JP2021164368A - 熱管理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 バッテリの充電後に効率的にモータを作動させる。【解決手段】 車両に搭載される熱管理装置であって、熱回路と、バッテリと、モータと、制御装置を有する。前記熱回路が、前記バッテリと熱交換するバッテリ経路と、前記モータと熱交換するモータ経路と、前記熱回路内の前記熱媒体の流路を変更する少なくとも1つの制御弁を有する。前記制御装置が、第1動作と第2動作を実行する。前記第1動作では、前記バッテリの充電中に、前記バッテリ経路を含むとともに前記モータ経路を含まない循環流路を形成し、前記循環流路に前記熱媒体を循環させて前記循環流路内の前記熱媒体の温度を上昇させる。前記第2動作では、前記第1動作の後に、少なくとも1つの前記制御弁を切り換えることによって、前記第1動作において温度が上昇した前記熱媒体を前記モータ経路に供給する。【選択図】図1
Description
本明細書に開示の技術は、熱管理装置に関する。
特許文献1には、車両に搭載される熱管理装置が開示されている。この熱管理装置は、熱媒体が循環する複数の熱回路を有している。この熱管理装置は、車両の各部の間で熱を移動させる。
バッテリと走行用のモータを搭載した車両(例えば、電気自動車、ハイブリッド自動車等)が知られている。バッテリの充電中においては、モータが停止しているため、モータの温度が低い。モータの温度が低いと、モータ内部の潤滑油の粘度が高い。このため、バッテリの充電後に車両が走行するときには、モータ内部の潤滑油の粘度が高く、モータで生じる損失が大きい。本明細書では、バッテリの充電後に効率的にモータを作動させることが可能な熱管理装置を提案する。
本明細書が開示する熱管理装置は、車両に搭載される。この熱管理装置は、熱媒体が循環する熱回路と、バッテリと、前記車両を走行させるモータと、制御装置を有する。前記熱回路が、前記バッテリと熱交換するバッテリ経路と、前記モータと熱交換するモータ経路と、前記熱回路内の前記熱媒体の流路を変更する少なくとも1つの制御弁を有する。前記制御装置が、第1動作と第2動作を実行する。前記第1動作は、前記バッテリの充電中に、前記バッテリ経路を含むとともに前記モータ経路を含まない循環流路を形成し、前記循環流路に前記熱媒体を循環させて前記循環流路内の前記熱媒体の温度を上昇させる動作である。前記第2動作は、前記第1動作の後に、少なくとも1つの前記制御弁を切り換えることによって、前記第1動作において温度が上昇した前記熱媒体を前記モータ経路に供給する動作である。
この熱管理装置では、第1動作において、バッテリの充電中に、バッテリ経路を含む循環流路に熱媒体が循環する。バッテリは充電中に発熱するので、バッテリ経路内の熱媒体はバッテリとの熱交換によって加熱される。したがって、第1動作では、循環流路内の熱媒体の温度が上昇する。第1動作の後に、第2動作が実行される。なお、第2動作は、バッテリの充電完了後に開始されてもよいし、バッテリの充電中に開始されてもよい。第2動作では、第1動作において温度が上昇した高温の熱媒体をモータ経路に供給する。したがって、高温の熱媒体との熱交換によって、モータが加熱される。これによって、モータの内部の潤滑油の粘度が低下する。したがって、モータが低損失で作動することが可能となる。また、この熱管理装置は、充電時にバッテリで生じる熱を利用してモータを加熱するので、低い消費電力でモータを加熱することができる。
本明細書が開示する熱管理装置の技術要素を、以下に列記する。なお、以下の各技術要素は、それぞれ独立して有用なものである。
本明細書が開示する一例の熱管理装置では、前記少なくとも1つの制御弁が、三方弁を有していてもよい。前記熱回路が、ポンプ経路と、前記ポンプ経路内の熱媒体を下流へ送出するポンプと、前記モータ経路を含む熱媒体経路を有していてもよい。前記ポンプ経路の下流端が、前記三方弁を介して、前記バッテリ経路と前記熱媒体経路に接続されていてもよい。前記ポンプ経路の上流端が、前記バッテリ経路と前記熱媒体経路に接続されていてもよい。前記第1動作では、前記制御装置が、前記三方弁を前記ポンプ経路から前記バッテリ経路に熱媒体が流れる状態に制御して前記ポンプを作動させてもよい。前記第2動作では、前記制御装置が、前記三方弁を前記ポンプ経路から前記バッテリ経路と前記熱媒体経路の両方に熱媒体が流れる状態に制御して前記ポンプを作動させてもよい。
この構成によれば、第2動作において、バッテリを冷却しながらモータを加熱することができる。
本明細書が開示する一例の熱管理装置では、前記制御装置が、前記バッテリの急速充電中に前記第1動作を実行してもよい。
急速充電が実行された場合には、その後すぐに車両が使用される(すなわち、モータが使用される)場合が多い。したがって、急速充電中に第1動作を実行し、その後に第2動作を実行することで、より適切にモータを作動開始することができる。
本明細書が開示する一例の熱管理装置では、前記制御装置が、外気の温度が基準温度以下のときに前記第1動作と前記第2動作を実行してもよい。
外気の温度が低いほどモータが低温となり、潤滑油の粘度が高くなる。したがって、外気の温度が低い場合に第1動作と第2動作を実行して潤滑油を加熱することで、モータの効率をより大きく改善することができる。
