JP2023130950A - electric vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ヒートポンプサイクルの空調装置を備えた電動車両に関する。 The present invention relates to an electric vehicle equipped with a heat pump cycle air conditioner.
近年、車両の省エネと環境問題に伴い、エンジンと電動モータを併用して走行するハイブリッド電気自動車(HV、PHV、PHEV)や、電動モータのみで走行する電気自動車(BEV)等の電動車両が実用化されてきている。電動車両の空調装置としては、エンジンの排熱を十分に利用できないことから、ヒートポンプサイクルを用いた空調装置が提案されている(特許文献1)。 In recent years, due to energy saving and environmental issues in vehicles, electric vehicles such as hybrid electric vehicles (HV, PHV, PHEV) that use both an engine and an electric motor to run, and electric vehicles (BEV) that run only with an electric motor have come into practical use. It is becoming more and more popular. BACKGROUND ART As an air conditioner for an electric vehicle, an air conditioner using a heat pump cycle has been proposed since engine exhaust heat cannot be fully utilized (Patent Document 1).
電動車両のバッテリは、充放電中の発熱により温度が上昇し、放電容量や電圧が低下する虞があるため、温度が上昇した際には冷却を行って適切な温度に維持する必要がある。バッテリの冷却を行う場合、車室の空調装置にバッテリ冷却用の蒸発器を追加して設け、蒸発器で冷却した空気や水をバッテリに循環させてバッテリの温度上昇を抑制する技術が提案されている(特許文献2)。 The temperature of the battery of an electric vehicle increases due to heat generation during charging and discharging, and there is a risk that the discharge capacity and voltage will decrease, so when the temperature rises, it is necessary to cool it to maintain it at an appropriate temperature. When cooling the battery, a technology has been proposed in which an evaporator for cooling the battery is added to the air conditioner in the passenger compartment, and air and water cooled by the evaporator are circulated to the battery to suppress the temperature rise of the battery. (Patent Document 2).
特許文献2で提案された温度管理の技術を用いることで、バッテリ冷却用の蒸発器により空気や水を冷やし、冷却空気、冷却水としてバッテリの冷却を行うことができる。このため、車室の空調装置を拡張した形で、バッテリを適切な温度に維持することができる。
By using the temperature management technology proposed in
しかし、従来のバッテリの冷却の技術では、空調装置の冷媒の圧力や温度を維持して循環させるための動力や、冷却用の空気や水を循環させるための動力が必要であり、バッテリに蓄えられた電気が動力源となっている。このため、バッテリの温度を管理するための消費電力が嵩み、特に、電動モータのみで走行する電気自動車(BEV)にあっては、走行距離に影響を及ぼす虞があるのが現状であった。 However, conventional battery cooling technology requires power to maintain and circulate the pressure and temperature of the refrigerant in the air conditioner, as well as power to circulate cooling air and water, which is stored in the battery. The generated electricity is the power source. For this reason, the power consumption to manage the temperature of the battery increases, which may affect the mileage, especially for electric vehicles (BEVs) that run only on electric motors. .
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、ヒートポンプシステムで得られる副産物を有効に利用してバッテリの温度管理(冷却)を行うことができる電動車両を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above situation, and an object of the present invention is to provide an electric vehicle that can perform temperature management (cooling) of a battery by effectively utilizing byproducts obtained from a heat pump system.
上記目的を達成するための請求項1に係る本発明の電動車両は、車室内熱交換器、車室外熱交換器、車室用蒸発器を有し、圧縮手段、経路切換え手段、膨張手段を介して所望の状態にされた冷媒が循環されるヒートポンプサイクルと、車両の動力を得るための電力が貯められるバッテリとを備えた電動車両において、冷却源が供給されることで前記バッテリの冷却を行うバッテリ冷却手段と、前記車室用蒸発器が蒸発器として動作された際に生じる凝縮水を前記冷却源として前記バッテリ冷却手段に反映させる冷却源反映手段とを備えたことを特徴とする。
The electric vehicle of the present invention according to
請求項1に係る本発明では、車室用蒸発器が蒸発器として動作された際に生じる凝縮水が冷却源反映手段によりバッテリ冷却手段に反映され、冷房時の副産物としてのドレン水を冷却用の冷却源として用いられる。これにより、ヒートポンプシステムで得られる副産物を有効に利用してバッテリの温度管理(冷却)を行うことが可能になり、バッテリの電力を用いることなく(バッテリの電力を消費することなく)バッテリの冷却を行うことができる。
In the present invention according to
バッテリ冷却手段としては、バッテリ用熱交換器を用い、冷媒の通路の外側に、水分を吸着させるための高分子吸着剤、デシカント材を設ける構成を適用したり、凝縮水をタンクなどの貯留手段に貯め、貯留された凝縮水をバッテリのケースに循環させる構成を適用したりすることができる。 As a battery cooling means, a battery heat exchanger is used, and a structure is applied in which a polymer adsorbent or desiccant material is provided outside the refrigerant passage to adsorb moisture, or a storage means such as a tank is used to store condensed water. It is also possible to apply a configuration in which the condensed water is stored in the battery case and the stored condensed water is circulated to the battery case.
