JP2023011132A - 車両用熱マネジメントシステム - Google Patents
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Abstract
Description
第1冷媒を圧縮して前記第1冷媒を回路内で循環させる第1圧縮機と、前記第1冷媒と車室内に供給される室内空気とを熱交換させる第1冷媒/内気熱交換器と、第1膨張弁とを有し、前記車室内を空調する第1冷媒回路と、
冷却水を回路内で循環させるウォーターポンプを有し、車載電気部品を冷却する冷却水回路と、
第2冷媒を圧縮して前記第2冷媒を回路内で循環させる第2圧縮機と、第2膨張弁と、前記第2冷媒と車載電池とを熱交換させる電池熱交換器とを有し、前記車載電池の温度を調節する第2冷媒回路と、
前記第1冷媒回路及び前記冷却水回路に連結され、前記第1冷媒と前記冷却水とを熱交換させる第1冷媒/冷却水熱交換器と、
前記第2冷媒回路及び前記冷却水回路に連結され、前記第2冷媒と前記冷却水とを熱交換させる第2冷媒/冷却水熱交換器と、
前記第1冷媒回路、前記冷却水回路及び前記第2冷媒回路の作動を制御する制御部と、を備え、
前記第2冷媒回路及び前記冷却水回路は、前記制御部の制御により、前記車載電池の充電時に前記車載電池を冷却するとともに前記冷却水に蓄熱する電池冷却冷却水蓄熱モードで作動し、
前記電池冷却冷却水蓄熱モードにおける前記第2冷媒回路では、前記第2圧縮機で圧縮された前記第2冷媒が前記第2冷媒回路の凝縮器として機能する前記第2冷媒/冷却水熱交換器にて前記冷却水に放熱し、放熱後に前記第2膨張弁で減圧された前記第2冷媒が前記第2冷媒回路の蒸発器として機能する前記電池熱交換器にて前記車載電池から吸熱し、
前記電池冷却冷却水蓄熱モードにおける前記冷却水回路では、前記冷却水が前記第2冷媒/冷却水熱交換器にて前記第2冷媒から吸熱して、前記冷却水の温度を所定範囲内に維持し、
前記第1冷媒回路は、前記制御部の制御により、前記車室内を暖房する車室内暖房モードで作動し、
前記車室内暖房モードにおける前記第1冷媒回路では、前記第1圧縮機で圧縮された前記第1冷媒が前記第1冷媒回路の凝縮器として機能する前記第1冷媒/内気熱交換器にて前記室内空気に放熱し、放熱後に前記第1膨張弁で減圧された前記第1冷媒が前記第1冷媒回路の蒸発器として機能する前記第1冷媒/冷却水熱交換器にて前記冷却水から吸熱することを特徴とする。
この車両用熱マネジメントシステムは、図1に全体構成を模式的に示すように、第1冷媒回路1と、冷却水回路2と、第2冷媒回路3と、第1冷媒/冷却水熱交換器4と、第2冷媒/冷却水熱交換器5と、制御部6とを備えている。
(電池冷却冷却水蓄熱モード)
冷却水回路2及び第2冷媒回路3は、車載電池の充電時に、制御部6の制御により、図2にシステム構成図を示す電池冷却冷却水蓄熱モードで作動する。電池冷却冷却水蓄熱モードでは、車載電池の温度を調節する第2冷媒回路3が車載電池を冷却するとともに冷却水回路2の冷却水Lを加熱するように作動する。
第1冷媒回路1及び冷却水回路2は、制御部6の制御により、図3にシステム構成図を示す車室内暖房モードで作動する。車室内暖房モードでは、第1通常モード、第2停止モード及び第3停止モードにて運転される。
従って、車室内暖房モードにおける冷却水回路2は、第3停止モード又は第3通常モードのいずれかで運転することになる。
車載電池の充電時に電池冷却冷却水蓄熱モードを実施して、冷却水回路2の冷却水Lの温度が所定範囲となるように、冷却水Lに蓄熱し、その蓄熱が維持された状態において車室内暖房モードを実施することにより、車室内を効果的に暖房することができる。
