JP2022099627A - 車両用空調装置 - Google Patents

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【課題】車室内の空調を優先させる空調優先モードによる運転中においても、バッテリを十分に冷却することによりバッテリの劣化を抑制する。【解決手段】冷媒を圧縮する圧縮機、車室内に供給する空気から吸熱する吸熱器、被温調対象熱交換器、を含む冷媒回路と、前記冷媒回路と前記被温調対象熱交換器を介して接続され、車両に搭載される被温調対象の温度を前記被温調対象熱交換器により調整する機器温度調整回路と、前記冷媒回路及び前記機器温度調整回路を制御する制御装置を備え、前記制御装置は、前記車室内の空調を優先させる空調優先モードによって、前記車室内の空調と前記被温調対象の冷却を同時に行う運転時において、前記被温調対象の温度に基づいて、前記吸熱器の目標吸熱器温度を目標吸熱器温度補正値に補正する、車両用空調装置を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、車両に適用される車両用空調装置であって、特に、車両に搭載されたバッテリ冷却と車室内の空調とを同時に行うことができる車両用空調装置に関する。
従来、車両に適用される空気調和装置では、圧縮機、室内熱交換器（冷房時は蒸発器、暖房時は凝縮器）、室外熱交換器（冷房時は凝縮器、暖房時は蒸発器）、及び膨張弁が接続された冷媒回路を備え、室内熱交換器において冷媒と熱交換した空気を車室内に供給して車室内の空調を行っている。
ところで、近年、車両に搭載された走行用バッテリから供給される電力によって走行用モータを駆動するハイブリッド自動車や電気自動車等の車両が普及している。走行用バッテリは、車両の走行継続及び急速充電等の充放電によって熱を放出して高温となる場合があり、高温下で使用が継続されるとバッテリ性能の低下や劣化を招く。
このため、車両用空調装置において、車室内の空調を行うと共に走行用バッテリを冷却するものが知られている。
例えば、特許文献１の車両用空調装置では、冷媒回路に設けられる第１蒸発器とは別にバッテリ冷却用の第２蒸発器を設け、冷媒回路を循環する冷媒を第２蒸発器に循環させて熱媒体と熱交換させると共に、熱交換した熱媒体をバッテリに循環させることで、バッテリを冷却することができるようにしている。そして、空調とバッテリ冷却とを同時に行う場合には、第２蒸発器の冷媒上流側に設けられた第２膨張弁の開度を、第１蒸発器や冷媒の温度などに基づいて制御する第１蒸発器優先制御（車室内の空調温度を優先）と、第２蒸発器の冷媒状態に基づいて制御する第２蒸発器優先制御（バッテリ冷却を優先）とを適宜切り変えて制御している。
特開２０１９－２０９９３８号公報
上述した特許文献１の車両用空調装置において、第１蒸発器優先制御による運転中にバッテリの温度が上昇した場合には、バッテリ冷却を優先させるべく第２蒸発器優先制御又はバッテリ冷却単独運転に切り替え、第２蒸発器優先制御による運転中に車室内が冷却不足となった場合には、車室内の温度を優先させるべく第１蒸発器優先制御に切り替えている。このような制御では、バッテリや車室内の温度変化に従って、第１蒸発器優先制御と第２蒸発器優先制御とを逐次切り替えるので制御が煩雑になる。また、第２蒸発器優先制御から第１蒸発器優先制御に切り替えた場合には、切り替え前の優先冷却対象であるバッテリの冷却目標が達成できず、バッテリが十分に冷却されない場合がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、車室内の空調とバッテリ冷却を両立させ、車室内の空調を優先させる空調優先モードによる運転中においてもバッテリを十分に冷却することによりバッテリの劣化を抑制すること、などを課題としている。
本発明は、冷媒を圧縮する圧縮機、車室内に供給する空気から吸熱する吸熱器、被温調対象熱交換器、を含む冷媒回路と、前記冷媒回路と前記被温調対象熱交換器を介して接続され、車両に搭載される被温調対象の温度を前記被温調対象熱交換器により調整する機器温度調整回路と、前記冷媒回路及び前記機器温度調整回路を制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、前記車室内の空調を優先させる空調優先モードによって前記車室内の空調と前記被温調対象の冷却を同時に行う運転時において、前記被温調対象の温度に基づいて、前記吸熱器の目標吸熱器温度を補正する、車両用空調装置を提供する。
本発明によれば、車室内の空調を優先させる空調優先モードによる運転中においても、被温調対象の温度を適切に維持することができる。例えば、被温調対象としてのバッテリを十分に冷却することによりバッテリの劣化を抑制することができる。
