JP7600918B2

JP7600918B2 - 空調制御装置、空調制御プログラム及び空調制御システム

Info

Publication number: JP7600918B2
Application number: JP2021121952A
Authority: JP
Inventors: 大樹横山; 義之影浦; 真典嶋田; 佳宏坂柳; 泰毅森田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2021-07-26
Filing date: 2021-07-26
Publication date: 2024-12-17
Anticipated expiration: 2041-07-26
Also published as: JP2023017599A

Description

本開示は、空調制御装置、空調制御プログラム及び空調制御システムに関する。

特許文献１には、バッテリの充電電流を確保するため、入力される交流電圧に応じて空調装置の事前作動を制御する技術が開示されている。具体的には、２００Ｖの電圧が入力された場合は空調装置の事前作動が許可され、１００Ｖの電圧が入力された場合は空調装置の事前作動が禁止される。

特開平７－４６７０１号公報

しかしながら、充電中において、大雪等による冷え込みによっては空調が追い付かずに車両が凍結し、バッテリの電圧が下がる場合があった。また、猛暑等によって車両が高温状態になると、バッテリの充電量が低下する場合があった。一方、凍結する可能性が低い場合や、高温状態ではない場合に空調装置の出力（風量等）を上げると、無駄に電力を消費してしまうおそれがあった。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、バッテリの充電効率低下の抑制と、消費電力の抑制とを両立することができる空調制御装置、空調制御プログラム及び空調制御システムを提供することを目的とする。

本開示に係る空調制御装置は、車両が備える空調装置の駆動を制御する空調制御装置において、当該車両のバッテリの充電開始時に、予想気温と、予め設定される基準温度とに基づいて前記空調装置の温度調整強度を制御するプロセッサ、を備える。

また、本開示に係る空調制御プログラムは、車両が備える空調装置のヒートポンプの駆動を制御する空調制御装置のプロセッサに、当該車両のバッテリの充電開始時に、予想気温と、予め設定される基準温度とに基づいて前記空調装置の温度調整強度を制御する、ことを実行させる。

また、本開示に係る空調制御システムは、ヒートポンプを有する空調装置、バッテリ、及びモータを備える車両と、前記ヒートポンプの駆動を制御する空調制御装置であって、前記車両のバッテリの充電開始時に、予想気温と、予め設定される基準温度とに基づいて前記空調装置の温度調整強度を制御するプロセッサを有する空調制御装置と、を備える。

本開示によれば、バッテリの充電効率低下の抑制と、消費電力の抑制とを両立することができる。

図１は、一実施形態である車両の制御装置が適用される車両の構成を示すブロック図である。図２は、図１に示す車両に搭載されている暖房装置の構成を示すブロック図である。図３は、一実施形態である車両の制御装置の構成を示すブロック図である。図４は、一実施の形態に係る車両における空調制御処理の一例を示すフローチャートである。図５は、変形例に係る車両における空調制御処理の一例を示すフローチャートである。

以下、本開示の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施形態の全図においては、同一又は対応する部分には同一の符号を付す。また、本開示は以下に説明する実施形態によって限定されるものではない。

（実施の形態）
まず、図１を参照して、一実施形態である車両の制御装置が適用される車両の構成について説明する。図１は、本発明の一実施形態である車両の制御装置が適用される車両の構成を示すブロック図である。図１に示すように、本発明の一実施形態である車両の制御装置が適用される車両１は、プラグインハイブリッド車（Plug-in Hybrid Electric Vehicle：ＰＨＥＶ）等のバッテリの電力のみを利用した走行（ＥＶ走行）と、エンジン出力及びバッテリの電力を利用した走行（ＨＶ走行）とが可能な車両であるものとして説明するが、ＥＶ走行及びＨＶ走行が可能な車両や、電気自動車（Battery Electric Vehicle：ＢＥＶ）等のバッテリの電力のみを利用した走行（ＥＶ走行）が可能な車両であってもよい。

