JP2015033205A

JP2015033205A - 車両用温調装置

Info

Publication number: JP2015033205A
Application number: JP2013160705A
Authority: JP
Inventors: 安藤　陽; Akira Ando; 陽安藤; 幸一浜島; Koichi Hamashima; 加藤　信治; Shinji Kato; 信治加藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2013-08-01
Filing date: 2013-08-01
Publication date: 2015-02-16

Abstract

【課題】蓄電手段への過充電を抑制して蓄電手段を保護するとともに、回生エネルギを有効利用することが可能な車両用温調装置を提供する。【解決手段】制御ユニット５は、バッテリ２３０が満充電状態である場合には、発電機２２０からの回生エネルギをバッテリ２３０を介さずに電動圧縮機１、２に供給して冷凍サイクル装置１１、１２を運転する。そして、庫内空気２１、３１の目標調節温度を低下させて回生エネルギを庫内空気２１、３１に冷熱として蓄える。【選択図】図１

Description

本発明は、車両の回生エネルギを蓄電可能な蓄電手段から供給される電力により電動圧縮機を駆動して温調対象物を温度調節する車両用温調装置に関する。

従来から、回生エネルギが多い車両走行状態において、回生エネルギを蓄電可能な蓄電手段が満充電となった場合には、ブレーキ抵抗で回生エネルギを消費させる装置が知られている（例えば、下記特許文献１参照。）。

特開２００７−２７４７５６号公報

しかしながら、上記従来技術の装置では、蓄電手段が満充電状態であるときには、過充電を抑制して蓄電手段を保護することはできるものの、回生エネルギをブレーキ抵抗で消費して廃棄してしまうため、回生エネルギが有効利用し難いという問題がある。

本発明は、上記点に鑑みてなされたものであり、蓄電手段への過充電を抑制して蓄電手段を保護するとともに、回生エネルギを有効利用することが可能な車両用温調装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、
制御手段（５）は、
蓄電手段（２３０）が満充電状態である場合には、回生手段（２２０）で回生された回生エネルギを、蓄電手段を介さずに電動圧縮機（１、２）に供給して冷凍サイクル装置（１１、１２）を運転し、温調対象物（２１、３１）の目標調節温度を変化させて回生エネルギを温調対象物に熱量として蓄えることを特徴としている。

これによると、蓄電手段が満充電状態であるときには、蓄電手段を介さずに回生エネルギを電動圧縮機に供給することができる。したがって、蓄電手段への過充電を抑制することができる。また、電動圧縮機へ回生エネルギを供給することで冷凍サイクル装置を運転して、温調対象物の目標調節温度を変化させることで回生エネルギを温調対象物に熱量として蓄えることができる。したがって、蓄電手段が満充電状態であっても回生エネルギを廃棄することを抑制することができる。このようにして、蓄電手段への過充電を抑制して蓄電手段を保護することができるとともに、回生エネルギを有効利用することができる。

なお、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

本発明を適用した第１の実施形態における車両用温調装置である冷凍機１００およびハイブリッドシステム２００の概略構成を示すブロック図である。第１の実施形態の制御ユニット５の回生エネルギ蓄冷制御動作を示すフローチャートである。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

（第１の実施形態）
本発明を適用した第１の実施形態について、図１、図２を参照して説明する。図１に示す本実施形態の車両用温調装置である冷凍機１００は、例えば、エンジン２１０と、モータとして機能する発電機２２０とを走行駆動力源として備えるハイブリッド車両に搭載される。冷凍機１００は、複数の（本例では２つの）冷凍サイクル装置１１、１２、補機３、電源回路４、および、制御ユニット５を備えている。

冷凍サイクル装置１１は、電動圧縮機１を有している。冷凍サイクル装置１１は、電動圧縮機１が圧縮して吐出する冷媒をサイクル内に循環して、例えば車両に搭載された冷凍庫２０の庫内空気２１から吸熱して外気に放熱し、庫内空気２１を冷却して温度調節する。

