JP2022187408A - 車両用の熱管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】複数の流路の流れを制御する切換弁の微開状態を検出する。【解決手段】熱管理システムは、第１および第２流路が分離されている第１モードと、第１および第２流路の一部が接続されて第３流路を形成する第２モードと、を切り換える切換弁を備える。第２流路の熱媒の温度は、第１流路の熱媒の温度よりも高い。第１モードにおいて、制御部は、第１および第２温度の少なくとも一方が上昇を開始した時点から所定時間が経過した第１所定時刻において、第１流路の第１温度および第２流路の第２温度の測定値を取得する。制御部は、切換弁が微開状態でない場合における、第１所定時刻での第１および第２温度の推定値を取得する。制御部は、第１温度の推定値に対して第１温度の測定値が所定閾値を超えて大きいとともに、第２温度の推定値に対して第２温度の測定値が所定閾値を超えて小さい場合に、切換弁が微開状態であると判定する。【選択図】図１

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。

特許文献１には、複数の流路の接続状態を切り換えることが可能な車両用熱管理システムが開示されている。流路の切り換えのために、複数の流路の流れ方を制御する切換弁を備えている。

特開２０１５－３０２８９号公報

複数の流路の流れを制御する場合には、切換弁の異常を検出することが重要となる。切換弁が故障して動作が停止した場合には、熱媒の温度挙動が明らかに異常となるため、検出は容易である。しかし、弁体が中途半端な動作で止まり、隙間から熱媒が漏れるという、微開状態となる場合がある。この微開状態は、故障に比して検出が困難である。本明細書は、このような問題を解決できる技術を提供する。

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、熱媒が流通する第１流路と、第１流路上に配置され、第１流路に熱媒を循環させる第１ポンプと、第１流路上に配置され、熱媒の第１温度を測定可能な第１温度センサと、を備える。熱管理システムは、熱媒が流通する第２流路と、第２流路上に配置され、第２流路に熱媒を循環させる第２ポンプと、第２流路上に配置され、熱媒の第２温度を測定可能な第２温度センサと、を備える。熱管理システムは、第１流路および第２流路が分離されている第１モードと、第１流路の一部および第２流路の一部が接続されていることで第３流路を形成する第２モードと、の間で切り換え可能に構成されている切換弁を備える。熱管理システムは、切換弁が微開状態であるか否かを判定する制御部を備える。第２流路の熱媒の温度は、第１流路の熱媒の温度よりも高い。第１モードにおいて、制御部は、第１温度および第２温度の少なくとも一方が上昇を開始した時点から所定時間が経過した第１所定時刻において、第１温度の測定値を第１温度センサから取得するとともに、第２温度の測定値を第２温度センサから取得する。制御部は、切換弁が微開状態でない場合における、第１所定時刻での第１温度の推定値および第２温度の推定値を取得する。制御部は、第１温度の推定値に対して第１温度の測定値が所定閾値を超えて大きいとともに、第２温度の推定値に対して第２温度の測定値が所定閾値を超えて小さい場合に、切換弁が微開状態であると判定する。

第１モードにおいて切換弁が微開状態の場合には、第１流路と第２流路との間でわずかに熱媒が混合する。従って、第２流路の高温の熱媒から第１流路の低温の熱媒へ、熱量が移動する。この熱移動によって、第１流路の熱媒の温度は、切換弁が微開状態でない場合に推定される温度よりも高くなる。また第２流路の熱媒の温度は、切換弁が微開状態でない場合に推定される温度よりも低くなる。従って、第１温度の測定値が第１温度の推定値に対して所定閾値を超えて大きいこと、および、第２温度の測定値が第２温度の推定値に対して所定閾値を超えて小さいことを検出することによって、切換弁が微開状態であることを検出することができる。

熱管理システム１００を示す図である。 熱管理システム１００を示す図である。 第１モードにおける熱媒の温度グラフである。 故障時の温度グラフの例である。 第１モードにおける熱媒の温度グラフである。 第２モードにおける熱媒の温度グラフである。 微開状態の修正プロセスを説明するフロー図である。 第１圧力Ｐ１および第２圧力Ｐ２の算出例である。 変形例の低温ラジエータ回路１０ａを示す図である。

本技術の一実施形態では、熱管理システムは、第３流路上に配置され、熱媒の第３温度を測定可能な第３温度センサをさらに備えていてもよい。第１温度センサは、第３流路を形成していない第１流路上に配置されていてもよい。第２温度センサは、第３流路を形成していない第２流路上に配置されていてもよい。第３流路の熱媒の温度は、第１流路および第２流路の熱媒の温度よりも高くてもよい。第２モードにおいて、制御部は、第３温度が上昇を開始した時点から所定時間が経過した第２所定時刻において、第１温度の測定値を第１温度センサから取得し、第２温度の測定値を第２温度センサから取得し、第３温度の測定値を第３温度センサから取得してもよい。制御部は、切換弁が微開状態でない場合における、第２所定時刻での第１温度の推定値、第２温度の推定値および第３温度の推定値を取得してもよい。制御部は、第１温度の推定値に対して第１温度の測定値が所定閾値を超えて大きく、第２温度の推定値に対して第２温度の測定値が所定閾値を超えて大きく、第３温度の推定値に対して第３温度の測定値が所定閾値を超えて小さい場合に、切換弁が微開状態であると判定してもよい。

第２モードにおいて切換弁が微開状態の場合には、第３流路を形成していない第１流路および第２流路と、第３流路との間で、わずかに熱媒が混合する。従って、第３流路の高温の熱媒から第１流路および第２流路の低温の熱媒へ、熱量が移動する。この熱移動によって、第３流路の熱媒の温度は、切換弁が微開状態でない場合に推定される温度よりも低くなる。また第１流路および第２流路の熱媒の温度は、切換弁が微開状態でない場合に推定される温度よりも高くなる。従って、第３温度の測定値が第３温度の推定値に対して所定閾値を超えて小さいこと、および、第１温度および第２温度の測定値が第１温度および第２温度の推定値に対して所定閾値を超えて大きいことを検出することによって、切換弁が微開状態であることを検出することができる。

