JP5218523B2 - 車両の熱制御装置 - Google Patents
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Description
さらに、走行時など車両が外部電源から切り離された状態にあってはバッテリを用いてペルチェ素子が駆動される一方、車両の外部電源との接続中には同外部電源を用いてペルチェ素子を駆動することが可能になる。そして、車両の外部電源との接続中には、制御手段による切換弁及びペルチェ素子の駆動を通じて、蓄熱器に冷熱や温熱を蓄えることが行われる。このとき、ペルチェ素子はバッテリを用いずに外部電源を用いて駆動されるため、バッテリに蓄えられた電力を上記ペルチェ素子の駆動によって消費することなく、蓄熱器に冷熱や温熱を蓄えることができる。
また、バッテリの充電を行うべく車両が外部電源と接続されて充電モードとして急速充電モードが選択された場合、第1循環回路における熱媒体の循環経路がバッテリを通過する経路となるよう切換弁が切り換えられる。また、急速充電モードでのバッテリの充電中にあって同バッテリの温度の過上昇を抑えるためには、ペルチェ素子の駆動を停止させた状態で、遮断弁を開いて第1循環回路を第2循環回路と連通させる。この場合、バッテリを通過する熱媒体は、第1循環回路から第2循環回路に流れて同回路の室外熱交換器での外気との間での熱交換により冷やされた後、第1循環回路に戻って上記バッテリを再び通過するようになる。その結果、バッテリが上記熱媒体により冷やされて同バッテリの温度の過上昇が抑制され、それによって高温によるバッテリの劣化が抑制されるようになる。また、上記バッテリの温度の過上昇を抑制するに当たり、ペルチェ素子を駆動する必要はないため、同ペルチェ素子の駆動のためのエネルギ消費をなくすことができる。一方、急速充電モードでのバッテリの充電中にあって同バッテリの温度を充電可能な温度まで上昇させるためには、遮断弁を閉じて第1循環回路を第2循環回路に対し遮断状態としつつ、第2循環回路の熱媒体から第1循環回路の熱媒体へと熱の移動が行われるようペルチェ素子が駆動される。この場合、バッテリを通過する熱媒体は、上記ペルチェ素子の駆動を通じて温められた後、上記バッテリに戻って同バッテリを再び通過するようになる。その結果、バッテリが上記熱媒体により温められて同バッテリの温度が充電可能温度まで速やかに上昇するようになり、それによってバッテリの充電時間を短縮することができ、ひいては長時間充電によるバッテリ劣化を抑制することができる。
また、制御手段によるペルチェ素子(熱移動装置)の駆動制御及び切換弁の切り換え制御を通じて、蓄熱器に冷熱を蓄えたり温熱を蓄えたりすることが可能になる。詳しくは、車室の空調が行われないときなどに、第2循環回路の熱媒体から第1循環回路の熱媒体への熱の移動が行われるようペルチェ素子を駆動するとともに、第1循環回路における熱媒体の循環経路が蓄熱器となるよう切換弁を切り換えることで、その蓄熱器に温熱が蓄えられるようになる。また、同じく車室の空調が行われないときなどに、第1循環回路の熱媒体から第2循環回路の熱媒体への熱の移動が行われるようペルチェ素子を駆動するとともに、第1循環回路における熱媒体の循環経路が蓄熱器となるよう切換弁を切り換えれば、その蓄熱器に冷熱が蓄えられるようになる。
さらに、制御手段によるペルチェ素子(熱移動装置)の駆動制御及び切換弁の切り換え制御を通じて、車室を暖房したり冷房したりすることが行われるようになる。詳しくは、温熱蓄熱器に蓄えられた温熱や冷熱蓄熱器に蓄えられた冷熱により車室の暖房要求や冷房要求を満たせる場合には、ペルチェ素子の駆動を停止した状態で第1循環回路における熱媒体の循環経路を温熱蓄熱器や冷熱蓄熱器に切り換える。これにより、温熱蓄熱器に蓄えられた温熱や冷熱蓄熱器に蓄えられた冷熱のみを用いて、車室の空調(暖房や冷房)が行われる。また、温熱蓄熱器に蓄えられた温熱や冷熱蓄熱器に蓄えられた冷熱により車室の暖房要求や冷房要求を満たせない場合には、ペルチェ素子を駆動して第2循環回路の熱媒体から第1循環回路の熱媒体への熱の移動や、第1循環回路の熱媒体から第2循環回路の熱媒体への熱の移動を行う。その結果、ペルチェ素子を用いた車室の空調(暖房や冷房)が行われ、それによって車室の暖房要求や冷房要求を満たすことが可能になる。このように車室の空調に温熱蓄熱器に蓄えられた温熱や冷熱蓄熱器に蓄えられた冷熱を用いることで、上記空調を行う際における熱移動装置(ペルチェ素子)の駆動機会を少なく抑えることが可能になる。従って、車室の空調を行う際におけるペルチェ素子の駆動のためのエネルギ消費を小さく抑えることができる。
