JP2021169286A - 自動車用の熱管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】車室の暖房と冷房を一つの熱回路で賄うことができるとともに、車載の電源から得られる熱を車室の暖房にも利用することのできる熱管理システムを提供する。【解決手段】本明細書が開示する熱管理システムは、第１熱媒体が流れる第１熱回路と、第２熱媒体が流れる第２熱回路と、第２熱媒体から第１熱媒体へ熱を移す主熱交換器を備える。第１熱回路は、コンプレッサと、車室暖房器と、第１空気熱交換器と、蒸発器と、第１循環路と、第１バイパス流路と、第１切替弁を備える。第１循環路は、コンプレッサと車室暖房器と第１空気熱交換器と主熱交換器をこの順序で接続する。第１バイパス流路は第１循環路に接続されており、主熱交換器を迂回して蒸発器に第１熱媒体を通す。第１切替弁は、主熱交換器と蒸発器のいずれかを選択する。車室暖房器が車室内の空気を温める。蒸発器が車室内の空気を冷却する。【選択図】図１

Description

本明細書が開示する技術は、自動車用の熱管理システムに関する。

特許文献１に自動車に搭載される熱管理システムが開示されている。この熱管理システムは、熱媒体が循環する複数の熱回路（エンジン冷却回路、冷却水回路等）を有している。この熱管理システムは、エンジン冷却回路にてエンジンを冷却するとともにエンジンから得た熱で車室を暖房する。冷却水回路は、走行用のモータに電力を供給するインバータを冷却する機能と、車室を冷却する機能を有する。特許文献１の熱管理システムでは、車室暖房器はエンジン冷却回路に組み込まれており、車室冷房器は冷却水回路に組み込まれている。

特開２０１４−１８１５９４号公報

特許文献１の技術では、車室暖房用の熱回路（エンジン回路）と車室冷房用の熱回路（冷却水回路）とが分かれているため、車室冷暖房のための熱媒体流路が複雑になるという課題がある。本明細書は、車室の暖房と冷房を一つの熱回路で賄うことができるとともに、車載の電源から得られる熱を車室の暖房にも利用することのできる熱管理システムを提供する。

本明細書が開示する熱管理システムは、第１熱媒体が流れる第１熱回路と、第２熱媒体が流れる第２熱回路と、第２熱媒体から第１熱媒体へ熱を移す主熱交換器を備える。

第１熱回路は、コンプレッサと、車室暖房器と、第１空気熱交換器と、蒸発器と、第１循環路と、第１バイパス流路と、第１切替弁を備える。第１循環路は、コンプレッサと車室暖房器と第１空気熱交換器と主熱交換器をこの順序で接続している。第１バイパス流路は第１循環路に接続されており、主熱交換器を迂回して蒸発器に第１熱媒体を通す。第１切替弁は、第１空気熱交換器を通過した第１熱媒体の流れ先として主熱交換器と蒸発器のいずれかを選択する。第１空気熱交換器は、第１熱媒体と外気との間で熱交換する。コンプレッサは、第１熱媒体を圧縮する。車室暖房器が第１熱媒体で車室内の空気を温める。蒸発器が第１熱媒体で車室内の空気を冷却する。

車室を暖房するときにはコンプレッサで圧縮された高温の第１熱媒体が車室暖房器にて車室の空気を温める。このとき、第１切替弁は主熱交換器を選択しており、第１熱媒体は蒸発器には流れない。車室を冷却するときには、第１切替弁は蒸発器を選択する。コンプレッサで圧縮された高温の第１熱媒体は第１空気熱交換器で冷却される。冷却された第１熱媒体は蒸発器にて蒸発し、さらに温度が下がる。車室内の空気は蒸発器にて冷却される。このように車室の暖房と冷却は一つの熱回路（第１熱回路）で賄うことができる。

第２熱回路は、電源冷却器と第２循環路を備える。電源冷却器は、走行用のモータに電力を供給する電源を冷却する。第２循環路は、電源冷却器と主熱交換器を接続している。第２熱媒体は、第２循環路を通して電源冷却器と主熱交換器の間を循環する。

第２熱回路にて、第２熱媒体は電源から熱を吸収する。第１熱回路で車室を暖房する際、主熱交換器にて第１熱媒体で第２熱媒体を加熱する。車室の暖房に電源の熱を利用することができる。

第１熱回路は、さらに、開度を調整可能なグリルシャッタとコントローラを備えてもよい。グリルシャッタは、第１空気熱交換器を通過する空気量を調整する。

第１熱媒体は、コンプレッサで圧縮されることによって温度が高くなる。温度が高くなった第１熱媒体が車室暖房器を通過するときに車室の空気を温める。車室暖房器を通過した後の第１熱媒体が有している余剰の熱量は第１空気熱交換器で外気に放出される。コントローラは、車室暖房器を通過後の第１熱媒体の温度が所定の温度範囲に保持されるようにグリルシャッタの開度を制御する。

