JP2803250B2 - 電気自動車用エアコンディショナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は車両用エアコンディショナに係り、特に、電
気自動車に採用するに適したエアコンディショナに関す
る。

（従来技術） 従来、例えば、電気自動車用ヒートポンプ式エアコン
ディショナにおいては、電気自動車の車室内の設定温度
と現実の温度との差に応じて車室内の空気調和制御を行
うようにしたものがある。

（発明が解決しようとする課題） ところで、このような構成において、その空気調和制
御能力を更に高めるにあたっては、エアコンディショナ
に採用されるコンプレッサのモータへの入力電源周波数
を変化させることによって、コンプレッサの回転数を変
化させることが要請される。これに対しては、例えば、
特開昭57−67735号公報に示すようなヒートポンプ式エ
アコンディショナを電気自動車に採用し、車室内の設定
温度と現実の温度との差に応じコンプレッサのモータへ
の入力電源周波数を変化させることによってコンプレッ
サの回転数を変化させるようにすることも考えられる。

然るに、このようなエアコンディショナの電源は、通
常、商用電源であるため、電源電圧の大幅な変動は原則
として生じ得ない。しかし、電気自動車用エアコンディ
ショナの電源は、バッテリであるため、このバッテリの
直流電圧は、第８図に示すごとく、放電時間の経過に伴
い低下してゆく。従って、エアコンデショナの負荷に相
応する周波数でコンプレッサを回転させようとしても、
当該周波数に相応した直流電圧をバッテリから常時確保
することができず、その結果、コンプレッサの効率のよ
い安定した駆動が実現され得ないという不都合が生じ
る。

そこで、本発明は、以上のようなことに対処すべく、
電気自動車用エアコンデショナにおいて、その直流電源
の電源電圧の変動を検出し、コンプレッサの回転数の適
正な可変制御を通じて車室内の空気調和制御を行うよう
にしようとするものである。

（課題を解決するための手段） かかる課題の解決にあたり、本発明の構成は、第１図
にて例示するごとく、電気自動車に装備した交流モータ
Mcにより駆動されるコンプレッサ1aの作動に応じ冷媒を
循環させる冷媒循環系統１と、直流電圧を生じる直流電
源２と、電気自動車の車室内の現実の温度を検出する温
度検出手段３と、前記直流電圧を検出する電圧検出手段
４と、前記検出温度の所望の設定温度に対する温度差と
交流モータMcの駆動に必要な第１設定周波数との関係を
表す第１データに基づき前記温度差に応じ前記第１設定
周波数を決定する第１周波数手段５と、前記検出電圧と
交流モータMcの駆動が可能な第２設定周波数との関係を
表す第２データに基づき前記検出電圧に応じ前記第２設
定周波数を決定する第２周波数決定手段６と、前記第１
および第２の決定周波数を比較し小さい方を交流モータ
Mcの駆動周波数と決定する駆動周波数決定手段７と、前
記直流電圧を前記決定駆動周波数を有する交流信号に変
換し交流モータMcにこれを駆動すべく付与する変換手段
８とを設けるようにしたことにある。

（作用） このように本発明を構成したことにより、第１周波数
決定手段５が前記第１データに基づき温度検出手段３の
検出温度の前記設定温度に対する温度差に応じ前記第１
設定周波数を決定し、第２周波数決定手段６が前記第２
データに基づき電圧検出手段４の検出電圧に応じ前記第
２設定周波数を決定し、駆動周波数決定手段７が前記第
１および第２の決定周波数のうちの小さい方を交流モー
タMcの駆動周波数と決定し、かつ変換手段８が、前記直
流電圧を前記決定駆動周波数をもつ交流信号に変換し交
流モータMcに付与する。

