JP7294186B2 - 熱交換システム、方法、プログラム、及び車両 - Google Patents

熱交換システム、方法、プログラム、及び車両 Download PDF

Info

Publication number
JP7294186B2
JP7294186B2 JP2020035020A JP2020035020A JP7294186B2 JP 7294186 B2 JP7294186 B2 JP 7294186B2 JP 2020035020 A JP2020035020 A JP 2020035020A JP 2020035020 A JP2020035020 A JP 2020035020A JP 7294186 B2 JP7294186 B2 JP 7294186B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
flow path
cooling water
switching
pump
heat
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2020035020A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2021138174A (ja
Inventor
貴之 河邊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2020035020A priority Critical patent/JP7294186B2/ja
Priority to CN202110068730.5A priority patent/CN113335057B/zh
Priority to US17/153,973 priority patent/US11396228B2/en
Priority to DE102021101214.7A priority patent/DE102021101214B4/de
Publication of JP2021138174A publication Critical patent/JP2021138174A/ja
Priority to US17/839,569 priority patent/US11642958B2/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7294186B2 publication Critical patent/JP7294186B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K11/00Arrangement in connection with cooling of propulsion units
    • B60K11/02Arrangement in connection with cooling of propulsion units with liquid cooling
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L1/00Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles
    • B60L1/003Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles to auxiliary motors, e.g. for pumps, compressors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L1/00Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles
    • B60L1/02Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles to electric heating circuits
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/24Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries
    • B60L58/26Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries by cooling
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01PCOOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P5/00Pumping cooling-air or liquid coolants
    • F01P5/10Pumping liquid coolant; Arrangements of coolant pumps
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6556Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6567Liquids
    • H01M10/6568Liquids characterised by flow circuits, e.g. loops, located externally to the cells or cell casings
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/66Heat-exchange relationships between the cells and other systems, e.g. central heating systems or fuel cells
    • H01M10/663Heat-exchange relationships between the cells and other systems, e.g. central heating systems or fuel cells the system being an air-conditioner or an engine
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/10Vehicle control parameters
    • B60L2240/34Cabin temperature
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/10Vehicle control parameters
    • B60L2240/36Temperature of vehicle components or parts
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40Drive Train control parameters
    • B60L2240/42Drive Train control parameters related to electric machines
    • B60L2240/425Temperature
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40Drive Train control parameters
    • B60L2240/54Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/545Temperature
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01PCOOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P5/00Pumping cooling-air or liquid coolants
    • F01P5/10Pumping liquid coolant; Arrangements of coolant pumps
    • F01P2005/105Using two or more pumps
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00Batteries for particular applications
    • H01M2220/20Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64Electric machine technologies in electromobility
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Description

