JP7328791B2 - 電動トラックの空調制御装置 - Google Patents

Description

本発明は電動トラックの空調制御装置に係り、特にラジエータ及びコンデンサの冷却性能を向上させる技術に関する。

近年、環境負荷低減の観点から、トラック等の商用車の分野においても内燃機関を備えず、電動モータのみによって駆動する電動トラックの開発が行われている（特許文献１）。

このような電動車両では、空調回路を用いたバッテリ冷却など様々な冷却モードに対応することを目的として、キャブ室内の空気を空調するための空調回路において、コンデンサを２つ設ける場合がある。

特開２０１６－１１３０６３号公報

しかしながら、内燃機関を備えない電気自動車においては、エンジン騒音がなくなりパワートレインにおける静寂性が向上した結果、車内外に対する騒音問題の要因として、コンデンサを冷却するために駆動するファンによるノイズの影響が相対的に顕著化する。

加えて、様々な冷却モードに対応することを目的としてコンデンサを２つ設けた場合、空調コンデンサのファン駆動による車内外への騒音は増大する虞がある。

以上から、本願の解決すべき課題は、２つのコンデンサを備える電気トラックにおいて、空調コンデンサ（第１コンデンサ、第２コンデンサ）のファン（第１ファン、第２ファン）の駆動による車内外への騒音影響の低減を図ることができる、電動トラックの空調制御装置を提供することとする。

上記の目的を達成するため、本発明の電動トラックの空調制御装置は、バッテリから電力が供給される走行用モータにより駆動される電動トラックのキャブ室内の空調を制御する電動トラックの空調制御装置において、前記電動トラックに設けられた空調回路と、前記空調回路に設けられ、前記空調回路の作動流体と外気とで熱交換する第１コンデンサ及び第２コンデンサと、前記第１コンデンサに外気を供給可能に構成され、前記電動トラックのフレーム間で且つ上方に前記キャブ室が配設された第１領域に設けられる第１ファンと、前記第２コンデンサに外気を供給可能に構成され、前記第１領域よりも車両外側となる第２領域に設けられる第２ファンと、前記第１ファンおよび前記第２ファンの回転数を複数の駆動モードにて制御する回転数制御部と、を含み、前記複数の駆動モードは、前記第１ファンの回転数が前記第２ファンの回転数よりも大きくなるように前記第１ファンおよび前記第２ファンを制御する第１駆動モードと、前記第２ファンの回転数が前記第１ファンの回転数よりも大きくなるように前記第１ファンおよび前記第２ファンを制御する第２駆動モードと、を含むことを特徴とする。

これにより、第１駆動モードによって第１ファンの回転数が第２ファンの回転数よりも大きくなるように第１ファンおよび第２ファンを制御することで、第２コンデンサの冷却のために駆動する第２ファンの駆動音による車両の外部への騒音影響を低減することや、第２駆動モードによって第２ファンの回転数が第１ファンの回転数よりも大きくなるように第１ファンおよび第２ファンを制御することで、第１コンデンサの冷却のために駆動する第１ファンの駆動音によるキャブ、すなわち車内への騒音影響を低減することが可能とされる。

本実施例に係る電動車両の全体構成を概略的に示す上面図である。 本発明の一実施形態に係る車両用温度管理装置を示す回路図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しつつその構成について詳細に説明する。
先ず、図１を参照しつつ、本実施例に係る車両１の全体構成を説明する。ここで、図１は、本実施例に係る電動車両の全体構成を概略的に示す上面図である。
図１に示すように、本実施例に係る車両１は、ラダーフレーム１０、キャブ２０、荷箱３０、車輪機構４０、駆動装置５０、バッテリパック６０、インバータ８０及び車両用温度管理装置１００を備える電動トラックである。なお、図１では、車両１の上面からキャブ２０及び荷箱３０を透過するように見た場合の上面図として表している。

