特開 2025-6249 車両の熱管理装置

(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】P2025006249

(43)【公開日】2025-01-17

(54)【発明の名称】車両の熱管理装置

(51)【国際特許分類】

   B60H 1/22 20060101AFI20250109BHJP

   H01M 10/615 20140101ALI20250109BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20250109BHJP

   H01M 10/633 20140101ALI20250109BHJP

   H01M 10/6556 20140101ALI20250109BHJP

   H01M 10/6569 20140101ALI20250109BHJP

   H01M 10/663 20140101ALI20250109BHJP

【ＦＩ】

B60H1/22 651A

B60H1/22 611D

H01M10/615

H01M10/625

H01M10/633

H01M10/6556

H01M10/6569

H01M10/663

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023106920

(22)【出願日】2023-06-29

(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】河合 智

【テーマコード（参考）】

3L211

5H031

【Ｆターム（参考）】

3L211AA10

3L211AA11

3L211BA02

3L211CA16

3L211CA17

3L211DA50

3L211DA99

3L211EA90

3L211GA49

5H031AA09

5H031HH06

5H031KK08

(57)【要約】

【課題】除湿暖房の実行中に電池を昇温する際、冷凍サイクルのコンデンサでの放熱（熱交換）と電気ヒータによって、高温側熱媒体を適切に加熱する。
【解決手段】空調装置２の除湿暖房時、バッテリ２００の昇温要求があると、高温側回路１１０の高温ラジエータ１１８から、低温側回路１２０の低温ラジエータ１７０へ熱が伝達され、バッテリ２００が昇温される。温度センサ１２で検出した高温側熱媒体の温度ＴＨＷが所定値αより高いとき、電気ヒータ１１２の通電量を減少し、温度ＴＨＷが所定値β（＜α）より低いとき、電気ヒータ１１２の通電量を増加する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

冷媒を圧縮して吐出するコンプレッサと、前記コンプレッサから吐出された前記冷媒と高温側熱媒体との熱交換が可能とされたコンデンサと、前記コンデンサから流出した前記冷媒を減圧する減圧部と、前記減圧部で減圧された前記冷媒の吸熱により、車室内への送風空気を冷却するエバポレータと、を含む冷凍サイクルと、
前記コンデンサにおいて前記冷媒と熱交換した前記高温側熱媒体を加熱する電気ヒータと、前記電気ヒータから流出した前記高温側熱媒体の放熱により、前記送風空気を昇温するヒータコアと、前記電気ヒータから流出した前記高温側熱媒体が流れる高温ラジエータとを含み、前記高温側熱媒体が循環する高温側回路と、
低温ラジエータを流れるとともに電池と熱交換可能な低温側熱媒体が循環する低温側回路と、
前記エバポレータと前記ヒータコアを含む空調装置と、
制御装置と、を備え、
前記高温ラジエータと前記低温ラジエータとは、前記高温側熱媒体と前記低温側熱媒体とが熱交換可能に配置されており、
前記制御装置は、
前記空調装置が、冷却された前記送風空気を昇温する除湿暖房を実行しているとき、
前記低温側熱媒体と前記電池の熱交換によって前記電池を昇温する際、前記電気ヒータから流出した前記高温側熱媒体の温度に基づいて、前記電気ヒータの通電量を制御する、車両の熱管理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、車両の熱管理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特開２０２１－１５６２３４号公報（特許文献１）には、車両で発生する熱を利用して、電池（バッテリ）を加熱する熱管理装置が開示されている。この特許文献１では、低温側回路（第１熱回路）に配置された低温ラジエータ（第１ラジエータ）と、高温側回路（第２熱回路）に配置された高温ラジエータ（第２ラジエータ）との間で熱交換を行う。これにより、低温側回路を循環する低温側熱媒体（第１熱媒体）が、高温側回路を循環する高温側熱媒体（第２熱媒体）から吸熱し、この吸熱した熱を、バッテリの昇温に用いている。特許文献１の熱管理装置は、車室内の冷房を行うため、冷凍サイクルを備える。また、暖房を行うため、高温側回路にヒータコアを備える。ヒータコアに流入する高温側熱媒体の加熱には、冷凍サイクルのコンデンサにおける熱交換と高温側回路に設けた電気ヒータを用いている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－１５６２３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１において、車室内の除湿暖房を行う場合、冷凍サイクルのコンプレッサを駆動し、送風空気をエバポレータによって冷却する。冷却された送風空気を、高温側回路のヒータコアによって昇温して、車室内へ送風する。ヒータコアに流入する高温側熱媒体は、冷凍サイクルのコンデンサでの放熱（熱交換）と電気ヒータによって加熱されてよい。

