WO2019188651A1 - 車両用空気調温システム - Google Patents

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WO2019188651A1
WO2019188651A1 PCT/JP2019/011680 JP2019011680W WO2019188651A1 WO 2019188651 A1 WO2019188651 A1 WO 2019188651A1 JP 2019011680 W JP2019011680 W JP 2019011680W WO 2019188651 A1 WO2019188651 A1 WO 2019188651A1
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vehicle
air
heat exchanger
vehicle interior
outside
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PCT/JP2019/011680
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English (en)
French (fr)
Inventor
秀高 茅沼
満 石川
Original Assignee
株式会社石川エナジーリサーチ
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/22—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K11/00—Arrangement in connection with cooling of propulsion units
    • B60K11/06—Arrangement in connection with cooling of propulsion units with air cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to a vehicle air temperature control system, and more particularly to a vehicle air temperature control system that can control the temperature of a battery module in addition to a passenger compartment.
  • an electric vehicle that obtains propulsive force by driving a motor with a battery there is an electric vehicle that obtains propulsive force only from the motor, or a hybrid vehicle that obtains propulsive force from the motor and the engine.
  • a large battery for supplying a large current to the motor is mounted.
  • temperature management In order to efficiently operate a battery mounted on a vehicle, temperature management must be performed so that the temperature of the battery falls within a predetermined temperature range even during charging and discharging.
  • the temperature range in which charging can be performed efficiently is 0 ° C. or more and 45 ° C. or less
  • the temperature range in which discharging can be performed efficiently is ⁇ 20 ° C. or more and 50 ° C. or less.
  • Patent Document 1 describes a battery temperature adjusting device that adjusts the temperature of an in-vehicle battery. Specifically, the vehicle is equipped with a battery blowing means and a battery evaporator, and the battery is overheated especially in summer by cooling the battery with the battery blowing means and the battery evaporator. Can be prevented. Therefore, the battery can be discharged efficiently, and energy efficiency can be improved.
  • the battery blowing means and the battery evaporator are dedicated members for cooling the battery, and thus are additional components for efficiently discharging the battery. May be required, which may increase the cost.
  • Patent Document 1 describes an invention for efficiently cooling a battery, but does not describe an invention for raising the temperature of a battery. Therefore, when a battery is excessively cooled in winter, charging and discharging are performed. There was a risk that the efficiency of time would decrease.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is for a vehicle that improves the efficiency at the time of charging and discharging the battery by cooling and raising the temperature of the battery with a simple configuration. It is to provide an air temperature control system.
  • An air temperature control system for a vehicle includes an outside heat exchanger that exchanges heat between outside air and refrigerant, an inside heat exchanger that exchanges heat between inside air and the refrigerant, and into the inside of the vehicle from outside the vehicle.
  • An air conditioning control device for controlling the inflow of the outside air of the vehicle, the circulation of the air in the vehicle interior in the vehicle interior, and the discharge of the air in the vehicle interior from the vehicle interior to the outside, The vehicle interior air discharged from the vehicle and the battery module that supplies power to the vehicle drive device are subjected to heat exchange, and the vehicle interior air after the heat exchange is discharged outside the vehicle.
  • a ventilation exchanger that further exchanges heat with the vehicle interior air after heat exchange with the battery module and before being released to the outside of the vehicle, It is characterized by comprising.
  • the first port connected to the vehicle interior heat exchanger, the second port connected to the external heat exchanger and the ventilation heat exchanger, and the outside of the vehicle
  • a three-way valve having a third port connected to the ventilation heat exchanger without passing through the heat exchanger.
  • the vehicle air temperature control system of the present invention is characterized in that when the inside air circulation mode is operated, heat exchange is performed between the battery module and the vehicle interior air.
  • An air temperature control system for a vehicle includes an outside heat exchanger that exchanges heat between outside air and refrigerant, an inside heat exchanger that exchanges heat between inside air and the refrigerant, and into the inside of the vehicle from outside the vehicle.
  • An air conditioning control device for controlling the inflow of the outside air of the vehicle, the circulation of the air in the vehicle interior in the vehicle interior, and the discharge of the air in the vehicle interior from the vehicle interior to the outside,
  • the vehicle interior air discharged from the vehicle and the battery module that supplies power to the vehicle drive device are subjected to heat exchange, and the vehicle interior air after the heat exchange is discharged outside the vehicle. Therefore, the temperature of the battery module can be appropriately managed with the vehicle interior air discharged by ventilation.
  • the battery module in the summer, can be appropriately cooled with the cooled air in the passenger compartment released from the passenger compartment by ventilation. Furthermore, the temperature of the battery module can be appropriately raised by the heated vehicle interior air that is released from the vehicle interior due to ventilation in winter. Therefore, it is possible to effectively adjust the temperature of the battery module by using the vehicle interior air that has been simply exhausted to the outside.
  • the exhaust ventilation heat exchanger further exchanges heat with the vehicle interior air after the heat exchange with the battery module and before being released to the outside of the vehicle. It is characterized by comprising. Therefore, the energy required for adjusting the temperature of the vehicle can be further reduced by further recovering the thermal energy from the air in the vehicle after heat exchange with the battery module.
  • the first port connected to the vehicle interior heat exchanger, the second port connected to the external heat exchanger and the ventilation heat exchanger, and the outside of the vehicle
  • a three-way valve having a third port connected to the ventilation heat exchanger without passing through the heat exchanger. Therefore, by connecting the indoor heat exchanger and the ventilation heat exchanger via the first port and the third port of the three-way valve and not via the external heat exchanger when the cooling / heating load is low, The cabin temperature can be efficiently controlled.
  • the vehicle air temperature control system of the present invention is characterized in that when the inside air circulation mode is operated, heat exchange is performed between the battery module and the vehicle interior air. Therefore, even in the inside air circulation mode, the battery module can be charged and discharged more efficiently by adjusting the temperature of the battery module with the air in the vehicle interior discharged outside the vehicle.
  • FIG. 1 It is a figure which shows the vehicle air temperature control system which concerns on embodiment of this invention
  • (A) is a schematic diagram which shows the vehicle provided with the air temperature control system for vehicles by cooling operation
  • (B) is for vehicles It is a circuit block diagram of an air temperature control system. It is a figure showing the air temperature control system for vehicles concerning the embodiment of the present invention, and is the circuit lineblock diagram of the air temperature control system for vehicles operated by cooling. It is a figure which shows the vehicle air temperature control system which concerns on embodiment of this invention, and is a graph which shows the temperature change of the air at the time of cooling operation.
