JP3149493B2 - 電気自動車用空調装置 - Google Patents

電気自動車用空調装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電気自動車用空調装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】従来の電気自動車は、車室内空調を行う
にあたって、PTCヒータ等の電熱器を利用したりヒー
トポンプサイクルを利用する等の方法を用いており、ま
たその熱源として約数10kgの蓄熱材を利用している
ものもある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし上記のように電
熱器を用いると、それだけ電力を消費することになり、
電力が車両駆動源である電気自動車としては、一度のバ
ッテリー充電に対する走行距離が短くなってしまい、車
両の走行性能の悪化につながるといった問題点がある。
【0004】またヒートポンプサイクルは、電熱器を使
用するのに比べると成績係数(COP)が高いため消費
電力が少くすむが、かなりの低外気温時には暖房能力を
確保することが非常に難しいという問題点がある。
【0005】また、200kg乃至400kgもの重量
を有するバッテリーの他に数10kgの重量を有する蓄
熱材を車両に搭載させることによって低外気温時におけ
る暖房能力を確保する方法もあるが、この場合車両全体
の重量は重くなり、これによって走行性能は悪化する。
また蓄熱材を搭載させている分、車室内のスペースが小
さくなることになり、乗員の快適性を損なうことにもな
る。
【0006】そこで本発明は、上記問題点に鑑み、車両
走行性能を損なうことなく、かつ外気温がかなり低い環
境においても暖房能力を確保し、かつ車室内スペースを
削減しない電気自動車用空調装置を提供することを目的
とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、車両に搭載されるバッテリーを車両駆動源
とした電気自動車に用いられる空調装置において、空気
の温度コントロールを行うとともに、温度コントロール
された空気を車室内前部の吹出口から吹き出す空調ユニ
ットと、前記バッテリーに空気を流す空気通路とを備
え、この空気通路の一端を車室内後部に開口させるとと
もに、他端を前記空調ユニットに接続した電気自動車用
空調装置をその要旨とする。
【0008】
【作用】本発明においては、別個の蓄熱材を利用するこ
となく、電気自動車既存のバッテリーの熱容量そのもの
を利用して車室内空調を行うことができるので、前記別
個の蓄熱材を車両に搭載させることによる車両重量の増
大化を防止することができ、これによって車両の走行性
能の悪化を防止することができる。また車室内スペー
スの削減を防止することができる。また、バッテリーの
空気通路の一端が車室内後部に開口し、他端が空調ユニ
ットに接続した構成であるため、車両前部の吹出口から
吹き出された空気は、車室内後部まで流れた後、上記空
気通路の一端から吸い込まれて空調ユニットに戻され
る。このように、吹出口からの吹出空気が車室内後部ま
で流れることから、車室内全体の温度分布を向上させる
ことができる。 また、吹出口からの吹出空気が車室内後
部まで流れるため、吹出空気が温風の場合は、その空気
の熱を車室内に充分に放熱した状態で上記一端から吸い
込ませることができる。従って、バッテリーを流れる空
気の温度を下げることができ、バッテリー冷却効果を高
めることができる。
【0009】また本発明においては、重量が200kg
乃至400kgにも及ぶバッテリーの熱容量を利用する
ことによって、外気温がかなり低い場合においても車室
内を有効に暖房することができる。
【0010】
【発明の効果】以上述べたように、本発明では車両の走
行性能の悪化を防止することができ、また外気温がかな
り低いような環境においても多大な電力を消費すること
なく車室内を暖房することができる。また車室内スペ
ースの削減化を防止することができるので、車室内の乗
員の快適性を向上させることができる。また、車室内前
部の吹出口から吹き出された空気が車室内後部まで流れ
た後にバッテリの空気通路に吸い込まれるため、車室内
全体の温度分布を向上させることができるとともに、バ
ッテリー冷却効果を高めることができる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の第1実施例を図に従って説明
する。図1は本発明電気自動車用空調装置の第1実施例
の全体構成を示した概略図である。
【0012】図1に示すように、車体1の内部には電気
自動車用空調装置を収納する空調ダクト2が設けられて
いる。空調ダクト2には、空気を内気吸入口3aから吸
