JP2006327226A - Air-conditioner for vehicle and air-conditioning method of vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両用空気調和装置及び車両の空気調和方法に係り、特に、車両の車室内を暖気する車両用空気調和装置及び車両の空気調和方法に関する。 The present invention relates to a vehicle air conditioning apparatus and a vehicle air conditioning method, and more particularly to a vehicle air conditioning apparatus and a vehicle air conditioning method for warming a vehicle interior of a vehicle.
車両の車室内が冷えているときは、運転者がパネルに設けられるヒータスイッチ等の暖気スイッチをオンにして、エンジンによって温められた空気を車室内に導入する。極寒地や、極寒時等ではエンジンが送風用空気を十分暖めるのに時間がかかり、しばらくは冷たい空気が出てくることがある。そこで、補助ヒータ等が用いられる。例えば、特許文献1には、車両用空調装置において、外気温、車両エンジンからの冷却水温度に応じ、3本のPTC素子等の発熱体素子の通電本数をきめ細かく制御し、無駄な電力消費を防止することが述べられる。また、車載バッテリの充電状態に応じて発熱体素子の通電本数を判定し、その本数の範囲で通電することも述べられる。 When the vehicle interior of the vehicle is cold, the driver turns on a warm-up switch such as a heater switch provided on the panel to introduce air warmed by the engine into the vehicle interior. In extremely cold regions and in cold weather, it takes time for the engine to sufficiently warm the air for blowing, and cold air may come out for a while. Therefore, an auxiliary heater or the like is used. For example, in Patent Literature 1, in a vehicle air conditioner, the number of energizations of heating element elements such as three PTC elements is finely controlled according to the outside air temperature and the cooling water temperature from the vehicle engine, thereby reducing wasteful power consumption. It is stated to prevent. In addition, it is also described that the number of energizations of the heating element is determined according to the state of charge of the in-vehicle battery and energization is performed within the range of the number.
ここでPTC素子とは、所定のキューリ点にて抵抗値が急増する正の抵抗温度特性を有する素子で、その発熱温度をキューリ点に自己制御する自己温度制御機能を有する半導体素子である。このようなPTC素子として、例えばイットリウム、アンチモン、ランタン等の希土類元素を微量添加して半導体化したキューリ点が約150℃のチタン酸バリウム系セラミックを用いることができる。 Here, the PTC element is an element having a positive resistance temperature characteristic in which the resistance value rapidly increases at a predetermined curie point, and is a semiconductor element having a self-temperature control function for self-controlling the heat generation temperature at the curie point. As such a PTC element, for example, a barium titanate ceramic having a Curie point of about 150 ° C., which is made into a semiconductor by adding a small amount of rare earth elements such as yttrium, antimony, and lanthanum can be used.
ところで、PTCヒータを含め、補助ヒータは電力をかなり消費し、車両用電源の電圧を低下させる。車両用の電源は、補助ヒータのみならず車両搭載の電気機器等にも用いられるので、車両用電源の消費量が多く、その電圧が低下しすぎると、これらの機器の動作に支障が起こる。したがって、車両用電源の負荷状況によっては補助ヒータの使用を制限する必要がある。 By the way, the auxiliary heater including the PTC heater consumes a considerable amount of electric power and lowers the voltage of the vehicle power source. Since the power source for the vehicle is used not only for the auxiliary heater but also for electric devices mounted on the vehicle, the consumption amount of the power source for the vehicle is large, and if the voltage is too low, the operation of these devices is hindered. Therefore, it is necessary to limit the use of the auxiliary heater depending on the load state of the vehicle power supply.
例えば特許文献2には、ハイブリッド車両の空調ユニットにおいて、走行用エンジンの冷却水を暖房用熱源とし、補助電気ヒータとして2個のPTCヒータを用いることが開示される。ここでは、車室内の暖房要求判断、暖房用熱源の水温判断、車両用電源のためのDC−DCコンバータの電流容量余裕判断等に基づき、余裕がない場合にはすべてのPTCヒータをオフすることが述べられる。DC−DCコンバータの電流容量余裕判断は、DC−DCコンバータの充電能力以上の電流がハイブリッド車両全体で使われているかどうかで行われる。なお、PTCヒータのオンオフは頻繁にならないように、前回のオンオフから所定時間、たとえば16秒間をおいて行われることが述べられる。 For example, Patent Document 2 discloses that in an air conditioning unit of a hybrid vehicle, the cooling water of a traveling engine is used as a heat source for heating, and two PTC heaters are used as auxiliary electric heaters. Here, based on the judgment of the heating requirement in the passenger compartment, the judgment of the water temperature of the heating heat source, the judgment of the current capacity margin of the DC-DC converter for the vehicle power supply, etc., all the PTC heaters are turned off when there is no margin. Is stated. The current capacity margin of the DC-DC converter is determined based on whether or not a current exceeding the charging capacity of the DC-DC converter is used in the entire hybrid vehicle. In addition, it is stated that the PTC heater is turned on and off at a predetermined time, for example, 16 seconds after the previous on and off so as not to be frequent.
従来技術では、車室内暖気用ヒータの使用は、車両用電源の負荷を増大させるので、車両用電源に余裕のないときは、特許文献1のようにヒータの本数を制限しながら通電を継続させるか、あるいは特許文献2のように全部のヒータをオフさせるか、の手段がとられる。 In the prior art, the use of the vehicle interior warming heater increases the load of the vehicle power supply, and therefore, when the vehicle power supply is not sufficient, as in Patent Document 1, energization is continued while limiting the number of heaters. Alternatively, as in Patent Document 2, a measure is taken to turn off all the heaters.
