WO2023223634A1 - 電池温調システム - Google Patents

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WO2023223634A1
WO2023223634A1 PCT/JP2023/008316 JP2023008316W WO2023223634A1 WO 2023223634 A1 WO2023223634 A1 WO 2023223634A1 JP 2023008316 W JP2023008316 W JP 2023008316W WO 2023223634 A1 WO2023223634 A1 WO 2023223634A1
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compressor
pressure reducing
opening degree
reducing device
flow path
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PCT/JP2023/008316
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Inventor
佑樹 横井
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株式会社豊田自動織機
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present disclosure relates to a battery temperature control system that cools or warms up multiple batteries.
  • Patent Document 1 JP 2020-184427A discloses a battery cooling system that cools a plurality of battery modules.
  • the refrigeration cycle installed in this battery cooling system branches the refrigerant supplied from the condenser into multiple branch channels in order to cool each of the multiple battery modules, and has an expansion valve in each of the multiple branch channels. and evaporators, and each evaporator is configured to cool each current module.
  • the present disclosure has been made to solve the above-mentioned problems, and the purpose is to uniformly cool a plurality of batteries and ensure the heating function of the plurality of batteries in a battery temperature control system. The goal is to achieve this while minimizing cost increases.
  • the battery temperature control system adjusts the temperature of the battery.
  • This battery temperature control system includes a refrigeration cycle that forms a circuit in which a refrigerant circulates, and a control circuit.
  • the refrigeration cycle connects a compressor, a first heat exchanger, a plurality of second heat exchangers arranged corresponding to the plurality of batteries, and one end of the first heat exchanger and the compressor.
  • a switching device configured to be able to switch between a first state and a second state in which the discharge side of the compressor is connected to the third flow path and the suction side of the compressor is connected to the first flow path is provided.
  • the refrigeration cycle is configured to allow the battery to be cooled by putting the switching device in the first state, and to warm up the battery by putting the switching device in the second state.
  • the refrigeration cycle includes a first pressure reducing device disposed in a second flow path and configured to have an opening degree adjustable by a command signal from a control circuit, and a fixed orifice disposed in each of a plurality of branch flow paths. and a second pressure reducing device.
  • the plurality of batteries can be cooled by placing the switching device in the first state, and the plurality of batteries can be warmed up by putting the switching device in the second state.
  • the control circuit adjusts the opening degree of the first pressure reducing device to a value larger than the opening degree of the second pressure reducing device, thereby making it easier to maintain the refrigerant in the plurality of branch flow paths in a liquid state. be able to. This makes it easier to cool the plurality of batteries evenly.
  • the control circuit adjusts the opening degree of the first pressure reducing device to a value smaller than the opening degree of the second pressure reducing device, increasing the pressure ratio of the first pressure reducing device, and increasing the pressure ratio of the first pressure reducing device.
  • the refrigerant in the second heat exchanger can be easily maintained at a high pressure. Thereby, it is possible to easily ensure the amount of heating for the plurality of batteries.
  • the first pressure reducing device has a configuration (variable expansion valve) whose opening degree can be adjusted by a command signal from the control circuit, and the plurality of second pressure reducing devices are fixed orifices, so that a large number of second pressure reducing devices can be used. It can be constructed at low cost.
  • Paragraph 2 In the battery temperature control system described in Paragraph 1, when cooling the battery, the control circuit sets the switching device to the first state, and the opening degree of the first pressure reducing device is set to the opening degree of the second pressure reducing device. The opening degree of the first pressure reducing device is adjusted so that the opening is larger than that, and the compressor is operated.
  • the control circuit sets the switching device to the second state so that the opening degree of the first pressure reduction device becomes the same as that of the second pressure reduction device.
  • the opening degree of the first pressure reducing device is adjusted so that the opening degree is smaller than the opening degree of the compressor, and the compressor is operated.
  • the compressor is a speed type compressor.
  • the control circuit adjusts the opening degree of the first pressure reducing device so that surging does not occur in the compressor.
  • the second pressure reducing device is fixed when the flow direction of the refrigerant is the forward flow direction toward the second heat exchanger.
  • the opening degree is a first opening degree due to the orifice, and the second opening degree is larger than the first opening degree when the flow direction of the refrigerant is a reverse flow direction that is opposite to the forward flow direction.
  • a battery temperature control system it is possible to uniformly cool a plurality of batteries and ensure the warming function of the plurality of batteries while suppressing an increase in cost.
  • FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of a battery temperature control system. It is a figure showing the state of the refrigeration cycle in cooling operation mode. It is a Mollier diagram in cooling operation mode. It is a figure showing the state of the refrigeration cycle in warm-up operation mode. It is a Mollier diagram during warm-up operation mode.
  • 3 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure of a control circuit.
  • FIG. 2 is a diagram (part 1) schematically showing an example of the configuration of a second pressure reducing device.
  • FIG. 2 is a diagram (part 2) schematically showing an example of the configuration of a second pressure reducing device. It is a figure showing an example of a compressor map.
  • FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of a battery temperature control system 1 according to the present embodiment.
  • the battery temperature control system 1 is mounted on a vehicle, for example.
  • the battery temperature control system 1 includes a plurality of battery modules 2, a refrigeration cycle 10, and a control circuit 100.
  • the battery temperature control system 1 cools or warms up the plurality of battery modules 2 using the refrigeration cycle 10, and adjusts the temperature of the plurality of battery modules 2 to a predetermined set temperature.
  • Each battery module 2 is configured by connecting a plurality of battery cells (not shown).
  • the plurality of battery modules 2 are packaged as one battery pack, for example, by being housed in a housing (not shown).
  • the refrigeration cycle 10 forms a circuit in which refrigerant circulates.
  • the refrigeration cycle 10 includes a compressor 11, a first heat exchanger 12, a first pressure reducing device 13, a plurality of second pressure reducing devices 14, a plurality of second heat exchangers 15, and an accumulator (liquid separator) 16, channels 21 to 23, 31 to 33, a plurality of branch channels 34, a plurality of branch channels 35, and a four-way valve (switching device) 40.
  • the four-way valve 40 has four ports P1 to P4, and operates in a forward flow state to cool the plurality of battery modules 2 and in a reverse flow state to warm up the plurality of battery modules 2 according to command signals from the control circuit 100. It is configured to be switchable between the following states.