【0005】

車室内の除湿暖房を行っているとき、電池の昇温要求があると、高温側熱媒体は、ヒータコアに加えて、高温ラジエータにも流入され、高温側熱媒体と低温側熱媒体（低温ラジエータ）との熱交換を行う。除湿暖房と電池昇温の両立を図るため、冷凍サイクルのコンデンサでの放熱（熱交換）と電気ヒータによって、高温側熱媒体を適切に加熱することが好ましい。

【0006】

本開示の目的は、除湿暖房の実行中に電池を昇温する際、冷凍サイクルのコンデンサでの放熱（熱交換）と電気ヒータによって、高温側熱媒体を適切に加熱することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示に係る車両の熱管理装置は、冷凍サイクルと、高温側回路と、低温側回路と、空調装置と、制御装置と、を備える。冷凍サイクルは、冷媒を圧縮して吐出するコンプレッサと、コンプレッサから吐出された冷媒と高温側熱媒体との熱交換が可能とされたコンデンサと、コンデンサから流出した冷媒を減圧する減圧部と、減圧部で減圧された冷媒の吸熱により車室内への送風空気を冷却するエバポレータと、を含む。高温側回路は、コンデンサにおいて冷媒と熱交換した高温側熱媒体を加熱する電気ヒータと、電気ヒータから流出した高温側熱媒体の放熱により送風空気を昇温するヒータコアと、電気ヒータから流出した高温側熱媒体が流れる高温ラジエータとを含み、高温側熱媒体が循環する。低温側回路には、低温ラジエータを流れるとともに電池と熱交換可能な低温側熱媒体が循環する。空調装置は、エバポレータとヒータコアを含む。高温ラジエータと低温ラジエータとは、高温側熱媒体と低温側熱媒体とが熱交換可能に配置されている。制御装置は、空調装置が、冷却された送風空気を昇温する除湿暖房を実行しているとき、低温側熱媒体と電池の熱交換によって電池を昇温する際、電気ヒータから流出した高温側熱媒体の温度に基づいて、電気ヒータの通電量を制御する。

【0008】

この構成によれば、空調装置は、エバポレータによって送風空気を冷却し、冷却された送風空気をヒータコアによって昇温することにより、除湿暖房を行う。電池は、低温側熱媒体と熱交換を行い、低温側熱媒体から吸熱することにより昇温される。低温側熱媒体から電池に伝達される熱は、高温ラジエータと低温ラジエータにおいて、高温側熱媒体から低温側熱媒体に吸熱される。

【0009】

除湿暖房の実行中、低温側熱媒体と電池の熱交換によって電池を昇温する場合、高温側熱媒体は、ヒータコアに加えて、高温ラジエータにも流入される。高温側熱媒体は、冷凍サイクルのコンデンサでの放熱（熱交換）と電気ヒータによって、加熱することができる。コンデンサでの放熱量を増大するため、冷凍サイクルのコンプレッサの回転速度を上昇すると、冷凍サイクルの回路圧（冷媒圧）が高くなり過ぎる懸念がある。このため、電気ヒータに通電して高温側熱媒体を加熱する。この際、電気ヒータの消費電力が過大にならないよう、電気ヒータの通電量を制御することが好ましい。

【0010】

この構成では、除湿暖房の実行中、制御装置は、電気ヒータから流出した高温側熱媒体の温度に基づいて、電気ヒータの通電量を制御する。したがって、冷凍サイクルのコンデンサでの放熱（熱交換）と電気ヒータによって、高温側熱媒体を適切に加熱することが可能になる。