  • FIG. 1 It is a figure which shows the air temperature control system for vehicles which concerns on embodiment of this invention
  • (A) is a schematic diagram which shows the vehicle provided with the air temperature control system for vehicles operated by heating
  • (B) is for vehicles.
  • It is a circuit block diagram of an air temperature control system.
  • It is a figure showing the air temperature control system for vehicles concerning the embodiment of the present invention, and is a circuit lineblock diagram of the air temperature control system for vehicles operated by heating.
  • the battery temperature control system 10 can be cooled and charged / discharged efficiently by performing cooling operation of the vehicle temperature control system without performing many dedicated parts or major design changes. Temperature can be adjusted to the temperature range.
  • FIG. 1 (A) is a schematic diagram showing a vehicle 11 provided with a vehicle temperature control system 10
  • FIG. 1 (B) is a circuit diagram showing a refrigeration cycle constituting the vehicle temperature control system 10.
  • EV Electric Vehicle
  • HV Hybrid Vehicle
  • a temperature control system 10 for a vehicle adjusts the room temperature of a passenger compartment 23 of a vehicle 11 to a temperature range in which a passenger can spend comfortably, and further, a battery module.
  • This is a system for adjusting the temperature of the temperature 12 to a predetermined temperature range.
  • the vehicle temperature control system 10 mainly includes an outside heat exchanger 13, a vehicle interior heat exchanger 14, a ventilation heat exchanger 18, and an air conditioning control device 15.
  • the outside heat exchanger 13 is disposed near the front end of the vehicle 11 and exchanges heat between the outside air 16 and the refrigerant.
  • the vehicle exterior heat exchanger 13 is generated by contacting the vehicle exterior air 16 as wind generated when the vehicle 11 travels or by rotating a fan disposed in the vicinity of the vehicle exterior heat exchanger 13. By contacting the outside air 16 as wind, the efficiency of heat exchange is improved.
  • the vehicle interior heat exchanger 14 exchanges heat between the vehicle interior air 17 and the refrigerant while circulating the vehicle interior air 17 in the vehicle interior 23 of the vehicle 11. With such heat exchange, the room temperature of the passenger compartment 23 can be set to a temperature range that is comfortable for passengers riding in the vehicle 11.
  • the vehicle interior air 17 is circulated and cooled by exchanging heat with the vehicle interior heat exchanger 14, and the temperature of the vehicle interior air 17 can be cooled to about 20 ° C., for example.
  • the ventilation heat exchanger 18 exchanges heat with the battery module 12 inside the battery box 24, and exchanges heat between the vehicle interior air 17 and the refrigerant before being discharged to the outside.
  • the ventilation heat exchanger 18 is interposed in an air path through which the outside air 16 is discharged from the battery box 24 to the outside.
  • the ventilation heat exchanger 18 is a heat exchanger that further recovers thermal energy from the outside air 16 discharged by ventilation.
  • the battery module 12 is a secondary battery that supplies electric power to a motor (drive device) (not shown) that applies driving force to the vehicle 11.
  • a lithium ion battery is employed as the battery module 12.
  • Lithium ion batteries have the advantage of high capacity and small size. However, when the temperature is higher or lower than a certain temperature range, the charging efficiency and the discharging efficiency are lowered. In the present embodiment, heat exchange is performed between the vehicle interior air 17 released from the vehicle interior 23 and the battery module 12, so that the temperature of the battery module 12 is set to an appropriate temperature band and the battery module 12 is efficiently charged. It is discharging.
  • the battery box 24 is a container that houses the battery module 12, and is disposed below the vehicle compartment 23, for example.
  • the battery box 24 and the vehicle compartment 23 communicate with each other through a duct (not shown).
  • the vehicle interior air 17 blown from the vehicle compartment 23 to the battery box 24 circulates inside the battery box 24 while exchanging heat with the battery module 12.
  • the battery box 24 communicates with the outside of the vehicle through an exhaust port not shown here.
  • the ventilation heat exchanger 18 described above is disposed between the battery box 24 and the exhaust port.
  • the air conditioning control device 15 is an ECU including, for example, a CPU, a RAM, and a ROM, and controls the operation of each part constituting the vehicle temperature control system 10 based on a stored control program. For example, the air-conditioning control device 15 controls whether or not the cabin air 17 can flow into the cabin 23 and the amount of inflow, and the circulation of the cabin air 17 in the cabin 23.
  • the vehicle interior heat exchanger 14, the ventilation heat exchanger 18 and the vehicle exterior heat exchanger 13 described above are connected to each other via a refrigerant pipe 26.
  • An expansion valve 27 is interposed between the vehicle interior heat exchanger 14 and the ventilation heat exchanger 18, and a three-way valve 19 is switched between the vehicle exterior heat exchanger 13 and the vehicle interior heat exchanger 14.
  • a valve 28 and a compressor 25 are interposed.
  • the expansion valve 27 is an expansion means.
  • the vehicle temperature control system 10 constitutes a vapor compression refrigeration cycle, and, for example, Freon gas R134a or the like is adopted as a refrigerant that circulates in the vapor compression refrigeration cycle.
  • the vehicle temperature control system 10 is also referred to as a heat pump.
  • the three-way valve 19 includes a first port 20 connected to the vehicle interior heat exchanger 14 side (compressor 25 side), a second port 21 connected to the ventilation heat exchanger 18 and the vehicle exterior heat exchanger 13, and vehicle exterior heat exchange. And a third port 22 connected to the ventilation heat exchanger 18 without going through the vessel 13.
  • the passenger compartment 23 and the battery module 12 can be efficiently controlled by switching the three-way valve 19 based on an instruction from the air conditioning control device 15 in accordance with a load required for temperature adjustment. .
  • the switching valve 28 is a valve that regulates the direction in which the compressor 25 pumps the refrigerant. Based on an instruction from the air conditioning control device 15, the switching valve 28 switches the pumping direction. Specifically, based on an instruction from the air conditioning control device 15, the switching valve 28 pumps the refrigerant to the vehicle exterior heat exchanger 13 side during the cooling operation, and pumps the refrigerant to the vehicle interior heat exchanger 14 side during the heating operation. .
  • the outside heat exchanger 13, the ventilation heat exchanger 18, and the in-vehicle heat exchanger 14 are provided with fans in the vicinity. When these fans send air to the vehicle exterior heat exchanger 13, the ventilation heat exchanger 18, and the vehicle interior heat exchanger 14, heat exchange can be performed more effectively.
  • the air conditioning controller 15 switches the switching valve 28 so that the refrigerant discharged from the compressor 25 flows to the three-way valve 19.
  • the air conditioning control device 15 closes the third port 22 of the three-way valve 19 and opens the first port 20 and the second port 21, so that the refrigerant flows from the compressor 25 to the outside heat exchanger 13 and the ventilation heat exchanger 18. To flow into.