（効果） したがって、直流電源２の直流電圧が低下しても、こ
の低下電圧との関連で前記第２データから決まる第２設
定周波数と、前記温度差との関連で前記第１データから
決まる第１設定周波数との双方のうち、小さい方を常に
前記駆動周波数と決定し、この駆動周波数をもつ前記交
流信号を交流モータMcに付与することとなり、その結
果、前記直流電圧の低下あるいは前記温度差に見合う周
波数の入力エネルギーでもって交流モータMcを駆動でき
る。換言すれば、交流モータMc、即ちコンプレッサ1a
が、前記直流電圧の低下時にも、常に適正な周波数の入
力エネルギーで常に安定状態にて効率よく運転され得
る。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面により説明すると、第
２図は、電気自動車用ヒートポンプ式エアコンディショ
ナに本発明が適用された例を示しており、このヒートポ
ンプ式エアコンディショナは、冷凍サイクルＲにヒート
ポンプサイクルＨを付加し、これら両サイクルの協働作
用に伴う空調制御機構の制御作動に応じて電気自動車の
車室内の温度を調整するようになっている。但し、冷凍
サイクルＲには、冷媒圧縮用コンプレッサに同軸的に付
設した交流モータMc、及び冷媒凝縮用コンデンサを空冷
するファンに同軸的に付設した直流モータMfが設けられ
ている。また、ヒートポンプサイクルＨには、冷暖房切
換用四方電磁弁Vhが設けられている。

次に、エアコンディショナの電気回路構成について説
明すると、電圧変換器10は、バッテリＢから操作スイッ
チSWを介し直流電圧＋Vbを付与されて、この直流電圧＋
Vbを制御電圧（例えば、12（Ｖ））に変換する。電圧セ
ンサ20は、操作スイッチSWを介するバッテリＢからの直
流電圧＋Vbを検出し電圧検出信号として発生する。温度
設定器30は、当該電気自動車の車室内の所望の温度を設
定し設定温信号として発生する。内気温センサ40は、前
記車室内の現実の温度を検出し内気温検出信号として発
生する。Ａ−Ｄ変換器50は、電圧センサ20からの電圧検
出信号、温度設定器30からの設定温信号、及び内気温セ
ンサ40からの内気温検出信号をディジタル変換しディジ
タル電圧信号、ディジタル設定温信号及びディジタル内
気温信号として発生する。

マイクロコンピュータ60は、そのROMに予め記憶した
コンピュータプログラムを、第３図に示すフローチャー
トに従い、Ａ−Ｄ変換器50との協働により実行し、この
実行中において、交流モータMcに接続した周波数変換器
70、直流モータMfに接続した駆動回路80、及び四方電磁
弁Vhに接続した駆動回路90の制御に必要な演算処理をす
る。但し、マイクロコンピュータ60は、電圧変換器10か
らの制御電圧に基づき定電圧を発生する定電圧回路を内
蔵し、この定電圧回路からの定電圧に応じ作動状態にお
かれる。

周波数変換器70は、マイクロコンピュータ60による制
御のもとに、操作スイッチSWを介するバッテリＢからの
直流電圧＋Vbを交流電圧に変換する。かかる場合、周波
数変換器70から応じる交流電圧は、第４図に示す特性曲
線ｌにより特性される周波数ｆ（Hz）及び実効値Veff
（ｖ）を有する。但し、特性曲線ｌは、交流モータMcの
適性入力状態を考慮して定められている。また、周波数
変換器70からの交流電圧の最大実効値とバッテリＢから
の直流電圧＋Vbとの関係は、第５図に示す特性直線ｍに
より特定される。

交流モータMcは周波数変換器70から交流電圧を受けそ
の実効値Veff及び周波数ｆに応じて駆動される。直流モ
ータMfは、マイクロコンピュータ60による制御のもとに
駆動回路80により駆動される。四方電磁弁Vhはマイクロ
コンピュータ60による制御のもとに駆動回路90により駆
動される。