【発明の効果】

【0011】

本開示によれば、除湿暖房の実行中に電池を昇温する際、冷凍サイクルのコンデンサでの放熱（熱交換）と電気ヒータによって、高温側熱媒体を適切に加熱することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本開示の実施の形態に係る車両の熱管理装置の概略構成を示す図である。

【図2】本実施の形態において、ＥＣＵで実行される電気ヒータ制御の処理の一例を示すフローチャートである。

【図3】（Ａ）および（Ｂ）は、変形例において、ＥＣＵで実行される電気ヒータ制御の処理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】

【0013】

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。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。

【0014】

図１は、この実施の形態に係る車両の熱管理装置の概略構成を示す図である。図１に示すように、車両１は、この実施の形態に係る熱管理装置１０が搭載された電動車（ｘＥＶ）である。車両１は、ＢＥＶ（電気自動車）である。ただし、車両１は、たとえば、産業用車両であってよく、プラグインハイブリッド車のような他の電動車であってもよい。

【0015】

熱管理装置１０は、熱管理回路１００と、制御装置であるＥＣＵ（Electronic Control Unit）５００とを備える。ＥＣＵ５００は、プロセッサ５０１とメモリ５０２とを含む。メモリ５０２に記憶されているプログラムをプロセッサ５０１が実行することで、ＥＣＵ５００における各種の熱管理制御が実行される。

【0016】

熱管理装置１０は、熱管理回路１００の熱媒体を用いて車両１の熱管理を行うように構成される。熱管理回路１００は、高温側回路１１０と低温側回路１２０と冷凍サイクル１５０とを含む。

【0017】

高温側回路１１０は、高温側熱媒体が流れる流路１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃを含む。高温側回路１１０は、ポンプ１１１と電気ヒータ１１２と三方弁１１３とヒータコア１１４と高温ラジエータ１１８とを含む。三方弁１１３は、高温側熱媒体の経路を切り替える。ポンプ１１１は、高温側回路１１０に高温側熱媒体を循環させる。高温側熱媒体は、通過の際に各機器と熱交換を行う。ヒータコア１１４は、空調装置２の暖房源（熱源）として用いられる。

【0018】

低温側回路１２０は、低温側熱媒体が流れる流路１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１３０ａ，１３０ｂを含む。低温側回路１２０には、ポンプ１２１とチラー１６０と三方弁３１０とバッテリ２００とが配置されている。ポンプ１２１は、流路１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃに低温側熱媒体を循環させる。バッテリ２００は、本開示の「電池」に相当し、車両１を駆動するモータの電力源である。また、低温側回路１２０には、ポンプ１３１とＳＰＵ（Smart Power Unit）１３２とモータ用ＰＣＵ（Power Control Unit）１３３とオイルクーラ（Ｏ／Ｃ）１３５と三方弁３２０とが配置されている。オイルクーラ１３５は、車両１のトランクアクスルを冷却するものである。ポンプ１３１は、流路１３０ａ，１３０ｂ，１２０ｃに低温側熱媒体を循環させる。低温側回路１２０の流路１２０ｃには、低温ラジエータ１７０が配置されている。低温ラジエータ１７０は、高温ラジエータ１１８に近接して配置されており、たとえば、高温ラジエータ１１８を通過した走行風が、低温ラジエータ１７０を通過するよう配置されている。また、高温ラジエータ１１８と低温ラジエータ１７０の放熱フィンを、共通のフィンとした構成であってもよい。低温側熱媒体は、通過の際に各機器と熱交換を行う。

【0019】

冷凍サイクル１５０には冷媒が循環する。冷凍サイクル１５０は、コンプレッサ１５１と、電気式膨張弁１５２と、エバポレータ１５３と、蒸発圧力調整弁（ＥＰＲ：Evaporative Pressure Regulator）１５４と、電気式膨張弁１５５とを含む。コンプレッサ１５１は、冷媒を圧縮して吐出する。エバポレータ１５３は、空調装置２の冷却源として用いられる。コンデンサ１４０は、高温側回路１１０と冷凍サイクル１５０との両方に接続され、熱交換器として機能する。コンデンサ１４０により、高温側回路１１０を流れる高温側熱媒体と冷凍サイクル１５０を循環する冷媒とが熱交換する。チラー１６０は、冷凍サイクル１５０と流路１２０ａとの両方に接続され、熱交換器として機能する。チラー１６０により、冷凍サイクル１５０を循環する冷媒と低温側回路１２０を流れる低温側熱媒体とが熱交換する。

