特開 2025-1871 熱管理システム

(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】P2025001871

(43)【公開日】2025-01-09

(54)【発明の名称】熱管理システム

(51)【国際特許分類】

   B60W 20/00 20160101AFI20241226BHJP

   B60W 10/26 20060101ALI20241226BHJP

   B60W 10/06 20060101ALI20241226BHJP

   B60W 20/15 20160101ALI20241226BHJP

   B60L 50/16 20190101ALI20241226BHJP

   B60L 50/60 20190101ALI20241226BHJP

   B60L 58/27 20190101ALI20241226BHJP

【ＦＩ】

B60W20/00 900

B60W10/26 900

B60W10/06 900

B60W20/15 ZHV

B60L50/16

B60L50/60

B60L58/27

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023101603

(22)【出願日】2023-06-21

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】杉原 寛之

【テーマコード（参考）】

3D202

5H125

【Ｆターム（参考）】

3D202BB08

3D202BB22

3D202BB58

3D202CC43

3D202DD22

3D202DD46

5H125AA01

5H125AC08

5H125AC12

5H125CD09

5H125FF27

(57)【要約】

【課題】ハイブリッド車両に搭載される熱管理システムにおいて、エネルギー効率よくバッテリを暖機する。
【解決手段】熱管理システム１は、エンジン回路２と、電気ヒータ３５を含むバッテリ回路３と、熱交換器４と、バッテリ３２を暖機する複数のモードを切り替え可能に構成された切替弁２３，３３と、モードを選択するＥＣＵ５とを備える。エンジン廃熱モードは、電気ヒータ３５を停止させる一方でエンジン２２を動作させることによって熱媒体を暖めるモードである。電気ヒータモードは、電気ヒータ３５を動作させることによって熱媒体を暖めるモードである。ＥＣＵ５０は、エンジン２２を流通する熱媒体の温度がエンジンの暖機温度よりも高い場合、エンジン廃熱モードを選択し、エンジン２２を流通する熱媒体の温度が暖機温度よりも低い場合、電気ヒータモードを選択する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンおよびバッテリを含む車両に搭載される熱管理システムであって、
前記エンジンを流通可能な第１熱媒体を循環させるように構成されたエンジン回路と、
前記バッテリを流通可能な第２熱媒体を循環させるように構成され、前記第２熱媒体を加熱するヒータを含むバッテリ回路と、
前記第１熱媒体と前記第２熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器と、
前記バッテリを暖機する複数のモードを切り替え可能に構成された切替弁と、
前記複数のモードのうちのいずれかのモードを選択するプロセッサとを備え、
前記複数のモードは、
前記第１熱媒体および前記第２熱媒体の両方を循環させながら、前記ヒータを停止させる一方で前記エンジンを駆動させることによって前記第２熱媒体を暖めるエンジン廃熱モードと、
前記第１熱媒体の循環を停止する一方で前記第２熱媒体を循環させながら、前記ヒータを動作させることによって前記第２熱媒体を暖めるヒータモードとを含み、
前記プロセッサは、
前記エンジンを流通する前記第１熱媒体の温度が前記エンジンの暖機温度よりも高い場合、前記エンジン廃熱モードを選択し、
前記エンジンを流通する前記第１熱媒体の温度が前記暖機温度よりも低い場合、前記ヒータモードを選択する、熱管理システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、熱管理システムに関し、より特定的には、エンジンおよびバッテリを含むハイブリッド車両に搭載される熱管理システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特開２０１３－３８９９８号公報（特許文献１）に開示されたプラグインハイブリッド車両には、エンジンと、エンジンに連結されるとともにエンジンの廃熱と熱交換し、エンジンを冷却する冷却水が循環する冷却液循環路と、冷却液循環路に設けられるラジエータと、二次電池と、二次電池に充電された電力によって駆動される走行モータと、が搭載されている。冷却液循環路の一部は二次電池に連結され、二次電池と冷却水との熱交換により二次電池を温度調節可能である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１３－３８９９８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

