JP2006327226A

JP2006327226A - 車両用空気調和装置及び車両の空気調和方法

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Publication number: JP2006327226A
Application number: JP2005149199A
Authority: JP
Inventors: Fumiyasu Murakami; 史恭村上
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-05-23
Filing date: 2005-05-23
Publication date: 2006-12-07

Abstract

【課題】車両の空気調和において、車両用電源の負荷とのバランスをとりながら、車室内の暖気を十分に行うことができるヒータの使用を可能とすることである。
【解決手段】車両用空気調和装置３０は、車両用電源である１２Ｖバッテリ１８によって通電され車室内を暖気するＰＴＣヒータと、空気調和用ＥＣＵ３２等を含む。通電判断部３４は、暖気スイッチ４４、エンジン冷却水の水温検出手段２２からの信号に基づき、ＰＴＣヒータ５０に通電する必要があるか否かを判断し、負荷判断手段部は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６からの信号線４８の内容に基づき、車両用電源の負荷状態が過負荷であるか否かを判断し、通電制御手段は、ＰＴＣヒータ５０に通電する必要があり、かつ車両用電源が過負荷である場合に、ＰＴＣヒータ５０の温度が上昇することができる通電オンオフ比を用いて断続的な通電制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用空気調和装置及び車両の空気調和方法に係り、特に、車両の車室内を暖気する車両用空気調和装置及び車両の空気調和方法に関する。

車両の車室内が冷えているときは、運転者がパネルに設けられるヒータスイッチ等の暖気スイッチをオンにして、エンジンによって温められた空気を車室内に導入する。極寒地や、極寒時等ではエンジンが送風用空気を十分暖めるのに時間がかかり、しばらくは冷たい空気が出てくることがある。そこで、補助ヒータ等が用いられる。例えば、特許文献１には、車両用空調装置において、外気温、車両エンジンからの冷却水温度に応じ、３本のＰＴＣ素子等の発熱体素子の通電本数をきめ細かく制御し、無駄な電力消費を防止することが述べられる。また、車載バッテリの充電状態に応じて発熱体素子の通電本数を判定し、その本数の範囲で通電することも述べられる。

ここでＰＴＣ素子とは、所定のキューリ点にて抵抗値が急増する正の抵抗温度特性を有する素子で、その発熱温度をキューリ点に自己制御する自己温度制御機能を有する半導体素子である。このようなＰＴＣ素子として、例えばイットリウム、アンチモン、ランタン等の希土類元素を微量添加して半導体化したキューリ点が約１５０℃のチタン酸バリウム系セラミックを用いることができる。

ところで、ＰＴＣヒータを含め、補助ヒータは電力をかなり消費し、車両用電源の電圧を低下させる。車両用の電源は、補助ヒータのみならず車両搭載の電気機器等にも用いられるので、車両用電源の消費量が多く、その電圧が低下しすぎると、これらの機器の動作に支障が起こる。したがって、車両用電源の負荷状況によっては補助ヒータの使用を制限する必要がある。

例えば特許文献２には、ハイブリッド車両の空調ユニットにおいて、走行用エンジンの冷却水を暖房用熱源とし、補助電気ヒータとして２個のＰＴＣヒータを用いることが開示される。ここでは、車室内の暖房要求判断、暖房用熱源の水温判断、車両用電源のためのＤＣ−ＤＣコンバータの電流容量余裕判断等に基づき、余裕がない場合にはすべてのＰＴＣヒータをオフすることが述べられる。ＤＣ−ＤＣコンバータの電流容量余裕判断は、ＤＣ−ＤＣコンバータの充電能力以上の電流がハイブリッド車両全体で使われているかどうかで行われる。なお、ＰＴＣヒータのオンオフは頻繁にならないように、前回のオンオフから所定時間、たとえば１６秒間をおいて行われることが述べられる。

特開平１１−４２９３６号公報特開平１１−１１５４６９号公報

従来技術では、車室内暖気用ヒータの使用は、車両用電源の負荷を増大させるので、車両用電源に余裕のないときは、特許文献１のようにヒータの本数を制限しながら通電を継続させるか、あるいは特許文献２のように全部のヒータをオフさせるか、の手段がとられる。

