WO2025239018A1

WO2025239018A1 - 車両用熱管理装置

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Publication number: WO2025239018A1
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Inventors: 慎太郎古嶋; 宣伯清水
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Filing date: 2025-03-20
Publication date: 2025-11-20
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Abstract

【課題】コストの高騰を抑制しながら、バッテリを適切に冷却して劣化の進行を抑制し、結露の発生も回避することができる車両用熱管理装置を提供する。【解決手段】車両用熱管理装置１は、冷媒回路３と、冷媒回路３を流れる冷媒により冷却され、バッテリ４以外の温調対象と熱交換する熱媒体が循環される第１の熱媒体回路６と、第１の熱媒体回路６を流れる熱媒体により冷却され、バッテリ４と熱交換する熱媒体が循環される第２の熱媒体回路７を備え、バッテリ４内の温度差が所定値以上、又は、バッテリ４の温度が所定の閾値以上にならないように、第２の熱媒体回路７に熱媒体が循環される。

Description

車両用熱管理装置

　本発明は、冷媒回路と熱媒体回路を用いてバッテリの冷却等を行う車両用熱管理装置に関するものである。

　従来より、例えば電動車両（電気自動車、ハイブリッド自動車等）に搭載されるバッテリは発熱を生じる。そのため、車室内空調用の冷媒回路の冷媒により水等の熱媒体を冷却し、この熱媒体によってバッテリの冷却も行うシステムが開発されている（例えば、特許文献１参照）。ここで、バッテリは温度が低くても高くても効率的に動作させることができず、＋１０℃～＋３０℃程の温度領域が適温範囲となる。

　また、冷媒回路の冷媒により熱媒体を冷却し、この熱媒体によって車室内の空調とバッテリの冷却を行うシステムも開発されている。その場合、従来では冷媒回路の吸熱器と熱交換する冷媒－熱媒体熱交換器で冷却された熱媒体を、冷房用の室内熱交換器とバッテリに循環するものであったが、熱媒体は室内熱交換器の目標温度に応じて冷却されるため、熱媒体の温度が外気の露点温度よりも低くなる場合があり、係る熱媒体をバッテリ冷却のために当該バッテリと熱交換させると、バッテリパック内で結露が発生し、ショート等の不具合が発生する虞がある。

　そこで、車室内空調とバッテリ冷却のためにそれぞれ冷媒回路の吸熱器を設けたものや、冷媒回路と熱媒体回路を車室内空調用とバッテリ冷却用に別個に設けるものも開発されていた（例えば、特許文献２参照）。

特許第７３８８３８５号公報特開２０２３－１６８２０９号公報

　しかしながら、係る従来のシステムでは各熱交換器の他、膨張弁等の部品の数が増加すると共に、冷媒回路や熱媒体回路の体積も増加するため、特にバッテリの安全性を考慮して絶縁性の高い熱媒体（フッ素系不活性液体等）を使用する場合には、コストの高騰が問題となる。

　本発明は、係る従来の技術的課題を解決するためになされたものであり、コストの高騰を抑制しながら、バッテリを適切に冷却して劣化の進行を抑制し、結露の発生も回避することができる車両用熱管理装置を提供するものである。

　上記課題を解決するために、本発明の車両用熱管理装置は、冷媒回路と、この冷媒回路を流れる冷媒により冷却され、バッテリ以外の温調対象と熱交換する熱媒体が循環される第１の熱媒体回路と、この第１の熱媒体回路を流れる熱媒体により冷却され、バッテリと熱交換する熱媒体が循環される第２の熱媒体回路を備え、バッテリ内の温度差が所定値以上、又は、バッテリの温度が所定の閾値以上にならないように、第２の熱媒体回路に熱媒体が循環されることを特徴とする。

　請求項２の発明の車両用熱管理装置は、上記発明において冷媒回路は、冷媒を圧縮する圧縮機と、この圧縮機から吐出された高温の冷媒を放熱させる放熱器と、この放熱器で放熱した冷媒を減圧する減圧装置と、この減圧装置で減圧された冷媒を吸熱させる吸熱器を有すると共に、第１の熱媒体回路は、吸熱器と熱交換する冷媒－熱媒体熱交換器と、温調対象用の熱交換器と、熱媒体－熱媒体熱交換器を有し、第２の熱媒体回路は、熱媒体－熱媒体熱交換器と熱交換する放熱部を有することを特徴とする。

　請求項３の発明の車両用熱管理装置は、上記発明において第１の熱媒体回路に設けられた温調対象用の熱交換器は、車室内空調用の室内熱交換器であり、冷媒－熱媒体熱交換器にて冷媒により冷却された熱媒体を用いて、車室内を空調することを特徴とする。

　請求項４の発明の車両用熱管理装置は、請求項２又は請求項３の発明において第１の熱媒体回路は、当該第１の熱媒体回路内に熱媒体を循環させる第１のポンプと、冷媒－熱媒体熱交換器を経た熱媒体を温調対象用の熱交換器と熱媒体－熱媒体熱交換器に分配する弁装置を有すると共に、第２の熱媒体回路は、当該第２の熱媒体回路内に熱媒体を循環させる第２のポンプを有し、各ポンプ及び弁装置により各熱媒体回路における熱媒体の循環をそれぞれ制御する制御装置を備えたことを特徴とする。

　請求項５の発明の車両用熱管理装置は、請求項１の発明において各熱媒体回路における熱媒体の循環をそれぞれ制御する制御装置を備え、この制御装置は、バッテリの冷却開始時における第２の熱媒体回路の熱媒体循環量を、定常時よりも増加させる立上時制御部を有することを特徴とする。

　請求項６の発明の車両用熱管理装置は、上記発明において制御装置は、所定の目標バッテリ温度に基づいて各熱媒体回路における熱媒体の循環を制御するバッテリ冷却制御部と、目標バッテリ温度が、外気の露点温度以下となる場合、当該露点温度より高くなるよう目標バッテリ温度を補正する目標バッテリ温度補正部と、を有することを特徴とする。

