車両用空調システム
【課題】温調対象の冷却/暖機を効率良く行なうことができる車両用空調システムの提供。
【解決手段】温調対象の冷却暖房を行う車両用空調システムにおいて、温調対象の温度を検出する温度検出手段６２，６３と、温度検出手段で検出された温度に基づき、車両用空調システムを制御する制御手段６１と、温度検出手段の検出温度および現在の走行状態の少なくとも一方に基づいて、温調対象の将来の温度を予測する予測手段６１と、予測手段の予測結果に基づいて、温調対象の目標温度または空調システムの冷媒の目標温度を変更する目標温度変更手段６１と、を備え、制御手段６１は、目標温度変更手段６１により変更された目標温度に基づいて制御する。
【解決手段】温調対象の冷却暖房を行う車両用空調システムにおいて、温調対象の温度を検出する温度検出手段６２，６３と、温度検出手段で検出された温度に基づき、車両用空調システムを制御する制御手段６１と、温度検出手段の検出温度および現在の走行状態の少なくとも一方に基づいて、温調対象の将来の温度を予測する予測手段６１と、予測手段の予測結果に基づいて、温調対象の目標温度または空調システムの冷媒の目標温度を変更する目標温度変更手段６１と、を備え、制御手段６１は、目標温度変更手段６１により変更された目標温度に基づいて制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用空調システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車において、車両に搭載されるモータやインバータ等の発熱体から発生する熱を空調に利用するシステムが知られている。例えば、特許文献１に記載の発明では、冷凍サイクルを用いて機器の冷却と冷房を同時に実現することが可能となっている。また、特許文献２に記載の発明では、暖房時に、ヒートポンプ式冷房装置において生じた熱とヒータによって発熱させた熱とを併用して、空調風を加熱する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４２８５２９２号公報
【特許文献２】特開２００８−２３０５９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、車両に搭載された各機器（モータ、インバータ、バッテリなど）の冷却・暖機や車室内の冷房・暖房を１つの空調システムで行う場合には、機器や車室内を効率良く目標温度にすることが省エネの観点からも必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の発明は、温調対象の冷却暖房を行う車両用空調システムにおいて、温調対象の温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段で検出された温度に基づき、車両用空調システムを制御する制御手段と、温度検出手段の検出温度および現在の走行状態の少なくとも一方に基づいて、温調対象の将来の温度を予測する予測手段と、予測手段の予測結果に基づいて、温調対象の目標温度または空調システムの冷媒の目標温度を変更する目標温度変更手段と、を備え、制御手段は、目標温度変更手段により変更された目標温度に基づいて制御することを特徴とする。
請求項２の発明による車両用空調システムは、第１の冷媒を圧縮する圧縮機、および第１の冷媒と外気との熱交換を行う第１の熱交換器を有する冷凍サイクル回路と、温調対象に第２の冷媒を循環させて該温調対象の冷却暖房を行う冷却回路と、第１の冷媒と第２の冷媒との間で熱交換する第２の熱交換器と、温調対象の温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段で検出された温度に基づき、冷凍サイクル回路および冷却回路を制御する制御手段と、温度検出手段の検出温度および現在の走行状態の少なくとも一方に基づいて、温調対象の将来の温度を予測する予測手段と、予測手段の予測結果に基づいて、温調対象の目標温度または第２の冷媒の目標温度を変更する目標温度変更手段と、を備え、制御手段は、目標温度変更手段により変更された目標温度に基づいて冷凍サイクル回路および冷却回路を制御して、温調対象の冷却暖房を制御することを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項２に記載の車両用空調システムにおいて、走行状態は車両側より入力される車速およびアクセルペダル開度であって、車速、アクセルペダル開度および温度検出手段の検出温度に基づいて、温調対象の将来の温度を予測することを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項２に記載の車両用空調システムにおいて、車両に設けられたナビゲーション装置から入力される走行計画情報も考慮して将来の温度を予測することを特徴とする。
請求項５の発明による車両用空調システムは、第１の冷媒を圧縮する圧縮機、および第１の冷媒と外気との熱交換を行う第１の熱交換器を有する冷凍サイクル回路と、温調対象に第２の冷媒を循環させて該温調対象の冷却暖房を行う冷却回路と、第１の冷媒と前記第２の冷媒との間で熱交換する第２の熱交換器と、温調対象の温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段で検出された温度に基づき、冷凍サイクル回路および冷却回路を制御する制御手段と、車両に設けられたナビゲーション装置から入力される走行計画情報に基づいて、将来の走行状態を予測する予測手段と、予測手段の予測結果に基づいて、温調対象の目標温度または前記第２の冷媒の目標温度を変更する目標温度変更手段と、を備え、制御手段は、目標温度変更手段により変更された目標温度に基づいて冷凍サイクル回路および冷却回路を制御して、温調対象の冷却暖房を制御することを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項４または５に記載の車両用空調システムにおいて、温調対象には車室と電動走行用機器とが含まれ、予測手段により車両走行開始前が予測されると、目標温度に基づいて車室および電動走行用機器の冷却暖房を行うことを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項４または５に記載の車両用空調システムにおいて、温調対象には車両走行用バッテリが含まれ、予測手段により車両走行用バッテリの充電が予測されると、充電中は、車両走行用バッテリの温度が最適充放電効率を与える所定温度範囲となるように、冷却回路による車両走行用バッテリの冷却暖房を制御することを特徴とする。
請求項８の発明は、請求項７に記載の車両用空調システムにおいて、充電中には、冷凍サイクル回路および冷却回路は、車両走行用バッテリの充電に用いられる外部電源の電力により駆動されることを特徴とする。
請求項９の発明は、請求項２または５に記載の車両用空調システムにおいて、温調対象には車室と電動走行用機器とが含まれ、電動走行用機器の温度が目標温度近傍である場合には、車室の冷却暖房の制御に優先して、電動走行用機器の冷却暖房を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、温調対象の冷却暖房を効率良く行なうことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明による車両用空調システムの概略構成を示す図である。
【図２】冷房運転を説明する図である。
【図３】除湿運転を説明する図である。
【図４】暖房運転を説明する図である。
【図５】暖房冷却運転を説明する図である。
【図６】加熱運転を説明する図である。
【図７】ギヤボックスの冷却構造を示す図であり、（ａ）は第１の例を、（ｂ）は第２の例を示す。
【図８】温調対象毎の温調条件を示す図である。
【図９】温調対象機器９が複数の場合の配置を説明する図であり、直列配置の場合を示す。
【図１０】温調対象機器９が複数の場合の配置を説明する図であり、並列配置の場合を示す。
【図１１】制御処理プログラムを示すフローチャートである。
【図１２】外気温度と車室および各機器の空調との関係を示す図である。
【図１３】温度変化予測の一例を説明する図であり、（ａ）はアクセル開度の変化を、（ｂ）はモータまたはインバータの温度変化を、（ｃ）は機器冷却媒体４１Ｂの変化をそれぞれ示す。
【図１４】機器の冷却力をアップさせる場合の処理例を示したものであり、圧縮機１、循環ポンプ５Ｂ、室外ファン３が可変制御可能な場合を示す。
【図１５】機器の冷却力をアップさせる場合の処理例を示したものであり、圧縮機１、循環ポンプ５Ｂ、室外ファン３がオンオフ制御の場合を示す。
【図１６】冷却力をダウンさせる場合の制御例を示す図であり、（ａ）は圧縮機１、循環ポンプ５Ｂ、室外ファン３が可変制御可能な場合、（ｂ）は圧縮機１、循環ポンプ５Ｂ、室外ファン３がオンオフ制御の場合を示す。
【図１７】種々の車両状態と温調対象（車室内、各温調対象機器）の設定温度変更例を示す図である。
【図１８】バッテリ充電を行う際の冷暖房制御例を説明する図である。
【図１９】ＥＶ１０００の駆動系の構成及びその一部を構成する電動機駆動システムの各コンポーネントの電気的な接続構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態を説明する。
以下に説明する実施形態では、本発明を、電動機を車両の唯一の駆動源とする純粋な電気自動車の車両用空調システムに適用した場合を例に挙げて説明する。
【０００９】
以下に説明する実施形態の構成は、内燃機関であるエンジンと電動機とを車両の駆動源とする電動車両、例えばハイブリッド自動車（乗用車）、ハイブリッドトラックなどの貨物自動車、ハイブリッドバスなどの乗合自動車などの車両用空調システムに適用しても構わない。
【００１０】
まず、図１９を用いて、本発明の車両用空調システムが適用される純粋な電気自動車（以下、単に「ＥＶ」と記述する）の電動機駆動システムについて説明する。図１９は、ＥＶ１０００の駆動系の構成及びその一部を構成する電動機駆動システムの各コンポーネントの電気的な接続構成を示す。尚、図１９において、太い実線は強電系を示し、細い実線は弱電系を示す。
【００１１】
図示省略した車体のフロント部或いはリア部には車軸８２０が回転可能に軸支されている。車軸８２０の両端には一対の駆動輪８００が設けられている。図示省略したが、車体のリア部或いはフロント部には、両端に一対の従動輪が設けられた車軸が回転可能に軸支されている。図１９に示すＥＶ１０００では、駆動輪８００を前輪とし、従動輪を後輪とした前輪駆動方式を示しているが、駆動輪８００を後輪とし、従動輪を前輪とした後輪駆動方式もある。
【００１２】
車軸８２０の中央部にはデファレンシャルギア（以下、「ＤＥＦ」と記述する）８３０が設けられている。車軸８２０はＤＥＦ８３０の出力側に機械的に接続されている。ＤＥＦ８３０の入力側には変速機８１０の出力軸が機械的に接続されている。ＤＥＦ８３０は、変速機８１０によって変速されて伝達された回転駆動力を左右の車軸８２０に分配する差動式動力分配機構である。変速機８１０の入力側にはモータジェネレータ２００の出力側が機械的に接続されている。
【００１３】
モータジェネレータ２００（図９のモータ９Ｂに対応する）は、電機子巻線２１１を備えた電機子（図１９に示すＥＶ１０００では固定子が相当）２１０と、電機子２１０に空隙を介して対向配置されると共に、永久磁石２２１を備えた界磁（図１９に示すＥＶ１０００では回転子が相当）２２０とを有する回転電機であり、ＥＶ１０００の力行時にはモータとして機能し、回生時にはジェネレータとして機能する。
【００１４】
モータジェネレータ２００がモータとして機能する場合には、バッテリ１００に蓄積された電気エネルギーがインバータ装置３００を介して電機子巻線２１１に供給される。これにより、モータジェネレータ２００は電機子２１０と界磁２２０との間の磁気的作用により回転動力（機械エネルギー）を発生する。モータジェネレータ２００から出力された回転動力は、変速機８１０及びＤＥＦ８３０を介して車軸８２０に伝達され、駆動輪８００を駆動する。
【００１５】
モータジェネレータ２００がジェネレータとして機能する場合には、駆動輪８００から伝達された機械エネルギー（回転動力）がモータジェネレータ２００に伝達され、モータジェネレータ２００を駆動する。このように、モータジェネレータ２００が駆動されると、電機子巻線２１１には界磁２２０の磁束が鎖交して電圧が誘起される。これにより、モータジェネレータ２００は電力を発生する。モータジェネレータ２００から出力された電力はインバータ装置３００を介してバッテリ１００に供給される。これにより、バッテリ１００は充電される。
【００１６】
モータジェネレータ２００、特に電機子２１０は、後述する車両用空調システムによってその温度が許容温度範囲内になるように調節されている。電機子２１０は発熱部品であるので冷却が必要であると共に、周囲温度が低温の時には所定の電気特性が得られるように、暖気が必要になる場合もある。
【００１７】
モータジェネレータ２００は、電機子２１０とバッテリ１００との間の電力がインバータ装置３００によって制御されることにより駆動する。すなわちインバータ装置３００はモータジェネレータ２００の制御装置である。インバータ装置３００は、スイッチング半導体素子のスイッチング動作によって電力を直流から交流に、交流から直流に変換する電力変換装置であり、パワーモジュール３１０、パワーモジュール３１０に実装されたスイッチング半導体素子を駆動する駆動回路３３０、パワーモジュール３１０の直流側に電気的に並列に接続され、直流電圧を平滑する電解コンデンサ３２０、及びパワーモジュール３１０のスイッチング半導体素子のスイッチング指令を生成し、このスイッチング指令に対応する信号を駆動回路３３０に出力するモータ制御装置３４０を備えている。
【００１８】
パワーモジュール３１０は、二つの（上アーム及び下アームの）スイッチング半導体素子を電気的に直列に接続し直列回路（一相分のアーム）が三相分、電気的に並列に接続（三相ブリッジ接続）されて電力変換回路が構成されるように、六つのスイッチング半導体素子を基板上に実装し、アルミワイヤなどの接続導体によって電気的に接続した構造体である。
【００１９】
スイッチング半導体素子としては金属酸化膜半導体型電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）或いは絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を用いている。ここで、電力変換回路をＭＯＳＦＥＴによって構成する場合、ドレイン電極とソース電極との間には寄生ダイオードが存在するので、別途、それらの間にダイオード素子を実装する必要がない。一方、電力変換回路をＩＧＢＴによって構成する場合、コレクタ電極とエミッタ電極との間にはダイオード素子が存在していないので、別途、それらの間にダイオード素子を電気的に逆並列に接続する必要がある。
【００２０】
各上アームの下アーム接続側とは反対側（ＩＧＢＴの場合、コレクタ電極側）はパワーモジュール３１０の直流側から外部に導出され、バッテリ１００の正極側に電気的に接続されている。各下アームの上アーム接続側とは反対側（ＩＧＢＴの場合、エミッタ電極側）はパワーモジュール３１０の直流側から外部に導出され、バッテリ１００の負極側に電気的に接続されている。各アームの中点、すなわち上アームの下アーム接続側（ＩＧＢＴの場合、上アームのエミッタ電極側）と下アームの上アーム接続側（ＩＧＢＴの場合、下アームのコレクタ電極側）との接続点はパワーモジュール３１０の交流側から外部に導出され、電機子巻線２１１の対応する相の巻線に電気的に接続されている。
【００２１】
電解コンデンサ３２０は、スイッチング半導体素子の高速スイッチング動作及び電力変換回路に寄生するインダクタンスに起因して生じる電圧変動を抑制するために、すなわち直流成分に含まれる交流成分を除去する平滑コンデンサである。平滑コンデンサとしては電解コンデンサ３２０の代わりにフィルムコンデンサを用いることもできる。
【００２２】
モータ制御装置３４０は、車両全体の制御を司る車両制御装置８４０から出力されたトルク指令信号を受けて、六つのスイッチング半導体素子に対するスイッチング指令信号（例えばＰＷＭ（パルス幅変調）信号）を生成し、駆動回路３３０に出力する電子回路装置である。
【００２３】
駆動回路３３０は、モータ制御装置３４０から出力されたスイッチング指令信号を受けて、六つのスイッチング半導体素子に対する駆動信号を生成し、六つのスイッチング半導体素子のゲート電極に出力する電子回路装置である。
【００２４】
インバータ装置３００、特にパワーモジュール３１０及び電解コンデンサ３２０は、後述する熱サイクルシステムによってその温度が許容温度範囲内になるように調節されている。パワーモジュール３１０及び電解コンデンサ３２０は発熱部品であるので冷却が必要であると共に、周囲温度が低温の時には所定の動作特性や電気特性が得られるように、暖気が必要になる場合もある。
【００２５】
車両制御装置８４０は、運転者からのトルク要求（アクセルペダルの踏み込み量或いはスロットルの開度）、車両の速度など、車両の運転状態を示す複数の状態パラメータに基づいて、モータ制御装置３４０に対するモータトルク指令信号を生成し、そのモータトルク指令信号をモータ制御装置３４０に出力する。
【００２６】
バッテリ１００は、モータジェネレータ２００の駆動用電源を構成する、公称出力電圧２００ボルト以上の高電圧であり、ジャンクションボックス４００を介してインバータ装置３００及び充電器５００に電気的に接続されている。バッテリ１００としてはリチウムイオンバッテリを用いている。
【００２７】
