JP2014121228A - Vehicle - Google Patents

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幸範 村上
Ryuta Ishida
竜太 石田
Takashi Furukawa
崇史 古川
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce electric power consumption in a vehicle configured to cool a motor drive device by using a vehicle air conditioner.SOLUTION: A vehicle includes: a motor generator; a PCU driving the motor generator by using electric power from a power storage device; and a cooling device 200. The cooling device 200 includes: a first circulation path for air-conditioning in the vehicle; a second circulation path for cooling the PCU; a water-cooled heat exchanger exchanging heat between the first and second circulation paths; a compressor installed in the first circulation path; and an electric pump 260 installed in the second circulation path. When the motor generator performs regenerative operation, an ECU 300 drives the compressor by using surplus electric power that cannot be stored in the power storage device out of regenerative electric power generated by the regenerative operation, and when the compressor can be driven at a higher load compared to the case where the regenerative operation is not performed by using the surplus electric power, the ECU 300 reduces rotating speed of the electric pump 260.

Description

本発明は車両に関し、より特定的には、蒸気圧縮式冷凍サイクルを利用して車両の駆動装置を冷却する冷却装置における電力消費量を削減するための技術に関する。   The present invention relates to a vehicle, and more particularly to a technique for reducing power consumption in a cooling device that cools a driving device of a vehicle using a vapor compression refrigeration cycle.

近年、環境問題対策の一つとして、モータの駆動力により走行するハイブリッド車、燃料電池車、電気自動車などが注目されている。このような車両において、モータ、ジェネレータ、インバータ、コンバータおよびバッテリなどの電気機器は、電力の授受によって発熱する。そのため、これらの電気機器を冷却する必要がある。そこで、車両用空調装置として使用される蒸気圧縮式冷凍サイクルを利用して、これらの発熱体を冷却する技術が提案されている。   In recent years, attention has been focused on hybrid vehicles, fuel cell vehicles, electric vehicles, and the like that travel with the driving force of a motor as one of the environmental countermeasures. In such a vehicle, electric devices such as a motor, a generator, an inverter, a converter, and a battery generate heat when power is transferred. Therefore, it is necessary to cool these electric devices. Therefore, a technique for cooling these heating elements using a vapor compression refrigeration cycle used as a vehicle air conditioner has been proposed.

特開平9−328013号公報(特許文献1)は、モータの駆動力により走行する車両において、車両用空調装置の冷媒流通経路と、モータ駆動装置の冷媒流通経路との間で熱交換を行なう構成が開示される。   Japanese Patent Laying-Open No. 9-328013 (Patent Document 1) discloses a configuration in which heat exchange is performed between a refrigerant flow path of a vehicle air conditioner and a refrigerant flow path of a motor drive device in a vehicle that travels by driving force of a motor. Is disclosed.

特開平9−328013号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-328013 特開2007−284011号公報JP 2007-284011 A 特開2005−104305号公報JP 2005-104305 A

特開平9−328013号公報(特許文献1)に開示された構成においては、車両用空調装置を用いてモータ駆動装置の冷媒を冷却するために、車両用空調装置に含まれる圧縮機(コンプレッサ)の負荷が増加し、それによって消費電力が増加する。   In the configuration disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-328013 (Patent Document 1), a compressor (compressor) included in the vehicle air conditioner is used to cool the refrigerant of the motor drive device using the vehicle air conditioner. Load increases, thereby increasing power consumption.

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、車両用空調装置を用いてモータ駆動装置を冷却するように構成された車両において、消費電力を削減することである。   The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to reduce power consumption in a vehicle configured to cool a motor driving device using a vehicle air conditioner. That is.

本発明による車両は、蓄電装置からの電力を用いて走行が可能な車両であって、回転電機と、蓄電装置からの電力を用いて回転電機を駆動する駆動装置と、冷却装置と、冷却装置を制御する制御装置とを備る。冷却装置は、車両空調用の第1の冷媒の第1の循環経路と、駆動装置を冷却する第2の冷媒の第2の循環経路と、第1の循環経路と第2の循環経路との間で熱交換を行なう熱交換器と、第1の循環経路に設けられ、第1の循環経路内に第1の冷媒を循環させるための圧縮機と、第2の循環経路に設けられ、第2の循環経路内に第2の冷媒を循環させるための電動ポンプとを含む。制御装置は、回転電機が回生動作を行なう場合に、回生動作により発生する回生電力のうち、蓄電装置に蓄電することができない余剰電力を用いて圧縮機を駆動し、余剰電力を用いて、回生動作を行なわない場合よりも高負荷で圧縮機を駆動できるときには、電動ポンプの回転速度を低下させる。   A vehicle according to the present invention is a vehicle that can travel using electric power from a power storage device, and includes a rotating electrical machine, a drive device that drives the rotating electrical machine using power from the power storage device, a cooling device, and a cooling device. And a control device for controlling. The cooling device includes: a first circulation path for the first refrigerant for vehicle air conditioning; a second circulation path for the second refrigerant that cools the driving apparatus; and the first circulation path and the second circulation path. A heat exchanger for exchanging heat between the first circulation path, a compressor for circulating the first refrigerant in the first circulation path, a second circulation path, And an electric pump for circulating the second refrigerant in the two circulation paths. When the rotating electrical machine performs a regenerative operation, the control device drives the compressor using surplus power that cannot be stored in the power storage device among the regenerative power generated by the regenerative operation, and regenerates using the surplus power. When the compressor can be driven with a higher load than when the operation is not performed, the rotational speed of the electric pump is decreased.

本発明によれば、車両用空調装置を用いてモータ駆動装置を冷却するように構成された車両において、消費電力を削減することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, power consumption can be reduced in the vehicle comprised so that a motor drive device might be cooled using a vehicle air conditioner.

