KR20190095870A - 차량 열에너지 제어 시스템 - Google Patents

차량 열에너지 제어 시스템 Download PDF

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다이스케 고바야시
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Abstract

차량 전체에서의 개선된 열 관리를 실현할 수 있는 차량 열에너지 제어 시스템을 제공한다. 차량에 탑재되는 열에너지 제어 시스템이며, 열원과, 열원의 각각의 공급 가능 열량에 기초하여, 차량 전체에서 발생하는 열 요구로부터 산출되는 요구 열량을 열원에 할당하는 열량 분배기를 구비한다.

Description

차량 열에너지 제어 시스템{VEHICLE THERMAL ENERGY CONTROL SYSTEM}
본 개시는, 차량에서 발생하는 복수의 열 요구에 기초하여, 열원에 요구 열량을 할당하는 차량 열에너지 제어 시스템에 관한 것이다.
일본 특허 공개 제2011-201488호 공보에는, 엔진의 냉각수 및 히트 펌프를 차실 내의 난방용 열원으로서 사용하는 열원 제어 장치가 기재되어 있다. 일본 특허 공개 제2011-201488호 공보에 기재된 열원 제어 장치에서는, 엔진의 냉각수로부터 히터 코어를 통해 차실 내의 공기에 공급하는 열량과, 히트 펌프 시스템의 실내 열 교환기로부터 차실 내의 공기에 공급하는 열량의 배분을, 소비되는 열비(연료량)가 최소로 되도록 결정하고 있다.
근년의 차량은, 열을 이용하는 다양한 장치가 탑재되어 있기 때문에, 종래의 차량과 비교하여 열 관리가 복잡화되어 있다. 그러나 현 상황에서는, 차량 전체에서의 열 관리가 충분히 최적화되어 있다고는 할 수 없다.
그 때문에, 본 개시는, 차량 전체에서의 개선된 열 관리를 실현할 수 있는 차량 열에너지 제어 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시에 관한 열에너지 제어 시스템은, 열원과, 열원의 공급 가능 열량에 기초하여, 차량 전체에서 발생하는 열 요구로부터 산출되는 요구 열량을 열원에 할당하는 열량 분배기를 구비한다.
본 개시에 의하면, 차량 전체에서의 개선된 열 관리를 실현할 수 있는 차량 열에너지 제어 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 제1 실시 형태에 관한 열에너지 제어 시스템의 개략 구성을 나타내는 기능 블록도이고,
도 2는 도 1에 나타낸 열에너지 제어 시스템이 실행하는 제어 처리를 설명하는 시퀀스도이고,
도 3은 제2 실시 형태에 관한 열에너지 제어 시스템의 개략 구성을 나타내는 기능 블록도이다.
(개요)
본 개시에 관한 열에너지 제어 시스템에서는, 차량이 구비하는 열 발생기나 열 교환기 등의 열원의 공급 가능 열량을 고려하여, 각 열원에 요구 열량을 분배한다. 따라서 열 발생기의 발열량이나 열 교환기로부터의 방열량, 열 교환기가 갖는 열 매체로의 축열량 등을 고려하여, 차량 전체에서의 개선된 열 관리를 실현할 수 있다.
(제1 실시 형태)
<구성>
도 1은, 제1 실시 형태에 관한 열에너지 제어 시스템의 개략 구성을 나타내는 기능 블록도이다.
열에너지 제어 시스템(10)은, 복수의 열원(1)과, 열량 분배기(2)와, 복수의 액추에이터(3)를 구비한다.
열원(1)으로서는, 열 발생기나 열 교환기 등을 예시할 수 있다. 열 발생기는, 동작함으로써 열을 발생하는 장치이다. 열 발생기로서는, 엔진, 히트 펌프, 하이브리드 자동차나 전기 자동차 등의 주행용 모터, 주행용 모터의 파워 컨트롤 유닛, 주행용 모터의 구동 배터리 등을 예시할 수 있다. 열 교환기는, 2개의 상이한 열 매체 사이에서 열에너지를 교환하기 위한 장치이다. 열 교환기로서는, 라디에이터, 인터쿨러, 오일 쿨러, 히터 코어, 폐열 회수기, 히트 펌프의 실외 열 교환기 등을 예시할 수 있다. 각 열원(1)은, 자신의 동작 상태와, 후술하는 액추에이터(3)의 동작 상태에 기초하여, 최대한 공급할 수 있는 열량인 공급 가능 열량과, 실제로 공급하고 있는 열량인 실제 공급 열량을 산출하고, 산출한 공급 가능 열량 및 실제 공급 열량을 후술하는 열량 분배기(2)에 출력한다. 여기서, 열원(1)이 열 발생기인 경우, 열원(1)의 공급 열량은 발열량에 해당되고, 열원이 열 교환기인 경우, 열원의 공급 열량은 방열량에 해당된다. 열원(1)은, 도시하지 않은 ECU 등의 컴퓨터를 구비하고 있고, 이 컴퓨터에 의해 후술하는 각 처리가 실행된다. 본 실시 형태에서는, 복수의 열원(1)이 설치되어 있지만, 열에너지 제어 시스템(10)이 구비하는 열원(1)의 수는 하나여도 된다.
