JP5884807B2 - ハイブリッド車両 - Google Patents

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Description

この発明は、ハイブリッド車両に関し、特に、ハイブリッド車両に搭載される空調設備の制御技術に関する。
特開平6−255349号公報(特許文献1)は、車両用ヒートポンプ式空調装置を開示する。この空調装置は、電力を用いて冷媒を圧縮する電動圧縮機を有するヒートポンプサイクルを含む。この空調装置においては、室内熱交換器にて送風空気を冷却除湿し、その冷却除湿された送風空気を、室内熱交換器の下流に配置された電気ヒータにより加熱することによって、除湿暖房を行なうことができる(特許文献1参照)。
特開平6−255349号公報
特許文献1に記載のヒートポンプ式空調装置では、送風空気の除湿と、除湿された空気の加熱との双方に電力が用いられるので、消費電力が大きい。
エンジンと、モータと、モータに電力を供給するバッテリとを備えるハイブリッド車両においては、エンジンを熱源とする暖房(エンジン冷却水を用いた温水暖房)が可能である。上記の特許文献1では、この点については考慮されておらず、除湿暖房制御について改善の余地がある。
それゆえに、この発明の目的は、ハイブリッド車両に適した除湿暖房制御を実行可能なハイブリッド車両を提供することである。
この発明によれば、ハイブリッド車両は、内燃機関と、蓄電装置と、電動機と、制御装置と、空調設備とを備える。蓄電装置は、内燃機関の出力を用いて発電される電力を蓄える。電動機は、蓄電装置に蓄えられた電力を用いて車両駆動力を発生する。制御装置は、内燃機関を停止して電動機によって走行するEV走行と、内燃機関を作動させて走行するHV走行とを選択的に適用して車両の走行を制御する。空調設備は、車室内を除湿しつつ暖房可能である。空調設備は、蓄電装置に蓄えられた電力を用いて除湿および暖房を行なう第1の除湿暖房と、蓄電装置に蓄えられた電力を用いて除湿しつつ内燃機関を熱源として暖房を行なう第2の除湿暖房とを選択的に実施可能に構成される。制御装置は、さらに、HV走行時は、EV走行時よりも第2の除湿暖房を優先的に実施するように空調設備を制御する。
内燃機関を熱源として暖房を行なう第2の除湿暖房は、電力を用いて除湿および暖房を行なう第1の除湿暖房よりも消費電力が小さい。このハイブリッド車両においては、内燃機関を作動させて走行するHV走行時は、EV走行時よりも第2の除湿暖房が優先されるので、HV走行かEV走行かに拘わらず第1の除湿暖房を一律に用いる場合に比べて、消費電力を抑制することができる。一方、内燃機関を停止して電動機によって走行するEV走行時は、第1の除湿暖房により、内燃機関を作動させることなく暖房能力を確保できる。このように、このハイブリッド車両によれば、ハイブリッド車両に適した除湿暖房制御を実行することができる。
好ましくは、制御装置は、HV走行時であっても、内燃機関または内燃機関の冷却水の温度が判定値よりも低い場合には、HV走行時にEV走行時よりも第2の除湿暖房を優先的に実施する制御を非実行とする。
HV走行時であっても、EV走行からの切替直後は、内燃機関や冷却水の温度が低いこともある。この状態で第2の除湿暖房を優先的に実施すると、空調設備の暖房能力が低下してしまう。このハイブリッド車両によれば、HV走行時であっても、内燃機関や冷却水の温度が低い場合には第2の除湿暖房を優先的に実施することはしないので、空調設備の暖房能力が低下するのを抑制することができる。
また、この発明によれば、ハイブリッド車両は、内燃機関と、蓄電装置と、電動機と、制御装置と、空調設備とを備える。蓄電装置は、内燃機関の出力を用いて発電される電力を蓄える。電動機は、蓄電装置に蓄えられた電力を用いて車両駆動力を発生する。制御装置は、蓄電装置のSOCを消費するCD(Charge Depleting)モードと、SOCを維持するCS(Charge Sustaining)モードとを選択的に適用して車両の走行を制御する。空調設備は、車室内を除湿しつつ暖房可能である。空調設備は、蓄電装置に蓄えられた電力を用いて除湿および暖房を行なう第1の除湿暖房と、蓄電装置に蓄えられた電力を用いて除湿しつつ内燃機関を熱源として暖房を行なう第2の除湿暖房とを選択的に実施可能に構成される。制御装置は、さらに、CSモード時は、CDモード時よりも第2の除湿暖房を優先的に実施するように空調設備を制御する。
蓄電装置のSOCを維持するCSモード時は、SOCを維持するために内燃機関が始動/停止を繰り返すので、内燃機関は暖まっている。そこで、このハイブリッド車両においては、CSモード時は、SOCを消費するCDモード時よりも第2の除湿暖房が優先される。これにより、CSモードかCDモードかに拘わらず第1の除湿暖房を一律に用いる場合に比べて、消費電力を抑制することができる。一方、CDモード時は、第1の除湿暖房により、内燃機関を作動させることなく暖房能力を確保できる。このように、このハイブリッド車両によれば、ハイブリッド車両に適した除湿暖房制御を実行することができる。
好ましくは、制御装置は、さらに、内燃機関の始動頻度を抑制するエコモードを適用して車両の走行を制御可能である。そして、制御装置は、CDモードが選択され、かつ、エコモードが選択されているときは、第1の除湿暖房を実施するように空調設備を制御する。また、制御装置は、CDモードが選択され、かつ、エコモードの非選択時は、第2の除湿暖房を実施するように空調設備を制御する。
このハイブリッド車両においては、CDモード中のエコモード選択時は、第1の除湿暖房が実施されるので、空調設備の消費電力は増大するけれども、暖房能力不足による内燃機関の始動を回避してエコモードを実行ならしめることができる。一方、CDモード中のエコモード非選択時は、第2の除湿暖房が実施されるので、消費電力が抑制され、CDモードでの走行距離を確保することができる。
好ましくは、空調設備は、ヒートポンプサイクルと、温水暖房装置とを含む。ヒートポンプサイクルは、電動コンプレッサ、室内コンデンサ、第1膨張弁、室外熱交換器、第2膨張弁、およびエバポレータを有する。温水暖房装置は、内燃機関を熱源として内燃機関の冷却水を用いて車室内を暖房する。第1の除湿暖房は、エバポレータによって除湿しつつ室内コンデンサによって暖房を行なう。第2の除湿暖房は、エバポレータによって除湿しつつ温水暖房装置によって暖房を行なう。