本実施の形態に従う車両の全体ブロック図である。1 is an overall block diagram of a vehicle according to an embodiment. 図1の冷却装置の構成を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the structure of the cooling device of FIG. 本実施の形態において、モータジェネレータが回生動作を行なう場合の、回生要求電力、および実際の回生電力の流れを示す図である。In this Embodiment, it is a figure which shows the flow of regeneration request | requirement electric power and the actual regenerative electric power in case a motor generator performs regenerative operation. 本実施の形態において、ECUで実行される、回生動作時の冷却装置の制御を説明するためのフローチャートである。In this Embodiment, it is a flowchart for demonstrating control of the cooling device at the time of regeneration operation | movement performed by ECU. 図4におけるステップS200の詳細を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the detail of step S200 in FIG. 図4におけるステップS400の詳細を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the detail of step S400 in FIG.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.

[車両の構成]
図1は、本実施の形態に従う、蒸気圧縮式冷凍サイクルを利用した冷却装置200を搭載した車両100の全体ブロック図である。
[Vehicle configuration]
FIG. 1 is an overall block diagram of a vehicle 100 equipped with a cooling device 200 using a vapor compression refrigeration cycle according to the present embodiment.

図1を参照して、車両100は、蓄電装置110からの電力を用いて走行駆動力を得て走行するタイプの車両である。図1においては、車両100が電気自動車である場合を例として説明するが、車両100は内燃機関を有するハイブリッド車両や、燃料電池を搭載した燃料電池車であってもよい。   Referring to FIG. 1, vehicle 100 is a type of vehicle that travels by obtaining travel driving force using electric power from power storage device 110. In FIG. 1, the case where the vehicle 100 is an electric vehicle will be described as an example. However, the vehicle 100 may be a hybrid vehicle having an internal combustion engine or a fuel cell vehicle equipped with a fuel cell.

車両100は、蓄電装置110および冷却装置200に加えて、システムメインリレー(SMR)115、駆動装置であるPCU(Power Control Unit)120と、モータジェネレータ130と、駆動輪140と、制御装置であるECU(Electronic Control Unit)300とを備える。PCU120は、コンバータ121と、インバータ125とを含む。   In addition to power storage device 110 and cooling device 200, vehicle 100 is a system main relay (SMR) 115, a PCU (Power Control Unit) 120 that is a drive device, a motor generator 130, drive wheels 140, and a control device. ECU (Electronic Control Unit) 300 is provided. PCU 120 includes a converter 121 and an inverter 125.

蓄電装置110は、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。蓄電装置110は、たとえば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池または鉛蓄電池などの二次電池、あるいは電気二重層キャパシタなどの蓄電素子を含んで構成される。   The power storage device 110 is a power storage element configured to be chargeable / dischargeable. The power storage device 110 includes, for example, a secondary battery such as a lithium ion battery, a nickel metal hydride battery, or a lead storage battery, or a power storage element such as an electric double layer capacitor.

蓄電装置110は、電力線PL1,NL1を介してPCU120に接続される。そして、蓄電装置110は、車両100の駆動力を発生させるための電力をPCU120に供給する。また、蓄電装置110は、モータジェネレータ130で発電された電力を蓄電する。蓄電装置110の出力は、たとえば200V程度である。   Power storage device 110 is connected to PCU 120 via power lines PL1 and NL1. Then, power storage device 110 supplies power for generating driving force of vehicle 100 to PCU 120. The power storage device 110 stores the electric power generated by the motor generator 130. The output of power storage device 110 is, for example, about 200V.

蓄電装置110は、いずれも図示しないが電圧センサおよび電流センサを含み、これらのセンサによって検出された、蓄電装置110の電圧VBおよび電流IBをECU300へ出力する。   Although not shown, power storage device 110 includes a voltage sensor and a current sensor, and outputs voltage VB and current IB of power storage device 110 detected by these sensors to ECU 300.

SMR115は、蓄電装置110の正極端と電力線PL1との間に接続されるリレー、および蓄電装置110の負極端と電力線NL1との間に接続されるリレーを含む。そして、SMR115は、ECU300からの制御信号SE1に基づいて、蓄電装置110とPCU120との間での電力の供給と遮断とを切換える。   SMR 115 includes a relay connected between the positive terminal of power storage device 110 and power line PL1, and a relay connected between the negative terminal of power storage device 110 and power line NL1. SMR 115 switches between power supply and cutoff between power storage device 110 and PCU 120 based on control signal SE <b> 1 from ECU 300.

コンバータ121は、ECU300からの制御信号PWCに基づいて、蓄電装置110からの電力の昇圧、およびインバータ125からの電力の降圧を行なう。   Converter 121 boosts electric power from power storage device 110 and lowers electric power from inverter 125 based on control signal PWC from ECU 300.

インバータ125は、電力線PL2,NL1によって、コンバータ121に接続される。インバータ125は、ECU300からの制御信号PWIに基づいて制御される。インバータ125は、コンバータ121から供給される直流電力を交流電力に変換してモータジェネレータ130を駆動する。   Inverter 125 is connected to converter 121 through power lines PL2 and NL1. Inverter 125 is controlled based on control signal PWI from ECU 300. Inverter 125 converts DC power supplied from converter 121 into AC power and drives motor generator 130.

モータジェネレータ130は交流回転電機であり、たとえば、永久磁石が埋設されたロータを備える永久磁石型同期電動機である。モータジェネレータ130は、回生動作の場合には、駆動輪140からの回転力を用いて発電が可能である。蓄電装置110は、モータジェネレータ130の発電電力を用いて充電される。   Motor generator 130 is an AC rotating electric machine, for example, a permanent magnet type synchronous motor including a rotor in which permanent magnets are embedded. In a regenerative operation, motor generator 130 can generate power using the rotational force from drive wheel 140. Power storage device 110 is charged using the power generated by motor generator 130.

