WO2023203941A1 - Heat management system - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a heat management system that controls temperature by circulating a heat medium that has exchanged heat with a heat source through a heat medium circuit to a temperature controlled object.
- the flow path of the heat medium in the heat medium circuit is switched by a flow path switching device consisting of a solenoid, a valve driven by a motor, etc., but since these flow path switching devices are also mechanical parts, they have limited durability. There is a sexual lifespan. Conventionally, measures have been taken to predict failures and lifespans of these parts, encourage replacement of the parts, and even notify dealers (for example, see Patent Document 2 and Patent Document 3).
- an electric vehicle has been developed that aims to extend the life of the vehicle's driving function by fully opening the battery door to cool the battery when the vehicle's air conditioner fails (see, for example, Patent Document 4).
- solenoid valve control devices that determine the lifespan of a solenoid valve based on the number of times it is operated, and vehicle air conditioning systems that operate a compressor at an appropriate ON/OFF frequency have also been developed (for example, Patent Document 5, Patent Document 5). (see 6).
- the temperature control target is a battery installed in an electric vehicle, it cannot be operated efficiently regardless of whether the temperature is low or high, and the appropriate temperature range is between +10°C and +30°C. . Therefore, it is necessary to heat the battery to warm it up, especially during cold seasons such as winter.
- the battery is a component with a large heat capacity, system efficiency can be improved by heating the battery using waste heat from other components, storing heat in the battery, and using that heat when necessary. It may be possible to improve the situation, but if the heat medium circuit's flow switching device fails and the state where the battery is heated (operation mode) continues, the battery temperature will continue to rise, and in the worst case, it will catch fire. There is a risk.
- the present invention was made in order to solve the conventional technical problems, and provides a thermal management system that can predict the occurrence of a system failure and delay the occurrence of the failure.
- the heat management system of the present invention includes a heat medium circuit that circulates the heat medium exchanged with the heat source to the temperature control target, and a heat medium circuit that controls the temperature control target of the temperature control target.
- the control device includes a failure prediction unit that predicts the occurrence of a system failure based on information regarding the lifespan of equipment that makes up the system, and a failure prediction unit that predicts system failure.
- the present invention is characterized in that it includes a life extension control section that executes predetermined life extension control to delay the occurrence of the failure.
- the heat management system of the invention according to claim 2 is characterized in that in the above invention, the control device includes a notification control unit that notifies the outside when life extension control is executed.
- the temperature control target is a passenger compartment of an electric vehicle, a battery mounted on the electric vehicle, a driving motor of the electric vehicle, and a driving motor of the electric vehicle. It is characterized by including an inverter, a power control unit of an electric vehicle, a combination thereof, or all of them.
- the control device switches and executes an essential operation mode that is essential as a function required of the system and an additional operation mode other than this essential operation mode.
- the life extension control unit is characterized in that, in the life extension control, execution of the additional operation mode is prohibited or restricted.
- the heat medium circuit includes a flow path switching device that switches the flow path of the heat medium, and the failure prediction unit predicts the occurrence of a failure of the flow path switching device.
- the life extension control unit is characterized in that, in the life extension control, the frequency of operation of the flow path switching device is reduced to delay occurrence of failure of the flow path switching device.
- the heat management system of the invention according to claim 6 is characterized in that in the above invention, the failure prediction unit predicts failure of the flow path switching device based on the number of operations of the flow path switching device.
- the flow path switching device switches the flow path of the heat medium depending on the rotational position
- the failure prediction unit is configured to change the rotation angle of the flow path switching device.
- the present invention is characterized in that a failure of the flow path switching device is predicted based on the integrated value.
- the temperature control target is a battery mounted on an electric vehicle, and the control device switches the flow path of the heat medium by the flow path switching device to control the temperature of the battery.
- the battery has an operation mode in which the battery is heated, and the life extension control section is characterized in that it prohibits or restricts execution of the operation mode in which the battery is heated.
- the heat management system according to the invention of claim 9 is characterized in that, in the above invention, the life extension control section limits execution of the operation mode in which the battery is heated by lowering the threshold value for completing the operation mode.
- the heat source includes a compressor that compresses a refrigerant, a radiator that radiates heat from the high temperature refrigerant discharged from the compressor, and a refrigerant that radiates heat with the radiator.
- It consists of a refrigerant circuit that has a pressure reducing device that reduces the pressure of the refrigerant, and a heat absorber that absorbs heat from the refrigerant that has been reduced in pressure by the pressure reducing device.
- the heat medium circuit includes a heating section that heats the heat medium, and a cooling section that cools the heat medium The heating part exchanges heat with the heat radiator, and the cooling part exchanges heat with the heat absorber.
- the failure prediction unit predicts failure of the compressor based on the operation of the compressor
- the life extension control unit performs activation/startup of the compressor in the life extension control. It is characterized by delaying the occurrence of failure of the compressor by reducing the frequency of stops.
- thermal management includes a heat medium circuit that circulates the heat medium exchanged with the heat source to the temperature control target, and a control device that controls the temperature of the temperature control target by controlling the heat medium circuit.
- the control device includes a failure prediction section that predicts the occurrence of a system failure based on information regarding the lifespan of the equipment that makes up the system, and a system that delays the occurrence of the failure based on the failure prediction of the system by this failure prediction section. Equipped with a life extension control unit that executes predetermined life extension control, the failure prediction unit predicts whether or not a failure will occur in the system based on information regarding the lifespan of the equipment that makes up the system. If the failure is high, the life extension control unit can perform life extension control to delay the occurrence of the failure.
- life extension control as in the invention of claim 2
- the control device executes life extension control as in the invention of claim 2
- life extension control as in the invention of claim 2
- by having a configuration including a notification control unit that notifies the outside it is possible to predict the occurrence of a failure in equipment constituting the system. It will be possible to notify external parties that life extension control is being carried out to delay the occurrence of occurrence, prompting them to take early action regarding maintenance and replacement of equipment, and to notify the outside world that life extension control is being carried out to delay the occurrence of occurrence. This also makes it possible to avoid the inconvenience of continued operation with reduced efficiency.
- the temperature control targets include the passenger compartment of the electric vehicle, the battery mounted on the electric vehicle, the driving motor of the electric vehicle, the inverter that drives the driving motor, and the power of the electric vehicle.
- a control unit etc. can be considered.
- the life extension control unit as in the invention of claim 4
- the number of operation mode switches can be reduced while ensuring the execution of the essential operation modes that are essential to the system. It will be possible to extend the lifespan of the equipment that makes up the system and delay the occurrence of system failures.
- the failure prediction unit predicts the occurrence of a failure in the flow path switching device that switches the flow path of the heat medium in the heat medium circuit, and the life extension control unit, in the life extension control, By lowering the operating frequency of the flow path switching device, the occurrence of failure of the flow path switching device is delayed.
- the failure prediction unit predicts the failure of the flow path switching device based on the number of times the flow path switching device operates.
- the failure prediction unit switches the flow path of the heat medium based on the integrated value of the rotation angle of the flow path switching device. Failure prediction of road switching equipment will be performed.
- the temperature control target is a battery mounted on an electric vehicle
- the control device has an operation mode in which the flow path of the heat medium is switched by the flow path switching device to heat the battery.
- the life extension control unit prohibits or limits execution of the operation mode that heats the battery, thereby making it possible to avoid an accident in which the temperature of the battery continues to rise and leads to a fire.
- the life extension control section limits execution of the operation mode in which the battery is heated by lowering the threshold value for completing the operation mode.
- the heat source is a compressor that compresses refrigerant, a radiator that radiates heat from the high temperature refrigerant discharged from the compressor, and a pressure reducing device that reduces the pressure of the refrigerant that radiates heat by the radiator.
- the heat medium circuit has a heating section that heats the heat medium and a cooling section that cools the heat medium. , the heating section exchanges heat with the radiator, and the cooling section exchanges heat with the heat absorber.
- the failure prediction unit predicts failure of the compressor based on the operation of the compressor as in the invention of claim 10, and the life extension control unit performs starting/starting of the compressor in the life extension control.
- the life extension control unit performs starting/starting of the compressor in the life extension control.
- FIG. 1 is a block diagram illustrating the configuration of an embodiment of the thermal management system of the present invention.
- 2 is a functional block diagram regarding failure prediction and life extension control of the control device in FIG. 1.
- FIG. 1 is a diagram of a heat medium circuit and a refrigerant circuit of an embodiment of the thermal management system of the present invention.
- FIG. 4 is another heat medium circuit and refrigerant circuit diagram of the thermal management system of FIG. 3 (first operation mode).
- FIG. 4 is yet another heat medium circuit and refrigerant circuit diagram of the thermal management system of FIG. 3 (second operation mode).
- FIG. 4 is yet another heat medium circuit and refrigerant circuit diagram of the heat management system of FIG. 3 (third operation mode).
- FIG. 1 is a block diagram illustrating the configuration of an embodiment of the thermal management system of the present invention.
- 2 is a functional block diagram regarding failure prediction and life extension control of the control device in FIG. 1.
- FIG. 1 is a diagram of a heat medium circuit and a refrigerant circuit
- 2 is a flowchart illustrating the operation of an embodiment regarding failure prediction and life extension control by the control device of FIG. 1 (Embodiment 1).
- 3 is a flowchart illustrating the operation of another embodiment regarding failure prediction and life extension control by the control device of FIG. 1 (Embodiment 2).
- FIGS. 1 and 2 show functional blocks of an embodiment of the thermal management system 1 of the present invention
- FIG. 3 shows the configuration of the heat medium circuit 2 and refrigerant circuit 3 of the thermal management system 1. It shows.
- the thermal management system 1 of the embodiment air-conditions the cabin of an electric vehicle EV such as an electric vehicle or a hybrid vehicle, and also controls the battery (BATT) 4 mounted on the electric vehicle EV and the running motor (MOT) of the electric vehicle EV. ) 6, which controls the temperature of the inverter (INV) 7 that drives the driving motor 6 and the power control unit (PCU) 8 of the electric vehicle EV, and controls the heat medium circuit 2, refrigerant circuit 3, and control device 9. It is said to be configured with the following features.
- the vehicle interior of the electric vehicle EV, the battery 4, the driving motor 6, the inverter 7, and the power control unit 8 are examples of temperature-controlled objects in the present invention.
- the refrigerant circuit 3 is an example of the heat source in the present invention, the concept of the battery 4 in this application includes a fuel cell.
- the heat medium circuit 2 includes pumps 11 to 14, a heating section 16 (heat exchanger), a cooling section 17 (heat exchanger), two indoor heat exchangers 18 and 19, and an outdoor heat exchanger (radiator). 22, two integrated valves 23, 24 as a flow path switching device, a four-way valve 26, etc., and these, a battery 4, a driving motor 6, an inverter 7, a power control unit 8, and an auxiliary heating device.
- An electric heater (ECH) 33 is connected by a heat medium pipe 34 as shown in FIG.
- the battery 4, the driving motor 6, the inverter 7, and the power control unit 8 are configured with a jacket structure around them, and a heat medium (water in the embodiment) flows through the jacket.
- the battery 4, driving motor 6, inverter 7, and power control unit 8 are configured to exchange heat with a heat medium.
- the outdoor heat exchanger 22 is disposed outside the vehicle interior of the electric vehicle EV, and is configured to be ventilated with outside air by an outdoor blower 36. Further, the outdoor heat exchanger 22 is provided with a grill shutter 37 that opens and closes to control the inflow of outside air into the outdoor heat exchanger 22.
- the indoor heat exchangers 18 and 19 are arranged in an air flow path 39 of an HVAC unit 38 that supplies air for conditioning into the cabin of the electric vehicle EV.
- Inside air and outside air are ventilated into this airflow passage 39 by an indoor blower 41, and the inside air and outside air are switched by a suction switching damper 42.
- 43 is an air mix damper for adjusting the ventilation ratio to the indoor heat exchanger 19 which is disposed on the leeward side in the air flow passage 39 than the indoor heat exchanger 18 .
- the four-way valve 26 has four ports A, B, C, and D, and is switched to switching mode 1 or 2 by driving the internal valve body by a motor or solenoid.
- switching mode 1 the heat medium flowing from port A flows to port D, and the heat medium flowing from port B flows to port C.
- switching mode 2 the heat medium flowing from port A flows to port C, and the heat medium flowing from port B flows to port D.
- the integrated valve 23 (flow path switching device) has eight ports B, C, D, E, F, I, J, and L, and the internal valve body is rotationally driven by a motor (servo motor). It is possible to switch to a plurality of switching modes depending on the rotational position of the valve body, and in this embodiment, switching modes 2, 5, and 6 are used.
- switching mode 2 ports C and B are communicated, ports L and D are communicated, ports E and F are communicated, and ports J and I are communicated (FIG. 7).
- switching mode 5 ports C and B are communicated, ports E and D are communicated, ports J and F are communicated, and ports L and I are communicated (FIGS. 4 to 6).
- ports J and B are communicated, ports C and D are communicated, ports E and F are communicated, and ports L and I are communicated (FIG. 8).
- the integrated valve 24 (flow path switching device) has eight ports B, C, D, F, G, H, I, and J, and the internal valve body is rotationally driven by a motor (servo motor). It is possible to switch to a plurality of switching modes depending on the rotational position of the valve body, and in this embodiment, switching modes 1, 3, 4 to 6 are used.
- switching mode 1 ports F and B are communicated, ports C and D are communicated, ports H and G are communicated, and ports I and J are communicated (FIG. 7).
- switching mode 3 ports C and B are communicated, ports I and D are communicated, ports F and J are communicated, and ports H and G are communicated (FIG. 5).
- ports C and B are communicated, ports I and D are communicated, ports F and G are communicated, and ports H and J are communicated (FIG. 4).
- ports I and B are communicated, ports C and D are communicated, ports F and G are communicated, and ports H and J are communicated (FIG. 6).
