JP5974960B2 - 電池温度調整装置 - Google Patents

Description

本発明は、電池の温度を調整する電池温度調整装置の構成に関するものである。

二次電池の入出力特性はその二次電池の温度に影響されるものであり、高温時にも低温時にも悪化するものである。そこで、特許文献１は、車両用の二次電池を加熱または冷却する電池温度調整装置を開示している。その特許文献１において、電池温度調整装置はその二次電池に対して送風することにより電池パックの温度を調整する。

具体的に、その電池温度調整装置は、冷媒を凝縮させる凝縮器と冷媒を蒸発させる蒸発器とを有する冷凍サイクルを備えている。そして、二次電池を加熱する場合には、凝縮器により加熱された温風を二次電池に吹き付ける。その一方で、二次電池を冷却する場合には、蒸発器により冷却された冷風を二次電池に吹き付ける。

特開２０１１−１７８２７０号公報

電池温度調整装置により温度調整される二次電池は、通常、複数の電池セルから構成された電池パックである。そして、電池劣化を抑え電池性能を十分に引き出すためには個々の電池セルの入出力特性が揃っていることが好ましいところ、電池セルの入出力特性はその電池セルの温度にそれぞれ影響される。従って、電池温度調整装置は、例えば二次電池すなわち電池パックを加熱する場合には、単に加熱するのではなく、電池パック全体において温度むらを抑えるように、言い換えれば、電池セル毎の温度がばらつかないように、電池パックを加熱する必要がある。

しかし、引用文献１の電池温度調整装置では、過熱度の大きい冷媒が凝縮器に流入し、その凝縮器からの温風により電池パックが加熱される。そして、凝縮器内の冷媒温度は冷媒が飽和状態であれば殆ど変化しないが、冷媒が過熱状態であれば大きくばらつく。そのため、電池パックを加熱する温風に温度ばらつきが生じることになる。例えば、その電池パックを加熱する温風のうち、過熱状態の冷媒により加熱された空気は、飽和状態の冷媒により加熱された空気よりも高温になる。

その結果、引用文献１の電池温度調整装置では、電池パックが加熱される場合に、電池パックを構成する電池セル毎の温度のばらつきが大きくなるという課題があった。すなわち、電池パックである電池全体において温度のばらつきが大きくなるという課題があった。

本発明は上記点に鑑みて、電池全体における温度ばらつきを抑えつつ電池を暖機することができる電池温度調整装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、電池（１２）を暖機する電池温度調整装置（１０）であって、
冷凍サイクル（１４、６２）において冷媒を圧縮し循環させる圧縮機（１６）と、
その圧縮機から吐出された冷媒が流入する冷媒入口（１８ａ）を有し、その冷媒入口から流入した冷媒の熱によって電池を暖める電池用熱交換器（１８）と、
電池用熱交換器の冷媒入口における冷媒の過熱状態を解消するように作動する過熱抑制装置（２６１、５０、５４）とを備えていることを特徴とする。

上述の発明によれば、過熱抑制装置は電池用熱交換器の冷媒入口における冷媒の過熱状態を解消するように作動するので、電池用熱交換器内の冷媒の温度ばらつきが抑えられ、それにより、電池全体における温度ばらつきを抑えつつ電池を暖機することができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した括弧内の各符号は、後述する実施形態に記載した各符号に対応したものである。

本発明の第１実施形態における電池温度調整装置１０の回路構成を示すと共に、その回路内における冷媒の状態を示すようにモリエル線図を配置した図である。 図１の冷凍サイクル１４に設けられた第１熱交換器１８と電池１２との構成を模式的に表した模式図である。 図１の冷凍サイクル１４に設けられた膨張装置２０の構造を模式的に表した模式図である。 図１の冷凍サイクル１４に設けられた第１熱交換器１８の冷媒出口１８ｂにおける冷媒の状態を示す点Ｐexをモリエル線図上に表した図である。 第２実施形態における電池温度調整装置１０の回路構成を示した図である。 第３実施形態における電池温度調整装置１０の回路構成を示した図である。 第４実施形態における電池温度調整装置１０の回路構成を示すと共に、その回路内における冷媒の状態を示すようにモリエル線図を配置した図である。 図７の冷凍サイクル１４に設けられた気液分離装置５４の概略構成を表した図である。 図８の気液分離装置５４を制御する制御処理を示したフローチャートである。 図１に示す冷凍サイクル１４の回路構成に対する第１の変形例を示した回路図である。 図１に示す冷凍サイクル１４の回路構成に対する第２の変形例を示した回路図である。 図５および図６に示す冷凍サイクル１４の回路構成に対する変形例を示した回路図である。 図１に示す冷凍サイクル１４をガスインジェクションサイクルに変更したときの第１の変形例を示す回路図である。 図１に示す冷凍サイクル１４をガスインジェクションサイクルに変更したときの第２の変形例を示す回路図である。 図１に示す冷凍サイクル１４をガスインジェクションサイクルに変更したときの第３の変形例を示す回路図である。 図１に示す冷凍サイクル１４をガスインジェクションサイクルに変更したときの第４の変形例を示す回路図である。 図２の第１熱交換器１８と電池１２との構成を変更した第１の変形例を模式的に表した模式図である。 図２の第１熱交換器１８と電池１２との構成を変更した第２の変形例を模式的に表した模式図である。 図２の第１熱交換器１８と電池１２との構成を変更した第３の変形例を模式的に表した模式図である。 図２の第１熱交換器１８と電池１２との構成を変更した第４の変形例を模式的に表した模式図である。 図２の第１熱交換器１８と電池１２との構成を変更した第５の変形例を模式的に表した模式図である。 図１の冷凍サイクル１４に四方弁９０が追加された回路図であって、その四方弁９０が第１熱交換器１８を凝縮器として機能させるように切り替えられたときの冷媒流れを表す図である。 図２２と同じ構成の回路図であって、四方弁９０が第１熱交換器１８を蒸発器として機能させるように切り替えられたときの冷媒流れを表す図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態における電池温度調整装置１０のモリエル線図である。図１の破線Ｌstrは、モリエル線図における飽和液線と飽和蒸気線とから成る飽和曲線である。

