JP5743109B2 - 冷媒循環装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両に搭載される冷媒循環装置における、電動コンプレッサの熱保護技術に関する。
近年開発されている電気自動車やハイブリッド車のように、エンジンを搭載していない、あるいは走行時にエンジンを作動していない場合のある車両では、車両の空調装置における冷媒圧縮用に、電動コンプレッサが用いられている。
また、電気自動車やハイブリッド車は、走行駆動用のために高電圧の電池を搭載しており、当該車載電池の温度を適温に保持するために、車両の空調装置を利用して、車載電池の温度を調節する構成の車両も提案されている。
このような車両では、例えば冷媒の循環路に、車室内用のエバポレータの他に、車載電池冷却用のエバポレータを備え、同一のコンプレッサにより、車室内用のエバポレータ及び車載電池冷却用のエバポレータの両方に圧縮した冷媒を供給するような構成となっている。
このように、車室内用の空調装置に用いられる熱媒体の一部を用いて、車両に搭載される機器の温度調整を行う技術は、従来より公知となっている。例えば特許文献1では、エンジンの冷却水を車内暖房装置に用いており、この冷却水の一部を用いてギヤボックスと熱交換し、ギヤボックスの温度調整が可能になっている。
特開2012−46163号公報
ところで、上記のような電動コンプレッサには、その作動を制御するために電子機器が備えられている。この電動コンプレッサに設けられた制御用電子機器は、電動コンプレッサを通過する冷媒によって若干の温度上昇は抑えられるものの、電動コンプレッサの負荷が高くなると駆動電流の上昇に伴い高く温度上昇する虞がある。
特に、上記のように同一のコンプレッサで車室内と車載電池の両方の温度調整が可能な車両においては、電動コンプレッサの負荷が更に高くなり、電動コンプレッサの制御用電子機器の温度が許容を超えて上昇してしまうといった虞がある。
本発明は、上述した課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、電動コンプレッサを用いて車室内と車載電池の両方の温度調整が可能な車両の空調装置において、電動コンプレッサの温度上昇を抑制して、電動コンプレッサの保護を図ることが可能な車両空調装置を提供することにある。
上記の目的を達成するべく、請求項1の冷媒循環装置は、車両の室内を冷房する車室内空調用装置と、車両に搭載された車載電池を冷却する車載電池冷却用エバポレータを含む車載電池冷却用装置と、車室内空調用装置及び車載電池冷却用装置に冷媒を圧縮して供給する電動コンプレッサと、電動コンプレッサの内部温度を検出する温度検出手段と、電動コンプレッサにより圧縮された冷媒の圧力を検出する圧力検出手段と、電動コンプレッサの内部温度及び冷媒の圧力に基づいて、電動コンプレッサの負荷を低減させるべく車載電池冷却用エバポレータの作動を規制する制御手段と、を備えることを特徴とする。
また、請求項2の冷媒循環装置は、請求項1において、車室内空調用装置は、車室内空調用エバポレータと、該車室内空調用エバポレータにおいて冷媒と熱交換して車室内に供給される空調風を室外空気と室内空気とに切換可能な内外気切換手段とを有し、制御手段は、室内空気を冷媒と熱交換するように内外気切換手段を切換えることで電動コンプレッサの負荷を低減させることを特徴とする。
また、請求項3の車両空調装置は、請求項1または2において、車載電池冷却用装置は、車載電池冷却用エバポレータに空調風を供給するブロアファンを有し、制御手段は、ブロアファンの回転速度を低下させることで電動コンプレッサの負荷を低減させることを特徴とする。
