JP6065637B2 - Cooling system - Google Patents
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Description
本発明は、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。 The present invention relates to a cooling system using an air conditioning refrigeration cycle for battery cooling.
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。 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. In the secondary battery used in such an electric vehicle, Joule heat is generated by taking in and out electric power during traveling and charging, and the battery temperature rises. And if a secondary battery exceeds predetermined temperature, since deterioration and damage of a battery will be caused, 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.
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。 However, with the widespread use of electric vehicles, the output of secondary batteries tends to increase, such as the motors becoming more powerful and requiring rapid charging. For this reason, a large-capacity cooling means that does not affect air conditioning is required. Furthermore, since the deterioration of the secondary battery is suppressed as the temperature becomes lower, it has been studied to make the battery temperature lower than the outside air temperature.
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送風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送風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。 In order to cope with these problems, for example, Patent Document 1 proposes a battery cooling method using a refrigeration cycle for air conditioning. Specifically, in the refrigeration cycle of Patent Document 1, an air conditioning evaporator that cools the air blown into the vehicle interior and the battery evaporator that cools the battery air blown toward the battery. These two evaporators are connected in parallel to the flow of refrigerant discharged from a common compressor.
しかしながら、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問題がある。 However, in the above conventional technology, the air conditioner not only operates for air conditioning in the vehicle interior, but also performs a refrigeration cycle for battery cooling during charging and traveling even when it is not necessary to perform air conditioning in the vehicle interior. You may have to make it work. 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 problem that the durable life of the devices constituting the refrigeration cycle is adversely affected.
本発明は上記点に鑑み、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。 In view of the above points, an object of the present invention is to shorten the operation time of components constituting a cooling system in a cooling system using an air-conditioning refrigeration cycle for battery cooling.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、
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送風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送風空気を冷却する空調用蒸発器(17)、電池用蒸発器(24)へ冷媒が流入することを禁止する電池用開閉手段(23)を有する蒸気圧縮式の冷凍サイクル(10)と、
電池用送風空気を送風する電池用送風手段(33)と、
電池用蒸発器(24)、電池(26)及び電池用送風手段(33)を収容すると共に、電池用送風空気を電池用蒸発器(24)の送風空気出口側→電池(26)→電池用蒸発器(24)の送風空気入口側の順に循環させる循環用通風路(34)と、循環用通風路(34)に外気を導入する外気導入手段(38)を有する電池用ケーシング(32)と、を備え、
電池用蒸発器(24)における冷媒蒸発温度が、空調用蒸発器(17)における冷媒蒸発温度よりも低い温度になっており、
外気導入手段(38)が循環用通風路(34)に外気を導入している際には、電池用開閉手段(23)が電池用蒸発器(24)へ冷媒が流入することを禁止し、
外気導入手段(38)が循環用通風路(34)に外気を導入していない場合、電池用蒸発器(24)における冷媒蒸発温度が0℃以下の温度になっていることを特徴とする冷却システムである。
In order to achieve the above object, the invention described in claim 1
A battery evaporator (24) that cools the blown air for the battery blown toward the battery (26) by evaporating the low-pressure refrigerant, and an air-conditioner that is blown toward the air-conditioning target space by evaporating the low-pressure refrigerant. A vapor compression refrigeration cycle (10) having an air conditioning evaporator (17) for cooling the blast air, a battery opening / closing means (23) for inhibiting the refrigerant from flowing into the battery evaporator (24),
Battery blowing means (33) for blowing battery air;
The battery evaporator (24), the battery (26), and the battery air blowing means (33) are accommodated, and the battery air is supplied to the air outlet side of the battery evaporator (24) → battery (26) → battery. A battery casing (32) having a circulation ventilation path (34) for circulation in order of the blowing air inlet side of the evaporator (24), and an outside air introduction means (38) for introducing outside air into the circulation ventilation path (34); With
The refrigerant evaporation temperature in the battery evaporator (24) is lower than the refrigerant evaporation temperature in the air conditioning evaporator (17),
When the outside air introduction means (38) is introducing outside air into the circulation ventilation path (34), the battery opening / closing means (23) prohibits the refrigerant from flowing into the battery evaporator (24),
Cooling characterized in that when the outside air introduction means (38) does not introduce outside air into the circulation ventilation path (34), the refrigerant evaporation temperature in the battery evaporator (24) is 0 ° C. or lower. System.
これによると、電池用蒸発器(24)における冷媒蒸発温度が、空調用蒸発器(17)における冷媒蒸発温度よりも低い温度になっているので、電池(26)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(34)が循環経路となっているので、電池用蒸発器(24)における冷媒蒸発温度を、電池用蒸発器(24)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(24)に着霜が生じてしまうことを抑制でき、電池(26)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。 According to this, since the refrigerant evaporation temperature in the battery evaporator (24) is lower than the refrigerant evaporation temperature in the air conditioning evaporator (17), the cooling time of the battery (26) can be shortened. it can. At this time, since the circulation ventilation path (34) is a circulation path, the refrigerant evaporation temperature in the battery evaporator (24) is set to a temperature at which frost formation occurs in the battery evaporator (24) (for example, 0 ° C. ) Even if it is reduced to the following, it is possible to suppress frost formation on the battery evaporator (24), and the cooling time of the battery (26) can be effectively shortened. As a result, the operation time of the apparatus which comprises a cooling system can be shortened effectively.
