JP2014037181A - Thermal management system for electric vehicle - Google Patents
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Description
本発明は、電動車両に搭載される電動車両用熱管理システムに関する。 The present invention relates to an electric vehicle thermal management system mounted on an electric vehicle.
電動モータの駆動力によって走行する電動車両は、エンジンを搭載していないので、暖房時にエンジンの排熱を利用することができない。また、ハイブリッド車両のようにエンジンを搭載した電動車両においても、エンジンを常時運転させているわけではないので、暖房時の熱量が不足する。そこで、暖房時には、電動コンプレッサを備えた冷媒サイクルによって構成される空調装置によって車室内温度を上昇させている。 Since the electric vehicle that travels by the driving force of the electric motor is not equipped with an engine, the exhaust heat of the engine cannot be used during heating. Further, even in an electric vehicle equipped with an engine such as a hybrid vehicle, the engine is not always operated, so that the amount of heat during heating is insufficient. Therefore, during heating, the passenger compartment temperature is raised by an air conditioner configured by a refrigerant cycle provided with an electric compressor.
しかし、空調装置を作動させた分だけバッテリに蓄電された電力が消費されるので、車両の航続可能距離が低下する。 However, since the electric power stored in the battery is consumed as much as the air conditioner is operated, the cruising range of the vehicle is reduced.
特許文献1は、空調装置を構成する冷媒サイクルとは別に、バッテリを冷却する冷却水回路を備え、冷媒と冷却水との間で熱交換可能な空調システムを開示している。この空調システムは、充電中にバッテリを加熱しておき、車両の動作中であって暖房を使用する際に、バッテリに蓄熱された熱を利用する。
しかし、上記特許文献1の空調システムは、冷媒サイクルのコンプレッサが故障して停止した場合、バッテリを冷却する冷却水回路から放熱することができなくなる。これにより、コンプレッサの故障時にはバッテリ温度が上昇してバッテリが劣化する可能性がある。
However, the air conditioning system of
また、バッテリ温度の上昇を抑えるため、コンプレッサが故障した場合には直ちに電動モータの駆動を停止させることも考えられるが、これでは電動モータの駆動を停止している間、車両を走行させることができなくなる。 In addition, in order to suppress an increase in battery temperature, it may be possible to immediately stop the driving of the electric motor when the compressor breaks down. However, in this case, the vehicle can be run while the driving of the electric motor is stopped. become unable.
本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたもので、冷媒サイクルのコンプレッサが故障した場合にバッテリ温度の上昇を抑制することができる電動車両用熱管理システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such technical problems, and an object thereof is to provide a thermal management system for an electric vehicle that can suppress an increase in battery temperature when a compressor in a refrigerant cycle fails. To do.
本発明のある態様によれば、電動モータによって駆動される電動車両に用いられる車両用熱管理システムであって、エアコン用冷媒を圧縮する圧縮部と、エアコン用冷媒の熱を放熱してエアコン用冷媒を凝縮させる凝縮部と、エアコン用冷媒を膨張させて減圧させる減圧部と、エアコン用冷媒に熱を吸熱させてエアコン用冷媒を蒸発させる蒸発部とを有し、エアコン用冷媒を循環させるエアコン用冷媒ループと、バッテリ用冷媒を、電動モータへの供給電力を蓄電するバッテリと、エアコン用冷媒ループと共通の蒸発部と、車室内の空気を車室外へと放出する換気用のドラフタ内に設けられドラフタ内を流れる空気とバッテリ用冷媒との間で熱交換する熱交換器と、の間で循環させるバッテリ用冷媒ループと、バッテリ用冷媒ループを、熱交換器を流れる状態と、熱交換器を迂回する状態と、の間で切り換え可能な切り換え手段と、圧縮部がエアコン用冷媒を圧縮することができなくなった場合、バッテリ用冷媒ループを熱交換器を流れる状態に切り換え、熱交換器によってバッテリ用冷媒の熱をドラフタ内の空気へと放熱する熱管理制御手段と、を備えることを特徴とする電動車両用熱管理システムが提供される。 According to an aspect of the present invention, there is provided a thermal management system for a vehicle used in an electric vehicle driven by an electric motor, the compressor for compressing a refrigerant for an air conditioner, and heat for the air conditioner by radiating heat of the refrigerant for the air conditioner. An air conditioner having a condensing unit for condensing the refrigerant, a decompression unit for expanding and depressurizing the air conditioner refrigerant, and an evaporating unit for absorbing heat from the air conditioner refrigerant to evaporate the air conditioner refrigerant, and circulating the air conditioner refrigerant A refrigerant loop for the battery, a battery for storing the electric power supplied to the electric motor, an evaporator common to the refrigerant loop for the air conditioner, and a ventilation drafter for releasing the air in the passenger compartment to the outside of the passenger compartment A heat exchanger that circulates between the heat exchanger that exchanges heat between the air that flows in the drafter and the battery refrigerant, and that exchanges heat between the battery refrigerant loop and the battery refrigerant loop. Switching means that can be switched between a state of flowing through the air conditioner and a state of bypassing the heat exchanger, and the compressor refrigerant unit can no longer compress the air conditioner refrigerant, the battery refrigerant loop is connected to the heat exchanger. There is provided a heat management system for an electric vehicle, comprising: heat management control means for switching to a flowing state and radiating the heat of the battery refrigerant to the air in the drafter by a heat exchanger.
