JP2021195037A - 車両用空調制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】空調快適性の低下を抑制しながら、冷却装置の冷却性能を確保することが可能な車両用空調制御装置を提供する。【解決手段】エアコンＥＣＵは、バッテリ冷却装置と空調装置とを備える電動車両に適用されるものである。空調装置は、内気循環モードと外気導入モードとを切替可能であり、送風空気を発生させる送風機と、その送風空気を冷却する冷凍サイクル装置とを含む。冷凍サイクル装置は、冷媒を循環させる圧縮機と、バッテリ冷却装置のラジエータに対して車両前方側に配置されるコンデンサと、送風空気の通路である送風ダクト内に配置されるエバポレータとを含む。エアコンＥＣＵは、冷却水の温度状態の判定結果が「１」以上の場合に強制的に内気循環モードにし、判定結果が「２」以上の場合にエバポレータの温度を高くし、判定結果が「３」の場合に送風機の回転速度を低くする。【選択図】図４

Description

本発明は、車両用空調制御装置に関する。

従来、エンジンを冷却する冷却装置と、車室内を冷房する空調装置とを備える車両に適用される車両用空調制御装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。空調装置は、内気循環モードと外気導入モードとを切替可能であり、送風空気を発生させる送風機と、その送風空気を冷却する冷凍サイクル装置とを含んでいる。冷凍サイクル装置は、冷媒を循環させる圧縮機と、冷却装置のラジエータに対して車両前方側に配置されるコンデンサと、送風空気の通路である送風ダクトに配置されるエバポレータとを含んでいる。

そして、特許文献１の車両用空調制御装置は、外気温が内気温よりも高く、エンジン冷却水温が所定値以上の場合に、強制的に内気循環モードにするように構成されている。これにより、外気導入モードの場合に比べてコンデンサでの放熱量が小さくなるため、コンデンサを通過してラジエータに導かれる空気の温度が低くなるので、冷却装置の冷却性能の低下が抑制されるようになっている。また、空調装置の運転が停止されることなく継続されるので、空調快適性の低下を抑制することが可能である。

特開平４−３６２４１２号公報

しかしながら、上記した従来の車両用空調制御装置では、内気循環モードへの切り替えだけではエアコン負荷（冷房負荷）の低減が不十分となり、冷却装置の冷却性能が低下することが考えられる。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、空調快適性の低下を抑制しながら、冷却装置の冷却性能を確保することが可能な車両用空調制御装置を提供することである。

本発明による車両用空調制御装置は、バッテリまたはエンジンを冷却する冷却装置と、車室内を冷房する空調装置とを備える車両に適用されるものである。空調装置は、内気循環モードと外気導入モードとを切替可能であり、送風空気を発生させる送風機と、その送風空気を冷却する冷凍サイクル装置とを含む。冷凍サイクル装置は、冷媒を循環させる圧縮機と、冷却装置のラジエータに対して車両前方側に配置されるコンデンサと、送風空気の通路である送風ダクト内に配置されるエバポレータとを含む。車両用空調制御装置は、冷却装置の冷却水温が第１所定値以上の場合には、強制的に内気循環モードにするように構成されている。車両用空調制御装置は、冷却装置の冷却水温が第１所定値よりも大きい第２所定値以上の場合には、さらに、エバポレータの温度を高くする、または、圧縮機の回転速度を低くするように構成されている。車両用空調制御装置は、冷却装置の冷却水温が第２所定値よりも大きい第３所定値以上の場合には、さらに、送風機の回転速度を低くするように構成されている。

このように構成することによって、冷却水温が高くなるに連れてエアコン負荷の低減量を大きくするとともに、その際に乗員に与える影響が小さいものから順に制御することにより、空調快適性の低下を抑制しながら、冷却装置の冷却性能を確保することができる。

本発明の車両用空調制御装置によれば、空調快適性の低下を抑制しながら、冷却装置の冷却性能を確保することができる。

本実施形態の電動車両の構成を示したブロック図である。 図１の電動車両のバッテリ冷却装置および冷凍サイクル装置の回路構成を説明するための模式図である。 冷却水の温度状態を判定するためのマップである。 本実施形態のエアコンＥＣＵによるエアコン負荷の低減制御を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態を説明する。

まず、図１〜図３を参照して、本発明の一実施形態によるエアコンＥＣＵ５３を備える電動車両１００の構成について説明する。

電動車両１００は、図１に示すように、走行用モータ１と、バッテリ２と、バッテリ冷却装置３と、空調装置４とを備えている。なお、図１において、実線の矢印は制御信号を示し、破線の矢印は電力のやり取りを示している。また、電動車両１００は、本発明の「車両」の一例である。

