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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024166848
(43)【公開日】2024-11-29
(54)【発明の名称】熱マネジメントシステム
(51)【国際特許分類】
B60L 58/26 20190101AFI20241122BHJP
B60H 1/22 20060101ALI20241122BHJP
B60H 1/00 20060101ALI20241122BHJP
B60L 1/00 20060101ALI20241122BHJP
B60L 3/00 20190101ALI20241122BHJP
B60L 50/60 20190101ALI20241122BHJP
B60L 58/27 20190101ALI20241122BHJP
【ＦＩ】
B60L58/26
B60H1/22 651A
B60H1/22 651Z
B60H1/00 102G
B60L1/00 L
B60L3/00 H
B60L50/60
B60L58/27
【審査請求】未請求
【請求項の数】2
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023083230
(22)【出願日】2023-05-19
(71)【出願人】
【識別番号】000001845
【氏名又は名称】サンデン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002354
【氏名又は名称】弁理士法人平和国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】清水 宣伯
【テーマコード（参考）】
3L211
5H125
【Ｆターム（参考）】
3L211AA11
3L211BA27
3L211BA34
3L211CA18
3L211CA19
3L211DA04
3L211DA24
3L211DA28
3L211DA35
3L211GA93
5H125AA01
5H125AC12
5H125CD06
5H125CD08
5H125CD09
5H125FF22
5H125FF24
5H125FF27
(57)【要約】
【課題】エネルギー効率のよい熱マネジメントシステムを提供する。
【解決手段】熱マネジメントシステム１は、冷媒が循環する冷媒回路１０と、車室内の空気を加熱するヒータコア２１を含み冷媒回路１０と熱交換し得る高温側熱媒体回路２０と、車室内の空気を冷却するクーラコア３１を含み冷媒回路１０と熱交換し得る低温側熱媒体回路３０と、バッテリ４１を温調するバッテリ温調部を含み冷媒回路１０と熱交換し得るバッテリ温調回路４０と、モータ５１を温調するモータ温調部を含むモータ温調回路５０と、ラジエータ６１を含む室外熱交換回路６０と、流路切替装置７０とを備え、流路切替装置７０は、ラジエータ６１の除霜と車室内の暖房運転とを行うとき、低温側熱媒体回路３０とモータ温調回路５０とを接続し、バッテリ温調回路４０と室外熱交換回路６０とを接続するように構成されている。
【選択図】図５
【解決手段】熱マネジメントシステム１は、冷媒が循環する冷媒回路１０と、車室内の空気を加熱するヒータコア２１を含み冷媒回路１０と熱交換し得る高温側熱媒体回路２０と、車室内の空気を冷却するクーラコア３１を含み冷媒回路１０と熱交換し得る低温側熱媒体回路３０と、バッテリ４１を温調するバッテリ温調部を含み冷媒回路１０と熱交換し得るバッテリ温調回路４０と、モータ５１を温調するモータ温調部を含むモータ温調回路５０と、ラジエータ６１を含む室外熱交換回路６０と、流路切替装置７０とを備え、流路切替装置７０は、ラジエータ６１の除霜と車室内の暖房運転とを行うとき、低温側熱媒体回路３０とモータ温調回路５０とを接続し、バッテリ温調回路４０と室外熱交換回路６０とを接続するように構成されている。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
冷媒が循環するように構成されており、圧縮機、高温側熱交換器、減圧装置、及び低温側熱交換器を含む冷媒回路と、
車室内に供給される空気を加熱するヒータコアを含み、前記高温側熱交換器を介して前記冷媒と熱交換可能な熱媒体が循環するように構成された高温側熱媒体回路と、
車室内に供給される空気を冷却するクーラコアを含み、前記低温側熱交換器を介して前記冷媒と熱交換可能な熱媒体が循環するように構成された低温側熱媒体回路と、
バッテリを温調するバッテリ温調部を含むバッテリ温調回路と、
モータを温調するモータ温調部を含むモータ温調回路と、
ラジエータを含み、熱媒体が循環するように構成された室外熱交換回路と、
前記低温側熱媒体回路と前記バッテリ温調回路と前記モータ温調回路と前記室外熱交換回路との互いの接続と独立とを切替えられるように構成された流路切替装置と
を備え、
前記ラジエータの除霜と車室内の暖房運転とを行うときに、前記流路切替装置は、
前記低温側熱媒体回路と前記モータ温調回路とを接続し、
前記バッテリ温調回路と前記室外熱交換回路とを接続する、
熱マネジメントシステム。
車室内に供給される空気を加熱するヒータコアを含み、前記高温側熱交換器を介して前記冷媒と熱交換可能な熱媒体が循環するように構成された高温側熱媒体回路と、
車室内に供給される空気を冷却するクーラコアを含み、前記低温側熱交換器を介して前記冷媒と熱交換可能な熱媒体が循環するように構成された低温側熱媒体回路と、
バッテリを温調するバッテリ温調部を含むバッテリ温調回路と、
モータを温調するモータ温調部を含むモータ温調回路と、
ラジエータを含み、熱媒体が循環するように構成された室外熱交換回路と、
前記低温側熱媒体回路と前記バッテリ温調回路と前記モータ温調回路と前記室外熱交換回路との互いの接続と独立とを切替えられるように構成された流路切替装置と