第2の除湿暖房は、温水暖房装置によって暖房を行なうので、室内コンデンサによって暖房を行なう第1の除湿暖房よりも消費電力が小さい。そして、このハイブリッド車両においては、HV走行時(またはCSモード時)は、EV走行時(またはCDモード時)よりも第2の除湿暖房が優先されるので、HV/EV走行やCS/CDモードに拘わらず第1の除湿暖房を一律に用いる場合に比べて、消費電力を抑制することができる。一方、EV走行時(またはCDモード時)は、第1の除湿暖房により、内燃機関を作動させることなく暖房能力を確保することができる。
この発明によれば、ハイブリッド車両に適した除湿暖房制御を実行することができる。
この発明の実施の形態によるハイブリッド車両の全体ブロック図である。 図1に示す空調設備の空調モードを説明するための図である。 図1に示す空調設備の具体的な構成を示した図である。 図3に示すヒートポンプサイクルが除湿暖房を行なうときのモリエル線図である。 並列除湿暖房運転時の冷媒の流れを示した図である。 ヒートポンプサイクルが並列除湿暖房運転を行なうときのモリエル線図である。 冷房運転時の冷媒の流れを示した図である。 ヒートポンプサイクルが冷房運転を行なうときのモリエル線図である。 図1に示すECUの、空調制御に関する部分の機能ブロック図である。 ECUにより実行される除湿暖房制御の処理手順を説明するためのフローチャートである。 実施の形態1の変形例により実行される除湿暖房制御の処理手順を説明するためのフローチャートである。 実施の形態2によるハイブリッド車両の全体ブロック図である。 CDモードおよびCSモードを説明するための図である。 図12に示すECUの、空調制御に関する部分の機能ブロック図である。 ECUにより実行される除湿暖房制御の処理手順を説明するためのフローチャートである。 実施の形態2の変形例におけるECUにより実行される暖房制御の処理手順を説明するためのフローチャートである。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
[実施の形態1]
(ハイブリッド車両の全体構成)
図1は、この発明の実施の形態1によるハイブリッド車両の全体ブロック図である。図1を参照して、ハイブリッド車両1は、エンジン2と、動力分割装置4と、モータジェネレータ6,10と、伝達ギヤ8と、駆動軸12と、車輪14とを備える。また、ハイブリッド車両1は、蓄電装置16と、電力変換器18,20と、空調設備26と、電子制御装置(以下「ECU(Electronic Control Unit)」と称する。)30とをさらに備える。
ハイブリッド車両1は、エンジン2およびモータジェネレータ10の少なくとも一方から出力される駆動力によって走行可能である。動力分割装置4は、エンジン2が発生する駆動力を、駆動軸12を駆動するための駆動力と、モータジェネレータ6を駆動するための駆動力とに分割可能に構成される。動力分割装置4は、たとえば遊星歯車によって構成される。
エンジン2は、駆動軸12に動力を伝達する伝達ギヤ8を駆動するとともにモータジェネレータ6を駆動する動力源としてハイブリッド車両1に組込まれる。モータジェネレータ6は、エンジン2によって駆動される発電機として動作し、かつ、エンジン2の始動を行ない得る電動機として動作するものとしてハイブリッド車両1に組込まれる。モータジェネレータ10は、駆動軸12に動力を伝達する伝達ギヤ8を駆動する動力源としてハイブリッド車両1に組込まれる。
蓄電装置16は、再充電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池や、大容量のキャパシタ等によって構成される。蓄電装置16は、電力変換器18,20へ電力を供給する。また、蓄電装置16は、モータジェネレータ6および/または10の発電時に発電電力を受けて充電される。さらに、蓄電装置16は、車室内の空調を行なう空調設備26へも電力を供給する。なお、蓄電装置16は、図示しない電圧センサおよび電流センサによって蓄電装置16の電圧VBおよび電流IBを検出し、その検出値をECU30へ出力する。
電力変換器18は、モータジェネレータ6により発電された電力を直流電力に変換して蓄電装置16へ出力する。電力変換器20は、蓄電装置16から供給される直流電力を交流電力に変換してモータジェネレータ10へ出力する。なお、電力変換器18は、エンジン2の始動時、蓄電装置16から供給される直流電力を交流電力に変換してモータジェネレータ6へ出力する。また、電力変換器20は、車両の制動時や下り斜面での加速度低減時、モータジェネレータ10により発電された電力を直流電力に変換して蓄電装置16へ出力する。電力変換器18,20は、たとえばインバータによって構成される。なお、蓄電装置16と電力変換器18,20との間に、電力変換器18,20の入力電圧を蓄電装置16の電圧以上に昇圧するコンバータを設けてもよい。
モータジェネレータ6,10は、交流電動機であり、たとえばロータに永久磁石が埋設された三相交流同期電動機によって構成される。モータジェネレータ6は、エンジン2により生成された運動エネルギーを電気エネルギーに変換して電力変換器18へ出力する。また、モータジェネレータ6は、電力変換器18から受ける三相交流電力によって駆動力を発生し、エンジン2の始動を行なう。
モータジェネレータ10は、電力変換器20から受ける三相交流電力によって車両の駆動トルクを発生する。また、モータジェネレータ10は、車両の制動時や下り斜面での加速度低減時、運動エネルギーや位置エネルギーとして車両に蓄えられた力学的エネルギーを電気エネルギーに変換して電力変換器20へ出力する。
エンジン2は、燃料の燃焼による熱エネルギーをピストンやロータなどの運動子の運動エネルギーに変換し、その変換された運動エネルギーを動力分割装置4へ出力する。たとえば、運動子がピストンであり、その運動が往復運動であれば、いわゆるクランク機構を介して往復運動が回転運動に変換され、ピストンの運動エネルギーが動力分割装置4に伝達される。