そして、請求項2に係る本発明の電動車両は、請求項1に記載の電動車両において、前記バッテリ冷却手段は、前記バッテリに隣接して配される凝縮水保持手段と、前記凝縮水保持手段を通して外気を前記バッテリに送る送給手段とを有し、前記冷却源反映手段は、前記凝縮水を前記凝縮水保持手段に送る手段であることを特徴とする。
The electric vehicle of the present invention according to
請求項2に係る本発明では、凝縮水が凝縮水保持手段に保持され、外気が凝縮水保持手段に通されることで蒸発熱により外気が冷やされ、冷やされた外気によりバッテリが冷却される。凝縮水保持手段としては、外気に水分が接触できる状態に水分が保持される手段が用いられる。
In the present invention according to
また、請求項3に係る本発明の電動車両は、請求項2に記載の電動車両において、前記凝縮水保持手段はバッテリ用熱交換器であり、前記バッテリ用熱交換器は、媒体が流通する媒体経路(伝熱管)の外側に高分子吸着剤が配され、前記冷却源反映手段は、前記凝縮水を前記バッテリ用熱交換器に送ることで、前記高分子吸着剤に前記凝縮水を付着させる手段であることを特徴とする。
Further, in the electric vehicle of the present invention according to
請求項3に係る本発明では、バッテリ用熱交換器の媒体経路(伝熱管)の外側に配された高分子吸着剤に凝縮水が送られ、外気が接触できる状態に凝縮水が保持される。バッテリ用熱交換器に圧縮された媒体が送られることで、蒸発器として作動させてバッテリの冷却を行うこともできる。
In the present invention according to
また、請求項4に係る本発明の電動車両は、請求項3に記載の電動車両において、前記車両の車室内に、前記車室内熱交換器、前記車室用蒸発器が配され、前記車両の車室外に、前記車室外熱交換器、前記バッテリ、前記バッテリ用熱交換器が配され、前記車室内熱交換器の媒体経路の一方側には、前記圧縮手段で圧縮された媒体を送る経路が接続され、前記車室内熱交換器の媒体経路の他方側には、前記経路切換え手段が接続され、前記車室外熱交換器の媒体経路の他方側には、前記経路切換え手段が接続され、前記車室外熱交換器の媒体経路の一方側には、第1膨張弁を介して前記車室用蒸発器の媒体経路の他方側が接続されると共に、前記車室外熱交換器の媒体経路の一方側には、第2膨張弁を介して前記バッテリ用熱交換器の媒体経路の他方側が接続され、前記車室用蒸発器の媒体経路の一方側には、第3膨張弁を介して前記経路切換え手段が接続されると共に、前記バッテリ用熱交換器の媒体経路の一方側には前記経路切換え手段が接続され、前記経路切換え手段には、前記圧縮手段で圧縮された媒体が送られ、運転モードの指示の情報に基づいて、前記経路切換え手段、前記第1膨張弁、前記第2膨張弁、前記第3膨張弁の動作を制御する制御手段を備えたことを特徴とする。
Further, the electric vehicle of the present invention according to claim 4 is the electric vehicle according to
請求項4に係る本発明では、車室内熱交換器、車室外熱交換器、車室用蒸発器、バッテリ用熱交換器で構成されるヒートポンプシステムを構築することができる。 In the present invention according to claim 4, it is possible to construct a heat pump system including a vehicle interior heat exchanger, a vehicle exterior heat exchanger, a vehicle interior evaporator, and a battery heat exchanger.
また、請求項5に係る本発明の電動車両は、請求項4に記載の電動車両において、
前記運転モードは、圧縮された媒体が前記車室外熱交換器に送られることで前記車室外熱交換器が凝縮器とされ、膨張された媒体が前記車室用蒸発器に送られることで前記車室用蒸発器が蒸発器とされ、前記車室用蒸発器で生じた前記凝縮水が前記バッテリ用熱交換器に反映された状態で、前記バッテリ用熱交換器に外気が通され、蒸発熱で冷やされた外気により前記バッテリを冷却する、冷房・バッテリ冷却モードを含み、
前記制御手段は、
前記冷房・バッテリ冷却モードが選択された場合、前記圧縮手段で圧縮された媒体を前記車室内熱交換器、前記車室外熱交換器、前記第1膨張弁、前記車室用蒸発器、前記第3膨張弁の順に送り、前記圧縮手段に循環させるように前記経路切換え手段を動作させると共に、前記第1膨張弁を絞り状態に動作させ、前記第2膨張弁を閉じ状態に動作させ、前記第3膨張弁を全開状態に動作させると共に、外気が前記バッテリ用熱交換器を通って前記バッテリに送られるようにすることを特徴とする。
Further, the electric vehicle of the present invention according to
The operation mode is such that the compressed medium is sent to the vehicle exterior heat exchanger, so that the vehicle exterior heat exchanger is used as a condenser, and the expanded medium is sent to the vehicle interior evaporator, so that the vehicle exterior heat exchanger functions as a condenser. A vehicle interior evaporator is used as an evaporator, and while the condensed water generated in the vehicle interior evaporator is reflected in the battery heat exchanger, outside air is passed through the battery heat exchanger and evaporates. including an air conditioning/battery cooling mode in which the battery is cooled by outside air cooled by heat;
The control means includes:
When the cooling/battery cooling mode is selected, the medium compressed by the compression means is transferred to the vehicle interior heat exchanger, the vehicle exterior heat exchanger, the first expansion valve, the vehicle interior evaporator, and the vehicle interior heat exchanger. 3 expansion valves in order, and operates the path switching means to circulate the gas to the compression means, operates the first expansion valve to the throttle state, operates the second expansion valve to the closed state, and operates the first expansion valve to the closed state. The present invention is characterized in that three expansion valves are operated in a fully open state, and outside air is sent to the battery through the battery heat exchanger.
請求項5に係る本発明では、ヒートポンプの構成により車室の冷房を行うと共に、電力を用いることなく凝縮水でバッテリの冷却を行うシステムを構成することができる。
In the present invention according to
また、請求項6に係る本発明の電動車両は、請求項4もしくは請求項5に記載の電動車両において、前記運転モードは、前記車室用蒸発器で生じた前記凝縮水が前記バッテリ用熱交換器に反映された状態で、外気が前記バッテリ用熱交換器を通って前記バッテリに送られるようにするバッテリ冷却モードを含み、前記制御手段は、前記バッテリ冷却モードが選択された場合、外気が前記バッテリ用熱交換器を通って前記バッテリに送られる動作だけが実施されるようにすることを特徴とする。
Further, in the electric vehicle of the present invention according to
請求項6に係る本発明では、車室冷房・バッテリ冷却モードの制御に加え、もしくは、車室冷房・バッテリ冷却モードの制御の有無によらず、外気がバッテリ用熱交換器を通ってバッテリに送られる動作だけが実施されるバッテリ冷却モードでバッテリを冷却することができる。
In the present invention according to
また、請求項7に係る本発明の電動車両は、請求項4から請求項6のいずれか一項に記載の電動車両において、
前記運転モードは、
圧縮された媒体が前記車室内熱交換器に送られることで前記車室内熱交換器が凝縮器とされると共に、圧縮された媒体が前記車室外熱交換器に送られることで前記車室外熱交換器が凝縮器とされ、膨張された媒体が前記バッテリ用熱交換器に送られることで前記バッテリ用熱交換器が蒸発器とされ、前記バッテリの熱が前記バッテリ用熱交換器で回収されて吸熱源とされる、車室暖房・除霜モードを含み、
前記制御手段は、
前記車室暖房・除霜モードが選択された場合、前記圧縮手段で圧縮された媒体を前記車室内熱交換器、前記車室外熱交換器、前記第2膨張弁、前記バッテリ用熱交換器、の順に送り、前記圧縮手段に循環させるように前記経路切換え手段を動作させると共に、前記第2膨張弁を絞り状態に動作させると共に、前記第1膨張弁、前記第2膨張弁を閉じ状態に動作させ、前記バッテリ用熱交換器を前記バッテリの熱が吸熱源とされる蒸発器としてヒートポンプサイクルを成立させ、凝縮器とされた前記車室外熱交換器の霜を除去することを特徴とする。
Further, the electric vehicle of the present invention according to
The driving mode is
The compressed medium is sent to the vehicle interior heat exchanger, so that the vehicle interior heat exchanger is used as a condenser, and the compressed medium is sent to the vehicle exterior heat exchanger, so that the vehicle exterior heat exchanger is used as a condenser. The exchanger is a condenser, and the expanded medium is sent to the battery heat exchanger, thereby making the battery heat exchanger an evaporator, and the heat of the battery is recovered by the battery heat exchanger. Including cabin heating and defrosting mode, which is considered a heat absorption source.
