JP2004203280A

JP2004203280A - 車両用空調装置

Info

Publication number: JP2004203280A
Application number: JP2002376325A
Authority: JP
Inventors: Keita Honda; 桂太本多
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2002-12-26
Publication date: 2004-07-22

Abstract

【課題】室外熱交換器にて冷媒の空冷を行う冷凍サイクルと、電気部品の冷却水を空冷するＥＶラジエータ６とを備えた車両用空調装置において、ＥＶ冷却水温度を６５℃以下に保つため、冷凍サイクルの冷凍能力を制限することが可能な車両用空調装置を提供することにある。
【解決手段】水温センサ９５によって検出されるＥＶ冷却水の温度が、第１保護温度を超えた場合には、走行モータ関連電気部品９２、９３の出力を低下させる走行モータ関連電気部品保護手段と、第１保護温度よりも低く設定された第２保護温度を超えた場合には、エアコンインバータ９４の出力を低下させるエアコンインバータ保護手段とを備えた車両用空調装置を用いる。これにより、まずエアコンインバータ９４の出力が低下して室外熱交換器での冷媒からの放熱量が減るので、ＥＶ冷却水の温度の上昇を抑えることができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走行モータを有する車両の空調装置における冷凍サイクルの冷凍能力を制御する空調制御手段に関するものであり、特に該車両に搭載された走行モータ用インバータなどの走行モータ関連電気部品を冷却する冷却水を空冷するラジエータの空冷能力を、一定以上に保つため冷凍サイクルの冷凍能力を制限する空調制御手段に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、走行モータを有する車両、例えば走行エンジンとともに走行モータを有するハイブリッド自動車の冷凍サイクルにおいては、車両室内に導入される空気から冷媒が吸熱した熱を空冷により放熱する室外熱交換器と、該ハイブリッド自動車に搭載された各種電気部品を冷却する冷却水を空冷するラジエータ（以降、ＥＶラジエータと呼ぶ）とは、走行エンジンを冷却する冷却水を空冷するラジエータ（以降、エンジン用ラジエータと呼ぶ）とともに空冷風の流れ方向に直列的に配設されるのが一般的である（例えば特許文献１参照）。また、電気部品の高温化による能力低下を防止するため冷却水温度を所定値以下に保つため、空冷ファンの回転速度を電気部品の温度に応じて制御するもの（例えば特許文献２参照）などもある。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１８７４３５公報（第５―８頁、図１）
【特許文献２】
特開２００２−２２３５０５公報（第３―５頁、図２）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、ハイブリッド自動車では省スペース化の要求から特許文献１または特許文献２のごとく、室外熱交換器、ＥＶラジエータ、エンジン用ラジエータの３つを空気の流れ方向に直列的に配置するのではなく、ＥＶラジエータとエンジン用ラジエータとを一体化して一体型ラジエータとし、室外熱交換器および一体型ラジエータの２つを空冷風の流れ方向に対して直列的に配設することが検討されている。
ここで、エンジンを冷却する冷却水（以降、エンジン冷却水と呼ぶ）の温度は１１０℃まで許容されているため、室外熱交換器で冷媒から放熱を受けた空気でも十分に空冷が可能である。しかし、電気部品を冷却する冷却水（以降、ＥＶ冷却水）の温度は、電気部品を保護するため６５℃までしか許容されておらず、室外熱交換器で冷媒から放熱を受けた空気では６５℃にまで空冷できないおそれがある。
【０００５】
【発明の目的】
