JP2019047548A

JP2019047548A - 車両用温度管理装置

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Publication number: JP2019047548A
Application number: JP2017164900A
Authority: JP
Inventors: スーウインインヅユーラアマラシンフ; Indula Amarasinghe Suwin; 小川　徹; Toru Ogawa; 徹小川; 健一郎茨木; Kenichiro Ibaragi; サシャゴラン; Goran Sasa; 亀田　誠; Makoto Kameda; 誠亀田
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2017-08-30
Filing date: 2017-08-30
Publication date: 2019-03-22
Also published as: WO2019044260A1

Abstract

【課題】電気自動車において、複数の対象機器を効率よく温度調整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】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複数の冷媒循環回路を備える車両用温度管理装置であって、車両を駆動するモータを含む第１温度調整対象機器群と熱交換を行う第１冷媒が循環する第１冷媒循環回路と、モータに電力を供給するインバータを含む第２温度調整対象機器群と熱交換を行う第２冷媒が循環する第２冷媒循環回路と、インバータに電力を供給するバッテリを含む第３温度調整対象機器群と熱交換を行う第３冷媒が循環する第３冷媒循環回路と、を含む。【選択図】図１

Description

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。

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。

特開２０１４−０４３１８１号公報

このような車両用温度管理装置を電気自動車に適用する場合、モータやコンデンサ、インバータ、バッテリ、ＤＣ−ＤＣコンバータ等の最適な作動温度域が異なる複数の対象機器の温度を調整する必要がある。ここで、電気自動車においては、車両用温度管理装置の消費エネルギーが車両の航続距離に影響することから、上記温度管理はエネルギー効率を考慮して実施することが要求される。

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、電気自動車において、複数の対象機器を効率よく温度管理を行う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。

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、車両を駆動するモータを含む第１温度調整対象機器群と熱交換を行う第１冷媒が循環する第１冷媒循環回路と、モータに電力を供給するインバータを含む第２温度調整対象機器群と熱交換を行う第２冷媒が循環する第２冷媒循環回路と、インバータに電力を供給するバッテリを含む第３温度調整対象機器群と熱交換を行う第３冷媒が循環する第３冷媒循環回路と、を含む。

本適用例に係る車両用温度管理装置によれば、第１冷媒循環回路と、第２冷媒循環回路と、第３冷媒循環回路とは、各対象機器の最適な作動温度帯に応じて設けられており、各作動温度帯に応じた対象機器の近傍を通過するように配置される。これにより、本適用例に係る車両用温度管理装置は、各対象機器の最適な作動温度帯に応じて、対象機器の温度管理を行うことができる。

したがって、本適用例に係る車両用温度管理装置は、電気自動車において、複数の対象機器を効率よく温度調整することができる。

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。

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。

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複数の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、第１冷媒循環回路１０と、第２冷媒循環回路３０と、第３冷媒循環回路５０とを含む。車両用温度管理装置１は、第１冷媒循環回路１０、第２冷媒循環回路３０、及び第３冷媒循環回路５０各々に沿って冷媒を循環させることで、上記複数の対象機器の温度を調整する。

本実施形態における第１冷媒循環回路１０と、第２冷媒循環回路３０と、第３冷媒循環回路５０とは、各対象機器の最適な作動温度帯に応じて設けられており、各作動温度帯に応じた対象機器の近傍を通過するように配置される。具体的には、第１冷媒循環回路１０は、３つの作動温度帯のうちの最も高い作動温度帯で効率よく作動する対象機器の近傍を通過するように配置される。第２冷媒循環回路３０は、３つの作動温度帯のうちの中間の作動温度帯で効率よく作動する対象機器の近傍を通過するように配置される。第３冷媒循環回路５０は、３つの作動温度帯のうちの最も低い作動温度帯で効率よく作動する対象機器の近傍を通過するように配置される。

ここで、第１冷媒循環回路１０と、第２冷媒循環回路３０と、第３冷媒循環回路５０とについて、詳しく説明する。

（第１冷媒循環回路）
まず、第１冷媒循環回路１０について説明する。第１冷媒循環回路１０は、車両を駆動するモータ１００を含む第１温度調整対象機器群と熱交換を行う第１冷媒を循環させるための冷媒循環回路である。ここで、第１温度調整対象機器群とは、例えば、上記３つの作動温度帯のうちの最も高い作動温度帯で効率よく作動する対象機器のことである。また、第１冷媒は、オイルである。

図１に示すように、本実施形態における第１冷媒循環回路１０は、ポンプ１１と、モータ熱交換流路１２とを含む。

ポンプ１１は、流路内に充填された第１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１１では、図示しない制御装置により、第１冷媒の吐出量（送出量）が制御される。