外気に放出する熱量は、グリルシャッタの開度を変えることで調整される。暖房で要求される熱量を車室の空気に与えつつ、第２熱媒体の温度を適切な範囲に保持することができる。コンプレッサの出力調整によっても第２熱媒体の温度を適切な範囲に保持することはできる。しかし、グリルシャッタを利用することで消費電力を抑えることができる。

第２熱回路は、第２熱媒体と外気の間で熱交換する第２空気熱交換器と、第２循環路に接続されている第２バイパス流路と、第２切替弁を備えていてもよい。第２バイパス流路は、電源冷却器を迂回して第２空気熱交換器に第２熱媒体を通す。第２切替弁は、主熱交換器を通過した第２熱媒体の流れ先として電源冷却器と第２空気熱交換器のいずれかを選択する。車室を暖房する際に電源の熱が利用できない場合、第２空気熱交換器を通じて外気の熱を第２熱媒体に移すことで、外気の熱を車室暖房に利用することができる。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例の熱管理システムの回路図である。 暖房時のコントローラの処理のフローチャートである（１）。 暖房時のコントローラの処理のフローチャートである（２）。 暖房時のコントローラの処理のフローチャートである（３）。

図面を参照して実施例の熱管理システム２を説明する。図１に、熱管理システム２の回路図を示す。ここでいう「回路」とは、熱媒体の流路の回路を意味する。

熱管理システム２は、電気自動車に搭載されており、車室の温度を調整するとともに、バッテリ５（電源）、走行用のモータ６、電力変換器７を冷却する。バッテリ５の電力は、電力変換器７によってモータ６の駆動に適した交流電力に変換され、モータ６に供給される。バッテリ５は、リチウムイオンバッテリである。バッテリ５の出力は１００ボルトを超える。

熱管理システム２は、第１熱回路１０と、第２熱回路４０と、チラー３と、コントローラ４を備える。第１熱回路１０が車室の温度を調整する。第２熱回路４０がバッテリ５、モータ６、電力変換器７を冷却する。

第１熱回路１０について説明する。第１熱回路１０では、コンプレッサ１２、車室暖房器１３、空冷コンデンサ１４、第１切替弁１５、チラー３がこの順序で第１循環路１１によって接続されている。第１循環路１１には第１熱媒体が流れる。第１熱媒体には、水よりも沸点の低い冷媒が用いられる。第１熱媒体には例えばハイドロフルオロカーボンが採用される。

コンプレッサ１２が動作すると、第１熱媒体が第１循環路１１を循環する。コンプレッサ１２よりも上流側では第１熱媒体は気体である。コンプレッサ１２は、気体の第１熱媒体を圧縮する。コンプレッサ１２の下流側に接続された車室暖房器１３は凝縮器であり、コンプレッサ１２で圧縮された第１熱媒体は、車室暖房器１３で液体に変化するとともに温度が高くなる。

車室暖房器１３には、車室の空気が流れるエアダクト２６と、車室の空気を車室暖房器１３に送るファン２７が備えられている。車室暖房器１３にて、車室の空気は高温の第１熱媒体で温められる。車室暖房器１３にはヒータ２８が備えられており、第１熱媒体の熱では熱量が不足する場合は、ヒータ２８も使って車室の空気を温める。

車室暖房器１３の下流側には空冷コンデンサ１４が配置されている。空冷コンデンサ１４は、電気自動車の前部に配置されており、その周囲に外気が流れる。空冷コンデンサ１４の前にはグリルシャッタ３０が配置されている、走行中、外気はグリルシャッタ３０を通過した後に空冷コンデンサ１４を通る。空冷コンデンサ１４では、第２熱媒体が外気と熱交換する。より具体的には、空冷コンデンサ１４では、第２熱媒体が有する余剰の熱量が外気に放出される。

グリルシャッタ３０は角度を変えることができるルーバ３０ａを備えている。ルーバ３０ａの角度を変えることで、空冷コンデンサ１４を通過する空気の量を調整することができる。グリルシャッタ３０の通過空気量を調整することを「グリルシャッタ３０の開度を調整する」と表現する。ルーバ３０ａの角度を変えることが、グリルシャッタ３０の開度を調整することに相当する。グリルシャッタ３０の開度を調整することで、空冷コンデンサ１４にて第２熱媒体から外気へ放出される単位時間当たりの熱量を制御することができる。グリルシャッタ３０（ルーバ３０ａ）はコントローラ４によって制御される。

空冷コンデンサ１４の下流側に第１切替弁１５が接続されており、第１切替弁１５の下流側にチラー３が接続されている。空冷コンデンサ１４と第１切替弁１５の間にはモジュレータ２９が接続されている。モジュレータ２９は、液体の第２熱媒体から気泡を除去する。

第１循環路１１には第１バイパス流路１６が接続されている。第１バイパス流路１６の一端は第１切替弁１５を介してチラー３の上流側（チラー３の冷媒入口）に接続されている。第１バイパス流路１６の他端はチラー３の下流側（チラー３の冷媒出口）に接続されている。第１バイパス流路１６の途中に膨張弁２２と蒸発器１７とＥＰＲ２３（エバポレータプレッシャレギュレータ）が接続されている。第１バイパス流路１６は、第１熱媒体にチラー３を迂回させて蒸発器１７へ通す。

