JP4494545B2 - 自動車用電動コンプレッサの駆動装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車用空調装置に用いる電動コンプレッサの駆動装置に関し、特に、電気自動車または複数の動力源を有するハイブリッド自動車に好適な電動コンプレッサの駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車において、複数の動力源を組み合わせて低公害化や省エネルギー化を図ったハイブリッド自動車が開発されている。一般に、ハイブリッド自動車は動力源としてはガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンのような内燃機関と、電気により動作する電動モータとを搭載しており、これらを単独でまたは協調させて作動させることにより動力を得るようになっている。
【０００３】
図８は、動力源としてエンジンと電動モータとを備えたハイブリッド自動車における電力供給系統を示した図である。このハイブリッド自動車では、通常走行時はエンジン１１により車輪が駆動される。電動モータ１３はエンジン１１に連結されており、走行中はエンジン１１を動力源として発電機として動作し、また、スタート時は車輪を駆動する動力源として動作する。電動モータ１３により発電された電力はバッテリ１９に充電され、自動車内の電気的負荷に供給される。
【０００４】
電気的負荷にはパワー系負荷３１と信号系負荷３３とがある。パワー系負荷３１は主に大きな電力を消費する負荷であり、車内の空調を行う空調装置や、ステアリングのパワーアシストを行うための装置や、エンジン１１の冷却用ファンモータ等が含まれる。ステアリングのパワーアシストを行うための装置は乗員がステアリングを操舵したときのみに一時的に動作し、また、冷却用ファンモータは電力消費量がそれ程大きくないのに対して、電動コンプレッサを用いた空調装置は時間的に連続して使用されかつ電力消費量が大きいため、バッテリ１９の充放電に対して特に大きな影響を与える。一方、信号系負荷３３には主にパワー系負荷３１を制御するための制御回路や、パワー系負荷３１と比較して少ない電力で動作する小型モータ等が含まれ、それらはパワー系負荷３１と比較して少ない電力で動作する。パワー系負荷３１に対しては例えばバッテリ１９から３６Ｖ電圧が供給され、信号系負荷３３に対してはこの３６Ｖ電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ２１で１２Ｖに変換された電圧がバッテリ２２を介して供給される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このようなハイブリッド自動車では、スタート時になめらかな加速特性を得るため、スタートしてから所定の速度に達するまでは電動モータ１３により車輪を駆動し、もしくは、エンジン１１による車輪の駆動を補助する。したがって、この間、電動モータ１３は発電機として動作せず、バッテリ１９の充電は行われない。車両がスタートしてから所定速度まで達すると、動力源が電動モータ１３から完全にエンジン１１へ切り換わり、電動モータ１３は発電機として動作するようになり、バッテリ１９を充電する。また、このようなハイブリッド自動車では、環境問題の点から、信号待ち等の一時的な停車中においてエンジン１１のアイドリングを停止させるための制御（以下「アイドルストップ制御」という。）を行うようになっている。
【０００６】
一般に、自動車用の空調装置は、自動車の走行中、停車中にかかわらず連続して動作する。したがって、前述のようにスタート時や、アイドルストップ制御を行う場合のように空調装置を作動させている状態で停車した時は、エンジン１１が停止するため発電されず、バッテリ１９が充電されない。一方、空調装置は比較的大きな電力を消費するため、この間もバッテリ１９に蓄積された電気量は大幅に減少しつづける。したがって、走行と停止を繰り返す渋滞時では、バッテリ１９からの放電が走行時のバッテリ１９への充電を上回る場合があり、この場合、バッテリ１９に蓄積された電気量が除々に減少し、やがてバッテリ１９による電力供給が不可能になってしまう場合がある。
【０００７】
図９は、渋滞時において空調装置を運転させながら走行と停止とを繰り返したときの電動モータ１３の発電量やバッテリ１９の放電状態等を示した図である。図９において、（ａ）は車両の速度の時間変化を示し、（ｂ）は電動モータ１３の発電量の時間変化を示す。図９の（ｃ）は、パワー系負荷の中でも大きな電力を要する空調装置における電動コンプレッサを駆動する駆動装置の出力（図中では「インバータ出力」と表記）の時間変化を示す。このインバータ出力の大きさはバッテリ１９の充放電量に大きく影響を与える。図９の（ｄ）はバッテリ１９の放電（または充電）の度合いを示す放電深度の時間変化を示す。図９の（ａ）において、自動車は期間Ｐ１、Ｐ３、Ｐ５、Ｐ７において走行し、期間Ｐ２、Ｐ４、Ｐ６において停止するという渋滞時の走行を行っている。なお、図９において期間Ｐ１の始りではバッテリ１９は十分に充電されているとする。
【０００８】
停止期間（例えば、期間Ｐ２、Ｐ４、Ｐ６）中では、電動モータ１３による発電が行われないため、バッテリ１９は充電されない。しかし、空調装置は動作しているためバッテリ１９に蓄積された電気量は減少する。したがって、図９の（ｄ）に示すように、この期間Ｐ２、Ｐ４、Ｐ６においてバッテリ１９の充電状態を示すバッテリの放電深度は下降する。
【０００９】
一方、走行期間（例えば、期間Ｐ３、Ｐ５、Ｐ７）中では、電動モータ１３が発電機として働き、バッテリ１９を充電する。同時に、空調装置が動作しているためバッテリ１９の放電深度は大きくなる。このとき、バッテリ１９の充電が放電を上回るため、図９の（ｄ）に示すように期間Ｐ３'、Ｐ５'、Ｐ７'においてバッテリ１９の放電深度は小さくなり、上昇カーブとなる。
【００１０】
図９に示す例では、走行中の充電量が停止中の放電量を上回る場合を示しており、この場合、走行と停止が繰り返されることにより、やがてバッテリ１９が過放電状態となり電力供給能力がゼロになってしまい、自動車の走行継続が不可能となる。
【００１１】
このような問題を解決するためにバッテリ容量を大きくすることが考えられるが、バッテリ容量を大きくするには自動車内のスペースや重量等の点において問題がある。
【００１２】
本発明は上記問題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、バッテリの小容量化を可能とし、電気自動車またはハイブリッド自動車に好適な自動車用空調装置の電動コンプレッサの駆動装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る自動車用電動コンプレッサの駆動装置は、発電機により充電されるバッテリから供給される電圧を所望の電圧に変換する変換手段を備え、変換手段からの出力を用いて自動車用電動コンプレッサを駆動する自動車用電動コンプレッサの駆動装置である。さらに、自動車用電動コンプレッサの駆動装置は、発電機の発電量を検出する発電状態検出手段と、発電状態検出手段により検出された発電量が所定値より小さいときに前記変換手段の出力を所定値に制限する出力制限手段とを備える。
【００１４】
そして、この自動車用電動コンプレッサの駆動装置は、バッテリの充電状態を検出する充電状態検出手段をさらに備えてもよい。このとき、自動車用電動コンプレッサの駆動装置において、電圧制限手段は、（ａ）発電状態検出手段により検出された発電量が所定値より小さいときは、変換手段の出力を第１の出力制限値に制限し、（ｂ）発電状態検出手段により検出された発電量が所定値以上で、充電状態検出手段により検出されたバッテリの充電量が所定値より小さいときは、変換手段の出力を第１の出力制限値よりも大きい第２の出力制限値に制限する。
