JP2020089093A - 車両のバッテリ温度調整装置及びそれを備えた車両用空気調和装置 - Google Patents
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Abstract
Description
先ず、図4を参照しながら暖房モードについて説明する。尚、各機器の制御はヒートポンプコントローラ32と空調コントローラ45の協働により実行されるものであるが、以下の説明ではヒートポンプコントローラ32を制御主体とし、簡略化して説明する。図4には暖房モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ方(実線矢印)を示している。ヒートポンプコントローラ32により(オートモード)或いは空調コントローラ45の空調操作部53へのマニュアルの空調設定操作(マニュアルモード)により暖房モードが選択されると、ヒートポンプコントローラ32は電磁弁21を開き、電磁弁17、電磁弁20、電磁弁22、電磁弁35、電磁弁69を閉じる。そして、圧縮機2、及び、各送風機15、27を運転し、エアミックスダンパ28は室内送風機27から吹き出された空気が放熱器4及び補助ヒータ23に通風される割合を調整する状態とする。
次に、図5を参照しながら除湿暖房モードについて説明する。図5は除湿暖房モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ方(実線矢印)を示している。除湿暖房モードでは、ヒートポンプコントローラ32は電磁弁21、電磁弁22、電磁弁35を開き、電磁弁17、電磁弁20、電磁弁69は閉じる。そして、圧縮機2、及び、各送風機15、27を運転し、エアミックスダンパ28は室内送風機27から吹き出された空気が放熱器4及び補助ヒータ23に通風される割合を調整する状態とする。
次に、図6を参照しながら除湿冷房モードについて説明する。図6は除湿冷房モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ方(実線矢印)を示している。除湿冷房モードでは、ヒートポンプコントローラ32は電磁弁17、及び、電磁弁35を開き、電磁弁20、電磁弁21、電磁弁22、及び、電磁弁69を閉じる。そして、圧縮機2、及び、各送風機15、27を運転し、エアミックスダンパ28は室内送風機27から吹き出された空気が放熱器4及び補助ヒータ23に通風される割合を調整する状態とする。
次に、図7を参照しながら冷房モードについて説明する。図7は冷房モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ方(実線矢印)を示している。冷房モードでは、ヒートポンプコントローラ32は電磁弁17、電磁弁20、及び、電磁弁35を開き、電磁弁21、電磁弁22、及び、電磁弁69を閉じる。そして、圧縮機2、及び、各送風機15、27を運転し、エアミックスダンパ28は室内送風機27から吹き出された空気が放熱器4及び補助ヒータ23に通風される割合を調整する状態とする。尚、補助ヒータ23には通電されない。
次に、図8を参照しながら空調(優先)+バッテリ冷却モードについて説明する。図8は空調(優先)+バッテリ冷却モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ方(実線矢印)を示している。空調(優先)+バッテリ冷却モードでは、ヒートポンプコントローラ32は電磁弁17、電磁弁20、電磁弁35、及び、電磁弁69を開き、電磁弁21、及び、電磁弁22を閉じる。
ヒートポンプコントローラ32は下記式(I)から前述した目標吹出温度TAOを算出する。この目標吹出温度TAOは、吹出口29から車室内に吹き出される空気の温度の目標値である。
TAO=(Tset−Tin)×K+Tbal(f(Tset、SUN、Tam))
・・(I)