しかしながら、一旦暖気が必要と判断してヒータの通電を開始した後に、車両用電源の負荷の問題で一部又は全部のヒータの通電を止めてしまうと、せっかく温まりかけた空気調和を中断することになり好ましくない。そこで実際には、一旦ヒータに通電すると、ヒータが十分に暖気できる所定時間内は通電を継続し、その後ヒータをオフすること等が行われる。この場合、その通電の間は、車両用電源は過負荷気味となるので、他の車両用搭載電気機器の中で車両走行等に関係の薄い機器、たとえばラジオ等の節電が行われることが好ましい。また、車両用電源から電力の供給を受け、車両の走行に影響のある機器等には、車両用電源電圧が所定値より低下したときにウオーニング（警報信号）を出して、操作に注意を促すことが好ましい。

このように、従来技術においては、車両の車室内の暖気に用いられるヒータの使用と、車両用電源の負荷とのバランスをとるのが容易ではなく、場合によっては、ヒータの使用で警報信号が出されてしまい、車両の運行に支障が出る恐れがある。

本発明の目的は、車両用電源の負荷とのバランスをとりながら、車室内の暖気を十分に行うことができるヒータの使用を可能とする車両用空気調和装置を提供することである。また、他の目的は、車両用電源の負荷とのバランスをとり、警報信号を出力させずに、車室内の暖気を十分に行うことができるヒータの使用を可能とする車両用空気調和装置を提供することである。以下の手段は、上記目的の少なくとも１つに奉仕するものである。

本発明に係る車両用空気調和装置は、車両に搭載される電源によって通電され、車両の車室内を暖気する発熱体と、電源の負荷状態に基づいて発熱体の通電を制御し車室内の空気調和を行う制御部と、を含む車両用空気調和装置であって、制御部は、車室内を暖気するために発熱体に通電する必要があるか否かを判断する通電判断手段と、電源の負荷状態が過負荷であるか否かを判断する負荷判断手段部と、発熱体に通電する必要があり、かつ電源が過負荷である場合に、発熱体の温度が上昇することができる通電オンオフ比を用いて断続的な通電制御を行う通電制御手段と、を有することを特徴とする。

また、制御部は、電源電圧が所定の閾値を下回る期間が任意に定める判断期間を超える場合に警報信号を出力する出力手段を有し、通電制御手段は、警報信号のための判断期間より短い通電オン時間を用いて通電断続を行うことが好ましい。

また、通電制御手段は、電源電圧が所定の閾値を超えて回復するのに十分な通電オフ時間を用いて通電断続を行うことが好ましい。

また、本発明に係る車両の空気調和方法は、車両に搭載される電源によって通電され、車両の車室内を暖気する発熱体と、電源の負荷状態に基づいて発熱体の通電を制御し車室内の空気調和を行う制御部と、を含む車両用空気調和装置上で実行される空気調和方法であって、車室内を暖気するために発熱体に通電する必要があるか否かを判断する通電判断工程と、電源の負荷状態が過負荷であるか否かを判断する負荷判断工程と、発熱体に通電する必要があり、かつ電源が過負荷である場合に、発熱体の温度が上昇することができる通電オンオフ比を用いて断続的な通電制御を行う通電制御工程と、を有することを特徴とする。

上記の構成によれば、発熱体に通電する必要があり、かつ電源が過負荷である場合に、発熱体の温度が上昇することができる通電オンオフ比を用いて断続的な通電制御を行うので、オフのときに車両用電源に負荷をかけず、全体として発熱体の温度を上昇させて車室内の暖気を十分に行うことができる。

また、警報信号のための判断期間より短い通電オン時間を用いて通電断続を行うので、断続的通電のオンのときに発熱体の通電による電源電圧の一時的低下があっても、警報信号の判断に影響を与えない。したがって、全体として発熱体の温度を上昇させて車室内の暖気を十分に行いつつも、警報信号が出力されないようにできる。

また、電源電圧が所定の閾値を超えて回復するのに十分な通電オフ時間を用いて通電断続を行うので、断続的通電のオフのときに電源電圧の十分な回復を図ることができる。

以上のように、本発明に係る車両用空気調和装置及び車両の空気調和方法によれば、車両用電源の負荷とのバランスをとりながら、車室内の暖気を十分に行うことができるヒータの使用を可能とする。また、車両用電源の負荷とのバランスをとり、警報信号を出力させずに、車室内の暖気を十分に行うことができるヒータの使用を可能とする。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、ハイブリッド車両のように高電圧電源を有し、これをＤＣ／ＤＣコンバータにて調整して１２Ｖバッテリに蓄え、この１２Ｖバッテリをいわゆる車両用電源とする場合を説明するが、これ以外の電源システムでもよい。たとえば、単に充電可能な２次電池を車両用電源として用いる場合でもよい。また、車両用電源に接続される様々な負荷として、ＰＴＣヒータ、２つのＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）の他、ラジオ、ファン等を述べるが、これらは例示である。それ以外にランプ等の一般的な機器、及びパワーステアリング用のＥＣＵ等のように電源電圧低下に伴うウオーニング（警報出力）を用いる機器等が負荷として用いられてもよい。また、車室内を暖気するヒータとしてＰＴＣヒータを説明するが、もちろんその他の電気ヒータ等の暖気手段であってもよい。