  • the ports P1 and P2 are communicated with each other, and the ports P3 and P4 are communicated with each other (see the solid line in FIG. 1).
  • the ports P1 and P3 are communicated, and the ports P2 and P4 are communicated (see the dotted line in FIG. 1).
  • the flow path 21 connects the outlet of the accumulator 16 and the inlet of the compressor 11.
  • the flow path 22 connects the discharge port of the compressor 11 and the port P1 of the four-way valve 40.
  • the flow path 23 connects the port P4 of the four-way valve 40 and the inlet of the accumulator 16.
  • the flow path 31 (first flow path) connects the port P2 of the four-way valve 40 and one end of the first heat exchanger 12.
  • the flow path 32 (second flow path) connects the other end of the first heat exchanger 12 and the connection point N1.
  • the plurality of branch channels 34 connect the connection point N1 and one end of the plurality of second heat exchangers 15, respectively.
  • the flow path 32 is branched into a plurality of branch flow paths 34 at the connection point N1.
  • the plurality of branch channels 35 connect the other ends of the plurality of second heat exchangers 15 and the connection point N2, respectively.
  • the plurality of branch channels 35 are merged into the channel 33 (third channel) at the connection point N2.
  • the flow path 33 (third flow path) connects the connection point N2 and the port P3 of the four-way valve 40.
  • the accumulator 16 stores the liquid refrigerant and supplies only the gas refrigerant to the flow path 21 . Note that the accumulator 16 may be omitted.
  • the compressor 11 compresses refrigerant gas taken in from the flow path 21 and discharges it to the flow path 22.
  • the operating amount (rotational speed, etc.) of the compressor 11 is controlled according to a command signal from the control circuit 100.
  • the first heat exchanger 12 exchanges heat between an external fluid (for example, outside air) and a refrigerant flowing inside.
  • the first heat exchanger 12 is described as a condenser (condenser) during a cooling operation mode, which will be described later, and functions as an evaporator during a warm-up operation mode, which will be described later.
  • the first pressure reducing device 13 is an expansion valve (throttle valve) provided on the flow path 32 between the first heat exchanger 12 and the connection point N1.
  • the first pressure reducing device 13 is a variable expansion valve whose opening degree is adjusted according to a command signal from the control circuit 100.
  • the opening degree ⁇ 1 of the first pressure reducing device 13 is arbitrarily adjusted in accordance with a command signal from the control circuit 100 in a range between a predetermined fully closed opening degree ⁇ min and a fully open opening degree ⁇ max.
  • the plurality of second pressure reducing devices 14 are expansion valves (throttle valves) provided on the plurality of branch flow paths 34 between the connection point N1 and the plurality of second heat exchangers 15, respectively.
  • the plurality of second pressure reducing devices 14 are fixed orifices that are cheaper than variable expansion valves. That is, the opening degree ⁇ 2 of each second pressure reducing device 14 is a fixed value that cannot be adjusted by a command signal from the control circuit 100.
  • the plurality of second heat exchangers 15 are arranged corresponding to the plurality of battery modules 2, respectively, and perform heat exchange between the refrigerant flowing therein and the plurality of battery modules 2, respectively.
  • the plurality of second heat exchangers 15 have the same shape. Therefore, the flow passage cross-sectional areas of the plurality of second heat exchangers 15 are the same.
  • the control circuit 100 includes a CPU (Central Processing Unit), a memory (storage device), an input/output buffer, etc. (none of which are shown), and controls each device in the refrigeration cycle 10 according to the detection results of each sensor. do. Specifically, the control circuit 100 controls the operation of the compressor 11, the switching of the four-way valve 40, and the opening degree of the first pressure reducing device 13. Note that these controls are not limited to processing by software, and can also be processed by dedicated hardware (electronic circuits).
  • control circuit 100 controls the refrigeration cycle 10 in the cooling operation mode.
  • control circuit 100 controls the refrigeration cycle 10 in a warm-up operation mode.
  • FIG. 2 is a diagram showing the state of the refrigeration cycle 10 in the cooling operation mode.
  • the control circuit 100 controls the four-way valve 40 to a normal flow state. Thereby, the discharge port and suction port of the compressor 11 are connected to the flow path 31 and the flow path 33, respectively. In this state, the control circuit 100 operates the compressor 11.
  • the high-temperature, high-pressure gas refrigerant compressed by the compressor 11 is sent to the first heat exchanger 12 through the four-way valve 40 and condensed by the first heat exchanger 12.
  • the high-temperature, high-pressure liquid refrigerant condensed by the first heat exchanger 12 is supplied to the connection point N1 through the first pressure reducing device 13, and is distributed to the plurality of branch channels 34 at the connection point N1.
  • the refrigerant distributed to the plurality of branch flow paths 34 is depressurized by the plurality of second pressure reducing devices 14 and then sent to the plurality of second heat exchangers 15.
  • the low-pressure refrigerant sent to the plurality of second heat exchangers 15 exchanges heat with the plurality of battery modules 2 in the plurality of second heat exchangers 15, evaporates, and becomes a low-pressure gas refrigerant. . Thereby, the plurality of battery modules 2 are cooled.
  • the low-pressure gas refrigerant evaporated in the plurality of second heat exchangers 15 passes through the four-way valve 40 and is sucked into the compressor 11 again.
  • the first pressure reducing device 13 is disposed in the flow path 32 (second flow path) upstream of the connection point N1, which is the branch point of the refrigerant during the cooling operation mode.
  • the second pressure reducing device 14 is arranged in each of the plurality of branch channels 34 downstream of the connection point N1.
  • the control circuit 100 sets the opening degree ⁇ 1 of the first pressure reducing device 13 to the full opening degree ⁇ max. Note that the full opening degree ⁇ max is set to a value that is sufficiently larger than the opening degree ⁇ 2 (fixed value) of the second pressure reducing device 14.
  • the high-temperature, high-pressure liquid refrigerant condensed by the first heat exchanger 12 is hardly depressurized when passing through the first pressure reducing device 13, and is supplied into the plurality of branch channels 34 in a liquid state.
  • the refrigerant can be equally distributed to the plurality of branch channels 34 during the cooling operation mode.
