(57)【要約】  本主題は、高温な気候の地域で使用される、バッテリを有する、少なくとも１つの空調システムと、バッテリ熱管理システムとを備える電気自動車熱管理システムに関する。このシステムの冷凍サイクルは、圧縮機、第１の凝縮器、第２の凝縮器、膨張装置、および蒸発器で構成される。ここで、圧縮機は、冷媒の温度および圧力を上昇させて冷媒蒸気を圧縮するように構成される。第１の凝縮器および第２の凝縮器は、高温高圧の冷媒を凝縮するように構成される。このシステムのクーラントサイクルは電動ウォーターポンプ、バッテリ熱交換器、前述の第１の凝縮器、およびヒーターで構成される。ここで、電動ウォーターポンプは、クーラントをクーラントサイクルにポンプで送るように構成され、前述の第１の凝縮器は、冷凍サイクルから獲得した熱を使用してクーラントを加熱し、加熱されたクーラントをヒーターに伝達するように構成されている。【選択図】図１
2021509380.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリを有する、少なくとも１つの空調システムおよびバッテリ熱管理システムを備える電気自動車熱管理システム１００であって、
冷媒の温度および圧力を上昇させることによって冷媒蒸気を圧縮するように構成された少なくとも１つの圧縮機Ｒ２、高温高圧の前記冷媒を凝縮するように構成された第１の凝縮器ＣＨ２および第２の凝縮器Ｒ４、膨張装置、冷却器ＣＨ４、並びに蒸発器Ｒ１０を含む冷凍サイクルＲと、
電動ウォーターポンプＣ６、バッテリ熱交換器Ｃ２、前記第１の凝縮器ＣＨ２およびヒーターＣ１２を含むクーラントサイクルＣと、
を備え、
前記電動ウォーターポンプＣ６は、クーラントを前記クーラントサイクルＣにポンプで送るように構成され、
前記第１の凝縮器ＣＨ２は、前記冷凍サイクルＲから獲得した熱を使用して前記クーラントを加熱し、前記加熱されたクーラントを前記ヒーターＣ１２に伝達するように構成された、
電気自動車熱管理システム。
【請求項２】
前記圧縮機Ｒ２は、前記バッテリにより電力を供給され、前記冷媒の温度および圧力を上昇させることによって、前記冷媒蒸気を圧縮する、請求項１に記載の電気自動車熱管理システム１００。
【請求項３】
前記第１の凝縮器ＣＨ２は、前記冷凍サイクルＲと前記クーラントサイクルＣとの間の共通の熱交換器である、請求項１に記載の電気自動車熱管理システム１００。
【請求項４】
前記第１の凝縮器ＣＨ２は水冷凝縮器であり、前記第２の凝縮器Ｒ４は空冷凝縮器である、請求項１に記載の電気自動車熱管理システム１００。
【請求項５】
前記冷媒蒸気は、前記第１の凝縮器ＣＨ２および前記第２の凝縮器Ｒ４を通って流れ、前記冷媒蒸気の温度および圧力を低下させる、請求項１に記載の電気自動車熱管理システム１００。
【請求項６】
前記冷媒蒸気は、前記第１の凝縮器ＣＨ２および前記第２の凝縮器Ｒ４から電動膨張装置Ｒ６および流量制御弁Ｒ８を介して前記蒸発器Ｒ１０に流れる、請求項１に記載の電気自動車熱管理システム１００。
【請求項７】
前記電動ウォーターポンプＣ６は、前記クーラントを前記クーラントサイクルＣにポンプで送るために前記バッテリによって電力を供給される、請求項１に記載の電気自動車熱管理システム１００。
【請求項８】
前記第１の凝縮器ＣＨ２は、前記冷凍サイクルＲから前記第１の凝縮器ＣＨ２によって獲得された廃熱を使用して前記クーラントを加熱するように構成され、前記クーラントは、前記電動ウォーターポンプＣ６から前記第１の凝縮器ＣＨ２を介して前記ヒーターＣ１２に流れる、請求項１に記載の電気自動車熱管理システム１００。
【請求項９】
前記冷凍サイクルＲと前記クーラントサイクルＣに複数の圧縮機および熱交換器が構成された、請求項１に記載の電気自動車熱管理システム１００。
【請求項１０】
冷媒バイパス経路が、前記蒸発器Ｒ１０の前および前記圧縮機Ｒ２の前の間に構成された、請求項１に記載の電気自動車熱管理システム１００。
【請求項１１】
前記第２の凝縮器Ｒ４は、さらに、追加の膨張装置Ｒ１２による蒸発器機能を有する、請求項１に記載の電気自動車熱管理システム１００。
【請求項１２】
前記ヒーターＣ１２の出口温度クーラントは、前記バッテリ熱交換器Ｃ２のレベルまで下がるように制御される、請求項１に記載の電気自動車熱管理システム１００。
【請求項１３】
前記ヒーターＣ１２の出口空気温度は、前記ヒーターおよび前記冷却器の間の総クーラント流量を分割する流量配分制御手段を使用して、クーラント流量制御によって制御される、請求項１に記載の電気自動車熱管理システム１００。
【請求項１４】
前記第１の凝縮器ＣＨ２、流量制御弁Ｃ４および前記冷却器ＣＨ４は、直接組み立てられた、請求項１に記載の電気自動車熱管理システム１００。
【請求項１５】
前記クーラントサイクルＣ内に、さらに、サージタンクＣ１４が構成された、請求項１に記載の電気自動車熱管理システム１００。
【請求項１６】
相変化材料が、蓄熱材として前記サージタンクＣ１４内に配置された、請求項１５に記載の電気自動車熱管理システム１００。
【請求項１７】
回収熱を増大させるための、駆動モータおよび／またはインバータが前記バッテリに並列に接続された、請求項１に記載の電気自動車熱管理システム１００。
【請求項１８】
熱交換器が、前記圧縮機Ｒ２および前記膨張装置Ｒ６の間で前記冷媒の熱を交換するように構成された、請求項１または１１に記載の電気自動車熱管理システム１００。
【請求項１９】
