JPH06255338A - 電気自動車用空気調和装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 空調ダクト内にエバポレータとミックスドア
で通風量が調節されるサブコンデンサとを配し、コンプ
レッサ、メインコンデンサ、サブコンデンサ、膨張弁、
及びエバポレータを少なくともこの順で接続し、暖房運
転時には前記コンプレッサから供給される冷媒をメイン
コンデンサをバイパスして循環させるようにしたシステ
ムを搭載している電気自動車用空気調和装置において、
暖房能力の安定と暖房速効性の向上を図る。 【構成】 環境因子検出手段の出力に基づいてサブコン
デンサの目標温度を演算し、サブコンデンサの実温度と
サブコンデンサの目標温度との差に基づいてミックスド
アを駆動制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、空調ダクト内にエバ
ポレータとミックスドアで通風量が調節されるサブコン
デンサとを配し、コンプレッサ、メインコンデンサ、サ
ブコンデンサ、膨張弁、及びエバポレータを少なくとも
この順で接続し、暖房運転時には前記コンプレッサから
供給される冷媒をメインコンデンサをバイパスして循環
させるようにした冷暖房サイクルを有する電気自動車用
空気調和装置の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気自動車用の空気調和装置としては、
例えば特開昭５９─４９４３９号公報や実公昭６２─１
８４８４号公報等に示されるヒートポンプ式の空気調和
装置を利用することが考えられるが、近年においては、
空調ダクトのクーリングユニットの下流にサブコンデン
サを設け、メインコンデンサの流入側に設けられた三方
弁の切り換えによって、コンプレッサから流出した冷媒
を、冷房運転時にはメインコンデンサ、サブコンデン
サ、クーリングユニット、コンプレッサの順で循環さ
せ、暖房運転時にはメインコンデンサをバイパスさせ
て、サブコンデンサ、クーリングユニット、コンプレッ
サの順で循環させるようにしたシステムが考えられてい
る。このシステムにおいて暖房運転時には、コンプレッ
サから吐出した冷媒が、空調ダクト内でサブコンデンサ
によって放熱されると共に、同じ空調ダクト内でクーリ
ングユニットによって吸熱されるが、コンプレッサの仕
事分の熱が加えられるので、全体として空調ダクト内の
空気を加熱するようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記新
システムにおいては、低外気でも連続して暖房運転がで
きるというメリットを有するが、クーリングユニットで
一端冷却された空気がサブコンデンサで加熱される構成
であるので、暖房初期の立ち上がりにおいては、クーリ
ングユニットの吸込空気が低いために、クーリングユニ
ットの出口空気温度は一層低くなり、サブコンデンサで
加熱したところで車室内に供給される吹出空気温度はな
かなか上昇せず、暖房速効性に欠けるものであった。

【０００４】また、上記システムにおいては、サブコン
デンサの加熱能力は種々の要因により変動する。このた
め、加熱能力を安定して出力することが望ましい。

【０００５】そこで、この発明においては、上記不都合
を解消し、上記新システムを用いて、安定した暖房能力
を得て暖房速効性を高めた電気自動車用空気調和装置の
制御装置を提供することを課題としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】しかして、この発明に係
る電気自動車用空気調和装置の制御装置の要旨とすると
ころは、車室の環境因子を検出する環境因子検出手段
と、空調ダクト内にエバポレータと、ミックスドアで通
風量が調節されるサブコンデンサを配し、コンプレッ
サ、メインコンデンサ、前記サブコンデンサ、膨張弁、
及び前記エバポレータを少なくともこの順で接続し、暖
房運転時には前記コンプレッサから供給される冷媒を前
記メインコンデンサをバイパスして循環させる冷暖房サ
イクルと前記サブコンデンサの温度を検出するサブコン
デンサ温度検出手段と、前記環境因子検出手段および前
記サブコンデンサ温度検出手段の出力を入力し、前記環
境因子検出手段の出力に基づいてサブコンデンサの目標
温度を演算し、前記サブコンデンサの実温度と前記サブ
コンデンサの目標温度との差に基づいて前記ミックスド
アを駆動制御する制御手段とを具備することにある。

