JP2022546954A - 車両内のバッテリーの温度及び室内空気調和装置の温度の統合的制御システム - Google Patents
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Abstract
システム(10)は、電力を出力するように構成されたバッテリー(12)と、車両の内部又はキャビンと熱交換関係にある空気調和装置(44)と、液体が流通するように構成された温度調整回路(14)とを備える。回路(14)は、温度を制御するためにバッテリー(12)と熱交換関係にある作動路(16)と、作動路(16)と並行して接続され、空気調和装置(44)と熱交換関係にある内部加熱路(42)とを備える。また、非可逆的に冷凍サイクルにかけることができる流体が流通するように構成された冷凍回路(18)もある。冷凍回路は、順に、凝縮器(20)と蒸発器(22)とを備え、これらは、作動路(16)を通って流れるように意図された液体をそれぞれ加熱及び冷却するための温度調節回路(14)のそれぞれ加熱路(32)と冷却路(34)と熱交換関係にある。調和装置(44)は、内部加熱路(42)において温度調節回路(14)と熱交換関係にある第1加熱モジュール(202)と、蒸発器(22)と並列に接続されたスピルダクト(206)において冷凍回路(18)と熱交換関係にある第2冷却モジュール(204)とを備える。
Description
本発明は、車両内のバッテリーの温度及び室内空気調和装置の温度の統合的制御システムに関する。
車両には、そのような車両に搭載された装置や機器に電力を供給するバッテリーが装備されていることが一般に知られている。特に、いくつかの現代の用途では、車両を少なくとも部分的に推進するために、例えば電気自動車又は「ハイブリッド」自動車に電力も供給される。
同様に室内を冷却するためにバッテリー冷却システムを使用することができるようにするために、通常、バッテリーと並列に取り付けられた水冷器が使用される。しかし、これは、室内を調整するために使用される水の温度がバッテリーに送られる水の温度よりも低くなければならないという点で、水温制御に懸念されるような問題を引き起こす。また、1台の水交換器では車両のフロントガラスの曇りを取り除く効果的な曇り除去機能を設けることができない。
本発明の1つの目的は、車両内のバッテリーの温度及び室内空気調和装置の温度の統合的制御システムを提供することであって、このようなシステムは従来技術が被る問題を解決することができ、簡単かつ経済的な方法で製造することができる。
本発明によれば、この目的及び他の目的は、添付の独立請求項に記載された技術的特徴を有するシステムによって達成される。
特に、内部加熱路における温度調節回路と熱交換関係にある第1加熱モジュールを含む調整装置と、蒸発器と並列に接続されたスピルダクトにおける冷凍回路と熱交換関係にある第2冷却モジュールとを使用することにより、バッテリーの温度及び室内空気調和装置の温度に対する効果的な統合制御を達成することが可能となる。
添付の請求項は、本発明の以下の詳細な説明において提供される技術的教示の不可欠な部分であることが理解される。特に、添付の従属請求項は、いくつかの任意選択の技術的特徴を含む本発明のいくつかの好ましい実施形態を定義する。
本発明のさらなる特徴及び利点は、単に非限定的な例として提供され、特に以下に要約される添付の図面を参照して、以下の詳細な説明に照らして明らかになるであろう。
添付図面を参照すると、符号10は、バッテリ-の温度及び室内空気調和装置の温度の統合的制御システムを全体として示す。
当業者には明らかなように、システム10は、任意のカテゴリ及びタイプの動力車で使用するように構成することができる。例えば、前記動力車は、人又は物を輸送するための自動車、商業車、産業用車両、軍用車両、建築現場車両、スポーツカー、スポーツユーティリティ車両(SUV)、農業機械、列車、バスなどであってもよい。このような車両は、内燃機関、電気モータ、又は「ハイブリッド」推進システムによって推進することができる。
システム10は電力を出力するように構成されたバッテリー12(又は複数のバッテリー)を備え、その温度を動作条件に従って制御する必要があり、特に、上昇又は低下させる必要がある。
