JP2022095224A - 電気自動車の暖房装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冬季低温時でも空調暖房の省電力モード運転時における暖房能力を確保すると共に、暖房による走行用バッテリの電力消費の抑制を維持する電気自動車の暖房装置を提供する。【解決手段】第１バッテリ２１から供給された電力によって作動し車室内を暖房する第１暖房部３１と、第１暖房部３１に対して省電力モードを含む複数の作動モードのいずれかを設定可能な第１暖房設定部３２と、第２バッテリ２２から供給された電力によって作動する第２暖房装置４１と、車外または車室内の温度を検出する温度検出部５２と、第１暖房設定部３２において省電力モードが設定され、かつ、第２暖房部４１が非作動である状態で、温度検出部５２によって検出された温度が所定温度未満となった場合に、第２暖房部４１を作動させるよう制御する制御部５０と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は電気自動車の暖房装置に関する。

近年、環境負荷低減の観点から、内燃機関を備えず、電動モータのみによって駆動する電気自動車の開発が行われている。電気自動車の暖房装置は、内燃機関のような熱源を備えていないため、空調装置の熱源として、ＰＴＣヒータが利用されている（特許文献１参照）。

また、電気自動車の走行中、空調装置（ＰＴＣヒータ）を作動させると、走行に使用する電力に加えて空調用としても電力を消費するためバッテリの電力の消費が大きくなる。そのため、空調装置の使用時における電力消費を抑制するため、空調装置の電力消費を抑制した省エネ運転モード（エコモード）を備えている（特許文献２参照）。

特開２０２０－０４０４９９号公報 特開２００９－２５５９１７号公報

しかし、電気自動車の空調モードとして電力消費を抑制した省エネ運転モード（エコモード）は電力消費を抑制しているため、冬季低温時などにおいて、充分な暖房能力が得られず、乗員を不快にさせてしまう懸念があった。

このような場合、空調装置の運転モードを省エネ運転モード（エコモード）から通常の運転モードに変更して暖房能力を上げることが考えられるが、特に冬季低温時にはバッテリの電力消費は著しい傾向にあるため、電気自動車の航続距離にも影響を及ぼすことが考えられる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電気自動車の暖房装置の空調モードとして走行用バッテリの電力消費を抑制した省電力モード（エコモード）における冬季低温時などでの暖房能力を確保すると共に、暖房による走行用バッテリの電力消費の抑制を維持することを目的とする。

本発明は前述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様又は適用例として実現することができる。

本適用例に係る電気自動車の暖房装置は、第１バッテリから供給される電力により車両の駆動力を発生するモータを備える電気自動車の暖房装置であって、前記第１バッテリから供給された電力によって作動し、車室内を暖房する第１暖房部と、前記第１暖房部に対して、省電力モードを含む複数の作動モードのいずれかを設定可能な第１暖房設定部と、第２バッテリから供給された電力によって作動する第２暖房装置と、車外または車室内の温度を検出する温度検出部と、前記第１暖房設定部において省電力モードが設定され、かつ、前記第２暖房部が非作動である状態で、前記温度検出部によって検出された温度が所定温度未満となった場合に、前記第２暖房部を作動させるよう制御する制御部と、を備える。

このように構成された電気自動車の暖房装置は、第１暖房部の作動モードとして省電力モードが設定されたとき、冬季低温時など外気温または車室内温度が所定温度未満となった場合、走行用バッテリである第１バッテリの電力で作動する第１暖房部とは別に、第２バッテリで作動する第２暖房部を作動させるため、第２暖房部により暖房能力が補われることで暖房能力確保すると共に、省電力モードの暖房による走行用バッテリの電力消費の抑制を維持することができる。