　本発明によれば、冷媒回路と、この冷媒回路を流れる冷媒により冷却され、バッテリ以外の温調対象と熱交換する熱媒体が循環される第１の熱媒体回路と、この第１の熱媒体回路を流れる熱媒体により冷却され、バッテリと熱交換する熱媒体が循環される第２の熱媒体回路を備えているので、請求項２の発明の如き冷媒回路の吸熱器等の熱交換器の数や回路の体積を削減し、構成の簡素化を図ることが可能となる。また、バッテリを冷却するための第２の熱媒体回路とバッテリ以外の温調対象を冷却するための第１の熱媒体回路が独立しているため、例えば、第２の熱媒体回路に絶縁性の高い熱媒体を使用する場合にも、その量を削減することができるようになるので、総じてコストの増加を抑制することができるようになる。

　また、第１の熱媒体回路と第２の熱媒体回路が独立していることから、バッテリの温度管理が容易となると共に、バッテリ以外の温調対象を冷却するために、バッテリが過度に冷却されて結露が発生する不都合も回避することが可能となる。

　特に、バッテリ内の温度差が所定値以上、又は、バッテリの温度が所定の閾値以上にならないように、第２の熱媒体回路に熱媒体が循環されるようにしたので、バッテリ内の温度差によって生じる劣化進行度の乖離や、バッテリ全体の劣化の進行を効果的に抑制することができるようになるものである。

　具体的には請求項２の発明の如く冷媒回路は、冷媒を圧縮する圧縮機と、この圧縮機から吐出された高温の冷媒を放熱させる放熱器と、この放熱器で放熱した冷媒を減圧する減圧装置と、この減圧装置で減圧された冷媒を吸熱させる吸熱器を有する構成とすると共に、第１の熱媒体回路は、吸熱器と熱交換する冷媒－熱媒体熱交換器と、温調対象用の熱交換器と、熱媒体－熱媒体熱交換器を有する構成とし、第２の熱媒体回路は、熱媒体－熱媒体熱交換器と熱交換する放熱部を有する構成とする。

　また、請求項３の発明の如く第１の熱媒体回路は、温調対象用の熱交換器として車室内空調用の室内熱交換器を有し、冷媒－熱媒体熱交換器にて冷媒により冷却された熱媒体を用いて車室内を空調するものとする。これにより、構造の簡素化とコストの抑制を図りながら、車室内空調とバッテリ冷却の双方を適切に行うことができるようになる。

　また、請求項４の発明の如く第１の熱媒体回路に、当該第１の熱媒体回路内に熱媒体を循環させる第１のポンプと、冷媒－熱媒体熱交換器を経た熱媒体を温調対象用の熱交換器と熱媒体－熱媒体熱交換器に分配する弁装置を設け、第２の熱媒体回路に、当該第２の熱媒体回路内に熱媒体を循環させる第２のポンプを設けて、制御装置を用いて各ポンプ及び弁装置により各熱媒体回路における熱媒体の循環をそれぞれ制御するようにすることで、バッテリの冷却と、バッテリ以外の温調対象の冷却を、より適切に行うことが可能となる。

　但し、第２の熱媒体回路の熱媒体は、第１の熱媒体回路の熱媒体を介して、冷媒回路の吸熱器により冷却されることになるので、バッテリ冷却の応答性が悪化する懸念がある。そこで、請求項５の発明の如く各熱媒体回路における熱媒体の循環をそれぞれ制御する制御装置に、バッテリの冷却開始時における第２の熱媒体回路の熱媒体循環量を、定常時よりも増加させる立上時制御部を設けることで、バッテリ冷却の立ち上げ性能を確保することができるようになる。

　また、請求項６の発明の如く制御装置に、所定の目標バッテリ温度に基づいて各熱媒体回路における熱媒体の循環を制御するバッテリ冷却制御部と、目標バッテリ温度が、外気の露点温度以下となる場合、当該露点温度より高くなるよう目標バッテリ温度を補正する目標バッテリ温度補正部を設けることで、バッテリの結露発生を効果的に解消して、装置の安定性と安全性を向上させることができるようになる。

本発明の車両用熱管理装置の一実施例の熱媒体回路及び冷媒回路図である。図１の車両用熱管理装置の一実施例の構成を説明するブロック図である。図２の制御装置のバッテリ冷却制御に関する機能ブロック図である。図１の車両用熱管理装置のもう一つの熱媒体回路及び冷媒回路図である（冷房モード）。図１の車両用熱管理装置の更にもう一つの熱媒体回路及び冷媒回路図である（バッテリ冷却モード）。図１の車両用熱管理装置の更にもう一つの熱媒体回路及び冷媒回路図である（冷房＋バッテリ冷却モード）。冷房＋バッテリ冷却モードにおける各部の温度推移を説明する図である。図３の制御装置によるバッテリ冷却制御を説明するフローチャートである。

　以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。
　（１）車両用熱管理装置１の構成
　図１は本発明の一実施例の車両用熱管理装置１の熱媒体回路２と冷媒回路３の構成を示し、図２及び図３は図１の車両用熱管理装置１の機能ブロックの実施例を示している。実施例の車両用熱管理装置１は、電気自動車やハイブリッド自動車等の電動車両ＥＶの車室内を空調すると共に、電動車両ＥＶに搭載されたバッテリ（Ｂａｔｔｅｒｙ）４を温調するものであり、熱媒体回路２を構成する独立した第１の熱媒体回路６及び第２の熱媒体回路７と、冷媒回路３と、制御装置９を備えた構成とされている。

　従って、実施例ではバッテリ４と電動車両ＥＶの車室内が温調対象となり、このうち、電動車両ＥＶの車室内がバッテリ４以外の温調対象の実施例となる。尚、このバッテリ４以外の温調対象としては車室内の他に、電動車両ＥＶの走行用モータ（Ｍｏｔｏｒ）８や、当該走行用モータを駆動する図示しないインバータ、電動車両ＥＶのパワーコントロールユニット１０（図２のＰＣＵ）等が考えられる。また、バッテリ４は複数のバッテリセルにて構成されている。更に、本願においてバッテリ４は、燃料電池も含む概念とする。