上記態様によれば、圧縮部が故障してエアコン用冷媒の循環が停止しても、熱交換器においてバッテリ用冷媒の熱を放熱することができるので、圧縮部故障時のバッテリ温度の上昇を抑制することができる。 According to the above aspect, since the heat of the battery refrigerant can be dissipated in the heat exchanger even if the compressor section fails and the circulation of the air conditioner refrigerant stops, the battery temperature rises when the compressor section fails. Can be suppressed.
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明に係る電動車両用熱管理システム100の全体構成を示している。
FIG. 1 shows the overall configuration of a
電動車両用熱管理システム100は、エアコンループ10と、高水温ループ30と、低水温ループ50と、を備える。
The electric vehicle
エアコンループ10について説明する。
The
エアコンループ10は、冷媒(例えばHFC134aなど)を、コンプレッサ11、コンデンサ12、膨張弁13、及びエバポレータ14の順に循環させる冷凍サイクルを構成する冷媒回路である。
The
コンプレッサ11は、電動モータによって駆動され、冷媒ガスを圧縮して高温高圧の圧縮冷媒ガスを吐出する。
The
コンデンサ12は、圧縮冷媒ガスと外気との間で熱交換を行って、圧縮冷媒ガスの熱を外気に放熱することで圧縮冷媒ガスを冷却し、凝縮させて液体冷媒とする。
The
膨張弁13は、高圧の液体冷媒を膨張させて低圧の液体冷媒とする。膨張弁13は感温式膨張弁(TXV)であり、エバポレータ14の出口における過熱度が予め設定した所定の状態となるようにエバポレータ14に流入する冷媒量を制御する。
The
エバポレータ14は、液体冷媒と車室内空気との間で熱交換を行って、車室内空気の熱を吸収することで車室内空気を冷却し、液体冷媒を蒸発させて冷媒ガスとする。
The
エアコンループ10はさらに、コンプレッサ11の下流側とコンデンサ12の下流側とをバイパスするバイパス流路15と、バイパス流路15の途中に設けられる水コンデンサ16と、エバポレータ14と並列に設けられるチラー17及び膨張弁18に冷媒を流す流路19と、を備える。
The
水コンデンサ16は高水温ループ30に設けられ、バイパス流路15を流れる冷媒と高水温ループ30を流れる冷媒との間で熱交換を行う熱交換器である。チラー17は低水温ループ50に設けられ、エアコンループ10の冷媒と低水温ループ50との間で熱交換を行う熱交換器である。チラー17への冷媒の流出入もエバポレータ14と同様に感温式膨張弁(TXV)を介して行われる。
The
エアコンループ10はさらに、コンプレッサ11の吐出冷媒をコンデンサ12側及びバイパス流路15側の少なくとも一方に流すように流路を切り換え可能な三方弁20と、バイパス流路15を流れる冷媒がコンデンサ12側に逆流することを防止する逆止弁21と、エバポレータ14への冷媒流路を開閉可能なエバ電磁弁22と、チラー17への冷媒流路を開閉可能なチラー電磁弁23と、を備える。
The
次に、高水温ループ30について説明する。
Next, the high
高水温ループ30は、冷却水(例えば不凍液など)を、ラジエータポンプ31、ラジエータ32、モータ33の順に循環させるとともに、H/Cポンプ34、ヒータコア35、水コンデンサ16の順に循環させる。つまり、高水温ループ30は、モータ33及び水コンデンサ16の少なくとも一方で吸熱した熱を、ラジエータ32及びヒータコア35の少なくとも一方で放熱する冷却水回路である。
The high
ラジエータポンプ31は、冷却水をラジエータ32へと送出する。ラジエータ32は、冷却水と車室外空気との間で熱交換を行って、冷却水の熱を車室外へと放出することで冷却水を冷却する。モータ33は、車両駆動用の電動モータであり、バッテリ1からの電力供給を受けて車両を駆動する。
The
H/Cポンプ34は、冷却水をヒータコア35へと送出する。ヒータコア35は、冷却水と車室内空気との間で熱交換を行って、冷却水の熱を車室内へと放出することで車室内空気を加熱し、冷却水を冷却する。水コンデンサ16は、エアコンループ10の冷媒と高水温ループ30の冷却水との間で熱交換を行う熱交換器であり、冷媒から冷却水へと熱が伝達される。
The H /
高水温ループ30はさらに、水コンデンサ16の下流側とラジエータポンプ31の上流側とを接続してモータ33をバイパスするバイパス流路36と、水コンデンサ16の下流側の冷却水をモータ33側及びバイパス流路36側の少なくとも一方に流すように流路を切り換え可能な水切り換え弁37と、を備える。
The high
次に、低水温ループ50について説明する。
Next, the low
低水温ループ50は、冷却水(例えば不凍液など)を、バッテリポンプ51、サブラジエータ56、DC/DCコンバータ52、インバータ53、温水ヒータ54、ウォータジャケット55、チラー17の順に循環させる。
The low
バッテリポンプ51は、冷却水をサブラジエータ56へと送出する。サブラジエータ56は、車両の後方に配置されるドラフタダクト6内に設けられ、ドラフタダクト6を通って車外へ放出される車室内空気と低水温ループ50の冷却水との間で熱交換を行う。
The
ドラフタダクト6は、図2に示すように、換気のために車室内空気を車外へと放出する通風路であり、空調ユニットによって車外の空気を導入した場合に生じる車室内と大気との気圧差によって車室内空気を車外へと放出する。ドラフタダクト6の入口6aは、例えばリアパーセルやリアシートの側部などに設けられ、出口6bはリアバンパの裏側などに設けられる。
As shown in FIG. 2, the draft duct 6 is a ventilation path that releases vehicle interior air to the outside of the vehicle for ventilation, and a pressure difference between the vehicle interior and the atmosphere that occurs when air outside the vehicle is introduced by the air conditioning unit. To release the vehicle interior air to the outside of the vehicle. The
