DE112015000441T5

DE112015000441T5 - Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112015000441T5
Application number: DE112015000441.6T
Authority: DE
Inventors: Takuo Hirano; Takahiko MIURA
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2014-01-21
Filing date: 2015-01-14
Publication date: 2016-12-01
Anticipated expiration: 2035-01-15
Also published as: CN105916712A; JP2015136963A; US20160332503A1; CN105916712B; US10150347B2; WO2015111477A1; JP6102764B2; DE112015000441B4

Abstract

In einer Fahrzeugklimaanlage ist ein Heizerkern (14) an einem Umwälzdurchlass (50) für Kühlwasser zum Kühlen eines Elektromotors (20) und eines Wechselrichters (30), der ausgelegt ist, um eine Ausgangsleistung des Elektromotors (20) durch Ändern einer Trägerfrequenz zu steuern, angeordnet und erwärmt durch Nutzen des Kühlwassers als Wärmequelle klimatisierende Luft. Ein Klimatisierungssteuergerät (70) stellt einen geforderten Heizwert des Elektromotors (20) und des Wechselrichters (30) gemäß einer von einem Insassen geforderten Fahrzeuginnenraumtemperatur ein. Eine Trägerfrequenzänderungseinheit (32) stellt eine Trägerfrequenz, bei der ein Heizwert des Elektromotors (20) und des Wechselrichters (30) gleich dem erforderlichen Heizwert gemacht wird, aus den Trägerfrequenzen, die eine abhängig von einem Fahrzustand eines Fahrzeugs einzustellende Sollausgangsleistung des Elektromotors (20) implementieren können, ein. Eine Vorrichtung zur Umwandlung elektrischer Energie (33) wandelt bei der eingestellten Trägerfrequenz Gleichstrom einer Batterie (90) in Wechselstrom um und liefert dem Elektromotor (20) den Wechselstrom. Somit ist es möglich, eine Wärmequelle zum Erwärmen des Inneren eines Fahrzeuginnenraums sicherzustellen, ohne einen elektrischen Heizer oder dergleichen hinzuzufügen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeugklimaanlage zum Klimatisieren des Raums in einem Fahrzeuginnenraum und insbesondere eine Klimaanlage für ein Fahrzeug, das mit einem Elektromotor als Antriebsquelle versehen ist.
Technischer Hintergrund
In einem Fahrzeug, das mit einem Elektromotor als Antriebsquelle versehen ist, etwa einem Elektrofahrzeug oder einem Hybridfahrzeug, wird durch einen Wechselrichter Gleichstrom einer Batterie in Wechselstrom umgewandelt, und der Wechselstrom wird dem Elektromotor geliefert. Eine Ausgangsleistung eines Elektromotors wird beim Ausführen von Umwandlung elektrischer Energie durch Ändern einer Trägerfrequenz eines Wechselrichters gesteuert. Die Trägerfrequenz eines Wechselrichters ist bezüglich einer Ausgangsleistung eines Elektromotors nicht eindeutig bestimmt. Wenn zum Beispiel eine Sollausgangsleistung eines Elektromotors abhängig von einem Fahrzustand eines Fahrzeugs eingestellt wird, gibt es mehrere Trägerfrequenzen, die die Sollausgangsleistung umsetzen können. Herkömmlicherweise wird eine Umwandlung elektrischer Energie unter den Trägerfrequenzen gemäß den Einsatzbedingungen mittels einer Trägerfrequenz durchgeführt, bei der der Motorwirkungsgrad so hoch wie möglich ist (d. h. ein Motorverlust so klein wie möglich ist).
Patentschrift 1 offenbart ein mit einem Elektromotor als Antriebsquelle versehenes Fahrzeug. Das Fahrzeug ist so ausgelegt, dass durch zeitweiliges Einstellen einer hohen Trägerfrequenz während eines Gangschaltvorgangs Motorverlust vergrößert wird. Somit wird ein Motorwirkungsgrad zum Reduzieren eines Drehmoments verringert.
Liste der Anführungen
Patentschrift

Patentschrift 1: Ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2009-190442

Zusammenfassung der Erfindung
Verglichen mit einem Fahrzeug, das nur mit z. B. einer Brennkraftmaschine versehen ist, fehlt einem mit einem Elektromotor als Antriebsquelle versehenen Fahrzeug voraussichtlich eine Wärmequelle zum Erwärmen des Inneren eines Fahrzeuginnenraums. Im Hinblick auf das Vorstehende kann der Klimaanlage ein elektrischer Heizer oder dergleichen zum Klimatisieren der Luft in dem Raum in dem Fahrzeuginnenraum hinzugefügt werden. Das Hinzufügen eines elektrischen Heizers oder dergleichen kann aber einen Anstieg des Gewichts und der Kosten eines Fahrzeugs und eine Zunahme des Verbrauchs elektrischer Energie hervorrufen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, das vorstehend erwähnte Problem, das bei einer Klimaanlage für ein mit einem Elektromotor als Antriebsquelle versehenen Fahrzeug auftritt, zu lösen, spezifisch eine Fahrzeugklimaanlage vorzusehen, die es ermöglicht, eine Wärmequelle für das Erwärmen des Inneren eines Fahrzeuginnenraums ohne Hinzufügen eines elektrischen Heizers oder dergleichen sicherzustellen.
Im Hinblick auf das Vorstehende ist die vorliegende Erfindung auf eine Klimaanlage zur Verwendung in einem Fahrzeug gerichtet, das mit einem Elektromotor als Antriebsquelle und einem Wechselrichter zum Steuern einer Ausgangsleistung des Elektromotors durch Ändern einer Trägerfrequenz versehen ist. Die Fahrzeugklimaanlage umfasst einen Heizerkern, der an einem Umwälzdurchlass für Kältemittel zum Kühlen mindestens eines von Elektromotor und Wechselrichter angeordnet und ausgelegt ist, um klimatisierende Luft durch Nutzen des Kältemittels als Wärmequelle zu erwärmen; ein Mittel zum Einstellen eines geforderten Heizwerts, das einen geforderten Heizwert des Elektromotors und des Wechselrichters entsprechend einer von einem Insassen geforderten Fahrzeuginnenraumtemperatur einstellt; ein Trägerfrequenzeinstellmittel, das aus Trägerfrequenzen, die eine Sollausgangsleistung des Elektromotors, die abhängig von einem Fahrzustand des Fahrzeugs einzustellen ist, umsetzen können, eine Trägerfrequenz einstellt, bei der ein Heizwert des Elektromotors und des Wechselrichters gleich dem geforderten Heizwert gemacht werden, der von dem Mittel zum Einstellen des geforderten Heizwerts eingestellt wird; und ein Mittel zum Umwandeln elektrischer Energie, das bei der durch das Trägerfrequenzeinstellmittel eingestellten Trägerfrequenz Gleichstrom einer Stromspeichervorrichtung in Wechselstrom umwandelt und dem Elektromotor den Wechselstrom liefert.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen bei Lesen der folgenden ausführlichen Beschreibung zusammen mit den Begleitzeichnungen besser hervor.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm, das eine mechanische Konfiguration einer die vorliegende Erfindung verkörpernden Fahrzeugklimaanlage veranschaulicht;
2 ist ein Blockdiagramm, das eine Systemkonfiguration eines Elektrofahrzeugs, in dem die Fahrzeugklimaanlage eingebaut ist, veranschaulicht;
3 ist ein Diagramm, das Wärmeerzeugungskennlinien eines Elektromotors und eines Wechselrichters veranschaulicht, die über einem Betriebsbereich des Elektromotors angezeigt werden, wenn die Trägerfrequenz des in dem Fahrzeug vorgesehenen Wechselrichters 10 kHz beträgt;
4 ist ein Diagramm, das Wärmeerzeugungskennlinien des Elektromotors und des Wechselrichters veranschaulicht, die über dem Betriebsbereich des Elektromotors angezeigt werden, wenn die Trägerfrequenz des in dem Fahrzeug vorgesehenen Wechselrichters 5 kHz beträgt; und
5 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Steuerbetriebs des Fahrzeugs veranschaulicht.
Beschreibung von Ausführungsformen
(1) Konfiguration der Klimaanlage
1 ist ein Blockdiagramm, das eine mechanische Konfiguration einer die vorliegende Erfindung verkörpernden Fahrzeugklimaanlage 10 veranschaulicht. In der Ausführungsform bezeichnen die Begriffe ”stromaufwärts” und ”stromabwärts, sofern nichts Gegenteiliges angegeben, Luftströmungen in der Klimaanlage 10.
In der Ausführungsform ist die Klimaanlage 10 in einem Elektrofahrzeug eingebaut, das nicht mit einer Brennkraftmaschine als Antriebsquelle versehen ist, sondern nur mit einem Elektromotor 20 versehen ist (siehe 2). Die Klimaanlage 10 ist an einem vorderen Abschnitt eines Fahrzeuginnenraums angeordnet und klimatisiert die Luft in dem Raum in dem Fahrzeuginnenraum. Die Klimaanlage 10 umfasst einen Außenlufteinlassdurchlass 11a zum Einleiten von Luft (Außenluft) in dem Raum außerhalb eines Fahrzeugs in die Klimaanlage 10 und einen Innenlufteinlassdurchlass 11b zum Einleiten von Luft (Innenluft) in dem Raum in einem Fahrzeuginnenraum in die Klimaanlage 10.
