JP7404607B2 - 熱管理システム及び熱管理システムを備える電気車両 - Google Patents

Description

本発明は、車両コンポーネントを有する電気車両のキャビン及びエネルギー貯蔵システム内の温度を制御するための熱管理システムに関する。本開示は、熱管理システムを備える電気車両にも関する。

電気車両がますます普及している。一方で、それらは化石燃料を回避することにより環境的な理由から好ましく、他方で、それらはほとんどの場合に所有権の総コストが削減される点で好まれる。

自動車は、電気車両であり得る車両の唯一のタイプではない。例えば、ボート、トラック、機関車、航空機、及び重量車両もまた、電気車両として利用可能である。

電気車両は、通例、動作中にエネルギー貯蔵システムによって電力供給される。ここで、エネルギー貯蔵システムは、電気車両に電力供給するための任意の種類のバッテリ、バッテリパック又は一連のバッテリとして定義される。

電気車両の有用性のためには、エネルギー貯蔵システムが長寿命である、すなわち、セルが満足に動作しなくなる前に多数の充電／放電サイクルが可能であることが重要である。エネルギー貯蔵システムを最適な温度範囲に維持することは、寿命の最大化に不可欠である。

エネルギー貯蔵システムの寿命を改善することに加えて、エネルギー貯蔵システムを動作中に最適な温度範囲内に維持することによって、エネルギー貯蔵システムが可能な限り多くの電力を供給することが確実になる。

エネルギー貯蔵システムを最適な温度に維持するだけでなく、車両の操作者（ｏｐｅｒａｔｏｒ）及び乗員が収容されるキャビン内の温度もまた調節されるべきである。

エネルギー貯蔵システム及びキャビン内の温度を管理するための多数のシステムが存在する。例えば、ＵＳ７７８９１７６Ｂ２には、熱管理システムが提示されており、これは、駆動モータを冷却するための冷却ループ、熱交換器に冷却を提供するリフリジレーションサブシステム、熱交換器内での伝熱を介して冷却されたクーラントを用いるエネルギー貯蔵冷却サブシステム、及び車両の乗員キャビンのための温度制御を提供するＨＶＡＣサブシステムを備える。また、ＨＶＡＣサブシステムは、そのクーラントがリフリジレーションサブシステムによって冷却されるように熱交換器に、及び、そのクーラントが冷却ループによって加熱されるように駆動モータを冷却するための冷却ループに連結されている。この解決手段では、駆動モータのための冷却ループ内の熱を、キャビンを加熱するために使用することができ、リフリジレーションサブシステムからの冷温（ｃｏｌｄ）を、エネルギー貯蔵システム及びキャビンの両方を冷却するために使用することができる。エネルギー貯蔵冷却サブシステムは、エネルギー貯蔵システムが加熱を必要とする場合には、ヒータも有する。

電気車両における熱管理の別の重要な側面は、それが車両内の空間を占めるとともに重量を増加させることである。したがって、空間効率の高い、重量最適化された熱管理システムが好ましい。

ＵＳ２０１６／０１０７５０１Ａ１は、伝熱流体を循環させ、車両乗員キャビンの温度制御を提供する乗員キャビン熱制御ループ、伝熱流体を循環させ、車両バッテリパックに熱的に連結されているバッテリ熱制御ループ、及び伝熱流体を循環させ、ドライブトレインコンポーネントに熱的に連結されているドライブトレイン制御ループを備える車両熱管理システムを開示している。乗員キャビン熱制御ループは、キャビンを加熱するためのヒータ及び熱交換器を含む。熱管理システムは、第１の弁アセンブリであって、ここで、第１の弁アセンブリが第１の弁アセンブリの第１のモードで構成されているとき、乗員キャビン熱制御ループは、バッテリ熱制御ループと並列に且つこれとは独立して動作し、第１の弁アセンブリが第１の弁アセンブリの第２のモードで構成されているとき、乗員キャビン熱制御ループは、バッテリ熱制御ループに直列に連結される、第１の弁アセンブリ、及び、第２の弁アセンブリであって、ここで、第２の弁アセンブリが第２の弁アセンブリの第１のモードで構成されているとき、バッテリ熱制御ループは、ドライブトレイン熱制御ループと並列に且つこれとは独立して動作し、第２の弁アセンブリが第２の弁アセンブリの第２のモードで構成されているとき、バッテリ熱制御ループは、ドライブトレイン熱制御ループに直列に連結される、第２の弁アセンブリをさらに備える。乗員キャビン熱制御ループ及びバッテリ熱制御ループが直列に連結される場合、ヒータは、キャビン及びバッテリの両方を加熱し、乗員キャビン熱制御ループ及びバッテリ熱制御ループが並列に連結される場合、ヒータは、キャビンのみを加熱する。

電気車両において、加熱及び冷却のための電力は、エネルギー貯蔵システムから来る。したがって、エネルギー貯蔵システムの電力のより多くを、電気車両を作動させるために使用することができるように、熱管理が可能な限りエネルギー効率の高いものであることが不可欠である。

本発明の目的は、車両コンポーネント及び車両コンポーネントを冷却するための熱流体（ｔｈｅｒｍａｌ ｆｌｕｉｄ）を含む冷却ループを有する電気車両のキャビン及びエネルギー貯蔵システム内の温度を制御するための改善された熱管理システムを提供することである。

この目的は、請求項１に規定された熱管理システムによって達成される。

熱管理システムは、
－ エネルギー貯蔵システムを加熱するように配設（ａｒｒａｎｇｅｄ）された１つの熱交換器、
－ キャビンを加熱するように及び熱交換器に熱を提供するように配設された１つのヒータ、
－ 冷却ループ内に配置されており、車両コンポーネントを冷却するために使用された熱流体を受け取るように配設された入口及びヒータと流体連通する開放可能且つ閉鎖可能な出口を有する第１の弁、
－ 第１の弁の入口に入る熱流体の温度を測定するように配設された第１の温度センサ、ここで、第１の温度センサは、第１の弁内に又は熱流体が第１の弁に入る前の通路内に配設されている、及び
－ ヒータからの熱流体を受け取るように配設された入口、キャビンと流体連通する第１の出口、及び熱交換器と流体連通する第２の出口を有する第２の弁、及び
－ 制御ユニットであって、
〇 キャビン内の測定温度に関連付けられたデータを受け取り、
〇 エネルギー貯蔵システム内の測定温度に関連付けられたデータを受け取り、
〇 受け取られたデータに基づいて、キャビン又はエネルギー貯蔵システムのいずれかが加熱される必要があるかを判定し、
〇 第１の温度センサから熱流体の測定温度を受け取り、
〇 第１の温度センサからの測定温度に基づいて、第１の弁の入口に入る熱流体中に余剰熱があるかを判定し、
〇 熱流体中に余剰熱があり、エネルギー貯蔵システム及びキャビンのいずれかが加熱される必要があるとき、ヒータに熱流体を提供するように、第１の弁の出口の開放及び閉鎖を制御し、
〇 キャビン及びエネルギー貯蔵システムの加熱の必要に基づいて、ヒータからの熱流体がキャビンに及び／又は熱交換器に分配されるように、第２の弁を制御する
ように構成されている制御ユニット
を備える。

本発明は、キャビン及びエネルギー貯蔵部を加熱するためにエネルギー貯蔵部から必要とされるエネルギーを削減する。これは、冷却ループ内の熱流体中に余剰熱があり、エネルギー貯蔵システム及びキャビンのいずれかが加熱される必要があるときに、車両コンポーネントを冷却するためのループからの熱流体をヒータに供給するように、及び、キャビン及びエネルギー貯蔵部の加熱の必要に応じて、ヒータからの熱流体をキャビンに及び／又は熱交換器に分配するように、キャビン及びエネルギー貯蔵システムを加熱するのに同じヒータを使用することによって達成される。

このシステムは、エネルギー貯蔵システムを加熱するように配設された１つの熱交換器、キャビン温度がユーザ選択温度よりも冷たいときにキャビンを加熱するように、及び、エネルギー貯蔵システムが最低温度よりも冷たいときに熱交換器に熱を提供するように配設された１つのヒータ、車両コンポーネントを冷却するために使用された熱流体を受け取るように配設された第１の弁、受け取られた熱流体の温度を測定するように配設された第１の温度センサ、及び制御ユニットを備える。第１の弁は、ヒータと流体連通する開放可能且つ閉鎖可能な出口を有する。

車両コンポーネントは、熱流体を用いた冷却を必要とする電気車両の任意のコンポーネントとすることができる。例えば、車両コンポーネントは、パワートレインの１又は複数のパーツ、任意の種類のｅモータ、インバータ、又はＤＣ／ＤＣコンバータとすることができる。

「熱流体中に余剰熱があるかを判定すること」という用語は、熱流体中の熱エネルギーが、キャビン及び／又はエネルギー貯蔵システムの加熱に寄与するのに十分であるかを判定することを意味する。例えば、これは、熱流体がキャビン及び／又はエネルギー貯蔵システムの加熱に寄与するのに十分温かいかを判定することによって行うことができる。代替的には、熱流体の温度及びポンプ速度に基づいて、利用可能な熱パワーを算出することができる。

