JP2024502042A - 車両熱管理システム、駆動装置及び電気自動車 - Google Patents

車両熱管理システム、駆動装置及び電気自動車 Download PDF

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Abstract

本出願は、電気自動車の分野、特に車両の熱管理システム、駆動装置、及び電気自動車に関連している。熱管理システムは：エアコンのコンプレッサを駆動して動作させるように構成されたモータ、N個の抵抗分岐、及び、モータ及びN個の抵抗分岐上の抵抗を駆動して動作させるように構成されたドライバを含む。ドライバは、制御回路及びインバータ回路を含む。制御回路は、モータを駆動して回転させるために、モータに交流電流を出力するようインバータ回路を制御するように構成される。制御回路は、さらに、N個の抵抗分岐上の抵抗器が熱を生成するように、N個の抵抗分岐に電流を出力するようインバータ回路を制御するように構成される。したがって、モータと発熱抵抗器は単一のドライバを使用することによって駆動される。これは、熱管理システムのコストを削減し、熱管理システムのスペースを節約する。

Description

本出願は、電気自動車の分野、特に、車両熱管理システム、駆動装置、及び電気自動車に関する。
車両の乗り心地、車両の安全性、及び車両の関連性能の発揮のために、車両の客室及び駆動システム(例えば、従来の燃料車のエンジンと電気自動車のバッテリ)のようなコンポーネントの温度を制御する熱管理システム(thermal management system、TMS)が必要である。したがって、熱管理システムは車両の重要なシステムである。
特に電気自動車のために、熱管理システムはより重要で要求が多い。一般的に、電気自動車の熱管理システムは、バッテリ(例えば、電気自動車の動力バッテリ)、電気駆動ユニット(例えば、動力バッテリから供給される電気エネルギーを利用して電気自動車の走行に動力を供給する駆動モータ)、車載充電器、客室などの温度を制御する必要がある。具体的には、高温では、バッテリ、電気駆動ユニット、車載充電ユニット、客室などの熱を放散する必要がある。低温では、熱管理システムは、バッテリ、客室などを加熱する必要がある。
現在、電気自動車の熱管理システムは高価でかさばる。
本出願の実施形態は、車両熱管理システム、駆動装置、及び電気自動車を提供する。エアコンのコンプレッサ及び発熱抵抗器は、単一の駆動装置を用いて駆動され得る。これは、電気自動車の熱管理システムのコストを低減し得る。
第１の態様によれば、本出願の実施形態は、電気自動車の温度制御のための熱管理システムを提供する。熱管理システムは：モータ、N個の抵抗分岐（resistor branches）、及びモータ及びN個の抵抗分岐上の抵抗を駆動して動作させるように構成されたドライバを含み、ここで、Nは1より大きい正の整数である。モータは、交流電流の作用下で回転し、エアコンのコンプレッサを駆動して動作させるように構成される。ドライバは、制御回路とインバータ回路を含む。インバータ回路のN個のブリッジアームのそれぞれは、モータの１つの端子に接続され、異なるブリッジアームは異なる端子に接続される。N個のブリッジアームのそれぞれの中間点は、N個の抵抗分岐の１つに接続され、異なるブリッジアームは異なる抵抗分岐に接続される。第１のスイッチが、各ブリッジアームの中間点とブリッジアームに接続された抵抗分岐との間に結合される。制御回路は：N個のブリッジアームに対応する全ての第１のスイッチを開状態になるように制御し、モータに交流電流を出力するようインバータ回路を制御するように構成される。制御回路は：N個のブリッジアームに対応する全ての第１のスイッチを閉状態になるように制御し、N個の抵抗分岐に電流を出力するようインバータ回路を制御するように構成される。
換言すれば、本実施形態で提供される熱管理システムのドライバは、エアコンのコンプレッサを駆動して動作させるように構成され得、発熱抵抗器を駆動して動作させるように構成され得る。したがって、コンプレッサ及び発熱抵抗器に駆動装置の１つのセットを別々に設定する必要はない。これは、熱管理システムのコストを削減し、熱管理システムのスペースをセーブし、熱管理システムの容積を削減する。
可能な実装では、コンプレッサのエネルギー効率比から抵抗器のエネルギー効率比を減算することによって得られる差が第１閾値以上である場合には、ドライバは、独立してモータを駆動して動作させ、コンプレッサを駆動するように構成される。
すなわち、この実装では、コンプレッサのエネルギー効率比が抵抗器のエネルギー効率比より大きい場合には、ドライバは、抵抗を動作するように駆動することなしにコンプレッサを駆動し、エネルギー消費を低減し得る。
可能な実装では、抵抗器のエネルギー効率比からコンプレッサのエネルギー効率比を減算することによって得られる差が第２の閾値以上である場合には、ドライバは、独立して抵抗分岐上の抵抗を駆動して動作させるように構成される。
すなわち、抵抗器のエネルギー効率比がコンプレッサのエネルギー効率比より大きい場合には、ドライバは、加熱のためにコンプレッサを駆動せずに、加熱のために抵抗を駆動して、エネルギー消費を低減し得る。
可能な実装では、ドライバは、第１の抵抗分岐とバッテリとの間に配置された第２のスイッチをさらに含み、第１の抵抗分岐は、N個の抵抗分岐の１つ以上である。制御回路は：第１の抵抗分岐上の抵抗器がバッテリから電流を得ることができるように、N個のブリッジアームに対応する全ての第１のスイッチを開状態になるように制御し、第２のスイッチを閉状態に入るよう制御するように構成される。
すなわち、この実装では、第２のスイッチを配置することにより、N個のブリッジアームに対応する全ての第１のスイッチがオープン状態にある場合には、バッテリは１つ以上のN個の抵抗分岐に電力を供給し得る。これにより、コンプレッサと抵抗の同時動作を単一のドライバで制御することができる。
可能な実装では、第２のスイッチは１つ以上のスイッチを含み、１つ以上のスイッチは１つ以上の抵抗分岐と1対1で対応している。
すなわち、１つの第２のスイッチが１つ以上の抵抗分岐のそれぞれに対して配置され、その結果、コンプレッサと同時に動作する抵抗の量を調整することができる。
可能な実装では、第２のスイッチは、第１の抵抗とバッテリの負極との間に配置される。
すなわち、第２のスイッチは、第１の抵抗のローサイドドライバ（low-side driver）として使用することができる。これは、熱管理システムのセキュリティを向上させ、熱管理システムのコストをさらに削減することができる。
可能な実装では、コンプレッサのエネルギー効率比と抵抗器のエネルギー効率比との間の差が予め設定された範囲内にある場合、ドライバは、コンプレッサと１つ以上の抵抗分岐上の１つ以上の抵抗器とを駆動して同時に動作させるように構成される。
すなわち、この実装では、コンプレッサのエネルギー効率比が抵抗器のエネルギー効率比とほぼ等しい場合、エアコンと抵抗器の両方が加熱のために使用され得る。
可能な実施形態では、ブリッジアームの中間点の一方の側のスイッチ素子（switch element）が、バッテリの第１の電極に結合された第３のスイッチ素子であり、ブリッジアームの中間点の他方の側のスイッチ素子が、バッテリの第２の電極に結合された第４のスイッチ素子である。制御回路は：インバータ回路がN個の抵抗分岐に電流を出力するように、N個のブリッジアーム上の第３のスイッチ素子を同時に開くように制御し、N個のブリッジアーム上の第４のスイッチ素子を同時に閉じるように制御するように構成される。
すなわち、この本実装では、インバータ回路において、ブリッジアームのそれぞれの一方の側のスイッチ素子が同時に開くように制御され、ブリッジアームのそれぞれの他方の側のスイッチ素子が同時に閉じるように制御され、インバータ回路は抵抗分岐の電源回路として使用されて抵抗分岐に電流を出力し得る。
可能な実装では、第１電極はバッテリの正極であり、第２電極はバッテリの負極である。あるいは、第１電極はバッテリの負極である、第２電極はバッテリの正極である。
すなわち、この実装では、インバータ回路のロアブリッジアームはN個の抵抗分岐のローサイドドライバとして使用され得、インバータ回路のアッパーブリッジアームはN個の抵抗分岐のハイサイドドライバとして使用され得る。これにより、N個の抵抗分岐を柔軟に制御することができる。