そして、外気導入手段(38)が循環用通風路(34)に外気を導入している際には、電池用開閉手段(23)が電池用蒸発器(24)へ冷媒が流入することを禁止する。これにより、循環用通風路(34)内に外気が導入されて電池用蒸発器(24)に着霜が発生することを防止することができる。又、外気導入手段(38)が循環用通風路(34)に外気を導入していない場合には、電池用蒸発器(24)における冷媒蒸発温度が0℃以下の温度になっている。この時、循環用通風路(34)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電池用蒸発器(24)に発生することはない。したがって、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ができる。 When the outside air introduction means (38) is introducing outside air into the circulation ventilation path (34), the battery opening / closing means (23) prohibits the refrigerant from flowing into the battery evaporator (24). To do. Thereby, it can prevent that external air is introduce | transduced in the ventilation path (34) for a circulation, and frost formation generate | occur | produces in the evaporator (24) for batteries. When the outside air introduction means (38) does not introduce outside air into the circulation ventilation path (34), the refrigerant evaporation temperature in the battery evaporator (24) is 0 ° C. or lower. At this time, since outside air is not introduced into the circulation ventilation path (34), frost formation does not occur in the battery evaporator (24) due to moisture contained in the outside air. Therefore, in the cooling system using the air-conditioning refrigeration cycle for battery cooling, it is possible to shorten the operation time of the parts constituting the cooling system.
又、請求項2に記載の発明は、 The invention according to claim 2
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送風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送風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、 A battery evaporator (24) that cools the blown air for the battery blown toward the battery (26) by evaporating the low-pressure refrigerant, and an air-conditioner that is blown toward the air-conditioning target space by evaporating the low-pressure refrigerant. A vapor compression refrigeration cycle (10) having an air conditioning evaporator (17) for cooling the blast air for use;
前記電池用送風空気を送風する電池用送風手段(33)と、 Battery blowing means (33) for blowing the battery blowing air;
前記電池用蒸発器(24)、前記電池(26)及び前記電池用送風手段(33)を収容すると共に、前記電池用送風空気を前記電池用蒸発器(24)の送風空気出口側→前記電池(26)→前記電池用蒸発器(24)の送風空気入口側の順に循環させる循環用通風路(34)と、前記循環用通風路(34)に外気を導入する外気導入手段(38)を有する電池用ケーシング(32)と、を備え、 The battery evaporator (24), the battery (26), and the battery air blowing means (33) are accommodated, and the battery air is supplied from the air outlet side of the battery evaporator (24) to the battery. (26) → A circulation ventilation path (34) that circulates in order of the blowing air inlet side of the battery evaporator (24), and an outside air introduction means (38) that introduces outside air into the circulation ventilation path (34). A battery casing (32) having,
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い温度になっていると共に、 The refrigerant evaporation temperature in the battery evaporator (24) is lower than the refrigerant evaporation temperature in the air conditioning evaporator (17), and
前記外気導入手段(38)が前記循環用通風路(34)に外気を導入している際には、前記電池用蒸発器(24)における冷媒蒸発温度が0℃より高い温度となっており、 When the outside air introduction means (38) is introducing outside air into the circulation ventilation path (34), the refrigerant evaporation temperature in the battery evaporator (24) is higher than 0 ° C.,
前記外気導入手段(38)が前記循環用通風路(34)に外気を導入していない場合、前記電池用蒸発器(24)における冷媒蒸発温度が0℃以下の温度になっていることを特徴とする冷却システムである。 When the outside air introduction means (38) does not introduce outside air into the circulation ventilation path (34), the refrigerant evaporation temperature in the battery evaporator (24) is a temperature of 0 ° C. or less. This is a cooling system.
これによると、電池用蒸発器(24)における冷媒蒸発温度が、空調用蒸発器(17)における冷媒蒸発温度よりも低い温度になっているので、電池(26)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(34)が循環経路となっているので、電池用蒸発器(24)における冷媒蒸発温度を、電池用蒸発器(24)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(24)に着霜が生じてしまうことを抑制でき、電池(26)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。
外気導入手段(38)が循環用通風路(34)に外気を導入している際には、電池用蒸発器(24)における冷媒蒸発温度が0℃より高い温度となっている。外気に含まれる水分によって、電池用蒸発器(24)に着霜が生じてしまうことを抑制しつつ、電池(26)を冷却することができる。外気導入手段(38)が循環用通風路(34)に外気を導入していない場合には、電池用蒸発器(24)における冷媒蒸発温度が0℃以下の温度になっている。従って、冷却システム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。
According to this, since the refrigerant evaporation temperature in the battery evaporator (24) is lower than the refrigerant evaporation temperature in the air conditioning evaporator (17), the cooling time of the battery (26) can be shortened. it can. At this time, since the circulation ventilation path (34) is a circulation path, the refrigerant evaporation temperature in the battery evaporator (24) is set to a temperature at which frost formation occurs in the battery evaporator (24) (for example, 0 ° C. ) Even if it is reduced to the following, it is possible to suppress frost formation on the battery evaporator (24), and the cooling time of the battery (26) can be effectively shortened. As a result, the operation time of the apparatus which comprises a cooling system can be shortened effectively.