【００１５】
また、発電状態検出手段は、バッテリに流入する電流およびバッテリの電圧のうちの少なくとも１つに基づいて発電量を検出してもよい。また、充電状態検出手段は、バッテリに流入する電流またはバッテリの電圧のうちの少なくとも１つに基づいて充電量を検出してもよい。また、発電機が車両に搭載されたエンジンの動力を用いて発電するときは、発電状態検出手段または充電状態検出手段は、バッテリに流入する電流およびバッテリの電圧の他にさらに車両の速度およびエンジン回転数を考慮し、これらのうちの少なくとも１つに基づいて発電量または充電量をそれぞれ検出するようにしてもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、添付の図面を参照し、本発明に係る自動車用空調装置の電動コンプレッサの駆動装置の実施形態を説明する。本実施形態の自動車用空調装置の電動コンプレッサの駆動装置は、発電機の発電状態を検出し、十分な発電量が得られないときに電動コンプレッサ駆動装置の出力電圧を制限することによりバッテリの放電量を抑制する。これによりバッテリの小容量化を可能とする。
【００１７】
図１は、本発明に係る自動車用空調装置の電動コンプレッサの駆動装置を含むハイブリッド自動車における電力供給系統を示した図である。
【００１８】
図１に示すように、ハイブリッド自動車は動力源としてエンジン（内燃機関）１１と電動モータ１３とを備える。電動モータ１３は走行中は発電機として動作し、発電された電力はバッテリ１９に充電され、また所定の条件下ではエンジン１１にかわってあるいはエンジン１１と協調して動力源として動作する。バッテリ１９からは自動車内の各電気的負荷に電力が供給される。従来技術で述べたように電気的負荷にはパワー系負荷と信号系負荷とがあり、パワー系負荷に対してはバッテリ１９から電圧（例えば、３６Ｖ）が供給され、信号系負荷に対してはバッテリ２２から電圧（例えば、１２Ｖ）が供給される。バッテリ２２は、バッテリ１９からの電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ２１により所定の低い電圧に降圧された電圧により充電される。図１では、パワー系負荷の１つとして電動コンプレッサ１７を駆動する電動コンプレッサ駆動装置１５を示している。バッテリ１９からはこのほかにステアリングの駆動部等にも電圧が供給される。
【００１９】
電動コンプレッサ駆動装置１５は、複数のスイッチング素子１６ａ〜１６ｆを有するインバータ部１５ａと、そのスイッチング素子１６ａ〜１６ｆのオン・オフ動作を制御するインバータ制御部１５ｂと、所定の場合にインバータ制御部１５ｂを制御して電動コンプレッサ駆動装置１５の出力を制限する出力制御部１５ｃとからなる。さらに、電動コンプレッサ駆動装置１５は、電動モータ１３が発電機として動作するときに発電によりバッテリ１９に流入する電流を検出する電流検出器２３と、バッテリ１９の出力電圧を検出する電圧検出器２５と、車両の速度を検出する車速度検出器２７とを備える。
【００２０】
インバータ部１５ａはバッテリ１９から供給される電圧を所望の大きさの交流電圧に変換し、電動コンプレッサ１７に供給する。インバータ部１５ａから供給される交流電圧の大きさ、周波数を変化させることにより電動コンプレッサ１７の回転数を制御できる。インバータ制御部１５ｂはインバータ部１５ａのスイッチング素子１６ａ〜１６ｆをＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御するための制御信号をインバータ部１５ａに出力する。このインバータ制御部１５ｂに対しては、バッテリ２２を介して信号系負荷に対する低い電圧（１２Ｖ）が供給される。
【００２１】
インバータ制御部１５ｂは、乗員による操作パネル（図示せず）上での設定、室内温度、外気温度等に基づき、電動コンプレッサ１７が所望の回転数で駆動するようにインバータ部１５ａから出力される交流電圧の大きさ、周波数を制御する。このため、インバータ制御部１５ｂは、インバータ部１５ａのスイッチング素子１６ａ〜１６ｆをＰＷＭ制御する際のデューティ比等を変化させる。
【００２２】
出力制御部１５ｃは、電動モータ１３の発電状態（発電量）やバッテリ１９の充電状態（充電量）を検出し、発電量や充電量が少ないときにバッテリ１９の放電量を抑制するために電動コンプレッサ駆動装置１５の出力を所定値に制限するような制御信号を出力する。このとき、インバータ制御部１５ｂは出力制御部１５ｃからの制御信号に基づいて出力を制限する。これにより、電動モータ１３による発電量や、バッテリ１９の充電量が少ないときにバッテリ１９の放電量が抑制されるため、容量の小さいバッテリ１９でも使用が可能となる。
【００２３】
以下に、出力制御部１５ｃの動作について詳細に説明する。前述のように出力制御部１５ｃは、電動モータ１３の発電状態やバッテリ１９の充電状態を検出し、発電量や充電量が少ないときにバッテリ１９の放電量を抑制するために電動コンプレッサ駆動装置１５の出力（以下「インバータ出力」という。）を所定値（以下「出力制限値」という。）に制限するような制御信号を出力する。このとき、出力制御部１５ｃは電動モータ１３の発電状態やバッテリ１９の充電状態をバッテリ１９へ流入する電流、バッテリ１９の電圧または車両の速度に基づいて検出する。
【００２４】
また、出力制限値は空調装置の通常の運転時に必要とされる出力値と比較して低い値に設定される。すなわち、出力制限値は、その値で電動コンプレッサ１７を駆動した場合に得られる空調（冷房または暖房）能力は低くなるが、その出力制限値で運転してもその運転期間が短時間であるため室内温度が変化しても乗員が不快を感じない程度の値に設定される。さらに、以下に示す例では、出力制限値を第１の出力制限値と、それよりも大きな値をとる第２の出力制限値との二段階に設定し、電動コンプレッサ駆動装置１５の出力を、発電量が不十分であるときに第１の出力制限値に制限し、バッテリ１９の充電量が不十分であるときに第２の出力制限値に制限している。以下では、空調装置の通常運転時に要する出力を２．０ｋｗとし、第１の出力制限値を１．０ｋｗと、第２の出力制限値を１．５ｋｗとしている。
【００２５】
図２は、出力制御部１５ｃが電動コンプレッサ駆動装置１５の出力を制御するときの第１の制御を示すフローチャートである。第１の制御では、出力制御部１５ｃはバッテリ１９に流入する電流値ＩBに基づき電動モータ１３の発電量およびバッテリ１９の充電量を検出し、電動コンプレッサ駆動装置１５の出力を制限する。なお、本制御は車両が走行または走行準備状態にある間すなわち車両の電力系統がオンしている間、繰り返し実行される。
【００２６】
図２に示すように、出力制御部１５ｃはまず、電流検出器２３により検出されたバッテリ１９に流入する電流ＩBを読み込み（Ｓ１）、その電流ＩBがゼロより大きいか否かすなわち電動モータ１３により発電されているか否かを判断する（Ｓ２）。このように判断するのは、電動モータ１３が発電機として動作しているときは電動モータ１３からバッテリ１９へ電流ＩBが流れ、一方、電動モータ１３が発電機として動作していないとき、すなわち、電動モータ１３が車輪の駆動源として動作しているときは、バッテリ１９から電動モータ１３へ電流ＩBが流れるからである。
【００２７】
ステップＳ２において電流ＩBがゼロ以下のとき、つまり、電動モータ１３が発電していないときは、インバータ出力を第１の出力制限値に制限する。すなわち、現在のインバータ出力が１．０ｋｗ（第１の出力制限値）を超えているか否かを判断し（Ｓ７）、超えているときはインバータ出力を１．０ｋｗに下げるための制御を行う（Ｓ８）。このため、出力制御部１５ｃはインバータ出力を１．０ｋｗに下げるための制御信号をインバータ制御部１５ｂに出力する。なお、１．０ｋｗに制限されたインバータ出力で電動コンプレッサ１７を運転した場合、得られる空調能力は低くなるが、通常、この出力制限値で運転される期間は短いため、乗員は不快感を感じることはない。