DC/DCコンバータ52は、バッテリ1から供給された電力を例えば12Vに降圧し、駆動系(モータ33、インバータ53など)とは異なる電源系統(サブバッテリなど)へ出力される。インバータ53は、車両の要求駆動力に応じてバッテリ1の直流電力を交流電力に変換してモータ33へと供給する。バッテリ1は、車両駆動用のモータ33に供給する電力を蓄電し、バッテリ1と外気との間の断熱性を確保できる断熱構造となっている。
The DC /
温水ヒータ54は、例えばPTCヒータなどであり、バッテリ1から供給される電力によって発熱して冷却水を加熱する。ウォータジャケット55は、冷却水とバッテリ1との間で熱交換を行う熱交換器であり、バッテリモジュールとの接触面積が大きくなるようにバッテリ1に隣接して設けられる。チラー17は、低水温ループ50の冷却水とエアコンループ10の冷媒との間で熱交換を行う熱交換器であり、冷媒から冷却水へと熱が伝達される。
The
低水温ループはさらに、バッテリポンプ51から送出された冷却水を、サブラジエータ56を迂回してDC/DCコンバータ52へと送るバイパス流路57と、バイパス流路57を開閉可能なバイパス電磁弁58と、冷却水をサブラジエータ56側へと流す流路を開閉するサブRAD電磁弁59と、を備える。
The low water temperature loop further includes a
電動車両用熱管理システム100は、以上の3つのループから構成され、各ループ間で熱の伝達が行われる。
The electric vehicle
図2は、電動車両用熱管理システム100を適用した車両の一例を示す側面図である。
FIG. 2 is a side view showing an example of a vehicle to which the electric vehicle
高水温ループ30は、走行時にモータ33で生じる排熱及び水コンデンサ16から吸熱した熱により高温となるので、車両の走行風によって冷却水を効率的に冷却できるよう、車両の最前部に配設される。
Since the high
エアコンループ10は、空調ユニットを構成するエバポレータ14を有するので、車両前方であって車室内に近接する位置に配設される。
Since the
低水温ループ50は、車両中央の下部に搭載されるバッテリ1、エアコンループ10の冷媒と熱交換するチラー17、及びドラフタダクト6内に設けられるサブラジエータ56を循環するので、車室の最前部から最後部までにわたって設けられる。
The low
ここで、車両と車室外空気との間の熱の授受について説明する。 Here, the transfer of heat between the vehicle and the air outside the passenger compartment will be described.
高水温ループ30のラジエータ32とエアコンループ10のコンデンサ12とは、車両走行時の走行風を受ける位置に配設される。これにより、走行中は走行風によってラジエータ32及びコンデンサ12からの放熱を行うことが可能である。さらに、電動のコンデンサファン2がラジエータ32及びコンデンサ12に隣接して設けられ、コンデンサファン2を作動させることでラジエータ32及びコンデンサ12からの放熱を強制的に行うことも可能である。
The
さらに、車両と車室内空気との間の熱の授受について説明する。 Furthermore, heat transfer between the vehicle and the vehicle interior air will be described.
車室内の温度を調整する空調ユニットは、ブロアファン3、エバポレータ14、ミックスドア4、及びヒータコア35を備える。
The air conditioning unit that adjusts the temperature in the passenger compartment includes a
ブロアファン3によって、車室内の空気又は外気から選択的に取り入れられた空気は、エバポレータ14によって冷却され、ミックスドア4の開度に応じて再加熱された後、車室内への吹き出し口から車室内へと吹き出される。
The air selectively taken from the air in the vehicle interior or the outside air by the
空調ユニットに取り入れる空気を外気導入とするか内気循環とするかは、空調ユニットの最上流部に設けられるインテークドアの開度に応じて切り換えられる。ミックスドア4の開度は、設定温度や日射量センサの検出値などに基づいて設定される目標吹き出し温度に応じて設定される。車室内への吹き出し口であるデフ吹き出し口、ベント吹き出し口、及びフット吹き出し口の吹き出し割合は、各吹き出し口の開度を調整するデフドア、ベントドア、フットドアの開度によって調整される。 Whether the air taken into the air conditioning unit is the outside air introduction or the inside air circulation is switched according to the opening degree of the intake door provided in the most upstream part of the air conditioning unit. The opening degree of the mix door 4 is set according to a target blowing temperature set based on a set temperature, a detection value of a solar radiation amount sensor, or the like. The blowout ratios of the differential blowout port, vent blowout port, and foot blowout port that are blowout ports into the vehicle interior are adjusted by the opening degree of the differential door, the vent door, and the foot door that adjust the opening degree of each blowout port.