空調設備26は、ハイブリッド車両1の車室内の空調を行なうための設備であり、少なくとも車室内を除湿しつつ暖房可能である。空調設備26は、蓄電装置16から電力の供給を受けて作動するヒートポンプサイクルを含む。また、空調設備26は、エンジン2を熱源としてエンジン2の冷却水を用いて暖房する温水暖房装置を含む。ヒートポンプサイクルは、エンジン2の作動を必要としないけれども、作動に伴ない電力を消費する。一方、温水暖房装置は、電力を消費しないけれども、エンジン2によって冷却水が暖められていることを必要とする。空調設備26の構成については、後ほど詳しく説明する。
ECU30は、CPU(Central Processing Unit)、記憶装置、入出力バッファ等を含み(いずれも図示せず)、ハイブリッド車両1における各機器の制御を行なう。なお、この制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア(電子回路)で処理することも可能である。
(空調設備26の説明)
図2は、図1に示した空調設備26の空調モードを説明するための図である。図2を参照して、横軸は、車室外空気(外気)の温度を示し、縦軸は、空調設備26の目標吹出温度を示す。外気温度が低いときは、空調設備26は、暖房運転を行なう。
暖房運転が行なわれる領域よりも外気温度が高い領域においては、空調設備26は、外気温度に対して目標吹出温度が低いときは冷房運転を行ない、外気温度に対して目標吹出温度が高いときは除湿暖房運転を行なう。除湿暖房運転では、車室内を除湿しつつ暖房が行なわれる。
図3は、図1に示した空調設備26の具体的な構成を示した図である。なお、この図3は、空調設備26の構成の一例を示したものであり、空調設備26の構成は、図3に示した構成に限定されるものではない。図3を参照して、空調設備26は、蓄電装置16から電力の供給を受けて作動するヒートポンプサイクルと、エンジン2を熱源とする温水暖房装置と、室内空調ユニットとを含む。
ヒートポンプサイクルは、電力変換器28と、電動コンプレッサ50と、室内コンデンサ55と、膨張弁60と、室外熱交換器70と、電磁弁75と、アキュムレータ80とを含む。また、ヒートポンプサイクルは、逆止弁85と、膨張弁90と、エバポレータ95と、蒸発圧力調整弁(EPR)97とをさらに含む。さらに、ヒートポンプサイクルは、温度センサ160,165,170,175,180と、圧力センサ185,190とをさらに含む。
電動コンプレッサ50は、蓄電装置16から供給される電力を用いて作動する。電動コンプレッサ50は、冷媒を吸入し、かつ、断熱的に圧縮して過熱状態冷媒ガスとし、高温高圧の気相冷媒を吐出する。電動コンプレッサ50は、冷媒を吸入および吐出することによって、ヒートポンプサイクルに冷媒を循環させる。
電力変換器28は、蓄電装置16から供給される電力を電圧変換して電動コンプレッサ50へ出力する。電力変換器28は、たとえばインバータによって構成される。
室内コンデンサ55は、電動コンプレッサ50の冷媒出力側に接続され、室内空調ユニットのケーシング110内に設けられる。室内コンデンサ55は、その内部を流通する冷媒とケーシング110内に流れる送風空気との間で熱交換することによって送風空気を加熱する。
膨張弁60は、室内コンデンサ55と室外熱交換器70との間の配管に設けられ、室内コンデンサ55を通過した高圧の液相冷媒を小さな孔から噴射させることにより膨張させ、冷媒液を減圧して低温・低圧の気液混合状態の湿り蒸気に変化させる。膨張弁60は、たとえば電気式の膨張弁によって構成される。
室外熱交換器70は、膨張弁60の冷媒出力側に接続され、たとえば車両の前バンパー後方に設けられる。室外熱交換器70は、その内部を流通する冷媒と、送風ファン72から送風される車室外空気(外気)との間で熱交換する。冷媒の温度が外気温度よりも高ければ、冷媒は、室外熱交換器70を通過することによって外気へ放熱し、冷媒の温度が外気温度よりも低ければ、冷媒は、室外熱交換器70を通過することによって外気から吸熱する。
電磁弁75は、全開と全閉とを切替可能に構成される。電磁弁75は、暖房運転時(除湿暖房運転ではない。)は全開に制御され、除湿暖房運転時、冷房運転時、および電動コンプレッサ50の停止時は全閉に制御される。
アキュムレータ80は、電動コンプレッサ50に対して冷媒流れ上流側に配置される。アキュムレータ80は、液相冷媒と気相冷媒とを分離し、気体状の冷媒のみを電動コンプレッサ50に吸入させる。液状の冷媒が電動コンプレッサ50に吸入されると、弁などの電動コンプレッサ50の構成部品が液圧縮によって損傷する可能性があるからである。
逆止弁85は、室外熱交換器70と電磁弁75との間の配管から分岐された配管に設けられ、室外熱交換器70から出力される冷媒の流れを許容するとともに逆方向の流れを禁止する。膨張弁90は、エバポレータ95の冷媒流れ上流側に設けられ、室外熱交換器70を通過した冷媒を減圧膨張させてエバポレータ95へ出力する。膨張弁90は、たとえば電気式の膨張弁によって構成される。
エバポレータ95は、膨張弁90の冷媒出力側に接続され、室内空調ユニットのケーシング110内に設けられる。エバポレータ95は、その内部を流通する冷媒とケーシング110内に流れる送風空気との間で熱交換することによって送風空気を冷却するとともに除湿する。EPR97は、エバポレータ95とアキュムレータ80との間の配管に設けられ、エバポレータ95の蒸発圧力を制御する。
電磁弁100は、室内コンデンサ55の出側配管と、膨張弁90の入側配管との間に配設されるバイパス管に設けられる。このバイパス管は、後述の並列除湿暖房運転時に全開に制御され、その他の運転時は全閉に制御される。
温水暖房装置は、ヒータコア105を含む。ヒータコア105は、エンジン2の冷却水配管107に設けられ、室内空調ユニットのケーシング110内に配設される。ヒータコア105は、その内部を流れるエンジン冷却水とケーシング110内に流れる送風空気との間で熱交換することによって送風空気を加熱する。すなわち、ヒータコア105は、エンジン2を熱源としており、温水暖房装置は基本的に電力を使用しない。なお、温水暖房装置による暖房運転とエンジン2の作動とは、必ずしも一致しない。すなわち、エンジン2が停止していても、事前のエンジン2の作動によりエンジン冷却水が暖められていれば、温水暖房装置による暖房は可能である。