モータ熱交換流路１２は、ポンプ１１から送出された第１冷媒をモータ１００へ流すための冷媒流路である。モータ熱交換流路１２は、モータ１００の近傍を通過するように配置される。モータ熱交換流路１２には、第１冷媒の熱を放出するオイルクーラー１３が設けられている。本実施形態において、オイルクーラー１３は、ポンプ１１の下流、かつモータ１００の上流に設けられる。

ポンプ１１から送出された第１冷媒は、モータ熱交換流路１２に沿ってオイルクーラー１３の内部を通過する。オイルクーラー１３の内部を通過する第１冷媒は、オイルクーラー１３により熱が放出される。オイルクーラー１３により熱が放出された第１冷媒は、モータ１００の近傍を通過する。モータ１００の近傍を通過する第１冷媒は、モータ１００と熱交換する。第１冷媒がモータ１００と熱交換することで、モータ１００を冷却することができる。モータ１００と熱交換した第１冷媒は、ポンプ１１へ流れ、再び第１冷媒循環回路１０を循環する。

（第２冷媒循環回路）
次に、第２冷媒循環回路３０について説明する。第２冷媒循環回路３０は、モータ１００に電力を供給するインバータ２００を含む第２温度調整対象機器群と熱交換を行う第２冷媒を循環させるための冷媒循環回路である。ここで、第２温度調整対象機器群とは、例えば、上記３つの作動温度帯のうちの中間の作動温度帯で効率よく作動する対象機器のことである。本実施形態における第２温度調整対象機器群には、例えば、インバータ２００の他に、ＨＶＡＣに設けられるヒータコア３００が含まれる。また、第２冷媒は、不凍液である。

図１に示すように、本実施形態における第２冷媒循環回路３０は、ポンプ３１と、インバータ熱交換流路３２と、バルブ３３と、冷媒流路３４と、第１ラジエータ熱交換流路３５とを含む。

ポンプ３１は、流路内に充填された第２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、第２冷媒の吐出量（送出量）が制御される。

インバータ熱交換流路３２は、ポンプ３１とバルブ３３とを接続し、ポンプ３１から送出された第２冷媒をバルブ３３へ流すための冷媒流路である。インバータ熱交換流路３２は、インバータ２００、オイルクーラー１３、及びヒータコア３００の近傍を通過するように配置される。インバータ熱交換流路３２は、スチールパイプ等の金属により構成される。

ポンプ３１から送出された第２冷媒は、インバータ熱交換流路３２に沿ってインバータ２００の近傍を通過する。インバータ２００の近傍を通過する第２冷媒は、インバータ２００と熱交換する。第２冷媒がインバータ２００と熱交換することで、インバータ２００を加熱することができる。インバータ２００と熱交換した第２冷媒は、オイルクーラー１３の内部を通過する。オイルクーラー１３の内部を通過する第２冷媒は、オイルクーラー１３と熱交換する。第２冷媒がオイルクーラー１３と熱交換することで、オイルクーラー１３において放出された第１冷媒の熱を利用して第２冷媒を加熱することができる。オイルクーラー１３により加熱された第２冷媒は、ヒータコア３００の近傍を通過する。ヒータコア３００の近傍を通過する第２冷媒は、ヒータコア３００と熱交換する。第２冷媒がヒータコア３００と熱交換することで、ヒータコア３００を加熱することができる。ヒータコア３００と熱交換した第２冷媒は、バルブ３３へ流れる。

バルブ３３は、インバータ熱交換流路３２に接続される第１ポート３３１と、第１ラジエータ熱交換流路３５に接続される第２ポート３３２と、冷媒流路３４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、図示しない制御装置により、各ポートの開閉を実行する。

冷媒流路３４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から吐出された第２冷媒をポンプ３１へ流すための冷媒流路である。冷媒流路３４は、スチールパイプ等の金属により構成される。冷媒流路３４を通過した第２冷媒は、ポンプ３１へ流れ、再び第２冷媒循環回路３０を循環する。なお、冷媒流路３４は、第１ラジエータ熱交換流路３５と、ポンプ３１手前の一部区間を共有している。

第１ラジエータ熱交換流路３５は、バルブ３３の第２ポート３３２とポンプ３１とを接続し、上記バルブ３３の第２ポート３３２から吐出された第２冷媒をポンプ３１へ流すための冷媒流路である。第１ラジエータ熱交換流路３５は、スチールパイプ等の金属により構成される。例えば、第１ラジエータ熱交換流路３５には、第２冷媒の熱を放出する第１ラジエータ３６が設けられている。第１ラジエータ３６の内部を通過する第２冷媒は、第１ラジエータ３６により熱が放出される。第１ラジエータ３６により熱が放出された第２冷媒は、ポンプ３１へ流れ、再び第２冷媒循環回路３０を循環する。

