JP2014037182A - 電動車両用熱管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒サイクルにおける冷媒寝込みを解消できる電動車両用熱管理システムを提供する。
【解決手段】電動車両用熱管理システム１００は、蒸発部において吸熱し、凝縮部において放熱する、エアコン用冷媒ループ１０と、ヒータ用冷媒を、凝縮部１６と、車内放熱器３５と、車外放熱器３２と、の間で循環させるヒータ用冷媒ループ３０と、バッテリ用冷媒を、バッテリと、蒸発部１７と、バッテリ用冷媒と車内への導入空気との間で熱交換する熱交換器５６と、の間で循環させるバッテリ用冷媒ループ５０と、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、バッテリ用冷媒ループ５０を熱交換器５６を迂回する状態に切り換え、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低い場合、バッテリ用冷媒ループ５０を熱交換器５６を流れる状態に切り換える熱管理制御手段と、を備える。
【選択図】図１

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。

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。

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。

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。

特開２０１１−６８３４８号公報

しかし、上記特許文献１の空調システムは、冷房時と暖房時とで冷媒の流れる回路が異なるので、冷房時及び暖房時にそれぞれ冷媒が滞留する回路が存在することになる。冷媒流路に冷媒が滞留すると、液化して淀んだ状態（冷媒寝込み状態）となる。冷媒が寝込んだ分だけ冷媒サイクル内を循環する冷媒量が減少する。さらに、冷媒には各種可動部の潤滑性を上げるためオイルが溶け込んでいるが、冷媒が寝込むことで循環するオイル量も減少する。よって、サイクル運転中に過少冷媒及び過少オイル状態となる。

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、冷媒サイクルにおける冷媒寝込みを解消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。

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、蒸発部において吸熱し、凝縮部において放熱する、エアコン用冷媒ループと、ヒータ用冷媒を、エアコン用冷媒ループと共通の凝縮部と、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、ヒータ用冷媒から車外空気へと放熱させる車外放熱器と、の間で循環させるヒータ用冷媒ループと、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、バッテリ用冷媒と車内への導入空気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、バッテリ用冷媒が熱交換器を流れる状態と、バッテリ用冷媒が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、車室内空気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、バッテリ用冷媒ループを熱交換器を迂回する状態に切り換え、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低い場合、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。

上記態様によれば、空調モードにかかわらず、エアコン用冷媒はバッテリ用冷媒ループの蒸発部において吸熱し、ヒータ用冷媒ループの凝縮部において放熱するので、冷房時と暖房時とでエアコン用冷媒の流れる流路を変える必要がなく、冷媒の寝込み状態の発生を防止することができる。

本発明の実施形態に係る電動車両用熱管理システムの全体構成を示している。 電動車両用熱管理システムの制御システム図である。 電動車両用熱管理システムの処理内容を示したフローチャートである。 電動車両用熱管理システムの処理内容を示したフローチャートである。 電動車両用熱管理システムの処理内容を示したフローチャートである。 電動車両用熱管理システムの処理内容を示したフローチャートである。 電動車両用熱管理システムの処理内容を示したフローチャートである。 充電時における電動車両用熱管理システムの作動状態を示している。 バッテリ暖機時における電動車両用熱管理システムの作動状態を示している。 暖房時における電動車両用熱管理システムの作動状態を示している。 冷房時における電動車両用熱管理システムの作動状態を示している。 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の作動状態を示している。

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。

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。

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。

エアコンループ１０について説明する。

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、水コンデンサ１６、膨張弁１８、及びチラー１７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。

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。

水コンデンサ１６は、圧縮冷媒ガスと高水温ループの冷却水との間で熱交換を行って、圧縮冷媒ガスの熱を高水温ループ３０の冷却水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。

膨張弁１８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１８は感温式膨張弁（ＴＸＶ）であり、チラー１７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チラー１７に流入する冷媒量を制御する。

チラー１７は、エアコンループ１０の冷媒と低水温ループ５０の冷却水との間で熱交換を行って、低水温ループ５０の熱を吸収することで低水温ループ５０の冷却水を冷却し、液体冷媒を蒸発させて冷媒ガスとする。

次に、高水温ループ３０について説明する。

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。

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。

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、空調ユニット内に設けられ、冷却水と車室内への導入空気との間で熱交換を行って、冷却水の熱を車室内への導入空気へと放出することで導入空気を加熱し、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。

