专利名称：车辆用空调设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及车辆用空调设备。特别是本发明涉及能够应用于装载电池的车辆的车辆用空调设备。
背景技术：
以往，已知一种控制车厢内的温度等的车辆用空调设备。例如，在专利文献I中公开了一种利用电动汽车所装载的电池的热容量的车辆用空调设备。在该车辆用空调设备中，从设置于车辆的后部的吸入口吸入车厢内的空气，使该空气经由通道(duct)经过底板的电池部分。由此空气被加热，加热后的该空气在利用空调设备主体进行温度调节后被再次吹向车厢内。由此，不需要另外装载蓄热材料就能够获得高温的暖风。专利文献1:日本特开平5-178070号公报
发明内容
然而，专利文献I所公开的空调设备将电池的热量直接向供给到车厢内的空气放热。因此，难以说有效地利用了热容量大的电池。本发明是鉴于这种现有技术所具有的问题而完成的。而且，其目的在于提供一种通过有效地利用热容量大的电池而改善热效率的车辆用空调设备。本发明的第一方式所涉及的车辆用空调设备具备:压缩机，其使制冷剂压缩；内部换热器，其在上述制冷剂与供给到车厢内的空气之间进行热交换；外部换热器，其在上述制冷剂与作为车厢外的空气的大气之间进行热交换；电池，其被装载于车辆；电池换热器，使从上述外部换热器至上述压缩机的制冷剂中的至少一部分经过该电池换热器，由此在上述制冷剂与上述电池之间进行热交换；节流调整部，其被配置在制冷剂流路中上述电池换热器的上游侧，能够调整制冷剂的流动；以及控制单元，其控制上述节流调整部，其中，上述控制单元基于热交换余量来控制上述节流调整部的制冷剂的流动，该热交换余量表示上述外部换热器相对于上述内部换热器的热量的余量。本发明的第二方式所涉及的车辆用空调设备的控制方法具有具备以下部件的工序:具备:压缩机，其使制冷剂压缩；内部换热器，其在上述制冷剂与供给到车厢内的空气之间进行热交换；外部换热器，其在上述制冷剂与作为车厢外的空气的大气之间进行热交换；电池，其被装载于车辆；电池换热器，使从上述外部换热器至上述压缩机的制冷剂中的至少一部分经过该电池换热器，由此在上述制冷剂与上述电池之间进行热交换；以及节流调整部，其被配置在制冷剂流路中上述电池换热器的上游侧，能够调整制冷剂的流动；以及基于热交换余量来控制上述节流调整部的制冷剂的流动，该热交换余量表示上述外部换热器相对于上述内部换热器的热量的余量。
图1是示意性地表示本发明的实施方式所涉及的车辆用空调设备的结构的说明图。图2是表示第三膨胀阀的控制过程的流程图。图3是表示第三膨胀阀的控制过程的流程图。
具体实施例方式下面，基于
本发明的实施方式。图1是示意性地表示本发明的实施方式所涉及的车辆用空调设备10的结构的说明图。该车辆用空调设备10是应用于电动汽车来控制车厢内的温度等的热泵式的空调设备。在该电动汽车中，作为驱动源的马达(未图示)装载于车辆前方的马达室(M/R)。而且，对该马达、各种电气部件供给电力的电池5装载于车厢空间的底板。车辆用空调设备10构成为以送风单元11、空调设备主体20以及控制单元40为主体。送风单元11是取入车厢内的空气(内部空气)或者车厢外的空气(大气)并将其供给到车厢内的单元，具备输送空气的送风通道。在该送风通道的上游侧设置有进气部12，进气部12具备进气门13。进气门13是能够封闭内部空气导入口和大气导入口中的一个入口的可动式的门，通过使该进气门13动作能够从内部空气和大气中选择一个要供给到车厢内的空气。另外，在送风通道中设置有鼓风机14，通过使该鼓风机14动作来向下游送出内部空气或者大气。