この実施形態の車両は、バッテリの電力に基づき駆動されるモータにより走行可能であって、且つ停車時に上記バッテリを充電すべく外部電源と接続することが可能となっている。こうした車両には熱制御の一つとして車室の空調などを行う熱制御装置が設けられている。この熱制御装置は、図1に示されるように、ポンプ4の駆動により水等の熱媒体が循環する第1循環回路1と、ポンプ5の駆動により水等の熱媒体が循環する第2循環回路2と、ポンプ8の駆動により水等の熱媒体が循環する第3循環回路3とを備えている。
第1循環回路1は、ポンプ4の下流に設けられた切換弁13にて、冷熱蓄熱器14を通過する経路1a、温熱蓄熱器15を通過する経路1b、バイパス通路16を通過する経路1c、及びバッテリ17を通過する経路1dといった四つの経路に分岐している。上記切換弁13は、前記第1循環回路1における熱媒体の循環経路を冷熱蓄熱器14(経路1a)、温熱蓄熱器15(経路1b)、バイパス通路16(経路1c)、及びバッテリ17(経路1d)のうちのいずれかに切り換えるよう動作する。なお、第1循環回路1における経路1a〜1cは、室内熱交換器18の上流で一つとなるように合流している。この室内熱交換器18は、そこを通過する熱媒体と車室に送られる空気との間での熱交換を行わせるものである。第1循環回路1における室内熱交換器18の下流側は、経路1dの下流と合流した後に遮断弁19に繋がっている。同遮断弁19は、その動作を通じて第1循環回路1を第2循環回路2に対し連通状態もしくは遮断状態とするものである。
この熱制御装置は、車両におけるモータの駆動制御や車室の空調制御などの各種制御を行う電子制御装置21を備えている。この電子制御装置21は、上記制御に係る各種演算処理を実行するCPU、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたROM、CPUの演算結果等が一時記憶されるRAM、外部との間で信号を入・出力するための入・出力ポート等を備えている。
図2は、夏季に停止状態の車両を家庭用電源に接続したときの第1循環回路1、第2循環回路2、及び第3循環回路3での熱媒体の循環態様を示している。このように車両を家庭用電源に接続すると、バッテリ17を充電するための充電モードとして通常充電モードが選択される。通常充電モードでは、充電器9の作動を通じて家庭用電源の電圧がバッテリ17の充電を行うことの可能な値まで昇圧され、それによって家庭用電源を用いたバッテリ17の充電が可能とされる。こうした通常充電モードでのバッテリ17の充電中には、第3循環回路3の熱媒体がポンプ8の駆動を通じて循環されることで、充電器9の作動時の廃熱が上記循環する熱媒体によって回収され、その後に同熱媒体によってトランスアクスル10に付与される。
(1)第1循環回路1の熱媒体と第2循環回路2の熱媒体との間での熱の移動を通じて車室の空調を行うための熱移動装置としてペルチェ素子7が採用されているため、同装置として蒸気圧縮式のヒートポンプ等を採用した場合のように、車両の熱制御装置における回路等の構造が複雑になることはない。
なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・ペルチェ空調を行う際、第1循環回路1における熱媒体の循環経路が、冷房時には冷熱蓄熱器14(経路1a)となるように、また暖房時には温熱蓄熱器15(経路1b)となるように切換弁13を切り換えるようにしてもよい。この場合、冷熱蓄熱器14の冷熱や温熱蓄熱器15の温熱では車室の空調要求を満たすことはできないとしても、それら冷熱や温熱を用いてペルチェ空調を補助することはできる。また、上記実施形態のように、ペルチェ空調時に第1循環回路1における熱媒体の循環経路がバイパス通路16(経路1d)となるよう切換弁13を切り換えれば、第1循環回路1を循環する熱媒体が温熱蓄熱器15や冷熱蓄熱器14を通過しないようにすることができる。このため、温熱蓄熱器15に蓄えられた温熱や冷熱蓄熱器14に蓄えられた冷熱が、それら蓄熱器14,15を通過する上記熱媒体により同蓄熱器14,15から放出されることを抑制できる。