請求項1の車両空調装置によれば、電動コンプレッサの内部温度及び電動コンプレッサにより圧縮された冷媒の圧力に基づいて、電動コンプレッサの負荷を低減させるべく車載電池冷却用エバポレータの作動を規制するので、室内空調用エバポレータによる車室内に対する空調能力を維持した上で、電動コンプレッサの負荷を低減させることができ、車室内の乗員の快適性を損なうことなく、電動コンプレッサの温度上昇、特に電動コンプレッサに備えられる制御用電子機器の温度上昇を抑えることができ、電動コンプレッサの保護を図ることができる。
請求項2の車両空調装置によれば、室内空調用エバポレータにおいて室内空気を冷媒と熱交換するように内外気切換手段を切換えることで、室内空調用エバポレータでの熱交換量を抑制して、電動コンプレッサの負荷を低減させることができる。したがって、車室内と車載電池の両方に対する空調能力を維持した上で、電動コンプレッサの負荷を低減させることができ、車室内の乗員の快適性を損なうことなく、電動コンプレッサの温度上昇を抑えて保護を図ることができる。
請求項3の車両空調装置によれば、車載電池冷却用エバポレータに空調風を供給するブロアファンの回転速度を低下させることで、車載電池冷却用エバポレータでの熱交換量を抑制して、電動コンプレッサの負荷を低減させることができる。したがって、車室内に対する空調能力を維持した上で、電動コンプレッサの負荷を低減させることができ、車室内の乗員の快適性を損なうことなく、電動コンプレッサの温度上昇を抑えて保護を図ることができる。
本発明の一実施形態に係る車両空調装置の概略構成図である。 本実施形態のエアコンコントロールユニットにおける電動コンプレッサの温度制御要領を示すフローチャートである。 本実施形態のエアコンコントロールユニットにおける電動コンプレッサの温度制御要領を示すフローチャートである。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る車両空調装置1の概略構成図である。
本実施形態に係る車両空調装置1は、プラグインハイブリッド車(以下、車両という)に搭載されている。
車両には、走行モータに電力を供給するための車載電池(駆動用電池)が搭載されている。車載電池は、高電圧の電力を出力するため高温になりやすく、夏期や走行風が得られない車両停止時等において過度な温度上昇を防止するために冷却装置が備えられている。
車載電池の冷却装置は、車両の室内温度を調整する空調装置を利用しており、具体的には、図1に示すように、車両空調装置(冷媒循環装置)1に、室内空調用エバポレータユニット(車室内空調用装置)2の他に、車載電池冷却用エバポレータユニット(車載電池冷却用装置)3を備えている。
車両空調装置1の冷媒の循環路4には、冷媒の循環方向の順番に、電動コンプレッサ5、コンデンサ6、室内空調用エバポレータユニット2が介装されている。更に、本実施形態では、コンデンサ6と室内空調用エバポレータユニット2との間で循環路4が分岐して、室内空調用エバポレータユニット2と電動コンプレッサ5との間で合流する分流路7が設けられている。当該分流路7には、車載電池冷却用エバポレータユニット3が介装されている。また、分流路7の分岐位置と室内空調用エバポレータユニット2との間の循環路4を開閉する電磁開閉弁8が備えられている。
電動コンプレッサ5は、内蔵する電動モータによってコンプレッサを作動させることで、冷媒を圧縮する機能を有する。電動コンプレッサ5には、電動モータの作動を制御するための制御ユニット20(制御用電子機器)が搭載されている。当該制御ユニット20は、電動モータに電力を供給するためのインバータ等の電子機器によって構成されている。
コンデンサ6は、電動コンプレッサ5によって圧縮された高温高圧の冷媒と外気とを熱交換し、冷媒を冷却する機能を有する。コンデンサ6には、外気を導入するためのコンデンサファン21が備えられている。
