JP2023059106A - 電動車両の温調システム - Google Patents

Abstract

【課題】加熱装置を用いずに電動車の部品群の温度を調整するシステムを提供する。【解決手段】第一冷媒ポンプ、許容温度が相対的に低い部品群、及び当該部品群から受熱した冷媒が流入する第一熱交換器を備える第一冷却回路と、第二冷媒ポンプ、許容温度が相対的に高い部品群、及び当該部品群から受熱した冷媒が流入する第二熱交換器を備える第二冷却回路と、第二冷却回路から分岐してラジエータを通過して再び第二冷却回路に合流するバイパス回路と、バイパス回路と第二冷却回路の分岐部または合流部に設けられた流路切換え弁と、第一冷却回路の冷媒の温度を取得する第一温度取得装置と、第二冷却回路の冷媒の温度を取得する第二温度取得装置と、第一熱交換器、コンプレッサ、第二熱交換器、膨張弁の順に配置された循環経路からなるヒートポンプシステムと、コントローラと、を備えることを特徴とする電動車両の温調システム。【選択図】図１

Description

本発明は、電動車両の温調システムに関する。

電動車両に用いられるバッテリは、低温状態では例えば充電効率等の性能が低下する。そこで、バッテリを昇温するための温調システムが知られている。例えばＰＴＣヒータ等の加熱装置を用いる温調システムが知られているが、加熱装置を作動させることで電力消費量が増大してしまうという問題がある。この問題に対し、特許文献１では、複数の冷媒経路を切り替え可能なバルブを用いて、車内空調用のヒートポンプシステムとバッテリの温度調整用の冷媒経路とを接続することにより、ＰＴＣヒータ等の加熱装置を用いることなくバッテリの温度調節を可能にした温調システムが開示されている。

ＵＳ２０１９／００７０９２４Ａ１

上記文献に記載の温調システムは、車内空調システムの調整温度域とバッテリ温調システムの調整温度域とが同じであることが前提となっている。このため、例えばバッテリとして全固体電池を用いる場合のように、バッテリ温調システムの調整温度域を車内空調システムの調整温度域より高くする必要がある場合には、上記文献に記載の温調システムは適用が難しい。また、バッテリだけでなく減速機のオイル温度も調整しようとする場合にも同様に、調整温度域が異なるために適用が難しい。

そこで本発明では、ＰＴＣヒータ等の加熱装置を用いることなく、バッテリ及び減速機用オイル等の温度調節を可能にする温調システムを提供することを目的とする。

本発明のある態様によれば、車両の駆動源として少なくとも走行用モータを備える電動車両の温調システムが提供される。この温調システムは、冷媒を循環させる第一冷媒ポンプ、冷却を要する部品群のうち許容温度が相対的に低い一または複数の部品、及び当該部品から受熱した冷媒が流入する第一熱交換器を備える第一冷却回路と、冷媒を循環させる第二冷媒ポンプ、冷却を要する部品群のうち許容温度が相対的に高い一または複数の部品、及び当該部品から直接又は間接的に受熱した冷媒が流入する第二熱交換器を備える第二冷却回路と、第二冷却回路から分岐してラジエータを通過して再び第二冷却回路に合流するバイパス回路と、を備える。また、温調システムは、バイパス回路と第二冷却回路の分岐部または合流部に設けられた流路切換え弁と、第一冷却回路を循環する冷媒の温度である第一冷媒温度を取得する第一温度取得装置と、第二冷却回路を循環する冷媒の温度である第二冷媒温度を取得する第二温度取得装置と、を備える。さらに、温調システムは第一熱交換器、コンプレッサ、第二熱交換器、膨張弁の順に配置された循環経路からなるヒートポンプシステムと、少なくとも第一冷媒ポンプ、第二冷媒ポンプ、コンプレッサ及び流路切換え弁の動作を制御するコントローラとを備える。

上記態様によれば、ＰＴＣヒータ等の加熱装置を用いることなく、バッテリ及び減速機用オイル等の温度調節を可能にする温調システムを提供することが可能となる。

図１は、本発明の実施形態に係る温調システムの構成図である。 図２は、走行中の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図３は、温調システムの第一状態を示す構成図である。 図４は、温調システムの第二の一状態を示す構成図である。 図５は、温調システムの第二の二状態を示す構成図である。 図６は、温調システムの第三状態を示す構成図である。 図７は、走行中の制御ルーチンを実行した場合のタイムチャートである。 図８は、充電中の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図９は、温調システムの第四状態を示す構成図である。 図１０は、温調システムの第五状態を示す構成図である。 図１１は、充電中の制御ルーチンの他の例を示すフローチャートである。 図１２は、第一変形例に係る温調システムの構成図である。 図１３は、第二変形例に係る温調システムの構成図である。 図１４は、第三変形例に係る温調システムの構成図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態に係る温調システム１の構成図である。温調システム１は、電動車両に搭載されるバッテリ９、モータ１８、減速機１９、電力変換機器８等の温度調整を行うものである。

