JP2024178564A - 暖房システム - Google Patents

Abstract

【課題】車室内の空調快適性の低下を抑制する暖房システムを提供する。
【解決手段】暖房システムは、流路ＦＰ１～ＦＰ３と、電池１６３と、チラー１４２と、ＬＴラジエータ１２２と、五方弁１８０とを備える。電池１６３は、流路ＦＰ１の熱媒体と熱交換可能である。チラー１４２は、流路ＦＰ２に設けられている。ＬＴラジエータ１２２は、流路ＦＰ３に設けられ、車両の外気から吸熱する。五方弁１８０は、流路ＦＰ１～ＦＰ３の間の接続状態を切り替えるように構成されている。接続状態は、第１状態と、第２状態と、第３状態とを含む。五方弁１８０は、暖房運転中に第１状態および第２状態のうち一方の状態から他方の状態に接続状態を切り替える場合に、一方の状態から第３状態に接続状態を切り替えた後、第３状態から他方の状態に接続状態を切り替える動作を実行する。
【選択図】図２

Description

本開示は、暖房システムに関する。

特開２０２０－１６５６０４号公報（特許文献１）は、車両に搭載される空調装置を開示する。空調装置は、ヒートポンプサイクル（ＨＰＣ：Heat Pump Cycle）と、高温側熱媒体回路（暖房回路）と、低温側熱媒体回路とを備える。ＨＰＣは、チラーと、凝縮器とを有する。チラーは、低温側熱媒体回路から吸熱する。凝縮器は、ＨＰＣの熱を高温側熱媒体回路に伝達する。低温側熱媒体回路は、電池と、外気熱交換機器と、三方弁（切り替え装置）とを有する。電池および外気熱交換機器の各々は、吸熱用機器として機能する。三方弁は、低温側熱媒体からＨＰＣへの熱伝達量を調整するために用いられる。空調装置のモードは、暖房モードと、冷却暖房モードとを含む。暖房モードにおいて、外気熱交換機器により吸熱された熱がチラーおよびＨＰＣを介して高温側熱媒体回路に伝達される（外気が暖房熱源として用いられる）。冷却暖房モードにおいて、電池の熱がチラーおよびＨＰＣを介して高温側熱媒体回路に伝達される（電池が暖房熱源として用いられる）。

特開２０２０－１６５６０４号公報

外気または電池のいずれが暖房熱源として用いられる場合であっても、ＨＰＣは、チラー装置を介して熱を受けるとともに車両の暖房回路に熱を伝達する（暖房運転）。切り替え装置は、暖房運転中に暖房熱源を変化させる時、熱媒体の各流路の間の接続状態を切り替える。この場合、暖房風の吹出口における温度が大きく変化して、車室内の空調快適性が低下する可能性がある。

本開示は、上記のような問題を解決するためになされたものであって、その目的は、車室内の空調快適性の低下を抑制する暖房システムを提供することである。

本開示の暖房システムは、車両に搭載される。この暖房システムは、第１流路、第２流路、および第３流路と、蓄電装置と、チラー装置と、吸熱装置と、暖房回路と、ヒートポンプサイクルと、切替装置とを備える。第１流路、第２流路、および第３流路では、熱媒体が流通可能である。蓄電装置は、第１流路の熱媒体と熱交換可能である。チラー装置は、第２流路に設けられる。吸熱装置は、第３流路に設けられ、車両の外気から吸熱するように構成されている。暖房回路は、車両の車室を暖房する。ヒートポンプサイクルは、第２流路の熱媒体からチラー装置を介して熱を受けるとともに暖房回路に熱を伝達する暖房運転を行う。切替装置は、第１流路、第２流路、および第３流路の間の接続状態を切り替えるように構成されている。接続状態は、第１状態と、第２状態と、第３状態とを含む。第１状態において、第１流路が第２流路および第３流路から切り離され、かつ、第２流路が第３流路に接続されている。第２状態において、第１流路が第２流路に接続されるとともに第３流路から切り離されて、かつ、第２流路が第３流路から切り離されている。第３状態において、第１流路が第２流路および第３流路に接続され、かつ、第２流路が第３流路に接続されている。切替装置は、暖房運転中に第１状態および第２状態のうち一方の状態から他方の状態に接続状態を切り替える場合に、一方の状態から第３状態に接続状態を切り替えた後、第３状態から他方の状態に接続状態を切り替える動作を実行する。

本開示によれば、車室内の空調快適性の低下を抑制できる。

実施の形態の熱管理システム（暖房システム）の全体構成の一例を示す図である。 実施の形態におけるＥＣＵ（Electronic Control Unit）による五方弁の制御を説明するための図である。 比較例におけるによる五方弁の制御を説明するための図である。 暖房運転中の電池の冷却開始時の流路間の接続状態の切り替えを説明するためのタイムチャートである。 電池の冷却開始時に五方弁を用いて各流路間の接続状態を切り替える制御の処理手順を示すフローチャートである。 暖房運転中の電池の冷却終了時の五方弁の制御を説明するためのタイムチャートである。 電池の冷却終了時に五方弁を用いて各流路間の接続状態を切り替える制御の処理手順を示すフローチャートである。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明を繰り返さない。

