JP2024033772A - 電動車両用空調制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動車両の電費を向上させることができる電動車両用空調制御装置を提供すること。【解決手段】電動車両用空調制御装置は、空調装置２０の暖房回路２１中に配設された水温センサ２５と、ＰＴＣヒータ２２と、空調操作部２７と、空調ファン２６と、外気温センサ２８と、ＰＴＣヒータ２２及び空調ファン２６を制御するＶＣＵ３０と、を備え、ＶＣＵ３０は、空調操作部２７による暖房設定に応じて、ＥＣＯモードと一般運転モードとを含む暖房制御モードを選択可能であり、外気温度及び水温に応じてＰＴＣヒータ制御のデューティ比が定められた制御マップをＥＣＯモード及び一般運転モード毎に有しており、ＥＣＯモードが選択された場合にＥＣＯモードの制御マップに応じてＰＴＣヒータ２２を制御するとともに、水温センサ２５により検出された水温が所定温度未満となると空調ファン２６の送風量を抑制する。【選択図】図１

Description

本発明は電動車両用空調制御装置に関する。

自動車の空調装置（いわゆるカーエアコン）において暖房としてＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）ヒータを用いることが知られている（特許文献１参照）。

特開２００７－２８３７９０号公報

内燃機関のような熱源を備える自動車であれば内燃機関の冷却水を暖房に利用することができるが、近年、環境負荷低減の観点から、電動モータによって駆動する電動車両が普及してきている。電動車両の場合、電動モータや駆動用バッテリを冷却する冷却水を暖房に利用することもできるが、冷却水を循環させる回路構成が複雑化するという問題がある。電動車両における主たる熱源としてはＰＴＣヒータが利用しやすいが、ＰＴＣヒータは駆動用バッテリを電源とするため、ＰＴＣヒータの作動時間が増えれば、駆動用バッテリの電力消費が大きくなる。

電動車両は、駆動用バッテリの消費を抑えることが走行距離を延ばす（つまり電費を良くする）ため特に重要となる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電動車両の電費を向上させることができる電動車両用空調制御装置を提供するものである。

本発明は前述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様又は適用例として実現することができる。

本適用例に係る電動車両用空調制御装置は、電動車両の空調装置を制御する電動車両用空調制御装置であって、前記空調装置の暖房回路中に配設され、前記暖房回路を循環する伝熱媒体の温度を検出する媒体温度センサと、前記空調装置の前記暖房回路中に配設され、前記伝熱媒体を加熱可能なＰＴＣヒータと、暖房に関する設定操作が可能な空調操作部と、前記空調操作部により設定された暖房設定に応じて車室内へ送風を行う送風部と、外気温度を検出する外気温センサと、前記ＰＴＣヒータ及び前記送風部を制御する空調制御部と、を備え、前記空調制御部は、前記空調操作部による暖房設定に応じて、少なくとも電力消費量抑制モードと一般運転モードとを含む暖房制御モードを選択可能であり、前記外気温度及び伝熱媒体の温度の少なくともいずれか一方に応じてＰＴＣヒータ制御のデューティ比が定められた制御マップを、少なくとも前記電力消費量抑制モード及び一般運転モード毎に有しており、前記電力消費量抑制モードが選択された場合に前記電力消費量抑制モードの制御マップに応じて前記ＰＴＣヒータを制御するとともに、前記媒体温度センサにより検出された前記伝熱媒体の温度が所定温度未満となると前記送風部による送風量を抑制する、ことを特徴とする。

このように本適用例に係る電動車両用空調制御装置では、空調制御部が一般運転モードよりもＰＴＣヒータによる電力消費を抑制した制御マップからなる電力消費量抑制モードを有し、空調操作部での暖房設定に応じて電力消費量抑制モードを実行することで、ＰＴＣヒータの消費電力を効率よく抑制することができる。また、空調制御部は、伝熱媒体温度が所定温度未満となると送風部による送風量を抑制することで、伝熱媒体温度の低下を抑え、ＰＴＣヒータの負荷を下げ、且つ送風による車内の乗員への体感温度の低下も抑えることで暖房効果も確保することができる。

