JP2024087234A - 空調機補助ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】本明細書は、本明細書は、エンジンを停止した状態、またはメインバッテリを遮断した状態で車載の空調機を使えるようにする空調機補助ユニットを提供する。【解決手段】本明細書は、エンジン駆動の車載コンプレッサを含む空調機を備えた自動車に後付けする空調機補助ユニットを開示する。空調機補助ユニットは、電動コンプレッサと、電動コンプレッサを車載コンプレッサに並列に接続する配管と、電力変換器と、ユニットコントローラを備える。電力変換器は、外部電源の電力を、電動コンプレッサを駆動する電力に変換する。ユニットコントローラは、電力変換器と電動コンプレッサを制御する。【選択図】図１

Description

本明細書が開示する技術は、空調機を備えた自動車に後付けで搭載する空調機補助ユニットに関する。

自動車は空調機を備えている。空調機は、車室内を冷やすためのデバイスとして、コンプレッサ、コンデンサ、エバポレータを備えている。これらのデバイスのうち、コンデンサとエバポレータは受動デバイス（動力を必要としないデバイス）であるが、コンプレッサは能動デバイス（動力を必要とするデバイス）である。コンプレッサは電動タイプと、エンジン駆動のタイプがある。特許文献１には、エンジンを備える自動車であって、空調機用に電動コンプレッサを備えた自動車が開示されている。

特開２００４－８４５１５号公報

自動車を移動手段としてではなく、休憩スペース（あるいは仕事スペース）として使いたい場合がある。そのような場合、エンジン駆動のコンプレッサを搭載した自動車ではエンジンをアイドリングさせた状態で空調機を使うことになる。電気自動車の場合、空調機用に電動コンプレッサを搭載する場合が多い。電気自動車は、走行用のモータと電動コンプレッサに電力を供給するメインバッテリも搭載されている。電気自動車において車室を休憩スペースとして用いる場合、メインバッテリとモータを導通させた状態で空調機を使うことになる。いずれの場合も効率が悪い。本明細書は、エンジンを停止した状態、またはメインバッテリを遮断した状態で車載の空調機を使えるようにする空調機補助ユニットを提供する。

本明細書は、エンジン駆動の車載コンプレッサを含む空調機を備えた自動車に後付けする空調機補助ユニットと、電動コンプレッサを含む空調機を備えた自動車に後付けで搭載する空調機補助ユニットを開示する。前者の空調機補助ユニットは、電動コンプレッサと、電動コンプレッサを車載コンプレッサに並列に接続する配管と、電力変換器と、ユニットコントローラを備える。電力変換器は、外部電源の電力を、電動コンプレッサを駆動する電力に変換する。ユニットコントローラは、電力変換器と電動コンプレッサを制御する。

後者の空調機補助ユニットは、電力変換器とユニットコントローラを備える。電力変換器は、外部電源の電力を、車載の電動コンプレッサを駆動する電力に変換する。ユニットコントローラは、電力変換器と電動コンプレッサを制御する。

本明細書が開示する空調機補助ユニットを採用することで、エンジンを停止させたまま、あるいは、車載のメインバッテリを遮断したまま、車載の空調機を使うことができる。

場合によっては、ユニットコントローラは、空調機を制御する車載コントローラと接続され、車載コントローラから取得した情報に基づいて電力変換器と電動コンプレッサを制御する。

外部電源は、車外のバッテリであってもよいし、商用交流電源であってもよいし、発電機であってもよい。外部電源には、太陽光発電装置が含まれてもよい。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

第１実施例の空調機補助ユニットのブロック図である。 変形例の空調機補助ユニットのブロック図である。 第２実施例の空調機補助ユニットのブロック図である。 変形例の空調機補助ユニットのブロック図である。

図面を参照して実施例の空調機補助ユニット１０を説明する。空調機補助ユニット１０は、自動車２に後付けで接続して利用する。図１に、自動車２のブロック図と、自動車２に接続した空調機補助ユニット１０のブロック図を示す。図１において（および以降の図において）、デバイスとデバイスをつなぐ実線は電力を伝送するパワーケーブルを示しており、デバイスとデバイスをつなぐ破線は信号線を示している。