図１は、実施の形態の熱管理システム（暖房システム）の全体構成の一例を示す図である。図１を参照して、熱管理システム１は、車両５に搭載されている。車両５は、電気自動車（ＢＥＶ：Battery Electric Vehicle）などの電動車両である。熱管理システム１は、ＥＣＵ５０と、熱管理回路１００とを備える。

ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５１と、メモリ５２とを含む。ＣＰＵ５１は、各種の演算処理を実行する。メモリ５２は、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）を含む。ＲＯＭは、ＣＰＵ５１により実行されるプログラムを記憶する。ＥＣＵ５０は、熱管理回路１００からのセンサ値に応じた制御指令を熱管理回路１００に出力することによって、熱管理回路１００を制御する。

熱管理回路１００は、熱媒体（冷媒）が流通するよう構成されている。熱管理回路１００は、ＨＴ（High Temperature）回路１１０と、ラジエータ１２０と、ＬＴ（Low Temperature）回路１３０と、水冷コンデンサ１４１と、チラー（チラー装置）１４２と、ヒートポンプサイクル（ＨＰＣ）１５０と、電池回路１６０と、ポートＰ１～Ｐ５を有する五方弁１８０と、温度センサ１９２～１９５とを含む。

ＨＴ回路１１０は、ウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）１１１と、ヒータ１１２と、三方弁１１３と、ヒータコア１１４とを含む。ラジエータ１２０は、高温（ＨＴ）ラジエータ１２１と、低温（ＬＴ）ラジエータ１２２とを含む。ＬＴ回路１３０は、流路ＦＰ３と、Ｗ／Ｐ１３１と、ＰＣＵ（Power Control Unit）１３３とを含む。ＨＰＣ１５０は、コンプレッサ１５１と、膨張弁１５２，１５５と、エバポレータ１５３と、ＥＰＲ（Evaporative Pressure Regulator）１５４とを含む。電池回路１６０は、流路ＦＰ１，ＦＰ２と、Ｗ／Ｐ１６１と、電池１６３と、接続部１６５と、流路ＢＰとを含む。

流路ＦＰ１，ＦＰ２の各々において、熱媒体が流通可能である。流路ＦＰ１は、ポートＰ１から接続部１６５までの流路である。流路ＦＰ２は、ポートＰ２から接続部１６５までの流路である。Ｗ／Ｐ１１１は、ＨＴ回路１１０内で熱媒体を循環させる。水冷コンデンサ１４１は、ＨＰＣ１５０の熱媒体から放出された熱を受けることによって、ＨＴ回路１１０の熱媒体を加熱する。ヒータ１１２は、ＨＴ回路１１０の熱媒体を加熱する。三方弁１１３は、熱媒体の流入先をヒータコア１１４とＨＴラジエータ１２１との間で切り替える。ヒータコア１１４は、ＨＴ回路１１０の熱媒体と車室内に吹き出される空気との間の熱交換より当該空気を暖める。これにより、車室が暖房される。ＨＴ回路１１０は、車室を暖房する暖房回路である。

ＬＴラジエータ１２２は、流路ＦＰ３に設けられる。流路ＦＰ３は、ポートＰ３からポートＰ４までの流路であり、熱媒体が流通可能である。ＬＴラジエータ１２２は、流路ＦＰ３の熱媒体の温度が車両５の外気の温度よりも低い場合に外気から吸熱する吸熱装置として機能する。Ｗ／Ｐ１３１は、流路ＦＰ３において熱媒体を循環させる。ＰＣＵ１３３は、電池１６３からの直流電力を交流電力に変換して車両５の走行用モータに供給する。

水冷コンデンサ１４１は、ＨＰＣ１５０の熱媒体からの熱をＨＴ回路１１０の熱媒体に放出する。チラー１４２は、流路ＦＰ２に設けられており、ＨＰＣ１５０の熱媒体と、電池回路１６０（流路ＦＰ２）の熱媒体との間で熱交換する。

ＨＰＣ１５０の熱媒体（気相冷媒または液相冷媒）は、エバポレータ１５３を通過する回路、または、水冷コンデンサ１４１を通過する回路内で循環する。ＨＰＣ１５０は、流路ＦＰ２の熱媒体からチラー１４２を介して熱を受けるとともにＨＴ回路１１０に熱を伝達する暖房運転を行うよう構成されている。

コンプレッサ１５１は、ＨＰＣ１５０を循環する気相冷媒を圧縮する。コンプレッサ１５１の回転速度は、吹出温度の目標値と現在値との偏差に応じて制御される。水冷コンデンサ１４１は、圧縮されて高温高圧となった気相冷媒から熱を放出することによって気相冷媒を液相冷媒に凝縮する。コンプレッサ１５１で圧縮された高温高圧の冷媒は、水冷コンデンサ１４１における熱交換によってＨＴ回路１１０を循環する熱媒体（温水）に放熱する。温められた温水の熱がヒータコア１１４で放熱されて暖められた空気（暖房風）が吹出口から車室内に送られて車室が暖房される。膨張弁１５２，１５５の各々は、高圧の液相冷媒を膨張させることによって液相冷媒を減圧する。ＥＰＲ１５４は、エバポレータ１５３から流入する熱媒体の流量を制御することで、エバポレータ１５３内の圧力を略一定に調整する。チラー１４２は、膨張弁１５５により減圧された液相冷媒を蒸発させる。その結果、電池回路１６０を循環する熱媒体から熱が奪われ、この熱媒体が冷却される。