Ein Hauptkanaldurchlass 11c ist mit einem stromabwärts befindlichen Ende des Außenlufteinlassdurchlasses 11a und mit einem stromabwärts befindlichen Ende des Innenlufteinlassdurchlasses 11b verbunden. Ein stromabwärts befindliches Ende des Hauptkanaldurchlasses 11c ist mit einem Kühldurchlass 11d und einem Erwärmungsdurchlass 11e verbunden. Ein Ausblasdurchlass 11f ist mit einem stromabwärts befindlichen Ende des Kühldurchlasses 11d und mit einem stromabwärts liegenden Ende des Erwärmungsdurchlass 11e verbunden.
Mehrere Ausblasöffnungen 11g zum Ausblasen von Luft (klimatisierter Luft), die von der Klimaanlage 10 gekühlt, beheizt oder entfeuchtet wird, in den Raum in einem Fahrzeuginnenraum sind in einem stromabwärts befindlichen Ende des Ausblasdurchlasses 11f ausgebildet. Die Ausblasöffnungen 11g umfassen eine Lüftungsausblasöffnung zum Blasen von klimatisierter Luft hin zur oberen Körperhälfte eines vorne sitzenden Insassen, eine Wärmeausblasöffnung zum Blasen von klimatisierter Luft hin zu den Füßen des vorne sitzenden Insassen, eine Defrosterausblasöffnung zum Blasen von klimatisierter Luft von der unteren Seite nach oben hin zur Innenfläche einer Frontscheibe (nicht gezeigt), eine hintere Lüftungsausblasöffnung zum Blasen von klimatisierter Luft hin zur oberen Körperhälfte eines hinten sitzenden Insassen und eine hintere Wärmeausblasöffnung zum Blasen von klimatisierter Luft hin zu den Füßen des hinten sitzenden Insassen.
Ein Gebläse 12 und ein Verdampfer 13 sind in dieser Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite in dem Hauptkanaldurchlass 11c angeordnet. Ein Heizerkern 14 ist in dem Erwärmungsdurchlass 11e angeordnet.
An einem stromabwärtigen Ende des Außenlufteinlassdurchlasses 11a und an einem stromabwärtigen Ende des Innenlufteinlassdurchlasses 11b ist eine Innen-/Außenluft-Schaltklappe 15 angeordnet. Die Innen-/Außenluft-Schaltklappe 15 ist so ausgelegt, dass sie an einer beliebigen Position zwischen einer Position (Innenluftumwälzposition), bei der der Außenlufteinlassdurchlass 11a geschlossen ist, und einer Position (Außenlufteinleitposition), bei der der Innenlufteinlassdurchlass 11b geschlossen ist, positionierbar ist. Gemäß dieser Konfiguration wird das Öffnungswinkelverhältnis zwischen dem Außenlufteinlassdurchlass 11a und dem Innenlufteinlassdurchlass 11b angepasst und das Mischungsverhältnis zwischen Außenluft und Innenluft für aus den Ausblasöffnungen 11g auszublasende klimatisierte Luft wird entsprechend angepasst.
Das Gebläse 12 ist stromabwärts der Innen-/Außenluft-Schaltklappe 15 angeordnet. Wenn das Gebläse 12 betrieben wird, wird klimatisierte Luft, die von dem Außenlufteinlassdurchlass 11a und von dem Innenlufteinlassdurchlass 11b hin zu den Ausblasöffnungen 11g strömen darf, erzeugt.
Der Verdampfer 13 ist ein Wärmetauscher für Kühlen. Der Verdampfer 13 ist stromabwärts des Gebläses 12 angeordnet und kühlt klimatisierende Luft.
Eine Temperaturregelungsklappe 16 ist an einem stromaufwärts befindlichen Ende des Kühldurchlasses 11d und an einem stromaufwärts befindlichen Ende des Erwärmungsdurchlasses 11e angeordnet. Die Temperaturregelungsklappe 16 ist ausgelegt, um an einer beliebigen Position zwischen einer Position (einer Position in dem Erwärmungsmodus), bei der der Kühldurchlass 11d geschlossen ist, und einer Position (einer Position in dem Kühlmodus), wenn der Erwärmungsdurchlass 11e geschlossen ist, positionierbar zu sein. Gemäß dieser Konfiguration wird das Öffnungswinkelverhältnis zwischen dem Kühldurchlass 11d und dem Erwärmungsdurchlass 11e angepasst und die Temperatur von klimatisierter Luft, die von den Ausblasöffnungen 11g auszublasen ist, wird entsprechend angepasst.
Der Heizerkern 14 ist ein Wärmetauscher zum Erwärmen. Der Heizerkern 14 ist stromabwärts der Temperaturregelungsklappe 16 angeordnet und erwärmt klimatisierende Luft. Der Heizerkern 14 ist ausgelegt, um Kühlwasser für einen Elektromotor 20 und einen Wechselrichter 30 (2), das als Wärmequelle zum Erwärmen des Inneren eines Fahrzeuginnenraums geeignet ist, durch den Heizerkern 14 treten zu lassen.
(2) Systemkonfiguration des Fahrzeugs
2 ist ein Blockdiagramm, das eine Systemkonfiguration eines Elektrofahrzeugs, in dem die Fahrzeugklimaanlage 10 eingebaut ist, veranschaulicht. In 2 ist die Klimaanlage 10 als ”HVAC” gezeigt, was eine Abkürzung für den englischen Begriff ”Heating, Ventilation and Air Conditioning” (Heizung, Lüftung und Klimatisierung) ist.
In der Ausführungsform ist das Elektrofahrzeug mit dem Elektromotor 20, dem Wechselrichter 30 zum Steuern einer Ausgangsleistung des Elektromotors 20 durch Ändern einer Trägerfrequenz und einem Umwälzdurchlass 50 für Kühlwasser zum Kühlen des Elektromotors 20 und des Wechselrichters 30 versehen. Der Elektromotor 20, der Wechselrichter 30, eine elektrisch betriebene Pumpe 40 und der Heizerkern 14 der Klimaanlage 10 sind an dem Kühlwasserumwälzdurchlass 50 angeordnet. Durch Betreiben der elektrisch betriebenen Pumpe 40 wird Kühlwasser in der Reihenfolge von Wechselrichter 30 → Elektromotor 20 → elektrisch betriebene Pumpe 40 → Heizerkern 14 → Wechselrichter 30 umgewälzt. Ein Strahler zum Freisetzen von Kühlwasserwärme kann zwischen den Heizerkern 14 und den Wechselrichter 30 gesetzt sein. Kühlwasser entzieht dem Wechselrichter 30 und dem Elektromotor 20 Wärme, wenn es an dem Wechselrichter 30 und dem Elektromotor 20 vorbeiströmt. Bei Strömen von Kühlwasser an dem Heizerkern 14 vorbei wird das Kühlwasser als Wärmequelle beim Erwärmen von klimatisierender Luft durch den Heizerkern 14 verwendet.
Der Wechselrichter 30 umfasst eine Wechselrichtersteuervorrichtung 31 und eine Vorrichtung zur Umwandlung elektrischer Energie 33. Die Wechselrichtersteuervorrichtugn 31 ist mit einer Trägerfrequenzänderungseinheit 32 versehen.
Ein Fahrzeugsteuergerät 60 stellt eine Sollausgangsleistung (= Solldrehmoment T × Solldrehzahl N) des Elektromotors 20 abhängig von einem Fahrzustand eines Fahrzeugs ein (z. B. wenn das Fahrzeug anfährt, wenn sich das Fahrzeug in einem Bergauffahrtmodus befindet, wenn das Fahrzeug maximal beschleunigt wird, wenn das Fahrzeug in einem städtischen Gebiet fährt, wenn das Fahrzeug durch Vororte fährt oder wenn das Fahrzeug bei einer hohen Geschwindigkeit fährt); und gibt der Wechselrichtersteuervorrichtung 31 die eingestellte Sollausgangsleistung zusammen mit einem Befehl zu einer Sollfahrzeuggeschwindigkeit oder regenerativem Bremsen aus.
Das Klimatisierungssteuergerät 70 stellt einen geforderten Heizwert des Elektromotors 20 und des Wechselrichters 30 gemäß einer von einem Insassen geforderten Fahrzeuginnenraumtemperatur, einer Temperatur von Innenluft oder einer Temperatur von Außenluft, die in die Klimaanlage 10 einzuleiten ist, einer Temperatur von Kühlwasser, das durch den Kühlwasserumwälzdurchlass 50 zirkuliert, einem Durchsatz von klimatisierender Luft, die durch Betreiben des Gebläses 12 erzeugt wird, oder dergleichen ein; und gibt den eingestellten geforderten Heizwert an die Wechselrichtersteuervorrichtung 31 aus. Das Klimatisierungssteuergerät 70 entspricht einem erfindungsgemäßen Mittel zum Einstellen eines geforderten Heizwerts.