ラダーフレーム１０は、左サイドレール（フレーム）１１Ｌ、右サイドレール（フレーム）１１Ｒ、及び複数のクロスメンバ１２を有する。左サイドレール１１Ｌ及び右サイドレール１１Ｒは、車両１の車長方向Ａに延在し、互いに車幅方向Ｂに対して平行に配置される。複数のクロスメンバ１２は、左サイドレール１１Ｌと右サイドレール１１Ｒとを連結している。すなわち、ラダーフレーム１０は、いわゆる梯子型フレームを構成している。そして、ラダーフレーム１０は、キャブ２０、荷箱３０、駆動装置５０、バッテリパック６０、及び車両１に搭載されるその他の重量物を支持する。以下において、左サイドレール１１Ｌ及び右サイドレール１１Ｒを総称して、単にサイドレール１１とも称する。

キャブ２０は、運転手が着座する図示しない運転席を含む構造体であり、ラダーフレーム１０の前部上方に設けられている。一方、荷箱３０は、車両１によって搬送される荷物等が積載される構造体であり、ラダーフレーム１０の後部上方に設けられている。

車両前方に位置する車輪機構４０は、本実施例において、車両前方に位置する左右の前輪４１、２つの前輪４１の車軸としてのフロントアクスル４２から構成される。また、車両後方に位置する車輪機構４０は、車両後方に位置し且つ左右に各２つ配置された後輪４３、これらの後輪４３の車軸としてのリアアクスル４４から構成される。そして、本実施例に係る車両１においては、後輪４３が駆動輪として機能するように駆動力が伝達され、車両１が走行することになる。なお、車輪機構４０は、図示しないサスペンション機構を介してラダーフレーム１０に懸架され、車両１の重量を支持する。

駆動装置５０は、モータユニット５１及びギアユニット５２を有する。モータユニット５１は、走行用モータ５３及び走行用モータ５３を収容するモータハウジング５４から構成される。ギアユニット５２は、複数のギアからなる減速機構５５、減速機構５５から入力される動力を左右の後輪４３に対して振り分ける差動機構５６、並びに減速機構５５及び差動機構５６を収容するギアハウジング５７から構成される。

また、駆動装置５０は、減速機構５５及び差動機構５６を介して、走行用モータ５３の駆動トルクを車両の走行に適した回転速度に減速してリアアクスル４４に駆動力を伝達する。これにより駆動装置５０は、リアアクスル４４を介して後輪４３を回転させて車両１を走行させることができる。ここで、駆動装置５０は、本実施例においては、左サイドレール１１Ｌ及び右サイドレール１１Ｒに対して車幅方向Ｂの内側（すなわち、サイドレール間のスペース）に配置され、図示しない支持部材によりラダーフレーム１０に支持されている。

バッテリパック６０は、車両１を走行させるためのエネルギー源として走行用モータ５３に電力を供給するバッテリ６１と、バッテリ６１を収容するバッテリハウジング６２を有している。バッテリパック６０は、車両１に必要とされる電力を蓄えるために比較的大型で大容量の二次電池である。ここで、バッテリパック６０は、本実施例において、車幅方向Ｂに対して左サイドレール１１Ｌと右サイドレール１１Ｒとの間、且つ駆動装置５０の車両前方に配置される。例えば、バッテリパック６０は、図示しない連結部材によりラダーフレーム１０に固定又は懸架される。

なお、本実施例においては、駆動装置５０及びバッテリパック６０から電動駆動ユニット群７０が構成されている。ここで、電動駆動ユニット群７０は、バッテリ６１、走行用モータ５３、減速機構５５、及び差動機構５６を含むことになり、車両１の電動駆動に必要となる主要構成を備えている。

インバータ８０は、バッテリパック６０から供給される直流電力を交流電力に変換して走行用モータ５３へ供給する駆動電力供給部として機能する。そして、車両１に対するアクセル操作に応じて、交流電力の供給量が制御され、走行用モータ５３の回転速度が制御されることになる。なお、図１において、インバータ８０はギアユニット５２の車両後方に設けられているが、バッテリパック６０と駆動装置５０との間に設けられてもよい。

