JP5933569B2 - 電動車両またはハイブリッド電動車両の暖房、換気、および空調システム - Google Patents

電動車両またはハイブリッド電動車両の暖房、換気、および空調システム Download PDF

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Description

本発明は、電動車両またはハイブリッド電動車両のHVAC(Heating, Ventilating and Air Conditioning:暖房、換気、および空調)システムに関するものであり、特に車室内の空調を行なうだけでなく、バッテリセル群の温度を調整するHVACシステムに関するものである。
オイルの希薄化だけでなく、環境保護の観点から、電動車両およびハイブリッド電動車両に関する研究および開発が行なわれ、電動車両およびハイブリッド電動車両に関する技術が十分成熟してきている。
電動車両およびハイブリッド電動車両では、エンジンに給電するバッテリは、複数のバッテリセル、特に複数のNiMH(ニッケル水素)バッテリセルまたはリチウムイオンバッテリセルを備える。バッテリを正しく作動させるためには、通常、バッテリが受けるべき特定の温度範囲を必要とする。しかしながら、バッテリの温度は普通、周囲温度、車両エンジンおよびバッテリ自体から発する熱などに起因して、当該温度範囲を超える。したがって、HVACシステムは、バッテリの温度を調整して、具体的にはバッテリセル群を冷却して、過熱に起因する効率低下、または、バッテリセル群の爆発を防ぐ必要がある。
米国特許出願公開第2006/0073378号明細書には、電動車両またはハイブリッド電動車両のHVACシステムが開示されている。米国特許出願公開第2006/0073378号明細書に開示されるHVACシステムは、車室空調装置を備え、この空調装置には、送風機、蒸発器、およびラジエータが配置される。当該空調装置には開口部が底部に設けられ、前記開口部は、バッテリに至るダクトと連通することにより、車室空調装置から供給される低温の冷却空気の少なくとも一部を利用して、バッテリを冷却することができる。第2フラップと組み合わせた第1フラップを開口部に設ける。第1フラップは、ダクトに至る開口部を開閉し、第2フラップは空気をラジエータに供給する開口部を開閉する。さらに、HVACシステムは、車室の外部の空気を利用してバッテリを冷却することができる。ダクトには吸気口を設けて、車室の外部の空気を吸入するだけでなく、第3フラップを設けて前記吸気口を開閉する。米国特許出願公開第2006/0073378号明細書によるHVACシステムは、複雑な構造を有し、当該構造の部品の点数が非常に多い。
米国特許出願公開第2006/0073378号明細書
本発明は、電動車両またはハイブリッド電動車両のHVACシステムの構造をさらに最適化することにより、当該システムの占有スペースおよび製造コストを低減することを目的としている。
上記目的を実現するために、本発明は、電動車両またはハイブリッド電動車両のHVAC(暖房、換気、および空調)システムを提供し、該HVACシステムは、ケーシングと、前記ケーシングの内部に配置される送風機と、前記ケーシングの外部に配置されるバッテリ通風ダクトと、を備える。前記ケーシングは、前記送風機の上流に設けられる第1吸気口と、前記送風機の下流に設けられる第1排気口と、を含み、前記バッテリ通風ダクトは前記第1排気口に接続される。前記バッテリ通風ダクトは、車室の内部と連通するバッテリ用吸気口と、前記バッテリに供給される空気を:
(a)冷却空気を前記HVACシステムから前記第1排気口を通って供給するオプション、
(b)空気を前記車室から前記バッテリ用吸気口を通って供給するオプション、
(c)空気をオプション(a)および(b)の組み合わせに基づいて供給するオプション、に応じて制御するバッテリ用吸気制御バルブと、を有する。
上記HVACシステムでは、前記バッテリ用吸気制御バルブは第1フラップを備え、前記第1フラップは、前記第1排気口および前記バッテリ用吸気口を同時に制御する。前記第1フラップは、2つの最遠端位置の間で移動可能である。さらに、前記第1フラップは、前記第1排気口を第1最遠端位置で閉じ、前記バッテリ用吸気口を第2最遠端位置で閉じる。
前記ケーシングはさらに、空気を前記車室に供給する第2排気口と、前記第2排気口を制御する閉じバルブと、を備える。