第１切替弁１５は、空冷コンデンサ１４を通過した第１熱媒体の流れ先としてチラー３と蒸発器１７のいずれかを選択する。第１切替弁１５とチラー３の間には膨張弁２１が備えられている。

第１切替弁１５がチラー３を選択すると、空冷コンデンサ１４を通過した第１熱媒体は膨張弁２１とチラー３を通る。膨張弁２１とチラー３で第１熱媒体は気化し、温度が下がる。チラー３には第２循環路４１も通過している。第２循環路４１は第２熱回路４０に属し、第２熱媒体が流れる。チラー３において第２熱媒体は第１熱媒体よりも高温であり、第２熱媒体から第１熱媒体へ熱が移る。別言すれば、チラー３にて第２熱媒体が有する熱量が第１熱媒体に伝達される。

第１切替弁１５が蒸発器１７を選択すると、空冷コンデンサ１４を通過した第１熱媒体は膨張弁２２と蒸発器１７を通る。膨張弁２２と蒸発器１７で第１熱媒体は気化し、温度が下がる。

蒸発器１７には、車室の空気が流れるエアダクト２４と、車室の空気を蒸発器１７に送るファン２５が備えられている。エアダクト２４を通過する空気は蒸発器１７で冷却される。すなわち、車室が冷却される。

コンプレッサ１２、第１切替弁１５、ファン２５、２７は、コントローラ４によって制御される、コントローラ４にはスイッチ８が接続されている。スイッチ８は車室に備えられている。ユーザは、スイッチ８を操作することにより、車室の暖房または冷房を切り替えることができる。

車室を冷却するときのコントローラ４の処理を説明する。スイッチ８により冷房が選択されると、コントローラ４は、蒸発器１７を選択するように第１切替弁１５を制御する。同時にコントローラ４は、ファン２７を停止する。ファン２７を停止するので車室の空気は車室暖房器１３へ送られないので温められない。コントローラ４は、コンプレッサ１２とファン２５を起動し、グリルシャッタ３０（ルーバ３０ａ）を全開にする。コンプレッサ１２で圧縮され高温になった第１熱媒体は、空冷コンデンサ１４にて外気で冷却される。温度の低下した第１熱媒体は蒸発器１７で膨張し温度が急激に下がる。コントローラ４は、ファン２５を作動させる。ファン２５により車室の空気は蒸発器１７を通り、冷却される。冷却された空気が再び車室に戻り、車室が冷却される。

車室を温めるときのコントローラ４の処理を説明する。スイッチ８により暖房が選択されると、コントローラ４は、チラー３を選択するように第１切替弁１５を制御する。第１熱媒体は蒸発器１７を通らないので車室の空気は冷却されない。コントローラ４は、コンプレッサ１２とファン２７を起動する。コンプレッサ１２で圧縮された空気は車室暖房器１３を通る。ファン２７により車室の空気は車室暖房器１３へ送られ、温められる。温められた空気が再び車室に戻り、車室が温められる。

先に述べたように、第１熱媒体が有する熱量では車室の空気を温めるのに熱量が不足する場合は、コントローラ４はヒータ２８を起動し、ヒータ２８によっても車室の空気を温める。

第１熱媒体が有する熱量が車室の空気を温めるのに過多である場合、余剰の熱量は空冷コンデンサ１４で外気へ放出される。コントローラ４は、第１熱媒体の温度が適切な温度範囲に保持されるように、グリルシャッタ３０の開度を調整する。グリルシャッタ３０の開度が大きいほど、第１熱媒体は冷却される。グリルシャッタ３０の制御については後述する。

空冷コンデンサ１４を通過した第１熱媒は第１切替弁１５を通じてチラー３へ流れる。先に述べたように、チラー３では、第２熱媒体によって第１熱媒体が温められる。第２熱媒体の熱も車室の暖房に利用される。詳しくは後述するが、車室を暖房するとき、バッテリ５の熱、あるいは、外気の熱が第２熱媒体とチラー３を介して第１熱媒体へ移される。バッテリ５の熱、あるいは、外気の熱が、車室の暖房に利用される。

上記したように、熱管理システム２は、１個の熱回路（第１熱回路１０）で車室の冷房と暖房が賄える。バッテリ５の熱、あるいは、外気の熱を車室の暖房に利用するときのコントローラ４の制御については後述する。

第２熱回路４０について説明する。第２熱回路４０は、第２循環路４１、ポンプ４２、バッテリ冷却器４５、ヒータ４４を備える。第２循環路４１は、チラー３とバッテリ冷却器４５とポンプ４２を接続している。ポンプ４２が動作すると、第２熱媒体がチラー３とバッテリ冷却器４５を循環する。バッテリ冷却器４５にて第２熱媒体がバッテリ５を冷却する。バッテリ冷却器４５を通過し、温度が高くなった第２熱媒体はチラー３へ流れる。先に述べたように、第２熱媒体の熱は、チラー３にて第１熱媒体へ移り、第２熱媒体の温度が下がる。