  • the refrigerant discharged from the compressor 25 is the switching valve 28, the three-way valve 19, the vehicle exterior heat exchanger 13, the ventilation heat exchanger 18, the expansion valve 27, and the vehicle interior. It circulates in the order of the heat exchanger 14.
  • the compressor 25 compresses the low-temperature and low-pressure refrigerant vapor into a high-temperature and high-pressure state.
  • the heat exchanger 13 outside the vehicle exchanges heat between the refrigerant and the air 16 outside the vehicle, thereby taking heat from the refrigerant and condensing it into a liquid refrigerant.
  • the ventilation heat exchanger 18 further removes heat from the refrigerant by exchanging heat between the passenger compartment air 17 that has been heated by cooling the battery module 12 and the refrigerant.
  • the expansion valve 27 squeezes and expands the refrigerant into wet steam.
  • the vehicle interior heat exchanger 14 evaporates the refrigerant by exchanging heat between the vehicle interior air 17 and the refrigerant.
  • the vehicle interior heat exchanger 14 absorbs heat from the vehicle interior air 17 to cool the vehicle interior 23.
  • the vehicle exterior heat exchanger 13 and the ventilation heat exchanger 18 are used as a condenser, and the vehicle interior heat exchanger 14 is used as an evaporator (cooler).
  • the interior temperature of the passenger compartment 23 is cooled to, for example, about 20 ° C., and passengers riding in the passenger compartment 23 can obtain a refreshing feeling.
  • the battery module 12 is suitably cooled by exchanging heat with the cabin air 17 discharged from the cabin 23 to the outside, and can be charged and discharged efficiently.
  • the ventilation air exchanger 18 exchanges heat between the cabin air 17 and the refrigerant. The vehicle temperature control system 10 can be efficiently operated.
  • the air conditioning control device 15 causes the refrigerant discharged from the compressor 25 to flow into the ventilation heat exchanger 18 without going through the external heat exchanger 13 when the cooling load is lower than a certain value.
  • the refrigerant compressed by the compressor 25 is condensed by exchanging heat with the vehicle interior air 17 by the ventilation heat exchanger 18, and is expanded by the expansion valve 27 to become wet steam, thereby generating heat in the vehicle interior. It evaporates by exchanging heat with the cabin air 17 in the exchanger 14 and returns to the compressor 25. By doing in this way, the compartment 23 can be cooled more efficiently.
  • an outside air introduction mode and an inside air circulation mode as modes for adjusting the temperature of the passenger compartment 23, and both modes can be switched by operating an operation button or the like installed on the instrument panel.
  • the temperature of the passenger compartment 23 is adjusted while introducing the outside air 16 from the front portion of the vehicle 11 to the passenger compartment 23.
  • the inside air circulation mode the temperature of the passenger compartment 23 is adjusted while circulating the passenger compartment air 17 in the passenger compartment 23.
  • the vehicle temperature control system 10 according to the present embodiment is applicable to both the outside air introduction mode and the inside air circulation mode.
  • the outside air introduction mode since a relatively large amount of the vehicle interior air 17 is discharged from the vehicle interior 23, the effect of adjusting the temperature of the battery module 12 with the vehicle interior air 17 can be increased. Even in the inside air circulation mode, the passenger compartment air 17 is released to the outside, so that the temperature of the battery module 12 can be adjusted.
  • the passenger compartment 23 is cooled to, for example, about 20 ° C. by being cooled by the passenger compartment heat exchanger 14 while circulating the passenger compartment air 17 in the passenger compartment 23.
  • the vehicle temperature control system 10 travels, the outside air 16 is introduced into the vehicle compartment 23, and the vehicle interior air 17 is released from the vehicle compartment 23 to the outside.
  • the battery module 12 is cooled using the cold cabin air 17 released from the cabin 23.
  • the battery module 12 becomes a high temperature of, for example, 50 ° C. or more, and the efficiency during charging and discharging may be reduced.
  • a cooling mechanism for cooling the battery module 12 is provided in order to improve the efficiency during charging and discharging, the cost increases. Therefore, in the present embodiment, cold vehicle interior air 17 released from the vehicle compartment 23 is introduced into the battery box 24 to suitably cool the battery module 12. Therefore, the efficiency at the time of charging / discharging can be improved by cooling the battery module 12, and further, the battery module 12 can be cooled at low cost.
  • the vehicle interior air 17 discharged to the outside from the vehicle interior 23 further cools the refrigerant by using the ventilation heat exchanger 18, thereby improving the cooling efficiency of the vehicle temperature control system 10. Therefore, the cooling efficiency of the vehicle temperature control system 10 is increased without adding a heat recovery mechanism.
  • FIG. 3 shows an example of a change in temperature when the vehicle temperature control system 10 is in a cooling operation as described above.
  • the temperature of the outside air air 16 is 40 ° C., for example.
  • the surface temperature of the vehicle interior heat exchanger 14 is, for example, 5 ° C.
  • the outside air 16 to be introduced and the vehicle interior air 17 that circulates in the vehicle are mixed and cooled by the vehicle interior heat exchanger 14 to about 20 ° C. It becomes.
  • a part of the passenger compartment air 17 is discharged from the passenger compartment 23 by ventilation, passes through the inside of the battery box 24, and rises from about 20 ° C. to about 30 ° C. by cooling the battery module 12.
  • the vehicle interior air 17 is raised from about 30 ° C. to about 40 ° C. by cooling the refrigerant in the ventilation heat exchanger 18, and is released outside the vehicle.
  • the vehicle interior air 17 is released from the vehicle compartment 23 for ventilation as described above.
  • the vehicle interior air 17 released from the vehicle interior 23 is introduced into the battery box 24.
  • the vehicle interior air 17 flows while the temperature rises by cooling the battery module 12 inside the battery box 24.
  • the temperature of the passenger compartment air 17 is further increased by cooling the refrigerant in the ventilation heat exchanger 18.
  • the temperature of the vehicle interior air 17 rises to about 40 ° C.
  • the vehicle interior air 17 is released to the outside of the vehicle 11.
  • the vehicle temperature control system 10 is operated for heating will be described with reference to FIGS.
  • the battery module 12 is efficiently heated and charged / discharged efficiently without many dedicated parts or major design changes.
  • the temperature can be raised to a possible temperature range.
  • FIG. 4 (A) is a schematic diagram showing a vehicle 11 equipped with a vehicle temperature control system 10
  • FIG. 4 (B) is a circuit diagram showing a refrigeration cycle constituting the vehicle temperature control system 10. The configuration of each part shown in this figure is the same as that shown in FIG.