電動車両とは、駆動源として少なくともモータ１８を備える車両のことである。つまり、モータ１８のみを駆動源とするいわゆる電気自動車（ＢＥＶ）だけでなく、モータ１８の他に内燃機関を駆動源とするいわゆるハイブリッド車両（ＨＥＶ）も含まれる。なお、ここでいうハイブリッド車両には、シリーズ式、パラレル式及びシリーズ・パラレル式のいずれもが含まれる。本実施形態では、電気自動車の場合について説明する。

温調システム１は、電動車両に搭載される部品群のうち、許容温度が相対的に低い部品群が配置される第一冷却回路１００と、同じく許容温度が相対的に高い部品群が配置される第二冷却回路１０１とを備える。また、温調システム１は、第二冷却回路１０１から分岐してラジエータ１４を通過して再び第二冷却回路１０１に合流するバイパス回路１０２と、第一冷却回路１００と第二冷却回路１０１を接続するヒートポンプシステム１０３とを備える。

第一冷却回路１００は、回路内で冷媒を循環させる第一冷媒ポンプ６と、バッテリ９と、電力変換機器８と、バッテリ９及び電力変換機器８から受熱した冷媒が流入する第一熱交換器４と、第一冷却回路内の冷媒の温度を検出する第一温度センサ７とを備える。ここでいう電力変換機器８には、インバータ、ＤＣＤＣコンバータ及び車載充電器（ＯＢＣ）が含まれる。第一熱交換器４は、第一冷却回路１００の冷媒とヒートポンプシステム１０３の冷媒と熱交換を行う。

第二冷却回路１０１は、回路内で冷媒を循環させる第二冷媒ポンプ１１と、モータ１８及び減速機１９を含むオイル冷却回路のオイルと冷媒との間で熱交換を行うオイルクーラ１６と、オイルクーラ１６を通過した冷媒が流入する第二熱交換器５と、第二冷却回路内の冷媒の温度を検出する第二温度センサ１２とを備える。モータ１８及び減速機１９を含むオイル冷却回路には、オイルを循環させるためのオイルポンプ１７が介装されている。すなわち、第二冷却回路１０１では、第二冷媒ポンプ１１により循環する冷媒が、モータ１８及び減速機１９から受熱したオイルとオイルクーラ１６を介して熱交換する。また、第二冷却回路１０１は、回路内の冷媒が温度上昇に伴って膨張した際に、余分な冷媒を受け入れるためのリザーバタンク１３を備える。

なお、図１では減速機１９のオイルをモータ１８にも循環させてモータ１８を冷却する構成になっているが、モータ１８の冷却を第二冷却回路１０１の冷媒により行ってもよい。つまり、モータ１８をオイルクーラ１６に入る前の冷媒流路に配置してもよい。この場合には、第二冷却回路１０１の冷媒はモータ１８から直接的に受熱することになる。

第二冷却回路１０１とバイパス回路１０２の分岐部は、第二熱交換器５の下流側にあり、分岐部には、流路切換え弁１５が設けられている。この流路切換え弁１５によって、第二熱交換器５を通過した冷媒がそのまま第二冷却回路１０１を循環するか、第二冷却回路１０１から分岐してバイパス回路１０２を通って再び第二冷却回路１０１に合流するかが切り換えられる。なお、流路切換え弁１５は、第二冷却回路１０１とバイパス回路１０２の分岐部ではなく合流部にあっても構わない。

ヒートポンプシステム１０３は、第一熱交換器４、コンプレッサ２、第二熱交換器５、膨張弁３の順に配置された循環経路からなる。コンプレッサ２は順方向及び逆方向のいずれにも回転可能である。ここでは、第一熱交換器４を通過した冷媒が圧縮されて第二熱交換器５へ送られる場合の回転方向を順方向とし、第二熱交換器５を通過した冷媒が圧縮されて第一熱交換器４へ送られる場合の回転方向を逆方向とする。

第一温度センサ７及び第二温度センサ１２の検出信号はコントローラ１０に送られる。コントローラ１０はこれらの検出信号等に基づいて、第一冷媒ポンプ６、第二冷媒ポンプ１１、コンプレッサ２、流路切換え弁１５、電力変換機器８等を制御する。

コントローラ１０は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ１０を複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。

なお、本実施形態では冷却を要する部品群、つまり電力変換機器８、バッテリ９、モータ１８及び減速機１９のうち、電力変換機器８及びバッテリ９を第一冷却回路１００に、モータ１８及び減速機１９を第二冷却回路１０１に配置しているが、これに限られるわけではない。第一冷却回路１００には許容温度が相対的に低い部品群を、第二冷却回路１０１０には許容温度が相対的に高い部品群を配置するが、相対的に高いか低いかの基準は任に設定し得るものである。例えば、モータ１８を許容温度が相対的に低い部品群に含めてもよいし、電力変換機器８を許容温度が相対的に高い部品群に含めてもよい。これらの取り得る変形例については後述する。

上述した部品群のうち、例えばバッテリ９はある程度の温度以上に保っていた方が充電効率等の性能が高くなることが知られている。また、減速機１９についても、オイルをある程度の温度以上に保っていた方がフリクションを低減できることが知られている。一方、バッテリ９及び減速機１９、さらには電力変換機器８及びモータ１８は、温度が過剰に高くなると性能低下を招くことが知られている。そこでコントローラ１０は、車載される部品群の温度を適切な範囲に収めるため、以下に説明するように温調システム１を制御する。