図1に示す実施形態の熱管理装置100は、第1熱回路10、第2熱回路20、及び、第3熱回路30を有している。第1熱回路10、第2熱回路20、及び、第3熱回路30のそれぞれの内部に、熱媒体が流れる。第1熱回路10、第2熱回路20、及び、第3熱回路30の間で、熱媒体の流路が独立している。第1熱回路10、第2熱回路20、及び、第3熱回路30内の熱媒体の材料は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。例えば、熱媒体として、ハイドロフルオロカーボンを用いることができる。熱管理装置100は、車両に搭載されている。熱管理装置100は、エバポレータ63を用いて車室内の空気を冷却する冷房運転を実行することができる。また、熱管理装置100は、ヒータコア74を用いて車室内の空気を加熱する暖房運転を実行することができる。また、熱管理装置100は、バッテリ51、トランスアクスル43、PCU(パワーコントロールユニット)47、及び、SPU(スマートパワーユニット)46を冷却することができる。
第1熱回路10は、低温ラジエータ経路11、バイパス経路12、モータ経路13、バッテリ経路14、チラー経路15、接続経路16、及び、接続経路17を有している。
低温ラジエータ経路11には、低温ラジエータ41が設置されている。低温ラジエータ41は、低温ラジエータ経路11内の熱媒体と外気(すなわち、車両の外部の空気)とを熱交換させる。外気の温度が低温ラジエータ経路11内の熱媒体の温度よりも低ければ、低温ラジエータ41によって低温ラジエータ経路11内の熱媒体が冷却される。外気の温度が低温ラジエータ経路11内の熱媒体の温度よりも高ければ、低温ラジエータ41によって低温ラジエータ経路11内の熱媒体が加熱される。
モータ経路13の下流端は、三方弁42を介してバイパス経路12の上流端と低温ラジエータ経路11の上流端に接続されている。モータ経路13の上流端は、バイパス経路12の下流端と低温ラジエータ経路11の下流端に接続されている。モータ経路13には、ポンプ48が設置されている。ポンプ48は、モータ経路13内の熱媒体を下流へ送出する。三方弁42は、モータ経路13から低温ラジエータ経路11に熱媒体が流れる状態とモータ経路13からバイパス経路12に熱媒体が流れる状態との間で流路を切り換える。三方弁42がモータ経路13を低温ラジエータ経路11に接続している状態でポンプ48が作動すると、モータ経路13と低温ラジエータ経路11により構成される循環流路に熱媒体が循環する。三方弁42がモータ経路13をバイパス経路12に接続している状態でポンプ48が作動すると、モータ経路13とバイパス経路12により構成される循環流路に熱媒体が循環する。
モータ経路13には、SPU46、PCU47、及び、オイルクーラ45が設置されている。SPU46とPCU47はポンプ48の上流に設置されており、オイルクーラ45はポンプ48の下流に設置されている。SPU46とPCU47は、モータ経路13内の熱媒体との熱交換によって冷却される。オイルクーラ45は、熱交換器である。オイルクーラ45には、オイル循環路18が接続されている。オイルクーラ45は、モータ経路13内の熱媒体とオイル循環路18内のオイルとを熱交換させる。オイル循環路18は、トランスアクスル43の内部を通るように配設されている。トランスアクスル43は、モータを内蔵している。トランスアクスル43が内蔵するモータは、車両の駆動輪を回転させる走行用モータである。オイル循環路18の一部は、モータの摺動部(すなわち、軸受部)によって構成されている。すなわち、オイル循環路18内のオイルは、モータ内部の潤滑油である。オイル循環路18には、オイルポンプ44が設置されている。オイルポンプ44は、オイル循環路18内のオイルを循環させる。SPU46は、バッテリ51の充放電を制御する。PCU47は、バッテリ51から供給される直流電力を交流電力に変換し、交流電力をトランスアクスル43が内蔵するモータに供給する。
チラー経路15の下流端は、三方弁49を介してバッテリ経路14の上流端と接続経路16の上流端に接続されている。チラー経路15の上流端は、バッテリ経路14の下流端と接続経路17の下流端に接続されている。接続経路17の上流端は、低温ラジエータ経路11によって接続経路16の下流端に接続されている。チラー経路15には、ポンプ53が設置されている。ポンプ53は、チラー経路15内の熱媒体を下流へ送出する。三方弁49は、チラー経路15からバッテリ経路14に熱媒体が流れる状態と、チラー経路15から接続経路16に熱媒体が流れる状態との間で流路を切り換える。三方弁49がチラー経路15をバッテリ経路14に接続している状態でポンプ53が作動すると、チラー経路15とバッテリ経路14により構成される循環流路に熱媒体が循環する。三方弁49がチラー経路15を接続経路16に接続している状態でポンプ53が作動すると、チラー経路15、接続経路16、低温ラジエータ経路11、及び、接続経路17により構成される循環流路に熱媒体が循環する。
チラー経路15には、チラー52が設置されている。チラー52は、ポンプ53の下流に設置されている。チラー52は、チラー経路15内の熱媒体と第2熱回路20内(より詳細には、後述するチラー経路22内)の熱媒体との熱交換によって、チラー経路15内の熱媒体を冷却する。
バッテリ経路14には、ヒータ50とバッテリ51が設置されている。バッテリ51は、PCU47に直流電力を供給する。すなわち、バッテリ51は、PCU47を介してトランスアクスル43が内蔵するモータに電力を供給する。バッテリ51は、バッテリ経路14内の熱媒体との熱交換によって冷却される。ヒータ50は、バッテリ51の上流に設置されている。ヒータ50は、電気式のヒータであり、バッテリ経路14内の熱媒体を加熱する。