  • the air conditioning control device 15 switches the switching valve 28 so that the refrigerant discharged from the compressor 25 flows into the vehicle interior heat exchanger 14.
  • the air conditioning control device 15 closes the third port 22 of the three-way valve 19 and opens the second port 21 and the first port 20, so that the refrigerant from the external heat exchanger 13 and the ventilation heat exchanger 18 is switched over. Switch to 28.
  • the refrigerant discharged from the compressor 25 is the switching valve 28, the interior heat exchanger 14, the expansion valve 27, the ventilation heat exchanger 18, and the outside heat exchanger 13.
  • the three-way valve 19, the switching valve 28, and the compressor 25 are circulated in this order.
  • the compressor 25 compresses the low-temperature and low-pressure refrigerant vapor into a high-temperature and high-pressure state.
  • the vehicle interior heat exchanger 14 exchanges heat between the refrigerant and the vehicle interior air 17 to remove heat from the refrigerant and condense it into a liquid refrigerant, and at the same time, increase the indoor temperature of the vehicle interior 23.
  • the expansion valve 27 squeezes and expands the refrigerant into wet steam.
  • the ventilation heat exchanger 18 exchanges heat between the passenger compartment air 17 after the temperature of the battery module 12 is raised and the refrigerant, thereby exchanging heat of the refrigerant and evaporating it.
  • the outside heat exchanger 13 evaporates the refrigerant by exchanging heat between the outside air 16 and the refrigerant.
  • the vehicle interior heat exchanger 14 is used as a condenser
  • the vehicle exterior heat exchanger 13 and the ventilation heat exchanger 18 are used as an evaporator.
  • the interior temperature of the passenger compartment 23 is warmed to, for example, about 25 ° C., and the passengers riding in the passenger compartment 23 can obtain a comfortable feeling.
  • the battery module 12 is suitably heated by exchanging heat with the passenger compartment air 17 discharged from the passenger compartment 23 to the outside, and can be charged and discharged efficiently.
  • the vehicle temperature control system 10 can be efficiently operated by further exchanging heat between the vehicle interior air 17 whose temperature has been raised in the battery module 12 and the refrigerant by the ventilation heat exchanger 18.
  • the three-way valve 19 opens the first port 20 and the third port 22 and closes the second port 21, thereby discharging the refrigerant flowing in from the third port 22 from the first port 20. Therefore, when the heating load is low or when frost formation occurs in the external heat exchanger 13, the air conditioning control device 15 causes the refrigerant that has passed through the expansion valve 27 to pass only through the ventilation heat exchanger 18 to generate heat outside the vehicle. The air flows into the compressor 25 without going through the exchanger 13. Specifically, the refrigerant compressed by the compressor 25 is condensed by exchanging heat with the vehicle interior air 17 by the vehicle interior heat exchanger 14, and is expanded by the expansion valve 27 to become wet steam.
  • the battery module 12 is heated by the exchanger 18 to evaporate by exchanging heat with the vehicle interior air 17 and then returned to the compressor 25. By doing in this way, the temperature of the passenger compartment 23 can be raised more efficiently. Further, as described above, the heat from the outside air 16 can be obtained by heating the vehicle temperature control system 10 using only the ventilation heat exchanger 18 as an evaporator without performing heat exchange with the outside heat exchanger 13. Since the pumping amount of energy decreases, frost formation on the external heat exchanger 13 can be suppressed.
  • FIG. 6 shows an example of a change in temperature when the vehicle temperature control system 10 is operated for heating as described above.
  • the temperature of the outside air air 16 is, for example, 5 ° C.
  • the surface temperature of the vehicle interior heat exchanger 14 is, for example, 40 ° C., and the introduced outside air 16 and the vehicle interior air 17 that circulates in the vehicle are mixed and heated in the vehicle interior heat exchanger 14 to 25 ° C. It will be about.
  • a part of the passenger compartment air 17 is exhausted from the passenger compartment 23 by ventilation, passes through the inside of the battery box 24, and increases the temperature of the battery module 12 to decrease from about 25 ° C to about 15 ° C.
  • the vehicle interior air 17 is lowered from about 15 ° C. to about 5 ° C. by being boiled by the refrigerant in the ventilation heat exchanger 18, and is discharged outside the vehicle.
  • the temperature control system 10 for a vehicle according to the present embodiment can obtain a remarkable effect even when heating operation is performed.
  • the heat capacity C per unit volume is about 1.2 kJ / m 3 K.
  • the ventilation amount of the vehicle 11 is about 200 m 3 / h
  • the battery module 12 can be adjusted with a heat amount of 670 W. Moreover, if the temperature of the vehicle interior air 17 is changed from 15 ° C. to 5 ° C. in the ventilation heat exchanger 18, a heating effect of about 2 kW can be obtained if the COP (Coefficient of Performance) of the heat pump is 3. Therefore, according to the vehicle temperature control system 10 of the present embodiment, the battery module 12 can be suitably heat-controlled by the vehicle interior air 17 exhausted from the vehicle compartment 23 by ventilation, and further, the efficiency of the heat pump can be improved. Can be improved.