被送出到下游的空气(内部空气或者大气)从吹出口(未图示)经由后述的第一内部换热器22或者第二内部换热器24被供给到车厢内。空调设备主体20构成为以压缩机(compressor) 21、第一内部换热器22、夕卜部换热器23、第二内部换热器24、第一膨胀阀25以及第二膨胀阀26为主体。构成空调设备主体20的这些元件被分别设置于制冷剂进行循环的闭环的制冷剂流路(主制冷剂流路)Cm。通过该主制冷剂流路Cm，制冷剂从压缩机21起按第一内部换热器22、外部换热器23、第二内部换热器24的顺序经过这些元件并再次返回到压缩机21。另外，在该主制冷剂流路Cm中，在第一内部换热器22与外部换热器23之间设置有第一膨胀阀25,在外部换热器23与第二内部换热器24之间设置有第二膨胀阀26。压缩机21当从吸入侧取入制冷剂时，对取入的该制冷剂进行压缩，将压缩后的制冷剂从排出侧排出。利用从电池5供给的电力来驱动该压缩机21。第一内部换热器22在从压缩机21加压输送的制冷剂与供给到车厢内的空气之间进行热交换。在由用户指定的车辆用空调设备10的运转模式为暖风模式的情况下，该第一内部换热器22作为冷凝器发挥作用。由此，将制冷剂的热放出到向车厢内供给的空气、即由鼓风机14送出的空气中。外部换热器23配置在马达室的前端部，在经过第一膨胀阀25的制冷剂与大气之间进行热交换。该外部换热器23在运转模式为暖风模式的情况下使制冷剂吸收大气的热，在运转模式为冷风模式的情况下将制冷剂的热放出到大气中。为了促进大气与制冷剂的热交换效率，在外部换热器23处设置有送风风扇27。第二内部换热器24在经过第二膨胀阀26的制冷剂与供给到车厢内的空气之间进行热交换。在运转模式为冷风模式的情况下，该第二内部换热器24作为蒸发器发挥作用。由此，供给到车厢内的空气、即由鼓风机14送出的空气的热被制冷剂吸收。
在设置于第一内部换热器22的下游的第一膨胀阀25和设置于外部换热器23的下游的第二膨胀阀26中，通过使制冷剂经过来进行节流膨胀。即，制冷剂经过第一和第二膨胀阀25、26而变为低温、低压的制冷剂。另外，能够在第一和第二膨胀阀25、26中对作为制冷剂的通过区域的节流(阀开度)进行调整，能够根据需要设定节流或者开放节流。在第一膨胀阀25中，在运转模式为暖风模式的情况下，设定规定的节流使制冷剂进行节流膨胀。另一方面，在运转模式为冷风模式的情况下，在第一膨胀阀25中开放节流使制冷剂直接通过。与此相对地，在运转模式为冷风模式的情况下，在第二膨胀阀26中设定规定的节流使制冷剂进行节流膨胀。另一方面，在运转模式为暖风模式的情况下，在第二膨胀阀26中开放节流使制冷剂直接通过。此外，在第二内部换热器24与压缩机21之间的主制冷剂流路Cm中设置有气液分离器28。该气液分离器28承担如下功能:将从上游工序供给的制冷剂分离为气相和液相，将气相状态的制冷剂送出到下游工序，并且将液相状态的制冷剂暂时贮存。在此，作为本实施方式的特征之一，空调设备主体20还具有电池换热器29。电池换热器29上分别连接有制冷剂供给用和制冷剂排出用的子制冷剂流路Cs的一个端部。而且，由电池换热器29在制冷剂与电池5之间进行热交换。制冷剂供给用的子制冷剂流路Csl的另一个端部连接在主制冷剂流路Cm的外部换热器23与第二膨胀阀26之间。另外，制冷剂排出用的子制冷剂流路Cs2的另一个端部连接在第二内部换热器24与压缩机21之间。在该电池换热器29中，使从外部换热器23至压缩机21的制冷剂中的一部分或者全部制冷剂经过电池换热器29，由此在经过外部换热器23的制冷剂与电池之间进行热交换。由该电池换热器29进行热交换后的制冷剂返回到压缩机21。