冷却装置200には、電力線PL1,NL1から電力が供給される。あるいは、冷却装置200は、PCU120に任意的に含まれるDC/DCコンバータ126から電力が供給される構成であってもよい。冷却装置200は、ECU300からの制御信号CTLにより制御され、車両100の車室内の空気温度を調整する。   Power is supplied to cooling device 200 from power lines PL1 and NL1. Alternatively, the cooling device 200 may be configured such that power is supplied from a DC / DC converter 126 that is optionally included in the PCU 120. Cooling device 200 is controlled by a control signal CTL from ECU 300 and adjusts the air temperature in the passenger compartment of vehicle 100.

また、冷却装置200の冷媒経路は、蓄電装置110、ならびにPCU120内のコンバータ121およびインバータ125にも配設される。上記の冷媒経路は、各機器を収納する筐体の周囲もしくは筐体内部を通過し、あるいは機器本体に内蔵される冷媒経路に結合される。蓄電装置110やPCU120内の機器は、走行時に電流が導通することによって発熱し得る。そのため、上記のように冷却装置200の冷媒をこれらの機器の冷媒経路に流すことによって、これらの機器を冷却することができる。冷却装置200の冷媒としては、たとえば二酸化炭素、プロパンやイソブタンなどの炭化水素、アンモニア、フロン類または水などを用いることができる。   In addition, the refrigerant path of cooling device 200 is also provided in power storage device 110 and converter 121 and inverter 125 in PCU 120. The refrigerant path passes through or around the casing that houses each device, or is coupled to a refrigerant path that is built in the device body. The devices in the power storage device 110 and the PCU 120 can generate heat when current is conducted during traveling. Therefore, these devices can be cooled by allowing the refrigerant of the cooling device 200 to flow through the refrigerant paths of these devices as described above. As the refrigerant of the cooling device 200, for example, carbon dioxide, hydrocarbons such as propane and isobutane, ammonia, chlorofluorocarbons or water can be used.

ECU300は、いずれも図1には図示しないがCPU(Central Processing Unit)、記憶装置および入出力バッファを含み、各センサ等からの信号の入力や各機器への制御信号の出力を行なうとともに、車両100および各機器の制御を行なう。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア(電子回路)で処理することも可能である。   ECU 300 includes a CPU (Central Processing Unit), a storage device, and an input / output buffer, all of which are not shown in FIG. 1, and inputs signals from each sensor and the like, and outputs control signals to each device. 100 and each device are controlled. Note that these controls are not limited to processing by software, and can be processed by dedicated hardware (electronic circuit).

ECU300は、蓄電装置110に備えられる電圧センサ,電流センサ(いずれも図示せず)からの電圧VBおよび電流IBの検出値を受け、蓄電装置110の充電状態SOC(State of Charge)を演算する。また、ECU300は、以下に詳述するように、冷却装置200の運転制御を行なう。   ECU 300 receives detection values of voltage VB and current IB from a voltage sensor and a current sensor (both not shown) provided in power storage device 110, and calculates a state of charge (SOC) of power storage device 110. ECU 300 controls the operation of cooling device 200 as will be described in detail below.

なお、図1においては、ECU300として1つの制御装置を設ける構成としているが、機能ごとまたは制御対象機器ごとに個別の制御装置を設ける構成としてもよい。   In FIG. 1, one control device is provided as the ECU 300, but a separate control device may be provided for each function or for each control target device.

[冷却装置の構成]
図2は、図1に示した冷却装置200の構成の一例を説明するためのブロック図である。図2を参照して、冷却装置200は、圧縮機210と、凝縮器220と、蒸発器230と、水冷熱交換器240と、膨張弁250,255と、電動ポンプ(ウォータポンプ)260とを含む。
[Configuration of cooling device]
FIG. 2 is a block diagram for explaining an example of the configuration of the cooling device 200 shown in FIG. Referring to FIG. 2, cooling device 200 includes a compressor 210, a condenser 220, an evaporator 230, a water-cooled heat exchanger 240, expansion valves 250 and 255, and an electric pump (water pump) 260. Including.

圧縮機210は、モータを動力源として作動し、冷媒ガスを断熱的に圧縮して過熱状態冷媒ガスとする。圧縮機210は、ECU300からの制御信号DRV1によって制御される。圧縮機210は、蒸気圧縮式冷凍サイクルの作動時に蒸発器230および/または水冷熱交換器240からの気相冷媒を吸入圧縮して、冷媒経路294に高温高圧の気相冷媒を吐出する。圧縮機210は、冷媒経路294に冷媒を吐出することで、蒸気圧縮式冷凍サイクルに冷媒を循環させる。   The compressor 210 operates using a motor as a power source and compresses the refrigerant gas in an adiabatic manner to form a superheated refrigerant gas. The compressor 210 is controlled by a control signal DRV1 from the ECU 300. The compressor 210 sucks and compresses the gas-phase refrigerant from the evaporator 230 and / or the water-cooled heat exchanger 240 during the operation of the vapor compression refrigeration cycle, and discharges the high-temperature and high-pressure gas-phase refrigerant to the refrigerant path 294. The compressor 210 circulates the refrigerant in the vapor compression refrigeration cycle by discharging the refrigerant into the refrigerant path 294.

圧縮機210の近傍には、圧縮機210の回転速度を検出するための回転センサ280が設けられる。回転センサ280は、検出した回転速度NcmpをECU300へ出力する。   A rotation sensor 280 for detecting the rotational speed of the compressor 210 is provided in the vicinity of the compressor 210. The rotation sensor 280 outputs the detected rotation speed Ncmp to the ECU 300.