・冷熱蓄熱器14と温熱蓄熱器15とのうちの一方のみを設けて冷熱蓄熱と温熱蓄熱との一方のみを行うようにしてもよい。
・上記切換弁13を設ける代わりに、経路1a〜1cの合流部分に経路1a〜1cのいずれかの経路への切り換えを行う切換弁を設けるとともに、経路1dに同経路1dの連通遮断を行う切換弁を設けるようにしてもよい。
Claims (7)
- 熱媒体を循環させて室内熱交換器を通過させることで同室内熱交換器にて車室に送られる空気と前記熱媒体との間での熱交換を行わせる第1循環回路と、同じく熱媒体を循環させて室外熱交換器を通過させることで同室外熱交換器にて外気と前記熱媒体との間での熱交換を行わせる第2循環回路と、前記第1循環回路の熱媒体と前記第2循環回路の熱媒体との間での熱の移動を行うことの可能な熱移動装置と、その熱移動装置を駆動制御する制御手段とを備え、
前記熱移動装置は、ペルチェ素子であり、
前記第1循環回路は、同回路内の熱媒体の冷熱または温熱を蓄える蓄熱器と、その蓄熱器をバイパスするバイパス通路と、前記第1循環回路における熱媒体の循環経路を前記蓄熱器及び前記バイパス通路のうちのいずれかに切り換える切換弁とを備えており、
前記制御手段は、前記熱移動装置を駆動制御する他、前記切換弁の切り換え制御も行うものであり、
停車時にバッテリの充電を行うべく外部電源と接続可能な車両に適用され、
前記制御手段は、前記車両の外部電源との接続中、前記切換弁及び前記ペルチェ素子の駆動を通じて、前記蓄熱器に冷熱または温熱を蓄え、
前記車両は、前記バッテリの充電を行うべく外部電源と接続されたとき、通常充電モードと急速充電モードとのうちのいずれかの充電モードが選択されるものであって、
前記第1循環回路は、その熱媒体の循環経路として前記蓄熱器及び前記バイパス通路の他に前記バッテリを通過する経路を備えるとともに、遮断弁の動作を通じて前記第2循環回路に対し連通状態もしくは遮断状態とされるものであり、
前記切換弁は、前記第1循環回路における熱媒体の循環経路を、前記蓄熱器、前記バイパス通路、及び、前記バッテリを通過する経路のうちのいずれかに切り換えるものであり、
前記制御手段は、前記通常充電モードでは前記蓄熱器に冷熱または温熱を蓄えるべく前記切換弁及び前記ペルチェ素子を駆動する一方、前記急速充電モードでは前記第1循環回路における熱媒体の循環経路が前記バッテリを通過する経路となるよう前記切換弁を切り換えるとともに、前記バッテリの温度の過上昇を抑えるべく前記ペルチェ素子の駆動を停止させた状態で前記遮断弁を開いて前記第1循環回路を前記第2循環回路と連通させたり、前記バッテリの温度を充電可能温度まで上昇すべく前記遮断弁を閉じて前記第1循環回路を前記第2循環回路に対し遮断状態としつつ前記第2循環回路の熱媒体から前記第1循環回路の熱媒体へと熱の移動が行われるよう前記ペルチェ素子を駆動したりする
ことを特徴とする車両の熱制御装置。 - 前記制御手段は、車室の空調要求があって前記蓄熱器に蓄えられた冷熱または温熱により前記空調要求を満たすことができる旨判断された場合には、前記第1循環回路における熱媒体の循環経路が前記蓄熱器となるよう前記切換弁を切り換えるとともに前記ペルチェ素子の駆動を停止する一方、車室の空調要求があって前記蓄熱器に蓄えられた冷熱または温熱により前記空調要求を満たすことができない旨判断された場合には、前記第2循環回路の熱媒体から前記第1循環回路の熱媒体への熱の移動が行われるよう前記ペルチェ素子を駆動する
請求項1記載の車両の熱制御装置。 - 熱媒体を循環させて室内熱交換器を通過させることで同室内熱交換器にて車室に送られる空気と前記熱媒体との間での熱交換を行わせる第1循環回路と、同じく熱媒体を循環させて室外熱交換器を通過させることで同室外熱交換器にて外気と前記熱媒体との間での熱交換を行わせる第2循環回路と、前記第1循環回路の熱媒体と前記第2循環回路の熱媒体との間での熱の移動を行うことの可能な熱移動装置と、その熱移動装置を駆動制御する制御手段とを備え、
