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課題

廃熱源を利用して暖房効率を向上させるようにする車両用ヒートポンプシステムを提供する。

解決手段

車両用ヒートポンプシステムは、バッテリモジュールBに連結され、冷却水流動するバッテリ冷却ライン101と、内部に流入する冷媒と冷却水を選択的に熱交換させて冷却水の温度を調節するように前記バッテリ冷却ラインと第1連結ライン111を介して連結され、冷媒が流動するエアコン手段の冷媒ラインと第2連結ライン113を介して連結されるチラー110と、モータ電装品の冷却のために冷却水が循環するように冷却ラインを介して連結されるラジエータ12と第1ウォータポンプ14とを含み、前記バッテリ冷却ラインおよび前記第1連結ラインに第1バルブを介して選択的に連結される電装用冷却手段10と、前記冷媒ラインと前記チラーとの間で前記第2連結ラインに備えられる電磁式膨張バルブ39とを含む。

概要

背景

一般に、自動車用空気調和装置は、自動車の室内を暖房したり冷房するために冷媒循環させるエアコンシステムを含む。

このようなエアコン手段は、外部の温度変化に関係なく、自動車室内の温度を適当な温度に維持して快適な室内環境を維持できるようにするもので、圧縮機の駆動によって吐出される冷媒が凝縮器レシーバドライヤ膨張バルブおよび蒸発器を経て再び圧縮機に循環する過程で、蒸発器による熱交換によって自動車の室内を暖房または冷房するように構成される。

つまり、エアコン手段は、夏季冷房モード時には、圧縮機から圧縮された高温高圧気相冷媒が凝縮器を通して凝縮された後、レシーバドライヤおよび膨張バルブを経て蒸発器での蒸発により室内の温度および湿度を低くする。

一方、最近、エネルギー効率環境汚染問題への関心が日増しに高まるにつれ、内燃機関自動車を実質的に代替できる環境に優しい自動車の開発が要求されており、このような環境に優しい自動車は、通常、燃料電池電気動力源として駆動される電気自動車や、エンジンバッテリを用いて駆動されるハイブリッド自動車区分される。

このような環境に優しい車両のうち、電気自動車またはハイブリッド車両には、一般車両空気調和装置とは異なって別途ヒータが用いられず、環境に優しい車両に適用される空気調和装置を、通常、ヒートポンプシステムという。

一方、電気自動車の場合には、酸素水素化学的反応エネルギー電気エネルギー転換して駆動力を発生させ、この過程で燃料電池内の化学的反応によって熱エネルギーが発生することから、発生した熱を効果的に除去することが燃料電池の性能の確保において必須である。

そして、ハイブリッド自動車においても、一般的な燃料で作動するエンジンと共に、前記燃料電池や、電気バッテリから供給される電気を利用してモータを駆動させて駆動力を発生させることから、燃料電池やバッテリ、およびモータから発生する熱を効果的に除去してこそモータの性能を確保することができる。

これにより、従来技術に係るハイブリッド車両や電気自動車では、モータと電装品、および燃料電池を含むバッテリの発熱を防止するように、電装用冷却手段、およびヒートポンプシステムと共に、バッテリ冷却システムがそれぞれ別途の密閉回路として構成されなければならない。

したがって、車両の前方に配置されるクーリングモジュールの大きさおよび重量が増加し、エンジンルームの内部でそれぞれのヒートポンプシステムと電装用冷却手段およびバッテリ冷却システムに冷媒または冷却水を供給する連結配管レイアウトが複雑になるという欠点がある。

また、バッテリが最適性能を発揮するように、車両の状態に応じてバッテリをウォームアップまたは冷却させるバッテリ冷却システムが別途に備えられることから、各連結配管と連結するための複数のバルブが適用され、これらバルブの頻繁な開閉作動による騒音および振動車両室内に伝達されて乗り心地が低下するという欠点もある。

この背景技術部分に記載された事項は、発明の背景に対する理解を増進させるために作成されたものであり、この技術の属する分野における通常の知識を有する者に既知の従来技術でない事項を含むことができる。

概要

廃熱源を利用して暖房効率を向上させるようにする車両用ヒートポンプシステムを提供する。車両用ヒートポンプシステムは、バッテリモジュールBに連結され、冷却水が流動するバッテリ冷却ライン101と、内部に流入する冷媒と冷却水を選択的に熱交換させて冷却水の温度を調節するように前記バッテリ冷却ラインと第1連結ライン111を介して連結され、冷媒が流動するエアコン手段の冷媒ラインと第2連結ライン113を介して連結されるチラー110と、モータと電装品の冷却のために冷却水が循環するように冷却ラインを介して連結されるラジエータ12と第1ウォータポンプ14とを含み、前記バッテリ冷却ラインおよび前記第1連結ラインに第1バルブを介して選択的に連結される電装用冷却手段10と、前記冷媒ラインと前記チラーとの間で前記第2連結ラインに備えられる電磁式膨張バルブ39とを含む。

目的

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであって、本発明が解決しようとする課題は、冷却水と冷媒が熱交換される1つのチラーを用いてバッテリモジュールを冷却させることによって、システム単純化が可能な車両用ヒートポンプシステムを提供する

効果

実績

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請求項1

バッテリモジュールに連結され、冷却水流動するバッテリ冷却ラインと、内部に流入する冷媒と冷却水を選択的に熱交換させて冷却水の温度を調節するように前記バッテリ冷却ラインと第1連結ラインを介して連結され、冷媒が流動するエアコン手段の冷媒ラインと第2連結ラインを介して連結されるチラーと、モータ電装品の冷却のために冷却水が循環するように冷却ラインを介して連結されるラジエータと第1ウォータポンプとを含み、前記バッテリ冷却ラインおよび前記第1連結ラインに第1バルブを介して選択的に連結される電装用冷却手段と、前記冷媒ラインと前記チラーとの間で前記第2連結ラインに備えられる電磁式膨張バルブとを含むことを特徴とする車両用ヒートポンプシステム

