車両の熱管理システム及び熱管理方法
【課題】熱をより効率的に利用可能な車両の熱管理システム及び熱管理方法を提供する。
【解決手段】熱を蓄えるためのヒートマスとしてバッテリー２を利用するとともに、プラグインによるバッテリー２の充電中に同バッテリー２への蓄熱を行い、車両の走行中にバッテリー２に蓄えられた熱を車室内の空調装置３０に供給することで、車両の熱利用の効率化を図るようにした。
【解決手段】熱を蓄えるためのヒートマスとしてバッテリー２を利用するとともに、プラグインによるバッテリー２の充電中に同バッテリー２への蓄熱を行い、車両の走行中にバッテリー２に蓄えられた熱を車室内の空調装置３０に供給することで、車両の熱利用の効率化を図るようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の熱管理システム及び熱管理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１には、蓄冷剤が収容された蓄冷部を、バッテリー収容用のケースに一体的に設けるとともに、車両走行中に走行風等を利用して蓄冷剤を冷却しておくことで、駐車中にその冷却された蓄冷剤でバッテリーを冷却するバッテリー冷却システムが提案されている。すなわち、このバッテリー冷却システムは、バッテリーのケースと一体に、冷熱を蓄えるためのヒートマスとなる蓄冷部を設けるとともに、車両走行中にその蓄冷部に蓄えた冷熱で駐車中のバッテリーの冷却を行うものとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１９３８３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで近年には、環境性能の向上を目的として、車両の電動化やハイブリッド化が進められている。電気自動車では、車室内の暖房等に利用可能な熱を供給する熱源としての内燃機関が搭載されておらず、またハイブリッド車両では、電動アシストが得られる分、内燃機関が小型化されている。そのため、電気自動車、ハイブリッド車では、利用可能な熱が内燃機関車よりも少なくなっており、熱の効率利用が必要となる。
【０００５】
その点、上記のようなバッテリー冷却システムは、駐車中のバッテリーの冷却には確かに有効ではあるものの、バッテリーからの放熱は、何らの利用もなされておらず、車両の熱利用効率の点で更なる改善の余地がある。
【０００６】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、熱をより効率的に利用可能な車両の熱管理システム及び熱管理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、車両の熱管理システムとしての請求項１に記載の発明は、熱を蓄えるためのヒートマスとしてバッテリーを利用するとともに、そのバッテリーに蓄えられた熱を車室内の空調に供する熱供給手段を備えるようにしている。
【０００８】
上記の如く構成された車両の熱管理システムでは、バッテリーに温熱或いは冷熱が蓄えられるようになる。そしてバッテリーに蓄えられた熱が車室内の空調に利用されるようになる。こうした車両では、バッテリーに熱を一時的に預けておくことで、熱を生成する時期と、その熱を空調に利用する時期とをずらすことができるようになる。そのため、空調の利用時ではなく、効率的な熱生成が可能な時期に空調用の熱を生成することができるようになる。また蓄熱に必要なヒートマスとしてバッテリーを利用するため、蓄熱用に格別なヒートマスを設ける必要もない。したがって、上記構成によれば、熱をより効率的に利用することができるようになる。
【０００９】
ところで近年には、外部からの電力供給でバッテリーの充電を行う、いわゆるプラグイン方式の電気自動車やハイブリッド車両が実用されている。バッテリーに蓄えられる熱の生成を電力で行う場合、その電力をバッテリーから得るのであれば、使用電力が増大して車両の航続距離が短くなってしまう。その点、請求項２に記載のように、バッテリーへの蓄熱を、外部からの電力供給による該バッテリーの充電中に実施するとともに、バッテリーから空調への熱の供給を、車両の走行中に行うようにすれば、走行中の車両の消費電力を増大せずとも車室内の空調を行うことができるようになる。したがって、請求項２に記載の発明によれば、空調利用時の車両の航続距離を延長することができるようになる。
【００１０】
ちなみに、プラグイン中のバッテリーへの蓄熱は、請求項３によるように、バッテリーの周囲を通って循環される冷媒を、外部から供給された電力を利用して加熱又は冷却する熱源を備えることで行うことが可能である。
【００１１】
上記課題を解決するため、車両の熱管理システムとしての請求項４に記載の発明は、バッテリーを収容するとともに、同バッテリーを外部から断熱する保温容器と、その保温容器に収容されたバッテリーを加熱又は冷却する手段と、を備えるようにしている。こうした車両では、熱を蓄えるヒートマスとしてバッテリーを利用することができるようになる。そしてバッテリーに熱を一時的に預けておくことで、熱を生成する時期と、その熱を利用する時期とをずらすことができるようになる。そのため、熱の使用時ではなく、効率的な熱生成が可能な時期に熱を生成することができるようになる。また蓄熱に必要なヒートマスとしてバッテリーを利用するため、蓄熱用に格別なヒートマスを設ける必要もない。したがって、上記構成によれば、熱をより効率的に利用することができるようになる。
【００１２】
なお請求項５によるように、バッテリーに蓄えられた熱を車室内の空調に供給する熱供給手段を備えるようにすれば、バッテリーに蓄えられた熱を車室内の空調に利用することができるようになる。
【００１３】
上記課題を解決するため、車両の熱管理方法としての請求項６に記載の発明は、熱を蓄えるためのヒートマスとしてバッテリーを利用するとともに、そのバッテリーに蓄えられた熱を車室内の空調に供するようにしている。
【００１４】