走行用モータ１は、バッテリ２からの電力で駆動され、電動車両１００の走行用の駆動力を発生させるために設けられている。この走行用モータ１は、電動車両１００の走行状態に応じて発電機として機能するように構成されている。

バッテリ２は、充放電可能であり、走行用モータ１を駆動する電力を供給するとともに、その走行用モータ１で発電された電力を蓄電するように構成されている。また、バッテリ２は、バッテリ冷却装置３および空調装置４にも作動用の電力を供給するように構成されている。

バッテリ冷却装置３は、水冷式であり、バッテリ２を冷却するために設けられている。バッテリ冷却装置３は、図２に示すように、ウォータポンプ３１と、バッテリ冷却用のウォータジャケット３２と、ラジエータ３３と、それらを接続する冷却水通路３４とを含んでいる。なお、バッテリ冷却装置３は、本発明の「冷却装置」の一例である。

ウォータポンプ３１は、冷却水を冷却水回路で循環させるために設けられている。ウォータポンプ３１は、バッテリ２からの電力で駆動され、回転速度を調整可能に構成されている。ウォータジャケット３２は、バッテリ２に設けられた冷却水流通部であり、流通する冷却水によってバッテリ２の熱が奪われるようになっている。ラジエータ３３は、エンジンコンパートメントに配置され、冷却水と外気との間で熱交換を行うことにより、冷却水の熱を大気中に放出するように構成されている。

また、バッテリ冷却装置３の冷却水回路には、図１に示すように、冷却水の温度（冷却水温）を検出する水温センサ３ａが設けられている。水温センサ３ａは、たとえば、ウォータジャケット３２の出口に配置されている。

空調装置４は、車室内を冷房するために設けられている。空調装置４は、冷凍サイクル装置４１と、送風機４２と、内外気切替ドア４３と、送風ダクト（図示省略）とを含み、内気循環モードと外気導入モードとを切替可能に構成されている。

送風ダクトの上流端には、図示省略した外気導入口および内気導入口が形成されている。外気導入口は、送風ダクトの内部に外気（車室外空気）を導入するために設けられ、内気導入口は、送風ダクトの内部に内気（車室内空気）を導入するために設けられている。送風ダクト内の外気導入口および内気導入口の近傍には、内外気切替ドア４３および送風機４２が配置されている。

内外気切替ドア４３は、外気導入口および内気導入口を開閉して、内気を循環させる内気循環モードと外気を導入する外気導入モードとを切り替えるために設けられている。送風機４２は、外気または内気を取り込んで送風空気を発生させるように構成されている。送風機４２は、バッテリ２からの電力で駆動され、回転速度を調整可能に構成されている。この送風機４２の回転速度はブロワレベルに基づいて決定される。ブロワレベルが高くなるほど、送風機４２の回転速度が高くなり、送風機４２の風量が大きくなる。

また、送風ダクト内には、冷凍サイクル装置４１の後述するエバポレータ４１４（図２参照）が配置され、送風ダクトの下流端には、吹出口が形成されている。そして、送風空気がエバポレータ４１４を通過する際に冷却され、その冷却された空調風が吹出口から車室内に吹き出されるようになっている。

冷凍サイクル装置４１は、送風空気を冷却するように構成されている。冷凍サイクル装置４１は、図２に示すように、圧縮機４１１と、コンデンサ４１２と、膨張弁４１３と、エバポレータ４１４と、それらを接続する冷媒通路４１５とを含んでいる。

圧縮機４１１は、気体状の冷媒を高温高圧で吐出することにより、冷媒を冷媒回路で循環させるために設けられている。圧縮機４１１は、バッテリ２からの電力で駆動され、回転速度を調整可能に構成されている。コンデンサ４１２は、エンジンコンパートメントに配置され、内部を流通する冷媒を外気によって冷却して凝縮させるようになっている。コンデンサ４１２は、ラジエータ３３に対して車両前方側に配置されている。このため、コンデンサ４１２を通過した空気がラジエータ３３に導かれるように構成されている。すなわち、コンデンサ４１２を通過する際に暖められた空気によってラジエータ３３を流通する冷却水が冷却されるようになっている。

膨張弁４１３は、たとえば開度を調整可能な電子弁であり、開度を絞ることによって通過する冷媒を減圧して膨張させるように構成されている。エバポレータ４１４は、送風空気の通路である送風ダクト内に配置され、送風空気を冷却するように構成されている。エバポレータ４１４では内部の冷媒が蒸発されることにより、その気化熱によってエバポレータ４１４を通過する送風空気が冷却されるようになっている。また、エバポレータ４１４には、エバポレータ４１４の温度を検出するエバポレータ温度センサ４１ａ（図１参照）が設けられている。