また、サブラジエータ56は、車室内空気がドラフタダクト6内を通って車外へ放出される際に、ドラフタダクト6内の空気と低水温ループ50の冷却水との間で熱交換を行うことができる。低水温ループ50の冷却水が車室内空気の温度より低い場合、サブラジエータ56は車外へと放出される空気から排熱を回収する。低水温ループ50の冷却水が車室内空気の温度より高い場合、サブラジエータ56は冷却水から車外へと放出される空気へ放熱する。
Further, the sub-radiator 56 can exchange heat between the air in the draft duct 6 and the cooling water in the low
次に、電動車両用熱管理システム100の動作制御を行うコントローラ70について図3を参照しながら説明する。
Next, the
コントローラ70は、車両が充電状態であることを検知する充電状態センサ71の検知信号、車室内空気の温度を検出する内気温度センサ72の検出信号、車室外空気の温度を検出する外気温度センサ73の検出信号、車両が受ける日射量を検出する日射量センサ74の検出信号、インストルメントパネル内に設置されたA/Cコントローラ75を運転者が操作することによって設定された設定温度や風量などの設定情報、低水温ループ50を循環する冷却水の温度を検出する低水温ループ温度センサ76の検出信号、高水温ループ30を循環する冷却水の温度を検出する高水温ループ温度センサ77の検出信号、及びエアコンループ10の冷媒圧力を検出する冷媒圧力センサ78の検出信号、を受信する。
The
コントローラ70は、受信された各種信号を処理して、ブロアファン3の風量、各ドアの開度、コンプレッサ11の回転速度、コンデンサファン2の作動、温水ヒータ54の作動、ラジエータポンプ31の作動、H/Cポンプ34の作動、バッテリポンプ51の作動、三方弁20の切り換え、水切り換え弁37の切り換え、エバ電磁弁22の開閉、チラー電磁弁23の開閉、サブRAD電磁弁59の開閉、バイパス電磁弁58の開閉、及びコーションランプ60の点灯状態、を制御する。
The
コーションランプ60は、コンプレッサ11が異常であることを運転者に通知する警告灯であり、例えば車室内のコンビネーションメータ内に設けられる。
The
次に、電動車両用熱管理システム100のコントローラ70で行われる処理内容について図4〜図6を参照して説明する。図4〜図6は、車両が運転状態(運転者が車両に搭乗している状態)にある場合にコントローラ70で行われる処理を示したフローチャートである。図4〜図6に示す制御処理は、微小時間ごとに繰り返し行われる。
Next, processing contents performed by the
ステップS1においてコントローラ70は、ブロアファン3が作動しているか否かを判定する。ブロアファン3が作動していると判定されると処理がステップS2へ進み、作動していないと判定されると処理が図5のステップS18へ進む。ブロアファン3は、車両の空調ユニットが作動している場合、例えば、運転者がA/Cコントローラ75を操作して空調を作動させている場合に、作動していると判定される。
In step S1, the
ステップS2においてコントローラ70は、目標吹き出し温度を算出する。目標吹き出し温度は、空調ユニットの設定温度、車室内空気温度、外気温度、及び車両が受ける日射量等に基づいて算出される。例えば、A/Cコントローラ75において運転者がAUTOスイッチを押してオートモードに設定されている場合には、車室内空気温度が設定温度となるように目標吹き出し温度が自動的に算出される。
In step S2, the
ステップS3においてコントローラ70は、暖房要求があるか否かを判定する。暖房要求があると判定されると処理がステップS4へ進み、暖房要求がないと判定されると処理がステップS14へ進む。暖房要求の有無は、目標吹き出し温度と車室内空気温度とに基づいて、例えば、目標吹き出し温度が車室内空気温度より高い場合には暖房要求有り、目標吹き出し温度が車室内空気温度より低い場合には冷房要求有り、と判断される。
In step S3, the
ステップS4においてコントローラ70は、空調ユニットのエアコンサイクルを暖房モードに設定し、エバ電磁弁22を開状態とし、空調ユニット(HVAC)をオートモードに設定する。これにより、ブロアファン3の風量及び各ドア(インテークドア、ミックスドア、デフドア、ベントドア、フットドア)のドア位置は、車室内温度が設定温度となるように自動制御される。これに伴って、コンデンサファン2及びラジエータポンプ31を停止させ、バイパス電磁弁58を開状態とする。
In step S4, the
ステップS5においてコントローラ70は、低水温ループ50の冷却水温度が15℃以下であるか否かを判定する。冷却水温度が15℃以下であると判定されると処理がステップS6へ進み、15℃より高いと判定されると処理がステップS7へ進む。本ステップの判定の閾値である15℃は、バッテリ1の仕様に基づき作動に好ましい温度の下限値に適宜設定される。
In step S5, the
ステップS6においてコントローラ70は、温水ヒータ54を作動させる。
In step S6, the
ステップS7においてコントローラ70は、温水ヒータ54を停止させる。
In step S7, the
ステップS8においてコントローラ70は、低水温ループ50の冷却水温度が35℃以上であるか否かを判定する。冷却水温度が35℃以上であると判定されると処理がステップS10へ進み、35℃未満であると判定されると処理がステップS9へ進む。本ステップの判定の閾値である35℃は、バッテリ1の仕様に基づき作動に好ましい温度の上限値に適宜設定される。
In step S8, the
ステップS9においてコントローラ70は、コンプレッサ11を吹き出し温度追従制御とする。吹き出し温度追従制御とは、ステップS4において設定された空調ユニットのオートモードにおいて、目標吹き出し温度が所望の温度となるようにコンプレッサ11の回転速度を調整する制御である。
In step S9, the
ステップS10においてコントローラ70は、低水温ループ50の冷却水温度が35℃となるようにコンプレッサ11の回転速度を制御する。
In step S10, the
