JP6167787B2 - 車両用空調制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車室内空間の空調を行う空調装置を制御する車両用空調制御装置に関する。

従来、熱効率に優れる内燃機関を搭載した車両や、内燃機関が常時駆動しないハイブリッド車や、そもそも内燃機関を備えない電気自動車等においては、車室内暖房のための熱源が不足するので、それを補うために、例えばＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）ヒータ等の電気式ヒータが採用される。このような電気式ヒータは、空調装置の空気流路の途中に配設され、車室内空間に吹き出される空調風を加熱することにより車室内暖房を行う。このような電気式ヒータは、電力の供給を受けて作動するものであるが、発熱のために消費電力が大きく、他の電装品や車両の補機に比べて高い電流値を必要とする。

一方、車両の減速時や降坂時等、車両が駆動力を必要とせず、アクセルペダルが踏み込まれていないときに、オルタネータにより発電し、発電された電力をキャパシタに蓄電し、車両の電装品や補機に供給する減速エネルギー回生システムが知られている（特許文献１）。

このシステムでは、オルタネータは、車両の走行状態に応じて所定の範囲で変動する電圧にて電力を発生する可変電圧オルタネータが採用される。また、キャパシタは、上記オルタネータにより発電された電力をその発電電圧に対応した電圧にて蓄電する。そして、可変電圧オルタネータによる発電やキャパシタへの蓄電は発電電圧が高いほど高効率となることから、基本的には、オルタネータの発電電圧は車両の電装品や補機の定格電圧（１２Ｖが一般的）よりも高い電圧（例えば２４Ｖ）に設定され、上記発電及び蓄電が１２Ｖよりも高い２４Ｖで行われる。そして、オルタネータ及びキャパシタの側の電力を上記電装品や補機に供給するときは、その電圧がＤＣ／ＤＣコンバータにより２４Ｖから１２Ｖに降圧されて供給される。

その場合に、多くの電装品や補機が同時に電力を必要とすると、これらに供給される電流値の総計がＤＣ／ＤＣコンバータの供給可能電流値を超えることが想定される。そのようなシーンは、特に、消費電力の大きい上記電気式ヒータがオンのとき、とりわけ空調風を加熱する必要量が多いときに起き易い。そこで、ＤＣ／ＤＣコンバータをバイパスするバイパス回路を設け、上記シーンの発生が想定されるときは、バイパス回路をオンにして、オルタネータ及びキャパシタの側（これを上流側とする）から電力をＤＣ／ＤＣコンバータを通さずに上記バイパス回路を介して電装品及び補機の側（これを下流側とする）に直接供給することが提案される。

ところが、バイパス回路がオンのときは、上記オルタネータ及びキャパシタの側の電圧（２４Ｖ）がＤＣ／ＤＣコンバータにより降圧されないから、上記オルタネータ及びキャパシタの側の電圧を上記電装品等の定格電圧（１２Ｖ程度）に設定する必要がある。そのため、オルタネータの発電電圧が相対的に低い１２Ｖ程度に固定され、オルタネータによる発電（１２Ｖの発電）は行われるが、発電電圧が１２Ｖと低いためにキャパシタへの蓄電が効率的に行われず、発電された電力の蓄電機会をロスするという問題が起きる。

この問題に対処するために、消費電力の大きい電気式ヒータをＤＣ／ＤＣコンバータに対してオルタネータ及びキャパシタと同じ上流側に配置し、その定格電圧を可変電圧オルタネータの最大発電電圧（２４Ｖ）以上に高くすることが提案される。このようにすれば、電気式ヒータに対しては、オルタネータ及びキャパシタの側の２４Ｖの電力を供給すればよくなり、電気式ヒータがオンのときでも、オルタネータは２４Ｖで効率よく発電でき、キャパシタは電力の蓄電機会をロスすることなく２４Ｖで効率よく蓄電できる。しかも、電気式ヒータが抜けた分、電装品及び補機の側の消費電力が少なくなり、バイパス回路がオンになる頻度が減少するから、この点からも電力の蓄電機会のロスが抑制される。

特開２０１２−２４０４８６号公報

しかしながら、電気式ヒータをＤＣ／ＤＣコンバータに対してオルタネータ及びキャパシタと同じ上流側に配置した場合には、電気式ヒータがＤＣ／ＤＣコンバータを介さずにオルタネータ及びキャパシタと直結するので、次のような問題が起き得る。

すなわち、オルタネータは、上述のように、車両の走行状態に応じて所定の範囲で変動する電圧にて電力を発生するので、オルタネータの発電電圧は常に上記範囲内で変動する。電気式ヒータが他の電装品等と同じ下流側に配置されているときは、ＤＣ／ＤＣコンバータがこの変動する電圧を所定の電圧に降圧するので、電気式ヒータには常に一定の電圧（降圧された電圧）が供給される。しかし、電気式ヒータを上流側に配置したことにより、この変動する電圧がそのまま供給されるので、電気式ヒータの発熱量が変動し、狙いの温度の空調風が得られず、車室内空間の空調によって乗員が感じる快適さが損なわれてしまうのである。

そこで、本発明は、電気式ヒータがＤＣ／ＤＣコンバータの上流側に配置され、他の電装品等がＤＣ／ＤＣコンバータの下流側に配置されることにより、オルタネータで発電された電力のキャパシタへの蓄電機会のロスが抑制されると共に、併せて、電気式ヒータの発熱量の変動も抑制される車両用空調制御装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するためのものとして、本発明は、車室内空間の空調を行う空調装置を制御する車両用空調制御装置であって、車両の走行状態に応じて発電電圧が所定の範囲で変動する発電装置と、上記発電装置により発電された電力を上記発電電圧に対応した電圧にて蓄電する蓄電装置と、上記発電装置及び蓄電装置の側から供給される電力の電圧を所定の電圧に降圧するＤＣ／ＤＣコンバータと、上記発電装置の最大発電電圧以下の定格電圧を有し、上記ＤＣ／ＤＣコンバータにより降圧された電力が供給される電気負荷と、上記発電装置の最大発電電圧以上の定格電圧を有し、上記発電装置及び蓄電装置の側から電力が上記ＤＣ／ＤＣコンバータを介さずに供給され、車室内空間に吹き出される空調風を加熱する電気式ヒータと、上記電気式ヒータの作動量を制御する制御手段と、を備え、上記制御手段は、上記電気式ヒータ目標電力値を演算し、当該演算された目標電力値と上記発電装置の現在の発電電圧とに基づいて、上記電気式ヒータにおける作動量の制御を実行する、ことを特徴とする（請求項１）。