図１はハイブリッド車両における車両用空気調和装置３０のブロック図であるが、ここには車両用空気調和装置３０の構成要素ではないが、車両用電源システム１０、各種車両搭載電気機器２０、水温センサ等のエンジン冷却水の水温検出手段２２、車両用電源低下の警報を表示するパネル内警報表示部２４が示されている。

車両用電源システム１０は、車両に搭載される各種機器に電力を供給するシステムである。車両用電源システム１０は、例えば３００Ｖの高圧電力を蓄えるＨＶ高圧バッテリ１２、高圧電力の受給を遮断するためのシステムメインリレー（ＳＭＲ）１４、３００Ｖの直流高圧を１２Ｖ電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ１６、変換された１２Ｖ電力を蓄える１２Ｖバッテリ１８を含んで構成される。

ＨＶ高圧バッテリ１２は、インバータ等の回路手段を介して回生用発電機に接続され、車両の回生時の回生電気エネルギを蓄える。また、駆動用電動機に接続されて車両を駆動する電力を供給する。回生用発電機と駆動用電動機とは、いわゆる電動／発電機として両用のものを用いることができる。

１２Ｖバッテリは、ここでいう狭い意味での車両用電源に相当し、様々の車両搭載機器に電力を供給する機能を有する充放電可能な２次電池である。この電力の供給ラインは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力線でもあり、図１において太線の電源ライン４６で示してある。電源ライン４６には多くの車両搭載電気機器が接続され、図１においては、後述のＰＴＣヒータ５０、その通電制御用のリレー５２、空気調和用ＥＣＵ（Ａ／Ｃ−ＥＣＵ）３２、ブレーキ用ＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏｎｔｒｏｌＢｒａｋｅＥＣＵ：ＥＣＢ−ＥＣＵ）４０の他、ラジオ、ファン等の電気機器２０が示されている。

ここで、車両用空気調和装置３０は、上記の空気調和用ＥＣＵ３２、ブレーキ用ＥＣＵ４０、運転者等により操作される暖気スイッチ４４、ＰＴＣヒータ５０、リレー５２を含んで構成される。また、空気調和用ＥＣＵ３２とブレーキ用ＥＣＵ４０とは、車両用空気調和装置３０において、全体の動作を制御する制御部としての機能を有する。

空気調和用ＥＣＵ３２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６、暖気スイッチ４４、エンジン冷却水の水温検出手段２２からの入力信号に基づき、リレー５２を介してＰＴＣヒータ５０の通電を制御し、空気調和を図る機能を有する。

ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６からの信号線４８は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の負荷状態を示す信号を伝達する。具体的には、ＨＶ高圧バッテリ１２から高圧電力を変換し、１２Ｖバッテリ１８を充電する充電能力以上の負荷電力が使用されているかどうかを示すことができる信号が供給される。この信号は、充電能力以上の負荷電力が使用されているときは、いわゆる過負荷で、それ以上の電力消費を禁止することを結果的に示し、また、充電能力未満の負荷電力しか使用されていないときは、まだ余裕があり、さらなる電力消費を許可することを結果的に示すので、これを「禁止・許可信号」と呼ぶことができる。具体的には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の動作特性を示す適当な信号を用いることができる。例えば放電電流の大きさに関係する信号、あるいはそれに相当する信号を用いることができる。「禁止・許可信号」は、負荷状態を示す連続的な値でもよく、あるいはその連続的な値を閾値等の使用により、禁止＝１、許可＝０のように２値化してもよい。

暖気スイッチ４４は、車両の車室内に設けられる操作スイッチで、車室内の気温が低く、運転者等が車室内を暖気しようとするときに入れられるスイッチである。暖気スイッチ４４は、例えば「ＭＡＸ−ＨＯＴ」、「ＭＩＤ−ＨＯＴ」、「ＬＯＷ−ＨＯＴ」等の区別にあわせてスイッチ設定することで暖気の程度を指定できる。「ＭＩＤ−ＨＯＴ」、「ＬＯＷ−ＨＯＴ」等の指定は、通常にエンジンを用いる暖気で足りるように設定される。また、「ＭＡＸ−ＨＯＴ」の指定のときは、エンジンの暖気のみでは不足し、ＰＴＣヒータ５０による暖気が必要となるものとして設定される。暖気スイッチ４４の操作の内容は、電気信号に変換され、空気調和用ＥＣＵ３２に出力される。