請求項2

前記エアコン手段は、前記冷媒ラインを介して連結され、車両の冷房暖房、および暖房/除湿モードに応じて、蒸発器を通過した外気が内部コンデンサに選択的に流入するように調節する開閉ドアが内部に備えられたHVACモジュールと、前記蒸発器と前記内部コンデンサとの間で前記冷媒ラインを介して連結される圧縮機と、前記圧縮機と前記蒸発器との間で前記冷媒ラインに備えられるアキュムレータと、前記内部コンデンサと前記冷媒ラインを介して連結され、車両の前方に配置される外部コンデンサと、前記外部コンデンサと前記蒸発器とを連結する前記冷媒ラインに備えられる膨張バルブと、前記内部コンデンサと前記外部コンデンサとの間における前記冷媒ラインに備えられる第2バルブを介して、前記外部コンデンサと前記膨張バルブとの間の前記冷媒ラインに連結される廃熱回収ラインとを含むことを特徴とする請求項1に記載の車両用ヒートポンプシステム。

請求項3

前記バッテリ冷却ラインには、前記ラジエータと前記チラーとの間で前記モータおよび前記電装品を連結する前記冷却ラインと前記バッテリ冷却ラインとを連結する第3バルブが備えられることを特徴とする請求項2に記載の車両用ヒートポンプシステム。

請求項4

車両の冷房モードで前記バッテリモジュールを冷却する場合には、前記第1バルブの作動により前記第1連結ラインが開放されて前記バッテリ冷却ラインに連結され、前記電磁式膨張バルブの作動により前記第2連結ラインが開放され、前記膨張バルブの作動により前記外部コンデンサと前記蒸発器とを連結する前記冷媒ラインが開放され、前記第2バルブの作動により前記廃熱回収ラインは閉鎖され、前記第1、および第3バルブの作動により前記バッテリ冷却ラインと前記冷却ラインとが連結されていない状態で、前記バッテリ冷却ラインと前記冷却ラインがそれぞれ閉鎖された回路を形成することを特徴とする請求項3に記載の車両用ヒートポンプシステム。

請求項5

前記電磁式膨張バルブは、前記第2連結ラインに流入する冷媒を膨張させて前記チラーに流入させることを特徴とする請求項4に記載の車両用ヒートポンプシステム。

請求項6

車両の冷房モードの非作動時に冷媒を用いて前記バッテリモジュールを冷却する場合には、前記第1バルブと前記電磁式膨張バルブの作動により前記第1、および第2連結ラインが開放され、前記電磁式膨張バルブが前記第2連結ラインに流入する冷媒を膨張させて前記チラーに流入させ、前記膨張バルブの作動が中断されて前記蒸発器に連結される前記冷媒ラインが閉鎖され、前記第2バルブの作動により前記廃熱回収ラインは閉鎖され、前記第1、および第3バルブの作動により前記バッテリ冷却ラインと前記冷却ラインとが連結されていない状態で、前記バッテリ冷却ラインと前記冷却ラインがそれぞれ閉鎖された回路を形成することを特徴とする請求項3に記載の車両用ヒートポンプシステム。

請求項7

車両の暖房モードで前記バッテリモジュール、前記モータ、および前記電装品の廃熱回収する場合には、前記第1バルブと前記電磁式膨張バルブの作動により前記第1および第2連結ラインが開放され、前記膨張バルブの作動が中断されて前記蒸発器に連結される前記冷媒ラインが閉鎖され、前記第2バルブの作動により前記外部コンデンサに連結される冷媒ラインは閉鎖され、前記廃熱回収ラインは開放され、前記第1、および第3バルブの作動により前記バッテリ冷却ラインと前記冷却ラインとが相互連結された1つの回路を形成することを特徴とする請求項3に記載の車両用ヒートポンプシステム。

請求項8

前記電磁式膨張バルブは、前記第2連結ラインに流入する冷媒を膨張させず、前記チラーに流入させることを特徴とする請求項7に記載の車両用ヒートポンプシステム。

請求項9

車両の暖房モードで前記バッテリモジュール、前記モータ、および前記電装品の廃熱を回収する場合、前記チラーは、前記第1連結ラインを介して前記バッテリモジュール、前記モータ、および前記電装品に並列に連結されることを特徴とする請求項7に記載の車両用ヒートポンプシステム。

請求項10

前記モータ、および前記電装品を連結する前記冷却ラインは、前記第1バルブと前記第2バルブの作動により前記第1連結ラインに選択的に連結されることを特徴とする請求項7に記載の車両用ヒートポンプシステム。

請求項11

前記冷却ラインには、前記ラジエータと前記第3バルブとの間にリザーバタンクが備えられることを特徴とする請求項3に記載の車両用ヒートポンプシステム。

請求項12

前記第1バルブと前記チラーとの間における前記第1連結ラインには、第4バルブが備えられることを特徴とする請求項11に記載の車両用ヒートポンプシステム。

請求項13

前記第4バルブは、チェックバルブであることを特徴とする請求項12に記載の車両用ヒートポンプシステム。

請求項14

前記第1、第2、および第3バルブは、流量の分配が可能な3−Wayバルブであることを特徴とする請求項3に記載の車両用ヒートポンプシステム。

請求項15

前記チラーと前記バッテリモジュールとの間における前記バッテリ冷却ラインには、第2ウォータポンプが備えられることを特徴とする請求項1に記載の車両用ヒートポンプシステム。

請求項16

前記バッテリモジュールと前記チラーとの間における前記バッテリ冷却ラインには、加熱器が備えられることを特徴とする請求項1に記載の車両用ヒートポンプシステム。

請求項17

前記加熱器は、前記バッテリモジュールのウォームアップ時にON作動し、前記バッテリ冷却ラインで循環する冷却水を加熱して前記バッテリモジュールに流入させることを特徴とする請求項16に記載の車両用ヒートポンプシステム。

請求項18

前記加熱器は、車両の暖房モードで選択的にON作動し、前記バッテリ冷却ラインで循環する冷却水を加熱することを特徴とする請求項16に記載の車両用ヒートポンプシステム。

