JP7435680B1 - 制御装置および温度調節システム - Google Patents

Abstract

【課題】複数回路間で液体の温度の偏りを抑えることが可能な制御装置および温度調節システムを提供する。【解決手段】制御装置は、複数回路のそれぞれを流れる液体の温度が変化するように、バッテリーから複数回路のそれぞれが有する熱交換器のそれぞれに分配される電力の割合を制御する制御装置であって、複数回路のそれぞれを流れる液体の温度を取得する取得部と、取得された液体の温度に応じて、熱交換器のそれぞれに使われるバッテリーの電力である使用可能電力が熱交換器のそれぞれに分配される電力の割合を制御する電力分配制御を実行する制御部と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、制御装置および温度調節システムに関する。

例えば、特許文献１には、バッテリーを保護するため、バッテリーを電気負荷に接続または非接続状態にするように動作する電力切替システムが記載されている。

また、特許文献２には、複数のバッテリーと、複数のバッテリーのそれぞれの温度が所定の動作温度範囲を超えないように複数のバッテリーの直並列の切り換えを行う電圧変換器とを備えた電動車両が記載されている。

特表平７－５０４５５９公報 特開２０１６－５２９７号公報

ところで、バッテリーから複数回路のそれぞれが有するヒーターに電力を供給することで、複数回路のそれぞれを流れる冷却水を温める温度調節システムにおいて、バッテリーからヒーターのそれぞれに電力の分配が開始されるときに、複数回路間で冷却水の温度の偏りが生じている場合、例えば、バッテリーからヒーターへ均等に電力が分配されると、複数回路間で生じている冷却水の温度の偏りを抑えることが困難となる。

本開示の目的は、複数回路間で液体の温度の偏りを抑えることが可能な制御装置および温度調節システムを提供することである。

上記の目的を達成するため、本開示における制御装置は、
複数回路のそれぞれを流れる液体の温度が変化するように、バッテリーから前記複数回路のそれぞれが有する熱交換器のそれぞれに分配される電力の割合を制御する制御装置であって、
前記複数回路のそれぞれを流れる前記液体の温度を取得する取得部と、
取得された前記液体の温度に応じて、前記熱交換器のそれぞれに使われる前記バッテリーの電力である使用可能電力が前記熱交換器のそれぞれに分配される電力の割合を制御する電力分配制御を実行する制御部と、
を備える。

本開示における温度調節システムは、
上記制御装置を備える。

本開示によれば、複数回路間で液体の温度の偏りを抑えることができる。

本開示の実施の形態に係る温度調節システムの構成を模式的に示すブロック図である。 使用可能電力がフル稼働電力よりも大きい場合を示す図である。 使用可能電力がフル稼働電力よりも小さい場合を示す図である。 使用可能電力がヒーターのそれぞれに均等に分配される場合を示す図である。 実際に使われた電力および実際に使われない電力などを示す図である。 電力の再分配において、電力がヒーターのそれぞれに均等に分配される場合を示す図である。 ヒーターのそれぞれの実際の消費電力の比で、使用可能電力がヒーターのそれぞれに分配される場合を示す図である。 冷却水の温度に応じてヒーターのそれぞれに分配される電力の割合を制御する場合を示す図である。 温度調節システムの動作の一例を示すフローチャートである。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、温度調節システム１００は、車両に搭載され、対象物（不図示）とラジエーター１２との間で循環される媒体を用いて対象物の温度を調節する。媒体は、例えば冷却水であるが、これに限らず他の液体を用いてもよい。以下の説明においては、媒体が冷却水であるものとして説明する。

図１において、本実施の形態に係る温度調節システム１００の構成を模式的に示す図である。温度調節システム１００は、第１回路１Ａ、第２回路１Ｂ、バッテリーモジュールＢＭ、ジャンクションボックスＪＢ、および、制御装置３０を備えている。第１回路１Ａの構成と第２回路１Ｂの構成とは同じであっても、なくてもよい。本実施の形態では、第２回路１Ｂは、第１回路１Ａと同じ構成を有している。このため、以下の説明では第１回路１Ａを代表して説明し、第２回路１Ｂについては第１回路１Ａと同一符号を付してその説明を省略する。

第１回路１Ａは、流路１０と、流路１０に設けられた対象物（不図示）と、ヒーター１１（本開示の「熱交換器」に対応する）と、ラジエーター１２と、調節弁１３と、ウォーターポンプ１４と、冷却器１５と、を備える。以下、「熱交換器」とは、熱交換器を構成する部品を含む。