エンジン冷却水の水温検出手段２２は、エンジンの冷却水の水温を検出し、空気調和用ＥＣＵ３２に出力する機能を有し、たとえば温度センサ等で構成される。ここでエンジンの冷却水は、高温のエンジンを冷却することで熱を得、図示されていない熱交換器を通して流されることで、車室内に供給される空気を暖気することに用いられる。エンジン冷却水の水温検出手段２２は、冷却水の水温が十分高くて、ＰＴＣヒータ５０を使用しなくてもエンジン冷却水の熱交換のみで車室内を十分暖気できるか、あるいは冷却水の水温が低くて、車室内を十分暖気するにはＰＴＣヒータ５０の使用が必要か、の水温状態を示す信号を空気調和用ＥＣＵ３２に出力する。空気調和用ＥＣＵ３２に出力する信号は、水温状態を示す連続的な値でもよく、あるいはその連続的な値を閾値等の使用により、ＰＴＣヒータ不要＝０、ＰＴＣヒータ要＝１のように２値化してもよい。ＰＴＣヒータ５０の通電要不要の判断は、例えば水温６５℃を目安に行うことができる。すなわち、水温６５℃以下のときはＰＴＣ５０の通電が必要とすることができる。

ＰＴＣヒータ５０は、周知のように、所定のキューリ点にて抵抗値が急増する正の抵抗温度特性を有する発熱体で、その発熱温度をキューリ点に自己制御する自己温度制御機能を有する半導体素子である。このようなＰＴＣ素子として、イットリウム、アンチモン、ランタン等の希土類元素を微量添加して半導体化したキューリ点が約１５０℃のチタン酸バリウム系セラミックを用いることができる。この場合、ＰＴＣヒータ５０は、通電することで昇温し、約１５０℃でその温度が一定に保持される。ＰＴＣヒータ５０は、１２Ｖの電源ライン４６と接地との間に、リレー５２と直列に接続され、リレー５２が開閉によりその通電が制御される。

ＥＣＢ−ＥＣＵ４０は、車両のブレーキ動作を電気的に制御する制御回路である。空気調和用ＥＣＵ３２との関係では、警報出力部４２を備える。警報出力部４２は、１２Ｖ電源ライン４６の電源電圧が所定の値を下回るときに、ブレーキ操作について注意するようにの旨のウオーニング（警報信号）を出力する機能を有する。具体的には、電源電圧低下を、所定の閾値で検出し、その閾値を下回る期間が予め定める判断期間を超えて継続する場合に、警報信号を出力する。出力された警報信号に基づいて、車室内のパネル内警報表示部２４において所定の警報マークが表示される。警報信号が出力されたことの表示方法は、画像のほか、警報音を用いてもよく、警報音声、あるいはそれらの組み合わせ等で表示してもよい。

空気調和用ＥＣＵ３２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６、暖気スイッチ４４、エンジン冷却水の水温検出手段２２からの入力信号に基づいて、リレー５２を開閉し、ＰＴＣヒータ５０の通電を制御する機能を有する制御回路である。その制御は、必要なときに車室内を十分暖気するとともに、ＥＣＢ−ＥＣＵ４０の警報出力部４２において、電源ライン４６の電源電圧が下がり過ぎと判断されてウオーニング（警報信号）が出されないように行われる。

空気調和用ＥＣＵ３２は、暖気スイッチ４４からの信号及びエンジン冷却水の水温検出手段２２からの信号に基づいて車室内を暖気するためにＰＴＣヒータ５０に通電する必要があるか否かを判断する通電判断部３４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６からの信号に基づいて車両用電源の負荷状態が過負荷か否かを判断する負荷判断部３６と、ＰＴＣヒータ５０に通電する必要があり、かつ車両用電源が過負荷である場合に、ＰＴＣヒータ５０の通電を制御する通電制御部３８とを含んで構成される。これらの機能はソフトウエアによって実現することができ、具体的には対応する空気調和プログラムを実行することで実現できる。また、各機能の一部をハードウエアで実現するように構成してもよい。

上記構成の車両用空気調和装置３０の動作、特に空気調和用ＥＣＵ３２の各機能につき、図２のフローチャートを用いて説明する。図２に示す車両の空気調和方法の手順は、空気調和プログラムの各ステップを示すものでもある。

