(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１圧力の作動流体を受容し、前記第１圧力よりも高い第２圧力に前記作動流体を圧縮する圧縮器、四方弁、第１熱交換器、膨張装置、および第２熱交換器を含み、密封された流体経路を確定し、作動流体が循環する第１流体回路を含むバッテリー加熱冷却システムにおいて、
前記四方弁は、前記圧縮器からの前記作動流体を受容し、第１流体経路を通る前記作動流体を許容する第１位置と、前記作動流体が第２流体経路を通って流れることを許容する第２位置との間で、移動可能な弁であり、
前記第１位置において、前記作動流体は、前記四方弁を出て前記第１熱交換器に流れ込み、前記第１熱交換器から前記膨張装置を通って前記四方弁に流れ込み、前記四方弁から出て前記第２熱交換器に流れ込み、前記第２熱交換器から前記圧縮器に戻る前記第１流体経路を通り、
前記第２位置において、前記作動流体は、前記第１熱交換器および前記膨張装置を迂回して前記四方弁を出て前記第２熱交換器に流れ込み、前記第２熱交換器から前記圧縮器に戻る前記第２流体経路を通り、
前記第２熱交換器が、バッテリーパックと熱伝達関係にあり、前記四方弁が前記第１位置にある場合、前記バッテリーパックから熱が抽出され、前記四方弁が前記第２位置にある場合、前記第２熱交換器から前記バッテリーパックへ熱が伝達されることを特徴とするバッテリー加熱冷却システム。
【請求項２】
前記第１流体回路から流体的に隔離される第２流体回路を更に備え、前記第２流体回路が、前記第２熱交換器および前記バッテリーパックと熱伝達関係にある請求項１に記載のバッテリー加熱冷却システム。
【請求項３】
前記第２流体回路は、
前記第２熱交換器と前記バッテリーパックとを通る前記第２流体回路に冷却剤を循環させるポンプと、
前記冷却剤が周囲空気に熱を排除することができる放熱器としての第３熱交換器とを備えることを特徴とする請求項２に記載のバッテリー加熱冷却システム。
【請求項４】
前記第２流体回路は、
前記第２熱交換器および前記バッテリーパックと熱伝達関係にある第１熱交換導管と、
前記第１熱交換導管内の冷却剤が流れ込み、前記第１熱交換器と熱伝達関係にある第２熱交換導管とを備えることを特徴とする請求項３に記載のバッテリー加熱冷却システム。
【請求項５】
前記第２流体回路は、前記第２熱交換器を横切って空気を強制的に送り、前記バッテリーパックと連通するダクトを通って空気を強制的に送るファンを備えることを特徴とする請求項２に記載のバッテリー加熱冷却システム。
【請求項６】
前記空気は、車両の車室内部からの空気であることを特徴とする請求項５に記載のバッテリー加熱冷却システム。
【請求項７】
さらに、暖房、換気、および空調システム（ＨＶＡＣシステム）を備え、
前記ＨＶＡＣシステムは、凝縮器、ＨＶＡＣ膨張装置、および蒸発器を含む作動流体回路を含み、
前記圧縮器が前記第１流体回路および前記作動流体回路に前記作動流体を循環させることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のバッテリー加熱冷却システム。
【請求項８】
さらに、前記凝縮器および前記第１熱交換器の双方を横切って空気を送るファンを備えることを特徴とする請求項７に記載のバッテリー加熱冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、バッテリーを加熱および冷却するためのシステムに関し、具体的には、車両用のバッテリーを加熱および冷却するためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
本セクションは、本開示に関連する背景情報を提供するものであって、必ずしも先行技術ではない。
【０００３】
多くの車両は、車両内の様々な電気システムおよび電気付属品に電力を提供するバッテリーを含む。車載バッテリーパックによって電力供給される電気モーターによって駆動される、ハイブリッドおよびプラグイン電気車両は、ますます一般的になりつつある。バッテリーは、一般的には、特定の温度範囲内で動作する場合に、最良の性能を発揮する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示は、バッテリーの性能および寿命を最適化するために、１つ以上のバッテリーを加熱および／または冷却して、バッテリーを既定の温度範囲内に維持するためのシステムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本セクションは、本開示の一般的な概要を提供するものであって、その範囲全体またはその特徴の全ての、包括的な開示ではない。
ここに開示される発明は、第１圧力の作動流体を受容し、第１圧力よりも高い第２圧力に作動流体を圧縮する圧縮器、四方弁、第１熱交換器、膨張装置、および第２熱交換器を含み、密封された流体経路を確定し、作動流体が循環する第１流体回路を含むバッテリー加熱冷却システムを提供する。バッテリー加熱冷却システムにおいて、四方弁は、圧縮器からの作動流体を受容し、第１流体経路を通る作動流体を許容する第１位置と、作動流体が第２流体経路を通って流れることを許容する第２位置との間で、移動可能な弁である。第１位置において、作動流体は、四方弁を出て第１熱交換器に流れ込み、第１熱交換器から膨張装置を通って四方弁に流れ込み、四方弁から出て第２熱交換器に流れ込み、第２熱交換器から圧縮器に戻る第１流体経路を通る。第２位置において、作動流体は、第１熱交換器および膨張装置を迂回して四方弁を出て第２熱交換器に流れ込み、第２熱交換器から圧縮器に戻る第２流体経路を通る。第２熱交換器が、バッテリーパックと熱伝達関係にあり、四方弁が第１位置にある場合、バッテリーパックから熱が抽出され、四方弁が第２位置にある場合、第２熱交換器からバッテリーパックへ熱が伝達されることを特徴とする。