可能な実装では、制御回路は、N個のブリッジアーム上の第４のスイッチ素子が単一パルス期間において閉状態である期間を制御するように構成され、インバータ回路によってN個の抵抗器に出力される電流の大きさを制御する。
すなわち、この実装では、第４のスイッチ素子のデューティサイクルは、N個の抵抗分岐に出力される電流の大きさを制御するように制御されて、N個の抵抗分岐の電力を柔軟に制御し得る。
可能な実施形態では、ドライバはリレーを含み、リレーは、N個のブリッジアームのそれぞれに対応する第１のスイッチとして使用される；又は、N個のブリッジアームの１つ以上に対応する第１のスイッチは、サーキットブレーカである；又は、N個のブリッジアームの１つ以上に対応する第１のスイッチは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタIGBT又は金属酸化物半導体電界効果トランジスタMOSFETである。
すなわち、この実装では、インバータ回路と発熱抵抗器との間のスイッチ素子は、ドライバを柔軟に設計できるように、複数のオプションを含み得る。
可能な実装では、N個の抵抗分岐の抵抗器は、正の温度係数（positive temperature coefficient）PTC抵抗器である。
PTCの抵抗値は、温度の上昇とともに増加する。これは高いセキュリティを有する。この実装では、PTCを発熱抵抗器として使用するので、熱管理システムのセキュリティを向上できる。
第２の態様によれば、本出願の実施形態は、駆動装置を提供する。駆動装置は、制御回路及びN個のブリッジアームを有するインバータ回路を含み、Nは1より大きい正の整数である。N個のブリッジアームのそれぞれの中間点は、モータの１つの端子に接続されるように構成され、N個のブリッジアームの異なるブリッジアームは、異なる端子に接続される。モータは、回転するときにエアコンのコンプレッサを駆動して動作させるように構成されて、エアコンが加熱又は冷却を実行することを可能にする。N個のブリッジアームのそれぞれの中間点は、N個の抵抗分岐の１つに接続されるように構成され、N個のブリッジアーム内の異なるブリッジアームは、異なる抵抗分岐に接続される。第１のスイッチが、N個のブリッジアームのそれぞれの中間点と、各ブリッジアームに接続された抵抗分岐との間に結合される。１つ以上の抵抗器がN個の抵抗分岐のそれぞれに配置され、抵抗器は電気エネルギーを熱エネルギーに変換するように構成される。制御回路は：N個のブリッジアームに対応する全ての第１のスイッチを開状態になるように制御し、モータに交流電流を出力するようインバータ回路を制御するように構成される。制御回路は：N個のブリッジアームに対応する全ての第１のスイッチを閉状態になるように制御し、N個の抵抗分岐に電流を出力するようインバータ回路を制御するように構成される。
可能な実装では、コンプレッサのエネルギー効率比から抵抗器のエネルギー効率比を減算することによって得られる差が第１閾値以上である場合、制御回路は：N個のブリッジアームに対応する全ての第１のスイッチを開状態になるように制御し、モータに交流電流を出力するようインバータ回路を制御するように構成される。
可能な実装では、抵抗器のエネルギー効率比からコンプレッサのエネルギー効率比を減算することによって得られる差が第２閾値以上である場合、制御回路は：N個のブリッジアームに対応する全ての第１のスイッチを閉状態になるように制御し、N個の抵抗分岐に電流を出力するようインバータ回路を制御するように構成される。
可能な実装では、駆動装置は、第１の抵抗分岐とバッテリとの間に配置された第２のスイッチをさらに含み、第１の抵抗分岐は、N個の抵抗分岐のうちの１つ以上である。制御回路は：第１の抵抗分岐上の抵抗器がバッテリから電流を得るように、N個のブリッジアームに対応する全ての第１のスイッチを開状態になるように制御し、第２のスイッチを閉状態に入るよう制御するように構成される。
可能な実装では、第２のスイッチは１つ以上のスイッチを含み、１つ以上のスイッチは１つ以上の抵抗分岐と1対1で対応する。
可能な実装では、第２のスイッチは、第１の抵抗分岐とバッテリの負極との間に配置される。
可能な実装では、コンプレッサのエネルギー効率比と抵抗器のエネルギー効率比との差が予め設定された範囲内にある場合、制御回路は：第１の抵抗分岐上の抵抗器がバッテリから電流を得るように、N個のブリッジアームに対応する全ての第１のスイッチを開状態になるように制御し、第２のスイッチを閉状態に入るよう制御するように構成される。
可能な実装では、ブリッジアームの中間点の一方の側のスイッチ素子が、バッテリの第１の電極に結合された第３のスイッチ素子であり、ブリッジアームの中間点の他方の側のスイッチ素子が、バッテリの第２の電極に結合された第４のスイッチ素子である。制御回路は：インバータ回路がN個の抵抗分岐に電流を出力するように、N個のブリッジアーム上の第３のスイッチ素子を同時に開くように制御し、N個のブリッジアーム上の第４のスイッチ素子を同時に閉じるように制御するように構成される。
可能な実装では、第１の電極はバッテリの正極であり、第２の電極はバッテリの負極である。あるいは、第１の電極はバッテリの負極であり、第２の電極はバッテリの正極である。
可能な実装では、制御回路は、N個のブリッジアーム上の第４のスイッチ素子が単一のパルス期間において閉状態である期間を制御するように構成され、インバータ回路によってN個の抵抗分岐に出力される電流の大きさを制御する。
可能な実装では、駆動装置はリレーを含み、リレーは、N個のブリッジアームのそれぞれに対応する第１のスイッチとして使用される；又は、N個のブリッジアームの１つ以上に対応する第１のスイッチは、サーキットブレーカである；又は、N個のブリッジアームの１つ以上に対応する第１のスイッチは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタIGBT又は金属酸化物半導体電界効果トランジスタMOSFETである。
第２の態様で提供される駆動装置は、第１の態様で提供される熱管理システムのコンプレッサ及びモータを駆動するように構成され得ることが理解され得る。駆動装置の有益な効果については、第１の態様で提供される熱管理システムの有益な効果の説明を参照されたい。
第３の態様によれば、本出願の実施形態は、第１の態様で提供される熱管理システム又は第２の態様で提供される駆動装置を含む電気自動車を提供する。
本出願の実施形態において提供される熱管理システム及び駆動装置によれば、単一の駆動装置又はドライバがコンプレッサ及び発熱抵抗器を駆動するために使用され得る。これにより、電子部品及びラインの使用を削減し、熱管理システムのコストを削減し、熱管理システムのスペースを節約して、熱管理システムの容積を小さくするように設計することができる。また、追加の高電圧と低電圧の分離を必要としないため、熱管理システムのコストをさらに削減することができる。
コンプレッサを駆動して動作させるための駆動装置の構造を示す概略図である。
PTCを駆動して動作させるための駆動装置の構造を示す概略図である。
本出願の一実施形態による熱管理システムの構造を示す概略図である。
本出願の一実施形態による熱管理システムの構造を示す概略図である。
、図3A又は図３Ｂに示す抵抗分岐の構造の概略図である。
図3A又は図３Ｂに示す抵抗分岐の構造の概略図である。
本出願の実施形態によるコンプレッサの独立動作モードにおける熱管理システムの動作原理の概略図である。
コンプレッサが独立して動作するモードにおけるコンプレッサのモータの入力電流のシミュレーション図である。
コンプレッサが独立して動作するモードにおける発熱抵抗器の入力電流のシミュレーション図である。
本出願の実施形態による発熱抵抗器が独立して動作するモードにおける熱管理システムの動作原理の概略図である。
発熱抵抗器が独立して動作するモードにおけるコンプレッサのモータの入力電流のシミュレーション図である。
発熱抵抗器が独立して動作するモードにおける発熱抵抗器の各抵抗器の入力電流のシミュレーション図である。
本出願の実施形態に係るコンプレッサと発熱抵抗器が同時に動作するモードにおける熱管理システムの動作原理の概略図である。
コンプレッサと発熱抵抗器が同時に動作するモードにおけるコンプレッサのモータの入力電流のシミュレーション図である。
コンプレッサと発熱抵抗器が同時に動作するモードにおける発熱抵抗器の各抵抗器の入力電流のシミュレーション図である。
本出願の一実施形態に係る熱管理システムの構造の概略図である。