システム制御器は、ヒーター出口温度を感知し、流量制御弁を使用して、クーラント流量制御によってヒーター出口空気温度を制御し、圧縮機入出口温度および圧力を感知し、電動ポンプ回転制御ロジックを使用して、クーラント流量制御によってバッテリ入出口クーラント温度差を制御し、圧縮機回転制御ロジックによってバッテリ入口クーラント温度を制御し、車室内温度、蒸発器出口温度の感知データからの入力を使用して、圧縮機回転制御ロジックによって車室内温度制御を行うように構成された、請求項１に記載の電気自動車熱管理システム１００。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で説明する主題は、一般に、電気自動車の熱管理システムの分野に関し、特に、高温な気候の地域で使用される電気自動車の熱管理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、特に高温な気候の地域では、運転者と乗客の快適さのために電気自動車に空調システムを設ける必要がある。これは基本的な熱管理システムである。それに加えて、電気自動車において、新しい基本的な動力伝達系熱管理システムには、バッテリ熱管理システム、駆動モータ冷却システム、およびインバータ冷却システムなどがある。現在、他の熱管理システムとともに空調システムを管理しようとするいくつかのアイデアとアプリケーションがある。
【０００３】
当技術分野で知られているこれらのシステムは、特に暖房システムのエネルギー効率が高い、すなわち、性能係数が高いシステムであることを優先している。暖房効率は、ヨーロッパ、アメリカ、日本、中国など、世界中の電気自動車にとって最大の問題であり、それらの地域の大部分が温暖なまたは寒冷な気候条件である。それらの地域では、Ｒ１３４ａまたはＲ１２３４ｙｆ冷媒ヒートポンプシステムにも増してＣＯ２＝Ｒ７４４冷媒ベースのヒートポンプシステムが、最も優れた平均性能係数のソリューションとなろう。しかし、この種のシステムは、インド、湾岸諸国、タイ、アフリカの一部、および赤道に近い国などの高温な地域では、それらの地域の大部分が高温な気候条件であるため、常に最適であるとは限らない。これらの地域では、モードを切り替えてシステムを効率的に制御するために特別な熱交換器、弁、パイプを必要とするヒートポンプシステムは適切ではなく、この複雑なシステムでは、追加の部品による追加の圧力低下により、冷却モード性能係数が不利になる。特に、二酸化炭素ヒートポンプシステムは、冷却モード性能係数が最低のため、その地域では最悪となる。
【０００４】
前述の電気自動車の熱管理システムは、推進システムに次ぐ電気自動車の２番目に大きいエネルギー消費システムであるため、１回のフルバッテリ充電で走行距離をあまり低下させないように、目標地域に対してエネルギー効率の高いシステムを備えることが非常に重要となる。しかし、同時に、電気自動車の熱管理システムは、当該目標地域にも適応できる手頃な価格である必要がある。
【０００５】
したがって、高いエネルギー効率と良好な走行距離を有する高温な気候の地域で使用できる統合型電気自動車熱管理システムが必要とされている。
【発明の概要】
【０００６】
本主題の目的は、少なくとも１つの空調システムと他のいくつかの熱管理システムを１つに統合することができる電気自動車熱管理システムを提供することである。
【０００７】
本主題の目的は、蒸気圧縮冷凍サイクルを使用して熱伝達を管理することができる電気自動車熱管理システムを提供することである。
【０００８】
本主題の別の目的は、ＨＶＡＣ（暖房、換気、および空調）ユニット内の空気混合構造を取り除くことができる電気自動車熱管理システムを提供することである。
【０００９】
本主題の別の目的は、重量およびコストがより小さいだけでなく、冷凍回路または冷凍サイクルでの圧力低下がより小さい電気自動車熱管理システムを提供することである。
【００１０】
本主題のさらに別の目的は、ヒートポンプ暖房のより良い統合を可能にする、統合された熱回収暖房システムを有する電気自動車熱管理システムを提供することである。
【００１１】
本主題のさらに別の目的は、正確な温度制御および除湿暖房モードを有する電気自動車熱管理システムを提供することである。
【００１２】
本主題のさらに別の目的は、高温な気候と温暖な気候の両方の地域で使用できる電気自動車の熱管理システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本明細書で説明する主題は、高温な気候の地域で使用される電気自動車熱管理システムに関する。当該電気自動車熱管理システムは、高温な気候の地域で使用される、少なくとも１つの空調システムと、バッテリを備えたバッテリ熱管理システムと、を含む。当該電気自動車熱管理システムは、圧縮機、第１の凝縮器、第２の凝縮器および蒸発器を含み、前述の圧縮機は、冷媒蒸気を圧縮し、冷媒の温度と圧力を上昇させ、前述の第１および第２の凝縮器は、高圧および高温の前述の冷媒を凝縮するように構成された冷凍サイクルと、電動ウォーターポンプ、バッテリ熱交換器、前述の第１の凝縮器、およびヒーターを含み、前述の電動ウォーターポンプは、クーラントをクーラントサイクル内にポンプで送り、前述の第１の凝縮器は、前述の冷凍サイクルから獲得した熱を使用して前述のクーラントを加熱し、加熱されたクーラントを前述のヒーターに送るように構成された当該クーラントサイクルと、を備える。
【００１４】
本主題の実施形態では、前述の圧縮機は、前述の冷媒蒸気を圧縮して前述の冷媒の温度および圧力を上昇させるために、前述のバッテリによって電力を供給される。