本発明の目的は、室外熱交換器にて冷媒の空冷を行う冷凍サイクルとＥＶラジエータとを備えた車両用空調装置において、ＥＶ冷却水温度を６５℃以下に保つため、冷凍サイクルの冷凍能力を制限することが可能な車両用空調装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の発明によれば、走行モータを有する車両に搭載され、冷媒を圧縮して吐出するコンプレッサ、およびこのコンプレッサにより吐出された冷媒を空冷する室外熱交換器を有する冷凍サイクルと、コンプレッサに電力を出力してコンプレッサの回転速度を制御するエアコンインバータと、走行モータに関連して電力を出力する走行モータ関連電気部品と、室外熱交換器よりも空冷風の流れ方向の下流側に直列的に配設されて、エアコンインバータと走行モータ関連電気部品とを冷却する冷却水を空冷するラジエータと、ラジエータから流出した冷却水の温度を検出する冷却水温度検出手段と、冷却水温度検出手段によって検出される冷却水の温度が、予め設定された第１保護温度を超えた場合には、走行モータ関連電気部品の出力を低下させる走行モータ関連電気部品保護手段と、冷却水温度検出手段によって検出される冷却水の温度が、予め第１保護温度よりも低く設定された第２保護温度を超えた場合には、エアコンインバータの出力を低下させるエアコンインバータ保護手段とを備える車両用空調装置を用いる。
【０００７】
これにより、冷却水温度検出手段によって検出されるＥＶ冷却水の温度が上昇を始めた場合、先に第２保護温度を超えるのでまずエアコンインバータの出力が低下してコンプレッサの回転速度が低下し冷媒の循環量が減る。このため、室外熱交換器での冷媒からの放熱量が減って冷却風の温度が下がるので、ＥＶラジエータにおけるＥＶ冷却水の空冷を十分に行うことができるようになる。この結果、ＥＶ冷却水の温度の上昇を抑えることができ、走行モータ関連電気部品を保護することができる。
【０００８】
〔請求項２の手段〕
請求項２に記載の発明は、走行モータ関連電気部品には走行モータに電力を出力して走行モータの回転速度を制御する走行モータ用インバータが含まれることを特徴とする。
これにより、走行モータ用インバータの温度上昇による破損を防止することができ、走行モータの停止に伴う車両停止などを防止することができる。
【０００９】
〔請求項３の手段〕
請求項３に記載の発明は、走行モータ関連電気部品には車両に搭載された主バッテリの直流電力を下降変換して補助バッテリへ出力するＤＣＤＣコンバータが含まれることを特徴とする。
これにより、ＤＣＤＣコンバータの温度上昇による破損を防止することができ、補助バッテリの充電不足に伴う各種補助機器の停止などを防止することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
〔第１実施形態の構成〕
本発明の第１実施形態の構成を図１および図２に基づいて説明する。第１実施形態にかかる車両用空調装置２は、図２に示すごとく走行エンジン８１と走行モータ（図示せず）とを有するハイブリッド自動車１の車室内１５の最前部に配置され、車室内１５に吹き出される空気（以降、空調空気と呼ぶ）の空調を行う空調ユニット５、冷媒を空調ユニット５内へ循環させて空調空気の冷却を行って熱を汲み上げ、後述する空冷風として導入される大気（走行風）へ放熱する冷凍サイクル３、および周知の中央演算処理装置（ＣＰＵ）、ＲＯＭ、スタンバイＲＡＭ等を有し、各種入力信号に基づいてＲＯＭに記憶された制御プログラムにより演算処理を行う空調制御装置などを備える（ＣＰＵ、ＲＯＭ、スタンバイＲＡＭ、空調制御装置いずれも図示せず）。
【００１１】
空調ユニット５は、車室内１５に向けて空調空気を導くための空気通路をなすダクト５１を備える。ダクト５１の最上流部には、空調制御装置により制御されるサーボモータなどの内外気切替用アクチュエータ（図示せず）によって駆動され、空調空気を車室外から導入する外気導入モードまたは車室内１５から循環させる内気循環モードのいずれかに切り替える内外気切替ドア５２が備えられている。