【０００７】ここで、サブコンデンサの下流側と送風機
の上流側とを連結するバイパス通路を設け、ミックスド
アが最小開度のときにバイパス通路を開成する構成を加
えてもよい。

【０００８】

【作用】したがって、暖房運転時においては、コンプレ
ッサから吐出した冷媒が、メインコンデンサをバイパス
してサブコンデンサに入り、このサブコンデンサでのみ
放熱される。そして、サブコンデンサで放熱された冷媒
は、その後膨張弁で減圧され、エバポレータで空調ダク
ト内の空気から吸熱し、コンプレッサに戻される。この
場合のエアミックスドアの開度は、１００％（（サブコ
ンデンサの通風量を最大とした状態）ないしは中間位置
に設定される。そして、このような暖房動作により、空
調ダクトの上流から送られる空気は、一端エバポレータ
で冷却され、しかる後にサブコンデンサで加熱されて、
車室内に供給される。

【０００９】この際、制御手段においては、環境因子に
基づいて演算されたサブコンデンサの目標温度になるよ
うミックスドアの開度が駆動制御されるので、サブコン
デンサの加熱能力が充分でない場合にミックスドアの開
度を小さくしてサブコンデンサの通風量を抑え、単位風
量当たりの加熱能力を必要能力とするようにできる。

【００１０】また、サブコンデンサの下流側と送風機の
上流側とを連結するバイパス通路を更に設けた構成と
し、ミックスドアが最小開度のときにバイパス通路を開
成するようにすれば、充分な暖房能力が得られた後に加
熱空気を車室内に供給することができ、暖房速効性を高
めて上記課題を達成することができるものである。

【００１１】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面により説明す
る。

【００１２】図１において、この発明に係る空気調和装
置が示され、空気調和装置１は、電気自動車に搭載され
るもので、空調ダクト２の最上流側にはインテーク装置
３が設けられ、内気入口４と外気入口５との開口割合が
アクチュエータ１６によって駆動されるインテークドア
６によって調整されるようになっている。このインテー
ク装置３を介して送風機７の回転により吸引された空気
は、エバポレータ８及びサブコンデンサ９に送られ、こ
こで熱交換されるようになっている。サブコンデンサ９
は、エバポレータ８よりも下流側に配置され、そこを通
過する空気とバイパスする空気との割合を、ミックスド
ア１０の開度をアクチュエータ１７で調節することによ
って可変できるようになっている。

【００１３】尚、ミックスドア１０は、開度０％で破線
で示すα位置にあり、サブコンデンサ９の通風量が最小
となり、開度１００％で実線で示すβ位置にあり、サブ
コンデンサ９の通風量が最大となる。

【００１４】そして、空調ダクト２の最下流側は、デフ
ロスト吹出口１１、ベント吹出口１２、およびヒート吹
出口１３に分かれて車室に開口し、その分かれた部分に
モードドア１５ａ，１５ｂ，１５ｃが設けられ、このモ
ードドア１５ａ，１５ｂ，１５ｃをアクチュエータ１８
で操作することにより吹出モードがベントモード、バイ
レベルモード、ヒートモードに切り換えれるようになっ
ている。

【００１５】前記サブコンデンサ９の流出側は、リキッ
ドタンク２０及び膨張弁２１を介してエバポレータ８の
流入側に接続され、エバポレータ８の流出側は、コンプ
レッサ２２の吸入側に配管接続されている。また、コン
プレッサ２２の吐出側は電磁弁２３を介してメインコン
デンサ２４の流入側に接続され、メインコンデンサ２４
の流出側は、逆止弁２５を介してサブコンデンサ９の流
入側に接続されている。更に、コンプレッサ２２の吐出
側と逆止弁２５の流出側との間には、電磁弁２６にて開
閉され、メインコンデンサ２４をバイパスするバイパス
通路２７が配管接続されている。

【００１６】しかして、電磁弁２３，２６の開閉制御に
より、コンプレッサ２２から吐出した冷媒をメインコン
デンサ２４、逆止弁２５、サブコンデンサ９、リキッド
タンク２０、膨張弁２１、エバポレータ８とこの順で循
環する第１経路と、メインコンデンサ２４をバイパスし
てサブコンデンサ９、リキッドタンク２０、膨張弁２
１、エバポレータ８とこの順で循環する第２経路とが切
り換えられるようになっている。