凝縮器(COND)220は、圧縮機210において圧縮された過熱状態冷媒ガスを、外部媒体へ等圧的に放熱させて凝縮し冷媒液とする。圧縮機210から吐出された高圧の気相冷媒は、凝縮器220において周囲に放熱し冷却されることによって凝縮(液化)する。凝縮器220は、たとえば、冷媒を流通するチューブ、および、チューブ内を流通する冷媒と凝縮器220の周囲の空気との間で熱交換するためのフィンを含む。   The condenser (COND) 220 radiates the overheated refrigerant gas compressed in the compressor 210 to the external medium in an isobaric manner and condenses it into a refrigerant liquid. The high-pressure gas-phase refrigerant discharged from the compressor 210 is condensed (liquefied) by releasing heat to the surroundings in the condenser 220 and being cooled. The condenser 220 includes, for example, a tube that circulates the refrigerant, and fins for exchanging heat between the refrigerant that circulates in the tube and the air around the condenser 220.

凝縮器220は、冷却風と冷媒との間で熱交換を行なう。冷却風は、車両の走行によって発生する自然の通風によって凝縮器220に供給されてもよい。または冷却風は、コンデンサファンもしくはエンジン冷却用のラジエータファン(いずれも図示せず)などの、外気供給用ファンからの強制通風によって凝縮器220に供給されてもよい。凝縮器220における外気との熱交換によって、冷媒の温度は低下し冷媒は液化する。凝縮器220によって冷却された冷媒は、冷媒経路290へ吐出される。   The condenser 220 performs heat exchange between the cooling air and the refrigerant. The cooling air may be supplied to the condenser 220 by natural ventilation generated by traveling of the vehicle. Alternatively, the cooling air may be supplied to the condenser 220 by forced ventilation from an external air supply fan such as a condenser fan or a radiator fan for cooling the engine (both not shown). By the heat exchange with the outside air in the condenser 220, the temperature of the refrigerant decreases and the refrigerant liquefies. The refrigerant cooled by the condenser 220 is discharged to the refrigerant path 290.

膨張弁250は、冷媒経路290を流通する高圧の液相冷媒を小さな孔から噴射させることにより膨張させて、低温・低圧の霧状冷媒に変化させる。膨張弁250は、ECU300からの制御信号SIG1によって開度が調整される。   The expansion valve 250 expands the high pressure liquid phase refrigerant flowing through the refrigerant path 290 by injecting it from a small hole, and changes the low temperature / low pressure atomized refrigerant. The opening degree of the expansion valve 250 is adjusted by a control signal SIG1 from the ECU 300.

膨張弁250は、凝縮器220によって凝縮された冷媒液を減圧して、気液混合状態の湿り蒸気を生成し、冷媒経路291を介してその湿り蒸気を蒸発器230へ送る。なお、冷媒液を減圧するための減圧器は、絞り膨張する膨張弁250に限られず、毛細管または開度制御可能な制御弁であってもよい。   The expansion valve 250 decompresses the refrigerant liquid condensed by the condenser 220, generates wet vapor in a gas-liquid mixed state, and sends the wet vapor to the evaporator 230 via the refrigerant path 291. Note that the decompressor for decompressing the refrigerant liquid is not limited to the expansion valve 250 that performs expansion by expansion, and may be a capillary tube or a control valve capable of controlling the opening degree.

蒸発器230は、冷媒と空調用空気との間で熱交換して、空調用空気の温度を調節する。蒸発器230は、冷媒を流通するチューブ、および、チューブ内を流通する冷媒と蒸発器230の周囲の空気との間で熱交換するためのフィンを含む。チューブ内には、湿り蒸気状態の冷媒が流入する。冷媒は、チューブ内を流通する際に、フィンを経由して車室内の空気の熱を蒸発潜熱として吸収することによって蒸発し、さらに顕熱によって過熱蒸気になる。図示しない空調用ファンが駆動することにより、蒸発器230に空調用空気が供給される。空調用空気は、外気であってもよいし、あるいは車両の室内の空気であってもよい。   The evaporator 230 exchanges heat between the refrigerant and the air-conditioning air to adjust the temperature of the air-conditioning air. The evaporator 230 includes a tube through which the refrigerant flows, and fins for exchanging heat between the refrigerant flowing through the tube and the air around the evaporator 230. A wet steam refrigerant flows into the tube. When the refrigerant circulates in the tube, the refrigerant evaporates by absorbing the heat of the air in the vehicle interior as latent heat of evaporation via the fins, and further becomes superheated steam by sensible heat. Air conditioning air is supplied to the evaporator 230 by driving an air conditioning fan (not shown). The air for air conditioning may be outside air or air in a vehicle interior.

冷房運転時には、膨張弁250によって減圧された冷媒は、蒸発器230において、車両の室内へ流通する空調用空気から冷媒の湿り蒸気が蒸発して冷媒ガスとなる際の気化熱を吸収する。蒸発器230内の冷媒に熱が吸収されて温度が低下した空調用空気は、車両の室内に再び戻される。このようにして、車室内の冷房が行なわれる。   During the cooling operation, the refrigerant decompressed by the expansion valve 250 absorbs the heat of vaporization when the vapor of the refrigerant evaporates from the air-conditioning air flowing into the vehicle interior into the refrigerant gas in the evaporator 230. The air for air conditioning whose temperature has decreased due to the heat absorbed by the refrigerant in the evaporator 230 is returned again to the vehicle interior. In this way, the passenger compartment is cooled.

蒸発器230においては、空調用空気は冷却され、一方冷媒は空調用空気からの熱伝達を受けて周囲から吸熱し、加熱および気化される。蒸発器230により気化された冷媒は、冷媒経路293を通って圧縮機210へ送られる。   In the evaporator 230, the air-conditioning air is cooled, while the refrigerant receives heat transfer from the air-conditioning air, absorbs heat from the surroundings, and is heated and vaporized. The refrigerant evaporated by the evaporator 230 is sent to the compressor 210 through the refrigerant path 293.