本開示は、車両に搭載されたデバイスの熱交換を行う熱交換システムなどに関する。
特許文献1には、熱媒体流通デバイス(バッテリー、電動モーター、チラー、水冷コンデンサなど)に冷却水(熱媒体)を循環させる流路を切り替えるときに、循環流路の切り替え前後で冷却水の温度が変動することを抑制する、車両用熱管理システムが開示されている。
この特許文献1のシステムでは、熱媒体流通デバイスの循環流路を第1流路から第2流路に切り替える際、第1流路を流れる冷却水と第2流路を流れる冷却水とが流路上で混ざり合うことを抑制するために、冷却水を圧送するポンプ及び循環流路を切り替える弁を適切に制御している。
特開2014-080123号公報
特許文献1に記載の車両用熱管理システムでは、第1流路の冷却水と第2流路の冷却水とが、流路上で一時的に合流する状態を経てから、循環流路の切り替えが行われる。このため、循環流路の切り替え途中に生じる第1流路と第2流路とが連通した状態において、流路長の変化や各冷却水が流れる方向の違いなどが原因で、流路の冷却水の循環が停止したり、流路の冷却水が逆流したり、する虞がある。このような冷却水の流れの変化は、熱媒体流通デバイスの冷却不足を招く。
本開示は、上記課題を鑑みてなされたものであり、循環流路の切り替えにおいて、流路の冷却水の循環が停止したり、流路の冷却水が逆流したりすることを抑制できる熱交換システムなどを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本開示技術の一態様は、第1デバイスと、第1ポンプと、第1ポンプが圧送する第1冷却水を循環させて第1デバイスを冷却する第1流路と、複数の熱回路で共用する共用路を経由して第1冷却水を循環させて第1デバイスを冷却する第2流路と、を含む、第1熱回路と、第2デバイスと、第2ポンプと、第2ポンプが圧送する第2冷却水を循環させて第2デバイスを冷却する第3流路と、共用路を経由して第2冷却水を循環させて第2デバイスを冷却する第4流路と、を含む、第2熱回路と、を備える、熱交換システムであって、第1熱回路を第1流路から第2流路へ切り替え、かつ、第2熱回路を第4流路から第3流路へ切り替える場合、第4流路を第3流路に切り替えてから第1流路を第2流路に切り替える制御を行う制御部を備える。
上記本開示の熱交換システムによれば、第1流路の冷却水と第2流路の冷却水とが流路上で一時的に合流しないように循環流路を切り替えるため、流路の冷却水の循環が停止したり、流路の冷却水が逆流したりすることを抑制できる。
一実施形態に係る熱交換システムの概略構成を示す機能ブロック図 第1熱回路及び第2熱回路の詳細な構成を説明する図 流路を切り替える前の各熱回路の流路状態を例示する図 流路を切り替えた後の各熱回路の流路状態を例示する図 熱交換システムの制御部が実行する流路切り替え制御の処理フローチャート 各熱回路の流路状態を切り替える手順を説明する図 各熱回路の流路状態を切り替える手順を説明する図 各熱回路の流路状態を切り替える手順を説明する図 熱回路の構成の応用例 熱回路の接続態様の応用例
本開示の熱交換システムは、冷却水を循環させる流路の一部に共用路を有している複数の熱回路において、各熱回路の流路を切り替える場合、各熱回路の流路の切り替えと流路における冷却水量の調整とによる協調的な制御を行うことで、流路の冷却水の循環が停止したり、流路の冷却水が逆流したりすることを抑制する。
<実施形態>
[構成]
図1は、本開示の一実施形態に係る熱交換システム1の概略構成を示す機能ブロック図である。図1に例示した熱交換システム1は、第1熱回路10と、第2熱回路20と、制御部50と、を備える。図2は、図1に示した第1熱回路10及び第2熱回路20の詳細な構成を説明する図である。本熱交換システム1は、動力源として内燃機関を使用する自動車や動力源として電動モーターを使用するハイブリッド自動車(HV)などの車両に搭載することができる。
第1熱回路10は、熱媒体を用いた熱交換が可能な熱回路である。この第1熱回路10は、第1流路R1、第2流路R2、第1デバイス11、第1ポンプ12、及び第1切り替え弁13を含む。第1デバイス11、第1ポンプ12、及び第1切り替え弁13は、第1流路R1及び第2流路R2によって、熱媒体である第1冷却水(又は冷媒)を循環可能に接続されている。
