JP2021160553A - 車両用の熱管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】一方のポンプがロックした場合に他方のポンプでロックを解消する熱管理システムを提供する。【解決手段】熱管理システムは、第１／第２熱交換器、第１／第２流路、第１／第２ポンプ、第１／第２流路弁、コントローラを備える。第１熱交換器は第１熱媒と外気の間で熱を交換し、第２交換器は第２熱媒と第１熱媒との間で熱を交換する。第１流路は電気機器を通過しているとともに第１熱交換器の入口と出口に接続しており、第２流路は第２熱交換器を通過しているとともに第１熱交換器の入口と出口に接続している。コントローラは、第１ポンプと第２ポンプがともに正常の場合は第１流路と第２流路の一方が第１熱交換器に接続され他方が遮断されるように第１／第２流路弁を制御する。コントローラは、第１ポンプと第２ポンプの一方がロックした場合は第１流路と第２流路が第１熱交換器に接続されるように第１／第２流路弁を制御する。【選択図】図４

Description

本明細書が開示する技術は、車両用の熱管理システムに関する。

電気自動車では、モータなどの電気機器の熱と外気の熱を適切に利用し、温度調整のための電気機器の消費電力を抑えることが航続距離の増加につながる。特許文献１、２には、外気を利用するとともにモータとインバータとバッテリの熱を総合的に管理する熱管理システムが提案されている。なお、本明細書における「電気自動車」には、ハイブリッド車、および、燃料電池車が含まれる。

特許文献１の熱管理システムは、第１温度調整回路と第２温度調整回路を備える。第１温度調整回路は、作動時に発熱する電気機器（例えば、走行用のモータと、モータに電力を供給する電力変換器）を冷却する。第２温度調整回路は車室の温度を調整する。第１温度調整回路では、電気機器とラジエータを第１熱媒が第１ポンプにより循環する。第２温度調整回路では、車室空調用のチラーと空調室外機の間で第２熱媒が第２ポンプにより循環する。ラジエータと空調室外機が隣接配置されており、第１熱媒と第２熱媒との間でも熱が交換される。

特開２０１９−２１３３３７号公報 特開２０１９−１１９３６９号公報

特許文献１の熱管理システムでは、第１温度調整回路（モータと電力変換器の温度調整回路）のラジエータと第２温度調整回路（車室の温度調整回路）の空調室外機の間で熱を交換可能である。発明者らは、電気機器の熱の排出に用いるラジエータ（以下では第１熱交換器と称する）を、車室の温度調整に積極的に利用することを検討した。すなわち、第１温度調整回路の第１熱媒と第２温度調整回路の第２熱媒との間で熱交換する第２熱交換器と、第２流路と、第１流路弁と、第２流路弁を熱管理システムに組み込む。なお、電気機器と第１熱交換器をつなぐ流路を以下では第１流路と称する。

第２流路は、第２熱交換器を通過するとともに、第１熱交換器の入口と出口に接続される。第１流路も第１熱交換器の入口と出口に接続されている。第１熱交換器は第１流路の循環系と第２流路の循環系で共用される。第１流路弁は第１流路と第１熱交換器の間を遮断する。第２流路弁は、第２流路と第１熱交換器の間を遮断する。

第１流路を循環する第１熱媒は、発熱する電気機器を冷却する。第１熱媒は、第１熱交換器にて電気機器の熱を放出する。車室暖房の際、第２流路を循環する第１熱媒は第１熱交換器にて外気の熱を吸収する。電気機器を冷却しながら第１流路を循環する第１熱媒は、比較的に温度が高い。第２熱交換器によって冷却されて第２流路を循環する第１熱媒は、外気の温度よりも低い。異なる温度帯で使用される第１熱媒が混ざると、第１熱媒の温度が変化して第１熱媒が熱を適切に伝達できない。それゆえ、コントローラは、第１流路と第２流路の一方を第１熱交換器に接続し他方を第１熱交換器から遮断するように第１／第２流路弁を制御する。コントローラの流路弁制御が、異なる温度帯で使用される第１熱媒が混ざることを防止する。

コントローラの流路弁制御により、第１流路を流れる第１熱媒は第２流路へは入らず、第２流路を流れる第１熱媒は第１流路には入らない。それぞれの流路で第１熱媒を流すために第１流路には第１ポンプが備えられており、第２流路には第２ポンプが備えられている。

ところで、ポンプに異物が入るとポンプが働かなくなることがある。非自吸式ポンプの場合は、ポンプに気泡が入ってもポンプが働かなくなることがある。以下では、ポンプに異物あるいは気泡が入ってポンプが働かなくなることを「ポンプがロックする」と表現する。

本明細書では、上記の構造を備える熱管理システムにおいて、一方のポンプがロックした場合に、２つの流路を流れる第１熱媒を合流させることで、他方のポンプを利用して一方のポンプのロックを解消することができる熱管理システムを提供する。

本明細書が開示する熱管理システムは、車両に用いられる。熱管理システムは、電気機器、第１熱交換器、第２熱交換器、第１流路、第２流路、第１ポンプ、第２ポンプ、第１流路弁、第２流路弁、バイパス流路、コントローラを備えている。