本発明の実施形態に係る車両用空調装置の概略構成及び冷媒の流れを示す図である。 本発明の実施形態に係る車両用空調装置の制御装置としての空調コントローラの概略構成を示すブロック図である。 参考例に係る車両用空調装置の空調コントローラにおける圧縮機の目標回転数ＴＧＮＣｃを算出する制御ブロック図である。 参考例に係る空調コントローラにおけるチラー膨張弁の開閉制御のブロック図である。 、参考例に係る車両用空調装置において、圧縮機の回転数、吸熱器温度Ｔｅ、チラー水温Ｔｗ、チラー膨張弁、室内膨張弁の動作を示すタイミングチャートである。 本発明の実施形態に係る車両用空調装置の空調コントローラにおける目標吸熱器温度ＴＥＯの下げ量ＴＥＯ＿ＰＣを算出する制御ブロック図である。 本発明の実施形態に係る車両用空調装置の空調コントローラにおける目標吸熱器温度補正値ＴＥＯ２を算出する制御ブロック図である。 本発明の実施形態に係る車両用空調装置の空調コントローラにおける目標圧縮機回転数ＴＧＮＣｃを算出する制御ブロック図である。 本発明の実施形態に係る車両用空調装置において、圧縮機の回転数、吸熱器温度Ｔｅ、チラー水温Ｔｗ、チラー膨張弁、室内膨張弁の動作を示すタイミングチャートである。 本発明の実施形態に係る車両用空調装置の空調コントローラによる目標吸熱器温度補正値ＴＥＯ２及び目標圧縮機回転数ＴＧＮＣｃの算出処理に関するフローチャートである。
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の説明において、同一の符号は同一の機能の部位を示しており、各図における重複説明は適宜省略する。
図１は、本発明の実施形態に係る車両用空調装置１の概略構成を示す。車両用空調装置１は、例えば、エンジン（内燃機関）が搭載されていない電気自動車（ＥＶ）やエンジンと走行用の電動モータを供用する所謂ハイブリッド自動車などの車両に適用することができる。このような車両は、バッテリ５５（例えば、リチウム電池）が搭載され、外部電源からバッテリ５５に充電された電力を、走行用モータ（電動モータ）を含むモータユニット６５に供給することで駆動し、走行する。車両用空調装置１も、バッテリ５５から給電されて駆動される。
車両用空調装置１は、ヒートポンプ運転を行うための冷媒回路Ｒと、バッテリ５５やモータユニット６５等の被温調対象の温度を調整する機器温度調整回路６１とを備えている。機器温度調整回路６１は、冷媒回路Ｒに対して後述する冷媒－熱媒体熱交換器６４（被温調対象熱交換器）を介して熱交換可能に接続される。車両用空調装置１は、冷媒回路Ｒを用いたヒートポンプ運転により暖房運転や冷房運転等の空調運転を含む各種運転モードを選択的に実行することで、車室内の空調及びバッテリ５５やモータユニット６５等の被温調対象の温調を行う。
冷媒回路Ｒは、冷媒を圧縮する電動式の圧縮機（電動圧縮機）２と、車室内空気が通気循環されるＨＶＡＣユニット１０の空気流通路３内に設けられ、圧縮機２から吐出された高温高圧の冷媒を放熱させて車室内に供給する空気を加熱する室内熱交換器（加熱部）としての室内コンデンサ４と、暖房時に冷媒を減圧膨張させる室外膨張弁６と、冷房時には冷媒を放熱させる放熱器（凝縮器）として機能し、暖房時には冷媒を吸熱させる蒸発器として機能すべく冷媒と外気との間で熱交換を行わせるための室外熱交換器７と、冷媒を減圧膨張させる室内膨張弁８と、空気流通路３内に設けられて冷房時（除湿時）に車室内外から冷媒に吸熱させて車室内に供給する空気を冷却するための吸熱器９と、アキュムレータ１２等が冷媒配管１３Ａ～１３Ｇにより接続されて構成されている。
室外膨張弁６及び室内膨張弁８は、いずれも図示しないパルスモータにより駆動される電子膨張弁であり、パルスモータに加えられるパルス数によって全閉から全開までの間で開度が適宜制御される。室外膨張弁６は、室内コンデンサ４から流出し室外熱交換器７に流入する冷媒を減圧膨張させる。また、室外膨張弁６は、室外熱交換器７を用いた暖房運転時に、室内コンデンサ４の冷媒出口における過冷却の達成度合いの指標となるＳＣ（サブクール）値が予め定めた目標値となるように、後述する空調コントローラ３２により開度が制御される（ＳＣ制御）。室内膨張弁８は、吸熱器９に流入する冷媒を減圧膨張させると共に、吸熱器９における冷媒の吸熱量、つまり通過空気の冷却能力を調整する。
室外熱交換器７の冷媒出口と吸熱器９の冷媒入口とは冷媒配管１３Ａにより接続されている。冷媒配管１３Ａには、室外熱交換器７側から順に、逆止弁１８と室内膨張弁８とが設けられている。逆止弁１８は、吸熱器９に向かう方向が順方向となるように冷媒配管１３Ａに設けられる。冷媒配管１３Ａは、逆止弁１８よりも室外熱交換器７側の位置で冷媒配管１３Ｂに分岐している。
冷媒配管１３Ａから分岐した冷媒配管１３Ｂは、アキュムレータ１２の冷媒入口に接続されている。冷媒配管１３Ｂには、室外熱交換器７側から順に、暖房時に開放される電磁弁２１及び逆止弁２０が設けられている。逆止弁２０は、アキュムレータ１２に向かう方向が順方向となるように接続されている。冷媒配管１３Ｂの電磁弁２１と逆止弁２０との間は冷媒配管１３Ｃに分岐している。冷媒配管１３Ｂから分岐した冷媒配管１３Ｃは、吸熱器９の冷媒出口に接続されている。アキュムレータ１２の冷媒出口と圧縮機２とは、冷媒配管１３Ｄにより接続されている。