- ports I and B are communicated, ports C and D are communicated, ports F and J are communicated, and ports H and G are communicated (FIG. 8).
- FIG. 1 (1-2) Configuration of refrigerant circuit 3 Furthermore, the refrigerant circuit 3 in FIG. A radiator 46 that radiates heat, an expansion valve 47 as a pressure reducing device that reduces the pressure of the refrigerant radiated by the radiator 46, a heat absorber 48 that evaporates the refrigerant reduced in pressure by the expansion valve 47 and absorbs heat, and an accumulator 49 that functions as a refrigerant.
- This is a heat pump circuit that is sequentially connected in an annular manner by piping 52.
- the heat radiator 46 of the refrigerant circuit 3 and the heating section 16 of the heat medium circuit 2 are arranged in a heat exchange relationship, and the heat absorber 48 and the cooling section 17 are arranged in a heat exchange relationship.
- the control device 9 is composed of a microcomputer equipped with a processor, a memory, and an input/output interface, and as shown in FIG. 1, its functions include an operation mode determination section 51, a control target value calculation section 52, and an operation mode switching control section. 53 and a control target value control section 54.
- This control device 9 detects the temperature of the air inside the electric vehicle EV, the temperature of the air blown into the vehicle interior, the temperature and pressure of each part of the refrigerant circuit 3, the amount of solar radiation into the vehicle interior, etc. Detection data of a sensor (representatively shown by reference numeral 56 in FIG. 1) is input.
- the control device 9 also includes the aforementioned integrated valves 23 and 24, the four-way valve 26, the pumps 11 to 14, the grille shutter 37 (representatively indicated by the reference numeral 57 in FIG. 1), the aforementioned compressor 44, the expansion valve 47, and the like. , an outdoor blower 36 , an indoor blower 39 , a suction switching damper 41 , an air mix damper 43 , and an electric heater (ECH) 33 (representatively indicated by reference numeral 58 in FIG. 1) are connected, and these are controlled by the control device 9. .
- control device 9 includes a battery management system 61 that controls charging and discharging of the battery 4 via the CAN 59 of the electric vehicle EV, and a configuration that transmits and receives data (temperature data, etc.) to and from the power control unit (PCU) 8 described above. has been done. It is assumed that the control device 9 obtains necessary data (vehicle speed, etc.) from another ECU (not shown) of the electric vehicle EV via the CAN 59. Further, a router 60 that wirelessly transmits and receives data to and from the outside via an Internet line is connected to the CAN 59, and the control device 9 is configured to transmit and receive data to and from the outside via the CAN 59 and the router 60.
- PCU power control unit
- the operation mode determining unit 51 of the control device 9 determines the air conditioning of the vehicle interior, such as cooling and heating, and each operation mode of the heat medium circuit 2 and refrigerant circuit 3, which will be described later, based on the detection data of the sensor 56 described above. . Further, the control target value calculating section 52 calculates the control target value in the driving mode determined by the driving mode determining section 51. Further, the operation mode switching control section 53 controls the integrated valves 23 and 24 of the heat medium circuit 2, the four-way valve 26, and the pumps 11 to 14 based on the operation mode determined by the operation mode determination section 51.
- control target value control unit 54 controls the compressor 44 and expansion valve 47 of the refrigerant circuit 3, each blower 36, 41, and the electric heater (ECH) 33 based on the control target value calculated by the control target value calculation unit 52. , each damper 42, 43, and grill shutter 37 are controlled.
- FIG. 2 shows functional blocks related to failure prediction and life extension control of the control device 9 of the embodiment.
- 63 is a failure prediction section
- 64 is a life extension control section
- 66 is a notification control section. Failure prediction and life extension control by each of these parts will be described in detail later.
- FIG. 4 shows the first operation mode by the control device 9.
- the compressor 44, outdoor blower 36, indoor blower 41, and pumps 11 to 14 are operated, the four-way valve 26 is in switching mode 2, the integrated valve 23 is in switching mode 5, and the integrated valve 24 is in switching mode 4. It is said that Further, the grill shutter 37 is opened, and the electric heater 33 is operated as necessary.
- the high temperature refrigerant discharged from the compressor 44 of the refrigerant circuit 3 radiates heat to the heat medium flowing through the heating section 16 in the radiator 46, and in the heat absorber 48, the refrigerant whose pressure has been reduced by the expansion valve 47 evaporates and is cooled. Heat is absorbed from the heat medium flowing through the section 17.
- the refrigerant that has exited the heat absorber 48 is separated into gas and liquid by an accumulator 49 and then sucked into the compressor 44 .
- the heat medium discharged from the pump 12 of the heat medium circuit 2 reaches the heating section 16, where the heat medium is heated by the refrigerant (the refrigerant radiates heat).
- the heat medium heated by the heating section 16 flows into the port C of the integrated valve 23 and flows out from the port B to reach the indoor heat exchanger 19.
- the heat medium leaving the indoor heat exchanger 19 flows into the port L of the integrated valve 23 and flows out from the port I to reach the indoor heat exchanger 18.
- the heat medium leaving the indoor heat exchanger 18 flows into port E of the integrated valve 23, flows out from port D, and flows into port A of the four-way valve 26.
- the heat medium that has flowed into port A of the four-way valve 26 exits from port C and returns to the pump 12, repeating the circulation (as shown by the arrow attached to the heat medium piping 34 in FIG. 4).
- the heat medium discharged from the pump 11 reaches the cooling section 17, where the heat medium is cooled by the refrigerant (the refrigerant absorbs heat).
- the heat medium cooled by the cooling unit 17 flows into port J of the integrated valve 23 , flows out from port F, and flows into port I of the integrated valve 24 .
- the heat medium flowing into port I of the integrated valve 24 flows out from port D and reaches the outdoor heat exchanger 22, where it absorbs heat from the outside air.
- the heat medium that has exited the outdoor heat exchanger 22 flows into port H of the integrated valve 24, flows out from port J, and repeats the circulation back to the pump 11 (indicated by the arrow attached to the heat medium piping 34 in FIG. 4). .
- the heat medium discharged from the pump 14 sequentially flows into the power control unit 8, the inverter 7, and the driving motor 6.
- the heat medium is heated by their waste heat and then reaches the electric heater 33.
- the electric heater 33 is in operation, the heat is further heated by the electric heater 33, and then flows into port B of the four-way valve 26, flows out from port D, and flows into port C of the integrated valve 24.
- the heat medium that has flowed into port C of integrated valve 24 flows out from port B, is sucked into pump 13, and is discharged to battery 4.
- the heat medium that has reached the battery 4 heats the battery 4 there, flows into port F of the integrated valve 24, flows out from port G, and repeats the circulation back to the pump 14 (also shown in the heat medium piping 34 in FIG. 4). (indicated by the arrow).
- the heat pumped up from the outside air by the outdoor heat exchanger 22 is transferred from the heat medium (cooling section 17) to the refrigerant (heat absorber 48) to the refrigerant (radiator 46) to the heat medium (heating section 16).
- the heat exchangers 19 and 18 are then transported to the indoor heat exchangers 19 and 18 in this order. Since the air blown into the vehicle interior is passed through the indoor heat exchangers 18 and 19, the air heated by the indoor heat exchangers 18 and 19 is blown out into the vehicle interior. ) is heated.
- the battery 4 is heated by the heat medium heated by the power control unit 8, the inverter 7, the driving motor 6, and the electric heater 33 (if activated), thereby warming up the battery 4. It turns out.
- this first operation mode is not essential for the thermal management system 1, and is an additional function in the present invention. It is in target driving mode.
- FIG. 5 shows the second operation mode by the control device 9.
- the compressor 44, outdoor blower 36, indoor blower 41, and pumps 11 to 14 are operated, the four-way valve 26 is in switching mode 2, the integrated valve 23 is in switching mode 5, and the integrated valve 24 is in switching mode 3. It is said that Further, the grill shutter 37 is opened and the electric heater 33 is not operated.
- the high temperature refrigerant discharged from the compressor 44 of the refrigerant circuit 3 radiates heat to the heat medium flowing through the heating section 16 in the radiator 46, and in the heat absorber 48, the refrigerant whose pressure has been reduced by the expansion valve 47 evaporates and is cooled. Heat is absorbed from the heat medium flowing through the section 17.
- the refrigerant that has exited the heat absorber 48 is separated into gas and liquid by an accumulator 49 and then sucked into the compressor 44 .
- the heat medium discharged from the pump 12 of the heat medium circuit 2 reaches the heating section 16, where the heat medium is heated by the refrigerant (the refrigerant radiates heat).
- the heat medium heated by the heating section 16 flows into the port C of the integrated valve 23 and flows out from the port B to reach the indoor heat exchanger 19.
- the heat medium leaving the indoor heat exchanger 19 flows into the port L of the integrated valve 23 and flows out from the port I to reach the indoor heat exchanger 18.
- the heat medium leaving the indoor heat exchanger 18 flows into port E of the integrated valve 23, flows out from port D, and flows into port A of the four-way valve 26.
- the heat medium that has flowed into port A of the four-way valve 26 exits from port C and returns to the pump 12, repeating the circulation (as shown by the arrow attached to the heat medium piping 34 in FIG. 5).
- the heat medium discharged from the pump 11 reaches the cooling section 17, where the heat medium is cooled by the refrigerant (the refrigerant absorbs heat).
- the heat medium cooled by the cooling unit 17 flows into port J of the integrated valve 23 , flows out from port F, and flows into port I of the integrated valve 24 .
- the heat medium flowing into port I of the integrated valve 24 flows out from port D and reaches the outdoor heat exchanger 22, where it absorbs heat from the outside air.
- the heat medium that has exited the outdoor heat exchanger 22 flows into the port H of the integrated valve 24, flows out from the port G, is sucked into the pump 14, and is discharged.
- the heat medium discharged from the pump 14 sequentially flows into the power control unit 8, the inverter 7, and the driving motor 6.
- the heat medium is heated by their waste heat and then passes through the electric heater 33 and flows into port B of the four-way valve 26 , exits from port D and flows into port C of the integrated valve 24 .
- the heat medium that has flowed into port C of integrated valve 24 flows out from port B, is sucked into pump 13, and is discharged to battery 4.
- the heat medium that has reached the battery 4 heats the battery 4 there, flows into port F of the integrated valve 24, flows out from port J, and repeats the circulation back to the pump 11 (also shown in the heat medium piping 34 in FIG. 5). (indicated by the arrow).
- the heat pumped up from the outside air by the outdoor heat exchanger 22 and the waste heat of the power control unit 8, inverter 7, and travel motor 6 are transferred from the heat medium (cooling unit 17) to the refrigerant (
- the heat absorber 48) ⁇ refrigerant (radiator 46) ⁇ heat medium (heating unit 16) are transported to the indoor heat exchangers 19 and 18 in this order. Since the air blown into the vehicle interior is passed through the indoor heat exchangers 18 and 19, the air heated by the indoor heat exchangers 18 and 19 is blown out into the vehicle interior. ) is heated.
- the electric heater 33 is activated to heat the heat medium flowing through the cooling section 17.
- the heat of this electric heater 33 is transferred in the order of heat medium (cooling unit 17) ⁇ refrigerant (heat absorber 48) ⁇ refrigerant (radiator 46) ⁇ heat medium (heating unit 16), and is transferred to indoor heat exchangers 19 and 18. Heats the flowing heat medium.
- the battery 4 is also adjusted to a target temperature by the power control unit 8, the inverter 7, the waste heat of the driving motor 6, and the heat medium pumped up from the electric heater 33.
- This second operation mode is a basic mode for heating the vehicle interior, which is essential as a function required of the heat management system 1 in the embodiment, and is an essential operation mode in the present invention.
- FIG. 6 shows the third operation mode by the control device 9.
- the compressor 44, indoor blower 41, and pumps 11 to 14 are operated, the four-way valve 26 is in switching mode 2, the integrated valve 23 is in switching mode 5, and the integrated valve 24 is in switching mode 5. Further, the outdoor blower 36 is stopped, the grill shutter 37 is closed, and the electric heater 33 is activated as necessary.
- the high temperature refrigerant discharged from the compressor 44 of the refrigerant circuit 3 radiates heat to the heat medium flowing through the heating section 16 in the radiator 46, and in the heat absorber 48, the refrigerant whose pressure has been reduced by the expansion valve 47 evaporates and is cooled. Heat is absorbed from the heat medium flowing through the section 17.
- the refrigerant that has exited the heat absorber 48 is separated into gas and liquid by an accumulator 49 and then sucked into the compressor 44 .
- the heat medium discharged from the pump 12 of the heat medium circuit 2 reaches the heating section 16, where the heat medium is heated by the refrigerant (the refrigerant radiates heat).
- the heat medium heated by the heating section 16 flows into the port C of the integrated valve 23 and flows out from the port B to reach the indoor heat exchanger 19.
- the heat medium leaving the indoor heat exchanger 19 flows into the port L of the integrated valve 23 and flows out from the port I to reach the indoor heat exchanger 18.
- the heat medium leaving the indoor heat exchanger 18 flows into port E of the integrated valve 23, flows out from port D, and flows into port A of the four-way valve 26.
- the heat medium that has flowed into port A of the four-way valve 26 exits from port C and returns to the pump 12, repeating the circulation (indicated by the arrow attached to the heat medium piping 34 in FIG. 6).
- the heat medium discharged from the pump 11 reaches the cooling section 17, where the heat medium is cooled by the refrigerant (the refrigerant absorbs heat).
- the heat medium cooled by the cooling unit 17 flows into port J of the integrated valve 23 , flows out from port F, and flows into port I of the integrated valve 24 .
- the heat medium that has flowed into port I of integrated valve 24 flows out from port B, is sucked into pump 13, and is discharged to battery 4.
- the heat medium that has reached the battery 4 cools the battery 4 there, then flows into the port F of the integrated valve 24, flows out from the port G, is sucked into the pump 14, and is discharged.