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。

次に、低水温ループ５０について説明する。

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、ＤＣ／ＤＣコンバータ５２、インバータ５３、チラー１７、クーラコア５６、ウォータジャケット５５、温水ヒータ５４の順に循環させる。

バッテリポンプ５１は、冷却水をＤＣ／ＤＣコンバータ５２へと送出する。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。

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、冷却水から冷媒へと熱が伝達される。

クーラコア５６は、空調ユニット内に設けられ、低水温ループ５０の冷却水と車室内への導入空気との間で熱交換を行って、車室内への導入空気の熱を吸収することで導入空気を冷却する。

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。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。

低水温ループ５０はさらに、チラー１７において放熱した冷却水を、クーラコア５６を迂回してウォータジャケット５５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、冷却水をクーラコア５６側へと流す流路を開閉するクーラコア電磁弁５９と、を備える。

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。

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。

高水温ループ３０のラジエータ３２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からの放熱を行うことが可能である。さらに、電動のラジエータファン２がラジエータ３２に隣接して設けられ、ラジエータファン２を作動させることでラジエータ３２からの放熱を強制的に行うことも可能である。

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。

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、クーラコア５６、ミックスドア４、及びヒータコア３５を備える。

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、クーラコア５６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。

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。

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２を参照しながら説明する。

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。

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、ラジエータファン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、クーラコア電磁弁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。

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。

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３〜図７を参照して説明する。

図３及び図４は、車両停車中であってバッテリ充電中（プラグイン状態）で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３及び図４に示す制御処理は、微小時間ごとに繰り返し行われる。

ステップＳ１においてコントローラ７０は、バッテリ１の充電量（ＳＯＣ）が７０％以上であるか否かを判定する。ＳＯＣが７０％以上であると判定されると処理がステップＳ２へ進み、ＳＯＣが７０％未満であると判定されると処理がステップＳ８へ進む。バッテリ充電時に放出される充電熱を優先的に使用するため、ＳＯＣが７０％以上となってから後述するステップＳ７において温水ヒータ５４を作動させる。つまり、温水ヒータ５４の作動を決定する閾値（７０％）は、ＳＯＣとバッテリ１の充電熱発生量との関係に基づいて適宜設定される。

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。なお、本制御処理はバッテリ充電時の処理であり、運転者は乗車していない状態（プラグイン状態）であるので、Ａ／Ｃコントローラ７５の設定温度は運転者が車両を停車させてプラグイン状態とした時点において設定されている設定温度が参照される。

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Ｓ５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。

ステップＳ４においてコントローラ７０は、低水温ループ５０の目標温度を３５℃に設定する。インテークドアは内気循環の位置に駆動され（ＲＥＣ）、デフ吹き出し口が開状態となるようにデフドアが駆動される（ＤＥＦ）。ミックスドア４は、空調ユニット内のクーラコア５６を通過した空気がすべてヒータコア３５を通過する、フルホット位置に駆動される（Ｆ／ＨＯＴ）。

ステップＳ５においてコントローラ７０は、低水温ループ５０の目標温度を３℃に設定する。インテークドアは内気循環の位置に駆動され（ＲＥＣ）、ベント吹き出し口が開状態となるようにベントドアが駆動される（ＶＥＮＴ）。ミックスドア４は、空調ユニット内のクーラコア５６を通過した空気がすべてヒータコア３５を通過しない、フルクール位置に駆動される（Ｆ／ＣＯＯＬ）。

低水温ループ５０の冷却水温度はバッテリ１の温度とほぼ等しくなるので、ステップＳ４、Ｓ５において設定される目標温度（３５℃、３℃）は、それぞれバッテリ１の仕様に基づき作動に好ましい温度の上限値及び下限値に設定される。

ステップＳ６においてコントローラ７０は、低水温ループ５０の冷却水温度が低水温ループ５０の目標温度以下であるか否かを判定する。冷却水温度が目標温度以下であると判定されると処理がステップＳ７へ進み、目標温度より高いと判定されると処理がステップＳ８へ進む。目標温度は、ステップＳ４又はステップＳ５において設定された低水温ループ５０の目標温度である。

