JP5624668B2 - 車両用空調システム - Google Patents

Description

本発明は、電気自動車、ハイブリッド自動車、あるいは電気鉄道等の電動車両に適用される車両用空調システムに関する。

ハイブリッド車両の車両用空調システムについて、例えば特許文献１には、冷却媒体を循環させる循環ポンプを有して、この循環ポンプにより循環される冷却媒体により車載発熱体を冷却する冷却回路と、冷媒を圧縮する圧縮機と、この圧縮機からの冷媒を冷却させる冷媒冷却器と、この冷媒冷却器からの冷媒を減圧する減圧器と、前記冷却回路内の冷却媒体から吸熱して前記減圧器からの冷媒を蒸発させる蒸発器と、を有する冷凍サイクル装置とを備える車両用冷却システムであって、前記冷却回路は、前記冷却媒体と車室内に吹き出す空気との間で熱交換する車室内空調用熱交換器を備えた車両用冷却システムが記載されている。

また、ヒートポンプ式冷房装置と暖房用循環装置とを組み合わせた車両用空調システムについて、例えば特許文献２には、ヒートポンプ式冷房装置を用いて暖房と冷房を行うシステムにあって、ヒートポンプ式冷房装置の構成を簡略化するために、第１循環経路を有するヒートポンプ式冷房装置Ａと、第２循環経路を有する暖房用循環装置Ｂとを備え、第１循環経路中の水冷コンデンサは、第２循環経路８内に配置されて第１の冷媒の熱を第２の冷媒へ放熱し、第２循環経路８には、放熱器側と放熱器バイパス流路に流路を切り換える流路切換弁を設け、暖房運転時は、流路切換弁によって第２の冷媒を放熱器バイパス流路へと流し、ヒータコアで加熱された空気を空調風として車室内へ導入し、冷房運転時は、流路切換弁によって第２の冷媒を放熱器へと流し、エバポレータで冷却された空気を空調風として車室内へ導入する車両用空調システムが記載されている。

特許４２８５２９２号公報 特開２００８−２３０５９４号公報

従来知らせている車両用空調システムでは、車両の走行に関係する発熱体機器の冷却を行う冷却媒体の温度を所定温度以下にして、該機器の冷却を確実に行うことによって該機器の効率的な運転の確保とその破損を防止するために、また、車室内の快適な空調を行うために、一層改良されたシステムの提供が求められていた。

本願発明は、車両に搭載された発熱機器の機器冷却回路と、冷凍サイクル回路を有する車室内空調装置と、前記機器冷却回路の機器冷却媒体と前記冷凍サイクル回路の空調用冷却媒体の間の熱交換を行う中間熱交換器と、を備えた車両用空調システムであって、前記機器冷却回路の機器冷却媒体の温度が該機器冷却媒体の上限温度未満である第一の所定の温度以上になると、前記車両用空調システムの制御周期を短くすると共に、前記第一の所定の温度を前記発熱機器の発熱量の変化に応じて変化させることを特徴とする車両用空調システムである。

本願発明は、上記された車両用空調システムにおいて、前記第一の所定の温度を外気温度以上とすることを特徴とする。

本発明によれば、効率良く室内空調と機器冷却を行うことができる制御装置を備えた車両用空調システムを提供することができる。

本発明の車両用空調システムの概略構成を示す。 本発明に係る空調装置６０の実施例１の概略構成を示す。 機器冷却運転のモードにおける実施例１の空調装置６０の概略構成を示す。 冷房運転のモードにおける実施例１の空調装置６０の概略構成を示す。 冷房・機器冷却運転のモードにおける実施例１の空調装置６０の概略構成を示す。 暖房運転のモードにおける実施例１の空調装置６０の概略構成を示す。 暖房・機器冷却運転のモードにおける実施例１の空調装置６０の概略構成を示す。 除湿運転のモードにおける実施例１の空調装置６０の概略構成を示す。 暖房・除湿運転のモードにおける実施例１の空調装置６０の概略構成を示す。 加熱運転のモードにおける実施例１の空調装置６０の概略構成を示す。 除霜運転のモードにおける実施例１の空調装置６０の概略構成を示す。 本発明に係る室内空調熱交換器７と室内冷却熱交換器６の配列を示す。 本発明に係る室内空調熱交換器７と室内冷却熱交換器６の配列を示す。 温度調節の対象と、その条件を示す。 本発明に係る空調制御装置６１における制御処理プログラムのフローチャートを示す。 車両の状態と温度調節が必要な機器である発熱体９の設定温度の変更について示す。 本発明の車両用空調システムが搭載される電気自動車の制御装置の構成を示す。 本発明に係る空調制御装置６１における制御周期変更を行うプログラムのフローチャートを示す。 本発明に係るモータ７３を高トルク運転するか否かを判定するプログラムのフローチャートを示す。 本発明に係る圧縮機の駆動制御のフローチャートを示す。

以下では、本発明の車両用空調システムを電気自動車に適用した一実施の形態を説明するが、本発明の範囲はこれに限定されるものではない。なお、本発明は電気自動車に限定されず、ハイブリッド自動車、あるいは電気鉄道、建設車両、その他の特殊車両等の電動車両に対しても適用することができる。また、この一実施の形態ではインバータにより駆動される交流モータを例に挙げて説明するが、本発明は交流モータに限定されず、例えばサイリスタレオナード装置などのコンバータにより駆動される直流モータ、あるいはチョッパ電源により駆動されるパルスモータなど、あらゆる種類の回転電機（モータ・ジェネレータ）に適用することができる。

（１）車両用空調システムの構成について
図１は、本発明の車両用空調システムの概略構成を示す図である。図１に示す車両用空調システムは、車室や温調が必要な機器の冷暖房、冷却/加熱を行うための空調装置６０と、その空調装置６０を制御する空調制御装置６１を備えている。空調装置６０に設けられた各種アクチュエータは、空調制御装置６１からの制御信号により制御される。本実施の形態に関係するアクチュエータには、圧縮機１、流量制御手段としての膨張弁２２Ａ、２２Ｂ、２３、第一流路切換手段としての四方弁１９、第二流路切換手段としての三方弁２０、二方弁２１、２４、２５、ポンプ５、室外ファン３および室内ファン８がある。

空調制御装置６１には、温度センサにより車室内温度６２、温調が必要な機器の温度６３が入力される。本実施の形態では、温調が必要な機器としてモータ、インバータ、バッテリおよびギヤボックス等の機器があり、それぞれに温度センサが設けられている。また、空調制御装置６１には、車両運転情報６４である車両速度およびアクセル開度が車速センサおよびアクセルセンサから入力されると共に、車両の走行計画情報６５である道路情報や目的地情報などがナビゲーション装置から入力される。

（２）空調装置の構成について
図２は、空調装置６０の概略構成を示す図である。空調装置６０は、室内空調および発熱体９の冷却を行う空調用冷却媒体（例えば冷媒）が循環する冷凍サイクル回路９０と、発熱体９の冷却を行う機器冷却媒体（例えば機器冷却媒体）が循環する機器冷却回路４１とを備えている。

冷凍サイクル回路９０には、冷媒を圧縮する圧縮機１、空調用冷却媒体と外気との熱交換を行う室外熱交換器２、分岐した冷凍サイクル回路９０Ａにあり空調用冷却媒体と機器冷却回路４１内を流れる機器冷却媒体との熱交換を行う中間熱交換器４、冷凍サイクル回路９０Ｂにあり空調用冷却媒体と車室内空気との熱交換を行う室内空調熱交換器７が、空調用冷却媒体を循環させる液配管により接続されている。

圧縮機１の吸込配管１１と吐出配管１０との間には、四方弁１９が設けられている。四方弁１９を切り換えることにより、吸込配管１１および吐出配管１０のいずれか一方を室外熱交換器２に接続し、他方を中間熱交換器４、室内空調熱交換器７に接続することができる。図２に示す四方弁１９は、吐出配管１０を室外熱交換器２に接続し、吸込配管１１を中間熱交換器４に接続している。