入するか外気吸入口3bから吸入するかを切り替える内
外気切替ダンパ3が配設されている。
【0013】内外気切替ダンパ3の下流側には空気の冷
却除湿または加熱を行う室内熱交換器4が配設されてい
る。室内熱交換器4が空気を冷却除湿するか加熱するか
は、室内熱交換器4と室外熱交換器5と図示しないコン
プレッサおよびエキスパンションバルブから構成される
冷凍サイクルにおける冷媒の循環方向を切り替えること
によって容易に実現できる。またブロワ12が内外気切
替ダンパ3と室内熱交換器4との間に配設されており、
このブロワ12の回転によって空気を送風するようにな
っている。
【0014】室内熱交換器4によって温度コントロール
された空気は、空調ダクト2の下流に形成されたフェイ
ス吹出口6またはフット吹出口7または図示しないデフ
ロスタ吹出口から吹き出される。フェイス吹出口6から
は乗員の上半身へ向かって主に冷風が吹き出される。フ
ット吹出口7からは乗員の足元へ向かって主に温風が吹
き出される。図示しないデフロスタ吹出口からはフロン
トガラスへ向かって吹き出される。なお、本実施例で
は、空調ダクト2内に室内熱交換器4、ブロワ12等を
設けた構成にて、請求項1記載の発明における空調ユニ
ットを構成している。
【0015】車体1内部には、一端が後部座席の後ろ側
部位に開口し、他端が空調ダクト2の内気吸入口3aに
接続された延長ダクト2aが設けられており、この延長
ダクト2aは座席の下方に延在して設けられている。
して、上記各吹出口から吹き出された空気は、延長ダク
ト2aに形成された吸入口8から吸い込まれ、延長ダク
ト2a内に多数搭載されたバッテリー9が発する熱によ
って温められながら再び内気吸入口3aを介して空調ダ
クト2内に入り込み、室内熱交換器4によって温度コン
トロールされる。なお、本実施例では、バッテリー9の
電力を車両駆動源としている。また、バッテリー9が多
数搭載されている部分の延長ダクト2aは、バッテリー
9が発する熱を保温するために断熱材にて構成されてい
る。また、吸入口8は後部座席のサイドに設けられてい
る。
【0016】また図中10はバッテリー9からの電力の
供給によって発熱するPTCヒータである。次にバッテ
リー9について図2を用いて説明する。ここで図2は、
図1で示した延長ダクト2aの吸入口8部分およびバッ
テリー9が搭載されている部分を模式的に示した模式斜
視図である。なお、図2では便宜上、PTCヒータ10
の図示は省略した。
【0017】バッテリー9は図2に示すように延長ダク
ト2a内に多数搭載されており、これらバッテリー9の
総重量は約400kgである。また、バッテリー9はそ
の約68%が鉛で構成され、29%が硫酸を含む電解液
から構成され、その他は樹脂等で構成されている。そし
てバッテリー9の比熱は約0.2kcal/℃kgである。ま
たバッテリー9には、外部の媒体との熱交換を促進する
ためにフィン9aが形成されている。
【0018】次に上記構成における作動を説明する。外
気温がかなり低い冬場のような場合には、室内熱交換器
4をコンデンサとして機能させ、室外熱交換器5をエバ
ポレータとして機能させるいわゆるヒートポンプサイク
ルを用いて車室内を暖房するが、これでも暖房能力とし
ては不十分な場合がある。
【0019】ところで、バッテリー9は前述のように鉛
および電解液からなる非常に比熱の大きいものであり、
かつその重量は400kgにもなる大きなものなので、
その熱容量は非常に大きなものとなる。このように非常
に熱容量が大きなバッテリー9は、自身が発した熱を長
時間保温することができるので、例えば夜間等に家庭用
電源から充電しておけば、朝方にはかなり温かい状態と
なっている。また延長ダクト2aは断熱材にて構成され
ているので、その保温効果は一層高まる。
【0020】そこで第1実施例では、吸入口8から吸い
込んだ空気を、前記充電によって温まっているバッテリ
ー9が多数搭載されている部分を通過させる。そして空
気はバッテリー9が発する熱によって加熱され、ブロワ
12によって吸い込まれて室内熱交換器4を通って車室
内に再び吹き出される。その結果、朝方のエアコン始動
時にはすぐに温風を吹き出すことができる。また、前述
したヒートポンプサイクルで不十分な暖房能力を補うこ
とができる。また、バッテリー9は自身の熱を長時間保
温することができるので、バッテリー9によって空気を
加熱することを長時間繰り返し続けることができる。
【0021】以上詳述したように、第1実施例ではバッ
テリー9の熱容量を利用して車室内を空調するので、周
囲の外気温がかなり低くてもヒートポンプサイクルによ
る暖房不足分を容易に補うことができる。また、バッテ
リー9の熱容量を暖房の熱源として利用することによっ