- the heat medium discharged from the pump 14 sequentially flows into the power control unit 8, the inverter 7, and the driving motor 6.
- the heat medium is heated by their waste heat and then reaches the electric heater 33.
- the electric heater 33 When the electric heater 33 is in operation, the heat is further heated by the electric heater 33, and then flows into port B of the four-way valve 26, flows out from port D, and flows into port C of the integrated valve 24.
- the return circulation is repeated (indicated by the arrow attached to the heat medium pipe 34 in FIG. 6).
- the waste heat of the power control unit 8, inverter 7, and travel motor 6, and the heat of the electric heater 33 (if activated) are transferred from the heat medium (cooling section 17) to the refrigerant.
- the refrigerant is transported to the indoor heat exchangers 19 and 18 in the order of (heat absorber 48) -> refrigerant (radiator 46) -> heat medium (heating section 16). Since the air blown into the vehicle interior is passed through the indoor heat exchangers 18 and 19, the air heated by the indoor heat exchangers 18 and 19 is blown out into the vehicle interior. ) is heated.
- FIG. 7 shows the fourth operation mode by the control device 9.
- the compressor 44, the outdoor blower 36, the indoor blower 41, and the pumps 11 to 14 are operated, the four-way valve 26 is in switching mode 1, the integrated valve 23 is in switching mode 2, and the integrated valve 24 is in switching mode 1. It is said that Further, the grill shutter 37 is opened and the electric heater 33 is not operated.
- the high temperature refrigerant discharged from the compressor 44 of the refrigerant circuit 3 radiates heat to the heat medium flowing through the heating section 16 in the radiator 46, and in the heat absorber 48, the refrigerant whose pressure has been reduced by the expansion valve 47 evaporates and is cooled. Heat is absorbed from the heat medium flowing through the section 17.
- the refrigerant that has exited the heat absorber 48 is separated into gas and liquid by an accumulator 49 and then sucked into the compressor 44 .
- the heat medium discharged from the pump 12 of the heat medium circuit 2 reaches the heating section 16, where the heat medium is heated by the refrigerant (the refrigerant radiates heat).
- the heat medium heated by the heating section 16 flows into the port C of the integrated valve 23 and flows out from the port B to reach the indoor heat exchanger 19.
- the heat medium leaving the indoor heat exchanger 19 flows into port L of the integrated valve 23, flows out from port D, and flows into port A of the four-way valve 26.
- the heat medium flowing into port A of the four-way valve 26 flows out from port D, flows into port C of the integrated valve 24, and flows out from port D.
- the heat medium flowing out from port D of the integrated valve 24 reaches the outdoor heat exchanger 22, where it radiates heat into the outside air.
- the heat medium that has passed through the outdoor heat exchanger 22 flows into the port H of the integrated valve 24, flows out from the port G, is sucked into the pump 14, and is discharged.
- the heat medium discharged from the pump 14 sequentially flows into the power control unit 8, the inverter 7, and the travel motor 6.
- the heat medium is heated by the waste heat, then flows into port B of the four-way valve 26 via the electric heater 33, flows out from port C, and repeats the circulation back to the pump 11 (heat medium piping 34 in FIG. 7). ).
- the heat medium discharged from the pump 11 reaches the cooling section 17, where the heat medium is cooled by the refrigerant (the refrigerant absorbs heat).
- the heat medium cooled by the cooling unit 17 flows into the port J of the integrated valve 23, flows out from the port I, and reaches the indoor heat exchanger 18.
- the heat medium flowing out from the indoor heat exchanger 18 flows into port E of the integrated valve 23 , flows out from port F, and flows into port I of the integrated valve 24 .
- the heat medium flowing into port I of the integrated valve 24 flows out from port J and repeats the circulation back to the pump 11 (indicated by an arrow attached to the heat medium pipe 34 in FIG. 7).
- the heat medium discharged from the pump 13 is discharged to the battery 4.
- the heat medium that has passed through the battery 4 flows into the port F of the integrated valve 24, flows out from the port B, and repeats the circulation back to the pump 13 (as shown by the arrow attached to the heat medium pipe 34 in FIG. 7).
- the heat medium radiates heat in the indoor heat exchanger 19, and the heat medium absorbs heat in the indoor heat exchanger 18.
- Air blown into the vehicle interior is passed through the indoor heat exchangers 18 and 19, so the air cooled by the indoor heat exchanger 18 is reheated by the indoor heat exchanger 19 and then returned to the vehicle.
- the air is blown into the interior of the vehicle, thereby dehumidifying the interior of the vehicle (temperature control target).
- the fourth operation mode is not essential for the thermal management system 1, but is an additional operation mode in the present invention.
- FIG. 8 shows the fifth operation mode by the control device 9.
- the compressor 44, the outdoor blower 36, the indoor blower 41, and the pumps 11 to 14 are operated, the four-way valve 26 is in switching mode 1, the integrated valve 23 is in switching mode 6, and the integrated valve 24 is in switching mode 6. It is said that Further, the grill shutter 37 is opened and the electric heater 33 is not operated.
- the high temperature refrigerant discharged from the compressor 44 of the refrigerant circuit 3 radiates heat to the heat medium flowing through the heating section 16 in the radiator 46, and in the heat absorber 48, the refrigerant whose pressure has been reduced by the expansion valve 47 evaporates and is cooled. Heat is absorbed from the heat medium flowing through the section 17.
- the refrigerant that has exited the heat absorber 48 is separated into gas and liquid by an accumulator 49 and then sucked into the compressor 44 .
- the heat medium discharged from the pump 12 of the heat medium circuit 2 reaches the heating section 16, where the heat medium is heated by the refrigerant (the refrigerant radiates heat).
- the heat medium heated by the heating unit 16 flows into port C of the integrated valve 23 , flows out from port D, and flows into port A of the four-way valve 26 .
- the heat medium flowing into port A of the four-way valve 26 flows out from port D, flows into port C of the integrated valve 24, and flows out from port D.
- the heat medium flowing out from port D of the integrated valve 24 reaches the outdoor heat exchanger 22, where it radiates heat into the outside air.
- the heat medium that has passed through the outdoor heat exchanger 22 flows into the port H of the integrated valve 24, flows out from the port G, is sucked into the pump 14, and is discharged.
- the heat medium discharged from the pump 14 sequentially flows into the power control unit 8, the inverter 7, and the travel motor 6.
- the heat medium is heated by the waste heat, then flows into port B of the four-way valve 26 via the electric heater 33, flows out from port C, and repeats the circulation back to the pump 11 (heat medium piping 34 in FIG. 8). ).
- the heat medium discharged from the pump 11 reaches the cooling section 17, where the heat medium is cooled by the refrigerant (the refrigerant absorbs heat).
- the heat medium cooled by the cooling unit 17 flows into the port J of the integrated valve 23, flows out from the port B, and reaches the indoor heat exchanger 19.
- the heat medium flowing out from the indoor heat exchanger 19 flows into the port L of the integrated valve 23, flows out from the port I, and reaches the indoor heat exchanger 18.
- the heat medium flowing out from the indoor heat exchanger 18 flows into port E of the integrated valve 23 , flows out from port F, and flows into port I of the integrated valve 24 .
- the heat medium flowing into port I of the integrated valve 24 flows out from port B, is sucked into the pump 13, and is discharged.
- the heat medium discharged from the pump 13 is discharged to the battery 4.
- the heat medium that has passed through the battery 4 flows into the port F of the integrated valve 24, flows out from the port J, and repeats the circulation back to the pump 11 (as shown by the arrow attached to the heat medium pipe 34 in FIG. 8).
- the heat medium absorbs heat in the indoor heat exchanger 18 and the indoor heat exchanger 19. Since the air blown into the vehicle interior is passed through the indoor heat exchangers 18 and 19, the air cooled by the indoor heat exchangers 18 and 19 is blown out into the vehicle interior. ) will be air-conditioned.
- This fifth operation mode is a basic mode for cooling the vehicle interior, which is essential as a function required of the thermal management system 1 in the embodiment, and is an essential operation mode in the present invention.
- the operation mode determination unit 51 of the control device 9 selects the outside air temperature Tamb detected by the sensor 56, the target value of the air temperature on the lee side of the indoor heat exchanger 19 (target heater temperature) TCO, The above-mentioned operation modes are switched based on the temperature Tbatt of the battery 4 and the like.
- FIG. 9 is a flowchart illustrating an embodiment of failure prediction and life extension control of the integrated valve 24 by the control device 9.
- the failure prediction unit 63 of the control device 9 of this embodiment predicts the occurrence of a failure of the integrated valve 24 (device forming the heat medium circuit 2 of the thermal management system 1). Specifically, the failure prediction unit 63 of the embodiment accumulates the number of times the integrated valve 24 has operated (number of operations) as information regarding the life of the integrated valve 24, and in step S1 of the flowchart in FIG. When the cumulative number of operations N of the motor of the valve 24 exceeds a predetermined value N1, it is determined that the integrated valve 24 is nearing the end of its life and has a high probability of failure (predicting the occurrence of a failure of the integrated valve 24). : failure prediction) and proceeds to step S2.
- This predetermined value N1 is set to a value close to the durability life of the integrated valve 24.
- the life extension control unit 64 of the control device 9 When the failure prediction unit 63 predicts the occurrence of a failure in the integrated valve 24 in step S1, the life extension control unit 64 of the control device 9 performs a process to delay the occurrence of failure in the integrated valve 24 in step S2 based on the failure prediction. Execute life extension control. Specifically, the life extension control unit 64 of the embodiment prohibits the integrated valve 24 from being switched to switching mode 1, switching mode 4, and switching mode 5, and further prohibits closing of the grille shutter 37 ( life extension control).
- the integrated valve 24 is in the switching mode 1 in the aforementioned fourth operation mode (FIG. 7), and the switching mode 4 is in the aforementioned first operation mode (FIG. 4). Further, the integrated valve 24 is in the switching mode 5 in the third operation mode (FIG. 6) described above, and both are additional operation modes.
- the temperature of the battery 4 cannot be controlled in the fourth operation mode, so if the integrated valve 24 fails and the fourth operation mode is fixed, the temperature of the battery 4 will be abnormally higher than the optimum temperature state. There is a risk that
- the battery 4 cannot be cooled as described above, so if the integrated valve 24 fails and is fixed in the first operation mode, there is a risk that the temperature of the battery 4 will become abnormally high. There is. Furthermore, in the third operation mode, as mentioned above, the temperature of the heat medium that exchanges heat with the battery 4 is lower, so even if the temperature of the battery 4 becomes lower than the appropriate temperature range, the battery 4 cannot be heated without stopping the refrigerant circuit 3. Can not do it. Stopping the refrigerant circuit 3 means stopping heating the vehicle interior.
- the life extension control unit 64 of the embodiment operates in additional operation modes (the first operation mode, the third operation mode , and the fourth operation mode), the frequency of operation of the integrated valve 24 is reduced, and the occurrence of a failure of the integrated valve 24 is delayed. In particular, by prohibiting the first operation mode in which the battery 4 is heated to warm it up, the battery 4 is prevented from catching fire. On the other hand, since the life extension control unit 64 does not prohibit the second and fifth operation modes, which are essential operation modes, heating and cooling of the vehicle interior can be ensured.
- the notification control unit 66 of the control device 9 notifies the outside in step S3 of FIG. 9 .
- the router 60 notifies users, dealers, and business owners of the electric vehicle EV of the electric vehicle EV that a failure of the integrated valve 24 is predicted and that life extension control is being implemented. We will notify you by email, etc.
- the failure prediction unit 63 performs failure prediction based on the cumulative number of operations of the integrated valve 24.
- failure prediction may be performed using the integrated value of the rotation angle of the motor (integrated rotation angle) as information regarding the life span.
- a predetermined value a value close to the lifespan in terms of durability
- the life extension control unit 64 prohibits the above-mentioned additional operation modes (first operation mode, third operation mode, fourth operation mode), but the present invention is not limited to this. It may be possible to restrict the execution of Specifically, in the case of the first operation mode, for example, the threshold value for completing warm-up (heating) of the battery 4 (threshold value of the temperature of the battery 4) is lowered by a predetermined value ⁇ than in the case of normal operation. By doing so, the period during which the first operation mode is executed is restricted to be short.
- the period during which those driving modes are executed can be shortened, or the period in which those driving modes are Reduce the frequency of switching modes.
- the control device 9 predicts the occurrence of a failure in the thermal management system 1 based on information regarding the lifespan of the equipment that constitutes the thermal management system 1 (in the embodiment, the integrated valve 24 of the heat medium circuit 2).
- the thermal management system 1 is equipped with a failure prediction unit 63 that performs a failure prediction, and a life extension control unit 64 that executes life extension control to delay the occurrence of the failure based on the failure prediction of the thermal management system 1 by the failure prediction unit 63.
- the failure prediction unit 63 predicts whether or not a failure will occur in the thermal management system 1 based on the information regarding the lifespan of the devices that make up the thermal management system 1. If there is a high possibility (probability) of failure, the life extension control unit This makes it possible to perform life extension control and delay the occurrence of the failure.
- control device 9 since the control device 9 includes a notification control unit 66 that notifies the outside that life extension control is being executed, the equipment (integrated valve 24 of the heat medium circuit 2 ) is predicted to occur and that life extension control is being implemented to delay the occurrence of the failure, it will be notified to the outside world, prompting early response for maintenance, replacement, etc., and life extension control will be implemented. It is also possible to avoid the inconvenience of continued operation with reduced system efficiency.
- control device 9 controls essential operation modes (second operation mode and fifth operation mode) that are essential as functions required of the system, and additional operation modes other than the essential operation modes (first operation mode). , the third operation mode, and the fourth operation mode), and the life extension control unit 64 prohibits or restricts the execution of the additional operation mode in the life extension control. While ensuring the execution of the essential operation modes that are essential for the system, the number of times the operation mode is switched is reduced, and the life of the equipment (integrated valve 24) that constitutes the heat medium circuit 2 of the thermal management system 1 is extended. It becomes possible to delay the occurrence of a failure in the heat medium circuit 2 of the system 1.
