WO2015162855A1

WO2015162855A1 - 車両用空調装置

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Publication number: WO2015162855A1
Application number: PCT/JP2015/001757
Authority: WO
Inventors: 彰梅原; 晋作磯村; 桂太本多
Original assignee: 株式会社デンソー
Priority date: 2014-04-24
Filing date: 2015-03-26
Publication date: 2015-10-29
Also published as: US20170036514A1; DE112015001919T5; JP2015209029A; JP6364926B2; US10106012B2

Abstract

　車両用空調装置は、冷却媒体が循環する第１回路（１８）と、第１回路を循環する冷却媒体を加熱するヒータ（１７）と、第１回路に設けられ、冷却媒体を循環させる第１ポンプ（２０）と、発熱部（１２）を冷却するための第２回路（２３）と、第２回路に設けられ、冷却媒体を循環させる第２ポンプ（２７）と、第１回路に流れる冷却媒体の循環量と第２回路に流れる冷却媒体の循環量とを調節する調整部（２１）と、制御部（１６）を含む。車両には、回生装置（１４）が搭載されており、蓄電装置（１３）には回生装置によって回収した電気エネルギが充電される。制御部は、回生装置が電気エネルギを回収している場合であって、蓄電装置の電力を消費する必要がある場合には、ヒータを駆動して冷却媒体を加熱し、蓄電装置の電力を熱エネルギに変換する。　上記により、冷却媒体の温度や空調に必要な熱量に応じてヒータを駆動することができ、回生装置によって回収したエネルギを蓄電装置への充電だけでなく、車室内空調に利用可能となり、回生装置を解除する可能性を小さくして、回生装置によって回収したエネルギを効率的に用いることができる。

Description

車両用空調装置

関連出願の相互参照

　本出願は、２０１４年４月２４日に出願された日本出願番号２０１４－９０４４０号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。

　本開示は、回生ブレーキによって回収したエネルギを用いて空調可能な車両用空調装置に関する。

　近年、車両の低燃費化の社会的要請から、車両の減速時の動力、すなわち車輪の回転力でモータを駆動して発電し、その発電電力をバッテリに充電する回生ブレーキが普及している。回生ブレーキは、車両の減速時の運動エネルギを電力に変換してバッテリに回収する。

　このような回生ブレーキによってバッテリに電力を回収している場合、回収した発電電力が増加すると、バッテリの許容電力を上回るときがある。このような場合、特許文献１に記載の車両の制御装置では、バッテリに対する過度の電力供給を防止するために、空調のための電動コンプレッサおよび他の高電圧補機をあえて駆動して、電力を消費している。

特開２０１０－２６８６３９号公報

　前述の制御装置では、長距離の下り坂などのように長時間にわたって回生ブレーキによってバッテリを充電している場合、高電圧補機を駆動してもバッテリの充電電力の増加を防止できないおそれがある。このような場合は、回生ブレーキを解除して、油圧ブレーキに切替なくてはならず、ブレーキの磨耗や制動システムの切替における走行フィーリングの悪化などを招くおそれがある。

　本開示は、回生ブレーキによって回収したエネルギをバッテリへの充電だけでなく、車室内空調に利用可能な車両用空調装置を提供することを目的とする。

　本開示の一形態において、車室内を空調するための空調用空気を前記車室内に送風する車両用空調装置は、車両の駆動源を冷却する冷却媒体が循環する第１回路と、車両に搭載される蓄電装置の電力を消費して、第１回路を循環する冷却媒体を加熱するヒータと、第１回路に設けられ、通過する空調用空気と熱交換して、通過する空調用空気を冷却媒体によって加熱する加熱用熱交換器と、第１回路に設けられ、冷却媒体を循環させる第１ポンプと、第１回路を循環する冷却媒体が循環可能であり、車両に搭載される発熱部を冷却するための第２回路と、第２回路に設けられ、冷却媒体を循環させる第２ポンプと、第１回路と第２回路とを接続し、第１回路に流れる冷却媒体の循環量と第２回路に流れる冷却媒体の循環量とを調節する調整部と、ヒータ、調整部、第１ポンプおよび第２ポンプを制御する制御部と、を含む。車両には、車両の減速時に運動エネルギを電気エネルギに変換して回収する回生装置が搭載されており、蓄電装置は回生装置によって回収した電気エネルギを充電する。制御部は、回生装置が電気エネルギを回収している場合であって、車両用空調装置によって蓄電装置の電力を消費する必要があると判断した消費必要状態にある場合には、ヒータを駆動して冷却媒体を加熱し、蓄電装置の電力を熱エネルギに変換するようにヒータ、調整部、第１ポンプおよび第２ポンプを制御する。