本技術の一実施形態では、熱管理システムは、第１流路から第３流路の各々に存在する発熱源の各種動作状態における発熱量を示す発熱マップを備えていてもよい。第１温度の推定値、第２温度の推定値および第３温度の推定値は、発熱マップに基づいて求められてもよい。このような構成によると、第１モードや第２モードの開始後における、第１温度から第３温度の各々の上昇率を、正確に推定することが可能となる。

本技術の一実施形態では、制御部は、第１モードにおいて切換弁が微開状態であると判定された場合に、切換弁の第１流路側の圧力である第１圧力と切換弁の第２流路側の圧力である第２圧力との間の圧力差が小さくなるように第１ポンプおよび第２ポンプの少なくとも一方の流量を調整する流量調整処理を実行してもよい。制御部は、流量調整処理を実行している状態で、第１モード以外のモードに対応する状態に切換弁を変更してから第１モードに対応する状態に切換弁を戻す処理を実行してもよい。制御部は、流量調整処理を終了する処理を実行してもよい。切換弁は、一般的に、ばねなどの押し付け力によって弁体を閉じる機構を備えている。弁体を閉じる際には、第１圧力と第２圧力との圧力差を受ける。この圧力差は、第１流路および第２流路の動作状況に応じて様々に変動する。すると圧力変動の状況によっては、弁体が斜めにずれたまま閉じるなど、弁体が完全に閉まらず微開状態となってしまう場合がある。本技術では、第１圧力と第２圧力との圧力差を小さくした状態で、弁体を閉じなおすことができる。圧力差の影響が小さい状態で弁体を閉じることができるため、微開状態から回復することが可能となる。

本技術の一実施形態では、流量調整処理では、第１圧力が第２圧力よりも高い場合には、第１ポンプの流量を低下させる処理、または、第２ポンプの流量を増加させる処理、の少なくとも一方を実行してもよい。流量調整処理では、第２圧力が第１圧力よりも高い場合には、第２ポンプの流量を低下させる処理、または、第１ポンプの流量を増加させる処理、の少なくとも一方を実行してもよい。このような構成によると、第１圧力と第２圧力との圧力差を小さくすることが可能となる。

本技術の一実施形態では、流量調整処理では、第１圧力と第２圧力とが略平衡するように、第１ポンプおよび第２ポンプを停止してもよい。このような構成によると、第１圧力と第２圧力との圧力差がない状態で、弁体を閉じなおすことができる。微開状態から確実に回復することが可能となる。

本技術の一実施形態では、切換弁は、第１モードにおいて弁座と接触する弁体を備えていてもよい。弁体の一方の面には第１圧力が印加されており、弁体の他方の面には第２圧力が印加されていてもよい。流量調整処理では、弁体が弁座に向かう方向の圧力差を発生させるように、第１ポンプおよび第２ポンプの少なくとも一方の流量を調整してもよい。このような構成によると、弁体を弁座に押し付ける動作を、第１圧力と第２圧力との圧力差によってアシストすることができる。微開状態から確実に回復することが可能となる。

（熱管理システム１００の構造）
図面を参照して、実施例の熱管理システム１００について説明する。本実施例の熱管理システム１００は電動車両に搭載され、不凍液や冷媒といった熱媒を循環させることで、電動車両に設けられた構成要素の加熱及び冷却や、車内の空調等を行う。図１に示すように、熱管理システム１００は、低温ラジエータ４２を有する低温ラジエータ回路１０と、高温ラジエータ９４を有する高温ラジエータ回路３０と、その二つのラジエータ回路１０、３０の間へ熱的に介挿されたヒートポンプ回路２０と、制御装置９８と、を備える。これらの回路１０、２０、３０は、熱的に接続されている一方で、熱媒の流れる経路は互いに独立している。特に限定されないが、二つのラジエータ回路１０、３０では、熱媒として、例えばロングライフクーラントといった不凍液が採用されている。一方、ヒートポンプ回路２０では、熱媒として、ハイドロフルオロカーボンといった冷媒（冷凍サイクル用の熱媒）が採用されている。

低温ラジエータ回路１０とヒートポンプ回路２０との間は、チラー７０を介して熱的に接続されている。ヒートポンプ回路２０と高温ラジエータ回路３０との間は、コンデンサ８４を介して熱的に接続されている。チラー７０は、ヒートポンプ回路２０において蒸発器として機能し、低温ラジエータ回路１０の熱媒から、ヒートポンプ回路２０の熱媒へ熱を伝達することができる。コンデンサ８４は、ヒートポンプ回路２０において蒸発器として機能し、ヒートポンプ回路２０の熱媒から、高温ラジエータ回路３０の熱媒へ熱を伝達することができる。

（低温ラジエータ回路１０の構成）
低温ラジエータ回路１０は、車両用二次電池（以下、単にバッテリという。）６６を冷却する第１回路１２と、熱関連機器を冷却する第２回路１６と、を有している。

第１回路１２は、チラー７０とバッテリ６６との間で、熱媒を循環させる循環経路である。第１回路１２は、主に、バッテリ経路１３と、チラー経路１４と、を有している。バッテリ経路１３は、上流側から、ヒータ６４、バッテリ６６及び第１温度センサ６１を備えている。第１温度センサ６１は、バッテリ６６の出口側で熱媒温度を検出するためのセンサである。バッテリ６６は、後述するＳＰＵ５６及びＰＣＵ５８を介して、トランスアクスル４８に内蔵されたモータに電力を供給する。バッテリ６６は、バッテリ経路１３を流れる熱媒との熱交換によって冷却される。ヒータ６４は、電気式のヒータであり、必要に応じてバッテリ経路１３の熱媒を加熱することで、バッテリ６６を温めることができる。