こうした熱管理方法によれば、空調の利用時ではなく、効率的な熱生成が可能な時期に空調用の熱を生成することができるようになる。また蓄熱に必要なヒートマスとしてバッテリーを利用するため、蓄熱用に格別なヒートマスを設ける必要もない。したがって、上記のような熱管理方法によれば、熱をより効率的に利用することができるようになる。
【００１５】
更に請求項７によるように、バッテリーへの蓄熱を、外部からの電力供給による該バッテリーの充電中に実施するとともに、バッテリーから空調への熱の供給を、車両の走行中に行うようにすれば、走行中の車両の消費電力を増大せずとも車室内の空調を行うことができるようになる。したがって、請求項７に記載の発明によれば、空調利用時の車両の航続距離を延長することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る車両の熱管理システムの構成を模式的に示す略図。
【図２】同実施形態に適用される蓄熱モード時制御ルーチンの処理手順を示すフローチャート。
【図３】同実施形態に適用される放熱モード時制御ルーチンの処理手順を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の車両の熱管理システム及び熱管理方法を具体化した一実施形態を、図１〜図３を参照して詳細に説明する。なお、本実施の形態の適用される車両は、外部からの電力供給でバッテリーの充電を実施可能なプラグイン方式の電気自動車又はハイブリッド車両として構成されている。
【００１８】
図１は、本実施の形態に係る車両の熱管理システムの全体構成を示している。同図に示すように、この熱管理システムは、２つの冷媒回路、すなわち空調用の主たる冷媒が循環される主冷媒回路１と、バッテリー２の加熱、冷却や同バッテリー２からの熱の取り出しのための冷媒が循環されるバッテリー冷媒回路３とを備えている。なお、以下では主冷媒回路１を循環する冷媒を主冷媒と記載し、バッテリー冷媒回路３を循環される冷媒をバッテリー冷媒と記載する。
【００１９】
同図に示すように、主冷媒回路１は、冷媒を循環させる電動ポンプ１０、その下流に設けられて冷媒を加熱又は冷却する熱源１１を備えている。なお、熱源１１としては、ヒートポンプやペルチェヒーター／クーラーなどを用いることができる。また暖房のみを行う場合には、熱源１１として電気ヒーターや燃焼式ヒーターを用いることもできる。
【００２０】
主冷媒回路１の熱源１１の下流側には、切替弁１２が設けられ、主冷媒回路１はその切替弁１２において２つの通路に分岐される。ここで分岐された通路の一方は、同通路の流れる主冷媒とバッテリー冷媒との間で熱交換を行う熱交換器１３の設けられた主通路１４となっており、もう一方は、熱交換器１３を迂回するバイパス通路１５となっている。なお、切替弁１２は、主通路１４、バイパス通路１５のいずれに主冷媒を流すかを選択的に切り替えるように構成されている。
【００２１】
主通路１４、バイパス通路１５の合流後、主冷媒回路１は、空調装置３０に設けられたブロワー３１によって車室内へと送風される空気と主冷媒との間で熱交換を行う熱交換器３３を通る。そしてその後、電動ポンプ１０に戻るように、主冷媒回路１が形成されている。
【００２２】
一方、バッテリー冷媒回路３は、バッテリー２を収容するとともに、同バッテリー２を外部から断熱するバッテリー保温容器４の内部を通って形成されている。こうしたバッテリー冷媒回路３には、バッテリー冷媒を循環させる電動ポンプ２０が設けられている。そしてバッテリー冷媒回路３の電動ポンプ２０の下流には、ブロワー３１によって車室内へと送風される空気とバッテリー冷媒との間で熱交換を行う熱交換器３４が設けられている。またバッテリー冷媒回路３の熱交換器３４の下流には、主冷媒、バッテリー冷媒間で熱交換を行う上記の熱交換器１３と、バッテリー冷媒の温度を検出する冷媒温度センサー２１とが設けられている。
【００２３】
なお、こうした車両の熱管理システムは、電子制御ユニット５により制御されている。電子制御ユニット５は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、読込専用メモリー（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリー（ＲＡＭ）、入出力ポート（Ｉ／Ｏ）を備えている。ここでＣＰＵは、熱管理システムの制御に係る各種の演算処理を実施し、ＲＯＭは、制御用のプログラムやデータを記憶する。またＲＡＭは、ＣＰＵの演算結果やセンサーの検出結果等を一時的に記憶し、Ｉ／Ｏは、外部との信号の送受に係るインターフェイスとして機能する。
【００２４】
なお、本実施の形態の熱管理システムでは、両電動ポンプ１０，２０、切替弁１２、熱源１１、及びブロワー３１が電子制御ユニット５により制御されている。また電子制御ユニット５には、上記冷媒温度センサー２１や、空調装置３０の吸込空気の温度を検出する吸込温度センサー３５などの検出信号が入力されている。
【００２５】
さて、以上のように構成された本実施の形態では、熱を蓄えるためのヒートマスとしてバッテリー２を利用するようにしている。そしてバッテリー２に蓄えられた熱を車室内の空調に供するようにしている。具体的には、この車両では、外部からの電力供給によるバッテリー２の充電中に、バッテリー２への蓄熱を行い、車両の走行中に、車室内の空調のための蓄えた温熱又は冷熱の放熱を行うようにしている。
【００２６】
まず、こうした熱管理システムの蓄熱モード時の動作について説明する。このときの主冷媒回路１では、電動ポンプ１０及び熱源１１が作動され、主冷媒が熱源１１を通って循環されている。このときの熱源１１は、暖房が必要な冬季には、主冷媒を加熱し、冷房が必要な夏季には、主冷媒を冷却するようにしている。またこのときの切替弁１２は、熱交換器１３の設けられた主通路１４を通って主冷媒を流すように作動されている。
【００２７】
一方、このときのバッテリー冷媒回路３では、電動ポンプ２０が作動され、それによりバッテリー冷媒が循環されている。そのため、このときの熱交換器１３では、熱源１１により加熱／冷却された主冷媒と、バッテリー冷媒との間で熱交換が行われ、これによりバッテリー冷媒が加熱／冷却されるようになる。そしてその加熱／冷却されたバッテリー冷媒により、バッテリー２が加熱／冷却されるようになる。
