(57)【要約】【課題】冷却が必要な高電圧部品を最適に冷却する。【解決手段】車室内の温度調節を行う冷媒が循環する冷媒回路２００と、ラジエータ１０２で冷却された液体が循環し、車両を駆動するための第１の機器１１０及び第２の機器１１６を冷却可能な電気部品冷却回路と、を備え、所定のモードでは、ラジエータ１０２で冷却された液体により第１の機器１１０を冷却し、冷媒回路２００の冷媒により第２の機器１１６を冷却する、車両の熱管理システム１０００が提供される。【選択図】図１７
2020055344.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車室内の温度調節を行う冷媒が循環する冷媒回路と、
ラジエータで冷却された液体が循環し、車両を駆動するための第１の機器及び第２の機器を冷却可能な電気部品冷却回路と、
を備え、
所定のモードでは、前記ラジエータで冷却された液体により前記第１の機器を冷却し、前記冷媒回路の前記冷媒により前記第２の機器を冷却することを特徴とする、車両の熱管理システム。
【請求項２】
前記冷媒との間で熱交換を行う液体をバッテリに導入することで前記バッテリの温度調節を行うバッテリ温度調節回路を備え、
前記バッテリ温度調節回路の液体を前記第２の機器に導入することで前記第２の機器を冷却することを特徴とする、請求項１に記載の車両の熱管理システム。
【請求項３】
前記電気部品冷却回路は前記バッテリ温度調節回路と接続可能とされ、前記電気部品冷却回路が前記バッテリ温度調節回路に接続されると、前記バッテリ温度調節回路の液体が前記第２の機器に導入されることを特徴とする、請求項２に記載の熱管理システム。
【請求項４】
前記電気部品冷却回路が前記バッテリ温度調節回路に接続された状態では、前記バッテリ温度調節回路が前記ラジエータ及び前記第１の機器から分離されることを特徴とする、請求項３に記載の熱管理システム。
【請求項５】
前記電気部品冷却回路と前記バッテリ温度調節回路との接続部に、前記バッテリ温度調節回路を循環する液体の前記電気部品冷却回路への導入を制御する制御弁を備えることを特徴とする、請求項２〜４のいずれかに記載の車両の熱管理システム。
【請求項６】
前記電気部品冷却回路を循環する液体を前記バッテリ温度調節回路へ導入する第１の流路と、
前記バッテリ温度調節回路を循環する液体を前記電気部品冷却回路へ戻す第２の流路と、
を備えることを特徴とする、請求項２〜５のいずれかに記載の車両の熱管理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の熱管理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、下記の特許文献１には、電動車両の車両用空調装置のシステム構成に関し、バッテリサイクルと冷凍サイクル（空調）が熱交換し、更にバッテリサイクルとパワーモジュールサイクル間に三方弁が形成され、温度調節が行われることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１３７７７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記特許文献１に記載された技術では、単にバッテリサイクルと冷凍サイクルが熱交換を行うのみであるため、例えば外気温などの要因で冷媒の温度を最適に制御できないような状況下では、バッテリの温度を適温にすることは困難である。また、電動車では、冷却対象部品である高電圧部品の発熱量と要求温度が、内燃機関を用いた通常の車両よりも低いことから、熱交換器での温度差をとることがより困難となる。また、暖房については、電動車では熱源となる内燃機関が存在せず、高電圧部品の排熱では十分な熱量を得られないため、発熱させるデバイスを別途設ける必要が生じ、これらのデバイスの効率がエネルギー効率に大きく影響する。このため、温度調整対象が複数存在する場合、冷却および暖房に必要なデバイスも複数必要となり、制御も複雑になることから車両のコスト、重量を増加させる要因となっている。
【０００５】
更に、ラジエータを用いて冷却回路を構成すると、外気温以下に水温を下げることができないため、外気温によっては所望の冷却能力を確保できない問題がある。特に、車両を駆動するモータなどの高電圧部品の冷却が不足すると、車両の駆動力が不足し、車両が所望の性能を発揮できない事態が生じる可能性がある。その一方で、空調などの冷媒機能を用いて高電圧部品を冷却した場合、空調における冷却能力が不足する可能性がある。
【０００６】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、冷却が必要な高電圧部品を最適に冷却することが可能な、新規かつ改良された車両の熱管理システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、車室内の温度調節を行う冷媒が循環する冷媒回路と、ラジエータで冷却された液体が循環し、車両を駆動するための第１の機器及び第２の機器を冷却可能な電気部品冷却回路と、を備え、所定のモードでは、前記ラジエータで冷却された液体により前記第１の機器を冷却し、前記冷媒回路の前記冷媒により前記第２の機器を冷却する、車両の熱管理システムが提供される。