また、冷凍サイクル装置１２は、電動圧縮機２を有している。冷凍サイクル装置１２は、電動圧縮機２が圧縮して吐出する冷媒をサイクル内に循環して、例えば車両に搭載された冷蔵庫３０の庫内空気３１から吸熱して外気に放熱し、庫内空気３１を冷却して温度調節する。庫内空気２１、３１は、本実施形態において冷凍サイクル装置１１、１２が温度調節する温調対象物に相当する。

電動圧縮機１、２は、いずれもモータとモータが回転駆動する圧縮機構とを有しており、モータ回転数を変更して圧縮機構の冷媒吐出容量を可変できる圧縮機である。補機３は、例えば、各冷凍サイクル装置１１、１２が備える室外ファンモータ、庫内ファンモータ、冷媒の流通状態を切り換えるバルブ等である。補機３は、駆動する際の消費電力が例えば所定値に固定される電気機器である。電源回路４は、後述する発電機２２０よおびバッテリ２３０からの電力を例えばＤＣ／ＤＣ変換して、電動圧縮機１、２や補機３等に供給するための回路である。電源回路４は、例えば外部の交流電源からの給電をＡＣ／ＤＣ変換して電動圧縮機１、２や補機３等に供給することもできる。

制御ユニット５は、電動圧縮機１、２、補機３、および、電源回路４等に制御信号を出力して各構成の作動を制御する。制御ユニット５は、冷凍庫２０および冷蔵庫３０の庫内温度、すなわち、庫内空気２１、３１の温度を監視しており、各庫内温度が、庫内の貨物を保存するために設定された設定温度となるように、各冷凍サイクル装置１１、１２を運転する。各庫内の設定温度は、温調対象物である庫内空気２１、３１の目標調節温度である。制御ユニット５は、各庫内空気２１、３１の温度調節のために複数の電動圧縮機１、２の駆動制御を行う制御手段に相当する。各電動圧縮機１、２は、消費電力を制御ユニット５にフィードバックする機能を有する。

本実施形態のハイブリッド車両に搭載されたハイブリッドシステム２００は、エンジン２１０、モータとしても機能する発電機２２０、バッテリ２３０、および、ハイブリッドシステムコンピュータ２４０を備えている。以下、発電機２２０をモータ２２０と呼ぶ場合がある。また、ハイブリッドシステムコンピュータ２４０をＨＶＥＣＵ２４０と呼ぶ場合がある。

エンジン２１０の動力は、タイヤ３００の駆動に用いられるだけでなく、発電機２２０を作動させる動力としても用いる。また、発電機２２０は、制動時にタイヤ３００からの駆動力によっても作動して発電を行う。発電機２２０は、車両制動時には運動エネルギーを回生して電気エネルギーに変換する。発電機２２０は、車両の回生制動時に回生エネルギを生成する回生手段に相当する。

発電機２２０で発電した電力は、蓄電手段であるバッテリ２３０に蓄電可能であるとともに、冷凍機１００の電動圧縮機１、２等の各機器にも供給することができる。バッテリ２３０に蓄電された電力は、モータ２２０の駆動に用いることができ、また、冷凍機１００の電動圧縮機１、２等の各機器に供給することもできる。発電機２２０およびバッテリ２３０は、冷凍機１００の電動圧縮機１、２等の各機器へ電力を供給する給電源である。

ＨＶＥＣＵ２４０は、エンジン２１０、発電機２２０の作動制御を行う。また、ＨＶＥＣＵ２４０は、バッテリ２３０の充電状態ＳＯＣの管理を行う。以下、バッテリ２３０の充電状態を単にＳＯＣと呼ぶ場合がる。ＨＶＥＣＵ２４０は、車両の走行状態等に応じてバッテリ２３０のＳＯＣが所定範囲内に入るように充放電制御を行う。なお、バッテリ２３０のＳＯＣが制御範囲の上限値となっている状態が、バッテリ２３０の満充電状態である。バッテリ２３０のＳＯＣに関する情報は、ＨＶＥＣＵ２４０から制御ユニット５へ出力される。