て、別個に蓄熱材を搭載する必要がなくなるので、車両
重量の増大化を防止することができ、その結果、車両の
走行性能を向上させることができ、また車室内スペース
の削減化を防止することができる。また、バッテリーの
空気通路の一端が車室内後部に開口し、他端が空調ユニ
ットに接続した構成であるため、車両前部の吹出口から
吹き出された空気は、車室内後部まで流れた後、上記空
気通路の一端から吸い込まれて空調ユニットに戻され
る。このように、吹出口からの吹出空気が車室内後部ま
で流れることから、車室内全体の温度分布を向上させる
ことができる。 また、吹出口からの吹出空気が車室内後
部まで流れるため、吹出空気が温風の場合は、その空気
の熱を車室内に充分に放熱した状態で上記一端から吸い
込ませることができる。従って、バッテリーを流れる空
気の温度を下げることができ、バッテリー冷却効果を高
めることができる。
【0022】また図1に示すように、第1実施例では空
調ダクト2内にPTCヒータ10を載しているが、夜間
等にバッテリー9を充電しながらかつPTCヒータ10
を使ってバッテリー9を温めれば、さらに短時間でバッ
テリー9を充分に温められることになる。またエアコン
作動中にPTCヒータ10をオンすれば、更に高温の温
風を得ることができる。
【0023】また、バッテリー9の充電時に、例えばヒ
ートポンプサイクルによって得られた温かい車室内空気
をバッテリー9部分に通すことによってバッテリー9を
温めることも可能である。また、バッテリー9を充電し
た後、車両を長期間放置したことによってバッテリー9
が冷えてしまった場合、バッテリー9本来の性能が充分
に発揮されないこともあるが、上記の説明のように温か
い車室内空気をバッテリー9部分に通してバッテリー9
を温めることによって、バッテリー9の性能回復を促進
させることもできる。
【0024】また、吸入口8を後部座席右方のリアトレ
イに設けても良い。また本発明では、上記第1実施例の
ようにバッテリー9のみを蓄熱材として利用するだけで
なく、図3に示すように、バッテリー9と補助エンジン
19とを蓄熱材として利用する第2実施例も可能であ
る。
【0025】この場合の熱系を示す具体的回路構成を図
4に示す。図4中11はバッテリー9を収納する保温ケ
ース(図5参照)であり、13aないし13fは外部か
らの信号によって開閉する電磁弁である。14は電動ポ
ンプであり、15は空調ダクト2内に配設されたヒータ
コアである。16は、減圧器18とコンプレッサ17と
の間を連結した冷媒配管を収納する水冷媒熱交換器であ
る。
【0026】例えば電磁弁13aを開いて電磁弁13b
を閉じ、かつ電磁弁13cを閉じて電磁弁13dを開け
ば、エンジン冷却水はバッテリー9を収納する保温ケー
ス11、ヒータコア15、電動ポンプ14、PTCヒー
タ10、および保温ケース11といった循環経路を流れ
る。ここでバッテリー9を前もって蓄熱しておけば、エ
ンジン冷却水はこの循環経路を流れる際にバッテリー9
の熱容量によって温められる。そしてヒータコア15に
空気を通風させれば車室内に温風を吹き出させることが
できる。またこの場合、PTCヒータ10でエンジン冷
却水を更に温めても良い。
【0027】また電磁弁13aを開いて13bを閉じ、
かつ13cを開いて13dを閉じれば、エンジン冷却水
は保温ケース11、水冷媒熱交換器16、電動ポンプ1
4、PTCヒータ10、および保温ケース11といった
循環経路を流れる。そして、電磁弁13eを閉じて13
fを開けば、冷媒は水冷媒熱交換器16、コンプレッサ
17、室内熱交換器4、減圧器18、および水冷媒熱交
換器16といった循環経路を流れる。
【0028】そして、保温ケース11内のバッテリー9
の熱容量を利用してエンジン冷却水を温めれば、水冷媒
熱交換器16内を流れる冷媒は水冷媒熱交換器16内を
流れる温かいエンジン冷却水から吸熱し、その結果、室
内熱交換器4における空気加熱能力を高めることができ
る。またこの場合、電磁弁13eおよび13fを開い
て、水冷媒熱交換器16がエンジン冷却水から吸熱する
と同時に室外熱交換器5が外気から吸熱するようにして
も良い。また、エンジン冷却水をPTCヒータ10で更
に温めても良い。
【0029】また、補助エンジン19を前もって温めて
おいたりまたはエンジンを駆動したときに発した熱を蓄
熱しておけば、電磁弁13aないし電磁弁13fの切替
によって、補助エンジン19、ヒータコア15、電動ポ
ンプ14、PTCヒータ10、および補助エンジン19
といった循環経路を形成したり、また補助エンジン1
9、水冷媒熱交換器16、電動ポンプ14、PTCヒー
タ10、および補助エンジン19といった循環経路を形
成することによって、前述のようなしくみによって能率