車両の空気調和を行うには、最初に車両用空気調和装置３０の各要素の初期化を行う。そして、暖気スイッチが「ＭＡＸ−ＨＯＴ」か否かを判断する（Ｓ１０）。具体的には通電判断部３４の機能により、暖気スイッチ４４からの信号に基づき、その選択が「ＭＡＸ−ＨＯＴ」かどうかを判断する。すなわち、暖気スイッチ４４からの信号が「ＭＡＸ−ＨＯＴ」を示すものであれば、一応ＰＴＣヒータ５０の通電が必要と考えられるので、次にエンジン冷却水温が６５℃以下か否かを判断（Ｓ１２）する。具体的には通電判断部３４の機能により、エンジン冷却水の水温検出手段２２からの信号に基づき、その信号が、水温６５℃以下を示すものか否か、を判断する。水温が６５℃以下であれば、ＰＴＣヒータ５０の通電が必要と判断し、次のＳ１４に進む。

Ｓ１０において、「ＭＡＸ−ＨＯＴ」であると判断されない場合、あるいはＳ１２において、水温が６５℃以下であると判断されない場合には、Ｓ１８に進み、いずれの場合もＰＴＣヒータ５０には通電されず、再びＳ１０の手順に戻る。

このように、車室内を暖気するために発熱体であるＰＴＣヒータ５０に通電する必要があるか否かの判断は、暖気スイッチ４４からの信号の内容、及びエンジン冷却水の水温検出手段２２からの信号の内容の２つに基づいて行われる。具体的には、運転者等のユーザの希望が最も車室内を速く暖気したいとの「ＭＡＸ−ＨＯＴ」の選択であること、及びエンジンの冷却水の温度が所定値より低いこと、の２つが満たされると、ＰＴＣヒータ５０の通電が必要であると判断される。これら２つの信号が、上記のように連続的な値の信号である場合は、その値の意味を通電判断部３４で解釈してもよく、また、これら２つの信号がすでに、「ＭＡＸ−ＨＯＴ」を示すか否かの２値信号、水温６５℃以下を示すものか否かの２値信号であるときは、その２値の意味を通電判断部３４で解釈するものとしてもよい。また、通電判断部３４はそれ以外の要素に基づいてＰＴＣヒータ５０に通電が必要か否かを判断することとしてもよい。例えば、車室内気温等に基づき、あるいはこれを先の２つの条件と組み合わせて、ＰＴＣヒータ５０の通電の必要性を判断してもよい。

Ｓ１０，Ｓ１２を経て、ＰＴＣ５０に通電する必要があると判断されると、次に通電禁止か否かが判断される（Ｓ１４）。これは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の負荷状態を示す「禁止・許可信号」が禁止信号か否かの判断で、具体的には空気調和用ＥＣＵ３２の負荷判断部３６の機能により、信号線４８の内容が車両用電源の過負荷を示すものか否かが判断される。信号線４８の信号の内容が、負荷状態を示す連続的な値の場合は、その値の意味を負荷判断部３６で解釈してもよく、また、その信号の内容がすでに許可又は禁止を示す２値信号であるときは、その２値の意味を負荷判断部３６で解釈するものとしてもよい。

Ｓ１４において通電禁止なしと判断されると、車両用電源の負荷には余裕があるものとして、通常制御、すなわち、リレー５２を閉じてＰＴＣヒータ５０に通電を行うオン制御が行われる（Ｓ１６）。この制御は、空気調和用ＥＣＵ３２の通電制御部３８の機能により行われる。そして、手順としては再びＳ１０に戻る。

図３は、ＰＴＣヒータ５０に通電が行われたときの温度上昇および通電を止めたときの温度低下の様子を示す図である。ここで縦軸はＰＴＣヒータ５０の温度を取り、横軸は時間を取ってある。このＰＴＣヒータ５０は通電後、上記のように所定の温度である約１５０℃を目指し、温度上昇を続け、通電後Ｔ３でその飽和温度に達すると、その自己温度制御機能により、その後通電を続けてもその飽和温度で安定する。図３ではこの所定の温度まで上昇する時間をＴ３として示してある。温度上昇時間Ｔ３は、例えば２０秒から２５秒程度である。

そしてＰＴＣヒータ５０を熱交換器として、車室内への空気が暖気され、これにより車室内の空気調和が行われる。十分に車室内が暖気されると、ごく一般的には、運転者等のユーザが、暖気スイッチ４４を「ＭＡＸ−ＨＯＴ」からほかの指示に切り替える。すると、常時またはあるサンプリングで監視を続けるＳ１０において、判断が「ＭＡＸ−ＨＯＴ」であるとは判断されなくなり、Ｓ１８に進んで、ＰＴＣヒータ５０の通電がオフとなる制御が行われる。