　車両用空調装置は、車両に搭載される蓄電装置の電力を消費して、第１回路を循環する冷却媒体を加熱するヒータを含む。制御部は、回生装置が電気エネルギを回収している場合であって、車両用空調装置によって蓄電装置の電力を消費する必要がある場合には、ヒータを駆動して冷却媒体を加熱し、蓄電装置の電力を熱エネルギに変換するようにヒータ、調整部、第１ポンプおよび第２ポンプを制御する。

　これにより、回生装置が電気エネルギを回収している場合であって、車両用空調装置によって蓄電装置の電力を消費する必要があると判断した消費必要状態にある場合に、特別な制御を実施する。回生装置が回収した電気エネルギは、車両の電力消費装置で電力消費されるとともに、蓄電装置へ充電される。しかし電力消費装置の電力消費が少なく、蓄電装置も蓄電限界量にある場合には、回生装置が回収した電気エネルギが消費されることなく、無駄になるおそれがある。そこで回収した電気エネルギを車両用空調装置にて熱エネルギに変換されるように、特別な制御を実施する。

　具体的には、制御部は、ヒータを駆動して冷却媒体を加熱し、蓄電装置の電力を熱エネルギに変換するようにヒータ、調整部、第１ポンプおよび第２ポンプを制御する。ヒータが駆動されると、電気エネルギを消費して熱エネルギに変換することができる。また第１ポンプ、第２ポンプおよび調整部を制御することによって、第１回路および第２回路を循環する冷却媒体の循環量を制御することができる。したがって冷却媒体の温度や空調に必要な熱量に応じて、ヒータを駆動することができる。これによって回生装置によって回収したエネルギを蓄電装置への充電だけでなく、車室内空調に利用可能となり、回生装置を解除する可能性を小さくすることができる。したがって回生装置によって回収したエネルギを効率的に用いることができる。

実施形態にかかる車両用空調装置を含むシステムの電気的構成を示すブロック図である。車両用空調装置の空調用温水回路を示す図である。空調用温水回路と冷却回路とが接続されている状態を示す図である。パワーマネジメントＥＣＵによるヒータ制御を示すフローチャートである。空調用ＥＣＵによる三方弁の制御を示すフローチャートである。

　（実施形態）
　実施形態に関して、図１～図５を用いて説明する。車両用空調装置１０は、車室内を空調するための空調用空気を車室内に送風する。図１に示すように、車両用空調装置１０は、たとえば走行用モータ１１を走行用駆動源とし、走行用モータ１１に対する電力供給部として燃料電池（ＦＣスタック）１２を備える燃料電池ハイブリッド車（ＦＣＨＶ）に搭載される。したがって走行用モータ１１は、ＦＣスタック１２および車載のバッテリ１３の両方から電力が供給されて駆動する。

　バッテリ１３には、回生装置として回生ブレーキ１４が電気的に接続される。回生ブレーキ１４は、車両の減速時に運動エネルギを電気エネルギに変換して回収する。回生ブレーキ１４は、回収した電気エネルギを蓄電装置であるバッテリ１３に充電する。

　ＦＣスタック１２は、水素と酸素との電気化学反応を利用して電力を発生する燃料電池のセルを複数有している。ＦＣスタック１２としては、固体高分子形燃料電池を用いることができる。ＦＣスタック１２の種類はこれに限定されるものではなく、リン酸形燃料電池、溶融炭酸塩形燃料電池等であってもかまわない。

　パワーマネジメントＥＣＵ１５（以下、Ｐ／ＭＥＣＵ１５ということがある）は、図１に示すように、走行用モータ１１を制御する。またＰ／ＭＥＣＵ１５は、ＣＡＮ（Controller Area Network：登録商標）通信を使いＦＣスタック１２および車両用空調装置１０の空調用ＥＣＵ１６と必要な情報交換をする。Ｐ／ＭＥＣＵ１５は、ＦＣスタック１２の発電量、バッテリ１３の残量および車両の走行状態などから、走行用モータ１１に供給する電力量を決定する。そしてＰ／ＭＥＣＵ１５は、決定した電力量で走行用モータ１１を駆動するように制御する。

　車両用空調装置１０は、図２に示すように、高電圧の水加熱ヒータ（以下、単に「ヒータ」ということがある）１７を搭載し、空調用温水回路１８の水を加熱してヒータコア１９で放熱するシステムを有する。空調用温水回路１８は、車両の駆動源である走行用モータ１１を冷却する水が循環する第１回路である。

