KR102352723B1 - 열 요구 조정 장치 - Google Patents

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KR102352723B1
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류이치 와다
다츠야 마스히사
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도요타지도샤가부시키가이샤
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Abstract

열 요구 조정 장치(1)는, 열 회로(HT, LT, RE)마다 요구 열량을 산출하는 산출부(3), 열 회로 간의 이동 가능 열량에 기초하여, 각 열 회로에 할당하는 흡열량 또는 배열량을 결정하는 조정부(4)와, 결정한 흡열량 또는 배열량에 기초하여, 각 열 회로에 포함되는 유닛에 흡열량 또는 배열량을 배분하는 배분부(5)를 포함한다.

Description

열 요구 조정 장치{THERMAL REQUEST MEDIATING DEVICE}
본 발명은, 차량에 탑재된 복수의 유닛으로부터의 열 요구를 조정하는 열 요구 조정 장치에 관한 것이다.
일본 특허공개 제2015-186989호에는, 냉동 회로, 저수온 회로 및 고수온 회로를 구비하고, 냉동 회로 및 고수온 회로가 콘덴서를 통해 열교환 가능하며, 냉동 회로 및 저수온 회로가 냉매-수열 교환기를 통해 열교환 가능한 차량용 공조 장치가 기재되어 있다. 일본 특허공개 제2015-186989호에 기재된 차량용 공조 장치에서는, 냉동 회로와 저수온 회로의 사이에서 열 교환 가능한 서브 쿨(SC) 콘덴서를 마련하고, SC 콘덴서로 냉동 회로의 냉매의 냉각을 촉진함으로써, 냉동 회로의 효율 개선을 도모하고 있다.
일본 특허공개 제2015-186989호에 기재된 바와 같은 복수의 열 회로 간에서 열 이동이 가능한 시스템에서는, 각 열 회로에 포함되는 유닛의 흡열/배열 요구의 조합이 방대하여, 흡열/배열 요구의 조정이 복잡해진다. 따라서, 복수의 유닛의 열 요구를 조정하기 위한 구조에는 개선의 여지가 있다.
그 때문에, 본 발명은, 흡열 또는 배열을 행하는 복수의 유닛을 구비하는 차량에 있어서, 복수의 유닛의 열 요구를 효율적으로 조정할 수 있는 열 요구 조정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 양태에 따른 열 요구 조정 장치는, 차량에 탑재된다. 상기 차량은, 고온의 냉각수를 순환시키도록 구성된 제1 열 회로와, 저온의 냉각수를 순환시키도록 구성된 제2 열 회로와, 냉매를 상태 변화시키면서 순환시켜, 상기 제1 열 회로 및 상기 제2 열 회로의 각각과 열교환하도록 구성된 제3 열 회로와, 상기 제1 열 회로와 상기 제2 열 회로와 상기 제3 열 회로를 순환하는 어느 열매체를 통해 흡열 또는 방열을 행하도록 구성된 복수의 유닛을 포함한다. 상기 열 요구 조정 장치는, 상기 복수의 유닛의 각각이 요구하는 열량을 취득하도록 구성된 취득부; 단, 상기 열량은 흡열량 또는 배열량이며, 상기 취득부가 취득한 상기 복수의 유닛의 각각이 요구하는 열량에 기초하여, 상기 제1 열 회로와 상기 제2 열 회로와 상기 제3 열 회로의 각각이 요구하는 열량을 산출하도록 구성된 산출부; 상기 제1 열 회로와 상기 제2 열 회로와 상기 제3 열 회로의 각각이 요구하는 열량과, 상기 제2 열 회로로부터 상기 제3 열 회로로의 이동 가능 열량과, 상기 제3 열 회로로부터 상기 제1 열 회로로의 이동 가능 열량에 기초하여, 상기 제1 열 회로와 상기 제2 열 회로와 상기 제3 열 회로의 각각에 할당하는 열량을 결정하도록 구성된 조정부; 상기 조정부가 결정한 열량에 기초하여, 상기 제1 열 회로와 상기 제2 열 회로와 상기 제3 열 회로에 포함되는 유닛의 각각에 열량을 배분하도록 구성된 배분부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 흡열 또는 배열을 행하는 복수의 유닛을 구비하는 차량에 있어서, 복수의 유닛의 열 요구를 효율적으로 조정할 수 있는 열 요구 조정 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시 양태의 특징, 이점과, 기술적 및 산업적 의의는 첨부된 도면을 참조로 하기에 기술되며, 도면에서의 유사 번호는 유사 요소를 나타내는 것이고, 여기서:
도 1은, 실시 형태에 따른 열 요구 조정 장치 및 열 회로의 개략 구성을 나타내는 기능 블록도.
도 2는, 도 1에 도시한 열 회로의 구성예를 나타내는 블록도.
도 3은, 열 요구 수집 페이즈에 있어서의 열 요구 조정 장치의 기능의 계층 구조를 나타내는 도면.
도 4는, 회답 페이즈에 있어서의 열 요구 조정 장치의 기능의 계층 구조를 나타내는 도면.
도 5a는, 열 요구 조정 장치가 열 요구를 조정하기 위해 실행하는 제어 처리를 나타내는 흐름도.
도 5b는, 도 5a에 이어지는 제어 처리를 나타내는 흐름도.
도 6은, 열 요구 조정 장치가 각 회로 내의 유닛에 열량을 배분하기 위해 실행하는 제어 처리를 나타내는 흐름도.
도 7a는, 열 요구 조정 처리의 제1 구체예를 설명하기 위한 도면.
도 7b는, 열 요구 조정 처리의 제1 구체예를 설명하기 위한 도면.
도 7c는, 열 요구 조정 처리의 제1 구체예를 설명하기 위한 도면.
도 7d는, 열 요구 조정 처리의 제1 구체예를 설명하기 위한 도면.
도 7e는, 열 요구 조정 처리의 제1 구체예를 설명하기 위한 도면.
도 8은, 각 유닛의 요구 열량을 산출하는 방법의 일례를 나타내는 도면.
도 9a는, 열 요구 조정 처리의 제2 구체예를 설명하기 위한 도면.
도 9b는, 열 요구 조정 처리의 제2 구체예를 설명하기 위한 도면.
도 9c는, 열 요구 조정 처리의 제2 구체예를 설명하기 위한 도면.
도 9d는, 열 요구 조정 처리의 제2 구체예를 설명하기 위한 도면.
도 9e는, 열 요구 조정 처리의 제2 구체예를 설명하기 위한 도면.
도 10a는, 열 요구 조정 처리의 제3 구체예를 설명하기 위한 도면.
도 10b는, 열 요구 조정 처리의 제3 구체예를 설명하기 위한 도면.
도 10c는, 열 요구 조정 처리의 제3 구체예를 설명하기 위한 도면.
도 10d는, 열 요구 조정 처리의 제3 구체예를 설명하기 위한 도면.
도 10e는, 열 요구 조정 처리의 제3 구체예를 설명하기 위한 도면.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 열 요구 조정 장치는, 열 회로마다 요구되는 흡열량 또는 배열량을 집약하고, 열 회로 간의 이동 가능 열량에 기초하여, 각 열 회로에 할당하는 흡열량 또는 배열량을 산출한 후, 산출한 흡열량 또는 배열량에 기초하여, 각 열 회로에 포함되는 유닛에 흡열량 또는 배열량을 배분한다. 열 회로 간에 있어서의 열 요구의 조정과, 각 열 회로 내에 있어서의 열 요구의 조정을 나누어 실행함으로써, 복수의 유닛으로부터의 열 요구의 조정을 효율적으로 행할 수 있어, 각 열 회로의 유닛 구성의 변경에 의한 영향도 저감할 수 있다.
(실시 형태)
<구성>
도 1은, 실시 형태에 따른 열 요구 조정 장치 및 열 회로의 개략 구성을 나타내는 기능 블록도이다.
열 요구 조정 장치(1)는, 고온 냉각 회로 HT, 저온 냉각 회로 LT 및 냉매 회로 RE의 3개의 열 회로를 구비하는 차량에 탑재되고, 각 열 회로에 포함되는 복수의 유닛의 열 요구를 조정하는 장치이다. 열 요구 조정 장치(1)는, 차량 탑재 네트워크를 통해 각 열 회로에 포함되는 유닛의 제어 장치와 통신 가능하다. 고온 냉각 회로 HT, 저온 냉각 회로 LT 및 냉매 회로 RE는, 각각 열매체를 순환시키는 유로를 갖는다. 각 열 회로에 포함되는 유닛은, 열매체와의 사이에서 열교환을 행할 수 있다. 또한, 냉매 회로 RE는, 고온 냉각 회로 HT 및 저온 냉각 회로 LT의 각각과 열교환 가능하게 결합되어 있다. 여기서, 유닛으로부터의 열 요구는, 유닛이 요구하는 흡열량 또는 유닛이 요구하는 배열량의 값을 포함하는 정보이다. 본 실시 형태에서는, 흡열량 또는 배열량은, 단위 시간당 열에너지의 이동량(일률, 단위: W)으로 표시되는 것으로서 설명한다. 또한, 이하에서는, 설명의 편의상, 유닛이 요구하는 흡열량 또는 유닛이 요구하는 배열량을, 「유닛의 요구 열량」이라 하고, 열 회로가 요구하는 흡열량 또는 열 회로가 요구하는 배열량을, 「열 회로의 요구 열량」이라 한다.
