(57)【要約】【課題】冷媒を循環させるためのポンプの大型化やポンプ駆動に伴う電力消費量を抑制することができる車両用温度管理装置を提供する。【解決手段】冷媒循環回路における冷媒の流路として、チラー熱交換流路と、ラジエータ熱交換流路と、ヒータ熱交換流路とのうちの少なくとも１つを選択する流路選択部と、チラー熱交換流路と、ラジエータ熱交換流路と、ヒータ熱交換流路とのうちの少なくとも１つを選択するように流路切替部を制御する切替制御部と、チラーの作動を制御する作動制御部と、を含む。切替制御部は、冷媒の流路としてラジエータ熱交換流路、又はヒータ熱交換流路を選択する場合、さらにチラー熱交換流路を選択するように流路選択部を制御し、かつ作動制御部は、チラーを作動させない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載された温度調整対象機器と熱交換する冷媒が循環する冷媒循環回路と、
前記冷媒循環回路において、前記冷媒を冷却するチラーを含むチラー熱交換流路と、
前記冷媒循環回路において、前記チラー熱交換流路と並列に設けられ、外気と前記冷媒とを熱交換させることで前記冷媒の熱を前記外気に放出するラジエータを含むラジエータ熱交換流路と、
前記冷媒循環回路において、前記チラー熱交換流路、及び前記ラジエータ熱交換流路と並列に設けられ、前記冷媒を加熱するヒータを含むヒータ熱交換流路と、
前記冷媒循環回路における前記冷媒の流路として、前記チラー熱交換流路と、前記ラジエータ熱交換流路と、前記ヒータ熱交換流路とのうちの少なくとも１つを選択する流路選択部と、
前記チラー熱交換流路と、前記ラジエータ熱交換流路と、前記ヒータ熱交換流路とのうちの少なくとも１つを選択するように前記流路切替部を制御する切替制御部と、
前記チラーの作動を制御する作動制御部と、を含み、
前記切替制御部は、前記冷媒の流路として前記ラジエータ熱交換流路、又は前記ヒータ熱交換流路を選択する場合、さらに前記チラー熱交換流路を選択するように前記流路選択部を制御し、かつ、前記作動制御部は、前記チラーを作動させない、車両用温度管理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載される機器の温度管理を行う車両用温度管理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、下記特許文献１に示すように、車両に搭載される複数の対象機器に冷媒（冷却水）を流し、当該冷媒を、ヒータ、チラー、又はラジエータと熱交換させることによって、上記対象機器の温度管理を行う車両用温度管理装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−０４３１８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、上記冷媒循環回路において、ヒータと、チラーと、ラジエータと、対象機器とを並列に配置することにより、当該対象機器の温度管理を行うことが考えられる。しかしながら、このような冷媒循環回路では、ヒータやラジエータにおいて比較的大きな圧力損失を生じる。冷媒循環回路における冷媒の流量を維持するためには、送出する冷媒の圧力を上昇させる必要があるため、冷媒を循環させるためのポンプが大型化する。これにより、ポンプを駆動させるための電力消費が増大する虞がある。
【０００５】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、冷媒を循環させるためのポンプの大型化やポンプ駆動に伴う電力消費量を抑制することができる車両用温度管理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、以下の適用例として実現することができる。