JP7221767B2 - Vehicle air conditioner - Google Patents
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Description
本発明は、車両の車室内を空調するヒートポンプ方式の空気調和装置に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a heat pump type air conditioner for air conditioning the interior of a vehicle.
近年の環境問題の顕在化から、車両に搭載されたバッテリから供給される電力で走行用モータを駆動する電気自動車やハイブリッド自動車等の車両が普及するに至っている。そして、このような車両に適用することができる空気調和装置として、電動式の圧縮機と、放熱器と、吸熱器と、室外熱交換器が接続された冷媒回路を備え、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器において放熱させ、室外熱交換器において吸熱させることで車室内を暖房する暖房モードや、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器において放熱させ、室外熱交換器と吸熱器にて吸熱させることで車室内を暖房しながら除湿する除湿暖房モード、圧縮機から吐出された冷媒を室外熱交換器において放熱させ、吸熱器において吸熱させることで車室内を冷房する冷房モードを切り換えて実行するものが開発されている(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Due to the emergence of environmental problems in recent years, vehicles such as electric vehicles and hybrid vehicles in which a driving motor is driven by electric power supplied from a battery mounted in the vehicle have become widespread. An air conditioner that can be applied to such a vehicle includes a refrigerant circuit in which an electric compressor, a radiator, a heat absorber, and an outdoor heat exchanger are connected. A heating mode that heats the vehicle interior by radiating heat in the radiator and absorbing heat in the outdoor heat exchanger, and a heating mode in which the refrigerant discharged from the compressor radiates heat in the radiator and heats up in the outdoor heat exchanger and heat absorber. The dehumidification heating mode heats and dehumidifies the cabin by absorbing heat, and the cooling mode cools the cabin by radiating the refrigerant discharged from the compressor in the outdoor heat exchanger and absorbing the heat in the heat absorber. (See, for example, Patent Literature 1).
また、例えばバッテリは充放電による自己発熱等で高温となった環境下で充放電を行うと劣化が進行し、やがては作動不良を起こして破損する危険性がある。そこで、バッテリを被温調対象とし、冷媒回路にはバッテリ用の熱交換器を別途設け、冷媒回路を循環する冷媒とバッテリ用冷媒(熱媒体)とをこのバッテリ用の熱交換器で熱交換させ、この熱交換した熱媒体をバッテリに循環させることでバッテリを冷却する運転モードを実行することができるようにしたものも開発されている(例えば、特許文献2、特許文献3参照)。
In addition, for example, when a battery is charged and discharged in a high-temperature environment due to self-heat generation due to charging and discharging, deterioration progresses, and eventually there is a risk of malfunction and damage. Therefore, the temperature of the battery is to be controlled, and a separate heat exchanger for the battery is provided in the refrigerant circuit. A device has also been developed in which an operation mode for cooling the battery can be executed by circulating the heat-exchanged heat medium through the battery (see, for example,
このような車両用空気調和装置では、システム設計時間は空調の使われ方を想定し、例えば圧縮機の生涯運転時間(生産されてから廃棄するまでの間の積算運転時間の限界、即ち、圧縮機の稼働限界:圧縮機の全体寿命)内になるように設計されるものであるが、その範囲を超える使い方をされる場合がある。特に電動式の圧縮機はインバータ装置で駆動されるため、生涯運転時間(圧縮機の稼働限界)を超えて使用される場合は、このインバータ装置のスイッチング素子が故障する場合が多い。 In such a vehicle air conditioner, the system design time assumes how the air conditioner will be used. It is designed to be within the operating limit of the compressor: the overall life of the compressor), but there are cases where it is used beyond that range. In particular, since an electric compressor is driven by an inverter device, the switching elements of the inverter device often fail when used beyond the lifetime operating time (operating limit of the compressor).
このように圧縮機がその稼働限界を超えて使用され、故障した場合は車室内の空調を行えなくなると共に、バッテリの冷却も不可能となり、バッテリ(被温調対象)を含む車両の寿命も短くなってしまう問題があった。 In this way, if the compressor is used beyond its operating limit and breaks down, it will not be possible to air-condition the vehicle interior and cool the battery, shortening the service life of the vehicle, including the battery (subject to temperature control). I had a problem.
本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、圧縮機の運転可能時間をできるだけ確保して、空調可能期間及び車両の寿命を延長することができる車両用空気調和装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such conventional technical problems. The object is to provide a harmonizing device.
本発明の車両用空気調和装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、車室内に供給する空気が流通する空気流通路と、冷媒を放熱させて空気流通路から車室内に供給する空気を加熱するための放熱器と、車室外に設けられた室外熱交換器と、空気流通路から車室内に供給する空気を加熱するための補助加熱装置と、制御装置を備え、この制御装置により少なくとも、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、室外熱交換器にて吸熱させる暖房モードを実行するものであって、制御装置は、圧縮機の稼働限界を判定可能な指標を積算する稼働限界指標積算部を有し、前記指標の積算値が所定の上限値を超えた場合、暖房モードに代えて、圧縮機を停止し、且つ、補助加熱装置により車室内に供給する空気を加熱する補助加熱暖房モードを実行することを特徴とする。 A vehicle air conditioner of the present invention includes a compressor that compresses a refrigerant, an air flow passage that circulates air supplied to the vehicle interior, and heats the air that is supplied to the vehicle interior from the air flow passage by radiating heat from the refrigerant. an outdoor heat exchanger provided outside the passenger compartment; an auxiliary heating device for heating the air supplied from the air flow passage into the passenger compartment; and a control device. A heating mode is executed in which the refrigerant discharged from the compressor is radiated by a radiator, and after decompressing the radiated refrigerant, heat is absorbed by an outdoor heat exchanger. has an operating limit index accumulating unit that accumulates an index that can determine the, when the integrated value of the index exceeds a predetermined upper limit value, the compressor is stopped instead of the heating mode, and the auxiliary heating device It is characterized by executing an auxiliary heating/heating mode for heating the air supplied to the passenger compartment.
請求項2の発明の車両用空気調和装置は、上記発明において圧縮機の稼働限界を判定可能な指標は、圧縮機の運転時間、圧縮機の起動回数、圧縮機の停止回数、圧縮機を駆動するインバータ装置のスイッチング素子の温度変化の度合いが所定値を超えた回数、スイッチング素子を流れる電流の変化度合いが所定値を超えた回数、及び、圧縮機のモータの回転数変化の度合いが所定値を超えた回数、のうちの何れか、又は、それらの組み合わせ、若しくは、それらの全てであることを特徴とする。
In the vehicle air conditioner of the invention of
請求項3の発明の車両用空気調和装置は、上記各発明において制御装置は、前記指標の積算値が上限値を超えた場合、補助加熱装置の暖房能力が要求暖房能力を満たすことを条件として、補助加熱暖房モードを実行することを特徴とする。
In the vehicle air conditioner of the invention of
請求項4の発明の車両用空気調和装置は、上記各発明において冷媒を吸熱させて空気流通路から車室内に供給する空気を冷却するための吸熱器を備え、制御装置は、暖房モードに加えて、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器と室外熱交換器にて吸熱させる除湿暖房モードと、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器と室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させる除湿冷房モードと、圧縮機から吐出された冷媒を室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させる冷房モードのうちの何れか、又は、それらの組み合わせ、若しくは、それらの全てを有することを特徴とする。
The vehicle air conditioner of the invention of
請求項5の発明の車両用空気調和装置は、上記各発明において冷媒を吸熱させて空気流通路から車室内に供給する空気を冷却するための吸熱器を備え、制御装置は、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器と室外熱交換器にて吸熱させる除湿暖房モードと、圧縮機から吐出された冷媒を室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させる冷房モードを有すると共に、前記指標の積算値が上限値を超えた状態で、車室内の除湿要求があった場合、除湿暖房モードに代えて、冷房モードで補助加熱装置を発熱させる補助加熱除湿暖房モードを実行することを特徴とする。 A vehicle air conditioner according to a fifth aspect of the invention comprises a heat absorber for absorbing heat from the refrigerant to cool the air supplied from the air flow passage to the vehicle interior, and the control device comprises: A dehumidifying and heating mode in which the discharged refrigerant is radiated by a radiator, the radiated refrigerant is decompressed, and then heat is absorbed by a heat absorber and an outdoor heat exchanger, and the refrigerant discharged from the compressor is circulated by the outdoor heat exchanger. It has a cooling mode in which heat is absorbed by a heat absorber after the heat is released and the refrigerant that has released heat is decompressed. It is characterized by executing an auxiliary heating dehumidifying heating mode in which the auxiliary heating device generates heat in the cooling mode instead of the mode.
請求項6の発明の車両用空気調和装置は、請求項1乃至請求項4の発明において空気流通路に導入する空気を内気と外気の間で制御する吸込切換ダンパと、冷媒を吸熱させて空気流通路から車室内に供給する空気を冷却するための吸熱器を備え、制御装置は、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器と室外熱交換器にて吸熱させる除湿暖房モードを有すると共に、前記指標の積算値が上限値を超えた状態で、車室内の除湿要求があった場合、除湿暖房モードに代えて、圧縮機を停止し、且つ、強制的に空気流通路に外気を導入して補助加熱装置を発熱させる外気導入補助加熱暖房モードを実行することを特徴とする。 According to a sixth aspect of the invention, there is provided an air conditioner for a vehicle, comprising: a suction switching damper for controlling air introduced into an air flow passage between inside air and outside air; A heat absorber is provided for cooling the air supplied from the flow passage into the passenger compartment , and the control device heats the refrigerant discharged from the compressor with the radiator, reduces the pressure of the heat-dissipated refrigerant, and cools the heat absorber. It has a dehumidifying heating mode in which heat is absorbed by an outdoor heat exchanger, and when there is a request for dehumidifying the interior of the vehicle when the integrated value of the index exceeds the upper limit, the compressor is stopped instead of the dehumidifying heating mode. Further, an outside air introduction auxiliary heating/heating mode is executed in which outside air is forcibly introduced into the air circulation passage to heat the auxiliary heating device.
請求項7の発明の車両用空気調和装置は、上記各発明において冷媒により車両に設けられた被温調対象を冷却する被温調対象用熱交換器を有する機器温度調整装置を備え、制御装置は、圧縮機から吐出された冷媒を室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、被温調対象用熱交換器にて吸熱させることで、被温調対象を冷却する運転モードを有することを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided an air conditioner for a vehicle, which includes a device temperature adjustment device having a heat exchanger for a temperature control target that cools a temperature control target provided in a vehicle with a refrigerant in each of the above inventions, and a control device is to radiate heat from the refrigerant discharged from the compressor in an outdoor heat exchanger, reduce the pressure of the radiated refrigerant, and then absorb heat in the heat exchanger for the temperature control target , thereby cooling the temperature control target. It is characterized by having an operation mode.
請求項8の発明の車両用空気調和装置は、上記発明において制御装置は、機器温度調整装置が設けられているか否かを判別すると共に、機器温度調整装置が設けられている場合、設けられていない場合に比して前記上限値を下げることを特徴とする。
In the vehicle air conditioner of the invention of
請求項9の発明の車両用空気調和装置は、上記各発明において所定の報知装置を備え、制御装置は、前記指標の積算値が上限値を超えた場合、報知装置により所定の報知動作を実行することを特徴とする。 A vehicular air conditioner according to a ninth aspect of the invention is provided with a predetermined notification device in each of the above inventions, and the control device executes a predetermined notification operation by the notification device when the integrated value of the index exceeds an upper limit value. characterized by
請求項10の発明の車両用空気調和装置は、上記各発明において補助加熱装置は、電気ヒータにより構成されていることを特徴とする。 A vehicle air conditioner according to a tenth aspect of the present invention is characterized in that the auxiliary heating device is composed of an electric heater in each of the above inventions.
本発明によれば、冷媒を圧縮する圧縮機と、車室内に供給する空気が流通する空気流通路と、冷媒を放熱させて空気流通路から車室内に供給する空気を加熱するための放熱器と、車室外に設けられた室外熱交換器と、空気流通路から車室内に供給する空気を加熱するための補助加熱装置と、制御装置を備え、この制御装置により少なくとも、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、室外熱交換器にて吸熱させる暖房モードを実行する車両用空気調和装置において、制御装置が、圧縮機の稼働限界を判定可能な指標を積算する稼働限界指標積算部を有し、前記指標の積算値が所定の上限値を超えた場合、暖房モードに代えて、圧縮機を停止し、且つ、補助加熱装置により車室内に供給する空気を加熱する補助加熱暖房モードを実行するようにしたので、圧縮機の稼働限界を判定可能な指標の積算値が上限値を超えた場合には、暖房モードに代えて補助加熱暖房モードが実行され、圧縮機を運転せずに補助加熱装置により車室内が暖房されるようになる。 According to the present invention, a compressor for compressing a refrigerant, an air flow passage through which air supplied to the vehicle interior flows, and a radiator for radiating heat from the refrigerant and heating the air supplied from the air flow passage to the vehicle interior. , an outdoor heat exchanger provided outside the vehicle, an auxiliary heating device for heating the air supplied to the vehicle from the air flow passage, and a control device. In a vehicle air conditioner that performs a heating mode in which the heat is released from the heat-dissipated refrigerant by a radiator, the pressure of the released refrigerant is reduced, and heat is absorbed by an outdoor heat exchanger, the control device determines the operating limit of the compressor. It has an operation limit index accumulating unit that accumulates possible indexes, and when the integrated value of the indexes exceeds a predetermined upper limit, the compressor is stopped instead of the heating mode, and the vehicle interior is heated by the auxiliary heating device. Since the auxiliary heating heating mode that heats the air supplied to the mode is executed, and the vehicle interior is heated by the auxiliary heating device without operating the compressor.