第1デバイス11は、第1流路R1又は第2流路R2を循環する第1冷却水による冷却の対象となるデバイスである。車両に搭載される第1デバイス11としては、バッテリー、電動モーター、チラー、及び水冷コンデンサなどが例示できる。
第1ポンプ12は、第1流路R1又は第2流路R2を第1冷却水が循環するように、流路に圧送する第1冷却水の量を調整する装置である。この第1ポンプ12が流路に圧送する第1冷却水の量は、制御部50によって指示される。
第1切り替え弁13は、第1ポンプ12によって圧送される第1冷却水を、第1流路R1及び第2流路R2のいずれの流路で循環させるかを選択的に切り替えるための三方弁である。具体的には、第1切り替え弁13は、第1ポンプ12の吐出側に接続される流入口aと、第1ポンプ12の吸込側に接続される流出口bと、後述する共用路30に接続される流出口cとを有しており、流入口aと流出口bとが連通する状態に切り替えることで第1流路R1を形成し、流入口aと流出口cとが連通する状態に切り替えることで第2流路R2を形成する。第1切り替え弁13の切り替えは、制御部50によって制御される。また、この第1切り替え弁13には、周知の三方弁を利用することができる。
第1流路R1及び第2流路R2は、第1冷却水が流れる流路である。この第1流路R1と第2流路R2とは、第1切り替え弁13によって切り替えられる。第1流路R1は、第1ポンプ12によって圧送される第1冷却水が、第1デバイス11及び第1切り替え弁13を経て第1ポンプ12に戻る循環流路である。第2流路R2は、第1ポンプ12によって圧送される第1冷却水が、第1デバイス11、第1切り替え弁13、及び共用路30を経て第1ポンプ12に戻る循環流路である。第1デバイス11及び第1ポンプ12が接続される一部の流路は、第1流路R1及び第2流路R2で共用されている。また、第2流路R2は、共用路30を経由するため、第1流路R1よりも流路が長くなっている(通水抵抗が大きい)。
第2熱回路20は、熱媒体を用いた熱交換が可能な熱回路である。この第2熱回路20は、第3流路R3、第4流路R4、第2デバイス21、第2ポンプ22、及び第2切り替え弁23を含む。第2デバイス21、第2ポンプ22、及び第2切り替え弁23は、第3流路R3及び第4流路R4によって、熱媒体である第2冷却水(又は冷媒)を循環可能に接続されている。なお、第2冷却水は、第1冷却水と同じ物質でよい。
第2デバイス21は、第3流路R3又は第4流路R4を循環する第2冷却水による冷却の対象となるデバイスである。車両に搭載される第2デバイス21としては、バッテリー、電動モーター、チラー、及び水冷コンデンサなどが例示できる。
第2ポンプ22は、第3流路R3又は第4流路R4を第2冷却水が循環するように、流路に圧送する第2冷却水の量を調整する装置である。この第2ポンプ22が流路に圧送する第2冷却水の量は、制御部50によって指示される。
第2切り替え弁23は、第2ポンプ22によって圧送される第2冷却水を、第3流路R3及び第4流路R4のいずれの流路で循環させるかを選択的に切り替えるための三方弁である。具体的には、第2切り替え弁23は、第2ポンプ22の吐出側に接続される流入口dと、第2ポンプ22の吸込側に接続される流出口eと、後述する共用路30に接続される流出口fとを有しており、流入口dと流出口eとが連通する状態に切り替えることで第3流路R3を形成し、流入口dと流出口fとが連通する状態に切り替えることで第4流路R4を形成する。第2切り替え弁23の切り替えは、制御部50によって制御される。また、この第2切り替え弁23には、周知の三方弁を利用することができる。
第3流路R3及び第4流路R4は、第2冷却水が流れる流路である。この第3流路R3と第4流路R4とは、第2切り替え弁23によって切り替えられる。第3流路R3は、第2ポンプ22によって圧送される第2冷却水が、第2デバイス21及び第2切り替え弁23を経て第2ポンプ22に戻る循環流路である。第4流路R4は、第2ポンプ22によって圧送される第2冷却水が、第2デバイス21、第2切り替え弁23、及び共用路30を経て第2ポンプ22に戻る循環流路である。第2デバイス21及び第2ポンプ22が接続される一部の流路は、第3流路R3及び第4流路R4で共用されている。また、第4流路R4は、共用路30を経由するため、第3流路R3よりも流路が長くなっている(通水抵抗が大きい)。