第１熱交換器は、電気機器を冷却する第１熱媒と外気の間で熱を交換する。第２交換器は、車室空調器の第２熱媒と第１熱媒との間で熱を交換する。第１熱媒は、第１流路と第２流路を流れる。第１流路は、電気機器を通過しているとともに第１熱交換器の入口と出口に接続している。第２流路は、第２熱交換器を通過しているとともに第１熱交換器の入口と出口に接続している。第１ポンプは、第１流路に配置されているとともに第１流路に第１熱媒を循環させる。第２ポンプは、第２流路に配置されているとともに第２流路に第１熱媒を循環させる。第１流路弁は、第１流路と第１熱交換器の間を遮断する。第２流路弁は、第２流路と第１交換器の間を遮断する。バイパス流路は、第１流路に接続されており、第１流路弁が第１流路と第１熱交換器の間を遮断しているときに第１熱交換器をバイパスして電気機器と第１ポンプの間で第１熱媒を循環させる。コントローラは、第１ポンプと第２ポンプがともに正常の場合は第１流路と第２流路の一方を第１熱交換器に接続し他方を第１熱交換器から遮断するように第１流路弁と第２流路弁を制御する。コントローラは、第１ポンプと第２ポンプの一方がロックした場合は第１流路と第２流路の両方が第１熱交換器に接続するように第１流路弁と第２流路弁を制御するとともに第１ポンプと第２ポンプの他方を駆動する。

上述した熱管理システムのコントローラは、第１ポンプと第２ポンプがともに正常の場合は第１流路と第２流路の一方を第１熱交換器に接続し他方を第１熱交換器から遮断する。これにより、第１流路を循環して電気機器を冷却する第１熱媒と、第２流路を循環して外気の熱を吸収する第１熱媒が合流することを防止する。コントローラは、第１ポンプと第２ポンプの一方がロックした場合は第１流路と第２流路の両方を第１熱交換器に接続するとともに第１ポンプと第２ポンプの他方を駆動する。第１流路第２流路の両方を第１熱交換器に接続することで第１流路内の第１熱媒と第２流路内の第１熱媒が合流する。正常のポンプの動作によって第１流路と第２流路の両方に第１熱媒が流れる。上記した構造によると、ロックしたポンプに第１熱媒が逆流する。ロックしたポンプを逆流する第１熱媒がポンプから異物（あるいは気泡）を押し出す。その結果、ポンプのロックが解消する。

上述した熱管理システムは、第２流路に接続されており、第２流路弁が第２流路と第１熱交換器の間を遮断しているときに第１熱交換器をバイパスして第２熱交換器と第２ポンプの間で第１熱媒を循環させる第２バイパス流路を備えていてもよい。これにより、第２流路弁が第２流路と第１熱交換器の間を遮断している間、第２熱交換器と第２ポンプの間で第１熱媒を循環させることができる。

上述した熱管理システムは、第１流路と第２流路の一方に、第１熱媒の液面が空気に触れているリザーブタンクが接続されていてもよい。これにより、ポンプを逆流する第１熱媒がポンプから押し出した気泡を、空気中に放出することができる。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例の熱管理システムを示す図である。 第２弁位置における第１熱媒の流れを示す回路図である。 第１弁位置における第１熱媒の流れを示す回路図である。 第１ポンプがロックした場合の第１熱媒の流れを示す回路図である。 第２ポンプがロックした場合の第１熱媒の流れを示す回路図である。

図面を参照して第１実施例の熱管理システム１００を説明する。図１に、熱管理システム１００の回路図を示す。熱管理システム１００は、電気自動車に搭載され、車載の機器と車室の温度を調整する。熱管理システム１００は、走行用のモータ５５、モータ５５のための電力を蓄えるバッテリ５１、モータ５５に電力を供給するＳＰＵ（Smart Power Unit）４６とＰＣＵ（Power Control Unit）４７の温度を調整する。

バッテリ５１の出力は、２００ボルトを超える。バッテリ５１が大きな電力を出力するとき、バッテリ５１は発熱する。ＳＰＵ４６は、バッテリ５１の電力を、ＰＣＵ４７を含むいくつかの機器に分配する。ＳＰＵ４６にはＤＣＤＣコンバータが内蔵されており、バッテリ５１の電力を降圧して補機（車載の小電力機器）に供給する。ＰＣＵ４７は、バッテリ５１の直流電力を交流電力に変換し、モータ５５に供給する。ＳＰＵ４６とＰＣＵ４７も、動作中に発熱する。

熱管理システム１００は、モータ５５、バッテリ５１、ＳＰＵ４６、ＰＣＵ４７を冷却することが主要な機能であるが、寒冷地を走行する際にはそれらのデバイスを温めることもある。

熱管理システム１００は、第１熱回路１０、第２熱回路２０、および、第３熱回路３０を有している。第１熱回路１０、第２熱回路２０、および、第３熱回路３０のそれぞれの内部に、熱媒が流れる。第１熱回路１０、第２熱回路２０、および、第３熱回路３０のそれぞれで熱媒の流路が独立している。本明細書では、第１熱回路１０を流れる熱媒を第１熱媒と称する。第２熱回路２０を流れる熱媒を第２熱媒とし、第３熱回路３０を流れる熱媒を第３熱媒と称する。

後述するように、第２熱回路２０において第２熱媒は気体と液体の間で相変化する。第２熱媒には、比較的に沸点が低いハイドロフルオロカーボンが適している。第１熱回路１０では第１熱媒体が外気と熱交換することがあり、第３熱回路３０では第３熱媒体が外気と熱交換することがある。第１熱媒と第２熱媒には、常温で液体である水あるいは不凍液が適している。第１熱媒、第２熱媒、第３熱媒には別の物質が用いられてもよい。

第１熱回路１０が、車載の機器の温度を調整する。第２熱回路２０と第３熱回路３０が車室の温度を調整する。車載の機器を冷却する場合、第１熱回路１０は、第１熱媒の熱を外気に放出する。車室の暖房スイッチが入れられた場合、第１熱回路１０は、外気の熱を利用して第２熱媒を温めることがある。本明細書では、車室を暖房しつつ機器を冷却する場合に着目する。本実施例では、機器の昇温と、車室の冷房についての説明は割愛する。