第2熱回路20は、チラー経路22、エバポレータ経路24、及び、コンデンサ経路26を有している。コンデンサ経路26の下流端は、三方弁65を介してチラー経路22の上流端とエバポレータ経路24の上流端に接続されている。コンデンサ経路26の上流端は、チラー経路22の下流端とエバポレータ経路24の下流端に接続されている。コンデンサ経路26には、コンプレッサ66が設置されている。コンプレッサ66は、コンデンサ経路26内の熱媒体を加圧しながら下流へ送出する。三方弁65は、コンデンサ経路26からチラー経路22に熱媒体が流れる状態と、コンデンサ経路26からエバポレータ経路24に熱媒体が流れる状態との間で流路を切り換える。三方弁65がコンデンサ経路26をチラー経路22に接続している状態でコンプレッサ66が作動すると、コンデンサ経路26とチラー経路22によって構成される循環流路に熱媒体が循環する。三方弁65がコンデンサ経路26をエバポレータ経路24に接続している状態でコンプレッサ66が作動すると、コンデンサ経路26とエバポレータ経路24によって構成される循環流路に熱媒体が循環する。
コンデンサ経路26には、コンデンサ67とモジュレータ68が設置されている。コンデンサ67はコンプレッサ66の下流に設置されており、モジュレータ68はコンデンサ67の下流に設置されている。コンプレッサ66によって送出される熱媒体は、高温の気体である。このため、コンデンサ67には、高温の気体である熱媒体が流入する。コンデンサ67は、コンデンサ経路26内の熱媒体と第3熱回路30内(より詳細には、後述するコンデンサ経路32内)の熱媒体との熱交換によって、コンデンサ経路26内の熱媒体を冷却する。コンデンサ経路26内の熱媒体は、コンデンサ67内で冷却されることで凝縮する。したがって、コンデンサ67を通過した熱媒体は、低温の液体である。したがって、モジュレータ68には、低温の液体である熱媒体が流入する。モジュレータ68は、液体である熱媒体中から気泡を除去する。
チラー経路22には、膨張弁61、及び、チラー52が設置されている。膨張弁61の下流にチラー52が設置されている。膨張弁61には、モジュレータ68を通過した熱媒体(すなわち、低温の液体である熱媒体)が流入する。熱媒体は、膨張弁61を通過するときに減圧される。したがって、チラー52には、低圧、低温の液体の熱媒体が流入する。チラー52は、チラー経路22内の熱媒体とチラー経路15内の熱媒体との熱交換によって、チラー経路22内の熱媒体を加熱するとともにチラー経路15内の熱媒体を冷却する。チラー52内では、チラー経路22内の熱媒体が加熱によって蒸発する。このため、チラー経路22内の熱媒体は、チラー経路15内の熱媒体から効率的に吸熱する。これにより、チラー経路15内の熱媒体が効率的に冷却される。チラー52を通過したチラー経路22内の熱媒体(すなわち、高温の気体である熱媒体)は、コンプレッサ66で加圧されて、コンデンサ67へ送られる。
エバポレータ経路24には、膨張弁64、エバポレータ63、及び、EPR(エバポレータプレッシャレギュレータ)62が設置されている。膨張弁64の下流にエバポレータ63が設置されており、エバポレータ63の下流にEPR62が設置されている。膨張弁64には、モジュレータ68を通過した熱媒体(すなわち、低温の液体である熱媒体)が流入する。熱媒体は、膨張弁64を通過するときに減圧される。したがって、エバポレータ63には、低圧、低温の液体の熱媒体が流入する。エバポレータ63は、エバポレータ経路24内の熱媒体と車室内の空気との熱交換によって、熱媒体を加熱するとともに車室内の空気を冷却する。すなわち、エバポレータ63によって、車室内の冷房が実行される。エバポレータ63内では、熱交換によって熱媒体が加熱されることで、熱媒体が蒸発する。このため、熱媒体は、車室内の空気から効率的に吸熱する。これにより、車室内の空気が効率的に冷却される。EPR62は、エバポレータ経路24内の熱媒体の流量を制御することで、エバポレータ63内の圧力を略一定に制御する。EPR62を通過した熱媒体(すなわち、高温の気体である熱媒体)は、コンプレッサ66で加圧されて、コンデンサ67へ送られる。
第3熱回路30は、コンデンサ経路32、ヒータコア経路34、及び、高温ラジエータ経路36を有している。コンデンサ経路32の下流端は、三方弁73を介してヒータコア経路34の上流端と高温ラジエータ経路36の上流端に接続されている。コンデンサ経路32の上流端は、ヒータコア経路34の下流端と高温ラジエータ経路36の下流端に接続されている。コンデンサ経路32には、ポンプ72が設置されている。ポンプ72は、コンデンサ経路32内の熱媒体を下流へ送出する。三方弁73は、コンデンサ経路32からヒータコア経路34に熱媒体が流れる状態と、コンデンサ経路32から高温ラジエータ経路36に熱媒体が流れる状態との間で流路を切り換える。三方弁73がコンデンサ経路32をヒータコア経路34に接続している状態でポンプ72が作動すると、コンデンサ経路32とヒータコア経路34により構成される循環流路に熱媒体が循環する。三方弁73がコンデンサ経路32を高温ラジエータ経路36に接続している状態でポンプ72が作動すると、コンデンサ経路32と高温ラジエータ経路36により構成される循環流路に熱媒体が循環する。