【００２８】
ちなみに、このときの空調装置３０は、作動しておらず、ブロワー３１も停止されている。
続いて、こうした熱管理システムの放熱モード時の動作について説明する。このときの主冷媒回路１では、電動ポンプ１０及び熱源１１が作動され、熱源１１による主冷媒の加熱／冷却が行われる。またこのときの切替弁１２は、熱交換器１３を迂回するバイパス通路１５を通って主冷媒を流すように作動されている。したがって、このときには、熱交換器１３での主冷媒、バッテリー冷媒間の熱交換は行われないようになっている。また、このときの空調装置３０は作動され、ブロワー３１による空気の吸い込み、及び車室内への空気の送風が行われている。そのため、空調装置３０の熱交換器３３においては、熱源１１により加熱／冷却された主冷媒と空気との熱交換が行われ、熱源１１の熱を利用した車室内の空調が行われる。
【００２９】
一方、このときのバッテリー冷媒回路３では、電動ポンプ２０が作動され、それによりバッテリー冷媒が循環されている。そしてバッテリー冷媒は、空調装置３０の熱交換器３４を通って循環される。そのため、このときの熱交換器３４においては、バッテリー冷媒と空気との熱交換が行われ、バッテリー２に蓄えられた温熱／冷熱を利用した車室内の空調が行われる。
【００３０】
なお、バッテリー２への蓄熱のための冬季におけるバッテリー冷媒の加熱は、バッテリー冷媒の温度ＴＨＢが、バッテリー２を劣化から保護可能なバッテリー温度の上限値として設定された保護温度（例えば４０℃）以上となるまで行われる。またバッテリー２への蓄熱のための夏季におけるバッテリー冷媒の冷却は、バッテリー冷媒の温度ＴＨＢが、バッテリー２の充電性能を好適に確保可能なバッテリー温度の下限値として設定された下限温度（例えば１５℃）以下となるまで行われる。
【００３１】
一方、冬季における暖房のためのバッテリー冷媒の循環は、空調装置３０の吸込温度が十分に低く（例えば２５℃未満）、バッテリー２に蓄えられた温熱による車室内の暖房が十分に可能なときにのみ行われる。また夏季における冷房のためのバッテリー冷媒の循環は、空調装置３０の吸込温度が十分に高く（例えば２５℃以上）、バッテリー２に蓄えられた冷熱による車室内の冷房が十分に可能なときにのみ行われる。
【００３２】
図２は、こうした本実施の形態に採用される蓄熱モード時制御ルーチンのフローチャートを示している。本ルーチンの処理は、プラグインによる外部電力でのバッテリー２の充電時に電子制御ユニット５により実行されるものとなっている。
【００３３】
さて本ルーチンが開始されると、まずステップＳ１００において、熱源１１、及び２つの電動ポンプ１０，２０が作動され、主冷媒、及びバッテリー冷媒を媒介した熱源１１によるバッテリー２の加熱／冷却が開始される。なお、このときの熱源１１、及び２つの電動ポンプ１０，２０の作動は、冬季であれば、バッテリー冷媒の温度ＴＨＢが上記保護温度（ここでは４０℃）以上となるまで、夏季であれば、バッテリー冷媒の温度ＴＨＢが上記下限温度（ここでは１５℃）以下となるまで継続される。
【００３４】
そして冬季においてバッテリー冷媒の温度ＴＨＢが上記保護温度を超えるか、夏季においてバッテリー冷媒の温度ＴＨＢが上記下限温度を下回るかすると（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、ステップＳ１０２において、熱源１１及び両電動ポンプ１０，２０が停止され、これをもって今回の本ルーチンの処理が終了されるようになる。
【００３５】
一方、図３は、本実施の形態の採用する放熱モード時制御ルーチンのフローチャートを示している。本ルーチンの処理は、車両の走行時に電子制御ユニット５により実行されるものとなっている。
【００３６】
さて本ルーチンが開始されると、まずステップＳ２００において、両電動ポンプ１０，２０が作動され、主冷媒回路１及びバッテリー冷媒回路３での冷媒の循環が開始される。またブロワー３１の作動により車室内への送風が開始され、熱源１１の発生する温冷熱、及びバッテリー２に蓄えられた温冷熱による車室内の空調が開始される。
【００３７】
なお冬季におけるバッテリー２に蓄えられた温熱による車室内の暖房は、空調装置３０の空気の吸込温度がある程度（ここでは２５℃以上）まで上昇して、蓄熱による効果的な暖房が不能となるまで継続される。また夏季におけるバッテリー２に蓄えられた冷熱による車室内の冷房は、空調装置３０の空気の吸込温度がある程度（ここでは２５℃以下）まで下降して、蓄熱による効果的な冷房が不能となるまで継続される。
【００３８】
そして冬季において空調装置３０の吸込温度が２５℃以上となるか、夏季において空調装置３０の吸込温度が２５℃以下となるかすると（Ｓ２０１：ＮＯ）、ステップＳ２０２においてバッテリー冷媒回路３の電動ポンプ２０が停止され、バッテリー２の蓄熱による車室内の空調が停止され、これをもって今回の本ルーチンの処理が終了されるようになる。なお、これ以降の空調は、熱源１１の発生する温冷熱のみを利用して行われることになる。
【００３９】
ちなみに、こうした本実施の形態では、バッテリー冷媒回路３及び熱交換器３４により、「バッテリーに蓄えられた熱を車室内の空調に供する熱供給手段」が構成されている。また本実施の形態では、熱源１１、熱交換器１３等により、「保温容器に収容されたバッテリーを加熱又は冷却する手段」が構成されている。
【００４０】
以上説明した本実施の形態によれば、以下のような効果を奏することができる。
（１）本実施の形態では、熱を蓄えるためのヒートマスとしてバッテリー２を利用するとともに、そのバッテリーに蓄えられた熱を車室内の空調に供するようにしている。具体的には、バッテリー冷媒回路３及び熱交換器３４を設けることで、バッテリー２に蓄えられた熱を車室内の空調に供するようにしている。こうした本実施の形態では、バッテリー２に温熱或いは冷熱が蓄えられるようになる。そしてバッテリーに２蓄えられた熱が車室内の空調に利用されるようになる。こうした車両では、バッテリー２に熱を一時的に預けておくことで、熱を生成する時期と、その熱を空調に利用する時期とをずらすことができるようになる。そのため、空調の利用時ではなく、効率的な熱生成が可能な時期に空調用の熱を生成することができるようになる。また蓄熱に必要なヒートマスとしてバッテリー２を利用するため、蓄熱用に格別なヒートマスを設ける必要もない。したがって、本実施の形態によれば、熱をより効率的に利用することができるようになる。