【００１５】
本主題の一つの実施例では、前述の第１の凝縮器は、前述の冷凍サイクルと前述のクーラントサイクルとの間の共通の熱交換器である。
【００１６】
本主題の一つの実施例では、前述の第１の凝縮器は水冷凝縮器であり、前述の第２の凝縮器は空冷凝縮器である。
【００１７】
本主題の一つの実施例では、前述の冷媒蒸気は、前述の第１および第２の凝縮器を通って流れ、凝縮し前述の冷媒蒸気の温度を低下させる。
【００１８】
本主題の一つの実施例では、前述の冷媒蒸気は、前述の第１および第２の凝縮器から、膨張装置および流量制御弁を通って前述の蒸発器に流れる。
【００１９】
本主題の一つの実施例では、前述の電動ウォーターポンプは、前述のクーラントを当該クーラントサイクルにポンプで送るためにバッテリによって電力を供給される。
【００２０】
本主題の一つの実施例では、前述の第１の凝縮器は、前述の冷凍サイクルから獲得した廃熱を使用して前述のクーラントを加熱するように構成され、当該クーラントは、前述の電動ウォーターポンプから前述の第１の凝縮器を通って前述のヒーターに流れる。
【００２１】
本主題の一つの実施例では、前述の第１の凝縮器の入口でクーラントは、車室内暖房が必要なときに、バッテリ熱交換器を通してバッテリから熱をすでに回収している。したがって、この暖房システムは、蒸発器動作を含む車室内空調またはバッテリ冷却の少なくともいずれかが機能しているとき、前述の第１の凝縮器および前述のバッテリの熱放散からの熱回収によって完全に制御される。その場合、走行距離を減少させる、電気を使用する追加の暖房電力は必要ない。暖房は、冬の季節だけでなく、ＨＶＡＣの蒸発器の後で空気を再暖房して、車両の乗員が指示する正確な気温を制御するためにも必要となる。したがって、この熱回収暖房システムは、高温な気候の地域でもすべての季節に利益をもたらし、このような地域の要求をサポートするために必要な容量を提供することができる。
【００２２】
本主題の一つの実施例では、複数の圧縮機および熱交換器が、前述の冷凍サイクルおよびクーラントサイクルで構成される。
【００２３】
本主題の一つの実施例では、冷媒バイパス経路は、前述の蒸発器の前および前述の圧縮機の前の間に構成される。
【００２４】
本主題の一つの実施例では、前述の第２の凝縮器は、追加の膨張装置による蒸発器機能を有する。
【００２５】
本主題の一つの実施例では、前述のクーラントのヒーター出口温度は、バッテリ熱交換器のレベルまで下がるように制御される。
【００２６】
本主題の一つの実施例では、ヒーター出口空気温度は、流量制御弁を使用して、クーラント流量制御によって制御される。
【００２７】
本主題の一つの実施例では、前述の第１の凝縮器、前述の流量制御弁、および冷却器が直接組み立てられる。
【００２８】
本主題の一つの実施例では、サージタンクが前述のクーラントサイクル内に構成される。
【００２９】
本主題の一つの実施例では、相変化材料が、蓄熱剤として前述のサージタンク内に配置される。
【００３０】
本主題の一つの実施例では、駆動モータおよび／またはインバータは、回収熱を増加させるためにバッテリに並列に接続される。
【００３１】
本主題の一つの実施例では、熱交換器は、圧縮機入口および膨張装置入口の間で冷媒の熱を交換するように構成される。
【００３２】
本主題の一つの実施例では、システム制御器は、以下の制御を実施するよう構成される。前述のヒーター出口温度を感知し、流量制御弁を使用して、クーラント流量制御によって、前述のヒーター出口空気温度を制御する。また、圧縮機入出口温度および圧力を感知し、電動ポンプの回転数制御ロジックを使用して、クーラント流量制御によって、バッテリ入出口クーラント温度差を制御する。また、圧縮機回転数制御ロジックによって、バッテリ入口クーラント温度を制御する。また、車室内温度、蒸発器の出口表面または空気の温度の感知データからの入力を使用して、圧縮機回転数制御ロジックによって、車室内温度を制御する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
本主題の前述のおよびさらなる目的、特徴、および利点は、数値や代表的要素を表すために使用される添付の図面を参照した例示的な実施例の以下の説明から明らかになるであろう。
【００３４】
ただし、添付の図面は本主題の典型的な実施例のみを示しており、したがって、主題は他の等しく効果的な実施例を認めることができるため、その範囲を限定するものと見なされるべきではないことに留意されたい。
【００３５】
【図１】図１は、本主題の一つの実施例による、冷凍サイクルおよびクーラントサイクルを含む電気自動車熱管理システムを示す。このシステムは、特に高温な気候の地域に適している。
【図２】図２は、本主題の一つの実施例による、冷凍サイクルおよびクーラントサイクルを含む電気自動車熱管理システムの最大冷却状態を示しており、これは、高温の車室内およびバッテリ温度から制御された温度までの冷却期間に通常使用される。
【図３】図３は、本主題の一つの実施例による、電気自動車熱管理システムの暖房モードおよび曇り取り／除霜モードを示し、これは、冬季に車室内およびバッテリを予熱するために通常使用される。
【図４】図４は、本主題の一つの実施例による、アクティブ冷却および熱回収暖房の両方の機能を同時に使用する一般的な動作モードに通常使用される電気自動車熱管理システムの温度制御モードを示す。
【図５】図５は、本主題の一つの実施例による、冷凍サイクルおよびクーラントサイクルを含む電気自動車熱管理システムを示す。このシステムは、特に温暖な気候と高温な気候の混ざり合った地域に適している。
