JP5427416B2 - 空気調和装置の制御システム - Google Patents

Description

本発明は、空気調和装置の制御システムに関するものである。

電気自動車やハイブリッド車等に搭載される空気調和装置用の圧縮機としては、ハウジング内に電動モータが一体に内蔵された構成の電動圧縮機が用いられている。電動圧縮機は、一般にハウジングの外周に高電圧電源から供給される直流電力を三相交流電力に変換し、ガラス密封端子を介して電動モータに給電するインバータ装置が一体に組み込まれており、圧縮機駆動用電動モータの回転数が可変制御されるようになっている。

従来、例えば、電気自動車やハイブリッド車等では、バッテリ充電時には、バッテリ冷却のために空気調和装置用の電動圧縮機を動作させることが知られている。電動圧縮機を動作させるには、インバータ装置のＣＰＵ基板に設けられている制御通信回路と、車両側に設けられている車両側制御装置とが通信ケーブルを介して接続されるＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）通信線が用いられている。

特表２００４−５０７３９５号公報

しかしながら、ＣＡＮ通信系統は１系統であるため、通信を確保するためには作動させたい機器以外の機器もすべて作動させなければならず、無駄に電力を消費するという問題があった。
また、ＣＡＮ以外の他の信号線についても、図５に示されるように、１系統のラインで接続されており、ＣＡＮの場合と同様に、作動させたい機器以外の機器も全て作動させなければならず、無駄に電力を消費するという問題があった。

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、無駄に電力を消費することを抑制し、かつ、コストを低減することのできる空気調和装置の制御システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。

本発明は、車両に搭載される空気調和装置の制御システムであって、前記空気調和装置が備える機器を制御する複数の制御装置と、複数の前記制御装置を制御する信号制御装置とを備え、複数の前記制御装置は、車両の各運転モードに対するオンオフの組み合わせが共通する装置同士でグループ化されるとともに、同じグループに属する前記制御装置が共通の信号線で接続され、前記運転モードは、車両の通常運転時、車両の充電時、動力回生時、走行時、及びプラグインで充電時のいずれかを含み、前記信号制御装置は、各前記信号線に車両の運転モードに応じたオンオフ信号を送出することを特徴とする空気調和装置の制御システムを提供する。

このような構成によれば、車両に搭載される空気調和装置の制御システムにおいて、空気調和装置が備える機器を制御する複数の制御装置が設けられている。これら複数の制御装置は、車両の運転モードに対する作動／停止（オンオフ）の組み合わせが共通する装置同士でグループ化され、同じグループに属する制御装置が共通の信号線に接続される。これら各グループの制御装置が接続する各信号線は、信号制御装置に接続されており、信号制御装置から車両の運転モードに応じたオンオフ制御信号が信号線を通じて各制御装置に送信される。

このように、車両の各運転モードに対して同様の動き（作動／停止）を行う制御装置を共通のグループとし、これらのグループを共通の信号線で接続するので、作動させる制御装置を限定することができ、消費電力量を低減させることが可能となる。なお、信号線は車両の運転モードに基づいてグループ化されているので、信号制御装置がオンオフ信号を制御することにより運転モードに応じた機器のオンオフを簡便に行うことが可能となる。なお、信号制御装置は、例えば、ウェイクアップ制御用ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）、自己診断機能を作動させる場合のダイアグ用ＥＣＵ、及び用途に応じて設けた専用のＥＣＵ等である。運転モードは、例えば、通常運転時、充電時、動力回生時、走行時、及びプラグインで空気調和させたい時等がある。

本発明によれば、無駄に電力を消費することを抑制し、かつ、コストを低減することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るインバータ一体型電動圧縮機の側面図である。 図１に示すインバータ一体型電動圧縮機に組み込まれるインバータ装置の斜視図である。 図２に示すインバータ装置のＡ−Ａ縦断面相当図である。 図３に示すインバータ装置に対する車両側の制御装置系の回路図である。 従来の車両側制御装置とＣＡＮ以外の信号線との接続を示した図である。

以下に、本発明に係る空気調和装置の制御システムをインバータ一体型電動圧縮機に適用した一実施形態について、図面を参照して説明する。

図１には、本発明の一実施形態に係るインバータ一体型電動圧縮機の外観側面図が示されている。
インバータ一体型電動圧縮機１は、外殻を構成するハウジング２を備えている。このハウジング２は、図示省略の電動モータが収容されているモータハウジング３と、図示省略の圧縮機構が収容されている圧縮機ハウジング４とがボルト５で一体に締め付け結合されることにより構成されている。モータハウジング３および圧縮機ハウジング４は、耐圧容器でありアルミダイカスト製とされている。

