WO2014129097A1 - 冷却システム - Google Patents

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WO2014129097A1
WO2014129097A1 PCT/JP2014/000072 JP2014000072W WO2014129097A1 WO 2014129097 A1 WO2014129097 A1 WO 2014129097A1 JP 2014000072 W JP2014000072 W JP 2014000072W WO 2014129097 A1 WO2014129097 A1 WO 2014129097A1
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battery
evaporator
air
temperature
refrigerant
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PCT/JP2014/000072
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山中 隆
康光 大見
竹内 雅之
Original Assignee
株式会社デンソー
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    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • This disclosure relates to a cooling system using an air-conditioning refrigeration cycle for battery cooling.
  • An electric vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle travels when electric energy stored in a power storage device such as a secondary battery represented by lithium ion or the like is supplied to and driven by a motor via an inverter or the like.
  • a power storage device such as a secondary battery represented by lithium ion or the like
  • Joule heat is generated by taking in and out electric power during traveling and charging, and the battery temperature rises.
  • the cooling means for maintaining a secondary battery below to predetermined temperature will be needed. For this reason, conventionally, a method of cooling the secondary battery by blowing air from a blower fan or the like has been common.
  • Patent Document 1 proposes a battery cooling method using a refrigeration cycle for air conditioning.
  • the refrigeration cycle of Patent Document 1 includes an air conditioning evaporator that cools air for vehicle interior that is blown into the vehicle interior, and a battery evaporator that cools battery air that is blown toward the battery. These two evaporators are connected in parallel to the refrigerant flow discharged from the common compressor.
  • the air conditioner not only operates for air conditioning in the vehicle interior, but also during charging and traveling even when it is not necessary to perform air conditioning in the vehicle interior. It may be necessary to operate a refrigeration cycle for battery cooling. For this reason, since the operation time becomes longer than the operation time when performing only the air conditioning in the vehicle interior, there is a possibility that the durability life of the devices constituting the refrigeration cycle may be adversely affected.
  • the present disclosure aims to shorten the operation time of components constituting the cooling system in a cooling system using an air-conditioning refrigeration cycle for battery cooling.
  • a battery evaporator that cools battery air blown toward the battery by evaporating the low-pressure refrigerant, and an air-conditioning target space by evaporating the low-pressure refrigerant.
  • a vapor compression refrigeration cycle having an air conditioning evaporator that cools the air conditioning air blown toward the vehicle.
  • a battery blower for blowing battery air. Furthermore, the battery evaporator, the battery and the battery blower are accommodated, and a circulation ventilation path for circulating the battery air in the order of the air outlet side of the battery evaporator ⁇ the battery ⁇ the air inlet side of the battery evaporator is formed.
  • a battery casing is provided.
  • the refrigerant evaporation temperature in the battery evaporator is lower than the refrigerant evaporation temperature in the air conditioning evaporator.
  • the battery cooling time can be shortened.
  • the circulation ventilation path is a circulation path, even if the refrigerant evaporation temperature in the battery evaporator is lowered to a temperature at which frost formation occurs in the battery evaporator (for example, 0 ° C.) or less, It is possible to suppress the formation of frost on the battery evaporator, and the battery cooling time can be effectively shortened. As a result, the operation time of the apparatus which comprises a cooling system can be shortened effectively.
  • 2nd Embodiment it is the flowchart showing the control content in a cooling system. It is a whole block diagram of the battery pack which concerns on 3rd Embodiment of this indication.
  • 3rd Embodiment it is the flowchart showing the control content in a cooling system.
  • 4th Embodiment it is the flowchart showing the control content in a cooling system.
  • 5th Embodiment it is the figure showing target value TEOb with respect to battery temperature Tb.
  • 6th Embodiment it is the figure showing target value TEOb with respect to battery temperature Tb.
  • 7th Embodiment it is the figure showing target value TEOb with respect to battery temperature Tb according to the variation in inter-cell temperature.
  • the cooling system according to the present disclosure is applied to an electric vehicle that obtains a driving force for driving a vehicle from an electric motor for driving. Further, in the electric vehicle according to the present embodiment, the cooling system is configured to adjust the temperature (cooling) of the secondary battery 26 as a battery that stores air supplied to the air conditioner (cooling and heating) and the electric motor for traveling. ) Is used.
  • the cooling system includes a vapor compression refrigeration cycle 10, an indoor air conditioning unit 19, and a battery pack 27.
  • the cooling system functions to adjust the temperature of indoor air blown into the vehicle interior, and has a secondary function. It is configured to perform a function of adjusting the temperature of the battery air blown toward the battery 26.
  • the compressor 11 is disposed in the vehicle bonnet, sucks refrigerant in the refrigeration cycle 10, compresses and discharges it, and has a fixed capacity type compression mechanism with a fixed discharge capacity.
  • Is configured as an electric compressor that is rotationally driven by an electric motor. The operation (the number of rotations) of the electric motor of the compressor 11 is controlled by a control signal output from a control device described later.
  • the discharge port side of the compressor 11 is connected to the refrigerant inlet side of the condenser 12.
  • the refrigeration cycle 10 employs an HFC refrigerant (specifically, R134a) as a refrigerant, and constitutes a vapor compression subcritical refrigeration cycle in which the high-pressure side refrigerant pressure does not exceed the refrigerant critical pressure.
  • An HFO refrigerant (specifically, R1234yf) or the like may be employed as the refrigerant.
  • the refrigerant is mixed with refrigerating machine oil for lubricating the compressor 11, and a part of the refrigerating machine oil circulates in the cycle together with the refrigerant.
  • the condenser 12 is a heat-dissipating heat exchanger that is disposed in the vehicle bonnet and heat-condenses the high-pressure gas-phase refrigerant that circulates inside the outside air blown from the blower fan 13 to condense the refrigerant.
  • blower fan 13 is an electric blower in which the operation rate, that is, the rotation speed (air flow rate) is controlled by the control voltage output from the control device.
  • the inlet side of the liquid receiver 14 is connected to the refrigerant outlet side of the condenser 12. Therefore, the refrigerant that has flowed out of the condenser 12 flows into the liquid receiver 14.
  • the liquid receiver 14 is a container that separates the gas-liquid of the refrigerant that has flowed into the liquid receiver 14 and stores excess refrigerant in the cycle.
  • a refrigerant inlet of the branching portion 15 Connected to the outlet side of the liquid receiver 14 is a refrigerant inlet of the branching portion 15 that branches the flow of the refrigerant flowing out of the condenser 12.
  • the branch part 15 is configured by a three-way joint, and one of the three inlets and outlets is a refrigerant inlet and the remaining two are refrigerant outlets.
  • a three-way joint may be formed by joining pipes having different pipe diameters, or may be formed by providing a plurality of refrigerant passages in a metal block or a resin block.
  • An opening / closing valve (air conditioning opening / closing valve) 16 is connected to one refrigerant outlet of the branch portion 15.
  • the on-off valve 16 is an open / close device that allows the refrigerant to flow into the evaporator (air-conditioning evaporator) 17 or blocks the flow of the refrigerant to the evaporator 17, and the open / close operation is controlled by a control voltage output from the control device. Is a solenoid valve.
  • An expansion valve (air conditioning expansion valve) 18 is connected to the downstream side of the on-off valve 16.
  • the expansion valve 18 has a temperature sensing part arranged in the refrigerant passage on the outlet side of the evaporator 17.
  • the expansion valve 18 detects the degree of superheat of the evaporator 17 outlet-side refrigerant based on the temperature and pressure of the evaporator 17 outlet-side refrigerant, and the degree of superheat of the evaporator 17 outlet-side refrigerant is preset. This is a decompressor whose opening degree (refrigerant flow rate) is adjusted by a mechanical mechanism so as to be in the range.
  • An evaporator 17 is connected to the expansion valve 18.
  • the evaporator 17 is disposed upstream of the heater core 21 in the casing (air conditioning casing) 20 of the indoor air conditioning unit 19.
  • the evaporator 17 is a cooling heat exchanger that cools the air-conditioning air blown toward the air-conditioning target space by heat-exchanging the low-pressure refrigerant decompressed and expanded by the expansion valve 18 and the room air. It is.
  • a downstream pressure reducing valve 22 is connected to the downstream side of the expansion valve 18.
  • the downstream pressure reducing valve 22 is a downstream pressure reducing device that depressurizes the refrigerant flowing out of the evaporator 17.
  • the downstream pressure reducing valve 22 is an electrically variable type that includes a valve body that can change the throttle opening degree and an electric actuator that includes a stepping motor that changes the throttle opening degree of the valve body. It is an aperture mechanism.
  • the operation of the downstream pressure reducing valve 22 is controlled by a control signal output from the control device.
  • the downstream pressure reducing valve 22 is configured by a variable throttle mechanism with a full opening function that functions as a simple refrigerant passage without exerting almost any refrigerant pressure reducing action by fully opening the throttle opening.
  • the downstream pressure reducing valve 22 may be a constant pressure valve that maintains the refrigerant pressure upstream of the downstream pressure reducing valve 22 at a predetermined pressure or higher by a mechanical mechanism.
  • An open / close valve (battery open / close valve) 23 is connected to the other refrigerant outlet of the branch portion 15.
  • the on-off valve 23 is a battery opening / closing device that enables or disables refrigerant to flow into the evaporator (battery evaporator) 24.
  • the on-off valve 23 is an electromagnetic valve similar to the on-off valve 16, and its opening / closing operation is controlled by a control voltage output from the control device.
  • An expansion valve (battery expansion valve) 25 is connected to the downstream side of the on-off valve 23.
  • the expansion valve 25 is a decompressor having the same configuration as the expansion valve 18 described above.
  • An evaporator 24 is connected to the on-off valve 23.
  • the evaporator 24 is arranged in a battery pack 27 that forms an air passage for battery air blown toward the secondary battery 26.
  • the evaporator 24 cools the battery air blown toward the secondary battery 26 by exchanging heat between the low-pressure refrigerant flowing through the evaporator 24 and the battery air.
  • a merging portion 28 is connected to the downstream side of the downstream pressure reducing valve 22 and the downstream side of the expansion valve 25.
  • the merging portion 28 is configured by a three-way joint similar to the branch portion 15, and two of the three inflow / outflow ports are refrigerant inlets and the remaining one is a refrigerant outlet. That is, the merging unit 28 merges the refrigerant flow flowing out from the downstream pressure reducing valve 22 and the refrigerant flow flowing out from the evaporator 24.
  • the refrigerant outlet of the junction 28 is connected to the inlet side of the compressor 11.