【００２８】
ステップＳ２において電流ＩBがゼロより大きいとき、すなわち、電動モータ１３が発電しているときは、バッテリ１９の充電量が十分か否かを判断する。具体的には、電流ＩBが所定の電流Ｉ1より大きいか否かを判定する（Ｓ３）。この所定の電流Ｉ1は通常走行時に必要となる空調装置以外の負荷を作動させたときに必要となる電流値に設定される。電流ＩBが所定電流Ｉ1より大きいことは、発電されている電気量が十分であり、バッテリ１９が十分に充電されつつあることを示す。電流ＩBが所定の電流Ｉ1より大きくないことは、発電されている電気量が不十分であり、バッテリ１９が十分に充電されていない状態にあることを示す。ステップＳ３において電流ＩBが所定の電流Ｉ1より大きいときは、バッテリ１９の充電状態が十分であるため、出力制限を行わない（Ｓ４）。すなわち、出力制御部１５ｃはインバータ制御部１５ｂに対してインバータ出力を制限するような制御信号は出力しない。一方、ステップＳ３において電流ＩBが所定の電流Ｉ1以下のとき、つまり、充電量が十分でないときはインバータ出力を第２の出力制限値に制限する。すなわち、現在のインバータ出力が１．５ｋｗ（第２の出力制限値）を超えているか否かを判断し（Ｓ５）、超えているときはインバータ出力を１．５ｋｗに下げるための制御を行う（Ｓ６）。このため、出力制御部１５ｃはインバータ出力を１．５ｋｗに下げるための制御信号をインバータ制御部１５ｂに出力する。
【００２９】
以上のようにして、出力制御部１５ｃはバッテリ１９に流入する電流ＩBに基づき電動モータ１３の発電状態及びバッテリ１９の充電状態を検出し、これらの状態に応じて電動コンプレッサ駆動装置１５の出力を制限し、バッテリ１９の放電量を抑制する。
【００３０】
図３は、出力制御部１５ｃの第２の制御を示したフローチャートである。第２の制御では、出力制御部１５ｃは発電状態及び充電状態をバッテリ１９の電圧ＶBに基づき検出し、その電圧ＶBが所定値より低いときは電動コンプレッサ駆動装置１５の出力を制限することにより、バッテリ１９の放電を抑制する。
【００３１】
図３に示すように、出力制御部１５ｃはまず、電圧検出器２５により検出されたバッテリ１９の電圧ＶBを読み込み（Ｓ１１）、その電圧ＶBが第１の所定の電圧Ｖ1より大きいか否かを判断する（Ｓ１２）。ここで、第１の所定の電圧Ｖ1は、バッテリ１９に対して充電が行われていないことを示す電圧（例えば、３３Ｖ）に設定する。したがって、この場合、電圧ＶBが第１の所定の電圧Ｖ1より大きいときは、電動モータ１３が発電機として動作していることを示し、それ以外のときは電動モータ１３が車輪の動力源として動作していることを示す。
【００３２】
ステップＳ１２において電圧ＶBが第１の所定の電圧Ｖ1以下のときは、現在のインバータ出力が１．０ｋｗ（第１の出力制限値）を超えているか否かを判断し（Ｓ１７）、超えているときはインバータ出力を１．０ｋｗに下げるための制御を行う（Ｓ１８）。
【００３３】
ステップＳ１２において電圧ＶBが第１の所定の電圧Ｖ1より大きいとき、すなわち、電動モータ１３が発電しているときは、さらに電圧ＶBが第２の所定の電圧Ｖ2より大きいか否かを判定する（Ｓ１３）。この所定の電圧Ｖ2は、バッテリ１９が充電されているが、それが十分であるか否かを判定するための値（例えば、３８Ｖ）に設定される。
【００３４】
ステップＳ１３において電圧ＶBが第２の所定の電圧Ｖ2より大きいときは、バッテリ１９の充電量が十分であるため出力制限を行わない（Ｓ１４）。また、電圧ＶBが第２の所定の電圧Ｖ2以下のときは、現在のインバータ出力が１．５ｋｗ（第２の出力制限値）を超えているか否かを判断し（Ｓ１５）、超えているときはインバータ出力を１．５ｋｗに下げるための制御を行う（Ｓ１６）。
【００３５】
以上のようにして、出力制御部１５ｃはバッテリ１９の電圧ＶBに応じて電動コンプレッサ駆動装置１５の出力を制限する。
【００３６】
図４は、出力制御部１５ｃの第３の制御を示したフローチャートである。第３の制御では、出力制御部１５ｃは、電動モータ１３の発電状態を車両の速度ｖcに基づき検出し、その速度ｖcが低いときは電動コンプレッサ駆動装置１５の出力を所定の出力制限値に制限することにより、バッテリ１９の放電を抑制する。
【００３７】
図４に示すように、出力制御部１５ｃはまず、車速度検出器２７により検出された車両の速度ｖcを読み込み（Ｓ２１）、その速度ｖcが所定の速度ｖ1より大きいか否かを判断する（Ｓ２２）。ここで、所定の速度ｖ1は、例えば、車両がスタートして電動モータ１３による走行からエンジン１１による走行に切り換わるときの所定速度や、または、バッテリ１９の充電に対して十分な発電量が得られないような低い速度（例えば、１０ｋｍ／ｈ）に設定する。
【００３８】
ステップＳ２２において検出した速度ｖcが所定の速度ｖ1以下のときは、現在のインバータ出力が１．０ｋｗ（第１の出力制限値）を超えているか否かを判断し（Ｓ２４）、超えているときはインバータ出力を１．０ｋｗに下げるための制御を行う（Ｓ２５）。速度ｖcが所定の速度ｖ1より大きいときは（ステップＳ２２でＹＥＳ）、出力制限を行わない（Ｓ２３）。
【００３９】
以上のようにして、出力制御部１５ｃは車両の速度に応じて電動コンプレッサ駆動装置１５の出力を制限することができる。なお、エンジン１１の回転数と発電量は比例するため、図４において車両の速度のかわりにエンジン１１の回転数を用いて電動モータ１３の発電量やバッテリ１９の充電量を検出するようにしてもよい。すなわち、エンジン１１の回転数を読み込み、これを所定値と比較することにより図４のフローチャートに示す制御と同様の制御を行うようにしてもよい。
【００４０】
図５は、出力制御部１５ｃの第４の制御を示したフローチャートである。第４の制御では、出力制御部１５ｃは発電状態と充電状態をバッテリ１９に流入する電流及び車両の速度に基づいて検出し、電動コンプレッサ駆動装置１５の出力を制限する。
【００４１】
図５に示すように、出力制御部１５ｃはまず、電流検出器２３により検出されたバッテリ１９に流入する電流ＩBを読み込み（Ｓ３１）、その電流ＩBがゼロより大きいか否かを判断する（Ｓ３２）。電流ＩBがゼロ以下のとき、現在のインバータ出力が１．０ｋｗ（第１の出力制限値）を超えているか否かを判断し（Ｓ３９）、超えているときはインバータ出力を１．０ｋｗに下げるための制御を行う（Ｓ４０）。
【００４２】
一方、ステップＳ３２において電流ＩBがゼロより大きいとき、すなわち、電動モータ１３が発電しているときは、電流ＩBが所定の電流Ｉ1より大きいか否かを判定する（Ｓ３３）。電流ＩBが所定の電流Ｉ1より大きいときは車速度検出器２７により検出した車速度ｖcを読み込み（Ｓ３４）、さらに車速度ｖcが所定の速度ｖ1以上であるか否かを判断する（S３５）。判断の結果、車速度ｖcが所定の速度ｖ1以上であるときは、出力制限を行わない（Ｓ３６）。車速度ｖcが所定の速度ｖ1未満であるときは、ステップS３７に進み、前述の処理を行う。すなわち、本制御では、電流ＩBが所定電流Ｉ1より大きくても車速度ｖcが所定速度ｖ1より小さければ、充電量は不十分であると判断し、インバータ出力を第２の出力制限値に制限する。
【００４３】
また、ステップＳ３３において電流ＩBが所定の電流Ｉ1以下のときは、現在のインバータ出力が１．５ｋｗ（第２の出力制限値）を超えているか否かを判断し（Ｓ３７）、超えているときはインバータ出力を１．５ｋｗに下げるための制御を行う（Ｓ３８）。
【００４４】