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Abstract

簡易な構成でバッテリの冷却および昇温を行うことで、バッテリの充放電時の効率を向上する車両用空気調温システムを提供する。 車両用空気調温システム（１０）は、車外空気（１６）と冷媒とを熱交換する車外熱交換器（１３）と、車室内空気（１７）と冷媒とを熱交換する車室内熱交換器（１４）と、車外からの車室内への前記車外空気の流入、車室内に於ける車室内空気の循環、および、車室内から外部への車室内空気（１７）の排出を制御する空調制御装置（１５）と、を具備する。更に、車両用空気調温システム（１０）は、車室内から排出される車室内空気（１７）と、バッテリーモジュール（１２）とを熱交換させ、熱交換した後の前記車室内空気を前記車外に排出する。

Description

車両用空気調温システム
　本発明は車両用空気調温システムに関し、特に、車室に加えてバッテリーモジュールを調温することができる車両用空気調温システムに関する。
　バッテリでモータを駆動することで推進力を得る電動車両として、モータのみから推進力を得る電気自動車、または、モータおよびエンジンから推進力を得るハイブリッド自動車がある。電動車両では、長時間にわたりモータに大電流を供給する必要があるため、モータに大電流を供給するための大型のバッテリが搭載される。
　車両に搭載されるバッテリを効率的に稼働させるためには、充電時に於いても、放電時に於いても、バッテリの温度が所定の温度帯域となるように温度管理を行わなくてはならない。例えば、バッテリとしてリチウムイオンバッテリを採用した場合、効率的に充電できる温度帯域は０℃以上４５℃以下であり、効率的に放電できる温度帯域は－２０℃以上５０℃以下である。
　特許文献１には、車載バッテリの温度を調整するバッテリ温度調整装置が記載されている。具体的には、車両にバッテリ用送風手段とバッテリ用蒸発器とが備えられており、バッテリ用送風手段およびバッテリ用蒸発器でバッテリを冷却することで、特に夏期に於いてバッテリが過熱することを防止することができる。よって、バッテリを効率的に放電させることができ、エネルギ効率を向上することができる。
特許第５５１５８５８号公報
　しかしながら、特許文献１に記載されたバッテリ温度調整装置では、バッテリ用送風手段およびバッテリ用蒸発器は、バッテリを冷却するための専用部材であるため、バッテリを効率的に放電させるために追加の部品が必要となり、コスト高を招く恐れがある。
　また、上記したように、バッテリは所定の温度帯域で効率的に充放電が可能であり、過度な高温下および過度な低温下にて効率が低下してしまう。しかしながら、特許文献１にはバッテリを効率的に冷却する発明は記載されているが、バッテリを昇温する発明は記載されていないので、冬期に於いてバッテリが過度に冷却された場合、充放電時の効率が低下してしまう恐れがあった。
　本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡易な構成でバッテリの冷却および昇温を行うことで、バッテリの充放電時の効率を向上する車両用空気調温システムを提供することにある。
　本発明の車両用空気調温システムは、車外空気と冷媒とを熱交換する車外熱交換器と、車室内空気と前記冷媒とを熱交換する車室内熱交換器と、車外からの車室内への前記車外空気の流入、前記車室内に於ける前記車室内空気の循環、および、前記車室内から外部への前記車室内空気の排出を制御する空調制御装置と、を具備し、前記車室内から排出される前記車室内空気と、車両の駆動装置に電力を供給するバッテリーモジュールとを熱交換させ、熱交換した後の前記車室内空気を前記車外に排出することを特徴とする。
　また、本発明の車両用空気調温システムでは、更に、前記バッテリーモジュールと熱交換した後であって、前記車外に放出される前に、前記車室内空気と更に熱交換する換気交換器と、を具備することを特徴とする。
　また、本発明の車両用空気調温システムでは、更に、前記車室内熱交換器に接続する第１ポートと、前記車外熱交換器および前記換気熱交換器に接続する第２ポートと、前記車外熱交換器を経由せずに前記換気熱交換器に接続する第３ポートと、を有する三方弁と、を具備することを特徴とする。
　また、本発明の車両用空気調温システムでは、外気導入モードが運転される際に、前記バッテリーモジュールと前記車室内空気とを熱交換することを特徴とする。
　また、本発明の車両用空気調温システムでは、内気循環モードが運転される際に、前記バッテリーモジュールと前記車室内空気とを熱交換することを特徴とする。
　本発明の車両用空気調温システムは、車外空気と冷媒とを熱交換する車外熱交換器と、車室内空気と前記冷媒とを熱交換する車室内熱交換器と、車外からの車室内への前記車外空気の流入、前記車室内に於ける前記車室内空気の循環、および、前記車室内から外部への前記車室内空気の排出を制御する空調制御装置と、を具備し、前記車室内から排出される前記車室内空気と、車両の駆動装置に電力を供給するバッテリーモジュールとを熱交換させ、熱交換した後の前記車室内空気を前記車外に排出することを特徴とする。従って、換気により排出される車室内空気で、バッテリーモジュールの温度を適切に管理することができる。具体的には、夏期に於いて換気により車室内から放出される冷却状態の車室内空気で、バッテリーモジュールを適切に冷却することができる。更に、冬期に於いて換気により車室内から放出される暖房状態の車室内空気で、バッテリーモジュールを適切に昇温することができる。よって、従来は単に外部に排気されていた車室内空気を用いて、効果的にバッテリーモジュールを温度調整することができる。
　また、本発明の車両用空気調温システムでは、更に、前記バッテリーモジュールと熱交換した後であって、前記車外に放出される前に、前記車室内空気と更に熱交換する排気換気熱交換器と、を具備することを特徴とする。従って、バッテリーモジュールと熱交換した後の車内空気から更に熱エネルギを回収することで、車両の調温に要するエネルギを更に削減することができる。
　また、本発明の車両用空気調温システムでは、更に、前記車室内熱交換器に接続する第１ポートと、前記車外熱交換器および前記換気熱交換器に接続する第２ポートと、前記車外熱交換器を経由せずに前記換気熱交換器に接続する第３ポートと、を有する三方弁と、を具備することを特徴とする。従って、冷暖房負荷が低いときに、三方弁の第１ポートおよび第３ポートを介して、車外熱交換器を経由せずに、室内熱交換器と換気熱交換器とを接続することで、より効率的に車室内を調温することができる。
　また、本発明の車両用空気調温システムでは、外気導入モードが運転される際に、前記バッテリーモジュールと前記車室内空気とを熱交換することを特徴とする。従って、外気導入モード時では、比較的多量の車室内空気が外部に排出されるので、車室内空気でバッテリーモジュールを調温できる効果を大きくすることができる。
　また、本発明の車両用空気調温システムでは、内気循環モードが運転される際に、前記バッテリーモジュールと前記車室内空気とを熱交換することを特徴とする。従って、内気循環モードであっても、車外に排出される車室内空気でバッテリーモジュールを調温することで、バッテリーモジュールをより効率的に充放電することができる。