When the outside air introduction means (38) is introducing outside air into the circulation ventilation path (34), the refrigerant evaporation temperature in the battery evaporator (24) is higher than 0 ° C. The battery (26) can be cooled while suppressing the formation of frost on the battery evaporator (24) by moisture contained in the outside air. When the outside air introduction means (38) does not introduce outside air into the circulation ventilation path (34), the refrigerant evaporation temperature in the battery evaporator (24) is 0 ° C. or lower. Therefore, the operation time of the devices constituting the cooling system can be further effectively shortened.
なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in this column and the claim shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals in the drawings.
(第1実施形態)
図1〜図4により、本発明の第1実施形態を説明する。本実施形態では、本発明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手段としての二次電池26の温度調整(冷却)を行うために用いている。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, the cooling system according to the present invention is applied to an electric vehicle that obtains a driving force for traveling of a vehicle from an electric motor for traveling. Furthermore, in the electric vehicle according to the present embodiment, the cooling system is operated by adjusting the temperature of the
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送風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送風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。
More specifically, the cooling system includes a vapor
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。
Among the components of the
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。もちろん、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。
The
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。
The
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(送風空気量)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。
The
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。
The
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。
The
分岐部15の一方の冷媒流出口には空調用開閉弁16が接続されている。空調用開閉弁16は冷媒が空調用蒸発器17へ流入することを許可または禁止する開閉手段であり、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。空調用開閉弁16の下流側には空調用膨張弁18が接続されている。
An air conditioning on-off
空調用膨張弁18は、空調用蒸発器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、空調用膨張弁18は、空調用蒸発器17出口側冷媒の温度と圧力とに基づいて、空調用蒸発器17出口側冷媒の過熱度を検知し、空調用蒸発器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弁開度(冷媒流量)を調整する減圧手段である。空調用膨張弁18には、空調用蒸発器17が接続されている。
The air
空調用蒸発器17は、室内空調ユニット19の空調用ケーシング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。空調用蒸発器17は、空調用膨張弁18によって減圧膨張された低圧冷媒と室内用送風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送風空気を冷却する冷却用熱交換器である。空調用膨張弁18の下流側には下流側減圧弁22が接続されている。
The
下流側減圧弁22は、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手段である。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り、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。
The downstream
分岐部15の他方の冷媒流出口には電池用開閉弁23が接続されている。この電池用開閉弁23は電池用蒸発器24へ冷媒が流入することを許可または禁止する電池用開閉手段である。電池用開閉弁23は空調用開閉弁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。
A battery open /
電池用開閉弁23の下流側には電池用膨張弁25が接続されている。この電池用膨張弁25は、上述の空調用膨張弁18と同様の構成の減圧手段である。電池用開閉弁23には、電池用蒸発器24が接続されている。
A
電池用蒸発器24は、二次電池26に向けて送風される電池用送風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、電池用蒸発器24は、その内部を流通する低圧冷媒と電池用送風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送風空気を冷却する。
The
そして、下流側減圧弁22の下流側及び電池用膨張弁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の冷媒流出口には圧縮機11の入口側が接続されている。
A merging
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、空調用蒸発器17は分岐部15にて分岐された一方の冷媒を蒸発させ、電池用蒸発器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。
As described above, the
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送風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空調用ケーシング20内に送風機29、ヒータコア21、空調用蒸発器17等を収容することによって構成されている。
Next, the indoor
空調用ケーシング20は、内部に室内用送風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、空調用ケーシング20内の室内用送風空気の空気流れ最上流側には、車室内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送風空気流れ下流側に位置している。
The air-
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、空調用蒸発器17及びヒータコア21が、室内用送風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、空調用蒸発器17は、ヒータコア21に対して、室内用送風空気の流れ方向上流側に配置されている。
The
また、ヒータコア21は、空調用蒸発器17を通過した冷風を再加熱する加熱手段である。ヒータコア21は、空調用蒸発器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。
The
さらに、空調用蒸発器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、空調用蒸発器17通過後の送風空気のうち、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にて加熱された送風空気とヒータコア21を迂回して加熱されていない送風空気とを混合させる混合空間31が設けられている。
Further, on the downstream side of the air flow of the
空調用ケーシング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、車室内の乗員の上半身に向けて空調風を吹き出すフェイス開口穴、乗員の足元に向けて空調風を吹き出すフット開口穴、および車両前面窓ガラス内側面に向けて空調風を吹き出すデフロスタ開口穴(いずれも図示せず)が設けられている。
An opening hole through which the conditioned air mixed in the mixing
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手段を構成している。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。
Therefore, the temperature of the conditioned air mixed in the mixing
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。 Furthermore, on the upstream side of the air flow of the face opening hole, foot opening hole, and defroster opening hole, 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.