第２の弁は、三方弁、又は同じ機能を有する対応する弁又は弁アセンブリとすることができる。

冷却ループ中に余剰熱がある場合、熱流体は、第１の弁の第１の出口を介してヒータに送られる。したがって、ヒータは、同じ温度を達成するために、熱流体を、車両コンポーネントの冷却からの熱流体からの熱を用いない場合よりも少なく加熱するか又は加熱する必要が全く無い。熱流体が十分な熱エネルギーを有する場合、ヒータは、熱流体を加熱する必要が全く無い。それに応じて、キャビン及びエネルギー貯蔵システムを加熱するためにエネルギー貯蔵システムから必要とされる電力は、削減されるか又はさらにはゼロになる。

第１の弁の入口における熱流体の温度は、車両コンポーネントを冷却するために使用された熱流体中に余剰熱があるかの指示を与える。熱管理システムは、キャビン及びエネルギー貯蔵システムを加熱するために車両コンポーネントの冷却からの余剰熱を使用することができるように配設されている。キャビンに関して、熱は、キャビン内に配設された、冷却及び加熱ユニット、例えば、加熱、換気、及び空調、ＨＶＡＣユニットに提供される。

温度センサからのデータ及びキャビン及びエネルギー貯蔵システム内の測定温度に関連付けられた入力データを使用して、制御ユニットは、車両コンポーネントからの余剰熱をキャビン、エネルギー貯蔵システム、又は両方において使用することができるように、第１の弁を制御することができる。したがって、キャビン及びエネルギー貯蔵システムを加熱するための、エネルギー貯蔵システムからのエネルギーの使用が削減される。それに応じて、エネルギー貯蔵システム内のエネルギーがより長く持続し、エネルギー貯蔵システムを充電することが必要になる頻度が少なくなる。

キャビン及びエネルギー貯蔵システムの両方を加熱するために同じヒータが使用される。ヒータの数を最小化することにより、システムの重量が最小化される。さらに、電気車両の動作中、任意のヒータに電力供給するのはエネルギー貯蔵システムである。したがって、熱管理システム内の全ての加熱のために１つのヒータのみが使用されることも利点である。１つのヒータのみを有することによって、コストも削減される。

好ましくは、第１の弁からの熱流体は、熱流体の冷却を引き起こし、それにしたがって省エネルギーを低下させ得るいかなる他の熱制御ループ又は熱交換器などのコンポーネントも通過することなく、ヒータに直接送られる。

ヒータは、例えば、キャビン温度がユーザ選択温度よりも冷たいときにキャビンを加熱するように、及び、エネルギー貯蔵システムが最低温度よりも冷たいときに熱交換器に熱を提供するように配設されている。

制御ユニットは、全ての熱流体をヒータからキャビンに送ること、又は、エネルギー貯蔵システムを加熱するために全ての熱流体をヒータから熱交換器に送ること、又は熱流体の一部をキャビンに及び他の部分は熱交換器に送ることを選択することができる。

いくつかの態様によれば、制御ユニットは、キャビン、又はエネルギー貯蔵システム、又はキャビン及びエネルギー貯蔵システムの両方が加熱される必要があるかに基づいて、ヒータからの熱流体がキャビンに、又はエネルギー貯蔵システムに、又はキャビン及びエネルギー貯蔵システムの両方に提供されるように、第２の弁を制御するように配設されている。制御ユニットは、熱流体をヒータからキャビンに、又はエネルギー貯蔵システムを加熱するために熱交換器に、又は両方に送ることを選択することができる。したがって、余剰熱をキャビン及び／又はエネルギー貯蔵システムに選択的に分配することができる。

いつくかの態様によれば、制御ユニットは、キャビン及びエネルギー貯蔵システムのいずれの加熱が優先されるかについての情報、及びキャビンの加熱の前記判定された実際の必要、及びエネルギー貯蔵システムの加熱の前記判定された実際の必要に基づいて、ヒータからの熱流体がキャビンに及び／又はエネルギー貯蔵システムに分配されるように、第２の弁を制御するように構成されている。例えば、キャビンの加熱は、エネルギー貯蔵システムの加熱よりも高い優先順位を有することができ、又は、エネルギー貯蔵システムの加熱は、キャビンの加熱よりも高い優先順位を有することができる。これによって優先順位管理が可能になり、これは有利であり得る。

いくつかの態様によれば、第２の弁は、第１及び第２の出口を同時に完全に開放又は部分的に開放することができ、ヒータからの熱流体を、キャビン及び熱交換器に様々な程度で分配することができるように構成された比例弁である。第２の弁からの第１及び第２の出口は、完全に開放又は完全に閉鎖されるのみでなく、部分的に開放されることもできる。第１及び第２の出口は、同時に、同じ又は異なる開放度で部分的に開放することができる。これにより、キャビン及び／又は熱交換器に、それらの加熱の実際の必要に応じて、ヒータからの流体を分配することが可能になる。さらに、優先順位管理を実行すること、及び、キャビン及びエネルギー貯蔵システムのうちの一方を他方よりも加熱できるようにすることが可能である。

好ましくは、第２の弁は、第１及び第２の出口の開放及び閉鎖を互いとは独立して制御することができ、開放度を第１及び第２の出口間で変えることができるように構成されている。好ましくは、第２の弁は、プログラム可能な弁である。

いくつかの態様によれば、前記冷却ループは、外部パッシブ冷却システムを通過し、前記制御ユニットは、前記熱流体中に余剰熱が無いとき、又は前記エネルギー貯蔵システム及び前記キャビンのいずれも加熱される必要が無い場合、前記熱流体を前記パッシブ冷却システムに戻して循環させるように配設されている。熱流体が、キャビン及び／又はエネルギー貯蔵システムの加熱に寄与するのに十分温かくない場合、熱流体は、車両コンポーネントを冷却しながら冷却ループ内を循環し続ける。熱流体は、熱流体中に余剰熱がある、すなわち、熱流体がキャビン及び／又はエネルギー貯蔵システムの加熱に寄与するのに十分温かいと制御システムが判定し、エネルギー貯蔵システム及びキャビンのいずれか又は両方が加熱される必要があるときまで、冷却ループ内を繰り返し循環させられる。

いくつかの態様によれば、第１の弁は、外部パッシブ冷却システムと流体連通する開放可能且つ閉鎖可能な第２の出口を有し、制御ユニットは、熱流体中に余剰熱が無いときに、又はエネルギー貯蔵システム及びキャビンのいずれも加熱される必要が無い場合に、熱流体をパッシブ冷却システムに戻して循環させるように、第１の弁の第２の出口の開放及び閉鎖を制御するように配設されている。この態様において、第１の弁は、三方弁、又は同じ機能を有する対応する弁又は弁アセンブリとすることができる。

いくつかの態様によれば、第１の弁は、第１及び第２の出口を同時に部分的に開放することができ、第１の弁の入口に入る熱流体をパッシブ冷却システムに戻すように及びヒータに様々な程度で分配することができるように構成された比例弁である。したがって、第１の弁の入口に入る流体の一部をヒータに送ることができ、残りの部分はパッシブ冷却システムに戻される。それに応じて、キャビン及び／又はエネルギー貯蔵システムを加熱するために必要な量の熱のみをヒータに通過させる。

いくつかの態様によれば、前記制御ユニットは、前記受け取られたデータに基づいて、前記キャビンの加熱の実際の必要及び前記エネルギー貯蔵システムの加熱の実際の必要を判定し、前記キャビンの加熱の前記判定された実際の必要に応じて、前記第２の弁の前記第１の出口の開放度を制御し、及び前記エネルギー貯蔵システムの加熱の前記判定された実際の必要に応じて、前記第２の弁の第２の出口の開放度を制御するように構成されている。これは、ヒータからの流体中のエネルギーが最適な方法で使用されるので、有利である。別の付加価値は、キャビン又はエネルギー貯蔵システムの加熱需要に、非常に正確に且つ互いから独立して沿うことができることである。

いくつかの態様によれば、第２の弁は、ヒータからの入口、キャビンへの第１の出口及び熱交換器への第２の出口を有して配設されており、制御ユニットは、第２の弁を通る熱流体の流量を制御するように配設されている。したがって、制御ユニットは、第２の弁を介して、キャビン及びエネルギー貯蔵システムへの流量を制御する。換言すれば、制御ユニットは、熱流体がキャビンに、エネルギー貯蔵システムに、又は両方に流れることになるかを制御するように、第２の弁を制御する。したがって、キャビン及びエネルギー貯蔵システムのうちの一方のみを加熱すること又は両方を加熱することが可能である。