【０００６】
一形態では、本開示は、第１熱交換器と、ポンプ装置と、弁とを含んでもよいシステムを提供する。このポンプ装置は、第１熱交換器と流体連通していてもよい。弁は、ポンプ装置からの流体を受容してもよく、第１流路を通る流体を許容する第１位置と、流体が第２流路を通って流れることを許容する第２位置との間で、移動可能であってもよい。第１熱交換器は、弁が第１位置にあるときに、エネルギー蓄積装置から熱を抽出してもよいように、エネルギー蓄積装置と熱伝達関係にあってもよい。それにより、弁が第２位置にあるときに、第１熱交換器からエネルギー蓄積装置へ熱を伝達してもよい。
【０００７】
別の形態では、本開示は、バッテリーの温度を制御するためのシステムを提供する。このシステムは、第１熱交換器および第１圧縮器を有する第１流体回路を含んでもよい。第１圧縮器は、第１流体回路を通して第１流体を循環させてもよい。第１熱交換器は、バッテリーと熱伝達関係にあってもよい。第１流体回路内の第１流体は、車両の環境制御システムから、流体的に隔離されていてもよい。第１流体は、第１圧力で第１圧縮器に入り、実質的に第１圧力よりも高い第２圧力で、圧縮器から放出される。
【０００８】
更に別の形態では、本開示は、車両のためのシステムを提供する。この車両は、車室およびバッテリーを含んでもよい。このシステムは、第１流体経路および第２流体経路を含んでもよい。第１流体経路は、車室内部の空気に冷却効果を提供する第１熱交換器を含んでもよい。第２流体経路は、第２熱交換器および弁を含んでもよい。第２熱交換器は、バッテリーと熱伝達関係にあってもよい。弁は、バッテリーから熱を抽出するために、第１温度で第２熱交換器を通って流れることを許容する第１位置と、流体からバッテリーへ熱を伝達することを許容するために第２温度で流体が第２熱交換器を通って流れる第２位置との間で、移動可能であってもよい。第２温度は、第１温度よりも高くてもよい。
【０００９】
更なる適用領域は、本明細書に記載される説明から明らかとなるであろう。本発明の概要での、説明および特定の実施例は、単に例示の目的を意図するのみであって、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。
【００１０】
本明細書に記載される図面は、単に選択された実施形態の例示目的のためのみであって、全ての可能な実装ではなく、また本開示の範囲を限定することを意図するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本開示の原理による車両の概略図である。
【図２】図２は、本開示の原理による、冷却モードでの、バッテリー加熱冷却システムの概略図である。
【図３】図３は、本開示の原理による、加熱モードでの、図２のバッテリー加熱冷却システムの概略図である。
【図４】図４は、本開示の原理による、冷却モードでの、別のバッテリー加熱冷却システムの概略図である。
【図５】図５は、本開示の原理による、加熱モードでの、図４のバッテリー加熱冷却システムの概略図である。
【図６】図６は、本開示の原理による、冷却モードでの、更に別のバッテリー加熱冷却システムの概略図である。
【図７】図７は、本開示の原理による、加熱モードでの、図６のバッテリー加熱冷却システムの概略図である。
【図８】図８は、本開示の原理による、冷却モードでの、更に別のバッテリー加熱冷却システムの概略図である。
【図９】図９は、本開示の原理による、加熱モードでの、図８のバッテリー加熱冷却システムの概略図である。
【図１０】図１０は、本開示の原理による、冷却モードでの、更に別のバッテリー加熱冷却システムの概略図である。
【図１１】図１１は、本開示の原理による、加熱モードでの、図１０のバッテリー加熱冷却システムの概略図である。
【００１２】
対応する参照番号は、図面の幾つかの図の全体を通して、対応する部分を指示する。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
例示的実施形態を、添付の図面を参照して、より十分にここで説明する。
【００１４】
本開示が徹底され、その範囲が当業者に十分伝わるように、例示的実施形態が提供される。本開示の実施形態の徹底的な理解を提供するために、特定の構成要素、装置、および方法の実施例などの、多数の特定の詳細が記載される。特定の詳細を採用する必要はなく、例示的実施形態は、多種多様な形態で具体化することができ、いずれも本開示の範囲を限定するものとして解釈するべきではないことが、当業者には明らかとなるであろう。一部の例示的実施形態では、周知のプロセス、周知の装置の構造、および周知の技術は、詳細には説明されない。
【００１５】
本明細書で使用される用語は、単に特定の例示的実施形態を説明する目的のためのものであって、限定することを意図するものではない。本明細書で使用する場合、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」および「その（ｔｈｅ）」は、文脈上明らかに単数形であることが示されない限り、複数形も同様に含むことを意図する場合がある。用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「備えて（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、包括的であり、したがって、記載される特徴、整数、工程、動作、要素、および／または構成要素の存在を指定するが、１つ以上の他の特徴、整数、工程、動作、要素、構成要素、および／またはそれらの群の存在あるいは追加を排除しない。本明細書に記載される方法工程、プロセス、および動作は、実行の順序として具体的に特定されない限り、記載または説明される特定の順序でのそれらの実行を必然的に要求するものとして解釈するべきではない。追加的または代替的な工程が採用されてもよいことも理解されるべきである。