室内空調用エバポレータユニット2は、膨張弁22、エバポレータ(車室内空調用エバポレータ23)及びブロアファン24を備えている。膨張弁22は、コンデンサ6から排出された高圧低温の冷媒を膨張させる機能を有する。ブロアファン24は、車室内空調用エバポレータ23に室外または室内の空気(空調風)を供給する機能を有する。車室内空調用エバポレータ23は、膨張弁22によって膨張され低温常圧となった冷媒と、ブロアファン24によって供給された空調風とを熱交換する機能を有する。車室内空調用エバポレータ23において熱交換して冷却された空調風は、車室内に供給され、車室内の温度調整を可能とする。
また、室内空調用エバポレータユニット23は、車室の前方に備えられる室内空調ユニット25(HVACユニット)に備えられ、室内空調ユニット25には、車室内空調用エバポレータ23に供給される空調風を内気と外気とに切換える内外気切換えダンパ26(内外気切換手段)が備えられている。
車載電池冷却用エバポレータユニット3は、室内空調用エバポレータユニット2と同様に膨張弁31、エバポレータ(車載電池冷却用エバポレータ32)及びブロアファン33を備えており、車載電池冷却用エバポレータ32において熱交換して冷却された空調風は、車載電池の冷却に用いられる。
電磁開閉弁8は、開作動時には、コンデンサ6から排出された冷媒を室内空調用エバポレータユニット2に供給可能とし、閉作動時には、コンデンサ6から排出された冷媒の全てを車載電池冷却用エバポレータユニット3に供給させる機能を有する。
電動コンプレッサ5、コンデンサファン21、室内空調用エバポレータユニット2のブロアファン24、内外気切換えダンパ26、車載電池冷却用エバポレータユニット3のブロアファン33及び電磁開閉弁8は、エアコンコントロールユニット40(制御手段)により作動制御される。
更に、電動コンプレッサ5には、電動コンプレッサ5の内部温度Tc、詳しくは制御ユニット20の温度を検出する温度センサ41(温度検出手段)が備えられている。また、冷媒の循環路4には、コンデンサ6から出力された冷媒の圧力Paを検出する圧力センサ42(圧力検出手段)が備えられている。
エアコンコントロールユニット40は、入出力装置、記憶装置(ROM、RAM、不揮発性RAM等)及び中央演算処理装置(CPU)等を含んで構成されている。エアコンコントロールユニット40は、設定温度及び車室内温度等に基づいて、電動コンプレッサ5等の各種車両空調機器を制御して、車室内の温度制御を行う通常の車両空調装置1における各種車両空調機器の作動制御を行うとともに、車載電池の過度な温度上昇時に電磁開閉弁8を閉弁させ、車載電池のみ冷却させる機能を有している。
更に、本実施形態では、温度センサ41から電動コンプレッサ5の内部温度Tcを入力するとともに、圧力センサ42より冷媒の圧力Paを入力して、内外気切換えダンパ26、車載電池冷却用エバポレータユニット3のブロアファン33、コンデンサファン21、電動コンプレッサ5といった各種車両空調機器の作動条件を強制的に変更する制御を行い、電動コンプレッサ5の制御ユニット20の温度上昇を抑制する温度制御機能を有している。
図2、3は、エアコンコントロールユニット40における電動コンプレッサ5の温度制御要領を示すフローチャートである。
本ルーチンは、車両空調装置1の作動時に所定時間毎に繰り返し行なわれる。
始めにステップS10では、圧力センサ42より圧力Paを入力するとともに、温度センサ41から内部温度Tcを入力して、圧力Paが閾値Pa4以上であり、かつ内部温度Tcが閾値Tc4以上であるか否かを判別する。圧力Paが閾値Pa4以上であり、かつ内部温度Tcが閾値Tc4以上である場合には、ステップS20に進む。圧力Paが閾値Pa4未満であるか、または内部温度Tcが閾値Tc4未満である場合には、ステップS10に戻る。
ステップS20では、電池冷却をオフにする。詳しくは、車載電池冷却用エバポレータユニット3のブロアファン33を停止させる。そして、ステップS30に進む。
