JP2011229284A - 電気自動車の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モーターやインバーターの温度を制御して車室内の空調をより効率的に行うことのできる電気自動車の制御装置を提供する。
【解決手段】グリルシャッター１４を開いてラジエーター８に走行風を当てることでモーター及びインバーター２の温度を低下させることのできる電気自動車の制御装置において、モーター及びインバーター２の熱を暖房に利用するとともに、暖房時にグリルシャッター１４を閉じてラジエーター８への走行風の導入を禁止するようにした。
【選択図】図４

Description

本発明は、電気自動車の制御装置に関する。

近年、環境負荷を軽減すべく、電気自動車やハイブリッド自動車の開発が進められている。そして従来、ハイブリッド自動車の制御装置として、特許文献１に記載の装置が提案されている。

特許文献１に記載のハイブリッド自動車の制御装置は、エンジン温度を高める必要があるときには、グリルシャッターを閉じてラジエーターへの走行風の導入を禁止するようにしている。こうした場合、ラジエーターへの走行風の導入によるエンジン冷却水の冷却が不要なときには、グリルシャッターが閉じられて、車体の空力性能が向上されるようになる。

特開２００７−２２２９７号公報

このように上記従来の技術では、車体の空力性能の向上を目的としてグリルシャッターの開閉を行っているが、グリルシャッターの開閉によっては、エンジンコンパートメントの温度制御を行うことも可能である。ただし、ハイブリッド自動車のようにエンジンを有する自動車では、エンジンという非常に発熱量の大きい熱源があることから、エンジンコンパートメントの温度制御は複雑となる。すなわち、上記従来の技術を実施する場合には、グリルシャッターを閉じた場合にラジエーターからの放熱や排気熱によってエンジンコンパートメントに搭載された各部品の耐熱信頼性を損なう可能性があり、外気温や走行車速などに基づく複雑な制御ロジックが必要となる。これに対して電気自動車の場合、高温となる熱源が存在しないため、温度制御の単純化が可能であり、シャッター制御の更なる最適化の余地がある。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、モーターやインバーターの温度を制御して車室内の空調をより効率的に行うことのできる電気自動車の制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本願請求項１に記載の発明は、シャッターを開いて風の通過を許容することでモーター及びインバーターの温度を低下させることのできる電気自動車の制御装置において、モーター及びインバーターの熱を車室内の空調に利用するとともに、空調の要求に応じて上記シャッターの開閉制御を行うようにしている。

上記構成では、シャッターを開閉して風の通過の許容と禁止とを切り替えることで、モーターやインバーターの温度をある程度に制御することができる。こうしたモーターやインバーターの熱は、車室内の空調に利用されるため、シャッターの開閉に応じては、空調性能が昇降されるようになる。ここで上記構成では、空調の要求に応じてシャッターの開閉制御を行うため、空調性能が高められるようにモーターやインバーターの温度を調整することができる。したがって上記構成によれば、モーターやインバーターの温度を制御して車室内の空調をより効率的に行うことができるようになる。

ここで請求項２によるように、シャッターを通過した風と冷媒との間で熱交換を行う室外熱交換器を備える空調装置により空調を行う構成にあっては、冷暖房の要求がないときにシャッターを閉じることで、空調を効率的に行うことができるようになる。

また請求項３によるように、モーター及びインバーターの熱で暖房を行う場合には、暖房の要求時にシャッターを閉じることで、効率的に暖房を行うことができるようになる。なお、こうした構成は、請求項４に記載のような、蓄冷熱器に蓄えられた熱により空調を行う蓄熱・蓄冷式空調装置を搭載する電気自動車に適用することができる。

ちなみに、上記シャッターとしては、請求項５によるような走行風の取り込みを禁止、許容するグリルシャッターを用いることが可能である。またこれ以外にも、クーリングファンで人工的に風を作って熱交換器やラジエーターに当てる場合には、クーリングファンの送風を遮るラジエーターシャッターを上記シャッターとすることもできる。

本発明の第１実施形態の適用される電気自動車の空調装置及び冷却装置の構成を模式的に示す略図。 同実施形態に採用されるシャッター制御ルーチンの処理手順を示すフローチャート。 同実施形態に採用されるグリルシャッター開度調節制御の処理手順を示すフローチャート。 本発明の第２実施形態の適用される電気自動車の空調装置及び冷却装置の構成を模式的に示す略図。 同実施形態に採用されるシャッター制御ルーチンの処理手順を示すフローチャート。 ラジエーターシャッターの構成を模式的に示す略図。

