JP5171528B2 - Ｐｔｃヒータ制御装置及び室温変化判定装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＰＴＣヒータ制御装置及び室温変化判定装置に関する。

従来より、例えば車両用エアコンディショニング装置において、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）ヒータを利用して車室内を加温するＰＴＣヒータ制御装置が提供されている（特許文献１参照）。このＰＴＣヒータ制御装置は、ＰＴＣヒータに対する通電と非通電とを切り替えるパワーＭＯＳＦＥＴと、マイコンと、冷却水温センサと、内気温度センサとを備える。マイコンは、冷却水温センサにより検出されるエンジン冷却水の温度、及び、内気温度センサにより検出される車室内温度に基づいてパワーＭＯＳＦＥＴをオンオフさせて、ＰＴＣヒータの消費電力量を制御することで、車室内温度が目標温度になるようにしている（特許文献１参照）。
特開２００７−２８３７９０公報

ところで、上記従来のＰＴＣヒータ制御装置は、車室内温度を検出するための内気温度センサが必要である。しかし、車室内に内気温度センサが設けられていない車種もあり、このような車種には、上記従来のＰＴＣヒータ制御装置を使用できない、という問題があった。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、その目的は、室内温度を検出するための室内温度センサを利用せずに、ＰＴＣヒータの温度制御が可能なＰＴＣヒータ制御装置、及び、室内温度変化を判定することが可能な室温変化判定装置を提供するところにある。

上記の目的を達成するための手段として、本発明の適用例１に係るＰＴＣヒータ制御装置は、エアコンディショニング装置から室内へ送られる空気を加熱するＰＴＣヒータを制御するためのＰＴＣヒータ制御装置であって、前記ＰＴＣヒータに対する通電と非通電とを切り替える半導体スイッチ素子と、前記ＰＴＣヒータの消費電力に応じた検出信号を取得する取得部と、前記取得部で取得された前記検出信号に基づき、基準時点からの前記ＰＴＣヒータの消費電力を積算し、その積算量が第１目標レベルに達したことを条件に、前記室内の温度が前記基準時点から目標温度差だけ上昇したと判定する第１判定部と、前記第１判定部で前記室内の温度が前記目標温度差だけ上昇したと判定された場合に、前記半導体スイッチ素子に流れる電流量を制限するように、前記半導体スイッチ素子による切り替え動作を制御する第１制御部と、前記第１目標レベルを、前記基準時点からの経過時間に応じて増大させる目標変更部と、を備える。

ＰＴＣヒータの消費電力は、主に発熱量Ｑ１に変換されるが、この発熱量Ｑ１の全てが室内の加熱に使われるわけではない。即ち、この発熱量Ｑ１には、室内に送り込まれて当該室内の加熱に利用される熱量（以下、「室内加熱熱量Ｑ２」という）の他に、例えばＰＴＣヒータを支持する部材などを介してＰＴＣヒータの周囲に伝達される熱量（以下、「周囲伝達熱量Ｑ３」という）が含まれる。

ここで、室内温度が、基準時点から所定の目標温度差分だけ上昇したかどうかを、ＰＴＣヒータの消費電力に基づき判定する場合を考える。室内温度は、室内加熱熱量Ｑ２の積算量に応じて上昇するとすれば、この室内加熱熱量Ｑ２を、固定の閾値レベルと比較することにより、室内温度が上記目標温度差分だけ上昇したことを判定することができる。

しかし、上述したように、ＰＴＣヒータの消費電力から把握できるのは発熱量Ｑ１であり、この発熱量Ｑ１は、室内加熱熱量Ｑ２そのものではなく、周囲伝達熱量Ｑ３をも含んでいる。従って、発熱量Ｑ１に対応するＰＴＣヒータの消費電力の積算量と対比すべき第１目標レベルは、室内加熱熱量Ｑ２の積算量だけでなく、周囲伝達熱量Ｑ３の積算量をも考慮して設定する必要がある。即ち、周囲伝達熱量Ｑ３の積算量は時間経過とともに増大するから、上記第１目標レベルも時間経過とともに増大させる必要がある。

そこで、本発明によれば、ＰＴＣヒータの消費電力に応じた検出信号に基づき、基準時点からの上記消費電力の積算量が、第１目標レベルに達したかどうかを判定する構成において、この第１目標レベルを、時間経過とともに増大させるようにした。
これにより、室内温度を検出するための温度センサを利用することなく、ＰＴＣヒータの消費電力に基づき、室内温度が、目標温度差だけ上昇したことを判定し、その判定結果に基づきＰＴＣヒータを適切に制御することが可能である。

適用例２として、第１目標レベルは所定レベルに収束するよう変化するようにしてもよい。
基準時点（例えばＰＴＣヒータの起動時）からある程度時間が経過すると、周囲伝達熱量の熱経路では熱平衡状態となり、当該周囲伝達熱量は最終的にある熱量に収束していく。そこで、これに対応して第１目標レベルも所定レベルに収束するように変化させることで、室内の温度が目標温度差だけ上昇したかどうかをより正確に判定することができる。

適用例３として、前記第１目標レベルの変化特性は、前記エアコンディショニング装置に備えられた送風機が駆動していない無風状態における前記ＰＴＣヒータの消費電力変化に対応するようにしてもよい。