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手段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。
These face doors, foot doors, and defroster doors constitute opening hole mode switching means for switching the opening hole mode, and their operations are 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). The above is the overall configuration of the indoor
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て、電気的な絶縁処理(例えば、絶縁塗装)が施された金属製の電池用ケーシング32内に電池用送風空気を循環送風させる空気通路を形成し、この空気通路に送風機33、前述の電池用蒸発器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、電池用ケーシング32は、電池用送風空気を電池用蒸発器24の送風空気出口側→二次電池26→電池用蒸発器24の送風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。
Next, the
送風機33は、電池用蒸発器24の空気流れ上流側に配置されて、電池用送風空気を電池用蒸発器24へ向けて送風する電池用送風手段であり、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(送風空気量)が制御される電動送風機である。さらに、電池用蒸発器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。
The
したがって、送風機33を動作させると、電池用蒸発器24にて温度調整された電池用送風空気が二次電池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送風空気は、送風機33に吸入されて再び電池用蒸発器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。
Therefore, when the
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。
Next, the electric control unit of this embodiment will be described. 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
また、制御装置の入力側には、車室内温度Trを検出する内気センサ、外気温Tamを検出する外気センサ、車室内の日射量Tsを検出する日射センサ、空調用蒸発器17の吹出空気温度(蒸発器温度)Tefinを検出する空調用蒸発器温度センサ35、混合空間31から車室内へ送風される送風空気温度TAVを検出する送風空気温度センサ、電池用蒸発器24の吹出空気温度(蒸発器温度)を検出する電池用蒸発器温度センサ36、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手段としての電池温度センサ37等の種々の制御用センサ群が接続されている。
In addition, on the input side of the control device, an inside air sensor that detects the vehicle interior temperature Tr, an outside air sensor that detects the outside air temperature Tam, a solar radiation sensor that detects the amount of solar radiation Ts in the vehicle interior, and the temperature of air blown from the air conditioning evaporator 17 (Evaporator temperature) An air-conditioning
ここで、本実施形態の空調用蒸発器温度センサ35は、具体的に空調用蒸発器17の熱交換フィンの温度を検出している。また、電池用蒸発器温度センサ36は、電池用蒸発器24の熱交換フィンの温度を検出している。もちろん、空調用蒸発器温度センサ35として、空調用蒸発器17のその他の部位の温度を検出する温度検出手段を採用してもよいし、空調用蒸発器17を流通する冷媒自体の温度を直接検出する温度検出手段を採用してもよい。これは電池用蒸発器温度センサ36についても同様である。
Here, the air conditioner
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。
Further, the
本実施形態では、送風空気温度TAVを検出する送風空気温度センサを設けているが、この送風空気温度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。 In this embodiment, a blown air temperature sensor for detecting the blown air temperature TAV is provided. As the blown air temperature TAV, values calculated based on the evaporator temperature Tefin, the discharge refrigerant temperature Td, and the like are adopted. Also good.
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。 Further, an operation panel (not shown) disposed near the instrument panel in the front part of the vehicle interior is connected to the input side of the control device, and operation signals from various operation switches provided on the operation panel are input. As 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.
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手段が一体に構成されたものであるが、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手段を構成している。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。 Here, the control device of the present embodiment is configured such that the control means for controlling various control target devices connected to the output side is integrally configured, but the configuration for controlling the operation of each control target device ( Hardware and software) constitute control means for controlling the operation of each control target device. The above is the overall configuration of the cooling system according to the present embodiment.
次に、上記構成における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、上述の冷凍サイクル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、車室内の空調を行うことなく二次電池26の冷却を行う電池冷却単独運転モード(モード1)、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2)、二次電池26の冷却を行うことなく車室内の冷房を行う冷房単独運転モード(モード3)の3つのモードのいずれかで動作する。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。
Next, the operation of the cooling system of the present embodiment having the above configuration will be described. The cooling system operates the above-described
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し、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。 These operation modes are switched by executing a control program stored in the storage circuit in advance 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. In the control process of the 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. Then, a control routine for outputting a control signal or a control voltage to various devices to be controlled is repeated so that the determined control state is obtained.
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。 First, in step S100, it is determined whether there is an air conditioning request. Specifically, when the operation signal of the operation panel is read, if the air conditioning operation switch is OFF, that is, 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.