室内空調熱交換器７は、一端が室外熱交換器２に接続されており、他端が三方弁２０を介して圧縮機１の吐出配管１０または吸込配管１１のいずれか一方に切り換え可能に接続されている。空調用冷却媒体の流量制御手段として作用する膨張弁２３、２２Ａ、２２Ｂが、それぞれ室外熱交換器２の圧縮機１に接続されていない側、中間熱交換器４と室外熱交換器２との間、室内空調熱交換器７と室外熱交換器２との間に設けられている。また、室外熱交換器２には外気送風用の室外ファン３が備えられている。

機器冷却回路４１は、機器冷却媒体と車室内空気との熱交換を行う室内冷却熱交換器６と、中間熱交換器４と、機器冷却媒体を機器冷却回路４１内を循環させるポンプ５と、温調が必要な機器である発熱体９が順に環状に接続されている。

機器冷却回路４１には、室内冷却熱交換器６の両端をバイパスするバイパス回路４１Ｃが設けられている。バイパス回路４１Ｃには二方弁２４が設けられ、室内冷却熱交換器６を通る主回路４１Ｄには二方弁２５が設けられている。これらの二方弁２４、２５の開閉動作により、機器冷却媒体の流路を切り替えることが可能となる。また、機器冷却回路４１には、複数の発熱体９Ａ、９Ｂを温調するために図２に示すように並列に接続する。

発熱体９Ｂを備える機器冷却回路４１Ｂには二方弁２１を設置し、発熱体９Ａを備える機器冷却回路４１Ａには二方弁を設置しない。これにより二方弁２１を開いたときには発熱体９Ａ、９Ｂの両方を温調できるが、二方弁２１を閉じたときには発熱体９Ａのみ温調できる。なお、発熱体９Ａを備える機器冷却回路４１Ａに二方弁を備えてもよく、複数の発熱体９を直列に接続してもよい。発熱体の温度条件により発熱体９の接続方法、二方弁の設置方法は変更できるものとする。

室内空調のため、温調された空気を吹き出す室内ユニット４２は、室内（車内）または室外（車外）の空気を吸い込み、室内または室外に吹き出す室内ファン８Ａ、８Ｂと、室内冷却熱交換器６と、室内空調熱交換器７と、室内冷却熱交換器６で熱交換された空気を室内または室外に吹き出すように切り替える切り替えダンパ４４と、室内または室外の空気の吸い込みや、室内または室外への空気の吹き出し口である空気出入り口４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃ,４３Ｄとを備える。

次に、図２に示した空調装置６０の運転動作について説明する。本実施形態では、ポンプ５による機器冷却媒体の循環により発熱体９の温度調整を行う。その他の機器の動作は、空調負荷や発熱体９からの発熱量に応じて変化する。以下では、機器冷却、冷房、冷房＋機器冷却、暖房、暖房＋機器冷却、除湿、暖房除湿、機器加熱、除霜の運転について説明する。

（３）機器冷却運転について
機器冷却運転は、室内空調が無しの状態で発熱体９を冷却する運転であり、図３を用いて説明する。この運転は、機器冷却回路４１を循環する機器冷却媒体を室内冷却熱交換器６でのみ冷却する場合と、室内冷却熱交換器６と中間熱交換器４で機器冷却媒体を冷却する場合がある。

機器冷却回路４１の二方弁２４を閉じ、二方弁２５を開けることで、機器冷却媒体がポンプ５の駆動により室内冷却熱交換器６と中間熱交換器４を循環するようになる。二方弁２１を閉じた場合には機器冷却回路４１Ａにのみ機器冷却媒体が流れ、二方弁２１を開いた場合には機器冷却回路４１Ａと４１Ｂに機器冷却媒体が流れる。発熱体９Ａ、９Ｂの両方を冷却する場合には、二方弁２１を開けることになる。

室内ユニット４２内にある切り替えダンパ４４は、図３に示すように空気出入り口４３Ａで吸い込んだ空気が室内冷却熱交換器６を通り空気出入り口４３Ｃから吹き出すように設定する。この室内冷却熱交換器６を通過する空気により、機器冷却媒体を冷却することができる。また、室内ファン８Ａで吸い込まれる空気の風量により、冷却能力を調整することができる。なお、空気出入り口４３Ｃは図示しないダクトにより室外（車外）に通じており、室内に暖かい空気を吹き出さないようにしている。

中間熱交換器４で機器冷却媒体を冷却する場合には、図３に示すように四方弁１９、三方弁２０を接続し、圧縮機１の吐出配管１０は室外熱交換器２に接続され、圧縮機１の吸込配管１１は中間熱交換器４および室内空調熱交換器７に接続される。なお、膨張弁２２Ｂは全閉とし、空調用冷却媒体が室内空調熱交換器７に流れないようにする。すなわち、室外熱交換器２を凝縮器、中間熱交換器４を蒸発器としている。

圧縮機１で圧縮された空調用冷却媒体は、室外熱交換器２で放熱することによって液化した後、全開の膨張弁２３を通り、中間熱交換器４を流れる。中間熱交換器４に流れる空調用冷却媒体は、膨張弁２２Ａで減圧されて低温・低圧となり、中間熱交換器４において機器冷却回路４１の機器冷却媒体から吸熱することによって蒸発し、四方弁１９を通って圧縮機１へ戻る。上記のように冷凍サイクル回路９０を用いることにより、中間熱交換器４で機器冷却媒体と空調用冷却媒体の熱交換し、機器冷却媒体が冷却される。

以上のように、室内冷却熱交換器６と中間熱交換器４で機器冷却媒体を冷却することができる。機器冷却媒体が所定温度より低い場合には、冷凍サイクル回路９０を用いず、室内冷却熱交換器６でのみ機器冷却媒体を冷却し、機器冷却媒体が所定温度より高い場合には、冷凍サイクル回路９０を用いて室内冷却熱交換器６と中間熱交換器４で機器冷却媒体を冷却する。

なお、機器冷却媒体の温度を制御するためには、室内ファン８Ａの風量とポンプ５の流量と圧縮機１の回転数と膨張弁２２Ａの開度と室外ファン３の風量を制御すればよい。機器冷却媒体が目標温度より高い場合には、室内ファン８Ａの風量を増加、ポンプ５の流量を増加、圧縮機１の回転数増加、膨張弁２２Ａの開度を開け、室外ファン３の風量を増加すればよい。一方、機器冷却媒体が目標温度より低い場合には、室内ファン８Ａの風量を減少、ポンプ５の流量を減少、圧縮機１の回転数減少、膨張弁２２Ａの開度を絞り、室外ファン３の風量を減少すればよい。なお、全てのアクチュエータを制御する必要はなく、少なくとも１つ制御すればよい。

（４）冷房運転について
冷房運転は、発熱体９の冷却無しに室内を冷房する運転であり、図４を用いて説明する。

機器冷却回路４１は、二方弁２５を閉じ、二方弁２４を開けることで、機器冷却媒体がポンプ５の駆動により室内冷却熱交換器６を流れず、機器冷却回路４１Ｃを流れるようになる。このように発熱体９を冷却しない場合であっても、機器冷却回路４１の機器冷却媒体を循環させるのは、発熱体９部分にある機器冷却媒体の偏った温度上昇を防ぐためである。二方弁２１を閉じた場合には機器冷却回路４１Ａにのみ機器冷却媒体が流れ、二方弁２１を開いた場合には機器冷却回路４１Ａと４１Ｂに機器冷却媒体が流れる。

室内ユニット４２内にある切り替えダンパ４４は、図４に示すように空気出入り口４３Ａで吸い込んだ空気が室内冷却熱交換器６、室内空調熱交換器７を通り空気出入り口４３Ｂから吹き出すように設定する。この室内冷却熱交換器６には機器冷却媒体が循環していないので、室内冷却熱交換器６を通過する空気の温度は変化しない。なお、空気出入り口４３Ｂは図示しないダクトにより室内（車内）に通じており、室内の温調を行う。

