JP2000179956A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コンプレッサの駆動部の温度上昇が少なくて
信頼性の高い車両用空調装置を提供する。 【解決手段】 コントローラ１１のＣＰＵ１１ａは、バ
ッテリ１０の電圧を常時繰返し検出し、メモリ１１ｂに
設定された閾値以下となったとき、制限モードに移行し
て、コンバータ９の最大出力電力を制限する。従って、
バッテリ電圧低下に伴う入力電流の増加、回路素子から
の発熱を抑制することができ、信頼性が向上する。半導
体やコイルなどの回路素子に電流定格の低い小型品を用
いることもでき、コンバータ９および車両用空調装置の
小型化を図ることもできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両用空調装置に
係り、特に冷凍サイクルの冷媒を圧縮するコンプレッサ
の駆動部の温度上昇を抑える制御に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、車両用空調装置では、コンプレ
ッサ、コンデンサ、リキッドタンク、エキスパンション
バルブ及びエバポレータが冷媒配管により連結され、閉
回路が構成される。この閉回路では、コンプレッサで加
圧され高温高圧となった冷媒が、コンデンサで冷却され
液化された後にエキスパンションバルブで膨張され、低
温低圧の冷媒となってエバポレータに導かれ、エバポレ
ータで空気との熱交換が行われ、当該空気を冷却するこ
とによりガス状冷媒となり、コンプレッサに戻されると
いう冷媒循環による、いわゆる冷凍サイクルが形成され
ている。

【０００３】この冷凍サイクルにおいて、コンプレッサ
は、内蔵するモータの運動をピストン運動等に変換して
冷媒圧縮を行う。このモータはインバータによって駆動
され、インバータはバッテリから電力供給を受ける。バ
ッテリ電圧よりも高電圧の安定化された電源が必要な場
合は、バッテリとインバータとの間にＤＣ／ＤＣコンバ
ータが設置される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
車両用空調装置のコンプレッサを駆動するＤＣ／ＤＣコ
ンバータやインバータからなる駆動部は、バッテリから
コンプレッサに給電を行うものであった。

【０００５】しかし、コンプレッサの駆動部はバッテリ
電圧が低下した場合にもコンプレッサの要求する電力を
供給しようとするので、図６に示すようにバッテリ電圧
が低下した場合には、コンプレッサの駆動部の入力電流
が増加してしまう。従って従来では、入力電流の増加に
備えて、駆動部の回路素子、特にスイッチング動作する
半導体やコイルを大電流に耐えうる大型のものとしなけ
ればならなかった。

【０００６】また、入力電流が増加したときには、発熱
量はその２乗に比例して増加する。従って、部品を冷却
するためにその間隔を広げる必要があり、駆動部が大型
にならざるを得なかった。

【０００７】さらに、多大な発熱により、駆動部の電解
コンデンサやコイルの寿命が短くなり、信頼性の低下に
も繋がる。

【０００８】特に電気自動車のバッテリ電圧は、加速や
減速に伴って±５０％以上も変動するので、駆動部の発
熱が増大する可能性があった。

【０００９】そこで、本発明は、上記従来の課題を解決
すべくなされたものであり、コンプレッサの駆動部の温
度上昇が少なくて信頼性の高い車両用空調装置を提供す
ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の車両用空調装置は、冷凍サイクルの冷媒を
圧縮するコンプレッサと、このコンプレッサを駆動する
駆動部の電源電圧を検出する検出手段と、この検出手段
により検出された値が所定の値以下のときは、前記駆動
部の出力を制限する出力制限手段と、を備えたことを特
徴とする。

【００１１】

【発明の効果】この発明によれば、検出手段により、コ
ンプレッサの駆動部の電源電圧が検出され、出力制限手
段は、この検出された電源電圧が所定の値以下となった
ときには、駆動部の出力を制限するので、電流増加に伴
う駆動部の回路素子の温度上昇が抑制され信頼性が向上
する。また、回路素子に電流定格の低い小型品を用いる
こともでき、車両用空調装置の小型化を図ることができ
る。

