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CN108140917A - 电池预热系统 - Google Patents

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CN108140917A
CN108140917A CN201680060644.7A CN201680060644A CN108140917A CN 108140917 A CN108140917 A CN 108140917A CN 201680060644 A CN201680060644 A CN 201680060644A CN 108140917 A CN108140917 A CN 108140917A
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Abstract

一种电池预热系统，执行如下的电池预热模式：控制空调用送风机(106)以及电池用送风机(107)的至少一方，以使得空调用热交换器(102)的空气侧温度效率比电池用热交换器(103)的空气侧温度效率高。

Description

电池预热系统
关联申请的相互参照
本申请基于2015年11月9日申请的日本专利申请2015-219621号、2016年10月4日申请的日本专利申请2016-196184号，主张其优先权的利益，这些专利申请的所有内容作为参照引入本说明书中。
技术领域
本发明涉及电池预热系统。
背景技术
作为对搭载于车辆的电池主要在起动初期进行预热的电池预热系统，公知的是下述专利文献1记载的结构。下述专利文献1所记载的电池预热系统为制冷循环装置，一边调整向空调对象空间送出的空气温度，一边调整为了电池预热而送出的空气温度。
下述专利文献1所记载的制冷循环装置具有：将从压缩机排出的制冷剂作为热源对向车室内吹送的室内用送风空气进行加热的送风空气用热交换器；使从送风空气用热交换器流出的制冷剂减压的高级侧膨胀阀；将在高级侧膨胀阀减压后的制冷剂作为热源，对向电池吹附的电池用送风空气进行加热的电池用热交换器。制冷循环装置在室内制热+电气预热模式时，控制压缩机的制冷剂排出能力，以使室内用送风空气的送风空气温度接近目标吹出温度，并控制高级侧膨胀阀的节流开度，以使电池的温度即电池温度成为预先确定的基准温度范围内。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：(日本)特开2014-37959号公报
在专利文献1中，为了形成两种温度的制冷剂，将高级侧膨胀阀设于送风空气用热交换器与电池用热交换之间。因此，不能应对例如采用如下系统的场合：该系统具有高温侧水回路和制冷剂回路，使用通过设于制冷剂回路的水冷冷凝器进行热交换而成为高温的水向两热交换器供给。
发明内容
发明要解决的技术课题
本发明的目的在于，提供一种电池预热系统，能够提高向空调用的热交换器和电池用的热交换器供给制冷剂或流体方式的自由度，并恰当地进行电池的预热。
本发明的电池预热系统，具有：压缩并排出制冷剂的压缩机(112)；将从压缩机排出的制冷剂或与制冷剂进行了热交换的流体作为热源而对向空调对象空间送出的空调空气流进行加热的空调用热交换器(102)；将从压缩机排出的制冷剂或与制冷剂进行了热交换的流体作为热源而对向电池送出的电池空气流进行加热的电池用热交换器(103)；产生通过空调用热交换器的空调空气流的空调用送风机(106)；产生通过电池用热交换器的电池空气流的电池用送风机(107)；控制空调用送风机以及电池用送风机的控制装置(13)。控制装置执行如下的电池预热模式：控制空调用送风机以及电池用送风机的至少一方，以使得空调用热交换器的空气侧温度效率比电池用热交换器的空气侧温度效率高。
