特許 7597053 温度制御システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-02

(45)【発行日】2024-12-10

(54)【発明の名称】温度制御システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/633 20140101AFI20241203BHJP

   B60H 1/22 20060101ALI20241203BHJP

   H01M 10/615 20140101ALI20241203BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20241203BHJP

   H01M 10/6568 20140101ALI20241203BHJP

   H01M 10/6571 20140101ALI20241203BHJP

   H01M 10/663 20140101ALI20241203BHJP

【ＦＩ】

H01M10/633

B60H1/22 611D

B60H1/22 671

H01M10/615

H01M10/625

H01M10/6568

H01M10/6571

H01M10/663

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2022021580

(22)【出願日】2022-02-15

(65)【公開番号】P2023118569

(43)【公開日】2023-08-25

【審査請求日】2023-11-23

(73)【特許権者】

【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】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】星野 優

【審査官】宮本 秀一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－０５５３４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１６９２６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０２６１９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０４０４３１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６０Ｈ１／００－３／０６

Ｂ６０Ｋ１１／００－１５／１０

Ｂ６０Ｌ１／００－３／１２

Ｂ６０Ｌ７／００－１３／００

Ｂ６０Ｌ１５／００－５８／４０

Ｈ０１Ｍ１０／５２－１０／６６７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

空調用熱媒体を循環するとともに前記空調用熱媒体と室内空気の熱交換によって室内の温度を調整する空調回路と、
電池用熱媒体を循環するとともに、前記電池用熱媒体と電池の熱交換によって電池の温度を調整する電池温調回路と、
前記空調用熱媒体と、前記電池用熱媒体の間で熱交換する熱交換器と、
前記電池の電池温度を検出する温度計と
前記空調回路と、前記電池温調回路を制御する制御部と、
を含み、
前記空調回路は、
前記空調用熱媒体を加熱する加熱部と、
前記空調用熱媒体の流量を調整する空調用流量調整部と、
を含み、
前記電池温調回路は、
前記電池用熱媒体の流量を調整する電池用流量調整部、
を含み、
前記制御部は、前記電池の昇温要求と、前記室内の暖房要求と、前記電池温度と、に応じて、前記空調用熱媒体および前記電池用熱媒体のうちの少なくとも一方の流量を可変制御する、
温度制御システム。

【請求項2】

請求項１に記載の温度制御システムであって、
前記制御部は、前記昇温要求と、前記暖房要求と、前記電池温度と、に応じて、前記電池用熱媒体の流量を可変制御する、
温度制御システム。

【請求項3】

請求項１または２に記載の温度制御システムであって、
前記昇温要求は、前記電池の急速充電を行うときに発せられる要求である、
温度制御システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電池の加熱および室内の暖房の両方を行う温度制御システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、車室内の温度調節を行う冷媒が循環する冷媒回路と、前記冷媒との間で熱交換を行う液体が循環し車室内の温度調節を行う加熱回路と、前記冷媒との間で熱交換を行う液体を高電圧バッテリに導入することで高電圧バッテリの温度調節を行う電池温度調節回路と、を備える、車両の熱管理システムが示されている。そして、加熱回路は高電圧ヒータを有しており循環する液体を加熱することができる。

【0003】

従って、高電圧ヒータにより車室内の暖房や高電圧バッテリの昇温を行うことができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０２０－５５３４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１では、高電圧ヒータにより加熱した液体を利用して暖房を行うことおよびこれを電池温度調節回路に導入して高圧バッテリを昇温することが示されている。ここで、高電圧ヒータの熱を電池の昇温と暖房の両方に使用する場合には、状況に応じて電池と暖房に適切に熱を分配することが求められるが、特許文献１では、このような点について考慮されていない。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、空調用熱媒体を循環するとともに前記空調用熱媒体と室内空気の熱交換によって室内の温度を調整する空調回路と、電池用熱媒体を循環するとともに、前記電池用熱媒体と電池の熱交換によって電池の温度を調整する電池温調回路と、前記空調用熱媒体と、前記電池用熱媒体の間で熱交換する熱交換器と、前記電池の電池温度を検出する温度計と前記空調回路と、前記電池温調回路を制御する制御部と、を含み、前記空調回路は、前記空調用熱媒体を加熱する加熱部と、前記空調用熱媒体の流量を調整する空調用流量調整部と、を含み、前記電池温調回路は、前記電池用熱媒体の流量を調整する電池用流量調整部、を含み、前記制御部は、電池の昇温要求と、室内の暖房要求と、前記電池温度と、に応じて、前記空調用熱媒体および前記電池用熱媒体のうちの少なくとも一方の流量を可変制御する。

【0007】

前記制御部は、前記昇温要求と、前記暖房要求と、前記電池温度と、に応じて、前記電池用熱媒体の流量を可変制御するとよい。

【0008】

前記昇温要求は、前記電池の急速充電を行うときに発せられる要求であるとよい。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、電池の昇温要求と、暖房要求と、電池温度と、に応じて、電池用熱媒体の流量を可変制御することで、電池昇温と暖房への熱量分配を適切に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施形態に係る温度制御システムのシステム構成を示すブロック図である。