しかしながら、一旦暖気が必要と判断してヒータの通電を開始した後に、車両用電源の負荷の問題で一部又は全部のヒータの通電を止めてしまうと、せっかく温まりかけた空気調和を中断することになり好ましくない。そこで実際には、一旦ヒータに通電すると、ヒータが十分に暖気できる所定時間内は通電を継続し、その後ヒータをオフすること等が行われる。この場合、その通電の間は、車両用電源は過負荷気味となるので、他の車両用搭載電気機器の中で車両走行等に関係の薄い機器、たとえばラジオ等の節電が行われることが好ましい。また、車両用電源から電力の供給を受け、車両の走行に影響のある機器等には、車両用電源電圧が所定値より低下したときにウオーニング(警報信号)を出して、操作に注意を促すことが好ましい。 However, once it is determined that warming is necessary and energization of the heater is started, if energization of some or all of the heaters is stopped due to a problem with the load of the power supply for the vehicle, the warming air conditioning is interrupted. It is not preferable. Therefore, in practice, once the heater is energized, the energization is continued for a predetermined time during which the heater can sufficiently warm up, and then the heater is turned off. In this case, since the vehicular power supply is overloaded during the energization, it is preferable that power saving of a device that is not related to vehicle running, such as a radio, among other on-vehicle electric devices is performed. . In addition, devices that receive power from the vehicle power supply and have an impact on the vehicle's travel, etc., issue a warning (alarm signal) when the vehicle power supply voltage drops below a predetermined value, paying attention to the operation. It is preferable to prompt.
このように、従来技術においては、車両の車室内の暖気に用いられるヒータの使用と、車両用電源の負荷とのバランスをとるのが容易ではなく、場合によっては、ヒータの使用で警報信号が出されてしまい、車両の運行に支障が出る恐れがある。 As described above, in the prior art, it is not easy to balance the use of the heater used for warming the passenger compartment of the vehicle and the load of the power source for the vehicle. In some cases, the use of the heater generates an alarm signal. This could cause problems with the operation of the vehicle.
本発明の目的は、車両用電源の負荷とのバランスをとりながら、車室内の暖気を十分に行うことができるヒータの使用を可能とする車両用空気調和装置を提供することである。また、他の目的は、車両用電源の負荷とのバランスをとり、警報信号を出力させずに、車室内の暖気を十分に行うことができるヒータの使用を可能とする車両用空気調和装置を提供することである。以下の手段は、上記目的の少なくとも1つに奉仕するものである。 An object of the present invention is to provide a vehicle air conditioner that enables use of a heater capable of sufficiently warming up a vehicle interior while balancing the load of a vehicle power source. Another object of the present invention is to provide a vehicle air conditioner that enables use of a heater that balances the load of the vehicle power supply and that can sufficiently warm the passenger compartment without outputting an alarm signal. Is to provide. The following means serve at least one of the above purposes.
本発明に係る車両用空気調和装置は、車両に搭載される電源によって通電され、車両の車室内を暖気する発熱体と、電源の負荷状態に基づいて発熱体の通電を制御し車室内の空気調和を行う制御部と、を含む車両用空気調和装置であって、制御部は、車室内を暖気するために発熱体に通電する必要があるか否かを判断する通電判断手段と、電源の負荷状態が過負荷であるか否かを判断する負荷判断手段部と、発熱体に通電する必要があり、かつ電源が過負荷である場合に、発熱体の温度が上昇することができる通電オンオフ比を用いて断続的な通電制御を行う通電制御手段と、を有することを特徴とする。 An air conditioner for a vehicle according to the present invention is energized by a power source mounted on the vehicle and heats the vehicle interior of the vehicle, and controls the energization of the heat generator based on the load state of the power source to control the air in the vehicle interior. An air conditioning apparatus for a vehicle including a control unit that performs harmony, wherein the control unit determines whether or not the heating element needs to be energized in order to warm up the vehicle interior, Load determination means for determining whether or not the load state is overload, and energization on / off that can increase the temperature of the heating element when it is necessary to energize the heating element and the power supply is overloaded And an energization control means for performing intermittent energization control using the ratio.
また、制御部は、電源電圧が所定の閾値を下回る期間が任意に定める判断期間を超える場合に警報信号を出力する出力手段を有し、通電制御手段は、警報信号のための判断期間より短い通電オン時間を用いて通電断続を行うことが好ましい。 In addition, the control unit includes an output unit that outputs an alarm signal when the period during which the power supply voltage falls below a predetermined threshold exceeds an arbitrarily determined determination period, and the energization control unit is shorter than the determination period for the alarm signal. It is preferable that the energization is interrupted using the energization on time.
また、通電制御手段は、電源電圧が所定の閾値を超えて回復するのに十分な通電オフ時間を用いて通電断続を行うことが好ましい。 Further, the energization control means preferably performs energization interruption using an energization off time sufficient for the power supply voltage to recover beyond a predetermined threshold.