自動車２は、エンジン３で走行する従来のエンジン車であり、空調機２０を備えている。空調機２０は、自動車２の車室の温度を調整する装置である。空調機２０は、エンジン３の動力で駆動される車載コンプレッサ２１を備えている。空調機補助ユニット１０は、空調機２０を補助し、車載コンプレッサ２１を用いることなく（すなわち、エンジン３を駆動することなく）、空調機２０を使えるようにする。空調機２０は、自動車２を移動手段としてではなく、車室を休憩スペース（あるいは仕事スペース）として用いたいときに、エンジン３を使うことなく車室内を快適な温度に保つのに役立つ。

自動車２は、空調機２０を制御する車載コントローラ４、車室の温度を調整するのに用いる日照センサ６、外気温センサ７、車室温度センサ８を備える。日照センサ６、外気温センサ７、車室温度センサ８の計測値は信号線で車載コントローラ４に送られる。

コンソール９が車載コントローラ４に接続されている。コンソール９には、ユーザが操作するスイッチが備えられている。車載コントローラ４は、スイッチ操作に応じて空調機２０を制御する。

空調機２０は、車室内の空気を温める場合と車室内の空気を冷やす場合がある。本実施例では、車室内の空気を冷やす場合を扱う。空調機２０は、エンジン駆動のコンプレッサ（車載コンプレッサ２１）のほか、コンデンサ２４、エバポレータ２６を備える。車載コンプレッサ２１とコンデンサ２４とエバポレータ２６は、冷媒管２２で接続されている。車載コンプレッサ２１は気体の冷媒を圧縮してコンデンサ２４へ送る。コンデンサ２４では、気体の冷媒が圧縮されて液化する。冷媒は液化するとともに温度が上昇する。コンデンサ２４には電動ファン２５が付随する。電動ファン２５はコンデンサ２４の中の液体で高温の冷媒を外気温度近くまで冷却する。液体の冷媒はエバポレータ２６に送られる。液体の冷媒はエバポレータ２６で気化すると同時に温度が下がる。このとき、気化した冷媒の温度は室温よりもはるかに下がる。エバポレータ２６の近くにはブロア２７が付随しており、気化した冷媒によって冷やされた周囲の空気が車室に送られる。

電動ファン２５とブロア２７は車載コントローラ４によって制御される。電動ファン２５とブロア２７は、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）５を介して車載コントローラ４と接続されている。

冷媒管２２には、流体ジョイント２８ａ、２８ｂと、逆止弁２３が備えられている。逆止弁２３は、車載コンプレッサ２１の冷媒出口に備えられている。逆止弁２３は、流体ジョイント２８ａの側から車載コンプレッサ２１へ冷媒が逆流することを防止する。流体ジョイント２８ａ、２８ｂは、車載コンプレッサ２１と逆止弁２３のセットの上流側と下流側にて、冷媒管２２に備えられている。

空調機補助ユニット１０について説明する。空調機補助ユニット１０は、電動コンプレッサ１１、配管１２、ユニットコントローラ１４、補助バッテリ１５、電力変換器１６を備えている。電動コンプレッサ１１の流体出口は配管１２（１２ａ）によって、流体ジョイント２８ａに接続される。電動コンプレッサ１１の流体入口は、配管１２（１２ｂ）によって、流体ジョイント２８ｂに接続される。すなわち、電動コンプレッサ１１は、配管１２によって、車載コンプレッサ２１に並列に接続される。配管１２（１２ａ）には、逆止弁１３が備えられている。

電力変換器１６は、外部電源４０と接続されるとともに、電動コンプレッサ１１と補助バッテリ１５に接続される。電力変換器１６は、外部電源４０の電力を、電動コンプレッサ１１の駆動に適した電力に変換する。外部電源４０は、商用の交流電源、大容量バッテリ、発電機のいずれでもよい。外部電源４０が交流電源の場合、電力変換器１６はＡＣ／ＤＣコンバータを含む。外部電源４０が発電器、あるいは、大容量バッテリの場合、電力変換器１６は、電圧コンバータと電圧レギュレータを含む。

電力変換器１６の出力電力は電動コンプレッサ１１に送られる。余剰の電力は補助バッテリ１５に蓄えられる。電動コンプレッサ１１の消費電力が急激に大きくなった場合には、不足分の電力が補助バッテリ１５で賄われる。

電動コンプレッサ１１が動作すると、圧縮された冷媒が車載コンプレッサ２１に送られる。先に述べたように、気体の冷媒は車載コンプレッサ２１にて液化する。液化した冷媒は電動ファン２５で冷された後にエバポレータ２６へ送られる。液体の冷媒はエバポレータ２６で気化すると同時に周囲の熱を奪う。エバポレータ２６で気化した冷媒は、電動コンプレッサ１１で圧縮されて再びコンデンサ２４へ送られる。