열량 분배기(2)는, 차량 전체에서 발생하는 복수의 열 요구를 취득하고, 취득한 복수의 열 요구로부터 산출되는 요구 열량과, 각 열원(1)으로부터 취득하는 공급 가능 열량에 기초하여, 각 열원(1)에 요구 열량을 분배한다. 차량 전체에서 발생하는 열 요구라 함은, 차량에 탑재된 각종 장치에 있어서 필요로 하는 열량의 요구이며, 필요로 하는 열량은 정부 양쪽의 값을 취할 수 있다. 차량에 있어서 발생하는 열 요구로서는, 엔진이나 주행용 모터, 주행용 배터리 등을 적온까지 가열하기 위해 필요한 정의 열량 또는 적온까지 냉각하기 위해 필요한 부의 열량의 요구, 차실 내의 기온을 에어컨의 설정 온도까지 상승시키기 위해 필요한 정의 열량 또는 설정 온도까지 냉각하기 위해 필요한 부의 열량의 요구, 각종 냉각계가 갖는 열 매체에 축열하기 위해 필요한 정의 열량 또는 열 매체를 소정 온도까지 냉각하기 위해 필요한 부의 열량의 요구 등을 예시할 수 있다.
열량 분배기(2)는, 취득한 열 요구 각각을 충족할 수 있도록, 각 열원(1)에 열에너지의 공급을 요구한다. 예를 들어, 에어컨으로부터 차실 내의 기온을 소정 온도까지 상승시키기 위한 열량이 요구된 경우, 에어컨으로부터 요구되는 열량을 엔진 또는 히트 펌프에 분배한다. 각 열원(1)에 요구 열량을 분배할 때, 열량 분배기(2)는, 각 열원(1)의 공급 가능 열량을 고려한다. 예를 들어, 엔진의 공급 가능 열량이 에어컨으로부터 요구되는 열량을 하회하는 경우에는, 에어컨으로부터 요구되는 열량 전부를 엔진 이외의 열원(1)에 분배하거나, 혹은 에어컨으로부터 요구되는 열량의 일부를 엔진에 분배하고, 에어컨으로부터 요구되는 열량의 나머지를 엔진 이외의 열원(1)에 분배한다. 각 열원(1)의 공급 가능 열량을 가미하지 않고 요구 열량을 각 열원(1)에 분배한 경우, 어느 특정 열원(1)에서는 공급 가능 열량이 분배된 열량을 하회하여 열에너지 공급이 부족한 한편, 다른 열원(1)에서는 열에너지가 남는다고 하는 상황이 발생할 수 있다. 잉여의 열에너지는 폐기되기 때문에, 에너지의 낭비가 발생해 버린다.
이에 비해, 본 실시 형태에 관한 열에너지 제어 시스템(10)에서는, 열량 분배기(2)는, 각 열원(1)으로부터 취득한 공급 가능 열량을 참조함으로써, 각 열원(1)에 있어서의 공급 가능 열량에 어느 정도 여유가 있는지를 파악할 수 있다. 따라서 어느 특정 열원(1)의 공급 가능 열량에 여유가 없는 경우라도, 다른 열원(1)의 공급 가능 열량에 여유가 있는 경우에는, 당해 다른 열원(1)의 열에너지를 열 요구원에 분배함으로써, 발생되어 있는 열에너지를 효율적으로 사용할 수 있다. 이와 같이, 열량 분배기(2)를 설치하여, 열량 분배기(2)에서 각 열원(1)의 공급 열량을 통합적으로 관리함으로써, 차량 전체에서 개선된 열 관리를 행할 수 있다. 가령, 열량 분배기(2)와 같은, 각 열원(1)의 공급 열량을 통합적으로 관리할 수 있는 구성이 없는 경우, 차량에서 발생한 열 요구를 만족시키도록 각 열원(1)에서 개별로 열에너지를 생성하여 공급하게 되므로, 어느 쪽의 열원(1)에서 남은 열에너지가 유효 활용되지 않아, 차량 전체에서의 열에너지의 분배가 비효율화될 가능성이 있다.
액추에이터(3)는, 열원(1)에 설치된 ECU 등의 제어 장치의 지시에 의해 동작하는 구동 장치이며, 열원(1)으로부터의 열 출력의 제어, 열원(1)의 냉각 제어, 열 매체간의 열 교환의 제어 등을 행한다. 액추에이터(3)로서는, 각종 냉각수의 유량을 제어하기 위한 펌프, 각종 냉각수의 유로를 변경하기 위한 밸브, 라디에이터나 실외 열 교환기를 냉각하기 위한 팬, 컴프레서, 팽창 밸브 등을 예시할 수 있다. 또한, 엔진이나 히트 펌프는 열원(1)이지만, 그것들 자체가 액추에이터(3)로서도 기능할 수 있다.