本発明の一実施形態に係る電気自動車の暖房装置を適用した車両の概略構成図である。 空調装置に内蔵されるＰＴＣヒータの消費電力を作動モード毎に示したグラフ図である。 本発明の一実施形態に係る電気自動車の暖房装置の制御システムのブロック図である。 本発明の一実施形態に係る電気自動車の暖房装置の制御システムが実行する補助暖房作動制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づき説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る電気自動車の暖房装置を適用した車両の概略構成図である。図１に示す車両１０は、例えば電動トラック等の電気自動車であり、動力源として走行用モータ１１（以下モータ１１という）が搭載されている。モータ１１の出力軸は減速装置及び差動装置から構成される動力伝達部１２及び駆動軸１３を介して左右の駆動輪１４に接続される。また、モータ１１は、インバータ１５、ＰＤＵ１６、及び図示しない充放電回路を介して走行用バッテリ２１（第１バッテリ）に接続されている。走行用バッテリ２１に蓄えられた直流電力はインバータ１５により交流電力に変換されてモータ１１に供給され、モータ１１が発生させた駆動力は駆動輪１４に伝達されて車両１０を走行させる。また、例えば車両１０の減速時や降坂路での走行時（回生走行時）には、駆動輪１４側からの逆駆動によりモータ１１が発電機として作動する（回生運転）。モータ１１が発生させた負側の駆動力は制動力として駆動輪１４側に伝達されると共に、モータ１１が発電した交流電力がインバータ１５で直流電力に変換されて、ＰＤＵ１６を介して走行用バッテリ２１に充電される。

ＰＤＵ１６は、車両１０に搭載された各種電気機器と接続され、当該電気機器に対して配電制御が行われる配電ユニット（ＰＤＵ：Ｐｏｗｅｒ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｕｎｉｔ）である。

走行用バッテリ２１は、例えばリチウムイオン電池からなり、車両１０を駆動するモータ１１の他、本実施形態においてはＰＤＵ１６を介して後述するＰＴＣヒータ３１などの他の電気機器にも電力供給が可能な比較的高電圧大容量の二次電池である。

車両１０は、また、走行用バッテリ２１とは別に、システム電源やＥＣＵ（コンピュータ）、車内の各種電装品等に電力を供給するための補機バッテリ２２（第２バッテリ）を備える。補機バッテリ２２は、例えば、鉛蓄電池やリチウムイオン電池からなり、走行用バッテリ２１よりも低電圧小容量の二次電池である。本実施形態において、補機バッテリ２２は、ジャンクションボックス１７（図１においてはＪＢと表示）を介して後述するシートヒータ４１に電力を供給する。

車両１０は、さらに、温度センサ５２（温度検出部）を、車両１０の周囲の外気温を検知して外気温情報として取得可能な態様で備える。

車両１０は、また、車室内の空気を加温して暖房する第１暖房部として車内空調装置３０（以下、単に空調装置３０という）に内蔵されたＰＴＣヒータ３１を備える。また、車両１０は、ＰＴＣヒータ３１とは別に、第２暖房部として、車両床に移動可能に保持される座席４０の座面または背もたれに内蔵されたシートヒータ４１を備える。なお、図２では、車両１０は、車室内前方の左右にそれぞれシートヒータ４１を内蔵する２席の座席４０を備えているが、座席４０の数や配置はこれに限られるものではなく、また、車両１０に備わる座席の一部のすべてにシートヒータ４１が備わっていなくてもよい。

空調装置３０は、いわゆるエアコンであり、冷暖房機能を有する。本実施形態において、空調装置３０は、車両１０の車室内の空気又は外気を導入し、ＰＴＣヒータ３１により加熱された空気を車室内に供給することで車室内の空気の温度等を調節する暖房機能を有する。冷房機能については公知の構成でよく、説明を省略する。

また、車両１０は、空調装置３０の暖房機能の作動又は非作動を設定したり、暖房機能を作動させる場合においてＰＴＣヒータ３１による消費電力を抑制する省電力モード（以下、エコモードともいうこともある）を含む複数の作動モードのいずれかを設定したりすることが可能な空調設定部３２（第１暖房設定部）を有する。空調設定部３２の操作部は、運転席付近に備えられる。複数の作動モードは、作動出力に応じて、例えば「高出力モード、中出力モード、低出力モード、エコモード」を設定可能である。