内外気切替ドア５２の下流には、内外気切替ドア５２を介して車室内空気（内気）または車室外空気（外気）を導入しダクト５１内へ空調空気として送風する送風機５３が備えられている。
【００１２】
送風機５３の下流には、冷凍サイクル３の一部をなし空調空気から熱を汲み上げ冷却するエバポレータ（冷却用室内熱交換器）３３が、ダクト５１の全面に亙って設けられ、エバポレータ３３の下流には、後述するエンジン冷却水回路８の一部をなし、エバポレータ３３で冷却された空調空気をエンジン冷却水により加熱するヒータコア（加熱用室内熱交換器）５４が備えられている。ヒータコア５４には、車室内１５へ吹き出す空調空気の目標温度に応じて、ヒータコア５４をバイパスする空調空気の流量とヒータコア５４を通過する空調空気の流量との割合をドア開度により調節するエアミックスドア５５が付設されている。
【００１３】
ヒータコア５４およびエアミックスドア５５の下流には、空調空気を車室内１５へ通じる各吹出口へ導くための吹出通路が設けられ、車室内１５の前部より乗員の頭胸部へ向けて主に冷風を吹き出すためのフェイス吹出通路５６、乗員の足元へ向けて主に温風を吹き出すためのフット吹出通路５７、および窓ガラスへ向けて主に温風を吹き出すデフロスタ吹出通路５８が設けられている。
【００１４】
冷凍サイクル３は、エバポレータ３３で空調空気から熱を汲み上げ気化したガス冷媒を圧縮して液化しやすい状態（すなわち高温高圧）にして吐出するコンプレッサ３１、コンプレッサ３１から吐出された高温高圧のガス冷媒を後記する空冷風により液化して熱を放出し液化させ液冷媒とする室外熱交換器４、高圧の液冷媒を急激に膨張させて、低温霧状の冷媒として噴射する冷媒膨張弁３２、および空調空気から冷媒の気化熱として熱を汲み上げ冷却するエバポレータ３３などを備え、コンプレッサ３１、室外熱交換器４、冷媒膨張弁３２、エバポレータ３３の順に冷媒が流れるように冷媒配管３４で連結されている。
【００１５】
室外熱交換器４は、ハイブリッド自動車１のエンジンルーム１１内の最前部に配置され、室外熱交換器４の前方には走行風を空冷風としてエンジンルーム１１内に導くフロントグリル１２が、フロントバンパ１３の上側で、かつボンネット１４の前端下側に備えられている。室外熱交換器４の空冷風の流れ方向の下流側には、走行用エンジン８１を冷却するエンジン冷却水を空冷するエンジン用ラジエータ８４、およびエンジン用ラジエータ８４の上下方向の下方側にエンジン用ラジエータ８４と並列的に配設されて、ハイブリッド自動車１に搭載された各種電気部品を冷却するＥＶ冷却水を空冷するＥＶラジエータ６を有する一体型ラジエータ７が直列的に配設されている。一体型ラジエータ７の空冷風の流れ方向の下流側には、室外熱交換器４および一体型ラジエータ７と直列的に配設されて、フロントグリル１２を介し走行風を空冷風としてエンジンルーム１１内に導く空冷ファン３５が付設されている。
【００１６】
エンジン用ラジエータ８４は走行用エンジン８１、空調ユニット５に備えられ空調空気の加熱を行うヒータコア５４、エンジン冷却水を循環させる動力を付与するエンジン冷却水ポンプ８２等とともにエンジン冷却水回路８を構成し、エンジン冷却水ポンプ８２、走行用エンジン８１、ヒータコア５４、エンジン用ラジエータ８４の順にエンジン冷却水が流れるようにエンジン冷却水配管８３で連結されている。
【００１７】
ＥＶラジエータ６は図１に示すごとく、電気部品群９７およびＥＶ冷却水を循環させる動力を付与するＥＶ冷却水ポンプ９１等とともにＥＶ冷却水回路９を構成する。