当業者には明らかなように、バッテリー12は、温度を制御することが必要であるか、又は望ましい任意のタイプのバッテリーであってもよい。特に、バッテリー12は、システム10が搭載されている車両に電力を供給するように構成されている。例えば、バッテリーが供給することができる電力は、システムが搭載された車両を推進するために少なくとも部分的に使用することができる。
システム10は更に、実線で図示された温度調節回路14を備えている。温度調節回路14は、システム10の動作条件に応じて、特に、それぞれ加熱及び冷却のために、バッテリー12と熱的に相互作用するのに適した、任意の液体、例えば、水が流通するように構成される。
詳細を以下に説明するように、温度調節回路14は互いに選択的に連通するように構成された複数のダクト又は分岐を備え、それにより、そこを流れる液体のための複数の経路を画定する。
温度調節回路14は、バッテリー12と熱交換関係にある作動路16を備え、その温度を制御する。このようにして、作動路16を通って流れる液体は、バッテリー12と熱的に相互作用することができる。特に、作動路16を通って流れる液体は、バッテリー12の温度と比較した液体の温度に応じて、それぞれ、バッテリー12に熱を与え、バッテリー12から熱を受け取ることができる。
システム10はさらに、破線で図示されている冷凍回路18を備えている。冷凍回路18は、以下に詳細に説明するように、非可逆的に冷凍サイクルにかけることができ、また温度調節回路14と共動する流体が流通するように構成されている。
冷凍回路18は、凝縮器20と蒸発器22とを備える。例として本明細書に図示されている実施形態では、冷凍回路18は、凝縮器20の下流で蒸発器22の上流に接続された膨張弁又はラミネーション弁24と、蒸発器22の下流で凝縮器20の上流に接続された圧縮器26とを備えている。
好ましくは、冷凍回路18はさらに、凝縮器の下流で膨張弁又はラミネーション弁24の上流に接続されたアキュムレータ28を備える。さらに、本明細書に図示されている例示的な実施形態では、冷凍回路が、凝縮器20の下流(特に、アキュムレータ28の下流に位置する箇所)で膨張弁又はラミネーション弁24の上流に接続されたドライヤ30を備えている。
凝縮器20は温度調節回路14の加熱路32と熱交換関係にあり、蒸発器22は温度調節回路14の冷却路34と熱交換関係にある。
調和装置44は、第1加熱モジュール202と第2冷却モジュール204とを備える。加熱モジュール202は、内部加熱路42において温度調節回路14と熱交換関係にある。第2冷却モジュール204は、蒸発器22と並列に接続されたスピルダクト206において、冷凍回路18と熱交換関係にある。このような特徴は、バッテリーの温度及び車両の室内空気調和装置の温度を制御するための有利な統合を可能にする。
特に、第1加熱モジュール202と第2冷却モジュール204とは、流体圧的に、より具体的には直列に共に協働して、内部又はキャビンとの熱交換を効果的にする。一例として、及び以下で明らかにされるように、第1加熱モジュール202は、システム10が搭載される車両のフロントガラスに熱を供給することが少なくとも部分的に可能であってもよい。
本明細書に示される実施形態では、システム10が温度調節回路14に関連する弁アセンブリ36を備える。弁アセンブリ36は、特にバッテリー12で生じる熱交換を参照して、加熱構成及び冷却構成を選択的にとることによって、温度調節回路14に作用するように構成される。例えば、弁アセンブリ36の動作、さらに特には加熱構成と冷却構成との間の切り換えは、システム10に含まれる制御装置又はモジュール(図示せず)によって、所定の又は操作者が定義する基準に従って制御することができる。
非限定的な実施例として、図2のシステム10では加熱構成において弁アセンブリ36と共に示されているが、図3のシステム10では冷却構成において弁アセンブリ36と共に示されている。