を備え、
前記ラジエータの除霜と車室内の暖房運転とを行うときに、前記流路切替装置は、
前記低温側熱媒体回路と前記モータ温調回路とを接続し、
前記バッテリ温調回路と前記室外熱交換回路とを接続する、
熱マネジメントシステム。
【請求項2】
ケース内に前記ヒータコアと前記クーラコアを収容するＨＶＡＣユニットは、
前記ケース内に導入される空気を、車室内空気と車室外空気とに切り替えるインテークユニットを有し、
車室内の暖房運転中に前記ラジエータの除霜を行うときに、前記インテークユニットは、
前記ケース内に前記車室内空気を導入する、
請求項１に記載の熱マネジメントシステム。
前記ケース内に導入される空気を、車室内空気と車室外空気とに切り替えるインテークユニットを有し、
車室内の暖房運転中に前記ラジエータの除霜を行うときに、前記インテークユニットは、
前記ケース内に前記車室内空気を導入する、
請求項１に記載の熱マネジメントシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、熱マネジメントシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、電気自動車の利用が増えている。電気自動車では、車室内、各種車載機器等の温調にもバッテリの電力が用いられる。充電されたバッテリによる十分な走行距離を確保するためには、効率的に電力を利用する必要がある。例えば特許文献１には、ヒートポンプによる熱管理システムに関する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２３－０３２５６５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明は、エネルギー効率のよい熱マネジメントシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の一態様によれば、熱マネジメントシステムは、冷媒が循環するように構成されており、圧縮機、高温側熱交換器、減圧装置、及び低温側熱交換器を含む冷媒回路と、車室内に供給される空気を加熱するヒータコアを含み、前記高温側熱交換器を介して前記冷媒と熱交換可能な熱媒体が循環するように構成された高温側熱媒体回路と、車室内に供給される空気を冷却するクーラコアを含み、前記低温側熱交換器を介して前記冷媒と熱交換可能な熱媒体が循環するように構成された低温側熱媒体回路と、バッテリを温調するバッテリ温調部を含むバッテリ温調回路と、モータを温調するモータ温調部を含むモータ温調回路と、ラジエータを含み、熱媒体が循環するように構成された室外熱交換回路と、前記低温側熱媒体回路と前記バッテリ温調回路と前記モータ温調回路と前記室外熱交換回路との互いの接続と独立とを切替えられるように構成された流路切替装置とを備え、前記ラジエータの除霜と車室内の暖房運転とを行うときに、前記流路切替装置は、前記低温側熱媒体回路と前記モータ温調回路とを接続し、前記バッテリ温調回路と前記室外熱交換回路とを接続するように構成されている。
【発明の効果】
【0006】
本発明によれば、エネルギー効率のよい熱マネジメントシステムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図3】図３は、一実施形態に係る熱マネジメントシステムの構成例の概略を示す図であって、外気温が低くモータの排熱のみで暖房運転ができないときでありバッテリが適温域になったときの熱マネジメントシステムの状態の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
［システムの構成］
〈システムの概要〉
一実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態は、冷媒回路と熱媒体回路とを有する熱マネジメントシステムに係る。本実施形態の熱マネジメントシステムは、電気自動車に搭載され、車室内の空調、及び、バッテリその他の車載装置の温調等をエネルギー効率よく行うことができるように構成されている。本実施形態の熱マネジメントシステムは、外気吸熱とバッテリ排熱とモータ排熱とを単独又は組み合わせて暖房運転の吸熱源とするなどして、排熱を余すことなく有効利用することができる。また、本実施形態の熱マネジメントシステムは、モータ排熱を吸熱源として暖房運転を継続しつつ、バッテリ排熱を利用してラジエータの除霜を行うことができる。
〈システムの概要〉
一実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態は、冷媒回路と熱媒体回路とを有する熱マネジメントシステムに係る。本実施形態の熱マネジメントシステムは、電気自動車に搭載され、車室内の空調、及び、バッテリその他の車載装置の温調等をエネルギー効率よく行うことができるように構成されている。本実施形態の熱マネジメントシステムは、外気吸熱とバッテリ排熱とモータ排熱とを単独又は組み合わせて暖房運転の吸熱源とするなどして、排熱を余すことなく有効利用することができる。また、本実施形態の熱マネジメントシステムは、モータ排熱を吸熱源として暖房運転を継続しつつ、バッテリ排熱を利用してラジエータの除霜を行うことができる。
【0009】
図１乃至５は、本実施形態に係る熱マネジメントシステム１の構成例の概略を示す説明図である。熱マネジメントシステム１は、各種動作に応じて回路が切り替わるように構成されている。図１乃至５のそれぞれは、それら各種動作のうちの一部の動作時における回路構成を示す。
【0010】