また、本発明に係る車両の空気調和方法は、車両に搭載される電源によって通電され、車両の車室内を暖気する発熱体と、電源の負荷状態に基づいて発熱体の通電を制御し車室内の空気調和を行う制御部と、を含む車両用空気調和装置上で実行される空気調和方法であって、車室内を暖気するために発熱体に通電する必要があるか否かを判断する通電判断工程と、電源の負荷状態が過負荷であるか否かを判断する負荷判断工程と、発熱体に通電する必要があり、かつ電源が過負荷である場合に、発熱体の温度が上昇することができる通電オンオフ比を用いて断続的な通電制御を行う通電制御工程と、を有することを特徴とする。 The vehicle air conditioning method according to the present invention includes a heating element that is energized by a power source mounted in the vehicle and warms the passenger compartment of the vehicle, and controls the energization of the heating element based on a load state of the power source. And an air conditioning method executed on a vehicle air conditioner including a control unit for performing air conditioning, wherein energization is performed to determine whether the heating element needs to be energized in order to warm the vehicle interior The determination process, the load determination process for determining whether the load state of the power supply is overloaded, and the temperature of the heating element rises when the heating element needs to be energized and the power supply is overloaded And an energization control step of performing intermittent energization control using an energization on / off ratio that can be applied.
上記の構成によれば、発熱体に通電する必要があり、かつ電源が過負荷である場合に、発熱体の温度が上昇することができる通電オンオフ比を用いて断続的な通電制御を行うので、オフのときに車両用電源に負荷をかけず、全体として発熱体の温度を上昇させて車室内の暖気を十分に行うことができる。 According to the above configuration, since it is necessary to energize the heating element and the power supply is overloaded, intermittent energization control is performed using an energization on / off ratio that can increase the temperature of the heating element. When the vehicle is off, no load is applied to the vehicle power supply, and the temperature of the heating element can be raised as a whole to sufficiently warm the vehicle interior.
また、警報信号のための判断期間より短い通電オン時間を用いて通電断続を行うので、断続的通電のオンのときに発熱体の通電による電源電圧の一時的低下があっても、警報信号の判断に影響を与えない。したがって、全体として発熱体の温度を上昇させて車室内の暖気を十分に行いつつも、警報信号が出力されないようにできる。 In addition, since energization is interrupted using an energization on time shorter than the judgment period for the alarm signal, even if the power supply voltage temporarily decreases due to energization of the heating element when intermittent energization is on, the alarm signal Does not affect judgment. Therefore, the alarm signal is not output while the temperature of the heating element is raised as a whole to sufficiently warm the passenger compartment.
また、電源電圧が所定の閾値を超えて回復するのに十分な通電オフ時間を用いて通電断続を行うので、断続的通電のオフのときに電源電圧の十分な回復を図ることができる。 Further, since the energization is interrupted using the energization off time sufficient for the power supply voltage to recover beyond the predetermined threshold, the power supply voltage can be sufficiently recovered when the intermittent energization is turned off.
以上のように、本発明に係る車両用空気調和装置及び車両の空気調和方法によれば、車両用電源の負荷とのバランスをとりながら、車室内の暖気を十分に行うことができるヒータの使用を可能とする。また、車両用電源の負荷とのバランスをとり、警報信号を出力させずに、車室内の暖気を十分に行うことができるヒータの使用を可能とする。 As described above, according to the vehicle air conditioning apparatus and the vehicle air conditioning method of the present invention, the use of the heater that can sufficiently warm the vehicle interior while balancing with the load of the vehicle power supply. Is possible. In addition, it is possible to use a heater that balances the load of the vehicle power supply and can sufficiently warm the vehicle interior without outputting an alarm signal.
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、ハイブリッド車両のように高電圧電源を有し、これをDC/DCコンバータにて調整して12Vバッテリに蓄え、この12Vバッテリをいわゆる車両用電源とする場合を説明するが、これ以外の電源システムでもよい。たとえば、単に充電可能な2次電池を車両用電源として用いる場合でもよい。また、車両用電源に接続される様々な負荷として、PTCヒータ、2つのECU(Electric Control Unit)の他、ラジオ、ファン等を述べるが、これらは例示である。それ以外にランプ等の一般的な機器、及びパワーステアリング用のECU等のように電源電圧低下に伴うウオーニング(警報出力)を用いる機器等が負荷として用いられてもよい。また、車室内を暖気するヒータとしてPTCヒータを説明するが、もちろんその他の電気ヒータ等の暖気手段であってもよい。 Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following, there will be described a case where a high-voltage power source is provided as in a hybrid vehicle, this is adjusted by a DC / DC converter and stored in a 12V battery, and this 12V battery is used as a so-called vehicle power source. It may be a power system. For example, a rechargeable secondary battery may be used as a vehicle power source. Further, as various loads connected to the vehicle power source, a PTC heater, two ECUs (Electric Control Unit), a radio, a fan, and the like will be described, but these are examples. In addition, a general device such as a lamp, a device that uses a warning (alarm output) associated with a decrease in power supply voltage, such as an ECU for power steering, or the like may be used as a load. Further, although a PTC heater will be described as a heater for warming the passenger compartment, other warming means such as an electric heater may be used.