第１熱回路１０は、第１流路１１、第２流路１２、第１バイパス流路１３、第２バイパス流路１４、リザーブタンク１７を有している。先に述べたように、第１熱回路１０は、ＳＰＵ４６、ＰＣＵ４７、モータ５５、バッテリ５１を冷却する。モータ５５は、オイルを介して第１熱媒で冷却される。

第１流路１１は、ＳＰＵ４６、ＰＣＵ４７、オイルクーラ４５を通過し、一端が低温ラジエータ４１の入口４１ｉに接続し、他端はリザーブタンク１７を介して低温ラジエータ４１の出口４１оに接続している。第１流路１１には、ＳＰＵ４６とＰＣＵ４７の間に温度センサ１５が備えられており、第１流路１１を流れる第１熱媒の温度を計測する。第１流路１１には第１ポンプ４８が配置されている。第１ポンプ４８は、非自吸式のポンプである。第１ポンプ４８は、ＰＣＵ４７側に吸込み口を備えており、オイルクーラ４５側に吐出口を備えている、第１ポンプ４８は、吸込み口から吸い込んだ第１熱媒を、吐出口からに第１流路１１内に圧送する。第１ポンプ４８は、オイルクーラ４５、低温ラジエータ４１、ＳＰＵ４６、ＰＣＵ４７の順で第１流路１１に第１熱媒を循環させる。

第１ポンプ４８は、コントローラ８０により制御される。コントローラ８０は、各電気機器（すなわち、ＳＰＵ４６、ＰＣＵ４７、モータ５５（オイル））の温度に応じて第１ポンプ４８の出力（あるいは回転数）を制御する。コントローラ８０は、各電気機器の温度が所定の温度範囲に収まるように第１ポンプ４８の出力を制御する。コントローラ８０は、各電気機器の温度が下限温度よりも低ければ第１ポンプ４８を停止する。各電気機器の温度が上限温度を超えた場合、後述するように、コントローラ８０は、低温ラジエータ４１を使って第１熱媒の熱を外気に放出する。第１ポンプ４８の出力は、例えば、第１ポンプ４８の回転数で表される。

ＳＰＵ４６の内部にＳＰＵ冷却器４６ｃが備えられており、ＰＣＵ４７の内部にＰＣＵ冷却器４７ｃが備えられている。第１流路１１にＳＰＵ冷却器４６ｃとＰＣＵ冷却器４７ｃが接続されている。第１熱媒は、ＳＰＵ冷却器４６ｃとＰＣＵ冷却器４７ｃを通り、ＳＰＵ４６とＰＣＵ４７を冷却する。

オイルクーラ４５には、オイル循環路１８が接続されている。オイル循環路１８は、トランスアクスル４３の内部を通過する。トランスアクスル４３はモータ５５を内蔵している。オイル循環路１８の一部は、モータ５５の摺動部（すなわち、軸受部）を通過している。すなわち、オイル循環路１８内のオイルは、モータ５５の潤滑油を兼ねている。オイル循環路１８には、オイルポンプ４４が配置されている。オイルポンプ４４は、オイル循環路１８内のオイルを循環させる。モータ５５を冷却したオイルはオイルクーラ４５にて第１熱媒で冷却される。

ＳＰＵ４６、ＰＣＵ４７、モータ５５（オイルクーラ４５のオイル）を冷却した第１熱媒は、低温ラジエータ４１を通る。第１熱媒の熱は、低温ラジエータ４１にて外気に放出される。低温ラジエータ４１は、第１熱媒と外気の間で熱を交換する。

第１流路１１には第１バイパス流路１３が接続されている。第１バイパス流路１３の一端は、第１流路弁４２を介して第１流路１１の下流側に接続されており、他端は第１流路１１の上流側に接続されている。

第１流路１１は、第１流路弁４２により、低温ラジエータ４１と第１バイパス流路１３の一方に接続される。第１流路弁４２は、第１弁位置と第２弁位置を切り替え可能である。第１弁位置では、第１流路弁４２は、第１流路１１を低温ラジエータ４１に接続するとともに、第１流路１１を第１バイパス流路１３から遮断する。第２弁位置では、第１流路弁４２は、第１流路１１を第１バイパス流路１３に接続するとともに、第１流路１１を低温ラジエータ４１から遮断する。第１流路弁４２が第１弁位置を選択しているときに第１ポンプ４８が作動すると、第１熱媒は、ＳＰＵ４６、ＰＣＵ４７、オイルクーラ４５、低温ラジエータ４１を循環する。ＳＰＵ４６、ＰＣＵ４７、モータ５５（オイル）の熱が、第１熱媒を介して外気に放出される。

第１流路弁４２が第２弁位置を選択しているときに第１ポンプ４８が作動すると、第１熱媒は、低温ラジエータ４１をバイパスしつつ、ＳＰＵ４６、ＰＣＵ４７、オイルクーラ４５を循環する。ＳＰＵ４６、ＰＣＵ４７、モータ５５（オイル）の熱により第１熱媒の温度が上昇する。第１流路弁４２は、コントローラ８０によって制御される。第１流路弁４２の制御ついては後述する。

第２流路１２は、チラー５２を通過し、一端が低温ラジエータ４１の入口４１ｉに接続し、他端はリザーブタンク１７を介して低温ラジエータ４１の出口４１оに接続している。低温ラジエータ４１は、第１流路１１と第２流路１２で共用される。第２流路１２には第２ポンプ５３が配置されている。第１ポンプ４８と同様に、第２ポンプ５３も非自吸式のポンプである。第２ポンプ５３は、チラー５２側に吐出口を備えており、その反対側に吸込み口を備えている。第２ポンプ５３は、吸込み口から吸い込んだ第１熱媒を、吐出口からに第２流路１２内に圧送する。第２ポンプ５３は、チラー５２、低温ラジエータ４１の順で第２流路１２に第１熱媒を循環させる。

