JP3950224B2 - 電気自動車用暖房運転制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車、特にエンジンとモータとにより駆動されるハイブリッド車にあって、空調機のヒータコアと冷媒ループの圧縮機を有効にかつ効率良く運転して熱衝撃や暖房温度の急変を防止したものである。
【0002】
【従来の技術】
最近、開発されている電気自動車のうち、エンジン駆動とモータ駆動とを使用するハイブリッド車にあっては、モータ駆動の場合にはエンジンを停止しまたエンジン駆動の場合にはモータを停止するという駆動方式を採用する。殊に、高効率駆動のためにはアイドリング時等の低回転数域ではモータ駆動、高回転数域にてエンジン駆動を行なっている。
【0003】
他方、車両には一般に車室の空調機が備えられ、室内熱交換器と室外熱交換器とを冷媒ループにてつなぎ、冷媒の相変化を利用したヒートポンプとして車室内の冷暖房を行なうという空調機が備えられる。
この場合、冷媒ループには圧縮機が必要であり、動力により圧縮機を駆動する必要が生ずる。
【0004】
また、車室の空調機としては、前述の室内熱交換器が備えられた空気ダクトの下流にヒータコアが備えられ、このヒータコアにエンジン冷却水を循環してヒータコアを加熱し暖房を行なうという手段もある。
【0005】
したがって、車室の暖房を行なうに当っては、冷媒ループの圧縮機を駆動して室内熱交換器にて行なう場合と、エンジン駆動時にヒータコアにより行なう場合との二系統が存在する。
【0006】
ここにおいて、従来では車室の暖房に当り、車室の温度を検出して設定値との偏差を採り、この偏差に従って圧縮機回転数を決めることが一般に行なわれている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ハイブリッド車にあっては、モータ駆動とエンジン駆動とを切換えて運転が行なわれており、エンジン駆動を行なわない場合にはヒータコアによる加熱は行なわれない。
したがって、モータ駆動とエンジン駆動とが切替る場合、ヒータコアによる放熱が大きい場合には急激な空気加熱が行なわれ、設定値以上の高温状態となる場合がある。
つまり、ヒータコアによる温度が圧縮機による温度制御系に急に加わることがあり熱衝撃となって、暖房温度の急変をもたらす。
【0008】
本発明は、上述の問題に鑑み、熱衝撃を防止するようにした電気自動車用暖房運転制御装置の提供を目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成する本発明は、次の発明特定事項を有する。
(1)第1の発明は、エンジンと駆動用モータとで駆動されるハイブリッド車にあって車室内の室内熱交換器と室外熱交換器との間で冷媒ループを形成しかつ上記室内熱交換器の空気ダクト下流にエンジン冷却水が循環されるヒータコアを有するものにおいて、
設定温度と車室内検出温度との偏差に応じて上記冷媒ループの圧縮機容量を変化させる第1の系に、上記ヒータコアの所定値以上の検出温度に応じて上記偏差を小さくする第2の系を加えたことを特徴とする。
【0010】
(2)第2の発明は、第1の発明にあって、上記第1の系では設定温度と現在の車室内検出温度とから得られる今回の差分、及び前回の差分よりファジイ演算で第1の操作量を求め、上記第2の系では上記ヒータコアの現在の検出温度と基準値とから第2の操作量を求め、上記第1の操作量に第2の操作量を加味して上記圧縮機の回転数を加減したことを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】
ここで、図1〜図4を参照して本発明の実施の形態の一例について説明する。
図1は、ハイブリッド車における熱システムのレイアウトを示す平面図である。
図1に示すハイブリッド車21は所謂パラレル式のハイブリッド車であり、車両後部にはエンジン22が搭載され、車両前部には駆動用モータ等からなるドライブユニット23が搭載されている。また、車両後部にはトランスミッション38、バッテリ24及び発電機25が搭載され、車両前部にはインバータ26が搭載されている。
【0012】