的に車室内に温風を吹き出させることができる。
【0030】上記説明では、図4中電磁弁13aおよび
13bのうちどちらか一方を閉じたが、両方とも開いて
バッテリー9の熱容量および補助エンジン19の熱容量
を同時に利用しても良い。またこの場合についても、P
TCヒータ10によってエンジン冷却水を温めても良
い。また温度センサ20aおよび20bからの温度信号
に基づいて、バッテリー9および補助エンジン19のう
ち温度の高い方の熱容量を利用するようにしても良い。
【0031】また、上記第2実施例ではヒータコア15
または水冷媒熱交換器16に対してバッテリー9と補助
エンジン19とが並列になるように構成したが、直列に
なるように構成しても良い。
【0032】また上記第2実施例ではバッテリー9およ
び補助エンジン19の熱容量をエンジン冷却水の加熱に
利用したが、第1実施例のようにバッテリー9の熱容量
を空気加熱に利用し、補助エンジン19の熱容量をエン
ジン冷却水の加熱に利用しても良い。
【0033】また、図1に示す空調装置にてきれいな外
気を導入した場合、この外気は室内熱交換器4のみで加
熱されるだけである。故に外気がかなりの低温である場
合、室内熱交換器4の加熱能力だけでは充分な温風をつ
くり出すことができない。そこでこのような場合には、
第3実施例として図6に示すように、内外気切替ダンパ
3を内気循環側にして、かつ外気導入専用ダンパ21を
開いてきれいな外気を導入し、図示しない排出口から空
気を排出するようにする。こうすることによって低温の
外気はバッテリー9によって温められ、その後室内熱交
換器4によって更に温められるので、きれいな外気を充
分に温めてから車室内へ吹き出すことができる。
【0034】また、上記の説明のように温まっているバ
ッテリー9に空気またはエンジン冷却水等の媒体を循環
させる方式の他に、電解液自身が循環する液循環式バッ
テリーを用いても同様の効果が得られる。
【0035】また上記実施例では、バッテリー9または
補助エンジン19が蓄熱した熱を利用して車室内暖房を
行う場合の説明であったが、外気温または内気温がバッ
テリー9の温度または補助エンジン19の温度よりも低
い場合にはバッテリー9または補助エンジン19を蓄冷
材として利用することも可能である。
【0036】なお、上記実施例では、バッテリー9にて
温められた空気を各吹出口から車室内に吹き出すための
ブロワ12、バッテリー9にて温められたエンジン冷却
水を熱源とするヒータコア15、バッテリー9にて温め
られたエンジン冷却水を吸熱源とする室外熱交換器5、
室内熱交換器4、コンプレッサ17、および減圧器18
から成るヒートポンプサイクル、および水冷媒熱交換器
16等にて空調手段を構成している。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明第1実施例の全体構成を示す概略図であ
る。
【図2】図1で示したダクトの一部を示す模式斜視図で
ある。
【図3】第2実施例の全体構成を示す概略図である。
【図4】上記第2実施例の熱系を示す回路構成図であ
る。
【図5】上記第2実施例におけるバッテリーおよびこれ
を収納する保温ケースを示す斜視図である。
【図6】第3実施例の全体構成を示す概略図である。
【符号の説明】 空調ダクト(空調ユニット) 2a 延長ダクト(空気通路)室内熱交換器(空調ユニット) フェイス吹出口 フット吹出口 吸入口 9 バッテリー 12 ブロワ(空調ユニット)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本多 桂太 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本 電装株式会社内 (56)参考文献 特開 昭55−119515(JP,A) 特開 昭49−113338(JP,A) 特開 昭52−35023(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B60H 1/03 - 1/22

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 車両に搭載されるバッテリーを車両駆動
    源とした電気自動車に用いられる空調装置において、 空気の温度コントロールを行うとともに、温度コントロ
    ールされた空気を車室内前部の吹出口から吹き出す空調
    ユニットと、 前記バッテリーに空気を流す空気通路とを備え、 この空気通路の一端を車室内後部に開口させるととも
    に、他端を前記空調ユニットに接続した ことを特徴とす
    る電気自動車用空調装置。
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