JP2020185908A - 電動車両の温調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】始動時に潤滑油を適切に加熱でき、電動車両の航続距離を延ばすことのできる電動車両の温調装置を提供する。【解決手段】走行モータの動力を伝動機構を介して駆動輪に伝達する電動車両に搭載される電動車両の温調装置である。温調装置は、ラジエータを含み、伝動機構と熱交換可能な冷却液が流れる冷却液回路と、ラジエータの後方に隣接する室外熱交換器を含み、乗員室を冷房可能な冷媒回路と、ラジエータ及び室外熱交換器に空気を流すファンと、冷却液回路、冷媒回路及びファンを制御する制御部とを備え、制御部は、電動車両の始動時に、電動車両の予め定められた箇所で計測された温度が第１条件を満たす場合（ステップＳ３のＹＥＳ）に、冷却液回路及び冷媒回路を駆動し（ステップＳ４、Ｓ５）、かつ、ファンを逆回転に駆動してファンから前方に空気を送る（ステップＳ１７、Ｓ１８）。【選択図】図５

Description

本発明は、走行モータの動力を伝動機構を介して駆動輪に伝達する電動車両に搭載される電動車両の温調装置に関する。

ＥＶ（Electric Vehicle））、ＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）などの電動車両においても、走行モータの動力を駆動輪に伝達する伝動機構が設けられる。伝動機構は、例えばトランスミッション及びデファレンシャルギヤなどであり、その内部には機構をスムースに動かす潤滑油が含まれる。低温での電動車両の始動時には、潤滑油の粘性抵抗が大きく、伝動機構の損失が大きくなる。

特許文献１には、内燃機関を搭載しない電気自動車において、変速機に用いられる潤滑油を走行モータの排熱を利用して温める技術が示されている。

特開２０１１−０２７２４６号公報

電動車両の始動時、走行モータの駆動により走行を開始する場合、内燃機関を駆動する場合と比較して、大きな排熱が得られない。したがって、排熱を用いたのでは、伝動機構の潤滑油を速やかに温めることはできず、潤滑油の粘性抵抗が高いまま走行が開始されることになる。この場合、粘性抵抗により走行損失が増加し、電動車両の航続距離が減る。一方、電動車両では、電動ヒータを用いて潤滑油を温める構成を採用できる。しかし、闇雲にバッテリの電力を用いて暖機を行うと、バッテリの電力が減る分、電動車両の航続距離が減るという課題が生じる。

本発明は、始動時に伝動機構の潤滑油を適切に加熱でき、電動車両の航続距離を延ばすことのできる電動車両の温調装置を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、
走行モータの動力を伝動機構を介して駆動輪に伝達する電動車両に搭載される電動車両の温調装置であって、
ラジエータを含み、前記伝動機構と熱交換可能な冷却液が流れる冷却液回路と、
前記ラジエータの後方に隣接する室外熱交換器を含み、乗員室を冷房可能な冷媒回路と、
前記ラジエータ及び前記室外熱交換器に空気を流すファンと、
前記冷却液回路、前記冷媒回路及び前記ファンを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記電動車両の始動時に、前記電動車両の予め定められた箇所で計測された温度が第１条件を満たす場合に、前記冷却液回路及び前記冷媒回路を駆動し、かつ、前記ファンを逆回転に駆動して前記ファンから前方に空気を送ることを特徴とする電動車両の温調装置である。

請求項２に係る発明は、請求項１記載の電動車両の温調装置において、
前記制御部は、前記電動車両の車速が車速閾値以上となったら、前記ファンの逆回転の駆動を停止することを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載の電動車両の温調装置において、
前記電動車両の予め定められた箇所で計測された温度には、外気温、前記伝動機構の潤滑油の温度、又は、これら両方が含まれることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電動車両の温調装置において、
ヒータと、前記ヒータの熱を前記冷媒回路の冷媒へ移す第１熱交換器と、を更に備え、
前記制御部は、前記電動車両の始動時に前記温度が前記第１条件よりも低い第２条件を満たす場合に、更に前記ヒータを駆動することを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電動車両の温調装置において、
前記冷却液回路は、前記走行モータを駆動するインバータ回路、走行用の電力を蓄積するバッテリから電圧を受けて他の電圧を生成するＤＣ／ＤＣコンバータ、並びに、前記バッテリへ充電電力を送る車載充電器のいずれか一つ又は複数と熱交換可能に冷却液を流すことを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の電動車両の温調装置において、
前記冷媒回路は、走行用の電力を蓄積するバッテリの熱を冷媒へ移すことが可能な第２熱交換器を更に含むことを特徴とする。

請求項７に係る発明は、請求項４又は請求項６に記載の電動車両の温調装置において、
前記冷媒回路は、前記室外熱交換器と前記第１熱交換器又は前記第２熱交換器との間に配置された電子膨張弁を更に含むことを特徴とする。

本発明によれば、電動車両の始動時に、制御部が、温度条件に基づいて、冷却液回路及び冷媒回路を駆動し、かつファンを逆回転に駆動する。これにより、暖機をした方が航続距離を延ばせるような温度条件のときに、冷媒回路のヒートポンプ作用による排出熱を冷却液へ移し、伝動機構を暖機できる。暖機により、潤滑油の粘性抵抗が低下し、伝動機構の走行損失を低減できる。さらに、冷媒回路のヒートポンプ作用により室外熱交換器からは冷媒回路の駆動電力以上の熱量が得られるので、高い効率で伝動機構を暖機できる。したがって、駆動系の排熱又は自己発熱で暖機される場合と比較して、少ない電力で伝動機構の走行損失が低減され、その結果、総合的な電動車両の航続距離を延ばすことができる。また、室外熱交換器がラジエータの後方に隣接する構成により、通常走行時の駆動系の冷却作用を阻害することなく、かつ、新たな部品の追加を抑制しつつ、ファンの逆回転駆動により室外熱交換器からラジエータへの暖機時の熱の移動を実現できる。