本発明によれば、発電装置の最大発電電圧以下の定格電圧を有する電気負荷には、発電装置及び蓄電装置の側から供給される電力がＤＣ／ＤＣコンバータにより所定の電圧に降圧されて供給されるのに対し、発電装置の最大発電電圧以上の定格電圧を有する電気式ヒータには、発電装置及び蓄電装置の側から電力がＤＣ／ＤＣコンバータを介さずにそのまま供給される。つまり、消費電力の大きい電気式ヒータをＤＣ／ＤＣコンバータに対して発電装置及び蓄電装置と同じ側に配置し、その定格電圧を発電装置の最大発電電圧以上に高くしたから、上述のように、発電装置で発電された電力の蓄電装置への蓄電機会のロスが抑制される。

その上で、電気式ヒータの作動量を発電装置の現在の発電電圧に基いて制御するようにしたから、たとえ発電装置の発電電圧が変動し、それがそのまま供給されても、そのことが考慮されて電気式ヒータが作動される。そのため、電気式ヒータの発熱量の変動が抑制され、車室内空間の空調によって乗員が感じる快適さが保たれる。

以上により、本発明によれば、電気式ヒータがＤＣ／ＤＣコンバータの上流側に配置され、他の電気負荷がＤＣ／ＤＣコンバータの下流側に配置されることにより、発電装置で発電された電力の蓄電装置への蓄電機会のロスが抑制されると共に、併せて、電気式ヒータの発熱量の変動も抑制される車両用空調制御装置が提供される。

本発明においては、上記電気式ヒータは、上記電気負荷よりも消費電流値が高いものであることが好ましい（請求項２）。

この構成によれば、消費電力の大きい電気式ヒータがＤＣ／ＤＣコンバータの上流側に配置され、消費電力の小さい電気負荷がＤＣ／ＤＣコンバータの下流側に配置されるので、ＤＣ／ＤＣコンバータの下流側の電気負荷に供給される電流値の総計がＤＣ／ＤＣコンバータの供給可能電流値を超えるシーンの発生が少なくなる。そのため、ＤＣ／ＤＣコンバータをバイパスするバイパス回路をオンにする頻度が減少し、上述のように、発電された電力の蓄電機会のロスがより一層抑制される。また、ＤＣ／ＤＣコンバータの供給可能電流値を大きくする必要がなくなり、電気式ヒータを備える車両と備えない車両とで共通のＤＣ／ＤＣコンバータを用いることができる。

本発明においては、上記制御手段は、上記電気式ヒータの定格容量に対する目標電力値の比率を示すデューティ値を設定することが好ましい（請求項３）。

この構成によれば、電気式ヒータに対してデューティ値を指令すればよいので、電気式ヒータの作動量を発電装置の現在の発電電圧に基いて制御する際の動作が簡単になる。

本発明においては、上記電気式ヒータは、ＰＴＣヒータであることが好ましい（請求項４）。

この構成によれば、電気式ヒータとして、自己温度制御機能（作動時に発熱して温度が上昇すると抵抗値が増大して電流量を抑制する機能）を有するＰＴＣヒータが用いられるので、空調装置の空調精度が向上する。また、特に消費電流値の高いＰＴＣヒータがＤＣ／ＤＣコンバータの上流側に配置されるので、ＤＣ／ＤＣコンバータをバイパスするバイパス回路をオンにする頻度がより一層減少し、発電された電力の蓄電機会のロスがさらに抑制される。

以上のように、本発明は、電気式ヒータがＤＣ／ＤＣコンバータの上流側に配置され、他の電気負荷がＤＣ／ＤＣコンバータの下流側に配置されることにより、発電装置で発電された電力の蓄電装置への蓄電機会のロスが抑制されると共に、併せて、電気式ヒータの発熱量の変動も抑制される車両用空調制御装置を提供するので、車室内空間の空調を行う空調装置を制御する車両用空調制御装置の技術の発展・向上に寄与する。

本発明の実施形態に係る車両の空調装置の構成を示す概略図である。 上記車両の電気系統の構成を示すブロック図である。 上記車両の制御系統の構成を示すブロック図である。 上記制御系統の車両制御ユニットが行う制御のフローチャートである。 上記制御で用いられるマップを示す図である。 同じく別のマップを示す図である。

（１）空調装置
図１は、本実施形態に係る車両（図示せず）の空調装置１の構成を示す概略図である。本実施形態で空調装置１において「上流」「下流」というときは特に断らない限り空調風の流れに関していう。

空調装置１は、車両の前部に備えられ、車室内空間２の空調を行う（符号７は後述するようにフロントウインドシールドである）。空調装置１は、車外空間３の空気（以下「外気」ともいう）を空調装置１に導入する外気導入モードと、車室内空間２の空気（以下「内気」ともいう）を空調装置１に導入する内気循環モードとの間で設定が切り替え可能に構成されている。空調装置１は、外気導入モードのときに外気を取り入れるための外気取入口４と、内気循環モードのときに内気を取り入れるための内気取入口５とを備えている。

空調装置１は、空調装置１で冷却又は加熱された空気（空調風）を車室内空間２に吹き出すための複数の吹き出し口（矢印で図示）６ａ〜６ｅを備えている。具体的に、ベント吹き出し口６ａは、前席の乗員の上半身に向けて空調風を吹き出す。ヒート吹き出し口６ｂは、前席の乗員の足元に向けて空調風を吹き出す。デフロスタ吹き出し口６ｃは、フロントウインドシールド７の内面に向けて下方から上方に空調風を吹き出す。リヤベント吹き出し口６ｄは、後席の乗員の上半身に向けて空調風を吹き出す。リヤヒート吹き出し口６ｅは、後席の乗員の足元に向けて空調風を吹き出す。