尚、バッテリ１００としては、鉛電池、ニッケル水素電池、電気二重層キャパシタ、ハイブリッドキャパシタなど、他の蓄電器を用いることもできる。
【００２８】
バッテリ１００は、インバータ装置３００及び充電器５００によって充放電される蓄電装置であり、主要部として電池部１１０及び制御部を備えている。
【００２９】
電池部１１０は電気エネルギーの貯蔵庫であり、電気エネルギーの蓄積及び放出（直流電力の充放電）が可能な複数のリチウムイオン電池が電気的に直列に接続されたものから構成され、インバータ装置３００及び充電器５００に電気的に接続されている。
【００３０】
制御部は、複数の電子回路部品から構成された電子制御装置であり、電池部１１０の状態を管理及び制御すると共に、インバータ装置３００及び充電器５００に許容充放電量を提供して、電池部１１０における電気エネルギーの出入りを制御する。
【００３１】
電子制御装置は、機能上、２つの階層に分かれて構成されており、バッテリ１００内において上位（親）に相当するバッテリ制御装置１３０と、バッテリ制御装置１３０に対して下位（子）に相当するセル制御装置１２０とを備えている。
【００３２】
セル制御装置１２０は、バッテリ制御装置１３０から出力された指令信号に基づいてバッテリ制御装置１３０の手足となって動作し、複数のリチウムイオン電池のそれぞれの状態を管理及び制御する複数の電池管理手段を備えている。複数の電池管理手段はそれぞれ集積回路（ＩＣ）によって構成されている。複数の集積回路は、電気的に直列に接続された複数のリチウムイオン電池をいくつかのグループに分けたとき、そのグループのそれぞれに対応して設けられ、対応するグループが有する複数のリチウムイオン電池のそれぞれの電圧及び過充放電異常を検出すると共に、対応するグループが有する複数のリチウムイオン電池間に充電状態のバラツキがある場合には、所定の充電状態よりも大きなリチウムイオン電池を放電して、対応するグループが有する複数のリチウムイオン電池間の充電状態が揃うように、対応するグループが有する複数のリチウムイオン電池のそれぞれの状態を管理及び制御する。
【００３３】
バッテリ制御装置１３０は、電池部１１０の状態を管理及び制御すると共に、車両制御装置８４０又はモータ制御装置３４０に許容充放電量を通知して、電池部１１０における電気エネルギーの出入りを制御する電子制御装置であり、状態検知手段を備えている。状態検知手段は、マイクロコンピュータやディジタルシグナルプロセッサなどの演算処理装置である。
【００３４】
バッテリ制御装置１３０の状態検知手段１には、電池部１１０の充放電電流を計測するための電流計測手段、電池部１１０の充放電電圧を計測するための電圧計測手段及び電池部１１０及びいくつかのリチウムイオン電池の温度を計測するための温度計測手段から出力された計測信号、セル制御装置１２０から出力された、複数のリチウムイオン電池の端子間電圧に関する検出信号、セル制御装置１２０から出力された異常信号、イグニションキースイッチの動作に基づくオンオフ信号、及び上位制御装置である車両制御装置８４０又はモータ制御装置３４０から出力された信号を含む複数の信号が入力されている。
【００３５】
バッテリ制御装置１３０の状態検知手段は、それらの入力信号から得られた情報、予め設定された、リチウムイオン電池の特性情報及び演算に必要な演算情報を含む複数の情報に基づいて、電池部１１０の充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ）及び劣化状態（ＳＯＨ：Ｓｔａｔｅ ｏｆ ｈｅａｌｔｈ）などを検知するための演算、複数のリチウムイオン電池の充電状態をバランスさせるための演算、及び電池部１１０の充放電量を制御するための演算を含む複数の演算を実行する。そして、バッテリ制御装置１３０の状態検知手段は、それらの演算結果に基づいて、セル制御装置１２０に対する指令信号、電池部１１０の充放電量を制御するための許容充放電量に関する信号、電池部１１０のＳＯＣに関する信号、及び電池部１１０のＳＯＨに関する信号を含む複数の信号を生成して出力する。
【００３６】
また、バッテリ制御装置１３０の状態検知手段は、セル制御装置１２０から出力された異常信号に基づいて、第１正極及び負極リレー４１０，４２０を遮断するための指令信号、及び異常状態を通知するための信号を含む複数の信号を生成して出力する。
【００３７】
バッテリ制御装置１３０及びセル制御装置１２０は、信号伝送路によってお互いに信号の授受ができるようになっているが、電気的には絶縁されている。これは、お互いの動作電源が異なり、お互いに基準電位が異なるためである。このため、バッテリ制御装置１３０及びセル制御装置１２０の間を結ぶ信号伝送路上にはフォトカプラ、容量性結合素子、変圧器などの絶縁１４０が設けられている。これにより、バッテリ制御装置１３０及びセル制御装置１２０は、お互いに基準電位の異なる信号を用いて信号伝送ができる。
【００３８】
バッテリ１００は、特に電池部１１０は、後述する熱サイクルシステムによってその温度が許容温度範囲内になるように調節されている。電池部１１０は発熱部品であるので冷却が必要であると共に、周囲温度が低温の時には所定の入出力特性が得られるように、暖気が必要になる場合もある。
【００３９】
バッテリ１００に蓄積された電気エネルギーは、ＥＶ１０００を走行させる電動機駆動システムの駆動用電力として使用される。バッテリ１００への電気エネルギーの蓄積は、電動機駆動システムの回生動作により生成された回生電力、或いは家庭向け商用電源から取り込んだ電力、若しくは電気スタンドから購入した電力により行われる。
【００４０】
家庭の商用電源６００或いは電気スタンドの給電装置からバッテリ１００を充電する場合、充電器５００の外部電源接続端子に電気的に接続された電源ケーブルの先端の電源プラグ５５０を商用電源６００側のコンセント７００に差し込み或いは電気スタンドの給電装置から延びる電源ケーブルを充電器５００の外部電源接続端子に接続し、充電器５００と商用電源６００或いは電気スタンドの給電装置とを電気的に接続する。これにより、交流電力が商用電源６００或いは電気スタンドの給電装置から充電器５００に供給される。充電器５００は、供給された交流電力を直流電力に変換し、かつバッテリ１００の充電電圧に調整した後、バッテリ１００に供給する。これにより、バッテリ１００は充電される。
【００４１】
尚、電気スタンドの給電装置からの充電も基本的には家庭の商用電源６００からの充電と同じように行われる。但し、家庭の商用電源６００からの充電と電気スタンドの給電装置からの充電とでは、充電器５００に供給される電流容量及び充電時間が異なり、電気スタンドの給電装置からの充電の方が、家庭の商用電源６００からの充電よりも電流容量が大きく、かつ充電時間が速い、すなわち急速充電ができる。
【００４２】
充電器５００は、家庭の商用電源６００から供給された交流電力或いは電気スタンドの給電装置から供給された交流電力を直流電力に変換すると共に、この変換された直流電力をバッテリ１００の充電電圧に昇圧してバッテリ１００に供給する電力変換装置であり、交直変換回路５１０、昇圧回路５２０、駆動回路５３０及び充電制御装置５４０を主な構成機器として備えている。
【００４３】
交直変換回路５１０は、外部電源から供給された交流電力を直流電力に変換して出力する電力変換回路であり、例えば複数のダイオード素子のブリッジ接続により構成され、外部電源から供給された交流電力を直流電力に整流するために設けられた整流回路、及び整流回路の直流側に電気的に接続され、整流回路の出力の力率を改善するために設けられた力率改善回路を備えている。交流電力を直流電力に変換する回路としては、ダイオード素子が逆並列に接続された複数のスイッチング半導体素子のブリッジ接続により構成された回路を用いても構わない。
【００４４】
昇圧回路５２０は、交直変換回路５１０（力率改善回路）から出力された直流電力をバッテリ１００の充電電圧まで昇圧するための電力変換回路であり、例えば絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータにより構成されている。絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータは、変圧器、変圧器の一次側巻線に電気的に接続されると共に、複数のスイッチング半導体素子のブリッジ接続により構成され、交直変換回路５１０から出力された直流電力を交流電力に変換して変圧器の一次側巻線に入力する変換回路、変圧器の二次側巻線に電気的に接続されると共に、複数のダイオード素子のブリッジ接続により構成され、変圧器の二次側巻線に発生した交流電力を直流電力に整流する整流回路、整流回路の出力側（直流側）の正極側に電気的に直列に接続された平滑リアクトル、整流回路の出力側（直流側）の正負極間に電気的に並列に接続された平滑コンデンサから構成されている。
【００４５】
充電制御装置５４０は、充電器５００によるバッテリ１００の充電終始や、充電時に充電器５００からバッテリ１００に供給される電力、電圧、電流などを制御するために、車両制御装置８４０から出力された信号や、バッテリ１００の制御装置から出力された信号を受けて、昇圧回路５２０の複数のスイッチング半導体素子に対するスイッチング指令信号（例えばＰＷＭ（パルス幅変調）信号）を生成し、駆動回路５３０に出力する電子回路装置であり、マイクロコンピュータなどの演算処理装置を含む複数の電子部品が回路基板に実装されることにより構成されている。
【００４６】
車両制御装置８４０は、例えば充電器５００の入力側の電圧を監視し、充電器５００と外部電源の両者が電気的に接続されて充電器５００の入力側に電圧が印加され、充電開始状態になったと判断した場合には、充電を開始するための指令信号を、バッテリ１００の制御装置から出力されたバッテリ状態信号に基づいてバッテリ１００が満充電状態になったと判断した場合には、充電を終了するための指令信号を、それぞれ充電制御装置５４０に出力する。このような動作は、モータ制御装置３４０或いはバッテリ１００の制御装置が行ってもよいし、バッテリ１００の制御装置と協調して充電制御装置５４０が自ら行ってもよい。
【００４７】
バッテリ１００の制御装置は、充電器５００からバッテリ１００に対する充電が制御されるように、バッテリ１００の状態を検知してバッテリ１００の許容充電量を演算し、この演算結果に関する信号を充電器５００に出力する。
【００４８】
駆動回路５３０は、充電制御装置５４０から出力された指令信号を受けて、昇圧回路５２０の複数のスイッチング半導体素子に対する駆動信号を発生し、複数のスイッチング半導体素子のゲート電極に出力する電子回路装置であり、スイッチング半導体素子や増幅器などの複数の電子部品が回路基板に実装されることにより構成されている。
【００４９】
尚、交直変換回路５１０がスイッチング半導体素子によって構成されている場合には、充電制御装置５４０から、交直変換回路５１０のスイッチング半導体素子に対するスイッチング指令信号が駆動回路５３０に出力され、駆動回路５３０から、交直変換回路５１０のスイッチング半導体素子に対する駆動信号が交直変換回路５１０のスイッチング半導体素子のゲート電極に出力され、交直変換回路５１０のスイッチング半導体素子のスイッチングが制御される。
【００５０】
ジャンクションボックス４００の内部には第１及び第２正極側リレー４１０，４３０及び第１及び第２負極側リレー４２０，４４０が収納されている。
【００５１】
第１正極側リレー４１０はインバータ装置３００（パワーモジュール３１０）の直流正極側とバッテリ１００の正極側との間の電気的な接続を制御するためのスイッチである。第１負極側リレー４２０はインバータ装置３００（パワーモジュール３１０）の直流負極側とバッテリ１００の負極側との間の電気的な接続を制御するためのスイッチである。第２正極側リレー４３０は充電器５００（昇圧回路５２０）の直流正極側とバッテリ１００の正極側との間の電気的な接続を制御するためのスイッチである。第２負極側リレー４４０は充電器５００（昇圧回路５２０）の直流負極側とバッテリ１００の負極側との間の電気的な接続を制御するためのスイッチである。
【００５２】
第１正極側リレー４１０及び第１負極側リレー４２０は、モータジェネレータ２００の回転動力が必要な運転モードにある場合及びモータジェネレータ２００の発電が必要な運転モードにある場合に投入され、車両が停止モードにある場合（イグニションキースイッチが開放された場合）、電動駆動装置或いは車両に異常が発生した場合及び充電器５００によってバッテリ１００を充電する場合に開放される。一方、第２正極側リレー４３０及び第２負極側リレー４４０は、充電器５００によってバッテリ１００を充電する場合に投入され、充電器５００によるバッテリ１００の充電が終了した場合及び充電器５００或いはバッテリ１００に異常が発生した場合に開放される。
【００５３】
第１正極側リレー４１０及び第１負極側リレー４２０の開閉は、車両制御装置８４０から出力される開閉指令信号によって制御される。第１正極側リレー４１０及び第１負極側リレー４２０の開閉は、他の制御装置、例えばモータ制御装置３４０或いはバッテリ１００の制御装置から出力される開閉指令信号によって制御しても構わない。第２正極側リレー４３０及び第２負極側リレー４４０の開閉は、充電制御装置５４０から出力される開閉指令信号によって制御される。第２正極側リレー４３０及び第２負極側リレー４４０の開閉は、他の制御装置、例えば車両制御装置８４０或いはバッテリ１００の制御装置から出力される開閉指令信号によって制御しても構わない。
【００５４】
以上のように、ＥＶ１０００では、バッテリ１００とインバータ装置３００と充電器５００との間に第１正極側リレー４１０、第１負極側リレー４２０、第２正極側リレー４３０及び第２負極側リレー４４０を設けて、それらの間の電気的な接続を制御するようにしているので、高電圧である電動駆動装置に対する高い安全性を確保できる。
【００５５】
次に、ＥＶ１０００に搭載される車両用空調システムについて説明する。ＥＶ１０００は、車両用空調システムとして、室内の空気状態を調整する空調システムと、バッテリ１００、モータジェネレータ２００及びインバータ装置３００などの発熱体の温度を調整する温調システムとを備えている。
【００５６】
空調システム及び温調システムを作動させるためにはエネルギー源が必要になる。このため、ＥＶ１０００では、モータジェネレータ２００の駆動電源であるバッテリ１００をそれらのエネルギー源として用いている。ここで、空調システム及び温調システムがバッテリ１００から消費する電気的エネルギーは他の電気負荷よりも比較的高い。
【００５７】
ＥＶ１０００は、地球環境に与える影響がハイブリッド自動車（以下、「ＨＥＶ」と記述する）よりも小さいことから（ゼロであることから）注目を集めている。
【００５８】
しかし、ＥＶ１０００は、バッテリ１００の一充電あたりの走行距離が短く、さらには充電ステーションなどのインフラ設備の整備も遅れていることから、その普及率がＨＥＶよりも低い。また、ＥＶ１０００は、要求される航続距離の走行にＨＥＶよりも多くの電気エネルギーが必要であることから、バッテリ１００の容量がＨＥＶよりも大きくなる。このため、ＥＶ１０００は、バッテリ１００のコストがＨＥＶよりも高く、車両価格がＨＥＶよりも高くなることから、その普及率がＨＥＶより低い。
【００５９】
ＥＶ１０００の普及率を高くするためには、バッテリ１００の一充電あたりのＥＶの走行距離を延ばすことが必要である。バッテリ１００の一充電あたりのＥＶの走行距離を延ばすためには、バッテリ１００に蓄積された電気エネルギーのモータジェネレータ２００駆動以外での消費を抑える必要がある。
【００６０】
バッテリ１００、モータジェネレータ２００及びインバータ装置３００などの発熱体は温調システムによりその温度が許容温度範囲に調整される。また、発熱体は、ＥＶ１０００の負荷変動によって瞬時的に出力が変化し、これに伴って発熱量が変化する。発熱体を高効率に作動させるためには、発熱体の発熱量（温度）の変化に応じて発熱体の温調能力を変化させ、発熱体の温度を常に適温にすることが好ましい。
【００６１】
一方、ＥＶ１０００の普及率を高くするためには、バッテリ１００、モータジェネレータ２００及びインバータ装置３００などの発熱体の低コスト化を図り、ＥＶ１０００の車両価格をＨＥＶと同等の車両価格まで低下させる必要がある。発熱体の低コスト化を図るためには発熱体の小型高出力化を図る必要がある。ところが、発熱体を小型高出力化すると、発熱体の発熱量（温度）が大きくなるので、発熱体の温調能力を大きくする必要がある。
【００６２】
そこで、以下に説明する実施形態では、ＥＶ１０００の車両用空調システム内において熱エネルギーを有効利用して室内空調及び発熱体の温調が行えるように、温調システムと空調システムとの統合した車両用空調システムを構築している。
【００６３】
具体的には、車両用空調システムを、室外側と熱交換を行う１次側熱サイクルと、室内側及び発熱体側と熱交換を行う２次側熱サイクルとに分けて、１次側熱サイクルを冷凍サイクルシステムにより、２次側熱サイクル回路を、熱媒体が独立して流通する２つの熱移動システムにより、それぞれ構成し、冷凍サイクルシステムの冷媒と２つの熱移動システムのそれぞれの熱媒体とが熱交換できるように、冷凍サイクルシステムと２つの熱移動システムのそれぞれとの間に中間熱交換器を設けると共に、発熱体側と熱交換を行う熱移動システムの熱媒体と、室内に取り込まれる空気とが熱交換できるように、発熱体側と熱交換を行う熱移動システムに室内熱交換器を設けている。
【００６４】
以下に説明する実施形態によれば、発熱体の温度調整によって得られる熱エネルギーを室内空調に利用して、室内空調に必要なエネルギーの最小化を図ることができるので、室内空調の省エネ化を図ることができる。しかも、以下に説明する実施例によれば、発熱体の温度調整によって得られる熱エネルギーを直接、室内空調に利用するので、室内空調の省エネ効果を高めることができる。従って、以下に説明する実施例によれば、空調システムが発熱体のエネルギー源から持ち出すエネルギーを抑えることができる。