ここで図２を参照すると、図２には空調装置３０に内蔵されるＰＴＣヒータ３１の消費電力を作動モード毎に示したグラフ図が示されている。

同図に示すように、作動モードは、外気温に応じてＰＴＣヒータ３１により発揮可能な出力（消費電力）を設定している。例えば外気温が１０℃である場合には、高出力モード（ＨＩＧＨ）では３０％、中出力モード（ＭＩＤＤＬＥ）では２５％、低出力モード（ＬＯＷ）では２０％、省電力モード（ＥＣＯ）では１０％までＰＴＣヒータ３１の出力を発揮可能というように、同じ外気温でも作動モードによってＰＴＣヒータ３１が発揮可能な出力は異なる。特にエコモードは他の作動モードよりもＰＴＣヒータ３１の消費電力を制限することで、省電力化を図る作動モードである。図２の外気温とＰＴＣヒータ消費電力の関係は一例であるが、本実施形態ではいずれの作動モードも外気温度が一定以上下がると、ＰＴＣヒータ消費電力を上昇させる傾向にある。

ＰＴＣヒータ３１は、所定の抵抗値を有するＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子であり、走行用バッテリ２１から供給される電力で作動する。具体的には、ＰＴＣヒータ３１は、作動流体と熱交換可能に構成されており、通電されると発熱して暖房用の熱源として機能する。なお、ＰＴＣヒータ３１の代わりに、電力を供給されて発熱する他の素子を用いてもかまわない。

シートヒータ４１は、例えば抵抗素子からなる面状発熱体であり、補機バッテリ２２から供給される電力で作動する。具体的には、シートヒータ４１は通電されて発熱することで、シートヒータ４１が内蔵されている座席４０を加温する。なお、シートヒータ４１は、車内全体を暖房する空調装置３０に比べて、座席４０に着座する乗員の体に密着して直接体を温めるため暖房効率が高く、電力消費が少ない。また、車両１０は、シートヒータ４１の作動又は非作動のいずれかを設定可能なシートヒータスイッチ４２を運転席付近に備える。

このように構成された車両１０の各部は、車両１０に搭載された制御部５０に接続されている。制御部５０は、電子演算装置から構成される制御ユニットで、例えばＥＣＵであり、電気自動車の暖房装置１の各コンポーネントや各種センサとＣＡＮ５１（ＣＡＮ：Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の通信ネットワークを介して、車両１０に搭載された各種機器や他の制御ユニットと情報を通信し、また、制御を行えるように接続されている。本実施形態では、制御部５０は、主に予めインストールされた所定のプログラムに従って動作し、後述する補助暖房作動制御を行う機能を有する。なお、制御部５０は複数の制御ユニットから構成されてもよく、その場合は各制御ユニットが連携して後述する補助暖房作動制御を実行してもよい。

図２は、本発明の一実施形態に係る電気自動車の暖房装置１の制御システムのブロック図である。本図を参照して、電気自動車の暖房装置１の構成と機能を以下に説明する。

電気自動車の暖房装置１は、ＰＴＣヒータ３１、シートヒータ４１、空調設定部３２、シートヒータスイッチ４２、及び、温度センサ５２と、これらと通信可能に接続された制御部５０を備える。制御部５０は、相互に通信可能に接続された、ＰＴＣヒータ制御部５３、シートヒータ制御部５４、及び補助暖房作動判定部５５を備える。

制御部５０は、ＰＴＣヒータ３１、シートヒータ４１、空調設定部３２、シートヒータスイッチ４２、及び、温度センサ５２からの情報を取得する機能を有している。

ＰＴＣヒータ制御部５３は、ＰＴＣヒータ３１の作動を制御する機能を有する。具体的には、ＰＴＣヒータ制御部５３は、空調設定部３２における設定に応じてＰＤＵ１６からＰＴＣヒータ３１への給電回路の通電・遮断をしたり、設定された作動出力に応じた電力量をＰＴＣヒータ３１に給電したりする制御を行う。