冷却装置200は、膨張弁250から蒸発器230を通って圧縮機210へ向かって流れる冷媒の経路に並列に連結された水冷熱交換器240をさらに含む。   Cooling device 200 further includes a water-cooled heat exchanger 240 connected in parallel to a refrigerant path flowing from expansion valve 250 through evaporator 230 toward compressor 210.

冷媒経路290は、膨張弁255を介して水冷熱交換器240に結合される。膨張弁255は、上述の膨張弁250と同様の機能を有する。膨張弁255は、ECU300からの制御信号SIG2によって開度が調整され、冷媒経路290からの高圧の液相冷媒を低温・低圧の霧状冷媒に変化させる。   Refrigerant path 290 is coupled to water-cooled heat exchanger 240 via expansion valve 255. The expansion valve 255 has the same function as the expansion valve 250 described above. The opening of the expansion valve 255 is adjusted by a control signal SIG2 from the ECU 300, and changes the high-pressure liquid-phase refrigerant from the refrigerant path 290 into a low-temperature and low-pressure mist refrigerant.

膨張弁255は、凝縮器220によって凝縮された冷媒液を減圧して、気液混合状態の湿り蒸気を生成して冷媒経路292へ吐出する。冷媒経路292は、水冷熱交換器240の内部を通って冷媒経路293へ結合する。冷媒経路292を流通する湿り蒸気の冷媒は、水冷熱交換器240内部の冷媒(冷却水)との間で熱交換を行ない、水冷熱交換器240の冷却水を冷却する。冷媒経路292を流通する湿り蒸気は、水冷熱交換器240の冷却水からの熱を吸収することによって蒸発し、さらに顕熱によって過熱蒸気になり、冷媒経路293を通って圧縮機210へ送られる。   The expansion valve 255 depressurizes the refrigerant liquid condensed by the condenser 220, generates wet vapor in a gas-liquid mixed state, and discharges it to the refrigerant path 292. The refrigerant path 292 passes through the interior of the water-cooled heat exchanger 240 and is coupled to the refrigerant path 293. The wet steam refrigerant flowing through the refrigerant path 292 exchanges heat with the refrigerant (cooling water) inside the water-cooled heat exchanger 240 to cool the cooling water in the water-cooled heat exchanger 240. The wet steam flowing through the refrigerant path 292 evaporates by absorbing heat from the cooling water of the water-cooled heat exchanger 240, further becomes superheated steam by sensible heat, and is sent to the compressor 210 through the refrigerant path 293. .

水冷熱交換器240の冷却水は、図1における蓄電装置110やPCU120などの電気負荷270を冷却するための冷媒である。冷却水は、ウォータポンプ260により冷媒経路295を介して負荷270へ送られる。冷却水は、負荷270から熱を吸収した後に水冷熱交換器240へ送られ、冷媒経路292により再び冷却される。   The cooling water of the water-cooled heat exchanger 240 is a refrigerant for cooling the electrical load 270 such as the power storage device 110 or the PCU 120 in FIG. The cooling water is sent to the load 270 via the refrigerant path 295 by the water pump 260. The cooling water absorbs heat from the load 270 and then is sent to the water-cooled heat exchanger 240 and is cooled again by the refrigerant path 292.

ウォータポンプ260は、ECU300からの制御信号DRV2により回転速度が制御され、冷媒経路295への冷却水の吐出量が調整される。ウォータポンプ260は、蓄電装置110からの電力で駆動されてもよいし、図示しない低圧の補機バッテリからの電力で駆動されてもよい。   The rotation speed of the water pump 260 is controlled by a control signal DRV2 from the ECU 300, and the amount of cooling water discharged to the refrigerant path 295 is adjusted. Water pump 260 may be driven by electric power from power storage device 110 or may be driven by electric power from a low-voltage auxiliary battery (not shown).

なお、図2における制御信号DRV1,DRV2,SIG1,SIG2は、図1における制御信号CTLに相当する。   Note that the control signals DRV1, DRV2, SIG1, and SIG2 in FIG. 2 correspond to the control signal CTL in FIG.

また、図2において、圧縮機210によって冷媒が循環する経路が本発明の「第1の循環経路」に対応し、ウォータポンプ260によって冷却水が循環する経路が本発明の「第2の循環経路」に対応する。   In FIG. 2, the path through which the refrigerant circulates by the compressor 210 corresponds to the “first circulation path” of the present invention, and the path through which the cooling water circulates by the water pump 260 is the “second circulation path” of the present invention. ".

蓄電装置からの電力を用いて走行する車両においては、長い走行距離を可能とするためには、できるだけ消費電力を低減することが望まれる。   In a vehicle that travels using electric power from a power storage device, it is desirable to reduce power consumption as much as possible in order to enable a long travel distance.

上述のような、走行用の駆動装置を車両用空調装置で冷却するように構成された車両においては、車室内のみを空調する場合に比べて高い冷却能力が必要となるので、冷却装置の圧縮機の消費電力が増加するとともに、駆動装置を冷却するためのウォータンプの使用に伴う消費電力が必要となる。   As described above, in a vehicle configured to cool the driving device for traveling by the vehicle air conditioner, a higher cooling capacity is required as compared with the case where only the vehicle interior is air-conditioned. As the power consumption of the machine increases, the power consumption associated with the use of a water lamp for cooling the drive device is required.

