JP2022039307A - 車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トーイング走行時に暖房が行われる場合における消費電力の低減を図ることが可能な車両の制御装置を提供する。【解決手段】ＥＣＵは、走行用の駆動力源であるモータと、車室を暖房するヒートポンプと、モータおよびヒートポンプを駆動するための電力を蓄えるバッテリとを備える車両に適用されるものである。ＥＣＵは、車両が他の車両を牽引するトーイング走行時に車室の暖房が行われる場合に、ヒートポンプが停止され、車室の暖房にモータ等の排熱が利用されるように構成されている。【選択図】図３

Description

本発明は、車両の制御装置に関する。

従来、走行用の駆動力源であるモータと、車室を暖房するヒートポンプと、モータおよびヒートポンプを駆動するための電力を蓄えるバッテリとを備える車両が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２０１１－７３６５７号公報

ここで、上記のような車両において、他の車両を牽引するトーイング走行時に車室の暖房が行われると、消費電力が大きくなることが考えられる。具体的には、トーイング時は、非トーイング時に比べて走行負荷が高いので、モータでの消費電力が大きくなる。このため、トーイング時にヒートポンプが作動されて暖房が行われると、さらに消費電力が大きくなる。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、トーイング走行時に暖房が行われる場合における消費電力の低減を図ることが可能な車両の制御装置を提供することである。

本発明による車両の制御装置は、走行用の駆動力源であるモータと、車室を暖房するヒートポンプと、モータおよびヒートポンプを駆動するための電力を蓄えるバッテリとを備える車両に適用されるものである。車両の制御装置は、車両が他の車両を牽引するトーイング走行時に車室の暖房が行われる場合に、ヒートポンプが停止され、車室の暖房に車両の排熱が利用されるように構成されている。なお、車両の排熱とは、たとえば、モータ、バッテリ、および、モータを制御するモータ制御部（ＰＣＵ）のうちの少なくとも１つの排熱である。

このように構成することによって、排熱を用いた暖房が行われてヒートポンプが停止されることにより、消費電力の低減を図ることができる。

本発明の車両の制御装置によれば、トーイング走行時に暖房が行われる場合における消費電力の低減を図ることができる。

本実施形態のＥＣＵの概略構成を示したブロック図である。 図１のＥＣＵによって制御されるヒートポンプを説明するための図である。 ＥＣＵによるトーイング走行時の暖房制御を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態を説明する。

まず、図１および図２を参照して、本実施形態によるＥＣＵ４が適用される車両１００の概略構成について説明する。

車両１００は、他の車両（図示省略）を牽引するトーイング走行を行うことが可能なように構成されている。この車両１００は、電動車両であり、図１に示すように、モータ１と、バッテリ２と、ＰＣＵ３とを備えている。

モータ１は、車両走行用の駆動力源であり、バッテリ２からの電力で駆動されるように構成されている。モータ１は、車両１００の走行状態に応じて発電機としても機能する。バッテリ２は、充放電可能であり、モータ１を駆動する電力を供給するとともに、そのモータ１で発電された電力を蓄電するように構成されている。また、バッテリ２は、後述する空調装置のヒートポンプ５などにも作動用の電力を供給するように構成されている。ＰＣＵ３は、インバータなどを含み、モータ１を制御するために設けられている。

また、車両１００には、図２に示すように、ヒートポンプ５と、冷却水回路６および７と、オイル回路８とが設けられている。そして、車両１００は、ヒートポンプ５によって車室の暖房を行うことが可能であるとともに、ヒートポンプ５の加熱能力が不足する場合に後述する水加熱ヒータ６２によって補助するようになっている。また、車両１００は、モータ１、バッテリ２およびＰＣＵ３の排熱を利用して車室の暖房を行うことが可能なように構成されている。なお、モータ１、バッテリ２およびＰＣＵ３の排熱は、本発明の「車両の排熱」の一例である。また、モータ１、バッテリ２およびＰＣＵ３を、以下では「モータ等」という。