【０００８】
前記冷媒との間で熱交換を行う液体をバッテリに導入することで前記バッテリの温度調節を行うバッテリ温度調節回路を備え、前記バッテリ温度調節回路の液体を前記第２の機器に導入することで前記第２の機器を冷却するものであっても良い。
【０００９】
また、前記電気部品冷却回路は前記バッテリ温度調節回路と接続可能とされ、前記電気部品冷却回路が前記バッテリ温度調節回路に接続されると、前記バッテリ温度調節回路の液体が前記第２の機器に導入されるものであっても良い。
【００１０】
また、前記電気部品冷却回路が前記バッテリ温度調節回路に接続さた状態では、前記バッテリ温度調節回路が前記ラジエータ及び前記第１の機器から分離されるものであっても良い。
【００１１】
また、前記電気部品冷却回路と前記バッテリ温度調節回路との接続部に、前記バッテリ温度調節回路を循環する液体の前記電気部品冷却回路への導入を制御する制御弁を備えるものであっても良い。
【００１２】
また、前記電気部品冷却回路を循環する液体を前記バッテリ温度調節回路へ導入する第１の流路と、前記バッテリ温度調節回路を循環する液体を前記電気部品冷却回路へ戻す第２の流路と、を備えるものであっても良い。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように本発明によれば、冷却が必要な高電圧部品を最適に冷却することが可能な車両の熱管理システムを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る車両の熱管理システムの概略構成を示す模式図である。
【図２】車室内の冷房時の動作を示す模式図である。
【図３】高電圧バッテリの冷却時の動作を示す模式図である。
【図４】車室内の冷房と高電圧バッテリの冷却を共に行う場合の動作を示す模式図である。
【図５】車室内の除湿時の動作を示す模式図である。
【図６】車室内の除湿と暖房を共に行う場合の動作を示す模式図である。
【図７】車室内の除湿と暖房を共に行う場合の動作の別の例を示す模式図である。
【図８】車室内の除湿と高電圧バッテリの冷却を共に行う動作を示す模式図である。
【図９】車室内の除湿と高電圧バッテリの昇温を共に行う動作を示す模式図である。
【図１０】ヒートポンプ式の車室内暖房の動作を示す模式図である。
【図１１】高電圧ヒータによる車室内の暖房の動作を示す模式図である。
【図１２】ヒートポンプによる高電圧バッテリの昇温の動作を示す模式図である。
【図１３】高電圧ヒータによる高電圧バッテリの昇温の動作を示す模式図である。
【図１４】図１に示したパワーエレクトロニクス冷却回路の構成に対し、バイパス水路を追加した例を示す模式図である。
【図１５】図１４に示す構成において、パワートレイン冷却水を利用して高電圧バッテリの温度調節を行っている状態を示す模式図である。
【図１６】第２の機器の排熱を利用する場合を示す模式図である。
【図１７】図１４に示す構成において、パワートレイン冷却液を利用して第１の機器を冷却し、電池温度調節回路の冷却液を利用して第２の機器を冷却する例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１６】
１．熱管理システムの構成
まず、図１を参照して、本発明の一実施形態に係る車両の熱管理システム１０００の概略構成について説明する。この熱管理システム１０００は電動車両などの車両に搭載される。図１に示すように、熱管理システム１０００は、パワーエレクトロニクス冷却回路１００、冷媒回路２００、加熱回路３００、電池温度調節回路４００、を有している。この熱管理システム１０００では、車室内の温度調節と車両を駆動するためのバッテリの温度調整を、冷媒回路３００と加熱回路４００との組み合わせにより実現している。
【００１７】
１．１．パワーエレクトロニクス冷却回路の構成
パワーエレクトロニクス冷却回路１００は、車両を駆動するためのパワーエレクトロニクスと接続され、これらのパワーエレクトロニクスを冷却する。具体的に、パワーエレクトロニクス冷却回路１００は、第１の機器１１０、第２の機器１１６と接続されている。また、パワーエレクトロニクス冷却回路１００は、ラジエータ１０２、膨張タンク１０４、ウォータポンプ１０６と接続されている。一例として、第１の機器１１０は車両の駆動モータまたはインバータまたはコンバータ等で構成され、第２の機器１１６は車両の駆動モータまたはインバータまたはコンバータ等で構成される。
【００１８】
パワーエレクトロニクス冷却回路１００には、液体（冷却液（ＬＬＣ：Ｌｏｎｇ  Ｌｉｆｅ  Ｃｏｏｌａｎｔ））が流れている。図１において、冷却ファン５００が回転すると、冷却ファン５００が発生させた風が冷媒回路２００の室外熱交換機２０２とラジエータ１０２に当たる。なお、車両走行時には、走行風も室外熱交換機２０２とラジエータ１０２に当たる。これにより、ラジエータ１０２で熱交換が行われ、ラジエータ１０２を通る液体が冷却される。
【００１９】