【００１２】特に、コンプレッサの駆動部の電源を車輪
駆動用のモータの電源と共用とする電気自動車において
は、走行性能への影響が少ないという効果が得られる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明による車両用空調装
置の実施の形態を、図１ないし図５を参照して詳述す
る。

【００１４】図１は、この発明による車両用空調装置の
第１の実施の形態の構成図であり、冷凍サイクル１００
の構成要素は以下の通りである。

【００１５】コンプレッサ１は、低温低圧の冷媒を圧縮
するものであり、３相モータと圧縮機構（共に図示せ
ず）を備えている。コンデンサ２は、コンプレッサ１か
ら流入した高温の気化された冷媒を冷却ファンモータ６
により冷却し液化するものである。リキッドタンク３は
液化した冷媒をるものであり、減圧手段４は、膨張弁に
より構成され、液冷媒を低温の霧状液とするものであ
る。エバポレータ５は、ブロアモータ７により車室外或
は車室内から流入された暖気を冷媒の気化潜熱で冷却す
るものである。この空気は矢印ａで示すように冷却風と
なり、送風ダクト１２を通り車室内に送られる。尚、冷
凍サイクル１００のこれら各構成要素は、冷媒配管１０
１で接続される。

【００１６】インバータ８はコンプレッサ１に３相のパ
ルス電力を供給する駆動装置である。コンバータ９はバ
ッテリ１０を昇圧してインバータ８に直流電力を供給す
るＤＣ／ＤＣコンバータ（安定化電源）である。

【００１７】コントローラ１１は、コンバータ９の出力
電流を制御するものであり、プログラム制御可能なＣＰ
Ｕ１１ａ、およびメモリ１１ｂから構成される。ＣＰＵ
１１ａの入力ポートには、バッテリ１０の電圧信号が入
力されている。ＣＰＵ１１ａの出力ポートはコンバータ
９に接続されている。コントローラ１１は、通常は、コ
ンバータ９の内部に設けられるが、説明のために分離し
て図示した。

【００１８】次に、この第１の実施の形態における動作
を説明する。

【００１９】上記構成の空調装置を始動すると、コンバ
ータ９はバッテリ１０の電圧を昇圧安定化してインバー
タ８に給電し、インバータ８はコンプレッサ１を作動
し、冷凍サイクル１００の冷媒が循環する。

【００２０】この実施の形態では、ＣＰＵ１１ａにより
検出されるバッテリ１０の電圧（以下「バッテリ電圧」
という。）の範囲を区分して、最大出力電力を通常のま
まとする通常モードと、最大出力電力に制限をかける制
限モードの２種の動作モードが設定可能となっている。
これら動作モードは、ＣＰＵ１１ａに設定されたプログ
ラムによって切替えられる。

【００２１】この切替動作に先だって、メモリ１１ｂに
は通常モードと制限モードとを区分するバッテリ電圧の
閾値Ｖｔｈが予め設定される。

【００２２】図２は、ＣＰＵ１１ａによるモード切替の
制御フローチャートである。

【００２３】まず、バッテリ電圧の検出を行う（Ｓ
１）。次に、メモリ１１ｂから閾値Ｖｔｈを読込む（Ｓ
２）。そして、バッテリ電圧の検出値と閾値Ｖｔｈとの
比較判定を行う（Ｓ３）。ここで、検出値が閾値Ｖｔｈ
より高い（ＹＥＳ）と判定されると、通常モードに切替
え（Ｓ４）る。一方ステップＳ３で検出値が閾値Ｖｔｈ
以下と判定されると（ＮＯ）、制限モードに切替える
（Ｓ５）。ステップＳ４およびＳ５終了後は、ステップ
Ｓ１に制御を移し、これら一連の動作が繰返し行われ
る。