室内空調ユニットは、ケーシング110と、送風機115と、内外気切替ドア120と、仕切壁125と、エアミックスドア130とを含む。ケーシング110は、車室内に送風される送風空気の通路を形成する。送風機115は、ケーシング110の内部を通って車室内へ供給される送風空気を生成する。送風機115は、要求風量によって回転数(送風量)が制御される。内外気切替ドア120は、車室内空気(内気)と車室外空気(外気)とを切替えて、または混合して、ケーシング110内に導入させる。
エバポレータ95は、送風機115の空気流れ下流側に配置される。仕切壁125およびエアミックスドア130は、エバポレータ95の空気流れ下流側に設けられる。仕切壁125によって、ケーシング110内に、加熱用通風路140と、バイパス通風路145とが形成される。
加熱用通風路140には、ヒータコア105および室内コンデンサ55が配置される。加熱用通風路140を通過した送風空気は、エンジン冷却水温が送風空気の温度よりも高ければ、ヒータコア105によって加熱され、ヒートポンプサイクルの作動中であれば、室内コンデンサ55によって加熱される。なお、図では、ヒータコア105は、室内コンデンサ55の空気流れ上流側に配置されているが、室内コンデンサ55とヒータコア105との配置順は特に限定されない。バイパス通風路145は、エバポレータ95を通過した送風空気を、室内コンデンサ55を通過させることなく車室内へ導くための通路である。
加熱用通風路140を通過した送風空気と、バイパス通風路145を通過した送風空気とは、仕切壁125の下流にて混合されて車室内へ供給される。したがって、車室内へ供給される送風空気の温度は、加熱用通風路140を通過する送風空気と、バイパス通風路145を通過する送風空気との風量割合によって変化する。
エアミックスドア130は、加熱用通風路140を通過する送風空気と、バイパス通風路145を通過する送風空気との風量割合を変更可能に構成され、目標温度に応じて上記の風量割合を変化させる。
(ヒートポンプサイクルの説明)
図4は、図3に示したヒートポンプサイクルが除湿暖房を行なうときのモリエル線図である。なお、図3には、除湿暖房運転が行なわれるときの冷媒の流れが矢印で示されている。この図3,4に示される除湿暖房運転は、「直列除湿暖房運転」とも称される。
図3および図4を参照して、直列除湿暖房運転では、電磁弁75,100は閉じられる。これにより、冷媒は、電動コンプレッサ50→室内コンデンサ55→膨張弁60→室外熱交換器70→逆止弁85→膨張弁90→エバポレータ95の順に流れ、アキュムレータ80を通って電動コンプレッサ50に戻る。なお、室内コンデンサ55の温度TAVが推定(または検出)され、その温度TAVに応じて電動コンプレッサ50の回転数が制御される。
室内空調ユニットにおいて、エバポレータ95により送風空気が除湿され、除湿された送風空気が室内コンデンサ55により加熱される。エアミックスドア130の開度を調整することにより、送風空気の温度が調節される。
なお、電磁弁75,100を開けることによって、ヒートポンプサイクルが除湿暖房を行なうときの暖房能力を高めることができる。なお、電磁弁75,100を開けて行なわれる除湿暖房運転は、「並列除湿暖房運転」とも称される。
図5は、並列除湿暖房運転時の冷媒の流れを示した図である。図6は、ヒートポンプサイクルが並列除湿暖房運転を行なうときのモリエル線図である。図5および図6を参照して、並列除湿暖房運転では、電磁弁75,100は開けられる。これにより、電動コンプレッサ50→室内コンデンサ55→膨張弁60→室外熱交換器70→電磁弁75→アキュムレータ80の順に冷媒が流れて電動コンプレッサ50に戻る経路と、電動コンプレッサ50→室内コンデンサ55→電磁弁100→膨張弁90→エバポレータ95→EPR97→アキュムレータ80の順に冷媒が流れて電動コンプレッサ50に戻る経路とが形成される。
並列除湿暖房運転では、室外熱交換器70において吸熱した熱量を室内コンデンサ55において放熱することができるので、並列除湿暖房運転は、直列除湿暖房運転よりも暖房能力が高い。なお、ヒートポンプサイクルが直列除湿暖房運転および並列除湿暖房運転の双方で運転可能であることは必ずしも必要ではなく、直列除湿暖房運転および並列除湿暖房運転のいずれかのみで運転可能なものであってもよい。
図7は、冷房運転時の冷媒の流れを示した図である。図8は、ヒートポンプサイクルが冷房運転を行なうときのモリエル線図である。図7および図8を参照して、冷房運転では、電磁弁75,100は閉じられる。これにより、冷媒は、電動コンプレッサ50→室内コンデンサ55→膨張弁60→室外熱交換器70→逆止弁85→膨張弁90→エバポレータ95の順に流れ、アキュムレータ80を通って電動コンプレッサ50に戻る。
冷房運転時は、室内空調ユニット内において、加熱用通風路140を通る送風空気の流れがエアミックスドア130によって阻止される。これにより、室内コンデンサ55において冷媒と送風空気との間で熱交換は行なわれず、エバポレータ95により除湿冷却された送風空気が車室内へ供給される。
なお、図示しないが、電磁弁75を開け、電磁弁100を閉じることにより、室内コンデンサ55には冷媒を流しつつエバポレータ95への冷媒の流れを止めることができるので、暖房運転を行なうことができる。
(除湿暖房の説明)
除湿暖房運転については、空調設備26は、第1の除湿暖房と、第2の除湿暖房とを選択的に実施可能である。第1の除湿暖房は、ヒートポンプサイクルを除湿暖房運転(直列除湿暖房運転または並列除湿暖房運転)で作動させることによって、車室内の除湿および暖房を行なうものである。すなわち、第1の除湿暖房では、蓄電装置16に蓄えられた電力を用いて除湿および暖房が行なわれる。
第2の除湿暖房は、ヒートポンプサイクルを冷房運転で作動させることによって送風空気の除湿を行ない、暖房についてはエンジン2を熱源とするものである。すなわち、第2の除湿暖房では、ヒートポンプサイクルによって暖房を行なう必要はないので、第2の除湿暖房は、第1の除湿暖房よりも消費電力が小さい。
第1の除湿暖房は、第2の除湿暖房よりも消費電力が大きいけれども、ヒートポンプサイクルによって除湿とともに暖房も行なうので、エンジン2が熱源である必要はなく、エンジン2を停止させることができる。第2の除湿暖房は、第1の除湿暖房よりも消費電力は小さいけれども、エンジン2を熱源として暖房に利用するので、エンジン2の暖機が行なわれており、エンジン2の冷却水が暖められていることが必要である。