根据本发明，通过执行电池预热模式，既能够向空调用热交换器以及电池用热交换器供给相同温度的流体，又能够改变各热交换器出口温度，因此能够同时实现需要供给更高温度的空气的空调用和不需要那么高温度的空气的电池用的空气供给。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的电池预热系统的结构的图。
图2是表示将本发明的第一实施方式的电池预热系统搭载于车辆的示例的图。
图3是表示使图1所示的电池预热系统运转的情况下的各部分温度、风速的变化的时序图。
图4是表示本发明的第二实施方式的电池预热系统的结构的图。
图5是表示使图4所示的电池预热系统运转的情况下的各部分温度、风速的变化的时序图。
图6是表示本发明的第一实施方式的变形例的电池预热系统的结构的图。
图7是表示本发明的第一实施方式的变形例的电池预热系统的结构的图。
图8是表示本发明的第一实施方式的变形例的电池预热系统的结构的图。
图9是表示本发明的第一实施方式的变形例的电池预热系统的结构的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。为了容易理解说明，在各附图中，对同一结构要素尽可能标注同一附图标记，并省略重复说明。
如图1所示，第一实施方式的电池预热系统1具有：高温侧水回路10、制冷剂回路11、低温侧水回路12、控制装置13。
高温侧水回路10具有：水冷冷凝器101、空调用热交换器102、电池用热交换器103、泵104、水温传感器105、空调用送风机106、电池用送风机107。
在高温侧水回路10中，将在水冷冷凝器101生成的温暖的水向空调用热交换器102、电池用热交换器103分配，空调用热交换器102与电池用热交换器103并联配置。在水冷冷凝器101的上游侧设有泵104。通过驱动泵104，使高温侧水回路10内的水循环。
水温传感器105是用于测定水冷冷凝器101的出口水温的传感器。空调用送风机106向空调用热交换器102送入空气。送入空调用热交换器102的空气在空调用热交换器102进行热交换而送入车室内。在本实施方式中，通过调整空调用送风机106的送风量，调整空调用热交换器102的热交换的温度效率。空调用热交换器102是将从压缩机即压缩器排出的制冷剂或与该制冷剂进行了热交换的流体作为热源而对向空调对象空间送出的空调空气流进行加热的结构。另外，在空调用热交换器102的温度效率中，空气侧温度效率η在设定空气入口温度Ta_in、空气出口温度Ta_out、水入口温度Tw_in时，根据下式求得。该关系在其他热交换器中也同样，在制冷剂是水以外的情况也同样。
η＝(Ta_out-Ta_in)/(Tw_in-Ta_in)
电池用送风机107向电池用热交换器103送入空气。向电池用热交换器103送入的空气在电池用热交换器103中进行热交换而送入电池。在本实施方式中，通过调整电池用送风机107的送风量，来调节电池用热交换器103的热交换的温度效率。电池用热交换器103是将从压缩机即压缩器排出的制冷剂或与该制冷剂进行了热交换的流体作为热源而对向电池送出的电池空气流进行加热的结构。
制冷剂回路11具有：制冷机111、压缩器112、水冷冷凝器101、膨胀阀113。利用作为压缩并排出制冷剂的压缩机的压缩器112而被压送的高温制冷剂在水冷冷凝器101中与高温侧水回路10的水进行热交换。在水冷冷凝器101进行了热交换的制冷剂经由膨胀阀113流向制冷机111。制冷剂在制冷机111中与在低温侧水回路12流动的水进行热交换。
低温侧水回路12具有：作为吸热热交换器的LT散热器121、制冷机111、泵122。在LT散热器121中，吸了热的水由泵122送入制冷机111，并在制冷机111中与制冷剂进行热交换。
控制装置13输出分别用于驱动泵104、空调用送风机106、电池用送风机107、压缩器112、泵122的驱动信号。向控制装置13输出水温传感器105所取得的水温信息。