熱マネジメントシステム１は、冷媒が循環するように構成された冷媒回路１０を備える。冷媒には、これに限らないが例えば、ハイドロフルオロオレフィンなどが用いられ得る。また、熱マネジメントシステム１は、例えばクーラント液などの流体の熱媒体が循環するように構成された、高温側熱媒体回路２０と、低温側熱媒体回路３０と、バッテリ温調回路４０と、モータ温調回路５０と、室外熱交換回路６０とを備える。これらの回路のうち、低温側熱媒体回路３０と、バッテリ温調回路４０と、モータ温調回路５０と、室外熱交換回路６０とは、八方弁などの流路切替装置７０に接続されている。流路切替装置７０は、これらの流路を互いに連結させてこれらの回路が協働して熱媒体を循環させる循環経路を形成したり、他の回路から切り離して一つ以上の回路を独立させたりすることができる。また、高温側熱媒体回路２０と室外熱交換回路６０とは、互いの流路を接続し又は非接続とする四方弁Ｖ２０などの流路切替装置に接続されている。この四方弁Ｖ２０は、高温側熱媒体回路２０と室外熱交換回路６０とが協働して熱媒体を循環させる循環経路を形成したり、これらの回路を互いに切り離したりすることができる。
【0011】
また、熱マネジメントシステム１は、ＨＶＡＣ（Heating, Ventilation, and Air Conditioning）ユニット１００を備える。また、熱マネジメントシステム１は、図示しない各種センサや熱マネジメントシステム１の各部の動作を制御する制御装置を備える。熱マネジメントシステム１は、各種センサの検出値や各種要求等に基づいて、その動作が制御される。
【0012】
〈冷媒回路〉
冷媒回路１０は、ガス状の冷媒を圧縮して高温高圧にしてから吐出する圧縮機１１と、圧縮されたガス状の冷媒を凝縮させて放熱する高温側熱交換器１２と、液状の冷媒を膨張させて低圧にする膨張弁などの減圧装置１３と、低温低圧にされた液状の冷媒を蒸発させて吸熱する低温側熱交換器１４とを含む。冷媒回路１０は、冷媒を循環させて、圧縮、凝縮、膨張、蒸発を繰り返すヒートポンプとして機能するように構成されている。
冷媒回路１０は、ガス状の冷媒を圧縮して高温高圧にしてから吐出する圧縮機１１と、圧縮されたガス状の冷媒を凝縮させて放熱する高温側熱交換器１２と、液状の冷媒を膨張させて低圧にする膨張弁などの減圧装置１３と、低温低圧にされた液状の冷媒を蒸発させて吸熱する低温側熱交換器１４とを含む。冷媒回路１０は、冷媒を循環させて、圧縮、凝縮、膨張、蒸発を繰り返すヒートポンプとして機能するように構成されている。
【0013】
高温側熱交換器１２では、冷媒は、高温側熱媒体回路２０を循環する熱媒体と熱交換する。また、低温側熱交換器１４では、冷媒は、低温側熱媒体回路３０を循環する熱媒体と熱交換する。
【0014】
図に示す一例において、高温側熱交換器１２は、冷媒回路１０を循環する冷媒が通過する冷媒通路１２ａと、高温側熱媒体回路２０を循環する熱媒体が通過する熱媒体通路１２ｂとを備えている。低温側熱交換器１４は、冷媒回路１０を循環する冷媒が通過する冷媒通路１４ａと、低温側熱媒体回路３０を循環する熱媒体が通過する熱媒体通路１４ｂとを備えている。
【0015】
冷媒回路１０の各要素は、冷媒流路１０ａ，１０ｂ，１０ｃによって接続されている。圧縮機１１は、冷媒流路１０ａによって高温側熱交換器１２の冷媒通路１２ａの入口に接続されている。高温側熱交換器１２の冷媒通路１２ａの出口は、冷媒流路１０ｂによって低温側熱交換器１４の冷媒通路１４ａの入口に接続されており、この冷媒流路１０ｂの経路上には、膨張弁といった減圧装置１３が設置されている。低温側熱交換器１４の冷媒通路１４ａの出口は、冷媒流路１０ｃによって圧縮機１１に接続されている。この冷媒流路１０ｄの経路上には、アキュムレータ１５が設置されている。
【0016】
〈高温側熱媒体回路〉
高温側熱媒体回路２０は、上述の高温側熱交換器１２の熱媒体通路１２ｂと、ＨＶＡＣユニット１００のケース１１０内に収容されて、車室内に供給される空気を加熱するヒータコア２１とを含む。高温側熱媒体回路２０は、高温側熱交換器１２を介して冷媒回路１０から熱を受け取って温められた熱媒体が循環する回路である。高温側熱媒体回路２０は、ヒータコア２１を機能させて車室内を暖房するために利用され得る。
高温側熱媒体回路２０は、上述の高温側熱交換器１２の熱媒体通路１２ｂと、ＨＶＡＣユニット１００のケース１１０内に収容されて、車室内に供給される空気を加熱するヒータコア２１とを含む。高温側熱媒体回路２０は、高温側熱交換器１２を介して冷媒回路１０から熱を受け取って温められた熱媒体が循環する回路である。高温側熱媒体回路２０は、ヒータコア２１を機能させて車室内を暖房するために利用され得る。
【0017】
図に示す一例において、高温側熱媒体回路２０の各要素は、熱媒体流路２０ａ，２０ｂ，２０ｃによって接続されている。ヒータコア２１の入口側２１ａは、熱媒体流路２０ａによって高温側熱交換器１２の熱媒体通路１２ｂの出口に接続されている。高温側熱交換器１２の熱媒体通路１２ｂの入口は、熱媒体流路２０ｃによって四方弁Ｖ２０に接続されている。ヒータコア２１の出口側２１ｂは、熱媒体流路２０ｂによって四方弁Ｖ２０に接続されている。この熱媒体流路２０ｂの経路上には、熱媒体を流すための循環ポンプＰ２０が設置されている。熱媒体は、循環ポンプＰ２０により押し出されて、高温側熱媒体回路２０を循環する。高温側熱交換器１２の熱媒体通路１２ｂを通過する際に冷媒回路１０から熱を受け取って温められた熱媒体は、ヒータコア２１に入口側２１ａから供給されてヒータコア２１を通過する。このとき、熱媒体がヒータコア２１で熱を放出することで、ヒータコア２１は機能する。ヒータコア２１を通過した後に出口側２１ｂから排出された熱媒体は、再び高温側熱交換器１２の熱媒体通路１２ｂに向かう。
【0018】
〈低温側熱媒体回路〉
低温側熱媒体回路３０は、上述の低温側熱交換器１４の熱媒体通路１４ｂと、ＨＶＡＣユニット１００のケース１１０内に収容されて、車室内に供給される空気を冷却するクーラコア３１と、回路を切り替えるための三方弁Ｖ３０とを含む。低温側熱媒体回路３０は、低温側熱交換器１４を介して冷媒回路１０に熱を渡して冷却された熱媒体が循環する回路である。低温側熱媒体回路３０は、クーラコア３１を機能させて車室内を冷房又は除湿するために利用され得る。