【００１６】
ある要素または層が、別の要素または層「の上に（ｏｎ）」あるか、別の要素または層「に係合（ｅｎｇａｇｅｄ  ｔｏ）」するか、別の要素または層「に接続（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ  ｔｏ）」するか、もしくは別の要素または層「に結合（ｃｏｕｐｌｅｄ  ｔｏ）」するとして言及される場合、それは、他の要素または層の直接上にあるか、他の要素または層に直接係合するか、他の要素または層に直接接続するか、もしくは他の要素または層に直接結合する場合があり、あるいは介在する要素または層が存在する場合がある。対照的に、要素が、別の要素または層「の直接上に（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｏｎ）」あるか、別の要素または層「に直接係合（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｅｎｇａｇｅｄ  ｔｏ）」するか、別の要素または層「に直接接続（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ  ｔｏ）」するか、もしくは別の要素または層「に直接結合（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｔｏ）」するとして言及される場合、介在する要素または層は存在しない場合がある。要素間の関係を説明するために使用される他の語は、同様の方式で解釈されるべきである（例えば、「〜間で（ｂｅｔｗｅｅｎ）」に対する「直接〜間で（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｂｅｔｗｅｅｎ）」、「隣接して（ａｄｊａｃｅｎｔ）」に対する「直接隣接して（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ａｄｊａｃｅｎｔ）」など）。本明細書で使用する場合、用語「および／または」は、関連して列挙される１つ以上の項目の、任意の組み合わせ、および全ての組み合わせを含む。
【００１７】
本明細書において、第１、第２、第３などの用語が、様々な要素、構成要素、領域、層、および／または区域を説明するために使用される場合があるが、これらの要素、構成要素、領域、層、および／または区域は、それらの用語によって限定するべきではない。これらの用語は、単に、１つの要素、構成要素、領域、層、または区域を、別の領域、層、または区域から区別するためにのみ使用されてもよい。「第１」、「第２」などの用語、および他の数値的用語は、本明細書で使用する場合、文脈上明らかな指定がない限り、配列または順序を示唆するものではない。したがって、以下に説明される第１の要素、構成要素、領域、層、または区域は、例示的な実施形態の教示から逸脱することなく、第２の要素、構成要素、領域、層、または区域と呼ばれる可能性がある。
【００１８】
「内側（ｉｎｎｅｒ）」、「外側（ｏｕｔｅｒ）」、「下（ｂｅｎｅａｔｈ）」、「下方（ｂｅｌｏｗ）」、「底部（ｌｏｗｅｒ）」、「上方（ａｂｏｖｅ）」、「上部（ｕｐｐｅｒ）」などのような、空間的に相対的な用語が、図に示されるような、１つの要素または特徴部の、別の要素または特徴部に対する関係性を説明する、説明の容易性のために、本明細書で使用される場合がある。空間的に相対的な用語は、図に示される配向に加えて、使用時または動作時の装置の、種々の配向を包含することを意図する場合がある。例えば、図中の装置が反転された場合には、他の要素または特徴部の「下方」もしくは「下」として説明される要素は、他の要素または特徴部の「上方」に配向されることになる。それゆえ、例示的用語「下方」は、上方および下方の双方の配向を包含する可能性がある。装置は、他の方式で配向（９０度または他の配向で回転）されてもよく、本明細書で使用される空間的に相対的な記述語は、適宜に解釈される。
【００１９】
図１〜図３を参照して、車両１０が提供され、この車両１０は、暖房、換気、および空調（ＨＶＡＣ）システム１２、バッテリーパック１４、ならびにバッテリー加熱冷却システム１６を含んでもよい。車両１０は、車両を駆動するように適合された内燃エンジンおよび／または電気モーター１８を含んでもよい。すなわち、車両１０は、従来のパワートレイン、ハイブリッドパワートレイン、または電気パワートレインを含んでもよい。ＨＶＡＣシステム１２は、車両１０の車室２０を加熱および冷却するように動作可能であってもよい。バッテリーパック１４は、車両１０の１つ以上の電気システムに電力を提供する、１つ以上のバッテリーを含んでもよい。一部の実施形態では、バッテリーパック１４は、モーター１８に電力を提供することができる。後述するように、バッテリー加熱冷却システム１６は、加熱モードおよび冷却モードで動作可能であってもよく、それぞれバッテリーパック１４を加熱および冷却することにより、バッテリーの寿命を最大限に高め、かつそれらの性能特性を最適化することができる温度範囲内に、１つ以上のバッテリーを維持することができる。いくつかの実施形態では、バッテリー加熱冷却システム１６は、ＨＶＡＣシステム１２から分離して区別され、ＨＶＡＣシステム１２から独立して動作する、独立型システムであってもよい。
【００２０】
ＨＶＡＣシステム１２は、圧縮器２２、凝縮器２４、膨張装置２６、および蒸発器２８を有する、作動流体回路を含んでもよい。圧縮器２２は、吸込み圧力および吸込み温度で、作動流体（例えば、Ｒ−１２、Ｒ−１３４ａ、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ、二酸化炭素など）を受容し、この吸込み圧力および吸込み温度よりも高い、吐出圧力および吐出温度で、作動流体を放出してもよい。この圧縮器から、作動流体は凝縮器２４へ流れてもよく、この凝縮器２４内で、作動流体から周囲空気に熱を排除してもよい。第１ファン３０が、凝縮器２４を横切って空気を強制的に送り、周囲空気と作動流体との間の熱伝達を促進してもよい。