【００６５】
以上のような車両用空調システムは、バッテリ１００の一充電あたりのＥＶ１０００の走行距離を延ばす場合に好適である。また、以上のような車両用空調システムは、バッテリ１００の一充電あたりの走行距離がこれまでと同様であるときには、バッテリ１００の容量を小さくする場合に好適である。バッテリ１００の容量を小さくできると、ＥＶ１０００の低コスト化、ＥＶ１０００の普及促進、ＥＶ１０００の軽量化に繋げることができる。
【００６６】
また、以下に説明する実施形態によれば、室内空調に用いられる熱エネルギーを発熱体の温度調整に利用して、発熱体の温度を調整するための熱媒体の温度を幅広く調整できるので、周囲の環境状態に影響されずに、発熱体の温度を可変できる。従って、以下に説明する実施例によれば、発熱体の温度を、発熱体が高効率に作動できる適温に調整でき、発熱体を高効率に作動させることができる。
【００６７】
以上のような車両用空調システムはＥＶ１０００の低コスト化を図る上で好適である。ＥＶ１０００を低コスト化できればＥＶ１０００の普及の拡大を図ることができる。
【００６８】
（車両用空調システムの全体構成）
図１は本発明による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却暖房を行うための冷却暖房システム６０と、その冷却暖房システム６０を制御する制御装置６１を備えている。冷却暖房システム６０に設けられた各種アクチュエータは、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としては、圧縮機１、膨張弁２２Ａ，２２Ｂ，２３、四方弁２０，三方弁２１、循環ポンプ５Ａ，５Ｂ、室外ファン３および室内ファン８がある。
【００６９】
制御装置６１には、温調対象の温度を検出する車室温度センサ６２、機器温度センサ６３、冷媒温度センサ６４および外気温度センサ６５から温度情報が入力される。本実施の形態では、温調対象として車室内空気と、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とがあり、それぞれに温度センサが設けられている。また、制御装置６１には、車両運転状態を示す情報である車速情報およびアクセル開度情報が車速センサ６６およびアクセルセンサ６７から入力されると共に、車両の走行計画情報（道路情報や目的地情報など）がナビゲーション装置６８から入力される。
【００７０】
（冷却暖房システム６０）
図２は冷却暖房システム６０の概略構成を示す図である。冷却暖房システム６０は、室内の空気状態を調整する空調システムとしての冷凍サイクル回路９０および空調用回路９１Ａと、図１９のバッテリ１００、モータジェネレータ２００及びインバータ装置３００などの発熱体の温度を調整する温調システムとしての機器冷却回路９１Ｂとを備えている。
【００７１】
冷凍サイクル回路９０には、冷媒４０を圧縮する圧縮機１、冷媒４０と外気との熱交換を行う室外熱交換器２、液配管１２、および空調用回路９１Ａ内の空調用冷却媒体４１Ａと熱交換を行う空調用熱交換器４Ａが環状に接続されている。圧縮機１の吸込配管１１と吐出配管１０との間には、四方弁２０が設けられている。四方弁２０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、他方を空調用熱交換器４Ａに接続することができる。図１は冷房運転時を示しており、四方弁２０は、吐出配管１０を室外熱交換器２に接続し、吸込配管１１を空調用熱交換器４Ａに接続している。
【００７２】
冷凍サイクル回路９０の冷媒４０と機器冷却媒体４１Ｂとの間で熱交換を行う冷却用熱交換器４Ｂは、一端が液配管１２に接続されており、他端が三方弁２１を介して圧縮機１の吐出配管１０および吸込配管１１のいずれか一方に切り換え可能に接続されている。液配管１２には、レシーバ２４が設けられている。液配管１２上のレシーバ２４と室外熱交換器２との間、空調用熱交換器４Ａとレシーバ２４との間、および冷却用熱交換器４Ｂとレシーバ２４との間には、流量制御手段として作用する膨張弁２３，２２Ａ，２２Ｂが設けられている。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。
【００７３】
空調用回路９１Ａには、室内ファン８により車室内へ吹き出される空気との熱交換を行う室内熱交換器７Ａ、空調用冷却媒体４１Ａを循環させる循環ポンプ５Ａ、および空調用熱交換器４Ａが、順に環状に接続されている。
【００７４】
機器冷却回路９１Ｂは、室内熱交換器７Ａから流出された空気と熱交換する室内熱交換器７Ｂ、温調対象機器９、機器冷却媒体４１Ｂ（例えば冷却水が用いられる）を循環させる循環ポンプ５Ｂ、および冷却用熱交換器４Ｂが順に環状に接続されている。本実施形態では、温調対象機器９として、モータ、インバータ、走行駆動用バッテリおよびギヤボックスがある。
【００７５】
また、機器冷却回路９１Ｂには、室内熱交換器７Ｂの両端をバイパスするバイパス回路３０が設けられている。バイパス回路３０には二方弁２５が設けられ、室内熱交換器７Ｂを通る主回路３１には二方弁２６が設けられている。これらの二方弁２５，２６の開閉動作により、機器冷却媒体４１Ｂの流路を任意に構成することが可能となっている。
【００７６】
次に、図２に示した冷却暖房システム６０の運転動作について説明する。本実施形態では、循環ポンプ５Ｂを稼働させて温調対象機器９の温度調整を行う。その他の機器の動作は、空調負荷や温調対象機器９からの発熱量に応じて変化する。以下では、冷房運転、除湿（冷房・暖房）運転、暖房運転、暖房冷却運転および加熱運転について説明する。
【００７７】
(冷房運転)
冷房運転とは、室外熱交換器２を凝縮器、空調用熱交換器４Ａと冷却用熱交換器４Ｂを蒸発器として用いて、空調用回路９１Ａと機器冷却回路９１Ｂを共に冷却可能とした運転モードである。冷房運転の場合には、図２に示すように、冷凍サイクル回路９０に設けられた四方弁２０および三方弁２１が実線で示すような切換状態とされる。すなわち、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は空調用熱交換器４Ａおよび冷却用熱交換器４Ｂに接続される。
【００７８】
圧縮機１で圧縮された冷媒４０は、室外熱交換器２で放熱することによって液化した後、四方弁２０によって空調用熱交換器４Ａへ流れる冷媒と冷却用熱交換器４Ｂへ流れる冷媒とに分岐される。空調用熱交換器４Ａに流れる冷媒は、膨張弁２２Ａで減圧されて低温・低圧となり、空調用熱交換器４Ａにおいて空調用回路９１Ａの空調用冷却媒体４１Ａから吸熱することによって蒸発し、四方弁２０を通って圧縮機１へ戻る。一方、冷却用熱交換器４Ｂへ流れる冷媒は、膨張弁２２Ｂで減圧されて低温・低圧となり、冷却用熱交換器４Ｂにおいて機器冷却回路９１Ｂの機器冷却媒体４１Ｂから吸熱することによって蒸発し、三方弁２１を通って圧縮機１へと戻る。
【００７９】
空調用回路９１Ａに設けられた循環ポンプ５Ａを駆動すると、空調用熱交換器４Ａで冷却された空調用冷却媒体４１Ａが室内熱交換器７Ａに供給される。そして、室内ファン８を駆動すると、室内熱交換器７Ａで熱交換して冷却された空気が車室内へ吹き出される。また、機器冷却回路９１Ｂに設けられた循環ポンプ５Ｂを駆動すると、温調対象機器９によって加熱された機器冷却媒体４１Ｂが、冷却用熱交換器４Ｂにおける熱交換によって冷却される。
【００８０】
このように、空調用熱交換器４Ａおよび冷却用熱交換器４Ｂの両方を蒸発器として利用できるので、車室内の冷房と温調対象機器９の冷却とを同時に実現することができる。さらに、空調用熱交換器４Ａと冷却用熱交換器４Ｂとを圧縮機１の吸込配管１１に対して並列に接続し、それぞれの冷媒回路に膨張弁２２Ａ，２２Ｂを設けているので、空調用熱交換器４Ａおよび冷却用熱交換器４Ｂへ流れる冷媒流量を、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４１Ｂの温度と空調用冷却媒体４１Ａ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４１Ａの温度を十分下げた場合であっても、冷却用熱交換器４Ｂへ流れる冷媒流量を抑制することで、温調対象機器９が接続された機器冷却媒体４１Ｂの温度を高く保つことができる。
【００８１】
なお、機器冷却媒体４１Ｂの温度を制御するためには、膨張弁２２Ｂの開度を制御すれば良く、簡易的には機器冷却媒体４１Ｂの温度が高い場合に開度を開き、温度が低い場合には開度を絞るように制御すれば良い。
【００８２】
また冷凍サイクル回路９０の能力を調整するためには、圧縮機１の回転数を制御すればよく、空調用冷却媒体４１Ａの温度が所望の温度となるように制御する。冷房負荷が大きいと判断した場合には、空調用冷却媒体４１Ａの制御目標温度を低くし、冷房負荷が小さいと判断した場合には、空調用冷却媒体４１Ａの制御目標温度を高くすることによって、負荷に応じた空調能力の制御が可能となっている。
【００８３】
なお、冷房負荷がなく、温調対象機器９の冷却のみが必要な場合には、循環ポンプ５Ａ、および室内ファン８を停止するとともに、膨張弁２２Ａを閉じ、膨張弁２２Ｂの開度を調整することによって、冷却用熱交換器４Ｂのみを蒸発器として利用すれば良い。これにより、機器冷却媒体の冷却が可能となるので、温調対象機器９の冷却ができる。この場合、圧縮機１の回転数を機器冷却媒体４１Ｂの温度が目標温度となるように制御する。また、循環ポンプ５Ａの回転数を制御することで、熱交換量を変化させても良い。
【００８４】
（冷房除湿運転）
冷房除湿運転では、図２の状態から二方弁２６を開いて、温度の高い機器冷却媒体４１Ｂを室内熱交換器７Ｂが設けられた主回路３１へ流すようにする。このように、温度の高い機器冷却媒体４１Ｂを室内熱交換器７Ｂに導入すると、室内熱交換器７Ａで冷却・除湿された空気が、室内熱交換器７Ｂによって加熱されてから車室内へ吹き出される、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。
【００８５】
なお、再熱器として利用される室内熱交換器７Ｂの熱源は、温調対象機器９から発生するいわゆる排熱である。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。
【００８６】
再熱量は主回路３１へ流れる機器冷却媒体４１Ｂの温度と流量によって変化するので、冷却用熱交換器４Ｂの交換熱量や、主回路３１へ流れる機器冷却媒体４１Ｂの流量を変えることによって、再熱量を制御することができる。冷却用熱交換器４Ｂの交換熱量を可変とするためには、膨張弁２２Ｂの開度を制御して、冷却用熱交換器４Ｂへ流れる冷媒流量を制御すれば良く、冷却が不要な場合には膨張弁２２Ｂの開度を全閉とすれば良い。
【００８７】
また、主回路３１への機器冷却媒体４１Ｂの流量を可変とするためには、二方弁２５，２６の開閉状態の組合せを変えれば良い。なお、二方弁２５，２６を用いる代わりに、例えば三方弁等を用いることによっても、主回路３１とバイパス回路３０へ流れる流量割合を任意に制御することができる。
【００８８】
（暖房除湿運転）
図３は、暖房除湿運転を説明する図である。上述した冷房除湿運転において再熱量が不足する場合には、図３に示すように三方弁２１を切り換えて、暖房除湿運転とする。暖房除湿運転では、空調用熱交換器４Ａを蒸発器としたまま、冷却用熱交換器４Ｂを用いて機器冷却媒体４１Ｂの加熱を行う。この場合、圧縮機１で圧縮された冷媒は四方弁２０と三方弁２１とにより分岐され、室外熱交換器２と冷却用熱交換器４Ｂとに流れ込む。機器冷却媒体４１Ｂは、それぞれ室外熱交換器２および冷却用熱交換器４Ｂで凝縮液化した後、レシーバ２４内で合流する。その後、膨張弁２２Ａで減圧された冷媒は、空調用熱交換器４Ａで蒸発・ガス化し、圧縮機１へと戻る。
【００８９】
このように、冷却用熱交換器４Ｂを用いて機器冷却媒体４１Ｂを加熱することができるので、再熱量が不足する場合であっても、冷凍サイクル回路９０を用いて再熱量を増大させることができる。なお、このとき冷却用熱交換器４Ｂから投入される熱も、室外空気へ放出していた熱の一部であり、新たな熱源は不要なので、消費電力が増大することはない。
【００９０】
また、圧縮機１からの吐出冷媒は冷却用熱交換器４Ｂと室外熱交換器２の両方を使って凝縮するので、双方に流れる冷媒流量を制御することによって、再熱量を任意に変えることができる。具体的には、室外ファン３の回転数を抑制することで室外熱交換器２からの放熱量を抑制し、室外熱交換器２を流れる冷媒流量を抑制する。また、膨張弁２３の開度を絞ることによっても冷媒流量を抑制することができる。その結果、冷却用熱交換器４Ｂの熱交換量を増加させ、再熱量を増大させることができる。
【００９１】
なお、外気温度が低い場合や走行風が室外熱交換器２に当たる場合のように、室外熱交換器２の熱交換性能が高くなる条件においては、室外熱交換器２からの放熱量が増大しやすくなる。そのため、外気温度や車速といったセンサ情報を用いて、室外ファン３の回転数を抑制したり、膨張弁２３の開度を絞ったりすることで再熱量を増大させることができる。
【００９２】
このように、本実施形態における冷却システムでは、除湿量と再熱量の制御が可能である。具体的には、圧縮機１の回転数を制御することにより、空調用冷却媒体４１Ａの温度を除湿が可能な温度とすることで所望の除湿量を確保する。一方、室外ファン３の回転数および膨張弁２３，２２Ｂの開度を制御することによって、冷却用熱交換器４Ｂに流れる冷媒流量を制御し、機器冷却媒体４１Ｂの温度を適当な温度に保つことで再熱量を確保する。
【００９３】
（暖房運転）
図４は、暖房運転時を説明する図である。暖房運転時には、暖房負荷に応じた２つの運転モードがある。
【００９４】
一つ目の運転モードは、暖房負荷が小さい時の放熱運転モードであり、温調対象機器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。放熱運転モードでは、循環ポンプ５Ｂと室内ファン８を起動し、かつ二方弁２６を開いて室内熱交換器７Ｂに機器冷却媒体４１Ｂを導入する。機器冷却媒体４１Ｂは温調対象機器９によって加熱されているので、室内熱交換器７Ｂにおいて室内吹出し空気へ放熱することによって、機器冷却媒体４１Ｂは冷却され、室内吹出し空気が加熱される。このように温調対象機器９からの排熱を暖房に利用することで、エネルギー消費を抑えて空調を行うことができる。
【００９５】
二つ目の運転モードは、温調対象機器９の排熱だけでは暖房負荷に満たない場合の運転モードであって、温調対象機器９の排熱に加えて冷凍サイクル回路９０を併用する暖房放熱運転モードである。この場合、冷凍サイクル回路９０に設けられた四方弁２０を実線で示すように切り換えて、圧縮機１の吐出配管１０を空調用熱交換器４Ａに接続するとともに、吸込配管１１を室外熱交換器２に接続する。すなわち、空調用熱交換器４１Ａを凝縮器、室外熱交換器２を蒸発器とするサイクルが形成される。
【００９６】
圧縮機１で圧縮された冷媒４０は、空調用熱交換器４Ａで空調用冷却媒体４１Ａへ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。なお、膨張弁２２Ａは全開、膨張弁２２Ｂは全閉となっており、冷却用熱交換器４Ｂは利用しない。
【００９７】
循環ポンプ５Ａを起動することにより、空調用熱交換器４Ａで冷媒４０の凝縮熱をもらって昇温された空調用冷却媒体４１Ａは室内熱交換器７Ａへ流入し、室内熱交換器７Ａにおいて室内吹出し空気へ放熱する。室内熱交換器７Ａで加熱された空気は、空気の流れの下流側に配置された室内熱交換器７Ｂにおいて、温調対象機器９によって加熱された機器冷却媒体４１Ｂから熱をもらい、さらに昇温されてから室内空間へ吹き出される。
【００９８】
このように、室内吹出し空気は、冷凍サイクル回路９０によって加熱された後に、温調対象機器９の排熱でさらに加熱される構成となっている。そのため、室内熱交換器７Ａからの吹出し空気温度を、室内熱交換器７Ｂからの室内吹出し空気温度に対して低く保つことができる。すなわち、温調対象機器９からの排熱を暖房に利用することによって、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。
【００９９】
また、冷凍サイクル回路９０の暖房能力を制御することにより、温調対象機器９の発熱に応じて機器冷却媒体４１Ｂの温度を制御することができる。温調対象機器９からの発熱量が増大した場合には、機器冷却媒体４１Ｂの温度が上昇するので、冷凍サイクル回路９０の暖房能力を抑制する。これにより室内熱交換器７Ａからの放熱量が抑制され、室内熱交換器７Ｂへ流入する空気の温度が低くなるので、機器冷却媒体４１Ｂからの放熱量が増大し、機器冷却媒体４１Ｂの温度上昇が抑制される。逆に、温調対象機器９からの発熱量が減少した場合には、機器冷却媒体４１Ｂの温度が低下するので、冷凍サイクル回路９０の暖房能力を増大させ、室内熱交換器７Ｂに流入する空気の温度を上げることで、機器冷却媒体４１Ｂの温度低下を抑制する。
【０１００】
なお、冷凍サイクル回路９０の能力を制御するための具体例としては、圧縮機１の回転数を制御すれば良い。また、機器冷却媒体４１Ｂの温度を所定の温度域に保つ制御は、温調対象機器９の温度が使用可能な温度域から外れるなどの不具合を回避するうえでも有効である。
【０１０１】
（暖房冷却運転）
図５は、暖房冷却運転を説明する図である。暖房負荷が大きな場合には、上述したように機器冷却媒体４１Ｂの目標温度を高く設定すれば良いが、温調対象機器９の仕様等により温度を上げることが困難な場合には、暖房能力を増大させることができなくなる。このような場合には、以下に説明する暖房冷却運転を行い、機器冷却媒体４１Ｂの冷却と空調用冷却媒体４１Ａの加熱を同時に実現する。