- the temperature control target is the battery 4 mounted on the electric vehicle EV
- the control device 9 has a first operation mode in which the integrated valve 24 switches the flow path of the heat medium to heat the battery 4. If so, the life extension control unit 64 prohibits or restricts execution of the first operation mode that heats the battery 4, thereby avoiding an accident in which the temperature of the battery 4 continues to rise and leads to ignition. becomes possible.
- the integrated valve 24, which is most involved in temperature control of the battery 4 was taken as an example of the device constituting the heat medium circuit 2 of the thermal management system 1, but the explanation is not limited thereto.
- the occurrence of a failure may be predicted based on the cumulative number of operations and cumulative rotation angle of another integrated valve 23 and four-way valve 26, which are flow path switching devices constituting part 2, and life extension control may be performed.
- control device 9 can perform similar failure prediction and prediction not only for the devices that make up the heat medium circuit 2 but also for the devices that make up the refrigerant circuit 3 of the thermal management system 1. Life extension control may also be performed.
- a compressor 44 as a device constituting the refrigerant circuit 3 of the thermal management system 1 will be described with reference to FIG. 10.
- FIG. 10 is a flowchart illustrating an embodiment of failure prediction and life extension control of the compressor 44 by the control device 9.
- the failure prediction unit 63 of the control device 9 of this embodiment predicts the occurrence of a failure of the compressor 44 (equipment forming the refrigerant circuit 3). Specifically, the failure prediction unit 63 of this embodiment accumulates the number of times the compressor 44 is turned ON/OFF (the number of times it starts/stops) as information regarding the lifespan of the compressor 44, and performs the steps in the flowchart of FIG. In S3, if the cumulative ON/OFF number CN of the compressor 44 is equal to or greater than the predetermined value CN1, it is determined that the compressor 44 is nearing the end of its life and has a high probability of failure. Predict the occurrence of a failure (failure prediction) and proceed to step S5.
- This predetermined value CN1 is set to a value close to the durability life of the compressor 44.
- the ON/OFF number is one time for ON and OFF, but it is also possible to integrate only ON or OFF.
- the life extension control unit 64 of the control device 9 performs a process to delay the occurrence of failure in the compressor 44 in step S5 based on the failure prediction. Execute life extension control. Specifically, the life extension control unit 64 of this embodiment limits starting/stopping (limits ON/OFF) of the compressor 44 (life extension control in this case).
- the control device 9 basically controls the rotation speed (frequency) of the compressor 44, but in seasons such as spring and autumn when the heat load is small, the control device 9 sets the rotation speed of the compressor 44 to the lowest controllable speed. Even if the rotation speed is lowered to 1000 rpm, for example, the temperature of the air inside the vehicle interior of the electric vehicle EV may fall below the target value. In that case, the control device 9 stops (OFF) the compressor 44 when the temperature of the air inside the electric vehicle EV detected by the sensor 56 drops to +23°C, and starts it when the temperature rises to +27°C.
- the life extension control unit 64 of this embodiment changes the threshold values of +23°C and +27°C to, for example, +22°C and +28°C to By stopping the compressor 44, reducing the frequency of starting, and limiting the starting/stopping of the compressor 44, the occurrence of a failure of the compressor 44 is delayed.
- the notification control unit 66 of the control device 9 notifies the outside in step S6 of FIG. 10. Specifically, similar to the above, the occurrence of a failure of the compressor 44 is predicted and life extension control is implemented to the user, dealer, or business owner of the electric vehicle EV via the router 60. We will notify you by email etc. that you are there.
- the failure prediction unit 63 predicts the failure of the compressor 44 based on the operation of the compressor 44 (cumulative number of ON/OFF operations), and the life extension control unit 64 starts up the compressor 44 in the life extension control. / By reducing the frequency of stoppages, the occurrence of a failure in the compressor 44 is delayed, thereby delaying the occurrence of failure in the compressor 44 that constitutes the refrigerant circuit 3 that is a heat source, and Temperature control of the interior of the vehicle EV and the battery 4) can be continued for longer and more safely.
- the failure prediction/life extension control of the compressor 44 of the refrigerant circuit 3 is performed, but the control is not limited to this, and the control is performed based on information regarding the life of other devices (expansion valve 47, etc.) constituting the refrigerant circuit 3. Failure prediction and life extension control may also be performed.
- the vehicle interior, battery 4, driving motor 6, inverter 7, and power control unit 8 of the electric vehicle EV were selected as temperature control targets, but the temperature control is not limited to this, and any of them or A combination of two to four of these may be subject to temperature control.
- the refrigerant circuit 3 is used as a heat source, but in inventions other than claims 10 and 11, various heat sources that can heat/cool the heat medium can be employed.
- the numerical values and configurations shown in the embodiments are not limited to these, and can be changed without departing from the spirit of the present invention.
- each of the embodiments has been described by taking as an example a system that air-conditions the cabin of an electric vehicle EV, but the inventions of claims 1 and 2 are not limited to this; The present invention is applicable to various types of thermal management systems.
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Abstract
Description
本発明は、熱源と熱交換した熱媒体を熱媒体回路により温調対象に循環させて温調する熱マネジメントシステムに関するものである。 The present invention relates to a heat management system that controls temperature by circulating a heat medium that has exchanged heat with a heat source through a heat medium circuit to a temperature controlled object.
従来より、例えば電動車両(電気自動車、ハイブリッド自動車等)に搭載されるバッテリ(電池)や走行用モータ等(以下、温調対象と称する)は発熱を生じる。そのため、熱媒体(水等)を温調対象に循環させて温調するものや、電動車両の車室を空調するためのヒートポンプ回路(冷媒回路)を用い、放熱器で放熱する冷媒(フロン冷媒)と吸熱器で吸熱する冷媒で熱媒体を加熱/冷却し、この熱媒体を熱媒体回路で温調対象に循環させることで温調する熱マネジメントシステムが開発されている(例えば、特許文献1参照)。 BACKGROUND ART Conventionally, for example, batteries, running motors, etc. (hereinafter referred to as temperature-controlled objects) mounted on electric vehicles (electric vehicles, hybrid vehicles, etc.) generate heat. Therefore, we use heat pump circuits (refrigerant circuits) that circulate a heat medium (water, etc.) through the temperature control target, or heat pump circuits (refrigerant circuits) for air conditioning the passenger compartment of electric vehicles, and refrigerant (fluorocarbon refrigerant) that radiates heat in a radiator. ) and a heat absorber that absorbs heat by heating/cooling a heat medium with a refrigerant, and circulating this heat medium to the temperature control target in a heat medium circuit to control the temperature (for example, Patent Document 1). reference).
ここで、熱媒体回路における熱媒体の流路はソレノイドやモータで駆動する弁等から構成される流路切替装置により切り替えるものであるが、これら流路切替装置も機械部品であるために、耐久性上の寿命がある。従来ではこれらの部品の故障や寿命を予測して、部品交換を促し、更にはディーラーに通知する方策が採られていた(例えば、特許文献2、特許文献3参照)。
Here, the flow path of the heat medium in the heat medium circuit is switched by a flow path switching device consisting of a solenoid, a valve driven by a motor, etc., but since these flow path switching devices are also mechanical parts, they have limited durability. There is a sexual lifespan. Conventionally, measures have been taken to predict failures and lifespans of these parts, encourage replacement of the parts, and even notify dealers (for example, see
また、車両の空調装置が故障した際に、バッテリドアを全開としてバッテリを冷却することで、走行機能の延命を図る電気自動車も開発されていた(例えば、特許文献4参照)。更に、電磁弁の動作回数に基づいて寿命を判断する電磁弁制御装置や、適切なON/OFF頻度で圧縮機を動作させる車両用空調システムも開発されていた(例えば、特許文献5、特許文献6参照)。
Additionally, an electric vehicle has been developed that aims to extend the life of the vehicle's driving function by fully opening the battery door to cool the battery when the vehicle's air conditioner fails (see, for example, Patent Document 4). Furthermore, solenoid valve control devices that determine the lifespan of a solenoid valve based on the number of times it is operated, and vehicle air conditioning systems that operate a compressor at an appropriate ON/OFF frequency have also been developed (for example,
ここで、例えば温調対象が電動車両に搭載されたバッテリの場合、温度が低くても高くても効率的に動作させることができず、+10℃~+30℃程の温度領域が適温範囲となる。そのため、特に冬期等の寒冷期にはバッテリを加熱して暖機する必要がある。また、バッテリは熱容量の大きい部品であるため、他の部品の廃熱を利用してバッテリを加熱し、当該バッテリに蓄熱しておいて、必要なときにその熱を利用することでシステム効率を改善することが考えられるが、熱媒体回路の流路切替装置が故障してバッテリを加熱する状態(運転モード)が継続されると、バッテリの温度が上昇し続けて、最悪の場合、発火する危険性がある。 For example, if the temperature control target is a battery installed in an electric vehicle, it cannot be operated efficiently regardless of whether the temperature is low or high, and the appropriate temperature range is between +10°C and +30°C. . Therefore, it is necessary to heat the battery to warm it up, especially during cold seasons such as winter. In addition, since the battery is a component with a large heat capacity, system efficiency can be improved by heating the battery using waste heat from other components, storing heat in the battery, and using that heat when necessary. It may be possible to improve the situation, but if the heat medium circuit's flow switching device fails and the state where the battery is heated (operation mode) continues, the battery temperature will continue to rise, and in the worst case, it will catch fire. There is a risk.
しかしながら、従来のシステムではバッテリ等の温調対象を温調するための熱媒体回路の故障を予測して、当該故障発生を遅延させる(延命化)思想は存在せず、改善が望まれていた。 However, in conventional systems, there was no concept of predicting failures in heat transfer circuits for controlling the temperature of temperature-controlled objects such as batteries and delaying the occurrence of such failures (life extension), and improvements were desired. .
本発明は、係る従来の技術的課題を解決するためになされたものであり、システムの故障発生を予測し、当該故障発生を遅延させることができる熱マネジメントシステムを提供するものである。 The present invention was made in order to solve the conventional technical problems, and provides a thermal management system that can predict the occurrence of a system failure and delay the occurrence of the failure.
上記課題を解決するために、本発明の熱マネジメントシステムは熱源と熱交換した熱媒体を温調対象に循環させる熱媒体回路と、この熱媒体回路を制御することにより、温調対象の温調を行う制御装置を備えたものであって、制御装置は、システムを構成する機器の寿命に関する情報に基づき、システムの故障発生を予測する故障予測部と、この故障予測部によるシステムの故障予測に基づき、当該故障発生を遅延させるための所定の延命制御を実行する延命制御部を備えたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the heat management system of the present invention includes a heat medium circuit that circulates the heat medium exchanged with the heat source to the temperature control target, and a heat medium circuit that controls the temperature control target of the temperature control target. The control device includes a failure prediction unit that predicts the occurrence of a system failure based on information regarding the lifespan of equipment that makes up the system, and a failure prediction unit that predicts system failure. Based on the above, the present invention is characterized in that it includes a life extension control section that executes predetermined life extension control to delay the occurrence of the failure.
請求項2の発明の熱マネジメントシステムは、上記発明において制御装置は、延命制御が実行される場合、外部に通知する通知制御部を備えたことを特徴とする。
The heat management system of the invention according to
請求項3の発明の熱マネジメントシステムは、請求項1の発明において温調対象は、電動車両の車室、電動車両に搭載されたバッテリ、電動車両の走行用モータ、当該走行用モータを駆動するインバータ、電動車両のパワーコントロールユニットのうちの何れか、若しくは、それらの組み合わせ、或いは、それらの全てを含むことを特徴とする。
In the heat management system of the invention of
請求項4の発明の熱マネジメントシステムは、請求項1の発明において制御装置は、システムに求められる機能として必須となる必須運転モードと、この必須運転モード以外の付加的運転モードとを切り替えて実行すると共に、延命制御部は、延命制御において、付加的運転モードの実行を禁止し、若しくは、制限することを特徴とする。
In the heat management system of the invention of
請求項5の発明の熱マネジメントシステムは、請求項1の発明において熱媒体回路は、熱媒体の流路を切り替える流路切替装置を備え、故障予測部は、流路切替装置の故障発生を予測すると共に、延命制御部は、延命制御において、流路切替装置の動作頻度を低下させることで、当該流路切替装置の故障発生を遅延させることを特徴とする。
In the heat management system of the invention of
請求項6の発明の熱マネジメントシステムは、上記発明において故障予測部は、流路切替装置の動作回数に基づき、当該流路切替装置の故障予測を行うことを特徴とする。
The heat management system of the invention according to
請求項7の発明の熱マネジメントシステムは、請求項5の発明において流路切替装置は、回転位置によって熱媒体の流路を切り替えるものであり、故障予測部は、流路切替装置の回転角度の積算値に基づき、当該流路切替装置の故障予測を行うことを特徴とする。
In the thermal management system of the invention of
請求項8の発明の熱マネジメントシステムは、請求項5の発明において温調対象は、電動車両に搭載されたバッテリであり、制御装置は、流路切替装置により熱媒体の流路を切り替えてバッテリを加熱する運転モードを有し、延命制御部は、バッテリを加熱する運転モードの実行を禁止し、若しくは、制限することを特徴とする。
In the heat management system of the invention of
請求項9の発明の熱マネジメントシステムは、上記発明において延命制御部は、バッテリを加熱する運転モードを完了する閾値を下げることにより、当該運転モードの実行を制限することを特徴とする。
The heat management system according to the invention of
請求項10の発明の熱マネジメントシステムは、上記各発明において熱源は、冷媒を圧縮する圧縮機と、この圧縮機から吐出された高温の冷媒を放熱させる放熱器と、この放熱器で放熱した冷媒を減圧する減圧装置と、この減圧装置で減圧された冷媒を吸熱させる吸熱器を有する冷媒回路から構成されており、熱媒体回路は、熱媒体を加熱する加熱部と、熱媒体を冷却する冷却部を有し、加熱部が放熱器と熱交換し、冷却部が吸熱器と熱交換することを特徴とする。 In the heat management system of the invention according to claim 10, in each of the above inventions, the heat source includes a compressor that compresses a refrigerant, a radiator that radiates heat from the high temperature refrigerant discharged from the compressor, and a refrigerant that radiates heat with the radiator. It consists of a refrigerant circuit that has a pressure reducing device that reduces the pressure of the refrigerant, and a heat absorber that absorbs heat from the refrigerant that has been reduced in pressure by the pressure reducing device.The heat medium circuit includes a heating section that heats the heat medium, and a cooling section that cools the heat medium The heating part exchanges heat with the heat radiator, and the cooling part exchanges heat with the heat absorber.