本適用例に係る車両用温度管理装置は、車両に搭載された温度調整対象機器と熱交換する冷媒が循環する冷媒循環回路と、前記冷媒循環回路において、前記冷媒を冷却するチラーを含むチラー熱交換流路と、前記冷媒循環回路において、前記チラー熱交換流路と並列に設けられ、外気と前記冷媒とを熱交換させることで前記冷媒の熱を前記外気に放出するラジエータを含むラジエータ熱交換流路と、前記冷媒循環回路において、前記チラー熱交換流路、及び前記ラジエータ熱交換流路と並列に設けられ、前記冷媒を加熱するヒータを含むヒータ熱交換流路と、前記冷媒循環回路における前記冷媒の流路として、前記チラー熱交換流路と、前記ラジエータ熱交換流路と、前記ヒータ熱交換流路とのうちの少なくとも１つを選択する流路選択部と、前記チラー熱交換流路と、前記ラジエータ熱交換流路と、前記ヒータ熱交換流路とのうちの少なくとも１つを選択するように前記流路切替部を制御する切替制御部と、前記チラーの作動を制御する作動制御部と、を含む。前記切替制御部は、前記冷媒の流路として前記ラジエータ熱交換流路、又は前記ヒータ熱交換流路を選択する場合、さらに前記チラー熱交換流路を選択するように前記流路選択部を制御し、かつ、前記作動制御部は、前記チラー熱交換流路を選択する場合、前記チラーを作動させない。
【０００７】
本適用例に係る車両用温度管理装置において、切替制御部は、上記対象機器を加熱する場合、冷媒の流路としてヒータ熱交換流路と、チラー熱交換流路とを選択する。作動制御部は、チラーを作動させない。冷媒をヒータ熱交換流路、及びチラー熱交換流路へ流すことにより、チラー熱交換流路をバイパス流路として利用することができることから、冷媒をヒータ熱交換流路にのみ流す場合と比較して、冷媒の圧力損失を抑制することができる。このため、冷媒循環回路における冷媒の圧力を維持することができる。また、チラーを作動させないため、冷媒に影響を与えることがない。
【０００８】
次に、切替制御部は、上記対象機器の熱を放出する場合、冷媒の流路としてラジエータ熱交換流路と、チラー熱交換流路とを選択する。作動制御部は、チラーを作動させない。冷媒をラジエータ熱交換流路、及びチラー熱交換流路へ流すことにより、チラー熱交換流路をバイパス流路として利用することができることから、冷媒をラジエータ熱交換流路にのみ流す場合と比較して、冷媒の圧力損失を抑制することができる。このため、冷媒循環回路における冷媒の圧力を維持することができる。また、チラーを作動させないため、冷媒に影響を与えることがない。
【０００９】
したがって、本適用例に係る車両用温度管理装置は、冷媒を循環させるためのポンプの大型化やポンプ駆動に伴う電力消費量を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る車両用温度管理装置を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態に係る車両用温度管理装置について、図面を参照して説明する。なお、本実施形態は以下に説明する内容に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において任意に変更して実施することが可能である。また、実施形態の説明に用いる図面は、いずれも構成部材を模式的に示すものであって、理解を深めるべく部分的な強調、拡大、縮小、または省略などを行っており、構成部材の縮尺や形状等を正確に表すものとはなっていない場合がある。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態に係る車両用温度管理装置１を示すブロック図である。図１に示す車両用温度管理装置１は、電気自動車等の車両に搭載される温度調整対象機器の温度を管理するための装置である。車両用温度管理装置１は、冷媒循環回路３に沿って冷媒を循環させることで、上記対象機器の温度を調整する。例えば、車両用温度管理装置１は、車両に搭載され、モータに電力を供給するバッテリ１００を加熱、保温、又は冷却する。また、車両用温度管理装置１は、バッテリ１００の他に、一方のバッテリから他方のバッテリに電力を転送するために使用されるＤＣ−ＤＣコンバータ２００と、バッテリ１００の充電に使用される車載充電器（オンボードチャージャー）３００とを加熱、保温、又は冷却する。車両用温度管理装置１は、冷媒循環回路３と、切替制御部５と、作動制御部７とを含む。