【００４１】
（２）本実施の形態では、バッテリー２への蓄熱を、外部からの電力供給による該バッテリー２の充電中に実施するとともに、バッテリー２から空調への熱の供給を、車両の走行中に行うようにしている。そのため、走行中の車両の消費電力を増大せずとも車室内の空調を行うことができるようになり、空調利用時の車両の航続距離を延長することができるようになる。
【００４２】
（３）本実施の形態では、バッテリー２を収容するとともに、同バッテリー２を外部から断熱するバッテリー保温容器４と、そのバッテリー保温容器４に収容されたバッテリー２を加熱又は冷却する手段と、を備えるようにしている。具体的には、熱源１１、熱交換器１３等を設けることで、バッテリー保温容器４に収容されたバッテリー２を加熱／冷却可能としている。こうした本実施の形態の適用される車両では、熱を蓄えるヒートマスとしてバッテリー２を利用することができるようになる。そしてバッテリー２に熱を一時的に預けておくことで、熱を生成する時期と、その熱を利用する時期とをずらすことができるようになる。そのため、熱の使用時ではなく、効率的な熱生成が可能な時期に熱を生成することができるようになる。また蓄熱に必要なヒートマスとしてバッテリー２を利用するため、蓄熱用に格別なヒートマスを設ける必要もない。したがって、本実施の形態によれば、熱をより効率的に利用することができるようになる。
【００４３】
なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施の形態では、プラグインによるバッテリー２の充電中に、同バッテリー２への蓄熱を行うようにしていたが、それ以外の時期に蓄熱を行うようにしても良い。蓄熱に利用可能な余剰熱が存在する時期、或いはその熱を効率的に生成可能な時期にバッテリー２への蓄熱を行うようにすれば、熱の効率利用を図ることができる。
【００４４】
・上記実施の形態では、２つの冷媒回路を設けることで、バッテリー２への蓄熱と、バッテリー２に蓄えられた熱の空調装置３０への供給とを行うようにしていたが、別の形態でも同様の蓄熱及び熱供給を行うことができる。例えば単一の冷媒回路のみを備える熱管理システムでも、同様の蓄熱及び熱供給は実施可能である。これを実現するには、上記実施の形態の熱管理システムからバッテリー冷媒回路３を割愛するとともに、バッテリー２の周囲を通って冷媒を流す通路と、バッテリー２の周囲を迂回して冷媒を流す通路とを主冷媒回路１に追加する。そして切替弁を設けて、いずれの通路を通じて冷媒を流すかを切り替え可能とし、バッテリー２への蓄熱時及びその蓄熱の空調装置３０への供給時にバッテリー２の周囲を通って冷媒を流すこととすれば、上記実施の形態と同様の蓄熱及び熱供給を単一の冷媒回路で実現することができる。
【００４５】
・上記実施の形態では、バッテリー２に冷熱及び温熱を蓄え、その熱を車室内の冷房と暖房とに利用するようにしていたが、冷熱のみ、又は温熱のみをバッテリー２に蓄えて、蓄熱による車室内の冷房のみ、或いは蓄熱による車室内の暖房のみを行うようにしても良い。
【００４６】
・上記実施の形態では、バッテリー２に蓄えた熱を、車室内の空調に供するようにしていたが、その熱をそれ以外の用途に利用するようにしても良い。例えばバッテリー２に蓄えた熱で内燃機関や変速機の暖機を行うことが考えられる。
【００４７】
・上記実施の形態では、プラグイン方式の電気自動車又はハイブリッド車両に本発明の熱管理システム及び熱管理方法を適用した場合を説明したが、本発明は、それ以外の車両にも、上記実施の形態と同様或いはそれに順じた態様で適用することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１…主冷媒回路、２…バッテリー、３…バッテリー冷媒回路、４…バッテリー保温容器、５…電子制御ユニット、１０…電動ポンプ、１１…熱源、１２…切替弁、１３…熱交換器、１４…主通路、１５…バイパス通路、２０…電動ポンプ、２１…冷媒温度センサー、３０…空調装置、３１…ブロワー、３２…空気、３３…熱交換器、３４…熱交換器、３５…吸込温度センサー。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の熱管理システム及び熱管理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１には、蓄冷剤が収容された蓄冷部を、バッテリー収容用のケースに一体的に設けるとともに、車両走行中に走行風等を利用して蓄冷剤を冷却しておくことで、駐車中にその冷却された蓄冷剤でバッテリーを冷却するバッテリー冷却システムが提案されている。すなわち、このバッテリー冷却システムは、バッテリーのケースと一体に、冷熱を蓄えるためのヒートマスとなる蓄冷部を設けるとともに、車両走行中にその蓄冷部に蓄えた冷熱で駐車中のバッテリーの冷却を行うものとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１９３８３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで近年には、環境性能の向上を目的として、車両の電動化やハイブリッド化が進められている。電気自動車では、車室内の暖房等に利用可能な熱を供給する熱源としての内燃機関が搭載されておらず、またハイブリッド車両では、電動アシストが得られる分、内燃機関が小型化されている。そのため、電気自動車、ハイブリッド車では、利用可能な熱が内燃機関車よりも少なくなっており、熱の効率利用が必要となる。
【０００５】
その点、上記のようなバッテリー冷却システムは、駐車中のバッテリーの冷却には確かに有効ではあるものの、バッテリーからの放熱は、何らの利用もなされておらず、車両の熱利用効率の点で更なる改善の余地がある。