コンデンサ経路32には、コンデンサ67とヒータ71が設置されている。ポンプ72の下流にコンデンサ67が設置されており、コンデンサ67の下流にヒータ71が設置されている。コンデンサ67は、コンデンサ経路32内の熱媒体とコンデンサ経路26内の熱媒体との熱交換によって、コンデンサ経路32内の熱媒体を加熱するとともにコンデンサ経路26内の熱媒体を冷却する。ヒータ71は、電気式のヒータであり、コンデンサ経路32内の熱媒体を加熱する。
ヒータコア経路34には、ヒータコア74が設置されている。ヒータコア74は、ヒータコア経路34内の熱媒体と車室内の空気との熱交換によって、車室内の空気を加熱する。すなわち、ヒータコア74によって、車室内の暖房が実行される。
高温ラジエータ経路36には、高温ラジエータ75が設置されている。高温ラジエータ75は、高温ラジエータ経路36内の熱媒体と外気との熱交換によって、高温ラジエータ経路36内の熱媒体を冷却する。
熱管理装置100は、制御装置80を有している。制御装置80は、熱管理装置100の各部を制御する。
(モータ加熱運転)
車両が外部の急速充電機に接続され、バッテリ51が急速充電される場合がある。なお、本明細書では、10kW以上の出力でバッテリを充電することを、急速充電という。例えば、定格出力が最大50kWの500Vの直流電圧によってバッテリ51を急速充電することができる。制御装置80は、バッテリ51に対する急速充電を検出すると、モータ加熱運転を実行する。
車両が外部の急速充電機に接続され、バッテリ51が急速充電される場合がある。なお、本明細書では、10kW以上の出力でバッテリを充電することを、急速充電という。例えば、定格出力が最大50kWの500Vの直流電圧によってバッテリ51を急速充電することができる。制御装置80は、バッテリ51に対する急速充電を検出すると、モータ加熱運転を実行する。
モータ加熱運転では、制御装置80が、第1動作と第2動作を実行する。第1動作では、制御装置80は、バッテリ51で生じる熱を第1熱回路10内に蓄熱する。第2動作では、第1動作で蓄熱した熱によってトランスアクスル43が内蔵するモータを加熱する。以下に、第1動作と第2動作について説明する。
第1動作は、バッテリ51に対する急速充電が実施されている間に開始される。第1動作では、制御装置80が、図2に示すように熱管理装置100の各部を制御する。なお、第1動作には、第2熱回路20と第3熱回路30は関与しない。第1熱回路10では、三方弁49がチラー経路15とバッテリ経路14を接続するように制御され、ポンプ53が作動する。したがって、チラー経路15とバッテリ経路14によって構成される循環流路112に熱媒体が循環する。第1動作では、ヒータ50は停止状態とされる。また、第1動作では、第2熱回路20のチラー経路22に熱媒体が流れず、チラー52は機能を停止している。したがって、チラー52ではほとんど熱交換が生じない。上述したように、第1動作はバッテリ51に対する急速充電中に開始される。急速充電中に、バッテリ51は発熱する。このため、バッテリ経路14内の熱媒体とバッテリ51との熱交換によって、熱媒体が加熱されるとともにバッテリ51が冷却される。循環流路112は、チラー52以外に熱媒体から放熱するデバイスを有しておらず、また、チラー52は停止している。したがって、循環流路112内の熱媒体の温度が、第1動作中に徐々に上昇する。このように、第1動作では、循環流路112によって、バッテリ51の冷却が行われるとともに、循環流路112内の熱媒体に熱が蓄積される。
制御装置80は、第1動作の後に第2動作を実行する。なお、第1動作が急速充電中に終了し、急速充電中に第2動作が開始してもよい。また、第1動作が急速充電中に終了し、その後、急速充電が終了し、急速充電の終了後に第2動作が開始してもよい。また、第1動作が急速充電の終了後一定期間が経過するまで実行され、第1動作の終了後に第2動作が開始されてもよい。第2動作では、制御装置80が、図3に示すように熱管理装置100の各部を制御する。なお、第2動作には、第2熱回路20と第3熱回路30は関与しない。第1熱回路10では、三方弁49がバッテリ経路14と接続経路16の両方を開いた状態とする。すなわち、三方弁49が、チラー経路15からバッテリ経路14に熱媒体が流れるとともに、チラー経路15から接続経路16に熱媒体が流れる状態となる。また、ポンプ53が作動し、ポンプ53がチラー経路15内の熱媒体を下流へ送出する。チラー経路15の下流端(すなわち、三方弁49)まで流れた熱媒体の一部は、バッテリ経路14に流入する。バッテリ経路14の下流端まで流れた熱媒体は、再度、チラー経路15に流入する。したがって、チラー経路15とバッテリ経路14によって構成される循環流路に熱媒体が循環する。また、チラー経路15の下流端(すなわち、三方弁49)まで流れた熱媒体の一部は、接続経路16に流入する。接続経路16内を流れる熱媒体の一部は、低温ラジエータ経路11と接続経路17を経由して、再度、チラー経路15へ流入する。すなわち、チラー経路15には、バッテリ経路14と接続経路17の両方から熱媒体が流入する。したがって、チラー経路15、接続経路16、低温ラジエータ経路11、及び、接続経路17によって構成される循環流路に熱媒体が循環する。また、第1熱回路10では、三方弁42が低温ラジエータ経路11とバイパス経路12の両方を開いた状態とする。すなわち、三方弁42が、モータ経路13から低温ラジエータ経路11に熱媒体が流れるとともに、モータ経路13からバイパス経路12に熱媒体が流れる状態となる。また、ポンプ48が作動し、ポンプ48がモータ経路13内の熱媒体を下流へ送出する。