하나의 액추에이터(3)에 대해, 복수의 열원(1)이 구동 지시를 출력하는 경우가 있다. 그래서 각 액추에이터(3)에서는, 복수의 열원(1)으로부터 구동 지시를 수신한 경우, 조정 처리를 행하여, 어느 하나의 열원(1)으로부터 수신한 구동 지시에 따라서 동작한다. 구체적으로는, 각 열원(1)은, 액추에이터(3)에 출력하는 구동 지시에 자유도를 설정한다. 액추에이터(3)는, 수신한 복수의 구동 지시 중, 가장 낮은 자유도가 설정된 구동 지시에 따라서 동작하고, 다른 구동 지시를 기각한다. 구동 지시에 설정되는 자유도는, 각 열원(1)이 열량 분배기(2)로부터 분배된 열량을 실현하기 위해 사용할 수 있는 액추에이터(3)의 수가 많을수록 높아지도록 설정된다. 즉, 열량 분배기(2)로부터 분배된 열량을 실현하기 위한 대체 방법이 많을수록, 액추에이터(3)에 대한 구동 지시의 자유도를 높게 한다.
액추에이터(3)는, 채용한 구동 지시를 출력한 열원(1)에 대해서는, 자신의 구동량을 출력한다(도 1의 파선의 화살표 참조). 또한, 도 1에서는, 액추에이터(3)로부터 열원(1)으로의 피드백 경로의 일부를 파선의 화살표로 나타내고, 다른 피드백 경로의 기재를 생략하고 있다. 액추에이터(3)로부터의 구동량으로서는, 전압값, 전류값, 냉각수의 유속, 유량, 밸브의 회전 위치, 팬의 회전수 등을 예시할 수 있다. 이 액추에이터(3)의 구동량은, 열원(1)에 있어서, 실제의 공급 열량을 산출하기 위해 사용된다. 한편, 액추에이터(3)는, 기각한 구동 지시를 출력한 열원(1)에 대해서는, 구동 지시를 기각한 것을 나타내는 기각 통지를 출력한다. 기각 통지는, 열원(1)이 구동 지시를 수정하여 다른 액추에이터(3)에 구동 지시를 재 출력하는 계기로서 사용된다.
구체 예를 들면, 차량에 있어서는, 팬, 엔진의 라디에이터 및 히트 펌프의 실외 열 교환기를 이 순서로 직렬로 배치하고, 동일한 팬을 사용하여, 엔진의 라디에이터 및 히트 펌프의 실외 열 교환기의 양쪽에 대해 공기를 송입하는 구성이 채용되는 경우가 있다. 일례로서, 이러한 팬, 라디에이터 및 실외 열 교환기의 배치를 갖는 차량을 한랭지에서 사용하고, 엔진과 차실 내의 난방을 동시에 시동한 경우를 생각해보자. 이 경우, 엔진은 난기를 필요로 하기 때문에, 엔진으로부터 팬의 액추에이터로 구동을 정지시키는 구동 지시가 출력되는 한편, 에어컨의 히트 펌프에서는 외기와 이것보다 저온인 냉매 사이에서 열 교환을 행할 필요가 있기 때문에, 히트 펌프로부터 팬의 액추에이터로 회전수를 상승시키는 구동 지시가 출력될 수 있다. 단, 에어컨의 히트 펌프는, 팬이 정지하고 있는 경우라도, 컴프레서나 팽창 밸브의 조정에 의해 에어컨에 필요한 열을 발생시키는 것이 가능하다.
그래서 에어컨의 히트 펌프로부터 팬으로의 회전수를 상승시키는 구동 지시에는, 엔진의 난기 시에 팬을 정지시키는 구동 지시보다 높은 자유도를 설정해 둔다. 이와 같이 구성하면, 팬의 액추에이터는, 엔진과 히트 펌프로부터 모순되는 구동 지시를 수신한 경우라도, 설정된 자유도에 기초하여, 어느 구동 지시를 채용할지를 결정하는 조정 처리를 행하여, 가장 자유도가 낮은 구동 지시에 기초하여 동작할 수 있다. 이 예에서는, 팬의 액추에이터는, 가장 낮은 자유도가 설정된 엔진으로부터 출력된 구동 지시를 채용하고, 히트 펌프로부터 출력된 구동 지시를 기각한다. 히트 펌프는, 기각 통지를 수신하면, 구동 지시를 수정하고, 다른 액추에이터(예를 들어, 컴프레서나 팽창 밸브)에 대해 구동 지시를 재출력함으로써, 열량 분배기(2)로부터 지시된 공급 열량의 실현을 시도할 수 있다.
열량 분배기(2)가 각 열원(1)에 요구 열량을 분배할 때, 차량 전체의 요구 열량(총량)에 대해, 모든 열원(1)의 공급 가능 열량의 총량이 부족한 경우를 생각할 수 있다. 그래서 차량에 있어서 발생하는 열 요구에 우선도를 관련지어 두고, 열량 분배기(2)는 취득한 열 요구의 우선도에 따라서, 어느 열 요구에 대해 우선적으로 열량을 공급할지를 결정하는 것이 바람직하다. 열 요구에 설정되는 우선도는, 열 요구의 속성(예를 들어, 차량의 주행에 필요한 열 요구인지, 차실 내의 쾌적성 향상을 위해 필요한 열 요구인지 등)에 기초하여 미리 설정할 수 있다. 열 요구에 설정되는 우선도는, 쾌적성 향상을 위해 필요한 열 요구보다, 차량의 주행에 필요한 열 요구를 높게 하는 것이 바람직하다. 열량 분배기(2)는, 차량 전체의 요구 열량보다, 모든 열원(1)의 공급 가능 열량의 총량이 작은 경우에는, 상대적으로 낮은 우선도가 설정된 열 요구를 파기할 수 있다.