空調装置１は、外気取入口４及び内気取入口５が一端に形成されたメインダクト部８を備えている。メインダクト部８に、内外気切り替えダンパ９、ブロワ１０、及び冷却装置１１（図３参照）のエバポレータ１１ａが上流側からこの順に配設されている。

内外気切り替えダンパ９は、外気取入口４及び内気取入口５の直下流に配置され、外気取入口４と内気取入口５とを選択的に塞ぐ。内外気切り替えダンパ９により外気取入口４が塞がれると、内気取入口５からメインダクト部８に空気が導入され、内気循環モードが実現可能となる。逆に、内外気切り替えダンパ９により内気取入口５が塞がれると（図１が示す状態）、外気取入口４からメインダクト部８に空気が導入され、外気導入モードが実現可能となる。

なお、内外気切り替えダンパ９は、外気取入口４を塞ぐ位置と内気取入口５を塞ぐ位置との間に位置して、外気取入口４と内気取入口５との開度の割合を調節し、これにより吹き出し口６ａ〜６ｅから吹き出されるときの空調風の外気と内気との混合比率を種々調節することが可能に構成されている。

ブロワ１０は、内外気切り替えダンパ９の直下流に配置され、作動することにより外気取入口４又は内気取入口５からメインダクト部８に空気を導入する。これにより外気取入口４又は内気取入口５から吹き出し口６ａ〜６ｅに向けて流れる空調風が生じる。

エバポレータ１１ａは、冷房用の熱交換器であり、ブロワ１０の直下流に配置され、空調風を冷却する。

メインダクト部８の下流側は、冷房用の第１空気流路８ａと暖房用の第２空気流路８ｂとに分岐し、その分岐部８ｃに温度コントロールダンパ１２が設けられている。

温度コントロールダンパ１２は、エバポレータ１１ａの直下流に配置され、第１空気流路８ａと第２空気流路８ｂとを選択的に塞ぐ。温度コントロールダンパ１２により第１空気流路８ａが塞がれると（図１が示す状態）、空調風は第２空気流路８ｂを通過して吹き出し口６ａ〜６ｅから車室内空間２に吹き出される。この経路は主に暖房時における空調風の経路である。逆に、温度コントロールダンパ１２により第２空気流路８ｂが塞がれると、空調風は第１空気流路８ａを通過して吹き出し口６ａ〜６ｅから車室内空間２に吹き出される。この経路は主に冷房時における空調風の経路である。

なお、温度コントロールダンパ１２は、第１空気流路８ａを塞ぐ位置と第２空気流路８ｂを塞ぐ位置との間に位置して、第１空気流路８ａと第２空気流路８ｂとの開度の割合を調節し、これにより吹き出し口６ａ〜６ｅから吹き出されるときの空調風の温度（吹き出し温度）を種々微調整することが可能に構成されている。

第２空気流路８ｂに、ヒータコア４１及びＰＴＣヒータ４２が上流側からこの順に配設されている。

ヒータコア４１は、暖房用の熱交換器であり、温度コントロールダンパ１２の直下流に配置され、空調風を加熱する。ヒータコア４１は、暖房用の熱源として利用し得るエンジン冷却水がその内部を循環する。

ＰＴＣヒータ４２もまた、暖房用の熱交換器であり、ヒータコア４１の直下流に配置され、ヒータコア４１で加熱された空調風をさらに加熱する。ＰＴＣヒータ４２は、電力の供給を受けて作動する電気式ヒータであり、図示しないＰＴＣ素子（正特性サーミスタ）に電力が供給されることによって発熱する。ＰＴＣヒータ４２は、作動時に発熱して温度が上昇すると抵抗値が増大して電流量を抑制する自己温度制御機能を有する。一方、ＰＴＣヒータ４２は、非作動時に温度が低下すると抵抗値が減少して電流が流れ易くなり、そのため、冷間始動時は多量の電流（突入電流）が流れるという特性を有する。

本実施形態に係る車両は、動力源（エンジン）（図示せず）として熱効率に優れる内燃機関を搭載している。そのため、燃費性能に優れる反面、熱損失が少ないので、ヒータコア４１を循環するエンジン冷却水の温度が相対的に低くなる。そのため、ヒータコア４１だけでは暖房用の熱源として不足するので、それを補うために、追加の暖房用熱源としてＰＣＴヒータ４２が採用されている。

第１空気流路８ａと第２空気流路８ｂとは下流で再び合流し、合流部８の下流に複数の吹き出し口６ａ〜６ｅが配置されている。

なお、符号４３は、吹き出し口６ａ〜６ｅを選択するために、各吹き出し口６ａ〜６ｅに通じる空気流路に個別に設けられた開閉弁等のアクチュエータである（図３参照）。

（２）電気系統−減速エネルギー回生システム
図２は、上記空調装置１を備えた本実施形態に係る車両の電気系統９０の構成を示すブロック図である。本実施形態で電気系統９０において「上流」「下流」というときは特に断らない限り発電装置１３からＤＣ／ＤＣコンバータ１５を経て第１、第２電気負荷２５，３４に向かう電流の流れに関していう。

この車両の電気系統９０においては減速エネルギー回生システムが構築されている。すなわち、上記電気系統９０は、発電装置１３、第１蓄電装置１４、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５、第２蓄電装置１６、第１電気負荷２５、及び第２電気負荷３４を備えている。

発電装置１３として、車両の減速時や降坂時等、車両が駆動力を必要とせず、アクセルペダル（図示せず）が踏み込まれていないときに、運動エネルギーを電気エネルギーに変換して回収する（つまり発電する）減速回生オルタネータが採用されている。特に、本実施形態では、車両の走行状態に応じて所定の範囲で変動する電圧（例えば１４〜２４Ｖ程度）にて電力を発生する可変電圧オルタネータが採用されている。したがって、本実施形態では、発電装置１３の最小発電電圧は１４Ｖであり、最大発電電圧は２４Ｖである。この最小発電電圧及び最大発電電圧は、必ずしも可変電圧オルタネータにて発電可能な電圧範囲の下限（発電可能最小電圧）及び上限（発電可能最大電圧）に限らず、例えば、発電可能最小電圧と発電可能最大電圧との間の電圧範囲の下限及び上限も含まれるものとする。発電装置１３は、第１ハーネス１７を介して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５と電気的に接続されている。

