(57)【要約】      （修正有）【課題】ハイブリッド自動車用空調回路、およびハイブリッド自動車の自動車電池を予熱するための方法を提供する。【解決手段】冷却媒体を用いて、内燃機関のターボ過給機の充填空気を冷却するための給気冷却器１２と、この冷却媒体を冷却するための低温冷却器１４と、低温冷却器１４に接続され得る空調凝縮器１８とが、自動車電池２４を加熱する目的で温度制御ライン２２に接続された空調回路が提供される。給気冷却器１２の冷却媒体、およびまた低温冷却器１４内の空調凝縮器１８における冷却液の両方を冷却、並びに自動車電池２４を加熱するための空調凝縮器１８を出る加熱された冷却液の熱の利用によって、低温冷却器１４の必要な冷却力を低減することができる。その結果、ハイブリッド自動車の自動車電池２４、特にトラクション電池のエネルギー効率の良い温度制御が可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハイブリッド自動車用空調回路であって、
冷却媒体を用いて、内燃機関のターボ過給機の充填空気を冷却するための給気冷却器（１２）と、
前記給気冷却器（１２）の前記冷却媒体を冷却するための低温冷却器（１４）と、
冷却液を用いて、前記ハイブリッド自動車の車両内部コンパートメントの空調用空調空気を除湿するための空調凝縮器（１８）であって、
前記空調凝縮器（１８）が、前記空調凝縮器の前記冷却液を冷却する目的で前記低温冷却器（１４）に接続され得る、空調凝縮器と、
前記ハイブリッド自動車を完全に電気駆動するために、自動車電池（２４）、特にトラクション電池を直接的または間接的に温度制御するための温度制御ライン（２２）であって、
前記空調凝縮器（１８）が、前記自動車電池（２４）を加熱する目的で前記温度制御ライン（２２）に接続され得る温度制御ラインと
を有する空調回路。
【請求項２】
前記低温冷却器（１４）、前記空調凝縮器（１８）および前記温度制御ライン（２２）が接続され、前記空調凝縮器（１８）の前記冷却液が流れることができる予熱回路（４６）を形成し得ることを特徴とする、請求項１に記載の空調回路。
【請求項３】
前記温度制御ライン（２２）が、前記温度制御ライン（２２）内に設けられた温度制御液を加熱するための加熱器（２６）を有し、特に、前記空調凝縮器（１８）によって除湿された前記空調空気を加熱するために、前記加熱器（２６）によって供給することができる加熱力が、少なくとも部分的に分かれ得ることを特徴とする、請求項１または２に記載の空調回路。
【請求項４】
前記内燃機関を冷却するために高温回路（３６）が設けられ、前記高温回路（３６）が前記温度制御ライン（２２）に接続されて、前記高温回路（３６）の冷却液によって前記自動車電池（２４）を加熱するための共通の加熱回路（３８）を形成し得ることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の空調回路。
【請求項５】
前記空調凝縮器（１８）および前記温度制御ライン（２２）に接続し得るバイパスライン（４８）が設けられ、前記バイパスライン（４８）が、前記低温冷却器（１４）を通さずに前記空調凝縮器（１８）の前記冷却液を導き、前記空調凝縮器（１８）および前記温度制御ライン（２２）と接続され、共通のデルタ回路（５２）を形成し得ることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の空調回路。
【請求項６】
前記空調凝縮器（１８）が、特に３／２方向制御弁の形をしている凝縮器弁（４２）によって、前記低温冷却器（１４）および前記温度制御ライン（２２）に接続され、前記空調凝縮器（１８）が、前記凝縮器弁（４２）の第１の切替位置では前記低温冷却器（１４）に接続され、前記凝縮器弁（４２）の第２の切替位置では前記温度制御ライン（２２）に接続され、特に前記温度制御ライン（２２）が、再循環逆止弁（４４）によって前記低温冷却器（１４）に接続されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の空調回路。
【請求項７】
前記温度制御ライン（２２）が、前記空調凝縮器（１８）に接続され得る入口ライン（２８）と、前記低温冷却器（１４）に接続され得る出口ライン（３０）とを有し、前記入口ライン（２８）および前記出口ライン（３０）が、遮閉弁（４０）を有する接続ライン（３２）によって互いに接続され得ることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の空調回路。
【請求項８】
