JP2021106100A - 温度調節システム - Google Patents

Abstract

【課題】熱媒体を適切に循環させながら消費電力を低減する。【解決手段】温度調節システムＳは、熱媒体が循環する流路１０と、流路１０に設けられたバッテリー１１と、流路１０の循環方向においてバッテリー１１の上流側に設けられ、熱媒体を加熱するヒーター１２と、流路１０の循環方向においてバッテリー１１の下流側に設けられ、熱媒体を冷却するラジエータ１３と、流路１０においてラジエータを迂回する第１迂回路１４と、流路１０においてラジエータ１３及び第１迂回路１４を迂回する第２迂回路１５に設けられ、熱媒体の熱を蓄熱する蓄熱部１６と、熱媒体を、ラジエータ１３、第１迂回路１４、又は蓄熱部１６のいずれかに向かわせる第１調節弁１８及び第２調節弁１９と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリーの温度を調節する技術に関する。

熱電ヒーターを用いて流路内を循環する熱媒体を加熱することで、流路内に設けられた車両用バッテリーを加熱する技術が開示されている（例えば、特許文献１を参照）。

特表２０１０−５３２０６６号公報

しかしながら、上記の技術では、熱媒体を介してバッテリーを加熱しているので、バッテリーを加熱する効率が低かった。そのため、バッテリーを加熱するためには熱電ヒーターに多量の電力を供給する必要あった。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、熱媒体を適切に循環させながら消費電力を低減する技術を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様においては、熱媒体が循環する流路と、前記流路に設けられたバッテリーと、前記流路の循環方向において前記バッテリーの上流側に設けられ、前記熱媒体を加熱するヒーターと、前記流路の循環方向において前記バッテリーの下流側に設けられ、前記熱媒体を冷却するラジエータと、前記流路において前記ラジエータを迂回する第１迂回路と、前記流路において前記ラジエータ及び前記第１迂回路を迂回する第２迂回路に設けられ、前記熱媒体の熱を蓄熱する蓄熱部と、前記熱媒体を、前記ラジエータ、前記第１迂回路、又は前記蓄熱部のいずれかに向かわせる調節弁と、を備える温度調節システムを提供する。

前記温度調節システムは、前記バッテリーの出口での前記熱媒体の温度である出口媒体温度、及び前記蓄熱部内の前記熱媒体の温度である蓄熱部内媒体温度を特定する温度特定部と、前記温度特定部が特定した前記出口媒体温度が、前記バッテリーを使用可能な温度範囲内になるように、前記温度特定部が特定した前記蓄熱部内媒体温度に基づいて前記調節弁を制御する調節弁制御部と、をさらに備える。

例えば、前記調節弁制御部は、前記出口媒体温度が前記バッテリーを使用可能な上限温度以上の場合、前記熱媒体を前記ラジエータに向かわせるように前記調節弁を制御し、前記出口媒体温度が、前記上限温度よりも低い判定温度から前記上限温度までの範囲内である場合、前記蓄熱部内媒体温度が前記出口媒体温度よりも低いとき、前記蓄熱部に前記熱媒体を向かわせるように前記調節弁を制御し、前記蓄熱部内媒体温度が前記出口媒体温度以上のとき、前記第１迂回路に前記熱媒体を向かわせるように前記調節弁を制御し、前記出口媒体温度が、前記判定温度よりも低い場合、前記第１迂回路に前記熱媒体を向かわせるように前記調節弁を制御する。

例えば、前記調節弁制御部は、前記出口媒体温度が、前記判定温度よりも低い前記バッテリーを使用可能な下限温度よりも低い場合、前記蓄熱部に前記熱媒体を向かわせるように前記調節弁を制御し、前記出口媒体温度が、前記下限温度以上であり前記判定温度よりも低い場合、前記第１迂回路に前記熱媒体を向かわせるように前記調節弁を制御する。

例えば、前記調節弁制御部は、前記出口媒体温度が前記判定温度よりも低く、かつ前記ヒーターが動作する条件を満たす場合、前記蓄熱部に前記熱媒体を向かわせるように前記調節弁を制御する。