低温側熱媒体回路３０は、上述の低温側熱交換器１４の熱媒体通路１４ｂと、ＨＶＡＣユニット１００のケース１１０内に収容されて、車室内に供給される空気を冷却するクーラコア３１と、回路を切り替えるための三方弁Ｖ３０とを含む。低温側熱媒体回路３０は、低温側熱交換器１４を介して冷媒回路１０に熱を渡して冷却された熱媒体が循環する回路である。低温側熱媒体回路３０は、クーラコア３１を機能させて車室内を冷房又は除湿するために利用され得る。
【0019】
さらに、低温側熱媒体回路３０の流路とバッテリ温調回路４０の流路とモータ温調回路５０の流路とは、流路切替装置７０により、互いに接続され得る。低温側熱媒体回路３０は、バッテリ温調回路４０やモータ温調回路５０と協働して熱媒体を循環させる循環経路を形成することによって、バッテリ４１の温調やモータ５１の温調にも利用され得る。言い換えると、この場合は、バッテリ４１やモータ５１の排熱を冷媒回路１０の吸熱源にすることができる。
【0020】
図に示す一例において、低温側熱媒体回路３０の各要素は、熱媒体流路３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅ，３０ｆによって接続されている。低温側熱交換器１４の熱媒体通路１４ｂの出口と三方弁Ｖ３０とは、熱媒体流路３０ａによって接続されており、三方弁Ｖ３０とクーラコア３１の入口側３１ａとは、熱媒体流路３０ｂによって接続されている。三方弁Ｖ３０がこれら熱媒体流路３０ａ，３０ｂを接続すると、低温側熱交換器１４の熱媒体通路１４ｂの出口とクーラコア３１の入口側３１ａとが接続される。
【0021】
クーラコア３１の出口側３１ｂは、そこに接続された熱媒体流路３０ｃ、合流点及びその下流の熱媒体流路３０ｅを介して、流路切替装置７０に接続されている。三方弁Ｖ３０と合流点とは、熱媒体流路３０ｄによって接続されている。三方弁Ｖ３０によって、クーラコア３１への接続を切断し、低温側熱交換器１４の熱媒体通路１４ｂの出口と流路切替装置７０とを熱媒体流路３０ａ，３０ｄ，３０ｅによって接続すると、クーラコア３１を通らずに迂回するバイパス流路が形成される。
【0022】
また、熱媒体流路３０ｆによって、流路切替装置７０と低温側熱交換器１４の熱媒体通路１４ｂの入口とが接続されている。熱媒体流路３０ｆの経路上には、熱媒体を流すための循環ポンプＰ３０が設置されている。
【0023】
低温側熱媒体回路３０は、流路切替装置７０により、バッテリ温調回路４０、モータ温調回路５０、及び室外熱交換回路６０の少なくとも何れか一つと互いの流路を接続し、これらの回路の少なくとも何れか一つと協働して、熱媒体を循環させる循環経路を形成できる。
【0024】
熱媒体流路３０ｆの経路上に設置された循環ポンプＰ３０により、熱媒体は、低温側熱媒体回路３０を循環する。熱媒体は、低温側熱交換器１４の熱媒体通路１４ｂを通過する際に、冷媒回路１０に排熱して冷却される。冷却された熱媒体は、クーラコア３１に入口側３１ａから供給されてクーラコア３１を通過し得る。このとき、熱媒体がクーラコア３１で吸熱することで、クーラコア３１は機能し得る。クーラコア３１を通過した後に出口側３１ｂから排出された熱媒体は、又は、クーラコア３１を通らずに迂回した熱媒体は、次いで、流路切替装置７０を介して接続された、バッテリ温調回路４０、モータ温調回路５０、及び室外熱交換回路６０の少なくとも何れか一つを経由してから、再び低温側熱交換器１４の熱媒体通路１４ｂに向かう。
【0025】
〈バッテリ温調回路〉
バッテリ温調回路４０は、上述の低温側熱交換器１４の熱媒体通路１４ｂと、車載機器としてのバッテリ４１とを含む。バッテリ４１には、バッテリ４１を温調するためのバッテリ温調部が設けられている。バッテリ温調回路４０は、バッテリ４１の温度を調整するために利用され得る。
バッテリ温調回路４０は、上述の低温側熱交換器１４の熱媒体通路１４ｂと、車載機器としてのバッテリ４１とを含む。バッテリ４１には、バッテリ４１を温調するためのバッテリ温調部が設けられている。バッテリ温調回路４０は、バッテリ４１の温度を調整するために利用され得る。
【0026】
なお、バッテリ温調回路４０と同様の構成は、バッテリに限らず同様に温調が必要な他の車載機器の温調のための車載機器温調部を有する他の車載機器温調回路にも適用され得る。
【0027】
図に示す一例において、バッテリ温調回路４０の各要素は、熱媒体流路４０ａ，４０ｂによって接続されている。バッテリ４１の入口側４１ａは、熱媒体流路４０ａによって流路切替装置７０に接続されている。バッテリ４１の出口側４１ｂは、熱媒体流路４０ｂによって流路切替装置７０に接続されている。
【0028】
バッテリ温調回路４０は、流路切替装置７０により、独立して熱媒体を循環させる循環経路を形成できる。また、バッテリ温調回路４０は、流路切替装置７０により、少なくとも低温側熱媒体回路３０、モータ温調回路５０、及び室外熱交換回路６０の何れか一つと互いの流路を接続し、これらの回路の少なくとも何れか一つと協働して熱媒体を循環させる循環経路を形成できる。
【0029】
熱媒体流路４０ａの経路上には、その上流側から順に、循環ポンプＰ４０、熱媒体加熱装置４２が設置されている。バッテリ温調回路４０が、他の回路から独立した循環経路を形成する場合であっても、協働して循環経路を形成する相手方の回路に循環ポンプが設置されていない場合であっても、熱媒体は循環ポンプＰ４０により循環することができ、バッテリ４１の温度は調整され得る。
【0030】
〈モータ温調回路〉
モータ温調回路５０は、車載機器としてのモータ５１を含む。モータ５１には、モータ５１を温調するためのモータ温調部が設けられている。モータ温調回路５０は、熱媒体を循環させて、当該モータ５１の温度を調整するために利用され得る。また、熱マネジメントシステム１は、モータ温調回路５０を介して、走行中などに常に発熱するモータ５１を熱源として利用することができる。