いくつかの態様によれば、システムは、前記ヒータに入る前記熱流体の温度を測定するように配設されたヒータ温度センサを備え、前記制御ユニットは、前記ヒータ温度センサから前記測定温度を受け取るように、及び、前記第１の温度センサからの前記熱流体の前記受け取られた測定温度及び前記ヒータ温度センサからの前記測定温度に基づいて前記熱流体中に余剰熱があるかを判定するように配設されている。ヒータ温度センサは、熱流体の温度を、それがヒータによって加熱される前に測定するように配設されている。ヒータ温度センサは、ヒータ内部に又は熱流体がヒータに入る前の通路内に配置することができる。

いくつかの態様によれば、前記制御ユニットは、前記第１の温度センサからの前記測定温度が前記ヒータ温度センサからの前記測定温度よりも温かいかどうかを判定するように、及び、前記エネルギー貯蔵システム及び前記キャビンのいずれかが加熱される必要があり、前記第１の温度センサからの前記熱流体の前記測定温度が前記ヒータ温度センサからの前記測定温度よりも温かいとき、前記第１の弁の前記入口に入る前記熱流体が前記ヒータに提供されるように前記第１の弁の前記出口の開放及び閉鎖を制御するように配設されている。制御ユニットは、第１の温度センサからの熱流体の測定温度がヒータ温度センサからの測定温度よりも温かいとき、熱流体中に余剰熱があると判定するように構成されている。こうして、車両コンポーネントを冷却するために使用された熱流体中に余剰熱があるかを判定する効率的な方法が実現される。第１の温度センサからの熱流体の測定温度がヒータ温度センサからの測定温度よりも温かい場合、車両コンポーネントの冷却からの熱流体は、キャビン及び／又はエネルギー貯蔵システムの加熱に有用である。

換言すれば、車両コンポーネントの冷却からの熱流体がヒータに入る熱流体よりも温かい場合、車両コンポーネントの冷却からの熱流体は、ヒータに入る熱流体を加熱し、したがって、車両コンポーネントの冷却からの熱流体中に余剰熱がある。

いくつかの態様によれば、ヒータ温度センサは、ヒータ内の熱流体の温度を測定するように配設されている。制御ユニットは、第１の温度センサからの熱流体の測定温度がヒータ内の熱流体の測定温度よりも温かい場合、熱流体中に余剰熱があると判定するように配設されている。第１の温度センサからの熱流体の測定温度がヒータ内の熱流体の測定温度よりも温かい場合、車両コンポーネントの冷却からの熱流体は、キャビン及び／又はエネルギー貯蔵システムの加熱に有用である。

いくつかの態様によれば、熱管理システムは、キャビンがユーザ選択温度よりも温かいときにキャビンを冷却するように、及び、エネルギー貯蔵システムが所定の最大温度よりも温かいときにエネルギー貯蔵システムを冷却するために熱交換器に冷温を提供するように配設された、１つの冷却ユニットを備える。したがって、キャビン及びエネルギー貯蔵システムの両方を冷却するために同じ冷却ユニットが使用される。ヒータ及び冷却ユニットの数を最小化することによって、このユニットの重量が最小化される。電気車両の動作中、ヒータ及び冷却ユニットに電力供給するのがエネルギー貯蔵システムであるので、全ての加熱及び冷却のために、１つのヒータのみ及び１つの冷却ユニットのみが使用されることも利点である。１つの冷却ユニットのみを有することによって、コストも削減される。

いくつかの態様によれば、熱管理システムは、エネルギー貯蔵システムからの入口、熱交換器への第１の出口及び外部パッシブ冷却システムへの第２の出口を伴って配設された第３の弁を備え、制御ユニットは、エネルギー貯蔵システムを加熱又は冷却するために使用される第３の熱流体が、熱交換器又は外部パッシブ冷却システムのいずれかに導かれるように、第３の弁の第１の出口及び第２の出口の開放及び閉鎖を制御するように配設されている。

エネルギー貯蔵システムを加熱又は冷却する必要が無い場合において、制御ユニットは、熱流体が熱交換器を通過しないように、第３の弁を制御してよい。弁は、流体が熱交換器のみを通過するように制御することもできる。

この態様において、第３の弁は、三方弁、又は同じ機能を有する対応する弁又は弁アセンブリとすることができる。

いくつかの態様によれば、熱管理システムは、第３の弁に入る熱流体の温度を測定するように配設された第２の温度センサを備える。制御ユニットは、
－ 第２の温度センサから第３の熱流体の測定温度を受け取り、
－ 受け取られた温度に基づいて、第３の弁の第１の出口及び第２の出口の開放及び閉鎖を制御する
ように配設されている。

上記測定温度を、エネルギー貯蔵システム内の測定温度に関連付けられたデータと共に用いることで、エネルギー貯蔵システムが加熱又は冷却を必要としているかがわかる。したがって、制御ユニットは、受け取られたデータに基づいて第３の弁を制御してよい。第２の温度センサは、熱管理システムの外部にあってよいことに留意されたい。

いくかの態様によれば、第１の弁は、第２の開放可能且つ閉鎖可能な出口を有し、熱管理システムは、第４の弁を備える。制御ユニットは、
－ 第４の弁の開放及び閉鎖を、第１の弁の第１の出口が開放されているときにはそれが開放され、第１の弁の第１の出口が閉鎖されているときには閉鎖されるように制御し、
－ 第２の出口の開放及び閉鎖を、第１の弁の第１の出口が閉鎖されているときにはそれが開放され、第１の弁の第１の出口が閉鎖されているときには開放されるように制御する
ように配設されている。

これにより、熱流体中に余剰熱が無いときに、又は、キャビン又はエネルギー貯蔵システムがいかなる熱も必要としない場合に、車両コンポーネントを冷却するための熱流体のためのループを有することが可能である。

いくつかの態様によれば、熱管理システムは、１又は複数のポンプを備え、ここで、制御ユニットは、
受け取られたデータ及び受け取られた測定温度に基づいて１又は複数のポンプの速度を制御する
ように配設されている。

したがって、１又は複数の弁を制御することに加えて、制御ユニットは、１又は複数のポンプを通る熱流体の流量を制御してもよい。したがって、制御ユニットは、システムに対するさらなる制御を有し、また加熱又は冷却するときのファクタとして流量を使用することができる。

いくつかの態様によれば、熱交換器はチラーである。チラーは、熱エネルギーを熱流体から別の熱流体に、又は１つの流体から複数の流体に移動させるプレートツープレート熱交換器である。

この目的は、請求項１４に規定された電気車両によっても達成される。車両は、キャビン、エネルギー貯蔵システム、車両コンポーネント、車両コンポーネント（４）を冷却するための熱流体を含む冷却ループ（１４ａ）、及び本発明による熱管理システムを備える。車両は、例えば、ブルドーザ及び掘削機などの短距離タイプのものであり、これらは、小さなエリア内で仕事を実行するものであり、長距離移動は意図されていない。車両は、人々及び／又は品物の輸送を意図した、自動車、バス及びトラックなどの、長距離タイプのものとすることもできる。

以下、様々な態様の説明によって、また添付図面を参照しながら、本発明をより詳細に説明する。

例示的な熱管理システムの概略図を示す図である。

温度センサの追加された入力を伴う例示的な熱管理システムの概略図を示す図である。

追加の弁の追加された制御を伴う例示的な熱管理システムの概略図を示す図である。

追加の弁の追加された制御を伴う例示的な熱管理システムの概略図を示す図である。

追加の温度センサの追加された入力を伴う例示的な熱管理システムの概略図を示す図である。

追加の弁の追加された制御を伴う例示的な熱管理システムの概略図を示す図である。

１又は複数のポンプの追加された制御を伴う例示的な熱管理システムの概略図を示す図である。

追加された温度センサ、ポンプ、圧力センサ、及び熱膨張弁の例を伴う例示的な熱管理システムの概略図を示す図である。

本発明は、開示された実施形態に限定されず、以下の請求項の範囲内で変形及び修正され得る。例えば、ポンプ、温度センサ、及び圧力センサが、熱管理システム内の多くの異なる場所に追加されてよい。ポンプ、温度センサ、及び／又は圧力センサを追加するのに有利であり得る場所のいくつかの例が、以下で説明される。

本開示の態様は、添付図面を参照しながら以下でより完全に説明される。しかしながら、本明細書において開示される熱管理システムは、多くの異なる形態で実現でき、本明細書に記載の態様に限定されるものと解釈されるべきでない。図面における同様の符号は、全体を通して同様の要素を指す。

本明細書において使用される用語は、単に本開示の特定の態様を説明する目的のものであり、本開示を限定することを意図するものではない。本明細書で使用されるとき、単数形の「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈上別途明示されていない限り、複数形も含むことが意図されている。別途規定されていない限り、本明細書において使用される全ての用語（技術及び科学用語を含む）は、本開示が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるものと同じ意味を有する。

