JPH06255340A - 電気自動車用空気調和装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ヒートポンプ式冷凍サイクルを採用する電気
自動車用空気調和装置における暖房性能の向上。 【構成】 第１送風機３が備える内外気切替手段の外気
導入口１２には、車室外より外気を取り入れてダクト２
内に導入する外気ダクト１５が接続されている。この外
気ダクト１５は、先端開口部１５ａが車室外に開口され
るとともに、ダクト途中で、走行用の駆動モータを収容
する駆動部内１６と連通されている。外気ダクト１５内
には、駆動部内１６から外気導入口１２に至る第１空気
流路と先端開口部１５ａから外気導入口１２に至る第２
空気流路とを切り替えるための切替ダンパ１７が設けら
れている。この切替ダンパ１７は、外気温と駆動部内１
６の温度に基づいて、エアコン制御装置により制御され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ヒートポンプ式冷凍サ
イクルを採用する電気自動車用空気調和装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関を有しない電気自動車では、暖
房用の温熱源を十分に確保できないことから、冷凍サイ
クルを循環する冷媒の流れ方向を切り替えることで冷房
運転と暖房運転を行うヒートポンプ式冷暖房装置が採用
されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のヒー
トポンプ式冷暖房装置は、外気温度が低くなる程、外気
からの吸熱量が減少することから、室外熱交換器の圧力
（低圧）が低下して、サイクルを循環する冷媒流量が著
しく少なくなる。この結果、暖房運転時には、室内熱交
換器で得られる温風の吹出温度が低下して、暖房能力が
不足するという問題を有していた。

【０００４】電気自動車は、ガソリン自動車のエンジン
に相当する駆動モータ（原動機）を備える。従って、外
気温度の高い夏場（例えば４０℃位）では、駆動モータ
を収容する駆動部内が、駆動モータの発熱等によって６
０℃位の温度まで上昇する。このため、夏場はファンに
よる排熱を必要としている。また、外気温度の低い冬場
（例えば−１０℃位）でも、同様に駆動モータの発熱等
によって、駆動部内が７〜１０℃位の温度まで達し、外
気温度より十分に高い温度場となっている。このため、
外気温度の低い冬期に外気モードにて暖房運転を行う場
合には、外気温度より高い温度場となる駆動部内の排熱
を取り入れることで、外気からの吸熱量の減少に伴う暖
房能力の不足を補うことが可能となる。本発明は、上記
駆動部内の排熱に着目して成されたもので、その目的
は、ヒートポンプ式冷凍サイクルを採用する電気自動車
用空気調和装置において、駆動部内の排熱を利用して、
暖房性能の向上を図ることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、車室内に送風空気を導くダクトと、この
ダクト内に空気を導入して前記車室内へ送る送風手段
と、前記ダクト内に配されて、冷媒との熱交換によって
通過する空気を加熱する暖房用熱交換器を有し、空調モ
ードに応じて冷媒の流れ方向が切り替えられるヒートポ
ンプ式冷凍サイクルと、前記ダクトの上流端に設けられ
て、前記ダクト内に室内空気を導入する内気導入口、前
記ダクト内に室外空気を導入する外気導入口、および前
記内気導入口と前記外気導入口の導入空気割合を調節す
る内外気切替ダンパを有する内外気切替手段と、前記外
気導入口を介して、走行用の駆動モータを収容する駆動
部内と前記ダクト内とを連通するとともに、車室外に開
口する開口部を有する連通路と、この連通路内で、前記
駆動部内から前記外気導入口に至る第１空気流路と前記
開口部から前記外気導入口に至る第２空気流路とを切り
替える切替手段と、前記内外気切替ダンパが前記外気導
入口を開いた状態で前記切替手段の作動を制御する制御
手段とを備えたことを技術的手段とする。