車両１は、エンジン２、動力分割機構３、クラッチ４、モータ５、クラッチ６、ディファレンシャルギヤ７、駆動輪８、発電機９、バッテリ１０、及びＰＣＵ（Power Control Unit）１１を主な構成要素として備えている。

エンジン２は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関により構成されている。エンジン２は、車両１が走行するための駆動トルクを出力する。

動力分割機構３は、例えば遊星歯車機構により構成されている。動力分割機構３は、クラッチ４を介してエンジン出力を駆動輪８側に伝達する動力伝達経路とエンジン出力を発電機９側に伝達する動力伝達経路との間で動力伝達経路を分割可能に構成されている。

モータ５は、例えば３相交流電動機により構成されている。モータ５は、バッテリ１０の電力を利用してクラッチ６及びディファレンシャルギヤ７を介して駆動輪８に駆動力を伝達する機能を有している。また、モータ５は、エンジン出力を利用した走行時や車両１の制動時に駆動されて発電するジェネレータ（発電装置）としての機能も有している。モータ５の発電電力はＰＣＵ１１を介してバッテリ１０に供給される。

発電機９は、動力分割機構３によって分割されたエンジン出力を用いて発電するジェネレータとしての機能を有している。発電機９の発電電力は、ＰＣＵ１１を介してバッテリ１０に供給される。

バッテリ１０は、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の二次電池によって構成される。バッテリ１０は、モータ５及び／又は発電機９によって発電された電力を用いて充電される他、外部電源から供給される電力を用いて充電されてもよい。なお、バッテリ１０は、二次電池に限らず、直流電圧を生成し、かつ、充電が可能な蓄電装置であればよく、例えばキャパシタ等であってもよい。

ＰＣＵ１１は、バッテリ１０から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ５を駆動する機能を有している。また、ＰＣＵ１１は、モータ５及び発電機９が発電した交流電力を直流電力に変換してバッテリ１０を充電する機能を有している。

次に、図２及び図３を参照して、上記車両１に搭載されている暖房装置の構成について説明する。図２は、図１に示す車両１に搭載されている暖房装置２０の構成を示すブロック図である。図３は、図２に示す暖房装置２０の動作を説明するためのタイミングチャートである。

図２に示すように、車両１に搭載されている暖房装置２０は、エンジン２の排熱及びバッテリ１０の電力の少なくとも一方を利用して車室内を暖房する装置であり、ヒートポンプ（Ｈ／Ｐ）２１、ヒータ２２、ウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）２３、Ｗ／Ｐ２４及びファン２５を主な構成要素として備えている。

Ｈ／Ｐ２１は、バッテリ１０の電力を利用して冷媒を加圧圧縮及び断熱膨張させて冷媒とエンジン冷却水との間で熱交換を行うことによって、エンジン２及びＷ／Ｐ２３から供給されたエンジン冷却水を加熱する。

ヒータ２２は、車室内の空気とＨ／Ｐ２１から排出されたエンジン冷却水との間で熱交換を行うヒータコアを有している。ヒータ２２は、車室内の空気をヒータコアに送り込み、ヒータコアにおいて車室内の空気とＨ／Ｐ２１から排出されたエンジン冷却水との間で熱交換することにより、車室内を暖房する。

Ｗ／Ｐ２３は、ヒータ２２から排出されたエンジン冷却水をＨ／Ｐ２１に圧送する。Ｗ／Ｐ２４は、ヒータ２２から排出されたエンジン冷却水をエンジン２及びＨ／Ｐ２１の順に圧送する。

ファン２５は、ヒータ２２が発する熱によって暖められた空気を車室内に送り込む。

続いて、図３を参照して、一実施形態である車両の制御装置の構成について説明する。図３は、一実施形態である車両の制御装置の構成を示すブロック図である。車両の制御装置３０は、暖房スイッチ３１、暖房設定部３２、車速センサ３３、傾斜センサ３４、車室内温度センサ３５、ケーブル接続センサ３６、及びＥＣＵ（Electronic Control Unit）３８を主な構成要素として備えている。