【００１３】
冷媒循環回路３は、バッテリ１００、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００、及び車載充電器３００と熱交換を行う冷媒を循環させるための冷媒流路である。本実施形態における冷媒循環回路３は、ポンプ３１と、バッテリ熱交換流路３２と、バルブ３３と、バルブ間流路３４と、バルブ３５と、ヒータ熱交換流路３６と、ラジエータ熱交換流路３８と、チラー熱交換流路４０とを含む。
【００１４】
ポンプ３１は、流路内に充填された冷媒を矢印方向へ循環させる装置である。本実施形態におけるポンプ３１では、図示しない制御装置により、冷媒の吐出量（送出量）が制御される。
【００１５】
バッテリ熱交換流路３２は、ポンプ３１とバルブ３３とを接続し、ポンプ３１から送出された冷媒をバルブ３３へ流すための冷媒流路である。バッテリ熱交換流路３２は、バッテリ１００、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００、及び車載充電器３００の近傍を通過するように配置される。バッテリ熱交換流路３２は、スチールパイプ等の金属により構成される。例えば、バッテリ熱交換流路３２は、バッテリ１００に含まれる複数のバッテリセル１０１〜１０６ごとに分岐され、複数のバッテリセル１０１〜１０６各々の近傍を通過するように配置される。
【００１６】
ポンプ３１から送出された冷媒は、バッテリ熱交換流路３２に沿って複数のバッテリセル１０１〜１０６各々の近傍を通過する。複数のバッテリセル１０１〜１０６各々の近傍を通過する冷媒は、複数のバッテリセル１０１〜１０６各々と熱交換する。複数のバッテリセル１０１〜１０６各々と熱交換した冷媒は、一つの流路に集約される。さらに、一つの流路に集約された冷媒は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００、及び車載充電器３００を含む流路と、熱交換する構成を有しないバイパス流路とに分岐される。ＤＣ−ＤＣコンバータ２００、及び車載充電器３００を含む流路に分岐された冷媒は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００、及び車載充電器３００と熱交換し、バルブ３３へ流れる。バイパス流路に分岐された冷媒は、そのままバルブ３３へ流れる。
【００１７】
バルブ（流路選択部）３３は、バッテリ熱交換流路３２に接続される第１ポート３３１と、バルブ間流路３４に接続される第２ポート３３２と、チラー熱交換流路４０に接続される第３ポート３３３とからなる三方向電磁弁である。バルブ３３は、鉄等の金属やゴム等の樹脂により構成される。本実施形態におけるバルブ３３は、後述する切替制御部５により、各ポートの開閉を実行する。
【００１８】
バルブ間流路３４は、バルブ３３とバルブ３５とを接続し、上記バルブ３３の第２ポート３３２から吐出された冷媒をバルブ３５へ流すための冷媒流路である。バルブ間流路３４は、スチールパイプ等の金属により構成される。
【００１９】
バルブ（流路選択部）３５は、バルブ間流路３４に接続される第１ポート３５１と、ヒータ熱交換流路３６に接続される第２ポート３５２と、ラジエータ熱交換流路３８に接続される第３ポート３５３とからなる三方向電磁弁である。バルブ３５は、鉄等の金属やゴム等の樹脂により構成される。本実施形態におけるバルブ３５は、後述する切替制御部５により、各ポートの開閉を実行する。
【００２０】
ヒータ熱交換流路３６は、バルブ３５の第２ポート３５２とポンプ３１とを接続し、上記バルブ３５の第２ポート３５２から吐出された冷媒をポンプ３１へ流すための冷媒流路である。ヒータ熱交換流路３６は、スチールパイプ等の金属により構成される。例えば、ヒータ熱交換流路３６には、冷媒を加熱するヒータ３７が設けられている。ヒータ３７の内部を通過する冷媒は、ヒータ３７により加熱される。なお、ヒータ３７は、図示しない制御装置により、作動を制御される。ヒータ３７により加熱された冷媒は、ポンプ３１へ流れ、再び冷媒循環回路３を循環する。なお、ヒータ熱交換流路３６は、ラジエータ熱交換流路３８、及びチラー熱交換流路４０と、ポンプ３１手前の一部区間を共有している。