即ち、圧縮機の運転による車室内の暖房を行わず、補助加熱装置により車室内の暖房を行うことで稼働限界に至るまでの圧縮機の運転時間を確保し、その分を請求項4の発明の除湿暖房モード、除湿冷房モード、冷房モードや、請求項7の発明の被温調対象を冷却する運転モードに充てて、車室内の空調可能期間や車両の寿命延長を図ることができるようになる。
That is, by heating the passenger compartment with the auxiliary heating device without heating the passenger compartment by operating the compressor, the operating time of the compressor up to the operation limit is ensured, and the part is used for the operation time of the compressor. The dehumidification heating mode, dehumidification cooling mode, cooling mode, and the operation mode for cooling the object to be temperature controlled according to the invention of
この場合、圧縮機の稼働限界を判定可能な指標としては、請求項2の発明の如く圧縮機の運転時間、圧縮機の起動回数、圧縮機の停止回数、圧縮機を駆動するインバータ装置のスイッチング素子の温度変化の度合いが所定値を超えた回数、スイッチング素子を流れる電流の変化度合いが所定値を超えた回数、及び、圧縮機のモータの回転数変化の度合いが所定値を超えた回数、のうちの何れか、又は、それらの組み合わせ、若しくは、それらの全てが考えられる。
In this case, as an index capable of determining the operating limit of the compressor, as in the invention of
また、圧縮機の稼働限界を判定可能な指標の積算値が前記上限値を超えた場合、請求項3の発明の如く補助加熱装置の暖房能力が要求暖房能力を満たすことを条件として、制御装置が補助加熱暖房モードを実行するようにすれば、快適な車室内暖房を実現しながら、圧縮機の運転時間の確保を行うことができるようになる。 Further, when the integrated value of the index capable of determining the operating limit of the compressor exceeds the upper limit value, the control device By executing the auxiliary heating/heating mode, it is possible to secure the operation time of the compressor while realizing comfortable vehicle interior heating.
また、圧縮機の稼働限界を判定可能な指標の積算値が前記上限値を超えた状態で、車室内の除湿要求があった場合には、請求項5の発明の如く除湿暖房モードに代えて、制御装置が冷房モードで補助加熱装置を発熱させる補助加熱除湿暖房モードを実行するようにすれば、圧縮機の負荷をできるだけ抑えながら、車室内を除湿することができるようになり、その分、圧縮機の運転時間を確保することが可能となる。
Further, when there is a request for dehumidification of the vehicle interior in a state where the integrated value of the index capable of determining the operating limit of the compressor exceeds the upper limit value, instead of the dehumidification heating mode as in the invention of
或いは、請求項6の発明の如く制御装置が除湿暖房モードに代えて、圧縮機を停止し、且つ、吸込切換ダンパにより強制的に空気流通路に外気を導入して補助加熱装置を発熱させる外気導入補助加熱暖房モードを実行するようにしてもよい。
Alternatively, as in the invention of
特に、請求項7の発明の如く機器温度調整装置を設ければ、被温調対象を冷却する運転モードを実行して車両に設けられた被温調対象を冷却することが可能となるが、請求項8の発明の如く制御装置が機器温度調整装置が設けられているか否かを判別すると共に、機器温度調整装置が設けられている場合、設けられていない場合に比して前記上限値を下げることにより、被温調対象用熱交換器を用いた被温調対象の冷却可能時間を延長することが可能となる。
In particular, if a device temperature control device is provided as in the invention of
また、請求項9の発明の如く所定の報知装置を設け、制御装置が、圧縮機の稼働限界を判定可能な指標の積算値が前記上限値を超えた場合、報知装置により所定の報知動作を実行するようにすれば、早期に圧縮機の交換メンテナンスを促すことができるようになると共に、暖房モードに代えて補助加熱暖房モードを実行し、除湿暖房モードに代えて補助加熱除湿暖房モードや外気導入補助加熱暖房モードを実行している場合には、使用者にそれらを報知することが可能となる。
In addition, a predetermined notification device is provided as in the invention of
以上のことは請求項10の発明の如く補助加熱装置が電気ヒータにより構成されている場合に特に有効となる。 The above is particularly effective when the auxiliary heating device is composed of an electric heater as in the tenth aspect of the invention.
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。図1は本発明の一実施形態の車両用空気調和装置1の構成図を示している。本発明を適用する実施例の車両は、エンジン(内燃機関)が搭載されていない電気自動車(EV)であって、車両に搭載されているバッテリ55に充電された電力を走行用モータ(電動モータ。図示せず)に供給することで駆動し、走行するものであり、本発明の車両用空気調和装置1の後述する電動式の圧縮機2も、バッテリ55から供給される電力で駆動されるものとする。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail based on the drawings. FIG. 1 shows a configuration diagram of a
即ち、実施例の車両用空気調和装置1は、エンジン廃熱による暖房ができない電気自動車において、冷媒回路Rを用いたヒートポンプ運転により暖房モード、除湿暖房モード、除湿冷房モード、冷房モード、除霜モード、空調(優先)+バッテリ冷却モード、バッテリ冷却(優先)+空調モード、及び、バッテリ冷却(単独)モードの各運転モードを切り換えて実行することで車室内の空調やバッテリ55の温調を行うものである。
That is, the vehicle
このうち、空調(優先)+バッテリ冷却モード、バッテリ冷却(優先)+空調モード、バッテリ冷却(単独)モードが本発明における被温調対象を冷却する運転モードの実施例である。 Among these modes, the air conditioning (priority) + battery cooling mode, the battery cooling (priority) + air conditioning mode, and the battery cooling (single) mode are embodiments of the operation modes for cooling the object to be temperature controlled in the present invention.
尚、車両としては電気自動車に限らず、エンジンと走行用モータを供用する所謂ハイブリッド自動車にも本発明は有効である。また、実施例の車両用空気調和装置1を適用する車両は外部の充電器(急速充電器や普通充電器)からバッテリ55に充電可能とされているものである。更に、前述したバッテリ55や走行用モータ、当該走行用モータを制御するインバータ等が本発明における車両に搭載された被温調対象となるが、以下の実施例ではバッテリ55を例に採り上げて説明する。
The vehicle is not limited to an electric vehicle, and the present invention is also effective for a so-called hybrid vehicle that shares an engine and a driving motor. In addition, the vehicle to which the
実施例の車両用空気調和装置1は、電気自動車の車室内の空調(暖房、冷房、除湿、及び、換気)を行うものであり、冷媒を圧縮する電動式の圧縮機2と、車室内の空気が通気循環されるHVACユニット10の空気流通路3内に設けられ、圧縮機2から吐出された高温高圧の冷媒がマフラー5と冷媒配管13Gを介して流入し、この冷媒を車室内に放熱させる放熱器4と、暖房時に冷媒を減圧膨張させる電動弁(電子膨張弁)から成る室外膨張弁6と、冷房時には冷媒を放熱させる放熱器として機能し、暖房時には冷媒を吸熱させる蒸発器として機能すべく冷媒と外気との間で熱交換を行わせる室外熱交換器7と、冷媒を減圧膨張させる機械式膨張弁から成る室内膨張弁8と、空気流通路3内に設けられて冷房時及び除湿時に冷媒を蒸発させて車室内外から冷媒に吸熱させる吸熱器9と、アキュムレータ12等が冷媒配管13により順次接続され、冷媒回路Rが構成されている。
A
実施例の圧縮機2は、図19に示す如きハウジング98内にモータ99と、このモータ99の回転軸100により駆動されるスクロール型等の圧縮要素101を備えている。ハウジング98には更にインバータ装置102が取り付けられており、このインバータ装置102によりモータ99は運転され、圧縮機2の圧縮要素101が駆動される。圧縮要素101はモータ99の回転軸100により駆動されて冷媒回路Rから冷媒を吸い込み、圧縮して再度冷媒回路Rに吐出するものである。
The
また、室外膨張弁6は放熱器4から出て室外熱交換器7に流入する冷媒を減圧膨張させると共に、全閉も可能とされている。更に、実施例では機械式膨張弁が使用された室内膨張弁8は、吸熱器9に流入する冷媒を減圧膨張させると共に、吸熱器9における冷媒の過熱度を調整する。
The
尚、室外熱交換器7には、室外送風機15が設けられている。この室外送風機15は、室外熱交換器7に外気を強制的に通風することにより、外気と冷媒とを熱交換させるものであり、これにより停車中(即ち、車速が0km/h)にも室外熱交換器7に外気が通風されるよう構成されている。
The
また、室外熱交換器7は冷媒下流側にレシーバドライヤ部14と過冷却部16を順次有し、室外熱交換器7の冷媒出口側の冷媒配管13Aは、吸熱器9に冷媒を流す際に開放される電磁弁17(冷房用)を介してレシーバドライヤ部14に接続され、過冷却部16の出口側の冷媒配管13Bは逆止弁18、室内膨張弁8、及び、電磁弁35(キャビン用:吸熱器用弁装置)を順次介して吸熱器9の冷媒入口側に接続されている。また、レシーバドライヤ部14及び過冷却部16は構造的に室外熱交換器7の一部を構成している。また、逆止弁18は室内膨張弁8の方向が順方向とされている。
In addition, the
また、室外熱交換器7から出た冷媒配管13Aは冷媒配管13Dに分岐しており、この分岐した冷媒配管13Dは、暖房時に開放される電磁弁21(暖房用)を介して吸熱器9の冷媒出口側の冷媒配管13Cに連通接続されている。そして、この冷媒配管13Cがアキュムレータ12の入口側に接続され、アキュムレータ12の出口側は圧縮機2の冷媒吸込側の冷媒配管13Kに接続されている。
In addition, the
更に、放熱器4の冷媒出口側の冷媒配管13Eにはストレーナ19が接続されており、更に、この冷媒配管13Eは室外膨張弁6の手前(冷媒上流側)で冷媒配管13Jと冷媒配管13Fに分岐し、分岐した一方の冷媒配管13Jが室外膨張弁6を介して室外熱交換器7の冷媒入口側に接続されている。また、分岐した他方の冷媒配管13Fは除湿時に開放される電磁弁22(除湿用)を介し、逆止弁18の冷媒下流側であって、室内膨張弁8の冷媒上流側に位置する冷媒配管13Bに連通接続されている。
Furthermore, a
これにより、冷媒配管13Fは室外膨張弁6、室外熱交換器7及び逆止弁18の直列回路に対して並列に接続されたかたちとなり、室外膨張弁6、室外熱交換器7及び逆止弁18をバイパスするバイパス回路となる。また、室外膨張弁6にはバイパス用の電磁弁20が並列に接続されている。
As a result, the
また、吸熱器9の空気上流側における空気流通路3には、外気吸込口と内気吸込口の各吸込口が形成されており(図1では吸込口25で代表して示す)、この吸込口25には空気流通路3内に導入する空気を車室内の空気である内気(内気循環)と、車室外の空気である外気(外気導入)とに切り換える吸込切換ダンパ26が設けられている。更に、この吸込切換ダンパ26の空気下流側には、導入した内気や外気を空気流通路3に送給するための室内送風機(ブロワファン)27が設けられている。
Further, the
尚、実施例の吸込切換ダンパ26は、吸込口25の外気吸込口と内気吸込口を任意の比率で開閉することにより、空気流通路3の吸熱器9に流入する空気(外気と内気)のうちの内気の比率を0~100%の間で調整することができるように構成されている(外気の比率も100%~0%の間で調整可能)。
The
また、放熱器4の風下側(空気下流側)における空気流通路3内には、実施例ではPTCヒータ(電気ヒータ)から成る補助加熱装置としての補助ヒータ23が設けられ、放熱器4を経て車室内に供給される空気を加熱することが可能とされている。更に、放熱器4の空気上流側における空気流通路3内には、当該空気流通路3内に流入し、吸熱器9を通過した後の空気流通路3内の空気(内気や外気)を放熱器4及び補助ヒータ23に通風する割合を調整するエアミックスダンパ28が設けられている。
Further, in the
更にまた、放熱器4の空気下流側における空気流通路3には、FOOT(フット)、VENT(ベント)、DEF(デフ)の各吹出口(図1では代表して吹出口29で示す)が形成されており、この吹出口29には上記各吹出口からの空気の吹き出しを切換制御する吹出口切換ダンパ31が設けられている。
Furthermore, the
更に、車両用空気調和装置1は、バッテリ55(被温調対象)に熱媒体を循環させて当該バッテリ55の温度を調整するための機器温度調整装置61を備えている。実施例の機器温度調整装置61は、バッテリ55に熱媒体を循環させるための循環装置としての循環ポンプ62と、被温調対象用熱交換器としての冷媒-熱媒体熱交換器64と、加熱装置としての熱媒体加熱ヒータ63を備え、それらとバッテリ55が熱媒体配管66にて環状に接続されている。
Further, the
実施例の場合、循環ポンプ62の吐出側に冷媒-熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64Aの入口が接続され、この熱媒体流路64Aの出口は熱媒体加熱ヒータ63の入口に接続されている。この熱媒体加熱ヒータ63の出口がバッテリ55の入口に接続され、バッテリ55の出口が循環ポンプ62の吸込側に接続されている。
In the embodiment, the inlet of the heat
この機器温度調整装置61で使用される熱媒体としては、例えば水、HFO-1234yfのような冷媒、クーラント等の液体、空気等の気体が採用可能である。尚、実施例では水を熱媒体として採用している。また、熱媒体加熱ヒータ63はPTCヒータ等の電気ヒータから構成されている。更に、バッテリ55の周囲には例えば熱媒体が当該バッテリ55と熱交換関係で流通可能なジャケット構造が施されているものとする。
As the heat medium used in the device
そして、循環ポンプ62が運転されると、循環ポンプ62から吐出された熱媒体は冷媒-熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64Aに流入する。この冷媒-熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64Aを出た熱媒体は熱媒体加熱ヒータ63に至り、当該熱媒体加熱ヒータ63が発熱されている場合にはそこで加熱された後、バッテリ55に至り、熱媒体はそこでバッテリ55と熱交換する。そして、このバッテリ55と熱交換した熱媒体が循環ポンプ62に吸い込まれる。これにより、熱媒体がバッテリ55と冷媒-熱媒体熱交換器64、熱媒体加熱ヒータ63の間で、熱媒体配管66内を循環されることになる。
When the