暖房スイッチ３１は、暖房装置２０をオン／オフするための操作子により構成されている。暖房スイッチ３１は、操作子が操作されるのに応じて暖房装置２０のオン／オフ（暖房要求の有無）を示す電気信号をＥＣＵ３８に出力する。

暖房設定部３２は、車室内の温度を設定するための操作子により構成されている。暖房設定部３２は、操作子が操作されるのに応じて設定された車室内の温度を示す電気信号をＥＣＵ３８に出力する。

車速センサ３３は、車両１の速度（車速）を検出し、検出された車速を示す電気信号をＥＣＵ３８に出力する。

傾斜センサ３４は、車両１が位置している場所における車両１の前後方向の傾斜角度を検出し、検出された傾斜角度を示す電気信号をＥＣＵ３８に出力する。

車室内温度センサ３５は、車室内の温度を検出し、検出された車室内の温度を示す電気信号をＥＣＵ３８に出力する。

ケーブル接続センサ３６は、車両１への給電を行う充電ケーブルの接続を検出し、検出されたケーブル接続を示す電気信号をＥＣＵ３８に出力する。

通信部３７は、ネットワークを介してサーバ等の外部装置と通信する。本実施の形態において、通信部３７は、予想気温を取得する。

ＥＣＵ３８は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えるマイクロコンピュータを主体として構成されており、ＲＯＭ内に格納されている各種制御プログラムを実行することによって後述する暖房制御処理を含む各種制御処理を実行する。ＥＣＵ３８は、空調制御装置に相当する。

続いて、図４を参照して、実施形態に係る暖房制御処理を実行する際のＥＣＵ３８の動作について説明する。図４は、一実施の形態に係る車両における空調制御処理の一例を示すフローチャートである。図４に示す空調制御処理は、車両１の使用開始前に実施される。ここで、車両１の使用とは、使用者が車両１に乗車して、エンジン２又はモータ５を駆動して車両１を走行させる行為に相当する。

まず、ＥＣＵ３８は、車両１に充電ケーブルが接続されたか否かを判断する（ステップＳ１０１）。ＥＣＵ３８は、ケーブル接続センサ３６からケーブル接続を示す電気信号を受信したか否かを判断することによって、車両１への充電ケーブルの接続の有無を判断する。ＥＣＵ３８は、車両１に充電ケーブルが接続されていないと判断した場合（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、ステップＳ１０６に移行する。これに対し、ＥＣＵ３８は、車両１に充電ケーブルが接続されたと判断した場合（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０２に移行する。

ＥＣＵ３８は、バッテリ１０の充電時間を算出する（ステップＳ１０２）。ＥＣＵ３８は、ＰＣＵ１１を介してバッテリ１０の残容量、満充電容量及び充電効率を取得し、満充電までに必要な容量を算出する。そして、ＥＣＵ３８は、算出した必要充電量と、充電効率とに基づいて、満充電までに要する充電時間を算出する。

その後、ＥＣＵ３８は、通信部３７を介して充電期間の予想温度を取得する（ステップＳ１０３）。ＥＣＵ３８は、気象庁等の気象予想を発信する機関が公開する外気の予想温度であって、車両１の位置に最も近いエリアの、充電期間、又は、充電期間に最も近い時刻の予想温度を取得する。

ＥＣＵ３８は、予想温度が、基準温度よりも低いか否かを判断する（ステップＳ１０４）。基準温度は、車両１の凍結が予想される外気温度に応じて設定される。ＥＣＵ３８は、予想温度が基準温度以上であると判断した場合（ステップＳ１０４：Ｎｏ）、ステップＳ１０６に移行する。これに対し、ＥＣＵ３８は、予想温度が基準温度よりも低いと判断した場合（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０５に移行する。

ステップＳ１０５において、ＥＣＵ３８は、暖房装置２０の暖房強度の設定を変更する。通常、暖房装置２０は定期的に起動してＨ／Ｐ２１を駆動することによって除霜等を行っている。ＥＣＵ３８は、このＨ／Ｐ２１の駆動時における温度調整強度（ここでは暖房強度）を上げて、車室内の温度を調整する設定を行う。例えば、ＥＣＵ３８は、ファン２５の出力を上げて風量を増大させることによって、暖房装置２０における、車室内へ送る風量を増大させたり、ヒータ２２の出力を上げて、車室内に送り込む空気の温度を上げたり、風量の増大、及び空気の温度の高温化を組み合わせたりする。