第１蓄電装置１４として、複数の電気二重層キャパシタセル（図示せず）が直列に接続された構成のキャパシタが採用されている。第１蓄電装置１４は第２蓄電装置１６よりも急速な充放電が可能であるという特性を有する。第１蓄電装置１４は、上記第１ハーネス１７に電気的に接続されている。これにより、第１蓄電装置１４は、上記発電装置１３により発電された電力が上記第１ハーネス１７を介して供給され、上記電力をその発電電圧に対応した電圧（例えば１４〜２４Ｖ程度）にて蓄電する。つまり、第１蓄電装置１４は、発電装置１３の発電電圧が所定の範囲で変動しても、その変動する発電電圧を蓄電できる。

第１電気負荷２５は、ナビゲーション装置（図２に「Ｎａｖｉ」と表示）２１、オーディオ装置（同じく「Ａｕｄｉｏ」と表示）２２、メータユニット（同じく「メータ」と表示）２３、及び車室内照明装置（同じく「照明」と表示）２４等、車両の電装品の群である。ここで、例えばナビゲーション装置２１の消費電流値は２．９Ａ、オーディオ装置２２は２．１Ａ、メータユニット２３は０．８Ａである。第１電気負荷２５は、第１給電回路２６を介して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５と電気的に接続されている。第１電気負荷２５の定格電圧は１２Ｖである。すなわち、第１電気負荷２５は、発電装置１３の最大発電電圧（２４Ｖ）より低い定格電圧を有する。なお、本明細書において、定格電圧とは、メーカーによって補償された使用限度という意味での、いわゆる定格電圧に限らず、電気負荷２５，３４やＰＴＣヒータ４２が異常を生じることなく動作可能な電圧、すなわち耐電圧も含まれるものとする。

第２電気負荷３４は、エンジン始動用のスタータ３１、パワーステアリング装置（図２に「パワステ」と表示）３２、及びＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム）・ＤＳＣ（横滑り防止）装置３３等、車両の補機の群である。ここで、例えばパワーステアリング装置３２の消費電流値は０．５〜４Ａ、ＡＢＳ・ＤＳＣ装置３３は０．５Ａである。第２電気負荷３４は、第１給電回路２６から分岐した第２給電回路３５を介して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５と電気的に接続されている。第２電気負荷３４の定格電圧もまた１２Ｖである。すなわち、第２電気負荷３４もまた、発電装置１３の最大発電電圧（２４Ｖ）より低い定格電圧を有する。

第２蓄電装置１６として、長期に亘り電力を例えば１２Ｖ程度にて蓄電可能な鉛蓄電池が採用されている。第２蓄電装置１６は、上記第２給電回路３５に電気的に接続されている。

そして、本実施形態では、上記空調装置１に採用されたＰＴＣヒータ４２が、上記第１電気負荷２５及び第２電気負荷３４とは別に、上記第１ハーネス１７に電気的に接続されている。すなわち、ＰＴＣヒータ４２はＤＣ／ＤＣコンバータ１５の上流側（発電装置１３及び第１蓄電装置１４の側）にあり、第１電気負荷２５及び第２電気負荷３４はＤＣ／ＤＣコンバータ１５の下流側にある。なお、ＰＴＣヒータ４２は、上記第１蓄電装置１４よりも下流側で上記第１ハーネス１７に接続されている。ここで、ＰＴＣヒータ４２の消費電流値は８０Ａである。つまり、ＰＴＣヒータ４２は、発熱のために消費電力が大きく、他の電装品２１〜２４や補機３１〜３３に比べて高い電流値を必要とする。ＰＴＣヒータ４２の定格電圧は２４Ｖである。すなわち、ＰＴＣヒータ４２は、発電装置１３の最大発電電圧（２４Ｖ）と同じ値の定格電圧を有する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１５をバイパスするバイパス回路２７が設けられている。バイパス回路２７の一端は第１ハーネス１７に接続され、他端は第２給電回路３５に接続されている。バイパス回路２７上にバイパスリレー２８が配設されている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１５は、上流側（発電装置１３及び第１蓄電装置１４の側）から供給される電力の電圧（例えば２４Ｖ）を下流側の第１、第２電気負荷２５，３４の定格電圧（例えば１２Ｖ）に降圧して下流側に供給する機能を有する。

本実施形態において、上記電気系統９０を以上のような構成にした理由、特に、ＰＴＣヒータ４２を第１、第２電気負荷２５，３４とは別にＤＣ／ＤＣコンバータ１５の上流側に配置した理由は、およそ以下の通りである。

すなわち、この電気系統９０（減速エネルギー回生システム）では、発電装置１３は、車両の走行状態に応じて所定の範囲で変動する電圧（最小発電電圧１４Ｖ〜最大発電電圧２４Ｖ）にて電力を発生する可変電圧オルタネータが採用されている。また、第１蓄電装置１４は、上記発電装置１３により発電された電力をその発電電圧に対応した電圧（１４〜２４Ｖ）にて蓄電するキャパシタが採用されている。そして、可変電圧オルタネータによる発電やキャパシタへの蓄電は発電電圧が高いほど高効率となることから、基本的には、発電装置１３の発電電圧は車両の電装品２１〜２４や補機３１〜３３の定格電圧（１２Ｖ）よりも高い電圧（例えば２４Ｖ）に設定され、上記発電及び蓄電が１２Ｖよりも高い２４Ｖで行われる。そして、発電装置１３及び第１蓄電装置１４の側の電力を上記電装品２１〜２４や補機３１〜３３に供給するときは、その電圧がＤＣ／ＤＣコンバータ１５により２４Ｖから１２Ｖに降圧されて供給される。