The control means includes:
When the vehicle interior heating/defrosting mode is selected, the medium compressed by the compression means is transferred to the vehicle interior heat exchanger, the vehicle exterior heat exchanger, the second expansion valve, the battery heat exchanger, The route switching means is operated so that the compressor is circulated through the compression means, the second expansion valve is operated in a throttled state, and the first expansion valve and the second expansion valve are operated in a closed state. A heat pump cycle is established by using the battery heat exchanger as an evaporator in which the heat of the battery is used as a heat absorption source, and frost is removed from the vehicle exterior heat exchanger which is used as a condenser.
請求項7に係る本発明では、車室内熱交換器、及び、車室外熱交換器が、蒸発動作を行う凝縮器とされ、バッテリ用熱交換器がバッテリの熱を吸熱源とした蒸発器とされてヒートポンプサイクルが構築され、凝縮器とされた車室内熱交換器で暖房が行われると共に、凝縮器とされた車室外熱交換器の霜が除去される。
In the present invention according to
本発明の電動車両は、ヒートポンプシステム(ヒートポンプサイクル)で得られる副産物(凝縮水)を有効に利用してバッテリの温度管理(冷却)を行うことが可能になる。この結果、バッテリの電力を用いることなく(バッテリの電力を消費することなく)バッテリの冷却を行うことが可能になり、航行距離を減少させることを抑制することができる。 The electric vehicle of the present invention can effectively manage the temperature (cooling) of the battery by effectively utilizing the byproduct (condensed water) obtained from the heat pump system (heat pump cycle). As a result, it becomes possible to cool the battery without using battery power (without consuming battery power), and it is possible to suppress a decrease in the cruising distance.
図1に基づいて本発明の一実施例に係る電動車両を説明する。図1には本発明の一実施例に係る電動車両における空調装置の全体を概略的に示した概略系統を示してある。 An electric vehicle according to an embodiment of the present invention will be described based on FIG. FIG. 1 shows a schematic system that schematically shows the entire air conditioning system in an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
図1に示すように、本実施例の電動車両における空調装置1は、装置ケース2から車室3に空調用の流体が送風されるヒートポンプサイクルの装置とされている。即ち、装置ケース2の中には(車室内には)、媒体が伝熱管を流通する車室内熱交換器5、及び、車室用蒸発器6が配されている。装置ケース2の外には外気との間で熱交換されることで媒体の温度を調整する車室外熱交換器7が配されている。
As shown in FIG. 1, the
一方、電動車両には、走行用の電力を賄う(全部、もしくは、一部)バッテリ11が搭載され、バッテリ11に隣接してバッテリ冷却手段としてのバッテリ用熱交換器12が配されている。バッテリ用熱交換器12の媒体経路(伝熱管)の外側には、凝縮水保持手段として、水分を吸着させるための高分子吸着剤13が設けられている。
On the other hand, the electric vehicle is equipped with a battery 11 (in whole or in part) that supplies electric power for driving, and a
バッテリ用熱交換器12の媒体経路(伝熱管)の外側に配された高分子吸着剤13に凝縮水が送られることで、外気が接触できる状態に凝縮水が保持される。つまり、車室用蒸発器6が蒸発器として動作された際に、蒸発器の凝縮水が高分子吸着剤13に送られる(凝縮水が冷却源反映手段によりバッテリ冷却手段に反映される)。
By sending the condensed water to the
尚、バッテリ冷却手段としては、媒体経路(伝熱管)の外側に吸着剤を設けた熱交換器を適用したり、凝縮水をタンクなどの貯留手段に貯め、貯留された凝縮水をバッテリ11のケースに循環させる構成を適用したりすることができる。
As a battery cooling means, a heat exchanger with an adsorbent provided outside the medium path (heat transfer tube) may be used, or the condensed water may be stored in a storage means such as a tank, and the stored condensed water may be used to cool the
バッテリ11の近傍には、高分子吸着剤13が設けられたバッテリ用熱交換器12を通して外気をバッテリ11に送る、送給手段としてバッテリファン14が配されている。バッテリファン14の駆動により、凝縮水が保持された高分子吸着剤13を有するバッテリ用熱交換器12を通して、外気がバッテリ11に送られる。バッテリ用熱交換器12では凝縮水の蒸発熱により外気が冷やされ、冷やされた外気がバッテリ11に送られてバッテリ11が冷却される。
A
即ち、車室用蒸発器6が蒸発器として動作された際の副産物(凝縮水)を利用して外気を冷やし、電力を用いずに(バッテリファン14の動力は除く)バッテリ11を冷却することができる。
That is, by-product (condensed water) when the vehicle
一方、媒体を圧縮する圧縮手段16が備えられ、圧縮手段16で圧縮された媒体(圧縮媒体)は、車室内熱交換器5に送られた後、経路切換え手段17を介して、車室外熱交換器7、もしくは、車室用蒸発器6(バッテリ用熱交換器12)のいずれかに供給が切り換えられる。
On the other hand, a compression means 16 for compressing the medium is provided, and the medium (compressed medium) compressed by the compression means 16 is sent to the vehicle
つまり、車室内熱交換器5の媒体経路の一方側(図中上側)には、圧縮手段16で圧縮された媒体が送られる経路が接続され、車室内熱交換器5の媒体経路の他方側(図中下側)には、経路切換え手段17が接続されている。
That is, one side (upper side in the figure) of the medium path of the vehicle
車室外熱交換器7の媒体経路の他方側(図中上側)には、経路切換え手段17が接続され、車室外熱交換器7の媒体経路の一方側(図中下側)には、第1膨張弁21を介して車室用蒸発器6の媒体経路の他方側(図中下側)が接続されている。また、車室外熱交換器7の媒体経路の一方側(図中下側)には、第2膨張弁22を介してバッテリ用熱交換器12の媒体経路の他方側(図中下側)が接続されている。