モータ温調回路５０は、車載機器としてのモータ５１を含む。モータ５１には、モータ５１を温調するためのモータ温調部が設けられている。モータ温調回路５０は、熱媒体を循環させて、当該モータ５１の温度を調整するために利用され得る。また、熱マネジメントシステム１は、モータ温調回路５０を介して、走行中などに常に発熱するモータ５１を熱源として利用することができる。
【0031】
図に示す一例において、モータ温調回路５０の各要素は、熱媒体流路５０ａ，５０ｂによって接続されている。モータ５１の入口側５１ａは、熱媒体流路５０ａによって流路切替装置７０に接続されている。モータ５１の出口側５１ｂは、熱媒体流路５０ｂによって流路切替装置７０に接続されている。モータ温調回路５０は、流路切替装置７０により、低温側熱媒体回路３０、バッテリ温調回路４０、及び室外熱交換回路６０の少なくとも何れか一つと互いの流路を接続し、これらの回路の少なくとも何れか一つと協働して熱媒体を循環させる循環経路を形成できる。
【0032】
〈室外熱交換回路〉
室外熱交換回路６０は、室外熱交換器としてのラジエータ６１を含む。室外熱交換回路６０は、熱媒体を循環させて、熱媒体を外気と熱交換させるために利用され得る。
室外熱交換回路６０は、室外熱交換器としてのラジエータ６１を含む。室外熱交換回路６０は、熱媒体を循環させて、熱媒体を外気と熱交換させるために利用され得る。
【0033】
図に示す一例において、室外熱交換回路６０の各要素は、熱媒体流路６０ａ，６０ｂ，６０ｃによって接続されている。ラジエータ６１の入口側６１ａは、熱媒体流路６０ａによって四方弁Ｖ２０に接続されている。流路切替装置７０と四方弁Ｖ２０とは、熱媒体流路６０ｃによって接続されている。四方弁Ｖ２０が、これら２つの熱媒体流路６０ａ，６０ｃを接続するとき、ラジエータ６１の入口側６１ａは、流路切替装置７０に接続される。ラジエータ６１の出口側６１ｂは、熱媒体流路６０ｂによって流路切替装置７０に接続されている。
【0034】
室外熱交換回路６０は、流路切替装置７０により、他の回路から切り離されて独立され得る。また、室外熱交換回路６０は、流路切替装置７０により、少なくとも低温側熱媒体回路３０、バッテリ温調回路４０、及びモータ温調回路５０の何れか一つと互いの流路を接続し、これらの回路の少なくともいずれか一つと協働して熱媒体を循環させる循環経路を形成できる。
【0035】
〈ＨＶＡＣユニット〉
前述したように、高温側熱媒体回路２０のヒータコア２１と、低温側熱媒体回路３０のクーラコア３１は、ＨＶＡＣユニット１００のケース１１０内に収容されている。ケース１１０は、ＨＶＡＣユニット１００の外殻を形成するとともに、内部に空気流通路１２０を形成している。
前述したように、高温側熱媒体回路２０のヒータコア２１と、低温側熱媒体回路３０のクーラコア３１は、ＨＶＡＣユニット１００のケース１１０内に収容されている。ケース１１０は、ＨＶＡＣユニット１００の外殻を形成するとともに、内部に空気流通路１２０を形成している。
【0036】
また、ＨＶＡＣユニット１００は、インテークユニット１３０を有している。インテークユニット１３０は、車室外空気を導入する外気吸入口と、車室内空気を導入する内気吸入口とのいずれか一方を閉鎖して、ケース１１０内に導入される空気を、車室外空気（外気導入）と車室内空気（内気循環）とのいずれかに切り替える。さらに、ＨＶＡＣユニット１００は、ケース１１０内に導入された空気が、空気流通路１２０に送給されるように、インテークユニット１３０に隣接して設置された送風機１４０を有している。
【0037】
空気流通路１２０の上流側部には、クーラコア３１が設置されている。そして、空気流通路１２０の下流側部には、ヒータコア通路１２１とバイパス通路１２２とが並列に形成されている。ヒータコア２１は、ヒータコア通路１２１に設けられている。したがって、ケース１１０内に導入された空気をヒータコア通路１２１に誘導すると、空気は、クーラコア３１に通風された後に、ヒータコア２１に通風される。一方、ケース１１０内に導入された空気をバイパス通路１２２に誘導すると、空気は、クーラコア３１に通風された後に、ヒータコア２１を通らずに迂回する。ヒータコア通路１２１を経由する空気と、バイパス通路１２２を経由する空気との割合は、エアミックスダンパ１５０によって調整される。
【0038】
［システムの動作］
本実施形態に係る熱マネジメントシステム１の具体的な動作について、各図を参照して説明する。
本実施形態に係る熱マネジメントシステム１の具体的な動作について、各図を参照して説明する。
【0039】
〈暖房運転（起動時／バッテリ温度適温域未満）〉
図１は、外気温が低いときの起動時の熱マネジメントシステム１の状態を示す。このとき、車室内が暖房されるとともに、バッテリ４１が暖機される。
図１は、外気温が低いときの起動時の熱マネジメントシステム１の状態を示す。このとき、車室内が暖房されるとともに、バッテリ４１が暖機される。
【0040】
高温側熱交換器１２で熱交換される熱媒体が流れる高温側熱媒体回路２０は、次のように設定される。すなわち、四方弁Ｖ２０は、高温側熱交換器１２で熱交換して温められた熱媒体が、室外熱交換回路６０と切り離された高温側熱媒体回路２０を循環して、ヒータコア２１を流れるように、熱媒体流路２０ｂ，２０ｃを接続する。その結果、高温側熱交換器１２で吸熱した熱媒体の熱によって、車室内が暖房される。
【0041】