ハウジング２の内部に収容されている図示省略の電動モータおよび圧縮機構は、モータ軸を介して連結され、電動モータの回転によって圧縮機構が駆動されるように構成されている。モータハウジング３の一端側（図１の右側）には、冷媒吸入ポート６が設けられており、この冷媒吸入ポート６からモータハウジング３内に吸い込まれた低温低圧の冷媒ガスは、電動モータの周囲をモータ軸線Ｌ方向に沿って流通後、圧縮機構に吸い込まれて圧縮される。圧縮機構により圧縮された高温高圧の冷媒ガスは、圧縮機ハウジング４内に吐き出された後、圧縮機ハウジング４の一端側（図１の左側）に設けられている吐出ポート７から外部へと送出されるように構成されている。

ハウジング２には、例えば、モータハウジング３の一端側（図１の右側）の下部および圧縮機ハウジング４の一端側（図１の左側）の下部の２箇所と、圧縮機ハウジング４の上部側１箇所との計３箇所に、取り付け脚８Ａ，８Ｂ，８Ｃが設けられている。インバータ一体型電動圧縮機１は、この取り付け脚８Ａ，８Ｂ，８Ｃが車両のエンジンルーム内に設置されている走行用原動機の側壁等にブラケットおよびボルトを介して固定設置されることにより車両側に搭載される。

モータハウジング３の外周部には、その上部にボックス形状のインバータ収容部９が一体に成形されている。このインバータ収容部９は、上面が開放された所定高さの周囲壁により囲われたボックス形状とされており、側面には、２つのケーブル取り出し口１０が設けられている。また、インバータ収容部９の上面は、蓋部材１１がネジ止め固定されることにより密閉されるようになっている。

インバータ収容部９の内部には、車両に搭載されている図示省略の高電圧電源ユニットあるいはバッテリー等から高電圧ケーブルを介して供給される直流電力を三相交流電力に変換し、モータハウジング３の内部に収容されている電動モータに供給するインバータ装置２０が収容設置されている。図２には、このインバータ装置２０の斜視図が示され、図３には、図２中のＡ−Ａ断面相当図が示されている。

インバータ装置２０は、図示省略のＩＧＢＴ等からなる複数個の半導体スイッチング素子により構成されるスイッチング回路が実装されるとともに、スナバコンデンサ、放電抵抗等が実装されているアルミ製板材からなるパワー系基板２１と、樹脂製ケース２２とがインサート成形により一体化されたインバータモジュール２３を備えている。パワー系基板２１の上面には、図示省略の熱硬化性エポキシ系樹脂が充填され、高電圧系のスイッチング回路は、絶縁および防湿のため樹脂封入されている。

樹脂製ケース２２には、パワー系基板２１のほか、高電圧電源と接続されるＰ−Ｎ端子２４や電動モータに三相交流電力を給電するＵ−Ｖ−Ｗ端子２５、アース２６およびアース端子２７、パワー系基板２１と後述のＣＰＵ基板３０との間を接続する多数の接続端子２８等が一体にインサート成形されている。この樹脂製ケース２２は、矩形形状とされており、インバータ収容部９のケーブル取り出し口１０が設けられている側面に沿う一辺にＰ−Ｎ端子２４が突出され、これに隣接する圧縮機ハウジング４側に近い一辺にＵ−Ｖ−Ｗ端子２５が突出されている。

また、樹脂製ケース２２の各コーナー部分には、インバータ収容部９の底面にボルトを介して締め付け固定される固定脚部２９が一体に成形されている。この固定脚部２９にボルトが貫通可能なアース端子２７が設けられており、ボルトを介して樹脂製ケース２２をインバータ収容部９の底面に固定することによって、パワー系基板２１および後述のＣＰＵ基板３０のグランドが筐体接地されるように構成されている。

インバータモジュール２３を構成する樹脂製ケース２２の上面には、樹脂製ケース２２よりもやや大きくされたＣＰＵ基板（プリント基板）３０が、多数の接続端子２８およびアース２６と接続された状態で配設されている。ＣＰＵ基板３０には、ＣＰＵ等の低電圧で動作する素子により構成される制御通信回路が実装されており、パワー系基板２１に実装されているパワー系回路（スイッチング回路）を制御するように構成されている。