図中で点線を用いた構成要素は、キャビン２、エネルギー貯蔵システム３、車両コンポーネント４、及びパッシブ冷却システム２５、冷却ユニット１０、車両コンポーネント４を冷却するための第１の熱流体を含む第１の冷却ループ１４ａ、キャビン２を冷却するための第２の熱流体を含む第２の冷却ループ１４ｂ、及びエネルギー貯蔵システム３を冷却するための第３の熱流体を含む第３の冷却ループ１４ｃなどの、車両の部分を表している。冷却ループ１４ａ～ｃは、冷却ループ１４ａ～ｃ内の熱流体を冷却するためのパッシブ冷却システム２５を通過する。第１及び第３の熱流体は、水及びグリコール、又はオイルを含んでよい。第２の熱流体は、冷媒ガスを含んでよい。冷却ループ１４ａ～ｃは、点線として示されており、これらの線と関連する矢印は、熱流体の流れ方向を示している。熱流体は、冷却ループ１４ａ～ｃ内の通路において輸送される。通路は、例えば、配管である。

実線を用いた構成要素は、熱管理システムに含まれる部分を表している。

背景分野のセクションでも述べたように、エネルギー貯蔵システムは、本明細書において、電気車両の電気モータに電力供給するための任意の種類のバッテリパック又は一連のバッテリとして定義される。換言すれば、エネルギー貯蔵システムという用語が本開示において使用されるとき、この用語には、単数のバッテリ又は複数のバッテリが含まれる。電気車両のためのエネルギー貯蔵システムは、通例、直列の複数のバッテリを含む。

車両コンポーネントは、熱流体を用いた冷却を必要とする電気車両の任意のコンポーネントである。例えば、車両コンポーネントは、任意の種類のｅモータ、インバータ、又はＤＣ／ＤＣコンバータとすることができる。

図１は、例示的な熱管理システム１の概略図を示している。熱管理システム１は、車両コンポーネント４を有する電気車両のキャビン２及びエネルギー貯蔵システム３内の温度を制御するためのものである。

熱管理システム１は、エネルギー貯蔵システム３を加熱するように配設された１つの熱交換器５、キャビン温度がユーザ選択温度よりも冷たいときにキャビン２を加熱するように、及びエネルギー貯蔵システム３が最低温度よりも冷たいときに熱交換器５に熱を提供するように配設された、１つのヒータ６を備える。キャビン２及びエネルギー貯蔵システム３の両方を加熱するために、同じヒータ６が使用されることに留意されたい。ヒータは、エネルギー貯蔵システム３によって電力供給されるが、電気車両が外部電源に接続されているときに、例えばそれが充電中であるときに、そのようなものによって電力供給されてもよい。

熱交換器５は、熱流体から別の熱流体に、又は１つの流体から複数の流体に熱エネルギーを移動させるように配設されている。熱交換器５は、例えば、チラーである。チラーは、熱流体から別の熱流体に、又は１つの流体から複数の流体に熱エネルギーを移動させるプレートツープレート熱交換器である。ヒータ６は、例えば、高圧ヒータ、低圧レジスタヒータ、ＰＴＣタイプヒータ、又はＡＣ電源式ヒータである。それは、ヒートポンプシステムの凝縮部とすることもできる。ヒータ６は、電気車両内に配設されるのに好適な熱流体を加熱するための任意のヒータであってよい。

システム１は、冷却ループ１４ａ内で車両コンポーネント４の後に配置された第１の弁７を備える。第１の弁７は、車両コンポーネント４から熱流体を受け取るように配設された入口７ａを有し、この熱流体は、車両コンポーネント４を冷却するために使用されたものである。第１の弁７は、ヒータ６と流体連通する開放可能且つ閉鎖可能な第１の出口７ｂを有する。換言すれば、第１の弁７は、電気車両の車両コンポーネント４を冷却するために使用された熱流体を受け取る。第１の弁７は、熱流体をパッシブ冷却システム２５に戻して循環させるように配設された開放可能且つ閉鎖可能な第２の出口７ｃを有する。好ましくは、第１の弁は、第１及び第２の出口の開放及び閉鎖を互いとは独立して制御することを可能にし、それにより、両方の出口が同時に開放されること、出口のうちの一方が開放され、他方が閉鎖されること、及び、各出口がどれだけ開放されることになるかを制御することが可能であるタイプのものである。したがって、出口のそれぞれを通過する流れの分量のサイズを制御することが可能である。

熱流体は、第１の冷却ループ１４ａ内の通路において輸送され、通路は、例えば配管である。第１の冷却ループ１４ａ内の熱流体は、パッシブ冷却システム２５を通過し、さらには車両コンポーネントを冷却するために車両コンポーネント４に至る。流体は、車両コンポーネント４を通過し、さらには第１の弁７の入口７ａまで流れる。流体は、次に、第１の出口７ｂを介してヒータ６に送ることができるか、又は、第１の弁７の第２の出口７ｃを介してパッシブ冷却システム２５に戻して循環させることができる。熱流体は、第１の出口７ｂが開放されている場合、ヒータ６に送られ、そうでなければ、熱流体は、冷却システム２５に戻すように送られる。

第１の弁７は、１つの入口及び２つの出口を有する弁アセンブリの任意の種類の弁とすることができる。例えば、弁７は、三方弁である。弁７は、制御ユニットからの信号を介して、有線又は無線信号のいずれかを介して、制御できる弁である。同じことが、下で説明される第２及び第３の弁１１、１２に当てはまる。例えば、第１の弁７は、第１及び第２の出口７ｂ、７ｃを同時に部分的に開放することができ、第１の弁７の入口７ａに入る熱流体をパッシブ冷却システムに戻して及びヒータに様々な程度で分配することができるように構成された比例弁である。したがって、流体の一部のみをヒータ上へと通過させることができ、残りの部分は、パッシブ冷却システムに戻される。

熱管理システム１は、熱管理システム１の弁及びポンプなどのコンポーネントを制御するための制御ユニット９を備える。

システム１は、第１の弁の入口７ａに入る熱流体の温度を測定するために第１の冷却ループ１４ａに配設された第１の温度センサ８を備える。温度センサ８は、車両コンポーネント４を冷却するために使用された熱流体の温度を測定するように配設されており、この熱流体は、第１の弁７によって受け取られる。第１の温度センサ８は、例えば、第１の弁７内に又は熱流体が第１の弁７に入る前のパイプなどの通路内に配設されている。

熱管理システム１は、キャビンを加熱するためにヒータ６からキャビンに、又はエネルギー貯蔵システムを加熱するために熱交換器５に、又はその両方に、熱流体を選択的に通過させるために使用できる第２の弁１１を備える。第２の弁１１は、ヒータ６から熱流体を受け取るように配設された入口１１ａ、及び、キャビン２に接続されており、それが開放されているときにはヒータ６からキャビン２に熱流体を通過させるように配設された開放可能且つ閉鎖可能な第１の出口１１ｂを有する。第２の弁１１は、熱交換器５に接続されており、それが開放されているときにはヒータ６から熱交換器５に熱流体を通過させるように配設された開放可能且つ閉鎖可能な第２の出口１１ｃを有する。制御ユニット９は、弁１１を制御するように、したがって、ヒータ６からの熱流体がキャビン２又はエネルギー貯蔵システム３、又は両方を加熱するために使用されるのかを制御するように構成されているか、又は、両者のうちの一方により多くの熱を加えることが可能である。

車両は、キャビン２を冷却するための第２の冷却ループ１４ｂを備える。第２の冷却ループ１４ｂは、パッシブ冷却システム２５からキャビンに、キャビンから冷却ユニット１０を通して、次にパッシブ冷却システム２５に戻るように、流体を導く。第２の冷却システムは、熱交換器５を介してエネルギー貯蔵システム３を冷却するためにも使用されてよい。

車両は、エネルギー貯蔵システム３が冷却を必要としているときにそれを冷却するための第３の冷却ループ１４ｃを備える。第３の冷却ループ１４ｃは、パッシブ冷却システム２５からエネルギー貯蔵システム３に、エネルギー貯蔵システム３を通して、次に冷却システム２５に戻るように、流体を導く。熱管理システムは、第３の熱流体を熱交換器５に導くための第３の弁１２を備えてよい。第３の弁１２は、１つの入口１２ａ及び第１及び第２の開放可能且つ閉鎖可能な出口１２ｂ、１２ｃを含む。第３の弁１２は、エネルギー貯蔵システム３から第１の出口１２ｂを介して熱交換器５に、又は第２の出口１２ｃを介してパッシブ冷却システム２５に戻すように、熱流体を選択的に通過させるために使用できる。熱交換器５において、第３の弁１２の第２の出口１２ｃからの第３の熱流体に加熱及び冷却の両方を行うことができる。第３の熱流体が冷却されるとき、それは、熱交換器５を介して第２の熱流体によって冷却され、第３の熱流体が加熱されるとき、それは、熱交換器５を介してヒータ６からの熱流体によって加熱される。制御ユニット９は、第３の弁１２を制御し、したがって、エネルギー貯蔵システム３からの熱流体が熱交換器５に又はパッシブ冷却システム２５に送られるかを制御するように構成されている。

