JP2019115125A - 電動車両 - Google Patents
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Abstract
Description
電動車両のなかには、蓄電装置を過充電から保護するため、蓄電装置の残容量が所定値を超えたとき、電動機における回生量を制限するように構成されたものがある。しかし、電動機による回生量が制限されると、回生制動力が通常よりも弱まり、乗員にブレーキフィーリングの変化による違和感を与えてしまう。一方、ブレーキフィーリングの変化を抑えることを優先し、制動中における回生量の制限をなくすと、過充電によるバッテリの劣化を招く。
また、電動機による回生中に蓄電装置の残容量が所定値を超えたときに、車室内を冷房する冷房装置と車室内を暖房する暖房装置とを並行して動作させる方法が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
この電動車両によれば、電動機による回生中において蓄電装置の残容量が所定値以上のときに、廃電制御により圧縮機の運転とともに室外熱交換器の通過風量を低下させる。よって、廃電制御前に比べて圧縮機の吸入冷媒圧力が低下し、廃電制御前と同じ暖房能力を得るためには吸入冷媒密度が薄くなり冷媒流量が低下する。すなわち、室外熱交換器の通過風量を低下させることにより、暖房運転の効率を低下させることが可能になる。
この状態において、廃電制御前の暖房能力を得るためには、圧縮機の回転数を増速させて冷媒流量を増す必要がある。圧縮機の回転数を増速することにより、圧縮機の消費電力を増加させることができる。この廃電制御において、圧縮機の消費電力が、電動機による発電電力よりも大きい場合には、蓄電装置への過充電を防止できる。また、圧縮機の消費電力が、電動機による発電電力よりも小さい場合には、蓄電装置の残容量の増加スピードを低下させることができる。
この状態において、廃電制御前の暖房能力を得るためには、圧縮機の回転数を増速させて室内熱交換器の温度を上げる必要がある。圧縮機の回転数を増速することにより、圧縮機の消費電力を増加させることができる。この廃電制御において、圧縮機の消費電力が、電動機による発電電力よりも大きい場合には、蓄電装置への過充電を防止できる。また、圧縮機の消費電力が、電動機による発電電力よりも小さい場合には、蓄電装置の残容量の増加スピードを低下させることができる。
この状態において、廃電制御前の暖房能力を得るためには、圧縮機の回転数を増速させて圧縮機から吐出する冷媒流量を増す必要がある。圧縮機の回転数を増速することにより、圧縮機の消費電力を増加させることができる。この廃電制御において、圧縮機の消費電力が、電動機による発電電力よりも大きい場合には、蓄電装置への過充電を防止できる。また、圧縮機の消費電力が、電動機による発電電力よりも小さい場合には、蓄電装置の残容量の増加スピードを低下させることができる。
この状態において、廃電制御前の暖房能力を得るためには、室内熱交換器への圧力上昇が必要となる。すなわち、圧縮機の回転数を増速させて圧縮機から吐出する冷媒流量を増す必要がある。圧縮機の回転数を増速することにより、圧縮機の消費電力を増加させることができる。この廃電制御において、圧縮機の消費電力が、電動機による発電電力よりも大きい場合には、蓄電装置への過充電を防止できる。また、圧縮機の消費電力が、電動機による発電電力よりも小さい場合には、蓄電装置の残容量の増加スピードを低下させることができる。
一方、圧縮機の回転数を増加することにより、圧縮機の消費電力を増加させることができる。この廃電制御において、圧縮機の消費電力が、電動機による発電電力よりも大きい場合には、蓄電装置への過充電を防止できる。また、圧縮機の消費電力が、電動機による発電電力よりも小さい場合には、蓄電装置の残容量の増加スピードを低下させることができる。