여기서, 일례로서, 한랭지에 있어서 엔진과 난방을 동시에 시동하고, 엔진을 난기하기 위한 열 요구와, 에어컨으로 차실 내를 설정 온도까지 따뜻하게 하기 위한 열 요구가, 열량 분배기(2)에 입력된 경우를 생각해보자. 열량 분배기(2)는, 차량 전체의 요구 열량보다, 모든 열원(1)의 공급 가능 열량의 총량이 작고, 또한 엔진의 공급 가능 열량이 엔진의 난기에 필요한 열량보다 적다고 판정한 경우, 에어컨이 요구한 상대적으로 우선도가 낮은 열 요구를 파기하고, 에어컨을 구동하기 위한 히트 펌프 공급 가능 열량을 엔진의 난기를 위해 할당한다.
이와 같이, 열 요구 각각에 우선도를 설정해 둠으로써, 각 시점에서 모든 열원(1)이 공급 가능한 열량을, 열에너지의 필요성이 상대적으로 높은 열 요구로부터 차례로 할당할 수 있어, 열 분배의 효율화를 도모할 수 있다.
또한, 열량 분배기(2)는, 각 열원(1)이 실제로 공급하고 있는 실제 공급 열량을 취득한다. 이 실제 공급 열량은, 액추에이터(3)의 구동량에 기초하여 열원(1)이 산출한 것이다. 열량 분배기(2)는, 각 열원(1)에 분배한 열량과 각 열원(1)으로부터 취득한 실제 공급 열량에 기초하여, 각 열원(1)에 분배한 열량을 수정한다. 수정이 필요한 케이스로서는, 열원(1)에 대해 열량 분배기(2)가 분배한 열량을 열원(1)이 공급할 수 없었던 케이스, 오차 요인에 의해 열원(1)에 대해 열량 분배기(2)가 분배한 열량과 실제 공급 열량에 소정 이상의 괴리가 발생한 케이스, 어느 쪽의 열원(1)을 사용할 수 없게 된 케이스 등을 생각할 수 있다. 열량 분배기(2)는 필요에 따라서, 각 열원(1)에 요구 열량을 재분배하고, 각 열원(1)에 열 공급을 다시 지시한다. 본 실시 형태에서는, 액추에이터(3)의 구동량을 열량 분배기(2)가 아닌, 열원(1)에 피드백하여, 열원(1)이 액추에이터(3)의 구동량에 기초하여 산출한 실제 공급 열량을 열량 분배기(2)에 출력한다. 실제 공급 열량을 산출하는 데는, 액추에이터(3)의 구동량 외에도, 열원(1)의 동작 상태를 특정하는 정보가 필요해진다. 따라서 열량 분배기(2)에 있어서 실제 공급 열량을 산출할 목적으로 액추에이터(3)의 구동량을 피드백하는 구성으로 하면, 열원(1)의 동작 상태를 특정하는 정보도 열량 분배기(2)에 피드백할 필요가 발생하여, 열량 분배기(2)의 입출력 인터페이스 및 제어 처리가 번잡해진다. 본 실시 형태에서는, 열원(1)에 있어서 실제 공급 열량을 산출하여 열량 분배기(2)에 출력하는 구성으로 하고 있기 때문에, 열량 분배기(2)의 입출력 인터페이스 및 제어 처리를 간략화할 수 있다. 또한, 열원(1) 또는 액추에이터(3)의 일부가 변경된 경우라도, 열량 분배기(2)의 입출력 인터페이스 및 제어 처리의 변경이 불필요해지므로, 차량의 시스템 구성에 의존하는 일 없이, 차량 전체의 열 관리를 통합적으로 행할 수 있다.
또한, 열량 분배기(2)는, 상술한 열 요구에 의해 요구되는 열량, 공급 가능 열량 및 실제 공급 열량을 모두 열량 단위로 관리하는 것이 바람직하다. 이 경우, 열량 분배기(2)에 있어서의 열 분배 처리나 수정 처리(재분배 처리)를 용이하게 행할 수 있다. 단, 열량 분배기(2)가 차량의 각 장치로부터의 열 요구에 의해 요구되는 열량을 취득하는 대신, 온도 등의 다른 파라미터를 취득하여, 당해 다른 파라미터에 기초하여 분배 처리나 수정 처리를 행해도 된다.
<제어 처리>
도 2는, 도 1에 나타낸 열에너지 제어 시스템이 실행하는 제어 처리를 설명하는 시퀀스도이다.
스텝 S1: 열량 분배기(2)는, 차량 전체에서 발생한 열 요구를 취득한다. 그 후, 처리는 스텝 S2로 이행한다.
스텝 S2: 복수의 열원(1)의 각각은, 공급 가능 열량을 열량 분배기(2)에 출력한다. 열원(1)의 공급 가능 열량은, 예를 들어 열원(1)의 동작 상태 및 액추에이터(3)의 동작 상태에 기초하여 산출할 수 있다. 그 후, 처리는 스텝 S3으로 이행한다.