ＣＰＵ基板３０は、車両側との通信フォームとして車内ＬＡＮであるＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）を備えている。このため、ＣＰＵ基板３０上には、制御通信回路を構成するＣＡＮレシーバ回路が設けられ、車両側に設けられている上位制御装置、すなわち車両側ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）（制御装置）からの通信ケーブルが接続可能に構成されている。ＣＰＵ基板３０上には、ＣＡＮ通信用のＣＡＮレシーバ回路３１が設けられており、ＣＰＵ３３に接続されるようになっている。

インバータモジュール２３を構成する樹脂製ケース２２の上面には、樹脂製ケース２２よりもやや大きくされたＣＰＵ基板（プリント基板）３０が、多数の接続端子２８およびアース２６と接続された状態で配設されている。ＣＰＵ基板３０には、ＣＰＵ等の低電圧で動作する素子により構成される制御通信回路が実装されており、パワー系基板２１に実装されているパワー系回路（スイッチング回路）を制御するように構成されている。

次に、車載空気調和装置の電動圧縮機を制御する制御系について説明する。
図４に示されるように、車載空気調和装置の電動圧縮機を制御する制御系として、車両側ＥＣＵ（制御装置）６０ａ〜６０ｄと信号制御装置５０とを備えている。

電気自動車やハイブリッド車等では、バッテリ充電時には、バッテリ冷却のために空気調和装置用の電動圧縮機を動作させる。しかしながら、信号制御装置５０に接続されている全ての車両側ＥＣＵ６０ａ〜６０ｄをオン状態にすると電力が過剰となり、無駄な電力が発生する。換言すると、全ての車両側ＥＣＵをオンする必要はなく、一部の車両側ＥＣＵだけをオン状態にすれば、バッテリ冷却に必要な電動圧縮機の運転が可能となる。これにより、本実施形態においては、車両側ＥＣＵを２系統に分け、車両の運転モードに応じて系統毎にオンオフを切り替える方法について説明する。

車両側ＥＣＵ６０ａ〜６０ｄは、車両の運転モードに対する起動／停止の組み合わせが同じＥＣＵ同士でグループ化されるとともに、同じグループに属するＥＣＵが共通の信号線で互いに接続される。各信号線は、信号制御装置５０と接続される。
具体的には、車両側ＥＣＵ６０ａ、６０ｂは通常モードの場合に起動され、充電モードにおいて停止されるものであり、第１の信号線７１に接続される。同様に、車両側ＥＣＵ６０ｃ、６０ｄは充電モードと通常モードの両方の場合に起動され、第２の信号線７２に接続される。

信号制御装置５０は、各信号線に車両の運転モードに応じたオンオフ信号を送出する。
具体的には、運転モードに応じて、同じグループとして接続されている車両側ＥＣＵ６０ａ〜６０ｄに共通のオンオフ信号を送出する。例えば、第１の信号線７１は通常運転モードの場合にオンされ、充電モードの場合にはオフされる。また、第２の信号線７２は通常運転モードの場合及び充電モードの場合の両方でオンされる。

また、信号制御装置５０は、例えば、キーレスエントリー等の通常のイグニッション回路以外の回路からの信号を伝送するためのウェイクアップ制御ＥＣＵである。

なお、上記運転モードとは、例えば、車両の通常運転時、車両の充電時、動力回生時、走行時、及びプラグインで充電をしている時に空調を行う場合等である。

次に、本実施形態の作用について説明する。
車両に搭載の高電圧電源ユニットから高電圧ケーブルを経て電動圧縮機１のインバータ装置２０に供給された直流電力は、Ｐ−Ｎ端子２４を経てパワー系基板２１のスイッチング回路に入力され、ＣＰＵ基板３０の制御回路により制御される半導体スイッチング素子のスイッチング動作によって制御指令周波数の三相交流電力に変換された後、Ｕ−Ｖ−Ｗ端子２５からガラス密封端子を経てモータハウジング３内の電動モータに給電される。

ＣＰＵ基板３０上に設けられている制御通信回路によって、車両側に設けられている車両側ＥＣＵと信号制御装置とから伝送される信号に基づいて、インバータ装置２０がコントロールされる。

これにより、電動圧縮機１の電動モータが回転駆動され、圧縮機構が動作される。圧縮機構の動作により、冷媒吸入ポート６から低温低圧の冷媒ガスがモータハウジング３内に吸い込まれる。この冷媒は、電動モータの周囲をモータ軸線Ｌ方向に圧縮機ハウジング４側へと流動されて圧縮機構に吸い込まれ、高温高圧状態に圧縮された後、吐出ポート７を経て電動圧縮機１の外部へと送出される。