図1はハイブリッド車両における車両用空気調和装置30のブロック図であるが、ここには車両用空気調和装置30の構成要素ではないが、車両用電源システム10、各種車両搭載電気機器20、水温センサ等のエンジン冷却水の水温検出手段22、車両用電源低下の警報を表示するパネル内警報表示部24が示されている。
FIG. 1 is a block diagram of a
車両用電源システム10は、車両に搭載される各種機器に電力を供給するシステムである。車両用電源システム10は、例えば300Vの高圧電力を蓄えるHV高圧バッテリ12、高圧電力の受給を遮断するためのシステムメインリレー(SMR)14、300Vの直流高圧を12V電力に変換するDC/DCコンバータ16、変換された12V電力を蓄える12Vバッテリ18を含んで構成される。
The vehicle
HV高圧バッテリ12は、インバータ等の回路手段を介して回生用発電機に接続され、車両の回生時の回生電気エネルギを蓄える。また、駆動用電動機に接続されて車両を駆動する電力を供給する。回生用発電機と駆動用電動機とは、いわゆる電動/発電機として両用のものを用いることができる。
The HV high-
12Vバッテリは、ここでいう狭い意味での車両用電源に相当し、様々の車両搭載機器に電力を供給する機能を有する充放電可能な2次電池である。この電力の供給ラインは、DC/DCコンバータ16の出力線でもあり、図1において太線の電源ライン46で示してある。電源ライン46には多くの車両搭載電気機器が接続され、図1においては、後述のPTCヒータ50、その通電制御用のリレー52、空気調和用ECU(A/C−ECU)32、ブレーキ用ECU(Electric Control Brake ECU:ECB−ECU)40の他、ラジオ、ファン等の電気機器20が示されている。
The 12V battery corresponds to a vehicle power source in a narrow sense here, and is a chargeable / dischargeable secondary battery having a function of supplying power to various on-vehicle devices. This power supply line is also an output line of the DC /
ここで、車両用空気調和装置30は、上記の空気調和用ECU32、ブレーキ用ECU40、運転者等により操作される暖気スイッチ44、PTCヒータ50、リレー52を含んで構成される。また、空気調和用ECU32とブレーキ用ECU40とは、車両用空気調和装置30において、全体の動作を制御する制御部としての機能を有する。
Here, the
空気調和用ECU32は、DC/DCコンバータ16、暖気スイッチ44、エンジン冷却水の水温検出手段22からの入力信号に基づき、リレー52を介してPTCヒータ50の通電を制御し、空気調和を図る機能を有する。
The
ここで、DC/DCコンバータ16からの信号線48は、DC/DCコンバータ16の負荷状態を示す信号を伝達する。具体的には、HV高圧バッテリ12から高圧電力を変換し、12Vバッテリ18を充電する充電能力以上の負荷電力が使用されているかどうかを示すことができる信号が供給される。この信号は、充電能力以上の負荷電力が使用されているときは、いわゆる過負荷で、それ以上の電力消費を禁止することを結果的に示し、また、充電能力未満の負荷電力しか使用されていないときは、まだ余裕があり、さらなる電力消費を許可することを結果的に示すので、これを「禁止・許可信号」と呼ぶことができる。具体的には、DC/DCコンバータ16の動作特性を示す適当な信号を用いることができる。例えば放電電流の大きさに関係する信号、あるいはそれに相当する信号を用いることができる。「禁止・許可信号」は、負荷状態を示す連続的な値でもよく、あるいはその連続的な値を閾値等の使用により、禁止=1、許可=0のように2値化してもよい。
Here, the
暖気スイッチ44は、車両の車室内に設けられる操作スイッチで、車室内の気温が低く、運転者等が車室内を暖気しようとするときに入れられるスイッチである。暖気スイッチ44は、例えば「MAX−HOT」、「MID−HOT」、「LOW−HOT」等の区別にあわせてスイッチ設定することで暖気の程度を指定できる。「MID−HOT」、「LOW−HOT」等の指定は、通常にエンジンを用いる暖気で足りるように設定される。また、「MAX−HOT」の指定のときは、エンジンの暖気のみでは不足し、PTCヒータ50による暖気が必要となるものとして設定される。暖気スイッチ44の操作の内容は、電気信号に変換され、空気調和用ECU32に出力される。
The warm-
エンジン冷却水の水温検出手段22は、エンジンの冷却水の水温を検出し、空気調和用ECU32に出力する機能を有し、たとえば温度センサ等で構成される。ここでエンジンの冷却水は、高温のエンジンを冷却することで熱を得、図示されていない熱交換器を通して流されることで、車室内に供給される空気を暖気することに用いられる。エンジン冷却水の水温検出手段22は、冷却水の水温が十分高くて、PTCヒータ50を使用しなくてもエンジン冷却水の熱交換のみで車室内を十分暖気できるか、あるいは冷却水の水温が低くて、車室内を十分暖気するにはPTCヒータ50の使用が必要か、の水温状態を示す信号を空気調和用ECU32に出力する。空気調和用ECU32に出力する信号は、水温状態を示す連続的な値でもよく、あるいはその連続的な値を閾値等の使用により、PTCヒータ不要=0、PTCヒータ要=1のように2値化してもよい。PTCヒータ50の通電要不要の判断は、例えば水温65℃を目安に行うことができる。すなわち、水温65℃以下のときはPTC50の通電が必要とすることができる。
The engine cooling water temperature detection means 22 has a function of detecting the temperature of the engine cooling water and outputting the detected temperature to the
PTCヒータ50は、周知のように、所定のキューリ点にて抵抗値が急増する正の抵抗温度特性を有する発熱体で、その発熱温度をキューリ点に自己制御する自己温度制御機能を有する半導体素子である。このようなPTC素子として、イットリウム、アンチモン、ランタン等の希土類元素を微量添加して半導体化したキューリ点が約150℃のチタン酸バリウム系セラミックを用いることができる。この場合、PTCヒータ50は、通電することで昇温し、約150℃でその温度が一定に保持される。PTCヒータ50は、12Vの電源ライン46と接地との間に、リレー52と直列に接続され、リレー52が開閉によりその通電が制御される。
As is well known, the