たとえばプラグインハイブリッド車両をプラグイン充電する場合などには、バッテリの温度が低いとバッテリ保護のために充電電力が制限されるため、バッテリが暖機される。エネルギー効率よくバッテリを暖機することに対する要求が存在する。

【0005】

本開示は上記課題を解決するためになされたものであり、本開示の目的の１つは、ハイブリッド車両に搭載される熱管理システムにおいて、エネルギー効率よくバッテリを暖機することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示のある局面に係る熱管理システムは、エンジンおよびバッテリを含むハイブリッド車両に搭載される。熱管理システムは、エンジンを流通可能な第１熱媒体を循環させるように構成されたエンジン回路と、バッテリを流通可能な第２熱媒体を循環させるように構成され、第２熱媒体を加熱するヒータを含むバッテリ回路と、第１熱媒体と第２熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器と、バッテリを暖機する複数のモードを切り替え可能に構成された切替弁と、複数のモードのうちのいずれかのモードを選択するプロセッサとを備える。複数のモードは、エンジン廃熱モードと、ヒータモードとを含む。エンジン廃熱モードは、第１熱媒体および第２熱媒体の両方を循環させながら、ヒータを停止させる一方でエンジンを動作させることによって第２熱媒体を暖めるモードである。ヒータモードは、第１熱媒体の循環を停止する一方で第２熱媒体を循環させながら、ヒータを動作させることによって第２熱媒体を暖めるモードである。プロセッサは、エンジンを流通する第１熱媒体の温度がエンジンの暖機温度よりも高い場合、エンジン廃熱モードを選択し、エンジンを流通する第１熱媒体の温度が暖機温度よりも低い場合、ヒータモードを選択する。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、ハイブリッド車両に搭載される熱管理システムにおいて、エネルギー効率よくバッテリを暖機できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本開示の実施の形態に係る熱管理システムの全体構成の一例を示す図である。

【図2】本実施の形態における複数のバッテリ暖機モードを説明するための図である。

【図3】本実施の形態におけるバッテリ暖機制御の処理手順の一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。

【0010】

＜システム構成＞
図１は、本開示の実施の形態に係る熱管理システムの全体構成の一例を示す図である。熱管理システム１は、プラグインハイブリッド車両（ＰＨＥＶ）またはハイブリッド車両（ＨＥＶ）に搭載され、エンジン回路２と、バッテリ回路３と、熱交換器４と、電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）５とを備える。

【0011】

エンジン回路２は、ウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）２１と、エンジン２２と、三方弁２３と、ラジエータ２４と、エンジン水温センサ２５とを含む。ウォータポンプ２１は、ＥＣＵ５からの制御指令に従って、エンジン回路２内で第１熱媒体（冷却液）を循環させる。エンジン２２は、ＥＣＵ５からの制御指令に従って始動／停止される。三方弁２３は、ＥＣＵ５からの制御指令に従って、ラジエータ２４と熱交換器４とのうちの一方に第１熱媒体を選択的に流通させることが可能に構成されている。ラジエータ２４は、エンジン２２の廃熱を外気に放出する。エンジン水温センサ２５は、エンジン２２を流通した後の第１熱媒体の温度であるエンジン水温Ｔｅｎｇを検出し、その検出値をＥＣＵ５に出力する。