図１に示す電池温度調整装置１０は、車両用の電池１２（図２参照）の温度を調整する車両用装置であり、例えばハイブリッド車や電気自動車等の車両に搭載される。具体的には、電池温度調整装置１０は、例えば冷間時等において、電池１２を暖機する。その電池１２は二次電池であり、例えば車両走行用モータの電源として用いられる。

図１に示すように、電池温度調整装置１０は、冷媒が循環する冷凍サイクル１４から構成されている。その冷凍サイクル１４は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルであり、コンプレッサすなわち圧縮機１６と、第１熱交換器１８と、膨張装置２０と、第２熱交換器２２と、気液分離装置２４と、内部熱交換器２６とを備えている。

圧縮機１６は、冷媒を吸入する吸入ポート１６ａと、冷媒を吐出する吐出ポート１６ｂとを備えている。圧縮機１６は、冷凍サイクル１４において冷媒を吸入ポート１６ａから吸入して圧縮し、その圧縮した冷媒を吐出ポート１６ｂから吐出する。このようにして冷媒を冷凍サイクル１４において循環させる。

内部熱交換器２６は、第１熱交換部２６１と第２熱交換部２６２とを備えており、第１熱交換部２６１と第２熱交換部２６２との間で熱交換を行わせる。

第１熱交換部２６１は、冷凍サイクル１４において圧縮機１６と第１熱交換器１８の冷媒入口１８ａとの間に介装されている。そして、第１熱交換部２６１には、圧縮機１６から吐出された高温高圧の過熱気相の冷媒が流入する。第１熱交換部２６１は、その第１熱交換部２６１内を流通する冷媒から熱を放出させ、その放熱させられた冷媒を第１熱交換器１８の冷媒入口１８ａへ流出させる。すなわち、第１熱交換部２６１は、その内部を流通する冷媒から放熱させる放熱装置として機能する。言い換えれば、第１熱交換部２６１は、第１熱交換器１８の冷媒入口１８ａに接続された入口側放熱装置である。

例えば、第１熱交換部２６１がその内部を流通する冷媒から放熱させることにより、図１のモリエル線図では、第１熱交換器１８の冷媒入口１８ａにおいて冷媒の状態は二相域内の飽和蒸気線近傍になっている。

第２熱交換部２６２は、冷凍サイクル１４において第２熱交換器２２と気液分離装置２４との間に介装されている。第２熱交換部２６２には第２熱交換器２２からの冷媒が流入する。第２熱交換部２６２は、第１熱交換部２６１内を流通する冷媒から放出された熱によって、第２熱交換部２６２内を流通する冷媒を加熱する。そして、その加熱された冷媒を気液分離装置２４へ流出させる。すなわち、第２熱交換部２６２は、その第２熱交換部２６２内を流通する冷媒へ第１熱交換部２６１からの熱を供給する吸熱装置である。

第１熱交換器１８は、圧縮機１６から吐出された冷媒が第１熱交換部２６１を介して流入する冷媒入口１８ａと、冷媒が流出する冷媒出口１８ｂとを備えている。そして、第１熱交換器１８は、冷媒入口１８ａから流入した冷媒の熱によって電池１２（図２参照）を暖める電池用熱交換器である。すなわち、第１熱交換器１８は、冷媒を凝縮させその冷媒の凝縮により放出される熱によって電池１２を暖める凝縮器である。

第１熱交換器１８は、例えば図２の模式図のように構成されている。図２は、第１熱交換器１８と電池１２との構成を模式的に表した図である。その図２に示すように、電池１２は複数の電池セル１２１から成る組電池すなわち電池パックであり、第１熱交換器１８は電池１２と一体的に構成されている。すなわち、電池１２と第１熱交換器１８とは１つの電源ユニット３０を構成している。

第１熱交換器１８は例えばアルミニウム合金等の熱伝導性の良い材料で構成されている。そして、電池セル１２１は平板状の形状を有しており、電源ユニット３０では、複数の電池セル１２１が、平板状の例えばアルミニウム合金等から成る熱拡散板３２を挟んで厚み方向に交互に積層されている。また、互いに隣り合う熱拡散板３２と電池セル１２１とは良好な熱伝達性能を有するように接触している。そして、その熱拡散板３２の一端は第１熱交換器１８にロウ付け等により接合されている。

このような構成から、電源ユニット３０では、第１熱交換器１８内を流通する冷媒から放出された熱は複数の熱拡散板３２に伝達され、その熱拡散板３２からそれに接触している各電池セル１２１に伝達される。それと共に、第１熱交換器１８から電池セル１２１へ直接伝達される。図２における破線矢印は第１熱交換器１８での冷媒流れを表しており、後述する図１７および図１８においても同様である。