ステップS30では、圧力センサ42より圧力Tcを入力するとともに、温度センサ41から内部温度Tcを入力して、圧力Paが閾値Pa4d未満であり、かつ内部温度Tcが閾値Tc4d未満であるか否かを判別する。なお、閾値Pa4dは、前述の閾値Pa4より若干低い値であるとともに、閾値Tc4dは閾値Tc4より若干低い値である。圧力Paが閾値Pa4d未満であり、かつ内部温度Tcが閾値Tc4d未満である場合には、ステップS40に進む。圧力Paが閾値Pa4d以上であるか、または内部温度Tcが閾値Tc4d以上である場合には、ステップS50に進む。
ステップS40では、電池冷却をONにする。詳しくは、車載電池冷却用エバポレータユニット3のブロアファン33を作動させる。そして、ステップS10に戻る。
ステップS50では、圧力センサ42より圧力Paを入力するとともに、温度センサ41から内部温度Tcを入力して、圧力Paが閾値Pa1以上であり、かつ内部温度Tcが閾値Tc1以上であるか否かを判別する。圧力Paが閾値Pa1以上であり、かつ内部温度Tcが閾値Tc1以上である場合には、ステップS60に進む。圧力Paが閾値Pa1未満であるか、または内部温度Tcが閾値Tc1未満である場合には、ステップS30に戻る。
ステップS60では、強制内気モードにする。詳しくは、車室内空調用エバポレータ23に供給される空調風が強制的に内気になるように、内外気切換えダンパ26を作動させる。そして、ステップS70に進む。
ステップS70では、圧力センサ42より圧力Tcを入力するとともに、温度センサ41から内部温度Tcを入力して、圧力Paが閾値Pa1d未満であり、かつ内部温度Tcが閾値Tc1d未満であるか否かを判別する。なお、閾値Pa1dは、前述の閾値Pa1より若干低い値であるとともに、閾値Tc1dは閾値Tc1より若干低い値である。圧力Paが閾値Pa1d未満であり、かつ内部温度Tcが閾値Tc1d未満である場合には、ステップS80に進む。圧力Paが閾値Pa1d以上であるか、または内部温度Tcが閾値Tc1d以上である場合には、ステップS90に進む。
ステップS80では、強制内気モードを解除する。そして、ステップS50に戻る。
ステップS90では、圧力センサ42より圧力Paを入力するとともに、温度センサ41から内部温度Tcを入力して、圧力Paが閾値Pa2以上であり、かつ内部温度Tcが閾値Tc2以上であるか否かを判別する。圧力Paが閾値Pa2以上であり、かつ内部温度Tcが閾値Tc2以上である場合には、ステップS100に進む。圧力Paが閾値Pa2未満であるか、または内部温度Tcが閾値Tc2未満である場合には、ステップS70に戻る。
ステップS100では、車載電池冷却用エバポレータユニット3のブロアファン33の電圧を低下、即ちブロアファン33の回転速度を低下させる。そして、ステップS110に進む。
ステップS110では、圧力センサ42より圧力Tcを入力するとともに、温度センサ41から内部温度Tcを入力して、圧力Paが閾値Pa2d未満であり、かつ内部温度Tcが閾値Tc2d未満であるか否かを判別する。なお、閾値Pa2dは、前述の閾値Pa2より若干低い値であるとともに、閾値Tc2dは閾値Tc2より若干低い値である。圧力Paが閾値Pa2d未満であり、かつ内部温度Tcが閾値Tc2d未満である場合には、ステップS120に進む。圧力Paが閾値Pa2d以上であるか、または内部温度Tcが閾値Tc2d以上である場合には、ステップS130に進む。
ステップS120では、車載電池冷却用エバポレータユニット3のブロアファン33の電圧低下を解除する。そして、ステップS90に戻る。
ステップS130では、圧力センサ42より圧力Paを入力するとともに、温度センサ41から内部温度Tcを入力して、圧力Paが閾値Pa3以上であり、かつ内部温度Tcが閾値Tc3以上であるか否かを判別する。圧力Paが閾値Pa3以上であり、かつ内部温度Tcが閾値Tc3以上である場合には、ステップS140に進む。圧力Paが閾値Pa3未満であるか、または内部温度Tcが閾値Tc3未満である場合には、ステップS110に戻る。
ステップS140では、コンデンサファン21の回転速度を、強制的に最も高い高設定値Hiに設定する。そして、ステップS150に進む。