この状態において、廃電制御前の暖房能力を得るためには、圧縮機の回転数を増速させる必要がある。圧縮機の回転数を増速することにより、圧縮機の消費電力を増加させることができる。この廃電制御において、圧縮機の消費電力が、電動機による発電電力よりも大きい場合には、蓄電装置への過充電を防止できる。また、圧縮機の消費電力が、電動機による発電電力よりも小さい場合には、蓄電装置の残容量の増加スピードを低下させることができる。
これにより、廃電制御による過度な廃電を防止しつつ廃電要求も満たすことができる。換言すれば、回生が終了した際のSOCの低下を防止しつつ、蓄電装置の完全充電による回生不可(回生トルク不足)の状況になることを防止できる。
実施形態においては、電動車両として電気自動車(Battery Electric Vehicle(BEV))を例示するが、これに限定しない。例えばハイブリッド自動車(Hybrid Vehicle(HV))、燃料電池自動車(Fuel Cell Vehicle(FCV))などの他の車両としてもよい。
図1は、車両用空調装置10を備えた電動車両Veの構成図である。
空調ユニット11は、空調空気が流通するダクト51と、このダクト51内に収容されたブロア52、エバポレータ53、第2導風手段(エアミックスドア)54、および、室内熱交換器(室内コンデンサ)55と、を備えている。
空気取込口56a,56bは、それぞれ内気を取り込む内気取込口と、外気を取り込む外気取込口を構成している。空気取込口56a,56bは、内気ドア72と外気ドア73によってそれぞれ開閉され、例えば、制御装置15による制御により内気ドア72と外気ドア73の開度が調整されることで、ダクト51内に流入する内気と外気の流量割合が調整される。
エバポレータ53は、内部に流入した低圧の冷媒と車室内雰囲気(ダクト51内)との熱交換を行ない、例えば、冷媒が蒸発する際の吸熱によって、エバポレータ53を通過する空調空気を冷却する。
室内熱交換器55は、内部に流入した高温かつ高圧に圧縮された冷媒と熱交換可能である。室内熱交換器55は、例えば、放熱することによって、室内熱交換器55を通過する空調空気を加熱する。
ヒートポンプサイクル12、エバポレータ53および室内熱交換器55で冷媒回路13が構成されている。すなわち、冷媒回路13は電動車両Veに備えられている。
膨張弁22は、例えば、開口部の口径を調整可能な絞り弁である。膨張弁22は、室内熱交換器55を通過した冷媒を、減圧して膨張させた後、低温かつ低圧で気液2相(液相リッチ)の噴霧状の冷媒として室外熱交換器24に吐出する。
第1導風手段28としては、例えば室外熱交換器24の通過風量を制御するコンデンサファンが挙げられるが、その他の例として、例えばグリルシャッタなどを使用してもよい。第1導風手段28がコンデンサファンの場合、例えばコンデンサファンのモータに制御装置15による制御により印加される駆動電圧に応じて、コンデンサファンが駆動される。
三方弁25は、暖房運転の実行時には、室外熱交換器24から流出した冷媒を気液分離器26側の合流部33に向けて吐出する。一方、冷房運転の実行時には、三方弁25は、室外熱交換器24から流出した冷媒を冷房用減圧弁27に向けて吐出する。
冷房用減圧弁27は、いわゆる絞り弁であって、三方弁25とエバポレータ53の流入口との間に接続されている。冷房用減圧弁27は、例えば、制御装置15によって制御される弁開度に応じて三方弁25から流出した冷媒を減圧して膨張させた後、低温かつ低圧で気液2相(気相リッチ)の噴霧状の冷媒としてエバポレータ53に吐出する。
エバポレータ53は、冷房用減圧弁27と合流部33(気液分離器26)との間に接続されている。
また、制御装置15は、充電可能電力に基づいて、蓄電装置16の残容量が所定値以上であるか否かを判定する。さらに、制御装置15には、蓄電装置16に入力される回生電力の情報が入力される。
(暖房運転モード)
図2に示すように、車両用空調装置10で暖房運転を行う場合には、第2導風手段54が室内熱交換器55に向かう通風経路を開放する加熱位置とされる。また、冷房用電磁弁23が閉状態とされ、三方弁25が室外熱交換器24と合流部33とを接続する状態とされる。なお、空調ユニット11は、図2の例では、DEFドア64が開状態とされ、VENTドア63が閉状態とされているが、これらの開閉は運転者の操作によって任意に変更することができる。