以上のように構成した本実施例において、操作スイッ
チSWの閉成のもとに当該電気自動車を走行状態におくも
のとする。また、電圧変換器10がバッテリＢから操作ス
イッチSWを通し直流電圧＋Vbを受けて制御電圧を発生
し、マイクロコンピュータ60が、同制御電圧に応じ作動
状態となり第３図のフローチャートに従いコンピュータ
プログラムの実行をステップ100にて開始し、電圧セン
サ20が操作スイッチSWを介するバッテリＢからの直流電
圧＋Vbに基づき電圧検出信号を発生し、温度設定器30が
その設定により設定温信号を発生し、内気温センサ40が
前記車室内の現実の温度を内気温検出信号として発生
し、かつＡ−Ｄ変換器50が、電圧センサ20からの電圧検
出信号、温度設定器30からの設定温信号及び内気温セン
サ40からの内気温検出信号をディジタル電圧信号、ディ
ジタル設定温信号及びディジタル内気温信号として発生
する。

上述のようなステップ100における実行開始後、マイ
クロコンピュータ60がステップ110にて初期化の処理を
し、ステップ120にて、Ａ−Ｄ変換器50からのディジタ
ル内気温信号の値（以下、内気温Tinという）とＡ−Ｄ
変換器50からのディジタル設定温信号の値（以下、設定
温Tsという）との差を演算し温度差ΔＴとセットして、
コンピュータプログラムをステップ130に進める。しか
して、このステップ130においては、マイクロコンピュ
ータ60が、温度差ゾーンＺと温度差ΔＴとの関係を表す
特性曲線ｎ（第６図参照）でもって与えられるＺ−ΔＴ
データに基づきステップ120における温度差ΔＴに応じ
温度差ゾーンＺ＝Ｚ₁、Ｚ₂、・・・、又はＺ₆を決定
し、かつ設定周波数Ｆ（ΔＴ）と温度ゾーンＺとの関係
を表すＦ（ΔＴ）−Ｚデータ（表−１参照）に基づき決
定温度差ゾーンＺに応じ設定周波数Ｆ（ΔＴ）を決定す
る。

但し、Ｚ−ΔＴデータ及びＦ（ΔＴ）−Ｚデータは、
温度差ΔＴとの関連で、交流モータMc、即ち、前記コン
プレッサの最適な駆動状態を確保するために定められた
もので、これら両データはマイクロコンピュータ60のRO
Mに予め記憶されている。なお、設定周波数Ｆ（ΔＴ）
は、その属する温度差ゾーンＺにおける温度差ΔＴとの
関連で定められた交流モータMcへの交流電圧の周波数に
相当する。

ステップ130における演算処理後、マイクロコンピュ
ータ60が、ステップ140において、設定周波数Ｆ（Vb）
とバッテリＢの直流電圧＋Vbに相当するディジタル電圧
Vbとの関係を表わす特性曲線Ｐ（第７図参照）で与えら
れるＦ（Vb）−Vbデータに基きＡ−Ｄ変換器50からのデ
ィジタル電圧信号の値（以下、ディジタル電圧Vbとい
う）に応じ設定周波数Ｆ（Vb）を決定する。但し、Ｆ
（Vb）−Vbデータは、バッテリＢの直流電圧＋Vbとの関
連で、交流モータMc、即ち前記コンプレッサの最適な駆
動状態を確保するために定められたもので、このデータ
は、マイクロコンピュータ60のROMに予め記憶されてい
る。

ついで、マイクロコンピュータ60が、ステップ150に
て、ステップ140における設定周波数Ｆ（Vb）とステッ
プ130における設定周波数Ｆ（ΔＴ）との差を演算し周
波数差ΔＦとセットする。現段階においてΔＦ＝Ｆ（V
b）−Ｆ（ΔＴ）≧０ならば、マイクロコンピュータ60
が、次のステップ160にて「YES」と判別し、ステップ16
0aにて、周波数ｆ＝設定周波数Ｆ（ΔＴ）と決定する。
一方、ΔＦ＜０ならば、マイクロコンピュータ60がステ
ップ160にて「NO」と判別し、ステップ160bにて周波数
ｆ＝設定周波数Ｆ（Vb）と決定する。然る後、マイクロ
コンピュータ60が、ステップ170にて、ステップ160aに
おけるｆ＝Ｆ（ΔＴ）或いはステップ160bにおけるｆ＝
Ｆ（Vb）に応じ、特性曲線ｌ（第４図参照）により特定
されるｆ−Veffデータに基き実効値Veff決定し、かつｆ
＝Ｆ（ΔＴ）或いはＦ（Vb）なる周波数及び実効値Veff
を有する交流電圧を表わす第１出力信号を発生する。但
し、ｆ−Veffデータはマイクロコンピュータ60のROMに
予め記憶されている。また、ステップ170における演算
処理後、マイクロコンピュータ60が、ステップ180に
て、直流モータMfの駆動に必要な第２出力信号及び四方
電磁弁Vhの駆動に必要な第３出力信号を発生する。