Die Wechselrichtersteuervorrichtung 31, das Fahrzeugsteuergerät 60 und das Klimatisierungssteuergerät 70 sind jeweils ein Mikrocomputer eines gut bekannten Aufbaus, der eine CPU, einen ROM und einen RAM umfasst.
Die Trägerfrequenzänderungseinheit 32 der Wechselrichtersteuervorrichtung 31 stellt eine Trägerfrequenz, bei der ein Heizwert des Elektromotors 20 und des Wechselrichters 30 gleich einem geforderten Heizwert des Elektromotors 20 und des Wechselrichters 30 gemacht wird, der von dem Klimatitisierungssteuergerät 70 eingestellt wird, aus den Trägerfrequenzen ein, die eine von dem Fahrzeugsteuergerät 60 eingestellte Sollausgangsleistung des Elektromotors 20 implementieren können; und gibt die eingestellte Trägerfrequenz zu der Vorrichtung für Umwandlung elektrischer Energie 33 aus. Die Trägerfrequenzänderungseinheit 32 entspricht einem erfindungsgemäßen Trägerfrequenzeinstellmittel.
Die Vorrichtung zur Umwandlung elektrischer Energie 33 wandelt durch die von der Trägerfrequenzänderungseinheit 32 eingestellte Trägerfrequenz Gleichstrom (DC-Strom) einer Antriebsenergiebatterie 90 (entsprechend einer Energiespeichervorrichtung der vorliegenden Erfindung) in Wechselstrom (AC-Strom) um und liefert den AC-Strom zu dem Elektromotor 20. Die Vorrichtung zur Umwandlung elektrischer Energie 33 entspricht einem erfindungsgemäßen Mittel zur Umwandlung elektrischer Energie.
Der Elektromotor 20 dient als regenerative Lichtmaschine (Stromgenerator), wenn sich das Fahrzeug in einem Verzögerungsmodus befindet. In diesem Fall wandelt die Vorrichtung zur Umwandlung elektrischer Energie 33 einen von dem Elektromotor 20 erzeugten Wechselstrom in Gleichstrom um und liefert den Gleichstrom zu der Antriebsenergiebatterie 90.
(3) Inhalt der Steuerung
Eine Trägerfrequenz ist ein Zeitraum eines Timers, der bei einem vorbestimmten Zeitraum betrieben wird, um ein Pulssignal in einem Pulsweitenmodulationssystem ein- und auszuschalten. Eine Pulsweite wird durch Einstellen für den Timer einer Zeitposition, bei dem ein Pulssignal eingeschaltet wir, gesteuert. Der Elektromotor 20 und der Wechselrichter 30 erzeugen Wärme, wenn die Vorrichtung zur Umwandlung elektrischer Energie 33 Gleichstrom der Batterie 90 in Wechselstrom umwandelt und wenn die Vorrichtung zur Umwandlung elektrischer Energie 33 von dem Elektromotor 20 erzeugten Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt, wenn sich ein Fahrzeug in einem regenerativen Bremsmodus befindet. Der Heizwert steigt, wenn die Trägerfrequenz steigt, da die Häufigkeit der Erzeugung von Wärme pro Zeiteinheit durch den Elektromotor 20 und den Wechselrichter 30 zunimmt, wenn die Trägerfrequenz steigt.
3 und 4 sind Diagramme, die jeweils Wärmeerzeugungskennlinien des Elektromotors 20 und des Wechselrichters 30, die über einem Betriebsbereich des Elektromotors 20 angezeigt werden, bei einer Trägerfrequenz des Wechselrichters 30 von 10 kHz und einer Trägerfrequenz des Wechselrichters 30 von 5 kHz zeigen. Die Wärmeerzeugungskennlinien werden vorab durch Ausführen eines Versuchs erzeugt und werden in der Wechselrichtersteuervorrichtung 31 gespeichert. Der von einer Drehzahl-Drehmoment-Kurve A (N-T-Kennlinien) umgebene Bereich, der eine Beziehung zwischen der Drehzahl N des Elektromotors 20 und dem Drehmoment T des Elektromotors 20 darstellt, ist ein Betriebsbereich des Elektromotors 20. Die Drehzahl-Drehmoment-Kurve A stellt ein maximales Drehmoment des Elektromotors 20 bei der zugeordneten Drehzahl dar. Der Elektromotor 20 ist in dem gesamten Bereich, der von der Drehzahl-Drehmoment-Kurve A umgeben ist, betreibbar. Der Elektromotor 20 weist feste Drehmomentkennlinien auf, die das Drehmoment T unverändert beibehält, selbst wenn sich die Drehzahl in einem Bereich niedriger Drehzahl ändert, und weist feste Ausgangsleistungskennlinien auf, die das Drehmoment T reduziert, wenn die Drehzahl in einem Bereich mittlerer bis hoher Drehzahl steigt.
In 3 und 4 ist der Bereich verglichen mit null (0) an oberen Seite an der vertikalen Achse ein Betriebsbereich, wenn das Fahrzeug dank des Elektromotors 20 fährt, und der Bereich verglichen mit null (0) an der unteren Seite an der vertikalen Achse ist ein Betriebsbereich, wenn sich das Fahrzeug in einem regenerativen Bremsmodus befindet. In jedem der Bereiche nimmt ein Heizwert zu, wenn der absolute Wert des Drehmoments T steigt. In 3 und 4 besagen Bereiche, die durch die gleichen schraffierten Muster angedeutet sind, dass die Heizwerte jeweils gleich sind.
In 3 und 4 wird angenommen, dass das Fahrzeugsteuergerät 60 einen Bereich niedriger Drehzahl und mittleren Drehmoments, der durch den gestrichelten Kreis angedeutet ist, als Sollausgangsleistung des Elektromotors 20 einstellt (z. B. wenn das Fahrzeug anfährt oder wenn sich das Fahrzeug in einem Bergauffahrtmodus befindet). Sowohl in dem Fall, da eine Trägerfrequenz 10 kHz beträgt, als auch in dem Fall, da eine Trägerfrequenz 5 kHz beträgt, ist es möglich, den Bereich niedriger Drehzahl und mittleren Drehmoments zu implementieren. Zu beachten ist jedoch, dass bei einer Trägerfrequenz von 10 kHz ein Heizwert des Elektromotors 20 und des Wechselrichters 30 verglichen mit dem Fall, bei dem eine Trägerfrequenz 5 kHz beträgt, groß ist. Der Motorwirkungsgrad ist mit anderen Worten niedrig (d. h. der Motorverlust des Elektromotors 20 ist groß). Herkömmlicherweise wird die Umwandlung von elektrischer Energie durch eine Trägerfrequenz ausgeführt, bei der der Motorwirkungsgrad so hoch wie möglich ist. In diesem Fall kann die Trägerfrequenzänderungseinheit 32 eine Trägerfrequenz auf 5 kHz einstellen, bei der ein Heizwert kleiner ist.
Bei der Ausführungsform wird dagegen von dem Elektromotor 20 und dem Wechselrichter 30 erzeugte Wärme für Klimatisierung genutzt. Daher führen die Trägerfrequenzänderungseinheit 32 und die Vorrichtung zur Umwandlung von elektrischer Energie 33 keine Umwandlung elektrischer Energie durch eine Trägerfrequenz (in den Beispielen von 3 und 4 5 kHz), bei der der Motorwirkungsgrad so hoch wie möglich ist, aus den Trägerfrequenzen, die eine Sollausgangsleistung des Elektromotors 30 implementieren können, durch, sondern führen eine Umwandlung elektrischer Energie durch eine Trägerfrequenz (in den Beispielen von 3 und 4 10 kHz), bei der ein von dem Klimatisierungssteuergerät 70 eingestellter geforderter Heizwert als Reaktion auf eine Insassenforderung implementierbar ist, durch. In der Ausführungsform wird mit anderen Worten im Gegensatz zum Stand der Technik, wo eine Steuerung beruhend auf der Prämisse durchgeführt wird, dass der Motorwirkungsgrad priorisiert wird, ein Heizwert des Elektromotors 20 und des Wechselrichters 30 durch bewusstes Nutzen einer Trägerfrequenz, bei der der Motorwirkungsgrad niedrig ist (der Motorverlust ist groß und ein Heizwert ist groß), aktiv gesteuert.
In den Beispielen von 3 und 4 sind ein geforderter Heizwert, der auf einer Forderung nach Klimatisierung beruht, und ein maximaler Heizwert des Elektromotors 20 und des Wechselrichters 30 zufällig jeweils gleich. Daher werden 10 kHz als Trägerfrequenz gewählt. Es gibt aber den Fall, dass eine Trägerfrequenz, die kleiner als 10 kHz ist, gewählt wird, wenn ein geforderter Heizwert kleiner als ein maximaler Heizwert ist.