その場合に、多くの電装品２１〜２４や補機３１〜３３が同時に電力を必要とすると、これらに供給される電流値の総計がＤＣ／ＤＣコンバータ１５の供給可能電流値を超えることが想定される。そのようなシーンは、特に、消費電力の大きいＰＴＣヒータ４２がＤＣ／ＤＣコンバータ１５の下流側に配置されている場合に、ＰＴＣヒータ４２がオンのとき、とりわけ空調風を加熱する必要量が多いときに起き易い。そこで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５をバイパスするバイパス回路２７を設け、上記シーンの発生が想定されるときは、バイパス回路２７をオン（つまりバイパスリレー２８をオン）にして、発電装置１３及び第１蓄電装置１４の側（上流側）から電力をＤＣ／ＤＣコンバータ１５を通さずにバイパス回路２７を介して電装品２１〜２４及び補機３１〜３３の側（下流側）に直接供給するようにしたものである。

ところが、バイパス回路２７がオンのときは、発電装置１３及び第１蓄電装置１４の側の電圧（２４Ｖ）がＤＣ／ＤＣコンバータ１５により降圧されないから、発電装置１３及び第１蓄電装置１４の側の電圧を電装品２１〜２４及び補機３１〜３３の定格電圧（１２Ｖ）に設定する必要がある。そのため、発電装置１３の発電電圧が相対的に低い１２Ｖに固定され、発電装置１３による発電（１２Ｖの発電）は行われるが、発電電圧が１２Ｖと低いために第１蓄電装置１４への蓄電が効率的に行われず、発電装置１３で発電された電力の第１蓄電装置１４への蓄電機会をロスするという問題が起きる。

この問題に対処するために、消費電力の大きいＰＴＣヒータ４２をＤＣ／ＤＣコンバータ１５に対して発電装置１３及び第１蓄電装置１４と同じ上流側に配置し、その定格電圧を発電装置１３の最大発電電圧（２４Ｖ）と同じ電圧に高くしたものである。このようにすることにより、ＰＴＣヒータ４２に対しては、発電装置１３及び第１蓄電装置１４の側の２４Ｖの電力を供給すればよくなり、ＰＴＣヒータ４２がオンのときでも、発電装置１３は２４Ｖで効率よく発電でき、第１蓄電装置１４は電力の蓄電機会をロスすることなく２４Ｖで効率よく蓄電できる。しかも、ＰＴＣヒータ４２が抜けた分、電装品２１〜２４及び補機３１〜３３の側の消費電力が少なくなり、バイパス回路２７がオンになる頻度が減少するから、この点からも電力の蓄電機会のロスが抑制される。

さて、上記電気系統９０の動作を簡単に説明する。通常時は、バイパス回路２７をオフ（つまりバイパスリレー２８をオフ）にする。上流側の電力、すなわち車両の減速時や降坂時等に発電装置１３で発電された１４〜２４Ｖ程度の電力又は第１蓄電装置１４で蓄電された１４〜２４Ｖ程度の電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５で１２Ｖ程度に降圧された後、第１給電回路２６を通って第１電気負荷２５に供給されるとともに、第２給電回路３５を通って第２電気負荷３４及び第２蓄電装置１６にも供給され、有効に利用される。このとき、第２蓄電装置１６の蓄電電圧が例えば１２Ｖ程度に設定された規格電圧よりも低い場合は、上記上流側からの電力により第２蓄電装置１６が蓄電される。また、上流側の電力、すなわち、発電装置１３で発電された１４〜２４Ｖ程度の電力又は第１蓄電装置１４で蓄電された１４〜２４Ｖ程度の電力は、バイパス回路２７の状態に拘らず、常に直接そのままＰＴＣヒータ４２に供給される。

第１蓄電装置１４の電力が消費され、その電圧が例えば１４Ｖ未満に低下した場合は、バイパス回路２７をオン（つまりバイパスリレー２８をオン）にし、この状態で発電装置１３を駆動して１２〜１４Ｖ程度の電圧にて発電を行う。バイパス回路２７をオンにすると、上流側の電力（１２〜１４Ｖ程度の電力）は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５で降圧されることなく、バイパス回路２７及び第２給電回路３５を通って第２電気負荷３４及び第２蓄電装置１６に供給されるとともに、第１給電回路２６を通って第１電気負荷２５にも供給され、有効に利用される。また、上流側の電力は、このときも、直接そのままＰＴＣヒータ４２に供給される。

（３）制御系統
図３は、上記空調装置１及び上記電気系統９０を備えた本実施形態に係る車両の制御系統の構成を示すブロック図である。

車両制御ユニット５０及びＰＴ（パワートレイン）制御ユニット６０は、それぞれ、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含む周知の構成のマイクロプロセッサであり、相互に情報通信可能に接続されている。車両制御ユニット５０は、空調装置１のコントローラである空調装置コントローラ５１とも相互に情報通信可能に接続されている。

車両制御ユニット５０は、車室内空間２の空気の温度を検出する車内温度センサ５２、第１蓄電装置１４の蓄電電圧を検出する第１電圧センサ５３、及び第２蓄電装置１６の蓄電電圧を検出する第２電圧センサ５４から、各検出信号を入力する。車両制御ユニット５０は、ＰＴ制御ユニット６０を介して、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサ６１、及び車外空間３の空気の温度を検出する外気温センサ６２から、各検出信号を入力する。車両制御ユニット５０は、さらに、ＰＴ制御ユニット６０を介して、発電装置１３の発電量及び発電電圧に関する情報も入力する。

車両制御ユニット５０は、空調装置１に対しては、上述した内外気切り替えダンパ９、ブロワ１０、冷却装置１１（エバポレータ１１ａ）、温度コントロールダンパ１２、及びＰＴＣヒータ４２に、それぞれ制御信号を出力する。車両制御ユニット５０は、さらに、吹き出し口選択用アクチュエータ４３にも、制御信号を出力する。すなわち、上記吹き出し口６ａ〜６ｅは、乗員が空調装置コントローラ５１を操作することによって、あるいは車両制御ユニット５０が行う制御によって、いずれの吹き出し口６ａ〜６ｅから空調風を吹き出すかが選択される。そのため、各吹き出し口６ａ〜６ｅに通じる空気流路に、吹き出し口選択用のアクチュエータとして、開閉弁（図示せず）が個別に設けられており、車両制御ユニット５０は、これらの開閉弁に制御信号を出力することによって、吹き出し口６ａ〜６ｅを選択することが可能に構成されている。