従って、このハイブリッド車21では、後輪27はトランスミッション38を介してエンジン22により回転駆動され、前輪28はドライブユニット23により回転駆動される。ドライブユニット23の駆動用モータは、バッテリ24からインバータ26を介して電力が供給されると共に、このインバータ26等によって回転速度等が制御されるようになっている。また、エンジン22の作動時には、発電機25がエンジン22により回転駆動されて発電し、この発電電力がバッテリ24に供給されて充電されると共にインバータ26を介して駆動用モータにも供給されるようになっている。
【0013】
また、このハイブリッド車21には、図1に示すように熱システムの各コンポーネントが次のように配置されている。
【0014】
車室の冷暖房を行なう車両用空調装置の冷媒ループ内において、室内熱交換器29、ヒータコア30及びブロア(モータ駆動)31は、車室32の前方に配置されている。そして、車両用空調装置の室外熱交換器33は車両走行時に負圧となる車両側面後部に沿って配置されており、排気孔35は車両側面後部に設けられている。また、室外熱交換器33の内側には、モータ34aによって回転駆動される送風機34が配置されている。従って、送風機34により室外熱交換器33に送風された空気は、排気孔35から車両側面後部の外側に排出される。なお、送風機34による空気の吸入方向は、暖房運転時にエンジン22やバッテリ24等の排熱を有効に利用するため、暖房運転時と冷房運転時とで切り換えるようになっている。
【0015】
更に、図1にあって、車両用空調装置の圧縮機36はエンジン22の近傍に配置されており、エンジン22や圧縮機用モータ37によって選択的に回転駆動される。
【0016】
また、冷媒ループではないが、冷却水ループが別に備えられており、車両後部には、エンジン用ラジエータ(熱交換器)39が配置されると共に、このエンジン用ラジエータ39に隣接して送風機40(モータ40aによって回転駆動される)が配置されている。車両前部には、電気機器用ラジエータ(熱交換器)41とバッテリ用ラジエータ(熱交換器)42とが隣接して配置されると共に、バッテリ用ラジエータ42に隣接して送風機43(モータ43aによって回転駆動される)が配置されている。また、車両後端には、モータ45によって開閉するシャッタ44が設けられている。
【0017】
図2は熱システムの系統図を示している。図2中、太線は冷媒ループ、細線は冷却水(ロングライフクーラント(LLC)等)ループである。
【0018】
車両用空調装置の冷媒ループAは、ヒートポンプとして作用するものであり、四方弁51によって冷媒の流路を切り換えることにより、冷房運転時と暖房運転時とを行うようになっている。
【0019】
即ち、冷房運転時には、冷媒が圧縮機36、四方弁51、室外熱交換器33、絞り弁52、室内熱交換器29、四方弁51、アキュムレータ53、圧縮機36の順に流れる。このときには室内熱交換器29が吸熱器(エバポレータ)、室外熱交換器33が放熱器(コンデンサ)となり、車室32内は冷房される。一方、暖房運転時には、冷媒が圧縮機36、四方弁51、室内熱交換器29、絞り弁52、室外熱交換器33、四方弁51、アキュムレータ53、圧縮機36の順に流れる。このときには室外熱交換器33が吸熱器(エバポレータ)、室内熱交換器29が放熱器(コンデンサ)となり、車室32内が暖房される。
【0020】
冷却水ループとしては、エンジン冷却水ループB、バッテリ冷却水ループC及び電気機器冷却水ループDが設けられている。
【0021】
これらのうち、エンジン冷却水ループBでは、ポンプ54によってエンジン冷却水が主にエンジン22とエンジン用ラジエータ39との間で循環すると共に、エンジン冷却水の一部が、絞り弁55を介して車両用空調装置のヒータコア30にも流れ、且つ、絞り弁56を介してバッテリ暖機用熱交換器57にも流れるようになっている。なお、エンジン22からエンジン用ラジエータ39までのエンジン冷却水通路には、絞り弁56及びバッテリ暖機用熱交換器57をバイパスする別の絞り弁65が設けられており、この絞り弁65と絞り弁56との間の流量調節を行うことによってバッテリ暖機用熱交換器57での放熱調節が可能となっている。
【0022】