図１に示すように、パワーエレクトロニクス冷却回路１００では、ウォータポンプ１０６の作動により矢印方向に液体が流れる。ウォータポンプ１０６の上流側に設けられた膨張タンク１０４は、液体を一時的に貯留し、液体の気水分離を行う機能を有する。
【００２０】
パワーエレクトロニクス冷却回路１００を流れる液体は、分岐部１２２で２方向に分かれ、第１の機器１１０と第２の機器１１６のそれぞれに供給される。これにより、第１の機器１１０と第２の機器１１６が冷却される。パワーエレクトロニクス冷却回路１００を流れる液体は、ラジエータ１０２に戻される。
【００２１】
１．２．冷媒回路の構成
冷媒回路２００は、室外熱交換機２０２、低圧電磁弁２０４、チラー用膨張弁２０６、アキュムレータ２０８、電動コンプレッサ２１０、水冷コンバイパス電磁弁２１２、高圧電磁弁２１４、暖房用電磁弁２１６、冷房用膨張弁２１７、エバポレータ２１８、逆止弁２０、水冷コンデンサ３０６、チラー４０８と接続されている。
【００２２】
冷却ファン５００が回転すると、冷却ファン５００が発生させた風が冷媒回路２００の室外熱交換機２０２に当たる。これにより、室外熱交換機２０２で熱交換が行われ、室外熱交換機２０２を通る冷媒が冷却される。
【００２３】
また、図１に示すように、冷媒回路２００では、電動コンプレッサ２１０の作動により矢印方向に冷媒が流れる。電動コンプレッサ２１０の上流側に設けられたエバポレータ２０８は、冷媒の気水分離を行う機能を有する。
【００２４】
冷媒回路２００では、電動コンプレッサ２１０により圧縮された冷媒が室外熱交換器２０２で冷却され、冷却用膨張弁２１７によってエバポレータ２１８に噴射されることで気化し、エバポレータ２１８を冷却する。そして、エバポレータ２１０に送風された空気１０が冷やされ、車室内に導入されることで、車室内が冷房される。冷媒回路２００は、主として車室内の冷房、除湿、暖房を行う。
【００２５】
また、本実施形態において、冷媒回路２００は、高電圧バッテリ４１０の温度調節も行う。冷媒回路２００による高電圧バッテリ４１０の温度調節については、後で詳細に説明する。
【００２６】
１．３．加熱回路の構成
加熱回路３００は、高電圧ヒータ３０２、ヒータコア３０４、水冷コンデンサ３０６、ウォータポンプ３０８、三方弁３１０と接続されている。また、加熱回路３００は、流路３１２、流路３１４を介して、電池温度調節回路４００の三方弁４０４，４１２と接続されている。加熱回路３００は、主として車室内の暖房を行う。また、本実施形態において、加熱回路３００は、高電圧バッテリ４１０の温度調節も行う。
【００２７】
加熱回路３００には、加熱用の液体（ＬＬＣ）が流れている。液体は、ウォータポンプ３０８の作動により矢印方向に流れる。液体は、高電圧ヒータ３０２が作動すると、高電圧ヒータ３０２により暖められる。ヒータコア３０４には、エバポレータ２１８に送風された空気１０が当たる。エバポレータ２１８に送風された空気１０は、ヒータコア３０４により暖められ車室内に導入される。これにより、車室内の暖房が行われる。エバポレータ２１８とヒータコア３０４は、一体のデバイスとして構成されていても良い。
【００２８】
水冷コンデンサ３０６は、加熱回路３００と冷媒回路２００との間で熱交換を行う。
加熱回路３００による高電圧バッテリ４１０の温度調節については、後で詳細に説明する。
【００２９】
１．４．電池温度調節回路の構成
電池温度調節回路４００は、ウォータポンプ４０２、三方弁４０４、膨張タンク４０６、チラー４０８、高電圧バッテリ４１０、三方弁４１２と接続されている。電池温度調節回路４００は、高電圧バッテリ４１０の温度調節を行う。
【００３０】
電池温度調節回路４００には、高電圧バッテリ４１０の温度を調節するための液体（ＬＬＣ）が流れている。液体は、ウォータポンプ４０２の作動により矢印方向に流れる。液体は、チラー４０８に導入される。チラー４０８は、電池温度調節回路４００を流れる液体と冷媒回路２００を流れる冷媒との間で熱交換を行う。膨張タンク４０６は、液体を一時的に貯留するタンクである。
【００３１】
上述したように、電池温度調節回路４００は、高電圧バッテリ４１０の温度調節も行う。電池温度調節回路４００による高電圧バッテリ４１０の温度調節については、後で詳細に説明する。
【００３２】
１．４．高電圧バッテリの温度調節
高電圧バッテリ４１０の温度が適度に昇温すると、高電圧バッテリ４１０が発生させる電力が増大する。本実施形態では、冷媒回路２００、加熱回路３００により高電圧バッテリ４１０の温度調節を行うことで、高電圧バッテリ４１０の温度を最適に調節することができ、高出力を発揮させることができる。例えば、冬場の車両始動時等においては、高電圧バッテリ４１０が冷えているため、十分な出力を発揮できない場合がある。また、高電圧バッテリ４１０の充電時には、高電圧バッテリ４１０が発熱し、高電圧バッテリ４１０の温度が過度に上昇してしまう場合がある。このような場合においても、冷媒回路２００、加熱回路３００により高電圧バッテリ４１０の温度調節を行うことで、高電圧バッテリ４１０の温度を最適に調節することが可能である。なお、高電圧バッテリ４１０の温度調節は、高電圧バッテリ４１０の温度測定値に基づくフィードバック制御により行うことが好適である。