第1冷媒回路1及び冷却水回路2は、制御部6の制御により、図4にシステム構成図を示す車室内冷房モードで作動する。車室内冷房モードでは、第1停止モード、第2通常モード及び第3通常モードにて運転される。
第2冷媒回路3は、制御部6の制御により、図5にシステム構成図を示す電池冷却モードで作動する。電池冷却モードにおける第2冷媒回路3は、電池冷却回路をなし、外気に放熱するとともに車載電池を冷却する。
第2冷媒回路3は、制御部6の制御により、図6にシステム構成図を示す電池暖機モードで作動する。電池暖機モードにおける第2冷媒回路3は、電池暖機回路をなし、外気から吸熱するとともに車載電池を暖機する。
第1冷媒回路1、冷却水回路2及び第2冷媒回路3は、制御部6の制御により、図7にシステム構成図を示す車室内冷房電池冷却モードで作動する。車室内冷房電池冷却モードでは、第1停止モード、第2通常モード、第3通常モード、第4通常モード及び第5停止モードにて運転される。
第1冷媒回路1、冷却水回路2及び第2冷媒回路3は、制御部6の制御により、図8にシステム構成図を示す車室内暖房電池冷却モードで作動する。車室内暖房電池冷却モードでは、第1通常モード、第2停止モード、第3停止モード、第4停止モード及び第5通常モードにて運転される。
従って、車室内暖房電池冷却モードにおける冷却水回路2は、第3停止モード又は第3通常モードのいずれかで運転することになる。
2…冷却水回路
3…第2冷媒回路
4…第1冷媒/冷却水熱交換器
5…第2冷媒/冷却水熱交換器
6…制御部
10…第1圧縮機
11…第1三方弁(第1冷媒/内気熱交換器バイパス切替部)
12…第1冷媒/内気熱交換器
13…第1膨張弁
14…第2三方弁(第1冷媒/内気熱交換器バイパス切替部)
15…第3膨張弁
16…内気冷却器
1b…第1冷媒/内気熱交換器バイパス管路
1c…内気冷却器バイパス管路
20…ウォーターポンプ
21…第3三方弁(ラジエータバイパス切替部)
22…ラジエータ
23…電気部品
2b…ラジエータバイパス管路
30…第2圧縮機
31…四方弁(方向切替部)
32…第4三方弁(第2冷媒/外気熱交換器バイパス切替部)
34…第5三方弁(第2冷媒/外気熱交換器バイパス切替部)
33…第2冷媒/外気熱交換器
35…第6三方弁(第2冷媒/冷却水熱交換器バイパス切替部)
36…第7三方弁(第2冷媒/冷却水熱交換器バイパス切替部)
37…第2膨張弁
38…電池熱交換器
3b…第2冷媒/外気熱交換器バイパス管路
3c…第2冷媒/冷却水熱交換器バイパス管路
Claims (12)
- 第1冷媒を圧縮して前記第1冷媒を回路内で循環させる第1圧縮機と、前記第1冷媒と車室内に供給される室内空気とを熱交換させる第1冷媒/内気熱交換器と、第1膨張弁とを有し、前記車室内を空調する第1冷媒回路と、
冷却水を回路内で循環させるウォーターポンプを有し、車載電気部品を冷却する冷却水回路と、
第2冷媒を圧縮して前記第2冷媒を回路内で循環させる第2圧縮機と、第2膨張弁と、前記第2冷媒と車載電池とを熱交換させる電池熱交換器とを有し、前記車載電池の温度を調節する第2冷媒回路と、
前記第1冷媒回路及び前記冷却水回路に連結され、前記第1冷媒と前記冷却水とを熱交換させる第1冷媒/冷却水熱交換器と、
前記第2冷媒回路及び前記冷却水回路に連結され、前記第2冷媒と前記冷却水とを熱交換させる第2冷媒/冷却水熱交換器と、
前記第1冷媒回路、前記冷却水回路及び前記第2冷媒回路の作動を制御する制御部と、を備え、