熱管理システム１は、第１の弁７の第１の出口７ｂに接続された入口１３ａ及びパッシブ冷却システム２５に接続された出口１３ｂを有する第４の弁１３をさらに備えてよい。この場合、制御ユニット９は、図６に示されているように、第４の弁１３の開放及び閉鎖を、第１の弁７の第１の出口７ｂが開放されているときにはそれが開放され、第１の弁７の第１の出口７ｂが閉鎖されているときには閉鎖されるように制御するＳ１０ように、及び、第２の出口７ｃの開放及び閉鎖を、第１の弁７の第１の出口７ｂが閉鎖されているときにはそれが開放され、第１の弁７の第１の出口７ｂが開放されているときには閉鎖されるように制御するＳ１１ように、配設することができる。

これにより、熱流体中に余剰熱が無いときに、又は、キャビン２又はエネルギー貯蔵システム３がいかなる熱も必要としない場合に、車両コンポーネント４を冷却するための第１の冷却ループ１４ａ内で第１の熱流体を循環させることが可能である。第１の熱流体は、キャビン２及びエネルギー貯蔵システム３のいずれかが加熱を必要とし、熱流体中に余剰熱があるときまで、第１の冷却ループ１４ａ内を循環し続ける。

制御ユニット９は、
－ 第１の温度センサ８から熱流体の測定温度を受け取りＳ１、
－ キャビン２内の測定温度に関連付けられたデータを受け取りＳ２、
－ エネルギー貯蔵システム３内の測定温度に関連付けられたデータを受け取りＳ３、
－ 受け取られたデータに基づいて、キャビン２又はエネルギー貯蔵システム３のいずれかが加熱される必要があるかを判定しＳ４、
－ 第１の温度センサ８からの熱流体の受け取られた測定温度に基づいて、第１の弁７に入る熱流体中に余剰熱があるかを判定しＳ５、
－ 熱流体中に余剰熱があり、エネルギー貯蔵システム３及びキャビン２のいずれかが加熱を必要とするとき、第１の弁７の第１の出口７ｂを介してヒータ６に熱流体を提供するように、第１の弁７の第１の出口７ｂの開放及び閉鎖を制御しＳ６、及び
－ キャビン及びエネルギー貯蔵システムの加熱の必要に基づいて、ヒータ６からの熱流体がキャビン２に及び／又は熱交換器５に分配されるように、第２の弁１１を制御するＳ７
ように配設されている。

制御ユニットは、第１の弁７に入る熱流体中に余剰熱があるかを判定するように構成されている。これは、様々な方法で行うことができる。熱流体中に余剰熱があるかを判定する１つの単純な方法は、第１の温度センサからの測定温度を所定の限界値（ｌｉｍｉｔ ｖａｌｕｅ）と比較することである。そのような場合において、第１の弁に入る熱流体は、第１の温度センサからの測定温度が限界値を超えており、エネルギー貯蔵システム及びキャビンのいずれかが加熱される必要があるときには、ヒータに分配され、第１の弁に入る熱流体は、第１の温度センサからの測定温度が限界値未満であるときには、パッシブ冷却システム２５に戻すように分配される。

別の代替法は、ヒータ６に入る熱流体の温度を測定し、第１の弁７に入る熱流体の測定温度及びヒータに入る熱流体の測定温度の間の差に基づいて、熱流体中に余剰熱があるかを判定することである。

さらなる代替法は、第１の弁に入る流体中にどれだけの熱エネルギーがあるかを算出することである。例えば、利用可能な熱エネルギーは、第１の冷却ループ１４ａ内の熱流体の現在の流量（通常、リットル毎分で）及び第１の弁７に入る熱流体の温度に基づいて算出することができる。流体の現在の流量は、第１の冷却ループ１４ａ内のポンプの速度に基づいて判定することができる。

エネルギー貯蔵システム及びキャビンの加熱需要は、これらのコンポーネントの仕様及び現在の必要に基づいて知られ、熱流体を加熱するために又はそれを定常状態に維持するためにどれだけの「熱」がヒータを介して追加される必要があるかを算出することが可能である。

熱管理システム１は、車両コンポーネント４の冷却からの余剰熱を、キャビン２及びエネルギー貯蔵システム３を加熱するために使用できるように配設されている。キャビン２及びエネルギー貯蔵システム３の両方を加熱するために、システム内の同じヒータ６が使用される。温度センサからのデータ及びキャビン２及びエネルギー貯蔵システム３内の測定温度に関連付けられた入力データを使用して、制御ユニット９は、車両コンポーネント４からの余剰熱を、キャビン２、エネルギー貯蔵システム３、又は両方において使用できるように、第１の弁７を制御することができる。

制御ユニット９は、例えば、キャビン及びエネルギー貯蔵システムのいずれの加熱が優先されるかについての情報、及びキャビンの加熱の判定された実際の必要、及びエネルギー貯蔵システムの加熱の判定された実際の必要に基づいて、ヒータ６からの熱流体がキャビン２に及び／又はエネルギー貯蔵システム３に分配されるように、第２の弁１１を制御するように構成することができる。例えば、キャビンの加熱は、エネルギー貯蔵システムの加熱よりも高い優先順位を有することができ、又は、エネルギー貯蔵システムの加熱は、キャビンの加熱よりも高い優先順位を有することができる。これによって優先順位管理が可能になり、これは有利であり得る。例えば、キャビンは通常５ｋＷのみの冷却性能を必要とし、バッテリは１０ｋＷを必要とし、システムは、（バッテリが必要とするので）１０ｋＷの１つのヒータを備え、キャビンの加熱を優先させて、この１０ｋＷをキャビンのためにのみ使用し、したがってそれを非常に迅速に加熱し、キャビンが所望の温度に加熱された後にバッテリの加熱を開始することが可能である。この加熱の優先順位に関する情報は、例えば、車両のユーザからの優先順位コマンドの形態で制御ユニット９によって受け取ることができ、又は、所定の優先順位選択として制御ユニット９のデータストレージなどで格納することができる。

ヒータの数を最小化することによって、このシステムの重量が最小化される。さらに、電気車両の動作中、任意のヒータに電力供給するのはエネルギー貯蔵システム３である。したがって、熱管理システム１内の全ての加熱のために１つのヒータ６のみが使用されることも利点である。１つのヒータ６のみを有することによって、コストも削減される。

ステップＳ１からＳ６が、図１に示されている。制御ユニット９は、データを処理するための処理回路を含み、且つ、通信回路を含むか又はセンサデータを受け取り及びそれが制御するコンポーネントのための命令を送信するための通信回路に接続されているかのいずれかである。制御ユニット９及び上記コンポーネント、すなわち、任意の弁、ポンプ、圧力センサ及び／又は熱膨張弁の間の通信は、有線又は無線通信を含んでよい。

制御ユニット９は、第１のセンサ、キャビン、及びエネルギー貯蔵システム３から受け取られたセンサデータを処理するための、及び、弁７、１１、１２及び１３などの、それが制御するコンポーネントに命令を送信するための処理回路を含む。制御ユニット９は、センサデータを処理し、それが制御するコンポーネントに対する制御信号を生成するための命令を含む、コンピュータプログラムなどのソフトウェアコード部分、及び、ソフトウェアコード部分の命令を実行するための、プロセッサ、メモリ及び入力／出力デバイスなどのハードウェアを含んでよい。

キャビン２内の測定温度に関連付けられたデータは、キャビン２内の実際の温度を示すデータ、又は、キャビン２が所望の温度と異なる度数であってよい。例えば、キャビン２が、電気車両の操作者にとって快適である２２℃に設定されており、実際の温度が２０℃である場合、キャビン２内の測定温度に関連付けられたデータは、２０℃であってよい。そのような場合には、制御ユニット９は、所望の温度を測定温度と比較し、より多くの熱が必要であると判定する。これは、キャビン２が所望の温度に達するためにもう２度必要であることを示すように、キャビン２内の測定温度に関連付けられたデータが－２℃であることであってもよい。これは、測定温度に関連付けられたデータが、特定の数字を伴わずに、より多くの熱が必要であることの指示のみを与えることであってもよい。これは、測定温度に関連付けられたデータが、パーセントで与えられることであってもよく、ここで、例えば、０％は、加熱又は冷却が必要とされていないことの指示であり、各パーセントは、変更されるべき所定の度数を表す。

エネルギー貯蔵システム３内の測定温度に関連付けられたデータは、対応する形態としてよい。実際の温度が制御ユニット９に送信され、大型バッテリパックの場合には、実際の温度は、エネルギー貯蔵システム３内の異なる場所に配設された複数の温度センサの平均であってよいか、又は、実際の温度との差が送信されるか、又は、エネルギー貯蔵システム３が加熱される必要があるかの指示のみが送信されるかのいずれかである。