（第３冷媒循環回路）
次に、第３冷媒循環回路５０について説明する。第３冷媒循環回路５０は、インバータ２００に電力を供給するバッテリ４００を含む第３温度調整対象機器群と熱交換を行う第３冷媒を循環させるための冷媒循環回路である。ここで、第３温度調整対象機器群とは、例えば、上記３つの作動温度帯のうちの最も低い作動温度帯で効率よく作動する対象機器のことである。本実施形態における第３温度調整対象機器群には、例えば、バッテリ４００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５００と、バッテリ４００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）６００とが含まれる。また、第３冷媒は、水である。

本実施形態における第３冷媒循環回路５０は、ポンプ５１と、バッテリ熱交換流路５２と、バルブ５３と、バルブ間流路５４と、バルブ５５と、ヒータ熱交換流路５６と、第２ラジエータ熱交換流路５８と、チラー熱交換流路６０とを含む。

ポンプ５１は、流路内に充填された第３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５１では、図示しない制御装置により、第３冷媒の吐出量（送出量）が制御される。

バッテリ熱交換流路５２は、ポンプ５１とバルブ５３とを接続し、ポンプ５１から送出された第３冷媒をバルブ５３へ流すための冷媒流路である。バッテリ熱交換流路５２は、バッテリ４００、ＤＣ−ＤＣコンバータ５００、及び車載充電器６００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５２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５２は、バッテリ４００に含まれる複数のバッテリセル４０１〜４０６ごとに分岐され、複数のバッテリセル４０１〜４０６各々の近傍を通過するように配置される。また、バッテリ熱交換流路５２は、複数のバッテリセル４０１〜４０６ごとに分岐された流路が再び一つの流路に集約された後、ＤＣ−ＤＣコンバータ５００、及び車載充電器６００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再び分岐され、さらに一つの流路に集約される。

ポンプ５１から送出された第３冷媒は、バッテリ熱交換流路５２に沿って複数のバッテリセル４０１〜４０６各々の近傍を通過する。複数のバッテリセル４０１〜４０６各々の近傍を通過する第３冷媒は、複数のバッテリセル４０１〜４０６各々と熱交換する。第３冷媒が複数のバッテリセル４０１〜４０６各々と熱交換することで、複数のバッテリセル４０１〜４０６各々を加熱することができる。複数のバッテリセル４０１〜４０６各々と熱交換した第３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第３冷媒は、ＤＣ−ＤＣコンバータ５００、及び車載充電器６００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。一方の第３冷媒は、ＤＣ−ＤＣコンバータ５００、及び車載充電器６００と熱交換し、バルブ５３へ流れる。他方の第３冷媒は、そのままバルブ５３へ流れる。

バルブ５３は、バッテリ熱交換流路５２に接続される第１ポート５３１と、バルブ間流路５４に接続される第２ポート５３２と、チラー熱交換流路６０に接続される第３ポート５３３とからなる三方向電磁弁である。バルブ５３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５３は、図示しない制御装置により、各ポートの開閉を実行する。

バルブ間流路５４は、バルブ５３とバルブ５５とを接続し、上記バルブ５３の第２ポート５３２から吐出された第３冷媒をバルブ５５へ流すための冷媒流路である。バルブ間流路５４は、スチールパイプ等の金属により構成される。

バルブ５５は、バルブ間流路５４に接続される第１ポート５５１と、ヒータ熱交換流路５６に接続される第２ポート５５２と、第２ラジエータ熱交換流路５８に接続される第３ポート５５３とからなる三方向電磁弁である。バルブ５５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５５は、図示しない制御装置により、各ポートの開閉を実行する。

ヒータ熱交換流路５６は、バルブ５５の第２ポート５５２とポンプ５１とを接続し、上記バルブ５５の第２ポート５５２から吐出された第３冷媒をポンプ５１へ流すための冷媒流路である。ヒータ熱交換流路５６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５６には、第３冷媒を加熱するヒータ５７が設けられている。ヒータ５７の内部を通過する第３冷媒は、ヒータ５７により加熱される。ヒータ５７により加熱された第３冷媒は、ポンプ５１へ流れ、再び第３冷媒循環回路５０を循環する。なお、ヒータ熱交換流路５６は、第２ラジエータ熱交換流路５８、及びチラー熱交換流路６０と、ポンプ５１手前の一部区間を共有している。