第２ポンプ５３もコントローラ８０により制御される。コントローラ８０は、低温ラジエータ４１の出口４１оにおける第１熱媒の温度に応じて第２ポンプ５３の出力を制御する。コントローラ８０は、低温ラジエータ４１の出口４１оにおける第１熱媒の温度が所定の温度範囲に収まるように第２ポンプ５３の出力を制御する。第２ポンプ５３の出力は、例えば、回転数で表される。

チラー５２には、第２熱回路２０の循環路２２が通っている。チラー５２は、第１熱媒の熱を第２熱媒へ移す。すなわち、チラー５２は、第１熱媒と第２熱媒の間で熱を交換する。チラー５２の役割については後述する。

第２流路１２には、第２バイパス流路１４が接続されている。第２バイパス流路１４はバッテリ５１を通過している。第２バイパス流路１４の一端は、チラー５２の下流にて第２流路弁４９を介して第２流路１２に接続されている。第２バイパス流路１４の他端は、第２ポンプ５３の上流にて第２流路１２に接続されている。

第２流路弁４９により、チラー５２は低温ラジエータ４１と第２バイパス流路１４の一方と接続される。第２流路弁４９は、第１弁位置と第２弁位置を切り替え可能である。第１弁位置では、第２流路弁４９は、チラー５２を第２バイパス流路１４に接続するとともに、チラー５２を低温ラジエータ４１から遮断する。第２弁位置では、第２流路弁４９は、チラー５２を低温ラジエータ４１に接続するとともに、チラー５２を第２バイパス流路１４から遮断する。第２流路弁４９が第１弁位置を選択しているときに第２ポンプ５３が作動すると、第１熱媒は、チラー５２とバッテリ５１の間を循環する。第１熱媒はバッテリ５１を冷却し、温度が高くなった第１熱媒はチラー５２にて第２熱媒で冷却される。すなわち、第２バイパス流路１４は、第２流路弁４９が第２流路１２と低温ラジエータ４１の間を遮断しているとき、低温ラジエータ４１をバイパスしてチラー５２と第２ポンプ５３の間で第１熱媒を循環させる。

第２流路弁４９が第２弁位置を選択しているときに第２ポンプ５３が作動すると、第１熱媒は、第２流路１２を流れ、チラー５２と低温ラジエータ４１の間で循環する。第１熱媒がチラー５２と低温ラジエータ４１の間で循環するのは後述するヒートポンプモードのときである。ヒートポンプモードについては後述する。

第２バイパス流路１４のバッテリ５１よりも上流側にヒータ５０が備えられている。寒冷地などでバッテリ５１の温度が下がったときにはヒータ５０で第１熱媒を温め、温度が高くなった第１熱媒でバッテリ５１を温める。

低温ラジエータ４１の出口４１оの下流側に、リザーブタンク１７が設けられている。リザーブタンク１７の内部では、第１熱媒の液面が空気に触れている。リザーブタンク１７の内部には、第１熱媒の異物を除去する不図示のフィルタが備えられている。流路内の空気（気泡）はリザーブタンク１７にて外気に放出される。流路内の異物はリザーブタンク１７のフィルタによって捕捉除去される。図１に示されるように、リザーブタンク１７は低温ラジエータ４１の出口４１оに接続されており、第１流路１１と第２流路１２はリザーブタンク１７を介して低温ラジエータ４１の出口４１оに接続されている。

先に述べたように、第２熱回路２０と第３熱回路３０は車室の温度を調整する。第２熱回路２０は主に車室の空気を冷却するのに用いられる。第２熱回路２０は、循環路２２、エバポレータ６３、コンプレッサ６６、エバポレータプレッシャレギュレータ６２（ＥＰＲ６２）、コンデンサ６７、モジュレータ６８を備えている。

循環路２２には第３流路弁６５が備えられている。第３流路弁６５は、第１弁位置と第２弁位置を切り替え可能である。第１弁位置のとき、第３流路弁６５は、コンデンサ６７とエバポレータ６３を接続する。第２弁位置のとき、第３流路弁６５は、コンデンサ６７とチラー５２を接続する。

車室を冷却するときには第３流路弁６５は第１弁位置を選択する。コンプレッサ６６で圧縮され、高温になった気体の第２熱媒は、コンデンサ６７で冷却され、液体に変化する。モジュレータ６８にて液体の第２熱媒のみが第３流路弁６５へ流れる。液体の第２熱媒は膨張弁６４とエバポレータ６３を通り、気化するとともに急激に温度が下がる。温度の下がった第２熱媒により車室の空気が冷やされる。第２熱媒はＥＰＲ６２を通過し、再びコンプレッサ６６で圧縮される。

第３流路弁６５は、ヒートポンプモードのときに第２弁位置に切り替えられ、コンデンサ６７とチラー５２を接続する。詳しくは後述するが、ヒートポンプモードは車室暖房のときに選択される。ヒートポンプモードのとき、コンプレッサ６６で圧縮され、高温になった気体の第２熱媒は、コンデンサ６７にて第３熱媒へ熱を放出し、液体に変化する。モジュレータ６８にて液体の第２熱媒のみが第３流路弁６５へ流れる。液体の第２熱媒は膨張弁６１とチラー５２を通り、気化するとともに急激に温度が下がる。温度の下がった第２熱媒は、チラー５２を通過する第１熱媒から熱を吸収する。温度の上がった第２熱媒はコンプレッサ６６で圧縮され、さらに温度が上昇する。温度が高くなった第２熱媒がコンデンサ６７にて第３熱媒へ熱を放出する。