  • the second pressure reducing device 14 is not a variable expansion valve, but a valve that is cheaper than a variable expansion valve. It is assumed to be a fixed orifice. This suppresses an increase in the cost of the refrigeration cycle 10.
  • FIG. 3 is a Mollier diagram schematically showing how the refrigerant changes during the cooling operation mode.
  • the horizontal axis represents enthalpy (the amount of heat of the refrigerant), and the vertical axis represents the pressure of the refrigerant.
  • Curve L1 shows a saturated liquid line
  • curve L2 shows a saturated vapor line.
  • the refrigerant discharged from the compressor 11 passes through the first heat exchanger 12, the first pressure reduction device 13, the second pressure reduction device 14, and the second heat exchanger 15. It passes through this order and is returned to the compressor 11 again.
  • the control circuit 100 sets the opening degree ⁇ 1 of the first pressure reducing device 13 to the full opening degree ⁇ max. This reduces the pressure loss in the first pressure reducing device 13, so that the pressure of the refrigerant after passing through the first pressure reducing device 13 is easily maintained at a value higher than the saturated liquid line L1. Thereby, the refrigerant that passes through the first pressure reducing device 13 and is supplied to the plurality of branch channels 34 can be easily maintained in a liquid state.
  • the opening degree ⁇ 1 during the cooling operation mode may be at least larger than the opening degree ⁇ 2 (fixed value) of the second pressure reducing device 14, and does not necessarily have to be the full opening degree ⁇ max.
  • FIG. 4 is a diagram showing the state of the refrigeration cycle 10 in the warm-up operation mode.
  • the control circuit 100 controls the four-way valve 40 to a reverse flow state. Thereby, the discharge port and suction port of the compressor 11 are connected to the flow path 33 and the flow path 31, respectively. In this state, the control circuit 100 operates the compressor 11.
  • the high-temperature, high-pressure gas refrigerant compressed by the compressor 11 is sent to the plurality of second heat exchangers 15 through the four-way valve 40, and is exchanged with the plurality of battery modules 2 in the plurality of second heat exchangers 15. It is condensed through heat exchange. Thereby, the plurality of battery modules 2 are warmed up.
  • the high-temperature, high-pressure liquid refrigerant condensed in the plurality of second heat exchangers 15 is supplied to the connection point N1 through the plurality of second pressure reducing devices 14, and is merged into the flow path 32 at the connection point N1.
  • the refrigerant combined in the flow path 32 is depressurized by the first pressure reducing device 13, and then sent to the first heat exchanger 12, where it exchanges heat with an external refrigerant and evaporates. It becomes a low-pressure gas refrigerant.
  • the low-pressure gas refrigerant evaporated in the first heat exchanger 12 passes through the four-way valve 40 and is sucked into the compressor 11 again.
  • the control circuit 100 makes the opening degree ⁇ 1 of the first pressure reducing device 13 smaller than the opening degree ⁇ 2 (fixed value) of each second pressure reducing device 14.
  • the pressure ratio of the first pressure reducing device 13 (the ratio of the refrigerant pressure before passing through the first pressure reducing device 13 and the refrigerant pressure after passing through the first pressure reducing device 13) is increased, and the plurality of second heat
  • the refrigerant in the exchanger 15 can be easily maintained at a high pressure. Thereby, the amount of heating for the plurality of battery modules 2 can be easily ensured.
  • FIG. 5 is a Mollier diagram schematically showing how the refrigerant changes during the warm-up mode.
  • the refrigerant discharged from the compressor 11 is transferred to the second heat exchanger 15, the second pressure reduction device 14, the first pressure reduction device 13, and the first heat exchanger 12. in this order, and is returned to the compressor 11 again.
  • the control circuit 100 sets the opening degree ⁇ 1 of the first pressure reducing device 13 to a smaller opening degree than the opening degree ⁇ 2 (fixed value) of the second pressure reducing device 14, as described above. Thereby, the pressure ratio of the first pressure reducing device 13 can be increased, and the refrigerant in the second heat exchanger 15 can be maintained at a high pressure. Thereby, the warming function during the warm-up operation mode can be ensured.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure of the control circuit 100. This flowchart is repeatedly executed at predetermined intervals.
  • the control circuit 100 determines whether the control mode of the refrigeration cycle 10 is in the cooling operation mode (step S10).
  • step S10 If the cooling operation mode is in effect (YES in step S10), the control circuit 100 puts the four-way valve 40 into the normal flow state (step S21). Next, the control circuit 100 sets the opening degree ⁇ 1 of the first pressure reducing device 13 to the full opening degree ⁇ max ( ⁇ max> ⁇ 2) (step S22). Next, the control circuit 100 operates the compressor 11 (step S23).
  • control circuit 100 determines whether the control mode of the refrigeration cycle 10 is in the warm-up operation mode (step S12).
  • step S12 If the warm-up mode is in effect (YES in step S12), the control circuit 100 puts the four-way valve 40 into the reverse flow state (step S31). Next, the control circuit 100 makes the opening degree ⁇ 1 of the first pressure reducing device 13 smaller than the opening degree ⁇ 2 of the second pressure reducing device 14 (step S32). Next, the control circuit 100 operates the compressor 11 (step S33).
  • the battery temperature control system 1 has a cooling operation mode in which a plurality of battery modules 2 are cooled by switching the four-way valve 40 between the forward flow state and the reverse flow state; It is possible to switch between a warm-up operation mode in which the battery module 2 is warmed up.
  • the control circuit 100 sets the opening degree ⁇ 1 of the first pressure reducing device 13 to the full opening degree ⁇ max, which is sufficiently larger than the opening degree ⁇ 2 of the second pressure reducing device 14.
  • the opening degree ⁇ 1 of the first pressure reducing device 13 is set to the full opening degree ⁇ max, which is sufficiently larger than the opening degree ⁇ 2 of the second pressure reducing device 14.
  • the control circuit 100 makes the opening degree ⁇ 1 of the first pressure reducing device 13 smaller than the opening degree ⁇ 2 of each second pressure reducing device 14. Thereby, the pressure ratio of the first pressure reducing device 13 can be increased, and the amount of heating of the plurality of battery modules 2 can be easily ensured.
