JP7300264B2 - 車両用空気調和装置 - Google Patents
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Description
先ず、図4を参照しながら暖房モードについて説明する。尚、各機器の制御はヒートポンプコントローラ32と空調コントローラ45の協働により実行されるものであるが、以下の説明ではヒートポンプコントローラ32を制御主体とし、簡略化して説明する。図4には暖房モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ方(実線矢印)を示している。ヒートポンプコントローラ32により(オートモード)或いは空調コントローラ45の空調操作部53へのマニュアルの空調設定操作(マニュアルモード)により暖房モードが選択されると、ヒートポンプコントローラ32は電磁弁21を開き、電磁弁17、電磁弁20、電磁弁22、電磁弁35、電磁弁69を閉じる。そして、圧縮機2、及び、各送風機15、27を運転し、エアミックスダンパ28は室内送風機27から吹き出された空気が放熱器4及び補助ヒータ23に通風される割合を調整する状態とする。
次に、図5を参照しながら除湿暖房モードについて説明する。図5は除湿暖房モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ方(実線矢印)を示している。除湿暖房モードでは、ヒートポンプコントローラ32は電磁弁21、電磁弁22、電磁弁35を開き、電磁弁17、電磁弁20、電磁弁69は閉じる。そして、圧縮機2、及び、各送風機15、27を運転し、エアミックスダンパ28は室内送風機27から吹き出された空気が放熱器4及び補助ヒータ23に通風される割合を調整する状態とする。
次に、図6を参照しながら除湿冷房モードについて説明する。図6は除湿冷房モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ方(実線矢印)を示している。除湿冷房モードでは、ヒートポンプコントローラ32は電磁弁17、及び、電磁弁35を開き、電磁弁20、電磁弁21、電磁弁22、及び、電磁弁69を閉じる。そして、圧縮機2、及び、各送風機15、27を運転し、エアミックスダンパ28は室内送風機27から吹き出された空気が放熱器4及び補助ヒータ23に通風される割合を調整する状態とする。
次に、図7を参照しながら冷房モードについて説明する。図7は冷房モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ方(実線矢印)を示している。冷房モードでは、ヒートポンプコントローラ32は電磁弁17、電磁弁20、及び、電磁弁35を開き、電磁弁21、電磁弁22、及び、電磁弁69を閉じる。そして、圧縮機2、及び、各送風機15、27を運転し、エアミックスダンパ28は室内送風機27から吹き出された空気が放熱器4及び補助ヒータ23に通風される割合を調整する状態とする。尚、補助ヒータ23には通電されない。
次に、図8を参照しながら空調優先+バッテリ冷却モードについて説明する。図8は空調優先+バッテリ冷却モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ方(実線矢印)を示している。空調優先+バッテリ冷却モードでは、ヒートポンプコントローラ32は電磁弁17、電磁弁20、電磁弁35、及び、電磁弁69を開き、電磁弁21、及び、電磁弁22を閉じる。
ヒートポンプコントローラ32は下記式(I)から前述した目標吹出温度TAOを算出する。この目標吹出温度TAOは、吹出口29から車室内に吹き出される空気の温度の目標値である。
TAO=(Tset-Tin)×K+Tbal(f(Tset、SUN、Tam))
・・(I)
ここで、Tsetは空調操作部53で設定された車室内の設定温度、Tinは内気温度センサ37が検出する車室内空気の温度、Kは係数、Tbalは設定温度Tsetや、日射センサ51が検出する日射量SUN、外気温度センサ33が検出する外気温度Tamから算出されるバランス値である。そして、一般的に、この目標吹出温度TAOは外気温度Tamが低い程高く、外気温度Tamが上昇するに伴って低下する。
次に、バッテリ55の充電中の動作について説明する。例えば急速充電器(外部電源)の充電用のプラグが接続され、バッテリ55が充電されているときに(これらの情報はバッテリコントローラ73から送信される)、車両のイグニッション(IGN)のON/OFFに拘わらず、バッテリ冷却要求があり、空調操作部53の空調スイッチがONされた場合、ヒートポンプコントローラ32はバッテリ冷却優先+空調モードを実行する。このバッテリ冷却優先+空調モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ方は、図8に示した空調優先+バッテリ冷却モードの場合と同様である。