【００２４】このようにバッテリ電圧を検出して、動作
モードの切替を行う第１の実施の形態では、図３のよう
に、コンバータ９の最大出力電力および最大入力電流が
変化する。

【００２５】図３（ａ）は、バッテリ電圧Ｖｂに対する
コンバータ９の最大出力電力Ｐｍａｘのグラフであり、
同図（ｂ）は、最大入力電流Ｉｍａｘのグラフである。

【００２６】通常モードでは、図３（ａ）に示すよう
に、コンバータ９の最大出力電力ＰｍａｘはＰＨに設定
される。この値は、車両用空調装置の動作周囲温度や冷
却装置の能力を考慮して設定すればよい。バッテリ電圧
Ｖｂが低下して、閾値Ｖｔｈより低くなると、制限モー
ドに移行して最大出力電力ＰｍａｘがＰＨよりも低いＰ
Ｌに設定されコンバータ９の最大出力電力が制限され
る。

【００２７】次に、上記動作におけるコンバータ９の最
大入力電流Ｉｍａｘを考える。最大入力電流Ｉｍａｘ
は、最大出力電力Ｐｍａｘを、バッテリ電圧Ｖｂで除し
た値にほぼ等しくなる（この場合、内部損失は無視して
考える）。従って、通常モードにおいての最大入力電流
Ｉｍａｘは、図３（ｂ）の特性ａに示すようにバッテリ
電圧Ｖｂに反比例して変化する。

【００２８】一方、制限モードでの最大出力電力Ｐｍａ
ｘは図３（ａ）に示すように低減され、最大入力電流Ｉ
ｍａｘは図３（ｂ）の特性ｂのようになる。これは、バ
ッテリ電圧が低下しても通常モードのままとした場合の
特性ｃと比較して低いものとなっている。

【００２９】図４は、最大出力電力Ｐｍａｘを１００％
から８０％まで段階的に変えたときの、バッテリ電圧Ｖ
ｂとコンバータ９での発熱量Ｐとの関係を示すグラフで
ある。

【００３０】バッテリ電圧Ｖｂの定格（１００％）に対
し８０％を閾値Ｖｔｈとして、これ以下のバッテリ電圧
Ｖｂにおいて制限モードとし、そのときの最大出力電力
Ｐｍａｘを通常の８０％に低減すれば、バッテリ電圧Ｖ
ｂが６５％にまで降下しても、発熱量はバッテリ電圧Ｖ
ｂが定格の８０％の時とおなじＰ１以下に抑えられる。

【００３１】従って、この第１の実施の形態では、バッ
テリ電圧Ｖｂが低下したときでも、出力電力が制限さ
れ、入力電流もこれに伴い制限されるので、コンバータ
９内部のスイッチング素子やコイルなどからの発熱が抑
制され、信頼性が向上する。また回路素子に大電流定格
の大型品を使用する必要がなくなり、コンバータの小型
化を図ることができる。

【００３２】ところで、上記第１の実施の形態では、制
限モードにおいてコンバータ９の最大出力電力Ｐｍａｘ
を一定（ＰＬ）として、最大入力電流Ｉｍａｘを低減さ
せたが、制限モードにおいて、バッテリ電圧Ｖｂとコン
バータ９の最大出力電力Ｐｍａｘとを線形に変化させる
ことで、最大入力電流Ｉｍａｘを一定とすることもでき
る。

【００３３】図５は、この発明の車両用空調装置の第２
の実施の形態におけるコンバータの特性を示すグラフで
ある。同図（ａ）は、最大出力電力Ｐｍａｘの特性を、
そして同図（ｂ）は、最大入力電流Ｉｍａｘの特性をそ
れぞれ示すものである。