一方、冷媒回路Rの冷媒配管13Fと冷媒配管13Bとの接続部の冷媒下流側であって、室内膨張弁8の冷媒上流側に位置する冷媒配管13Bには、分岐配管67の一端が接続されている。この分岐配管67には実施例では機械式の膨張弁から構成された補助膨張弁68と、電磁弁(チラー用)69が順次設けられている。補助膨張弁68は冷媒-熱媒体熱交換器64の後述する冷媒流路64Bに流入する冷媒を減圧膨張させると共に、冷媒-熱媒体熱交換器64の冷媒流路64Bにおける冷媒の過熱度を調整する。
On the other hand, one end of the
そして、分岐配管67の他端は冷媒-熱媒体熱交換器64の冷媒流路64Bに接続されており、この冷媒流路64Bの出口には冷媒配管71の一端が接続され、冷媒配管71の他端は冷媒配管13Dとの合流点より冷媒上流側(アキュムレータ12の冷媒上流側)の冷媒配管13Cに接続されている。そして、これら補助膨張弁68や電磁弁69、冷媒-熱媒体熱交換器64の冷媒流路64B等も冷媒回路Rの一部を構成すると同時に、機器温度調整装置61の一部をも構成することになる。
The other end of the
電磁弁69が開いている場合、室外熱交換器7から出た冷媒(一部又は全ての冷媒)は分岐配管67に流入し、補助膨張弁68で減圧された後、電磁弁69を経て冷媒-熱媒体熱交換器64の冷媒流路64Bに流入して、そこで蒸発する。冷媒は冷媒流路64Bを流れる過程で熱媒体流路64Aを流れる熱媒体から吸熱した後、冷媒配管71、冷媒配管13C、アキュムレータ12を経て冷媒配管13Kから圧縮機2に吸い込まれることになる。
When the
次に、図2は実施例の車両用空気調和装置1の制御装置11のブロック図を示している。制御装置11は、何れもプロセッサを備えたコンピュータの一例であるマイクロコンピュータから構成された空調コントローラ45及びヒートポンプコントローラ32から構成されており、これらがCAN(Controller Area Network)やLIN(Local Interconnect Network)を構成する車両通信バス65に接続されている。また、圧縮機2のインバータ装置102と、補助ヒータ23と、循環ポンプ62と、熱媒体加熱ヒータ63も車両通信バス65に接続され、これら空調コントローラ45、ヒートポンプコントローラ32、圧縮機2のインバータ装置102、補助ヒータ23、循環ポンプ62及び熱媒体加熱ヒータ63が車両通信バス65を介してデータの送受信を行うように構成されている。
Next, FIG. 2 shows a block diagram of the
更に、車両通信バス65には走行を含む車両全般の制御を司る車両コントローラ72(ECU)と、バッテリ55の充放電の制御を司るバッテリコントローラ(BMS:Battery Management system)73と、GPSナビゲーション装置74が接続されている。車両コントローラ72やバッテリコントローラ73、GPSナビゲーション装置74もプロセッサを備えたコンピュータの一例であるマイクロコンピュータから構成されており、制御装置11を構成する空調コントローラ45とヒートポンプコントローラ32は、車両通信バス65を介してこれら車両コントローラ72やバッテリコントローラ73、GPSナビゲーション装置74と情報(データ)の送受信を行う構成とされている。
Further, the
空調コントローラ45は、車両の車室内空調の制御を司る上位のコントローラであり、この空調コントローラ45の入力には、車両の外気温度Tamを検出する外気温度センサ33と、外気湿度を検出する外気湿度センサ34と、吸込口25から空気流通路3に吸い込まれて吸熱器9に流入する空気の温度を検出するHVAC吸込温度センサ36と、車室内の空気(内気)温度を検出する内気温度センサ37と、車室内の空気の湿度を検出する内気湿度センサ38と、車室内の二酸化炭素濃度を検出する室内CO2濃度センサ39と、車室内に吹き出される空気の温度を検出する吹出温度センサ41と、車室内への日射量を検出するための例えばフォトセンサ式の日射センサ51と、車両の移動速度(車速)を検出するための車速センサ52の各出力と、車室内の設定温度や運転モードの切り換え等の車室内の空調設定操作や情報の表示を行うための空調操作部53が接続されている。尚、図中53Aはこの空調操作部53に設けられた報知装置としてのディスプレイである。
The air-
また、空調コントローラ45の出力には、室外送風機15と、室内送風機(ブロワファン)27と、吸込切換ダンパ26と、エアミックスダンパ28と、吹出口切換ダンパ31が接続され、それらは空調コントローラ45により制御される。
The output of the
ヒートポンプコントローラ32は、主に冷媒回路Rの制御を司るコントローラであり、このヒートポンプコントローラ32の入力には、放熱器4の冷媒入口温度Tcxin(圧縮機2の吐出冷媒温度でもある)を検出する放熱器入口温度センサ43と、放熱器4の冷媒出口温度Tciを検出する放熱器出口温度センサ44と、圧縮機2の吸込冷媒温度Tsを検出する吸込温度センサ46と、放熱器4の冷媒出口側の冷媒圧力(放熱器4の圧力:放熱器圧力Pci)を検出する放熱器圧力センサ47と、吸熱器9の温度(吸熱器9自体の温度、又は、吸熱器9により冷却された直後の空気(吸熱器9により冷却される対象)の温度:以下、吸熱器温度Te)を検出する吸熱器温度センサ48と、室外熱交換器7の出口の冷媒温度(室外熱交換器7の冷媒蒸発温度:室外熱交換器温度TXO)を検出する室外熱交換器温度センサ49と、補助ヒータ23の温度を検出する補助ヒータ温度センサ50A(運転席側)及び50B(助手席側)の各出力が接続されている。
The
また、ヒートポンプコントローラ32の出力には、室外膨張弁6、電磁弁22(除湿用)、電磁弁17(冷房用)、電磁弁21(暖房用)、電磁弁20(バイパス用)、電磁弁35(キャビン用)及び電磁弁69(チラー用)の各電磁弁が接続され、それらはヒートポンプコントローラ32により制御される。尚、圧縮機2は前述したインバータ装置102を内蔵している。また、補助ヒータ23、循環ポンプ62及び熱媒体加熱ヒータ63もそれぞれコントローラを内蔵しており、実施例では圧縮機2のインバータ装置102や、補助ヒータ23、循環ポンプ62や熱媒体加熱ヒータ63のコントローラは車両通信バス65を介してヒートポンプコントローラ32とデータの送受信を行い、このヒートポンプコントローラ32によって制御される。
The output of the
また、ヒートポンプコントローラ32は稼働限界指標積算部70を有する。この実施例の稼働限界指標積算部70は、圧縮機2の運転時間を当該圧縮機2の稼働限界を判定可能な指標として採用し、圧縮機2の積算運転時間を記録するものであり、例えば不揮発性メモリを備えて構成されている。この稼働限界指標積算部70を用いた制御については後に詳述する。
Also, the
尚、機器温度調整装置61を構成する循環ポンプ62や熱媒体加熱ヒータ63はバッテリコントローラ73により制御されるようにしてもよい。更に、このバッテリコントローラ73には機器温度調整装置61の冷媒-熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64Aの出口側の熱媒体の温度(熱媒体温度Tw:本発明における被温調対象用熱交換器により冷却される対象の温度)を検出する熱媒体温度センサ76と、バッテリ55の温度(バッテリ55自体の温度:バッテリ温度Tcell)を検出するバッテリ温度センサ77の出力が接続されている。そして、実施例ではバッテリ55の残量(蓄電量)やバッテリ55の充電に関する情報(充電中であることの情報や充電完了時間、残充電時間等)、熱媒体温度Twやバッテリ温度Tcellは、バッテリコントローラ73から車両通信バス65を介して空調コントローラ45や車両コントローラ72に送信される。尚、バッテリ55の充電時における充電完了時間や残充電時間に関する情報は、急速充電器等の外部の充電器から供給される情報である。
Note that the
ヒートポンプコントローラ32と空調コントローラ45は車両通信バス65を介して相互にデータの送受信を行い、各センサの出力や空調操作部53にて入力された設定に基づき、各機器を制御するものであるが、この場合の実施例では外気温度センサ33、外気湿度センサ34、HVAC吸込温度センサ36、内気温度センサ37、内気湿度センサ38、室内CO2濃度センサ39、吹出温度センサ41、日射センサ51、車速センサ52、空気流通路3に流入して当該空気流通路3内を流通する空気の風量Ga(空調コントローラ45が算出)、エアミックスダンパ28による風量割合SW(空調コントローラ45が算出)、室内送風機27の電圧(BLV)、前述したバッテリコントローラ73からの情報、GPSナビゲーション装置74からの情報、空調操作部53の出力は空調コントローラ45から車両通信バス65を介してヒートポンプコントローラ32に送信され、ヒートポンプコントローラ32による制御に供される構成とされている。
The
また、ヒートポンプコントローラ32からも冷媒回路Rの制御に関するデータ(情報)が車両通信バス65を介して空調コントローラ45に送信される。尚、前述したエアミックスダンパ28による風量割合SWは、0≦SW≦1の範囲で空調コントローラ45が算出する。そして、SW=1のときはエアミックスダンパ28により、吸熱器9を経た空気の全てが放熱器4及び補助ヒータ23に通風されることになる。
Data (information) regarding control of the refrigerant circuit R is also transmitted from the
次に、図20は圧縮機2に内蔵されたインバータ装置102の電気回路図を示している。実施例のインバータ装置102は、インバータ回路108及び平滑コンデンサ109が実装された制御基板111と、マイクロコンピュータ(プロセッサ)により構成されたインバータ制御部112を備えている。インバータ回路108の正側の直流母線113は、車両のバッテリ(車両用HV電源)55の+端子に接続され、負側の直流母線114は、バッテリ55の-端子に接続されている。そして、平滑コンデンサ109はインバータ回路108の二つの直流母線113、114間に接続されている。
Next, FIG. 20 shows an electric circuit diagram of the
インバータ回路108は、ブリッジを構成する複数の電力用半導体素子のスイッチング状態をそれぞれ変化させて、バッテリ55から印加される直流を交流に変換し、モータ99に供給するものである。具体的には、ブリッジの上相を構成する三つのスイッチング素子116U、116V、116Wと、ブリッジの下相を構成する三つのスイッチング素子117U、117V、117Wを備えており、インバータ回路108の直流母線113、114にはバッテリ55より直流電源が供給される。尚、各スイッチング素子116U~117Wにはそれぞれ還流ダイオードが逆並列で接続されている。
The
このインバータ回路108では、上相のスイッチング素子116U、116V、116Wと下相のスイッチング素子117U、117V、117Wとが、1対1に対応して直列接続されており、各直列回路が正側の直流母線113と負側の直流母線114との間にそれぞれ接続されている。また、各直列回路の中間点MU、MV、MWが出力交流の各相(U相、V相、W相)の相電圧Vu、Vv、Vwを出力するノードであり、各中間点MU、MV、MWがモータ99の各相に接続されている。
In
実施例のインバータ回路108では、スイッチング素子116U、116V、116W、117U、117V、117WはIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を用いている。尚、係るIGBTに限らず、MOSFET等でも良い。また、制御基板111にはスイッチング素子116U~117Wの近傍に位置して温度センサ122が実装されている。この温度センサ122は実施例ではサーミスタから構成されている。
In the
更に、モータ99からの電流が流れ込む位置の負側の直流母線114にはシャント抵抗123が接続されている。このシャント抵抗123にモータ99からの電流が流れると、シャント抵抗123の両端には電位差が生じ、この両端間の電圧を検出することで、相電流Iu、Iv、Iwを算出し、それらから各スイッチング素子116U~117Wに流れる電流を算出することができる。尚、相電流検出器としては係るシャント抵抗に限らず、カレントトランス等で構成しても良い。
Furthermore, a
一方、インバータ制御部112は、モータ制御部126と、PWM制御部127と、電流検出部128と、ゲートドライバ129と、通信部131と、温度検出部132を備えている。モータ制御部126は、車両通信バス65、通信部131を介してヒートポンプコントローラ32から送信される指令値を受信し、この指令値に基づいてモータ99に印加する三相正弦波の目標とする波形(変調波)を生成し、PWM制御部127に出力する。PWM制御部127はモータ制御部126が出力する変調波とキャリア(三角波)の高低を比較することにより、ドライブ信号であるデューティ(Duty:上相ON時間)を生成する。このデューティはU相、V相、W相の各相について生成され、各スイッチング素子116U~117Wのゲートをドライブ(ON-OFF)するゲートドライバ129に送出される。
On the other hand,
電流検出部128は、シャント抵抗123の両端間の電圧を入力し、当該シャント抵抗123の抵抗値から相電流Iu、Iv、Iwと各スイッチング素子116U~117Wに流れる電流を算出する。算出された相電流Iu、Iv、Iwや各スイッチング素子116U~117Wに流れる電流はモータ制御部126に入力される。
A
また、温度検出部132は温度センサ122の出力に基づき、各スイッチング素子116U~117Wの温度を検出する。この温度検出部132が検出する各スイッチング素子116U~117Wの温度はモータ制御部126に入力される。そして、インバータ装置102のモータ制御部126は、通信部131を用い、これら各スイッチング素子116U~117Wに流れる電流、各スイッチング素子116U~117Wの温度、モータ99の回転数に関するデータを通信部131により、車両通信バス65を介してヒートポンプコントローラ32に送信する。
Based on the output of the
以上の構成で、次に実施例の車両用空気調和装置1の動作を説明する。この実施例では制御装置11(空調コントローラ45、ヒートポンプコントローラ32)は、暖房モード、除湿暖房モード、除湿冷房モード、冷房モード、及び、空調(優先)+バッテリ冷却モードの各空調運転と、バッテリ冷却(優先)+空調モード、バッテリ冷却(単独)モードの各バッテリ冷却運転と、除霜モードを切り換えて実行する。これらが図3に示されている。
Next, the operation of the
このうち、暖房モードと、除湿暖房モードと、除湿冷房モードと、冷房モードと、空調(優先)+バッテリ冷却モードの各空調運転は、実施例ではバッテリ55を充電しておらず、車両のイグニッション(IGN)がONされ、空調操作部53の空調スイッチがONされている場合に実行されるものである。但し、リモート運転時(プレ空調等)にはイグニッションがOFFの場合にも実行される。また、バッテリ55を充電中でもバッテリ冷却要求が無く、空調スイッチがONされているときは実行される。一方、バッテリ冷却(優先)+空調モードと、バッテリ冷却(単独)モードの各バッテリ冷却運転は、例えば急速充電器(外部電源)のプラグを接続し、バッテリ55に充電しているときに実行されるものである。但し、バッテリ冷却(単独)モードは、バッテリ55の充電中以外にも、空調スイッチがOFFで、バッテリ冷却要求があった場合(高外気温で走行時等)には実行される。
Of these, the heating mode, the dehumidifying heating mode, the dehumidifying cooling mode, the cooling mode, and the air conditioning (priority) + battery cooling mode each air conditioning operation does not charge the
また、実施例ではヒートポンプコントローラ32は、イグニッションがONされているときや、イグニッションがOFFされていてもバッテリ55が充電中であるときは、機器温度調整装置61の循環ポンプ62を運転し、図4~図10に破線で示す如く熱媒体配管66内に熱媒体を循環させるものとする。更に、図3には示していないが、実施例のヒートポンプコントローラ32は、機器温度調整装置61の熱媒体加熱ヒータ63を発熱させることでバッテリ55を加熱するバッテリ加熱モードも実行する。
Further, in the embodiment, the
(1)暖房モード
先ず、図4を参照しながら暖房モードについて説明する。尚、各機器の制御はヒートポンプコントローラ32と空調コントローラ45の協働により実行されるものであるが、以下の説明ではヒートポンプコントローラ32を制御主体とし、簡略化して説明する。図4には暖房モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ方(実線矢印)を示している。ヒートポンプコントローラ32により(オートモード)或いは空調コントローラ45の空調操作部53へのマニュアルの空調設定操作(マニュアルモード)により暖房モードが選択されると、ヒートポンプコントローラ32は電磁弁21を開き、電磁弁17、電磁弁20、電磁弁22、電磁弁35、電磁弁69を閉じる。そして、圧縮機2、及び、各送風機15、27を運転し、エアミックスダンパ28は室内送風機27から吹き出された空気が放熱器4及び補助ヒータ23に通風される割合を調整する状態とする。