3 und 4 zeigen, dass es möglich ist, Wärmeerzeugung durch Ändern einer Trägerfrequenz zu steuern. Das Ändern einer Trägerfrequenz ermöglicht es, eine Ausgangsleistung des Elektromotors 20 zu steuern und einen Heizwert des Elektromotors 20 und des Wechselrichters 30 zu steuern. In diesem Fall ist es möglich, einen Heizwert des Elektromotors 20 und des Wechselrichters 30 mit hoher Präzision zu schätzen, sofern eine Ausgangsleistung des Elektromotors 20 unverändert bleibt, da ein Heizwert im Grunde allein von einer Trägerfrequenz abhängt. Somit ist es möglich, einen geforderten Heizwert präzis zu implementieren.
Zu beachten ist, dass während einer Anfangsphase nach Beginn des Arbeitens des Elektromotors 20 ein Heizwert des Elektromotors 20 und des Wechselrichters 30 klein ist. Daher sind eine Temperatur des Elektromotors 20 und eine Temperatur des Wechselrichters 30 niedrig und eine Temperatur des Kühlwassers, das durch den Umwälzdurchlass 50 zirkuliert, ist ebenfalls niedrig. Wenn aber ein Erwärmen des Inneren eines Fahrzeuginnenraums ab einer Anfangsphase nach Anfahren des Fahrzeugs gefordert wird, ist es notwendig, die Temperatur des Kühlwassers ab der Anfangsphase nach Beginn des Arbeitens des Elektromotors 20 schnell anzuheben.
Im Hinblick auf das Vorstehende stellt die Trägerfrequenzänderungseinheit 32 eine Trägerfrequenz (in den Beispielen von 3 und 4 10 kHz), bei der ein Heizwert des Elektromotors 20 und des Wechselrichters 30 maximiert ist, aus den Trägerfrequenzen ein, die eine Sollausgangsleistung des Elektromotors 20 implementieren können, bis eine vorbestimmte Zeit (z. B. 5 Minuten) nach Start des Arbeitens des Elektromotors 20 verstrichen ist, unabhängig davon, wie groß oder klein ein geforderter Heizwert ist, der von dem Klimatisierungssteuergerät 70 eingestellt wird. Gemäß dieser Konfiguration wird eine Trägerfrequenz, bei der ein Heizwert des Elektromotors 20 und des Wechselrichters 30 maximiert ist, eingestellt, bis eine vorbestimmte Zeit nach Beginn des Arbeitens des Elektormotors 20 verstreicht. Dies ermöglicht es, während einer Anfangsphase nach Beginn des Arbeitens des Elektromotors 20, während welcher ein schnelles Erwärmen des Kühlwassers notwendig ist, die Temperatur von Kühlwasser so schnell wie möglich anzuheben. Somit ist es möglich, eine Wärmequelle zum Erwärmen des Inneren eines Fahrzeuginnenraums in einer frühen Phase sicherzustellen und einen optimal klimatisierten Zustand mit verbessertem Ansprechvermögen auf eine Forderung eines Insassen nach Erwärmen ab einer Anfangsphase nach Anfahren des Fahrzeugs zu implementieren.
Nach Verstreichen der vorbestimmten Zeit (in einer mittleren Phase nach Anfahren des Fahrzeugs oder danach) kann das Fahrzeug in einem Zustand fahren, in dem der Motorwirkungsgrad durch Einstellen der Trägerfrequenz bei einem niedrigeren Wert und Reduzieren eines Heizwerts des Elektromotors 20 und des Wechselrichters 30 priorisiert wird. Die vorbestimmte Zeit ist zum Beispiel eine Zeit, die eine Kühlwassertemperatur zum Erreichen einer Temperatur (z. B. 40 bis 50°C) benötigt, die für Klimatisieren brauchbar ist.
Wenn die Temperatur des Kühlwassers abgesenkt wird oder wenn eine von einem Insassen geforderte Fahrzeuginnenraumtemperatur während des Fahrens in einem Zustand, in dem der Motorwirkungsgrad priorisiert ist, angehoben wird, wird eine Trägerfrequenz wieder auf einen höheren Wert eingestellt, während eine Sollausgangsleistung des Elektromotors 20 unverändert beibehalten wird. Somit wird der Heizwert des Elektromotors 20 und des Wechselrichters 30 angehoben, um das Kühlwasser wieder zu erwärmen. Das Wiederholen von Fahren in einem Zustand, in dem Wärmeerzeugung gefördert wird, und Fahren in einem Zustand, in dem der Motorwirkungsgrad hoch eingestellt ist, wie vorstehend beschrieben, ermöglicht ein effektives Nutzen der Wärme von Kühlwasser, die im Stand der Technik von einem Strahler als Abwärme abgegeben, als Wärmequelle für Klimatisierung.
Ferner kann abhängig von einem Fahrzustand eines Fahrzeugs, z. B. wenn sich das Fahrzeug in einem Bergauffahrtmodus befindet oder wenn das Fahrzeug bei hoher Geschwindigkeit fährt, ein Sicherstellen einer Sollausgangsleistung des Elektromotors 20, die von dem Fahrzeug 60 eingestellt wird, zu 100% priorisiert werden. Dies kann zu einer Schwierigkeit beim Sicherstellen von 100% eines geforderten Heizwerts des Elektromotors 20 und des Wechselrichters 30, der von dem Klimatisierungssteuergerät 70 eingestellt wird, führen. Im Hinblick auf das Vorstehende übermittelt die Wechselrichtersteuervorrichtung 31 dem Klimatisierungssteuergerät 70 ein Signal, das anzeigt, dass es möglich ist, einen geforderten Heizwert mit z. B. 80% sicherzustellen. Als Reaktion auf das Signal kann das Klimatisierungssteuergerät 70 den Durchsatz von klimatisierender Luft durch Betreiben des Gebläses 12 reduzieren, um eine Temperatur von klimatisierter Luft, die von den Ausblasöffnungen 11g auszublasen ist, bei einer von einem Insassen geforderten Fahrzeuginnenraumtemperatur zu halten. In diesem Fall entspricht die Wechselrichtersteuervorrichtung 31 einem erfindungsgemäßen Mittel zum Einstellen eines sicherbaren Heizwerts und das Klimatisierungssteuergerät 70 entspricht einem erfindungsgemäßen Mittel zum Reduzieren des Durchsatzes klimatisierter Luft.
5 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Steuerbetriebs eines Elektrofahrzeugs in der Ausführungsform zeigt.
In Schritt S1 wird die Vorrichtung zur Umwandlung elektrischer Energie 33 auf einen Zustand BEREIT gesetzt (ein Zustand, in dem die Vorrichtung zur Umwandlung elektrischer Energie 33 bereit ist, einen Betrieb aufzunehmen). Dann ermittelt in Schritt S2 die Wechselrichtersteuervorrichtung 31, ob von dem Klimatisierungssteuergerät 70 eine Erwärmungsforderung vorliegt. Wenn das Ermittlungsergebnis in Schritt S2 JA lautet, rückt die Routine zu Schritt S3 vor, und wenn das Ermittlungsergebnis in Schritt S2 NEIN lautet, rückt die Routine zu Schritt S11 vor.
Bei Schritt S3 ermittelt das Fahrzeugsteuergerät 60, ob das Fahrzeug fährt. Wenn das Ermittlungsergebnis in Schritt S3 JA lautet, rückt die Routine zu Schritt S4 vor, und wenn das Ermittlungsergebnis in Schritt S3 NEIN lautet, rückt die Routine zu Schritt S11 vor.
Bei Schritt S4 ermittelt die Wechselrichtersteuervorrichtung 31, ob die Zeit innerhalb von 5 Minuten nach Anfahren des Fahrzeugs ist. Wenn das Ermittlungsergebnis in Schritt S4 JA lautet (die Zeit ist innerhalb einer Anfangsphase nach Anfahren des Fahrzeugs), rückt die Routine zu Schritt S13 vor, und wenn das Ermittlungsergebnis in Schritt S4 NEIN lautet (die Zeit liegt in einer mittleren Phase nach Anfahren des Fahrzeugs oder danach), rückt die Routine zu Schritt S5 vor.
In Schritt S5 ermittelt das Fahrzeugsteuergerät 60, ob sich das Fahrzeug in einem Bergauffahrtmodus befindet oder ob das Fahrzeug bei einer hohen Geschwindigkeit fährt. Diese Ermittlung kann beruhend auf den Betriebsbereichen des Elektromotors 20, die zum Beispiel in 3 und 4 gezeigt sind, erfolgen. Wenn zum Beispiel eine Sollausgangsleistung des Elektromotors 20 in einem Bereich niedriger Drehzahl und mittleren Drehmoments eingestellt ist, wird ermittelt, dass sich das Fahrzeug in einem Bergauffahrtmodus befindet. Wenn eine Sollausgangsleistung des Elektromotors 20 in einem Bereich hoher Drehzahl und niedrigen Drehmoments eingestellt ist, wird ermittelt, dass das Fahrzeug bei einer hohen Geschwindigkeit fährt. Wenn das Ermittlungsergebnis in Schritt S5 JA lautet (wenn es schwierig ist, einen geforderten Heizwert des Elektromotors 20 und des Wechselrichters 30, der von dem Klimatisierungssteuergerät 70 eingestellt ist, mit 100% sicherzustellen), rückt die Routine zu Schritt S11 vor. Wenn das Ermittlungsergebnis in Schritt S5 NEIN lautet (wenn es möglich ist, einen geforderten Heizwert des Elektromotors 20 und des Wechselrichters 30, der von dem Klimatisierungssteuergerät 70 eingestellt ist, mit 100% sicherzustellen), rückt die Routine zu Schritt S6 vor.