技術分野

0001

本発明は、車両用ヒートポンプシステムに関し、より詳細には、冷媒冷却水熱交換される1つのチラーを用いてバッテリモジュールを冷却させ、モータ電装品、およびバッテリモジュールの廃熱源を利用して暖房効率を向上させるようにする車両用ヒートポンプシステムに関する。

背景技術

0002

一般に、自動車用空気調和装置は、自動車の室内を暖房したり冷房するために冷媒を循環させるエアコンシステムを含む。

0003

このようなエアコン手段は、外部の温度変化に関係なく、自動車室内の温度を適当な温度に維持して快適な室内環境を維持できるようにするもので、圧縮機の駆動によって吐出される冷媒が凝縮器レシーバドライヤ膨張バルブおよび蒸発器を経て再び圧縮機に循環する過程で、蒸発器による熱交換によって自動車の室内を暖房または冷房するように構成される。

0004

つまり、エアコン手段は、夏季冷房モード時には、圧縮機から圧縮された高温高圧気相冷媒が凝縮器を通して凝縮された後、レシーバドライヤおよび膨張バルブを経て蒸発器での蒸発により室内の温度および湿度を低くする。

0005

一方、最近、エネルギー効率環境汚染問題への関心が日増しに高まるにつれ、内燃機関自動車を実質的に代替できる環境に優しい自動車の開発が要求されており、このような環境に優しい自動車は、通常、燃料電池電気動力源として駆動される電気自動車や、エンジンバッテリを用いて駆動されるハイブリッド自動車区分される。

0006

このような環境に優しい車両のうち、電気自動車またはハイブリッド車両には、一般車両空気調和装置とは異なって別途ヒータが用いられず、環境に優しい車両に適用される空気調和装置を、通常、ヒートポンプシステムという。

0007

一方、電気自動車の場合には、酸素水素化学的反応エネルギー電気エネルギー転換して駆動力を発生させ、この過程で燃料電池内の化学的反応によって熱エネルギーが発生することから、発生した熱を効果的に除去することが燃料電池の性能の確保において必須である。

0008

そして、ハイブリッド自動車においても、一般的な燃料で作動するエンジンと共に、前記燃料電池や、電気バッテリから供給される電気を利用してモータを駆動させて駆動力を発生させることから、燃料電池やバッテリ、およびモータから発生する熱を効果的に除去してこそモータの性能を確保することができる。

0009

これにより、従来技術に係るハイブリッド車両や電気自動車では、モータと電装品、および燃料電池を含むバッテリの発熱を防止するように、電装用冷却手段、およびヒートポンプシステムと共に、バッテリ冷却システムがそれぞれ別途の密閉回路として構成されなければならない。

0010

したがって、車両の前方に配置されるクーリングモジュールの大きさおよび重量が増加し、エンジンルームの内部でそれぞれのヒートポンプシステムと電装用冷却手段およびバッテリ冷却システムに冷媒または冷却水を供給する連結配管レイアウトが複雑になるという欠点がある。

0011

また、バッテリが最適性能を発揮するように、車両の状態に応じてバッテリをウォームアップまたは冷却させるバッテリ冷却システムが別途に備えられることから、各連結配管と連結するための複数のバルブが適用され、これらバルブの頻繁な開閉作動による騒音および振動車両室内に伝達されて乗り心地が低下するという欠点もある。

0012

この背景技術部分に記載された事項は、発明の背景に対する理解を増進させるために作成されたものであり、この技術の属する分野における通常の知識を有する者に既知の従来技術でない事項を含むことができる。

発明が解決しようとする課題

0013

したがって、本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであって、本発明が解決しようとする課題は、冷却水と冷媒が熱交換される1つのチラーを用いてバッテリモジュールを冷却させることによって、システム単純化が可能な車両用ヒートポンプシステムを提供する。

0014

また、本発明の他の目的は、モータ、電装品、およびバッテリモジュールの廃熱源を利用して暖房効率を向上させるようにする車両用ヒートポンプシステムを提供する。

課題を解決するための手段

0015

上記の目的を達成するための、本発明の実施形態に係る車両用ヒートポンプシステムは、バッテリモジュールに連結され、冷却水が流動するバッテリ冷却ラインと、内部に流入する冷媒と冷却水を選択的に熱交換させて冷却水の温度を調節するように前記バッテリ冷却ラインと第1連結ラインを介して連結され、冷媒が流動するエアコン手段の冷媒ラインと第2連結ラインを介して連結されるチラーと、モータと電装品の冷却のために冷却水が循環するように冷却ラインを介して連結されるラジエータと第1ウォータポンプとを含み、前記バッテリ冷却ラインおよび前記第1連結ラインに第1バルブを介して選択的に連結される電装用冷却手段と、前記冷媒ラインと前記チラーとの間で前記第2連結ラインに備えられる電磁式膨張バルブとを含む。

0016

前記エアコン手段は、前記冷媒ラインを介して連結され、車両の冷房、暖房、および暖房/除湿モードに応じて、蒸発器を通過した外気が内部コンデンサに選択的に流入するように調節する開閉ドアが内部に備えられたHVACモジュールと、前記蒸発器と前記内部コンデンサとの間で前記冷媒ラインを介して連結される圧縮機と、前記圧縮機と前記蒸発器との間で前記冷媒ラインに備えられるアキュムレータと、前記内部コンデンサと前記冷媒ラインを介して連結され、車両の前方に配置される外部コンデンサと、前記外部コンデンサと前記蒸発器とを連結する前記冷媒ラインに備えられる膨張バルブと、前記内部コンデンサと前記外部コンデンサとの間における前記冷媒ラインに備えられる第2バルブを介して、前記外部コンデンサと前記膨張バルブとの間の前記冷媒ラインに連結される廃熱回収ラインとを含むことができる。

0017

前記バッテリ冷却ラインには、前記ラジエータと前記チラーとの間で前記モータおよび前記電装品を連結する前記冷却ラインと前記バッテリ冷却ラインとを連結する第3バルブが備えられる。