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。
In step S101, it is determined whether there is a battery cooling request. Specifically, the battery temperature of the
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ので、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、電池用開閉弁23及び空調用開閉弁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。
When the battery temperature of the
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、電池用開閉弁23が開状態、空調用開閉弁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、電池用開閉弁23、電池用膨張弁25、電池用蒸発器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。
On the other hand, when the battery temperature of the
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、電池用目標値(電池用目標温度)TEObと電池用蒸発器温度センサ36によって検出された電池用蒸発器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電池用蒸発器24からの吹出空気温度が電池用目標値TEObに近づくように決定される。この電池用目標値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。
Further, regarding the refrigerant discharge capacity of the
このような制御により、電池用蒸発器24における冷媒蒸発温度が空調用蒸発器17における冷媒蒸発温度よりも低い温度になる。具体的には、電池用蒸発器24における冷媒蒸発温度が0℃以下の温度になっている。本実施形態では、電池用蒸発器温度センサ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。
By such control, the refrigerant evaporation temperature in the
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に進み、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。
Subsequently, if it is determined in step S100 that there is an air conditioning request, it is determined in step S102 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
ステップS104では、冷却システムがモード2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、電池用開閉弁23が開状態、空調用開閉弁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。
In step S104, the cooling system is controlled to operate in mode 2. That is, the control device controls the
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を介して空調用蒸発器17及び電池用蒸発器24の両方に供給される。したがって、モード2では空調用蒸発器17及び電池用蒸発器24の両方で冷却風が作られる。
As a result, as shown in FIG. 3, the refrigerant discharged from the
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、電池用蒸発器24からからの吹出空気温度が電池用目標値TEObに近づくように決定される。
Further, the refrigerant discharge capacity of the
また、下流側減圧弁22の絞り開度については、空調用目標値(空調用目標温度)TEOと空調用蒸発器温度センサ35によって検出された空調用蒸発器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空調用蒸発器17からの吹出空気温度が空調用目標値TEOに近づくように決定される。この空調用目標値TEOは、予め制御装置の記憶回路に記憶された値であって、空調用蒸発器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。
As for the throttle opening of the downstream
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目標吹出温度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、送風空気温度センサによって検出された送風空気温度TAVが、目標吹出温度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。
Further, the control device converts the target blowing temperature TAO, which is the target temperature of the air blown into the vehicle interior, into the vehicle interior temperature Tr, the outside air temperature Tam, and the solar radiation amount Ts based on the detection signal and operation signal values read in the main routine. Calculate based on And the action | operation of the
ここで、上述のように、空調用ケーシング20には車室内または外気が導入される。このため、空調用蒸発器17に供給される空気中の水分が空調用蒸発器17で凝縮するため、空調用蒸発器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空調用蒸発器17に着霜が生じてしまう。そこで、本実施形態では、空調用蒸発器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2の制御が行われ、再び図2のステップS100に戻る。
Here, as described above, vehicle interior or outside air is introduced into the
また、ステップS105では、冷却システムがモード3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、電池用開閉弁23が閉状態、空調用開閉弁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、空調用開閉弁16、空調用膨張弁18、空調用蒸発器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。
In step S105, the cooling system is controlled to operate in mode 3. That is, the control device controls the
さらに、モード3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、空調用目標値(空調用目標温度)TEOと空調用蒸発器温度センサ35によって検出された空調用蒸発器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空調用蒸発器17からの吹出空気温度が空調用目標値TEOに近づくように決定される。これにより、空調用蒸発器17への着霜を防止する。以上のように、モード3の制御が行われ、再び図2のステップS100に戻る。
Further, in mode 3, the refrigerant discharge capacity of the
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2において、電池用蒸発器24における冷媒蒸発温度を、空調用蒸発器17における冷媒蒸発温度よりも低い温度になるように制御している。具体的には、空調用蒸発器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、電池用蒸発器24における冷媒蒸発温度を0℃以下の温度に調整することが特徴となっている。
As described above, in this embodiment, in the mode 1 and the mode 2 in which the
そして、本実施形態の冷却システムでは、電池用ケーシング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、電池用蒸発器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、電池用蒸発器24に着霜が生じてしまうことを抑制できる。つまり、電池用蒸発器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。
In the cooling system of the present embodiment, the
したがって、電池用蒸発器24の吹出空気温度が0℃以下の温度となるように圧縮機11の回転数を制御して、電池用蒸発器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。
Accordingly, the
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、電池用蒸発器24の吹出空気温度を0℃→−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。
The cooling capacity can be calculated by cooling capacity = cooling air volume × air specific heat × temperature difference. Assuming that the battery temperature Tb of the
また、風量(m3/h)をQ、全圧(Pa)をPとすると、有効騒音は有効騒音=10×Log(Q×P2/60)から算出される。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。
Further, air volume of (m 3 / h) Q, the total pressure (Pa) is P, the effective noise is calculated from the effective noise = 10 × Log (Q × P 2/60). Under the above conditions, 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
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。
When the electric power is turned off, the interior of the electric vehicle is quieter than that of the engine-equipped vehicle, and the interior of the electric vehicle is quieter when the air conditioning is turned off. Since the
(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において空調用膨張弁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。
(Second Embodiment)
In the present embodiment, parts different from the first embodiment will be described. As shown in FIG. 5, the cooling system of the present embodiment has a configuration in which the downstream
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。
In the case of such a configuration, the cooling system operates according to the flowchart shown in FIG. Specifically, if there is an air conditioning request in step S100, it is determined in step S102 whether there is a battery cooling request. As described above, when it is determined in step S102 that the battery temperature of the