以下、添付図面を参照して、本出願における実施形態の技術的解決策を説明する。
一般に、電気自動車のバッテリ(例えば、動力バッテリ)は、適切な温度範囲内で動作する必要がある。バッテリの温度が過度に高い場合、バッテリの寿命に影響し、セキュリティ上のリスクが発生する可能性がある。バッテリの温度が過度に低い場合、バッテリの利用可能な容量が大幅に低下する可能性がある。これは、バッテリの性能を制限する。したがって、バッテリが動作するとき、バッテリの温度は特定の範囲内に維持される必要がある。また、エンジンの冷却水を利用して客室を加熱し得る従来の燃料車両とは異なり、電気自動車は、バッテリの電気エネルギーを利用して客室及びその他のコンポーネントを加熱する必要がある。
以上の理由から、電気自動車の熱管理システムは、従来の燃料車両の熱管理システムよりも重要であり、要求が多い。
一般に、電気自動車の熱管理システムは、電気自動車のバッテリ及び客室を加熱又は冷却し、電気駆動ユニット、車載充電器などを冷却するために、ウォーターループ、冷却回路、温度及び圧力センサ、ウォーターバルブ、電磁弁、ウォーターポンプ、エアコンのコンプレッサ、エアコンボックス、正温度係数(positive temperature coefficient、PTC)抵抗器などを含む。
本出願の本実施形態では、電気自動車は、純電気自動車(pure electric vehicle/バッテリ電気自動車、純EV/バッテリEV)、ハイブリッド電気自動車(hybrid electric vehicle、HEV)、航続距離延長電気自動車(range extended electric vehicle、REEV)、プラグインハイブリッド電気自動車(plug-in hybrid electric vehicle、PHEV)、新エネルギー自動車(new energy vehicle、NEV)などであり得る。
エアコンのコンプレッサは、略してコンプレッサと呼ばれることがある。一般的に、コンプレッサのエネルギー効率比は高く、約3:1に達し得ると理解することができる。換言すれば、コンプレッサは1kWの電力を消費しながら、約3kWの熱を伝達することができる。しかし、より低い周囲温度では、コンプレッサのエネルギー効率比は減少する。例えば、R134A冷媒を冷媒として使用するコンプレッサのエネルギー効率比は、約マイナス7°Cの周囲温度では約1:1である。周囲温度が低下すると、コンプレッサのエネルギー効率比はさらに減少する。極端に低い周囲温度では、コンプレッサの冷媒が圧力を蓄積できない場合がある。具体的には、コンプレッサのコンデンサ及びリザーバの温度が非常に低いため、コンプレッサを始動したときに蒸発器に液体冷媒を送り込むのに十分な圧力がない。
PTCは、ウォーターループ内で水を加熱するように構成され、ウォーターループを使用して他のコンポーネントを加熱することができる。PTCの抵抗値は、温度の上昇とともに増加する。これは高いセキュリティを有する。極端に低い周囲温度では、熱管理システムはPTCを使用してバッテリなどを加熱し得る。より低い周囲温度では、コンプレッサとPTCを同時に使用してバッテリなどを加熱することができる。高い周囲温度では、コンプレッサを独立して使用してバッテリなどを加熱又は冷却することができる。
極端に低い周囲温度、低い周囲温度、及び高い周囲温度は、それぞれ異なる温度範囲に対応することが理解され得る。異なる冷媒を使用するコンプレッサでは、極端に低い周囲温度に対応する温度範囲が異なることがあり、低い周囲温度に対応する温度範囲も異なることがあり、高い周囲温度に対応する温度範囲も異なることがある。例えば、R134A冷媒を冷媒として使用するコンプレッサでは、極端に低い周囲温度はマイナス15°C未満、低い周囲温度がマイナス15°C～マイナス7°C、高い周囲温度がマイナス7°Cより上の場合がある。
解決策では、熱管理システムは、２つの独立した駆動装置を使用してコンプレッサとPTCを制御する。コンプレッサを制御する駆動装置を図1に示し、PTCを制御する駆動装置を図2に示す。この解決策では、コンプレッサは１つの駆動装置を必要とし、PTCは別の駆動装置を必要とする。電気自動車の熱管理システムは、２つの駆動装置を収容するためのスペースを提供する必要がある。これは、熱管理システムの大きい容積をモータらす。また、コンプレッサの電力とPTCの電力は約8キロワットであり、高電圧電源を必要とする。すなわち、コンプレッサの駆動装置の電力回路（power circuit）とPTCの駆動装置の電力回路のそれぞれは、高電圧電源ハーネスと適合コネクタ、ヒューズ等を使用する必要があり、そのため回路コストが高くなる。また、コンプレッサの駆動装置とPTCの駆動装置のそれぞれは、電力回路と制御回路との間に高電圧と低電圧の絶縁を必要とする。これもまた、熱管理システムのコストを増加させる。
本出願の実施形態は、熱管理システムを提供する。１つのドライバが、熱管理システムのコストを削減することができ、熱管理システムの容積を削減することができるように、コンプレッサと発熱抵抗器を動作させるために使用され得る。
図3Aは、熱管理システムの一例を示している。この例では、熱管理システムは、モータ300を含み得る。モータ300は、交流電流の駆動下で回転して、エアコンのコンプレッサを駆動して動作させ、エアコンが冷却又は加熱を実行できるようにすることができる。モータ300は、N個の端子を有し得る。Nは、1より大きい正の整数である。N個の端子は、モータ300を駆動して回転させるために、交流電流を受けることができる。例えば、Nは3であってもよく、モータ300の3つの端子は、それぞれU相端子、V相端子及びW相端子である。
熱管理システムは、発熱抵抗器400を含み得る。発熱抵抗器400は、N個の抵抗分岐を含み得、N個の抵抗分岐は、並列に配置され得る。すなわち、N個の抵抗分岐の異なる抵抗分岐は、並列に接続される。電源が接続されるとき、N個の抵抗分岐の抵抗器は、電気エネルギーを熱エネルギーに変換して放熱し得る。例えば、図3Aに示すように、N個の抵抗分岐は、抵抗分岐410、抵抗分岐420、及び抵抗分岐430を含み得る。例えば、図3Bに示すように、N個の抵抗分岐は、抵抗分岐410、抵抗分岐420、抵抗分岐430、及び抵抗分岐440を含み得る。お、図3A及び図3Bに示す発熱抵抗器400は、熱管理システムに含まれる抵抗分岐の量を説明するための一例であり、限定を課すことを意図したものではない。熱管理システムは、さらに別の量の抵抗分岐、例えば、5つの抵抗分岐又は6つの抵抗分岐を含んでもよいが、これらは、本明細書に１つずつ列挙されていない。
いくつかの実施形態では、N個の抵抗分岐の抵抗分岐上の抵抗器はPTCであり得る。
いくつかの実施形態では、１つの抵抗器がN個の抵抗分岐の１つに配置され得る。
いくつかの実施形態では、複数の抵抗器がN個の抵抗分岐の１つに配置され得る。例えば、同じ抵抗分岐上の複数の抵抗器が直列に配置され得る。例えば、図3Cに示すように、抵抗分岐410は、直列に接続された抵抗411と抵抗412から構成され得る。すなわち、回路分岐410は、直列に配置された抵抗411と抵抗412を備える。例えば、同一の抵抗分岐上に複数の抵抗が並列に配置されてもよい。例えば、図3Dに示すように、抵抗分岐410は、並列に接続された抵抗411と抵抗412から構成されてもよい。
熱管理システムは、モータ300の回転を制御し、熱を放出するように発熱抵抗器400を制御するように構成されるドライバ500を含み得る。ドライバ500は、インバータ回路510を含み得る。インバータ回路510は、2N個のスイッチ素子を含み得、２つごとのスイッチを直列に配置してブリッジアーム又はアームを形成し得る。2N個のスイッチ素子は、N個のブリッジアームを形成し得る。インバータ回路510内の異なるブリッジアームは、並列に配置される。各ブリッジアーム上の一方のスイッチ素子は、バッテリ600の正極に結合され、ブリッジアーム上の他方のスイッチ素子は、バッテリの負極に結合される。換言すれば、電気回路において、各ブリッジアーム上の一方のスイッチ素子は、バッテリ600の正極に近く、ブリッジアーム上の他方のスイッチ素子は、バッテリ600の負極に近い。バッテリの正極に結合されるスイッチ素子は、バッテリの正極側のスイッチ素子、又は電気回路においてバッテリの正極に近いスイッチ素子である。バッテリの負極に結合されたスイッチ素子は、バッテリの負極側のスイッチ素子、又は電気回路におけるバッテリの負極に近いスイッチ素子である。ブリッジアームについては、バッテリの正極に結合されたスイッチ素子をアッパーブリッジアーム又はブリッジアームのアッパートランジスタと称し、バッテリの負極に結合されたスイッチ素子をロアブリッジアーム又はブリッジアームのロアトランジスタと称してもよい。各ブリッジアーム上の２つのスイッチ素子の間の点を中間点と称してもよい。すなわち、ブリッジアームについて、中間点は、ブリッジアームのロアブリッジアームとアッパーブリッジアームとの間にある。