【００３３】
２．熱管理システムの動作例
次に、上述のように構成された熱管理システム１０００の動作について説明する。車室内の冷房、除湿、暖房、高電圧バッテリ４１０の温度調節を行うため、各種の熱交換が行われる。以下では、熱管理システムにおけるこれらの動作を説明する。なお、各動作は一例であり、各動作を実現するための制御は例示したものに限定されるものではない。説明に際し、低圧電磁弁２０４、チラー用膨張弁２０６、水冷コンバイパス電磁弁２１２、高圧電磁弁２１４、暖房用電磁弁２１６、三方弁３１０、三方弁４０４、三方弁４１２の動作状態として、図中に白抜きで示したものは開状態として示し、黒く塗りつぶしたものは閉状態として示す。
【００３４】
２．１．車室内の冷房
図２は、車室内の冷房時の動作を示す模式図である。車室内の冷房は、冷媒回路２００によって行われる。図２では、加熱回路３００、電池温度調節回路４００が停止した状態を示している。冷媒回路２００の冷媒は、図２中に矢印で示す方向に流れる。上述したように、エバポレータ２１０に送風された空気１０がエバポレータ２１０で冷やされ、車室内に導入されることで、車室内が冷房される。
【００３５】
２．２．高電圧バッテリの冷却
図３は、高電圧バッテリ４１０の冷却時の動作を示す模式図である。図３において、高電圧バッテリ４１０の冷却は、冷媒回路２００を流れる冷媒と電池温度調節回路４００を流れる液体がチラー４０８との間で熱交換を行うことにより実現される。電動コンプレッサ２１０により圧縮された冷媒が室外熱交換器２０２で冷却され、チラー用膨張弁２０６によってチラー４０８に噴射されることで気化し、チラー４０８を冷却する。これにより、電池温度調節回路４００を流れる液体が冷媒回路２００を流れる冷媒によって冷却される。図３では、加熱回路３００が停止した状態を示している。
【００３６】
２．３．車室内の冷房と高電圧バッテリの冷却
図４は、車室内の冷房と高電圧バッテリ４１０の冷却を共に行う場合の動作を示す模式図である。図２に対してチラー用膨張弁２０６が開かれることで、冷媒回路２００を流れる冷媒と電池温度調節回路４００を流れる液体がチラー４０８でとの間で熱交換が行われ、高電圧バッテリ４１０が冷却される。図４では、加熱回路３００が停止した状態を示している。
【００３７】
２．５．車室内の除湿
図５は、車室内の除湿時の動作を示す模式図である。図２と異なる点は、エバポレータ２１８で冷却して除湿した空気をヒータコア３０４で再度加温する点である。エバポレータ２１８で熱交換を行った後の冷媒は高温、高圧の状態である。ウォータポンプ３０８の作動により加熱回路３００内を液体が流れ、水冷コンデンサ３０６にて加熱回路３００の液体と高温、高圧の冷媒が熱交換を行うことで、加熱回路３００の液体が加温される。この際、図５に示すように、三方弁３１０、三方弁４０４、三方弁４１２の一部が閉じられることで、加熱回路３００の液体が電池温度調節回路４００に流入することはない。エバポレータ２１８によって除湿された空気は、ヒータコア３０４で暖められて車室内に導入される。加熱回路３００の液体へ冷媒から十分な熱が与えられないような状況では、高電圧ヒータ３０２をオンにして加熱回路３００の液体を更に加温する。
【００３８】
２．６．車室内の除湿と暖房（１）
図６は、車室内の除湿と暖房を共に行う場合の動作を示す模式図である。図６では、冷媒回路２００の冷媒の一部は、ラジエータ１０２を通過することなく、高圧電磁弁２１４を通り、エバポレータ２１８に導入される。ウォータポンプ３０８の作動により加熱回路３００内を液体が流れ、水冷コンデンサ３０６にて加熱回路３００を流れる液体が暖められる。これにより、エバポレータ２１８によって除湿された空気がヒータコア３０４で暖められて車室内に導入される。
【００３９】
２．７．車室内の除湿と暖房（２）
図７は、車室内の除湿と暖房を共に行う場合の動作の別の例を示す模式図である。基本的な動作は図６と同様であるが、図７では、高圧電磁弁２１４と低圧電磁弁２０４が閉じられている。図６と図７の相違について説明すると、図７では、外気温が低温の場合、除湿時に暖房能力を確保するため高電圧ヒータ３０２がオンとされる。一方、図６では、外気温が低温の場合に、冷媒が室外熱交換器２０２をバイパスするため、高電圧ヒータ３０２を使用しなくても暖房能力を確保することが可能である。なお、図６、図７では、図５と同様に、加熱回路３００から電池温度調節回路４００への液体の流入が停止されており、電池温度調節回路４００が停止した状態を示している。
【００４０】
２．８．車室内の除湿と高電圧バッテリの冷却
図８は、車室内の除湿と高電圧バッテリ４１０の冷却を共に行う動作を示す模式図である。図５に対して、チラー用膨張弁２０６が開かれている。電動コンプレッサ２１０により圧縮された冷媒が室外熱交換器２０２で冷却され、チラー用膨張弁２０６によってチラー４０８に噴射されることで気化し、チラー４０８を冷却する。冷媒回路２００を流れる冷媒と電池温度調節回路４００を流れる液体がチラー４０８でとの間で熱交換が行われ、高電圧バッテリ４１０が冷却される。除湿は図５と同様に行われる。
【００４１】
