JP7316119B2

JP7316119B2 - 電気自動車の空調システム

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Publication number: JP7316119B2
Application number: JP2019124304A
Authority: JP
Inventors: 幸宏田中
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2019-07-03
Filing date: 2019-07-03
Publication date: 2023-07-27
Anticipated expiration: 2039-07-03
Also published as: JP2021008247A

Description

本発明は、電気自動車の車室内の温度を調整する空調装置であって、特に暖房用の空調システムに関するものである。

近年、電気的エネルギ源により電動機を駆動源としたパワーユニットを有する電気自動車が周知である。電気自動車は、内燃機関がなく、その廃熱を車室内の暖房に利用することができない。

そのため、電気自動車には、モータ、インバータなどを冷却する冷却システムのラジエータの熱を暖房に利用している。

例えば、特許文献１には、暖房要求があるときに、車体フロントのグリルなどに設けられたシャッタを閉じてラジエータの放熱を抑制して、モータおよびインバータの熱を制御して車室内に利用する電気自動車の制御装置が開示されている。

特開２０１１－２２９２８４号公報

ところで、近年の電気自動車は、バッテリの電力により駆動するヒートポンプ方式などの暖房装置が設けられている。

しかしながら、このような暖房装置を備えた電気自動車は、暖房運転時におけるコンプレッサなどの駆動電力によって、バッテリ消費が多くなり航続距離が低下するという課題がある。

そこで、本発明は、上記事情に鑑み、暖房運転時の暖房装置の駆動を制御して、航続距離の低下を抑制する電気自動車の空調システムを提供することを目的とする。

本発明の一態様の電気自動車の空調システムは、車両に駆動力を与え、熱源の１つとなるモータと、外気温を検出する外気温センサと、前記熱源を冷却するクーラントが内部に循環されるラジエータと、前記ラジエータへ通過する外気の流速を増大させるラジエータファンと、前記ラジエータの下流側に設けられ、前記ラジエータの前記クーラントの出口温度を検出する水温センサと、前記ラジエータに前記外気が進入するように開く、または前記外気の進入を遮断するように閉じるアクティブグリルシャッタと、冷媒を圧送するコンプレッサと、前記コンプレッサにより圧送される前記冷媒が内部に循環され、前記ラジエータにより熱交換された前記外気が供給される熱交換構成要素と、暖房運転時の設定温度、前記外気温センサが検出する前記外気温および前記水温センサが検出する前記出口温度に基づいて、前記アクティブグリルシャッタの開閉を駆動制御する空調制御装置と、少なくとも前記モータおよび前記コンプレッサに電力を供給するバッテリと、を備え、前記空調制御装置は、前記設定温度と前記出口温度が共に前記外気温よりも高い場合に前記アクティブグリルシャッタを開き、前記ラジエータファンを駆動して、前記ラジエータを通過した前記外気を供給して前記熱交換構成要素を暖めることにより前記コンプレッサの駆動効率を高め、前記出口温度が前記外気温よりも低い場合に前記アクティブグリルシャッタを閉じ、前記ラジエータファンの駆動を停止して、前記バッテリの電力消費を抑制する。

本発明によれば、暖房運転時の空調機器の消費電力を削減して、航続距離の低下を抑制する電気自動車の空調システムを提供することができる。

本発明の一態様の電気自動車の空調システムを模式的に示すブロック図ＡＧＳが閉じた状態の空調システムを模式的に示すブロック図電気自動車の空調システムの制御例を示すフローチャート

以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。
図１および図２に示すように、本実施の形態の電気自動車に設けられる空調システム１が構成されている。

電気自動車は、バッテリ２からの電気がインバータ３を介してモータ４に出力され、モータ４の駆動力が図示しない車軸に設けられたトランスミッションに伝達されて駆動する。なお、バッテリ２の電気は、ＤＣ/ＤＣコンバータ５を介して、空調システム１にも供給される。

空調システム１は、空調制御装置であるＡ/ＣＥＣＵ（エアコンエレクトリックコントロールユニット）７を有している。このＡ/ＣＥＣＵ７には、車両の速度を検出する車速センサ６の信号が入力され、外気温を検出する外気温センサ８が電気的に接続されている。

空調システム１は、主に、Ａ/ＣＥＣＵ７に加え、ＡＧＳ（アクティブグリルシャッタ）１１、ラジエータ１２、水温センサ１３、コンデンサ１４、コンプレッサ１５、エバポレータ１６、ラジエータファン１７および送風ファン１８により構成されている。

ＡＧＳ１１は、車両のフロントグリルに設けられる。ＡＧＳ１１は、ラジエータ１２への外気の進入および遮断する複数のフィンなどからなるシャッタが開閉し、Ａ/ＣＥＣＵ７により駆動制御される。

ラジエータ１２は、ＡＧＳ１１近傍の車体後方のフロントコンパートメント内に設けられる。ラジエータ１２は、ラジエータホースなどが接続されており、図示しないウォータポンプにより循環するクーラントの熱を放熱する。