ステップS106では、冷却システムがモード2’で動作するように制御される。モード2’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2)において、空調用蒸発器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。
In step S106, the cooling system is controlled to operate in mode 2 '. In mode 2 ′, in the battery cooling + cooling simultaneous operation mode (mode 2) in which the cooling of the
ここで、本実施形態では、下流側減圧弁22が配置されていないので、空調用膨張弁18の冷媒下流側と電池用膨張弁25の冷媒下流側の冷媒圧力とが同じになり、空調用蒸発器17の冷媒下流側の冷媒温度と電池用蒸発器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実施形態と同様に電池用蒸発器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、空調用蒸発器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。
Here, in this embodiment, since the downstream
そこで、本実施形態では、第1実施形態のモード3と同様に、空調用蒸発器17からの吹出空気温度が空調用目標値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。
Therefore, in the present embodiment, as in the mode 3 of the first embodiment, the
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3’で動作するように制御される。モード3’は、実質的に第1実施形態で説明したモード3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、空調用蒸発器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。
On the other hand, if it determines with the battery temperature of the
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、電池用蒸発器温度センサ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、空調用蒸発器17へ冷媒が流入することが禁止されているので、空調用蒸発器17に着霜が生じることはない。
In the flowchart of FIG. 6, if it is determined in step S100 that there is no air conditioning request and it is determined in step S101 that there is a battery cooling request, 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
以上説明したように、冷凍サイクル10において空調用膨張弁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。
As described above, even if the downstream
(第3実施形態)
本実施形態では、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、電池用ケーシング32は、循環用通風路34に外気を導入するための外気導入手段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。
(Third embodiment)
In the present embodiment, parts different from the first and second embodiments will be described. In the present embodiment, as shown in FIG. 7, the
そして、モータの回転が制御されることで、モード切替ドア38が電池用ケーシング32の循環用通風路34と外部とを遮断する循環モードと、電池用ケーシング32の循環用通風路34と外部とを導通する外気導入モードと、のいずれかのモードとされる。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。
Then, by controlling the rotation of the motor, the
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。 In the cooling system of the present embodiment, control is performed in the circulation mode during normal operation. In such control, for example, when the outside air temperature Tam is equal to or lower than a predetermined temperature, the outside air introduction mode is switched. Note that conditions other than the outside air temperature may be set as the conditions for switching to the outside air introduction mode.
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。 Next, the operation of the cooling system of the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. First, 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.
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、電池用ケーシング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。
In step S108, it is determined whether or not the
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、電池用蒸発器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、電池用開閉弁23が閉状態に制御されて電池用蒸発器24へ冷媒が流入することを禁止する。つまり、電池用蒸発器24に冷媒を流さないようにする。これにより、電池用ケーシング32内に外気が導入されて電池用蒸発器24に着霜が発生することを防止することができる。
If it is determined in step S108 that the mode is not the circulation mode but the outside air introduction mode, the process returns to step S100 again. In 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
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、電池用ケーシング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、電池用蒸発器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。
If it is determined in step S108 that the current mode is the circulation mode, the process proceeds to step S103, and mode 1 control is performed in the same manner as described above. In this case, since outside air is not introduced into the
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2の制御が行われる。この場合も電池用ケーシング32内に外気が導入されないので、電池用蒸発器24に着霜が発生することはない。このように、モード2の制御が行われ、再び図8のステップS100に戻る。
If it is determined in step S100 that there is an air conditioning request and it is determined in step S102 that there is a battery cooling request, the process proceeds to step S109. In step S109, it is determined whether the
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3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、電池用開閉弁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、電池用開閉弁23が電池用蒸発器24へ冷媒が流入することを禁止する。これにより、電池用蒸発器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3の制御が行われ、再び図8のステップS100に戻る。
On the other hand, 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 3 control is performed. In this case, since only the vehicle interior is cooled, the battery on-off
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を冷却するので、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。
As described above, in the circulation mode, the same effect as in the first embodiment can be obtained. Further, even if the
(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。本実施形態に係る電池用ケーシング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。
(Fourth embodiment)
In the present embodiment, parts different from the third embodiment will be described. The
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。
Specifically, as shown in FIG. 9, 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
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1’で動作するように制御される。モード1’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、電池用蒸発器24の吹出空気温度を検出する電池用蒸発器温度センサ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、電池用ケーシング32に外気が導入されていても電池用蒸発器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。
On the other hand, when it is determined in step S108 that the
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2で動作するように制御される。
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
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2’’で動作するように制御される。モード2’’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2)において、下流側減圧弁22が全開状態とされた状態で、空調用蒸発器17の吹出空気温度が1℃となると共に、電池用蒸発器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、さらに電池用ケーシング32に外気が導入されていても、電池用蒸発器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。
On the other hand, when it is determined in step S109 that the
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3で動作するように制御される。 When 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 3.