前記熱移動装置は、ペルチェ素子であり、
前記第1循環回路は、同回路内の熱媒体の冷熱または温熱を蓄える蓄熱器と、その蓄熱器をバイパスするバイパス通路と、前記第1循環回路における熱媒体の循環経路を前記蓄熱器及び前記バイパス通路のうちのいずれかに切り換える切換弁とを備えており、
前記制御手段は、前記熱移動装置を駆動制御する他、前記切換弁の切り換え制御も行うものであり、
前記第1循環回路は、前記蓄熱器として、同回路内の熱媒体の冷熱を蓄える冷熱蓄熱器と、同回路内の熱媒体の温熱を蓄える温熱蓄熱器とを備えており、
前記バイパス通路は、前記冷熱蓄熱器及び前記温熱蓄熱器をバイパスしており、
前記切換弁は、前記第1循環回路における熱媒体の循環経路を、前記冷熱蓄熱器、前記温熱蓄熱器、及び前記バイパス通路のうちのいずれかに切り換える
請求項1記載の車両の熱制御装置。 - 前記制御手段は、車室の暖房要求があって前記温熱蓄熱器に蓄えられた温熱により前記暖房要求を満たすことができる旨判断された場合には、前記第1循環回路における熱媒体の循環経路が前記温熱蓄熱器となるよう前記切換弁を切り換えるとともに前記ペルチェ素子の駆動を停止する一方、車室の暖房要求があって前記温熱蓄熱器に蓄えられた温熱により前記暖房要求を満たすことができない旨判断された場合には、前記第2循環回路の熱媒体から前記第1循環回路の熱媒体への熱の移動が行われるよう前記ペルチェ素子を駆動する
請求項3記載の車両の熱制御装置。 - 前記制御手段は、車室の冷房要求があって前記冷熱蓄熱器に蓄えられた冷熱により前記冷房要求を満たすことができる旨判断された場合には、前記第1循環回路における熱媒体の循環経路が前記冷熱蓄熱器となるよう前記切換弁を切り換えるとともに前記ペルチェ素子の駆動を停止する一方、車室の冷房要求があって前記冷熱蓄熱器に蓄えられた冷熱により前記冷房要求を満たすことができない旨判断された場合には、前記第1循環回路の熱媒体から前記第2循環回路の熱媒体への熱の移動が行われるよう前記ペルチェ素子を駆動する
請求項3記載の車両の熱制御装置。 - 前記車両は、停車時にバッテリの充電を行うべく外部電源と接続可能なものであり、
前記制御手段は、前記車両の外部電源との接続中、前記切換弁及び前記ペルチェ素子の駆動を通じて、前記温熱蓄熱器に温熱を蓄えたり、もしくは前記冷熱蓄熱器に冷熱を蓄えたりする
請求項3記載の車両の熱制御装置。 - 前記車両は、前記バッテリの充電を行うべく外部電源と接続されたとき、通常充電モードと急速充電モードとのうちのいずれかの充電モードが選択されるものであって、
前記第1循環回路は、その熱媒体の循環経路として前記冷熱蓄熱器、前記温熱蓄熱器、及び前記バイパス通路の他に前記バッテリを通過する経路を備えるとともに、遮断弁の動作を通じて前記第2循環回路に対し連通状態もしくは遮断状態とされるものであり、
前記切換弁は、前記第1循環回路における熱媒体の循環経路を、前記冷熱蓄熱器、前記温熱蓄熱器、前記バイパス通路、及び前記バッテリを通過する経路のうちのいずれかに切り換えるものであり、
前記制御手段は、前記通常充電モードでは前記温熱蓄熱器に温熱を蓄えたり前記冷熱蓄熱器に冷熱を蓄えたりすべく前記切換弁及び前記ペルチェ素子を駆動する一方、前記急速充電モードでは前記第1循環回路における熱媒体の循環経路が前記バッテリを通過する経路となるよう前記切換弁を切り換えるとともに、前記バッテリの温度の過上昇を抑えるべく前記ペルチェ素子の駆動を停止させた状態で前記遮断弁を開いて前記第1循環回路を前記第2循環回路と連通させたり、前記バッテリの温度を充電可能温度まで上昇すべく前記遮断弁を閉じて前記第1循環回路を前記第2循環回路に対し遮断状態としつつ前記第2循環回路の熱媒体から前記第1循環回路の熱媒体へと熱の移動が行われるよう前記ペルチェ素子を駆動したりする
請求項6記載の車両の熱制御装置。
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