JP7371467B2 - Vehicle energy management system - Google Patents
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Description
本開示は、車両用エネルギーマネジメントシステムに関する。 The present disclosure relates to a vehicle energy management system.
例えば、特許文献1には、電気自動車、ハイブリッド車、燃料電池車などに適用される車両用空調装置により、電池、モータ、インバータなどの自動車構成部品の加熱、冷却を行うことができるように構成することが記載されている。具体的には、冷媒回路において、空調用エバポレータと並列に自動車構成部品用エバポレータを設け、さらに、圧縮機からコンデンサを迂回してそれぞれのエバポレータに接続するバイパス回路を設ける。このような構成により、空調冷房+電池温調冷却モード、空調暖房+電池温調加熱モード、空調冷房+電池温調加熱モード、空調暖房+電池温調冷却モードの4つのモードにて、空調および電池温調を行うことを可能としている。 For example, Patent Document 1 describes a configuration in which a vehicle air conditioner applied to electric vehicles, hybrid vehicles, fuel cell vehicles, etc. can heat and cool vehicle components such as batteries, motors, and inverters. It is stated that Specifically, in the refrigerant circuit, an evaporator for automobile components is provided in parallel with an evaporator for air conditioning, and a bypass circuit is also provided that connects the compressor to each evaporator by bypassing the condenser. With this configuration, air conditioning and This makes it possible to control battery temperature.
しかしながら、自動車構成部品の温調を全面的に車両用空調装置に依存した場合、車両用空調装置は、冷媒回路に、自動車構成部品の温調を行うための冷媒を流さなければならい機会が増えるため、その分、圧縮機や膨張弁を駆動するための消費電力が増大してしまうことが懸念される。 However, if the temperature control of automotive components is completely dependent on the vehicle air conditioner, the vehicle air conditioner will have to flow refrigerant through the refrigerant circuit to control the temperature of the vehicle components. Therefore, there is a concern that the power consumption for driving the compressor and the expansion valve will increase accordingly.
本開示は、上述した点に鑑みてなされたものであり、消費電力を抑制しつつ、車両に搭載された車載機器の温調を実施することが可能な車両用エネルギーマネジメントシステムを提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above-mentioned points, and aims to provide a vehicle energy management system that can control the temperature of in-vehicle equipment installed in a vehicle while suppressing power consumption. purpose.
上記目的を達成するために、本開示による車両用エネルギーマネジメントシステムは、
車両を複数のエリア(1、2、3)に区画し、当該複数のエリアのうち少なくとも2つの第1エリア(1)および第2エリア(2)において、それぞれ、対応するエリアに関連する車載機器(30、31、32)の熱エネルギーを管理する第1熱エネルギー管理部(14)および第2熱エネルギー管理部(15)を有し、
第1エリアは、車両の乗員が搭乗する車室エリアであり、当該車室エリアに関連する車載機器(30)として、車室エリアの空調状態を制御するヒートポンプ式冷熱交換装置が設けられ、
第1熱エネルギー管理部は、少なくとも設定温度、車室温度、および車外温度に基づいて、ヒートポンプ式冷熱交換装置が車室エリアの空調に使用する冷媒流量と最大冷媒流量との差に相当する冷媒流量によって得られる冷熱量を、ヒートポンプ式冷熱交換装置の余剰冷熱量として算出可能に構成され、
第2エリアに関連する車載機器(30、31)として、複数の車載機器が設けられ、
第2エリアの複数の車載機器間において冷熱の移動が可能に構成され、かつ、第1エリアのヒートポンプ式冷熱交換装置と第2エリアの少なくとも1つの車載機器との間においても冷熱の移動が可能に構成され、
第2熱エネルギー管理部は、第2エリアに関連する複数の車載機器のうち、少なくとも1つの車載機器の動作温度が適切な温度範囲外である場合、複数の車載機器間で冷熱を移動させて、少なくとも1つの車載機器の動作温度が適切な温度範囲内となるように管理し、
さらに、第2熱エネルギー管理部は、第2エリアに関連する複数の車載機器間での冷熱の移動では、少なくとも1つの車載機器の動作温度を適切な温度範囲内まで変化させることができない場合、第1熱エネルギー管理部へ不足する冷熱量を通知し、
第1熱エネルギー管理部は、算出した余剰冷熱量の範囲で、通知された不足冷熱量を第1エリアのヒートポンプ式冷熱交換装置から第2エリアの少なくとも1つの車載機器へ提供する、ように構成される。
In order to achieve the above objective, the vehicle energy management system according to the present disclosure includes:
The vehicle is divided into a plurality of areas (1, 2, 3), and in at least two of the plurality of areas, a first area (1) and a second area (2), in-vehicle equipment related to the corresponding area is It has a first thermal energy management section (14) and a second thermal energy management section (15) that manage the thermal energy of (30, 31, 32),
The first area is a cabin area where vehicle occupants board, and a heat pump type cold/heat exchange device that controls the air conditioning state of the cabin area is provided as an on-board device (30) related to the cabin area. ,
The first thermal energy management unit is configured to supply a refrigerant that corresponds to the difference between the refrigerant flow rate and the maximum refrigerant flow rate that the heat pump type cold heat exchange device uses to air condition the passenger compartment area, based on at least the set temperature, the vehicle interior temperature, and the vehicle exterior temperature. It is configured so that the amount of cold energy obtained by the flow rate can be calculated as the amount of surplus cold energy of the heat pump type cold heat exchange device,
A plurality of in-vehicle devices are provided as in-vehicle devices (30, 31) related to the second area,
The structure is configured so that cold heat can be transferred between a plurality of on-vehicle devices in the second area, and also between the heat pump type cold heat exchanger in the first area and at least one on-vehicle device in the second area. consists of
The second thermal energy management unit transfers cold energy between the plurality of in-vehicle devices when the operating temperature of at least one of the in-vehicle devices related to the second area is outside the appropriate temperature range. , manage the operating temperature of at least one in-vehicle device to be within an appropriate temperature range,
Further, the second thermal energy management unit may be configured to: when the operating temperature of at least one in-vehicle device cannot be changed to within an appropriate temperature range by transferring cold heat between a plurality of in-vehicle devices related to the second area; Notify the first thermal energy management department of the insufficient amount of cooling energy,
The first thermal energy management unit is configured to provide the notified insufficient amount of cooling energy from the heat pump type cooling heat exchanger in the first area to at least one in-vehicle device in the second area within the range of the calculated surplus amount of cooling energy. be done.
上述したように、第1エリアおよび第2エリアの各々に、対応するエリアに関連する車載機器の熱エネルギーを管理する第1熱エネルギー管理部および第2熱エネルギー管理部を設けたことにより、それぞれのエリアに関連する車載機器の熱エネルギーの状態を正確に把握して、消費電力を抑制しつつ適切に管理することが可能になる。 As described above, by providing each of the first area and the second area with the first thermal energy management section and the second thermal energy management section that manage the thermal energy of the in-vehicle equipment related to the corresponding area, It becomes possible to accurately understand the state of thermal energy of on-vehicle equipment related to the area and manage it appropriately while suppressing power consumption.
具体的には、第2熱エネルギー管理部は、車載機器の熱エネルギーの管理のため、第2エリアに関連する複数の車載機器の各々に関して、動作温度が適切な温度範囲に収まっているか、それとも温度範囲外となっているかを把握する。第2熱エネルギー管理部は、少なくとも1つの車載機器の動作温度が適切な温度範囲外である場合、他の車載機器との間で冷熱を移動させて、適切な温度範囲内となるように管理する。このように、本開示による車両用エネルギーマネジメントシステムによれば、第2熱エネルギー管理部は、少なくとも1つの車載機器の動作温度が適切な温度範囲外である場合、第2エリアの車載機器間における冷熱の移動にて、車載機器の動作温度が適切な温度範囲内となるように試みる。従って、車載機器の動作温度が適切な温度範囲外となったとき、ヒートポンプ式冷熱交換装置が車載機器の温調を行なわなくとも済む場合があり得るので、ヒートポンプ式冷熱交換装置における消費電力の増大を抑制することができる。 Specifically, in order to manage the thermal energy of the in-vehicle devices, the second thermal energy management unit determines whether the operating temperature of each of the plurality of in-vehicle devices related to the second area is within an appropriate temperature range or not. Determine if the temperature is outside the range. When the operating temperature of at least one in-vehicle device is outside the appropriate temperature range, the second thermal energy management unit transfers cold energy between the operating temperature of at least one in-vehicle device and other in-vehicle devices to manage the operating temperature so that the operating temperature is within the appropriate temperature range. do. As described above, according to the vehicle energy management system according to the present disclosure, when the operating temperature of at least one vehicle-mounted device is outside the appropriate temperature range, the second thermal energy management unit controls the temperature between the vehicle-mounted devices in the second area. Attempts to keep the operating temperature of in-vehicle equipment within an appropriate temperature range by transferring cold heat. Therefore, when the operating temperature of the in-vehicle equipment falls outside the appropriate temperature range, the heat pump type cold/heat exchanger may not need to control the temperature of the in-vehicle equipment, resulting in an increase in power consumption in the heat pump type cold/heat exchanger. can be suppressed.