（第１の実施の形態）
以下、本発明の電気自動車の制御装置を具体化した第１の実施の形態を、図１〜図３を参照して詳細に説明する。図１は、本実施の形態の制御装置の適用される電気自動車の空調装置及び冷却装置の構成を示している。

この電気自動車には、空調装置として、蒸気圧縮式の空調装置が搭載されている。蒸気圧縮式の空調装置は、空調用の冷媒（代替フロンなど）が循環される冷媒回路１を備えている。同図に示すように、冷媒回路１には、コンプレッサー４、空調用室外熱交換器５、膨張弁６、及び空調用室内熱交換器７が設けられている。ここでコンプレッサー４では、冷媒が圧縮され、空調用室外熱交換器５は、外気と冷媒との熱交換が行われる。また絞りとして機能する膨張弁６では、冷媒がその通過に応じて減圧され、空調用室内熱交換器７では、内気（車室に送風される空気）と冷媒との熱交換が行われる。

こうした蒸気圧縮式空調装置では、冷房時には、コンプレッサー４で圧縮されて、高温高圧となった冷媒は、空調用室外熱交換器５へと送られる。空調用室外熱交換器５に送られた冷媒は、ここで外気により冷されて低温高圧となる。そして冷媒は、膨張弁６にて減圧されて、蒸発し易い低温低圧の状態となった後、空調用室内熱交換器７へと送られる。空調用室内熱交換器７に送られた低温低圧の冷媒は、内気の熱を奪って蒸発し、再びコンプレッサー４に戻される。

また暖房時には、コンプレッサー４で圧縮されて、高温高圧となった冷媒は、空調用室内熱交換器７へと送られる。空調用室内熱交換器７に送られた高温高圧の冷媒は、その熱で内気を温めた後、膨張弁６で減圧される。膨張弁６を通過して低温低圧となった冷媒は、空調用室外熱交換器５へと送られ、その空調用室外熱交換器５において外気の熱奪った後、コンプレッサー４へと戻される。

以上のような蒸気圧縮式の空調装置を搭載する電気自動車には、そのモーター及びインバーター２を冷却する冷却装置が搭載されてもいる。この冷却装置は、モーター及びインバーター２を冷却するための冷却水が循環される冷却水回路３を備えている。そしてその冷却水回路３には、外気との熱交換を通じて冷却水を冷すラジエーター８が設けられている。

なおこの電気自動車には、冷媒回路１を循環する冷媒と冷却水回路３を循環する冷却水との間で熱交換を行う熱交換器９が設けられている。また冷却水回路３には、２つの切替弁１０，１１が設けられ、これらの切替弁１０，１１により、モーター及びインバーター２を通過した冷却水が、ラジエーター８に送られるか、上記の熱交換器９に送られるかが選択的に切り替えられるようになっている。

ここで冷却水が熱交換器９に送られるときには、冷媒回路１を循環する冷媒が、モーター及びインバーター２の熱を奪って高温となった冷却水の熱で温められるようになる。すなわち、このときの空調装置では、モーター及びインバーター２の熱が車室内の空調に利用されるようになる。

さて、こうした電気自動車の空調用室外熱交換器５及びラジエーター８は、バンパー１２に設けられたフロントグリル１３の直後に設置されており、フロントグリル１３を通じて流入した走行風が当るようになっている。またこの電気自動車には、フロントグリル１３を開閉するグリルシャッター１４が設けられている。

こうしたグリルシャッター１４の開閉は、電子制御ユニット１５により制御されている。電子制御ユニット１５には、インバーターの温度を検出するインバーター温度センサー１６や、モーターの温度（コイル温度）を検出するモーター温度センサー１７の検出信号が入力されている。また電子制御ユニット１５には、空調装置の操作パネルであるエアコンコントロールパネル１８からの信号が入力されてもいる。

以上のように構成された本実施の形態では、電子制御ユニット１５は、グリルシャッター１４の開閉制御を、モーター及びインバーター２の冷却要求と、空調要求とに応じて行うようにしている。具体的には、電子制御ユニット１５は、モーター温度及びインバーター温度が十分に低く、且つ冷房要求も、暖房要求も無いときには、グリルシャッター１４を閉じるようにしている。また電子制御ユニット１５は、それ以外のときには、モーターやインバーターの冷却要求及び空調要求に応じてグリルシャッター開度の調節制御を行なうようにしている。