この間、冷媒吸入ポート６からモータハウジング３内に吸い込まれ、モータ軸線Ｌ方向に流動される低温低圧の冷媒ガスによりモータハウジング３のハウジング壁を介してインバータ収納部９の底面に密着されて設置されているインバータ装置２０のパワー系基板２１が冷却される。これにより、パワー系基板２１に実装されている半導体スイッチング素子等の発熱部品が強制冷却され、インバータ装置２０の耐熱性能を確保することができる。

電気自動車やプラグインＨＥＶ車等においては、バッテリーの充電時、バッテリーを冷却するために空気調和装置用の電動圧縮機１を運転させる。

続いて、バッテリーの充電時、バッテリーを冷却するために空気調和機用の電動圧縮機を運転させる作用について説明する。
第１の信号線７１と接続される車両側ＥＣＵ６０ａ及び車両側ＥＣＵ６０ｂは、通常モードの運転時に起動されるものであり、例えば、空気調和機をエアコンとして使用する場合に使用される。このため、車両が通常モードで運転する場合にのみ、信号制御装置５０よりオン信号が伝送される。
また、第２の信号線７２と接続される車両側ＥＣＵ６０ｃ及び６０ｄは、通常モードの運転のほか、電動圧縮機だけを動作させる場合に起動される。このため、通常モード及び充電モードの場合に信号制御装置５０によりオン信号が伝送される。

例えば、車両をプラグインで充電する場合には、信号制御装置５０は、第１の信号線はオフ状態のままで、第２の信号線にのみオン信号を送出する。これにより、車両をプラグインで充電する場合には、第２の信号線に接続された車両側ＥＣＵ６０ｃ及び車両側ＥＣＵ６０ｄだけがオンされる。

このように、充電モードである場合には、電動圧縮機だけを動作させればよいので、第１の信号線はオフのままで第２の信号線のみオンさせる。これにより、必要のない電気を起動させる必要がなく、電動コンプレッサを動作させることができるので、無駄な電力の消費を低減させることができる。

なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上記した実施形態では、インバータ収容部９をモータハウジング３と一体成形した例について説明したが、必ずしも一体に成形する必要はなく、別体をなすインバータ収容部９を一体に組み付けた構成としてもよい。また、圧縮機構については、特に制限されるものではなく、如何なる形式の圧縮機構を用いてもよい。

以上説明してきたように、本実施形態に係る空気調和装置の制御システムにおいて、信号制御装置は、消費する電力量に基づいてグループ化されている車両側制御装置に対し、出力するオンオフ信号を異ならせるので、作動させる車両側制御装置を限定することができ、消費電力量を低減させることが可能となる。なお、信号線は消費電力量に基づいてグループ化されているので、信号制御装置がオンオフ信号を制御することにより機器のオンオフを簡便に行うことが可能となる。

また、電子制御ユニットと信号制御装置とがオンオフ信号を伝送する信号線によって接続される。これにより、例えば、機器間の通信を可能にする通信線を追加し、該通信線によって制御を行う場合と比較すると、基板を小型化することができるとともに、費用を抑えることができる。

なお、本実施形態に係る空気調和装置の制御システムにおいて、信号線は２系統設けていたが、信号線の系統数は特に限定されない。例えば、３系統であっても、４系統であってもよいこととする。

また、本実施形態に係る空気調和装置の制御システムにおいて、信号制御装置５０は、ウェイクアップＥＣＵであったが、これに限られない。例えば、車両側ＥＣＵ６０ａ〜６０ｄに接続される機器（システム）が正常か否かをチェックする自己診断機能を作動させる場合のダイアグ用ＥＣＵであってもよいし、車両側ＥＣＵが駆動させる機能に応じて設けられる専用のＥＣＵとすることとしてもよい。

１ インバータ一体型電動圧縮機
２０ インバータ装置
２１ パワー系基板
３０ ＣＰＵ基板
６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄ 車両側ＥＣＵ
７１ 第１の信号線
７２ 第２の信号線

Claims (1)

1. 車両に搭載される空気調和装置の制御システムであって、
   前記空気調和装置が備える機器を制御する複数の制御装置と、
   複数の前記制御装置を制御する信号制御装置とを備え、
   複数の前記制御装置は、車両の各運転モードに対するオンオフの組み合わせが共通する装置同士でグループ化されるとともに、同じグループに属する前記制御装置が共通の信号線で接続され、
   前記運転モードは、車両の通常運転時、車両の充電時、動力回生時、走行時、及びプラグインで充電時のいずれかを含み、
   前記信号制御装置は、各前記信号線に車両の運転モードに応じたオンオフ信号を送出することを特徴とする空気調和装置の制御システム。

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