스텝 S3: 열량 분배기(2)는, 열량의 분배 처리를 실행한다. 구체적으로는, 열량 분배기(2)는, 스텝 S1에서 취득한 모든 열 요구로부터 산출되는 요구 열량과, 스텝 S2에서 각 열원(1)으로부터 출력된 공급 가능 열량에 기초하여, 각 열원(1)에 분배하는 요구 열량을 결정한다. 스텝 S3의 분배 처리에 있어서는, 상술한 바와 같이, 차량 전체에서의 요구 열량(총량)과 각 열원(1)의 공급 가능 열량의 총량의 대소 관계나, 각 열원(1)의 공급 가능 열량에 기초하는 열 공급 여력, 열 요구에 설정된 우선도가 사용된다. 그 후, 처리는 스텝 S4로 이행한다.
스텝 S4: 열량 분배기(2)는, 각 열원(1)에 대해, 스텝 S3으로 분배한 열량의 공급을 지시한다. 그 후, 처리는 스텝 S5로 이행한다.
스텝 S5: 각 열원(1)은, 열량 분배기(2)에 의해 분배된 열량을 실현할 수 있도록, 액추에이터(3)에 구동 지시를 출력한다. 또한, 엔진이나 히트 펌프와 같이, 액추에이터(3)로서도 기능하는 열원(1)은, 스스로 출력을 제어한다. 그 후, 처리는 스텝 S6으로 이행한다.
스텝 S6: 액추에이터(3)는, 복수의 구동 지시를 수신하고, 또한 수신한 복수의 구동 지시가 동시에 성립될 수 없는 경우는, 조정 처리를 실행한다. 상술한 바와 같이, 액추에이터(3)는, 수신한 구동 지시 각각에 설정된 자유도를 참조하여, 가장 낮은 자유도가 설정된 구동 지시를 채용하고, 그 이외의 구동 지시를 기각한다. 액추에이터(3)가 하나의 구동 지시를 수신한 경우는, 액추에이터(3)는, 조정 처리를 행하지 않고, 당해 하나의 구동 지시를 채용한다. 또한, 수신한 복수의 구동 지시 사이에서 모순이 발생하지 않은 경우는, 액추에이터(3)는, 복수의 구동 지시 중 어느 것을 채용한다. 그 후, 처리는 스텝 S7로 이행한다.
스텝 S7: 액추에이터(3)는, 스텝 S6에서 채용한 구동 지시에 기초하여 동작을 제어한다. 구체적으로는, 냉각수의 유량이나 유로, 팬의 회전수 등을 제어한다. 그 후, 처리는 스텝 S8 또는 S9로 이행한다. 더 상세하게는, 액추에이터(3)는, 스텝 S6에서 채용한 구동 지시를 출력한 열원(1)에 대해서는, 스텝 S8의 처리를 실행하고, 스텝 S6에서 기각한 구동 지시를 출력한 열원(1)에 대해서는, 스텝 S9의 처리를 실행한다.
스텝 S8: 액추에이터(3)는, 스텝 S6에서 채용한 구동 지시를 출력한 열원(1)에 대해, 구동 지시에 따라서 동작 제어를 행한 후의 액추에이터(3)의 구동량을 출력한다. 그 후, 처리는 스텝 S12로 이행한다.
스텝 S9: 액추에이터(3)는, 스텝 S6에서 기각한 구동 지시를 출력한 열원(1)에 대해, 구동 지시를 기각한 것을 나타내는 기각 통지를 출력한다. 그 후, 처리는 스텝 S10으로 이행한다.
스텝 S10: 열원(1)은, 액추에이터(3)로부터 기각 통지를 수신하면, 구동 지시를 수정한다. 더 상세하게는, 열원(1)은, 열량 분배기(2)에 의해 분배된 열량을 다른 액추에이터(3)의 구동에 의해 실현할 수 있는지 여부를 판정하여, 분배된 열량을 다른 액추에이터(3)의 구동에 의해 실현할 수 있다고 판정한 경우에는, 다른 액추에이터(3)에 대한 구동 지시를 생성한다. 그 후, 처리는 스텝 S11로 이행한다.
스텝 S11: 열원(1)은, 재작성한 구동 지시를, 스텝 S5에 있어서의 출력처와는 상이한 액추에이터(3)에 출력한다. 그 후, 처리는 스텝 S6으로 이행하고, 스텝 S6 내지 S11의 처리를 반복하여 실행한다.
스텝 S12: 열원(1)은, 액추에이터(3)로부터 취득한 구동량에 기초하여 실제 공급 열량을 산출한다. 실제 공급 열량은, 액추에이터(3)의 구동량 외에도, 열원(1)이 검출한 값 또는 유지하는 값을 사용하여 산출할 수 있다. 예를 들어, 열원(1)이 엔진이고, 액추에이터(3)가 워터 펌프인 경우, 열원(1)이 검출한 냉각수의 온도 변화와, 액추에이터(3)로부터 취득한 냉각수의 유량에 기초하여, 실제 공급 열량을 산출할 수 있다. 그 후, 처리는 스텝 S13으로 이행한다.