また、冷房運転では、図４に示すように四方弁１９、三方弁２０を接続し、圧縮機１の吐出配管１０は室外熱交換器２に接続され、圧縮機１の吸込配管１１は中間熱交換器４および室内空調熱交換器７に接続される。なお、膨張弁２２Ａは全閉とし、空調用冷却媒体が中間熱交換器４に流れないようにする。すなわち、室外熱交換器２を凝縮器、室内空調熱交換器７を蒸発器としている。

圧縮機１で圧縮された空調用冷却媒体は、室外熱交換器２で放熱することによって液化した後、全開の膨張弁２３を通り、室内空調熱交換器７を流れる。室内空調熱交換器７に流れる空調用冷却媒体は、膨張弁２２Ｂで減圧されて低温・低圧となり、室内空調熱交換器７において空気出入り口４３Ａで吸い込んだ空気から吸熱することによって蒸発し、三方弁２０を通って圧縮機１へ戻る。このように室内空調熱交換器７で熱交換して冷却された空気が空気出入り口４３Ｂから車室内へ吹き出される。

なお、空気出入り口４３Ｂから吹き出す空気温度を調整するためには、室内ファン８Ａの風量と圧縮機１の回転数と膨張弁２２Ｂの開度、室外ファン３の風量を制御すればよい。吹き出す空気が目標温度より高い場合には、室内ファン８Ａの風量を増加、圧縮機１の回転数増加、膨張弁２２Ｂの開度を開け、室外ファン３の風量を増加すればよい。一方、吹き出す空気が目標温度より低い場合には、室内ファン８Ａの風量を減少、圧縮機１の回転数減少、膨張弁２２Ｂの開度を絞り、室外ファン３の風量を減少すればよい。なお、全てのアクチュエータを制御する必要はなく、少なくとも１つ制御すればよい。

（５）冷房、機器冷却運転について
冷房、機器冷却運転は、発熱体９を冷却し、室内を冷房する運転であり、図５を用いて説明する。この運転は、機器冷却回路４１を循環する機器冷却媒体を室内冷却熱交換器６でのみ冷却する場合と、室内冷却熱交換器６と中間熱交換器４で機器冷却媒体を冷却する場合がある。

機器冷却回路４１は、二方弁２４を閉じ、二方弁２５を開けることで、機器冷却媒体がポンプ５の駆動により室内冷却熱交換器６と中間熱交換器４を循環するようになる。二方弁２１を閉じた場合には機器冷却回路４１Ａにのみ機器冷却媒体が流れ、二方弁２１を開いた場合には機器冷却回路４１Ａと４１Ｂに機器冷却媒体が流れる。発熱体９Ａ、９Ｂの両方を冷却する場合には、二方弁２１を開けることになる。

室内ユニット４２内にある切り替えダンパ４４は、図５に示すように空気出入り口４３Ａで吸い込んだ空気が室内冷却熱交換器６を通り空気出入り口４３Ｃから吹き出すようにする。空気出入り口４３Ｃは図示しないダクトにより室外（車外）に通じており、室内に空気を吹き出さないようにしている。また、室内ファン８Ｂにより空気出入り口４３Ｄで吸い込んだ空気が室内空調熱交換器７を通り空気出入り口４３Ｂから吹き出すようにしている。この室内冷却熱交換器６を通過する空気により、機器冷却媒体を冷却することができる。室内冷却熱交換器７を通過する空気は、室内冷却熱交換器７により冷却され、室内（車内）に冷却された空気が吹き出される。

また、冷房、機器冷却運転では、図５に示すように四方弁１９、三方弁２０を接続し、圧縮機１の吐出配管１０は室外熱交換器２に接続され、圧縮機１の吸込配管１１は中間熱交換器４および室内空調熱交換器７に接続される。すなわち、室外熱交換器２を凝縮器、中間熱交換器４と室内空調熱交換器７を蒸発器としている。

圧縮機１で圧縮された空調用冷却媒体は、室外熱交換器２で放熱することによって液化した後、全開の膨張弁２３を通り、中間熱交換器４および室内空調熱交換器７を流れる。中間熱交換器４に流れる空調用冷却媒体は、膨張弁２２Ａで減圧されて低温・低圧となり、中間熱交換器４において機器冷却回路４１の機器冷却媒体から吸熱することによって蒸発し、四方弁１９を通って圧縮機１へ戻る。

こうして、中間熱交換器４で機器冷却媒体と空調用冷却媒体の熱交換し、機器冷却媒体が冷却される。室内空調熱交換器７に流れる空調用冷却媒体は、膨張弁２２Ｂで減圧されて低温・低圧となり、室内空調熱交換器７において空気出入り口４３Ｄで吸い込んだ空気から吸熱することによって蒸発し、三方弁２０を通って圧縮機１へ戻る。このように室内空調熱交換器７で熱交換して冷却された空気が空気出入り口４３Ｂから室内へ吹き出される。

以上のように、中間熱交換器４および室内空調熱交換器７の両方を蒸発器として利用できるので、車室内の冷房と発熱体９の冷却とを同時に実現することができる。さらに、中間熱交換器４と室内空調熱交換器７とを圧縮機１の吸込配管１１に対して並列に接続し、それぞれの冷凍サイクル回路９０Ａ、９０Ｂに膨張弁２２Ａ、２２Ｂを設けているので、中間熱交換器４および室内空調熱交換器７へ流れる空調用冷却媒体の流量を、それぞれ任意に変えることができる。

その結果、機器冷却媒体の温度と空調用冷却媒体の温度とを、それぞれ任意の所望の温度に制御することができる。したがって、冷房を行うために空調用冷却媒体の温度を十分下げた場合であっても、中間熱交換器４へ流れる冷媒流量を抑制することで、発熱体９の内部を流れる機器冷却媒体の温度を高く保つことができる。

また、機器冷却媒体は上記のように室内冷却熱交換器６と中間熱交換器４で冷却することができる。機器冷却媒体が所定温度より低い場合には、冷凍サイクル回路９０を用いず、室内冷却熱交換器６でのみ機器冷却媒体を冷却し、機器冷却媒体が所定温度より高い場合には、冷凍サイクル回路９０を用いて室内冷却熱交換器６と中間熱交換器４で機器冷却媒体を冷却する。これは、膨張弁２２Ａの開度を調整することで制御する。膨張弁２２Ａを全閉とする場合には、中間熱交換器４に空調用冷却媒体が流れなくなるので、機器冷却媒体は室内冷却熱交換器６でのみ冷却するようになる。

なお、機器冷却媒体の温度や空気出入り口４３Ｂから吹き出す空気温度を制御するためには、室内ファン８Ａ、８Ｂの風量とポンプ５の流量と圧縮機１の回転数と膨張弁２２Ａ、２２Ｂの開度と室外ファン３の風量を制御すればよい。機器冷却媒体が目標温度より高い場合や吹き出す空気が目標温度より高い場合には、室内ファン８Ａ、８Ｂの風量を増加、ポンプ５の流量を増加、圧縮機１の回転数増加、膨張弁２２Ａ、２２Ｂの開度を開け、室外ファン３の風量を増加すればよい。

一方、機器冷却媒体が目標温度より低い場合や吹き出す空気が目標温度より低い場合には、室内ファン８Ａ、８Ｂの風量を減少、ポンプ５の流量を減少、圧縮機１の回転数減少、膨張弁２２Ａ、２２Ｂの開度を絞り、室外ファン３の風量を減少すればよい。なお、全てのアクチュエータを制御する必要はなく、少なくとも１つ制御すればよい。

（６）暖房運転について
暖房運転は、発熱体９の冷却無しに室内を暖房する運転であり、図６を用いて説明する。

機器冷却回路４１は、二方弁２５を開け、二方弁２４を閉じることで、機器冷却媒体がポンプ５の駆動により室内冷却熱交換器６と中間熱交換器４を流れるようになる。二方弁２１を閉じた場合には機器冷却回路４１Ａにのみ機器冷却媒体が流れ、二方弁２１を開いた場合には機器冷却回路４１Ａと４１Ｂに機器冷却媒体が流れる。