共用路30は、第1熱回路10の第2流路R2と、第2熱回路20の第4流路R4とで、共用される部分である。この共用路30は、第2流路R2において、第1流路R1の選択時に第1冷却水が流れない流路の一部であり、かつ、第4流路R4において、第3流路R3の選択時に第2冷却水が流れない流路の一部である箇所に、設けられる。共用路30としては、ラジエータなどの熱交換器を例示できる。
制御部50は、第1熱回路10の第1切り替え弁13の切り替え、及び第2熱回路20の第2切り替え弁23の切り替えを、それぞれ制御する。また、制御部50は、第1熱回路10の第1ポンプ12が第1流路R1又は第2流路R2に圧送する第1冷却水の量、及び第2熱回路20の第2ポンプ22が第3流路R3又は第4流路R4に圧送する第2冷却水の量を、それぞれ指示する。この制御部50が実行する弁の切り替えやポンプへの指示については、後述する。
この制御部50は、典型的にはマイコンなどのプロセッサ、メモリ、及び入出力インターフェースなどを含んだECU(Electronic Control Unit)として構成され、メモリに格納されたプログラムをプロセッサが読み出して実行することによって各機能を実現することができる。
[制御]
図3乃至図6Cをさらに参照して、本実施形態に係る熱交換システム1が行う流路切り替え制御を説明する。本実施形態の流路切り替え制御は、第1熱回路10及び第2熱回路20のいずれか一方の流路が共用路30を利用し、かつ、他方の流路は共用路30を利用しない状態から、一方の流路が共用路30を利用せず、かつ、他方の流路が共用路30を利用する状態に切り替える場合に有用である。
以下の例では、流路を切り替える前の第1熱回路10及び第2熱回路20それぞれの流路の状態が、図3に示す第1流路R1及び第4流路R4の状態であり、流路を切り替えた後の第1熱回路10及び第2熱回路20それぞれの流路の状態が、図4に示す第2流路R2及び第3流路R3の状態である場合を説明する。
図5は、熱交換システム1の制御部50が実行する流路切り替え制御の処理手順を示すフローチャートである。図6A乃至図6Cは、図3に示す流路状態(第1流路R1及び第4流路R4)を図4に示す流路状態(第2流路R2及び第3流路R3)に切り替える手順を説明する図である。
流路を切り替える前の状態(図3、図6Aの左図)では、第1熱回路10の第1ポンプ12に対する第1流路R1における第1冷却水の流路単位時間当たりの流量である単位流量の指令値(図6Aの右上図)、及び第2熱回路20の第2ポンプ22に対する第4流路R4における第2冷却水の流路単位時間当たりの流量である単位流量の指令値(図6Aの右下図)は、それぞれ一定の値で安定している。制御部50は、この状態から以下の手順で流路を切り替える。
ステップS501:熱交換システム1の制御部50は、共用路30を利用しない熱回路である第1熱回路10における第1冷却水の単位流量の指令値を制御する。具体的には、制御部50は、切り替え前の第1流路R1よりも切り替え後の第2流路R2の方が長く通水抵抗が増加するため、第1熱回路10の第1ポンプ12に対して、第1流路R1に圧送する第1冷却水の量を増加するように指示を行う。この指示によって、第1流路R1における第1冷却水の単位流量の指令値が制御されて上昇する(図6Bの右上図)。この指示は、第1熱回路10の流路が第1流路R1から第2流路R2に切り替えられた後の第2流路R2における第1冷却水の単位流量が、循環する流路が長くなることによって通水抵抗が増加しても予め定められた基準値よりも低下させないために行われる。循環する流路の長さに応じた通水抵抗の変動に応じて第1ポンプ12に対する第1冷却水の単位流量の指令値を変えて、結果として第1冷却水の単位流量を一定にすることが好ましい。よって、この基準値は、典型的には、第1ポンプ12に対して圧送する第1冷却水の量の増加を指示する前の第1流路R1における第1冷却水の単位流量であるが、第1デバイス11の冷却に必要な第1冷却水の単位流量としてもよい。