如图2所示，空调用送风机106向空调用热交换器102送入的空调空气流作为电池用空气流而由电池用送风机107送入电池用热交换器103。另外，在本实施方式的情况下，空调用送风机106以及电池用送风机107是所谓的压入型的送风机，也可以使用所谓的吸入型的送风机。
接下来，参照图3对控制装置13的控制进行说明。在电池预热系统1开始运转时，开始驱动压缩器112、泵104、122。如图3的(A)所示，水冷冷凝器101的出口温度逐渐上升。在该起动初期，需要提高电池的温度。另外，由于车室内的制热所需要的空气温度比电池预热所需要的预热温度高，因此在起动初期，在水冷冷凝器101的出口温度不那么高的期间，与将热用于车室内的制热相比，优选将热用于电池的预热。
在此，在该实施方式中，如图3的(E)所示，与电池预热系统1的起动配合地，仅驱动电池用送风机107。在从起动初期到时刻t1，由于仅在电池用热交换器103进行热交换，因此如图3的(C)所示，电池用热交换器103的出口空气温度上升，如图3的(B)所示，电池的温度上升。
在达到时刻t1时，由于水冷冷凝器101的出口温度进一步上升，因此驱动空调用送风机106。另一方面，空调用热交换器102的温度效率调整为比电池用热交换器103的温度效率高。能够同时实现需要供给更高温度的空气的空调用和不需要那么高温度的空气的电池用的空气供给。
在达到时刻t2时，电池预热完成，因此停止电池用送风机107。电池预热完成是指，能够从电池获得行驶用的输出，通过因电池的充放电而产生的自身发热获得保温或者预热的效果的状态。
在达到时刻t3时，由于水冷冷凝器101的出口温度进一步升高，因此空调用送风机106的风速进一步上升，能够将所需的温度和风量的空气供给到车室内。
如上所述，在第一实施方式中，控制装置13执行控制空调用送风机106以及电池用送风机107的电池预热模式，以使得空调用热交换器102的空气侧温度效率比电池用热交换器103的空气侧温度效率高。通过执行该电池预热模式，能够一边向空调用热交换器102以及电池用热交换器103供给相同温度的流体，一边改变各热交换器出口温度，因此能够同时实现需要供给更高温度的空气的空调用和不需要那么高温度的空气的电池用的空气供给。
另外控制装置13在电池预热模式下，以使与通过空调用热交换器102的空调空气流的风速相比，使通过电池用热交换器103的电池空气流的风速更快的方式调整空调用送风机106以及电池用送风机107的至少一方的送风量。通常，在热交换器的入口水温与入口空气温相同时，风速越快，出口空气温相对越低，风速越慢，出口空气温相对越上升。因此，由于空调用热交换器102的入口水温与电池用热交换器107的入口水温大致相同，因此在以与通过空调用热交换器102的空调空气流的风速相比，使通过电池用热交换器103的电池空气流的风速更快的方式调整时，与空调用热交换器102的出口空气温相比，电池用热交换器103的出口空气温更低。只要通过空调用热交换器102的空调空气流的风速和电池用热交换器103的电池用空气流的风速是使空调用空气流的温度比电池用空气流的温度高的风速，也可以以任意设定。如上所述，在从时刻t1到时刻t2中，以电池用送风机107送出的风速比空调用送风机106送出的风速相对更高的方式进行驱动，因此能够对电池起动供给所需的热量。
另外，控制装置13在电池预热模式下，从向电池用热交换器103流动的制冷剂或流体的温度低于向空调用热交换器102流动的制冷剂或流体的温度的阶段开始驱动电池用送风机107。如上所述，由于开始驱动压缩器112而从制冷剂或水的温度低的状态开始驱动电池用送风机107，因此能够快速完成电池预热。
另外，控制装置13在执行电池预热模式，并判断为电池达到目标温度时，控制电池用送风机107，以使通过电池用热交换器103的电池空气流的风速降低。如上所述，在执行电池预热模式，并判断为电池达到目标温度时，使通过电池用热交换器103的电池空气流的风速降低并停止，因此不会将热用于多余的电池预热中而能够在室内空调使用更多的热。