［走行中の制御］
図２は、走行中にコントローラ１０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。当該制御ルーチンは、コントローラ１０に予め記憶されたプログラムに基づいて実行される。

走行開始時には、温調システム１は第一状態に制御される（ステップＳ１００）。第一状態とは、図３に示す通りコンプレッサ２が停止し、かつ第一冷媒ポンプ６及び第二冷媒ポンプ１１が作動して、第一冷却回路１００と第二冷却回路１０１のそれぞれで冷媒が循環する状態である。

この状態でコントローラ１０はステップＳ１０１において第一温度センサ７で検出した第一冷媒温度Ｔ１が第一閾値Ｔｔｈ１より低いか否かを判定し、低い場合はステップＳ１０１の処理を実行し、そうでない場合はステップＳ１０６の処理を実行する。第一閾値は第一冷却回路１００に配置された部品群、ここでは電力変換機器８及びバッテリ９が所望の性能を発揮し得る温度及び当該部品群の許容温度に基づいて定まる温度である。

コントローラ１０は、ステップＳ１０２において第二温度センサ１２で検出した第二冷媒温度Ｔ２が第二閾値Ｔｔｈ２以上か否かを判定し、第二閾値Ｔｔｈ２以上の場合はステップＳ１００に戻って第一状態を維持し、そうでない場合はステップＳ１０３の処理を実行する。第二閾値は、第二冷却回路１０１に配置される部品群、ここではモータ１８及び減速機１９が所望の性能を発揮し得る温度及び当該部品群の許容温度に基づいて定まる温度である。

すなわち、外気温度が低い状態での始動直後のように第一冷却回路１００及び第二冷却回路１０１の冷媒の温度が十分に低い場合には、第一冷却回路１００と第二冷却回路１０１のそれぞれで冷媒を循環させる。第一冷却回路１００では電力変換機器８とバッテリ９で発生する損失に伴い生じる熱により冷媒の温度が上昇する。第二冷却回路１０１でも同様にモータ１８と減速機１９で生じる熱により冷媒の温度が上昇する。

コントローラ１０は、ステップＳ１０３において温調システム１を第二の一状態に制御する。第二の一状態は、図４に示す通り第一冷媒ポンプ６及び第二冷媒ポンプ１１が作動し、かつ冷媒が第二熱交換器５、コンプレッサ２、第一熱交換器４の順に流れる方向（逆方向）にコンプレッサ２を作動させることにより第二冷却回路１０１の熱をヒートポンプシステム１０３を介して第一冷却回路１００へ移動させる状態である。すなわち、第二熱交換器５で第二冷却回路１０１の冷媒から受熱した冷媒を圧縮することで昇温し、この昇温された冷媒を用いて第一熱交換器４で第一冷却回路１００の冷媒を昇温させる。

そして、コントローラ１０は、ステップＳ１０４で第一冷媒温度Ｔ１が第一閾値Ｔｔｈ１より低いか否かを判定し、低い場合はステップＳ１０５の処理を実行し、そうでない場合はステップＳ１０６の処理を実行する。ステップＳ１０５では第二冷媒温度Ｔ２が第四閾値Ｔｔｈ４より低いか否かを判定し、低い場合は今回のルーチンを終了し、そうでない場合はステップＳ１０３に戻って第二の一状態を維持する。第四閾値Ｔｔｈ４は第一閾値Ｔｔｈ１より高く、第二閾値Ｔｔｈ２より低い温度であり、第二閾値Ｔｔｈ２に対するヒステリシスとしての役割を持つ温度である。

上記のステップＳ１０３～Ｓ１０５の処理により、ヒートポンプシステム１０３を介して第二冷却回路１０１から第一冷却回路１００へ熱が移動する。これにより、車両走行中に第二冷却回路１０１の第二冷媒温度Ｔ２を第二閾値Ｔｔｈ２～第四閾値Ｔｔｈ４の温度域及びその近傍に保ちつつ、第二冷却回路１０１の熱を用いて第一冷却回路１００の第一冷媒温度Ｔ１の昇温を促進できる。

ステップＳ１０６では、コントローラ１０は温調システム１を第二の二状態に制御する。第二の二状態は、図５に示す通り、第一冷媒ポンプ６及び第二冷媒ポンプ１１を作動させ、かつ冷媒が第一熱交換器４、コンプレッサ２、第二熱交換器５の順に流れる方向（順方向）にコンプレッサ２を作動させることにより第一冷却回路１００の熱をヒートポンプシステム１０３を介して第二冷却回路１０１へ移動させる状態である。