キャビン２及びエネルギー貯蔵システム３内の測定温度に関連付けられたデータは、上で説明されたものとは異なる方法で示されてもよい。

受け取られたデータに基づいて、キャビン２又はエネルギー貯蔵システム３のいずれかが加熱されるべきであるかを判定するＳ４ことは、上で議論したような、受け取られたデータがどの方法で測定温度を示すかに応じて異なり得る。キャビン２又はエネルギー貯蔵システム３の実際の温度が受け取られる場合、キャビン２又はエネルギー貯蔵システム３のいずれかが加熱されるべきであるかを判定Ｓ４することは、受け取られたデータを、参照リスト又はキャビン２の以前に受け取られた所望の温度と比較することを含んでよい。所望の温度及び実際の温度に差がある場合、判定することは、キャビン２又はエネルギー貯蔵システム３が温かすぎるか又は冷たすぎるかを検出することであってよい。測定温度に関連付けられたデータが、より多くの熱が必要であることの指示のみを与える場合、判定することは、単に、受け取られたデータをチェックすることであってよい。

熱流体中に余剰熱があり、エネルギー貯蔵システム３及びキャビン２のいずれかが加熱されるべきであるときに、熱流体が第１の弁７の第１の出口７ｂを介してヒータ６に提供されるように、第１の弁７の第１の出口７ｂの開放及び閉鎖を制御するＳ６ことは、第１の出口７ｂを開放する命令と共に弁に信号を送信することを含んでよい。これは、車両コンポーネント４からの熱流体が、それをキャビン２又はエネルギー貯蔵システム３を加熱するために使用することができるほど温かい場合に行われる。

制御ユニット９は、電気車両と通信し、及び命令を受け取り、電気車両にフィードバックを与え、並びに、電気車両及び熱管理システムの状態、及び熱管理システム１又は使用されているコンポーネントにおける潜在エラーを受信及び送信するようにも配設されてよい。

図１～図７に示されている部分には、熱管理システム１の一部ではないものがあることに留意されたい。例えば、車両コンポーネント４、及び熱流体を有するその冷却システムは、車両の一部である。また、電気車両内にはパッシブ冷却システム２５が存在することが多いが、説明した熱管理システム１の一部ではない。キャビン２及びキャビン２の加熱及び冷却システム、例えばＨＶＡＣは、車両の一部であり、熱管理システム１に含まれていない。冷却ユニット１０は、システムにおいて任意選択のものであり、下で説明される。弁１１、１２及び１３も、システムに関して任意選択のものである。

図１では、熱管理システム１を車両内の部分にどのように接続することができるかの例を示している。冷却のための３つの冷却ループ１４ａ～ｃは、車両のパッシブ冷却システム２５を通過している。第１の冷却ループ１４ａは、電気車両の車両コンポーネント４を冷却するために使用される。熱管理システム１は、熱流体中に余剰熱があるかを判定するために温度センサ８を備える。これは、外部コンポーネントを冷却するために使用された熱流体が、キャビン及びエネルギー貯蔵システムの加熱に寄与するのに十分温かいかを判定することを意味する。そうでない場合、熱流体は、第１の弁７の第２の出口７ｃを介してパッシブ冷却システム２５に戻して循環させることができる。余剰熱がある場合、熱流体を、弁７の第１の出口７ｂを介してヒータ６に送ることができ、したがって、ヒータは、熱流体を、車両コンポーネントからの熱流体からの熱を用いない場合よりも少なく加熱することができる。この例において、熱管理システム１は、第２の弁１１を備え、これは、キャビン、又は熱交換器を介してエネルギー貯蔵システム、又は両方を加熱するために熱流体を使用すべきである場合に制御するために使用することができる。

第２の冷却ループ１４ｂは、パッシブ冷却システム２５を通過し、冷却ユニット１０を介して進み、第２の冷却ループ１４ｂ内の第２の熱流体は、キャビン、及び／又は熱交換器５を介してエネルギー貯蔵システムを冷却するために使用される。

熱管理システムは、第３の弁１２を備えてよい。第３の冷却ループ１４ｃは、エネルギー貯蔵システムを冷却するために使用され、第３の弁１２を介して熱交換器５に選択的に接続される。熱交換器において、第３の冷却ループ１４ｃの第３の熱流体に加熱及び冷却の両方を行うことができる。それが冷却されるとき、それは熱交換器を介して第２の熱流体によって冷却され、それが加熱されるとき、それは熱交換器を介してヒータ６からの熱流体によって加熱される。

熱管理システムは、ヒータ６に入る熱流体の温度を測定するように配設されたヒータ温度センサ６ａを備えてよい。制御ユニット９は、ヒータ温度センサ６ａから測定温度を受け取り（Ｓ５ａ）、第１の温度センサ８からの受け取られた測定温度及びヒータ温度センサ６ａからの測定温度に基づいて、熱流体中に余剰熱があるかを判定する（Ｓ５）ように配設されている。ヒータ温度センサ６ａは、熱流体の温度を、それがヒータによって加熱される前に測定するように配設されている。ヒータ温度センサ６ａは、図２に示すように、ヒータ温度センサ６ａがヒータ６内の熱流体の温度を測定するように、ヒータ６内部に配置することができる。ヒータ温度センサ６ａは、別個のコンポーネントとしてヒータ６の外部に配設されてもよい。ヒータ温度センサ６ａは、例えば、熱流体がヒータ６に入る前の通路、例えば配管内に配設することができる。ヒータは、ケーシング内に配設されたヒータ素子を含んでよく、ヒータ温度センサ６ａは、ヒータ素子と同じケーシング内に配設することができる。

代替的な実施形態において、システムは、ヒータを離れる熱流体の温度を測定するように配設された第２のヒータ温度センサを備えてよく、制御ユニットは、第１及び第２のヒータ温度センサからの測定温度に基づいて、熱流体中に余剰熱があるかどうかを判定するように構成されている。第１及び第２のヒータ温度センサは、両方とも、ヒータ素子と同じケーシング内に配設することができる。ヒータの前及び後で温度を測定することが有利であり、なぜなら、それにより、（体積流量がわかっているので）加えられた加熱パワーを逆算することが可能になり、この計算を用いて、ヒータが適切に作動しているかをチェックすることが可能であるからである。

出口温度がわかっていることで、それが加熱された後の流体中の温度がわかる。

その場合において、熱流体の受け取られた測定温度に基づいて熱流体中に余剰熱があるかを判定するＳ５ことは、ヒータ温度センサから熱流体の測定温度を受け取りＳ５ａ、及び、第１の温度センサ８からの熱流体の測定温度がヒータ６内の熱流体の測定温度よりも温かいかを判定するＳ５ｂことを含む。こうして、車両コンポーネントを冷却するために使用された熱流体中に余剰熱があるかを判定する効率的な方法が実現される。第１の温度センサからの熱流体の測定温度がヒータ内の熱流体の測定温度よりも温かい場合、車両コンポーネントの冷却からの熱流体は、キャビン及び／又はエネルギー貯蔵システムの加熱に有用である。換言すれば、車両コンポーネントの冷却からの熱流体がヒータに入る熱流体よりも温かい場合、車両コンポーネントの冷却からの熱流体は、ヒータに入る熱流体を加熱し、したがって、車両コンポーネントの冷却からの熱流体中に余剰熱がある。

熱流体の受け取られた測定温度に基づいて、車両コンポーネント４を冷却するために使用された熱流体中に余剰熱があるかを判定するＳ５ための代替的な方法は、車両コンポーネント４を冷却するために使用された熱流体中の受け取られた測定温度を、第４の温度センサ１８において測定された熱流体の温度と比較することであり、これは、図８に関連して下でさらに説明される。

熱管理システム１は、キャビン２がユーザ選択温度よりも温かいときにキャビン２を冷却するように、及び、エネルギー貯蔵システム３が所定の最大温度よりも温かいときにエネルギー貯蔵システム３を冷却するために熱交換器５に冷温を提供するように配設された、１つの冷却ユニット１０を備えてよい。したがって、キャビン２及びエネルギー貯蔵システム３の両方を冷却するために同じ冷却ユニット１０が使用される。ヒータ及び冷却ユニットの数を最小化することによって、このユニットの重量が最小化される。電気車両の動作中、ヒータ６及び冷却ユニット１０に電力供給するのがエネルギー貯蔵システム３であるので、全ての加熱及び冷却のために、１つのヒータ６のみ及び１つの冷却ユニット１０のみが使用されることも利点である。１つのヒータ６及び１つの冷却ユニット１０のみを有することによって、システムのコストも最小化される。

冷却ユニット１０は、例えば、圧縮器であり、これは、キャビン内の蒸発器及び上記熱交換器と関連付けて配設された熱膨張弁と共に、２つの冷却機を形成する。そのような場合において、圧縮器１０に接続された第２の冷却ループ１４ｂは、熱蒸気の形態で第２の熱流体を輸送するためのものである。冷却ユニット１０は、ヒートポンプシステムであってもよい。

制御ユニット９は、ヒータ６への電力を、したがって、ヒータ６を通って流れる熱流体がどれだけ加熱されるべきかを制御するように配設されてもよい。この制御は、第１の弁７の制御と同じパラメータ、すなわち、熱流体の温度及びキャビン２及び／又はエネルギー貯蔵システム３の温度に関連付けられたデータに基づいてよい。