ステップＳ１０６において、ＥＣＵ３８は、ヒータ駆動の制御を行う。充電ケーブルが接続されている状態では、暖房制御が実施され、充電ケーブルが接続されていない状態では、ＥＣＵ３８の制御のもと、定期的にＨ／Ｐ２１が駆動して除霜処理が実施される。

以上説明した処理によって、充電期間中の予想温度が基準温度よりも低い場合は暖房の出力が増大され、予想温度が基準温度以上の場合は暖房の出力を増大させ、車室内を暖房する。

以上説明した実施の形態では、充電期間中における予想温度に基づいて、予想温度が低い場合は出力を増大させて車室内の暖房能力を高くし、予想温度が高い場合は出力を通常の設定に維持することによって、無駄な暖房（電力消費）を抑制する。本実施の形態によれば、予想温度に応じて暖房の出力を制御することによって、車両１の凍結によるバッテリの充電効率低下の抑制と、消費電力の抑制とを両立することができる。

（変形例）
次に、実施の形態の変形例について説明する。図５は、変形例に係る車両における空調制御処理の一例を示すフローチャートである。変形例に係る車両の構成は、実施の形態に係る車両１の構成と同じであるため、説明を省略する。以下、実施の形態とは異なる処理の内容について説明する。なお、本変形例において、ＥＣＵ３８は、記憶部や外部ネットワークを介して、当該車両１の使用データを取得するものとする。使用データは、当該車両１の使用時刻や使用頻度等のユーザデータを含む。

まず、ＥＣＵ３８は、図４に示すステップＳ１０１～Ｓ２０５と同様にして、充電時間の算出や、暖房の出力設定を行う（ステップＳ２０１～Ｓ２０５）。なお、ＥＣＵ３８は、車両１に充電ケーブルが接続されていないと判断した場合（ステップＳ２０１：Ｎｏ）、及び、予想温度が基準温度以上であると判断した場合（ステップＳ２０４：Ｎｏ）、ステップＳ２０６に移行する。

ステップＳ２０６において、ＥＣＵ３８は、暖房装置２０の起動時間の設定を行う。ＥＣＵ３８は、当該車両１のユーザデータを参照して、ユーザが使用し得る時刻の所定時間前の時刻に暖房を駆動する設定を行う。ユーザが使用し得る時刻は、ユーザの使用履歴等を参照して設定されたり、使用の予約時刻を参照して設定されたりする。この際、車両１がカーシェアリングやレンタカー等、予約時間が設定されている場合は、その予約時間よりも所定時間前の時刻が設定される。この所定時間は、例えば、車両１が凍結していた場合であっても、使用開始時刻までに凍結を解消できる時間のうち、最小の時間が設定される。最小の時間は、凍結を解消可能な範囲で、所定の幅を持たせて設定してもよい。また、充電ケーブルが接続されていない場合、及び、予想温度が基準温度よりも高い場合は、その時点での設定を維持する。

そして、ＥＣＵ３８は、ヒータ駆動の制御を行う（ステップＳ２０７）。充電ケーブルが接続されている状態では、暖房制御が実施され、充電ケーブルが接続されていない状態では、定期的にＨ／Ｐ２１を駆動して除霜処理が実施される。

変形例では、実施の形態と同様に、充電期間中における予想温度に基づいて、予想温度が低い場合は出力を増大させて車室内の暖房能力を高くし、予想温度が高い場合は出力を通常の設定に維持することによって、無駄な暖房（電力消費）を抑制する。暖房装置２０の出力を制御する。本変形例によれば、予想温度に応じて暖房の出力を制御することによって、車両１の凍結によるバッテリの充電効率低下の抑制と、消費電力の抑制とを両立することができる。