ＰＴＣヒータ５０が所定の温度である１５０℃まで上昇した後、その通電がオフされると、図３に示されるように、ＰＴＣヒータ５０の温度は下がりつづける。ここでは所定の温度から再び室温に戻るまでの時間をＴ４として示してある。冷却時間Ｔ４としては例えば５分程度である。

Ｓ１４において通電禁止なしとは判断されないとき、すなわち、車両用電源が過負荷状態であるときは、ＰＴＣヒータ５０の通電を入れっぱなし、あるいは切りっぱなしである通常制御から、通電のオンオフを断続的に行う断続制御を行う（Ｓ２０以下）。通常制御においても、ＰＴＣヒータ５０はＳ１０，Ｓ１２，Ｓ１８の手順で通電がオフされ、その限りではオンオフ制御であるが、この場合は、図３で説明したように、そのオンオフ制御は、温度上昇時間Ｔ３、あるいは冷却時間Ｔ４より十分長い。これに対しＳ２０以下の手順におけるオンオフ制御は、温度上昇時間Ｔ３の間に通電のオンオフを行うもので、その時間間隔が短いところに特徴がある。

Ｓ２０以下の手順の詳細の説明の前に、断続的通電制御の内容を、図４に示すタイムチャートを用いて説明する。図４の横軸は時間で、縦軸には３つの信号６０，６２，６４の電圧レベルと、ＰＴＣヒータ５０の温度６６とが取られている。３つの信号は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６からの信号線４８の内容である通電の禁止・許可信号６０と、リレー５２の信号であるＰＴＣヒータ５０の通電オンオフ信号６２と、１２Ｖ電源ライン４６の内容である電源電圧信号６４である。

図４において、ｔ＝ｔ_０のとき、車両用電源が過負荷であると、通電禁止・許可信号６０は禁止レベルとなる。そしてｔ＝ｔ_１のときに、図２で説明した手順において、Ｓ１０，Ｓ１２の判断がいずれも肯定となると、Ｓ１４に進み、そこで通電禁止なしとは判断されず、Ｓ２０に進む。すなわち、ｔ＝ｔ_１が断続的通電制御の開始点になる。ここでは、ｔ＝ｔ_１において、通電禁止・許可信号６０が禁止状態を示しているにもかかわらず、通電オンオフ信号６２がオンとされる。これによりヒータ温度６６は上昇する。またＰＴＣヒータ５０の消費電力は大きいので、ｔ＝ｔ_１以後でその他の負荷による車両用電源の過負荷状態が解消されたとしても、ＰＴＣヒータ５０の消費電力のため、電源電圧信号６４は低下する。なお、以後の説明を簡単にするため、ＰＴＣヒータ５０以外の負荷による車両用電源の過負荷状態は解消され、車両用電源の過負荷はＰＴＣヒータ５０のオンによってのみ起こるものとする。

通電オンは、長い時間続けるのではなく、図３で説明したＰＴＣヒータ５０の温度上昇時間Ｔ３に比べ十分に短い時間Ｔ１の間のみである。したがって、ｔ＝ｔ_１＋Ｔ１の時刻で通電オンオフ信号６２はオフ信号となり、ＰＴＣヒータ５０の通電が止まる。したがって、その電力消費がなくなり、電源電圧信号６４が上昇し、また、このときすでにＰＴＣヒータ５０以外の車両用電源の過負荷が解消されているので、ＰＴＣヒータ５０の通電オフにより通電禁止・許可信号６０も、許可信号に変化する。

通電オフもまた、長い時間続けるのではなく、通電オン時間Ｔ１に比べやや短い時間Ｔ２の間のみで再び通電オンに戻る。したがって、ｔ＝ｔ_１＋Ｔ１＋Ｔ２の時刻で通電オンオフ信号６２はオン信号となり、ＰＴＣヒータ５０の通電が再開する。このように通電オフ時間Ｔ２は、ＰＴＣヒータ５０の温度上昇時間Ｔ３よりも短く、ＰＴＣヒータ５０の冷却時間Ｔ４よりはるかに短いので、ヒータ温度６６はこの通電オフ時間Ｔ２の間にほとんど下がらない。したがって、次の通電オンの開始（ｔ＝ｔ_１＋Ｔ１＋Ｔ２）においては、ヒータ温度６６はその直前の通電オンの終了（ｔ＝ｔ_１＋Ｔ１）とほぼ同じヒータ温度６６から上昇をはじめる。