低温側熱交換器１４で熱交換される熱媒体が流れる低温側熱媒体回路３０は、次のように設定される。すなわち、三方弁Ｖ３０は、低温側熱交換器１４で熱交換して冷却された熱媒体がクーラコア３１を通らずに迂回して流れるように、熱媒体流路３０ａ，３０ｄ，３０ｅを形成する。流路切替装置７０は、低温側熱媒体回路３０と室外熱交換回路６０の互いの流路を接続し、低温側熱媒体回路３０と室外熱交換回路６０とが協働して熱媒体を循環させる循環経路を形成する。すなわち、低温側熱媒体回路３０の熱媒体流路３０ａ，３０ｄ，３０ｅとラジエータ６１を通る熱媒体流路６０ａ，６０ｂとが接続され、これら循環経路を熱媒体が循環する。その結果、低温側熱交換器１４で熱交換される熱媒体が、ラジエータ６１を通過して外気と熱交換される。以上のようにして、ラジエータ６１で外気から吸熱した熱媒体の熱を吸熱源として冷媒回路１０が動作し、車室内の空調は外気吸熱暖房で運転される。
【0042】
また、流路切替装置７０は、バッテリ温調回路４０とモータ温調回路５０の互いの流路を接続し、バッテリ温調回路４０とモータ温調回路５０とが協働して熱媒体を循環させる循環経路を形成する。すなわち、モータ５１を通る熱媒体流路５０ａ，５０ｂとバッテリ４１を通る熱媒体流路４０ａ，４０ｂとが接続され、これら循環経路を熱媒体が循環する。その結果、モータ５１で発生した熱で温められた熱媒体によって、バッテリ４１が暖機される。モータ５１の排熱がバッテリ４１の暖機に有効に利用されることで、省電力が実現される。
【0043】
この際、必要に応じて、バッテリ温調回路４０の熱媒体流路４０ａの経路上に、すなわちバッテリ４１に対して循環経路の上流側に設置された熱媒体加熱装置４２で循環する熱媒体を加熱してもよい。これにより、バッテリ４１の暖機が完了までに要する時間を短縮し得るが、例えば中間期のように外気温がそれほど低くない環境下などにおいて、バッテリ４１の自己発熱とモータ５１の排熱だけでもバッテリ４１の暖機を短時間で完了できれば、熱媒体加熱装置４２による熱媒体の加熱は省略し得る。
【0044】
以上のように、流路切替装置７０を切替えて、低温側熱媒体回路３０と室外熱交換回路６０とが接続された車室内温調のための空調用回路と、バッテリ温調回路４０とモータ温調回路５０とが接続されたバッテリ暖気用回路とを、それぞれ独立させることにより、バッテリ４１の温度管理を容易にして、バッテリ４１を暖機し得る。
【0045】
〈暖房運転（バッテリ温度適温域）〉
図２は、外気温が低いときであって、バッテリ４１の暖機が完了しバッテリ４１が適温域になった後の熱マネジメントシステム１の状態を示す。バッテリ４１の適温域は、例えば、２５±５℃等である。すなわち、図２は、バッテリ４１の温度が例えば２０℃といった所定の下限値以上になった状態を示す。このとき、車室内が暖房される。また、バッテリ４１は、自己発熱で温度管理がされる。
図２は、外気温が低いときであって、バッテリ４１の暖機が完了しバッテリ４１が適温域になった後の熱マネジメントシステム１の状態を示す。バッテリ４１の適温域は、例えば、２５±５℃等である。すなわち、図２は、バッテリ４１の温度が例えば２０℃といった所定の下限値以上になった状態を示す。このとき、車室内が暖房される。また、バッテリ４１は、自己発熱で温度管理がされる。
【0046】
流路切替装置７０は、バッテリ温調回路４０が独立して熱媒体の循環経路を形成するようにする。バッテリ４１も発熱しているので、バッテリ温調回路４０を循環する熱媒体の流量を調整することで、バッテリ４１が温調される。この際、必要に応じて、熱媒体加熱装置４２で熱媒体を加温してもよい。
【0047】
高温側熱交換器１２で熱交換される熱媒体が流れる高温側熱媒体回路２０は、次のように設定される。すなわち、四方弁Ｖ２０は、高温側熱交換器１２で熱交換して温められた熱媒体が、室外熱交換回路６０と切り離された高温側熱媒体回路２０を循環して、ヒータコア２１を流れるように、熱媒体流路２０ｂ，２０ｃを接続する。その結果、高温側熱交換器１２で吸熱した熱媒体の熱によって、車室内が暖房される。
【0048】
低温側熱交換器１４で熱交換される熱媒体が流れる低温側熱媒体回路３０は、次のように設定される。すなわち、三方弁Ｖ３０は、低温側熱交換器１４で熱交換して冷却された熱媒体がクーラコア３１を通らずに迂回して流れるように、熱媒体流路３０ａ，３０ｄ，３０ｅを形成する。流路切替装置７０は、低温側熱媒体回路３０とモータ温調回路５０の互いの流路を接続し、低温側熱媒体回路３０とモータ温調回路５０とが協働して熱媒体を循環させる循環経路を形成する。すなわち、低温側熱媒体回路３０の熱媒体流路３０ａ，３０ｄ，３０ｅとモータ５１を通る熱媒体流路５０ａ，５０ｂとが接続され、これら循環経路を熱媒体が循環する。その結果、モータ５１で発生した熱で温められた熱媒体の熱を吸熱源として冷媒回路１０が動作し、車室内の空調は暖房で運転される。
【0049】
例えば中間期のように外気温がそれほど低くない環境下などにおいて、モータ５１の排熱のみで暖房運転ができる場合は、図２に示すように、流路切替装置７０及び四方弁Ｖ２０は、室外熱交換回路６０が独立して熱媒体の循環経路を形成するようにする。室外熱交換回路６０による外気吸熱が行われずに済むため、ラジエータ６１への着霜を回避できる。また、ラジエータファンの駆動が不要となり、バッテリ４１の消費電力を抑制できる。
【0050】
モータ５１の排熱のみで暖房運転ができない場合は、図３に示すように、流路切替装置７０は、低温側熱媒体回路３０と室外熱交換回路６０とモータ温調回路５０との互いの流路を接続し、低温側熱媒体回路３０と室外熱交換回路６０とモータ温調回路５０とが協働して熱媒体を循環させる循環経路を形成する。すなわち、低温側熱媒体回路３０の熱媒体流路３０ｆ，３０ａ，３０ｄ，３０ｅとラジエータ６１を通る室外熱交換回路６０の熱媒体流路６０ａ，６０ｂ，６０ｃとモータ５１を通るモータ温調回路５０の熱媒体流路５０ａ，５０ｂとが接続され、これら循環経路を熱媒体が循環する。その結果、ラジエータ６１で外気から吸熱し、さらに、モータ５１の排熱を吸熱した熱媒体の熱によって、冷媒回路１０が動作する。この場合も、熱源としては、モータ５１が主となり得る。その結果、ラジエータ６１への着霜は低減される。