前記第2冷媒回路及び前記冷却水回路は、前記制御部の制御により、前記車載電池の充電時に前記車載電池を冷却するとともに前記冷却水に蓄熱する電池冷却冷却水蓄熱モードで作動し、
前記電池冷却冷却水蓄熱モードにおける前記第2冷媒回路では、前記第2圧縮機で圧縮された前記第2冷媒が前記第2冷媒回路の凝縮器として機能する前記第2冷媒/冷却水熱交換器にて前記冷却水に放熱し、放熱後に前記第2膨張弁で減圧された前記第2冷媒が前記第2冷媒回路の蒸発器として機能する前記電池熱交換器にて前記車載電池から吸熱し、
前記電池冷却冷却水蓄熱モードにおける前記冷却水回路では、回路内を循環する前記冷却水が前記第2冷媒/冷却水熱交換器にて前記第2冷媒から吸熱して、前記冷却水の温度を所定範囲内に維持し、
前記第1冷媒回路及び前記冷却水回路は、前記制御部の制御により、前記車室内を暖房する車室内暖房モードで作動し、
前記車室内暖房モードにおける前記第1冷媒回路では、前記第1圧縮機で圧縮された前記第1冷媒が前記第1冷媒回路の凝縮器として機能する前記第1冷媒/内気熱交換器にて前記室内空気に放熱し、放熱後に前記第1膨張弁で減圧された前記第1冷媒が前記第1冷媒回路の蒸発器として機能する前記第1冷媒/冷却水熱交換器にて前記冷却水から吸熱し、
前記車室内暖房モードにおける前記冷却水回路では、回路内を循環する前記冷却水が前記第1冷媒/冷却水熱交換器にて前記第1冷媒に放熱することを特徴とする車両用熱マネジメントシステム。 - 前記第1冷媒回路は、第3膨張弁と、前記第1冷媒と前記室内空気とを熱交換させる内気冷却器とを有し、
前記冷却水回路は、前記冷却水と外気とを熱交換させるラジエータを有し、
前記第2冷媒回路は、前記第2冷媒と前記外気とを熱交換させる第2冷媒/外気熱交換器を有し、
前記制御部は、
前記第1冷媒/内気熱交換器にて前記第1冷媒と前記室内空気とを熱交換させるとともに、前記第1膨張弁にて前記第1冷媒を膨張させる第1通常モードと、前記第1冷媒/内気熱交換器にて前記第1冷媒と前記室内空気との熱交換を停止させるとともに、前記第1膨張弁での膨張を停止させた状態にて前記第1冷媒を循環させる第1停止モードとを切り替え可能であり、かつ、
前記内気冷却器にて前記第1冷媒と前記室内空気とを熱交換させるともに、前記第3膨張弁にて前記第1冷媒を膨張させる第2通常モードと、前記内気冷却器にて前記第1冷媒と前記室内空気との熱交換を停止させるとともに、前記第3膨張弁での膨張を停止させた状態にて前記第1冷媒を循環させる第2停止モードとを切り替え可能であり、かつ、
前記ラジエータにて前記冷却水と前記外気とを熱交換させる第3通常モードと、前記ラジエータにて前記冷却水と前記外気との熱交換を停止させた状態にて前記冷却水を循環させる第3停止モードとを切り替え可能であり、かつ、
前記第2冷媒/外気熱交換器にて前記第2冷媒と前記外気とを熱交換させる第4通常モードと、前記第2冷媒/外気熱交換器にて前記第2冷媒と前記外気との熱交換を停止させた状態にて前記第2冷媒を循環させる第4停止モードとを切り替え可能であり、かつ、
前記第2冷媒/冷却水熱交換器にて前記第2冷媒と前記冷却水とを熱交換させる第5通常モードと、前記第2冷媒/冷却水熱交換器にて前記第2冷媒と前記冷却水との熱交換を停止させた状態にて前記第2冷媒を循環させる第5停止モードとを切り替え可能であり、
前記制御部は、前記電池冷却冷却水蓄熱モードで、前記第3停止モード、前記第4停止モード及び前記第5通常モードにて運転するように制御し、かつ、前記車室内暖房モードで、前記第1通常モード、前記第2停止モード及び第3停止モードにて運転するように制御する請求項1記載の車両用熱マネジメントシステム。 - 前記制御部は、前記電池冷却冷却水蓄熱モードで、前記冷却水の温度が前記所定範囲を超えたら、前記第3停止モードから前記第3通常モードに切り替える請求項2記載の車両用熱マネジメントシステム。