【０００６】

【作用】上記構成より成る本発明の電気自動車用空気調
和装置は、内外気切替ダンパが外気導入口を開いた状態
（外気モード）において、切替手段が第１空気流路と第
２空気流路とを切り替える。つまり、第１空気流路が選
択された場合は、第２空気流路が遮断され、第２空気流
路が選択された場合は、第１空気流路が遮断されること
になる。従って、第１空気流路が選択された場合は、駆
動部内の空気が連通路を通ってダクト内に導入され、第
２空気流路が選択された場合は、開口部より直接取り入
れられた室外空気が連通路を通ってダクト内に導入され
ることになる。制御手段は、例えば、外気温度と駆動部
内の温度を基に切替手段の作動を制御するもので、外気
温度より駆動部内の温度の方が高い場合は、第１空気流
路を選択するように切替手段の作動を制御する。この結
果、第１空気流路が選択された場合は、外気温度より高
い駆動部内の空気がダクト内に導入されて暖房用熱交換
器に送風されるため、室外空気をダクト内に導入して暖
房運転を行う場合より暖房性能が向上する。

【０００７】

【実施例】次に、本発明の電気自動車用空気調和装置の
一実施例を図１ないし図６を基に説明する。図１は外気
ダクトの取付け構造を示す断面図、図２は電気自動車用
空気調和装置の全体模式図である。本実施例の電気自動
車用空気調和装置１は、図２に示すように、車室内に送
風空気を導くダクト２、このダクト２内に空気を導入し
て車室内へ送る第１送風機３と第２送風機４、ヒートポ
ンプ式冷凍サイクル５（図３参照・以下冷凍サイクル５
と略す）、およびエアコン制御装置６（図４参照）を備
える。ダクト２の下流端には、車室内に開口するデフロ
スタ吹出口７、フェイス吹出口８、サイドフェイス吹出
口９、フット吹出口１０にそれぞれ送風空気を導くため
の各分岐ダクト２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄが接続されてい
る。デフロスタ吹出口７、フェイス吹出口８、フット吹
出口１０に通じる各分岐ダクト２ａ、２ｂ、２ｄは、選
択された吹出口モードに応じて作動するデフロスタダン
パ７ａ、フェイスダンパ８ａ、フットダンパ１０ａによ
りそれぞれ開閉される。第１送風機３と第２送風機４
は、ダクト２の上流端に並列に設置されている。第１送
風機３は、内気を導入する内気導入口１１、外気を導入
する外気導入口１２、および内気導入口１１と外気導入
口１２とを切り替える内外気切替ダンパ１３から成る内
外気切替手段を備える。第２送風機４は、常に内気のみ
を吸引するもので、内気導入口１４を備える。

【０００８】内外気切替手段の外気導入口１２には、車
室外より外気を取り入れてダクト２内に導入するための
外気ダクト１５が接続されている。この外気ダクト１５
は、先端開口部１５ａが車室外に開口されるとともに、
図１に示すように、ダクト途中で、車両走行用の駆動モ
ータ（図示しない）を収容する駆動部内１６（ガソリン
車のエンジンルームに相当する所で、例えばボンネット
内部）と連通されている。外気ダクト１５内には、駆動
部内１６から外気導入口１２に至る第１空気流路（図１
に実線矢印で示す）と先端開口部１５ａから外気導入口
１２に至る第２空気流路（図１に破線矢印で示す）とを
切り替えるための切替ダンパ１７が設けられている。こ
の切替ダンパ１７は、エアコン制御装置６によって制御
されるもので、第１空気流路を閉じる位置（図１に実線
で示す位置）と第２空気流路を閉じる位置（図１に破線
で示す位置）との間で切り替えられる。従って、外気モ
ード（内外気切替ダンパ１３が内気導入口１１を閉じ
る）が選択された場合は、切替ダンパ１７が第１空気流
路を閉じることで、外気ダクト１５の先端開口部１５ａ
より取り入れられた外気が外気ダクト１５を通ってダク
ト２内に導入され、切替ダンパ１７が第２空気流路を閉
じることで、駆動部内１６の空気が外気ダクト１５を通
ってダクト２内に導入されることになる。