２．９．車室内の除湿と高電圧バッテリの昇温
図９は、車室内の除湿と高電圧バッテリ４１０の昇温を共に行う動作を示す模式図である。基本的な動作は図５と同様であるが、図９では加熱回路３００の液体が電池温度調節回路３００に導入される。このため、加熱回路３００の三方弁３１０と電池温度調節回路４００の三方弁４０４，４１２において、矢印方向に液体が流れるように各弁が制御される。電池温度調節回路３００と加熱回路３００における液体は、ウォータポンプ４０２の作動により矢印方向に流れる。加熱回路３００の液体が電池温度調節回路３００に導入されることで、高電圧バッテリ４１０を昇温することができる。エバポレータ２１８によって除湿された空気は、ヒータコア３０４で暖められて車室内に導入される。加熱回路３００の液体へ冷媒から十分な熱が与えられないような状況では、高電圧ヒータ３０２をオンにして加熱回路３００の液体を更に加温する。
【００４２】
２．１０．ヒートポンプ式の車室内暖房
図１０は、ヒートポンプ式の車室内暖房の動作を示す模式図である。電動コンプレッサ２１０により冷媒を高温、高圧にして、水冷コンデンサ３０６にて加熱回路３００の液体と高温、高圧の冷媒が熱交換を行うことで、加熱回路３００の液体が加温される。図５と同様に、加熱回路３００から電池温度調節回路４００への液体の流入は停止され、電池温度調節回路４００は停止している。車室内に導入される空気は、ヒータコア３０４で暖められる。加熱回路３００の液体へ冷媒から十分な熱が与えられないような状況では、高電圧ヒータ３０２をオンにして加熱回路３００の液体を更に加温する。
【００４３】
２．１１．高電圧ヒータによる車室内暖房
図１１は、高電圧ヒータ３０２による車室内の暖房の動作を示す模式図である。高電圧ヒータ３０２により加熱回路３００の液体が加熱され、ヒータコア３０４で熱交換が行われることにより、車室内が暖房される。冷媒回路２００は停止した状態である。また、加熱回路３００から電池温度調節回路４００への液体の流入は停止され、電池温度調節回路４００は停止している。
【００４４】
２．１２．ヒートポンプによる高電圧バッテリの昇温
図１２は、ヒートポンプによる高電圧バッテリ４１０の昇温の動作を示す模式図である。基本的な動作は図１０と同様であるが、図１２では加熱回路３００の液体が電池温度調節回路３００に導入される。このため、加熱回路３００の三方弁３１０と電池温度調節回路４００の三方弁４０４，４１２において、矢印方向に液体が流れるように各弁が制御される。電池温度調節回路３００と加熱回路３００における液体は、ウォータポンプ４０２の作動により矢印方向に流れる。ヒートポンプによる高電圧バッテリの昇温では、電動コンプレッサ２１０により冷媒を高温、高圧にして、水冷コンデンサ３０６にて加熱回路３００の液体と高温、高圧の冷媒が熱交換を行うことで、加熱回路３００の液体が加温される。このため、外気温が極低温（例えば−１０℃以下）である場合を除き、高電圧ヒータ３０２は停止状態とされる。従って、電力消費を抑えることができ、エネルギーの利用効率を高めることができる。
【００４５】
以上のように、基本的には冷媒回路２００を用いて冷媒と車室内の空気との熱交換を行い、また冷媒と電池温度調節回路４００の液体との熱交換を行うことで、車室内の温度調節（冷房、暖房）と、高電圧バッテリ４１０の温度調節を実現する。更に、極低温時には、加熱回路３００と電池温度調節回路４００を接続し、両者を同一回路で構成することで、極低温時における温度要求に対しても対応できるようにする。
【００４６】
２．１３．高電圧ヒータによる高電圧バッテリの昇温
図１３は、高電圧ヒータ３０２による高電圧バッテリ４１０の昇温の動作を示す模式図である。高電圧ヒータ３０２により加熱回路３００の液体が加熱され、電池温度調節回路４００に導入されることで、高電圧バッテリ４１０が昇温される。冷媒回路２００は停止した状態である。図１３においても、加熱回路３００の三方弁３１０と電池温度調節回路４００の三方弁４０４，４１２において、矢印方向に液体が流れるように各弁が制御される。電池温度調節回路３００と加熱回路３００における液体は、ウォータポンプ４０２の作動により矢印方向に流れる。
【００４７】
３．パワーエレクトロニクス冷却回路の冷却液による高電圧バッテリの温度調節
以上のように、熱管理システム１０００では、冷媒回路２００、加熱回路３００、電池温度調節回路４００を用いて、高電圧バッテリ４１０の温度調節を行うことができる。更に、本実施形態では、パワーエレクトロニクス冷却回路１００を流れる液体によって、高電圧バッテリ４１０の温度調節を可能としている。
【００４８】
図１４は、図１に示したパワーエレクトロニクス冷却回路１００の構成に対し、バイパス水路１３０，１３２，１３４とバイパス用の三方弁１４０，１４２，１４４を追加した例を示す模式図である。バイパス水路１３０，１３２，１３４は、パワーエレクトロニクス冷却回路１００と電池温度調節回路４００を接続する。また、図１４に示す構成において、電池温度調節回路４００の膨張タンク４０６は、高電圧バッテリ４１０とウォータポンプ４０２の間に設けられている。後述する図１５〜図１７においても同様である。
【００４９】