第2エリアに関連する複数の車載機器間での冷熱の移動では、車載機器の動作温度を適切な温度範囲内まで変化させることができない場合は、ヒートポンプ式冷熱交換装置を利用して、第1エリアと第2エリア間にて移動させる冷熱量を発生させる。ただし、この場合、第1熱エネルギー管理部は、余剰冷熱量の範囲で移動させる冷熱量を発生させる。このため、第2エリアの車載機器の温調のために、車室エリアの温度管理状態が影響を受けることを抑えることができる。 When transferring cold energy between multiple in-vehicle devices related to the second area, if the operating temperature of the in-vehicle devices cannot be changed to within an appropriate temperature range, a heat pump type cold heat exchanger is used to Generate the amount of cold heat to be transferred between the area and the second area. However, in this case, the first thermal energy management section generates the amount of cooling energy to be transferred within the range of the amount of surplus cooling energy. Therefore, it is possible to prevent the temperature control state of the vehicle interior area from being influenced by the temperature control of the in-vehicle equipment in the second area.
上記括弧内の参照番号は、本開示の理解を容易にすべく、後述する実施形態における具体的な構成との対応関係の一例を示すものにすぎず、なんら発明の範囲を制限することを意図したものではない。 The reference numbers in the above parentheses merely indicate an example of the correspondence with specific configurations in the embodiments described later in order to facilitate understanding of the present disclosure, and are not intended to limit the scope of the invention in any way. It's not something I did.
また、上述した特徴以外の、特許請求の範囲の各請求項に記載した技術的特徴に関しては、後述する実施形態の説明および添付図面から明らかになる。 Further, technical features stated in each claim other than the above-mentioned features will become clear from the description of the embodiments and the accompanying drawings to be described later.
(第1実施形態)
以下、本開示の第1実施形態に係る車両用エネルギーマネジメントシステムについて、図面を参照しつつ詳細に説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a vehicle energy management system according to a first embodiment of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、車両を複数のエリアに区画する一例を示している。図1に示す例では、車両は、中央エリア(Central Area:CA)1、前方エリア(Front Area:FA)2、および後方エリア(Rear Area:RA)3の3つのエリアに区画されている。中央エリア1は、車両の乗員が搭乗する車室エリアを含む。前方エリア2は、エンジンが配設されたエンジンルームを含む。なお、車両を複数のエリアに区間する例は、図1に示す例に限られない。例えば、中央エリア1を、さらに車室エリアとその下方のエリアとに分け、合計4つのエリアとしてもよい。また、中央エリア1と後方エリア3とをまとめて、合計2つのエリアとしてもよい。
FIG. 1 shows an example of dividing a vehicle into a plurality of areas. In the example shown in FIG. 1, the vehicle is divided into three areas: a central area (CA) 1, a front area (FA) 2, and a rear area (RA) 3. The central area 1 includes a cabin area where vehicle occupants board. The
図2は、本実施形態に係る車両用エネルギーマネジメントシステムの全体構成の概要を示す図である。なお、図示および説明の便宜上、図2には、車両用エネルギーマネジメントシステムの制御対象となる車載機器、およびそれらを制御するための制御装置の一部のみが示されている。 FIG. 2 is a diagram showing an overview of the overall configuration of the vehicle energy management system according to the present embodiment. For convenience of illustration and explanation, FIG. 2 shows only some of the on-vehicle devices to be controlled by the vehicle energy management system and a control device for controlling them.
図2に示すように、中央エリア1に関連する車載機器として、車室の空調状態を調節する空調装置(A/C)30が設けられている。空調装置30は、後に詳細に説明するが、車室の冷房および暖房が可能なヒートポンプ式エアコンである。空調装置30自体は、その全部が車室内に設けられる訳ではないが、車室の空調状態を調節するものであるため、中央エリア1に関連する車載機器と定められる。なお、中央エリア1に関連する車載機器として、例えば、車室内のシートの下方やコンソール内に設けられ、車両挙動を管理する制御装置の温度管理状態を制御するためのヒートポンプ式冷熱交換装置を設けてもよい。このヒートポンプ式冷熱交換装置は、ヒートポンプ式エアコンと同様に構成することができる。
As shown in FIG. 2, as in-vehicle equipment related to the central area 1, an air conditioner (A/C) 30 that adjusts the air conditioning state of the vehicle interior is provided. The
空調装置30を制御するために空調装置制御ユニット(ACU)20が設けられている。ACU20は、CA熱エネルギーマネジメント部14から車室の設定温度を取得し、実際の車室温度が設定温度に一致するように空調装置30を制御する。また、ACU20は、CA熱エネルギーマネジメント部14から、前方エリア2および/または後方エリア3への冷熱量の移動を指示されると、その指示に応じた冷熱量を空調装置30から前方エリア2および/または後方エリア3へ提供するための処理を実行する。ただし、CA熱エネルギーマネジメント部14が、直接、冷熱量を前方エリア2および/または後方エリア3へ提供するための処理を実行してもよい。
An air conditioner control unit (ACU) 20 is provided to control the
CA熱エネルギーマネジメント部14は、統括エネルギーマネジメント部11を介して、目標設定部10から目標とする車室の設定温度を受け取り、その設定温度をACU20に出力する。また、CA熱エネルギーマネジメント部14は、ACU20から車室温度および車外温度(外気温度)を取得し、設定温度、車室温度および車外温度に基づいて、空調装置30の余剰冷熱量を算出する。例えば、CA熱エネルギーマネジメント部14は、空調装置30が車室内冷房または車室内暖房に使用する冷媒流量と空調装置30の最大冷媒流量との差に相当する冷媒流量によって得られる冷熱量を余剰冷熱量として算出することができる。算出された余剰冷熱量は、前方エリア2のFA熱エネルギーマネジメント部15および後方エリア3のRA熱エネルギーマネジメント部16に通知される。
The CA thermal
前方エリア2に関連する車載機器として、車両を走行させるための動力を発生するエンジン31、および図示しない走行用モータを駆動するためのインバータ32が設けられている。このように、本実施形態の車両用エネルギーマネジメントシステムが適用される車両は、エンジン31と走行用モータとを備えるハイブリッド車両である。ただし、本実施形態に係る車両用エネルギーマネジメントシステムは、エンジンのみを有する車両、もしくは走行用モータのみを有する車両に適用されてもよい。
As in-vehicle equipment related to the
エンジン31と、インバータ32とは、くわしくは後述するが、それぞれ冷却回路を有している。それぞれの冷却回路は、相互に冷却水を連通させることが可能に構成されている。これにより、エンジン31とインバータ32との間で、各々の冷却回路の冷却水を介して冷熱を移動させることが可能となっている。なお、図示していないが、エンジン31およびインバータ32のそれぞれの冷却回路に、他の車載機器も介在させ、併せて冷却するように構成してもよい。例えば、車両がEGRシステムを備えている場合、エンジン31の冷却回路にEGRクーラーを介在させてもよい。その他にも、エンジン31の冷却回路に、スロットルボデー、パワステ用電動モータなどを介在させてもよい。また、インバータ32の冷却回路には、昇圧コンバータ、走行用モータなどを介在させてもよい。さらに、上述した少なくとも1つの車載機器を冷却する冷却回路を独立して設け、エンジン31および/またはインバータ32の冷却回路と冷熱を移動可能に構成してもよい。