本発明の実施形態の電動車両の温調装置を示すブロック図である。 伝動機構の潤滑油の温度と粘性抵抗との関係を示すグラフである。 ファンの駆動量と車速と風速との関係を示すグラフである。 ファンの制御パラメータと回転速度との関係を示すグラフである。 制御部が実行する電動車両の始動時処理を示すフローチャートである。 ファンを制御する第１制御マップ（Ａ）及び第２制御マップ（Ｂ）を示すグラフである。 実施形態と比較例１、２との差を説明するタイムチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態の電動車両の温調装置を示すブロック図である。

本実施形態の温調装置１が搭載される電動車両は、走行モータ（リアモータ２及びフロントモータ３）及びバッテリ１１を有する一方、内燃機関を有さないＥＶである。なお、電動車両は、内燃機関を有し、始動時に内燃機関を使用しないＨＥＶ等であってもよい。電動車両は、走行モータ及び走行用の電力（走行モータを駆動する電力）を蓄積するバッテリ１１に加えて、走行モータを駆動するインバータ回路（リアインバータ５、フロントインバータ６）と、走行モータの動力を駆動輪に伝達する伝動機構７、８とを備える。伝動機構７は、リアモータ２から駆動輪（後輪）までの動力伝達経路に設けられるトランスミッション、及び、ディファレンシャルギヤなどを含む。伝動機構８は、フロントモータ３から駆動輪（前輪）までの動力伝達経路に設けられるトランスミッション、及び、ディファレンシャルギヤなどを含む。さらに、電動車両は、バッテリ１１の電力を用いて他の電源電圧（例えば１２Ｖ）を生成するＤＣ／ＤＣコンバータ１３と、例えば車外から電力を取り込んでバッテリ１１へ充電電力を送る車載充電器１４と、温調装置１とを備える。

温調装置１は、駆動系の温調を行う冷却液回路ＣＬ１と、バッテリ１１の温調を行う冷却液回路ＣＬ２と、乗員室の温調を行う冷却液回路ＣＬ３と、乗員室の冷房及び除湿が可能な冷媒回路ＣＬ４とを備える。さらに、温調装置１は、冷媒回路ＣＬ４の室外熱交換器５４と冷却液回路ＣＬ１のラジエータ２１とに送風可能なファン７１と、各部を制御する制御部８０とを備える。

冷却液回路ＣＬ１は、駆動系の構成（リアモータ２、フロントモータ３、リアインバータ５、フロントインバータ６、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３、車載充電器１４及び伝動機構７、８）と、冷却液との間で熱交換可能に冷却液を流す液通路Ｌ１、Ｌ２を備える。さらに、冷却液回路ＣＬ１は、周囲空気と冷却液との間で熱を交換するラジエータ２１と、冷却液を圧送するポンプ２２と、冷却液の体積の増減を緩衝するタンク２３とを有する。ラジエータ２１は、電動車両の前部に配置される。電動車両の通常の走行時、ポンプ２２が駆動することで、液通路Ｌ１、Ｌ２とラジエータ２１との間を冷却液が循環し、駆動系の構成の熱を空気中に排出し、駆動系の構成を冷却することができる。ポンプ２２の駆動は、電動の構成であっても、車輪を回転する動力の一部が伝達されることで駆動される構成であってもよい。

冷却液回路ＣＬ２は、バッテリ１１の周囲に熱交換可能に冷却液を流す液通路Ｌ３と、ポンプ３１と、冷却液と冷媒との間で熱を交換する熱交換器３２Ａと、冷却液の通路を切り替え可能な制御弁（三方弁等）３４、３５と、を備える。冷却液回路ＣＬ２によれば、例えばバッテリ１１の発熱時にポンプ３１が駆動されることで、液通路Ｌ３と熱交換器３２Ａとの間で冷却液が循環し、冷却液から冷媒へ熱が送られることで、バッテリ１１を冷却することができる。

冷却液回路ＣＬ３は、電動で発熱するヒータ４１と、ポンプ４２と、乗員室に空気を送る風路４９内の空気へ冷却液の熱を移すヒータコア４３と、冷却液と冷媒との間で熱を交換する熱交換器４４Ａと、冷却液の通路を切り替える制御弁（三方弁等）４６と、冷却液回路ＣＬ２との間で、冷却液を循環させる介在通路Ｌ５、Ｌ６とを備える。乗員室の暖房時など、ヒータ４１とポンプ４２とが駆動され、ヒータ４１、ヒータコア４３及び熱交換器４４Ａに冷却液が循環することで、ヒータ４１の熱で風路４９内の空気を暖めたり、冷媒の熱で風路４９内の空気を暖めたりするこができる。また、冷却液の温度を上げることで、ヒータ４１の熱を冷媒回路ＣＬ４の冷媒へ送ることもできる。

さらに、冷却液回路ＣＬ２及び冷却液回路ＣＬ３においては、制御弁４６、３４、３５の切替えにより、介在通路Ｌ５、Ｌ６に冷却液を流すことで、ヒータ４１、ヒータコア４３及び熱交換器４４Ａ及びバッテリ１１の液通路Ｌ３の間で冷却液を循環できる。これにより、ヒータ４１を駆動しなくても、バッテリ１１が温まっている場合には、バッテリ１１の熱で風路４９内の空気を温め、かつ、バッテリ１１の熱を冷媒回路ＣＬ４の冷媒へ送ることもできる。

冷媒回路ＣＬ４は、コンプレッサ５１、ヒータコア４３に流れる冷却液と熱を交換する熱交換器４４Ｂ、電子膨張弁５３、室外熱交換器５４、制御弁（開閉弁）５５、電子膨張弁５７、エバポレータ５８、制御弁（開閉弁）５６、電子膨張弁５９、バッテリ１１の液通路Ｌ３に流れる冷却液と熱を交換する熱交換器３２Ｂ及びアキュムレータ６１を備える。

