JPH07257159A - 電気自動車用空調装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 暖房運転時における適切な加熱補助を行うこ
とのできる電気自動車用空調装置の制御装置を提供す
る。 【構成】 加熱用熱交換器の下流側近傍に加熱手段を配
すると共に、暖房運転時であって、吸入空気温度検出手
段によって検出された冷却用熱交換器の吸入空気温度
が、所定温度以下である場合に、加熱制御手段によって
前記加熱手段を発熱させ、加熱用熱交換器の加熱補助を
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、電気自動車に利用さ
れる空気調和装置、特にコンプレッサから流出した冷媒
を、冷房運転時においては、少なくともメインコンデン
サ、サブコンデンサ、膨張弁、エバポレータの順で循環
させ、暖房運転時においては、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
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。

【０００３】したがって、このシステムにおいて冷房運
転時には、コンプレッサから吐出された冷媒は、メイン
コンデンサを通過し、ここで外気に放熱して液化する。
このために、サブコンデンサを通過する冷媒は低温にな
っており、サブコンデンサによる空調風への加熱量は少
なくなっている。また、空調ダクト内を通過する空気へ
の影響を少なくするために、ミックスドアはサブコンデ
ンサ前面を全閉しており、エバポレータで冷却された空
気が直接車室内に吹き出すようになっている。

【０００４】一方、暖房運転時には、コンプレッサから
吐出された冷媒は、メインコンデンサをバイパスしてサ
ブコンデンサに供給され、ここで通過する空気に放熱す
る。この空気はエバポレータを通過する時に吸熱されて
低温になっているが、サブコンデンサによる加熱の方が
エバポレータによる吸熱よりもコンプレッサの仕事分多
いため、全体として空調ダクト内の空気は加熱されるよ
うになっている。

【０００５】しかし、上記のような電気自動車用空調装
置は、暖房運転時において、吸入空気温度が低い場合
に、エバポレータが空気から熱を吸収し難くなるため
に、エバポレータ内にて冷媒の蒸発が十分に行われず、
その分コンデンサにおいても冷媒の凝縮が不十分となる
ために、暖房効率が低下することとなる。このために、
例えば特開平５−２５４３３４号公報においては、エバ
ポレータの上流側にヒータを配し、このヒータによって
吸入空気を加熱することによって上述の不具合を解消し
ようとするものが開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の引例に
おいては、エバポレータの上流側にヒータを配したこと
から、冷房運転時においては通気抵抗となるだけであっ
て、冷房能力を減少させるという不具合が生じており、
またエバポレータを通過する空気を加熱することからエ
バポレータでの蒸発作用は早くなり、この結果エバポレ
ータ圧力の上昇も早くなるために、十分な空調制御が実
行される前にコンデンサの圧力増大が検出されて冷房サ
イクルが停止されるという不具合が生じる。

【０００７】また、エバポレータに吸入される空気は、
ヒータで加熱された空気が吸入されることとなるため
に、ヒータによる吸入空気の加熱が、直接冷房サイクル
に影響を及ぼすこととなる。この結果、空調制御の精度
が悪くなり、またコンデンサ圧力が過大となって運転停
止となるか、それ以前にヒータの稼働を停止させなけれ
ばならないという不具合を生じていた。

【０００８】このために、この発明は、暖房時におい
て、的確な暖房補助を行うことのできる電気自動車用空
調装置の制御装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】しかして、この発明は、
空調ダクト内に冷却用熱交換器と、加熱用熱交換器とを
配し、少なくともコンプレッサ、加熱用熱交換器、減圧
手段、冷却用熱交換器とを有する冷暖房サイクルを有
し、この冷暖房サイクルを流れる冷媒流を切り換えて冷
房運転若しくは暖房運転を行う電気自動車用空調装置に
おいて、前記冷却用熱交換器の吸入空気の温度を検出す
る吸入空気温度検出手段と、前記加熱用熱交換器の下流
側近傍に配され、該加熱用熱交換器から吹き出された空
気をさらに加熱する加熱手段と、暖房運転時において、
前記吸入空気温度検出手段によって検出された吸入空気
の温度が、所定温度以下の場合に、前記加熱手段を作動
させる加熱制御手段とを具備したことにある。