チラー経路１４は、その上流側から、熱媒を循環させる第１ポンプ６８、チラー７０を備えている。バッテリ経路１３の上流端とチラー経路１４の下流端とは、切換弁４０を介して接続されている。また、バッテリ経路１３の下流端とチラー経路１４の上流端とは、リザーバタンク６９を介して接続されている。リザーバタンク６９は、熱媒から気泡を除去するための熱媒貯留部を備えている。

第２回路１６は、主に、低温ラジエータ経路１７と、熱関連機器経路１８と、を有している。低温ラジエータ経路１７の上流端と熱関連機器経路１８の下流端とが、切換弁４０を介して接続されている。低温ラジエータ経路１７の下流端と熱関連機器経路１８の上流端とは、リザーバタンク６９を介して接続されている。低温ラジエータ４２は、第１回路１２と第２回路１６との間で共用されている。こうすることで、低温ラジエータ回路１０を効率的に構成することができる。

低温ラジエータ経路１７は、上流側から、低温ラジエータ４２と、熱媒温度を検出するための第３温度センサ６３と、を備えている。熱関連機器経路１８は、上流側から、ＤＣ－ＤＣコンバータを含むＳＰＵ５６（Smart Power Unit）、インバータを含むＰＣＵ５８（Power Control Unit）、熱媒を循環させるための第２ポンプ６０、熱媒温度を検出するための第２温度センサ６２、オイルクーラ５４、を備えている。オイルクーラ５４は、熱交換器の一種であり、オイル循環路５０を介してトランスアクスル４８と熱的に接続されている。トランスアクスル４８は、車輪を駆動する走行用モータや、走行用モータと車輪との間に介挿された減速機等を有する。オイル循環路５０は、オイルポンプ５２を有しており、オイルクーラ５４とトランスアクスル４８との間で、熱媒であるオイルを循環させる。これにより、トランスアクスル４８の熱がオイルクーラ５４へ伝達され、さらにオイルクーラ５４から第２回路１６の熱媒へと伝達される。

第２回路１６は、さらに、バイパス経路１９を備えている。バイパス経路１９は、低温ラジエータ４２をバイパスしている。バイパス経路１９は、低温ラジエータ経路１７と熱関連機器経路１８との接続部位にある切換弁４０において分岐し、低温ラジエータ４２をバイパスして低温ラジエータ経路１７の下流端にあるリザーバタンク６９に合流している。

制御装置９８は、少なくとも一つのプロセッサとメモリとを備える、いわゆるコンピュータとして構成されている。メモリには、微開状態判定プログラム、および、発熱マップが格納されている。微開状態判定プログラムは、切換弁４０が微開状態であるか否かを判定するためのプログラムである。プロセッサは、微開状態判定プログラムを実行することより、切換弁４０の微開状態を判定する一連のプロセスを実行する。発熱マップは、第１流路Ｃ１、第２流路Ｃ２、第３流路Ｃ３の各々に存在する発熱源の、各種動作状態における発熱量を示すマップである。また制御装置９８は、第１温度センサ６１～第３温度センサ６３の各々から、第１温度測定値Ｔ１ｍ～第３温度測定値Ｔ３ｍの各々を取得する。

（切換弁４０の機能）
切換弁４０は、５方流調弁であり、第１回路１２の二つ経路１３、１４の他、第２回路１６の３つの経路１７、１８及び１９を接続している。切換弁４０は、制御装置９８に接続されており、その動作は制御装置９８によって制御される。切換弁４０の構造は特に限定されず、様々な構造であってよい。

切換弁４０によって、第１モードおよび第２モードの間で流路を切り換えることができる。図１に、第１モードを示す。第１モードは、第１流路Ｃ１および第２流路Ｃ２が分離されているモードである。第１流路Ｃ１と第２流路Ｃ２とは、互いに独立して動作可能である。第１流路Ｃ１は、チラー７０とバッテリ６６との間で、第１ポンプ６８を用いて熱媒を循環させる流路である。第１流路Ｃ１によって、バッテリ６６を冷却することができる。また第２流路Ｃ２は、低温ラジエータ４２と、いくつかの熱関連機器（オイルクーラ５４、ＳＰＵ５６、ＰＣＵ５８）との間で、第２ポンプ６０を用いて熱媒を循環させる流路である。第２流路Ｃ２によって、熱関連機器を冷却することができる。熱関連機器の方が、バッテリ６６よりも発熱量が大きい。従って、第２流路Ｃ２の熱媒の温度は、第１流路Ｃ１の熱媒の温度よりも高くなる。

図２に、第２モードを示す。第２モードは、第１流路Ｃ１の一部および第２流路Ｃ２の一部が接続されていることで第３流路Ｃ３を形成するモードである。第３流路Ｃ３は、低温ラジエータ４２とチラー７０との間で、第１ポンプ６８を用いて熱媒を循環させる流路である。第３流路Ｃ３によって、低温ラジエータ４２で外気から吸収された熱を、チラー７０へ供給することができる。

図１に示すように、第１ポンプ６８は第１流路Ｃ１上に配置されており、第２ポンプ６０は第２流路Ｃ２上に配置されている。また図２に示すように、第１温度センサ６１は、第３流路Ｃ３を形成していない第１流路Ｃ１上に配置されている。第２温度センサ６２は、第３流路Ｃ３を形成していない第２流路Ｃ２上に配置されている。第３温度センサ６３は、第３流路Ｃ３上に配置されている。

（ヒートポンプ回路２０の構成）
ヒートポンプ回路２０は、主に、メイン回路２２と、冷房用経路２４とを有する。メイン回路２２は、チラー７０とコンデンサ８４との間で熱媒（冷媒）を循環させる循環経路である。メイン回路２２は、膨張弁７２やコンプレッサ８２をさらに有しており、いわゆる冷凍サイクルを構成している。メイン回路２２では、熱媒が図１において反時計回りに循環する。メイン回路２２は、チラー７０に接続された低温ラジエータ回路１０から、コンデンサ８４に接続された高温ラジエータ回路３０へ、熱を伝達する。