【図６】図６は、本主題の一つの実施例による、冷凍サイクルおよびクーラントサイクルを含む電気自動車熱管理システムの最大冷却状態を示し、これは、高温の車室内温度およびバッテリ温度から制御された温度までの冷却期間に通常使用される。
【図７】図７は、本主題の一つの実施例による、冬季に車室内およびバッテリを予熱するために通常使用される電気自動車熱管理システムの暖房モードおよび曇り取り／除霜モードを示す。
【図８】図８は、本主題の一つの実施例による、アクティブ冷却および熱回収暖房の両方の機能を同時に使用する一般的な動作モードに通常使用される電気自動車熱管理システムの温度制御モードを示す。
【図９】図９は、本主題の一つの実施例による電気自動車熱管理システムを示している。このシステムは、特に温暖な気候と寒冷な気候の地域に適している。
【図１０】図１０は、本主題の一つの実施例による、電気自動車熱管理システムの最大冷却モードを示し、これは、高温の車室内温度およびバッテリ温度から制御された温度までの期間を冷却するために通常使用される。
【図１１】図１１は、本主題の一つの実施例による、電気自動車熱管理システムの暖房モードおよび曇り取り／除霜モードを示し、これは、冬季に車室内およびバッテリを予熱するため、および一般的な暖房に通常使用される。
【図１２】図１２は、本主題の一つの実施例による、電気自動車熱管理システムの温度制御モードを示し、これは、アクティブ冷却および電気ヒーターを使用するアクティブ暖房の両方が同時に機能する一般的な動作モードに通常使用される。
【図１３】図１３は、本主題の一つの実施例による、暖房機能のためにより多くの熱回収を行うため、インバータ熱交換器および駆動モータ熱交換器を並列に備えた電気自動車熱管理システムを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下は、添付の図面を参照して、本主題の様々な実施例の詳細な説明を提示する。
【００３７】
本発明の実施例は、添付の図面を参照して詳細に説明される。しかしながら、本主題は、本開示を当業者に本主題をより明確に説明するためにのみ提供されるこれらの実施例に限定されない。添付の図面において、参考数値などは、構成要素などを示すために使用される。
【００３８】
本明細書は、いくつかの場所での「１つの」、「１つの」、「異なる」または「いくつかの」実施例を指す場合がある。これは、そのような各参照が同じ実施例への参照であること、またはその特徴が単一の実施例にのみ適用されることを必ずしも意味しない。異なる実施例の単一の特徴を組み合わせて、他の実施例を提供することもできる。
【００３９】
本明細書で使用する場合、単数形は、特に明記しない限り、複数形も含むものとする。本明細書で使用される場合、「含む」、「備える」、「含む」、および／または「備える」という用語は、述べられた特徴、整数、ステップ、操作、要素、および／または構成要素の存在を特定することがさらに理解されよう。ただし、１つまたは複数の他の機能、整数、ステップ、操作、要素、部品、および／またはそれらのグループの存在または追加を排除するものではない。要素が別の要素に「取り付けられている」、「接続されている」、「結合されている」または「据え付けられている」と呼ばれる場合、他の要素に直接取り付けまたは接続または結合することができる。また、仲介する要素が存在してもよい。本明細書で使用される場合、「および／または」という用語は、関連する列挙された項目の１つまたは複数のありとあらゆる組み合わせおよび配置を含む。
【００４０】
これらの図は、一部の要素と機能要素のみを示す簡略化された構造を示しており、すべて論理ユニットであり、その実装は示されているものと異なっていてよい。
【００４１】
図１は、本主題の実施例による、冷凍サイクルＲおよびクーラントサイクルＣを含む電気自動車熱管理システム１００を示す。前記システム１００は、特に高温な気候の地域に適している。
【００４２】
本明細書で説明する電気自動車熱管理システム１００は、少なくとも１つの空調システムとバッテリ熱管理システムとを含む統合システムに関する。一実施例では、システムは、駆動モータ、インバータなどの熱管理システムを統合することができる。
【００４３】
一実施例では、図１に見られるように、統合システム１００は、互いに相互接続されたバッテリユニット、熱管理ユニット、ＨＶＡＣ（暖房、換気、および空調）ユニット、および凝縮器を備える。このシステムは、蒸気圧縮冷凍サイクルＲとクーラントサイクルＣの基本原理と、クーラント熱交換器ＣＨを採用している。
【００４４】
本主題の実施例では、第１の閉鎖冷凍サイクルＲは、電動圧縮機Ｒ２、第１の凝縮器または水冷凝縮器ＣＨ２、第２の凝縮器または空冷凝縮器Ｒ４、電動膨張装置（ＥＸＶ）Ｒ６、流量制御弁Ｒ８、蒸発器Ｒ１０、およびそれらの構成要素を互いに接続するための複数の接続パイプを含む。バッテリで駆動される電動圧縮機Ｒ２は、冷媒蒸気を圧縮し、それによって冷媒の温度と圧力を上昇させる。２つの凝縮器ＣＨ２、Ｒ４は、第２の閉鎖クーラントサイクルＣからのクーラントおよび周囲の空気をそれぞれ使用して、高圧と高温の冷媒を凝縮している。電動膨張装置Ｒ６は、統合システム１００の制御ロジックの下で圧縮機Ｒ２の前の冷媒圧力、温度および冷媒流を制御するために使用される。さらに、電動圧縮機Ｒ２の前後に配置された圧力センサおよび温度センサを、当該制御器入力データとして使用できる。電動膨張装置Ｒ６と蒸発器Ｒ１０の間に配置された流量制御弁Ｒ８を使用して、冷却モードＣの場合は蒸発器Ｒ１０に、プレコンディショニング暖房または始動暖房モードの場合は蒸発器Ｒ１０をバイパスするよう冷媒の流れを切り替える。