以上のようにして、出力制御部１５ｃはバッテリに流入する電流及び車両の速度に応じて電動コンプレッサ駆動装置１５の出力を制限することができる。
【００４５】
図６は、出力制御部１５ｃの第５の制御を示したフローチャートである。第５の制御では、出力制御部１５ｃは発電状態と充電状態をバッテリ１９の電圧及び車両の速度に基づいて検出し、電動コンプレッサ駆動装置１５の出力を制限する。
【００４６】
図６に示すように、出力制御部１５ｃはまず、電圧検出器２５により検出されたバッテリ１９の電圧ＶBを読み込み（Ｓ４１）、その電圧ＶBが第１の所定の電圧Ｖ1より大きいか否かを判断する（Ｓ４２）。電圧ＶBが所定の電圧Ｖ1以下のときは、現在のインバータ出力が１．０ｋｗ（第１の出力制限値）を超えているか否かを判断し（Ｓ４９）、超えているときはインバータ出力を１．０ｋｗに下げるための制御を行う（Ｓ５０）。
【００４７】
一方、ステップＳ４２において電圧ＶBが所定の電圧Ｖ1より大きいときは、さらに電圧ＶBが第２の所定の電圧Ｖ2より大きいか否かを判定する（Ｓ４３）。電圧ＶBがこの所定の電圧Ｖ2より大きいときは車速度検出器２７により検出した車速度ｖcを読み込み（Ｓ４４）、車速度ｖcが所定の速度ｖ1以上であるか否かを判断する（S４５）。判断の結果、車速度ｖcが所定の速度ｖ1以上であるときは、出力制限を行わない（Ｓ４６）。車速度ｖcが所定の速度ｖ1未満であるときは、ステップS４７に進み、前述の処理を行う。すなわち、本制御では、電圧ＶBが所定電圧Ｖ2より大きくても車速度ｖcが所定速度ｖ1より小さければ、充電量は不十分であると判断し、インバータ出力を第２の出力制限値に制限する。
【００４８】
また、ステップＳ４３において電圧ＶBが第２の所定の電圧Ｖ2より大きくないときは、現在のインバータ出力が１．５ｋｗ（第２の出力制限値）を超えているか否かを判断し（Ｓ４７）、超えているときはインバータ出力を１．５ｋｗに下げるための制御を行う（Ｓ４８）。
【００４９】
以上のようにして、出力制御部１５ｃはバッテリ電圧及び車両の速度に応じても電動コンプレッサ駆動装置１５の出力を制限することができる。
【００５０】
図７は出力制御部１５ｃが上記の第１の制御を行ったときの渋滞時におけるバッテリ１９の放電深度の変化等を示した図である。図７の（ａ）、（ｂ）は図９のものと同様である。図７の（ｃ）において、実線Ａが第１の制御を行った場合のインバータ出力の変化であり、破線Ｂはそのような制御を行なわない従来の場合の変化である。また、図７の（ｄ）において、実線Ａ'が第１の制御を行った場合のバッテリの放電深度の変化であり、破線Ｂ'はそのような制御を行なわない従来の場合の変化である。
【００５１】
図７の（ａ）に示すように自動車が渋滞時において走行と停止を繰り返した場合、電動モータ１３は走行を開始してから所定時間経過後から停車するまでの間（期間Ｐ１'、Ｐ３'、Ｐ５'、Ｐ７'）発電を行う。このため、図７の（ｃ）に示すように、期間Ｐ１'、Ｐ３'、Ｐ５'、Ｐ７'では、第１の制御によりインバータ出力が第２の出力制限値（１．５ｋｗ）に制限され、期間Ｐ２、Ｐ４、Ｐ６では、第１の出力制限値（１．０ｋｗ）に制限されている。なお、図７の（ｃ）の実線Ａで示されるように、第１の出力制限値と第２の出力制限値は急激には切り換わらず徐々に切り換わる。
【００５２】
図７の（ｃ）の実線Ａで示されるようにインバータ出力が制限されることにより、第１の制御が行われない破線Ｂで示されるような場合と比較して、空調装置稼動中でかつ車両が停車しバッテリ１９の充電が行われない期間においてバッテリ１９の放電量を抑えることができる。このため、図７の（ｄ）の実線Ａ'に示すようにバッテリの放電深度の下降の度合いを、破線Ｂ'で示される本制御を行わない場合と比較して小さくできる。このため、破線Ｂ'が示す場合、すなわち、停車中におけるバッテリ１９の放電が走行中のバッテリ１９の充電を上回るような場合においても、本制御を行うことにより、停車中におけるバッテリ１９の放電を走行中のバッテリ１９の充電を下回るようにすることができ、バッテリ１９の充放電が繰り返される場合でも、バッテリ放電深度を一定の深度以上に保つことができる。
【００５３】
以上のように、電動コンプレッサ駆動装置１５によれば、発電量に応じて電動コンプレッサ１７に対する出力（インバータ出力）を制限することによりバッテリ１９の放電量を抑制するため、小容量のバッテリ１９の使用が可能となる。したがって、例えば、アイドルストップ制御のような信号待ちや渋滞時等の一時的な停車中にエンジンを停止させる場合であって、空調装置等の大電力を要する負荷を使用しながら一時的に停止したときでも、小容量のバッテリで継続した運転が可能となる。
【００５４】
【発明の効果】
本発明の自動車用空調装置の電動コンプレッサの駆動装置によれば、発電機の発電量を検出し、発電量が不十分であるときに電動コンプレッサの駆動装置の出力電圧を制限する。これにより、発電量が不十分であるときには、バッテリの放電を抑制できるため、車両に搭載するバッテリの容量の小型化が図れる。さらに、バッテリの充電量を検出し、発電量と合わせてバッテリの充電量に基づいて電動コンプレッサの駆動装置の出力電圧を段階的に制限してもよく、より細かな空調制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る自動車用空調装置における電動コンプレッサの駆動装置の構成及びそれに対する電力系統を示した図。
【図２】 電動コンプレッサ駆動装置の出力制御部の第１の制御を示すフローチャート。
【図３】 電動コンプレッサ駆動装置の出力制御部の第２の制御を示すフローチャート。
【図４】 電動コンプレッサ駆動装置の出力制御部の第３の制御を示すフローチャート。
【図５】 電動コンプレッサ駆動装置の出力制御部の第４の制御を示すフローチャート。
【図６】 電動コンプレッサ駆動装置の出力制御部の第５の制御を示すフローチャート。
【図７】 本発明に係る電動コンプレッサ駆動装置を搭載した車両の速度（ａ）と、電動モータによる発電量（ｂ）と、電動コンプレッサ駆動装置の出力（ｃ）と、バッテリの放電深度（ｄ）の時間変化を示した図。
【図８】 ハイブリッド自動車における電気負荷に対する電力供給系統を示した図。
【図９】 従来の電動コンプレッサ駆動装置を搭載した車両の速度（ａ）と、電動モータによる発電量（ｂ）と、電動コンプレッサ駆動装置の出力（ｃ）と、バッテリの放電深度（ｄ）の時間変化を示した図。
【符号の説明】
１１ エンジン
１３ 電動モータ（発電機）
１５ 電動コンプレッサ駆動装置
１５ａ インバータ部
１５ｂ インバータ制御部
１５ｃ 出力制御部
１７ 電動コンプレッサ
１９ バッテリ
２３ 電流検出器
２５ 電圧検出器
２７ 車速度検出器
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車用空調装置に用いる電動コンプレッサの駆動装置に関し、特に、電気自動車または複数の動力源を有するハイブリッド自動車に好適な電動コンプレッサの駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車において、複数の動力源を組み合わせて低公害化や省エネルギー化を図ったハイブリッド自動車が開発されている。一般に、ハイブリッド自動車は動力源としてはガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンのような内燃機関と、電気により動作する電動モータとを搭載しており、これらを単独でまたは協調させて作動させることにより動力を得るようになっている。
【０００３】
