WO2022230758A1 - 暖房制御装置及び制御プログラム、流体加熱ユニット、暖房サイクル装置及びそれを備える車両用空調装置 - Google Patents

暖房制御装置及び制御プログラム、流体加熱ユニット、暖房サイクル装置及びそれを備える車両用空調装置 Download PDF

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WO2022230758A1
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temperature
coolant
control device
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默 雷
達也 北島
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株式会社ヴァレオジャパン
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    • H05B1/02—Automatic switching arrangements specially adapted to apparatus ; Control of heating devices
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    • B60H2001/2253—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant obtaining information from a variable, e.g. by means of a sensor related to an operational state of the vehicle or a vehicle component

Definitions

  • the present disclosure relates to a heating control device and control program, a fluid heating unit, a heating cycle device, and a vehicle air conditioner including the same.
  • Patent Document 1 Conventionally, there has been known a vehicle air conditioner using a hot water type heating device that performs heating using hot water (see Patent Document 1, for example).
  • the vehicle air conditioner of Patent Document 1 includes a first switch and a second switch, and sets a target temperature of hot water when activated by the second switch to a target temperature of hot water when activated by the first switch. By setting the value lower than the target temperature of , it is possible to obtain a comfortable heating temperature during heating when the temperature in the passenger compartment is high.
  • Patent Document 3 As a method of controlling the amount of power supplied to an electric heater, a method of supplying DC power obtained from a battery with duty control by an inverter is known (see Patent Document 3, for example).
  • JP-A-10-258630 JP 2017-215084 A Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-335127
  • an electric vehicle that runs only by an electric motor
  • a hybrid vehicle that runs by a plurality of power sources including an electric motor and an internal combustion engine, and an internal combustion engine that only generates electricity and is driven using that electric power.
  • Vehicles that run on electric motors are in widespread use.
  • the total amount of coolant in the coolant loop should be less than 10 liters, which is less than the engine-equipped vehicle.
  • the flow rate of coolant in the coolant loop though variable in practice, is on the order of about 10 liters/minute, resulting in a full fluid cycle in just under a minute. For this reason, if temperature hunting occurs at the outflow point of the fluid heating unit, since the total amount of coolant is small, it is likely that hunting will affect the entire path. There is a need.
  • the temperature change of hot water is controlled within ⁇ 5° C. with respect to the target temperature.
  • the present disclosure provides a heating control device, a control program, a fluid heating unit, a heating cycle device, and a vehicle air conditioner including the same, which are capable of reaching a target temperature early and performing control with small fluctuations in temperature with respect to the target temperature. for the purpose.
  • a heating control device is a heating control device that controls a transistor that supplies power by a switching operation to a heater that generates heat when energized and heats coolant that is supplied to a radiator mounted on a vehicle air conditioner. , the heating control device controls the switching operation of the transistor based on a heating amount control profile, changes the on-off duty ratio of the transistor to adjust the heating amount by the heater, and controls the heating amount.
  • the profile is a function showing the relationship between the temperature of the coolant and the amount of heating by the heater, and the amount of heating decreases as the temperature rises from the low temperature side to the high temperature side across the target temperature of the coolant.
  • the decreasing portion comprises a first decreasing portion when the temperature is in a temperature range equal to or lower than the target temperature and a second decreasing portion when the temperature is in a temperature range equal to or higher than the target temperature and the first and second reduction sections have the same amount of heating at the target temperature, and the first and second reduction sections both have the function has a negative slope
  • the first decreasing portion has a first region and a second region on the higher temperature side than the first region
  • the heating amount control at an arbitrary temperature in the second region The slope of the profile is characterized by being more negative than the slope of the heating amount control profile at an arbitrary temperature within the first region.
  • the decreasing portion is a curve having an inflection point, and the temperature at the inflection point includes a form that matches the target temperature.
  • the decreasing portion may be a curve having an inflection point, and the temperature at the inflection point may be higher than the target temperature.
  • the decreasing portion is a curve having an inflection point, the temperature at the inflection point is lower than the target temperature, and the second region is the inflection point. It includes forms in the region on the lower temperature side than .
  • both the first area and the second area include linear functions with mutually different slopes in the function.
  • the decreasing portion includes a form that is a curve having no inflection point.
  • the heating amount control profile includes a constant portion in which the heating amount is constant even if the temperature rises from the low temperature side to the high temperature side on the lower temperature side than the first decreasing portion. It includes forms that have
  • the second decrease section has a heat radiation amount corresponding region that maintains the heating amount at a predetermined heating amount on the higher temperature side than the target temperature.
  • a fluid heating unit includes a heater that generates heat when energized to heat a coolant, a transistor that supplies power to the heater by a switching operation, and a heating control device according to the present invention. controls the switching operation of the transistor.
  • a heating cycle device includes a circulation passage, a coolant filled in the circulation passage, a pump for circulating the coolant in the circulation passage, and a fluid according to the present invention for adjusting the temperature of the coolant.
  • a heating unit and a radiator for dissipating heat from the coolant are provided, and the coolant is heated by energizing the heater with the transistor in the fluid heating unit.
  • a vehicle air conditioner according to the present invention includes the heating cycle device according to the present invention and is mounted on a vehicle, the vehicle is capable of running by an electric motor, and has a temperature control unit for adjusting the temperature of the air supplied to the vehicle interior, and the radiator is a hot water type heat exchanger arranged inside the temperature control unit.
  • a control program according to the present invention causes the heating control device according to the present invention to execute processing for controlling the switching operation of the transistor based on the heating amount control profile.
  • a heating control device and a control program which can reach the target temperature early and perform control with small temperature fluctuations with respect to the target temperature. can provide.
  • FIG. 10 is a diagram showing a second example of a heating amount control profile
  • FIG. 10 is a diagram showing a third example of a heating amount control profile
  • FIG. 10 is a diagram showing a fourth example of a heating amount control profile
  • FIG. 11 is a diagram showing a fifth example of a heating amount control profile
  • FIG. 10 is a diagram showing a first example of a profile excluded from the heating amount control profile;
  • FIG. 10 is a diagram showing a first example of a profile excluded from the heating amount control profile
  • FIG. 10 is a diagram showing a second example of a profile excluded from the heating amount control profile;
  • FIG. 10 is a diagram showing a third example of a profile excluded from the heating amount control profile;
  • FIG. 10 is a diagram showing a fourth example of a profile excluded from the heating amount control profile;
  • It is a diagram showing an example of the duty control of the heating cycle device, (a) is the duty control in the constant part, (b) is the duty control at an arbitrary temperature in the decreasing part, (c) is the arbitrary temperature in the heat dissipation corresponding region shows the duty control in 4 is a diagram showing the relationship between heating time and coolant temperature in Example 1.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between heating time and coolant temperature in Comparative Example 1.
  • FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the heating time and the coolant temperature in Comparative Example 2.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between heating time and coolant temperature in Comparative Example 1.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of a heating cycle device according to this embodiment and a vehicle air conditioner including the same.
  • the heating control device 6 according to the present embodiment includes the transistor 5 that supplies power by switching operation to the heater 4 that generates heat when energized and heats the coolant that is supplied to the radiator 7 mounted in the vehicle air conditioner 900.
  • the heating control device 6 controls the switching operation of the transistor 5 based on the heating amount control profile 100 (100A to 100E) shown in FIGS.
  • the ratio is changed to adjust the heating amount by the heater 4, and the heating amount control profile 100 (100A to 100E) shows the relationship between the coolant temperature T and the heating amount E by the heater as shown in FIGS.
  • the second decreasing portion 112 has the same amount of heating E at the target temperature Tt, both the first decreasing portion 111 and the second decreasing portion 112 have negative slopes in their functions, and the first decreasing portion 111 It has a first region 111A and a second region 111B on the higher temperature side than the first region 111A, and the slope of the heating amount control profile 100 (100A to 100E) at an arbitrary temperature in the second region 111B is the first region
  • the negative slope is larger than the slope of the heating amount control profile 100 (100A to 100E) at any temperature within 111A.
  • the fluid heating unit 10 includes a heater 4 that generates heat when energized to heat the coolant, a transistor 5 that supplies power to the heater 4 by switching operation, and a heating control device 6 according to the present embodiment.
  • the heating control device 6 controls the switching operation of the transistor 5 .
  • the fluid heating unit 10 heats the coolant supplied to the radiator 7 of the vehicle air conditioner by the transistor 5 supplying power to the heater 4 and the heater 4 generating heat.
  • the heating control device 6 controls the switching operation of the transistor 5 based on the heating amount control profile 100 (100A to 100E), changes the on-off duty ratio of the transistor 5, and adjusts the amount of heating by the heater 4. By adjusting, the temperature of the coolant is controlled.