つまり、上記ステップS8〜S10において、低水温ループ50の冷却水温度が35℃以上となる場合には、暖房能力が余っていると判断して冷却水温度を35℃に保つようにコントローラ70はコンプレッサ11を制御する。
That is, in the above steps S8 to S10, when the cooling water temperature of the low
ステップS11においてコントローラ70は、高水温ループ30の冷却水温度が水温Xm以上であるか否かを判定する。冷却水温度が水温Xm以上であると判定されると処理がステップS12へ進み、水温Xmより低いと判定されると処理がステップS13へ進む。水温Xmは、ステップS2において算出された目標吹き出し温度である。
In step S11, the
ステップS12においてコントローラ70は、高水温ループ30をラジエータ回路とし、コンデンサファン2を作動させる。ラジエータ回路とは、高水温ループ30の冷却水がヒータコア35を循環するヒータコア回路に加えて、ラジエータポンプ31が駆動することで冷却水がラジエータ32にも循環する回路である。ラジエータ回路では、冷却水は水コンデンサ16において吸熱した熱をヒータコア35において車室内に排熱するのに加えて、ラジエータ32において車室外に排熱する。つまり、高水温ループ30の冷却水温度が水温Xm以上となった場合には、ラジエータ放熱によって高水温ループ30の冷却水を強制的に冷却する。
In step S12, the
ステップS13においてコントローラ70は、高水温ループ30をヒータコア回路とし、コンデンサファン2を停止させる。ヒータコア回路とは、高水温ループ30の冷却水がヒータコア35及び水コンデンサ16を循環する回路である。この場合には、高水温ループ30の冷却水はラジエータ放熱されない。
In step S13, the
一方、ステップS3において暖房要求がないと判定された場合、処理がステップS14へ進み、コントローラ70は、空調ユニットのエアコンサイクルを冷房モードに設定し、エバ電磁弁22を開状態とし、空調ユニット(HVAC)をオートモードに設定する。これにより、ブロアファン3の風量及び各ドア(インテークドア、ミックスドア、デフドア、ベントドア、フットドア)のドア位置は、車室内温度が設定温度となるように自動制御される。これに伴って、コンデンサファン2及びラジエータポンプ31を作動させ、バイパス電磁弁58を開状態とする。
On the other hand, if it is determined in step S3 that there is no heating request, the process proceeds to step S14, where the
ステップS15においてコントローラ70は、低水温ループ50の冷却水温度が35℃以下であるか否かを判定する。冷却水温度が35℃以下であると判定されると処理がステップS16へ進み、35℃より高いと判定されると処理がステップS17へ進む。本ステップの判定の閾値である35℃は、バッテリ1の仕様に基づき作動に好ましい温度の上限値に適宜設定される。
In step S15, the
ステップS16においてコントローラ70は、チラー電磁弁23を閉塞し、空調ユニット内のエバポレータ14直後の空気温度が3℃となるようにコンプレッサ11を制御する(エバ直3℃制御)。
In step S16, the
ステップS17においてコントローラ70は、チラー電磁弁23を開放し、空調ユニット内のエバポレータ14直後の空気温度が3℃となるようにコンプレッサ11を制御する。
In step S <b> 17, the
つまり、冷房モード時、バッテリ温度にかかわらずエバポレータ14の直後の空気温度が3℃となるようにコンプレッサ11を制御し、低水温ループ50の冷却水温度が35℃以上である場合にはチラー17を介して吸熱する。
That is, in the cooling mode, the
一方、ステップS1においてブロアファン3が停止していると判定された場合、処理が図5のステップS18へ進み、コントローラ70は、空調ユニットのエアコンサイクルを冷房モードに設定し、エバ電磁弁22を閉状態とする。これに伴って、コンデンサファン2及びラジエータポンプ31を作動させる。
On the other hand, if it is determined in step S1 that the
ステップS19においてコントローラ70は、低水温ループ50の冷却水温度が35℃以上であるか否かを判定する。冷却水温度が35℃以上であると判定されると処理がステップS20へ進み、35℃より低いと判定されると処理がステップS21へ進む。
In step S19, the
ステップS20においてコントローラ70は、チラー電磁弁23を開放し、コンプレッサ11を作動させる。これにより、エアコンループ10の冷媒はチラー17に流れ、低水温ループ50の冷却水から吸熱する。
In step S <b> 20, the
ステップS21においてコントローラ70は、チラー電磁弁23を閉塞し、コンプレッサ11を停止させる。これにより、エアコンループ10の冷媒の流れは停止する。
In step S <b> 21, the
つまり、空調がオフの場合であっても、バッテリ温度が高い場合にはチラー17から吸熱してコンデンサ12から放熱する。
That is, even when the air conditioning is off, if the battery temperature is high, the heat is absorbed from the
図6に移って、ステップS22においてコントローラ70は、暖房要求が有り且つ低水温ループ50の冷却水温度が車室内の温度より低いか否かを判定する。条件が成立する場合には処理がステップS24へ進み、条件非成立の場合には処理がステップS23へ進む。本ステップでは、電動車両用熱管理システム100が暖房熱を必要としており、なおかつドラフタダクト6から車外に排出される空気から排熱回収可能であるか否かを判定している。
Moving to FIG. 6, in step S <b> 22, the
ステップS23においてコントローラ70は、バイパス電磁弁58を開状態とする。これにより、低水温ループ50の冷却水はサブラジエータ56を迂回して循環する。
In step S23, the