The
エンジン31は、エンジン制御ユニット(ECU)21によって運転状態が制御される。インバータ32は、ハイブリッド制御ユニット(HCU)22によって動作状態が制御される。ECU21およびHCU22は、いずれも運動エネルギーマネジメント部12からエンジン31および走行用モータの制御目標が与えられる。具体的には、ECU21は、運動エネルギーマネジメント部12によってエンジン31が発生すべき目標エンジントルクが与えられる。HCU22は、運動エネルギーマネジメント部によって、走行用モータが発生すべき目標モータトルクが与えれれる。ECU21およびHCU22は、それぞれ、与えられた制御目標に従ってエンジン31およびインバータ32を制御する。
The operating state of the
また、ECU21は、エンジン31の動作温度が適切な温度範囲となるように、エンジン31の冷却回路の動作を制御する。HCU22も、インバータ32の動作温度が適切な温度範囲となるように、インバータ32の冷却回路の動作を制御する。例えば、ECU21は、冷却水の水温が70~90度の範囲内となるように、エンジン31の冷却回路を動作させる。また、HCU22は、冷却水の水温が80度以下の範囲内となるように、インバータ32の冷却回路を動作させる。ただし、車両の走行状態によっては、冷却回路が動作していても、エンジン31とインバータ32との少なくとも一方の動作温度が適切な温度範囲外となる可能性もある。例えば、車両が長い下り坂を走行する場合、走行用モータが発電機として交流電圧を発生し、インバータ32は、その交流電圧を直流電圧に変換する。このような状態が長時間継続すると、インバータ32の動作温度が、冷却回路による冷却にも拘らず、適正温度範囲を超えてしまう可能性がある。この際、エンジン31には、燃料カットにより燃料が供給されないので、外気温によっては、エンジン31の動作温度が、適正温度範囲よりも低下してしまう可能性がある。エンジン31の動作温度が適正温度範囲よりも低下してしまうと、エンジン31の運転を再開したときに、燃料の燃焼エネルギーの一部がエンジン31の加熱に使われてしまうため、燃費の悪化を招いてしまう。また、車両が前方車両と一定の距離を保ったまま、エンジン出力を利用して高速走行を継続した場合、前方車両によって十分な冷却風が得られないため、冷却回路による冷却能力が不足して、エンジン31の動作温度が適正温度範囲を超えてしまう可能性がある。
Further, the
FA熱エネルギーマネジメント部15は、ECU21およびHCU22と通信して、エンジン31およびインバータ32の動作温度に関する情報を取得する。FA熱エネルギーマネジメント部15は、取得したエンジン31およびインバータ32の動作温度に関する情報に基づいて、少なくとも一方の動作温度が適正温度範囲を超えているか否か判定する。この判定において、エンジン31およびインバータ32の少なくとも一方の動作温度が適正温度範囲外であると判定すると、FA熱エネルギーマネジメント部15は、上述した冷却回路の冷却水を相互に連通させて冷熱を移動させることにより、それぞれの動作温度が適切な温度範囲内となるように管理する。
The FA thermal
さらに、FA熱エネルギーマネジメント部15は、前方エリア2の車載機器間での冷熱の移動では、適正温度範囲を超えた車載機器の動作温度を適切な温度範囲内まで変化させることができない場合、CA熱エネルギーマネジメント部14へ、事前に通知された余剰冷熱量の範囲内の不足冷熱量を通知する。この通知に応じて、中央エリア1の空調装置30から不足冷熱量が提供されるとき、FA熱エネルギーマネジメント部15は、その不足冷熱量を受け入れる処理を実行する。
Furthermore, if the operating temperature of the on-vehicle equipment that exceeds the appropriate temperature range cannot be changed to within the appropriate temperature range by transferring cold energy between the on-board equipment in the
このように、本実施形態の車両用エネルギーマネジメントシステムによれば、FA熱エネルギーマネジメント部15は、前方エリア2の少なくとも1つの車載機器の動作温度が適切な温度範囲外である場合、前方エリア2の車載機器間における冷熱の移動にて、車載機器の動作温度が適切な温度範囲内となるように試みる。従って、車載機器の動作温度が適切な温度範囲外となったとき、中央エリア1の空調装置30が当該車載機器の温調を行なわなくとも済む場合があり得るので、空調装置30における消費電力の増大を抑制することができる。また、FA熱エネルギーマネジメント部15が、CA熱エネルギーマネジメント部14と演算処理速度、演算タイミング、および演算情報の処理や構造の少なくとも1つを同一にして、冷熱量を演算する冷熱演算部と、運動エネルギーマネジメント部12または電力エネルギーマネジメント部13が参照可能な情報に冷熱量を変換する冷熱量変換部とを有するように構成すれば、熱エネルギーの緩い変化と運動エネルギーまたは電力エネルギーの早い変化の制御対象の特性や制御精度の違いを吸収することができる。
As described above, according to the vehicle energy management system of the present embodiment, when the operating temperature of at least one vehicle-mounted device in the
そして、前方エリア2に関連する複数の車載機器間での冷熱の移動では、車載機器の動作温度を適切な温度範囲内まで変化させることができない場合は、中央エリア1の空調装置30を利用して、中央エリア1と前方エリア2との間にて移動させる冷熱量を発生させる。ただし、この場合、CA熱エネルギーマネジメント部14は、原則として、余剰冷熱量の範囲で移動させる冷熱量を発生させる。従って、前方エリア2の車載機器の温調のために、車室内の空調状態が影響を受けることを抑制することができる。
When the operating temperature of the on-vehicle equipment cannot be changed to within an appropriate temperature range when transferring cold heat between multiple on-board devices related to the
後方エリア3に関連する車載機器として、インバータ32に高電圧を供給するとともに、インバータ32によって直流に変換された回生電力を蓄電する高圧バッテリ33、および高圧バッテリ33が発生する高電圧を降圧して、図示しない低圧(例えば、12V)バッテリに供給するDCDCコンバータ34が設けられている。
On-vehicle equipment related to the
高圧バッテリ33と、DCDCコンバータ34とは、上述した前方エリア2のエンジン31とインバータ32と同様に、それぞれ冷却回路を有している。これらの冷却回路は、相互に冷却水を連通させることが可能に構成されている。これにより、高圧バッテリ33とDCDCコンバータ34との間で、各々の冷却回路の冷却水を介して冷熱を移動させることが可能となっている。なお、冷却回路は、主として高圧バッテリ33を冷却しつつ、切換バルブ等によって、必要時にDCDCコンバータ34の冷却経路にも冷却液を流通させるものであってもよい。
The high-
高圧バッテリ33およびDCDCコンバータ34は、電力制御ユニット(PCU)23によって制御される。PCU23は、高圧バッテリ33の発生電圧や入出力電流に基づいて高圧バッテリ33の充電量(SOC)を算出し、電力エネルギーマネジメント部13に出力する。また、PCU23は、高圧バッテリ33を構成する各電池セルの充電電圧のばらつきを抑制するため、各電池セルの均等化処理を実行する。さらに、PCU23は、各車載機器の稼働状態、低電圧バッテリの充電状態等に基づいて、電力エネルギーマネジメント部13からDCDCコンバータ34による変換指示を受けると、DCDCコンバータ34を動作させて、低電圧バッテリを充電する。
また、PCU23は、高圧バッテリ33の動作温度が適切な温度範囲(例えば、60度以下)となるように、高圧バッテリ33の冷却回路の動作を制御するとともに、DCDCコンバータ34の動作温度が適切な温度範囲となるように、DCDCコンバータ34の冷却回路の動作を制御する。
Further, the
RA熱エネルギーマネジメント部16は、PCU23と通信して、高圧バッテリ33およびDCDCコンバータ34の動作温度に関する情報を取得する。RA熱エネルギーマネジメント部16は、取得した高圧バッテリ33およびDCDCコンバータ34の動作温度に関する情報に基づいて、少なくとも一方の動作温度が適正温度範囲を超えているか否か判定する。この判定において、高圧バッテリ33およびDCDCコンバータ34の少なくとも一方の動作温度が適正温度範囲外であると判定すると、RA熱エネルギーマネジメント部16は、上述した冷却回路の冷却水を相互に連通させて冷熱を移動させることにより、それぞれの動作温度が適切な温度範囲内となるように管理する。
The RA thermal energy management unit 16 communicates with the
さらに、RA熱エネルギーマネジメント部16は、上述したFA熱エネルギーマネジメント部15と同様に、後方エリア3の車載機器間での冷熱の移動では、適正温度範囲を超えた車載機器の動作温度を適切な温度範囲内まで変化させることができない場合、CA熱エネルギーマネジメント部14へ、事前に通知された余剰冷熱量の範囲内の不足冷熱量を通知する。さらに、RA熱エネルギーマネジメント部16は、中央エリア1の空調装置30から提供される不足冷熱量を受け入れる処理を実行する。またRA熱エネルギーマネジメント部16も、CA熱エネルギーマネジメント部14と演算処理速度、演算タイミング、および演算情報の処理や構造の少なくとも1つを同一にして、冷熱量を演算する冷熱演算部と、運動エネルギーマネジメント部12または電力エネルギーマネジメント部13が参照可能な情報に冷熱量を変換する冷熱量変換部とを有するように構成することが好ましい。
Furthermore, similar to the FA thermal