モータ経路13の下流端(すなわち、三方弁42)まで流れた熱媒体の一部は、バイパス経路12に流入する。バイパス経路12の下流端まで流れた熱媒体は、再度、モータ経路13に流入する。したがって、モータ経路13とバイパス経路12によって構成される循環流路に熱媒体が循環する。また、モータ経路13の下流端(すなわち、三方弁42)まで流れた熱媒体の一部は、低温ラジエータ経路11に流入する。すなわち、低温ラジエータ経路11には、接続経路16とモータ経路13の両方から熱媒体が流入する。低温ラジエータ経路11の下流端まで流れた熱媒体の一部は、モータ経路13に流入する。すなわち、モータ経路13には、バイパス経路12と低温ラジエータ経路11の両方から熱媒体が流入する。したがって、モータ経路13と低温ラジエータ経路11によって構成される循環流路に熱媒体が循環する。以上のように、第2動作では、第1熱回路10の全体に熱媒体が流れる。また、第2動作では、制御装置80は、オイルポンプ44を作動させることで、オイル循環路18内にオイルを循環させる。
上述したように、第1動作では、図2に示す循環流路112内の熱媒体が高温まで加熱される。その後の第2動作では、図3に示すように第1熱回路10の全体に熱媒体が流れる。このため、循環流路112内で高温まで加熱された熱媒体が、第1熱回路10の全体に供給される。このため、モータ経路13にも高温の熱媒体が流れる。したがって、オイルクーラ45において、モータ経路13内の熱媒体とオイル循環路18内のオイルとの間で熱交換が生じる。その結果、オイル循環路18内のオイルが加熱される。第2動作ではオイルポンプ44が作動しているので、加熱されたオイルは、トランスアクスル43内のモータに供給され、モータが加熱される。上述したように、オイル循環路18内のオイルは、モータ内部の潤滑油である。第2動作では、オイル循環路18内のオイルが加熱されることで、オイルの粘度が低下する。
以上に説明したように、第2動作を実行することで、モータの内部のオイル(潤滑油)を加熱することができ、オイルの粘度を低下させることができる。したがって、第2動作の完了後にイグニッションオンすることで、モータの作動直後からモータを高効率で作動させることができる。すなわち、モータでの消費電力を低減することができる。なお、イグニッションオンによるモータの作動の開始は、第2動作の途中に行われてもよい。第2動作の途中であればモータ内部のオイルの温度がある程度上昇しているので、モータを高効率で作動させることができる。
また、上述した第2動作では、三方弁49が、チラー経路15をバッテリ経路14と接続経路16の両方に接続した状態で、ポンプ53が作動する。したがって、チラー経路15からバッテリ経路14と接続経路16の両方に熱媒体が流れる。このため、第2動作において、バッテリ経路14とモータ経路13の両方に熱媒体が流れる。したがって、第2動作では、モータを加熱しながら、バッテリ51を冷却することができる。
また、上述したように、モータ加熱運転は、急速充電時に実行される。急速充電が完了した後には、車両が使用される可能性が高い。このように、車両が使用される可能性が高いときにモータ加熱運転を実行することで、車両で生じる損失を低減することができる。但し、通常充電(急速充電よりも出力が低い充電)においてモータ加熱運転を実行してもよい。
また、上述したように、モータ加熱運転では、充電時にバッテリ51で生じる熱によってモータのオイルを加熱する。このため、ポンプ53、48によって熱媒体を循環させるだけで、モータのオイルを加熱することができる。したがって、モータ加熱運転では、低い消費電力で、モータのオイルを加熱することができる。
なお、バッテリ51の充電中に第1動作と第2動作を交互に繰り返し実行して、モータのオイルを比較的高い温度に維持してもよい。
また、寒冷地等のように外気の温度が極めて低い場合に、モータのオイルの粘度が特に高くなる。したがって、外気の温度が基準値以下のときに、モータ加熱運転を実行してもよい。例えば、外気の温度が5℃以下でバッテリ51が充電されているときに、モータ加熱運転を実行してもよい。
なお、熱管理装置100は、モータ加熱運転以外の種々の運転を行うことができる。例えば、熱管理装置100は、以下に説明する暖房運転、冷房運転、バッテリ冷却運転、及び、電気機器冷却運転を実行することができる。
(暖房運転)
暖房運転では、制御装置80が、図4に示すように熱管理装置100の各部を制御する。第3熱回路30では、三方弁73がコンデンサ経路32とヒータコア経路34を接続するように制御され、ポンプ72が作動する。したがって、コンデンサ経路32とヒータコア経路34によって構成される循環流路102に熱媒体が循環する。第2熱回路20では、三方弁65がコンデンサ経路26とチラー経路22を接続するように制御され、コンプレッサ66が作動する。したがって、コンデンサ経路26とチラー経路22によって構成される循環流路104に熱媒体が循環する。第1熱回路10では、三方弁49がチラー経路15と接続経路16を接続するように制御され、ポンプ53が作動する。ポンプ48は停止状態とされる。したがって、チラー経路15、接続経路16、低温ラジエータ経路11、及び、接続経路17によって構成される循環流路106に熱媒体が循環する。