  • the refrigeration cycle 10 is configured such that the refrigerant flows in parallel by the branch portion 15 and the junction portion 28. Therefore, the evaporator 17 evaporates one refrigerant branched at the branching portion 15, and the evaporator 24 evaporates the other refrigerant branched at the branching portion 15.
  • the above is the overall configuration of the refrigeration cycle 10.
  • the indoor air conditioning unit 19 blows indoor air whose temperature has been adjusted into the vehicle interior.
  • the indoor air conditioning unit 19 is disposed inside the instrument panel (instrument panel) at the foremost part of the vehicle interior, and houses a blower 29, a heater core 21, an evaporator 17 and the like in a casing 20 that forms an outer shell thereof. Is made up of.
  • the casing 20 has an air passage for indoor air formed therein, and is molded of a resin such as polypropylene having a certain degree of elasticity and excellent strength.
  • an inside / outside air switching device (not shown) that switches and introduces air in the vehicle interior, that is, inside air and outside air, is arranged.
  • the blower 29 is located on the downstream side of the air flow of the inside / outside air switching device.
  • the blower 29 is an electric blower that drives a centrifugal multiblade fan (sirocco fan) with an electric motor, and the number of rotations (air flow rate) is controlled by a control voltage output from the control device.
  • the evaporator 17 and the heater core 21 are arranged in this order with respect to the flow of room air. In other words, the evaporator 17 is disposed upstream of the heater core 21 in the indoor air flow direction.
  • the heater core 21 is a heater that reheats the cold air that has passed through the evaporator 17.
  • the heater core 21 is disposed on the downstream side of the air flow of the evaporator 17.
  • a heat exchanger for heating that heats the cold air by exchanging heat between the cooling water of the electric motor for traveling and the cold air can be employed.
  • the heater core 21 may be one that heats the cold air by exchanging heat between the heat medium heated by the electric heater and the cold air.
  • the air mix door 30 that adjusts the air volume ratio that passes the heater core 21 out of the air that has passed through the evaporator 17.
  • a mixing space 31 is provided on the downstream side of the air flow of the heater core 21 to mix the air heated by the heater core 21 and the air that is not heated by bypassing the heater core 21.
  • An opening hole that blows the conditioned air mixed in the mixing space 31 into the vehicle interior, which is the air-conditioning target space, is disposed in the most downstream portion of the casing 20 in the air flow.
  • a face opening hole, a foot opening hole, and a defroster opening hole are provided.
  • the face opening hole blows air-conditioned air toward the upper body of the passenger in the passenger compartment.
  • the foot opening hole blows air-conditioned air toward the passenger's feet.
  • the defroster opening hole blows conditioned air toward the inner surface of the front window glass of the vehicle.
  • the temperature of the conditioned air mixed in the mixing space 31 is adjusted by adjusting the ratio of the air volume that the air mix door 30 passes through the heater core 21, and the temperature of the conditioned air blown out from each opening hole is adjusted. Is done. That is, the air mix door 30 constitutes a temperature adjustment unit that adjusts the temperature of the conditioned air blown into the vehicle interior.
  • the air mix door 30 is driven by a servo motor (not shown) whose operation is controlled by a control signal output from the control device.
  • a face door that adjusts the opening area of the face opening hole, a foot door that adjusts the opening area of the foot opening hole, and a defroster opening hole respectively A defroster door (none of which is shown) for adjusting the opening area is arranged.
  • These face doors, foot doors, and defroster doors constitute an opening hole mode switching unit that switches the opening hole mode, and their operation is controlled by a control signal output from the control device via a link mechanism or the like. It is driven by a servo motor (not shown).
  • a servo motor not shown.
  • the battery pack 27 is disposed on the vehicle bottom side between the trunk room at the rear of the vehicle and the rear seat.
  • the battery pack 27 forms an air passage through which the blown battery air is circulated in a metal casing (battery casing) 32 that has been subjected to electrical insulation processing (for example, insulation coating).
  • the blower 33, the evaporator 24, the secondary battery 26, and the like are included in the casing 32.
  • the casing 32 forms a circulation ventilation path 34 for circulating the battery air in the order of the air outlet side of the evaporator 24 ⁇ the secondary battery 26 ⁇ the air inlet side of the evaporator 24.
  • the blower 33 is a battery blower that is arranged on the upstream side of the air flow of the evaporator 24 and blows the battery air toward the evaporator 24.
  • the operating rate that is, the number of rotations is determined by the control voltage output from the control device. It is an electric blower in which (air amount) is controlled.
  • the secondary battery 26 is arranged on the downstream side of the air flow of the evaporator 24, and the downstream side of the secondary battery 26 communicates with the suction port side of the blower 33.
  • the blower 33 when the blower 33 is operated, the battery air whose temperature is adjusted by the evaporator 24 is blown to the secondary battery 26, and the temperature of the secondary battery 26 is adjusted. Further, the battery air whose temperature has been adjusted for the secondary battery 26 is sucked into the blower 33 and blown again toward the evaporator 24.
  • the above is the overall configuration of the battery pack 27.
  • the control device is composed of a well-known microcomputer including a CPU, ROM, RAM, etc. and its peripheral circuits, performs various calculations and processing based on a control program stored in the ROM, and is connected to the output side.
  • the operation of the control target devices 11, 13, 16, 22, 23, 29, 30, 33, etc. is controlled.
  • a control sensor group such as a battery temperature sensor 37 is connected.
  • the inside air sensor detects the passenger compartment temperature Tr.
  • the outside air sensor detects the outside air temperature Tam.
  • the solar radiation sensor detects the solar radiation amount Ts in the passenger compartment.
  • the evaporator temperature sensor 35 detects the blown air temperature (evaporator temperature) Tefin of the evaporator 17.
  • the air temperature sensor detects an air temperature TAV blown from the mixed space 31 into the vehicle interior.
  • the evaporator temperature sensor 36 detects the blown air temperature (evaporator temperature) of the evaporator 24.
  • the battery temperature sensor is a battery temperature detector that detects a battery temperature Tb that is the temperature of the secondary battery 26.
  • the evaporator temperature sensor 35 of the present embodiment specifically detects the temperature of the heat exchange fins of the evaporator 17.
  • the evaporator temperature sensor 36 detects the temperature of the heat exchange fins of the evaporator 24.
  • a temperature detector that detects the temperature of other parts of the evaporator 17 may be adopted, or a temperature detector that directly detects the temperature of the refrigerant itself flowing through the evaporator 17 is adopted. May be. The same applies to the evaporator temperature sensor 36.
  • the secondary battery 26 is composed of a plurality of cells. Such a secondary battery 26 has a large heat capacity with respect to each component of the cooling system, and a temperature distribution tends to occur. Therefore, in the present embodiment, a plurality of battery temperature sensors 37 are used to detect temperatures at a plurality of locations inside and on the surface of the secondary battery 26. And the average value of the detected value of the some battery temperature sensor 37 is made into battery temperature Tb.
  • an air temperature sensor for detecting the air temperature TAV is provided, but a value calculated based on the evaporator temperature Tefin, the discharge refrigerant temperature Td, or the like may be adopted as the air temperature TAV.
  • an operation panel (not shown) arranged near the instrument panel in the front part of the vehicle interior is connected, and operation signals from various operation switches provided on the operation panel are input.
  • various operation switches provided on the operation panel there are provided an air conditioning operation switch for requesting air conditioning in the vehicle interior, a vehicle interior temperature setting switch for setting the vehicle interior temperature, an air conditioning operation mode selection switch, and the like.
  • control device of the present embodiment is configured such that a control unit that controls various devices to be controlled connected to the output side is integrally configured.
  • the configuration (hardware and software) that controls the operation of each control target device constitutes a control unit that controls the operation of each control target device.
  • the cooling system operates the refrigeration cycle 10 to adjust the air conditioning in the passenger compartment and the temperature of the secondary battery 26. Therefore, the cooling system operates in one of three modes: a battery cooling single operation mode (mode 1), a battery cooling / cooling simultaneous operation mode (mode 2A), and a cooling single operation mode (mode 3A).
  • mode 1 the secondary battery 26 is cooled without air conditioning of the passenger compartment.
  • mode 2A cooling of the secondary battery 26 and cooling of the passenger compartment are performed simultaneously.
  • mode 3A the vehicle interior is cooled without cooling the secondary battery 26.
  • the battery cooling / cooling OFF mode mode 4 is set.
  • control program stored in advance in the storage circuit by the control device.
  • This control program will be described with reference to the flowchart of FIG.
  • the control program shown in the flowchart of FIG. 2 is executed as a subroutine of a main routine executed by the control device.
  • the operation signal of the operation panel and the detection signal of the control sensor group are read, and the control state of various control target devices is determined based on the read detection signal and the value of the operation signal. To do.
  • the control device repeats a control routine of outputting a control signal or a control voltage to various devices to be controlled so that the determined control state is obtained.
  • step S100 it is determined whether there is an air conditioning request. Specifically, when the operation signal of the operation panel is read and the air conditioning operation switch is OFF, that is, when there is no air conditioning request, the process proceeds to step S101. On the other hand, if the air conditioning operation switch is ON, that is, if there is an air conditioning request, the process proceeds to step S102.
  • step S101 it is determined whether there is a battery cooling request. Specifically, the battery temperature of the secondary battery 26 exceeds a predetermined first reference battery temperature (12 ° C. in the present embodiment), or the secondary battery 26 has a predetermined battery temperature. It is determined whether the temperature is below the battery temperature (10 ° C. in the present embodiment). The temperature difference between the first reference battery temperature and the second reference battery temperature is set as a hysteresis for preventing control hunting.
  • step S100 When the battery temperature of the secondary battery 26 is lower than 10 ° C., it is not necessary to cool the secondary battery 26. Therefore, the flowchart ends and returns to step S100 again.
  • This flow corresponds to mode 4 described above.
  • the control device controls the on-off valve 23 and the on-off valve 16 to be closed and the downstream pressure reducing valve 22 to be fully opened.
  • step S103 the cooling system is controlled to operate in mode 1. That is, the control device controls the compressor 11 to operate, the on-off valve 23 to be opened, the on-off valve 16 to be closed, and the downstream pressure reducing valve 22 to be fully closed.
  • the refrigerant discharged from the compressor 11 returns to the compressor 11 again via the condenser 12, the liquid receiver 14, the on-off valve 23, the expansion valve 25, and the evaporator 24.
  • the refrigerant cooled by the condenser 12 is supplied only to the battery cooling circuit, and only the battery cooling is performed.