次に、イグニッションのON/OFFに拘わらず、空調操作部53の空調スイッチがOFFされた状態で、急速充電器の充電用のプラグが接続され、バッテリ55が充電されているとき、バッテリ冷却要求があった場合、ヒートポンプコントローラ32はバッテリ冷却単独モードを実行する。但し、バッテリ55の充電中以外にも、空調スイッチがOFFで、バッテリ冷却要求があった場合(高外気温で走行時等)には実行される。図9はこのバッテリ冷却単独モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ方(実線矢印)を示している。バッテリ冷却単独モードでは、ヒートポンプコントローラ32は電磁弁17、電磁弁20、及び、電磁弁69を開き、電磁弁21、電磁弁22、及び、電磁弁35を閉じる。
次に、図10を参照しながら室外熱交換器7の除霜モードについて説明する。図10は除霜モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ方(実線矢印)を示している。前述した如く暖房モードでは、室外熱交換器7では冷媒が蒸発し、外気から吸熱して低温となるため、室外熱交換器7には外気中の水分が霜となって付着する。
また、空調運転を実行しているとき、或いは、バッテリ55を充電しているとき、ヒートポンプコントローラ32はバッテリ加熱モードを実行する。このバッテリ加熱モードでは、ヒートポンプコントローラ32は循環ポンプ62を運転し、熱媒体加熱ヒータ63に通電する。尚、電磁弁69は閉じる。
また、ヒートポンプコントローラ32は、暖房モードでは放熱器圧力Pciに基づき、図11の制御ブロック図により圧縮機2の目標回転数(圧縮機目標回転数)TGNChを算出し、除湿冷房モード、冷房モード、空調優先+バッテリ冷却モードでは、吸熱器温度Teに基づき、図12の制御ブロック図により圧縮機2の目標回転数(圧縮機目標回転数)TGNCcを算出する。尚、除湿暖房モードでは圧縮機目標回転数TGNChと圧縮機目標回転数TGNCcのうちの低い方向を選択する。また、バッテリ冷却優先+空調モード、バッテリ冷却単独モードでは、熱媒体温度Twに基づき、図13の制御ブロック図により圧縮機2の目標回転数(圧縮機目標回転数)TGNCcbを算出する。
先ず、図11を用いて放熱器圧力Pciに基づく圧縮機2の制御について詳述する。図11は放熱器圧力Pciに基づいて圧縮機2の目標回転数(圧縮機目標回転数)TGNChを算出するヒートポンプコントローラ32の制御ブロック図である。ヒートポンプコントローラ32のF/F(フィードフォワード)操作量演算部78は外気温度センサ33から得られる外気温度Tamと、室内送風機27のブロワ電圧BLVと、SW=(TAO-Te)/(Thp-Te)で得られるエアミックスダンパ28による風量割合SWと、放熱器4の出口における冷媒の過冷却度SCの目標値である目標過冷却度TGSCと、ヒータ温度Thpの目標値である前述した目標ヒータ温度TCOと、放熱器4の圧力の目標値である目標放熱器圧力PCOに基づいて圧縮機目標回転数のF/F操作量TGNChffを算出する。
次に、図12を用いて吸熱器温度Teに基づく圧縮機2の制御について詳述する。図12は吸熱器温度Teに基づいて圧縮機2の目標回転数(圧縮機目標回転数)TGNCcを算出するヒートポンプコントローラ32の制御ブロック図である。ヒートポンプコントローラ32のF/F(フィードフォワード)操作量演算部86は外気温度Tamと、空気流通路3内を流通する空気の風量Ga(室内送風機27のブロワ電圧BLVでもよい)と、目標放熱器圧力PCOと、バッテリ温度センサ77が検出するバッテリ温度Tcell(バッテリコントローラ73から送信される)と、走行用モータの出力Mpower(車両コントローラ72から送信される)と、車速VSPと、バッテリ55の発熱量(バッテリコントローラ73から送信される)と、吸熱器温度Teの目標値である目標吸熱器温度TEOに基づいて圧縮機目標回転数のF/F操作量TGNCcffを算出する。