室内熱交換器55を通過した冷媒は、膨張弁22によって膨張させられて(減圧されて)液相リッチの噴霧状とされ、その後、室外熱交換器24において熱交換(車室外雰囲気から吸熱)して気相リッチの噴霧状となる。室外熱交換器24を通過した冷媒は、三方弁25と合流部33とを通過して気液分離器26に流入する。そして、気液分離器26に流入した冷媒は、気相と液相とに分離され、気相の冷媒が圧縮機21に吸入される。
そして、空調空気は、室内熱交換器55を通過する際に室内熱交換器55との間で熱交換され、空気吹出口57bを通って車室内に暖房として供給される。
(冷房運転モード)
図3に示すように、車両用空調装置10によって冷房運転を行う場合には、第2導風手段54が、エバポレータ53を通過した空調空気が室内熱交換器55を迂回するよう冷却位置とされる。さらに、冷房用電磁弁23が開状態(膨張弁22が閉状態)とされ、三方弁25が室外熱交換器24と冷房用減圧弁27とを接続する状態とされる。なお、空調ユニット11は、図3の例では、DEFドア64が閉状態とされ、VENTドア63が開状態とされているが、これらの開閉は運転者の操作によって任意に変更することができる。
エバポレータ53を通過した気相リッチの冷媒は、合流部33を通過して気液分離器26に流入し、気液分離器26において気液分離された後、気相の冷媒が圧縮機21に吸入される。
図5は、冷媒圧力―エンタルピ線図を示し、縦軸に冷媒圧力、横軸にエンタルピを示す。図5において、暖房運転モードおける廃電制御前の冷媒圧力―エンタルピ線図G1を実線で示す。冷媒圧力―エンタルピ線図G1において、点A1→点B1は、圧縮機21における冷媒の状態変化を示す。点B1→点C1は、室内熱交換器55における冷媒の状態変化を示す。点C1→点D1は、膨張弁22における冷媒の状態変化を示す。点D1→点A1は、室外熱交換器24における冷媒の状態変化を示す。
すなわち、第1導風手段28がコンデンサファンの場合、ファンの回転数を減速、または停止することにより、第1導風手段28の通過風量を低下させる。また、第1導風手段28がグリルシャッタの場合、グリルシャッタの隙間を小さく、またはグリルシャッタを閉じることにより、第1導風手段28の通過風量を低下させる。
第1導風手段28の通過風量を低下させることにより、室外熱交換器24の通過風量が低下する。このため、室外熱交換器24に流入した冷媒による吸熱が低下する。よって、室外熱交換器24から液相リッチの冷媒が気液分離器26を経て、気相の冷媒が圧縮機21に吸入される。
この状態において、廃電制御前の暖房能力を得るためには、圧縮機21の回転数を増速させて冷媒流量を増す必要がある。圧縮機21の回転数を増速することにより、図4、図6に示すように、圧縮機21の消費電力をW1からW2まで増して車両用空調装置10の廃電量を確保できる。
これにより、第1廃電制御において、圧縮機21の消費電力W2が、電動機17による発電電力よりも大きい場合には、蓄電装置16への過充電を防止できる。また、圧縮機21の消費電力W2が、電動機17による発電電力よりも小さい場合には、蓄電装置16の残容量の増加スピードを低下させることができる。
図8は、冷媒圧力―エンタルピ線図を示し、縦軸に冷媒圧力、横軸にエンタルピを示す。図8において、暖房運転モードおける廃電制御前の冷媒圧力―エンタルピ線図G1を実線で示す。廃電制御前の冷媒圧力―エンタルピ線図G1は、第1廃電制御の図5と同一線図である。
また、廃電制御後の冷媒圧力―エンタルピ線図G5を破線で示す。冷媒圧力―エンタルピ線図G5において、点A1→点B2は、圧縮機21における冷媒の状態変化を示す。点B2→点C2は、室内熱交換器55における冷媒の状態変化を示す。点C2→点D1は、膨張弁22における冷媒の状態変化を示す。点D1→点A1は、室外熱交換器24における冷媒の状態変化を示す。
これにより、第2廃電制御において、圧縮機21の消費電力W3が、電動機17による発電電力よりも大きい場合には、蓄電装置16への過充電を防止できる。また、圧縮機21の消費電力W3が、電動機17による発電電力よりも小さい場合には、蓄電装置16の残容量の増加スピードを低下させることができる。