ヒーター１１は、流路１０の冷却水の循環方向において対象物（不図示）の上流側に設けられ、冷却水を加熱する。ヒーター１１は、例えばＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）ヒーターであるが、他のヒーターを用いてもよい。

ラジエーター１２は、流路１０の冷却水の循環方向において対象物（不図示）の下流側に設けられ、対象物を通過した冷却水を冷却する。ラジエーター１２は、冷却水を冷却する電動ファン１６を有する。電動ファン１６は、電動機によって回転駆動され、ラジエーター１２に向けて風を送る。ラジエーター１２は、車両前方からの風によって冷却水を冷却する。

迂回路１７は、流路１０の冷却水の循環方向においてラジエーター１２を迂回する流路である。具体的には、迂回路１７は、対象物（不図示）からラジエーター１２に至る間に流路１０から分岐し、ラジエーター１２からヒーター１１に至る間に流路１０に合流する。

調節弁１３は、流路１０と迂回路１７とが合流する位置に配置される。調節弁１３は、対象物（不図示）を通過した冷却水が、ラジエーター１２に向かうか迂回路１７に向かうかを切り替える。また、調節弁１３は、迂回路１７に向かう冷却水の流量を調節してもよい。

ウォーターポンプ１４は、動力部（不図示）の動力によって駆動され、流路１０内を循環する冷却水を圧送する。なお、ウォーターポンプ１４は、電動式のポンプであってもよい。

冷却器１５は、冷媒流路２０に連結される。冷却器１５は、冷媒流路２０を通過する冷媒と、流路１０を通過する冷却水との間で熱交換を行う熱交換部である。冷却器１５では、冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させることによって、冷却水の熱を奪う。

温度センサＳ１は、対象物（不図示）からラジエーター１２に至る間の流路１０に配置され、流路１０の冷却水の温度を検出する。温度センサＳ１の検出結果（冷却水の温度）は、制御装置３０に送信される。

温度センサＳ２は、ラジエーター１２から調節弁１３に至る間の流路１０に配置され、流路１０の冷却水の温度を検出する。温度センサＳ２の検出結果（冷却水の温度）は、制御装置３０に送信される。

冷媒流路２０と、冷媒流路２０に設けられたコンプレッサー２１と、コンデンサー２２と、レシーバータンク２３と、膨張弁２４とにより冷媒回路が構成されている。

コンプレッサー２１は、モータ（不図示）により所定の回転数で駆動する。コンプレッサー２１は、冷媒を循環させる電動式のコンプレッサーである。コンプレッサー２１は、冷却器１５から流れ込む冷媒（蒸発した冷媒）を圧縮する。

コンデンサー２２は、コンプレッサー２１で圧縮された冷媒を冷却し、液化する。コンデンサー２２に送風可能な位置に電動ファン２５が配置されている。

レシーバータンク２３は、コンデンサー２２から流れ出る、液化しきれなかった冷媒と、液化した冷媒とに分離する。

膨張弁２４は、冷媒を気化容易な状態まで減圧する。減圧された冷媒は、冷媒流路２０を通って冷却器１５に流れ込む。

バッテリーモジュールＢＭは、電池セルを直列に接続した集合体である。本実施の形態では、バッテリーモジュールＢＭを複数接続して構成された組電池であってもよい。バッテリーモジュールＢＭは、ジャンクションボックスＪＢを介してヒーター１１およびコンプレッサー２１のそれぞれの電気負荷に接続される。これに限らず、バッテリーモジュールＢＭは、ジャンクションボックスＪＢを介して他の電気負荷である電動ファン１６や、電動ファン２５などに接続されてもよい。

ジャンクションボックスＪＢは、バッテリーモジュールＢＭと電気負荷との間に配置され、バッテリーモジュールＢＭからの電力の供給、遮断、分配を行うリレー回路を有する。リレー回路のオンオフ制御は、制御装置３０により行われる。

制御装置３０は、記憶部３１、取得部３２および制御部３３を有する。

記憶部３１は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びハードディスク等を含む記憶媒体である。記憶部３１は、制御部３３が実行するプログラムを記憶する。

取得部３２は、第１回路１Ａおよび第２回路１Ｂのそれぞれを流れる冷却水の温度を取得する。具体的には、取得部３２は、第１回路１Ａの流路１０を流れる冷却水の温度を温度センサＳ１，Ｓ２から取得する。また、取得部３２は、第２回路１Ｂの流路１０を流れる冷却水の温度を温度センサＳ１，Ｓ２から取得する。

制御部３３は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサを含む計算リソースである。制御部３３は、記憶部３１に記憶されたプログラムを実行することにより、制御部３３が有する諸機能を実現する。