圧送する第1冷却水の量を増加させるための第1ポンプ12に対する指示は、現在の第1ポンプ12に対する指令値に所定の係数(=1以上)を掛けて補正することで行ったり、現在の第1ポンプ12に対する指令値に所定の補正量を加えることで行ったりすることが可能である。係数や補正量は、第1流路R1と第2流路R2との長さの違いや通水抵抗の違いなどに基づいて導出することができる。
ステップS502:熱交換システム1の制御部50は、共用路30を利用する熱回路である第2熱回路20の流路を切り替える。具体的には、制御部50は、第2熱回路20の第2切り替え弁23を制御して、第2熱回路20の流路を第4流路R4から第3流路R3に切り替える(図6Bの左図)。この切り替え(第4流路R4→第3流路R3)によって、第2ポンプ22に対する第2冷却水の単位流量の指令値は同じであるが、第2熱回路20の第2冷却水が循環する流路が短くなって通水抵抗が減少するため、第3流路R3における第2冷却水の単位流量が一時的に上昇する。また、この切り替えによって、共用路30は、第1熱回路10及び第2熱回路20のいずれにも使用されず切り離された分離状態となる(図6Bの左図)。
上述したステップS501の処理とステップS502の処理とは、典型的には並行して実行される。しかしながら、先にステップS501の処理を行ってから次にステップS502の処理を行ってもよいし、先にステップS502の処理を行ってから次にステップS501の処理を行ってもよい。
ステップS503:熱交換システム1の制御部50は、第1熱回路10の流路を切り替える。具体的には、制御部50は、第1熱回路10の第1切り替え弁13を制御して、第1熱回路10の流路を第1流路R1から第2流路R2に切り替える(図6Cの左図)。この切り替え(第1流路R1→第2流路R2)によって、第1熱回路10の第1冷却水が循環する流路が長くなって通水抵抗が増加するため、第2流路R2における第1冷却水の単位流量が下降する方向に変動する。ここで、上記ステップS501において第1ポンプ12に対する第1冷却水の単位流量の指令値を予め上昇させていたため、流路の切り替えによって循環する流路が長くなり通水抵抗が増加しても、結果として第2流路R2における第1冷却水の単位流量を一定にすることができる。よって、第1デバイス11の冷却に必要な単位流量を安定して確保することができる。
ステップS504:熱交換システム1の制御部50は、第2熱回路20における第2冷却水の単位流量の指令値を制御する。具体的には、制御部50は、第2熱回路20の第2ポンプ22に対して、第3流路R3に圧送する第2冷却水の量を減少するように指示を行う。この指示によって、第3流路R3における第2冷却水の単位流量の指令値が下降する(図6Cの右下図)。この指示は、第2熱回路20の流路が第4流路R4から第3流路R3に切り替えられた後の第3流路R3における第2冷却水の単位流量が、循環する流路が短くなることによって通水抵抗が減少しても流路を切り替える前の第4流路R4における第2冷却水の単位流量と略同等にするために行われる。
圧送する第2冷却水の量を減少させるための第2ポンプ22に対する指示は、現在の第2ポンプ22に対する指令値に所定の係数(=1未満)を掛けて補正することで行ったり、現在の第2ポンプ22に対する指令値に所定の補正量を減じることで行ったりすることが可能である。係数や補正量は、第3流路R3と第4流路R4との長さの違いや通水抵抗の違いなどに基づいて導出することができる。
上述したステップS503の処理とステップS504の処理とは、典型的には並行して実行される。しかしながら、先にステップS503の処理を行ってから次にステップS504の処理を行ってもよいし、先にステップS504の処理を行ってから次にステップS503の処理を行ってもよい。
また、上述したステップS501の処理及びステップS504の処理は、流路の切り替え前後における冷却水の単位流量の著しい変化が発生しない(循環流路の長さに大きな差がない)などの場合には、実行を省略することも可能である。
流路切り替え後の第2流路R2における第1冷却水の単位流量が、流路切り替え前の第1流路R1における第1冷却水の単位流量と略同等になり、流路切り替え後の第3流路R3における第2冷却水の単位流量が、流路切り替え前の第4流路R4における第2冷却水の単位流量と略同等になると、本流路切り替え制御が終了する。