コンプレッサ５１は、低温低圧の気相の冷媒を高温高圧の気相の冷媒に圧縮する。コンプレッサ５１は、バッテリ１１の電力で駆動できる電動機器であるが、走行モータ（２、３）の動力の一部を用いて駆動される構成としてもよい。

熱交換器４４Ｂは、熱交換器４４Ａと一体化され、高温高圧の気相の冷媒と、ヒータコア４３を通る高温の冷却液との間で熱を交換する。冷媒が通る熱交換器４４Ｂは、熱を排出するコンデンサの機能と高温高圧の気相の冷媒をさらに加熱する機能とに切り替え可能である。これらの機能は、熱交換器４４Ａに通す冷却液の温度及び冷却液の流量とにより切り替えられる。熱交換器４４Ａ、４４Ｂは、本発明に係る第１熱交換器の一例に相当する。

室外熱交換器５４は、電動車両の前部において、ラジエータ２１の後方に隣接して配置される。室外熱交換器５４は、コンデンサ又はエバポレータとして機能する。これらの機能は室外熱交換器５４へ送られる冷媒の温度及び圧力により切り替えられる。電子膨張弁５３は、室外熱交換器５４の上流に配置され、液相の冷媒が通過する場合に、霧状に膨張させる冷媒量を調整し、室外熱交換器５４へ送る。これにより、室外熱交換器５４において液相から気相へ遷移する冷媒量を調整できる。前段の熱交換器４４Ｂで冷媒が冷却されない場合には、室外熱交換器５４は、コンデンサとして機能し、高温高圧の冷媒から熱を周囲空気に排出する。

制御弁５５、５６は、制御部８０により開閉制御され、冷媒が流れる通路を、風路４９内のエバポレータ５８に導く冷媒通路Ｌ１１と、バッテリ温調用の冷媒通路Ｌ１２と、これらを介さない冷媒通路とのいずれかに切り替える。

エバポレータ５８は、乗員室に空気を送る風路４９内の空気を冷却する。電子膨張弁５７は冷媒の圧力を調整し、エバポレータ５８に霧状に膨張させた低温低圧の液相の冷媒を送る。エバポレータ５８において、空気から冷媒へ熱が移ることで、低温低圧の液相の冷媒が低温低圧の気相の冷媒に遷移する。アキュムレータ６１は、コンプレッサ５１の上流で冷媒を貯留し、気相の冷媒をコンプレッサに供給する。

熱交換器３２Ｂは、熱交換器３２Ａと一体化され、低温低圧の冷媒とバッテリ１１の液通路Ｌ３を通る冷却液との間で熱を交換する。冷媒が通る熱交換器３２Ｂは、冷却液を冷やすエバポレータとして機能する。電子膨張弁５９は、冷媒の圧力を調整し、熱交換器３２Ｂに霧状に膨張させた冷媒を送る。熱交換器３２Ｂにおいて、冷却液から冷媒へ熱が移ることで、低温低圧の液相の冷媒が低温低圧の気相の冷媒に遷移する。熱交換器３２Ａ、３２Ｂは、本発明に係る第２熱交換器の一例に相当する。

冷媒回路ＣＬ４において、制御弁５５を閉、制御弁５６を開とすることで、冷媒をコンプレッサ５１、熱交換器４４Ｂ、室外熱交換器５４及びアキュムレータ６１の順で循環させることができる。この場合、電子膨張弁５３の調整により、熱交換器４４Ｂがコンデンサ、室外熱交換器５４がエバポレータとして機能し、外気から熱を取り込んで、冷却液回路ＣＬ２、ＣＬ３の冷却液を加熱することができる。

冷媒回路ＣＬ４において、制御弁５５を開、制御弁５６を閉とすることで、冷媒を冷媒通路Ｌ１１へ流すことができる。この場合、電子膨張弁５３、５７の調整により、室外熱交換器５４がコンデンサとして機能し、エバポレータ５８を介して乗員室に送られる空気から熱を取り込んで、室外熱交換器５４から熱を排出することができる。これにより乗員室の冷房又は除湿を実現できる。

冷媒回路ＣＬ４において、制御弁５５を閉、制御弁５６を閉とすることで、冷媒を冷媒通路Ｌ１２へ流すことができる。この場合、電子膨張弁５３、５９の調整により、室外熱交換器５４がコンデンサ、熱交換器３２Ｂがエバポレータとして機能し、熱交換器３２Ｂを介して冷却液回路ＣＬ２の冷却液から熱を取り込み、室外熱交換器５４から熱を排出することができる。室外熱交換器５４から熱を排出しているときに、室外熱交換器５４からラジエータ２１の方へ空気が送られることで、ラジエータ２１を介して冷却液回路ＣＬ１の冷却液を加熱することができる。

制御部８０は、冷却液回路ＣＬ１〜ＣＬ３及び冷媒回路ＣＬ４の各駆動制御、冷媒の経路及び冷却液の経路を選択する制御、電子膨張弁５３、５７、５９の調整制御、並びに、ファン７１の駆動制御を行う。制御部８０は、１つのＥＣＵ（Electronic Control Unit）から構成されてもよいし、通信により連携して動作する複数のＥＣＵから構成されてもよい。

図２は、伝動機構の潤滑油の温度と粘性抵抗との関係を示すグラフである。伝動機構７、８の潤滑油は、温度が低くなると粘性抵抗が増加する。このため、潤滑油の温度には、小さい損失で通常の運転を行うことのできる標準温度η（例えば５０℃）と、ヒートポンプを利用して加熱することで走行損失を減らして総合的な航続距離を延ばすことのできる温度閾値β（例えば２５℃）と、ヒータ４１を利用して加熱しても走行損失を減らして総合的な航続距離を延ばすことのできる温度閾値δ（例えば１５℃）とを設定できる。