열 요구 조정 장치(1)는, 취득부(2)와, 산출부(3)와, 조정부(4)와, 배분부(5)를 구비한다. 취득부(2)는, 각 열 회로에 포함되는 복수의 유닛의 제어 장치부터 통신에 의해 요구 열량을 취득한다. 산출부(3)는, 취득부(2)가 취득한 복수의 유닛의 요구 열량을 열 회로마다 집계하고, 각 열 회로의 요구 열량을 산출한다. 조정부(4)는, 산출부(3)가 산출한 각 열 회로의 요구 열량과, 고온 냉각 회로 HT와 냉매 회로 RE 사이에서의 이동 가능 열량과, 저온 냉각 회로 LT와 냉매 회로 RE 사이에서의 이동 가능 열량에 기초하여, 각 열 회로에 허용하는 할당 열량을 결정한다. 할당 열량은, 각 열 회로에 할당된 흡열량 또는 배열량이다. 본 실시 형태에서는, 열 회로 간의 이동 가능 열량 및 할당 열량은, 요구 열량과 마찬가지로 단위 시간당 열에너지의 이동량으로 표시된다. 배분부(5)는, 조정부(4)에 의해 결정된 각 열 회로에 대한 할당 열량에 기초하여, 각 열 회로에 포함되는 유닛에 열량을 배분한다. 또한, 열 요구 조정 장치(1)가 실행하는 처리의 상세에 대해서는 후술한다.
도 2는, 도 1에 도시한 열 회로의 구성예를 나타내는 블록도이다. 또한, 도 2에 있어서는, 열매체가 순환하는 유로를 굵은 선으로 나타내고 있다.
고온 냉각 회로 HT는, 냉각수를 순환시키는 회로이며, 히터 코어(11)와, 전기 히터(12)와, 라디에이터(13)와, 워터 펌프(14)를 구비한다. 고온 냉각 회로 HT는, 차 실내의 난방을 위해서 냉각수에 축열하는 기능과, 냉매 회로 RE로부터 열교환에 의해 수취한 열을 차밖으로 방열하는 기능을 갖는다. 히터 코어(11)는, 냉각수가 흐르는 튜브와 핀을 갖고, 핀을 통과하는 공기와 냉각수의 사이에 열교환을 행하는 유닛이다. 전기 히터(12)는, 냉각수의 온도가 부족할 때 냉각수를 가열하는 유닛이다. 라디에이터(13)는, 냉각수를 공랭하기 위한 유닛이며, 냉각수가 흐르는 튜브와 핀을 갖고, 핀을 통과하는 공기와 냉각수의 사이에서 열교환을 행하는 라디에이터 코어와, 라디에이터 코어의 전방에 마련되고, 라디에이터 코어에 대한 통풍량을 증감시키는 그릴 셔터와, 라디에이터 코어의 후방에 마련되고, 라디에이터 코어에 강제 통풍을 행하기 위한 라디에이터 팬을 갖는다. 워터 펌프(14)는, 냉각수를 순환시키는 유닛이다.
고온 냉각 회로 HT에 있어서, 히터 코어(11) 및 라디에이터(13)는 냉각수로부터 흡열을 행할 수 있는 유닛이며, 전기 히터(12)는 냉각수에 대한 배열을 행할 수 있는 유닛이다. 또한, 워터 펌프(14) 자체는, 흡열 및 배열 어느 것도 행하지 않지만, 냉각수의 유속에 따라서, 라디에이터(13)의 방열량 및 후술하는 수랭 콘덴서(42)를 통한 냉매 회로 RE에 대한 이동 열량을 변화시킬 수 있는 유닛이다.
저온 냉각 회로 LT는, 냉각수를 순환시키는 회로이며, 배터리(21)와, 파워 컨트롤 유닛(이하, 「PCU」라고 함)(22)과, 트랜스 액슬(이하, 「TA」라고 함)(23)과, 라디에이터(24)와, 워터 펌프(25)를 구비한다. 배터리(21)는, 주행용 모터에 공급하기 위한 전력을 축적하는 유닛이다. PCU(22)는, 주행용 모터를 구동하는 인버터나 전압 변환을 행하는 DCDC 컨버터 등을 포함하고, 주행용 모터에 공급하는 전력을 제어하는 유닛이다. TA(23)는, 주행용 모터, 발전기, 동력 분할 기구 및 트랜스미션을 일체화한 유닛이다. 라디에이터(24)는, 냉각수를 공랭하기 위한 유닛이며, 냉각수가 흐르는 튜브와 핀을 갖고, 핀을 통과하는 공기와 냉각수의 사이에서 열교환을 행하는 라디에이터 코어와, 라디에이터 코어의 전방에 마련되고, 라디에이터 코어에 대한 통풍량을 증감시키는 그릴 셔터와, 라디에이터 코어의 후방에 마련되고, 라디에이터 코어에 강제 통풍을 행하기 위한 라디에이터 팬을 갖는다. 워터 펌프(25)는, 냉각수를 순환시키는 유닛이다.
저온 냉각 회로 LT에 있어서, 라디에이터(24)는 냉각수로부터 흡열을 행할 수 있는 유닛이며, 배터리(21), PCU(22) 및 TA(23)는, 냉각수의 유로의 일부를 구성하는 워터 재킷을 통해 냉각수로 배열을 행할 수 있는 유닛이다. 워터 펌프(25) 자체는, 흡열 및 배열 어느 것도 행하지 않지만, 냉각수의 유속에 따라서, 배터리(21), PCU(22), TA(23)로부터 냉각수에 대한 배열량, 라디에이터(24)의 방열량, 및 후술하는 칠러(41)를 통한 냉매 회로 RE에 대한 이동 열량을 제어할 수 있는 유닛이다. 저온 냉각 회로 LT는, 배터리(21), PCU(22) 및 TA(23)를 냉각시켜 신뢰성을 확보하기 위해 마련되는 것이므로, 저온 냉각 회로 LT를 순환하는 냉각수의 온도는, 통상적으로 고온 냉각 회로 HT를 순환하는 냉각수의 온도보다도 낮게 유지된다.
또한, 이하의 설명에서는, 고온 냉각 회로 HT의 냉각수와 저온 냉각 회로 LT의 냉각수를 구별할 목적으로, 전자를 「고온 냉각수」라 하고, 후자를 「저온 냉각수」라 하는 경우가 있다.
냉매 회로 RE는, 냉매를 상태 변화시키면서 순환시키는 회로이며, 컴프레서(31)와, 증발기(32)와, 수랭 콘덴서(42)를 구비한다. 냉매 회로 RE에 있어서는, 컴프레서(31)가 압축한 냉매를 수랭 콘덴서(42)로 응축시키고, 응축시킨 냉매를 증발기(32)에 마련된 팽창 밸브로부터 증발기(32) 내로 분사해서 팽창시킴으로써, 증발기(32)의 주위 공기로부터 흡열을 행할 수 있다. 냉매 회로 RE에 있어서, 컴프레서(31) 및 증발기(32)는, 냉매에 대해서 배열을 행할 수 있는 유닛이다. 또한, 수랭 콘덴서(42)는, 냉매로부터 흡열하고, 고온 냉각 회로 HT의 냉각수로 배열할 수 있는 유닛이다.
냉매 회로 RE는, 칠러(41)를 통해 저온 냉각 회로 LT와 열교환 가능하게 결합되어 있으며, 저온 냉각 회로 LT에서 발생한 열을, 칠러(41)를 통해 냉매 회로 RE로 이동시키는 것이 가능하다. 또한, 냉매 회로 RE는, 수랭 콘덴서(42)를 통해 고온 냉각 회로 HT와 열교환 가능하게 결합되어 있으며, 냉매 회로 RE에서 발생한 열 및/또는 저온 냉각 회로 LT로부터 냉매 회로 RE로 이동시킨 열을, 수랭 콘덴서(42)를 통해 고온 냉각 회로 HT로 이동시킬 수 있다.