図２は、本発明の一実施形態に係る車両用温度管理装置１００を示す回路図である。車両用温度管理装置１００は、電気自動車等の車両に搭載される複数の対象機器の温度を管理するための装置であり、第１冷媒循環回路１３０と、第２冷媒循環回路（空調回路）１７０とを含む。この車両用温度管理装置１００は、第１冷媒循環回路１３０及び第２冷媒循環回路１７０各々に沿って冷媒を循環させることで、上記複数の対象機器の温度を調整する。以下、第１冷媒循環回路１３０及び第２冷媒循環回路１７０について、詳しく説明する。

（第１冷媒循環回路）
まず、第１冷媒循環回路１３０について説明する。第１冷媒循環回路１３０は、例えば走行用モータ５３に電力を供給するインバータ８０を含む第１温度調整対象機器群と熱交換を行う第１冷媒を循環させるための冷媒循環回路である。ここで、第１温度調整対象機器群とは、例えば、上記３つの作動温度帯のうちの中間の作動温度帯で効率よく作動する対象機器のことである。本実施形態における第１温度調整対象機器群には、例えば、インバータ８０の他に、ＨＶＡＣ（空調）２０ａに設けられるヒータコア３００が含まれる。また、第１冷媒は、不凍液である。

ここで、ＨＶＡＣ２０ａとは、ヒータコア３００及び後述するエバポレータ７００が内部に設けられ、ヒータコア３００によってキャブ２０内の空気（内気）を加熱し、エバポレータ７００によって内気を冷却することで、内気の温度を調整する空調装置である。

図２に示すように、本実施形態における第１冷媒循環回路１３０は、ポンプ１３１と、インバータ熱交換流路１３２と、バルブ１３３と、ポンプ流路１３４と、ラジエータ熱交換流路１３５と、ウォータヒータ１３９とを含む。
ポンプ１３１は、流路内に充填された第１冷媒を矢印方向へ循環させる装置である。本実施形態におけるポンプ１３１では、図示しない制御装置により、第１冷媒の吐出量（送出量）が制御される。

インバータ熱交換流路１３２は、ポンプ１３１とバルブ１３３とを接続し、ポンプ１３１から送出された第１冷媒をバルブ１３３へ流すための冷媒流路である。インバータ熱交換流路１３２は、インバータ８０、ウォータヒータ１３９及びヒータコア３００を経由するように配置される。インバータ熱交換流路１３２は、スチールパイプ等の金属により構成される。

ポンプ１３１から送出された第１冷媒は、インバータ熱交換流路１３２に沿ってインバータ８０を経由する。インバータ８０を経由する第１冷媒は、インバータ８０と熱交換する。第１冷媒がインバータ８０と熱交換することで、第１冷媒は、インバータ８０を冷却する。すなわち、第１冷媒は、インバータ８０の熱により加熱される。

インバータ８０と熱交換した第１冷媒は、ウォータヒータ１３９を通過する。このウォータヒータ１３９は、作動することで通過する第１冷媒を加熱することができる。ウォータヒータ１３９通過した第１冷媒は、ヒータコア３００を通過する。これにより、例えば内気の温度が所望する温度より低い時には第１冷媒を加熱してヒータコア３００を加熱し、ＨＶＡＣ２０ａから送風される空気を温めることができる。ヒータコア３００と熱交換した第１冷媒は、バルブ１３３へ流れる。

バルブ１３３は、インバータ熱交換流路１３２に接続される第１ポート１３３ａと、ラジエータ熱交換流路１３５に接続される第２ポート１３３ｂと、ポンプ流路１３４に接続される第３ポート１３３ｃとからなる三方向電磁弁である。バルブ１３３は、鉄等の金属やゴム等の樹脂により構成される。本実施形態におけるバルブ１３３は、図示しない制御装置により、各ポートの開閉を実行する。