図３は、ファンの駆動量、車速及び風速の関係を示すグラフである。図４は、ファンの制御パラメータと回転速度との関係を示すグラフである。

ファン７１は、例えばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御により回転速度可変に駆動される。回転速度及び回転方向は、制御パラメータ（例えばＰＷＭパルスのデューティ）により制御できる。

電動車両が停止し、風もないとき、ファン７１を正回転に駆動することでラジエータ２１から室外熱交換器５４の向きに回転速度に応じて送風速度を変えて空気を流すことができる。逆に、ファン７１を逆回転に駆動することで室外熱交換器５４からラジエータ２１の向きに（前方に）回転速度に応じて送風速度を変えて空気を流すことができる。逆回転の駆動による送風は、電動車両の走行に対して押し風となり、電動車両の走行時に走行抵抗を与える。

図３に示すように、電動車両が走行すると、走行風（周囲の空気が電動車両の走行により相対的に流れる風）の影響で、ラジエータ２１及び室外熱交換器５４に流れる空気の送風速度が変化する。走行風は、ファン７１の逆回転の駆動に対抗する向きに流れるので、或る車速において走行風と逆回転駆動されたファン７１の送風とが均衡する。均衡とは、ラジエータ２１及び室外熱交換器５４に空気が流れない状態を意味する。図３に示すように、例えば、ファン７１を５０％の回転速度で逆回転した場合、車速ａのときにラジエータ２１及び室外熱交換器５４に流れる空気の送風速度がゼロとなり、ファン７１を１００％の回転速度で逆回転した場合、車速ｂのときにラジエータ２１及び室外熱交換器５４に流れる空気の送風速度がゼロになる。

さらに、電動車両の停止中に外気の流れ（風）がある場合には、この外気の流れも走行風と同様にラジエータ２１及び室外熱交換器５４に流れる空気の送風速度に影響する。

＜始動時処理＞
図５は、制御部が実行する電動車両の始動時処理を示すフローチャートである。

電動車両の始動時、伝動機構７、８が冷えていると、潤滑油の粘性抵抗により走行損失が生じ、暖機されている場合と比較して、電動車両の航続距離が減る。一方、潤滑油を闇雲に加熱したのでは、加熱に使用した電力により、走行に使用できる電力量が減り、電動車両の航続距離が減る。温調装置１の制御部８０は、続いて説明する始動処理によって、走行損失の低減による航続距離の増加分と暖機の電力消費による航続距離の減少分とを合わせた総合的な航続距離が長くなるように、所定の条件を満たしている場合に、条件に適した暖機処理を行う。

始動処理は、電動車両のシステム起動時、あるいは、システム起動後の走行開始に伴って開始される。始動処理が開始されると、先ず、制御部８０は、温調装置１の制御パラメータを初期化する（ステップＳ１）。制御パラメータのうち、駆動系暖気フラグは、通常暖機モードにより総合的な航続距離を延ばすことのできる温度状態か否かを示す制御フラグである。極低温フラグは、緊急暖機モードにより総合的な航続距離を延ばすことのできる温度状態か否かを示す制御フラグである。冷媒回路動作要求フラグは、暖機用に冷媒回路ＣＬ４を駆動するか否かを示す制御フラグである。ヒータ動作要求フラグは、暖機用にヒータ４１の駆動を併用するか否かを示す制御フラグである。

次に、制御部８０は、各センサにより計測された現在の電動車両の車速、外気温、伝動機構７、８の潤滑油の温度、冷媒の温度、並びに、外気風速を示すデータを、随時、取り込み、随時、値が更新されるようにデータ変数を設定する入力設定処理を行う（ステップＳ２）。以下のステップにおいて、制御部８０は、このデータ変数を使用することで、その時点で最新の車速、外気温、潤滑油の温度、冷媒の温度及び外気風速の値を得ることができる。冷媒の温度は、例えば室外熱交換器５４の前段部における温度が採用されるが、他の部位の温度が採用されてもよい。

初期化及び入力設定処理が完了したら、まず、制御部８０は、電動車両の予め定められた箇所の温度が第１条件を満たすか否かを判定する（ステップＳ３）。第１条件とは、冷媒回路ＣＬ４の駆動により総合的な航続距離を延ばすことのできる温度条件を意味する。具体的には、ステップＳ３において、制御部８０は、外気温が第１外気温閾値α［℃］よりも低いか、あるいは、潤滑油の温度が第１潤滑油温閾値β［℃］よりも低いか判別する（ステップＳ３）。なお、第１条件は、上記の例に限られない。第１条件としては、電動車両の様々な箇所の温度パラメータを用いて、冷媒回路ＣＬ４の駆動による伝動機構７、８の暖機によって総合的な航続距離を延ばすことのできる温度条件が適宜設定されればよい。

ステップＳ３の判別の結果、第１条件を満たす場合（ステップＳ３のＹＥＳ）には、制御部８０は、駆動系暖機フラグの値を“１”にセットし、冷媒回路動作要求フラグの値を“１”にセットする（ステップＳ４、Ｓ５）。そして、これらのフラグに基づき、制御部８０は、通常暖機モードへ移行し、冷媒回路ＣＬ４を駆動する。

通常暖機モードにおいては、暖機用途でのヒータ４１の駆動を行わず（乗員室の暖房要求に基づきヒータ４１が駆動されてもよい）、室外熱交換器５４をコンデンサとし、エバポレータ５８又は熱交換器３２Ｂをエバポレータとして、ヒートポンプ動作が行われるように冷媒回路ＣＬ４が駆動される。ここで、電動車両の始動時の直前までバッテリ１１が充電され、バッテリ１１の温度が上昇している場合には、制御部８０は、冷媒通路Ｌ１２に冷媒を流しかつ冷却液回路ＣＬ２に冷却液を流し、バッテリ１１の熱を熱交換器３２Ａ、３２Ｂを介して冷媒に移すようにしてもよい。通常暖機モードによる、冷媒回路ＣＬ４の駆動により、コンプレッサ５１の駆動電力、その他、電子膨張弁５３、５７、５９の電力などの制御用の電力が消費されるが、これらの電力以上の熱を室外熱交換器５４から排出することができる。