バッテリ５は温度が低すぎると効率が下がる。バッテリ５の温度が低いときにはヒータ４４を起動し、第２熱媒体を温める。ヒータ４４によって高温となった第２熱媒体がバッテリ冷却器４５を通過する間にバッテリ５を温める。第２熱回路４０はバッテリ５を温める場合があるが、本実施例では第２熱回路４０がバッテリ５を冷却する状況に着目する。

第２熱回路４０は、さらに、第２熱媒体と外気の間で熱交換するラジエータ４７、第２バイパス流路４６、第２切替弁４３を備える。第２バイパス流路４６は、第２循環路４１に接続している。第２バイパス流路４６の一端は第２切替弁４３を介してバッテリ冷却器４５の上流側に接続されており、他端はバッテリ冷却器４５の下流側に接続されている。第２切替弁４３は、チラー３を通過した第２熱媒体の流れ先としてバッテリ冷却器４５とラジエータ４７のいずれかを選択する。

スイッチ８にて車室暖房が選択されているとき、バッテリ５の温度が低い場合、コントローラ４は、ラジエータ４７を選択するように第２切替弁４３を制御する。ポンプ４２を駆動すると、第２熱媒体がチラー３を通り、第２熱媒体の熱が第１熱媒体に移り、第２熱媒体の温度が下がる。温度が下がった第２熱媒体はラジエータ４７を通る。温度の下がった第２熱媒体はラジエータ４７にて外気から熱を吸収する。外気の熱によって温められた第２熱媒体は、ポンプ４２により再びチラー３へ送られ、第１熱媒体を温める。このようにバッテリ５の温度が低い場合には、ラジエータ４７とチラー３を介して外気の熱が車室の暖房に利用される。

第２熱回路４０はさらに、モータ６と電力変換器７を冷却するモータ循環路５１を備える。モータ循環路５１にも第２熱媒体が流れる。モータ循環路５１の一端はラジエータ４７の下流側で第２バイパス流路４６に接続している。モータ循環路５１は、電力変換器７を冷却する変換器冷却器５５と、ポンプ５２と、オイルクーラ５３をこの順序で通過する。モータ循環路５１の他端はラジエータ４７の上流側で第２バイパス流路４６に接続している。

モータ循環路５１には、第２熱媒体にラジエータ４７を迂回させるラジエータバイパス流路５８が接続されている。ラジエータ４７の上流側にてラジエータバイパス流路５８は第３切替弁５４を介してモータ循環路５１に接続する。

オイルクーラ５３にはオイル循環路５６が通過している。オイル循環路５６はモータ６を通過している。オイル循環路５６にはオイルポンプ５７が接続されている。オイルポンプ５７が動作すると、オイルクーラ５３とモータ６の間をオイルが循環する。オイルはモータ６を通過する間にモータ６を冷却する。モータ６を冷却して温度が上昇したオイルはオイルクーラ５３にて第２熱媒体によって冷却される。オイルクーラ５３とオイルポンプ５７とオイル循環路５６がモータ６を冷却するモータ冷却器に相当する。

モータ循環路５１の中の第２熱媒体は、ラジエータバイパス流路５８を通り、変換器冷却器５５とオイルクーラ５３を循環する。第２熱媒体の温度が所定の閾値温度を超えると、コントローラ４はラジエータ４７を選択するように第３切替弁５４を制御する。同時にコントローラ４は、バッテリ冷却器４５を選択するように第２切替弁４３を制御する。第２循環路４１を流れる第２熱媒体は、ポンプ４２、チラー３、バッテリ冷却器４５を循環する。モータ循環路５１を流れる第２熱媒体は、変換器冷却器５５、ポンプ５２、オイルクーラ５３、ラジエータ４７を循環する。電力変換器７とモータ６（オイル）を冷却した第２熱媒体は、ラジエータ４７で熱を放出し、冷却される。

以下の説明では、第３切替弁５４はラジエータバイパス流路５８を選択しており、モータ循環路５１はラジエータ４７から切り離されている状態を想定する。別言すれば、チラー３を通過した第２熱媒体はバッテリ冷却器４５とラジエータ４７のいずれかに流れる。第２熱媒体の流れ先は第２切替弁４３により選択される。

熱管理システム２は、流路の各所に熱媒体（第１熱媒体または第２熱媒体）の温度を計測する温度センサを備えているが、それら温度センサの図示は省略した。また、熱管理システム２は、外気温度を計測する温度センサも備えているが、そのセンサの図示も省略した。

先に述べたように、図１の熱管理システム２は、車室を暖房する際にバッテリ５の熱あるいは外気の熱を利用する。以下では、車室を暖房するときのコントローラ４の処理について説明する。ユーザがスイッチ８を操作し、暖房を選択すると、コントローラ４が暖房処理を開始する。なお、暖房のときにはチラー３を使うので、コントローラ４は、空冷コンデンサ１４を通過した第１熱媒体の流れ先としてチラー３が選択されるように第１切替弁１５を制御する。