【0012】

バッテリ回路３は、ウォータポンプ３１と、バッテリ３２と、三方弁３３と、ラジエータ３４と、電気ヒータ３５と、バッテリ温度センサ３６と、バッテリ水温センサ３７とを含む。ウォータポンプ３１は、ＥＣＵ５からの制御指令に従って、バッテリ回路２内で第２熱媒体（冷却液）を循環させる。バッテリ３２は、組電池（図示せず）を含み、車両のプラグイン充電時には充電されたり、車両の走行時には放電したりする。三方弁３３は、ＥＣＵ５からの制御指令に従って、ラジエータ３４と、電気ヒータ３５および熱交換器４のうちの一方とに第２熱媒体を選択的に流通させることが可能に構成されている。ラジエータ３４は、高温になったバッテリ３２の熱を外気に放出する。電気ヒータ３５は、ＥＣＵ５からの制御指令に従って第２熱媒体を加熱する。バッテリ温度センサ３６は、バッテリ３２の内部温度（組電池の温度）であるバッテリ温度ＴＢを検出し、その検出値をＥＣＵ５に出力する。バッテリ水温センサ３７は、バッテリ３２を流通した後の第２熱媒体の温度であるバッテリ水温Ｔｂａｔを検出し、その検出値をＥＣＵ５に出力する。

【0013】

熱交換器４は、エンジン回路２を循環する第１熱媒体と、バッテリ回路３を循環する第２熱媒体との間で熱交換を行う。

【0014】

ＥＣＵ５は、プロセッサおよびメモリを含む。ＥＣＵ５は、上記各センサの検出値に基づいて制御指令を生成し、生成された制御指令を熱管理システム１内の対応する機器に出力することによって、熱管理システム１を制御する。ＥＣＵ５は、車両のプラグイン充電時等にバッテリ３２を暖機するための複数の「バッテリ暖機モード」を有する。

【0015】

＜バッテリ暖機モード＞
図２は、本実施の形態における複数のバッテリ暖機モードを説明するための図である。複数のバッテリ暖機モードは、電気ヒータモードと、エンジン廃熱モードと、併用モードとを含む。

【0016】

電気ヒータモードとは、エンジン回路２における第１熱媒体の循環を停止する一方でバッテリ回路３において第２熱媒体を循環させながら、電気ヒータ３５を動作させることによって、第２熱媒体を暖めるモードである。エンジン２２は、駆動していてもよいし、停止していてもよい。電気ヒータモードでは、ウォータポンプ３１－熱交換器４－電気ヒータ３５（動作）－三方弁３３－バッテリ３２－ウォータポンプ３１の順に第２熱媒体が流通する経路が形成される。

【0017】

エンジン廃熱モードとは、エンジン回路２における第１熱媒体およびバッテリ回路３における第２熱媒体の両方を循環させながら、電気ヒータ３５を停止させる一方でエンジン２２を駆動させることによって、第２熱媒体を暖めるモードである。エンジン廃熱モードでは、ウォータポンプ２１－エンジン２２（駆動）－三方弁２３－熱交換器４－ウォータポンプ２１の順に第１熱媒体が流通する経路が形成されるとともに、ウォータポンプ３１－熱交換器４－電気ヒータ３５（停止）－三方弁３３－バッテリ３２－ウォータポンプ３１の順に第２熱媒体が流通する経路が形成される。

【0018】

併用モードとは、エンジン回路２における第１熱媒体およびバッテリ回路３における第２熱媒体の両方を循環させながら、電気ヒータ３５を動作させ、かつエンジン２２を駆動させることによって、第２熱媒体を暖めるモードである。併用モードでは、ウォータポンプ２１－エンジン２２（駆動）－三方弁２３－熱交換器４－ウォータポンプ２１の順に第１熱媒体が流通する経路が形成されるとともに、ウォータポンプ３１－熱交換器４－電気ヒータ３５（動作）－三方弁３３－バッテリ３２－ウォータポンプ３１の順に第２熱媒体が流通する経路が形成される。

【0019】

＜処理フロー＞
図３は、本実施の形態におけるバッテリ暖機制御の処理手順の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示される処理は、予め定められた条件の成立時（たとえば予め定められた周期ごと）にＥＣＵ５によって実行される。以下、ステップをＳと略す。

【0020】

Ｓ１において、ＥＣＵ５は、バッテリ温度センサ３６により検出されたバッテリ温度ＴＢが予め定められた閾値温度ＴＨ（たとえば０℃）よりも低いかどうかを判定する。バッテリ温度ＴＢが閾値温度ＴＨ以上である場合（Ｓ１においてＮＯ）、電気ヒータ３５は停止され、バッテリ３２の暖機は非実行とされる（Ｓ９）。バッテリ温度ＴＢが閾値温度ＴＨよりも低い場合（Ｓ１においてＹＥＳ）、ＥＣＵ５は処理をＳ２に進める。