いくつかの実施形態では、インバータ回路510に含まれるスイッチ素子は、半導体シリコン、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(insulated gate bipolar transistor、IGBT)、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(metal-oxide-semiconductor field effect transistor、MOSFET)などのからなる素子であり得る。その他の例は、ここでは１つ１つ列挙しない。
いくつかの実施形態では、図3Aに示すように、インバータ回路510は３つのブリッジアームを含み得、すなわち、インバータ回路510は三相ブリッジ回路であり得る。具体的には、インバータ回路510は、ブリッジアーム511、ブリッジアーム512、及びブリッジアーム513を含み得る。ブリッジアームは、並列に配置される。ブリッジアーム511は、スイッチ素子5111とスイッチ素子5112を備える。スイッチ素子5111とスイッチ素子5112は直列に配置され、スイッチ素子5111はバッテリ600の正極に結合され、スイッチ素子5112はバッテリ600の負極に結合される。スイッチ素子5111とスイッチ素子5112との間には中間点5113がある。ブリッジアーム512は、スイッチ素子5121とスイッチ素子5122を備える。スイッチ素子5121とスイッチ素子5122は直列に配置され、スイッチ素子5121はバッテリ600の正極に結合され、スイッチ素子5122はバッテリ600の負極に結合される。スイッチ素子5121とスイッチ素子5122との間には中間点5123がある。ブリッジアーム513は、スイッチ素子5131とスイッチ素子5132を備える。スイッチ素子5131とスイッチ素子5132は直列に配置され、スイッチ素子5131はバッテリ600の正極に結合され、スイッチ素子5132はバッテリ600の負極に結合される。スイッチ素子5131とスイッチ素子5132の間には中間点5133がある。
次に、インバータ回路510とモータ300との間の接続方法について説明する。
図3A参照。各ブリッジアームの中間点は、モータ300のN個の端子の１つに接続される。異なるブリッジアームの中間点は、異なる端子に接続される。すなわち、N個のブリッジアーム内のブリッジアームは、N個の端子内の端子と1対1で対応しており、各ブリッジアームの中間点は、ブリッジアームに対応する端子に接続され得る。例えば、Nは3である。図3Aに示すように、中間点5113はモータ300の一方の端子に接続され、中間点5123はモータ300の他方の端子に接続され、中間点5133はモータ300の残りの端子に接続される。
次に、インバータ回路510と発熱抵抗器400との間の接続方法について説明する。
図3A参照。各ブリッジアームの中間点は、発熱抵抗器400のN個の抵抗分岐の１つに接続され得る。異なるブリッジアームの中間点は、異なる抵抗分岐に接続される。すなわち、N個のブリッジアーム内のブリッジアームは、N個の抵抗分岐内の抵抗分岐と1対1で対応しており、各ブリッジアームの中間点は、ブリッジアームに対応する抵抗分岐に接続され得る。例えば、Nは3である。図3Aに示すように、抵抗分岐430はブリッジアーム511に対応し、中間点5113は抵抗分岐430に接続され得る。抵抗分岐420はブリッジアーム512に対応し、中間点5123は抵抗分岐420に接続され得る。抵抗分岐410はブリッジアーム513に対応し、中間点5133は抵抗分岐410に接続され得る。各ブリッジアームの中間点は対応する抵抗分岐の一端に接続され、抵抗分岐の他端はバッテリ600に直接接続されることが理解され得る。ブリッジアームの中間点に接続された抵抗分岐の一端はD1端と呼ばれ、バッテリに直接接続された一端はD2端と呼ばれてもよい。例えば、D2端は抵抗分岐の正極端であり得、すなわち、抵抗分岐はバッテリ600の正極に直接接続される。D1端は抵抗分岐の負極端であり得、すなわち、抵抗分岐はブリッジアームの中間点を介してバッテリ600の負極に間接的に接続される。したがって、インバータ回路510内の関連するスイッチ素子は、バッテリ600から抵抗分岐への電流出力を制御するためにローサイドドライバとして使用され得る。例えば、抵抗器のD1端は抵抗分岐の負極端であり得、抵抗器のD2端は抵抗分岐の正極端であり得る。したがって、インバータ回路510内の関連するスイッチ素子は、バッテリ600から抵抗分岐への電流出力を制御するために、ハイサイドドライバとして使用され得る。
インバータ回路510の各ブリッジアームは、さらに、１つのスイッチ素子S(図示せず)に対応し得る。各スイッチ素子Sは、対応するブリッジアームの中間点とブリッジアームに対応する抵抗分岐との間の接続線上に配置され得る。スイッチ素子Sを閉じると、スイッチ素子Sに対応するブリッジアームの中間点はブリッジアームに対応する抵抗分岐に接続される。スイッチ素子Sを開くと、スイッチ素子Sに対応するブリッジアームの中間点はブリッジアームに対応する抵抗分岐から切断される。例えば、インバータ回路510の各ブリッジアームに対応するスイッチ素子Sは中継器520に統合されてもよい。換言すれば、リレー520は、インバータ回路510と発熱抵抗器400との間に配置され得、インバータ回路510の各ブリッジアームの中間点と発熱抵抗器400の対応する抵抗分岐との間の接続又は切断を制御するように構成され得る。換言すれば、リレー520は、インバータ回路510のN個のブリッジアームそれぞれに対応するスイッチ素子Sとして使用され得、換言すれば、N個のブリッジアームに対応するスイッチ素子Sはリレー520に統合され得る。
いくつかの実施形態では、図3Aに示すように、発熱抵抗器400の１つ以上の抵抗分岐(例えば、抵抗分岐430)の１つ以上のD1端をさらにバッテリ600に直接接続してもよく、スイッチ素子540がD1端とバッテリ600との間の接続線上に配置される。１つ以上の抵抗分岐の１つ以上のD1端に接続されたバッテリ600の電極は、１つ以上の抵抗分岐の１つ以上のD2端に接続されたバッテリ600の電極とは異なる。１つ以上の抵抗分岐の１つ以上のD2端がバッテリ600の正極に接続されるとき、１つ以上の抵抗分岐の１つ以上のD1端はバッテリ600の負極に接続される。１つ以上の抵抗分岐の１つ以上のD2端がバッテリ600の負極に接続されるとき、１つ以上の抵抗分岐の１つ以上のD1端が電流600の正極に接続される。
引き続き図3Aを参照する。ドライバ500はさらに制御回路530を含み得る。制御回路530は、ドライバ500内の各スイッチ素子の開状態又は閉状態を制御し得る。ドライバ500内のスイッチ素子は、インバータ回路510内のスイッチ素子、インバータ回路510と発熱抵抗器400との間のスイッチ素子S、及びスイッチ素子540を含み得る。したがって、制御回路530は、バッテリ600からモータ300への電流出力を制御し、バッテリ600から発熱抵抗器400への電流出力を制御し得る。スイッチ素子の開状態又は閉状態を制御することは、特に、スイッチ素子が配置されている電気回路を切断又は接続するために、スイッチ素子が開かれる又は閉じられるように制御することを意味する。
いくつかの実施形態では、図3Aに示すように、制御回路530は、駆動回路531及び決定回路532を含み得る。決定回路532は、制御命令を生成し、制御命令を駆動回路531に送り得る。駆動回路531は、制御命令に基づいて、ドライバ500内の各スイッチ素子の開状態又は閉状態を制御し得る。例えば、制御命令は、低電圧(例えば、5V)論理信号であり得る。駆動回路531は、低電圧論理信号を、スイッチ素子を開閉駆動することができる高電圧(例えば、15V)信号に増幅し得る。
以上、本実施形態における熱管理システムの構造の例について説明した。熱管理システムは、コンプレッサが独立して動作するモード、すなわちモータ300がドライバ500によって独立して制御されるモードになり得る。熱管理システムは、代替的に、熱抵抗器が独立して動作するモード、すなわち発熱抵抗器400がドライバ500によって独立して制御されるモードになり得る。