以上のことから、本適用例に係る電動車両用空調制御装置によれば、ＰＴＣヒータを効率的に制御することができ、電動車両の電費を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る電動車両用空調制御装置を備えた電動車両の概略構成図である。 ＶＣＵが有する暖房制御モード毎の制御マップ例（ａ）～（ｄ）である。 ＶＣＵによる暖房制御実行時のファン電圧の推移の一例を示すタイムチャートである。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づき説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る電動車両用空調制御装置を適用した車両の概略構成図である。図１に示す車両１０は、例えば電動トラック等の電動車両であり、動力源として走行用モータ１１（以下モータ１１という）が搭載されている。モータ１１の出力軸は減速装置及び差動装置から構成される動力伝達部１２及び駆動軸１３を介して左右の駆動輪１４に接続される。また、モータ１１は、インバータ１５及び図示しない充放電回路等を介して駆動用バッテリ１６に接続されている。駆動用バッテリ１６に蓄えられた直流電力はインバータ１５により交流電力に変換されてモータ１１に供給され、モータ１１が発生させた駆動力は駆動輪１４に伝達されて車両１０を走行させる。

駆動用バッテリ１６は、例えばリチウムイオン電池からなり、車両１０を駆動するモータ１１の他、本実施形態においては後述するＰＴＣヒータ２２などの他の電気機器にも電力供給が可能な比較的高電圧大容量の二次電池である。

車両１０は、また、駆動用バッテリ１６とは別に、システム電源やＶＣＵ（車両制御ユニット：Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）、車内の各種電装品等に電力を供給するための図示しない補機バッテリも備える。補機バッテリは、例えば、鉛蓄電池やリチウムイオン電池からなり、駆動用バッテリ１６よりも低電圧小容量の二次電池である。本実施形態において、補機バッテリは、後述する空調装置の電動ポンプ２３、空調ファン２６に電力を供給する。

車両１０は、車室（キャブ）内の空調を行う空調装置２０を備えている。空調装置２０は冷房機能及び暖房機能を有する。冷房機能については公知の構成でよく、説明を省略する。本実施形態では空調装置２０における暖房機能に関する構成について説明する。

本実施形態の空調装置２０は、車両１０の車室内の空気又は外気を導入し、加熱した水（温水）により暖房するいわゆる温水ヒータ方式の暖房機能を有する。

詳しくは、空調装置２０は、伝熱媒体である水が循環する暖房回路２１を有している。暖房回路２１には、ＰＴＣヒータ２２、電動ポンプ２３、ヒータコア２４、水温センサ２５（媒体温度センサ）が設けられている。

ＰＴＣヒータ２２は、所定の抵抗値を有するＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子であり、駆動用バッテリ１６から供給される電力により作動する。具体的には、ＰＴＣヒータ２２は、暖房回路２１を循環する水と熱交換可能に構成されており、通電されると発熱して暖房用の熱源として機能する。ＰＴＣヒータ２２は、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）回路を有し、後述するＶＣＵ３０からのＰＷＭ信号のデューティ比に応じて出力が調整される。

電動ポンプ２３は、水が暖房回路２１内を循環するよう、水を圧送するポンプである。

ヒータコア２４は、暖房回路２１を循環する水と外部の空気とを熱交換させる熱交換器である。ヒータコア２４の空気流上流側に空調ファン２６が設けられている。空調ファン２６は羽根を回転駆動させることでヒータコア２４を介して車室内に空気を送る送風部である。

水温センサ２５は、暖房回路２１を循環する水の温度（以下、水温という）を検出する温度センサである。本実施形態では、水温センサ２５は暖房回路においてＰＴＣヒータ２２の下流側、ヒータコア２４の上流側に設けられている。つまり、水温センサ２５は、ＰＴＣヒータ２２により加熱された直後の水の温度、ヒータコア２４に送られる前の水の温度を検出する。

また、車両１０には、空調装置２０に対する設定操作を行う空調操作部２７が設けられている。空調操作部２７は、例えばインストルメントパネルに設けられた温調ダイヤルであり、運転者等の乗員の操作により目標温度に相当する車室内温度等の暖房に関する設定（暖房設定）が可能である。また、空調操作部２７は、冷暖房機能の作動又は非作動を操作する機能が含まれてもよい。