0018

車両の冷房モードで前記バッテリモジュールを冷却する場合には、前記第1バルブの作動により前記第1連結ラインが開放されて前記バッテリ冷却ラインに連結され、前記電磁式膨張バルブの作動により前記第2連結ラインが開放され、前記膨張バルブの作動により前記外部コンデンサと前記蒸発器とを連結する前記冷媒ラインが開放され、前記第2バルブの作動により前記廃熱回収ラインは閉鎖され、前記第1、および第3バルブの作動により前記バッテリ冷却ラインと前記冷却ラインとが連結されていない状態で、前記バッテリ冷却ラインと前記冷却ラインがそれぞれ閉鎖された回路を形成することができる。

0019

前記電磁式膨張バルブは、前記第2連結ラインに流入する冷媒を膨張させて前記チラーに流入させることができる。

0020

車両の冷房モードの非作動時に冷媒を用いて前記バッテリモジュールを冷却する場合には、前記第1バルブと前記電磁式膨張バルブの作動により前記第1、および第2連結ラインが開放され、前記電磁式膨張バルブが前記第2連結ラインに流入する冷媒を膨張させて前記チラーに流入させ、前記膨張バルブの作動が中断されて前記蒸発器に連結される前記冷媒ラインが閉鎖され、前記第2バルブの作動により前記廃熱回収ラインは閉鎖され、前記第1、および第3バルブの作動により前記バッテリ冷却ラインと前記冷却ラインとが連結されていない状態で、前記バッテリ冷却ラインと前記冷却ラインがそれぞれ閉鎖された回路を形成することができる。

0021

車両の暖房モードで前記バッテリモジュール、前記モータ、および前記電装品の廃熱回収する場合には、前記第1バルブと前記電磁式膨張バルブの作動により前記第1および第2連結ラインが開放され、前記膨張バルブの作動が中断されて前記蒸発器に連結される前記冷媒ラインが閉鎖され、前記第2バルブの作動により前記外部コンデンサに連結される冷媒ラインは閉鎖され、前記廃熱回収ラインは開放され、前記第1、および第3バルブの作動により前記バッテリ冷却ラインと前記冷却ラインとが相互連結された1つの回路を形成することができる。

0022

前記電磁式膨張バルブは、前記第2連結ラインに流入する冷媒を膨張させず、前記チラーに流入させることができる。

0023

車両の暖房モードで前記バッテリモジュール、前記モータ、および前記電装品の廃熱を回収する場合、前記チラーは、前記第1連結ラインを介して前記バッテリモジュール、前記モータ、および前記電装品に並列に連結される。

0024

前記モータ、および前記電装品を連結する前記冷却ラインは、前記第1バルブと前記第2バルブの作動により前記第1連結ラインに選択的に連結される。

0025

前記冷却ラインには、前記ラジエータと前記第3バルブとの間にリザーバタンクが備えられる。

0026

前記第1バルブと前記チラーとの間における前記第1連結ラインには、第4バルブが備えられる。

0027

前記第4バルブは、チェックバルブであるとよい。

0028

前記第1、第2、および第3バルブは、流量の分配が可能な3−Wayバルブであるとよい。

0029

前記チラーと前記バッテリモジュールとの間における前記バッテリ冷却ラインには、第2ウォータポンプが備えられる。

0030

前記バッテリモジュールと前記チラーとの間における前記バッテリ冷却ラインには、加熱器が備えられる。

0031

前記加熱器は、前記バッテリモジュールのウォームアップ時にON作動し、前記バッテリ冷却ラインで循環する冷却水を加熱して前記バッテリモジュールに流入させることができる。

0032

前記加熱器は、車両の暖房モードで選択的にON作動し、前記バッテリ冷却ラインで循環する冷却水を加熱することができる。

発明の効果

0033

上述のように、本発明の実施形態に係る車両用ヒートポンプシステムによれば、電気自動車またはハイブリッド車両で冷却水と冷媒が熱交換される1つのチラーを用いて、車両のモードに応じてバッテリモジュールを冷却させることによって、システムの単純化が可能になる。

0034

また、バッテリモジュールが車両のモードに合わせて効率的に冷却されることによって、バッテリモジュールの最適性能の発揮が可能になり、効率的なバッテリモジュールの管理により車両の全体的な走行距離を増加させることができる。

0035

なお、モータ、電装品、およびバッテリモジュールの廃熱源を選択的に利用して暖房効率を向上させることができる。

0036

さらに、バルブの個数を最少化し、全体システムの簡素化により製作コスト節減および重量縮小が可能で、空間活用性を向上させることができる。

図面の簡単な説明

0037

本発明の実施形態に係る車両用ヒートポンプシステムのブロック構成図である。
本発明の実施形態に係る車両用ヒートポンプシステムにおいて、車両の冷房モードに応じたモータ、電装品、およびバッテリモジュールの冷却時の作動状態図である。
本発明の実施形態に係る車両用ヒートポンプシステムにおいて、車両の冷房モードが中止された状態におけるモータ、電装品、およびバッテリモジュールの冷却時の作動状態図である。
本発明の実施形態に係る車両用ヒートポンプシステムにおいて、車両の暖房モードに応じたモータ、電装品およびバッテリモジュールでの廃熱回収時の作動状態図である。

実施例

0038

以下、本発明の好ましい実施形態を、添付した図面に基づいて詳細に説明する。

0039

これに先立ち、本明細書に記載された実施形態と図面に示された構成は本発明の最も好ましい一実施形態に過ぎず、本発明の技術的な思想を全て代弁するものではないので、本出願時点においてこれらを代替できる多様な均等物と変形例があり得ることを理解しなければならない。

0040

本発明を明確に説明するために説明上不必要な部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素については同一の参照符号を付す。

0041

図面に示された各構成の大きさおよび厚さは説明の便宜のために任意に示したので、本発明が必ずしも図面に示されたところに限定されず、様々な部分および領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。

0042

そして、明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」とする時、これは特に反対となる記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに包含できることを意味する。