請求項11の発明の熱マネジメントシステムは、上記発明において故障予測部は、圧縮機の動作に基づき、当該圧縮機の故障予測を行うと共に、延命制御部は、延命制御において、圧縮機の起動/停止の頻度を低下させることで、当該圧縮機の故障発生を遅延させることを特徴とする。
In the thermal management system of the invention according to
本発明によれば、熱源と熱交換した熱媒体を温調対象に循環させる熱媒体回路と、この熱媒体回路を制御することにより、温調対象の温調を行う制御装置を備えた熱マネジメントシステムにおいて、制御装置が、システムを構成する機器の寿命に関する情報に基づき、システムの故障発生を予測する故障予測部と、この故障予測部によるシステムの故障予測に基づき、当該故障発生を遅延させるための所定の延命制御を実行する延命制御部を備えているので、システムを構成する機器の寿命に関する情報から、故障予測部によりシステムに故障が発生するか否かを予測し、故障が発生する可能性が高い場合には、延命制御部により延命制御を実行して、当該故障発生を遅延させることが可能となる。 According to the present invention, thermal management includes a heat medium circuit that circulates the heat medium exchanged with the heat source to the temperature control target, and a control device that controls the temperature of the temperature control target by controlling the heat medium circuit. In the system, the control device includes a failure prediction section that predicts the occurrence of a system failure based on information regarding the lifespan of the equipment that makes up the system, and a system that delays the occurrence of the failure based on the failure prediction of the system by this failure prediction section. Equipped with a life extension control unit that executes predetermined life extension control, the failure prediction unit predicts whether or not a failure will occur in the system based on information regarding the lifespan of the equipment that makes up the system. If the failure is high, the life extension control unit can perform life extension control to delay the occurrence of the failure.
これにより、システムを構成する機器の故障により、温調対象に事故が発生する危険性を低下させ、或いは、回避して、温調対象をより安全に、より長く温調することができるようになる。 This reduces or avoids the risk of an accident occurring to the temperature-controlled target due to a failure of the equipment that makes up the system, making it possible to control the temperature of the temperature-controlled target more safely and for a longer period of time. Become.
また、請求項2の発明の如く制御装置が、延命制御が実行される場合、外部に通知する通知制御部を備える構成とすることで、システムを構成する機器の故障発生が予測され、当該故障発生を遅延させる延命制御が行われていることを外部に通知し、機器のメンテナンスや交換等について、早期の対応を促すことができるようになると共に、延命制御でシステムの効率が低下する場合には、係る効率が低下した運転が継続されてしまう不都合も回避することが可能となる。
Further, when the control device executes life extension control as in the invention of
この場合、温調対象としては請求項3の発明の如く、電動車両の車室、電動車両に搭載されたバッテリ、電動車両の走行用モータ、当該走行用モータを駆動するインバータ、電動車両のパワーコントロールユニット等が考えられる。 In this case, the temperature control targets include the passenger compartment of the electric vehicle, the battery mounted on the electric vehicle, the driving motor of the electric vehicle, the inverter that drives the driving motor, and the power of the electric vehicle. A control unit etc. can be considered.
また、制御装置が、システムに求められる機能として必須となる必須運転モードと、この必須運転モード以外の付加的運転モードとを切り替えて実行する場合には、請求項4の発明の如く延命制御部が、延命制御において、付加的運転モードの実行を禁止し、若しくは、制限するようにすれば、システム上必須となる必須運転モードの実行を確保しながら、運転モードの切替回数を低減させ、システムを構成する機器の寿命を延ばして、システムにおける故障の発生を遅延させることができるようになる。
In addition, when the control device switches and executes an essential operation mode that is essential as a function required of the system and an additional operation mode other than this essential operation mode, the life extension control unit as in the invention of
より具体的には、請求項5の発明の如く故障予測部により、熱媒体回路における熱媒体の流路を切り替える流路切替装置の故障発生を予測すると共に、延命制御部が、延命制御において、流路切替装置の動作頻度を低下させることで、当該流路切替装置の故障発生を遅延させる。
More specifically, as in the invention of
更に、請求項6の発明の如く故障予測部が、流路切替装置の動作回数に基づき、当該流路切替装置の故障予測を行うようにする。
Furthermore, as in the invention of
他方、流路切替装置が回転位置によって熱媒体の流路を切り替えるものである場合は、請求項7の発明の如く故障予測部が、流路切替装置の回転角度の積算値に基づき、当該流路切替装置の故障予測を行うようにする。 On the other hand, when the flow path switching device switches the flow path of the heat medium depending on the rotational position, the failure prediction unit according to the seventh aspect of the invention switches the flow path of the heat medium based on the integrated value of the rotation angle of the flow path switching device. Failure prediction of road switching equipment will be performed.
特に、請求項8の発明の如く温調対象が電動車両に搭載されたバッテリであり、制御装置が、流路切替装置により熱媒体の流路を切り替えてバッテリを加熱する運転モードを有している場合は、延命制御部が、バッテリを加熱する運転モードの実行を禁止し、若しくは、制限することにより、バッテリの温度が上昇し続けて発火に至る事故を回避することが可能となる。
In particular, as in the invention of
この場合、具体的には延命制御部は、請求項9の発明の如くバッテリを加熱する運転モードを完了する閾値を下げることにより、当該運転モードの実行を制限するものである。 In this case, specifically, the life extension control section limits execution of the operation mode in which the battery is heated by lowering the threshold value for completing the operation mode.
また、請求項9の発明の如く熱源を、冷媒を圧縮する圧縮機と、この圧縮機から吐出された高温の冷媒を放熱させる放熱器と、この放熱器で放熱した冷媒を減圧する減圧装置と、この減圧装置で減圧された冷媒を吸熱させる吸熱器を有する冷媒回路から構成した場合には、熱媒体回路は、熱媒体を加熱する加熱部と、熱媒体を冷却する冷却部を有する構成とし、加熱部を放熱器と熱交換させ、冷却部を吸熱器と熱交換させる。
In addition, as in the invention of
また、上記発明の場合、請求項10の発明の如く故障予測部が、圧縮機の動作に基づき、当該圧縮機の故障予測を行うと共に、延命制御部が、延命制御において、圧縮機の起動/停止の頻度を低下させることで、当該圧縮機の故障発生を遅延させるようにすれば、熱源となる冷媒回路を構成する圧縮機の故障発生も遅延させ、温調対象の温調をより長く、より安全に継続することができるようになるものである。 Further, in the case of the above invention, the failure prediction unit predicts failure of the compressor based on the operation of the compressor as in the invention of claim 10, and the life extension control unit performs starting/starting of the compressor in the life extension control. By reducing the frequency of stops, the occurrence of a failure in the compressor can be delayed, thereby delaying the occurrence of a failure in the compressor that constitutes the refrigerant circuit that serves as a heat source, making it possible to maintain temperature control for a longer period of time. This will allow for safer continuation.
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail based on the drawings.
(1)熱マネジメントシステム1の構成
図1及び図2は本発明の熱マネジメントシステム1の一実施例の機能ブロックを示し、図3は熱マネジメントシステム1の熱媒体回路2と冷媒回路3の構成を示している。実施例の熱マネジメントシステム1は、電気自動車やハイブリッド自動車等の電動車両EVの車室を空調すると共に、電動車両EVに搭載されたバッテリ(BATT)4や、電動車両EVの走行用モータ(MOT)6、走行用モータ6を駆動するインバータ(INV)7、電動車両EVのパワーコントロールユニット(PCU)8を温調するものであり、熱媒体回路2と、冷媒回路3と、制御装置9を備えた構成とされている。
(1) Configuration of the thermal management system 1 FIGS. 1 and 2 show functional blocks of an embodiment of the thermal management system 1 of the present invention, and FIG. 3 shows the configuration of the
従って、電動車両EVの車室と、バッテリ4と、走行用モータ6、インバータ7、パワーコントロールユニット8が本発明における温調対象の実施例となる。また、冷媒回路3が本発明における熱源の実施例となるが、本出願においてバッテリ4は、燃料電池も含む概念とする。
Therefore, the vehicle interior of the electric vehicle EV, the
(1-1)熱媒体回路2の構成
先ず、図3を参照しながら、実施例の熱マネジメントシステム1の熱媒体回路2について説明する。熱媒体回路2は、ポンプ11~14と、加熱部16(熱交換器)と、冷却部17(熱交換器)と、二つの室内熱交換器18、19と、室外熱交換器(ラジエータ)22と、流路切替装置としての二つの統合弁23、24、及び、四方弁26等から構成されており、これらとバッテリ4、走行用モータ6、インバータ7、パワーコントロールユニット8、補助加熱装置としての電気ヒータ(ECH)33が、熱媒体配管34により図3のように接続されている。
(1-1) Configuration of
この場合、バッテリ4、走行用モータ6、インバータ7、パワーコントロールユニット8は、それらの周囲にジャケット構造が構成されており、このジャケット内を熱媒体(実施例では水)が流通することで、バッテリ4や走行用モータ6、インバータ7、パワーコントロールユニット8は熱媒体と熱交換する構成とされている。また、室外熱交換器22は電動車両EVの車室外に配置されており、室外送風機36により外気が通風される構成とされている。更に、室外熱交換器22には、開閉して当該室外熱交換器22への外気の流入を制御するためのグリルシャッタ37が設けられている。
In this case, the
また、室内熱交換器18及び19は、電動車両EVの車室内に空調用の空気を供給するHVACユニット38の空気流通路39に配置されている。この空気流通路39には室内送風機41により内気や外気が通風されると共に、内気と外気は吸込切替ダンパ42により切り替えられる構成とされている。更に、43は室内熱交換器18よりも空気流通路39内の風下側に配置された室内熱交換器19への通風割合を調整するためのエアミックスダンパである。
In addition, the
四方弁26は、A、B、C、Dの4つのポートを有し、モータ或いはソレノイドにより内部の弁体が駆動されて切替モード1又は2に切り替えられる。この場合、切替モード1ではポートAから流入した熱媒体をポートDに流し、ポートBから流入した熱媒体をポートCに流す。また、切替モード2ではポートAから流入した熱媒体をポートCに流し、ポートBから流入した熱媒体をポートDに流す。
The four-
また、統合弁23(流路切替装置)はB、C、D、E、F、I、J、Lの8つのポートを有し、モータ(サーボモータ)により内部の弁体が回転駆動され、当該弁体の回転位置により、複数の切替モードに切り替えられるものであるが、実施例ではそのうちの切替モード2、5、6を使用する。この場合、切替モード2ではポートCとポートBが連通され、ポートLとポートDが連通され、ポートEとポートFが連通され、ポートJとポートIが連通される(図7)。また、切替モード5ではポートCとポートBが連通され、ポートEとポートDが連通され、ポートJとポートFが連通され、ポートLとポートIが連通される(図4~図6)。また、切替モード6ではポートJとポートBが連通され、ポートCとポートDが連通され、ポートEとポートFが連通され、ポートLとポートIが連通される(図8)。