図３は、追加の弁の追加された制御を伴う例示的な熱管理システム１の概略図を示している。熱管理システム１は、第２の弁１１を備えてよく、これは、ヒータ６からの入口１１ａ、キャビン２への第１の出口１１ｂ及び熱交換器５への第２の出口１１ｃを有して配設された三方弁とすることができ、制御ユニット９は、第２の弁１１を通る熱流体の流量を制御するように配設されている。したがって、制御ユニット９は、第２の弁１１を介して、キャビン２及びエネルギー貯蔵システム３への流量を制御する。換言すれば、制御ユニット９は、第２の弁１１を、したがって、熱流体がヒータ６から、キャビン２に、エネルギー貯蔵システム３に、又は両方に流れることになるかを制御する。

第２の弁１１を制御するために、制御ユニット９は、熱流体中に余剰熱があり、キャビン２が加熱されるべきであるときに、熱流体をキャビン２に提供するように、第２の弁１１の第１の出口１１ｂの開放及び閉鎖を制御しＳ７、熱流体中に余剰熱があり、エネルギー貯蔵システム３が加熱されるべきであるときに、熱流体が熱交換器５に提供されるように、第２の弁１１の第２の出口１１ｃの開放及び閉鎖を制御するＳ８ように配設されてよい。

例えば、第２の弁１１は、第１及び第２の出口１１ｂ、１１ｃを同時に完全に開放又は部分的に開放することができ、ヒータ６からの熱流体を、キャビンに及び熱交換器に様々な程度で分配することができるように構成された比例弁である。第２の弁１１は、好ましくは、プログラム可能な弁である。好ましくは、第２の弁は、第１及び第２の出口１１ｂ、１１ｃの開放及び閉鎖を、互いとは独立して制御することができ、開放度を第１及び第２の出口間で変えることができるように構成されている。これにより、キャビン及び／又は熱交換器に、それらの加熱の実際の必要に応じて、ヒータからの流体を分配することが可能になる。

１つの態様において、制御ユニット９は、
－ キャビン内の測定温度に関連付けられた受け取られたデータ及びキャビン内のユーザ選択温度に基づいて、キャビン２の加熱の実際の必要を判定し、
－ エネルギー貯蔵システム内の測定温度に関連付けられた受け取られたデータ及び最低温度に基づいて、エネルギー貯蔵システムの加熱の実際の必要を判定し、
－ キャビン２の加熱の判定された実際の必要に応じて、第２の弁の第１の出口１１ｂの開放度を制御し、及び
－ エネルギー貯蔵システムの加熱の判定された実際の必要に応じて、第２の弁の第２の出口１１ｃの開放度を制御する
ように構成されている。

キャビン及びエネルギー貯蔵システムを加熱する必要は、様々な方法で算出することができる。バッテリに関して、特定の時間内でバッテリ温度を１℃だけ上昇させるのに必要とされる加熱パワーは、通常、ＯＥＭ／バッテリ製造業者から知られる。その値は、周囲温度と共に、加熱の必要の算出のために使用することができる。代替的には、現在のバッテリ温度及び所望のバッテリ温度がわかっており、バッテリの所望の温度を達成するためにただ全速（利用可能な限り多くの電力）で加熱する。キャビンに関して、これは、通常、キャビン内部のクライメートＥＣＵによって行われる。これから、％加熱値が受け取られる。加熱需要がわかっているので、計算で１００％の値を達成するのが容易である。

図４は、追加の弁の追加された制御を伴う例示的な熱管理システム１の概略図を示している。熱管理システム１は、エネルギー貯蔵システム３からの入口１２ａ、熱交換器５への第１の出口１２ｂ及び車両のパッシブ冷却システム２５への第２の出口１２ｃを伴って配設された、三方弁とすることができる第３の弁１２を備えてよく、制御ユニット９は、エネルギー貯蔵システム３を加熱又は冷却するために使用された第２の熱流体が、熱交換器５又はパッシブ冷却システム２５のいずれかに導かれるように、第３の弁１２の第１の出口１２ｂ及び第２の出口１２ｃの開放及び閉鎖を制御するＳ９ように配設されている。エネルギー貯蔵システム３を加熱又は冷却する必要が無い場合において、制御ユニット９は、熱流体が熱交換器５を通過しない、すなわち、第１の出口１２ｂを閉鎖するように、第３の弁１２を制御してよい。この弁は、流体が熱交換器５のみを通過するように制御される、すなわち、第１の出口１２ｂを開放し、第２の出口１２ｃを閉鎖することもできる。

図５は、追加の温度センサの追加された入力を伴う例示的な熱管理システム１の概略図を示している。熱管理システム１は、第３の弁１２に入る熱流体の温度を測定するように配設された第２の温度センサ２０を備えてよい。制御ユニット９は、この場合、第２の温度センサ２０から熱流体の測定温度を受け取るＳ９ａように、及び、受け取られた温度に基づいて、第３の弁１２の第１の出口１２ｂ及び第２の出口１２ｃの開放及び閉鎖を制御するＳ９ｂように配設されている。

上記測定温度を、エネルギー貯蔵システム３内の測定温度に関連付けられたデータと共に用いることで、エネルギー貯蔵システム３が加熱又は冷却を必要としているかがわかる。したがって、制御ユニット９は、受け取られたデータに基づいて第３の弁１２を制御してよい。第２の温度センサ２０は、熱管理システム１を備える車両の一部であってよいことに留意されたい。

図６は、追加の弁の追加された制御を伴う例示的な熱管理システム１の概略図を示している。第１の弁７は、第２の開放可能且つ閉鎖可能な出口７ｃを有する。熱管理システム１は、第４の弁１３を備える。この場合、制御ユニット９は、第４の弁１３の開放及び閉鎖を、第１の弁７の第１の出口７ｂが開放されているときにはそれが開放され、第１の弁７の第１の出口７ｂが閉鎖されているときには閉鎖されるように制御するＳ１０ように、及び、第２の出口７ｃの開放及び閉鎖を、第１の弁７の第１の出口７ｂが閉鎖されているときにはそれが開放され、第１の弁７の第１の出口７ｂが閉鎖されているときには開放されるように制御するＳ１１ように、配設されている。

これにより、熱流体中に余剰熱が無いときに、又は、キャビン２又はエネルギー貯蔵システム３がいかなる熱も必要としない場合に、車両コンポーネント４を冷却するための熱流体のためのループを有することが可能である。図６に見ることができるように、第１の弁７及び第４の弁１３が両方とも閉鎖されている場合、車両コンポーネント４がパッシブ冷却システム２５を介して冷却されるループが形成される。両方の弁７、１３が開放されているとき、車両コンポーネント４の冷却からの熱流体は、キャビン２又はエネルギー貯蔵システム３又は両方を加熱するために使用される。

図７は、１又は複数のポンプ１５、１６、１７の追加された制御を伴う例示的な熱管理システム１の概略図を示している。熱管理システム１は、１又は複数のポンプ１５、１６、１７を備えてよく、制御ユニット９は、この場合、受け取られたデータ及び受け取られた測定温度に基づいて１又は複数のポンプ１５、１６、１７の速度を制御するＳ１２ように配設されている。したがって、１又は複数の弁を制御することに加えて、制御ユニット９は、１又は複数のポンプ１５、１６、１７を通る熱流体の流量を制御してもよい。したがって、制御ユニット９は、システムに対してさらなる制御を有することができ、また加熱又は冷却するときのファクタとして流量を使用することができる。第１のポンプ１５、第２のポンプ１６、及び第３のポンプ１７は、互いから独立してシステムに追加されてよい。

また、全ての弁及びポンプの制御は、エネルギー貯蔵システム３の選択温度及び所定の最低温度に基づいてよい。

図８は、追加された温度センサ１８、１９、２０、２１、ポンプ１５、１６、１７、圧力センサ２２、２３、及び熱膨張弁２４の例を伴う例示的な熱管理システム１の概略図を示している。本開示の目的を達成するためには、請求項１に記載された部分のみが必要である。他の部分は、任意であるか、又は、上でも説明したようにシステムの外部に配設される。

圧力センサ２２、２３は、冷却ループ１４が冷媒ガスを輸送している場合の温度を示す。圧力センサ２２、２３は、システム１を備える車両に配設されてよい。制御ユニットは、例えば、熱膨張弁２４及び／又は冷却ユニット１０を制御するために、圧力センサからの入力を使用することができる。熱流体が冷媒ガスであるとき、それは、例えば、Ｒ１３４ａ又はＲ１２３４ＹＦ又は同様のものである。配管の異なる部分は、グリコールクーラント、水又は冷媒ガスなどの、異なるタイプの熱流体を保持してよいことに留意されたい。一般に、冷却のための熱流体を輸送する通路は、冷媒ガスを含み、加熱のための通路は、熱液体を含む。しかしながら、他の解決手段が可能である。

熱膨張弁２４は、蒸発器内に放出される冷媒の量を制御し、これは、熱交換器の一部であり、蒸発器を離れる蒸気の過熱を調節するように意図されている。熱膨張弁は、熱交換器に統合されてもよいし、又は、熱膨張弁は、システム１を備える車両に配設されてもよい。熱膨張弁は、圧力制御又は電気制御され得る。それは、電気係合（通常は閉鎖されているか又は通常は開放されている）又は単に圧力係合され得る。