冷房用経路２４は、チラー７０に対して並列に設けられており、チラー７０をバイパスしている。冷房用経路２４には、膨張弁７８、冷房用のエバポレータ７６、及び、ＥＰＲ７４（エバポレータプレッシャレギュレータ）が設けられている。冷房用経路２４の上流端には、切換弁８０が設けられている。冷房用のエバポレータ７６では、車内の空気（外気から導入されたものも含む）から、ヒートポンプ回路２０の熱媒への吸熱が行われ、これによって車内が冷房される。エバポレータ７６で吸収された熱は、コンデンサ８４から高温ラジエータ回路３０へ伝達される。

（高温ラジエータ回路３０の構成）
高温ラジエータ回路３０は、主に、メイン回路３２と、暖房用経路３４とを有する。高温ラジエータ回路３０のメイン回路３２は、コンデンサ８４と高温ラジエータ９４との間で熱媒を循環させる循環経路である。メイン回路３２には、熱媒を循環させるための第３ポンプ８８が設けられている。メイン回路３２は、熱媒を循環させることによって、ヒートポンプ回路２０から伝達された熱を、高温ラジエータ９４から外気へ放出する。なお、メイン回路３２には、ヒータ８６がさらに設けられている。

暖房用経路３４は、高温ラジエータ９４に対して並列に設けられており、高温ラジエータ９４をバイパスしている。暖房用経路３４には、ヒータコア９２が設けられている。暖房用経路３４の上流端には、切換弁９０が設けられている。ヒータコア９２では、暖房用経路３４を流れる熱媒から、車内の空気への放熱が行われ、車内が暖房される。

（第１モードにおける微開状態の判定処理（第１の例））
第１モードにおいて、切換弁４０が微開状態である場合における、微開状態判定プログラムの処理内容を説明する。第１の例として、第１流路Ｃ１および第２流路Ｃ２の両方に熱媒が循環する場合を、図３を用いて説明する。図３の横軸は時間であり、縦軸は熱媒の温度である。第１温度Ｔ１は、第１温度センサ６１の測定値である。第２温度Ｔ２は、第２温度センサ６２の測定値である。

時刻ｔｔ０において、第１流路Ｃ１および第２流路Ｃ２が分離するように切換弁４０が切り換えられる（図１参照）。時刻ｔｔ１において、第１ポンプ６８および第２ポンプ６０が動作し始めることで、第１温度Ｔ１および第２温度Ｔ２が上昇を開始する。

時刻ｔｔ１から所定時間Ｐｔ経過後の時刻ｔｔ２において、第１温度測定値Ｔ１ｍが第１温度センサ６１から取得されるとともに、第２温度測定値Ｔ２ｍが第２温度センサ６２から取得される。所定時間Ｐｔは、予め定めることができる任意の時間である。

また、第１温度推定値Ｔ１ｅおよび第２温度推定値Ｔ２ｅが取得される。第１温度推定値Ｔ１ｅは、切換弁４０が微開状態でない場合における、第１温度Ｔ１の時刻ｔｔ２での想定される温度である。第２温度推定値Ｔ２ｅは、切換弁４０が微開状態でない場合における、第２温度Ｔ２の時刻ｔｔ２での想定される温度である。第１温度推定値Ｔ１ｅおよび第２温度推定値Ｔ２ｅは、前述した発熱マップや、第１ポンプ６８および第２ポンプ６０の動作の有無に基づき求めることができる。第１温度推定値Ｔ１ｅおよび第２温度推定値Ｔ２ｅの求め方は、様々であってよい。本実施例では、図３の点線に示すように、推定グラフＧ１およびＧ２を求める。推定グラフＧ１およびＧ２は、切換弁４０が微開状態でない場合における、第１温度Ｔ１および第２温度Ｔ２の上昇傾きの推定値である。そして、推定グラフＧ１およびＧ２に基づき、時刻ｔｔ２における第１温度推定値Ｔ１ｅおよび第２温度推定値Ｔ２ｅを求める。

次に、第１温度測定値Ｔ１ｍが、第１温度推定値Ｔ１ｅに対して所定閾値ＴＨ１を超えて大きいか否かが判断される。具体的には、第１温度測定値Ｔ１ｍが第１温度推定値Ｔ１ｅよりも大きいか否か、および、第１温度測定値Ｔ１ｍと第１温度推定値Ｔ１ｅとの差分値ＤＶ１が予め定められた所定閾値ＴＨ１よりも大きいか否かが判断される。また第２温度測定値Ｔ２ｍが、第２温度推定値Ｔ２ｅに対して所定閾値ＴＨ２を超えて小さいか否かが判断される。具体的には、第２温度測定値Ｔ２ｍが第２温度推定値Ｔ２ｅよりも小さいか否か、および、第２温度測定値Ｔ２ｍと第２温度推定値Ｔ２ｅとの差分値ＤＶ２が予め定められた所定閾値ＴＨ２よりも大きいか否かが判断される。そして、第１温度測定値Ｔ１ｍが第１温度推定値Ｔ１ｅに対して所定閾値ＴＨ１を超えて大きいとともに、第２温度測定値Ｔ２ｍが第２温度推定値Ｔ２ｅに対して所定閾値ＴＨ２を超えて小さい場合には、微開状態であると判定することができる。

微開状態の判定原理を説明する。切換弁４０が微開状態の場合には、第１流路Ｃ１と第２流路Ｃ２との間でわずかに熱媒が混合する。従って、第２流路Ｃ２の高温の熱媒から第１流路Ｃ１の低温の熱媒へ、熱量が移動する。この熱移動によって、第２流路Ｃ２の熱媒温度の実測される上昇傾き（第２温度Ｔ２の傾き）は、切換弁４０が正常である場合に推定される上昇傾き（推定グラフＧ２の傾き）よりも小さくなる。一方、第１流路Ｃ１の熱媒温度の実測される上昇傾き（第１温度Ｔ１の傾き）は、切換弁４０が正常である場合に推定される上昇傾き（推定グラフＧ１の傾き）よりも大きくなる。