図８は、動力源としてエンジンと電動モータとを備えたハイブリッド自動車における電力供給系統を示した図である。このハイブリッド自動車では、通常走行時はエンジン１１により車輪が駆動される。電動モータ１３はエンジン１１に連結されており、走行中はエンジン１１を動力源として発電機として動作し、また、スタート時は車輪を駆動する動力源として動作する。電動モータ１３により発電された電力はバッテリ１９に充電され、自動車内の電気的負荷に供給される。
【０００４】
電気的負荷にはパワー系負荷３１と信号系負荷３３とがある。パワー系負荷３１は主に大きな電力を消費する負荷であり、車内の空調を行う空調装置や、ステアリングのパワーアシストを行うための装置や、エンジン１１の冷却用ファンモータ等が含まれる。ステアリングのパワーアシストを行うための装置は乗員がステアリングを操舵したときのみに一時的に動作し、また、冷却用ファンモータは電力消費量がそれ程大きくないのに対して、電動コンプレッサを用いた空調装置は時間的に連続して使用されかつ電力消費量が大きいため、バッテリ１９の充放電に対して特に大きな影響を与える。一方、信号系負荷３３には主にパワー系負荷３１を制御するための制御回路や、パワー系負荷３１と比較して少ない電力で動作する小型モータ等が含まれ、それらはパワー系負荷３１と比較して少ない電力で動作する。パワー系負荷３１に対しては例えばバッテリ１９から３６Ｖ電圧が供給され、信号系負荷３３に対してはこの３６Ｖ電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ２１で１２Ｖに変換された電圧がバッテリ２２を介して供給される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このようなハイブリッド自動車では、スタート時になめらかな加速特性を得るため、スタートしてから所定の速度に達するまでは電動モータ１３により車輪を駆動し、もしくは、エンジン１１による車輪の駆動を補助する。したがって、この間、電動モータ１３は発電機として動作せず、バッテリ１９の充電は行われない。車両がスタートしてから所定速度まで達すると、動力源が電動モータ１３から完全にエンジン１１へ切り換わり、電動モータ１３は発電機として動作するようになり、バッテリ１９を充電する。また、このようなハイブリッド自動車では、環境問題の点から、信号待ち等の一時的な停車中においてエンジン１１のアイドリングを停止させるための制御（以下「アイドルストップ制御」という。）を行うようになっている。
【０００６】
一般に、自動車用の空調装置は、自動車の走行中、停車中にかかわらず連続して動作する。したがって、前述のようにスタート時や、アイドルストップ制御を行う場合のように空調装置を作動させている状態で停車した時は、エンジン１１が停止するため発電されず、バッテリ１９が充電されない。一方、空調装置は比較的大きな電力を消費するため、この間もバッテリ１９に蓄積された電気量は大幅に減少しつづける。したがって、走行と停止を繰り返す渋滞時では、バッテリ１９からの放電が走行時のバッテリ１９への充電を上回る場合があり、この場合、バッテリ１９に蓄積された電気量が除々に減少し、やがてバッテリ１９による電力供給が不可能になってしまう場合がある。
【０００７】
図９は、渋滞時において空調装置を運転させながら走行と停止とを繰り返したときの電動モータ１３の発電量やバッテリ１９の放電状態等を示した図である。図９において、（ａ）は車両の速度の時間変化を示し、（ｂ）は電動モータ１３の発電量の時間変化を示す。図９の（ｃ）は、パワー系負荷の中でも大きな電力を要する空調装置における電動コンプレッサを駆動する駆動装置の出力（図中では「インバータ出力」と表記）の時間変化を示す。このインバータ出力の大きさはバッテリ１９の充放電量に大きく影響を与える。図９の（ｄ）はバッテリ１９の放電（または充電）の度合いを示す放電深度の時間変化を示す。図９の（ａ）において、自動車は期間Ｐ１、Ｐ３、Ｐ５、Ｐ７において走行し、期間Ｐ２、Ｐ４、Ｐ６において停止するという渋滞時の走行を行っている。なお、図９において期間Ｐ１の始りではバッテリ１９は十分に充電されているとする。
【０００８】
停止期間（例えば、期間Ｐ２、Ｐ４、Ｐ６）中では、電動モータ１３による発電が行われないため、バッテリ１９は充電されない。しかし、空調装置は動作しているためバッテリ１９に蓄積された電気量は減少する。したがって、図９の（ｄ）に示すように、この期間Ｐ２、Ｐ４、Ｐ６においてバッテリ１９の充電状態を示すバッテリの放電深度は下降する。
【０００９】
一方、走行期間（例えば、期間Ｐ３、Ｐ５、Ｐ７）中では、電動モータ１３が発電機として働き、バッテリ１９を充電する。同時に、空調装置が動作しているためバッテリ１９の放電深度は大きくなる。このとき、バッテリ１９の充電が放電を上回るため、図９の（ｄ）に示すように期間Ｐ３'、Ｐ５'、Ｐ７'においてバッテリ１９の放電深度は小さくなり、上昇カーブとなる。
【００１０】
図９に示す例では、走行中の充電量が停止中の放電量を上回る場合を示しており、この場合、走行と停止が繰り返されることにより、やがてバッテリ１９が過放電状態となり電力供給能力がゼロになってしまい、自動車の走行継続が不可能となる。
【００１１】
このような問題を解決するためにバッテリ容量を大きくすることが考えられるが、バッテリ容量を大きくするには自動車内のスペースや重量等の点において問題がある。
【００１２】
本発明は上記問題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、バッテリの小容量化を可能とし、電気自動車またはハイブリッド自動車に好適な自動車用空調装置の電動コンプレッサの駆動装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る自動車用電動コンプレッサの駆動装置は、発電機により充電されるバッテリから供給される電圧を所望の電圧に変換する変換手段を備え、変換手段からの出力を用いて自動車用電動コンプレッサを駆動する自動車用電動コンプレッサの駆動装置である。さらに、自動車用電動コンプレッサの駆動装置は、発電機の発電量を検出する発電状態検出手段と、発電状態検出手段により検出された発電量が所定値より小さいときに前記変換手段の出力を所定値に制限する出力制限手段とを備える。
【００１４】
そして、この自動車用電動コンプレッサの駆動装置は、バッテリの充電状態を検出する充電状態検出手段をさらに備えてもよい。このとき、自動車用電動コンプレッサの駆動装置において、電圧制限手段は、（ａ）発電状態検出手段により検出された発電量が所定値より小さいときは、変換手段の出力を第１の出力制限値に制限し、（ｂ）発電状態検出手段により検出された発電量が所定値以上で、充電状態検出手段により検出されたバッテリの充電量が所定値より小さいときは、変換手段の出力を第１の出力制限値よりも大きい第２の出力制限値に制限する。
【００１５】
また、発電状態検出手段は、バッテリに流入する電流およびバッテリの電圧のうちの少なくとも１つに基づいて発電量を検出してもよい。また、充電状態検出手段は、バッテリに流入する電流またはバッテリの電圧のうちの少なくとも１つに基づいて充電量を検出してもよい。また、発電機が車両に搭載されたエンジンの動力を用いて発電するときは、発電状態検出手段または充電状態検出手段は、バッテリに流入する電流およびバッテリの電圧の他にさらに車両の速度およびエンジン回転数を考慮し、これらのうちの少なくとも１つに基づいて発電量または充電量をそれぞれ検出するようにしてもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、添付の図面を参照し、本発明に係る自動車用空調装置の電動コンプレッサの駆動装置の実施形態を説明する。本実施形態の自動車用空調装置の電動コンプレッサの駆動装置は、発電機の発電状態を検出し、十分な発電量が得られないときに電動コンプレッサ駆動装置の出力電圧を制限することによりバッテリの放電量を抑制する。これによりバッテリの小容量化を可能とする。