バッテリ冷却水ループCでは、バッテリ24を冷却する場合と暖機する場合とでバッテリ冷却水の流れが切り換えられる。即ち、バッテリ24を冷却する場合には、バッテリ用ラジエータ42をバイパスする絞り弁58は閉じ且つ絞り弁59は開けた状態で、ポンプ60によってバッテリ冷却水がバッテリ24とバッテリ用ラジエータ42との間で循環する。なお、このときには絞り弁56を閉じてエンジン冷却水がバッテリ暖機用熱交換器57に流れないようにする。一方、バッテリ24を暖機する場合には、絞り弁56を開けてエンジン冷却水がバッテリ暖機用熱交換器57に流れるようにすると共に絞り弁58を開け且つ絞り弁59を閉じた状態で、ポンプ60によってバッテリ冷却水が、バッテリ用ラジエータ42をバイパスし、バッテリ24とバッテリ暖機用熱交換器57との間で循環する。なお、バッテリ暖機用熱交換器57の放熱調整は、絞り弁56と絞り弁65との間の流量調節によって行われる。
【0023】
電気機器冷却水ループDでは、ポンプ62によって電気機器冷却水が各種の電気機器(ドライブユニット等)61と電気機器用ラジエータ41との間で循環する。
【0024】
このようにして、車両用空調装置では室内熱交換器29(冷媒ループA)による冷暖房及びエンジン冷却水(ヒータコア30)による暖房が行われ、エンジン冷却水ループBではエンジン冷却、バッテリ冷却水ループCではバッテリ冷却及びエンジン冷却水によるバッテリ暖機、電気機器冷却水ループDでは電気機器冷却が行われることになる。
【0025】
さて、このような構造を有するハイブリッド車にあって、空調機の空気ダクト内に備えられた冷媒ループAを構成する室内熱交換器29とその下流に備えられたヒータコア30とは、図3に示す如き制御ブロックにて接続されている。すなわち、図3の制御系統図で加え合せ点70にて車室の設定温度(設定値)Tasと現在の車室内検出温度Taとの差分Errを採り、この差分に見合う操作量が操作量演算器71にて算出され、この操作量演算器71の出力によりインバータの電源周波数設定器72が制御され、この設定周波数にて圧縮機36が駆動される。つまり、前述した差分Errに応じた圧縮機容量にて運転されることになり、室内熱交換器29にてその容量に応じた放熱が行なわれる。
【0026】
この場合操作量演算器71の出力側には、加え合せ点75が備えられ、ヒータコア30による温度Tcが変換器73にて変換されて加え合される。なお、ヒータコア30へは水温制御装置74によるエンジン冷却水が循環される。
【0027】
ここにおいて、ヒータコア30による温度Tcに基づいて変換器73より操作量X2が算出され、また差分Errに基づく操作量X1が算出されるので、電源周波数設定器72にはこの操作量X1とX2とが加算された値が入力され、その値に基づき電源周波数が設定される。
【0028】
すなわち、例えばエンジン駆動からモ−タ駆動に切り替わった状態でエンジン冷却水が一定温度以上ある時、ヒータコア30より放熱が行なわれヒータコア温度Tcとなっているときには、その温度Tcに基づく操作量X2が変換器73にて算出され、この操作量X2にてX1を減少させて電源周波数設定器72への入力をX1よりも小さいX1−X2の操作量にて周波数設定を行なおうとするものである。つまり、ヒータコア30による放熱分だけ圧縮機36の容量を下げるようにしている。こうして圧縮機36の駆動に当っては、ヒータコア30の所定値以上の温度Tcが設定値Tasと車室内検出温度Taとの差分Errに加味される。
【0029】
ここで、図4を参照して図3の制御系統図に沿った制御フローを説明する。車室内の温度Taを検出し設定温度Tasとの間で差分Err(n) をとる。操作量演算器71では前回時刻の差分Err(n-1) を記憶手段にて記憶し、この差分Err(n-1) と今回の差分Err(n) とから微分値を求めて差分の趨勢を求めると共に今回の差分Err(n) にてファジイ演算を行ない、メンバーシップ関数による推論を行なって偏差分の操作量X1を得る。
つまり、X1=F(Err(n) ,dErr(n) /dt)を求める。
【0030】
他方、ヒータコア30の温度Tcの検出により変換器73では、例えば基準値(暖房時一般に設定される最低基準温度:例えば18℃など)To とヒータコア温度Tcとの差分を採り係数pを掛けて操作量X2を得る。つまり、ヒータコア温度の温度分担分を操作量X2として得るものである。
【0031】