【０１０２】
暖房冷却運転では、暖房放熱併用運転と同様に、空調用熱交換器４Ａを凝縮器、室外熱交換器２を蒸発器とするサイクルを構成し、さらに膨張弁２２Ｂを開けて、冷却用熱交換器４Ｂを蒸発器として利用する。空調用熱交換器４Ａで凝縮・液化した冷媒は、レシーバ２４内で分岐して、一方が膨張弁２３で減圧された後、室外熱交換器２で蒸発して圧縮機１へ戻る。他方は膨張弁２２Ｂで減圧され、冷却用熱交換器４Ｂで機器冷却媒体４１Ｂを冷却することによって蒸発・ガス化し、三方弁２１を介して圧縮機１へと戻る。
【０１０３】
暖房冷却運転では、温調対象機器９からの排熱は、冷却用熱交換器４Ｂで冷凍サイクル回路９０の熱源として回収され、空調用熱交換器４Ａで空調回路を通って、室内熱交換器７Ａから車室内へ放熱される。このように、温調対象機器９の温度を抑制しながら温調対象機器９の排熱を回収して暖房に利用することが可能となっている。さらに、室外熱交換器２を用いて外気から吸熱することが可能となっているので、暖房能力を増大させることができる。
【０１０４】
また、液配管１２と室外熱交換器２との間に膨張弁２３を備えるとしたので、膨張弁２２Ｂと膨張弁２３の開度をそれぞれ制御することによって、機器冷却媒体４１Ｂからの吸熱量と外気からの吸熱量を個別に制御することが可能である。なお、機器冷却媒体４１Ｂの温度が、空調用冷却媒体41Ａの温度よりも低くなると、室内熱交換器７Ａで加熱した空気を、室内熱交換器７Ｂで冷却してしまうので、このような場合には、機器冷却回路９１Ｂにおいて二方弁２６を閉じ、二方弁２５を開きバイパス回路３０を利用することで、冷却用熱交換器４Ｂで冷却された冷却媒体によって、室内吹出し空気が冷却されることを防止できる。
【０１０５】
暖房冷却運転から暖房負荷が下がり、暖房放熱併用運転に移行する場合に、機器冷却媒体４１Ｂの温度が低いと吹出し温度が低いなどの不具合が生じる可能性があるので、移行する前に機器冷却媒体４１Ｂの温度を上げておくことが望ましい。機器冷却媒体４１Ｂの温度は冷却用熱交換器４Ｂの熱交換量を可変とすることで制御することができるので、膨張弁２２Ｂの開度を制御すれば良い。なお、暖房冷却運転中も機器冷却媒体の温度を高く保ち、空調冷却媒体４１Ａの温度が機器冷却媒体４１Ｂの温度よりも下がったことを検知した場合には、暖房負荷が下がったと判断することができるので、暖房冷却運転から暖房放熱併用運転へ移行することができる。
【０１０６】
（加熱運転）
外気温度の低い冬季の始動時などでは、機器冷却媒体４１Ｂの温度が低く運転開始直後は暖房に供することができず、温調対象機器９からの排熱による温度上昇を待つ必要がある。このような場合には、図５に示すサイクルにおいて膨張弁２２Ｂを閉とし、室内熱交換器７Ａによる暖房運転を行う。また、二方弁２６を閉とするとともに二方弁２５を開とし、室内熱交換器７Ｂにおいて温度の低い機器冷却媒体４１Ｂと室内へ吹き出す風とが熱交換することのないようにサイクルを構成する。
【０１０７】
また、温調対象機器９の発熱量が小さいときに機器冷却媒体４１Ｂの温度を早期に高めたい場合には、三方弁２１を図６に示すように切換える。このように構成することにより、圧縮機１から吐出された冷媒４０は、空調用熱交換器４Ａと冷却用熱交換器４Ｂの両方へ流れることになるので、冷却用熱交換器４Ｂへ流れた冷媒４０の凝縮熱により、機器冷却媒体４１Ｂを加熱することが可能となる。このサイクルでは、膨張弁２２Ａ，２２Ｂを全開とし、膨張弁２３の開度を制御することによって冷媒を減圧し、室外熱交換器２で外気から吸熱する。また、二方弁２６を閉、二方弁２５を開としてバイパス回路を使用する。
【０１０８】
このように、冷凍サイクルを用いて機器冷却媒体４１Ｂの加熱を行うことが可能なので、温調対象機器９の温度を所望の温度まで早期に上昇させるという機能を実現することができる。また、循環ポンプ５Ｂの流量を抑制もしくは停止させるとしても良く、この場合、機器冷却媒体４１Ｂとの熱交換量を抑制することができるので、温調対象機器９の温度を早期に上昇させることができる。
【０１０９】
また、上述のように、温調システムと空調システムとの統合を図った車両用空調システムをＥＶ１０００に搭載するにあたっては、流路を構成する配管や構成部品が狭い設置スペース内において複雑に入り組むことが考えられる。車両用空調システムのメインテナンス性や小型化及び低コスト化の必要性などを考慮すると、車両用空調システムをＥＶ１０００に搭載するにあたっては、構成部品の小型化や削減、共用化などによるシステム構成の簡素化が好ましい。
【０１１０】
そこで、冷媒が循環する冷凍サイクルシステム（冷凍サイクル回路９０）に第１中間熱交換器（冷却用熱交換器４Ｂ）を介して熱的に接続された、発熱体の温度を調整するための熱媒体が循環する第１熱移動システム（機器冷却回路９１Ｂ）と、冷媒が循環する冷凍サイクルシステムに第２中間熱交換器（空調用熱交換器４Ａ）を介して熱的に接続された、室内の空気状態を調整するための熱媒体が循環する第２熱移動システム（空調用回路９１Ａ）との循環路を連通させていると共に、第１及び第２熱移動システムの循環路内の圧力を調整するためのリザーバータンク（レシーバ２４）を第１及び第２熱移動システムに対して共通に設けている。
【０１１１】
上述した車両用空調システムでは、第１及び第２熱移動システムにおいて構成部品の共用化を図ることができるので、車両用空調システムの簡素化を図ることができる。車両用空調システムの構成の簡素化は、ＥＶ１０００に搭載された車両用空調システムのメインテナンス性を向上させることができると共に、車両用空調システムの小型化及び低コスト化に貢献することができる。
【０１１２】
なお、第１熱移動システム及び第２熱移動システムの循環路を流通する熱媒体を外部に排出するためのドレイン排出機構を第１及び第２熱移動システムに対して共通に設けるようにしても良い。
【０１１３】
また、車両用空調システムを搭載したＥＶ１０００において、発熱体の更なる小型及び高出力化が要求された場合、その要求に応えるためには、発熱体の冷却性能を更に向上させる必要がある。この場合、熱交換器の増設或いは大容量化によって発熱体の冷却性能を更に向上させることが考えられるが、車両用空調システムの小型化及び低コスト化の必要性などを考慮すると、熱交換器の増設或いは大容量化を伴うことなく対応できることが好ましい。
【０１１４】
そこで、冷媒が循環する冷凍サイクルシステム（冷凍サイクル回路９０）に第１中間熱交換器を介して熱的に接続された、発熱体の温度を調整するための熱媒体が循環する第１熱移動システム（機器冷却回路９１Ｂ）の循環路と、冷媒が循環する冷凍サイクルシステムに第２中間熱交換器を介して熱的に接続された、室内の空気状態を調整するための熱媒体が循環する第２熱移動システム（空調用回路９１Ａ）の循環路とを直列に接続できるように循環路接続制御部を設けるようにしても良い。発熱体に供給される熱媒体の冷媒との熱交換量を、一つの中間熱交換器において冷媒と熱交換させるときよりも大きくしたいときには、発熱体に供給される熱媒体が第１中間熱交換器及び第２中間熱交換器を直列に流通するように、第１及び第２熱移動システムの循環路の接続を循環路接続制御部によって制御する。
【０１１５】
また、冷媒が循環する冷凍サイクルシステムに第１中間熱交換器を介して熱的に接続され、少なくとも二つの発熱体の温度を調整するための熱媒体が循環する第１熱移動システムの循環路を発熱体の一つに、冷凍サイクルシステムに第２中間熱交換器を介して熱的に接続された、室内の空気状態を調整するための熱媒体が循環する第２熱移動システムの循環路を発熱体のもう一つに、それぞれ接続できるように循環路接続切替部を設けるようにしても良い。そして、少なくとも二つの発熱体と熱媒体との間の熱交換量を、少なくとも二つの発熱体と第１熱移動システムの熱媒体との間の熱交換量よりも大きくしたいとき、第１熱移動システムの熱媒体が発熱体の一つに、第２熱移動システムの熱媒体が発熱体のもう一つに、それぞれ供給されるように、第１及び第２熱移動システムの循環路の接続を循環路接続切替部によって切り替える。
【０１１６】
上述した車両用空調システムでは、発熱体と熱媒体との熱交換量を大きくできるので、発熱体の温調性能を向上させることができる。このように、発熱体の温調性能を向上させることができると、発熱体の更なる小型及び高出力化が要求された場合、その要求に応えることができる。しかも、車両用空調システムの大型化を伴うことなく対応することができる。
【０１１７】
尚、図１９に示したＥＶ１０００では、モータジェネレータ２００とインバータ装置３００とを別体にした場合を例に挙げて説明したが、モータジェネレータ２００とインバータ装置３００とを一体、例えばモータジェネレータ２００の筐体上にインバータ装置３００の筐体を固定して一体にしても構わない。モータジェネレータ２００とインバータ装置３００とを一体にした場合、温度調整用の熱媒体を循環させるための配管の這い回しなどが容易になり、車両用空調システムをより簡単に構成することができる。
【０１１８】
［温調対象機器９の具体例］
ところで、機器冷却回路９１Ｂに設けられた温調対象機器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。温調対象機器９の具体例としては、走行駆動用のモータ、そのモータを駆動するためのインバータ、駆動用バッテリ、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。
【０１１９】
図７はギヤボックスの冷却構造を示したものである。図７（ａ）では、ギヤＧ１，Ｇ２を収めるケース５０内に潤滑油５１が充填されており、潤滑油溜まり内に冷却媒体４１Ｂ用の配管５２を配置して、潤滑油５１を直接冷却したり暖めたりする。また、図７（ｂ）に示すように、機器冷却媒体４１Ｂ用の通路５３を、ギヤボックスのケース５０に直接形成するようにしても良い。
【０１２０】
温調対象機器９を機器冷却回路９１Ｂに設けて温調行う場合、各機器の温度特性に応じて温調を行う必要がある。図８は、温調対象毎の温調条件を示す図である。温調対象としては車室内と温調対象機器９があるが、温調対象機器９についてはモータ、インバータ、バッテリ、ギヤボックスについて示した。
【０１２１】
（車室内）
車室内の空調に関しては、温度設定や外気温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、温調対象機器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。
【０１２２】
（モータおよびインバータ）
モータやインバータの効率は、温度よって変化する。一般には、同じトルクと回転数であれば、温度が高くなるほど効率が低下することが知られている。そのため、冷却能力を変化させてモータやインバータの温度を変化させることにより、モータやインバータの効率を変化させることができ、温調においては冷却のみが行われる。モータおよびインバータに供給される機器冷却媒体４１Ｂの温度は、例えば６０℃以下となるように制御される。
【０１２３】
（バッテリ）
バッテリは、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。なお、バッテリが効率的に動作する温度範囲はバッテリの種類によってそれぞれ異なり、リチウムイオンバッテリの場合には、２０℃〜３０℃の範囲で効率的に動作する。
【０１２４】
（ギヤボックス）
図７に示すようなギヤボックスの場合、ケース内の潤滑油５１の粘度が駆動時の損失に影響し、潤滑油５１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Ｇ１，Ｇ２の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Ｇ１，Ｇ２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。温度範囲としては、例えば、３０℃〜１００℃に収まるように制御する。
【０１２５】
［温調対象機器９の配置］
図９，１０は、温調対象機器９が複数の場合の配置を説明する図である。機器冷却回路９１Ｂに複数の温調対象機器９Ａ〜９Ｄを設ける場合、図９に示すように直列配置する場合と、図１０に示すように並列配置する場合がある。
【０１２６】
図９に示すように温調対象機器９Ａ〜９Ｄを直列は位置する場合には、機器冷却媒体４１Ｂの流れに関して、設定温度の低い発熱体ほど上流側に配置する。ここでは、温調対象機器９Ａ〜９Ｄとして、インバータ、モータ、バッテリ、ギヤボックスを設ける場合について考える。この場合、設定温度はインバータ９Ａが最も低く、モータ９Ｂ、バッテリ９Ｃ（図１９のバッテリ１００に対応する）、ギヤボックス９Ｄの順に高くなる。
【０１２７】
図９は上述した冷房運転の場合を示しており、機器冷却媒体４１Ｂは冷却用熱交換器４Ｂによって冷凍サイクル回路９０の冷媒４０によって冷却されるので、温度の低い機器冷却媒体４１Ｂがインバータ９Ａに流入する。各機器９Ａ〜９Ｃを通過する度に機器冷却媒体４１Ｂは機器から熱を吸収し温度が上昇する。すなわち、各機器９Ａ〜９Ｄの入口における機器冷却媒体４１Ｂの温度は、機器９Ａ〜９Ｄの順に高くなる。なお、図９に示す構成で、バッテリ５Ｃおよびギヤボックス５Ｄの暖機を行う場合（機器加熱運転）、モータ９Ｂおよびインバータ９Ａも暖機されることになる。
【０１２８】
一方、温調対象機器９Ａ〜９Ｄを並列配置する場合には、図１０に示すように暖機が必要な機器（バッテリ９Ｃ、ギヤボックス９Ｄ）と暖機が不要な機器（インバータ９Ａ、モータ９Ｂ）とが別の回路となるように並列配置する。図１０の例では、インバータ９Ａおよびモータ９Ｂが直列配置されたラインと、バッテリ９Ｃのみが設けられたラインと、ギヤボックス９Ｄのみが設けられたラインとが並列接続されている。各ラインの流入側には二方弁３５ａ〜３５ｃが設けられている。このような配置とすることにより、それぞれのライン毎に最適な温度に調整することができる。
【０１２９】
図１０は冷房運転の場合を示しているが、各機器を冷却する場合には、各ライン上に設けられている二方弁３５ａ〜３５ｃを開いて機器冷却媒体４１Ｂを各機器に流入させる。なお、図５に示す暖房冷却運転においても、各機器の冷却をすることができる。また、バッテリ９Ｃやギヤボックス９Ｄの暖機を行う場合には、図６に示す加熱運転とし、二方弁３５ｂ、２５ｃを開いて温度が高い状態の冷却媒体９１Ｂを流入させる。
【０１３０】
なお、全ての温調対象機器９Ａ〜９Ｄ並列に配置することも可能であるが、部品点数が増えるので好ましいとは言えない。また、バッテリ９Ｃとギヤボックス９Ｄとを直列配置しても良いが、一般的に駆動用のバッテリ９Ｃは座席下方に配置され、ギヤボックス９Ｄは駆動軸近傍に配置されるという車両搭載状況を考慮すると、図１０の構成のように別のラインに並列配置するのが好ましい。
【０１３１】
本実施の形態では、冷却暖房システム６０を上述したような構成とすることで、車室内空調とモータやインバータ等の機器の冷却・暖機とを、個別にそれぞれ制御することができる。そして、制御装置６１は、車室内温度および機器温度がそれぞれの設定温度となるように、冷却暖房システム６０を制御する。
【０１３２】
［車室内および機器の温度制御］
本発明においては、図１に示すように、制御装置６１は、車両の運転情報（車速情報、アクセル開度情報など）および走行計画情報を取り込み、それらの情報と各温調対象の検出温度および冷却媒体の検出温度とに基づいて、冷却暖房システム６０を制御する。例えば、各温調対象機器や冷却媒体の温度変化を予測し、その予測に基づいて予め冷却媒体４１Ａ，４１Ｂ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。
【０１３３】
（制御動作の説明）
図１１は、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。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１１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１１に示すプログラムの処理を開始する。
【０１３４】
ステップＳ１では、車室内空調に用いる空調用冷却媒体４１Ａと、機器９Ａ〜９Ｄ（図９）の冷却・暖機に用いる機器冷却媒体４１Ｂ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。なお、図１２は、外気温度と車室および各機器の空調との関係を示したものである。
【０１３５】
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ＹＥＳと判定されると、図１１のプログラムを終了する。一方、ステップＳ２においてＮＯと判定されると、ステップＳ３へ進む。
【０１３６】
ステップＳ３では、運転情報、走行計画情報、各温調対象機器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温調対象機器９Ａ〜９Ｄや冷却媒体４１Ａ，４１Ｂの温度変化を予測する。
【０１３７】
ここでは、図１３を用いて、温度変化予測の一例を説明する。図１３において、（ａ）はアクセル開度の変化を示し、（ｂ）はモータまたはインバータの温度変化を、（ｃ）は機器冷却媒体４１Ｂの変化をそれぞれ示す。いずれも横軸は時間を表しており、破線で示す位置t2が現在の時刻を示している。また、図１３（ｂ）、（ｃ）の黒丸は実際に計測された温度を示している。
【０１３８】