－ヒートポンプ－
ヒートポンプ５は、車室の暖房時に冷却水回路６の冷却水を加熱するために設けられている。たとえば、ヒートポンプ５による冷却水回路６の冷却水の加熱能力は調整可能に構成されている。また、ヒートポンプ５は、冷却水回路７の冷却水を冷却可能に構成されている。このヒートポンプ５は、圧縮機５１と、水冷コンデンサ５２と、エバポレータ５３と、チラー５４と、膨張弁５５ａおよび５５ｂと、電磁弁５６ａおよび５６ｂと、それらを接続する冷媒通路５７とを含んでいる。

圧縮機５１は、気体状の冷媒を高温高圧で吐出することにより、冷媒回路で冷媒を循環させるように構成されている。圧縮機５１は、電動式であり、回転速度を調整可能に構成されている。水冷コンデンサ５２は、冷媒回路の冷媒と冷却水回路６の冷却水とで熱交換させることにより、冷却水回路６の冷却水を加熱するように構成されている。

電磁弁５６ａは、冷媒通路５７を開閉可能であり、冷媒をエバポレータ５３に流すか否かを切り替えるために設けられている。電磁弁５６ａは、たとえば冷却水回路７の冷却水の冷却が行われない場合に開放されるように構成されている。膨張弁５５ａは、通過する冷媒を減圧して膨張させるように構成されている。エバポレータ５３は、内部を流通する冷媒と外気との間で熱交換させるように構成されている。

電磁弁５６ｂは、冷媒通路５７を開閉可能であり、冷媒をチラー５４に流すか否かを切り替えるために設けられている。電磁弁５６ｂは、たとえば冷却水回路７の冷却水の冷却が行われる場合に開放されるように構成されている。膨張弁５５ｂは、通過する冷媒を減圧して膨張させるように構成されている。チラー５４は、冷媒回路の冷媒と冷却水回路７の冷却水とで熱交換させることにより、冷却水回路７の冷却水を冷却するように構成されている。

－冷却水回路－
冷却水回路６は、ウォータポンプ（ＷＰ）６１と、水冷コンデンサ５２と、水加熱ヒータ６２と、熱交換器６３と、ヒータコア６４と、それらを接続する冷却水通路６５とを備えている。この冷却水回路６の冷却水（熱媒体）の熱を用いて車室が暖房されるように構成されている。

ウォータポンプ６１は、車室の暖房時に冷却水回路６で冷却水を循環させるために設けられている。このウォータポンプ６１は、電動式であり、回転速度を調整可能に構成されている。

水加熱ヒータ６２は、ヒートポンプ５による冷却水の加熱能力が不足する場合に、冷却水回路６の冷却水を加熱するために設けられている。水加熱ヒータ６２は、電気ヒータであり、通電によって発熱して冷却水を加熱するように構成されている。たとえば、水加熱ヒータ６２による冷却水の加熱能力は調整可能に構成されている。

熱交換器６３は、モータ等の排熱を利用した暖房が行われる場合に、冷却水回路６の冷却水と冷却水回路７の冷却水とで熱交換させることにより、冷却水回路６の冷却水を加熱するように構成されている。

ヒータコア６４は、冷却水回路６の冷却水の熱によって車室を暖房するために設けられている。この車両１００の空調装置には、送風空気の通路である送風ダクト（図示省略）が設けられている。送風ダクトには、送風空気を発生させる送風機９（図１参照）と、その送風空気を加熱するヒータコア６４とが設けられている。ヒータコア６４によって暖められた空調風は、吹出口から車室に吹き出されるようになっている。送風機９は、車室の暖房時に駆動されるように構成されている。

冷却水回路７は、ウォータポンプ（ＷＰ）７１と、バッテリ２と、ＰＣＵ３と、オイルクーラ７２と、バルブ７３と、チラー５４と、熱交換器６３と、それらを接続する冷却水通路７４とを備えている。この冷却水回路７は、オイル回路８のオイル、バッテリ２およびＰＣＵ３を冷却するために設けられている。また、冷却水回路７は、モータ等の排熱を利用可能な場合に、モータ等から回収した熱を冷却水回路６に供給可能に構成されている。