또한, 도 2에서는, 전기 전동차에 탑재되는 열 회로를 예로 하여 설명하였지만, 본 실시 형태에 따른 열 요구 조정 장치는, 하이브리드 차량에 적용하는 것도 가능하다. 하이브리드 차량의 경우에는, 고온 냉각 회로 HT를 엔진의 냉각에 사용할 수 있다.
이하, 도 3 및 도 4를 참조하면서, 열 요구 조정 장치의 기능의 계층 구조를 설명한다.
도 3은, 열 요구 수집 페이즈에 있어서의 열 요구 조정 장치의 기능의 계층 구조를 나타내는 도면이며, 도 4는, 회답 페이즈에 있어서의 열 요구 조정 장치의 기능의 계층 구조를 나타내는 도면이다.
본 실시 형태에 따른 열 회로의 제어는, 차량의 각 유닛에 있어서 발생하고 있는 열 요구를 수집하는 열 요구 수집 페이즈와, 수집한 열 요구를 조정하고, 조정 결과에 기초하여 배분한 흡열량 또는 배열량을 각 유닛에 회답하는 회답 페이즈로 구성된다. 또한, 열 요구 수집 페이즈 및 회답 페이즈의 각각에 있어서 실행되는 제어는, 3개의 제어 레이어로 계층화되어 있다. 각 제어 레이어에서 행하는 처리는 다음과 같다.
레이어 1(L1): 열 요구 조정 장치(1)는, 3개의 열 회로의 각각의 요구 열량과 열 회로 간의 이동 가능 열량에 기초하여 각 열 회로의 요구 열량을 조정하고, 각 열 회로에 할당하는 흡열량 또는 배열량과 열 회로 간의 이동 열량을 결정한다. 레이어 1에 있어서, 각 열 회로의 요구 열량 및 열 회로 간의 이동 열량을 조정함으로써, 3개의 열 회로에서 발생하는 열량을 유효하게 활용하고, 차량 전체에서의 열 이용 효율이나 유닛의 냉각 효율의 최적화 등을 도모할 수 있다. 예를 들어, 유닛의 냉각에서 발생한 배열을 차 실내의 난방에 이용하거나, 복수의 열 회로를 이용하여 유닛의 냉각을 촉진시키거나 하는 것을 효율적으로 행하는 것이 가능해진다.
레이어 2(L2): 열 요구 조정 장치(1)는, 각 열 회로 내에 있어서의 각 유닛의 열 요구를 조정하고, 각 유닛에 열량을 배분한다. 레이어 2에 있어서의 각 열 회로 내에 있어서의 열 요구의 조정을 레이어 1에 있어서의 열 회로 간의 열 요구의 조정으로 나누어 행함으로써, 열 요구의 조정을 효율적으로 행할 수 있다. 또한, 차종이나 그레이드 등의 차이에 따라 각 열 회로의 구성 유닛이 변했다고 해도, 구성 유닛의 변경이 열 회로 간의 열 요구의 조정에 영향을 미치지 않기 때문에, 조정 기능의 전체를 변경할 필요가 없어, 열 요구 조정 장치(1)의 범용성을 향상시킬 수 있다.
레이어 3(L3): 각 유닛을 제어하는 ECU 등의 제어 장치가, 각 유닛에 의한 열매체로부터의 흡열량 또는 열매체에 대한 배열량의 제어를 행한다. 유닛에 의한 열매체로부터의 흡열량의 증감은, 예를 들어 히터 코어(11)를 흐르는 고온 냉각수의 유로나 유속, 라디에이터(13 또는 24)의 팬의 회전수나 그릴 셔터의 개방도, 워터 펌프(14 또는 25)에 의해 조정되는 냉각수의 유속을 제어함으로써 행할 수 있다. 또한, 유닛에 의한 열매체에 대한 배열량의 증감은, 예를 들어 전기 히터(12)의 출력, 컴프레서(31)의 출력, 증발기(32)의 팽창 밸브의 개방도, PCU(22) 및 TA(23)에 의한 배터리(21)로부터의 전력 소비를 제어함으로써 행할 수 있다. 또한, 흡열량, 배열량 또한 이동 열량을 효율적으로 제어하기 위해서, 각 열 회로에 있어서, 흡열량을 증감시키는 제어와 배열량을 증감시키는 제어를 협조적으로 행하는 것이 바람직하다.
또한, 도 3 및 도 4의 예에서는, 레이어 0(L0)으로서, 열매체나 차 실내외의 온도 등의 상황(시츄에이션)과, 공조의 설정 등의 차량 상태를 판단하고, 판단 결과에 기초하여 사용하는 열 회로의 선정이나, 각 열 회로 내에 있어서의 유로의 전환 등을 행하는 제어 레이어가 마련되어 있다.
이하, 열 요구 수집 페이즈 및 회답 페이즈에 있어서의 제어 레이어를 조정 처리의 순서에 따라서 구체적으로 설명한다.
[열 요구 수집 페이즈]
L3: 도 3에 도시한 열 요구 수집 페이즈에서는, 우선, 레이어 3의 제어로서, 각 열 회로에 포함되는, 흡열 또는 배열을 행하는 유닛의 제어 장치가, 요구하는 흡열량 또는 배열량을 산출한다. 유닛의 제어 장치는, 유닛의 흡열량 또는 배열량을, 제어 목표값(온도)에 도달하기 위해 필요한 단위 시간당 흡열량 또는 배열량으로서 산출한다. 각 열 회로의 열매체가 다르기 때문에, 온도만으로 열 회로 간의 열 요구를 집약 및 조정하는 것은 곤란하지만, 열 요구의 단위를 통일함으로써, 레이어 2에 있어서의 열 요구의 집약과 레이어 1에 있어서의 각 열 회로의 열 요구의 비교 및 조정을 용이하게 행할 수 있다.
L2: 다음으로, 레이어 2의 제어로서, 열 요구 조정 장치(1)가 흡열 또는 배열을 요구하는 유닛의 각각으로부터, 레이어 3의 제어로 산출된 요구 열량을 취득한다. 열 요구 조정 장치(1)는, 취득한 요구 열량을 열 회로마다 집약하고, 고온 냉각 회로 HT 전체의 요구 열량, 저온 냉각 회로 LT 전체의 요구 열량 및 냉매 회로 RE 전체의 요구 열량을 산출한다.
L1: 다음으로, 레이어 1의 제어로서, 열 요구 조정 장치(1)가, 레이어 2의 제어로 산출된 각 열 회로의 요구 열량을 수집하여, 각 열 회로가 요구하는 흡열량 또는 배열량을 파악한다.
[회답 페이즈]
L1: 도 4에 도시한 회답 페이즈에서는, 우선, 열 요구 조정 장치(1)는, 레이어 1의 제어로서, 열 요구 수집 페이즈에서 수집한 각 열 회로의 요구 열량의 조정을 행하고, 각 열 회로에 허용하는 흡열량 또는 배열량을 할당한다. 이때, 열 요구 조정 장치(1)는, 열 회로 간의 이동 가능 열량을 취득하고, 취득한 이동 가능 열량에 기초하여, 각 열 회로에 할당하는 열량을 결정한다. 저온 냉각 회로 LT로부터 칠러(41)를 통한 냉매 회로 RE로의 이동 가능 열량은, 저온 냉각 회로 LT의 워터 펌프(25)에 의해 제어되는 저온 냉각수의 유속과, 냉각수 및 냉매의 온도 차에 기초하여 산출할 수 있다. 또한, 냉매 회로 RE로부터 고온 냉각 회로 HT로의 이동 가능 열량은, 냉매 회로에 포함되는 컴프레서(31)의 제어량과, 냉매 및 고온 냉각수의 온도 차에 기초하여 산출할 수 있다. 또한, 도 2에 도시한 고온 냉각 회로 HT 및 저온 냉각 회로 LT와 같이 라디에이터(13 및 24)가 마련되어 있는 경우에는, 열 요구 조정 장치(1)는, 또한, 라디에이터(13 및 24)의 한쪽 또는 양쪽으로부터 차밖으로의 방열 가능량을 취득하고, 취득한 방열 가능량을 더욱 고려하여, 각 열 회로에 할당하는 흡열량 또는 배열량을 결정하는 것이 바람직하다.
L2: 다음으로, 레이어 2의 제어로서, 열 요구 조정 장치(1)는, 레이어 1의 제어로 각 열 회로에 할당한 흡열량 또는 배열량에 기초하여, 각 열 회로 내에 포함되는 복수의 유닛의 각각에 흡열량 또는 배열량을 배분한다. 레이어 2의 제어에 있어서의 흡열량 또는 배열량의 배분은, 미리 정해진 유닛의 우선 순위나 배분 규칙에 기초하여 행할 수 있다. 열 요구 조정 장치(1)는, 배분한 흡열량 또는 배열량을 각 유닛의 제어 장치로 출력한다.