電池回路１６０を循環する熱媒体は、第１循環回路および第２循環回路のうちの一方または両方を流通する。第１循環回路とは、Ｗ／Ｐ１６１－チラー１４２－五方弁１８０－電池１６３－Ｗ／Ｐ１６１の経路である。第２循環回路とは、Ｗ／Ｐ１６１－チラー１４２－五方弁１８０－流路ＢＰ－Ｗ／Ｐ１６１の経路である。

Ｗ／Ｐ１６１は、電池回路１６０内で熱媒体を循環させる。チラー１４２は、ＨＰＣ１５０を循環する熱媒体と電池回路１６０を循環する熱媒体との間の熱交換により、電池回路１６０を循環する熱媒体を冷却する。電池１６３は、流路ＦＰ１に設けられており、流路ＦＰ１の熱媒体と熱交換可能である。電池１６３は、車両５の走行用の電力を蓄える。電池１６３は、流路ＦＰ１の熱媒体により冷却され得る。

流路ＢＰは、ポートＰ５から接続部１６５までの流路であって、熱媒体が流通可能である。流路ＢＰは、熱媒体が電池１６３をバイパスするバイパス流路である。流路ＢＰは、接続部１６５に接続されている。接続部１６５は、流路ＦＰ１のうち電池１６３よりも下流部分と、流路ＦＰ２のうちチラー１４２よりも上流部分とに位置している。流路ＢＰは、流路ＦＰ３のうちＬＴラジエータ１２２よりも下流部分に五方弁１８０を通じて接続可能に構成されている。

五方弁１８０は、ポートＰ１～Ｐ５を有する。ポートＰ１は、流路ＦＰ１に接続可能である。ポートＰ２は、流路ＦＰ２に接続可能である。ポートＰ３，Ｐ４は、それぞれ、流路ＦＰ３のうちＬＴラジエータ１２２よりも上流部分および下流部分に接続可能である。ポートＰ５は、流路ＢＰに接続可能である。五方弁１８０は、流路ＦＰ１～ＦＰ３，ＢＰの間の接続状態を切り替える切替装置であり、ＥＣＵ５０により制御される。

温度センサ１９２は、ＬＴラジエータ１２２を流通する熱媒体の温度（流路ＦＰ３の熱媒体の温度）としてのラジエータ水温Ｔｒを検出する。ラジエータ水温Ｔｒは、流路ＦＰ３のうちＬＴラジエータ１２２の下流部分の熱媒体の温度に相当する。温度センサ１９３は、流路ＦＰ２の熱媒体の温度（チラー水温Ｔｃ）を検出する。この例では、チラー水温Ｔｃは、流路ＦＰ２のうちチラー１４２の上流部分の熱媒体の温度に相当する。温度センサ１９４は、流路ＦＰ１の熱媒体の温度（電池水温Ｔｂ）を検出する。温度センサ１９５は、ＰＣＵ１３３を流通する熱媒体の温度（パワトレ水温Ｔｐ）を検出する。パワトレ水温Ｔｐが流路ＦＰ３の熱媒体の温度として用いられてもよい。

図２は、実施の形態におけるＥＣＵ５０による五方弁１８０の制御を説明するための図である。図２を参照して、ＥＣＵ５０は、流路ＦＰ１，ＦＰ２，ＦＰ３およびＢＰの間の接続状態が第１状態、第２状態または第３状態になるように五方弁１８０を制御する。

第１状態（図２の上部分）は、外気が暖房熱源として用いられる時の各流路間の接続状態に相当する。第１状態において、流路ＦＰ１が流路ＦＰ２，ＦＰ３，ＢＰから切り離され、流路ＦＰ２が流路ＦＰ３，ＢＰに接続され、かつ流路ＦＰ３が流路ＢＰに接続されている。チラー１４２を通過する熱媒体は、流路ＦＰ２，ＦＰ３，ＢＰにより形成される閉回路を循環する。ＥＣＵ５０は、ポートＰ１がポートＰ２～Ｐ５から切り離され、ポートＰ２，Ｐ３が連通し、かつ、ポートＰ４，Ｐ５が連通するように五方弁１８０を制御することによって第１状態を達成する。第１状態において、ＨＰＣ１５０が暖房運転を行っており、かつ、電池１６３の冷却は行われていない。

第１状態において、流路ＦＰ１は、流路ＦＰ２，ＦＰ３，ＢＰから切り離されている。よって、電池水温Ｔｂは、チラー水温Ｔｃ、またはラジエータ水温Ｔｒ（もしくはパワトレ水温Ｔｐ）から乖離している可能性がある。例えば、冬期の低温環境下で外気が暖房熱源として用いられる時、ラジエータ水温Ｔｒは、外気温（例えば、０℃）よりも低い。その結果、第１状態における電池水温Ｔｂは、ラジエータ水温Ｔｒよりも顕著に高くなる可能性がある。ラジエータ水温Ｔｒと電池水温Ｔｂとの乖離は、省エネの観点から電池１６３の冷却開始温度が高く設定されて電池１６３の冷却頻度が低い場合により顕著になる。