第２ラジエータ熱交換流路５８は、バルブ５５の第３ポート５５３とポンプ５１とを接続し、上記バルブ５５の第３ポート５５３から吐出された第３冷媒をポンプ５１へ流すための冷媒流路である。第２ラジエータ熱交換流路５８は、スチールパイプ等の金属により構成される。例えば、第２ラジエータ熱交換流路５８には、第３冷媒の熱を放出する第２ラジエータ５９が設けられている。第２ラジエータ５９の内部を通過する第３冷媒は、第２ラジエータ５９により熱が放出される。第２ラジエータ熱交換流路５８により熱が放出された第３冷媒は、ポンプ５１へ流れ、再び第３冷媒循環回路５０を循環する。

チラー熱交換流路６０は、バルブ５３の第３ポート５３３とポンプ５１とを接続し、上記バルブ５３の第３ポート５３３から吐出された第３冷媒をポンプ５１へ流すための冷媒流路である。チラー熱交換流路６０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６０には、第３冷媒を冷却するチラー６１が設けられている。チラー６１の内部を通過する第３冷媒は、チラー６１により冷却される。チラー６１により冷却された第３冷媒は、ポンプ５１へ流れ、再び第３冷媒循環回路５０を循環する。

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、車両を駆動するモータ１００を含む第１温度調整対象機器群と熱交換を行う第１冷媒が循環する第１冷媒循環回路１０と、モータに電力を供給するインバータ２００を含む第２温度調整対象機器群と熱交換を行う第２冷媒が循環する第２冷媒循環回路３０と、インバータ２００に電力を供給するバッテリ４００を含む第３温度調整対象機器群と熱交換を行う第３冷媒が循環する第３冷媒循環回路５０と、を含む。

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、第１冷媒循環回路１０と、第２冷媒循環回路３０と、第３冷媒循環回路５０とは、各対象機器の最適な作動温度帯に応じて設けられており、各作動温度帯に応じた対象機器の近傍を通過するように配置される。具体的には、第１冷媒循環回路１０は、３つの作動温度帯のうちの最も高い作動温度帯で効率よく作動する対象機器の近傍を通過するように配置される。第２冷媒循環回路３０は、３つの作動温度帯のうちの中間の作動温度帯で効率よく作動する対象機器の近傍を通過するように配置される。第３冷媒循環回路５０は、３つの作動温度帯のうちの最も低い作動温度帯で効率よく作動する対象機器の近傍を通過するように配置される。これにより、本実施形態に係る車両用温度管理装置１は、各対象機器の最適な作動温度帯に応じて、対象機器の温度管理を行うことができる。

かくして、本実施形態に係る車両用温度管理装置１は、電気自動車において、複数の対象機器を効率よく温度調整することができる。

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、インバータ熱交換流路３２は、上記オイルクーラー１３の内部を通過するように配置されている。これにより、車両用温度管理装置１は、オイルクーラー１３において放出された第１冷媒の熱により第２冷媒を加熱することができる。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において、インバータ熱交換流路３２は、上記オイルクーラー１３の内部を通過するように配置しなくてもよい。代わりに、本実施形態に係る車両用温度管理装置１は、インバータ熱交換流路３２、又は冷媒流路３４にヒータを設けて、第２冷媒を加熱すればよい。

また、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４００は、複数のバッテリセル４０１〜４０６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。

１車両用温度管理装置
１０第１冷媒循環回路
１１ポンプ
１２モータ熱交換流路
１３オイルクーラー
３０第２冷媒循環回路
３１ポンプ
３２インバータ熱交換流路
３３バルブ
３４冷媒流路
３５第１ラジエータ熱交換流路
３６第１ラジエータ
５０第３冷媒循環回路
５１ポンプ
５２バッテリ熱交換流路
５３バルブ
５４バルブ間流路
５５バルブ
５６ヒータ熱交換流路
５７ヒータ
５８第２ラジエータ熱交換流路
５９第２ラジエータ
６０チラー熱交換流路
６１チラー
１００モータ
２００インバータ
３００ヒータコア
４００バッテリ
４０１〜４０６バッテリセル
５００ＤＣ−ＤＣコンバータ
６００車載充電器（オンボードチャージャー）

Claims

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複数の冷媒循環回路を備える車両用温度管理装置であって、
前記車両を駆動するモータを含む第１温度調整対象機器群と熱交換を行う第１冷媒が循環する第１冷媒循環回路と、
前記モータに電力を供給するインバータを含む第２温度調整対象機器群と熱交換を行う第２冷媒が循環する第２冷媒循環回路と、
前記インバータに電力を供給するバッテリを含む第３温度調整対象機器群と熱交換を行う第３冷媒が循環する第３冷媒循環回路と、
を含む、車両用温度管理装置。