前記ハイブリッド自動車を完全に機械駆動するための内燃機関と、前記ハイブリッド自動車を完全に電気駆動するためのトラクション電池（２４）と、前記トラクション電池を温度制御するための請求項１〜７のいずれか一項に記載の空調回路（１０）とを有するハイブリッド自動車。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の空調回路（１０）によって、ハイブリッド自動車の自動車電池（２４）、特にトラクション電池を予熱するための方法であって、前記自動車電池（２４）を加熱するために、前記空調凝縮器（１８）によって加熱された前記冷却液を前記自動車電池（２４）の閾値温度未満で使用する方法。
【請求項１０】
さらに前記ハイブリッド自動車の走行速度が閾値速度未満である場合に、前記空調凝縮器（１８）によって加熱された前記冷却液を、前記自動車電池（２４）を加熱するために使用する、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド自動車用空調回路、およびハイブリッド自動車の自動車電池を予熱するための方法に関する。本方法によって、ハイブリッド自動車の自動車電池、特にトラクション電池は、自動車電池に適した動作温度を設定するために温度制御することができる。
【背景技術】
【０００２】
（特許文献１）から、空気を除湿するために、自動車の空調システムの冷凍機を使用して、前記空気を冷却することが知られている。除湿した空気は、続いて加熱して、所望の温度で空調システムから自動車の内部コンパートメント内に導くことができる。凝縮器内の冷凍機における冷媒回路で発生した熱は、第１の熱交換器によってさらなる回路から吸収し、自動車電池の温度を制御するために使用することができる。さらなる回路は、第１の熱交換器と並列に接続されている加熱器と、並列に接続された第２の熱交換器とをさらに有し、これらによって、除湿空気が加熱される。第１の熱交換器を通り、加熱器を通り、かつ第２の熱交換器を通る冷媒の体積流れは、自動車電池の温度制御に特定の温度を設定することができるように適切に分割することができる。
【０００３】
エネルギー効率の良い方法で温度制御することができる、ハイブリッド自動車の自動車電池、特にトラクション電池に対して一定の需要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１１／０８５７６０Ａ１号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、ハイブリッド自動車の自動車電池、特にトラクション電池のエネルギー効率の良い温度制御を可能にする手段を特定することである。
【０００６】
本目的は、本発明に従って、請求項１の特徴を有する空調回路によって、かつ請求項８の特徴を有する方法によって達成される。本発明の好ましい改良形態は、下位クレームおよび以下の説明で特定され、それぞれ個々にまたは組み合わせて本発明の態様を構成してもよい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、ハイブリッド自動車用空調回路であって、冷却媒体を用いて、内燃機関のターボ過給機の充填空気を冷却するための給気冷却器と、給気冷却器の冷却媒体を冷却するための低温冷却器と、冷却液を用いて、ハイブリッド自動車の車両内部コンパートメントの空調用空調空気を除湿するための空調凝縮器であって、空調凝縮器の冷却液を冷却する目的で低温冷却器に接続され得る空調凝縮器と、ハイブリッド自動車を完全に電気駆動するために、自動車電池、特にトラクション電池を直接的または間接的に温度制御するための温度制御ラインであって、空調凝縮器が、自動車電池を加熱する目的で温度制御ラインに接続され得る温度制御ラインとを有する空調回路に関する。
【０００８】
低温冷却器は、例えば空冷式冷却器、特にフロントエンド自動車冷却器の形をしていてもよく、これによって相対風を用いて、給気冷却器の冷却媒体および／または空調凝縮器の冷却液を冷却することができる。ここで、ハイブリッド自動車の高速時には、給気冷却器が、低温冷却器における高いレベルの冷却力を必要とし、一方、ハイブリッド自動車の低速時には、除湿すべき空気がそれ相応に比較的高温である場合（空調凝縮器によって冷却されなければならない）、相対風冷却効果が比較的小さいために、空調凝縮器が、低温冷却器における高いレベルの冷却力を必要とするという知識が用いられる。このように、空調凝縮器および給気冷却器の最大需要冷却力の和に合せて低温冷却器を設計する必要はなく、その結果、低温冷却器の縮小された寸法の空気入口領域で十分冷却することができる。このように、構造空間を節約することができ、低温冷却器に過剰な寸法取りを避けることによって特にエネルギー効率の良い動作が可能となり得る。
【０００９】