図２−図４に、コントローラ４が実行する処理のフローチャートを示す。コントローラ４は、一定の周期で図２−図４の処理を繰り返し実行する。

フローチャートで用いる記号（変数）の意味は、図２−図４の右下に記した。フローチャートにて、各処理の左側から入る矢印は、コントローラ４に入力される変数を表している。

コントローラ４は、バッテリ５の温度（バッテリ温度Ｔｂ）を温度閾値Ｔｈと比較する（ステップＳ２）。バッテリ５には不図示の温度センサが備えられており、温度センサがバッテリ温度Ｔｂを取得する。温度閾値Ｔｈは予め定められている定数である。バッテリ温度Ｔｂが温度閾値Ｔｈを超えている場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）、バッテリ５の熱を暖房に利用する。図２のステップＳ３−Ｓ５が、バッテリ５の熱を利用する場合の処理である。バッテリ温度Ｔｂが温度閾値Ｔｈを下回っている場合（ステップＳ２：ＮＯ）、外気の熱を暖房に利用する。図２のステップＳ６−Ｓ８が、外気の熱を利用する場合の処理である。ステップＳ９以降は、バッテリ５の熱を使う場合も外気の熱を使う場合も同じである。

バッテリ５の熱を暖房に利用する場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）、コントローラ４は、バッテリ５を選択するように、第２熱回路４０の第２切替弁４３を制御する（ステップＳ３）。

変数「Ｑｂ」は、バッテリ５の発熱量を意味する。変数「Ｉｂ」はバッテリ５の電流を意味する。なお、電流Ｉｂは、通常はバッテリ５の出力電流を意味するが、バッテリ５が充電されているときにはバッテリ５に供給される電流を意味する。バッテリ発熱量Ｑｂは、電流Ｉｂの二乗に比例する。変数「Ｃｅ」が比例係数を意味し、コントローラ４は、算術式Ｃｅ×Ｉｂ×Ｉｂを用いてバッテリ発熱量Ｑｂを求める（ステップＳ４）。図１の第２熱回路４０がバッテリ５の温度を一定に保つ。それゆえ、バッテリ発熱量Ｑｂは、第２熱回路４０がバッテリ５から吸収する熱量に等しい。変数「Ｑｃ２」が、第２熱回路４０が得る熱量（第２熱回路熱量）を意味する。バッテリ５の熱を利用する場合、コントローラ４は、バッテリ発熱量Ｑｂを、第２熱回路熱量Ｑｃ２に代入する（ステップＳ５）。詳しくは後述するが、第２熱回路熱量Ｑｃ２が、第１熱回路１０にて車室暖房に利用される。

外気の熱を暖房に利用する場合（ステップＳ２：ＮＯ）、コントローラ４は、ラジエータ４７を選択するように、第２切替弁４３を制御する（ステップＳ６）。第２熱媒体は、第２切替弁４３を通してチラー３から第２バイパス流路４６を通り、ラジエータ４７に達する。第２熱媒体はラジエータ４７にて外気から熱を受け取る。第２熱媒体が外気から受け取る熱量Ｑａｍｂは、外気温度Ｔａｍｂと車速Ｖｅｌと第２熱媒体の温度Ｔｃ２に依存する。なお、ここでの第２熱媒体温度Ｔｃ２は、ラジエータ４７の上流側に設置された温度センサ（不図示）の計測値である。外気温度Ｔａｍｂと車速Ｖｅｌと第２熱媒体の温度Ｔｃ２と、それらに依存する熱量Ｑａｍｂとの関係式（Ｑａｍｂ＝ｇ（Ｔａｍｂ、Ｖｅｌ、Ｔｃ２））はラジエータ４７の特性で決まるものであり、予め求められている。その関係式は予めコントローラ４に記憶されている。コントローラ４は、その関係式を用い、ラジエータ４７にて第２熱媒体が外気から得る熱量Ｑａｍｂを算出する（ステップＳ７）。

ステップＳ７で得られる熱量Ｑａｍｂが、車室暖房に利用できる外気の熱量に相当する。外気の熱を利用する場合、コントローラ４は、熱量Ｑａｍｂを、第２熱回路熱量Ｑｃ２に代入する（ステップＳ８）。

ステップＳ５あるいはステップＳ８にて、車室暖房に利用できる熱量（第２熱回路熱量Ｑｃ２）が定まる。続いてコントローラ４は、第２熱回路熱量Ｑｃ２を暖房要求熱量Ｑｗと比較する（ステップＳ９）。なお、より正確には、コントローラ４は、第２熱回路熱量Ｑｃ２を、（暖房要求熱量Ｑｗ−マージン熱量Ｑｍ）と比較する。

「Ｑｗ」は、暖房に要求される熱量を意味する。ユーザは、スイッチ８（図１）により暖房の強さを選択できる。暖房の強さは例えば５段階の中から選択可能である。スイッチ８によってユーザが選択する暖房の強さに応じて暖房要求熱量Ｑｗが定まる。すなわち、暖房要求熱量Ｑｗは、ユーザが選択する。