第二の二状態に制御したら、コントローラ１０はステップＳ１０７で第二冷媒温度Ｔ２が第二閾値Ｔｔｈ２より低いか否かを判定し、低い場合はステップＳ１０８の処理を実行し、そうでない場合はステップＳ１０９の処理を実行する。なお、ここでの第二閾値Ｔｔｈ２は外気温度よりも高いものとする。ステップＳ１０８では、第一冷媒温度Ｔ１が第三閾値Ｔｔｈ３より低いか否かを判定し、低い場合はステップＳ１０６に戻って第二の二状態を維持し、そうでない場合は今回のルーチンを終了する。第三閾値Ｔｔｈ３は第一閾値Ｔｔｈ１より低い温度であり、第一閾値Ｔｔｈ１に対するヒステリシスとしての役割を持つ温度である。

上記のステップＳ１０６～Ｓ１０８の処理により、ヒートポンプシステム１０３を介して第一冷却回路１００から第二冷却回路１０１へ熱が移動する。これにより、第一閾値Ｔｔｈ１を超えた第一冷媒温度Ｔ１の温度上昇を抑制し、電力変換機器８及びバッテリ９の過剰な温度上昇による性能低下を抑制できる。また、第二冷媒温度Ｔ２が過剰に低くなることを抑制し、モータ１８及び減速機１９を効率の良い状態で駆動させることができる。

ステップＳ１０９で、コントローラ１０は温調システム１を第三状態に制御する。第三状態は、図６に示す通り、第二の二状態から流路切換え弁１５を制御することにより第二冷却回路１０１の冷媒がバイパス回路１０２を流れるようにした状態である。

第三状態に制御したら、コントローラ１０はステップＳ１１０で第二冷媒温度Ｔ２が第四閾値Ｔｔｈ４より低いか否かを判定し、低い場合はステップＳ１１１の処理を実行し、そうでない場合はステップＳ１０９に戻って第三状態を維持する。ステップＳ１１１では第一冷媒温度Ｔ１が第三閾値Ｔｔｈ３より低いか否かを判定し、低い場合は今回のルーチンを終了し、そうでない場合はステップＳ１０６に戻って温調システム１を第二の二状態に制御する。

上記のステップＳ１０９～Ｓ１１１の処理により、第二冷媒温度Ｔ２が第二閾値Ｔｔｈ２以上の場合にはラジエータ１４を介して第二冷却回路１０１の熱を外気に放出できる。これにより、第二冷媒温度Ｔ２の温度上昇を抑制し、第二冷却回路１０１に配置される部品群の過剰な温度上昇による性能低下を抑制できる。

さらに、第二冷媒温度Ｔ２が外気よりも十分に高い状態でラジエータ１４に流入するので、温度が低い状態で通過する場合に比べて放熱効率が高くなる。これにより、ラジエータ１４を小型化することができる。

ここで、上記のラジエータ１４の小型化について、より詳細に説明する。電動車両に用いられるバッテリ９、電力変換機器８、モータ１８及び減速機１９といった部品は、走行中や充電中に損失が生じ、これにより熱が発生する。このため冷媒を用いてこれらの部品を冷却するが、冷媒の温度は高くなったとしても６０℃程度であり、水冷式内燃機関の冷却水温度に比べると低い。冷媒の温度が低ければラジエータ１４の容量は小さくても構わないようにも思われるが、冷媒温度と外気温度との差が小さくなると放熱効率が低下するので、所望の冷却効果を得るためには放熱面積を拡げる必要が生じる。その結果、従来の電動車両においては、ラジエータ１４の小型化が難しかった。これに対し本実施形態では、上記の通り第二冷媒温度Ｔ２が第一冷却回路１００からの熱によって上昇して外気よりも十分に高い状態でラジエータ１４に流入するので、放熱効率が高くなり、小型化を図ることができる。

図７は、上記の制御ルーチンを実行した場合のタイムチャートの一例である。

第一状態で走行を開始すると、第一冷媒温度Ｔ１及び第二冷媒温度Ｔ２が上昇する。電力変換機器８及びバッテリ９に比べてモータ１８及び減速機１９の方が発生する熱量が相対的に大きいので、第二冷媒温度Ｔ２の方が第一冷媒温度Ｔ１より温度上昇速度が高い。

タイミングｔ１で第二冷媒温度Ｔ２が第二閾値Ｔｔｈ２以上になると、第二の一状態に切り換わる。第二冷却回路１０１から第一冷却回路１００へ熱が移動することにより、第一冷媒温度Ｔ１の上昇が促進され、第二冷媒温度Ｔ２の上昇は鈍る。

タイミングｔ２で第一冷媒温度Ｔ１が第一閾値Ｔｔｈ１以上になると、第二の二状態に切り換わる。ただし、このとき第二冷媒温度Ｔ２が第二閾値Ｔｔｈ２以上になっているので、ただちに第三状態に切り換わる。第一冷却回路１００から第二冷却回路１０１へ熱が移動し、さらにラジエータ１４から放熱することで、第一冷媒温度Ｔ１及び第二冷媒温度Ｔ２の上昇は止まり、低下に転ずる。

タイミングｔ３で第二冷媒温度Ｔ２が第四閾値Ｔｔｈ４より低くなると、このとき第一冷媒温度Ｔ１は第三閾値Ｔｔｈ３以上なので第二の二状態に切り換わる。そして、タイミングｔ４で第一冷媒温度Ｔ１以下になると第一状態に切り換わる。その後タイミングｔ５で再び第一冷媒温度Ｔ１が第一閾値Ｔｔｈ１以上になると第二の二状態に切り換わり、タイミングｔ６で第二冷媒温度Ｔ２が第二閾値Ｔｔｈ２より低く、かつ第一冷媒温度Ｔ１が第三閾値Ｔｔｈ３より低くなると、第一状態に戻る。