ポンプ流路１３４は、バルブ１３３の第３ポート１３３ｃとポンプ１３１とを接続し、上記バルブ１３３の第３ポート１３３ｃから吐出された第１冷媒をポンプ１３１へ流すための冷媒流路である。ポンプ流路１３４は、スチールパイプ等の金属により構成される。ポンプ流路１３４を通過した第１冷媒は、ポンプ１３１へ流れ、再び第１冷媒循環回路１３０を循環する。なお、ポンプ流路１３４は、ラジエータ熱交換流路１３５と、ポンプ１３１手前の一部区間を共有している。

ラジエータ熱交換流路１３５は、バルブ１３３の第２ポート１３３ｂとポンプ１３１とを接続し、上記バルブ１３３の第２ポート１３３ｂから吐出された第１冷媒をポンプ１３１へ流すための冷媒流路である。ラジエータ熱交換流路１３５は、スチールパイプ等の金属により構成される。例えば、ラジエータ熱交換流路１３５には、第１冷媒の熱を外気に放出するラジエータ１３６が設けられている。ラジエータ１３６の内部を通過する第１冷媒は、ラジエータ１３６により熱が放出される。ラジエータ１３６により熱が放出された第１冷媒は、ポンプ１３１へ流れ、再び第１冷媒循環回路１３０を循環する。

（第２冷媒循環回路）
次に、本発明に係る第２冷媒循環回路１７０について説明する。第２冷媒循環回路１７０は、フロンガスである第２冷媒（作動流体）を循環させることでキャブ２０内の温度を低下させる所謂冷凍サイクル回路である。この第２冷媒循環回路１７０には、コンプレッサ２０１、第１コンデンサ２０３、第２コンデンサ２０５、膨張弁２０８及びエバポレータ７００が備えられている。

コンプレッサ２０１は、バッテリ６１から供給される電力によって稼動する圧縮機である。このコンプレッサ２０１は、稼動することで第２冷媒を圧縮しつつ第２冷媒循環回路１７０に循環させることが可能である。

第１コンデンサ２０３は、第２冷媒と外気とで熱交換することが可能な熱交換器である。第２コンデンサ２０５は、第１コンデンサ２０３と同様に第２冷媒と外気とで熱交換することが可能な熱交換器であり、第２冷媒循環回路１７０における第１コンデンサ２０３より上流側に位置する。

膨張弁２０８は、第１コンデンサ２０３及び第２コンデンサ２０５によって冷却された第２冷媒を膨張させてさらに冷却することが可能である。エバポレータ７００は、内気と第２冷媒とで熱交換することが可能な熱交換器である。

したがって、第２冷媒循環回路１７０は、コンプレッサ２０１を稼動することで圧縮して加熱した第２冷媒を第２コンデンサ２０５及び第１コンデンサ２０３によって外気と熱交換させることで冷却し、膨張弁２０８によって第２冷媒を膨張させることでさらに冷却することができる。

エバポレータ７００によって第２冷媒を加熱した後、再びコンプレッサ２０１に戻り上記循環を繰り返すことで、第２冷媒循環回路１７０は、内気及び第２冷媒を冷却することができる。

ここで、図１によると、第１コンデンサ２０３及びラジエータ１３６の車長方向Ａ後方には、第１コンデンサ２０３及びラジエータ１３６に外気を導入する第１ファン２１１が配設されている。これら第１コンデンサ２０３、ラジエータ１３６及び第１ファン２１１は、キャブ２０の下方であって車幅方向Ｂに対して左サイドレール１１Ｌと右サイドレール１１Ｒとの間の第１領域に位置し、例えば車幅方向Ｂ側方や車高方向上方、下方などの周囲を防音カバー２０２によって覆われている。

また、キャブ２０の下方であって第２コンデンサ２０５の車長方向Ａ後方には、第２コンデンサ２０５に外気を導入する第２ファン２１３が配設されている。これら第２コンデンサ２０５及び第２ファン２１３は、キャブ２０の下方であって車幅方向Ｂに対して左サイドレール１１Ｌの左方の第２領域に位置している。