(1) Heating Mode First, the heating mode will be described with reference to FIG. The control of each device is executed by the cooperation of the
これにより、圧縮機2から吐出された高温高圧のガス冷媒は放熱器4に流入する。放熱器4には空気流通路3内の空気が通風されるので、空気流通路3内の空気は放熱器4内の高温冷媒と熱交換して加熱される。一方、放熱器4内の冷媒は空気に熱を奪われて冷却され、凝縮液化する。
As a result, the high-temperature and high-pressure gas refrigerant discharged from the
放熱器4内で液化した冷媒は当該放熱器4を出た後、冷媒配管13E、13Jを経て室外膨張弁6に至る。室外膨張弁6に流入した冷媒はそこで減圧された後、室外熱交換器7に流入する。室外熱交換器7に流入した冷媒は蒸発し、走行により、或いは、室外送風機15により通風される外気中から熱を汲み上げる(吸熱)。即ち、冷媒回路Rがヒートポンプとなる。そして、室外熱交換器7を出た低温の冷媒は冷媒配管13A及び冷媒配管13D、電磁弁21を経て冷媒配管13Cに至り、更にこの冷媒配管13Cを経てアキュムレータ12に入り、そこで気液分離された後、冷媒配管13Kからガス冷媒が圧縮機2に吸い込まれる循環を繰り返す。放熱器4にて加熱された空気は吹出口29から吹き出されるので、これにより車室内の暖房が行われることになる。
After leaving the
ヒートポンプコントローラ32は、車室内に吹き出される空気の目標温度(車室内に吹き出される空気の温度の目標値)である後述する目標吹出温度TAOから算出される目標ヒータ温度TCO(放熱器4の目標温度)から目標放熱器圧力PCOを算出し、この目標放熱器圧力PCOと、放熱器圧力センサ47が検出する放熱器圧力Pci(冷媒回路Rの高圧圧力)に基づいて圧縮機2の回転数を制御すると共に、放熱器出口温度センサ44が検出する放熱器4の冷媒出口温度Tci及び放熱器圧力センサ47が検出する放熱器圧力Pciに基づいて室外膨張弁6の弁開度を制御し、放熱器4の出口における冷媒の過冷却度を制御する。
The
また、ヒートポンプコントローラ32は、必要とされる暖房能力に対して放熱器4による暖房能力(加熱能力)が不足する場合、この不足する分を補助ヒータ23の発熱で補完する。これにより、低外気温時等にも車室内を支障無く暖房する。
Moreover, when the heating capacity (heating capacity) of the
(2)除湿暖房モード
次に、図5を参照しながら除湿暖房モードについて説明する。図5は除湿暖房モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ方(実線矢印)を示している。ヒートポンプコントローラ32は、車室内の除湿要求(例えば空調コントローラ45の空調操作部53に設けられたデフボタン(デフロスタボタン)が操作されたこと)があった場合に、除湿暖房モードを実行する。この除湿暖房モードでは、ヒートポンプコントローラ32は電磁弁21、電磁弁22、電磁弁35を開き、電磁弁17、電磁弁20、電磁弁69は閉じる。そして、圧縮機2、及び、各送風機15、27を運転し、エアミックスダンパ28は室内送風機27から吹き出された空気が放熱器4及び補助ヒータ23に通風される割合を調整する状態とする。
(2) Dehumidifying Heating Mode Next, the dehumidifying heating mode will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows how the refrigerant flows (solid line arrows) in the refrigerant circuit R in the dehumidifying and heating mode. The
これにより、圧縮機2から吐出された高温高圧のガス冷媒は放熱器4に流入する。放熱器4には空気流通路3内の空気が通風されるので、空気流通路3内の空気は放熱器4内の高温冷媒と熱交換して加熱される。一方、放熱器4内の冷媒は空気に熱を奪われて冷却され、凝縮液化する。
As a result, the high-temperature and high-pressure gas refrigerant discharged from the
放熱器4内で液化した冷媒は放熱器4を出た後、冷媒配管13Eを経て一部は冷媒配管13Jに入り、室外膨張弁6に至る。室外膨張弁6に流入した冷媒はそこで減圧された後、室外熱交換器7に流入する。室外熱交換器7に流入した冷媒は蒸発し、走行により、或いは、室外送風機15により通風される外気中から熱を汲み上げる(吸熱)。そして、室外熱交換器7を出た低温の冷媒は冷媒配管13A及び冷媒配管13D、電磁弁21を経て冷媒配管13Cに至り、この冷媒配管13Cを経てアキュムレータ12に入り、そこで気液分離された後、ガス冷媒が冷媒配管13Kから圧縮機2に吸い込まれる循環を繰り返す。
After the refrigerant liquefied in the
一方、放熱器4を経て冷媒配管13Eを流れる凝縮冷媒の残りは分流され、この分流された冷媒が電磁弁22を経て冷媒配管13Fに流入し、冷媒配管13Bに至る。次に、冷媒は室内膨張弁8に至り、この室内膨張弁8にて減圧された後、電磁弁35を経て吸熱器9に流入し、蒸発する。このときに吸熱器9で生じる冷媒の吸熱作用で室内送風機27から吹き出された空気中の水分が吸熱器9に凝結して付着するので、空気は冷却され、且つ、除湿される。
On the other hand, the remainder of the condensed refrigerant flowing through the
吸熱器9で蒸発した冷媒は、冷媒配管13Cに出て冷媒配管13Dからの冷媒(室外熱交換器7からの冷媒)と合流した後、アキュムレータ12を経て冷媒配管13Kから圧縮機2に吸い込まれる循環を繰り返す。吸熱器9にて除湿された空気は放熱器4や補助ヒータ23(発熱している場合)を通過する過程で再加熱されるので、これにより車室内の除湿暖房が行われることになる。
The refrigerant evaporated in the
ヒートポンプコントローラ32は、実施例では目標ヒータ温度TCOから算出される目標放熱器圧力PCOと放熱器圧力センサ47が検出する放熱器圧力Pci(冷媒回路Rの高圧圧力)に基づいて圧縮機2の回転数を制御するか、又は、吸熱器温度センサ48が検出する吸熱器9の温度(吸熱器温度Te)とその目標値である目標吸熱器温度TEOに基づいて圧縮機2の回転数を制御する。このとき、ヒートポンプコントローラ32は放熱器圧力Pciによるか吸熱器温度Teによるか、何れかの演算から得られる圧縮機目標回転数の低い方を選択して圧縮機2を制御する。また、吸熱器温度Teに基づいて室外膨張弁6の弁開度を制御する。
In the embodiment, the
また、ヒートポンプコントローラ32は、この除湿暖房モードにおいても必要とされる暖房能力に対して放熱器4による暖房能力(加熱能力)が不足する場合、この不足する分を補助ヒータ23の発熱で補完する。これにより、低外気温時等にも車室内を支障無く除湿暖房する。
Also in this dehumidification heating mode, if the heating capacity (heating capacity) of the
(3)除湿冷房モード
次に、図6を参照しながら除湿冷房モードについて説明する。図6は除湿冷房モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ方(実線矢印)を示している。除湿冷房モードでは、ヒートポンプコントローラ32は電磁弁17、及び、電磁弁35を開き、電磁弁20、電磁弁21、電磁弁22、及び、電磁弁69を閉じる。そして、圧縮機2、及び、各送風機15、27を運転し、エアミックスダンパ28は室内送風機27から吹き出された空気が放熱器4及び補助ヒータ23に通風される割合を調整する状態とする。
(3) Dehumidifying Cooling Mode Next, the dehumidifying cooling mode will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows how the refrigerant flows (solid line arrows) in the refrigerant circuit R in the dehumidifying cooling mode. In the dehumidifying cooling mode, the
これにより、圧縮機2から吐出された高温高圧のガス冷媒は放熱器4に流入する。放熱器4には空気流通路3内の空気が通風されるので、空気流通路3内の空気は放熱器4内の高温冷媒と熱交換して加熱される。一方、放熱器4内の冷媒は空気に熱を奪われて冷却され、凝縮液化していく。
As a result, the high-temperature and high-pressure gas refrigerant discharged from the
放熱器4を出た冷媒は冷媒配管13E、13Jを経て室外膨張弁6に至り、暖房モードや除湿暖房モードよりも開き気味(大きい弁開度の領域)で制御される室外膨張弁6を経て室外熱交換器7に流入する。室外熱交換器7に流入した冷媒はそこで走行により、或いは、室外送風機15により通風される外気によって空冷され、凝縮する。室外熱交換器7を出た冷媒は冷媒配管13A、電磁弁17、レシーバドライヤ部14、過冷却部16を経て冷媒配管13Bに入り、逆止弁18を経て室内膨張弁8に至る。室内膨張弁8にて冷媒は減圧された後、電磁弁35を経て吸熱器9に流入し、蒸発する。このときの吸熱作用で室内送風機27から吹き出された空気中の水分が吸熱器9に凝結して付着し、空気は冷却され、且つ、除湿される。
The refrigerant exiting the
吸熱器9で蒸発した冷媒は、冷媒配管13Cを経てアキュムレータ12に至り、そこを経て冷媒配管13Kから圧縮機2に吸い込まれる循環を繰り返す。吸熱器9にて冷却され、除湿された空気は放熱器4や補助ヒータ23(発熱している場合)を通過する過程で再加熱(除湿暖房時よりも加熱能力は低い)されるので、これにより車室内の除湿冷房が行われることになる。
The refrigerant evaporated in the
ヒートポンプコントローラ32は吸熱器温度センサ48が検出する吸熱器9の温度(吸熱器温度Te)と吸熱器9の目標温度(吸熱器温度Teの目標値)である目標吸熱器温度TEOに基づき、吸熱器温度Teを目標吸熱器温度TEOにするように圧縮機2の回転数を制御すると共に、放熱器圧力センサ47が検出する放熱器圧力Pci(冷媒回路Rの高圧圧力)と目標放熱器圧力PCO(放熱器圧力Pciの目標値)に基づき、放熱器圧力Pciを目標放熱器圧力PCOにするように室外膨張弁6の弁開度を制御することで放熱器4による必要なリヒート量(再加熱量)を得る。
The
また、ヒートポンプコントローラ32は、この除湿冷房モードにおいても必要とされる暖房能力に対して放熱器4による暖房能力(再加熱能力)が不足する場合、この不足する分を補助ヒータ23の発熱で補完する。これにより、車室内の温度を下げ過ぎること無く、除湿冷房する。
Also in this dehumidification cooling mode, if the heating capacity (reheating capacity) of the
(4)冷房モード
次に、図7を参照しながら冷房モードについて説明する。図7は冷房モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ方(実線矢印)を示している。冷房モードでは、ヒートポンプコントローラ32は電磁弁17、電磁弁20、及び、電磁弁35を開き、電磁弁21、電磁弁22、及び、電磁弁69を閉じる。そして、圧縮機2、及び、各送風機15、27を運転し、エアミックスダンパ28は室内送風機27から吹き出された空気が放熱器4及び補助ヒータ23に通風される割合を調整する状態とする。尚、補助ヒータ23には通電されない。
(4) Cooling Mode Next, the cooling mode will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows how the refrigerant flows (solid line arrows) in the refrigerant circuit R in the cooling mode. In the cooling mode, the
これにより、圧縮機2から吐出された高温高圧のガス冷媒は放熱器4に流入する。放熱器4には空気流通路3内の空気は通風されるものの、その割合は小さくなるので(冷房時のリヒート(再加熱)のみのため)、ここは殆ど通過するのみとなり、放熱器4を出た冷媒は冷媒配管13Eを経て冷媒配管13Jに至る。このとき電磁弁20は開放されているので冷媒は電磁弁20を通過し、そのまま室外熱交換器7に流入し、そこで走行により、或いは、室外送風機15により通風される外気によって空冷され、凝縮液化する。
As a result, the high-temperature and high-pressure gas refrigerant discharged from the
室外熱交換器7を出た冷媒は冷媒配管13A、電磁弁17、レシーバドライヤ部14、過冷却部16を経て冷媒配管13Bに入り、逆止弁18を経て室内膨張弁8に至る。室内膨張弁8にて冷媒は減圧された後、電磁弁35を経て吸熱器9に流入し、蒸発する。このときの吸熱作用で室内送風機27から吹き出されて吸熱器9と熱交換する空気は冷却される。
The refrigerant exiting the
吸熱器9で蒸発した冷媒は、冷媒配管13Cを経てアキュムレータ12に至り、そこから冷媒配管13Kを経て圧縮機2に吸い込まれる循環を繰り返す。吸熱器9にて冷却された空気は吹出口29から車室内に吹き出されるので、これにより車室内の冷房が行われることになる。この冷房モードにおいては、ヒートポンプコントローラ32は吸熱器温度センサ48が検出する吸熱器9の温度(吸熱器温度Te)に基づいて圧縮機2の回転数を制御する。
The refrigerant evaporated in the
(5)空調(優先)+バッテリ冷却モード(被温調対象を冷却する運転モード)
次に、図8を参照しながら空調(優先)+バッテリ冷却モードについて説明する。図8は空調(優先)+バッテリ冷却モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ方(実線矢印)を示している。空調(優先)+バッテリ冷却モードでは、ヒートポンプコントローラ32は電磁弁17、電磁弁20、電磁弁35、及び、電磁弁69を開き、電磁弁21、及び、電磁弁22を閉じる。
(5) Air conditioning (priority) + battery cooling mode (operation mode for cooling temperature controlled object)
Next, the air conditioning (priority) + battery cooling mode will be described with reference to FIG. FIG. 8 shows how the refrigerant flows (solid line arrows) in the refrigerant circuit R in the air conditioning (priority) + battery cooling mode. In the air conditioning (priority) + battery cooling mode, the
そして、圧縮機2、及び、各送風機15、27を運転し、エアミックスダンパ28は室内送風機27から吹き出された空気が放熱器4及び補助ヒータ23に通風される割合を調整する状態とする。尚、この運転モードでは補助ヒータ23には通電されない。また、熱媒体加熱ヒータ63にも通電されない。
Then, the
これにより、圧縮機2から吐出された高温高圧のガス冷媒は放熱器4に流入する。放熱器4には空気流通路3内の空気は通風されるものの、その割合は小さくなるので(冷房時のリヒート(再加熱)のみのため)、ここは殆ど通過するのみとなり、放熱器4を出た冷媒は冷媒配管13Eを経て冷媒配管13Jに至る。このとき電磁弁20は開放されているので冷媒は電磁弁20を通過し、そのまま室外熱交換器7に流入し、そこで走行により、或いは、室外送風機15により通風される外気によって空冷され、凝縮液化する。
As a result, the high-temperature and high-pressure gas refrigerant discharged from the
室外熱交換器7を出た冷媒は冷媒配管13A、電磁弁17、レシーバドライヤ部14、過冷却部16を経て冷媒配管13Bに入る。この冷媒配管13Bに流入した冷媒は、逆止弁18を経た後に分流され、一方はそのまま冷媒配管13Bを流れて室内膨張弁8に至る。この室内膨張弁8に流入した冷媒はそこで減圧された後、電磁弁35を経て吸熱器9に流入し、蒸発する。このときの吸熱作用で室内送風機27から吹き出されて吸熱器9と熱交換する空気は冷却される。
The refrigerant exiting the
吸熱器9で蒸発した冷媒は、冷媒配管13Cを経てアキュムレータ12に至り、そこから冷媒配管13Kを経て圧縮機2に吸い込まれる循環を繰り返す。吸熱器9にて冷却された空気は吹出口29から車室内に吹き出されるので、これにより車室内の冷房が行われることになる。