同時に冷却液を温度制御ラインに排出することができ、その結果、空調凝縮器から流れる加熱された冷却液を使用して、自動車電池を加熱することができる。これにより冷却液を自動車電池によって冷却することができる。この場合、介在する熱交換器を予め用いて、異なり、相互に独立した冷却回路の２つの冷却液間で熱の移動がなく、空調凝縮器の冷却液を直接利用することができる。そのため、低温冷却器の必要な冷却力を低減することができるが、自動車電池を加熱するために必要な加熱力が減少し得る。特に、ハイブリッド自動車がアイドル状態にある場合、特にトラクション電池の形をしている自動車電池からの電力の需要は比較的低くなり得、その結果、自動車電池が冷え、最適動作温度よりも下がり得る。具体的には、空調凝縮器の最大電力が要求され得るのは、ハイブリッド自動車がアイドル状態にある時であるため、空調凝縮器を出る冷却液は特に温かく、その結果、自動車電池を加熱するためのエネルギー効率の良い方法で冷却液の熱をよく利用することができる。給気冷却器の冷却媒体、およびまた低温冷却器内の空調凝縮器における冷却液の両方を冷却する可能性、ならびに自動車電池を加熱するための空調凝縮器を出る加熱された冷却液の熱の利用によって、冷却液によって吸収された熱をさらに利用し、低温冷却器の必要な冷却力を低減することができる。その結果、ハイブリッド自動車の自動車電池、特にトラクション電池のエネルギー効率の良い温度制御が可能となる。
【００１０】
空調凝縮器は特に、冷却液、特に冷却水、冷却油または冷媒が、相変化せずに凝縮器を通って流れる導水凝縮器である。空調凝縮器は、冷却された空調空気から凝結させた空気中の水分を捕集し、特に排出することができる捕集器を特に有してもよい。それによって、空調空気を除湿することができる。続いて、空調空気は、所望の温度に加熱することができ、空調空気の所望の湿度を空調凝縮器によって設定することができる。給気冷却器は特に、冷却媒体、特に冷却水、冷却油または冷媒を用いて間接的に充填空気を冷却することができる。充填空気は、過給され、かつ冷却された充填空気が燃焼機関、特に内燃機関に供給される前に、予め、ターボ過給機によって圧縮され、給気冷却器によって冷却されていてもよい。温度制御ラインは特に、自動車電池を所望の温度を設定および／または調節することができるように、温度制御液を所望の温度まで加熱および／または冷却することができる独立した回路の一部であってもよい。温度制御液は特に、空調凝縮器の冷却液と同一になるように選択され、その結果、空調凝縮器の冷却液が問題なく温度制御ラインを通って流れることができ、冷却液と温度制御液とが混ざっても問題を生じない。温度制御液は、自動車電池を通って流れて、介在する熱交換媒体を用いずに自動車電池を直接温度制御可能であることが好ましい。異なる熱交換媒体同士間の熱交換をなくすことによって、エネルギー効率をさらに改善することができる。
【００１１】
特に、低温冷却器、空調凝縮器および温度制御ラインが接続され、空調凝縮器の冷却液が流れることができる予熱回路を形成することができる。したがって、空調凝縮器から流れる空調凝縮器の冷却液は、温度制御ラインを通って、続いて低温冷却器を通って流れて、空調凝縮器に再循環することができる。温度制御ラインによって温度制御されている自動車電池は、この場合、空調凝縮器における冷却液用の追加冷却器として働く。特に「再加熱」動作モードでは、特にハイブリッド自動車の電気走行の場合には、自動車電池のパワー、特に電力が、空調空気を除湿するための空調凝縮器の動作のために利用され、続いて、自動車電池のパワー、特に電力が、空調用空気を加熱するために利用され、空調凝縮器を出る冷却液の熱を、自動車電池の温度制御および／または空調空気の加熱に便宜上、エネルギー効率の良い方法で使用することができる。
【００１２】
温度制御ラインは、温度制御ライン内に設けられた温度制御液を加熱するための加熱器を有し、特に、空調凝縮器によって除湿された空調空気を加熱するために、加熱器によって供給することができる加熱力が、少なくとも部分的に分かれ得ることが好ましい。加熱器は、温度制御ライン内で温度制御液を適した温度まで加熱するために利用することができる。このことは、空調凝縮器から流れ、温度制御ラインに供給された冷却液が、十分に温かくない場合、または、空調凝縮器の冷却液および温度制御ラインの温度制御液が、相互に独立した回路中を流れる場合、特に都合が良い。特に空調凝縮器によって空調空気が除湿された後に、加熱器の電力を、空調空気を加熱するために利用可能であることが好ましい。この目的のために、例えば空調空気が、温度制御ラインから突出する、加熱器の加熱された熱交換面に沿って流れることができる。
【００１３】