また、電動車両１００は、図１に示すように、モータＥＣＵ５１と、バッテリＥＣＵ５２と、エアコンＥＣＵ５３とを備え、それらがバス５４によって接続されている。モータＥＣＵ５１、バッテリＥＣＵ５２およびエアコンＥＣＵ５３は、バス５４を介して通信可能に構成されている。なお、エアコンＥＣＵ５３は、本発明の「車両用空調制御装置」の一例である。

モータＥＣＵ５１は、走行用モータ１を制御するために設けられている。バッテリＥＣＵ５２は、バッテリ２を管理するとともに、バッテリ冷却装置３を制御するように構成されている。たとえば、バッテリＥＣＵ５２は、水温センサ３ａの検出結果に基づいて冷却水の温度状態を判定し、その判定結果をエアコンＥＣＵ５３に送信するように構成されている。この判定結果は、バッテリ冷却装置３の冷却性能を確保するために、空調装置４のエアコン負荷（冷房負荷）を低減させる必要があるか否かを判断するとともに、エアコン負荷の低減が必要な場合のその低減量を決定するために用いられる。エアコン負荷が適切に低減されると、コンデンサ４１２での放熱量が小さくなり、ラジエータ３３での冷却水の冷却が促進されることにより、バッテリ冷却装置３の冷却性能の確保が可能となる。

たとえば、冷却水の温度状態は図３に示すようなマップを用いて導出され、判定結果として「０」〜「３」が出力されるようになっている。判定結果が「０」の場合は、冷却水温が高くないので、エアコン負荷の低減が行われない。判定結果が「１」〜「３」の場合は、冷却水温が高いので、冷却性能の確保のためにエアコン負荷の低減が行われ、判定結果の値が大きくなるほどエアコン負荷の低減量が大きくされる。なお、冷却水温の上昇原因の一例としては、登坂などでの高負荷走行時における空調装置４の使用を挙げることができる。

具体的には、冷却水温が所定値Ｔｈ２以上になるまでの間は、判定結果として「０」が出力される。冷却水温が所定値Ｔｈ２以上になってから所定値Ｔｈ１未満または所定値Ｔｈ４以上になるまでの間は、判定結果として「１」が出力される。冷却水温が所定値Ｔｈ４以上になってから所定値Ｔｈ３未満または所定値Ｔｈ６以上になるまでの間は、判定結果として「２」が出力される。冷却水温が所定値Ｔｈ６以上になってから所定値Ｔｈ５未満になるまでの間は、判定結果として「３」が出力される。所定値Ｔｈ１〜Ｔｈ６は、判定結果のハンチングを抑制しながら、バッテリ冷却装置３の冷却性能が確保されるように予め設定された値である。なお、所定値Ｔｈ２は所定値Ｔｈ１よりも大きく、所定値Ｔｈ３は所定値Ｔｈ２よりも大きく、所定値Ｔｈ４は所定値Ｔｈ３よりも大きく、所定値Ｔｈ５は所定値Ｔｈ４よりも大きく、所定値Ｔｈ６は所定値Ｔｈ５よりも大きい。また、所定値Ｔｈ２、Ｔｈ４およびＴｈ６は、本発明の「第１所定値」、「第２所定値」および「第３所定値」の一例である。

図１に示すように、エアコンＥＣＵ５３は、空調装置４を制御するために設けられている。そして、エアコンＥＣＵ５３は、バッテリＥＣＵ５２からの判定結果に応じて、エアコン負荷の低減を行うように構成されている。具体的には、エアコンＥＣＵ５３は、判定結果が「１」の場合に、強制的に内気循環モードにするように構成されている。また、エアコンＥＣＵ５３は、判定結果が「２」の場合に、強制的に内気循環モードにするとともに、エバポレータ４１４の温度を高くするように構成されている。また、エアコンＥＣＵ５３は、判定結果が「３」の場合に、強制的に内気循環モードにするとともに、エバポレータ４１４の温度を高くし、かつ、送風機４２の回転速度を低くするように構成されている。

ここで、内気循環モードへの強制設定、エバポレータ４１４の高温化、および、送風機４２の風量低減は、エアコン負荷の低減につながるものである。送風機４２の風量低減は、エバポレータ４１４の高温化に比べて乗員に与える影響が大きく、エバポレータ４１４の高温化は、内気循環モードへの強制設定に比べて乗員に与える影響が大きい。すなわち、冷却水温が高くなるに連れてエアコン負荷の低減量が大きくされるとともに、その際に乗員に与える影響が小さいものから順に制御されるようになっている。