すなわち、第２温度Ｔ２の上昇率が正常時よりも小さくなるとともに、第１温度Ｔ１の上昇率が正常時よりも大きくなるという、傾き変化の組み合わせを検出することで、第２流路Ｃ２から第１流路Ｃ１への熱量の移動が発生したことを検出することができる。そして、第２温度Ｔ２の上昇率の低下量が所定閾値ＴＨ２を超えていること、および、第１温度Ｔ１の上昇率の増加量が所定閾値ＴＨ１を超えていることを検出することで、無視できない程度の熱量の移動が発生していることを検出することができる。その結果、切換弁４０が微開状態であることを判定することができる。

なお、所定閾値ＴＨ１およびＴＨ２は、第１流路Ｃ１および第２流路Ｃ２の熱容量などに基づいて予め定めればよい。例えば、所定時間Ｐｔの間に第２流路Ｃ２から第１流路Ｃ１に移動することが許容される最大熱量である許容熱量を求める。そして、許容熱量が第１流路Ｃ１に与えられた場合の熱媒の温度上昇量を第１流路Ｃ１の熱容量から求めるとともに、許容熱量が第２流路Ｃ２から奪われた場合の熱媒の温度低下量を第２流路Ｃ２の熱容量から求める。この温度上昇量を所定閾値ＴＨ１にするとともに、温度低下量を所定閾値ＴＨ２としてもよい。

また、切換弁４０が故障しており、第１流路Ｃ１と第２流路Ｃ２とが導通している場合は、微開状態とは容易に区別可能である。図４に、故障時の温度グラフの例を示す。時刻ｔｔ１において、第１ポンプ６８および第２ポンプ６０が動作し始めると、第２流路Ｃ２の高温の熱媒と第１流路Ｃ１の低温の熱媒が混合するため、第２温度Ｔ２が瞬間的に低下する（領域Ｒ１参照）。そして時刻ｔｔ３において、第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２が同等になり飽和する。このような特徴的な温度変化を検出することで、切換弁４０の故障を判定することができる。

（第１モードにおける微開状態の判定処理（第２の例））
第１モードにおける第２の例として、第１流路Ｃ１が停止しており、第２流路Ｃ２のみに熱媒が循環する場合における、微開状態判定プログラムの処理内容を説明する。

図５の時刻ｔｔ１において、第２ポンプ６０が動作し始める。時刻ｔｔ２において、点線に示すように、推定グラフＧ１およびＧ２が求められる。推定グラフＧ２は、第２ポンプ６０が動作しているため、熱回収により上昇する。一方、推定グラフＧ１は、第１ポンプ６８が停止しているため、初期温度のまま
一定値である。しかし切換弁４０が微開状態であるため、第２流路Ｃ２の熱媒温度の実測される上昇傾き（第２温度Ｔ２の傾き）は、切換弁４０が正常である場合に推定される上昇傾き（推定グラフＧ２の傾き）よりも小さくなる。一方、第１流路Ｃ１の熱媒温度の実測される上昇傾き（第１温度Ｔ１の傾き）は、切換弁４０が正常である場合に推定される上昇傾き（推定グラフＧ１の傾き）よりも大きくなる。そして、第１温度測定値Ｔ１ｍが第１温度推定値Ｔ１ｅに対して所定閾値ＴＨ１を超えて大きいとともに、第２温度測定値Ｔ２ｍが第２温度推定値Ｔ２ｅに対して所定閾値ＴＨ２を超えて小さいことが判断される。

以上より、第１流路Ｃ１および第２流路Ｃ２の一方が停止している場合においても、微開状態においては、第２温度Ｔ２の上昇率が正常時よりも小さくなるとともに、第１温度Ｔ１の上昇率が正常時よりも大きくなるという、傾き変化の組み合わせを検出することができることが分かる。よって、切換弁４０が微開状態であることを判定することが可能である。

（第２モードにおける微開状態の判定処理）
第２モードにおいて、切換弁４０が微開状態である場合における、微開状態判定プログラムの処理内容を説明する。例として、第３温度センサ６３で測定される第３温度Ｔ３が、第１温度Ｔ１および第２温度Ｔ２よりも十分に高い場合を説明する。また、第３流路Ｃ３を形成していない第１流路Ｃ１および第２流路Ｃ２において、熱媒が循環しない場合を説明する。

図６の時刻ｔｔ０において、第３流路Ｃ３（図２参照）が形成されるように切換弁４０が切り換えられる。時刻ｔｔ１１において、第１ポンプ６８が動作し第３流路Ｃ３に熱媒が循環し始めることで、第３温度Ｔ３が上昇を開始する。

時刻ｔｔ１２において、点線に示すように、推定グラフＧ１～Ｇ３が求められる。推定グラフＧ１～Ｇ３は、切換弁４０が正常である場合における、第１温度Ｔ１～第３温度Ｔ３の上昇傾きの推定値である。第３流路Ｃ３に熱媒が循環しているため、推定グラフＧ３は上昇する。一方、第１流路Ｃ１および第２流路Ｃ２には熱媒が循環していないため、推定グラフＧ１およびＧ２は初期温度のまま一定値である。また、第１温度測定値Ｔ１ｍ～第３温度測定値Ｔ３ｍ、および、第１温度推定値Ｔ１ｅ～第３温度推定値Ｔ３ｅが取得される。これらの値の取得方法は、前述した内容と同様であるため、説明を省略する。