第２状態（図２の下部分）は、電池１６３が暖房熱源として用いられる時の各流路間の接続状態に相当する。第２状態において、流路ＦＰ１が流路ＦＰ２に接続されて流路ＦＰ３から切り離され、流路ＦＰ２が流路ＦＰ３から切り離されて、かつ、流路ＦＰ３が流路ＢＰから切り離されている。チラー１４２を通過する熱媒体は、流路ＦＰ１，ＦＰ２により形成される閉回路（一点鎖線）を循環する。ＥＣＵ５０は、ポートＰ１，Ｐ２が連通し、ポートＰ３，Ｐ４が連通し、かつ、ポートＰ５がポートＰ１～Ｐ４から切り離されるよう五方弁１８０を制御することによって第２状態を達成する。第２状態において、電池１６３の熱が流路ＦＰ１の熱媒体、流路ＦＰ２の熱媒体、チラー１４２、ＨＰＣ１５０（図１）を介してＨＴ回路１１０に供給されて（ＨＰＣ１５０が暖房運転を行い）、かつ、電池１６３の冷却が行われる。

第２状態において、流路ＦＰ３は、流路ＦＰ１，ＦＰ２，ＢＰから切り離されている。よって、ラジエータ水温Ｔｒ（もしくはパワトレ水温Ｔｐ）は、電池水温Ｔｂ、またはチラー水温Ｔｃから乖離している可能性がある。

ＥＣＵ５０は、暖房運転中の電池１６３の冷却開始時または冷却終了時、各流路間の接続状態が第１状態および第２状態の一方の状態から他方の状態に切り替わるように五方弁１８０を制御する。例えば、電池１６３の冷却開始時、ＥＣＵ５０は、暖房熱源を外気から電池１６３に変化させるために、接続状態が第１状態から第２状態に切り替わるように五方弁１８０を制御する。電池１６３の冷却終了時、暖房熱源を電池１６３から外気に変化させるために、ＥＣＵ５０は、接続状態が第２状態から第１状態に切り替わるように五方弁１８０を制御する。

上記のようにＥＣＵ５０が第１状態から第２状態へ、または第２状態から第１状態へ接続状態を切り替える時、チラー水温Ｔｃが急激に変化して空調快適性が低下する可能性がある（詳しくは後述）。

そこで、ＥＣＵ５０は、暖房運転中に第１状態および第２状態の一方の状態から他方の状態に各流路間の接続状態を切り替える場合（電池１６３の冷却を開始または終了する場合）、特定の切り替え動作を実行するように五方弁１８０を制御する。この動作は、上記一方の状態から第３状態（図２の真ん中部分）に接続状態を切り替えた後、第３状態から上記他方の状態に接続状態を切り替える動作である。

第３状態において、流路ＦＰ１が流路ＦＰ２，ＦＰ３，ＢＰに接続され、流路ＦＰ２が流路ＦＰ３，ＢＰに接続され、かつ、流路ＦＰ３が流路ＢＰに接続されている。ＥＣＵ５０は、ポートＰ１，Ｐ４，Ｐ５が連通し、かつ、ポートＰ２，Ｐ３が連通するように五方弁１８０を制御することによって第３状態を達成する。

第３状態では、経路Ｒ１，Ｒ２が形成される。経路Ｒ１は、流路ＦＰ３，ＢＰおよび接続部１６５を通じて熱媒体がチラー１４２に流入する経路である。経路Ｒ２は、流路ＦＰ３，ＦＰ１および接続部１６５を通じて熱媒体がチラー１４２に流入する経路である。

前述の特定の切り替え動作は、電池１６３の冷却開始時に実行される第１動作と、電池１６３の冷終了始時に実行される第２動作とを含む。第１動作は、第１状態から第３状態に接続状態を切り替えた後に、第３状態から第２状態に接続状態を切り替える動作である（ハッチング矢印）。第２動作は、第２状態から第３状態に接続状態を切り替えた後に、第３状態から第１状態に接続状態を切り替える動作である（白抜き矢印）。

第１動作によれば、電池１６３の冷却開始時、接続状態は、第１状態から第２状態に切り替えられる前に暫定的に第３状態を取る。第３状態においては、チラー１４２および電池１６３を通過する熱媒体が循環する閉回路（チラー－電池循環回路）が、第２状態におけるチラー－電池循環回路（１点鎖線）よりも流路ＦＰ３を含む点において大きい。よって、第３状態のチラー－電池循環回路の熱媒体の量は、第２状態のチラー－電池循環回路の熱媒体の量よりも多い。したがって、第１状態が第３状態に切り替えられた直後のチラー－電池循環回路の熱媒体の温度変化（流路ＦＰ１，ＦＰ２の接続に伴う温度変化）は、第１状態が第２状態に直接切り替えられた直後のチラー－電池循環回路の熱媒体の温度変化よりも小さい。これにより、電池１６３の冷却開始時に流路ＦＰ２の熱媒体が電池１６３の熱から受ける影響を軽減できる。したがって、チラー水温Ｔｃの変化を低減できる。