またさらに、第１ファン２１１及び第２ファン２１３には、第１モータ２１１ａ及び第２モータ２１３ａがそれぞれ設けられている。第１モータ２１１ａは、後述するＥＣＵ８００の制御により回転数を無段変速することが可能である。また、第２モータ２１３ａは、後述するＥＣＵ８００の制御により回転数を複数段（例えば２段）で変速することが可能である。

ＥＣＵ（回転数制御部）８００は、走行用モータ５３の運転制御をはじめとして総合的な制御を行うための制御装置であり、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）等を含んで構成されている。

このＥＣＵ８００は、第１ファン２１１の第１モータ２１１ａ及び第２ファン２１３の第２モータ２１３ａが電気的に接続されている。これにより、ＥＣＵ８００は、第１ファン２１１及び第２ファン２１３を、回転数を制御しつつ駆動することができる。

具体的には、ＥＣＵ８００は、第１ファン２１１の第１モータ２１１ａを最大回転数で駆動し、第２ファン２１３の第２モータ２１３ａを最大回転数の例えば６割の回転数で駆動する第１駆動モードや、第１ファン２１１の第１モータ２１１ａを最大回転数の例えば３割の回転数で駆動し、第２ファン２１３の第２モータ２１３ａを最大回転数で駆動する第２駆動モード等の複数の駆動モードを含んでおり、例えば車両の走行状態に応じて、各駆動モードを自動的に切り替えることができる。

ここで、上記の通り、第１ファン２１１は、第１領域、すなわちキャブ２０の下方であって車幅方向Ｂに対して左サイドレール１１Ｌと右サイドレール１１Ｒとの間に位置している。また、第２ファン２１３は、第２領域、すなわちキャブ２０の下方であって車幅方向Ｂに対して左サイドレール１１Ｌの左方に位置している。

これにより、第１ファン２１１が最大回転数等の高回転数で駆動すると、キャブ２０内に第１ファン２１１の駆動音や振動が伝わり、第２ファン２１３が最大回転数等の高回転数で駆動すると、車両１の外部に第２ファン２１３の駆動音が伝わる。

したがって、例えば住宅街等の車両１の外部が比較的静かな環境下においては、複数の駆動モードのうち第１駆動モードで第１ファン２１１の第１モータ２１１ａ及び第２ファン２１３の第２モータ２１３ａを駆動することで、第２ファン２１３が高回転数で駆動することによる車両１の外部への騒音を低減することができる。

また、例えば車両１が時速６０ｋｍ程度の速度で走行しており所謂ロードノイズが発生している場合や、幹線道路のように他車両の走行が比較的多い場合のように、第２ファン２１３の駆動音が目立たない環境下においては、複数の駆動モードのうち第２駆動モードで第１ファン２１１の第１モータ２１１ａ及び第２ファン２１３の第２モータ２１３ａを駆動することで、第１ファン２１１が高回転数で駆動することによるキャブ２０内に伝達する第１ファン２１１の駆動音や振動を低減することができる。

これにより、第１コンデンサ２０３及び第２コンデンサ２０５のトータルの熱交換性能は下がるが、車両要求熱交換性能を低下させることなく、第１ファン２１１及び第２ファン２１３の駆動音によるキャブ２０内及び車両１の外部への騒音影響を低減することができる。

以上説明したように、本発明に係る電動トラックの空調制御装置では、バッテリ６１から電力が供給される走行用モータ５３により駆動される車両１のキャブ２０内の空気と、第２冷媒循環回路１７０の第２冷媒との間で熱交換することによりキャブ２０内の空調を制御する電動トラックの空調制御装置において、第２冷媒循環回路１７０に設けられ、第２冷媒と外気とで熱交換する第１コンデンサ２０３及び第２コンデンサ２０５と、第１コンデンサ２０３に外気を供給可能に構成され、車両１のフレーム間の領域において上方にキャブ２０が設けられる領域を第１領域とした場合、第１領域に設けられる第１ファン２１１と、第２コンデンサ２０５に外気を供給可能に構成され、第１領域よりも車両外側の領域である第２領域に設けられる第２ファン２１３と、第１ファン２１１および第２ファン２１３の回転数としての回転数を複数の駆動モードにて制御するＥＣＵ８００と、を含み、複数の駆動モードは、第１ファン２１１の回転数が第２ファン２１３の回転数よりも大きくなるように第１ファン２１１および第２ファン２１３を制御する第１駆動モードと、第２ファン２１３の回転数が第１ファン２１１の回転数よりも大きくなるように第１ファン２１１および第２ファン２１３を制御する第２駆動モードと、を含む。