【０００６】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、熱をより効率的に利用可能な車両の熱管理システム及び熱管理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、車両の熱管理システムとしての請求項１に記載の発明は、熱を蓄えるためのヒートマスとしてバッテリーを利用するとともに、そのバッテリーに蓄えられた熱を車室内の空調に供する熱供給手段を備えるようにしている。
【０００８】
上記の如く構成された車両の熱管理システムでは、バッテリーに温熱或いは冷熱が蓄えられるようになる。そしてバッテリーに蓄えられた熱が車室内の空調に利用されるようになる。こうした車両では、バッテリーに熱を一時的に預けておくことで、熱を生成する時期と、その熱を空調に利用する時期とをずらすことができるようになる。そのため、空調の利用時ではなく、効率的な熱生成が可能な時期に空調用の熱を生成することができるようになる。また蓄熱に必要なヒートマスとしてバッテリーを利用するため、蓄熱用に格別なヒートマスを設ける必要もない。したがって、上記構成によれば、熱をより効率的に利用することができるようになる。
【０００９】
ところで近年には、外部からの電力供給でバッテリーの充電を行う、いわゆるプラグイン方式の電気自動車やハイブリッド車両が実用されている。バッテリーに蓄えられる熱の生成を電力で行う場合、その電力をバッテリーから得るのであれば、使用電力が増大して車両の航続距離が短くなってしまう。その点、請求項２に記載のように、バッテリーへの蓄熱を、外部からの電力供給による該バッテリーの充電中に実施するとともに、バッテリーから空調への熱の供給を、車両の走行中に行うようにすれば、走行中の車両の消費電力を増大せずとも車室内の空調を行うことができるようになる。したがって、請求項２に記載の発明によれば、空調利用時の車両の航続距離を延長することができるようになる。
【００１０】
ちなみに、プラグイン中のバッテリーへの蓄熱は、請求項３によるように、バッテリーの周囲を通って循環される冷媒を、外部から供給された電力を利用して加熱又は冷却する熱源を備えることで行うことが可能である。
【００１１】
上記課題を解決するため、車両の熱管理システムとしての請求項４に記載の発明は、バッテリーを収容するとともに、同バッテリーを外部から断熱する保温容器と、その保温容器に収容されたバッテリーを加熱又は冷却する手段と、を備えるようにしている。こうした車両では、熱を蓄えるヒートマスとしてバッテリーを利用することができるようになる。そしてバッテリーに熱を一時的に預けておくことで、熱を生成する時期と、その熱を利用する時期とをずらすことができるようになる。そのため、熱の使用時ではなく、効率的な熱生成が可能な時期に熱を生成することができるようになる。また蓄熱に必要なヒートマスとしてバッテリーを利用するため、蓄熱用に格別なヒートマスを設ける必要もない。したがって、上記構成によれば、熱をより効率的に利用することができるようになる。
【００１２】
なお請求項５によるように、バッテリーに蓄えられた熱を車室内の空調に供給する熱供給手段を備えるようにすれば、バッテリーに蓄えられた熱を車室内の空調に利用することができるようになる。
【００１３】
上記課題を解決するため、車両の熱管理方法としての請求項６に記載の発明は、熱を蓄えるためのヒートマスとしてバッテリーを利用するとともに、そのバッテリーに蓄えられた熱を車室内の空調に供するようにしている。
【００１４】
こうした熱管理方法によれば、空調の利用時ではなく、効率的な熱生成が可能な時期に空調用の熱を生成することができるようになる。また蓄熱に必要なヒートマスとしてバッテリーを利用するため、蓄熱用に格別なヒートマスを設ける必要もない。したがって、上記のような熱管理方法によれば、熱をより効率的に利用することができるようになる。
【００１５】
更に請求項７によるように、バッテリーへの蓄熱を、外部からの電力供給による該バッテリーの充電中に実施するとともに、バッテリーから空調への熱の供給を、車両の走行中に行うようにすれば、走行中の車両の消費電力を増大せずとも車室内の空調を行うことができるようになる。したがって、請求項７に記載の発明によれば、空調利用時の車両の航続距離を延長することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る車両の熱管理システムの構成を模式的に示す略図。
【図２】同実施形態に適用される蓄熱モード時制御ルーチンの処理手順を示すフローチャート。
【図３】同実施形態に適用される放熱モード時制御ルーチンの処理手順を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の車両の熱管理システム及び熱管理方法を具体化した一実施形態を、図１〜図３を参照して詳細に説明する。なお、本実施の形態の適用される車両は、外部からの電力供給でバッテリーの充電を実施可能なプラグイン方式の電気自動車又はハイブリッド車両として構成されている。
【００１８】
図１は、本実施の形態に係る車両の熱管理システムの全体構成を示している。同図に示すように、この熱管理システムは、２つの冷媒回路、すなわち空調用の主たる冷媒が循環される主冷媒回路１と、バッテリー２の加熱、冷却や同バッテリー２からの熱の取り出しのための冷媒が循環されるバッテリー冷媒回路３とを備えている。なお、以下では主冷媒回路１を循環する冷媒を主冷媒と記載し、バッテリー冷媒回路３を循環される冷媒をバッテリー冷媒と記載する。
【００１９】
同図に示すように、主冷媒回路１は、冷媒を循環させる電動ポンプ１０、その下流に設けられて冷媒を加熱又は冷却する熱源１１を備えている。なお、熱源１１としては、ヒートポンプやペルチェヒーター／クーラーなどを用いることができる。また暖房のみを行う場合には、熱源１１として電気ヒーターや燃焼式ヒーターを用いることもできる。
【００２０】