コントローラ４は、第２熱回路熱量Ｑｃ２が（暖房要求熱量Ｑｗ−マージン熱量Ｑｍ）よりも大きい場合（ステップＳ９：ＹＥＳ）、図３の処理を実行する。第２熱回路熱量Ｑｃ２が（暖房要求熱量Ｑｗ−マージン熱量Ｑｍ）よりも小さい場合（ステップＳ９：ＮＯ）、図４の処理を実行する。マージン熱量Ｑｍは、予め定められた値である。

詳しくは後述するが、第２熱回路熱量Ｑｃ２＞（暖房要求熱量Ｑｗ−マージン熱量Ｑｍ）の場合、グリルシャッタ３０の開度Ｇｓの調整が必要になり、第２熱回路熱量Ｑｃ２＜（暖房要求熱量Ｑｗ−マージン熱量Ｑｍ）の場合、グリルシャッタ３０は全閉状態に保持される。

ステップＳ９の判断がＹＥＳの場合の処理を説明する（図３）。第２熱回路熱量Ｑｃ２が（暖房要求熱量Ｑｗ−マージン熱量Ｑｍ）よりも大きい場合は、余剰の熱量を空冷コンデンサ１４で放熱する。空冷コンデンサ１４の放熱量は、グリルシャッタ３０の開度（ルーバ３０ａの角度）で調整される。

図３の「Ｑｔ１」は、第１熱量閾値を意味する。第１熱量閾値Ｑｔ１は、コンプレッサ１２とポンプ４２の出力を決めるための閾値である。第２熱回路熱量Ｑｃ２が第１熱量閾値Ｑｔ１よりも大きい場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、コントローラ４は、コンプレッサ１２の出力をＨｉに設定し、ポンプ４２の出力もＨｉに設定する（ステップＳ１２）。第２熱回路熱量Ｑｃ２が第１熱量閾値Ｑｔ１よりも小さい場合（ステップＳ１１：ＮＯ）、コントローラ４は、コンプレッサ１２の出力をＬｏに設定し、ポンプ４２の出力もＬｏに設定する（ステップＳ１３）。出力Ｈｉは、出力Ｌｏよりも大きい。すなわち、第２熱回路熱量Ｑｃ２が比較的に大きい場合には、コントローラ４は、第１熱回路１０と第２熱回路４０の性能を上げる。

変数「Ｑｃｐ」は、コンプレッサ１２が第１熱媒体に与える熱量（コンプレッサ供給熱量）を意味する。コンプレッサ１２は、第１熱媒体を圧縮し、液化することで、第１熱媒体にエネルギを与える。このエネルギが、コンプレッサ供給熱量Ｑｃｐに相当する。コンプレッサ供給熱量Ｑｃｐは、コンプレッサ１２の出力と、コンプレッサ１２に入る前の第１熱媒体の温度で定まる。第１循環路１１のコンプレッサ１２よりも上流側に温度センサが備えられており、コントローラ４は、その温度センサから第１熱媒体の温度を取得する。

第１熱媒体の温度とコンプレッサ１２の出力と、それらに対するコンプレッサ供給熱量Ｑｃｐの関係式は予め求められており、コントローラ４に記憶されている。コントローラ４は、ステップＳ１２またはＳ１３で決定したコンプレッサ１２の出力と、コンプレッサ１２の上流における第１熱媒体の温度から、コンプレッサ供給熱量Ｑｃｐを算出する（ステップＳ１４）。

変数「Ｑｃ１」は、第１熱回路１０が車室の空気に与えることができる熱量（第１熱回路熱量）を意味する。第１熱回路熱量Ｑｃ１は、第２熱回路４０から得られる熱量（第２熱回路熱量Ｑｃ２）とコンプレッサ１２で得られる熱量（コンプレッサ供給熱量Ｑｃｐ）の和で表される（ステップＳ１５）。

コントローラ４は、ファン２７を駆動し、車室の空気を車室暖房器１３に通す。コンプレッサ１２を通過した高温の第１熱媒体は、車室暖房器１３を通過する。車室暖房器１３にて、第１熱媒体から暖房要求熱量Ｑｗが車室の空気へ伝達される。ユーザが選択した暖房強さで車室が温められる。