接下来，参照图4对第二实施方式的电池预热系统1A进行说明。相对于第一实施方式的电池预热系统1，电池预热系统1A在高温侧水回路10增加三通阀108。控制装置13通过控制三通阀108的开度，而能够调整向空调用热交换器102流入的水的量、向电池用热交换器103流动的水的量。
接下来，参照图5对第二实施方式的控制装置13的控制进行说明。当电池预热系统1A开始工作，开始驱动压缩器112、泵104、122。如图5的(A)所示，水冷冷凝器101的出口温度逐渐上升。在该起动初期，需要提高电池的温度。另外，由于车室内的制热所需要的空气温度比电池预热所需要的预热温度高，因此在起动初期，在水冷冷凝器101的出口温度不那么高的期间，与将热用于车室内的制热相比，优选将热用于电池的预热。
在此，在该实施方式中，如图5的(E)所示，与电池预热系统1A的起动配合地，仅驱动电池用送风机107。进一步地，调整三通阀108，控制为使水仅流入电池用热交换器103。从起动初期到时刻t1，仅在电池用热交换器103进行热交换，因此如图3的(C)所示，电池用热交换器103的出口空气温度上升，如图3的(B)所示，电池的温度上升。
当达到时刻t1，由于水冷冷凝器101的出口温度进一步上升，因此使空调用送风机106驱动。进一步地，调整三通阀108，控制为使水流入电池用热交换器103以及空调用热交换器102。另一方面，空调用热交换器102的温度效率调整为比电池用热交换器103的温度效率高。从时刻t1到时刻t2，通过以电池用送风机107送出的风速比空调用送风机106送出的风速相对更高的方式进行驱动，能够在电池起动中供给所需的热量。进一步地，从时刻t1到时刻t2，与流入电池用热交换器103的水量相比，流入空调用热交换器102的水量更多。通常，在热交换器的入口水温与入口空气温相同时，水的流量越增加，出口空气温就相对越上升，水的流量越减少，出口空气温相对越下降。因此，从时刻t1到时刻t2，基于风速调整的观点，并基于水量调整的观点，空调用热交换器102的温度效率调整为比电池用热交换器103的温度效率高。能够同时实现需要供给更高的温度的空气的空调用和不需要那么高的温度的空气的电池用的空气供给。
在达到时刻t2时，进一步提高空调用送风机106的转速，以使得从空调用送风机106送出的空气量增加。调整三通阀108，减少流入电池用热交换器103的水的量，并减少流入空调用热交换器102的水的量。
在达到时刻t3时，由于电池预热完成，因此电池用送风机107停止，水向电池用热交换器103的供给也停止。电池预热的完成是指：能够从电池获得行驶用的输出，并通过因电池的充放电而产生的自身发热而获得保温或者预热的效果的状态。在达到时刻t3时，由于水冷冷凝器101的出口温度进一步升高，因此流入空调用热交换器102的水量进一步上升，能够将所需的温度并且风量的空气供给到车室内。
在上述第二实施方式中，设置有作为调整向空调用热交换器102流动的制冷剂或流体的量的空调用调整部以及调整向电池用热交换器103流动的制冷剂或流体的量的电池用调整部而发挥作用的三通阀108。控制装置13构成为控制空调用送风机106、电池用送风机107以及三通阀108。控制装置13执行对空调用送风机106、电池用送风机107、三通阀108的至少一个进行控制，以使得空调用热交换器102的空气侧温度效率比电池用热交换器103的空气侧温度效率高的电池预热模式。
除了调整向空调用热交换器102以及电池用热交换器103送入的空气量以外或者取而代之，通过调整向空调用热交换器102以及电池用热交换器103送入的水的量，能够更有效地利用热。
在第二实施方式中，控制装置13在电池预热模式下，调整三通阀108，以使得与向空调用热交换器102送入的制冷剂或流体的量相比，送入电池用热交换器103的制冷剂或流体的量减少。该三通阀108的调整相当于本发明中的对空调用调整部以及电池用调整部的至少一方的送出量进行调整。在第二实施方式中，从时刻t1到时刻t2以及从时刻t2到时刻t3，调整三通阀108，以使得与送入空调用热交换器102的水的量相比，送入电池用热交换器103的水的量减少。这样，通过调整水的送入量，能够同时实现需要供给更高温度的空气的空调用和不需要那么高的温度的空气的电池用的空气供给。