  • the refrigerant discharge capacity of the compressor 11, that is, the control signal output to the electric motor of the compressor 11, is detected by the target value (battery target value) (battery target temperature) TEOb and the evaporator temperature sensor 36.
  • Control is performed using a feedback control method based on the deviation from the temperature of the air blown from the evaporator 24.
  • the temperature of the air blown from the evaporator 24 is determined so as to approach the target value TEOb.
  • This target value TEOb is a value stored in advance in the storage circuit of the control device, and is set to a temperature of 0 ° C. or lower.
  • the refrigerant evaporation temperature in the evaporator 24 becomes lower than the refrigerant evaporation temperature in the evaporator 17.
  • the refrigerant evaporation temperature in the evaporator 24 is 0 ° C. or lower.
  • the rotational speed (refrigerant discharge capacity) of the compressor 11 is controlled by the control device so that the temperature of the evaporator temperature sensor 36 becomes ⁇ 10 ° C. As described above, mode 1 control is performed, and the process returns to step S100 again.
  • step S102 determines whether there is a battery cooling request that is the same as in step S101. If it is determined in step S102 that the battery temperature of the secondary battery 26 exceeds a predetermined first reference battery temperature (12 ° C. in the present embodiment), the process proceeds to step S104. If it is determined that the battery temperature of the secondary battery 26 is lower than a predetermined second reference battery temperature (10 ° C. in the present embodiment), the process proceeds to step S105.
  • step S104 the cooling system is controlled to operate in mode 2A. That is, the control device controls the compressor 11 to operate, the open / close valve 23 to the open state, the open / close valve 16 to the open state, and the downstream pressure reducing valve 22 to the throttled state that exerts a pressure reducing action.
  • the refrigerant discharged from the compressor 11 is supplied to both the evaporator 17 and the evaporator 24 via the branch portion 15 via the condenser 12 and the liquid receiver 14.
  • the refrigerant discharge capacity of the compressor 11, that is, the control signal output to the electric motor of the compressor 11 is determined in the same manner as in the mode 1. That is, the temperature of the air blown from the evaporator 24 is determined so as to approach the target value TEOb.
  • the throttle opening of the downstream pressure reducing valve 22 is a deviation between the target value (air conditioning target value) (air conditioning target temperature) TEO and the temperature of the air blown from the evaporator 17 detected by the evaporator temperature sensor 35. Based on the feedback control method, the temperature of the air blown from the evaporator 17 is determined so as to approach the target value TEO.
  • This target value TEO is a value stored in advance in the storage circuit of the control device, and is set to a temperature higher than 0 ° C. so that frost formation does not occur in the evaporator 17.
  • control device sets the blowing temperature TAO, which is the target temperature of the air blown into the vehicle interior, based on the vehicle interior temperature Tr, the outside air temperature Tam, and the solar radiation amount Ts based on the values of the detection signal and operation signal read in the main routine. To calculate. And the action
  • the casing 20 is introduced into the passenger compartment or outside air. For this reason, moisture in the air supplied to the evaporator 17 is condensed in the evaporator 17, and frost formation occurs in the evaporator 17 when the refrigerant evaporation temperature in the evaporator 17, that is, the blown air temperature is controlled to a temperature of 0 ° C. or less. End up. Therefore, in this embodiment, the throttle opening degree of the downstream pressure reducing valve 22 is adjusted so that the temperature of the blown air from the evaporator 17 is higher than 0 ° C., for example, 1 ° C. As described above, the control of mode 2A is performed, and the process returns to step S100 in FIG.
  • step S105 the cooling system is controlled to operate in mode 3A. That is, the control device controls the compressor 11 to operate, the on-off valve 23 to be closed, the on-off valve 16 to be open, and the downstream pressure reducing valve 22 to be fully open.
  • the refrigerant discharged from the compressor 11 passes through the condenser 12, the liquid receiver 14, the on-off valve 16, the expansion valve 18, the evaporator 17, and the downstream pressure reducing valve 22 again.
  • the refrigerant cooled by the condenser 12 is supplied only to the air conditioning cooling circuit.
  • the refrigerant discharge capacity of the compressor 11, that is, the control signal output to the electric motor of the compressor 11, is the air blown from the evaporator 17 detected by the target value TEO and the evaporator temperature sensor 35. Based on the deviation from the temperature, the temperature of the air blown from the evaporator 17 is determined so as to approach the target value TEO using a feedback control method. Thereby, the frost formation to the evaporator 17 is prevented. As described above, the control of mode 3A is performed, and the process returns to step S100 in FIG.
  • the refrigerant evaporation temperature in the evaporator 24 is controlled to be lower than the refrigerant evaporation temperature in the evaporator 17. ing. Specifically, the refrigerant evaporation temperature in the evaporator 17 is adjusted to a temperature higher than 0 ° C., while the refrigerant evaporation temperature in the evaporator 24 is adjusted to a temperature of 0 ° C. or lower.
  • the circulation ventilation path 34 in the casing 32 is a circulation path, air having humidity (wet air) flows into the circulation ventilation path 34 from the outside. There is no. Therefore, even if the refrigerant evaporation temperature in the evaporator 24 is lowered to 0 ° C. or lower, it is possible to suppress frost formation in the evaporator 24. That is, it is not necessary to control the temperature to be a general blown air temperature (for example, 1 ° C.) set so that frost formation of the evaporator 24 can be suppressed.
  • a general blown air temperature for example, 1 ° C.
  • the evaporator 24 can be efficiently cooled by controlling the rotational speed of the compressor 11 so that the temperature of the air blown from the evaporator 24 is 0 ° C. or lower.
  • the operation time of each device constituting the cooling system such as the compressor 11 can be shortened.
  • the fall of the durable performance of the apparatus which comprises a cooling system can be suppressed.
  • the effective noise 10 ⁇ Log (Q ⁇ P 2/60)
  • the effective noise can be reduced by 6 dB. That is, since the cooling capacity of the cooling system is improved by lowering the temperature of the battery cooling air, the air volume of the blower 33 of the battery pack 27 can be suppressed. Therefore, since the effective noise generated by the blowing of the blower 33 is reduced, silence can be ensured.
  • the cooling system of the present embodiment has a configuration in which the downstream pressure reducing valve 22 is not provided in the path between the expansion valve 18 and the merging portion 28 in the refrigeration cycle 10.
  • step S102 determines whether there is a battery cooling request. As described above, when it is determined in step S102 that the battery temperature of the secondary battery 26 exceeds 12 ° C., the process proceeds to step S106.
  • step S106 the cooling system is controlled to operate in mode 2B.
  • mode 2B in the battery cooling / cooling simultaneous operation mode (mode 2A) in which the cooling of the secondary battery 26 and the cooling of the passenger compartment are performed simultaneously, the temperature of the air blown from the evaporator 17 is higher than 0 ° C., for example, 1 ° C. In this way, the rotation speed of the compressor 11 is controlled by the control device.
  • the downstream pressure reducing valve 22 is not disposed. Therefore, the refrigerant pressure on the refrigerant downstream side of the expansion valve 18 and the refrigerant pressure on the refrigerant downstream side of the expansion valve 25 are the same, and the refrigerant temperature on the refrigerant downstream side of the evaporator 17 and the refrigerant temperature on the refrigerant downstream side of the evaporator 24 are the same. become. That is, when the rotational speed of the compressor 11 is controlled so that the temperature of the air blown from the evaporator 24 becomes ⁇ 10 ° C. as in the first embodiment, the temperature of the air blown from the evaporator 17 becomes ⁇ 10 ° C. Frosting occurs.
  • the rotational speed of the compressor 11 is set so that the temperature of the air blown from the evaporator 17 approaches the target value TEO (specifically, 1 ° C.). It is controlled by the control device.
  • step S107 the cooling system is controlled to operate in mode 3B.
  • Mode 3B is an operation mode substantially similar to mode 3A described in the first embodiment.
  • step S103 is executed as in the first embodiment. That is, the cooling system is controlled to operate in mode 1. That is, the rotational speed of the compressor 11 is controlled by the control device so that the temperature of the evaporator temperature sensor 36 becomes ⁇ 10 ° C. In this case, since only battery cooling is performed, the flow of the refrigerant to the evaporator 17 is interrupted, so that no frost formation occurs in the evaporator 17.
  • the casing 32 includes a mode switching door 38 as an outside air introduction section for introducing outside air into the circulation ventilation path 34.
  • the mode switching door 38 includes a motor (not shown) controlled by a control device.
  • the mode switching door 38 is operated so as to be in either the circulation mode or the outside air introduction mode.
  • the mode switching door 38 blocks the circulation ventilation path 34 of the casing 32 from the outside.
  • the circulation ventilation path 34 of the casing 32 is electrically connected to the outside.
  • the configuration other than the mode switching door 38 is the same as that in FIG.
  • the control is performed in the circulation mode during normal operation.
  • the outside air temperature Tam is equal to or lower than a predetermined temperature
  • the outside air introduction mode is switched.
  • conditions other than the outside air temperature may be set as the conditions for switching to the outside air introduction mode.
  • step S100 when it is determined that there is no air conditioning request in step S100 and there is no battery cooling request in step S101, the process returns to step S100 again. On the other hand, if it is determined in step S101 that there is a battery cooling request, the process proceeds to step S108.
  • step S108 it is determined whether or not the battery pack 27 is in the circulation mode. That is, it is determined whether or not the mode switching door 38 is closed and the circulation ventilation path 34 of the casing 32 is blocked from the outside.
  • step S108 when it determines with it being outside air introduction mode instead of circulation mode by step S108, it will return to step S100 again.
  • the outside air introduction mode since the vehicle interior or outside air is used as battery cooling air, frost formation may occur if the temperature of the air blown from the evaporator 24 is controlled to be below the freezing point. Therefore, when the mode switching door 38 is introducing outside air into the circulation ventilation path 34, the on-off valve 23 is controlled to be closed to block the refrigerant flow to the evaporator 24. That is, the refrigerant is prevented from flowing into the evaporator 24. Thereby, it is possible to prevent the outside air from being introduced into the casing 32 and frost formation in the evaporator 24.
  • step S108 If it is determined in step S108 that the current mode is the circulation mode, the process proceeds to step S103, and the control of mode 1 is performed as described above. In this case, since outside air is not introduced into the casing 32, frost formation does not occur due to moisture contained in the outside air. Accordingly, the blown air temperature of the evaporator 24 is controlled to be ⁇ 10 ° C. Thus, the control of mode 1 is performed, and the process returns to step S100 in FIG. 8 again.