前記車室の空気温度が15℃以下である場合に、前記閉じバルブは開き位置にあり、前記第1フラップは前記第1最遠端位置にある。前記車室の空気温度が15℃を上回り、かつ20℃以下である場合に、前記閉じバルブは閉じ位置にあり、前記第1フラップは前記第2最遠端位置にある。最後に、車室の空気温度が20℃を上回る場合に、前記開閉フラップは開き位置にあり、前記第1フラップは前記第2最遠端位置にある。
補助送風機がさらに、前記バッテリ通風ダクトの内部に配設される。
前記第1フラップは、閉じ部分と、回動部分と、を備え、前記閉じ部分は、板の形状を有し、前記第1フラップは、前記ケーシングまたは前記バッテリ通風ダクトに、前記回動部分を介して回動可能に取り付けられる。
別の構成として、前記第1フラップは、閉じ部分と、回動部分と、支持部分と、を備え、前記閉じ部分には、円筒面が形成され、前記第1フラップは、前記バッテリ通風ダクトに、前記回動部分を介して回動可能に取り付けられ、前記支持部分は、前記回動部分および前記閉じ部分を接続する。
前記ケーシングにはさらに、前記第1吸気口と前記送風機との間にある第2吸気口が設けられ、前記第1吸気口は、前記車室の外部に接続され、前記第2吸気口は前記車室の内部に接続される。
フィルタがさらに、前記第1吸気口と前記送風機との間に配設される。
前記第1吸気口および前記第2吸気口は、2つの最遠端位置の間で移動可能である第2フラップにより制御され、前記第2フラップは、前記第1吸気口を前記第1最遠端位置で閉じ、前記第2吸気口を前記第2最遠端位置で閉じる。
前記第2フラップは、閉じ部分と、回動部分と、を備え、前記閉じ部分は、板の形状を有し、前記第2フラップは前記ケーシングに、前記回動部分を介して回動可能に取り付けられる。
前記第2フラップは、閉じ部分と、回動部分と、支持部分と、を備え、前記閉じ部分には、円筒面が形成され、前記第2フラップは前記ケーシングに、前記回動部分を介して回動可能に取り付けられ、前記支持部分は、前記回動部分および前記閉じ部分を接続する。
本発明により、HVACシステムの構造を大幅に簡易化することができ、これにより、占有スペースを節約し、部品の点数を減らすことができるので、製造コストを低減することができる。
本発明の第1の実施形態による電動車両およびハイブリッド電動車両のHVACシステムの模式図。 本発明の第1の実施形態による第1フラップの構造模式図。 本発明の第2の実施形態による電動車両およびハイブリッド電動車両のHVACシステムの模式図。 本発明の第2の実施形態による第1フラップの構造模式図。 本発明の第3の実施形態による電動車両およびハイブリッド電動車両のHVACシステムの模式図。
以下に、本発明の異なる実施形態についての詳細な説明を添付の図面に関連付けながら行なう。
図1は、本発明の第1の実施形態による電動車両およびハイブリッド電動車両のHVACシステムの模式図である。図1に示すように、HVACシステムは、ケーシング110、ケーシング110内に配置される送風機120、蒸発器130、および送風機120の下流に配置されるラジエータ140などを備える。
HVACシステムはさらに、ケーシング110の外部に配置されて、空調空気を車室(図示せず)に供給する車室空調ダクト150と、空調空気をバッテリ(図示せず)に供給するバッテリ通風ダクト160と、を備える。
ケーシング110は、送風機120の上流に設置される第1吸気口111だけでなく、蒸発器130の下流に設置される第1排気口112および第2排気口113を有する。第1排気口112は、位置および機能の両方に関して、第2排気口113とは完全に異なる。別の表現をすると、第1排気口112はバッテリ通風ダクト160に接続され、専ら、バッテリ通風ダクト160を介して空調空気をバッテリセル群に供給する。第2排気口113は車室空調ダクト150に接続されて、HVACシステム内の通常の開口部として機能することにより、空調空気を車室に供給する。
送風機120は、第1吸気口111と第1排気口112、および/または、第2排気口113との間のケーシング110の内部に、空気流を発生させる。したがって、本明細書における「下流」および「上流」という用語は、第1吸気口111と第1排気口112および/または第2排気口113との間のケーシング110の内部の空気流方向を基準にして定義される。
第1排気口112は、ケーシング110内で、送風機120および蒸発器130の下流に配置される。好適には、排気口112は、ケーシング110内で、ラジエータ140の上流に配置される。