図１３（ａ）に示すように、アクセル開度は時刻t0から時刻t1の間で増加されて値Ａ１から値Ａ２へと変化し、時刻t1以後は値Ａ２に維持されている。このようにアクセル開度がＡ１からＡ２（＞Ａ１）へと変化すると、モータ出力が増加するとともにモータおよびインバータの発熱量が増加し、モータ・インバータ温度は図１３（ｂ）のように変化する。また、モータおよびインバータを冷却している冷却媒体４１Ｂの温度も、図１３（ｃ）のように同様の変化傾向を示す。
【０１３９】
モータ・インバータ温度および冷却媒体温度は現時点（時刻t2）においても上昇傾向にあり、このようなモータ・インバータ温度および冷却媒体温度と図１３（ａ）にアクセル開度に基づいてモータ・インバータ温度および冷却媒体温度を予測すると、それぞれの予測温度は図１３（ｂ），（ｃ）に示す実線曲線のようになる。
【０１４０】
図１３（ｃ）に示す設定温度Ｔ1は、機器冷却媒体４１Ｂの温度制御を行う際の設定温度（目標温度）であり、現在時(t2)まではこの設定温度Ｔ1で制御されている。すなわち、予測温度（実線）を算出する際にはこの設定温度Ｔ1が用いられている。予測曲線（実線）は現在(t2)以後も上昇しており、所定時間Δｔには設定温度Ｔ1を超えることが予測されている。
【０１４１】
従来の空調システムの場合、実測される冷却媒体温度が設定温度Ｔ1を超えた時点で、またはモータ・インバータ温度がその目標温度を超えた時点で、機器冷却媒体４１Ｂによる冷却能力を大きくし、モータ・インバータ温度を下げるようにしている。そのため、アクセル開度がＡ１からＡ２に変更されてから、冷却媒体温度が設定温度Ｔ1を超えるまでに時間遅れがあることと、冷却媒体温度が設定温度Ｔ1を超えてから充分低下するまでに時間を要することから、アクセル開度Ａ２に応じたモータ出力が得られないという事態が生じるおそれがある。
【０１４２】
そこで、本実施の形態では、予測時点(t2)から所定時間Δｔが経過した時点での予測温度が現在の設定温度Ｔ1を超える場合には、より低い温度Ｔ2（＜Ｔ1）に設定温度を設定する。その結果、冷却媒体温度の実際の温度変化は予想温度(実線)よりも小さくなり、所望のモータ出力を、余裕を持って実現できることになる。また、空調を予め高能力で運転することができるので、機器（モータ、インバータ）の温度変化に対応することができる。また、設定温度を早めに変更することで、圧縮機１、室外ファン３、室内ファン８、循環ポンプ５Ｂの急激な回転数アップを防ぐことができるので、騒音低減が可能となる。
【０１４３】
図１３（ａ）に示した破線は、アクセル開度をＡ２まで増加した後に、再びＡ１にアクセル開度を戻した場合を示す。この場合、アクセル開度Ａ２の継続時間が短いので、予測温度は図１３（ｃ）の破線で示すようなものとなる。現在（時刻t2）における冷却媒体温度は上述した場合とそれほど異なっていないが、現在のアクセル開度情報（運転情報）が図１３（ａ）の実線と破線のように大きく異なっているため、運転情報も加味して予測を行うと、冷却媒体の予測温度は大きく異なることになる。その結果、予測温度に基づく設定温度の制御が両者で異なっている。
【０１４４】
図１１のフローチャートに戻って、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、冷却媒体４１Ａ，４１Ｂの設定温度変更が必要か否かを判定する。例えば、上述したように冷却能力を強化する場面において、所定時間Δｔ経過後の予測温度が現在の設定温度を超えたか否かで、設定温度を変更するか否かを判定する。
【０１４５】
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た、その後ステップＳ６へ進む。一方、図１３（ｃ）の破線で示したような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。
【０１４６】
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に示した冷却暖房システム６０の各アクチュエータを制御する。図１３に示した例の場合、アクセル開度の増加、すなわちモータ出力のアップに対応して機器冷却媒体４１Ｂの温度を下げる制御を行うので、機器冷却回路９１Ｂの冷却力をアップさせるようにアクチュエータを制御する。
【０１４７】
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、温調対象（車室内、各機器）の設定温度を変更するようにしても良い。ステップＳ６では、各温調対象の設定温度に基づいて冷却暖房システム６０を制御する。
【０１４８】
図１４は、ステップＳ６において機器の冷却力をアップさせる場合の具体的な処理を示したものである。ステップＳ６１１では、冷却力アップのために、圧縮機１の回転数のアップ、循環ポンプ５Ｂの流量アップおよび室外ファン３の回転数アップの少なくとも一つを実行する。圧縮機１の回転数のアップや室外ファン３の回転数アップを行うと、冷凍サイクル９０による機器冷却媒体４１Ｂの冷却力が増加する。また、循環ポンプ５Ｂの流量アップをすることで、温調対象機器９であるモータからの機器冷却媒体４１Ｂへの吸熱、および冷却用熱交換器４Ｂを介した機器冷却媒体４１Ｂから冷媒４０への放熱が、それぞれ増加する。
【０１４９】
ステップＳ６１２では、ステップＳ６１１における冷却力アップに加えて、冷却力のさらなる増加が必要か否かを判定する。ステップＳ６１２でＹＥＳと判定された場合には、ステップＳ６１３へ進んで、機器冷却回路９１Ｂの二方弁２６を開いて室内熱交換器７Ｂに機器冷却媒体４１Ｂが流れるようにするとともに、室内ファン８の回転数を増加させる。なお、室内空調がオフの場合には、室内ファン８をオンにする。このようにすることで、機器冷却媒体４１Ｂから車室内への放熱を増大させて、モータからの抜熱の向上を図る。
【０１５０】
なお、ステップＳ６１３の制御により、車室内に暖かい空気が流れることになるため、車室内を冷房している場合には冷房効果が弱まり、逆に暖房をしている場合には暖房が強くなる。また、室内空調がオフであった場合でも、室内ファン８が自動的に回転開始し車室内に暖かい空気が噴出し、ドライバに不快感を与える場合がある。そのような不快感を避けるために、車室内に空気が流れないようにする排気ルートを設けるようにしても良い。なお、車室内の冷房や暖房をアップする場合や、機器の暖機をアップする場合も同様である。
【０１５１】
なお、図１４は、圧縮機１、循環ポンプ５Ｂ、室外ファン３が可変制御可能な場合の制御であって、圧縮機１、循環ポンプ５Ｂ、室外ファン３がオンオフ制御される構成の場合には、図１５のステップＳ６１１のように、圧縮機１、循環ポンプ５Ｂ、室外ファン３の少なくとも一つをオフからオンする。
【０１５２】
一方、図１１のステップＳ６で冷却力をダウンさせる場合には、図１６に示すような制御を行う。なお、図１６において、（ａ）は圧縮機１、循環ポンプ５Ｂ、室外ファン３が可変制御可能な場合、（ｂ）は圧縮機１、循環ポンプ５Ｂ、室外ファン３がオンオフ制御の場合を示す。図１１（ａ）の場合、ステップＳ６２１において、圧縮機１の回転数のダウン、循環ポンプ５Ｂの流量ダウンおよび室外ファン３の回転数ダウンの少なくとも一つを実行する。一方、図１１（ｂ）の場合には、ステップＳ６２１において、圧縮機１、循環ポンプ５Ｂ、室外ファン３の少なくとも一つをオンからオフする。
【０１５３】
上述した図１３の説明では、アクセル開度が変化した状況における温度推定と機器冷却媒体４１Ｂの設定温度の変更について説明したが、図１７にその他の状況についてまとめた。なお、図１７では、温調対象（車室内、各温調対象機器）の設定温度を変更する構成としている。
【０１５４】
車両状態は、運転情報としてのアクセルセンサ６６および車速センサ６７からの検出信号や、ナビゲーション装置６８からの走行計画情報に基づくものである。図１７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、ギヤボックスである。
【０１５５】
上述した図１３の場合のように、運転情報（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。走行計画情報は、ナビゲーション装置６８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温調対象機器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。
【０１５６】
例えば、図１３のように運転情報から加速意図を予測することができ、その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、走行計画情報から山道走行が予測される場合（図１７の上から４番目の欄）、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冷却媒体４１Ｂの流れを制御して（図１０の構成）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。
【０１５７】
図１７の充電時（１番目の欄）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。
【０１５８】
図１７の２番目の欄に記載の走行開始前は、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。
【０１５９】
図１８は、この車両状態を説明する図であり、充電を行う際には、車両８０に搭載されている充電器８２に商用電源や充電スタンドのＡＣ電源８１が接続される。充電器からは２つのＤＣライン８４，８５が出力され、ＤＣライン８４はバッテリ９Ｃに接続され、ＤＣライン８５は切換器８３を介して冷却暖房システム６０に接続されている。冷却暖房システム６０は、切換器８３を切り換えることにより、車載のバッテリ９Ｃを用いて駆動することも、外部のＡＣ電源を用いて駆動することもできる。
【０１６０】
走行前の充電時には、切換器８３は充電器８２と冷却暖房システム６０を接続するように切り換えられる。そして、バッテリ充電中に、外部のＡＣ電源８１を用いて冷却暖房システム６０を駆動し、車室内の空調（冷暖房）を行う。バッテリ９Ｃは、充電中のバッテリ温度が所定範囲内となるように冷却・暖機が行われる。また、ギヤボックスに関しては、油温が低い場合には暖機を行って走行に備える。車室内、バッテリ、ギヤボックスの設定温度は変更しないものとする。
【０１６１】
このように、冷却暖房システム６０の駆動にバッテリの電力を使用しないので、短時間でバッテリの充電が完了するとともに効率が良い。また、冷却暖房システム６０によりバッテリ温度を所定範囲に制御するようにしているので、充電効率が向上する。
【０１６２】
なお、図１７の１番目の欄の充電中においても、バッテリ温度が所定温度範囲となるように温度制御する際に、バッテリの電力の代わりに、外部電源の電力を用いて冷却暖房システム６０を駆動するようにしても良い。
【０１６３】
図１７の３番目の欄に記載の車両状態（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。２番目および３番目の欄の車両状態（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。
【０１６４】
図１７の５番目の欄に記載の車両状態（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。
【０１６５】
図１７の６番目の欄に記載の車両状態（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、４番目の車両状態の場合と同様の設定温度および空調制御とする。
【０１６６】
図１７の７番目の欄に記載の車両状態は、信号待や渋滞時のような一時停止が、走行計画情報から予測されるような場合に相当する。車両が一時停止している状態では、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。
【０１６７】
図１７の８番目の欄に記載の車両状態は、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）に相当する。この場合、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、９番目の車両状態のように停車時には、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。
【０１６８】
なお、車室内空調と各機器の冷却・暖機とが行われている場合に、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。
【０１６９】
上述した図１１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、運転情報や走行計画情報から図１７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良い。
【０１７０】
上述したように、車両用空調システムは、第１の冷媒４０を圧縮する圧縮機１、および冷媒４０と外気との熱交換を行う第１の熱交換器２を有する冷凍サイクル回路９０と、温調対象（モータ、インバータ、バッテリ、ギヤボックス、車室）に第２の冷媒（冷却媒体４１Ａ，４１Ｂ）を循環させて該温調対象の冷却暖房を行う回路９１Ａ，９１Ｂと、冷媒４０と冷却媒体４１Ａ，４１Ｂとの間で熱交換する第３の熱交換器４Ａ，４Ｂとが設けられた冷却暖房システム６０を備える。そして、制御装置６１は、温度センサ６２，６３の検出温度および現在の走行状態の少なくとも一方に基づいて、温調対象の将来の温度を予測し、その予測結果に基づいて、温調対象の目標温度または冷却媒体４１Ａ，４１Ｂの目標温度を変更するとともに、変更された目標温度に基づいて冷凍サイクル回路９０および回路９１Ａ，９１Ｂを制御して、温調対象の冷却暖房を制御する。
【０１７１】
また、図１７に示すように、ナビゲーション装置６８の走行計画情報等によって予測される車両状態に対して、各温調対象に対する目標温度（設定温度）を予め変更するようにしても良い。
【０１７２】
さらに、温調対象の将来の温度を予測する代わりに、車両に設けられたナビゲーション装置６８から入力される走行計画情報に基づいて、将来の走行状態を予測し、その予測結果に基づいて、温調対象の目標温度または冷却媒体４１Ａ，４１Ｂの目標温度を変更するようにしても良い。
【０１７３】
その結果、車両状況に応じた冷暖房を行うことで、各温調対象を効果的に保持することができるとともに、効率的な冷暖房を行うことができる。また、車両状態を予測して冷暖房を予め行うので、冷暖房の時間遅れを防止できるとともに、圧縮器１、室外ファン３，室内ファン８、循環ポンプ５Ａ，５Ｂの急激な回転数アップを避けることができ、騒音低減効果が期待できる。
【０１７４】
例えば、走行状態として前述したような車速およびアクセルペダル開度を用い、それらとモータ、インバータの温度とに基づいて、モータ、インバータの現時点以後の温度を予測し、モータ、インバータの目標温度を変更するようにする。そのように、予めモータ、インバータの冷却力を高めておくことで、実際にアクセルペダル開度が大きくなったときに、スムーズに対応できるとともに、タイムラグが原因でモータ、インバータの温度が上がり過ぎるようなこともない。
【０１７５】
また、図１７に示すように、ナビゲーション装置６８の走行計画情報等によって予測される車両状態に対して、各温調対象に対する目標温度（設定温度）を予め変更することにより、各温調対象の温度を状況に応じて適切に素早く対応させることができる。
【０１７６】
さらに、走行計画情報等から車両走行開始前が予測されるときに、目標温度に基づいて車室の冷暖房および電動走行用機器の冷却暖機（例えば、バッテリやギヤボックスの冷却や暖機）を予め行うことにより、快適性の向上、効率的な走行を図ることができる。また、電動走行用機器（例えば、インバータ、モータ、バッテリ、ギヤボックス）の温度が目標温度近傍である場合には、車室の冷却暖房の制御に優先して、電動走行用機器の冷却暖機を制御することにより、車室の冷却暖房の影響により安全で効率的な走行状態が損なわれることがない。
【０１７７】
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良い。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。
【符号の説明】
【０１７８】
１：圧縮機、２：室外熱交換器、３：室外ファン、４Ａ：空調用熱交換器、４Ｂ：冷却用熱交換器、５Ａ，５Ｂ：循環ポンプ、７Ａ，７Ｂ：室内熱交換器、９：温調対象機器、９Ｂ：モータ、９Ａ：インバータ、９Ｃ，１００：バッテリ、９Ｄ：ギヤボックス、４０：冷媒、４１Ａ：空調用冷却媒体、４１Ｂ：機器冷却媒体、６０：冷却暖房システム、６１：制御装置、６２：車室温度センサ、６３：機器温度センサ、６４：冷媒温度センサ、６５：外気温度センサ、６６：アクセルセンサ、６７：車速センサ、６８：ナビゲーション装置、９０：冷凍サイクル回路、９１Ａ：空調用回路、９１Ｂ：機器冷却回路、１０００：電気自動車
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用空調システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車において、車両に搭載されるモータやインバータ等の発熱体から発生する熱を空調に利用するシステムが知られている。例えば、特許文献１に記載の発明では、冷凍サイクルを用いて機器の冷却と冷房を同時に実現することが可能となっている。また、特許文献２に記載の発明では、暖房時に、ヒートポンプ式冷房装置において生じた熱とヒータによって発熱させた熱とを併用して、空調風を加熱する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４２８５２９２号公報