上記の通り、走行開始後に第一冷媒温度Ｔ１及び第二冷媒温度Ｔ２を速やかに昇温させ、かつ過剰な温度上昇を抑制することができる。

［充電中の制御］
次に、充電中の温調システム１の制御について説明する。

車載充電器（ＯＢＣ）に外部の充電機器を接続してバッテリ９を充電する際には、バッテリ９の充電効率が高い状態で充電することが望ましい。そこで、コントローラ１０は充電中にバッテリ９を適温にするために温調システム１を以下に説明するよう制御する。

図８は、コントローラ１０が実行する、充電中の温調システム１の制御に係る制御ルーチンを示すフローチャートである。

ステップＳ２００において、コントローラ１０は第一冷媒温度Ｔ１が第一閾値Ｔｔｈ１より低いか否かを判定し、低い場合はステップＳ２０１の処理を実行し、そうでない場合はステップＳ２０２の処理を実行する。

ステップＳ２０１において、コントローラ１０は温調システムを第四状態に制御する。第四状態は、図９に示す通り、第一冷媒ポンプ６、第二冷媒ポンプ１１及びコンプレッサ２の動作は第二の一状態を同じである。つまり、ヒートポンプシステム１０３を介して第二冷却回路１０１から第一冷却回路１００へ熱が移動する。ただし、第二冷却回路１０１で熱を発生させる方法が第二の一状態とは異なる。車載充電器（ＯＢＣ）に外部の充電機器を接続して充電している場合には、車両が走行できないのでモータ１８及び減速機１９を回転させることはできない。そこで、モータ１８に対して、トルク成分に対応する軸（ｑ軸）の電流指令値をゼロにし、励磁成分に対応する軸（ｄ軸）の電流指令値を、ロータの磁束を強める方向と弱める方向に所定の周期で交互に切り換えて通電させる。これによりヒステリシス損が発生するうえ、ロータには渦電流が継続的に流れるので、トルクを発生させることなくモータ１８で熱を発生させることができる。

上記のようにモータ１８で熱を発生させ、その熱をヒートポンプシステム１０３を介して第一冷却回路１００へ移動させることで、バッテリ９の昇温を促進できる。

一方、第一冷媒温度Ｔ１が第一閾値Ｔｔｈ１以上になったら、第一冷媒温度Ｔ１の過上昇を抑制する必要がある。そこで、コントローラ１０はステップＳ２０２～Ｓ２０７の処理を実行する。ステップＳ２０２～Ｓ２０７の処理は、上述したステップＳ１０６～Ｓ１１１の処理と同じなので説明を省略する。

[変形例]
次に、上記実施形態の変形例について説明する。以下に説明する各変形例も上記実施形態と同様に本発明の範囲に属する。なお、各変形例を適宜組み合わせても構わない。

上記の実施形態では、電力変換機器８及びバッテリ９を許容温度が相対的に低い部品群として第一冷却回路１００に配置し、モータ１８及び減速機１９を許容温度が相対的に高い部品群として第二冷却回路１０１に配置した。しかし、これはあくまでも一例であって、第一冷却回路１００に配置された部品群と第二冷却回路１０１に配置された部品群とを比較したときに、第一冷却回路１００の部品群の方が第二冷却回路１０１の部品群より許容温度が相対的に低ければ、これに限られるわけではない。

（第一変形例）
図１０は、第一変形例に係る温調システム１の構成図である。本変形例では、減速機１９より許容温度の低いモータ１８を相対的に許容温度が低い部品として第一冷却回路１００に配置する。この場合も走行中の温調システム１の制御については上記実施形態と同様である。

ところで、本変形例の場合には、充電中の温調システム１の制御が上記実施形態とは異なる。図１１は、図１０の構成の場合の、充電中の温調システム１の制御に係る制御ルーチンを示すフローチャートである。

ステップＳ３００、Ｓ３０２～Ｓ３０７は図８のステップＳ２００、Ｓ２０２～Ｓ２０７と同様なので説明を省略する。

ステップＳ３０１において、コントローラ１０は温調システム１を第五状態に制御する。第五状態は、ヒートポンプシステム１０３は作動させずに、励磁成分に対応する軸（ｄ軸）の電流のみを通電させることでモータ１８を発熱させ、第一冷媒ポンプ６を作動して第一冷却回路１００で冷媒を循環させる状態である。なお、第五状態において、第二冷却回路１０１は冷媒を循環させてもさせなくても構わない。