本発明によれば、熱媒体を適切に循環させながら消費電力を低減できるという効果を奏する。

本実施形態に係る温度調節システムの構成を模式的に示す図である。 流路を循環する冷却水の流れを説明するための図である。 温度調節システムが実行する処理の流れを模式的に示すフローチャートである。

［温度調節システムＳの構成］
温度調節システムＳは、バッテリーを有する車両に搭載され、バッテリーとラジエータとの間で循環される熱媒体を用いてバッテリーの温度を調節する。熱媒体は、例えば冷却水であるが、これに限らず他の液体を用いてもよい。以下の説明においては、熱媒体が冷却水であるものとして説明する。

図１は、本実施形態に係る温度調節システムＳの構成を模式的に示す図である。温度調節システムＳは、流路１０と、流路１０に設けられた車両用のバッテリー１１と、ヒーター１２と、ラジエータ１３と、第１迂回路１４と、第２迂回路１５と、蓄熱部１６と、ポンプ１７と、第１調節弁１８と、第２調節弁１９と、記憶部３０と、制御部４０とを備える。

流路１０は、冷却水が循環する流路である。流路１０には、冷却水の循環方向に沿って、バッテリー１１、第２調節弁１９、第１調節弁１８、ラジエータ１３、ポンプ１７、及びヒーター１２が設けられている。

バッテリー１１は、車両に搭載される動力用モータや各種装置を動作させるための電力を供給する。バッテリー１１は、例えばリチウムイオン電池である。

ヒーター１２は、流路１０の冷却水の循環方向においてバッテリー１１の上流側に設けられ、冷却水を加熱する。ヒーター１２は、例えばＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）ヒーターであるが、これに限らず他のヒーターを用いてもよい。

ラジエータ１３は、流路１０の冷却水の循環方向においてバッテリー１１の下流側に設けられており、バッテリー１１を通過した冷却水を冷却する。ラジエータ１３は、例えば冷却水を冷却するファンを有する。また、ラジエータ１３は、車両前方からの風によって冷却水を冷却してもよい。

第１迂回路１４は、流路１０の冷却水の循環方向においてラジエータ１３を迂回する流路である。具体的には、第１迂回路１４は、バッテリー１１からラジエータ１３に至る間に流路１０から分岐し、ラジエータ１３からヒーター１２に至る間に流路１０に合流する。

第２迂回路１５は、流路１０の冷却水の循環方向においてラジエータ１３及び第１迂回路１４を迂回する流路である。具体的には、第２迂回路１５は、バッテリー１１から第１迂回路１４に至る間に流路１０から分岐し、第１迂回路１４からヒーター１２に至る間に流路１０に合流する。

蓄熱部１６は、第２迂回路１５に設けられ、冷却水の熱を蓄熱する。蓄熱部１６は、例えば断熱された容器を含み、断熱された容器に所定量の冷却水を溜めることができる。このように、蓄熱部１６は、容器に冷却水を溜めることにより、冷却水の熱を蓄熱する。断熱された容器は、例えば、内びんと外びんとを含む２重構造であり、内びんと外びんと間を通常の大気圧より低い圧力の気体で満たした容器（いわゆる魔法瓶）である。

ポンプ１７は、流路１０の冷却水の循環方向においてヒーター１２の上流側に設けられており、冷却水を流路１０内で循環させる。ポンプ１７が作動することで、冷却水が流路１０を循環する。なお、ポンプ１７は、流路１０の冷却水を循環させることができる場所に設けられていればよく、例えばヒーター１２からバッテリー１１に至る流路に設けられていてもよい。

第１調節弁１８及び第２調節弁１９は、冷却水を、ラジエータ、第１迂回路、又は蓄熱部のいずれかに向かわせる調節弁である。

第１調節弁１８は、バッテリー１１とラジエータ１３との間で流路１０を分岐するように設けられる。第１調節弁１８は、バッテリー１１を通過した冷却水が、ラジエータ１３に向かうか第１迂回路１４に向かうかを切り替える。また、第１調節弁１８は、第１迂回路１４に向かう冷却水の流量を調節してもよい。