　（１－１）熱媒体回路２の構成
　先ず、図１を参照しながら、実施例の車両用熱管理装置１の熱媒体回路２について説明する。本発明の場合、熱媒体回路２は独立した第１の熱媒体回路６と第２の熱媒体回路７から構成されている。

　（１－１－１）第１の熱媒体回路６の構成
　このうち、第１の熱媒体回路６は、ポンプ１１、１２（何れも本発明における第１のポンプ）と、加熱部１６（熱交換器）と、本発明における冷媒－熱媒体熱交換器としての冷却部１７と、本発明における温調対象用の熱交換器としての室内熱交換器１８と、もう一つの室内熱交換器１９と、室外熱交換器（ラジエータ）２２と、統合弁２３と、本発明における弁装置としての三方弁２４と、四方弁２６と、熱媒体－熱媒体熱交換器２７等から構成されており、これらと走行用モータ８、補助加熱装置としての電気ヒータ（ＥＣＨ）３３が、熱媒体配管３４により図１のように接続されている。

　この場合、走行用モータ８は、その周囲にジャケット構造が構成されており、このジャケット内を熱媒体（実施例では水）が流通することで、走行用モータ８は熱媒体と熱交換する構成とされている。また、室外熱交換器２２は電動車両ＥＶの車室外に配置されており、室外送風機３６により外気が通風される構成とされている。

　また、室内熱交換器１８及び１９は、電動車両ＥＶの車室内に空調用の空気を供給するＨＶＡＣユニット３８の空気流通路３９に配置されている。この空気流通路３９には室内送風機４１により内気や外気が通風されると共に、内気と外気は吸込切替ダンパ４２により切り替えられる構成とされている。更に、４３は室内熱交換器１８よりも空気流通路３９内の風下側に配置された室内熱交換器１９への通風割合を調整するためのエアミックスダンパである。

　四方弁２６は、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４つのポートを有し、モータ或いはソレノイドにより内部の弁体が駆動されて切替モード１又は切替モード２に切り替えられる。この場合、切替モード１ではポートＡから流入した熱媒体をポートＣに流し、ポートＢから流入した熱媒体をポートＤに流す。また、切替モード２ではポートＡから流入した熱媒体をポートＤに流し、ポートＢから流入した熱媒体をポートＣに流す。

　また、統合弁２３はＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｉ、Ｊ、Ｌの８つのポートを有し、モータ（サーボモータ）により内部の弁体が回転駆動され、当該弁体の回転位置により、複数の切替モードに切り替えられるものであるが、実施例ではそのうちの切替モード１を使用する。この場合、切替モード１ではポートＣとポートＢが連通され、ポートＬとポートＥが連通され、ポートＪとポートＦが連通され、ポートＤとポートＩが連通される（図１）。

　更に、三方弁２４は一つの入口ポートと二つの出口ポートを有しており、入口ポートから流入した熱媒体を一方の出口ポートと他方の出口ポートに分配する。また、その分配量も一方の出口ポートに０～１００％、他方の出口ポートに１００％～０の範囲で調整できるように構成されている。

　そして、冷却部１７の出口が三方弁２４の入口ポートに、三方弁２４の一方の出口ポートが室内熱交換器１８の入口に、室内熱交換器１８の出口がポンプ１１の吸込側に、ポンプ１１の吐出側が冷却部１７の入口に、何れも熱媒体配管３４により接続されている。

　三方弁２４の他方の出口ポートは統合弁２３のポートＦに、統合弁２３のポートＪは電気ヒータ３３の入口に、電気ヒータ３３の出口は熱媒体－熱媒体熱交換器２７の入口に、熱媒体－熱媒体熱交換器２７の出口は統合弁２３のポートＣに、統合弁２３のポートＢはポンプ１１の吸込側に、何れも熱媒体配管３４により接続されている。

　加熱部１６の出口は室内熱交換器１９の入口に、室内熱交換器１９の出口は四方弁２６のポートＡに、四方弁２６のポートＣは室外熱交換器２２の入口に、室外熱交換器２２の出口は統合弁２３のポートＩに、統合弁２３のポートＤは走行用モータ８の入口に、走行用モータ８の出口は統合弁２３のポートＪに、統合弁２３のポートＥは四方弁２６のポートＢに、四方弁２６のポートＤはポンプ１２の吸込側に、何れも熱媒体配管３４により接続されている。

　（１－１－２）第２の熱媒体回路７の構成
　一方、第２の熱媒体回路７は、第１の熱媒体回路６とは独立しており、ポンプ１３（本発明における第２のポンプ）と、放熱部２５（熱交換器）から構成されており、これらとバッテリ４が、熱媒体配管３５により図１のように接続されている。

　この場合、バッテリ４も、その周囲にジャケット構造が構成されており、このジャケット内を熱媒体が流通することで、バッテリ４は熱媒体と熱交換する構成とされている。尚、この第２の熱媒体回路７内を循環する熱媒体としては、実施例では絶縁性の高い熱媒体（例えば、フッ素系不活性液体）が使用される。

　そして、ポンプ１３の吐出側が放熱部２５の入口、放熱部２５の出口がバッテリ４の入口に、バッテリ４の出口がポンプ１３の吸込側に、何れも熱媒体配管３５により接続されている。また、第２の熱媒体回路７の放熱部２５は、第１の熱媒体回路６の熱媒体－熱媒体熱交換器２７と熱交換関係に配置され、第１の熱媒体回路６を流れる熱媒体（水等の熱媒体）と、第２の熱媒体回路７を流れる熱媒体（絶縁性の高い熱媒体）が熱交換する構成とされている。