在向电池换热器29供给制冷剂的子制冷剂流路Csl中，在电池换热器29的上游侧配置有第三膨胀阀30 (节流调整部)。与第一和第二膨胀阀25、26同样地，该第三膨胀阀30构成为能够调整制冷剂的流动(具体地说为阀开度)。通过调整节流的状态，由此在第三膨胀阀30中使经过的制冷剂节流膨胀或者使制冷剂以原有的状态通过。由此，在电池换热器29中，制冷剂吸收电池5的热或者将制冷剂的热放出到电池5。另外，第三膨胀阀30还能够关闭其节流。此外，在本实施方式中，电池换热器29构成为在制冷剂与电池5的周围的空气之间进行热交换。因此，基于提高电池5与制冷剂之间的热交换效率的观点，设置有用于使电池5的周围的空气流动的鼓风机31。另外，在主制冷剂流路Cm中设置有用于绕过第一内部换热器22的第一旁路流路Lbl0具体地说，第一旁路流路Lbl的一个端部连接在压缩机21与第一内部换热器22之间，并且另一个端部连接在第一膨胀阀25与外部换热器23之间。第一旁路流路Lbl与主制冷剂流路Cm的连接部处设置有用于进行切换的第一切换阀(例如三通阀)32，以使制冷剂流向第一内部换热器22或者绕过第一内部换热器22。此外,该第一切换阀32基本上被设定为关闭芳路流路Lb I。同样地，在主制冷剂流路Cm中设置有绕过第二膨胀阀26和第二内部换热器24的第二旁路流路Lb2。具体地说，第二旁路流路Lb2的一个端部连接在制冷剂供给用的子制冷剂流路Csl的连接部与第二膨胀阀26之间，并且另一个端部连接在第二内部换热器24与制冷剂排出用的子制冷剂流路Cs2之间。第二旁路流路Lb2与主制冷剂流路Cm的连接部处设置有用于进行切换的第二切换阀(例如三通阀)33，以使制冷剂流向第二膨胀阀26和第二内部换热器24或者绕过第二膨胀阀26和第二内部换热器24。此外，该第二切换阀33基本上被设定为关闭芳路流路Lb I。控制单元40承担着统一控制车辆用空调设备10的功能。作为控制单元40，例如能够使用以CPU、ROM、RAM以及输入输出接口为主体而构成的个人计算机。控制单元40按照存储在ROM中的控制程序来进行与空调控制相关的运算。然后，控制单元40将通过该运算计算出的控制量(控制信号)输出到致动器。为了进行这种处理，对控制单元40输入包含传感器信号的各种输入信号。空调温度传感器41配置在送风通道的下游侧，对吹出到车厢内的空气、具体地说对经过第一或者第二内部换热器22、24的空气的温度进行检测。为了控制空调温度，参照来自该空调温度传感器41的传感器信号。另外，电池温度传感器42是基于收容电池5的底板空间的空气的温度来检测电池5的温度的传感器。并且，大气温度传感器43是检测大气的温度的传感器。作为各温度传感器41、42、43，能够使用PTC热敏电阻等。在与本实施方式的关系中，控制单元40分别对第一至第三膨胀阀25、26、30的状态、即第一至第三膨胀阀25、26、30的节流进行控制。具体地说，与车辆用空调设备10的运转模式相应地控制第一和第二膨胀阀25、26的状态。也就是说，在运转模式为暖风模式的情况下，控制单元40对第一膨胀阀25设定规定的节流，并且开放第二膨胀阀26的节流。另一方面，在运转模式为冷风模式的情况下，控制单元40开放第一膨胀阀25的节流，并且对第二膨胀阀26设定规定的节流。与此相对地，除了运转模式以外，还考虑外部换热器23的热交换余量和电池温度传感器42的检测结果来控制第三膨胀阀30。在此，热交换余量是指在暖风模式的情况下外部换热器23的吸热量相对于第一内部换热器22的散热量的热量的余量。另外，热交换余量是指在冷风模式的情况下外部换热器23的散热量相对于第二内部换热器24的吸热量的热量的余量。