【特許文献２】特開２００８−２３０５９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、車両に搭載された各機器（モータ、インバータ、バッテリなど）の冷却・暖機や車室内の冷房・暖房を１つの空調システムで行う場合には、機器や車室内を効率良く目標温度にすることが省エネの観点からも必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の発明は、温調対象の冷却暖房を行う車両用空調システムにおいて、温調対象の温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段で検出された温度に基づき、車両用空調システムを制御する制御手段と、温度検出手段の検出温度および現在の走行状態の少なくとも一方に基づいて、温調対象の将来の温度を予測する予測手段と、予測手段の予測結果に基づいて、温調対象の目標温度または空調システムの冷媒の目標温度を変更する目標温度変更手段と、を備え、制御手段は、目標温度変更手段により変更された目標温度に基づいて制御することを特徴とする。
請求項２の発明による車両用空調システムは、第１の冷媒を圧縮する圧縮機、および第１の冷媒と外気との熱交換を行う第１の熱交換器を有する冷凍サイクル回路と、温調対象に第２の冷媒を循環させて該温調対象の冷却暖房を行う冷却回路と、第１の冷媒と第２の冷媒との間で熱交換する第２の熱交換器と、温調対象の温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段で検出された温度に基づき、冷凍サイクル回路および冷却回路を制御する制御手段と、温度検出手段の検出温度および現在の走行状態の少なくとも一方に基づいて、温調対象の将来の温度を予測する予測手段と、予測手段の予測結果に基づいて、温調対象の目標温度または第２の冷媒の目標温度を変更する目標温度変更手段と、を備え、制御手段は、目標温度変更手段により変更された目標温度に基づいて冷凍サイクル回路および冷却回路を制御して、温調対象の冷却暖房を制御することを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項２に記載の車両用空調システムにおいて、走行状態は車両側より入力される車速およびアクセルペダル開度であって、車速、アクセルペダル開度および温度検出手段の検出温度に基づいて、温調対象の将来の温度を予測することを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項２に記載の車両用空調システムにおいて、車両に設けられたナビゲーション装置から入力される走行計画情報も考慮して将来の温度を予測することを特徴とする。
請求項５の発明による車両用空調システムは、第１の冷媒を圧縮する圧縮機、および第１の冷媒と外気との熱交換を行う第１の熱交換器を有する冷凍サイクル回路と、温調対象に第２の冷媒を循環させて該温調対象の冷却暖房を行う冷却回路と、第１の冷媒と前記第２の冷媒との間で熱交換する第２の熱交換器と、温調対象の温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段で検出された温度に基づき、冷凍サイクル回路および冷却回路を制御する制御手段と、車両に設けられたナビゲーション装置から入力される走行計画情報に基づいて、将来の走行状態を予測する予測手段と、予測手段の予測結果に基づいて、温調対象の目標温度または前記第２の冷媒の目標温度を変更する目標温度変更手段と、を備え、制御手段は、目標温度変更手段により変更された目標温度に基づいて冷凍サイクル回路および冷却回路を制御して、温調対象の冷却暖房を制御することを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項４または５に記載の車両用空調システムにおいて、温調対象には車室と電動走行用機器とが含まれ、予測手段により車両走行開始前が予測されると、目標温度に基づいて車室および電動走行用機器の冷却暖房を行うことを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項４または５に記載の車両用空調システムにおいて、温調対象には車両走行用バッテリが含まれ、予測手段により車両走行用バッテリの充電が予測されると、充電中は、車両走行用バッテリの温度が最適充放電効率を与える所定温度範囲となるように、冷却回路による車両走行用バッテリの冷却暖房を制御することを特徴とする。
請求項８の発明は、請求項７に記載の車両用空調システムにおいて、充電中には、冷凍サイクル回路および冷却回路は、車両走行用バッテリの充電に用いられる外部電源の電力により駆動されることを特徴とする。
請求項９の発明は、請求項２または５に記載の車両用空調システムにおいて、温調対象には車室と電動走行用機器とが含まれ、電動走行用機器の温度が目標温度近傍である場合には、車室の冷却暖房の制御に優先して、電動走行用機器の冷却暖房を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、温調対象の冷却暖房を効率良く行なうことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明による車両用空調システムの概略構成を示す図である。
【図２】冷房運転を説明する図である。
【図３】除湿運転を説明する図である。
【図４】暖房運転を説明する図である。
【図５】暖房冷却運転を説明する図である。
【図６】加熱運転を説明する図である。
【図７】ギヤボックスの冷却構造を示す図であり、（ａ）は第１の例を、（ｂ）は第２の例を示す。
【図８】温調対象毎の温調条件を示す図である。
【図９】温調対象機器９が複数の場合の配置を説明する図であり、直列配置の場合を示す。
【図１０】温調対象機器９が複数の場合の配置を説明する図であり、並列配置の場合を示す。
【図１１】制御処理プログラムを示すフローチャートである。
【図１２】外気温度と車室および各機器の空調との関係を示す図である。
【図１３】温度変化予測の一例を説明する図であり、（ａ）はアクセル開度の変化を、（ｂ）はモータまたはインバータの温度変化を、（ｃ）は機器冷却媒体４１Ｂの変化をそれぞれ示す。
【図１４】機器の冷却力をアップさせる場合の処理例を示したものであり、圧縮機１、循環ポンプ５Ｂ、室外ファン３が可変制御可能な場合を示す。
【図１５】機器の冷却力をアップさせる場合の処理例を示したものであり、圧縮機１、循環ポンプ５Ｂ、室外ファン３がオンオフ制御の場合を示す。
【図１６】冷却力をダウンさせる場合の制御例を示す図であり、（ａ）は圧縮機１、循環ポンプ５Ｂ、室外ファン３が可変制御可能な場合、（ｂ）は圧縮機１、循環ポンプ５Ｂ、室外ファン３がオンオフ制御の場合を示す。
【図１７】種々の車両状態と温調対象（車室内、各温調対象機器）の設定温度変更例を示す図である。
【図１８】バッテリ充電を行う際の冷暖房制御例を説明する図である。
【図１９】ＥＶ１０００の駆動系の構成及びその一部を構成する電動機駆動システムの各コンポーネントの電気的な接続構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態を説明する。
以下に説明する実施形態では、本発明を、電動機を車両の唯一の駆動源とする純粋な電気自動車の車両用空調システムに適用した場合を例に挙げて説明する。
【０００９】
以下に説明する実施形態の構成は、内燃機関であるエンジンと電動機とを車両の駆動源とする電動車両、例えばハイブリッド自動車（乗用車）、ハイブリッドトラックなどの貨物自動車、ハイブリッドバスなどの乗合自動車などの車両用空調システムに適用しても構わない。
【００１０】
まず、図１９を用いて、本発明の車両用空調システムが適用される純粋な電気自動車（以下、単に「ＥＶ」と記述する）の電動機駆動システムについて説明する。図１９は、ＥＶ１０００の駆動系の構成及びその一部を構成する電動機駆動システムの各コンポーネントの電気的な接続構成を示す。尚、図１９において、太い実線は強電系を示し、細い実線は弱電系を示す。
【００１１】
図示省略した車体のフロント部或いはリア部には車軸８２０が回転可能に軸支されている。車軸８２０の両端には一対の駆動輪８００が設けられている。図示省略したが、車体のリア部或いはフロント部には、両端に一対の従動輪が設けられた車軸が回転可能に軸支されている。図１９に示すＥＶ１０００では、駆動輪８００を前輪とし、従動輪を後輪とした前輪駆動方式を示しているが、駆動輪８００を後輪とし、従動輪を前輪とした後輪駆動方式もある。
【００１２】
車軸８２０の中央部にはデファレンシャルギア（以下、「ＤＥＦ」と記述する）８３０が設けられている。車軸８２０はＤＥＦ８３０の出力側に機械的に接続されている。ＤＥＦ８３０の入力側には変速機８１０の出力軸が機械的に接続されている。ＤＥＦ８３０は、変速機８１０によって変速されて伝達された回転駆動力を左右の車軸８２０に分配する差動式動力分配機構である。変速機８１０の入力側にはモータジェネレータ２００の出力側が機械的に接続されている。
【００１３】
モータジェネレータ２００（図９のモータ９Ｂに対応する）は、電機子巻線２１１を備えた電機子（図１９に示すＥＶ１０００では固定子が相当）２１０と、電機子２１０に空隙を介して対向配置されると共に、永久磁石２２１を備えた界磁（図１９に示すＥＶ１０００では回転子が相当）２２０とを有する回転電機であり、ＥＶ１０００の力行時にはモータとして機能し、回生時にはジェネレータとして機能する。
【００１４】
モータジェネレータ２００がモータとして機能する場合には、バッテリ１００に蓄積された電気エネルギーがインバータ装置３００を介して電機子巻線２１１に供給される。これにより、モータジェネレータ２００は電機子２１０と界磁２２０との間の磁気的作用により回転動力（機械エネルギー）を発生する。モータジェネレータ２００から出力された回転動力は、変速機８１０及びＤＥＦ８３０を介して車軸８２０に伝達され、駆動輪８００を駆動する。
【００１５】
モータジェネレータ２００がジェネレータとして機能する場合には、駆動輪８００から伝達された機械エネルギー（回転動力）がモータジェネレータ２００に伝達され、モータジェネレータ２００を駆動する。このように、モータジェネレータ２００が駆動されると、電機子巻線２１１には界磁２２０の磁束が鎖交して電圧が誘起される。これにより、モータジェネレータ２００は電力を発生する。モータジェネレータ２００から出力された電力はインバータ装置３００を介してバッテリ１００に供給される。これにより、バッテリ１００は充電される。
【００１６】
モータジェネレータ２００、特に電機子２１０は、後述する車両用空調システムによってその温度が許容温度範囲内になるように調節されている。電機子２１０は発熱部品であるので冷却が必要であると共に、周囲温度が低温の時には所定の電気特性が得られるように、暖気が必要になる場合もある。
【００１７】
モータジェネレータ２００は、電機子２１０とバッテリ１００との間の電力がインバータ装置３００によって制御されることにより駆動する。すなわちインバータ装置３００はモータジェネレータ２００の制御装置である。インバータ装置３００は、スイッチング半導体素子のスイッチング動作によって電力を直流から交流に、交流から直流に変換する電力変換装置であり、パワーモジュール３１０、パワーモジュール３１０に実装されたスイッチング半導体素子を駆動する駆動回路３３０、パワーモジュール３１０の直流側に電気的に並列に接続され、直流電圧を平滑する電解コンデンサ３２０、及びパワーモジュール３１０のスイッチング半導体素子のスイッチング指令を生成し、このスイッチング指令に対応する信号を駆動回路３３０に出力するモータ制御装置３４０を備えている。
【００１８】
パワーモジュール３１０は、二つの（上アーム及び下アームの）スイッチング半導体素子を電気的に直列に接続し直列回路（一相分のアーム）が三相分、電気的に並列に接続（三相ブリッジ接続）されて電力変換回路が構成されるように、六つのスイッチング半導体素子を基板上に実装し、アルミワイヤなどの接続導体によって電気的に接続した構造体である。
【００１９】
スイッチング半導体素子としては金属酸化膜半導体型電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）或いは絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を用いている。ここで、電力変換回路をＭＯＳＦＥＴによって構成する場合、ドレイン電極とソース電極との間には寄生ダイオードが存在するので、別途、それらの間にダイオード素子を実装する必要がない。一方、電力変換回路をＩＧＢＴによって構成する場合、コレクタ電極とエミッタ電極との間にはダイオード素子が存在していないので、別途、それらの間にダイオード素子を電気的に逆並列に接続する必要がある。
【００２０】
各上アームの下アーム接続側とは反対側（ＩＧＢＴの場合、コレクタ電極側）はパワーモジュール３１０の直流側から外部に導出され、バッテリ１００の正極側に電気的に接続されている。各下アームの上アーム接続側とは反対側（ＩＧＢＴの場合、エミッタ電極側）はパワーモジュール３１０の直流側から外部に導出され、バッテリ１００の負極側に電気的に接続されている。各アームの中点、すなわち上アームの下アーム接続側（ＩＧＢＴの場合、上アームのエミッタ電極側）と下アームの上アーム接続側（ＩＧＢＴの場合、下アームのコレクタ電極側）との接続点はパワーモジュール３１０の交流側から外部に導出され、電機子巻線２１１の対応する相の巻線に電気的に接続されている。
【００２１】
電解コンデンサ３２０は、スイッチング半導体素子の高速スイッチング動作及び電力変換回路に寄生するインダクタンスに起因して生じる電圧変動を抑制するために、すなわち直流成分に含まれる交流成分を除去する平滑コンデンサである。平滑コンデンサとしては電解コンデンサ３２０の代わりにフィルムコンデンサを用いることもできる。
【００２２】
モータ制御装置３４０は、車両全体の制御を司る車両制御装置８４０から出力されたトルク指令信号を受けて、六つのスイッチング半導体素子に対するスイッチング指令信号（例えばＰＷＭ（パルス幅変調）信号）を生成し、駆動回路３３０に出力する電子回路装置である。
【００２３】
駆動回路３３０は、モータ制御装置３４０から出力されたスイッチング指令信号を受けて、六つのスイッチング半導体素子に対する駆動信号を生成し、六つのスイッチング半導体素子のゲート電極に出力する電子回路装置である。
【００２４】
インバータ装置３００、特にパワーモジュール３１０及び電解コンデンサ３２０は、後述する熱サイクルシステムによってその温度が許容温度範囲内になるように調節されている。パワーモジュール３１０及び電解コンデンサ３２０は発熱部品であるので冷却が必要であると共に、周囲温度が低温の時には所定の動作特性や電気特性が得られるように、暖気が必要になる場合もある。
【００２５】
車両制御装置８４０は、運転者からのトルク要求（アクセルペダルの踏み込み量或いはスロットルの開度）、車両の速度など、車両の運転状態を示す複数の状態パラメータに基づいて、モータ制御装置３４０に対するモータトルク指令信号を生成し、そのモータトルク指令信号をモータ制御装置３４０に出力する。
【００２６】
バッテリ１００は、モータジェネレータ２００の駆動用電源を構成する、公称出力電圧２００ボルト以上の高電圧であり、ジャンクションボックス４００を介してインバータ装置３００及び充電器５００に電気的に接続されている。バッテリ１００としてはリチウムイオンバッテリを用いている。
【００２７】
尚、バッテリ１００としては、鉛電池、ニッケル水素電池、電気二重層キャパシタ、ハイブリッドキャパシタなど、他の蓄電器を用いることもできる。
【００２８】
バッテリ１００は、インバータ装置３００及び充電器５００によって充放電される蓄電装置であり、主要部として電池部１１０及び制御部を備えている。
【００２９】
電池部１１０は電気エネルギーの貯蔵庫であり、電気エネルギーの蓄積及び放出（直流電力の充放電）が可能な複数のリチウムイオン電池が電気的に直列に接続されたものから構成され、インバータ装置３００及び充電器５００に電気的に接続されている。
【００３０】
制御部は、複数の電子回路部品から構成された電子制御装置であり、電池部１１０の状態を管理及び制御すると共に、インバータ装置３００及び充電器５００に許容充放電量を提供して、電池部１１０における電気エネルギーの出入りを制御する。
【００３１】
電子制御装置は、機能上、２つの階層に分かれて構成されており、バッテリ１００内において上位（親）に相当するバッテリ制御装置１３０と、バッテリ制御装置１３０に対して下位（子）に相当するセル制御装置１２０とを備えている。
【００３２】
セル制御装置１２０は、バッテリ制御装置１３０から出力された指令信号に基づいてバッテリ制御装置１３０の手足となって動作し、複数のリチウムイオン電池のそれぞれの状態を管理及び制御する複数の電池管理手段を備えている。複数の電池管理手段はそれぞれ集積回路（ＩＣ）によって構成されている。複数の集積回路は、電気的に直列に接続された複数のリチウムイオン電池をいくつかのグループに分けたとき、そのグループのそれぞれに対応して設けられ、対応するグループが有する複数のリチウムイオン電池のそれぞれの電圧及び過充放電異常を検出すると共に、対応するグループが有する複数のリチウムイオン電池間に充電状態のバラツキがある場合には、所定の充電状態よりも大きなリチウムイオン電池を放電して、対応するグループが有する複数のリチウムイオン電池間の充電状態が揃うように、対応するグループが有する複数のリチウムイオン電池のそれぞれの状態を管理及び制御する。