L3: 다음으로, 레이어 3의 제어로서, 각 열 회로에 포함되는 유닛의 제어 장치는, 열 요구 조정 장치(1)에 의해 배분된 흡열량 또는 배열량에 기초하여 각 유닛을 제어한다.
<제어 처리>
도 5a 및 도 5b는, 열 요구 조정 장치가 열 요구를 조정하기 위해 실행하는 제어 처리를 나타내는 흐름도이다. 도 5a 및 도 5b에 도시한 제어 처리는, 차량의 시동에 따라서 개시되고, 소정의 시간 간격으로 반복 실행된다.
스텝 S1: 취득부(2)는, 고온 냉각 회로 HT, 저온 냉각 회로 LT 및 냉매 회로 RE에 포함되는 각 유닛으로부터 요구 열량을 취득한다. 각 유닛의 요구 열량은, 각 유닛이 요구하는 흡열량 또는 요구하는 배열량이며, 부호가 역인 수치에 의해 나타낼 수 있다. 흡열 및 배열 어느 것도 요구하지 않는 경우에는, 요구 열량은 제로로 한다. 상술한 바와 같이, 요구 열량의 집약, 비교 및 조정을 용이하게 행하기 위해, 열량의 단위를 단위 시간당 열에너지의 이동량에 통일하는 것이 바람직하다. 단, 온도 등의 다른 단위를 이용해도 된다. 그 후, 처리는 스텝 S2로 진행된다.
스텝 S2: 산출부(3)는, 취득부(2)가 스텝 S1에서 취득한 각 유닛의 요구 열량을 열 회로마다 집약하고, 고온 냉각 회로 HT 전체의 요구 열량 Qreq_ht, 저온 냉각 회로 LT 전체의 요구 열량 Qreq_lt 및 냉매 회로 RE 전체의 요구 열량 Qreq_re를 산출한다. 스텝 S1에서 취득하는 요구 열량을 단위 시간당 열에너지의 이동량으로 함으로써, 스텝 S2에 있어서의 산출 처리를 가감산에 의해 용이하게 행할 수 있다. 그 후, 처리는 스텝 S3으로 진행된다.
스텝 S3: 조정부(4)는, 저온 냉각 회로 LT의 요구 열량 Qreq_lt를, 칠러(41)를 통해 냉매 회로 RE로 이동 가능한지 여부를 판정한다. 이 판정은, 저온 냉각수와 냉매의 현재의 온도 차나 워터 펌프(25)의 현재의 유속 등을 이용하여 산출되는, 칠러(41)의 최대 이동 가능 열량에 기초하여 행할 수 있다. 스텝 S3의 판정이 "예"인 경우, 처리는 스텝 S4로 진행되고, 그 이외의 경우, 처리는 스텝 S5로 진행된다.
스텝 S4: 조정부(4)는, 저온 냉각 회로 LT에 대한 할당 열량 Qcmd_lt에, 요구 열량 Qreq_lt를 세트한다. 그 후, 처리는 스텝 S6으로 진행된다.
스텝 S5: 조정부(4)는, 저온 냉각 회로 LT에 대한 할당 열량 Qcmd_lt에, 칠러(41)의 최대 이동 가능 열량을 세트한다. 그 후, 처리는 스텝 S6으로 진행된다.
스텝 S6: 조정부(4)는, 저온 냉각 회로 LT의 요구 열량 Qreq_lt와 냉매 회로 RE의 요구 열량 Qreq_re의 합을, 수랭 콘덴서(42)를 통해 고온 냉각 회로 HT로 이동 가능한지 여부를 판정한다. 스텝 S6의 판정이 "예"인 경우, 처리는 스텝 S7로 진행되고, 그 이외의 경우, 처리는 스텝 S8로 진행된다.
스텝 S7: 조정부(4)는, 냉매 회로 RE에 대한 할당 열량 Qcmd_re에 요구 열량 Qreq_re를 세트한다. 그 후, 처리는 스텝 S13으로 진행된다.
스텝 S8: 조정부(4)는, 냉매 회로 RE의 요구 열량 Qreq_re를, 수랭 콘덴서(42)를 통해 고온 냉각 회로 HT로 이동 가능한지 여부를 판정한다. 이 판정은, 고온 냉각수와 냉매의 현재의 온도 차나 워터 펌프(14)의 현재의 유속 등을 이용하여 산출되는, 수랭 콘덴서(42)의 최대 이동 가능 열량에 기초하여 행할 수 있다. 스텝 S8의 판정이 "예"인 경우, 처리는 스텝 S9로 진행되고, 그 이외의 경우, 처리는 스텝 S11로 진행된다.
스텝 S9: 조정부(4)는, 냉매 회로 RE에 대한 할당 열량 Qcmd_re에 요구 열량 Qreq_re를 세트한다. 그 후, 처리는 스텝 S10으로 진행된다.
스텝 S10: 조정부(4)는, 저온 냉각 회로 LT에 대한 할당 열량 Qcmd_lt에, 수랭 콘덴서(42)의 최대 이동 가능 열량으로부터 냉매 회로 RE에 대한 할당 열량 Qcmd_re를 차감한 열량으로 갱신한다. 그 후, 처리는 스텝 S13으로 진행된다.
스텝 S11: 조정부(4)는, 냉매 회로 RE에 대한 할당 열량 Qcmd_re에 수랭 콘덴서(42)의 최대 이동 가능 열량을 세트한다. 그 후, 처리는 스텝 S12로 진행된다.
스텝 S12: 조정부(4)는, 저온 냉각 회로 LT에 대한 할당 열량 Qcmd_lt를 0으로 갱신한다. 그 후, 처리는 스텝 S13으로 진행된다.
스텝 S13: 조정부(4)는, 고온 냉각 회로 HT에 대한 할당 열량 Qcmd_ht에, 냉매 회로 RE에 대한 할당 열량 Qcmd_re와 저온 냉각 회로 LT에 대한 할당 열량 Qcmd_lt의 합을 세트한다. 그 후, 처리는 스텝 S14로 진행된다.
스텝 S14: 조정부(4)는, 칠러(41)의 이동 열량에 저온 냉각 회로 LT에 대한 할당 열량 Qcmd_lt를 세트한다. 그 후, 처리는 스텝 S15로 진행된다.
스텝 S15: 조정부(4)는, 수랭 콘덴서(42)의 이동 열량에, 냉매 회로 RE에 대한 할당 열량 Qcmd_re와 저온 냉각 회로 LT에 대한 할당 열량 Qcmd_lt의 합을 세트한다. 그 후, 처리를 종료한다.
이상의 스텝 S1 내지 S15의 제어 처리에 의해, 열 회로 간의 요구 열량의 조정을 행하고, 각 열 회로에 흡열량 또는 배열량을 할당할 수 있다.
또한, 상기 제어 처리에서는, 스텝 S8에서 "아니오", 즉, 냉매 회로 RE의 요구 열량 Qreq_re를, 수랭 콘덴서(42)를 통해 고온 냉각 회로 HT로 이동할 수 없다고 판정된 경우, 냉매 회로 RE에 대한 할당 열량 Qcmd_re를 가능한 한 많게 하고, 저온 냉각 회로 LT에 대한 할당 열량 Qcmd_lt를 0으로 하고 있다(스텝 S11 및 S12). 이와 같이 결정하는 대신에, 미리 정해진 배분 규칙에 기초하여, 수랭 콘덴서(42)의 최대 이동 가능 열량을 냉매 회로 RE와 저온 냉각 회로 LT로 안분해도 된다.
또한, 도 2의 구성과 같이 저온 냉각 회로 LT에 라디에이터(24)가 마련되어 있는 경우에는, 라디에이터(24)의 방열 가능량을 고려하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 스텝 S3의 앞에, 저온 냉각 회로 LT가 요구하는 배열량을 라디에이터(24)로부터 차밖으로 방열 가능한지 여부를 조정부(4)가 판정하는 스텝을 마련한다. 이 경우, 저온 냉각 회로 LT의 요구 열량 Qreq_lt는, 냉매 회로 RE에 대한 이동을 요구하는 열량(라디에이터(24)로부터 방열할 수 없는 열량)으로 한다. 저온 냉각 회로 LT의 요구 배열량을 라디에이터(24)로부터 차밖으로 방열 가능한 경우에는, 요구 열량 Qreq_lt를 0으로 하고, 그 이외의 경우에는, 요구 열량 Qreq_lt에, 저온 냉각 회로 LT의 요구 배열량으로부터 라디에이터(24)의 방열 가능량을 차감한 열량을 세트하면 된다.
