(57)【要約】      （修正有）【課題】アイドリングストップが長時間継続したときに車両内の温度を良好な温度に維持する。【解決手段】車両用空調装置は、エンジンによって駆動されて冷媒を圧縮する第１圧縮器１１１と、バッテリーによって駆動されて冷媒を圧縮する第２圧縮器１１２と、冷媒の圧縮に伴って生じた熱を放熱する放熱器１２０と、冷媒と車両内の空気との熱交換を行う熱交換器１３０と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンによって駆動され、冷媒を圧縮する第１圧縮器と、
バッテリーによって駆動され、冷媒を圧縮する第２圧縮器と、
前記冷媒の圧縮に伴って生じた熱を放熱する放熱器と、
前記冷媒と車両内の空気との熱交換を行う熱交換器と、
を備える車両用空調装置。
【請求項２】
前記熱交換器から出力される前記冷媒の流路を、前記第１圧縮器もしくは前記第２圧縮器に接続する切替手段を備える、
請求項１に記載の車両用空調装置。
【請求項３】
前記第１圧縮器及び前記第２圧縮器と前記放熱器とを接続する第１の管路と、
前記放熱器と前記熱交換器とを接続する第２の管路と、
前記熱交換器と前記切替手段とを接続する第３の管路と、
前記切替手段と前記第１圧縮器とを接続する第４の管路と、
前記切替手段と前記第２圧縮器とを接続する第５の管路と、
を備え、
前記切替手段は、前記熱交換器から出力された前記冷媒の流路を、前記第４の管路を介して前記第１圧縮器に接続する、もしくは前記第５の管路を介して前記第２圧縮器に接続する、
請求項２に記載の車両用空調装置。
【請求項４】
請求項１から３の何れか一項に記載の車両用空調装置に使用するバッテリー。
【請求項５】
エンジンによって駆動されて冷媒を圧縮する第１圧縮器とバッテリーによって駆動されて冷媒を圧縮する第２圧縮器の何れを使用するかを選択する選択工程と、
前記選択工程における選択結果に基づいて、熱交換器と前記第１圧縮器とを接続する前記冷媒の流路と、前記熱交換器と前記第２圧縮器とを接続する前記冷媒の流路と、を切り替える切替工程と、
を含む車両用空調装置の制御方法。
【請求項６】
前記選択工程では、
アイドリングストップ状態でない場合、前記第１圧縮器を選択し、アイドリングストップ状態である場合、前記第２圧縮器を
選択する、
請求項５に記載の車両用空調装置の制御方法。
【請求項７】
前記選択工程では、
アイドリングストップ状態でない場合もしくはバッテリーの残容量が閾値未満である場合、前記第１圧縮器を選択し、
アイドリングストップ状態である場合でバッテリーの残容量が閾値以上である場合、前記第２圧縮器を選択する、
請求項５に記載の車両用空調装置の制御方法。
【請求項８】
前記選択工程では、
アイドリングストップ状態でない場合もしくは車両内の測定温度と設定温度との差が閾値以上である場合、前記第１圧縮器を選択し、
アイドリングストップ状態である場合で車両内の測定温度と設定温度との差が閾値未満である場合、前記第２圧縮器を選択する、
請求項５に記載の車両用空調装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、車両用空調装置、バッテリー、及び車両用空調装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用空調装置は、圧縮器、放熱器、熱交換器等を備えている。車両用空調装置では、冷媒を圧縮する圧縮器の動力源として、車両のエンジンが用いられる場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１７８０８１号公報
【０００４】
冷媒を圧縮する圧縮器の動力源として車両のエンジンを使用している場合、エンジンが停止した状態になるアイドリングストップ時に空調装置の動作が停止する。アイドリングストップが長時間継続すると、車両内の温度が上昇して乗客に不快感を与える恐れがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上述の事情の下になされたもので、アイドリングストップが長時間継続したときに車両内の温度を良好な温度に維持することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本実施形態に係る車両用空調装置は、エンジンによって駆動されて冷媒を圧縮する第１圧縮器と、バッテリーによって駆動されて冷媒を圧縮する第２圧縮器と、冷媒の圧縮に伴って生じた熱を放熱する放熱器と、冷媒と車両内の空気との熱交換を行う熱交換器と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態１に係る車両用空調装置の構成図である。