Bei Schritt S6 ermittelt die Wechselrichtersteuervorrichtung 31, ob sich das Fahrzeug in einem Zustand beschränkter Beschleunigung/Abbremsung befindet. Es wird mit anderen Worten ermittelt, ob ein Steuern einer Ausgangsleistung des Elektromotors 20 durch Ändern einer Trägerfrequenz durch den Wechselrichter 30 eingeschränkt ist. Wenn das Ermittlungsergebnis in Schritt S6 JA lautet, rückt die Routine zu Schritt S10 vor, und wenn das Ermittlungsergebnis in Schritt S6 NEIN lautet, rückt die Routine zu Schritt S7 vor.
Bei Schritt S10 ermittelt das Fahrzeugsteuergerät 60, ob sich das Fahrzeug in einem regenerativen Bremsmodus befindet. Wenn das Ermittlungsergebnis in Schritt S10 JA lautet, rückt die Routine zu Schritt S7 vor, und wenn das Ermittlungsergebnis in Schritt S10 NEIN lautet, rückt die Routine zu Schritt S11 vor. Der Grund, warum die Routine zu Schritt S7 vorrückt, wenn das Ermittlungsergebnis in Schritt S10 JA lautet, ist wie vorstehend, dass der Elektromotor 20 und der Wechselrichter 30 ebenfalls Wärme erzeugen, wenn sich das Fahrzeug in einem regenerativen Bremsmodus befindet, und es möglich ist, einen Heizwert des Elektromotors 20 und des Wechselrichters 30 aktiv zu steuern.
Bei Schritt S7 ermittelt das Klimatisierungssteuergerät 70, ob eine Wärmequellentemperatur (eine Temperatur von Kühlwasser oder eine Temperatur des Heizerkerns 14) nicht niedriger als ein Referenzwert ist (eine für Klimatisierung brauchbare Temperatur (z. B. von 40 bis 50°C)). Wenn das Ermittlungsergebnis in Schritt S7 JA lautet, rückt die Routine zu Schritt S11 vor, und wenn das Ermittlungsergebnis in Schritt S7 NEIN lautet, rückt die Routine zu Schritt S8 vor.
Bei Schritt S8 führen die Trägerfrequenzänderungseinheit 32 und die Vorrichtung zur Umwandlung elektrischer Energie 33 eine Wechselrichtersteuerung aus, d. h. Umwandlung von elektrischer Energie bei einer Trägerfrequenz, die Wärmeerzeugung fördern kann. Im Einzelnen wird eine Umwandlung elektrischer Energie bei einer Trägerfrequenz, bei der ein Heizwert des Elektromotors 20 und des Wechselrichters 30 gleich einem geforderten Heizwert des Elektromotors 20 und des Wechselrichters 30 gemacht wird, der von dem Klimatisierungssteuergerät 70 eingestellt wird, aus den Trägerfrequenzen ausgeführt, die eine Sollausgangsleistung des Elektromotors 20 implementieren können. Somit wird ein Heizwert des Elektromotors 20 und des Wechselrichters 30 durch bewusstes Nutzen einer Trägerfrequenz, bei der der Motorwirkungsgrad niedrig ist (der Motorverlust groß ist und ein Heizwert groß ist), aktiv gesteuert. Dann wird bei Schritt S9 von dem Elektromotor 20 und dem Wechselrichter 30 erzeugte Wärme zum Klimatisieren mittels Kühlwasser genutzt.
Wenn dagegen das Ermittlungsergebnis in Schritt S4 JA lautet und die Routine zu Schritt S13 vorrückt, führen die Trägerfrequenzänderungseinheit 32 und die Vorrichtung zur Umwandlung elektrischer Energie 33 ebenfalls eine Wechselrichtersteuerung aus, d. h. Umwandlung von elektrischer Energie bei einer Trägerfrequenz, die Wärmeerzeugung fördern kann. Im Einzelnen wird eine Umwandlung elektrischer Energie bei einer Trägerfrequenz, bei der ein Heizwert des Elektromotors 20 und des Wechselrichters 30 maximiert wird, aus den Trägerfrequenzen, die eine Sollausgangsleistung des Elektromotors 30 implementieren können, durchgeführt, unabhängig davon, wie groß oder klein ein geforderter Heizwert ist, der von dem Klimatisierungssteuergerät 70 eingestellt wird. Auch in diesem Fall ist es möglich, einen Heizwert des Elektromotors 20 und des Wechselrichters 30 durch bewusstes Nutzen einer Trägerfrequenz, bei der ein Motorwirkungsgrad niedrig ist (ein Motorverlust groß ist und ein Heizwert groß ist), aktiv zu steuern. Dann wird bei Schritt S9 von dem Elektromotor 20 und dem Wechselrichter 30 erzeugte Wärme zum Klimatisieren mittels Kühlwasser genutzt.
Bei Schritt S11 ermittelt dagegen zum Beispiel die Wechselrichtersteuervorrichtung 31, ob der Ladungszustand (SOC) der Antriebsenergiebatterie 90 ein voll geladener Zustand ist. Wenn das Ermittlungsergebnis in Schritt S11 JA lautet, rückt die Routine zu Schritt S8 vor, und wenn das Ermittlungsergebnis in Schritt S11 NEIN lautet, rückt die Routine zu Schritt S12 vor. Zu beachten ist, dass der Grund für das Vorrücken der Routine zu Schritt S8, wenn das Ermittlungsergebnis in Schritt S11 JA lautet, darin liegt, dass der Ladezustand der Batterie 90 nicht übermäßig reduziert wird, selbst wenn ein Fahrzeug in einem Zustand fährt, bei dem der Wirkungsgrad des Elektromotors 20 niedrig ist. In diesem Fall entspricht die Wechselrichtersteuervorrichtugn 31 einem erfindungsgemäßen Ermittlungsmittel.
Bei Schritt S12 führten die Trägerfrequenzänderungseinheit 32 und die Vorrichtung zur Umwandlung elektrischer Energie 33 eine Wechselrichtersteuerung aus, d. h. Umwandlung elektrischer Energie bei einer Trägerfrequenz, bei der der Motorwirkungsgrad hoch ist. Dies ermöglicht das Implementieren eines Fahrens in einem Zustand, in dem der Motorwirkungsgrad priorisiert ist, mit weniger Verbrauch von elektrischer Energie, wodurch die elektrische Energie der Batterie 90 eingespart wird. In diesem Fall entsprechen die Trägerfrequenzänderungseinheit 32 und die Vorrichtung zur Umwandlung elektrischer Energie 33 einem erfindungsgemäßen Ausführungsmittel.
(4) Vorteilhafte Wirkungen
Wie vorstehend beschrieben werden in der Ausführungsform die folgenden Merkmale durch die Klimaanlage 10 für ein Elektrofahrzeug, das nur mit dem Elektromotor 20 als Antriebsquelle versehen ist, vorgesehen.
Der Heizerkern 14 zum Erwärmen von klimatisierender Luft durch Verwenden von Kühlwasser als Wärmequelle ist an dem Umwälzdurchlass 50 für das Kühlwasser zum Kühlen sowohl des Elektromotors 20 als auch des Wechselrichters 30 zum Steuern einer Ausgangsleistung des Elektromotors 20 durch Ändern einer Trägerfrequenz angeordnet.
Das Klimatisierungssteuergerät 70 stellt einen geforderten Heizwert des Elektromotors 20 und des Wechselrichters 30 gemäß einer von einem Insassen geforderten Fahrzeuginnenraumtemperatur ein.
Die Trägerfrequenzänderungseinheit 32 stellt eine Trägerfrequenz, bei der ein Heizwert des Elektromotors 20 und des Wechselrichters 30 gleich einem geforderten Heizwert des Elektromotors 20 und des Wechselrichters 30 gemacht wird, die von dem Klimatitisierungssteuergerät 70 eingestellt wird, aus den Trägerfrequenzen ein, die eine von dem Fahrzeugsteuergerät 60 eingestellte Sollausgangsleistung des Elektromotors 60 abhängig von einem Fahrzustand eines Fahrzeugs implementieren können.
Die Vorrichtung zur Umwandlung elektrischer Energie 33 wandelt Gleichstrom der Antriebsenergiebatterie 90 durch eine von der Trägerfrequenzänderungseinheit 32 eingestellte Trägerfrequenz in Wechselstrom um und liefert den Wechselstrom zu dem Elektromotor 20.