ウォータポンプ７１は、モータ等の作動時などに冷却水回路７で冷却水（熱媒体）を循環させるために設けられている。このウォータポンプ７１は、電動式であり、回転速度を調整可能に構成されている。

バッテリ２にはウォータジャケットが設けられ、そのウォータジャケットを流通する冷却水によってバッテリ２が冷却されるようになっている。すなわち、バッテリ２の排熱が冷却水に回収されるように構成されている。

ＰＣＵ３にはウォータジャケットが設けられ、そのウォータジャケットを流通する冷却水によってＰＣＵ３が冷却されるようになっている。すなわち、ＰＣＵ３の排熱が冷却水に回収されるように構成されている。

オイルクーラ７２は、冷却水回路７の冷却水とオイル回路８のオイルとで熱交換させることにより、オイル回路８のオイルを冷却するように構成されている。すなわち、モータ１の排熱がオイルを介して冷却水に回収されるように構成されている。

バルブ７３は、オイルクーラ７２から流出してウォータポンプ７１に戻される冷却水の流路を切り替えるために設けられている。冷却水通路７４は、バルブ７３とウォータポンプ７１とを接続する戻り通路７４ａおよび７４ｂを有する。戻り通路７４ａにはチラー５４が配置され、戻り通路７４ｂには熱交換器６３が配置されている。このため、オイルクーラ７２から流出する冷却水は、チラー５４または熱交換器６３を介してウォータポンプ７１に戻されるようになっている。具体的には、バルブ７３は、モータ等の排熱を利用した暖房が行われる場合に熱交換器６３に冷却水を流し、それ以外の場合にチラー５４に冷却水を流すように構成されている。

－オイル回路－
オイル回路８は、オイルポンプ（ＯＰ）８１と、オイルクーラ７２と、モータ１と、それらを接続するオイル通路８２とを備えている。このオイル回路８は、モータ１を冷却するために設けられている。

オイルポンプ８１は、オイル回路８でオイルを循環させるために設けられている。このオイルポンプ８１は、たとえば機械式であり、モータ１の回転によって駆動されるように構成されている。

オイル回路８では、オイルポンプ８１から吐出されたオイルはオイルクーラ７２を通過する際に冷却され、オイルクーラ７２で冷却されたオイルがモータ１に掛け流される。そして、オイルがモータ１を流下する際に、モータ１の熱がオイルに回収され、モータ１が冷却される。モータ１を流下したオイルはオイルポンプ８１に戻される。

－ＥＣＵ－
図１に示すように、車両１００は、車両１００を制御するＥＣＵ４を備えている。ＥＣＵ４は、演算部および記憶部などを含み、センサや制御対象などが接続されている。なお、ＥＣＵ４は、本発明の「車両の制御装置」の一例である。

たとえば、ＥＣＵ４には、トーイングスイッチ４１、水温センサ４２、４３、油温センサ４４、モータ温度センサ４５、バッテリ温度センサ４６およびＰＣＵ温度センサ４７が接続されている。トーイングスイッチ４１は、牽引される他の車両（被牽引車）の有無を判定するために設けられている。水温センサ４２は、冷却水回路６の冷却水の温度を検出するために設けられ、水温センサ４３は、冷却水回路７の冷却水の温度を検出するために設けられている。油温センサ４４は、オイル回路８のオイルの温度を検出するために設けられている。モータ温度センサ４５は、モータ１の温度を検出するために設けられ、バッテリ温度センサ４６は、バッテリ２の温度を検出するために設けられ、ＰＣＵ温度センサ４７は、ＰＣＵ３の温度を検出するために設けられている。

そして、ＥＣＵ４は、センサの検出結果などに基づいて、モータ１を制御して車両走行を制御するように構成されている。また、ＥＣＵ４は、ヒートポンプ５、冷却水回路６および７などを含む空調装置を制御するように構成されている。具体的には、ＥＣＵ４は、トーイング走行時に車室の暖房が行われる場合に、モータ等の排熱が利用されるように構成されている。