　（１－２）冷媒回路３の構成
　また、図１の冷媒回路３は、冷媒（実施例ではＲ２９０等の可燃性冷媒）を圧縮する圧縮機４４と、この圧縮機４４から吐出された冷媒（高温冷媒）を放熱させる放熱器４６と、放熱器４６で放熱した冷媒を減圧する減圧装置としての膨張弁４７と、この膨張弁４７で減圧された冷媒を蒸発させて吸熱させる吸熱器４８と、アキュムレータ４９が冷媒配管５２により順次環状に接続されたヒートポンプ回路である。そして、冷媒回路３の放熱器４６と第１の熱媒体回路６の加熱部１６が熱交換関係に配置され、吸熱器４８と冷却部１７が熱交換関係に配置されている。

　（１－３）制御装置９の構成
　次に、図２及び図３において制御装置９の構成について説明する。制御装置９はプロセッサやメモリ、入出力インターフェースを備えたマイクロコンピュータにて構成されており、図２に示す如く、その機能として運転モード判定部５１、制御目標値演算部５２、運転モード切替制御部５３、及び、制御目標値制御部５４を有している。

　実施例の制御装置９には、図１に示す如く室内熱交換器１８へ流入する熱媒体の温度を検出する室内熱交入口温度センサ６２やバッテリ４に流入する熱媒体の温度を検出するバッテリ入口温度センサ６５の他、外気温度及び外気湿度、電動車両ＥＶの車室内の空気の温度や車室内に吹き出される空気の温度、冷媒回路３の各部の温度や圧力、車室内への日射量等をそれぞれ検出するセンサ（図２に符号５６で代表して示す）の検出データが入力される。

　また、制御装置９には前述した統合弁２３４、三方弁２４、四方弁２６、ポンプ１１～１３（図２に符号５７で代表して示す）や、前述した圧縮機４４、膨張弁４７、室外送風機３６、室内送風機３９、吸込切替ダンパ４２、エアミックスダンパ４３、電気ヒータ（ＥＣＨ）３３（図２に符号５８で代表して示す）が接続され、これらは制御装置９により制御される。

　更に、制御装置９は電動車両ＥＶのＣＡＮ５９を介してバッテリ４の充放電を制御するバッテリマネジメントシステム（ＢＭＳ）６１や、前述したパワーコントロールユニット（ＰＣＵ）１０とデータ（温度データ等の運転情報）の送受信を行う構成とされている。バッテリ４の各バッテリセルの温度は上記バッテリマネジメントシステム６１から制御装置９に送信される。尚、制御装置９はＣＡＮ５９を介して電動車両ＥＶのビークルコントロールユニット（ＶＣＵ）６０から必要なデータ（車速等の運転情報）を入手するものとする。

　制御装置９の運転モード判定部５１は、前述したセンサ５６の検出データ等に基づいて冷房や暖房等の車室内の空調と、熱媒体回路２及び冷媒回路３の後述する各運転モードを決定する。また、制御目標値演算部５２は、運転モード判定部５１が決定した運転モードにおける制御目標値を演算する。また、運転モード切替制御部５３は、運転モード判定部５１が決定した運転モードに基づいて、熱媒体回路２の統合弁２３や、三方弁２４、四方弁２６、ポンプ１１～１３を制御する。また、制御目標値制御部５４は、制御目標値演算部５２が演算した制御目標値に基づいて、冷媒回路３の圧縮機４４や膨張弁４７、各送風機３６、４１、電気ヒータ（ＥＣＨ）３３、各ダンパ４２、４３を制御する。

　図３は実施例の制御装置９のバッテリ冷却制御に関する機能ブロックを示している。図３において６３はバッテリ冷却制御部、６４は立上時制御部、６６は目標バッテリ温度補正部である。これら各部によるバッテリ冷却制御については後に詳述する。

　（２）制御装置９の運転モード
　次に、図４～図６を参照して実施例の制御装置９が有する運転モードについて説明する。制御装置９は冷房モード、バッテリ冷却モード、冷房＋バッテリ冷却モードの他、暖房モードや除湿暖房モード、廃熱活用モード等の複数の運転モードを有しているが、ここでは本発明に関連する冷房モードと、バッテリ冷却モード、及び、冷房＋バッテリ冷却モードについて説明する。

　（２－１）冷房モード
　先ず、図４は制御装置９による冷房モードを示している。この冷房モードでは、圧縮機４４、室外送風機３６、室内送風機４１、ポンプ１１～１３が運転され、四方弁２６は切替モード１、統合弁２３も切替モード１とされる。また、三方弁２４は入口ポートと一方の出口ポートのみを連通する状態とする。更に、エアミックスダンパ４３は室内熱交換器１９に通風されない状態とする。

　これにより、冷媒回路３の圧縮機４４から吐出された高温の冷媒が放熱器４６で加熱部１６を流れる熱媒体に放熱し、吸熱器４８では膨張弁４７で減圧された冷媒が蒸発して冷却部１７を流れる熱媒体から吸熱する。この吸熱器４８を出た冷媒は、アキュムレータ４９で気液分離された後、圧縮機４４に吸い込まれる。

　第１の熱媒体回路６のポンプ１２から吐出された熱媒体は加熱部１６に至り、そこで、熱媒体は冷媒により加熱（冷媒は放熱）される。加熱部１６で加熱された熱媒体は、室内熱交換器１９に流入する。この室内熱交換器１９を出た熱媒体は四方弁２６のポートＡに流入し、ポートＣから流出して室外熱交換器２２に流入する。

　この室外熱交換器２２を出た熱媒体は統合弁２３のポートＩに流入し、ポートＤから流出して走行用モータ８に流入する。走行用モータ８から出た熱媒体は統合弁２３のポートＬに流入し、ポートＥから流出して四方弁２６のポートＢに流入する。四方弁２６のポートＢに流入した熱媒体はポートＤから出てポンプ１２に戻る循環を繰り返す（図４中の熱媒体配管３４に併記した矢印で示す）。

　第１の熱媒体回路６のポンプ１１から吐出された熱媒体は冷却部１７に至り、そこで、熱媒体は冷媒により冷却（冷媒は吸熱）される。冷却部１７で冷却された熱媒体は、三方弁２４の入口ポートに流入し、一方の出口ポートから出て室内熱交換器１８に流入する。そして、室内熱交換器１８から出た熱媒体はポンプ１１に戻る循環を繰り返す（図４中の熱媒体配管３４に併記した矢印で示す）。