　空調用温水回路１８は、冷却媒体として温水（水）が循環する循環流路を構成する。空調用温水回路１８には、水を循環させる電動式の空調用ポンプ２０、水を加熱するヒータ１７、循環する温水の温度を検出する第１温度センサ２２およびヒータコア１９が設けられる。したがってヒータ１７は、車室内に送風される空気を加熱して空調風を提供するときに、熱源として用いられる。ヒータコア１９は、ヒータ１７によって加熱された温水が、内部に流通するように構成される。

　第１温度センサ２２は、空調用温水回路１８を循環する水の温度を検出する。第１温度センサ２２は、ヒータ１７を通過後、ヒータコア１９に流入前の温水の温度を検出する。第１温度センサ２２は、検出した温度情報を、空調用ＥＣＵ１６に与える。第１温度センサ２２は、たとえば配管取り付けの温度サーミスタによって実現される。

　ヒータ１７には、車載のバッテリ１３から得た直流電力が、たとえばインバータ部によって個別にデューティ制御されて供給される。ヒータ１７は、電力が供給されている状態での消費電力は一定であり、たとえばニクロム線を利用したシーズヒータで実現される。

　ヒータコア１９は、冷却水を加熱源として空調ケース内を流通する空調用空気を加熱する暖房用の加熱部（加熱用熱交換器）である。ヒータコア１９は、空調ケース内において空調用空気流れの下流側に配設されている。ヒータコア１９の内部には冷却水流路が形成されており、冷却水流路に冷却水が流れると、ヒータコア１９は、冷却水の熱をヒータコア１９自身を通過する空調用空気に放出して、空調用空気を加熱する。

　空調用温水回路１８には、ＦＣスタック１２を冷却する冷却回路２３が接続される。具体的には、空調用温水回路１８を循環する水が、冷却回路２３にも循環可能に２本の接続通路２４によって接続される。一方の接続回路には、三方弁２１が設けられる。

　三方弁２１は、開閉することによって、図３に示すように冷却回路２３と空調用温水回路１８をつないだり（連携）、図２に示すように冷却回路２３と空調用温水回路１８を独立させたり（単独）する。換言すると、三方弁２１は、空調用温水回路１８を循環する冷却水の流路を、空調用温水回路１８だけを図２に示す循環する状態と、図３に示す冷却回路２３も含めて循環する状態とを弁体の変位によって切り換える。三方弁２１は、たとえばポテンションメータ付きサーボモータ２１ｂによって実現される。サーボモータ２１ｂは、三方弁２１の弁体の位置を変位させる。ポテンションメータ２１ａは、弁体の位置を検出する。サーボモータ２１ｂは、ポテンションメータ２１ａが検出した弁体の位置に基づいて、弁体の位置を所定の位置に配置するように駆動される。したがって三方弁２１は、空調用温水回路１８に流れる水の循環量と冷却回路２３に流れる水の循環量とを調節する調整部として機能する。

　空調用ポンプ２０は、第１ポンプであって、空調用温水回路１８のうち三方弁２１の下流側であって、ヒータ１７よりも上流側に配設されている。空調用ポンプ２０は、冷却水を空調用温水回路１８に循環させるための循環ポンプである。空調用ポンプ２０は、例えば、ポンプハウジング内でインペラを回転させるポンプ装置とすることができる。

　空調用（Ａ／Ｃ）ＥＣＵ１６は、マイクロコンピュータとその周辺回路から構成される制御部である。空調用ＥＣＵ１６は、予め設定されたプログラムに従って、第１温度センサ２２、外気温センサ、および内気温センサからの各種温度信号、日射センサからの日射信号、および図示しない操作パネルで乗員が設定する設定温度信号等に対する演算処理を行う。更に、空調用ＥＣＵ１６は演算結果に基づいて、三方弁２１、空調用ポンプ２０、送風機（図示せず）、エアミックスドア（図示せず）等の制御を行う。また空調用ＥＣＵ１６は、ＣＡＮ通信にてＰ／ＭＥＣＵ１５と通信し、暖房要求に応じＰ／ＭＥＣＵ１５を介してヒータ１７の作動を制御する。