－トーイング走行時の暖房制御－
次に、図３を参照して、本実施形態のＥＣＵ４によるトーイング走行時の暖房制御について説明する。このトーイング走行時の暖房制御は、牽引される他の車両があり、かつ、空調装置の運転モードが暖房モードの場合に行われる。すなわち、トーイングスイッチ４１がオンであり、かつ、暖房モードが選択されている場合に、以下のフローが繰り返し行われる。なお、以下の各ステップは、ＥＣＵ４により実行される。

まず、図３のステップＳ１において、ウォームアップ中であるか否かが判断される。たとえば、目標温度に到達する前の過渡状態の場合にウォームアップ中であると判断され、目標温度に到達した後の定常状態の場合にウォームアップ中ではないと判断される。そして、ウォームアップ中ではないと判断された場合には、暖房負荷が低いため、ステップＳ２に移る。その一方、ウォームアップ中であると判断された場合には、暖房負荷が高いため、ステップＳ３に移る。

次に、ステップＳ２において、モータ等の排熱を車室の暖房に利用できるか否かが判断される。すなわち、冷却水回路７で回収されたモータ等の排熱を、熱交換器６３で冷却水回路６の冷却水に供給可能か否かが判断される。そして、モータ等の排熱を利用できないと判断された場合には、ステップＳ３に移る。その一方、モータ等の排熱を利用できると判断された場合には、ステップＳ５に移る。

次に、ステップＳ３において、冷却水回路６の目標熱量が算出される。この目標熱量は、冷却水回路６で冷却水に加えられる熱量の目標値である。たとえば、目標熱量は目標吹出温度に基づいて算出され、目標吹出温度が高いほど目標熱量が高くされる。なお、目標吹出温度は、車室に供給される空調風の目標温度であり、たとえば車室内設定温度と内気温と外気温と日射量とに基づいて算出される。

次に、ステップＳ４において、目標熱量がヒートポンプ５で賄えるか否かが判断される。目標熱量がヒートポンプ５で賄えるか否かは、たとえば、ヒートポンプ５による水冷コンデンサ５２での冷却水の加熱能力に基づいて判断される。そして、目標熱量がヒートポンプ５で賄えると判断された場合には、ステップＳ８において、ヒートポンプ５がオン（作動）され、水冷コンデンサ５２で冷却水回路６の冷却水が加熱される。この場合には、目標熱量がヒートポンプ５で賄えるので水加熱ヒータ６２がオフ（停止）され、冷却水回路７ではバルブ７３によって冷却水がチラー５４に流通されて冷却される。すなわち、冷却水回路７の冷却水が熱交換器６３に流れておらず、熱交換器６３で熱交換が行われない。その一方、目標熱量がヒートポンプ５で賄えないと判断された場合には、ステップＳ９において、ヒートポンプ５および水加熱ヒータ６２がオンされ、水冷コンデンサ５２および水加熱ヒータ６２で冷却水回路６の冷却水が加熱される。このため、ヒートポンプ５による冷却水の加熱能力不足が水加熱ヒータ６２によって補われる。この場合にも、冷却水回路７ではバルブ７３によって冷却水がチラー５４に流通されて冷却される。すなわち、冷却水回路７の冷却水が熱交換器６３に流れておらず、熱交換器６３で熱交換が行われない。

また、ステップＳ５において、冷却水回路６の目標熱量およびモータ等の排熱量が算出される。この目標熱量は、ステップＳ３の目標熱量と同じである。モータ等の排熱量は、たとえば、モータ等の温度などに基づいて算出される。なお、モータ等の排熱量は、モータ１の排熱量とバッテリ２の排熱量とＰＣＵ３の排熱量との合計である。

次に、ステップＳ６において、目標熱量がモータ等の排熱で賄えるか否かが判断される。たとえば、モータ等の排熱量が目標熱量を上回っている場合に、目標熱量をモータ等の排熱で賄えると判断される。そして、目標熱量がモータ等の排熱で賄えると判断された場合には、ステップＳ１０において、ヒートポンプ５および水加熱ヒータ６２がオフされる。このとき、冷却水回路７ではバルブ７３によって冷却水が熱交換器６３に流され、熱交換器６３で冷却水回路６の冷却水が加熱される。すなわち、冷却水回路７で回収されたモータ等の排熱が熱交換器６３で冷却水回路６の冷却水に供給されることにより、冷却水回路６の冷却水が加熱される。つまり、ヒートポンプ５および水加熱ヒータ６２をオフした状態で、モータ等の排熱を利用した車室の暖房が行われる。その一方、目標熱量がモータ等の排熱で賄えないと判断された場合には、ステップＳ７に移る。