ここで、Tsetは空調操作部53で設定された車室内の設定温度、Tinは内気温度センサ37が検出する車室内空気の温度、Kは係数、Tbalは設定温度Tsetや、日射センサ51が検出する日射量SUN、外気温度センサ33が検出する外気温度Tamから算出されるバランス値である。そして、一般的に、この目標吹出温度TAOは外気温度Tamが低い程高く、外気温度Tamが上昇するに伴って低下する。
次に、バッテリ55の充電中の動作について説明する。例えば急速充電器(外部電源)の充電用のプラグが接続され、バッテリ55が充電されているときに(これらの情報はバッテリコントローラ73から送信される)、車両のイグニッション(IGN)のON/OFFに拘わらず、バッテリ冷却要求があり、空調操作部53の空調スイッチがONされた場合、ヒートポンプコントローラ32はバッテリ冷却(優先)+空調モードを実行する。このバッテリ冷却(優先)+空調モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ方は、図8に示した空調(優先)+バッテリ冷却モードの場合と同様である。
次に、イグニッションのON/OFFに拘わらず、空調操作部53の空調スイッチがOFFされた状態で、急速充電器の充電用のプラグが接続され、バッテリ55が充電されているとき、バッテリ冷却要求があった場合、ヒートポンプコントローラ32はバッテリ冷却(単独)モードを実行する。但し、バッテリ55の充電中以外にも、空調スイッチがOFFで、バッテリ冷却要求があった場合(高外気温で走行時等)には実行される。図9はこのバッテリ冷却(単独)モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ方(実線矢印)を示している。バッテリ冷却(単独)モードでは、ヒートポンプコントローラ32は電磁弁17、電磁弁20、及び、電磁弁69を開き、電磁弁21、電磁弁22、及び、電磁弁35を閉じる。
次に、図10を参照しながら室外熱交換器7の除霜モードについて説明する。図10は除霜モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ方(実線矢印)を示している。前述した如く暖房モードでは、室外熱交換器7では冷媒が蒸発し、外気から吸熱して低温となるため、室外熱交換器7には外気中の水分が霜となって付着する。
また、空調運転を実行しているとき、或いは、バッテリ55を充電しているとき、ヒートポンプコントローラ32はバッテリ加熱モードを実行する。このバッテリ加熱モードでは、ヒートポンプコントローラ32は循環ポンプ62を運転し、熱媒体加熱ヒータ63に通電する。尚、電磁弁69は閉じる。
また、ヒートポンプコントローラ32は、暖房モードでは放熱器圧力Pciに基づき、図11の制御ブロック図により圧縮機2の目標回転数(圧縮機目標回転数)TGNChを算出し、除湿冷房モード、冷房モード、空調(優先)+バッテリ冷却モードでは、吸熱器温度Teに基づき、図12の制御ブロック図により圧縮機2の目標回転数(圧縮機目標回転数)TGNCcを算出する。尚、除湿暖房モードでは圧縮機目標回転数TGNChと圧縮機目標回転数TGNCcのうちの低い方向を選択する。また、バッテリ冷却(優先)+空調モード、バッテリ冷却(単独)モードでは、熱媒体温度Twに基づき、図13の制御ブロック図により圧縮機2の目標回転数(圧縮機目標回転数)TGNCwを算出する。
先ず、図11を用いて放熱器圧力Pciに基づく圧縮機2の制御について詳述する。図11は放熱器圧力Pciに基づいて圧縮機2の目標回転数(圧縮機目標回転数)TGNChを算出するヒートポンプコントローラ32の制御ブロック図である。ヒートポンプコントローラ32のF/F(フィードフォワード)操作量演算部78は外気温度センサ33から得られる外気温度Tamと、室内送風機27のブロワ電圧BLVと、SW=(TAO−Te)/(Thp−Te)で得られるエアミックスダンパ28による風量割合SWと、放熱器4の出口における冷媒の過冷却度SCの目標値である目標過冷却度TGSCと、ヒータ温度Thpの目標値である前述した目標ヒータ温度TCOと、放熱器4の圧力の目標値である目標放熱器圧力PCOに基づいて圧縮機目標回転数のF/F操作量TGNChffを算出する。