また、変形例によれば、予想温度が低い場合に、ユーザデータに基づいて暖房装置２０の起動時間を設定するようにしたので、ユーザが車両１を使用する際に、車両１が凍結してドアが開かない等の状態を抑制することができる。

（記録媒体）
一実施形態において、制御システムによる処理方法を実行可能なプログラムを、コンピュータその他の機械又は装置（以下、コンピュータなど、という）が読み取り可能な記録媒体に記録することができる。コンピュータ等に、この記録媒体のプログラムを読み込ませて実行させることにより、当該コンピュータ等が給電制御システムの各装置の制御部として機能する。ここで、コンピュータ等が読み取り可能な記録媒体とは、データ又はプログラム等の情報を電気的、磁気的、光学的、機械的、又は化学的作用によって蓄積し、コンピュータなどから読み取ることができる非一時的な記録媒体をいう。このような記録媒体のうちのコンピュータなどから取り外し可能なものとしては、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＣＤ－Ｒ／Ｗ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、ＢＤ（Blu-ray（登録商標） Disc）、ＤＡＴ（Digital Audio Tape）、磁気テープ、フラッシュメモリ等のメモリカード等がある。また、コンピュータ等に固定された記録媒体としてハードディスク、ＲＯＭ等がある。さらに、ＳＳＤは、コンピュータなどから取り外し可能な記録媒体としても、コンピュータ等に固定された記録媒体としても利用可能である。

（その他の実施形態）
また、実施の形態において、暖房装置を駆動して、車両１の凍結を防止する場合の流れの一例について説明したが、冷房装置等の他の空調装置を用いて、車両１の空調制御を行い、車室内の温度を下げることによって、バッテリの劣化を抑制するものについても適用できる。冷房装置は、例えば、暖房装置２０の構成に対し、エバポレータをさらに備える。

また、実施の形態において、車両１は、エンジン２及びモータ５を備え、少なくとも一方を用いて車両１を走行させる例について説明したが、モータ５のみを備え、常に当該モータ５の駆動によって走行する車両としてもよい。

また、実施の形態では、充電ケーブルが接続された場合に空調制御を実施する例について説明したが、例えば、無線通信によってバッテリの充電を行う場合は、給電装置との間の通信が接続されたことを検出して空調制御を行う。

また、実施の形態では、車両１ごとに空調制御を実施する例について説明したが、車両管理サーバが、当該サーバの管轄内の複数の車両１の動作を一括して制御する場合にも適用可能である。この際、車両管理サーバは、例えば、各車両１の充電ケーブルの接続の有無を検出し、接続を検出した場合に、図４に示す空調制御を実施する。空調制御装置は、実施の形態の場合、車両１が備えられるものとなるが、車両管理サーバが管理する場合、車両外（車両管理サーバ内）に設けられる。

また、一実施形態による各装置に実行させるプログラムは、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。

さらなる効果、変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。本開示のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細及び代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付のクレーム及びその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神又は範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１車両
２エンジン
３動力分割機構
４、６クラッチ
５モータ
７ディファレンシャルギヤ
８駆動輪
９発電機
１０バッテリ
１１ＰＣＵ（Power Control Unit）
２０暖房装置
２１ヒートポンプ（Ｈ／Ｐ）
２２ヒータ
２３、２４ウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）
３０車両の制御装置
３１暖房スイッチ
３２暖房設定部
３３車速センサ
３４傾斜センサ
３５車室内温度センサ
３６ケーブル接続センサ
３７通信部
３８ＥＣＵ（Electronic Control Unit）