次に、第１回路１Ａおよび第２回路１Ｂのそれぞれを流れる冷却水を温めるために、バッテリーモジュールＢＭから第１回路１Ａおよび第２回路１Ｂのそれぞれが有するヒーター１１のそれぞれに分配される電力の割合を制御する電力分配制御について図２Ａから図５を参照して説明する。図２Ａから図５に使用可能電力Ｐ０、フル稼働電力Ｐ１，Ｐ２および電力差ＰＳを示す。使用可能電力Ｐ０は、第１回路１Ａおよび第２回路１Ｂのそれぞれのヒーター１１に使われるバッテリーモジュールＢＭの電力である。また、フル稼働電力Ｐ１は、第１回路１Ａのヒーター１１をフル稼働させるために必要な電力である。また、フル稼働電力Ｐ２は、第２回路１Ｂのヒーター１１をフル稼働させるために必要な電力である。また、フル稼働電力Ｐ１，Ｐ２は、第１回路１Ａおよび第２回路１Ｂのそれぞれのヒーター１１をフル稼働させるために必要な電力である。電力差ＰＳは、使用可能電力Ｐ０とフル稼働電力Ｐ１，Ｐ２との電力差である。

先ず、図２Ａに示す電力分配制御について説明する。図２Ａは、使用可能電力Ｐ０がフル稼働電力Ｐ１，Ｐ２よりも大きい場合を示す図である。使用可能電力Ｐ０がフル稼働電力Ｐ１，Ｐ２より大きく、図２Ａに示すような電力差ＰＳがあるため、バッテリーモジュールＢＭからヒーター１１のそれぞれに十分な電力が供給され、ヒーター１１に供給される電力が不足になることがなく、第１回路１Ａおよび第２回路１Ｂのそれぞれの流路１０の冷却水を十分に温めることができる。これにより、流路１０間で冷却水の温度の偏りが生じるおそれがない。

次に、図２Ｂに示す電力分配制御について説明する。図２Ｂは、使用可能電力Ｐ０がフル稼働電力Ｐ１，Ｐ２よりも小さい場合を示す図である。使用可能電力Ｐ０がフル稼働電力Ｐ１，Ｐ２より小さく、本来必要な電力が不足しているため、第１回路１Ａおよび第２回路１Ｂのそれぞれの流路１０の冷却水を十分に温めることができない。これにより、流路１０間で冷却水の温度の偏りが生じるおそれがある。

次に、図３Ａから図３Ｃに示す電力分配制御について説明する。図３Ａは、使用可能電力Ｐ０がヒーター１１のそれぞれに均等に分配される場合を示す図である。図３Ａに、ヒーター１１のそれぞれに均等に分配された電力Ｐ１１，Ｐ２１を示す。また、電力Ｐ１１，Ｐ２１がヒーター１１のそれぞれに分配された場合、フル稼働電力Ｐ１，Ｐ２に対して不足する不足電力Ｐ１２，Ｐ２２を示す。図３Ｂは、実際に使われた電力および実際に使われない電力などを示す図である。図３Ｂに、分配された電力Ｐ１１のうち、実際に使われた電力Ｐ１３および実際に使われなかった電力Ｐ１４を示す。図３Ｃは、電力の再分配において、電力がヒーターのそれぞれに均等に分配される場合を示す図である。図３Ｃに、バッテリーモジュールＢＭからヒーター１１のそれぞれに均等に分配された電力Ｐ１５，Ｐ２５を示す。なお、図３Ｃに示す電力分配は、図３Ａに示す電力分配後の電力の再分配である。

電力Ｐ１１，Ｐ２１がバッテリーモジュールＢＭからヒーター１１のそれぞれに均等に分配されているため、図３Ａに示す電力分配の直後に流路１０間で冷却水の温度の偏りが生じるおそれはない。図３Ａで、第１回路１Ａのヒーター１１に電力Ｐ１１が分配された場合、図３Ｂに示すように、実際には電力Ｐ１３が使われ、電力Ｐ１４が使われない。これにより、図３Ｃに示す電力の再分配では、実際に使われた電力Ｐ１３，Ｐ２１を均等にした電力がバッテリーモジュールＢＭからヒーター１１のそれぞれに分配される。つまり、電力Ｐ１５，Ｐ２５が、第１回路１Ａおよび第２回路１Ｂのそれぞれのヒーター１１に分配される。これにより、第２回路１Ｂのヒーター１１に分配される電力Ｐ２５が、図３Ａに示す電力Ｐ２１よりも小さくなるため、第２回路１Ｂの流路１０の冷却水を十分に温めることができない。これにより、流路１０間で冷却水の温度の偏りが生じるおそれがある。