水温センサ１３は、ラジエータ１２の下流側となる出口側に配設され、ラジエータ１２により冷却されたクーラントの温度を検出する。この水温センサ１３は、Ａ/ＣＥＣＵ７に電気的に接続されている。

ラジエータ１２、水温センサ１３などは、熱源となるモータ４およびインバータ３の熱を冷却する周知の冷却システムの構成要素である。なお、クーラントの流路には、図示しないサーモスタットなどが設けられる。冷却システムは、熱源となるバッテリも冷却するようにしてもよい。

コンデンサ１４、コンプレッサ１５およびエバポレータ１６は、循環パイプが接続されており、それぞれの内部を循環する冷媒を熱交換する周知のヒートポンプ式エアコンの構成要素である。

コンデンサ１４およびコンプレッサ１５は、フロントコンパートメント内に設けられる。エバポレータ１６は、車室２０近傍のフロントコンパートメントまたは車室２０内にも設けられる。

ラジエータファン１７は、コンデンサ１４近傍の車体後方のフロントコンパートメント内に設けられる。ラジエータファン１７は、ラジエータ１２に通過する外気の流速を増大させてラジエータ１２の冷却効率を高め、コンデンサ１４にラジエータ１２にて熱交換された外気の温風を通過させる。

送風ファン１８は、エバポレータ１６の近傍に設けられ、エバポレータ１６に外気を通過させて、車室２０内に送風する。

車室２０には、空調パネル２１が設けられている。この空調パネル２１は、ユーザにより車室２０内の温度設定が操作され、設定温度をＡ/ＣＥＣＵ７に入力する。

次に、以上に説明した電気自動車の空調システム１による暖房運転時の制御例を以下に説明する。
車室２０内の空調パネル２１によりユーザが設定したエアコン設定温度において、空調システム１がコンプレッサ１５を駆動停止制御して暖房運転する際に、Ａ/ＣＥＣＵ７は、図３に示すフローチャートに従ったルーチンを実行する。

先ず、Ａ/ＣＥＣＵ７は、水温センサ１３の抵抗値から算出したラジエータ１２のクーラント出口温度が所定の温度以上となっているか否かを判定する（Ｓ１）。

ラジエータ１２のクーラント出口温度が所定の温度以上の場合、Ａ/ＣＥＣＵ７は、ＡＧＳ１１を駆動制御してシャッタを開け（Ｓ５）、ラジエータファン１７を駆動する（Ｓ６）。一方、ラジエータ１２のクーラント出口温度が所定の温度未満の場合、Ａ/ＣＥＣＵ７は、ステップＳ２に移行する。

ステップＳ２において、Ａ/ＣＥＣＵ７は、車速センサ６から入力された出力信号としてのパルス信号に基づく車速が高速走行である所定の速度以上であるか否かを判定する（Ｓ２）。

車速が所定の速度以上の高速走行時において、Ａ/ＣＥＣＵ７は、ＡＧＳ１１を駆動制御してシャッタを閉じて（Ｓ７）、ラジエータファン１７を停止する（Ｓ８）。一方、車速が所定の速度未満の場合、ステップＳ３のルーチンに移行する。

ステップＳ３において、Ａ/ＣＥＣＵ７は、エアコン設定温度が外気温センサ８の抵抗値から算出した外気温よりも高いか否かを判定する（Ｓ３）。

エアコン設定温度が外気温よりも高い場合、Ａ/ＣＥＣＵ７は、ステップＳ４のルーチンに移行する。一方、エアコン設定温度が外気温以下の場合、Ａ/ＣＥＣＵ７は、ＡＧＳ１１を駆動制御してシャッタを閉じて（Ｓ７）、ラジエータファン１７を停止する（Ｓ８）。

ステップＳ４において、Ａ/ＣＥＣＵ７は、水温センサ１３の抵抗値から算出したラジエータ１２のクーラント出口温度が外気温センサ８の抵抗値から算出した外気温よりも高いか否かを判定する（Ｓ４）。

クーラント出口温度が外気温以下の場合、Ａ/ＣＥＣＵ７は、ＡＧＳ１１を駆動制御してシャッタを閉じて（Ｓ７）、ラジエータファン１７を停止する（Ｓ８）。一方、クーラント出口温度が外気温よりも高い場合、Ａ/ＣＥＣＵ７は、ＡＧＳ１１を駆動制御してシャッタを開け（Ｓ５）、ラジエータファン１７を駆動する（Ｓ６）。

以上に説明した制御例では、クーラントのラジエータ１２の出口温度が所定の温度以上のとき、外気によりラジエータ１２の熱交換が必要であるため、ＡＧＳ１１のシャッタを開けて、ラジエータファン１７を駆動してラジエータ１２により循環するクーラントを冷却してインバータ３およびモータ４の冷却を優先する。

また、クーラントのラジエータ１２の出口温度が所定の温度未満上のとき、外気によりラジエータ１２の熱交換が不要であるため、ＡＧＳ１１のシャッタを閉じて、ラジエータファン１７を停止する。

このとき、ＡＧＳ１１のシャッタが閉じられた状態で、ラジエータファン１７を駆動すると、大気圧との圧力差によりＡＧＳ１１が破損する虞があるためラジエータファン１７の駆動が停止される。ラジエータファン１７の駆動が停止により消費電力も削減される。