  • step S109 it is determined whether the battery pack 27 is in the circulation mode as in step S108. If it is determined in step S109 that the current mode is the circulation mode, the process proceeds to step S104, and the above-described mode 2A control is performed. Also in this case, since outside air is not introduced into the casing 32, frosting does not occur in the evaporator 24. In this way, the control of mode 2A is performed, and the process returns to step S100 in FIG. 8 again.
  • step S109 determines whether the mode is not the circulation mode but the outside air introduction mode. If it is determined in step S109 that the mode is not the circulation mode but the outside air introduction mode, the process proceeds to step S105, and the above-described mode 3A control is performed. In this case, since only cooling of the passenger compartment is performed, the on-off valve 23 is controlled to be in a closed state. In this step S109 as well, the mode switching door 38 is introducing the outside air into the circulation ventilation path 34, and the on-off valve 23 blocks the refrigerant flow to the evaporator 24. Thereby, it is possible to prevent frost formation in the evaporator 24. In this way, the control of mode 3A is performed, and the process returns to step S100 in FIG.
  • step S100 when it is determined that there is no air conditioning request in step S100, there is a battery cooling request in step S101, and further in step S108, it is determined that the battery pack 27 is in the circulation mode, step S103 is performed. move on. Thus, the cooling system is controlled to operate in mode 1.
  • step S110 the cooling system is controlled to operate in mode 1B.
  • mode 1B in the battery cooling single operation mode (mode 1) in which the secondary battery 26 is cooled, the compressor 11 is set so that the temperature of the evaporator temperature sensor 36 that detects the temperature of the blown air from the evaporator 24 becomes 1 ° C. Is a mode in which the number of rotations is controlled by the control device. Thereby, even if outside air is introduced into the casing 32, it is possible to prevent frost formation in the evaporator 24.
  • step S110 the process returns to step S100 again.
  • step S100 If it is determined in step S100 that there is an air conditioning request, in step S102 there is a battery cooling request, and in step S109 it is determined that the battery pack 27 is in the circulation mode, the process proceeds to step S104. As a result, the cooling system is controlled to operate in mode 2A.
  • step S111 the cooling system is controlled to operate in mode 2C.
  • mode 2C in the battery cooling / cooling simultaneous operation mode (mode 2A) in which the secondary battery 26 and the vehicle compartment are simultaneously cooled, the blowout of the evaporator 17 is performed with the downstream pressure reducing valve 22 fully opened.
  • the rotational speed of the compressor 11 is controlled by the control device so that the air temperature becomes 1 ° C. and the blown air temperature of the evaporator 24 becomes 1 ° C.
  • step S102 If it is determined in step S102 that there is no battery cooling request, the process proceeds to step S105, and the cooling system is controlled to operate in mode 3A.
  • the same effect as in the first embodiment can be obtained. Further, even when the secondary battery 26 needs to be cooled individually, in the outside air introduction mode, the operation of the refrigeration cycle 10 is stopped to cool the secondary battery 26 with the outside air. Therefore, the operation time of the equipment constituting the refrigeration cycle 10 can be further effectively shortened. Moreover, it can suppress that frost formation arises in the evaporator 24 at the time of outside air introduction mode. (Fifth embodiment) In the present embodiment, parts different from the first to fourth embodiments will be described. In the present embodiment, the target temperature of the battery cooling air is changed based on the battery temperature Tb of the secondary battery 26.
  • the control device operates to determine the target value TEOb of the refrigerant evaporation temperature in the evaporator 24 as the battery target evaporation temperature determining unit. Specifically, the control device determines to increase the target value TEOb as the battery temperature Tb detected by the evaporator temperature sensor 36 increases.
  • the control device changes the target value TEOb with a linear function with respect to the battery temperature Tb of the secondary battery 26.
  • FIG. 10 shows a case where the target value TEOb is set to be 20 ° C. lower than the battery temperature Tb of the secondary battery 26.
  • the control device changes the target value TEOb stepwise with respect to the battery temperature Tb of the secondary battery 26. In this way, the temperature change can be controlled stepwise rather than continuously.
  • the cooling air temperature is controlled using the average value of the plurality of battery temperature sensors 37 as the battery temperature Tb.
  • the control device determines to increase the target value TEOb as the variation of the plurality of battery temperature sensors 37 increases.
  • the target value TEOb for the battery temperature Tb is determined in accordance with the temperature variation between the cells such as 5 ° C. and 10 ° C.
  • FIG. 12 shows an example in which the target value TEOb changes with a linear function with respect to the battery temperature Tb. However, the same applies when the target value TEOb is changed stepwise with respect to the battery temperature Tb.