室内ユニット４２内にある切り替えダンパ４４は、図６に示すように空気出入り口４３Ａで吸い込んだ空気が室内冷却熱交換器６、室内空調熱交換器７を通り空気出入り口４３Ｂから吹き出すように設定する。この室内冷却熱交換器６には発熱体９で温められた機器冷却媒体が循環しているので、室内冷却熱交換器６を通過する空気の温度を上昇させる。なお、空気出入り口４３Ｂは室内（車内）に通じており、室内の温調を行う。

暖房負荷が小さい場合には、上記のように発熱体９からの排熱を暖房に利用することで、冷凍サイクル回路９０は暖房に利用しない。このようにすることでエネルギー消費を抑えた空調を実現することができる。二方弁２１を開いた場合には機器冷却回路４１Ｂにも機器冷却媒体が流れ発熱体９Ｂの排熱を暖房に利用することができるので、さらにエネルギー消費を抑えることができる。

発熱体９Ａ、９Ｂの排熱だけでは暖房負荷に満たない場合には、発熱体９Ａ，９Ｂの排熱に加えて冷凍サイクル回路９０を併用するようにする。この場合、図６に示すように四方弁１９、三方弁２０を接続し、圧縮機１の吐出配管１０は中間熱交換器４および室内空調熱交換器７に接続され、吸込配管１１は室外熱交換器２に接続される。なお、膨張弁２２Ａは全閉、膨張弁２２Ｂは全開とし、空調用冷却媒体が中間熱交換器４に流れず、室内空調熱交換器７にのみ流れるようにする。すなわち、室内空調熱交換器７を凝縮器、室外熱交換器２を蒸発器としている。

圧縮機１で圧縮された空調用冷却媒体は、室内空調熱交換器７で放熱することによって凝縮液化する。その後、膨張弁２３で減圧された後、室外熱交換器２において室外空気との熱交換によって蒸発・ガス化して圧縮機１へと戻る。

以上のように、空気出入り口４３Ａで吸い込んだ空気は、機器冷却回路４１を流れる機器冷却媒体によって室内冷却熱交換器６で加熱される。そして、下流側に配置された室内空調熱交換器７での熱交換により、さらに暖められた空気が空気出入り口４３Ｂから室内へ吹き出される。このように、室内に吹き出される空気は、発熱体９の排熱で暖められた後、冷凍サイクル回路９０でさらに暖められる構成となっている。冷凍サイクル回路９０を用いた空気の加熱は、発熱体９の排熱で暖められた空気温度で足りない分を補うようにするので、エネルギー消費の少ない空調装置を構成することができる。

なお、空気出入り口４３Ｂから吹き出す空気温度を制御するためには、室内ファン８Ａの風量とポンプ５の流量と圧縮機１の回転数と膨張弁２２Ｂの開度と室外ファン３の風量を制御すればよい。吹き出す空気が目標温度より低い場合には、室内ファン８Ａの風量を増加、ポンプ５の流量を増加、圧縮機１の回転数増加、膨張弁２２Ｂの開度を開け、室外ファン３の風量を増加すればよい。一方、吹き出す空気が目標温度より高い場合には、室内ファン８Ａの風量を減少、ポンプ５の流量を減少、圧縮機１の回転数減少、膨張弁２２Ｂの開度を絞り、室外ファン３の風量を減少すればよい。なお、全てのアクチュエータを制御する必要はなく、少なくとも１つ制御すればよい。

（７）暖房、機器冷却運転について
暖房、機器冷却運転は、発熱体９を冷却し、室内を暖房する運転であり、図７を用いて説明する。上記の暖房運転で記したように、室内冷却熱交換器６での放熱により、機器冷却媒体を目標温度以下に保つことができれば発熱体９の温度上昇を抑えることができるが、室内冷却熱交換器６での放熱で足りない場合や後述するように機器冷却媒体の温度を一時的に低くする場合には、冷凍サイクル回路９０を用いた機器冷却が必要になる。

暖房、機器冷却運転では、図７に示すように四方弁１９、三方弁２０を接続し、圧縮機１の吐出配管１０は室外熱交換器２および室内空調熱交換器７に接続され、吸込配管１１は中間熱交換器４に接続される。なお、膨張弁２３は全閉、膨張弁２２Ｂは全開とし、空調用冷却媒体が室外熱交換器２に流れないようにする。すなわち、室内空調熱交換器７を凝縮器、中間熱交換器４を蒸発器としている。

圧縮機１で圧縮された空調用冷却媒体は、室内空調熱交換器７で放熱することによって凝縮液化する。その後、膨張弁２２Ａで減圧された後、中間熱交換器４において機器冷却回路４１を流れる機器冷却媒体との熱交換によって蒸発・ガス化して圧縮機１へと戻る。中間熱交換器４では、機器冷却媒体と空調用冷却媒体が熱交換し、機器冷却媒体が冷却される。

機器冷却回路４１は、二方弁２５を開け、二方弁２４を閉じることで、機器冷却媒体がポンプ５の駆動により室内冷却熱交換器６と中間熱交換器４を流れるようになる。二方弁２１を閉じた場合には機器冷却回路４１Ａにのみ機器冷却媒体が流れ、二方弁２１を開いた場合には機器冷却回路４１Ａと４１Ｂに機器冷却媒体が流れる。

室内ユニット４２内にある切り替えダンパ４４は、図７に示すように空気出入り口４３Ａで吸い込んだ空気が室内冷却熱交換器６、室内空調熱交換器７を通り空気出入り口４３Ｂから吹き出すように設定する。この室内冷却熱交換器６には発熱体９で温められた機器冷却媒体が循環しているので、室内冷却熱交換器６を通過する空気の温度を上昇させる。

そして、下流側に配置された室内空調熱交換器７での熱交換により、さらに暖められた空気が空気出入り口４３Ｂから車室内へ吹き出される。このように、室内に吹き出される空気は、発熱体９の排熱で暖められた後、冷凍サイクル回路９０でさらに暖められる構成となっている。なお、空気出入り口４３Ｂは図示しないダクトにより室内（車内）に通じており、室内の温調を行う。

また、室内冷却熱交換器６での放熱と中間熱交換器４での熱交換により機器冷却媒体を冷却することが可能となる。なお、機器冷却媒体の温度や空気出入り口４３Ｂから吹き出す空気温度を制御するためには、室内ファン８Ａの風量とポンプ５の流量と圧縮機１の回転数と膨張弁２２Ａの開度を制御すればよい。機器冷却媒体が目標温度より高い場合や吹き出す空気が目標温度より低い場合には、室内ファン８Ａの風量を増加、ポンプ５の流量を増加、圧縮機１の回転数増加、膨張弁２２Ａの開度を開ければよい。

一方、機器冷却媒体が目標温度より低い場合や吹き出す空気が目標温度より高い場合には、室内ファン８Ａの風量を減少、ポンプ５の流量を減少、圧縮機１の回転数減少、膨張弁２２Ａの開度を絞ればよい。なお、全てのアクチュエータを制御する必要はなく、少なくとも１つ制御すればよい。

（８）除湿運転について
除湿運転は、室内を除湿する運転であり、図８を用いて説明する。

除湿運転では、図８に示すように四方弁１９、三方弁２０を接続し、圧縮機１の吐出配管１０は室外熱交換器２に接続され、圧縮機１の吸込配管１１は中間熱交換器４および室内空調熱交換器７に接続される。なお、膨張弁２２Ａは全閉、膨張弁２３は全開とし、空調用冷却媒体が中間熱交換器４に流れないようにする。すなわち、室外熱交換器２を凝縮器、室内空調熱交換器７を蒸発器としている。

圧縮機１で圧縮された空調用冷却媒体は、室外熱交換器２で放熱することによって液化した後、全開の膨張弁２３を通り、室内空調熱交換器７を流れる。室内空調熱交換器７に流れる空調用冷却媒体は、膨張弁２２Ｂで減圧されて低温・低圧となり、室内空調熱交換器７において空気出入り口４３Ａで吸い込んだ空気から吸熱することによって蒸発し、三方弁２０を通って圧縮機１へ戻る。