以下に、添付図面を参照して、上記の各種制御モードの例を説明する。
図4参照。熱管理システムは、コンプレッサが独立して動作するモードにあり得る。上述のように、コンプレッサのエネルギー効率比はコンプレッサの周囲温度に影響される。コンプレッサの周囲温度が高い場合、コンプレッサのエネルギー効率比は1(つまり、1:1)より大きく、例えば約3(つまり、3:1)に達することがある。抵抗器の発熱原理は、電気エネルギーを熱エネルギーに変換することであると理解できる。理想的な条件下では、抵抗器のエネルギー効率比は1であり得る。しかし、実際の適用では、ラインロスなどによって制限され、抵抗器のエネルギー効率比は通常約0.9である。抵抗器のエネルギー効率比は、固定値、例えば0.9に設定することができる。本出願の本実施形態では、コンプレッサのエネルギー効率比が抵抗器のエネルギー効率比より大きい場合、熱管理システムは、エネルギー消費を削減するために、コンプレッサが独立して動作するモードを使用し得る。
いくつかの実施形態では、制御回路530は、コンプレッサのエネルギー効率比から抵抗器のエネルギー効率比を減算することによって得られる差が閾値Y1以上であるか否かを決定し得る。差が閾値Y1以上である場合、熱管理システムは、コンプレッサが独立して動作するモードに入るように制御され得る。閾値Y1は、例えば、0.1、又は0.2であり得る。その他の例は、ここでは１つ１つ列挙しない。例えば、コンプレッサのエネルギー効率比は、コンプレッサの周囲温度によって決定され得る。例えば、複数の温度における温度と、複数のエネルギー効率比におけるエネルギー効率比との間の1対1の対応が設定され得る。制御回路530は、コンプレッサの現在の周囲温度を取得し得、次いでその周囲温度と対応に基づいてコンプレッサの現在のエネルギー効率比を決定し得、さらに、コンプレッサの現在のエネルギー効率比から抵抗器のエネルギー効率比を差し引いた差が閾値Y1以上であるか否かを決定し得る。差が閾値Y1以上である場合、熱管理システムは、コンプレッサが独立して動作するモードに入るように制御され得る。例えば、コンプレッサは、異なる冷媒のために、同じ周囲温度で異なるエネルギー効率比を有することがあることを理解することができる。コンプレッサのエネルギー効率比は、コンプレッサの冷媒とコンプレッサの周囲温度に基づいて決定され得る。例えば、複数の異なる温度における複数の冷媒のそれぞれに対応するエネルギー効率比が設定又は記録され得る。コンプレッサが現在使用している冷媒と現在の周囲温度が取得されると、コンプレッサの現在のエネルギー効率比が決定され得る。また、コンプレッサの現在のエネルギー効率比から抵抗器のエネルギー効率比を差し引いた差が閾値Y1以上であるか否かが決定され得る。この差が閾値Y1以上であれば、熱管理システムはコンプレッサが独立して動作するモードに入るように制御され得る。
上記のコンプレッサの周囲温度は、コンプレッサが位置している環境の温度を指す。例えば、コンプレッサの近くに温度センサが設置されている場合がある。温度センサは、収集された温度をリアルタイムで制御回路530に送信し得る、又は、最近収集された温度を時間間隔Tで制御回路530に送信し得る。例えば、コンプレッサの周囲温度は、コンプレッサが位置している車両の車外周囲温度であり得る。この例では、車両の車外周囲温度センサは、収集した温度をリアルタイムで制御回路530に送信し得る、又は、最近収集した温度を時間間隔Tで制御回路530に送信し得る。
コンプレッサが独立して動作するモードでは、制御回路530は、インバータ回路510と発熱抵抗器400との間のスイッチ素子Sを開き、スイッチ素子540を開くように制御し得る。例えば、図4に示すように、インバータ回路510と発熱抵抗器400とのスイッチ素子Sを開くように制御することは、具体的には、リレー520を開くように制御することを意味し得る。そして、制御回路530は、インバータ回路510の各スイッチ素子の開閉を制御して、バッテリ600が出力する直流電流を交流電流に変換し、モータ300を駆動して回転させるようにし得る。図4に示すインバータ回路510の構造を例として使用する。スイッチ素子5111とスイッチ素子5112が閉じており、インバータ回路510の別のスイッチ素子が開いている場合、インバータ回路510がモータ300に出力する電流の方向は、方向F1である。スイッチ素子5121とスイッチ素子5112が閉じており、インバータ回路510の別のスイッチ素子が開いている場合、インバータ回路510がモータ300に出力する電流の方向は、方向F2である。図4に示すインバータ電流510の構造及びインバータ回路510とモータ300との接続方法に基づいて、方向F2は方向F1とは逆である。これにより、交流電流を発生させることができる。なお、上記の説明は、インバータ回路510が直流電流を交流電流に変換する処理の単なる一例であり、限定を課すことを意図するものではない。インバータ回路510内の異なるスイッチ素子が、制御回路530の制御下で開閉されることができ、別の形態の交流電流又はより複雑な交流電流を生成することができる。詳細については、従来技術におけるインバータ回路の説明を参照のこと。ここでは１つ１つの詳細は説明しない。
いくつかの実施形態では、制御回路530は、インバータ回路510のデューティサイクルを制御することにより、モータ300のパワーを制御するために、インバータ回路510がモータ300に出力する電流の大きさを制御し得る。デューティサイクルは、パルス期間の全期間に対するパルス期間におけるパワーオン期間の比率を指す。パルス期間とは、断続的又は周期的なパワーオンの場合に、1回のパワーオンの開始の瞬間から次のパワーオンの開始の瞬間までの期間を指す。交流電流の電流の大きさは、パルス期間における平均電流値であり得る。したがって、交流電流の大きさは、デューティサイクルの値を制御することによって制御することができる。例えば、回路が電源オンにされるとき、回路が出力する電流の電流の大きさは、100Aに設定され得る。回路のデューティサイクルは、25%に設定することもできる、すなわち、パルス期間において、回路は25%の期間で電源オンにされ、残りの75%の期間では電源オンにされない。この場合、パルス期間において、回路が出力する電流の大きさは、25Aである。このように、インバータ回路510のデューティサイクルを制御することによって、任意の大きさの交流電流をモータ300に出力することができる。
具体的な例では、制御回路530は、インバータ回路510を制御することにより、図5Aに示す交流電流をモータ300に出力することができ、ここで、電流振幅は19Aである。図5Aに示す交流電流は、説明のための一例にすぎない。本出願の本実施形態では、制御回路530は、インバータ回路510を制御して、モータ300に任意の期待電流を入力することができる。電流の大きさを制御する方法については、前述の説明を参照されたい。詳細については、ここでは改めて説明しない。
また、上述したように、コンプレッサが独立して動作するモードでは、リレー520とスイッチ素子540が開かれている。したがって、発熱抵抗器400の各抵抗器は電源オンにされておらず、すなわち、バッテリ600は発熱抵抗器の各抵抗器に電流を入力していない。図5Bに具体的に示すように、発熱抵抗器400の各抵抗器の電流は0である。
図6を参照。熱管理システムは、発熱抵抗器が独立して動作するモードにあり得る。コンプレッサの周囲温度が低い場合、コンプレッサのエネルギー効率比は1:1未満、又は抵抗器のエネルギー効率比よりも低い場合がある。コンプレッサのエネルギー効率比及び抵抗器のエネルギー効率比の求め方は、前述の説明を参照されたい。詳細については、ここでは改めて説明しない。本出願の本実施形態では、コンプレッサのエネルギー効率比が抵抗器のエネルギー効率比よりも小さい場合、熱管理システムは、エネルギー消費を削減するために、発熱抵抗器が独立して動作するモードを使用し得る。
いくつかの実施形態では、制御回路530は、抵抗器のエネルギー効率比からコンプレッサのエネルギー効率比を減算することによって得られる差が閾値Y2以上であるかどうかを決定し得る。差が閾値Y2以上である場合、熱管理システムは、発熱抵抗器が独立して動作するモードに入るように制御され得る。閾値Y2は、予め設定され得る、例えば、0.1又は0.2であり得る。その他の例は、ここでは１つ１つ列挙しない。