ECB−ECU40は、車両のブレーキ動作を電気的に制御する制御回路である。空気調和用ECU32との関係では、警報出力部42を備える。警報出力部42は、12V電源ライン46の電源電圧が所定の値を下回るときに、ブレーキ操作について注意するようにの旨のウオーニング(警報信号)を出力する機能を有する。具体的には、電源電圧低下を、所定の閾値で検出し、その閾値を下回る期間が予め定める判断期間を超えて継続する場合に、警報信号を出力する。出力された警報信号に基づいて、車室内のパネル内警報表示部24において所定の警報マークが表示される。警報信号が出力されたことの表示方法は、画像のほか、警報音を用いてもよく、警報音声、あるいはそれらの組み合わせ等で表示してもよい。
The ECB-
空気調和用ECU32は、DC/DCコンバータ16、暖気スイッチ44、エンジン冷却水の水温検出手段22からの入力信号に基づいて、リレー52を開閉し、PTCヒータ50の通電を制御する機能を有する制御回路である。その制御は、必要なときに車室内を十分暖気するとともに、ECB−ECU40の警報出力部42において、電源ライン46の電源電圧が下がり過ぎと判断されてウオーニング(警報信号)が出されないように行われる。
The
空気調和用ECU32は、暖気スイッチ44からの信号及びエンジン冷却水の水温検出手段22からの信号に基づいて車室内を暖気するためにPTCヒータ50に通電する必要があるか否かを判断する通電判断部34と、DC/DCコンバータ16からの信号に基づいて車両用電源の負荷状態が過負荷か否かを判断する負荷判断部36と、PTCヒータ50に通電する必要があり、かつ車両用電源が過負荷である場合に、PTCヒータ50の通電を制御する通電制御部38とを含んで構成される。これらの機能はソフトウエアによって実現することができ、具体的には対応する空気調和プログラムを実行することで実現できる。また、各機能の一部をハードウエアで実現するように構成してもよい。
The
上記構成の車両用空気調和装置30の動作、特に空気調和用ECU32の各機能につき、図2のフローチャートを用いて説明する。図2に示す車両の空気調和方法の手順は、空気調和プログラムの各ステップを示すものでもある。
The operation of the
車両の空気調和を行うには、最初に車両用空気調和装置30の各要素の初期化を行う。そして、暖気スイッチが「MAX−HOT」か否かを判断する(S10)。具体的には通電判断部34の機能により、暖気スイッチ44からの信号に基づき、その選択が「MAX−HOT」かどうかを判断する。すなわち、暖気スイッチ44からの信号が「MAX−HOT」を示すものであれば、一応PTCヒータ50の通電が必要と考えられるので、次にエンジン冷却水温が65℃以下か否かを判断(S12)する。具体的には通電判断部34の機能により、エンジン冷却水の水温検出手段22からの信号に基づき、その信号が、水温65℃以下を示すものか否か、を判断する。水温が65℃以下であれば、PTCヒータ50の通電が必要と判断し、次のS14に進む。
In order to perform air conditioning of the vehicle, first, each element of the vehicle
S10において、「MAX−HOT」であると判断されない場合、あるいはS12において、水温が65℃以下であると判断されない場合には、S18に進み、いずれの場合もPTCヒータ50には通電されず、再びS10の手順に戻る。
If it is not determined at S10 that “MAX-HOT” or if the water temperature is not determined to be 65 ° C. or lower at S12, the process proceeds to S18, and in either case, the
このように、車室内を暖気するために発熱体であるPTCヒータ50に通電する必要があるか否かの判断は、暖気スイッチ44からの信号の内容、及びエンジン冷却水の水温検出手段22からの信号の内容の2つに基づいて行われる。具体的には、運転者等のユーザの希望が最も車室内を速く暖気したいとの「MAX−HOT」の選択であること、及びエンジンの冷却水の温度が所定値より低いこと、の2つが満たされると、PTCヒータ50の通電が必要であると判断される。これら2つの信号が、上記のように連続的な値の信号である場合は、その値の意味を通電判断部34で解釈してもよく、また、これら2つの信号がすでに、「MAX−HOT」を示すか否かの2値信号、水温65℃以下を示すものか否かの2値信号であるときは、その2値の意味を通電判断部34で解釈するものとしてもよい。また、通電判断部34はそれ以外の要素に基づいてPTCヒータ50に通電が必要か否かを判断することとしてもよい。例えば、車室内気温等に基づき、あるいはこれを先の2つの条件と組み合わせて、PTCヒータ50の通電の必要性を判断してもよい。
As described above, whether or not it is necessary to energize the
S10,S12を経て、PTC50に通電する必要があると判断されると、次に通電禁止か否かが判断される(S14)。これは、DC/DCコンバータ16の負荷状態を示す「禁止・許可信号」が禁止信号か否かの判断で、具体的には空気調和用ECU32の負荷判断部36の機能により、信号線48の内容が車両用電源の過負荷を示すものか否かが判断される。信号線48の信号の内容が、負荷状態を示す連続的な値の場合は、その値の意味を負荷判断部36で解釈してもよく、また、その信号の内容がすでに許可又は禁止を示す2値信号であるときは、その2値の意味を負荷判断部36で解釈するものとしてもよい。
If it is determined through S10 and S12 that the
S14において通電禁止なしと判断されると、車両用電源の負荷には余裕があるものとして、通常制御、すなわち、リレー52を閉じてPTCヒータ50に通電を行うオン制御が行われる(S16)。この制御は、空気調和用ECU32の通電制御部38の機能により行われる。そして、手順としては再びS10に戻る。
If it is determined in S14 that energization is prohibited, normal control, that is, on-control for energizing the
図3は、PTCヒータ50に通電が行われたときの温度上昇および通電を止めたときの温度低下の様子を示す図である。ここで縦軸はPTCヒータ50の温度を取り、横軸は時間を取ってある。このPTCヒータ50は通電後、上記のように所定の温度である約150℃を目指し、温度上昇を続け、通電後T3でその飽和温度に達すると、その自己温度制御機能により、その後通電を続けてもその飽和温度で安定する。図3ではこの所定の温度まで上昇する時間をT3として示してある。温度上昇時間T3は、例えば20秒から25秒程度である。
FIG. 3 is a diagram showing a temperature rise when the
そしてPTCヒータ50を熱交換器として、車室内への空気が暖気され、これにより車室内の空気調和が行われる。十分に車室内が暖気されると、ごく一般的には、運転者等のユーザが、暖気スイッチ44を「MAX−HOT」からほかの指示に切り替える。すると、常時またはあるサンプリングで監視を続けるS10において、判断が「MAX−HOT」であるとは判断されなくなり、S18に進んで、PTCヒータ50の通電がオフとなる制御が行われる。