図1は、第1排気口112および第2排気口113が、ケーシングの異なる側に配置される構成を模式的に示しているが、この構成は限定的に捉えられるべきではなく、第1排気口112と第2排気口113との間の相対的な位置は、電動車両またはハイブリッド電動車両の内部のバッテリの位置だけでなく、車室空調ダクト150の位置によって異なるように自由に最適化することができる。
図1に示すように、バッテリ通風ダクト160は、さらに、ケーシングの外部に至るバッテリ用吸気口161を備える。好ましくは、バッテリ用吸気口161は、第1排気口112の近傍または第1排気口112に近接して配置することにより、バッテリ用吸気制御バルブの設計を簡易化することができる。この吸気制御バルブは、バッテリ用吸気口161を開閉するために使用され、かつ第1排気口112の近傍にまたは第1排気口112に近接して配置される。
好ましくは、バッテリ用吸気口161は車室190の内部と連通する。したがって、車室内の適正温度の清浄空気、および/または、再生空気をバッテリ通風ダクト160に、前記バッテリ用吸気口161を介して吸引することにより、バッテリを冷却することができる。本発明による好適な実施形態では、バッテリ用吸気制御バルブは、バッテリに供給される空気を:
(a)冷却空気をHVACシステムから第1排気口112を介して供給するオプション、
(b)空気を車室からバッテリ用吸気口161を介して供給するオプション、
(c)空気をオプション(a)および(b)の組み合わせに基づいて供給するオプション、で制御する。
車室の内部と連通するバッテリ用吸気口161が、バッテリ通風ダクト160内に配設されるので、HVACシステムからの空調空気の他に、車室内の適正温度の清浄空気、および/または再生空気を、バッテリセル群に供給される冷却空気の別の供給源として利用することができる。したがってバッテリを冷却するシステムの信頼性を高めることができ、かつエネルギーを節約することができる。
別の構成として、バッテリ用吸気口161を車室の外部と連通させることもできる。バッテリ用吸気口161が車室の外部と連通する場合、車室の外部の空気(すなわち、大気および/または新鮮な空気)が別の冷却空気供給源として利用されることになるので、追加フィルタをバッテリ用吸気口161の上流に配設する必要がある。
これとは異なり、吸気口161が車室の内部と連通する場合には、追加フィルタは不要なので、HVACシステムの構造を簡易化することができ、フィルタを追加することによるエネルギーコストをゼロにすることができる。
別の構成によれば、バッテリ用吸気口161は、車室の外部および車室190の内部とも連通させることができる。好ましくは、モードを切り換える選択フラップを設けて、車室の外部からの空気、および/または車室190の内部からの空気を選択することができる。
しかしながら、追加フィルタは、バッテリ通風ダクト160のバッテリ用吸気口161に設けることにより、冷却空気の清浄度を確保することもできる。
第1の実施形態では、HVACシステムのバッテリ用吸気制御バルブは、第1フラップ170の形態を採る。第1フラップ170を使用してバッテリ用吸気口161および第1排気口112を開閉する。第1フラップ170は、ケーシング110またはバッテリ通風ダクト160の内部に配置することができる。好ましくは、特定の別の実施形態によれば、補助送風機162がさらにバッテリ通風ダクト160の内部に配置される。この技術分野の当業者であれば、バッテリ通風ダクト160の内部、かつ、バッテリ用吸気口161の下流に、補助送風機162を配置することができることを理解できるであろう。さらに、補助送風機162を設けることなく、他の給気装置を用いることができる。
本発明の第1の実施形態による第1フラップ170の構造を図2に模式的に示す。図2に示すように、第1フラップ170は、閉じ部分1701と、回動部分1702と、を備える。閉じ部分1701は、板部材の形状を有し、ケーシング110またはバッテリ通風ダクト160の内部に回動可能に回動部分1702を介して取り付けられる。図2は、閉じ部分1701が矩形の形状である様子を模式的に示している。この技術分野の当業者であれば、閉じ部分1701の形状は矩形に限定されず、第1排気口112および/またはバッテリ用吸気口161を密閉するように閉じることができる形状であればどのような形状であってもよいことが理解できるであろう。