스텝 S13: 열원(1)은, 산출한 실제 공급 열량을 열량 분배기(2)에 출력한다. 그 후, 처리는 스텝 S14로 이행한다.
스텝 S14: 열량 분배기(2)는, 각 열원(1)에 대해 스텝 S4에서 지시한 공급 열량과, 각 열원(1)으로부터 취득한 실제 공급 열량에 기초하여, 각 열원(1)에 분배한 열량을 수정(재분배)한다. 그 후, 처리는 스텝 S15로 이행한다.
스텝 S15: 열량 분배기(2)는, 스텝 S14에서 수정한 열량의 공급을 각 열원(1)에 지시한다.
이후, 스텝 S1 내지 S15의 처리를 소정의 시간 간격으로 반복하여 실행함으로써, 차량에 있어서의 열에너지의 분배 처리를 계속한다.
또한, 상술한 열량 분배기는, 도 2에 나타낸 열량 분배기의 제어 처리를 실행하는 전용 회로에 의해 실현해도 된다. 또한, 상술한 열량 분배기(2)는, 예를 들어 프로세서, ROM, RAM, 하드 디스크를 갖는 ECU 등의 컴퓨터에, 도 2에 나타낸 스텝 S1, S3, S4 및 S13 내지 S15의 처리를 실행시킴으로써 실현해도 된다. 또한, 도 2에 나타낸 열원(1)의 제어 처리는, 열원(1)을 제어하기 위한 ECU 등의 컴퓨터에, 도 2에 나타낸 스텝 S5 및 S8 내지 S12의 처리를 실행시킴으로써 실현할 수 있다. 마찬가지로, 도 2에 나타낸 액추에이터(3)의 제어 처리는, 액추에이터(3)를 제어하기 위한 ECU 또는 제어 기판의 컴퓨터에, 도 2에 나타낸 스텝 S6 및 S7의 처리를 실행시킴으로써 실현할 수 있다. 도 2의 제어 처리를 컴퓨터에 실행시키는 경우, 도 2에 나타낸 제어 처리의 프로그램을 미리 ROM이나 하드 디스크 등의 기억 장치에 저장해 두고, 컴퓨터가 구비하는 프로세서에 기억 장치로부터 프로그램을 판독시켜 실행시킴으로써, 열량 분배기(2), 열원(1) 및 액추에이터(3)의 각각의 제어 처리를 실행할 수 있다. 또한, 본 발명은, 컴퓨터가 실행하는 열에너지 제어 방법, 프로그램, 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 비일시적인 기록 매체 등으로서 파악하는 것도 가능하다.
<효과 등>
본 실시 형태에 관한 열에너지 제어 시스템(10)에서는, 열량 분배기(2)가, 열원(1)의 공급 가능 열량에 기초하여, 차량 전체에서 발생하는 열 요구로부터 산출되는 요구 열량을 열원(1)에 할당한다. 열량 분배기(2)에서 요구 열량과 열원(1)의 공급 열량을 통합적으로 관리함으로써, 차량 전체에서 개선된 열 관리를 행할 수 있다.
또한, 차량 전체에서 발생하는 열 요구는, 엔진, 주행용 모터, 주행용 모터의 파워 컨트롤 유닛, 차실 내의 냉난방 장치, 주행용 모터의 구동 배터리의 동작에 수반하여 발생하는 열 요구 등을 포함한다. 따라서 열량 분배기(2)는, 다양한 열 요구를 통합적으로 관리할 수 있다.
또한, 차량 전체에서 발생하는 열 요구에 우선도를 설정하고, 요구 열량에 대해, 각 열원(1)의 공급 가능 열량의 총량이 작은 경우에는, 열량 분배기(2)는, 상대적으로 낮은 우선도가 설정된 열 요구를 파기할 수 있다. 열 요구에 대해 우선도를 설정함으로써, 공급 가능 열량의 총량과 열에너지의 필요성의 높이에 따라서, 열에너지를 분배할 수 있다.
또한, 각 열원(1)이 출력하는 액추에이터(3)로의 구동 지시에는 자유도가 설정되어 있고, 액추에이터(3)는 2개 이상의 열원으로부터 구동 지시를 수신하고, 또한 수신한 구동 지시 각각이 동시에 성립될 수 없는 경우, 가장 낮은 자유도가 설정된 구동 지시에 기초하여 동작하고, 다른 구동 지시를 기각할 수 있다. 열원(1)으로부터 액추에이터(3)로의 구동 지시에 자유도를 설정함으로써, 복수의 구동 지시 사이에서 모순이 발생하는 경우라도, 합리적으로 액추에이터(3)를 구동할 수 있다.
또한, 액추에이터(3)는, 기각한 구동 지시를 출력한 열원(1)에 대해, 구동 지시를 기각한 것을 나타내는 기각 통지를 출력하고, 열원(1)은, 기각 통지를 수신하면, 기각 통지를 출력한 액추에이터(3)와는 상이한 액추에이터(3)에 대해 구동 지시를 출력할 수 있다. 액추에이터(3)로부터 열원(1)으로 구동 지시의 기각을 통지함으로써, 열원(1)에서는, 열량 분배기(2)로부터 분배된 열량을 실현하는 대체 방법을 실행할 수 있다.