ここで、駆動装置における放熱量Qは、冷却対象物であるPCU等の負荷の温度をTS、冷却水温度をTW、負荷と冷却水間の熱抵抗をRとすると、一般的に、式(1)のように表わすことができる。   Here, the heat radiation amount Q in the drive device is generally expressed by the following equation (TS) where TS is the temperature of a load such as a PCU to be cooled, TW is the cooling water temperature, and R is the thermal resistance between the load and the cooling water. It can be expressed as 1).

Q=(TS−TW)/R … (1)
式(1)において、冷却水温度TWは圧縮機の負荷すなわち回転速度に依存し、熱抵抗Rはウォータポンプの回転速度に依存する。
Q = (TS−TW) / R (1)
In Equation (1), the cooling water temperature TW depends on the load of the compressor, that is, the rotational speed, and the thermal resistance R depends on the rotational speed of the water pump.

本実施の形態においては、車両が減速する際の回生動作により発生する回生電力の余剰電力を利用して圧縮機を運転して、冷媒を必要とされる冷却能力以上に過冷却し、それに伴ってウォータポンプの回転速度を下げて流速を低下させて熱抵抗を上げることで、冷却効果を実質的に同程度とするように制御を実行する。   In the present embodiment, the compressor is operated using surplus power of the regenerative power generated by the regenerative operation when the vehicle decelerates, and the refrigerant is supercooled beyond the required cooling capacity. The control is executed so that the cooling effect is substantially the same by lowering the rotational speed of the water pump and lowering the flow velocity to increase the thermal resistance.

このようにすることによって、蓄電装置から持ち出される圧縮機およびウォータポンプを駆動するための電力量を低減できるので、車両全体としての電力効率を向上させることができる。   By doing in this way, since the electric energy for driving the compressor and water pump carried out from an electrical storage apparatus can be reduced, the power efficiency as the whole vehicle can be improved.

[制御内容の説明]
図3は、本実施の形態において、モータジェネレータ130が回生動作を行なう場合の、回生要求電力、および実際の回生電力の流れを示す図である。図3において、矢印AR1は要求される回生電力を示しており、矢印AR2は実際に発生された電力の流れを示している。
[Description of control contents]
FIG. 3 is a diagram showing a flow of regenerative power demand and actual regenerative power when motor generator 130 performs a regenerative operation in the present embodiment. In FIG. 3, an arrow AR1 indicates a required regenerative power, and an arrow AR2 indicates a flow of actually generated power.

図1および図3を参照して、本実施の形態においては、車両100が減速する際にモータジェネレータ130が回生動作を行なう場合には、モータジェネレータ130で発電された電力は、蓄電装置110の充電、および冷却装置200の圧縮機210の駆動に用いられる。   Referring to FIGS. 1 and 3, in the present embodiment, when motor generator 130 performs a regenerative operation when vehicle 100 decelerates, the electric power generated by motor generator 130 is stored in power storage device 110. Used for charging and driving the compressor 210 of the cooling device 200.

そのため、本実施の形態においては、ECU300は、蓄電装置110の充電に必要とされる電力Wbatと、圧縮機210の駆動に必要とされる電力Wcmpとを足し合わせた電力WINreq(=Wbat+Wcmp)を回生要求電力として設定し、この回生要求電力がモータジェネレータ130で生成されるようにPCU120を駆動する。このとき、圧縮機210の駆動に必要とされる電力Wcmpは、圧縮機210の定格電力の範囲内で、現在冷却装置200に必要とされている冷却能力から定まる圧縮機210の電力よりも大きい電力に設定される。   Therefore, in the present embodiment, ECU 300 provides electric power WINreq (= Wbat + Wcmp) obtained by adding electric power Wbat required for charging power storage device 110 and electric power Wcmp required for driving compressor 210. The PCU 120 is driven so that the regeneration required power is set by the motor generator 130. At this time, the electric power Wcmp required for driving the compressor 210 is larger than the electric power of the compressor 210 determined from the cooling capacity currently required for the cooling device 200 within the range of the rated power of the compressor 210. Set to power.

実際にモータジェネレータ130で発電される回生電力は、車両の走行状態(減速状態)によっては、回生要求電力WINreqに達しない場合も生じ得る。ECU300は、実際にモータジェネレータ130で発電された電力を、蓄電装置110を充電するために優先的に使用し(WINbat)、その余剰電力を圧縮機210の駆動電力(WINcmp)として使用する。   The regenerative power actually generated by the motor generator 130 may not reach the regenerative power demand WINreq depending on the traveling state (deceleration state) of the vehicle. ECU 300 preferentially uses the power actually generated by motor generator 130 to charge power storage device 110 (WINbat), and uses the surplus power as the driving power (WINcmp) of compressor 210.

このとき、圧縮機210に実際に供給される電力WINcmpが冷却装置200に必要な冷却能力から定まる圧縮機210の電力よりも大きい場合には、圧縮機210が高負荷になることによって冷却装置200内の冷媒が過冷却状態となる。これに伴って、ECU300は、車室内の冷風温度を維持するように膨張弁250の開度を調整するとともに、PCU120等の負荷の冷却能力を維持するようにウォータポンプ260の回転速度を低減する。   At this time, when the electric power WINcmp actually supplied to the compressor 210 is larger than the electric power of the compressor 210 determined from the cooling capacity necessary for the cooling device 200, the cooling device 200 becomes heavy due to the compressor 210 becoming a high load. The refrigerant inside becomes supercooled. Accordingly, ECU 300 adjusts the opening degree of expansion valve 250 so as to maintain the cool air temperature in the passenger compartment, and reduces the rotational speed of water pump 260 so as to maintain the cooling capacity of the load such as PCU 120. .