上記の制御により、モータ１８の熱を利用してバッテリ９の昇温を促進し、かつ昇温後は第二の一状態または第三状態にすることで過昇温を抑制できる。

（第二変形例）
図１２は、第二変形例に係る温調システム１の構成図である。上記実施形態ではモータ１８及び減速機１９がそれぞれ一つであるが、前輪駆動用の第一モータ１８―１及び第一減速機１９―１と後輪駆動用の第二モータ１８－２及び第二減速機１９－２を備える構成であっても構わない。この構成において、例えば図１２に示す通り電力変換機器８及びバッテリ９を第一冷却回路１００に、各モータ１８－１、１８－２、各減速機１９－１、１９－２、各オイルクーラ１６－１、１６－２及び各オイルポンプ１７－１、１７－２を第二冷却回路１０１に配置することができる。本変形例に係る温調システム１の走行中及び充電中の制御は上記実施形態と同様である。

（第三変形例）
図１３は、第三変形例に係る温調システム１の構成図である。上述した実施形態、第一変形例及び第二変形例では、電動車両がいわゆる電気自動車（ＢＥＶ）であったが、本変形例の電動車両は内燃機関２０を備えるハイブリッド車両（ＨＥＶ）である。なお、ハイブリッドの形式は、シリーズ式、パラレル式、シリーズ・パラレル式のいずれであっても構わない。

内燃機関２０の発熱量はモータ１８やバッテリ９等に比べて大きい。つまり、内燃機関２０の許容温度は相対的に高い。そこで本変形例では内燃機関２０を第二冷却回路１０１に配置する。この場合の第二冷却回路１０１を循環する冷媒は、内燃機関２０のいわゆる冷却水である。本変形例に係る温調システム１の走行中及び充電中の制御は上記実施形態と同様である。

なお、内燃機関２０により駆動されて発電する発電用モータ（図示せず）を図１３の温調システム１に加えてもよい。この場合、発電用モータは第一冷却回路１００または第二冷却回路１０１のいずれに配置しても構わない。

また、内燃機関２０を第二冷却回路１０１に配置し、内燃機関２０に比べて許容温度が低いモータ１８及び減速機１９を第一冷却回路１００に配置しても構わない。これとは反対に、バッテリ９に比べて許容温度が高い電力変換機器８を第二冷却回路１０１に配置しても構わない。

（第四変形例）
図１４は、第四変形例に係る温調システム１の構成図である。本変形例の構成は、上記実施形態に係る図１の構成に、車内空調用ヒートポンプシステム１０４を組み合わせたものである。車内空調用ヒートポンプシステム１０４は、空調用コンプレッサ２１、コンデンサ２２、第三熱交換器２３、空調用膨張弁２４及びエバポレータ２５からなる。第二冷却回路１０１のオイルクーラ１６の出口側の冷媒流路は分岐しており、分岐した一方は第三熱交換器２３を通過して再び第二冷却回路１０１に合流する。分岐点には第二流路切換え弁２６が配置されている。第二流路切換え弁２６はコントローラ１０により動作を制御される。第二冷却回路１０１から第三熱交換器２３へ冷媒が流れる流路が選択されると、第三熱交換器２３において、第二冷却回路１０１のオイルクーラ１６を通過した冷媒と車内空調用ヒートポンプシステム１０４を循環する冷媒との熱交換が行われる。

上記の第二の一状態において、図１４に示すように第三熱交換器２３に冷媒を流せば、第二冷却回路１０１から車内空調用ヒートポンプシステム１０４へ熱が移動することとなる。これにより、暖房性能を向上させることができる。

以上のように本実施形態では、車両の駆動源として少なくともモータ１８（走行用モータ）を備える電動車両の温調システム１が提供される。この温調システム１は、冷媒を循環させる第一冷媒ポンプ６、電力変換機器８及びバッテリ９（冷却を要する部品群のうち許容温度が相対的に低い一または複数の部品）、及び電力変換機器８及びバッテリ９から受熱した冷媒が流入する第一熱交換器４を備える第一冷却回路１００と、冷媒を循環させる第二冷媒ポンプ１１、モータ１８及び減速機１９（冷却を要する部品群のうち許容温度が相対的に高い一または複数の部品）、及びモータ１８及び減速機１９から直接又は間接的に受熱した冷媒が流入する第二熱交換器５を備える第二冷却回路１０１と、第二冷却回路１０１から分岐してラジエータ１４を通過して再び第二冷却回路１０１に合流するバイパス回路１０２と、を備える。また、温調システム１は、バイパス回路１０２と第二冷却回路１０１の分岐部または合流部に設けられた流路切換え弁１５と、第一冷却回路１００を循環する冷媒の温度である第一冷媒温度を取得する第一温度センサ７（第一温度取得装置）と、第二冷却回路１０１を循環する冷媒の温度である第二冷媒温度を取得する第二温度センサ１２（第二温度取得装置）と、第一熱交換器４、コンプレッサ２、第二熱交換器５、膨張弁３の順に配置された循環経路からなるヒートポンプシステム１０３と、少なくとも第一冷媒ポンプ６、第二冷媒ポンプ１１、コンプレッサ２及び流路切換え弁１５の動作を制御するコントローラ１０と、を備える。

上記のように、第一冷却回路１００と第二冷却回路１０１を、ヒートポンプシステム１０３を介して接続することで、下記冷却回路をそれぞれ適切な温度範囲、つまり各部品が効率よく機能し、かつ許容温度を超えない温度範囲にコントロールすることができる。これにより車両の航続可能距離の延長を図ることができる。