在第二实施方式中，控制装置13在电池预热模式下，控制空调用送风机106、电池用送风机107以及三通阀108的至少一个，以使得从向电池用热交换器103流动的制冷剂或流体的温度低于向空调用热交换器102流动的制冷剂或流体的温度的阶段起，电池用热交换器103开始热交换。由于一边开始驱动压缩器112而从制冷剂或水的温度低的状态驱动电池用送风机107，一边向电池用热交换器103供给水，因此能够尽早完成电池预热。
在第二实施方式中，控制装置13在执行电池预热模式并判断为电池达到目标温度时，执行如下控制中的任一方或双方：控制电池用送风机107，以使得通过电池用热交换器103的电池空气的风速降低；控制三通阀108，以使得送入电池用热交换器103的制冷剂或流体的量减少。在执行电池预热模式并判断为电池达到目标温度时，除了使通过电池用热交换器103的电池空气的风速降低并停止以外，还停止向电池用热交换器103供给水，因此不会将热用于多余的电池预热而能够在室内空调使用更多的热。
在上述第一实施方式以及第二实施方式中，控制装置13在开始从电池放电的情况下，执行电池预热模式。在该电池预热系统1、1A搭载于车辆时，开始从电池放电的情况是点火开关打开的情况。
在上述第一实施方式以及第二实施方式中控制装置13在制冷剂或流体的温度比电池的温度高的情况下，执行电池预热模式。这是由于只要能够供给比电池的温度稍微高的温度的空气，就能够提高电池的起动性。
在上述第一实施方式以及第二实施方式中，流体是利用制冷循环中的水制冷剂热交换器即水冷冷凝器101进行热交换的高温水，空调用热交换器102与电池用热交换器103并联配置。通过使空调用热交换器102与电池用热交换器103并联配置，能够如第二实施方式那样设置三通阀108，能够调整分别向空调用热交换器102和电池用热交换器103供给的水的量。
另一方面，在流体是利用制冷循环中的水制冷剂热交换器即水冷冷凝器101进行热交换的高温水方面相同，如图6所示的变形例那样，从流体流动的上游侧开始，能够按照水冷冷凝器101、空调用热交换器102、电池用热交换器103的顺序串联配置。通过如上所述地串联配置，能够消除流路的分支。进一步地，通过将空调用热交换器102配置于上游侧，将电池用热交换器103配置在下游侧，能够将温度高的水供给到空调用热交换器102，并向电池用热交换器103供给温度低且适于对电池进行预热的水。
如图7所示，在制冷剂回路11C中，能够设置室外机121C。由于能够利用室外机121C直接吸热，因此能够省略低温侧水回路12。
如图8所示，能够省略高温侧水回路10，而设置使空调用热交换器102以及电池用热交换器103与制冷剂进行直接热交换的制冷剂回路11D。在图8中，空调用热交换器102与电池用热交换器103串联配置，但如图9所示，也能够设置将空调用热交换器102与电池用热交换器103并联配置的制冷剂回路11E。
以上，一边参照具体例一边说明了本实施方式。但是，本发明并不限于这些具体例。对于本领域技术人员对这些具体例进行适当设计变更的结构，只要具有本发明的特征，也包含在本发明的范围内。前述各具体例所具有的各要素及其配置、条件、形状等不限于例示的结构，能够进行适当变更。前述各具体例所具有的各要素只要不产生技术上的矛盾，能够适当改变组合。

Claims (12)

1.一种电池预热系统，其特征在于，具有：
压缩机(112)，该压缩机压缩并排出制冷剂；
空调用热交换器(102)，该空调用热交换器将从所述压缩机排出的制冷剂或与所述制冷剂进行了热交换的流体作为热源而对向空调对象空间送出的空调空气流进行加热；
电池用热交换器(103)，该电池用热交换器将从所述压缩机排出的制冷剂或与所述制冷剂进行了热交换的流体作为热源而对向电池送出的电池空气流进行加热；