第２調節弁１９は、バッテリー１１と第１調節弁１８との間で流路１０を分岐するように設けられる。第２調節弁１９は、バッテリー１１を通過した冷却水が第２迂回路１５に向かうか、第１調節弁１８に向かうかを切り替える。また、第２調節弁１９は、第２迂回路１５に向かう冷却水の流量を調節してもよい。

記憶部３０は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びハードディスク等を含む記憶媒体である。記憶部３０は、制御部４０が実行するプログラムを記憶する。

制御部４０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサを含む計算リソースである。制御部４０は、記憶部３０に記憶されたプログラムを実行することにより、温度特定部４１及び調節弁制御部４２としての機能を実現する。

温度特定部４１は、温度を測定する温度センサーを含み、流路１０を循環する冷却水の温度を特定する。温度特定部４１は、バッテリー１１の出口に設けられた温度センサーにより、バッテリー１１の出口での冷却水の温度である出口媒体温度を特定する。また、温度特定部４１は、蓄熱部１６に溜められた冷却水の温度を測定できるように設けられた温度センサーにより、蓄熱部１６内の冷却水の温度である蓄熱部内媒体温度を特定する。

調節弁制御部４２は、第１調節弁１８及び第２調節弁１９を制御することにより、ラジエータ１３、第１迂回路１４、又は蓄熱部１６のいずれかに冷却水を向かわせる。例えば、調節弁制御部４２は、温度特定部４１が特定した出口媒体温度が、バッテリー１１を使用可能な温度範囲内になるように、温度特定部４１が特定した蓄熱部内媒体温度に基づいて第１調節弁１８及び第２調節弁１９を制御する。バッテリー１１を使用可能な温度範囲は、適宜定めればよい。バッテリー１１を使用可能な温度範囲の具体的な値は、例えば摂氏５度から４０度である。以下、調節弁制御部４２が第１調節弁１８及び第２調節弁１９を制御する具体的な条件、及び冷却水の流れについて説明する。図２は、流路１０を循環する冷却水の流れを説明するための図である。図２に示す流路１０において、太い実線は、冷却水が流れていることを示し、細い破線は、冷却水が流れていないことを示す。

（出口媒体温度が上限温度以上の場合）
調節弁制御部４２は、出口媒体温度がバッテリー１１を使用可能な上限温度以上の場合、冷却水をラジエータ１３に向かわせるように第１調節弁１８及び第２調節弁１９を制御する。上限温度の具体的な値は、適宜定めればよく、例えば摂氏４０度である。

調節弁制御部４２は、出口媒体温度が上限温度以上の場合、冷却水が第１調節弁１８に向かうように第２調節弁１９を切り替え、冷却水がラジエータ１３に向かうように第１調節弁１８を切り替える。図２（Ａ）は、流路１０を循環する冷却水がラジエータ１３に向かう場合を模式的に示す図である。図２（Ａ）に示すように、冷却水は、バッテリー１１を通過してラジエータ１３に向かい、ラジエータ１３を通過した後、ポンプ１７に向かう。この場合、冷却水は、第１迂回路１４及び第２迂回路１５を流れない。このようにすることで、温度調節システムＳは、バッテリー１１を通過して上限温度以上になった冷却水をラジエータ１３で冷却することができる。

（出口媒体温度が上限温度よりも低い判定温度から上限温度までの範囲内である場合）
調節弁制御部４２は、出口媒体温度が、判定温度から上限温度までの範囲内である場合、蓄熱部内媒体温度に基づいて、冷却水を第１迂回路１４に向かわせるか、冷却水を蓄熱部１６に向かわせるかを切り替える。判定温度の具体的な値は、適宜定めればよく、例えば摂氏２０度である。