【００１０】

【作用】したがって、この発明においては、加熱用熱交
換器の下流側近傍に加熱手段を配すると共に、暖房運転
時であって、吸入空気温度検出手段によって検出された
冷却用熱交換器の吸入空気温度が、所定温度以下である
場合に、加熱制御手段によって前記加熱手段を作動さ
せ、加熱用熱交換器の加熱補助をするようにしたため
に、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、この発明の実施例について図面により
説明する。

【００１２】図１において示されるこの発明に係る電気
自動車用空調装置１は、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を介してファン７の回転により吸
引された空気は、冷却用熱交換器としてのエバポレータ
８および加熱用熱交換器としてのサブコンデンサ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。尚、サブコ
ンデンサ９の下流側近傍には、補助ヒータ４３が配され
ている。

【００１３】前記ミックスドア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ものである。

【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られるようにな
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】これによって、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
２１、エバポレータ８とこの順で循環する第２経路とが
切り換えれるようになっている。

【００１７】したがって、暖房制御においては、電磁弁
２３を閉、電磁弁２６を開とし、冷媒は前記第２経路を
流れる。これによって、コンプレッサ２２から吐出され
た高圧高温の気体冷媒は、先ずサブコンデンサ９に送ら
れてこのサブコンデンサ９を通過する空気に放熱して液
化し高圧高温の液体冷媒となる。リキッドタンク２０に
て気液分離された液体冷媒は、膨張弁２１を通過して低
温低圧の霧状冷媒となり、エバポレータ８にて通過する
空気から熱を吸収して蒸発し低圧の気体冷媒となってコ
ンプレッサ２２に回帰する。この熱交換に際しては、エ
バポレータ８での吸熱とサブコンデンサ９での放熱のバ
ランスは、コンプレッサ２２の仕事分放熱が多いため、
総合的に吹出空気温度は上昇するものである。これによ
って暖房制御が実行される。

【００１８】また、冷房制御においては、電磁弁２３を
開、電磁弁２６を閉とし、冷媒は前記第１通路を流れ
る。これによって、コンプレッサ２２から吐出された高
圧高温の気体冷媒は、メインコンデンサ２４を流れてサ
ブコンデンサ９に至るもので、メインコンデンサ２４に
おいてほとんどの気体冷媒は放熱して液化しているため
に、サブコンデンサ９の温度は前記暖房時に比べて低く
なる。しかし、サブコンデンサ９の温度はエバポレータ
８の温度に比べるとかなり高いために、冷房制御時には
基本的にミックスドア１０を全閉としてサブコンデンサ
９を使用しないようにして、エバポレータ８の吹出温度
をコンプレッサ制御によって制御することで吹出空気温
度を調節する。これによって、エバポレータ８を通過し
て冷却された空気がサブコンデンサ９を迂回するため
に、冷気が車室内に吹き出し、冷房制御が行われる。し
かし、微妙な温度調節が要求される場合、例えば車室内
温度が所定温度に到達した後の温度調節の場合、ミック
スドア１０を開閉することによって吹出温度を繊細に調
整することができる。

【００１９】以上の構成の空調装置１を制御するため
に、コントロールユニット３３が設けられている。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（ＲＡＭ）、入出力ポート（Ｉ／Ｏ）等
よりなるもので、後述するセンサ２８，２９，３０，４
１，４２の出力信号の他に、空調装置１の運転モードを
設定すると共に、空調レベルの設定を行う操作パネル３
２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、ファン７のモータ、アクチュエータ１６，１
７，１８、及びサブコンデンサ９の下流側に配された加
熱手段としての補助ヒータ（例えば正特性サーミスタ）
４３に、駆動回路３５，３６，３７，３８，３９，４０
を介して制御信号を出力し、コンプレッサ２２の吐出能
力、ファン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。

【００２０】尚、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
はエバポレータ８直後の吹出温度を検出するエバ温度セ
ンサ、４１はサブコンデンサ９の冷媒出口側の配管に装
着され、サブコンデンサ９を通過した冷媒温度を検出す
るか、サブコンデンサ９直後の吹出温度を検出するかの
いずれかの温度センサ、４２はエバポレータ８の上流側
近傍に配され、エバポレータ８を通過する空気（吸入空
気）の温度（Ｔ_SU）を検出する温度センサである。