또한, 액추에이터(3)는, 구동 지시를 출력한 열원(1)에 대해 구동량을 출력하고, 열원(1)은 액추에이터(3)로부터 취득한 구동량에 기초하여 산출한 실제 공급 열량을 열량 분배기(2)에 출력할 수 있다. 액추에이터(3)로부터 열량 분배기(2)에 실제의 공급 열량을 피드백함으로써, 열량 분배기(2)는, 각 열원(1)에 대해 당초 분배한 열량이 실현되어 있는지 여부를 관리할 수 있다.
또한, 열량 분배기(2)는, 열원(1)의 각각으로부터 수신한 실제 공급 열량에 기초하여, 열원(1)의 각각에 분배한 열량을 수정할 수 있다. 열원(1)의 실제의 공급 열량에 기초하여, 각 열원(1)에 분배한 열량을 수정함으로써, 각 열원(1)이 열량 분배기(2)로부터 요구된 열량을 무언가의 요인으로 공급할 수 없었던 경우라도, 각 열원(1)에 요구 열량을 재분배하는 것이 가능해진다.
(제2 실시 형태)
<구성>
도 3은, 제2 실시 형태에 관한 열에너지 제어 시스템의 개략 구성을 나타내는 기능 블록도이다. 이하, 본 실시 형태와 제1 실시 형태의 상이점을 중심으로 설명한다.
본 실시 형태에 관한 열에너지 제어 시스템(20)은, 제1 실시 형태에 관한 열에너지 제어 시스템(10)에 상태 관리부(4)를 더 추가한 것이다.
상태 관리부(4)는, 차량의 상태 또는 외부 환경의 상태(이하, 이것들을 아울러 「시스템 상태」라고 함)를 취득하여 관리하고, 취득한 시스템 상태에 기초하여, 차량에 있어서의 더 바람직한 열 경로를 선택할 수 있다. 예를 들어, 상태 관리부(4)가 엔진 난기 중이라고 하는 시스템 상태를 취득한 경우, 엔진의 난기를 촉진하기 위해, 엔진의 냉각수의 경로로서 비난기 중으로부터 단락된 경로를 선택한다. 상태 관리부(4)는, 선택한 더 바람직한 열 경로를 시스템 상태 정보로 하여 열량 분배기(2)에 출력한다.
여기서, 차량의 상태라 함은, 차량이 어떻게 동작하고 있는지를 나타내는 상태를 말하고, 외부 환경의 상태라 함은, 차량이 어떠한 외부 환경에 놓여 있는지를 나타내는 상태를 말한다. 시스템 상태에 포함되는 차량의 상태에는, 엔진의 난기 중인 상태, 차량이 주행하고 있는 상태, 차량이 정지하고 있는 상태, 하이브리드 차량이 엔진 주행하고 있는 상태, 하이브리드 차량이 주행용 모터로 EV 주행하고 있는 상태, 에너지 절약 모드에서 주행하고 있는 상태 등이 포함된다. 또한, 외부 환경의 상태에는, 차량이 특정 계절에 사용되고 있는 상태, 차량이 한랭지에서 사용되고 있는 상태 등이 포함된다.
열량 분배기(2)는, 상태 관리부(4)로부터 출력된 시스템 상태 정보에 기초하여, 각 열원(1)에 공급 열량을 분배하고, 또한 분배한 열량을 수정한다. 예를 들어, 엔진이 난기 중이며, 엔진의 난기를 촉진하는 냉각수의 경로가 선택되어 있을 때, 에어컨으로부터 차실 내를 따뜻하게 하기 위한 열 요구가 있었던 경우를 상정한다. 이 경우, 열량 분배기(2)는, 시스템 상태 정보에 기초하여 엔진의 난기를 촉진하고 있는 상태에 있다고 판정하여, 에어컨으로부터의 요구된 열량을 다른 열원(1)에 분배할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 관한 제어 처리는, 도 2에 나타낸 제어 시퀀스에, 상태 관리부(4)가 시스템 상태를 취득하는 스텝과, 상태 관리부(4)가 열량 분배기(2)에 시스템 상태 정보를 출력하는 스텝을 더 추가함으로써 실현할 수 있다. 열량 분배기(2)는, 도 2의 스텝 S3의 분배 처리 및 스텝 S14의 수정 처리에 있어서, 상태 관리부(4)로부터 취득한 시스템 상태 정보를 반영시킨다.
<효과 등>
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 열에너지 제어 시스템(20)은, 시스템 상태(차량의 상태 또는 외부 환경의 상태)를 취득하여 관리하는 상태 관리부(4)를 구비하고, 열량 분배기(2)는, 상태 관리부(4)가 취득한 시스템 상태에 기초하여, 열원(1)의 각각에 분배한 열량을 수정할 수 있다. 이 구성에 의하면, 시스템 상태를 가미하여, 차량 전체에서 보다 효율적인 열 관리를 행할 수 있다.