【図２】実施形態１に係る車両用空調装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】変形例１に係る車両用空調装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】変形例２に係る車両用空調装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】変形例３に係る車両用空調装置の構成図である。
【図６】変形例４に係る車両用空調装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（実施形態１）
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図１は、実施形態に係る車両用空調装置１００の構成図である。
【０００９】
図１に示すように、車両用空調装置１００は、第１圧縮器１１１、第２圧縮器１１２、放熱器１２０、熱交換器１３０、切替弁１４０、制御部２００を備える。また、車両用空調装置１００は、第１の管路１５１、第２の管路１５２、第３の管路１５３、第４の管路１５４、第５の管路１５５を備える。
【００１０】
第１圧縮器１１１及び第２圧縮器１１２の出力は、第１の管路１５１によって放熱器１２０の入力部に接続されている。放熱器１２０の出力は、第２の管路１５２によって熱交換器１３０の入力部と接続されている。熱交換器１３０の出力は、第３の管路１５３によって切替弁１４０の入力部に接続されている。切替弁１４０の第１の出力は、第４の管路１５４によって第１圧縮器１１１に接続されている。また、切替弁１４０の第２の出力は、第５の管路１５５によって第２圧縮器１１２に接続されている。各管路は、冷媒を流す管路である。
【００１１】
第１圧縮器１１１は、エンジン１６１によって駆動されて冷媒を圧縮する。具体的には、動力変換部１６２は、エンジン１６１の動力を第１圧縮器１１１の駆動に適した動力に変換する。動力変換部１６２は、歯車、ベルト等を備える。第１圧縮器１１１は、動力変換部１６２の出力する動力によって駆動されて冷媒を圧縮する。
【００１２】
第２圧縮器１１２は、バッテリー１７１によって駆動されて冷媒を圧縮する。具体的には、インバータ１７２は、バッテリー１７１の直流電圧を３相交流に変換し、モータ１７３を駆動する。第２圧縮器１１２は、モータ１７３によって駆動されて冷媒を圧縮する。
【００１３】
バッテリー１７１は、複数のバッテリーセルを直列および並列に接続して形成されている。バッテリーセルは、例えば、鉛蓄電池もしくはリチウム蓄電池である。バッテリー１７１は、例えば、２４Ｖの直流電圧を出力する。なお、バッテリー１７１は、発電機１７５を介してエンジン１６１によって充電される。
【００１４】
第１圧縮器１１１及び第２圧縮器１１２は、制御部２００の指示に従って動作する。第１圧縮器１１１及び第２圧縮器１１２は、圧縮した高圧冷媒を第１の管路１５１を介して放熱器１２０に供給する。
【００１５】
放熱器１２０は、ファン等を備え、冷媒の圧縮に伴って生じた熱を放熱し、冷媒を液化する。放熱器１２０は、液化した冷媒を第２の管路１５２を介して熱交換器１３０に供給する。
【００１６】
熱交換器１３０は、冷媒と車両内の空気との間で熱交換を行う。この熱交換により、車両内の空気は冷却される。冷媒は、熱交換器１３０内で周囲の熱を奪って気化する。熱交換器１３０は、気化した冷媒を第３の管路１５３を介して切替弁１４０に供給する。
【００１７】