図１４に示す構成では、ラジエータ１０２で冷却されたパワーエレクトロニクス（パワートレイン）用の冷却液を、電池温度調節回路４００に流すことが可能となる。具体的に、バイパス用の三方弁１４０，１４２，１４４を用いて流路を切り換えることで、パワーエレクトロニクス用の冷却液を高電圧バッテリ４１０の温度調節に用いることができる。なお、三方弁３１０，４０４を制御することで、加熱回路３００と電池温度調節回路４００との間の液体の流出入を停止させておくことが好適である。また、チラー４０８による熱交換は、特に行わなくても良い。
【００５０】
パワーエレクトロニクス冷却回路１００を流れる冷却液は、通常、電池温度調節回路４００を流れる液体よりも温度が高い。従って、パワーエレクトロニクス用の冷却液を高電圧バッテリ４１０の昇温に用いることができる。上述したように、高電圧バッテリ４１０の温度が適度に昇温すると、高電圧バッテリ４１０が発生させる電力が増大する。従って、パワーエレクトロニクス用の冷却液を高電圧バッテリ４１０の昇温に用いることで、高電圧バッテリ４１０の温度を最適に調節することができ、高出力を発揮させることができる。
【００５１】
一方、パワーエレクトロニクス冷却回路１００を流れる冷却液の温度が、電池温度調節回路４００を流れる液体の温度よりも低い場合は、パワーエレクトロニクス用の冷却液を高電圧バッテリ４１０の冷却に用いることも可能である。例えば、高電圧バッテリ４１０の充電中は高電圧バッテリ４１０が発熱するため、ラジエータ１０２で外気と熱交換したパワーエレクトロニクス用の冷却液の方が、電池温度調節回路４００を流れる液体の温度よりも低くなる場合がある。このような場合、パワーエレクトロニクス用の冷却液を電池温度調節回路４００に導入することで、高電圧バッテリ４１０を冷却することができる。
【００５２】
また、パワーエレクトロニクス用の冷却液を高電圧バッテリ４１０の昇温に用いた場合、図９、図１２、図１３で説明した手法により高電圧バッテリ４１０の温度を昇温する場合と比較して、冷媒回路２００、加熱回路３００を用いないため、消費電力を低減できる。より具体的には、パワーエレクトロニクス用の冷却液を高電圧バッテリ４１０の昇温に用いる場合、電力消費はウォータポンプ１０６のみで行われる。一方、冷媒回路２００、加熱回路３００を用いる場合は、電動コンプレッサ２１０、ウォータポンプ３０８、高電圧ヒータ３０２等を作動させるため、電力消費が大きくなる。従って、パワーエレクトロニクス用の冷却液を高電圧バッテリ４１０の昇温に用いることで、消費電力を大幅に低減することが可能である。
【００５３】
更に、パワーエレクトロニクス用の冷却液を高電圧バッテリ４１０の昇温に用いた場合、既に高温に達しているパワーエレクトロニクス用の冷却液を用いて、高電圧バッテリ４１０を短時間で昇温することができる。従って、高電圧バッテリ４１０を目標温度に到達させる際の到達時間をより短くすることができる。
【００５４】
特に、高電圧ヒータ３０２を作動させて高電圧バッテリ４１０を昇温する場合は、高電圧ヒータ３０２の電力消費が大きくなり、駆動出力が低下したり、車両の航続距離が低下する可能性がある。一方、パワーエレクトロニクス冷却回路１００を流れる冷却液は、車両走行により第１の機器１１０と第２の機器１１６が熱を発生させるため、車両走行により発生する熱を有効利用して高電圧バッテリ４１０を昇温することができる。従って、パワーエレクトロニクス用の冷却液を高電圧バッテリ４１０の昇温に用いた場合、基本的にエネルギ損失は生じない。
【００５５】
これにより、例えば冬場など気温が低い環境下で車両を走行させる際に、高電圧バッテリ４１０を短時間で昇温することができ、高電圧バッテリ４１０に所望の出力を発揮させることができる。
【００５６】
なお、冷媒回路２００、または加熱回路３００を用いて高電圧バッテリ４１０を昇温する方が、パワーエレクトロニクス用の冷却液を用いて高電圧バッテリ４１０を昇温する場合よりも消費電力が低い場合は、冷媒回路２００、または加熱回路３００を用いて高電圧バッテリ４１０を昇温するのが好適である。
【００５７】
３．１．第２の機器の排熱を利用しない場合
図１５は、図１４に示す構成において、パワートレイン冷却水を利用して高電圧バッテリ４１０の温度調節を行っている状態を示す模式図である。図１５では、第２の機器１１６の排熱を利用しない場合を示している。図１５に示すように、バイパス用の三方弁１４０を制御することで、三方弁１４０から充電器１２０に向かう流路が閉じられる。また、三方弁１４４も閉じられている。
【００５８】
このため、パワートレイン冷却液が三方弁１４０からバイパス流路１３０を通って電池温度調節回路４００に流れる。そして、電池温度調節回路４００に流れたパワートレイン冷却液は、電池温度調節回路４００に入り、高電圧バッテリ４１０→ウォータポンプ４０２→バイパス流路１３４→三方弁１４２の方向に流れる。これにより、パワートレイン冷却液を利用して高電圧バッテリ４１０の温度調節を行うことができる。
【００５９】
また、図１５に示す例では、冷媒回路２００は、電池温度調節回路４００と熱交換を行わないため、車室内の温度調節に専念できる。
【００６０】