補助暖房作動判定部５５は、空調設定部３２において省電力モード（エコモード）が設定され、かつ、シートヒータスイッチ４２において非作動と設定されシートヒータ４１が非作動である状態で、温度センサ５２によって検出された温度が所定温度未満となった場合に、シートヒータ４１を作動させる補助暖房作動制御を行う機能を有する。具体的には、補助暖房作動判定部５５は、空調設定部３２と通信し、空調装置３０の現在の設定状態を取得して、空調設定部３２において省電力モードが設定されているか否かを判定する（第１暖房エコモード判定）機能を有する。省電力モードである場合、補助暖房作動判定部５５はさらに、シートヒータ４１又はシートヒータスイッチ４２と通信し、現在の設定状態を取得して、シートヒータ４１が非作動であるか否かを判定する（第２暖房非作動判定）機能を有する。シートヒータ４１が非作動である場合、補助暖房作動判定部５５はさらに、温度センサ５２からの外気温情報を取得し、外気温が所定の閾値未満であるか否かを判定する（温度判定）機能を有する。また、外気温が所定の閾値未満である場合、補助暖房作動判定部５５は、補助暖房作動情報を生成し、シートヒータ制御部５４に送信する機能を有する。所定の閾値は、例えば省電力モードであってもＰＴＣヒータ３１の出力を上昇させなければ車室内の温度を上昇させるのが困難となる温度に設定され、本実施形態では図２の外気温とＰＴＣヒータ消費電力の関係において、ＰＴＣヒータ消費電力を上昇させる変曲点に相当する温度（例えば－５℃）を所定の閾値とする。なお、所定の閾値は固定値に限られず、例えば走行用バッテリ２１の充電量等に応じて変動する値であってもよい。

シートヒータ制御部５４は、シートヒータ４１の作動を制御する機能を有する。具体的には、シートヒータ制御部５４は、ジャンクションボックス１７からシートヒータ４１への電力供給回路を開閉することにより通電又は遮断を制御する。シートヒータ制御部５４は、シートヒータスイッチ４２と通信し、シートヒータスイッチ４２において作動が設定された場合にシートヒータ４１を作動させる制御を行う。また、シートヒータ制御部５４は、補助暖房作動判定部５５と通信し、補助暖房作動情報を取得した場合に、シートヒータ４１を作動させる制御を行う。

このように構成された電気自動車の暖房装置１の制御部５０は、空調設定部３２においてエコモードが設定され、かつ、シートヒータ４１が非作動である状態で、外気温が所定の閾値（－５℃）未満の場合に、シートヒータ４１を作動させる補助暖房作動制御を行う。

図３には、本発明の一実施形態に係る電気自動車の暖房装置１が実行する補助暖房作動制御の制御ルーチンを示すフローチャートが示されており、以下同フローチャートに沿って説明する。

まず、ステップＳ１として、制御部５０は、補助暖房作動判定部５５において、空調設定部３２においてエコモードが設定されているか否かを判定する。当該判定結果が真（Ｙｅｓ）の場合は、ステップＳ２に進み、一方、偽（Ｎｏ）の場合は当該ルーチンをリターンする。

ステップＳ２として、制御部５０は、補助暖房作動判定部５５において、シートヒータスイッチ４２において非作動が設定されているか否かを判定する。当該判定結果が偽（Ｎｏ）の場合、ステップＳ３に進む。一方、真（Ｙｅｓ）の場合は、当該ルーチンをリターンする。

ステップＳ３として、制御部５０は、補助暖房作動判定部５５において、外気温が所定の閾値である－５℃未満であるか否かを判定する。当該判定結果が真（Ｙｅｓ）の場合は、ステップＳ４に進む。一方、偽（Ｎｏ）の場合は当該ルーチンを終了する。