Gemäß der vorstehend erwähnten Konfiguration ist bei der Klimaanlage 10 für ein Elektrofahrzeug, das nur mit dem Elektromotor 20 als Antriebsquelle versehen ist und dem wahrscheinlich eine Wärmequelle zum Erwärmen des Inneren eines Fahrzeuginnenraums fehlt, der Heizerkern 14 an dem Umwälzdurchlass 50 für Kühlwasser zum Kühlen sowohl des Elektromotors 20 als auch des Wechselrichters 30 angeordnet. Daher wird von dem Elektromotor 20 und dem Wechselrichter 30 erzeugte Wärme zum Aufheizen von klimatisierender Luft verwendet. Somit ist es möglich, die Fahrzeugklimaanlage 10 vorzusehen, die das Sicherstellen einer Wärmequelle zum Erwärmen des Inneren eines Fahrzeuginnenraums ermöglicht, ohne einen elektrischen Heizer oder dergleichen, etwa einen PTC-Heizer, hinzuzufügen.
Das Klimatisierungssteuergerät 70 ist ferner ausgelegt, um einen geforderten Heizwert des Elektromotors 20 und des Wechselrichters 30 gemäß einer von einem Insassen geforderten Fahrzeuginnenraumtemperatur einzustellen. Die Trägerfrequenzänderungseinheit 32 ist ausgelegt, um eine Trägerfrequenz, bei der ein Heizwert des Elektromotors 20 und des Wechselrichters 30 gleich dem geforderten Heizwert des Elektromotors 20 und des Wechselrichters 30 gemacht wird, aus den Trägerfrequenzen, die eine einzustellende Sollausgangsleistung des Elektromotors 20 abhängig von einem Fahrzustand eines Fahrzeugs implementieren können, einzustellen. Die Vorrichtung zur Umwandlung elektrischer Energie 33 führt bei der eingestellten Trägerfrequenz eine Umwandlung elektrischer Energie durch. Dies ermöglicht das ausreichende und präzise Implementieren einer von einem Insassen geforderten Fahrzeuginnenraumtemperatur, während eine Sollausgangsleistung des Elektromotors 20 unverändert bleibt.
Im Einzelnen wird in der Ausführungsform eine Trägerfrequenz, bei der ein Heizwert des Elektromotors 20 und des Wechselrichters 30 gleich einem geforderten Heizwert des Elektromotors 20 und des Wechselrichters 30 gemacht wird, eingestellt. Eine Trägerfrequenz wird mit anderen Worten hinsichtlich eines Heizwerts des Elektromotors 20 und des Wechselrichters 30 eingestellt. Verglichen mit einer Konfiguration, bei der eine Trägerfrequenz beruhend auf der Prämisse eingestellt wird, dass der Motorwirkungsgrad priorisiert ist, ist es daher einfach, einen Heizwert des Elektromotors 20 und des Wechselrichters 30 gleich einem geforderten Heizwert des Elektromotors 20 und des Wechselrichters 30 zu machen. Ferner hängt ein Heizwert des Elektromotors 20 und des Wechselrichters 30 im Grunde allein von einer Trägerfrequenz ab. Daher ist es möglich, einen Heizwert des Elektromotors 20 und des Wechselrichters 30 mit hoher Genauigkeit zu schätzen und einen geforderten Heizwert des Elektromotors 20 und des Wechselrichters 30 zu implementieren. Dies erfordert keine Regelung einer Trägerfrequenz, um zum Beispiel einen Heizwert des Elektromotors 20 und des Wechselrichters 30 gleich einem geforderten Heizwert des Elektromotors 20 und des Wechselrichters 30 zu machen. Dies ist beim Vermeiden einer Komplizierung der Steuerung und Verkürzen einer erforderlichen Zeit zum Auslegen eines Heizwerts gleich einem geforderten Heizwert vorteilhaft. Dies ist ferner auch beim Vermeiden der Erzeugung von Abwärme aufgrund eines Überschießens vorteilhaft. Selbst bei Ausführen von Regelung ist es weiterhin möglich, einen Heizwert des Elektromotors 20 und des Wechselrichters 30 schnell gleich einem geforderten Heizwert des Elektromotors 20 und des Wechselrichters 30 zu machen.
In der Ausführungsform stellt die Trägerfrequenzänderungseinheit 32 eine Trägerfrequenz, bei der ein Heizwert des Elektromotors 20 und des Wechselrichters 30 maximiert ist, aus Trägerfrequenzen, die eine Sollausgangsleistung des Elektromotors 20 implementieren können, ein, bis eine vorbestimmte Zeit nach Beginn des Arbeitens des Elektromotors 20 verstreicht (z. B. verstreicht eine Zeit (z. B. 5 Minuten), die dafür erforderlich ist, dass eine Temperatur von Kühlwasser eine Temperatur (z. B. 40 bis 50°C) erreicht, die für Klimatisierung brauchbar ist), unabhängig davon, wie groß oder klein ein von dem Klimatisierungssteuergerät 70 eingestellter Heizwert ist (JA in Schritt S4) (Schritt S13).
Gemäß der vorstehend erwähnten Konfiguration ist es möglich, eine Temperatur von Kühlwasser so schnell wie möglich während einer Anfangsphase nach Beginn des Arbeitens des Elektromotors 20, während welcher es nötig ist, das Kühlwasser schnell zu beheizen, anzuheben und eine Wärmequelle zum Erwärmen des Inneren eines Fahrzeuginnenraums in einer frühen Phase sicherzustellen. Somit ist es möglich, einen optimal klimatisierten Zustand mit verbessertem Ansprechvermögen auf eine Forderung eines Insassen nach Erwärmung ab einer Anfangsphase nach Anfahren des Fahrzeugs zu implementieren.
Wenn es in der Ausführungsform unmöglich ist, einen geforderten Heizwert, der von dem Klimatisierungssteuergerät 70 eingestellt wird, zu 100% sicherzustellen (JA bei Schritt S5), stellt die Wechselrichtersteuervorrichtung 31 einen sicherbaren Heizwert ein, und das Klimatisierungssteuergerät 70 reduziert den Durchsatz von klimatisierter Luft, um eine Temperatur von klimatisierter Luft durch den sicherbaren Heizwert, der von der Wechselrichtersteuervorrichtung 31 eingestellt wird, bei einer von einem Insassen geforderten Fahrzeuginnenraumtemperatur zu halten.
Selbst wenn es gemäß der vorstehend erwähnten Konfiguration unmöglich ist, einen geforderten Heizwert zu 100% sicherzustellen, ist es möglich, eine Temperatur von klimatisierter Luft bei einer von einem Insassen geforderten Fahrzeuginnenraumtemperatur zu halten, während das Sicherstellen einer Sollausgangsleistung des Elektromotors 20 mit 100% priorisiert wird.
In der Ausführungsform ermittelt die Wechselrichtersteuervorrichtung 31, ob sich die Antriebsenergiebatterie 90 in einem voll geladenen Zustand befindet (Schritt S11). Wenn die Wechselrichtersteuervorrichtung 31 ermittelt, dass sich die Antriebsenergiebatterie 90 in einem voll geladenen Zustand befindet (JA bei Schritt S11), führen verglichen mit einem Fall, bei dem ermittelt wird, dass die Antriebsenergiebatterie 90 nicht in einem voll geladenen Zustand ist (NEIN bei Schritt S11), die Trägerfrequenzänderungseinheit 32 und die Vorrichtung zur Umwandlung elektrischer Energie 33 eine Umwandlung elektrischer Energie bei einer Trägerfrequenz aus, bei der der Motorwirkungsgrad niedrig ist.
Wenn gemäß der vorstehend erwähnten Konfiguration die Antriebsenergiebatterie 90 in einem voll geladenen Zustand ist, wird, selbst wenn ein Fahrzeug in einem Zustand fährt, bei dem der Motorwirkungsgrad niedrig ist, der Ladezustand der Batterie 90 nicht übermäßig reduziert. Wenn ferner die Antriebsenergiebatterie 90 nicht in einem voll geladenen Zustand ist, ist es mit weniger Verbrauch elektrischer Energie möglich, das Fahren in einem Zustand zu implementieren, in dem der Motorwirkungsgrad priorisiert ist, wodurch elektrische Energie der Batterie 90 eingespart wird.
In der Ausführungsform werden nur die Wärmeerzeugungskennlinien bei einer Trägerfrequenz von 10 kHz und 5 kHz erzeugt. Alternativ ist es möglich, Wärmeerzeugungskennlinien für eine größere Anzahl von Trägerfrequenzen zu erstellen, so dass es möglich ist, aus der großen Anzahl von Trägerfrequenzen eine Trägerfrequenz zu wählen.
Ferner kann Kühlwasser Gas für Klimatisierung sein. Des Weiteren ist es möglich, entweder den Elektromotor 20 oder den Wechselrichter 30 zu kühlen.
Ferner ist die vorliegende Erfindung statt bei einem Elektrofahrzeug auch bei einem Hybridfahrzeug verwendbar.
Das Folgende ist eine Zusammenfassung der Merkmale der vorliegenden Erfindung.