適用例４に係るＰＴＣヒータの制御装置は、エアコンディショニング装置から室内へ送られる空気を加熱するＰＴＣヒータを制御するためのＰＴＣヒータ制御装置であって、前記ＰＴＣヒータに対する通電と非通電とを切り替える半導体スイッチ素子と、前記ＰＴＣヒータの消費電力に応じた検出信号を取得する取得部と、基準時点からの経過時間に応じて減少する控除電力の変化特性情報が記憶されるメモリと、前記取得部で取得された検出信号に基づく消費電力、及び、前記変化特性情報に基づく控除電力の間における差分について、前記基準時点からの積算量を算出する算出部と、前記算出部で算出された前記積算量が第２目標レベルに達した場合に、前記室内の温度が前記基準時点から目標温度差だけ上昇したと判定する第２判定部と、前記第２判定部で前記室内の温度が前記目標温度差だけ上昇したと判定された場合に、前記半導体スイッチ素子に流れる電流量を制限するように、前記半導体スイッチ素子による切り替え動作を制御する第２制御部と、を備える。

このような構成でも、室内温度を検出するための温度センサを利用することなく、ＰＴＣヒータの消費電力に基づき、室内温度が、目標温度差だけ上昇したことを判定し、その判定結果に基づきＰＴＣヒータを適切に制御することが可能である。

適用例５として、ＰＴＣヒータ制御装置は、車両に搭載されたエアコンディショニング装置から車室内へ送られる空気を加熱する車両用のＰＴＣヒータを制御するものであってもよい。

適用例６に係る室温変化判定装置は、エアコンディショニング装置から室内へ送られる空気を加熱するＰＴＣヒータによる前記室内の温度変化を判定する室温変化判定装置であって、前記ＰＴＣヒータの消費電力に応じた検出信号を取得する取得部と、前記取得部で取得された前記検出信号に基づき、基準時点からの前記ＰＴＣヒータの消費電力を積算し、その積算量が第１目標レベルに達した場合に、前記室内の温度が前記基準時点から目標温度差だけ上昇したと判定する第１判定部と、前記第１目標レベルを、前記基準時点からの経過時間に応じて増大させる目標変更部と、を備える。
これにより、室内温度を検出するための温度センサを利用することなく、ＰＴＣヒータの消費電力に基づき、室内温度が、目標温度差だけ上昇したことを判定することができる。

本発明によれば、室内温度を検出するための温度センサを利用することなく、ＰＴＣヒータの消費電力に基づき、室内温度が、目標温度差だけ上昇したことを判定できる。

＜実施形態１＞
本発明の実施形態１について図を参照しつつ説明する。
図１は、車載用のエアコンディショニング装置１０及びＰＴＣヒータ制御装置１４の全体構成図である。
エアコンディショニング装置１０は、補助熱源としてＰＴＣヒータ１２を備え、例えばエンジン始動当初、このＰＴＣヒータ１２を駆動させて車室内Ｅ（本発明の「室内」の一例）を急速に加熱（加温）する。本実施形態のＰＴＣヒータ制御装置１４は、車両（図示せず）に搭載され、このＰＴＣヒータ１２を制御する。

（車内の空調システムの全体構成）
エアコンディショニング装置１０は、ヒータコア１６、上述したＰＴＣヒータ１２、ブロワ１８（本発明の「送風機」の一例）、エアコンディショニング電子制御ユニット（以下、単に「エアコンＥＣＵ２０」という）を有する。ブロワ１８からの通気路２１中にヒータコア１６が設けられ、その下流側にＰＴＣヒータ１２が配置されている。

エアコンＥＣＵ２０は上記ブロワ１８やヒータコア１６などを制御する。また、エアコンＥＣＵ２０は、冷却水温センサ２２に接続されており、この冷却水温センサ２２から、エンジン冷却水の温度（以下、「エンジン水温Ｈ０」という）に応じた温度測定信号Ｓ１を受ける。これにより、エアコンＥＣＵ２０は、エンジン水温Ｈ０を認識できるようになっている。更に、エアコンＥＣＵ２０は、ＰＴＣヒータ制御装置１４と接続されており、互いにデータのやり取りが可能になっている。

ＰＴＣヒータ１２は、１または複数のＰＴＣ素子２４（本実施形態では例えば４つ）を有する。ＰＴＣ素子２４は、電圧が印加されるとジュール熱により自己発熱し、強誘電体相から常誘電体相へ結晶移転するキュリー温度を超えると、その抵抗値は対数的に増大する特性を有する。なお、ＰＴＣ素子２４は、例えば、イットリウム、アンチモン、ランタン等の希土類元素を微量ドープして半導体化したチタン酸バリウム系セラミックを有して構成されている。

（ＰＴＣヒータ制御装置の構成）
ＰＴＣヒータ制御装置１４は、パワーＭＯＳＦＥＴ３０（本発明の「半導体スイッチ素子」の一例）、センスＭＯＳＦＥＴ３２、制御回路３４を有する。パワーＭＯＳＦＥＴ３０は、電源３６（車両用電源）とＰＴＣヒータ１２との間に接続され、このパワーＭＯＳＦＥＴ３０をオンオフすることにより、ＰＴＣヒータ１２に対する通電と非通電とを切り替えることができる。なお、制御回路３４は、マイコンを内蔵して構成されたものであっても、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）によって構成されたものであってもよい。