A path switching means 17 is connected to the other side of the medium path of the vehicle exterior heat exchanger 7 (upper side in the figure), and a route switching means 17 is connected to one side of the medium path of the vehicle exterior heat exchanger 7 (lower side in the figure). The other side (lower side in the figure) of the medium path of the vehicle
また、車室用蒸発器6の媒体経路の一方側(図中上側)には、第3膨張弁23を介して経路切換え手段17が接続されると共に、バッテリ用熱交換器12の媒体経路の一方側(図中上側)には経路切換え手段17が接続されている。
Further, a path switching means 17 is connected to one side (upper side in the figure) of the medium path of the
経路切換え手段17は、車室内熱交換器5の他方側(図中下側)につながる(圧縮手段16の出口側につながる)ポート17a、圧縮手段16の入口側につながるポート17b、車室外熱交換器7の他方側(図中上側)につながるポート17c、車室用蒸発器6(バッテリ用熱交換器12)の一方側(図中上側)につながるポート17dが備えられている。
The path switching means 17 includes a
経路切換え手段17には、圧縮手段16で圧縮された媒体が送られ、制御手段25からの運転モードの指示の情報に基づいて、経路切換え手段17、第1膨張弁21、第2膨張弁22、第3膨張弁23の動作が制御される。また、制御手段25からの指示により、室外ファン26、室内ファン27が回転され、ダンパー28の位置がA位置、B位置に動作される(A位置では車室内熱交換器5を流通しない流路が開けられ、B位置では車室内熱交換器5を流通する流路が開けられる)。
The medium compressed by the compression means 16 is sent to the route switching means 17 , and the route switching means 17 , the
上記構成により、車室内熱交換器5、車室外熱交換器7、車室用蒸発器6、バッテリ用熱交換器12で構成されるヒートポンプシステムが構築される。
With the above configuration, a heat pump system is constructed which includes the vehicle
図2から図7に基づいて上記構成の空調装置1の運転モードの主な具体例を説明する。
Main specific examples of the operation modes of the
図2には冷房・バッテリ冷却モードにおける空調装置の概略系統、図3には冷房モードにおける空調装置の概略系統、図4には冷媒を用いないバッテリ冷却モードにおける空調装置の概略系統、図5には冷媒を用いたバッテリ冷却モードにおける空調装置の概略系統、図6には暖房・バッテリ加熱モードにおける空調装置の概略系統、図7には除湿防曇・暖房モードにおける空調装置の概略系統、図8には暖房・除霜モードにおける空調装置の概略系統を示してある。 Figure 2 shows a schematic system of the air conditioner in cooling/battery cooling mode, Figure 3 shows a schematic system of the air conditioner in cooling mode, Figure 4 shows a schematic system of the air conditioner in battery cooling mode that does not use refrigerant, and Figure 5 shows a schematic system of the air conditioner in battery cooling mode that does not use refrigerant. 6 shows a schematic system of the air conditioner in battery cooling mode using refrigerant, FIG. 6 shows a schematic system of the air conditioner in heating/battery heating mode, FIG. 7 shows a schematic system of the air conditioner in dehumidifying/antifogging/heating mode, and FIG. shows a schematic system of the air conditioner in heating/defrosting mode.
図2に基づいて冷房・バッテリ冷却モードを説明する。冷房・バッテリ冷却モードは、長距離にわたり連続して高出力で走行を可能にして車室3を冷房するモードが想定されている。
The cooling/battery cooling mode will be explained based on FIG. 2. The air conditioning/battery cooling mode is assumed to be a mode in which the
冷房・バッテリ冷却モードが実施される場合、制御手段25により、ポート17aとポート17cがつながり、ポート17bとポート17dがつながるように、経路切換え手段17の動作が制御される。そして、第1膨張弁21が絞り状態に動作され、第2膨張弁22が全閉状態に動作され、第3膨張弁23が全開状態に動作されると共に、バッテリファン14、室外ファン26、室内ファン27が回転され、ダンパー28がA位置に動作される。
When the cooling/battery cooling mode is implemented, the control means 25 controls the operation of the path switching means 17 so that the
圧縮手段16で圧縮された媒体が車室内熱交換器5を通過し、経路切換え手段17から車室外熱交換器7、第1膨張弁21、車室用蒸発器6、第3膨張弁23、経路切換え手段17の順に送られ、圧縮手段16に循環される。これにより、車室外熱交換器7が凝縮器として働き、車室用蒸発器6が蒸発器として働く。
The medium compressed by the compression means 16 passes through the vehicle
室内ファン27の駆動により、車室3内の還気RAが車室用蒸発器6で冷却され、車室3への送風SAcとされる。車室用蒸発器6の凝縮水がバッテリ用熱交換器12の高分子吸着剤13に吸着されて保持される。バッテリファン14の駆動により、凝縮水が保持された高分子吸着剤13を有するバッテリ用熱交換器12を通して、外気OAがバッテリ11に送られる。バッテリ用熱交換器12では凝縮水の蒸発熱により外気が冷やされ、冷やされた外気SAbがバッテリ11に送られてバッテリ11が冷却され、排気される(EA)。
By driving the
これにより、車室用蒸発器6が蒸発器として動作された際の副産物(凝縮水)を利用して外気を冷やし、電力を用いずに(バッテリファン14の動力は除く)、冷やされた外気SAbによりバッテリ11を冷却することができる。
As a result, the by-product (condensed water) when the
従って、ヒートポンプシステム(ヒートポンプサイクル)で得られる副産物(凝縮水)を有効に利用してバッテリ11の温度管理(冷却)を行うことが可能になる。この結果、バッテリ11の電力を用いることなく(バッテリ11の電力を消費することなく)バッテリ11の冷却を行うことが可能になり、電動車両の航行距離の減少を抑制することが可能になる。
Therefore, it becomes possible to perform temperature control (cooling) of the
図3に基づいて冷房モードを説明する。冷房モードは、短距離の走行の際(バッテリ11の冷却を行う必要がない)に車室3の冷房を実施するモードが想定されている。
The cooling mode will be explained based on FIG. 3. The cooling mode is assumed to be a mode in which the
冷房モードが実施される場合、制御手段25により、ポート17aとポート17cがつながり、ポート17bとポート17dがつながるように、経路切換え手段17の動作が制御される。そして、第1膨張弁21が絞り状態に動作され、第2膨張弁22が全閉状態に動作され、第3膨張弁23が全開状態に動作されると共に、バッテリファン14が停止され、室外ファン26、室内ファン27が回転され、ダンパー28がA位置に動作される。