主冷媒回路１の熱源１１の下流側には、切替弁１２が設けられ、主冷媒回路１はその切替弁１２において２つの通路に分岐される。ここで分岐された通路の一方は、同通路の流れる主冷媒とバッテリー冷媒との間で熱交換を行う熱交換器１３の設けられた主通路１４となっており、もう一方は、熱交換器１３を迂回するバイパス通路１５となっている。なお、切替弁１２は、主通路１４、バイパス通路１５のいずれに主冷媒を流すかを選択的に切り替えるように構成されている。
【００２１】
主通路１４、バイパス通路１５の合流後、主冷媒回路１は、空調装置３０に設けられたブロワー３１によって車室内へと送風される空気と主冷媒との間で熱交換を行う熱交換器３３を通る。そしてその後、電動ポンプ１０に戻るように、主冷媒回路１が形成されている。
【００２２】
一方、バッテリー冷媒回路３は、バッテリー２を収容するとともに、同バッテリー２を外部から断熱するバッテリー保温容器４の内部を通って形成されている。こうしたバッテリー冷媒回路３には、バッテリー冷媒を循環させる電動ポンプ２０が設けられている。そしてバッテリー冷媒回路３の電動ポンプ２０の下流には、ブロワー３１によって車室内へと送風される空気とバッテリー冷媒との間で熱交換を行う熱交換器３４が設けられている。またバッテリー冷媒回路３の熱交換器３４の下流には、主冷媒、バッテリー冷媒間で熱交換を行う上記の熱交換器１３と、バッテリー冷媒の温度を検出する冷媒温度センサー２１とが設けられている。
【００２３】
なお、こうした車両の熱管理システムは、電子制御ユニット５により制御されている。電子制御ユニット５は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、読込専用メモリー（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリー（ＲＡＭ）、入出力ポート（Ｉ／Ｏ）を備えている。ここでＣＰＵは、熱管理システムの制御に係る各種の演算処理を実施し、ＲＯＭは、制御用のプログラムやデータを記憶する。またＲＡＭは、ＣＰＵの演算結果やセンサーの検出結果等を一時的に記憶し、Ｉ／Ｏは、外部との信号の送受に係るインターフェイスとして機能する。
【００２４】
なお、本実施の形態の熱管理システムでは、両電動ポンプ１０，２０、切替弁１２、熱源１１、及びブロワー３１が電子制御ユニット５により制御されている。また電子制御ユニット５には、上記冷媒温度センサー２１や、空調装置３０の吸込空気の温度を検出する吸込温度センサー３５などの検出信号が入力されている。
【００２５】
さて、以上のように構成された本実施の形態では、熱を蓄えるためのヒートマスとしてバッテリー２を利用するようにしている。そしてバッテリー２に蓄えられた熱を車室内の空調に供するようにしている。具体的には、この車両では、外部からの電力供給によるバッテリー２の充電中に、バッテリー２への蓄熱を行い、車両の走行中に、車室内の空調のための蓄えた温熱又は冷熱の放熱を行うようにしている。
【００２６】
まず、こうした熱管理システムの蓄熱モード時の動作について説明する。このときの主冷媒回路１では、電動ポンプ１０及び熱源１１が作動され、主冷媒が熱源１１を通って循環されている。このときの熱源１１は、暖房が必要な冬季には、主冷媒を加熱し、冷房が必要な夏季には、主冷媒を冷却するようにしている。またこのときの切替弁１２は、熱交換器１３の設けられた主通路１４を通って主冷媒を流すように作動されている。
【００２７】
一方、このときのバッテリー冷媒回路３では、電動ポンプ２０が作動され、それによりバッテリー冷媒が循環されている。そのため、このときの熱交換器１３では、熱源１１により加熱／冷却された主冷媒と、バッテリー冷媒との間で熱交換が行われ、これによりバッテリー冷媒が加熱／冷却されるようになる。そしてその加熱／冷却されたバッテリー冷媒により、バッテリー２が加熱／冷却されるようになる。
【００２８】
ちなみに、このときの空調装置３０は、作動しておらず、ブロワー３１も停止されている。
続いて、こうした熱管理システムの放熱モード時の動作について説明する。このときの主冷媒回路１では、電動ポンプ１０及び熱源１１が作動され、熱源１１による主冷媒の加熱／冷却が行われる。またこのときの切替弁１２は、熱交換器１３を迂回するバイパス通路１５を通って主冷媒を流すように作動されている。したがって、このときには、熱交換器１３での主冷媒、バッテリー冷媒間の熱交換は行われないようになっている。また、このときの空調装置３０は作動され、ブロワー３１による空気の吸い込み、及び車室内への空気の送風が行われている。そのため、空調装置３０の熱交換器３３においては、熱源１１により加熱／冷却された主冷媒と空気との熱交換が行われ、熱源１１の熱を利用した車室内の空調が行われる。
【００２９】
一方、このときのバッテリー冷媒回路３では、電動ポンプ２０が作動され、それによりバッテリー冷媒が循環されている。そしてバッテリー冷媒は、空調装置３０の熱交換器３４を通って循環される。そのため、このときの熱交換器３４においては、バッテリー冷媒と空気との熱交換が行われ、バッテリー２に蓄えられた温熱／冷熱を利用した車室内の空調が行われる。
【００３０】
なお、バッテリー２への蓄熱のための冬季におけるバッテリー冷媒の加熱は、バッテリー冷媒の温度ＴＨＢが、バッテリー２を劣化から保護可能なバッテリー温度の上限値として設定された保護温度（例えば４０℃）以上となるまで行われる。またバッテリー２への蓄熱のための夏季におけるバッテリー冷媒の冷却は、バッテリー冷媒の温度ＴＨＢが、バッテリー２の充電性能を好適に確保可能なバッテリー温度の下限値として設定された下限温度（例えば１５℃）以下となるまで行われる。
【００３１】
一方、冬季における暖房のためのバッテリー冷媒の循環は、空調装置３０の吸込温度が十分に低く（例えば２５℃未満）、バッテリー２に蓄えられた温熱による車室内の暖房が十分に可能なときにのみ行われる。また夏季における冷房のためのバッテリー冷媒の循環は、空調装置３０の吸込温度が十分に高く（例えば２５℃以上）、バッテリー２に蓄えられた冷熱による車室内の冷房が十分に可能なときにのみ行われる。
【００３２】
図２は、こうした本実施の形態に採用される蓄熱モード時制御ルーチンのフローチャートを示している。本ルーチンの処理は、プラグインによる外部電力でのバッテリー２の充電時に電子制御ユニット５により実行されるものとなっている。