  • the internal resistance, input / output characteristics, deterioration characteristics, etc. of a cell change due to temperature changes. If there is a temperature variation in each cell, the cell deterioration (life) variation and the remaining capacity (SOC) are estimated. There are concerns about deterioration of accuracy and cell input / output characteristics. However, as described above, since the control is performed according to the temperature variation generated between the plurality of cells in the battery pack 27, the temperature difference between the battery cooling air and the cells can be reduced. Therefore, the above-mentioned concern can be solved.
  • the cooling system is applied to an electric vehicle.
  • the heater core 21 may be a heating heat exchanger that heats indoor air using cooling water of the internal combustion engine as a heat source.
  • the cooling system may be applied to other than the vehicle.
  • the example in which the temperature sensor that detects the temperature of the secondary battery 26 main body is used as the battery temperature detector that detects the battery temperature Tb has been described.
  • the battery temperature detector is limited to this. Not.
  • a temperature detector that detects the temperature of the battery air immediately after passing through the secondary battery 26 may be employed, or a temperature detector that detects the temperature of the heat medium immediately after passing through the secondary battery 26 may be employed. Good.
  • the casing 32 may be sealed as in the first embodiment.
  • dry air having a dew point of 10 ° C. or less can be enclosed in the casing 32.
  • frost formation from occurring in the evaporator 24.
  • dew condensation from occurring in devices other than the evaporator 24 in the casing 32.

Abstract

冷凍サイクル10は、蒸発器24,蒸発器17を有する蒸気圧縮式の冷凍サイクルである。蒸発器24は低圧冷媒を蒸発させることによって二次電池26に向けて送風される電池用空気を冷却する。蒸発器17は低圧冷媒を蒸発させることによって空調対象空間に向けて送風される空調用空気を冷却する。ケーシング32の内部には、電池用空気を蒸発器24の空気出口側、二次電池26、蒸発器24の空気入口側の順に電池用空気が循環する循環用通風路34が形成されている。蒸発器24における冷媒蒸発温度が0℃以下になっており、蒸発器17における冷媒蒸発温度が0℃より高くなるように制御される。

Description

冷却システム 関連出願の相互参照
 本出願は、当該開示内容が参照によって本出願に組み込まれた、2013年2月20日に出願された日本特許出願2013-30835を基にしている。
 本開示は、電池冷却に空調用冷凍サイクルを用いた冷却システムに関する。
 電気自動車やハイブリッド車等の電動車両は、リチウムイオン等に代表される二次電池等の蓄電装置に蓄えられた電気エネルギーがインバータ等を介してモータに供給され駆動されることで走行する。このような電動車両に用いられる二次電池は、走行中や充電中等の電力の出し入れによりジュール熱が発生して電池温度が上昇する。そして、二次電池が所定温度を超えてしまうと電池の劣化や破損を招くため、二次電池を所定温度以下に維持するための冷却手段が必要となる。このようなことから、従来では、ブロワファン等による送風で二次電池を冷却する方法が一般的だった。
 しかしながら、電気自動車の普及によりモータが高出力化し、また急速充電への対応が必要となる等、二次電池の発熱量は増加する傾向にある。このため、空調に影響を与えない大能力な冷却手段が求められている。さらに、二次電池が低温状態ほど劣化は抑制されるため、外気温度よりも電池温度を低くすることも検討されている。
 これらの課題に対応するため、空調用の冷凍サイクルを利用した電池冷却の方式が例えば特許文献1で提案されている。具体的には、特許文献1の冷凍サイクルでは、車室内へ送風される車室内用空気を冷却する空調用蒸発器及び電池へ向けて送風される電池用空気を冷却する電池用蒸発器を備えており、これらの2つの蒸発器を共通する圧縮機から吐出される冷媒の流れに対して並列的に接続している。
特開2009-119890号公報
 しかしながら、本願発明者らの検討によると、上記従来の技術では、空調装置は車室内空調のために動作するだけではなく、車室内空調を行う必要の無いときであっても充電中や走行中の電池冷却のために冷凍サイクルを動作させなければならないことがある。このため、空調装置は車室内空調だけを行うときの動作時間よりも動作時間が長くなるので、冷凍サイクルを構成する機器の耐久寿命に悪影響を及ぼしてしまうというおそれがある。
 本開示は上記点に鑑み、電池冷却に空調用冷凍サイクルを用いた冷却システムにおいて、冷却システムを構成する部品の作動時間を短縮化させることを目的とする。
 上記目的を達成するため、本開示の冷却システムでは、低圧冷媒を蒸発させることによって電池に向けて送風される電池用空気を冷却する電池用蒸発器、及び低圧冷媒を蒸発させることによって空調対象空間に向けて送風される空調用空気を冷却する空調用蒸発器を有する蒸気圧縮式の冷凍サイクルを備えている。
 また、電池用空気を送風する電池用送風機を備えている。さらに、電池用蒸発器、電池及び電池用送風機を収容すると共に、電池用空気を電池用蒸発器の空気出口側→電池→電池用蒸発器の空気入口側の順に循環させる循環用通風路を形成する電池用ケーシングを備えている。
 そして、電池用蒸発器における冷媒蒸発温度が、空調用蒸発器における冷媒蒸発温度よりも低くなっている。
 電池用蒸発器における冷媒蒸発温度が、空調用蒸発器における冷媒蒸発温度よりも低くなることで、電池の冷却時間を短縮することができる。この際、循環用通風路が循環経路となっているので、電池用蒸発器における冷媒蒸発温度を、電池用蒸発器に着霜が生じる温度(例えば、0℃)以下まで低下させたとしても、電池用蒸発器に着霜が生じてしまうことを抑制でき、電池の冷却時間を効果的に短縮することができる。ひいては、冷却システムを構成する機器の作動時間を効果的に短縮化させることができる。
本開示の第1実施形態に係る冷却システムの全体構成図であり、電池冷却単独運転モードにおける冷媒流れを示す全体構成図である。 図1の冷却システムにおける制御内容を表したフローチャートである。 第1実施形態の冷却システムの電池冷却/冷房同時運転モードにおける冷媒流れを示す全体構成図である。 第1実施形態の冷却システムの冷房単独運転モードにおける冷媒流れを示す全体構成図である。 本開示の第2実施形態に係る冷却システムの全体構成図である。 第2実施形態において、冷却システムにおける制御内容を表したフローチャートである。 本開示の第3実施形態に係る電池パックの全体構成図である。 第3実施形態において、冷却システムにおける制御内容を表したフローチャートである。 第4実施形態において、冷却システムにおける制御内容を表したフローチャートである。 第5実施形態において、電池温度Tbに対する目標値TEObを表した図である。 第6実施形態において、電池温度Tbに対する目標値TEObを表した図である。 第7実施形態において、セル間温度のバラツキに応じた電池温度Tbに対する目標値TEObを表した図である。
 以下、本開示の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
(第1実施形態)
 図1~図4により、本開示の第1実施形態を説明する。本実施形態では、本開示に係る冷却システムを、車両走行用の駆動力を走行用の電動モータから得る電気自動車に適用している。さらに、本実施形態の電気自動車では、冷却システムを、車室内の空調(冷房および暖房)、並びに、走行用の電動モータへ供給される電力を蓄える蓄電器としての二次電池26の温度調整(冷却)を行うために用いている。
 より詳細には、冷却システムは、蒸気圧縮式の冷凍サイクル10、室内空調ユニット19、及び電池パック27を備え、車室内へ送風される室内用空気の温度を調整する機能を果たすと共に、二次電池26に向けて送風される電池用空気の温度を調整する機能を果たすように構成されている。
 冷凍サイクル10の構成機器のうち、圧縮機11は、車両ボンネット内に配置され、冷凍サイクル10において冷媒を吸入し、圧縮して吐出するもので、吐出容量が固定された固定容量型の圧縮機構を電動モータにて回転駆動する電動圧縮機として構成されている。圧縮機11の電動モータは、後述する制御装置から出力される制御信号によって、その作動(回転数)が制御される。圧縮機11の吐出口側は、凝縮器12の冷媒入口側に接続されている。
 なお、冷凍サイクル10では、冷媒としてHFC系冷媒(具体的には、R134a)を採用しており、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超えない蒸気圧縮式の亜臨界冷凍サイクルを構成している。冷媒としてHFO系冷媒(具体的には、R1234yf)等を採用してもよい。さらに、この冷媒には圧縮機11を潤滑するための冷凍機油が混入されており、冷凍機油の一部は冷媒とともにサイクルを循環している。
 凝縮器12は、車両ボンネット内に配置され、その内部を流通する高圧気相冷媒と送風ファン13から送風された外気とを熱交換させて冷媒を凝縮させる放熱用熱交換器である。
 また、送風ファン13は、制御装置から出力される制御電圧によって稼働率、すなわち回転数(送風量)が制御される電動送風機である。凝縮器12の冷媒出口側には、受液器14の入口側が接続されている。したがって、凝縮器12から流出した冷媒は受液器14へ流入する。
 受液器14は、その内部に流入した冷媒の気液を分離して、サイクル内の余剰冷媒を蓄える容器である。受液器14の出口側には、凝縮器12から流出した冷媒の流れを分岐する分岐部15の冷媒流入口が接続されている。
 分岐部15は、三方継手で構成されており、3つの流入出口のうち1つを冷媒流入口とし、残りの2つを冷媒流出口としたものである。このような三方継手は、管径の異なる配管を接合して形成してもよいし、金属ブロックや樹脂ブロックに複数の冷媒通路を設けて形成してもよい。
 分岐部15の一方の冷媒流出口には開閉弁(空調用開閉弁)16が接続されている。開閉弁16は冷媒が蒸発器(空調用蒸発器)17へ流入させるまたは蒸発器17への冷媒の流れを遮断する開閉装置であり、制御装置から出力される制御電圧によって、その開閉作動が制御される電磁弁である。開閉弁16の下流側には膨張弁(空調用膨張弁)18が接続されている。
 膨張弁18は、蒸発器17出口側の冷媒通路に配置された感温部を有している。そして、膨張弁18は、蒸発器17出口側冷媒の温度と圧力とに基づいて、蒸発器17出口側冷媒の過熱度を検知し、蒸発器17出口側冷媒の過熱度が予め設定された所定範囲の値となるように機械的機構により開度(冷媒流量)が調整される減圧器である。膨張弁18には、蒸発器17が接続されている。