The refrigerant evaporated in the
他方、逆止弁18を経た冷媒の残りは分流され、分岐配管67に流入して補助膨張弁68に至る。ここで冷媒は減圧された後、電磁弁69を経て冷媒-熱媒体熱交換器64の冷媒流路64Bに流入し、そこで蒸発する。このときに吸熱作用を発揮する。この冷媒流路64Bで蒸発した冷媒は、冷媒配管71、冷媒配管13C及びアキュムレータ12を順次経て冷媒配管13Kから圧縮機2に吸い込まれる循環を繰り返す(図8に実線矢印で示す)。
On the other hand, the rest of the refrigerant that has passed through the
一方、循環ポンプ62が運転されているので、この循環ポンプ62から吐出された熱媒体が熱媒体配管66内を冷媒-熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64Aに至り、そこで冷媒流路64B内で蒸発する冷媒と熱交換し、吸熱されて熱媒体は冷却される。この冷媒-熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64Aを出た熱媒体は、熱媒体加熱ヒータ63に至る。但し、この運転モードでは熱媒体加熱ヒータ63は発熱されないので、熱媒体はそのまま通過してバッテリ55に至り、当該バッテリ55と熱交換する。これにより、バッテリ55は冷却されると共に、バッテリ55を冷却した後の熱媒体は、循環ポンプ62に吸い込まれる循環を繰り返す(図8に破線矢印で示す)。
On the other hand, since the
この空調(優先)+バッテリ冷却モードにおいては、ヒートポンプコントローラ32は電磁弁35を開いた状態を維持し、吸熱器温度センサ48が検出する吸熱器9の温度(吸熱器温度Te)に基づいて後述する図12に示す如く圧縮機2の回転数を制御する。また、実施例では熱媒体温度センサ76が検出する熱媒体の温度(熱媒体温度Tw:バッテリコントローラ73から送信される)に基づき、電磁弁69を以下の如く開閉制御する。
In this air conditioning (priority)+battery cooling mode, the
尚、熱媒体温度Twは、実施例における冷媒-熱媒体熱交換器64(被温調対象用熱交換器)により冷却される対象(熱媒体)の温度として採用しているが、被温調対象であるバッテリ55の温度を示す指標でもある(以下、同じ)。 The heat medium temperature Tw is employed as the temperature of the object (heat medium) to be cooled by the refrigerant-heat medium heat exchanger 64 (heat exchanger for temperature control object) in the embodiment. It is also an index indicating the temperature of the target battery 55 (same hereafter).
図13はこの空調(優先)+バッテリ冷却モードにおける電磁弁69の開閉制御のブロック図を示している。ヒートポンプコントローラ32の被温調対象用電磁弁制御部90には熱媒体温度センサ76が検出する熱媒体温度Twと、当該熱媒体温度Twの目標値としての所定の目標熱媒体温度TWOが入力される。そして、被温調対象用電磁弁制御部90は、目標熱媒体温度TWOの上下に所定の温度差を有して上限値TwULと下限値TwLLを設定し、電磁弁69を閉じている状態からバッテリ55の発熱等により熱媒体温度Twが高くなり、上限値TwULまで上昇した場合(上限値TwULを上回った場合、又は、上限値TwUL以上となった場合。以下、同じ)、電磁弁69を開放する(電磁弁69開指示)。これにより、冷媒は冷媒-熱媒体熱交換器64の冷媒流路64Bに流入して蒸発し、熱媒体流路64Aを流れる熱媒体を冷却するので、この冷却された熱媒体によりバッテリ55は冷却される。
FIG. 13 shows a block diagram of the opening/closing control of the
その後、熱媒体温度Twが下限値TwLLまで低下した場合(下限値TwLLを下回った場合、又は、下限値TwLL以下となった場合。以下、同じ)、電磁弁69を閉じる(電磁弁69閉指示)。以後、このような電磁弁69の開閉を繰り返して、車室内の冷房を優先しながら、熱媒体温度Twを目標熱媒体温度TWOに制御し、バッテリ55の冷却を行う。このようにして、車室内の空調(冷房)を優先的に行いながら、機器温度調整装置61の冷媒-熱媒体熱交換器64により熱媒体を介してバッテリ55の冷却も行うことができるようになる。
After that, when the heat medium temperature Tw drops to the lower limit value TwLL (below the lower limit value TwLL or below the lower limit value TwLL; hereinafter the same), the
(6)空調運転の切り換え
ヒートポンプコントローラ32は下記式(I)から前述した目標吹出温度TAOを算出する。この目標吹出温度TAOは、吹出口29から車室内に吹き出される空気の温度の目標値である。
TAO=(Tset-Tin)×K+Tbal(f(Tset、SUN、Tam))
・・(I)
ここで、Tsetは空調操作部53で設定された車室内の設定温度、Tinは内気温度センサ37が検出する車室内空気の温度、Kは係数、Tbalは設定温度Tsetや、日射センサ51が検出する日射量SUN、外気温度センサ33が検出する外気温度Tamから算出されるバランス値である。そして、一般的に、この目標吹出温度TAOは外気温度Tamが低い程高く、外気温度Tamが上昇するに伴って低下する。
(6) Switching of Air-Conditioning Operation The
TAO=(Tset−Tin)×K+Tbal(f(Tset, SUN, Tam))
... (I)
Here, Tset is the set temperature in the vehicle interior set by the air
そして、ヒートポンプコントローラ32は起動時には外気温度センサ33が検出する外気温度Tamと目標吹出温度TAOとに基づいて上記各空調運転のうちの何れかの空調運転を選択する。また、起動後は外気温度Tamや目標吹出温度TAO、熱媒体温度Tw等の運転条件や環境条件、設定条件の変化に応じ、前記各空調運転を選択して切り換えていく。例えば、冷房モードから空調(優先)+バッテリ冷却モードへの移行は、バッテリコントローラ73からのバッテリ冷却要求が入力されたことに基づいて実行される。この場合、バッテリコントローラ73は例えば熱媒体温度Twやバッテリ温度Tcellが所定値以上に上昇した場合にバッテリ冷却要求を出力し、ヒートポンプコントローラ32や空調コントローラ45に送信するものである。
Then, the
(7)バッテリ冷却(優先)+空調モード(被温調対象を冷却する運転モード)
次に、バッテリ55の充電中の動作について説明する。例えば急速充電器(外部電源)の充電用のプラグが接続され、バッテリ55が充電されているときに(これらの情報はバッテリコントローラ73から送信される)、車両のイグニッション(IGN)のON/OFFに拘わらず、バッテリ冷却要求があり、空調操作部53の空調スイッチがONされた場合、ヒートポンプコントローラ32はバッテリ冷却(優先)+空調モードを実行する。このバッテリ冷却(優先)+空調モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ方は、図8に示した空調(優先)+バッテリ冷却モードの場合と同様である。
(7) Battery cooling (priority) + air-conditioning mode (operation mode for cooling temperature controlled object)
Next, the operation during charging of the
但し、このバッテリ冷却(優先)+空調モードの場合、実施例ではヒートポンプコントローラ32は電磁弁69を開いた状態に維持し、熱媒体温度センサ76(バッテリコントローラ73から送信される)が検出する熱媒体温度Twに基づいて後述する図14に示す如く圧縮機2の回転数を制御する。また、実施例では吸熱器温度センサ48が検出する吸熱器9の温度(吸熱器温度Te)に基づき、電磁弁35を以下の如く開閉制御する。
However, in the case of this battery cooling (priority) + air conditioning mode, in the embodiment, the
図15はこのバッテリ冷却(優先)+空調モードにおける電磁弁35の開閉制御のブロック図を示している。ヒートポンプコントローラ32の吸熱器用電磁弁制御部95には吸熱器温度センサ48が検出する吸熱器温度Teと、当該吸熱器温度Teの目標値としての所定の目標吸熱器温度TEOが入力される。そして、吸熱器用電磁弁制御部95は、目標吸熱器温度TEOの上下に所定の温度差を有して上限値TeULと下限値TeLLを設定し、電磁弁35を閉じている状態から吸熱器温度Teが高くなり、上限値TeULまで上昇した場合(上限値TeULを上回った場合、又は、上限値TeUL以上となった場合。以下、同じ)、電磁弁35を開放する(電磁弁35開指示)。これにより、冷媒は吸熱器9に流入して蒸発し、空気流通路3を流通する空気を冷却する。
FIG. 15 shows a block diagram of the opening/closing control of the
その後、吸熱器温度Teが下限値TeLLまで低下した場合(下限値TeLLを下回った場合、又は、下限値TeLL以下となった場合。以下、同じ)、電磁弁35を閉じる(電磁弁35閉指示)。以後、このような電磁弁35の開閉を繰り返して、バッテリ55の冷却を優先しながら、吸熱器温度Teを目標吸熱器温度TEOに制御し、車室内の冷房を行う。このようにして、機器温度調整装置61の冷媒-熱媒体熱交換器64により熱媒体を介してバッテリ55の冷却を優先的に行いながら、車室内の空調(冷房)も行うことができるようになる。
After that, when the heat absorber temperature Te drops to the lower limit TeLL (below the lower limit TeLL or below the lower limit TeLL; hereinafter the same), the
(8)バッテリ冷却(単独)モード(被温調対象を冷却する運転モード)
次に、イグニッションのON/OFFに拘わらず、空調操作部53の空調スイッチがOFFされた状態で、急速充電器の充電用のプラグが接続され、バッテリ55が充電されているとき、バッテリ冷却要求があった場合、ヒートポンプコントローラ32はバッテリ冷却(単独)モードを実行する。但し、バッテリ55の充電中以外にも、空調スイッチがOFFで、バッテリ冷却要求があった場合(高外気温で走行時等)には実行される。図9はこのバッテリ冷却(単独)モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ方(実線矢印)を示している。バッテリ冷却(単独)モードでは、ヒートポンプコントローラ32は電磁弁17、電磁弁20、及び、電磁弁69を開き、電磁弁21、電磁弁22、及び、電磁弁35を閉じる。
(8) Battery cooling (single) mode (operation mode for cooling temperature controlled object)
Next, regardless of ON/OFF of the ignition, when the charging plug of the quick charger is connected with the air conditioning switch of the air
そして、圧縮機2、及び、室外送風機15を運転する。尚、室内送風機27は運転されず、補助ヒータ23にも通電されない。また、この運転モードでは熱媒体加熱ヒータ63も通電されない。
Then, the
これにより、圧縮機2から吐出された高温高圧のガス冷媒は放熱器4に流入する。放熱器4には空気流通路3内の空気は通風されないので、ここは通過するのみとなり、放熱器4を出た冷媒は冷媒配管13Eを経て冷媒配管13Jに至る。このとき、電磁弁20は開放されているので冷媒は電磁弁20を通過し、そのまま室外熱交換器7に流入し、そこで室外送風機15により通風される外気によって空冷され、凝縮液化する。
As a result, the high-temperature and high-pressure gas refrigerant discharged from the
室外熱交換器7を出た冷媒は冷媒配管13A、電磁弁17、レシーバドライヤ部14、過冷却部16を経て冷媒配管13Bに入る。この冷媒配管13Bに流入した冷媒は、逆止弁18を経た後、全てが分岐配管67に流入して補助膨張弁68に至る。ここで冷媒は減圧された後、電磁弁69を経て冷媒-熱媒体熱交換器64の冷媒流路64Bに流入し、そこで蒸発する。このときに吸熱作用を発揮する。この冷媒流路64Bで蒸発した冷媒は、冷媒配管71、冷媒配管13C及びアキュムレータ12を順次経て冷媒配管13Kから圧縮機2に吸い込まれる循環を繰り返す(図9に実線矢印で示す)。
The refrigerant exiting the
一方、循環ポンプ62が運転されているので、この循環ポンプ62から吐出された熱媒体が熱媒体配管66内を冷媒-熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64Aに至り、そこで冷媒流路64B内で蒸発する冷媒により吸熱され、熱媒体は冷却されるようになる。この冷媒-熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64Aを出た熱媒体は、熱媒体加熱ヒータ63に至る。但し、この運転モードでは熱媒体加熱ヒータ63は発熱されないので、熱媒体はそのまま通過してバッテリ55に至り、当該バッテリ55と熱交換する。これにより、バッテリ55は冷却されると共に、バッテリ55を冷却した後の熱媒体は、循環ポンプ62に吸い込まれる循環を繰り返す(図9に破線矢印で示す)。
On the other hand, since the
このバッテリ冷却(単独)モードにおいても、ヒートポンプコントローラ32は熱媒体温度センサ76が検出する熱媒体温度Twに基づいて後述する如く圧縮機2の回転数を制御することにより、バッテリ55を冷却する。このようにして、車室内を空調する必要が無い場合には、バッテリ55の冷却のみを効果的に行うことができるようになる。
Also in this battery cooling (single) mode, the
(9)除霜モード
次に、図10を参照しながら室外熱交換器7の除霜モードについて説明する。図10は除霜モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ方(実線矢印)を示している。前述した如く暖房モードでは、室外熱交換器7では冷媒が蒸発し、外気から吸熱して低温となるため、室外熱交換器7には外気中の水分が霜となって付着する。
(9) Defrosting Mode Next, the defrosting mode of the
そこで、ヒートポンプコントローラ32は室外熱交換器温度センサ49が検出する室外熱交換器温度TXO(室外熱交換器7における冷媒蒸発温度)と、室外熱交換器7の無着霜時における冷媒蒸発温度TXObaseとの差ΔTXO(=TXObase-TXO)を算出しており、室外熱交換器温度TXOが無着霜時における冷媒蒸発温度TXObaseより低下して、その差ΔTXOが所定値以上に拡大した状態が所定時間継続した場合、室外熱交換器7に着霜しているものと判定して所定の着霜フラグをセットする。
Therefore, the
そして、この着霜フラグがセットされており、空調操作部53の空調スイッチがOFFされた状態で、急速充電器の充電用のプラグが接続され、バッテリ55が充電されるとき、ヒートポンプコントローラ32は以下の如く室外熱交換器7の除霜モードを実行する。
When the frost formation flag is set and the air conditioning switch of the air
ヒートポンプコントローラ32はこの除霜モードでは、冷媒回路Rを前述した暖房モードの状態とした上で、室外膨張弁6の弁開度を全開とする。そして、圧縮機2を運転し、当該圧縮機2から吐出された高温の冷媒を放熱器4、室外膨張弁6を経て室外熱交換器7に流入させ、当該室外熱交換器7の着霜を融解させる(図10)。そして、ヒートポンプコントローラ32は室外熱交換器温度センサ49が検出する室外熱交換器温度TXOが所定の除霜終了温度(例えば、+3℃等)より高くなった場合、室外熱交換器7の除霜が完了したものとして除霜モードを終了する。
In this defrosting mode, the
(10)バッテリ加熱モード
また、空調運転を実行しているとき、或いは、バッテリ55を充電しているとき、ヒートポンプコントローラ32はバッテリ加熱モードを実行する。このバッテリ加熱モードでは、ヒートポンプコントローラ32は循環ポンプ62を運転し、熱媒体加熱ヒータ63に通電する。尚、電磁弁69は閉じる。