さらに、温調装置１の制御部８０は、電動車両のシステム動作中、常時、ポンプ２２を駆動する。これにより、冷却液回路ＣＬ１に冷却液が流れ、冷却液の温度よりもラジエータ２１の周囲温度が低ければ、ラジエータ２１を介して冷却液から熱が排出される。逆に、冷却液の温度よりもラジエータ２１の周囲温度が高ければ、ラジエータ２１を介して冷却液を加熱することができる。通常暖機モードにおいては、室外熱交換器５４の排熱がラジエータ２１に送られることで、冷媒回路ＣＬ４のヒートポンプ作用により得られた排出熱で、冷却液回路ＣＬ１の冷却液を加熱して、伝動機構７、８を暖機することができる。

一方、ステップＳ３の判別の結果、第１条件を満たしていなければ、制御部８０は、駆動系暖機フラグの値を“０”にセットし、冷媒回路動作要求フラグの値を“０”にセットする（ステップＳ６、Ｓ７）。そして、これらのフラグに基づき、制御部８０は、非暖機モードへ移行し、暖機用途において冷媒回路ＣＬ４を非駆動とする（乗員室の冷房要求がある場合など、他用途の要求に基づき冷媒回路ＣＬ４が駆動されてもよい）。

ステップＳ３の判別処理の結果、通常暖機モードへ移行したら、制御部８０は、処理を次のステップＳ８に進める。一方、ステップＳ３の判別処理の結果、非暖機モードとなったら、制御部８０は、処理をステップＳ３に戻し、ステップＳ３からの処理を繰り返す。

通常暖機モードへ移行し、次に処理が進むと、制御部８０は、電動車両の予め定められた箇所の温度が第２条件を満たすか否か判別する（ステップＳ８）。第２条件とは、冷媒回路ＣＬ４の駆動とヒータ４１の駆動とを併用して暖機を行うことで、総合的な航続距離を延ばすことのできる温度条件を意味する。第２条件は、ステップＳ３の第１条件よりも、低い温度条件に設定される。具体的には、ステップＳ８において、制御部８０は、外気温が第２外気温閾値γ［℃］よりも低いか、あるいは、潤滑油の温度が第２潤滑油温閾値δ［℃］よりも低いか判別する。第２外気温閾値γは第１外気温閾値αよりも低い値に設定され、第２潤滑油温閾値δは第１潤滑油温閾値βよりも低い値に設定される。なお、第２条件は、上記の例に限られない。第２条件としては、電動車両の様々な箇所の温度パラメータを用いて、冷媒回路ＣＬ４の駆動とヒータ４１の駆動との併用により総合的な航続距離を延ばすことのできる温度条件が適宜設定されればよい。

ステップＳ８の判別の結果、第２条件を満たす場合（ステップＳ８のＹＥＳ）には、制御部８０は、極低温フラグの値を“１”にセットし、ヒータ動作要求フラグの値を“１”にセットする（ステップＳ９、Ｓ１０）。そして、これらのフラグに基づき、制御部８０は、緊急暖機モードへ移行し、ヒータ４１及び冷却液回路ＣＬ３（ポンプ４２）を駆動する。

緊急暖機モードでは、ヒータ４１の駆動により、冷却液回路ＣＬ３の加熱された冷却液から、熱交換器４４Ａ、４４Ｂを介して冷媒回路ＣＬ４の冷媒へ熱が移され、室外熱交換器５４における冷媒回路ＣＬ４の排熱量が上昇する。したがって、緊急暖機モードにおいて室外熱交換器５４の排熱がラジエータ２１に送られると、冷媒回路ＣＬ４のヒートポンプ作用により得られた排出熱と、ヒータ４１から伝えられた熱とが、冷却液回路ＣＬ１の冷却液へ移され、伝動機構７、８をより暖機することができる。

一方、ステップＳ８の判別の結果、第２条件を満たしていなければ、制御部８０は、極低温フラグの値を“０”にセットし、ヒータ動作要求フラグの値を“０”にセットする（ステップＳ１１、Ｓ１２）。そして、これらのフラグに基づき、制御部８０は、通常暖機モードを維持し、暖機用途においてヒータ４１を非駆動とする（乗員室の暖房要求がある場合など、他用途の要求に基づきヒータ４１が駆動されてもよい）。

ステップＳ１０又はステップＳ１２の処理を実行すると、次に、制御部８０は、電動車両の予め定められた箇所の温度が始動処理の終了条件を満たすか否かを判別する（ステップＳ１３）。終了条件は、例えば、伝動機構７、８の走行抵抗が解消されたことを示す温度条件が設定され、より具体的には、潤滑油の温度が標準温度η［℃］以上となる温度条件が設定される。終了条件としては、暖機による走行損失の低減分よりも暖機のための電力消費が大きくなることを示す温度条件が設定されてもよい。ステップＳ３〜Ｓ１７のループ処理の途中、あるいは、ステップＳ１３、Ｓ１５のループ処理の途中、制御部８０は、ステップＳ１３で終了条件を満たしたか否かを判定する。