本実施形態では、コントローラ１０は、第一冷媒温度が第一閾値より低く、かつ第二冷媒温度が、第一閾値より高い第二閾値より低い場合には、コンプレッサ２を停止させ、かつ第一冷媒ポンプ６及び第二冷媒ポンプ１１を作動させて、第一冷却回路１００と第二冷却回路１０１で冷媒が循環する第一状態に制御する。これにより、例えば低外気温の環境下での走行開始直後において、第一冷却回路１００では電力変換機器８及びバッテリ９で発生する熱が循環し、第二冷却回路１０１ではモータ１８及び減速機１９で発生する熱が循環して、各冷却回路の部品群の昇温を促進できる。

本実施形態では、コントローラ１０は、第一冷媒温度が第一閾値より低く、かつ第二冷媒温度が第二閾値以上の場合には、第一冷媒ポンプ６及び第二冷媒ポンプ１１を作動させ、かつ冷媒が第二熱交換器５、コンプレッサ２、第一熱交換器４、膨張弁３の順に流れる方向にコンプレッサ２を作動させることにより、第二冷却回路１０１の熱を、ヒートポンプシステム１０３を介して第一冷却回路１００へ移動させる第二の一状態に制御する。これにより、第二冷却回路１０１の熱を利用して第一冷却回路１００の部品群の昇温を促進できる。

本実施形態では、コントローラは、第二の一状態に制御した状態で、第一冷媒温度が第一閾値より低く、かつ第二冷媒温度が、第一閾値より高く前記第二閾値より低い第四閾値以上の場合には第二の一状態を維持し、第一冷媒温度が前記第一閾値より低く、かつ第二冷媒温度が前記第四閾値より低い場合には第一状態に制御する。これにより、第二冷却回路１０１の冷媒温度を第二閾値～第四閾値の温度域及びその近傍に維持できる。また、第二閾値に対してヒステリシスの役割をもつ第四閾値を用いることで、状態の切り換えが不必要に頻繁に行われることを抑制できる。

本実施形態では、コントローラ１０は、第一冷媒温度が第一閾値以上の場合には、第一冷媒ポンプ及び第二冷媒ポンプを作動させ、かつ冷媒が第一熱交換器４、コンプレッサ２、第二熱交換器５、膨張弁３の順に流れる方向にコンプレッサ２を作動させることにより第一冷却回路１００の熱を、ヒートポンプシステム１０３を介して第二冷却回路１０１へ移動させる第二の二状態に制御する。これにより、第一冷却回路１００の冷媒が冷却されるので、第一冷却回路１００に配置される部品群の温度の過上昇による性能低下を抑制できる。また、外気温が低い環境下においても、減速機１９のオイル温度やモータ１８の過剰な温度低下を抑制し、減速機１９及びモータ１８を効率の良い状態で駆動させることができる。

本実施形態では、コントローラ１０は、第二の二状態に制御した後、第二冷媒温度が第二閾値より低く、かつ第一冷媒温度が、第一閾値より低い第三閾値以上の場合には第二の二状態を維持し、第二冷媒温度が第二閾値より低く、かつ第一冷媒温度が第三閾値より低い場合には、第一状態に制御する。これにより、第一冷却回路１００に配置される部品群の過剰な温度低下を抑制できる。また、第一閾値に対してヒステリシスの役割をもつ第三閾値を用いることで、状態の切り換えが不必要に頻繁に行われることを抑制できる。

本実施形態では、コントローラ１０は、第二の二状態に制御した後、第二冷媒温度が外気温度より高く設定した第二閾値以上になったら、第二の二状態から、バイパス回路１０２に冷媒が流れる第三状態に制御する。これにより、第二冷却回路１０１の熱がラジエータ１４から大気へ放出されるので、第二冷媒温度の上昇を抑制し、第二冷却回路１０１に配置されている部品群の過剰な温度上昇による性能低下を抑制できる。

また、第二冷媒温度が外気よりも十分に高い状態でラジエータ１４から放熱することになるので、放熱効率がよくなり、ラジエータ１４の小型化を図ることができる。

本実施形態では、コントローラ１０は、第三状態に制御した後、第二冷媒温度が、第一閾値より高く第二閾値より低い第四閾値より低く、かつ第一冷媒温度が第三閾値以上になったら、第二の二状態に制御する。これにより、ラジエータ１４からの放熱によって第二冷媒温度が過剰に低下することを抑制できる。また、第二冷却回路１０１へ熱が移動することで第一冷媒温度が過剰に低下することも抑制できる。さらに、ヒステリシスの役割をもつ第三閾値及び第四閾値を用いて判断することにより、状態の切り換えが不必要に頻繁に行われることを抑制できる。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。

１ 温調システム、 ２ コンプレッサ、 ３ 膨張弁、 ４ 第一熱交換器、 ５ 第二熱交換器、 ６ 第一冷媒ポンプ、 ７ 第一温度センサ、 ８ 電力変換機器、 ９ バッテリ、 １０ コントローラ、 １１ 第二冷媒ポンプ、 １２ 第二温度センサ、 １３ リザーバタンク、 １４ ラジエータ、 １５ 流路切換え弁、 １６ オイルクーラ、 １７ オイルポンプ、 １８ モータ、 １９ 減速機、 １００ 第一冷却回路、 １０１ 第二冷却回路、 １０２ バイパス回路