When the cooling mode is implemented, the control means 25 controls the operation of the path switching means 17 so that the
圧縮手段16で圧縮された媒体が車室内熱交換器5を通過し、経路切換え手段17から車室外熱交換器7、第1膨張弁21、車室用蒸発器6、第3膨張弁23、経路切換え手段17の順に送られ、圧縮手段16に循環される。これにより、車室外熱交換器7が凝縮器として働き、車室用蒸発器6が蒸発器として働く。
The medium compressed by the compression means 16 passes through the vehicle
室内ファン27の駆動により、車室3内の還気RAが車室用蒸発器6で冷却され、車室3への送風SAcとされる。車室用蒸発器6の凝縮水がバッテリ用熱交換器12の高分子吸着剤13に吸着されて保持されて溜められる。この場合、高分子の重さの3倍から4倍の水を溜めることができる。
By driving the
これにより、バッテリ11の冷却の必要が低い走行時に、車室用蒸発器6が蒸発器として動作された際の副産物(凝縮水)を溜めながら、車室3の冷房を行うことができる。
Thereby, during driving when the need for cooling the
図4に基づいて凝縮水によるバッテリ冷却モードを説明する。凝縮水によるバッテリ冷却モードは、凝縮水が溜められている状態で、急速充電など車室3の冷房を必要とせず、バッテリ11の温度が上限を超えて(例えば、40℃から50℃)バッテリ11のみを冷却する場合が想定されている。
The battery cooling mode using condensed water will be explained based on FIG. 4. The battery cooling mode using condensed water does not require air conditioning of the
凝縮水によるバッテリ冷却モードが実施される場合、圧縮手段16、経路切換え手段17、第1膨張弁21、第2膨張弁22、第3膨張弁23の動作が停止され、室外ファン26、室内ファン27の回転が停止され、バッテリファン14だけが回転されて、ダンパー28がA位置に動作される。
When the battery cooling mode using condensed water is implemented, the compression means 16, the path switching means 17, the
バッテリファン14の駆動により、凝縮水が保持された高分子吸着剤13を有するバッテリ用熱交換器12を通して、外気OAがバッテリ11に送られる。バッテリ用熱交換器12では凝縮水の蒸発熱により外気が冷やされ、冷やされた外気SAbがバッテリ11に送られてバッテリ11が冷却され、排気される(EA)。
As the
これにより、高分子吸着剤13に溜められた凝縮水を利用して外気OAを冷やし、電力を用いずに(バッテリファン14の動力は除く)、冷やされた外気SAbによりバッテリ11を冷却することができる。
As a result, the outside air OA is cooled using the condensed water stored in the
図5に基づいて冷媒によるバッテリ冷却モードを説明する(バッテリ用熱交換器12を蒸発器として動作させる)。冷媒によるバッテリ冷却モードは、凝縮水が溜められていない状態で、急速充電など車室3の冷房を必要とせず、バッテリ11の温度が上限を超えて(例えば、40℃から50℃)バッテリ11のみを冷却する場合が想定されている。
A battery cooling mode using a refrigerant will be explained based on FIG. 5 (the
冷媒によるバッテリ冷却モードが実施される場合、制御手段25により、ポート17aとポート17cがつながり、ポート17bとポート17dがつながるように、経路切換え手段17の動作が制御される。そして、第1膨張弁21が全閉状態に動作され、第2膨張弁22が絞り状態に動作され、第3膨張弁23が全閉状態に動作されると共に、バッテリファン14、室外ファン26が回転され、室内ファン27が停止され、ダンパー28がA位置に動作される。
When the refrigerant-based battery cooling mode is implemented, the control means 25 controls the operation of the path switching means 17 so that the
圧縮手段16で圧縮された媒体が車室内熱交換器5を通過し、経路切換え手段17から車室外熱交換器7、第2膨張弁22、バッテリ用熱交換器12、経路切換え手段17の順に送られ、圧縮手段16に循環される。これにより、車室外熱交換器7が凝縮器として働き、バッテリ用熱交換器12が蒸発器として働く。
The medium compressed by the compression means 16 passes through the vehicle
バッテリファン14の駆動により、外気OAが蒸発器として働くバッテリ用熱交換器12で冷却され、冷却された外気SAbがバッテリ11に送られてバッテリ11が冷却され、排気される(EA)。
As the
これにより、高分子吸着剤13に凝縮水が溜められていない場合に、外気OAをバッテリ用熱交換器12で冷却し、冷却された外気SAbによりバッテリ11を冷却することができる。
Thereby, when no condensed water is stored in the
図6に基づいて暖房・バッテリ加熱モードを説明する。暖房・バッテリ加熱モードは、冬季の走行時や、低温時の起動の際に車室3の暖房を行ったり、バッテリ11を加熱したりする場合が想定されている。
The heating/battery heating mode will be explained based on FIG. 6. The heating/battery heating mode is assumed to be used to heat the
暖房・バッテリ加熱モードが実施される場合、制御手段25により、ポート17aとポート17dがつながり、ポート17cとポート17bがつながるように、経路切換え手段17の動作が制御される。そして、第1膨張弁21が全閉状態に動作され、第2膨張弁22が絞り状態に動作され、第3膨張弁23が全閉状態に動作されると共に、バッテリファン14、室外ファン26、室内ファン27が回転され、ダンパー28がB位置に動作される。
When the heating/battery heating mode is implemented, the control means 25 controls the operation of the path switching means 17 so that the
圧縮手段16で圧縮された媒体が車室内熱交換器5を通り、経路切換え手段17からバッテリ用熱交換器12、第2膨張弁22、車室外熱交換器7、経路切換え手段17の順に送られ、圧縮手段16に循環される。これにより、車室内熱交換器5、及び、バッテリ用熱交換器12が凝縮器として働き、車室外熱交換器7が蒸発器として働く。
The medium compressed by the compression means 16 passes through the vehicle
室内ファン27の駆動により、車室3内の還気RAが車室用蒸発器6を通過して車室内熱交換器5で暖められ、車室3への送風SAcとされる。バッテリファン14の駆動により、外気OAがバッテリ用熱交換器12で暖められ、高温となった外気SAbがバッテリ11に送られてバッテリ11が加熱され、排気される(EA)。
By driving the
尚、室内ファン27、または、バッテリファン14を停止させることにより、バッテリ11の加熱、または、車室3の暖房を単独で行うことができる。
Note that by stopping the
図7に基づいて除湿防曇・暖房モードを説明する。除湿防曇・暖房モードは、低温で湿度が高い外気の条件での走行時に、除湿、曇り止め、暖房を行う場合が想定されている。 The dehumidification/antifogging/heating mode will be explained based on FIG. 7. The dehumidifying/anti-fogging/heating mode is intended to perform dehumidification, anti-fog, and heating when driving in low-temperature, high-humidity outdoor conditions.