この結果、操作量Xはファジイ制御による操作量X1とヒータコア分担分X2とを減算することにより、圧縮機の最終的な操作量Xが定まり、今回の圧縮機容量G=H(x) を得ている。更に、ヒータコア30の放熱にて車室内検出温度が上がり過ぎる場合には運転停止命令が出力され、圧縮機36の運転が停止される。
【0032】
なお、この圧縮機容量G(x) の変化は、図3に示す圧縮機36のインバータの電源周波数を制御することにより、圧縮機の回転速度が変り、単位時間当りの冷媒循環量、すなわち加熱量が変ることであるが、別の方策として圧縮機の吐出量をバイパスすることにより制御する場合には、バイパス通路の開度を制御する機器の変位量を制御し、バイパス量を制御することになる。
【0033】
上述の図4の説明ではファジイ制御を基にして適用したものであるが、一般に行なわれているいわゆるPID制御においても適用することができ、この場合、演算器のX1の演算は次式によって行なわれる。
【数1】
【0034】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば次の効果を有する。
設定温度と車室内検出温度との偏差に応じて冷媒ループの圧縮機容量を変化させる第1の系に、ヒータコアの所定値以上の検出温度に応じて上記偏差を小さくする第2の系を加えたことにより、暖房運転の熱源切り替えに伴う熱発生手段の熱衝撃や暖房温度の急変を防止することができる。
また、上記第1の系では設定温度と現在の車室内検出温度とから得られる今回の差分、及び前回の差分よりファジイ演算で第1の操作量を求め、上記第2の系では上記ヒータコアの現在の検出温度と基準値とから第2の操作量を求め、上記第1の操作量に第2の操作量を加味して上記圧縮機の回転数を加減したことにより、車両内温度の趨勢をも加味した上での温度急変を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるハイブリッド車における熱システムの一例のレイアウトを示す平面図。
【図2】本発明によるハイブリッド車における熱システムの一例の系統概略図。
【図3】空調装置の制御系統図。
【図4】温度制御フローチャート。
【符号の説明】
22 エンジン
29 室内熱交換器
30 ヒータコア
33 室外熱交換器
36 圧縮機
37 圧縮機用モータ
70,75 加え合せ点
71 操作量演算器
72 電源周波数設定器
73 変換器
Claims (2)
- エンジンと駆動用モータとで駆動されるハイブリッド車にあって車室内の室内熱交換器と室外熱交換器との間で冷媒ループを形成しかつ上記室内熱交換器の空気ダクト下流にエンジン冷却水が循環されるヒータコアを有するものにおいて、
設定温度と車室内検出温度との偏差に応じて上記冷媒ループの圧縮機容量を変化させる第1の系に、上記ヒータコアの所定値以上の検出温度に応じて上記偏差を小さくする第2の系を加えたことを特徴とする電気自動車用暖房運転制御装置。 - 上記第1の系では設定温度と現在の車室内検出温度とから得られる今回の差分、及び前回の差分よりファジイ演算で第1の操作量を求め、上記第2の系では上記ヒータコアの現在の検出温度と基準値とから第2の操作量を求め、上記第1の操作量に第2の操作量を加味して上記圧縮機の回転数を加減したことを特徴とする請求項1記載の電気自動車用暖房運転制御装置。
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JP08855498A JP3950224B2 (ja) | 1998-04-01 | 1998-04-01 | 電気自動車用暖房運転制御装置 |
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JP08855498A Expired - Lifetime JP3950224B2 (ja) | 1998-04-01 | 1998-04-01 | 電気自動車用暖房運転制御装置 |
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- 1998-04-01 JP JP08855498A patent/JP3950224B2/ja not_active Expired - Lifetime
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