The
PTCヒータ50が所定の温度である150℃まで上昇した後、その通電がオフされると、図3に示されるように、PTCヒータ50の温度は下がりつづける。ここでは所定の温度から再び室温に戻るまでの時間をT4として示してある。冷却時間T4としては例えば5分程度である。
When the energization is turned off after the
S14において通電禁止なしとは判断されないとき、すなわち、車両用電源が過負荷状態であるときは、PTCヒータ50の通電を入れっぱなし、あるいは切りっぱなしである通常制御から、通電のオンオフを断続的に行う断続制御を行う(S20以下)。通常制御においても、PTCヒータ50はS10,S12,S18の手順で通電がオフされ、その限りではオンオフ制御であるが、この場合は、図3で説明したように、そのオンオフ制御は、温度上昇時間T3、あるいは冷却時間T4より十分長い。これに対しS20以下の手順におけるオンオフ制御は、温度上昇時間T3の間に通電のオンオフを行うもので、その時間間隔が短いところに特徴がある。
When it is not determined in S14 that energization is not prohibited, that is, when the vehicle power supply is in an overload state, energization of the
S20以下の手順の詳細の説明の前に、断続的通電制御の内容を、図4に示すタイムチャートを用いて説明する。図4の横軸は時間で、縦軸には3つの信号60,62,64の電圧レベルと、PTCヒータ50の温度66とが取られている。3つの信号は、DC/DCコンバータ16からの信号線48の内容である通電の禁止・許可信号60と、リレー52の信号であるPTCヒータ50の通電オンオフ信号62と、12V電源ライン46の内容である電源電圧信号64である。
Before explaining the details of the procedure from S20 onward, the contents of the intermittent energization control will be explained using the time chart shown in FIG. In FIG. 4, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the voltage levels of the three
図4において、t=t0のとき、車両用電源が過負荷であると、通電禁止・許可信号60は禁止レベルとなる。そしてt=t1のときに、図2で説明した手順において、S10,S12の判断がいずれも肯定となると、S14に進み、そこで通電禁止なしとは判断されず、S20に進む。すなわち、t=t1が断続的通電制御の開始点になる。ここでは、t=t1において、通電禁止・許可信号60が禁止状態を示しているにもかかわらず、通電オンオフ信号62がオンとされる。これによりヒータ温度66は上昇する。またPTCヒータ50の消費電力は大きいので、t=t1以後でその他の負荷による車両用電源の過負荷状態が解消されたとしても、PTCヒータ50の消費電力のため、電源電圧信号64は低下する。なお、以後の説明を簡単にするため、PTCヒータ50以外の負荷による車両用電源の過負荷状態は解消され、車両用電源の過負荷はPTCヒータ50のオンによってのみ起こるものとする。
In FIG. 4, when t = t 0 and the vehicle power supply is overloaded, the energization prohibition /
通電オンは、長い時間続けるのではなく、図3で説明したPTCヒータ50の温度上昇時間T3に比べ十分に短い時間T1の間のみである。したがって、t=t1+T1の時刻で通電オンオフ信号62はオフ信号となり、PTCヒータ50の通電が止まる。したがって、その電力消費がなくなり、電源電圧信号64が上昇し、また、このときすでにPTCヒータ50以外の車両用電源の過負荷が解消されているので、PTCヒータ50の通電オフにより通電禁止・許可信号60も、許可信号に変化する。
The energization is not continued for a long time, but only during a time T1 that is sufficiently shorter than the temperature rise time T3 of the
通電オフもまた、長い時間続けるのではなく、通電オン時間T1に比べやや短い時間T2の間のみで再び通電オンに戻る。したがって、t=t1+T1+T2の時刻で通電オンオフ信号62はオン信号となり、PTCヒータ50の通電が再開する。このように通電オフ時間T2は、PTCヒータ50の温度上昇時間T3よりも短く、PTCヒータ50の冷却時間T4よりはるかに短いので、ヒータ温度66はこの通電オフ時間T2の間にほとんど下がらない。したがって、次の通電オンの開始(t=t1+T1+T2)においては、ヒータ温度66はその直前の通電オンの終了(t=t1+T1)とほぼ同じヒータ温度66から上昇をはじめる。
The energization-off does not continue for a long time, but returns to the energization-on again only during a time T2 slightly shorter than the energization-on time T1. Therefore, at time t = t 1 + T1 + T2, the energization on / off
このように、通電オフ時間T2を、PTCヒータ50の自然冷却時間T4より十分短くとり、ヒータの温度が上昇できる通電オンオフ比をとることで、PTCヒータ50の断続的通電制御を行っても、PTCヒータ50の温度を上昇させることができる。一例として、時間を示せば、T3=20秒、T4=5分、T1=3秒、T2=1秒、通電オンオフ比=3である。このとき、T2=1秒におけるPTCヒータ50の温度低下を無視できるものとすれば、T1の累積がT3と同程度に達するときに、PTCヒータ50はほぼ所定の温度である150℃に達することができる。ここで7回のT1で累積通電オン時間が21秒となるので、このときにPTCヒータ50が所定の温度に達するとすると、それまでの6回の通電オフ時間の累積である6秒を加算し、通電開始のt=t1から27秒でPTCヒータ50は十分に温度上昇を果たせることになる。
Thus, even when the intermittent energization control of the
通電オフ時間T2の長さには、上記のようにPTCヒータ50の冷却時間T4に比べ十分に短くするほかに、この通電オフ時間T2の中で、電源電圧信号64が十分に回復することが必要である。図4においては、通電オンオフ信号62がオフになると、電源電圧信号64が回復することが示される。PTCヒータ50の電力消費はかなり大きいので、その通電開始で電源電圧信号64が低下するが、逆に通電終了で電源電圧信号64は回復する。T2=1秒は1つの例であるが、PTCヒータ50の消費電力が他の機器の消費電力に比べかなり大きいときはこの程度の時間でも十分に電源電圧信号64は回復しうる。他の機器の消費電力もかなり大きい場合には、PTCヒータ50の消費電力をゼロにすることでの電源電圧信号の回復が遅れることもある。したがって、通電オン時間T1の設定は、車両用負荷全体におけるPTCヒータ50の影響度合いを考慮して設定することが好ましい。