【０００９】ダクト２内には、ダクト２内を流れる空気
を冷却する冷房用熱交換器１８と、この冷房用熱交換器
１８の下流で、通過する空気を加熱する暖房用熱交換器
１９が配置されている。また、ダクト２内には、暖房用
熱交換器１９を迂回するバイパス路２０が設けられ、こ
のバイパス路２０にバイパス路２０の開度を調節するク
ールダンパ２１が設けられている。なお、冷房用熱交換
器１８は、ダクト２内を流れる送風空気が全て冷房用熱
交換器１８を通過できる様に、ダクト２内の全域に亘っ
て配されている。ダクト２内の冷房用熱交換器１８の上
流には、各送風機３、４から冷房用熱交換器１８に至る
まで、第１送風機３および第２送風機４より吹き出され
た空気を分けて冷房用熱交換器１８を通過させるための
第１仕切壁２２が設けられている。ダクト２内の冷房用
熱交換器１８の下流には、冷房用熱交換器１８を通過し
た空気の一部が暖房用熱交換器１９を通過する様にダク
ト２内を仕切る第２仕切壁２３が設けられている。この
第２仕切壁２３は、暖房用熱交換器１９の下流側まで設
けられ、その第２仕切壁２３の下流には、開閉ダンパ２
４が設けられている。この開閉ダンパ２４は、ダクト２
内で第２仕切壁２３の両側に形成される風路を連通可能
とするもので、フェイスモード時あるいはデフロスタモ
ード時に開くように設けられている。なお、暖房用熱交
換器１９は、第２仕切壁２３を貫通した状態でダクト２
内に配置されている。

【００１０】冷凍サイクル５は、図３に示すように、前
記冷房用熱交換器１８および暖房用熱交換器１９の他
に、冷媒圧縮機２５、室外熱交換器２６、減圧装置２
７、アキュムレータ２８、および流路切替手段（後述す
る）を備える。冷房用熱交換器１８は、冷媒蒸発器の機
能を果たすもので、通過する空気を低温、低圧の冷媒と
の熱交換によって冷却する。暖房用熱交換器１９は、冷
媒凝縮器の機能を果たすもので、通過する空気を高温、
高圧の冷媒との熱交換によって加熱する。冷媒圧縮機２
５は、冷媒の吸入、圧縮、吐出を行うもので、電動モー
タ２９により駆動される。この冷媒圧縮機２５は、電動
モータ２９と一体的に密封ケース３０内に配置されてい
る。冷媒圧縮機２５を駆動する電動モータ２９は、イン
バータ３１による制御によって回転速度が可変するもの
で、電動モータ２９の回転速度の変化によって冷媒圧縮
機２５の冷媒吐出量が変化する。室外熱交換器２６は、
ダクト２の外部に配置されて、外気と冷媒との熱交換を
行うもので、室外熱交換器２６に送風する室外ファン３
２および外気シャッタ３３を備える。減圧装置２７は、
冷房用熱交換器１８へ流入する冷媒を減圧膨脹するもの
で、例えば、除湿運転時に暖房用熱交換器１９のスーパ
ークール量を調節するように設けられている。アキュム
レータ２８は、冷凍サイクル５内の過剰冷媒を一時蓄え
るとともに、冷媒圧縮機２５が液冷媒を吸引するのを防
止するために、気相冷媒のみを送り出す。

【００１１】流路切替手段は、冷房運転時、暖房運転
時、除湿運転時で冷媒の流れ方向を切り替えるもので、
具体的には、冷媒圧縮機２５の吐出方向を切り替える四
方弁３４、暖房運転時に冷房用熱交換器１８をバイパス
させる電磁開閉弁３５、冷房運転時に暖房用熱交換器１
９をバイパスさせる電磁三方弁３６、および冷媒の流れ
方向を規制する逆止弁３７より成る。この流路切替手段
は、冷房運転時、暖房運転時、除湿運転時に応じて冷媒
の流れを次の様に切り替える。 ａ）冷房運転時 冷媒圧縮機２５より吐出された冷媒が、四方弁３４→室
外熱交換器２６→暖房用熱交換器１９をバイパスして減
圧装置２７→冷房用熱交換器１８→四方弁３４→アキュ
ムレータ２８→冷媒圧縮機２５の順に流れる様に切り替
える（冷媒の流れを図中矢印Ｃで示す）。 ｂ）暖房運転時 冷媒圧縮機２５より吐出された冷媒が、四方弁３４→暖
房用熱交換器１９→減圧装置２７→冷房用熱交換器１８
をバイパスして室外熱交換器２６（室外ファン３２Ｏ
Ｎ、外気シャッタ３３開）→四方弁３４→アキュムレー
タ２８→冷媒圧縮機２５の順に流れる様に切り替える
（冷媒の流れを図中矢印Ｈで示す）。 ｃ）除湿運転時 冷媒圧縮機２５より吐出された冷媒が、四方弁３４→暖
房用熱交換器１９→減圧装置２７→冷房用熱交換器１８
→室外熱交換器２６（室外ファン３２ＯＦＦ、外気シャ
ッタ３３閉）→四方弁３４→アキュムレータ２８→冷媒
圧縮機２５の順に流れる様に切り替える（冷媒の流れを
図中矢印Ｄで示す）。