ステップS24においてコントローラ70は、サブRAD電磁弁59を開状態とする。これにより、低水温ループ50の冷却水はサブラジエータ56を経由して循環する。
In step S24, the
ステップS25においてコントローラ70は、コンプレッサ11が異常であるか否かを判定する。コンプレッサ11が異常であると判定されると処理がステップS26へ進み、異常でないと判定されると処理が終了する。コントローラ70は、冷媒圧力センサ78の検出値が所定の上限値以上又は下限値以下である場合、外気温度センサ73の異常時、各種センサとの通信異常時などに、コンプレッサ11が異常であると判定する。
In step S25, the
ステップS26においてコントローラ70は、コンプレッサ11を強制的に停止させる。さらに、コントローラ70は、バッテリポンプ51を作動させ、サブRAD電磁弁59を開状態とし、温水ヒータ54を停止させる。さらに、コントローラ70は、空調ユニットのブロアファン3のファンスピードを最高速度(Hi)に設定し、フットドアを駆動してフット吹き出し口を全開とし、インテークドアを駆動して外気導入モードとする。さらに、コントローラ70は、コンプレッサ11の異常を運転者に通知するコーションランプ60を点灯させる。
In step S26, the
上記のように、コンプレッサ11の異常時には、コンプレッサ11を強制的に停止させるので、エアコンループ10の冷媒の流れが停止し、チラー17における吸熱が行われなくなる。そこで、低水温ループ50の冷却水をサブラジエータ56に循環させ、サブラジエータ56から車外放出空気に放熱することで、低水温ループ50の冷却水温度の上昇を抑制する。
As described above, when the
さらに、外気導入モードに設定してブロアファン3のファンスピードを最高速度とすることで、ドラフタダクト6を介して車外へ排出される空気量が最大となるので、サブラジエータ56からの放熱をより促進することができる。
Furthermore, by setting the outside air introduction mode and setting the fan speed of the
次に、電動車両用熱管理システム100の動作について図7〜図9を参照して説明する。各図において、エアコンループ10、高水温ループ30、及び低水温ループ50の回路のうち、太線で示す部分が冷媒又は冷却水が流れる部分を示している。
Next, operation | movement of the
図7は、暖房時における電動車両用熱管理システム100の動作を示す回路図である。
FIG. 7 is a circuit diagram showing the operation of the electric vehicle
エアコンループ10では、コンプレッサ11が作動して冷媒を、三方弁20、水コンデンサ16、エバ電磁弁22、膨張弁13、エバポレータ14の順に循環させるとともに、これと並列に、三方弁20、水コンデンサ16、チラー電磁弁23、膨張弁18、チラー17の順に循環させる。冷媒の循環路は三方弁20及び逆止弁21によって規制されるので、冷媒はコンデンサ12側には流れない。
In the
低水温ループ50では、バッテリポンプ51が作動して冷却水を、サブRAD電磁弁59、サブラジエータ56、DC/DCコンバータ52、インバータ53、温水ヒータ54、ウォータジャケット55、チラー17の順に循環させる。また、低水温ループ50の冷却水の温度が車室内の温度以上である場合には、サブRAD電磁弁59が閉塞し、バイパス電磁弁58が開放して、冷却水はサブラジエータ56には流れない。
In the low
高水温ループ30では、H/Cポンプ34が作動して冷却水を、ヒータコア35、水コンデンサ16、水切り換え弁37、モータ33の順に循環させる。冷却水の循環路は、水切り換え弁37によって規制され、バイパス流路36の水切り換え弁37とH/Cポンプ34との間には冷却水は流れない。さらに、ラジエータポンプ31が作動していないので、冷却水はラジエータ32には流れない。
In the high
これにより、暖房時には、バッテリ1に蓄えられた熱及び充放電に伴って発生する熱、インバータ53及びDC/DCコンバータ52における熱損失に加えて、ドラフタダクト6を通って車外へ放出される車室内空気の排熱を低水温ループ50の冷却水に吸熱させ、必要に応じて冷却水を温水ヒータ54により加熱する。冷却水の熱はチラー17においてエアコンループ10の冷媒に伝達される。
Thus, during heating, in addition to the heat stored in the
さらに、エアコンループ10では、コンプレッサ11の吐出側の高温冷媒から水コンデンサ16によって熱を高水温ループ30の冷却水へと伝達し、チラー17において低水温ループ50の熱を吸熱する。高水温ループ30では、水コンデンサ16及びモータ33の排熱によって加熱された冷却水をヒータコア35へと循環させる。
Further, in the
図8は、冷房時における電動車両用熱管理システム100の動作を示す回路図である。
FIG. 8 is a circuit diagram showing the operation of the
エアコンループ10では、コンプレッサ11が作動して冷媒を、三方弁20、コンデンサ12、逆止弁21、エバ電磁弁22、膨張弁13、エバポレータ14の順に循環させるとともに、これと並列に逆止弁21の下流側で分岐して、チラー電磁弁23、膨張弁18、チラー17の順に循環させる。冷媒の循環路は三方弁20によって規制されるので、冷媒は水コンデンサ16側には流れない。
In the air-
低水温ループ50では、バッテリポンプ51が作動して冷却水を、バイパス電磁弁58、DC/DCコンバータ52、インバータ53、温水ヒータ54、ウォータジャケット55、チラー17の順に循環させる。
In the low
高水温ループ30では、ラジエータポンプ31が作動して冷却水を、ラジエータ32、モータ33の順に循環させる。H/Cポンプ34が作動していないので、冷却水はヒータコア35には流れることなく、モータ33とラジエータ32との間で循環する。
In the high
これにより、冷房時には、バッテリ1に蓄えられた熱及び充放電に伴って発生する熱、インバータ53及びDC/DCコンバータ52における熱損失を低水温ループ50の冷却水に吸熱させる。冷却水で余剰となった熱はチラー17においてエアコンループ10の冷媒に伝達する。