  • the heating cycle device 1 includes a circulation flow path 2, a coolant filled in the circulation flow path 2, a pump 3 that circulates the coolant in the circulation flow path 2, and a temperature control of the coolant. and a radiator 7 for dissipating heat from the coolant.
  • the heating cycle device 1 is a device that generates warm air for heating in a vehicle air conditioner by exchanging heat between the coolant temperature-controlled by the fluid heating unit 10 and the air passing through the radiator 7 .
  • the circulation flow path 2 includes a pipe 12 connecting the coolant outlet of the radiator 7 and the pump 3, and a pipe 13 connecting the pump 3 and the inlet 10b of the tank.
  • the coolant is sent through a pipe 11 and 3 connecting an outlet port 10a of a tank (not shown) containing the poheater 4 and a coolant inlet port of the radiator 7, and is passed through a pipe 13 from an inlet port 10b to the tank (not shown). (not shown)) and heated by a heater 4 built in the tank. Subsequently, the heated coolant is led out from the outlet 10a of the tank, sent to the radiator 7 through the pipe 11, and heat is radiated to warm the air for air conditioning. The coolant that has passed through the radiator 7 is sucked into the pump 3 through the pipe 12 and circulated.
  • a coolant (not shown) is liquid at room temperature, and is a heat medium, for example, dissolved in water with ethylene glycol or glycerin.
  • the fluid heating unit 10 like the fluid control unit described in Patent Document 2, includes a heater 4, a tank (not shown) containing the heater 4, and a transistor 5 arranged on the upper wall of the tank.
  • the heater 4 is an electric heating element that generates heat when energized, and is not particularly limited.
  • a sheathed heater in which a nichrome wire is wrapped in a metal pipe is used.
  • the tank has a heating chamber through which coolant flows and which houses the heater 4 . Coolant before heating is introduced into the heating chamber through the inlet port 10b, and coolant after heating is discharged through the outlet port 10a.
  • the heating chamber preferably has a temperature sensor 50 for detecting the temperature T of the heated coolant near the outlet 10a. It is more preferable to provide the temperature sensor 50 at the outlet 10a.
  • the transistor 5 is preferably an insulated gate bipolar transistor (IGBT), for example.
  • Transistor 5 is electrically connected to battery 8 .
  • the transistor 5 is electrically connected to the control device 6 and performs a switching operation according to a command signal from the heating control device 6 .
  • the transistor 5 controls power supply to the heater 4 by switching operation. By changing the on-off duty ratio of the transistor 5, the heating amount by the heater 4 can be adjusted, and the heat amount given to the coolant can be adjusted.
  • the fluid heating unit 10 includes at least the heater 4 , the transistor 5 , the heating control device 6 , and an electrical wiring 51 connecting these to form an electrical circuit with the battery 8 .
  • the heating control device 6 controls the switching operation of the transistor 5 based on the heating amount control profile 100 (100A to 100E).
  • the control program according to this embodiment causes the heating control device 6 according to this embodiment to execute processing for controlling the switching operation of the transistor 5 based on the heating amount control profile (100 (100A to 100E)).
  • the heating control device 6 has a storage unit (not shown) and functions as a heating control device by executing a control program read from the storage unit. Execution of the control program includes, for example, the following processes. First, the current temperature T of the coolant is detected, applied to the heating amount control profile (100 (100A to 100E)), and the "heating amount E by the heater 4" corresponding to the current temperature T is read. Next, as shown in FIG. 11, the transistor 5 is controlled so that the duty control is performed to give the heater 4 the "heating amount E corresponding to the current temperature T".
  • the radiator 7 is a hot water heat exchanger.
  • the pipe connecting the outlet 10a of the tank (not shown) containing the heater 4 and the coolant inlet of the radiator 7 11 may be provided.
  • the heating amount control profile 100 is a function indicating the relationship between the coolant temperature T and the heating amount E by the heater, as shown in FIGS. 2 to 6, the heating amount control profile 100 (100A to 100E) is displayed as a graph with the coolant temperature T on the horizontal axis and the heating amount E by the heater 4 on the vertical axis.
  • the coolant temperature T is preferably, for example, the temperature of the coolant discharged from the discharge port 10a of the fluid heating unit 10, and the unit is, for example, degrees Celsius.
  • the heating amount E by the heater 4 is, for example, a value adjusted by the on-off duty ratio of the transistor 5, and the unit is KW/h, for example.
  • the decreasing portion 110 is a portion where the heating amount E decreases as the temperature T increases from the low temperature side to the high temperature side across the target temperature Tt of the coolant. 2 to 6, the decreasing portion 110 has a temperature range from a temperature T1 at which the amount of heating E begins to decrease to a temperature Te at which the amount of heating E approaches zero or a temperature (not shown) at which the amount of heating E becomes zero. is.
  • the temperature T1 at which the decreasing portion 110 starts is preferably ⁇ target temperature Tt ⁇ -10.degree. C., more preferably ⁇ target temperature Tt ⁇ -8.degree.
  • the target temperature Tt is, for example, 80-85.degree.
  • the first decreasing portion 111 has a temperature range from the temperature T1 at which the heating amount E begins to decrease in the decreasing portion 110 to the target temperature Tt or less.
  • the first reduced portion 111 has a first region 111A and a second region 111B on the higher temperature side than the first region 111A.
  • the boundary between the first region 111A and the second region 111B is not particularly limited. However, any temperature may be used.
  • the second decreasing portion 112 has a temperature range of the decreasing portion 110 from the target temperature Tt to a temperature Te at which the amount of heating E approaches zero, or a temperature (not shown) at which the amount of heating E becomes zero.
  • the first reduction section 111 and the second reduction section 112 have the same heating amount E at the target temperature Tt. Therefore, as shown in FIG. 7 or 8, the profiles 200 and 201 in which the heating amount decreases at the target temperature Tt are excluded from the heating amount control profile 100.
  • FIG. FIG. 7 is a simple on/off control
  • FIG. 8 is a modified example of FIG.
  • the heating amount E decreases sharply at the target temperature Tt, so the temperature fluctuations with respect to the target temperature increase. This is because the coolant is radiated by the heat radiator 7, and if the amount of heat is suddenly set to "zero" after the coolant has reached the target temperature Tt, the coolant temperature T drops rapidly from the target temperature.
  • both the first decreasing portion 111 and the second decreasing portion 112 have a negative slope in the function, and the heating amount control profile at an arbitrary temperature in the second region 111B
  • the slope of 100 (100A to 100E) is more negative than the slope of heating amount control profile 100 (100A to 100E) at an arbitrary temperature in first region 111A.
  • the target temperature can be reached early, and the fluctuation of the temperature with respect to the target temperature can be reduced.
  • a profile 203 with a smaller negative magnitude than the slope at the temperature of is excluded from the heating amount control profile 100 .
  • the rate of temperature rise is slow and the target temperature cannot be reached early.
  • FIGS. It includes a form having a constant portion 120 in which the heating amount E is constant even if it rises to the side.
  • the second reducing portion 112 is adapted to the amount of heat dissipation that maintains the heating amount E at a predetermined heating amount on the higher temperature side than the target temperature Tt. It is preferred to have region 112A.
  • the heat radiation amount corresponding area 112A is an area in which the heating amount E is brought close to zero but not zero. It is more preferable that Te at the end of the heat dissipation corresponding region 112A is ⁇ target temperature Tt+8°C ⁇ 1°C.
  • the start time T2 of the heat dissipation corresponding area 112A is preferably ⁇ target temperature Tt+4° C. ⁇ 1° C., for example.
  • the radiator 7 radiates heat, and if the amount of heat is suddenly set to "zero" even though the temperature has risen and exceeded the target temperature Tt, the coolant temperature T will fall below the target temperature, leading to temperature hunting. Temperature hunting can be suppressed by providing the heat quantity corresponding region 112A.
  • the temperature T at which the heating amount E is 0 is preferably 90°C. If the temperature exceeds 90°C, problems such as unintended precipitation of components dissolved in the coolant or deterioration of heat conduction due to the generation of bubbles at the interface between the coolant and the heat transfer wire may occur.
  • each heating amount control profile 100 (100A to 100E) will be described in more detail.
  • FIG. 2 is a diagram showing a first example of a heating amount control profile.
  • the decreasing portion 110 is a curve having an inflection point P, and the temperature T at the inflection point P coincides with the target temperature Tt. contain.
  • the heating amount control profile 100 (100A) of the first example reaches the target temperature Tt within 15 minutes, for example, and controls the temperature with respect to the target temperature Tt within the range ⁇ target temperature Tt ⁇ 1° C., for example. can be done. Further, since the temperature T at which the point of inflection P coincides with the target temperature Tt, it is possible to control the fluctuation of the temperature with respect to the target temperature Tt to be smaller.