【0020】

ヒータコア１１４とエバポレータ１５３とは、空調装置２の空気通路に配置され、車室内に送風される送風空気を、昇温（暖房）、冷却（冷房）する。空調装置２の除湿暖房時には、冷凍サイクル１５０のコンプレッサ１５１によって圧縮された高温・高圧の冷媒（気体）が、コンデンサ１４０で放熱して凝縮する。電気式膨張弁１５２で減圧（圧力降下）された冷媒が、エバポレータ１５３で吸熱して蒸発する。高温側回路１１０では、三方弁１１３のポートＰａ１とポートＰｂ１が接続され、ポンプ１１１が作動し、コンデンサ１４０で冷媒の熱を吸熱した高温側熱媒体が、ヒータコア１１４に流入する。また、電気ヒータ１１２が通電され、高温側熱媒体が加熱される。空調装置２では、送風空気がエバポレータ１５３の吸熱により冷却される。そして、冷却された送風空気がヒータコア１１４によって昇温され、車室内に送風される。

【0021】

空調装置２の除湿暖房が実行されているとき、バッテリ２００の昇温要求があると、三方弁１１３は、ポートＰａ１とポートＰｂ１の接続と、ポートＰａ１とポートＰｃ１の接続とが、交互に成立するよう切り替えられる。これにより、電気ヒータ１１２から流出した高温側熱媒体が、ヒータコア１１４と高温ラジエータ１１８の両方に循環する。

【0022】

また、バッテリ２００の昇温要求があると、低温側回路１２０の三方弁３１０は、ポートＰａ２とポートＰｂ２の接続と、ポートＰａ２とポートＰｃ２の接続とが、交互に成立するよう切り替えられ、ポンプ１２１が作動する。これにより、低温側冷媒は、バッテリ２００と低温ラジエータ１７０とを循環する。高温ラジエータ１１８を流れる高温側熱媒体の熱が、低温ラジエータ１７０を流れる低温側熱媒体に伝達し、低温側熱媒体が加熱される。この加熱された低温側熱媒体がバッテリ２００を通過する（流れる）ことにより、バッテリ２００が昇温される。

【0023】

図２は、本実施の形態において、ＥＣＵ５００で実行される電気ヒータ制御の処理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は、熱管理装置１０の作動中、所定期間毎に処理される。ステップ（以下、ステップを「Ｓ」と略す）１０では、空調装置２が除湿暖房を実行中であるか否かを判定する。除湿暖房中でない場合は、否定判定され、今回のルーチンを終了する。除湿暖房中であれば、肯定判定されＳ１１へ進む。

【0024】

Ｓ１１では、バッテリ２００の昇温要求があり、バッテリ２００の昇温中であるか否かを判定する。バッテリ２００が昇温中でない場合は、否定判定され、今回のルーチンを終了する。バッテリ２００の昇温中であれば、肯定判定されＳ１２へ進む。

【0025】

Ｓ１２では、電気ヒータ１１２から流出した高温側熱媒体の温度ＴＨＷが、所定値αより大きいか否かを判定する。高温側熱媒体の温度ＴＨＷは、温度センサ１２で検出する。温度ＴＨＷが所定値αより大きい場合は、Ｓ１３へ進んで、電気ヒータ１１２の通電量を減少する。たとえば、現在の通電量から所定量を減算した値を、新たな通電量にしてよく、通電量の減少が繰り返された場合、電気ヒータ１１２の通電が停止するようにしてよい。温度ＴＨＷが所定値α以下の場合、否定判定されＳ１４へ進む。

【0026】

Ｓ１４では、温度ＴＨＷが所定値βより小さいか否かを判定する。所定値βは、所定値αより小さい値である。温度ＴＨＷが所定値β以上である場合、否定判定され今回のルーチンを終了する。この場合、電気ヒータ１１２の通電量は変更されない。温度ＴＨＷが所定値βより小さい場合は、Ｓ１５へ進んで、電気ヒータ１１２の通電量を増加する。たとえば、現在の通電量から所定量を加算した値を、新たな通電量にしてよく、通電量の加算が繰り返された場合、通電量の上限値でガード処理されてよい。その後、今回のルーチンを終了する。