또한, 도 2의 구성과 같이 고온 냉각 회로 HT에 라디에이터(13)가 마련되어 있는 경우에는, 라디에이터(13)의 방열 가능량을 고려하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 스텝 S6의 판정에서 이용하는 수랭 콘덴서(42)의 이동 가능 열량을 취득할 때, 컴프레서(31)의 동작에 의해 냉매 회로 RE로부터 고온 냉각 회로 HT로 이동 가능한 열량에 더하여, 고온 냉각 회로 HT에 있어서의 요구 흡열량과 라디에이터(13)의 방열 가능량에 기초하여, 조정부(4)가, 고온 냉각 회로 HT에 있어서의 요구 흡열량과 라디에이터(13)의 방열 가능량의 합을 초과하지 않도록 이동 가능 열량을 결정하면 된다.
후술하는 제3 구체예와 같이, 공조의 비사용 시에는 고온 냉각 회로 HT 및 냉매 회로 RE가 동작하지 않는(열매체를 순환시키지 않는) 것을 생각할 수 있다. 또한, 난방 사용 시에 냉매 회로 RE가 동작하지 않는 것을 생각할 수 있다. 냉매 회로 RE 및/또는 고온 냉각 회로 HT의 비동작 시에, 저온 냉각 회로 LT의 요구 배열량을 라디에이터(24)만으로 배열할 수 없는 경우나, 배터리(21) 등의 냉각을 위해서 저온 냉각수의 온도를 빠르게 저하시키고 싶은 경우에는, 저온 냉각 회로 LT로부터의 배열을 위해서, 냉매 회로 RE 및/또는 고온 냉각 회로 HT를 동작시킬 것을 상정하여 각 열 회로에 열량을 할당해도 된다. 구체적으로는, 도 5a의 스텝 S2의 다음에, 저온 냉각 회로 LT로부터의 요구 배열량이 라디에이터(24)의 방열 가능량을 초과하는 지 여부를 판정하고, 저온 냉각 회로 LT로부터의 요구 배열량이 라디에이터(24)의 방열 가능량을 초과한 경우에, 냉매 회로 RE 및/또는 고온 냉각 회로 HT가 비동작이면, 동작시킨 경우의 흡열량 또는 배열량을, 냉매 회로 RE의 요구 열량 Qreq_re 및/또는 고온 냉각 회로 HT의 요구 열량 Qreq_ht에 세트하면 된다.
도 6은, 열 요구 조정 장치가 각 회로 내의 유닛으로 열량을 배분하기 위해 실행하는 제어 처리를 나타내는 흐름도이다. 도 6에 도시한 제어 처리는, 도 5a 및 도 5b에 도시한 제어 처리에 이어서 실행된다.
스텝 S21: 배분부(5)는, 저온 냉각 회로 LT에 대한 할당 열량 Qcmd_lt가 요구 열량 Qreq_lt와 동등한지 여부를 판정한다. 스텝 S21의 판정이 "예"인 경우, 처리는 스텝 S22로 진행되고, 그 이외의 경우, 처리는 스텝 S23으로 진행된다.
스텝 S22: 배분부(5)는, 저온 냉각 회로 LT에 포함되는 각 유닛으로부터 요구된 흡열량 또는 배열량을 그대로 각 유닛에 배분한다. 그 후, 처리는 스텝 S24로 진행된다.
스텝 S23: 배분부(5)는, 저온 냉각 회로 LT에 대한 할당 열량 Qcmd_lt를, 미리 정해진 저온 냉각 회로 LT 내의 배분 규칙에 기초하여 각 유닛에 배분한다. 배분 규칙은, 저온 냉각 회로 LT의 유닛마다 설정된 냉각 또는 가열의 우선도 등에 기초하여 정의할 수 있다. 그 후, 처리는 스텝 S24로 진행된다.
스텝 S24: 배분부(5)는, 냉매 회로 RE에 대한 할당 열량 Qcmd_re가 요구 열량 Qreq_re와 동등한지 여부를 판정한다. 스텝 S24의 판정이 "예"인 경우, 처리는 스텝 S25로 진행되고, 그 이외의 경우, 처리는 스텝 S26으로 진행된다.
스텝 S25: 배분부(5)는, 냉매 회로 RE에 포함되는 각 유닛으로부터 요구된 배열량을 그대로 각 유닛에 배분한다. 그 후, 처리는 스텝 S27로 진행된다.
스텝 S26: 배분부(5)는, 냉매 회로 RE에 대한 할당 열량 Qcmd_re를, 미리 정해진 냉매 회로 RE 내의 배분 규칙에 기초하여 각 유닛에 배분한다. 배분 규칙은, 차 실내의 쾌적성 등에 기초하여 정의할 수 있다. 그 후, 처리는 스텝 S27로 진행된다.
스텝 S27: 배분부(5)는, 고온 냉각 회로 HT에 대한 할당 열량 Qcmd_ht가 요구 열량 Qreq_ht와 동등한지 여부를 판정한다. 스텝 S27의 판정이 "예"인 경우, 처리는 스텝 S28로 진행되고, 그 이외의 경우, 처리는 스텝 S29로 진행된다.
스텝 S28: 배분부(5)는, 고온 냉각 회로 HT에 포함되는 각 유닛으로부터 요구된 흡열량을 그대로 각 유닛에 배분한다. 그 후, 처리를 종료한다.
스텝 S29: 배분부(5)는, 고온 냉각 회로 HT에 대한 할당 열량 Qcmd_ht를 충족하도록, 미리 정해진 고온 냉각 회로 HT 내의 배분 규칙에 기초하여 각 유닛에 열량을 배분한다. 구체적으로는, 고온 냉각 회로 HT가 요구한 흡열량보다도 할당 열량 Qcmd_ht가 적은 경우, 흡열량의 부족분을 전기 히터(12)에 배분한다. 또한, 저온 냉각 회로 LT 및 냉매 회로 RE로부터의 배열 요구가 많고，고온 냉각 회로 HT가 요구하는 흡열량보다도 할당 열량 Qcmd_ht가 많은 경우, 전기 히터(12)에 배분하는 흡열량을 감소시키거나, 라디에이터(13)로부터의 배열량을 증가시키거나 한다. 그 후, 처리를 종료한다.
도 6의 처리가 종료된 후, 각 열 회로에 포함되는 각 유닛의 제어 장치는, 각 유닛의 흡열량 또는 배열량이 배분부(5)에 의해 배분된 양이 되도록, 제어 대상의 유닛을 제어한다. 구체적으로는, 도 4의 레이어 3에 도시한 바와 같이, 고온 냉각 회로 HT에서는, 각 유닛의 흡열량 또는 배열량이 배분된 양이 되도록, 히터 코어(11)의 온도, 전기 히터(12)의 출력, 라디에이터(13)가 구비하는 라디에이터 팬의 회전수 및/또는 그릴 셔터의 개방도, 워터 펌프(14)의 유속 등을 제어한다. 저온 냉각 회로 LT에서는, 각 유닛의 흡열량 또는 배열량이 배분된 양이 되도록, 배터리(21)의 전력 소비, PCU(22)의 출력, TA(23)의 출력, 라디에이터(24)가 구비하는 라디에이터 팬의 회전수 및/또는 그릴 셔터의 개방도, 워터 펌프(25)에 의해 조정되는 냉각수의 유속 등을 제어한다. 냉매 회로 RE에서는, 각 유닛의 배열량 또는 흡열량이 배분된 양이 되도록, 컴프레서(31)의 출력, 증발기(32)에 냉매를 분사시키는 팽창 밸브의 개방도 등을 제어한다.
<제1 구체예>
도 7a 내지 도 7e는, 열 요구 조정 처리의 제1 구체예를 설명하기 위한 도면이며, 도 8은, 각 유닛의 요구 열량을 산출하는 방법의 일례를 나타내는 도면이다. 제1 구체예는, 고온 냉각 회로 HT에서 흡열 요구가 발생하고, 저온 냉각 회로 LT 및 냉매 회로 RE에서 배열 요구가 발생한 케이스를 상정한 것이다. 또한, 도 7a 내지 도 7e에 있어서, 종축의 정방향은, 열매체로부터의 유닛의 흡열량을 나타내고, 종축의 부방향은, 열매체에 대한 배열량을 나타낸다. 또한, 저온 냉각 회로 LT로부터 냉매 회로 RE로의 이동량을 칠러(41)의 배열량으로 하고, 냉매 회로 RE로부터 고온 냉각 회로 HT로의 이동량을 수랭 콘덴서(42)의 배열량으로 한다. 도면에 있어서의 흡열량 및 배열량의 나타내는 방법은, 후술하는 도 9a 내지 도 10e에 있어서도 마찬가지이다.
