JP2022158378A - 車両用熱マネージメントシステム - Google Patents

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Abstract

【課題】電費向上できる車両用熱マネージメントシステムの提供。【解決手段】制御装置１６が、メインバッテリ２２に充電可能な電力に対して回生電力が余剰となるときに、メインバッテリ２２に充電可能な電力に対して回生電力が余剰とならないときに比べて、回生電力を供給して低電圧系空調機器１４の出力を上げる。そのため、車室乗員の快適性を維持するために必要とされる高電圧系空調機器の出力（単位時間当たりの仕事量、電力）を下げることができる。よって、車室乗員の快適性を維持しつつ電費向上を図ることができる。【選択図】 図３

Description

本発明は、メインバッテリと補機バッテリが搭載される車両の熱マネージメントシステムに関する。
特開２００４－２５４４６５号公報は、回生電力が余剰の場合、複数の電気負荷の消費電力を増大させてその余剰電力を消費する技術を開示している。
ところで、ＥＶ（Electric Vehicle）、ＰＨＶ（Plug-in Hybrid Vehicle）の場合、電費をなるべく向上させたいというニーズがある。しかし、上記公報開示の技術には、余剰となった回生電力を使うことでメインバッテリから電力が供給される高電圧系空調機器の仕事量を低減させる事についての開示がない。よって、電費向上の点で改善の余地がある。
特開２００４－２５４４６５号公報
本発明の目的は、電費向上できる車両用熱マネージメントシステムを提供することにある。
上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１） メインバッテリから電力が供給される高電圧系空調機器と、
前記メインバッテリよりも出力電圧が低い補機バッテリから電力が供給される低電圧系空調機器と、
互いに通信可能に接続される走行制御ＥＣＵとエアコンＥＣＵを有し、前記メインバッテリに充電可能な電力に対して回生電力が余剰となるときに、前記メインバッテリに充電可能な電力に対して前記回生電力が余剰とならないときに比べて、前記回生電力を供給して前記低電圧系空調機器の出力を上げる制御装置と、
を有する、車両用熱マネージメントシステム。
（２） 前記制御装置は、前記低電圧系空調機器の出力に応じて前記高電圧系空調機器の出力を変える、（１）記載の車両用熱マネージメントシステム。
（３） 前記制御装置は、前記低電圧系空調機器の出力を上げたとき、前記低電圧系空調機器の出力が上げられていないときに比べて、前記高電圧系空調機器の出力を下げる、（２）記載の車両用熱マネージメントシステム。
（４） 前記メインバッテリは、モータジェネレータと電力の授受を行うことが可能とされており、
前記メインバッテリと前記モータジェネレータとの間の電力経路と前記補機バッテリとの間には、前記電力経路からの電圧を降圧するＤＣＤＣコンバータが設けられており、
前記制御装置は、前記回生電力が余剰となるときに、前記メインバッテリに充電可能な電力に対して前記回生電力が余剰とならないときに比べて、前記ＤＣＤＣコンバータの電圧を上げて前記補機バッテリの電圧を上げることで、前記低電圧系空調機器の出力を上げる、（１）～（３）のいずれか１つに記載の車両用熱マネージメントシステム。
上記（１）の車両用熱マネージメントシステムによれば、制御装置が、メインバッテリに充電可能な電力に対して回生電力が余剰となるときに、メインバッテリに充電可能な電力に対して回生電力が余剰とならないときに比べて、回生電力を供給して低電圧系空調機器の出力を上げるため、車室乗員の快適性を維持するために必要とされる高電圧系空調機器の出力（単位時間当たりの仕事量、電力）を下げることができる。よって、車室乗員の快適性を維持しつつ電費向上を図ることができる。
上記（２）または（３）の車両用熱マネージメントシステムによれば、制御装置が、低電圧系空調機器の出力に応じて高電圧系空調機器の出力を変えるため、低電圧系空調機器の出力を上げたときには、低電圧系空調機器の出力が上げられていないときに比べて、高電圧系空調機器の出力を下げることができる。よって、車室乗員の快適性を維持しつつ電費向上を図ることができる。