図2において、目標設定部10は、車両の乗員による運転操作、車両の周囲の状況(走行道路、周囲の障害物、外気温度など)、各種の車載機器に対する設定操作などに基づいて、車両の挙動に関する目標値(例えば、車両の走行ルート、目標速度、目標加減速度、目標操舵角など)、および目標とする車室の設定温度などを決定する。統括エネルギーマネジメント部11は、目標設定部10によって決定された各種の目標値を、運動エネルギーマネジメント部12、電力エネルギーマネジメント部13、および各熱エネルギーマネジメント部14~16に振り分けて出力する。さらに、統括エネルギーマネジメント部11は、運動エネルギーマネジメント部12、電力エネルギーマネジメント部13、および各熱エネルギーマネジメント部14~16による各種の制御の調停を行う。
In FIG. 2, the
例えば、運動エネルギーマネジメント部12は、車両の目標速度や目標加減速度に基づいて、それらを達成するために最もエネルギー効率のよい目標エンジントルクおよび目標モータトルク、あるいは走行モータによる目標回生トルクと機械ブレーキによる目標制動トルクを算出する。一方、電力エネルギーマネジメント部13は、高圧バッテリ33の充電量、車両の走行ルート、各種車載機器の稼働状態などに基づいて、高圧バッテリ33から提供可能な電力量、および高圧バッテリ33に充電可能な電力量を算出する。統括エネルギーマネジメント部11は、運動エネルギーマネジメント部12によって算出された目標モータトルクに対して高圧バッテリ33の充電量が不足していたり、目標回生トルクに対して高圧バッテリの充電可能量が不足していたりすると、運動エネルギーマネジメント部12に対して、高圧バッテリ33の充放電可能な範囲でモータトルクや回生トルクを設定するように調停を行う。
For example, based on the target speed and target acceleration/deceleration of the vehicle, the kinetic
次に、図3を参照して、エンジン31とインバータ32との各冷却回路、およびそれらの冷却回路を制御するための構成の一例について説明する。なお、高圧バッテリ33およびDCDCコンバータ34の冷却のための構成は、エンジン31およびインバータ32の冷却のための構成とほぼ同様に構成しえるため、説明を省略する。
Next, with reference to FIG. 3, an example of each cooling circuit for the
エンジン31の冷却回路には、第1電動ウオーターポンプ40、第1温度センサ41、第1三方弁42、および、エンジンラジエータ43が設けられている。第1温度センサ41は、エンジン31の冷却回路を循環する冷却水の温度を検出して、ECU21に出力する。ECU21は、第1温度センサ41によって検出された冷却水温度に基づいて、第1電動ウオーターポンプ40を駆動し、エンジン31のウオータージャケットを含む冷却回路を循環する冷却水の水量を制御する。なお、従来のように、第1電動ウオーターポンプ40をエンジン31によって駆動されるウオーターポンプとし、さらに、サーモスタットによってエンジンラジエータ43を迂回する経路に冷却水を流通させるように構成してもよい。第1三方弁42は、FA熱エネルギーマネジメント部15によって駆動され、エンジン31の冷却回路とインバータ32の冷却回路との間で移動される冷熱量に応じた流量の冷却水をエンジン31の冷却回路からインバータ32の冷却回路に流動させる。エンジンラジエータ43は、エンジンルーム内の車両の前方先端側に設けられ、エンジンラジエータ43を通過する走行風と冷却水とを熱交換して、冷却水を冷却する。エンジンラジエータ43の近傍には第1ラジエータファン44が設けられている。第1ラジエータファン44は、車両が停止したときなどにECU21によって駆動され、強制的にエンジンラジエータ43に冷却風を送り込む。
The cooling circuit of the
インバータ32の冷却回路も、エンジン31の冷却回路とほぼ同様に構成される。インバータ32の冷却回路には、第2電動ウオーターポンプ45、第2温度センサ46、第2三方弁47、および、インバータラジエータ48が設けられている。第2温度センサ46は、インバータ32の冷却回路を循環する冷却水の温度を検出して、HCU22に出力する。HCU22は、第2温度センサ46によって検出された冷却水温度に基づいて、第2電動ウオーターポンプ45を駆動し、インバータ32の冷却回路を循環する冷却水の水量を制御する。第2三方弁47は、FA熱エネルギーマネジメント部15によって駆動され、エンジン31の冷却回路とインバータ32の冷却回路との間で移動される冷熱量に応じた流量の冷却水をインバータ32の冷却回路からエンジン31の冷却回路に流動させる。インバータラジエータ48は、エンジンラジエータ43に隣接してエンジンルーム内の車両の前方先端側に設けられ、インバータラジエータ48を通過する走行風と冷却水とを熱交換して、冷却水を冷却する。インバータラジエータ48の近傍には第2ラジエータファン49が設けられている。第2ラジエータファン49は、車両が停止したときなどにHCU22によって駆動され、強制的にインバータラジエータ48に冷却風を送り込む。
The cooling circuit of the
次に、図4を参照して、空調装置30の構成の一例、および、空調装置30からエンジン31の冷却回路に冷熱を移動させるための構成の一例について説明する。なお、後方エリア3の高圧バッテリ33の冷却回路も、空調装置30から冷熱を移動可能に構成されるが、図4の構成と同様であるため、説明を省略する。
Next, with reference to FIG. 4, an example of the configuration of the
空調装置30は、車室内の空調のための主冷媒回路を有する。主冷媒回路は、電動コンプレッサ50、室内空調用コンデンサ51、第1減圧装置52、第1開閉弁53、室外熱交換器54、第2減圧装置55、第2開閉弁56、室内空調用エバポレータ57、および、アキュムレータ58を有する。さらに、空調装置30は、上述した主冷媒回路に加えて、エンジン31の冷却回路に冷熱を移動させるための冷熱移動用冷媒回路を有する。冷熱移動用冷媒回路は、第1三方弁59,第2三方弁60、第3減圧装置61、チラー62、第4減圧装置63、および第3開閉弁64を有する。空調装置30は、さらに、ブロワ65、エアミックスドア66などを有する。
The
ACU20は、空調装置30による暖房、冷房、除湿暖房などの運転モードを切り替えるとともに、エンジン31の冷却回路へ移動させる冷熱量を制御する。例えば、ACU20は、室内暖房時、第1開閉弁53を閉状態、第2開閉弁56を開状態に切り換える。ACU20によって電動コンプレッサ50が駆動されると、アキュムレータ58の低温、低圧の冷媒ガスが電動コンプレッサ50によって圧縮され、高温、高圧となる。この高温、高圧の冷媒ガスが室内空調用コンデンサ51に入り、ブロワ65によって送風された空気と熱交換することで凝縮熱を室内に放出する。これにより、車室内が暖房される。凝縮された冷媒は、第1減圧装置52で減圧され、低温、低圧となる。この低温、低圧の冷媒が、室外熱交換器54を通ることで、大気から熱を吸収して蒸発し、冷媒ガスとなる。この冷媒ガスは、第2開閉弁56が開状態であるため、第2開閉弁56を介してアキュムレータ58に戻る。
The
室内冷房時、ACU20は、エアミックスドア66を、空気が室内空調用コンデンサ51を通らない位置に設定するとともに、第1開閉弁53を開状態、第2開閉弁56を閉状態に切り換える。この場合、電動コンプレッサ50によって圧縮され、高温、高圧となった冷媒ガスは、室内空調用コンデンサ51に入るが、ブロワ65によって送風された空気と熱交換されず、室内空調用コンデンサ51では凝縮されない。さらに、第1開閉弁53が開いているので、冷媒ガスは、第1減圧装置52を通らずに室外熱交換器54に入って、室外熱交換器54において凝縮される。その後、第2開閉弁56が閉じているので、凝縮された冷媒は、第2減圧装置55によって減圧され、低温、低圧となる。この低温、低圧の冷媒が室内空調用エバポレータ57で蒸発することにより、ブロワ65によって送風される空気を冷却する。その後、冷媒ガスは、アキュムレータ58に戻る。
During indoor cooling, the
除湿暖房時、ACU20は、第1開閉弁53を閉状態、第2開閉弁56も閉状態に切り換える。この場合、電動コンプレッサ50によって圧縮され、高温、高圧となった冷媒ガスは、室内空調用コンデンサ51において、ブロワ65によって送風された空気と熱交換することで、車室内を暖房する。室内空調用コンデンサ51を通過した冷媒は、第1減圧装置52で減圧された後、室外熱交換器54に入る。室外熱交換器54は、冷媒の温度が外気温度よりも高ければ凝縮器として働き、外気温度よりも低ければ蒸発器として働く。冷媒は、さらに、第2減圧装置55によって減圧された後、室内空調用エバポレータ57に入る。室内空調用エバポレータ57において、冷媒は、露点温度以下まで空気を冷却することにより、送風される空気を除湿する。
During dehumidification and heating, the
上述した各運転モードにおいて、ACU20は、必要な冷房能力、暖房能力、あるいは除湿暖房能力が得られるように、電動コンプレッサ50の駆動回転数を可変する。換言すれば、車室内の空調状態を目標とする状態に維持するために僅かな冷房能力、暖房能力、あるいは除湿暖房能力しか必要とされない場合、ACU20は電動コンプレッサ50の駆動回転数を低下させて、吐出する冷媒量を減少させる。このように電動コンプレッサ50の駆動回転数を可変することにより、消費電力の低減を図ることができる。
In each of the above-mentioned operation modes, the
また、ACU20は、CA熱エネルギーマネジメント部14からの冷熱量の移動の指示に従って、エンジン31の冷却回路に、指示された冷熱量を提供するための処理を実行する。例えば、CA熱エネルギーマネジメント部14から冷熱量として加熱量が指示された場合、ACU20は、その加熱量に対応する冷媒量が得られるように、電動コンプレッサ50の駆動回転数を上昇させる。ACU20は、電動コンプレッサ50の駆動回転数の上昇により増加した冷媒量が、チラー62に流れるように、第1三方弁59の開度を調整する。チラー62は、冷熱移動用冷媒回路を流れる冷媒と、エンジン31の冷却回路の冷却水とを熱交換するためのものである。FA熱エネルギーマネジメント部15が、不足冷熱量受入処理として、エンジン31の冷却回路における開閉弁67を開くことにより、チラー62に、エンジン31の冷却水が流れる。従って、チラー62において、冷熱移動用冷媒回路を流れる高温、高圧の冷媒により、エンジン31の冷却水を加熱することができる。指示された加熱量に見合う時間が経過すると、ACU20は、第1三方弁59の冷熱移動用冷媒回路への流路を閉じるとともに、電動コンプレッサ50の駆動回転数を元の回転数まで低下させる。チラー62から流出した冷媒は、第4減圧装置63によって減圧された後に、アキュムレータ58に戻される。