【００２１】操作パネル３２は、例えば図２（ａ）で示
すもので、スライドスイッチからなる温調レバー５０を
所定の位置に移動させることによって、運転モード及び
空調レベルを設定できるようになっている。具体的に
は、温調レバー５０（スライドスイッチ）の移動範囲内
に、冷房運転ゾーン（冷房モード）及び暖房運転ゾーン
（暖房モード）が送風運転ゾーン（送風モード）を挟ん
で配され、温調レバー５０が両端部に近づくにつれて空
調レベルが増大するようになっている。尚、このスライ
ドスイッチの出力は、図２（ｂ）及び図２（ｃ）で示す
ように、温調レバー５０の位置（０〜１００％）に対応
する電圧（０〜Ｖ₁₀₀ ）が出力されるもので、下記する
温調レバー５０の位置（Ｐ₁ 〜Ｐ₁₂）に対応する電圧
（Ｖ₁ 〜Ｖ₁₂）が出力されるものである。

【００２２】以下、このコントロールユニット３３にお
いて実行される運転モード選択制御の制御内容をフロー
チャート図として図３に示し、このフローチャートにし
たがって制御動作例を説明する。

【００２３】ステップ２００から開始される運転モード
選択制御ルーチンは、空調装置１の制御を行う空調制御
のメイン制御ルーチンの一部を構成するもので、メイン
制御ルーチンの所定のステップに記載された運転モード
変更操作ジャンプ命令若しくはタイマの割り込みにより
実行されるものである。

【００２４】この運転モード選択制御ルーチンにおい
て、先ずステップ２１０において図示しないイグニッシ
ョンスイッチ（ＩＧ）が投入されているか否かの判定
（ＩＧＯＦＦ？）を行い、投入されていない（ＯＦＦ
の）場合（Ｙ）には、ステップ２３０に進んで送風モー
ドが設定される。また、イグニッションスイッチが投入
されている場合（Ｎ）には、ステップ２２０に進んで図
示しないファンスイッチ（ファンＳＷ）が投入されてい
るか否か（ファンＳＷ ＯＦＦ？）を行い、投入されて
いない場合（Ｙ）には、同様にステップ２３０に進んで
送風モードが設定され、その後、ステップ３１０に進ん
で運転モード変更を行うものである。

【００２５】また、前記ステップ２１０及びステップ２
２０の判定において、イグニッションスイッチが投入
（Ｎ）され、ファンスイッチが投入（Ｎ）されている場
合には、ステップ２４０に進んで、温調レバー５０の位
置（温調レバー分圧比）により運転モードが判定され
る。この温調レバー分圧比の判定においては、判定Ａ及
び判定Ｂの選択においてはＰ₅ とＰ₆ との間でヒステリ
シスが形成され、さらに判定Ｂと判定Ｃの選択において
は、Ｐ₇ とＰ₈ の間でヒステリシスが形成されている。
これによって、図２（ｂ）で示すように、判定Ｂから判
定Ａへ移行する場合は、Ｐ₅ （例えば、４３％）で移行
し、判定Ａから判定Ｂに移行する場合は、Ｐ₆ （例え
ば、４４％）で移行する。同様に、判定Ｂから判定Ｃに
移行する場合には、Ｐ₈ （例えば５７％）で移行し、判
定Ｃから判定Ｂに移行する場合には、Ｐ₇ （例えば５６
％）で移行するものである。

【００２６】このステップ２４０において温調レバー５
０の位置から判定Ａが選択された場合にはステップ２５
０に進み、このステップ２５０において冷房モードが設
定される。また、ステップ２４０の判定において判定Ｂ
が選択された場合にはステップ２６０に進み、このステ
ップ２６０において送風モードが設定され、判定Ｃが設
定された場合にはステップ２７０に進んで暖房モードが
設定される。この運転モードの設定の後、ステップ２７
２において、前回の制御ループの運転モードから変更さ
れたかどうかの判定が行われ、運転モードの変更があっ
た場合にはステップ２８０に進み、また運転モードに変
更がない場合にはステップ２７４に進んで現状の運転モ
ードが継続される。