なお、第１熱交換器１８内の冷媒圧力は、圧縮機１６の回転速度と膨張装置２０とによって保たれ、電池１２を暖機する際には、その第１熱交換器１８内の冷媒温度は、例えば電池１２を暖機するための目標温度である１０℃以上に保たれる。また、電池温度が上昇し過ぎると電池劣化が促進されるので、第１熱交換器１８内の冷媒温度は、４０℃以下、高くても６０℃以下に保たれることが望ましい。

図１に示す膨張装置２０は、冷凍サイクル１４において、第１熱交換器１８の冷媒出口１８ｂから流出した冷媒を減圧する。すなわち、第１熱交換器１８の冷媒出口１８ｂからの冷媒は膨張装置２０に流入し、膨張装置２０にて減圧され、その減圧された冷媒が膨張装置２０から第２熱交換器２２へ流出させられる。

図３は、膨張装置２０の構造を模式的に表した模式図である。

図３に示すように、膨張装置２０の流量調整装置３４は、膨張装置２０を流通する冷媒流量を調整する装置であって、冷媒を減圧する冷媒流路２０ａの開口面積を増減する開閉弁３４１と、例えばステッピングモータであり開閉弁３４１を作動させる電動機３４２とを備えている。すなわち、流量調整装置３４は、冷媒流路２０ａの開口面積を減少させることにより冷媒流量を減少させ、冷媒流路２０ａの開口面積を増大させることにより冷媒流量を増加させる。流量調整装置３４の電動機３４２は、例えば不図示の制御装置により駆動される。

例えば、図３において開閉弁３４１が、電動機３４２の駆動により矢印ＡＲ０１方向に移動すると、冷媒流路２０ａの開口面積が減少する。すなわち、その冷媒流路２０ａが狭くなる。そうすると、図４に示すモリエル線図上で、膨張装置２０の入口における冷媒の状態すなわち第１熱交換器１８の冷媒出口１８ｂにおける冷媒の状態を示す点Ｐexが、矢印ＡＲ１１方向に移動する。要するに、点Ｐexが示す冷媒圧力が高くなると共に、その点Ｐexが示す冷媒の過冷却度すなわちサブクールが大きくなる。

逆に、開閉弁３４１が、電動機３４２の駆動により矢印ＡＲ０２方向に移動すると、冷媒流路２０ａの開口面積が増大する。すなわち、その冷媒流路２０ａが広くなる。そうすると、図４に示すモリエル線図上で、点Ｐexが矢印ＡＲ１２方向に移動する。要するに、点Ｐexが示す冷媒圧力が低くなると共に、その点Ｐexが示す冷媒の過冷却度が小さくなり、飽和状態であれば冷媒の乾き度が高くなる。

このように構成された膨張装置２０は、電動機３４２の制御により、第１熱交換器１８の冷媒出口１８ｂにおける冷媒の過冷却状態を解消するように作動する過冷却抑制装置として機能する。すなわち、膨張装置２０はその過冷却抑制装置を構成している。具体的には、膨張装置２０は、冷媒出口１８ｂにおける冷媒圧力ＰＲｅｘと冷媒温度Ｔｅｘとに基づき流量調整装置３４によって冷媒流量を調整することにより過冷却抑制装置として作動する。なお、上記の冷媒の過冷却状態を解消するように作動することとは、その過冷却状態を完全に解消することだけでなく、冷媒を飽和状態に近い過冷却度の低い状態にすることも含んだ意味である。

例えば、図１に示すように、第１熱交換器１８の冷媒出口１８ｂにおいて冷媒圧力ＰＲｅｘを検出する冷媒出口圧力センサ３６と、冷媒温度Ｔｅｘを検出する冷媒出口温度センサ３８とが設けられている。そして、冷媒の飽和温度と冷媒圧力との関係である飽和温度特性マップが予め実験的に設定されており、その飽和温度特性マップから、冷媒の飽和温度ＳＴｅｘが、冷媒出口圧力センサ３６により検出された冷媒圧力ＰＲｅｘに基づいて不図示の制御装置により求められる。

次に、その飽和温度ＳＴｅｘから、冷媒出口温度センサ３８により検出された冷媒温度Ｔｅｘを差し引いた温度差ΔＴｅｘすなわち過冷却度が算出される。要するに、その温度差ΔＴｅｘは、「ΔＴｅｘ＝ＳＴｅｘ−Ｔｅｘ」という算出式から算出される。その温度差ΔＴｅｘが算出されると、その温度差ΔＴｅｘが所定の目標温度差以下になるように、流量調整装置３４の電動機３４２が駆動される。

詳細に言えば、第１熱交換器１８の冷媒出口１８ｂにおける冷媒が過冷却状態になるように流量調整装置３４の電動機３４２が予め位置決めされており、その電動機３４２は、温度差ΔＴｅｘが上記目標温度差以下になるまで、開閉弁３４１をＡＲ０２方向に徐々に移動させるように駆動される。なお、温度差ΔＴｅｘと比較される目標温度差は、例えば、冷媒が略飽和状態とみなせる程度になるように、零に近い正の値に予め実験的に設定されている。

図１に示すように、第２熱交換器２２は、冷凍サイクル１４において膨張装置２０と内部熱交換器２６の第２熱交換部２６２との間に介装されている。第２熱交換器２２は、第１熱交換器１８から流出し減圧された冷媒すなわち膨張装置２０からの冷媒に吸熱させる蒸発器である。