第３熱回路３０は、主に車室の空気を温めるのに用いられる。第３熱回路３０は、循環路３２、電気ヒータ７１、ヒータコア７４、第３ポンプ７２、高温ラジエータ７５、第４流路弁７３を備える。ヒータコア７４を流れる高温の第３熱媒によって、車室の空気が温められる。

車室の空気を温める場合、第４流路弁７３によって、コンデンサ６７と電気ヒータ７１とヒータコア７４が接続される。先に述べたように、ヒートポンプモードのとき、コンデンサ６７にて、高温の第２熱媒によって第３熱媒が温められる。温められた第３熱媒がヒータコア７４を通過するときに車室の空気が温められる。第３熱媒の熱が不足するときには電気ヒータ７１が第３熱媒を加熱する。

熱管理システム１００で熱が余る場合には、第４流路弁７３がコンデンサ６７と高温ラジエータ７５を接続する。コンデンサ６７を介して第２熱媒から第３熱媒へ移された熱は、高温ラジエータ７５にて外気へ放出される。

熱管理システム１００において車室暖房モードが選択されると、先に述べたように、ヒータコア７４を通過する第３熱媒によって車室の空気が温められる。車室暖房モードのときには外気の熱あるいはバッテリ５１の熱も利用される。外気の熱あるいはバッテリ５１の熱で第１熱回路１０の第１熱媒が温められる。チラー５２にて、高温の第１熱媒によって第２熱媒が温められる。チラー５２を通過した第２熱媒はコンプレッサ６６で圧縮され、さらに温度が上がる。高温の第２熱媒は、コンデンサ６７にて第３熱媒を温める。第３熱媒はヒータコア７４にて車室内の空気を温める。外気の熱を利用する場合をヒートポンプモードと称する。

外気の熱を利用するヒートポンプモードについて説明する。ヒートポンプモードでは、低温ラジエータ４１にて外気の熱で第１熱媒が温められ、高温の第１熱媒がチラー５２にて第２熱媒を温める。第２熱媒の熱が車室の空気を温める過程は上述した通りである。本明細書では、外気の熱を車室空調用の第２熱媒へ移すまでの過程を説明する。なお、ヒートポンプモードは、チラー５２で冷却される第１熱媒の温度が外気の温度よりも低いときに実施される。

ヒートポンプモードでは、コントローラ８０は、第１流路弁４２および第２流路弁４９を同期して制御する。ヒートポンプモードのとき、コントローラ８０は、第１流路弁４２および第２流路弁４９を共に第２位置に保持する。このときの第１熱媒の流れを図２に示す。図２では、第２熱回路２０の一部（循環路２２）のみを示してあり、第２熱回路２０の残りと第３熱回路３０は図示を省略した。

ヒートポンプモードのとき、コントローラ８０は、第１流路弁４２および第２流路弁４９を第２弁位置に保持し、第２流路１２を低温ラジエータ４１に接続し、第１流路１１から低温ラジエータ４１への第１熱媒の流れを遮断する。第１熱媒は、図２の破線矢印Ｆ１で示すように、チラー５２と低温ラジエータ４１の間を循環する。このとき、第１流路１１内の第１熱媒は低温ラジエータ４１をバイパスし、ＳＰＵ４６とＰＣＵ４７とオイルクーラ４５を循環する。

先に、第２流路１２を流れる第１熱媒について説明する。チラー５２で冷却された第１熱媒は、低温ラジエータ４１に流入する。第１熱媒は、低温ラジエータ４１を通過する間に、外気によって温められる。外気で温められた第１熱媒は、チラー５２にて第２熱媒を温める。前述したように、第２熱媒の熱によって車室の空気が温められる。すなわち、ヒートポンプモードでは、外気の熱が車室の暖房に活用される。チラー５２にて第１熱媒の温度が下がる。温度の下がった第１熱媒は低温ラジエータ４１に戻り、再び外気から熱を吸収する。

ヒートポンプモードでは、図２にて破線矢印Ｆ２が示すように、第１流路１１内の第１熱媒は低温ラジエータ４１を通らない。第１流路１１を流れる第１熱媒の温度は、上昇を続ける。第１流路１１を流れる第１熱媒の温度が高くなりすぎるとＳＰＵ４６、ＰＣＵ４７、モータ５５を冷却できなくなる。第１熱回路１０には、ＳＰＵ４６とＰＣＵ４７の間に温度センサ１５が備えられており、コントローラ８０は、ＳＰＵ冷却器４６ｃを通過した第１熱媒の温度をモニタしている。ＳＰＵ４６を通過した第１熱媒の温度（温度センサ１５の計測値）が温度上限値を超えた場合、コントローラ８０は、第１流路弁４２および第２流路弁４９を第１弁位置に切り替える。

第１流路弁４２および第２流路弁４９が第１弁位置に切り替えられたときの第１熱媒の流れを図３に示す。第１流路弁４２および第２流路弁４９が第１弁位置に切り替えられると、第１流路１１と低温ラジエータ４１が接続され、第２流路１２は低温ラジエータ４１から遮断される。コントローラ８０は、第１ポンプ４８の作動を継続する。その結果、図３の破線矢印Ｆ３に示されるように、第１流路１１内で温度上限値を超えた第１熱媒が低温ラジエータ４１に流入する。低温ラジエータ４１に流入する第１熱媒の温度は、外気の温度よりも高い。このため、低温ラジエータ４１を通過する第１熱媒は外気に熱を放出する。外気に熱を放出して温度が下がった第１熱媒がＳＰＵ４６とＰＣＵ４７を冷却する。