センスＭＯＳＦＥＴ３２には、パワーＭＯＳＦＥＴ３０に流れる電流（以下、「負荷電流ＩＰ」という）に応じたレベルのセンス電流ＩＳが流れる。なお、パワーＭＯＳＦＥＴ３０及びセンスＭＯＳＦＥＴ３２は次のような構成になっている。ドレイン端子同士が電源３６に共通接続される複数のＭＯＳＦＥＴのうち、ほとんどのＭＯＳＦＥＴ群が、ソース端子をＰＴＣヒータ１２に共通接続することでパワーＭＯＳＦＥＴ３０として構成され、残りのＭＯＳＦＥＴ群が、ソース端子を制御回路３４に共通接続することでセンスＭＯＳＦＥＴ３２として構成されている。また、パワーＭＯＳＦＥＴ３０及びセンスＭＯＳＦＥＴ３２のソース端子同士は、制御回路３４に内蔵された同電位回路（図示せず）により互いに同電位とされている。これにより、パワーＭＯＳＦＥＴ３０に流れる負荷電流ＩＰに対してほぼ安定した一定比率（パワーＭＯＳＦＥＴ３０を構成するＭＯＳＦＥＴ群の数と、センスＭＯＳＦＥＴ３２を構成するＭＯＳＦＥＴ群の数との比 以下、これを「センス比」ともいう）のセンス電流ＩＳをセンスＭＯＳＦＥＴ３２に流すことができる。

そして、制御回路３４は、センスＭＯＳＦＥＴ３２からソース端子を介してセンス電流ＩＳ（本発明の「検出信号」の一例）を取得する。このとき制御回路３４は本発明の「取得部」として機能する。また、制御回路３４は、図示しないチャージポンプ回路を有し、このチャージポンプ回路の出力をパワーＭＯＳＦＥＴ３０及びセンスＭＯＳＦＥＴ３２のゲート端子に与えることで、パワーＭＯＳＦＥＴ３０及びセンスＭＯＳＦＥＴ３２をオンオフ制御する。本実施形態では、制御回路３４は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation。パルス幅変調）制御によってパワーＭＯＳＦＥＴ３０及びセンスＭＯＳＦＥＴ３２をオンオフさせて、ＰＴＣヒータ１２の消費電力Ｐ（当該消費電力に応じた発熱量）を調整する。

（センス電流とＰＴＣヒータの消費電力との関係）
ＰＴＣヒータ１２の消費電力Ｐを、ＰＴＣヒータ１２に流れる負荷電流ＩＰレベル、及び、ＰＴＣヒータ１２の負担電圧から把握する構成でもよい。しかし、本実施形態では、センス電流ＩＳレベルに基づきＰＴＣヒータ１２の消費電力を把握する。

具体的には、負荷電流ＩＰレベルは、センス電流ＩＳレベル及びセンス比から把握できる。一方、ＰＴＣヒータ１２の負担電圧は、例えばパワーＭＯＳＦＥＴ３０のソース電圧を測定することにより把握することができる。但し、ＰＴＣヒータ１２の負担電圧は、主として電源３６の電源電圧に連動して変化するから、電源３６の電源電圧が一定であれば、ＰＴＣヒータ１２の負担電圧も一定であるとみなせる。

そこで、本実施形態では、説明を簡単にするために、ＰＴＣヒータ１２の負担電圧が一定であるとする。これにより、センス電流ＩＳレベルと、ＰＴＣヒータ１２の消費電力レベルとがほぼ比例することになり、センス電流ＩＳレベルの積算量に基づき、ＰＴＣヒータ１２の消費電力を把握することができる。

（ＰＴＣヒータ制御装置による制御）
ＰＴＣヒータ制御装置１４は、車室内温度ＨＸ（本発明の「室内の温度」の一例）が、ＰＴＣヒータ１２の起動時点（本発明の「基準時点」の一例）から所定の目標温度差ΔＨＴ分だけ上昇した場合にＰＴＣヒータ１２を停止させる制御を行うものである。但し、本実施形態の車両には、車室内温度ＨＸを測定するための室内温度センサが設けられていない。そのため、室内温度センサを利用することなく、車室内温度ＨＸが目標温度差ΔＨＴだけ上昇したかどうかを判定する必要がある。なお、本実施形態では、車室内温度ＨＸは、車室内Ｅに送り込まれた熱量の積算量にほぼ比例して上昇するものとする。

（１）判定方法
ＰＴＣヒータ制御装置１４は、車室内温度ＨＸが目標温度差ΔＨＴだけ上昇したことを、ヒータの消費電力Ｐの積算量Ｗ（電力量）と第１目標レベルＷＴとの比較に基づき判定する。但し、この判定を実現するためには、第１目標レベルＷＴを時間的に変化させる必要がある。その理由を次に説明する。なお、以下の説明では、ＰＴＣヒータ１２の消費電力Ｐはほとんどが熱量に変換されるものとし、この消費電力Ｐに応じた熱量をＰＴＣヒータ１２の「発熱量Ｑ１」という。