暖房運転では、制御装置80が、図4に示すように熱管理装置100の各部を制御する。第3熱回路30では、三方弁73がコンデンサ経路32とヒータコア経路34を接続するように制御され、ポンプ72が作動する。したがって、コンデンサ経路32とヒータコア経路34によって構成される循環流路102に熱媒体が循環する。第2熱回路20では、三方弁65がコンデンサ経路26とチラー経路22を接続するように制御され、コンプレッサ66が作動する。したがって、コンデンサ経路26とチラー経路22によって構成される循環流路104に熱媒体が循環する。第1熱回路10では、三方弁49がチラー経路15と接続経路16を接続するように制御され、ポンプ53が作動する。ポンプ48は停止状態とされる。したがって、チラー経路15、接続経路16、低温ラジエータ経路11、及び、接続経路17によって構成される循環流路106に熱媒体が循環する。
図4の循環流路106では、低温ラジエータ41に、チラー52で冷却された低温の熱媒体が流入する。したがって、低温ラジエータ41に流入する熱媒体の温度は、外気の温度よりも低い。このため、低温ラジエータ41内で熱媒体が加熱される。その結果、低温ラジエータ41によって加熱された高温の熱媒体がチラー52に流入する。チラー52では、チラー経路15(すなわち、循環流路106)内の熱媒体が冷却され、チラー経路22(すなわち、循環流路104)内の熱媒体が加熱される。したがって、循環流路104では、チラー52によって加熱された高温の熱媒体がコンデンサ67に流入する。コンデンサ67では、コンデンサ経路26(すなわち、循環流路104)内の熱媒体が冷却され、コンデンサ経路32(すなわち、循環流路102)内の熱媒体が加熱される。したがって、循環流路102では、コンデンサ67によって加熱された高温の熱媒体がヒータコア74に流入する。ヒータコア74は、循環流路102内の熱媒体と車室内の空気との熱交換によって、車室内の空気を加熱する。ヒータコア74で加熱された空気は、図示しないファンによって送風される。以上のようにして、車室内の暖房が実行される。
(冷房運転)
冷房運転では、制御装置80が、図5に示すように熱管理装置100の各部を制御する。第3熱回路30では、三方弁73がコンデンサ経路32と高温ラジエータ経路36を接続するように制御され、ポンプ72が作動する。したがって、コンデンサ経路32と高温ラジエータ経路36によって構成される循環流路108に熱媒体が循環する。第2熱回路20では、三方弁65がコンデンサ経路26とエバポレータ経路24を接続するように制御され、コンプレッサ66が作動する。したがって、コンデンサ経路26とエバポレータ経路24によって構成される循環流路110に熱媒体が循環する。冷房運転には、第1熱回路10は関与しない。
冷房運転では、制御装置80が、図5に示すように熱管理装置100の各部を制御する。第3熱回路30では、三方弁73がコンデンサ経路32と高温ラジエータ経路36を接続するように制御され、ポンプ72が作動する。したがって、コンデンサ経路32と高温ラジエータ経路36によって構成される循環流路108に熱媒体が循環する。第2熱回路20では、三方弁65がコンデンサ経路26とエバポレータ経路24を接続するように制御され、コンプレッサ66が作動する。したがって、コンデンサ経路26とエバポレータ経路24によって構成される循環流路110に熱媒体が循環する。冷房運転には、第1熱回路10は関与しない。
図5の循環流路108では、高温ラジエータ75に、コンデンサ67で加熱された高温の熱媒体が流入する。したがって、高温ラジエータ75に流入する熱媒体の温度は、外気の温度よりも高い。このため、高温ラジエータ75内で熱媒体が冷却される。その結果、高温ラジエータ75で冷却された低温の熱媒体がコンデンサ67に流入する。コンデンサ67では、コンデンサ経路32(すなわち、循環流路108)内の熱媒体が加熱され、コンデンサ経路26(すなわち、循環流路110)内の熱媒体が冷却される。したがって、循環流路110では、コンデンサ67によって冷却された低温の熱媒体がエバポレータ63に流入する。エバポレータ63は、循環流路110内の熱媒体と車室内の空気との熱交換によって、車室内の空気を冷却する。エバポレータ63によって冷却された空気は、図示しないファンによって送風される。以上のようにして、車室内の冷房が実行される。
(バッテリ冷却運転)
バッテリ冷却運転は、バッテリ51の温度が基準値以上の温度まで上昇したときに実行される。バッテリ冷却運転では、制御装置80が、図6に示すように熱管理装置100の各部を制御する。第3熱回路30では、コンデンサ経路32と高温ラジエータ経路36によって構成される循環流路108に熱媒体が循環するように三方弁73とポンプ72が制御される。第2熱回路20では、コンデンサ経路26とチラー経路22によって構成される循環流路104に熱媒体が循環するように三方弁65とコンプレッサ66が制御される。第1熱回路10では、三方弁49がチラー経路15とバッテリ経路14を接続するように制御され、ポンプ53が作動する。したがって、チラー経路15とバッテリ経路14によって構成される循環流路112に熱媒体が循環する。
バッテリ冷却運転は、バッテリ51の温度が基準値以上の温度まで上昇したときに実行される。バッテリ冷却運転では、制御装置80が、図6に示すように熱管理装置100の各部を制御する。第3熱回路30では、コンデンサ経路32と高温ラジエータ経路36によって構成される循環流路108に熱媒体が循環するように三方弁73とポンプ72が制御される。第2熱回路20では、コンデンサ経路26とチラー経路22によって構成される循環流路104に熱媒体が循環するように三方弁65とコンプレッサ66が制御される。第1熱回路10では、三方弁49がチラー経路15とバッテリ経路14を接続するように制御され、ポンプ53が作動する。したがって、チラー経路15とバッテリ経路14によって構成される循環流路112に熱媒体が循環する。