好ましくは、システム10が、それぞれ作動状態及び非作動状態をとるように構成されたスピル弁装置208をさらに備える。作動状態では、スピル弁装置208が冷凍回路18から来る前記流体の少なくとも一部の流れを可能にする。非作動状態では逆に、スピル弁装置208はスピルダクト206を通って冷凍回路18から流入する前記流体の流れを阻止する。以下の説明では、弁アセンブリ36の可能な構成におけるスピル弁装置208の他の可能な動作モードについても説明する。
本明細書示される実施形態では、スピル弁装置208が凝縮器20の下流で蒸発器22の上流に接続されている。
本明細書に示される実施形態では、スピル弁装置208が冷凍回路18の膨張弁又はラミネーション弁24の上流に接続される。特に、スピル弁装置208は、冷凍回路18のアキュムレータ28の下流に接続されている。より詳細には、スピル弁装置208は、冷凍回路18のドライヤ30の下流に接続される。
当業者には明らかなように、スピル弁装置208の実現に関しては、いくつかの異なる選択肢が利用可能である。1つの可能な例によれば、スピル弁装置208は、それぞれ、冷凍回路18からスピルダクト206への流体の流れを阻止し、及び許容するように構成された遮断弁を含んでもよく、このような場合、スピル装置208は、選択的な方法でそれぞれのスピルダクト206を通る流体の流れに作用する。さらなる可能な例によれば、スピル弁装置208は流量制御弁を備えることができ、そのような場合、スピル装置208はそれぞれのスピルダクト206を通る流体の流れに比例して作用し、車両の室内又はキャビンの冷却及びバッテリー12の冷却に関する同時の必要性に応じて、冷却回路18からの流体の量の調節可能な取り込みを可能にする。
好ましくは、空気調和装置44は、スピルダクト206内に配置された補助膨張弁又はラミネーション弁210をさらに備える。図示の実施形態では、補助膨張弁又はラミネーション弁210は、スピル弁装置208の下流で、第2冷却モジュール204の上流に配置されている。
図2では、システム10が、加熱構成における弁アセンブリ36と共に示されている。加熱構成では、弁アセンブリ36が、温度調節回路14内に作動路16と加熱路32との間の液体用閉加熱経路を画定する。図2においてAとして示されている黒い矢印によって示されている閉加熱経路は、残りの温度調節回路14と比較して太線で表されている。
図3において、システム10が、冷却構成における弁アセンブリ36と共に示されている。冷却構成では、弁アセンブリ36が、温度調節回路14内に作動路16と冷却路34との間の液体用閉冷却経路を画定する。図3においてBとして示されている黒い矢印によって示されている閉冷却経路は、残りの温度調節回路14と比較して太線で表されている。
典型的には、加熱構成は、冬期に車両内で、又はいずれにしてもより低い動作温度で使用される。反対に、冷却構成は、夏期に車両内で、又はいずれにせよより高い動作温度で使用される。
好ましくは、温度調節回路14は、ラジエータ40と熱交換関係にある熱安定化路38を備える。例えば、ラジエータ40は、システム10が搭載されることが意図されている車両のラジエータであってもよい。
特に、図2に示される加熱構成では、弁アセンブリ36は、温度調節回路14において、太線で描かれ、液体に対してA’として示される、さらなる閉冷却経路を画定する。さらなる閉冷却経路A’は、冷却路34と熱安定化路38とを共に接続することによって画定される。本明細書に図示される実施形態では、このような加熱構成において、弁アセンブリ36は、バッテリー12に関連する閉加熱経路Aと、ラジエータ40に関連するさらなる閉冷却経路A’とを同時に画定し、このような閉経路A及びA’は互いに分離している。
特に、図3に示す冷却構成では、弁アセンブリ36は、温度調節回路14において、太線で描かれ、液体に対してB’として示される、さらなる閉加熱経路を画定する。さらなる閉加熱経路B’は、加熱路32と熱安定化路38とを共に接続することによって画定される。本明細書に図示される実施形態では、このような冷却構成において、弁アセンブリ36は、バッテリー12に関連する閉冷却経路Bと、ラジエータ40に関連するさらなる閉加熱経路B’とを同時に画定し、このような閉経路B及びB’は互いに分離している。