機器冷却回路４１は、二方弁２５を開け、二方弁２４を閉じることで、機器冷却媒体がポンプ５の駆動により中間熱交換器４と室内冷却熱交換器６を流れるようになる。二方弁２１を閉じた場合には機器冷却回路４１Ａにのみ機器冷却媒体が流れ、二方弁２１を開いた場合には機器冷却回路４１Ａと４１Ｂに機器冷却媒体が流れる。

室内ユニット４２内にある切り替えダンパ４４は、図８に示すように空気出入り口４３Ｂで吸い込んだ空気が室内空調熱交換器７、室内冷却熱交換器６を通り空気出入り口４３Ａから吹き出すように設定する。空気出入り口４３Ｂで吸い込んだ空気は、室内空調熱交換器７で熱交換して除湿、冷却される。そして、室内冷却熱交換器６には発熱体９で温められた機器冷却媒体が循環しているので、室内冷却熱交換器６を通過する空気の温度を上昇させる。

このようにして、いわゆる再熱除湿運転が可能となる。車室内へ供給される空気は相対湿度が低くなるため、室内空間の快適性を向上できる。なお、空気出入り口４３Ａは図示しないダクトにより室内（車内）に通じており、室内の温調を行う。

なお、再熱器として利用される室内冷却熱交換器６の熱源は、発熱体９で発生する排熱である。そのため、再熱用にヒータ等を用いる場合とは異なり、新たにエネルギーを投入する必要がないので、消費電力を増大させることなく車室内の快適性を向上させることが可能になる。

なお、再熱量を制御するためには、室内ファン８Ａの風量とポンプ５の流量と圧縮機１の回転数と膨張弁２２Ｂの開度と室外ファン３の風量を制御すればよい。再熱量を増やすためには、室内ファン８Ａの風量を増加、ポンプ５の流量を増加、圧縮機１の回転数増加、膨張弁２２Ｂの開度を開け、室外ファン３の風量を増加すればよい。

一方、再熱量を減らすためには、室内ファン８Ａの風量を減少、ポンプ５の流量を減少、圧縮機１の回転数減少、膨張弁２２Ｂの開度を絞り、室外ファン３の風量を減少すればよい。なお、全てのアクチュエータを制御する必要はなく、少なくとも１つ制御すればよい。

（９）暖房、除湿運転について
暖房、除湿運転は、室内を暖房、除湿する運転であり、図９を用いて説明する。

暖房、除湿運転では、図９に示すように四方弁１９、三方弁２０を接続し、圧縮機１の吐出配管１０は中間熱交換器４に接続され、圧縮機１の吸込配管１１は室外熱交換器２および室内空調熱交換器７に接続される。なお、膨張弁２２Ａは全開、膨張弁２３は全閉とし、空調用冷却媒体が室外熱交換器２に流れないようにする。すなわち、中間熱交換器４を凝縮器、室内空調熱交換器７を蒸発器としている。

圧縮機１で圧縮された空調用冷却媒体は、中間熱交換器４で放熱することによって液化した後、全開の膨張弁２２Ａを通り、室内空調熱交換器７を流れる。室内空調熱交換器７に流れる空調用冷却媒体は、膨張弁２２Ｂで減圧されて低温・低圧となり、室内空調熱交換器７において空気出入り口４３Ａで吸い込んだ空気から吸熱することによって蒸発し、三方弁２０を通って圧縮機１へ戻る。中間熱交換器４では、機器冷却媒体と空調用冷却媒体が熱交換し、機器冷却媒体が加熱される。

機器冷却回路４１は、二方弁２５を開け、二方弁２４を閉じることで、機器冷却媒体がポンプ５の駆動により中間熱交換器４と室内冷却熱交換器６を流れるようになる。二方弁２１を閉じた場合には機器冷却回路４１Ａにのみ機器冷却媒体が流れ、二方弁２１を開いた場合には機器冷却回路４１Ａと４１Ｂに機器冷却媒体が流れる。発熱体９の排熱を多く利用する場合には、二方弁２１を開いた方がよい。

室内ユニット４２内にある切り替えダンパ４４は、図９に示すように空気出入り口４３Ｂで吸い込んだ空気が室内空調熱交換器７、室内冷却熱交換器６を通り空気出入り口４３Ａから吹き出すように設定する。空気出入り口４３Ｂで吸い込んだ空気は、室内空調熱交換器７で熱交換して除湿、冷却される。そして、室内冷却熱交換器６には中間熱交換器４と発熱体９で温められた機器冷却媒体が循環しているので、室内冷却熱交換器６を通過する空気の温度を上昇させる。このようにして、暖房、除湿運転が可能となる。なお、空気出入り口４３Ａは図示しないダクトにより室内（車内）に通じており、室内の温調を行う。

空気出入り口４３Ａから吹き出す空気温度を制御するためには、室内ファン８Ａの風量とポンプ５の流量と圧縮機１の回転数と膨張弁２２Ｂの開度を制御すればよい。吹き出す空気が目標温度より低い場合には、室内ファン８Ａの風量を増加、ポンプ５の流量を増加、圧縮機１の回転数増加、膨張弁２２Ｂの開度を開ければよい。

一方、吹き出す空気が目標温度より高い場合には、室内ファン８Ａの風量を減少、ポンプ５の流量を減少、圧縮機１の回転数減少、膨張弁２２Ｂの開度を絞ればよい。なお、全てのアクチュエータを制御する必要はなく、少なくとも１つ制御すればよい。

（１０）機器加熱運転について
外気温度の低い冬季の始動時などでは、発熱体９をあらかじめ暖めておく方がよい場合がある。機器加熱運転は、室内空調をせず、発熱体９を暖める運転であり、図１０を用いて説明する。

機器加熱運転では、図１０に示すように四方弁１９、三方弁２０を接続し、圧縮機１の吐出配管１０は中間熱交換器４および室内空調熱交換器７に接続され、圧縮機１の吸込配管１１は室外熱交換器２に接続される。なお、膨張弁２２Ａは全開、膨張弁２２Ｂは全閉とし、空調用冷却媒体が室内空調熱交換器７に流れないようにする。すなわち、中間熱交換器４を凝縮器、室外熱交換器２を蒸発器としている。

圧縮機１で圧縮された空調用冷却媒体は、中間熱交換器４で放熱することによって液化した後、全開の膨張弁２２Ａを通り、室外熱交換器２を流れる。室外熱交換器２に流れる空調用冷却媒体は、膨張弁２３で減圧されて低温・低圧となり、室外熱交換器２において室外空気から吸熱することによって蒸発し、圧縮機１へ戻る。中間熱交換器４では、機器冷却媒体と空調用冷却媒体が熱交換し、機器冷却媒体が加熱される。

機器冷却回路４１は、二方弁２５を閉じ二方弁２４を開けることで、機器冷却媒体は、ポンプ５の駆動により室内冷却熱交換器６を流れないようになる。二方弁２１を閉じた場合には機器冷却回路４１Ａにのみ機器冷却媒体が流れ、二方弁２１を開いた場合には機器冷却回路４１Ａと４１Ｂに機器冷却媒体が流れる。加熱する発熱体９に機器冷却媒体が流れるように、二方弁２１を開くこととする。

冷凍サイクル回路９０により機器冷却媒体が加熱されるので、この機器冷却媒体を循環することで、発熱体９を加熱することができる。

室内ユニット４２は、空気の吸い込み、吐き出しを行わず、室内ファン８Ａ，８Ｂを駆動しない。また、室内冷却熱交換器６と室内空調熱交換器７ではそれぞれ機器冷却媒体と空調用冷却媒体を流さないので熱交換しない。

なお、加熱量を制御するためには、ポンプ５の流量と圧縮機１の回転数と膨張弁２３の開度と室外ファン３の風量を制御すればよい。加熱量を増やすためには、ポンプ５の流量を増加、圧縮機１の回転数増加、膨張弁２３の開度を開け、室外ファン３の風量を増加すればよい。

一方、加熱量を減らすためには、ポンプ５の流量を減少、圧縮機１の回転数減少、膨張弁２３の開度を絞り、室外ファン３の風量を減少すればよい。なお、全てのアクチュエータを制御する必要はなく、少なくとも１つ制御すればよい。