【0021】

Ｓ２において、ＥＣＵ５は、車両（この例ではプラグインハイブリッド車両）が充電中であるかどうかを判定する。車両が充電中である場合（Ｓ２においてＹＥＳ）、ＥＣＵ５は、処理をＳ３に進め、バッテリ水温センサ３７により検出されたバッテリ水温Ｔｂａｔが、エンジン水温センサ２５により検出されたエンジン水温Ｔｅｎｇよりも高いかとうかを判定する。

【0022】

バッテリ水温Ｔｂａｔがエンジン水温Ｔｅｎｇよりも高い場合（Ｓ３においてＹＥＳ）、ＥＣＵ５は電気ヒータモードを選択する（Ｓ６）。一方、バッテリ水温Ｔｂａｔがエンジン水温Ｔｅｎｇ以下である場合（Ｓ３においてＮＯ）、ＥＣＵ５は併用モードを選択する（Ｓ７）。

【0023】

Ｓ２にて車両が充電中でない場合（Ｓ２においてＮＯ）、たとえば車両が走行中である場合、ＥＣＵ５は、処理をＳ４に進め、エンジン２２が駆動されているかどうかを判定する。エンジン２２が駆動されている場合（Ｓ４においてＹＥＳ）、ＥＣＵ５は、エンジン２２の暖機が完了しているかどうかを判定する（Ｓ５）。エンジン２２の暖機が完了しているかどうかは、たとえばエンジン水温Ｔｅｎｇに基づいて判定され得る。エンジン２２の暖機が完了している場合（Ｓ５においてＹＥＳ）、ＥＣＵ５はエンジン廃熱モードを選択する（Ｓ８）。

【0024】

エンジン２２が停止している場合（Ｓ４においてＮＯ）、および、エンジン２２が始動されていてもエンジン２２の暖機途中などであって暖機が未完了である場合（Ｓ５においてＮＯ）には、ＥＣＵ５は、処理をＳ６に進め、電気ヒータモードを選択する。

【0025】

以上のように、本実施の形態におけるエンジン廃熱モードおよび併用モードでは、エンジン回路２において発生したエンジン２２の廃熱を熱交換機４を介してバッテリ回路３へと移動させることによって、エンジン２２の廃熱をバッテリ３２の暖機に利用できる。これにより、エンジン２２の廃熱を利用しない場合と比べて、電気ヒータ３５の消費電力量を低減可能である。よって、本実施の形態によれば、エネルギー効率よくバッテリ３２を暖機できる。

【0026】

なお、図１および図２に記載した熱管理システム１の構成は例示に過ぎない。図示しないが、たとえば、バッテリ回路３において、三方弁３３およびラジエータ３４が設けられていなくてもよい（他の実施例１）。バッテリ回路３において、ラジエータ３４に代えてチラーが設けられるとともに、冷凍サイクルの他の構成要素であるコンプレッサおよび空冷コンデンサが設けられていてもよい（他の実施例２）。また、バッテリ回路３のラジエータ３４に代えてチラーが設けられ、かつ、エンジン回路２との間で熱交換する水冷コンデンサと、コンプレッサとが設けられていてもよい（他の実施例３）。

【0027】

今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0028】

１ 熱管理システム、２ エンジン回路、２１ ウォータポンプ、２２ エンジン、２３ 三方弁、２４ ラジエータ、２５ エンジン水温センサ、３ バッテリ回路、３１ ウォータポンプ、３２ バッテリ、３３ 三方弁、３４ ラジエータ、３５ 電気ヒータ、３６ バッテリ温度センサ、３７ バッテリ水温センサ、４ 熱交換器、５ ＥＣＵ。

【図1】

【図2】

【図3】