さらに、車両１０には、車両１０外部の温度（以下、外気温という）を検出する外気温センサ２８が設けられている。

上述のＰＴＣヒータ２２、水温センサ２５、空調ファン２６、空調操作部２７、外気温センサ２８は、車両１０に搭載されたＶＣＵ３０と電気的に接続されている。ＶＣＵ３０はＣＰＵ等の演算処理装置、メモリ等の記憶装置を備えたコンピュータであり、各種装置の制御が可能である。

ＶＣＵ３０は空調装置２０に対する暖房制御として、空調操作部２７により設定された車室内温度、水温センサ２５により検出された水温、外気温センサ２８により検出された外気温に応じて、ＰＴＣヒータ２２及び空調ファン２６を制御する。

詳しくは、ＶＣＵ３０は、空調操作部２７における操作に応じて、電力消費量抑制モード（以下、ＥＣＯモードという）と、一般運転モードとを含む暖房制御モードを選択可能である。ＥＣＯモードは一般運転モードよりも電力消費が抑制された暖房制御モードである。一般運転モードとして、本実施形態では、ＰＴＣヒータ出力（暖房能力）が低いＬｏｗモード、ＰＴＣヒータ出力が中程度のＭｉｄモード、ＰＴＣヒータ出力が高いＨｉモード、の３つの暖房制御モードが設定されている。

ＶＣＵ３０は、各暖房制御モードに応じてＰＴＣヒータ２２のＰＷＭ制御のデューティ比が定められた制御マップを有している。各制御マップは、外気温及び水温に応じてデューティ比が設定されている。また、各制御マップは空調操作部２７により設定される車室内温度に応じて設定されている。

図２（ａ）～（ｄ）には各暖房制御モードの制御マップ例が示されている。図２（ａ）～（ｄ）に示す制御マップは、空調操作部２７により設定されている車室内温度の制御マップであり、横軸を外気温、縦軸を水温とし、それぞれ所定の温度範囲ごとにデューティ比が設定されている。本実施形態では設定されるデューティ比を１００％、高デューティ比（例えば９０～６０％内の所定値）、中デューティ比（例えば６０～３０％内の所定値）、低デューティ比（１０～３０％内の所定値）、０％（ＰＴＣヒータ非作動）の５段階で設定している。

いずれの制御マップも全体としては外気温が高くなるほど、及び、水温が高くなるほど、デューティ比が低くなる傾向に設定されているが、ＥＣＯモード用の制御マップは一般運転モード（Ｌｏｗモード、Ｍｉｄモード、Ｈｉモード）用の制御マップに比べて、電力消費量を抑えるために全般的に一般運転モードよりも低いデューティ比に設定されている。

具体的には、図２（ａ）にＥＣＯモード用の制御マップが示されている。同図に示すようにＥＣＯモードでは、いずれの温度範囲にもデューティ比１００％は設定されていない。ＥＣＯモードでは高デューティ比が設定されているのは外気温が－２０℃未満、水温が１０℃未満の範囲のみである。ＥＣＯモードでは外気温が２０℃以上、又は外気温が－１０℃以上２０℃未満且つ水温が２０℃以上である範囲ではデューティ比０％に設定されている。

図２（ｂ）にＬｏｗモード用の制御マップ、図２（ｃ）にＭｉｄモード用の制御マップ、図２（ｄ）にＨｉモード用の制御マップがそれぞれ示されている。これらの制御マップは、ＬｏｗモードからＨｉモードに向かうにつれて、各温度範囲において設定されるデューティ比が同じ又はより高いデューティ比に設定されている。

ＶＣＵ３０は、空調操作部２７により設定された車室温度に応じて暖房制御モードを選択する。例えば、設定された車室温度が第１温度範囲（例えば２０℃以上２３℃未満）である場合はＥＣＯモード、第１温度範囲より高い第２温度範囲（例えば２３℃以上２６℃未満）である場合はＬｏｗモード、第２温度範囲より高い第３温度範囲（例えば２６℃以上３０℃未満）である場合はＭｉｄモード、第３温度範囲より高い第４温度範囲（例えば３０℃以上である場合）はＨｉモードを選択する。

また、ＶＣＵ３０は、水温センサ２５により検出される水温Ｔｗに応じて空調ファン２６の送風量制御を行う。詳しくは、ＶＣＵ３０は、空調ファン２６の出力電圧（以下ファン電圧Ｖｆという）を調整することで送風量を制御する。つまり、ファン電圧Ｖｆを上げると羽根の回転数が増加して送風量が増え、ファン電圧Ｖｆを下げると羽根の回転数が低下して送風量が下がる。