【００１７】２８は車室内の温度を検出する室内温度セ
ンサ、２９は外気温を検出する外気温センサ、３０はサ
ブコンデンサの実温度を実質的に検出する手段としてサ
ブコンデンサの流出側配管において冷媒の温度（以下、
Ｔｓｃという）を検出するサブコン温度検出センサであ
り、これら各センサの出力信号は、コントロールユニッ
ト３３に入力される。このコントロールユニット３３
は、図示しない中央演算処理装置（ＣＰＵ）、読出専用
メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡ
Ｍ）、入出力ポート（Ｉ／Ｏ）等よりなるもので、前記
各センサ２８乃至３０の出力信号の他に、車室内の目標
温度を設定する温度設定器３２からの出力信号が入力さ
れ、所定のプログラムにしたがって各信号を処理し、コ
ンプレッサ２２の駆動用電動機３４、送風機７のモー
タ、アクチュエータ１６，１７，１８に駆動回路３５，
３６，３７，３８，３９を介して制御信号を出力し、コ
ンプレッサ２２の吐出能力、送風機７の回転速度、ミッ
クスドア１０の開度、吸入モードおよび吹出モードの切
り換えを制御するようになっている。

【００１８】図２において、上記コントロールユニット
による暖房制御の動作例が機能ブロック図として示され
ている。この機能ブロック図の概略を説明すると、少な
くとも外気温（Ｔａ）、車室内温度（Ｔｒ）、設定温度
（Ｔｓｅｔ）に基づいて各空調機器を制御するための総
合信号（Ｔ）を演算し（ブロックＡ）、更にこの総合信
号（Ｔ）に基づいてサブコンデンサの目標温度（Ｔ’ｓ
ｃ）を演算し（ブロックＢ）、このサブコンデンサの目
標温度（Ｔ’ｓｃ）とサブコン温度検出センサ３０で検
出されたサブコンデンサの実温度（Ｔｓｃ）とに基づい
てミックスドア１０の目標開度（Θ’）を演算する（ブ
ロックＣ）。そして、ミックスドア１０の目標開度
（Θ’）と実開度（Θ）とに基づき、ミックスドア１０
を実開度（Θ）が目標開度（Θ’）となるよう駆動させ
る（ブロックＤ）。

【００１９】より具体的な制御内容が図３のフローチャ
ートとして示され、以下このフローチャートに基づいて
制御動作例を説明する。

【００２０】コントロールユニット３３は、イグニッシ
ョンスイッチの投入に伴ってこの処理の実行を開始し、
ステップ５０でミックスドアの目標開度を２０％とする
等の初期設定をおこなう。そして、ステップ５２におい
て、各種センサ２８乃至３０及び温度設定器３２からの
信号を入力する。

【００２１】次に、ステップ５４において、車室内温度
Ｔｒ、外気温Ｔａ、および設定温度Ｔｓｅｔに基づき、
従来より公知の手法を用いて数式１から各空調機器を制
御するために用いる制御信号、即ち総合信号Ｔを演算す
る。

【００２２】

【数１】Ｔ＝Ｔr ＋ａ・Ｔa −ｂ・Ｔset ＋ｃ

【００２３】尚、ａ、ｂは演算ゲインであり、ｃは補正
量を表す。

【００２４】総合信号Ｔが演算された後は、ステップ５
６において、総合信号をパラメータとして、数式２に示
す１次式に基づいてサブコンデンサ９の目標温度（Ｔ’
ｓｃ）を演算する。

【００２５】

【数２】Ｔ’ｓｃ＝−Ｋ₁ ・Ｔ＋Ｋ₂

【００２６】ここで、Ｋ₁ は演算ゲインであり、Ｋ₂ は
補正項を表すもので、実験等により予め設定される。

【００２７】その後、ステップ５８において、サブコン
温度検出センサ３０で検出された実際のサブコンデンサ
の温度（Ｔｓｃ）とサブコンデンサ９の目標温度（Ｔ’
ｓｃ）との差（ΔＴｓｃ）を演算し、次のステップ６０
において、ΔＴｓｃの値が所定の正の値より大きいか、
所定の負の値より小さいか、あるいはそれ以外であるか
を判定する。