上記（４）の車両用熱マネージメントシステムによれば、制御装置が、ＤＣＤＣコンバータの電圧を上げて補機バッテリの電圧を上げることで、低電圧系空調機器の出力を上げるため、比較的簡易に低電圧系空調機器の出力を上げることができる。
本発明実施例の車両用熱マネージメントシステムが搭載される車両がＰＨＶである場合の、車両の概略構成図である。 本発明実施例の車両用熱マネージメントシステムにおける、制御装置の制御フローチャートである。 本発明実施例の車両用熱マネージメントシステムにおける、高電圧系空調機器の出力と低電圧系空調機器の出力との関係を示す図である。
以下に、図面を参照して、本発明実施例の車両用熱マネージメントシステム（車両用空調装置といってもよい）１０について説明する。
図１は、本発明実施例の車両用熱マネージメントシステム１０（以下、単にシステムともいう）１０が搭載される車両２０の一例を示している。なお、図１では、システム１０が搭載される車両２０が、ＰＨＶ（Plug-in Hybrid Vehicle）である場合を示しているが、車両２０は、後述するメインバッテリ２２と補機バッテリ３２を有していれば、ＥＶ（Electric Vehicle）、ＨＶ（Hybrid Vehicle）、またはＦＣＶ（Fuel Cell Vehicle）であってもよい。
図１に示すように、車両２０は、メインバッテリ２２と、ＰＣＵ（Power Control Unit）２４と、エンジン２６と、トランスアクスル２８に収容される第１、第２モータジェネレータ２８ａ、２８ｂと、リアトランスアクスル３０に収容されるリアモータジェネレータ３０ａと、補機バッテリ３２と、を有している。
メインバッテリ２２は、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池である。メインバッテリ２２の出力電圧Ｖ１は、補機バッテリ３２の出力電圧Ｖ２よりも高い。
ＰＣＵ２４は、メインバッテリ２２および各モータジェネレータ２８ａ、２８ｂ，３０ａと電気的に接続されている。ＰＣＵ２４は、メインバッテリ２２の電力を、各モータジェネレータ２８ａ、２８ｂ，３０ａを駆動させる電力に変換する。ＰＣＵ２４は、コンバータ２４ａと、第１～第３インバータ２４ｂ、２４ｃ、２４ｄと、を有する。
コンバータ２４ａは、メインバッテリ２２から供給される直流電力を昇圧し、昇圧後の直流電力を第１～第３インバータ２４ｂ、２４ｃ、２４ｄに供給する。コンバータ２４ａは、また、第１～第３インバータ２４ｂ、２４ｃ、２４ｄから供給される直流電力を降圧し、降圧後の直流電力をメインバッテリ２２に供給する。
第１～第３インバータ２４ｂ、２４ｃ、２４ｄは、メインバッテリ２２から供給されてコンバータ２４ａで昇圧された直流電力を三相交流電力に変換し、変換した交流電力を第１、第２モータジェネレータ２８ａ、２８ｂとリアモータジェネレータ３０ａに供給する。第１～第３インバータ２４ｂ、２４ｃ、２４ｄは、また、第１、第２モータジェネレータ２８ａ、２８ｂとリアモータジェネレータ３０ａから供給される交流電力を直流電力に変換し、変換した直流電力をコンバータ２４ａに供給する。
第１、第２モータジェネレータ２８ａ、２８ｂとリアモータジェネレータ３０ａは、三相同期電動機によって構成される。第１モータジェネレータ２８ａは、第１インバータ２４ｂに電気的に接続されている。第１モータジェネレータ２８ａは、エンジン２６を始動可能である。第１モータジェネレータ２８ａは、エンジン２６の出力が伝達されることで発電可能である。このため、第１モータジェネレータ２８ａにて発生する電力は、ＰＣＵ２４を介してメインバッテリ２２に充電可能とされている。
第２モータジェネレータ２８ｂは、第２インバータ２４ｃに電気的に接続されている。第２モータジェネレータ２８ｂは、エンジン２６と同様に、車両の前輪（駆動輪）３４に動力を伝達可能とされている。第２モータジェネレータ２８ｂは、車両２０の回生制動時には、前輪３４の回転力によって駆動されて発電可能である。第２モータジェネレータ２８ｂによって発電された回生電力は、ＰＣＵ２４を介してメインバッテリ２２に充電可能とされている。