【００３３】
バッテリ制御装置１３０は、電池部１１０の状態を管理及び制御すると共に、車両制御装置８４０又はモータ制御装置３４０に許容充放電量を通知して、電池部１１０における電気エネルギーの出入りを制御する電子制御装置であり、状態検知手段を備えている。状態検知手段は、マイクロコンピュータやディジタルシグナルプロセッサなどの演算処理装置である。
【００３４】
バッテリ制御装置１３０の状態検知手段１には、電池部１１０の充放電電流を計測するための電流計測手段、電池部１１０の充放電電圧を計測するための電圧計測手段及び電池部１１０及びいくつかのリチウムイオン電池の温度を計測するための温度計測手段から出力された計測信号、セル制御装置１２０から出力された、複数のリチウムイオン電池の端子間電圧に関する検出信号、セル制御装置１２０から出力された異常信号、イグニションキースイッチの動作に基づくオンオフ信号、及び上位制御装置である車両制御装置８４０又はモータ制御装置３４０から出力された信号を含む複数の信号が入力されている。
【００３５】
バッテリ制御装置１３０の状態検知手段は、それらの入力信号から得られた情報、予め設定された、リチウムイオン電池の特性情報及び演算に必要な演算情報を含む複数の情報に基づいて、電池部１１０の充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ）及び劣化状態（ＳＯＨ：Ｓｔａｔｅ ｏｆ ｈｅａｌｔｈ）などを検知するための演算、複数のリチウムイオン電池の充電状態をバランスさせるための演算、及び電池部１１０の充放電量を制御するための演算を含む複数の演算を実行する。そして、バッテリ制御装置１３０の状態検知手段は、それらの演算結果に基づいて、セル制御装置１２０に対する指令信号、電池部１１０の充放電量を制御するための許容充放電量に関する信号、電池部１１０のＳＯＣに関する信号、及び電池部１１０のＳＯＨに関する信号を含む複数の信号を生成して出力する。
【００３６】
また、バッテリ制御装置１３０の状態検知手段は、セル制御装置１２０から出力された異常信号に基づいて、第１正極及び負極リレー４１０，４２０を遮断するための指令信号、及び異常状態を通知するための信号を含む複数の信号を生成して出力する。
【００３７】
バッテリ制御装置１３０及びセル制御装置１２０は、信号伝送路によってお互いに信号の授受ができるようになっているが、電気的には絶縁されている。これは、お互いの動作電源が異なり、お互いに基準電位が異なるためである。このため、バッテリ制御装置１３０及びセル制御装置１２０の間を結ぶ信号伝送路上にはフォトカプラ、容量性結合素子、変圧器などの絶縁１４０が設けられている。これにより、バッテリ制御装置１３０及びセル制御装置１２０は、お互いに基準電位の異なる信号を用いて信号伝送ができる。
【００３８】
バッテリ１００は、特に電池部１１０は、後述する熱サイクルシステムによってその温度が許容温度範囲内になるように調節されている。電池部１１０は発熱部品であるので冷却が必要であると共に、周囲温度が低温の時には所定の入出力特性が得られるように、暖気が必要になる場合もある。
【００３９】
バッテリ１００に蓄積された電気エネルギーは、ＥＶ１０００を走行させる電動機駆動システムの駆動用電力として使用される。バッテリ１００への電気エネルギーの蓄積は、電動機駆動システムの回生動作により生成された回生電力、或いは家庭向け商用電源から取り込んだ電力、若しくは電気スタンドから購入した電力により行われる。
【００４０】
家庭の商用電源６００或いは電気スタンドの給電装置からバッテリ１００を充電する場合、充電器５００の外部電源接続端子に電気的に接続された電源ケーブルの先端の電源プラグ５５０を商用電源６００側のコンセント７００に差し込み或いは電気スタンドの給電装置から延びる電源ケーブルを充電器５００の外部電源接続端子に接続し、充電器５００と商用電源６００或いは電気スタンドの給電装置とを電気的に接続する。これにより、交流電力が商用電源６００或いは電気スタンドの給電装置から充電器５００に供給される。充電器５００は、供給された交流電力を直流電力に変換し、かつバッテリ１００の充電電圧に調整した後、バッテリ１００に供給する。これにより、バッテリ１００は充電される。
【００４１】
尚、電気スタンドの給電装置からの充電も基本的には家庭の商用電源６００からの充電と同じように行われる。但し、家庭の商用電源６００からの充電と電気スタンドの給電装置からの充電とでは、充電器５００に供給される電流容量及び充電時間が異なり、電気スタンドの給電装置からの充電の方が、家庭の商用電源６００からの充電よりも電流容量が大きく、かつ充電時間が速い、すなわち急速充電ができる。
【００４２】
充電器５００は、家庭の商用電源６００から供給された交流電力或いは電気スタンドの給電装置から供給された交流電力を直流電力に変換すると共に、この変換された直流電力をバッテリ１００の充電電圧に昇圧してバッテリ１００に供給する電力変換装置であり、交直変換回路５１０、昇圧回路５２０、駆動回路５３０及び充電制御装置５４０を主な構成機器として備えている。
【００４３】
交直変換回路５１０は、外部電源から供給された交流電力を直流電力に変換して出力する電力変換回路であり、例えば複数のダイオード素子のブリッジ接続により構成され、外部電源から供給された交流電力を直流電力に整流するために設けられた整流回路、及び整流回路の直流側に電気的に接続され、整流回路の出力の力率を改善するために設けられた力率改善回路を備えている。交流電力を直流電力に変換する回路としては、ダイオード素子が逆並列に接続された複数のスイッチング半導体素子のブリッジ接続により構成された回路を用いても構わない。
【００４４】
昇圧回路５２０は、交直変換回路５１０（力率改善回路）から出力された直流電力をバッテリ１００の充電電圧まで昇圧するための電力変換回路であり、例えば絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータにより構成されている。絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータは、変圧器、変圧器の一次側巻線に電気的に接続されると共に、複数のスイッチング半導体素子のブリッジ接続により構成され、交直変換回路５１０から出力された直流電力を交流電力に変換して変圧器の一次側巻線に入力する変換回路、変圧器の二次側巻線に電気的に接続されると共に、複数のダイオード素子のブリッジ接続により構成され、変圧器の二次側巻線に発生した交流電力を直流電力に整流する整流回路、整流回路の出力側（直流側）の正極側に電気的に直列に接続された平滑リアクトル、整流回路の出力側（直流側）の正負極間に電気的に並列に接続された平滑コンデンサから構成されている。
【００４５】
充電制御装置５４０は、充電器５００によるバッテリ１００の充電終始や、充電時に充電器５００からバッテリ１００に供給される電力、電圧、電流などを制御するために、車両制御装置８４０から出力された信号や、バッテリ１００の制御装置から出力された信号を受けて、昇圧回路５２０の複数のスイッチング半導体素子に対するスイッチング指令信号（例えばＰＷＭ（パルス幅変調）信号）を生成し、駆動回路５３０に出力する電子回路装置であり、マイクロコンピュータなどの演算処理装置を含む複数の電子部品が回路基板に実装されることにより構成されている。
【００４６】
車両制御装置８４０は、例えば充電器５００の入力側の電圧を監視し、充電器５００と外部電源の両者が電気的に接続されて充電器５００の入力側に電圧が印加され、充電開始状態になったと判断した場合には、充電を開始するための指令信号を、バッテリ１００の制御装置から出力されたバッテリ状態信号に基づいてバッテリ１００が満充電状態になったと判断した場合には、充電を終了するための指令信号を、それぞれ充電制御装置５４０に出力する。このような動作は、モータ制御装置３４０或いはバッテリ１００の制御装置が行ってもよいし、バッテリ１００の制御装置と協調して充電制御装置５４０が自ら行ってもよい。
【００４７】
バッテリ１００の制御装置は、充電器５００からバッテリ１００に対する充電が制御されるように、バッテリ１００の状態を検知してバッテリ１００の許容充電量を演算し、この演算結果に関する信号を充電器５００に出力する。
【００４８】
駆動回路５３０は、充電制御装置５４０から出力された指令信号を受けて、昇圧回路５２０の複数のスイッチング半導体素子に対する駆動信号を発生し、複数のスイッチング半導体素子のゲート電極に出力する電子回路装置であり、スイッチング半導体素子や増幅器などの複数の電子部品が回路基板に実装されることにより構成されている。
【００４９】
尚、交直変換回路５１０がスイッチング半導体素子によって構成されている場合には、充電制御装置５４０から、交直変換回路５１０のスイッチング半導体素子に対するスイッチング指令信号が駆動回路５３０に出力され、駆動回路５３０から、交直変換回路５１０のスイッチング半導体素子に対する駆動信号が交直変換回路５１０のスイッチング半導体素子のゲート電極に出力され、交直変換回路５１０のスイッチング半導体素子のスイッチングが制御される。
【００５０】
ジャンクションボックス４００の内部には第１及び第２正極側リレー４１０，４３０及び第１及び第２負極側リレー４２０，４４０が収納されている。
【００５１】
第１正極側リレー４１０はインバータ装置３００（パワーモジュール３１０）の直流正極側とバッテリ１００の正極側との間の電気的な接続を制御するためのスイッチである。第１負極側リレー４２０はインバータ装置３００（パワーモジュール３１０）の直流負極側とバッテリ１００の負極側との間の電気的な接続を制御するためのスイッチである。第２正極側リレー４３０は充電器５００（昇圧回路５２０）の直流正極側とバッテリ１００の正極側との間の電気的な接続を制御するためのスイッチである。第２負極側リレー４４０は充電器５００（昇圧回路５２０）の直流負極側とバッテリ１００の負極側との間の電気的な接続を制御するためのスイッチである。
【００５２】
第１正極側リレー４１０及び第１負極側リレー４２０は、モータジェネレータ２００の回転動力が必要な運転モードにある場合及びモータジェネレータ２００の発電が必要な運転モードにある場合に投入され、車両が停止モードにある場合（イグニションキースイッチが開放された場合）、電動駆動装置或いは車両に異常が発生した場合及び充電器５００によってバッテリ１００を充電する場合に開放される。一方、第２正極側リレー４３０及び第２負極側リレー４４０は、充電器５００によってバッテリ１００を充電する場合に投入され、充電器５００によるバッテリ１００の充電が終了した場合及び充電器５００或いはバッテリ１００に異常が発生した場合に開放される。
【００５３】
第１正極側リレー４１０及び第１負極側リレー４２０の開閉は、車両制御装置８４０から出力される開閉指令信号によって制御される。第１正極側リレー４１０及び第１負極側リレー４２０の開閉は、他の制御装置、例えばモータ制御装置３４０或いはバッテリ１００の制御装置から出力される開閉指令信号によって制御しても構わない。第２正極側リレー４３０及び第２負極側リレー４４０の開閉は、充電制御装置５４０から出力される開閉指令信号によって制御される。第２正極側リレー４３０及び第２負極側リレー４４０の開閉は、他の制御装置、例えば車両制御装置８４０或いはバッテリ１００の制御装置から出力される開閉指令信号によって制御しても構わない。
【００５４】
以上のように、ＥＶ１０００では、バッテリ１００とインバータ装置３００と充電器５００との間に第１正極側リレー４１０、第１負極側リレー４２０、第２正極側リレー４３０及び第２負極側リレー４４０を設けて、それらの間の電気的な接続を制御するようにしているので、高電圧である電動駆動装置に対する高い安全性を確保できる。
【００５５】
次に、ＥＶ１０００に搭載される車両用空調システムについて説明する。ＥＶ１０００は、車両用空調システムとして、室内の空気状態を調整する空調システムと、バッテリ１００、モータジェネレータ２００及びインバータ装置３００などの発熱体の温度を調整する温調システムとを備えている。
【００５６】
空調システム及び温調システムを作動させるためにはエネルギー源が必要になる。このため、ＥＶ１０００では、モータジェネレータ２００の駆動電源であるバッテリ１００をそれらのエネルギー源として用いている。ここで、空調システム及び温調システムがバッテリ１００から消費する電気的エネルギーは他の電気負荷よりも比較的高い。
【００５７】
ＥＶ１０００は、地球環境に与える影響がハイブリッド自動車（以下、「ＨＥＶ」と記述する）よりも小さいことから（ゼロであることから）注目を集めている。
【００５８】
しかし、ＥＶ１０００は、バッテリ１００の一充電あたりの走行距離が短く、さらには充電ステーションなどのインフラ設備の整備も遅れていることから、その普及率がＨＥＶよりも低い。また、ＥＶ１０００は、要求される航続距離の走行にＨＥＶよりも多くの電気エネルギーが必要であることから、バッテリ１００の容量がＨＥＶよりも大きくなる。このため、ＥＶ１０００は、バッテリ１００のコストがＨＥＶよりも高く、車両価格がＨＥＶよりも高くなることから、その普及率がＨＥＶより低い。
【００５９】
ＥＶ１０００の普及率を高くするためには、バッテリ１００の一充電あたりのＥＶの走行距離を延ばすことが必要である。バッテリ１００の一充電あたりのＥＶの走行距離を延ばすためには、バッテリ１００に蓄積された電気エネルギーのモータジェネレータ２００駆動以外での消費を抑える必要がある。
【００６０】
バッテリ１００、モータジェネレータ２００及びインバータ装置３００などの発熱体は温調システムによりその温度が許容温度範囲に調整される。また、発熱体は、ＥＶ１０００の負荷変動によって瞬時的に出力が変化し、これに伴って発熱量が変化する。発熱体を高効率に作動させるためには、発熱体の発熱量（温度）の変化に応じて発熱体の温調能力を変化させ、発熱体の温度を常に適温にすることが好ましい。
【００６１】
一方、ＥＶ１０００の普及率を高くするためには、バッテリ１００、モータジェネレータ２００及びインバータ装置３００などの発熱体の低コスト化を図り、ＥＶ１０００の車両価格をＨＥＶと同等の車両価格まで低下させる必要がある。発熱体の低コスト化を図るためには発熱体の小型高出力化を図る必要がある。ところが、発熱体を小型高出力化すると、発熱体の発熱量（温度）が大きくなるので、発熱体の温調能力を大きくする必要がある。
【００６２】
そこで、以下に説明する実施形態では、ＥＶ１０００の車両用空調システム内において熱エネルギーを有効利用して室内空調及び発熱体の温調が行えるように、温調システムと空調システムとの統合した車両用空調システムを構築している。
【００６３】
具体的には、車両用空調システムを、室外側と熱交換を行う１次側熱サイクルと、室内側及び発熱体側と熱交換を行う２次側熱サイクルとに分けて、１次側熱サイクルを冷凍サイクルシステムにより、２次側熱サイクル回路を、熱媒体が独立して流通する２つの熱移動システムにより、それぞれ構成し、冷凍サイクルシステムの冷媒と２つの熱移動システムのそれぞれの熱媒体とが熱交換できるように、冷凍サイクルシステムと２つの熱移動システムのそれぞれとの間に中間熱交換器を設けると共に、発熱体側と熱交換を行う熱移動システムの熱媒体と、室内に取り込まれる空気とが熱交換できるように、発熱体側と熱交換を行う熱移動システムに室内熱交換器を設けている。
【００６４】
以下に説明する実施形態によれば、発熱体の温度調整によって得られる熱エネルギーを室内空調に利用して、室内空調に必要なエネルギーの最小化を図ることができるので、室内空調の省エネ化を図ることができる。しかも、以下に説明する実施例によれば、発熱体の温度調整によって得られる熱エネルギーを直接、室内空調に利用するので、室内空調の省エネ効果を高めることができる。従って、以下に説明する実施例によれば、空調システムが発熱体のエネルギー源から持ち出すエネルギーを抑えることができる。
【００６５】
以上のような車両用空調システムは、バッテリ１００の一充電あたりのＥＶ１０００の走行距離を延ばす場合に好適である。また、以上のような車両用空調システムは、バッテリ１００の一充電あたりの走行距離がこれまでと同様であるときには、バッテリ１００の容量を小さくする場合に好適である。バッテリ１００の容量を小さくできると、ＥＶ１０００の低コスト化、ＥＶ１０００の普及促進、ＥＶ１０００の軽量化に繋げることができる。
【００６６】
また、以下に説明する実施形態によれば、室内空調に用いられる熱エネルギーを発熱体の温度調整に利用して、発熱体の温度を調整するための熱媒体の温度を幅広く調整できるので、周囲の環境状態に影響されずに、発熱体の温度を可変できる。従って、以下に説明する実施例によれば、発熱体の温度を、発熱体が高効率に作動できる適温に調整でき、発熱体を高効率に作動させることができる。
【００６７】
以上のような車両用空調システムはＥＶ１０００の低コスト化を図る上で好適である。ＥＶ１０００を低コスト化できればＥＶ１０００の普及の拡大を図ることができる。
【００６８】
（車両用空調システムの全体構成）
図１は本発明による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却暖房を行うための冷却暖房システム６０と、その冷却暖房システム６０を制御する制御装置６１を備えている。冷却暖房システム６０に設けられた各種アクチュエータは、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としては、圧縮機１、膨張弁２２Ａ，２２Ｂ，２３、四方弁２０，三方弁２１、循環ポンプ５Ａ，５Ｂ、室外ファン３および室内ファン８がある。
【００６９】