第3廃電制御は、第2廃電制御に膨張弁22の制御を加えることにより車両用空調装置10の消費電力を増大させるものである。
図11は、冷媒圧力―エンタルピ線図を示し、縦軸に冷媒圧力を示し、横軸にエンタルピを示す。図11において、暖房運転モードおける廃電制御前の冷媒圧力―エンタルピ線図G1を実線で示す。廃電制御前の冷媒圧力―エンタルピ線図G1は、第1廃電制御の図5と同一である。
また、廃電制御後の冷媒圧力―エンタルピ線図G6を破線で示す。冷媒圧力―エンタルピ線図G6において、点A1→点B3は、圧縮機21における冷媒の状態変化を示す。点B3→点C3は、室内熱交換器55における冷媒の状態変化を示す。点C3→点D1は、膨張弁22における冷媒の状態変化を示す。点D1→点A1は、室外熱交換器24における冷媒の状態変化を示す。
膨張弁22の開度を減少させることにより、廃電制御前に比べて圧縮機21の吐出冷媒圧力が上昇する。よって、圧縮機21の圧縮効率が悪化して冷媒流量が低下し、暖房運転の効率を低下させることが可能になる。
これにより、第3廃電制御において、圧縮機21の消費電力W4が、電動機17による発電電力よりも大きい場合には、蓄電装置16への過充電を防止できる。また、圧縮機21の消費電力W4が、電動機17による発電電力よりも小さい場合には、蓄電装置16の残容量の増加スピードを低下させることができる。
図14は、冷媒圧力―エンタルピ線図を示し、縦軸に冷媒圧力、横軸にエンタルピを示す。図14において、暖房運転モードおける廃電制御前の冷媒圧力―エンタルピ線図G1を実線で示す。廃電制御前の冷媒圧力―エンタルピ線図G1は、第1廃電制御の図5と同一である。
また、廃電制御後の冷媒圧力―エンタルピ線図G7を破線で示す。冷媒圧力―エンタルピ線図G7において、点A3→点B1は、圧縮機21における冷媒の状態変化を示す。点B1→点C1は、室内熱交換器55における冷媒の状態変化を示す。点C1→点D3は、膨張弁22における冷媒の状態変化を示す。点D3→点A3は、室外熱交換器24における冷媒の状態変化を示す。
これにより、第4廃電制御において、圧縮機21の消費電力W5が、電動機17による発電電力よりも大きい場合には、蓄電装置16への過充電を防止できる。また、圧縮機21の消費電力W5が、電動機17による発電電力よりも小さい場合には、蓄電装置16の残容量の増加スピードを低下させることができる。
図17は、冷媒圧力―エンタルピ線図を示し、縦軸に冷媒圧力、横軸にエンタルピを示す。図17において、暖房運転モードおける廃電制御前の冷媒圧力―エンタルピ線図G1を実線で示す。廃電制御前の冷媒圧力―エンタルピ線図G1は、第1廃電制御の図5と同一である。
また、廃電制御後の冷媒圧力―エンタルピ線図G8を破線で示す。冷媒圧力―エンタルピ線図G8において、点A4→点B4は、圧縮機21における冷媒の状態変化を示す。点B4→点C4は、室内熱交換器55における冷媒の状態変化を示す。点C4→点D4は、膨張弁22における冷媒の状態変化を示す。点D4→点A4は、室外熱交換器24における冷媒の状態変化を示す。
一方、圧縮機21の回転数を第4廃電制御の状態より増加することにより、図16、図18に示すように、圧縮機21の消費電力をW1からW6まで増して車両用空調装置10の廃電量を確保できる。
これにより、第5廃電制御において、圧縮機21の消費電力W6が、電動機17による発電電力よりも大きい場合には、蓄電装置16への過充電を防止できる。また、圧縮機21の消費電力W6が、電動機17による発電電力よりも小さい場合には、蓄電装置16の残容量の増加スピードを低下させることができる。
(第6廃電制御)
第1〜第5の廃電制御の消費電力(すなわち、廃電量)W2〜W6を、例えば、
第1廃電量W2<第2廃電量W3<第3廃電量W4<第4廃電量W5<第5廃電量W6
とする。なお、第1〜第5の廃電量W2〜W6は電動車両Veの諸元などによって異なる。
例えば、前記実施形態では、電動車両として電気自動車を例示したが、これに限らない。その他の車両として、例えばハイブリッド自動車、燃料電池自動車などに本発明を適用してもよい。