【００２８】ここで、上述のシステムにおいては、図４
に示されるように、ミックスドア１０の開度を小さくす
ればサブコンデンサの吹出温度が上昇する定性的特性を
有している（換言すれば、ミックスドアの開度を小さく
すればサブコンデンサ９の温度が上昇する）ので、サブ
コンデンサ９の実温度（Ｔｓｃ）が目標温度（Ｔ’ｓ
ｃ）よりも低い場合には、ミックスドア１０の開度を小
さくすることでサブコンデンサの実温度（Ｔｓｃ）を高
め、加熱能力を高めることができる。このことから、Δ
Ｔｓｃの値が所定の負の値より小さい場合には、ステッ
プ６２へ進んでミックスドアの目標開度の変化量（Δ
Θ’）を“−２”に設定し、目標開度を除々に小さくし
てΔＴｓｃの絶対値が小さくなるように、即ち、サブコ
ンデンサの実温度（Ｔｓｃ）を目標温度（Ｔ’ｓｃ）に
近づけるようにする。

【００２９】逆に、ΔＴｅの値が所定の負の値より小さ
い場合には、サブコンデンサの実温度（Ｔｓｃ）が目標
温度（Ｔ’ｓｃ）よりも高くなっているわけであるが、
ミックスドアの開度を大きくすることでサブコンデンサ
の吹出温度を低くすることができるので、ステップ６４
へ進んでミックスドア１０の目標開度の変化量（Δ
Θ’）を“＋２”に設定し、目標開度を除々に大きくし
てΔＴｓｃの絶対値が小さくなるように、即ち、サブコ
ンデンサの実温度（Ｔｓｃ）を目標温度（Ｔ’ｓｃ）に
近づけるようにする。

【００３０】また、ΔＴｓｃが所定の正の値より小さ
く、かつ所定の負の値より大きい場合には、ステップ６
６へ進み、目標開度の変化量（ΔΘ’）を“０”に設定
する。

【００３１】目標開度の変化量（ΔΘ’）が設定された
後は、ステップ６８において、前回の目標開度（Θ'
_OLD ）にこの変化量（ΔΘ’）を加えて新たな目標開度
（Θ'）とする。

【００３２】そして、以後のステップにおいて、ミック
スドアの実開度（Θ）が２０％〜１００％の範囲内で目
標開度（Θ' ）となるよう、ミックスドアを駆動制御す
る。即ち、ステップ７０，７２において、ミックスドア
の目標開度（Θ' ）が２０％〜１００％の範囲内である
か否かを判定し、ステップ６８で演算された目標開度
（Θ' ）が１００％より大きければ、目標開度（Θ' ）
を１００％に固定し（ステップ７４）、目標開度（Θ'
）が２０％より小さければ、目標開度（Θ' ）を２０
％に固定し（ステップ７６）、それ以外であれば、ステ
ップ６８で演算された目標開度（Θ' ）をそのまま用
い、ステップ７８へ進む。

【００３３】ステップ７８においては、実開度（Θ）と
新たな目標開度（Θ' ）との差（Θ−Θ' ）に基づき、
この差が所定値以上の正の値であれば、実開度が目標開
度より大きいので、実開度を目標開度（Θ' ）に近づけ
るようミックスドア１０をクール側（０％側）に駆動さ
せる（ステップ８０）。また、差（Θ−Θ' ）が負の所
定値以下であれば、実開度が目標開度より小さいので、
実開度を目標開度（Θ' ）に近づけるようミックスドア
１０をホット側（１００％側）に駆動させ（ステップ８
２）、それ以外であれば、ミックスドア１０の現在の位
置を維持する（ステップ８４）。

【００３４】上述の制御において、例えば暖房初期の立
ち上がりを考えると、車室内空気や外気が低いので、ス
テップ５４で算出される総合信号Ｔは小さい。このた
め、ステップ５６で演算されるサブコンデンサの目標温
度（Ｔ’ｓｃ）は大きくなり、サブコンデンサ９の実温
度（Ｔｓｃ）は暖房初期の立ち上がり時には低いので、
ΔＴｓｃは負の大きな値となり、ミックスドア１０は、
ステップ６２，６８において、開度が除々に小さくな
る。