圧縮機２の冷媒出口と室内コンデンサ４の冷媒入口とは、冷媒配管１３Ｅにより接続されている。室内コンデンサ４の冷媒出口には冷媒配管１３Ｆの一端が接続され、冷媒配管１３Ｆの他端側は室外膨張弁６の手前（冷媒上流側）で冷媒配管１３Ｇと冷媒配管１３Ｈに分岐している。分岐した一方の冷媒配管１３Ｈが室外膨張弁６を介して室外熱交換器７の冷媒入口側に接続されている。また、分岐した他方の冷媒配管１３Ｇは、冷媒配管Ａの逆止弁１８と室内膨張弁８との間に接続されている。冷媒配管１３Ｇの冷媒配管１３Ａとの接続点より冷媒上流側には、電磁弁２２が設けられている。
これにより、冷媒配管１３Ｇは室外膨張弁６、室外熱交換器７及び逆止弁１８の直列回路に対して並列に接続され、室外膨張弁６、室外熱交換器７及び逆止弁１８をバイパスする回路となる。
吸熱器９の空気上流側における空気流通路３には、外気吸込口と内気吸込口の各吸込口が形成されている（図１では吸込口２５で代表して示す）。吸込口２５には吸込切換ダンパ２６が設けられている。吸込切換ダンパ２６により、車室内の空気である内気（内気循環）と、車室外の空気である外気（外気導入）とを適宜切り換えて吸込口２５から空気流通路３内に導入する。吸込切換ダンパ２６の空気下流側には、導入した内気や外気を空気流通路３に送給するための室内送風機（ブロワファン）２７が設けられている。
図１において補助ヒータ２３は、補助加熱装置として機能する。補助ヒータ２３は、例えば、ＰＴＣヒータ（電気ヒータ）から構成されており、空気流通路３の空気の流れに対して、室内コンデンサ４の空気下流側となる空気流通路３内に設けられている。補助ヒータ２３が通電されて発熱することにより車室内の暖房を補完する。
室内コンデンサ４の空気上流側における空気流通路３内には、空気流通路３内に流入し、吸熱器９を通過した後の空気流通路３内の空気（内気や外気）を室内コンデンサ４及び補助ヒータ２３に通風する割合を調整するエアミックスダンパ２８が設けられている。
なお、補助暖房手段として、例えば、圧縮機廃熱によって加熱した温水を空気流通路３に配置したヒータコアに循環させることにより、送風空気を加熱する形態とすることもできる。
機器温度調整回路６１は、バッテリ５５やモータユニット６５等の被温調対象に熱媒体を循環させてバッテリ５５やモータユニット６５の温度を調整する。なお、モータユニット６５には、走行用の電動モータと電動モータを駆動するインバータ回路等の発熱機器も含まれる。被温調対象として、バッテリ５５やモータユニット６５の他に、車両に搭載されて発熱する機器を適用することができる。
機器温度調整回路６１は、バッテリ５５やモータユニット６５に熱媒体を循環させるための循環装置としての第１循環ポンプ６２及び第２循環ポンプ６３と、冷媒－熱媒体熱交換器６４と、熱媒体加熱ヒータ６６と、空気－熱媒体熱交換器６７と、流路切換装置としての三方弁８１とを備えている。
機器温度調整回路６１は、冷媒－熱媒体熱交換器６４を介して冷媒回路Ｒと接続されている。冷媒回路Ｒにおいて、冷媒配管１３Ａの、冷媒配管１３Ｇとの接続点と室内膨張弁８との間には、分岐回路としての分岐配管７２の一端が接続され、分岐配管７２の他端は冷媒－熱媒体熱交換器６４の冷媒流路６４Ｂに接続されている。分岐配管７２にはチラー膨張弁７３が設けられている。チラー膨張弁７３は、図示しないパルスモータにより駆動される電子膨張弁であり、パルスモータに加えられるパルス数によって全閉から全開までの間で開度が適宜制御される。チラー膨張弁７３は、冷媒－熱媒体熱交換器６４の冷媒流路６４Ｂに流入する冷媒を減圧膨張させる。
冷媒－熱媒体熱交換器６４の冷媒流路６４Ｂの出口には冷媒配管７４の一端が接続され、冷媒配管７４の他端は、冷媒配管Ｂの逆止弁２０とアキュムレータ１２との間に接続されている。冷媒－熱媒体熱交換器６４は、冷媒回路Ｒの一部を構成すると同時に、機器温度調整回路６１の一部をも構成する。
冷媒－熱媒体熱交換器６４の熱媒体吐出側に熱媒体配管６８Ａの一端が接続されている。熱媒体配管６８Ａには、冷媒－熱媒体熱交換器６４側から順に、熱媒体加熱ヒータ６６、バッテリ５５、第１循環ポンプ６２、逆止弁８２が設けられている。熱媒体配管６８Ａの他端は、後述する熱媒体配管６８Ｂに接続される。熱媒体配管６８Ａは、熱媒体加熱ヒータ６６よりも冷媒－熱媒体熱交換器６４側の位置で熱媒体配管６８Ｂに分岐している。分岐した熱媒体配管６８Ｂの他端には、空気－熱媒体熱交換器６７が設けられている。熱媒体配管６８Ｂは、空気－熱媒体熱交換器６７のよりも熱媒体の上流側で熱媒体配管６８Ｃに分岐し、熱媒体配管６８Ｃの他端は三方弁８１を介して冷媒－熱媒体熱交換器６４の熱媒体入口に接続されている。空気－熱媒体熱交換器６７は、室外送風機１５によって通風される外気（空気）の流れ（風路）に対して、室外熱交換器７の風下側に配置される。
熱媒体配管６８Ｂの空気－熱媒体熱交換器６７より熱媒体下流側には三方弁８１が設けられ、熱媒体配管６８Ｂの三方弁８１と冷媒－熱媒体熱交換器６４の熱媒体入口との間には、熱媒体配管１３Ａの他端が接続されている。熱媒体配管６８Ｂは、熱媒体配管６８Ｂの空気－熱媒体熱交換器６７より熱媒体上流側において熱媒体配管１３Ｃに分岐し、分岐した熱媒体配管１３Ｃの他端は三方弁８１に接続されている。熱媒体配管１３Ｃには、第２循環ポンプ６３及びモータユニット６５が設けられている。