次に、上記構成に基づきの冷凍機１００の制御ユニット５が行う制御動作について説明する。

図２に示すように、制御ユニット５は、通常の制御として庫内通常温調運転の制御を行っている（ステップ４００）。ステップ４００で行う庫内通常温調運転制御とは、冷凍庫２０の庫内空気２１および冷蔵庫３０の庫内空気３１の温度が、庫内の貨物を保存するためにユーザ等により設定されたそれぞれの設定温度範囲となるように、各冷凍サイクル装置１１、１２を運転する制御である。

ユーザ等が温度設定手段で設定する設定温度は、例えば、設定温度範囲の上限温度もしくは中心温度である。制御ユニット５は、庫内通常温調運転時には、各庫内温度が、設定入力された設定温度を基準とした所定の温度幅の範囲内に収まるように各冷凍サイクル装置１１、１２を運転する。本実施形態では、温度幅を有する各庫内の設定温度範囲の代表温度が、温調対象物である庫内空気２１、３１の目標調節温度である。

制御ユニット５は、ステップ４００を実行したら、ＨＶＥＣＵ２４０からの情報に基づいて、発電機２２０が回生エネルギを生成するか否か、すなわち、発電機２２０が回生制動を行うか否かを判断する（ステップ４１０）。発電機２２０が回生制動を行わないと判断した場合には、ステップ４００へリターンする。

ステップ４１０において、発電機２２０が回生制動を行うと判断した場合には、次に、ＨＶＥＣＵ２４０からの情報に基づいて、バッテリ２３０が満充電状態であるか否かを判断する（ステップ４２０）。バッテリ２３０が満充電状態ではないと判断した場合には、ステップ４００へリターンする。ステップ４２０において、バッテリ２３０が満充電状態であると判断した場合には、庫内通常温調運転の制御から庫内蓄冷運転の制御へ移行する（ステップ４３０）。

ステップ４３０で行う庫内蓄冷運転制御とは、冷凍庫２０の庫内空気２１および冷蔵庫３０の庫内空気３１の温度が、ステップ４００で制御する設定温度範囲よりも低くなるように、各冷凍サイクル装置１１、１２を運転する制御である。庫内蓄冷運転が行われると、例えば、冷凍庫２０では、庫内通常温調運転時よりも庫内温度が５℃低くなるように冷凍サイクル装置１１が運転される。また、庫内蓄冷運転が行われると、例えば、冷蔵庫３０では、庫内通常温調運転時よりも庫内温度が２℃低くなるように冷凍サイクル装置１２が運転される。

庫内蓄冷運転時の目標調節温度は、庫内通常温調運転時の目標調節温度よりも所定温度低くなる。庫内通常温調運転から庫内蓄冷運転へ移行する際の目標調節温度の低下は、設定温度範囲を所定温度低下させるものである。また、目標調節温度の低下は、庫内通常温調運転の設定温度範囲の下限値を、庫内蓄冷運転制御への移行時に所定温度低下させるものであってもよい。

ステップ４３０を実行したら、ステップ４１０へリターンする。なお、ステップ４３０を実行して庫内蓄冷運転を行う場合には、発電機２２０から電源回路４へ供給される電力を用い、バッテリ２３０から電源回路４への給電は停止される。また、ステップ４３０を実行しているときに、各庫内温度が庫内通常温調運転時よりも低下させた目標温調温度に到達した場合には、更なる蓄冷は中止して、摩擦ブレーキを主とする制動を行う。

上述の構成および作動によれば、制御ユニット５は、バッテリ２３０が満充電状態である場合には、発電機２２０からの回生エネルギをバッテリ２３０を介さずに電動圧縮機１、２に供給して冷凍サイクル装置１１、１２を運転する。そして、庫内空気２１、３１の目標調節温度を変化させて回生エネルギを庫内空気２１、３１に冷熱という熱量として蓄える。