そして、第３温度測定値Ｔ３ｍが第３温度推定値Ｔ３ｅに対して所定閾値ＴＨ３を超えて小さく、第１温度測定値Ｔ１ｍが第１温度推定値Ｔ１ｅに対して所定閾値ＴＨ１を超えて大きく、第２温度測定値Ｔ２ｍが第２温度推定値Ｔ２ｅに対して所定閾値ＴＨ２を超えて大きい場合には、微開状態であると判定することができる。これは、切換弁４０が微開状態の場合には、第３流路Ｃ３の高温の熱媒から第１流路Ｃ１および第２流路Ｃ２低温の熱媒へ、熱量が移動するためである。この熱移動によって、第３温度Ｔ３の上昇率が正常時よりも小さくなるとともに、第１温度Ｔ１および第２温度Ｔ２の上昇率が正常時よりも大きくなるという、傾き変化の組み合わせが発生する。この傾き変化の組み合わせを検出することで、切換弁４０が微開状態であることを判定することができる。

実施例２では、微開状態の修正プロセスを説明する。微開状態の修正プロセスは、実施例１において切換弁４０が微開状態であると判定された場合に、微開状態を修正するための処理である。本処理は、制御装置９８の微開状態判定プログラムによって実行される。例として、第１モードにおいて微開状態であると判定された場合の処理を、以下に説明する。

制御装置９８のプロセッサは、第１モードにおいて微開状態であると判定された場合に、図７に示すフローを開始する。ステップＳ２において、プロセッサは、第１ポンプ６８および第２ポンプ６０を停止可能であるか否かを判断する。例えば、第１温度測定値Ｔ１ｍおよび第２温度測定値Ｔ２ｍが、熱媒温度要求値に対して十分なマージンを有する場合に、停止可能と判断することができる。停止可能でない場合には、ステップＳ８へ進む。

ステップＳ８において、圧力算出処理が行われる。具体的には、切換弁４０の第１流路Ｃ１側の圧力である第１圧力Ｐ１と、第２流路Ｃ２側の圧力である第２圧力Ｐ２が求められる。第１圧力Ｐ１は、「第１圧力Ｐ１＝（第１ポンプ６８の吐出圧Ｄ１）－（第１ポンプ６８から切換弁４０までの圧損ＤＲ１）」の関係を用いて求めることができる。圧損ＤＲ１は、第１ポンプ６８から切換弁４０までの経路上の部品（チラー７０）による部品圧損と、配管（第１回路１２）による配管圧損の和である。同様に、第２圧力Ｐ２は、「第２圧力Ｐ２＝（第２ポンプ６０の吐出圧Ｄ２）－（第２ポンプ６０から切換弁４０までの圧損ＤＲ２）」の関係を用いて求めることができる。圧損ＤＲ２は、第２ポンプ６０から切換弁４０までの経路上の部品（オイルクーラ５４）による部品圧損と、配管（熱関連機器経路１８）による配管圧損の和である。吐出圧、部品圧損、配管圧損は、デューティ（流量）と熱媒温度で決定される値である。

図８に、第１圧力Ｐ１および第２圧力Ｐ２の算出例を示す。図８では、第１圧力Ｐ１が第２圧力Ｐ２よりも高い場合の例である。第１圧力Ｐ１と第２圧力Ｐ２との差が、圧力差ＰＤである。

ステップＳ１０～Ｓ１６において、流量調整処理が行われる。流量調整処理は、圧力差ＰＤが小さくなるように、第１ポンプ６８および第２ポンプ６０の少なくとも一方の流量を調整する処理である。圧力差ＰＤを小さくする制御は、様々であってよい。例えば、圧力差ＰＤが予め定められた閾値よりも小さくなるように制御してもよいし、圧力差ＰＤが所定割合だけ小さくなるように制御してもよいし、圧力差ＰＤがほぼ無くなるように制御してもよい。具体的に説明する。

ステップＳ１０において、第１圧力Ｐ１および第２圧力Ｐ２のうち、圧力が高い側のポンプが、フルデューティであるか否かが判断される。否定判断される場合（Ｓ１０：ＮＯ）には、ステップＳ１４へ進み、圧力が高い側のポンプの流量を低下させることで、圧力差ＰＤを小さくする。図８の例では、第１ポンプ６８の流量を低下させて第１圧力Ｐ１を低下させることで、圧力差ＰＤを小さくする。一方、肯定判断される場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）には、熱媒温度要求に対して余裕がなく、圧力が高い側のポンプの流量を低下することが困難な場合であると判断され、ステップＳ１２へ進む。

ステップＳ１２において、圧力が低い側のポンプが、フルデューティであるか否かが判断される。否定判断される場合（Ｓ１２：ＮＯ）には、ステップＳ１６へ進み、圧力が低い側のポンプの流量を増加させることで、圧力差ＰＤを小さくする。図８の例では、第２ポンプ６０の流量を増加させて第２圧力Ｐ２を上昇させることで、圧力差ＰＤを小さくする。一方、肯定判断される場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）には、圧力が低い側のポンプの流量を増加することが困難な場合であると判断され、ステップＳ１４へ進む。ステップＳ１４において、圧力が高い側のポンプの流量を低下させることで、圧力差ＰＤを小さくする。そしてステップＳ２０へ進む。

一方、ステップＳ２において、第１ポンプ６８および第２ポンプ６０を停止可能であると判断された場合には、ステップＳ１８へ進み、第１ポンプ６８および第２ポンプ６０を停止する。これにより、第１圧力Ｐ１および第２圧力Ｐ２が発生しなくなるため、圧力差ＰＤを平衡にすることができる。そしてステップＳ２０へ進む。

ステップＳ２０において、切換弁４０の開閉制御が行われる。具体的には、圧力差ＰＤが小さくされている状態で、第１モード以外のモードに対応する状態に切換弁４０を変更してから、第１モードに対応する状態に切換弁４０を戻す処理を実行する。これにより切換弁４０を、微開状態から正常状態に回復させることができる。そしてステップＳ２２へ進み、第１ポンプ６８および第２ポンプ６０を規定の動作状態に戻す。これにより、微開状態の修正プロセスが完了する。