本明細書に図示される実施形態では、加熱構成(図2)において、スピル弁装置208は非作動状態をとるように構成される。このようにして、冷凍回路18から流体が取り込まれず、特に冬期の間には、車両の室内を冷却することが一般的に必要とされないからである。したがって、第2冷却モジュール204は室内を冷却するために起動されないが、第1加熱モジュール202は室内を加熱するために起動される。
図示の実施形態では、冷却構成(図3)において、スピル弁装置208は作動状態をとるように構成される。このようにして、冷凍回路18から流体が取り込まれ、特に夏期の間には、車両の室内を冷却することが一般的に必要となるためである。同時に、第2冷却モジュール204は起動されるが、第1加熱モジュール202は一般的に起動されない。しかしながら、以下に明らかになるように、車両のフロントガラスの曇りを取る必要がある場合、典型的には短時間の間、弁アセンブリ36を適切に制御することによって、第1加熱モジュール202も選択的に作動させることが可能であり、そのような場合、第1加熱モジュール202と第2冷却モジュール204とは同時に動作するであろう。
本明細書に示される実施形態では、特に弁アセンブリ36が図2に示す加熱構成にあるときに、内部加熱路42が作動路16と並列に接続されるように構成される。
本明細書に示す実施形態では、弁アセンブリ36が加熱構成にあるときに、システム10は、閉加熱経路内の液体の強制循環を誘導するように構成された加熱ポンプ装置46をさらに備える。特に、加熱ポンプ装置46が加熱路32内に配置されている。
本明細書に示す実施形態では、弁アセンブリ36が冷却構成にあるときに、システム10は、閉冷却経路内の液体の強制循環を誘導するように構成された冷却ポンプ装置48をさらに備える。特に、冷却ポンプ装置48が冷却路34内に配置されている。
好ましくは、弁アセンブリ36は、加熱弁50と、冷却弁52と、戻り切替弁54とを備える。加熱弁50は、加熱路32と作動路16との間に配置されている。冷却弁52は、冷却路34と作動路16との間に配置されている。戻り切換弁54は、作動路16の下流であって、加熱路32及び冷却路34の上流に配置されている。
本明細書に示す実施形態では、加熱弁50も切換弁であり、加熱路32の下流であって、作動路16及び熱安定化路38の上流に配置されている。
本明細書に示す実施形態では、冷却弁52も切換弁であり、冷却路34の下流であって、作動路16及び熱安定化路38の上流に配置されている。
特に、図2に示す弁アセンブリ36の加熱構成では:
- 加熱弁50は、加熱路32と熱安定化路38との間の液体の流れを好ましくは阻止しながら、加熱路32と作動路16との間の液体の流れを可能にする;
- 冷却弁52は、冷却路34と熱安定化路38との間の液体の流れを好ましくは可能にしながら、冷却路34と作動路16との間の液体の流れを阻止し;
- 戻り切換弁54は、作動路16と加熱路32との間の液体の流れを選択的に可能にし、したがって、冷却路34を迂回する。
特に、図3に示す弁アセンブリ36の冷却構成では:
- 加熱弁50は、加熱路32と熱安定化路38との間の液体の流れを好ましくは可能にしながら、加熱路32と作動路16との間の液体の流れを阻止し;
- 冷却弁52は、冷却路34と熱安定化路38との間の液体の流れを好ましくは阻止しながら、冷却路34と作動路16との間の液体の流れを可能にし;
- 戻り切換弁54は、作動路16と冷却路34との間の液体の流れを選択的に可能にし、したがって、加熱路32を迂回する。
本明細書に示される実施形態では、弁アセンブリ36は、それぞれ加熱構成において及び冷却構成において、内部加熱路42及び作動路16に向かう流れを制御するように構成された中間弁装置をさらに備える。
特に、中間弁装置は、加熱路32及び加熱弁50の下流に配置されている第1中間弁56を備える。また、第1中間弁56は、互いに並列に接続された内部加熱路42及び作動路16の上流に配置されている。第1中間弁56は、加熱構成において、加熱路32から来て内部加熱路42及び作動路16に向かう流体の流れを制御するように構成される。好ましくは、第1中間弁56は、加熱構成において、内部加熱路42と作動路16との間で液体の流れを分配するように構成された流量制御弁(例えば、比例弁)である(例えば、内部加熱路42及び作動路16のいずれか一方への液体の流れのみを可能にし、流れの一部を内部加熱路42に及び流れの他方の部分を作動路16にそれぞれ分配する)。逆に、第1中間弁56は、冷却構成において、加熱路32から内部加熱路42に向かう液体の流れを阻止する。