此外，下面，将外部换热器23的吸热量相对于第一内部换热器22的散热量的热量的余量称为“吸热量余量”，将外部换热器23的散热量相对于第二内部换热器24的吸热量的热量的余量称为“散热量余量”。图2和3是表示第三膨胀阀30的控制过程的流程图。通过由用户接通车辆用空调设备10的开关来调用该流程图所示的处理，并由控制单元40以规定周期执行该处理。首先，在步骤IO(SlO)中，控制单元40判断运转模式是否为暖风模式。在该步骤10中作出肯定判定、即运转模式为暖风模式的情况下，进入步骤11 (Sll)。另一方面，在步骤10中作出否定判定、即运转模式为冷风模式的情况下，进入后述步骤18(S18)。在步骤11中，控制单元40判断是否存在吸热量余量。S卩，控制单元40判断在暖风模式下外部换热器23能否从大气吸收第一内部换热器22向送风通道内的空气放出的热量。在参照空调温度传感器41和大气温度传感器43的检测结果的基础上进行该判断。在该步骤11中作出肯定判定、即存在吸热量余量的情况下，进入步骤12(S12)。另一方面，在步骤11中作出否定判定、即不存在吸热量余量、吸热量不足的情况下，进入后述步骤15(S15)。在步骤12中，控制单元40判断电池温度传感器42的检测结果即电池温度Tb是否是为了对电池5进行温度管理而设定的温度范围内的最佳温度Tst以下。此外，下面将为了对电池5进行温度管理而对电池温度Tb设定的温度范围称为“管理温度范围”。该管理温度范围表示电池5能够发挥期望性能的温度范围。而且，基于实验、模拟来预先设定该范围(下限温度Tlo和上限温度Thi的范围)和最佳温度Tst的值。在该步骤12中作出肯定判定、即电池温度Tb为最佳温度Tst以下的情况下,进入步骤13(S13)。另一方面，在步骤12中作出否定判定、即电池温度Tb比最佳温度Tst高的情况下，进入步骤14(S14)。在步骤13中，控制单元40控制第三膨胀阀30来关闭该第三膨胀阀30。与此相对地，在步骤14中，控制单元40将第三膨胀阀30设定为规定的节流，以使所通过的制冷剂进行节流膨胀。另一方面，在不存在吸热量余量的情况下，在步骤15中，控制单元40判断电池温度Tb是否为电池5的管理温度范围内的下限温度Tlo以下。在该步骤15中作出肯定判定、即电池温度Tb为下限温度Tlo以下的情况下，进入步骤16 (S16)。另一方面，在步骤15中作出否定判定、即电池温度Tb比下限温度Tlo高的情况下，进入步骤17 (S17)。在步骤16中，控制单元40控制第三膨胀阀30的节流来关闭该第三膨胀阀30。与此相对地，在步骤17中，控制单元40将第三膨胀阀30设定为规定的节流，以使所通过的制冷剂进行节流膨胀。另一方面，在运转模式为冷风模式的情况下，在步骤18中，控制单元40判断是否存在散热量余量。即，控制单元40判断在冷风模式下外部换热器23能否将第二内部换热器24从送风通道内的空气吸收的吸热量放出到大气中。在参照空调温度传感器41和大气温度传感器43的检测结果的基础上进行该判断。在该步骤18中作出肯定判定、即存在散热量余量的情况下，进入步骤19(S19)。另一方面，在步骤18中作出否定判定、即不存在散热量余量、散热量不足的情况下，进入后述的步骤24(S24)。在步骤19中，控制单元40判断电池温度Tb是否为电池5的管理温度范围内的最佳温度Tst以下。在该步骤19中作出肯定判定、即电池温度Tb为最佳温度Tst以下的情况下，进入步骤20 (S20)。另一方面，在步骤19中作出否定判定、即电池温度Tb比最佳温度Tst高的情况下，进入步骤23 (S23)。在步骤20中，控制单元40判断电池温度Tb是否为电池5的管理温度范围内的最佳温度Tst。