コントローラ８０は、第１流路１１の第１流路弁４２を第１弁位置に切り替える際、第２流路１２の第２流路弁４９も第１弁位置に切り替える。第２流路弁４９が第１弁位置に切り替えられると、チラー５２が低温ラジエータ４１から遮断される。第２流路弁４９が第１弁位置に切り替えられると、図３の破線矢印Ｆ４に示されるように、第２流路１２内の第１熱媒は、低温ラジエータ４１をバイパスしてヒータ５０を通過し、チラー５２とバッテリ５１の間を循環する。すなわち、第２流路弁４９が第１弁位置に切り替えられると、第２流路１２が低温ラジエータ４１から遮断されるとともに第２バイパス流路１４に接続される。

先に述べたように、ヒートポンプモードでは、第２流路１２を流れる第１熱媒の温度は外気の温度よりも低く、第１流路１１を流れる第１熱媒の温度は外気の温度よりも高い。第１流路１１と第２流路１２を流れる第１熱媒が合流すると、第２流路１２を流れる第１熱媒の温度が上昇するため、適切に第１熱媒と外気の間で熱交換が行えない。コントローラ８０は、第１流路１１が低温ラジエータ４１と接続して、外気温よりも高温の第１熱媒と低温ラジエータ４１が熱交換を行っている間、第２流路１２を低温ラジエータ４１から遮断する。これにより、第１流路１１と第２流路１２を流れる第１熱媒が合流することを防止する。

上述したように、コントローラ８０は、第１流路１１と第２流路１２の一方を低温ラジエータ４１に接続し他方を遮断するように第１流路弁４２と第２流路弁４９を同期して制御する。この同期制御により、第１流路１１と第２流路１２を流れる第１熱媒が合流することが防止される。実施例の熱管理システム１００のコントローラ８０は、第１ポンプ４８と第２ポンプ５３がともに正常の場合は、第１流路１１と第２流路１２の一方が低温ラジエータ４１に接続され他方が低温ラジエータ４１から遮断されるように第１流路弁４２と第２流路弁４９を制御する。

第１熱媒は液体であり、典型的には水あるいは不凍液である。第１ポンプ４８と第２ポンプ５３は非自吸式であり、ポンプに気泡が入るとポンプが働かなくなるおそれがある。あるいは、ポンプに異物が混入した場合もポンプが働かなくなるおそれがある。本明細書では、気泡あるいは異物の混入によりポンプが機能しなくなることを「ポンプがロックする」と表現する。

異物の混入によりポンプがロックしたとき、ポンプに電力を供給してもポンプは回転しない。気泡の混入によりポンプがロックしたとき、ポンプは空転し、回転数が極度に上昇する。第１ポンプ４８と第２ポンプ５３のそれぞれには不図示の回転数センサが取り付けられている。コントローラ８０は、第１ポンプ４８に電力を供給しているにも関わらずに回転数がゼロのとき（あるいはゼロに近いとき）、第１ポンプ４８がロックしていると判断する。また、コントローラ８０は、第１ポンプ４８の回転数が所定の回転数上限値よりも高いときにも、第１ポンプ４８がロックしていると判断する。すなわち、コントローラ８０は、第１ポンプ４８の回転数が所定の許容範囲を外れているときに第１ポンプ４８がロックしている判断する。第２ポンプ５３についても同様であり、コントローラ８０は、第２ポンプ５３の回転数が所定の許容範囲を外れているときに第２ポンプ５３がロックしていると判断する。

コントローラ８０がポンプのロックを検知する別の方法を説明する。コントローラ８０は、第１ポンプ４８の回転数が目標回転数に一致するようにフィードバック制御してもよい。フィードバック制御を実行中は、第１ポンプ４８が異物によりロックしているときには回転数が上がらないので第１ポンプ４８へ供給する電流が増大する。また、第１ポンプ４８が気泡によりロックしているときには回転数が異常に高くなるので第１ポンプ４８へ供給する電流が小さくなる。第１ポンプ４８がフィードバック制御される場合には、コントローラ８０は、第１ポンプ４８に供給する電流が所定の許容範囲を外れている場合に第１ポンプ４８がロックしていると判定してもよい。第２ポンプ５３についても同様である。

コントローラ８０は、第１ポンプ４８と第２ポンプ５３の一方がロックした場合、特別な流路構成を採用し、ロックの解消を試みる。図４を参照して、第１ポンプ４８がロックした場合にコントローラ８０が実行する制御と、その制御による第１熱媒の流れについて説明する。第２ポンプ５３がロックしたときの制御については後に図５を参照して説明する。

先に述べたように、コントローラ８０は、ヒートポンプモードでは、第１ポンプ４８を作動させている。コントローラ８０は、第１ポンプ４８の回転数から第１ポンプ４８がロックしたと判定した場合、第１ポンプ４８を停止する。その後、コントローラ８０は、第１流路弁４２を第１弁位置に切り替え、第２流路弁４９は第２弁位置を保持する。すなわち、コントローラ８０は、第１流路１１と第２流路１２の両方を低温ラジエータ４１に接続する。第１流路１１と第２流路１２は、低温ラジエータ４１の入口４１ｉを介して接続される。コントローラ８０は、ロックしていない第２ポンプ５３を最大出力で駆動する。第２ポンプ５３は、第１熱媒を圧送する。図４に示されるように、第２ポンプ５３から送り出された第１熱媒は、第２流路１２を通り、低温ラジエータ４１の入口４１ｉで分流する。第１熱媒の一部は第２流路１２から低温ラジエータ４１に流入し、残りは第１流路弁４２を介して第１流路１１を逆流する。図４の破線矢印Ｆ５に示されるように、第１流路弁４２を介して第１流路１１に流入した第１熱媒は、オイルクーラ４５を通過して第１ポンプ４８に下流側から流入する。すなわち、第１熱媒は、ロックしている第１ポンプ４８の吐出口から流入する。ロックしている第１ポンプ４８内には、残留物（気泡、異物、またはその両方）が残留している可能性がある。第１ポンプ４８の吐出口から流入した第１熱媒は、第１ポンプ４８内の残留物を第１ポンプ４８の外部に押し出す。残留物が第１ポンプ４８内から取り除かれる。その結果、第１ポンプ４８のロックが解消する。