【００２１】
凝縮器２４から、作動流体は、膨張装置２６を通って流れることができる。膨張装置２６は、例えば、電磁弁、熱膨張弁、毛細管、もしくはオリフィス管、または任意の他の適切な装置であってもよい。膨張装置２６から出る作動流体は、比較的、低温かつ低圧であってもよい。膨張装置２６から、作動流体は、蒸発器２８を通って流れてもよく、この蒸発器２８内で、その中の低温の作動流体によって、周囲空気からの熱が吸収される。第２ファン３２が、蒸発器２８を横切って空気を強制的に送り、車両１０の車室２０内へ送り、車室２０を所望の温度まで冷却することができる。
【００２２】
バッテリー加熱冷却システム１６は、ＨＶＡＣシステム１２から分離されていてもよく、ＨＶＡＣシステム１２から独立して動作してもよい。バッテリー加熱冷却システム１６は、第１流体回路３４（図２および図３に実線で示す）および第２流体回路３６（図２および図３に破線で示す）を含んでもよい。第１流体回路３４は、圧縮器３８、四方弁４０、第１熱交換器４２、膨張装置４４、第２熱交換器４６、およびアキュムレータ４８を含む、密封された流体経路を確定してもよい。制御モジュール４９（図１に概略的に示す）は、圧縮器３８の動作を制御してもよく、この圧縮器３８は、例えば、Ｒ−１５２ａ、Ｒ−２４５、Ｒ−１２、Ｒ−１３４ａ、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ、または二酸化炭素などの作動流体を、第１流体回路３４を通して循環してもよい。いくつかの実施形態では、第１流体回路３４は、車両１０の車室２０の完全に外側に配置されていてもよく、ＨＶＡＣシステム１２から流体的に隔離されていてもよい。そのような実施形態では、第１流体回路３４は、現在、一部の政府規制の下では車両の車室内部での使用が許可されていないが、例えばＨＦＯ−１２３４ｙｆのような一部の他の作動流体よりも効率的である、例えばＲ−１５２ａなどの作動流体を、循環させることが可能である。
【００２３】
四方弁４０は、第１流体ポート５０、第２流体ポート５２、第３流体ポート５４、および第４流体ポート５６を含んでもよい。四方弁４０は、制御モジュール４９と通信していてもよく、この制御モジュール４９は、四方弁４０を、第１位置と第２位置との間で移動させるように動作可能であってもよい。第１位置（図２）では、第１流体ポート５０および第２流体ポート５２は、互いに流体連通していてもよく、第３流体ポート５４および第４流体ポート５６は、互いに連通していてもよい。第２位置（図３）では、第１流体ポート５０は、第３流体ポート５４と流体連通していてもよく、第２流体ポート５２は、第４流体ポート５６と流体連通していてもよい。四方弁４０は、任意のタイプの弁を含んでもよく、本明細書で説明される機能性を可能にする、任意の適切な構成を含んでもよい。例えば、四方弁４０は、その開示が参照により本明細書に組み込まれる、譲渡人の共同所有の米国特許第６，５７４，９７６号に記載されるタイプのものとすることが可能である。
【００２４】
圧縮器３８の放出ポート５８は、四方弁４０の第１流体ポート５０と流体連通していてもよい。第１熱交換器４２は、例えば、液体冷却凝縮器であってもよく、四方弁４０の第２流体ポート５２と流体連通していてもよい。いくつかの実施形態では、第１熱交換器４２は、空冷式である可能性があることが理解されよう。膨張装置４４は、第１熱交換器４２、および四方弁４０の第４流体ポート５６と流体連通していてもよい。膨張装置４４は、例えば、電磁弁、熱膨張弁、キャピラリー管、またはオリフィス管、あるいは任意の他の適切な装置を含んでもよい。第２熱交換器４６は、例えば、冷却装置であってもよく、四方弁４０の第３流体ポート５４、およびアキュムレータ４８と流体連通していてもよい。アキュムレータ４８はまた、圧縮器３８の吸込みポート６０とも流体連通していてもよい。
【００２５】
第２流体回路３６は、ポンプ６２、第１熱交換導管６４、第１弁６６、第２熱交換導管６８、第３熱交換器７０、第２弁７２、液体貯蔵器７４、およびバイパス導管７６を含む、流体経路を画定してもよい。制御モジュール４９は、ポンプ６２の動作を制御してもよく、このポンプ６２は、例えば、エチレングリコールと水との混合物などの冷却剤、または任意の他の適切な流体を、第２流体回路３６の全体を通して循環してもよい。第２流体回路３６を通って循環する冷却剤は、第１流体回路３４およびＨＶＡＣシステム１２内の作動流体から、流体的に隔離されていてもよい。第１熱交換導管６４は、ポンプ６２および第１弁６６と流体的に結合していてもよく、第１流体回路３４の第２熱交換器４６、およびバッテリーパック１４と熱伝達関係にあってもよい。図２および図３の概略図では具体的に示されないが、第１熱交換導管６４を、第１流体回路３４の第２熱交換器４６、およびバッテリーパック１４の周囲に巻き付け、かつ／または通過させて、それらの間の熱伝達を促進してもよい。
【００２６】
第１弁６６は、第１熱交換導管６４、第２熱交換導管６８、およびバイパス導管７６と流体連通する、三方弁であってもよい。第１弁６６は、制御モジュール４９と通信していてもよく、この制御モジュール４９は、第１弁６６を、第１位置と第２位置との間で移動させるように動作可能であってもよい。第１位置（図２）では、第１熱交換導管６４内の冷却剤は、第１弁６６を通って流れ、第２熱交換導管６８内に流れ込むことを許容してもよく、バイパス導管７６内の冷却剤は、第１熱交換導管６４または第２熱交換導管６８のいずれかの中に流れ込むことが阻止される場合がある。第２位置（図３）では、第１弁６６は、第１熱交換導管６４内の冷却剤が、第１弁６６を通って流れ、バイパス導管７６内に流れ込むことを許容してもよく、冷却剤が第２熱交換導管６８内に流れ込むことを阻止してもよい。