これによると、バッテリ２３０が満充電状態であるときには、バッテリ２３０を介さずに回生エネルギを電動圧縮機１、２に供給することができる。したがって、バッテリ２３０への過充電を抑制することができる。また、電動圧縮機１、２へ回生エネルギを供給することで冷凍サイクル装置１１、１２を運転して、庫内空気２１、３１の目標調節温度を変化させることで回生エネルギを庫内空気２１、３１に熱量として蓄えることができる。したがって、バッテリ２３０が満充電状態であっても回生エネルギを廃棄することを抑制することができる。このようにして、バッテリ２３０への過充電を抑制してバッテリ２３０を保護することができるとともに、回生エネルギを有効利用することができる。

また、制御ユニット５は、バッテリ２３０が満充電状態である場合には、庫内空気２１、３１の目標調節温度を低下させて回生エネルギを庫内空気２１、３１に冷熱として蓄える。

これによると、バッテリ２３０が満充電状態であるときには、庫内空気２１、３１の目標調節温度を低下させることで回生エネルギを庫内空気２１、３１に冷熱として蓄えることができる。したがって、バッテリ２３０が満充電状態であっても、庫内空気２１、３１の温度を低下させることで、回生エネルギを廃棄することを容易に抑制することができる。このようにして、回生エネルギを容易に有効利用することができる。

回生エネルギで庫内に蓄冷しているときには、バッテリ２３０からの給電を受けないので、バッテリ２３０に放電負荷を与えることを抑止することができる。また、エネルギの回生が停止した後も、庫内に蓄冷された冷熱を利用して、庫内温度が庫内通常温調運転の設定温度範囲に上昇するまで、冷凍サイクル装置１１、１２の運転を抑止することができる。したがって、この間は冷凍サイクル装置１１、１２へのバッテリ２３０等からの給電を抑止して、省エネルギ化を図ることができる。

また、本実施形態では、冷凍サイクル装置１１、１２の温調対象物は、車両に搭載された冷凍庫２０の庫内空気２１および冷蔵庫３０の庫内空気３１である。

これによると、制御ユニット５は、バッテリ２３０が満充電状態であるときには、冷凍庫２０の庫内空気２１および冷蔵庫３０の庫内空気３１の目標調節温度を低下させる。したがって、回生エネルギを、冷凍庫内および冷蔵庫内に冷熱として蓄えることができる。これにより、バッテリ２３０が満充電状態であっても、庫内空気２１、３１の温度を低下させることで、回生エネルギを廃棄することを容易かつ確実に抑制することができる。このようにして、回生エネルギを容易かつ確実に有効利用することができる。

庫内空気２１、３１の温度を低下させて蓄冷する場合、すなわち、庫内に冷熱を蓄える場合には、一般的に、温蔵庫の庫内空気に温熱を蓄える場合よりも、庫内に保存する貨物等に影響を与え難い。したがって、貨物等にダメージを与えることなく、回生エネルギを容易かつ確実に有効利用することが可能である。

（他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。

上記実施形態では、電動圧縮機１、２で冷媒を循環する２つの冷凍サイクル装置１１、１２を備える車両用温調装置について説明したが、これに限定されるものではない。冷凍サイクル装置は、１つもしくは３つ以上であってもかまわない。

また、上記実施形態では、庫内蓄冷運転時には、冷凍庫２０の庫内空気２１および冷蔵庫３０の庫内空気３１の両者に冷熱を蓄えていたが、これに限定されるものではない。例えば、蓄冷を行う温調対象物は、冷凍庫２０の庫内空気２１および冷蔵庫３０の庫内空気３１のいずれかであってもよい。

また、上記実施形態では、冷凍サイクル装置１１の温調対象物は冷凍庫２０の庫内空気２１であり、冷凍サイクル装置１２の温調対象物は冷蔵庫３０の庫内空気３１であったが、これに限定されるものではない。例えば、冷凍サイクル装置の温調対象物は、冷凍庫の庫内空気だけであってもよいし、冷蔵庫の庫内空気だけであってもよい。また、複数の冷凍サイクル装置が複数の庫の庫内空気を温度調節するものであってもよいが、複数の冷凍サイクル装置が共通の庫の庫内空気を温度調節するものであってもよい。