ステップＳ１３の判別の結果、終了条件を満たさなければ、制御部８０は、ファン７１の逆回転駆動の実行条件を満たしているかい否かを判別する（ステップＳ１５）。具体的には、逆回転駆動の実行条件として、制御部８０は、冷媒温度が閾値温度εより高く、かつ、車速が車速閾値（例えば１５ｋｍ／ｈ）よりも高いか否かを判別する。閾値温度εは、例えば暖機可能な冷媒の温度範囲の下限値に設定されればよい。車速閾値（例えば１５ｋｍ／ｈ）は、例えば走行モータ（リアモータ２、フロントモータ３）及びインバータ（リアインバータ５、フロントインバータ６）の排熱が伝動機構７、８を十分に暖機できる量に達しない範囲で、かつ、ファン７１の逆回転駆動により室外熱交換器５４からラジエータ２１の方へ空気を送ることのできる車速の範囲内に設定されればよい。さらに、車速閾値（例えば１５ｋｍ）は、ファン７１の逆回転駆動による走行抵抗が大きくならない範囲内に設定されてもよい。

ファン７１の逆回転駆動の実行条件を満たす場合、ファン７１を逆回転駆動することで、冷媒回路ＣＬ４の排出熱をラジエータ２１へ移して伝動機構７、８を暖機できる。一方、逆回転駆動の実行条件を満たさない場合、例えば冷媒温度が低い場合には、室外熱交換器５４からラジエータ２１へ大きな排出熱を移すことができず、また、車速が車速閾値を越えている場合、ファン７１の逆回転駆動が走行抵抗となって、走行時の損失が増える。さらに、車速が車速閾値を越えていれば、冷媒回路ＣＬ４の排出熱を使用しなくても、走行モータ及びインバータ回路等の排熱により伝動機構７、８を十分に暖機できる。このため、ステップＳ１５の条件を満たしていれば、ファン７１の逆回転駆動を実行に移し、満たしていなければ、ファン７１の逆回転駆動を非実行とする。

なお、逆回転駆動の実行条件は、ステップＳ１５の具体例に限られない。例えば、逆回転駆動の実行条件としては、外気風速の条件が追加され、ファン７１で発生する送風速度及び風量と、車速及び外気風の速度により生じる送風速度及び風量とを比較して、暖機の効率が低くなる場合には、逆回転駆動を非実行とし、高い効率の暖機が得られる場合には、逆回転駆動を実行とする条件に設定されてもよい。

逆回転駆動の実行条件が満たされず、ステップＳ１５の判別の結果がＮＯとなった場合、制御部８０は、ファン７１の逆回転駆動を非実行としたまま、処理をステップＳ１３に戻す。そして、制御部８０は、ステップＳ１３の終了条件を満たすか、ステップＳ１５の逆回転駆動の実行条件を満たすまで、ステップＳ１３、Ｓ１５の判別処理を繰り返す。ここで、仮に、電動車両の車速が車速閾値（１５ｋｍ／ｈ）を越えた状態で時間が経過すると、走行モータ及びインバータの排熱で伝動機構７、８の潤滑油の温度が標準温度η［℃］を越えるので、ステップＳ１３の終了条件が満たされ、制御部８０は、処理をステップＳ１４へ進める。一方、仮に、低温状態で電動車両を始動した際、電動車両が停止したままあるいは低速で走行している場合には、冷媒回路ＣＬ４の駆動により比較的速やかに冷媒温度が閾値温度εを越えるので、ステップＳ１５の判別結果がＹＥＳとなって、制御部８０は、処理をステップＳ１６へ進める。

逆回転駆動の実行条件が満たされて、ステップＳ１５の判別の結果がＹＥＳとなった場合、制御部８０は、外気風速がゼロ以上か否かを判別する（ステップＳ１６）。ここで、外気風速は、正の値が追い風、負の値が向かい風を表わす。外気風速は、車速分の風の流れをキャンセルした値、すなわち、電動車両が停止時の外気風速を示す。追い風であれば、ファン７１の回転速度を低くしても、室外熱交換器５４からラジエータ２１の方へ大きな風量を送ることができる。一方、向かい風であれば、ファン７１の回転速度を高くしないと、室外熱交換器５４からラジエータ２１の方へ大きな風量を送ることができない。このため、ステップＳ１６で、外気風速を判別している。

図６は、ファンを制御する第１制御マップ（Ａ）及び第２制御マップ（Ｂ）を示すグラフである。

ステップＳ１６の判別の結果、外気風速が０以上（追い風）であれば、制御部８０は、図６（Ａ）の第１制御マップを使用してファン７１を逆回転駆動するよう回転指示を出力する（ステップＳ１７）。第１制御マップは、車速とファンの制御パラメータとの関係を示すマップデータであり、例えば、図６（Ａ）に示すように、車速がゼロのときに、制御パラメータ“０”（＝回転速度１００％の逆回転駆動）となり、車速が逆回転駆動の限界となる車速閾値（１５ｋｍ／ｈ）のときに、制御パラメータ“５０”（＝回転速度ゼロ）となる制御マップである。

一方、ステップＳ１６の判別の結果、外気風速が負（向かい風）であれば、制御部８０は、第２制御マップを使用してファン７１を逆回転駆動するよう回転指示を出力する（ステップＳ１８）。第２制御マップは、車速とファンの制御パラメータとの関係を示すマップデータであり、例えば、図６（Ｂ）に示すように、車速がゼロのときに、制御パラメータ“０”（＝回転速度１００％の逆回転駆動）となり、車速が逆回転駆動の限界となる車速閾値（１５ｋｍ／ｈ）よりも低い速度（例えば１０ｋｍ／ｈ）の段階で、制御パラメータ“５０”（＝回転速度ゼロ）となる制御マップである。