次に、図12を用いて吸熱器温度Teに基づく圧縮機2の制御について詳述する。図12は吸熱器温度Teに基づいて圧縮機2の目標回転数(圧縮機目標回転数)TGNCcを算出するヒートポンプコントローラ32の制御ブロック図である。ヒートポンプコントローラ32のF/F操作量演算部86は外気温度Tamと、空気流通路3内を流通する空気の風量Ga(室内送風機27のブロワ電圧BLVでもよい)と、目標放熱器圧力PCOと、吸熱器温度Teの目標値である目標吸熱器温度TEOに基づいて圧縮機目標回転数のF/F操作量TGNCcffを算出する。
次に、図14を用いて熱媒体温度Twに基づく圧縮機2の制御について詳述する。図14は熱媒体温度Twに基づいて圧縮機2の目標回転数(圧縮機目標回転数)TGNCwを算出するヒートポンプコントローラ32の制御ブロック図である。ヒートポンプコントローラ32のF/F操作量演算部92は外気温度Tamと、バッテリ温度調整装置61内の熱媒体の流量Gw(循環ポンプ62の出力から算出される)と、バッテリ55の発熱量(バッテリコントローラ73から送信される)と、バッテリ温度Tcell(バッテリコントローラ73から送信される)と、熱媒体温度Twの目標値である目標熱媒体温度TWOに基づいて圧縮機目標回転数のF/F操作量TGNCcwffを算出する。
次に、図16を用いて前述したバッテリ加熱モードにおける熱媒体温度Twに基づいた熱媒体加熱ヒータ63の制御について詳述する。図16は熱媒体温度Twに基づいて熱媒体加熱ヒータ63の目標発熱量ECHtwを算出するヒートポンプコントローラ32の制御ブロック図である。ヒートポンプコントローラ32のF/F操作量演算部98は外気温度Tamと、バッテリ温度調整装置61内の熱媒体の流量Gw(循環ポンプ62の出力から算出される)と、バッテリ55の発熱量(バッテリコントローラ73から送信される)と、バッテリ温度Tcell(バッテリコントローラ73から送信される)と、熱媒体温度Twの目標値である目標熱媒体温度TWOに基づいて目標発熱量のF/F操作量ECHtffを算出する。
次に、図17〜図20を参照しながら、バッテリ55を急速充電器により充電する際の、充電時間優先モードと充電電力優先モードについて説明する。実施例の制御装置11のヒートポンプコントローラ32は、急速充電器(外部電源)の充電用のプラグが接続され、バッテリ55を急速充電する際に実行する充電モードとして、充電時間優先モードと充電電力優先モードを有している。尚、この充電時間優先モードと充電電力優先モードは、バッテリ55を充電する際の前述したバッテリ冷却(優先)+空調モード、バッテリ冷却(単独)モード、及び、バッテリ加熱モードで実行されるものである。
先ず、充電時間優先モードが選択された場合、ヒートポンプコントローラ32はバッテリ冷却(優先)+空調モード、バッテリ冷却(単独)モード及びバッテリ加熱モードで前述した如くバッテリ55を冷却し、或いは、加熱することで熱媒体温度Twを適正温度範囲に制御し、バッテリ55も適正温度範囲に維持する。これにより、急速充電器やバッテリコントローラ73が充電電流を制限することを回避して、迅速にバッテリ55を充電することができるようになる。
尚、上述した制御(その1)において、バッテリ冷却(優先)+空調モードの場合には、車室内の空調運転を制限し、或いは、禁止するようにしてもよい。空調運転を制限する場合には、例えば前述した目標吸熱器温度TEOを所定値上昇させる。これにより、電磁弁35が開く期間が短くなるので、冷媒−熱媒体熱交換器64に向かう冷媒量が多くなる。また、空調運転を禁止する場合には、自動的にバッテリ冷却(単独)モードに切り換えることになる。これにより、車室内の空調(冷房)に使用される冷却能力を制限し、又は、無くして、バッテリ55の冷却能力を向上させ、より一層迅速にバッテリ55を充電することができるようになる。