ステップＳ２０の開閉制御の効果を説明する。切換弁は、一般的に、ばねなどの押し付け力によって弁体を閉じる機構を備えている。回転構造およびスリットを備える構造においても、同様である。弁体を閉じる際には、第１圧力Ｐ１と第２圧力Ｐ２との圧力差ＰＤを受ける。この圧力差ＰＤは、第１流路Ｃ１および第２流路Ｃ２の動作状況に応じて様々に変動する。例えば、第１ポンプ６８および第２ポンプ６０の両方が動作している場合には、切換弁４０に近い側のポンプの圧力が、常に切換弁４０に印加される。また一方のポンプのみが動作している場合には、動作中のポンプによる圧力のみが切換弁４０に印加される。そして、第１ポンプ６８および第２ポンプ６０が細かい流量制御を行う場合には、第１圧力Ｐ１および第２圧力Ｐ２は過渡的に変動する。弁体は第１圧力Ｐ１および第２圧力Ｐ２を受けながら閉じ切りなどを行う必要があるため、弁体の動作が過渡的となってしまい、弁体が斜めにずれたまま閉じるなど、弁体が完全に閉まらず微開状態となってしまう場合がある。微開状態は故障ではないため、修正可能である。そこで、圧力差ＰＤを小さくする処理（ステップＳ１０～Ｓ１８）を行った上で、弁体を開閉する処理（ステップＳ２０）行うことで、圧力差ＰＤの影響が小さい状態で弁体を閉じ直すことができるため、微開状態から回復することが可能となる。

以上では、第１モードにおける微開状態の修正プロセスを説明したが、第２モードにおける微開状態の修正プロセスについても同様である。すなわちステップＳ８では、第３流路Ｃ３を形成していない第１流路Ｃ１側の第１圧力Ｐ１、第３流路Ｃ３を形成していない第２流路Ｃ２側の第２圧力Ｐ２、第３流路Ｃ３側の圧力である第３圧力Ｐ３、を算出すればよい。そしてステップＳ１０～Ｓ１６において、第１圧力Ｐ１～第３圧力Ｐ３の間の圧力差ＰＤが小さくなるように、第１ポンプ６８の流量を制御すればよい。その他の処理内容は、第１モードにおける修正プロセスと同様であるため、説明を省略する。

（実施例２の変形例）
切換弁４０が、第１モードにおいて弁座と接触する弁体を備えていてもよい。また、弁体の一方の面には第１圧力Ｐ１が印加され、弁体の他方の面には第２圧力Ｐ２が印加されていてもよい。そして流量調整処理では、弁体が弁座に向かう方向の圧力差ＰＤを発生させるように、第１ポンプ６８および第２ポンプ６０の少なくとも一方の流量を調整してもよい。

例えば、弁体が第１圧力Ｐ１から受ける力の向きが、弁体が弁座から離れる向きであり、弁体が第２圧力Ｐ２から受ける力の向きが、弁体が弁座に向かう向きである場合を想定する。この場合に、図８に示すように第１圧力Ｐ１の方が第２圧力Ｐ２よりも大きい場合には、圧力差ＰＤによって弁体が開くような力が発生するため、微開状態になりやすい。従って流量調整処理では、第２圧力Ｐ２の方が第１圧力Ｐ１よりも大きくなるように制御すればよい。これにより、圧力差ＰＤによって弁体が閉じる力を発生させることができる。弁体を弁座に押し付ける動作を、圧力差ＰＤによってアシストすることができるため、微開状態から確実に回復することが可能となる。

以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、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さまざまに変形、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、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わ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するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で、技術的な有用性を持つものである。

（変形例）
本実施例では、第１および第２モードの切り換えを、５方流調弁である切換弁４０で行う場合を説明したが、これに限定するものではない。切換弁の数や配置位置は、自由に設定することができる。例えば図９に示す低温ラジエータ回路１０ａのように、第１および第２モードの切り換えを、２つの第１切換弁２２１および第２切換弁２２２で行ってもよい。第１切換弁２２１および第２切換弁２２２は、３方流調弁である。第１切換弁２２１は、第１回路１２と接続回路２１０との接続部位に備えられている。第２切換弁２２２は、第２回路１６のバイパス経路１９の分岐部に備えられている。図６のような切換弁の配置においても、微開状態の判定処理（実施例１）や、微開状態の修正プロセス（実施例２）を適用することが可能である。

本実施例では、第１回路１２と第２回路１６とをリザーバタンク６９を介して接続する構造を説明したが、この構造に限られず、様々な接続構造を用いることができる。例えば、リザーバタンク６９に代えて、３ＷＡＹ配管を用いて接続してもよい。

第１温度推定値Ｔ１ｅ～第３温度推定値Ｔ３ｅを取得する方法は、推定グラフＧ１～Ｇ３を用いる方法に限られず、様々な方法を用いることができる。例えば、グラフを用いずに、温度推定値のマップを用いてもよい。

図７のフローに示す流量調整処理では、第１ポンプ６８および第２ポンプ６０の一方の流量を調整する場合を説明したが、この形態に限られない。第１ポンプ６８および第２ポンプ６０の両方の流量を調整してもよい。

本実施例における第１温度センサ６１～第３温度センサ６３の配置位置は一例であり、これに限定するものではない。

熱管理システム１００は、電動車両に搭載されるものとしたがこれに限定するものではない。定置型の熱管理システム１００としても用いることができる。また、熱管理システム１００では、電池としてバッテリ６６を冷却する電池冷却回路（電池冷却システム）を備えるものとしたが、燃料電池などの他の電池の冷却システムとしても用いることができる。

熱管理システム１００では、ヒートポンプ回路２０及び高温ラジエータ回路３０を備えるものとしたが、これらを必ずしも備えていなくてもよい。電池冷却という意図を含むシステムであればよい。