電気部品群９７には、車載主バッテリ（図示せず）の直流電力を所定の三相交流電力に変換し、さらにこの三相交流電力をエンジン制御装置（図示せず）の指令に応じて変換して走行モータに出力し、走行モータの回転速度を制御する走行モータ用インバータ９２や、車載主バッテリの直流電力を所定の直流電力に下降変換して補機バッテリ（図示せず）に出力し、ハイブリッド自動車１に搭載される補機類を作動させる補機バッテリ（図示せず）を充電するＤＣＤＣコンバータ９３や、補機バッテリの直流電力を所定の三相交流電力に変換し、さらにこの三相交流電力を空調制御装置の指令に応じて変換してコンプレッサ３１の駆動モータ（図示せず）に出力し、コンプレッサ３１の回転速度を制御するエアコンインバータ９４などが含まれる。
【００１８】
ＥＶ冷却水ポンプ９１、ＤＣＤＣコンバータ９３、エアコンインバータ９４、走行モータ用インバータ９２、およびＥＶラジエータ６は、この順にＥＶ冷却水が流れるようにＥＶ冷却水配管９６で連結されている。ＥＶラジエータ６のＥＶ冷却水出側には、ＥＶラジエータ６から流出したＥＶ冷却水の温度を検出する冷却水温度検出手段として水温センサ９５が設けられ、その検出値はエンジン制御装置および空調制御装置に入力される。
【００１９】
エンジン制御装置は走行モータ用インバータ９２の温度上昇に伴う破損を防止するため、予め保護温度（第１保護温度）を設定して記憶している（本実施形態では６５℃）。また、水温センサ９５からの入力値が第１保護温度を超えた場合には、走行モータ用インバータ９２から走行モータへの出力を停止するように指示する走行モータ関連電気部品保護手段としての制御プログラムを内蔵する。ＤＣＤＣコンバータ９３についても、エンジン制御装置は同様の保護温度（第１保護温度）を設定して記憶しており（同様に６５℃）、水温センサ９５からの入力値が第１保護温度を超えた場合には、ＤＣＤＣコンバータ９３から補機バッテリへの出力を停止するように指示する走行モータ関連電気部品保護手段としての制御プログラムを内蔵する。
【００２０】
空調制御装置はエアコンインバータ９４の温度上昇に伴う破損を防止するため、予め第１保護温度よりも低い保護温度（第２保護温度）を設定して記憶しており、水温センサ９５からの入力値が第２保護温度を超えた場合にはエアコンインバータ９４からコンプレッサ３１の駆動モータへの出力を停止するように指示するエアコンインバータ保護手段としての制御プログラムを内蔵する。
【００２１】
〔第１実施形態の作用〕
空調ユニット５では、内外気切替ドア５２を介して送風機５３によりダクト５１内に導入された空調空気は全量、エバポレータ３３を通過し冷媒の気化熱として熱を奪われ冷却される。冷却後の空調空気は一部が、エアミックスドア５５を介してヒータコア５４を通過しエンジン冷却水により加熱される。エアミックスドア５５の開度は、車室内１５へ吹き出す空調空気の目標温度に応じて決まる。ヒータコア５４で加熱された空調空気は、ヒータコア５４をバイパスした空調空気と混合され、フェイス吹出通路５６、フット吹出通路５７、またはデフロスタ吹出通路５８を通って車室内１５へ吹き出される。
【００２２】
冷凍サイクル３では、コンプレッサ３１によって吐出された高温高圧のガス冷媒が、室外熱交換器４でフロントグリル１２を介して空冷ファン２１によって導入された空冷風に熱を与えて液化し液冷媒となる。液冷媒は冷媒膨張弁３２で霧状に膨張されて噴射されてエバポレータ３３へ向かい、エバポレータ３３で空調空気から熱を奪って気化する。その後、再度コンプレッサ３１で高温高圧に圧縮されてサイクルを繰り返す。
【００２３】
エンジン冷却水回路８では、エンジン冷却水ポンプ８２によって吐出されたエンジン冷却水が走行用エンジン８１に送られて走行用エンジン８１を冷却する。その後エンジン冷却水はヒータコア５４へ送られて空調空気を加熱したのち、エンジン用ラジエータ８４に送られ、室外熱交換器４を通過した空冷風によって空冷され、再度エンジン冷却水ポンプ８２によって吐出される。
【００２４】
ＥＶ冷却水回路９では、ＥＶ冷却水ポンプ９１によって吐出されたＥＶ冷却水が電気部品群９７（走行モータ用インバータ９２、ＤＣＤＣコンバータ９３、エアコンインバータ９４）に送られてこれらを冷却する。その後、ＥＶ冷却水はＥＶラジエータ６で、室外熱交換器４を通過した空冷風によって空冷され、再度、ＥＶ冷却水ポンプ９１によって吐出される。