【００１７】
図１は、本発明に係る自動車用空調装置の電動コンプレッサの駆動装置を含むハイブリッド自動車における電力供給系統を示した図である。
【００１８】
図１に示すように、ハイブリッド自動車は動力源としてエンジン（内燃機関）１１と電動モータ１３とを備える。電動モータ１３は走行中は発電機として動作し、発電された電力はバッテリ１９に充電され、また所定の条件下ではエンジン１１にかわってあるいはエンジン１１と協調して動力源として動作する。バッテリ１９からは自動車内の各電気的負荷に電力が供給される。従来技術で述べたように電気的負荷にはパワー系負荷と信号系負荷とがあり、パワー系負荷に対してはバッテリ１９から電圧（例えば、３６Ｖ）が供給され、信号系負荷に対してはバッテリ２２から電圧（例えば、１２Ｖ）が供給される。バッテリ２２は、バッテリ１９からの電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ２１により所定の低い電圧に降圧された電圧により充電される。図１では、パワー系負荷の１つとして電動コンプレッサ１７を駆動する電動コンプレッサ駆動装置１５を示している。バッテリ１９からはこのほかにステアリングの駆動部等にも電圧が供給される。
【００１９】
電動コンプレッサ駆動装置１５は、複数のスイッチング素子１６ａ〜１６ｆを有するインバータ部１５ａと、そのスイッチング素子１６ａ〜１６ｆのオン・オフ動作を制御するインバータ制御部１５ｂと、所定の場合にインバータ制御部１５ｂを制御して電動コンプレッサ駆動装置１５の出力を制限する出力制御部１５ｃとからなる。さらに、電動コンプレッサ駆動装置１５は、電動モータ１３が発電機として動作するときに発電によりバッテリ１９に流入する電流を検出する電流検出器２３と、バッテリ１９の出力電圧を検出する電圧検出器２５と、車両の速度を検出する車速度検出器２７とを備える。
【００２０】
インバータ部１５ａはバッテリ１９から供給される電圧を所望の大きさの交流電圧に変換し、電動コンプレッサ１７に供給する。インバータ部１５ａから供給される交流電圧の大きさ、周波数を変化させることにより電動コンプレッサ１７の回転数を制御できる。インバータ制御部１５ｂはインバータ部１５ａのスイッチング素子１６ａ〜１６ｆをＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御するための制御信号をインバータ部１５ａに出力する。このインバータ制御部１５ｂに対しては、バッテリ２２を介して信号系負荷に対する低い電圧（１２Ｖ）が供給される。
【００２１】
インバータ制御部１５ｂは、乗員による操作パネル（図示せず）上での設定、室内温度、外気温度等に基づき、電動コンプレッサ１７が所望の回転数で駆動するようにインバータ部１５ａから出力される交流電圧の大きさ、周波数を制御する。このため、インバータ制御部１５ｂは、インバータ部１５ａのスイッチング素子１６ａ〜１６ｆをＰＷＭ制御する際のデューティ比等を変化させる。
【００２２】
出力制御部１５ｃは、電動モータ１３の発電状態（発電量）やバッテリ１９の充電状態（充電量）を検出し、発電量や充電量が少ないときにバッテリ１９の放電量を抑制するために電動コンプレッサ駆動装置１５の出力を所定値に制限するような制御信号を出力する。このとき、インバータ制御部１５ｂは出力制御部１５ｃからの制御信号に基づいて出力を制限する。これにより、電動モータ１３による発電量や、バッテリ１９の充電量が少ないときにバッテリ１９の放電量が抑制されるため、容量の小さいバッテリ１９でも使用が可能となる。
【００２３】
以下に、出力制御部１５ｃの動作について詳細に説明する。前述のように出力制御部１５ｃは、電動モータ１３の発電状態やバッテリ１９の充電状態を検出し、発電量や充電量が少ないときにバッテリ１９の放電量を抑制するために電動コンプレッサ駆動装置１５の出力（以下「インバータ出力」という。）を所定値（以下「出力制限値」という。）に制限するような制御信号を出力する。このとき、出力制御部１５ｃは電動モータ１３の発電状態やバッテリ１９の充電状態をバッテリ１９へ流入する電流、バッテリ１９の電圧または車両の速度に基づいて検出する。
【００２４】
また、出力制限値は空調装置の通常の運転時に必要とされる出力値と比較して低い値に設定される。すなわち、出力制限値は、その値で電動コンプレッサ１７を駆動した場合に得られる空調（冷房または暖房）能力は低くなるが、その出力制限値で運転してもその運転期間が短時間であるため室内温度が変化しても乗員が不快を感じない程度の値に設定される。さらに、以下に示す例では、出力制限値を第１の出力制限値と、それよりも大きな値をとる第２の出力制限値との二段階に設定し、電動コンプレッサ駆動装置１５の出力を、発電量が不十分であるときに第１の出力制限値に制限し、バッテリ１９の充電量が不十分であるときに第２の出力制限値に制限している。以下では、空調装置の通常運転時に要する出力を２．０ｋｗとし、第１の出力制限値を１．０ｋｗと、第２の出力制限値を１．５ｋｗとしている。
【００２５】
図２は、出力制御部１５ｃが電動コンプレッサ駆動装置１５の出力を制御するときの第１の制御を示すフローチャートである。第１の制御では、出力制御部１５ｃはバッテリ１９に流入する電流値ＩBに基づき電動モータ１３の発電量およびバッテリ１９の充電量を検出し、電動コンプレッサ駆動装置１５の出力を制限する。なお、本制御は車両が走行または走行準備状態にある間すなわち車両の電力系統がオンしている間、繰り返し実行される。
【００２６】
図２に示すように、出力制御部１５ｃはまず、電流検出器２３により検出されたバッテリ１９に流入する電流ＩBを読み込み（Ｓ１）、その電流ＩBがゼロより大きいか否かすなわち電動モータ１３により発電されているか否かを判断する（Ｓ２）。このように判断するのは、電動モータ１３が発電機として動作しているときは電動モータ１３からバッテリ１９へ電流ＩBが流れ、一方、電動モータ１３が発電機として動作していないとき、すなわち、電動モータ１３が車輪の駆動源として動作しているときは、バッテリ１９から電動モータ１３へ電流ＩBが流れるからである。
【００２７】
ステップＳ２において電流ＩBがゼロ以下のとき、つまり、電動モータ１３が発電していないときは、インバータ出力を第１の出力制限値に制限する。すなわち、現在のインバータ出力が１．０ｋｗ（第１の出力制限値）を超えているか否かを判断し（Ｓ７）、超えているときはインバータ出力を１．０ｋｗに下げるための制御を行う（Ｓ８）。このため、出力制御部１５ｃはインバータ出力を１．０ｋｗに下げるための制御信号をインバータ制御部１５ｂに出力する。なお、１．０ｋｗに制限されたインバータ出力で電動コンプレッサ１７を運転した場合、得られる空調能力は低くなるが、通常、この出力制限値で運転される期間は短いため、乗員は不快感を感じることはない。
【００２８】
ステップＳ２において電流ＩBがゼロより大きいとき、すなわち、電動モータ１３が発電しているときは、バッテリ１９の充電量が十分か否かを判断する。具体的には、電流ＩBが所定の電流Ｉ1より大きいか否かを判定する（Ｓ３）。この所定の電流Ｉ1は通常走行時に必要となる空調装置以外の負荷を作動させたときに必要となる電流値に設定される。電流ＩBが所定電流Ｉ1より大きいことは、発電されている電気量が十分であり、バッテリ１９が十分に充電されつつあることを示す。電流ＩBが所定の電流Ｉ1より大きくないことは、発電されている電気量が不十分であり、バッテリ１９が十分に充電されていない状態にあることを示す。ステップＳ３において電流ＩBが所定の電流Ｉ1より大きいときは、バッテリ１９の充電状態が十分であるため、出力制限を行わない（Ｓ４）。すなわち、出力制御部１５ｃはインバータ制御部１５ｂに対してインバータ出力を制限するような制御信号は出力しない。一方、ステップＳ３において電流ＩBが所定の電流Ｉ1以下のとき、つまり、充電量が十分でないときはインバータ出力を第２の出力制限値に制限する。すなわち、現在のインバータ出力が１．５ｋｗ（第２の出力制限値）を超えているか否かを判断し（Ｓ５）、超えているときはインバータ出力を１．５ｋｗに下げるための制御を行う（Ｓ６）。このため、出力制御部１５ｃはインバータ出力を１．５ｋｗに下げるための制御信号をインバータ制御部１５ｂに出力する。