図1に示すように、第1フラップ170は2つの最遠端位置の間で移動可能である。円形破線の内側の実線は、第1フラップ170が第1最遠端位置にある状況を示している。第1フラップ170が第1最遠端位置にあると、第1排気口112が閉じて、バッテリ用吸気口161からの空気(好ましくは、車室内の適正温度の清浄空気、または再生空気)だけがバッテリ通風ダクト160に吸い込まれる。円形破線の内側の点線は、第1フラップ170が第2最遠端位置にある状況を示している。第1フラップ170が第2最遠端位置にあると、バッテリ用吸気口161が閉じて、蒸発器で冷却されたケーシング110からの空気(すなわち、冷却空気または空調空気)だけがバッテリ通風ダクト160に吸い込まれる。第1フラップ170が第1最遠端位置と第2最遠端位置(図示せず)との間にある、または中間位置にある状態では、第1排気口112およびバッテリ用吸気口161の両方が部分的に開いているので、バッテリ用吸気口161からの空気およびケーシング110からの冷却空気が共にバッテリ通風ダクト160に吸い込まれて、混合気を形成することによりバッテリを冷却する。混合気中のバッテリ用吸気口161からの空気、および/またはケーシング110からの空気の比は、第1フラップ170の位置を調整することにより調整することができる。
ケーシング110はさらに、空気を車室に供給する第2排気口113と、第2排気口を制御する閉じバルブ180と、を備える。
好ましくは、特定の構成によれば、車室の空気温度が15℃以下である場合、閉じバルブ180は開き位置にあり、かつ第1フラップ170は第1最遠端位置にあり、車室からの空気だけが、バッテリ用吸気口161を通ってバッテリセル群に供給される。車室の空気温度が15℃を上回り、かつ、20℃以下である場合、閉じバルブ180は閉じ位置にあり、かつ第1フラップ170は第2最遠端位置にあり、HVACシステムからの冷却空気だけがバッテリセル群に供給される。また、車室の空気温度が20℃を上回る場合、開閉フラップ180は開き位置にあり、かつ第1フラップ170は第2最遠端位置にあり、HVACシステムからの冷却空気だけがバッテリセル群に供給される。その間、HVACシステムからの冷却空気はさらに、車室に供給されて車室の空気温度を調整する。
バッテリ用吸気口161を設けることにより、バッテリセル群を冷却するために、別の冷却空気供給源をHVACシステムからの冷却空気の他に加えることができるので、バッテリを冷却するシステムの信頼度を向上させ、エネルギー効率を高めることができる。具体的には、車室の内部と連通するバッテリ用吸気口161を設ける場合、追加フィルタを設ける必要がないので、HVACシステムの構造を簡易化することができ、フィルタを追加することに起因するエネルギーコストをゼロにすることができる。
第2排気口113およびバッテリ用吸気口161の位置を調整し、フラップを1つだけ設けて第2排気口113およびバッテリ用吸気口161を開閉することにより、第1の実施形態では、HVACシステムの構造を大幅に簡易化することができ、占有スペースを小さくし、さらには、コストを下げることができる。
図3は、電動車両およびハイブリッド電動車両のHVACシステムの模式図である。第2の実施形態によるHVACシステムの構造は、第1の実施形態によるHVACシステムの構造と同様である。したがって、同様の構成要素群は、同様の参照番号で図示されている。唯一の違いは第1フラップの構造にある。
図4は、本発明の第2の実施形態による第1フラップ270の構造の模式図である。図4に示すように、第1フラップ270は、閉じ部分2701と、回動部分2702と、支持部分2703と、を備える。閉じ部分2701には円筒面が形成される。第1フラップ270は、ケーシング110またはバッテリ通風ダクト160に、回動部分2702を介して回動可能に取り付けられる。支持部分2703は、回動部分2702および閉じ部分2701を接続する。支持部分2703はロッド形状であることが好ましいが、任意の他の形状とすることができる。閉じ部分2701、回動部分2702、および支持部分2703を一体的に形成することにより、上記3つの部分がそれ以降、回動部分2702の回動軸の回りを回動することができる。
第1の実施形態による第1フラップ170と同様であるが、第2の実施形態による第1フラップ270もまた、図3に示すように、2つの最遠端位置の間で移動可能である。