우선, 도 7a에 도시한 바와 같이, 취득부(2)가 각 열 회로에 포함되는 유닛의 각각으로부터 요구 열량을 취득한다(요구 수집 페이즈의 L3). 각 유닛의 제어 장치는, 도 8에 도시한 바와 같은, 제어 대상의 온도(기온, 수온 등)를 현재값으로부터 제어 목표값까지 변화시키기 위해서 필요한 흡열량 또는 배열량의 시간 변화가 매핑된 맵 데이터를 미리 유지하고 있으며, 이 맵 데이터에 기초한 필요한 흡열량 또는 배열량을 구한다. 히터 코어(11), 증발기(32), 컴프레서(31), 배터리(21), PCU(22) 및 TA(23)의 요구 열량을 각각, Qreq_htr, Qreq_eva, Qreq_cp, Qreq_bat, Qreq_pcu 및 Qreq_ta라 한다.
다음으로, 도 7b에 도시한 바와 같이, 산출부(3)가 열 회로마다 요구 열량을 집약하고, 고온 냉각 회로 HT의 요구 열량 Qreq_ht, 냉매 회로 RE의 요구 열량 Qreq_re 및 저온 냉각 회로 LT의 요구 열량 Qreq_lt를 이하의 연산에 의해 산출한다(요구 수집 페이즈의 L2). 산출부(3)에 의한 집약 처리에 의해, 조정부(4)는, 각 열 회로의 요구 열량을 참조할 수 있다(요구 수집 페이즈의 L1).
Qreq_ht=Qreq_htr
Qreq_re=Qreq_eva+Qreq_cp
Qreq_lt=Qreq_bat+Qreq_pcu+Qreq_ta
다음으로, 도 7c에 도시한 바와 같이, 산출부(3)가 산출한 고온 냉각 회로 HT, 냉매 회로 RE 및 저온 냉각 회로 LT의 요구 열량과, 칠러(41)의 최대 이동 가능 열량과, 수랭 콘덴서(42)의 최대 이동 가능 열량에 기초하여 조정부(4)가 요구 열량의 조정을 행한다(회답 페이즈의 L1). 도 7c의 예에서, 저온 냉각 회로 LT의 요구 열량은, 칠러(41)의 최대 이동 가능 열량 이하이고, 냉매 회로 RE 및 저온 냉각 회로 LT의 요구 열량의 합은, 수랭 콘덴서(42)의 최대 이동 가능 열량 이하이며, 또한, 고온 냉각 회로 HT의 요구 열량 미만이다.
다음으로, 도 7d에 도시한 바와 같이, 조정부(4)는, 각 열 회로에 대해서 흡열량 또는 배열량을 할당한다(회답 페이즈의 L2). 도 7c에 도시한 바와 같이, 냉매 회로 RE 및 저온 냉각 회로 LT로부터 배출되는 열은 모두 고온 냉각 회로 HT로 이동 가능하므로, 조정부(4)는, 냉매 회로 RE에 대한 할당 열량 Qcmd_re 및 저온 냉각 회로 LT에 대한 할당 열량 Qcmd_lt를, 각각 요구 열량 Qreq_re 및 Qreq_lt로 한다. 또한, 조정부(4)는, 고온 냉각 회로 HT에 대한 할당 열량 Qcmd_ht를, 요구 열량 Qreq_re 및 Qreq_lt의 합으로 한다.
다음으로, 도 7e에 도시한 바와 같이, 배분부(5)는, 각 열 회로에 할당된 흡열량 또는 배열량을 열 회로 내의 유닛에 배분한다(회답 페이즈의 L3). 이 예에서는, 배분부(5)는, 증발기(32), 컴프레서(31), 배터리(21), PCU(22), TA(23)에 대해서, 각각, Qreq_eva, Qreq_cp, Qreq_bat, Qreq_pcu 및 Qreq_ta를 배분한다. 냉매 회로 RE 및 저온 냉각 회로 LT에 대한 할당 열량 Qcmd_lt는 요구 열량과 동등하므로, 각 유닛에 배분되는 흡열량 또는 배열량은, 각 유닛이 요구한 흡열량 또는 배열량과 동등하다. 또한, 칠러(41)에 대해서는, 이동 열량으로서, 저온 냉각 회로 LT의 요구 배열량과 동등한 Qcmd_chil이 배분된다. 수랭 콘덴서(42)에 대해서는, 이동 열량으로서, 냉매 회로 RE 및 저온 냉각 회로 LT의 요구 배열량의 합과 동등한 Qcmd_wcon이 배분된다. 또한, 도 7c에서 도시한 바와 같이, 고온 냉각 회로 HT의 요구 흡열량에 대해서, 냉매 회로 RE 및 저온 냉각 회로 LT의 요구 배열량의 합이 부족하므로, 칠러(41) 및 수랭 콘덴서(42)를 통해 저온 냉각 회로 LT 및 냉매 회로 RE의 배열을 모두 고온 냉각 회로 HT로 이동시킨 다음, 고온 냉각 회로 HT의 요구 열량을 확보하기 위해 부족분의 흡열량을 전기 히터(12)에 배분하여 보충한다.
<제2 구체예>
도 9a 내지 도 9e는, 열 요구 조정 처리의 제2 구체예를 설명하기 위한 도면이다. 제2 구체예는, 냉방 사용 시에, 냉매 회로 RE를 이용하여 저온 냉각 회로 LT의 유닛을 냉각하는 케이스를 상정한 것이다. 이 예에서는, 저온 냉각 회로 LT의 라디에이터(24)만으로 배터리(21)의 냉각을 충분히 행할 수 없어, 저온 냉각 회로 LT의 배열을 냉매 회로 RE를 통해 차밖으로 배출할 필요가 있는 것으로 한다.
우선, 도 9a에 도시한 바와 같이, 취득부(2)가 각 열 회로에 포함되는 유닛의 각각으로부터 요구 열량을 취득한다. 라디에이터(13), 증발기(32), 컴프레서(31), 배터리(21), TA(23) 및 PCU(23)의 요구 열량을 각각, Qreq_htrad, Qreq_eva, Qreq_cp, Qreq_bat, Qreq_ta 및 Qreq_pcu라 한다.
다음으로, 도 9b에 도시한 바와 같이, 산출부(3)가 열 회로마다 요구 열량을 집약하고, 고온 냉각 회로 HT의 요구 열량 Qreq_ht, 냉매 회로 RE의 요구 열량 Qreq_re 및 저온 냉각 회로 LT의 요구 열량 Qreq_lt를 이하의 연산에 의해 산출한다.
Qreq_ht=Qreq_htrad
Qreq_re=Qreq_eva+Qreq_cp
Qreq_lt=Qreq_bat+Qreq_ta+Qreq_pcu
다음으로, 도 9c에 도시한 바와 같이, 산출부(3)가 산출한 고온 냉각 회로 HT, 냉매 회로 RE 및 저온 냉각 회로 LT의 요구 열량과, 칠러(41)의 최대 이동 가능 열량과, 수랭 콘덴서(42)의 최대 이동 가능 열량에 기초하여, 조정부(4)가 요구 열량의 조정을 행한다. 도 9c의 예에서, 저온 냉각 회로 LT의 요구 열량은, 칠러(41)의 최대 이동 가능 열량 이하이지만, 냉매 회로 RE 및 저온 냉각 회로 LT의 요구 열량의 합은, 수랭 콘덴서(42)의 최대 이동 가능 열량을 초과하고 있다.
그래서, 도 9d에 도시한 바와 같이, 조정부(4)는, 냉매 회로 RE에 대한 할당 열량 Qcmd_re를 요구 열량 Qreq_re와 동등한 열량으로 하는 한편, 저온 냉각 회로 LT에 대한 할당 열량 Qcmd_lt를, 수랭 콘덴서(42)의 최대 이동 가능 열량으로부터 냉매 회로 RE에 대한 할당 열량 Qcmd_re를 차감한 값으로 한다. 이 예에서는, 조정부(4)는, 냉매 회로 RE에 우선적으로 배열량을 할당하고, 저온 냉각 회로 LT에 대해서는, 요구 배열량보다 적은 배열량을 할당한다. 또한, 조정부(4)는, 고온 냉각 회로 HT에 대한 할당 열량 Qcmd_ht를, 고온 냉각 회로 HT의 요구 열량과, 냉매 회로 RE 및 저온 냉각 회로 LT에 대한 할당 열량의 합으로 한다.