切替弁１４０は、制御部２００の指示に従って、冷媒の流路を切り替える。具体的には、制御部２００は、エンジンが停止しているアイドリングストップ状態である場合で、バッテリー１７１の残容量が閾値以上である場合、バッテリー１７１によって駆動される第２圧縮器１１２と熱交換器１３０とを第５の管路１５５を介して接続するように切替弁１４０を制御する。また、制御部２００は、アイドリングストップ状態でない場合、もしくは、バッテリー１７１の残容量が閾値未満である場合、エンジン１６１によって駆動される第１圧縮器１１１と熱交換器１３０とを第４の管路１５４を介して接続するように切替弁１４０を制御する。
【００１８】
制御部２００は、車両用空調装置１００全体を制御する。具体的には、制御部２００は、第１圧縮器１１１、第２圧縮器１１２、切替弁１４０、動力変換部１６２及びインバータ１７２の起動等を制御する。制御部２００は、物理的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶部等を備える。
【００１９】
ところで、車両内の測定温度と設定温度との差ΔＴが同じでも、外気温度と設定温度との差によって、設定温度に至るまでに要するバッテリー１７１の電力が異なってくる。したがって、第１圧縮器１１１と第２圧縮器１１２とを選択する際、温度をパラメータにして、判断閾値を適宜変更することが望ましい。そこで、測定温度と設定温度との差ΔＴ、外気温度と設定温度との差、外気温度をパラメータにして、設定温度に至るまでに要する電力を予め実験等で求めておく。そして、設定温度に至るまでに要する電力をテーブルにして記憶部に記憶しておく。
【００２０】
制御部２００は、バッテリー１７１の残容量を取得する。そして、制御部２００は、記憶部に記憶されている測定温度と設定温度との差ΔＴと外気温度に応じた第２圧縮器１１２の駆動に必要な電力に基づいて、取得したバッテリー１７１の残容量で対応可能な測定温度と設定温度との差を算出する。制御部２００は、算出した温度差の値を第１圧縮器１１１と第２圧縮器１１２とを選択する際の閾値として設定する。そして、制御部２００は、第２圧縮器１１２を駆動可能か否かを判断する。
【００２１】
さらに、制御部２００は、バッテリーの放電深度特性曲線とバッテリーの出力電圧とに基づいて、バッテリー１７１の残容量を計算する。放電深度特性曲線とは、バッテリーに残っている電流量とバッテリーの出力電圧との関係を示す特性曲線である。制御部２００は、第２圧縮器１１２を駆動可能な残容量に対応するバッテリー１７１の出力電圧を閾値電圧に設定する。そして、制御部２００は、第２圧縮器１１２を駆動可能な残容量があるか否かを判断する。
【００２２】
制御部２００は、バッテリー１７１の残容量に基づいて第２圧縮器１１２を駆動可能と判断した場合、第２圧縮器１１２を選択して空調制御を行う。制御部２００は、バッテリー１７１の残容量に基づいて第２圧縮器１１２を駆動できないと判断した場合、第１圧縮器１１１を選択して空調制御を行う。
【００２３】
次に、上述の構成を有する車両用空調装置１００の動作について、図２を参照して説明する。車両のイグニッションスイッチがオンされ、制御部２００が動作を開始することにより、図２に示す制御処理は開始される。
【００２４】
制御部２００は、アイドリングストップ状態であるか否かを判断する（ステップＳ１１）。
【００２５】
（アイドリングストップ状態でない場合）
制御部２００は、アイドリングストップ状態でないと判断すると（ステップＳ１１：Ｎｏ）、熱交換器１３０と第１圧縮器１１１とを接続するように切替弁１４０を制御する。これにより、切替弁１４０は、第１圧縮器１１１と熱交換器１３０とを第３の管路１５３及び第４の管路１５４を介して接続する（ステップＳ１２）。
【００２６】
切替弁１４０の切り替えを完了すると、制御部２００は、車両内の温度を設定温度に近づけるように空調制御を行う（ステップＳ１３）。具体的には、エンジン１６１によって駆動される第１圧縮器１１１は、冷媒を圧縮し、第１の管路１５１を介して圧縮した冷媒を放熱器１２０に供給する。この時、制御部２００は、第２圧縮器１１２の動作を停止させている。放熱器１２０は、冷媒の圧縮により生じた熱を放熱し、冷媒を液化する。そして、放熱器１２０は、第２の管路１５２を介して液化した冷媒を熱交換器１３０に供給する。熱交換器１３０は、冷媒と車両内の空気との間で熱交換を行う。車両内の空気の熱を奪った冷媒は気化し、第３の管路１５３を介して切替弁１４０に供給される。切替弁１４０は、供給された冷媒を第４の管路１５４を介して第１圧縮器１１１に供給する。制御部２００は、このような冷房サイクル（ヒートポンプ）により空調制御を行う。