リアモータジェネレータ３０ａは、第３インバータ２４ｄに電気的に接続されている。リアモータジェネレータ３０ａは、車両の後輪（駆動輪）３６に動力を伝達可能とされている。リアモータジェネレータ３０ａは、車両２０の回生制動時には、後輪３６の回転力によって駆動されて発電可能である。リアモータジェネレータ３０ａによって発電された回生電力は、ＰＣＵ２４を介してメインバッテリ２２に充電可能とされている。
ＰＣＵ２４は、さらに、ＤＣＤＣコンバータ２４ｅを有する。すなわち、ＰＣＵ２４は、第１～第３インバータ２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、コンバータ２４ａおよびＤＣＤＣコンバータ２４ｅが一体化された構造になっている。
ＤＣＤＣコンバータ２４ｅは、メインバッテリ２２と各モータジェネレータ２８ａ、２８ｂ，３０ａとの間（より詳しくは、メインバッテリ２２とコンバータ２４ａとの間）の電力経路Ｌと、補機バッテリ３２との間に設けられる。ＤＣＤＣコンバータ２４ｅは、電力経路Ｌにおける電圧（メインバッテリ２２の出力電圧に相当）Ｖ１を、補機バッテリ３２の出力電圧Ｖ２に降圧する。ＤＣＤＣコンバータ２４ｅは、メインバッテリ２２から出力された電力、および第２モータジェネレータ２８ｂとリアモータジェネレータ３０ａから出力されてコンバータ２４ａでメインバッテリ２２の出力電圧Ｖ１まで降圧された回生電力を、補機バッテリ３２の出力電圧Ｖ２まで降圧して補機バッテリ３２に供給する。
補機バッテリ３２は、たとえば鉛蓄電池によって構成される。補機バッテリ３２は、メインバッテリ２２から出力される電力や回生電力であってＤＣＤＣコンバータ２４ｅによって降圧された電力によって充電される。
つぎに、本発明実施例の車両用熱マネージメントシステム１０を説明する。システム１０は、メインバッテリ２２から電力が供給される高電圧系空調機器１２と、補機バッテリ３２から電力が供給される低電圧系空調機器１４と、制御装置１６と、を有する。
高電圧系空調機器１２は、メインバッテリ２２の出力電圧Ｖ１の直流電力が供給されて車室を空調する機器である。高電圧系空調機器１２は、メインバッテリ２２と各モータジェネレータ２８ａ、２８ｂ，３０ａとの間（より詳しくは、メインバッテリ２２とコンバータ２４ａとの間）の電力経路Ｌに接続される。
高電圧系空調機器１２は、たとえば、水加熱ヒータ（電気ヒータ）１２ａ、および／または空調用ヒートポンプ回路に設けられる電動コンプレッサ１２ｂを有する。なお、水加熱ヒータ（電気ヒータ）１２ａは、メインバッテリ２２またはエンジン２６からなる発熱体と、空調用空気と熱交換を行わせて空調用空気を加熱する図示略のヒータコアと、が設けられる冷却水回路に設けられており、該冷却水回路を流れる冷却水を温めて発熱体とヒータコアを温めるヒータである。また、空調用ヒートポンプ回路は、空調用の冷媒が循環する回路であり、電動コンプレッサ１２ｂは、空調用の冷媒を圧縮して吐出する。
低電圧系空調機器１４は、高電圧系空調機器１２とは別に設けられており、高電圧系空調機器１２だけの場合に比べて車室乗員の快適性をより向上させるために設けられる補助空調機器である。低電圧系空調機器１４は、補機バッテリ３２の出力電圧Ｖ２の直流電力が供給されて作動する。低電圧系空調機器１４は、たとえば、ステアリングヒータ１４ａ、電動ファン１４ｂ、シートヒータ１４ｃ、シートクーラ１４ｄ、シートベンチレーションシステム１４ｅの少なくとも１つを有する。なお、ステアリングヒータ１４ａは、図示略のステアリングを加熱する装置である。電動ファン１４ｂは、空調用ヒートポンプ回路に設けられる図示略の凝縮器（熱交換器）に冷却風を供給する装置である。シートヒータ１４ｃは、座席を加熱する装置である。シートクーラ１４ｄは、座席を冷却する装置である。シートベンチレーションシステム１４ｅは、座席内部に装備されたファンを作動させて座席の通気をよくすることで座席の熱を放出する装置である。
制御装置１６は、互いに通信可能に接続される走行制御ＥＣＵ１７とエアコンＥＣＵ１８とを有する。
