれか１項に記載のシステム。
  8. 前記少なくとも１つのポンプ装置が、前記閉加熱経路（Ａ）を通る強制循環を誘導するように構成された加熱ポンプ装置（４６）を備える、請求項７に記載のシステム。
  9. 前記加熱ポンプ装置（４６）が前記加熱路（３２）内に配置されている、請求項８に記載のシステム。
  10. 前記少なくとも１つのポンプ装置が、前記閉冷却経路（Ｂ）を通る強制循環を誘導するように構成された冷却ポンプ装置（４８）を備える、請求項７～９のいずれか１項に記載のシステム。
  11. 前記冷却ポンプ装置（４８）が前記冷却路（３４）内に配置されている、請求項１０に記載のシステム。
  12. 前記弁アセンブリ（３６）が
    前記加熱路（３２）と前記作動路（１６）との間に配置されている加熱弁（５０）と；
    前記冷却路（３４）と前記作動路（１６）との間に配置されている冷却弁（５２）と；
    前記作動路（１６）の下流で、前記加熱路（３２）及び前記冷却路（３４）の上流に配置されている戻り切換弁（５４）と、
    を備える、請求項１から１１のいずれか一項に記載のシステム。
  13. 前記弁アセンブリの加熱構成において：
    前記加熱弁（５０）は、前記加熱路（３２）と前記作動路（１６）との間の液体の流れを可能にし；
    前記冷却弁（５２）は、前記冷却路（３４）と前記作動路（１６）との間の液体の流れを防止し；
    前記戻り切換弁（５４）は、前記作動路（１６）と前記加熱路（３２）との間の液体の流れを選択的に可能にする、請求項１２に記載のシステム。
  14. 前記弁アセンブリ（３６）の冷却構成において：
    前記加熱弁（５０）は、前記加熱路（３２）と前記作動路（１６）との間の液体の流れを防止し；
    前記冷却弁（５２）は、前記冷却路（３４）と前記作動路（１６）との間の液体の流れを可能し；
    前記戻り切換弁（５４）は、前記作動路（１６）と前記冷却路（３４）との間の液体の流れを選択的に可能にする、請求項１２または１３に記載のシステム。
  15. 前記加熱弁（５０）は、前記加熱路（３２）の下流であって、前記作動路（１６）及び前記熱安定化路（３８）の上流に配置されている切換弁である、請求項２～４のいずれか１項に従属する場合の請求項１２～１４のいずれか１項に記載のシステム。
  16. 前記弁アセンブリ（３６）の冷却構成において、前記加熱弁（５０）は、前記加熱路（３２）と前記熱安定化路（３８）との間の液体の流れを可能にする、請求項１５に記載のシステム。
  17. 前記冷却弁（５２）は、前記冷却路（３４）の下流であって、前記作動路（１６）及び前記熱安定化路（３８）の上流に配置されている切換弁である、請求項２～４のいずれか１項に従属する場合の請求項１２～１６のいずれか１項に記載のシステム。
  18. 前記弁アセンブリ（３６）の加熱構成において、前記冷却弁（５２）は、前記冷却路（３４）と前記熱安定化路（３８）との間の液体の流れを可能にする、請求項１７に記載のシステム。
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