　これにより、冷房モードでは室内熱交換器１８で熱媒体が吸熱する。室内熱交換器１８には車室内に吹き出される空気が流通されるので、室内熱交換器１８で冷却された空気は車室内に吹き出され、それにより、車室内（温調対象）は冷房されることになる。

　一方、第２の熱媒体回路７のポンプ１３から吐出された熱媒体は放熱部６５に流入し、熱媒体－熱媒体熱交換器２７に熱媒体が循環されている場合には、そこで、第２の熱媒体回路７の熱媒体は第１の熱媒体回路６の熱媒体により冷却される。放熱部６５から出た熱媒体はバッテリ４に至り、バッテリ４と熱交換した後、バッテリ４から出てポンプ１３に戻る循環を繰り返す（図４中の熱媒体配管３５に併記した矢印で示す）。

　尚、第２の熱媒体回路７のポンプ１３は、実施例ではどの運転モードにおいても常時運転され、バッテリ４には常に熱媒体が循環されるものとする。

　（２－２）バッテリ冷却モード
　先ず、図５は制御装置９によるバッテリ冷却モードを示している。このバッテリ冷却モードでも、圧縮機４４、室外送風機３６、室内送風機４１、ポンプ１１～１３が運転され、四方弁２６は切替モード１、統合弁２３も切替モード１とされる。また、三方弁２４は入口ポートと他方の出口ポートのみを連通する状態とする。更に、エアミックスダンパ４３は室内熱交換器１９に通風されない状態とする。

　この室外熱交換器２２を出た熱媒体は統合弁２３のポートＩに流入し、ポートＤから流出して走行用モータ８に流入する。走行用モータ８から出た熱媒体は統合弁２３のポートＬに流入し、ポートＥから流出して四方弁２６のポートＢに流入する。四方弁２６のポートＢに流入した熱媒体はポートＤから出てポンプ１２に戻る循環を繰り返す（図５中の熱媒体配管３４に併記した矢印で示す）。

　第１の熱媒体回路６のポンプ１１から吐出された熱媒体は冷却部１７に至り、そこで、熱媒体は冷媒により冷却（冷媒は吸熱）される。冷却部１７で冷却された熱媒体は、三方弁２４の入口ポートに流入し、他方の出口ポートから出て統合弁２３のポートＦに流入し、ポートＪから出て電気ヒータ３３（発熱していない）を通過し、次に、熱媒体－熱媒体熱交換器２７に流入する。そして、熱媒体－熱媒体熱交換器２７から出た熱媒体は統合弁２３のポートＣに流入し、ポートＢから出てポンプ１１に戻る循環を繰り返す（図５中の熱媒体配管３４に併記した矢印で示す）。

　一方、第２の熱媒体回路７のポンプ１３から吐出された熱媒体は放熱部６５に流入し、そこで、第２の熱媒体回路７の熱媒体は、熱媒体－熱媒体熱交換器２７を流れる第１の熱媒体回路６の熱媒体により冷却される。放熱器６５から出た熱媒体はバッテリ４に至り、バッテリ４と熱交換した後、バッテリ４から出てポンプ１３に戻る循環を繰り返す（図５中の熱媒体配管３５に併記した矢印で示す）。

　これにより、バッテリ４は放熱部６５で第１の熱媒体回路６の熱媒体により冷却された第２の熱媒体回路７の熱媒体と熱交換し、吸熱されて冷却されることになる。このバッテリ冷却モードでは、制御装置９はバッテリ入口温度センサ６５が検出するバッテリ４に流入する第２の熱媒体回路７の熱媒体の温度Ｔｂをバッテリ４の温度とし、当該温度Ｔｂが、前述したバッテリ４の適温範囲（＋１０℃～＋３０℃）内の例えば＋２５℃以上にならないように圧縮機４４の回転数を制御する。それにより、制御装置９はバッテリ４の温度が所定の閾値（上記目標バッテリ温度Ｔｂｓｅｔ：＋２５℃）以上にならないようにする。本発明において、このバッテリ４の温度が所定の閾値（目標バッテリ温度Ｔｂｓｅｔ：＋２５℃）以上にならないようにするとは、バッテリ４の温度が所定の閾値（目標バッテリ温度Ｔｂｓｅｔ：＋２５℃）より低くなるようにすることである。但し、制御装置９は温度Ｔｂが適温範囲の下限値（＋１０℃）より下がらないように圧縮機４４を制御するものとする。

　その場合、制御装置９のバッテリ冷却制御部６３は、バッテリマネジメントシステム（ＢＭＳ）６１から送信される目標バッテリ温度Ｔｂｓｅｔ（適温範囲の＋１０℃～＋３０℃のうちの何れかの値。上述の場合＋２５℃）を上記閾値とし、バッテリ４に流入する熱媒体の温度Ｔｂが、当該閾値以上とならないように圧縮機４４を制御するものであるが、これについては後に詳述する。

　（２－３）冷房＋バッテリ冷却モード
　先ず、図６は制御装置９による冷房＋バッテリ冷却モードを示している。この冷房＋バッテリ冷却モードでも、圧縮機４４、室外送風機３６、室内送風機４１、ポンプ１１～１３が運転され、四方弁２６は切替モード１、統合弁２３も切替モード１とされる。また、三方弁２４は入口ポートと両方の出口ポートを連通し、一方の出口ポートと他方の出口ポートに熱媒体を分配し、各出口ポートへの分配量を調整する状態とする。更に、エアミックスダンパ４３は室内熱交換器１９に通風されない状態とする。

　この室外熱交換器２２を出た熱媒体は統合弁２３のポートＩに流入し、ポートＤから流出して走行用モータ８に流入する。走行用モータ８から出た熱媒体は統合弁２３のポートＬに流入し、ポートＥから流出して四方弁２６のポートＢに流入する。四方弁２６のポートＢに流入した熱媒体はポートＤから出てポンプ１２に戻る循環を繰り返す（図６中の熱媒体配管３４に併記した実線矢印で示す）。