また、充電時間優先モードが選択された場合のバッテリ冷却(優先)+空調モード及びバッテリ冷却(単独)モードでは、バッテリ55の充電電流が最大となるようにヒートポンプコントローラ32が熱媒体温度Tw(目標熱媒体温度TWO:バッテリ55の温度を示す指標)をフィードバック制御するようにしてもよい。図18はその場合のヒートポンプコントローラ32の充電時間優先モードにおける目標熱媒体温度TWOの制御に関する制御ブロック図である。図中TWObaseは前述したデフォルトの目標熱媒体温度であり、実施例では適正温度範囲内の所定値Aとされている。また、104はバッテリ55の最大充電電流値Imaxと外気温度Tamの関係を示したデータテーブルであり、実施例ではヒートポンプコントローラ32に予め設定されているものとする。
次に、充電電力優先モードが選択された場合、ヒートポンプコントローラ32はバッテリ冷却(優先)+空調モード、バッテリ冷却(単独)モード及びバッテリ加熱モードを実行しないようにする。即ち、ヒートポンプコントローラ32はこの場合にはバッテリ55の充電中、バッテリ55の温調を行わないので、時間がかかる可能性はあるものの、少ない電力でバッテリ55を充電することができるようになる。
尚、上述の如く充電電力優先モードではバッテリ冷却(優先)+空調モード、バッテリ冷却(単独)モード及びバッテリ加熱モードを実行しないことに代えて、それを制限するようにしてもよい。その場合には、例えばヒートポンプコントローラ32は、バッテリ冷却(優先)+空調モード、バッテリ冷却(単独)モードでは、熱媒体温度Twが前述した図17の上限値THに達するまでは上述同様にバッテリ冷却(優先)+空調モード、バッテリ冷却(単独)モードを実行しない。
次に、図19を参照しながら空調操作部53のスイッチ53Bを用いて使用者が手動で充電時間優先モードと充電電力優先モードを選択する場合の一例を説明する。実施例ではヒートポンプコントローラ32(急速充電器とバッテリコントローラ73でもよい)の予測演算部116は、急速充電器の充電用のプラグが接続された場合、バッテリ55の残量(SOC)と、外気温度Tam(環境条件)と、充電開始時の熱媒体温度Tw(バッテリ温度Tcellでもよい)と、急速充電器の種類のうちの何れか、或いは、それらの組み合わせ、若しくは、それらの全て(実施例では全て)に基づいてバッテリ55の充電が完了するバッテリ充電完了時間と、料金としてのバッテリ充電電力を予測演算し、図19に示す如く空調操作部53のディスプレイ53Aに表示(出力)する。
次に、図20を参照しながらヒートポンプコントローラ32が自動で充電時間優先モードと充電電力優先モードを選択する場合の一例を説明する。図20はヒートポンプコントローラ32が充電時間優先モードと充電電力優先モードの選択を行う制御ブロック図である。尚、図20における予測演算結果は図19の場合と同様である。この場合もヒートポンプコントローラ32(急速充電器とバッテリコントローラ73でもよい)の予測演算部116は、急速充電器の充電用のプラグが接続された場合、バッテリ55の残量(SOC)と、外気温度Tam(環境条件)と、充電開始時の熱媒体温度Tw(バッテリ温度Tcellでもよい)と、急速充電器の種類のうちの何れか、或いは、それらの組み合わせ、若しくは、それらの全て(実施例では全て)に基づいてバッテリ充電完了時間とバッテリ充電電力を、充電時間優先モードと充電電力優先モード毎に予測演算により算出する。
また、ヒートポンプコントローラ32は、空調コントローラ45の空調操作部53のディスプレイ53Aに、現在実行している充電モードが充電時間優先モードであるか、充電電力優先モードであるかを表示(出力)する。これにより、バッテリ55の急速充電時に何れの充電モードを実行しているかを使用者が容易に確認することができるようになる。
2 圧縮機
3 空気流通路
4 放熱器(室内熱交換器)
6 室外膨張弁
7 室外熱交換器
8 室内膨張弁
9 吸熱器(室内熱交換器)
11 制御装置
32 ヒートポンプコントローラ(制御装置の一部を構成)
35 電磁弁
45 空調コントローラ(制御装置の一部を構成)
48 吸熱器温度センサ
55 バッテリ
61 バッテリ温度調整装置
64 冷媒−熱媒体熱交換器
68 補助膨張弁
69 電磁弁
76 熱媒体温度センサ
R 冷媒回路
Claims (11)