　次に、冷却回路２３に関して説明する。燃料電池ハイブリッド車は、図２に示すように、ＦＣスタック１２を冷却する冷却回路２３を有する。冷却回路２３は、冷却水（冷却媒体に相当）がＦＣスタック１２から流出してＦＣスタック１２へ戻るように、冷却水をＦＣスタック１２の外部に循環させる回路である。冷却回路２３は、ＦＣスタック１２の冷却水流出口と冷却水流入口とを繋いでいる。また冷却回路２３には、空調用温水回路１８を循環する水が循環するように、冷却回路２３と空調用温水回路１８とは接続通路２４を介して接続されている。冷却回路２３には、ラジエータ２５、ロータリバルブ２６および燃料電池用ポンプ２７が設けられる。またＦＣスタック１２の内部には、冷却回路２３の冷却水の温度を検出する第２温度センサ２８が設けられている。

　ＦＣスタック１２は、走行に必要な電力を供給するものであり、発電時に発生する熱量は、内燃機関並みである。したがって乗用車でも放熱用熱交換器として、トラックで使用する大型のラジエータ２５を搭載している。ラジエータ２５は、冷却回路２３に設けられ、冷却水の熱を外気との熱交換により外部へ放出する。したがってラジエータ２５は、ＦＣスタック１２によって温度上昇した冷却水を冷却する放熱用熱交換器である。ラジエータ２５は、たとえばグリルの後方となるエンジンルーム内の前方に配設されている。ラジエータ２５には、図示しない送風ファンが設けられている。ラジエータ２５は、この送風ファンによって供給される冷却用空気によって、冷却水を冷却する。

　冷却回路２３には、ラジエータ２５をバイパスして冷却水を流通するバイパス通路２９が設けられている。すなわち、バイパス通路２９は、ラジエータ２５よりも冷却液流れ上流側の分岐点で冷却回路２３から分岐するとともにラジエータ２５よりも冷却液流れ下流側の合流点で冷却回路２３に合流するように設けられている。

　ロータリバルブ２６は、冷却回路２３からバイパス通路２９が分岐する分岐点に設けられ、ラジエータ２５を通過する冷却水とバイパス通路２９を通過する冷却水との流量比率を調節する弁装置である。ロータリバルブ２６は、内部のバルブによって、ラジエータ２５側を開きバイパス通路２９側を閉じて水がラジエータ２５を流通する場合と、バイパス通路２９側を開きラジエータ２５側を閉じて水がバイパス通路２９を流通する場合とに切替える。

　燃料電池用ポンプ２７は、第２ポンプであって、冷却回路２３のうち、冷却回路２３へのバイパス通路２９の合流点よりも冷却水流れ下流側に配設されている。すなわち、燃料電池用ポンプ２７は、冷却回路２３へのバイパス通路２９の合流点よりも下流側、かつ、ＦＣスタック１２よりも上流側に配設されている。燃料電池用ポンプ２７は、冷却水を冷却回路２３に循環させるための循環ポンプである。燃料電池用ポンプ２７は、例えば、ポンプハウジング内でインペラを回転させるポンプ装置とすることができる。

　ＦＣスタック１２には、燃料電池用ＥＣＵ（図示せず）が内蔵されている。燃料電池用ＥＣＵは、ＦＣスタック１２を制御する制御部である。燃料電池用ＥＣＵは、ＦＣスタック１２が出力する燃料電池の発熱量もしくは発熱量に関連する物理量（例えば発電量）に関する情報や、第２温度センサ２８が出力する温度情報を入力する。燃料電池用ＥＣＵは、これらの入力情報に基づいてロータリバルブ２６や燃料電池用ポンプ２７を作動制御する。

　次に、ヒータ１７の制御に関して図４を用いて説明する。実際は、空調用ＥＣＵ１６がＰ／ＭＥＣＵ１５を介してヒータ１７を間接的に制御している。Ｐ／ＭＥＣＵ１５は、車両のイグニッションがオンである場合に、図４に示す制御を繰り返し実行する。

　ステップＳ４１では、回生ブレーキ１４が回生しているか否かを判断し、回生している場合は、ステップＳ４７に移り、回生していない場合は、ステップＳ４２に移る。

　ステップＳ４２では、回生していないので、第１温度センサ２２から空調水温ＴＷを取得し、ステップＳ４３に移る。ステップＳ４３では、各種センサから取得した車両熱負荷と車室内設定温度に基づいて、空調用温水回路１８の目標水温ＴＷＯを算出し、ステップＳ４４に移る。車両熱負荷は、外気温、内気温、日射量および車室内設定温度などから算出される。

　ステップＳ４４では、目標水温ＴＷＯと空調水温ＴＷとを比較し、目標水温ＴＷＯが空調水温ＴＷ以上の場合はステップＳ４５に移り、目標水温ＴＷＯが空調水温ＴＷ未満の場合はステップＳ４６に移る。