Further, the
CA熱エネルギーマネジメント部14から冷熱量として冷却量が指示された場合、ACU20は、その冷却量に対応する冷媒量が得られるように、電動コンプレッサ50の駆動回転数を上昇させる。ACU20は、室外熱交換器54の下流側において、電動コンプレッサ50の駆動回転数の上昇により増加した冷媒量が、冷熱移動用冷媒回路に分流されるように、第2三方弁60の開度を調整する。冷熱移動用冷媒回路に分流された冷媒は、第3減圧装置61によって減圧された後、チラー62に流入する。従って、チラー62において、冷熱移動用冷媒回路を流れる低温、低圧の冷媒により、エンジン31の冷却水を冷却することができる。指示された冷却量に見合う時間が経過すると、ACU20は、第2三方弁60の冷熱移動用冷媒回路への流路を閉じるとともに、電動コンプレッサ50の駆動回転数を元の回転数まで低下させる。チラー62から流出した冷媒は、第4減圧装置63と並列に設けられた第3開閉弁64を介してアキュムレータ58に流れる。
When the CA thermal
なお、例えば、インバータ32の動作温度が適正温度範囲を超え、インバータ32の冷却回路において冷却量が不足する場合、FA熱エネルギーマネジメント部15は、不足冷熱量受入処理として、一旦、エンジン31の冷却回路に移動された冷却量を、さらに、インバータ32の冷却回路へ移動させるため、第1および第2三方弁42、47を開弁する処理を実行する。また、インバータ32の冷却回路も、エンジンの冷却回路と同様に、空調装置30の冷媒と熱交換可能に構成して、エンジン31の冷却回路を介することなく、直接的に空調装置30から冷熱を移動可能としてもよい。
For example, if the operating temperature of the
上述した構成の空調装置30は、室内空調用コンデンサ51を設けることにより、車室内の冷房、暖房、および除湿暖房も可能に構成された。しかしながら、例えば、特許文献1のように、空調装置30のダクト内に、エンジン31の冷却水と熱交換するヒータコアを設けて、室内空調用コンデンサを廃止した構成を採用してもよい。さらに、エンジン31の冷却水と熱交換するヒータコアと、室内空調用コンデンサ51の両方を設けてもよい。
The
次に、車載機器の温調を省電力にて実施するための処理に関して、図5及び図6のフローチャートを参照しつつ説明する。図5は、FA熱エネルギーマネジメント部15が実行する処理を示すフローチャートであり、図6は、CA熱エネルギーマネジメント部14が実行する処理を示すフローチャートである。
Next, processing for controlling the temperature of on-vehicle equipment in a power-saving manner will be described with reference to the flowcharts of FIGS. 5 and 6. FIG. 5 is a flowchart showing the processing executed by the FA thermal
図5のステップS100において、FA熱エネルギーマネジメント部15は、ECU21およびHCU22から、エンジン31およびインバータ32の動作温度を取得する。ステップS105では、CA熱エネルギーマネジメント部14から、車両の周囲温度(外気温度)を取得する。さらに、ステップS110において、CA熱エネルギーマネジメント部14から、空調装置30の余剰冷熱量を受信する。
In step S100 of FIG. 5, the FA thermal
ステップS115では、FA熱エネルギーマネジメント部15は、エンジン31とインバータ32との少なくとも一方が適正温度範囲外か否かを判定する。なお、上述したように、ECU21およびHCU22は、エンジン31およびインバータ32の動作温度が適切な温度範囲となるように、それぞれの冷却回路を動作させる。しかし、車両の走行状態によっては、エンジン31とインバータ32との少なくとも一方の動作温度が適切な温度範囲外となる可能性もある。ステップS115において、エンジン31とインバータ32の双方とも適正温度範囲内と判定した場合には、ステップS100の処理に戻る。一方、エンジン31とインバータ32との少なくとも一方が適正温度範囲外と判定した場合には、ステップS120の処理に進む。
In step S115, the FA thermal
ステップS120では、適正温度範囲外と判定した車載機器の動作温度を適正温度範囲内とするために必要な冷熱量を算出する。この必要冷熱量は、実際の動作温度と適正温度範囲との温度差と、適正温度範囲外と判定した車載機器の熱容量とから算出することができる。なお、この必要冷熱量に応じた冷熱を実際に移動させるときの周囲への放出分を周囲温度に基づいて算出し、これを損失分として必要冷熱量を補正してもよい。 In step S120, the amount of cooling energy required to bring the operating temperature of the in-vehicle equipment determined to be outside the appropriate temperature range to within the appropriate temperature range is calculated. This required amount of cooling heat can be calculated from the temperature difference between the actual operating temperature and the appropriate temperature range, and the heat capacity of the vehicle-mounted equipment determined to be outside the appropriate temperature range. Note that the amount released to the surroundings when the cold energy corresponding to the required amount of cold energy is actually transferred may be calculated based on the ambient temperature, and the required amount of cold energy may be corrected using this as a loss.
ステップS125では、適正温度範囲外と判定された車載機器の動作温度を適正温度範囲に近づけるために、エンジン31とインバータ32との間で冷熱の移動が有効であるか否かを判定する。例えば、エンジン31とインバータ32の両方の動作温度が適正温度範囲の上限を超えていた場合、エンジン31とインバータ32との間で冷熱を移動させても、エンジン31とインバータ32の両方を適正温度範囲に近づけることはできない。このような場合、エンジン31とインバータ32との間での冷熱の移動は有効ではないと判定される。一方、エンジン31とインバータ32の両方が適正温度範囲外であっても、例えば、エンジン31の動作温度が適正温度範囲の下限以下であり、インバータ32の動作温度が適正温度範囲の上限以上である場合には、エンジン31とインバータ32との間で冷熱を移動させることにより、両方を適正温度範囲に近づけることができる。また、一方の動作温度が適正温度範囲内で、まだ上限温度まで余裕があり、他方の動作温度が適正温度範囲の上限を超えている場合にも、エンジン31とインバータ32との間で冷熱を移動させることにより、両方を適正温度範囲に近づけることができる。従って、このような場合は、エンジン31とインバータ32との間での冷熱の移動は有効と判定される。
In step S125, it is determined whether or not the transfer of cold heat between the
ステップS125において、エンジン31とインバータ32との間での冷熱の移動が有効と判定した場合ステップS130の処理に進み、一方、エンジン31とインバータ32との間での冷熱の移動が有効ではないと判定した場合ステップS145の処理に進む。
In step S125, if it is determined that the transfer of cold energy between the
ステップS130では、ステップS120にて算出した必要冷熱量に応じた冷媒流量が流れるように、FA熱エネルギーマネジメント部15は、第1三方弁42および第2三方弁47の開度を調節する。これにより、エンジン31の冷却回路とインバータ32の冷却回路間で冷却水が相互に連通する。従って、冷却水温度の低い冷却回路から冷却水温度の高い冷却回路へ冷却量を移動させることができる。換言すれば、冷却水温度の高い冷却回路から冷却水温度の低い冷却回路へ加熱量を移動させることができる。
In step S130, the FA thermal
続くステップS135では、エンジン31とインバータ32との間の冷熱の移動により、適正温度範囲外となっていた少なくとも一方の動作温度が、適正温度範囲に達したか否かを判定する。この判定において、適正温度範囲に達したと判定すると、ステップS100の処理に戻る。一方、適正温度範囲に達していないと判定すると、ステップS140の処理に進む。
In the following step S135, it is determined whether or not the operating temperature of at least one of the
ステップS140では、エンジン31とインバータ32との間の冷熱移動後のそれぞれの動作温度とそれぞれの適正温度範囲との温度差などに基づいて、不足する冷熱量を算出する。そして、ステップS145の処理に進む。なお、ステップS125において、エンジン31とインバータ32との間での冷熱移動が有効ではないと判定されて、ステップS145の処理に進んだ場合、ステップS120にて算出した必要冷熱量が、不足冷熱量とみなされる。
In step S140, the amount of cold heat that is insufficient is calculated based on the temperature difference between the respective operating temperatures after the cold heat transfer between the