Die vorliegende Erfindung ist auf eine Klimaanlage zur Verwendung in einem Fahrzeug gerichtet, das mit einem Elektromotor als Antriebsquelle und einem Wechselrichter zum Steuern einer Ausgangsleistung des Elektromotors durch Ändern einer Trägerfrequenz versehen ist. Die Fahrzeugklimaanlage umfasst einen Heizerkern, der an einem Umwälzdurchlass für Kältemittel zum Kühlen mindestens eines von Elektromotor und Wechselrichter angeordnet und ausgelegt ist, um klimatisierende Luft durch Nutzen des Kältemittels als Wärmequelle zu erwärmen; ein Mittel zum Einstellen eines geforderten Heizwerts, das einen geforderten Heizwert des Elektromotors und des Wechselrichters entsprechend einer von einem Insassen geforderten Fahrzeuginnenraumtemperatur einstellt; ein Trägerfrequenzeinstellmittel, das aus Trägerfrequenzen, die eine Sollausgangsleistung des Elektromotors, die abhängig von einem Fahrzustand des Fahrzeugs einzustellen ist, umsetzen können, eine Trägerfrequenz einstellt, bei der ein Heizwert des Elektromotors und des Wechselrichters gleich dem geforderten Heizwert gemacht werden, der von dem Mittel zum Einstellen des geforderten Heizwerts eingestellt wird; und ein Mittel zum Umwandeln elektrischer Leistung, das bei der durch das Trägerfrequenzeinstellmittel eingestellten Trägerfrequenz Gleichstrom einer Stromspeichervorrichtung in Wechselstrom umwandelt und dem Elektromotor den Wechselstrom liefert.
Erfindungsgemäß ist bei einer Klimaanlage für ein Fahrzeug, das mit einem Elektromotor als Antriebsquelle versehen ist und dem wahrscheinlich eine Wärmequelle zum Erwärmen des Inneren eines Fahrzeuginnenraums fehlt, ein Heizerkern an einem Umwälzdurchlass für Kältemittel zum Kühlen mindestens eines von Elektromotor und Wechselrichter angeordnet. Daher ist es möglich, von dem Elektromotor und dem Wechselrichter erzeugte Wärme zum Beheizen von klimatisierender Luft zu verwenden. Somit ist es möglich, eine Fahrzeugklimaanlage vorzusehen, die das Sicherstellen einer Wärmequelle zum Erwärmen des Inneren eines Fahrzeuginnenraums ermöglicht, ohne einen elektrischen Heizer oder dergleichen hinzuzufügen.
Ferner wird gemäß einer von einem Insassen geforderten Fahrzeuginnenraumtemperatur ein geforderter Heizwert des Elektromotors und des Wechselrichters eingestellt. Es wird eine Trägerfrequenz, bei der ein Heizwert des Elektromotors und des Wechselrichters gleich dem geforderten Heizwert des Elektromotors und des Wechselrichters gemacht wird, aus den Trägerfrequenzen eingestellt, die eine einzustellende Sollausgangsleistung des Elektromotors abhängig von einem Fahrzustand eines Fahrzeugs implementieren können. Bei der eingestellten Trägerfrequenz wird eine Umwandlung elektrischer Energie ausgeführt. Gemäß der vorstehend erwähnten Konfiguration ist es möglich, eine von einem Insassen geforderten Fahrzeuginnenraumtemperatur ausreichend und präzis zu implementieren, während eine Sollausgangsleistung des Elektromotors unverändert bleibt.
Im Hinblick auf den Verbrauch elektrischer Energie eines Fahrzeugs als Ganzes könnte man sich vorstellen, dass eine Trägerfrequenz beruhend auf der Prämisse eingestellt wird, dass wie im Stand der Technik der Motorwirkungsgrad priorisiert wird (d. h. eine Trägerfrequenz wird auf einen solchen Wert eingestellt, dass ein Motorverlust so klein wie möglich gehalten wird und folglich ein Heizwert eines Elektromotors und eines Wechselrichters so klein wie möglich gehalten wird), von dem Heizer und dem Wechselrichter erzeugte Wärme als Wärmequelle zum Erwärmen des Inneren eines Fahrzeuginnenraums verwendet wird und ein zu geringer Heizwert durch einen elektrischen Heizer oder dergleichen ausgeglichen wird. Wenn aber ein elektrischer Heizer oder dergleichen hinzugefügt wird, kann zusätzlich zu dem vorstehend erwähnten Problem, d. h. eine Zunahme des Gewichts und der Kosten eines Fahrzeugs, der folgende Nachteil auftreten.
Wenn im Einzelnen eine Trägerfrequenz beruhend auf der Prämisse eingestellt wird, dass der Motorwirkungsgrad priorisiert wird, könnte es schwierig sein zu erkennen, wie viel Wärme von einem Elektromotor und einem Wechselrichter erzeugt wird, mit anderen Worten einen Heizwert des Elektromotors und des Wechselrichters zu schätzen. Daher ist es nötig, eine Regelung eines elektrischen Heizers oder dergleichen auszuführen, um einen Gesamtheizwert (= ein Heizwert des Elektromotors und des Gleichrichters + ein Heizwert des elektrischen Heizers und dergleichen) durch Ausgleichen eines zu niedrigen Heizwerts gleich einem Sollheizwert zu machen. Dies kann die Steuerung komplizieren und Zeit erfordern, um einen Gesamtheizwert gleich einem Sollheizwert zu machen. Ferner ist eine Abwärmeerzeugung aufgrund von Überschießen unvermeidbar. Wenn weiterhin zum Beispiel ein PTC-Heizer als elektrischer Heizer verwendet wird, ist eine feine Regelung erforderlich, die zeitaufwändig ist, da ein Heizwert des Heizers von einer Temperatur eines Heizabschnitts des Heizers abhängt.
Im Gegensatz zu dem Vorstehenden wird in der vorliegenden Erfindung eine Trägerfrequenz, bei der ein Heizwert eines Elektromotors und eines Wechselrichters gleich einem geforderten Heizwert des Elektromotors und des Wechselrichters gemacht wird, eingestellt. Eine Trägerfrequenz wird mit anderen Worten hinsichtlich eines Heizwerts eines Elektromotors und eines Wechselrichters eingestellt. Dies macht es einfach, einen Heizwert des Elektromotors und des Wechselrichters gleich einem geforderten Heizwert des Elektromotors und des Wechselrichters zu machen. Ferner hängt ein Heizwert eines Elektromotors und eines Wechselrichters im Grunde allein von einer Trägerfrequenz ab, wenn angenommen wird, dass eine Sollausgangsleistung des Elektromotors unverändert gehalten wird. Dies macht es möglich, einen Heizwert des Elektromotors und des Wechselrichters mit hoher Genauigkeit zu schätzen und einen geforderten Heizwert des Elektromotors und des Wechselrichters zu implementieren. Dies erfordert keine Regelung einer Trägerfrequenz, um zum Beispiel einen Heizwert eines Elektromotors und eines Wechselrichters gleich einem geforderten Heizwert des Elektromotors und des Wechselrichters zu machen. Selbst bei Ausführen einer Regelung einer Trägerfrequenz ist es möglich, einen Heizwert eines Elektromotors und eines Wechselrichters schnell gleich einem geforderten Heizwert des Elektromotors und des Wechselrichters zu machen.
Um das Vorstehende zusammenzufassen: ein Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Trägerfrequenz als Reaktion auf eine Forderung nach Klimatisierung zu steuern, wobei berücksichtigt wird, dass bei Verwenden der von einem Elektromotor und einem Wechselrichter erzeugten Wärme für Klimatisierung bei steigender Trägerfrequenz ein Motorverlust steigt, selbst wenn der Elektromotor bei einem gleichen Drehmoment angetrieben wird, und ein Heizwert des Elektromotors und des Wechselrichters steigt. Im Hinblick auf das Vorstehende wird in der vorliegenden Erfindung zum Auslegen eines Heizwerts eines Elektromotors und eines Wechselrichters gleich einem geforderten Heizwert des Elektromotors und des Wechselrichters, der als Reaktion auf eine Forderung eines Insassen eingestellt wird, eine Umwandlung elektrischer Energie bei einer Trägerfrequenz durchgeführt, die den vorstehend erwähnten geforderten Heizwert implementieren kann, ohne eine Umwandlung elektrischer Energie bei einer Trägerfrequenz, bei der der Motorwirkungsgrad so hoch wie möglich ist, aus den Trägerfrequenzen, die eine Sollausgangsleistung des Elektromotors implementieren können, durchzuführen. Entgegen dem Stand der Technik wird in der vorliegenden Erfindung mit anderen Worten eine Trägerfrequenz, bei der der Motorwirkungsgrad niedrig ist (der Motorverlust ist groß und ein Heizwert ist groß) bewusst verwendet, ohne eine Steuerung durchzuführen, bei der ein Motorwirkungsgrad priorisiert wird. Somit wird ein Heizwert eines Elektromotors und eines Wechselrichters aktiv gesteuert und für Klimatisierung genutzt.
In der vorliegenden Erfindung kann das Trägerfrequenzeinstellmittel bevorzugt eine Trägerfrequenz, bei der der Heizwert des Elektromotors und des Wechselrichters maximiert ist, aus den Trägerfrequenzen, die die Sollausgangsleistung des Elektromotors implementieren können, einstellen, bis eine vorbestimmte Zeit nach Beginn des Arbeitens des Elektromotors verstreicht, unabhängig davon, wie groß oder klein der geforderte Heizwert ist, der von dem Mittel zum Einstellen des geforderten Heizwerts eingestellt wird.