このように、車両の回生動作時の余剰電力を用いて圧縮機を駆動することによって、蓄電装置からの電力消費量を抑制するとともに、ウォータポンプの負荷を低減することによってウォータポンプの電力消費量を抑制することができる。すなわち、冷却装置の冷却能力を維持しつつ、電力消費量を低減することができる。   In this way, by driving the compressor using surplus power during the regenerative operation of the vehicle, the power consumption from the power storage device is suppressed, and the water pump load is reduced by reducing the load on the water pump. Can be suppressed. That is, power consumption can be reduced while maintaining the cooling capacity of the cooling device.

図4は、本実施の形態において、ECU300で実行される、回生動作時の冷却装置200の制御を説明するためのフローチャートである。図4および後述する図5,図6示されるフローチャートは、ECU300に予め格納されたプログラムが所定周期で実行されることによって処理が実現される。あるいは、一部または全部のステップについては、専用のハードウェア(電子回路)で処理を実現することも可能である。   FIG. 4 is a flowchart for illustrating control of cooling device 200 during the regenerative operation, which is executed by ECU 300 in the present embodiment. In the flowcharts shown in FIG. 4 and FIGS. 5 and 6 to be described later, the processing is realized by executing a program stored in the ECU 300 in a predetermined cycle. Alternatively, some or all of the steps can be realized by dedicated hardware (electronic circuit).

図4を参照して、ECU300は、ステップ(以下、ステップをSと略す。)100にて、回生動作が実行されるか否かを判定する。   Referring to FIG. 4, ECU 300 determines in step (hereinafter step is abbreviated as S) 100 whether or not a regenerative operation is to be executed.

回生動作が実行されない場合(S100にてNO)は、以降の処理がスキップされて、ECU300は処理を終了する。   If the regenerative operation is not executed (NO in S100), the subsequent processing is skipped, and ECU 300 ends the processing.

回生動作が実行される場合(S100にてYES)は、処理がS200に進められて、ECU300は、図5を用いて後述するような、回生要求電力の算出処理を実行する。そして、ECU300は、S300において、S200で算出された回生要求電力を満足するようにPCU120を駆動して、回生動作を実行する。   When the regenerative operation is executed (YES in S100), the process proceeds to S200, and ECU 300 executes a process for calculating the regenerative required power as described later with reference to FIG. In step S300, the ECU 300 drives the PCU 120 so as to satisfy the required regeneration power calculated in step S200, and executes a regeneration operation.

その後、ECU300は、S400にて、図6を用いて後述するように、実際にモータジェネレータ130で発電された電力を、蓄電装置110と圧縮機210へ振り分ける処理を行なう。   Thereafter, in S400, ECU 300 performs a process of distributing the electric power actually generated by motor generator 130 to power storage device 110 and compressor 210, as described later with reference to FIG.

図5は、図4におけるステップS200の、回生要求電力の算出処理の詳細を説明するためのフローチャートである。   FIG. 5 is a flowchart for explaining the details of the calculation process of the required regeneration power in step S200 in FIG.

図5を参照して、ECU300は、図4のS100で回生動作が実行されると判定されると(S100にてYES)、S210にて、蓄電装置110のSOCに基づいて、蓄電装置110を充電するための回生要求電力Wbatを演算する。   Referring to FIG. 5, when ECU 300 determines that the regenerative operation is to be executed in S100 of FIG. 4 (YES in S100), ECU 300 causes power storage device 110 to be connected based on the SOC of power storage device 110 in S210. The regeneration required power Wbat for charging is calculated.

また、ECU300は、S220にて、圧縮機210を高負荷で駆動するための回生要求電力Wcmpを演算する。そして、ECU300は、S230にて、演算された回生要求電力Wbat,Wcmpを用いて、全体の回生要求電力WINreq(=Wbat+Wcmp)を演算する。その後。処理が図4のS300へ進められる。   In S220, ECU 300 calculates regenerative power demand Wcmp for driving compressor 210 with a high load. Then, in S230, ECU 300 calculates the total required regeneration power WINreq (= Wbat + Wcmp) using the calculated required regeneration power Wbat, Wcmp. after that. The process proceeds to S300 in FIG.

図6は、図4におけるステップS400の、回生電力振り分け処理の詳細を説明するためのフローチャートである。   FIG. 6 is a flowchart for explaining the details of the regenerative power distribution process in step S400 in FIG.

図6を参照して、ECU300は、図4のS300で回生動作が開始されると、S410にて、モータジェネレータ130による実回生電力WINを検出する。そして、ECU300は、S420にて、検出された実回生電力WINから、蓄電装置110の充電電力WINbat(=Wbat)を差し引くことによって、余剰電力、すなわち圧縮機210の駆動に使用可能な電力WINcmpを演算する。   Referring to FIG. 6, when the regenerative operation is started in S300 of FIG. 4, ECU 300 detects actual regenerative power WIN by motor generator 130 in S410. In S420, ECU 300 subtracts charging power WINbat (= Wbat) of power storage device 110 from the detected actual regenerative power WIN, thereby obtaining surplus power, that is, power WINcmp that can be used to drive compressor 210. Calculate.

ECU300は、S430にて、S420で演算された電力WINcmpを用いて圧縮機210を駆動した場合の回転速度Nculを演算し、S440にて、現在の圧縮機210の回転速度Ncmpが演算された回転速度Nculよりも大きいか否かを判定する。   In S430, ECU 300 calculates rotational speed Ncul when compressor 210 is driven using electric power WINcmp calculated in S420. In S440, ECU 300 calculates the current rotational speed Ncmp of compressor 210. It is determined whether or not the speed is greater than Ncul.

現在の圧縮機210の回転速度Ncmpが演算された回転速度Ncul以下の場合(S440にてNO)は、処理がS450に進められて、ECU300は、圧縮機210の回転速度をNculまで増加させて高負荷状態とする。   If current rotation speed Ncmp of compressor 210 is equal to or lower than calculated rotation speed Ncul (NO in S440), the process proceeds to S450, and ECU 300 increases the rotation speed of compressor 210 to Ncul. High load state.