次に、図４に示す電力分配制御について説明する。図４は、ヒーターのそれぞれの実際の消費電力の比で、使用可能電力がヒーターのそれぞれに分配される場合を示す図である。図４に、使用可能電力Ｐ０がヒーター１１のそれぞれに分配された電力Ｐ１６，Ｐ２６を示す。第１回路１Ａおよび第２回路１Ｂのそれぞれのヒーター１１に使用可能電力Ｐ０を分配する際に、ヒーター１１のそれぞれの実際の消費電力の比で行うと、不足電力Ｐ１２，Ｐ２２が生じている。これにより、第１回路１Ａおよび第２回路１Ｂのそれぞれの流路１０の冷却水を十分に温めることができないため、流路１０間で冷却水の温度の偏りが生じるおそれがある。

以上のように、使用可能電力Ｐ０がヒーター１１のそれぞれに均等に分配される図３Ａから図３Ｃに示す場合は、流路１０間で冷却水の温度の偏りが生じるおそれがある。また、ヒーター１１のそれぞれの実際の消費電力の比で、使用可能電力Ｐ０がヒーター１１のそれぞれに分配される図４に示す場合は、流路１０間で冷却水の温度の偏りが生じるおそれがある。

これに対して、本実施の形態では、制御部３３は、第１回路１Ａおよび第２回路１Ｂのそれぞれの流路１０を流れる冷却水の温度に応じて、使用可能電力Ｐ０が第１回路１Ａおよび第２回路１Ｂのそれぞれのヒーター１１に分配される電力の割合を制御する電力分配制御を実行する。なお、取得部３２は、第１回路１Ａおよび第２回路１Ｂのそれぞれの流路１０を流れる冷却水の温度を第１回路１Ａおよび第２回路１Ｂのそれぞれの温度センサＳ１，Ｓ２から取得する。

次に、本実施の形態に係る電力分配制御について図５を参照して説明する。図５は、冷却水の温度に応じてヒーターのそれぞれに分配される電力の割合を制御する場合を示す図である。図５に、使用可能電力Ｐ０がヒーター１１のそれぞれに分配された電力Ｐ１７，Ｐ２７を示す。

制御部３３が、第１回路１Ａおよび第２回路１Ｂのそれぞれの流路１０の冷却水の温度に応じて、第１回路１Ａおよび第２回路１Ｂのそれぞれのヒーター１１に電力Ｐ１７，Ｐ２７を分配する制御を実行する。これにより、フル稼働電力Ｐ１，Ｐ２に対して不足する不足電力Ｐ１２，Ｐ２２が生じても、第１回路１Ａおよび第２回路１Ｂのそれぞれの流路１０の冷却水の温度に応じて、冷却水のそれぞれが温められるため、流路１０間で冷却水の温度の偏りが生じるおそれがない。

次に、制御装置３０の動作の一例について説明する。図６は、制御装置３０の動作の一例を示すフローチャートである。以下の説明では、制御装置３０が有する諸機能をＣＰＵが行うものとして説明する。本フローは、車両の始動スイッチのオンにより開始される。

先ず、ステップＳ１００において、ＣＰＵは、第１回路１Ａおよび第２回路１Ｂのそれぞれの流路１０の冷却水の温度を取得する。

次に、ステップＳ１１０において、ＣＰＵは、流路１０のそれぞれの冷却水の温度に応じて、使用可能電力Ｐ０が第１回路１Ａおよび第２回路１Ｂのそれぞれのヒーター１１に分配される電力の割合を計算する。

次に、ステップＳ１２０において、ＣＰＵは、上記の計算結果に基づいて、電力分配制御を実行する。その後、図６に示すフローを終了する。

上記実施の形態に係る温度調節システム１００は、第１回路１Ａおよび第２回路１Ｂのそれぞれを流れる冷却水の温度が変化するように、バッテリーモジュールＢＭから第１回路１Ａおよび第２回路１Ｂのそれぞれが有するヒーター１１に分配される電力の割合を制御する制御装置であって、第１回路１Ａおよび第２回路１Ｂのそれぞれの流路１０を流れる冷却水の温度を取得する取得部３２と、取得された冷却水の温度に応じて、ヒーター１１のそれぞれに使われるバッテリーモジュールＢＭの電力である使用可能電力がヒーター１１のそれぞれに分配される電力の割合を制御する電力分配制御を実行する制御部３３と、を備える。