なお、上述した流路切り替え制御は、第1熱回路10が第2流路R2、かつ、第2熱回路20が第3流路R3である状態から、第1熱回路10が第1流路R1、かつ、第2熱回路20が第4流路R4である状態に切り替える場合でも、同様の手順で行うことが可能である。
[応用例]
本開示の流路切り替え制御を適用することができる熱回路の構成は、図示した第1熱回路10や第2熱回路20の構成に限られるものではない。複数の流路を切り替え可能であって、少なくとも1つの流路が複数の熱回路で共用される共用路を経由する循環流路を形成し、かつ、少なくとも他の1つの流路がその共用路を経由しない循環流路を形成する構成を有する熱回路であれば、適用可能である。例えば、図7に示すような構成を有する熱回路を用いることができる。
また、本開示の流路切り替え制御を適用することができる熱回路の接続態様は、図示した第1熱回路10と第2熱回路20との接続態様に限られるものではない。複数の熱回路のうち、2つ以上の熱回路で1つの共用路を共用している接続態様であれば、適用可能である。例えば、図8に示すような熱回路の接続態様を用いることができる。
[作用・効果]
以上のように、本開示の一実施形態に係る熱交換システム1は、第1冷却水を循環させて第1デバイス11を冷却する第1流路R1と、共用路30を経由して第1冷却水を循環させて第1デバイス11を冷却する第2流路R2とを含む、第1熱回路10、及び第2冷却水を循環させて第2デバイス21を冷却する第3流路R3と、共用路30を経由して第2冷却水を循環させて第2デバイス21を冷却する第4流路R4とを含む、第2熱回路20を備える。この熱交換システム1において、第1熱回路10を第1流路R1から第2流路R2へ切り替え、かつ、第2熱回路20を第4流路R4から第3流路R3へ切り替える場合は、第4流路R4を第3流路R3に切り替えてから第1流路R1を第2流路R2に切り替える制御を行う。
この流路切り替え制御によって、一方の熱回路で共用路30に冷却水を流している状態から他方の熱回路で共用路30に冷却水を流す状態に切り替える際、いずれの熱回路によっても共用路30に冷却水が流れない分離状態を経て各熱回路の流路を切り替えることになる。従って、一方の熱回路における流路の冷却水と他方の熱回路における流路の冷却水とが、共用路30で一時的に合流することを回避できるので、流路の冷却水の循環が停止したり、流路の冷却水が逆流したりする、意図しない流量変動が生じることを回避することができる。
また、本実施形態に係る熱交換システム1では、各熱回路において、切り替えた後の流路が切り替える前の流路よりも長い場合には、流路を切り替える前に流路にポンプが圧送する冷却水の単位流量の指令値を予め上昇させておく。この制御により、短い流路から長い流路に切り替えられた際に、冷却水の単位流量がデバイスの冷却に必要な単位流量を下回ることを回避できるため、デバイスの冷却性能が低下してしまうことを抑制できる。また、流路の切り替え中において冷却水の単位流量の低下が生じないため、ポンプ流量補填制御などの他の制御を実施することができる。
このように、本実施形態に係る熱交換システム1は、各熱回路の流路の切り替えと、流路における冷却水の単位流量の調整と、による協調的な制御を行うことで、熱回路において意図しない流量変動が生じることを回避しつつ、デバイスの冷却量不足に起因する部品損傷や出力制限が発生することを抑制できる。
以上、本開示技術の一実施形態を説明したが、本開示は、熱交換システムだけでなく、プロセッサとメモリを備えた制御部が実行する流路切り替え制御方法、その方法の制御プログラム、その制御プログラムを記憶したコンピューター読み取り可能な非一時的な記録媒体、あるいは制御部を含む熱交換システムを搭載した車両などとして捉えることが可能である。
本開示は、車両に搭載されたデバイスの熱交換を行う熱交換システムとして利用可能である。
1 熱交換システム
10 第1熱回路
11 第1デバイス
12 第1ポンプ
13 第1切り替え弁
20 第2熱回路
21 第2デバイス
22 第2ポンプ
23 第2切り替え弁
30 共用路
50 制御部
R1、R2、R3、R4 流路