  • FIG. 3 is a diagram showing a second example of the heating amount control profile.
  • the decreasing portion 110 is a curve having an inflection point P, and the temperature T at the inflection point P is higher than the target temperature Tt. contain.
  • the temperature T that becomes the inflection point P is preferably more than ⁇ target temperature Tt ⁇ +0°C and +4°C or less, and more preferably ⁇ target temperature Tt ⁇ +1°C or more and +2°C or less.
  • the coolant may be heated too much with respect to the target temperature.
  • the heating amount control profile 100 (100B) of the second example reaches the target temperature Tt within 15 minutes, for example, and controls the temperature with respect to the target temperature Tt within the range of ⁇ target temperature Tt ⁇ 1° C., for example. can be done.
  • the temperature T that becomes the inflection point P is on the higher temperature side than the target temperature Tt, it becomes easy to set the heating amount E by the heater relatively large when the coolant temperature T is the target temperature Tt.
  • the vehicle air conditioner 900 in which the radiator 7 radiates a relatively large amount of heat it is possible to suitably control the fluctuation of the temperature with respect to the target temperature Tt to be small.
  • FIG. 4 is a diagram showing a third example of the heating amount control profile.
  • the decreasing portion 110 is a curve having an inflection point P, and the temperature T at which the inflection point P is lower than the target temperature Tt.
  • the second region 111B includes a configuration in a region on the lower temperature side than the inflection point P.
  • the temperature T that becomes the inflection point P is preferably ⁇ target temperature Tt ⁇ -4°C or higher and lower than 0°C, and more preferably ⁇ target temperature Tt ⁇ -1°C or higher and -2°C or lower.
  • the first decreasing portion 111 includes a third region 111C, which is a region higher than the temperature at which the inflection point P is reached.
  • the heating amount control profile 100 (100C) of the third example reaches the target temperature Tt within 15 minutes, for example, and controls the temperature with respect to the target temperature Tt within the range of ⁇ target temperature Tt ⁇ 1° C., for example. can be done.
  • the temperature T that becomes the inflection point P is on the lower temperature side than the target temperature Tt, it becomes easy to set the heating amount E by the heater relatively small when the coolant temperature T is the target temperature Tt.
  • the vehicle air conditioner 900 in which the amount of heat released by the radiator 7 is relatively small it is possible to suitably control the fluctuation of the temperature with respect to the target temperature Tt to be small.
  • FIG. 5 is a diagram showing a fourth example of the heating amount control profile.
  • both the first region 111A and the second region 111B are linear functions with mutually different slopes.
  • the heating amount control profile 100 (100D) of the fourth example reaches the target temperature Tt within 15 minutes, for example, and controls the temperature relative to the target temperature Tt within the range ⁇ target temperature Tt ⁇ 1° C. can be done.
  • FIG. 6 is a diagram showing a fifth example of the heating amount control profile.
  • the decreasing portion 110 includes a form that is a curve having no inflection point.
  • the heating amount control profile 100 (100E) of the fifth example reaches the target temperature Tt within 15 minutes, for example, and controls the temperature with respect to the target temperature Tt within the range ⁇ target temperature Tt ⁇ 1° C. can be done.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of duty control of the heating cycle device, in which (a) is duty control in a constant portion, (b) is duty control at an arbitrary temperature in a decreasing portion, and (c) is a heat release corresponding region. shows the duty control at any temperature of The duty ratio in the decreasing portion 110 (shown in FIGS. 2-6) is made smaller than the duty ratio in the constant portion 120 (shown in FIGS. 2-6).
  • the reducing unit 110 gradually decreases the duty ratio with the lapse of time, thereby adjusting the heating amount E by the heater 4 as shown in FIGS. 2 to 6.
  • FIG. Alternatively, the reducing section 110 gradually reduces the duty ratio as the temperature of the coolant rises, thereby adjusting the heating amount E by the heater 4 as shown in FIGS.
  • the cycle of duty control is not particularly limited, but is preferably 0.015 to 0.025 seconds, for example.
  • the period of duty control is set to 0.02 seconds as an example.
  • the duty ratio in the constant portion 120 is not particularly limited, it is preferably 60% or more and 100% or less.
  • the duty ratio in the constant section 120 is set to 80%.
  • the duty ratio of the reducing section 110 (shown in FIGS. 2 to 6) at any temperature is not particularly limited, but is preferably 30% or more and less than 60%.
  • the duty ratio at the target temperature Tt shown in FIG.
  • the duty ratio at any temperature in the heat dissipation amount corresponding region is not particularly limited, it is preferably more than 0% and less than 30%. In FIG. 11(c), as an example, the duty ratio at an arbitrary temperature in the heat dissipation corresponding region is 20%.
  • the heating amount at the inflection point P is preferably 70% or less, more preferably 60% or less, of the heating amount at the constant portion 120. .
  • the amount of heating at the inflection point P exceeds 70% of the amount of heating at the constant portion 120, the temperature of the coolant is increased, and even after the target temperature Tt is exceeded, the heating is continued more than necessary, and the temperature T of the coolant is decreased. It becomes difficult to control so as to approximate the target temperature Tt.
  • the lower limit of the amount of heating at the inflection point P is not particularly limited, it is preferably 30% or more, more preferably 40% or more, of the amount of heating at the constant portion 120 .
  • the heating amount at the inflection point P is less than 30% of the heating amount of the constant portion 120, the heating amount becomes insufficient when the coolant temperature approaches the target temperature Tt, and the time required for the coolant temperature to reach the target temperature Tt is reduced. It can be long.
  • a vehicle air conditioner 900 includes the heating cycle device 1 according to the present embodiment and is mounted on a vehicle.
  • the vehicle air conditioner 900 has a temperature control unit 901 that adjusts the temperature of the air supplied to the vehicle interior, and the radiator 7 is a hot water type heat exchanger arranged inside the temperature control unit 901. It is a vessel.
  • a vehicle air conditioner 900 has a blower unit 904 and a temperature control unit 901 .
  • the blower unit 904 is provided with a blower 902 that blows air taken in from an inside air inlet and/or an outside air inlet (not shown) toward an air flow path 903 .
  • the internal space of the temperature control unit 901 is an air flow path 903, and the hot water type heat exchanger (radiator) 7 is arranged in the air flow path 903.
  • the hot water type heat exchanger (radiator) 7 is arranged in the air flow path 903.
  • An air mix door (not shown) that is arranged between the device and the hot water heat exchanger 7 and adjusts the ratio of the air that passes through the hot water heat exchanger 7 and the air that bypasses the hot water heat exchanger 7 It is preferable to further have A defrost opening (not shown), a vent opening (not shown), and a foot opening (not shown) are provided at the most downstream portion of the temperature control unit 901 . Each opening is indirectly or directly connected to an air outlet (not shown) in the passenger compartment via a duct (not shown).
  • Vehicles include, for example, an electric vehicle (EV) that runs only on an electric motor, a hybrid vehicle (HEV) that runs on a plurality of power sources including an electric motor and an internal combustion engine, or an internal combustion engine that only generates power and uses that power.
  • EV electric vehicle
  • HEV hybrid vehicle
  • HEV hybrid vehicle
  • the total amount of coolant in the coolant loop tends to be smaller than that of the engine-equipped vehicle, and if temperature hunting occurs at the outflow point of the fluid heating unit, the entire path is likely to be affected by hunting.
  • the heating cycle device 1 installed in such a vehicle air conditioner can control temperature hunting to be small.
  • the temperature of the hot air blown out from the air outlet in the passenger compartment may hunt and comfort may be impaired.
  • the vehicle air conditioner 900 is operated in the temperature conditioning mode, it is necessary to frequently adjust the position of the air mix door in order to stabilize the temperature of the blown hot air. There is a risk that comfort will be impaired due to the operating noise emitted by the actuators.
  • the air volume of the blower 902, the temperature of the air upstream of the radiator 7, and the temperature of the conditioned air downstream of the air mix door are detected and input to the heating control device 6, and the amount of heat released by the radiator 7 is detected. It is preferable to estimate and change the heating amount at the inflection point P in FIGS. Specifically, when the amount of heat released by the radiator 7 is relatively large, the inflection point P is adjusted to a value that provides a larger amount of heating, and when the amount of heat released by the radiator 7 is relatively small, the inflection point Adjust P to a less heated value.
  • the heat release amount 7 is large, the coolant temperature T can reach the target temperature Tt early.
  • the temperature T of the coolant is reliably prevented from further increasing after reaching the target temperature Tt, and the temperature T of the coolant is controlled to approximate the target temperature Tt. can do.