上記構成によれば、仮に、フル稼働電力Ｐ１，Ｐ２に対して不足する不足電力Ｐ１２，Ｐ２２が生じる場合でも、第１回路１Ａおよび第２回路１Ｂのそれぞれの流路１０の冷却水の温度に応じて、冷却水のそれぞれが温められるため、流路１０間で冷却水の温度の偏りが生じるおそれがない。

上記実施の形態では、制御部３３は、第１回路１Ａおよび第２回路１Ｂのそれぞれの流路１０を流れる冷却水間の温度差が生じている場合、温度差が減少するように、電力分配制御を実行する。これにより、温度差が減少するように制御されるため、流路１０間で冷却水の温度の偏りを抑えることができる。

上記実施の形態では、制御部３３は、使用可能電力が、ヒーター１１のそれぞれをフル稼働させるために必要な電力であるフル稼働電力よりも小さい場合、電力分配制御を実行する。これにより、時間の経過に伴って、流路１０間で冷却水の温度の偏りを解消することができる。

なお、上記実施の形態では、使用可能電力が分配される熱交換器としてヒーター１１を挙げたが、本開示はこれに限らず、例えば、第１回路１Ａおよび第２回路１Ｂのそれぞれの冷媒流路２０に設けられるコンプレッサー２１でもよい。制御部３３は、使用可能電力が第１回路１Ａおよび第２回路１Ｂのそれぞれのコンプレッサー２１に分配される電力の割合を制御することで、冷却器１５における冷媒の温度を制御することができるため、流路１０間で冷却水の温度の偏りを抑えることが可能となる。

また、上記実施の形態に係る電力分配制御は、フル稼働電力Ｐ１，Ｐ２に対して不足する不足電力Ｐ１２，Ｐ２２が生じる図５に示す場合に適用したが、使用可能電力Ｐ０がフル稼働電力Ｐ１，Ｐ２よりも大きい図２Ａの場合に適用してもよい。これにより、第１回路１Ａおよび第２回路１Ｂのそれぞれの流路１０の冷却水を十分な電力でかつ迅速に温めることができる。

また、上記実施の形態に係る電力分配制御を、第１回路１Ａおよび第２回路１Ｂの構成が同じである図１に示す温度調節システムに適用したが、複数回路のそれぞれの構成が異なるシステムに適用してもよい。この場合、制御部は、複数回路のそれぞれの流路を流れる液体を所定温度にするために必要な熱量を算出し、算出した熱量に基づいて複数回路のそれぞれの熱交換器に分配される電力の割合を計算すればよい。また、上記実施の形態に係る電力分配制御を、２つの回路を有する温度調節システムに適用したが、３以上の複数回路を有するシステムに適用してもよい。

その他、上記実施の形態は、何れも本開示の実施をするにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本開示の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本開示はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

本開示は、複数回路間で液体の温度の偏りを抑えることが要求される制御装置を備えた温度調節システムに好適に利用される。

１Ａ 第１回路
１Ｂ 第２回路
１０ 流路
１１ ヒーター
１２ ラジエーター
１３ 調節弁
１４ ウォーターポンプ
１５ 冷却器
１６ 電動ファン
１７ 迂回路
２０ 冷媒流路
２１ コンプレッサー
２２ コンデンサー
２３ レシーバータンク
２４ 膨張弁
２５ 電動ファン
３０ 制御装置
３１ 記憶部
３２ 取得部
３３ 制御部
１００ 温度調節システム

Claims (6)

1. 複数回路のそれぞれを流れる液体の温度が変化するように、バッテリーから前記複数回路のそれぞれが有する熱交換器のそれぞれに分配される電力の割合を制御する制御装置であって、
   前記複数回路のそれぞれを流れる前記液体の温度を取得する取得部と、
   取得された前記液体の温度に応じて、前記熱交換器のそれぞれに使われる前記バッテリーの電力である使用可能電力が前記熱交換器のそれぞれに分配される電力の割合を制御する電力分配制御を実行する制御部と、
   を備える、制御装置。
2. 前記制御部は、前記複数回路のそれぞれを流れる液体間に温度差が生じている場合、前記温度差が減少するように、前記電力分配制御を実行する、請求項１に記載の制御装置。
3. 前記制御部は、前記使用可能電力が、前記熱交換器のそれぞれをフル稼働させるために必要な電力であるフル稼働電力よりも小さい場合、前記電力分配制御を実行する、請求項１に記載の制御装置。
4. 前記熱交換器は、前記液体を加熱するヒーターを有する、請求項１に記載の制御装置。
5. 前記熱交換器は、前記液体を冷却するコンプレッサーを有する、請求項１に記載の制御装置。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の制御装置を備える、温度調節システム。