- 外部の充電器により充電可能であり、車両に搭載されたバッテリの温度を調整するバッテリ温度調整装置であって、
制御装置を備え、該制御装置は、
前記バッテリを充電する際、当該バッテリの温度を調整する充電時間優先モードと、
前記バッテリを充電する際に動作しない、又は、前記バッテリの温度を調整する動作を制限する、状態のうちの何れかの状態となる充電電力優先モードを有することを特徴とする車両のバッテリ温度調整装置。 - 前記制御装置は、前記充電時間優先モードにおいて、前記バッテリの温度を示す指標を所定の適正温度範囲に制御することを特徴とする請求項1に記載の車両のバッテリ温度調整装置。
- 前記制御装置は、前記充電時間優先モードにおいて、前記バッテリの充電電流に基づき、当該充電電流が最大となるよう前記バッテリの温度を示す指標を制御することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の車両のバッテリ温度調整装置。
- 冷却装置を備え、該冷却装置を用いて前記バッテリを冷却可能とされており、
前記制御装置は、前記充電電力優先モードにおいて、前記バッテリの温度を示す指標が所定の上限値に達した場合、前記バッテリを冷却し、前記指標を前記上限値より低い値とすることを特徴とする請求項1乃至請求項3のうちの何れかに記載の車両のバッテリ温度調整装置。 - 加熱装置を備え、該加熱装置を用いて前記バッテリを加熱可能とされており、
前記制御装置は、前記充電電力優先モードにおいて、前記バッテリの温度を示す指標が所定の下限値に達した場合、前記バッテリを加熱し、前記指標を前記下限値より高い値とすることを特徴とする請求項1乃至請求項4のうちの何れかに記載の車両のバッテリ温度調整装置。 - 前記制御装置は、急速充電器により前記バッテリに充電する際、前記充電時間優先モード、又は、前記充電電力優先モードを実行することを特徴とする請求項1乃至請求項5のうちの何れかに記載の車両のバッテリ温度調整装置。
- 前記制御装置は、前記充電時間優先モードを実行するか、前記充電電力優先モードを実行するかを選択するための入力装置を有することを特徴とする請求項1乃至請求項6のうちの何れかに記載の車両のバッテリ温度調整装置。
- 前記制御装置は、所定の出力装置を有し、
前記バッテリの残量、環境条件、充電開始時の前記バッテリの温度を示す指標、前記充電器の種類のうちの何れか、或いは、それらの組み合わせ、若しくは、それらの全てから算出されるバッテリ充電完了時間、及び、バッテリ充電電力を、前記充電時間優先モードと前記充電電力優先モード毎に出力することを特徴とする請求項1乃至請求項7のうちの何れかに記載の車両のバッテリ温度調整装置。 - 前記制御装置は、前記バッテリの残量、環境条件、充電開始時の前記バッテリの温度を示す指標、前記充電器の種類のうちの何れか、或いは、それらの組み合わせ、若しくは、それらの全てから算出されるバッテリ充電完了時間に基づき、算出された当該バッテリ充電完了時間が予め設定された希望充電時間を満たす場合、前記充電電力優先モードを実行することを特徴とする請求項1乃至請求項8のうちの何れかに記載の車両のバッテリ温度調整装置。
- 前記制御装置は、所定の出力装置を有し、
前記充電時間優先モードを実行しているか、前記充電電力優先モードを実行しているかを出力することを特徴とする請求項1乃至請求項9のうちの何れかに記載の車両のバッテリ温度調整装置。 - 冷媒を圧縮する圧縮機と、
車室内に供給する空気と前記冷媒を熱交換させるための室内熱交換器と、
車室外に設けられた室外熱交換器を備えて前記車室内を空調すると共に、
前記バッテリ温度調整装置は、前記冷媒を用いて前記バッテリを冷却可能とされており、
前記制御装置は、前記充電時間優先モードにおいて、前記車室内の空調運転を制限し、又は、前記車室内の空調運転を禁止することを特徴とする請求項1乃至請求項10のうちの何れかに記載の車両のバッテリ温度調整装置を備えた車両用空気調和装置。
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