仮に、ＰＴＣヒータ１２の発熱量Ｑ１の全てが車室内Ｅの加熱に使われるのであれば、車室内温度ＨＸは、この発熱量Ｑ１の積算量分に応じて上昇することになるから、当該発熱量Ｑ１の積算量を固定の閾値と比較することにより、車室内温度ＨＸが目標温度差ΔＨＴだけ上昇したことを判定することが可能になる。

しかし、ＰＴＣヒータ１２の発熱量Ｑ１の全てが車室内Ｅの加熱に使われるわけではない。ＰＴＣヒータ１２の発熱量Ｑ１には、ブロワ１８からの空気によって車室内Ｅに送り込まれて当該車室内Ｅの加熱に利用される熱量（以下、「室内加熱熱量Ｑ２」という）の他に、例えばＰＴＣヒータ１２を支持する部材（ＰＴＣ素子２４の支持部品など）を介してＰＴＣヒータ１２の周囲に伝達される熱量（以下、「周囲伝達熱量Ｑ３」という）が含まれる。このため、第１目標レベルＷＴを、周囲伝達熱量Ｑ３の時間的変化や積算量を考慮して変化させる必要がある。

図２は、ＰＴＣヒータ１２の起動時点（同図中のゼロ時点）からのＰＴＣヒータ１２の消費電力Ｐ（発熱量Ｑ１）の時間的変化を示すグラフである。グラフＧ１〜Ｇ４は、ブロワ１８の送風強度が互いに異なる状況下でＰＴＣヒータ１２を発熱駆動させつつ、消費電力Ｐを順次サンプリングして得たものである。グラフＧ１は送風強度が「強」である状況下でのサンプリング結果によるものであり、グラフＧ２は送風強度が「中」である状況下でのサンプリング結果によるものであり、グラフＧ３は送風強度が「弱」である状況下でのサンプリング結果によるものである。また、グラフＧ４はブロワ１８を停止させた無風状態下でのサンプリング結果によるものである。

ブロワ１８を駆動させている有風状態（グラフＧ１〜Ｇ３）では、ＰＴＣヒータ１２の消費電力Ｐに応じた発熱量Ｑ１の一部が、室内加熱熱量Ｑ２として、ブロワ１８による送風によって車室内Ｅへと送り込まれる。このため、ＰＴＣヒータ１２の起動時からある程度時間が経過しても、室内加熱熱量Ｑ２が車室内Ｅへと奪われる分だけ、ＰＴＣ素子２４自体がなかなか温度上昇せず、その結果、ＰＴＣ素子２４の抵抗値が比較的小さく、消費電力Ｐレベル（負荷電流ＩＰレベル、センス電流ＩＳレベル）が大きい状態が続く。

一方、ブロワ１８を停止している無風状態（グラフＧ４）では、ＰＴＣヒータ１２の消費電力Ｐに応じた発熱量Ｑ１のほとんどは、車室内Ｅに送り込まれず、ＰＴＣ素子２４自体及びその周囲の温度上昇に利用される。このため、ＰＴＣヒータ１２の起動後、間もなく、ＰＴＣ素子２４自体の温度が急速に上昇し、これによりＰＴＣ素子２４の抵抗値が早期に大きくなるため、消費電力Ｐレベル（負荷電流ＩＰレベル、センス電流ＩＳレベル）も急速に低下していく。そして、その後、消費電力Ｐレベルは、ＰＴＣヒータ１２とその周囲との間で熱平衡状態になる電力レベル（以下、「熱平衡電力レベルＰＢ」という）に最終的に収束していく。

ここで、無風状態では、上述したように、発熱量Ｑ１のほとんどが周囲の温度上昇に利用されることから、発熱量Ｑ１を周囲伝達熱量Ｑ３とほぼ同じとみなすことができる。即ち、グラフＧ４は、周囲伝達熱量Ｑ３に対応する電力の時間的変化を示しているといえる。そうすると、図２において、有風状態の各グラフＧ１（Ｇ２、Ｇ３）と、無風状態のグラフＧ４との間に挟まれる領域（以下、「室内加熱分領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）という）の面積が、室内加熱熱量Ｑ２に対応する電力の積算量を示すことになり、この面積が、車室内温度ＨＸの温度変化量ΔＴに比例することになる。

送風強度が強いほど、室内加熱熱量Ｑ２として車室内Ｅに送り込まれる熱量が多いため、グラフＧ１に示すように、比較的に短時間Ｔ１で車室内温度ＨＸを目標温度差ΔＨＴだけ上昇させることができる。一方、送風強度が弱いほど、室内加熱熱量Ｑ２として車室内Ｅに送り込まれる熱量が少ないため、グラフＧ３に示すように、比較的に長い時間Ｔ３だけ経過しなければ車室内温度ＨＸを目標温度差ΔＨＴだけ上昇させることができない。なお、経過時間Ｔ１までの室内加熱分領域Ｒ１と、経過時間Ｔ２までの室内加熱分領域Ｒ２と、経過時間Ｔ３までの室内加熱分領域Ｒ３とは、同一面積であり、この面積が、車室内温度ＨＸを目標温度差ΔＨＴだけ上昇させるのに要する室内加熱熱量Ｑ２に対応する消費電力Ｐの目標積算量（電力量）Ｗ０に対応する。