第１熱媒はＰＣＵ冷却器４７ｃ、ＳＰＵ冷却器４６ｃを流れ、残留物とともにリザーブタンク１７に流入する。第１ポンプ４８内に気泡が残留している場合には、リザーブタンク１７内で第１熱媒の液面から気泡が放出され、気泡が流路から取り除かれる。第１ポンプ４８内に異物が残留している場合には、リザーブタンク１７内のフィルタにより異物が捕捉され、異物が流路から取り除かれる。リザーブタンク１７の第１熱媒は、第２ポンプ５３に吸い上げられ、上述の流路を再び循環する。

コントローラ８０は、第１ポンプ４８を停止し、第２ポンプ５３を最大出力で駆動した後、所定の時間が経過したら、第１ポンプ４８を再び作動させる。コントローラ８０は、第１ポンプ４８の回転数をチェックする。第１ポンプ４８の回転数がいまだ許容範囲を外れている場合には、コントローラ８０は、第１ポンプ４８を再び停止し、第２ポンプ５３を最大出力で駆動させる。第２流路１２の中の第１熱媒を第１流路弁４２経由で第１ポンプ４８に流入させる。

第１ポンプ４８の回転数が許容範囲内にある場合には、コントローラ８０は、第１ポンプ４８の作動を継続し、第１流路弁４２を第２弁位置に切り替える。すなわち、第１流路１１を低温ラジエータ４１から遮断する。この処理により、コントローラ８０は、ヒートポンプモードを再開することができる。

図５を参照して、第２ポンプ５３がロックした場合のコントローラ８０の処理と第１熱媒の流れについて説明する。コントローラ８０は、第２ポンプ５３の回転数から第２ポンプ５３がロックしたと判定した場合、第２ポンプ５３を停止する。その後、コントローラ８０は、第１流路弁４２を第１弁位置に切り替え、第２流路弁４９は第２弁位置を保持する。すなわち、コントローラ８０は、第１流路１１と第２流路１２の両方を低温ラジエータ４１に接続する。第１流路１１と第２流路１２は、低温ラジエータ４１の入口４１ｉを介して接続される。コントローラ８０は、ロックしていない第１ポンプ４８を最大出力で駆動する。第１ポンプ４８は、第１熱媒を圧送する。図５に示されるように、第１ポンプ４８から送り出された第１熱媒は、第１流路１１を通り、低温ラジエータ４１の入口４１ｉで分流する。第１熱媒の一部は第１流路１１から低温ラジエータ４１に流入し、残りは第２流路１２を逆流する。図５の破線矢印Ｆ６に示されるように、第２流路１２に流入した第１熱媒は、第２流路弁４９とチラー５２を通過し、ロックしている第２ポンプ５３に下流側から流入する。すなわち、第１熱媒は、ロックしている第２ポンプ５３の吐出口から流入する。第２ポンプ５３の吐出口から流入した第１熱媒は、第２ポンプ５３内の残留物を第２ポンプ５３の外部に押し出す。残留物が第２ポンプ５３内から取り除かれる。その結果、第２ポンプ５３のロックが解消する。

第１熱媒は残留物とともにリザーブタンク１７に流入する。図４を参照して説明したように、第２ポンプ５３の残留物は、リザーブタンク１７により取り除かれる。リザーブタンク１７の第１熱媒は、第１ポンプ４８によって吸い上げられ、上述の流路を再び循環する。

コントローラ８０は、第２ポンプ５３を停止し、第１ポンプ４８を最大出力で駆動した後、所定の時間が経過したら、第２ポンプ５３を再び作動させる。第１ポンプ４８がロックした場合と同様に、コントローラ８０は、第２ポンプ５３の回転数をチェックし、ロックが解消していない場合は上記の処理を繰り返す。第２ポンプ５３のロックが解消した場合には、コントローラ８０は、第２ポンプ５３の作動を継続し、第１流路弁４２を第２弁位置に切り替える。すなわち、第１流路１１を低温ラジエータ４１から遮断する。この処理により、コントローラ８０は、ヒートポンプモードを再開することができる。

以上のように、実施例の熱管理システム１００のコントローラ８０は、第１ポンプ４８と第２ポンプ５３のどちらか一方のポンプがロックした場合に、正常時には別々に流す第１流路１１の第１熱媒と第２流路１２の第１熱媒を合流させることで、一方のポンプのロックを解消する。特に、図４、図５で示したように、ロックしたポンプには下流側から第１熱媒が流入する。下流側からポンプへ第１熱媒を送ることができる構造も、残留物をポンプから除去することに貢献する。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。ＳＰＵ３６、ＰＣＵ４７が「電力変換器」の一例であり、ＳＰＵ冷却器４６ｃとＰＣＵ冷却器４７ｃが「変換器冷却器」の一例である。低温ラジエータ４１が「第１熱交換器」の一例であり、チラー５２が「第２熱交換器」の一例である。