除湿防曇・暖房モードが実施される場合、制御手段25により、ポート17aとポート17dがつながり、ポート17cとポート17bがつながるように、経路切換え手段17の動作が制御される。そして、第1膨張弁21が絞り状態に動作され、第2膨張弁22が全閉状態に動作され、第3膨張弁23が絞り状態に動作されると共に、バッテリファン14が停止され、室外ファン26、室内ファン27が回転され、ダンパー28がB位置に動作される。
When the dehumidification/antifogging/heating mode is implemented, the control means 25 controls the operation of the path switching means 17 so that the
圧縮手段16で圧縮された媒体が車室内熱交換器5を通り、経路切換え手段17から第3膨張弁23、車室用蒸発器6、第1膨張弁21、車室外熱交換器7、経路切換え手段17の順に送られ、圧縮手段16に循環される。これにより、車室内熱交換器5が凝縮器として働き、車室用蒸発器6、車室外熱交換器7が蒸発器として働く。
The medium compressed by the compression means 16 passes through the vehicle
室内ファン27の駆動により、車室3内の還気RAが車室用蒸発器6で除湿され、車室内熱交換器5で暖められ、暖められて除湿された車室3への送風SAc(暖められて除湿された送風SAc)とされる。暖められて除湿された送風SAcとされることで、車室3が暖房されると共に、除湿された空気となってフロントガラスやウインドウガラスなどの曇りが防止される。
By driving the
図8に基づいてバッテリ蓄熱による暖房・除霜モードを説明する。 The heating/defrosting mode using battery heat storage will be explained based on FIG. 8.
ヒートポンプシステムにより暖房モードを実施する場合(車室内熱交換器5を凝縮器として動作させる場合)、車室外熱交換器7を凝縮器として動作させ、大気から吸熱を行う必要がある(吸熱源が必要になる)。このため、暖房モードを継続して実施すると、車室外熱交換器7に霜が付着する。大気からの吸熱能力を維持するため、霜を除去する(除霜する)必要がある。
When implementing the heating mode with the heat pump system (when operating the vehicle
バッテリ11の放・充電の繰り返しによりバッテリ11が発熱する。この発熱した熱を所定の範囲(例えば、20℃から40℃)で蓄熱し、暖房モードを実施する場合、バッテリ11の熱を吸熱源として利用し(バッテリ用熱交換器12を蒸発器として動作させ)、車室内熱交換器5、及び、車室外熱交換器7を凝縮器として動作させて車室3の暖房と車室外熱交換器7の霜取り(除霜)を実施している。
By repeatedly discharging and charging the
つまり、暖房モードを実施する際に、車室3の暖房を継続しながら(暖房を停止することなく)車室外熱交換器7の除霜が実施されるようになっている。したがって、暖房モードにおけるヒートポンプシステムを維持した状態で、車室外熱交換器7を凝縮器として動作できるようにし、車室外熱交換器7の除霜を行いながら車室3の暖房を行うことが可能になっている。
That is, when implementing the heating mode, defrosting of the vehicle
バッテリ蓄熱による暖房・除霜モードが実施される場合、制御手段25により、ポート17aとポート17cがつながり、ポート17dとポート17bがつながるように、経路切換え手段17の動作が制御される。そして、第1膨張弁21が全閉状態に動作され、第2膨張弁22が絞り状態に動作され、第3膨張弁23が全閉状態に動作されると共に、バッテリファン14が逆向きに回転され、室外ファン26が停止され、室内ファン27が回転され、ダンパー28がB位置に動作される。
When the heating/defrosting mode using battery heat storage is implemented, the control means 25 controls the operation of the path switching means 17 so that the
圧縮手段16で圧縮された媒体が車室内熱交換器5を通り、経路切換え手段17から車室外熱交換器7、第2膨張弁22、バッテリ用熱交換器12、経路切換え手段17の順に送られ、圧縮手段16に循環される。これにより、車室内熱交換器5、車室外熱交換器7が凝縮器として働き、バッテリ用熱交換器12が蒸発器として働く。
The medium compressed by the compression means 16 passes through the vehicle
室内ファン27の駆動により、車室3内の還気RAが車室用蒸発器6を通過して車室内熱交換器5で暖められ、車室3への送風SAcとされ、車室3が暖房される。そして、凝縮器として働く車室外熱交換器7に付着した霜が除去される。一方、バッテリファン14の逆向の回転により、外気OAがバッテリ11の熱により加熱される。ヒートポンプサイクルを維持するために、加熱された外気OAを、蒸発器として働くバッテリ用熱交換器12で放熱させることでバッテリ用熱交換器12の冷媒を蒸発させる。放熱された外気OAは排気される(EA)。
By driving the
このため、車室外熱交換器7の除霜を行いながら、車室3の暖房を継続させることが可能になっている。即ち、車室内熱交換器5、及び、車室外熱交換器7が凝縮器とされ、バッテリ用熱交換器12がバッテリ11の熱を吸熱源とした蒸発器とされてヒートポンプサイクルが構築され、凝縮器とされた車室内熱交換器5で暖房が行われると共に、凝縮器とされた車室外熱交換器7に付着した霜が除去される。
Therefore, it is possible to continue heating the
尚、バッテリ11の蓄熱の温度を所定の温度範囲に維持するため、温度検出手段を設け、発熱した熱を所定の範囲(例えば、20℃から40℃)に保つように、冷却を行いながら蓄熱することも可能である。
In order to maintain the temperature of the heat stored in the
上述した電動車両の空調装置1は、車室用蒸発器6が蒸発器として動作された際の副産物(凝縮水)を利用して外気を冷やし、電力を用いずに(バッテリファン14の動力は除く)、冷やされた外気SAbによりバッテリ11を冷却することができる。
The electric
従って、ヒートポンプシステム(ヒートポンプサイクル)で得られる副産物(凝縮水)を有効に利用してバッテリ11の温度管理(冷却)を行うことが可能になる。この結果、バッテリ11の電力を用いることなく(バッテリ11の電力を消費することなく)バッテリ11の冷却を行うことが可能になり、電動車両の航行距離の減少を抑制することが可能になる。
Therefore, it becomes possible to perform temperature control (cooling) of the
本発明は、ヒートポンプサイクルの空調装置を備えた電動車両の産業分野で利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used in the industrial field of electric vehicles equipped with heat pump cycle air conditioners.