電動コンプレッサ１１と電力変換器１６は、ユニットコントローラ１４により制御される。通信線１７が、ユニットコントローラ１４を自動車２のＣＡＮ５に接続する。ユニットコントローラ１４は、ＣＡＮ５と通信線１７を介して、車載コントローラ４と通信することができる。ユニットコントローラ１４は、車載コントローラ４から取得した情報に基づいて電力変換器１６と電動コンプレッサ１１を制御する。車載コントローラ４から取得した情報とは、コンソール９のスイッチの状態、日照センサ６、外気温センサ７、車室温度センサ８の計測値などである。ユーザが空調機２０を動かそうとコンソール９のスイッチを操作すると、スイッチの状態が車載コントローラ４、ＣＡＮ５、通信線１７を介してユニットコントローラ１４に伝達される。ユニットコントローラ１４は、スイッチの状態、日照センサ６などのセンサデータに基づいて、電動コンプレッサ１１を含む空調機２０を制御する。

また、ユニットコントローラ１４は、ＣＡＮ５と通信線１７を介して電動ファン２５とブロア２７を制御する。こうして、空調機補助ユニット１０は、エンジン３を駆動することなく、自動車２に車載された空調機２０を動かすことができる。空調機補助ユニット１０を後付けで自動車２に接続することで、エンジン３を駆動することなく空調機２０を動かすことができ、自動車２の車室の温度を調整することができる。

自動車２が走行する場合、空調機補助ユニット１０は外される。このとき、流体ジョイント２８ａ、２８ｂの開口（空調機補助ユニット１０が接続されていた開口）は、不図示のストップ弁により閉じられる。

図２に、空調機補助ユニット１０の変形例（空調機補助ユニット１０ａ）のブロック図を示す。空調機補助ユニット１０ａは、空調機補助ユニット１０の構成に加えて、太陽光発電装置１９（ソーラーパネル）と電力変換器１８を備える。太陽光発電装置１９が発電した電力（電圧）は、電力変換器１８によって、補助バッテリ１５の充電に適した電力（電圧）に変換される。太陽光発電装置１９が発電した電力は補助バッテリ１５に蓄えられる。太陽光発電装置１９を備えることで、外部電源４０から得る電力を抑えることができる。

（第２実施例）図３に、第２実施例の空調機補助ユニット１１０のブロック図を示す。空調機補助ユニット１１０は、電気自動車１０２に後付けで搭載される。電気自動車１０２は、モータ１０３で走行する。電気自動車１０２は、モータ１０３に電力を供給するメインバッテリ１０４を備えている。

電気自動車１０２も空調機１２０を備えている。空調機１２０は、車載の電動コンプレッサ１２１を備えている。電動コンプレッサ１２１がエンジン駆動でなく電動であることを除き、空調機１２０は図１の自動車２が備える空調機２０と同じである。電動コンプレッサ１２１は、通常は、メインバッテリ１０４の電力で動く。メインバッテリ１０４と電動コンプレッサ１２１は、リレー１０５を介して接続されている。電気自動車１０２のメインスイッチ（不図示）がオフのときは、リレー１０５が開いており、電動コンプレッサ１２１は使えない。すなわち、空調機１２０は使えない。

電動コンプレッサ１２１は、ＣＡＮ５を介して車載コントローラ４に接続されている。リレー１０５が閉じているとき、電動コンプレッサ１２１は、車載コントローラ４からの指令で動作する。

電気自動車１０２に空調機補助ユニット１１０を接続すると、電気自動車１０２のメインスイッチをオフにしたまま、空調機１２０を使うことができるようになる。空調機補助ユニット１１０は、ユニットコントローラ１４、電力変換器１６、補助バッテリ１５を備える。空調機補助ユニット１１０の通信線１７は、電気自動車１０２のＣＡＮ５に接続される。ユニットコントローラ１４は、通信線１７とＣＡＮ５を介して、車載コントローラ４、電動コンプレッサ１２１、電動ファン２５、ブロア２７と通信できるようになる。

電力変換器１６は、電気自動車１０２の車載の電動コンプレッサ１２１に接続される。電力変換器１６は、外部電源４０の電力を、電動コンプレッサ１２１を駆動するのに適した電力に変換する。電力変換器１６から電動コンプレッサ１２１に電力が供給される。電力変換器１６が出力する電力のうち、電動コンプレッサ１２１で消費されなかった余剰の電力は補助バッテリ１５に蓄えられる。