 蒸発器17は、室内空調ユニット19のケーシング(空調用ケーシング)20内のヒータコア21よりも空気流れ上流側に配置されている。蒸発器17は、膨張弁18によって減圧膨張された低圧冷媒と室内用空気とを熱交換させて蒸発させることにより、空調対象空間に向けて送風される空調用空気を冷却する冷却用熱交換器である。膨張弁18の下流側には下流側減圧弁22が接続されている。
 下流側減圧弁22は、蒸発器17から流出した冷媒を減圧させる下流側減圧器である。この下流側減圧弁22は、絞り開度を変更可能に構成された弁体と、この弁体の絞り開度を変化させるステッピングモータからなる電動アクチュエータとを有して構成される電気式の可変絞り機構である。下流側減圧弁22は、制御装置から出力される制御信号によって、その作動が制御される。さらに、下流側減圧弁22は、絞り開度を全開にすることで冷媒減圧作用を殆ど発揮することなく単なる冷媒通路として機能する全開機能付きの可変絞り機構で構成されている。なお、下流側減圧弁22としては、機械的機構によって下流側減圧弁22上流側の冷媒圧力を予め定めた所定圧力以上に維持する定圧弁を採用してもよい。
 分岐部15の他方の冷媒流出口には開閉弁(電池用開閉弁)23が接続されている。この開閉弁23は蒸発器(電池用蒸発器)24へ冷媒が流入することを可能または不可能とする電池用開閉装置である。開閉弁23は開閉弁16と同様の電磁弁であり、制御装置から出力される制御電圧によって、その開閉作動が制御される。
 開閉弁23の下流側には膨張弁(電池用膨張弁)25が接続されている。この膨張弁25は、上述の膨張弁18と同様の構成の減圧器である。開閉弁23には、蒸発器24が接続されている。
 蒸発器24は、二次電池26に向けて送風される電池用空気の空気通路を形成する電池パック27内に配置されている。また、蒸発器24は、その内部を流通する低圧冷媒と電池用空気とを熱交換させることにより、二次電池26に向けて送風される電池用空気を冷却する。
 そして、下流側減圧弁22の下流側及び膨張弁25の下流側には合流部28が接続されている。合流部28は、分岐部15と同様の三方継手で構成されており、3つの流入出口のうち2つを冷媒流入口とし、残りの1つを冷媒流出口としたものである。すなわち、合流部28は、下流側減圧弁22から流出した冷媒の流れと蒸発器24から流出した冷媒の流れとを合流させる。合流部28の冷媒流出口には圧縮機11の入口側が接続されている。
 上記のように、冷凍サイクル10は分岐部15と合流部28とによって冷媒が並列に流れるように構成されている。したがって、蒸発器17は分岐部15にて分岐された一方の冷媒を蒸発させ、蒸発器24は分岐部15にて分岐された他方の冷媒を蒸発させることとなる。以上が冷凍サイクル10の全体構成である。
 続いて、室内空調ユニット19について説明する。室内空調ユニット19は、温度調整された室内用空気を車室内に送風するものである。この室内空調ユニット19は、車室内最前部の計器盤(インストルメントパネル)の内側に配置されており、その外殻を形成するケーシング20内に送風機29、ヒータコア21、蒸発器17等を収容することによって構成されている。
 ケーシング20は、内部に室内用空気の空気通路を形成しており、ある程度の弾性を有し、強度的にも優れたポリプロピレン等の樹脂にて成形されている。なお、ケーシング20内の室内用空気の空気流れ最上流側には、車室内の空気すなわち内気と外気とを切替導入する図示しない内外気切替装置が配置されている。送風機29はこの内外気切替装置の空気流れ下流側に位置している。
 送風機29は、遠心多翼ファン(シロッコファン)を電動モータにて駆動する電動送風機であって、制御装置から出力される制御電圧によって回転数(送風量)が制御される。送風機29の空気流れ下流側には、蒸発器17及びヒータコア21が、室内用空気の流れに対して、この順に配置されている。換言すると、蒸発器17は、ヒータコア21に対して、室内用空気の流れ方向上流側に配置されている。
 また、ヒータコア21は、蒸発器17を通過した冷風を再加熱する加熱器である。ヒータコア21は、蒸発器17の空気流れ下流側に配置されている。この種のヒータコア21としては、走行用の電動モータの冷却水と冷風とを熱交換させて、冷風を加熱する加熱用熱交換器を採用できる。さらに、ヒータコア21として、電気ヒータにて加熱された熱媒体と冷風とを熱交換させて、冷風を加熱するものを採用してもよい。
 さらに、蒸発器17の空気流れ下流側であって、かつ、ヒータコア21の空気流れ上流側には、蒸発器17通過後の空気のうち、ヒータコア21を通過させる風量割合を調整するエアミックスドア30が配置されている。また、ヒータコア21の空気流れ下流側には、ヒータコア21にて加熱された空気とヒータコア21を迂回して加熱されていない空気とを混合させる混合空間31が設けられている。
 ケーシング20の空気流れ最下流部には、混合空間31にて混合された空調風を、空調対象空間である車室内へ吹き出す開口穴が配置されている。具体的には、この開口穴としては、フェイス開口穴、フット開口穴、およびデフロスタ開口穴(いずれも図示せず)が設けられている。フェイス開口穴は、車室内の乗員の上半身に向けて空調風を吹き出す。フット開口穴は、乗員の足元に向けて空調風を吹き出す。デフロスタ開口穴は、車両前面窓ガラス内側面に向けて空調風を吹き出す。
 したがって、エアミックスドア30がヒータコア21を通過させる風量の割合を調整することによって、混合空間31にて混合された空調風の温度が調整され、各開口穴から吹き出される空調風の温度が調整される。つまり、エアミックスドア30は、車室内へ送風される空調風の温度を調整する温度調整部を構成している。なお、エアミックスドア30は、制御装置から出力される制御信号によって作動が制御される図示しないサーボモータによって駆動される。
 さらに、フェイス開口穴、フット開口穴、およびデフロスタ開口穴の空気流れ上流側には、それぞれ、フェイス開口穴の開口面積を調整するフェイスドア、フット開口穴の開口面積を調整するフットドア、デフロスタ開口穴の開口面積を調整するデフロスタドア(いずれも図示せず)が配置されている。
 これらのフェイスドア、フットドア、デフロスタドアは、開口穴モードを切り替える開口穴モード切替部を構成するものであって、リンク機構等を介して、制御装置から出力される制御信号によってその作動が制御される図示しないサーボモータによって駆動される。以上が室内空調ユニット19の全体構成である。
 次に、電池パック27について説明する。電池パック27は、車両後方のトランクルームと後部座席との間の車両底面側に配置される。電池パック27は、電気的な絶縁処理(例えば、絶縁塗装)が施された金属製のケーシング(電池用ケーシング)32内に送風された電池用空気を循環させる空気通路を形成し、この空気通路に送風機33、前述の蒸発器24及び二次電池26等を収容して構成されたものである。具体的に、ケーシング32は、電池用空気を蒸発器24の空気出口側→二次電池26→蒸発器24の空気入口側の順に循環させる循環用通風路34を形成している。
 送風機33は、蒸発器24の空気流れ上流側に配置されて、電池用空気を蒸発器24へ向けて送風する電池用送風機であり、制御装置から出力される制御電圧によって稼働率、すなわち回転数(空気量)が制御される電動送風機である。さらに、蒸発器24の空気流れ下流側には二次電池26が配置され、二次電池26の空気流れ下流側は、送風機33の吸込口側に連通している。
 したがって、送風機33を動作させると、蒸発器24にて温度調整された電池用空気が二次電池26に吹き付けられて、二次電池26の温度調整がなされる。さらに、二次電池26の温度調整を行った電池用空気は、送風機33に吸入されて再び蒸発器24に向けて送風される。以上が電池パック27の全体構成である。
 次に、本実施形態の電気制御部について説明する。制御装置は、CPU、ROM及びRAM等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成され、そのROM内に記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行い、出力側に接続された各種制御対象機器11、13、16、22、23、29、30、33等の作動を制御する。
 また、制御装置の入力側には、内気センサ、外気センサ、日射センサ、蒸発器温度センサ(空調用蒸発器温度センサ)35、空気温度センサ、蒸発器温度センサ(電池用蒸発器温度センサ)36、電池温度センサ37等の制御用センサ群が接続されている。内気センサは、車室内温度Trを検出する。外気センサは、外気温Tamを検出する。日射センサは、車室内の日射量Tsを検出する。蒸発器温度センサ35は、蒸発器17の吹出空気温度(蒸発器温度)Tefinを検出する。空気温度センサは、混合空間31から車室内へ送風される空気温度TAVを検出する。蒸発器温度センサ36は、蒸発器24の吹出空気温度(蒸発器温度)を検出する。電池温度センサは、二次電池26の温度である電池温度Tbを検出する電池温度検出器である。
 ここで、本実施形態の蒸発器温度センサ35は、具体的に蒸発器17の熱交換フィンの温度を検出している。また、蒸発器温度センサ36は、蒸発器24の熱交換フィンの温度を検出している。蒸発器温度センサ35として、蒸発器17のその他の部位の温度を検出する温度検出器を採用してもよいし、蒸発器17を流通する冷媒自体の温度を直接検出する温度検出器を採用してもよい。これは蒸発器温度センサ36についても同様である。
 また、二次電池26は複数のセルによって構成されている。このような二次電池26は冷却システムの各構成機器に対して熱容量が大きく、温度分布も生じやすい。そこで、本実施形態では、二次電池26の内部および表面の複数の箇所の温度を検出するために複数の電池温度センサ37を用いている。そして、複数の電池温度センサ37の検出値の平均値を電池温度Tbとしている。
 本実施形態では、空気温度TAVを検出する空気温度センサを設けているが、この空気温度TAVとして、蒸発器温度Tefin、吐出冷媒温度Td等に基づいて算出された値を採用してもよい。
 さらに、制御装置の入力側には、車室内前部の計器盤付近に配置された図示しない操作パネルが接続され、この操作パネルに設けられた各種操作スイッチからの操作信号が入力される。操作パネルに設けられた各種操作スイッチとしては、車室内空調を行うことを要求する空調作動スイッチ、車室内温度を設定する車室内温度設定スイッチ、空調運転モードの選択スイッチ等が設けられている。
 ここで、本実施形態の制御装置は、その出力側に接続された各種制御対象機器を制御する制御部が一体に構成されたものである。それぞれの制御対象機器の作動を制御する構成(ハードウェア及びソフトウェア)が、それぞれの制御対象機器の作動を制御する制御部を構成している。以上が、本実施形態に係る冷却システムの全体構成である。
 次に、本実施形態の冷却システムの作動を説明する。冷却システムは、冷凍サイクル10を動作させることによって車室内の空調及び二次電池26の温度調整を行う。したがって、冷却システムは、電池冷却単独運転モード(モード1)、電池冷却/冷房同時運転モード(モード2A)、冷房単独運転モード(モード3A)の3つのモードのいずれかで動作する。モード1では、車室内の空調を行うことなく二次電池26の冷却を行う。モード2Aでは、二次電池26の冷却と車室内の冷房を同時に行う。モード3Aでは、二次電池26の冷却を行うことなく車室内の冷房を行う。また、二次電池26の冷却と車室内の冷房の両方を行わない場合は電池冷却/冷房OFFモード(モード4)となる。
 これらの運転モードの切り替えは、制御装置が予め記憶回路に記憶している制御プログラムを実行することによって行われる。この制御プログラムについては、図2のフローチャートを参照して説明する。図2のフローチャートに示す制御プログラムは、制御装置が実行するメインルーチンのサブルーチンとして実行されるものである。制御装置が実行するメインルーチンの制御処理では、操作パネルの操作信号および制御用センサ群の検出信号を読み込み、読み込まれた検出信号および操作信号の値に基づいて各種制御対象機器の制御状態を決定する。続いて制御装置は、決定された制御状態が得られるように各種制御対象機器へ制御信号あるいは制御電圧を出力するといった制御ルーチンを繰り返す。
 まず、ステップS100では、空調要求の有無が判定される。具体的には、操作パネルの操作信号を読み込んだ際に、空調作動スイッチがOFFの場合、すなわち空調要求がない場合にはステップS101に進む。一方、空調作動スイッチがONすなわち空調要求がある場合にはステップS102に進む。
 そして、ステップS101では、電池冷却要求の有無が判定される。具体的には、二次電池26の電池温度が予め定めた第1基準電池温度(本実施形態では、12℃)を上回っているか、または二次電池26の電池温度が予め定めた第2基準電池温度(本実施形態では、10℃)を下回っているかが判定される。なお、第1基準電池温度と第2基準電池温度との温度差は、制御ハンチング防止のためのヒステリシスとして設定されている。