Claims (5)

  1. 第1デバイスと、第1ポンプと、前記第1ポンプが圧送する第1冷却水を循環させて前記第1デバイスを冷却する第1流路と、複数の熱回路で共用する共用路を経由して前記第1冷却水を循環させて前記第1デバイスを冷却する第2流路と、を含む、第1熱回路と、
    第2デバイスと、第2ポンプと、前記第2ポンプが圧送する第2冷却水を循環させて前記第2デバイスを冷却する第3流路と、前記共用路を経由して前記第2冷却水を循環させて前記第2デバイスを冷却する第4流路と、を含む、第2熱回路と、
    を備える、熱交換システムであって、
    前記第1熱回路を前記第1流路から前記第2流路へ切り替え、かつ、前記第2熱回路を前記第4流路から前記第3流路へ切り替える場合、前記第4流路を前記第3流路に切り替えてから前記第1流路を前記第2流路に切り替える制御を行う制御部を備え
    前記第1熱回路において、前記第2流路は前記第1流路よりも長く設定され、
    前記制御部は、前記第1熱回路を前記第1流路から前記第2流路へ切り替える前に、前記第1ポンプが前記第1流路に圧送する前記第1冷却水の量を増加させる指示を行う、
    熱交換システム。
  2. 前記第2熱回路において、前記第4流路は前記第3流路よりも長く設定され、
    前記制御部は、前記第2熱回路を前記第4流路から前記第3流路へ切り替えた後に、前記第2ポンプが前記第3流路に圧送する前記第2冷却水の量を減少させる指示を行う、
    請求項1に記載の熱交換システム。
  3. 第1デバイスと、第1ポンプと、前記第1ポンプが圧送する第1冷却水を循環させて前記第1デバイスを冷却する第1流路と、複数の熱回路で共用する共用路を経由して前記第1冷却水を循環させて前記第1デバイスを冷却する第2流路と、を含む、第1熱回路と、
    第2デバイスと、第2ポンプと、前記第2ポンプが圧送する第2冷却水を循環させて前記第2デバイスを冷却する第3流路と、前記共用路を経由して前記第2冷却水を循環させて前記第2デバイスを冷却する第4流路と、を含む、第2熱回路と、を備え、
    前記第1熱回路において前記第2流路が前記第1流路よりも長く設定された熱交換システムのコンピューターが実行する流路切り替え制御方法であって、
    前記第1熱回路を前記第1流路から前記第2流路へ切り替え、かつ、前記第2熱回路を前記第4流路から前記第3流路へ切り替える場合
    前記第2熱回路を前記第4流路から前記第3流路に切り替えるステップと、
    前記第2熱回路を前記第3流路に切り替えた後、前記第1ポンプが前記第1流路に圧送する前記第1冷却水の量を増加させるステップと、
    前記第1冷却水の量を増加させた後、前記第1熱回路を前記第1流路から前記第2流路に切り替えるステップと、を含む、
    流路切り替え制御方法。
  4. 第1デバイスと、第1ポンプと、前記第1ポンプが圧送する第1冷却水を循環させて前記第1デバイスを冷却する第1流路と、複数の熱回路で共用する共用路を経由して前記第1冷却水を循環させて前記第1デバイスを冷却する第2流路と、を含む、第1熱回路と、
    第2デバイスと、第2ポンプと、前記第2ポンプが圧送する第2冷却水を循環させて前記第2デバイスを冷却する第3流路と、前記共用路を経由して前記第2冷却水を循環させて前記第2デバイスを冷却する第4流路と、を含む、第2熱回路と、を備え、
    前記第1熱回路において前記第2流路が前記第1流路よりも長く設定された熱交換システムのコンピューターに実行させる制御プログラムであって、
    前記第1熱回路を前記第1流路から前記第2流路へ切り替え、かつ、前記第2熱回路を前記第4流路から前記第3流路へ切り替える場合
    前記第2熱回路を前記第4流路から前記第3流路に切り替えるステップと、
    前記第2熱回路を前記第3流路に切り替えた後、前記第1ポンプが前記第1流路に圧送する前記第1冷却水の量を増加させるステップと、
    前記第1冷却水の量を増加させた後、前記第1熱回路を前記第1流路から前記第2流路に切り替えるステップと、を含む、
    制御プログラム。
  5. 請求項1又は2に記載の熱交換システムを搭載した車両。
JP2020035020A 2020-03-02 2020-03-02 熱交換システム、方法、プログラム、及び車両 Active JP7294186B2 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020035020A JP7294186B2 (ja) 2020-03-02 2020-03-02 熱交換システム、方法、プログラム、及び車両
CN202110068730.5A CN113335057B (zh) 2020-03-02 2021-01-19 热交换系统、方法、非暂时性存储介质以及车辆
US17/153,973 US11396228B2 (en) 2020-03-02 2021-01-21 Heat exchange system, method, non-transitory storage medium, and vehicle
DE102021101214.7A DE102021101214B4 (de) 2020-03-02 2021-01-21 Wärmetauschsystem, Verfahren, nichtflüchtiges Speichermedium und Fahrzeug
US17/839,569 US11642958B2 (en) 2020-03-02 2022-06-14 Heat exchange system, method, non-transitory storage medium, and vehicle