なお、エアコンＥＣＵ５３は、判定結果が「０」の場合に、エアコン負荷の低減を行うことなく、通常時の制御方式で空調装置４を動作させるように構成されている。

−エアコン負荷の低減制御−
次に、図４を参照して、本実施形態のエアコンＥＣＵ５３によるエアコン負荷の低減制御について説明する。このエアコン負荷の低減制御は、たとえば、空調装置４が作動されているときに所定時間間隔毎に繰り返し行われる。なお、エアコンＥＣＵ５３には、バッテリＥＣＵ５２からの冷却水の温度状態の判定結果が入力される。また、以下の各ステップは、エアコンＥＣＵ５３により実行される。

まず、図４のステップＳ１において、冷却水の温度状態の判定結果が「１」以上であるか否かが判断される。そして、判定結果が「１」以上ではないと判断された場合（判定結果が「０」である場合）には、エアコン負荷の低減が行われることなく、リターンに移る。すなわち、この場合には、通常時の制御方式で空調装置４が動作される。その一方、判定結果が「１」以上であると判断された場合には、ステップＳ２に移る。

次に、ステップＳ２において、内気循環モードに強制的に設定される。たとえば、外気導入モードであった場合には、内外気切替ドア４３が駆動されることにより、内気循環モードに切り替えられる。

次に、ステップＳ３において、冷却水の温度状態の判定結果が「２」以上であるか否かが判断される。そして、判定結果が「２」以上ではないと判断された場合（判定結果が「１」である場合）には、内気循環モードへの強制設定によるエアコン負荷の低減が行われた状態で、リターンに移る。すなわち、この場合には、後述するエバポレータ４１４の高温化および送風機４２の風量低減によるエアコン負荷の低減が行われることなく、強制的に内気循環モードに設定された状態で空調装置４が動作される。その一方、判定結果が「２」以上であると判断された場合には、ステップＳ４に移る。

次に、ステップＳ４において、目標エバポレータ温度ＴＥＯが高くなるように補正される。目標エバポレータ温度ＴＥＯは、たとえば、以下の式（１）を用いて算出される。

ＴＥＯ＝ＴＥＯｐ＋Ｃ１ ・・・（１）
式（１）において、ＴＥＯは、補正後の目標エバポレータ温度であり、ＴＥＯｐは、目標エバポレータ温度の現在値であり、Ｃ１は、予め設定された補正値である。

次に、ステップＳ５において、冷却水の温度状態の判定結果が「３」であるか否かが判断される。そして、判定結果が「３」ではないと判断された場合（判定結果が「２」である場合）には、内気循環モードへの強制設定およびエバポレータ４１４の高温化によるエアコン負荷の低減が行われた状態で、リターンに移る。すなわち、この場合には、後述する送風機４２の風量低減によるエアコン負荷の低減が行われることなく、強制的に内気循環モードに設定されるとともに、目標エバポレータ温度ＴＥＯが高くなるように補正された状態で空調装置４が動作される。その一方、判定結果が「３」であると判断された場合には、ステップＳ６に移る。

次に、ステップＳ６において、目標ブロワレベルＢＬＯが低くなるように補正される。目標ブロワレベルＢＬＯは、たとえば、以下の式（２）を用いて算出される。

ＢＬＯ＝ＢＬＯｐ−Ｃ２ ・・・（２）
式（２）において、ＢＬＯは、補正後の目標ブロワレベルであり、ＢＬＯｐは、目標ブロワレベルの現在値であり、Ｃ２は、予め設定された補正値である。

次に、ステップＳ７において、目標エバポレータ温度ＴＥＯがさらに高くなるように補正される。これは、ブロワレベルが下がるとエバポレータ温度が下がるので、その分目標エバポレータ温度ＴＥＯが引き上げられる。目標エバポレータ温度ＴＥＯは、たとえば、以下の式（３）を用いて算出される。

ＴＥＯ＝ＴＥＯｐ２＋Ｃ３ ・・・（３）
式（３）において、ＴＥＯは、補正後の目標エバポレータ温度であり、ＴＥＯｐ２は、目標エバポレータ温度の現在値（ステップＳ４での補正後の目標エバポレータ温度）であり、Ｃ３は、ブロワレベルの低下を考慮して予め設定された補正値である。

したがって、判定結果が「３」である場合には、内気循環モードへの強制設定、エバポレータ４１４の高温化および送風機４２の風量低減によるエアコン負荷の低減が行われた状態で、リターンに移る。すなわち、この場合には、強制的に内気循環モードに設定されるとともに、目標エバポレータ温度ＴＥＯが高くなるように補正され、かつ、目標ブロワレベルＢＬＯが低くなるように補正された状態で空調装置４が動作される。