例えば、第２熱交換器２２は、空気が通過しその空気と冷媒とを熱交換させるコア部を備えており、そのコア部は、複数の冷媒チューブと複数のフィンとが交互に積層されて構成されている。そして、冷媒チューブ内の冷媒は、そのコア部において空気と熱交換させられることにより蒸発する。そのコア部を通過した冷媒は内部熱交換器２６の第２熱交換部２６２へ流出させられる。

気液分離装置２４は、冷凍サイクル１４において内部熱交換器２６の第２熱交換部２６２と圧縮機１６の吸入ポート１６ａとの間に介装されている。気液分離装置２４は、圧縮機１６の吸入ポート１６ａにおける冷媒状態を管理するものである。具体的には、気液分離装置２４は、第２熱交換器２２から内部熱交換器２６の第２熱交換部２６２を介して流入した冷媒の気液を分離する。そして、その分離された気体冷媒に液体冷媒を僅かに混合し、その混合後の冷媒を圧縮機１６へ流出させる。このようにして、気液分離装置２４は、圧縮機１６の吸入ポート１６ａにおける冷媒の気液の混合割合を調整する。

上述したように、本実施形態によれば、内部熱交換器２６の第１熱交換部２６１は、圧縮機１６から吐出された高温高圧の過熱気相の冷媒を放熱させ、第１熱交換器１８の冷媒入口１８ａにおける冷媒をモリエル線図の二相域に入れるので、その冷媒入口１８ａにおける冷媒の過熱状態を解消するように作動する過熱抑制装置として機能する。言い換えれば、第１熱交換部２６１はその過熱抑制装置を構成しており、圧縮機１６から吐出された冷媒から熱を放出させてその冷媒を第１熱交換器１８の冷媒入口１８ａへ流出させることにより上記過熱抑制装置として作動する。

従って、過熱度の大きい冷媒が第１熱交換器１８に流入すると第１熱交換器１８内の冷媒の温度ばらつきが大きくなるところ、その第１熱交換器１８内の冷媒の温度ばらつきが抑えられる。これにより、第１熱交換器１８により加熱される電池１２全体における温度ばらつきを抑えつつ、電池１２を暖機することができる。すなわち、電池１２を構成する複数の電池セル１２１の相互間において温度ばらつきを抑えることができる。なお、上記の冷媒の過熱状態を解消するように作動することとは、その過熱状態を完全に解消することだけでなく、冷媒を飽和状態に近い過熱度の低い状態にすることも含んだ意味である。

また、本実施形態によれば、膨張装置２０は、第１熱交換器１８の冷媒出口１８ｂにおける冷媒の過冷却状態を解消するように作動する過冷却抑制装置として機能するので、その冷媒出口１８ｂにおける冷媒の過冷却度が大きいことに起因した第１熱交換器１８内の冷媒の温度ばらつきを抑えることが可能である。その結果、電池１２を暖機する際に、電池１２を構成する複数の電池セル１２１の相互間において温度ばらつきを抑えることができる。

また、本実施形態によれば、内部熱交換器２６において、第１熱交換部２６１を流れる冷媒から放出された熱は、膨張装置２０で減圧され第２熱交換部２６２を流れる冷媒に吸収される。これにより、第２熱交換器２２の必要とされる熱交換量を減らし、第２熱交換器２２の小型化を図ることが可能である。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第１実施形態と異なる点を主として説明する。また、前述の実施形態と同一または均等な部分については省略または簡略化して説明する。後述の第３実施形態以降の説明でも同様である。

図５は、本実施形態における電池温度調整装置１０の回路構成を示した図である。図５に示すように、本実施形態の電池温度調整装置１０は、前述の第１実施形態と同様に、冷凍サイクル１４から構成されている。しかし、第１実施形態とは異なり、本実施形態の冷凍サイクル１４は、内部熱交換器２６を備えてはおらず、その替わりに、放熱装置５０を備えている。

放熱装置５０は、冷凍サイクル１４において圧縮機１６と第１熱交換器１８の冷媒入口１８ａとの間に介装されている。すなわち、放熱装置５０は、第１熱交換器１８の冷媒入口１８ａに接続された入口側放熱装置である。そして、第１実施形態における内部熱交換器２６の第１熱交換部２６１と同様に、放熱装置５０には、圧縮機１６から吐出された高温高圧の過熱気相の冷媒が流入し、放熱装置５０は、その流入した冷媒から熱を放出させ、その放熱させられた冷媒を第１熱交換器１８の冷媒入口１８ａへ流出させる。例えば、放熱装置５０は、第１熱交換器１８の冷媒入口１８ａにおける冷媒の状態がモリエル線図の二相域内であり且つ飽和蒸気線近傍になるように、放熱装置５０内の冷媒から放熱させる。

例えば、放熱装置５０は、第１実施形態の第２熱交換器２２と同様に、通風空気と冷媒とを熱交換させるコア部を備えており、そのコア部にて、冷媒から通風空気へ熱を放出させる。

また、放熱装置５０の設置場所に限定はないが、例えば、放熱装置５０は、車室内の冷暖房を行うために車室内へ空調空気を吹き出す車室内空調ユニット内、または、暖められた空調空気を車両用シートに送風するシートヒータ装置内に配設される。このようにすることにより、放熱装置５０内の冷媒からの熱は空調空気に放出され、放熱装置５０を暖房用の補助熱源として活用することができる。

本実施形態によれば、放熱装置５０は、第１実施形態の内部熱交換器２６の第１熱交換部２６１と同様に、第１熱交換器１８の冷媒入口１８ａにおける冷媒の過熱状態を解消するように作動するので、電池１２を暖機する際に、電池１２を構成する複数の電池セル１２１の相互間において温度ばらつきを抑えることができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第２実施形態と異なる点を主として説明する。図６は、本実施形態における電池温度調整装置１０の回路構成を示した図である。