このように、通電オフ時間Ｔ２を、ＰＴＣヒータ５０の自然冷却時間Ｔ４より十分短くとり、ヒータの温度が上昇できる通電オンオフ比をとることで、ＰＴＣヒータ５０の断続的通電制御を行っても、ＰＴＣヒータ５０の温度を上昇させることができる。一例として、時間を示せば、Ｔ３＝２０秒、Ｔ４＝５分、Ｔ１＝３秒、Ｔ２＝１秒、通電オンオフ比＝３である。このとき、Ｔ２＝１秒におけるＰＴＣヒータ５０の温度低下を無視できるものとすれば、Ｔ１の累積がＴ３と同程度に達するときに、ＰＴＣヒータ５０はほぼ所定の温度である１５０℃に達することができる。ここで７回のＴ１で累積通電オン時間が２１秒となるので、このときにＰＴＣヒータ５０が所定の温度に達するとすると、それまでの６回の通電オフ時間の累積である６秒を加算し、通電開始のｔ＝ｔ_１から２７秒でＰＴＣヒータ５０は十分に温度上昇を果たせることになる。

通電オフ時間Ｔ２の長さには、上記のようにＰＴＣヒータ５０の冷却時間Ｔ４に比べ十分に短くするほかに、この通電オフ時間Ｔ２の中で、電源電圧信号６４が十分に回復することが必要である。図４においては、通電オンオフ信号６２がオフになると、電源電圧信号６４が回復することが示される。ＰＴＣヒータ５０の電力消費はかなり大きいので、その通電開始で電源電圧信号６４が低下するが、逆に通電終了で電源電圧信号６４は回復する。Ｔ２＝１秒は１つの例であるが、ＰＴＣヒータ５０の消費電力が他の機器の消費電力に比べかなり大きいときはこの程度の時間でも十分に電源電圧信号６４は回復しうる。他の機器の消費電力もかなり大きい場合には、ＰＴＣヒータ５０の消費電力をゼロにすることでの電源電圧信号の回復が遅れることもある。したがって、通電オン時間Ｔ１の設定は、車両用負荷全体におけるＰＴＣヒータ５０の影響度合いを考慮して設定することが好ましい。

なお、通電オン時間Ｔ１の長さは、上記のように、ＰＴＣヒータ５０の温度上昇時間Ｔ３よりも十分小さくし、ＰＴＣヒータ５０が所定の温度まで上昇するまでの間に少なくとも１回以上の通電オフが取れるようにして、そのときに電源電圧信号６４の回復を図る必要がある。

また、通電オン時間Ｔ１にもう１つの条件を課すことでよりよい車両用空気調和の方法とすることができる。すなわち、図１で説明したように、ＥＣＢ−ＥＣＵ４０の警報出力部４２は、１２Ｖ電源ライン４６の電圧、つまり図４における電源電圧信号６４を監視し、その結果で警報信号を出力する。より詳しくは、電源電圧信号６４が示す電圧値を所定の閾値と比較し、その閾値を下回る期間が予め定める判断期間を超えて継続する場合に、警報信号を出力する。通電オン時間Ｔ１の間は電源電圧信号６４が低下を続けるので、この警報信号のための閾値以下になることがある。しかし、電源電圧信号６４が閾値以下になっても、その継続時間が、警報信号のための判断期間ＴＷより短ければ、警報信号は出力されない。したがって、通電オン時間Ｔ１を判断期間ＴＷを超えないように設定することで、ＰＴＣヒータ５０の通電によって警報信号が出力されることを避けることができる。

このように、車両用電源の負荷に余裕がなく、しかもＰＴＣヒータ５０の通電が必要と判断される場合には、ＰＴＣヒータ５０の温度上昇時間Ｔ３、その通電をしないときの冷却時間Ｔ４、ＥＣＢ−ＥＣＵ４０の警報信号の判断期間ＴＷを考慮して、通電オン時間Ｔ１、通電オフ時間Ｔ２を適切に設定した断続的通電制御が行われる。

再び図２に戻り、車両用電源の負荷に余裕がなく、しかもＰＴＣヒータ５０の通電が必要と判断される場合におけるＳ２０以降の手順の内容を説明する。最初に、初回の通電オンからＴ３以内か否かが判断される（Ｓ２０）。Ｔ３以内であると判断されないときは、図４で説明したｔ＝ｔ_１からｔ＝ｔ_１＋Ｔ３の間の工程でないので、次に前回の通電オフからＴ４経過か否かを判断する（Ｓ２２）。