ステップＳ４として、制御部５０は、シートヒータ制御部５４において、シートヒータ４１を作動させる制御を行い、当該ルーチンをリターンする。

以上のように、本実施形態に係る電気自動車の暖房装置１によれば、ＰＴＣヒータ３１の作動モードとして省電力モード（エコモード）が設定されたとき、冬季低温時など外気温が所定の閾値の温度未満となった場合、走行用バッテリ２１の電力で作動するＰＴＣヒータ３１とは別に、補機バッテリ２２で作動するシートヒータ４１を作動させる補助暖房作動制御を行うことで、エコモードによるＰＴＣヒータ３１の暖房能力の低下をシートヒータ４１によって補い暖房能力を確保すると共に、省電力モードによる走行用バッテリ２１の電力消費の抑制を維持することができる。

以上で本発明に係る電気自動車の暖房装置１の実施形態についての説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。

上記実施形態においては、第２暖房部はシートヒータ４１であったが、補機バッテリ２２から給電される他の暖房手段、例えばステアリングヒータであってもよい。また、シートヒータ４１と補機バッテリ２２から給電されるその他の暖房手段を第２暖房部として同時、選択的、又は協調させて作動させる制御をしてもよい。これにより、乗員の暖房に対する指向に合わせた補助暖房作動制御を行うことができる。

また、上記実施形態においては、左右２席の座席４０のシートヒータ４１の両方について補助暖房作動制御を行ったが、車両１０の用途や、使用される頻度の高い特定の座席４０、例えば運転席のシートヒータ４１のみに対して補助暖房作動制御を行ってもよい。これにより、補機バッテリ２２の消費電力も抑制することができる。

また、上記実施形態において、制御部５０が各座席４０のシートベルト装着中情報を取得することにより座席４０の利用を判定し、座席４０の利用があると判定された座席４０に対してのみ補助暖房作動制御を行ってもよい。これにより、必要な座席４０に対し選択的に暖房補助を行いつつ、補機バッテリ２２の消費電力も抑制することができる。

また、本実施形態において、温度センサ５２は外気温を取得していたが、車室内の気温や装備品の温度を１か所または複数箇所において取得してもよい。これにより、乗員が直接感じる車室内の気温や、例えば直接触れるステアリングなど装備品の表面温度等に基づいて、補助暖房作動制御を行うことができる。

また、本実施形態において、シートヒータ４１は作動及び非作動の２モードであったが、低出力作動、高出力作動、及び非作動の３モードとし、外気温が－５℃未満となった場合には補助暖房作動制御において低出力作動モードでシートヒータ４１を作動し、さらに－１０℃未満となった場合には補助暖房作動制御において高出力作動モードでシートヒータ４１を作動してもよい。これにより、乗員の快適さの低下を抑制することができる。

１ ：空調装置
２ ：左右
１０ ：車両
１１ ：走行用モータ
１２ ：動力伝達部
１３ ：駆動軸
１４ ：駆動輪
１５ ：インバータ
１７ ：ジャンクションボックス
２１ ：走行用バッテリ
２２ ：補機バッテリ
３０ ：車内空調装置
３１ ：ＰＴＣヒータ
３２ ：空調設定部
４０ ：座席
４１ ：シートヒータ
４２ ：シートヒータスイッチ
５０ ：制御部
５２ ：温度センサ
５３ ：ＰＴＣヒータ制御部
５４ ：シートヒータ制御部
５５ ：補助暖房作動判定部

Claims (1)

1. 第１バッテリから供給される電力により車両の駆動力を発生するモータを備える電気自動車の暖房装置であって、
   前記第１バッテリから供給された電力によって作動し、車室内を暖房する第１暖房部と、
   前記第１暖房部に対して、省電力モードを含む複数の作動モードのいずれかを設定可能な第１暖房設定部と、
   第２バッテリから供給された電力によって作動する第２暖房装置と、
   車外または車室内の温度を検出する温度検出部と、
   前記第１暖房設定部において省電力モードが設定され、かつ、前記第２暖房部が非作動である状態で、前記温度検出部によって検出された温度が所定温度未満となった場合に、前記第２暖房部を作動させるよう制御する制御部と、
   を備える電気自動車の暖房装置。
   
   

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