ユニットコントローラ１４が、電力変換器１６と電動コンプレッサ１２１を制御する。ユニットコントローラ１４は、ＣＡＮ５と通信線１７を介して車載コントローラ４と通信する。第１実施例の空調機補助ユニット１０と同様に、ユニットコントローラ１４が、コンソール９のスイッチの情報や日照センサ６などのセンサ情報を車載コントローラ４とＣＡＮ５を介して取得する。ユニットコントローラ１４は、取得した情報に基づいて、空調機１２０を制御する。また、空調機補助ユニット１１０は、外部電源４０の電力を電動コンプレッサ１２１に供給する。それゆえ、リレー１０５が開いており、電動コンプレッサ１２１がメインバッテリ１０４から切り離されていても、空調機補助ユニット１１０を電気自動車１０２に接続することで空調機１２０が使えるようになる。

図４に、空調機補助ユニット１１０の変形例（空調機補助ユニット１１０ａ）のブロック図を示す。空調機補助ユニット１１０ａは、空調機補助ユニット１１０の構成に加えて、太陽光発電装置１９（ソーラーパネル）と電力変換器１８を備える。太陽光発電装置１９が発電した電力（電圧）は、電力変換器１８によって、補助バッテリ１５の充電に適した電力（電圧）に変換される。太陽光発電装置１９が発電した電力は補助バッテリ１５に蓄えられる。太陽光発電装置１９を備えることで、外部電源４０から得る電力を抑えることができる。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。実施例の空調機補助ユニット１０（１０ａ、１１０、１１０ａ）は、自動車のメインスイッチ（イグニッションスイッチ）がオフのときに車載の空調機を動かすことができる。

自動車のメインスイッチがオフのとき、電動ファン２５とブロア２７を駆動するための電力も、空調機補助ユニット１０（１０ａ、１１０、１１０ａ）から供給されてもよい。

実施例の空調機補助ユニット１０（１０ａ、１１０、１１０ａ）が接続された自動車であっても、その自動車のメインスイッチ（イグニッションスイッチ）がオンの場合は、空調機補助ユニットを使わず、車載のデバイスだけで空調機を作動させてもよい。

空調機補助ユニット１０（１０ａ、１１０、１１０ａ）が備える補助バッテリ１５の容量が十分に大きければ、空調機補助ユニットに外部電源を接続しなくてもよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：自動車 ３：エンジン ４、１４：コントローラ ６：日照センサ ７：外気温センサ ８：車室温度センサ ９：コンソール １０、１０ａ、１１０、１１０ａ：空調機補助ユニット １１、１２１：電動コンプレッサ １２：配管 １３、２３：逆止弁 １５：補助バッテリ １６、１８：電力変換器 １７：通信線 １９：太陽光発電装置 ２０、１２０：空調機 ２１：コンプレッサ ２２：冷媒管 ２４：コンデンサ ２５：電動ファン ２６：エバポレータ ２７：ブロア ２８ａ、２８ｂ：流体ジョイント ４０：外部電源 １０２：電気自動車 １０３：モータ １０４：メインバッテリ １０５：リレー

Claims (4)

1. エンジンで駆動される車載コンプレッサを含む空調機を備えた自動車に後付けで搭載する空調機補助ユニットであり、
   電動コンプレッサと、
   前記電動コンプレッサを前記車載コンプレッサに並列に接続する配管と、
   外部電源の電力を、前記電動コンプレッサを駆動する電力に変換する電力変換器と、
   前記電力変換器と前記電動コンプレッサを制御するユニットコントローラと、
   を備えている、空調機補助ユニット。
2. 車載の電動コンプレッサを含む空調機を備えた自動車に後付けで搭載する空調機補助ユニットであり、
   外部電源の電力を、前記電動コンプレッサを駆動する電力に変換する電力変換器と、
   前記電力変換器と前記電動コンプレッサを制御するユニットコントローラと、
   を備えている、空調機補助ユニット。
3. 前記ユニットコントローラは、前記空調機の車載コントローラと接続され、前記車載コントローラから取得した情報に基づいて前記電力変換器と前記電動コンプレッサを制御する、請求項１または２に記載の空調機補助ユニット。
4. 前記外部電源に、太陽光発電装置が含まれる、請求項１または２に記載の空調機補助ユニット。

Images