【0027】

除湿暖房中に、バッテリ２００の昇温を行うと、高温側熱媒体が、ヒータコア１１４と高温ラジエータ１１８の両方に循環する。本実施の形態によれば、空調装置２の除湿暖房中に、バッテリ２００の昇温を行う際、電気ヒータ１１２から流出した高温側熱媒体の温度ＴＨＷに基づいて、電気ヒータ１１２の通電量を制御する。除湿暖房とバッテリ２００の昇温の両立を図るため、温度ＴＨＷが、所定値αと所定値βの間に維持されるよう、電気ヒータ１１２の通電量が制御される。これにより、コンプレッサ１５１の回転速度の上昇を抑制でき、冷凍サイクル１５０の回路圧（冷媒圧）が高くなり過ぎることを抑制しつつ、電気ヒータ１１２の消費電力が過大にならないよう、通電量を制御することが可能になる。したがって、冷凍サイクル１５０のコンデンサ１４０での放熱（熱交換）と電気ヒータ１１２によって、高温側熱媒体を適切に加熱することができる。

【0028】

＜変形例＞
図３は、変形例において、ＥＣＵ５００で実行される電気ヒータ制御の処理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も、熱管理装置１０の作動中、所定期間毎に処理される。図３（Ａ）において、Ｓ２０、Ｓ２１は、図２のＳ１０、Ｓ１１と同様の処理である。Ｓ２２では、高温側熱媒体の温度ＴＨＷと、冷凍サイクル１５０の回路圧（冷媒圧）Ｐｒが、図３（Ｂ）のマップの領域Ａにあるか、あるいは、領域Ｂにあるかを判定する。回路圧Ｐｒは、たとえば、コンプレッサ１５１から吐出され電気式膨張弁１５２で降圧される前の冷媒の圧力を、圧力センサ１３によって検出した値であってよい。温度ＴＨＷと回路圧Ｐｒが、領域Ａにある場合は、Ｓ２３へ進んで、電気ヒータ１１２の通電量を減少したあと、今回のルーチンを終了する。温度ＴＨＷと回路圧Ｐｒが領域Ｂにある場合には、Ｓ２４へ進んで、電気ヒータ１１２の通電量を増加したあと、今回のルーチンを終了する。

【0029】

この変形例によれば、図３（Ｂ）のマップに示すように、回路圧Ｐｒが高いほど、温度ＴＨＷが低い方向へ領域Ａが拡大するよう、境界線が設定されている。これにより、回路圧Ｐｒは高いが、コンデンサ１４０における冷媒から高温側熱媒体への熱伝達量が小さく、温度ＴＨＷの温度上昇が小さい場合、電気ヒータ１１２の通電量が減少する。これにより、コンデンサ１４０を流れる高温側熱媒体の温度が低下し、冷媒から高温側熱媒体への熱伝達量が大きくなるので、冷凍サイクル１５０の熱を効率よく利用でき、冷凍サイクル１５０の回路圧（冷媒圧）が高くなり過ぎることを抑制しつつ、電気ヒータ１１２の消費電力が過大にならないようにできる。

【0030】

上記実施の形態において、三方弁１１３、および三方弁３１０は、Ｔポートタイプの三方弁であってもよく、この場合は、ポートＰａ１（Ｐａ２）を、同時に、ポートＰｂ１（Ｐｂ２）とポートＰｃ１（Ｐｃ２）とに接続できる。

【0031】

今回開示された実施の形態は、すべ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すべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0032】

１ 車両、２ 空調装置、１０ 熱管理装置、１００ 熱管理回路、１１０ 高温側回路、１１２ 電気ヒータ、１１４ ヒータコア、１１８ 高温ラジエータ、１２０ 低温側回路、１４０ コンデンサ、１５０ 冷凍サイクル、１５３ エバポレータ、１６０ チラー、１７０ 低温ラジエータ、２００ バッテリ、５００ ＥＣＵ。

【図1】

【図2】

【図3】