The length of the energization off time T2 is sufficiently shorter than the cooling time T4 of the
なお、通電オン時間T1の長さは、上記のように、PTCヒータ50の温度上昇時間T3よりも十分小さくし、PTCヒータ50が所定の温度まで上昇するまでの間に少なくとも1回以上の通電オフが取れるようにして、そのときに電源電圧信号64の回復を図る必要がある。
As described above, the energization on time T1 is sufficiently shorter than the temperature rise time T3 of the
また、通電オン時間T1にもう1つの条件を課すことでよりよい車両用空気調和の方法とすることができる。すなわち、図1で説明したように、ECB−ECU40の警報出力部42は、12V電源ライン46の電圧、つまり図4における電源電圧信号64を監視し、その結果で警報信号を出力する。より詳しくは、電源電圧信号64が示す電圧値を所定の閾値と比較し、その閾値を下回る期間が予め定める判断期間を超えて継続する場合に、警報信号を出力する。通電オン時間T1の間は電源電圧信号64が低下を続けるので、この警報信号のための閾値以下になることがある。しかし、電源電圧信号64が閾値以下になっても、その継続時間が、警報信号のための判断期間TWより短ければ、警報信号は出力されない。したがって、通電オン時間T1を判断期間TWを超えないように設定することで、PTCヒータ50の通電によって警報信号が出力されることを避けることができる。
Further, by imposing another condition on the energization on time T1, a better vehicle air conditioning method can be obtained. That is, as described in FIG. 1, the
このように、車両用電源の負荷に余裕がなく、しかもPTCヒータ50の通電が必要と判断される場合には、PTCヒータ50の温度上昇時間T3、その通電をしないときの冷却時間T4、ECB−ECU40の警報信号の判断期間TWを考慮して、通電オン時間T1、通電オフ時間T2を適切に設定した断続的通電制御が行われる。
As described above, when it is determined that there is no margin in the load of the power supply for the vehicle and energization of the
再び図2に戻り、車両用電源の負荷に余裕がなく、しかもPTCヒータ50の通電が必要と判断される場合におけるS20以降の手順の内容を説明する。最初に、初回の通電オンからT3以内か否かが判断される(S20)。T3以内であると判断されないときは、図4で説明したt=t1からt=t1+T3の間の工程でないので、次に前回の通電オフからT4経過か否かを判断する(S22)。
Returning to FIG. 2 again, the contents of the procedure after S20 when it is determined that there is no margin in the load of the vehicle power source and the
ここで通電オフからT4経過と判断されると、図3で説明したように、PTCヒータ50は室温に下がってしまっているので、通電をオンする(S24)。このオンはPTCヒータ50が完全に室温に戻ってから最初の通電オンとなるので、これを初回の通電オンと呼んでもよい。S20における初回通電オンも同様の意味である。S22の判断において、T4経過か否かの判断の代わりに、PTCヒータ50の使用履歴がまったくないか否かの判断に置き換えてもよい。S22の判断において、T4経過であると判断されないときは、S18に進み、一旦通電をオフし、再びS10へ戻ってやり直す。S24の後も再びS10に戻る。
If it is determined that T4 has elapsed since the energization is turned off, as described with reference to FIG. 3, since the
S20においてT3以内と判断されると、図4で説明した通電オンオフ制御が実行される。まず、現在が通電オン中か否かが判断される(S26)。通電オン中であれば、通電オンしてからT1以内か否かが判断され(S28)、T1以内であればT1になるまで通電オンを続ける(S32)。通電オフ中であれば、通電オフしてからT2以内か否かが判断され(S30)、T2以内であればT2になるまで通電オフを続ける(S34)。S32,S34のあとは再びS10に戻る。このようにして、通電オン時間T1、通電オフ時間T2を繰り返すことで、図4で説明した断続制御の内容が実行される。 When it is determined in S20 that it is within T3, the energization on / off control described in FIG. 4 is executed. First, it is determined whether or not the current is energized (S26). If energization is on, it is determined whether or not it is within T1 after energization is turned on (S28). If within energization, energization is continued until T1 is reached (S32). If the power is off, it is determined whether or not it is within T2 after the power is turned off (S30), and if it is within T2, the power is turned off until T2 is reached (S34). After S32 and S34, the process returns to S10 again. In this way, by repeating the energization on time T1 and the energization off time T2, the contents of the intermittent control described in FIG. 4 are executed.