３．２．第２の機器の排熱を利用する場合
図１６は、第２の機器の排熱を利用する場合を示す模式図である。図１６に示す例では、バイパス用の三方弁１４０を制御することで、三方弁１４０から充電器１２０に向かう流路が開かれ、三方弁１４０から電池温度調節回路４００に向かう流路が閉じられている。
【００６１】
また、三方弁１４４を制御することで、三方弁１４４から電池温度調節回路４００に向かう流路が開かれ、三方弁１４４から三方弁１４２に向かう流路が閉じられている。
【００６２】
このため、第２の機器１１６を冷却した後の冷却液は、三方弁１４４からバイパス流路１３２を通って電池温度調節回路４００に流れる。そして、電池温度調節回路４００に流れたパワートレイン冷却液は、電池温度調節回路４００に入り、高電圧バッテリ４１０→ウォータポンプ４０２→バイパス流路１３４→三方弁１４２の方向に流れる。これにより、第２の機器１１６を冷却した後の冷却液を利用して高電圧バッテリ４１０の温度調節を行うことができる。
【００６３】
冷却液が第２の機器１１６を冷却することで、第２の機器１１６と冷却液との間で熱交換が行われる。これにより、第２の機器１１６の排熱を電池温度調節回路４００に導入することができる。従って、第２の機器１１６の排熱を利用して高電圧バッテリ４１０の温度調節を行うことが可能となり、特に排熱を利用して高電圧バッテリ４１０を昇温することが可能となる。
【００６４】
４．個々の機器を個別に冷却する例
次に、図１４に示す構成により、第１の機器１１０と第２の機器１１６を個別に冷却する例について説明する。
【００６５】
図１７は、図１４に示す構成において、パワートレイン冷却液を利用して第１の機器１１０のみを冷却する例を示す模式図である。図１７では、第２の機器１１６については、電池温度調節回路４００の冷却液を利用して冷却している。
【００６６】
図１７に示すように、バイパス用の三方弁１４０を制御することで、ウォータポンプ１０６から三方弁１４０へのパワートレイン冷却液の流れが停止されている。このため、ラジエータ１０２を通過したパワートレイン冷却液は、分岐部１２２で２方向に分かれることなく、ウォータポンプ１０６の作動により第１の機器１１０に供給される。これにより、パワートレイン冷却液によって第１の機器１１０のみが冷却される。第１の機器１１０を冷却したパワートレイン冷却液は、ラジエータ１０２に戻される。
【００６７】
上述のように、バイパス用の三方弁１４０を制御することで、ウォータポンプ１０６から三方弁１４０へのパワートレイン冷却液の流れが停止される。一方、三方弁１４０において、充電器１２０から電池温度調節回路４００に向かう流路は開かれている。また、三方弁１４２を制御することで、電池温度調節回路４００からバイパス流路１３４を経由して第２の機器１１６に向かう流路が開かれ、三方弁１４２からラジエータ１０２に向かう流路が閉じられている。
【００６８】
また、三方弁１４４を制御することで、三方弁１４２から第２の機器１１６に向かう流路が開かれ、三方弁１４２からバイパス流路１３０に向かう流路が閉じられている。更に、三方弁３１０と三方弁４０４の一部が閉じられることで、加熱回路３００の液体が電池温度調節回路４００に流入することはない。
【００６９】
以上により、ウォータポンプ４０２の作動により、電池温度調節回路３００とパワーエレクトロニクス冷却回路１００における液体は図１７中の矢印方向に流れ、液体が第２の機器１１６に導入される。この際、冷媒回路２００が動作しており、冷媒回路２００を流れる冷媒と電池温度調節回路４００を流れる液体がチラー４０８で熱交換を行うことにより、電池温度調節回路４００流れる液体が冷却される。
【００７０】
チラー４０８で冷却された液体は、高電圧バッテリ４１０に導入されて、高電圧バッテリ４１０を冷却する。更に、高電圧バッテリ４１０を冷却した液体がバイパス流路１３４から第２の機器１１６に流れて第２の機器１１６を冷却する。パワーエレクトロニクスを冷却した液体は、三方弁１４０を通り、バイパス流路１３０から電池温度調節回路３００に戻る。電池温度調節回路３００に戻った液体は、チラー４０８での熱交換により冷やされる。
【００７１】
以上のような構成によれば、ラジエータ１０２で冷却されたパワートレイン冷却液は、第１の機器１１０のみに供給される。これにより、ラジエータ１０２で冷却されたパワートレイン冷却液は、その全てが第１の機器１１０に供給され、第２の機器１１６に供給されることはない。また、ウォータポンプ１０６の能力を第１の機器１１０のみに使用することができる。従って、第１の機器１１０への冷却液の流量を増大することができる。 また、パワートレイン冷却液が第２の機器１１６から受熱することが回避される。 これにより、第１の機器１１０の冷却能力を大幅に高めることができ、第１の機器１１０を確実に冷却することが可能となる。
【００７２】
また、冷媒回路２００を流れる冷媒と電池温度調節回路４００を流れる液体がチラー４０８で熱交換を行うことにより、電池温度調節回路４００を流れる液体が冷却されて、第２の機器１１６へ導入される。従って、第２の機器１１６についても確実に冷却を行うことが可能である。