【図2】空調回路１０および電池温調回路２０の制御を示すフローチャートである。

【図3】大出力と、通常出力におけるウォーターポンプ２２のデューティー比の時間変化を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は、ここに記載される実施形態に限定されるものではない。

【0012】

「システム構成」
図１は、実施形態に係る温度制御システムのシステム構成を示すブロック図である。なお、本システムは、車両に搭載されることを前提としている。

【0013】

温度制御システム１は、空調回路１０と、電池温調回路２０と、両者の間で熱交換する熱交換器３０を含む。

【0014】

空調回路１０は、空調用熱媒体を循環する回路であり、ウォーターポンプ（ＷＰ）１２と、ヒータ１４と、ヒータコア１６を含む。ウォーターポンプ１２により吐出された空調用熱媒体は、ヒータ１４により加熱昇温された後、ヒータコア１６を通過し、ヒータコア１６において室内空気との熱交換により室内空気を昇温する。なお、ヒータ１４を加熱部と呼ぶ。

【0015】

空調用熱媒体としては、例えば防錆剤などを添加した水などの液体が採用され、ウォーターポンプ１２としては各種の液体ポンプが採用可能である。ヒータ１４は、車載バッテリからの電力の供給を受け発熱する電熱ヒータが採用され、通路を流通する空調用熱媒体を伝熱で加熱するとよい。ヒータコア１６は、熱交換器であり、空調用熱媒体が流通する通路の外側に室内空気が流通され、ここで熱交換によって室内空気が昇温される。室内空気をヒータコア１６に流通されるためにブロア１８が設けられている。なお、ウォーターポンプ１２を空調用流量調整部と呼ぶ。

【0016】

また、ヒータ１４からヒータコア１６に向かう流路には、分岐弁４４が設けられており、ヒータ１４からの空調用熱媒体の一部または全部がヒータコア１６をバイパスして熱交換器３０に循環できるようになっている。

【0017】

電池温調回路２０は、電池用熱媒体を循環する回路であり、ウォーターポンプ（ＷＰ）２２より吐出された電池用熱媒体を、電池２４に流通し、ここにおける熱交換によって、電池２４を昇温する。ウォーターポンプ２２を電池用流量調整部と呼ぶ。

【0018】

電池用熱媒体には空調用熱媒体と同様の水などの液体が採用でき、またウォーターポンプ２２にはウォーターポンプ１２と同様なものを採用できる。

【0019】

電池２４は、例えばリチウムイオン電池が採用され、所定数の電池セルの直列接続で所定の電圧を得るとともに、並列接続で所定の電池容量を確保する。電池２４の出力は、通常数１００Ｖ以上であり、車両の駆動用モータの電源などとして使用され、またＤＣＤＣコンバータなどで降圧して、補機電池の充電に利用される。ヒータ１４は、補機電池から電力供給を受けてもよいが、電池２４から直接電力供給を受けることも可能である。電池２４のケース内に電池用熱媒体の流路が形成され、ここにおける熱交換で電池２４が昇温される。

【0020】

熱交換器３０は、空調用熱媒体の流路と電池用熱媒体の流路が隣接することで、両者間での熱交換を行う。

【0021】

電池２４には、温度計３２が取り付けられており、電池温度（電池セルの温度）が測定される。温度計３２により測定された電池温度は、制御部４０に供給される。

【0022】

制御部４０には、室内温度や、暖房スイッチの状態（暖房要求）、電池２４の充電要求などの情報が供給され、ウォーターポンプ１２，２２の駆動などを制御する。制御部４０は、電池２４の充電要求があって電池温度が低い時には、電池温調回路２０により電池２４を昇温する。また、暖房要求がある場合には、空調回路１０により室内を暖房する。そして、電池温調回路２０は、熱交換器３０からの熱、すなわちヒータ１４の熱を利用して電池２４を昇温するため、電池昇温と暖房の両方の要求がある場合には、ヒータ１４による熱を空調回路１０と電池温調回路２０の両者で利用する。そこで、制御部４０が、ヒータ１４からの熱の分配を調整する。

【0023】

「システムの制御」
図２は、制御部４０による、空調回路１０および電池温調回路２０の制御を示すフローチャートである。

【0024】

まず、充電要求、特に急速充電要求があるかを判定する（Ｓ１１）。例えば、停車中であって、外部の急速充電器からの電力で、電池２４の充電を行う場合が該当する。また、この急速充電は、ハイブリッド車において、エンジンによる発電電力で充電を行う場合や、回生制動による回生電力によって充電を行う場合を含んでよい。

【0025】

Ｓ１１の判定で、ＮＯであれば、充電中の処理は不要であり、処理を終了する。Ｓ１１の判定で、ＹＥＳであれば、電池温度が設定温度１より低いかを判定する（Ｓ１２）。設定温度１は電池２４の昇温が必要か否かを判定する温度であり、例えば５－１０℃程度の温度が採用される。電池温度が設定温度１より低くなければ電池昇温は不要であり、処理を終了する。