特に、中間弁装置は、冷却路34及び冷却弁52の下流に配置されている第2中間弁58を備える。また、第2中間弁58は、互いに並列に接続された内部加熱路42と作動路16との間に接続されている。第2中間弁58は、冷却構成において、冷却路34から来て内部加熱路42及び作動路16に向かう流体の流れを制御するように構成される。好ましくは、第2中間弁58は、冷却構成において、冷却路34と作動路16とを選択的に連通させ、内部加熱路42を通る液体の流れを阻止する切換弁である。逆に、第2中間弁58は、加熱構成において、冷却弁52の下流で、冷却路34と作動路16との間の連通を選択的に阻止する。
前述のように、冷却構成では、少なくとも一時的に、第1加熱モジュール202を起動させることによって、車両のフロントガラスの曇りを取る必要がある場合がある。図示の実施形態では、このような起動は、弁アセンブリ36、特に中間弁装置、例えば第2中間弁58に作用することによって行われる。この場合、第2中間弁58は、通常の状態(図3に示す)と、曇り除去状態(図示せず)とをそれぞれとるように構成されてもよい。それぞれ、通常状態は内部加熱路を通る液体の流れを阻止し、曇り除去状態(図示せず)は閉冷却経路B内の作動路16と並行した内部加熱路42を通る液体の流れを可能にする。したがって、曇り除去状態では、第1加熱モジュール202が起動する。液体は、バッテリー12の温度を低下させることができるように冷却されるが、第2加熱モジュール204に作用する流体よりも高い温度を有し、車両のフロントガラスの加熱に寄与することができ、それによって、効果的に曇り除去する。
本明細書に示す実施形態では、弁アセンブリ36は、熱安定化路38を加熱路32に、及び冷却路34にそれぞれ接続するように構成された、一対の再循環弁60、62、例えば一対の切換弁、及びバイパス弁64、例えば遮断弁をさらに備える。
本明細書に示す実施形態では、弁アセンブリ36は、熱安定化路38を加熱路32に、及び冷却路34にそれぞれ接続するように構成された、一対の再循環弁60、62、例えば一対の切換弁、及びバイパス弁64、例えば遮断弁をさらに備える。
加熱構成では、以下のことが起こる:
- 第1再循環弁60は、冷却路34(冷却弁52の下流)及び熱安定路38を、順次、相互液体連通状態とし、
- 第2再循環弁62は、戻り弁54及び加熱路32の出力路を、順次、相互液体連通状態とし、
- バイパス弁64は熱安定化路38(再循環弁62の上流)及び冷却路34を、順次、相互液体連通状態とする。
冷却構成では、以下のことが起こる:
- 第1再循環弁60は、熱安定化路38及び加熱路32を、順次、相互液体連通状態とし、
- 第2再循環弁62は、加熱路32(加熱弁50の下流)及び熱安定化路38を、順次、相互液体連通状態とし、
- バイパス弁64は、熱安定化路38(再循環弁62の下流)と冷却路34との間の液体連通を阻止する。
もちろん、本発明の原理を損なうことなく、実施形態の態様及び実施の詳細は、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の範囲から逸脱することなく、非限定的な例として本明細書に記載及び図示されたものから広範囲に変更してもよい。
Claims (14)
- 少なくとも1つのバッテリー(12)の温度及び車両の室内空気調和装置(44)の統合的制御システム(10)であって、当該システムが:
電力を出力するように構成された少なくとも1つのバッテリー(12)と;
車両の室内又はキャビンと熱交換関係にある空気調和装置(44)と;
液体が流通するように構成され、
その温度を制御するように、前記バッテリー(12)と熱交換関係にある作動路(16)と、
前記作動路(16)と並列に接続され、前記空気調和装置(44)と熱交換関係にある内部加熱路(42)と、