　ステップＳ４５では、目標水温ＴＷＯの方が高く空調用温水回路１８の水を加熱する必要があるので、ヒータ１７を駆動（ＯＮ）するように制御し、本フローを終了する。

　ステップＳ４６では、目標水温ＴＷＯの方が低く空調用温水回路１８の水を加熱する必要がないので、ヒータ１７を停止（ＯＦＦ）するように制御し、本フローを終了する。

　ステップＳ４７では、回生ブレーキ１４が回生しているので、電力を消費するために、ヒータ１７を駆動（ＯＮ）するように制御し、本フローを終了する。

　このように回生ブレーキ１４が回生していない通常の暖房は、ステップＳ４２～ステップＳ４６に示すように、車両熱負荷を元に目標水温ＴＷＯを算出し（ステップＳ４３）、空調水温ＴＷとの差分に応じてヒータ１７をＯＮ、ＯＦＦ駆動する。ヒータ１７はＯＦＦを含む、少なくとも２段階以上の駆動レベル（Ｗ）を持ち、ＰＩＤ制御により実現している。またヒータ１７をＦＣスタック１２またはバッテリ１３の高電圧で駆動し、発熱した熱量は空調用温水回路１８の流体を通じてヒータコア１９で放熱する。これによって車室内を所望の温度に暖房することができる。

　また回生時には、回生ブレーキ１４による発電電力でヒータ１７をＯＮすることにより、制動エネルギを空調用温水回路１８に蓄熱することができる。したがって冬場の暖房時には、ＦＣスタック１２によるヒータ１７の駆動頻度を低減することができ、省動力効果が生み出せる。

　次に、三方弁２１の制御に関して図５を用いて説明する。空調用ＥＣＵ１６は、車両のイグニッションがオンである場合に、図５に示す制御を繰り返し実行する。

　ステップＳ５１では、回生ブレーキ１４が回生しているか否かを判断し、回生している場合は、ステップＳ５７に移り、回生していない場合は、ステップＳ５２に移る。

　ステップＳ５２では、エアミックスドアの開度が最大冷房位置にある否かを判断し、最大冷房位置（ＭＡＸ　ＣＯＯＬ）にある場合は、ステップＳ５６に移り、最大冷房位置でない場合は、ステップＳ５３に移る。エアミックスドアは、ヒータコア１９の近傍には通過する空調空気量を調節する回転式のドアである。エアミックスドアの開度に応じて、ヒータコア１９を流通する加熱空気とヒータコア１９を迂回する冷却空気との流量割合が調節されて、ヒータコア１９の下流側の空調空気温度が調節される。したがって最大冷房位置は、冷却能力を最大に発揮させるためのエアミックスドアの開度位置である。換言すると、最大冷房位置の場合は、ヒータコア１９によって空気を加熱する必要がない。

　ステップＳ５３では、最大冷房位置でないので、空調水温ＴＷが所定温度以上であるか否かを判断し、空調水温ＴＷが所定温度以上である場合にはステップＳ５４に移り、空調水温ＴＷが所定温度未満である場合にはステップＳ５６に移る。

　ステップＳ５４では、ＦＣスタック１２の温度が所定温度以上であるか否かを判断し、ＦＣスタック１２の温度が所定温度以上である場合にはステップＳ５５に移り、ＦＣスタック１２の温度が所定温度未満である場合にはステップＳ５６に移る。

　ステップＳ５５では、最大冷房位置でないので暖房が必要な場合であって、ヒータ１７による加熱で空調水温が所定温度以上かつ、ＦＣスタック１２の温度が所定温度以上の場合であるので、図３に示すように、三方弁２１で連携する。これによってＦＣスタック１２の熱量を活用し、暖房性能を確保する。

　ステップＳ５６に移るのは、最大冷房位置にあるか、空調水温ＴＷが所定温度未満であるか、ＦＣスタック１２の温度が所定温度未満である。したがってステップＳ５６では、空調用温水回路１８にて水が循環し、冷却回路２３からの水が流入しない単独状態（図２に示す循環状態）となるように三方弁２１を制御し、本フローを終了する。

　このように回生していない場合は、ＦＣスタック１２の熱量を有効に活用するために、暖房性能がヒータ１７だけでは不足する場合、三方弁２１を開き、図３に示すように、空調用温水回路１８と冷却回路２３とが接続される。これによって、ＦＣスタック１２にて発生する熱量を空調用温水回路１８に与えることができる。熱量が不足していない場合は、三方弁２１を閉じ、空調用温水回路１８は冷却回路２３と独立する機構を持つ。