- 前記制御部は、前記電池冷却冷却水蓄熱モードで、前記冷却水の温度が前記所定範囲を超えたら、前記第4停止モードから前記第4通常モードに切り替える請求項2又は3記載の車両用熱マネジメントシステム。
- 前記第1冷媒回路及び前記冷却水回路は、前記制御部の制御により、前記車室内を冷房する車室内冷房モードで作動し、
前記制御部は、前記車室内冷房モードで、前記第1停止モード、前記第2通常モード及び前記第3通常モードにて運転するように制御し、
前記車室内冷房モードにおける前記第1冷媒回路では、前記第1圧縮機で圧縮された前記第1冷媒が前記第1冷媒回路の凝縮器として機能する前記第1冷媒/冷却水熱交換器にて前記冷却水に放熱し、放熱後に前記第3膨張弁で減圧された前記第1冷媒が前記第1冷媒回路の蒸発器として機能する前記内気冷却器にて前記室内空気から吸熱し、
前記車室内冷房モードにおける前記冷却水回路では、回路内を循環する前記冷却水が、前記第1冷媒/冷却水熱交換器にて前記第1冷媒から吸熱し、かつ、前記ラジエータにて前記外気に放熱する請求項2乃至4のいずれか1項記載の車両用熱マネジメントシステム。 - 前記第1冷媒回路、前記冷却水回路及び前記第2冷媒回路は、前記制御部の制御により、前記車載電池を冷却するとともに前記車室内を暖房する車室内暖房電池冷却モードで作動し、
前記制御部は、前記車室内暖房電池冷却モードで、前記第1通常モード、前記第2停止モード、前記第3停止モード、前記第4停止モード及び前記第5通常モードにて運転するように制御し、
前記車室内暖房電池冷却モードにおける前記第1冷媒回路では、前記第1圧縮機で圧縮された前記第1冷媒が前記第1冷媒回路の凝縮器として機能する前記第1冷媒/内気熱交換器にて前記室内空気に放熱し、放熱後に前記第1膨張弁で減圧された前記第1冷媒が前記第1冷媒回路の蒸発器として機能する前記第1冷媒/冷却水熱交換器にて前記冷却水から吸熱し、
前記車室内暖房電池冷却モードにおける前記冷却水回路では、回路内を循環する前記冷却水が、前記第2冷媒/冷却水熱交換器にて前記第2冷媒から吸熱し、かつ、前記第1冷媒/冷却水熱交換器にて前記第1冷媒に放熱し、
前記車室内暖房電池冷却モードにおける前記第2冷媒回路では、前記第2圧縮機で圧縮された前記第2冷媒が前記第2冷媒回路の凝縮器として機能する前記第2冷媒/冷却水熱交換器にて前記冷却水に放熱し、放熱後に前記第2膨張弁で減圧された前記第2冷媒が前記第2冷媒回路の蒸発器として機能する前記電池熱交換器にて前記車載電池から吸熱する請求項2乃至5のいずれか1項記載の車両用熱マネジメントシステム。 - 前記第2冷媒回路は、前記第2冷媒の循環方向を逆転させる方向切替部を有し、
前記第2冷媒回路は、前記制御部の制御により、前記車載電池を暖機する電池暖機モードで作動し、
前記制御部は、
前記電池暖機モードで、前記第4通常モード及び前記第5停止モードにて運転するように制御し、かつ、前記第2冷媒回路において、前記第2圧縮機で圧縮された前記第2冷媒が前記電池熱交換器に向かうように前記方向切替部により前記第2冷媒の循環方向を制御し、