【００２９】
以上のようにして、出力制御部１５ｃはバッテリ１９に流入する電流ＩBに基づき電動モータ１３の発電状態及びバッテリ１９の充電状態を検出し、これらの状態に応じて電動コンプレッサ駆動装置１５の出力を制限し、バッテリ１９の放電量を抑制する。
【００３０】
図３は、出力制御部１５ｃの第２の制御を示したフローチャートである。第２の制御では、出力制御部１５ｃは発電状態及び充電状態をバッテリ１９の電圧ＶBに基づき検出し、その電圧ＶBが所定値より低いときは電動コンプレッサ駆動装置１５の出力を制限することにより、バッテリ１９の放電を抑制する。
【００３１】
図３に示すように、出力制御部１５ｃはまず、電圧検出器２５により検出されたバッテリ１９の電圧ＶBを読み込み（Ｓ１１）、その電圧ＶBが第１の所定の電圧Ｖ1より大きいか否かを判断する（Ｓ１２）。ここで、第１の所定の電圧Ｖ1は、バッテリ１９に対して充電が行われていないことを示す電圧（例えば、３３Ｖ）に設定する。したがって、この場合、電圧ＶBが第１の所定の電圧Ｖ1より大きいときは、電動モータ１３が発電機として動作していることを示し、それ以外のときは電動モータ１３が車輪の動力源として動作していることを示す。
【００３２】
ステップＳ１２において電圧ＶBが第１の所定の電圧Ｖ1以下のときは、現在のインバータ出力が１．０ｋｗ（第１の出力制限値）を超えているか否かを判断し（Ｓ１７）、超えているときはインバータ出力を１．０ｋｗに下げるための制御を行う（Ｓ１８）。
【００３３】
ステップＳ１２において電圧ＶBが第１の所定の電圧Ｖ1より大きいとき、すなわち、電動モータ１３が発電しているときは、さらに電圧ＶBが第２の所定の電圧Ｖ2より大きいか否かを判定する（Ｓ１３）。この所定の電圧Ｖ2は、バッテリ１９が充電されているが、それが十分であるか否かを判定するための値（例えば、３８Ｖ）に設定される。
【００３４】
ステップＳ１３において電圧ＶBが第２の所定の電圧Ｖ2より大きいときは、バッテリ１９の充電量が十分であるため出力制限を行わない（Ｓ１４）。また、電圧ＶBが第２の所定の電圧Ｖ2以下のときは、現在のインバータ出力が１．５ｋｗ（第２の出力制限値）を超えているか否かを判断し（Ｓ１５）、超えているときはインバータ出力を１．５ｋｗに下げるための制御を行う（Ｓ１６）。
【００３５】
以上のようにして、出力制御部１５ｃはバッテリ１９の電圧ＶBに応じて電動コンプレッサ駆動装置１５の出力を制限する。
【００３６】
図４は、出力制御部１５ｃの第３の制御を示したフローチャートである。第３の制御では、出力制御部１５ｃは、電動モータ１３の発電状態を車両の速度ｖcに基づき検出し、その速度ｖcが低いときは電動コンプレッサ駆動装置１５の出力を所定の出力制限値に制限することにより、バッテリ１９の放電を抑制する。
【００３７】
図４に示すように、出力制御部１５ｃはまず、車速度検出器２７により検出された車両の速度ｖcを読み込み（Ｓ２１）、その速度ｖcが所定の速度ｖ1より大きいか否かを判断する（Ｓ２２）。ここで、所定の速度ｖ1は、例えば、車両がスタートして電動モータ１３による走行からエンジン１１による走行に切り換わるときの所定速度や、または、バッテリ１９の充電に対して十分な発電量が得られないような低い速度（例えば、１０ｋｍ／ｈ）に設定する。
【００３８】
ステップＳ２２において検出した速度ｖcが所定の速度ｖ1以下のときは、現在のインバータ出力が１．０ｋｗ（第１の出力制限値）を超えているか否かを判断し（Ｓ２４）、超えているときはインバータ出力を１．０ｋｗに下げるための制御を行う（Ｓ２５）。速度ｖcが所定の速度ｖ1より大きいときは（ステップＳ２２でＹＥＳ）、出力制限を行わない（Ｓ２３）。
【００３９】
以上のようにして、出力制御部１５ｃは車両の速度に応じて電動コンプレッサ駆動装置１５の出力を制限することができる。なお、エンジン１１の回転数と発電量は比例するため、図４において車両の速度のかわりにエンジン１１の回転数を用いて電動モータ１３の発電量やバッテリ１９の充電量を検出するようにしてもよい。すなわち、エンジン１１の回転数を読み込み、これを所定値と比較することにより図４のフローチャートに示す制御と同様の制御を行うようにしてもよい。
【００４０】
図５は、出力制御部１５ｃの第４の制御を示したフローチャートである。第４の制御では、出力制御部１５ｃは発電状態と充電状態をバッテリ１９に流入する電流及び車両の速度に基づいて検出し、電動コンプレッサ駆動装置１５の出力を制限する。
【００４１】
図５に示すように、出力制御部１５ｃはまず、電流検出器２３により検出されたバッテリ１９に流入する電流ＩBを読み込み（Ｓ３１）、その電流ＩBがゼロより大きいか否かを判断する（Ｓ３２）。電流ＩBがゼロ以下のとき、現在のインバータ出力が１．０ｋｗ（第１の出力制限値）を超えているか否かを判断し（Ｓ３９）、超えているときはインバータ出力を１．０ｋｗに下げるための制御を行う（Ｓ４０）。
【００４２】
一方、ステップＳ３２において電流ＩBがゼロより大きいとき、すなわち、電動モータ１３が発電しているときは、電流ＩBが所定の電流Ｉ1より大きいか否かを判定する（Ｓ３３）。電流ＩBが所定の電流Ｉ1より大きいときは車速度検出器２７により検出した車速度ｖcを読み込み（Ｓ３４）、さらに車速度ｖcが所定の速度ｖ1以上であるか否かを判断する（S３５）。判断の結果、車速度ｖcが所定の速度ｖ1以上であるときは、出力制限を行わない（Ｓ３６）。車速度ｖcが所定の速度ｖ1未満であるときは、ステップS３７に進み、前述の処理を行う。すなわち、本制御では、電流ＩBが所定電流Ｉ1より大きくても車速度ｖcが所定速度ｖ1より小さければ、充電量は不十分であると判断し、インバータ出力を第２の出力制限値に制限する。
【００４３】
また、ステップＳ３３において電流ＩBが所定の電流Ｉ1以下のときは、現在のインバータ出力が１．５ｋｗ（第２の出力制限値）を超えているか否かを判断し（Ｓ３７）、超えているときはインバータ出力を１．５ｋｗに下げるための制御を行う（Ｓ３８）。
【００４４】
以上のようにして、出力制御部１５ｃはバッテリに流入する電流及び車両の速度に応じて電動コンプレッサ駆動装置１５の出力を制限することができる。
【００４５】
図６は、出力制御部１５ｃの第５の制御を示したフローチャートである。第５の制御では、出力制御部１５ｃは発電状態と充電状態をバッテリ１９の電圧及び車両の速度に基づいて検出し、電動コンプレッサ駆動装置１５の出力を制限する。
【００４６】
図６に示すように、出力制御部１５ｃはまず、電圧検出器２５により検出されたバッテリ１９の電圧ＶBを読み込み（Ｓ４１）、その電圧ＶBが第１の所定の電圧Ｖ1より大きいか否かを判断する（Ｓ４２）。電圧ＶBが所定の電圧Ｖ1以下のときは、現在のインバータ出力が１．０ｋｗ（第１の出力制限値）を超えているか否かを判断し（Ｓ４９）、超えているときはインバータ出力を１．０ｋｗに下げるための制御を行う（Ｓ５０）。
【００４７】