　次に、回生している場合の処理について引き続き図５を用いて説明する。ステップＳ５７では、回生しているので、ＦＣスタック１２の温度が所定温度以上であるか否かを判断し、ＦＣスタック１２の温度が所定温度以上である場合にはステップＳ５８に移り、所定温度未満である場合にはステップＳ５１０に移る。

　ステップＳ５８では、空調水温ＴＷが所定温度以上であるか否かを判断し、空調水温ＴＷが所定温度以上である場合にはステップＳ５１０に移り、空調水温ＴＷが所定温度未満である場合にはステップＳ５９に移る。

　ステップＳ５９では、ＦＣスタック１２の温度は所定温度以上であるか、空調水温ＴＷが所定温度未満であるので、単独状態となるように三方弁２１を制御し、本フローを終了する。回生している場合には、ＦＣスタック１２は発電停止しているが、ＦＣスタック１２の温度が低くなると再起動時に十分な発電と動力が確保できない。そこで空調水温ＴＷが所定温度未満の場合には、ＦＣスタック１２の温度が低くならないように、単独状態に制御する。

　ステップＳ５１０では、ＦＣスタック１２の温度は所定温度未満であるか、空調水温ＴＷが所定温度以上であるので、図３に示すように、三方弁２１を連携させ、ＦＣスタック１２の熱量を活用し、暖房性能を確保する。

　ＦＣスタック１２は、発電効率を最大限に引き出すため最適温度に保つ必要がある。回生時は、動力が不要なため、ＦＣスタック１２は発電せず、スタック温度は低い。しかしながら、下り坂が終わるなど回生が終われば動力が必要となり、そのときにＦＣスタック１２の温度が低いと十分な発電と動力が確保できない。そこで、回生ブレーキ１４の発電電力で駆動するヒータ１７の熱量を、ＦＣスタック１２の温度が低いときには、三方弁２１を連携に固定する（ステップＳ５１０）。これによって冷却回路２３にも蓄熱し、下り坂が終わり、動力が必要なときに十分な発電能力を予め確保することができる。

　ＦＣスタック１２の温度が十分高いときは、三方弁２１を単独に固定し（ステップＳ５９）する。これによって回生ブレーキ１４の発電電力で駆動するヒータ１７の熱量をヒータコア１９に回すことで暖房することができる。したがってＦＣスタック１２での発電およびヒータ１７への電力供給が不要となり、省エネ効果を生み出せる。

　回生時の単独モードが継続すると、空調水温が上昇し、空調用温水回路１８を取り巻く車両用空調装置１０の樹脂部品などが高温に晒され変形するおそれがある。たとえば空調水温ＴＷが８５℃以上になると、ＦＣスタック１２の温度が高くても連携させ、冷却回路２３を含めた全回路で蓄熱を行うことが好ましい。更に回生が続いた場合、ＦＣスタック１２の温度も上昇するが、最終的にはロータリバルブ２６を開き、ラジエータ２５で放熱することが好ましい。これによって回生ブレーキ１４を長時間継続することができる。

　以上説明したように本実施形態の車両用空調装置１０では、回生ブレーキ１４が電気エネルギを回収している場合であって、車両用空調装置１０によってバッテリ１３の電力を消費する必要があると判断した消費必要状態にある場合に、特別な制御を実施する。回生ブレーキ１４が回収した電気エネルギは、車両の電力消費装置で電力消費されるとともに、バッテリ１３へ充電される。しかし電力消費装置の電力消費が少なく、バッテリ１３も蓄電限界量にある場合には、回生ブレーキ１４が回収した電気エネルギに消費されることがなく、無駄になるおそれがある。そこで回収した電気エネルギを車両用空調装置１０にて熱エネルギに変換されるように、特別な制御を実施する。

　具体的には、ヒータ１７を駆動して水を加熱し、バッテリ１３の電力を熱エネルギに変換するようにヒータ１７、三方弁２１、空調用ポンプ２０および燃料電池用ポンプ２７を制御する。ヒータ１７が駆動すると、電気エネルギを消費して熱エネルギに変換することができる。また空調用ポンプ２０、燃料電池用ポンプ２７および三方弁２１を制御することによって、空調用温水回路１８および冷却回路２３を循環する水の循環量を制御することができる。したがって水の温度や空調に必要な熱量に応じて、ヒータ１７を駆動することができる。これによって回生ブレーキ１４によって回収したエネルギをバッテリ１３への充電だけでなく、車室内空調に利用可能となり、回生ブレーキ１４を解除する可能性を小さくすることができる。したがって回生ブレーキ１４によって回収したエネルギを効率的に用いることができる。