  • Example 1 The heating control device controlled the switching operation of the transistor based on the heating amount control profile shown in FIG. 2, and adjusted the heating amount by the heater by changing the on-off duty ratio of the transistor.
  • the target temperature was set at 80°C. 12 is a diagram showing the relationship between the heating time and the coolant temperature in Example 1.
  • FIG. 12 the area denoted by reference numeral 301 corresponds to the constant portion 120 in FIG. Equivalent to.
  • Example 1 The amount of heating by the heater was adjusted in the same manner as in Example 1, except that the heating amount control profile was changed to the profile shown in FIG.
  • the target temperature was set at 80°C. 13 is a diagram showing the relationship between the heating time and the coolant temperature in Comparative Example 1.
  • Example 2 The heating amount by the heater was adjusted in the same manner as in Example 1, except that the heating amount profile was changed to the profile shown in FIG.
  • the target temperature was set at 80°C.
  • 14 is a diagram showing the relationship between the heating time and the coolant temperature in Comparative Example 2.
  • Example 1 as shown in FIG. 12, the time to reach the target temperature was within 15 minutes, and the target temperature could be reached in a short time. Furthermore, the fluctuation of the temperature with respect to the target temperature was within the range of ⁇ 1° C. of the target temperature, and the fluctuation of the temperature could be controlled to be small. On the other hand, in Comparative Example 1, as shown in FIG. 13, the time to reach the target temperature was within 15 minutes, but the temperature fluctuation with respect to the target temperature was ⁇ 5 ° C. was big. In Comparative Example 2, as shown in FIG. 14, the fluctuation of the temperature with respect to the target temperature was within the range of ⁇ 1° C. of the target temperature, but the time to reach the target temperature exceeded 20 minutes. was long.
  • Heating cycle device Circulation flow path 3 Pump 4 Heater 5 Transistor 6 Heating control device 7 Radiator 8 Battery 10 Fluid heating unit 10a Outlet 10b Inlet 11, 12, 13 Piping 50 Temperature sensor 100 (100A to 100E) Amount of heating Control profile 110 Reduction section 111 First reduction section 112 Second reduction section 111A First region 111B Second region 111C Third region 112A Heat dissipation corresponding regions 200, 201, 202, 203 Profile 900 Vehicle air conditioner 901 Temperature control unit 902 Blower 903 Air flow path 904 Blower unit P Inflection point

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Abstract

【課題】本開示は、早期に目標温度に到達し、かつ、目標温度に対する温度の変動が小さい制御ができる暖房制御装置、暖房サイクル装置及びそれを備える車両用空調装置を提供することを目的とする。 【解決手段】本開示に係る暖房制御装置６は、クーラントを加熱するヒータ４へ、スイッチング動作によって電力を供給するトランジスタ５を制御する暖房制御装置において、暖房制御装置は、加熱量制御プロファイルに基づいてヒータによる加熱量を調整し、加熱量制御プロファイルは、クーラントの温度が上昇するにしたがって加熱量が減少する減少部を有し、減少部は、いずれも負の傾きを有する第１減少部と第２減少部とを有し、かつ、第１減少部と第２減少部とは目標温度において等しい加熱量を有し、第１減少部は、第１領域と第２領域とを有し、第２領域内の任意の温度における傾きは、第１領域内の任意の温度における傾きよりも負の傾きが大きい。

Description

暖房制御装置及び制御プログラム、流体加熱ユニット、暖房サイクル装置及びそれを備える車両用空調装置
　本開示は、暖房制御装置及び制御プログラム、流体加熱ユニット、暖房サイクル装置及びそれを備える車両用空調装置に関する。
　従来、温水を利用して暖房を行う温水式暖房装置を用いた車両用空調装置が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。特許文献１の車両用空調装置では、第１のスイッチと第２のスイッチとを備え、第２のスイッチによって起動された場合の温水の目標温度を、第１のスイッチによって起動された場合の温水の目標温度よりも低い値に設定することで、車室内の温度が高い場合の暖房時において、快適な暖房温度を得ることができる。
　また、温水式暖房装置のヒータとして、電熱式ヒータによって流体を加熱する流体加熱ユニットが開示されている（例えば、特許文献２を参照。）。
　電熱式ヒータへの電力供給量を制御する方法として、バッテリから得た直流電力をインバータによってデューティ制御して供給する方法が知られている（例えば、特許文献３を参照。）。
特開平１０－２５８６３０号公報 特開２０１７－２１５０８４号公報 特開２００３－３３５１２７号公報
　近年、電気モータのみによって走行する電気自動車（ＥＶ）、電力モータ及び内燃機関を含む複数の動力源によって走行するハイブリッド車（ＨＥＶ）、内燃機関が発電のみを行い、その電力を用いて駆動される電気モータによって走行する車両が普及されている。
　電気自動車の場合は、エンジンを備えないため、クーラントループの総クーラント量は、エンジン搭載車よりも少ない１０リットル未満で十分である。クーラントループにおけるクーラントの流量は、実際には変動させるとはいえ約１０リットル／分程度であり、たった１分未満で全流体が循環することとなる。このため、流体加熱ユニットの流出点で温度ハンチングが発生すると、総クーラント量が少ないことから経路全体においてハンチングの影響が及びやすく、エンジン搭載車よりもシビアに温度制御をして温度を安定化したいというニーズがある。