走行制御ＥＣＵ１７は、メインバッテリ２２とＰＣＵ２４を制御する。走行制御ＥＣＵ１７は、回生電力が余剰とならない場合には、回生電力をメインバッテリ２２に供給する制御をする。一方、走行制御ＥＣＵ１７は、回生電力が余剰となる場合には、メインバッテリ２２が過充電とならないように回生電力がメインバッテリ２２に供給されることを阻止する制御（メインバッテリ２２への回生禁止制御）をする。
なお、「回生電力が余剰とならない場合」とは、メインバッテリ２２に充電可能な電力に対して回生電力が余剰とならないときであり、メインバッテリ２２に充電可能な電力よりも回生電力が少ない場合のことである。また、「回生電力が余剰となる場合」とは、メインバッテリ２２に充電可能な電力に対して回生電力が余剰となるときであり、メインバッテリ２２に充電可能な電力よりも回生電力が多い場合のことである。
走行制御ＥＣＵ１７は、ＤＣＤＣコンバータ２４ｅを制御する。具体的には、回生電力が余剰とならない場合にはＤＣＤＣコンバータ２４ｅの出力電圧はＶ２のままであるが、高電圧系空調機器１２が作動している状況下で回生電力が余剰となる場合には、ＤＣＤＣコンバータ２４ｅの出力電圧をＶ２よりも高いＶ２－Ｈｉｇｈに設定する制御をする。なお、電圧Ｖ２－Ｈｉｇｈは電圧Ｖ１よりも低電圧である。
走行制御ＥＣＵ１７は、また、高電圧系空調機器１２が作動している状況下で、回生電力が余剰となる場合であって低電圧系空調機器１４が作動している場合には、余剰回生電力を、設定電圧がＶ２からＶ２－Ｈｉｇｈに高められているＤＣＤＣコンバータ２４ｅを介して補機バッテリ３２に優先的に供給する制御をする。これにより、補機バッテリ３２の電圧がＶ２からＶ２－Ｈｉｇｈに高められ、補機バッテリ３２から電力供給される低電圧系空調機器１４の出力が上がる。
エアコンＥＣＵ１８は、高電圧系空調機器１２と低電圧系空調機器１４を制御する。エアコンＥＣＵ１８は、高電圧系空調機器１２が作動している状況下であって回生電力が余剰となる場合に、低電圧系空調機器１４が作動しているか否かを判断し、判断結果を走行制御ＥＣＵ１７に送信する。
エアコンＥＣＵ１８は、また、走行制御ＥＣＵ１７によって設定電圧がＶ２からＶ２－Ｈｉｇｈに高められているＤＣＤＣコンバータ２４ｅを介して余剰回生電力が補機バッテリ３２に供給されている場合には、低電圧系空調機器１４の出力（作動状況）に応じて高電圧系空調機器１２の出力を変える制御をする。具体的には、図３に示すように、低電圧系空調機器１４の出力を上げたとき、低電圧系空調機器１４の出力が上げられていないときに比べて、高電圧系空調機器１２の出力を下げる制御をする。
図２は、制御装置１６の制御ルーチンを示すフローャートである。図２に示す制御ルーチンは、高電圧系空調機器１２が作動している状況下で回生電力が発生したときに実行される。
まず、ステップＳ１で、余剰回生電力があるか否か（走行制御ＥＣＵ１７がメインバッテリ２２への回生禁止制御をしているか否か）を判定する。ステップＳ１で余剰回生電力が無いと判定した場合には、ステップＳ５に進み、ＤＣＤＣコンバータ２４ｅの電圧をＶ２からＶ２－Ｈｉｇｈに上げることなく（ＤＣＤＣコンバータ２４ｅおよび補機バッテリ３２の電圧を上げることなく）、そのままエンドステップに進む。
一方、ステップＳ１で余剰回生電力があると判定した場合には、ステップＳ２に進み、走行制御ＥＣＵ１７でＤＣＤＣコンバータ２４ｅの設定電圧をＶ２からＶ２－Ｈｉｇｈに上げて、ステップＳ３に進む。
ステップＳ３では、エアコンＥＣＵ１８が、低電圧系空調機器１４が作動しているか否かを判定する。ステップＳ３で低電圧系空調機器１４が作動していないと判定した場合には、ステップＳ５に進み、ＤＣＤＣコンバータ２４ｅの電圧をＶ２－ＨｉｇｈからＶ２に戻し、ＤＣＤＣコンバータ２４ｅおよび補機バッテリ３２の電圧を上げることなく、そのままエンドステップに進む。
一方、ステップＳ３で低電圧系空調機器１４が作動していると判定した場合には、ステップＳ４に進む。そして、ステップＳ４では、（ｉ）走行制御ＥＣＵ１７で、余剰回生電力を、電圧が高められているＤＣＤＣコンバータ２４ｅを介して補機バッテリ３２に優先的に供給することで、補機バッテリ３２の電圧をＶ２からＶ２－Ｈｉｇｈに上げて低電圧系空調機器１４の出力を上げ、（ｉｉ）エアコンＥＣＵ１８で、低電圧系空調機器１４の出力に応じて高電圧系空調機器１２の出力を抑制する制御をする。そして、エンドステップに進む。