다음으로, 도 9e에 도시한 바와 같이, 배분부(5)는, 각 열 회로의 유닛에 흡열량 또는 배열량을 배분한다. 이 예에서는, 냉매 회로 RE에 대한 할당 열량은 요구 열량과 동등하기 때문에, 배분부(5)는, 증발기(32) 및 컴프레서(31)에 대해서, 각각의 요구 배열량과 동등한 Qcmd_eva 및 Qcmd_cp를 배분한다. 또한, 저온 냉각 회로 LT에 대한 할당 열량 Qcmd_lt는, 요구 배열량보다도 저감되어 있으므로, 배분부(5)는, 미리 정해진 유닛의 우선 순위에 따라서 할당 열량 Qcmd_lt를 배분한다. 도 9e의 예에서는, 배터리(21)의 열화 억제를 우선하고, 배터리(21)로 배분하는 Qcmd_bat를 요구 배열량보다 적게 한다. 이 경우, 예를 들어 배터리(21)로부터 PCU(22)에 대한 전력 공급을 제한함으로써 배터리(21)의 발열(배열량)을 억제한다. 또한, 칠러(41)에 대해서는, 이동 열량으로서, 저온 냉각 회로 LT에 대한 할당 열량과 동등한 Qcmd_chil이 배분된다. 수랭 콘덴서(42)에 대해서는, 이동 열량으로서, 냉매 회로 RE 및 저온 냉각 회로 LT에 대한 할당 열량의 합과 동등한 Qcmd_wcon이 배분된다. 또한, 고온 냉각 회로 HT의 라디에이터(13)에 대해서는, 방열량으로서, 도 9b에서 취득한 요구 열량 Qreq_htrad와, 냉매 회로 RE 및 저온 냉각 회로 LT에 대한 할당 열량의 합이 배분된다.
<제3 구체예>
도 10a 내지 도 10e는, 열 요구 조정 처리의 제3 구체예를 설명하기 위한 도면이다. 제3 구체예는, 공조의 비사용 시에, 저온 냉각 회로 LT의 배터리(21)를 냉각하는 케이스를 상정한 것이다. 이 예에서는, 저온 냉각 회로 LT의 라디에이터(24)만으로 배터리(21)의 냉각을 충분히 행할 수 없어, 저온 냉각 회로 LT의 배열을 냉매 회로 RE를 통해 차밖으로 배출할 필요가 있는 것으로 한다.
우선, 도 10a에 도시한 바와 같이, 취득부(2)가 각 열 회로에 포함되는 유닛의 각각으로부터 요구 열량을 취득한다. 이 예에서는, 공조가 사용되지 않으므로, 고온 냉각 회로 HT 및 냉매 회로 RE에 포함되는 유닛의 요구 열량은 제로이며, 배터리(21)의 냉각만이 요구되고 있다. 배터리(21)의 요구 열량을 Qreq_bat라 한다.
다음으로, 도 10b에 도시한 바와 같이, 산출부(3)가 열 회로마다 요구 열량을 집약한다. 배터리(21)로부터의 배열만이 요구되고 있으므로, 고온 냉각 회로 HT의 요구 열량 Qreq_ht, 냉매 회로 RE의 요구 열량 Qreq_re 및 저온 냉각 회로 LT의 요구 열량 Qreq_lt는 다음과 같다.
Qreq_ht=Qreq_re=0
Qreq_lt=Qreq_bat
다음으로, 산출부(3)가 산출한 고온 냉각 회로 HT, 냉매 회로 RE 및 저온 냉각 회로 LT의 요구 열량과, 칠러(41)의 최대 이동 가능 열량과, 수랭 콘덴서(42)의 최대 이동 가능 열량에 기초하여, 조정부(4)가 요구 열량의 조정을 행한다. 이 단계에서는 공조가 사용되지 않으므로, 저온 냉각 회로 LT의 배열을 행하기 위해서, 냉매 회로 RE의 컴프레서(31)를 동작시키는 것이 필요해진다. 그래서, 조정부(4)는, 도 10c에 도시한 바와 같이, 냉매 회로 RE의 컴프레서(31)의 동작에 의해 요구 열량 Qreq_re가 발생하였다고 간주하여 조정 처리를 진행시킨다. 이하, 설명의 편의상, 여기에서 설정한 냉매 회로 RE의 요구 열량을 「간주한 요구 열량」이라고 한다. 도 10c의 예에서, 저온 냉각 회로 LT의 요구 열량은, 칠러(41)의 최대 이동 가능 열량 이하이며, 또한, 냉매 회로 RE의 요구 열량 및 저온 냉각 회로 LT의 간주한 요구 열량 Qreq_re의 합은, 수랭 콘덴서(42)의 최대 이동 가능 열량 이하이다.
그래서, 도 10d에 도시한 바와 같이, 조정부(4)는, 냉매 회로 RE에 대한 할당 열량 Qcmd_re를 간주한 요구 열량 Qreq_re와 동등한 열량으로 하고, 저온 냉각 회로 LT에 대한 할당 열량 Qcmd_lt를 요구 열량 Qreq_lt와 동등한 열량으로 한다. 또한, 조정부(4)는, 고온 냉각 회로 HT에 대한 할당 열량 Qcmd_ht를, 냉매 회로 RE 및 저온 냉각 회로 LT에 대한 할당 열량과의 합으로 한다.
다음으로, 도 10e에 도시한 바와 같이, 배분부(5)는, 각 열 회로의 유닛에 할당 열량을 배분한다. 이 예에서는, 배분부(5)는, 냉매를 순환시키기 위한 컴프레서(31)에 대해서, 냉매 회로 RE에 대한 할당 열량 Qcmd_re와 동등한 Qcmd_cp를 배분한다. 또한, 배분부(5)는, 배터리(21)에 대해서, 저온 냉각 회로 LT에 대한 할당 열량 Qcmd_lt와 동등한 Qcmd_bat를 배분한다. 또한, 배분부(5)는, 칠러(41)에 대해서는, 이동 열량으로서, 저온 냉각 회로 LT에 대한 할당 열량과 동등한 Qcmd_chil을 배분한다. 수랭 콘덴서(42)에 대해서는, 이동 열량으로서, 냉매 회로 RE 및 저온 냉각 회로 LT에 대한 할당 열량의 합과 동등한 Qcmd_wcon을 배분한다. 또한, 고온 냉각 회로 HT의 라디에이터(13)에 대해서는, 방열량으로서, 냉매 회로 RE 및 저온 냉각 회로 LT에 대한 할당 열량의 합이 배분된다.
또한, 상술한 열 요구 조정 장치(1)는, 프로세서, ROM 및/또는 RAM을 갖는 ECU 등의 컴퓨터에, 도 5a 내지 도 6에 도시한 제어 처리를 실행시킴으로써 실현할 수 있다.
<효과 등>
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 열 요구 조정 장치(1)에서는, 복수의 유닛의 열 요구에 대한 제어를 계층화하고, 열 회로 내에 있어서의 열량의 배분과, 열 회로 간에 있어서의 요구 열량의 조정(각 열 회로의 요구 열량의 조정)을 다른 제어 계층에서 행한다. 따라서, 열 회로 간에 있어서의 요구 열량의 조정 시에는, 각 유닛의 열 요구를 개별로 고려할 필요가 없고, 열 회로 내에 있어서의 열량의 배분 시에는, 열 회로 간의 요구 열량을 고려할 필요가 없다. 따라서, 차량에 탑재되는 복수의 유닛으로부터의 열 요구의 조정과 각 유닛에 대한 열량의 배분을 효율적으로 행하는 것이 가능해진다. 또한, 각 유닛의 개별의 열 요구는 열 회로 간의 요구 열량의 조정 시에 직접 참조되지 않기 때문에, 차종이나 그레이드, 파워 트레인의 구성 등에 의해, 열 회로의 각각을 구성하는 유닛이 다른 경우에서도 본 실시 형태에 따른 열 요구 조정 장치(1)를 적용할 수 있어, 범용성이 우수하다.
또한, 열 요구 조정 장치(1)가 제어 처리에 사용하는 흡열량, 배열량, 이동 가능 열량, 이동 열량 및 방열 가능량을, 단위 시간당 열에너지의 이동량으로 통일함으로써, 열 요구의 집약이나 조정, 배분을 용이하게 행할 수 있다.
또한, 고온 냉각 회로 HT가 라디에이터(13)를 구비하고 있는 경우, 열 회로 간의 요구 열량의 조정 시에 라디에이터(13)의 방열 가능량을 더욱 고려함으로써, 다른 열 회로로부터의 배열을 촉진시키거나, 다른 열 회로로부터의 방열 가능량을 고정밀도로 산출하거나 할 수 있다.