【００２１】
ラジエータ熱交換流路３８は、バルブ３５の第３ポート３５３とポンプ３１とを接続し、上記バルブ３５の第３ポート３５３から吐出された冷媒をポンプ３１へ流すための冷媒流路である。ラジエータ熱交換流路３８は、スチールパイプ等の金属により構成される。例えば、ラジエータ熱交換流路３８には、冷媒の熱を放出するラジエータ３９が設けられている。ラジエータ３９の内部を通過する冷媒は、ラジエータ３９により外気と熱交換し、熱が外気に放出される。ラジエータ３９により熱が放出された冷媒は、ポンプ３１へ流れ、再び冷媒循環回路３を循環する。
【００２２】
チラー熱交換流路４０は、バルブ３３の第３ポート３３３とポンプ３１とを接続し、上記バルブ３３の第３ポート３３３から吐出された冷媒をポンプ３１へ流すための冷媒流路である。チラー熱交換流路４０は、スチールパイプ等の金属により構成される。例えば、チラー熱交換流路４０には、冷媒を冷却するチラー４１が設けられている。チラー４１は、図示しないコンデンサにより液化凝縮された作動流体と冷媒循環回路３を循環する冷媒とを熱交換させるための装置である。チラー４１の内部を通過する冷媒は、チラー４１により冷却される。具体的には、チラー４１において作動流体が気化して冷媒の熱を奪うことにより、冷媒が冷却される。チラー４１により冷却された冷媒は、ポンプ３１へ流れ、再び冷媒循環回路３を循環する。
【００２３】
切替制御部５は、ハードウェア資源として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、及びＭＰＵ（Micro Processing Unit）等の所定のプロセッサを含む。例えば、切替制御部５は、冷媒の流路として、ヒータ熱交換流路３６と、ラジエータ熱交換流路３８と、チラー熱交換流路４０とのうちの少なくとも一つを選択する。例えば、切替制御部５は、冷媒の流路を選択するため、バルブ３３、及びバルブ３５の開閉制御を実行する。本実施形態に係る車両用温度管理装置１は、冷媒の流路として、ヒータ熱交換流路３６と、ラジエータ熱交換流路３８と、チラー熱交換流路４０とのうちの少なくとも一つを選択することで、対象機器を所望の温度にする。作動制御部７は、ハードウェア資源として、ＣＰＵ及びＭＰＵ等の所定のプロセッサを含む。例えば、作動制御部７は、チラー熱交換流路４０に設けられるチラー４１の作動を制御する。
【００２４】
ここで、切替制御部５における流路の切替制御と、作動制御部７におけるチラー４１の作動制御とについて詳しく説明する。
【００２５】
まず、本実施形態における切替制御部５は、上記対象機器を加熱する場合、冷媒の流路としてヒータ熱交換流路３６と、チラー熱交換流路４０とを選択する。具体的には、切替制御部５は、バルブ３３の第１ポート３３１と、第２ポート３３２と、第３ポート３３３とを開放する。また、切替制御部５は、バルブ３５の第１ポート３５１と、第２ポート３５２とを開放し、第３ポート３５３を閉鎖する。作動制御部７は、チラー４１を作動させない。これにより、冷媒をヒータ熱交換流路３６へ流し、ヒータ３７により冷媒を加熱する。また、冷媒をチラー熱交換流路４０へ流す。さらに、加熱した冷媒がポンプ３１、及びバッテリ熱交換流路３２を介して、複数のバッテリセル１０１〜１０６各々の近傍を通過する。これにより、複数のバッテリセル１０１〜１０６を加熱することができる。
【００２６】
ここで、チラー熱交換流路４０へ流した冷媒の圧力は、ヒータ熱交換流路３６へ流した冷媒の圧力より高い。これは、ヒータ３７において比較的大きな圧力損失が生じるためである。言い換えれば、冷媒をヒータ熱交換流路３６、及びチラー熱交換流路４０へ流すことにより、冷媒をヒータ熱交換流路３６にのみ流す場合と比較して、冷媒の圧力損失を抑制することができる。このため、冷媒循環回路における冷媒の圧力を維持することができる。すなわち、本実施形態に係る車両用温度管理装置１は、冷媒を循環させるためのポンプ３１の大型化やポンプ駆動に伴う電力消費量を抑制することができる。また、チラー４１を作動させないため、冷媒に影響を与えることがない。