0043

また、明細書に記載された「…ユニット」、「…手段」、「…部」、「…部材」などの用語は、少なくとも1つの機能や動作をする包括的な構成の単位を意味する。

0044

図1は、本発明の実施形態に係る車両用ヒートポンプシステムのブロック構成図である。

0045

本発明の実施形態に係る車両用ヒートポンプシステム100は、車両に搭載されたバッテリモジュールBを冷却させたり、前記バッテリモジュールBまたはモータ15と電装品16から発生した廃熱を選択的に利用して暖房効率を向上させる。

0046

このようなヒートポンプシステム100は、図1に示しているように、ハイブリッド車両または電気自動車でモータ15と電装品16を冷却するための電装用冷却手段10と、車両室内を冷房または暖房するための空調装置であるエアコン手段20とに相互連動する。

0047

ここで、前記電装用冷却手段10は、冷却ライン11で連結されるラジエータ12と第1ウォータポンプ14とを含み、前記モータ15と前記電装品16を冷却するように冷却水を循環させる。

0048

前記電装品16は、前記モータ15と前記第1ウォータポンプ14との間で前記冷却ライン11上に備えられる電力制御装置(Electric Power Control Unit、EPCU)17と、前記モータ15と前記ラジエータ12との間で前記冷却ライン11上に備えられる充電器(On Board Charger、OBC)18とを含むことができる。

0049

前記ラジエータ12は、車両の前方に配置され、後方にはクーリングファン13が備えられ、クーリングファン13の作動と外気との熱交換により冷却水を冷却する。

0050

このように構成される前記電装用冷却手段10は、第1ウォータポンプ14の作動により前記ラジエータ12で冷却された冷却水を冷却ライン11に沿って循環させることによって、モータ15と電装品16が過熱しないように冷却させる。

0051

前記エアコン手段20は、冷媒ライン21を介して連結されるHVACモジュール(Heating、Ventilation、and Air Conditioning)22と、圧縮機31と、アキュムレータ33と、外部コンデンサ35と、膨張バルブ37とを含む。

0052

まず、前記HVACモジュール22は、前記冷媒ライン21を介して連結され、車両の冷房、暖房、および暖房/除湿モードに応じて、蒸発器27を通過した外気が内部コンデンサ23とヒータ25に選択的に流入するように調節する開閉ドア29が内部に備えられる。

0053

つまり、前記開閉ドア29は、車両の暖房モードで前記蒸発器27を通過した外気が前記内部コンデンサ23とヒータ25に流入するように開放される。逆に、車両の冷房モードで、前記開閉ドア29は、前記蒸発器27を通過しながら冷却された外気が車両内部に直に流入するように内部コンデンサ23とヒータ25側を閉鎖する。

0054

前記圧縮機31は、前記蒸発器27と前記内部コンデンサ23との間で前記冷媒ライン21を介して連結される。このような圧縮機31は、気体状態の冷媒を圧縮させる。

0055

前記アキュムレータ33は、前記圧縮機31と蒸発器27との間で冷媒ライン21に備えられる。このようなアキュムレータ33は、前記圧縮機31に気体状態の冷媒のみを供給することによって、前記圧縮機31の効率および耐久性を向上させる。

0056

本実施形態において、前記外部コンデンサ35は、前記内部コンデンサ23と前記冷媒ライン21を介して連結される。このような外部コンデンサ35は、前記電装用ラジエータ12の前方に配置され、内部に流入した冷媒を外気と相互熱交換させる。

0057

前記膨張バルブ37は、前記外部コンデンサ35と前記蒸発器27とを連結する前記冷媒ライン21に備えられる。前記膨張バルブは、前記外部コンデンサ35を通過した冷媒を受けて膨張させる。

0058

ここで、本発明の実施形態に係る前記ヒートポンプシステム100は、バッテリ冷却ライン101と、チラー110と、電磁式膨張バルブ39とをさらに含む。

0059

まず、前記バッテリ冷却ライン101は、前記バッテリモジュールBに連結され、冷却水が流動する。前記バッテリモジュールBは、前記モータ15と電装品16に電源を供給する。このようなバッテリモジュールBは、冷却水により冷却される水冷式で形成される。

0060

ここで、前記バッテリ冷却ライン101には、前記チラー110と前記バッテリモジュールBとの間に第2ウォータポンプ103が備えられる。前記第2ウォータポンプ103は、前記バッテリ冷却ライン101を介して冷却水を循環させるように作動する。

0061

前記第1ウォータポンプ14と前記第2ウォータポンプ103は、電動式ウォータポンプであるとよい。

0062

前記チラー110は、前記バッテリ冷却ライン101と第1連結ライン111を介して連結され、前記冷媒ライン21と第2連結ライン113を介して連結される。このようなチラー110は、内部に流入する冷媒と冷却水を選択的に熱交換させて冷却水の温度を調節する。

0063

ここで、前記電装用冷却手段10は、前記バッテリ冷却ライン101および前記第1連結ライン111に第1バルブV1を介して選択的に連結される。

0064

前記第1バルブV1は、前記冷却ライン11と前記バッテリ冷却ライン101とを選択的に連通させたり、前記冷却ライン11と前記バッテリ冷却ライン101を通して流動する冷却水の流動流れをそれぞれ制御する。

0065

本実施形態において、前記電磁式膨張バルブ39は、前記冷媒ライン21と前記チラー110との間で前記第2連結ライン113に備えられる。

0066

前記電磁式膨張バルブ39は、前記第2連結ライン113を選択的に開閉して前記チラー110に冷媒を流入させる。これと同時に、前記電磁式膨張バルブ39は、冷媒の膨張が要求される場合、制御器(図示せず)の制御信号に応じて作動し、選択的に冷媒を膨張させることができる。

0067

このような電磁式膨張バルブ39は、冷房または暖房モードに応じて、選択的に冷媒の膨張なく循環させるバルブの機能を行うことができる。

0068

これにより、前記電磁式膨張バルブ39は、車両の冷房モードの作動、または冷媒で前記バッテリモジュールBを冷却する場合に作動する。このような電磁式膨張バルブ39は、前記第2連結ライン113を通して流入する冷媒を膨張させて低温状態で前記チラー110に流入させることができる。