　また、ハイブリッド車又は内燃機関を有するが電気モータによって走行可能な車両の場合は、電気自動車よりも総クーラント量は多いもののクーラント量を減少させて車両総重量を軽減したいという要請があり、総クーラント量は減少傾向にある。このため、ヒータの流出点で温度ハンチングが発生すると、同様に経路全体においてハンチングの影響が及びやすくなっている。
　例えば特許文献１の車両用空調装置の図２では、温水の温度変化が目標温度に対して±５℃で制御されているが、総クーラント量が少ない車両では、例えば目標温度に対して±１℃のように温度変化をより小さくすることが求められる。
　本開示は、早期に目標温度に到達し、かつ、目標温度に対する温度の変動が小さい制御ができる暖房制御装置及び制御プログラム、流体加熱ユニット、暖房サイクル装置及びそれを備える車両用空調装置を提供することを目的とする。
　本発明に係る暖房制御装置は、通電によって発熱して車両用空調装置に搭載される放熱器に供給されるクーラントを加熱するヒータへ、スイッチング動作によって電力を供給するトランジスタを制御する暖房制御装置において、該暖房制御装置は、加熱量制御プロファイルに基づいて前記トランジスタの前記スイッチング動作を制御し、前記トランジスタのオン‐オフのデューティ比を変更して前記ヒータによる加熱量を調整し、前記加熱量制御プロファイルは、前記クーラントの温度と前記ヒータによる加熱量との関係を示す関数であり、かつ、前記温度が前記クーラントの目標温度をまたがって低温側から高温側に上昇するにしたがって前記加熱量が減少する減少部を有し、該減少部は、前記温度が前記目標温度以下の温度範囲にあるときの第１減少部と、前記温度が前記目標温度以上の温度範囲にあるときの第２減少部と、を有し、かつ、前記第１減少部と前記第２減少部とは前記目標温度において等しい前記加熱量を有し、前記第１減少部及び前記第２減少部は、いずれも前記関数において負の傾きを有し、前記第１減少部は、第１領域と該第１領域よりも高温側の第２領域とを有し、前記第２領域内の任意の温度における前記加熱量制御プロファイルの傾きは、前記第１領域内の任意の温度における前記加熱量制御プロファイルの傾きよりも負の傾きが大きいことを特徴とする。
　本発明に係る暖房制御装置では、前記減少部は、変曲点を有する曲線であり、該変曲点となる前記温度は、前記目標温度と一致する形態を包含する。
　本発明に係る暖房制御装置では、前記減少部は、変曲点を有する曲線であり、該変曲点となる前記温度は、前記目標温度よりも高い形態を包含する。
　本発明に係る暖房制御装置では、前記減少部は、変曲点を有する曲線であり、該変曲点となる前記温度は、前記目標温度よりも低く、前記第２領域は、前記変曲点よりも低温側の領域にある形態を包含する。
　本発明に係る暖房制御装置では、前記第１領域及び前記第２領域は、いずれも前記関数において相互に傾きの異なる１次関数である形態を包含する。
　本発明に係る暖房制御装置では、前記減少部は、変曲点を有さない曲線である形態を包含する。
　本発明に係る暖房制御装置では、前記加熱量制御プロファイルは、前記第１減少部よりも低温側に、前記温度が低温側から高温側に上昇しても前記加熱量が一定である一定部を有する形態を包含する。
　本発明に係る暖房制御装置では、前記第２減少部は、前記目標温度よりも高温側に、前記加熱量を所定の加熱量に保持する放熱量対応領域を有することが好ましい。
　本発明に係る流体加熱ユニットは、通電によって発熱してクーラントを加熱するヒータと、スイッチング動作によって前記ヒータに電力を供給するトランジスタと、本発明に係る暖房制御装置と、を備え、該暖房制御装置は、前記トランジスタの前記スイッチング動作を制御することを特徴とする。
　本発明に係る暖房サイクル装置は、循環流路と、該循環流路に充填されたクーラントと、該クーラントを前記循環流路にて循環させるポンプと、前記クーラントを温調する本発明に係る流体加熱ユニットと、前記クーラントを放熱する放熱器と、を備え、前記クーラントは、前記流体加熱ユニットにおいて前記ヒータが前記トランジスタによって通電されることで加熱されることを特徴とする。
　本発明に係る車両用空調装置は、本発明に係る暖房サイクル装置を備え、車両に搭載される車両用空調装置であって、前記車両は電気モータによる走行が可能とされ、前記車両用空調装置は、車室内に供給される空気の温度を調整する温調ユニットを有し、前記放熱器は前記温調ユニットの内部に配置される温水式熱交換器であることを特徴とする。
　本発明に係る制御プログラムは、本発明に係る暖房制御装置に、前記加熱量制御プロファイルに基づいて前記トランジスタのスイッチング動作の制御を行う処理を実行させることを特徴とする。
　本開示によれば、早期に目標温度に到達し、かつ、目標温度に対する温度の変動が小さい制御ができる暖房制御装置及び制御プログラム、流体加熱ユニット、暖房サイクル装置及びそれを備える車両用空調装置を提供することができる。
本実施形態に係る流体加熱ユニット、暖房サイクル装置及びそれを備える車両用空調装置の一例を示すブロック図である。 加熱量制御プロファイルの第一例を示す図である。 加熱量制御プロファイルの第二例を示す図である。 加熱量制御プロファイルの第三例を示す図である。 加熱量制御プロファイルの第四例を示す図である。 加熱量制御プロファイルの第五例を示す図である。 加熱量制御プロファイルから排除されるプロファイルの第一例を示す図である。 加熱量制御プロファイルから排除されるプロファイルの第二例を示す図である。 加熱量制御プロファイルから排除されるプロファイルの第三例を示す図である。 加熱量制御プロファイルから排除されるプロファイルの第四例を示す図である。 暖房サイクル装置のデューティ制御の一例を示す図であり、（ａ）は一定部におけるデューティ制御、（ｂ）は減少部の任意の温度におけるデューティ制御、（ｃ）は放熱量対応領域の任意の温度におけるデューティ制御を示す。 実施例１の加熱時間とクーラント温度との関係を示す図である。 比較例１の加熱時間とクーラント温度との関係を示す図である。 比較例２の加熱時間とクーラント温度との関係を示す図である。
　以下、添付の図面を参照して本発明の一態様を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。本発明の効果を奏する限り、種々の形態変更をしてもよい。
　図１は、本実施形態に係る暖房サイクル装置及びそれを備える車両用空調装置の一例を示すブロック図である。本実施形態に係る暖房制御装置６は、通電によって発熱して車両用空調装置９００に搭載される放熱器７に供給されるクーラントを加熱するヒータ４へ、スイッチング動作によって電力を供給するトランジスタ５を制御する暖房制御装置において、暖房制御装置６は、図２～図６に示す加熱量制御プロファイル１００（１００Ａ～１００Ｅ）に基づいてトランジスタ５のスイッチング動作を制御し、トランジスタ５のオン‐オフのデューティ比を変更してヒータ４による加熱量を調整し、加熱量制御プロファイル１００（１００Ａ～１００Ｅ）は、図２～図６に示すように、クーラントの温度Ｔとヒータによる加熱量Ｅとの関係を示す関数であり、かつ、温度Ｔがクーラントの目標温度Ｔｔをまたがって低温側から高温側に上昇するにしたがって加熱量Ｅが減少する減少部１１０を有し、減少部１１０は、温度Ｔが目標温度Ｔｔ以下の温度範囲にあるときの第１減少部１１１と、温度Ｔが目標温度Ｔｔ以上の温度範囲にあるときの第２減少部１１２と、を有し、かつ、第１減少部１１１と第２減少部１１２とは目標温度Ｔｔにおいて等しい加熱量Ｅを有し、第１減少部１１１及び第２減少部１１２は、いずれも関数において負の傾きを有し、第１減少部１１１は、第１領域１１１Ａと第１領域１１１Ａよりも高温側の第２領域１１１Ｂとを有し、第２領域１１１Ｂ内の任意の温度における加熱量制御プロファイル１００（１００Ａ～１００Ｅ）の傾きは、第１領域１１１Ａ内の任意の温度における加熱量制御プロファイル１００（１００Ａ～１００Ｅ）の傾きよりも負の傾きが大きい。
　本実施形態に係る流体加熱ユニット１０は、通電によって発熱してクーラントを加熱するヒータ４と、スイッチング動作によってヒータ４に電力を供給するトランジスタ５と、本実施形態に係る暖房制御装置６と、を備え、暖房制御装置６は、トランジスタ５のスイッチング動作を制御する。
　流体加熱ユニット１０は、トランジスタ５がヒータ４に電力を供給してヒータ４が発熱することで車両用空調装置の放熱器７に供給されるクーラントを加熱する。このとき、暖房制御装置６がトランジスタ５のスイッチング動作を、加熱量制御プロファイル１００（１００Ａ～１００Ｅ）に基づいて制御し、トランジスタ５のオン‐オフのデューティ比を変更してヒータ４による加熱量を調整することで、クーラントが温調される。