図６に示す暖房運転、図１０に示す機器加熱運転において、室外熱交換器２への着霜が避けられない。除霜運転は、暖房運転、機器加熱運転から一時的に切り替えて、室外熱交換器２の除霜を行う運転であり、図１１を用いて説明する。

（１１）除霜運転について
除霜運転では、図１１に示すように四方弁１９、三方弁２０を接続し、圧縮機１の吐出配管１０は室外熱交換器２および室内空調熱交換器７に接続され、圧縮機１の吸込配管１１は中間熱交換器４に接続される。なお、膨張弁２３、２２Ｂは全開としている。すなわち、室外熱交換器２と室内空調熱交換器７を凝縮器、中間熱交換器４を蒸発器としている。

圧縮機１で圧縮された空調用冷却媒体は、室外熱交換器２と室内空調熱交換器７で放熱することによって液化した後、全開の膨張弁２２Ｂ、２３を通り、中間熱交換器４を流れる。これにより、室外熱交換器２に着いた霜を取り除くことができる。中間熱交換器４に流れる空調用冷却媒体は、膨張弁２２Ａで減圧されて低温・低圧となり、中間熱交換器４において吸熱することによって蒸発し、圧縮機１に戻る。中間熱交換器４では、機器冷却媒体と空調用冷却媒体が熱交換し、機器冷却媒体が冷却される。

機器冷却回路４１は、二方弁２５を閉じ、二方弁２４を開けることで、機器冷却媒体がポンプ５の駆動により室内冷却熱交換器６を流れないようになる。二方弁２１を閉じた場合には機器冷却回路４１Ａにのみ機器冷却媒体が流れ、二方弁２１を開いた場合には機器冷却回路４１Ａと４１Ｂに機器冷却媒体が流れる。冷凍サイクル回路９０により機器冷却媒体が冷却されるので、この機器冷却媒体を循環することで、発熱体９を冷却することができる。

室内ユニット４２内にある切り替えダンパ４４は、図１１に示すように空気出入り口４３Ａで吸い込んだ空気が室内冷却熱交換器６、室内空調熱交換器７を通り空気出入り口４３Ｂから吹き出すように設定する。この室内冷却熱交換器６には機器冷却媒体が循環していないので、室内冷却熱交換器６を通過する空気の温度は温度変化しない
そして、下流側に配置された室内空調熱交換器７での熱交換により、暖められた空気が空気出入り口４３Ｂから車室内へ吹き出される。このように、除霜運転でも室内に暖かい空気を吹き出すことができる。なお、空気出入り口４３Ｂは図示しないダクトにより室内（車内）に通じており、室内の温調を行う。

また、室内に暖かい空気を吹き出さないことも可能である。上記の構成で膨張弁２２Ｂを全閉とし、室内ファン８Ａ，８Ｂを駆動しなければよい。

なお、除霜量を制御するためには、室内ファン８Ａの風量とポンプ５の流量と圧縮機１の回転数と膨張弁２２Ａの開度と室外ファン３の風量を制御すればよい。除霜量を増やすためには、室内ファン８Ａの風量を増加、ポンプ５の流量を増加、圧縮機１の回転数増加、膨張弁２２Ａの開度を開け、室外ファン３の風量を増加すればよい。一方、除霜量を減らすためには、室内ファン８Ａの風量を減少、ポンプ５の流量を減少、圧縮機１の回転数減少、膨張弁２２Ａの開度を絞り、室外ファン３の風量を減少すればよい。なお、全てのアクチュエータを制御する必要はなく、少なくとも１つ制御すればよい。

（１２）動作モードにより室内ユニット４２内の空気の流れを切り替える理由について
上記の運転動作の説明において、室内ユニット４２の空気の流れを動作モードによって切り替えるようにしている。その理由について説明する。

除湿を行う場合には、図１２に示すように室内空調熱交換器７で空気を冷却除湿してから、室内冷却熱交換器６で空気を暖める必要がある。ここで、図１２に記す熱交換器の配列で発熱体９の排熱を利用した暖房運転を行う場合を考えることにする。

図１２に示すように室内空調熱交換器７、室内冷却熱交換器６の順に空気を通すとき、十分に機器冷却媒体が暖まっていない状態では室内空調熱交換器７で暖めた空気の温度を室内冷却熱交換器６で下げてしまうことになる。このように室内冷却熱交換器６を流れる機器冷却媒体の温度が低い場合には、二方弁２４を開け、二方弁２５を閉じることにより室内冷却熱交換器６に機器冷却媒体が流れないようにする。

つまり、排熱を利用した暖房動作を行えない。このことを考慮すると、図１３に示すように室内冷却熱交換器６、室内空調熱交換器７の順に空気を通す方がよい。室内冷却熱交換器６において機器冷却媒体により空気温度を上げた後、室内空調熱交換器７でさらに空気温度を上昇させることができるからである。発熱体９により機器冷却媒体の温度が少しでも上昇すれば、排熱を利用した暖房運転が可能となる。これにより、空調システムのエネルギー消費低減が可能となる。

なお、図１３に示すように空気を通すとき、上述のように除湿動作は行えない。したがって、動作モードにより、空気の流れ方向を切り替えるようにしている。すなわち、除湿運転と暖房除湿運転は図１２に示すように空気を流し、それ以外の動作モードでは図１３に示すように空気を通すことにした。

また、図３、図５に示すように機器冷却する場合、かつ、室内を暖めない場合には、室内冷却熱交換器６において熱交換した暖かい空気が車内に入らないように切り替えダンパ４４を設置した。

次に、図２に示す室内ユニット４２の空気出入り口４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃ、４３Ｄについて説明する。空気を吸い込む場合には、空気出入り口４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃが図示しないダクトにより室内空気（内気）または車外空気（外気）を吸い込めるようにしており、空気を吹き出す場合には、空気出入り口４３Ａ、４３Ｂが図示しないダクトにより室内（車内）に吹き出すようにしている。室内に吹き出す空気は、図示しないダクトにより足元やフロントガラス等に切り替え可能である。なお、空気出入り口４３Ｄは、室外（車外）に吹き出すように図示しないダクトが設置されている。

（１３）発熱体の説明について
ところで、機器冷却回路４１に設けられた発熱体９は、車両に搭載された機器で車両運転時に温度を所定範囲に調整する必要のある機器である。発熱体９の具体例としては、走行駆動用のモータ７３、そのモータ７３を駆動するためのインバータ７２、駆動用バッテリ７６、走行駆動系に設けられた減速機構（ギヤボックス）などがある。

発熱体９を機器冷却回路４１に設けて温調を行う場合、各機器の温度特性に応じて温調を行う必要がある。図１４は、温調対象の条件を示す図である。温調対象としては車室内と発熱体９があるが、発熱体９についてはモータ７３、インバータ７２、バッテリ７６、ギヤボックスについて示した。

車室内の空調は、温度設定や外気温度等に基づいて冷暖房および除湿が適宜行われる。ただし、後述するように、発熱体９の冷却のために冷房を停止したり弱めたりする場合がある。

モータ７３やインバータ７２は、一般に高いトルクを出力している時には、温度が高くなる。そのため、所定温度以上にならないように高いトルクの出力時間が制限される。モータ７３、インバータ７２の冷却能力を高めることにより、高いトルクの出力時間を延長できるようになる。モータ７３およびインバータ７２内を循環する機器冷却媒体の温度は、例えば６０℃以下となるように制御される。

バッテリ７６は、その充放電能力を充分に発揮させるためには、すなわち充放電効率の向上を図るためにはバッテリ７６温度を所定の温度範囲に保つのが好ましい。そのため、電池温度が低い場合（例えば、外気温が低い場合における起動時）には暖機（機器加熱）を必要とし、電池自体の発熱により電池温度が高くなりすぎる場合には冷却が必要となる。