0069

つまり、前記電磁式膨張バルブ39は、前記外部コンデンサ35から排出された凝縮された冷媒を膨張させてその温度を低下させた状態で前記チラー110に流入させることによって、前記チラー110の内部を通過する冷却水の水温をさらに低下させることができる。

0070

したがって、前記バッテリモジュールBには、前記チラー110を通過しながら水温が低くなった冷却水が流入して、より効率的に冷却できる。

0071

一方、本実施形態において、前記エアコン手段20は、前記モータ15、および前記電装品16と前記バッテリモジュールBから発生する廃熱を回収するように廃熱回収ラインをさらに含む。

0072

前記廃熱回収ライン41は、前記内部コンデンサ23と前記外部コンデンサ35との間における前記冷媒ライン21に備えられる第2バルブV2を介して、前記外部コンデンサ35と前記膨張バルブ37との間の前記冷媒ライン21に連結される。

0073

このような廃熱回収ライン41は、車両の暖房モードで前記第2バルブV2の作動により選択的に開放される。

0074

また、前記バッテリ冷却ライン101には、第3バルブV3がさらに備えられる。

0075

前記第3バルブV3は、前記ラジエータ12と前記チラー110との間で前記モータ15および前記電装品16を連結する前記冷却ライン11と前記バッテリ冷却ライン101とを連結する。

0076

つまり、前記モータ15、および前記電装品16を連結する前記冷却ライン11は、前記第1、第3バルブV1、V3の作動により前記第1連結ライン111に選択的に連結される。

0077

また、前記ラジエータ12と前記第3バルブV3との間における前記冷却ライン11には、リザーバタンク19が備えられる。

0078

前記リザーバタンク19は、前記ラジエータ12から流入する冷却済みの冷却水が貯蔵される。

0079

一方、本実施形態では、前記第1ウォータポンプ14が前記第3バルブV3と前記電力制御装置17との間で前記冷却ライン11上に備えられることを一実施形態として説明しているが、これに限定されたものではなく、前記第1ウォータポンプ14は、前記第3バルブV3と前記リザーバタンク19との間で前記冷却ライン11上に備えられる。

0080

前記第1ウォータポンプ14が前記リザーバタンク19と前記第3バルブV3との間に備えられると、前記バッテリモジュールBを冷却水で冷却する場合、前記第2ウォータポンプ103と共に稼働されながら、前記バッテリモジュールBに循環する冷却水の流量を増大させることができる。

0081

本実施形態において、前記第1、第2、および第3バルブV1、V2、V3は、流量の分配が可能な3−Wayバルブであるとよい。

0082

一方、前記第1バルブV1と前記チラー110との間における前記第1連結ライン111には、第4バルブV4が備えられる。

0083

このような第4バルブV4は、流体を一方向にのみ流動させるチェックバルブであるとよい。

0084

前記第4バルブV4は、前記チラー110から前記第1バルブV1に向かって冷却水の逆流を防止するように機能する。

0085

また、前記バッテリモジュールBと前記チラー110との間における前記バッテリ冷却ライン101には、加熱器105が備えられる。

0086

ここで、前記加熱器105は、前記バッテリモジュールBのウォームアップ時に選択的にON作動し、前記バッテリ冷却ライン101で循環する冷却水を加熱して前記バッテリモジュールBに流入させることができる。

0087

また、前記加熱器105は、車両の暖房モードで選択的にON作動し、前記バッテリ冷却ライン101で循環する冷却水を加熱することができる。

0088

以下、上記のように構成される本発明の実施形態に係る車両用ヒートポンプシステム100の各モード別の作動および作用を、図2図4により詳細に説明する。

0089

まず、本発明の実施形態に係る車両用ヒートポンプシステム100において、車両の冷房モードに応じた前記モータ15、電装品16、およびバッテリモジュールBの冷却時の作動を、図2を参照して説明する。

0090

図2は、本発明の実施形態に係る車両用ヒートポンプシステムにおいて、車両の冷房モードに応じたモータ、電装品、およびバッテリモジュールの冷却時の作動状態図である。

0091

図2を参照すれば、車両の冷房モードでバッテリモジュールBを冷却する場合、前記電装用冷却手段10では、前記モータ15と前記電装品16の冷却要求および冷却水温に応じて、前記第3バルブV3の作動により前記冷却ライン11が開放される。

0092

これと同時に、前記バッテリ冷却ライン101は、前記第1バルブV1の作動により前記バッテリモジュールBと前記チラー110とが連結されるように前記第1連結ライン111が開放される。

0093

ここで、前記冷却ライン11と前記バッテリ冷却ライン101とは、前記第1、および第3バルブV1、V3の作動により連結されなくなる。

0094

すると、前記冷却ライン11とバッテリ冷却ライン101がそれぞれ閉鎖された回路を形成する。これにより、冷却水は、前記電装用冷却手段10と前記バッテリモジュールBでそれぞれ閉鎖された回路に沿って独立して流動する。

0095

つまり、前記ラジエータ12で冷却された冷却水は、前記第1ウォータポンプ14の作動により前記モータ15、および前記電装品16を冷却させるように前記冷却ライン11を循環する。

0096

そして、前記チラー110を通過した冷却水は、前記第2ウォータポンプ103の作動により前記バッテリモジュールBを冷却させるように前記バッテリ冷却ライン101を循環する。

0097

ここで、前記バッテリ冷却ライン101を循環する冷却水は、前記チラー110で冷媒と熱交換により冷却され、前記バッテリモジュールBに供給される。これにより、前記バッテリモジュールBは、冷却された冷却水によって冷却される。

0098

一方、前記エアコン手段20は、車両室内を冷房するように冷媒ライン21に沿って冷媒を循環させて室内を冷房する。

0099

この時、前記第2連結ライン113は、前記電磁式膨張バルブ39の作動により開放される。そして、前記廃熱回収ライン41は、前記第2バルブV2の作動により閉鎖される。

0100

これにより、前記チラー110は、前記蒸発器27および前記外部コンデンサ35に並列に連結される。

0101

前記外部コンデンサ35から排出された一部の冷媒は、前記電磁式膨張バルブ39の作動により膨張して低温低圧の状態となり、前記第2連結ライン113に連結される前記チラー110に流入する。