【００４５】
本主題の同時実施例では、第２の閉鎖クーラントサイクルＣは、電動ウォーターポンプＣ６、バッテリ熱交換器Ｃ２、水冷凝縮器ＣＨ２、ヒーターＣ１２またはＨＶＡＣヒーターＣ１２、サージタンクＣ１４、冷却器ＣＨ４、およびそれらの構成要素を相互に接続するための複数の接続パイプを含む。バッテリ駆動のウォーターポンプＣ６は、通常、水、エチレングリコール、およびいくつかの添加剤の混合物であるクーラントをポンプで送り、クーラントサイクルＣの熱交換器に流す。水冷凝縮器ＣＨ２はサイクルＲおよびＣに対して共通の熱交換器となっている。クーラントサイクルＣの場合、水冷凝縮器ＣＨ２は、第１の閉鎖サイクルＲからの廃熱を使用してクーラントヒーターとして機能し、ヒーターＣ１２に高温または暖かいクーラントを提供する。さらに、水冷凝縮器ＣＨ２の前の流量制御弁Ｃ４を使用し、統合システム制御ロジックに基づいて、ＨＶＡＣヒーターＣ１２の前または後の温度データを入力してクーラントの流量を制御し、必要な暖房エネルギーを最小限に抑える。ヒーターコアＣ１２からクーラントポンプの前のクーラント主ラインに戻すクーラント温度は、バッテリ熱交換器Ｃ２の前または後の温度と同様に制御され、バッテリ冷却クーラントサイクルＣへの影響を最小限に抑えることができる。必要な暖房エネルギーはクーラント流量制御弁によって制御されるクーラント流量によって制御される。ヒーターコア入出口温度差は大幅に大きくなり、クーラント流量は通常のヒーターコア用途よりも大幅に少なくなるため、マルチパスクロスカウンターフローヒーターコアの使用が推奨される。バッテリ温度制御は、統合システム制御ロジックで実行され得る。入口および出口のクーラント温度センサを、バッテリ温度自体と同様に制御器の入力データとして使用できる。このクーラントサイクルＣは、冷凍サイクルＲと並行して動作できるため、ＨＶＡＣヒーターＣ１２は、最初に蒸発器Ｒ１０で冷却および除湿をし、次にヒーターコアで再暖房する温度制御が可能である。再暖房は省エネの観点から最小限に抑えられようが、相対湿度を調整して蒸発器出口空気温度に上限を設け蒸発器からの不快な臭いの発生を防ぐ必要がある。蒸発器Ｒ１０の表面温度が上限を超えると、蒸発器Ｒ１０の表面の結露水が乾燥し始める。その時、空気から吸着されていた臭いの元となる物質が、再び空気に脱着され、車室内の人は不快な臭いとして感じるからである。このように、車室内のユーザーの希望する設定空気温度に応じて、再暖房が必要となる。また、バッテリ熱交換器Ｃ２も、暖房を含めて温度を適切に制御できる。
【００４６】
熱回収暖房システムに加えて、ホットガスバイパス暖房システムを使用したアクティブ暖房システムがこのシステム１００に含まれている。これは、電気自動車のプレコンディショニング暖房や、高温な気候の地域であっても冬季に短時間で始動する場合に必要になりえる。さらに、寒冷時に車室内を冷房しないときには、電動膨張装置Ｒ６と蒸発器Ｒ１０の間の流量制御弁Ｒ８を使用して、冷媒は蒸発器をバイパスでき、そのとき、圧縮機Ｒ２の後の水冷凝縮器ＣＨ２で、圧縮動作により発生した熱を、ＨＶＡＣおよびバッテリ暖房用クーラントに転送できる。ただし、この機能は、極端に高温な気候の地域では、弁および圧縮機間において蒸発器前のバイパスパイプおよび流量制御弁を取り外すことで、簡単に取り除くことができる。
【００４７】
本主題の一つの実施例では、低圧および温度センサ（ＬＰＴＳ）Ｒ１４および高圧および温度センサ（ＨＰＴＳ）Ｒ１６が、圧縮機Ｒ２の前後に配置される。さらに、バッテリ出口温度センサ（ＢＯＴＳ）Ｃ１０とバッテリ入口温度センサ（ＢＩＴＳ）Ｃ８もクーラントサイクルＣ内に配置され、バッテリ熱交換器Ｃ２の出口および入口のクーラントの温度を測定する。さらに、ＨＶＡＣヒーターＣ１２の流路および水冷凝縮器ＣＨ２の間にヒーター入口温度センサ（ＨＩＴＳ）Ｃ１６が配置されている。さらに、ヒーター入口温度センサ（ＨＩＴＳ）Ｃ１６は、ＨＶＡＣヒーターＣ１２の流路と、電動ウォーターポンプＣ６および冷却器ＣＨ４の間のクーラント主流ラインと、の間に配置できる。
【００４８】
図２は、本発明の一つの実施例による、冷凍サイクルＲおよびクーラントサイクルＣを含む電気自動車熱管理システム１００の最大冷却状態を示し、これは、高温の車室内およびバッテリ温度から制御された温度までの冷却期間に通常使用される。
【００４９】
本主題のこの実施例では、最大冷却には暖房機能が必要ないため、ヒーターへのクーラントの流れをクーラント側の流量制御弁で遮断することにより、水冷凝縮器ＣＨ２およびヒーターＣ１２は非作動状態であってもよい。
【００５０】
図３は、本主題の一つの実施例による、電気自動車熱管理システム１００の暖房モードおよび曇り取り／除霜モードを示し、これは、冬季に車室内およびバッテリを予熱するために通常使用される。
【００５１】
本主題のこの実施例では、予熱または始動暖房は冷却装置を必要としないので、流量制御弁により蒸発器Ｒ１０への冷媒を、また、膨張装置Ｒ１２により冷却器ＣＨ４への冷媒を、遮断することによって、蒸発器Ｒ１０および冷却器ＣＨ４は非作動状態であってもよい。
【００５２】
図４は、本主題の一つの実施例による、アクティブ冷却および熱回収暖房の両方の機能を同時に使用する一般的な動作モードに通常使用される電気自動車熱管理システム１００の温度制御モードを示す。