図6の循環流路108は、図5(すなわち、冷房運転)と同様に運転する。したがって、コンデンサ67によってコンデンサ経路26(すなわち、循環流路104)内の熱媒体が冷却される。したがって、循環流路104では、コンデンサ67によって冷却された低温の熱媒体がチラー52に流入する。チラー52では、チラー経路22(すなわち、循環流路104)内の熱媒体が加熱され、チラー経路15(すなわち、循環流路112)内の熱媒体が冷却される。したがって、循環流路112では、チラー52によって冷却された低温の熱媒体がバッテリ経路14に流入し、バッテリ51が冷却される。以上のようにして、バッテリ51の冷却が実行される。
なお、バッテリ冷却運転では、高温ラジエータ経路36に代えて、ヒータコア経路34に熱媒体を流してもよい。この場合、ヒータコア74によって、第3熱回路30内の熱媒体が冷却されるとともに、車室内の空気が加熱される。この運転では、バッテリ51が冷却されるとともに、ヒータコア74においてバッテリ51の排熱を利用して暖房が行われる。
(電気機器冷却運転)
電気機器冷却運転は、SPU46、PCU47、及び、トランスアクスル43が内蔵するモータの運転中に実行される。また、電気機器冷却運転は、SPU46、PCU47、及び、モータのいずれかの温度が基準値を超えたときに実行されてもよい。電気機器冷却運転では、制御装置80が、図7に示すように熱管理装置100の各部を制御する。電気機器冷却運転には、第3熱回路30と第2熱回路20は関与しない。第1熱回路10では、三方弁42がモータ経路13と低温ラジエータ経路11を接続するように制御され、ポンプ48が作動する。したがって、モータ経路13と低温ラジエータ経路11によって構成される循環流路114に熱媒体が循環する。また、電気機器冷却運転では、オイルポンプ44が作動し、オイル循環路18内のオイルが循環する。
電気機器冷却運転は、SPU46、PCU47、及び、トランスアクスル43が内蔵するモータの運転中に実行される。また、電気機器冷却運転は、SPU46、PCU47、及び、モータのいずれかの温度が基準値を超えたときに実行されてもよい。電気機器冷却運転では、制御装置80が、図7に示すように熱管理装置100の各部を制御する。電気機器冷却運転には、第3熱回路30と第2熱回路20は関与しない。第1熱回路10では、三方弁42がモータ経路13と低温ラジエータ経路11を接続するように制御され、ポンプ48が作動する。したがって、モータ経路13と低温ラジエータ経路11によって構成される循環流路114に熱媒体が循環する。また、電気機器冷却運転では、オイルポンプ44が作動し、オイル循環路18内のオイルが循環する。
循環流路114では、SPU46、PCU47、及び、オイルクーラ45で加熱された高温の熱媒体が低温ラジエータ41に流入する。したがって、低温ラジエータ41に流入する熱媒体の温度は、外気の温度よりも高い。このため、低温ラジエータ41によって低温ラジエータ経路11(すなわち、循環流路114)内の熱媒体が冷却される。したがって、循環流路114では、低温ラジエータ41によって冷却された低温の熱媒体がモータ経路13に流入し、SPU46とPCU47が冷却される。また、オイルクーラ45は、低温の熱媒体によってオイル循環路18内のオイルを冷却する。その結果、冷却されたオイルが、トランスアクスル43が内蔵するモータに供給され、モータが冷却される。以上のようにして、電気機器(すなわち、SPU46、PCU47、及び、モータ)を冷却する電気機器冷却運転が実行される。
なお、制御装置80は、上述した運転以外の運転も可能である。例えば、制御装置80は、循環流路112に熱媒体を循環させながらヒータ50によって熱媒体を加熱することで、バッテリ51を加熱する運転を実行することができる。この運転は、寒冷地等においてバッテリ51が過度に低温となった場合に実行される。また、制御装置80は、循環流路102に熱媒体を循環させながらヒータ71によって熱媒体を加熱することで、ヒータコア74による暖房を実行することができる。この運転は、上述した暖房運転を実行できないときに実行される。また、制御装置80は、モータ経路13とバイパス経路12によって構成される循環流路に熱媒体を循環させることで、SPU46、PCU47、及び、モータの温度上昇を抑制する運転を実行することができる。
なお、上記の実施形態では、第1熱回路10における流路の切り換えが、2つの三方弁42、49により行われた。しかしながら、図8〜10に示す変形例のように、第1熱回路10が、三方弁42、49の代わりに1つの五方弁55を有しており、五方弁55により流路の切り換えが行われてもよい。図8〜10では、低温ラジエータ経路11の上流端、バイパス経路12の上流端、モータ経路13の下流端、バッテリ経路14の上流端、及び、チラー経路15の下流端が五方弁55に接続されている。また、低温ラジエータ経路11の下流端、バイパス経路12の下流端、モータ経路13の上流端、バッテリ経路14の下流端、及び、チラー経路15の上流端がリザーバタンク56を介して互いに接続されている。図8に示すように、五方弁55がチラー経路15とバッテリ経路14を接続した状態でポンプ53が作動すると、循環流路112に熱媒体が循環する。図9に示すように、五方弁55が、低温ラジエータ経路11、バイパス経路12、モータ経路13、バッテリ経路14、及び、チラー経路15を互いに接続した状態でポンプ48、53が作動すると、第1熱回路10の全体に熱媒体が循環する。したがって、この構成でも、モータ加熱運転を実行することができる。また、五方弁55を切り換えることによって、図8に示すように、循環流路114に熱媒体を循環させることができる。また、五方弁55を切り換えることによって、図10に示すように、循環流路106に熱媒体を循環させることができる。このように、図8〜10の熱管理装置でも、図1〜7の熱管理装置100と略同様に、第1熱回路10内の熱媒体の循環流路を切り換えることができる。