  • all of the plurality of second pressure reducing devices 14 are not variable expansion valves but fixed orifices that are cheaper than variable expansion valves. This suppresses an increase in the cost of the refrigeration cycle 10.
  • the battery temperature control system 1 it is possible to uniformly cool the plurality of battery modules 2 and to ensure the heating function of the plurality of battery modules 2 while suppressing an increase in cost. can do.
  • the second pressure reducing device 14 is a fixed orifice, but the second pressure reducing device 14 is not limited to being a mere fixed orifice.
  • the opening degree is ⁇ 2a when the refrigerant flow direction is the forward flow direction (direction during cooling operation mode), and the opening degree is ⁇ 2a when the refrigerant flow direction is the reverse flow direction (direction during warm-up operation mode).
  • the opening degree ⁇ 2b may be larger than the opening degree ⁇ 2a.
  • FIG. 7 and 8 are diagrams schematically showing an example of the configuration of the second pressure reducing device 14A according to the first modification.
  • FIG. 7 shows the state of the second pressure reducing device 14A when the refrigerant flows in the forward direction.
  • FIG. 8 shows the state of the second pressure reducing device 14A when the refrigerant flows in the reverse direction.
  • the second pressure reducing device 14A includes a fixed orifice 14a in which a hole with a diameter Da is formed, and a fixed orifice 14b in which a hole with a diameter Db larger than the diameter Da is formed.
  • the fixed orifice 14a has one end rotatably fixed to the fixed orifice 14b.
  • the opening degree ⁇ 2 of the second pressure reducing device 14A becomes a small opening degree ⁇ 2a corresponding to the hole having the diameter Da formed in the fixed orifice 14a.
  • the opening degree ⁇ 2 of the second pressure reducing device 14A becomes a large opening degree ⁇ 2b corresponding to the hole having the diameter Db formed in the fixed orifice 14b.
  • the second pressure reducing device 14 may be configured so that when the refrigerant flows in the forward direction, the opening degree is ⁇ 2a, and when the refrigerant flows in the reverse direction, the opening degree is ⁇ 2b, which is larger than the opening degree ⁇ 2a. good. Thereby, the adjustable range of the pressure ratio of the first pressure reducing device 13 can be expanded.
  • the compression method of the compressor 11 is generally classified into a displacement type and a speed type (turbo type).
  • the volumetric type is a method in which gas is confined in a certain space and pressure is obtained by contracting the volume using an external force.
  • the velocity type is a compression method that applies a flow velocity to gas and converts the flow velocity into pressure.
  • the compression method of the compressor 11 is a speed type, there is a possibility that the operating state of the compressor 11 will be in a state where surging is likely to occur.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of a compressor map showing the operating area of the compressor 11.