【0051】
以上のように、流路切替装置７０を切替えて、少なくとも低温側熱媒体回路３０とモータ温調回路５０とを接続し、モータ排熱を暖房運転の吸熱源にして、モータ５１の排熱を余すことなく有効に利用することで、省電力が実現される。
【0052】
〈暖房運転（バッテリ温度上昇）〉
図４は、外気温が低いときであって、バッテリ４１の温度が上昇して適温域の上限値を超えそうになったときの熱マネジメントシステム１の状態を示す。バッテリ４１の適温域の上限値は、例えば、４５±５℃等である。すなわち、図４は、バッテリ４１の温度が例えば４０℃といった所定の上限値以上になったときの状態を示す。このとき、車室内が暖房される。また、バッテリ４１は、冷却される。
図４は、外気温が低いときであって、バッテリ４１の温度が上昇して適温域の上限値を超えそうになったときの熱マネジメントシステム１の状態を示す。バッテリ４１の適温域の上限値は、例えば、４５±５℃等である。すなわち、図４は、バッテリ４１の温度が例えば４０℃といった所定の上限値以上になったときの状態を示す。このとき、車室内が暖房される。また、バッテリ４１は、冷却される。
【0053】
高温側熱交換器１２で熱交換される熱媒体が流れる高温側熱媒体回路２０は、次のように設定される。すなわち、四方弁Ｖ２０は、高温側熱交換器１２で熱交換して温められた熱媒体が、室外熱交換回路６０と切り離された高温側熱媒体回路２０を循環して、ヒータコア２１を流れるように、熱媒体流路２０ｂ，２０ｃを接続する。その結果、高温側熱交換器１２で吸熱した熱媒体の熱によって、車室内が暖房される。
【0054】
低温側熱交換器１４で熱交換される熱媒体が流れる低温側熱媒体回路３０は、次のように設定される。すなわち、三方弁Ｖ３０は、低温側熱交換器１４で熱交換して冷却された熱媒体がクーラコア３１を通らずに迂回して流れるように、熱媒体流路３０ａ，３０ｄ，３０ｅを形成する。流路切替装置７０は、低温側熱媒体回路３０とバッテリ温調回路４０とモータ温調回路５０との互いの流路を接続し、低温側熱媒体回路３０とバッテリ温調回路４０とモータ温調回路５０とが協働して熱媒体を循環させる循環経路を形成する。すなわち、低温側熱媒体回路３０の熱媒体流路３０ａ，３０ｄ，３０ｅとバッテリ４１を通る熱媒体流路４０ａ，４０ｂとモータ５１を通る熱媒体流路５０ａ，５０ｂとが接続され、これら循環経路を熱媒体が循環する。その結果、バッテリ４１で発生した熱とモータ５１で発生した熱で温められた熱媒体の熱を吸熱源として冷媒回路１０が動作し、車室内の空調は暖房で運転される。また、バッテリ温調回路４０の熱媒体は、低温側熱交換器１４で冷媒回路１０と熱交換し、冷却される。冷却された熱媒体によって、バッテリ４１は冷却される。以上のように、バッテリ４１を冷却しつつ、モータ排熱を吸熱源として有効に利用して暖房運転を継続し得る。
【0055】
図４では、流路切替装置７０を切替えて、低温側熱媒体回路３０とバッテリ温調回路４０とモータ温調回路５０とを接続する場合に、モータ５１の発熱量がバッテリ４１の発熱量より多いことを考慮して、低温側熱媒体回路３０、バッテリ温調回路４０、モータ温調回路５０の順で熱媒体が流れるようにしている。その結果、バッテリ４１の排熱とモータ５１の排熱とで温められた熱媒体が、低温側熱交換器１４で冷媒回路１０と熱交換して冷却されてから、バッテリ温調回路４０に流れることになる。これにより、バッテリ４１は効率よく冷却される。
【0056】
バッテリ４１の冷却が優先される場合は、特に図示しないが、流路切替装置７０は、低温側熱媒体回路３０とバッテリ温調回路４０との互いの流路を接続し、低温側熱媒体回路３０とバッテリ温調回路４０とが協働して熱媒体を循環させる循環経路を形成する。すなわち、低温側熱媒体回路３０の熱媒体流路３０ａ，３０ｄ，３０ｅとバッテリ４１を通る熱媒体流路４０ａ，４０ｂとが接続され、これら循環経路を熱媒体が循環する。その結果、バッテリ温調回路４０の熱媒体は、モータ温調回路５０を経由せずに低温側熱交換器１４で冷媒回路１０と熱交換し、モータ５１の排熱で温められない分だけ、より冷却される。このより冷却された熱媒体によって、バッテリ４１の冷却を優先して行うことができる。
【0057】
以上のように、流路切替装置７０を切替えて、少なくとも低温側熱媒体回路３０とバッテリ温調回路４０とを接続し、バッテリ温調回路４０の熱媒体が冷却され得るようにすることで、バッテリ４１を冷却することができる。
【0058】
バッテリ４１が冷却され、バッテリ４１の温度が低下して適温域の下限値を超えそうになったときには、熱マネジメントシステム１は、図２や図３に示す状態になるように流路切替装置７０を切替える。要するに、熱マネジメントシステム１は、バッテリ４１の温度やモータ５１の温度を監視しながらバッテリ４１の温度を適温域に維持しつつ、これらの排熱を余すことなく有効に利用し得るように流路切替装置７０を切替える。
【0059】
〈暖房運転（走行中除霜）〉
図５は、走行中にラジエータ６１の除霜と車室内の暖房運転とを行うときの熱マネジメントシステム１の状態を示す。
図５は、走行中にラジエータ６１の除霜と車室内の暖房運転とを行うときの熱マネジメントシステム１の状態を示す。
【0060】
高温側熱交換器１２で熱交換される熱媒体が流れる高温側熱媒体回路２０は、次のように設定される。すなわち、四方弁Ｖ２０は、高温側熱交換器１２で熱交換して温められた熱媒体が、室外熱交換回路６０と切り離された高温側熱媒体回路２０を循環して、ヒータコア２１を流れるように、熱媒体流路２０ｂ，２０ｃを接続する。その結果、高温側熱交換器１２で吸熱した熱媒体の熱によって、車室内が暖房される。
【0061】