Claims

車両が備える空調装置の駆動を制御する空調制御装置において、
当該車両のバッテリの充電開始時に、当該バッテリの残容量、満充電容量及び充電効率を取得して、満充電までに必要な容量を算出し、算出した必要充電量と、充電効率とに基づいて、満充電までに要する充電時間を算出し、該充電時間に基づく充電期間の予想気温と、予め設定される基準温度とに基づいて、充電期間中における前記空調装置の温度調整強度を制御するプロセッサ、
を備え、
前記空調装置は、ヒートポンプを備え、
前記プロセッサは、
前記車両のバッテリへの充電を行う充電ケーブルが接続されているか否かを判断し、
前記車両のバッテリへの充電を行う充電ケーブルが接続されていると判断した場合、前記予想気温を取得し、
前記充電ケーブルが接続されていないと判断した場合、前記ヒートポンプを定期的に駆動させる、
空調制御装置。
前記プロセッサは、
当該車両の使用予測タイミングよりも、予め設定された時間遡ったタイミングで前記空調装置を駆動させる、
請求項１に記載の空調制御装置。
前記使用予測タイミングは、当該車両の使用者の使用履歴、又は当該車両の貸出予約に基づいて設定される、
請求項２に記載の空調制御装置。
前記基準温度は、前記車両の凍結温度に基づいて設定される、
請求項１に記載の空調制御装置。
前記プロセッサは、
前記予想気温が前記基準温度よりも低い場合、前記空調装置の暖房強度を上げる設定を行う、
請求項４に記載の空調制御装置。
車両が備える空調装置であって、ヒートポンプを備える空調装置の駆動を制御する空調制御装置のプロセッサに、
前記車両のバッテリへの充電を行う充電ケーブルが接続されているか否かを判断し、
前記充電ケーブルが接続されていないと判断した場合、前記ヒートポンプを定期的に駆動させ、
前記車両のバッテリへの充電を行う充電ケーブルが接続されていると判断した場合、当該車両のバッテリの充電開始時に、当該バッテリの残容量、満充電容量、充電効率及び予想気温を取得して、満充電までに必要な容量を算出し、算出した必要充電量と、充電効率とに基づいて、満充電までに要する充電時間を算出し、該充電時間に基づく充電期間の予想気温と、予め設定される基準温度とに基づいて、充電期間中における前記空調装置の温度調整強度を制御する、
ことを実行させる、
空調制御プログラム。
前記プロセッサに、
当該車両の使用予測タイミングよりも、予め設定された時間遡ったタイミングで前記空調装置を駆動させる、
ことを実行させる請求項６に記載の空調制御プログラム。
前記使用予測タイミングは、当該車両の使用者の使用履歴、又は当該車両の貸出予約に基づいて設定される、
請求項７に記載の空調制御プログラム。
前記基準温度は、前記車両の凍結温度に基づいて設定される、
請求項６に記載の空調制御プログラム。
前記プロセッサに、
前記予想気温が前記基準温度よりも低い場合、前記空調装置の暖房強度を上げる設定を行う、
ことを実行させる請求項９に記載の空調制御プログラム。
空調装置、バッテリ、及びモータを備える車両と、
前記空調装置の駆動を制御する空調制御装置であって、前記車両のバッテリの充電開始時に、当該バッテリの残容量、満充電容量及び充電効率を取得して、満充電までに必要な容量を算出し、算出した必要充電量と、充電効率とに基づいて、満充電までに要する充電時間を算出し、該充電時間に基づく充電期間の予想気温と、予め設定される基準温度とに基づいて、充電期間中における前記空調装置の温度調整強度を制御するプロセッサを有する空調制御装置と、
を備え、
前記空調装置は、ヒートポンプを備え、
前記プロセッサは、
前記車両のバッテリへの充電を行う充電ケーブルが接続されているか否かを判断し、
前記車両のバッテリへの充電を行う充電ケーブルが接続されていると判断した場合、前記予想気温を取得し、
前記充電ケーブルが接続されていないと判断した場合、前記ヒートポンプを定期的に駆動させる、
空調制御システム。
前記プロセッサは、
当該車両の使用予測タイミングよりも、予め設定された時間遡ったタイミングで前記空調装置を駆動させる、
請求項１１に記載の空調制御システム。
前記使用予測タイミングは、当該車両の使用者の使用履歴、又は当該車両の貸出予約に基づいて設定される、
請求項１２に記載の空調制御システム。
前記基準温度は、前記車両の凍結温度に基づいて設定される、
請求項１１に記載の空調制御システム。