そして、ECU300は、圧縮機210が高負荷状態とされることによって冷却水温度が低下することに伴って、負荷270の冷却能力を維持するためにウォータポンプ260の回転速度を低減するとともに(S460)、車室内への冷風温度が一定に維持されるように、蒸発器230の上流の膨張弁250の開度を調整する(S470)。   The ECU 300 reduces the rotational speed of the water pump 260 in order to maintain the cooling capacity of the load 270 as the cooling water temperature decreases due to the compressor 210 being in a high load state (S460). ) The opening degree of the expansion valve 250 upstream of the evaporator 230 is adjusted so that the cold air temperature into the passenger compartment is kept constant (S470).

一方、現在の圧縮機210の回転速度Ncmpが演算された回転速度Nculよりも大きい場合(S440にてYES)は、モータジェネレータ130で発電された電力が回生要求電力WINreqよりも小さく、圧縮機210の回転速度を増加することができない状態である。この場合には、ECU300は、S480にて、蓄電装置110への電力配分を少なくすることによって圧縮機210に供給される電力を増加させ、現在の圧縮機210の回転速度を維持するとともに、蒸発器230の上流の膨張弁250の開度を維持する。   On the other hand, when current rotation speed Ncmp of compressor 210 is higher than calculated rotation speed Ncul (YES in S440), the power generated by motor generator 130 is smaller than regenerative request power WINreq, and compressor 210 This is a state in which the rotation speed cannot be increased. In this case, ECU 300 increases power supplied to compressor 210 by reducing power distribution to power storage device 110 in S480, maintains the current rotation speed of compressor 210, and evaporates. The opening of the expansion valve 250 upstream of the vessel 230 is maintained.

図4〜図6に示した処理に従って制御を行なうことによって、車両用空調装置を用いてモータ駆動装置を冷却するように構成された車両において、回生動作時に、余剰の回生電力を用いて冷却装置の圧縮機がより高負荷状態で駆動される。さらに、高負荷状態での圧縮機の駆動によって過冷却状態とされた冷媒を用いることによって冷却能力を維持するようにウォータポンプの回転速度が低減される。これによって、回生動作時において、冷却能力を維持しながら、余剰電力の有効活用することにより蓄電装置からの電力消費量を低減することが可能となる。   In the vehicle configured to cool the motor drive device using the vehicle air conditioner by performing control according to the processing shown in FIGS. 4 to 6, the cooling device uses surplus regenerative power during the regenerative operation. Compressors are driven at higher loads. Furthermore, the rotational speed of the water pump is reduced so as to maintain the cooling capacity by using the refrigerant that has been brought into a supercooled state by driving the compressor in a high load state. Thus, during the regenerative operation, it is possible to reduce the power consumption from the power storage device by effectively utilizing the surplus power while maintaining the cooling capacity.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

100 車両、110 蓄電装置、115 SMR、120 PCU、121 コンバータ、125 インバータ、126 DC/DCコンバータ、130 モータジェネレータ、140 駆動輪、200 冷却装置、210 圧縮機、220 凝縮器、230 蒸発器、240 水冷熱交換器、250,255 膨張弁、260 ウォータポンプ、270 負荷、280 回転センサ、290〜295 冷媒経路、300 ECU。   100 vehicle, 110 power storage device, 115 SMR, 120 PCU, 121 converter, 125 inverter, 126 DC / DC converter, 130 motor generator, 140 driving wheel, 200 cooling device, 210 compressor, 220 condenser, 230 evaporator, 240 Water-cooled heat exchanger, 250, 255 expansion valve, 260 water pump, 270 load, 280 rotation sensor, 290-295 refrigerant path, 300 ECU.

Claims (1)

蓄電装置からの電力を用いて走行が可能な車両であって、
回転電機と、
前記蓄電装置からの電力を用いて前記回転電機を駆動する駆動装置と、
冷却装置と、
前記冷却装置を制御する制御装置とを備え、
前記冷却装置は、
車両空調用の第1の冷媒の第1の循環経路と、
前記駆動装置を冷却する第2の冷媒の第2の循環経路と、
前記第1の循環経路と前記第2の循環経路との間で熱交換を行なう熱交換器と、
前記第1の循環経路に設けられ、前記第1の循環経路内に前記第1の冷媒を循環させるための圧縮機と、
前記第2の循環経路に設けられ、前記第2の循環経路内に前記第2の冷媒を循環させるための電動ポンプとを含み、
前記制御装置は、前記回転電機が回生動作を行なう場合に、前記回生動作により発生する回生電力のうち、前記蓄電装置に蓄電することができない余剰電力を用いて前記圧縮機を駆動し、前記余剰電力を用いて、前記回生動作を行なわない場合よりも高負荷で前記圧縮機を駆動できるときには、前記電動ポンプの回転速度を低下させる、車両。
A vehicle capable of traveling using electric power from the power storage device,
Rotating electrical machinery,
A driving device for driving the rotating electrical machine using electric power from the power storage device;
A cooling device;
A control device for controlling the cooling device,
The cooling device is
A first circulation path of a first refrigerant for vehicle air conditioning;
A second circulation path of a second refrigerant for cooling the driving device;
A heat exchanger for exchanging heat between the first circulation path and the second circulation path;
A compressor provided in the first circulation path for circulating the first refrigerant in the first circulation path;
An electric pump provided in the second circulation path for circulating the second refrigerant in the second circulation path;
When the rotating electrical machine performs a regenerative operation, the control device drives the compressor using surplus power that cannot be stored in the power storage device among the regenerative power generated by the regenerative operation, and A vehicle that uses electric power to reduce the rotational speed of the electric pump when the compressor can be driven with a higher load than when the regenerative operation is not performed.
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