0102

つまり、前記電磁式膨張バルブ39は、前記第2連結ライン113に流入する冷媒を膨張させて前記チラー110に流入させる。

0103

その後、前記チラー110に流入した冷媒は冷却水と熱交換され、前記第2連結ライン113を通して前記アキュムレータ33に流入する。

0104

つまり、前記バッテリモジュールBを冷却しながら温度が上昇した冷却水は、低温低圧の冷媒と前記チラー110の内部で熱交換により冷却される。冷却された冷却水は、前記バッテリ冷却ライン101を通して再びバッテリモジュールBに供給される。

0105

つまり、冷却水は、上述のような作動を繰り返し行いながら、前記バッテリモジュールBを効率的に冷却させることができる。

0106

一方、前記外部コンデンサ35から排出された残りの冷媒は、車両の室内を冷房するように前記冷媒ライン21を通して流動し、前記膨張バルブ37、前記蒸発器27、前記アキュムレータ33、前記圧縮機31、前記内部コンデンサ23を順次に通過する。

0107

ここで、前記HVACモジュール22に流入する外気は、前記蒸発器27に流入した低温状態の冷媒によって前記蒸発器27を通過しながら冷却される。

0108

この時、前記開閉ドア29は、冷却された外気が前記内部コンデンサ23とヒータ25を通過しないように前記内部コンデンサ23に通過する部分を閉鎖する。したがって、冷却された外気は車両の内部に直接流入することによって、車両室内を冷房することができる。

0109

その後、冷媒は、前記外部コンデンサ35に流入し、前記外部コンデンサ35を通過しながら外気との熱交換により凝縮される。

0110

つまり、上述した過程を繰り返し行いながら、冷媒は、車両の冷房モードで室内を冷房すると同時に、前記チラー110を通過しながら熱交換により冷却水を冷却させる。

0111

本実施形態において、車両の冷房モードが中止された状態で冷媒を用いたバッテリモジュールの冷却時の作動を、図3を参照して説明する。

0112

図3は、本発明の実施形態に係る車両用ヒートポンプシステムにおいて、車両の冷房モードが中止された状態におけるモータ、電装品、およびバッテリモジュールの冷却時の作動状態図である。

0113

図3を参照すれば、冷媒を用いてバッテリモジュールBを冷却する場合、前記第1バルブV1と前記電磁式膨張バルブ39の作動により前記第1、および第2連結ライン111、113が開放される。

0114

これと同時に、前記エアコン手段20の膨張バルブ37は作動が中止され、前記蒸発器27に冷媒の流入が防止される。

0115

これにより、冷媒は、前記圧縮機31から前記外部コンデンサ35に流入して外気との熱交換により凝縮される。その後、冷媒は、前記外部コンデンサ35から排出されて前記冷媒ライン21に沿って移動し、開放された前記第2連結ライン113に流入する。

0116

前記第2連結ライン113に流入した冷媒は、前記電磁式膨張バルブ39の作動により膨張して低温低圧の状態となり、前記チラー110に流入する。

0117

前記チラー110に流入した冷媒は冷却水と熱交換され、前記第2連結ライン113を通して前記アキュムレータ33に流入する。

0118

つまり、前記バッテリモジュールBを冷却しながら温度が上昇した冷却水は、低温低圧の冷媒と前記チラー110の内部で熱交換により冷却される。冷却された冷却水は、前記バッテリ冷却ライン101を通して再びバッテリモジュールBに供給される。

0119

したがって、冷却水は、上述のような作動を繰り返し行いながら、前記バッテリモジュールBを効率的に冷却させることができる。

0120

一方、前記チラー110を通過した冷媒は、前記アキュムレータ33を通過して、再び前記圧縮機31、前記内部コンデンサ23を順次に通過する。

0121

その後、冷媒は、前記外部コンデンサ35に流入し、前記外部コンデンサ35を通過しながら外気との熱交換により凝縮される。

0122

ここで、前記廃熱回収ライン41は、前記第2バルブV2の作動により閉鎖される。

0123

一方、前記電装用冷却手段10では、前記モータ15と前記電装品16の冷却要求および冷却水温に応じて、前記第3バルブV3の作動により前記冷却ライン11が開放される。

0124

これと同時に、前記バッテリ冷却ライン101は、前記第1バルブV1の作動により前記バッテリモジュールBと前記チラー110とが連結されるように前記第1連結ライン111が開放される。

0125

ここで、前記冷却ライン11と前記バッテリ冷却ライン101とは、前記第1、および第3バルブV1、V3の作動により連結されなくなる。

0126

すると、前記冷却ライン11とバッテリ冷却ライン101がそれぞれ閉鎖された回路を形成する。これにより、冷却水は、前記電装用冷却手段10と前記バッテリモジュールBでそれぞれ閉鎖された回路に沿って独立して流動する。

0127

つまり、前記ラジエータ12で冷却された冷却水は、前記第1ウォータポンプ14の作動により前記モータ15、および前記電装品16を冷却させるように前記冷却ライン11を循環する。

0128

反面、前記バッテリ冷却ライン101を循環する冷却水は、前記チラー110で冷媒と熱交換により冷却され、前記バッテリモジュールBに供給される。これにより、前記バッテリモジュールBは、冷媒と熱交換により冷却された冷却水によって冷却される。

0129

つまり、前記バッテリモジュールBには、前記チラー110で冷媒との熱交換により冷却された冷却水が第2ウォータポンプ103の作動により流入する。これにより、冷却された冷却水は、前記バッテリモジュールBを効率的に冷却することができる。

0130

一方、図2図3では、前記電装用冷却手段10が前記モータ15および電装品16を冷却させるように作動することを一実施形態として説明しているが、これに限定されたものではなく、前記モータ15と前記電装品16の冷却が要求されない場合には、前記冷却ライン11に冷却水の循環が中断される。