ステップS145では、エンジン31とインバータ32との少なくとも一方の動作温度が、適正温度範囲の上限温度よりも高い所定の限界温度以上であるか否かを判定する。所定の限界温度以上と判定した場合には、エンジン31やインバータ32が損傷したり、その動作が大幅に制限されたりする可能性がある。このため、空調装置30の余剰冷熱量の多少に拘らず、空調装置30から不足冷熱量を受け入れるべく、ステップS160の処理に進む。一方、所定の限界温度以上ではないと判定した場合には、ステップS150の処理に進む。
In step S145, it is determined whether the operating temperature of at least one of the
ステップS150では、適正温度範囲とするために不足する冷熱量が、空調装置30の余剰冷熱量以下であるか否かを判定する。この判定において、不足冷熱量が余剰冷熱量以下であると判定した場合、ステップS155の処理に進む。一方、不足冷熱量が余剰冷熱量よりも大きいと判定した場合、空調装置30から冷熱量を受け入れる処理を行わず、ステップS100の処理に戻る。ステップS155では、FA熱エネルギーマネジメント部15は、不足冷熱量をCA熱エネルギーマネジメント部14へ通知する。このように、FA熱エネルギーマネジメント部15は、CA熱エネルギーマネジメント部14によって算出された余剰冷熱量に基づいて、不足する冷熱量が中央エリア1の空調装置30から確保可能と判断した場合に、CA熱エネルギーマネジメント部14へ不足する冷熱量を通知する。
In step S<b>150 , it is determined whether the amount of cold energy that is insufficient to maintain the appropriate temperature range is equal to or less than the amount of surplus cold energy of the
ステップS160では、FA熱エネルギーマネジメント部15は、中央エリア1の空調装置30から提供される不足冷熱量を受け入れる処理を実行する。具体的には、図4を参照して説明したように、エンジン31の冷却回路における開閉弁67を開く。これにより、チラー62に、エンジン31の冷却水が流れる。この結果、チラー62において、空調装置30の冷熱移動用冷媒回路を流れる冷媒から、エンジン31の冷却水へ冷熱を移動させることができる。なお、前方エリア2において、インバータ32の冷却回路において冷熱量が不足している場合には、FA熱エネルギーマネジメント部15は、さらに、不足冷熱量受入処理として、第1および第2三方弁42、47を開弁して、エンジン31の冷却回路に移動された冷熱量をインバータ32の冷却回路へ移動させる。
In step S160, the FA thermal
図6のステップS200において、CA熱エネルギーマネジメント部14は、統括エネルギーマネジメント部11を介して、目標設定部10から目標とする車室の設定温度を取得する。また、ステップS210において、CA熱エネルギーマネジメント部14は、ACU20から車室温度および車外温度(外気温度)を取得する。そして、ステップS220において、CA熱エネルギーマネジメント部14は、車室設定温度、車室温度、および車外温度に基づいて、空調装置30の余剰冷熱量を算出する。ステップS230では、CA熱エネルギーマネジメント部14は、算出した余剰冷熱量をFA熱エネルギーマネジメント部15およびRA熱エネルギーマネジメント部16に通知する。
In step S<b>200 in FIG. 6 , the CA thermal
ステップS240では、CA熱エネルギーマネジメント部14は、FA熱エネルギーマネジメント部15および/またはRA熱エネルギーマネジメント部16から不足冷熱量を受信したか否かを判定する。CA熱エネルギーマネジメント部14は、不足冷熱量を受信したと判定した場合、ステップS250の処理に進み、不足冷熱量を受信していないと判定した場合、ステップS200の処理に戻る。ステップS250では、CA熱エネルギーマネジメント部14は、上述した不足冷熱量を提供する処理を実行する。
In step S240, the CA thermal
上述したように、CA熱エネルギーマネジメント部14において余剰冷熱量が算出され、その余剰冷熱量が、事前にFA熱エネルギーマネジメント部15およびRA熱エネルギーマネジメント部16に通知される。FA熱エネルギーマネジメント部15およびRA熱エネルギーマネジメント部16は、原則として、不足冷熱量が余剰冷熱量以下である場合に、不足冷熱量をCA熱エネルギーマネジメント部14へ通知する。従って、CA熱エネルギーマネジメント部14は、原則として、余剰冷熱量の範囲で移動させる冷熱量を発生させることができる。このため、前方エリア2の車載機器の温調のために、車室内の空調状態が影響を受けることを抑制することができる。
As described above, the CA thermal
ただし、前方エリア2および後方エリア3に関連する車載機器の動作温度が所定の限界温度を超えた場合には、その車載機器が損傷したり、その動作が大幅に制限されたりする可能性がある。従って、この場合は、不足冷熱量が空調装置30の余剰冷熱量より大きくても、その不足冷熱量をCA熱エネルギーマネジメント部14に通知する。この通知に応じて、CA熱エネルギーマネジメント部14は、室温調整よりも不足冷熱量の提供を優先するように、空調装置30を制御するACU20に指示する。これにより、空調装置30から余剰冷熱量を超える不足冷熱量を提供することが可能となる。また、運動エネルギーマネジメント部12や電力エネルギーマネジメント部13は、熱エネルギーマネジメントの対象となる主要な装備が搭載されるエリアに集約して(例えば、熱エネルギー管理部と同じ制御装置内に)実装すれば、各エネルギーマネジメント部の開発が当該エリアに閉じて可能になり、エネルギー毎に開発されたシステムと車上のエリア毎に開発されたシステムが同一化、車両の製造要因から好ましいエリア毎の個別の開発を実現することができる。一方、冷熱量変換部を各熱エネルギーマネジメント部14~16に設けるのではなく、運動エネルギーマネジメント部12や電力エネルギーマネジメント部13と各冷熱量変換部を一体化し各エネルギーの制御装置を別に(例えば、各エネルギーマネジメントの対象となる主要な装備が配置されるエリアに)設ければ、エネルギーマネジメント部の開発と車両エリア毎の製造を分離し、同時並行開発を容易にすることができる。
However, if the operating temperature of in-vehicle equipment related to
(第2実施形態)
次に、本開示の第2実施形態に係る車両用エネルギーマネジメントシステムについて説明する。本実施形態に係る車両用エネルギーマネジメントシステムは、第1実施形態に係る車両用エネルギーマネジメントシステムと同様に構成される。従って、本実施形態に係る車両用エネルギーマネジメントシステムの構成についての説明は省略する。
(Second embodiment)
Next, a vehicle energy management system according to a second embodiment of the present disclosure will be described. The vehicle energy management system according to this embodiment is configured in the same manner as the vehicle energy management system according to the first embodiment. Therefore, a description of the configuration of the vehicle energy management system according to this embodiment will be omitted.
上述した第1実施形態に係る車両用エネルギーマネジメントシステムは、エンジン31およびインバータ32などの車載機器の実際の動作温度が適正温度範囲を超えた場合に、エンジン31の冷却回路とインバータ32の冷却回路との間で冷熱を移動したり、空調装置30から不足冷熱量を移動させたりするものであった。
In the vehicle energy management system according to the first embodiment described above, when the actual operating temperature of in-vehicle equipment such as the
それに対して、本実施形態に係る車両用エネルギーマネジメントシステムは、車両が走行予定ルートを走行したときのエンジン31およびインバータ32などの車載機器の動作温度変化を推定し、その推定した動作温度変化に基づき、空調装置30から調達する必要がある不足冷熱量の計画を作成する。そして、作成した計画に従って、CA熱エネルギーマネジメント部14が不足冷熱量の提供処理を実行するとともに、FA熱エネルギーマネジメント部15および/またはRA熱エネルギーマネジメント部16が、不足冷熱量の受入処理を実行する。これにより、エンジン31やインバータ32などの車載機器の動作温度が変化を事前に推定して、不足冷熱量の移動を行うことができるので、車載機器の動作温度の過度の変化を抑制することが可能となる。
In contrast, the vehicle energy management system according to the present embodiment estimates the operating temperature changes of the on-vehicle devices such as the
なお、第1実施形態に係る車両用エネルギーマネジメントシステムと第2実施形態に係る車両用エネルギーマネジメントシステムとは、相反するものではなく補完するものであるため、組み合わせて実施しても良い。 Note that the vehicle energy management system according to the first embodiment and the vehicle energy management system according to the second embodiment are not contradictory but complementary, and therefore may be implemented in combination.