【００５３】
図５は、本主題の一つの実施例による、冷凍サイクルＲおよびクーラントサイクルＣを含む電気自動車熱管理システム１００を示す。この実施例のシステムは、特に、温暖な気候と高温な気候が混合する場合に適している。
【００５４】
本主題の別の実施例では、図５に見られるように、空調とバッテリ冷却のための統合システムは、冷凍サイクルＲでヒートポンプシステムを使用している。図１に示した本主題の第１の実施例に比し、空冷凝縮器Ｒ４の蒸発器モード／蒸発器のために追加の電動膨張装置Ｒ１８が使用されている。暖房モードでは、それは、周囲の空気からエネルギーを吸収して性能係数を向上させることができる。ただし、蒸発器モードに必要な追加の膨張装置Ｒ１８も、図６に示すように、冷却モード中には動作しない。この追加の膨張装置Ｒ１８は、冷却モード効率が低下する原因となる追加の圧力低下を最小限に抑えるための追加のバイパス回路を回避するために、全開機能を備えている必要がある。したがって、このシステムは、温暖な気候と高温な気候が混合する場合に適し、暖房モードの効率と冷房モードの効率のバランスが取れている。システム内の部品を最小限に抑えるために、アキュムレーター（図６には表示されていない）はこの実施例から削除されている。電動膨張装置Ｒ１８は液体が圧縮機Ｒ２に逆流するのを防ぐことができると期待されるからである。液体逆流の潜在的なリスクを軽減するために、内部熱交換器（ＩＨＸ）を電動膨張装置Ｒ１８前の高圧液体ラインおよび圧縮機Ｒ２前の低圧蒸気ラインの間に配置できる。これにより、高圧高温冷媒からの熱伝達による温度上昇により、液体冷媒が蒸発する。同時に、システムの効率や性能も改善できる。内部熱交換器（ＩＨＸ）の応用は、図１の実施例にも適用できる。いずれの場合も、システムの動作に応じて、このヒートポンプ用途に対して通常のヒートポンプシステムのようにアキュムレータを追加できる。
【００５５】
図６は、本発明の一つの実施例による、冷凍サイクルＲおよびクーラントサイクルＣを含む電気自動車熱管理システムの最大冷却状態を示し、これは、高温車室内およびバッテリ温度から制御された温度までの冷却期間に通常使用される。
【００５６】
本主題のこの実施例では、最大冷却には暖房機能が必要ないため、ヒーターコアへのクーラントの流れをクーラント側の流量制御弁で遮断することにより、水冷凝縮器ＣＨ２は、追加の電動膨張装置Ｒ１８およびヒーターＣ１２とともに、非作動状態であってもよい。
【００５７】
さらに、すべての追加部品は追加の圧力低下を引き起こし、冷却モード性能係数を低下させるであろう。
【００５８】
図７は、本主題の一つの実施例による、電気自動車熱管理システム１００の暖房モードおよび曇り取り／除霜モードを示し、これは、冬季に車室内およびバッテリを予熱するために通常使用される。
【００５９】
本主題のこの実施例では、蒸発器Ｒ１０は、流量制御弁Ｒ８と共に、冷却器ＣＨ４に接続される。予熱または始動暖房は冷却装置を必要としないので、流量制御弁Ｒ８により蒸発器Ｒ１０への冷媒を、また、電動膨張装置により冷却器ＣＨ４への冷媒を、遮断することによって、冷却器ＣＨ４および蒸発器Ｒ１０は、流量制御弁Ｒ８と共に、非作動状態であってもよい。
【００６０】
図８は、本主題の一つの実施例による、アクティブ冷却および熱回収暖房の両方の機能を同時に使用する一般的な動作モードに通常使用される電気自動車熱管理システム１００の温度制御モードを示す。
【００６１】
本主題のこの実施例では、追加の電動膨張装置Ｒ１８は、非作動状態であってもよい。この追加の電動膨張装置Ｒ１８は、冷却モード効率が低下する原因となる追加の圧力低下を最小限に抑えるために全開とする必要がある。または、電動膨張装置のバイパスラインを割り当てる必要がある。いずれの場合でも、圧力低下は図１の圧力低下よりも大きくなる。したがって、このシステムは、温暖な気候と高温な気候の混合した地域に適し、暖房モードの効率と冷房モードの効率のバランスが取れている。
【００６２】
図９は、本主題の一つの実施例による電気自動車熱管理システム１００を示す。このシステムは、特に、温暖な気候と寒冷な気候の地域に適している。
【００６３】
図９に見られるように、本主題の一つの実施例では、空調およびバッテリ熱管理システムのための典型的な分離されたシステムは、空調システムで専用ヒートポンプシステムを使用する。圧縮機と冷却ユニット（ＣＥＦＭ）のみが共有される。この実施例は、空調機の冷却モードと暖房モードの両方を提供するための独立したアキュムレータＲ２２を必要とし、これは通常、図１に示す実施例および図５に示す実施例の空冷凝縮器にサブクーラーモジュレーター機能を備えたレシーバータンクとして統合される。このシステムは、２つのサイクルを個別に処理するのに適している。しかしながら、温暖なまたは高温な地域に対して十分な容量を有することができる熱回収暖房を利用できないため、当該地域には最適ではない。さらに、再暖房制御モードまたは除湿暖房モードで冷却機能と暖房機能を同時に使用するには、追加の空気ＰＴＣヒーターＲ２４が必要である。そうでない場合、ＨＶＡＣヒーターＲ２６に温水を供給するために、電気温水器およびヒーターコアシステム、ならびに／または駆動モータ／インバータ熱回収システムが必要である。上記のすべてが上記の地域に必ずしも必要なわけではない。
【００６４】
本主題の一つの実施例では、駆動モータ、インバータなどから追加の冷却負荷を統合することができる。総熱負荷に応じて、ユーザーは図１に示す実施例と図５に示す実施例のいずれかを選択できる。