Während einer Anfangshase nach Beginn des Arbeitens des Elektromotors ist ein Heizwert des Elektromotors und des Wechselrichters klein ist. Daher sind eine Temperatur des Elektromotors und eine Temperatur des Wechselrichters niedrig und eine Temperatur des Kältemittels ist ebenfalls niedrig. Wenn aber ein Erwärmen des Inneren eines Fahrzeuginnenraums ab einer Anfangsphase nach Anfahren eines Fahrzeugs gefordert wird, ist es notwendig, die Temperatur des Kältemittels ab der Anfangsphase nach Beginn des Arbeitens des Elektromotors schnell anzuheben. Im Hinblick auf das Vorstehende wird gemäß der vorstehend erwähnten Konfiguration eine Trägerfrequenz, bei der ein Heizwert des Elektromotors und des Wechselrichters maximiert ist, eingestellt, bis eine vorbestimmte Zeit nach Beginn des Arbeitens des Motors verstreicht. Dies ermöglicht es, nach Beginn des Arbeitens des Elektromotors während einer Anfangsphase die Temperatur des Kältemittels so schnell wie möglich anzuheben, was für ein schnelles Beheizen des Kältemittels nötig ist, und eine Wärmequelle zum Erwärmen des Inneren eines Fahrzeuginnenraums in einer frühen Phase sicherzustellen. Somit ist es möglich, einen optimal klimatisierten Zustand mit verbessertem Ansprechvermögen auf eine Forderung eines Insassen nach Erwärmung ab einer Anfangsphase nach Anfahren des Fahrzeugs zu implementieren.
In der vorliegenden Erfindung kann die Fahrzeugklimaanlage bevorzugt ferner versehen sein mit: einem Mittel zum Einstellen eines sicherbaren Heizwerts, das einen sicherbaren Heizwert einstellt, wenn es unmöglich ist, den geforderten Heizwert, der von dem Mittel zum Einstellen des geforderten Heizwerts eingestellt wird, zu 100% sicherzustellen; und einem Mittel zum Reduzieren eines Durchsatzes klimatisierter Luft, welches einen Durchsatz klimatisierter Luft reduziert, um eine Temperatur klimatisierter Luft bei einer von einem Insassen geforderten Fahrzeuginnenraumtemperatur zu halten, wobei der sicherbare Heizwert von dem Mittel zum Einstellen des sicherbaren Heizwerts eingestellt wird.
Gemäß der vorstehend erwähnten Konfiguration ist es möglich, eine Temperatur von klimatisierter Luft bei einer von einem Insassen geforderten Fahrzeuginnenraumtemperatur zu halten, während das Sicherstellen einer Sollausgangsleistung des Elektromotors bei 100% priorisiert wird, selbst wenn ein geforderter Heizwert nicht bei 100% sichergestellt wird.
Erfindungsgemäß kann die Fahrzeugklimaanlage bevorzugt ferner versehen sein mit: einem Ermittlungsmittel, das ermittelt, ob sich die Energiespeichervorrichtung in einem voll geladenen Zustand befindet; und einem Ausführungsmittel, das verglichen mit einem Fall, da das Ermittlungsmittel ermittelt, dass eine Energiespeichervorrichtung nicht in einem voll geladenen Zustand ist, eine Umwandlung elektrischer Energie bei einer Trägerfrequenz durchführt, bei der der Wirkungsgrad des Elektromotors niedrig ist, wenn das Ermittlungsmittel ermittelt, dass die Energiespeichervorrichtung in einem voll geladenen Zustand ist.
Gemäß der vorstehend erwähnten Konfiguration wird, wenn die Energiespeichervorrichtugn in einem voll geladenen Zustand ist, der Ladezustand der Energiespeichervorrichtung nicht übermäßig gesenkt, selbst wenn das Fahrzeug in einem Zustand fährt, bei dem der Motorwirkungsgrad niedrig ist. Wenn ferner die Energiespeichervorrichtung nicht in einem voll geladenen Zustand ist, ist es bei geringerem Verbrauch von elektrischer Energie möglich, ein Fahren zu implementieren, bei dem der Motorwirkungsgrad priorisiert ist, wodurch elektrische Energie der Energiespeichervorrichtung eingespart wird.
Die vorliegende Anmeldung beruht auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2014-008275 , die am 21. Januar 2014 eingereicht wurde und deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme mitaufgenommen ist.
Auch wenn die vorliegende Erfindung durch die Ausführungsform mit Verweis auf die Zeichnungen zum Beschreiben der vorliegenden Erfindung ordnungsgemäß und umfassend beschrieben wurde, versteht sich, dass Fachleute die Ausführungsform ohne weiteres ändern und/oder abwandeln können. Sofern solche Abwandlungen oder Änderungen, die von Fachleuten des Gebiets implementiert werden, nicht vom nachstehend festgelegten Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abweichen, sollten daher diese Abwandlungen oder Änderungen als hierin enthalten ausgelegt werden.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Wie vorstehend beschrieben sieht die vorliegende Erfindung eine Fahrzeugklimaanlage vor, die das Sicherstellen einer Wärmequelle zum Erwärmen des Inneren eines Fahrzeuginnenraums ermöglicht, ohne einen elektrischen Heizer oder dergleichen hinzuzufügen. Daher trägt die vorliegende Erfindung zur Entwicklung und Verwendung der Technik bezüglich einer Klimaanlage für ein Elektrofahrzeug oder für ein Hybridfahrzeug bei, das mit einem Elektromotor als Antriebsquelle versehen ist und dem wahrscheinlich eine Wärmequelle zum Erwärmen des Inneren eines Fahrzeuginnenraums fehlt.

Claims

Klimaanlage zur Verwendung in einem Fahrzeug, das mit einem Elektromotor als Antriebsquelle und einem Wechselrichter zum Steuern einer Ausgangsleistung des Elektromotors durch Ändern einer Trägerfrequenz versehen ist, wobei die Fahrzeugklimaanlage umfasst: einen Heizerkern, der an einem Umwälzdurchlass für Kältemittel zum Kühlen mindestens eines von Elektromotor und Wechselrichter angeordnet und ausgelegt ist, um klimatisierende Luft durch Nutzen des Kältemittels als Wärmequelle zu erwärmen; ein Mittel zum Einstellen eines geforderten Heizwerts, das einen geforderten Heizwert des Elektromotors und des Wechselrichters entsprechend einer von einem Insassen geforderten Fahrzeuginnenraumtemperatur einstellt; ein Trägerfrequenzeinstellmittel, das aus Trägerfrequenzen, die eine abhängig von einem Fahrzustand des Fahrzeugs einzustellende Sollausgangsleistung des Elektromotors umsetzen können, eine Trägerfrequenz einstellt, bei der ein Heizwert des Elektromotors und des Wechselrichters gleich dem geforderten, von dem Mittel zum Einstellen des geforderten Heizwerts eingestellten Heizwert gemacht wird; und ein Mittel zum Umwandeln elektrischer Leistung, das bei der durch das Trägerfrequenzeinstellmittel eingestellten Trägerfrequenz Gleichstrom einer Stromspeichervorrichtung in Wechselstrom umwandelt und dem Elektromotor den Wechselstrom liefert.
Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 1, wobei das Trägerfrequenzeinstellmittel eine Trägerfrequenz, bei der der Heizwert des Elektromotors und des Wechselrichters maximiert ist, aus den Trägerfrequenzen, die die Sollausgangsleistung des Elektromotors implementieren können, einstellt, bis eine vorbestimmte Zeit nach Beginn des Arbeitens des Elektromotors verstreicht, unabhängig davon, wie groß oder klein der geforderte Heizwert ist, der von dem Mittel zum Einstellen des geforderten Heizwerts eingestellt ist.
Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin umfassend: ein Mittel zum Einstellen eines sicherbaren Heizwerts, das einen sicherbaren Heizwert einstellt, wenn es unmöglich ist, den geforderten Heizwert, der von dem Mittel zum Einstellen des geforderten Heizwerts eingestellt ist, zu 100% sicherzustellen; und einem Mittel zum Reduzieren eines Durchsatzes klimatisierter Luft, welches einen Durchsatz klimatisierter Luft reduziert, um eine Temperatur von klimatisierter Luft bei einer von einem Insassen geforderten Fahrzeuginnenraumtemperatur zu halten, wobei der sicherbare Heizwert von dem Mittel zum Einstellen des sicherbaren Heizwerts eingestellt ist.
Fahrzeugklimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiterhin umfassend: ein Ermittlungsmittel, welches ermittelt, ob die Energiespeichervorrichtung in einem voll geladenen Zustand ist; und ein Ausführungsmittel, das verglichen mit einem Fall, da das Ermittlungsmittel ermittelt, dass eine Energiespeichervorrichtung nicht in einem voll geladenen Zustand ist, eine Umwandlung elektrischer Energie bei einer Trägerfrequenz durchführt, bei der der Wirkungsgrad des Elektromotors niedrig ist, wenn das Ermittlungsmittel ermittelt, dass die Energiespeichervorrichtung in einem voll geladenen Zustand ist.