　第１の熱媒体回路６のポンプ１１から吐出された熱媒体は冷却部１７に至り、そこで、熱媒体は冷媒により冷却（冷媒は吸熱）される。冷却部１７で冷却された熱媒体は、三方弁２４の入口ポートに流入し、両方の出口ポートから流出する。このうち、一方の出口ポートから出た熱媒体は、室内熱交換器１８に流入する。そして、室内熱交換器１８から出た熱媒体はポンプ１１に戻る循環を繰り返す（図６中の熱媒体配管３４に併記した実線矢印で示す）。

　三方弁２４の他方の出口ポートから出た熱媒体は、統合弁２３のポートＦに流入し、ポートＪから出て電気ヒータ３３（発熱していない）を通過し、次に、熱媒体－熱媒体熱交換器２７に流入する。そして、熱媒体－熱媒体熱交換器２７から出た熱媒体は統合弁２３のポートＣに流入し、ポートＢから出てポンプ１１に戻る循環を繰り返す（図６中の熱媒体配管３４に併記した破線矢印で示す）。

　一方、第２の熱媒体回路７のポンプ１３から吐出された熱媒体は放熱部６５に流入し、そこで、第２の熱媒体回路７の熱媒体は、熱媒体－熱媒体熱交換器２７を流れる第１の熱媒体回路６の熱媒体により冷却される。放熱器６５から出た熱媒体はバッテリ４に至り、バッテリ４と熱交換した後、バッテリ４から出てポンプ１３に戻る循環を繰り返す（図６中の熱媒体配管３５に併記した実線矢印で示す）。

　これにより、冷房＋バッテリ冷却モードでは室内熱交換器１８で熱媒体が吸熱する。室内熱交換器１８には車室内に吹き出される空気が流通されるので、室内熱交換器１８で冷却された空気は車室内に吹き出され、それにより、車室内（温調対象）は冷房されることになる。また、バッテリ４は放熱部６５で第１の熱媒体回路６の熱媒体により冷却された第２の熱媒体回路７の熱媒体と熱交換し、吸熱されて冷却されることになる。

　この冷房＋バッテリ冷却モードでは、制御装置９は室内熱交入口温度センサ６２が検出する室内熱交換器１８へ流入する第１の熱媒体回路６の熱媒体の温度Ｔｃが、室内熱交換器１８の目標温度である例えば＋５℃となるように圧縮機４４の回転数を制御する。また、バッテリ入口温度センサ６５が検出するバッテリ４に流入する第２の熱媒体回路７の熱媒体の温度Ｔｂをバッテリ４の温度とし、当該温度Ｔｂが前述した適温範囲（＋１０℃～＋３０℃）内の例えば＋２５℃以上にならないように三方弁２４を制御する。即ち、制御装置９はバッテリ４の温度が所定の閾値（上記＋２５℃）以上にならないようにする。但し、制御装置９は温度Ｔｂが適温範囲の下限値（＋１０℃）より下がらないように三方弁２４を制御するものとする。

　その場合も、制御装置９のバッテリ冷却制御部６３は、バッテリマネジメントシステム（ＢＭＳ）６１から送信される目標バッテリ温度Ｔｂｓｅｔを上記閾値として、バッテリ４に流入する熱媒体の温度Ｔｂが、当該閾値以上にならないように三方弁２４を制御するものであるが、これについても後に詳述する。

　（２－４）運転モードの切替
　制御装置９の運転モード判定部５１は、センサ５６が検出する外気温度、室内熱交換器１９の風下側の空気温度の目標値（目標ヒータ温度）ＴＣＯ、バッテリマネジメントシステム（ＢＭＳ）６１から送信されるバッテリ冷却要求等に基づいて上述した各運転モードを切り替えるものである。

　以上のように本発明の車両用熱管理装置１は、冷媒回路３と、この冷媒回路３を流れる冷媒により冷却され、室内熱交換器１８と熱交換する熱媒体が循環される第１の熱媒体回路６と、この第１の熱媒体回路６を流れる熱媒体により冷却され、バッテリ４と熱交換する熱媒体が循環される第２の熱媒体回路７を備えているので、冷媒回路３の吸熱器４８等の熱交換器の数や回路の体積を削減し、構成の簡素化を図ることが可能となる。

　また、バッテリ４を冷却するための第２の熱媒体回路７と車室内空調用の第１の熱媒体回路６が独立しているため、実施例の如く第２の熱媒体回路７に高価な絶縁性の高い熱媒体を使用する場合にも、その量を削減することができるようになる。それにより、コストの増加を抑制することができるようになる。

　また、第１の熱媒体回路６と第２の熱媒体回路７が独立していることから、バッテリ４の温度管理が容易となると共に、後述する如く車室内空調のためにバッテリ４が過度に冷却されて結露が発生する不都合も回避することが可能となる。特に、バッテリ４の温度が所定の閾値以上にならないように、第２の熱媒体回路７に熱媒体が循環されるようにするので、バッテリ４全体の劣化の進行を効果的に抑制することができるようになる

　図７は冷房＋バッテリ冷却モードでの各部の温度推移を示している。図７においてＬ１は車室内温度、Ｌ２はＨＶＡＣユニット３８から車室内に吹き出される空気の温度、Ｌ３は室内熱交換器１８へ流入する第１の熱媒体回路６の熱媒体の温度、Ｌ４はバッテリ４に流入する第１の熱媒体回路７の熱媒体の温度である。この図からも明らかな如く、バッテリ４に流入する熱媒体の温度（Ｔｂ）Ｌ４は＋２５℃付近に良好に制御されており、車室内の温度Ｌ１も良好に調整されている。

　また、実施例では第１の熱媒体回路６は、車室内空調用の室内熱交換器１８を有し、冷却部１７（冷媒－熱媒体熱交換器）にて冷媒により冷却された熱媒体を用いて車室内を空調するので、構造の簡素化とコストの抑制を図りながら、車室内空調とバッテリ４の冷却の双方を適切に行うことができるようになる。