【００２７】
（アイドリングストップ状態である場合）
制御部２００は、アイドリングストップ状態であると判断すると（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、制御部２００は、バッテリー１７１の残容量を取得する。そして、制御部２００は、記憶部に記憶されている測定温度と設定温度との差ΔＴと外気温度に応じた第２圧縮器１１２の駆動に必要な電力に基づいて、バッテリー１７１の残容量で対応可能な測定温度と設定温度との差を算出する。制御部２００は、算出した温度差の値を第１圧縮器１１１と第２圧縮器１１２とを選択する際の閾値として設定する。制御部２００は、車両内の測定温度と設定温度との差ΔＴが閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳ１４）。車両内の測定温度と設定温度との差ΔＴが閾値以上である場合（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、制御部２００は、「エンジンをかけてください」のような警告表示を図示しない表示部に表示する（ステップＳ１６）。
【００２８】
一方、車両内の測定温度と設定温度との差ΔＴが閾値未満である場合（ステップＳ１４：Ｎｏ）、制御部２００は、バッテリー１７１の残容量が閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳ１５）。バッテリー１７１の残容量が少ない状態で第２圧縮器１１２を動作させると、バッテリー１７１の残容量がなくなって第２圧縮器１１２が異常停止する恐れがあるからである。具体的には、制御部２００は、予め設定されたバッテリー１７１の出力電圧を閾値電圧としてステップＳ１５の判断を行う。
【００２９】
バッテリー１７１の残容量が閾値未満である場合（ステップＳ１５：Ｎｏ）、制御部２００は、「エンジンをかけてください」のような警告表示を図示しない表示部に表示する（ステップＳ１６）。
【００３０】
一方、バッテリー１７１の残容量が閾値以上である場合（ステップＳ１５：Ｙｅｓ）、制御部２００は、熱交換器１３０と第２圧縮器１１２とを接続するように切替弁１４０を制御する。これにより、切替弁１４０は、第２圧縮器１１２と熱交換器１３０とを第３の管路１５３及び第５の管路１５５を介して接続する（ステップＳ１７）。
【００３１】
切替弁１４０の切り替えを完了すると、制御部２００は、車両内の温度を設定温度に近づけるように空調制御を行う（ステップＳ１３）。具体的には、制御部２００は、インバータ１７２を駆動するように制御する。これにより、第２圧縮器１１２はモータ１７３によって駆動される。バッテリー１７１によって駆動される第２圧縮器１１２は、冷媒を圧縮し、第１の管路１５１を介して圧縮した冷媒を放熱器１２０に供給する。この時、エンジン１６１が停止しているので、第１圧縮器１１１は動作していない。放熱器１２０は、冷媒の圧縮により生じた熱を放熱し、冷媒を液化する。そして、放熱器１２０は、第２の管路１５２を介して液化した冷媒を熱交換器１３０に供給する。熱交換器１３０は、冷媒と車両内の空気との間で熱交換を行う。車両内の空気の熱を奪った冷媒は気化し、第３の管路１５３を介して切替弁１４０に供給される。切替弁１４０は、供給された冷媒を第５の管路１５５を介して第２圧縮器１１２に供給する。制御部２００は、このような冷房サイクルにより空調制御を行う。これにより、アイドリングストップ状態である場合でも、車両内の温度は設定温度に保たれる。
【００３２】
（変形例１）
実施形態１の動作説明では、測定温度と設定温度との差ΔＴおよびバッテリー１７１の残容量に基づいて、第１圧縮器１１１と第２圧縮器１１２とを使い分ける場合について説明をした。しかし、第１圧縮器１１１と第２圧縮器１１２とを選択する条件をこれに限定する必要はない。例えば、図３に示すように、簡易的にはステップＳ１４の処理を省略することもできる。ただし、この場合、エンジンをかけるように警告する表示が遅れる場合もある。