内燃機関を冷却するために、以下のような高温回路が設けられることが特に好ましい。すなわち、この高温回路は、温度制御ラインに接続され、高温回路の冷却液によって自動車電池を加熱するための共通の加熱回路を形成することができる。特に、ハイブリッド自動車の機械動作中、ハイブリッド自動車の推進用駆動力が、自動車電池によってではなく、内燃機関によって発生する場合、内燃機関は熱くなり得るが、自動車電池は冷め得る。次いで、内燃機関から排出すべき熱は、自動車電池の温度を制御するために利用することができ、その結果、内燃機関、および自動車電池の両方に対して最適動作温度をエネルギー効率の良い方法で調節することができる。高温回路の熱交換媒体は特に、温度制御ラインの温度制御液と同一になるように選択され、その結果、問題なく温度制御ラインを通って流れることができ、熱交換媒体と温度制御液が混ざっても問題が生じない。
【００１４】
特に、空調凝縮器および温度制御ラインに接続され得る以下のようなバイパスラインが設けられる。すなわち、このバイパスラインは、低温冷却器を通さずに空調凝縮器の冷却液を導き、空調凝縮器および温度制御ラインと接続され、共通のデルタ回路（Dreiecksbetrieb-Kreislauf）を形成することができる。特に、自動車電池によって温度制御ライン内で適切な程度まで空調凝縮器の冷却液を冷却することができる場合には、低温冷却器によって冷却液をさらに冷却する必要はない。代わりに、低温冷却器の冷却力は、給気冷却器の冷却媒体を冷却するために利用することができる。
【００１５】
以下のような空調凝縮器は、特に３／２方向制御弁の形をしている凝縮器弁によって、低温冷却器および温度制御ラインに接続されることが好ましい。すなわち、この空調凝縮器は、凝縮器弁の第１の切替位置では低温冷却器に接続され、凝縮器弁の第２の切替位置では温度制御ラインに接続され、特に温度制御ラインは、再循環逆止弁によって低温冷却器に接続される。凝縮器弁によって、冷却液の質量流は、温度制御ラインを介して、または温度制御ラインを通さずに容易に完全にまたは部分的に導かれ得る。再循環逆止弁によって、温度制御ラインを通さずに実際に導かれた冷却液が、反対の流れ方向の温度制御ラインに誤って流れないようにすることができる。
【００１６】
温度制御ラインが、以下のような、空調凝縮器に接続され得る入口ラインと、低温冷却器に接続され得る出口ラインとを有することが特に好ましい。すなわち、これらの入口ラインおよび出口ラインは、遮閉弁を有する接続ラインによって互いに接続され得る。好ましくはポンプの形の特に温度制御圧縮機によって温度制御液を循環させて送ることができる独立した温度制御回路を接続ラインによって形成することができる。温度制御ラインを通って送られる冷却液を温度制御回路内で循環させて送ることはできないが、空調凝縮器に送り戻すことができるように、特に、空調凝縮器が温度制御ラインの入口ラインに接続される場合、入口ラインと出口ラインとの間の流体接続を遮閉弁によって遮断することができる。内燃機関を冷却するための高温回路を遮閉弁によって温度制御回路に接続可能であることが特に好ましい。
【００１７】
本発明はまた、ハイブリッド自動車を完全に機械駆動するための内燃機関と、ハイブリッド自動車を完全に電気駆動するためのトラクション電池と、トラクション電池を温度制御するための、上で説明したように設計され改良され得る空調回路とを有するハイブリッド自動車に関する。給気冷却器の冷却媒体、およびまた空調回路の低温冷却器内の空調凝縮器における冷却液の両方を冷却する可能性、ならびに自動車電池を加熱するための空調凝縮器を出る加熱された冷却液の熱の利用によって、冷却液によって吸収された熱をさらに利用し、低温冷却器の必要な冷却力を低減することができる。その結果、ハイブリッド自動車の自動車電池、特にトラクション電池のエネルギー効率の良い温度制御が可能となる。
【００１８】
本発明はまた、上で説明したように設計され改良され得る空調回路によって、ハイブリッド自動車の自動車電池、特にトラクション電池を予熱するための方法に関し、その方法では、自動車電池を加熱するために、空調凝縮器によって加熱された冷却液を自動車電池の閾値温度未満で使用する。給気冷却器の冷却媒体、およびまた空調回路の低温冷却器内の空調凝縮器における冷却液の両方を冷却する可能性、ならびに自動車電池を加熱するための空調凝縮器を出る加熱された冷却液の熱の利用によって、冷却液によって吸収された熱をさらに利用し、低温冷却器の必要な冷却力を低減することができる。その結果、ハイブリッド自動車の自動車電池、特にトラクション電池のエネルギー効率の良い温度制御が可能となる。
【００１９】
特に、さらにハイブリッド自動車の走行速度が閾値速度未満である場合に、空調凝縮器によって加熱された冷却液を、自動車電池を加熱するために使用する。それ相応に低い走行速度では、閾値温度未満に冷めた自動車電池を加熱することができるよう、空調凝縮器の冷却水がそれ相応に高温であるように、空調凝縮器の電力が高いことが期待される。