ここで通電オフからＴ４経過と判断されると、図３で説明したように、ＰＴＣヒータ５０は室温に下がってしまっているので、通電をオンする（Ｓ２４）。このオンはＰＴＣヒータ５０が完全に室温に戻ってから最初の通電オンとなるので、これを初回の通電オンと呼んでもよい。Ｓ２０における初回通電オンも同様の意味である。Ｓ２２の判断において、Ｔ４経過か否かの判断の代わりに、ＰＴＣヒータ５０の使用履歴がまったくないか否かの判断に置き換えてもよい。Ｓ２２の判断において、Ｔ４経過であると判断されないときは、Ｓ１８に進み、一旦通電をオフし、再びＳ１０へ戻ってやり直す。Ｓ２４の後も再びＳ１０に戻る。

Ｓ２０においてＴ３以内と判断されると、図４で説明した通電オンオフ制御が実行される。まず、現在が通電オン中か否かが判断される（Ｓ２６）。通電オン中であれば、通電オンしてからＴ１以内か否かが判断され（Ｓ２８）、Ｔ１以内であればＴ１になるまで通電オンを続ける（Ｓ３２）。通電オフ中であれば、通電オフしてからＴ２以内か否かが判断され（Ｓ３０）、Ｔ２以内であればＴ２になるまで通電オフを続ける（Ｓ３４）。Ｓ３２，Ｓ３４のあとは再びＳ１０に戻る。このようにして、通電オン時間Ｔ１、通電オフ時間Ｔ２を繰り返すことで、図４で説明した断続制御の内容が実行される。

本発明に係る実施の形態における車両用空気調和装置のブロック図である。本発明に係る実施の形態における車両の空気調和方法の手順を示すフローチャートである。本発明に係る実施の形態においてＰＴＣヒータに通電が行われたときの温度上昇および通電を止めたときの温度低下の様子を説明する図である。本発明に係る実施の形態における断続的通電制御のタイムチャートである。

符号の説明

１０車両用電源システム、１２ＨＶ高圧バッテリ、１４ＳＭＲ、１６ＤＣ／ＤＣコンバータ、１８１２Ｖバッテリ、２０電気機器、２２エンジン冷却水の水温検出手段、２４パネル内警報表示部、３０車両用空気調和装置、３２空気調和用ＥＣＵ、３４通電判断部、３６負荷判断部、３８通電制御部、４０ＥＣＢ−ＥＣＵ、４２警報出力部、４４暖気スイッチ、４６電源ライン、４８信号線、５０ＰＴＣヒータ、５２リレー、６０禁止・許可信号、６２通電オンオフ信号、６４電源電圧信号、６６ヒータ温度。

Claims

車両に搭載される電源によって通電され、車両の車室内を暖気する発熱体と、
電源の負荷状態に基づいて発熱体の通電を制御し車室内の空気調和を行う制御部と、
を含む車両用空気調和装置であって、
制御部は、
車室内を暖気するために発熱体に通電する必要があるか否かを判断する通電判断手段と、
電源の負荷状態が過負荷であるか否かを判断する負荷判断手段部と、
発熱体に通電する必要があり、かつ電源が過負荷である場合に、発熱体の温度が上昇することができる通電オンオフ比を用いて断続的な通電制御を行う通電制御手段と、
を有することを特徴とする車両用空気調和装置。
請求項１に記載の車両用空気調和装置において、
制御部は、
電源電圧が所定の閾値を下回る期間が任意に定める判断期間を超える場合に警報信号を出力する出力手段を有し、
通電制御手段は、警報信号のための判断期間より短い通電オン時間を用いて通電断続を行うことを特徴とする車両用空気調和装置。
請求項２に記載の車両用空気調和装置において、
通電制御手段は、電源電圧が所定の閾値を超えて回復するのに十分な通電オフ時間を用いて通電断続を行うことを特徴とする車両用空気調和装置。
車両に搭載される電源によって通電され、車両の車室内を暖気する発熱体と、電源の負荷状態に基づいて発熱体の通電を制御し車室内の空気調和を行う制御部と、を含む車両用空気調和装置上で実行される空気調和方法であって、
車室内を暖気するために発熱体に通電する必要があるか否かを判断する通電判断工程と、
電源の負荷状態が過負荷であるか否かを判断する負荷判断工程と、
発熱体に通電する必要があり、かつ電源が過負荷である場合に、発熱体の温度が上昇することができる通電オンオフ比を用いて断続的な通電制御を行う通電制御工程と、
を有することを特徴とする車両の空気調和方法。