ステップＳ７においてコントローラ７０は、温水ヒータ５４を作動させる。

ステップＳ８においてコントローラ７０は、温水ヒータ５４を停止させる。

ステップＳ９においてコントローラ７０は、バッテリ温度が許容温度以上であるか否かを判定する。バッテリ温度が許容温度以上であると判定されると処理がステップＳ１０へ進み、許容温度未満であると判定されると処理がステップＳ１１へ進む。許容温度は、ステップＳ４、Ｓ５において設定した低水温ループ５０の目標温度である。

ステップＳ１０においてコントローラ７０は、コンプレッサ１１を最小回転速度で回転するように駆動する。

ステップＳ１１においてコントローラ７０は、コンプレッサ１１を停止させる。

つまり、バッテリ１の充電熱、並びにＤＣ／ＤＣコンバータ５２及びインバータ５３の排熱だけで、低水温ループ５０の冷却水温度がバッテリ１の許容温度を超えるような場合には、コンプレッサ１１を駆動して冷却水を強制的に冷却する。

ステップＳ１２においてコントローラ７０は、空調モードが冷房モードであるか否かを判定する。冷房モードであると判定されると処理がステップＳ１３へ進み、暖房モードであると判定されると処理がステップＳ１４へ進む。

ステップＳ１３においてコントローラ７０は、ラジエータファン２を作動させる。つまり、冷房モードの場合には、コンデンサ１２において放熱を行う。

ステップＳ１４においてコントローラ７０は、ラジエータファン２を停止させる。

図４に移行して、ステップＳ１５においてコントローラ７０は、空調モードが暖房モードであるか否かを判定する。暖房モードであると判定されると処理がステップＳ１６へ進み、冷房モードであると判定されると処理がステップＳ１７へ進む。

ステップＳ１６においてコントローラ７０は、高水温ループ３０の目標温度を８０℃に設定する。暖房モードである場合には、水コンデンサ１６の凝縮熱を利用して車室内を予熱するので、目標温度が高めに設定される。

ステップＳ１７においてコントローラ７０は、高水温ループ３０の目標温度を６０℃に設定する。

ステップＳ１８においてコントローラ７０は、高水温ループ３０の冷却水温度が高水温ループ３０の目標温度以上であるか否かを判定する。冷却水温度が目標温度以上であると判定されると処理がステップＳ１９へ進み、目標温度未満であると判定されると処理がステップＳ２０へ進む。

ステップＳ１９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、ラジエータファン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、ステップＳ１８において、高水温ループ３０の冷却水温度が目標温度を超えた場合には、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。

ステップＳ２０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、ラジエータファン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。

ステップＳ２１においてコントローラ７０は、暖房時であって、かつ高水温ループ３０の冷却水温度が６０℃以上であるか否かを判定する。条件が成立すると判定されると処理がステップＳ２２へ進み、条件非成立であると判定されると処理がステップＳ２３へ進む。本ステップの判定条件の閾値である６０℃は、ブロアファン３を作動させて車室内を予熱するのに十分なヒータコア温度が確保できると判断できる程度の値に適宜設定される。

ステップＳ２２においてコントローラ７０は、ブロアファン３を最小回転速度となるように回転駆動させる。これにより、暖房モード時に室内に温風を供給して車室内を予熱（プレヒート）することができる。

ステップＳ２３においてコントローラ７０は、ブロアファン３を停止させる。

図５〜図７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５〜図７に示す制御処理は、微小時間ごとに繰り返し行われる。

ステップＳ３１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Ｓ３２へ進み、作動していないと判定されると処理が図６のステップＳ４５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。

ステップＳ３２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。

ステップＳ３３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Ｓ３４へ進み、暖房要求がないと判定されると処理がステップＳ４４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。

ステップＳ３４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、ラジエータファン２及びラジエータポンプ３１を停止させる。

ステップＳ３５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Ｓ３６へ進み、１５℃より高いと判定されると処理がステップＳ３７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。

ステップＳ３６においてコントローラ７０は、温水ヒータ５４を作動させる。

ステップＳ３７においてコントローラ７０は、温水ヒータ５４を停止させる。

ステップＳ３８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Ｓ４０へ進み、３５℃未満であると判定されると処理がステップＳ３９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。

ステップＳ３９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Ｓ３４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。

ステップＳ４０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。

つまり、上記ステップＳ３８〜Ｓ４０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。

ステップＳ４１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Ｓ４２へ進み、水温Ｘｍより低いと判定されると処理がステップＳ４３へ進む。水温Ｘｍは、ステップＳ３２において算出された目標吹き出し温度である。