図２は、こうした本実施の形態に採用されるシャッター制御ルーチンのフローチャートを示している。本ルーチンの処理は、電気自動車の稼動中に、電子制御ユニット１５により周期的に繰り返し実行されるものとなっている。

本ルーチンでは、以下の各条件（Ａ）〜（Ｄ）のすべての成立時にグリルシャッター開度が「０％」に設定される。また、下記条件（Ａ）〜（Ｄ）のうちの１つでも不成立のときには、グリルシャッター開度調節制御が実施されるようになる。
（Ａ）冷却を必要としない程度にインバーター温度が十分低いこと（Ｓ１００：ＹＥＳ）。
（Ｂ）冷却を必要としない程度にモーター温度が十分低いこと（Ｓ１０１：ＹＥＳ）。
（Ｃ）冷房要求が無いこと（Ｓ１０２：ＮＯ）。
（Ｄ）暖房要求が無いこと（Ｓ１０３：ＮＯ）。

図３は、上記条件（Ａ）〜（Ｄ）の少なくとも１つが不成立のときに実施されるグリルシャッター開度調節制御のフローチャートを示している。
本制御が開始されると、電子制御ユニット１５はまずステップＳ２００において、インバーター温度に応じたグリルシャッター１４の要求開度αを算出する。このインバーター温度に応じた要求開度αは、そのときのインバーター温度の検出値より算出され、インバーター温度が高いときほど大きい値に設定されるようになっている。

続いて電子制御ユニット１５は、ステップＳ２０１において、モーター温度に応じたグリルシャッター１４の要求開度βを算出する。このモーター温度に応じた要求開度βは、そのときのモーター温度の検出値より算出され、モーター温度が高いときほど大きい値に設定されるようになっている。

次に電子制御ユニット１５は、ステップＳ２０２において、冷房要求に応じたグリルシャッター１４の要求開度γを算出する。この冷房要求に応じた要求開度γは、冷房オフ時に「０」に設定されるとともに、冷房オン時には、冷媒高圧が高いときほど、大きい値が設定されるようになっている。

更に電子制御ユニット１５は、次のステップＳ２０３において、暖房要求に応じたグリルシャッター１４の要求開度εを算出する。この暖房要求に応じた要求開度εは、暖房オフ時に「０」に設定されるとともに、暖房オン時には、冷媒高圧が高いときほど、大きい値が設定されるようになっている。

そして最後に電子制御ユニット１５は、ステップＳ２０４において、上記４つの要求開度α〜εのうちで最大のものをグリルシャッター１４の目標開度として設定し、今回の本制御を終了する。その後、電子制御ユニット１５は、ここで設定した目標開度が得られるようにグリルシャッター１４の開度を制御する。

以上説明した本実施の形態の電気自動車の制御装置によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）本実施の形態は、グリルシャッター１４を開いて走行風の通過を許容することでモーター及びインバーター２の温度を低下させることのできる電気自動車の制御装置をその前提とするものとなっている。そして本実施の形態では、モーター及びインバーター２の熱を車室内の空調に利用するとともに、空調の要求に応じてグリルシャッター１４の開閉制御を行うようにしている。こうした本実施の形態では、グリルシャッター１４を開閉して走行風の通過の許容と禁止とを切り替えることで、モーターやインバーター２の温度をある程度に制御することができる。こうしたモーターやインバーター２の熱は、車室内の空調に利用されるため、グリルシャッター１４の開閉に応じては、空調性能が昇降されるようになる。ここで本実施の形態では、空調の要求に応じてグリルシャッター１４の開閉制御を行うため、空調性能が高められるようにモーターやインバーター２の温度を調整することができる。したがって本実施の形態によれば、モーターやインバーター２の温度を制御して車室内の空調をより効率的に行うことができるようになる。

（２）本実施の形態では、冷房要求及び暖房要求に応じてグリルシャッター開度の可変制御が行われるようになっている。そのため、空調用室外熱交換器５での冷媒の冷却の度合を、冷房要求や暖房要求に応じて調整することができるようになり、効率的に車室内の空調を行うことができるようになる。

（３）本実施の形態では、状況に応じてグリルシャッター１４が閉じられて、電気自動車の空力性能が向上するようになる。
（第２の実施の形態）
続いて、本発明を具体化した第２の実施の形態を図４及び図５を参照して詳細に説明する。なお、本実施の形態にあって上述の実施の形態と共通する構成については、同一の符号を付すとともに、その詳細な説明は省略する。