【００２５】
水温センサ９５は、ＥＶラジエータ６から流出したＥＶ冷却水の温度を検出し、空調制御装置およびエンジン制御装置にはその検出値が入力される。水温センサ９５からの入力値が第１保護温度を超えれば、エンジン制御装置からの指示によって走行モータ用インバータ９２から走行モータへの出力、またはＤＣＤＣコンバータ９３から補機バッテリへの出力が停止する。また、水温センサ９５からの入力値が第２保護温度を超えれば、空調制御装置からの指示によってエアコンインバータ９４からコンプレッサ３１の駆動モータへの出力が停止する。
【００２６】
第２保護温度は第１保護温度よりも低いので、先にエアコンインバータ９４からの出力が停止する。このため、図３に示すごとくＥＶ冷却水の温度が上昇して６０℃を超えた場合、まずコンプレッサ３１の回転が停止して冷媒の循環が止まり、室外熱交換器４での冷媒からの放熱量が減って冷却風の温度が下がる。この結果、ＥＶラジエータ６でＥＶ冷却水の空冷を十分に行うことができるようになりＥＶ冷却水の温度が下がる。
【００２７】
〔第１実施形態の効果〕
以上のように、走行用モータを有するハイブリッド自動車１に搭載されて、冷媒を圧縮して吐出するコンプレッサ３１、および冷媒を空冷する室外熱交換器４を有する冷凍サイクル３と、コンプレッサ３１の回転速度を制御するエアコンインバータ９４と、走行モータに関連して電力を出力する走行モータ関連電気部品（走行モータ用インバータ９２、ＤＣＤＣコンバータ９３など）と、室外熱交換器４よりも空冷風の流れ方向の下流側に直列的に配設されて、エアコンインバータ９４と走行モータ関連電気部品とを冷却するＥＶ冷却水を空冷するＥＶラジエータ６と、ＥＶラジエータ６から流出したＥＶ冷却水の温度を検出する水温センサ９５と、水温センサ９５によって検出されるＥＶ冷却水の温度が、予め設定された第１保護温度を超えた場合には、走行モータ関連電気部品の出力を低下させる走行モータ関連電気部品保護手段と、水温センサ９５によって検出されるＥＶ冷却水の温度が、予め第１保護温度よりも低く設定された第２保護温度を超えた場合には、エアコンインバータ９４の出力を低下させるエアコンインバータ保護手段とを備えた車両用空調装置を用いる。
【００２８】
これにより、水温センサ９５によって検出されるＥＶ冷却水の温度が上昇を始めた場合、ＥＶ冷却水温度は先に第２保護温度を超えるのでまずエアコンインバータ９４の出力が停止してコンプレッサ３１の回転が停止し冷媒の循環が止まる。このため、室外熱交換器４での冷媒からの放熱量が減って冷却風の温度が下がるので、ＥＶラジエータ６におけるＥＶ冷却水の空冷を十分に行うことができるようになる。この結果、ＥＶ冷却水の温度の上昇を抑えることができ、走行モータ関連電気部品を保護することができる。
【００２９】
〔他の実施形態〕
本実施形態では、走行モータと走行エンジン８１を有するハイブリッド自動車１に本発明を適用したが、走行モータのみで走行する鉄道車両、電気自動車などに適用してもよい。
また、走行モータ関連電気部品保護手段およびエアコンインバータ保護手段は、エンジン制御装置や空調制御装置に内蔵された制御プログラムの指示によって出力が停止、すなわち出力回路のスイッチが開くように構成されていたが、予め出力回路にヒューズを取り付けておき第１保護温度または第２保護温度を超えた場合には、ヒューズが切れ回路が遮断されるような構成にしてもよい。
【００３０】
本実施形態では走行モータ関連電気部品保護手段として、走行モータ用インバータ９２およびＤＣＤＣコンバータ９３の出力停止を採用したが、出力を所定値以下に制限する、または所定量低下する方法でもよい。エアコンインバータ保護手段についても、同様にエアコンインバータ９４の出力を所定値以下に制限してコンプレッサ３１の回転速度を所定値以下に制限する、または所定量低下させてコンプレッサ３１の回転速度を所定量低下する方法でもよい。またエアコンインバータ保護手段としては、エアコンインバータ９４の出力に関係なく内外気切替ドア５２を内気循環モードに切り替え固定する方法でもよく、さらに、内気循環モードに切替固定、およびコンプレッサ３１の回転停止、回転速度の所定量低下、回転速度を所定値以下に制限の４つの内のいずれか２以上を組み合わせた方法でもよい。