  • the vertical axis indicates the pressure ratio (the ratio of the discharge pressure to the suction pressure of the compressor 11), and the horizontal axis indicates the suction flow rate of the compressor 11.
  • the thick solid line in FIG. 9 indicates a boundary line (surge line) with a surge area where surging is likely to occur in the compressor 11. That is, when the operating region of the compressor 11 is included in the surge region on the left side of the surge line, surging is likely to occur in the compressor 11.
  • the control circuit 100 stores information on the surge line shown in FIG. 2 in advance, and the pressure ratio of the compressor 11 exceeds the surge line shown in FIG. To avoid this, the opening degree ⁇ 1 of the first pressure reducing device 13 may be controlled to lower the discharge pressure of the compressor 11.

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Abstract

電池温調システム（１）は、冷凍サイクル（１０）と、制御回路（１００）とを備える。冷凍サイクル（１０）は、圧縮機（１１）、第１熱交換器（１２）、複数の第２熱交換器（１５）、四方弁（４０）を備える。四方弁（４０）は、正流状態と逆流状態との間で切替可能に構成される。冷凍サイクル（１０）は、流路（３２）に配置される第１減圧装置（１３）と、複数の分岐流路（３４）の各々に配置される第２減圧装置（１４）とをさらに備える。第１減圧装置（１３）は、制御回路からの指令信号によって開度が調整可能な可変膨張弁である。第２減圧装置（１４）は、固定オリフィスである。

Description

電池温調システム
　本開示は、複数の電池を冷却あるいは暖機する電池温調システムに関する。
　特開２０２０－１８４４２７号公報（特許文献１）には、複数の電池モジュールを冷却する電池冷却システムが開示されている。この電池冷却システムに搭載される冷凍サイクルは、複数の電池モジュールをそれぞれ冷却するために、凝縮器から供給される冷媒を複数の分岐流路に分岐し、複数の分岐流路の各々に膨張弁および蒸発器を配置し、各蒸発器で各電流モジュールを冷却するように構成されている。
特開２０２０－１８４４２７号公報
　特開２０２０－１８４４２７号公報に開示された冷凍サイクルの構成において、複数の電池モジュールを均等に冷却するためには、複数の分岐流路にそれぞれ分配される冷媒量を等しくすることが望ましい。そのためには、複数の分岐流路内の冷媒を液状態（サブクール状態）に維持しておくことが望まれる。しかしながら、各電池モジュールの温度、凝縮器の周囲の外気温度の影響によって、複数の分岐流路内の冷媒が必ずしも液状態にならなず、複数の電池モジュールを均等に冷却できなくなる可能性がある。
　また、特開２０２０－１８４４２７号公報に開示された冷凍サイクルにおいて冷媒を逆流させることで、蒸発器を凝縮器として機能させて複数の電池モジュールを暖機することも可能である。しかしながら、冷媒を逆流させた状態において冷媒の圧力を適切に制御できない場合には、複数の電池の暖機能力が不足する可能性がある。
　本開示は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、電池温調システムにおいて、複数の電池を均等に冷却することと、複数の電池の暖機能力を確保することとを、コスト増加を抑えつつ実現することである。
　（第１項）　本開示による電池温調システムは、電池の温度を調整する。この電池温調システムは、冷媒が循環する回路を形成する冷凍サイクルと、制御回路とを備える。冷凍サイクルは、圧縮機と、第１熱交換器と、複数の電池にそれぞれ対応して配置される複数の第２熱交換器と、第１熱交換器の一方端と圧縮機とを接続する第１流路と、第１熱交換器の他方端に接続される第２流路と、第２流路と複数の第２熱交換器の一方端とをそれぞれ接続する複数の分岐流路と、複数の第２熱交換器の他方端と圧縮機とを接続する第３流路と、圧縮機の吐出側が第１流路に接続されるとともに圧縮機の吸入側が第３流路に接続する第１状態と、圧縮機の吐出側が第３流路に接続されるとともに圧縮機の吸入側が第１流路に接続される第２状態とを切替可能に構成される切替装置とを備える。冷凍サイクルは、切替装置を第１状態にすることで電池を冷却可能とし、切替装置を第２状態にすることで電池を暖機可能とするように構成される。冷凍サイクルは、第２流路に配置され、制御回路からの指令信号によって開度が調整可能に構成される第１減圧装置と、複数の分岐流路の各々に配置され、固定オリフィスにより構成される第２減圧装置とをさらに備える。
　上記（１）の構成によれば、切替装置を第１状態にすることで複数の電池を冷却し、切替装置を第２状態にすることで複数の電池を暖機することができる。
　電池の冷却時において、制御回路が第１減圧装置の開度を第２減圧装置の開度よりも大きい値に調整することによって、複数の分岐流路内の冷媒を液状態に維持し易くすることができる。これにより、複数の電池を均等に冷却し易くすることができる。
　また、電池の暖機時においては、制御回路が第１減圧装置の開度を第２減圧装置の開度よりも小さい値に調整することによって、第１減圧装置の圧力比を高めて、複数の第２熱交換器内の冷媒を高圧に維持し易くすることができる。これにより、複数の電池の加熱量を確保し易くすることができる。
　さらに、第１減圧装置を制御回路からの指令信号によって開度が調整可能な構成（可変膨張弁）とし、複数の第２減圧装置を固定オリフィスとすることで、数の多い第２減圧装置を安価に構成することができる。
　その結果、複数の電池を冷却あるいは暖機可能な電池温調システムにおいて、複数の電池を均等に冷却することと、複数の電池の暖機能力を確保することとを、コスト増加を抑えつつ実現することができる。
　（第２項）　第１項に記載の電池温調システムにおいて、制御回路は、電池を冷却する場合、切替装置を第１状態にし、第１減圧装置の開度が第２減圧装置の開度よりも大きくなるように第１減圧装置の開度を調整し、圧縮機を作動させる。
　（第３項）　第１または２項に記載の電池温調システムにおいて、制御回路は、電池を暖機する場合、切替装置を第２状態にし、第１減圧装置の開度が第２減圧装置の開度よりも小さくなるように第１減圧装置の開度を調整し、圧縮機を作動させる。