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を冷却するので、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、電池用蒸発器24に着霜が生じてしまうことを抑制できる。
As described above, in the circulation mode, the same effect as in the first embodiment can be obtained. Further, even if the
(第5実施形態)
本実施形態では、第1〜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とが特徴となっている。
(Fifth embodiment)
In the present embodiment, parts different from the first to fourth embodiments will be described. The present embodiment is characterized in that the target temperature of the battery cooling air is changed based on the battery temperature Tb of the
このため、制御装置が電池用目標蒸発温度決定手段として電池用蒸発器24における冷媒蒸発温度の電池用目標値TEObを決定するように動作する。具体的には、制御装置は、電池用蒸発器温度センサ36によって検出された電池温度Tbの上昇に伴って電池用目標値TEObを上昇させるように決定する。
For this reason, the control device operates to determine the battery target value TEOb of the refrigerant evaporation temperature in the
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に対して電池用目標値TEObを一次関数で変化させる。図10では、二次電池26の電池温度Tbに対し、電池用目標値TEObが20℃低くなるように設定した場合である。
In the present embodiment, as shown in FIG. 10, the control device changes the battery target value TEOb with a linear function with respect to the battery temperature Tb of the
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内のセル間温度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。
As a result, when the battery cooling air temperature is controlled below the freezing point, the system efficiency is lowered, and the possibility that the temperature distribution among a plurality of cells in the
(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に対して電池用目標値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。
(Sixth embodiment)
In the present embodiment, parts different from the fifth embodiment will be described. In the present embodiment, as shown in FIG. 11, the control device changes the battery target value TEOb stepwise with respect to the battery temperature Tb of the
(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電池用目標値TEObを上昇させるように決定することが特徴となっている。
(Seventh embodiment)
In the present embodiment, parts different from the fifth and sixth embodiments will be described. In the fifth and sixth embodiments, the cooling air temperature is controlled using the average value of the plurality of
具体的には、図12に示されるように、5℃や10℃等のセル間温度バラツキの温度に応じて電池温度Tbに対する電池用目標値TEObが決められている。なお、図12では電池温度Tbに対して電池用目標値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に対して電池用目標値TEObを段階的に変化させる場合も同様である。 Specifically, as shown in FIG. 12, the target value TEOb for the battery with respect to the battery temperature Tb is determined according to the temperature variation between cells such as 5 ° C. and 10 ° C. FIG. 12 shows an example in which the battery target value TEOb changes with a linear function with respect to the battery temperature Tb, but the same applies when the battery target value TEOb is changed stepwise with respect to the battery temperature Tb. It is.
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、ひいては上記の懸念を解消することができる。
Generally, a cell changes its internal resistance, input / output characteristics, deterioration characteristics, etc. due to temperature changes, so if there is a temperature variation in each cell, the cell deterioration (life) variation, remaining capacity (SOC) estimation accuracy There is concern about deterioration of the cell and input / output characteristics of the cell. However, as described above, since the control is performed according to the temperature variation generated between the plurality of cells in the
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バラツキが大きくなる傾向にあるが、セル間温度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。
In particular, if the temperature difference between the cooling air and the cells of the
(他の実施形態)
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明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。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously modified as follows without departing from the spirit of the present invention.
(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送風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。
(1) In the above-described embodiment, an example in which the cooling system is applied to an electric vehicle has been described. Of course, from a normal vehicle that obtains driving force for vehicle travel from an internal combustion engine, and from both an internal combustion engine and a travel electric motor. You may apply to the hybrid vehicle which obtains the driving force for vehicle travel. When applied to a vehicle having an internal combustion engine, the
(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手段として、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、電池温度検出手段はこれに限定されない。例えば、二次電池26通過直後の電池用送風空気の温度を検出する温度検出手段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手段を採用してもよい。
(2) In the above-described embodiment, the example in which the temperature sensor for detecting the temperature of the main body of the
(3)第3、第4実施形態では、電池用ケーシング32にモード切替ドア38が設けられており、電池用ケーシング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実施形態のように電池用ケーシング32を密閉しても良い。この場合、露点が10℃以下の乾燥空気を電池用ケーシング32に封入することができる。これにより、電池用ケーシング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、電池用蒸発器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、電池用ケーシング32内において電池用蒸発器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。
(3) In the third and fourth embodiments, the example in which the
10 冷凍サイクル
17 空調用蒸発器
24 電池用蒸発器
26 二次電池(電池)
32 電池用ケーシング
33 送風機(電池用送風手段)
34 循環用通風路
10
32
34 Ventilation path for circulation
Claims (6)
前記電池用送風空気を送風する電池用送風手段(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手段(33)を収容すると共に、前記電池用送風空気を前記電池用蒸発器(24)の送風空気出口側→前記電池(26)→前記電池用蒸発器(24)の送風空気入口側の順に循環させる循環用通風路(34)と、前記循環用通風路(34)に外気を導入する外気導入手段(38)を有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い温度になっており、
前記外気導入手段(38)が前記循環用通風路(34)に外気を導入している際には、前記電池用開閉手段(23)が前記電池用蒸発器(24)へ冷媒が流入することを禁止し、
前記外気導入手段(38)が前記循環用通風路(34)に外気を導入していない場合、前記電池用蒸発器(24)における冷媒蒸発温度が0℃以下の温度になっていることを特徴とする冷却システム。 A battery evaporator (24) that cools the blown air for the battery blown toward the battery (26) by evaporating the low-pressure refrigerant, and an air-conditioner that is blown toward the air-conditioning target space by evaporating the low-pressure refrigerant. A vapor compression refrigeration cycle (10) having an air-conditioning evaporator (17) for cooling the blast air and a battery opening / closing means (23) for inhibiting the refrigerant from flowing into the battery evaporator (24 ); ,
Battery blowing means (33) for blowing the battery blowing air;
The battery evaporator (24), the battery (26), and the battery air blowing means (33) are accommodated, and the battery air is supplied from the air outlet side of the battery evaporator (24) to the battery. (26) → A circulation ventilation path (34) that circulates in order of the blowing air inlet side of the battery evaporator (24), and an outside air introduction means (38) that introduces outside air into the circulation ventilation path (34). a chromatic for battery casing (32), provided with,
The refrigerant evaporation temperature in the battery evaporator (24) is lower than the refrigerant evaporation temperature in the air conditioning evaporator (17),
When the outside air introduction means (38) is introducing outside air into the circulation ventilation path (34), the battery opening / closing means (23) causes the refrigerant to flow into the battery evaporator (24). Ban
When the outside air introduction means (38) does not introduce outside air into the circulation ventilation path (34), the refrigerant evaporation temperature in the battery evaporator (24) is a temperature of 0 ° C. or less. And cooling system.