つぎに、本発明実施例の作用、効果を説明する。
（Ａ）制御装置１６が、メインバッテリ２２に充電可能な電力に対して回生電力が余剰となるときに、メインバッテリ２２に充電可能な電力に対して回生電力が余剰とならないときに比べて、回生電力を供給して低電圧系空調機器１４の出力を上げるため、車室乗員の快適性を維持するために必要とされる高電圧系空調機器の出力（単位時間当たりの仕事量、電力）を下げることができる。よって、車室乗員の快適性を維持しつつ電費向上を図ることができる。
（Ｂ）制御装置１６が、低電圧系空調機器１４の出力に応じて高電圧系空調機器１２の出力を変えるため、低電圧系空調機器１４の出力を上げたときには、低電圧系空調機器１４の出力が上げられていないときに比べて、高電圧系空調機器１２の出力を下げることができる。よって、車室乗員の快適性を維持しつつ電費向上を図ることができる。
（Ｃ）制御装置１６が、ＤＣＤＣコンバータ２４ｅの電圧を上げて補機バッテリ３２の電圧を上げることで、低電圧系空調機器１４の出力を上げるため、比較的簡易に低電圧系空調機器１４の出力を上げることができる。
なお、本発明実施例では、高電圧系空調機器１２が作動している状況下において低電圧系空調機器１４も作動しているときに低電圧系空調機器１４の出力を上げる場合を説明したが、高電圧系空調機器１２が作動しており低電圧系空調機器１４が作動していないときに、強制的（自動的）に低電圧系空調機器１４を作動させて余剰回生電力にて低電圧系空調機器１４の出力を上げてもよい。
１０ 車両用熱マネージメントシステム
１２ 高電圧系空調機器
１４ 低電圧系空調機器
１６ 制御装置
１７ 走行制御ＥＣＵ
１８ エアコンＥＣＵ
２０ 車両
２２ メインバッテリ
２４ ＰＣＵ
２４ａ コンバータ
２４ｂ 第１インバータ
２４ｃ 第２インバータ
２４ｄ 第３インバータ
２４ｅ ＤＣＤＣコンバータ
２８ａ 第１モータジェネレータ
２８ｂ 第２モータジェネレータ
３０ａ リアモータジェネレータ
３２ 補機バッテリ
Ｌ 電力経路

Claims (4)

  1. メインバッテリから電力が供給される高電圧系空調機器と、
    前記メインバッテリよりも出力電圧が低い補機バッテリから電力が供給される低電圧系空調機器と、
    互いに通信可能に接続される走行制御ＥＣＵとエアコンＥＣＵを有し、前記メインバッテリに充電可能な電力に対して回生電力が余剰となるときに、前記メインバッテリに充電可能な電力に対して前記回生電力が余剰とならないときに比べて、前記回生電力を供給して前記低電圧系空調機器の出力を上げる制御装置と、
    を有する、車両用熱マネージメントシステム。
  2. 前記制御装置は、前記低電圧系空調機器の出力に応じて前記高電圧系空調機器の出力を変える、請求項１記載の車両用熱マネージメントシステム。
  3. 前記制御装置は、前記低電圧系空調機器の出力を上げたとき、前記低電圧系空調機器の出力が上げられていないときに比べて、前記高電圧系空調機器の出力を下げる、請求項２記載の車両用熱マネージメントシステム。
  4. 前記メインバッテリは、モータジェネレータと電力の授受を行うことが可能とされており、
    前記メインバッテリと前記モータジェネレータとの間の電力経路と前記補機バッテリとの間には、前記電力経路からの電圧を降圧するＤＣＤＣコンバータが設けられており、
    前記制御装置は、前記回生電力が余剰となるときに、前記メインバッテリに充電可能な電力に対して前記回生電力が余剰とならないときに比べて、前記ＤＣＤＣコンバータの電圧を上げて前記補機バッテリの電圧を上げることで、前記低電圧系空調機器の出力を上げる、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の車両用熱マネージメントシステム。
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