　（第４項）　第３に記載の電池温調システムにおいて、圧縮機は、圧縮方式が速度型の圧縮機である。制御回路は、電池を暖機する場合、圧縮機においてサージングが生じないように第１減圧装置の開度を調整する。
　（第５項）　第１～４項のいずれかに記載の電池温調システムにおいて、第２減圧装置は、冷媒の流れ方向が第２熱交換器に向けて流れる正流方向である場合に固定オリフィスによる第１開度となり、冷媒の流れ方向が正流方向とは逆の方向である逆流方向である場合に第１開度よりも大きい第２開度となるように構成される。
　本開示によれば、電池温調システムにおいて、複数の電池を均等に冷却することと、複数の電池の暖機能力を確保することとを、コスト増加を抑えつつ実現することができる。
電池温調システムの全体構成を示す図である。 冷却運転モード中の冷凍サイクルの状態を示す図である。 冷却運転モード中におけるモリエル線図である。 暖機運転モード中の冷凍サイクルの状態を示す図である。 暖機運転モード中におけるモリエル線図である。 制御回路の処理手順の一例を示すフローチャートである。 第２減圧装置の構成の一例を模式的に示す図（その１）である。 第２減圧装置の構成の一例を模式的に示す図（その２）である。 コンプレッサマップの一例を示す図である。
　以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
　（電池温調システム１の全体構成）
　図１は、本実施の形態による電池温調システム１の全体構成を示す図である。電池温調システム１は、たとえば車両に搭載されている。
　電池温調システム１は、複数の電池モジュール２と、冷凍サイクル１０と、制御回路１００とを備えている。電池温調システム１は、冷凍サイクル１０を用いて複数の電池モジュール２を冷却あるいは暖機し、複数の電池モジュール２の温度を予め定められた設定温度に調節する。
　各電池モジュール２は、図示しない電池セルが複数接続されることにより構成されている。複数の電池モジュール２は、たとえば、図示しないハウジング内に収容されることにより、１つの電池パックとしてパッケージ化されている。
　（冷凍サイクル１０の構成）
　冷凍サイクル１０は、冷媒が循環する回路を形成する。冷凍サイクル１０は、圧縮機（コンプレッサ）１１と、第１熱交換器１２と、第１減圧装置１３と、複数の第２減圧装置１４と、複数の第２熱交換器１５と、アキュームレータ（液分離器）１６と、流路２１～２３，３１～３３と、複数の分岐流路３４と、複数の分岐流路３５と、四方弁（切替装置）４０とを備える。
　四方弁４０は、４つのポートＰ１～Ｐ４を有し、制御回路１００からの指令信号に応じて、複数の電池モジュール２を冷却する正流状態と、複数の電池モジュール２を暖機する逆流状態とのいずれかの状態に切替可能に構成される。四方弁４０が正流状態である場合、ポートＰ１とポートＰ２とが連通されるとともに、ポートＰ３とポートＰ４とが連通される（図１の実線参照）。四方弁４０が逆流状態である場合、ポートＰ１とポートＰ３とが連通されるとともに、ポートＰ２とポートＰ４とが連通される（図１の点線参照）。
　流路２１は、アキュームレータ１６の出口と圧縮機１１の吸入口とを接続する。流路２２は、圧縮機１１の吐出口と四方弁４０のポートＰ１とを接続する。流路２３は、四方弁４０のポートＰ４とアキュームレータ１６の入口とを接続する。
　流路３１（第１流路）は、四方弁４０のポートＰ２と第１熱交換器１２の一方端とを接続する。流路３２（第２流路）は、第１熱交換器１２の他方端と接続点Ｎ１とを接続する。複数の分岐流路３４は、接続点Ｎ１と複数の第２熱交換器１５の一方端とをそれぞれ接続する。流路３２は、接続点Ｎ１において複数の分岐流路３４に分岐される。
　複数の分岐流路３５は、複数の第２熱交換器１５の他方端と接続点Ｎ２とをそれぞれ接続する。複数の分岐流路３５は、接続点Ｎ２において流路３３（第３流路）に合流される。
　流路３３（第３流路）は、接続点Ｎ２と四方弁４０のポートＰ３とを接続する。
　アキュームレータ１６は、流路２３から供給される冷媒にガス冷媒だけでなく液冷媒が含まれる場合、その液冷媒を貯留し、ガス冷媒のみを流路２１に供給する。なお、アキュームレータ１６を省略するようにしてもよい。
　圧縮機１１は、流路２１から吸入される冷媒ガスを圧縮して流路２２へ吐出する。圧縮機１１の作動量（回転速度など）は、制御回路１００からの指令信号に従って制御される。
　第１熱交換器１２は、外部の流体（たとえば外気）と内部を流れる冷媒との間で熱交換を行なう。第１熱交換器１２は、後述する冷却運転モード中には凝縮器（コンデンサ）として記載し、後述する暖機運転モード中には蒸発器として機能する。
　第１減圧装置１３は、第１熱交換器１２と接続点Ｎ１との間の流路３２上に設けられる膨張弁（絞り弁）である。第１減圧装置１３は、制御回路１００からの指令信号に従って開度が調整される可変膨張弁である。第１減圧装置１３の開度θ１は、予め定められた全閉開度θｍｉｎと全開開度θｍａｘとの間の範囲で、制御回路１００からの指令信号に従って任意に調整される。
　複数の第２減圧装置１４は、接続点Ｎ１と複数の第２熱交換器１５との間の複数の分岐流路３４上にそれぞれ設けられる膨張弁（絞り弁）である。複数の第２減圧装置１４は、可変膨張弁よりも安価な固定オリフィスである。すなわち、各第２減圧装置１４の開度θ２は、制御回路１００からの指令信号によっては調整できない固定値である。
　複数の第２熱交換器１５は、複数の電池モジュール２にそれぞれ対応して配置され、内部を流れる冷媒と複数の電池モジュール２との間でそれぞれ熱交換を行なう。複数の第２熱交換器１５は同じ形状を有する。したがって、複数の第２熱交換器１５の流路断面積は互いに同じである。
　制御回路１００は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）、メモリ（記憶装置）、入出力バッファ等を含み（いずれも図示せず）、各センサの検出結果などに応じて、冷凍サイクル１０における各機器を制御する。具体的には、制御回路１００は、圧縮機１１の作動、四方弁４０の切替、第１減圧装置１３の開度を制御する。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。
　制御回路１００は、複数の電池モジュール２を冷却する場合、冷凍サイクル１０を冷却運転モードで制御する。一方、複数の電池モジュール２を暖機する場合、制御回路１００は、冷凍サイクル１０を暖機運転モードで制御する。
　（冷却運転モード）
　図２は、冷却運転モード中の冷凍サイクル１０の状態を示す図である。冷却運転モード中においては、制御回路１００は、四方弁４０を正流状態に制御する。これにより、圧縮機１１の吐出口および吸入口がそれぞれ流路３１および流路３３に接続される。この状態で、制御回路１００は、圧縮機１１を作動する。
　圧縮機１１で圧縮された高温高圧のガス冷媒は、四方弁４０を通って第１熱交換器１２に送られ、第１熱交換器１２によって凝縮される。
　第１熱交換器１２により凝縮された高温高圧の液冷媒は、第１減圧装置１３を通って接続点Ｎ１に供給され、接続点Ｎ１において複数の分岐流路３４にそれぞれ分配される。