調節弁制御部４２は、出口媒体温度が判定温度から上限温度までの範囲内であり、かつ蓄熱部内媒体温度が出口媒体温度以上の場合、第１迂回路１４に冷却水を向かわせるように第１調節弁１８及び第２調節弁１９を制御する。具体的には、調節弁制御部４２は、冷却水が第１調節弁１８に向かうように第２調節弁１９を切り替え、冷却水が第１迂回路１４に向かうように第１調節弁１８を切り替える。図２（Ｂ）は、流路１０を循環する冷却水が第１迂回路１４に向かう場合を模式的に示す図である。図２（Ｂ）に示すように、冷却水は、バッテリー１１を通過して第１調節弁１８に向かい、第１迂回路１４を通過してポンプ１７に向かう。この場合、冷却水は、ラジエータ１３及び第２迂回路１５を流れない。

調節弁制御部４２は、温度特定部４１が特定した蓄熱部内媒体温度が出口媒体温度よりも低いとき、蓄熱部１６に冷却水を向かわせるように第１調節弁１８及び第２調節弁１９を制御する。具体的には、調節弁制御部４２は、冷却水が蓄熱部１６に向かうように第２調節弁１９を切り替える。図２（Ｃ）は、流路１０を循環する冷却水が蓄熱部１６に向かう場合を模式的に示す図である。図２（Ｃ）に示すように、冷却水は、バッテリー１１を通過して第２調節弁１９に向かい、第２迂回路１５及び蓄熱部１６を通過してポンプ１７に向かう。この場合、冷却水は、ラジエータ１３及び第１迂回路１４を流れない。このようにすることで、温度調節システムＳは、バッテリー１１を通過することにより加熱された冷却水（温水）を蓄熱部１６の容器に溜めることができるので、蓄熱部１６に熱を蓄えることができる。

なお、蓄熱部内媒体温度が出口媒体温度よりも低い場合、蓄熱部１６の容器に溜められた冷却水が蓄熱部１６から流路１０に流出する。蓄熱部１６の容器に溜められた冷却水の温度は出口媒体温度よりも低いので、蓄熱部１６の容器に溜められた冷却水が蓄熱部１６から流路１０に流出して流路１０の冷却水と混ざると、流路１０を流れる冷却水の温度が下がる。その結果、バッテリー１１の温度が下がる。このように、温度調節システムＳは、出口媒体温度よりも温度が低い冷却水を流路１０に流出させることにより冷却水を冷却するためにラジエータ１３に向かわせなくてもよくなるので、ラジエータ１３を冷却するためのファンを動作させるための消費電力を低減できる。

（出口媒体温度が判定温度よりも低い場合）
調節弁制御部４２は、出口媒体温度が判定温度よりも低い場合、判定温度よりも低いバッテリー１１を使用可能な下限温度よりも出口媒体温度が低いか否かに基づいて、冷却水を第１迂回路１４に向かわせるか、冷却水を蓄熱部１６に向かわせるかを切り替える。下限温度の具体的な値は、適宜定めればよく、例えば摂氏５度である。

調節弁制御部４２は、出口媒体温度が、下限温度よりも低い場合、蓄熱部１６に冷却水を向かわせるように第１調節弁１８及び第２調節弁１９を制御する。この場合、図２（Ｃ）に示すように、冷却水は、バッテリー１１を通過して第２調節弁１９に向かい、蓄熱部１６に流入する。そして、蓄熱部１６に流入する冷却水が蓄熱部１６に溜められた冷却水（温水）を押し出して、蓄熱部１６に溜められた冷却水（温水）が流路１０に流出する。このようにすることで、温度調節システムＳは、ヒーター１２を作動させなくても、蓄熱部１６に溜められた冷却水（温水）の熱を用いてバッテリー１１を加熱することができる。その結果、温度調節システムＳは、例えば、出口媒体温度が下限温度よりも低くなるような、車両の周辺の気温が低い状態で車両を始動する場合に消費電力を低減することができる。

調節弁制御部４２は、出口媒体温度が、下限温度以上であり判定温度よりも低い場合、第１迂回路１４に冷却水を向かわせるように第１調節弁１８及び第２調節弁１９を制御する。この場合、図２（Ｂ）に示すように、冷却水は、バッテリー１１を通過して第１調節弁１８に向かい、第１迂回路１４を通過してポンプ１７に向かう。このように、温度調節システムＳは、出口媒体温度が判定温度よりも低くても、下限温度以上である場合、バッテリー１１を加熱するために蓄熱部１６に蓄えられた熱を使用しない。その結果、温度調節システムＳは、バッテリー１１の温度が上昇するような状況（例えば車両が動作中など）において、蓄熱部１６に蓄えられた熱を利用しないようにできる。