또한, 저온 냉각 회로 LT가 라디에이터(23)를 구비하고 있는 경우, 열 회로 간의 요구 열량의 조정 시에 라디에이터(24)의 방열 가능량을 더욱 고려함으로써, 저온 냉각 회로 LT에 포함되는 유닛의 냉각을 우선적으로 행하는 것이 가능해진다.
<기타 변형예 등>
또한, 상기 실시 형태에서는, 유닛 및 열 회로의 흡열량 또는 배열량을 단위 시간당 열에너지의 이동량(W 단위)으로 나타내는 예를 설명하였지만, 유닛 및 열 회로의 흡열량 또는 배열량을 소정의 제어 시간에 걸쳐 요하는 열에너지의 양(J 단위)으로 해도 된다. 이 경우, 열 회로 간의 이동 가능 열량도 요구 열량과 마찬가지로 단위 시간당 열에너지의 이동량으로 표시된다. 각 유닛이 요구하는 흡열량 또는 배열량을 열에너지의 양으로 나타낸 경우에도, 도 5a 내지 도 6에서 설명한 제어 처리에 의해, 요구 열량의 집약, 조정 및 배분을 용이하게 행할 수 있어, 열 회로를 구성하는 유닛 변경에 의한 영향도 저감시킬 수 있다.
본 발명은, 차량에서 발생하는 복수의 열 요구를 조정하는 열 요구 조정 장치로서 이용할 수 있다.

Claims (11)

  1. 차량에 탑재되는 열 요구 조정 장치(1)에 있어서,
    상기 차량은,
    고온의 냉각수를 순환시키도록 구성된 제1 열 회로(HT)와,
    저온의 냉각수를 순환시키도록 구성된 제2 열 회로(LT)와,
    냉매를 상태 변화시키면서 순환시켜, 상기 제1 열 회로 및 상기 제2 열 회로의 각각과 열교환하도록 구성된 제3 열 회로(RE)와,
    상기 제1 열 회로와 상기 제2 열 회로와 상기 제3 열 회로를 순환하는 어느 열매체를 통해 흡열 또는 방열을 행하도록 구성된 복수의 유닛을
    포함하고,
    상기 열 요구 조정 장치는,
    상기 복수의 유닛의 각각이 요구하는 열량을 취득하도록 구성된 취득부(2)-단, 상기 열량은 흡열량 또는 배열량임-와,
    상기 취득부가 취득한 상기 복수의 유닛의 각각이 요구하는 열량에 기초하여, 상기 제1 열 회로와 상기 제2 열 회로와 상기 제3 열 회로의 각각이 요구하는 열량을 산출하도록 구성된 산출부(3)와,
    상기 제1 열 회로와 상기 제2 열 회로와 상기 제3 열 회로의 각각이 요구하는 열량과, 상기 제2 열 회로로부터 상기 제3 열 회로로의 이동 가능 열량과, 상기 제3 열 회로로부터 상기 제1 열 회로로의 이동 가능 열량에 기초하여, 상기 제1 열 회로와 상기 제2 열 회로와 상기 제3 열 회로의 각각에 할당하는 열량을 결정하도록 구성된 조정부(4)와,
    상기 조정부가 결정한 열량에 기초하여, 상기 제1 열 회로와 상기 제2 열 회로와 상기 제3 열 회로에 포함되는 유닛의 각각에 열량을 배분하도록 구성된 배분부(5)를
    포함하는, 열 요구 조정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 흡열량, 상기 배열량 및 상기 이동 가능 열량은, 단위 시간당에 이동하는 열에너지의 양에 의해 표시되는, 열 요구 조정 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 열 회로는, 상기 냉각수를 냉각하는 제1 라디에이터(13)를 구비하고,
    상기 조정부는, 상기 제1 라디에이터의 방열 가능량에 또한 기초하여, 상기 제1 열 회로와 상기 제2 열 회로와 상기 제3 열 회로의 각각에 할당하는 열량을 결정하도록 구성되는, 열 요구 조정 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 열 회로는, 상기 냉각수를 냉각하는 제2 라디에이터(24)를 구비하고,
    상기 조정부는, 상기 제2 라디에이터의 방열 가능량에 또한 기초하여, 상기 제1 열 회로와 상기 제2 열 회로와 상기 제3 열 회로의 각각에 할당하는 열량을 결정하도록 추가로 구성되는, 열 요구 조정 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 열 회로와 상기 제3 열 회로는, 제1 열교환기(41)를 통해 결합되어 있으며,
    상기 조정부는, 상기 제2 열 회로에 할당된 배열량을, 상기 제2 열 회로로부터 상기 제1 열교환기를 통해 상기 제3 열 회로로 이동시키는 이동 열량으로서 결정하도록 구성되는, 열 요구 조정 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 열 회로와 상기 제3 열 회로는, 제2 열교환기(42)를 통해 결합되어 있으며,
    상기 조정부는 상기 제2 및 제3 열 회로에 할당된 배열량의 합을, 상기 제3 열 회로로부터 상기 제2 열교환기를 통해 상기 제1 열 회로로 이동시키는 이동 열량으로서 결정하도록 구성되는, 열 요구 조정 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 조정부는, 상기 제1 열 회로와 상기 제2 열 회로와 제3 열 회로의 각각에 할당되는 열량에 기초하여, 상기 제2 열 회로로부터 상기 제3 열 회로로 이동시키는 이동 열량과, 상기 제3 열 회로로부터 상기 제1 열 회로로 이동시키는 이동 열량을 결정하도록 구성되는, 열 요구 조정 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 배분부는,
    상기 제1 열 회로에 할당하는 상기 열량과, 상기 제1 열 회로가 요구하는 상기 열량이 일치하는지 여부에 기초하여, 상기 제1 열 회로에 포함되는 상기 복수의 유닛의 각각에 상기 열량을 배분하고,
    상기 제2 열 회로에 할당하는 상기 열량과, 상기 제2 열 회로가 요구하는 상기 열량이 일치하는지 여부에 기초하여, 상기 제2 열 회로에 포함되는 상기 복수의 유닛의 각각에 상기 열량을 배분하고,
    상기 제3 열 회로에 할당하는 상기 열량과, 상기 제3 열 회로가 요구하는 상기 열량이 일치하는지 여부에 기초하여, 상기 제3 열 회로에 포함되는 상기 복수의 유닛의 각각에 상기 열량을 배분하도록 구성되는, 열 요구 조정 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 배분부는,
    상기 제1 열 회로에 할당하는 상기 열량과 상기 제1 열 회로가 요구하는 상기 열량이 일치하지 않는 경우, 소정의 배분 규칙에 기초하여 상기 제1 열 회로에 포함되는 상기 복수의 유닛의 각각에 상기 열량을 배분하고,
    상기 제2 열 회로에 할당하는 상기 열량과 상기 제2 열 회로가 요구하는 상기 열량이 일치하지 않는 경우, 상기 소정의 배분 규칙에 기초하여 상기 제2 열 회로에 포함되는 상기 복수의 유닛의 각각에 상기 열량을 배분하고,
    상기 제3 열 회로에 할당하는 상기 열량과 상기 제3 열 회로가 요구하는 상기 열량이 일치하지 않는 경우, 상기 소정의 배분 규칙에 기초하여 상기 제3 열 회로에 포함되는 상기 복수의 유닛의 각각에 상기 열량을 배분하도록 구성되는, 열 요구 조정 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 배분부는,
    상기 제1 열 회로에 할당하는 상기 열량과 상기 제1 열 회로가 요구하는 상기 열량이 일치하는 경우, 상기 제1 열 회로에 포함되는 상기 복수의 유닛의 요구하는 열량에 기초하여 상기 제1 열 회로에 포함되는 상기 복수의 유닛의 각각에 상기 열량을 배분하고,
    상기 제2 열 회로에 할당하는 상기 열량과 상기 제2 열 회로가 요구하는 상기 열량이 일치하는 경우, 상기 제2 열 회로에 포함되는 상기 복수의 유닛의 요구하는 열량에 기초하여 상기 제2 열 회로에 포함되는 상기 복수의 유닛의 각각에 상기 열량을 배분하고,
    상기 제3 열 회로에 할당하는 상기 열량과 상기 제3 열 회로가 요구하는 상기 열량이 일치하는 경우, 상기 제3 열 회로에 포함되는 상기 복수의 유닛의 요구하는 열량에 기초하여 상기 제3 열 회로에 포함되는 상기 복수의 유닛의 각각에 상기 열량을 배분하도록 구성되는, 열 요구 조정 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 소정의 배분 규칙은, 유닛마다 설정된 냉각 또는 가열의 우선도나 차 실내의 쾌적성 중 적어도 하나에 기초하고 있는, 열 요구 조정 장치.
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