ステップS150では、圧力センサ42より圧力Tcを入力するとともに、温度センサ41から内部温度Tcを入力して、圧力Paが閾値Pa3d未満であり、かつ内部温度Tcが閾値Tc3d未満であるか否かを判別する。なお、閾値Pa3dは、前述の閾値Pa3より若干低い値であるとともに、閾値Tc3dは閾値Tc3より若干低い値である。圧力Paが閾値Pa3d未満であり、かつ内部温度Tcが閾値Tc3d未満である場合には、ステップS160に進む。圧力Paが閾値Pa3d以上であるか、または内部温度Tcが閾値Tc3d以上である場合には、ステップS170に進む。
ステップS160では、コンデンサファン21の強制的な高設定値Hiへの設定を解除する。そして、ステップS130に戻る。
ステップS170では、圧力センサ42より圧力Paを入力するとともに、温度センサ41から内部温度Tcを入力して、圧力Paが閾値Pa5以上であり、かつ内部温度Tcが閾値Tc5以上であるか否かを判別する。圧力Paが閾値Pa5以上であり、かつ内部温度Tcが閾値Tc5以上である場合には、ステップS180に進む。圧力Paが閾値Pa5未満であるか、または内部温度Tcが閾値Tc5未満である場合には、ステップS150に戻る。
ステップS180では、電動コンプレッサ5の回転速度を変更する。具体的には、電動コンプレッサ5の回転速度を低下させる。そして、本ルーチンを終了する。
なお、上記閾値Tc1〜Tc5、Pa1〜Pa5は、各種車両空調機器の能力や負荷への影響等に応じて、適宜設定すればよい。また、内部温度の閾値(Tc1〜Tc5)、及び圧力の閾値(Pa1〜Pa5)については、夫々必ずしも全て異なる値に設定する必要はない。
以上のように制御することで、本実施形態の車両空調装置1によれば、温度センサ41によって検出された電動コンプレッサ5の内部温度Tc及び圧力センサ42よって検出された圧縮後の冷媒の圧力Paが各閾値(Tc1〜Tc5、Pa1〜Pa5)以上となった場合に、車両空調装置1に設けられた各種車両空調機器(車載電池冷却用エバポレータユニット3のブロアファン33、内外気切換えダンパ26、コンデンサファン21、電動コンプレッサ5)の作動条件を変更して、電動コンプレッサ5の負荷を低減させる。
具体的には、車載電池冷却用エバポレータユニット3のブロアファン33を停止させることで、車載電池の冷却を停止させ、電動コンプレッサ5の負荷を低減させことができる。
また、車室内空調用エバポレータ23において室内空気を冷媒と熱交換するように、即ち内気モードに内外気切換ダンパ26を切換えることで、車室内温度を維持しつつ車室内空調用エバポレータ23での熱交換量を抑制することができ、電動コンプレッサ5の負荷を低減させることができる。
また、車載電池冷却用エバポレータユニット3のブロアファン33の回転速度を低下させることで、車載電池冷却用エバポレータ32での熱交換量を低下させ、電動コンプレッサ5の負荷を低減させることができる。
また、コンデンサファン21を強制的に高設定値Hiにすることで、コンデンサ6通過後の冷媒温度を低下させ、冷房能力を高めることができる。これにより、電動コンプレッサ5における圧縮を抑えて負荷を低減させることができる。
更に、上記の電動コンプレッサ5の負荷を低減させる制御については、いずれも室内空調用エバポレータユニット2への冷媒の供給量が確保されるので、車室内に対する空調能力を維持することができる。
また、電動コンプレッサ5の回転速度を低下させることでも、勿論、電動コンプレッサ5の負荷を低減させることができる。
このように電動コンプレッサ5の内部温度Tc及び冷媒の圧力Paに基づいて車両空調装置1の各種車両空調機器の作動条件を変更することで、電動コンプレッサ5の負荷に見合った方法を選択して電動コンプレッサ5の負荷を低減させることができる。よって、電動コンプレッサ5の温度上昇、特に電動コンプレッサ5に備えられた制御ユニット20の温度上昇を抑制することができ、電動コンプレッサ5の保護を図ることができる。