機器温度調整回路６１で使用される熱媒体としては、例えば水、ＨＦＯ－１２３４ｙｆのような冷媒、クーラント等の液体、空気等の気体が採用可能である。尚、本実施形態では水を熱媒体として採用している。また、バッテリ５５やモータユニット６５の周囲には例えば、熱媒体が当該バッテリ５５やモータユニット６５と熱交換関係で流通可能なジャケット構造が施されているものとする。
三方弁８１が入口と冷媒－熱媒体熱交換器６４側の出口を連通する状態に切り換えられ、第１循環ポンプ６２が運転されると、第１循環ポンプ６２から吐出された熱媒体は、熱媒体配管６８Ａを、逆止弁８２、冷媒－熱媒体熱交換器６４の熱媒体流路６４Ａ、ヒータ６６、バッテリ５５の順に流れて第２循環ポンプ６３に吸い込まれる。このような流路制御状態では、バッテリ５５と冷媒－熱媒体熱交換器６４の間で熱媒体が循環される。
三方弁８１が入口と冷媒－熱媒体熱交換器６４側の出口を連通する状態に切り換えられ、第２循環ポンプ６３が運転されると、第２循環ポンプ６３から吐出された熱媒体は熱媒体配管６８Ｃを、モータユニット６５、三方弁８１の順に流れ、三方弁８１から熱媒体配管６８Ｂに入り、冷媒－熱媒体熱交換器６４の熱媒体流路６４Ａの順に流れた後、再び熱媒体配管６８Ｃに流れて第２循環ポンプ６３に吸い込まれる。このような流路制御状態では、モータユニット６５と冷媒－熱媒体熱交換器６４の間で熱媒体が循環される。
チラー膨張弁７３が開いている場合、冷媒配管１３Ｇや室外熱交換器７から流出した冷媒の一部又は全部は、分岐配管７２に流入しチラー膨張弁７３で減圧された後、冷媒－熱媒体熱交換器６４の冷媒流路６４Ｂに流入して蒸発する。冷媒は、冷媒－熱媒体熱交換器６４の冷媒流路６４Ｂを流れる過程で熱媒体流路を流れる熱媒体から吸熱した後、アキュムレータ１２を経て圧縮機２に吸い込まれる。
図２に、車両用空調装置１の制御を司る制御装置としての空調コントローラ３２の概略構成を示す。空調コントローラ３２は、モータユニット６５の駆動制御やバッテリ５５の充放電制御を含む車両全般の制御を司る車両コントローラ３５（ＥＣＵ）に車両通信バスを介して接続され、情報の送受信を行う。空調コントローラ３２及び車両コントローラ３５（ＥＣＵ）には何れもプロセッサを備えたコンピュータの一例としてのマイクロコンピュータを適用することができる。
空調コントローラ３２（制御装置）には、以下の各センサや検出器が接続され、これらの各センサや検出器等の出力が入力される。
具体的には、空調コントローラ３２（制御装置）には、車両の外気温度Ｔａｍを検出する外気温度センサ３３と、吸込口２５から空気流通路３に吸い込まれる空気の温度を検出するＨＶＡＣ吸込温度センサ３６と、車室内の空気の温度、すなわち内気温度内気Ｔｉｎを検出する内気温度センサ３７と、吹出口２９から車室内に吹き出される空気の温度を検出する吹出温度センサ４１と、圧縮機２の吐出冷媒圧力（吐出圧力Ｐｄ）を検出する吐出圧力センサ４２と、圧縮機２の吐出冷媒温度を検出する吐出温度センサ４３と、圧縮機２の吸込冷媒温度ＴＳを検出する吸込温度センサ４４と、室内コンデンサ４の温度（室内コンデンサ４を経た冷媒の温度、又は、室内コンデンサ４自体の温度：室内コンデンサ温度ＴＣＩ）を検出する室内コンデンサ温度センサ４６と、室内コンデンサ４の圧力（本実施形態では、室内コンデンサ４を出た直後の冷媒圧力：室内コンデンサ出口圧力Ｐｃｉ）を検出する室内コンデンサ圧力センサ４７と、吸熱器９の温度（吸熱器９を経た空気の温度、又は、吸熱器９自体の温度：吸熱器温度Ｔｅ）を検出する吸熱器温度センサ４８と、吸熱器９の冷媒圧力（吸熱器９内、又は、吸熱器９を出た直後の冷媒の圧力）を検出する吸熱器圧力センサ４９と、車室内への日射量を検出するための例えばフォトセンサ式の日射センサ５１と、車両の移動速度（車速）を検出するための車速センサ５２と、設定温度や空調運転の切り換えを設定するための空調操作部５３と、室外熱交換器７の温度（本実施形態においては室外熱交換器７から吐出直後の吐出冷媒温度ＴＸＯ）を検出する室外熱交換器温度センサ５４と、室外熱交換器７の冷媒圧力（本実施形態においては室外熱交換器７から吐出直後の吐出冷媒圧力値ＰＸＯ）を検出する室外熱交換器圧力センサ５６と、が接続されている。
上記のほか、空調コントローラ３２には、バッテリ５５の温度を検出するバッテリ温度センサ７６や、冷媒－熱媒体熱交換器６４の熱媒体流路を出てバッテリ５５に入る熱媒体の温度Ｔｗ（以下、「チラー水温」という）を検出する熱媒体温度センサ７９が接続されている。バッテリ５５の温度を把握するには、バッテリ温度センサ７６又は熱媒体温度センサ７９の何れかを適宜用いることができる。
また、空調コントローラ３２には、モータユニット６５の温度（モータユニット６５自体の温度、モータユニット６５を出た熱媒体の温度、及びモータユニット６５に入る熱媒体の温度のうちいずれかの温度：モータ温度Ｔｍ）を検出するモータ温度センサ７８も接続されている。
一方、空調コントローラ３２の出力には、圧縮機２と、室外送風機１５と、室内送風機（ブロワファン）２７と、吸込切換ダンパ２６と、エアミックスダンパ２８と、吹出口切換ダンパ３１と、室外膨張弁６、室内膨張弁８と、電磁弁２１,２２の各電磁弁と、補助ヒータ２３、第１及び第２循環ポンプ６２、６３、チラー膨張弁７３、三方弁８１が接続されている。空調コントローラ３２は各センサの出力と空調操作部５３にて入力された設定、車両コントローラ３５からの情報に基づいてこれらを制御する。