上述のようにマイクロコンピュータ60から第１〜第３
の出力信号が生じると、周波数変換器70がマイクロコン
ピュータ60からの第１出力信号に基いてバッテリＢから
の直流電圧＋Vbに応じ周波数ｆ＝Ｆ（ΔＴ）或いはＦ
（Vb）にて実効値Veffを有する交流電圧を発生し交流モ
ータMcに付与する。このため、交流モータMcが、実効値
Veffで定まる出力でもって、ｆ＝Ｆ（ΔＴ）或いはＦ
（Vb）で定まる回転数にて駆動されて前記コンプレッサ
を同一回転数にて回転させる。これにより、冷凍サイク
ルＲにおける冷媒の循環が前記コンプレッサの回転数で
もって特定される。

例えば、バッテリＢの直流電圧＋Vbが、第８図に従っ
て、150（Ｖ）まで低下したときに温度差ΔＴが1.5
（℃）である場合、設定周波数Ｆ（Vb）が特性曲線ｐ
（第７図参照）に基きディジタル電圧Vb＝150（Ｖ）
（直流電圧＋Vb＝150（Ｖ）に相当）に応じて45（Hz）
と決定され、一方、設定周波数Ｆ（ΔＴ）が、特性曲線
ｎ（第６図参照）に基き温度差ΔＴ＝1.5（℃）との関
連で定まる温度差ゾーンＺ＝Z₁に応じ（表−１）のＦ
（ΔＴ）−Ｚデータから100（Hz）と決定される。この
ため、ΔＦ＝Ｆ（Vb）−Ｆ（ΔＴ）＝45（Hz）−100（H
z）＝−55（Hz）＜０となる。従って、交流モータMc、
即ち前記コンプレッサの回転数はｆ＝Ｆ（Vb）＝45（H
z）で特定されることとなる。このことは、前記コンプ
レッサがバッテリＢの交流電圧＋Vb＝150（Ｖ）に見合
う周波数で駆動されることを意味する。

また、バッテリＢの直流電圧＋Vbが、第８図に従っ
て、220（Ｖ）であるときに温度差ΔＴが1.5（℃）であ
る場合、設定周波数Ｆ（Vb）が特性曲線ｐに基きディジ
タル電圧Vb＝220（Ｖ）（直流電圧＋Vb＝220（Ｖ）に相
当）との関連にて無限大の値と決定され、一方、設定周
波数Ｆ（ΔＴ）が、特性曲線ｎに基き温度差ΔＴ＝1.5
（℃）との関連で定まる温度差ゾーンＺ＝Z₁に応じ、上
述と同様に100（Hz）と決定される。このため、ｆ＝Ｆ
（Vb）−Ｆ（ΔＴ）＞０となる。従って、交流モータM
c、即ち前記コンプレッサの回転数はｆ＝Ｆ（ΔＴ）＝1
00（Hz）で特定されるこことなる。このことは、前記コ
ンプレッサの回転数が温度差ΔＴ＝1.5（℃）という負
荷に見合う周波数で駆動されることを意味する。