(10) Battery Heating Mode Further, when the air conditioning operation is being performed or the
これにより、循環ポンプ62から吐出された熱媒体は熱媒体配管66内を冷媒-熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64Aに至り、そこを通過して熱媒体加熱ヒータ63に至る。このとき熱媒体加熱ヒータ63は発熱されているので、熱媒体は熱媒体加熱ヒータ63により加熱されて温度上昇した後、バッテリ55に至り、当該バッテリ55と熱交換する。これにより、バッテリ55は加熱されると共に、バッテリ55を加熱した後の熱媒体は、循環ポンプ62に吸い込まれる循環を繰り返す。
As a result, the heat medium discharged from the
このバッテリ加熱モードにおいては、ヒートポンプコントローラ32は熱媒体温度センサ76が検出する熱媒体温度Twに基づいて熱媒体加熱ヒータ63の通電を制御することにより、熱媒体温度Twを所定の目標熱媒体温度TWOに調整し、バッテリ55を加熱する。
In this battery heating mode, the
(11)ヒートポンプコントローラ32による圧縮機2の制御
また、ヒートポンプコントローラ32は、暖房モードでは放熱器圧力Pciに基づき、図11の制御ブロック図により圧縮機2の目標回転数(圧縮機目標回転数)TGNChを算出し、除湿冷房モード、冷房モード、空調(優先)+バッテリ冷却モードでは、吸熱器温度Teに基づき、図12の制御ブロック図により圧縮機2の目標回転数(圧縮機目標回転数)TGNCcを算出する。尚、除湿暖房モードでは圧縮機目標回転数TGNChと圧縮機目標回転数TGNCcのうちの低い方向を選択する。また、バッテリ冷却(優先)+空調モード、バッテリ冷却(単独)モードでは、熱媒体温度Twに基づき、図14の制御ブロック図により圧縮機2の目標回転数(圧縮機目標回転数)TGNCwを算出する。
(11) Control of the
(11-1)放熱器圧力Pciに基づく圧縮機目標回転数TGNChの算出
先ず、図11を用いて放熱器圧力Pciに基づく圧縮機2の制御について詳述する。図11は放熱器圧力Pciに基づいて圧縮機2の目標回転数(圧縮機目標回転数)TGNChを算出するヒートポンプコントローラ32の制御ブロック図である。ヒートポンプコントローラ32のF/F(フィードフォワード)操作量演算部78は外気温度センサ33から得られる外気温度Tamと、室内送風機27のブロワ電圧BLVと、SW=(TAO-Te)/(Thp-Te)で得られるエアミックスダンパ28による風量割合SWと、放熱器4の出口における冷媒の過冷却度SCの目標値である目標過冷却度TGSCと、ヒータ温度Thpの目標値である前述した目標ヒータ温度TCOと、放熱器4の圧力の目標値である目標放熱器圧力PCOに基づいて圧縮機目標回転数のF/F操作量TGNChffを算出する。
(11-1) Calculation of Compressor Target Rotation Speed TGNCh Based on Radiator Pressure Pci First, control of the
尚、ヒータ温度Thpは放熱器4の風下側の空気温度(推定値)であり、放熱器圧力センサ47が検出する放熱器圧力Pciと放熱器出口温度センサ44が検出する放熱器4の冷媒出口温度Tciから算出(推定)する。また、過冷却度SCは放熱器入口温度センサ43と放熱器出口温度センサ44が検出する放熱器4の冷媒入口温度Tcxinと冷媒出口温度Tciから算出される。
The heater temperature Thp is the air temperature (estimated value) on the leeward side of the
前記目標放熱器圧力PCOは上記目標過冷却度TGSCと目標ヒータ温度TCOに基づいて目標値演算部79が算出する。更に、F/B(フィードバック)操作量演算部81はこの目標放熱器圧力PCOと放熱器圧力Pciに基づくPID演算若しくはPI演算により圧縮機目標回転数のF/B操作量TGNChfbを算出する。そして、F/F操作量演算部78が算出したF/F操作量TGNChffとF/B操作量演算部81が算出したF/B操作量TGNChfbは加算器82で加算され、TGNCh00としてリミット設定部83に入力される。
The target radiator pressure PCO is calculated by the
リミット設定部83では制御上の下限回転数ECNpdLimLoと上限回転数ECNpdLimHiのリミットが付けられてTGNCh0とされた後、圧縮機OFF制御部84を経て圧縮機目標回転数TGNChとして決定される。通常モードではヒートポンプコントローラ32は、この放熱器圧力Pciに基づいて算出された圧縮機目標回転数TGNChにより、放熱器圧力Pciが目標放熱器圧力PCOになるように圧縮機2の運転を制御する。
In the
尚、圧縮機OFF制御部84は、放熱器4が軽負荷状態となり、圧縮機目標回転数TGNChが上述した下限回転数ECNpdLimLoとなって、放熱器圧力Pciが目標放熱器圧力PCOの上下に設定された所定の上限値PULと下限値PLLのうちの上限値PULより高い所定の強制停止値PSLまで上昇した状態(強制停止値PSLを上回った状態、又は、強制停止値PSL以上となった状態。以下、同じ)が所定時間th1継続した場合(放熱器4の所定の軽負荷条件が成立)、圧縮機2を停止させて圧縮機2をON-OFF制御するON-OFF制御モードに入る。
The compressor OFF
この圧縮機2のON-OFF制御モードでは、放熱器圧力Pciが下限値PLLまで低下した場合(下限値PLLを下回った場合、又は、下限値PLL以下となった場合。以下、同じ)、圧縮機2を起動して圧縮機目標回転数TGNChを下限回転数ECNpdLimLoとして運転し、その状態で放熱器圧力Pciが上限値PULまで上昇した場合は圧縮機2を再度停止させる。即ち、下限回転数ECNpdLimLoでの圧縮機2の運転(ON)と、停止(OFF)を繰り返す。そして、放熱器圧力Pciが下限値PULまで低下し、圧縮機2を起動した後、放熱器圧力Pciが下限値PULより高くならない状態が所定時間th2継続した場合、圧縮機2のON-OFFモード制御を終了し、通常モードに復帰するものである。
In the ON-OFF control mode of the
(11-2)吸熱器温度Teに基づく圧縮機目標回転数TGNCcの算出
次に、図12を用いて吸熱器温度Teに基づく圧縮機2の制御について詳述する。図12は吸熱器温度Teに基づいて圧縮機2の目標回転数(圧縮機目標回転数)TGNCcを算出するヒートポンプコントローラ32の制御ブロック図である。ヒートポンプコントローラ32のF/F操作量演算部86は外気温度Tamと、空気流通路3内を流通する空気の風量Ga(室内送風機27のブロワ電圧BLVでもよい)と、目標放熱器圧力PCOと、吸熱器温度Teの目標値である目標吸熱器温度TEOに基づいて圧縮機目標回転数のF/F操作量TGNCcffを算出する。
(11-2) Calculation of Compressor Target Rotational Speed TGNCc Based on Heat Absorber Temperature Te Next, control of the
また、F/B操作量演算部87は目標吸熱器温度TEOと吸熱器温度Teに基づくPID演算若しくはPI演算により圧縮機目標回転数のF/B操作量TGNCcfbを算出する。そして、F/F操作量演算部86が算出したF/F操作量TGNCcffとF/B操作量演算部87が算出したF/B操作量TGNCcfbは加算器88で加算され、TGNCc00としてリミット設定部89に入力される。
Further, the F/B operation
リミット設定部89では制御上の下限回転数TGNCcLimLoと上限回転数TGNCcLimHiのリミットが付けられてTGNCc0とされた後、圧縮機OFF制御部91を経て圧縮機目標回転数TGNCcとして決定される。従って、加算器88で加算された値TGNCc00が上限回転数TGNCcLimHiと下限回転数TGNCcLimLo以内であり、後述するON-OFF制御モードにならなければ、この値TGNCc00が圧縮機目標回転数TGNCc(圧縮機2の回転数となる)。通常モードではヒートポンプコントローラ32は、この吸熱器温度Teに基づいて算出された圧縮機目標回転数TGNCcにより、吸熱器温度Teが目標吸熱器温度TEOになるように圧縮機2の運転を制御する。
In the
尚、圧縮機OFF制御部91は、吸熱器9が軽負荷状態となり、圧縮機目標回転数TGNCcが上述した下限回転数TGNCcLimLoとなって、吸熱器温度Teが目標吸熱器温度TEOの上下に設定された上限値TeULと下限値TeLLのうちの下限値TeLLより低い所定の強制停止値TeSLまで低下した状態(強制停止値TeSLを下回った状態、又は、強制停止値TeSL以下となった状態。以下、同じ)が所定時間tc1継続した場合(吸熱器9の所定の軽負荷条件が成立)、圧縮機2を停止(圧縮機OFF)させて圧縮機2をON-OFF制御するON-OFF制御モードに入る。
The compressor OFF
この場合の圧縮機2のON-OFF制御モードでは、吸熱器温度Teが上限値TeULまで上昇した場合(上限値TeULを上回った場合、又は、上限値TeUL以上となった場合。以下、同じ)、圧縮機2を起動(圧縮機ON)して圧縮機目標回転数TGNCcを下限回転数TGNCcLimLoとして運転し、その状態で吸熱器温度Teが下限値TeLLまで低下した場合は圧縮機2を再度停止させる(圧縮機OFF)。即ち、下限回転数TGNCcLimLoでの圧縮機2の運転(圧縮機ON)と、停止(圧縮機OFF)を繰り返す。そして、吸熱器温度Teが上限値TeULまで上昇し、圧縮機2を起動した後(圧縮機ON)、吸熱器温度Teが上限値TeULより低くならない状態が所定時間tc2継続した場合、この場合の圧縮機2のON-OFF制御モードを終了し、通常モードに復帰するものである。
In the ON-OFF control mode of the
(11-3)熱媒体温度Twに基づく圧縮機目標回転数TGNCwの算出
次に、図14を用いて熱媒体温度Twに基づく圧縮機2の制御について詳述する。図14は、前述したバッテリ冷却(優先)+空調モード及びバッテリ冷却(単独)モードにおいて、熱媒体温度Twに基づき圧縮機2の目標回転数(圧縮機目標回転数)TGNCwを算出するヒートポンプコントローラ32の制御ブロック図である。
(11-3) Calculation of Compressor Target Rotational Speed TGNCw Based on Heat Medium Temperature Tw Next, control of the
この図において、ヒートポンプコントローラ32のF/F操作量演算部92は外気温度Tamと、機器温度調整装置61内の熱媒体の流量Gw(循環ポンプ62の出力から算出される)と、バッテリ55の発熱量(バッテリコントローラ73から送信される)と、バッテリ温度Tcell(バッテリコントローラ73から送信される)と、熱媒体温度Twの目標値である目標熱媒体温度TWOに基づいて圧縮機目標回転数のF/F操作量TGNCcwffを算出する。
In this figure, the F/F operation
また、F/B操作量演算部93は目標熱媒体温度TWOと熱媒体温度Tw(バッテリコントローラ73から送信される)に基づくPID演算若しくはPI演算により圧縮機目標回転数のF/B操作量TGNCwfbを算出する。そして、F/F操作量演算部92が算出したF/F操作量TGNCwffとF/B操作量演算部93が算出したF/B操作量TGNCwfbは加算器94で加算され、TGNCw00としてリミット設定部96に入力される。
Further, the F/B operation
リミット設定部96では制御上の下限回転数TGNCwLimLoと上限回転数TGNCwLimHiのリミットが付けられてTGNCw0とされた後、圧縮機OFF制御部97を経て圧縮機目標回転数TGNCwとして決定される。従って、加算器94で加算された値TGNCw00が上限回転数TGNCwLimHiと下限回転数TGNCwLimLo以内であり、後述するON-OFF制御モードにならなければ、この値TGNCw00が圧縮機目標回転数TGNCw(圧縮機2の回転数となる)。通常モードではヒートポンプコントローラ32は、この熱媒体温度Twに基づいて算出された圧縮機目標回転数TGNCwにより、熱媒体温度Twが目標熱媒体温度TWOになるように圧縮機2の運転を制御する。
In the
(12)ヒートポンプコントローラ32による圧縮機2の積算運転時間に基づく制御
次に、図16~図18を参照しながら、実施例のヒートポンプコントローラ32による圧縮機2の積算運転時間に基づく制御について説明する。前述した如くこの種車両用空気調和装置1では、車室内空調の使われ方を想定してシステムの運転可能時間を設計している。この場合、特に圧縮機2の積算運転時間が生涯運転時間(生産されてから廃棄するまでの間の積算運転時間の限界。即ち、圧縮機2の稼働限界:圧縮機2の全体寿命)内になるように設計されるものであるが、場合によってはその範囲を超える使い方をされることがある。特に、実施例の如く電動式の圧縮機2はインバータ装置102で駆動されるため、生涯運転時間を超えて使用される場合は、このインバータ装置102の各スイッチング素子116U~117Wが劣化して故障してしまい、車室内の空調を行えなくなり、前述したバッテリ55の冷却もできなくなって、バッテリ55を含む車両の寿命も短くなってしまう。
(12) Control based on the accumulated operating time of the
そこで、この実施例ではヒートポンプコントローラ32が、圧縮機2の運転時間を当該圧縮機2の稼働限界を判定可能な指標とし、この圧縮機2の積算運転時間に基づいて、できるだけ圧縮機2を運転しない方向に運転を制限する制御を実行する。以下、図16のフローチャートを参照しながら説明する。
Therefore, in this embodiment, the
(12-1)圧縮機2の運転時間(圧縮機2の稼働限界を判定可能な指標)の積算
ヒートポンプコントローラ32は、図16のステップS1で、前述した稼働限界指標積算部70により、圧縮機2の運転時間を前述した不揮発性メモリに記録し、積算する。図17は稼働限界指標積算部70のメモリに記録された圧縮機2の積算運転時間を示している。実施例の稼働限界指標積算部70は、前述した各運転モード毎に圧縮機2の運転時間を積算する。図中CountHは暖房モードでの圧縮機2の積算運転時間、CountHDは除湿暖房モードでの圧縮機2の積算運転時間、CountCDは除湿冷房モードでの圧縮機2の積算運転時間、CountCは冷房モードでの圧縮機2の積算運転時間、CountCBは空調(優先)+バッテリ冷却モードでの圧縮機2の積算運転時間、CountBCはバッテリ冷却(優先)+空調モードでの圧縮機2の積算運転時間、CountBはバッテリ冷却(単独)モードでの圧縮機2の積算運転時間、CountDEFは除霜モードでの圧縮機2の積算運転時間である。更に、稼働限界指標積算部70は、これら積算運転時間CountH、CountHD、CountCD、CountC、CountCB、CountBC、CountB、CountDEFの全て加算して、圧縮機2の総運転時間の積算値である積算運転時間CountTotalを算出する。
(12-1) Integrating Operating Time of Compressor 2 (Index for Determining Operating Limit of Compressor 2) In step S1 of FIG. 2 operation time is recorded in the non-volatile memory described above and integrated. FIG. 17 shows the integrated operating time of the
次に、ヒートポンプコントローラ32はステップS2で、稼働限界指標積算部70が算出した積算運転時間CountTotalが上限値SH1を超えたか否か判断する。この上限値SH1は前述した圧縮機2の生涯運転時間より短いが、圧縮機2が故障に至る危険性が高くなる所定の長い値(圧縮機2の全体寿命の例えば8割)である。そして、積算運転時間CountTotalが上限値SH1以下である場合、ヒートポンプコントローラ32はステップS3に進んで前述した如き通常の運転を行う。
Next, in step S2, the
(12-2)積算運転時間CountTotal>上限値SH1の場合
一方、ステップS2で圧縮機2の積算運転時間CountTotalが上限値SH1を超えた場合、ヒートポンプコントローラ32はステップS4に進み、車室内の除湿要求があるか否か判断する。この除湿要求とは前述した如く例えば空調コントローラ45の空調操作部53に設けられたデフボタンが操作されたこと等である。そして、今は除湿要求が無いものとすると、ヒートポンプコントローラ32はステップS6に進み、現在の運転モードが暖房モードであるか否か判断し、暖房モードではない場合には、ステップS3に進んで通常の運転を行う。
(12-2) Cumulative Operating Time CountTotal>Upper Limit SH1 On the other hand, if the cumulative operating time CountTotal of the
(12-3)補助加熱暖房モード