具体的な送風量制御として、ＶＣＵ３０は、水温Ｔｗが第１所定温度Ｔｗ１未満（例えば４０℃）ではファン電圧Ｖｆを第１ファン電圧Ｖｆ１（例えば４Ｖ）とし、水温Ｔｗが第１所定温度Ｔｗ１以上となると第１増加率ΔＶｉ１（例えば０．０３Ｖ／秒）でファン電圧Ｖｆを増加させ、水温Ｔｗが第２所定温度Ｔｗ２（例えば６０℃）以上となると第１増加率ΔＶｉ１よりも高い第２増加率ΔＶｉ２（例えば０．２０Ｖ／秒）でファン電圧Ｖｆを増加させる。なお、ファン電圧Ｖｆには上限電圧Ｖｍａｘ（例えば１２Ｖ）が設定されている。

さらに、ＶＣＵ３０は、水温Ｔｗが第１所定温度Ｔｗ１を超えた後、例えばヒータコア２４での空気との熱交換が促進され、水温Ｔｗがファン抑制温度Ｔdown（例えば４０℃）にまで低下した場合（Ｔｗ＜Ｔdown）には、ファン電圧Ｖｆを抑制するファン出力抑制制御を実行する。ファン出力抑制制御は、具体的には、第２増加率ΔＶｉ２の絶対値よりも大きな所定の低下率ΔＶdown（例えば－０．２５Ｖ／秒）でファン電圧Ｖｆを所定のファン抑制出力Ｖdown（例えば４Ｖ）まで低下させる。

このようにしてＶＣＵ３０は、ＥＣＯモードを含む暖房制御モードごとにＰＴＣヒータ２２のデューティ比を定めた制御マップに基づきＰＴＣヒータ２２を制御するとともに、水温Ｔｗに応じた空調ファン２６の送風量制御を行う。

図３には本実施形態のＶＣＵ３０による暖房制御実行時のファン電圧の推移の一例を示すタイムチャートが示されており、以下同図に基づき本実施形態の電動車両用空調制御装置の作用及び効果について説明する。

まず図３では、空調操作部２７により車室内温度が第１温度範囲内に設定されており、ＶＣＵ３０はＥＣＯモードの制御マップに応じてＰＴＣヒータ２２を制御する。

そして、同図に示すｔ０時点からＶＣＵ３０による暖房制御が開始される。このときＶＣＵ３０は空調ファン２６のファン電圧Ｖｆを第１ファン電圧Ｖｆ１に制御する。

ｔ１時点にて水温センサ２５により検出される水温Ｔｗが第１所定温度Ｔｗ１に達すると、ＶＣＵ３０は空調ファン２６のファン電圧Ｖｆを第１ファン電圧Ｖｆ１から第１増加率ΔＶｉ１で増加させ、送風量を増加させていく。

ｔ２時点にて水温Ｔｗが第２所定温度Ｔｗ２にまで十分に加熱されると、ＶＣＵ３０は、空調ファン２６のファン電圧Ｖｆの増加率を第１増加率ΔＶｉ１から第２増加率ΔＶｉ２に増加させ、さらに送風量を増加させていく。

一方、例えば送風量を上げたことで水温Ｔｗが低下し、ｔ３時点にて水温Ｔｗがファン抑制温度Ｔdownにまで低下すると、ＶＣＵ３０は、所定のファン抑制率ΔＶdwonで空調ファン２６のファン電圧Ｖｆを低下させ、送風量を抑制する。

そして、ｔ４時点にて空調ファン２６のファン電圧Ｖｆがファン抑制出力Ｖdown（本実施形態では第１ファン電圧Ｖｆ１と同じ）まで低下すると、ファン電圧Ｖｆを当該所定のファン抑制出力Ｖdownで維持する。これ以降は、例えば再び水温Ｔｗが第１所定温度Ｔｗ１まで上昇したら第１増加率ΔＶｉ１でファン電圧Ｖｆを上昇させてもよい。