図６に示すように、本実施形態の電池温度調整装置１０は、前述の第２実施形態に対し、冷凍サイクル１４での放熱装置５０と第１熱交換器１８との配置が入れ替わっている点において異なっている。すなわち、本実施形態では、放熱装置５０は、冷凍サイクル１４において第１熱交換器１８の冷媒出口１８ｂと膨張装置２０との間に介装されている。言い換えれば、図６の放熱装置５０は、第１熱交換器１８の冷媒出口１８ｂに接続された出口側放熱装置である。

そして、放熱装置５０は、冷媒出口１８ｂから流出した冷媒から熱を放出させてその冷媒を膨張装置２０へ流出させる。このようにして、放熱装置５０は、その冷媒出口１８ｂにおける冷媒の過冷却度を小さくし、例えばその冷媒の状態をモリエル線図の二相域に入れる。

すなわち、放熱装置５０は、冷媒出口１８ｂにおける冷媒の過冷却状態を解消するように作動する過冷却抑制装置として機能する。言い換えれば、放熱装置５０はその過冷却抑制装置を構成しており、冷媒出口１８ｂから流出した冷媒から熱を放出させてその冷媒を膨張装置２０へ流すことにより上記過冷却抑制装置として作動する。従って、第１熱交換器１８の冷媒出口１８ｂにおける冷媒の過冷却度が大きいことに起因した第１熱交換器１８内の冷媒の温度ばらつきを抑えることが可能である。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第１実施形態と異なる点を主として説明する。図７は、本実施形態における電池温度調整装置１０のモリエル線図である。図７に示すように、本実施形態の電池温度調整装置１０は、前述の第１実施形態と同様に、冷凍サイクル１４から構成されている。しかし、第１実施形態とは異なり、本実施形態の冷凍サイクル１４は、内部熱交換器２６を備えてはおらず、更に、第１実施形態の気液分離装置２４に替えて気液分離装置５４を備えている。

図８は、気液分離装置５４の概略構成を表した図である。図８に示すように、気液分離装置５４は、第２熱交換器２２に接続され冷媒が流入する冷媒流入配管５４１と、圧縮機１６の吸入ポート１６ａに接続され冷媒が流出する冷媒流出配管５４２とを備えた公知の構造を備えている。例えば、第１実施形態の気液分離装置２４と同様の構造を備えている。従って、気液分離装置５４は、第１実施形態の気液分離装置２４と同様に、第２熱交換器２２から流入した冷媒の気液を分離し、その分離された気体冷媒に液体冷媒を僅かに混合したものを圧縮機１６へ流出させる。

なお、冷媒流出配管５４２には、液体冷媒を気体冷媒に混合させるためのオイル戻り孔すなわち液戻り孔５４２ａが形成されている。また、図８は断面図示されており、図８は、気液分離装置５４の下方に溜まった液体冷媒の冷媒液面５４ａの上に気体冷媒が溜まっている状態を表している。

気液分離装置５４は、上述したように基本的には公知の構造から成るが、一部に公知ではない構造を備えている。具体的に、気液分離装置５４は、公知のものとは異なり、気体冷媒に液体冷媒を混合させる気液混合割合を調整する混合割合調整装置５４３を備えている。この混合割合調整装置５４３は、液戻り孔５４２ａの開度を増減する孔開度調整弁５４３ａと、例えばステッピングモータであり孔開度調整弁５４３ａを作動させる電動機５４３ｂとを備えている。

すなわち、混合割合調整装置５４３は、電動機５４３ｂの駆動によって液戻り孔５４２ａの開度を減少させることにより、気体冷媒に対する液体冷媒の混合割合を小さくする。逆に、電動機５４３ｂの駆動によって液戻り孔５４２ａの開度を増大させることにより、その液体冷媒の混合割合を大きくする。混合割合調整装置５４３の電動機５４３ｂは、例えば不図示の制御装置により駆動される。

例えば、気液分離装置５４において、液体冷媒の混合割合が、混合割合調整装置５４３の電動機５４３ｂにより大きくされるほど、気液分離装置５４から流出する冷媒のエンタルピが図７の矢印ＡＲ４１のように小さくなる。それと共に、圧縮機１６の吐出ポート１６ｂにおける冷媒のエンタルピすなわち第１熱交換器１８の冷媒入口１８ａにおける冷媒のエンタルピも図７の矢印ＡＲ４２のように小さくなる。

このように構成された気液分離装置５４は、電動機５４３ｂの制御により、第１熱交換器１８の冷媒入口１８ａにおける冷媒の過熱状態を解消するように作動する過熱抑制装置として機能する。すなわち、気液分離装置５４はその過熱抑制装置を構成している。具体的には、気液分離装置５４は、第１熱交換器１８の冷媒入口１８ａにおける冷媒圧力ＰＲｉｎと冷媒温度Ｔｉｎとに基づき混合割合調整装置５４３によって気体冷媒に対する液体冷媒の混合割合を調整することにより上記過熱抑制装置として作動する。

例えば、第１熱交換器１８の冷媒入口１８ａにおける冷媒の過熱度が大きくその過熱度を小さくする必要がある場合に、図９のフローチャートが繰り返し実行されることにより、気液分離装置５４は上記過熱抑制装置として作動する。そのために、本実施形態の電池温度調整装置１０には、図７に示すように、第１熱交換器１８の冷媒入口１８ａにおいて冷媒圧力ＰＲｉｎを検出する冷媒入口圧力センサ５６と、冷媒温度Ｔｉｎを検出する冷媒入口温度センサ５８とが設けられている。