ステップＳ１７、Ｓ１８の回転指示は、所定の制御サイクル期間における回転駆動の指示であり、ステップＳ１３〜Ｓ１８のループ処理において、ステップＳ１７、Ｓ１８の回転指示が繰り返し出力されることで、ファン７１が連続的に逆回転駆動される。途中でステップＳ１３、Ｓ１５のループ処理へ移行し、ステップＳ１７、Ｓ１８の回転指示が途絶えると、ファン７１の逆回転駆動は停止する。ステップＳ１７、Ｓ１８の車速と外気風速とに応じたファン７１の駆動制御により、逆回転駆動の回転数が状況に応じて詳細に変更され、これにより、ファン７１の非効率な駆動が抑制され、無駄な電力消費を削減できる。例えば、ステップＳ１７またはステップＳ１８のファン７１の回転指示により、車速が低いときにはファン７１が高速で逆回転駆動し、冷媒回路ＣＬ４の排出熱を冷却液回路ＣＬ１へ効率的に移すことができる。一方、車速が車速閾値（１５ｋｍ／ｈ）以下の範囲で上昇するとファン７１の逆回転速度が低下し、走行抵抗の上昇を抑制することができる。さらに、外気風速があっても、ステップＳ１６の判別処理により、ファン７１を駆動する際の制御マップを変えることで、外気風速が無い場合と同様の作用が得られるようにファン７１を制御することができる。

ステップＳ１７またはステップＳ１８でファン７１の回転指示を出力したら、制御部８０は、処理をステップＳ３へ戻し、再び、ステップＳ３からの処理を繰り返す。

ステップＳ１３の終了条件の判別処理において、終了条件を満たしたと判別された場合には、制御部８０は、全制御フラグ（駆動系暖気フラグ、冷媒回路動作要求フラグ、極低温フラグ、ヒータ動作要求フラグ）の値を“０”にセットする（ステップＳ１４）。これにより、温調装置１は非暖機モードに移行し、暖機用途での冷媒回路ＣＬ４及び冷却液回路ＣＬ１〜ＣＬ３の駆動が停止される。そして、始動処理が終了する。

図７は、実施形態と比較例１、２との差を説明するタイムチャートである。

本実施形態の温調装置１によれば、冷媒回路ＣＬ４のヒートポンプ作用の排出熱を用いて伝動機構７、８を暖機する。したがって、電動車両の始動のすぐ後から暖機を開始し、例えば車庫から道路へ電動車両を低速で移動している間に、伝動機構７、８を暖機して走行損失を低減することでができる。また、暖機の熱はヒートポンプ作用の排出熱を利用しているので、使用電力を抑制でき、結果として、総合的な航続距離の延長化を図ることができる。一方、比較例１のように、駆動系の排熱（走行モータ及びインバータの排熱）と、伝動機構７、８自体の発熱を利用して伝動機構７、８の暖機を行う構成では、暖機遅延が長くなる。また、ヒータを用いて伝動機構７、８の暖機を行う構成でも、航続距離の低減を避けるために電力使用を抑えると、ヒータから大きな熱量が得られず、同様に暖機遅延が長くなる。このため、電動車両が通常走行に移行して暖機完了となるまで、伝動機構７、８で大きな損失が発生し、結果として、本実施形態よりも航続距離が低減してしまう。

以上説明したように、本実施形態の電動車両の温調装置１によれば、電動車両の始動時に、制御部８０が、電動車両の予め定められた箇所の温度が第１条件を満たすか否かを判定する（ステップＳ３）。そして、第１条件を満たす場合に、冷媒回路ＣＬ４及び冷却液回路ＣＬ１の駆動と、ファン７１の逆回転駆動により、冷媒回路ＣＬ４の排出熱を冷却液回路ＣＬ１の冷却液に移して、伝動機構７、８を暖機する。これにより、電動車両が高速で走行する前に、少ない電力で伝動機構７、８を速やかに暖機することができ、その結果、総合的な電動車両の航続距離を延ばすことができる。また、室外熱交換器５４をラジエータ２１の後方に隣接させることで、通常走行時の駆動系の冷却作用を阻害することなく、ファン７１の逆回転駆動により暖機時の熱の移動を実現することができる。

さらに、本実施形態の電動車両の温調装置１によれば、電動車両の車速が車速閾値（例えば１５ｋｍ／ｈ）以上となった場合には（ステップＳ１５でＮＯ）、ファン７１の逆回転駆動が停止される。これにより、ファン７１の送風が走行抵抗となって無駄な電力が消費されてしまうことを抑制できる。さらに、走行により駆動系の排熱及び伝動機構７、８の自己発熱が得られる領域となるため、ファン７１の駆動が停止されても、伝動機構７、８を暖機させることができ、その結果、総合的な電動車両の航続距離を延ばすことができる。

さらに、本実施形態の電動車両の温調装置１によれば、制御部８０は、電動車両の予め定められた箇所の温度が、第１条件よりも温度条件の低い第２条件を満たすか否かを判定する（ステップＳ８）。そして、第２条件を満たす場合に、ヒータ４１の駆動と冷媒回路ＣＬ４の駆動とを併用して、伝動機構７、８の暖機を行う。このような構成によれば、低温で潤滑油の粘性抵抗が非常に高い場合に適した暖機を行うことができ、このような場合でも、総合的な電動車両の航続距離を延ばすことができる。

さらに、本実施形態の電動車両の温調装置１によれば、制御部８０は、外気温と潤滑油の温度に基づいて、非暖機モード（駆動系暖機フラグ＝０）、通常暖機モード（駆動系暖機フラグ＝１）、非常暖機モード（極低温フラグ＝１）の切替えを行う（ステップＳ３、Ｓ８）。これらの温度を用いた判断により、暖機しないほうが総合的な航続距離を延ばせる場合と、冷媒回路ＣＬ４のヒートポンプの排出熱を用いて暖機を行った方が総合的な航続距離を延ばせる場合と、ヒータ４１を併用した方が総合的な航続距離を延ばせる場合とを、容易にかつ的確に振り分けることができる。