［温度調節システムＳが実行する処理の流れ］
以下、図３を参照しながら温度調節システムＳが実行する処理の流れを説明する。図３は、温度調節システムＳが実行する処理の流れを模式的に示すフローチャートである。図３のフローチャートは、温度調節システムＳが搭載される車両が動作している間、定期的に実行される。

まず、温度特定部４１は、出口媒体温度、及び蓄熱部内媒体温度を特定する（ステップＳ１）。調節弁制御部４２は、出口媒体温度が上限温度以上であるか否かを判定する（ステップＳ２）。調節弁制御部４２は、出口媒体温度が上限温度以上である場合（ステップＳ２でＹｅｓ）、冷却水をラジエータ１３に向かわせるように第１調節弁１８及び第２調節弁１９を制御する（ステップＳ３）。

調節弁制御部４２は、出口媒体温度が上限温度未満である場合（ステップＳ２でＮｏ）、出口媒体温度が判定温度以上であるか否かを判定する（ステップＳ４）。調節弁制御部４２は、出口媒体温度が判定温度以上である場合（ステップＳ４でＹｅｓ）、蓄熱部内媒体温度よりも出口媒体温度が高いか否かを判定する（ステップＳ５）。

調節弁制御部４２は、蓄熱部内媒体温度よりも出口媒体温度が高い場合（ステップＳ５でＹｅｓ）、冷却水を蓄熱部１６に向かうように第１調節弁１８及び第２調節弁１９を制御する（ステップＳ６）。調節弁制御部４２は、出口媒体温度が蓄熱部内媒体温度以下の場合（ステップＳ５でＮｏ）、冷却水を第１迂回路１４に向かわせるように第１調節弁１８及び第２調節弁１９を制御する（ステップＳ８）。

調節弁制御部４２は、出口媒体温度が判定温度未満である場合（ステップＳ４でＮｏ）、出口媒体温度が下限温度よりも低いか否かを判定する（ステップＳ７）。調節弁制御部４２は、出口媒体温度が下限温度以上である場合（ステップＳ７でＮｏ）、冷却水を第１迂回路１４に向かうように第１調節弁１８及び第２調節弁１９を制御する（ステップＳ８）。調節弁制御部４２は、出口媒体温度が下限温度よりも低い場合（ステップＳ７でＹｅｓ）、冷却水を蓄熱部１６に向かわせるように第１調節弁１８及び第２調節弁１９を制御する（ステップＳ９）。

（変形例）
温度調節システムＳは、ヒーター１２を使用する場合に蓄熱部１６に冷却水を向かわせるように第１調節弁１８及び第２調節弁１９を制御してもよい。例えば、調節弁制御部４２は、出口媒体温度が判定温度よりも低く、かつヒーター１２が動作する条件を満たす場合、蓄熱部１６に冷却水を向かわせるように第１調節弁１８及び第２調節弁１９を制御する。ヒーター１２が動作する条件は、例えば、周辺の気温が所定温度未満である場合である。このようにすることで、温度調節システムＳは、バッテリー１１の温度が低下することを抑制するとともに、蓄熱部１６に蓄えた熱を使用することによりヒーター１２を作動させるための消費電力を低減できる。

［本実施形態に係る温度調節システムＳの効果］
以上説明したとおり、温度調節システムＳは、冷却水が循環する流路１０を備え、流路１０においてバッテリー１１と、流路１０の循環方向においてバッテリー１１の上流側に設けられた冷却水を加熱するヒーター１２とを備える。また、温度調節システムＳは、流路１０の循環方向においてバッテリー１１の下流側に、ラジエータ１３と、ラジエータ１３を迂回する第１迂回路１４と、ラジエータ１３及び第１迂回路１４を迂回する第２迂回路１５に設けられる冷却水の熱を蓄熱する蓄熱部１６と、を備える。そして、温度調節システムＳは、冷却水を、ラジエータ、第１迂回路、又は蓄熱部のいずれかに向かわせる第１調節弁１８及び第２調節弁１９を備える。