【0026】

Ｓ１２の判定でＹＥＳであれば、暖房要求があるかを判定する（Ｓ１３）。Ｓ１３の判定でＮＯであれば、分配の処理は不要であり、処理を終了する。なお、上述したように、暖房要求は、室内における暖房のスイッチのオンにより検出すればよい。Ｓ１３の判定でＹＥＳであれば、ヒータ１４の出力を最大とする（Ｓ１４）。電池昇温要求と、暖房要求の両方があった場合には、要求される熱量が大きいため、ヒータ１４の発熱量を最大にした上で、分配する。

【0027】

次に、電池温度が設定温度２より低いかを判定する（Ｓ１５）。設定温度２は、例えば０℃程度にする。これは、電池温度が０℃程度以下になると、電池セルの充電特性がかなり悪化し、電池２４を昇温する必要性が大きくなるからである。

【0028】

Ｓ１５の判定で、ＹＥＳの場合には、空調回路１０におけるウォーターポンプ１２の出力を大出力に設定し、かつ分岐弁（三方弁）４４を制御して、バイパスをオン、すなわちバイパス側に空調用熱媒体を分岐させる（Ｓ１６）。分岐させる量は予め決定しておくとよく、例えば５０％程度の値とするとよい。また、電池温度に応じて、電池温度が低いほど分岐量が多くなるように、分岐量を変更してもよい。

【0029】

さらに、電池温調回路２０のウォーターポンプ２２の出力を大出力に設定する（Ｓ１７）。

【0030】

このように、Ｓ１５の判定でＹＥＳの場合には、ヒータ１４の出力を最大に設定して加熱量を最大とした状態で、空調回路１０における熱交換器３０に流通する空調用熱媒体の流量を大きくし、さらに電池温調回路２０における熱交換器３０に流通する空調用熱媒体の流量を大きくする。これによって、電池２４に流通する電池用熱媒体の流量を大きくするできるとともに、その温度も高くなり、電池２４の加熱量を大きくして、昇温を早めることができる。一方、ヒータコア１６に流れる空調用熱媒体の量が少なくなり、暖房については十分ではなく、電池昇温を優先する電池昇温優先処理となる。

【0031】

Ｓ１５の判定でＮＯの場合には、空調回路１０におけるウォーターポンプ１２の出力を通常に設定し、かつ分岐弁４４によりバイパスをオフ、すなわちバイパス側に空調用熱媒体を分岐させない（Ｓ１８）。また、電池温調回路２０のウォーターポンプ２２の出力を大出力に設定する（Ｓ１９）。

【0032】

このように、Ｓ１５の判定でＮＯの場合には、ヒータ１４の出力を最大に設定し、空調回路１０における熱交換器３０に流通する空調用熱媒体の流量を大きくすることは同じであるが、空調回路１０のバイパスはオフとしてヒータコア１６に全量を流通する。従って、ヒータコア１６に流れる空調用熱媒体の量は大きくなり、暖房について十分なものとなる。電池温調回路２０における熱交換器３０に流通する空調用熱媒体の流量を通常に設定する。これによって、電池２４に流通する電池用熱媒体の流量は通常の流量になり、熱交換器３０で受け取る熱量は、Ｓ１５でＹＥＳの場合に比べ少なくなり、電池２４の昇温については制限されたものになる。

【0033】

このように、Ｓ１５の判定においてＮＯの場合には、電池２４の昇温より、暖房を優先する暖房優先処理となる。

【0034】

図３には、ウォーターポンプ２２の大出力と、通常出力の場合のウォーターポンプ２２へ供給する電力のデューティー比の時間変化が示してある。このように、大出力の場合は立ち上がりが早く、設定されるデューティー比が大きく、通常出力の場合設定されるデューティー比が比較的小さい。このようなデューティー比の設定によって、ウォーターポンプ２２の流量を設定することができる。なお、ウォーターポンプ１２についても同様にデューティー比により流量を制御することができる。

【0035】

上記実施形態では、急速充電の際の電池２４の昇温を対象とした。しかし、充電時でなくても、電池セルは低温であると能力が低くなる。そこで、電池温度が低温であり電池２４の昇温要求と、暖房要求が重なった場合には、上述のような処理を適用するとよい。

【0036】

ここで、Ｓ１５でＹＥＳの電池昇温優先の場合に、ブロア１８の風量を少なくして、ヒータコア１６での放熱量を少なくして、電池昇温に回す熱量を大きくしてもよい。

【0037】

また、Ｓ１５でＮＯの暖房優先の場合には、室内の温度を計測し、目標温度との差に応じてブロア１８の風量を自動調整してもよい。すなわち、目標温度との差が大きい場合に風量を大きくすることで、室温を目標温度に近づけることができる。さらに、目標温度との差が小さい時には、目標温度との差に応じてウォーターポンプ１２の流量を自動調整してもよい。すなわち、目標温度との差が大きい場合に流量を大きくする。

【符号の説明】

【0038】

１：温度制御システム、１０：空調回路、１２：ウォーターポンプ、１４：ヒータ、１６：ヒータコア、１８：ブロア、２０：電池温調回路、２２：ウォーターポンプ、２４：電池、３０：熱交換器、３２：温度計、４０：制御部、４４：分岐弁。

【図1】

【図2】

【図3】