空调用送风机(106)，该空调用送风机产生通过所述空调用热交换器的所述空调空气流；
电池用送风机(107)，该电池用送风机产生通过所述电池用热交换器的所述电池空气流；以及
控制装置(13)，该控制装置控制所述空调用送风机以及所述电池用送风机，
所述控制装置执行如下的电池预热模式：控制所述空调用送风机以及所述电池用送风机的至少一方，以使得所述空调用热交换器的空气侧温度效率比所述电池用热交换器的空气侧温度效率高。
2.如权利要求1所述的电池预热系统，其特征在于，
所述控制装置在所述电池预热模式下，调整所述空调用送风机以及所述电池用送风机的至少一方的送风量，以使得与通过所述空调用热交换器的所述空调空气流的风速相比，通过所述电池用热交换器的所述电池空气流的风速快。
3.如权利要求1或2所述的电池预热系统，其特征在于，
所述控制装置在所述电池预热模式下，从向所述电池用热交换器流动的所述制冷剂或所述流体的温度低于向所述空调用热交换器流动的所述制冷剂或所述流体的温度的阶段开始驱动所述电池用送风机。
4.如权利要求1至3中任一项所述的电池预热系统，其特征在于，
所述控制装置在执行所述电池预热模式并判断为所述电池达到目标温度时，控制所述电池用送风机，以使得通过所述电池用热交换器的所述电池空气流的风速降低。
5.如权利要求1所述的电池预热系统，其特征在于，还具有：
空调用调整部，该空调用调整部调整向所述空调用热交换器流动的所述制冷剂或所述流体的量；以及
电池用调整部，该电池用调整部调整向所述电池用热交换器流动的所述制冷剂或所述流体的量，
所述控制装置构成为控制所述空调用送风机、所述电池用送风机、所述空调用调整部以及所述电池用调整部，
所述控制装置执行如下的电池预热模式：控制所述空调用送风机、所述电池用送风机、所述空调用调整部以及所述电池用调整部的至少一个，以使得所述空调用热交换器的空气侧温度效率比所述电池用热交换器的空气侧温度效率高。
6.如权利要求5所述的电池预热系统，其特征在于，
所述控制装置在所述电池预热模式下，调整所述空调用调整部以及所述电池用调整部的至少一方的送出量，以使得送入所述电池用热交换器的所述制冷剂或所述流体的量少于送入所述空调用热交换器的所述制冷剂或所述流体的量。
7.如权利要求5或6所述的电池预热系统，其特征在于，
所述控制装置在所述电池预热模式下，控制所述空调用送风机、所述电池用送风机、所述空调用调整部以及所述电池用调整部的至少一个，以使得从向所述电池用热交换器流动的所述制冷剂或所述流体的温度低于向所述空调用热交换器流动的所述制冷剂或所述流体的温度的阶段起，所述电池用热交换器开始进行热交换。
8.如权利要求5至7中任一项所述的电池预热系统，其特征在于，
所述控制装置在执行所述电池预热模式并判断为所述电池达到目标温度时，执行如下控制中的任一方或双方：控制所述电池用送风机，以使得通过所述电池用热交换器的所述电池空气流的风速降低；控制所述电池用调整部，以使得送入所述电池用热交换器的所述制冷剂或所述流体的量减少。
9.如权利要求1至8中任一项所述的电池预热系统，其特征在于，
所述控制装置在开始从所述电池放电的情况下，执行所述电池预热模式。
10.如权利要求1至9中任一项所述的电池预热系统，其特征在于，
所述控制装置在所述制冷剂或所述流体的温度比所述电池的温度高的情况下，执行所述电池预热模式。
11.如权利要求1至10中任一项所述的电池预热系统，其特征在于，
所述流体是利用制冷循环中的水制冷剂热交换器(101、111)进行了热交换的高温水，所述空调用热交换器与所述电池用热交换器并联配置。
12.如权利要求1至10中任一项所述的电池预热系统，其特征在于，
所述流体是利用制冷循环中的水制冷剂热交换器(101、111)进行了热交换的高温水，
从所述流体所流动的上游侧开始，按照所述水制冷剂热交换器、所述空调用热交换器、所述电池用热交换器的顺序串联配置。
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