【００２７】
次に、本実施形態における切替制御部５は、上記対象機器の熱を放出する場合、冷媒の流路としてラジエータ熱交換流路３８と、チラー熱交換流路４０とを選択する。具体的には、切替制御部５は、バルブ３３の第１ポート３３１と、第３ポート３３３と、第２ポート３３２とを開放する。また、切替制御部５は、バルブ３５の第１ポート３５１と、第３ポート３５３とを開放し、第２ポート３５２を閉鎖する。作動制御部７は、チラー４１を作動させない。これにより、冷媒をラジエータ熱交換流路３８へ流し、ラジエータ３９により冷媒の熱を放出する。また、冷媒をチラー熱交換流路４０へ流す。さらに、熱が放出された冷媒がポンプ３１、及びバッテリ熱交換流路３２を介して、複数のバッテリセル１０１〜１０６各々の近傍を通過する。これにより、複数のバッテリセル１０１〜１０６の熱を放出することができる。
【００２８】
ここで、チラー熱交換流路４０へ流した冷媒の圧力は、ラジエータ熱交換流路３８へ流した冷媒の圧力より高い。これは、ラジエータ３９において比較的大きな圧力損失が生じるためである。言い換えれば、冷媒をラジエータ熱交換流路３８、及びチラー熱交換流路４０へ流すことにより、冷媒をラジエータ熱交換流路３８にのみ流す場合と比較して、冷媒の圧力損失を抑制することができる。このため、冷媒循環回路における冷媒の圧力を維持することができる。すなわち、本実施形態に係る車両用温度管理装置１は、冷媒を循環させるためのポンプ３１の大型化やポンプ駆動に伴う電力消費量を抑制することができる。また、チラー４１を作動させないため、冷媒に影響を与えることがない。
【００２９】
次に、本実施形態における切替制御部５は、上記対象機器を冷却する場合、冷媒の流路としてチラー熱交換流路４０を選択する。具体的には、切替制御部５は、バルブ３３の第１ポート３３１と、第３ポート３３３とを開放し、第２ポート３３２とを閉鎖する。作動制御部７は、チラー４１を作動させる。これにより、冷媒をチラー熱交換流路４０へ流し、チラー４１により冷媒を冷却する。さらに、冷却された冷媒がポンプ３１、及びバッテリ熱交換流路３２を介して、複数のバッテリセル１０１〜１０６各々の近傍を通過する。これにより、複数のバッテリセル１０１〜１０６を冷却することができる。
【００３０】
（総括）
上記説明の通り、本実施形態に係る車両用温度管理装置１は、車両に搭載された温度調整対象機器と熱交換する冷媒が循環する冷媒循環回路３と、冷媒循環回路３において、冷媒を冷却するチラー４１を含むチラー熱交換流路４０と、冷媒循環回路３において、チラー熱交換流路４０と並列に設けられ、外気と冷媒とを熱交換させることで冷媒の熱を外気に放出するラジエータ３９を含むラジエータ熱交換流路３８と、冷媒循環回路３において、チラー熱交換流路４０、及びラジエータ熱交換流路３８と並列に設けられ、冷媒を加熱するヒータ３７を含むヒータ熱交換流路３６と、冷媒循環回路３における冷媒の流路として、チラー熱交換流路４０と、ラジエータ熱交換流路３８と、ヒータ熱交換流路３６とのうちの少なくとも１つを選択するバルブ３３、及びバルブ３５と、チラー熱交換流路４０と、ラジエータ熱交換流路３８と、ヒータ熱交換流路３６とのうちの少なくとも１つを選択するようにバルブ３３、及びバルブ３５を制御する切替制御部５と、チラーの作動を制御する作動制御部７と、を含む。
【００３１】