In addition, the integrated valve 23 (flow path switching device) has eight ports B, C, D, E, F, I, J, and L, and the internal valve body is rotationally driven by a motor (servo motor). It is possible to switch to a plurality of switching modes depending on the rotational position of the valve body, and in this embodiment, switching
また、統合弁24(流路切替装置)はB、C、D、F、G、H、I、Jの8つのポートを有し、モータ(サーボモータ)により内部の弁体が回転駆動され、当該弁体の回転位置により、複数の切替モードに切り替えられるものであるが、実施例ではそのうちの切替モード1、3、4~6を使用する。この場合、切替モード1ではポートFとポートBが連通され、ポートCとポートDが連通され、ポートHとポートGが連通され、ポートIとポートJが連通される(図7)。切替モード3ではポートCとポートBが連通され、ポートIとポートDが連通され、ポートFとポートJが連通され、ポートHとポートGが連通される(図5)。また、切替モード4ではポートCとポートBが連通され、ポートIとポートDが連通され、ポートFとポートGが連通され、ポートHとポートJが連通される(図4)。また、切替モード5ではポートIとポートBが連通され、ポートCとポートDが連通され、ポートFとポートGが連通され、ポートHとポートJが連通される(図6)。更に、切替モード6ではポートIとポートBが連通され、ポートCとポートDが連通され、ポートFとポートJが連通され、ポートHとポートGが連通される(図8)。
In addition, the integrated valve 24 (flow path switching device) has eight ports B, C, D, F, G, H, I, and J, and the internal valve body is rotationally driven by a motor (servo motor). It is possible to switch to a plurality of switching modes depending on the rotational position of the valve body, and in this embodiment, switching
(1-2)冷媒回路3の構成
また、図3の冷媒回路3は、冷媒(実施例ではR1234yf冷媒)を圧縮する圧縮機44と、この圧縮機44から吐出された冷媒(高温冷媒)を放熱させる放熱器46と、放熱器46で放熱した冷媒を減圧する減圧装置としての膨張弁47と、この膨張弁47で減圧された冷媒を蒸発させて吸熱させる吸熱器48と、アキュムレータ49が冷媒配管52により順次環状に接続されたヒートポンプ回路である。そして、冷媒回路3の放熱器46と熱媒体回路2の加熱部16が熱交換関係に配置され、吸熱器48と冷却部17が熱交換関係に配置されている。
(1-2) Configuration of
(1-3)制御装置9の構成
次に、図1及び図2において制御装置9の構成について説明する。制御装置9はプロセッサやメモリ、入出力インターフェースを備えたマイクロコンピュータにて構成されており、図1に示す如く、その機能として運転モード判定部51、制御目標値演算部52、運転モード切替制御部53、及び、制御目標値制御部54を有している。この制御装置9には電動車両EVの車室内の空気の温度や車室内に吹き出される空気の温度等の他、冷媒回路3の各部の温度や圧力、車室内への日射量等をそれぞれ検出するセンサ(図1に符号56で代表して示す)の検出データが入力される。
(1-3) Configuration of
また、制御装置9には前述した統合弁23、24、四方弁26、ポンプ11~14、グリルシャッタ37(図1に符号57で代表して示す)や、前述した圧縮機44、膨張弁47、室外送風機36、室内送風機39、吸込切替ダンパ41、エアミックスダンパ43、電気ヒータ(ECH)33(図1に符号58で代表して示す)が接続され、これらは制御装置9により制御される。
The
更に、制御装置9は電動車両EVのCAN59を介してバッテリ4の充放電を制御するバッテリマネジメントシステム61や、前述したパワーコントロールユニット(PCU)8とデータ(温度データ等)の送受信を行う構成とされている。尚、制御装置9はCAN59を介して電動車両EVの図示しない他のECUから必要なデータ(車速等)を入手するものとする。また、CAN59にはインターネット回線を介して外部と無線でデータの送受信を行うルータ60が接続され、制御装置9はCAN59とルータ60を介して外部とデータの送受信を行う構成とされている。
Furthermore, the
制御装置9の運転モード判定部51は、前述したセンサ56の検出データ等に基づいて冷房や暖房等の車室内の空調と、熱媒体回路2及び冷媒回路3の後述する各運転モードを決定する。また、制御目標値演算部52は、運転モード判定部51が決定した運転モードにおける制御目標値を演算する。また、運転モード切替制御部53は、運転モード判定部51が決定した運転モードに基づいて、熱媒体回路2の統合弁23、24や、四方弁26、ポンプ11~14を制御する。また、制御目標値制御部54は、制御目標値演算部52が演算した制御目標値に基づいて、冷媒回路3の圧縮機44や膨張弁47、各送風機36、41、電気ヒータ(ECH)33、各ダンパ42、43、グリルシャッタ37を制御する。
The operation
図2は実施例の制御装置9の故障予測及び延命制御に関する機能ブロックを示している。図2において63は故障予測部、64は延命制御部、66は通知制御部である。これら各部による故障予測及び延命制御については後に詳述する。
FIG. 2 shows functional blocks related to failure prediction and life extension control of the
(2)制御装置9の運転モード
次に、図4~図8を参照して実施例の制御装置9が有する運転モードについて説明する。
(2-1)第1運転モード
先ず、図4は制御装置9による第1運転モードを示している。この第1運転モードでは、圧縮機44、室外送風機36、室内送風機41、ポンプ11~14が運転され、四方弁26は切替モード2、統合弁23は切替モード5、統合弁24は切替モード4とされる。また、グリルシャッタ37は開とされ、電気ヒータ33は必要に応じて作動される。
(2) Operation mode of
(2-1) First Operation Mode First, FIG. 4 shows the first operation mode by the
これにより、冷媒回路3の圧縮機44から吐出された高温の冷媒が放熱器46で加熱部16を流れる熱媒体に放熱し、吸熱器48では膨張弁47で減圧された冷媒が蒸発して冷却部17を流れる熱媒体から吸熱する。この吸熱器48を出た冷媒は、アキュムレータ49で気液分離された後、圧縮機44に吸い込まれる。
As a result, the high temperature refrigerant discharged from the
一方、熱媒体回路2のポンプ12から吐出された熱媒体は加熱部16に至り、そこで、熱媒体は冷媒により加熱(冷媒は放熱)される。加熱部16で加熱された熱媒体は、統合弁23のポートCに流入し、ポートBから流出して室内熱交換器19に至る。この室内熱交換器19を出た熱媒体は統合弁23のポートLに流入し、ポートIから流出して室内熱交換器18に至る。この室内熱交換器18を出た熱媒体は統合弁23のポートEに流入し、ポートDから流出して四方弁26のポートAに流入する。四方弁26のポートAに流入した熱媒体はポートCから出てポンプ12に戻る循環を繰り返す(図4中の熱媒体配管34に併記した矢印で示す)。
On the other hand, the heat medium discharged from the
他方、ポンプ11から吐出された熱媒体は冷却部17に至り、そこで、熱媒体は冷媒により冷却(冷媒は吸熱)される。冷却部17で冷却された熱媒体は、統合弁23のポートJに流入し、ポートFから流出して統合弁24のポートIに流入する。統合弁24のポートIに流入した熱媒体はポートDから流出して室外熱交換器22に至り、そこで、外気から吸熱する。室外熱交換器22を出た熱媒体は統合弁24のポートHに流入し、ポートJから流出してポンプ11に戻る循環を繰り返す(図4中の熱媒体配管34に併記した矢印で示す)。
On the other hand, the heat medium discharged from the
また、ポンプ14から吐出された熱媒体は、パワーコントロールユニット8、インバータ7、及び、走行用モータ6に順次流入する。熱媒体はそれらの廃熱により加熱され、次に電気ヒータ33に至る。この電気ヒータ33が作動されているときは当該電気ヒータ33により更に加熱された後、四方弁26のポートBに流入し、ポートDから流出して統合弁24のポートCに流入する。統合弁24のポートCに流入した熱媒体はポートBから流出し、ポンプ13に吸い込まれて、バッテリ4に吐出される。バッテリ4に至った熱媒体はそこでバッテリ4を加熱した後、統合弁24のポートFに流入し、ポートGから流出してポンプ14に戻る循環を繰り返す(図4中の熱媒体配管34に併記した矢印で示す)。
Further, the heat medium discharged from the
これにより、第1運転モードでは室外熱交換器22で外気から汲み上げられた熱が熱媒体(冷却部17)→冷媒(吸熱器48)→冷媒(放熱器46)→熱媒体(加熱部16)の順で室内熱交換器19、18に搬送される。室内熱交換器18、19には車室内に吹き出される空気が流通されるので、室内熱交換器18、19で加熱された空気が車室内に吹き出され、それにより、車室(温調対象)内は暖房される。
As a result, in the first operation mode, the heat pumped up from the outside air by the
また、パワーコントロールユニット8、インバータ7、走行用モータ6、及び、電気ヒータ33(作動されている場合)で加熱された熱媒体によりバッテリ4は加熱され、それにより、バッテリ4は暖機されることになる。
Further, the
即ち、バッテリ4はパワーコントロールユニット8、インバータ7、走行用モータ6の廃熱を利用して暖機(加熱)されるので、省エネとなり、熱マネジメントシステム1における消費エネルギーは低くなるが、バッテリ4を冷却することはできない。また、実施例における熱マネジメントシステム1に求められる機能は電動車両EVの車室内空調とバッテリ冷却であるので、この第1運転モードは熱マネジメントシステム1としては必須なものでは無く、本発明における付加的運転モードである。
That is, since the
(2-2)第2運転モード
次に、図5は制御装置9による第2運転モードを示している。この第2運転モードでは、圧縮機44、室外送風機36、室内送風機41、ポンプ11~14が運転され、四方弁26は切替モード2、統合弁23は切替モード5、統合弁24は切替モード3とされる。また、グリルシャッタ37は開とされ、電気ヒータ33は作動されない。
(2-2) Second Operation Mode Next, FIG. 5 shows the second operation mode by the
これにより、冷媒回路3の圧縮機44から吐出された高温の冷媒が放熱器46で加熱部16を流れる熱媒体に放熱し、吸熱器48では膨張弁47で減圧された冷媒が蒸発して冷却部17を流れる熱媒体から吸熱する。この吸熱器48を出た冷媒は、アキュムレータ49で気液分離された後、圧縮機44に吸い込まれる。
As a result, the high temperature refrigerant discharged from the
一方、熱媒体回路2のポンプ12から吐出された熱媒体は加熱部16に至り、そこで、熱媒体は冷媒により加熱(冷媒は放熱)される。加熱部16で加熱された熱媒体は、統合弁23のポートCに流入し、ポートBから流出して室内熱交換器19に至る。この室内熱交換器19を出た熱媒体は統合弁23のポートLに流入し、ポートIから流出して室内熱交換器18に至る。この室内熱交換器18を出た熱媒体は統合弁23のポートEに流入し、ポートDから流出して四方弁26のポートAに流入する。四方弁26のポートAに流入した熱媒体はポートCから出てポンプ12に戻る循環を繰り返す(図5中の熱媒体配管34に併記した矢印で示す)。
On the other hand, the heat medium discharged from the
他方、ポンプ11から吐出された熱媒体は冷却部17に至り、そこで、熱媒体は冷媒により冷却(冷媒は吸熱)される。冷却部17で冷却された熱媒体は、統合弁23のポートJに流入し、ポートFから流出して統合弁24のポートIに流入する。統合弁24のポートIに流入した熱媒体はポートDから流出して室外熱交換器22に至り、そこで、外気から吸熱する。室外熱交換器22を出た熱媒体は統合弁24のポートHに流入し、ポートGから流出してポンプ14に吸い込まれて吐出される。
On the other hand, the heat medium discharged from the
このポンプ14から吐出された熱媒体は、パワーコントロールユニット8、インバータ7、及び、走行用モータ6に順次流入する。熱媒体はそれらの廃熱により加熱され、次に電気ヒータ33を通過して四方弁26のポートBに流入し、ポートDから流出して統合弁24のポートCに流入する。統合弁24のポートCに流入した熱媒体はポートBから流出し、ポンプ13に吸い込まれて、バッテリ4に吐出される。バッテリ4に至った熱媒体はそこでバッテリ4を加熱した後、統合弁24のポートFに流入し、ポートJから流出してポンプ11に戻る循環を繰り返す(図5中の熱媒体配管34に併記した矢印で示す)。
The heat medium discharged from the
これにより、第2運転モードでは室外熱交換器22で外気から汲み上げられた熱と、パワーコントロールユニット8、インバータ7、及び、走行用モータ6の廃熱が熱媒体(冷却部17)→冷媒(吸熱器48)→冷媒(放熱器46)→熱媒体(加熱部16)の順で室内熱交換器19、18に搬送される。室内熱交換器18、19には車室内に吹き出される空気が流通されるので、室内熱交換器18、19で加熱された空気が車室内に吹き出され、それにより、車室(温調対象)内は暖房される。
As a result, in the second operation mode, the heat pumped up from the outside air by the
尚、外気や走行用モータ6等からの熱による車室内の暖房が不足する場合には電気ヒータ33を作動させ、冷却部17を流れる熱媒体を加熱する。この電気ヒータ33の熱は熱媒体(冷却部17)→冷媒(吸熱器48)→冷媒(放熱器46)→熱媒体(加熱部16)の順で搬送され、室内熱交換器19、18に流れる熱媒体を加熱する。また、バッテリ4もパワーコントロールユニット8、インバータ7、及び、走行用モータ6の廃熱、及び、電気ヒータ33の熱を汲み上げた熱媒体により目標温度に調整される。
Incidentally, if the heating of the vehicle interior by heat from the outside air or the driving
この第2運転モードは実施例における熱マネジメントシステム1に求められる機能として必須となる車室内の暖房の基本モードであり、本発明における必須運転モードである。 This second operation mode is a basic mode for heating the vehicle interior, which is essential as a function required of the heat management system 1 in the embodiment, and is an essential operation mode in the present invention.