車両制御ユニット５０は、電気系統９０に対しては、上述した発電装置１３、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５、及びバイパスリレー２８に制御信号を出力する。

（４）制御動作
上述のように、本実施形態では、発電装置１３で発電された電力の第１蓄電装置１４への蓄電機会をロスするという問題に対処するために、ＰＴＣヒータ４２をＤＣ／ＤＣコンバータ１５に対して発電装置１３及び第１蓄電装置１４と同じ上流側に配置している。そのため、ＰＴＣヒータ４２はＤＣ／ＤＣコンバータ１５を介さずに発電装置１３及び第１蓄電装置１４と直結している。そして、これにより次のような新たな問題が起きる。

すなわち、発電装置１３は、上述のように、車両の走行状態に応じて所定の範囲で変動する電圧（例えば１４〜２４Ｖ程度）にて電力を発生する可変電圧オルタネータであるため、発電装置１３の発電電圧は常に上記範囲内で変動する。ＰＴＣヒータ４２が他の電装品２１〜２４や補機３１〜３３と同じ下流側に配置されているときは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５がこの変動する電圧を所定の電圧（例えば１２Ｖ）に降圧するので、ＰＴＣヒータ４２には常に一定の電圧（降圧された電圧）が供給される。しかし、ＰＴＣヒータ４２を上流側に配置したことにより、この変動する電圧がそのまま供給されるので、ＰＴＣヒータ４２の発熱量が変動し、狙いの温度の空調風が得られず、車室内空間２の空調によって乗員が感じる快適さが損なわれるという問題が起きる。

そこで、車両制御ユニット５０は、発電装置１３で発電された電力の第１蓄電装置１４への蓄電機会のロスを抑制するためにＰＴＣヒータ４２をＤＣ／ＤＣコンバータ１５の上流側に配置した本実施形態において、図４にフローチャートで示す制御を行うことにより、ＰＴＣヒータ４２の発熱量の変動を抑制する。車両制御ユニット５０は、本発明の「制御手段」に相当する。

いま、図４において、ＰＴＣヒータ４２がオフであるとする。ステップＳ１で、車両制御ユニット５０は、ＰＴＣリクエストがあるか否かを判定する。つまり、例えば、乗員が空調装置コントローラ５１を操作し、暖房を要求したので、空調装置コントローラ５１から車両制御ユニット５０にＰＴＣヒータ４２をオフからオンに切り替える要求の信号が入力されたか否かを判定するのである。その結果、ＮＯの場合はリターンし、ＹＥＳの場合はステップＳ２に進む。

ステップＳ２で、車両制御ユニット５０は、外気温及び水温が閾値以下か否かを判定する。つまり、外気温センサ６２から入力される車外空間３の空気の温度及び水温センサ６１から入力されるエンジン冷却水の温度が、それぞれ個別に設定されたＰＴＣヒータ作動判定用の閾値以下か否かを判定するのである。その結果、少なくともいずれか一方の温度が閾値を超える場合は、ＰＴＣヒータ４２の作動が不要と判断されて、判定がＮＯとなり、リターンする。これに対し、両方の温度がそれぞれ閾値以下の場合は、ＰＴＣヒータ４２の作動が必要と判断されて、判定がＹＥＳとなり、ステップＳ３に進む。

ステップＳ３で、車両制御ユニット５０は、ＰＴＣ目標出力値を演算する。

具体的に、車両制御ユニット５０は、図５に示すマップを用いて、外気温に基くＰＴＣヒータ４２の出力電力値（Ｄｔａ）を決定する。このマップにおいて、外気温がＴａ１（例えば１０℃）未満のときは、最大値（例えば１０００Ｗ）が選択され、Ｔａ２（例えば２０℃）を超えるときは、最小値（０Ｗ）が選択され、Ｔａ１以上Ｔａ２以下のときは、その温度に応じて最大値と最小値との間の値が選択される。

同様に、車両制御ユニット５０は、図６に示すマップを用いて、エンジン冷却水温に基くＰＴＣヒータ４２の出力電力値（Ｄｔｗ）を決定する。このマップにおいて、水温がＴｗ１（例えば６５℃）未満のときは、最大値（例えば１０００Ｗ）が選択され、Ｔｗ２（例えば７５℃）を超えるときは、最小値（０Ｗ）が選択され、Ｔｗ１以上Ｔｗ２以下のときは、その温度に応じて最大値と最小値との間の値が選択される。

そして、車両制御ユニット５０は、外気温に基いて決定された出力電力値（Ｄｔａ）と、エンジン冷却水温に基いて決定された出力電力値（Ｄｔｗ）とを比較し、小さいほうの値（同じときはその値）をＰＴＣ目標出力値（Ｗ）とする。

次いで、ステップＳ４で、車両制御ユニット５０は、総消費電流値が閾値以下か否かを判定する。つまり、それまで行われていなかった消費電力の大きいＰＴＣヒータ４２への電力供給が開始するので、発電装置１３及び第１蓄電装置１４の側からの電力供給が、下流側の他の電装品２１〜２４や補機３１〜３３への電力供給を継続しつつ、すべて満足に行えるか否かを判定するのである。その結果、ＮＯの場合はリターンし、ＹＥＳの場合はステップＳ５に進む。

ステップＳ５で、車両制御ユニット５０は、ＡＬＴ発電電圧からＰＴＣ作動量を決定する。

具体的に、ＰＴＣヒータ４２への電力供給が追加されるので、電力を補うために発電装置１３による発電が開始される。車両制御ユニット５０は、この発電装置１３の現在の発電電圧に基いてＰＴＣヒータ４２の作動量を制御する。

ＰＴＣヒータ４２の作動量は、下記式（１）に従い、ＰＴＣヒータ４２の定格容量に対する目標電力値の比率を示すデューティ値で設定される。

式（１）：デューティ値（％）＝（目標電力値（Ｗ）／ＰＴＣヒータ４２の定格容量（Ｗ））×（第１蓄電装置１４の上限電圧（Ｖ）／現在のＤＣ／ＤＣコンバータ１５の入力電圧（Ｖ））×１００