変数「Ｑｓｐ」は、第２熱回路熱量Ｑｃ２から暖房要求熱量Ｑｗを減じた熱量（余剰熱量）を意味する（ステップＳ１６）。車室の空気に与える熱量が暖房要求熱量Ｑｗであるので、第１熱回路１０が有する熱量（第１熱回路熱量Ｑｃ１）から暖房要求熱量Ｑｗを引いた余剰熱量Ｑｓｐは、放出する必要がある。余剰熱量Ｑｓｐは、図１で示した空冷コンデンサ１４で外気へ放出される。空冷コンデンサ１４を通過する空気の量はグリルシャッタ３０の開度Ｇｓ（ルーバ３０ａの角度）に依存する。コントローラ４は、空冷コンデンサ１４で放出される熱量が余剰熱量Ｑｓｐに等しくなるように、グリルシャッタ３０を制御する。空冷コンデンサ１４における放熱量は、車速Ｖｅｌ、外気温度Ｔａｍｂ、第１熱媒体の温度Ｔｃ１、グリルシャッタ３０の開度Ｇｓに依存する。コントローラ４には、その関係が予め記憶されている。コントローラ４は、その関係を用いて、外気温度Ｔａｍｂと車速Ｖｅｌと第１熱媒体温度Ｔｃ１と目標放熱量（すなわち余剰熱量Ｑｓｐ）からグリルシャッタ３０の開度Ｇｓを求める（ステップＳ１７）。なお、空冷コンデンサ１４の上流側に温度センサが備えられており、ステップＳ１７で用いる第１熱媒体温度Ｔｃ１はその温度センサによって計測される。

コントローラ４は、得られた開度Ｇｓが実現されるように、グリルシャッタ３０（ルーバ３０ａ）を制御する（ステップＳ１８）。

暖房時にバッテリ発熱量Ｑｂまたは外気の熱を利用する場合、コントローラ４は、ステップＳ１２またはＳ１３でコンプレッサ１２とポンプ４２の出力を決めた後、グリルシャッタ３０の開度Ｇｓを調整し、余剰熱量Ｑｓｐを放熱する（ステップＳ１４−Ｓ１８）。コントローラ４は、一定の周期で図２−図４の処理を繰り返し実行する（図４の処理については後述する）。コントローラ４は、車速Ｖｅｌと外気温度Ｔａｍｂと第１熱媒体温度Ｔｃ１の変化に応じてグリルシャッタ３０の開度Ｇｓを調整する。

実施例の熱管理システム２では、外気に放出する熱量（余剰熱量Ｑｓｐ）は、グリルシャッタ３０の開度を変えることで調整される。熱管理システム２は、グリルシャッタ３０の開度を調整することで、暖房要求熱量Ｑｗを車室の空気に与えつつ、第２熱媒体の温度を適切な範囲に保持することができる。コンプレッサの出力調整によっても第２熱媒体の温度を適切な範囲に保持することはできる。しかし、コンプレッサの出力を調整するのに要する電力はグリルシャッタ３０の開度を調整するのに要する電力よりも大きい。グリルシャッタを利用することで消費電力を抑えることができる。

図２のステップＳ９の判断がＮＯの場合の処理を説明する（図４）。第２熱回路熱量Ｑｃ２が（暖房要求熱量Ｑｗ−マージン熱量Ｑｍ）よりも小さい場合、第２熱回路熱量Ｑｃ２と熱量Ｑｃｐ（コンプレッサ１２が第１熱媒体に与える熱量）では暖房要求熱量Ｑｗに達しない。図４は、そのような場合の処理である。

まず、コントローラ４は、グリルシャッタ３０を全閉にする（ステップＳ２１）。グリルシャッタ３０を全閉にすることで、空冷コンデンサ１４で放熱される熱量を最小に抑える。

ステップＳ２２の「Ｑｔ２」は、第２熱量閾値を意味する。第２熱量閾値Ｑｔ２は、第１熱量閾値Ｑｔ１と同様に、コンプレッサ１２とポンプ４２の出力を決めるための閾値である。ただし第２熱量閾値Ｑｔ２は、第１熱量閾値Ｑｔ１よりも小さい。第２熱回路熱量Ｑｃ２が第２熱量閾値Ｑｔ２よりも大きい場合（ステップＳ２２：ＹＥＳ）、コントローラ４は、コンプレッサ１２の出力をＨｉに設定し、ポンプ４２の出力もＨｉに設定する（ステップＳ２３）。第２熱回路熱量Ｑｃ２が第２熱量閾値Ｑｔ２よりも小さい場合（ステップＳ２２：ＮＯ）、コントローラ４は、コンプレッサ１２の出力をＬｏに設定し、ポンプ４２の出力もＬｏに設定する（ステップＳ２４）。図３のステップＳ１２、Ｓ１３の処理と同様に、第２熱回路熱量Ｑｃ２が比較的に大きい場合には、コントローラ４は、第１熱回路１０と第２熱回路４０の性能を上げる。

続いてコントローラ４は、コンプレッサ供給熱量Ｑｃｐを算出し（ステップＳ２５）、第１熱回路１０が使える熱量（第１熱回路熱量Ｑｃ１）を算出する（ステップＳ２６）。ステップＳ２５、Ｓ２６の処理はステップＳ１４、Ｓ１５の処理と同じである。

図４の処理は、第１熱回路熱量Ｑｃ１が小さく、第１熱回路熱量Ｑｃ１が暖房要求熱量Ｑｗに達しない場合に実行される。その場合は、ヒータ２８（図１参照）も使って車室の空気を温める。