ステップＳ４２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、ラジエータファン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。

ステップＳ４３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、ラジエータファン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。

一方、ステップＳ３３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Ｓ４４へ進み、コントローラ７０は、クーラコア電磁弁５９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、ラジエータファン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を閉状態とする。さらに、コントローラ７０は、低水温ループ５０の冷却水温度が３℃となるようにコンプレッサ１１の回転速度を制御する。

一方、ステップＳ３１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６のステップＳ４５へ進み、コントローラ７０は、ラジエータファン２及びラジエータポンプ３１を作動させる。

ステップＳ４６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Ｓ４７へ進み、３５℃より低いと判定されると処理がステップＳ４８へ進む。

ステップＳ４７においてコントローラ７０は、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において低水温ループ５０の冷却水から吸熱する。

ステップＳ４８においてコントローラ７０は、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。

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から吸熱してラジエータ３２から放熱する。

図７に移って、ステップＳ４９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Ｓ５０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。

ステップＳ５０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、クーラコア電磁弁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。

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の冷却水をクーラコア５６に循環させ、クーラコア５６から車室内への導入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。

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、クーラコア５６を通過する空気量が最大となるので、クーラコア５６からの放熱をより促進することができる。

次に、電動車両用熱管理システム１００の作動状態について図８〜図１２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。

図８は、バッテリ充電時における電動車両用熱管理システム１００の作動状態を示す回路図である。

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、水コンデンサ１６、膨張弁１８、チラー１７の順に循環させる。

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、ＤＣ／ＤＣコンバータ５２、インバータ５３、チラー１７、バイパス電磁弁５８、ウォータジャケット５５、温水ヒータ５４の順に循環させる。

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、さらにラジエータポンプ３１が作動していないので、冷却水はモータ３３及びラジエータ３２には流れない。

これにより、バッテリ充電時には、バッテリ１の充電熱、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、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。

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の余剰の熱を吸熱する。高水温ループ３０では、水コンデンサ１６で加熱された冷却水をヒータコア３５へと循環させる。

図９は、バッテリ暖機時における電動車両用熱管理システム１００の作動状態を示す回路図である。

この場合、コンプレッサ１１、ラジエータポンプ３１、及びＨ／Ｃポンプ３４は作動しないので、エアコンループ１０及び高水温ループ３０では冷媒及び冷却水は循環しない。

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、ＤＣ／ＤＣコンバータ５２、インバータ５３、チラー１７、バイパス電磁弁５８、ウォータジャケット５５、温水ヒータ５４の順に循環させる。さらに、温水ヒータ５４を作動させて冷却水を加温する。エアコンループ１０には冷媒が流れていないので、チラー１７において熱交換は行われない。

これにより、バッテリ暖機時には、バッテリ１の充電熱、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、さらに、温水ヒータ５４により冷却水を加熱して冷却水を適切な温度で循環させることでバッテリ１を暖機することができる。

図１０は、暖房時における電動車両用熱管理システム１００の作動状態を示す回路図である。

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、水コンデンサ１６、膨張弁１８、チラー１７の順に循環させる。

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、ＤＣ／ＤＣコンバータ５２、インバータ５３、チラー１７、バイパス電磁弁５８、ウォータジャケット５５、温水ヒータ５４の順に循環させる。

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。

これにより、暖房時には、バッテリ１の充電熱、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、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。

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の余剰の熱を吸熱する。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。

図１１は、冷房時における電動車両用熱管理システム１００の作動状態を示す回路図である。

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、水コンデンサ１６、膨張弁１８、チラー１７の順に循環させる。

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、ＤＣ／ＤＣコンバータ５２、インバータ５３、チラー１７、クーラコア電磁弁５９、クーラコア５６、ウォータジャケット５５、温水ヒータ５４の順に循環させる。

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。さらに、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。

これにより、冷房時には、バッテリ１の充電熱、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。さらに、クーラコア５６において車室内への導入空気から冷却水に吸熱させることで車室内への導入空気を冷却する。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。

エアコンループ１０では、チラー１７において低水温ループ５０の余剰の熱を吸熱し、水コンデンサ１６において熱を冷媒から高水温ループ３０の冷却水へと伝達する。高水温ループ３０では、水コンデンサ１６において吸収した熱及びモータ３３の排熱をラジエータ３２から放出する。