一方、有風状態の各グラフＧ１（Ｇ２、Ｇ３）と、時間軸との間の領域（以下、「総電力領域Ｒ１'、Ｒ２'、Ｒ３'」という）の面積が、ＰＴＣヒータ１２の起動時点からのＰＴＣヒータ１２の消費電力Ｐの積算量（電力量）Ｗである。具体的には、経過時間Ｔ１までの総電力領域Ｒ１'の面積が、送風強度が「強」のときに車室内温度ＨＸを目標温度差ΔＨＴだけ上昇させるのに要する消費電力の積算量Ｗ１に対応する。経過時間Ｔ２までの総電力領域Ｒ２'の面積が、送風強度が「中」のときに車室内温度ＨＸを目標温度差ΔＨＴだけ上昇させるのに要する消費電力の積算量Ｗ２に対応する。また、経過時間Ｔ３までの総電力領域Ｒ３'の面積が、送風強度が「弱」のときに車室内温度ＨＸを目標温度差ΔＨＴだけ上昇させるのに要する消費電力の積算量Ｗ３に対応する。そして、これらの消費電力積算量Ｗ１〜Ｗ３が、各経過時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３時に、センス電流ＩＳに基づくＰＴＣヒータ１２の消費電力Ｐの積算量Ｗと比較すべき第１目標レベルＷＴを示す。

図３は、各有風状態での消費電力Ｐの積算量Ｗの時間的変化と、第１目標レベルＷＴとの関係をグラフ化したものである。グラフＧ１'、Ｇ１"が図２のグラフＧ１に対応し、グラフＧ２'、Ｇ２"が図２のグラフＧ２に対応し、グラフＧ３'、Ｇ３"が図２のグラフＧ３に対応する。グラフＧ１'、Ｇ２'、Ｇ３'（実線で図示）がＰＴＣヒータ１２の消費電力Ｐの積算量Ｗ（発熱量Ｑ１）の変化を示す。また、グラフＧ１"、Ｇ２"、Ｇ３"（一点鎖線で図示）が室内加熱熱量Ｑ２として利用される電力の積算量の変化を示し、いずれも各経過時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３後に上記目標積算量Ｗ０に到達している。

室内加熱熱量Ｑ２として利用される電力の積算量が、目標積算量Ｗ０に達するまでの経過時間（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３）の長さに応じて、周囲伝達熱量Ｑ３の積算量が増加するため、その周囲伝達熱量Ｑ３分だけ、各有風状態下での第１目標レベルＷＴ（図３のＷ１〜Ｗ３）が互いに異なっている。要するに、第１目標レベルＷＴは、ＰＴＣヒータ１２の起動時点からの経過時間に応じて増大する。換言すれば、第１目標レベルＷＴの変化特性は、無風状態におけるＰＴＣヒータ１２の消費電力変化に対応する。そして、第１目標レベルＷＴは、周囲伝達熱量Ｑ３が、熱平衡電力レベルＰＢに収束するに伴って所定レベルＷＸに収束していく。

本実施形態では、制御回路３４に連なるメモリ３５が設けられており、このメモリ３５に、ＰＴＣヒータ１２の起動時からの経過時間と第１目標レベルＷＴとの対応関係を示す関係テーブル（関係情報 なお、関係式情報であってもよい）が各目標温度差ΔＨＴごとに対応して、予め記憶されている。

（２）ＰＴＣヒータの制御処理
例えば、エンジン始動時に、運転者の所定の操作によってエアコンディショニング装置１０が起動されると、エアコンＥＣＵ２０は、ブロワ１８を駆動しつつエアコンディショニング装置１０の制御を開始する。それとともに、エアコンＥＣＵ２０は、エアコンディショニング装置１０が起動されたことをＰＴＣヒータ制御装置１４に通知する。すると、ＰＴＣヒータ制御装置１４は、ＰＷＭ制御によりパワーＭＯＳＦＥＴ３０及びセンスＭＯＳＦＥＴ３２をオンオフさせてＰＴＣヒータ１２を起動（通電を開始）させ、この起動時点からＰＴＣヒータ１２の制御処理を実行しつつ、車室内温度ＨＸが目標温度差ΔＨＴだけ上昇したことを判定するための判定処理を実行する。

図４は、その判定処理を示すフローチャートである。まずＳ１０１でＰＴＣ１２の起動時からの時間カウントを開始し、また、上記温度測定信号Ｓ１に基づきエンジン水温Ｈ０を取得するとともに、運転手がエアコンディショニング装置１０に対して設定した設定温度ＨＳの情報をエアコンＥＣＵ２０から取得する。ここで、エンジン始動時のエンジン水温Ｈ０は、車室内温度ＨＸとほとんど変わらないため、このエンジン始動時のエンジン水温Ｈ０を、ＰＴＣヒータ１２の起動時点の車室内温度ＨＸとみなすことができる。そこで、Ｓ１０３で、設定温度ＨＳからエンジン始動時のエンジン水温Ｈ０を減算することにより、目標温度差ΔＨＴ（＝ＨＳ−Ｈ０）を算出する。