そこで、この実施の形態1では、除湿暖房運転について、エンジン2を作動させて走行するHV走行時は、エンジン2を停止させてモータジェネレータ10によって走行するEV走行時よりも第2の除湿暖房を優先的に実施することとしたものである。これにより、走行モード(HV走行/EV走行)に拘わらずヒートポンプサイクルによる除湿暖房(第1の除湿暖房)を一律に適用する場合に比べて、電力消費を抑制することができる。一方、EV走行時は、第1の除湿暖房により、エンジン2を作動させることなく暖房能力を確保できる。
(ECU30の構成)
図9は、図1に示したECU30の、空調制御に関する部分の機能ブロック図である。図9を参照して、ECU30は、SOC算出部210と、走行パワー算出部220と、走行制御部230と、エンジン制御部240と、空調制御部250とを含む。
SOC算出部210は、蓄電装置16の電圧VBおよび電流IBの各検出値に基づいて、蓄電装置16のSOCを算出する。SOCの算出方法については、種々の公知の手法を用いることができる。走行パワー算出部220は、アクセルペダルの操作量に依存するアクセル開度ACCや、車両速度SV等に基づいて、車両の走行パワーPCを算出する。
走行制御部230は、走行パワーPCおよび蓄電装置16のSOCに基づいて、EV走行とHV走行とを選択的に適用してハイブリッド車両1の走行を制御する。一例として、走行制御部230は、SOCに基づいて蓄電装置16の充放電要求パワーを算出し、走行パワーPCと充放電要求パワーとの和が所定のしきい値以下であればEV走行を行なうように車両を制御し、上記パワーの和が上記しきい値を超えるとHV走行を行なうように車両を制御する。
エンジン制御部240は、走行制御部230によってHV走行が選択されているとき、エンジン2が所望のパワーおよび回転数で作動するようにエンジン2を制御する。一方、走行制御部230によってEV走行が選択されているときは、エンジン制御部240は、エンジン2を停止させる。
空調制御部250は、車室内の空調が要求されている場合、空調設備26を制御する。一例として、空調制御部250は、外気温度および空調設備26の目標吹出温度に基づいて、図2に示したようなマップに従って空調設備26の空調モードを選択し、その選択された空調モードで空調設備26が作動するように空調設備26を制御する。
ここで、空調モードとして除湿暖房が選択される場合、空調制御部250は、走行制御部230によってEV走行が選択されているときは、ヒートポンプサイクルが除湿暖房を行なうように空調設備26を制御する(第1の除湿暖房)。なお、この第1の除湿暖房につき、外気温度が相対的に高いときは、図3,4に示した直列除湿暖房とし、外気温度が相対的に低いときは、図5,6に示した並列除湿暖房としてもよい。
一方、空調モードとして除湿暖房が選択される場合に、走行制御部230によってHV走行が選択されているときは、空調制御部250は、エンジン2を熱源とする温水暖房を行ないつつヒートポンプサイクルが図7,8に示した冷房運転(除湿)を行なうように空調設備26を制御する(第2の除湿暖房)。
図10は、ECU30により実行される除湿暖房制御の処理手順を説明するためのフローチャートである。このフローチャートは、ECU30に予め格納されたプログラムを所定周期で実行することによって実現される。あるいは、一部または全部のステップについて、専用のハードウェア(電子回路)を構築して処理を実現することも可能である。
図10を参照して、ECU30は、空調設備26の目標温度を算出する(ステップS10)。たとえば、空調設備26の目標吹出温度が算出される。なお、目標吹出温度は、空調設備26の設定温度と、内気または外気の温度とに基づいて算出され得る。次いで、ECU30は、A/Cスイッチ(図示せず)がオンされているか否かを判定する(ステップS20)。A/Cスイッチがオフのときは(ステップS20においてNO)、ECU30は、以降の一連の処理を実行しない。
ステップS20においてA/Cスイッチがオンされていると判定されると(ステップS20においてYES)、ECU30は、除湿条件が成立しているか否かを判定する(ステップS30)。外気温度が極低温のときは、空調設備26は除湿運転(冷房運転)を行なうことができず、この除湿条件は、空調設備26が除湿運転可能か否かを判定するための条件である。
ステップS30において除湿条件は成立しているものと判定されると(ステップS30においてYES)、ECU30は、ハイブリッド車両1がHV走行を行なっているか否かを判定する(ステップS40)。そして、HV走行中であると判定されると(ステップS40においてYES)、ECU30は、エンジン2を熱源とする温水暖房を行ないつつヒートポンプサイクルが冷房運転(除湿)を行なうように、空調設備26を制御する(ステップS50)。HV走行時は、エンジン2が作動しているので、エンジン2を熱源とする温水暖房装置が機能しており、ヒートポンプサイクルを冷房運転で作動させることによって除湿暖房(第2の除湿暖房)が実現される。
一方、ステップS40においてEV走行中であると判定されると(ステップS40においてNO)、ECU30は、ヒートポンプサイクルが除湿暖房を行なうように空調設備26を制御する(ステップS60)。EV走行時は、エンジン2が停止しているので、エンジン2を熱源とする温水暖房装置を利用せずにヒートポンプサイクルによる除湿暖房(第1の除湿暖房)が行なわれる。
以上のように、この実施の形態1においては、エンジン2を作動させて走行するHV走行時は第2の除湿暖房が用いられるので、HV走行かEV走行かに拘わらず第1の除湿暖房を一律に用いる場合に比べて、消費電力を抑制することができる。一方、エンジン2を停止してモータジェネレータ10によって走行するEV走行時は第1の除湿暖房が用いられるので、エンジン2を作動させることなく暖房能力を確保することができる。このように、このハイブリッド車両1によれば、ハイブリッド車両に適した除湿暖房制御を実行することができる。
[実施の形態1の変形例]