図3では、円形破線の内側の実線は、第1フラップ270が第1最遠端位置にある状況を示しているのに対し、点線は、第1フラップ270が第2最遠端位置にあるときの状況を示している。第1フラップ270は、第1排気口112およびバッテリ用吸気口161を、2つの最遠端位置の間を移動することにより開閉するが、詳細についてはここで再び説明することはしない。
第1排気口112およびバッテリ用吸気口161の位置を調整し、フラップ270を1つだけ設けて第1排気口112およびバッテリ用吸気口161の両方を開閉することにより、この実施形態では、HVACシステムの構造を大幅に簡易化することができ、占有スペースを小さくし、さらには、コストを下げることができる。
図5は、電動車両およびハイブリッド電動車両のHVACシステムの模式図である。第3の実施形態によるHVACシステムと第2の実施形態によるHVACシステムとが類似していることについて、ここで再び説明することはしない。したがって、同様の構成要素群は、同様の参照番号で図示されている。これらのHVACシステムの違いは、以下の通りに説明される。
本発明の第3の実施形態によれば、ケーシング110はさらに、第1吸気口111と送風機120との間に配設される第2吸気口312を有する。第1吸気口111が車室の外部と連通する場合、第2吸気口312は車室190の内部と連通する。
さらに、第1吸気口111および/または第2吸気口312から吸引される空気を浄化するために、エアフィルタ380を第1吸気口111および第2吸気口312の下流に、かつ送風機120の上流に設けてもよい。
上記設計では、第2吸気口312を車室190の内部と連通するように設けるので、ケーシング110に吸引される空気のうちの、車室の外部からの空気と、車室の内部からの空気との比を必要に応じて調整することができることにより、空気を新鮮な状態に保つことができ、エネルギーを節約することができる。それと同時に、バッテリ用吸気口161が車室190の外部と連通するように設けられるので、別体のフィルタを設ける必要がなく、したがって構造を簡易化することができる。
さらに、1つの第2フラップ390で、第1吸気口111および第2吸気口312を開閉することができる。第2フラップ390の構造は、第1の実施形態による第1フラップ170の構造とすることができるし、また、第2の実施形態による第1フラップ270の構造とすることもできる。ケーシング110に吸引される空気のうち、車室の外部からの空気と車室190の内部からの空気との比の調整は、これらの構造のうちのいずれの構造によっても行なうことができる。図5に示す実施形態では、第2フラップ390は板状である。確かに、第2フラップ390は、図4に示すような構造とすることができるし、また、この技術分野の当業者が理解することができる他の任意の形状とすることができる。
上記実施形態は、本発明の技術的な設計を説明するためにのみ利用されるに過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。好適な実施形態に関連して詳細に説明してきたが、この技術分野の当業者であれば、本発明の範囲から逸脱しない、本発明の技術的な設計に対する種々の変形または置換えが理解できるであろう。

Claims (11)

  1. 電動車両またはハイブリッド電動車両の暖房、換気、および空調システムであって、
    ケーシング(110)と、
    前記ケーシング(110)の内部に配置される送風機(120)と、
    前記ケーシング(110)の外部に配置されるバッテリ通風ダクト(160)と、を備え、
    前記ケーシング(110)は、
    前記送風機(120)の上流に設けられる第1吸気口(111)と、
    前記送風機(120)の下流に設けられる第1排気口(112)と、を含み、
    前記バッテリ通風ダクト(160)は、前記第1排気口(112)に接続され、
    前記バッテリ通風ダクト(160)は、
    車室(190)の内部と連通するバッテリ用吸気口(161)と、
    バッテリ用吸気制御バルブと、を有し、
    前記バッテリ用吸気制御バルブは、前記バッテリに供給される空気を:
    (a)冷却空気を前記暖房、換気、および空調システムから前記第1排気口(112)を通って供給するオプション、
    (b)空気を前記車室(190)から前記バッテリ用吸気口(161)を通って供給するオプション、および
    (c)空気をオプション(a)および(b)の組み合わせに基づいて供給するオプション、で制御し、