第２動作によれば、電池１６３の冷却終了時には、接続状態は、第２状態から第１状態に切り替えられる前に暫定的に第３状態を取る。第３状態において、チラー１４２およびＬＴラジエータ１２２を通過する熱媒体が循環する閉回路（チラー－ラジエータ循環回路）が、第１状態におけるチラー－ラジエータ循環回路（実線）よりも流路ＦＰ１を含む点において大きい。よって、第３状態のチラー－ラジエータ循環回路の熱媒体の量は、第１状態のチラー－ラジエータ循環回路の熱媒体の量よりも多い。したがって、第２状態が第３状態に切り替えられた直後のチラー－電池循環回路の熱媒体の温度変化（流路ＦＰ２，ＦＰ３の接続に伴う温度変化）は、第２状態が第１状態に直接切り替えられた直後のチラー－電池循環回路の熱媒体の温度変化よりも小さい。これにより、電池１６３の冷却終了時に流路ＦＰ２の熱媒体が流路ＦＰ３の熱媒体の熱から受ける影響を軽減できる。したがって、チラー水温Ｔｃの変化を低減できる。

このように、第１動作および第２動作によれば、チラー水温Ｔｃの急激な変化を軽減できる。その結果、車室内の空調快適性の低下を抑制できる。さらに、チラー水温Ｔｃの急激な変化に起因する空調快適性の低下を補うためのヒータ１１２の作動を要せず、高効率なＨＰＣ１５０を活用できる。よって、車室の暖房時の電力消費を節約できる。

実施の形態では、第３状態において、経路Ｒ１および経路Ｒ２の双方が形成されている。よって、流路ＦＰ３の熱媒体は、流路ＦＰ１，ＦＰ２の双方を通じてチラー１４２に流入する。この場合、流路ＦＰ１のうち電池１６３よりも下流部分の熱媒体と、流路ＢＰの熱媒体とが接続部１６５で混合され、混合後の熱媒体がチラー１４２に流入する。混合後の熱媒体の温度は、熱媒体が経路Ｒ１，Ｒ２の一方のみを通じてチラー１４２に流入するケースにおける接続部１６５での熱媒体の温度よりも、接続状態の切替前のチラー水温Ｔｃに近い。よって、上記ケースよりもチラー水温Ｔｃの変化をより効果的に低減できる。

例えば、電池１６３の冷却開始時（第１状態→第３状態）、仮に熱媒体が経路Ｒ１のみを通じてチラー１４２に流入するケースでは、流路ＦＰ１において電池１６３を通過した相対的に高温の熱媒体のみが接続部１６５を通じてチラー１４２に流入する。他方、実施の形態では、流路ＦＰ３から流路ＢＰを通じて供給される相対的に低温の熱媒体も接続部１６５に流入し、相対的に高温の熱媒体と接続部１６５において混ざる。その結果、混合後の中温の熱媒体がチラー１４２に流入するため、高温の熱媒体のみがチラー１４２に流入する上記ケースよりもチラー水温Ｔｃの急激な変化をより効果的に軽減できる。

同様に、電池１６３の冷却終了時（第２状態→第３状態）、仮に熱媒体が経路Ｒ１のみを通じてチラー１４２に流入するケースでは、流路ＦＰ１において電池１６３を通過した相対的に低温の熱媒体のみが接続部１６５を通じてチラー１４２に流入する。他方、実施の形態では、流路ＦＰ３から流路ＢＰを通じて供給される相対的に高温の熱媒体も接続部１６５に流入し、相対的に低温の熱媒体と接続部１６５において混ざる。その結果、中温の熱媒体がチラー１４２に流入し、チラー水温Ｔｃの急激な変化を効果的に軽減できる。

図３は、比較例におけるＥＣＵによる五方弁１８０の制御を説明するための図である。この比較例では、暖房運転中の電池１６３の冷却開始時または冷却終了時、各流路間の接続状態が第１状態および第２状態のうち一方の状態から他方の状態に直接切り替わる。

図３を参照して、電池１６３の冷却開始時、比較例のＥＣＵは、各流路間の接続状態が第１状態から第２状態に直接切り替わるように五方弁１８０を制御する（ハッチング矢印）。これにより、流路ＦＰ２が流路ＦＰ１に接続されて流路ＦＰ３から切り離される。その結果、チラー１４２を流通する熱媒体がＬＴラジエータ１２２を流通しなくなり、それに代えて電池１６３を流通する（流路ＦＰ１，ＦＰ２により形成される閉回路を循環する）。よって、電池１６３の冷却開始時に電池水温Ｔｂがチラー水温Ｔｃから乖離している場合には、第１状態から第２状態への切り替え直後にチラー水温Ｔｃが電池水温Ｔｂにより影響されて急激に変化する可能性がある。