次に、図13を用いて熱媒体温度Twに基づく圧縮機2の制御について詳述する。図13は熱媒体温度Twに基づいて圧縮機2の目標回転数(圧縮機目標回転数)TGNCcbを算出するヒートポンプコントローラ32の制御ブロック図である。ヒートポンプコントローラ32のF/F(フィードフォワード)操作量演算部92は外気温度Tamと、目標放熱器圧力PCOと、目標吸熱器温度TEOと、機器温度調整装置61内の熱媒体の流量Gw(循環ポンプ62の出力から算出される)と、バッテリ温度Tcellと、走行用モータの出力Mpower(車両コントローラ72から送信される)と、車速VSPと、バッテリ55の発熱量(バッテリコントローラ73から送信される)と、熱媒体温度Twの目標値である目標熱媒体温度TWOに基づいて圧縮機目標回転数のF/F操作量TGNCcbffを算出する。
次に、図14を参照しながら前述した冷房モード(第1の運転モード)から空調優先+バッテリ冷却モード(第2の運転モード)に移行する際、及び、バッテリ冷却単独モード(第1の運転モード)からバッテリ冷却優先+空調モード(第2の運転モード)に移行する際に、ヒートポンプコントローラ32が実行する圧縮機回転数上昇制御の一例について説明する。尚、図14は上記の移行の際の両方について纏めて示している。
次に、前述した冷房モード(第1の運転モード)から空調優先+バッテリ冷却モード(第2の運転モード)に移行する際に、ヒートポンプコントローラ32が実行する圧縮機回転数上昇制御の他の実施例について説明する。冷房モードにおいて走行用モータの出力Mpowerが高くなった場合には、バッテリ55の温度が上昇するため、その後、バッテリ冷却要求が出されて空調優先+バッテリ冷却モードに移行することが予想される。
次に、図15を参照しながら前述した冷房モード(第1の運転モード)から空調優先+バッテリ冷却モード(第2の運転モード)に移行する際に、ヒートポンプコントローラ32が実行する圧縮機回転数上昇制御のもう一つの他の実施例について説明する。
また、冷房モードを実行しているときに、例えば高速道路での高速走行が継続された場合にも、その後、バッテリ55の温度が上昇して空調優先+バッテリ冷却モードに移行することが予想される。そこで、ヒートポンプコントローラ32は、冷房モードにおいてGPSナビゲーション装置74から得られるナビゲーション情報が、例えば、今後高速道路を走ることを示していて、バッテリ55の温度が上昇すると予測される場合、前述した圧縮機回転数上昇制御(目標吸熱器温度TEOを下げる)を実行する。
ここで、冷房モードにおいて圧縮機2の回転数を上昇させると、空調優先+バッテリ冷却モードに移行する前の期間、即ち、図14の時刻t1~t2の期間や、図15の時刻t3~t4の期間は車室内に吹き出される空気の温度が低下する。
上記に代えて、若しくは、上記に加えて、圧縮機回転数上昇制御を実行する場合、ヒートポンプコントローラ32がエアミックスダンパ28を制御し、放熱器4に通風する空気の割合を高くするようにしてもよい。これにより、車室内に供給される空気の温度低下が抑制されるので、車室内が過剰に冷房される不都合を解消することができるようになる。
2 圧縮機
3 空気流通路
4 放熱器
6 室外膨張弁
7 室外熱交換器
8 室内膨張弁
9 吸熱器(蒸発器)
11 制御装置
32 ヒートポンプコントローラ(制御装置の一部を構成)
35 電磁弁(吸熱器用弁装置)
45 空調コントローラ(制御装置の一部を構成)
55 バッテリ(被温調対象)
61 機器温度調整装置
64 冷媒-熱媒体熱交換器(蒸発器、被温調対象用熱交換器)
68 補助膨張弁
69 電磁弁(被温調対象用弁装置)
72 車両コントローラ
73 バッテリコントローラ
77 バッテリ温度センサ
76 熱媒体温度センサ
R 冷媒回路
Claims (9)
- 冷媒を圧縮する圧縮機と、
冷媒を蒸発させて車室内に供給する空気を冷却するための吸熱器と、
冷媒を蒸発させて車両に搭載された被温調対象を冷却するための被温調対象用熱交換器と、
前記吸熱器への冷媒の流通を制御する吸熱器用弁装置と、
前記被温調対象用熱交換器への冷媒の流通を制御する被温調対象用弁装置と、
制御装置を少なくとも備えて前記車室内を空調する車両用空気調和装置において、
前記制御装置は少なくとも、
前記吸熱器用弁装置を開いて前記吸熱器で冷媒を蒸発させ、当該吸熱器の温度に基づいて前記圧縮機の回転数を制御し、前記被温調対象用弁装置を閉じる空調単独モードと、
前記被温調対象用弁装置を開いて前記被温調対象用熱交換器で冷媒を蒸発させ、当該被温調対象用熱交換器又はそれにより冷却される対象の温度に基づいて前記圧縮機の回転数を制御し、前記吸熱器用弁装置を閉じる被温調対象冷却単独モードと、
前記吸熱器用弁装置を開き、前記吸熱器の温度に基づいて前記圧縮機の回転数を制御し、前記被温調対象用熱交換器又はそれにより冷却される対象の温度に基づいて前記被温調対象用弁装置を開閉制御して、前記吸熱器及び前記被温調対象用熱交換器で冷媒を蒸発させる空調優先+被温調対象冷却モードと、