発熱抵抗器が独立して動作するモードでは、制御回路530は、インバータ回路510と発熱抵抗器400との間のスイッチ素子Sを閉じるように制御し、インバータ回路510内の全てのアッパーブリッジアーム(又はロアブリッジアーム)を同時に開くように制御し、インバータ回路510内の全てのロアブリッジアーム(又はアッパーブリッジアーム)を同時に閉じるように制御して、バッテリ600が発熱抵抗器400に接続されることを可能にし得るので、発熱抵抗器400に電流を出力するので、発熱抵抗器が発熱する。
次に、発熱抵抗器が独立して動作するモードにおけるドライバ500の動作方法を具体的に説明する。
いくつかの実施形態では、インバータ回路510を発熱抵抗器400のローサイドドライバとして使用して、発熱抵抗器400をバッテリ600に接続されることを可能にし得る。具体的には、熱管理システムが、発熱抵抗器が独立して動作するモードである場合、インバータ回路510の全てのアッパーブリッジアームは開状態となり、インバータ回路510と発熱抵抗器400との間のスイッチ素子Sは閉状態となる。インバータ回路510の全てのロアブリッジアームは同時に閉状態となるので、モータ300の異なる端子間の電圧差が0となり、電流入力は発生しない。インバータ回路510の全てのロアブリッジアームが同時に閉じることは、発熱抵抗器400の抵抗器がバッテリ600に接続されることを可能にし、バッテリ600から電気エネルギーを得て、さらに発熱する。
これらの実施形態の例示的な例では、制御回路530は、インバータ回路510のロアブリッジアームのデューティサイクルを制御して、発熱抵抗器400に入力される電流の大きさを制御し得る。デューティサイクルの詳細については、前述の説明を参照されたい。詳細については、ここでは改めて説明しない。なお、インバータ回路510のロアブリッジアームのデューティサイクルを制御する場合、制御回路530は、インバータ回路510の全てのロアブリッジアームを同時に閉じるように制御し、その後、インバータ回路510の全てのロアブリッジアームを同時に開くように制御し、その後、インバータ回路510の全てのロアブリッジアームを同時に閉じるように制御するなどを行う必要がある。これにより、発熱抵抗器400への電流入力が制御される間、モータ300の異なる端子間の電圧差は常に0である。
本実施形態の例示的な例では、図6を参照して、発熱抵抗器400のローサイドドライバとしてインバータ回路510が使用され得る場合の一例を説明する。熱管理システムが、発熱抵抗器が独立して動作するモードである期間の間、スイッチ素子5111、スイッチ素子5121及びスイッチ素子5131は全て開状態であり、リレー520は閉状態である。スイッチ素子5112と、スイッチ素子5122と、スイッチ素子5132は、同時に閉じる、又は、交互に同時に閉じ同時に開くことで、発熱抵抗器400は、バッテリ600から電気エネルギーを得ることができ、さらに発熱することができる。
いくつかの実施形態では、インバータ回路510を、発熱抵抗器400のハイサイドドライバとして使用して、発熱抵抗器400をバッテリ600に接続することができる。具体的には、熱管理システムが、発熱抵抗器が独立して動作するモードである場合、インバータ回路510内の全てのロアブリッジアームは開状態であり、インバータ回路510と発熱抵抗器400との間のスイッチ素子Sは閉状態である。インバータ回路510内の全てのアッパーブリッジアームは同時に閉じられるので、モータ300の異なる端子間の電圧差が0となり、電流入力が発生しない。インバータ回路510内の全てのアッパーブリッジアームを同時に閉じることは、発熱抵抗器400の抵抗器がバッテリ600に接続されることを可能にし、バッテリ600から電気エネルギーを得て、さらに発熱する。
これらの実施形態の例示的な例では、制御回路530は、インバータ回路510のアッパーブリッジアームのデューティサイクルを制御して、発熱抵抗器400に入力される電流の大きさを制御することができる。デューティサイクルの詳細については、前述の説明を参照されたい。詳細については、ここでは改めて説明しない。なお、インバータ回路510のアッパーブリッジアームのデューティサイクルを制御する場合、制御回路530は、インバータ回路510の全てのアッパーブリッジアームを同時に閉じるように制御し、その後、インバータ回路510の全てのアッパーブリッジアームを同時に開くように制御し、その後、インバータ回路510の全てのアッパーブリッジアームを同時に閉じるように制御するなどを行う必要がある。これにより、発熱抵抗器400への電流入力を制御している間、モータ300の異なる端子間の電圧差は常に０である。
具体的な例では、図7Aに示すように、モータ300の入力電流は0であり得る。具体的には、図7Bに示すように、発熱抵抗器400の各抵抗器の入力電流は0ではない。
前述の解決策によれば、熱管理システムは、単一のドライバを用いてコンプレッサを駆動して動作させ、発熱抵抗器を駆動して動作させ得るので、熱管理システムのスペースを節約することができ、熱管理システムのコストを削減することができる。
いくつかの実施形態では、発熱抵抗器400内の１つ以上の抵抗分岐(例えば、抵抗分岐430)の１つ以上のD1端がバッテリ600に直接接続され、スイッチ素子540がD1端とバッテリ600との間の接続線上に配置されている場合(詳細については、図3Aに示した実施形態の前述の説明を参照)、熱管理システムは、代替的に、コンプレッサと発熱抵抗器が同時に動作する、すなわち、ドライバ500がモータ300と発熱抵抗器400とを同時に動作するように制御するモードにあり得る。
コンプレッサのエネルギー効率比と抵抗器のエネルギー効率比との間の差が小さい場合、熱管理システムは、コンプレッサと発熱抵抗器が同時に動作するモードを使用し得る。具体的には、範囲又はインターバルは予め設定されてもよく、例えば、インターバル(-0.1、0.1)やインターバル(-0.2、0.2)。その他の例は、ここでは１つ１つ列挙しない。コンプレッサのエネルギー効率比と抵抗器のエネルギー効率比との差が上記の予め設定されたインターバル内に入るとき、熱管理システムはコンプレッサと発熱抵抗器が同時に動作するモードに入り得る。
図8参照。熱管理システムが、コンプレッサと発熱抵抗器が同時に動作するモードにあるとき、インバータ回路510と発熱抵抗器400との間のスイッチ素子S又はリレー520は閉状態である。
したがって、制御回路530は、モータ300を駆動して回転させるために、インバータ回路510の各スイッチ素子の開閉を制御して、バッテリ600の直流電流出力を交流電流に変える得る。詳細については、前述した図4に示す実施の形態の説明を参照されたい。詳細については、ここでは改めて説明しない。具体例では、コンプレッサと発熱抵抗器が同時に動作するモードでは、モータ300の入力電流は図9Aに示すことができる。
また、制御回路530は、スイッチ素子540を閉じるように制御するので、１つ以上の抵抗分岐は、バッテリ600に接続されて、電気エネルギーを得て発熱し得る。例えば、制御回路530は、さらに、スイッチ素子540のデューティサイクルを調整して、１つ以上の抵抗分岐の入力電流の大きさを調整し得る。
コンプレッサと発熱抵抗器が同時に動作するとき、コンプレッサが動作するためにエアコンは加熱を行うことができることが理解されるかもしれない。したがって、発熱抵抗器400がフルロードで動作する必要はなく、言い換えれば、発熱抵抗器400のN個の抵抗分岐の全てが動作する必要はない。したがって、１つ以上の抵抗分岐は、N個の抵抗分岐のいくつかであり得る。例えば、１つ以上の抵抗分岐は、具体的には１つの抵抗分岐であり得る。従って、抵抗分岐の駆動を実現するために、１つのスイッチ素子540だけが配置されてもよい。このようにして、熱管理システムの電子部品はさらに節約され、熱管理システムのコストはさらに低減される。具体例としては、図8に示すように、１つ以上の抵抗分岐は抵抗分岐430であり得、スイッチ素子540は抵抗分岐430に対応するスイッチ素子である。
なお、上記の１つ以上の抵抗分岐の具体的な数量及びスイッチ素子540の具体的な数量についての説明は、あくまでも一例であり、限定を加えることを意図するものではない。他のいくつかの実施形態では、１つ以上の抵抗分岐は、具体的には２つ以上の抵抗分岐であってもよい。対応して、スイッチ素子540は、２つ以上の抵抗分岐の各々のD1端とバッテリ600との間に配置され、２つ以上の抵抗分岐の各々を別々に駆動し得る。他のいくつかの実施形態では、１つ以上の抵抗分岐は、具体的には２つ以上の抵抗分岐であってもよい。１つのスイッチ素子540は、２つ以上の抵抗分岐のD1端とバッテリ600との間に配置され得る。すなわち、２つ以上の抵抗分岐は、１つのスイッチ素子540を用いて同時に駆動され得る。