HV走行が行なわれていても、エンジン2の始動直後などエンジン冷却水温が低い場合には、ヒートポンプサイクルによる除湿暖房(第1の除湿暖房)が行なわれる。すなわち、HV走行時は、エンジン2を熱源とする温水暖房を用いた除湿暖房(第2の除湿暖房)が例外なく適用されるわけではなく、HV走行時は、EV走行時よりも第2の除湿暖房が優先的に実施される。
図11は、実施の形態1の変形例により実行される除湿暖房制御の処理手順を説明するためのフローチャートである。図11を参照して、このフローチャートは、図10に示したフローチャートにおいて、ステップS42をさらに含む。すなわち、ステップS40においてHV走行中であると判定されると(ステップS40においてYES)、ECU30は、エンジン2の冷却水温が判定値Tthよりも低いか否かを判定する(ステップS42)。なお、この判定値Tthは、エンジン2を熱源とする温水暖房を利用可能か否かを判定するための値である。なお、エンジン2の冷却水温に代えて、エンジン2自体の温度が所定の判定値よりも低いか否かを判定してもよい。
そして、ステップS42においてエンジン冷却水温が判定値よりも低いと判定されると(ステップS42においてYES)、ECU30は、ステップS60へ処理を進め、ヒートポンプサイクルが除湿暖房(第1の除湿暖房)を行なうように空調設備26を制御する。すなわち、HV走行時であっても、エンジン冷却水温が判定値よりも低い場合には、HV走行時にEV走行時よりも第2の除湿暖房を優先的に実施する制御を非実行とする。
一方、ステップS42においてエンジン冷却水温が判定値以上である判定されたときは(ステップS42においてNO)、ECU30は、ステップS50へ処理を進め、エンジン2を熱源とする温水暖房を行ないつつヒートポンプサイクルが冷房運転(除湿)を行なうように、空調設備26を制御する(第2の除湿暖房)。
以上のように、この実施の形態1の変形例によれば、HV走行時であっても、エンジン冷却水温が低い場合には第2の除湿暖房を優先的に実施することはしないので、空調設備26の暖房能力が低下するのを抑制することができる。
[実施の形態2]
図12は、実施の形態2によるハイブリッド車両の全体ブロック図である。図12を参照して、このハイブリッド車両1Aは、図1に示したハイブリッド車両1において、電力変換器22と、接続部24と、ECOモードスイッチ32とをさらに備え、ECU30に代えてECU30Aを備える。
電力変換器22は、図示しない車両外部の電源(以下「外部電源」とも称する。)から供給される電力を蓄電装置16の電圧レベルに変換して蓄電装置16へ出力する。電力変換器22は、たとえば整流器やインバータによって構成される。
接続部24は、外部電源に電気的に接続され、外部電源から供給される電力を受電する。なお、外部電源からの受電方法は、接続部24を用いた接触受電に限定されず、接続部24に代えて受電用コイル等を用いて外部電源から非接触で受電してもよい。
ECOモードスイッチ32は、運転者が操作可能なスイッチであり、ECOモードスイッチ32がオンされると、ECOモードスイッチ32がオフのときよりも、エンジン2の始動頻度が抑制される。ECOモードスイッチ32が操作されたときの制御については、後述の変形例において説明する。
ECU30Aは、CPU、記憶装置、入出力バッファ等を含み、ハイブリッド車両1Aにおける各機器の制御を行なう。ECU30Aによる主要な制御の一つとして、ECU30Aは、SOCを消費するCD(Charge Depleting)モードと、SOCを維持するCS(Charge Sustaining)モードとを選択的に適用して車両の走行を制御する走行制御を実行する。
(CDモード/CSモードの説明)
図13は、CDモードおよびCSモードを説明するための図である。図13を参照して、外部電源による蓄電装置16の充電(以下「外部充電」とも称する。)により蓄電装置16が満充電状態となった後(SOC=MAX)、CDモードで走行が開始されたものとする。
CDモードは、SOCを消費するモードであり、基本的には、蓄電装置16に蓄えられた電力(主には外部充電による電気エネルギー)を消費するものである。CDモードでの走行時は、SOCを維持するためにはエンジン2は作動しない。これにより、車両の減速時等に回収される回生電力やエンジン2の作動に伴ない発電される電力により一時的にSOCが増加することはあるものの、結果的に充電よりも放電の割合の方が相対的に大きくなり、全体としては走行距離の増加に伴ないSOCが減少する。
CSモードは、SOCを所定の範囲に維持するモードである。一例として、時刻t1において、SOCの低下を示す所定値StgにSOCが低下すると、CSモードが選択され、その後のSOCが所定の範囲に維持される。具体的には、SOCが低下するとエンジン2が作動し、SOCが上昇するとエンジン2が停止する。すなわち、CSモードでは、SOCを維持するためにエンジン2が作動する。なお、特に図示しないが、運転者が操作可能なスイッチを設けて、SOCの低下に拘わらず運転者の意思によってモードを切替可能としてもよい。
このハイブリッド車両1Aでは、走行パワーが所定のエンジン始動しきい値よりも小さいときは、エンジン2を停止してモータジェネレータ10によって走行する(EV走行)。一方、走行パワーがエンジン始動しきい値を超えると、エンジン2を作動させて走行する(HV走行)。HV走行では、モータジェネレータ10の駆動力に加えて、またはモータジェネレータ10の代わりに、エンジン2の駆動力を用いてハイブリッド車両1が走行する。エンジン2の作動に伴ないモータジェネレータ6が発電した電力は、モータジェネレータ10に直接供給されたり、蓄電装置16に蓄えられたりする。
ここで、CDモードにおけるエンジン始動しきい値は、CSモードにおけるエンジン始動しきい値よりも大きい。すなわち、CDモードにおいてハイブリッド車両1AがEV走行する領域は、CSモードにおいてハイブリッド車両1AがEV走行する領域よりも大きい。これにより、CDモードにおいては、エンジン2が始動する頻度が抑制される。一方、CSモードにおいては、エンジン2およびモータジェネレータ10の両方を用いて効率よくハイブリッド車両1Aが走行するように制御される。