0131

本実施形態において、車両の暖房モードに応じた前記電装品、および前記バッテリモジュールでの廃熱回収時の作動を、図4を参照して説明する。

0132

図4は、本発明の実施形態に係る車両用ヒートポンプシステムにおいて、車両の暖房モードに応じたモータ、電装品およびバッテリモジュールでの廃熱回収時の作動状態図である。

0133

図4を参照すれば、車両の暖房モードで前記バッテリモジュールB、前記モータ15、および前記電装品16の廃熱を回収する場合、前記第1バルブV1と前記電磁式膨張バルブ39の作動により前記第1、および第2連結ライン111、113が開放される。

0134

そして、前記第2バルブV2の作動により前記外部コンデンサ35に連結される前記冷媒ライン21は閉鎖され、前記廃熱回収ライン41は開放される。

0135

この時、前記第3バルブV3は、前記モータ15および前記電装品16が前記ラジエータ12に連結されないように前記冷却ライン11の連結を閉鎖する。

0136

これと同時に、前記第1、および第3バルブV1、V3は、前記モータ15および前記電装品16を通過する冷却ライン11を前記バッテリ冷却ライン101と連通させる。

0137

これにより、前記モータ15および前記電装品16で発生した廃熱と前記バッテリモジュールBで発生した廃熱によって温度が上昇した冷却水は、前記第1、および第2ウォータポンプ14、103の作動により前記第1連結ライン111にそれぞれ流入して前記チラー110を通過する。

0138

ここで、前記膨張バルブ37は作動が中断されて前記蒸発器27に連結される前記冷媒ライン21は閉鎖される。また、前記電磁式膨張バルブ39は、前記第2連結ライン113に流入する冷媒を膨張させず、前記チラー110に流入させる。

0139

つまり、前記電磁式膨張バルブ39は、前記第2連結ライン113を開閉する開閉バルブとして作動することができる。

0140

したがって、冷媒は、前記チラー110を通過した後、前記アキュムレータ33、前記圧縮機31、前記内部コンデンサ23を順次に通過した後、前記第2バルブV2の作動により開放された前記廃熱回収ライン41に流入する。

0141

その後、冷媒は、前記第2連結ライン113を介して前記チラー110に流入し、前記チラー110で温度が上昇した冷却水と熱交換される。

0142

つまり、前記モータ15および前記電装品16と前記バッテリモジュールBで発生した廃熱は、前記チラー110で前記冷媒の温度を上昇させる。

0143

ここで、前記チラー110は、前記第1連結ライン111を介して前記バッテリモジュールB、前記モータ15、および前記電装品16に並列に連結される。

0144

温度が上昇した冷媒は、前記アキュムレータ33を通過して前記圧縮機31に流入し、圧縮機31から高温高圧の状態に圧縮されて前記内部コンデンサ23に流入する。

0145

ここで、前記開閉ドア29は、前記HVACモジュール22に流入して前記蒸発器27を通過した外気が前記内部コンデンサ23を通過するように開放される。

0146

これにより、外部から流入した外気は、冷媒が供給されていない前記蒸発器27を通過する時、冷却されない室温状態で流入する。流入した外気は、前記内部コンデンサ23を通過しながら高温状態に変換され、選択的に作動する前記ヒータ25を通過して車両室内に流入することによって、車両室内の暖房が実現できる。

0147

一方、前記加熱器105は、必要に応じて選択的にON作動し、前記バッテリ冷却ライン101で循環する冷却水を加熱することができる。これにより、前記チラー110を通過する冷媒は迅速に温度が上昇する。

0148

つまり、本実施形態に係るヒートポンプシステム100は、車両の暖房モードで前記モータ15、前記電装品16、および前記バッテリモジュールBで発生する廃熱源を冷媒の温度を上昇させるのに利用することによって、圧縮機31の動力消耗を低減し、暖房効率を向上させることができる。

0149

一方、本実施形態では、前記モータ15、電装品16およびバッテリモジュールBの廃熱を全て回収する場合を説明しているが、これに限定されたものではなく、前記バッテリモジュールBの廃熱のみを回収する場合には、前記モータ15、および前記電装品16を連結する前記冷却ライン11が前記第1バルブV1と前記第2バルブV2の作動により前記第1連結ライン111に選択的に連結される。

0150

したがって、上記のように構成される本発明の実施形態に係る車両用ヒートポンプシステム100を適用すると、電気自動車またはハイブリッド車両で冷却水と冷媒が熱交換される1つのチラー110を用いて、車両のモードに応じてバッテリモジュールBを冷却させることによって、システムの単純化が可能になる。

0151

また、バッテリモジュールBが車両のモードに合わせて効率的に冷却されることによって、バッテリモジュールBの最適性能の発揮が可能になり、効率的なバッテリモジュールBの管理により車両の全体的な走行距離を増加させることができる。

0152

なお、前記モータ15、前記電装品16、および前記バッテリモジュールBの廃熱源を選択的に利用して暖房効率を向上させることができる。

0153

さらに、全体システムの簡素化により製作コストの節減および重量縮小が可能で、空間活用性を向上させることができる。

0154

以上、本発明は限定された実施形態と図面によって説明されたが、本発明はこれによって限定されず、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって本発明の技術思想と以下に記載される特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正および変形が可能であることはもちろんである。

0155

10:電装用冷却手段
11:冷却ライン
12:ラジエータ
13:クーリングファン
14:第1ウォータポンプ
15:モータ
16:電装品
20:エアコン手段
21:冷媒ライン
22:HVACモジュール
23:内部コンデンサ
25:ヒータ
27:蒸発器
29:開閉ドア
31:圧縮機
33:アキュムレータ
35:外部コンデンサ
37:膨張バルブ
39:電磁式膨張バルブ
41:廃熱回収ライン
100:ヒートポンプシステム
101:バッテリ冷却ライン
103:第2ウォータポンプ
110:チラー
111:第1連結ライン
113:第2連結ライン
B:バッテリモジュール
V1、V2、V3、V4:第1、第2、第3、および第4バルブ

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