(2-3)第3運転モード
次に、図6は制御装置9による第3運転モードを示している。この第3運転モードでは、圧縮機44、室内送風機41、ポンプ11~14が運転され、四方弁26は切替モード2、統合弁23は切替モード5、統合弁24は切替モード5とされる。また、室外送風機36は停止、グリルシャッタ37は閉とされ、電気ヒータ33は必要に応じて作動される。
(2-3) Third Operation Mode Next, FIG. 6 shows the third operation mode by the
これにより、冷媒回路3の圧縮機44から吐出された高温の冷媒が放熱器46で加熱部16を流れる熱媒体に放熱し、吸熱器48では膨張弁47で減圧された冷媒が蒸発して冷却部17を流れる熱媒体から吸熱する。この吸熱器48を出た冷媒は、アキュムレータ49で気液分離された後、圧縮機44に吸い込まれる。
As a result, the high temperature refrigerant discharged from the
一方、熱媒体回路2のポンプ12から吐出された熱媒体は加熱部16に至り、そこで、熱媒体は冷媒により加熱(冷媒は放熱)される。加熱部16で加熱された熱媒体は、統合弁23のポートCに流入し、ポートBから流出して室内熱交換器19に至る。この室内熱交換器19を出た熱媒体は統合弁23のポートLに流入し、ポートIから流出して室内熱交換器18に至る。この室内熱交換器18を出た熱媒体は統合弁23のポートEに流入し、ポートDから流出して四方弁26のポートAに流入する。四方弁26のポートAに流入した熱媒体はポートCから出てポンプ12に戻る循環を繰り返す(図6中の熱媒体配管34に併記した矢印で示す)。
On the other hand, the heat medium discharged from the
他方、ポンプ11から吐出された熱媒体は冷却部17に至り、そこで、熱媒体は冷媒により冷却(冷媒は吸熱)される。冷却部17で冷却された熱媒体は、統合弁23のポートJに流入し、ポートFから流出して統合弁24のポートIに流入する。統合弁24のポートIに流入した熱媒体はポートBから流出してポンプ13に吸い込まれ、バッテリ4に吐出される。バッテリ4に至った熱媒体はそこでバッテリ4を冷却した後、統合弁24のポートFに流入し、ポートGから流出してポンプ14に吸い込まれて吐出される。
On the other hand, the heat medium discharged from the
ポンプ14から吐出された熱媒体は、パワーコントロールユニット8、インバータ7、及び、走行用モータ6に順次流入する。熱媒体はそれらの廃熱により加熱され、次に電気ヒータ33に至る。この電気ヒータ33が作動されているときは当該電気ヒータ33により更に加熱された後、四方弁26のポートBに流入し、ポートDから流出して統合弁24のポートCに流入する。統合弁24のポートCに流入した熱媒体はポートDから流出して室外熱交換器22に至り、そこを通過して統合弁24のポートHに流入し、ポートJから流出してポンプ11に戻る循環を繰り返す(図6中の熱媒体配管34に併記した矢印で示す)。
The heat medium discharged from the
これにより、第3運転モードではパワーコントロールユニット8、インバータ7、及び、走行用モータ6の廃熱、及び、電気ヒータ33の熱(作動されている場合)が熱媒体(冷却部17)→冷媒(吸熱器48)→冷媒(放熱器46)→熱媒体(加熱部16)の順で室内熱交換器19、18に搬送される。室内熱交換器18、19には車室内に吹き出される空気が流通されるので、室内熱交換器18、19で加熱された空気が車室内に吹き出され、それにより、車室(温調対象)内は暖房される。
As a result, in the third operation mode, the waste heat of the
このとき、室外熱交換器22では熱媒体と外気は熱交換しないので、低外気温時であっても、室外熱交換器22に着霜することはない。一方、バッテリ4には冷却部17で冷却された直後の熱媒体が流れるため、バッテリ4と熱交換する熱媒体の温度は前述した第2運転モードよりも低くなる。そのため、バッテリ4が適温範囲よりも低くなった場合、冷媒回路3を停止する以外、バッテリ4を加熱することができないので、この第3運転モードは熱マネジメントシステム1としては必須なものでは無く、本発明における付加的運転モードである。
At this time, since the heat medium and the outside air do not exchange heat in the
(2-4)第4運転モード
次に、図7は制御装置9による第4運転モードを示している。この第4運転モードでは、圧縮機44、室外送風機36、室内送風機41、ポンプ11~14が運転され、四方弁26は切替モード1、統合弁23は切替モード2、統合弁24は切替モード1とされる。また、グリルシャッタ37は開とされ、電気ヒータ33は作動されない。
(2-4) Fourth Operation Mode Next, FIG. 7 shows the fourth operation mode by the
これにより、冷媒回路3の圧縮機44から吐出された高温の冷媒が放熱器46で加熱部16を流れる熱媒体に放熱し、吸熱器48では膨張弁47で減圧された冷媒が蒸発して冷却部17を流れる熱媒体から吸熱する。この吸熱器48を出た冷媒は、アキュムレータ49で気液分離された後、圧縮機44に吸い込まれる。
As a result, the high temperature refrigerant discharged from the
一方、熱媒体回路2のポンプ12から吐出された熱媒体は加熱部16に至り、そこで、熱媒体は冷媒により加熱(冷媒は放熱)される。加熱部16で加熱された熱媒体は、統合弁23のポートCに流入し、ポートBから流出して室内熱交換器19に至る。この室内熱交換器19を出た熱媒体は統合弁23のポートLに流入し、ポートDから流出して四方弁26のポートAに流入する。四方弁26のポートAに流入した熱媒体はポートDから流出し、統合弁24のポートCに流入してポートDから流出する。
On the other hand, the heat medium discharged from the
統合弁24のポートDから流出した熱媒体は室外熱交換器22に至り、そこで外気中に放熱する。室外熱交換器22を経た熱媒体は統合弁24のポートHに流入し、ポートGから流出してポンプ14に吸い込まれて吐出される。ポンプ14から吐出された熱媒体は、パワーコントロールユニット8、インバータ7、及び、走行用モータ6に順次流入する。熱媒体はそれらの廃熱により加熱され、次に電気ヒータ33を経て四方弁26のポートBに流入し、ポートCから流出してポンプ11に戻る循環を繰り返す(図7中の熱媒体配管34に併記した矢印で示す)。
The heat medium flowing out from port D of the
他方、ポンプ11から吐出された熱媒体は冷却部17に至り、そこで、熱媒体は冷媒により冷却(冷媒は吸熱)される。冷却部17で冷却された熱媒体は、統合弁23のポートJに流入し、ポートIから流出して室内熱交換器18に至る。この室内熱交換器18から流出した熱媒体は統合弁23のポートEに流入し、ポートFから流出して統合弁24のポートIに流入する。統合弁24のポートIに流入した熱媒体はポートJから流出してポンプ11に戻る循環を繰り返す(図7中の熱媒体配管34に併記した矢印で示す)。
On the other hand, the heat medium discharged from the
更に、ポンプ13から吐出された熱媒体はバッテリ4に吐出される。バッテリ4を経た熱媒体は統合弁24のポートFに流入し、ポートBから流出してポンプ13に戻る循環を繰り返す(図7中の熱媒体配管34に併記した矢印で示す)。
Further, the heat medium discharged from the
これにより、第4運転モードでは室内熱交換器19で熱媒体が放熱し、室内熱交換器18では熱媒体は吸熱する。室内熱交換器18、19には車室内に吹き出される空気が流通されるので、室内熱交換器18で冷却された空気は、室内熱交換器19で再加熱(リヒート)された後、車室内に吹き出され、それにより、車室(温調対象)内は除湿されることになる。
As a result, in the fourth operation mode, the heat medium radiates heat in the
このとき、バッテリ4は熱媒体が単に循環されるのみであるので、バッテリ4を循環する熱媒体はバッテリ4以外に放熱源や吸熱源が無く、バッテリ4を温調することができないので、この第4運転モードは熱マネジメントシステム1としては必須なものでは無く、本発明における付加的運転モードである。
At this time, since the heat medium is simply circulated through the
(2-5)第5運転モード
次に、図8は制御装置9による第5運転モードを示している。この第5運転モードでは、圧縮機44、室外送風機36、室内送風機41、ポンプ11~14が運転され、四方弁26は切替モード1、統合弁23は切替モード6、統合弁24は切替モード6とされる。また、グリルシャッタ37は開とされ、電気ヒータ33は作動されない。
(2-5) Fifth Operation Mode Next, FIG. 8 shows the fifth operation mode by the
これにより、冷媒回路3の圧縮機44から吐出された高温の冷媒が放熱器46で加熱部16を流れる熱媒体に放熱し、吸熱器48では膨張弁47で減圧された冷媒が蒸発して冷却部17を流れる熱媒体から吸熱する。この吸熱器48を出た冷媒は、アキュムレータ49で気液分離された後、圧縮機44に吸い込まれる。
As a result, the high temperature refrigerant discharged from the
一方、熱媒体回路2のポンプ12から吐出された熱媒体は加熱部16に至り、そこで、熱媒体は冷媒により加熱(冷媒は放熱)される。加熱部16で加熱された熱媒体は、統合弁23のポートCに流入し、ポートDから流出して四方弁26のポートAに流入する。四方弁26のポートAに流入した熱媒体はポートDから流出し、統合弁24のポートCに流入してポートDから流出する。
On the other hand, the heat medium discharged from the
統合弁24のポートDから流出した熱媒体は室外熱交換器22に至り、そこで外気中に放熱する。室外熱交換器22を経た熱媒体は統合弁24のポートHに流入し、ポートGから流出してポンプ14に吸い込まれて吐出される。ポンプ14から吐出された熱媒体は、パワーコントロールユニット8、インバータ7、及び、走行用モータ6に順次流入する。熱媒体はそれらの廃熱により加熱され、次に電気ヒータ33を経て四方弁26のポートBに流入し、ポートCから流出してポンプ11に戻る循環を繰り返す(図8中の熱媒体配管34に併記した矢印で示す)。
The heat medium flowing out from port D of the
他方、ポンプ11から吐出された熱媒体は冷却部17に至り、そこで、熱媒体は冷媒により冷却(冷媒は吸熱)される。冷却部17で冷却された熱媒体は、統合弁23のポートJに流入し、ポートBから流出して室内熱交換器19に至る。この室内熱交換器19から流出した熱媒体は統合弁23のポートLに流入し、ポートIから流出して室内熱交換器18に至る。この室内熱交換器18から流出した熱媒体は統合弁23のポートEに流入し、ポートFから流出して統合弁24のポートIに流入する。統合弁24のポートIに流入した熱媒体はポートBから流出してポンプ13に吸い込まれて吐出される。
On the other hand, the heat medium discharged from the
更に、ポンプ13から吐出された熱媒体はバッテリ4に吐出される。バッテリ4を経た熱媒体は統合弁24のポートFに流入し、ポートJから流出してポンプ11に戻る循環を繰り返す(図8中の熱媒体配管34に併記した矢印で示す)。
Further, the heat medium discharged from the
これにより、第5運転モードでは室内熱交換器18と室内熱交換器19で熱媒体が吸熱する。室内熱交換器18、19には車室内に吹き出される空気が流通されるので、室内熱交換器18及び19で冷却された空気は車室内に吹き出され、それにより、車室(温調対象)内は冷房されることになる。
As a result, in the fifth operation mode, the heat medium absorbs heat in the
このとき、バッテリ4には、冷却部17、室内熱交換器19、室内熱交換器18を順次経た後の熱媒体が循環されるので、車室内の冷房に使用された残りの熱量で目標温度に調整される。この第5運転モードは実施例における熱マネジメントシステム1に求められる機能として必須となる車室内の冷房の基本モードであり、本発明における必須運転モードである。
At this time, since the heat medium that has sequentially passed through the cooling
(2-6)運転モードの切替
制御装置9の運転モード判定部51は、センサ56が検出する外気温度Tamb、室内熱交換器19の風下側の空気温度の目標値(目標ヒータ温度)TCO、バッテリ4の温度Tbatt等に基づいて上述した各運転モードを切り替えるものである。
(2-6) Switching of operation mode The operation
(3)制御装置9による故障予測及び延命制御
次に、図2や図9を参照しながら、制御装置9による熱マネジメントシステム1の故障予測及び延命制御の一例について説明する。図9は制御装置9による統合弁24の故障予測及び延命制御の一実施例を説明するフローチャートである。
(3) Failure prediction and life extension control by the
この実施例の制御装置9の故障予測部63は、統合弁24(熱マネジメントシステム1の熱媒体回路2を構成する機器)の故障発生を予測する。具体的には、実施例の故障予測部63は、統合弁24が動作した回数(動作回数)を当該統合弁24の寿命に関する情報として積算しており、図9のフローチャートのステップS1で、統合弁24のモータの積算動作回数Nが所定値N1以上となった場合、統合弁24の寿命が尽きかけており、故障する確率が高くなっているものと判断(統合弁24の故障発生を予測:故障予測)してステップS2に進む。この所定値N1は統合弁24の耐久性上の寿命に近い値に設定される。この耐久性上の寿命に近い値N1とは、例えば、予め実験により測定された寿命が積算動作回数においてNxであった場合、N1=Nx-所定値α(所定の余裕度)であって、例えば10万回等である。
The
制御装置9の延命制御部64は、ステップS1で故障予測部63が統合弁24の故障発生を予測した場合、当該故障予測に基づき、ステップS2で当該統合弁24の故障発生を遅延させるための延命制御を実行する。具体的には、実施例の延命制御部64は、統合弁24が切替モード1、切替モード4、及び、切替モード5に切り替えられることを禁止し、更に、グリルシャッタ37の閉を禁止する(延命制御)。
When the
統合弁24が切替モード1となるのは前述した第4運転モード(図7)であり、切替モード4となるのは前述した第1運転モード(図4)である。また、統合弁24が切替モード5となるのは前述した第3運転モード(図6)であり、何れも付加的運転モードである。第4運転モードは、前述した如くバッテリ4を温調することができないため、統合弁24が故障してこの第4運転モードに固定された場合、バッテリ4の温度が適温状態よりも異常に高くなる危険性がある。
The
また、第1運転モードでは、前述した如くバッテリ4を冷却することができないため、統合弁24が故障してこの第1運転モードに固定された場合、バッテリ4の温度が異常に高くなる危険性がある。更に、第3運転モードでは前述した如くバッテリ4と熱交換する熱媒体の温度は低くなるため、バッテリ4が適温範囲よりも低くなった場合でも、冷媒回路3を停止する以外、バッテリ4を加熱することができない。そして、冷媒回路3の停止は、車室内暖房の停止を意味する。
Furthermore, in the first operation mode, the
実施例の延命制御部64は、上記のように統合弁24が故障した場合にバッテリ4が発火する等の事故が発生する危険性が高い付加的運転モード(第1運転モード、第3運転モード、及び、第4運転モード)を禁止することで、統合弁24の動作頻度を低下させ、当該統合弁24の故障発生を遅延させる。特に、バッテリ4を加熱して暖機する第1運転モードを禁止することで、バッテリ4の発火を防止する。一方で、延命制御部64は必須運転モードである第2運転モード及び第5運転モードは禁止しないので、車室内の暖房と冷房は確保されることになる。
The life
次に、制御装置9の通知制御部66は、上記のような延命制御が実行される場合、図9のステップS3で、その旨、外部に通知する。具体的には、ルータ60を介して当該電動車両EVのユーザーやディーラー、電動車両EVを所有する事業主に対して、統合弁24の故障発生が予測され、延命制御が実施されていることをメール等で通知する。
Next, when the above-mentioned life extension control is executed, the
尚、上記実施例では、故障予測部63が統合弁24の積算動作回数に基づいて故障予測を行うようにしたが、それに限らず、統合弁24のようにモータの回転位置で流路を切り替える弁装置の場合には、モータの回転角度の積算値(積算回転角度)を寿命に関する情報として故障予測を行うようにしてもよい。その場合には、積算回転角度が所定値(耐久性上の寿命に近い値)に達した場合に、統合弁24に故障が発生する危険性があるものと判断する。この耐久性上の寿命に近い値とは、例えば、予め実験により測定された寿命が積算回転角度においてXdegであった場合、Xdeg-所定値βdeg(所定の余裕度)となる。
In the above embodiment, the
また、実施例では、延命制御部64が前述した付加的運転モード(第1運転モード、第3運転モード、第4運転モード)を禁止するようにしたが、それに限らず、これら付加的運転モードの実行を制限するようにしてもよい。具体的には、例えば第1運転モードの場合には、バッテリ4の暖機(加熱)を完了する閾値(バッテリ4の温度の閾値)を、通常運転時の場合よりも、所定値γだけ低下させることで、第1運転モードが実行される期間が短くなるように制限する。第3運転モード、第4運転モードの場合も同様に、当該運転モードを終了する判断基準となるファクタを変更することで、それらの運転モードが実行される期間を短くし、或いは、それらの運転モードに切り替わる頻度を少なくする。
Further, in the embodiment, the life