【００３５】この場合、上述のシステムにおいては、ミ
ックスドアの開度が小さくなると、サブコンデンサ９の
実温度が高められてサブコンデンサ直後の温度が上昇す
るので、システムに最低限必要な加熱能力を確保するこ
とができるものである。

【００３６】図５において、請求項２に係る発明の実施
例が示され、以下、前記実施例と異なる部分についての
み説明する。

【００３７】このシステムにおいては、図１の構成に対
して、サブコンデンサ９の下流側と送風機７の上流側と
をバイパス通路４０によって連通し、このバイパス通路
４０を開閉するバイパスドア４１，４２が設けられてい
る。より具体的には、例えば、デフロスト吹出口１１の
手前から外気入口５の近傍にかけてバイパス通路４０が
設けられ、サブコンデンサ９の下流側の空気をインテー
ク装置３に帰還できるようになっており、バイパスドア
４１，４２はバイパス通路４０の両端においてそれぞれ
設けられ、コントロールユニット３３からの指令に基づ
き、駆動回路４３，４４を介してアクチュエータ４５，
４６により駆動制御される。そして、バイパス通路４０
を開成するときには、インテークドア６の外気導入の選
択にもかかわらず外気入口５が遮断されると共に、吹出
モードがデフロストの選択にもかかわらずデフロスト吹
出口１１が遮断されるようになっている。

【００３８】尚、その他の構成においては、前記実施例
と同様であるので同一箇所に同一番号を付して説明を省
略する。

【００３９】図６において、上記コントロールユニット
による暖房制御の動作例が機能ブロック図として示され
ている。この機能ブロック図の概略を説明すると、ブロ
ックＡからＤは図２で示す前記機能ブロック図と同様で
あるが、サブコンデンサの目標温度（Ｔ’ｓｃ）とサブ
コン温度検出センサ３０で検出されたサブコンデンサ９
の実温度（Ｔｓｃ）とに基づいてバイパスドアの開閉が
演算され（ブロックＥ）、その結果に基づきバイパスド
ア４１，４２が駆動制御される（ブロックＦ）。

【００４０】より具体的な制御内容が図７のフローチャ
ートとして示され、以下このフローチャートに基づいて
制御動作例を説明する。

【００４１】このフローチャートは、図３のフローチャ
ートにステップ９０乃至９６を追加したもので、そのた
め、ステップ５０乃至６８は省略されている。以下異な
る点についてのみ説明すると、ステップ９０において、
ステップ５８で演算されたサブコンデンサ９の実温度
（Ｔｓｃ）とサブコンデンサ９の目標温度（Ｔ’ｓｃ）
との差（ΔＴｓｃ）が所定値（−５０、−３０）以下で
あるか否かを判定する。ここで、所定値（−５０、−３
０）は、サブコンデンサ９の実温度（Ｔｓｃ）が目標温
度（Ｔ’ｓｃ）よりかなり低い場合、即ちステップ６０
乃至８０においてミックスドア１０が実質的に最小開度
（この実施例においては２０％）となる値に相当するも
のである。

【００４２】上記ステップ９０でΔＴｓｃが所定値より
大であると判定された場合には、バイパスドア４１，４
２を閉（破線で示す位置）としてバイパス通路４０を閉
成し（ステップ９２）、ΔＴｓｃが所定値以下であると
判定された場合、即ち、ミックスドア１０が最小開度の
ときには、ステップ９４へ進み、バイパスドア４１，４
２を開（実線で示す位置）としてバイパス通路４０を開
成する。

【００４３】このため、ミックスドア制御だけでは目標
とする暖房能力が得られない暖房初期等において、空調
ダクト内の空気を巡回させてサブコンデンサ９の暖房負
荷を小さくすることができるので、充分にサブコンデン
サ９の温度が高められた後にバイパス通路４０を閉成
し、加熱空気を車室内に供給することができ、暖房速効
性を高めることができる。また、バイパス通路４０の開
閉がミックスドア１０の最小開度のときにおこなわれる
ので、ミックスドア開度の変動による能力段差の発生が
殆どなく、安定した温調制御が行えるものである。