【００６５】
本主題の一つの実施例では、図９に見られるように、正の温度係数（ＰＴＣ）ヒーターＲ２４は、ＨＶＡＣヒーターＲ２６と共にＨＶＡＣユニット内に配置される。また、アキュムレータＲ２２は、冷凍サイクルＲに配置され、サージタンクＣ１４内に液相クーラントを収集して、気相冷媒を凝縮器Ｒ２に放出し、液体の逆流を防止すると同時に、余分な冷媒のシステム需要変動吸収に供する。また、ＨＶＡＣヒーターＲ２６の流路および空冷凝縮器／蒸発器Ｒ４の間には、流量制御弁Ｒ２０も配置されている。流量制御弁Ｒ２０はさらに、圧縮機Ｒ２に接続されている。
【００６６】
図１０は、本主題の一つの実施例による、電気自動車熱管理システム１００の冷却モードを示し、これは、高温車室内およびバッテリ温度から制御された温度までの冷却期間に通常使用される。
【００６７】
本主題のこの実施例では、ＰＴＣヒーターＲ２４、ＨＶＡＣヒーターＲ２６、および電気ヒーターＣ１２は、非作動状態であってもよい。
【００６８】
図１１は、本主題の一つの実施例による、電気自動車熱管理システムの暖房モードおよび曇り取り／除霜モードを示し、これは、冬季に車室内およびバッテリを予熱するため、および一般的な暖房に通常使用される。
【００６９】
本主題のこの実施例では、冷凍サイクルＲのＨＶＡＣ蒸発器Ｒ１０およびクーラントサイクルＣの冷却器ＣＨ４は、それぞれの膨張弁Ｒ８、Ｒ１２とともに、非作動状態であってもよい。
【００７０】
図１２は、本主題の一つの実施例による、電気自動車熱管理システム１００の温度制御モードを示し、これは、アクティブ冷却および電気ヒーターを使用するアクティブ暖房の両方の機能を同時に使用する一般的な動作モードに通常使用される。
【００７１】
本主題のこの実施例では、膨張装置Ｒ１８と共にＨＶＡＣヒーターＲ２６のみが非作動状態であってもよい。ただし、再暖房制御モードまたは除湿暖房モードで冷却機能と暖房機能を同時に使用するには、追加の電力を消費する追加の空気ＰＴＣヒーターＲ２４が動作する。そうでなければ、電気温水器Ｃ１２およびヒーターコアシステムならびに／または駆動モータ／インバータ熱回収システムが、ＨＶＡＣヒーターＲ２６に温水を供給するために必要である。上記のすべてが上記の地域に必ずしも必要なわけではない。このシステムは、すべての条件に対してアクティブで強力な暖房を行うことができ、温暖なまたは寒冷な地域に完全に適する。
【００７２】
図１３は、本主題の一つの実施例による、暖房機能のためにより多くの熱回収を行うため、インバータ熱交換器Ｉ、Ｉ１および駆動モータ熱交換器Ｍ、Ｍ１を並列に備えた電気自動車熱管理システム１００を示す。
【００７３】
一つの実施例では、図１３に見られるように、モータユニットＭおよびインバータユニットＩは、バッテリユニットＢと電気的に接続して配置され、冷却サイクルまたは冷却回路の一部を形成する。また、モータ用熱交換器Ｍ１、バッテリ用熱交換器Ｂ１、インバータ用熱交換器Ｉ１の前段には、それぞれ、モータ用弁ＭＶ１、バッテリ用弁ＢＶ１、インバータ用弁ＩＶ１が配置されている。複数の温度センサＴＳ１、ＴＳ２、ＴＳ３、ＴＳ４も、クーラントサイクルにおいて、モータユニットＭ、バッテリユニットＢおよびインバータユニットＩと並んで配置される。
【００７４】
温暖な気候の地域でより多くの暖房能力が必要な場合、より多くの熱回収が効果的である。通常、駆動モータとインバータの制御温度は、バッテリ制御温度よりも大幅に高い。そのため、これらのデバイスは、空冷式ラジエーターで周囲の空気を使用して、クーラントで冷却できる。必要な容量が大きければ、独立した動力伝達系冷却システムが適切であろう。図１または図５のシステムに統合できるくらい規模が小さい場合は、追加の要件に応じて冷却器と電動圧縮機の容量を増やす。高温な地域はそれほど多くの暖房能力を必要としないので、非高温地域に適していよう。
【００７５】
したがって、本主題によれば、電気自動車の高温な気候の領域のための電気自動車熱管理システムに対して、蒸気圧縮冷凍サイクルおよび単相クーラントサイクルの基本原理を使用し、１つまたは複数の電動圧縮機、２つのサイクルに共通の熱交換器としての水冷凝縮器、空冷凝縮器、２つの膨張装置、水冷凝縮器の前のクーラントサイクルの１つの流量制御弁、１つまたは複数の蒸発器、１つまたは複数のヒーターコア、２つのサイクルに共通の熱交換器としての冷却器、１つまたは複数のバッテリ熱交換器、１つまたは複数の電動ウォーターポンプ、サージタンク、および接続パイプから成るソリューションを提供する。
【００７６】
本発明を特定の実施例を参照して説明してきたが、この説明は、限定的な意味で解釈されることを意味するものではない。開示された実施例の様々な修正、ならびに本発明の代替実施例は、本発明の説明を参照すると当業者には明らかになるであろう。したがって、そのような修正は、定義された本発明の精神または範囲から逸脱することなく行うことができると考えられる。
【図１】
2021509380.tif 000003
【図２】
2021509380.tif 000004
【図３】
2021509380.tif 000005
【図４】
2021509380.tif 000006
【図５】
2021509380.tif 000007
【図６】
2021509380.tif 000008
【図７】
2021509380.tif 000009
【図８】
2021509380.tif 000010
【図９】
2021509380.tif 000011
【図１０】
2021509380.tif 000012