電池１６３の冷却終了時には、ＥＣＵは、各流路間の接続状態が第２状態から第１状態に直接切り替わるように五方弁１８０を制御する（白抜き矢印）。これにより、流路ＦＰ２が流路ＦＰ１から切り離されて流路ＦＰ３に接続される。その結果、チラー１４２を流通する熱媒体が電池１６３を流通しなくなり、それに代えてＬＴラジエータ１２２を流通する（流路ＦＰ２，ＦＰ３，ＢＰにより形成される閉回路を循環する）。よって、電池１６３の冷却終了時にラジエータ水温Ｔｒ（パワトレ水温Ｔｐ）がチラー水温Ｔｃから乖離している場合には、第２状態から第１状態への切り替え直後にチラー水温Ｔｃがラジエータ水温Ｔｒにより影響されて急激に変化する可能性がある。

チラー水温Ｔｃの急激な変化は、ＨＰＣ１５０を介してＨＴ回路１１０に影響を及ぼし、暖房風の吹出口における温度の大きな変化を招く。その結果、車室内の空調快適性が低下する可能性がある。空調快適性の低下を補うためにヒータ１１２を作動させることもできるが、ＨＰＣ１５０を用いた高効率の暖房と比較して電力消費が増大する。

前述のように、暖房風の吹出口における温度の目標値と現在値との偏差に応じてコンプレッサ回転速度が制御されるが、チラー吸熱量が急激に変化すると、この偏差の拡大が検知されてからコンプレッサ回転速度が上昇する。つまり、第１状態と第２状態との間の切替タイミングに対してコンプレッサ回転速度の上昇が遅れる。よって、第１状態から第２状態、または第２状態から第１状態への切替後にコンプレッサ回転速度を調整することによってチラー吸熱量（チラー水温Ｔｃ）の急激な変化を抑制することは困難である。

加えて、チラー吸熱量が急激に変化した場合、冷媒乾き度が変化して熱媒体がチラー１４２により完全には気化されなくなる可能性がある。すなわち、コンプレッサ１５１の入口における熱媒体が気液混相状態（気相冷媒と液相冷媒とが混ざった状態）になり得る。これは、コンプレッサ１５１の保護の観点から好ましくない。

このように、比較例では、電池１６３の冷却開始時または冷却終了時に、空調快適性の低下、電力消費の増大、コンプレッサ１５１の入口における熱媒体の気液混相などの問題が引き起こされ得る。他方、実施の形態（図２）では、そのような問題を抑制できる。

図４は、暖房運転中の電池１６３の冷却開始時の流路ＦＰ１～ＦＰ３，ＢＰ間の接続状態の切り替えを説明するためのタイムチャートである。図４を参照して、横軸は経過時間を表す。縦軸は、上から順に、電池１６３の冷却要求の有り／無し、チラー１４２が接続される回路（ＬＴ回路１３０／電池回路１６０）、チラー水温Ｔｃ、電池水温Ｔｂ、ラジエータ水温Ｔｒ、パワトレ水温Ｔｐ、および各流路間の接続状態を表す。

実施の形態および比較例での各パラメータの時間変化を、それぞれ、実線および１点鎖線で示す。この比較例では、接続状態が第１状態から第２状態に直接切り替えられる。

時刻ｔａよりも前の期間ＴＰ１において、接続状態は、第１状態である。時刻ｔａでは、電池水温Ｔｂが冷却開始温度ＴＳまで上昇し、電池１６３の冷却要求が生成される。実施形態のＥＣＵ５０は、冷却要求に応答して、第１動作を実行するように五方弁１８０を制御する。具体的には、ＥＣＵ５０は、時刻ｔａで各流路間の接続状態を第１状態から第３状態に切り替えた後、期間ＴＰ２中に第３状態を保つ。期間ＴＰ２は、チラー水温Ｔｃが基準温度ΔＰＴ１だけ上昇するまで（時刻ｔｂまで）継続する。時刻ｔｂでは、ＥＣＵ５０は、接続状態を第３状態から第２状態に切り替え、期間ＴＰ３中、第２状態に保つ。

電池水温Ｔｂと、チラー水温Ｔｃまたはラジエータ水温Ｔｒ（パワトレ水温Ｔｐ）との温度差を温度差ΔＴ１（＝｜Ｔｂ－Ｔｃ｜，｜Ｔｂ－Ｔｒ｜または｜Ｔｂ－Ｔｐ｜）とも表す。温度差ΔＴ１は、電池１６３の冷却開始時のチラー水温Ｔｃの変化に関係している。例えば、電池１６３の冷却開始前に第１状態において温度差ΔＴ１がしきい値ＴＨ１以上であるほど大きい場合、電池１６３の冷却開始時に第１状態から第２状態に接続状態が直接切り替えられるとチラー水温Ｔｃが急激に変化すると予測される。そうでない場合、温度差ΔＴ１が小さいため、切替時にチラー水温Ｔｃが急激に変化しないと予測される。

そこで、ＥＣＵ５０は、第１状態から第２状態に接続状態を切り替える場合に、温度差ΔＴ１がしきい値ＴＨ１以上であるときに、第１動作を実行するように五方弁１８０を制御してもよい。他方、温度差ΔＴ１がしきい値ＴＨ１未満であるときに、ＥＣＵ５０は、接続状態を第１状態から第３状態に切り替えることなく第２状態に直接切り替えるように五方弁１８０を制御してもよい。