図９のフローチャートについて説明すると、先ず、Ｓ１１０において、第１熱交換器１８の冷媒入口１８ａにおける冷媒圧力ＰＲｉｎが冷媒入口圧力センサ５６により検出され、その冷媒入口１８ａにおける冷媒温度Ｔｉｎが冷媒入口温度センサ５８により検出される。

続くＳ１２０では、予め設定された前述の飽和温度特性マップから、冷媒入口１８ａの冷媒の飽和温度ＳＴｉｎが冷媒圧力ＰＲｉｎに基づいて求められる。そして、冷媒温度Ｔｉｎから飽和温度ＳＴｉｎを差し引いた温度差ΔＴｉｎすなわち過熱度が算出される。要するに、その温度差ΔＴｉｎは、「ΔＴｉｎ＝Ｔｉｎ−ＳＴｉｎ」という算出式から算出される。

続くＳ１３０では、算出された温度差ΔＴｉｎが、所定の温度差許容値ΔＴｉｎｔよりも大きいか否かが判定される。その結果、温度差ΔＴｉｎが温度差許容値ΔＴｉｎｔよりも大きい場合には、Ｓ１４０へ進む。温度差許容値ΔＴｉｎｔは、例えば、冷媒が略飽和状態とみなせる程度になるように、零に近い正の値に予め実験的に設定されている。

Ｓ１４０では、電動機５４３ｂが、僅かなステップ量に設定されている所定作動量だけ、液戻り孔５４２ａの開度を大きくするように作動させられる。

このように、Ｓ１２０で算出される温度差ΔＴｉｎが温度差許容値ΔＴｉｎｔ以下になるまで、電動機５４３ｂが、液戻り孔５４２ａの開度を大きくするように徐々に作動させられることにより、第１熱交換器１８の冷媒入口１８ａにおいて冷媒の過熱度が零に近づけられる。

本実施形態によれば、気液分離装置５４は、第１熱交換器１８の冷媒入口１８ａにおける冷媒の過熱状態を解消するように作動するので、その冷媒入口１８ａにおける冷媒の過熱度が大きいことに起因した第１熱交換器１８内の冷媒の温度ばらつきを抑えることが可能である。その結果、電池１２を暖機する際に、電池１２を構成する複数の電池セル１２１の相互間において温度ばらつきを抑えることができる。

（他の実施形態）
（１）上述の第１実施形態では、内部熱交換器２６の第２熱交換部２６２は、冷凍サイクル１４において第２熱交換器２２と気液分離装置２４との間に介装されているが、図１０または図１１のように、膨張装置２０と第２熱交換器２２との間に介装されていても差し支えない。

なお、図１０の冷凍サイクル１４は、図１に対し第２熱交換器２２と第２熱交換部２６２との配置を入れ替えたものである。また、図１１の冷凍サイクル１４では、内部熱交換器２６の第２熱交換部２６２と第２熱交換器２２との間に膨張装置６０が介装されている。その膨張装置６０は、例えばオリフィスであってもよいし、膨張装置２０と同じ構成であってもよい。

（２）上述の第２実施形態では、放熱装置５０は、放熱装置５０内の冷媒と通風空気とを熱交換させることによりその冷媒から放熱させるが、十分に冷却された蓄熱材を備えており、その蓄熱材と冷媒とを熱交換させることにより冷媒から放熱させても差し支えない。

（３）上述の第２実施形態では、放熱装置５０は、冷凍サイクル１４において圧縮機１６と第１熱交換器１８の冷媒入口１８ａとの間に介装されているが、それに加えて、もう１つの放熱装置５０が、図１２の回路図に示すように、第１熱交換器１８の冷媒出口１８ｂと膨張装置２０との間に介装されていても差し支えない。

（４）上述の第１実施形態では、冷凍サイクル１４はガスインジェクションサイクルではないが、例えば、電池温度調整装置１０は、図１３〜１６に示すようなガスインジェクションサイクルである冷凍サイクル６２から構成されていても差し支えない。

例えば、図１３に示す冷凍サイクル６２では、第１実施形態とは異なり、圧縮機１６がガスインジェクションポート１６ｃを備えたものとなっており、冷媒を気体冷媒と液体冷媒とに分離する気液分離装置６６と、流入した冷媒を減圧して流出させる膨張装置６８とが設けられている。また、膨張装置２０からの冷媒は気液分離装置６６に流入し、その気液分離装置６６で分離された液体冷媒が膨張装置６８に流入する。そして、膨張装置６８で減圧された冷媒が第２熱交換器２２に流入する。

その一方で、図１３に示すように、内部熱交換器２６の第２熱交換部２６２が気液分離装置６６と圧縮機１６のガスインジェクションポート１６ｃとの間に介装されており、気液分離装置６６で分離された気体冷媒は、内部熱交換器２６の第２熱交換部２６２を介して圧縮機１６のガスインジェクションポート１６ｃに流入する。なお、気液分離装置６６と第２熱交換器２２との間に配設された膨張装置６８は、例えばオリフィスであってもよいし、膨張装置２０と同じ構成であってもよい。