他方、ステップS6で現在の運転モードが暖房モードである場合、ヒートポンプコントローラ32は補助ヒータ23の最大の暖房能力Qmaxptcが要求暖房能力Qtgtを満たすことを条件としてステップS7に進み、補助加熱暖房モードを実行する。
(12-3) Auxiliary heating/heating mode On the other hand, if the current operation mode is the heating mode in step S6, the
ここで、ヒートポンプコントローラ32は暖房モードでは、下記式(II)を用いて放熱器4に要求される要求暖房能力Qtgtを算出している。
Qtgt=(TCO-Te)×Cpa×ρ×Qair ・・(II)
上記Teは吸熱器温度センサ48が検出する吸熱器9の温度、TCOは目標ヒータ温度、Cpaは放熱器4に流入する空気の比熱[kj/kg・K]、ρは放熱器4に流入する空気の密度(比体積)[kg/m3]、Qairは放熱器4を通過する風量[m3/h](室内送風機27のブロワ電圧BLVなどから推定)、VSPは車速センサ52から得られる車速、FANVoutは室外送風機15の電圧である。
Here, in the heating mode, the
Qtgt=(TCO−Te)×Cpa×ρ×Qair (II)
Te is the temperature of the
また、補助ヒータ23の最大の暖房能力Qmaxptcは補助ヒータ23の仕様から算出しておく。そして、Qmaxptc<Qtgtである場合(暖房能力Qmaxptcが要求暖房能力Qtgtを満たさない場合)、ヒートポンプコントローラ32はステップS6からステップS3に進んで通常の運転を行う。
Also, the maximum heating capacity Qmaxptc of the
ステップS6で暖房モードであり、且つ、Qmaxptc≧Qtgtである場合(暖房能力Qmaxptcが要求暖房能力Qtgtを満たす)、ヒートポンプコントローラ32はステップS7に進み、圧縮機2を停止すると共に、ステップS8で補助ヒータ23に通電して車室内の暖房を行う。これが補助加熱暖房モードである。即ち、ヒートポンプコントローラ32は暖房モードに代えて補助加熱暖房モードを実行する。
If the heating mode is in step S6 and Qmaxptc≧Qtgt (the heating capacity Qmaxptc satisfies the required heating capacity Qtgt), the
この補助加熱暖房モードでは、ヒートポンプコントローラ32は上述した目標ヒータ温度TCOと補助ヒータ温度センサ50A、50Bが検出する補助ヒータ温度Tptc(例えば平均値)に基づいて補助ヒータ23の通電を制御し、車室内の暖房を行う。暖房モードでは圧縮機2の負荷は大きく、回転数も高くなるが、補助ヒータ23での暖房に切り換えることで、圧縮機2の積算運転時間の増大を大幅に抑制することができるようになる。
In this auxiliary heating/heating mode, the
このように、ヒートポンプコントローラ32が圧縮機2の運転時間を積算する稼働限界指標積算部70を有し、圧縮機2の積算運転時間CountTotalが上限値SH1を超えた場合、暖房モードに代えて、圧縮機2を停止し、且つ、補助ヒータ23により車室内に供給する空気を加熱する補助加熱暖房モードを実行するので、圧縮機2の積算運転時間CountTotalが上限値SH1を超えた場合には、暖房モードに代えて補助加熱暖房モードが実行され、圧縮機2を運転せずに補助ヒータ23により車室内が暖房されるようになる。
In this way, when the
即ち、圧縮機2の運転による車室内の暖房を行わず、補助ヒータ23により車室内の暖房を行うことで生涯運転時間に至るまでの圧縮機2の運転時間を確保し、その分を前述した除湿暖房モード、除湿冷房モード、冷房モードや、空調(優先)+バッテリ冷却モード、バッテリ冷却(優先)+空調モード、バッテリ冷却(単独)モードに充てて、車室内の空調可能期間や車両の寿命延長を図ることができるようになる。
That is, the vehicle interior is not heated by the operation of the
この場合、実施例では圧縮機2の積算運転時間CountTotalが上限値SH1を超えた場合、補助ヒータ23の暖房能力Qmaxptcが要求暖房能力Qtgtを満たすことを条件として、ヒートポンプコントローラ32補助加熱暖房モードを実行するようにしているので、快適な車室内暖房を実現しながら、圧縮機2の運転時間の確保を行うことができるようになる。
In this case, in the embodiment, when the cumulative operating time CountTotal of the
(12-4)補助加熱除湿暖房モード
ここで、ステップS4で除湿要求がある場合、ヒートポンプコントローラ32はステップS5に進み、除湿暖房モードに代えて、運転モードを冷房モードとし、且つ、補助ヒータ23に通電することで、車室内の除湿暖房を行う。この場合、冷房モードでの圧縮機2の運転もできるだけ抑制する。そして、目標ヒータ温度TCOと補助ヒータ温度Tptcで補助ヒータ23を通電制御することで、車室内の除湿暖房を行う。これにより、圧縮機2の積算運転時間の増大を抑制する。
(12-4) Auxiliary Heating Dehumidification Heating Mode Here, if there is a dehumidification request in step S4, the
このように、圧縮機2の積算運転時間CountTotalが上限値SH1を超えた状態で、車室内の除湿要求があった場合には、除湿暖房モードに代えてヒートポンプ32が冷房モードで補助ヒータ23を発熱させる補助加熱除湿暖房モードを実行することにより、圧縮機2の負荷をできるだけ抑えながら、車室内を除湿することができるようになり、その分、圧縮機2の運転時間を確保することが可能となる。
In this manner, when there is a request for dehumidifying the interior of the vehicle while the accumulated operating time CountTotal of the
(12-5)外気導入補助加熱暖房モード
尚、上記補助加熱除湿暖房モードの代わりに、図16に破線で示す如き外気導入補助加熱暖房モードを実行してもよい。即ち、この外気導入補助加熱暖房モードでは、ヒートポンプコントローラ32はステップS5Aで圧縮機2を停止し、ステップS5Bで吸込切換ダンパ26により空気流通路3に導入する空気を強制的に外気とする。そして、補助ヒータ23に通電することで、車室内の除湿暖房を行う。この場合も、目標ヒータ温度TCOと補助ヒータ温度Tptcで補助ヒータ23を通電制御する。このように、除湿暖房モードに代えて外気導入による除湿と補助ヒータ23による暖房を行うことでも、圧縮機2の積算運転時間の増大を大幅に抑制し、圧縮機2の運転時間を確保することができるようになる。
(12-5) Outside Air Introduction Auxiliary Heating Mode Instead of the auxiliary heating/dehumidifying/heating mode, an outside air introduction auxiliary heating/heating mode shown by broken lines in FIG. 16 may be executed. That is, in the outside air introduction auxiliary heating/heating mode, the
(12-6)上限値SH1の下げ制御
ここで、制御装置11のヒートポンプコントローラ32は、前述した機器温度調整装置61が設けられた実施例の如き車両用空気調和装置1と、設けられていない車両用空気調和装置において、共用できる設計とされている。更に、ヒートポンプコントローラ32は、機器温度調整装置61が設けられているか否かを自動判別する。そして、機器温度調整装置61が設けられている場合、設けられていない場合に比して前述した上限値SH1を下げる(例えば、圧縮機2の全体寿命の6割)。
(12-6) Lowering control of upper limit value SH1 Here, the
機器温度調整装置61が設けられている車両用空気調和装置1では、バッテリ55の冷却が重要な問題となるが、上限値SH1を下げることで、より早期に前述した圧縮機2の運転制限(補助加熱暖房モード、補助加熱除湿暖房モード、外気導入補助加熱暖房モード)を行い、冷媒-熱媒体熱交換器64を用いたバッテリ55の冷却可能時間を延長することが可能となる。
Cooling of the
(12-7)積算運転時間CountTotalが上限値SH1を超えたことの報知
また、実施例のヒートポンプコントローラ32は、ステップS2で積算運転時間CountTotalが上限値SH1を超えた場合、図18に示す如く空調操作部53のディスプレイ53Aに積算運転時間CountTotalを表示する。また、上記補助加熱暖房モード、補助加熱除湿暖房モード、外気導入補助加熱暖房モードを実行しているときには、圧縮機2の運転を制限していることも表示する。
(12-7) Notification of Cumulative Operating Time CountTotal Exceeding Upper Limit SH1 In addition, the
このように、ヒートポンプコントローラ32が、圧縮機2の積算運転時間CountTotalが上限値SH1を超えた場合、ディスプレイ53Aにより報知動作(表示)を実行するようにすれば、早期に圧縮機2の交換メンテナンスを促すことができるようになる。また、前述した如く暖房モードに代えて補助加熱暖房モードを実行し、除湿暖房モードに代えて補助加熱除湿暖房モードや外気導入補助加熱暖房モードを実行している場合には、使用者にそれらを報知し、無用な心配を与える不都合を回避することが可能となる。また、圧縮機2の交換メンテナンスが行われた場合には、稼働限界指標積算部70の積算運転時間をリセットするものとする。
In this manner, if the
(13)圧縮機2の稼働限界を判定可能な他の指標
尚、前述した実施例では圧縮機2の稼働限界を判定可能な指標として、圧縮機2の運転時間を採用して説明したが、圧縮機2の稼働限界を判定可能な指標としては、運転時間以外にも下記が考えられ、それらを個々に、或いは、運転時間と下記を組み合わせ、若しくは、運転時間を含む下記全てに基づいて稼働限界を判定するようにしてもよい。
(13) Other indicators that can determine the operating limit of the
(13-1)圧縮機2の起動回数と停止回数
即ち、圧縮機2の起動時にはモータ99に比較的大きな起動電流が流れるため、インバータ装置102の各スイッチング素子116U~117Wの劣化が進行することになる。そこで、圧縮機2の稼働限界を判定する際には、この圧縮機2の起動回数を当該圧縮機2の稼働限界を判定可能な指標として採用し、稼働限界指標積算部70が圧縮機2の起動回数を各運転モード毎に積算して、総起動回数の積算値である積算起動回数が所定の上限値SH2を超えた場合に、ヒートポンプコントローラ32が前述した(12)の各制御及び動作を実行するようにしてもよい。
(13-1) Number of Starts and Stops of
また、この起動回数は、即ち、停止回数とも云えるので、この圧縮機2の停止回数を当該圧縮機2の稼働限界を判定可能な指標として採用し、稼働限界指標積算部70が圧縮機2の停止回数を各運転モード毎に積算して、総停止回数の積算値である積算停止回数が所定の上限値SH2を超えた場合に、ヒートポンプコントローラ32が前述した(12)の各制御及び動作を実行するようにしてもよい。
In addition, since the number of starts can also be said to be the number of stops, the number of stops of the
(13-2)圧縮機2のインバータ装置102のスイッチング素子16U~17Wの温度変化の度合い
また、インバータ装置102の各スイッチング素子116U~117Wに電流が流れると発熱し、その温度変化の度合いが大きい場合、各スイッチング素子116U~117Wの劣化が進行することが知られている。そこで、圧縮機2の稼働限界を判定する際には、この各スイッチング素子116U~117Wの温度変化の度合いを圧縮機2の稼働限界を判定可能な指標として採用してもよい。
(13-2) Degree of Temperature Change of Switching Elements 16U to 17W of
その場合は、圧縮機2のインバータ装置102から送信される各スイッチング素子116U~117Wの温度に関するデータに基づき、例えば図21に破線で示す如く所定時間t1当たりの所定の大きい温度変化を所定値ΔT1として設定し、所定時間t1当たりの温度変化ΔTが、図中実線で示す如くこの所定値ΔT1を超えた回数を各運転モード毎に積算して、総回数の積算値である積算回数が所定の上限値SH3を超えた場合に、ヒートポンプコントローラ32が前述した(12)の各制御及び動作を実行するようにする。尚、図21に示すような温度上昇の変化に限らず、温度降下の変化で判断するようにしてもよい。
In that case, based on the temperature data of each of the
(13-3)圧縮機2のインバータ装置102のスイッチング素子16U~17Wに流れる電流の変化度合い
また、インバータ装置102の各スイッチング素子116U~117Wに流れる電流の変化度合いが大きい場合も、各スイッチング素子116U~117Wの劣化が進行することが知られている。そこで、圧縮機2の稼働限界を判定する際には、この各スイッチング素子116U~117Wに流れる電流の変化度合いを圧縮機2の稼働限界を判定可能な指標として採用してもよい。
(13-3) Degree of change in the current flowing through the switching elements 16U to 17W of the
その場合も、圧縮機2のインバータ装置102から送信される各スイッチング素子116U~117Wに流れる電流に関するデータに基づき、同様に図21に破線で示す如く所定時間t1当たりの所定の大きい電流の変化を所定値ΔI1として設定し、所定時間t1当たりの電流の変化ΔIが、図中実線で示す如くこの所定値ΔI1を超えた回数を各運転モード毎に積算して、総回数の積算値である積算回数が所定の上限値SH4を超えた場合に、ヒートポンプコントローラ32が前述した(12)の各制御及び動作を実行するようにする。尚、図21に示すような電流値の上昇変化に限らず、電流値の低下変化で判断するようにしてもよい。
In this case also, based on the data on the current flowing through each of the
(13-4)圧縮機2の回転数変化の度合い
また、圧縮機2のモータ99の回転数の変化度合いが大きい場合も、各スイッチング素子116U~117Wの劣化が進行することが知られている。そこで、圧縮機2の稼働限界を判定する際には、この圧縮機2のモータ99の回転数の変化度合いを圧縮機2の稼働限界を判定可能な指標として採用してもよい。
(13-4) Degree of Change in Rotational Speed of
その場合も、圧縮機2のインバータ装置102から送信されるモータ99の回転数に関するデータに基づき、同様に図21に破線で示す如く所定時間t1当たりの所定の大きい回転数の変化を所定値ΔC1として設定し、所定時間t1当たりの回転数の変化ΔCが、図中実線で示す如くこの所定値ΔC1を超えた回数を各運転モード毎に積算して、総回数の積算値である積算回数が所定の上限値SH6を超えた場合に、ヒートポンプコントローラ32が前述した(12)の各制御及び動作を実行するようにする。尚、図21に示すような回転数の上昇変化に限らず、回転数の低下変化で判断するようにしてもよい。
In this case also, based on the data on the rotational speed of the
また、実施例では暖房モードに加えて除湿暖房モード、除湿冷房モード、冷房モード、空調(優先)+バッテリ冷却モード、バッテリ冷却(優先)+空調モード、バッテリ冷却(単独)モード、除霜モード、バッテリ加熱モードを実行する車両用空気調和装置1に本発明を適用したが、請求項1の発明ではそれに限らず、暖房モードのみや、それに加えて上記何れかの運転モードを実行する車両用空気調和装置にも適用可能である。
In the embodiment, in addition to the heating mode, there are dehumidifying heating mode, dehumidifying cooling mode, cooling mode, air conditioning (priority) + battery cooling mode, battery cooling (priority) + air conditioning mode, battery cooling (single) mode, defrosting mode, Although the present invention is applied to the
更に、実施例で説明した冷媒回路Rや制御装置11の構成は、それらに限定されるものでは無く、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能であることは云うまでもない。