【図１１】
2021509380.tif 000013
【図１２】
2021509380.tif 000014
【図１３】
2021509380.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】令和2年7月16日(2020.7.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリを有する、少なくとも１つの空調システムおよびバッテリ熱管理システムを備える電気自動車熱管理システム１００であって、
冷媒の温度および圧力を上昇させることによって冷媒蒸気を圧縮するように構成された少なくとも１つの圧縮機Ｒ２、高温高圧の前記冷媒を凝縮するように構成された第１の凝縮器ＣＨ２および第２の凝縮器Ｒ４、膨張装置、冷却器ＣＨ４、蒸発器Ｒ１０を含む冷凍サイクルＲと、
電動ウォーターポンプＣ６、バッテリ熱交換器Ｃ２、前記第１の凝縮器ＣＨ２、ヒーターＣ１２を含むクーラントサイクルＣと、
を備え、
前記電動ウォーターポンプＣ６は、クーラントを前記クーラントサイクルＣにポンプで送るように構成され、
前記第１の凝縮器ＣＨ２は、前記冷凍サイクルＲから獲得した熱を使用して前記クーラントを加熱し、前記加熱されたクーラントを前記ヒーターＣ１２に伝達するように構成され、
前記ヒーターＣ１２の出口空気温度は、前記ヒーターおよび前記冷却器の間の総クーラント流量を分割する流量配分制御手段を使用して、クーラント流量制御によって制御され、
システム制御器は、ヒーター出口温度を感知し、流量制御弁を使用して、クーラント流量制御によってヒーター出口空気温度を制御するように構成され、
前記ヒーターＣ１２の出口クーラント温度は、前記バッテリ熱交換器Ｃ２のレベルまで下がるように制御される、
電気自動車熱管理システム。
【請求項２】
前記圧縮機Ｒ２は、前記バッテリにより電力を供給され、前記冷媒の温度および圧力を上昇させることによって、前記冷媒蒸気を圧縮する、請求項１に記載の電気自動車熱管理システム１００。
【請求項３】
前記第１の凝縮器ＣＨ２は、前記冷凍サイクルＲと前記クーラントサイクルＣとの間の共通の熱交換器である、請求項１に記載の電気自動車熱管理システム１００。
【請求項４】
前記第１の凝縮器ＣＨ２は水冷凝縮器であり、前記第２の凝縮器Ｒ４は空冷凝縮器である、請求項１に記載の電気自動車熱管理システム１００。
【請求項５】
前記冷媒蒸気は、前記第１の凝縮器ＣＨ２および前記第２の凝縮器Ｒ４を通って流れ、前記冷媒蒸気の温度および圧力を低下させる、請求項１に記載の電気自動車熱管理システム１００。
【請求項６】
前記冷媒蒸気は、前記第１の凝縮器ＣＨ２および前記第２の凝縮器Ｒ４から前記膨張装置Ｒ６および流量制御弁Ｒ８を介して前記蒸発器Ｒ１０に流れる、請求項１に記載の電気自動車熱管理システム１００。
【請求項７】
前記電動ウォーターポンプＣ６は、前記クーラントを前記クーラントサイクルＣにポンプで送るために前記バッテリによって電力を供給される、請求項１に記載の電気自動車熱管理システム１００。
【請求項８】
前記第１の凝縮器ＣＨ２は、前記冷凍サイクルＲから前記第１の凝縮器ＣＨ２によって獲得された廃熱を使用して前記クーラントを加熱するように構成され、前記クーラントは、前記電動ウォーターポンプＣ６から前記第１の凝縮器ＣＨ２を介して前記ヒーターＣ１２に流れる、請求項１に記載の電気自動車熱管理システム１００。
【請求項９】
前記冷凍サイクルＲと前記クーラントサイクルＣに複数の圧縮機および熱交換器が構成された、請求項１に記載の電気自動車熱管理システム１００。
【請求項１０】
冷媒バイパス経路が、前記蒸発器Ｒ１０の前および前記圧縮機Ｒ２の前の間に構成された、請求項１に記載の電気自動車熱管理システム１００。
【請求項１１】
前記第２の凝縮器Ｒ４は、さらに、追加の膨張装置Ｒ１２による蒸発器機能を有する、請求項１に記載の電気自動車熱管理システム１００。
【請求項１２】
前記第１の凝縮器ＣＨ２、前記流量制御弁Ｃ４および前記冷却器ＣＨ４は、直接組み立てられた、請求項１に記載の電気自動車熱管理システム１００。
【請求項１３】
前記クーラントサイクルＣ内に、さらに、サージタンクＣ１４が構成された、請求項１に記載の電気自動車熱管理システム１００。
【請求項１４】
相変化材料が、蓄熱材として前記サージタンクＣ１４内に配置された、請求項１３に記載の電気自動車熱管理システム１００。
【請求項１５】
回収熱を増大させるための、駆動モータおよび／またはインバータが前記バッテリに並列に接続された、請求項１に記載の電気自動車熱管理システム１００。
【請求項１６】
熱交換器が、前記圧縮機Ｒ２および前記膨張装置Ｒ６の間で前記冷媒の熱を交換するように構成された、請求項１または１１に記載の電気自動車熱管理システム１００。
【請求項１７】
前記システム制御器は、前記ヒーター出口温度を感知し、前記流量制御弁を使用して、前記クーラント流量制御によって前記ヒーター出口空気温度を制御し、圧縮機入出口温度および圧力を感知し、電動ポンプ回転制御ロジックを使用して、前記クーラント流量制御によってバッテリ入出口クーラント温度差を制御し、圧縮機回転制御ロジックによってバッテリ入口クーラント温度を制御し、車室内温度、蒸発器出口温度の感知データからの入力を使用して、圧縮機回転制御ロジックによって車室内温度制御を行うように構成された、請求項１に記載の電気自動車熱管理システム１００。
【国際調査報告】
2021509380.tif 000016
2021509380.tif 000017