以上詳述した如く、本発明では制御装置9が熱マネジメントシステム1を構成する機器(実施例では熱媒体回路2の統合弁24)の寿命に関する情報に基づき、熱マネジメントシステム1の故障発生を予測する故障予測部63と、この故障予測部63による熱マネジメントシステム1の故障予測に基づき、当該故障発生を遅延させるための延命制御を実行する延命制御部64を備えているので、熱マネジメントシステム1を構成する機器の寿命に関する情報から、故障予測部63により熱マネジメントシステム1に故障が発生するか否かを予測し、故障が発生する可能性(確率)が高い場合には、延命制御部64により延命制御を実行して、当該故障発生を遅延させることが可能となる。
As described in detail above, in the present invention, the
これにより、熱マネジメントシステム1を構成する機器の故障により、温調対象であるバッテリ4に事故が発生する危険性を低下させ、或いは、回避して、温調対象(電動車両EVの車室やバッテリ4)をより安全に、より長く温調することができるようになる。
This reduces or avoids the risk of an accident occurring to the
また、実施例では制御装置9が、延命制御が実行されていることを外部に通知する通知制御部66を備えているので、熱マネジメントシステム1を構成する機器(熱媒体回路2の統合弁24)の故障発生が予測され、当該故障発生を遅延させる延命制御が行われていることを外部に通知し、メンテナンスや交換等について、早期の対応を促すことができるようになると共に、延命制御でシステムの効率が低下した運転が継続されてしまう不都合も回避することが可能となる。
In addition, in the embodiment, since the
また、実施例では制御装置9が、システムに求められる機能として必須となる必須運転モード(第2運転モードと第5運転モード)と、この必須運転モード以外の付加的運転モード(第1運転モード、第3運転モード、第4運転モード)とを切り替えて実行しており、延命制御部64が、延命制御において、付加的運転モードの実行を禁止し、若しくは、制限するようにしているので、システム上必須となる必須運転モードの実行を確保しながら、運転モードの切替回数を低減させ、熱マネジメントシステム1の熱媒体回路2を構成する機器(統合弁24)の寿命を延ばして、熱マネジメントシステム1の熱媒体回路2における故障の発生を遅延させることができるようになる。
In addition, in the embodiment, the
特に、実施例の如く温調対象が電動車両EVに搭載されたバッテリ4であり、制御装置9が、統合弁24により熱媒体の流路を切り替えてバッテリ4を加熱する第1運転モードを有している場合は、延命制御部64が、バッテリ4を加熱する第1運転モードの実行を禁止し、若しくは、制限することにより、バッテリ4の温度が上昇し続けて発火に至る事故を回避することが可能となる。
In particular, as in the embodiment, the temperature control target is the
ここで、上記実施例では熱マネジメントシステム1の熱媒体回路2を構成する機器として、バッテリ4の温調に最も関与する統合弁24を例に取り上げて説明したが、それに限らず、熱媒体回路2を構成する流路切替装置であるもう一つの統合弁23や四方弁26の積算動作回数や積算回転角度により、それらの故障発生を予測し、延命制御を実行するようにしてもよい。
Here, in the above embodiment, the
また、熱媒体回路2を構成する機器に限らず、熱マネジメントシステム1の冷媒回路3を構成する機器についても制御装置9により、上記実施例に加えて、或いは、それに代えて同様の故障予測と延命制御を実行してもよい。例えば、熱マネジメントシステム1の冷媒回路3を構成する機器として、圧縮機44の場合について図10を参照しながら説明する。図10は制御装置9による圧縮機44の故障予測及び延命制御の一実施例を説明するフローチャートである。
Furthermore, in addition to or in place of the above embodiments, the
この実施例の制御装置9の故障予測部63は、圧縮機44(冷媒回路3を構成する機器)の故障発生を予測する。具体的には、この実施例の故障予測部63は、圧縮機44のON/OFF回数(起動/停止回数)を当該圧縮機44の寿命に関する情報として積算しており、図10のフローチャートのステップS3で、圧縮機44の積算ON/OFF回数CNが所定値CN1以上となった場合、圧縮機44の寿命が尽きかけており、故障する確率が高くなっているものと判断(圧縮機44の故障発生を予測:故障予測)してステップS5に進む。この所定値CN1は圧縮機44の耐久性上の寿命に近い値に設定される。この耐久性上の寿命に近い値CN1とは、例えば、予め実験により測定された寿命が積算ON/OFF回数においてCNxであった場合、CN1=CNx-所定値δ(所定の余裕度)である。また、実施例ではON/OFF回数とは、ONとOFFで1回とするが、ONのみを積算する場合や、OFFのみを積算する場合でもよい。
The
制御装置9の延命制御部64は、ステップS4で故障予測部63が圧縮機44の故障発生を予測した場合、当該故障予測に基づき、ステップS5で当該圧縮機44の故障発生を遅延させるための延命制御を実行する。具体的には、この実施例の延命制御部64は、圧縮機44の起動/停止を制限(ON/OFFを制限)する(この場合の延命制御)。
When the
制御装置9は、基本的には圧縮機44の回転数(周波数)を制御するものであるが、春や秋等の熱負荷が小さくなる季節には圧縮機44の回転数を制御上の最低回転数(例えば、1000rpm等)に低下させても、電動車両EVの車室内の空気の温度が目標値よりも低下してしまう場合がある。その場合には、制御装置9はセンサ56が検出する電動車両EVの車室内の空気の温度が+23℃に低下した場合に圧縮機44を停止(OFF)し、+27℃に上昇した場合に起動(ON)するON/OFF制御を実行するものであるが、この実施例の延命制御部64は、上記+23℃と+27℃の閾値を、例えば+22℃と+28℃に変更することで、圧縮機44が停止し、起動する頻度を低下させ、圧縮機44の起動/停止を制限することで、圧縮機44の故障発生を遅延させる。
The
次に、制御装置9の通知制御部66は、上記のような延命制御が実行される場合、図10のステップS6で、その旨、外部に通知する。具体的には、前述同様にルータ60を介して当該電動車両EVのユーザーやディーラー、電動車両EVを所有する事業主に対して、圧縮機44の故障発生が予測され、延命制御が実施されていることをメール等で通知する。
Next, when the above-mentioned life extension control is executed, the
このように、故障予測部63が、圧縮機44の動作(積算ON/OFF回数)に基づき、当該圧縮機44の故障予測を行い、延命制御部64が、延命制御において、圧縮機44の起動/停止の頻度を低下させることで、当該圧縮機44の故障発生を遅延させるようにすることで、熱源となる冷媒回路3を構成する圧縮機44の故障発生も遅延させ、温調対象(電動車両EVの車室内やバッテリ4)の温調をより長く、より安全に継続することができるようになる。
In this way, the
尚、上記実施例では冷媒回路3の圧縮機44の故障予測/延命制御を行ったが、それに限らず、冷媒回路3を構成するその他の機器(膨張弁47等)に関する寿命に関する情報に基づいて故障予測と延命制御を行うようにしても良い。また、実施例では電動車両EVの車室やバッテリ4、走行用モータ6やインバータ7、パワーコントロールユニット8を温調対象として採りあげたが、それに限らず、それらの何れか、或いは、それらうちの二つ~四つの組み合わせを温調対象としてもよい。
In the above embodiment, the failure prediction/life extension control of the
更に、実施例では冷媒回路3を熱源としたが、請求項10、11以外の発明では、熱媒体を加熱/冷却することができる各種熱源を採用可能である。また、実施例で示した数値や構成は、それらに限定されるものでは無く、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能であることは云うまでもない。特に、各実施例では電動車両EVの車室を空調するシステムを例に取り上げて説明したが、請求項1や請求項2の発明ではそれに限らず、熱媒体を循環させて温調対象を温調する各種熱マネジメントシステムに本発明は適用可能である。
Further, in the embodiment, the
EV 電動車両
1 熱マネジメントシステム
2 熱媒体回路
3 冷媒回路
4 バッテリ(温調対象)
6 走行用モータ(温調対象)
7 インバータ(温調対象)
8 パワーコントロールユニット(温調対象)
9 制御装置
11~14 ポンプ
16 加熱部
17 冷却部
23、24 統合弁(流路切替装置)
26 四方弁(流路切替装置)
34 熱媒体配管
44 圧縮機
46 放熱器
47 膨張弁(減圧装置)
48 吸熱器
63 故障予測部
64 延命制御部
66 通知制御部
EV Electric vehicle 1
6 Travel motor (temperature control target)
7 Inverter (temperature control target)
8 Power control unit (temperature control target)
9
26 Four-way valve (flow path switching device)
34 Heat medium piping 44
48
Claims (11)
前記制御装置は、
システムを構成する機器の寿命に関する情報に基づき、システムの故障発生を予測する故障予測部と、
該故障予測部によるシステムの前記故障予測に基づき、当該故障発生を遅延させるための所定の延命制御を実行する延命制御部と、を備えたことを特徴とする熱マネジメントシステム。 A heat management system comprising a heat medium circuit that circulates a heat medium exchanged with a heat source to a temperature control target, and a control device that controls the temperature of the temperature control target by controlling the heat medium circuit,
The control device includes:
a failure prediction unit that predicts the occurrence of a failure in the system based on information regarding the lifespan of the equipment that makes up the system;
A thermal management system comprising: a life extension control unit that executes predetermined life extension control for delaying occurrence of the failure based on the failure prediction of the system by the failure prediction unit.
前記延命制御部は、前記延命制御において、前記付加的運転モードの実行を禁止し、若しくは、制限することを特徴とする請求項1に記載の熱マネジメントシステム。 The control device switches and executes an essential operation mode that is essential as a function required of the system and an additional operation mode other than the essential operation mode, and
The thermal management system according to claim 1, wherein the life extension control unit prohibits or limits execution of the additional operation mode in the life extension control.
前記故障予測部は、前記流路切替装置の故障発生を予測すると共に、
前記延命制御部は、前記延命制御において、前記流路切替装置の動作頻度を低下させることで、当該流路切替装置の故障発生を遅延させることを特徴とする請求項1に記載の熱マネジメントシステム。 The heat medium circuit includes a flow path switching device that switches the flow path of the heat medium,
The failure prediction unit predicts failure occurrence of the flow path switching device, and
The thermal management system according to claim 1, wherein the life extension control unit delays occurrence of failure of the flow path switching device by reducing the frequency of operation of the flow path switching device in the life extension control. .
前記故障予測部は、前記流路切替装置の回転角度の積算値に基づき、当該流路切替装置の故障予測を行うことを特徴とする請求項5に記載の熱マネジメントシステム。 The flow path switching device switches the flow path of the heat medium depending on the rotational position,
6. The thermal management system according to claim 5, wherein the failure prediction unit predicts a failure of the flow path switching device based on an integrated value of rotation angles of the flow path switching device.
前記制御装置は、前記流路切替装置により前記熱媒体の流路を切り替えて前記バッテリを加熱する運転モードを有し、
前記延命制御部は、前記バッテリを加熱する運転モードの実行を禁止し、若しくは、制限することを特徴とする請求項5に記載の熱マネジメントシステム。 The temperature control target is a battery installed in an electric vehicle,
The control device has an operation mode in which the flow path switching device switches the flow path of the heat medium to heat the battery,
6. The thermal management system according to claim 5, wherein the life extension control unit prohibits or limits execution of an operation mode that heats the battery.
前記熱媒体回路は、前記熱媒体を加熱する加熱部と、前記熱媒体を冷却する冷却部を有し、前記加熱部が前記放熱器と熱交換し、前記冷却部が前記吸熱器と熱交換することを特徴とする請求項1乃至請求項9のうちの何れかに記載の熱マネジメントシステム。 The heat source includes a compressor that compresses a refrigerant, a radiator that radiates heat from the high-temperature refrigerant discharged from the compressor, a pressure reducing device that reduces the pressure of the refrigerant that has radiated heat by the radiator, and a pressure reducing device that reduces the pressure of the refrigerant. It is composed of a refrigerant circuit having a heat absorber that absorbs heat from the refrigerant,
The heat medium circuit includes a heating section that heats the heat medium and a cooling section that cools the heat medium, the heating section exchanging heat with the radiator, and the cooling section exchanging heat with the heat absorber. The thermal management system according to any one of claims 1 to 9, characterized in that:
前記延命制御部は、前記延命制御において、前記圧縮機の起動/停止の頻度を低下させることで、当該圧縮機の故障発生を遅延させることを特徴とする請求項10に記載の熱マネジメントシステム。 The failure prediction unit predicts a failure of the compressor based on the operation of the compressor, and
11. The thermal management system according to claim 10, wherein the life extension control unit delays occurrence of a failure of the compressor by reducing the frequency of starting/stopping the compressor in the life extension control.
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