を備える熱制御回路(14)と;
前記システムは非可逆的に冷凍サイクルにかけることができる流体が流通するように構成された冷凍回路(18)をさらに備え、前記冷凍回路は順に凝縮器(20)と蒸発器(22)とを備え、これらは、前記作動路(16)を通って流れるように意図された前記液体をそれぞれ加熱及び冷却するための前記熱調節回路(14)のそれぞれ加熱路(32)と冷却路(34)と熱交換関係にあることを特徴とし;
前記調和装置(44)は、前記内部加熱路(42)において前記温度調節回路(14)と熱交換関係にある第1加熱モジュール(202)と;
前記蒸発器(22)と並列に接続されたスピルダクト(206)において前記冷凍回路(18)と熱交換関係にある第2冷却モジュール(204)と、を備えることを特徴とする、システム。 - 作動状態及び非作動状態をそれぞれとるように構成されたスピル弁装置(208)をさらに備え、前記スピル弁装置(208)は、それぞれ、前記流体の少なくとも一部の流れを可能にし、前記スピルダクト(206)を通る前記冷凍回路(18)からの前記流体の流れを阻止する、請求項1に記載のシステム。
- 前記スピル弁装置(208)は、前記凝縮器(20)の下流であって、前記蒸発器(22)の上流に接続されている、請求項2に記載のシステム。
- 前記スピル弁装置(208)は、前記冷凍回路(18)の膨張弁又はラミネーション弁(24)の上流に接続されている、請求項2に記載のシステム。
- 前記スピル弁装置(208)は、前記冷凍回路(18)のアキュムレータ(28)の下流に接続されている、請求項4に記載のシステム。
- 前記スピル弁装置(208)は、前記冷凍回路(18)のドライヤ(30)の下流に接続されている、請求項5に記載のシステム。
- 前記スピル弁装置(208)は、前記冷凍回路(18)から前記スピルダクト(206)への流体の流れをそれぞれ阻止し、かつ許容するように構成された遮断弁である、請求項2~6のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記スピル弁装置(208)は流量制御弁である、請求項2~6のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記空気調和装置(44)は、前記スピルダクト(206)内に配置された補助膨張弁又はラミネーション弁(210)をさらに備える、請求項2~8のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記補助膨張弁又はラミネーション弁(210)は、前記スピル弁装置(208)の下流であって、前記第2冷却モジュール(204)の上流に配置されている、請求項9に記載のシステム。
- 前記温度調節回路(14)に関連する弁アセンブリ(36)であって、
加熱構成であって、前記弁アセンブリ(36)が、前記温度調節回路(14)において、前記作動路(16)と前記加熱路(32)との間の液体のための閉加熱経路(A)を画定する、加熱構成と、
冷却構成であって、前記弁アセンブリ(36)が、前記温度調節回路(14)において、前記作動路(16)と前記冷却路(34)との間の液体のための閉冷却経路(B)を画定する、冷却構成と、
を選択的にとるように構成された弁アセンブリ(36)をさらに備える、請求項2~10のいずれか1項に記載のシステム。 - 前記加熱構成において、前記スピル弁装置(208)は前記非作動状態にあり、前記冷却構成において、前記スピル弁装置(208)は前記作動状態にある、請求項11に記載のシステム。
- 前記弁アセンブリ(36)は、正常状態及び曇り除去状態をとるように構成された中間弁装置(56、58)を含み、前記冷却構成では、前記作動路(16)と並行する前記内部加熱路(42)を通る液体の流れをそれぞれ阻止し、かつ可能にする、請求項12に記載のシステム。
- 前記モジュール(202、204)は、前記室内又はキャビンとの熱交換を達成するために、互いに直列に接続され、流体圧的に協働する、請求項1から13のいずれか1項に記載のシステム。
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