車両制御ユニット５０は、目標電力値（Ｗ）として、ステップＳ３で決定したＰＴＣ目標出力値（Ｗ）を代入し、ＰＴＣヒータ４２の定格容量（Ｗ）として、例えば２０００Ｗを代入し、第１蓄電装置１４の上限電圧（Ｖ）として、例えば２４．３Ｖを代入し、現在のＤＣ／ＤＣコンバータ１５の入力電圧（Ｖ）として、ＰＴ制御ユニット６０を介して車両制御ユニット５０に入力される現在の発電装置１３の発電電圧（Ｖ）を代入する。

次いで、ステップＳ６で、車両制御ユニット５０は、ＰＴＣ出力を指示する。つまり、ＰＴＣヒータ４２に対して、ステップＳ５で設定したデューティ値を制御信号として出力する。

例えば、いま、式（１）において、目標電力値（Ｗ）が４００Ｗであるとする。ＰＴＣヒータ４２の定格容量（Ｗ）及び第１蓄電装置１４の上限電圧（Ｖ）は固定値であるから、デューティ値（％）は、現在のＤＣ／ＤＣコンバータ１５の入力電圧（Ｖ）、すなわち現在の発電装置１３の発電電圧（Ｖ）に応じて変化する。発電装置１３の発電電圧が１４〜２４Ｖの範囲内で変動するものとすると、現在の発電電圧が２４Ｖのときは、上記設例の場合、デューティ値は２０．３％となり、１４Ｖのときは、３４．７％となる。車両制御ユニット５０は、ステップＳ６で、このように現在の発電装置１３の発電電圧（Ｖ）に応じて変化するデューティ値（％）をＰＴＣヒータ４２に対して指示することになる。これにより、常に変動する発電装置１３の発電電圧に拘らず、ＰＴＣヒータ４２は常に目標の熱量を発生し、目標電力値（上記設例の場合４００Ｗ）を達成する。

これに対し、例えば、現在の発電装置１３の発電電圧が１４Ｖのときに、２４Ｖのときと同じ２０．３％のデューティ値をＰＴＣヒータ４２に対して出力すると、ＰＴＣヒータ４２は、目標電力値が４００Ｗであるのに、２３４Ｗの熱量しか発生せず（つまり発熱量が変動し）、暖房が不足し、車室内空間２の空調によって乗員が感じる快適さが損なわれてしまうのである。本実施形態では、ＰＴＣヒータ４２の発熱量の変動が抑制されるので、このような問題に対処することができる。

車両制御ユニット５０は、ステップＳ６の後、リターンし、以降は、ＰＴＣヒータ４２がオン、つまりＰＴＣヒータ４２の作動中に、上記ステップＳ１〜Ｓ６を繰り返し行う。その場合、車両制御ユニット５０は、ステップＳ１で、例えば、乗員が空調装置コントローラ５１を操作して設定温度が変化したか否かを判定する。

（５）作用等
以上説明したように、本実施形態では、車室内空間２の空調を行う空調装置１を制御する車両用空調制御装置において、次のような特徴的構成が採用されている。

すなわち、本実施形態に係る車両用空調制御装置は、発電装置１３と、第１蓄電装置１４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５と、第１電気負荷２５及び第２電気負荷３４と、ＰＴＣヒータ４２と、車両制御ユニット５０とを備えている。

発電装置１３は、車両の走行状態に応じて発電電圧が所定の範囲で変動する。つまり、発電装置１３は、車両の走行状態に応じて所定の範囲で変動する電圧（例えば１４〜２４Ｖ程度）にて電力を発電する。

第１蓄電装置１４は、発電装置１３により発電された電力を上記発電電圧に対応した電圧（例えば１４〜２４Ｖ程度）にて蓄電する。つまり、第１蓄電装置１４は、発電装置１３の発電電圧が所定の範囲で変動しても、その変動する発電電圧を蓄電できる。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１５は、発電装置１３及び第１蓄電装置１４の側から供給される電力の電圧（例えば２４Ｖ）を第１、第２電気負荷２５，３４の定格電圧（例えば１２Ｖ）に降圧する。

第１電気負荷２５及び第２電気負荷３４は、発電装置１３の最大発電電圧（２４Ｖ）より低い定格電圧（１２Ｖ）を有し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５により降圧された電力が供給される。

ＰＴＣヒータ４２は、発電装置１３の最大発電電圧（２４Ｖ）と同じ値の定格電圧を有し、発電装置１３及び第１蓄電装置１４の側から電力がＤＣ／ＤＣコンバータ１５を介さずに供給され、車室内空間２に吹き出される空調風を加熱する。

車両制御ユニット５０は、ＰＴＣヒータ４２の作動量を発電装置１３の現在の発電電圧に基いて制御する。

これにより、発電装置１３の最大発電電圧より低い定格電圧を有する第１電気負荷２５及び第２電気負荷３４には、発電装置１３及び第１蓄電装置１４の側から供給される電力がＤＣ／ＤＣコンバータ１５により第１、第２電気負荷２５，３４の定格電圧に降圧されて供給されるのに対し、発電装置１３の最大発電電圧と同じ値の定格電圧を有するＰＴＣヒータ４２には、発電装置１３及び第１蓄電装置１４の側から電力がＤＣ／ＤＣコンバータ１５を介さずにそのまま供給される。つまり、消費電力の大きいＰＴＣヒータ４２をＤＣ／ＤＣコンバータ１５に対して発電装置１３及び第１蓄電装置１４と同じ側に配置し、その定格電圧を発電装置１３の最大発電電圧と同じ値に高くしたから、上述のように、発電装置１３で発電された電力の第１蓄電装置１４への蓄電機会のロスが抑制される。

その上で、車両制御ユニット５０は、ＰＴＣヒータ４２の作動量を発電装置１３の現在の発電電圧に基いて制御するから（ステップＳ５）、たとえ発電装置１３の発電電圧が変動し、それがそのまま供給されても、式（１）に示すように、そのことが考慮されてＰＴＣヒータ４２が作動される。そのため、ＰＴＣヒータ４２の発熱量の変動が抑制され、車室内空間２の空調によって乗員が感じる快適さが保たれる。