上記構成によれば、本実施形態に係る車両用温度管理装置１において、切替制御部５は、上記対象機器を加熱する場合、冷媒の流路としてヒータ熱交換流路３６と、チラー熱交換流路４０とを選択する。作動制御部７は、チラー４１を作動させない。これにより、冷媒をヒータ熱交換流路３６へ流し、ヒータ３７により冷媒を加熱する。また、冷媒をチラー熱交換流路４０へ流す。さらに、加熱した冷媒がポンプ３１、及びバッテリ熱交換流路３２を介して、複数のバッテリセル１０１〜１０６各々の近傍を通過する。これにより、複数のバッテリセル１０１〜１０６を加熱することができる。また、冷媒をヒータ熱交換流路３６、及びチラー熱交換流路４０へ流すことにより、チラー熱交換流路４０をバイパス流路として利用することができることから、冷媒をヒータ熱交換流路３６にのみ流す場合と比較して、冷媒の圧力損失を抑制することができる。このため、冷媒循環回路における冷媒の圧力を維持することができる。また、チラー４１を作動させないため、冷媒に影響を与えることがない。
【００３２】
次に、本実施形態における切替制御部５は、上記対象機器の熱を放出する場合、冷媒の流路としてラジエータ熱交換流路３８と、チラー熱交換流路４０とを選択する。作動制御部７は、チラー４１を作動させない。これにより、冷媒をラジエータ熱交換流路３８へ流し、ラジエータ３９により冷媒の熱を放出する。また、冷媒をチラー熱交換流路４０へ流す。さらに、熱が放出された冷媒がポンプ３１、及びバッテリ熱交換流路３２を介して、複数のバッテリセル１０１〜１０６各々の近傍を通過する。これにより、複数のバッテリセル１０１〜１０６の熱を放出することができる。また、冷媒をラジエータ熱交換流路３８、及びチラー熱交換流路４０へ流すことにより、チラー熱交換流路４０をバイパス流路として利用することができることから、冷媒をラジエータ熱交換流路３８にのみ流す場合と比較して、冷媒の圧力損失を抑制することができる。このため、冷媒循環回路における冷媒の圧力を維持することができる。また、チラー４１を作動させないため、冷媒に影響を与えることがない。
【００３３】
かくして、本実施形態に係る車両用温度管理装置１は、冷媒を循環させるためのポンプ３１の大型化やポンプ駆動に伴う電力消費量を抑制することができる。
【００３４】
また、本実施形態に係る車両用温度管理装置１は、同一の流量を維持するために、より低い回転数で動作することができるので、ポンプ３１によるエネルギー消費を低減することができる。結果として、本実施形態に係る車両用温度管理装置１は、エネルギー効率と走行距離の向上をもたらす。
【００３５】
また、冷媒の圧力損失を抑制するために、ヒータ３７、ラジエータ３９、及びチラー４１をバイパスする専用のバイパス流路を設けることが考えられる。しかしながら、専用のバイパスラインを設ける場合、専用のバイパスラインを設けるためのスペース、及び追加コストが必要になる。一方、本実施形態に係る車両用温度管理装置１は、チラー熱交換流路４０をバイパス流路として利用するため、バルブ等の部品や複雑な回路構成を増やすことなく、冷媒の圧力損失を抑制することができる。
【００３６】
なお、上記実施形態に係る車両用温度管理装置１において、バッテリ１００は、複数のバッテリセル１０１〜１０６を含んでいる。しかしながら、本実施形態に係る車両用温度管理装置１は、これに限定されない。例えば、本実施形態に係る車両用温度管理装置１は、単体で車両に実装可能な大容量を有するバッテリモジュールに対して、車両用温度管理装置１を適用してもよい。
【００３７】
また、上記説明において用いた「所定のプロセッサ」という文言は、例えば、専用又は汎用のプロセッサ、を意味する。また、本実施形態の各構成要素（各処理部）は、単一のプロセッサに限らず、複数のプロセッサによって実現するようにしてもよい。さらに、複数の構成要素（複数の処理部）を、単一のプロセッサによって実現するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１  車両用温度管理装置
３  冷媒循環回路
５  切替制御部
７  作動制御部
３１  ポンプ
３２  バッテリ熱交換流路
３３  バルブ
３４  バルブ間流路
３５  バルブ
３６  ヒータ熱交換流路
３７  ヒータ
３８  ラジエータ熱交換流路
３９  ラジエータ
４０  チラー熱交換流路
４１  チラー
１００  バッテリ
１０１〜１０６  バッテリセル
２００  ＤＣ−ＤＣコンバータ
３００  車載充電器（オンボードチャージャー）
【図１】
2019047588.tif 000003