このように暖房制御を行うＶＣＵ３０は、一般運転モードよりもＰＴＣヒータ２２による電力消費を抑制した制御マップからなるＥＣＯモードを有し、空調操作部２７で設定された車室温度に応じてＥＣＯモードを実行することで、ＰＴＣヒータ２２の消費電力を効率よく抑制することができる。また、ＶＣＵ３０は、暖房回路２１を循環する水の温度（水温Ｔｗ）がファン抑制温度Ｔdown未満となると空調ファン２６の送風量を抑制する。これにより、ヒータコア２４での水温の低下を抑えてＰＴＣヒータ２２の負荷を下げ、且つ送風による車内の乗員への体感温度の低下も抑えることで暖房効果も確保することができる。

以上のことから、本実施形態に係る電動車両用空調制御装置によれば、ＰＴＣヒータ２２を効率的に制御することができ、電動車両の電費を向上させることができる。

以上で本発明に係る電動車両用空調制御装置の実施形態についての説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。

上記実施形態では、空調操作部２７を温調ダイヤルとしたが、空調操作部の具体的な構成はこれに限られるものではない。例えばレバー式やスイッチ式の温度設定手段であってもよい。

また、上記実施形態では、ＶＣＵ３０は空調操作部２７により設定された車室温度に応じて暖房制御モードを選択しているが、暖房制御モードの選択はこれに限られるものではない。例えば、ＥＣＯモードについては、専用のスイッチ（暖房ＥＣＯモードスイッチ）を設け、当該スイッチがＯＮ状態であるときには空調操作部により設定される車室温度に関わらずＥＣＯモードを選択するようにしてもよい。なお、暖房ＥＣＯモードスイッチは、車両の駆動用モータに対する運転ＥＣＯモードと兼用であってもよく、運転ＥＣＯモード時は暖房ＥＣＯモードを実行するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、各暖房制御モードにおける制御マップは、外気温且つ水温に応じてＰＴＣヒータのデューティ比が設定されているが、外気温及び水温のいずれか一方のみに応じてＰＴＣヒータのデューティ比を設定してもよい。

また、上記実施形態では、図３を用いてＥＣＯモード時における空調ファン２６の送風量制御を説明したが、一般運転モード時においても同様の空調ファン２６の送風量制御を行ってもよいし、空調ファン２６の送風量制御のうちファン出力抑制制御については特にＥＣＯモード時に限定して行うようにしてもよい。

１０ ：車両
１１ ：モータ
１２ ：動力伝達部
１３ ：駆動軸
１４ ：駆動輪
１５ ：インバータ
１６ ：駆動用バッテリ
２０ ：空調装置
２１ ：暖房回路
２２ ：ＰＴＣヒータ
２３ ：電動ポンプ
２４ ：ヒータコア
２５ ：水温センサ（伝熱媒体温度センサ）
２６ ：空調ファン
２７ ：空調操作部
２８ ：外気温センサ
３０ ：ＶＣＵ（空調制御部）

Claims (1)

1. 電動車両の空調装置を制御する電動車両用空調制御装置であって、
   前記空調装置の暖房回路中に配設され、前記暖房回路を循環する伝熱媒体の温度を検出する媒体温度センサと、
   前記空調装置の前記暖房回路中に配設され、前記伝熱媒体を加熱可能なＰＴＣヒータと、
   暖房に関する設定操作が可能な空調操作部と、
   前記空調操作部により設定された暖房設定に応じて車室内へ送風を行う送風部と、
   外気温度を検出する外気温センサと、
   前記ＰＴＣヒータ及び前記送風部を制御する空調制御部と、
   を備え、
   前記空調制御部は、
   前記空調操作部による暖房設定に応じて、少なくとも電力消費量抑制モードと一般運転モードとを含む暖房制御モードを選択可能であり、
   前記外気温度及び前記伝熱媒体の温度の少なくともいずれか一方に応じてＰＴＣヒータ制御のデューティ比が定められた制御マップとして、前記一般運転モード用の制御マップと、当該一般運転モードよりも電力消費量が抑制された電力消費量抑制モード用の制御マップとを有しており、
   前記電力消費量抑制モードが選択された場合に前記電力消費量抑制モードの制御マップに応じて前記ＰＴＣヒータを制御するとともに、前記媒体温度センサにより検出された前記伝熱媒体の温度が所定温度未満となると前記送風部による送風量を抑制する、
   ことを特徴とする、電動車両用空調制御装置。
   

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