 二次電池26の電池温度が10℃を下回っている場合には二次電池26を冷却する必要がない。従ってフローチャートは終了し、再びステップS100に戻る。当該フローは上述のモード4に相当する。この場合、制御装置によって、開閉弁23及び開閉弁16が閉状態になると共に、下流側減圧弁22が全開状態となるように制御される。
 一方、二次電池26の電池温度が12℃を上回っている場合にはステップS103に進む。ステップS103では、冷却システムがモード1で動作するように制御される。すなわち、制御装置によって、圧縮機11が動作する状態、開閉弁23が開状態、開閉弁16が閉状態、下流側減圧弁22が全閉状態となるように制御される。これにより、図1に示されるように、圧縮機11から吐出された冷媒は凝縮器12、受液器14、開閉弁23、膨張弁25、蒸発器24を介して再び圧縮機11に戻る経路をたどる。したがって、凝縮器12で冷やされた冷媒は、電池冷却用回路のみに供給され、電池冷却のみが行われる。
 また、圧縮機11の冷媒吐出能力、すなわち圧縮機11の電動モータに出力される制御信号については、目標値(電池用目標値)(電池用目標温度)TEObと蒸発器温度センサ36によって検出された蒸発器24からの吹出空気温度との偏差に基づいて、フィードバック制御手法を用いて制御される。蒸発器24からの吹出空気温度は、目標値TEObに近づくように決定される。この目標値TEObは、予め制御装置の記憶回路に記憶された値であって、0℃以下の温度に設定されている。
 上述の制御により、蒸発器24における冷媒蒸発温度が蒸発器17における冷媒蒸発温度よりも低くなる。具体的には、蒸発器24における冷媒蒸発温度が0℃以下になっている。本実施形態では、蒸発器温度センサ36の温度が-10℃となるように圧縮機11の回転数(冷媒吐出能力)が制御装置によって制御される。以上のように、モード1の制御が行われ、再びステップS100に戻る。
 続いて、ステップS100にて空調要求があると判定された場合、ステップS102にてステップS101と同じ電池冷却要求の有無が判定される。ステップS102で二次電池26の電池温度が予め定めた第1基準電池温度(本実施形態では、12℃)を上回っていると判定されるとステップS104に進む。二次電池26の電池温度が予め定めた第2基準電池温度(本実施形態では、10℃)を下回っていると判定されるとステップS105に進む。
 ステップS104では、冷却システムがモード2Aで動作するように制御される。すなわち、制御装置によって、圧縮機11が動作する状態、開閉弁23が開状態、開閉弁16が開状態、下流側減圧弁22が減圧作用を発揮する絞り状態となるように制御される。
 これにより、図3に示されるように、圧縮機11から吐出された冷媒は凝縮器12及び受液器14を経由し、分岐部15を介して蒸発器17及び蒸発器24の両方に供給される。したがって、モード2Aでは蒸発器17及び蒸発器24の両方で冷却風が作られる。
 また、圧縮機11の冷媒吐出能力、すなわち圧縮機11の電動モータに出力される制御信号については、モード1と同様に決定される。つまり、蒸発器24からからの吹出空気温度が目標値TEObに近づくように決定される。
 また、下流側減圧弁22の絞り開度は、目標値(空調用目標値)(空調用目標温度)TEOと蒸発器温度センサ35によって検出された蒸発器17からの吹出空気温度との偏差に基づいて、フィードバック制御手法を用いて蒸発器17からの吹出空気温度が目標値TEOに近づくように決定される。この目標値TEOは、予め制御装置の記憶回路に記憶された値であって、蒸発器17に着霜が生じないように0℃よりも高い温度に設定されている。
 さらに、制御装置は、メインルーチンで読み込んだ検出信号および操作信号の値に基づいて、車室内へ吹き出す空気の目標温度である吹出温度TAOを車室内温度Tr、外気温Tam、日射量Tsに基づいて算出する。そして、空気温度センサによって検出された空気温度TAVが、吹出温度TAOに近づくように、エアミックスドア30の作動を制御する。
 ここで、上述のように、ケーシング20には車室内または外気が導入される。このため、蒸発器17に供給される空気中の水分が蒸発器17で凝縮し、蒸発器17における冷媒蒸発温度すなわち吹出空気温度を0℃以下の温度に制御すると蒸発器17に着霜が生じてしまう。そこで、本実施形態では、蒸発器17の吹出空気温度が0℃より高い温度、例えば1℃になるように下流側減圧弁22の絞り開度が調整される。以上のように、モード2Aの制御が行われ、再び図2のステップS100に戻る。
 また、ステップS105では、冷却システムがモード3Aで動作するように制御される。すなわち、制御装置によって、圧縮機11が動作する状態、開閉弁23が閉状態、開閉弁16が開状態、下流側減圧弁22が全開状態となるように制御される。これにより、図4に示されるように、圧縮機11から吐出された冷媒は凝縮器12、受液器14、開閉弁16、膨張弁18、蒸発器17、下流側減圧弁22を介して再び圧縮機11に戻る経路をたどる。したがって、凝縮器12で冷やされた冷媒は、空調冷却用回路のみに供給される。
 さらに、モード3Aでは、圧縮機11の冷媒吐出能力、すなわち圧縮機11の電動モータに出力される制御信号については、目標値TEOと蒸発器温度センサ35によって検出された蒸発器17からの吹出空気温度との偏差に基づいて、フィードバック制御手法を用いて蒸発器17からの吹出空気温度が目標値TEOに近づくように決定される。これにより、蒸発器17への着霜を防止する。以上のように、モード3Aの制御が行われ、再び図2のステップS100に戻る。
 以上説明したように、本実施形態では、二次電池26の冷却を行うモード1及びモード2Aにおいて、蒸発器24における冷媒蒸発温度を、蒸発器17における冷媒蒸発温度よりも低くなるように制御している。具体的には、蒸発器17における冷媒蒸発温度を0℃より高い温度に調整する一方、蒸発器24における冷媒蒸発温度を0℃以下の温度に調整する。
 本実施形態の冷却システムでは、ケーシング32内の循環用通風路34が循環経路となっているので、外部から湿度を有する空気(湿った空気)が循環用通風路34内へ流入してしまうことがない。したがって、蒸発器24における冷媒蒸発温度を0℃以下まで低下させたとしても、蒸発器24に着霜が生じてしまうことを抑制できる。つまり、蒸発器24の着霜を抑制できるように設定された一般的な吹出空気温度(例えば1℃)となるように制御する必要がない。
 したがって、蒸発器24の吹出空気温度が0℃以下となるように圧縮機11の回転数を制御して、蒸発器24を効率的に冷却することができる。その結果、圧縮機11等の冷却システムを構成する各機器の作動時間を短くすることができる。これに伴い、冷却システムを構成する機器の耐久性能の低下を抑制することができる。
 冷却能力は、冷却能力=冷却風量×空気比熱×温度差により計算することができる。二次電池26の電池温度Tbが30℃であると仮定し、蒸発器24の吹出空気温度を0℃から-10℃へ変更した場合、電池パック27の送風機33における同一風量での冷却能力は、[30℃-(-10℃)]/[30℃-0℃]=1.33となる。つまり、冷却能力を最大1.33倍に向上させることができる。したがって、本実施形態の冷却システムによれば、従来技術に対して、電池冷却単独運転モード時の各機器の作動時間を最大で25%短縮することができる。
 また、風量(m3/h)をQ、全圧(Pa)をPとすると、有効騒音は下記の計算式より算出される。
有効騒音=10×Log(Q×P2/60)
 上記の条件では有効騒音を6dB低減することができる。すなわち、電池冷却風の温度を低下させたことにより冷却システムの冷却能力が向上するため、電池パック27の送風機33の風量を抑えることができる。したがって、送風機33の送風により発生する有効騒音が低下するので、静粛性を確保することができる。
 電気自動車は、電源がOFFされるとエンジン搭載車両に比べて車室内は静かであり、空調がOFFとなっている場合はさらに車室内は静かとなる。二次電池26の冷却は、乗員の意思とは関係なく行われるため、上記のように送風機33の作動時間が短縮されれば車室内の乗員の快適性すなわち静粛性も向上する。
(第2実施形態)
 本実施形態では、第1実施形態と異なる部分について説明する。図5に示されるように、本実施形態の冷却システムは、冷凍サイクル10において膨張弁18と合流部28との間の経路に下流側減圧弁22が設けられていない構成になっている。
 このような構成の場合、冷却システムは図6に示すフローチャートに従って動作する。具体的には、ステップS100において空調要求があった場合、ステップS102において電池冷却要求の有無が判定される。そして、上述のように、ステップS102で二次電池26の電池温度が12℃を上回っていると判定されるとステップS106に進む。
 ステップS106では、冷却システムがモード2Bで動作するように制御される。モード2Bは、二次電池26の冷却と車室内の冷房を同時に行う電池冷却/冷房同時運転モード(モード2A)において、蒸発器17の吹出空気温度が0℃より高い温度、例えば1℃になるように圧縮機11の回転数が制御装置によって制御されるモードである。
 本実施形態では、下流側減圧弁22が配置されていない。従って、膨張弁18の冷媒下流側と膨張弁25の冷媒下流側の冷媒圧力とが同じになり、蒸発器17の冷媒下流側の冷媒温度と蒸発器24の冷媒下流側の冷媒温度とが同じになる。すなわち、第1実施形態と同様に蒸発器24からの吹出空気温度が-10℃となるように圧縮機11の回転数が制御されると、蒸発器17からの吹出空気温度も-10℃となって着霜が発生してしまう。
そこで、本実施形態では、第1実施形態のモード3Aと同様に、蒸発器17からの吹出空気温度が目標値TEO(具体的には、1℃)に近づくように圧縮機11の回転数が制御装置によって制御される。
 一方、ステップS102で二次電池26の電池温度が10℃を下回っていると判定されるとステップS107に進む。そして、ステップS107では、冷却システムがモード3Bで動作するように制御される。モード3Bは、実質的に第1実施形態で説明したモード3Aと同様の運転モードである。これにより、下流側減圧弁22が設けられていない構成であっても、ステップS106と同様に、蒸発器17の着霜が発生してしまうことを防止することができる。
 なお、図6のフローチャートにおいて、ステップS100で空調要求がないと判定されると共にステップS101で電池冷却要求があると判定された場合は第1実施形態と同様にステップS103が実行される。すなわち、冷却システムがモード1で動作するように制御される。つまり、蒸発器温度センサ36の温度が-10℃となるように圧縮機11の回転数が制御装置によって制御される。この場合は電池冷却のみが行われるため、蒸発器17への冷媒の流れが遮断されているので、蒸発器17に着霜が生じることはない。
 以上説明したように、冷凍サイクル10において膨張弁18の下流側の下流側減圧弁22を廃止しても、冷却システムがモード1で作動させることによって、冷却システムを構成する各機器の作動時間を短くすることができる。
(第3実施形態)
 本実施形態に関して、第1、第2実施形態と異なる部分について説明する。本実施形態では、図7に示されるように、ケーシング32は、循環用通風路34に外気を導入するための外気導入部としてモード切替ドア38を備えている。モード切替ドア38は、制御装置によって制御される図示しないモータを備えている。
 そして、モータの回転が制御されることで、循環モードと、外気導入モードのいずれかのモードとなるように、モード切替ドア38が作動される。循環モードでは、モード切替ドア38がケーシング32の循環用通風路34と外部とを遮断する。外気導入モードでは、ケーシング32の循環用通風路34と外部とを導通する。なお、モード切替ドア38以外の構成は上述の図1と同じである。
 また、本実施形態の冷却システムでは、通常運転時には、循環モードで制御される。このような制御において、例えば外気温Tamが所定温度以下の場合、外気導入モードに切り替えられる。なお、外気導入モードに切り替える条件については外気温以外の条件を設定しても良い。
 次に、本実施形態の冷却システムの作動を、図8のフローチャートを参照して説明する。まず、ステップS100で空調要求がなく、ステップS101で電池冷却要求がないと判定されると、再びステップS100に戻る。一方、ステップS101で電池冷却要求があると判定されるとステップS108に進む。
 ステップS108では、電池パック27が循環モードであるか否かが判定される。すなわち、モード切替ドア38が閉じられており、ケーシング32の循環用通風路34と外部とが遮断されているか否かが判定される。
 そして、ステップS108で循環モードではなく外気導入モードであると判定されると、再びステップS100に戻る。外気導入モード時は、車室内または外気が電池冷却風として使用されるため、蒸発器24の吹出空気温度が氷点下になるように制御されると着霜が発生する可能性がある。したがって、モード切替ドア38が循環用通風路34に外気を導入している際には、開閉弁23が閉状態に制御されて蒸発器24への冷媒の流れを遮断する。つまり、蒸発器24に冷媒を流さないようにする。これにより、ケーシング32内に外気が導入されて蒸発器24に着霜が発生することを防止することができる。