Further, the configurations of the refrigerant circuit R and the
1 車両用空気調和装置
2 圧縮機
3 空気流通路
4 放熱器
6 室外膨張弁
7 室外熱交換器
8 室内膨張弁
9 吸熱器
11 制御装置
23 補助ヒータ(補助加熱装置)
32 ヒートポンプコントローラ(制御装置の一部を構成)
45 空調コントローラ(制御装置の一部を構成)
53A ディスプレイ(報知装置)
55 バッテリ(被温調対象)
61 機器温度調整装置
64 冷媒-熱媒体熱交換器(被温調対象用熱交換器)
68 補助膨張弁
70 稼働限界指標積算部
99 モータ
102 インバータ装置
116U~117W スイッチング素子
R 冷媒回路
1 Vehicle
32 heat pump controller (constituting part of the control device)
45 air conditioning controller (constitutes part of the control device)
53A display (notification device)
55 Battery (target for temperature control)
61 Equipment
68
Claims (10)
車室内に供給する空気が流通する空気流通路と、
冷媒を放熱させて前記空気流通路から前記車室内に供給する空気を加熱するための放熱器と、
車室外に設けられた室外熱交換器と、
前記空気流通路から前記車室内に供給する空気を加熱するための補助加熱装置と、
制御装置を備え、
該制御装置により少なくとも、
前記圧縮機から吐出された冷媒を前記放熱器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、前記室外熱交換器にて吸熱させる暖房モードを実行する車両用空気調和装置において、
前記制御装置は、前記圧縮機の稼働限界を判定可能な指標を積算する稼働限界指標積算部を有し、前記指標の積算値が所定の上限値を超えた場合、前記暖房モードに代えて、前記圧縮機を停止し、且つ、前記補助加熱装置により前記車室内に供給する空気を加熱する補助加熱暖房モードを実行することを特徴とする車両用空気調和装置。 a compressor that compresses a refrigerant;
an air flow passage through which air supplied to the vehicle interior flows;
a radiator for radiating heat from a refrigerant to heat the air supplied from the air flow passage into the vehicle interior;
an outdoor heat exchanger provided outside the vehicle;
an auxiliary heating device for heating the air supplied from the air flow passage into the vehicle interior;
with a control device,
The controller at least:
In a vehicle air conditioner that executes a heating mode in which the refrigerant discharged from the compressor is radiated by the radiator, the heat-dissipated refrigerant is decompressed, and heat is absorbed by the outdoor heat exchanger,
The control device has an operation limit index accumulating unit that accumulates an index that can determine the operation limit of the compressor, and when the integrated value of the index exceeds a predetermined upper limit value, instead of the heating mode, An air conditioner for a vehicle, characterized in that an auxiliary heating/heating mode is executed in which the compressor is stopped and the air supplied to the vehicle interior is heated by the auxiliary heating device.
前記制御装置は、前記暖房モードに加えて、
前記圧縮機から吐出された冷媒を前記放熱器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、前記吸熱器と前記室外熱交換器にて吸熱させる除湿暖房モードと、
前記圧縮機から吐出された冷媒を前記放熱器と前記室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、前記吸熱器にて吸熱させる除湿冷房モードと、
前記圧縮機から吐出された冷媒を前記室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、前記吸熱器にて吸熱させる冷房モードのうちの何れか、又は、それらの組み合わせ、若しくは、それらの全てを有することを特徴とする請求項1乃至請求項3のうちの何れかに記載の車両用空気調和装置。 a heat absorber for absorbing heat from a refrigerant and cooling the air supplied from the air flow passage into the vehicle interior;
The control device, in addition to the heating mode,
A dehumidifying heating mode in which the refrigerant discharged from the compressor is radiated by the radiator, the heat-dissipated refrigerant is decompressed, and heat is absorbed by the heat absorber and the outdoor heat exchanger;
A dehumidifying cooling mode in which the refrigerant discharged from the compressor is radiated by the radiator and the outdoor heat exchanger, and after the refrigerant that has released the heat is decompressed, heat is absorbed by the heat absorber;
Any one of the cooling modes in which the refrigerant discharged from the compressor is radiated by the outdoor heat exchanger, the heat-dissipated refrigerant is decompressed, and heat is absorbed by the heat absorber, or a combination thereof, or 4. The vehicle air conditioner according to any one of claims 1 to 3, comprising all of .
前記制御装置は、
前記圧縮機から吐出された冷媒を前記放熱器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、前記吸熱器と前記室外熱交換器にて吸熱させる除湿暖房モードと、
前記圧縮機から吐出された冷媒を前記室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、前記吸熱器にて吸熱させる冷房モードを有すると共に、
前記指標の積算値が前記上限値を超えた状態で、前記車室内の除湿要求があった場合、前記除湿暖房モードに代えて、前記冷房モードで前記補助加熱装置を発熱させる補助加熱除湿暖房モードを実行することを特徴とする請求項1乃至請求項4のうちの何れかに記載の車両用空気調和装置。 a heat absorber for absorbing heat from a refrigerant and cooling the air supplied from the air flow passage into the vehicle interior;
The control device is
A dehumidifying heating mode in which the refrigerant discharged from the compressor is radiated by the radiator, the heat-dissipated refrigerant is decompressed, and heat is absorbed by the heat absorber and the outdoor heat exchanger;
Having a cooling mode in which the refrigerant discharged from the compressor is radiated by the outdoor heat exchanger, the radiated refrigerant is decompressed, and the heat is absorbed by the heat absorber,
When there is a request to dehumidify the interior of the vehicle while the integrated value of the index exceeds the upper limit, an auxiliary heating dehumidifying heating mode in which the auxiliary heating device generates heat in the cooling mode instead of the dehumidifying heating mode. 5. The vehicle air conditioner according to any one of claims 1 to 4, wherein:
前記制御装置は、
前記圧縮機から吐出された冷媒を前記放熱器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、前記吸熱器と前記室外熱交換器にて吸熱させる除湿暖房モードを有すると共に、
前記指標の積算値が前記上限値を超えた状態で、前記車室内の除湿要求があった場合、前記除湿暖房モードに代えて、前記圧縮機を停止し、且つ、強制的に前記空気流通路に外気を導入して前記補助加熱装置を発熱させる外気導入補助加熱暖房モードを実行することを特徴とする請求項1乃至請求項4のうちの何れかに記載の車両用空気調和装置。 a suction switching damper for controlling air introduced into the air flow passage between inside air and outside air;
The control device is
Having a dehumidifying heating mode in which the refrigerant discharged from the compressor is radiated by the radiator, the heat-dissipated refrigerant is decompressed, and heat is absorbed by the heat absorber and the outdoor heat exchanger,
When there is a request to dehumidify the interior of the vehicle while the integrated value of the index exceeds the upper limit, the compressor is stopped and the air flow passage is forcibly switched instead of the dehumidifying and heating mode. 5. The vehicle air conditioner according to any one of claims 1 to 4, wherein an outside air introduction auxiliary heating/heating mode is executed in which outside air is introduced into the auxiliary heating device to heat the auxiliary heating device.
前記制御装置は、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、前記被温調対象用熱交換器にて吸熱させることで、前記被温調対象を冷却する運転モードを有することを特徴とする請求項1乃至請求項6のうちの何れかに記載の車両用空気調和装置。 Equipped with a device temperature adjustment device having a heat exchanger for a temperature control target that cools a temperature control target provided in the vehicle with a refrigerant,
The control device causes the refrigerant discharged from the compressor to radiate heat in the outdoor heat exchanger, reduces the pressure of the radiated refrigerant, and then absorbs heat in the temperature control target heat exchanger , thereby 7. The vehicle air conditioner according to any one of claims 1 to 6, characterized by having an operation mode for cooling an object to be temperature controlled.
前記機器温度調整装置が設けられている場合、設けられていない場合に比して前記上限値を下げることを特徴とする請求項7に記載の車両用空気調和装置。 The control device determines whether or not the device temperature adjustment device is provided, and
8. The vehicle air conditioner according to claim 7, wherein the upper limit value is lowered when the device temperature adjustment device is provided compared to when the device temperature adjustment device is not provided.
前記制御装置は、前記指標の積算値が前記上限値を超えた場合、前記報知装置により所定の報知動作を実行することを特徴とする請求項1乃至請求項8のうちの何れかに記載の車両用空気調和装置。 Equipped with a predetermined notification device,
9. The control device according to any one of claims 1 to 8, characterized in that, when the integrated value of the index exceeds the upper limit value, the notification device performs a predetermined notification operation. Vehicle air conditioner.
10. The vehicle air conditioner according to any one of claims 1 to 9, wherein the auxiliary heating device comprises an electric heater.
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