本発明の実施形態に係る車両用空気調温システムを示す図であり、（Ａ）は冷房運転される車両用空気調温システムを備えた車両を示す模式図であり、（Ｂ）は車両用空気調温システムの回路構成図である。 本発明の実施形態に係る車両用空気調温システムを示す図であり、冷房運転される車両用空気調温システムの回路構成図である。 本発明の実施形態に係る車両用空気調温システムを示す図であり、冷房運転時における空気の温度変化を示すグラフである。 本発明の実施形態に係る車両用空気調温システムを示す図であり、（Ａ）は暖房運転される車両用空気調温システムを備えた車両を示す模式図であり、（Ｂ）は車両用空気調温システムの回路構成図である。 本発明の実施形態に係る車両用空気調温システムを示す図であり、暖房運転される車両用空気調温システムの回路構成図である。 本発明の実施形態に係る車両用空気調温システムを示す図であり、暖房運転時における空気の温度変化を示すグラフである。
　以下、図を参照して本実施形態に係る車両用調温システム１０を説明する。以下の説明では、同一の部材には原則的に同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。
　以下の説明では、図１から図３を参照して車両用調温システム１０を冷房運転する場合を説明し、図４から図６を参照して車両用調温システム１０を暖房運転する場合を説明する。
　図１から図３を参照して、車両用調温システム１０を冷房運転する場合を説明する。車両用調温システム１０では、車両用調温システム１０を冷房運転することで、多くの専用部分や大きな設計変更を行うことなく、バッテリーモジュール１２を効率的に冷却して充放電することができる温度帯域に調温することができる。
　図１（Ａ）は車両用調温システム１０を備えた車両１１を示す模式図であり、図１（Ｂ）は車両用調温システム１０を構成する冷凍サイクルを示す回路図である。ここで、車両１１としては、ＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｖｅｈｉｃｌｅ）またはＨＶ（Ｈｙｂｒｉｄ　Ｖｅｈｉｃｌｅ）を採用することができる。また、大容量バッテリを持たないガソリン車などの従来車両においても、換気熱を利用して省燃費化をはかることが可能である。
　図１（Ａ）を参照して、本実施形態に係る車両用調温システム１０は、車両１１の車室２３の室内温度を、乗員が快適に過ごせる温度帯域に調温し、更に、バッテリーモジュール１２を所定の温度帯域に調温するためのシステムである。具体的には、車両用調温システム１０は、車外熱交換器１３、車室内熱交換器１４、換気熱交換器１８および空調制御装置１５を主要に有している。
　車外熱交換器１３は、車両１１の前端近傍に配設されており、車外空気１６と冷媒とを熱交換する。車外熱交換器１３は、車両１１が走行することで発生する風としての車外空気１６と接触することで、または、車外熱交換器１３の近傍に配設されたファンが回転することで発生する風としての車外空気１６と接触することで、熱交換の効率を向上している。
　車室内熱交換器１４は、車両１１の車室２３の車室内空気１７を循環させながら、車室内空気１７と冷媒とを熱交換する。係る熱交換により、車室２３の室内温度を、車両１１に搭乗する乗員にとって快適な温度帯域にすることができる。ここでは、車室内熱交換器１４で熱交換することで車室内空気１７を循環冷却し、車室内空気１７の温度を、例えば２０℃程度に冷却することができる。
　換気熱交換器１８は、バッテリボックス２４の内部でバッテリーモジュール１２と熱交換され、外部に排出される前の車室内空気１７と冷媒とを熱交換する。換気熱交換器１８は、バッテリボックス２４から車外空気１６が外部に放出される風路に介装される。換気熱交換器１８は、換気により排出される車外空気１６から更に熱エネルギを回収する熱交換器である。
　バッテリーモジュール１２は、車両１１に駆動力を与える図示しないモータ（駆動装置）に電力を供給する二次電池である。バッテリーモジュール１２としては、例えばリチウムイオンバッテリが採用される。リチウムイオンバッテリは、高容量であり且つ小型であるメリットがあるが、一定の温度帯域よりも高温または低温であると、充電効率および放電効率が低下してしまう。本実施形態では、車室２３から車外に放出される車室内空気１７とバッテリーモジュール１２とを熱交換させることで、バッテリーモジュール１２の温度を適切な温度帯域にし、バッテリーモジュール１２を効率的に充放電させている。
　バッテリボックス２４は、バッテリーモジュール１２を収容する容器であり、例えば、車室２３の下方に配設される。バッテリボックス２４と車室２３とは、ここでは図示しないダクトで連通する。車室２３からバッテリボックス２４に送風された車室内空気１７は、バッテリーモジュール１２と熱交換しながらバッテリボックス２４の内部を流通する。バッテリボックス２４は、ここでは図示しない排気口を介して車外と連通している。バッテリボックス２４と排気口との間に、上記した換気熱交換器１８が配設される。
　空調制御装置１５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭから成るＥＣＵであり、記憶された制御プログラムに基づいて、車両用調温システム１０を構成する各部位の動作を制御する。例えば、空調制御装置１５は、車室内空気１７の車室２３への流入の可否および流入量、車室２３内に於ける車室内空気１７の循環を制御している。
　図１（Ｂ）を参照して、上記した車室内熱交換器１４、換気熱交換器１８および車外熱交換器１３は、冷媒配管２６を介して相互に接続されている。また、車室内熱交換器１４と換気熱交換器１８との間には膨張弁２７が介装され、車外熱交換器１３と車室内熱交換器１４との間には、三方弁１９、切替弁２８および圧縮機２５が介装されている。膨張弁２７は膨張手段である。車両用調温システム１０は、蒸気圧縮冷凍サイクルを構成しており、その内部を流通する冷媒としては、例えば、フロンガスＲ１３４ａ等が採用される。車両用調温システム１０は、ヒートポンプとも称される。
　三方弁１９は、車室内熱交換器１４側（圧縮機２５側）に接続する第１ポート２０と、換気熱交換器１８および車外熱交換器１３に接続する第２ポート２１と、車外熱交換器１３を経由せずに換気熱交換器１８に接続する第３ポート２２と、を有している。後述するように、調温に要する負荷等に応じて、空調制御装置１５の指示に基づいて、三方弁１９を切り替えることで、効率的に車室２３およびバッテリーモジュール１２を調温することができる。
　切替弁２８は、圧縮機２５が冷媒を圧送する方向を規定する弁である。空調制御装置１５の指示に基づいて、切替弁２８は圧送方向を切り替える。具体的には、空調制御装置１５の指示に基づいて、切替弁２８は、冷房運転時には車外熱交換器１３側に冷媒を圧送し、暖房運転時には車室内熱交換器１４側に冷媒を圧送する。
　ここで、車外熱交換器１３、換気熱交換器１８および車室内熱交換器１４は、近傍にファンを備えている。これらのファンが車外熱交換器１３、換気熱交換器１８および車室内熱交換器１４に送風することで、より効果的に熱交換を行うことができる。