上述した実施例の変形例を以下に列挙する。

（第１変形例）上述した第１実施例では、ヒートポンプモードを実行している場合のコントローラ８０の制御について記載しているが、熱管理システム１００は、図１の構成に限られない。例えば、第２熱交換器は、第２熱媒から第１熱媒へ伝熱するデバイスであってもよい。その場合、コントローラ８０は、第１流路弁４２および第２流路弁４９を第２弁位置に保持し、第２流路１２を低温ラジエータ４１に接続し、第２熱媒の熱を第１熱媒を介して低温ラジエータ４１から放出する。この場合も、第１流路１１を循環する第１熱媒と第２流路１２を循環する第１熱媒が合流して第１熱媒の温度が変化すると、第２熱媒から第１熱媒に適切に伝熱することができない。このため、第１変形例のコントローラ８０も、第１流路１１に第１熱媒を循環させる第１ポンプ４８と、第２流路に第１熱媒を循環させる第２ポンプ５３が正常な場合は第１流路弁４２と第２流路弁４９によって、第１流路１１との第1熱媒が合流することを防止する。コントローラ８０は、第１ポンプ４８と、第２ポンプ５３のどちらか一方のポンプがロックした場合に、上述した制御を実行して一方のポンプのロックを解消する。

（第２変形例）上述した実施例のコントローラ８０は、第１ポンプ４８または第２ポンプ５３がロックした場合に、ロックしたポンプを停止する。第２変形例では、これに代えて、コントローラ８０は、ロックしたポンプの作動を継続させたまま、上述した制御を実行してもよい。

（第３変形例）上述した実施例では、第２流路弁４９は、第２バイパス流路に接続されているが、第３変形例では、第２バイパス流路を備えない流路構成としてもよい。

（第４変形例）上述した実施例では、低温ラジエータ４１の出口４１оの下流側に、リザーブタンク１７が設けられており、第１流路１１と第２流路１２は、ともにリザーブタンク１７を介して低温ラジエータ４１の出口４１оに接続されている。第４変形例では、リザーブタンク１７は、第１流路１１と第２流路１２のいずれか一方のみに配置されてもよい。また、第１流路１１と第２流路１２のそれぞれにリザーブタンクが配置されてもよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０ ：第１熱回路
１１ ：第１流路
１２ ：第２流路
１３ ：第１バイパス流路
１４ ：第２バイパス流路
１５ ：温度センサ
１７ ：リザーブタンク
１８ ：オイル循環路
２０ ：第２熱回路
２２、３２：循環路
３０ ：第３熱回路
４１ ：低温ラジエータ
４１ｉ ：入口
４１о ：出口
４２ ：第１流路弁
４３ ：トランスアクスル
４４ ：オイルポンプ
４５ ：オイルクーラ
４６ｃ ：ＳＰＵ冷却器
４７ｃ ：ＰＣＵ冷却器
４８ ：第１ポンプ
４９ ：第２流路弁
５０ ：ヒータ
５１ ：バッテリ
５２ ：チラー
５３ ：第２ポンプ
５５ ：モータ
６１、６４：膨張弁
６２ ：エバポレータプレッシャレギュレータ
６３ ：エバポレータ
６５ ：第３流路弁
６６ ：コンプレッサ
６７ ：コンデンサ
６８ ：モジュレータ
７１ ：電気ヒータ
７２ ：第３ポンプ
７３ ：第４流路弁
７４ ：ヒータコア
７５ ：高温ラジエータ
８０ ：コントローラ
１００ ：熱管理システム

Claims (3)

1. 車両用の熱管理システムであり、
   電気機器と、
   前記電気機器を冷却する第１熱媒と外気の間で熱を交換する第１熱交換器と、
   車室空調器の第２熱媒と前記第１熱媒との間で熱を交換する第２熱交換器と、
   前記第１熱媒が流れる流路であって、前記電気機器を通過しているとともに前記第１熱交換器の入口と出口に接続している第１流路と、
   前記第１流路に配置されているとともに前記第１流路に前記第１熱媒を循環させる第１ポンプと、
   前記第１熱媒が流れる流路であって、前記第２熱交換器を通過しているとともに前記第１熱交換器の前記入口と前記出口に接続している第２流路と、
   前記第２流路に配置されているとともに、前記第２流路に前記第１熱媒を循環させる第２ポンプと、
   前記第１流路と前記第１熱交換器の間を遮断する第１流路弁と、
   前記第２流路と前記第１熱交換器の間を遮断する第２流路弁と、
   前記第１流路に接続されており、前記第１流路弁が前記第１流路と前記第１熱交換器の間を遮断しているときに前記第１熱交換器をバイパスして前記電気機器と前記第１ポンプの間で前記第１熱媒を循環させるバイパス流路と、
   前記第１ポンプと、前記第２ポンプと、前記第１流路弁と、前記第２流路弁を制御するコントローラと、
   を備えており、
   前記コントローラは、
   前記第１ポンプと前記第２ポンプがともに正常の場合は前記第１流路と前記第２流路の一方が前記第１熱交換器に接続され他方が前記第１熱交換器から遮断されるように前記第１流路弁と前記第２流路弁を制御し、
   前記第１ポンプと前記第２ポンプの一方がロックした場合は前記第１流路と前記第２流路の両方が前記第１熱交換器に接続されるように前記第１流路弁と前記第２流路弁を制御するとともに前記第１ポンプと前記第２ポンプの他方を駆動する、熱管理システム。
2. 前記第２流路に接続されており、前記第２流路弁が前記第２流路と前記第１熱交換器の間を遮断しているときに前記第１熱交換器をバイパスして前記第２熱交換器と前記第２ポンプの間で前記第１熱媒を循環させる第２バイパス流路をさらに備えている、請求項１に記載の熱管理システム。
3. 前記第１流路と前記第２流路の一方に、前記第１熱媒の液面が空気に触れているリザーブタンクが接続されている、請求項１または２に記載の熱管理システム。

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