【００３４】この実施の形態の通常モードでは、図５
（ａ）に示すように、最大出力電力ＰｍａｘはＰＨに設
定されている。そして、第１の実施の形態と同様に図２
に示した制御方法で、バッテリー電圧Ｖｂが検出され、
検出値が所定の閾値Ｖｔｈ以下となると制限モードに切
替る。

【００３５】制限モードにおいては、最大出力電力Ｐｍ
ａｘはバッテリ電圧Ｖｂに対して線形の特性をもつ。即
ち、バッテリ電圧Ｖｂが低下すると最大出力電力Ｐｍａ
ｘも同様に直線的に低下していく。この最大出力電力Ｐ
ｍａｘを算出する演算は、ＣＰＵ１１ａにおいて行われ
る。

【００３６】このような制御が行われる第２の実施の形
態では、図５（ｂ）に示すように、制限モードにおい
て、バッテリ電圧Ｖｂによらず最大入力電流Ｉｍａｘを
ほぼ一定にすることができる。特性ｃは、比較の為に、
バッテリ電圧Ｖｂが低下しても通常モードを維持した場
合の特性を示すものであり、この実施の形態の制限モー
ドでは、最大入力電流Ｉｍａｘが低減されていることが
わかる。従って、この第２の実施の形態でも、第１の実
施の形態と同様に、コンバータの回路素子の温度上昇が
抑制されて信頼性が向上し、小型化が可能となる。

【００３７】また、コンバータを介さず、バッテリ１０
が直接インバータ８に接続される形態をとる場合は、イ
ンバータ８にこのような最大出力電力Ｐｍａｘの制限を
与えることにより、インバータでのスイッチングに用い
られる半導体素子等の回路素子からの発熱を抑えること
ができる。

【００３８】尚、以上説明した実施の形態では、ＣＰＵ
を用いたソフトウエアによってコンバータの最大出力を
制限したが、ハードウェアを用いて回路構成することも
できる。

【００３９】この場合、ＣＰＵ１１ａに代えてコンパレ
ータによって、閾値電圧とバッテリ電圧との比較を行
い、この出力を増幅してコンバータやインバータに入力
し、最大出力を制限させればよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による車両用空調装置の第１の実施の形
態における回路構成図である。

【図２】図１に示す装置のモード切替の制御フローチャ
ートである。

【図３】図１に示す装置のコンバータの特性を示すグラ
フであり、図３（ａ）は、最大出力電力Ｐｍａｘの特性
を、同図（ｂ）は、最大入力電流の特性をそれぞれ示す
ものである。

【図４】図１に示す装置のバッテリ電圧とコンバータで
の発熱量との関係を示すグラフである。

【図５】本発明による車両用空調装置の第２の実施の形
態における出力特性を示すグラフであり、同図（ａ）
は、最大出力電力Ｐｍａｘの特性を、同図（ｂ）は、最
大入力電流Ｉｍａｘの特性をそれぞれ示すものである。

【図６】従来の車両用空調装置のコンプレッサの駆動部
の入力電流とバッテリ電圧との関係を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１ コンプレッサ ２ コンデンサ ３ リキッドタンク ４ 減圧手段 ５ エバポレータ ６ 冷却ファンモータ ７ ブロアモータ ８ インバータ ９ コンバータ １０ バッテリ １１ コントローラ １１ａ ＣＰＵ １１ｂ メモリ １２ 送風ダクト １００ 冷凍サイクル １０１ 冷媒配管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大橋 利男 東京都中野区南台５丁目24番15号 カルソ ニック株式会社内 (72)発明者 植木 浩一 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 木下 繁則 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷凍サイクル（１００）の冷媒を圧縮す
   るコンプレッサ（１）と、 このコンプレッサ（１）を駆動する駆動部（８、９）の
   電源電圧を検出する検出手段（１１）と、 この検出手段により検出された値が所定の値以下のとき
   は、前記駆動部（８、９）の出力を制限する出力制限手
   段（１１）と、 を備えたことを特徴とする車両用空調装置。