前記電池用送風空気を送風する電池用送風手段(33)と、 Battery blowing means (33) for blowing the battery blowing air;
前記電池用蒸発器(24)、前記電池(26)及び前記電池用送風手段(33)を収容すると共に、前記電池用送風空気を前記電池用蒸発器(24)の送風空気出口側→前記電池(26)→前記電池用蒸発器(24)の送風空気入口側の順に循環させる循環用通風路(34)と、前記循環用通風路(34)に外気を導入する外気導入手段(38)を有する電池用ケーシング(32)と、を備え、 The battery evaporator (24), the battery (26), and the battery air blowing means (33) are accommodated, and the battery air is supplied from the air outlet side of the battery evaporator (24) to the battery. (26) → A circulation ventilation path (34) that circulates in order of the blowing air inlet side of the battery evaporator (24), and an outside air introduction means (38) that introduces outside air into the circulation ventilation path (34). A battery casing (32) having,
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い温度になっていると共に、 The refrigerant evaporation temperature in the battery evaporator (24) is lower than the refrigerant evaporation temperature in the air conditioning evaporator (17), and
前記外気導入手段(38)が前記循環用通風路(34)に外気を導入している際には、前記電池用蒸発器(24)における冷媒蒸発温度が0℃より高い温度となっており、 When the outside air introduction means (38) is introducing outside air into the circulation ventilation path (34), the refrigerant evaporation temperature in the battery evaporator (24) is higher than 0 ° C.,
前記外気導入手段(38)が前記循環用通風路(34)に外気を導入していない場合、前記電池用蒸発器(24)における冷媒蒸発温度が0℃以下の温度になっていることを特徴とする冷却システム。 When the outside air introduction means (38) does not introduce outside air into the circulation ventilation path (34), the refrigerant evaporation temperature in the battery evaporator (24) is a temperature of 0 ° C. or less. And cooling system.
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ことを特徴とする請求項1ないし3の何れか1つに記載の冷却システム。 The refrigeration cycle (10) flows out of a radiator (12) that radiates high-pressure refrigerant, a branching portion (15) that divides the refrigerant flow downstream of the radiator (12), and an air conditioning evaporator (17). Downstream decompression means (22) for decompressing the refrigerant, and a junction (28) for joining the flow of the refrigerant flowing out of the downstream decompression means (22) and the flow of the refrigerant flowing out of the battery evaporator (24) )
The air conditioning evaporator (17) evaporates one of the refrigerants branched at the branch (15),
The cooling system according to any one of claims 1 to 3, wherein the battery evaporator (24) evaporates the other refrigerant branched at the branch portion (15).
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手段と、を備え、
前記電池用目標蒸発温度決定手段は、前記電池温度検出手段(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ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の冷却システム。 Battery temperature detection means (37) for detecting the battery temperature (Tb) of the battery (26);
Battery target evaporation temperature determining means for determining a battery target value (TEOb) of the refrigerant evaporation temperature in the battery evaporator (24),
The battery target evaporation temperature determining means determines to increase the battery target value (TEOb) as the battery temperature (Tb) detected by the battery temperature detecting means (37) increases. The cooling system according to any one of claims 1 to 4 .
前記電池用目標蒸発温度決定手段は、前記複数の電池温度検出手段(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ことを特徴とする請求項5に記載の冷却システム。 A plurality of the battery temperature detection means (37) are provided,
The battery target evaporation temperature determining means determines to increase the battery target value (TEOb) as the variation in the detected values detected by the plurality of battery temperature detecting means (37) increases. 6. A cooling system according to claim 5 characterized in that:
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