在该步骤20中作出肯定判定、即电池温度Tb为最佳温度Tst的情况下,进入步骤21(S21)。另一方面，在步骤20中作出否定判定、即电池温度Tb比最佳温度Tst低的情况下，进入步骤22 (S22)。在步骤21中，控制单元40控制第三膨胀阀30的节流来关闭该第三膨胀阀30。与此相对地，在步骤22中，控制单元40开放第三膨胀阀30的节流，以使制冷剂直接通过第三膨胀阀30。另一方面，在步骤23中，控制单元40将第三膨胀阀30设定为规定的节流，以使所通过的制冷剂进行节流膨胀。另一方面，在不存在散热量余量的情况下，在步骤24中，控制单元40判断电池温度Tb是否为电池5的管理温度范围内的上限温度Thi以上。在该步骤24中作出肯定判定、即电池温度Tb为上限温度Thi以上的情况下，进入步骤25 (S25)。另一方面，在步骤24中作出否定判定、即电池温度Tb比上限温度Thi低的情况下，进入步骤26(S26)。在步骤25中，控制单元40将第三膨胀阀30设定为规定的节流，以使所通过的制冷剂进行节流膨胀。与此相对地，在步骤26中，控制单元40开放节流，以使制冷剂直接通过第三膨胀阀30。当根据上述方法对第一至第三膨胀阀25、26、30的状态进行设定时，车辆用空调设备10与暖风模式或者冷风模式相应的动作。在运转模式为暖风模式的情况下，第一内部换热器22作为冷凝器发挥作用。具体地说，被压缩机21压缩的制冷剂成为高温、高压状态。然后，该高温、高压状态的制冷剂被供给到第一内部换热器22。在第一内部换热器22中，制冷剂的热被放出到送风通道内的空气中。由此，能够向车厢内供给温暖的空气。第一内部换热器22的制冷剂通过经过第一膨胀阀25而进行节流膨胀，从而该制冷剂成为低温、低压状态。低温、低压状态的制冷剂被供给到外部换热器23。该制冷剂与大气相比成为低温状态，在外部换热器23中大气的热被制冷剂吸收。经过外部换热器23的制冷剂中的一部分向子制冷剂流路Cs分支，之后经由第三膨胀阀30被供给到电池换热器29。然后，经过电池换热器29的制冷剂返回到压缩机21。[表 I]
权利要求
1.一种车辆用空调设备，其特征在于，具备: 压缩机，其使制冷剂压缩； 内部换热器，其在上述制冷剂与供给到车厢内的空气之间进行热交换； 外部换热器，其在上述制冷剂与作为车厢外的空气的大气之间进行热交换； 电池，其被装载于车辆； 电池换热器，使从上述外部换热器至上述压缩机的制冷剂中的至少一部分经过该电池换热器，由此在上述制冷剂与上述电池之间进行热交换； 节流调整部，其被配置在制冷剂流路中上述电池换热器的上游侧，能够调整制冷剂的流动；以及 控制单元，其控制上述节流调整部， 其中，上述控制单元基于热交换余量来控制上述节流调整部的制冷剂的流动，该热交换余量表示上述外部换热器相对于上述内部换热器的热量的余量。
2.根据权利要求1所述的车辆用空调设备，其特征在于，还具备: 第一膨胀阀，其设置在上述内部换热器的下游，使经过上述内部换热器的制冷剂经过该第一膨胀阀，由此使上述制冷剂进行节流膨胀；以及温度检测器，其检测上述电池的温度， 其中，上述内部换热器在从上述压缩机加压输送的制冷剂与供给到车厢内的空气之间进行热交换， 上述外部换热器在经过上述第一膨胀阀的制冷剂与上述大气之间进行热交换，由上述外部换热器进行热交换后的制冷剂返回到上述压缩机， 在上述内部换热器作为冷凝器发挥作用的暖风模式的情况下，上述控制单元基于吸热量余量和上述温度检测器的检测结果，通过上述节流调整部来控制制冷剂的流动，该吸热量余量表示上述外部换热器的吸热量相对于上述内部换热器的散热量的热量的余量。