 また、ステップS108で循環モードであると判定されるとステップS103に進み、上記と同様にモード1の制御が行われる。この場合は、ケーシング32内に外気が導入されないので、外気に含まれる水分によって着霜が発生することはない。したがって、蒸発器24の吹出空気温度が-10℃になるように制御される。このように、モード1の制御が行われ、再び図8のステップS100に戻る。
 ステップS100で空調要求があると判定され、ステップS102で電池冷却要求があると判定された場合、ステップS109に進む。ステップS109では、ステップS108と同様に電池パック27が循環モードであるか否かが判定される。ステップS109で循環モードであると判定されるとステップS104に進み、上述のモード2Aの制御が行われる。この場合もケーシング32内に外気が導入されないので、蒸発器24に着霜が発生することはない。このように、モード2Aの制御が行われ、再び図8のステップS100に戻る。
 一方、ステップS109で循環モードではなく外気導入モードであると判定されるとステップS105に進み、上述のモード3Aの制御が行われる。この場合は、車室内の冷房のみが行われるので、開閉弁23は閉状態となるように制御される。本ステップS109においても、モード切替ドア38が循環用通風路34に外気を導入している状況であり、開閉弁23が蒸発器24への冷媒の流れを遮断する。これにより、蒸発器24に着霜が発生することを防止することができる。このように、モード3Aの制御が行われ、再び図8のステップS100に戻る。
 以上説明したように、循環モードでは、第1実施形態と全く同様の効果が得られる。さらに、二次電池26の単独冷却が必要とされる場合であっても、外気導入モード時には、冷凍サイクル10の作動を停止させて外気で二次電池26を冷却する。従って、冷凍サイクル10を構成する機器の作動時間をより一層、効果的に短縮化させることができる。
(第4実施形態)
 本実施形態では、第3実施形態と異なる部分について説明する。本実施形態に係るケーシング32には第3実施形態と同様にモード切替ドア38が設けられているが、冷却システムにおける制御方法が異なる。
 具体的には、図9に示されるように、ステップS100で空調要求がなく、ステップS101で電池冷却要求があり、さらにステップS108で電池パック27が循環モードであると判定されるとステップS103に進む。これにより、冷却システムがモード1で動作するように制御される。
 一方、ステップS108で電池パック27が循環モードではない、すなわちモード切替ドア38が開けられていると判定された場合、ステップS110に進む。そして、ステップS110では、冷却システムがモード1Bで動作するように制御される。モード1Bは、二次電池26の冷却を行う電池冷却単独運転モード(モード1)において、蒸発器24の吹出空気温度を検出する蒸発器温度センサ36の温度が1℃となるように圧縮機11の回転数が制御装置によって制御されるモードである。これにより、ケーシング32に外気が導入されていても蒸発器24に着霜が発生することを防止することができる。本ステップS110の処理が完了すると再びステップS100に戻る。
 また、ステップS100で空調要求があり、ステップS102で電池冷却要求があり、さらにステップS109で電池パック27が循環モードであると判定されるとステップS104に進む。これにより、冷却システムがモード2Aで動作するように制御される。
 一方、ステップS109で電池パック27が循環モードではないと判定された場合、ステップS111に進む。ステップS111では、冷却システムがモード2Cで動作するように制御される。モード2Cは、二次電池26の冷却と車室内の冷房を同時に行う電池冷却/冷房同時運転モード(モード2A)において、下流側減圧弁22が全開状態とされた状態で、蒸発器17の吹出空気温度が1℃となると共に、蒸発器24の吹出空気温度が1℃となるように圧縮機11の回転数が制御装置によって制御されるモードである。これにより、電池冷却と冷房とが同時運転されており、さらにケーシング32に外気が導入されていても、蒸発器24に着霜が発生することを防止することができる。本ステップS111の処理が完了すると再びステップS100に戻る。
 なお、ステップS102で電池冷却要求がないと判定された場合はステップS105に進み、冷却システムがモード3Aで動作するように制御される。
 以上説明したように、循環モードでは、第1実施形態と全く同様の効果が得られる。さらに、二次電池26の単独冷却が必要とされる場合であっても、外気導入モード時には、冷凍サイクル10の作動を停止させて外気で二次電池26を冷却する。従って、冷凍サイクル10を構成する機器の作動時間をより一層、効果的に短縮化させることができる。また、外気導入モード時には、蒸発器24に着霜が生じてしまうことを抑制できる。
(第5実施形態)
 本実施形態では、第1から第4実施形態と異なる部分について説明する。本実施形態では、二次電池26の電池温度Tbに基づいて、電池冷却風の目標温度を変化させる。
 このため、制御装置が電池用目標蒸発温度決定部として蒸発器24における冷媒蒸発温度の目標値TEObを決定するように動作する。具体的には、制御装置は、蒸発器温度センサ36によって検出された電池温度Tbの上昇に伴って目標値TEObを上昇させるように決定する。
 本実施形態では、図10に示されるように、制御装置は二次電池26の電池温度Tbに対して目標値TEObを一次関数で変化させる。図10は、二次電池26の電池温度Tbに対し、目標値TEObが20℃低くなるように設定した場合を示す。
 これにより、電池冷却風温度を氷点下で制御した場合、システム効率の低下や、二次電池26を急激に冷やすことで電池パック27内の複数のセル間での温度分布が悪化する可能性を低下させることができる。換言すると、二次電池26の温度が高い場合には冷却風温度が高くなるように制御されるため、冷凍サイクル10の効率を良くすることができる。また、電池パック27内のセル間の温度のバラツキを低減させることができる。すなわち、二次電池26に対し、常に一定の冷却能力を与えることができる。
(第6実施形態)
 本実施形態では、第5実施形態と異なる部分について説明する。本実施形態では、図11に示されるように、制御装置は二次電池26の電池温度Tbに対して目標値TEObを段階的に変化させている。このように、温度変化は連続的ではなく段階的に制御することもできる。
(第7実施形態)
 本実施形態では、第5、第6実施形態と異なる部分について説明する。第5、第6実施形態では、複数の電池温度センサ37の平均値を電池温度Tbとして冷却風温度が制御されていた。これに対し、本実施形態では、制御装置は、複数設けられた電池温度センサ37のばらつきの増加に伴って目標値TEObを上昇させるように決定する。
 具体的には、図12に示されるように、5℃や10℃等のセル間の温度のバラツキの温度に応じて電池温度Tbに対する目標値TEObが決められている。なお、図12では電池温度Tbに対して目標値TEObが一次関数で変化する例が示されているが、電池温度Tbに対して目標値TEObを段階的に変化させる場合も同様である。
 一般的にセルは温度変化により、内部抵抗、入出力特性、劣化特性等が変化するため、各セルに温度のバラツキがあると、セルの劣化(寿命)のバラツキ、残存容量(SOC)の推定精度の悪化、セルの入出力特性の悪化が懸念される。しかしながら、上述のように、電池パック27内の複数のセル間に発生する温度のバラツキに応じた制御を行っているので、電池冷却風とセルの温度差を小さくすることができる。従って、上記の懸念を解消することができる。
 特に、冷却風と二次電池26のセルとの温度差が大きいと、電池パック27内の複数のセル間に発生する温度のバラツキが大きくなる傾向にあるが、セル間の温度のバラツキを小さく制御することにより、電池パック27の本来の能力を引き出すことができる。
(他の実施形態)
 本開示は上述の実施形態に限定されることなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。
 (1)上述の実施形態では、冷却システムを電気自動車に適用した例を説明したが、もちろん内燃機関から車両走行用の駆動力を得る通常の車両や、内燃機関と走行用電動モータの双方から車両走行用の駆動力を得るハイブリッド車両に適用してもよい。内燃機関を有する車両に適用する場合には、ヒータコア21として、内燃機関の冷却水を熱源として室内用空気を加熱する加熱用熱交換器を採用してもよい。さらに、冷却システムを車両以外に適用してもよい。
 (2)上述の実施形態では、電池温度Tbを検出する電池温度検出器として、二次電池26本体の温度を検出する温度センサを採用した例を説明したが、電池温度検出器はこれに限定されない。例えば、二次電池26通過直後の電池用空気の温度を検出する温度検出器を採用してもよいし、二次電池26通過直後の熱媒体の温度を検出する温度検出器を採用してもよい。
 (3)第3、第4実施形態では、ケーシング32にモード切替ドア38が設けられており、ケーシング32内に外気が導入される例を説明した。しかしながら、例えば第1実施形態のようにケーシング32を密閉しても良い。この場合、露点が10℃以下の乾燥空気をケーシング32に封入することができる。これにより、ケーシング32にほこり等の異物が進入することを防止することができる。また、蒸発器24に着霜が発生することを防止することができる。さらに、ケーシング32内において蒸発器24以外の他の機器にも結露が発生することを防止することができる。

Claims (7)

  1.  低圧冷媒を蒸発させることによって電池(26)に向けて送風される電池用空気を冷却する電池用蒸発器(24)、及び低圧冷媒を蒸発させることによって空調対象空間に向けて送風される空調用空気を冷却する空調用蒸発器(17)を有する蒸気圧縮式の冷凍サイクル(10)と、
     前記電池用空気を送風する電池用送風機(33)と、
     前記電池用蒸発器(24)、前記電池(26)及び前記電池用送風機(33)を収容すると共に、前記電池用空気を前記電池用蒸発器(24)の空気出口側→前記電池(26)→前記電池用蒸発器(24)の空気入口側の順に循環させる循環用通風路(34)を形成する電池用ケーシング(32)と、を備え、
     前記電池用蒸発器(24)における冷媒蒸発温度が、前記空調用蒸発器(17)における冷媒蒸発温度よりも低くなっている冷却システム。
  2.  前記電池用蒸発器(24)における冷媒蒸発温度が0℃以下になっており、前記空調用蒸発器(17)における冷媒蒸発温度が0℃より高くなっている請求項1に記載の冷却システム。
  3.  前記冷凍サイクル(10)は、高圧冷媒を放熱させる放熱器(12)、前記放熱器(12)下流側の冷媒の流れを分岐する分岐部(15)、前記空調用蒸発器(17)から流出した冷媒を減圧させる下流側減圧器(22)、前記下流側減圧器(22)から流出した冷媒の流れと前記電池用蒸発器(24)から流出した冷媒の流れとを合流させる合流部(28)を有し、
     前記空調用蒸発器(17)は、前記分岐部(15)にて分岐された一方の冷媒を蒸発させ、
     前記電池用蒸発器(24)は、前記分岐部(15)にて分岐された他方の冷媒を蒸発させる請求項1または2に記載の冷却システム。
  4.  前記冷凍サイクル(10)は、前記電池用蒸発器(24)への冷媒の流れを遮断する電池用開閉装置(23)を有し、
     前記電池用ケーシング(32)は、前記循環用通風路(34)に外気を導入する外気導入部(38)を有し、
     前記外気導入部(38)が前記循環用通風路(34)に外気を導入している際には、前記電池用開閉装置(23)が前記電池用蒸発器(24)への冷媒の流れを遮断する請求項1ないし3のいずれか1つに記載の冷却システム。
  5.  前記電池用ケーシング(32)は、前記循環用通風路(34)に外気を導入する外気導入部(38)を有し、
     前記外気導入部(38)が前記循環用通風路(34)に外気を導入している際には、前記蒸発器(24)における冷媒蒸発温度が0℃より高くなっている請求項1ないし3のいずれか1つに記載の冷却システム。
  6.  前記電池(26)の電池温度(Tb)を検出する電池温度検出器(37)と、
     前記電池用蒸発器(24)における冷媒蒸発温度の電池用目標値(TEOb)を決定する電池用目標蒸発温度決定部と、をさらに備え、
     前記電池用目標蒸発温度決定部は、前記電池温度検出器(37)によって検出された電池温度(Tb)の上昇に伴って前記電池用目標値(TEOb)を上昇させるように決定する請求項1ないし5のいずれか1つに記載の冷却システム。
  7.  前記電池温度検出器(37)は複数設けられており、
     前記電池用目標蒸発温度決定部は、前記複数の電池温度検出器(37)によって検出された検出値のばらつきの増加に伴って前記電池用目標値(TEOb)を上昇させるように決定する請求項6に記載の冷却システム。
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