　本実施形態に係る暖房サイクル装置１は、循環流路２と、循環流路２に充填されたクーラントと、クーラントを循環流路２にて循環させるポンプ３と、クーラントを温調する本実施形態に係る流体加熱ユニット１０と、クーラントを放熱する放熱器７と、を備え、クーラントは、流体加熱ユニット１０においてヒータ４がトランジスタ５によって通電されることで加熱される。
　暖房サイクル装置１は、車両用空調装置において暖房用の温風を流体加熱ユニット１０で温調されたクーラントと放熱器７を通過する空気とを熱交換することによって、生成する装置である。
　循環流路２は、と、放熱器７のクーラントの流出口とポンプ３とを接続する配管１２と、ポンプ３とタンクの導入口１０ｂとを接続する配管１３とを含む。そして、クーラントは、ポヒータ４を収容するタンク（不図示）の導出口１０ａと放熱器７のクーラントの流入口とを接続する配管１１ンプ３によって送られて、配管１３を通じて導入口１０ｂからタンク（不図示）内の加熱室に導入されてタンクに内蔵されたヒータ４によって加熱される。続いて、加熱されたクーラントは、タンクの導出口１０ａから導出され、配管１１を通って放熱器７に送られ、放熱されて空調用空気を温める。放熱器７を通過したクーラントは、配管１２を通ってポンプ３に吸い込まれて循環する。
　クーラント（不図示）は常温において液状であり、例えば、水にエチレングリコール又はグリセリンを溶解させた熱媒体である。
　流体加熱ユニット１０は、特許文献２に記載された流体制御ユニットのように、ヒータ４と、ヒータ４を収容するタンク（不図示）と、タンクの上壁に配置されたトランジスタ５とを備える。
　ヒータ４は通電されることで発熱する電気発熱体であり、特に限定されず、例えば、ニクロム線が金属パイプで包まれたシーズヒータが利用される。タンクは、クーラントが流れるとともにヒータ４を収容する加熱室を有する。加熱室は、導入口１０ｂを介して加熱前のクーラントが導入され、導出口１０ａを介して加熱後のクーラントが導出される。加熱室は、導出口１０ａの近傍に、加熱後のクーラントの温度Ｔを検知する温度センサ５０を有することが好ましい。温度センサ５０は、導出口１０ａに設けることがより好ましい。
　トランジスタ５は、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であることが好ましい。トランジスタ５は、バッテリ８に電気的に接続される。また、トランジスタ５は、制御装置６に電気的に接続され、暖房制御装置６からの指令信号に応じてスイッチング動作する。トランジスタ５は、スイッチング動作によってヒータ４への電力の供給を制御する。トランジスタ５のオン‐オフのデューティ比を変更することによって、ヒータ４による加熱量を調整し、クーラントに与える熱量を調整することができる。流体加熱ユニット１０は、少なくとも、ヒータ４、トランジスタ５、暖房制御装置６、これらを接続してバッテリ８と電気回路を構成する電気配線５１を有して構成される。
　暖房制御装置６は、加熱量制御プロファイル１００（１００Ａ～１００Ｅ）に基づいてトランジスタ５のスイッチング動作を制御する。
　本実施形態に係る制御プログラムは、本実施形態に係る暖房制御装置６に、加熱量制御プロファイル（１００（１００Ａ～１００Ｅ））に基づいてトランジスタ５のスイッチング動作の制御を行う処理を実行させる。暖房制御装置６は、記憶部（不図示）を有し、記憶部から読みだされた制御プログラムを実行することによって暖房制御装置として機能する。制御プログラムの実行は、例えば次のプロセスを含む。まず、クーラントの現在の温度Ｔを検知し、加熱量制御プロファイル（１００（１００Ａ～１００Ｅ））に適用して、現在の温度Ｔに応じた「ヒータ４による加熱量Ｅ」を読み取る。次いで、図１１のようにＤｕｔｙ制御を実施して「現在の温度Ｔに応じた加熱量Ｅ」がヒータ４に与えられるよう、トランジスタ５を制御する。
　放熱器７は、温水式熱交換器である。
　温度センサ５０は、流体加熱ユニット１０に設ける場合に代えて、循環回路２のうち、ヒータ４を収容するタンク（不図示）の導出口１０ａと放熱器７のクーラントの流入口とを接続する配管１１に設けてもよい。
　加熱量制御プロファイル１００（１００Ａ～１００Ｅ）は、図２～図６に示すように、クーラントの温度Ｔとヒータによる加熱量Ｅとの関係を示す関数である。図２～図６では、加熱量制御プロファイル１００（１００Ａ～１００Ｅ）は、横軸をクーラントの温度Ｔとし、縦軸をヒータ４による加熱量Ｅとしたグラフとして表示されている。クーラントの温度Ｔは、例えば、流体加熱ユニット１０の導出口１０ａから導出されるクーラントの温度であることが好ましく、単位は例えば℃である。ヒータ４による加熱量Ｅは、例えば、トランジスタ５のオン‐オフのデューティ比によって調整される値であり、単位は例えばＫＷ／ｈである。
　減少部１１０は、温度Ｔがクーラントの目標温度Ｔｔをまたがって低温側から高温側に上昇するにしたがって加熱量Ｅが減少する部分である。減少部１１０は、図２～図６では、加熱量Ｅが減少し始める温度Ｔ１から加熱量Ｅが限りなくゼロに近づく温度Ｔｅ又は加熱量Ｅがゼロとなる温度（不図示）までの温度範囲である。減少部１１０を開始する温度Ｔ１は、｛目標温度Ｔｔ｝－１０℃であることが好ましく、｛目標温度Ｔｔ｝－８℃であることがより好ましい。目標温度Ｔｔは、例えば、８０～８５℃である。
　第１減少部１１１は、減少部１１０のうち加熱量Ｅが減少し始める温度Ｔ１から目標温度Ｔｔ以下までの温度範囲である。第１減少部１１１は、第１領域１１１Ａと第１領域１１１Ａよりも高温側の第２領域１１１Ｂとを有する。第１領域１１１Ａと第２領域１１１Ｂとの境界は、特に限定されず、図２では、一例として減少部１１０を開始する温度Ｔ１と目標温度Ｔｔとの間の範囲を二等分した温度Ｔ３としたが、任意の温度であってもよい。
　第２減少部１１２は、減少部１１０のうち目標温度Ｔｔ以上加熱量Ｅが限りなくゼロに近づく温度Ｔｅ又は加熱量Ｅがゼロとなる温度（不図示）までの温度範囲である。
　図２～図６に示すように、第１減少部１１１と第２減少部１１２とは目標温度Ｔｔにおいて等しい加熱量Ｅを有する。このため、図７又は図８に示すように、目標温度Ｔｔにおいて加熱量が低下するプロファイル２００，２０１は、加熱量制御プロファイル１００から除外される。図７は、単純なオンオフ制御であり、図８は、図７の変形例である。図７又は図８に示すようなプロファイル２００，２０１では、目標温度Ｔｔで加熱量Ｅが急激に小さくなるため、目標温度に対する温度の変動が大きくなる。クーラントは放熱器７で放熱されており、昇温して目標温度Ｔｔに到達したからといっていきなり加熱量を「ゼロ」とすると、クーラント温度Ｔが目標温度から急激に低下するためである。
　図２～図６に示すように、第１減少部１１１及び第２減少部１１２は、いずれも関数において負の傾きを有し、かつ、第２領域１１１Ｂ内の任意の温度における加熱量制御プロファイル１００（１００Ａ～１００Ｅ）の傾きは、第１領域１１１Ａ内の任意の温度における加熱量制御プロファイル１００（１００Ａ～１００Ｅ）の傾きよりも負の傾きが大きい。これによって、早期に目標温度に到達させることができ、かつ、目標温度に対する温度の変動を小さくすることができる。例えば、図９に示すように、第１減少部１１１において傾きが常に一定であるプロファイル２０２、図１０に示すように、第２領域１１１Ｂ内の任意の温度における傾きが第１領域１１１Ａ内の任意の温度における傾きよりも負の大きさが小さいプロファイル２０３は、加熱量制御プロファイル１００から除外される。これら図９又は図１０に示すようなプロファイル２０２，２０３では、昇温速度が遅くなり、早期に目標温度に到達させることができない。
　本実施形態に係る暖房サイクル装置では、図２～図６に示すように、加熱量制御プロファイル１００（１００Ａ～１００Ｅ）は、第１減少部１１１よりも低温側に、温度Ｔが低温側から高温側に上昇しても加熱量Ｅが一定である一定部１２０を有する形態を包含する。
　本実施形態に係る暖房サイクル装置では、図２～図６に示すように、第２減少部１１２は、目標温度Ｔｔよりも高温側に、加熱量Ｅを所定の加熱量に保持する放熱量対応領域１１２Ａを有することが好ましい。放熱量対応領域１１２Ａは加熱量Ｅをゼロに近づけるがゼロとはしない領域である。放熱量対応領域１１２Ａの終了時Ｔｅは、｛目標温度Ｔｔ＋８℃｝±１℃であることがより好ましい。放熱量対応領域１１２Ａの開始時Ｔ２は、例えば、｛目標温度Ｔｔ＋４℃｝±１℃であることが好ましい。放熱器７では放熱をしており、昇温して目標温度Ｔｔを超えたからといっていきなり加熱量を「ゼロ」とすると、クーラント温度Ｔが目標温度を下回り、温度のハンチングにつながるところ、放熱量対応領域１１２Ａを設けることで、温度のハンチングを抑制することができる。
　加熱量制御プロファイル１００（１００Ａ～１００Ｅ）において、加熱量Ｅが０となる温度Ｔは、９０℃であることが好ましい。９０℃を超えると、クーラントに溶けている成分の意図しない析出、又はクーラントと伝熱線との界面での気泡発生による熱伝導の低下など、不都合が発生する場合がある。