図7は、本実施形態のFA熱エネルギーマネジメント部15が実行する処理を示すフローチャートであり、図8は、本実施形態のCA熱エネルギーマネジメント部14が実行する処理を示すフローチャートである。なお、RA熱エネルギーマネジメント部16も、図7のフローチャートと同様の処理を実行することができる。
FIG. 7 is a flowchart showing the processing executed by the FA thermal
図7のSステップ300において、FA熱エネルギーマネジメント部15は、例えば、図示しないナビゲーション装置から車両の走行予定ルートに関する情報を取得し、取得した走行予定ルートを車両が走行したときのエンジン31およびインバータ32の動作温度変化を推定する。ステップS305では、CA熱エネルギーマネジメント部14から、空調装置30の余剰冷熱量の将来予測を受信する。
In step S 300 of FIG. 7, the FA thermal
ステップS310では、FA熱エネルギーマネジメント部15は、推定したエンジン31およびインバータ32の動作温度変化に基づいて、エンジン31とインバータ32との少なくとも一方の動作温度が適正温度範囲を超える可能性がある走行予定ルートの箇所を、走行予定ルートのスタート地点からゴール地点に向けて、順番に特定する。ステップS315では、走行ルートの、特定された1箇所を対象として、適正温度範囲を超える可能性がある車載機器の動作温度を適正温度範囲内に維持するために必要な推定冷熱量を算出する。この推定冷熱量は、例えば、推定した動作温度変化の最大値(または最小値)と適正温度範囲の上限(または下限)との温度差と、車載機器の熱容量とから算出することができる。なお、走行予定ルートに適正温度範囲を超える可能性がある箇所がなければ、当該走行予定ルートの不足冷熱量の計画はすべてゼロとすればよい。
In step S310, the FA thermal
ステップS320では、FA熱エネルギーマネジメント部15は、ステップS315にて推定された冷熱量が同じエリア内で確保可能であるか否かを判定する。例えば、エンジン31の動作温度は適正温度範囲を超える可能性があるが、インバータ32の動作温度が十分に低ければ、FA熱エネルギーマネジメント部15は、推定された冷熱量を同じエリア内で確保可能であると判定することができる。推定冷熱量を同じエリア内で確保可能と判定した場合、ステップS345の処理に進む。一方、推定冷熱量を同じエリア内で確保できないと判定した場合、ステップS325の処理に進む。
In step S320, the FA thermal
ステップS325では、エンジン31とインバータ32との間の冷熱移動後のそれぞれの動作温度とそれぞれの適正温度範囲との温度差、あるいは、エンジン31とインバータ32との間で冷熱移動ができない場合には、冷熱移動なしでのエンジン31とインバータ32のそれぞれの動作温度とそれぞれの適正温度範囲との温度差に基づいて、不足する冷熱量を算出する。
In step S325, the temperature difference between the respective operating temperatures after the cold heat transfer between the
続くステップS330では、エンジン31とインバータ32との少なくとも一方の動作温度変化の最大値が、適正温度範囲の上限温度よりも高い所定の限界温度以上であるか否かを判定する。所定の限界温度以上と判定した場合には、エンジン31やインバータ32が損傷したり、その動作が大幅に制限されたりする可能性がある。このため、空調装置30の余剰冷熱量の多少に拘らず、空調装置30から不足冷熱量を受け入れるべく、ステップS340の処理に進む。一方、所定の限界温度以上ではないと判定した場合には、ステップS335の処理に進む。
In the subsequent step S330, it is determined whether the maximum value of the operating temperature change of at least one of the
ステップS335では、ステップS305において受信した余剰冷熱量の将来予測に基づいて、適正温度範囲とするために不足する冷熱量が、空調装置30の余剰冷熱量以下であるか否かを判定する。この判定において、不足冷熱量が余剰冷熱量以下であると判定した場合、ステップS340の処理に進む。一方、不足冷熱量が余剰冷熱量よりも大きいと判定した場合、空調装置30から冷熱量が提供されないようにするため、ステップS340の処理をスキップして、ステップS345の処理に進む。ステップS340では、算出した不足冷熱量を、走行予定ルートに対する不足冷熱量計画に組み入れる。その後、ステップS345の処理に進む。
In step S335, based on the future prediction of the surplus cold energy received in step S305, it is determined whether the insufficient cold energy to maintain the appropriate temperature range is less than or equal to the surplus cold energy of the
ステップS345では、ステップS310において、走行予定ルートのスタート地点からゴール地点に向けて順番に特定された、エンジン31とインバータ32との少なくとも一方の動作温度が適正温度範囲を超える可能性があるすべての箇所の判定が完了したか否かを判定する。すべての箇所の判定が完了していないと判定すると、ステップS310の処理に戻り、残っている箇所の判定を実行する。一方、すべての箇所の判定が完了したと判定すると、ステップS350の処理に進む。
In step S345, all the operating temperatures of at least one of the
ステップS350において、FA熱エネルギーマネジメント部15は、走行予定ルートに対する不足冷熱量計画を確定する。ステップS355において、FA熱エネルギーマネジメント部15は、不足冷熱量の計画をCA熱エネルギーマネジメント部14へ通知する。これにより、CA熱エネルギーマネジメント部14は、原則として余剰冷熱量の範囲で、不足冷熱量の計画に従って、前方エリア2のエンジン31の冷却回路に移動させる冷熱量を発生させることができるようになる。ステップS360では、FA熱エネルギーマネジメント部15は、不足冷熱量の計画に従って、空調装置30から提供される不足冷熱量を受け入れる処理を実行する。
In step S350, the FA thermal
図8のステップS400において、CA熱エネルギーマネジメント部14は、統括エネルギーマネジメント部11を介して、目標設定部10から目標とする車室の設定温度を取得する。ステップS410において、CA熱エネルギーマネジメント部14は、例えば、図示しない外部サーバから、走行予定ルートの各所の外気温度に関する情報を取得する。そして、ステップS420において、CA熱エネルギーマネジメント部14は、車室設定温度、車室温度、および走行予定ルートの外気温度に基づいて、車両が走行予定ルートを走行したときの空調装置30の余剰冷熱量の将来予測を算出する。ステップS430では、CA熱エネルギーマネジメント部14は、算出した余剰冷熱量の将来予測をFA熱エネルギーマネジメント部15およびRA熱エネルギーマネジメント部16に通知する。
In step S400 of FIG. 8, the CA thermal
ステップS440では、CA熱エネルギーマネジメント部14は、FA熱エネルギーマネジメント部15およびRA熱エネルギーマネジメント部16から不足冷熱量の計画を受信する。そして、ステップS450において、CA熱エネルギーマネジメント部14は、受信した不足冷熱量の計画に従って、不足冷熱量を提供する処理を実行する。
In step S440, the CA thermal
なお、上述した第2実施形態では、主として、中央エリア1の空調装置30から、車載機器としてエンジン31およびインバータ32を有する前方エリア2へ、不足冷熱量の計画に従って、冷熱を移動させる例について説明した。
The second embodiment described above mainly describes an example in which cold energy is transferred from the
高圧バッテリ33を有する後方エリア3について簡単に説明すると、高圧バッテリ33は、車両が走行するとき、走行用モータへの電力の供給および走行用モータによって発電された回生電力の充電により、充放電される二次電池である。RA熱エネルギーマネジメント部16は、車両の走行予定ルートに基づき、車両が走行予定ルートを走行する際に発生する充放電量から、高圧バッテリ33の将来の動作温度変化を推定する。そして、RA熱エネルギーマネジメント部16は、推定した動作温度変化に基づき、高圧バッテリ33の動作温度を適正な温度範囲内とするために必要な推定冷熱量を算出する。RA熱エネルギーマネジメント部16は、必要な推定冷熱量が後方エリア3内で確保できないと判断した場合、余剰冷熱量の将来予測の範囲内で、不足推定冷熱量の計画を策定して、CA熱エネルギーマネジメント部14へ通知する。このため、CA熱エネルギーマネジメント部14は、通知された計画に従い、不足冷熱量を中央エリア1の空調装置30から後方エリア3の少なくとも1つの車載機器へ提供することができる。
To briefly explain the
以上、本開示の好ましい実施形態について説明したが、本開示は上述した実施形態になんら制限されることなく、本開示の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することができる。 Although the preferred embodiments of the present disclosure have been described above, the present disclosure is not limited to the embodiments described above, and can be implemented with various modifications without departing from the gist of the present disclosure.
例えば、本明細書に記載の各制御部およびその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供される専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本明細書に記載の各制御部およびその手法は、一つ以上の専用ハードウエア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供される専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本明細書に記載の各制御部及びその手法は、コンピュータプログラムを実行する一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウエア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。 For example, each controller and method described herein may be a dedicated controller provided by configuring a processor and memory programmed to perform one or more functions embodied by a computer program. It may be realized by a computer. Alternatively, each of the controllers and techniques described herein may be implemented by a dedicated computer provided by a processor configured with one or more dedicated hardware logic circuits. Alternatively, each control unit and its method described herein may be configured by a processor and memory programmed to execute one or more functions of executing a computer program, and one or more hardware logic circuits. It may also be implemented by one or more dedicated computers configured in combination with a dedicated processor. The computer program may also be stored as instructions executed by a computer on a computer-readable non-transitory tangible storage medium.