図１４に示す冷凍サイクル６２は、内部熱交換器２６の第２熱交換部２６２が膨張装置２０と気液分離装置６６との間に介装されている点において、図１３とは異なっている。また、図１５に示す冷凍サイクル６２では、その第２熱交換部２６２が第２熱交換器２２と気液分離装置２４との間に介装されている点において、図１３とは異なっている。また、図１６に示す冷凍サイクル６２では、その第２熱交換部２６２が膨張装置６８と第２熱交換器２２との間に介装されている点において、図１３とは異なっている。

（５）上述の実施形態では、第１熱交換器１８および電池１２は図２に示すように構成されているが、例えば図１７または図１８に示すような構成であっても差し支えない。図１７では、図２の熱拡散板３２は設けられておらず、その一方で、第１熱交換器１８は、厚み方向に積層された複数の電池セル１２１の相互間に冷媒熱交換路１８ｃを備えている。そして、第１熱交換器１８の冷媒入口１８ａから流入した冷媒は複数の冷媒熱交換路１８ｃを並列に流れ、その冷媒熱交換路１８ｃにて電池セル１２１と熱交換を行う。そして、第１熱交換器１８の冷媒出口１８ｂから流出する。

図１８では、電池１２は、その電池１２の筐体である外装部材１２２を備えており、複数の電池セル１２１はその外装部材１２２内に収容されている。また、第１熱交換器１８はその外装部材１２２を取り囲み外装部材１２２の外側に貼りつくように接合されている。第１熱交換器１８の冷媒入口１８ａから流入した冷媒は、電池１２の外装部材１２２まわりにおいて第１熱交換器１８内を流れ、それにより、外装部材１２２を介して各電池セル１２１と熱交換を行う。そして、第１熱交換器１８の冷媒出口１８ｂから流出する。

（６）上述の実施形態では、電池温度調整装置１０は、第１熱交換器１８の熱で加熱された空気を電池１２まわりに流すことにより電池１２を暖機するものではないが、例えば図１９〜２１に示すように、送風装置７０を備え、その送風装置７０により送風され第１熱交換器１８で加熱された空気によって電池１２を暖機してもよい。

例えば、図１９では、複数の電池セル１２１と熱拡散板３２とが、図２と同様に、交互に厚み方向に積層されている。また、その熱拡散板３２の一端および電池セル１２１の一端がそれぞれ、アルミニウム合金等から成る底板７１とロウ付け等により接合されている。送風装置７０から送られた空気が底板７１に適切に当るように、ダクト部材７２が設けられている。送風装置７０により送風される空気は、第１熱交換器１８で加熱された上でダクト部材７２内に流通させられる。そして、そのダクト部材７２内の空気の熱は、底板７１を介して複数の熱拡散板３２に伝達され、その熱拡散板３２からそれに接触している各電池セル１２１に伝達される。なお、図１９における破線矢印は、送風装置７０から吹き出される空気の流れを表している。図２０および図２１においても同様である。

図２０では、電池温度調整装置１０は、温風が流入する入口側ダクト部７６と、その温風が流出する出口側ダクト部７８と、厚み方向に積層された複数の電池セル１２１の各々の間に介装され温風が流れる複数の平板状の温風流通部８０とを有する温風流通部材８２を備えている。その温風流通部８０はそれぞれ、隣接する電池セル１２１と熱交換可能なように接触しており、温風流通部８０の一端において入口側ダクト部７６に連結され、他端において出口側ダクト部７８に連結されている。

図２０の破線矢印に示すように、送風装置７０により送風され第１熱交換器１８で加熱された空気は入口側ダクト部７６に流入し、各温風流通部８０に分配される。そして、温風流通部８０を流れる空気すなわち温風からの熱が電池セル１２１に伝達され、その温風流通部８０からの空気は、出口側ダクト部７８に集合し出口側ダクト部７８から流れ出る。

図２１では、前述の図１８と同様に、複数の電池セル１２１は電池１２の外装部材１２２内に収容されている。そして、送風装置７０により送風され第１熱交換器１８で加熱された空気は電池１２に向けて吹き付けられる。すなわち、第１熱交換器１８で加熱された空気は電池１２の外装部材１２２まわりに流通し、外装部材１２２を介して各電池セル１２１と熱交換を行う。

（７）上述の実施形態では、第１熱交換器１８は凝縮器として機能するが、例えば図２２および図２３の回路図に示すように、冷凍サイクル１４が四方弁９０を備え、その四方弁９０が切り替えられることにより、第１熱交換器１８が凝縮器として機能する場合と蒸発器として機能する場合とに択一的に切り替えられても差し支えない。図２２は第１熱交換器１８が凝縮器として機能する場合すなわち電池１２を暖機する場合の回路図であり、図２３は第１熱交換器１８が蒸発器として機能する場合すなわち電池１２を冷却する場合の回路図である。図２２および図２３において矢印は冷媒流れを表している。

具体的に、電池１２を暖機する場合には、四方弁９０が図２２のように操作され、その四方弁９０は、図２２の回路図に示すように、圧縮機１６の吐出ポート１６ｂを内部熱交換器２６の第１熱交換部２６１に接続すると共に、内部熱交換器２６の第２熱交換部２６２を気液分離装置２４に接続する。そのため、図２２の冷凍サイクル１４における冷媒流れは、図１と同じになる。

すなわち、図２２では、圧縮機１６の吐出ポート１６ｂから吐出された冷媒は、内部熱交換器２６の第１熱交換部２６１、第１熱交換器１８、膨張装置２０、第２熱交換器２２、内部熱交換器２６の第２熱交換部２６２、気液分離装置２４という順に流れ、気液分離装置２４から圧縮機１６の吸入ポート１６ａへ流れ込む。これにより、第１熱交換器１８は凝縮器として機能し、第２熱交換器２２は蒸発器として機能する。