次に、ステップＳ７において、目標熱量がモータ等の排熱およびヒートポンプ５で賄えるか否かが判断される。たとえば、モータ等の排熱量とヒートポンプ５による加熱量との合計が目標熱量を上回っている場合に、目標熱量をモータ等の排熱およびヒートポンプ５で賄えると判断される。そして、目標熱量がモータ等の排熱およびヒートポンプ５で賄えると判断された場合には、ステップＳ８において、ヒートポンプ５がオンされ、冷却水回路７ではバルブ７３によって冷却水が熱交換器６３に流される。このため、水冷コンデンサ５２および熱交換器６３で冷却水回路６の冷却水が加熱される。この場合には、モータ等の排熱およびヒートポンプ５で目標熱量が賄えるので、水加熱ヒータ６２がオフされる。その一方、目標熱量がモータ等の排熱およびヒートポンプ５で賄えないと判断された場合には、ステップＳ９において、ヒートポンプ５および水加熱ヒータ６２がオンされ、冷却水回路７ではバルブ７３によって冷却水が熱交換器６３に流される。このため、水冷コンデンサ５２、水加熱ヒータ６２および熱交換器６３で冷却水回路６の冷却水が加熱される。

－効果－
本実施形態では、上記のように、トーイング走行時に車室の暖房が行われる場合に、モータ等の排熱が利用されることにより、ヒートポンプ５および水加熱ヒータ６２をオフすることができるので、消費電力の低減を図ることができる。したがって、トーイング走行時に暖房が行われる場合における消費電力の低減を図ることができる。

また、本実施形態では、モータ等の排熱で目標熱量が賄えない場合にヒートポンプ５がオンされ、モータ等の排熱およびヒートポンプ５で目標熱量が賄えない場合に水加熱ヒータ６２がオンされることによって、暖房能力を確保することができるので、空調快適性の低下を抑制することができる。

－他の実施形態－
なお、今回開示した実施形態は、すべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、トーイング走行時に車室の暖房が行われる場合に、モータ１、バッテリ２およびＰＣＵ３の排熱が利用される例を示したが、これに限らず、トーイング走行時に車室の暖房が行われる場合に、モータ、バッテリおよびＰＣＵの中から適宜選択された１以上のものの排熱が利用されるようにしてもよい。また、走行用の駆動力源としてモータおよび内燃機関を備えるハイブリッド車両の場合には、トーイング走行時に車室の暖房が行われるときに、内燃機関の排熱が利用されるようにしてもよい。

また、上記実施形態において、ウォームアップ中であるか否かを判断するための目標温度は、目標吹出温度であってもよいし、冷却水回路６の冷却水の目標温度であってもよい。

また、上記実施形態において、ＥＣＵ４が複数のＥＣＵによって構成され、それら複数のＥＣＵが互いに通信可能に接続されていてもよい。

本発明は、走行用の駆動力源であるモータと、車室を暖房するヒートポンプと、モータおよびヒートポンプを駆動するための電力を蓄えるバッテリとを備える車両に適用される車両の制御装置に利用可能である。

１ モータ
２ バッテリ
４ ＥＣＵ（車両の制御装置）
５ ヒートポンプ
１００ 車両

Claims (1)

1. 走行用の駆動力源であるモータと、車室を暖房するヒートポンプと、前記モータおよび前記ヒートポンプを駆動するための電力を蓄えるバッテリとを備える車両に適用される車両の制御装置であって、
   前記車両が他の車両を牽引するトーイング走行時に前記車室の暖房が行われる場合に、前記ヒートポンプが停止され、前記車室の暖房に前記車両の排熱が利用されるように構成されていることを特徴とする車両の制御装置。

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