１． 熱管理システム
２． キャビン
３． エネルギー貯蔵システム
４． 車両コンポーネント
５． 熱交換器
６． ヒータ
ａ．ヒータ温度センサ
７． 第１の弁
ａ． 入口
ｂ． 第１の出口
ｃ． 第２の出口
８． 第１の温度センサ
９． 制御ユニット
１０． 冷却ユニット
１１． 第２の弁
ａ． 入口
ｂ． 第１の出口
ｃ． 第２の出口
１２． 第３の弁
ａ． 入口
ｂ． 第１の出口
ｃ． 第２の出口
１３． 第４の弁
ａ． 入口
ｂ． 出口
１４． 熱流体のための冷却ループ
ａ．第１の冷却ループ
ｂ． 第２の冷却ループ
ｃ． 第３の冷却ループ
１５． 第１のポンプ
１６． 第２のポンプ
１７． 第３のポンプ
１８． 第４の温度センサ
１９． 第３の温度センサ
２０． 第２の温度センサ
２１． 第５の温度センサ
２２． 第１の圧力センサ
２３． 第２の圧力センサ
２４． 熱膨張弁
２５． 外部パッシブ冷却システム

Claims (15)

1. 車両コンポーネント及び前記車両コンポーネントを冷却するための熱流体を含む冷却ループを有する電気車両のキャビン及びエネルギー貯蔵システム内の温度を制御するための熱管理システムであって、前記熱管理システムは、
   － 前記エネルギー貯蔵システムを加熱するように配設された１つの熱交換器、
   － 前記キャビンを加熱するように及び前記熱交換器に熱を提供するように配設された１つのヒータ、及び
   － 制御ユニットであって、
   〇 前記キャビン内の測定温度に関連付けられたデータを受け取り、
   〇 前記エネルギー貯蔵システム内の測定温度に関連付けられたデータを受け取り、
   〇 前記受け取られたデータに基づいて、前記キャビン又は前記エネルギー貯蔵システムのいずれかが加熱される必要があるかを判定する
   ように構成された制御ユニット、及び
   前記冷却ループ内に配置されており、前記車両コンポーネントを冷却するために使用された前記熱流体を受け取るように配設された入口、及び前記ヒータと流体連通する出口を有する第１の弁
   を備え、前記熱管理システムは、
   － 前記第１の弁の前記入口に入る前記熱流体の温度を測定するように配設された温度センサ、ここで、前記温度センサは、前記第１の弁内に又は前記熱流体が前記第１の弁に入る前の通路内に配設されている、
   － 前記ヒータから前記熱流体を受け取るように配設された入口、前記キャビンと流体連通する第１の出口、及び前記熱交換器と流体連通する第２の出口を有する第２の弁
   を備え、前記制御ユニットは、
   〇 前記温度センサから前記熱流体の前記測定温度を受け取り、
   〇 前記温度センサからの前記測定温度に基づいて、前記第１の弁の前記入口に入る前記熱流体中に余剰熱があるかを判定し、
   〇 前記熱流体中に余剰熱があり、前記エネルギー貯蔵システム及び前記キャビンのいずれかが加熱される必要があるとき、前記ヒータに前記熱流体が提供されるように前記第１の弁の前記出口を制御し、
   〇 前記キャビン及び前記エネルギー貯蔵システムの加熱の必要に基づいて、前記ヒータからの前記熱流体が前記キャビンに及び／又は前記熱交換器に分配されるように前記第２の弁を制御する
   ように構成されている、熱管理システム。
2. 前記制御ユニットは、前記キャビン及び前記エネルギー貯蔵システムのいずれの加熱が優先されるかについての情報に基づいて、前記ヒータからの前記熱流体が前記キャビンに及び／又は前記エネルギー貯蔵システムに分配されるように、前記第２の弁を制御するように構成されている、請求項１に記載の熱管理システム。
3. 前記第２の弁は、前記第１の出口及び前記第２の出口を同時に部分的に開放することができ、前記ヒータからの前記熱流体を前記キャビン及び前記熱交換器に様々な程度で分配することができるように構成された比例弁である、請求項１又は２に記載の熱管理システム。
4. 前記冷却ループは、外部パッシブ冷却システムを通過し、前記制御ユニットは、前記熱流体中に余剰熱が無いとき、又は前記エネルギー貯蔵システム及び前記キャビンのいずれも加熱される必要が無い場合、前記熱流体を前記外部パッシブ冷却システムに戻して循環させるように配設されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の熱管理システム。
5. 前記第１の弁は、前記外部パッシブ冷却システムと流体連通する第２の出口を有し、前記制御ユニットは、前記熱流体中に余剰熱が無いとき、又は前記エネルギー貯蔵システム及び前記キャビンのいずれも加熱される必要が無い場合、前記熱流体が前記外部パッシブ冷却システムに戻して循環されるように前記第１の弁の前記第２の出口を制御するように配設されている、請求項４に記載の熱管理システム。
6. 前記制御ユニットは、
   － 前記受け取られたデータに基づいて、前記キャビンの加熱の実際の必要及び前記エネルギー貯蔵システムの加熱の実際の必要を判定し、
   － 前記キャビンの加熱の前記判定された実際の必要に応じて、前記第２の弁の前記第１の出口の開放度を制御し、
   前記エネルギー貯蔵システムの加熱の前記判定された実際の必要に応じて、前記第２の弁の第２の出口の開放度を制御する
   ように配設されている、請求項１から５のいずれか一項に記載の熱管理システム。
7. 前記ヒータに入る前記熱流体の温度を測定するように配設されたヒータ温度センサを備え、前記制御ユニットは、前記ヒータ温度センサから前記測定温度を受け取るように、及び、第１の温度センサからの前記熱流体の前記受け取られた測定温度及び前記ヒータ温度センサからの前記測定温度に基づいて、前記熱流体中に余剰熱があるかどうかを判定するように配設されている、請求項１から６のいずれか一項に記載の熱管理システム。
8. 前記ヒータ温度センサは、前記ヒータの内部に又は前記熱流体が前記ヒータに入る前の通路内に配置されている、請求項７に記載の熱管理システム。
9. 前記制御ユニットは、前記第１の温度センサからの前記測定温度が前記ヒータ温度センサからの前記測定温度よりも温かいかどうかを判定するように、及び、前記エネルギー貯蔵システム及び前記キャビンのいずれかが加熱されるべきであり、前記第１の温度センサからの前記熱流体の前記測定温度が前記ヒータ温度センサからの前記測定温度よりも温かいとき、前記第１の弁の前記入口に入る前記熱流体が前記ヒータに提供されるように前記第１の弁の前記出口の開放及び閉鎖を制御するように配設されている、請求項７又は８に記載の熱管理システム。
10. 前記エネルギー貯蔵システムからの入口、前記熱交換器への第１の出口及び外部パッシブ冷却システムへの第２の出口を伴って配設された第３の弁を備え、前記制御ユニットは、
    〇 前記エネルギー貯蔵システムを加熱又は冷却するために使用される第３の熱流体が、前記熱交換器又は前記外部パッシブ冷却システムのいずれかに導かれるように、前記第３の弁の前記第１の出口及び前記第２の出口の開放及び閉鎖を制御する
    ように配設されている、請求項１から９のいずれか一項に記載の熱管理システム。
11. 前記第３の弁に入る前記第３の熱流体の温度を測定するように配設された第２の温度センサを備え、前記制御ユニットは、
    〇 前記第２の温度センサから前記第３の熱流体の前記測定温度を受け取り、
    〇 前記受け取られた温度に基づいて、前記第３の弁の前記第１の出口及び前記第２の出口の開放及び閉鎖を制御する
    ように配設されている、請求項１０に記載の熱管理システム。
12. １又は複数のポンプを備え、前記制御ユニットは、
    〇 前記受け取られたデータ及び前記受け取られた測定温度に基づいて、前記１又は複数のポンプの速度を制御する
    ように配設されている、請求項１から１１のいずれか一項に記載の熱管理システム。
13. 前記熱交換器は、チラーである、請求項１から１２のいずれか一項に記載の熱管理システム。
14. 前記熱管理システムは、第４の弁を備え、前記制御ユニットは、
    － 前記第４の弁の開放及び閉鎖を、前記第１の弁の前記第１の出口が開放されているときにはそれが開放され、前記第１の弁の前記第１の出口が閉鎖されているときには閉鎖されるように制御し、
    － 前記第１の弁の前記第２の出口の開放及び閉鎖を、前記第１の弁の前記第１の出口が閉鎖されているときにはそれが開放され、前記第１の弁の前記第１の出口が閉鎖されているときには開放されるように制御する
    ように配設されている、請求項５に記載の熱管理システム。
15. キャビン、エネルギー貯蔵システム、車両コンポーネント、及び前記車両コンポーネントを冷却するための熱流体を含む冷却ループ、及び請求項１から１４のいずれか一項に記載の熱管理システムを備える電気車両。

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