ギヤボックス内の平行歯車列は、潤滑油に浸かった状態である。ギヤボックスのケース内の潤滑油の粘度が駆動時の損失に影響し、潤滑油の温度が低い場合には（外気温が低い場合の始動時等）ギヤが潤滑油を撹拌する時の損失である攪拌損失が増大する。逆に、潤滑油温度が高すぎる場合には、ギヤの噛み合い面における油膜形成が充分に行われず、摩擦損失が増大する。そのため、冬季の始動時等においては暖機（機器加熱）が必要となり、潤滑油温度が高い場合には、ギヤボックスからの放熱を促す必要がある。

（１４）制御フローについて
本発明においては、図１に示すように、空調制御装置６１は、車両運転情報６４（車速情報、アクセル開度情報など）および走行計画情報６５を取り込み、それらの情報と温調が必要な機器の温度６３と車室内温度６２に基づいて、空調装置６０を制御する。例えば、温調が必要な機器や車室内の温度変化を予測し、その予測に基づいて予め空調用冷却媒体および機器冷却媒体の設定温度を変更することで各機器の冷却および暖機を効率良く行い、機器温度が最適となるように制御する。

図１５は、空調制御装置６１における制御処理プログラムを示すフローチャートである。空調制御装置６１に設けられたマイクロコンピュータは、ソフトウェア処理により図１５に示す処理を順に実行する。なお、マクロコンピュータは、車両のイグニッションキースイッチがオンされると、図１５に示すプログラムの処理を開始する。

ステップＳ１では、車室内空調に用いる空調用冷却媒体と、発熱体９の冷却・加熱に用いる機器冷却媒体の初期設定温度を決定する。初期設定温度としては、例えば、外気温が常温で、所定速度での平坦道路走行を仮定した場合の適切温度とする。

ステップＳ２では、空調システム駆動指令が有るか否かを判定する。車両オンオフによって空調システム駆動のオンオフさせるような構成の場合には、車両オンオフスイッチがオンか否かによって空調システム駆動指令の有無を判定する。ステップＳ２においてＮＯと判定されると、図１５のプログラムを終了する。一方、ステップＳ２においてＹＥＳと判定されると、ステップＳ３へ進む。

ステップＳ３では、車両運転情報６４、走行計画情報６５、各発熱体９の検出温度および冷却媒体の検出温度の少なくとも一つに基づいて、温調対象である車室や各発熱体９や空調用冷却媒体、機器冷却媒体の温度変化を予測する。

ステップＳ４では、ステップＳ３で求めた温度変化予測に基づいて、空調用冷却媒体、機器冷却媒体の設定温度変更が必要か否かを判定する。

ステップＳ４において変更必要と判定されると、ステップＳ５へ進んで冷却媒体の設定温度を変更し、ステップＳ６へ進む。一方、予測温度が算出されて、変更が必要ないと判定されると、ステップＳ５をスキップしてステップＳ６へ進む。

ステップＳ６では、変更された設定温度に基づいて現在の冷却媒体の温度を変更するように、図１に示した空調装置６０の各アクチュエータを制御する。

なお、上述した説明では、ステップＳ４〜ステップＳ６では冷却媒体の設定温度を変更するようにしたが、発熱体９（車室内、各機器）の設定温度を変更するようにしてもよい。

（１５）発熱体の設定温度の変更について
次に車両の状態と温調が必要な機器である発熱体９の設定温度の変更について、図１６を用いて説明する。車両状態は、車両運転情報６４としてのアクセルセンサおよび車速センサからの検出信号や、ナビゲーション装置からの走行計画情報６５に基づくものである。

図１６では、充電時、走行開始前、発進前、加減速および山道走行前と走行中、一般道走行時、高速道走行前と走行中、一時停止前（例えば、信号待ち、渋滞など）、停車前、停車時の９種類の車両状態について記載したが、車両状態はこれらに限るものではない。また、空調対象は、車室内、モータ、インバータ、バッテリ、ギヤボックスとした。

車両運転情報６４（車速、アクセル開度）より、ドライバの意図（加速したいのか等）を判断することができる。走行計画情報６５は、ナビゲーション装置による目的地までの道路情報（渋滞具合、道路の勾配）、目的地情報である。これにより予想されるモータの出力や室内空調の出力から発熱体９の発熱量を予測して、車室内の設定温度および温調対象機器の設定温度を変更する。

例えば、車両運転情報６４から加速意図を予測できた場合には、予めモータ、インバータを冷却するためにモータ、インバータの設定温度を低くする。また、走行計画情報６５から山道走行が予測される場合、モータ、インバータの設定温度を初期設定よりも下げる。初期設定は、例えば、平坦道路における一般走行を仮定した設定とする。バッテリの設定温度は変更せず、効率良い充放電が行える所定温度範囲となるように機器冷却媒体の流れを制御して暖気または冷却を行う。ギヤボックスの設定温度についても変更せず、排熱の回収を行う。

充電時の場合には、設定温度は変更せず、充電中のバッテリ温度が所定温度範囲となるように暖機・冷却を制御する。車室内、モータ、インバータ、ギヤボックスに関しては、冷暖房や冷却・暖機は行わない。

走行開始前は、車両駐車中にＡＣ電源によりバッテリ充電を行う場合を想定したものである。この場合、あらかじめ車室内をＡＣ電源により冷暖房を行い、走行開始時には車室内温度が快適状態となっているようにする。

車両状態が発進前においては、直後の走行に備えて、全ての温調対象の設定温度を変更なしの状態とし、バッテリの冷却・暖機およびギヤボックスの暖機を行う。走行開始前、発進前のように、車両走行前にバッテリ、ギヤボックスを暖機しておくことで、走行時の効率向上が図れる。

車両状態が一般道走行時においては、すなわち標準的車両状態においては、全ての温調対象の設定温度を変更なしの状態とする。

車両状態が高速道走行前および走行中においても、山道走行の場合と同様にモータ出力が大きくなるので、山道走行の場合と同様の設定温度および空調制御とする。

信号待ちや渋滞時のような一時停止の状態では、モータおよびインバータの発熱が走行状態に比べて小さくなり、冷却力がより小さくても温度が上がらないので、モータおよびインバータの設定温度を上げて冷却力を弱める。その結果、省エネを図ることができる。バッテリの設定温度に関しては、温度範囲を広くする。

目的地到着時のように走行計画情報から停車が予測される状態（停車前）では、モータ、インバータおよびバッテリの設定温度については一時停止前の場合と同様に設定される。ただし、車室内の冷暖房およびギヤボックスの冷却・暖機については、車両駆動が停止されることが予測されるので予め停止して、省エネを図る。

さらに、停車時には、車室内の冷暖房および全ての温調対象機器の冷却・暖機が停止される。

なお、車室内空調と各機器の冷却・暖機が行われている状態で、各機器の温度がそれらの上限温度に近い場合には、車室内空調よりも各機器の冷却・暖機を優先する。

上述した図１５のフローチャートの制御においては、ステップＳ３で温度変化を予測し、その予測結果に基づいて冷却媒体の設定温度（目標温度）を変更するようにしたが、車両運転情報６４や走行計画情報６５から図１６に示す車両状態が予測し、その予測結果から直接に設定温度の変更を決定するようにしてもよい。

（１６）ＥＶ制御装置の説明について
次に本発明の車両用空調システムが搭載される電気自動車の制御装置の構成を、図１７を用いて説明する。電気自動車の制御装置は、車両全体の制御を行う車両制御装置７０と、空調装置６０の制御を行う空調制御装置６１と、モータ７３、インバータ７２、ブレーキ７４の制駆動を制御する制駆動制御装置７１と、バッテリ７６の電力管理を行う電池制御装置７５とからなる。なお、上記以外にも制御装置は存在するが、本実施例では記載を省略する。

空調制御装置６１は、上述した図３〜図１１に示した空調装置６０の動作の切り替え及び図１５に示した空調用冷却媒体と機器冷却媒体の温度の制御を行う。

（１７）制御周期の変更制御について
図１８は、空調制御装置６１における制御周期変更を行うプログラムのフローチャートである。通常、制御周期は、t1としているが、ステップＳ１０１で機器冷却媒体の温度が所定温度Ｔ１以上の場合には、ステップＳ１０３で制御周期をt2に保つか、変更する。ここで、t2はt1より小さい。ステップＳ１０１で機器冷却媒体の温度が所定温度Ｔ１より小さい場合には、ステップＳ１０２で制御周期をt1に保つか、変更する。