【００２７】
第２熱交換導管６８は、第１流体回路３４の第１熱交換器４２と熱伝達関係にあってもよく、第３熱交換器７０と流体的に結合してもよい。図２および図３の概略図では具体的に示されないが、第２熱交換導管６８は、第１流体回路３４の第１熱交換器４２の周囲に巻き付けられ、かつ／または通過させて、それらの間の熱伝達を促進してもよい。
【００２８】
第３熱交換器７０は、例えば、車両１０の前端部のグリルの近位に配置される、放熱器とすることが可能である。第３熱交換器７０を通って流れる冷却剤は、周囲空気に熱を排除することができる。ファン３０は、第３熱交換器７０を横切って空気を強制的に送り、第３熱交換器７０内の冷却剤の冷却を促進することができる。第３熱交換器７０の出口は、第１導管７８と流体的に結合することができる。
【００２９】
第２弁７２は、第１導管７８、第２導管８０、およびバイパス導管７６と流体連通する、三方弁であってもよい。第２弁７２は、制御モジュール４９と通信していてもよく、この制御モジュール４９は、第２弁７２を、第１位置と第２位置との間で移動させてもよい。第１位置（図２）では、第２弁７２は、冷却剤が第１導管７８から第２導管８０内に流れ込むことを許容してもよく、冷却剤がバイパス導管７６内に流れ込むか、またはバイパス導管７６から流れ出ることを阻止してもよい。第２位置（図３）では、第２弁７２は、バイパス導管７６内の冷却剤が、第２導管８０内に流れ込むことを許容してもよく、冷却剤が第１導管７８内に流れ込むことを阻止してもよい。
【００３０】
第２導管８０は、液体貯蔵器７４、およびポンプ６２の入口と流体連通していてもよい。液体貯蔵器７４は、一定容量の余分な冷却剤を蓄えてもよく、ポンプ６２は、適切な量の冷却剤が確実にポンプ６２内に流れ込むように、そこから引き込んでもよい。
【００３１】
引き続き図１〜図３を参照して、バッテリー加熱冷却システム１６の動作を詳細に説明する。バッテリー加熱冷却システム１６は、バッテリーパック１４内の１つ以上のバッテリーの温度を制御するように、冷却モード（図２）および加熱モード（図３）で動作可能であってもよい。１つ以上の温度センサーを、１つ以上のバッテリーの近位に取り付けるか、または近位に配置して、それらの温度を監視し、その温度を制御モジュール４９に通信してもよい。バッテリーパック１４が既定の温度を超えていることを、制御モジュール４９が判定した場合、制御モジュール４９は、バッテリー加熱冷却システム１６を冷却モードで動作させてもよい。反対に、バッテリーパック１４が既定の温度よりも低いことを、制御モジュール４９が判定した場合、制御モジュール４９は、バッテリー加熱冷却システム１６を加熱モードで動作させてもよい。
【００３２】
冷却モードでは、制御モジュール４９は、第１位置へと移動させるか、または第１位置に維持するように、四方弁４０、第１弁６６、および第２弁７２を移動させてもよい。制御モジュール４９はまた、圧縮器３８に、第１流体回路３４を通して作動流体を循環させ、ポンプ６２に、第２流体回路３６を通して冷却剤を循環させるようにもしてもよい。
【００３３】
冷却モードでは、圧縮器３８は、吸込み圧力および吸込み温度で、作動流体を受容し、この吸込み圧力および吸込み温度よりも実質的に高い、吐出圧力および吐出温度で、作動流体を放出してもよい。圧縮器３８から、作動流体は、四方弁４０の第１流体ポート５０内に流れ込んでもよい。四方弁４０は、冷却モードでは第１位置にあるため、流体は、次いで、第２流体ポート５２を通って四方弁４０から出て、第１熱交換器４２内に流れ込んでもよい。第１熱交換器４２内で、作動流体は、第２流体回路３６内の第２熱交換導管６８を通って流れる冷却剤に、熱を伝達してもよい。第１熱交換器４２から、作動流体は、膨張装置４４を通って流れてもよく、作動流体の温度および圧力を更に低減してもよい。膨張装置４４から、作動流体は、四方弁４０の第４流体ポート５６内に流れ込み、第３流体ポート５４を通って四方弁４０から出てもよい。第３流体ポート５４から、作動流体は、第２熱交換器４６を通って流れ、第２流体回路３６の第１熱交換導管６４内の冷却剤から、熱を吸収してもよい。第２熱交換器４６から、作動流体は、圧縮器３８の吸込みポート６０に戻る前に、アキュムレータ４８内に流れ込んでもよく、ここでこのサイクルを繰り返してもよい。
【００３４】
上述の第１流体回路３４の動作の間、ポンプ６２は、第２流体回路３６を通して冷却剤を循環してもよい。冷却剤は、ポンプ６２から第１熱交換導管６４へと流れてもよく、ここで、第２流体回路３６内の冷却剤から、第１流体回路３４の第２熱交換器４６内の作動流体に、熱が伝達される。第２熱交換器４６の下流の第１熱交換導管６４内の、温度が低減された冷却剤は、次いで、バッテリーパック１４を通って流れる際に、バッテリーパック１４から熱を吸収してもよい。冷却剤は、次いで、第１弁６６（第１位置にある）を通って第２熱交換導管６８へ流れ、第３熱交換器７０へ流れる前に、第１熱交換器４２内の作動流体から熱を吸収してもよい。
【００３５】
第３熱交換器７０内では、冷却剤からの熱は、ファン３０によって第３熱交換器７０をわたって強制的に送られている周囲空気へと、排除されてもよい。第３熱交換器７０から、冷却剤は、第１導管７８を通り、第２弁７２（第１位置にある）を通り、第２導管８０を通って流れ、ポンプ６２に戻ってもよく、ここでこのサイクルは繰り返されてもよい。この第１流体回路３４および第２流体回路３６のサイクルは、バッテリーパック１４が既定の閾値よりも低く冷却されるまで、このようにして繰り返されてもよい。
【００３６】