次に、Ｓ１０５で、メモリ３５に記憶されている関係テーブル群から、上記目標温度差ΔＨＴに対応する関係テーブルを決定する。そして、所定の時間間隔ごとの取得タイミングが到来すると（Ｓ１０７：ＹＥＳ）、Ｓ１０９で、センス電流ＩＳレベルを取得し、このセンス電流ＩＳレベルに基づき、ＰＴＣヒータ１２の起動時点から、その取得タイミング到来時点までのＰＴＣヒータ１２の消費電力Ｐの積算量（電力量Ｗ）を算出する。また、ＰＴＣヒータ１２の起動時点から当該取得タイミング到来時点までの経過時間に対応する第１目標レベルＷＴを、上記決定した関係テーブルから抽出する。

そして、Ｓ１１１で、上記ＰＴＣヒータ１２の消費電力Ｐの積算量Ｗが、上記関係テーブルから抽出した第１目標レベルＷＴ以上かどうかを判定する。このとき、制御回路３４は、本発明の「第１判定部」として機能する。そして、消費電力Ｐの積算量Ｗが第１目標レベルＷＴ未満であれば（Ｓ１１１：ＮＯ）、車室内温度ＨＸは未だ目標温度差ΔＨＴだけ上昇していない、即ち、車室内温度ＨＸは設定温度ＨＳに達していないとみなし、再びＳ１０７に戻り次の取得タイミングを待つ。

次の取得タイミングが到来すると（Ｓ１０７：ＹＥＳ）、再び、Ｓ１０９で、第１目標レベルＷＴを関係テーブルから抽出する。このときの前回の取得タイミング時よりもさらに時間が経過しているため、その分だけ、今回の取得タイミング時に抽出される第１目標レベルＷＴは、前回の取得タイミング時のものよりも高い。このように制御回路３４は、第１目標レベルＷＴを経過時間に応じて増大させる。このとき、制御回路３４は、本発明の「目標変更部」として機能する。

一方、ＰＴＣヒータ１２の消費電力Ｐの積算量Ｗが、第１目標レベルＷＴ以上になると（Ｓ１１１：ＹＥＳ）、車室内温度ＨＸは目標温度差ΔＨＴだけ上昇した、即ち、車室内温度ＨＸは設定温度ＨＳに達したとみなし、Ｓ１１３でパワーＭＯＳＦＥＴ３０をオフしてＰＴＣヒータ１２の通電を停止させる。このとき、制御回路３４は、本発明の「第１制御部」として機能する。この頃には、エンジン水温も十分高くなっているため、ブロワ１８に加えて、ヒータコア１６の駆動を開始させることで、エアコンディショニング装置１０に車室内温度ＨＸの制御を任せることができる。

例えば、送風強度が「強」の場合、図３のグラフＧ１'からわかるように、上記経過時間がＴ１に達したときに、これに対応する第１目標レベルＷＴが「Ｗ１」とされる。このとき、ＰＴＣヒータ１２の消費電力Ｐの積算量Ｗは当該第１目標レベルＷＴに達しており、車室内温度ＨＸが設定温度ＨＳに達したと判定する。

一方、送風強度が「弱」の場合、図３のグラフＧ３'からわかるように、上記経過時間がＴ１、Ｔ２に達したときには、これに対応する第１目標レベルＷＴが「Ｗ１、Ｗ２」とされる。このとき、ＰＴＣヒータ１２の消費電力Ｐの積算量Ｗは当該第１目標レベルＷＴを下回っており、車室内温度ＨＸは未だ設定温度ＨＳに達していないため、ＰＴＣヒータ１２への通電が続行される。

その後、経過時間がＴ３に達すると、これに対応する第１目標レベルＷＴが「Ｗ３」とされ、このときＰＴＣヒータ１２の消費電力Ｐの積算量Ｗは、当該第１目標レベルＷＴに達する。つまり、車室内温度ＨＸは設定温度ＨＳに達したと判定する。

以上のように、本実施形態によれば、車室内温度ＨＸを直接検出するための温度センサを利用することなく、ＰＴＣヒータ１２の消費電力Ｐに基づき、車室内温度ＨＸが、目標温度差ΔＨＴだけ上昇したことを判定し、その判定結果に基づきＰＴＣヒータを適切に制御することが可能である。

＜実施形態２＞
図５は実施形態２を示す。前記実施形態１との相違点は、判定処理の内容にあり、その他の点は前記実施形態１と同様である。従って、実施形態１と同一符号を付して重複する説明を省略し、異なるところのみを次に説明する。

本実施形態では、メモリ３５に、ＰＴＣヒータ１２の起動時からの経過時間と、上述した無風状態（図２のグラフＧ４）時のＰＴＣヒータ１２の消費電力Ｐとの対応関係を示す関係テーブル（本発明の「変化特性情報」の一例 なお、関係式情報であってもよい）が予め記憶されている。以下、この無風状態時の消費電力Ｐを、控除電力Ｐ'という。また、上記実施形態１における関係テーブルは記憶されておらず、代わりに、各目標温度差ΔＨＴごとに、１つずつの第２目標レベルＷＭが定められてメモリ３５に記憶されている。