以上により、本実施形態によれば、ＰＴＣヒータ４２がＤＣ／ＤＣコンバータ１５の上流側に配置され、他の電気負荷２５，３４がＤＣ／ＤＣコンバータ１５の下流側に配置されることにより、発電装置１３で発電された電力の第１蓄電装置１４への蓄電機会のロスが抑制されると共に、併せて、ＰＴＣヒータ４２の発熱量の変動も抑制される車両用空調制御装置が提供される。

本実施形態では、ＰＴＣヒータ４２は、第１電気負荷２５及び第２電気負荷３４よりも消費電流値が高いものである。上述のように、第１電気負荷２５のナビゲーション装置２１の消費電流値は２．９Ａ、オーディオ装置２２は２．１Ａ、メータユニット２３は０．８Ａであり、第２電気負荷３４のパワーステアリング装置３２の消費電流値は０．５〜４Ａ、ＡＢＳ・ＤＳＣ装置３３は０．５Ａであるのに対し、ＰＴＣヒータ４２の消費電流値は発熱のために８０Ａと高くなっている。

これにより、消費電力の大きいＰＴＣヒータ４２がＤＣ／ＤＣコンバータ１５の上流側に配置され、消費電力の小さい第１電気負荷２５及び第２電気負荷３４がＤＣ／ＤＣコンバータ１５の下流側に配置されるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の下流側の電気負荷２５，３４に供給される電流値の総計がＤＣ／ＤＣコンバータ１５の供給可能電流値を超えるシーンの発生が少なくなる。そのため、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５をバイパスするバイパス回路２７をオンにする頻度が減少し、上述のように、発電装置１３で発電された電力の第１蓄電装置１４への蓄電機会のロスがより一層抑制される。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の供給可能電流値を大きくする必要がなくなり、ＰＴＣヒータ４２を備える車両と備えない車両とで共通のＤＣ／ＤＣコンバータ１５を用いることができる。

本実施形態では、車両制御ユニット５０は、式（１）に示すように、ＰＴＣヒータ４２の定格容量（上記設例の場合２０００Ｗ）に対する目標電力値（Ｗ）の比率を示すデューティ値（％）を設定する。

これにより、車両制御ユニット５０は、ステップＳ６で、ＰＴＣヒータ４２に対してデューティ値を指令すればよいので、ＰＴＣヒータ４２の作動量を発電装置１３の現在の発電電圧に基いて制御する際の動作が簡単になる。

本実施形態では、電気式ヒータとして、ＰＴＣヒータ４２が採用されている。

これにより、ＰＴＣヒータ４２は、自己温度制御機能（作動時に発熱して温度が上昇すると抵抗値が増大して電流量を抑制する機能）を有するので、空調装置１の空調精度が向上する。また、特に消費電流値の高いＰＴＣヒータ４２がＤＣ／ＤＣコンバータ１５の上流側に配置されるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５をバイパスするバイパス回路２７をオンにする頻度がより一層減少し、発電装置１３で発電された電力の第１蓄電装置１４への蓄電機会のロスがさらに抑制される。

なお、電気式ヒータとして、ＰＴＣヒータ４２以外のもの（例えば電熱式ヒータや遠赤外線ヒータ等）を採用しても構わない。そのような電気式ヒータは、ＰＴＣヒータ４２ほどには消費電力が大きくないが、空調風を加熱する必要量が多いとき等には、バイパス回路２７がオンになるシーンが頻繁にかつ長く続く場合がある。したがって、ＰＴＣヒータ４２以外の電気式ヒータであっても、これをＤＣ／ＤＣコンバータ１５の上流側に配置し、かつその定格電圧を発電装置１３の最大発電電圧（２４Ｖ）以上の電圧に高くすることによって、発電装置１３で発電された電力の第１蓄電装置１４への蓄電機会のロスが抑制されるという作用効果は十分得られる。

１ 空調装置
２ 車室内空間
１３ 発電装置
１４ 第１蓄電装置
１５ ＤＣ／ＤＣコンバータ
２５ 第１電気負荷
３４ 第２電気負荷
４２ ＰＴＣヒータ（電気式ヒータ）
５０ 車両制御ユニット（制御手段）

Claims (4)

1. 車室内空間の空調を行う空調装置を制御する車両用空調制御装置であって、
   車両の走行状態に応じて発電電圧が所定の範囲で変動する発電装置と、
   上記発電装置により発電された電力を上記発電電圧に対応した電圧にて蓄電する蓄電装置と、
   上記発電装置及び蓄電装置の側から供給される電力の電圧を所定の電圧に降圧するＤＣ／ＤＣコンバータと、
   上記発電装置の最大発電電圧以下の定格電圧を有し、上記ＤＣ／ＤＣコンバータにより降圧された電力が供給される電気負荷と、
   上記発電装置の最大発電電圧以上の定格電圧を有し、上記発電装置及び蓄電装置の側から電力が上記ＤＣ／ＤＣコンバータを介さずに供給され、車室内空間に吹き出される空調風を加熱する電気式ヒータと、
   上記電気式ヒータの作動量を制御する制御手段と、
   を備え、
   上記制御手段は、上記電気式ヒータ目標電力値を演算し、当該演算された目標電力値と上記発電装置の現在の発電電圧とに基づいて、上記電気式ヒータにおける作動量の制御を実行する、
   ことを特徴とする車両用空調制御装置。
2. 請求項１に記載の車両用空調制御装置において、
   上記電気式ヒータは、上記電気負荷よりも消費電流値が高いものであることを特徴とする車両用空調制御装置。
3. 請求項１又は２に記載の車両用空調制御装置において、
   上記制御手段は、上記電気式ヒータの定格容量に対する目標電力値の比率を示すデューティ値を設定することを特徴とする車両用空調制御装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の車両用空調制御装置において、
   上記電気式ヒータは、ＰＴＣヒータであることを特徴とする車両用空調制御装置。

Images