また、温調対象物は空気に限定されるものではない。温調対象物は、空気以外の気体であってもかまわない。また、温調対象物は、車両に搭載されたタンクや水槽内に貯留された水等の液体であってもかまわない。また、温調対象物は、車両に搭載された固体物であってもかまわない。

また、上記実施形態では、温調対象物を冷凍サイクル装置が生成する冷熱により温度調節していた、すなわち、外部への放熱により温度調節していたが、これに限定されるものではない。温調対象物を冷凍サイクル装置が生成する温熱により温度調節する、すなわち、外部からの吸熱により温度調節するものであってもよい。したがって、バッテリが満充電状態であるときに、回生エネルギをバッテリを介さずに電動圧縮機に供給して冷凍サイクル装置を運転し、温調対象物の目標温調温度を上昇させて回生エネルギを温調対象物に温熱として蓄えるものであってもよい。

また、上記実施形態では、回生エネルギが生成され、バッテリが満充電状態であるときに、回生エネルギで温調対象物に例えば蓄冷を開始するものであったが、これに限定されるものではない。例えば、車両の走行パターン情報等に基づいて、例えば多量の回生エネルギの生成が予測される場合には、回生エネルギによりバッテリが満充電となる直前の満充電前状態を実質的なバッテリの満充電状態と判定してもよい。これにより、回生エネルギでバッテリへの蓄電を行いつつ温調対象物に蓄冷を開始するものであってもよい。

また、上記実施形態では、蓄電手段は車両に搭載されたハイブリッドシステム２００のバッテリ２３０であったが、これに限定されるものではない。車両に搭載された蓄電池や電気二重層キャパシタ等の蓄電手段であればよい。例えば、モータの駆動による走行アシストなしにエンジンが直接タイヤを駆動させ、制動時にはタイヤからのエネルギーを発電機で回生してバッテリに蓄電可能なシステムにおいて、このバッテリを蓄電手段とするものであってもよい。また、車両はハイブリッド車両に限定されず、回生エネルギを蓄電可能な蓄電手段からの給電により駆動される電動圧縮機を有する冷凍サイクル装置を搭載した車両であればよい。例えば、車両は、電気自動車等の電動車両であってもよいし、内燃機関のみを走行駆動源とする車両であってもかまわない。

１、２電動圧縮機
５制御ユニット（制御手段）
１１、１２冷凍サイクル装置
２０冷凍庫
２１庫内空気（温調対象物）
３０冷蔵庫
３１庫内空気（温調対象物）
２２０発電機（回生手段）
２３０バッテリ（蓄電手段）

Claims

車両の回生制動時に回生手段（２２０）で回生される回生エネルギを蓄電可能な蓄電手段（２３０）と、
前記蓄電手段から供給される電力により駆動される電動圧縮機（１、２）を有して、前記電動圧縮機が吐出する冷媒を循環して温調対象物（２１、３１）を温度調節する冷凍サイクル装置（１１、１２）と、
前記電動圧縮機の駆動制御を行う制御手段（５）と、を備え、
前記制御手段は、
前記蓄電手段が満充電状態である場合には、前記回生エネルギを前記蓄電手段を介さずに前記電動圧縮機に供給して前記冷凍サイクル装置を運転し、前記温調対象物の目標調節温度を変化させて前記回生エネルギを前記温調対象物に熱量として蓄えることを特徴とする車両用温調装置。
前記制御手段は、
前記蓄電手段が満充電状態である場合には、前記目標調節温度を低下させて前記回生エネルギを前記温調対象物に冷熱として蓄えることを特徴とする請求項１に記載の車両用温調装置。
前記温調対象物は、前記車両に搭載された冷凍庫（２０）の庫内空気（２１）および冷蔵庫（３０）の庫内空気（３１）の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項２に記載の車両用温調装置。