具体例としては、１つ以上の抵抗分岐を抵抗分岐430として設定してもよい。抵抗分岐430及び他の抵抗分岐の入力電流は、図9Bに示すことができる。具体的には、スイッチ素子540が閉じているとき、抵抗分岐430は図9Bに示すような入力電流を得ることができ、他の抵抗分岐の入力電流は0である。
また、リレーがN個のブリッジアームに対応するスイッチ素子Sとして使用されている場合には、リレーの寿命を延ばすために、リレーを閉じる必要があるとき、熱管理システムは、まずシャットダウン状態に入り、特定の期間T1の間シャットダウン状態を維持し得る。一例では、期間T1は、具体的には約500msであってもよく、例えば、500ms、550ms、又は450msであってもよい。他の例は、本明細書に１つ１つ列挙されていない。すなわち、リレーが閉じられる前に、熱管理システムは約500msの間シャットダウンされ、その後リレーが閉じられる。次に、シナリオに基づいて具体的な議論を行う。
周囲温度が徐々に低下すると、熱管理システムは、コンプレッサと発熱抵抗器が同時に動作するモードから、発熱抵抗器が独立して動作するモードに切り替わることがある。以上の説明から、発熱抵抗器が独立して動作するモードでは、リレーが閉じられる必要があるので、インバータ回路510を発熱抵抗器400の駆動回路として使用することが分かる。したがって、熱管理システムは、まずシャットダウン状態に入り得るので、コンプレッサ及び発熱抵抗器400は期間T1の間動作を完全に停止する。その後、リレーは閉じられ、熱管理システムは、発熱抵抗器が独立して動作するモードに入る。
周囲温度が急激に低下すると、熱管理システムは、コンプレッサが独立して動作するモードから、発熱抵抗器が独立して動作するモードに切り替わることがある。したがって、熱管理システムは、最初にシャットダウン状態に入り得るので、コンプレッサは期間T1の間完全に動作を停止する。その後、リレーが閉じられるので、熱管理システムは、発熱抵抗器が独立して動作するモードに入る。
上記の方法により、リレーの動作負荷を低減することができ、リレーの寿命を大幅に改善することができ、車両規制の要件を満たすことができる。さらに、熱管理システムは大時間慣性システム（large time inertia system）であり、シャットダウン状態は約500msを占める。これは車両の加熱に大きな影響を与えない。
結論として、本出願の実施形態で提供される熱管理システムは、単一のドライバを使用して、コンプレッサ及び発熱抵抗器を動作させるように制御することができる。これは、電子部品及びラインの使用を削減し、熱管理システムのコストを削減し、熱管理システムのスペースを節約するので、熱管理システムの容積をより小さくなるように設計することができる。また、追加の高電圧と低電圧の分離を必要とせず、これは、熱管理システムのコストをさらに削減する。具体的には、図10に示すように、単一の電子制御ユニット((electronic control unit、ECU)を使用して、コンプレッサとPTCの独立した動作と協調動作を制御し得る。ECUは、ドライバ500として使用され得る。
上述の実施形態は、単に本出願の技術的解決策を説明することを意図しているが、本出願を限定することを意図していないことに留意されたい。本出願は、前述の実施形態を参照して詳細に説明されているが、当業者は、本出願の実施形態の技術的解決の範囲から逸脱することなく、前述の実施形態に記載された技術的解決に修正を加える又はそのいくつかの技術的特徴に均等な置換を行い得ることが理解されるべきである。
インバータ回路510の各ブリッジアームは、さらに、１つのスイッチ素子S(図示せず)に対応し得る。各スイッチ素子Sは、対応するブリッジアームの中間点とブリッジアームに対応する抵抗分岐との間の接続線上に配置され得る。スイッチ素子Sを閉じると、スイッチ素子Sに対応するブリッジアームの中間点はブリッジアームに対応する抵抗分岐に接続される。スイッチ素子Sを開くと、スイッチ素子Sに対応するブリッジアームの中間点はブリッジアームに対応する抵抗分岐から切断される。例えば、インバータ回路510の各ブリッジアームに対応するスイッチ素子Sはリレー520に統合されてもよい。換言すれば、リレー520は、インバータ回路510と発熱抵抗器400との間に配置され得、インバータ回路510の各ブリッジアームの中間点と発熱抵抗器400の対応する抵抗分岐との間の接続又は切断を制御するように構成され得る。換言すれば、リレー520は、インバータ回路510のN個のブリッジアームそれぞれに対応するスイッチ素子Sとして使用され得、換言すれば、N個のブリッジアームに対応するスイッチ素子Sはリレー520に統合され得る。

Claims (24)

  1. 電気自動車の温度制御のための熱管理システムであって：
    モータであって、回転するとき、エアコンが加熱又は冷却を実行することを可能にするように、前記エアコンのコンプレッサを駆動して動作させるように構成されたモータ；
    並列に配置されたN個の抵抗分岐であって、１つ以上の抵抗器が各抵抗分岐に配置され、前記抵抗器は電気エネルギーを熱エネルギーに変換するように構成され、Nは1より大きい正の整数である、N個の抵抗分岐；及び
    ドライバであって、制御回路及びN個のブリッジアームを持つインバータ回路を有するドライバ；を有し、
    前記N個のブリッジアームのそれぞれの中間点が前記モータの１つの端子に接続され、前記N個のブリッジアームの異なるブリッジアームは異なる端子に接続され；
    前記N個のブリッジアームのそれぞれの前記中間点は前記N個の抵抗分岐の１つに接続され、前記N個のブリッジアーム内の異なるブリッジアームは異なる抵抗分岐に接続され、第１のスイッチが前記N個のブリッジアームのそれぞれの前記中間点と各ブリッジアームに接続された前記抵抗分岐との間に結合され；
    前記制御回路は：前記N個のブリッジアームに対応する全ての第１のスイッチを開状態になるように制御し、前記モータに交流電流を出力するように前記インバータ回路を制御する、ように構成され；
    前記制御回路はさらに：前記N個のブリッジアームに対応する前記全ての第１のスイッチを閉状態に制御し、前記N個の抵抗分岐に電流を出力するよう前記インバータ回路を制御するように構成される、
    熱管理システム。
  2. 前記コンプレッサのエネルギー効率比から前記抵抗器のエネルギー効率比を減算することによって得られる差が第１閾値以上であるとき、前記制御回路は：前記N個のブリッジアームに対応する前記全ての第１のスイッチを前記開状態になるように制御し、前記モータに交流電流を出力するよう前記インバータ回路を制御するように構成される、
    請求項１に記載の熱管理システム。
  3. 前記抵抗器の前記エネルギー効率比から前記コンプレッサの前記エネルギー効率比を減算した差が第２閾値以上であるとき、前記制御回路は：前記N個のブリッジアームに対応する前記全ての第１のスイッチを前記閉状態になるように制御し、前記N個の抵抗分岐に前記電流を出力するよう前記インバータ回路を制御するように構成される、。
    請求項１又は２に記載の熱管理システム。
  4. 前記ドライバはさらに、第１の抵抗分岐とバッテリとの間に配置された第２のスイッチを有し、前記第１の抵抗分岐は、前記N個の抵抗分岐のうちの１つ以上であり；
    前記制御回路は：前記第１の抵抗分岐上の抵抗器が前記バッテリから電流を得るように、前記N個のブリッジアームに対応する前記全ての第１のスイッチを前記開状態になるように制御し、前記第２のスイッチを前記閉状態に入るよう制御するように構成される、
    請求項１乃至３のいずれか１項に記載の熱管理システム。
  5. 前記第２のスイッチは、１つ以上のスイッチを含み、前記１つ以上のスイッチは、前記１つ以上の抵抗分岐と1対1で対応する、
    請求項４に記載の熱管理システム。
  6. 前記第２のスイッチは、前記第１の抵抗分岐と前記バッテリの負極との間に配置される、
    請求項４又は５に記載の熱管理システム。