図１２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の作動状態を示す回路図である。

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。

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、クーラコア電磁弁５９を開放して、冷却水がクーラコア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、車室内へと導入される空気量を増加させる。これにより、クーラコア５６から車室内の導入空気へと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。

以上のように本実施形態では、空調モードにかかわらず、エアコンループ１０の冷媒は低水温ループ５０のチラー１７においてのみ吸熱し、高水温ループ３０の水コンデンサ１６においてのみ放熱するので、冷房時と暖房時とでエアコンループ１０の冷媒の流れる流路を変える必要がなく、冷媒の寝込み状態の発生を防止することができる。

空調モードが暖房モードである場合、低水温ループ５０では冷却水がクーラコア５６を迂回するように循環させ、高水温ループ３０では冷却水がヒータコア３５へと流れるように循環させる。空調モードが冷房モードである場合、低水温ループ５０では冷却水がクーラコア５６を流れるように循環させ、高水温ループ３０では冷却水がラジエータ３２へと流れるように循環させる。これにより、エアコンループ１０の冷媒の流路を変えることなく、所望の暖房性能及び冷房性能を確保することができる。

また、エアコンループ１０を簡素化することができるので、必要な冷媒量を削減することができ、システム全体を省スペース化及び軽量化することができる。さらに、冷媒の配管の接続部を減らすことができるので、冷媒の漏れ量を低減することができる。さらに、エアコンループ１０の簡素化によりコンプレッサ１１の防音対策及び防振対策をより容易に行うことができる。

さらに、車内への導入空気を冷却するクーラコア５６を低水温ループ５０に設けたので、温水パイプだけの配回しで空調ユニットを構成することができ、例えば天井エアコンやリアエアコンに応用することが容易となり、車両への搭載性を向上させることができる。

さらに、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を強制的に停止させた場合には、クーラコア電磁弁５９を開弁し、低水温ループ５０の冷却水をクーラコア５６へと循環させるので、低水温ループ５０の冷却水の熱をクーラコア５６から車室内への導入空気へ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。

さらに、バッテリ１の充電中にバッテリ１から発生する充電熱をバッテリ１の冷却システムである低水温ループ５０の熱マスを利用して蓄熱することができる上に、余剰の熱はエアコンループ１０によって吸熱することができる。よって、バッテリ１の充電熱を効率よく蓄熱しつつ、バッテリ温度を所望の温度範囲内に制御することができる。

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。

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。

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。

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。

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。

１ バッテリ
１０ エアコンループ（エアコン用冷媒ループ）
１１ コンプレッサ（圧縮部）
１３ 膨張弁（減圧部）
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）
３２ ラジエータ（車外放熱器）
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）
５４ 温水ヒータ（加熱器）
５６ クーラコア（熱交換器）
５８ バイパス電磁弁（切り換え手段）
５９ クーラコア電磁弁（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

Claims (3)

1. 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、前記蒸発部において吸熱し、前記凝縮部において放熱する、エアコン用冷媒ループと、
   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、ヒータ用冷媒から車外空気へと放熱させる車外放熱器と、の間で循環させるヒータ用冷媒ループと、
   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、バッテリ用冷媒と車内への導入空気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、バッテリ用冷媒が前記熱交換器を流れる状態と、バッテリ用冷媒が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、
   車室内空気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、前記バッテリ用冷媒ループを前記熱交換器を迂回する状態に切り換え、前記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。
2. 請求項１に記載の電動車両用熱管理システムであって、
   前記熱管理制御手段は、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車内への導入空気へと放熱する、
   ことを特徴とする電動車両用熱管理システム。
3. 請求項１又は請求項２に記載の電動車両用熱管理システムであって、
   バッテリ用冷媒を加熱する加熱器を備え、
   前記熱管理制御手段は、前記バッテリが外部電源から供給される電力を蓄える状態である充電中、バッテリ用冷媒の温度がバッテリ用冷媒目標温度より低い場合、前記加熱器によってバッテリ用冷媒を加熱し、バッテリ用冷媒の温度が前記バッテリ用冷媒目標温度より高い場合、エアコン用冷媒を循環させて前記蒸発部においてバッテリ用冷媒から吸熱させる、
   ことを特徴とする電動車両用熱管理システム。

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