【００３１】
また、エアコンインバータ保護手段がとられＥＶ冷却水温度が第２保護温度（６０℃）以下に回復した後、空調制御を通常制御に戻す復帰方法として、ＥＶ冷却水温度が６０℃よりもさらに低い温度（例えば、５７℃）にまで低下しないと通常制御に復帰させない、とするヒステリシス方式を採用してもよい。
【００３２】
本実施形態では室外熱交換器４が一体型ラジエータ７の前面すべてに室外熱交換器４が対向して配置されていたが、ＥＶラジエータ６の前面には室外熱交換器４を対向させず、室外熱交換器４で冷媒から放熱を受けていない空冷風でＥＶ冷却水を空冷できるようにしてもよい。また、室外熱交換器４のＥＶラジエータ６に対向する部分は、フィンのピッチやチューブのピッチを小さくして伝熱能力を下げ、ＥＶラジエータ６に導かれる空冷風の温度が上がりにくくなるようにしてもよい。また、空冷風の分散を防ぎ空冷風を集中的に室外熱交換器４および一体型ラジエータ７に導くため、室外熱交換器４および一体型ラジエータ７の周囲をダクトの機能を有するシュラウド（図示せず）によって取り囲む必要がある場合には、室外熱交換器４のうちＥＶラジエータ６と対向している部分には冷媒を流さない構造にして、ＥＶラジエータ６に導かれる空冷風の温度が上がりにくいようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態のＥＶ冷却水回路を示した構成図である。
【図２】第１実施形態の車両用空調装置の全体構成を示した構成図である。
【図３】第１実施形態における第１保護温度、第２保護温度とＥＶ冷却水温度の経時変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１ハイブリッド自動車
２車両用空調装置
３冷凍サイクル
３１コンプレッサ
４室外熱交換器
５空調ユニット
６ＥＶラジエータ
７一体型ラジエータ
８エンジン冷却水回路
９ＥＶ冷却水回路
９２走行モータ用インバータ（走行モータ関連電気部品）
９３ＤＣＤＣコンバータ（走行モータ関連電気部品）
９４エアコンインバータ
９５水温センサ
９７電気部品群

Claims

走行モータを有する車両に搭載されて、冷媒を圧縮して吐出するコンプレッサ、およびこのコンプレッサにより吐出された冷媒を空冷する室外熱交換器を有する冷凍サイクルと、
前記コンプレッサに電力を出力して前記コンプレッサの回転速度を制御するエアコンインバータと、
前記走行モータに関連して電力を出力する走行モータ関連電気部品と、
前記室外熱交換器よりも空冷風の流れ方向の下流側に直列的に配設されて、前記エアコンインバータと前記走行モータ関連電気部品とを冷却する冷却水を空冷するラジエータと、
前記ラジエータから流出した前記冷却水の温度を検出する冷却水温度検出手段と、
前記冷却水温度検出手段によって検出される冷却水の温度が、予め設定された第１保護温度を超えた場合には、前記走行モータ関連電気部品の出力を低下させる走行モータ関連電気部品保護手段と、
前記冷却水温度検出手段によって検出される冷却水の温度が、予め前記第１保護温度よりも低く設定された第２保護温度を超えた場合には、前記エアコンインバータの出力を低下させるエアコンインバータ保護手段とを備えた車両用空調装置。
請求項１に記載の車両用空調装置において、前記走行モータ関連電気部品には、前記走行モータに電力を出力して前記走行モータの回転速度を制御する走行モータ用インバータが含まれることを特徴とする車両用空調装置。
請求項１に記載の車両用空調装置において、前記走行モータ関連電気部品には、前記車両に搭載された主バッテリの直流電力を下降変換して補助バッテリへ出力するＤＣＤＣコンバータが含まれることを特徴とする車両用空調装置。