【００３３】
さて本ルーチンが開始されると、まずステップＳ１００において、熱源１１、及び２つの電動ポンプ１０，２０が作動され、主冷媒、及びバッテリー冷媒を媒介した熱源１１によるバッテリー２の加熱／冷却が開始される。なお、このときの熱源１１、及び２つの電動ポンプ１０，２０の作動は、冬季であれば、バッテリー冷媒の温度ＴＨＢが上記保護温度（ここでは４０℃）以上となるまで、夏季であれば、バッテリー冷媒の温度ＴＨＢが上記下限温度（ここでは１５℃）以下となるまで継続される。
【００３４】
そして冬季においてバッテリー冷媒の温度ＴＨＢが上記保護温度を超えるか、夏季においてバッテリー冷媒の温度ＴＨＢが上記下限温度を下回るかすると（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、ステップＳ１０２において、熱源１１及び両電動ポンプ１０，２０が停止され、これをもって今回の本ルーチンの処理が終了されるようになる。
【００３５】
一方、図３は、本実施の形態の採用する放熱モード時制御ルーチンのフローチャートを示している。本ルーチンの処理は、車両の走行時に電子制御ユニット５により実行されるものとなっている。
【００３６】
さて本ルーチンが開始されると、まずステップＳ２００において、両電動ポンプ１０，２０が作動され、主冷媒回路１及びバッテリー冷媒回路３での冷媒の循環が開始される。またブロワー３１の作動により車室内への送風が開始され、熱源１１の発生する温冷熱、及びバッテリー２に蓄えられた温冷熱による車室内の空調が開始される。
【００３７】
なお冬季におけるバッテリー２に蓄えられた温熱による車室内の暖房は、空調装置３０の空気の吸込温度がある程度（ここでは２５℃以上）まで上昇して、蓄熱による効果的な暖房が不能となるまで継続される。また夏季におけるバッテリー２に蓄えられた冷熱による車室内の冷房は、空調装置３０の空気の吸込温度がある程度（ここでは２５℃以下）まで下降して、蓄熱による効果的な冷房が不能となるまで継続される。
【００３８】
そして冬季において空調装置３０の吸込温度が２５℃以上となるか、夏季において空調装置３０の吸込温度が２５℃以下となるかすると（Ｓ２０１：ＮＯ）、ステップＳ２０２においてバッテリー冷媒回路３の電動ポンプ２０が停止され、バッテリー２の蓄熱による車室内の空調が停止され、これをもって今回の本ルーチンの処理が終了されるようになる。なお、これ以降の空調は、熱源１１の発生する温冷熱のみを利用して行われることになる。
【００３９】
ちなみに、こうした本実施の形態では、バッテリー冷媒回路３及び熱交換器３４により、「バッテリーに蓄えられた熱を車室内の空調に供する熱供給手段」が構成されている。また本実施の形態では、熱源１１、熱交換器１３等により、「保温容器に収容されたバッテリーを加熱又は冷却する手段」が構成されている。
【００４０】
以上説明した本実施の形態によれば、以下のような効果を奏することができる。
（１）本実施の形態では、熱を蓄えるためのヒートマスとしてバッテリー２を利用するとともに、そのバッテリーに蓄えられた熱を車室内の空調に供するようにしている。具体的には、バッテリー冷媒回路３及び熱交換器３４を設けることで、バッテリー２に蓄えられた熱を車室内の空調に供するようにしている。こうした本実施の形態では、バッテリー２に温熱或いは冷熱が蓄えられるようになる。そしてバッテリーに２蓄えられた熱が車室内の空調に利用されるようになる。こうした車両では、バッテリー２に熱を一時的に預けておくことで、熱を生成する時期と、その熱を空調に利用する時期とをずらすことができるようになる。そのため、空調の利用時ではなく、効率的な熱生成が可能な時期に空調用の熱を生成することができるようになる。また蓄熱に必要なヒートマスとしてバッテリー２を利用するため、蓄熱用に格別なヒートマスを設ける必要もない。したがって、本実施の形態によれば、熱をより効率的に利用することができるようになる。
【００４１】
（２）本実施の形態では、バッテリー２への蓄熱を、外部からの電力供給による該バッテリー２の充電中に実施するとともに、バッテリー２から空調への熱の供給を、車両の走行中に行うようにしている。そのため、走行中の車両の消費電力を増大せずとも車室内の空調を行うことができるようになり、空調利用時の車両の航続距離を延長することができるようになる。
【００４２】
（３）本実施の形態では、バッテリー２を収容するとともに、同バッテリー２を外部から断熱するバッテリー保温容器４と、そのバッテリー保温容器４に収容されたバッテリー２を加熱又は冷却する手段と、を備えるようにしている。具体的には、熱源１１、熱交換器１３等を設けることで、バッテリー保温容器４に収容されたバッテリー２を加熱／冷却可能としている。こうした本実施の形態の適用される車両では、熱を蓄えるヒートマスとしてバッテリー２を利用することができるようになる。そしてバッテリー２に熱を一時的に預けておくことで、熱を生成する時期と、その熱を利用する時期とをずらすことができるようになる。そのため、熱の使用時ではなく、効率的な熱生成が可能な時期に熱を生成することができるようになる。また蓄熱に必要なヒートマスとしてバッテリー２を利用するため、蓄熱用に格別なヒートマスを設ける必要もない。したがって、本実施の形態によれば、熱をより効率的に利用することができるようになる。
【００４３】
なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施の形態では、プラグインによるバッテリー２の充電中に、同バッテリー２への蓄熱を行うようにしていたが、それ以外の時期に蓄熱を行うようにしても良い。蓄熱に利用可能な余剰熱が存在する時期、或いはその熱を効率的に生成可能な時期にバッテリー２への蓄熱を行うようにすれば、熱の効率利用を図ることができる。
【００４４】