いくつかの実施形態では、車両１０の外側の周囲空気が十分に冷たい場合には、第２流体回路３６は、第１流体回路３４を運用することなく、冷却モードで動作させることができる。すなわち、周囲空気が十分に冷たい場合、冷却剤がバッテリーパック１４から熱を効率的に吸収することを可能にするように、冷却剤は、単に第３熱交換器７０を横切って流れる周囲空気との熱伝達のみによって十分に冷却することができ、第２熱交換器４６内の作動流体によって冷却される必要がない場合がある。いくつかの実施形態では、摂氏約３５度（華氏９５度）よりも低い周囲空気は、第２流体回路３６が、第１流体回路３４を運用することなく、バッテリーパック１４を適切に冷却するために、十分低温である場合がある。
【００３７】
加熱モード（図３）では、制御モジュール４９は、上述のように、圧縮器３８およびポンプ６２の動作を引き起こしてもよい。ただし、加熱モードでは、制御モジュール４９は、四方弁４０、第１弁６６、および第２弁７２を、第２位置へと移動させてもよい。四方弁４０が第２位置にある状態で、圧縮器３８から放出される高温かつ高圧の作動流体は、四方弁４０の第１流体ポート５０内に流れ込み、第１熱交換器４２および膨張器４４を迂回して、四方弁４０の第３流体ポート５４を通って出る。それゆえ、作動流体が第２熱交換器４６に入る際には、作動流体は、依然として比較的高い温度である場合がある。
【００３８】
第２熱交換器４６内の作動流体は、加熱モードでは高い温度であるため、第２熱交換器４６と熱伝達関係になる第１熱交換導管６４内の冷却剤は、作動流体から熱を吸収する。このことが、冷却剤の温度を、バッテリーパック１４に到達する前に上昇させる。次いで、この比較的高い温度の冷却剤は、バッテリーパック１４と熱伝達関係になることにより、バッテリーパック１４の温度を上昇させる。冷却剤は、次いで、第１弁６６（第２位置にある）へ流れてもよく、バイパス導管７６内へと方向付けられてもよい。冷却剤は、バイパス導管７６を通って第２弁７２へ流れてもよく、ここで、冷却剤は、第２導管８０へ方向付けられて、この第２導管８０を通って、冷却剤はポンプ６２に戻る。この第１流体回路３４および第２流体回路３６のサイクルは、バッテリーパック１４が既定の閾値よりも上の温度に暖められるまで、このようにして繰り返されてもよい。
【００３９】
図４および図５を参照して、別のバッテリー加熱冷却システム１１６が提供され、このバッテリー加熱冷却システム１１６は、第１流体回路１３４および第２流体回路１３６を含んでもよい。第１流体回路１３４の構造および機能は、後述するいずれかの例外を除いては、上述の第１流体回路３４と概ね同様であってもよい。第１流体回路１３４は、圧縮器１３８、四方弁１４０、第１熱交換器１４２、膨張装置１４４、第２熱交換器１４６、およびアキュムレータ１４８を含んでもよい。第２熱交換器１４６内部の作動流体は、車両１０の車室２０内部からの空気の流れ、または車両１０の外側の空気からの流れと、熱伝達関係にあってもよい。ファン１４７は、第２熱交換器１４６を横切って空気を強制的に送り、それらの間の熱伝達を促進し、バッテリーパック１４と連通するダクト１４９を通って、空気を強制的に送ってもよい。ダクト１４９を通って流れる空気は、バッテリーパック１４と熱伝達関係になり、バッテリー加熱冷却システム１１６が冷却モードにある場合、バッテリーパック１４から熱を吸収してもよく、バッテリー加熱冷却システム１１６が加熱モードにある場合、バッテリーパック１４に熱を伝達してもよい。
【００４０】
上述の第１流体回路３４と同様に、第１流体回路１３４が冷却モードにある場合、作動流体は、圧縮器１３８から、四方弁１４０（図４に示す第１位置にあってもよい）へ、第１熱交換器１４２へ、膨張装置１４４へ、四方弁１４０へ、第２熱交換器１４６へと流れる。それゆえ、冷却モードでは、第２熱交換器１４６を通って流れる作動流体は、比較的低い温度であり、ファン１４７によって第２熱交換器１４６を強制的に横切って送られた空気を冷却する。この空気は、次いで、バッテリーパック１４を冷却して、その後、車両１０から排気されてもよい。車室２０内部の空気が十分に冷たい場合には、ファン１４７の冷却能力は、それ自体、第１流体回路１３４を運用することなく、バッテリーパック１４を適切に冷却するために十分である場合がある。
【００４１】
第１流体回路１３４の冷却モードでの動作の間、第２流体回路１３６は、第１熱交換器１４２を通って流れる作動流体を冷却するように動作してもよい。第２流体回路１３６は、ポンプ１６２、熱交換導管１６８、第３熱交換器１７０、および液体貯蔵器１７４を含んでもよい。ポンプ１６２は、第１流体回路１３４の第１熱交換器１４２と熱伝達関係にあってもよい熱交換導管１６８に、冷却剤を強制的に通過させてもよい。熱交換導管１６８内の冷却剤は、第１熱交換器１４２内の高温の作動流体から熱を吸収して、その後、第３熱交換器１７０へ流れる。第３熱交換器１７０内では、冷却剤からの熱は、周囲空気に排除されてもよい。ファン３０は、第３熱交換器１７０を横切って空気を強制的に送り、熱伝達を促進してもよい。第３熱交換器１７０から、冷却剤はポンプ１６２に戻ってもよく、ここでこのサイクルを繰り返すことができる。
【００４２】
加熱モードでは、四方弁１４０は、第２位置にあってもよい（図５）。第１流体回路３４と同様に、第１流体回路１３４が加熱モードにある場合、作動流体は、圧縮器１３８から、四方弁１４０に流れ、第１熱交換器１４２および膨張装置１４４を迂回して、第２熱交換器１４６に直接流れてもよい。それゆえ、作動流体が、加熱モードで第２熱交換器１４６に到達する場合、作動流体は、依然として比較的高い温度であり、ファン１４７によって強制的に第２熱交換器１４６を横切って送られる車室２０からの空気に、熱を伝達する。加熱された空気は、次いで、バッテリーパック１４を横切って強制的に送られ、バッテリーパック１４に熱を伝達し、その温度を、既定の閾値よりも上に上昇させる。作動流体は、加熱モードでは第１熱交換器１４２を通って流れないため、第２流体回路１３６は、バッテリー加熱冷却システム１１６が加熱モードにある場合、動作しなくてもよい。