　また、実施例では第１の熱媒体回路６に、当該第１の熱媒体回路６内に熱媒体を循環させるポンプ１１、１２と、冷却部１７を経た熱媒体を室内熱交換器１８と熱媒体－熱媒体熱交換器２７に分配する三方弁２４を設け、第２の熱媒体回路７に、当該第２の熱媒体回路７内に熱媒体を循環させるポンプ１３を設けて、制御装置９を用いて各ポンプ１１～１３及び三方弁２４により各熱媒体回路６、７における熱媒体の循環をそれぞれ制御するようにしたので、バッテリ４の冷却と車室内空調を、より適切に行うことが可能となる。

　（３）制御装置９によるバッテリ冷却の立上時制御と目標バッテリ温度補正制御
　ここで、前述した如くバッテリ冷却モードと冷房＋バッテリ冷却モードでは、制御装置９はバッテリ４の温度が閾値以上にならないように制御するものであるが、次に制御装置９によるバッテリ冷却の立上時制御と目標バッテリ温度Ｔｂｓｅｔの補正制御について説明する。

　（３－１）バッテリ冷却の立上時制御
　前述した如く、バッテリ４を冷却するための第２の熱媒体回路７の熱媒体は、第１の熱媒体回路６の熱媒体を介して、冷媒回路３の吸熱器４８により冷却されることになる。そのため、例えば、前述した冷房モードから冷房＋バッテリ冷却モード、或いは、バッテリ冷却モードに切り替わる際、どうしてもバッテリ４の冷却応答性が悪化する懸念がある。

　そこで、制御装置９の立上時制御部６４は、バッテリ冷却モードや冷房＋バッテリ冷却モードでバッテリ４の冷却を開始する際、ポンプ１３の回転数を定常時よりも上昇させ、第２の熱媒体回路７内の熱媒体循環量を、定常時よりも増加させる。これにより、バッテリ４の冷却の立ち上げ性能を確保することができるようになる。

　（３－２）目標バッテリ温度Ｔｂｓｅｔの補正制御
　次に、制御装置９による目標バッテリ温度Ｔｂｓｅｔの補正制御について説明する。前述した冷房＋バッテリ冷却モードでは、制御装置９のバッテリ冷却制御部６３は、バッテリ４に流入する熱媒体の温度Ｔｂが、バッテリマネジメントシステム（ＢＭＳ）６１から送信される目標バッテリ温度Ｔｂｓｅｔ（閾値）以上にならないように三方弁２４を制御するものであるが、第１の熱媒体回路６の熱媒体は室内熱交換器１８の目標温度（例えば＋５℃）に応じて冷却されるため、第１の熱媒体回路６の熱媒体の温度が、外気の露点温度Ｔｄよりも低くなった場合、当該第１の熱媒体回路６の熱媒体により冷却される第２の熱媒体回路７の熱媒体の温度も、外気の露点温度Ｔｄ以下となる場合がある。

　そのような熱媒体をバッテリ４と熱交換させると、バッテリパック内で結露が発生し、ショート等の不具合が発生する危険性がある。そこで、制御装置９の目標バッテリ温度補正部６６は、バッテリマネジメントシステム（ＢＭＳ）６１から送信される目標バッテリ温度Ｔｂｓｅｔが、外気の露点温度Ｔｂ以下となる場合、当該露点温度Ｔｂより高くなるよう目標バッテリ温度Ｔｂｓｅｔを補正する。

　次に、図８を参照しながら、制御装置９による目標バッテリ温度Ｔｂｓｅｔの補正制御の一例について説明する。図８は冷房＋バッテリ冷却モードにおける制御装置９による目標バッテリ温度Ｔｂｓｅｔの補正制御の一例を説明するフローチャートである。制御装置９は図８のステップＳ１で運転を開始すると、制御装置９はステップＳ２で運転情報を取得する。

　次に、ステップＳ３でバッテリマネジメントシステム（ＢＭＳ）６１からバッテリ（ＢＡＴＴ）冷却要求があるか否か判断し、無い場合にはステップＳ４で現在の運転モード、例えば冷房モードを継続する。冷房モードにおいてバッテリ４の温度が上昇する等して、バッテリマネジメントシステム（ＢＭＳ）６１からバッテリ冷却要求が送信されると、制御装置９はステップＳ３からステップＳ５に進み、目標バッテリ温度補正部６６が、センサ５６が検出する外気温度と外気湿度から外気の露点温度Ｔｄを算出する。

　次に、ステップＳ６に進み、バッテリ冷却要求と共にバッテリマネジメントシステム（ＢＭＳ）６１から送信された目標バッテリ（ＢＡＴＴ）温度Ｔｂｓｅｔと算出した露点温度Ｔｄを比較し、目標バッテリ温度Ｔｂｓｅｔが外気の露点温度Ｔｄ以下であるか否か判定する。

　そして、目標バッテリ温度Ｔｂｓｅｔが露点温度Ｔｄより高い場合、目標バッテリ温度補正部６６はバッテリマネジメントシステム（ＢＭＳ）６１から送信された目標バッテリ温度Ｔｂｓｅｔを補正すること無く、制御装置９はそのまま採用する。そして、ステップＳ７に進んで運転モード切替制御部５３が運転モードを冷房＋バッテリ冷却モードに切り換え、バッテリ冷却制御部６３がバッテリ４の冷却制御を開始する。

　一方、バッテリマネジメントシステム（ＢＭＳ）６１から送信された目標バッテリ温度Ｔｂｓｅｔが露点温度Ｔｄ以下となっている場合、目標バッテリ温度補正部６６はステップＳ８に進んで露点温度Ｔｄより高くなるように目標バッテリ温度Ｔｂｓｅｔを補正する。この場合、補正値は少なくとも前述した適温範囲の上限値（＋３０℃）以下であって、下限値（＋１０℃）以上の範囲で設定するものとする。そして、ステップＳ７に進んで運転モード切替制御部５３が運転モードを冷房＋バッテリ冷却モードに切り換え、バッテリ冷却制御部６３がバッテリ４の冷却制御を開始する。これにより、バッテリ４に流入する第２の熱交換器回路７の熱媒体の温度は露点温度Ｔｄよりも高くなるように制御され、バッテリ４への結露が防止されることになる。