10 車両用電源システム、12 HV高圧バッテリ、14 SMR、16 DC/DCコンバータ、18 12Vバッテリ、20 電気機器、22 エンジン冷却水の水温検出手段、24 パネル内警報表示部、30 車両用空気調和装置、32 空気調和用ECU、34 通電判断部、36 負荷判断部、38 通電制御部、40 ECB−ECU、42 警報出力部、44 暖気スイッチ、46 電源ライン、48 信号線、50 PTCヒータ、52 リレー、60 禁止・許可信号、62 通電オンオフ信号、64 電源電圧信号、66 ヒータ温度。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
電源の負荷状態に基づいて発熱体の通電を制御し車室内の空気調和を行う制御部と、
を含む車両用空気調和装置であって、
制御部は、
車室内を暖気するために発熱体に通電する必要があるか否かを判断する通電判断手段と、
電源の負荷状態が過負荷であるか否かを判断する負荷判断手段部と、
発熱体に通電する必要があり、かつ電源が過負荷である場合に、発熱体の温度が上昇することができる通電オンオフ比を用いて断続的な通電制御を行う通電制御手段と、
を有することを特徴とする車両用空気調和装置。 A heating element that is energized by a power source mounted on the vehicle and warms the passenger compartment of the vehicle;
A control unit that controls energization of the heating element based on the load state of the power source and performs air conditioning in the passenger compartment;
A vehicle air conditioner comprising:
The control unit
Energization determining means for determining whether it is necessary to energize the heating element to warm the passenger compartment;
A load determination means for determining whether the load state of the power supply is overload;
An energization control means for performing intermittent energization control using an energization on / off ratio capable of increasing the temperature of the heating element when it is necessary to energize the heating element and the power source is overloaded;
A vehicle air conditioner characterized by comprising:
制御部は、
電源電圧が所定の閾値を下回る期間が任意に定める判断期間を超える場合に警報信号を出力する出力手段を有し、
通電制御手段は、警報信号のための判断期間より短い通電オン時間を用いて通電断続を行うことを特徴とする車両用空気調和装置。 The vehicle air conditioner according to claim 1,
The control unit
An output means for outputting an alarm signal when the period during which the power supply voltage falls below a predetermined threshold exceeds an arbitrarily determined determination period;
The vehicle air conditioner is characterized in that the energization control means performs energization interruption using an energization on time shorter than a determination period for an alarm signal.
通電制御手段は、電源電圧が所定の閾値を超えて回復するのに十分な通電オフ時間を用いて通電断続を行うことを特徴とする車両用空気調和装置。 The vehicle air conditioner according to claim 2,
The vehicle air conditioner characterized in that the energization control means performs energization interruption using an energization off time sufficient for the power supply voltage to recover beyond a predetermined threshold.
車室内を暖気するために発熱体に通電する必要があるか否かを判断する通電判断工程と、
電源の負荷状態が過負荷であるか否かを判断する負荷判断工程と、
発熱体に通電する必要があり、かつ電源が過負荷である場合に、発熱体の温度が上昇することができる通電オンオフ比を用いて断続的な通電制御を行う通電制御工程と、
を有することを特徴とする車両の空気調和方法。 A vehicle including a heating element that is energized by a power source mounted on the vehicle and warms the vehicle interior of the vehicle, and a control unit that controls energization of the heating element based on a load state of the power source and performs air conditioning in the vehicle interior An air conditioning method executed on an air conditioning apparatus,
An energization determining step for determining whether it is necessary to energize the heating element in order to warm the passenger compartment;
A load determination step for determining whether or not the load state of the power source is overload;
An energization control step for performing intermittent energization control using an energization on / off ratio that can increase the temperature of the heating element when it is necessary to energize the heating element and the power source is overloaded;
An air conditioning method for a vehicle, comprising:
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