従って、第１駆動モードによって第１ファン２１１の回転数が第２ファン２１３の回転数よりも大きくなるように第１ファン２１１および第２ファン２１３を制御することで、第２コンデンサ２０５の冷却のために駆動する第２ファン２１３の駆動音による車両１の外部への騒音影響を低減することができる。

また、第２駆動モードによって第２ファン２１３の回転数が第１ファン２１１の回転数よりも大きくなるように第１ファン２１１および第２ファン２１３を制御することで、第１コンデンサ２０３の冷却のために駆動する第１ファン２１１の駆動音によるキャブ２０、すなわち車内への騒音影響を低減することができる。

またさらに、第１駆動モードにおいては第１ファン２１１の回転数を大きくすることで、第２ファン２１３の回転数が第１ファン２１１の回転数と比較して小さいことによる第２コンデンサ２０５の冷却性能の低下を補うことができる。

そして、第２駆動モードにおいては第２ファン２１３の回転数を大きくすることで、第１ファン２１１の回転数が第２ファン２１３の回転数と比較して小さいことによる第１コンデンサ２０３の冷却性能の低下を補うことができる。

以上で本発明に係る電動トラックの空調制御装置の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、本実施形態では、ＥＣＵ８００の含む第１駆動モード及び第２駆動モードにより、第１ファン２１１および第２ファン２１３の回転数を制御するように説明したが、各ファンの駆動に用いる第１モータ２１１ａ及び２モータ２１３ａの消費電力や、各ファンに供給する外気の量や風速等に基づくような、第１ファン２１１および第２ファン２１３の駆動音と関連性のある回転出力を指標にしてもよい。

１ 車両（電動トラック）
１１Ｌ 左サイドレール（フレーム）
１１Ｒ 右サイドレール（フレーム）
２０ キャブ
２０ａ ＨＶＡＣ（空調）
５３ 走行用モータ
６１ バッテリ
１７０ 第２冷媒循環回路（空調回路）
２０３ 第１コンデンサ
２０５ 第２コンデンサ
２１１ 第１ファン
２１３ 第２ファン
８００ ＥＣＵ（回転数制御部）

Claims (2)

1. バッテリから電力が供給される走行用モータにより駆動される電動トラックのキャブ室内の空調を制御する電動トラックの空調制御装置において、
   前記電動トラックに設けられた空調回路と、
   前記空調回路に設けられ、前記空調回路の作動流体と外気とで熱交換する第１コンデンサ及び第２コンデンサと、
   前記第１コンデンサに外気を供給可能に構成され、前記電動トラックのフレーム間で且つ上方に前記キャブ室が配設された第１領域に設けられる第１ファンと、
   前記第２コンデンサに外気を供給可能に構成され、前記第１領域よりも車両外側となる第２領域に設けられる第２ファンと、
   前記第１ファンおよび前記第２ファンの回転数を複数の駆動モードにて制御する回転数制御部と、を含み、
   前記複数の駆動モードは、前記第１ファンの回転数が前記第２ファンの回転数よりも大きくなるように前記第１ファンおよび前記第２ファンを制御する第１駆動モードと、前記第２ファンの回転数が前記第１ファンの回転数よりも大きくなるように前記第１ファンおよび前記第２ファンを制御する第２駆動モードと、を含むことを特徴とする、電動トラックの空調制御装置。
2. 前記電動トラックが所定車速以上では、前記第２駆動モードで前記第１ファンおよび前記第２ファンを制御することを特徴とする、請求項１に記載の電動トラックの空調制御装置。

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