【００７３】
ここで、ラジエータ１０２での熱交換を利用して第１の機器１１０と第２の機器１１６を冷却する場合は、外気温以下にパワートレイン冷却液を冷却することはできない。このため、ラジエータ１０２の熱交換のみで第１の機器１１０と第２の機器１１６の双方を冷却しようとすると、十分な冷却ができない場合も想定される。これらの機器が十分に冷却できない場合、機器が所望の出力を発揮できないため、車両が発生させる駆動力に予め制限をかける必要が生じる場合がある。
【００７４】
図１７に示した構成によれば、第２の機器１１６については、冷媒回路２００を流れる冷媒により冷却が行われる。具体的には、冷媒回路２００を流れる冷媒と電池温度調節回路４００を流れる液体が熱交換を行うことで、低温の液体を第２の機器１１６へ供給することができ、第２の機器１１６を十分に冷却することができる。従って、第２の機器１１６の過熱に起因する出力低下を確実に抑制することができる。これにより、車両の出力制限を回避することができ、車両に所望の駆動力を発揮させることが可能となる。
【００７５】
また、第１の機器１１０については、ラジエータ１０２で冷却されたパワートレイン冷却液の全てが第１の機器１１０に供給される。従って、パワートレイン冷却液を第１の機器１１０と第２の機器１１６の双方に供給する場合に比べて、第１の機器１１０に供給されるパワートレイン冷却液の量を増大することができ、第１の機器１１０の冷却能力を大幅に向上することが可能となる。
【００７６】
一例として、車両速度が比較的遅い場合は、ラジエータ１０２に当たる風量が少ないため、パワートレイン冷却液で第１の機器１１０と第２の機器１１６の双方を冷却しようとした場合、パワートレイン冷却液によるモータの冷却能力が不足する場合がある。モータの冷却能力が不足すると、モータが所望の出力を発揮できず、上述した駆動力制限を実施する必要が生じる。駆動力制限は、一例としてモータの温度が６５℃以上の温度になると、モータの過熱を抑えるために行われる。駆動力制限を行うと、例えば登坂路、凸凹道などを走行する場合において、車両として所望の動力性能を発揮することができなくなる。特に、夏場などは外気温が４０℃前後まで上昇する可能性があり、モータの冷却が不足した場合に、モータの出力低下が生じ易くなる。
【００７７】
このような場合に、ラジエータ１０２を利用した外気温による冷却では第１の機器１１０、第２の機器１１６を十分に冷却できない事態が想定される。本実施形態によれば、冷媒の熱交換を利用して第２の機器１１６を冷却するため、第２の機器１１６の温度を外気温以下（例えば、１８〜２０℃程度）まで下げることが可能である。また、ラジエータ１０２で冷却された冷却液の全てを第１の機器１１０に供給することで、モータ温度と外気温との差は比較的少ないが、パワートレイン冷却液の流量を増大して第１の機器１１０を冷却することができる。従って、第１の機器１１０についても、外気温と同じレベルまで迅速に冷却することが可能である。
【００７８】
以上のように、本実施形態では、電動車などの車両において、第１の機器１１０、第２の機器１１６などの各部品の冷却、昇温を行う回路を選択できる構成にすることにより、単位時間当たりの電力消費が低いモード、目標温度までの到達時間が早いモードといった目的別の冷却方法を選択し、実行することができる。更に、外気温以下の冷却水温度を提供できる冷媒回路を構成することができるため、冷却が必要なパワーエレクトロニクスなどの部品の出力を低下することなく、運転を行うことが可能となる。
【００７９】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００８０】
１００    パワーエレクトロニクス冷却回路
１０２    ラジエータ
１１０    第１の機器
１１６    第２の機器
１３０，１３２，１３４    バイパス流路
１４０，１４２，１４４    三方弁
２００    冷媒回路
３００    加熱回路
４１０    高電圧バッテリ
１０００  熱管理システム
【図１】
2020055344.tif 000003
【図２】
2020055344.tif 000004
【図３】
2020055344.tif 000005
【図４】
2020055344.tif 000006
【図５】
2020055344.tif 000007
【図６】
2020055344.tif 000008
【図７】
2020055344.tif 000009
【図８】
2020055344.tif 000010
【図９】
2020055344.tif 000011
【図１０】
2020055344.tif 000012
【図１１】
2020055344.tif 000013
【図１２】
2020055344.tif 000014
【図１３】
2020055344.tif 000015
【図１４】
2020055344.tif 000016
【図１５】
2020055344.tif 000017
【図１６】
2020055344.tif 000018
【図１７】
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