本実施の形態は、蓄熱・蓄冷式の空調装置を搭載する電気自動車に適用されるものとなっている。こうした電気自動車の空調装置及び冷却装置の構成を図４に示す。同図に示すように、この電気自動車には、高温の暖房水が循環される暖房水回路１９と低温の冷房水が循環される冷房水回路２０とが設けられている。

またこの電気自動車には、高温の暖房水又は低温の冷房水のいずれかが蓄えられる蓄冷熱器２２を備えている。蓄冷熱器２２への暖房水／冷房水の蓄えは、夜間電力等による電気自動車の充電時に行われ、暖房水／冷房水のいずれを蓄えるかは、季節によって変えられるようになっている。すなわち、冬季であれば、高温の暖房水を電力により生成して蓄冷熱器２２に蓄え、夏季であれば、低温の冷房水を電力により生成して蓄冷熱器２２に蓄えるようにしている。

暖房水回路１９は、蓄冷熱器２２、モーター及びインバーター２の内部、及び空調用室外熱交換器２１を巡るように形成されている。こうした暖房水回路１９では、蓄冷熱器２２に蓄えられた高温の暖房水を、モーター及びインバーター２の内部を通って空調用室外熱交換器２１に送ることで、車室の暖房が行われるようになっている。こうした暖房水回路１９では、モーター及びインバーター２の廃熱で暖房水が更に加温されるようになる。すなわち、この電気自動車では、蓄冷熱器２２に蓄えられた暖房水の熱に加え、モーター及びインバーター２の出す熱も、暖房に利用されるようになっている。

一方、冷房水回路２０は、蓄冷熱器２２と空調用室外熱交換器２１とを巡るように形成されている。こうした冷房水回路２０では、蓄冷熱器２２に蓄えられた低温の冷房水を直接、空調用室外熱交換器２１に送ることで、車室の冷房が行われるようになっている。

なお、蓄冷熱器２２に蓄えられた暖房水／冷房水を、暖房水回路１９を通じて循環させるか、冷房水回路２０を通じて循環させるかは、２つの切替弁２３，２４により切り替えられるようになっている。

ちなみに、こうした本実施の形態の電気自動車でも、モーター及びインバーター２の冷却は、水冷により行われるようになっている。そのため、この電気自動車には、モーター及びインバーター２とラジエーター８とを巡る冷却水の循環路が設けられている。

モーター及びインバーター２の冷却用に設けられたラジエーター８は、バンパー１２に設けられたフロントグリル１３の直後に設置されており、フロントグリル１３を通じて流入した走行風が当るようになっている。またこの電気自動車には、フロントグリル１３を開閉するグリルシャッター１４が設けられている。また、このグリルシャッター１４の開閉は、電子制御ユニット１５により制御されており、電子制御ユニット１５には、インバーター温度センサー１６及びモーター温度センサー１７の検出信号、及びエアコンコントロールパネル１８からの信号が入力されている。

こうした本実施の形態でも、電子制御ユニット１５は、グリルシャッター１４の開閉を、モーター及びインバーター２の冷却要求と、空調要求とに応じて行うようにしている。具体的には、電子制御ユニット１５は、モーター温度及びインバーター温度が十分に低くてそれらの冷却が必要無く、且つ暖房要求が有るときに限り、グリルシャッター１４を閉じるようにしている。

一方、それ以外のときには、電子制御ユニット１５は、モーター及びインバーター２の冷却要求に応じて、グリルシャッター開度の調節制御を行なうようにしている。この調整制御は、そのときのモーター温度及びインバーター温度の検出値に基づいて行われる。具体的には、電子制御ユニット１５は、インバーター温度に応じたグリルシャッター１４の要求開度αと、モーター温度に応じたグリルシャッター１４の要求開度βとを算出するようにしている。インバーター温度に応じた要求開度αは、そのときのインバーター温度の検出値より算出され、インバーター温度が高いときほど大きい値に設定されるようになっている。またモーター温度に応じた要求開度βは、そのときのモーター温度の検出値より算出され、モーター温度が高いときほど大きい値に設定されるようになっている。そして電子制御ユニット１５は、それら２つの要求開度α，βのうち、いずれか大きい方の値をグリルシャッター１４の目標開度に設定し、その目標開度が得られるようにグリルシャッター１４の開度を制御する。