　複数の分岐流路３４にそれぞれ分配された冷媒は、複数の第２減圧装置１４によって減圧された後、複数の第２熱交換器１５に送られる。複数の第２熱交換器１５に送られた低圧の冷媒は、複数の第２熱交換器１５において複数の電池モジュール２との間で熱交換を行って蒸発して、低圧のガス冷媒になる。これにより、複数の電池モジュール２が冷却される。複数の第２熱交換器１５で蒸発した低圧のガス冷媒は四方弁４０を通って再び圧縮機１１に吸入される。
　冷却運転モード中において、複数の電池モジュール２を均等に冷却するためには、複数の分岐流路３４にそれぞれ分配される冷媒量を等しくすることが望ましい。そのためには、複数の分岐流路３４内の冷媒を液状態に維持しておくことが望まれる。そのため、本実施の形態による冷凍サイクル１０においては、冷却運転モード中における冷媒の分岐点である接続点Ｎ１よりも上流側の流路３２（第２流路）に第１減圧装置１３が配置され、接続点Ｎ１よりも下流側の複数の分岐流路３４の各々に第２減圧装置１４が配置される。そして、制御回路１００は、第１減圧装置１３の開度θ１を全開開度θｍａｘにする。なお、全開開度θｍａｘは、第２減圧装置１４の開度θ２（固定値）よりも十分に大きい値に設定されている。
　これにより、第１熱交換器１２により凝縮された高温高圧の液冷媒が第１減圧装置１３を通過する際にほとんど減圧されず、液状態で複数の分岐流路３４内に供給される。これにより、冷却運転モード中において複数の分岐流路３４に冷媒を等しく分配することができる。
　このように、第２減圧装置１４が複数の分岐流路３４の各々に配置されて数が多くなることに鑑み、第２減圧装置１４は、可変膨張弁ではなく、可変膨張弁よりも安価な固定オリフィスとされる。これにより、冷凍サイクル１０のコスト増加が抑制される。
　図３は、冷却運転モード中における冷媒変化の様相を模式的に示すモリエル線図である。図３において、横軸はエンタルピ（冷媒の熱量）を示し、縦軸は冷媒の圧力を示す。曲線Ｌ１は、飽和液線を示し、曲線Ｌ２は飽和蒸気線を示す。
　図３に示すように、冷却運転モード中においては、圧縮機１１から吐出された冷媒が、第１熱交換器１２、第１減圧装置１３、第２減圧装置１４、第２熱交換器１５をこの順に通って、再び圧縮機１１に戻される。
　冷却運転モード中においては、制御回路１００は、第１減圧装置１３の開度θ１を全開開度θｍａｘにする。これにより、第１減圧装置１３での圧力損失が小さくなるため、第１減圧装置１３を通過した後の冷媒の圧力は飽和液線Ｌ１よりも高い値に維持され易くなる。これにより、第１減圧装置１３を通過して複数の分岐流路３４に供給される冷媒を、液状態に維持し易くすることができる。
　なお、冷却運転モード中の開度θ１は、少なくとも第２減圧装置１４の開度θ２（固定値）よりも大きい開度であればよく、必ずしも全開開度θｍａｘでなくてもよい。ただし、第１減圧装置１３での圧力損失を極力小さくするためには、第１減圧装置１３の開度θ１を極力大きい値にすることが望ましい。
　（暖機運転モード）
　図４は、暖機運転モード中の冷凍サイクル１０の状態を示す図である。暖機運転モード中においては、制御回路１００は、四方弁４０を逆流状態に制御する。これにより、圧縮機１１の吐出口および吸入口がそれぞれ流路３３および流路３１に接続される。この状態で、制御回路１００は、圧縮機１１を作動する。
　圧縮機１１で圧縮された高温高圧のガス冷媒は、四方弁４０を通って複数の第２熱交換器１５に送られ、複数の第２熱交換器１５において複数の電池モジュール２との間で熱交換を行って凝縮される。これにより、複数の電池モジュール２が暖機される。
　複数の第２熱交換器１５でそれぞれ凝縮された高温高圧の液冷媒は、複数の第２減圧装置１４を通って接続点Ｎ１に供給され、接続点Ｎ１において流路３２に合流される。
　流路３２で合流された冷媒は、第１減圧装置１３によって減圧された後、第１熱交換器１２に送ら、第１熱交換器１２において外部の冷媒との間で熱交換を行って蒸発して、低圧のガス冷媒になる。第１熱交換器１２で蒸発した低圧のガス冷媒は四方弁４０を通って再び圧縮機１１に吸入される。
　暖機運転モード中において、制御回路１００は、第１減圧装置１３の開度θ１を、各第２減圧装置１４の開度θ２（固定値）よりも小さい開度にする。これにより、第１減圧装置１３の圧力比（第１減圧装置１３を通過する前の冷媒圧力と第１減圧装置１３を通過した後の冷媒圧力との比）を高めて、複数の第２熱交換器１５内の冷媒を高圧に維持し易くすることができる。これにより、複数の電池モジュール２の加熱量を確保し易くすることができる。
　図５は、暖機運転モード中における冷媒変化の様相を模式的に示すモリエル線図である。図５に示すように、暖機運転モード中においては、圧縮機１１から吐出された冷媒が、第２熱交換器１５、第２減圧装置１４、第１減圧装置１３、第１熱交換器１２をこの順に通って、再び圧縮機１１に戻される。
　暖機運転モード中においては、制御回路１００は、上述のように、第１減圧装置１３の開度θ１を第２減圧装置１４の開度θ２（固定値）よりも小さい開度にする。これにより、第１減圧装置１３の圧力比を高めて、第２熱交換器１５内の冷媒を高圧に維持することができる。これにより、暖機運転モード中の暖機能力を確保することができる。
　（フローチャート）
　図６は、制御回路１００の処理手順の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは、所定周期で繰り返し実行される。
　制御回路１００は、冷凍サイクル１０の制御モードが冷却運転モード中であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。
　冷却運転モード中である場合（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、制御回路１００は、四方弁４０を正流状態にする（ステップＳ２１）。次いで、制御回路１００は、第１減圧装置１３の開度θ１を全開開度θｍａｘ（θｍａｘ＞θ２）にする（ステップＳ２２）。次いで、制御回路１００は、圧縮機１１を作動させる（ステップＳ２３）。
　また、冷却運転モード中でない場合（ステップＳ１０においてＮＯ）、制御回路１００は、冷凍サイクル１０の制御モードが暖機運転モード中であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。
　暖機運転モード中である場合（ステップＳ１２においてＹＥＳ）、制御回路１００は、四方弁４０を逆流状態にする（ステップＳ３１）。次いで、制御回路１００は、第１減圧装置１３の開度θ１を第２減圧装置１４の開度θ２よりも小さい開度にする（ステップＳ３２）。次いで、制御回路１００は、圧縮機１１を作動させる（ステップＳ３３）。
　以上のように、本実施の形態による電池温調システム１においては、四方弁４０を正流状態と逆流状態との間で切り替えることによって、複数の電池モジュール２を冷却する冷却運転モードと、複数の電池モジュール２を暖機する暖機運転モードとを切り替えることができる。
　冷却運転モード中において、制御回路１００は、第１減圧装置１３の開度θ１を、第２減圧装置１４の開度θ２よりも十分に大きい全開開度θｍａｘにする。これにより、液冷媒が第１減圧装置１３を通過する際にほとんど減圧されず、複数の分岐流路３４内の冷媒は液状態に維持される。これにより、冷却運転モード中において複数の分岐流路３４に冷媒を等しく分配することができる。