　次に、各加熱量制御プロファイル１００（１００Ａ～１００Ｅ）の例についてより詳細に説明する。
　図２は、加熱量制御プロファイルの第一例を示す図である。本実施形態に係る暖房サイクル装置では、図２に示すように、減少部１１０が、変曲点Ｐを有する曲線であり、変曲点Ｐとなる温度Ｔは、目標温度Ｔｔと一致する形態を包含する。第一例の加熱量制御プロファイル１００（１００Ａ）は、例えば１５分以内に目標温度Ｔｔに到達し、かつ、目標温度Ｔｔに対する温度を例えば｛目標温度Ｔｔ｝±１℃の範囲内に制御することができる。また、変曲点Ｐとなる温度Ｔが目標温度Ｔｔと一致するため、目標温度Ｔｔに対する温度の変動をより小さく制御することができる。
　図３は、加熱量制御プロファイルの第二例を示す図である。本実施形態に係る暖房サイクル装置では、図３に示すように、減少部１１０が、変曲点Ｐを有する曲線であり、変曲点Ｐとなる温度Ｔは、目標温度Ｔｔよりも高い形態を包含する。変曲点Ｐとなる温度Ｔは、｛目標温度Ｔｔ｝＋０度を超え＋４℃以下であることが好ましく、｛目標温度Ｔｔ｝＋１℃以上＋２℃以下であることがより好ましい。変曲点Ｐとなる温度Ｔが｛目標温度Ｔｔ｝＋４℃を超えると、目標温度に対してクーラントが加熱されすぎる場合がある。第二例の加熱量制御プロファイル１００（１００Ｂ）は、例えば１５分以内に目標温度Ｔｔに到達し、かつ、目標温度Ｔｔに対する温度を例えば｛目標温度Ｔｔ｝±１℃の範囲内に制御することができる。また、変曲点Ｐとなる温度Ｔが目標温度Ｔｔよりも高温側にあるため、クーラントの温度Ｔが目標温度Ｔｔであるときにヒータによる加熱量Ｅを比較的大きく設定することが容易となり、特に放熱器７での放熱量が比較的多い車両用空調装置９００において、好適に目標温度Ｔｔに対する温度の変動を小さく制御することができる。
　図４は、加熱量制御プロファイルの第三例を示す図である。本実施形態に係る暖房サイクル装置では、図４に示すように、減少部１１０は、変曲点Ｐを有する曲線であり、変曲点Ｐとなる温度Ｔは、目標温度Ｔｔよりも低く、第２領域１１１Ｂは、変曲点Ｐよりも低温側の領域にある形態を包含する。変曲点Ｐとなる温度Ｔは、｛目標温度Ｔｔ｝－４℃以上０℃未満であることが好ましく、｛目標温度Ｔｔ｝－１℃以上－２℃以下であることがより好ましい。変曲点Ｐとなる温度Ｔが｛目標温度Ｔｔ｝－４℃未満では、目標温度Ｔｔに到達させる時間が長くなる場合がある。第三例の加熱量制御プロファイル１００（１００Ｃ）では、第１減少部１１１は、変曲点Ｐとなる温度よりも高温側の領域である第３領域１１１Ｃを包含する。第三例の加熱量制御プロファイル１００（１００Ｃ）は、例えば１５分以内に目標温度Ｔｔに到達し、かつ、目標温度Ｔｔに対する温度を例えば｛目標温度Ｔｔ｝±１℃の範囲内に制御することができる。また、変曲点Ｐとなる温度Ｔが目標温度Ｔｔよりも低温側にあるため、クーラントの温度Ｔが目標温度Ｔｔであるときにヒータによる加熱量Ｅを比較的小さく設定することが容易となり、特に放熱器７での放熱量が比較的少ない車両用空調装置９００において、好適に目標温度Ｔｔに対する温度の変動を小さく制御することができる。
　図５は、加熱量制御プロファイルの第四例を示す図である。本実施形態に係る暖房サイクル装置では、図５に示すように、第１領域１１１Ａ及び第２領域１１１Ｂは、いずれも関数において相互に傾きの異なる１次関数である形態を包含する。第四例の加熱量制御プロファイル１００（１００Ｄ）は、例えば１５分以内に目標温度Ｔｔに到達し、かつ、目標温度Ｔｔに対する温度を例えば｛目標温度Ｔｔ｝±１℃の範囲内に制御することができる。
　図６は、加熱量制御プロファイルの第五例を示す図である。本実施形態に係る暖房サイクル装置では、図６に示すように、減少部１１０は、変曲点を有さない曲線である形態を包含する。第五例の加熱量制御プロファイル１００（１００Ｅ）は、例えば１５分以内に目標温度Ｔｔに到達し、かつ、目標温度Ｔｔに対する温度を例えば｛目標温度Ｔｔ｝±１℃の範囲内に制御することができる。
　図１１は、暖房サイクル装置のデューティ制御の一例を示す図であり、（ａ）は一定部におけるデューティ制御、（ｂ）は減少部の任意の温度におけるデューティ制御、（ｃ）は放熱量対応領域の任意の温度におけるデューティ制御を示す。減少部１１０（図２～図６に図示）におけるデューティ比を、一定部１２０（図２～図６に図示）におけるデューティ比よりも小さくする。減少部１１０では、デューティ比を時間経過に伴って次第に小さくしていくことで、図２～図６に示すようにヒータ４による加熱量Ｅを調整する。あるいは、減少部１１０では、デューティ比をクーラントの温度上昇に伴って次第に小さくしていくことで、図２～図６に示すようにヒータ４による加熱量Ｅを調整する。
　デューティ制御の周期は、特に限定されないが、例えば、０．０１５～０．０２５秒であることが好ましい。図１１（ａ）～（ｃ）では、ディーティ制御の周期を一例として０．０２秒としている。一定部１２０（図２～図６に図示）におけるデューティ比は、特に限定されないが、６０％以上１００％以下であることが好ましい。図１１（ａ）では、一例として、一定部１２０（図２～図６に図示）におけるデューティ比を８０％としている。減少部１１０（図２～図６に図示）の任意の温度におけるデューティ比は、特に限定されないが、３０％以上６０％未満であることが好ましい。図１１（ｂ）では、一例として目標温度Ｔｔ（図２に図示）におけるデューティ比を５０％としている。放熱量対応領域の任意の温度におけるデューティ比は、特に限定されないが、０％を超え３０％未満であることが好ましい。図１１（ｃ）では、一例として放熱量対応領域の任意の温度におけるデューティ比を２０％としている。
　図２乃至図４で示す加熱量制御プロファイルにおいて、変曲点Ｐの加熱量は、一定部１２０における加熱量に対して、７０％以下であることが好ましく、６０％以下であることがより好ましい。変曲点Ｐの加熱量が一定部１２０の加熱量の７０％を超えると、クーラントの温度を昇温して目標温度Ｔｔを超えたのちも必要以上に加熱が継続され、クーラントの温度Ｔを目標温度Ｔｔに近似するように制御することが困難となる。変曲点Ｐの加熱量の下限値は特に限定されないが、一定部１２０における加熱量に対して、３０％以上であることが好ましく、４０％以上であることがより好ましい。変曲点Ｐの加熱量が一定部１２０の加熱量の３０％未満では、クーラントの温度が目標温度Ｔｔに近づいたときに加熱量が不足し、クーラントの温度が目標温度Ｔｔに到達する時間が長くなる場合がある。
　本実施形態に係る車両用空調装置９００は、図１に示すように、本実施形態に係る暖房サイクル装置１を備え、車両に搭載される車両用空調装置であって、車両は電気モータによる走行が可能とされ、車両用空調装置９００は、車室内に供給される空気の温度を調整する温調ユニット９０１を有し、放熱器７は温調ユニット９０１の内部に配置される温水式熱交換器である。
　車両用空調装置９００は、ブロワユニット９０４と、温調ユニット９０１と、を有する。ブロワユニット９０４には、図示しない内気導入口及び／又は外気導入口から取り入れた空気を空気流路９０３に向けて送風する送風機９０２が配置される。温調ユニット９０１の内部空間は空気流路９０３であり、空気流路９０３には、温水式熱交換器（放熱器）７が配置される。温水式熱交換器７の空気流路９０３の上流側には、ブロワユニット９０４から送られてきた空気を必要に応じて除湿・冷却する冷却用熱交換器（不図示）と、冷却用熱交換器と温水式熱交換器７との間に配置されて温水式熱交換器７を通過する空気と温水式熱交換器７をバイパスする空気との割合を調製するエアミックスドア（不図示）とを更に有することが好ましい。温調ユニット９０１の最下流部には、デフロスト開口部（不図示）、ベント開口部（不図示）及びフット開口部（不図示）が設けられている。各開口部は、ダクト（不図示）を介して間接的に又は直接的に、車室内の吹出口（不図示）にそれぞれ接続される。
　車両は、例えば、電気モータのみによって走行する電気自動車（ＥＶ）、電力モータ及び内燃機関を含む複数の動力源によって走行するハイブリッド車（ＨＥＶ）、又は内燃機関が発電のみを行い、その電力を用いて駆動される電気モータによって走行する車両を包含する。これらの車両では、クーラントループの総クーラント量がエンジン搭載車よりも少ない傾向にあり、流体加熱ユニットの流出点で温度ハンチングが発生すると、経路全体においてハンチングの影響が及びやすいところ、本実施形態に係る車両用空調装置に搭載される暖房サイクル装置１は温度ハンチングを小さく制御することができる。クーラントの温度のハンチングが発生すると、車両用空調装置９００がフルホットモードとして運転されている場合、車室内の吹出口から吹き出される温風の温度がハンチングして快適性が損なわれるおそれがある。あるいは、車両用空調装置９００が温度調和モードとして運転されている場合、吹き出される温風の温度を一定化するためにエアミックスドアの位置を頻繁に調整する必要があり、エアミックスドアを駆動するアクチュエータの発する作動音によって快適性が損なわれるおそれがある。