【００３３】
(変形例２)
また、例えば、エンジン停止時のバッテリー１７１の残容量がほぼ１００％であると仮定できる場合、簡易的には図４に示すようにステップＳ１５の処理を省略できる場合がある。
【００３４】
（変形例３）
実施形態１の説明では、切替弁１４０を用いて冷媒の流路を切り替える場合について説明をした。しかし、冷媒の流路を切り替える切替手段はこれに限定する必要はない。例えば、図５に示すように、切替弁１４０に替えて、弁１４１〜弁１４４を設けることにより、同等の機能を実現することができる。
【００３５】
制御部２００は、第１圧縮器１１１を選択する場合、弁１４１，１４２を開状態とし弁１４３，１４４を閉状態に制御する。また、制御部２００は、第２圧縮器１１２を選択する場合、弁１４１，１４２を閉状態とし弁１４３，１４４を開状態に制御する。このように弁１４１〜１４４を制御することにより、第１圧縮器１１１を冷媒が流れる流路と、第２圧縮器１１２を冷媒が流れる流路と、を切り替えることができる。なお、弁１４２，１４４は省略することができる場合もある。
【００３６】
(変形例４)
上記の説明では、切替弁１４０もしくは弁１４１〜１４４を用いて冷媒の流路を切り替える場合について説明した。しかし、動作を停止している場合に冷媒を入力しない構造の圧縮器もある。このような圧縮器を使用する場合、図６に示すように切替弁１４０もしくは弁１４１〜１４４を省略できる場合もある。
【００３７】
以上説明したように、本実施形態に係る車両用空調装置１００は、エンジン１６１によって駆動される第１圧縮器１１１とバッテリー１７１によって駆動される第２圧縮器１１２を備える。そして、車両用空調装置１００は、アイドリングストップ時には、バッテリー１７１によって駆動される第２圧縮器１１２を使用して冷房サイクルを動作させる。これにより、車両用空調装置１００は、アイドリングストップが長時間継続した場合でも車両内の温度を良好な温度に維持することができる。
【００３８】
なお、上記では説明を省略したが、熱交換器１３０の付近には空冷用ファンやダクトが設けられており、内気もしくは外気と熱交換器１３０内の冷媒とが熱交換できるようになっている。また、熱交換器１３０の付近に、水冷用の配管を設けて熱交換を可能とするようにしてもよい。
【００３９】
また、図２〜図４を用いて説明した第１圧縮器１１１と第２圧縮器１１２との切り替え制御は一例でありこれに限定する必要はない。例えば、バッテリー１７１の残容量が多い場合、エネルギー効率が良い方の圧縮器を選択するようにしてもよい。
【００４０】
また、急速に冷やす必要がある場合は、エンジンで駆動される第１圧縮器１１１とバッテリーで駆動される第２圧縮器１１２とを同時に動作させるようにしてもよい。これにより、冷媒の流量を増すことができるので、冷却速度を上げることができる。例えば、制御部２００は、温度設定値と測定温度との差が予め設定した温度差よりも大きい場合、図５に示す弁１４１〜１４４を開状態に制御する。また、制御部２００は、動力変換部１６２とインバータ１７２を制御して、第１圧縮器１１１と第２圧縮器１１２とを同時に動作させる。
【００４１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことが出来る。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４２】
１００…車両用空調装置
１１１…第１圧縮器
１１２…第２圧縮器
１２０…放熱器
１３０…熱交換器
１４０…切替弁
１４１，１４２，１４３，１４４…弁
１５１…第１の管路
１５２…第２の管路
１５３…第３の管路
１５４…第４の管路
１５５…第５の管路
１６１…エンジン
１６２…動力変換部
１７１…バッテリー
１７２…インバータ
１７３…モータ
１７５…発電機
【図１】
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【図２】
2019127055.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2019127055.tif 000007
【図６】
2019127055.tif 000008