そして、温度調節システムＳは、バッテリー１１を使用可能な温度範囲内に出口媒体温度が収まるように、出口媒体温度及び蓄熱部内媒体温度に基づいて第１調節弁１８及び第２調節弁１９を切り替える。このようにすることで、温度調節システムＳは、冷却水を適切に循環させることができるようになり、ヒーター１２を作動させるための消費電力を低減することができる。

なお、上記の説明において、調節弁制御部４２は、第１調節弁１８及び第２調節弁１９を切り替えて、冷却水の流れを切り替えた。これに限らず、調節弁制御部４２は、第１調節弁１８及び第２調節弁の開度を制御して、ラジエータ、第１迂回路、又は蓄熱部のいずれかに向かわせる冷却水の流量を制御してもよい。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。

１０ 流路
１１ バッテリー
１２ ヒーター
１３ ラジエータ
１４ 第１迂回路
１５ 第２迂回路
１６ 蓄熱部
１７ ポンプ
１８ 第１調節弁
１９ 第２調節弁
３０ 記憶部
４０ 制御部
４１ 温度特定部
４２ 調節弁制御部

Claims (5)

1. 熱媒体が循環する流路と、
   前記流路に設けられたバッテリーと、
   前記流路の循環方向において前記バッテリーの上流側に設けられ、前記熱媒体を加熱するヒーターと、
   前記流路の循環方向において前記バッテリーの下流側に設けられ、前記熱媒体を冷却するラジエータと、
   前記流路において前記ラジエータを迂回する第１迂回路と、
   前記流路において前記ラジエータ及び前記第１迂回路を迂回する第２迂回路に設けられ、前記熱媒体の熱を蓄熱する蓄熱部と、
   前記熱媒体を、前記ラジエータ、前記第１迂回路、又は前記蓄熱部のいずれかに向かわせる調節弁と、
   を備える温度調節システム。
2. 前記バッテリーの出口での前記熱媒体の温度である出口媒体温度、及び前記蓄熱部内の前記熱媒体の温度である蓄熱部内媒体温度を特定する温度特定部と、
   前記温度特定部が特定した前記出口媒体温度が、前記バッテリーを使用可能な温度範囲内になるように、前記温度特定部が特定した前記蓄熱部内媒体温度に基づいて前記調節弁を制御する調節弁制御部と、
   をさらに備える請求項１に記載の温度調節システム。
3. 前記調節弁制御部は、
   前記出口媒体温度が前記バッテリーを使用可能な上限温度以上の場合、前記熱媒体を前記ラジエータに向かわせるように前記調節弁を制御し、
   前記出口媒体温度が、前記上限温度よりも低い判定温度から前記上限温度までの範囲内である場合、前記蓄熱部内媒体温度が前記出口媒体温度よりも低いとき、前記蓄熱部に前記熱媒体を向かわせるように前記調節弁を制御し、前記蓄熱部内媒体温度が前記出口媒体温度以上のとき、前記第１迂回路に前記熱媒体を向かわせるように前記調節弁を制御し、
   前記出口媒体温度が、前記判定温度よりも低い場合、前記第１迂回路に前記熱媒体を向かわせるように前記調節弁を制御する、
   請求項２に記載の温度調節システム。
4. 前記調節弁制御部は、
   前記出口媒体温度が、前記判定温度よりも低い前記バッテリーを使用可能な下限温度よりも低い場合、前記蓄熱部に前記熱媒体を向かわせるように前記調節弁を制御し、
   前記出口媒体温度が、前記下限温度以上であり前記判定温度よりも低い場合、前記第１迂回路に前記熱媒体を向かわせるように前記調節弁を制御する、
   請求項３に記載の温度調節システム。
5. 前記調節弁制御部は、前記出口媒体温度が前記判定温度よりも低く、かつ前記ヒーターが動作する条件を満たす場合、前記蓄熱部に前記熱媒体を向かわせるように前記調節弁を制御する、
   請求項３又は４に記載の温度調節システム。

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