Claims (8)

1. 車両の駆動源として少なくとも走行用モータを備える電動車両の温調システムにおいて、
   冷媒を循環させる第一冷媒ポンプ、冷却を要する部品群のうち許容温度が相対的に低い一または複数の部品、及び当該部品から受熱した前記冷媒が流入する第一熱交換器を備える第一冷却回路と、
   冷媒を循環させる第二冷媒ポンプ、冷却を要する部品群のうち許容温度が相対的に高い一または複数の部品、及び当該部品から直接又は間接的に受熱した前記冷媒が流入する第二熱交換器を備える第二冷却回路と、
   前記第二冷却回路から分岐してラジエータを通過して再び前記第二冷却回路に合流するバイパス回路と、
   前記バイパス回路と前記第二冷却回路の分岐部または合流部に設けられた流路切換え弁と、
   前記第一冷却回路を循環する前記冷媒の温度である第一冷媒温度を取得する第一温度取得装置と、
   前記第二冷却回路を循環する前記冷媒の温度である第二冷媒温度を取得する第二温度取得装置と、
   前記第一熱交換器、コンプレッサ、前記第二熱交換器、膨張弁の順に配置された循環経路からなるヒートポンプシステムと、
   少なくとも前記第一冷媒ポンプ、前記第二冷媒ポンプ、前記コンプレッサ及び前記流路切換え弁の動作を制御するコントローラと、
   を備えることを特徴とする電動車両の温調システム。
2. 請求項１に記載の電動車両の温調システムにおいて、
   前記コントローラは、前記第一冷媒温度が第一閾値より低く、かつ前記第二冷媒温度が、前記第一閾値より高い第二閾値より低い場合には、前記コンプレッサを停止させ、かつ前記第一冷媒ポンプ及び前記第二冷媒ポンプを作動させて、前記第一冷却回路と前記第二冷却回路で前記冷媒が循環する第一状態に制御する、電動車両の温調システム。
3. 請求項２に記載の電動車両の温調システムにおいて、
   前記コントローラは、前記第一冷媒温度が前記第一閾値より低く、かつ前記第二冷媒温度が前記第二閾値以上の場合には、前記第一冷媒ポンプ及び前記第二冷媒ポンプを作動させ、かつ冷媒が前記第二熱交換器、前記コンプレッサ、前記第一熱交換器、前記膨張弁の順に流れる方向に前記コンプレッサを作動させることにより前記第二冷却回路の熱を前記ヒートポンプシステムを介して前記第一冷却回路へ移動させる第二の一状態に制御する、電動車両の温調システム。
4. 請求項３に記載の電動車両の温調システムにおいて、
   前記コントローラは、前記第二の一状態に制御した後、前記第一冷媒温度が前記第一閾値より低く、かつ前記第二冷媒温度が、前記第一閾値より高く前記第二閾値より低い第四閾値以上の場合には前記第二の一状態を維持し、前記第一冷媒温度が前記第一閾値より低く、かつ前記第二冷媒温度が前記第四閾値より低い場合には前記第一状態に制御する、電動車両の温調システム。
5. 請求項２から４のいずれか一項に記載の電動車両の温調システムにおいて、
   前記コントローラは、前記第一冷媒温度が前記第一閾値以上の場合には、前記第一冷媒ポンプ及び前記第二冷媒ポンプを作動させ、かつ冷媒が前記第一熱交換器、前記コンプレッサ、前記第二熱交換器、前記膨張弁の順に流れる方向に前記コンプレッサを作動させることにより前記第一冷却回路の熱を前記ヒートポンプシステムを介して前記第二冷却回路へ移動させる第二の二状態に制御する、電動車両の温調システム。
6. 請求項５に記載の電動車両の温調システムにおいて、
   前記コントローラは、前記第二の二状態に制御した後、前記第二冷媒温度が前記第二閾値より低く、かつ前記第一冷媒温度が、前記第一閾値より低い第三閾値以上の場合には前記第二の二状態を維持し、前記第二冷媒温度が前記第二閾値より低く、かつ前記第一冷媒温度が前記第三閾値より低い場合には、前記第一状態に制御する、電動車両の温調システム。
7. 請求項５または６に記載の電動車両の温調システムにおいて、
   前記コントローラは、前記第二の二状態に制御した後、前記第二冷媒温度が外気温度より高く設定した前記第二閾値以上になったら、前記第二の二状態から、前記バイパス回路に前記冷媒が流れる第三状態に制御する、電動車両の温調システム。
8. 請求項７に記載の電動車両の温調システムにおいて、
   前記コントローラは、前記第三状態に制御した後、前記第二冷媒温度が、前記第一閾値より高く前記第二閾値より低い第四閾値より低く、かつ前記第一冷媒温度が前記第一閾値より低い第三閾値以上になったら、前記第二の二状態に制御する、電動車両の温調システム。

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