このように構成された車両用空調装置１では、冷房運転時において、車室内の冷房とバッテリ５５の冷却を同時に行う場合、バッテリ５５の冷却を優先させるバッテリ優先モードと、車室内の空調を優先させる空調優先モードとを切り替えて実行することができる。
バッテリ優先モードは、例えば、バッテリ５５の急速充電時等の、バッテリ５５の発熱量が高く、バッテリ５５に対する冷却能力の要求が高い場合等に実行される運転モードである。一方、空調優先モードは、例えば、車両の通常走行時等の、バッテリの発熱量が高く、空調側もバッテリ側も共に冷却能力の要求が高い場合等に実行される運転モードである。
以下、本実施形態においては、車室内の空調を優先させる空調優先モードによる冷房運転時の動作について説明する。
図１は、空調優先モードによる運転時の冷媒回路Ｒの冷媒の流れ（実線矢印）を示している。なお、バッテリ優先モードと空調優先モードとは、圧縮機２の回転数や及び冷媒回路Ｒを循環する冷媒量が互いに異なる場合があるものの、冷媒回路Ｒにおける冷媒の流れは同様となる。
空調コントローラ３２により（オートモード）、或いは、空調操作部５３へのマニュアル操作（マニュアルモード）により冷房運転が選択される。冷房運転、特に、空調優先モードでは、空調コントローラ３２は室外膨張弁６、室内膨張弁８、及び、チラー膨張弁７３を開き、電磁弁２１及び電磁弁２２を閉じる。この状態で、空調コントローラ３２は、圧縮機２、室外送風機１５及び室内送風機２７を運転し、エアミックスダンパ２８を室内送風機２７から吹き出された空気が放熱器４及び補助ヒータ２３に通風される割合を調整可能な状態とする。これにより、圧縮機２から吐出された高温高圧のガス冷媒は放熱器４に流入する。尚、補助ヒータ２３には通電されない。
放熱器４には空気流通路３内の空気は通風されるものの、その割合は小さくなるので（冷房時のリヒート（再加熱）のみのため）、ここは殆ど通過するのみとなり、放熱器４を出た冷媒は冷媒配管１３Ｆを経て冷媒配管１３Ｈに至り、室外熱交換器７に流入し、室外送風機１５により通風される外気によって空冷され、凝縮液化する。
室外熱交換器７を出た冷媒の一部は冷媒配管１３Ａ、逆止弁１８を経て室内膨張弁８に至り、室内膨張弁８にて冷媒は減圧された後、吸熱器９に流入して蒸発する。このときの吸熱作用で室内送風機２７から吹き出されて吸熱器９と熱交換する空気が冷却される。吸熱器９で蒸発した冷媒は、冷媒配管１３Ｃを経てアキュムレータ１２に至り、そこから冷媒配管１３Ｄを経て圧縮機２に吸い込まれる循環を繰り返す。吸熱器９にて冷却された空気は吹出口２９から車室内に吹き出されるので、これにより車室内の冷房が行われることになる。
一方、室外熱交換器７を出た冷媒の残りは、冷媒配管１３Ａ及び逆止弁１８を経て分岐配管７２に入り、チラー膨張弁７３で減圧された後、分岐配管７２を経て冷媒－熱媒体熱交換器６４の冷媒流路６４Ｂに流入して蒸発する。このときに吸熱作用を発揮する。冷媒流路６４Ｂで蒸発した冷媒は、冷媒配管７４を経て冷媒配管１３Ｂの逆止弁２０下流側に入り、アキュムレータ１２、冷媒配管１３Ｄを経て圧縮機２に吸い込まれる循環を繰り返す。
（参考例における空調優先モードによる冷房運転時の制御）
まず、図３～図５に従って、参考例に係る車両用空調装置において、空調優先モードによる冷房運転を行う場合の制御について説明する。なお、参考例に係る車両用空調装置は、本実施形態に係る車両用空調装置と制御動作が異なるものの、同一の構成を有している。このため、以下の説明において、便宜上、本実施形態に係る車両用空調装置と同一の構成には同一の符号を付す。
図３は、参考例に係る空調コントローラ３２における圧縮機の目標回転数ＴＧＮＣｃを算出する制御ブロック図である。図３に示すように、空調コントローラ３２は吸熱器温度Ｔｅが予め設定された目標吸熱器温度ＴＥＯとなるように、吸熱器温度Ｔｅに基づいて圧縮機２の回転数を制御する。
空調コントローラにおいて、Ｆ／Ｆ（フィードフォワード）操作量演算部１２３は吸熱器温度Ｔｅと、吸熱器温度Ｔｅの目標値である目標吸熱器温度ＴＥＯに基づいて目標圧縮機回転数のＦ／Ｆ操作量ＴＧＮＣｃＦ／Ｆを算出する。
また、Ｆ／Ｂ（フィードバック）操作量演算部１２４は目標吸熱器温度ＴＥＯと吸熱器温度Ｔｅに基づくＰＩＤ（比例積分微分）演算、又はＰＩ（比例積分）演算により目標圧縮機回転数のＦ／Ｂ操作量ＴＧＮＣｃＦ／Ｂを算出する。そして、Ｆ／Ｆ操作量演算部１２３が算出したＦ／Ｆ操作量ＴＧＮＣｃＦ／Ｆ及びＦ／Ｂ操作量演算部１２４が算出したＦ／Ｂ操作量ＴＧＮＣｃＦ／Ｂは加算器１２６で加算され、ＴＧＮＣｃ００としてリミット設定部１２７に入力される。
リミット設定部１２７では、ＴＧＮＣｃ００に対して制御上の下限回転数ＴＧＮＣｃｒＬｉｍＬｏと上限回転数ＴＧＮＣｃＬｉｍＨｉのリミットを付してＴＧＮＣｃ０として圧縮機ＯＦＦ制御部１２８に入力し、圧縮機ＯＦＦ制御部１２８において圧縮機２の目標回転数ＴＧＮＣｃを決定する。