1 空調装置
2 装置ケース
3 車室
5 車室内熱交換器
6 車室用蒸発器
7 車室外熱交換器
11 バッテリ
12 バッテリ用熱交換器
13 高分子吸着剤
14 バッテリファン
16 圧縮手段
17 経路切換え手段
21 第1膨張弁
22 第2膨張弁
23 第3膨張弁
25 制御手段
26 室外ファン
27 室内ファン
28 ダンパー
1
Claims (7)
車両の動力を得るための電力が貯められるバッテリとを備えた電動車両において、
冷却源が供給されることで前記バッテリの冷却を行うバッテリ冷却手段と、
前記車室用蒸発器が蒸発器として動作された際に生じる凝縮水を前記冷却源として前記バッテリ冷却手段に反映させる冷却源反映手段とを備えた
ことを特徴とする電動車両。 A heat pump cycle that includes a vehicle interior heat exchanger, a vehicle exterior heat exchanger, and a vehicle interior evaporator, and in which refrigerant that has been brought into a desired state through a compression means, a path switching means, and an expansion means is circulated;
In an electric vehicle equipped with a battery that stores electric power for obtaining power of the vehicle,
a battery cooling means that cools the battery by being supplied with a cooling source;
An electric vehicle comprising: cooling source reflecting means for reflecting condensed water generated when the vehicle interior evaporator is operated as an evaporator on the battery cooling means as the cooling source.
前記バッテリ冷却手段は、
前記バッテリに隣接して配される凝縮水保持手段と、前記凝縮水保持手段を通して外気を前記バッテリに送る送給手段とを有し、
前記冷却源反映手段は、
前記凝縮水を前記凝縮水保持手段に送る手段である
ことを特徴とする電動車両。 The electric vehicle according to claim 1,
The battery cooling means includes:
comprising a condensed water holding means disposed adjacent to the battery, and a feeding means for sending outside air to the battery through the condensed water holding means,
The cooling source reflecting means includes:
An electric vehicle, characterized in that the electric vehicle is a means for sending the condensed water to the condensed water holding means.
前記凝縮水保持手段はバッテリ用熱交換器であり、
前記バッテリ用熱交換器は、
媒体が流通する媒体経路の外側に高分子吸着剤が配され、
前記冷却源反映手段は、
前記凝縮水を前記バッテリ用熱交換器に送ることで、前記高分子吸着剤に前記凝縮水を付着させる手段である
ことを特徴とする電動車両。 The electric vehicle according to claim 2,
The condensed water holding means is a battery heat exchanger,
The battery heat exchanger includes:
A polymer adsorbent is placed outside the media path through which the media flows.
The cooling source reflecting means includes:
The electric vehicle is characterized in that the condensed water is made to adhere to the polymer adsorbent by sending the condensed water to the battery heat exchanger.
前記車両の車室内に、前記車室内熱交換器、前記車室用蒸発器が配され、
前記車両の車室外に、前記車室外熱交換器、前記バッテリ、前記バッテリ用熱交換器が配され、
前記車室内熱交換器の媒体経路の一方側には、前記圧縮手段で圧縮された媒体を送る経路が接続され、
前記車室内熱交換器の媒体経路の他方側には、前記経路切換え手段が接続され、
前記車室外熱交換器の媒体経路の他方側には、前記経路切換え手段が接続され、
前記車室外熱交換器の媒体経路の一方側には、第1膨張弁を介して前記車室用蒸発器の媒体経路の他方側が接続されると共に、前記車室外熱交換器の媒体経路の一方側には、第2膨張弁を介して前記バッテリ用熱交換器の媒体経路の他方側が接続され、
前記車室用蒸発器の媒体経路の一方側には、第3膨張弁を介して前記経路切換え手段が接続されると共に、前記バッテリ用熱交換器の媒体経路の一方側には前記経路切換え手段が接続され、
前記経路切換え手段には、前記圧縮手段で圧縮された媒体が送られ、
運転モードの指示の情報に基づいて、前記経路切換え手段、前記第1膨張弁、前記第2膨張弁、前記第3膨張弁の動作を制御する制御手段を備えた
ことを特徴とする電動車両。 The electric vehicle according to claim 3,
The vehicle interior heat exchanger and the vehicle interior evaporator are arranged in a vehicle interior of the vehicle,
The exterior heat exchanger, the battery, and the battery heat exchanger are arranged outside the vehicle,
A path for sending the medium compressed by the compression means is connected to one side of the medium path of the vehicle interior heat exchanger,
The route switching means is connected to the other side of the medium route of the vehicle interior heat exchanger,
The route switching means is connected to the other side of the medium route of the vehicle exterior heat exchanger,
One side of the medium path of the vehicle outside heat exchanger is connected to the other side of the medium path of the vehicle interior evaporator via a first expansion valve, and one side of the medium path of the vehicle outside heat exchanger is connected to the other side of the medium path of the vehicle interior evaporator. The other side of the medium path of the battery heat exchanger is connected to the side via a second expansion valve,
The path switching means is connected to one side of the medium path of the vehicle interior evaporator via a third expansion valve, and the path switching means is connected to one side of the medium path of the battery heat exchanger. is connected,
A medium compressed by the compression means is sent to the path switching means,
An electric vehicle, comprising: a control means for controlling operations of the route switching means, the first expansion valve, the second expansion valve, and the third expansion valve based on information about a driving mode instruction.