ステップＳ２７の変数「Ｑｓｈ」は、第２熱回路熱量Ｑｃ２の不足分を意味する。暖房要求熱量Ｑｗから第１熱回路熱量Ｑｃ１を減じた値が不足熱量Ｑｓｈに相当する（ステップＳ２７）。コントローラ４は、ファン２７を駆動するとともに、ヒータ２８（図１参照）から車室の空気に不足熱量Ｑｓｈが伝達されるようにヒータ２８を駆動する（ステップＳ２８）。なお、ステップＳ２８の変数「Ｑｈｔ」は、ヒータ２８の発熱量を意味する。コントローラ４は、ステップＳ２８にて、ヒータ２８の発熱量Ｑｈｔが不足熱量Ｑｓｈに一致するようにヒータ２８を制御する。車室暖房器１３にて、第１熱媒体から熱量Ｑｃ１が車室の空気に与えられ、ヒータ２８から熱量Ｑｈｔ（＝Ｑｓｈ）が車室の空気に与えられる。車室の空気にはトータルで暖房要求熱量Ｑｗ（＝Ｑｃ１＋Ｑｓｈ）が与えられ、ユーザが選択した暖房強さで車室が温められる。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。チラー３が主熱交換器の一例に相当する。空冷コンデンサ１４が第１空気熱交換器の一例に相当する。バッテリ５が電源の一例に相当する。電源は燃料電池であってもよい。ラジエータ４７が第２空気熱交換器の一例に相当する。実施例の熱管理システム２では、コンプレッサ１２の出力とポンプ４２の出力は２段階で選択可能である。コンプレッサ１２の出力とポンプ４２の出力は３段階以上で選択可能であってもよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、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様々に変形、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、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合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し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２ ：熱管理システム
３ ：チラー
４ ：コントローラ
５ ：バッテリ
６ ：モータ
７ ：電力変換器
８ ：スイッチ
１０：第１熱回路
１１：第１循環路
１２：コンプレッサ
１３：車室暖房器
１４：空冷コンデンサ
１５：第１切替弁
１６：第１バイパス流路
１７：蒸発器
２１：膨張弁
２２：膨張弁
２４：エアダクト
２５：ファン
２６：エアダクト
２７：ファン
２８：ヒータ
２９：モジュレータ
３０：グリルシャッタ
４０：第２熱回路
４１：第２循環路
４２：ポンプ
４３：第２切替弁
４４：ヒータ
４５：バッテリ冷却器
４６：第２バイパス流路
４７：ラジエータ
５１：モータ循環路
５２：ポンプ
５３：オイルクーラ
５４：第３切替弁
５５：変換器冷却器
５６：オイル循環路
５７：オイルポンプ
５８：ラジエータバイパス流路

Claims (4)

1. 第１熱媒体が流れる第１熱回路と、
   第２熱媒体が流れる第２熱回路と、
   前記第２熱媒体から前記第１熱媒体へ熱を移す主熱交換器と、
   を備えており、
   前記第１熱回路は、
   前記第１熱媒体を圧縮するコンプレッサと、
   前記第１熱媒体で車室内の空気を温める車室暖房器と、
   前記第１熱媒体と外気との間で熱交換する第１空気熱交換器と、
   前記第１熱媒体で前記車室内の空気を冷却する蒸発器と、
   前記コンプレッサと前記車室暖房器と前記第１空気熱交換器と前記主熱交換器をこの順序で接続している第１循環路と、
   前記第１循環路に接続されており、前記主熱交換器を迂回して前記蒸発器に前記第１熱媒体を通す第１バイパス流路と、
   前記第１熱媒体の流れ先として前記主熱交換器と前記蒸発器のいずれかを選択する第１切替弁と、
   を備えており、
   前記第２熱回路は、
   走行用のモータに電力を供給する電源を冷却する電源冷却器と、
   前記電源冷却器と前記主熱交換器を接続しており、前記第２熱媒体が循環する第２循環路と、
   を備えている、自動車用の熱管理システム。
2. 前記第１熱回路は、
   前記第１空気熱交換器を通過する空気量を調整するグリルシャッタと、
   前記車室暖房器を通過後の前記第１熱媒体の温度が所定の温度範囲に保持されるように前記グリルシャッタの開度を制御するコントローラと、
   を備えている、請求項１に記載の熱管理システム。
3. 前記第２熱回路は、
   前記第２熱媒体と外気の間で熱交換する第２空気熱交換器と、
   前記第２循環路に接続されており、前記電源冷却器を迂回して前記第２空気熱交換器に前記第２熱媒体を通す第２バイパス流路と、
   前記第２熱媒体の流れ先として前記電源冷却器と前記第２空気熱交換器のいずれかを選択する第２切替弁と、
   を備えている、請求項１または２に記載の熱管理システム。
4. 前記第２熱回路は、
   前記モータを冷却するモータ冷却器と、
   前記第２空気熱交換器の入口と出口で前記第２バイパス流路に接続されており、前記第２熱媒体を前記モータ冷却器と前記第２空気熱交換器の間で循環させるモータ循環路と、
   前記モータ循環路に接続されており、前記モータ循環路を流れる前記第２熱媒体に前記第２空気熱交換器をバイパスさせる第３バイパス流路と、
   を備えている、請求項３に記載の熱管理システム。

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