【００１２】エアコン制御装置６（図４参照）は、ＲＯ
Ｍ６ａ、ＲＡＭ６ｂ、ＣＰＵ６ｃ等から構成されるマイ
クロコンピュータで、エアコン操作パネル３８から出力
される操作信号および各センサ（後述する）からの検出
信号に基づいて、第１送風機３、第２送風機４、電動モ
ータ２９のインバータ３１、室外ファン３２、四方弁３
４、電磁開閉弁３５、電磁三方弁３６、各ダンパ７ａ、
８ａ、１０ａ、１３、１７、２１、２４および外気シャ
ッタ３３を駆動するアクチュエータ（図示しない）等の
電気部品を通電制御する。センサは、車室内温度Ｔｒを
検出する内気センサ３９、外気温Ｔamを検出する外気セ
ンサ４０、日射量Ｔｓを検出する日射センサ４１、車速
Ｈを検出する車速センサ４２等を備える（図４参照）。
エアコン操作パネル３８には、乗員の希望する室内温度
を設定する温度設定手段４３、車室内を温度設定手段４
３で設定された温度に保つように上記各電気部品の自動
制御をエアコン制御装置６に指令するオートスイッチ４
４、各吹出口７〜１０を選択するための吹出口モードス
イッチ４５、内気モードと外気モードを指定する内外気
モードスイッチ４６、および各送風機３、４の送風量を
調節するファンスイッチ４７等が設けられている（図４
参照）。

【００１３】次に、切替ダンパ１７を制御するエアコン
制御装置６の作動を図５に示すフローチャートを基に説
明する。なお、以下の作動は、オートスイッチ４４がオ
ンされた状態で、外気モードが設定された場合の制御で
ある。初めに、外気センサ４０、車速センサ４２で検知
された外気温Ｔam、車速Ｈが入力される（ステップ１０
０）。つぎに、ステップ１００で得られた情報（外気温
Ｔam、車速Ｈ）より、あらかじめＲＯＭ６ａに記憶され
たデータを基に駆動部内１６の温度Ｔｇを算出する（ス
テップ１１０）。なお、ＲＯＭ６ａには、車速毎の外気
温Ｔamと駆動部内１６の温度Ｔｇとの関係を示すデータ
（図６参照）が記憶されている。つぎに、車両の熱バラ
ンスに対して、次式で算出される目標吹出温度ＴＡＯ
と現在の車室内温度Ｔｒとの差により、必要熱量Ｑaoを
下記の式に基づいて算出し（ステップ１２０）、その
必要熱量Ｑaoから暖房が必要か冷房が必要かを判定する
（ステップ１３０）。

【００１４】

【数１】 ＴＡＯ＝Ｋset ・Ｔset −Ｋｒ・Ｔｒ−Ｋam・Ｔam−Ｋｓ・Ｔｓ＋Ｃ…… なお、Ｋset ：温度設定定数、Ｋｒ：内気温度定数、Ｔ
set ：外気温度定数、Ｋｓ：日射定数、Ｃ：補正定数で
ある。

【数２】 Ｑao＝Ｃｐ・γ・Ｖａ×（ＴＡＯ−Ｔｒ） ＝Ｃｐ・γ・Ｖａ×｛Ｋset ・Ｔset −（Ｋｒ＋１）×Ｔｒ −Ｋam・Ｔam−Ｋｓ・Ｔｓ＋Ｃ｝……………………………………… なお、Ｃｐ：空気の定圧比熱、γ：空気の比重量、Ｖ
ａ：風量である。

【００１５】ステップ１３０で冷房が必要と判定された
場合は、第１空気流路を閉じるように切替ダンパ１７を
制御する（ステップ１５０）。これにより、外気ダクト
１５の先端開口部１５ａより取り入れられた外気が、外
気ダクト１５を通って外気導入口１２よりダクト２内に
導入される。