【００４４】なお、ステップ９２または９４の後は、ス
テップ９６において、モードドア制御等の他の空調制御
が実行される。

【００４５】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１記載の発明
によれば、環境因子に基づいて演算されたサブコンデン
サの目標温度となるようミックスドアの開度が駆動制御
されるので、サブコンデンサの加熱能力が充分でない場
合にミックスドアの開度を小さくして加熱能力を必要能
力とすることができ、安定した暖房能力を得ることがで
きる。また、請求項２記載の発明によれば、サブコンデ
ンサの下流側と送風機の上流側とを連結するバイパス通
路を設け、ミックスドアが最小開度のときにバイパス通
路を開成する構成を加えたので、充分な暖房能力が得ら
れた後に加熱空気を車室内に供給することができ、暖房
速効性を高めた電気自動車用空気調和装置の制御装置を
提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１に係る電気自動車用空気調和装置の実
施例を示す構成図である。

【図２】図１におけるコントロールユニットによる空調
制御動作例を示す機能ブロック図である。

【図３】図３（ａ）及び（ｂ）は、コントロールユニッ
トによる空調制御動作例を示すフローチャートである。

【図４】図４は、ミックスドアの開度に対するエバポレ
ータの吹出温度、サブコンデンサの吹出温度、及び車室
内への吹出温度の特性を示す線図である。

【図５】請求項２に係る電気自動車用空気調和装置の実
施例を示す構成図である。

【図６】図５におけるコントロールユニットによる空調
制御動作例を示す機能ブロック図である。

【図７】図５におけるコントロールユニットによる空調
制御動作例を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１ 空気調和装置 ２ 空調ダクト ８ エバポレータ ９ サブコンデンサ １０ ミックスドア ２１ 膨張弁 ２２ コンプレッサ ２４ メインコンデンサ ３０ サブコン温度検出センサ ４０ バイパス通路 ４１，４２ バイパスドア

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車室の環境因子を検出する環境因子検出
   手段と、 空調ダクト内にエバポレータと、ミックスドアで通風量
   が調節されるサブコンデンサとを配置し、コンプレッ
   サ、メインコンデンサ、前記サブコンデンサ、膨張弁、
   及び前記エバポレータを少なくともこの順で接続し、暖
   房運転時には前記コンプレッサから供給される冷媒を前
   記メインコンデンサをバイパスして循環させる冷暖房サ
   イクルと、 前記サブコンデンサの温度を検出するサブコンデンサ温
   度検出手段と、 前記環境因子検出手段および前記サブコンデンサ温度検
   出手段の出力を入力し、前記環境因子検出手段の出力に
   基づいてサブコンデンサの目標温度を演算し、前記サブ
   コンデンサの実温度と前記サブコンデンサの目標温度と
   の差に基づいて前記ミックスドアを駆動制御する制御手
   段とを具備することを特徴とする電気自動車用空気調和
   装置の制御装置。
2. 【請求項２】 車室の環境因子を検出する環境因子検出
   手段と、 空調ダクト内にエバポレータと、ミックスドアで通風量
   が調節されるサブコンデンサとを配置し、コンプレッ
   サ、メインコンデンサ、前記サブコンデンサ、膨張弁、
   及び前記エバポレータを少なくともこの順で接続し、暖
   房運転時には前記コンプレッサから供給される冷媒を前
   記メインコンデンサをバイパスして循環させる冷暖房サ
   イクルと、 前記サブコンデンサの下流側と前記送風機の上流側とを
   連通するバイパス通路と、 このバイパス通路を開閉するバイパスドアと、 前記環境因子検出手段および前記サブコンデンサ温度検
   出手段の出力を入力し、前記環境因子検出手段の出力に
   基づいてサブコンデンサの目標温度を演算し、前記サブ
   コンデンサの実温度と前記サブコンデンサの目標温度と
   の差に基づいて前記ミックスドアを駆動制御し、前記ミ
   ックスドアが最小開度のときに前記バイパス通路を開成
   する制御手段とを具備することを特徴とする電気自動車
   用空気調和装置の制御装置。