以上のように、機器冷却媒体の温度が高くなり、機器冷却運転、冷房・機器冷却運転、暖房・機器冷却運転をする場合には、空調制御装置６１の制御周期を短くするようにした。車室内の温度変化は小さく、圧縮機１、膨張弁２２Ａ、２２Ｂ、２３といった機器の動作回数を削減することで寿命向上を図るため、空調制御装置６１の制御周期は長い方がよい。

一方、上述のようにモータ７３やインバータ７２は、高いトルクを出力する場合、機器冷却媒体の温度が急激に上昇する場合がある。そこで、図１８に示すように機器冷却する場合には、空調制御装置６１の制御周期を短くすることにより機器冷却媒体の急激な温度上昇を抑えるようにした
ステップＳ１０１の所定温度Ｔ１は、制御周期t1での機器冷却媒体の上昇温度を予測し、機器冷却媒体の上限温度よりこの上昇温度分低く設定する。制御周期t1間での上昇温度は、機器冷却回路の熱容量と発熱体９の発熱量から求める。機器冷却回路の熱容量が小さく発熱体９の発熱量が大きい場合には、この上昇温度が大きくなる。また、所定温度Ｔ１は、あらかじめ決定した固定値であっても良いし、車両用空調システムを駆動中に変化する機器の発熱量等から変化するものであってもよい。

なお、上記の例では制御周期を変更することにしたが、機器冷却する場合には圧縮機1の加減速時間を通常より短くしてもよい。
（１８）モータの高トルク運転判定制御について
図１９は、モータ７３を高トルク運転するか否かを判定するプログラムのフローチャートである。

ステップＳ２０１において、モータ７３の高トルク運転要求があるか否かを判定する。ステップＳ２０１で高トルク運転要求がある場合には、ステップＳ２０１で機器冷却媒体温度が所定温度Ｔ２以下かどうかを判定する。ステップＳ２０１で高トルク運転要求がない場合には、ステップＳ２０１で高トルク運転要求があるまで待つ。

ステップＳ２０２において、機器冷却媒体温度が所定温度Ｔ２以下の場合には、ステップＳ２０４でモータ７３の高トルク運転を行う。ステップＳ２０２において、機器冷却媒体温度が所定温度Ｔ２より大きい場合には、ステップ２０３で機器冷却媒体が所定温度Ｔ２以下になるまで機器冷却運転をする。

ステップＳ２０２の所定温度Ｔ２は、Ｔ１より低く、モータ７３の出力トルクと高トルク運転時間から決定する。同じ高トルクでも運転時間が長いほど、この所定温度Ｔ２を低くする。

以上のように、機器冷却媒体の温度により、モータ７３を高トルク運転するか否かを判定するようにしたので、モータ７３やインバータ７２の破損を防止することができる。

（１９）圧縮機の駆動制御について
図２０は、圧縮機１の駆動制御のフローチャートである。図２０に示す制御は、圧縮機１の駆動、停止を行う部分のみ記した。圧縮機１の回転数制御は、膨張弁２２Ａ、２２Ｂ、２３の開度制御とともに別途行うものである。

ステップＳ３０１において、室内温度と室内目標温度に差があるか、機器冷却媒体の上限温度に到達しているか判定する。ステップＳ３０１において、室内温度と室内目標温度に差がある場合又は機器冷却媒体が上限温度に到達している場合には、ステップＳ３０２で圧縮機１を駆動する。圧縮機１の回転数は、室内温度と室内目標温度との差、機器冷却媒体温度と上限温度との差により決定される。

ステップＳ３０１において、室内温度と室内目標温度に差がなく、かつ、機器冷却媒体が上限温度に到達していない場合には、ステップ３０３で圧縮機１を停止または停止状態を保つ。

ステップＳ３０２で圧縮機１を駆動し、ステップＳ３０４で圧縮機１を最低回転数で駆動しているか否かを判定する。ステップＳ３０４で圧縮機１を最低回転数で駆動していない場合にはステップＳ３０１に戻り、最低回転数で駆動している場合には、ステップＳ３０５で室内温度が目標温度に到達しているか否かを判定する。

ステップＳ３０５で、室内温度が目標温度に到達していない場合には、ステップＳ３０１に戻り、目標温度に到達している場合には、ステップ３０６で圧縮機１を最低回転数で駆動し続ける。そして、ステップＳ３０７で機器冷却媒体温度が所定温度Ｔ３以下であるかを判定する。

ステップ３０７で、機器冷却媒体温度が所定温度Ｔ３より大きい場合にはステップＳ３０６に戻り、所定温度Ｔ３以下の場合にはステップＳ３０８で圧縮機１を停止する。そして、ステップＳ３０９で圧縮機１を停止後、所定時間経過したか否かの判定を行う。ステップＳ３０９で停止後所定時間が経過していない場合にはステップＳ３０８に戻り、圧縮機１の停止状態を保つ。ステップＳ３０９で圧縮機１を停止後、所定時間経過した場合にはステップＳ３０１に戻る。

圧縮機は、駆動状態から停止した場合、機器保護の観点から所定時間再起動しない方がよい。図２０の圧縮機１の駆動制御は、これに対応する制御である。また、圧縮機１を停止中の機器冷却媒体の温度上昇を抑えるために、機器冷却媒体の温度をＴ３まで下げてから停止するようにした。この所定温度Ｔ３は、上限温度より低く、機器の結露防止のため外気温度以上としている。また、道路情報や目的地情報などの走行計画情報６５をもとに機器の発熱量を予測し、発熱量に基づいて機器冷却媒体の温度Ｔ３を求めてもよい。すなわち、ステップ３０９の所定時間経過後の機器冷却媒体の予測温度からＴ３を求める。

なお、図２０に示していないが、圧縮機１が停止時に機器冷却媒体が上限温度を超えた場合には、モータ７３の出力を制限する。
ステップ３０９における停止後の時間は、車両の停止（イグニッションＯＦＦ）時でも計測をしており、車両の再起動時にも圧縮機１を保護することができる。

上述した各実施形態はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いてもよい。それぞれの実施形態での効果を単独あるいは相乗して奏することができるからである。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。

１：圧縮機、２：室外熱交換器、３：室外ファン、４：中間熱交換器、５：循環ポンプ、６、６Ａ、６Ｂ：室内冷却熱交換器、７：室内空調熱交換器、８、５４：室内ファン、９（９Ａ、９Ｂ）：発熱体、１０：吐出配管、１１：吸込配管、１９：四方弁、２０：三方弁、２１、２４、２５：二方弁、２２Ａ、２２Ｂ、２３：膨張弁、４１、４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄ、５０、５１：機器冷却回路、４２：室内ユニット、４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃ、４３Ｄ：空気出入り口、４４、５２、５３：切り替えダンパ、５５、５６：吸込口、５７、５８：吐出口、６０：空調装置、６１：空調制御装置、６２：車室内温度、６３：温調が必要な機器の温度、６４：車両運転情報、６５：走行計画情報、７０：車両制御装置、７１：制駆動制御装置、７２：インバータ、７３：モータ、７４：ブレーキ、７５：電池制御装置、７６：バッテリ、９０、９０Ａ、９０Ｂ：冷凍サイクル回路。

Claims (2)

1. 車両に搭載された発熱機器の機器冷却回路と、冷凍サイクル回路を有する車室内空調装置と、前記機器冷却回路の機器冷却媒体と前記冷凍サイクル回路の空調用冷却媒体の間の熱交換を行う中間熱交換器と、を備えた車両用空調システムであって、
   前記機器冷却回路の機器冷却媒体の温度が該機器冷却媒体の上限温度未満である第一の所定の温度以上になると、前記車両用空調システムの制御周期を短くすると共に、前記第一の所定の温度を前記発熱機器の発熱量の変化に応じて変化させることを特徴とする車両用空調システム。
2. 請求項１に記載された車両用空調システムにおいて、
   前記第一の所定の温度を外気温度以上とすることを特徴とする車両用空調システム。

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