Thereby, at the time of cooling, the heat stored in the
さらに、エアコンループ10では、エバポレータ14において車室内に供給される空気から熱を吸熱するとともに、チラー17において低水温ループ50の余剰の熱を吸熱し、コンデンサ12において冷媒から外気へと放熱する。高水温ループ30では、モータ33の排熱をラジエータ32で放出する。
Further, in the
図9は、コンプレッサ異常時における電動車両用熱管理システム100の動作を示す回路図である。
FIG. 9 is a circuit diagram illustrating the operation of the electric vehicle
冷房時にコンプレッサ11が異常であると判定され、コンプレッサ11が強制的に停止すると、エアコンループ10の冷媒の流れが停止する。これにより、チラー17における低水温ループ50からの吸熱が停止する。
When it is determined that the
高水温ループ30では、エアコンループ10との熱伝達が行われていないので、コンプレッサ11が停止しても高水温ループ50の冷却水温度には影響しない。
In the high
しかし、低水温ループ50では、チラー17における吸熱が停止することで、バッテリ1、インバータ53、及びDC/DCコンバータ52の排熱により冷却水温度が上昇する。そこで、バイパス電磁弁58を閉塞し、サブRAD電磁弁59を開放して、冷却水がサブラジエータ56へと流れるように流路が切り換えられる。さらに、空調ユニットによって外気を最大風量で導入し、ドラフタダクト6から放出される空気量を増加させる。これにより、サブラジエータ56からドラフタダクト6内の空気へ放熱することができるので、冷却水温度の上昇速度を抑制することができる。
However, in the low
以上のように本実施形態では、コンプレッサ11が異常であると判定されコンプレッサ11を強制的に停止させた場合には、サブRAD電磁弁59を開弁し、低水温ループ50の冷却水をサブラジエータ56へと循環させるので、低水温ループ50の冷却水の熱をサブラジエータ56からドラフタダクト6の空気へと放熱することができる。これにより、コンプレッサ11の異常時にエアコンループ10の冷媒循環が停止してチラー17における低温冷媒からの放熱が停止しても、低水温ループ50の冷却水温度の上昇を抑制することができる。よって、コンプレッサ11が故障した場合であってもバッテリ温度の上昇を抑制して、車両の走行をより長く継続することができる。
As described above, in this embodiment, when it is determined that the
また、暖房要求があって、かつ低水温ループ50の冷却水温度が車室内温度より低い場合には、サブRAD電磁弁59を開弁し、低水温ループ50の冷却水をサブラジエータ56へと循環させるので、ドラフタダクト6を通って車室外へと放出される空気の排熱を冷却水に吸熱させることができる。これにより、暖房時にシステム全体として回収できる熱量が増大し、排熱利用量が増大するので、コンプレッサ11及び温水ヒータ54を使用する頻度が低下して車両の航続可能距離の低下を抑制することができる。
When there is a heating request and the cooling water temperature in the low
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例を示したものであり、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。 The embodiment of the present invention has been described above, but the above embodiment shows an application example of the present invention, and is not intended to limit the technical scope of the present invention to the specific configuration of the above embodiment.
例えば、上記実施形態では、温水ヒータ54の作動を判定する低水温ループ50の冷却水温度の閾値を15℃としたが、低水温ループ50に設けられるバッテリ1の作動温度として適切な範囲でその他の温度に設定されてもよい。
For example, in the above-described embodiment, the cooling water temperature threshold of the low
さらに、コンプレッサ11の制御の切り換えを判定する低水温ループ50の冷却水温度の閾値を35℃としたが、低水温ループ50に設けられるバッテリ1の作動温度として適切な範囲でその他の温度に設定されてもよい。
Furthermore, although the threshold value of the cooling water temperature of the low
さらに、チラー電磁弁23の開閉を判定する低水温ループ50の冷却水温度の閾値を35℃としたが、低水温ループ50に設けられるバッテリ1の作動温度として適切な範囲でその他の温度に設定されてもよい。
Furthermore, although the threshold value of the cooling water temperature of the low
さらに、上記閾値としての15℃及び35℃は、チャタリング防止のためディファレンシャル(ヒステリシス)を設け、水温が上昇時と低下時とで異なる温度に設定してもよい。 Further, the thresholds of 15 ° C. and 35 ° C. may be provided with a differential (hysteresis) to prevent chattering, and may be set to different temperatures when the water temperature rises and falls.