低温側熱交換器１４で熱交換される熱媒体が流れる低温側熱媒体回路３０は、次のように設定される。すなわち、三方弁Ｖ３０は、低温側熱交換器１４で熱交換して冷却された熱媒体がクーラコア３１を通らずに迂回して流れるように、熱媒体流路３０ａ，３０ｄ，３０ｅを形成する。流路切替装置７０は、低温側熱媒体回路３０とモータ温調回路５０との互いの流路を接続し、低温側熱媒体回路３０とモータ温調回路５０とが協働して熱媒体を循環させる循環経路を形成する。すなわち、低温側熱媒体回路３０の熱媒体流路３０ａ，３０ｄ，３０ｅとモータ５１を通る熱媒体流路５０ａ，５０ｂとが接続され、これら循環経路を熱媒体が循環する。その結果、モータ５１で発生した熱で温められた熱媒体の熱を吸熱源として冷媒回路１０が動作し、車室内の空調は暖房で運転される。
【0062】
また、流路切替装置７０は、バッテリ温調回路４０と室外熱交換回路６０との互いの流路を接続し、バッテリ温調回路４０と室外熱交換回路６０とが協働して熱媒体を循環させる循環経路を形成する。すなわち、バッテリ４１を通る熱媒体流路４０ａ，４０ｂとラジエータ６１を通る熱媒体流路６０ａ，６０ｂとが接続され、これら循環経路を熱媒体が循環する。その結果、バッテリ４１で発生した熱で温められた熱媒体によって、ラジエータ６１が除霜される。
【0063】
以上のように、流路切替装置７０を切替えて、モータ温調回路５０とバッテリ温調回路４０とを、それぞれ独立して、低温側熱媒体回路３０と室外熱交換回路６０とに接続することで、発熱量が異なるモータ５１とバッテリ４１とのそれぞれの排熱を有効に利用することができる。すなわち、低温側熱媒体回路３０とモータ温調回路５０とを接続して、発熱量の多いモータ５１の排熱を利用して暖房運転を継続し得る。また、バッテリ４１の発熱量はモータ５１の発熱量より少ないが、ラジエータ６１を除霜するには十分であるため、バッテリ温調回路４０と室外熱交換回路６０とを接続して、バッテリ４１の排熱を利用してラジエータ６１の除霜を実行し得る。その際、ラジエータ６１の除霜で冷却された熱媒体でバッテリ４１を冷却して、バッテリ４１の温度も調整し得る。
【0064】
また、走行中にラジエータ６１の除霜を行う場面では、既にラジエータ６１に着霜するような条件下で外気吸熱暖房が行われており、車室内の温度は、目標温度付近に調整されていることが想定される。このため、モータ５１の排熱のみで暖房運転しても暖房要求は満たされ、車室内の快適性を維持しつつ除霜を行うことができる。その際、好ましくは、ＨＶＡＣユニット１００のケース１１０のインテークユニット１３０は、車室外空気を導入する外気吸入口を閉鎖して、ケース１１０内に車室内空気を導入する内気循環に切替える。これによって、温度の低い外気が車室内に導入されるのを避けて、車室内の快適性が損なわれないようにすることができる。
【0065】
［システムについて］
本実施形態に係る熱マネジメントシステム１によれば、バッテリ４１の加熱要求、空調要求等に応じて、適宜に回路を切り替えながら、モータ５１の排熱等を余すことなく有効利用することができる。例えば、起動時にバッテリ４１の温度を上昇させる必要があるときには、モータ５１の排熱を用いてバッテリ４１を暖機することができる。バッテリ４１を暖機する必要がないときは、モータ５１の排熱と必要に応じてバッテリ４１の排熱とを暖房のために利用することもできる。モータ５１の排熱を利用して暖房運転を継続しつつ、バッテリ４１の排熱を利用してラジエータ６１の除霜もできる。
本実施形態に係る熱マネジメントシステム１によれば、バッテリ４１の加熱要求、空調要求等に応じて、適宜に回路を切り替えながら、モータ５１の排熱等を余すことなく有効利用することができる。例えば、起動時にバッテリ４１の温度を上昇させる必要があるときには、モータ５１の排熱を用いてバッテリ４１を暖機することができる。バッテリ４１を暖機する必要がないときは、モータ５１の排熱と必要に応じてバッテリ４１の排熱とを暖房のために利用することもできる。モータ５１の排熱を利用して暖房運転を継続しつつ、バッテリ４１の排熱を利用してラジエータ６１の除霜もできる。
【0066】
また、熱マネジメントシステム１は、バッテリ温調回路４０と車室内温調のための空調用回路とがそれぞれ独立可能であるため、例えばバッテリ４１の加熱が暖房に影響を与えること等が抑制され得る。
【0067】
以上、本発明について、好ましい実施形態を示して説明したが、本発明は、前述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【0068】
１：熱マネジメントシステム
１０：冷媒回路、１１：圧縮機、１２：高温側熱交換器、１３：減圧装置、１４：低温側熱交換器、１５：アキュムレータ
２０：高温側熱媒体回路、２１：ヒータコア、Ｐ２０：循環ポンプ、Ｖ２０：四方弁
３０：低温側熱媒体回路、３１：クーラコア、Ｐ３０：循環ポンプ、Ｖ３０：三方弁
４０：バッテリ温調回路、４１：バッテリ、Ｐ４０：循環ポンプ
５０：モータ温調回路、５１：モータ
６０：室外熱交換回路、６１：ラジエータ
７０：流路切替装置
１００：ＨＶＡＣユニット、１１０：ケース、１２０：空気流通路、１２１：ヒータコア通路、１２２：バイパス通路、１５０：エアミックスダンパ
１０：冷媒回路、１１：圧縮機、１２：高温側熱交換器、１３：減圧装置、１４：低温側熱交換器、１５：アキュムレータ
２０：高温側熱媒体回路、２１：ヒータコア、Ｐ２０：循環ポンプ、Ｖ２０：四方弁
３０：低温側熱媒体回路、３１：クーラコア、Ｐ３０：循環ポンプ、Ｖ３０：三方弁
４０：バッテリ温調回路、４１：バッテリ、Ｐ４０：循環ポンプ
５０：モータ温調回路、５１：モータ
６０：室外熱交換回路、６１：ラジエータ
７０：流路切替装置
１００：ＨＶＡＣユニット、１１０：ケース、１２０：空気流通路、１２１：ヒータコア通路、１２２：バイパス通路、１５０：エアミックスダンパ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