CDモードにおいても、走行パワーがエンジン始動しきい値を超えれば、エンジン2は作動する。なお、走行パワーがエンジン始動しきい値を超えていなくても、エンジン2を熱源とする温水暖房の要求時やエンジン2の暖機時などエンジン2の作動が許容される場合もある。一方、CSモードにおいても、SOCが上昇すればエンジン2は停止する。すなわち、CDモードは、エンジン2を常時停止させて走行するEV走行に限定されるものではなく、CSモードも、エンジン2を常時作動させて走行するHV走行に限定されるものではない。CDモードにおいても、CSモードにおいても、EV走行とHV走行とが可能である。
(ECU30Aの構成)
図14は、図12に示したECU30Aの、空調制御に関する部分の機能ブロック図である。図14を参照して、ECU30Aは、図9に示した実施の形態1におけるECU30の構成において、モード制御部260をさらに含み、走行制御部230および空調制御部250に代えてそれぞれ走行制御部230Aおよび空調制御部250Aを含む。
モード制御部260は、SOC算出部210によって算出されたSOCに基づいて、CDモードを適用するか、CSモードを適用するかのモード選択を行なう。基本的には、モード制御部260は、外部電源による蓄電装置16の充電が終了すると、CDモードを選択する。そして、モード制御部260は、SOCが所定値Stg(図13)に低下するまではCDモードを維持し、SOCが所定値Stgまで低下するとCSモードに切替える。なお、SOCが所定値Stgに低下していなくても、運転者が操作可能なスイッチによってモード切替が要求されたときは、モード制御部260は、その要求に従ってモードを切替える。
走行制御部230Aは、モード制御部260から受けるモード信号MDに基づいて、エンジン2の始動しきい値を設定する。図13に示したように、CDモード時のエンジン始動しきい値は、CSモード時のエンジン始動しきい値よりも大きい値に設定される。そして、走行制御部230Aは、SOCに基づいて蓄電装置16の充放電要求パワーを算出し、走行パワーPCと充放電要求パワーとの和が、設定されたエンジン始動しきい値以下であれば、EV走行を行なうように車両を制御し、設定されたエンジン始動しきい値を上記パワーの和が超えると、HV走行を行なうように車両を制御する。
空調制御部250Aは、実施の形態1における空調制御部250と同様に、図2に示したようなマップに従って空調設備26の動作モードを選択し、その選択された動作モードで作動するように空調設備26を制御する。
ここで、空調モードとして除湿暖房が選択される場合、空調制御部250Aは、モード制御部260によってCDモードが選択されているときは、ヒートポンプサイクルが除湿暖房を行なうように空調設備26を制御する(第1の除湿暖房)。一方、空調モードとして除湿暖房が選択される場合に、モード制御部260によってCSモードが選択されているときは、空調制御部250Aは、エンジン2を熱源とする温水暖房を行ないつつヒートポンプサイクルが冷房運転(除湿)を行なうように空調設備26を制御する(第2の除湿暖房)。CSモード時は、SOCを維持するためにエンジン2が適宜始動/停止を繰り返しており、エンジン冷却水温は高められていることが多いので、第2の除湿暖房を用いることとしたものである。一方、CDモード時は、エンジン2の作動頻度がCSモードよりも少なく、エンジン冷却水温も低下していることが多いので、エンジン2を熱源とする温水暖房装置を利用せずにヒートポンプサイクルによる除湿暖房が行なわれる。
図15は、ECU30Aにより実行される除湿暖房制御の処理手順を説明するためのフローチャートである。なお、このフローチャートも、ECU30Aに予め格納されたプログラムを所定周期で実行することによって実現される。あるいは、一部または全部のステップについて、専用のハードウェア(電子回路)を構築して処理を実現することも可能である。
図15を参照して、このフローチャートは、図10に示したフローチャートにおいて、ステップS40に代えてステップS44を含む。すなわち、ステップS30において除湿条件は成立しているものと判定されると(ステップS30においてYES)、ECU30Aは、CSモードが選択されているか否かを判定する(ステップS44)。そして、CSモードが選択されているときは(ステップS44においてYES)、ECU30Aは、ステップS50へ処理を進め、エンジン2を熱源とする温水暖房を行ないつつヒートポンプサイクルが冷房運転(除湿)を行なうように、空調設備26を制御する(第2の除湿暖房)。
一方、ステップS44においてCDモードが選択されていると判定されると(ステップS44においてNO)、ECU30Aは、ステップS60へ処理を進め、ヒートポンプサイクルが除湿暖房を行なうように空調設備26を制御する(第1の除湿暖房)。
以上のように、この実施の形態2においては、CSモード時は、SOCを消費するCDモード時よりも第2の除湿暖房が優先される。これにより、CSモードかCDモードかに拘わらず第1の除湿暖房を一律に用いる場合に比べて、消費電力を抑制することができる。一方、CDモード時は、第1の除湿暖房により、エンジン2を作動させることなく暖房能力を確保することができる。このように、このハイブリッド車両1Aによっても、ハイブリッド車両に適した除湿暖房制御を実行することができる。
[実施の形態2の変形例]
上記の実施の形態2では、CDモード時はヒートポンプサイクルによる除湿暖房(第1の除湿暖房)が行なわれるものとしたが、この変形例では、CDモード中にECOモードが選択されている場合に限り第1の除湿暖房が行なわれる。
再び図12を参照して、ECOモードスイッチ32がオンされると、ECOモードスイッチ32がオフのときよりも、エンジン2の始動頻度が抑制される。このECOモードは、たとえば、ECOモードの非選択時(通常時)に比べてアクセルペダル操作量に対する走行パワーを抑制することによって実現することができる。
第1の除湿暖房は、冷房運転(除湿)+温水暖房による除湿暖房(第2の除湿暖房)に比べて、空調設備26の消費電力が増大する。この変形例では、温水暖房の能力不足に伴なうエンジン2の始動を回避してECOモードを実行ならしめるために、ECOモードの場合にあえて消費電力の大きい第1の除湿暖房を行なうこととしたものである。なお、CDモードであってECOモードの非選択時は、第2の除湿暖房が行なわれる。ECOモードの非選択時は、温水暖房を利用することによって電力消費を抑制し、CDモードでの走行距離を確保するためである。