【００２０】
以下に本発明について、添付図面を参照しながら例として、好ましい例示的実施形態に基づいて説明し、以下に示す特徴は、各場合において個々にかつ組み合わせて本発明の態様を構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】空調回路の概略図である。
【図２】第１の回路状態の空調回路の概略図である。
【図３】第２の回路状態の空調回路の概略図である。
【図４】第３の回路状態の空調回路の概略図である。
【図５】第４の回路状態の空調回路の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１に示す空調回路１０は、冷却媒体によって冷却され、かつ冷却媒体を冷却するための低温冷却器１４と相互接続されている間接給気冷却器１２を有する。冷却媒体は、圧縮機１６によって送られてもよい。さらに、導水空調凝縮器１８が、空調空気を除湿するために設けられる。この空調凝縮器は、凝縮した水分を空調空気から排出するための捕集器２０を有する。空調凝縮器１８の冷却液は、空調圧縮機２１によって循環させて送ることができる。空調圧縮機２１は、特にポンプの形をしている。
【００２３】
空調空気の除湿中に、冷却液は、空調凝縮器１８内で加熱され、図２に示すように、低温冷却器１４内で同様に冷却され得る。さらに、ハイブリッド自動車を完全に電気駆動するために、トラクション電池の形をした自動車電池２４を温度制御するための以下のような温度制御ライン２２が設けられる。すなわち、この温度制御ライン２２は、自動車電池２４の温度制御に適した温度を設定するために、温度制御ライン２２の温度制御液を加熱するための加熱器２６および／または温度制御液を冷却するための冷却器を有してもよい。温度制御ライン２２は、自動車電池２４に繋がる入口ライン２８および自動車電池２４から繋がる出口ライン３０を有してもよい。入口ラインおよび出口ラインは、接続ライン３２を介して接続され、共通の回路を形成することができる。温度制御液は、温度制御圧縮機３４によって循環させて送ることができる。
【００２４】
図３に示すように、温度制御ライン２２に接続された高温回路３６が存在してもよい。高温回路３６は、ハイブリッド自動車の内燃機関を冷却するために設けられる。これにより温度制御ライン２２および高温回路３６は、共通の加熱回路３８を形成する。上記目的のために、高温回路３６の冷却液は、接続ライン３２内に設けられた遮閉弁４０を介して供給することができ、出口ライン３０を介して高温回路に再び供給することができる。
【００２５】
図４に示すように、空調凝縮器１８は、凝縮器弁４２によって、温度制御ライン２２の入口ライン２８に選択的に接続することができ、一方、出口ライン３０は、再循環逆止弁４４を介して、空調凝縮器１８の冷却液を低温冷却器１４および空調凝縮器１８に再循環させることができる。低温冷却器１４、空調凝縮器１８および温度制御ライン２２は、この場合、共通の予熱回路４６を形成してもよい。接続ライン３２を介して自動車電池２４を通らないバイパス流は、接続ライン３２内に設けられた遮閉弁４０および／または接続逆止弁４７によって防ぐことができる。
【００２６】
図５に示すように、図４に示した回路状態とは対照的に、温度制御ライン２２から流れる冷却液は、バイパス弁によって、バイパスライン４８を介して低温冷却器１４を通さずに導くことができる。低温冷却器１４とバイパスライン４８との間に設けられた空調逆止弁５０によって、冷却液が低温冷却器１４を通って反対の流れ方向に流れるのを防ぐことができる。したがって、空調凝縮器１８および温度制御ラインは、低温冷却器１４を用いずに共通のデルタ回路５２を形成することができる。
【符号の説明】
【００２７】
１０  空調回路
１２  給気冷却器
１４  低温冷却器
１６  圧縮機
１８  空調凝縮器
２０  捕集器
２１  空気圧縮機
２２  温度制御ライン
２４  自動車電池
２６  加熱器
２８  入口ライン
３０  出口ライン
３２  接続ライン
３４  温度制御圧縮機
３６  高温回路
３８  加熱回路
４０  遮閉弁
４２  凝縮器弁
４４  再循環逆止弁
４６  予熱回路
４７  接続逆止弁
４８  バイパスライン
５０  空気逆止弁
５２  デルタ回路
【図１】
2016104620.tif 000003
【図２】
2016104620.tif 000004
【図３】
2016104620.tif 000005
【図４】
2016104620.tif 000006
【図５】
2016104620.tif 000007