1:中央エリア、2:前方エリア、3:後方エリア、10:目標設定部、11:統括エネルギーマネジメント部、12:運動エネルギーマネジメント部、13:電力エネルギーマネジメント部、14:CA熱エネルギーマネジメント部、15:FA熱エネルギーマネジメント部、16:RA熱エネルギーマネジメント部、20:空調装置制御ユニット、21:エンジン制御ユニット、22:ハイブリッド制御ユニット、23:電力制御ユニット、30:空調装置、31:エンジン、32:インバータ、33:高圧バッテリ、34:DCDCコンバータ、40:第1電動ウオーターポンプ、41:第1温度センサ、42:第1三方弁、43:エンジンラジエータ、44:第1ラジエータファン、45:第2電動ウオーターポンプ、46:第2温度センサ、47:第2三方弁、48:インバータラジエータ、49:第2ラジエータファン、50:電動コンプレッサ、51:室内空調用コンデンサ、52:第1減圧装置、53:第1開閉弁、54:室外熱交換器、55:第2減圧装置、56:第2開閉弁、57:室内空調用エバポレータ、58:アキュムレータ、59:第1三方弁、60:第2三方弁、61:第3減圧装置、62:チラー、63:第4減圧装置、64:第3開閉弁、65:ブロワ、66:エアミックスドア、67:開閉弁 1: Central area, 2: Front area, 3: Rear area, 10: Goal setting department, 11: General energy management department, 12: Kinetic energy management department, 13: Power energy management department, 14: CA thermal energy management department, 15: FA thermal energy management section, 16: RA thermal energy management section, 20: air conditioner control unit, 21: engine control unit, 22: hybrid control unit, 23: power control unit, 30: air conditioner, 31: engine, 32: Inverter, 33: High voltage battery, 34: DCDC converter, 40: First electric water pump, 41: First temperature sensor, 42: First three-way valve, 43: Engine radiator, 44: First radiator fan, 45: 2nd electric water pump, 46: 2nd temperature sensor, 47: 2nd three-way valve, 48: Inverter radiator, 49: 2nd radiator fan, 50: Electric compressor, 51: Indoor air conditioning condenser, 52: 1st pressure reducing device , 53: first on-off valve, 54: outdoor heat exchanger, 55: second pressure reducing device, 56: second on-off valve, 57: indoor air conditioning evaporator, 58: accumulator, 59: first three-way valve, 60: first 2 Three-way valve, 61: Third pressure reducing device, 62: Chiller, 63: Fourth pressure reducing device, 64: Third on-off valve, 65: Blower, 66: Air mix door, 67: On-off valve
Claims (11)
前記第1エリアは、車両の乗員が搭乗する車室エリアであり、当該車室エリアに関連する車載機器(30)として、車室エリアの空調状態を制御するヒートポンプ式冷熱交換装置が設けられ、
前記第1熱エネルギー管理部は、少なくとも設定温度、車室温度、および車外温度に基づいて、前記ヒートポンプ式冷熱交換装置が車室エリアの空調に使用する冷媒流量と最大冷媒流量との差に相当する冷媒流量によって得られる冷熱量を、前記ヒートポンプ式冷熱交換装置の余剰冷熱量として算出可能に構成され、
前記第2エリアに関連する車載機器(30、31)として、複数の車載機器が設けられ、
前記第2エリアの前記複数の車載機器間において冷熱の移動が可能に構成され、かつ、前記第1エリアのヒートポンプ式冷熱交換装置と前記第2エリアの少なくとも1つの車載機器との間においても冷熱の移動が可能に構成され、
前記第2熱エネルギー管理部は、前記第2エリアに関連する複数の車載機器のうち、少なくとも1つの車載機器の動作温度が適切な温度範囲外である場合、前記複数の車載機器間で冷熱を移動させて、前記少なくとも1つの車載機器の動作温度が適切な温度範囲内となるように管理し、
さらに、前記第2熱エネルギー管理部は、前記第2エリアに関連する複数の車載機器間での冷熱の移動では、前記少なくとも1つの車載機器の動作温度を適切な温度範囲内まで変化させることができない場合、前記第1熱エネルギー管理部へ不足する冷熱量を通知し、
前記第1熱エネルギー管理部は、算出した余剰冷熱量の範囲で、通知された不足冷熱量を前記第1エリアのヒートポンプ式冷熱交換装置から前記第2エリアの少なくとも1つの車載機器へ提供する、車両用エネルギーマネジメントシステム。 The vehicle is divided into a plurality of areas (1, 2, 3), and in at least two of the plurality of areas, a first area (1) and a second area (2), in-vehicle equipment related to the corresponding area is It has a first thermal energy management section (14) and a second thermal energy management section (15) that manage the thermal energy of (30, 31, 32),
The first area is a cabin area in which a vehicle occupant rides, and a heat pump type cold/heat exchange device that controls the air conditioning state of the cabin area is provided as an onboard device (30) related to the cabin area. is,
The first thermal energy management unit is configured to calculate a difference between a refrigerant flow rate and a maximum refrigerant flow rate that the heat pump type cold heat exchange device uses to air condition the vehicle interior area, based on at least a set temperature, a vehicle interior temperature, and a vehicle exterior temperature. configured to be able to calculate the amount of cold heat obtained by the flow rate of the refrigerant as the surplus amount of cold heat of the heat pump type cold heat exchange device,
A plurality of in-vehicle devices are provided as in-vehicle devices (30, 31) related to the second area,
The structure is configured such that cold heat can be transferred between the plurality of on-vehicle devices in the second area, and also between the heat pump type cold heat exchanger in the first area and at least one on-vehicle device in the second area. is configured to allow movement of
When the operating temperature of at least one of the plurality of on-vehicle devices related to the second area is outside an appropriate temperature range, the second thermal energy management unit controls cooling energy between the plurality of on-vehicle devices. moving the at least one in-vehicle device so that its operating temperature is within an appropriate temperature range;
Furthermore, the second thermal energy management unit may change the operating temperature of the at least one on-vehicle device to within an appropriate temperature range in transferring cold heat between a plurality of on-vehicle devices related to the second area. If not possible, notify the first thermal energy management unit of the insufficient amount of cooling energy;
The first thermal energy management unit provides the notified insufficient amount of cooling energy from the heat pump type cooling and heat exchanger in the first area to at least one in-vehicle device in the second area within the range of the calculated surplus amount of cooling energy. Vehicle energy management system.
前記第1熱エネルギー管理部は、前記第2熱エネルギー管理部から通知された、余剰冷熱量を超える冷熱量を前記第1エリアのヒートポンプ式冷熱交換装置から前記第2エリアの少なくとも1つの車載機器へ提供する、請求項1または2に記載の車両用エネルギーマネジメントシステム。 When an excessive temperature rise exceeding a predetermined limit value occurs in the in-vehicle equipment related to the second area, the second thermal energy management unit controls the amount of cooling energy to suppress the excessive temperature rise from the first thermal energy management unit. Notifying the first thermal energy management unit of the amount of cooling energy for suppressing excessive temperature rise even if the amount exceeds the surplus cooling energy amount calculated by the thermal energy management unit;
The first thermal energy management unit transfers the amount of cold energy that exceeds the amount of surplus cold energy notified by the second thermal energy management unit from the heat pump type cold heat exchanger in the first area to at least one vehicle-mounted device in the second area. The vehicle energy management system according to claim 1 or 2, which is provided to a vehicle.
前記第2熱エネルギー管理部は、車両の走行予定ルートを走行するために必要な運動エネルギーから、動力を発生する車載機器の将来の動作温度変化を推定するとともに、その推定動作温度を適正な温度範囲内とするために必要な推定冷熱量を算出し、その必要な推定冷熱量が前記第2エリア内で確保できないと判断した場合に、前記余剰冷熱量の将来予測の範囲内で、前記第1エリアから移動させる不足推定冷熱量の計画を策定して、前記第1熱エネルギー管理部に通知し、
前記第1熱エネルギー管理部は、通知された計画に従い、不足冷熱量を前記第1エリアのヒートポンプ式冷熱交換装置から前記第2エリアの少なくとも1つの車載機器へ提供する、請求項4または5に記載の車両用エネルギーマネジメントシステム。 At least one of the plurality of in-vehicle devices in the second area is an in-vehicle device that generates power for driving the vehicle;
The second thermal energy management unit estimates a future operating temperature change of the in-vehicle equipment that generates power from the kinetic energy required for the vehicle to travel the planned route, and adjusts the estimated operating temperature to an appropriate temperature. If it is determined that the estimated amount of cold energy necessary to keep the amount within the range is calculated, and it is determined that the necessary estimated amount of cold energy cannot be secured within the second area, within the range of the future prediction of the surplus amount of cold energy, Formulating a plan for the estimated insufficient amount of cold energy to be moved from one area and notifying the first thermal energy management department;
According to claim 4 or 5, the first thermal energy management unit provides the insufficient amount of cold energy from the heat pump type cold heat exchanger in the first area to at least one in-vehicle device in the second area according to the notified plan. The vehicle energy management system described.
前記第2熱エネルギー管理部は、車両の走行予定ルートに基づいて、その走行予定ルートを走行する際に発生する充放電量から、前記二次電池の将来の動作温度変化を推定するとともに、その推定動作温度を適正な温度範囲内とするために必要な推定冷熱量を算出し、その必要な推定冷熱量が第2エリア内で確保できないと判断した場合に、前記余剰冷熱量の将来予測の範囲内で、前記第1エリアから移動させる不足推定冷熱量の計画を策定して、前記第1熱エネルギー管理部に通知し、
前記第1熱エネルギー管理部は、通知された計画に従い、不足冷熱量を前記第1エリアのヒートポンプ式冷熱交換装置から第2エリア少なくとも1つの車載機器へ提供する、請求項4または5に記載の車両用エネルギーマネジメントシステム。 At least one of the plurality of in-vehicle devices in the second area is a secondary battery that is charged and discharged as the vehicle travels;
The second thermal energy management section estimates a future operating temperature change of the secondary battery based on the amount of charging and discharging that occurs when the vehicle travels on the scheduled route, and estimates the future operating temperature change of the secondary battery. Calculate the estimated amount of cooling energy necessary to keep the estimated operating temperature within the appropriate temperature range, and if it is determined that the necessary estimated amount of cooling energy cannot be secured within the second area, calculate the future prediction of the surplus amount of cooling energy. formulate a plan for the estimated insufficient amount of cold energy to be moved from the first area within the range, and notify the first thermal energy management department;
The first thermal energy management unit provides the insufficient amount of cooling energy from the heat pump type cooling heat exchanger in the first area to at least one in-vehicle device in the second area according to the notified plan. Vehicle energy management system.
前記第2熱エネルギー管理部は、前記第1熱エネルギー管理部と演算処理速度、演算タイミング、および演算情報の処理や構造の少なくとも1つを同一にして、冷熱量を演算する冷熱演算部と、前記冷熱演算部が算出した冷熱量を他のエネルギー管理部が参照可能な情報に変換する冷熱量変換部と、を有する、請求項6に記載の車両用エネルギーマネジメントシステム。 It has at least one of a kinetic energy management unit that manages kinetic energy of the vehicle and an electrical energy management unit that manages electrical energy in the vehicle,
The second thermal energy management unit has at least one of the same calculation processing speed, calculation timing, and calculation information processing and structure as the first thermal energy management unit, and a cooling calculation unit that calculates the amount of cooling energy; The energy management system for a vehicle according to claim 6, further comprising a cooling energy amount conversion section that converts the cooling energy amount calculated by the cooling energy calculation section into information that can be referred to by another energy management section.
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