上述した実施形態の構成要素と、特許請求の範囲に記載の構成要素との対応関係について、以下に説明する。実施形態の第1熱回路10は、特許請求の範囲の熱回路の一例である。実施形態の三方弁42、49は、特許請求の範囲の少なくとも1つの制御弁の一例である。実施形態の循環流路112は、特許請求の範囲の循環流路の一例である。
以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの1つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。
10 :第1熱回路
20 :第2熱回路
30 :第3熱回路
41 :低温ラジエータ
42 :三方弁
43 :トランスアクスル
48 :ポンプ
49 :三方弁
51 :バッテリ
52 :チラー
53 :ポンプ
61 :膨張弁
63 :エバポレータ
64 :膨張弁
65 :三方弁
66 :コンプレッサ
67 :コンデンサ
68 :モジュレータ
72 :ポンプ
73 :三方弁
74 :ヒータコア
75 :高温ラジエータ
80 :制御装置
100 :熱管理装置
20 :第2熱回路
30 :第3熱回路
41 :低温ラジエータ
42 :三方弁
43 :トランスアクスル
48 :ポンプ
49 :三方弁
51 :バッテリ
52 :チラー
53 :ポンプ
61 :膨張弁
63 :エバポレータ
64 :膨張弁
65 :三方弁
66 :コンプレッサ
67 :コンデンサ
68 :モジュレータ
72 :ポンプ
73 :三方弁
74 :ヒータコア
75 :高温ラジエータ
80 :制御装置
100 :熱管理装置
Claims (1)
- 車両に搭載される熱管理装置であって、
熱媒体が循環する熱回路と、
バッテリと、
前記車両を走行させるモータと、
制御装置、
を有し、
前記熱回路が、
前記バッテリと熱交換するバッテリ経路と、
前記モータと熱交換するモータ経路と、
前記熱回路内の前記熱媒体の流路を変更する少なくとも1つの制御弁、
を有し、
前記制御装置が、
前記バッテリの充電中に、前記バッテリ経路を含むとともに前記モータ経路を含まない循環流路を形成し、前記循環流路に前記熱媒体を循環させて前記循環流路内の前記熱媒体の温度を上昇させる第1動作と、
前記第1動作の後に、少なくとも1つの前記制御弁を切り換えることによって、前記第1動作において温度が上昇した前記熱媒体を前記モータ経路に供給する第2動作、
を実行する、
熱管理装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020066911A JP2021164368A (ja) | 2020-04-02 | 2020-04-02 | 熱管理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020066911A JP2021164368A (ja) | 2020-04-02 | 2020-04-02 | 熱管理装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021164368A true JP2021164368A (ja) | 2021-10-11 |
Family
ID=78005256
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020066911A Pending JP2021164368A (ja) | 2020-04-02 | 2020-04-02 | 熱管理装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2021164368A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114475152A (zh) * | 2022-01-25 | 2022-05-13 | 江西新电汽车空调系统有限公司 | 一种可集成式的热泵空调与热管理系统及其控制方法 |
-
2020
- 2020-04-02 JP JP2020066911A patent/JP2021164368A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN114475152A (zh) * | 2022-01-25 | 2022-05-13 | 江西新电汽车空调系统有限公司 | 一种可集成式的热泵空调与热管理系统及其控制方法 |
CN114475152B (zh) * | 2022-01-25 | 2022-10-21 | 江西新电汽车空调系统有限公司 | 一种可集成式的热泵空调与热管理系统及其控制方法 |
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