一方、ステップＳ４２において電圧ＶBが所定の電圧Ｖ1より大きいときは、さらに電圧ＶBが第２の所定の電圧Ｖ2より大きいか否かを判定する（Ｓ４３）。電圧ＶBがこの所定の電圧Ｖ2より大きいときは車速度検出器２７により検出した車速度ｖcを読み込み（Ｓ４４）、車速度ｖcが所定の速度ｖ1以上であるか否かを判断する（S４５）。判断の結果、車速度ｖcが所定の速度ｖ1以上であるときは、出力制限を行わない（Ｓ４６）。車速度ｖcが所定の速度ｖ1未満であるときは、ステップS４７に進み、前述の処理を行う。すなわち、本制御では、電圧ＶBが所定電圧Ｖ2より大きくても車速度ｖcが所定速度ｖ1より小さければ、充電量は不十分であると判断し、インバータ出力を第２の出力制限値に制限する。
【００４８】
また、ステップＳ４３において電圧ＶBが第２の所定の電圧Ｖ2より大きくないときは、現在のインバータ出力が１．５ｋｗ（第２の出力制限値）を超えているか否かを判断し（Ｓ４７）、超えているときはインバータ出力を１．５ｋｗに下げるための制御を行う（Ｓ４８）。
【００４９】
以上のようにして、出力制御部１５ｃはバッテリ電圧及び車両の速度に応じても電動コンプレッサ駆動装置１５の出力を制限することができる。
【００５０】
図７は出力制御部１５ｃが上記の第１の制御を行ったときの渋滞時におけるバッテリ１９の放電深度の変化等を示した図である。図７の（ａ）、（ｂ）は図９のものと同様である。図７の（ｃ）において、実線Ａが第１の制御を行った場合のインバータ出力の変化であり、破線Ｂはそのような制御を行なわない従来の場合の変化である。また、図７の（ｄ）において、実線Ａ'が第１の制御を行った場合のバッテリの放電深度の変化であり、破線Ｂ'はそのような制御を行なわない従来の場合の変化である。
【００５１】
図７の（ａ）に示すように自動車が渋滞時において走行と停止を繰り返した場合、電動モータ１３は走行を開始してから所定時間経過後から停車するまでの間（期間Ｐ１'、Ｐ３'、Ｐ５'、Ｐ７'）発電を行う。このため、図７の（ｃ）に示すように、期間Ｐ１'、Ｐ３'、Ｐ５'、Ｐ７'では、第１の制御によりインバータ出力が第２の出力制限値（１．５ｋｗ）に制限され、期間Ｐ２、Ｐ４、Ｐ６では、第１の出力制限値（１．０ｋｗ）に制限されている。なお、図７の（ｃ）の実線Ａで示されるように、第１の出力制限値と第２の出力制限値は急激には切り換わらず徐々に切り換わる。
【００５２】
図７の（ｃ）の実線Ａで示されるようにインバータ出力が制限されることにより、第１の制御が行われない破線Ｂで示されるような場合と比較して、空調装置稼動中でかつ車両が停車しバッテリ１９の充電が行われない期間においてバッテリ１９の放電量を抑えることができる。このため、図７の（ｄ）の実線Ａ'に示すようにバッテリの放電深度の下降の度合いを、破線Ｂ'で示される本制御を行わない場合と比較して小さくできる。このため、破線Ｂ'が示す場合、すなわち、停車中におけるバッテリ１９の放電が走行中のバッテリ１９の充電を上回るような場合においても、本制御を行うことにより、停車中におけるバッテリ１９の放電を走行中のバッテリ１９の充電を下回るようにすることができ、バッテリ１９の充放電が繰り返される場合でも、バッテリ放電深度を一定の深度以上に保つことができる。
【００５３】
以上のように、電動コンプレッサ駆動装置１５によれば、発電量に応じて電動コンプレッサ１７に対する出力（インバータ出力）を制限することによりバッテリ１９の放電量を抑制するため、小容量のバッテリ１９の使用が可能となる。したがって、例えば、アイドルストップ制御のような信号待ちや渋滞時等の一時的な停車中にエンジンを停止させる場合であって、空調装置等の大電力を要する負荷を使用しながら一時的に停止したときでも、小容量のバッテリで継続した運転が可能となる。
【００５４】
【発明の効果】
本発明の自動車用空調装置の電動コンプレッサの駆動装置によれば、発電機の発電量を検出し、発電量が不十分であるときに電動コンプレッサの駆動装置の出力電圧を制限する。これにより、発電量が不十分であるときには、バッテリの放電を抑制できるため、車両に搭載するバッテリの容量の小型化が図れる。さらに、バッテリの充電量を検出し、発電量と合わせてバッテリの充電量に基づいて電動コンプレッサの駆動装置の出力電圧を段階的に制限してもよく、より細かな空調制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る自動車用空調装置における電動コンプレッサの駆動装置の構成及びそれに対する電力系統を示した図。
【図２】 電動コンプレッサ駆動装置の出力制御部の第１の制御を示すフローチャート。
【図３】 電動コンプレッサ駆動装置の出力制御部の第２の制御を示すフローチャート。
【図４】 電動コンプレッサ駆動装置の出力制御部の第３の制御を示すフローチャート。
【図５】 電動コンプレッサ駆動装置の出力制御部の第４の制御を示すフローチャート。
【図６】 電動コンプレッサ駆動装置の出力制御部の第５の制御を示すフローチャート。
【図７】 本発明に係る電動コンプレッサ駆動装置を搭載した車両の速度（ａ）と、電動モータによる発電量（ｂ）と、電動コンプレッサ駆動装置の出力（ｃ）と、バッテリの放電深度（ｄ）の時間変化を示した図。
【図８】 ハイブリッド自動車における電気負荷に対する電力供給系統を示した図。
【図９】 従来の電動コンプレッサ駆動装置を搭載した車両の速度（ａ）と、電動モータによる発電量（ｂ）と、電動コンプレッサ駆動装置の出力（ｃ）と、バッテリの放電深度（ｄ）の時間変化を示した図。
【符号の説明】
１１ エンジン
１３ 電動モータ（発電機）
１５ 電動コンプレッサ駆動装置
１５ａ インバータ部
１５ｂ インバータ制御部
１５ｃ 出力制御部
１７ 電動コンプレッサ
１９ バッテリ
２３ 電流検出器
２５ 電圧検出器
２７ 車速度検出器
Claims (5)
- 発電機により充電されるバッテリから供給される電圧を所望の電圧に変換する変換手段を備え、該変換手段からの出力を用いて自動車用電動コンプレッサを駆動する駆動装置において、
前記発電機の発電量を検出する発電状態検出手段と、
該発電状態検出手段により検出された発電量が所定値より小さいときに前記変換手段の出力を所定値に制限する出力制限手段と、
前記バッテリの充電状態を検出する充電状態検出手段とを備え、
前記出力制限手段は、
（ａ）前記発電状態検出手段により検出された発電量が所定値より小さいときは、前記変換手段の出力を第１の出力制限値に制限し、
（ｂ）前記発電状態検出手段により検出された発電量が所定値以上で、前記充電状態検出手段により検出されたバッテリの充電量が所定値より小さいときは、前記変換手段の出力を前記第１の出力制限値よりも大きい第２の出力制限値に制限することを特徴とする自動車用電動コンプレッサの駆動装置。 - 前記発電状態検出手段は、前記バッテリに流入する電流および前記バッテリの電圧のうちの少なくとも１つに基づいて発電量を検出することを特徴とする請求項１記載の自動車用電動コンプレッサの駆動装置。
- 前記発電機が車両に搭載されたエンジンの動力を用いて発電するときに、
前記発電状態検出手段は、前記バッテリに流入する電流、前記バッテリの電圧、車両の速度または前記エンジンの回転数のうちの少なくとも１つに基づいて発電量を検出することを特徴とする請求項１記載の自動車用電動コンプレッサの駆動装置。 - 前記充電状態検出手段は、前記バッテリに流入する電流および前記バッテリの電圧のうちの少なくとも１つに基づいて充電量を検出することを特徴とする請求項１記載の自動車用電動コンプレッサの駆動装置。
- 前記発電機が車両に搭載されたエンジンの動力を用いて発電するときに、
前記充電状態検出手段は、前記バッテリに流入する電流、前記バッテリの電圧、車両の速度または前記エンジンの回転数のうちの少なくとも１つに基づいて発電量を検出することを特徴とする請求項１記載の自動車用電動コンプレッサの駆動装置。
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