3.根据权利要求2所述的车辆用空调设备，其特征在于， 在上述外部换热器中不存在吸热量余量的情况下，上述控制单元对上述节流调整部设定节流，使经过上述节流调整部的制冷剂进行节流膨胀。
4.根据权利要求3所述的车辆用空调设备，其特征在于， 在上述温度检测器的检测结果为比为了对上述电池进行温度管理而设定的温度范围内的下限温度高的情况下，上述控制单元对上述节流调整部设定节流。
5.根据权利要求1所述的车辆用空调设备，其特征在于，还具备: 第二膨胀阀，其设置在上述外部换热器的下游，使经过上述外部换热器的制冷剂经过该第二膨胀阀，由此使上述制冷剂进行节流膨胀；以及温度检测器，其检测上述电池的温度， 其中，上述内部换热器在经过上述第二膨胀阀的制冷剂与供给到车厢内的空气之间进行热交换，由上述内部换热器进行热交换后的制冷剂返回到上述压缩机， 上述外部换热器在从上述压缩机加压输送的制冷剂与上述大气之间进行热交换， 在上述内部换热器作为蒸发器发挥作用的冷风模式的情况下，上述控制单元基于散热量余量和上述温度检测器的检测结果，通过上述节流调整部来控制制冷剂的流动，该散热量余量表示上述外部换热器的散热量相对于上述内部换热器的吸热量的热量的余量。
6.根据权利要求5所述的车辆用空调设备，其特征在于， 在不存在上述散热量余量的情况下，上述控制单元开放上述节流调整部的节流。
7.根据权利要求6所述的车辆用空调设备，其特征在于， 在上述温度检测器的检测结果为比为了对上述电池进行温度管理而设定的温度范围内的上限温度低的情况下，上述控制单元开放上述节流调整部的节流。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的车辆用空调设备，其特征在于， 在上述温度检测器的检测结果为是为了对上述电池进行温度管理而设定的温度范围内的上限温度以上的情况下，上述控制单元对上述节流调整部设定节流，使经过上述节流调整部的制冷剂进行节流膨胀。
9.一种车辆用空调设备的控制方法，其特征在于，具有以下步骤: 具备:压缩机，其使制冷剂压缩；内部换热器，其在上述制冷剂与供给到车厢内的空气之间进行热交换；外部换热 器，其在上述制冷剂与作为车厢外的空气的大气之间进行热交换；电池，其被装载于车辆；电池换热器，使从上述外部换热器至上述压缩机的制冷剂中的至少一部分经过该电池换热器，由此在上述制冷剂与上述电池之间进行热交换；以及节流调整部，其被配置在制冷剂流路中上述电池换热器的上游侧，能够调整制冷剂的流动；以及 基于热交换余量来控制上述节流调整部的制冷剂的流动，该热交换余量表示上述外部换热器相对于上述内部换热器的热量的余量。
全文摘要
本发明的车辆用空调设备具备压缩机(21)，其使制冷剂压缩；内部换热器(22、24)，其在制冷剂与供给到车厢内的空气之间进行热交换；外部换热器(23)，其在制冷剂与作为车厢外的空气的大气之间进行热交换；电池(5)，其被装载于车辆；电池换热器(29)，其使从外部换热器至压缩机的制冷剂的至少一部分经过，由此在制冷剂与电池之间进行热交换；节流调整部(30)，其在制冷剂流路中被配置于电池换热器的上游侧，能够调整制冷剂的流动；以及控制单元(40)，其控制节流调整部。控制单元基于热交换余量和温度检测器的检测结果，通过节流调整部来控制制冷剂的流动，该热交换余量表示外部换热器相对于内部换热器的热量的余量。
文档编号B60L11/18GK103153660SQ20118004856
公开日2013年6月12日 申请日期2011年9月27日 优先权日2010年10月6日
发明者荒井富士雄, 上松丰 申请人:日产自动车株式会社