さらに、低水温ループ50及び高水温ループ30の冷却水は不凍液を例に挙げて説明したが、その他の冷媒、例えばオイルなどを用いてもよい。
Furthermore, although the cooling water of the low
1 バッテリ
6 ドラフタダクト(ドラフタ)
10 エアコンサイクル(エアコン用冷媒ループ)
11 コンプレッサ(圧縮部)
12 コンデンサ(凝縮部)
13 膨張弁(減圧部)
14 エバポレータ(蒸発部)
16 水コンデンサ(凝縮部)
17 チラー(蒸発部)
30 高水温ループ(ヒータ用冷媒ループ)
35 ヒータコア(車内放熱器)
50 低水温ループ(バッテリ用冷媒ループ)
56 サブラジエータ(熱交換器)
58 バイパス電磁弁(切り換え手段)
59 サブRAD電磁弁(切り換え手段)
70 コントローラ(熱管理制御手段)
100 電動車両用熱管理システム
1 Battery 6 Draft duct (drafter)
10 Air conditioner cycle (refrigerant loop for air conditioner)
11 Compressor (compression unit)
12 condenser (condensing part)
13 Expansion valve (pressure reduction part)
14 Evaporator
16 Water condenser (condensing part)
17 Chiller (evaporation part)
30 High water temperature loop (refrigerant loop for heater)
35 Heater core (in-vehicle radiator)
50 Low water temperature loop (battery refrigerant loop)
56 Sub-radiator (heat exchanger)
58 Bypass solenoid valve (switching means)
59 Sub RAD solenoid valve (switching means)
70 Controller (thermal management control means)
100 Thermal management system for electric vehicles
Claims (2)
エアコン用冷媒を圧縮する圧縮部と、エアコン用冷媒の熱を放熱してエアコン用冷媒を凝縮させる凝縮部と、エアコン用冷媒を膨張させて減圧させる減圧部と、エアコン用冷媒に熱を吸熱させてエアコン用冷媒を蒸発させる蒸発部とを有し、エアコン用冷媒を循環させるエアコン用冷媒ループと、
バッテリ用冷媒を、前記電動モータへの供給電力を蓄電するバッテリと、前記エアコン用冷媒ループと共通の前記蒸発部と、車室内の空気を車室外へと放出する換気用のドラフタ内に設けられ前記ドラフタ内を流れる空気とバッテリ用冷媒との間で熱交換する熱交換器と、の間で循環させるバッテリ用冷媒ループと、
前記バッテリ用冷媒ループを、前記熱交換器を流れる状態と、前記熱交換器を迂回する状態と、の間で切り換え可能な切り換え手段と、
前記圧縮部がエアコン用冷媒を圧縮することができなくなった場合、前記バッテリ用冷媒ループを前記熱交換器を流れる状態に切り換え、前記熱交換器によってバッテリ用冷媒の熱を前記ドラフタ内の空気へと放熱する熱管理制御手段と、
を備えることを特徴とする電動車両用熱管理システム。 A vehicle thermal management system used for an electric vehicle driven by an electric motor,
A compressor that compresses the air conditioner refrigerant, a condensing unit that dissipates heat from the air conditioner refrigerant to condense the air conditioner refrigerant, a decompression unit that expands and decompresses the air conditioner refrigerant, and an air conditioner refrigerant that absorbs heat. An air-conditioning refrigerant loop for circulating the air-conditioning refrigerant,
The battery refrigerant is provided in a battery that stores electric power supplied to the electric motor, the evaporator common to the air-conditioner refrigerant loop, and a ventilation drafter that discharges air in the passenger compartment to the outside of the passenger compartment. A heat exchanger for exchanging heat between the air flowing through the drafter and the battery refrigerant, and a battery refrigerant loop circulated between the heat exchanger and the battery refrigerant;
Switching means switchable between a state in which the battery refrigerant loop flows through the heat exchanger and a state in which the heat exchanger is bypassed;
When the compressor cannot compress the air conditioner refrigerant, the battery refrigerant loop is switched to the state of flowing through the heat exchanger, and the heat exchanger transfers the heat of the battery refrigerant to the air in the drafter. And heat management control means for radiating heat,
The thermal management system for electric vehicles characterized by comprising.
ヒータ用冷媒を、前記エアコン用冷媒ループと共通の前記凝縮部と、ヒータ用冷媒から車内への導入空気に放熱させる車内放熱器と、の間で循環させるヒータ用冷媒ループを備え、
前記熱管理制御手段は、車室内温度を調整する空調ユニットの目標吹き出し温度が車室内空気温度より高い場合であって、バッテリ用冷媒の温度が車室内空気温度より低い場合、前記バッテリ用冷媒ループを前記熱交換器を流れる状態に切り換え、前記熱交換器によって前記ドラフタ内を流れる空気からバッテリ用冷媒に吸熱させる、
ことを特徴とする電動車両用熱管理システム。 The heat management system for an electric vehicle according to claim 1,
A heater refrigerant loop that circulates the refrigerant for the heater between the condensing part in common with the refrigerant loop for the air conditioner and an in-vehicle radiator that radiates heat from the heater refrigerant to the air introduced into the vehicle;
In the case where the target blowout temperature of the air conditioning unit for adjusting the vehicle interior temperature is higher than the vehicle interior air temperature and the temperature of the battery coolant is lower than the vehicle interior air temperature, the thermal management control means Is switched to a state in which the heat exchanger flows, and the battery refrigerant absorbs heat from the air flowing in the draft by the heat exchanger.
The thermal management system for electric vehicles characterized by the above-mentioned.
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