このような制御によれば、チラー水温Ｔｃの急激な変化が起こらないと予測される場合には、電池１６３を暖房熱源とする車室の暖房を直ちに開始できる。

図５は、電池１６３の冷却開始時に五方弁１８０を用いて各流路間の接続状態を切り替える制御の処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示される処理は、電池１６３の冷却要求に応答して開始される。以下、ステップをＳと略す。

図５を参照して、Ｓ１０５において、ＥＣＵ５０は、温度差ΔＴ１がしきい値ＴＨ１以上であるか否かを判定する（Ｓ１０５）。

温度差ΔＴ１がしきい値ＴＨ１未満である場合（Ｓ１０５においてＮＯ）、ＥＣＵ５０は、流路ＦＰ１～ＦＰ３，ＢＰの接続状態を第１状態から第３状態に切り替えることなく第２状態に直接切り替えるように五方弁１８０を制御する（Ｓ１２０）。そうでない場合（Ｓ１０５においてＹＥＳ）、ＥＣＵ５０は、流路ＦＰ１～ＦＰ３，ＢＰの接続状態を第１状態から第３接続状態に切り替えるように五方弁１８０を制御する（Ｓ１１０）。その後、ＥＣＵ５０は、流路ＦＰ１～ＦＰ３，ＢＰの接続状態を第３状態から第２接続状態に切り替えるように五方弁１８０を制御する（Ｓ１１５）。

図６は、暖房運転中の電池１６３の冷却終了時の五方弁１８０の制御を説明するためのタイムチャートである。図６を参照して、横軸および縦軸のパラメータは、図４において示されたものと同じである。

実施の形態および比較例での各パラメータの時間変化を、それぞれ、実線および１点鎖線で示す。この比較例では、接続状態が第２状態から第１状態に直接切り替えられる。

時刻ｔｃの前の期間ＴＰ１ａにおいて、接続状態は、第２状態である。時刻ｔｃでは、電池１６３の冷却要求が消失する。これにより、実施形態のＥＣＵ５０は、第２動作を実行するように五方弁１８０を制御する。具体的には、ＥＣＵ５０は、時刻ｔｃで各接続状態を第２状態から第３状態に切り替えた後、期間ＴＰ２ａ中に第３状態を保つ。期間ＴＰ２ａは、チラー水温Ｔｃが基準温度ΔＰＴ２だけ低下するまで（時刻ｔｄまで）継続する。時刻ｔｄでは、ＥＣＵ５０は、接続状態を第３状態から第１状態に切り替え、期間ＴＰ３ａ中、第１状態に保つ。

この例では、電池冷却終了のチラー水温Ｔｃが電池冷却開始時（図４）のものよりも低いが、そうでない場合でも第２動作によりチラー水温Ｔｃの急激な変化を抑制できる。

ラジエータ水温Ｔｒ（パワトレ水温Ｔｐ）と、電池水温Ｔｂまたはチラー水温Ｔｃとの温度差を温度差ΔＴ２（＝｜Ｔｒ－Ｔｂ｜，｜Ｔｒ－Ｔｃ｜，｜Ｔｐ－Ｔｂ｜または｜Ｔｐ－Ｔｃ｜）とも表す。温度差ΔＴ２は、電池１６３の冷却終了時のチラー水温Ｔｃの変化に関係する。例えば、電池１６３の冷却終了前に第２状態において温度差ΔＴ２がしきい値ＴＨ２以上であるほど大きい場合、電池１６３の冷却終了時に第２状態から第１状態に接続状態が直接切り替えられるとチラー水温Ｔｃが急激に変化すると予測される。そうでない場合、温度差ΔＴ２が小さく、チラー水温Ｔｃが急激に変化しないと予測される。

そこで、ＥＣＵ５０は、第２状態から第１状態に接続状態を切り替える場合に、温度差ΔＴ２がしきい値ＴＨ２以上であるときに、第２動作を実行するように五方弁１８０を制御してもよい。他方、温度差ΔＴ２がしきい値ＴＨ２未満であるときに、ＥＣＵ５０は、接続状態を第２状態から第３状態に切り替えることなく第１状態に直接切り替えるように五方弁１８０を制御してもよい。

このような制御によれば、チラー水温Ｔｃの急激な変化が起こらないと予測される場合には、暖房熱源を電池１６３から外気に早期に切り替えることができる。

図７は、電池１６３の冷却終了時に五方弁１８０を用いて各流路間の接続状態を切り替える制御の処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示される処理は、電池１６３の冷却要求の消失に応答して開始される。

図７を参照して、Ｓ２０５において、ＥＣＵ５０は、温度差ΔＴ２がしきい値ＴＨ２以上であるか否かを判定する（Ｓ２０５）。

温度差ΔＴ２がしきい値ＴＨ２未満である場合（Ｓ２０５においてＮＯ）、ＥＣＵ５０は、流路ＦＰ１～ＦＰ３，ＢＰの接続状態を第２状態から第３状態に切り替えることなく第１状態に直接切り替えるように五方弁１８０を制御する（Ｓ２２０）。そうでない場合（Ｓ２０５においてＹＥＳ）、ＥＣＵ５０は、流路ＦＰ１～ＦＰ３，ＢＰの接続状態を第２状態から第３接続状態に切り替えるように五方弁１８０を制御する（Ｓ２１０）。その後、ＥＣＵ５０は、流路ＦＰ１～ＦＰ３，ＢＰの接続状態を第３状態から第１接続状態に切り替えるように五方弁１８０を制御する（Ｓ２１５）。