前記被温調対象用弁装置を開き、前記被温調対象用熱交換器又はそれにより冷却される対象の温度に基づいて前記圧縮機の回転数を制御し、前記吸熱器の温度に基づいて前記吸熱器用弁装置を開閉制御して、前記被温調対象用熱交換器及び前記吸熱器で冷媒を蒸発させる被温調対象冷却優先+空調モードを有し、それらを切り換えて実行すると共に、
前記空調単独モードから前記空調優先+被温調対象冷却モードに移行する際、及び、前記被温調対象冷却単独モードから前記被温調対象冷却優先+空調モードに移行する際、移行する前に、前記圧縮機の回転数を上昇させる圧縮機回転数上昇制御を実行することを特徴とする車両用空気調和装置。 - 前記制御装置は、前記空調単独モードでは前記吸熱器の目標温度に基づくフィードフォワード演算により前記圧縮機の目標回転数を算出し、前記被温調対象冷却単独モードでは前記被温調対象用熱交換器又はそれにより冷却される対象の目標温度に基づくフィードフォワード演算により前記圧縮機の目標回転数を算出すると共に、
前記圧縮機回転数上昇制御では、前記各目標温度を低下させることにより、前記圧縮機の目標回転数を上昇させることを特徴とする請求項1に記載の車両用空気調和装置。 - 前記制御装置は、前記空調単独モード、又は、前記被温調対象冷却単独モードにおいて、所定のモード移行要求が入力された場合、前記圧縮機回転数上昇制御により前記圧縮機の回転数を上昇させた後、前記空調優先+被温調対象冷却モード、又は、前記被温調対象冷却優先+空調モードに移行することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の車両用空気調和装置。
- 前記被温調対象は前記車両に搭載されたバッテリであり、前記車両の走行用モータは前記バッテリからの給電により駆動され、
前記制御装置は、前記空調単独モードにおいて、所定のモード移行要求が入力された場合、前記空調優先+被温調対象冷却モードに移行すると共に、
前記空調単独モードにおいて、前記走行用モータの出力が所定の閾値以上となった場合、又は、前記走行用モータの出力が上昇する傾きが所定の閾値以上となった場合、前記圧縮機回転数上昇制御を実行することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の車両用空気調和装置。 - 前記制御装置は、前記空調単独モードにおいて、所定のモード移行要求が入力された場合、前記空調優先+被温調対象冷却モードに移行すると共に、
前記空調単独モードにおいて、前記被温調対象の温度が上昇する傾きが所定の閾値以上となった場合、前記圧縮機回転数上昇制御を実行することを特徴とする請求項1、請求項2又は請求項4のうちの何れかに記載の車両用空気調和装置。 - 前記制御装置は、前記空調単独モードにおいて、所定のモード移行要求が入力された場合、前記空調優先+被温調対象冷却モードに移行すると共に、
前記空調単独モードにおいて、前記被温調対象の発熱量が上昇する傾きが所定の閾値以上となった場合、前記圧縮機回転数上昇制御を実行することを特徴とする請求項1、請求項2、請求項4又は請求項5のうちの何れかに記載の車両用空気調和装置。 - 前記制御装置は、前記空調単独モードにおいて、所定のモード移行要求が入力された場合、前記空調優先+被温調対象冷却モードに移行すると共に、
前記空調単独モードにおいて、ナビゲーション情報から前記被温調対象の温度が上昇すると予測される場合、前記圧縮機回転数上昇制御を実行することを特徴とする請求項1、請求項2、請求項4乃至請求項6のうちの何れかに記載の車両用空気調和装置。 - 前記吸熱器と熱交換した空気を前記車室内に送給するための室内送風機を備え、
前記制御装置は、前記空調単独モードから前記空調優先+被温調対象冷却モードに移行する際の前記圧縮機回転数上昇制御を実行する場合、前記室内送風機の運転を抑制することを特徴とする請求項1乃至請求項7のうちの何れかに記載の車両用空気調和装置。 - 前記冷媒を放熱させて車室内に供給する空気を加熱するための放熱器と、
前記吸熱器を経た空気が前記放熱器に通風される割合を調整するためのエアミックスダンパを備え、
前記制御装置は、前記空調単独モードから前記空調優先+被温調対象冷却モードに移行する際の前記圧縮機回転数上昇制御を実行する場合、前記エアミックスダンパにより前記車室内に供給される空気の温度低下を抑制することを特徴とする請求項1乃至請求項8のうちの何れかに記載の車両用空気調和装置。
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