制御装置９８は、制御部の一例である。時刻ｔｔ２は、第１所定時刻の一例である。時刻ｔｔ１２は、第２所定時刻の一例である。

１０：低温ラジエータ回路 １２：第１回路 １６：第２回路 ４０：切換弁 ６０：第２ポンプ ６１：温度センサ ６２：第２温度センサ ６３：第３温度センサ ６８：第１ポンプ ９８：制御装置 １００：熱管理システム Ｃ１：第１流路 Ｃ２：第２流路 Ｃ３：第３流路 Ｔ１ｍ～Ｔ３ｍ：第１温度測定値～第３温度測定値 Ｔ１ｅ～Ｔ３ｅ：第１温度推定値～第３温度推定値

Claims (7)

1. 車両用の熱管理システムであって、
   熱媒が流通する第１流路と、
   前記第１流路上に配置され、前記第１流路に前記熱媒を循環させる第１ポンプと、
   前記第１流路上に配置され、前記熱媒の第１温度を測定可能な第１温度センサと、
   前記熱媒が流通する第２流路と、
   前記第２流路上に配置され、前記第２流路に前記熱媒を循環させる第２ポンプと、
   前記第２流路上に配置され、前記熱媒の第２温度を測定可能な第２温度センサと、
   前記第１流路および前記第２流路が分離されている第１モードと、前記第１流路の一部および前記第２流路の一部が接続されていることで第３流路を形成する第２モードと、の間で切り換え可能に構成されている切換弁と、
   前記切換弁が微開状態であるか否かを判定する制御部と、
   を備え、
   前記第２流路の前記熱媒の温度は、前記第１流路の前記熱媒の温度よりも高く、
   前記第１モードにおいて、前記制御部は、
   前記第１温度および前記第２温度の少なくとも一方が上昇を開始した時点から所定時間が経過した第１所定時刻において、前記第１温度の測定値を前記第１温度センサから取得するとともに、前記第２温度の測定値を前記第２温度センサから取得し、
   前記切換弁が微開状態でない場合における、前記第１所定時刻での前記第１温度の推定値および前記第２温度の推定値を取得し、
   前記第１温度の推定値に対して前記第１温度の測定値が所定閾値を超えて大きいとともに、前記第２温度の推定値に対して前記第２温度の測定値が前記所定閾値を超えて小さい場合に、前記切換弁が微開状態であると判定する、
   熱管理システム。
2. 前記熱管理システムは、前記第３流路上に配置され、前記熱媒の第３温度を測定可能な第３温度センサをさらに備えており、
   前記第１温度センサは、前記第３流路を形成していない前記第１流路上に配置されており、
   前記第２温度センサは、前記第３流路を形成していない前記第２流路上に配置されており、
   前記第３流路の前記熱媒の温度は、前記第１流路および前記第２流路の前記熱媒の温度よりも高く、
   前記第２モードにおいて、前記制御部は、
   前記第３温度が上昇を開始した時点から所定時間が経過した第２所定時刻において、前記第１温度の測定値を前記第１温度センサから取得し、前記第２温度の測定値を前記第２温度センサから取得し、前記第３温度の測定値を前記第３温度センサから取得し、
   前記切換弁が微開状態でない場合における、前記第２所定時刻での前記第１温度の推定値、前記第２温度の推定値および前記第３温度の推定値を取得し、
   前記第１温度の推定値に対して前記第１温度の測定値が前記所定閾値を超えて大きく、前記第２温度の推定値に対して前記第２温度の測定値が前記所定閾値を超えて大きく、前記第３温度の推定値に対して前記第３温度の測定値が前記所定閾値を超えて小さい場合に、前記切換弁が微開状態であると判定する、
   請求項１に記載の熱管理システム。
3. 前記熱管理システムは、前記第１流路から前記第３流路の各々に存在する発熱源の各種動作状態における発熱量を示す発熱マップを備えており、
   前記第１温度の推定値、前記第２温度の推定値および前記第３温度の推定値は、前記発熱マップに基づいて求められる、請求項２に記載の熱管理システム。
4. 前記制御部は、前記第１モードにおいて前記切換弁が前記微開状態であると判定された場合に、
   前記切換弁の前記第１流路側の圧力である第１圧力と前記切換弁の前記第２流路側の圧力である第２圧力との間の圧力差が小さくなるように前記第１ポンプおよび前記第２ポンプの少なくとも一方の流量を調整する流量調整処理を実行し、
   前記流量調整処理を実行している状態で、前記第１モード以外のモードに対応する状態に前記切換弁を変更してから前記第１モードに対応する状態に前記切換弁を戻す処理を実行し、
   前記流量調整処理を終了する処理を実行する、請求項１～３の何れか１項に記載の熱管理システム。
5. 前記流量調整処理では、
   前記第１圧力が前記第２圧力よりも高い場合には、前記第１ポンプの流量を低下させる処理、または、前記第２ポンプの流量を増加させる処理、の少なくとも一方を実行し、
   前記第２圧力が前記第１圧力よりも高い場合には、前記第２ポンプの流量を低下させる処理、または、前記第１ポンプの流量を増加させる処理、の少なくとも一方を実行する、請求項４に記載の熱管理システム。
6. 前記流量調整処理では、前記第１圧力と前記第２圧力とが略平衡するように、前記第１ポンプおよび前記第２ポンプを停止する、請求項４に記載の熱管理システム。
7. 前記切換弁は、前記第１モードにおいて弁座と接触する弁体を備えており、
   前記弁体の一方の面には前記第１圧力が印加されており、前記弁体の他方の面には前記第２圧力が印加されており、
   前記流量調整処理では、前記弁体が前記弁座に向かう方向の圧力差を発生させるように、前記第１ポンプおよび前記第２ポンプの少なくとも一方の流量を調整する、請求項４または５に記載の熱管理システム。
   

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