−効果−
本実施形態では、上記のように、判定結果が「１」以上の場合に強制的に内気循環モードにされ、判定結果が「２」以上の場合にエバポレータ４１４の温度が高くされ、判定結果が「３」の場合に送風機４２の回転速度が低くされることによって、冷却水温が高くなるに連れてエアコン負荷の低減量を大きくするとともに、その際に乗員に与える影響が小さいものから順に制御することにより、空調快適性の低下を抑制しながら、バッテリ冷却装置３の冷却性能を確保することができる。

−他の実施形態−
なお、今回開示した実施形態は、すべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、電動車両１００に本発明の車両用空調制御装置が適用される例を示したが、これに限らず、走行用の駆動力源として内燃機関（エンジン）のみを備えるコンベンショナル車両に本発明の車両用空調制御装置が適用されていてもよい。この場合、内燃機関の冷却装置のラジエータが、空調装置のコンデンサに対して車両後方側に配置されていてもよい。すなわち、内燃機関の冷却装置は、本発明の「冷却装置」の一例である。また、走行用の駆動力源として内燃機関およびモータを備えるハイブリッド車両に本発明の車両用空調制御装置が適用されていてもよい。

また、上記実施形態では、判定結果が「２」以上の場合に、エバポレータ４１４の温度が高くされる例を示したが、これに限らず、判定結果が「２」以上の場合に、圧縮機の回転速度が低くされるようにしてもよい。すなわち、目標エバポレータ温度ＴＥＯが高くなるように補正されることに代えて、圧縮機の目標回転速度（目標電流）が低くなるように補正されていてもよい。

また、上記実施形態において、バッテリ冷却装置３は、バッテリ２に加えてモータＥＣＵ５１などを冷却するように構成されていてもよい。

また、上記実施形態において、空調装置４は、車室内を暖房可能に構成されていてもよい。

また、上記実施形態では、バッテリＥＣＵ５２により冷却水の温度状態が判定され、その判定結果がバッテリＥＣＵ５２からエアコンＥＣＵ５３に送信される例を示したが、これに限らず、エアコンＥＣＵにより冷却水の温度状態が判定されるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、冷却水の温度状態の判定にヒステリシスが設定される例を示したが、これに限らず、冷却水の温度状態の判定にヒステリシスが設定されていなくてもよい。たとえば、冷却水温が第１所定値未満の場合に判定結果として「０」が出力され、冷却水温が第１所定値以上第２所定値未満の場合に判定結果として「１」が出力され、冷却水温が第２所定値以上第３所定値未満の場合に判定結果として「２」が出力され、冷却水温が第３所定値以上の場合に判定結果として「３」が出力されるようにしてもよい。なお、第１〜第３所定値は予め設定された値であり、第２所定値は第１所定値よりも大きく、第３所定値は第２所定値よりも大きい。

本発明は、バッテリまたはエンジンを冷却する冷却装置と、車室内を冷房する空調装置とを備える車両に適用される車両用空調制御装置に利用可能である。

２ バッテリ
３ バッテリ冷却装置（冷却装置）
４ 空調装置
３３ ラジエータ
４１ 冷凍サイクル装置
４２ 送風機
５３ エアコンＥＣＵ（車両用空調制御装置）
１００ 電動車両（車両）
４１１ 圧縮機
４１２ コンデンサ
４１４ エバポレータ

Claims (1)

1. バッテリまたはエンジンを冷却する冷却装置と、車室内を冷房する空調装置とを備える車両に適用される車両用空調制御装置であって、
   前記空調装置は、内気循環モードと外気導入モードとを切替可能であり、送風空気を発生させる送風機と、その送風空気を冷却する冷凍サイクル装置とを含み、
   前記冷凍サイクル装置は、冷媒を循環させる圧縮機と、前記冷却装置のラジエータに対して車両前方側に配置されるコンデンサと、送風空気の通路である送風ダクト内に配置されるエバポレータとを含み、
   前記冷却装置の冷却水温が第１所定値以上の場合には、強制的に前記内気循環モードにするように構成され、
   前記冷却装置の冷却水温が前記第１所定値よりも大きい第２所定値以上の場合には、さらに、前記エバポレータの温度を高くする、または、前記圧縮機の回転速度を低くするように構成され、
   前記冷却装置の冷却水温が前記第２所定値よりも大きい第３所定値以上の場合には、さらに、前記送風機の回転速度を低くするように構成されていることを特徴とする車両用空調制御装置。

Images