さらに、本実施形態の電動車両の温調装置１によれば、伝動機構７、８の暖機を行う冷却液回路ＣＬ１は、冷却液を走行モータ（リアモータ２、フロントモータ３）、インバータ回路（リアインバータ５、フロントインバータ６）、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３及び車載充電器１４の複数の発熱要素から熱を取り込む回路である。したがって、電動車両が高い車速で走行している場合、冷媒回路ＣＬ４の排出熱を用いた暖機を行わなくても、複数の発熱要素が発熱することで、速やかに伝動機構７、８の暖機を行うことができ、その結果、総合的な航続距離を延ばすことができる。

さらに、本実施形態の電動車両の温調装置１によれば、冷媒回路ＣＬ４及び冷却液回路ＣＬ２は、バッテリ１１の熱を冷媒へ移す熱交換器３２Ａ、３２Ｂを有する。したがって、バッテリ１１の充電直後に電動車両を始動する場合には、充電により発熱しているバッテリ１１の熱を利用して、伝動機構７、８の速やかな暖機を図ることができる。この場合、暖機モードへ移行する温度条件にバッテリ１１の温度条件を加え、さらに、暖機モードとして、バッテリ１１の排熱を吸収するように冷媒回路ＣＬ４を駆動するバッテリ排熱利用暖機モードを加え、制御部８０が、所定の温度条件に基づきバッテリ排熱利用暖機モードへ移行するように制御すればよい。

さらに、本実施形態の電動車両の温調装置１によれば、室外熱交換器５４とヒータ４１の熱を冷媒に移すことのできる熱交換器４４Ａ、４４Ｂとの間、室外熱交換器５４とバッテリ１１の排熱を冷媒に移すことのできる熱交換器３２Ａ、３２Ｂとの間に、電子膨張弁５３、５９を備える。電子膨張弁５３、５９を、このように配置することで、１つの冷媒回路ＣＬ４の複数の箇所で、熱を効率的に吸収させることができ、ヒートポンプ作用の排出熱を用いた伝動機構７、８の暖機の効率をより向上できる。

以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限られない。例えば、上記実施形態では、伝動機構７、８の暖機を行う冷却液回路ＣＬ１は、冷却液を走行モータ（リアモータ２、フロントモータ３）、インバータ回路（リアインバータ５、フロントインバータ６）、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３及び車載充電器１４の複数の発熱要素から熱を取り込む回路とした。しかし、これらの発熱要素のうちいずれかは冷却液回路ＣＬ１から外れてもよい。また、上記実施形態では、冷媒回路ＣＬ４は、バッテリ１１の排熱を行う冷却液回路ＣＬ２と熱交換可能な冷媒通路を含んでいるが、この冷媒通路は省略されてもよい。また、上記実施形態では、伝動機構７、８の暖機のために駆動されるヒータ４１として、乗員室の暖房用のヒータ４１を流用した例を示したが、別の箇所のヒータを用いたり、暖機専用のヒータを適用してもよい。また、ヒータは、冷却液を介して冷媒を加熱する構成に限られず、直接に冷媒又は直接に伝動機構の周囲を通る冷却液を加熱する構成としてもよい。その他、実施形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１ 温調装置
２ リアモータ
３ フロントモータ
５ リアインバータ
６ フロントインバータ
７、８ 伝動機構
１１ バッテリ
１３ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１４ 車載充電器
２１ ラジエータ
２２、３１、４２ ポンプ
ＣＬ１〜ＣＬ３ 冷却液回路
ＣＬ４ 冷媒回路
３２Ａ、３２Ｂ、４４Ａ、４４Ｂ 熱交換器
４１ ヒータ
４３ ヒータコア
５１ コンプレッサ
５３、５７、５９ 電子膨張弁
５４ 室外熱交換器
５８ エバポレータ
６１ アキュムレータ
７１ ファン
８０ 制御部

Claims (7)

1. 走行モータの動力を伝動機構を介して駆動輪に伝達する電動車両に搭載される電動車両の温調装置であって、
   ラジエータを含み、前記伝動機構と熱交換可能な冷却液が流れる冷却液回路と、
   前記ラジエータの後方に隣接する室外熱交換器を含み、乗員室を冷房可能な冷媒回路と、
   前記ラジエータ及び前記室外熱交換器に空気を流すファンと、
   前記冷却液回路、前記冷媒回路及び前記ファンを制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記電動車両の始動時に、前記電動車両の予め定められた箇所で計測された温度が第１条件を満たす場合に、前記冷却液回路及び前記冷媒回路を駆動し、かつ、前記ファンを逆回転に駆動して前記ファンから前方に空気を送ることを特徴とする電動車両の温調装置。
2. 前記制御部は、前記電動車両の車速が車速閾値以上となったら、前記ファンの逆回転の駆動を停止することを特徴とする請求項１記載の電動車両の温調装置。
3. 前記電動車両の予め定められた箇所で計測された温度には、外気温、前記伝動機構の潤滑油の温度、又は、これら両方が含まれることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電動車両の温調装置。
4. ヒータと、前記ヒータの熱を前記冷媒回路の冷媒へ移す第１熱交換器と、を更に備え、
   前記制御部は、前記電動車両の始動時に前記温度が前記第１条件よりも低い第２条件を満たす場合に、更に前記ヒータを駆動することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電動車両の温調装置。
5. 前記冷却液回路は、前記走行モータを駆動するインバータ回路、走行用の電力を蓄積するバッテリから電圧を受けて他の電圧を生成するＤＣ／ＤＣコンバータ、並びに、前記バッテリへ充電電力を送る車載充電器のいずれか一つ又は複数と熱交換可能に冷却液を流すことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電動車両の温調装置。
6. 前記冷媒回路は、走行用の電力を蓄積するバッテリの熱を冷媒へ移すことが可能な第２熱交換器を更に含むことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の電動車両の温調装置。
7. 前記冷媒回路は、前記室外熱交換器と前記第１熱交換器又は前記第２熱交換器との間に配置された電子膨張弁を更に含むことを特徴とする請求項４又は請求項６に記載の電動車両の温調装置。

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