図４は、参考例に係る空調コントローラ３２におけるチラー膨張弁７３の開閉制御のブロック図を示している。空調コントローラ３２は、目標チラー水温ＴＷＯに対して所定温度差を設けた上限温度ＴＷＯＵＬと下限温度ＴＷＯＬＬとを予め設定している。空調コントローラ３２は、バッテリ５５の温度を把握するために、バッテリ温度センサ７６により検出されたバッテリ温度又は熱媒体温度センサ７９により検出されたチラー水温Ｔｗの入力を受け付ける。以下、バッテリ５５の温度を把握するためにチラー水温Ｔｗを用いることとして説明する。
空調コントローラ３２は、チラー膨張弁７３が閉状態であるときに、チラー水温Ｔｗが上昇して、上限温度ＴＷＯＵＬとなった場合には、チラー膨張弁７３を開状態とする。これにより、冷媒を冷媒－熱媒体熱交換器６４に循環させてバッテリ５５を冷却させる。
一方、空調コントローラ３２は、チラー水温Ｔｗが下限温度ＴＷＯＬＬまで低下した場合には、チラー膨張弁７３を閉状態として、冷媒－熱媒体熱交換器６４への冷媒の流入を停止させる。
このように、参考例において、空調コントローラ３２は、吸熱器９の温度に基づいて圧縮機２の回転数を可変することで空調温度を制御しながら、チラー水温Ｔｗに基づいてチラー膨張弁７３の開閉を繰り返して冷媒－熱媒体熱交換器６４への冷媒の流入量を調整することで、バッテリ５５の温度を制御している。
図５は、参考例に係る車両用空調装置において、圧縮機２の回転数、吸熱器温度Ｔｅ、チラー水温Ｔｗ、チラー膨張弁７３、及び室内膨張弁８の動作を示すタイミングチャートである。
図５に示すように、通常の冷房運転（バッテリ冷却なし）を行っている状態において、バッテリ５５の発熱により徐々にチラー水温Ｔｗが上昇し、時刻Ｔ１で、目標チラー水温ＴＷＯに対して設定された上限値（チラー膨張弁を開くべき温度）に到達する。このとき、空調コントローラ３２は、空調とバッテリ冷却を同時に行うために通常の冷房運転モードから、空調優先モードに切り替えて、チラー膨張弁７３を開状態とする。
これにより、冷媒－熱媒体熱交換器６４に冷媒が流入することでチラー水温Ｔｗが低下するが、一方で、吸熱器９に流入する冷媒量が減少するため吸熱器温度Ｔｅが上昇しはじめる。そこで、空調コントローラ３２は、吸熱器温度Ｔｅが目標吸熱器温度ＴＥＯとなるような圧縮機２の回転数ＴＧＮＣｃを図３の制御ブロックに従って算出し、算出された回転数ＴＧＮＣｃで圧縮機２を駆動する。
時刻Ｔ２～Ｔ３において、吸熱器温度Ｔｅが目標吸熱器温度ＴＥＯに近づいていくと、吸熱器９の負荷の低下に伴って、吸熱器９で必要とされる冷却能力が低下していくので圧縮機２の回転数も徐々に低下していく。これにより、冷媒－熱媒体熱交換器６４に流入する冷媒の流入量が減少するため、チラー水温Ｔｗが再び上昇してしまう。このままチラー水温Ｔｗが上昇し続け、時刻Ｔ４に至るとチラー水温Ｔｗは運転者等に報知すべき温度（例えば、４５℃）を超えてしまう。
このように、参考例では、吸熱器９側の負荷が低い、すなわち、要求冷却能力が低い時には、圧縮機２の回転数が低下するため、冷媒－熱媒体熱交換器６４側へ流入する冷媒の量も減少し、冷媒－熱媒体熱交換器６４側の温度が上昇する。このため、チラー水温Ｔｗがバッテリ５５のアラーム温度（Ｅｘ．ＴＷ＞４５℃）まで上昇してしまう状況が生じる虞があり、バッテリ５５の過剰な発熱によりバッテリ５５が劣化する要因となり得る。
（本実施形態空調優先モードによる冷房運転時の制御）
そこで、本実施形態においては、空調優先モードによる冷房運転時であっても、バッテリ５５を十分に冷却するために、空調コントローラ３２が、被温調対象であるバッテリ５５の温度に応じて、目標吸熱器温度ＴＥＯを目標吸熱器温度補正値ＴＥＯ２に補正する。そして、この目標吸熱器温度補正値ＴＥＯ２を目標として圧縮機２の回転数を算出し、制御する。
以下、空調コントローラ３２による、目標吸熱器温度補正値ＴＥＯ２の算出、目標吸熱器温度補正値ＴＥＯ２に従った目標圧縮機回転数ＴＧＮＣｃの算出について説明する。なお、本実施形態においては、バッテリ５５の温度として、被温調対象の温度としてのチラー水温Ｔｗを検出する例について説明する。
空調コントローラ３２は、まず、目標吸熱器温度補正値ＴＥＯ２の算出に際し、目標吸熱器温度ＴＥＯからの下げ量ＴＥＯ＿ＰＣを算出する。
図６は、本実施形態に係る空調コントローラ３２における目標吸熱器温度ＴＥＯの下げ量ＴＥＯ＿ＰＣを算出する制御ブロック図である。図６に示すように、空調コントローラ３２は、チラー水温Ｔｗが予め設定された目標チラー水温（目標被温調対象温度）ＴＷＯとなるように、チラー水温Ｔｗと目標チラー水温ＴＷＯとの差分に基づいて吸熱器温度ＴＥＯの下げ量ＴＥＯ＿ＰＣを算出する。
空調コントローラ３２におけるＴＥＯ操作量演算部２２３では、チラー水温Ｔｗ、目標チラー水温ＴＷＯ、及び予め定めた制御ゲインである定数Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３が入力され、これらに基づいてＰＩＤ（比例積分微分）演算、又はＰＩ（比例積分）演算により吸熱器温度の下げ量に関する操作量が算出される。そして、操作量に対して、前回の下げ量ＴＥＯ＿ＰＣがＦ／Ｂ（フィードバック）操作量として加算され、リミット設定部２２４に入力される。