【００２７】前記ステップ２７２において運転モードに
変更があった場合にはステップ２８０において、コンプ
レッサ２２の稼働状況（ＣＯＭＰ ＯＮ）を判定する。
この判定において、コンプレッサ２２が稼働している場
合（Ｙ）には、ステップ２９０に進み、コンプレッサが
稼働していない場合（Ｎ）には、ステップ３１０に進ん
でステップ３１０に進んで、ステップ２４０において設
定された運転モードに変更するものである。

【００２８】ステップ２９０においては、前記ステップ
２４０において設定された運転モード（Ｌ_MODE）が所定
時間ｔ（例えば２秒間）同一であるか否かの判定を行
う。この判定において、運転モード（Ｌ_MODE）が所定時
間ｔ同一である場合（Ｙ）には、ステップ３００に進ん
でコンプレッサ実回転数（ＣＯＭＰ_R ）が最低回転数で
あるか否かの判定（ＣＯＭＰ_R ＝ｍｉｎ？）を行う。こ
のステップ３００の判定において、コンプレッサ実回転
数（ＣＯＭＰ_R ）が最低回転数（ｍｉｎ）である場合
は、ステップ３１０に進んで運転モードをステップ２４
０において設定された運転モードに変更し、その後ステ
ップ３３０において転移モードの終了を設定してメイン
制御ルーチンに回帰する。

【００２９】また、前記ステップ２９０の判定におい
て、運転モード（Ｌ_MODE）が所定時間ｔ同一でない場
合、又は前記ステップ２９０の判定において運転モード
（Ｌ_MODE）が所定時間ｔ同一であるが、前記ステップ３
００の判定においてコンプレッサ実回転数（ＣＯＭ
Ｐ_R ）が最低回転数（ｍｉｎ）でない場合には、ステッ
プ３２０に進んで転移モードを設定してメイン制御ルー
チンに回帰する。

【００３０】前記ステップ３００の判定において、コン
プレッサ回転数が最低回転数でない場合は、転移モード
を設定し、コンプレッサ回転数を最低回転数に設定する
ことができるために、暖房モードから冷房モードへ、又
は冷房モードから暖房モードへの運転モードの切替時に
おける電磁弁２３，２６を通過する冷媒の圧力を低減す
ることができ、電磁弁の衝撃音を低減することができる
ものである。

【００３１】また、前記ステップ２４０及びステップ２
７０において、暖房モードが設定された場合、サブコン
デンサ９の下流に配された補助ヒータ４３の制御を行う
図４のフローチャートで示す加熱補助制御が実行され
る。この制御は、前述の制御と同様に、メイン制御ルー
チンからタイマの割り込み若しくはジャンプ命令により
定期的にステップ４００から実行されるもので、ステッ
プ４１０において、前記ステップ２４０乃至２７０にお
いて設定された運転モードが暖房モードであるか否かの
判定を行う。

【００３２】このステップ４１０の判定において、暖房
モードであると判定された場合にはステップ４２０に進
んで、エバポレータ８の上流側の空気温度（吸入空気温
度）Ｔ_SUが所定値以上であるか否かの判定を行う。この
判定においては、所定温度αとβ間においてヒステリシ
スが形成されており、検出温度Ｔ_SUが下降する場合に
は、所定温度α（例えば１５°Ｃ）で判定Ａから判定Ｂ
に切り替わり、検出温度Ｔ_SUが上昇する場合には、所定
温度β（例えば１７°Ｃ）で判定Ｂから判定Ａに切り替
わるものである。

【００３３】このステップ４２０の判定において、検出
温度Ｔ_SUが所定温度以下である（判定Ｂ）場合には、ス
テップ４３０に進んで前記補助ヒータ４３をオン（Ｏ
Ｎ）として通電し、サブコンデンサ９を通過した空気を
さらに加熱するものである。また、前記ステップ４１０
で暖房モードでない場合又は暖房モードであっても検出
温度Ｔ_SUが所定温度以上である場合には、ステップ４４
０に進んで補助ヒータ４３をオフ（ＯＦＦ）として通電
を停止し、ステップ４５０からメイン制御ルーチンに回
帰するものである。