　換言すると、本実施形態では、ヒータ１７とヒータコア１９を連結する空調用温水回路１８と、冷却回路２３を連通させる三方弁２１を搭載した車両用空調装置１０において、車両回生要求が来た場合にはヒータ１７を駆動する。さらに三方弁２１を冷却回路２３を連通させる位置に駆動する。これによってＦＣＨＶのＦＣスタック１２の冷却回路２３と、空調用温水回路１８の連携構成を活用し、長距離の下り坂においても回生ブレーキ１４を長時間にわたり使用することができる。また回生ブレーキ１４によるモータの発電電力を必要な部分に有効に活用することができる。

　また本実施形態では、空調用ＥＣＵ１６は、消費必要状態にある場合には、ヒータ１７を駆動して水を加熱し、空調用温水回路１８を循環する水が冷却回路２３でも循環するように三方弁２１、空調用ポンプ２０および燃料電池用ポンプ２７を制御する。これによってヒータ１７によった発生した熱を、空調用温水回路１８および冷却回路２３の蓄熱に用いることができる。

　さらに本実施形態では、空調用ＥＣＵ１６は消費必要状態にある場合であって、ＦＣスタック１２の温度が所定温度未満の場合には、ヒータ１７を駆動して水を加熱し、空調用温水回路１８と冷却回路２３とが連携するように制御される。これによって回生後にＦＣスタック１２の温度を所定温度に近くなるようにすることができる。したがってＦＣスタック１２の再起動時に、充分な発電と動力を確保することができる。

　また空調用ＥＣＵ１６は、消費必要状態にある場合であって、ＦＣスタック１２の温度が所定温度以上の場合には、ヒータ１７を駆動して水を加熱し、空調用温水回路１８と冷却回路２３とがそれぞれ単独で水が循環するように制御される。これによってＦＣスタック１２の温度が低下することを防ぐことができる。

　また本実施形態では、空調用ＥＣＵ１６は、消費必要状態にある場合であって、空調水温ＴＷが第１所定温度以上であり、ＦＣスタック１２の温度が第２所定温度未満の場合には、ヒータ１７を駆動して冷却媒体を加熱する。さらに空調用温水回路１８と冷却回路２３とが連携するように制御する。これによって空調水温ＴＷが上昇しすぎることを抑制しつつ、回生後にＦＣスタック１２の温度を第２所定温度に近くなるようにすることができる。したがって空調水温ＴＷの過度の上昇を抑制しつつ、ＦＣスタック１２の再起動時に、充分な発電と動力を確保することができる。

　さらに本実施形態では、空調用ＥＣＵ１６は、消費必要状態にある場合であって、空調水温ＴＷが第１所定温度以上であり、かつＦＣスタック１２の温度が第２所定温度以上の場合には、ラジエータ２５によって放熱させるように制御する。具体的には、冷却回路２３の温度が第２所定温度未満となるようにラジエータ２５を通過する冷却媒体の流量を三方弁２１およびロータリバルブ２６によって制御する。空調水温ＴＷもＦＣスタック１２の温度も高温の場合には、連携してラジエータ２５から放熱することができる。これによって空調水温ＴＷおよびＦＣスタック１２の温度の両方が過度に温度上昇することを抑制することができる。また継続して回生ブレーキ１４を作動させることができるので、油圧ブレーキを作動させることを抑制することができる。したがって油圧ブレーキが摩耗などによって損傷することを抑制することができる。

　本開示は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本開示の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。

　上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本開示の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本開示の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。

　前述の実施形態では、ヒータ１７は、空調用のものを用いたが、ＦＣスタック１２専用に設けたヒータ１７を駆動してもよい。またヒータ１７は、ＤＣ－ＤＣコンバータで１２Ｖに降圧し、１２Ｖ用の低電圧水加熱ヒータであってもよい。

　前述の実施形態では、冷却回路２３によって回生した電気エネルギを熱エネルギに蓄熱しているが、冷却回路２３に蓄熱する構成に限るものではない。たとえば蓄熱および回生維持という意味においては、ＦＣスタック１２に換えて、大容量の温水蓄熱タンクを用いてもよい。

　前述の実施形態では、第２回路である冷却回路２３が冷却する発熱部は、ＦＣスタック１２であったがＦＣスタック１２に限るものではない。ハイブリッド車のエンジンなど他の発熱部を冷却する冷却回路２３であってもよい。