即ち、以上のような周波数ｆの決定方法に従えば、バ
ッテリＢの直流電圧＋Vbが低い値のときこれに比例する
交流モータMcへの入力交流電圧に対し、高い周波数で交
流モータMc、即ち前記コンプレッサが駆動されるような
ことがなくなり、その結果、前記コンプレッサの運転状
態が安定的にかつ高効率でもって実現され得る。このこ
とは、バッテリＢの電力がその放電終了時期まで効率よ
く消費されることを意味する。なお、直流モータMfがマ
イクロコンピュータ60からの第２出力信号に応答して駆
動されて前記ファンの空冷作用をもたらす。また、四方
電磁弁Vhがマイクロコンピュータ60からの第３出力信号
に応答して駆動されて選択的に切換開成しヒートポンプ
サイクルＨによる冷房又は暖房の運転を促がす。

なお、本発明の実施にあたり、前記実施例にて述べた
特性曲線ｐ（第７図参照）に代えて、第７図に示す階段
状曲線ｑ（特性曲線ｐを階段状に修正したもの）を採用
して実施してもよく、かかる場合には、マイクロコンピ
ュータ60によるディジタル処理が、階段状曲線ｑに基
き、より一層容易になされ得る。

また、前記実施例においては、ステップ150において
ΔＦ＝Ｆ（Vb）−Ｆ（ΔＴ）を演算するようにしたが、
これに代えて、ΔFa＝Ｆ（ΔＴ）−Ｆ（Vb）を演算する
ようにし、かつステップ160における判別基準として、
ΔＦ≧０に代えて、ΔFa≦０を採用するようにしてもよ
い。

また、本発明の実施にあたり、ステップ150における
ΔＦ＝Ｆ（Vb）−Ｆ（ΔＴ）の演算に代えて、ΔFb＝Ｆ
（ΔＴ）/F（Vb）或いはΔFc＝Ｆ（Vb）/F（ΔＴ）を演
算するようにし、かつステップ160における判別基準Δ
Ｆ≧０に代えて、ΔFb≦１或いはΔFb≧１を採用するよ
うにしてもよい。

また、本発明の実施にあたっては、ヒートポンプ式エ
アコンディショナに限ることなく、電気自動車の各種の
エアコンディショナに本発明を適用して実施してもよ
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は特許請求の範囲の記載に対する対応図、第２図
は本発明の一実施例を示すブロック図、第３図は第２図
のマイクロコンピュータの作用を示すフローチャート、
第４図は、交流電圧の実効値Veffと周波数ｆとの関係示
すグラフ、第５図は交流電圧の最大実効値と直流電圧＋
Vbとの関係を示すグラフ、第６図は温度差ΔＴと温度差
ゾーンＺとの関係を示すグラフ、第７図はディジタル電
圧＋Vbと設定周波数Ｆ（Vb）との関係を示すグラフ、及
び第８図はバッテリＢの放電特性を示すグラフである。 符号の説明 20……電圧センサ、30……温度設定器、40……内気温セ
ンサ、60……マイクロコンピュータ、70……周波数変換
器、Ｂ……バッテリ、Mc……交流モータ、Ｒ……冷凍サ
イクル。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電気自動車に装備した交流モータにより駆
   動されるコンプレッサの作動に応じ冷媒を循環させる冷
   媒循環系統と、 直流電圧を生じる直流電源と、 電気自動車の車室内の現実の温度を検出する温度検出手
   段と、 前記直流電圧を検出する電圧検出手段と、 前記検出温度の所望の設定温度に対する温度差と前記交
   流モータの駆動に必要な第１設定周波数との関係を表す
   第１データに基づき前記温度差に応じ前記第１設定周波
   数を決定する第１周波数決定手段と、 前記検出電圧と前記交流モータの駆動が可能な第２設定
   周波数との関係を表す第２データに基づき前記検出電圧
   に応じ前記第２設定周波数を決定する第２周波数決定手
   段と、 前記第１および第２の決定周波数を比較し小さい方を前
   記交流モータの駆動周波数と決定する駆動周波数決定手
   段と、 前記直流電圧を前記決定駆動周波数を有する交流信号に
   変換し前記交流モータにこれを駆動すべく付与する変換
   手段とを備えた電気自動車用エアコンディショナ。