【００４３】
図６および図７を参照して、別のバッテリー加熱冷却システム２１６が提供され、このバッテリー加熱冷却システム２１６は、流体回路２３４を含んでもよい。流体回路２３４の構造および機能は、上述の第１流体回路１３４のものと実質的に同様であってもよく、それゆえ、再び詳細には説明されない。簡潔に述べると、流体回路２３４は、圧縮器２３８、四方弁２４０、第１熱交換器２４２、膨張装置２４４、第２熱交換器２４６、ファン２４７、およびアキュムレータ２４８を含んでもよい。第１流体回路１３４と同様に、流体回路２３４は、冷却モード（図６）および加熱モード（図７）で動作可能であってもよい。第２流体回路（第２流体回路１３６と同様の）に加えて、またはその代替として、流体回路２３４は、冷却モードの間に動作して、第１熱交換器２４２内部の作動流体を冷却する、ファン２４３を含んでもよい。
【００４４】
図８および図９を参照して、更に別のバッテリー加熱冷却システム３１６が提供され、このバッテリー加熱冷却システム３１６は、第１流体回路３３４を含んでもよい。流体回路３３４は、圧縮器３３８、四方弁３４０、第１熱交換器３４２、第１ファン３４３、膨張装置３４４、第２熱交換器３４６、第２ファン３４７、およびアキュムレータ３４８を含んでもよい。バッテリー加熱冷却システム１６、１１６、２１６と同様に、バッテリー加熱冷却システム３１６は、冷却モード（図８）および加熱モード（図９）で動作可能であってもよい。四方弁３４０、第１熱交換器３４２、第１ファン３４３、膨張装置３４４、第２熱交換器３４６、第２ファン３４７、およびアキュムレータ３４８の構造ならびに機能は、上述の、四方弁２４０、第１熱交換器２４２、ファン２４３、膨張装置２４４、第２熱交換器２４６、ファン２４７、およびアキュムレータ２４８のものと実質的に同様であってもよく、それゆえ、再び詳細には説明されない。
【００４５】
バッテリー加熱冷却システム３１６は、ＨＶＡＣシステム３１２と統合されてもよい。その中で、圧縮器３３８が、バッテリー加熱冷却システム３１６およびＨＶＡＣシステム３１２の双方を通して、作動流体を循環させてもよい。ＨＶＡＣシステム１２と同様に、ＨＶＡＣシステム３１２は、ファン３３２と、凝縮器３２４、膨張装置３２６、蒸発器３２８、および圧縮器３３８を含む、作動流体回路３１３とを含んでもよい。第１ファン３４３が、凝縮器３２４および第１熱交換器３４２の双方を横切って空気を送って、それらの中の流体を冷却することができるように、凝縮器３２４を、第１熱交換器３４２に隣接して配置してもよい。いくつかの実施形態では、凝縮器３２４および第１熱交換器３４２は、流体回路３１２、３３４にそれぞれ対応して、その中を通る第１流体経路および第２流体経路を有する、単一の熱交換ユニットとすることが可能である。
【００４６】
第１三方接合部３３０を、圧縮器３３８の下流、かつ凝縮器３２４および四方弁３４０の上流に配置されてもよい。第２三方接合部３３１を、圧縮器３３８から上流、かつ蒸発器３２８およびアキュムレータ３４８の下流に配置することができる。流体回路３３４、３１３は、第１三方接合部３３０で互いから分岐し、第２三方接合部３３１で集束して一体に戻ってもよい。
【００４７】
作動流体回路３１３は、また、圧縮器３３８から放出される流体が作動流体回路３１３の残り部分を通って流れることを、それぞれ許容および阻止するように、第１位置と第２位置との間で移動可能な弁３２５も含んでもよい。第１三方接合部３３０の下流、かつ第２三方接合部３３１の上流に配置される、四方弁３４０、膨張装置３４４、および／または任意の他の装置は、流体回路３３４を通過する流体の流れを、選択的に許容または阻止するように構成されてもよい。したがって、バッテリー加熱冷却システム３１６、およびＨＶＡＣシステム３１２は、同時に、または互いに独立して、動作することができる。
【００４８】
図１０および図１１を参照して、バッテリー加熱冷却システム４１６が提供され、このバッテリー加熱冷却システム４１６は、第１流体回路４３４および第２流体回路４３６を含んでもよい。バッテリー加熱冷却システム１６と同様に、バッテリー加熱冷却システム４１６は、冷却モード（図１０）および加熱モード（図１１）で動作可能であってもよく、それぞれ、バッテリーパック１４を冷却および加熱することができる。
【００４９】
第１流体回路４３４は、圧縮器４３８、第１四方弁４４０、第１熱交換器４４２、第２四方弁４４３、エジェクタ４４４、第２熱交換器４４６、アキュムレータ４４８、および制限装置４５０を含んでもよい。第１熱交換器４４２および第２熱交換器４４６は、上述の第１熱交換器４２および第２熱交換器４６と実質的に同様であってもよい。第１熱交換器４４２は、第２流体回路４３６と熱伝達関係にあってもよい。第２熱交換器４４６は、第２流体回路４３６を介して、バッテリーパック１４と熱伝達関係にあってもよい。すなわち、第２熱交換器４４６は、第２流体回路４３６と直接熱伝達関係にあってもよく、第２流体回路４３６は、第２熱交換器４４６とバッテリーパック１４との間で熱を伝達するように、バッテリーパック１４と直接熱伝達関係にあってもよい。
【００５０】
エジェクタ４４４の構造および機能は、その開示が参照により本明細書に組み込まれる、譲渡人の共同所有の米国特許第６，５５０，２６５号に記載されるエジェクタのものと、実質的に同様であってもよい。簡潔に述べると、エジェクタ４４４は、第１入口４５２、第２入口４５４、および出口４５６を含んでもよい。図１０および図１１には具体的に示されないが、エジェクタはまた、ノズル、混合部分、および拡散器も含む。エジェクタ４４４は、一般的に、従来の蒸気圧縮サイクルにおける凝縮作動流体の膨張の間に失われるエネルギーを、利用する場合がある。