・上記実施の形態では、２つの冷媒回路を設けることで、バッテリー２への蓄熱と、バッテリー２に蓄えられた熱の空調装置３０への供給とを行うようにしていたが、別の形態でも同様の蓄熱及び熱供給を行うことができる。例えば単一の冷媒回路のみを備える熱管理システムでも、同様の蓄熱及び熱供給は実施可能である。これを実現するには、上記実施の形態の熱管理システムからバッテリー冷媒回路３を割愛するとともに、バッテリー２の周囲を通って冷媒を流す通路と、バッテリー２の周囲を迂回して冷媒を流す通路とを主冷媒回路１に追加する。そして切替弁を設けて、いずれの通路を通じて冷媒を流すかを切り替え可能とし、バッテリー２への蓄熱時及びその蓄熱の空調装置３０への供給時にバッテリー２の周囲を通って冷媒を流すこととすれば、上記実施の形態と同様の蓄熱及び熱供給を単一の冷媒回路で実現することができる。
【００４５】
・上記実施の形態では、バッテリー２に冷熱及び温熱を蓄え、その熱を車室内の冷房と暖房とに利用するようにしていたが、冷熱のみ、又は温熱のみをバッテリー２に蓄えて、蓄熱による車室内の冷房のみ、或いは蓄熱による車室内の暖房のみを行うようにしても良い。
【００４６】
・上記実施の形態では、バッテリー２に蓄えた熱を、車室内の空調に供するようにしていたが、その熱をそれ以外の用途に利用するようにしても良い。例えばバッテリー２に蓄えた熱で内燃機関や変速機の暖機を行うことが考えられる。
【００４７】
・上記実施の形態では、プラグイン方式の電気自動車又はハイブリッド車両に本発明の熱管理システム及び熱管理方法を適用した場合を説明したが、本発明は、それ以外の車両にも、上記実施の形態と同様或いはそれに順じた態様で適用することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１…主冷媒回路、２…バッテリー、３…バッテリー冷媒回路、４…バッテリー保温容器、５…電子制御ユニット、１０…電動ポンプ、１１…熱源、１２…切替弁、１３…熱交換器、１４…主通路、１５…バイパス通路、２０…電動ポンプ、２１…冷媒温度センサー、３０…空調装置、３１…ブロワー、３２…空気、３３…熱交換器、３４…熱交換器、３５…吸込温度センサー。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱を蓄えるためのヒートマスとしてバッテリーを利用するとともに、前記バッテリーに蓄えられた熱を車室内の空調に供する熱供給手段を備える
ことを特徴とする車両の熱管理システム。
【請求項２】
前記車両は、外部からの電力供給で前記バッテリーの充電を実施可能に構成され、
前記バッテリーへの蓄熱を、外部からの電力供給による該バッテリーの充電中に実施するとともに、前記バッテリーから空調への熱の供給を、前記車両の走行中に行うようにした
ことを特徴とする請求項１に記載の車両の熱管理システム。
【請求項３】
前記バッテリーの周囲を通って循環される冷媒を、外部から供給された電力を利用して加熱又は冷却する熱源を備える
請求項２に記載の車両の熱管理システム。
【請求項４】
バッテリーを収容するとともに、同バッテリーを外部から断熱する保温容器と、
その保温容器に収容されたバッテリーを加熱又は冷却する手段と、
を備えることを特徴とする車両の熱管理システム。
【請求項５】
前記バッテリーに蓄えられた熱を車室内の空調に供給する熱供給手段を備える
請求項４に記載の車両の熱管理システム。
【請求項６】
熱を蓄えるためのヒートマスとしてバッテリーを利用するとともに、前記バッテリーに蓄えられた熱を車室内の空調に供するようにした
ことを特徴とする車両の熱管理方法。
【請求項７】
外部からの電力供給で前記バッテリーの充電を実施可能に構成された車両にあって、
外部からの電力供給による前記バッテリーの充電中に同バッテリーへの蓄熱を行うとともに、前記車両の走行中に前記バッテリーから空調への熱の供給を行うようにした
ことを特徴とする請求項６に記載の車両の熱管理方法。
【請求項１】
熱を蓄えるためのヒートマスとしてバッテリーを利用するとともに、前記バッテリーに蓄えられた熱を車室内の空調に供する熱供給手段を備える
ことを特徴とする車両の熱管理システム。
【請求項２】
前記車両は、外部からの電力供給で前記バッテリーの充電を実施可能に構成され、
前記バッテリーへの蓄熱を、外部からの電力供給による該バッテリーの充電中に実施するとともに、前記バッテリーから空調への熱の供給を、前記車両の走行中に行うようにした
ことを特徴とする請求項１に記載の車両の熱管理システム。
【請求項３】
前記バッテリーの周囲を通って循環される冷媒を、外部から供給された電力を利用して加熱又は冷却する熱源を備える
請求項２に記載の車両の熱管理システム。
【請求項４】
バッテリーを収容するとともに、同バッテリーを外部から断熱する保温容器と、
その保温容器に収容されたバッテリーを加熱又は冷却する手段と、
を備えることを特徴とする車両の熱管理システム。
【請求項５】
前記バッテリーに蓄えられた熱を車室内の空調に供給する熱供給手段を備える
請求項４に記載の車両の熱管理システム。
【請求項６】
熱を蓄えるためのヒートマスとしてバッテリーを利用するとともに、前記バッテリーに蓄えられた熱を車室内の空調に供するようにした
ことを特徴とする車両の熱管理方法。
【請求項７】
外部からの電力供給で前記バッテリーの充電を実施可能に構成された車両にあって、
外部からの電力供給による前記バッテリーの充電中に同バッテリーへの蓄熱を行うとともに、前記車両の走行中に前記バッテリーから空調への熱の供給を行うようにした
ことを特徴とする請求項６に記載の車両の熱管理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−２３０６４８（Ｐ２０１１−２３０６４８Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０２４６８（Ｐ２０１０−１０２４６８）
【出願日】平成２２年４月２７日（２０１０．４．２７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月２７日（２０１０．４．２７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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