前記電池暖機モードにおける前記第2冷媒回路では、前記第2圧縮機で圧縮された前記第2冷媒が前記第2冷媒回路の凝縮器として機能する前記電池熱交換器にて前記車載電池に放熱し、放熱後に前記第2膨張弁で減圧された前記第2冷媒が前記第2冷媒回路の蒸発器として機能する前記第2冷媒/外気熱交換器にて前記外気から吸熱する請求項2乃6のいずれか1項記載の車両用熱マネジメントシステム。 - 前記第1冷媒回路は、前記第1冷媒/内気熱交換器及び前記第1膨張弁をバイパスする第1冷媒/内気熱交換器バイパスと、前記第1冷媒を前記第1冷媒/内気熱交換器及び前記第1膨張弁側に流すか、前記第1冷媒/内気熱交換器バイパス側に流すかを切り替える第1冷媒/内気熱交換器バイパス切替部とを有し、
前記制御部は、前記第1通常モードにて、前記第1冷媒/内気熱交換器バイパス切替部により前記第1冷媒を前記第1冷媒/内気熱交換器及び前記第1膨張弁側に流し、かつ、
前記第1停止モードにて、前記第1冷媒/内気熱交換器バイパス切替部により前記第1冷媒を前記第1冷媒/内気熱交換器バイパス側に流す請求項2乃至7のいずれか1項記載の車両用熱マネジメントシステム。 - 前記第1冷媒回路は、前記内気冷却器及び前記第3膨張弁をバイパスする内気冷却器バイパスと、前記第1冷媒を前記内気冷却器及び前記第3膨張弁側に流すか、前記内気冷却器バイパス側に流すかを切り替える内気冷却器バイパス切替部とを有し、
前記制御部は、
前記第2通常モードにて、前記内気冷却器バイパス切替部により前記第1冷媒を前記内気冷却器及び前記第3膨張弁側に流し、かつ、
前記第2停止モードにて、前記内気冷却器バイパス切替部により前記第1冷媒を前記内気冷却器バイパス側に流す請求項2乃至8のいずれか1項記載の車両用熱マネジメントシステム。 - 前記冷却水回路は、前記ラジエータをバイパスするラジエータバイパスと、前記冷却水を前記ラジエータ側に流すか、前記ラジエータバイパス側に流すかを切り替えるラジエータバイパス切替部とを有し、
前記制御部は、
前記第3通常モードにて、前記ラジエータバイパス切替部により前記冷却水を前記ラジエータ側に流し、かつ、
前記第3停止モードにて、前記ラジエータバイパス切替部により前記冷却水を前記ラジエータバイパス側に流す請求項2乃至9のいずれか1項記載の車両用熱マネジメントシステム。 - 前記第2冷媒回路は、前記第2冷媒/外気熱交換器をバイパスする第2冷媒/外気熱交換器バイパスと、前記第2冷媒を前記第2冷媒/外気熱交換器側に流すか、前記第2冷媒/外気熱交換器バイパス側に流すかを切り替える第2冷媒/外気熱交換器バイパス切替部とを有し、
前記制御部は、
前記第4通常モードにて、前記第2冷媒/外気熱交換器バイパス切替部により前記第2冷媒を前記第2冷媒/外気熱交換器側に流し、かつ、
前記第4停止モードにて、前記第2冷媒/外気熱交換器バイパス切替部により前記第2冷媒を前記第2冷媒/外気熱交換器バイパス側に流す請求項2乃至10のいずれか1項記載の車両用熱マネジメントシステム。 - 前記第2冷媒回路は、前記第2冷媒/冷却水熱交換器をバイパスする第2冷媒/冷却水熱交換器バイパスと、前記第2冷媒を前記第2冷媒/冷却水熱交換器側に流すか、前記第2冷媒/冷却水熱交換器バイパス側に流すかを切り替える第2冷媒/冷却水熱交換器バイパス切替部とを有し、
前記制御部は、
前記第5通常モードにて、前記第2冷媒/冷却水熱交換器バイパス切替部により前記第2冷媒を前記第2冷媒/冷却水熱交換器側に流し、かつ、
前記第5停止モードにて、前記第2冷媒/冷却水熱交換器バイパス切替部により前記第2冷媒を前記第2冷媒/冷却水熱交換器バイパス側に流す請求項2乃至11のいずれか1項記載の車両用熱マネジメントシステム。
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