　このように、実施例では制御装置９に、目標バッテリ温度Ｔｂｓｅｔに基づいて各熱媒体回路６、７における熱媒体の循環を制御するバッテリ冷却制御部６３と、目標バッテリ温度Ｔｂｓｅｔが、外気の露点温度Ｔｄ以下となる場合、当該露点温度Ｔｄより高くなるよう目標バッテリ温度Ｔｂｓｅｔを補正する目標バッテリ温度補正部６６を設けたので、バッテリ４の結露発生を効果的に解消して、装置の安定性と安全性を向上させることができるようになる。

　尚、実施例では制御装置９により、バッテリ４の温度が所定の閾値以上にならないようにしたが、それに限らず、第１の熱媒体回路６と第２の熱媒体回路７の熱媒体の循環量や各熱交換器の容量、熱交換能力等を予め設定することにより、構造的に常にバッテリ４が閾値以上にならないようにしてもよい。その場合も閾値は前述した適温範囲の＋１０℃～＋３０℃に設定するものとする。

　また、実施例ではバッテリ４の温度が閾値以上にならないように制御したが、それに加えて、或いは、それに代えて、バッテリマネジメントシステム（ＢＭＳ）６１から送信される各バッテリセルの温度の差違に基づいて制御するようにしてもよい。その場合は、各バッテリセルの温度差が所定値以上にならないようにする。それにより、バッテリ４内の温度差によって生じる劣化進行度の乖離を効果的に抑制することができるようになる。

　また、実施例ではバッテリ４に流入する熱媒体の温度Ｔｂをバッテリ４の温度とし、当該温度Ｔｂと目標バッテリ温度Ｔｂｓｅｔでバッテリ４の冷却制御を行うようにしたが、温度Ｔｂに限らず、バッテリマネジメントシステム（ＢＭＳ）６１から送信されるバッテリ４自体の温度や、バッテリ４に流入する熱媒体と流出する熱媒体の温度の双方を検出し、それらをバッテリ４の温度として制御するようにしてもよい。

　ＥＶ　電動車両
　１　車両用熱管理装置
　２　熱媒体回路
　３　冷媒回路
　４　バッテリ
　６　第１の熱交換器回路
　７　第２の熱交換器回路
　８　走行用モータ（温調対象）
　９　制御装置
　１０　パワーコントロールユニット（温調対象）
　１１、１２　ポンプ（第１のポンプ）
　１３　ポンプ（第２のポンプ）
　１６　加熱部
　１７　冷却部（冷媒－熱媒体熱交換器）
　２４　三方弁（弁装置）
　３４、３５　熱媒体配管
　４４　圧縮機
　４６　放熱器
　４７　膨張弁（減圧装置）
　４８　吸熱器
　６１　バッテリマネジメントシステム
　６２　室内熱交入口温度センサ
　６３　バッテリ冷却制御部
　６５　バッテリ入口温度センサ
　６４　立上時制御部
　６６　目標バッテリ温度補正部

Claims

　冷媒回路と、該冷媒回路を流れる冷媒により冷却され、バッテリ以外の温調対象と熱交換する熱媒体が循環される第１の熱媒体回路と、該第１の熱媒体回路を流れる熱媒体により冷却され、前記バッテリと熱交換する熱媒体が循環される第２の熱媒体回路を備え、
　前記バッテリ内の温度差が所定値以上、又は、前記バッテリの温度が所定の閾値以上にならないように、前記第２の熱媒体回路に熱媒体が循環されることを特徴とする車両用熱管理装置。
　前記冷媒回路は、冷媒を圧縮する圧縮機と、該圧縮機から吐出された高温の冷媒を放熱させる放熱器と、該放熱器で放熱した冷媒を減圧する減圧装置と、該減圧装置で減圧された冷媒を吸熱させる吸熱器を有すると共に、
　前記第１の熱媒体回路は、前記吸熱器と熱交換する冷媒－熱媒体熱交換器と、前記温調対象用の熱交換器と、熱媒体－熱媒体熱交換器を有し、
　前記第２の熱媒体回路は、前記熱媒体－熱媒体熱交換器と熱交換する放熱部を有することを特徴とする請求項１に記載の車両用熱管理装置。
　前記第１の熱媒体回路に設けられた前記温調対象用の熱交換器は、車室内空調用の室内熱交換器であり、前記冷媒－熱媒体熱交換器にて冷媒により冷却された熱媒体を用いて、車室内を空調することを特徴とする請求項２に記載の車両用熱管理装置。
　前記第１の熱媒体回路は、当該第１の熱媒体回路内に熱媒体を循環させる第１のポンプと、前記冷媒－熱媒体熱交換器を経た熱媒体を前記温調対象用の熱交換器と前記熱媒体－熱媒体熱交換器に分配する弁装置を有すると共に、
　前記第２の熱媒体回路は、当該第２の熱媒体回路内に熱媒体を循環させる第２のポンプを有し、
　前記各ポンプ及び前記弁装置により前記各熱媒体回路における熱媒体の循環をそれぞれ制御する制御装置を備えたことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の車両用熱管理装置。
　前記各熱媒体回路における熱媒体の循環をそれぞれ制御する制御装置を備え、
　該制御装置は、
　前記バッテリの冷却開始時における前記第２の熱媒体回路の熱媒体循環量を、定常時よりも増加させる立上時制御部を有することを特徴とする請求項１に記載の車両用熱管理装置。
　前記制御装置は、
　所定の目標バッテリ温度に基づいて前記各熱媒体回路における熱媒体の循環を制御するバッテリ冷却制御部と、
　前記目標バッテリ温度が、外気の露点温度以下となる場合、当該露点温度より高くなるよう前記目標バッテリ温度を補正する目標バッテリ温度補正部と、
　を有することを特徴とする請求項５に記載の車両用熱管理装置。