リミット設定部２２４では、制御上の下限下げ量と上限下げ量のリミットを付して下げ量ＴＥＯ＿ＰＣを決定する。例えば、目標吸熱器温度ＴＥＯを１０℃とし、目標吸熱器温度ＴＥＯの下限値を２．５℃とした場合、下げ量ＴＥＯ＿ＰＣの範囲は０℃～７．５℃となる。
図７は、空調コントローラ３２において目標吸熱器温度補正値ＴＥＯ２を算出する制御ブロック図であり、図７に示すように、空調コントローラ３２は、このようにして算出された下げ量ＴＥＯ＿ＰＣを、目標吸熱器温度ＴＥＯから減算することにより目標吸熱器温度補正値ＴＥＯ２を算出する。
図６及び図７に示すように、下げ量ＴＥＯ＿ＰＣは、直前の下げ量ＴＥＯ＿ＰＣを考慮して定まる値であり、目標吸熱器温度補正値ＴＥＯ２は、目標吸熱器温度ＴＥＯと下げ量ＴＥＯ＿ＰＣとの差分によって求められる。
図８は、本実施形態に係る空調コントローラ３２における目標圧縮機回転数ＴＧＮＣｃを算出する制御ブロック図である。図８に示すように、空調コントローラ３２は、吸熱器温度Ｔｅが目標吸熱器温度補正値ＴＥＯ２となるように、吸熱器温度Ｔｅと目標吸熱器温度補正値ＴＥＯ２との差分に基づいて目標圧縮機回転数ＴＧＮＣｃを算出する。
空調コントローラ３２におけるＴＧＮＣｃ操作量演算部２３３では、吸熱器温度Ｔｅ、目標吸熱器温度補正値ＴＥＯ２、及び予め定めた制御ゲインである定数Ｋ４，Ｋ５，Ｋ６が入力され、これらに基づいてＰＩＤ（比例積分微分）演算、又はＰＩ（比例積分）演算により圧縮機２の回転数に関する操作量が算出される。操作量に対して、目標圧縮機回転数ＴＧＮＣｃのＩ分項（積分要素）の前回値がＦ／Ｂ（フィードバック）操作量として加算され、リミット設定部２３４に入力される。また、ＴＧＮＣｃ操作量演算部２３３では、吸熱器温度Ｔｅと目標吸熱器温度補正値ＴＥＯ２との差分に定数Ｋ４を乗じた目標圧縮機回転数ＴＧＮＣｃのＰ分項（比例要素）が出力される。
リミット設定部２３４では、制御上の下限下げ量と上限下げ量のリミットを付して目標圧縮機回転数ＴＧＮＣｃのＩ分項を出力する。圧縮機回転数ＴＧＮＣｃのＩ分項に、目標圧縮機回転数ＴＧＮＣｃのＰ分項（比例要素）を加算することにより、目標圧縮機回転数ＴＧＮＣが算出される。
このように、空調コントローラ３２は、チラー水温Ｔｗに基づいて目標吸熱器温度ＴＥＯを目標吸熱器温度補正値ＴＥＯ２に補正し、目標吸熱器温度補正値ＴＥＯ２に基づく圧縮機回転数ＴＧＮＣｃを算出して制御している。
図９は、本実施形態に係る車両用空調装置において、圧縮機２の回転数、吸熱器温度Ｔｅ、チラー水温Ｔｗ、チラー膨張弁７３、及び室内膨張弁８の動作を示すタイミングチャートである。
図９に示すように、車両用空調装置１が、通常の冷房運転（バッテリ冷却なし）を行っている状態において、バッテリ５５の発熱により徐々にチラー水温Ｔｗが上昇し、目標チラー水温ＴＷＯに対して設定された上限値（チラー膨張弁を開くべき温度）に到達する（時刻Ｔ１）。このとき、空調コントローラ３２は、空調とバッテリ冷却を同時に行うために、通常の冷房運転から空調優先モードに切り替えて、チラー膨張弁７３を開状態とする。
これにより、吸熱器９を循環していた冷媒の一部が冷媒－熱媒体熱交換器６４に流入してチラー水温Ｔｗが低下する。一方で、吸熱器９に流入する冷媒量が減少するため吸熱器温度Ｔｅが上昇しはじめる。そこで、空調コントローラ３２は、吸熱器温度Ｔｅと目標吸熱器温度ＴＥＯとの差分に基づいて目標圧縮機回転数ＴＧＮＣｃを算出し、圧縮機２を目標圧縮機回転数ＴＧＮＣｃで駆動する。ここで、吸熱器温度Ｔｅが上昇しているので、目標吸熱器温度ＴＥＯと吸熱器温度Ｔｅとの差が大きいことから、目標圧縮機回転数ＴＧＮＣｃは高くなる。
時刻Ｔ２～Ｔ３において、吸熱器温度Ｔｅが目標吸熱器温度ＴＥＯに近づいていくと、吸熱器９の負荷の低下に伴って、吸熱器９で必要とされる冷却能力が低下していくので圧縮機２の回転数も徐々に低下していく。これにより、冷媒－熱媒体熱交換器６４に流入する冷媒の流入量が減少するため、チラー水温Ｔｗが再び上昇し、チラー目標水温ＴＷＯを超えてしまう（時刻Ｔ３）。
このとき、空調コントローラ３２は、図６及び図７に示した制御ブロック図に従って、目標吸熱器温度補正値ＴＥＯ２を算出する。時刻Ｔ３から時刻Ｔ４の間では、チラー水温Ｔｗが目標チラー水温ＴＷＯを超えているので、目標吸熱器温度補正値ＴＥＯ２が徐々に低下していく。
目標吸熱器温度補正値ＴＥＯ２の低下に伴って、吸熱器温度Ｔｅと目標吸熱器温度補正値ＴＥＯ２との差分は、吸熱器温度Ｔｅと目標吸熱器温度ＴＥＯとの差分よりも大きくなり、圧縮機２の目標圧縮機回転数ＴＧＮＣｃが上昇する。目標圧縮機回転数ＴＧＮＣｃが上昇するので、冷媒－熱媒体熱交換器６４に十分な冷媒が流入し、チラー水温Ｔｗが低下していく。チラー水温Ｔｗと目標チラー水温ＴＷＯとの差分が小さくなると、下げ量ＴＥＯ＿ＰＣが小さくなっていく。なお、目標吸熱器温度補正値ＴＥＯ２の下限値はＴＥＯ下限値（Ｅｘ．２．５℃）と等しい値とする。
時刻Ｔ４において、チラー水温Ｔｗと目標チラー水温ＴＷＯとが等しくなると、目標吸熱器温度補正値ＴＥＯ２が保持され、その結果、目標圧縮機回転数ＴＧＮＣｃも保持される。時刻Ｔ５において、チラー水温Ｔｗは目標チラー水温ＴＷＯを下回ると、目標吸熱器温度補正値ＴＥＯ２を上昇させていく。なお、目標吸熱器温度補正値ＴＥＯ２の上限値は目標吸熱器温度ＴＥＯとする。