    前記バッテリ用吸気制御バルブは、第1フラップ(170;270)を備え、
    前記第1フラップ(170;270)は、前記第1排気口(112)および前記バッテリ用吸気口(161)を同時に制御し、かつ2つの最遠端位置の間で移動可能であり、
    前記第1フラップは、
    前記第1排気口(112)を第1最遠端位置で閉じ、
    前記バッテリ用吸気口(161)を第2最遠端位置で閉じ、
    前記車室の空気温度が15℃以下である場合に、閉じバルブ(180)は開き位置にあり、前記第1フラップ(170;270)は前記第1最遠端位置にあり、
    前記車室の空気温度が15℃を上回り、かつ、20℃以下である場合に、前記閉じバルブ(180)は閉じ位置にあり、前記第1フラップ(170;270)は前記第2最遠端位置にあり、
    車室の空気温度が20℃を上回る場合に、前記閉じバルブ(180)は開き位置にあり、前記第1フラップ(170;270)は前記第2最遠端位置にある、暖房、換気、および空調システム。
  2. 前記ケーシング(110)は、さらに、
    空気を前記車室に供給する第2排気口(113)と、
    前記第2排気口(113)を制御する閉じバルブ(180)と、を備える、請求項1に記載の暖房、換気、および空調システム。
  3. 補助送風機(162)が前記バッテリ通風ダクト(160)の内部に配設される、請求項1又は2に記載の暖房、換気、および空調システム。
  4. 前記第1フラップ(170)は、閉じ部分(1701)と、回動部分(1702)と、を備え、
    前記閉じ部分(1701)は、板の形状を有し、
    前記第1フラップは、前記ケーシング(110)または前記バッテリ通風ダクト(160)に、前記回動部分(1702)を介して回動可能に取り付けられる、請求項1から3のいずれかに記載の暖房、換気、および空調システム。
  5. 前記第1フラップ(270)は、
    閉じ部分(2701)と、
    回動部分(2702)と、
    支持部分(2703)と、を備え、
    前記閉じ部分(2701)には、円筒面が形成され、
    前記第1フラップは、前記ケーシング(110)または前記バッテリ通風ダクト(160)に、前記回動部分を介して回動可能に取り付けられ、
    前記支持部分(2703)は、前記回動部分(2702)および前記閉じ部分(2701)を接続する、請求項1から3のいずれかに記載の暖房、換気、および空調システム。
  6. フィルタ(380)は、前記第1吸気口(111)と前記送風機(120)との間に配設される、請求項1から5のいずれかに記載の暖房、換気、および空調システム。
  7. 前記ケーシング(110)にはさらに、前記第1吸気口(111)と前記送風機(120)との間にある第2吸気口(312)が設けられ、
    前記第1吸気口(111)は、前記車室の外部に接続され、
    前記第2吸気口は前記車室(190)の内部に接続される、請求項1から6のいずれかに記載の暖房、換気、および空調システム。
  8. 前記第1吸気口(111)および前記第2吸気口(312)は、2つの最遠端位置の間で移動可能である第2フラップ(390)により制御され、
    前記第2フラップは、前記第1吸気口を第1最遠端位置で閉じ、前記第2吸気口を第2最遠端位置で閉じる、請求項7記載の暖房、換気、および空調システム。
  9. 前記第2フラップ(390)は、
    閉じ部分と、
    回動部分と、を備え、
    前記閉じ部分は、板の形状を有し、
    前記第2フラップは、前記回動部分を介して、前記ケーシングに回動可能に取り付けられる、請求項8記載の暖房、換気、および空調システム。
  10. 前記第2フラップ(390)は、
    閉じ部分と、
    回動部分と、
    支持部分と、を備え、
    前記閉じ部分には、円筒面が形成され、
    前記第2フラップは、前記回動部分を介して、前記ケーシングに回動可能に取り付けられ、
    前記支持部分は、前記回動部分および前記閉じ部分を接続する、請求項8記載の暖房、換気、および空調システム。
  11. 追加フィルタが、前記バッテリ通風ダクト(160)の前記バッテリ用吸気口(161)に設けられる、請求項1から10のいずれかに記載の暖房、換気、および空調システム。
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