前記運転モードは、
圧縮された媒体が前記車室外熱交換器に送られることで前記車室外熱交換器が凝縮器とされ、膨張された媒体が前記車室用蒸発器に送られることで前記車室用蒸発器が蒸発器とされ、前記車室用蒸発器で生じた前記凝縮水が前記バッテリ用熱交換器に反映された状態で、前記バッテリ用熱交換器に外気が通され、蒸発熱で冷やされた外気により前記バッテリを冷却する、冷房・バッテリ冷却モードを含み、
前記制御手段は、
前記冷房・バッテリ冷却モードが選択された場合、
前記圧縮手段で圧縮された媒体を前記車室内熱交換器、前記車室外熱交換器、前記第1膨張弁、前記車室用蒸発器、前記第3膨張弁の順に送り、前記圧縮手段に循環させるように前記経路切換え手段を動作させると共に、前記第1膨張弁を絞り状態に動作させ、前記第2膨張弁を閉じ状態に動作させ、前記第3膨張弁を全開状態に動作させると共に、外気が前記バッテリ用熱交換器を通って前記バッテリに送られるようにする
ことを特徴とする電動車両。 The electric vehicle according to claim 4,
The driving mode is
The compressed medium is sent to the vehicle exterior heat exchanger, so that the vehicle exterior heat exchanger is used as a condenser, and the expanded medium is sent to the vehicle interior evaporator, which serves as the vehicle interior evaporator. is used as an evaporator, and the condensed water generated in the vehicle interior evaporator is reflected in the battery heat exchanger, and outside air is passed through the battery heat exchanger and cooled by the heat of evaporation. including a cooling/battery cooling mode in which the battery is cooled by outside air;
The control means includes:
When the cooling/battery cooling mode is selected,
The medium compressed by the compression means is sent to the vehicle interior heat exchanger, the vehicle exterior heat exchanger, the first expansion valve, the vehicle interior evaporator, and the third expansion valve in this order, and is circulated to the compression means. At the same time, the first expansion valve is operated in a throttled state, the second expansion valve is operated in a closed state, and the third expansion valve is operated in a fully open state. is sent to the battery through the battery heat exchanger.
前記運転モードは、
前記車室用蒸発器で生じた前記凝縮水が前記バッテリ用熱交換器に反映された状態で、外気が前記バッテリ用熱交換器を通って前記バッテリに送られるようにするバッテリ冷却モードを含み、
前記制御手段は、
前記バッテリ冷却モードが選択された場合、
外気が前記バッテリ用熱交換器を通って前記バッテリに送られる動作だけが実施されるようにする
ことを特徴とする電動車両。 In the electric vehicle according to claim 4 or claim 5,
The driving mode is
The battery cooling mode includes a battery cooling mode in which outside air is sent to the battery through the battery heat exchanger while the condensed water generated in the vehicle interior evaporator is reflected in the battery heat exchanger. ,
The control means includes:
If the battery cooling mode is selected,
An electric vehicle characterized in that only an operation in which outside air is sent to the battery through the battery heat exchanger is performed.
前記運転モードは、
圧縮された媒体が前記車室内熱交換器に送られることで前記車室内熱交換器が凝縮器とされると共に、圧縮された媒体が前記車室外熱交換器に送られることで前記車室外熱交換器が凝縮器とされ、膨張された媒体が前記バッテリ用熱交換器に送られることで前記バッテリ用熱交換器が蒸発器とされ、前記バッテリの熱が前記バッテリ用熱交換器で回収されて吸熱源とされる、車室暖房・除霜モードを含み、
前記制御手段は、
前記車室暖房・除霜モードが選択された場合、
前記圧縮手段で圧縮された媒体を前記車室内熱交換器、前記車室外熱交換器、前記第2膨張弁、前記バッテリ用熱交換器、の順に送り、前記圧縮手段に循環させるように前記経路切換え手段を動作させると共に、前記第2膨張弁を絞り状態に動作させると共に、前記第1膨張弁、前記第2膨張弁を閉じ状態に動作させ、前記バッテリ用熱交換器を前記バッテリの熱が吸熱源とされる蒸発器としてヒートポンプサイクルを成立させ、凝縮器とされた前記車室外熱交換器の霜を除去する
ことを特徴とする電動車両。
The electric vehicle according to any one of claims 4 to 6,
The driving mode is
The compressed medium is sent to the vehicle interior heat exchanger, so that the vehicle interior heat exchanger is used as a condenser, and the compressed medium is sent to the vehicle exterior heat exchanger, so that the vehicle exterior heat exchanger is used as a condenser. The exchanger is a condenser, and the expanded medium is sent to the battery heat exchanger, thereby making the battery heat exchanger an evaporator, and the heat of the battery is recovered by the battery heat exchanger. Including cabin heating and defrosting mode, which is considered a heat absorption source.
The control means includes:
When the cabin heating/defrosting mode is selected,
The medium compressed by the compression means is sent to the vehicle interior heat exchanger, the vehicle exterior heat exchanger, the second expansion valve, and the battery heat exchanger in this order, and is circulated through the compression means. The switching means is operated, the second expansion valve is operated in the throttled state, and the first expansion valve and the second expansion valve are operated in the closed state, so that the heat exchanger for the battery is operated to remove the heat of the battery. An electric vehicle characterized in that a heat pump cycle is established as an evaporator serving as a heat absorption source, and frost is removed from the exterior heat exchanger serving as a condenser.
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