目標吸熱器温度補正値ＴＥＯ２の上昇に伴って、吸熱器温度Ｔｅと目標吸熱器温度補正値ＴＥＯ２との差分が徐々に小さくなり、圧縮機２の目標圧縮機回転数ＴＧＮＣｃが低下する。目標圧縮機回転数ＴＧＮＣｃが低下するので、冷媒－熱媒体熱交換器６４に流入する冷媒量が減少し、チラー水温Ｔｗが徐々に上昇していく。チラー水温Ｔｗと目標チラー水温ＴＷＯとの差分が小さくなると、下げ量ＴＥＯ＿ＰＣが小さくなっていく。
図１０は、空調コントローラ３２による目標吸熱器温度補正値ＴＥＯ２及び目標圧縮機回転数ＴＧＮＣｃの算出処理に関するフローチャートである。
図１０に示すように、空調コントローラ３２は、チラー水温Ｔｗを一定の時間間隔で取得する（ステップＳ１１）。取得したチラー水温Ｔｗは予め保持されている目標チラー水温ＴＷＯと比較される（ステップＳ１２）。
チラー水温Ｔｗが目標チラー水温ＴＷＯよりも高い場合には、目標集熱器温度補正値ＴＥＯ２を低下させ、目標圧縮機回転数ＴＧＮＣｃを上昇させる（ステップＳ１２～ステップＳ１４）。
チラー水温Ｔｗが目標チラー水温ＴＷＯと等しい場合には、目標集熱器温度補正値ＴＥＯ２を保持する（ステップＳ１２、ステップＳ１５～ステップＳ１７）。
チラー水温Ｔｗが目標チラー水温ＴＷＯよりも低い場合には、目標集熱器温度補正値ＴＥＯ２を上昇させ、目標圧縮機回転数ＴＧＮＣｃを低下させる（ステップＳ１２、ステップＳ１８～ステップＳ１９）。
以上説明してきたように、本実施形態に係る車両用空調装置１によれば、空調コントローラ３２が、被温調対象であるバッテリ５５の温度に応じて、目標吸熱器温度ＴＥＯを目標吸熱器温度補正値ＴＥＯ２に補正する。そして、この目標吸熱器温度補正値ＴＥＯ２を目標として圧縮機２の回転数を制御する。特に、吸熱器９が目標吸熱器温度に到達して車室内が十分に冷房されている（吸熱器９側の要求冷却能力が低い）が、バッテリ５５の温度が目標温度よりも高い（バッテリ５５の要求冷却能力が高い）場合において、バッテリ５５を十分に冷却するために目標吸熱器温度補正値ＴＥＯ２を下げることで、圧縮機２の回転数を上昇させる。このようにすることで制御モードの切り替え等の煩雑な処理を行うことなく、車室内の空調（冷房）を維持しながら、冷媒－熱媒体熱交換器６４に十分な冷媒を流入させてバッテリ５５を冷却することができる。
なお、上述した実施形態において、被温調対象の一例としてバッテリについて説明したが、被温調対象として、例えば、モータ、インバータ等の発熱機器についても本発明を適用することができる。 以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。
１：車両用空調装置，２：圧縮機，４：室内コンデンサ、６：室外膨張弁，７：室外熱交換器，８：室内膨張弁，９：吸熱器，３２：空調コントローラ（制御装置），４４：吸込温度センサ，５４：室外熱交換器温度センサ，５６：室外熱交換器圧力センサ，６１：機器温度調整回路，６３：第２循環ポンプ，６４：冷媒－熱媒体熱交換器，６５：モータユニット，７３：チラー膨張弁,７６：バッテリ温度センサ,７９：熱媒体温度センサ

Claims (6)

  1. 冷媒を圧縮する圧縮機、車室内に供給する空気から吸熱する吸熱器、被温調対象熱交換器、を含む冷媒回路と、
    前記冷媒回路と前記被温調対象熱交換器を介して接続され、車両に搭載される被温調対象の温度を前記被温調対象熱交換器により調整する機器温度調整回路と、
    前記冷媒回路及び前記機器温度調整回路を制御する制御装置を備え、
    前記制御装置は、
    前記車室内の空調を優先させる空調優先モードによって前記車室内の空調と前記被温調対象の冷却を同時に行う運転時において、
    前記被温調対象の温度に基づいて、前記吸熱器の目標吸熱器温度を目標吸熱器温度補正値に補正する、車両用空調装置。
  2. 前記制御装置は、前記被温調対象の温度が予め設定された目標被温調対象温度よりも高くなった場合に、前記目標吸熱器温度を低下させるように前記目標吸熱器温度補正値を算出する請求項１記載の車両用空調装置。
  3. 前記制御装置は、前記被温調対象の温度が予め設定された目標被温調対象温度よりも低くなった場合に、前記目標吸熱器温度を上昇させるように前記目標吸熱器温度補正値を算出する請求項１又は請求項２記載の車両用空調装置。
  4. 前記制御装置は、前記被温調対象の温度が予め設定された目標被温調対象温度と同じ温度に到達した場合に、前記目標吸熱器温度を保持する請求項１～請求項３の何れか１項記載の車両用空調装置。
  5. 前記被温調対象の温度は、前記被温調対象に設けられた被温調対象温度センサにより検出された前記被温調対象の温度、又は、前記機器温度調整回路に設けられた熱媒体温度センサにより検出された前記機器温度調整回路を循環する熱媒体の温度である、請求項１～請求項４の何れか１項記載の車両用空調装置。
  6. 前記制御装置は、
    前記目標吸熱器温度補正値と前記吸熱器の温度との差分に基づいて前記圧縮機の回転数を制御する請求項１～請求項５の何れか１項記載の車両用空調装置。
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