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020035020A JP7294186B2 (ja) 2020-03-02 2020-03-02 熱交換システム、方法、プログラム、及び車両

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021138174A JP2021138174A (ja) 2021-09-16
JP7294186B2 true JP7294186B2 (ja) 2023-06-20

Family

ID=77270917

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020035020A Active JP7294186B2 (ja) 2020-03-02 2020-03-02 熱交換システム、方法、プログラム、及び車両

Country Status (4)

Country Link
US (2) US11396228B2 (ja)
JP (1) JP7294186B2 (ja)
CN (1) CN113335057B (ja)
DE (1) DE102021101214B4 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4269148A1 (en) * 2022-04-27 2023-11-01 Thermo King LLC A heat exchange system and a method of operating the same

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009167994A (ja) 2008-01-21 2009-07-30 Sanden Corp 内燃機関の廃熱利用装置
US20160229282A1 (en) 2013-02-09 2016-08-11 Quantumscape Corporation Thermal management system for vehicles with an electric powertrain
JP2018188999A (ja) 2017-04-28 2018-11-29 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の冷却装置

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004010117A1 (de) * 2003-02-27 2004-11-18 Denso Corp., Kariya Abgasrückführvorrichtung
JP6060797B2 (ja) * 2012-05-24 2017-01-18 株式会社デンソー 車両用熱管理システム
JP5929697B2 (ja) 2012-10-17 2016-06-08 株式会社デンソー 車両用熱管理システム
DE102014201167A1 (de) * 2014-01-23 2015-07-23 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Wärmemanagementsystem für eine Verbrennungskraftmaschine
US20180170186A1 (en) * 2014-03-21 2018-06-21 Aleees Eco Ark (Cayman) Co. Ltd. Thermal control system of electric vehicle
JP6390601B2 (ja) * 2015-12-09 2018-09-19 株式会社デンソー 車両用冷却システム
JP6743844B2 (ja) * 2017-07-24 2020-08-19 株式会社デンソー 冷却水回路
SE543426C2 (en) 2019-06-13 2021-02-16 Scania Cv Ab Method of Controlling Flow of Coolant, Vehicle Cooling System, and Related Devices

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009167994A (ja) 2008-01-21 2009-07-30 Sanden Corp 内燃機関の廃熱利用装置
US20160229282A1 (en) 2013-02-09 2016-08-11 Quantumscape Corporation Thermal management system for vehicles with an electric powertrain
JP2018188999A (ja) 2017-04-28 2018-11-29 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の冷却装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN113335057A (zh) 2021-09-03
JP2021138174A (ja) 2021-09-16
DE102021101214A1 (de) 2021-09-02
US11396228B2 (en) 2022-07-26
US20210268892A1 (en) 2021-09-02
US20220305903A1 (en) 2022-09-29
CN113335057B (zh) 2023-10-13
DE102021101214B4 (de) 2024-03-21
US11642958B2 (en) 2023-05-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110770070A (zh) 冷却水回路
JP5623474B2 (ja) 冷却水制御装置
JPWO2013190619A1 (ja) 内燃機関の冷却制御装置
WO2015087743A1 (ja) 車両用冷却循環システム
JP7294186B2 (ja) 熱交換システム、方法、プログラム、及び車両
JP2015052308A (ja) 冷却水制御装置
JP2011099400A (ja) 車両の冷却装置
US11518272B2 (en) Method of controlling a PE-battery water cooling system for a green vehicle
JP5585723B2 (ja) スターリングエンジンの出力制御装置
JP2014095300A (ja) グリルシャッター制御装置
EP3121046B1 (en) Temperature control system for electric car
US11898929B2 (en) Thermal management system for vehicle
KR102276253B1 (ko) 차량의 통합 열관리 회로
JP2018178797A (ja) エンジン冷却装置
JP2016210298A (ja) 内燃機関の冷却装置
JP6803470B2 (ja) 自動車の駆動アセンブリの動作方法及び対応する駆動アセンブリ
KR20210115909A (ko) 연료전지 차량의 열관리 시스템
JP2021009768A (ja) 燃料電池システム
CN210422748U (zh) 车辆的冷却水循环结构
JP2016211482A (ja) エンジンの冷却装置
JP2005345076A (ja) 冷却装置
JP2019127836A (ja) 冷却システム及び冷却システムの制御方法
JP2023009649A (ja) 燃料電池冷却システム
JP2008248741A (ja) 内燃機関の暖機装置
JP5974492B2 (ja) ハイブリッド車両の冷却システム

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220422

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20221227

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230110

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230303

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230509

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230522

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 7294186

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151