【００３４】これによって、エバポレータを通過する空
気温度が所定温度以下の場合には、暖房能力が十分発揮
されないため、補助ヒータ４３に通電してサブコンデン
サ９の補助加熱制御を実行するものである。

【００３５】また、図５に示す別の実施例は、上記制御
の補助ヒータ４３の稼働の判定因子としてステップ４１
５でデフモードであるか否かの判定を加えたもので、こ
れによって暖房モード及びデフモードが設定され、さら
にエバポレータの吸入側の空気温度（吸入空気温度）Ｔ
_SUが所定温度以下である場合にのみ、補助ヒータ４３を
稼働させるために、除湿のために十分な加熱能力が必要
な時のみ補助ヒータ４３が稼働することとなり、補助ヒ
ータ４３の省電力運転を実行できるものである。尚、図
５に示すフローチャートにおいて、前述の実施例と同様
の処理を行うものは、同一の符号を付して説明を省略す
る。

【００３６】尚、本実施例においては、スライドスイッ
チからなる温調レバーを用い、運転モード切替因子及び
空調レベル設定因子として温調レバー分圧比を用いるよ
うにしたが、この温調レバーによる運転モード切替因子
及び空調レベル設定因子の代わりに、少なくとも車室内
温度、外気温度、日射量及び設定温度から演算された熱
負荷信号として演算された総合信号若しくは目標吹出温
度を用い、この総合信号若しくは目標吹出温度に基づい
て、実験により設定されたマップ若しくは所定の関数を
媒介として、運転モード及び空調レベルを設定するよう
にしても良いものである。さらに、上述の空調装置とし
て、いわゆるヒートポンプ方式の空調装置を使用して
も、同様の効果を挙げることができるものである。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、加熱手段としての補助ヒータをサブコンデンサの下
流に配したことによって、冷房運転時の通気抵抗の増加
を防止できると共に、補助ヒータによって加熱された空
気は車室内に吐出されることから、冷房サイクルに直接
影響与えることがないために、安定した空調制御を実行
することができるものである。

【００３８】また、エバポレータ上流側にエバポレータ
の吸入空気温度を検出する温度検出手段を設け、この温
度検出手段によってコンデンサの圧力上昇のきっかけと
なるエバポレータの吸入空気温度の上昇を直接検出でき
るために、圧力上昇が生じる前に加熱手段を制御するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る自動車用空調装置の概略
を説明する概略説明図である。

【図２】（ａ）は操作パネルに配された温調レバーの説
明図であり、（ｂ）は温調レバー構成するスライドスイ
ッチの電気回路及び温調レバーの分配比を説明した図で
あり、（ｃ）は温調レバーの分配比と出力との関係を示
した特性図である。

【図３】本発明の実施例に係る運転モード選択制御ルー
チンを示したフローチャート図である。

【図４】本発明の実施例に係る補助ヒータ制御ルーチン
を示したフローチャート図である。

【図５】本発明の他の実施例に係る補助ヒータ制御ルー
チンを示したフローチャート図である。

【符号の説明】

１ 電気自動車用空調装置 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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松岡 孝佳 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空調ダクト内に冷却用熱交換器と、加熱
   用熱交換器とを配し、少なくともコンプレッサ、加熱用
   熱交換器、減圧手段、冷却用熱交換器とを有する冷暖房
   サイクルを有し、この冷暖房サイクルを流れる冷媒流を
   切り換えて冷房運転若しくは暖房運転を行う電気自動車
   用空調装置において、 前記冷却用熱交換器の吸入空気の温度を検出する吸入空
   気温度検出手段と、 前記加熱用熱交換器の下流側近傍に配され、該加熱用熱
   交換器から吹き出された空気をさらに加熱する加熱手段
   と、 暖房運転時において、前記吸入空気温度検出手段によっ
   て検出された吸入空気の温度が、所定温度以下の場合
   に、前記加熱手段を作動させる加熱制御手段とを具備し
   たことを特徴とする電気自動車用空調装置の制御装置。