　車両用調温システム１０を冷房運転する際には、空調制御装置１５は、圧縮機２５が吐出する冷媒が三方弁１９に流れるように切替弁２８を切り替える。また、空調制御装置１５は、三方弁１９の第３ポート２２を閉じ、第１ポート２０および第２ポート２１を開くことで、冷媒が圧縮機２５から車外熱交換器１３および換気熱交換器１８に流れるようにする。
　上記のように切替弁２８および三方弁１９を切り替えると、圧縮機２５が吐出する冷媒は、切替弁２８、三方弁１９、車外熱交換器１３、換気熱交換器１８、膨張弁２７および車室内熱交換器１４の順番で循環する。
　車両用調温システム１０の冷房運転を具体的に説明すると、先ず、圧縮機２５は、低温低圧の冷媒蒸気を高温高圧の状態に圧縮する。車外熱交換器１３は、冷媒と車外空気１６とを熱交換することで、冷媒から熱を奪って凝縮し液冷媒とする。換気熱交換器１８は、バッテリーモジュール１２を冷却することで昇温した車室内空気１７と冷媒とを熱交換することで、冷媒から更に熱を奪う。膨張弁２７は、冷媒を絞り膨張させて湿り蒸気とする。車室内熱交換器１４は、車室内空気１７と冷媒とを熱交換することで、冷媒を蒸発気化させる。車室内熱交換器１４が、車室内空気１７から熱を吸収することで、車室２３を冷却する。ここでは、車外熱交換器１３および換気熱交換器１８を凝縮器として利用し、車室内熱交換器１４を蒸発器（冷却器）として利用している。
　車両用調温システム１０を上記のように冷房運転することで、車室２３の室内温度が例えば２０℃程度に冷却され、車室２３に搭乗する乗員は爽快感を得ることができる。また、バッテリーモジュール１２は、車室２３から外部に排出される車室内空気１７と熱交換することで好適に冷却され、効率的に充放電することができる。更に、バッテリーモジュール１２を冷却した車室内空気１７は、車外熱交換器１３を経た冷媒よりも温度が低いので、換気熱交換器１８で車室内空気１７と冷媒とを熱交換することで、冷媒を更に冷却し、車両用調温システム１０を効率的に運転することができる。
　図２を参照して、車両用調温システム１０を冷房運転する別の方法を説明する。ここでは、三方弁１９は、第１ポート２０および第３ポート２２を開き、第２ポート２１を閉じることで、第１ポート２０から流入した冷媒を第３ポート２２から吐出している。従って、空調制御装置１５は、冷房負荷が一定値よりも低い場合等に、圧縮機２５から吐出された冷媒を、車外熱交換器１３を経由せずに、換気熱交換器１８に流入させる。具体的には、圧縮機２５で圧縮された冷媒は、換気熱交換器１８で車室内空気１７と熱交換することで凝縮され、膨張弁２７で膨張されることで湿り蒸気となり、車室内熱交換器１４で車室内空気１７と熱交換することで蒸発し、圧縮機２５に帰還する。このようにすることで、より効率的に車室２３を冷却することができる。
　ここで、車室２３を調温するモードとしては、外気導入モードと内気循環モードとがあり、インストルメントパネルに設置された操作ボタン等を操作することで、両モードを切り替えることができる。外気導入モードでは、車両１１の前部から車室２３に車外空気１６を導入しながら、車室２３を調温する。内気循環モードでは、車室２３で車室内空気１７を循環させながら、車室２３を調温する。本実施形態の車両用調温システム１０は、外気導入モードおよび内気循環モードの両方に適用可能である。外気導入モードであれば、車室２３から比較的多量の車室内空気１７が排出されるので、車室内空気１７でバッテリーモジュール１２を調温する効果を大きくすることができる。また、内気循環モードであっても、車室内空気１７は外部に放出されるので、バッテリーモジュール１２を調温することは可能である。
　具体的には、冷房運転では、基本的には、車室２３で車室内空気１７を循環させつつ車室内熱交換器１４で冷却することで、車室２３を例えば２０℃程度に冷却する。車両用調温システム１０が走行する際は、車外空気１６を車室２３に導入し、且つ、車室内空気１７を車室２３から外部に放出している。
　本実施形態では、車室２３から放出される冷たい車室内空気１７を用いて、バッテリーモジュール１２を冷却している。一般に、夏期に於いて何ら対策を施さないと、バッテリーモジュール１２は例えば５０℃以上の高温になり、充放電時の効率が低下する恐れがある。また、充放電時の効率を向上するためにバッテリーモジュール１２を冷却するための冷却機構を設けると、コスト高になる。そこで本実施形態では、車室２３から放出される冷たい車室内空気１７をバッテリボックス２４に導入し、バッテリーモジュール１２を好適に冷却している。よって、バッテリーモジュール１２を冷却することで充放電時の効率を向上し、更には、バッテリーモジュール１２を低コストで冷却することができる。
　更に本実施形態では、車室２３から外部に放出される車室内空気１７で、換気熱交換器１８を用いて冷媒を更に冷却し、車両用調温システム１０の冷却効率を高めている。よって、熱回収機構を追加することなく、車両用調温システム１０の冷却効率を高めている。
　図３に、上記のように車両用調温システム１０を冷房運転した場合の温度の変化の一例を示す。先ず、車外空気１６の温度は、例えば４０℃である。車室内熱交換器１４の表面温度は例えば５℃であり、導入される車外空気１６と車内を循環する車室内空気１７は、混合し車室内熱交換器１４で冷却されることにより２０℃程度となる。車室内空気１７の一部は換気により車室２３から排出され、バッテリボックス２４の内部を通り、バッテリーモジュール１２を冷却することで２０℃程度から３０℃程度まで上昇する。更に、車室内空気１７は、換気熱交換器１８にて冷媒を冷却することで３０℃程度から４０℃程度まで上昇し、車外に放出される。
　内気循環モードであっても、外気導入モードであっても、上記したように車室内空気１７の一部は、換気のために車室２３から放出される。ここでは、車室２３から放出される車室内空気１７を、バッテリボックス２４に導入している。車室内空気１７は、バッテリボックス２４の内部でバッテリーモジュール１２を冷却することで温度上昇しながら流動する。その後、車室内空気１７は換気熱交換器１８で冷媒を冷却することで更に温度上昇する。例えば、車室内空気１７は４０℃程度まで温度上昇する。その後に、車室内空気１７は、車両１１の車外に放出される。
　図４から図６を参照して、車両用調温システム１０を暖房運転する場合を説明する。車両用調温システム１０では、車両用調温システム１０を暖房運転することで、多くの専用部分や大きな設計変更を行うことなく、バッテリーモジュール１２を効率的に昇温し、効率的に充放電できる温度帯域に昇温することができる。
　図４（Ａ）は車両用調温システム１０を備えた車両１１を示す模式図であり、図４（Ｂ）は車両用調温システム１０を構成する冷凍サイクルを示す回路図である。この図に示す各部位の構成等は、図１に示した場合と同様である。
　車両用調温システム１０を暖房運転する際には、空調制御装置１５は、圧縮機２５が吐出する冷媒が車室内熱交換器１４に流れるように、切替弁２８を切り替える。また、空調制御装置１５は、三方弁１９の第３ポート２２を閉じ、第２ポート２１および第１ポート２０を開くことで、車外熱交換器１３および換気熱交換器１８からの冷媒が切替弁２８に流れるように切り替える。