10…車両用空調装置
11…空調ユニット
12…ヒートポンプサイクル
13…冷媒回路
15…制御装置
16…蓄電装置(バッテリ)
17…電動機(走行用モータ)
21…圧縮機(コンプレッサ)
22…膨張弁(暖房用減圧弁)
24…室外熱交換器
28…第1導風手段(ファン)
31…冷媒流路
51…ダクト
52…ブロア
53…エバポレータ
54…第2導風手段(エアミックスドア)
55…室内熱交換器(室内コンデンサ)
Claims (6)
- 電動機と、
前記電動機と電気的に接続される蓄電装置と、
前記電動機と前記蓄電装置とを制御する制御装置を備える電動車両において、
吸引した冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、
前記圧縮された冷媒と熱交換する室内熱交換器と、
前記室内熱交換器を通過した冷媒を減圧する膨張弁と、
前記減圧された冷媒と熱交換して前記圧縮機に戻す室外熱交換器と、
を有する冷媒回路を備え、
前記制御装置は、前記蓄電装置の残容量が所定値以上のとき、前記圧縮機の運転とともに前記室外熱交換器の通過風量を制御する第1導風手段の通過風量を、前記蓄電装置の残容量が所定値未満のときよりも低下させることを特徴とする電動車両。 - 電動機と、
前記電動機と電気的に接続される蓄電装置と、
前記電動機と前記蓄電装置とを制御する制御装置を備える電動車両において、
吸引した冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、
前記圧縮された冷媒と熱交換する室内熱交換器と、
前記室内熱交換器を通過した冷媒を減圧する膨張弁と、
前記減圧された冷媒と熱交換して前記圧縮機に戻す室外熱交換器と、
を有する冷媒回路を備え、
前記制御装置は、前記蓄電装置の残容量が所定値以上のとき、前記圧縮機の運転とともに前記室内熱交換器の通過風量を制御する第2導風手段の通過風量を、前記蓄電装置の残容量が所定値未満のときよりも低下させることを特徴とする電動車両。 - 前記制御装置は、前記蓄電装置の残容量が所定値以上のとき、前記膨張弁の開度を、前記蓄電装置の残容量が所定値未満のときよりも減少させることを特徴とする請求項2に記載の電動車両。
- 電動機と、
前記電動機と電気的に接続される蓄電装置と、
前記電動機と前記蓄電装置とを制御する制御装置を備える電動車両において、
吸引した冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、
前記圧縮された冷媒と熱交換する室内熱交換器と、
前記室内熱交換器を通過した冷媒を減圧する膨張弁と、
前記減圧された冷媒と熱交換して前記圧縮機に戻す室外熱交換器と、
を有する冷媒回路を備え、
前記制御装置は、前記蓄電装置の残容量が所定値以上のとき、前記圧縮機の運転とともに前記膨張弁の開度を、前記蓄電装置の残容量が所定値未満のときよりも増加させることを特徴とする電動車両。 - 前記制御装置は、前記蓄電装置の残容量が所定値以上のとき、前記膨張弁の開度を全開とすることを特徴とする請求項4に記載の電動車両。
- 電動機と、
前記電動機と電気的に接続される蓄電装置と、
前記電動機と前記蓄電装置とを制御する制御装置を備える電動車両において、
吸引した冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、
前記圧縮された冷媒と熱交換する室内熱交換器と、
前記室内熱交換器を通過した冷媒を減圧する膨張弁と、
前記減圧された冷媒と熱交換して前記圧縮機に戻す室外熱交換器と、
前記室外熱交換器の通過風量を制御する第1導風手段と、
前記室内熱交換器の通過風量を制御する第2導風手段と、
を有する冷媒回路を備え、
前記制御装置は、前記蓄電装置の残容量が所定値以上のとき、前記圧縮機の運転とともに前記電動機による回生電力量の大きさに応じて、前記膨張弁と、前記第1導風手段と、前記第2導風手段と、を制御することを特徴とする電動車両。
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