　また、暖機運転モード中において、制御回路１００は、第１減圧装置１３の開度θ１を、各第２減圧装置１４の開度θ２よりも小さい開度にする。これにより、第１減圧装置１３の圧力比を高めることができ、複数の電池モジュール２の加熱量を確保し易くすることができる。
　さらに、第２減圧装置１４の数が多くなることに鑑み、複数の第２減圧装置１４は、いずれも、可変膨張弁ではなく、可変膨張弁よりも安価な固定オリフィスとされる。これにより、冷凍サイクル１０のコスト増加が抑制される。
　したがって、本実施の形態による電池温調システム１においては、複数の電池モジュール２を均等に冷却することと、複数の電池モジュール２の暖機能力を確保することとを、コスト増加を抑えつつ実現することができる。
　［変形例１］
　上述の実施の形態においては第２減圧装置１４を固定オリフィスとしたが、第２減圧装置１４は単なる固定オリフィスであることに限定されない。
　たとえば、第２減圧装置１４を、冷媒の流れ方向が正流方向（冷却運転モード時の方向）である場合に開度θ２ａとなり、冷媒の流れ方向が逆流方向（暖機運転モード時の方向）である場合に開度θ２ａよりも大きい開度θ２ｂとなるように構成してもよい。
　図７および図８は、本変形例１による第２減圧装置１４Ａの構成の一例を模式的に示す図である。図７には、冷媒が正流方向に流れる場合の第２減圧装置１４Ａの状態が示される。図８には、冷媒が逆流方向に流れる場合の第２減圧装置１４Ａの状態が示される。
　第２減圧装置１４Ａは、直径Ｄａの穴が形成される固定オリフィス１４ａと、直径Ｄａよりも大きい直径Ｄｂの穴が形成される固定オリフィス１４ｂとを備える。固定オリフィス１４ａは、一端が固定オリフィス１４ｂに回動可能に固定されている。
　冷媒が正流方向に流れる場合、図７に示すように、固定オリフィス１４ａは冷媒の圧力によって閉じられる。これにより、第２減圧装置１４Ａの開度θ２は、固定オリフィス１４ａに形成される直径Ｄａの穴に応じた小さい開度θ２ａとなる。
　一方、冷媒が逆流方向に流れる場合、図８に示すように、固定オリフィス１４ａは冷媒の圧力によって開かれる。これにより、第２減圧装置１４Ａの開度θ２は、固定オリフィス１４ｂに形成される直径Ｄｂの穴に応じた大きい開度θ２ｂとなる。
　このように、第２減圧装置１４を、冷媒が正流方向に流れる場合に開度θ２ａとなり、冷媒が逆流方向に流れる場合に開度θ２ａよりも大きい開度θ２ｂとなるように構成してもよい。これにより、第１減圧装置１３の圧力比の調整可能範囲を広げることができる。
　［変形例２］
　圧縮機１１の圧縮方式は、一般的に、容積型と速度型（ターボ型）とに大別される。容積型とは、気体を一定空間に閉じ込めて、外力によって体積を縮めることにより圧力を獲得する方式である。これに対し、速度型とは、気体に流速を与え流速を圧力に変える圧縮方法である。
　圧縮機１１の圧縮方式が速度型である場合、圧縮機１１の作動状態がサージングが発生しやすい状態になる可能性がある。
　図９は、圧縮機１１の作動領域を示すコンプレッサマップの一例を示す図である。図９において、縦軸は圧力比（圧縮機１１の吸入圧力に対する吐出圧力の比）を示し、横軸は圧縮機１１の吸入流量を示す。図９の太実線は、圧縮機１１においてサージングが発生しやすいサージ領域との境界線（サージライン）を示す。すなわち、圧縮機１１の作動領域がサージラインよりも左側のサージ領域に含まれる場合、圧縮機１１においてサージングが発生し易くなる。
　そこで、圧縮機１１の圧縮方式が速度型である場合、制御回路１００は、図２に示すサージラインの情報を予め記憶しておき、圧縮機１１の圧力比が図２に示すサージラインを超えないないように、第１減圧装置１３の開度θ１を制御して圧縮機１１の吐出圧力を下げるようにしてもよい。
　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１　電池温調システム、２　電池モジュール、１０　冷凍サイクル、１１　圧縮機、１２　第１熱交換器、１３　第１減圧装置、１４，１４Ａ　第２減圧装置、１４ａ，１４ｂ　固定オリフィス、１５　第２熱交換器、１６　アキュームレータ、２１～２３，３１～３３　流路、３４，３５　分岐流路、４０　四方弁、１００　制御回路、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４　ポート。

Claims (5)

  1. 　電池の温度を調整する電池温調システムであって、
    　冷媒が循環する回路を形成する冷凍サイクルと、
    　制御回路とを備え、
    　前記冷凍サイクルは、
    　　圧縮機と、
    　　第１熱交換器と、
    　　複数の前記電池にそれぞれ対応して配置される複数の第２熱交換器と、
    　　前記第１熱交換器の一方端と前記圧縮機とを接続する第１流路と、
    　　前記第１熱交換器の他方端に接続される第２流路と、
    　　前記第２流路と前記複数の第２熱交換器の一方端とをそれぞれ接続する複数の分岐流路と、
    　　前記複数の第２熱交換器の他方端と前記圧縮機とを接続する第３流路と、
    　　前記圧縮機の吐出側が前記第１流路に接続されるとともに前記圧縮機の吸入側が前記第３流路に接続する第１状態と、前記圧縮機の吐出側が前記第３流路に接続されるとともに前記圧縮機の吸入側が前記第１流路に接続される第２状態とを切替可能に構成される切替装置とを備え、
    　前記冷凍サイクルは、前記切替装置を前記第１状態にすることで前記電池を冷却可能とし、前記切替装置を前記第２状態にすることで前記電池を暖機可能とするように構成され、
    　前記冷凍サイクルは、
    　　前記第２流路に配置され、前記制御回路からの指令信号によって開度が調整可能に構成される第１減圧装置と、
    　　前記複数の分岐流路の各々に配置され、固定オリフィスにより構成される第２減圧装置とをさらに備える、電池温調システム。
  2. 　前記制御回路は、前記電池を冷却する場合、
    　　前記切替装置を前記第１状態にし、
    　　前記第１減圧装置の開度が前記第２減圧装置の開度よりも大きくなるように前記第１減圧装置の開度を調整し、
    　　前記圧縮機を作動させる、請求項１に記載の電池温調システム。
  3. 　前記制御回路は、前記電池を暖機する場合、
    　　前記切替装置を前記第２状態にし、
    　　前記第１減圧装置の開度が前記第２減圧装置の開度よりも小さくなるように前記第１減圧装置の開度を調整し、
    　　前記圧縮機を作動させる、請求項１または２に記載の電池温調システム。
  4. 　前記圧縮機は、圧縮方式が速度型の圧縮機であり、
    　前記制御回路は、前記電池を暖機する場合、前記圧縮機においてサージングが生じないように前記第１減圧装置の開度を調整する、請求項３に記載の電池温調システム。
  5. 　前記第２減圧装置は、冷媒の流れ方向が前記第２熱交換器に向けて流れる正流方向である場合に固定オリフィスによる第１開度となり、冷媒の流れ方向が前記正流方向とは逆の方向である逆流方向である場合に前記第１開度よりも大きい第２開度となるように構成される、請求項１に記載の電池温調システム。
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