【００１６】また、ステップ１３０で暖房が必要と判定
された場合は、ステップ１４０で外気温Ｔamと駆動部内
１６の温度Ｔｇとの比較を行い、外気温Ｔamの方が駆動
部内１６の温度Ｔｇより高い場合（ＹＥＳ）は、第１空
気流路を閉じるように切替ダンパ１７を制御する（ステ
ップ１５０）。これにより、外気ダクト１５の先端開口
部１５ａより取り入れられた外気が、外気ダクト１５を
通って外気導入口１２よりダクト２内に導入される。ス
テップ１４０の判定で、駆動部内１６の温度Ｔｇの方が
外気温Ｔamより高い場合（ＮＯ）は、第２空気流路を閉
じるように切替ダンパ１７を制御する（ステップ１６
０）。これにより、駆動部内１６の空気が外気ダクト１
５を通って外気導入口１２よりダクト２内に導入され
る。以上の結果、暖房運転時には、外気温Ｔamより駆動
部内１６の温度Ｔｇの方が高い場合は、温度の高い駆動
部内１６の空気をダクト２内に導入することで、暖房効
率が高まり、暖房不足を解消することができる。

【００１７】なお、本実施例では、第１送風機３と第２
送風機４をそれぞれ独立に設置したが、第１送風機３と
第２送風機４のモータを共通化することも可能である。
あるいは、第１送風機３と第２送風機４のモータとファ
ンとを共通化しても良い。また、上述の実施例では、外
気温と駆動部内１６の温度の両方に基づいて内外気切替
ダンパ１３の作動を制御しているが、駆動部内１６の温
度は外気温と相関関係があるので、外気温のみに基づい
て内外気切替ダンパ１３の作動を制御するようにしても
良い。

【００１８】

【発明の効果】本発明の電気自動車用空気調和装置は、
外気温より駆動部内の温度の方が高い場合は、温度の高
い駆動部内の空気をダクト内に導入して暖房用熱交換器
に送風することにより、暖房効率を高めて、外気温が低
い時の暖房不足を解消することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例に係る外気ダクトの取付け構造を示す
断面図である。

【図２】電気自動車用空気調和装置の全体模式図であ
る。

【図３】電気自動車用空気調和装置の冷凍サイクル図で
ある。

【図４】本実施例の制御に係るブロック図である。

【図５】エアコン制御装置の作動を示すフローチャート
である。

【図６】車速、外気温、駆動部内温度の関係を示すグラ
フである。

【符号の説明】

１ 電気自動車用空気調和装置 ２ ダクト ３ 第１送風機（送風手段） ５ ヒートポンプ式冷凍サイクル ６ エアコン制御装置（制御装置） １１ 内気導入口 １２ 外気導入口 １３ 内外気切替ダンパ １５ 外気ダクト（連通路） １５ａ先端開口部（開口部） １６ 駆動部内 １７ 切替ダンパ（切替手段） １９ 暖房用熱交換器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ａ）車室内に送風空気を導くダクトと、 ｂ）このダクト内に空気を導入して前記車室内へ送る送
   風手段と、 ｃ）前記ダクト内に配されて、冷媒との熱交換によって
   通過する空気を加熱する暖房用熱交換器を有し、空調モ
   ードに応じて冷媒の流れ方向が切り替えられるヒートポ
   ンプ式冷凍サイクルと、 ｄ）前記ダクトの上流端に設けられて、前記ダクト内に
   室内空気を導入する内気導入口、前記ダクト内に室外空
   気を導入する外気導入口、および前記内気導入口と前記
   外気導入口の導入空気割合を調節する内外気切替ダンパ
   を有する内外気切替手段と、 ｅ）前記外気導入口を介して、走行用の駆動モータを収
   容する駆動部内と前記ダクト内とを連通するとともに、
   車室外に開口する開口部を有する連通路と、 ｆ）この連通路内で、前記駆動部内から前記外気導入口
   に至る第１空気流路と前記開口部から前記外気導入口に
   至る第２空気流路とを切り替える切替手段と、 ｇ）前記内外気切替ダンパが前記外気導入口を開いた状
   態で前記切替手段の作動を制御する制御手段とを備えた
   電気自動車用空気調和装置。