本実施形態では、電動コンプレッサ5の負荷上昇時に電動コンプレッサ5の回転速度を低下させるだけでなく、車載電池冷却用エバポレータユニット3のブロアファン33、内外気切換えダンパ26、コンデンサファン21といったその他の各種車両空調機器を制御することで、細かに電動コンプレッサ5の負荷を低下させることができ、制御ユニット20の温度上昇を効果的に抑制することができる。更には、上記のように各種車両空調機器の作動条件の変更によって、車室内の空調能力の低下を抑えることも可能となり、車室内の乗員の快適性を向上させることができる。
また、本実施形態では、電動コンプレッサ5の内部温度Tcと冷媒の圧力Paの両方に基づいて、各種車両空調機器の作動条件を変更しているので、冷媒の圧力Paに基づいて制御ユニット20の温度上昇前に負荷を低減させることができるとともに、電動コンプレッサ5の内部温度Tcに基づいて確実に制御ユニット20の温度上昇を抑制することができる。
なお、上記実施形態では、車載電池の冷却停止、内気モードへの変更、車載電池冷却用エバポレータユニット3のブロアファン33の回転速度低下、コンデンサファン21の回転速度増加、電動コンプレッサ5の回転速度低下といった5つの制御で電動コンプレッサ5の負荷を低減させるが、このうち車載電池の冷却停止、内気モードへの変更、及び車載電池冷却用エバポレータユニット3のブロアファン33の回転速度低下のように、車載電池冷却用エバポレータ32の作動を規制するような制御が少なくとも1つあればよく、その上で更に上記5つの制御のいずれかを複数組み合わせてもよい。
また、本願発明は、室内空調用エバポレータユニット2と車載電池冷却用エバポレータユニット3の両方を備えた車両において広く適用することができ、例えばハイブリッド車や電気自動車においても適用可能である。
1 車両空調装置(冷媒循環装置)
2 室内空調用エバポレータユニット(車室内空調用装置)
3 車載電池冷却用エバポレータユニット(車載電池冷却用装置)
5 電動コンプレッサ
23 車室内空調用エバポレータ
26 内外気切換えダンパ(内外気切換手段)
32 車載電池冷却用エバポレータ
33 ブロアファン
40 エアコンコントロールユニット(制御手段)
41 温度センサ(温度検出手段)
42 圧力センサ(圧力検出手段)

Claims (3)

  1. 車両の室内を冷房する車室内空調用装置と、
    前記車両に搭載された車載電池を冷却する車載電池冷却用エバポレータを含む車載電池冷却用装置と、
    前記車室内空調用装置及び前記車載電池冷却用装置に冷媒を圧縮して供給する電動コンプレッサと、
    前記電動コンプレッサの内部温度を検出する温度検出手段と、
    前記電動コンプレッサにより圧縮された前記冷媒の圧力を検出する圧力検出手段と、
    前記電動コンプレッサの内部温度及び前記冷媒の圧力に基づいて、前記電動コンプレッサの負荷を低減させるべく前記車載電池冷却用エバポレータの作動を規制する制御手段と、を備えることを特徴とする冷媒循環装置。
  2. 前記車室内空調用装置は、車室内空調用エバポレータと、該車室内空調用エバポレータにおいて前記冷媒と熱交換して車室内に供給される空調風を室外空気と室内空気とに切換可能な内外気切換手段とを有し、
    前記制御手段は、前記室内空気を前記冷媒と熱交換するように前記内外気切換手段を切換えることで前記電動コンプレッサの負荷を低減させることを特徴とする請求項1に記載の冷媒循環装置。
  3. 前記車載電池冷却用装置は、前記車載電池冷却用エバポレータに空調風を供給するブロアファンを有し、
    前記制御手段は、前記ブロアファンの回転速度を低下させることで前記電動コンプレッサの負荷を低減させることを特徴とする請求項1又は2に記載の冷媒循環装置。
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