一方で、電池１２を冷却する場合には、四方弁９０が図２３のように操作され、その四方弁９０は、図２３の回路図に示すように、圧縮機１６の吐出ポート１６ｂを内部熱交換器２６の第２熱交換部２６２に接続すると共に、内部熱交換器２６の第１熱交換部２６１を気液分離装置２４に接続する。

そのため、図２３では、圧縮機１６の吐出ポート１６ｂから吐出された冷媒は、内部熱交換器２６の第２熱交換部２６２、第２熱交換器２２、膨張装置２０、第１熱交換器１８、内部熱交換器２６の第１熱交換部２６１、気液分離装置２４という順に流れ、気液分離装置２４から圧縮機１６の吸入ポート１６ａへ流れ込む。これにより、第１熱交換器１８は蒸発器として機能し、第２熱交換器２２は凝縮器として機能する。

このように、四方弁９０の操作により、第１熱交換器１８が凝縮器としても蒸発器としても機能するので、電池１２の暖機だけでなく電池１２の冷却も行うことが可能である。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の材質、形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の材質、形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その材質、形状、位置関係等に限定されるものではない。

１０ 電池温度調整装置
１２ 電池
１４、６２ 冷凍サイクル
１６ 圧縮機
１８ 第１熱交換器（電池用熱交換器）
１８ａ 第１熱交換器１８の冷媒入口
２６ 内部熱交換器
２６１ 内部熱交換器２６の第１熱交換部（過熱抑制装置）

Claims (9)

1. 電池（１２）を暖機する電池温度調整装置（１０）であって、
   冷凍サイクル（１４、６２）において冷媒を圧縮し循環させる圧縮機（１６）と、
   該圧縮機から吐出された前記冷媒が流入する冷媒入口（１８ａ）を有し、該冷媒入口から流入した前記冷媒の熱によって前記電池を暖める電池用熱交換器（１８）と、
   前記電池用熱交換器の冷媒入口における前記冷媒の過熱状態を解消するように作動する過熱抑制装置（２６１、５０、５４）とを備えていることを特徴とする電池温度調整装置。
2. 前記過熱抑制装置は、前記冷凍サイクルにおいて前記圧縮機と前記電池用熱交換器の冷媒入口との間に介装された入口側放熱装置（２６１、５０）を有し、
   該入口側放熱装置は、前記圧縮機から吐出された前記冷媒から熱を放出させて該冷媒を前記電池用熱交換器の冷媒入口へ流すことにより前記過熱抑制装置として作動することを特徴とする請求項１に記載の電池温度調整装置。
3. 前記入口側放熱装置の前記冷媒から放出された熱を、前記電池用熱交換器から前記圧縮機へ戻る経路において前記冷媒に供給する吸熱装置（２６２）を備えていることを特徴とする請求項２に記載の電池温度調整装置。
4. 車両用の電池温度調整装置であって、
   前記入口側放熱装置は、前記圧縮機から吐出された前記冷媒から車室内へ熱を放出させることを特徴とする請求項２に記載の電池温度調整装置。
5. 前記電池用熱交換器から流出し減圧された前記冷媒に吸熱させる蒸発器（２２）を備え、
   前記過熱抑制装置は、前記冷凍サイクルにおいて前記蒸発器と前記圧縮機との間に介装され前記蒸発器からの前記冷媒の気液を分離しその分離された気体冷媒と液体冷媒とを混合して前記圧縮機へ流す気液分離装置（５４）を有し、
   該気液分離装置は、前記気体冷媒に前記液体冷媒を混合させる混合割合を調整する混合割合調整装置を有し、前記電池用熱交換器の冷媒入口における冷媒圧力と冷媒温度とに基づき前記混合割合調整装置によって前記混合割合を調整することにより前記過熱抑制装置として作動することを特徴とする請求項１に記載の電池温度調整装置。
6. 前記電池用熱交換器は前記冷媒が流出する冷媒出口（１８ｂ）を備え、
   該冷媒出口における前記冷媒の過冷却状態を解消するように作動する過冷却抑制装置（２０、５０）を備えていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の電池温度調整装置。
7. 前記電池用熱交換器の冷媒出口から流出した前記冷媒を減圧する膨張装置（２０）を備え、
   前記過冷却抑制装置は、前記冷凍サイクルにおいて前記電池用熱交換器の冷媒出口と前記膨張装置との間に介装された出口側放熱装置（５０）を有し、
   該出口側放熱装置は、前記冷媒出口から流出した前記冷媒から熱を放出させて該冷媒を前記膨張装置へ流すことにより前記過冷却抑制装置として作動することを特徴とする請求項６に記載の電池温度調整装置。
8. 車両用の電池温度調整装置であって、
   前記出口側放熱装置は、前記冷媒出口から流出した前記冷媒から車室内へ熱を放出させることを特徴とする請求項７に記載の電池温度調整装置。
9. 前記過冷却抑制装置は、前記電池用熱交換器の冷媒出口から流出した前記冷媒を減圧する膨張装置（２０）を有し、
   該膨張装置は、該膨張装置を流通する冷媒流量を調整する流量調整装置（３４）を有し、前記電池用熱交換器の冷媒出口における冷媒圧力と冷媒温度とに基づき前記流量調整装置によって前記冷媒流量を調整することにより前記過冷却抑制装置として作動することを特徴とする請求項６に記載の電池温度調整装置。

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