　上記のように切替弁２８および三方弁１９を切り替えると、圧縮機２５が吐出する冷媒は、切替弁２８、車室内熱交換器１４、膨張弁２７、換気熱交換器１８、車外熱交換器１３、三方弁１９、切替弁２８、圧縮機２５の順番で循環する。
　車両用調温システム１０の暖房運転を具体的に説明すると、先ず、圧縮機２５は、低温低圧の冷媒蒸気を高温高圧の状態に圧縮する。車室内熱交換器１４は、冷媒と車室内空気１７とを熱交換することで、冷媒から熱を奪って凝縮して液冷媒とし、同時に車室２３の室内温度を上昇させる。膨張弁２７は、冷媒を絞り膨張させて湿り蒸気とする。換気熱交換器１８は、バッテリーモジュール１２を昇温した後の車室内空気１７と冷媒とを熱交換することで、冷媒を熱交換して蒸発気化させる。車外熱交換器１３では、車外空気１６と冷媒とを熱交換することで、冷媒を蒸発気化させる。ここでは、車室内熱交換器１４を凝縮器として利用し、車外熱交換器１３および換気熱交換器１８を蒸発器として利用している。
　車両用調温システム１０を上記のように暖房運転することで、車室２３の室内温度が例えば２５℃程度に暖められ、車室２３に搭乗する乗員は快適感を得ることができる。また、バッテリーモジュール１２は、車室２３から外部に排出される車室内空気１７と熱交換することで好適に昇温され、効率的に充放電することができる。更に、換気熱交換器１８で、バッテリーモジュール１２を昇温した車室内空気１７と冷媒とを更に熱交換することで、車両用調温システム１０を効率的に運転することができる。
　図５を参照して、車両用調温システム１０を暖房運転する別の方法を説明する。ここでは、三方弁１９は、第１ポート２０および第３ポート２２を開き、第２ポート２１を閉じることで、第３ポート２２から流入した冷媒を第１ポート２０から吐出している。従って、空調制御装置１５は、暖房負荷が低いときに、または車外熱交換器１３に着霜が発生した際に、膨張弁２７を経た冷媒を、換気熱交換器１８のみを経由させ、車外熱交換器１３を経由せずに、圧縮機２５に流入させる。具体的には、圧縮機２５で圧縮された冷媒は、車室内熱交換器１４で車室内空気１７と熱交換することで凝縮され、膨張弁２７で膨張されることで湿り蒸気となり、換気熱交換器１８でバッテリーモジュール１２を昇温した後の車室内空気１７と熱交換することで蒸発気化し、圧縮機２５に帰還する。このようにすることで、より効率的に車室２３を昇温することができる。また、上記のように、車外熱交換器１３で熱交換することなく、換気熱交換器１８のみを蒸発器として用いて車両用調温システム１０を暖房運転することで、車外空気１６からの熱エネルギの汲み上げ量が減少するので、車外熱交換器１３への着霜を抑止することができる。
　図６に、上記のように車両用調温システム１０を暖房運転した場合の温度の変化の一例を示す。先ず、車外空気１６の温度は、例えば５℃である。車室内熱交換器１４の表面温度は例えば４０℃であり、導入される車外空気１６と車内を循環する車室内空気１７は、混合し車室内熱交換器１４で昇温されることにより２５℃程度となる。車室内空気１７の一部は換気により車室２３から排出され、バッテリボックス２４の内部を通り、バッテリーモジュール１２を昇温することで２５℃程度から１５℃程度まで低下する。更に、車室内空気１７は、換気熱交換器１８にて冷媒を沸騰させることで１５℃程度から５℃程度まで低下し車外に放出される。
　ここで、上記したように、本実施形態に係る車両用調温システム１０は、暖房運転する場合に於いても、顕著な効果を得ることができる。
　具体的には、代表的な物理特性として、車室内空気１７を２５℃、ＲＨを５０％とした場合、単位体積当たりの熱容量Ｃは１．２ｋＪ／ｍ３Ｋ程度である。
　一方、車両１１の換気量が２００ｍ３／ｈ程度とすれば、車室内空気１７の温度変化１０℃に対応する熱量は、上記熱容量よりＱ＝６７０Ｗとなる。
　よって、バッテリーモジュール１２を調温する際に車室内空気１７の温度が２５℃から１５℃に変化すれば、６７０Ｗの熱量でバッテリーモジュール１２を調温することができる。また、換気熱交換器１８で車室内空気１７の温度が１５℃から５℃まで変化すれば、ヒートポンプのＣＯＰ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　Ｏｆ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）を３とすれは、約２ｋＷの暖房効果を得ることができる。従って、本実施形態の車両用調温システム１０によれば、換気により車室２３から排出される車室内空気１７で、バッテリーモジュール１２を好適に熱管理することができ、更に、ヒートポンプの効率を改善することができる。
　以上、本発明の実施形態を示したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
１０　車両用調温システム
１１　車両
１２　バッテリーモジュール
１３　車外熱交換器
１４　車室内熱交換器
１５　空調制御装置
１６　車外空気
１７　車室内空気
１８　換気熱交換器
１９　三方弁
２０　第１ポート
２１　第２ポート
２２　第３ポート
２３　車室
２４　バッテリボックス
２５　圧縮機
２６　冷媒配管
２７　膨張弁
２８　切替弁

Claims (5)

  1. 　車外空気と冷媒とを熱交換する車外熱交換器と、
    　車室内空気と前記冷媒とを熱交換する車室内熱交換器と、
    　車外からの車室内への前記車外空気の流入、前記車室内に於ける前記車室内空気の循環、および、前記車室内から外部への前記車室内空気の排出を制御する空調制御装置と、を具備し、
    　前記車室内から排出される前記車室内空気と、車両の駆動装置に電力を供給するバッテリーモジュールとを熱交換させ、熱交換した後の前記車室内空気を前記車外に排出することを特徴とする車両用空気調温システム。
  2. 　更に、前記バッテリーモジュールと熱交換した後であって、前記車外に放出される前に、前記車室内空気と更に熱交換する換気熱交換器と、を具備することを特徴とする請求項１に記載の車両用空気調温システム。
  3. 　更に、前記車室内熱交換器に接続する第１ポートと、前記車外熱交換器および前記換気熱交換器に接続する第２ポートと、前記車外熱交換器を経由せずに前記換気熱交換器に接続する第３ポートと、を有する三方弁と、を具備することを特徴とする請求項２に記載の車両用空気調温システム。
  4. 　外気導入モードが運転される際に、前記バッテリーモジュールと前記車室内空気とを熱交換することを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の車両用空気調温システム。
  5. 　内気循環モードが運転される際に、前記バッテリーモジュールと前記車室内空気とを熱交換することを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の車両用空気調温システム。
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