　図示しないが、送風機９０２の風量、放熱器７の上流における空気の温度、エアミックスドアより下流側の調和空気の温度を検知して暖房制御装置６に入力し、放熱器７での放熱量を推定するとともに、放熱器７での放熱量に応じて、図２乃至図４における変曲点Ｐの加熱量を変更することが好ましい。具体的には、放熱器７での放熱量が相対的に多いときには変曲点Ｐをより加熱量の多い値へと調整し、放熱器７での放熱量が相対的に少ないときには変曲点Ｐをより加熱量の少ない値へと調整する。放熱量７での放熱量が多いとき、クーラントの温度Ｔを目標温度Ｔｔに早期に到達させることができる。放熱器７での放熱量が少ないとき、クーラントの温度Ｔが目標温度Ｔｔに到達したのちに更に温度上昇することを確実に防止して、クーラントの温度Ｔを目標温度Ｔｔに近似するように制御することができる。
　以下、実施例に基づき本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、かかる実施例に何ら限定されるものではない。
（実施例１）
　暖房制御装置が、図２に示す加熱量制御プロファイルに基づいてトランジスタのスイッチング動作を制御し、トランジスタのオン‐オフのデューティ比を変更してヒータによる加熱量を調整した。目標温度は８０℃に設定した。図１２は、実施例１の加熱時間とクーラント温度との関係を示す図である。図１２において、符号３０１を付した領域は図２の一定部１２０に相当し、符号３０２を付した領域は第１減少部１１１に相当し、符号３０３を付した領域は第２減少部１１２に相当する。
（比較例１）
　加熱量制御プロファイルを、図７に示すプロファイルに変更した以外は、実施例１と同様にヒータによる加熱量を調整した。目標温度は８０℃に設定した。図１３は、比較例１の加熱時間とクーラント温度との関係を示す図である。
（比較例２）
　加熱量プロファイルを、図９に示すプロファイルに変更した以外は、実施例１と同様にヒータによる加熱量を調整した。目標温度は８０℃に設定した。図１４は、比較例２の加熱時間とクーラント温度との関係を示す図である。
　実施例１は、図１２に示すように、目標温度に到達する時間が１５分以内であり、短時間で目標温度に到達することができた。さらに、目標温度に対する温度の変動は、目標温度±１℃の範囲内であり、温度の変動を小さく制御することができた。これに対して、比較例１は、図１３に示すように、目標温度に到達する時間が１５分以内であったが、目標温度に対する温度の変動が目標温度±５℃であり、温度の変動が大きかった。比較例２は、図１４に示すように、目標温度に対する温度の変動が目標温度±１℃の範囲内であったが、目標温度に到達する時間が２０分を超え、目標温度に到達する時間が長かった。
１　暖房サイクル装置
２　循環流路
３　ポンプ
４　ヒータ
５　トランジスタ
６　暖房制御装置
７　放熱器
８　バッテリ
１０　流体加熱ユニット
１０ａ　導出口
１０ｂ　導入口
１１，１２，１３　配管
５０　温度センサ
１００（１００Ａ～１００Ｅ）　加熱量制御プロファイル
１１０　減少部
１１１　第１減少部
１１２　第２減少部
１１１Ａ　第１領域
１１１Ｂ　第２領域
１１１Ｃ　第３領域
１１２Ａ　放熱量対応領域
２００，２０１，２０２，２０３　プロファイル
９００　車両用空調装置
９０１　温調ユニット
９０２　送風機
９０３　空気流路
９０４　ブロワユニット
Ｐ　変曲点

Claims (12)

  1. 　通電によって発熱して車両用空調装置に搭載される放熱器（７）に供給されるクーラントを加熱するヒータ（４）へ、スイッチング動作によって電力を供給するトランジスタ（５）を制御する暖房制御装置（６）において、
    　該暖房制御装置（６）は、加熱量制御プロファイル（１００（１００Ａ～１００Ｅ））に基づいて前記トランジスタ（５）の前記スイッチング動作を制御し、前記トランジスタ（５）のオン‐オフのデューティ比を変更して前記ヒータ（４）による加熱量を調整し、
    　前記加熱量制御プロファイル（１００（１００Ａ～１００Ｅ））は、前記クーラントの温度（Ｔ）と前記ヒータ（４）による加熱量（Ｅ）との関係を示す関数であり、かつ、前記温度（Ｔ）が前記クーラントの目標温度（Ｔｔ）をまたがって低温側から高温側に上昇するにしたがって前記加熱量（Ｅ）が減少する減少部（１１０）を有し、
    　該減少部（１１０）は、前記温度（Ｔ）が前記目標温度（Ｔｔ）以下の温度範囲にあるときの第１減少部（１１１）と、前記温度（Ｔ）が前記目標温度（Ｔｔ）以上の温度範囲にあるときの第２減少部（１１２）と、を有し、かつ、前記第１減少部（１１１）と前記第２減少部（１１２）とは前記目標温度（Ｔｔ）において等しい前記加熱量（Ｅ）を有し、
    　前記第１減少部（１１１）及び前記第２減少部（１１２）は、いずれも前記関数において負の傾きを有し、
    　前記第１減少部（１１１）は、第１領域（１１１Ａ）と該第１領域（１１１Ａ）よりも高温側の第２領域（１１１Ｂ）とを有し、
    　前記第２領域（１１１Ｂ）内の任意の温度における前記加熱量制御プロファイル（１００（１００Ａ～１００Ｅ））の傾きは、前記第１領域（１１１Ａ）内の任意の温度における前記加熱量制御プロファイル（１００（１００Ａ～１００Ｅ））の傾きよりも負の傾きが大きいことを特徴とする暖房制御装置。
  2. 　前記減少部（１１０）は、変曲点（Ｐ）を有する曲線であり、
    　該変曲点（Ｐ）となる前記温度（Ｔ）は、前記目標温度（Ｔｔ）と一致することを特徴とする請求項１に記載の暖房制御装置。
  3. 　前記減少部（１１０）は、変曲点（Ｐ）を有する曲線であり、
    　該変曲点（Ｐ）となる前記温度（Ｔ）は、前記目標温度（Ｔｔ）よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の暖房制御装置。
  4. 　前記減少部（１１０）は、変曲点（Ｐ）を有する曲線であり、
    　該変曲点（Ｐ）となる前記温度（Ｔ）は、前記目標温度（Ｔｔ）よりも低く、
    　前記第２領域（１１１Ｂ）は、前記変曲点（Ｐ）よりも低温側の領域にあることを特徴とする請求項１に記載の暖房制御装置。
  5. 　前記第１領域（１１１Ａ）及び前記第２領域（１１１Ｂ）は、いずれも前記関数において相互に傾きの異なる１次関数であることを特徴とする請求項１に記載の暖房制御装置。
  6. 　前記減少部（１１０）は、変曲点（Ｐ）を有さない曲線であることを特徴とする請求項１に記載の暖房制御装置。
  7. 　前記加熱量制御プロファイル（１００（１００Ａ～１００Ｅ））は、前記第１減少部（１１１）よりも低温側に、前記温度（Ｔ）が低温側から高温側に上昇しても前記加熱量（Ｅ）が一定である一定部（１２０）を有することを特徴とする請求項１～６のいずれか一つに記載の暖房制御装置。
  8. 　前記第２減少部（１１２）は、前記目標温度（Ｔｔ）よりも高温側に、前記加熱量（Ｅ）を所定の加熱量に保持する放熱量対応領域（１１２Ａ）を有することを特徴とする請求項１～７のいずれか一つに記載の暖房制御装置。
  9. 　通電によって発熱してクーラントを加熱するヒータ（４）と、スイッチング動作によって前記ヒータ（４）に電力を供給するトランジスタ（５）と、請求項１～８のいずれか一つに記載の暖房制御装置（６）と、を備え、
    　該暖房制御装置（６）は、前記トランジスタ（５）の前記スイッチング動作を制御することを特徴とする流体加熱ユニット（１０）。
  10. 　循環流路（２）と、該循環流路（２）に充填されたクーラントと、該クーラントを前記循環流路（２）にて循環させるポンプ（３）と、前記クーラントを温調する請求項９に記載の流体加熱ユニット（１０）と、前記クーラントを放熱する放熱器（７）と、を備え、
    　前記クーラントは、前記流体加熱ユニット（１０）において前記ヒータ（４）が前記トランジスタ（５）によって通電されることで加熱されることを特徴とする暖房サイクル装置。
  11. 　請求項１０に記載の暖房サイクル装置（１）を備え、車両に搭載される車両用空調装置（９００）であって、
    　前記車両は電気モータによる走行が可能とされ、
    　前記車両用空調装置（９００）は、車室内に供給される空気の温度を調整する温調ユニット（９０１）を有し、
    　前記放熱器（７）は前記温調ユニット（９０１）の内部に配置される温水式熱交換器であることを特徴とする車両用空調装置。
  12. 　請求項１～８のいずれか一つに記載の暖房制御装置（６）に、前記加熱量制御プロファイル（１００（１００Ａ～１００Ｅ））に基づいて前記トランジスタ（５）のスイッチング動作の制御を行う処理を実行させることを特徴とする制御プログラム。
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