図５は、こうした本実施の形態に採用されるシャッター制御ルーチンのフローチャートを示している。本ルーチンの処理は、電気自動車の稼動中に、電子制御ユニット１５により周期的に繰り返し実行されるものとなっている。すなわち、本ルーチンでは、以下の各条件（Ｅ）〜（Ｇ）のすべての成立時にグリルシャッター開度が「０％」に設定される。また、下記条件（Ｅ）〜（Ｇ）のうちの１つでも不成立のときには、上記態様でグリルシャッター開度調節制御が実施されるようになる。
（Ｅ）冷却を必要としない程度にインバーター温度が十分低いこと（Ｓ３００：ＹＥＳ）。
（Ｆ）冷却を必要としない程度にモーター温度が十分低いこと（Ｓ３０１：ＹＥＳ）。
（Ｇ）暖房要求がなされていること、すなわち暖房が使用中であること（Ｓ３０２：ＹＥＳ）。

以上説明した本実施の形態の電気自動車の制御装置によれば、上記（１）、（３）に加え、更に以下の効果を奏することができる。
（４）本実施の形態の適用される電気自動車では、モーター及びインバーター２の熱を暖房に利用するようにしている。そして本実施の形態では、暖房要求有りに応じてグリルシャッター１４を閉じるようにしている。こうした本実施の形態では、暖房要求があるときには、グリルシャッター１４が閉じられて、ラジエーター８への走行風の導入が禁止されるようになる。こうして走行風の導入が禁止されると、ラジエーター８での冷却水の冷却効率が低下して、モーター及びインバーター２の温度が高まるようになる。そのため、より多くの熱を暖房に利用できるようになり、より効率的に暖房を行うことができるようになる。

なお、上記実施の形態は以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施の形態では、モーターやインバーターの冷却要求等に応じて、グリルシャッター１４の開度を細かく調節するようにしていたが、全開、全閉のいずれかの状態を取るようにグリルシャッターを構成するようにしてもよい。この場合にも、モーター及びインバーター２の熱を車室内の空調に利用するとともに、そうした空調の要求に応じてグリルシャッター１４の開閉制御を行いさえすれば、車室内の空調の効率化が可能である。

・上記実施の形態では、走行風の導入を禁止、許容するグリルシャッター１４の開閉制御について説明したが、同様の開閉制御は、以下のようなラジエーターシャッターの開閉制御にも同様に適用することができる。すなわち、ラジエーターシャッターとは、図６のように、クーリングファン２５で人工的に風を作って空調用室外熱交換器５やラジエーター８に当てる構成において、その開閉に応じてクーリングファン２５の送風を許容、遮ぎるシャッター２６のことである。こうしたラジエーターシャッターについても、空調の要求に応じてその開閉制御を行えば、モーターやインバーターの温度を制御して車室内の空調をより効率的に行うことができるようになる。

１…冷媒回路、２…モーター及びインバーター、３…冷却水回路、４…コンプレッサー、５…空調用室外熱交換器、６…膨張弁、７…空調用室内熱交換器、８…ラジエーター、９…熱交換器、１０，１１…切替弁、１２…バンパー、１３…フロントグリル、１４…グリルシャッター、１５…電子制御ユニット、１６…インバーター温度センサー、１７…モーター温度センサー、１８…エアコンコントロールパネル、１９…暖房水回路、２０…冷房水回路、２１…空調用室外熱交換器、２２…蓄冷熱器、２３，２４…切替弁、２５…クーリングファン、２６…シャッター（ラジエーターシャッター）。

Claims (5)

1. シャッターを開いて風の通過を許容することでモーター及びインバーターの温度を低下させることのできる電気自動車の制御装置において、
   前記モーター及びインバーターの熱を車室内の空調に利用するとともに、前記空調の要求に応じて前記シャッターの開閉制御を行う
   ことを特徴とする電気自動車の制御装置。
2. 前記空調は、前記シャッターを通過した風と冷媒との間で熱交換を行う室外熱交換器を備える空調装置により行われ、
   冷暖房の要求がないときに前記シャッターが閉じられる
   ことを特徴とする請求項１に記載の電気自動車の制御装置。
3. 前記モーター及びインバーターの熱で暖房を行うとともに、暖房が要求されるときには、前記シャッターが閉じられる
   ことを特徴とする請求項１に記載の電気自動車の制御装置。
4. 前記空調は、蓄冷熱器に蓄えられた熱により行われる
   請求項３に記載の電気自動車の制御装置。
5. 前記シャッターは、走行風の取り込みを禁止、許容するグリルシャッターである
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の電気自動車の制御装置。

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