また、車両の高速走行時では、ＡＧＳ１１のシャッタを閉じて、ラジエータファン１７を停止する。ＡＧＳ１１のシャッタを閉じることで、車両の空力性能を高めることができる。なお、車両の高速走行時においても、ラジエータ１２のクーラント出口温度に応じて、ＡＧＳ１１のシャッタの開閉制御が実行されるものである。

車両の低速走行時などや、外気温によりラジエータ１２による熱交換が必要な場合には、ＡＧＳ１１のシャッタを開けて、ラジエータファン１７を駆動する。

このとき、外気がラジエータ１２を通過して暖められた温風がコンデンサ１４に供給されてコンデンサ１４が暖められる。即ち、ラジエータ１２の熱エネルギをコンデンサ１４に移動させる。

これにより、コンデンサ１４による熱交換率を高め、冷媒を圧送するコンプレッサ１５の駆動効率を高めることができる。即ち、コンプレッサ１５により、冷媒に与える圧力を低減することができるため、コンプレッサ１５による消費エネルギを削減することができる。

以上に説明したように、本実施の形態の電気自動車の空調システム１は、暖房運転時において、外気温に応じて、ＡＧＳ１１の開閉およびラジエータファン１７の駆動制御を行い、コンプレッサ１５の消費エネルギを削減することができるため、バッテリ２の電力消費を抑制することができる。即ち、電気自動車の空調システム１は、暖房運転時に外気温をパラメータとして、ＡＧＳ１１の開閉およびラジエータファン１７の駆動制御を行い、バッテリ２の電力消費を削減する。

これにより、電気自動車の空調システム１を搭載する車両の航続距離の低下を抑制することができる。

なお、Ａ／ＣＥＣＵ７は、車室２０の空調を制御する空調制御装置であって、中央処理装置（ＣＰＵ）、ＲＯＭ、ＲＡＭなどの記憶装置などを含むプロセッサを有している。また、プロセッサの複数の回路の全て若しくは一部の構成は、ソフトウェアで実行してもよい。例えば、ＲＯＭに格納された各機能に対応する各種プログラムをＣＰＵが読み出して実行するようにしてもよい。

さらに、プロセッサの全部若しくは一部の機能は、論理回路あるいはアナログ回路で構成してもよく、また各種プログラムの処理を、ＦＰＧＡなどの電子回路により実現するようにしてもよい。

１…電気自動車の空調システム
２…バッテリ
３…インバータ
４…モータ
５…コンバータ
６…車速センサ
７…Ａ／ＣＥＣＵ
８…温度センサ
１２…ラジエータ
１３…水温センサ
１４…コンデンサ
１５…コンプレッサ
１６…エバポレータ
１７…ラジエータファン
１８…送風ファン
２０…車室
２１…空調パネル

Claims

車両に駆動力を与え、熱源の１つとなるモータと、
外気温を検出する外気温センサと、
前記熱源を冷却するクーラントが内部に循環されるラジエータと、
前記ラジエータへ通過する外気の流速を増大させるラジエータファンと、
前記ラジエータの下流側に設けられ、前記ラジエータの前記クーラントの出口温度を検出する水温センサと、
前記ラジエータに前記外気が進入するように開く、または前記外気の進入を遮断するように閉じるアクティブグリルシャッタと、
冷媒を圧送するコンプレッサと、
前記コンプレッサにより圧送される前記冷媒が内部に循環され、前記ラジエータにより熱交換された前記外気が供給される熱交換構成要素と、
暖房運転時の設定温度、前記外気温センサが検出する前記外気温および前記水温センサが検出する前記出口温度に基づいて、前記アクティブグリルシャッタの開閉を駆動制御する空調制御装置と、
少なくとも前記モータおよび前記コンプレッサに電力を供給するバッテリと、
を備え、
前記空調制御装置は、前記設定温度と前記出口温度が共に前記外気温よりも高い場合に前記アクティブグリルシャッタを開き、前記ラジエータファンを駆動して、前記ラジエータを通過した前記外気を供給して前記熱交換構成要素を暖めることにより前記コンプレッサの駆動効率を高め、前記出口温度が前記外気温よりも低い場合に前記アクティブグリルシャッタを閉じ、前記ラジエータファンの駆動を停止して、前記バッテリの電力消費を抑制することを特徴とする電気自動車の空調システム。
前記空調制御装置は、前記設定温度が前記外気温よりも高く、前記出口温度が前記外気温よりも低い場合に前記アクティブグリルシャッタを閉じ、前記ラジエータファンの駆動を停止することを特徴とする請求項１に記載の電気自動車の空調システム。
前記空調制御装置は、車速センサの出力信号が入力され、
前記車速センサの前記出力信号に基づく車両の車速が所定の速度未満であるときに、前記アクティブグリルシャッタを開き、前記ラジエータファンを駆動し、前記車速が所定の速度以上であるときに、前記アクティブグリルシャッタを閉じ、前記ラジエータファンの駆動を停止することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電気自動車の空調システム。