図５は、判定処理を示すフローチャートである。制御回路３４は、Ｓ１０３で目標温度差ΔＨＴが算出されると、Ｓ２０１でメモリ３５から、目標温度差ΔＨＴに対応する第２目標レベルＷＭを抽出する。そして、取得タイミングが到来すると（Ｓ１０７：ＹＥＳ）、Ｓ２０３で、ＰＴＣヒータ１２の消費電力Ｐと、メモリ３５内の上記関係テーブルに基づく控除電力Ｐ'との差分（＝Ｐ−Ｐ' 以下「電力差ΔＰ」という）を算出する。この電力差ΔＰは、室内加熱熱量Ｑ２として利用される電力に相当する。そして、この電力差ΔＰについて、ＰＴＣヒータ１２の起動時点からの積算量を算出する。このとき制御回路３４は本発明の「算出部」として機能する。

Ｓ２０５では、電力差ΔＰの積算量が第２目標レベルＷＭ以上かどうかを判定する。このとき制御回路３４は本発明の「第２判定部」として機能する。ここで、電力差ΔＰの積算量は、室内加熱熱量Ｑ２として利用される電力の積算量に相当し、第２目標レベルは、車室内温度ＨＸを目標温度差ΔＨＴだけ上昇させるのに必要な熱量（室内加熱熱量Ｑ２の積算量）に対応する電力レベルである。そして、電力差ΔＰの積算量が第２目標レベルＷＭ未満であれば（Ｓ２０５：ＮＯ）、Ｓ１０７に戻り、ＰＴＣヒータ１２への通電を続行し、電力差ΔＰの積算量が第２目標レベルＷＭ以上であれば（Ｓ２０５：ＹＥＳ）、車室内温度ＨＸが目標温度差ΔＨＴだけ上昇したとして、Ｓ１１３へ進む。Ｓ１１３では、制御回路３４は本発明の「第２制御部」として機能する。

以上のように、本実施形態では、ＰＴＣヒータ１２の消費電力Ｐと、控除電力Ｐ'とから電力差ΔＰを算出する。控除電力Ｐ'は周囲伝達熱量Ｑ３に利用される熱力に対応するから、電力差ΔＰは、室内加熱熱量Ｑ２に利用される熱量に対応する。つまり、室内加熱熱量Ｑ２に利用される熱量に対応する電力（電力差ΔＰ）を積算することにより、これと比較すべき第２目標レベルＷＭを、各目標温度差ΔＨＴごとに固定のレベルとすることができる。このような構成によっても、車室内温度ＨＸを直接検出するための温度センサを利用することなく、ＰＴＣヒータ１２の消費電力Ｐに基づき、車室内温度ＨＸが、目標温度差ΔＨＴだけ上昇したことを判定し、その判定結果に基づきＰＴＣヒータを適切に制御することが可能である。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施形態では、センスＭＯＳＦＥＴ３２を利用したセンス方式によって、ＰＴＣヒータ１２の消費電力（負荷電流ＩＰ量）を検出する構成としたが、本発明はこれに限られない。電源３６からＰＴＣヒータ１２への通電路にシャント抵抗を設けて、当該シャント抵抗の電圧降下レベルに基づきＰＴＣヒータ１２の消費電力を検出する構成であってもよい。

（２）また、上記実施形態では、ＰＴＣヒータ制御装置１４は、センスＭＯＳＦＥＴ３２など、電流検出機構を内蔵する構成であったが、本発明はこれに限定されない。当該電流検出機構をＰＴＣヒータ制御装置１４の外部に設けて、ＰＴＣヒータ制御装置１４は、その電流検出機構からの検出信号を取得する構成であってもよい。要するに、ＰＴＣヒータ１２の消費電力に応じた検出信号を取得する取得部を備えるＰＴＣヒータ制御装置１４であればよい。

（３）上記実施形態では、ＰＴＣヒータ１２の起動時を基準時点として、ＰＴＣヒータ１２の消費電力の積算量を求めるようにしたが、本発明はこれに限られない。例えばＰＴＣヒータ１２の起動時の直前・直後であっても、また、ＰＴＣヒータ１２の起動後、ある程度時間が経過した時点であってもよい。

（４）上記実施形態では、車室内温度ＨＸが、目標温度差ΔＨＴΔＴＴ分だけ上昇した場合にＰＴＣヒータ１２を停止させるようにしたが、本発明はこれに限らない。例えば、ＰＴＣヒータ１２に流れる負荷電流ＩＰレベル（消費電力レベル）を、連続的、或いは、段階的に減少させる構成であってもよい。要するに、上記負荷電流ＩＰの電流量を制限する構成であればよい。

（５）上記実施形態では、第１目標レベルＷＴは所定レベルＷＸに収束するよう変化させる構成であったが、本発明はこれに限られない。例えば直線状に増大するようにしてもよいし、また、段階的に傾きが緩やかになる複数の直線を繋げた線に沿って変化するようにしてもよい。但し、上記実施形態の構成であれば、第１目標レベルＷＴが、周囲伝達熱量の変化に対応して変化するから、車室内温度ＨＸ変化量が目標温度差ΔＨＴだけ上昇したかどうかをより正確に判定することができる。