  7. 前記コンプレッサの前記エネルギー効率比と前記抵抗器の前記エネルギー効率比との間の差が予め設定された範囲内に入るとき、前記制御回路は：前記第１の抵抗分岐上の前記抵抗器が前記バッテリから前記電流を得るように、前記N個のブリッジアームに対応する前記全ての第１のスイッチを前記開状態になるように制御し、前記第２のスイッチを前記閉状態になるよう制御するように構成される、
    請求項４乃至６のいずれか１項に記載の熱管理システム。
  8. 前記ブリッジアームの前記中間点の一方の側のスイッチ素子が、前記バッテリの第１の電極に結合された第３のスイッチ素子であり、前記ブリッジアームの前記中間点の他方の側のスイッチ素子が、前記バッテリの第２の電極に結合された第４のスイッチ素子であり；
    前記制御回路は：前記インバータ回路が前記N個の抵抗分岐に前記電流を出力するように、前記N個のブリッジアーム上の第３のスイッチ素子を同時に開くように制御し、前記N個のブリッジアーム上の第４のスイッチ素子を同時に閉じるよう制御するように構成される、
    請求項１乃至７のいずれか１項に記載の熱管理システム。
  9. 前記第１の電極は前記バッテリの正極であり、前記第２の電極は前記バッテリの負極である：又は、前記第１の電極は前記バッテリの前記負極であり、前記第２の電極は前記バッテリの正極である、
    請求項８に記載の熱管理システム。
  10. 前記制御回路は、前記N個のブリッジアーム上の前記第４のスイッチ素子が単一のパルス期間において前記閉状態である期間を制御して、前記インバータ回路が前記N個の抵抗分岐に出力する前記電流の大きさを制御するように構成される、
    請求項８又は９に記載の熱管理システム。
  11. 前記ドライバは、リレーを有し、前記リレーは、前記N個のブリッジアームのそれぞれに対応する前記第１のスイッチとして使用される；又は
    前記N個のブリッジアームの１つ以上に対応する前記第１のスイッチは、サーキットブレーカである；又は
    前記N個のブリッジアームの１つ以上に対応する前記第１のスイッチは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタIGBT又は金属酸化物半導体電界効果トランジスタMOSFETである、
    請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の熱管理システム。
  12. 前記抵抗器は正の温度係数PTC抵抗器である、
    請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の熱管理システム。
  13. 駆動装置であって、前記駆動装置は、制御回路と、N個のブリッジアームを有するインバータ回路とを有し、Nは1より大きい正の整数であり；
    前記N個のブリッジアームのそれぞれの中間点がモータの１つの端子に接続されるように構成され、前記N個のブリッジアームの異なるブリッジアームが異なる端子に接続され、前記モータは、回転するとき、エアコンが加熱又は冷却を行うことを可能にするように、前記エアコンのコンプレッサを駆動して動作させるように構成され；
    前記N個のブリッジアームのそれぞれの前記中間点はN個の抵抗分岐の１つに接続され、前記N個のブリッジアームの異なるブリッジアームが異なる抵抗分岐に接続され、第１のスイッチが、前記N個のブリッジアームのそれぞれの前記中間点と各ブリッジアームに接続された前記抵抗分岐との間に結合され、１つ以上の抵抗器が前記N個の抵抗分岐のそれぞれに配置され、前記抵抗器は電気エネルギーを熱エネルギーに変換するように構成され；
    前記制御回路は：前記N個のブリッジアームに対応する全ての第１のスイッチを開状態になるように制御し、前記モータに交流電流を出力するように前記インバータ回路を制御するように構成され；
    前記制御回路は：前記N個のブリッジアームに対応する前記全ての第１のスイッチを閉状態になるように制御し、前記N個の抵抗分岐に電流を出力するよう前記インバータ回路を制御するように構成される、
    駆動装置。
  14. 前記コンプレッサのエネルギー効率比から前記抵抗器のエネルギー効率比を減算することによって得られる差が第１閾値以上であるとき、前記制御回路は：前記N個のブリッジアームに対応する前記全ての第１のスイッチを前記開状態になるように制御し、前記モータに前記交流電流を出力するよう前記インバータ回路を制御するように構成される、
    請求項１３に記載の駆動装置。
  15. 前記抵抗器の前記エネルギー効率比から前記コンプレッサの前記エネルギー効率比を減算することによって得られた差が第２閾値以上であるとき、前記制御回路は：前記N個のブリッジアームに対応する前記全ての第１のスイッチを前記閉状態になるように制御し、前記N個の抵抗分岐に前記電流を出力するよう前記インバータ回路を制御するように構成される、
    請求項１３又は１４に記載の駆動装置。
  16. 前記駆動装置はさらに、第１の抵抗分岐とバッテリとの間に配置された第２のスイッチを有し、前記第１の抵抗分岐は、前記N個以上の抵抗分岐の１つ以上であり；
    前記制御回路は：前記第１の抵抗分岐上の抵抗器が前記バッテリから電流を得るように、前記N個のブリッジアームに対応する前記全ての第１のスイッチを前記開状態になるように制御し、前記第２のスイッチを前記閉状態に入るよう制御するように構成される、
    請求項１３乃至１５のいずれか１項に記載の駆動装置。
  17. 前記第２のスイッチは、１つ以上のスイッチを含み、前記１つ以上のスイッチは、前記１つ以上の抵抗分岐と１対１で対応する、
    請求項１６に記載の駆動装置。
  18. 前記第２のスイッチは、前記第１の抵抗分岐と前記バッテリの負極との間に配置される、
    請求項１６又は１７に記載の駆動装置。
  19. 前記コンプレッサの前記エネルギー効率比と前記抵抗器の前記エネルギー効率比との間の差が予め設定された範囲内に入るとき、前記制御回路は：前記第１の抵抗分岐上の前記抵抗器が前記バッテリから前記電流を得るように、前記N個のブリッジアームに対応する前記全ての第１のスイッチを前記開状態になるように制御し、前記第２のスイッチを前記閉状態になるよう制御するように構成される、
    請求項１６乃至１８のいずれか１項に記載の駆動装置。
  20. 前記ブリッジアームの前記中間点の一方の側のスイッチ素子が、前記バッテリの第１の電極に結合された第３のスイッチ素子であり、前記ブリッジアームの前記中間点の他方の側のスイッチ素子が、前記バッテリの第２の電極に結合された第４のスイッチ素子であり；
    前記制御回路は：前記インバータ回路が前記N個の抵抗分岐に前記電流を出力するように、前記N個のブリッジアーム上の第３のスイッチ素子を同時に開くように制御し、前記N個のブリッジアーム上の第４のスイッチ素子を同時に閉じるよう制御するように構成される、
    請求項１３乃至１９のいずれか１項に記載の駆動装置。
  21. 前記第１の電極は前記バッテリの正極であり、前記第２の電極は前記バッテリの負極である：又は、前記第１の電極は前記バッテリの前記負極であり、前記第２の電極は前記バッテリの正極である、
    請求項２０に記載の駆動装置。
  22. 前記制御回路は、前記N個のブリッジアーム上の前記第４のスイッチ素子が単一のパルス期間において前記閉状態である期間を制御して、前記インバータ回路が前記N個の抵抗分岐に出力する前記電流の大きさを制御するように構成される、
    請求項２０又は２１に記載の駆動装置。
  23. 前記駆動装置は、リレーを有し、前記リレーは、前記N個のブリッジアームのそれぞれに対応する前記第１のスイッチとして使用される；又は
    前記N個のブリッジアームの１つ以上に対応する前記第１のスイッチは、サーキットブレーカである；又は
    前記N個のブリッジアームの１つ以上に対応する前記第１のスイッチは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタIGBT又は金属酸化物半導体電界効果トランジスタMOSFETである、
    請求項１３乃至２２のいずれか１項に記載の駆動装置。
  24. 請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の熱管理システム、又は請求項１３乃至２３のいずれか１項に記載の駆動装置を有する、電気自動車。
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