以上のように、実施の形態によれば、車室内の空調快適性の低下を抑制できる。

＜その他の変形例＞
熱管理回路１００が室内コンデンサを含む場合、電池回路１６０の熱媒体の熱がチラー１４２および室内コンデンサを介して車室に放熱されて車室が暖房されてもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 熱管理システム、５ 車両、５０ ＥＣＵ、１００ 熱管理回路、１２２ ＬＴラジエータ、１４２ チラー、１６３ 電池、１８０ 五方弁、ＢＰ，ＦＰ１，ＦＰ２，ＦＰ３ 流路。

Claims (5)

1. 車両に搭載される暖房システムであって、
   熱媒体が流通可能な第１流路、第２流路、および第３流路と、
   前記第１流路の前記熱媒体と熱交換可能な蓄電装置と、
   前記第２流路に設けられたチラー装置と、
   前記第３流路に設けられ、前記車両の外気から吸熱するように構成された吸熱装置と、
   前記車両の車室を暖房する暖房回路と、
   前記第２流路の前記熱媒体から前記チラー装置を介して熱を受けるとともに前記暖房回路に前記熱を伝達する暖房運転を行うヒートポンプサイクルと、
   前記第１流路、前記第２流路、および前記第３流路の間の接続状態を切り替えるように構成された切替装置とを備え、
   前記接続状態は、
   前記第１流路が前記第２流路および前記第３流路から切り離され、かつ、前記第２流路が前記第３流路に接続された第１状態と、
   前記第１流路が前記第２流路に接続されるとともに前記第３流路から切り離されて、かつ、前記第２流路が前記第３流路から切り離された第２状態と、
   前記第１流路が前記第２流路および前記第３流路に接続され、かつ、前記第２流路が前記第３流路に接続された第３状態とを含み、
   前記切替装置は、前記暖房運転中に前記第１状態および前記第２状態のうち一方の状態から他方の状態に前記接続状態を切り替える場合に、前記一方の状態から前記第３状態に前記接続状態を切り替えた後、前記第３状態から前記他方の状態に前記接続状態を切り替える動作を実行する、暖房システム。
2. 前記第２流路の前記熱媒体の温度または前記第３流路の前記熱媒体の温度と、前記第１流路の前記熱媒体の温度との温度差を第１温度差とすると、
   前記切替装置は、前記第１状態から前記第２状態に前記接続状態を切り替える場合に、
   前記第１温度差が第１しきい値以上であるときに前記動作を実行し、
   前記第１温度差が前記第１しきい値未満であるときに、前記接続状態を前記第１状態から前記第３状態に切り替えることなく前記第２状態に切り替える、請求項１に記載の暖房システム。
3. 前記第１流路の前記熱媒体の温度または前記第２流路の前記熱媒体の温度と、前記第３流路の前記熱媒体の温度との温度差を第２温度差とすると、
   前記切替装置は、前記第２状態から前記第１状態に前記接続状態を切り替える場合に、
   前記第２温度差が第２しきい値以上であるときに前記動作を実行し、
   前記第２温度差が前記第２しきい値未満であるときに、前記接続状態を前記第２状態から前記第３状態に切り替えることなく前記第１状態に切り替える、請求項１に記載の暖房システム。
4. バイパス流路をさらに備え、
   前記バイパス流路は、前記第１流路のうち前記蓄電装置よりも下流部分と、前記第２流路のうち前記チラー装置よりも上流部分とに位置する接続部に接続され、かつ、前記第３流路のうち前記吸熱装置よりも下流部分に接続可能に構成されており、
   前記第３状態は、前記第３流路、前記バイパス流路、および前記接続部を通じて前記熱媒体が前記チラー装置に流入する第１経路と、前記第３流路、前記第１流路、および前記接続部を通じて前記熱媒体が前記チラー装置に流入する第２経路とが形成された状態を含む、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の暖房システム。
5. 前記切替装置は、
   前記第１流路に接続可能な第１ポートと、
   前記第２流路に接続可能な第２ポートと、
   前記第３流路のうち前記吸熱装置よりも上流部分に接続可能な第３ポートと、
   前記第３流路のうち前記吸熱装置よりも下流部分に接続可能な第４ポートと、
   前記バイパス流路に接続可能な第５ポートとを有し、
   前記第１状態は、前記第１ポートが前記第２から第５ポートから切り離され、前記第２ポートが前記第３ポートに連通し、かつ、前記第４ポートが前記第５ポートに連通する状態を含み、
   前記第２状態は、前記第１ポートが前記第２ポートに連通し、前記第３ポートが前記第４ポートに連通し、かつ、前記第５ポートが前記第１から第４ポートから切り離された状態を含み、
   前記第３状態は、前記第１ポートが前記第４および第５ポートに連通し、かつ、前記第２ポートが前記第３ポートに連通する状態を含む、請求項４に記載の暖房システム。

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