（６）上記実施形態では、車室内温度ＨＸが、目標温度差ΔＨＴΔＴＴ分だけ上昇した場合にＰＴＣヒータ１２を制限するようにしたが、本発明はこれに限られない。ＰＴＣヒータ１２を制御しない構成であってもよい。例えば、車室内温度ＨＸが、目標温度差ΔＨＴ分だけ上昇したと判定した場合に、そのことを、通知信号を外部に出力するなどして報知する構成であってもよい。この構成は、本発明の「室温変化判定装置」の一例である。

（７）上記実施形態では、車載用のＰＴＣヒータ１２を制御するためのＰＴＣヒータ制御装置１４に本発明を適用した例に挙げて説明したが、本発明の適用対象はこれに限られない。例えば建物内のエアコンディショニング装置１０に補助熱源として備えられたＰＴＣヒータ１２を制御するＰＴＣヒータ制御装置１４であってもよい。

本発明の一実施形態に係るエアコンディショニング装置、及び、ＰＴＣヒータ制御装置の全体構成図 ＰＴＣヒータ起動時からの負荷電流の時間的変化を示すグラフ 各有風状態での消費電力の積算量の時間的変化と第１目標レベルＷＴとの関係のグラフ ＰＴＣヒータの制御処理を示すフローチャート 実施形態２のＰＴＣヒータの制御処理を示すフローチャート

符号の説明

１０...エアコンディショニング装置
１２...ＰＴＣヒータ
１４...ＰＴＣヒータ制御装置
１８...ブロワ（送風機）
３０...パワーＭＯＳＦＥＴ（半導体スイッチ素子）
３４...制御回路（取得部、第１判定部、第１制御部、目標変更部、算出部、第２判定部、第２制御部）
３５...メモリ
Ｅ...車室内（室内）
ＨＸ...車室内温度（室内の温度）
ΔＨＴ...目標温度差
ＩＳ...センス電流（検出信号）
Ｐ...消費電力
Ｗ...積算量（電力量）
ＷＸ...所定レベル
ＷＴ...第１目標レベル
ＷＭ...第２目標レベル

Claims (6)

1. エアコンディショニング装置から室内へ送られる空気を加熱するＰＴＣヒータを制御するためのＰＴＣヒータ制御装置であって、
   前記ＰＴＣヒータに対する通電と非通電とを切り替える半導体スイッチ素子と、
   前記ＰＴＣヒータの消費電力に応じた検出信号を取得する取得部と、
   前記取得部で取得された前記検出信号に基づき、基準時点からの前記ＰＴＣヒータの消費電力を積算し、その積算量が第１目標レベルに達したことを条件に、前記室内の温度が前記基準時点から目標温度差だけ上昇したと判定する第１判定部と、
   前記第１判定部で前記室内の温度が前記目標温度差だけ上昇したと判定された場合に、前記半導体スイッチ素子に流れる電流量を制限するように、前記半導体スイッチ素子による切り替え動作を制御する第１制御部と、
   前記第１目標レベルを、前記基準時点からの経過時間に応じて増大させる目標変更部と、を備えるＰＴＣヒータ制御装置。
2. 請求項１に記載のＰＴＣヒータ制御装置であって、
   前記第１目標レベルは所定レベルに収束するよう変化する。
3. 請求項１または２に記載のＰＴＣヒータ制御装置であって、
   前記第１目標レベルの変化特性は、前記エアコンディショニング装置に備えられた送風機が駆動していない無風状態における前記ＰＴＣヒータの消費電力変化に対応する。
4. エアコンディショニング装置から室内へ送られる空気を加熱するＰＴＣヒータを制御するためのＰＴＣヒータ制御装置であって、
   前記ＰＴＣヒータに対する通電と非通電とを切り替える半導体スイッチ素子と、
   前記ＰＴＣヒータの消費電力に応じた検出信号を取得する取得部と、
   基準時点からの経過時間に応じて減少する控除電力の変化特性情報が記憶されるメモリと、
   前記取得部で取得された検出信号に基づく消費電力、及び、前記変化特性情報に基づく控除電力の間における差分について、前記基準時点からの積算量を算出する算出部と、
   前記算出部で算出された前記積算量が第２目標レベルに達した場合に、前記室内の温度が前記基準時点から目標温度差だけ上昇したと判定する第２判定部と、
   前記第２判定部で前記室内の温度が前記目標温度差だけ上昇したと判定された場合に、前記半導体スイッチ素子に流れる電流量を制限するように、前記半導体スイッチ素子による切り替え動作を制御する第２制御部と、を備えるＰＴＣヒータの制御装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載のＰＴＣヒータ制御装置であって、
   当該ＰＴＣヒータ制御装置は、車両に搭載されたエアコンディショニング装置から車室内へ送られる空気を加熱する車両用のＰＴＣヒータを制御する。
6. エアコンディショニング装置から室内へ送られる空気を加熱するＰＴＣヒータによる前記室内の温度変化を判定する室温変化判定装置であって、
   前記ＰＴＣヒータの消費電力に応じた検出信号を取得する取得部と、
   前記取得部で取得された前記検出信号に基づき、基準時点からの前記ＰＴＣヒータの消費電力を積算し、その積算量が第１目標レベルに達した場合に、前記室内の温度が前記基準時点から目標温度差だけ上昇したと判定する第１判定部と、
   前記第１目標レベルを、前記基準時点からの経過時間に応じて増大させる目標変更部と、を備える室温変化判定装置。

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