図16は、実施の形態2の変形例におけるECU30Aにより実行される暖房制御の処理手順を説明するためのフローチャートである。図16を参照して、このフローチャートは、図15に示したフローチャートにおいて、ステップS46をさらに含む。
すなわち、ステップS44においてCDモードが選択されていると判定されたとき(ステップS44においてNO)、ECU30Aは、ECOモードスイッチ32(図12)においてECOモードが選択されているか否かを判定する(ステップS46)。そして、ECOモードが選択されていると判定されると(ステップS46においてYES)、ECU30Aは、ステップS60へ処理を進め、ヒートポンプサイクルが除湿暖房を行なうように空調設備26を制御する(第1の除湿暖房)。一方、ECOモードの非選択時は(ステップS46においてNO)、ECU30Aは、ステップS50へ処理を進め、温水暖房を行ないつつヒートポンプサイクルが冷房運転(除湿)を行なうように、空調設備26を制御する(第2の除湿暖房)。
以上のように、この実施の形態2の変形例によれば、CDモード中のECOモード選択時は、第1の除湿暖房が実施されるので、空調設備26の消費電力は増大するけれども、暖房能力不足によるエンジン2の始動を回避してECOモードを実行ならしめることができる。一方、CDモード中のECOモード非選択時は、第2の除湿暖房が実施されるので、消費電力が抑制され、CDモードでの走行距離を確保することができる。
なお、上記の実施の形態2およびその変形例においては、ハイブリッド車両1Aは、外部充電可能なハイブリッド車両としたが、実施の形態2およびその変形例として説明した発明は、外部充電機能を有していないハイブリッド車両にも適用可能である。CDモード/CSモードは、外部充電可能なハイブリッド車両に好適なものであるが、必ずしも外部充電可能なハイブリッド車両のみに限定されるものでもない。
また、上記の各実施の形態および各変形例では、動力分割装置4によりエンジン2の駆動力を駆動軸12とモータジェネレータ6とに分割して伝達可能なシリーズ/パラレル型のハイブリッド車両について説明したが、この発明は、その他の形式のハイブリッド車両にも適用可能である。すなわち、たとえば、モータジェネレータ6を駆動するためにのみエンジン2を用い、モータジェネレータ10でのみ車両の駆動力を発生する、いわゆるシリーズ型のハイブリッド車両や、エンジン2が生成した運動エネルギーのうち回生エネルギーのみが電気エネルギーとして回収されるハイブリッド車両、エンジンを主動力として必要に応じてモータがアシストするモータアシスト型のハイブリッド車両などにもこの発明は適用可能である。また、モータを切り離してエンジンのみの動力によって走行するハイブリッド車両にもこの発明は適用可能である。
なお、上記において、エンジン2は、この発明における「内燃機関」の一実施例に対応し、モータジェネレータ10は、この発明における「電動機」の一実施例に対応する。また、ECU30,30Aは、この発明における「制御装置」の一実施例に対応する。
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1,1A ハイブリッド車両、2 エンジン、4 動力分割装置、6,10 モータジェネレータ、12 駆動軸、14 車輪、16 蓄電装置、18,20,22,28 電力変換器、24 接続部、26 空調設備、30,30A ECU、32 ECOモードスイッチ、50 電動コンプレッサ、55 室内コンデンサ、60,90 膨張弁、70 室外熱交換器、72 送風ファン、75,100 電磁弁、80 アキュムレータ、85 逆止弁、95 エバポレータ、97 EPR、105 ヒータコア、107 冷却水配管、110 ケーシング、115 送風機、120 内外気切替ドア、125 仕切壁、130 エアミックスドア、140 加熱用通風路、145 バイパス通風路、210 SOC算出部、220 走行パワー算出部、230,230A 走行制御部、240 エンジン制御部、250,250A 空調制御部、260 モード制御部。

Claims (2)

  1. 内燃機関と、
    前記内燃機関の出力を用いて発電される電力を蓄える蓄電装置と、
    前記蓄電装置に蓄えられた電力を用いて車両駆動力を発生する電動機と、
    前記蓄電装置のSOCを消費するCD(Charge Depleting)モードと、前記SOCを
    維持するCS(Charge Sustaining)モードとを選択的に適用して車両の走行を制御する制御装置と、
    車室内を除湿しつつ暖房可能な空調設備とを備え、
    前記空調設備は、前記蓄電装置に蓄えられた電力を用いて除湿および暖房を行なう第1の除湿暖房と、前記蓄電装置に蓄えられた電力を用いて除湿しつつ前記内燃機関を熱源として暖房を行なう第2の除湿暖房とを選択的に実施可能に構成され、
    前記制御装置は、さらに、前記CSモード時は、前記CDモード時よりも前記第2の除湿暖房を優先的に実施するように前記空調設備を制御し、
    前記制御装置は、さらに、前記内燃機関の始動頻度を抑制するエコモードを適用して車両の走行を制御可能であり、
    前記制御装置は、
    前記CDモードが選択され、かつ、前記エコモードが選択されているときは、前記第1の除湿暖房を実施するように前記空調設備を制御し、
    前記CDモードが選択され、かつ、前記エコモードの非選択時は、前記第2の除湿暖房を実施するように前記空調設備を制御する、ハイブリッド車両。
  2. 前記空調設備は、
    電動コンプレッサ、室内コンデンサ、第1膨張弁、室外熱交換器、第2膨張弁、およびエバポレータを有するヒートポンプサイクルと、
    前記内燃機関を熱源として前記内燃機関の冷却水を用いて車室内を暖房する温水暖房装置とを含み、
    前記第1の除湿暖房は、前記エバポレータによって除湿しつつ前記室内コンデンサによって暖房を行ない、
    前記第2の除湿暖房は、前記エバポレータによって除湿しつつ前記温水暖房装置によって暖房を行なう、請求項1に記載のハイブリッド車両。
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