(변형예)
또한, 상기한 제1 실시 형태에 있어서, 열 경로의 선택은, 열량 분배기(2)가 행해도 된다. 이 경우, 차량이 구비하는 열원(1)의 사이에서 열에너지를 전달 가능한 하나 이상의 열 경로를 나타내는 정보를, 차량이 구비하는 열원(1) 및 액추에이터(3)의 구성에 따라서 미리 준비해 두고, 열량 분배기(2)가, 이 열 경로의 정보를 참조함으로써 더 바람직한 열 경로(열에너지의 전달 경로)를 선택할 수 있다. 열량 분배기(2)가 열 경로를 선택 가능한 경우, 열 요구와 각 열원(1)의 실현 가능 열량과 실제 발열량 외에도, 선택 또는 전환된 열 경로의 정보에 기초하여, 열원에의 요구 열량의 할당을 행할 수 있다. 예를 들어, 엔진의 난기를 위해 요구되는 열 요구를 엔진의 구동만으로 조달할 수 없고, 또한 히트 펌프 등의 다른 열원(1)에 있어서 공급 열량에 여유가 있는 경우에는, 열량 분배기(2)는 열 경로 정보에 기초하여, 히트 펌프 등의 다른 열원(1)으로부터 엔진에 열에너지를 전달하는 열 경로를 선택하고, 엔진의 난기에 부족한 열량을 당해 다른 열원(1)에 할당할 수 있다. 이 경우, 또한 열량 분배기(2)는 열 경로의 전환을 실행해도 된다. 이 경우, 상술한 열 경로 정보에 포함되는 열 경로를 실현하기 위한 각 액추에이터(3)의 동작 상태를 나타내는 정보를, 차량이 구비하는 열원(1) 및 액추에이터(3)의 구성에 따라서 미리 준비하고, 이 액추에이터(3)의 동작 상태 정보를 참조하여, 액추에이터(3)를 직접 또는 간접적으로 전환함으로써, 현재의 열 경로로부터 바람직한 열 경로(열에너지의 전달 경로)로 전환할 수 있다. 상기한 제2 실시 형태에 있어서는, 이 열 경로의 전환 처리를 상태 관리부(4)가 실행해도 된다.
또한, 열 경로의 선택 또는 전환(액추에이터(3)의 제어)은, 상기한 각 실시 형태에 관한 열에너지 제어 시스템(10 및 20) 이외의 구성으로 실행해도 된다.
본 개시는, 차량이 구비하는 복수의 열원으로부터 발생되는 열에너지의 분배를 차량 전체에서 최적화하는 시스템에 이용할 수 있다.

Claims (8)

  1. 차량에 탑재되는 열에너지 제어 시스템이며,
    열원과,
    상기 열원의 공급 가능 열량에 기초하여, 상기 차량 전체에서 발생하는 열 요구로부터 산출되는 요구 열량을 상기 열원에 할당하는 열량 분배기를 구비하는, 열에너지 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 차량 전체에서 발생하는 열 요구는, 엔진, 주행용 모터, 주행용 모터의 파워 컨트롤 유닛, 차실 내의 냉난방 장치, 주행용 모터의 구동 배터리의 동작에 수반하여 발생하는 열 요구를 포함하는, 열에너지 제어 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 차량 전체에서 발생하는 열 요구에는, 우선도가 설정되어 있고,
    상기 열량 분배기는, 상기 요구 열량에 대해 상기 열원의 공급 가능 열량의 총량이 작은 경우, 상대적으로 우선도가 낮게 설정된 열 요구를 파기하는, 열에너지 제어 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 상기 열원으로부터 출력된 구동 지시에 기초하여 구동되고, 당해 구동 지시를 출력한, 상기 적어도 하나의 열원이 공급하는 열량을 제어 가능한 복수의 구동 장치를 포함하고 있고,
    상기 열원이 출력하는 상기 구동 장치에의 구동 지시에는 자유도가 설정되어 있고,
    상기 구동 장치는, 2개 이상의 상기 열원으로부터 구동 지시를 수신하고, 또한 수신한 구동 지시 각각이 동시에 성립될 수 없는 경우, 가장 낮은 자유도가 설정된 구동 지시에 기초하여 동작하고, 다른 구동 지시를 기각하는, 열에너지 제어 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 구동 장치는, 기각한 상기 구동 지시를 출력한 열원에 대해, 상기 구동 지시를 기각한 것을 나타내는 기각 통지를 출력하고,
    상기 열원은, 상기 기각 통지를 수신하면, 기각 통지를 출력한 구동 장치와는 상이한 구동 장치에 대해 구동 지시를 출력하는, 열에너지 제어 시스템.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 구동 장치는, 상기 구동 지시를 출력한 열원에 대해 구동량을 출력하고,
    상기 열원은, 상기 구동 장치로부터 취득한 구동량에 기초하여 산출한 실제 공급 열량을 상기 열량 분배기에 출력하는, 열에너지 제어 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 열량 분배기는, 복수의 상기 열원의 각각으로부터 수신한 실제 공급 열량에 기초하여, 상기 열원의 각각에 할당한 열량을 수정하는, 열에너지 제어 시스템.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    차량의 상태 또는 외부 환경의 상태를 취득하여 관리하는 상태 관리부를 더 구비하고,
    상기 열량 분배기는, 상기 상태 관리부가 취득한 차량의 상태 또는 외부 환경의 상태에 기초하여, 복수의 상기 열원의 각각에 할당한 열량을 수정하는, 열에너지 제어 시스템.
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