【００５１】
アキュムレータ４４８は、液体状の作動流体と気体状の作動流体を分離してもよく、ある容量の液体状作動流体をその中に蓄えてもよい。制限装置４５０は、例えば、キャピラリー管を含んでもよい。制限装置４５０は、その中を通って流れる作動流体の圧力を低減する。
【００５２】
引き続き図１０および図１１を参照して、バッテリー加熱冷却システム４１６の動作を詳細に説明する。冷却モード（図１０）では、作動流体は、圧縮器４３８から放出され、第１四方弁４４０（第１位置にある）を通って、第１熱交換器４４２へ流れる。高圧の液体状作動流体は、第１熱交換器４４２から、第２四方弁（第１位置にある）を通って、エジェクタ４４４内に流れ込み、エジェクタ４４４内部のノズルによって減圧され、膨張する。
【００５３】
エジェクタ４４４の混合部分内で、第２熱交換器４４６からの気体状作動流体が、ノズルから噴出される作動流体と混合される。混合された冷媒の圧力は、混合部分および拡散器内で上昇し、混合作動流体が、エジェクタ４４４の出口４５６から、アキュムレータ４４８内に流れ込む。この時点で、第２熱交換器４４６内の作動流体はエジェクタ４４４内に引き込まれるため、液体冷媒が、アキュムレータ４４８から、制限装置４５０を通って、第２熱交換器４４６内に流れ込む。後述するように、第２熱交換器４４６内の作動流体が、第２流体回路４３６内の流体から、熱を吸収する。
【００５４】
加熱モード（図１１）では、第１四方弁４４０および第２四方弁４４３は、第２位置へ切り替わる。圧縮器４３８から放出される高圧かつ高温の冷媒は、第１四方弁４４０を通って、第２熱交換器４４６へ流れ、ここで、作動流体からの熱は、第２流体回路４３６内の流体に伝達される。高圧の液体冷媒は、次いで、第２熱交換器４４６から、第２四方弁４４３を通って、エジェクタ４４４内に流れ込み、ここで、作動流体は、エジェクタ４４４のノズル内で減圧され、膨張し、気液二相状態になる。
【００５５】
エジェクタ４４４の混合部分内で、気体状作動流体が、第１熱交換器４４２から引き出され、ノズルから噴出される作動流体と混合される。混合作動流体の圧力は、混合部分および拡散器内で上昇する。混合作動流体は、次いで、エジェクタ４４４から出て、アキュムレータ４４８内に流れ込む。この時点で、第１熱交換器４４２内の作動流体はエジェクタ４４４内に引き込まれているため、液体状作動流体が、アキュムレータ４４８から、制限装置４５０を通って、第１熱交換器４４２内に流れ込む。第１熱交換器４４２内の作動流体が、第２流体回路４３６から、熱を吸収する。
【００５６】
第２流体回路４３６は、ポンプ４６２、熱交換導管４６４、および第３熱交換器４７０を含んでもよい。ポンプ４６２は、バッテリー加熱冷却システム４１６の動作の間、第２流体回路４３６を通して冷却剤を循環してもよい。熱交換導管４６４は、第１熱交換器４４２、第２熱交換器４４６、およびバッテリーパック１４と熱伝達関係にあってもよい。
【００５７】
上述のように、バッテリー加熱冷却システム４１６が冷却モードで動作している場合、低温の作動流体は、第２熱交換器４４６を通って流れてもよく、第２熱交換器４４６と熱伝達関係にある熱交換導管４６４の部分内の冷却剤から、熱を吸収してもよい。温度が低減された冷却剤は、次いで、バッテリーパック１４へ流れ、バッテリーパック１４から、熱を吸収してもよい。バッテリーパック１４から、冷却剤は、第１熱交換器４４２を通って流れ、第１熱交換器４４２内の作動流体から、熱を吸収してもよい。第１熱交換器４４２から、冷却剤は、第３熱交換器４７０を通って流れてもよく、ここで、冷却剤からの熱は、ファン３０によって強制的に第３熱交換器４７０を横切って送られた周囲空気に排除されてもよい。第３熱交換器４７０から、冷却剤はポンプ４６２に戻ってもよく、ここで、バッテリーパック１４が既定の温度に冷却されるまで、このサイクルは繰り返されてもよい。いくつかの実施形態では、車両１０の外側の周囲空気が十分に冷たい場合には、第１流体回路４３４を運用することなく、第２流体回路４３６を動作させて、バッテリーパック１４を冷却することができる。
【００５８】
バッテリー加熱冷却システム４１６が加熱モードで動作している場合、高温の作動流体は、第２熱交換器４４６を通って流れていてもよい。熱交換導管４６４内の冷却剤は、第２熱交換器４４６内の作動流体から、熱を吸収してもよい。比較的高温の冷却剤は、次いで、バッテリーパック１４へ流れてもよく、バッテリーパック１４は、冷却材から熱を吸収する。バッテリーパック１４から、冷却剤は、第１熱交換器４４２を通って流れ、第１熱交換器４４２内の作動流体に熱を伝達してもよい。第１熱交換器４４２から、冷却剤は、第３熱交換器４７０を通って流れ、ここで、冷却剤からの熱は、周囲空気に排除されてもよい。第３熱交換器４７０から、冷却剤はポンプ４６２に戻ってもよく、ここで、バッテリーパック１４が既定の温度に到達するまで、このサイクルを繰り返してもよい。
【００５９】
上述の実施形態の説明は、例示および説明の目的のために提供されている。上述の説明は、本開示を網羅することも、限定することも意図するものではない。特定の実施形態の個別の要素または特徴は、一般に、その特定の実施形態に限定されることはないが、具体的に図示または説明されない場合であっても、該当する場合、交換可能であり、選択された実施形態で使用することができる。同上のものはまた、多くの方法で変更されてもよい。そのような変更は、本開示からの逸脱として見なすべきではなく、全てのそのような修正は、本開示の範囲内に含まれることを意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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