　前述の実施形態では、ヒータは１つだけ設けられていたが、１つに限ることはなく、空調用温水回路１８に複数設けてもよく、冷却回路２３にさらにヒータを設けてもよい。

Claims

　車室内を空調するための空調用空気を前記車室内に送風する車両用空調装置であって、
　車両の駆動源（１１）を冷却する冷却媒体が循環する第１回路（１８）と、
　車両に搭載される蓄電装置（１３）の電力を消費して、前記第１回路を循環する前記冷却媒体を加熱するヒータ（１７）と、
　前記第１回路に設けられ、通過する前記空調用空気と熱交換して、通過する前記空調用空気を前記冷却媒体によって加熱する加熱用熱交換器（１９）と、
　前記第１回路に設けられ、前記冷却媒体を循環させる第１ポンプ（２０）と、
　前記第１回路を循環する前記冷却媒体が循環可能であり、車両に搭載される発熱部（１２）を冷却するための第２回路（２３）と、
　前記第２回路に設けられ、前記冷却媒体を循環させる第２ポンプ（２７）と、
　前記第１回路と前記第２回路とを接続し、前記第１回路に流れる前記冷却媒体の循環量と前記第２回路に流れる前記冷却媒体の循環量とを調節する調整部（２１）と、
　前記ヒータ、前記調整部、前記第１ポンプおよび前記第２ポンプを制御する制御部（１６）と、を含み、
　前記車両には、前記車両の減速時に運動エネルギを電気エネルギに変換して回収する回生装置（１４）が搭載されており、前記蓄電装置は前記回生装置によって回収した電気エネルギを充電し、
　前記制御部は、前記回生装置が電気エネルギを回収している場合であって、車両用空調装置によって前記蓄電装置の電力を消費する必要があると判断した消費必要状態にある場合には、前記ヒータを駆動して前記冷却媒体を加熱し、前記蓄電装置の電力を熱エネルギに変換するように前記ヒータ、前記調整部、前記第１ポンプおよび前記第２ポンプを制御する車両用空調装置。
　前記制御部は、前記消費必要状態にある場合には、前記ヒータを駆動して前記冷却媒体を加熱し、前記第１回路を循環する前記冷却媒体が、前記第２回路でも循環するように前記調整部、前記第１ポンプおよび前記第２ポンプを制御する請求項１に記載の車両用空調装置。
　前記第１回路を循環する前記冷却媒体の温度を検出する第１温度センサ（２２）と、
　前記第２回路を循環する前記冷却媒体の温度を検出する第２温度センサ（２８）と、をさらに含み、
　前記制御部は、
　　前記消費必要状態にある場合であって、前記第２温度センサによって検出された温度が所定温度未満の場合には、前記ヒータを駆動して前記冷却媒体を加熱し、前記第１回路を循環する前記冷却媒体が、前記第２回路でも循環するように前記調整部、前記第１ポンプおよび前記第２ポンプを制御し、
　　前記消費必要状態にある場合であって、前記第２温度センサによって検出された温度が所定温度以上の場合には、前記ヒータを駆動して前記冷却媒体を加熱し、前記第１回路にて前記冷却媒体を循環させて、前記第２回路では前記第１回路からの前記冷却媒体が循環しないように前記調整部および前記第１ポンプを制御する請求項２に記載の車両用空調装置。
　前記制御部は、前記消費必要状態にある場合であって、前記第１温度センサによって検出された温度が第１所定温度以上であり、前記第２温度センサによって検出された温度が第２所定温度未満の場合には、前記ヒータを駆動して前記冷却媒体を加熱し、前記第１回路を循環する前記冷却媒体が、前記第２回路でも循環するように前記調整部、前記第１ポンプおよび前記第２ポンプを制御する請求項３に記載の車両用空調装置。
　前記第２回路に設けられ、通過する前記冷却媒体の熱量を外気へ放熱する放熱用熱交換器（２５）をさらに含み、
　前記調整部は、前記放熱用熱交換器へ流れる前記冷却媒体の流量を調節し、
　前記制御部は、前記消費必要状態にある場合であって、前記第１温度センサによって検出された温度が第１所定温度以上であり、かつ前記第２温度センサによって検出された温度が第２所定温度以上の場合には、前記第２回路の温度が前記第２所定温度未満となるように前記放熱用熱交換器を通過する前記冷却媒体の流量を前記調整部によって制御する請求項３に記載の車両用空調装置。
　前記第２回路によって冷却される発熱部は、燃料電池（１２）である請求項１～５のいずれか１つに記載の車両用空調装置。