制御装置６１には、温調対象の温度を検出する車室温度センサ６２、機器温度センサ６３、冷媒温度センサ６４および外気温度センサ６５から温度情報が入力される。本実施の形態では、温調対象として車室内空気と、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とがあり、それぞれに温度センサが設けられている。また、制御装置６１には、車両運転状態を示す情報である車速情報およびアクセル開度情報が車速センサ６６およびアクセルセンサ６７から入力されると共に、車両の走行計画情報（道路情報や目的地情報など）がナビゲーション装置６８から入力される。
【００７０】
（冷却暖房システム６０）
図２は冷却暖房システム６０の概略構成を示す図である。冷却暖房システム６０は、室内の空気状態を調整する空調システムとしての冷凍サイクル回路９０および空調用回路９１Ａと、図１９のバッテリ１００、モータジェネレータ２００及びインバータ装置３００などの発熱体の温度を調整する温調システムとしての機器冷却回路９１Ｂとを備えている。
【００７１】
冷凍サイクル回路９０には、冷媒４０を圧縮する圧縮機１、冷媒４０と外気との熱交換を行う室外熱交換器２、液配管１２、および空調用回路９１Ａ内の空調用冷却媒体４１Ａと熱交換を行う空調用熱交換器４Ａが環状に接続されている。圧縮機１の吸込配管１１と吐出配管１０との間には、四方弁２０が設けられている。四方弁２０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、他方を空調用熱交換器４Ａに接続することができる。図１は冷房運転時を示しており、四方弁２０は、吐出配管１０を室外熱交換器２に接続し、吸込配管１１を空調用熱交換器４Ａに接続している。
【００７２】
冷凍サイクル回路９０の冷媒４０と機器冷却媒体４１Ｂとの間で熱交換を行う冷却用熱交換器４Ｂは、一端が液配管１２に接続されており、他端が三方弁２１を介して圧縮機１の吐出配管１０および吸込配管１１のいずれか一方に切り換え可能に接続されている。液配管１２には、レシーバ２４が設けられている。液配管１２上のレシーバ２４と室外熱交換器２との間、空調用熱交換器４Ａとレシーバ２４との間、および冷却用熱交換器４Ｂとレシーバ２４との間には、流量制御手段として作用する膨張弁２３，２２Ａ，２２Ｂが設けられている。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。
【００７３】
空調用回路９１Ａには、室内ファン８により車室内へ吹き出される空気との熱交換を行う室内熱交換器７Ａ、空調用冷却媒体４１Ａを循環させる循環ポンプ５Ａ、および空調用熱交換器４Ａが、順に環状に接続されている。
【００７４】
機器冷却回路９１Ｂは、室内熱交換器７Ａから流出された空気と熱交換する室内熱交換器７Ｂ、温調対象機器９、機器冷却媒体４１Ｂ（例えば冷却水が用いられる）を循環させる循環ポンプ５Ｂ、および冷却用熱交換器４Ｂが順に環状に接続されている。本実施形態では、温調対象機器９として、モータ、インバータ、走行駆動用バッテリおよびギヤボックスがある。
【００７５】
また、機器冷却回路９１Ｂには、室内熱交換器７Ｂの両端をバイパスするバイパス回路３０が設けられている。バイパス回路３０には二方弁２５が設けられ、室内熱交換器７Ｂを通る主回路３１には二方弁２６が設けられている。これらの二方弁２５，２６の開閉動作により、機器冷却媒体４１Ｂの流路を任意に構成することが可能となっている。
【００７６】
次に、図２に示した冷却暖房システム６０の運転動作について説明する。本実施形態では、循環ポンプ５Ｂを稼働させて温調対象機器９の温度調整を行う。その他の機器の動作は、空調負荷や温調対象機器９からの発熱量に応じて変化する。以下では、冷房運転、除湿（冷房・暖房）運転、暖房運転、暖房冷却運転および加熱運転について説明する。
【００７７】
(冷房運転)
冷房運転とは、室外熱交換器２を凝縮器、空調用熱交換器４Ａと冷却用熱交換器４Ｂを蒸発器として用いて、空調用回路９１Ａと機器冷却回路９１Ｂを共に冷却可能とした運転モードである。冷房運転の場合には、図２に示すように、冷凍サイクル回路９０に設けられた四方弁２０および三方弁２１が実線で示すような切換状態とされる。すなわち、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は空調用熱交換器４Ａおよび冷却用熱交換器４Ｂに接続される。
【００７８】
圧縮機１で圧縮された冷媒４０は、室外熱交換器２で放熱することによって液化した後、四方弁２０によって空調用熱交換器４Ａへ流れる冷媒と冷却用熱交換器４Ｂへ流れる冷媒とに分岐される。空調用熱交換器４Ａに流れる冷媒は、膨張弁２２Ａで減圧されて低温・低圧となり、空調用熱交換器４Ａにおいて空調用回路９１Ａの空調用冷却媒体４１Ａから吸熱することによって蒸発し、四方弁２０を通って圧縮機１へ戻る。一方、冷却用熱交換器４Ｂへ流れる冷媒は、膨張弁２２Ｂで減圧されて低温・低圧となり、冷却用熱交換器４Ｂにおいて機器冷却回路９１Ｂの機器冷却媒体４１Ｂから吸熱することによって蒸発し、三方弁２１を通って圧縮機１へと戻る。
【００７９】
空調用回路９１Ａに設けられた循環ポンプ５Ａを駆動すると、空調用熱交換器４Ａで冷却された空調用冷却媒体４１Ａが室内熱交換器７Ａに供給される。そして、室内ファン８を駆動すると、室内熱交換器７Ａで熱交換して冷却された空気が車室内へ吹き出される。また、機器冷却回路９１Ｂに設けられた循環ポンプ５Ｂを駆動すると、温調対象機器９によって加熱された機器冷却媒体４１Ｂが、冷却用熱交換器４Ｂにおける熱交換によって冷却される。
【００８０】
このように、空調用熱交換器４Ａおよび冷却用熱交換器４Ｂの両方を蒸発器として利用できるので、車室内の冷房と温調対象機器９の冷却とを同時に実現することができる。さらに、空調用熱交換器４Ａと冷却用熱交換器４Ｂとを圧縮機１の吸込配管１１に対して並列に接続し、それぞれの冷媒回路に膨張弁２２Ａ，２２Ｂを設けているので、空調用熱交換器４Ａおよび冷却用熱交換器４Ｂへ流れる冷媒流量を、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４１Ｂの温度と空調用冷却媒体４１Ａ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４１Ａの温度を十分下げた場合であっても、冷却用熱交換器４Ｂへ流れる冷媒流量を抑制することで、温調対象機器９が接続された機器冷却媒体４１Ｂの温度を高く保つことができる。
【００８１】
なお、機器冷却媒体４１Ｂの温度を制御するためには、膨張弁２２Ｂの開度を制御すれば良く、簡易的には機器冷却媒体４１Ｂの温度が高い場合に開度を開き、温度が低い場合には開度を絞るように制御すれば良い。
【００８２】
また冷凍サイクル回路９０の能力を調整するためには、圧縮機１の回転数を制御すればよく、空調用冷却媒体４１Ａの温度が所望の温度となるように制御する。冷房負荷が大きいと判断した場合には、空調用冷却媒体４１Ａの制御目標温度を低くし、冷房負荷が小さいと判断した場合には、空調用冷却媒体４１Ａの制御目標温度を高くすることによって、負荷に応じた空調能力の制御が可能となっている。
【００８３】
なお、冷房負荷がなく、温調対象機器９の冷却のみが必要な場合には、循環ポンプ５Ａ、および室内ファン８を停止するとともに、膨張弁２２Ａを閉じ、膨張弁２２Ｂの開度を調整することによって、冷却用熱交換器４Ｂのみを蒸発器として利用すれば良い。これにより、機器冷却媒体の冷却が可能となるので、温調対象機器９の冷却ができる。この場合、圧縮機１の回転数を機器冷却媒体４１Ｂの温度が目標温度となるように制御する。また、循環ポンプ５Ａの回転数を制御することで、熱交換量を変化させても良い。
【００８４】
（冷房除湿運転）
冷房除湿運転では、図２の状態から二方弁２６を開いて、温度の高い機器冷却媒体４１Ｂを室内熱交換器７Ｂが設けられた主回路３１へ流すようにする。このように、温度の高い機器冷却媒体４１Ｂを室内熱交換器７Ｂに導入すると、室内熱交換器７Ａで冷却・除湿された空気が、室内熱交換器７Ｂによって加熱されてから車室内へ吹き出される、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。
【００８５】
なお、再熱器として利用される室内熱交換器７Ｂの熱源は、温調対象機器９から発生するいわゆる排熱である。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。
【００８６】
再熱量は主回路３１へ流れる機器冷却媒体４１Ｂの温度と流量によって変化するので、冷却用熱交換器４Ｂの交換熱量や、主回路３１へ流れる機器冷却媒体４１Ｂの流量を変えることによって、再熱量を制御することができる。冷却用熱交換器４Ｂの交換熱量を可変とするためには、膨張弁２２Ｂの開度を制御して、冷却用熱交換器４Ｂへ流れる冷媒流量を制御すれば良く、冷却が不要な場合には膨張弁２２Ｂの開度を全閉とすれば良い。
【００８７】
また、主回路３１への機器冷却媒体４１Ｂの流量を可変とするためには、二方弁２５，２６の開閉状態の組合せを変えれば良い。なお、二方弁２５，２６を用いる代わりに、例えば三方弁等を用いることによっても、主回路３１とバイパス回路３０へ流れる流量割合を任意に制御することができる。
【００８８】
（暖房除湿運転）
図３は、暖房除湿運転を説明する図である。上述した冷房除湿運転において再熱量が不足する場合には、図３に示すように三方弁２１を切り換えて、暖房除湿運転とする。暖房除湿運転では、空調用熱交換器４Ａを蒸発器としたまま、冷却用熱交換器４Ｂを用いて機器冷却媒体４１Ｂの加熱を行う。この場合、圧縮機１で圧縮された冷媒は四方弁２０と三方弁２１とにより分岐され、室外熱交換器２と冷却用熱交換器４Ｂとに流れ込む。機器冷却媒体４１Ｂは、それぞれ室外熱交換器２および冷却用熱交換器４Ｂで凝縮液化した後、レシーバ２４内で合流する。その後、膨張弁２２Ａで減圧された冷媒は、空調用熱交換器４Ａで蒸発・ガス化し、圧縮機１へと戻る。
【００８９】
このように、冷却用熱交換器４Ｂを用いて機器冷却媒体４１Ｂを加熱することができるので、再熱量が不足する場合であっても、冷凍サイクル回路９０を用いて再熱量を増大させることができる。なお、このとき冷却用熱交換器４Ｂから投入される熱も、室外空気へ放出していた熱の一部であり、新たな熱源は不要なので、消費電力が増大することはない。
【００９０】
また、圧縮機１からの吐出冷媒は冷却用熱交換器４Ｂと室外熱交換器２の両方を使って凝縮するので、双方に流れる冷媒流量を制御することによって、再熱量を任意に変えることができる。具体的には、室外ファン３の回転数を抑制することで室外熱交換器２からの放熱量を抑制し、室外熱交換器２を流れる冷媒流量を抑制する。また、膨張弁２３の開度を絞ることによっても冷媒流量を抑制することができる。その結果、冷却用熱交換器４Ｂの熱交換量を増加させ、再熱量を増大させることができる。
【００９１】
なお、外気温度が低い場合や走行風が室外熱交換器２に当たる場合のように、室外熱交換器２の熱交換性能が高くなる条件においては、室外熱交換器２からの放熱量が増大しやすくなる。そのため、外気温度や車速といったセンサ情報を用いて、室外ファン３の回転数を抑制したり、膨張弁２３の開度を絞ったりすることで再熱量を増大させることができる。
【００９２】
このように、本実施形態における冷却システムでは、除湿量と再熱量の制御が可能である。具体的には、圧縮機１の回転数を制御することにより、空調用冷却媒体４１Ａの温度を除湿が可能な温度とすることで所望の除湿量を確保する。一方、室外ファン３の回転数および膨張弁２３，２２Ｂの開度を制御することによって、冷却用熱交換器４Ｂに流れる冷媒流量を制御し、機器冷却媒体４１Ｂの温度を適当な温度に保つことで再熱量を確保する。
【００９３】
（暖房運転）
図４は、暖房運転時を説明する図である。暖房運転時には、暖房負荷に応じた２つの運転モードがある。
【００９４】
一つ目の運転モードは、暖房負荷が小さい時の放熱運転モードであり、温調対象機器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。放熱運転モードでは、循環ポンプ５Ｂと室内ファン８を起動し、かつ二方弁２６を開いて室内熱交換器７Ｂに機器冷却媒体４１Ｂを導入する。機器冷却媒体４１Ｂは温調対象機器９によって加熱されているので、室内熱交換器７Ｂにおいて室内吹出し空気へ放熱することによって、機器冷却媒体４１Ｂは冷却され、室内吹出し空気が加熱される。このように温調対象機器９からの排熱を暖房に利用することで、エネルギー消費を抑えて空調を行うことができる。
【００９５】
二つ目の運転モードは、温調対象機器９の排熱だけでは暖房負荷に満たない場合の運転モードであって、温調対象機器９の排熱に加えて冷凍サイクル回路９０を併用する暖房放熱運転モードである。この場合、冷凍サイクル回路９０に設けられた四方弁２０を実線で示すように切り換えて、圧縮機１の吐出配管１０を空調用熱交換器４Ａに接続するとともに、吸込配管１１を室外熱交換器２に接続する。すなわち、空調用熱交換器４１Ａを凝縮器、室外熱交換器２を蒸発器とするサイクルが形成される。
【００９６】
圧縮機１で圧縮された冷媒４０は、空調用熱交換器４Ａで空調用冷却媒体４１Ａへ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。なお、膨張弁２２Ａは全開、膨張弁２２Ｂは全閉となっており、冷却用熱交換器４Ｂは利用しない。
【００９７】
循環ポンプ５Ａを起動することにより、空調用熱交換器４Ａで冷媒４０の凝縮熱をもらって昇温された空調用冷却媒体４１Ａは室内熱交換器７Ａへ流入し、室内熱交換器７Ａにおいて室内吹出し空気へ放熱する。室内熱交換器７Ａで加熱された空気は、空気の流れの下流側に配置された室内熱交換器７Ｂにおいて、温調対象機器９によって加熱された機器冷却媒体４１Ｂから熱をもらい、さらに昇温されてから室内空間へ吹き出される。
【００９８】
このように、室内吹出し空気は、冷凍サイクル回路９０によって加熱された後に、温調対象機器９の排熱でさらに加熱される構成となっている。そのため、室内熱交換器７Ａからの吹出し空気温度を、室内熱交換器７Ｂからの室内吹出し空気温度に対して低く保つことができる。すなわち、温調対象機器９からの排熱を暖房に利用することによって、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。
【００９９】
また、冷凍サイクル回路９０の暖房能力を制御することにより、温調対象機器９の発熱に応じて機器冷却媒体４１Ｂの温度を制御することができる。温調対象機器９からの発熱量が増大した場合には、機器冷却媒体４１Ｂの温度が上昇するので、冷凍サイクル回路９０の暖房能力を抑制する。これにより室内熱交換器７Ａからの放熱量が抑制され、室内熱交換器７Ｂへ流入する空気の温度が低くなるので、機器冷却媒体４１Ｂからの放熱量が増大し、機器冷却媒体４１Ｂの温度上昇が抑制される。逆に、温調対象機器９からの発熱量が減少した場合には、機器冷却媒体４１Ｂの温度が低下するので、冷凍サイクル回路９０の暖房能力を増大させ、室内熱交換器７Ｂに流入する空気の温度を上げることで、機器冷却媒体４１Ｂの温度低下を抑制する。
【０１００】
なお、冷凍サイクル回路９０の能力を制御するための具体例としては、圧縮機１の回転数を制御すれば良い。また、機器冷却媒体４１Ｂの温度を所定の温度域に保つ制御は、温調対象機器９の温度が使用可能な温度域から外れるなどの不具合を回避するうえでも有効である。
【０１０１】
（暖房冷却運転）
図５は、暖房冷却運転を説明する図である。暖房負荷が大きな場合には、上述したように機器冷却媒体４１Ｂの目標温度を高く設定すれば良いが、温調対象機器９の仕様等により温度を上げることが困難な場合には、暖房能力を増大させることができなくなる。このような場合には、以下に説明する暖房冷却運転を行い、機器冷却媒体４１Ｂの冷却と空調用冷却媒体４１Ａの加熱を同時に実現する。
【０１０２】
暖房冷却運転では、暖房放熱併用運転と同様に、空調用熱交換器４Ａを凝縮器、室外熱交換器２を蒸発器とするサイクルを構成し、さらに膨張弁２２Ｂを開けて、冷却用熱交換器４Ｂを蒸発器として利用する。空調用熱交換器４Ａで凝縮・液化した冷媒は、レシーバ２４内で分岐して、一方が膨張弁２３で減圧された後、室外熱交換器２で蒸発して圧縮機１へ戻る。他方は膨張弁２２Ｂで減圧され、冷却用熱交換器４Ｂで機器冷却媒体４１Ｂを冷却することによって蒸発・ガス化し、三方弁２１を介して圧縮機１へと戻る。
【０１０３】
暖房冷却運転では、温調対象機器９からの排熱は、冷却用熱交換器４Ｂで冷凍サイクル回路９０の熱源として回収され、空調用熱交換器４Ａで空調回路を通って、室内熱交換器７Ａから車室内へ放熱される。このように、温調対象機器９の温度を抑制しながら温調対象機器９の排熱を回収して暖房に利用することが可能となっている。さらに、室外熱交換器２を用いて外気から吸熱することが可能となっているので、暖房能力を増大させることができる。
【０１０４】
また、液配管１２と室外熱交換器２との間に膨張弁２３を備えるとしたので、膨張弁２２Ｂと膨張弁２３の開度をそれぞれ制御することによって、機器冷却媒体４１Ｂからの吸熱量と外気からの吸熱量を個別に制御することが可能である。なお、機器冷却媒体４１Ｂの温度が、空調用冷却媒体41Ａの温度よりも低くなると、室内熱交換器７Ａで加熱した空気を、室内熱交換器７Ｂで冷却してしまうので、このような場合には、機器冷却回路９１Ｂにおいて二方弁２６を閉じ、二方弁２５を開きバイパス回路３０を利用することで、冷却用熱交換器４Ｂで冷却された冷却媒体によって、室内吹出し空気が冷却されることを防止できる。
【０１０５】
暖房冷却運転から暖房負荷が下がり、暖房放熱併用運転に移行する場合に、機器冷却媒体４１Ｂの温度が低いと吹出し温度が低いなどの不具合が生じる可能性があるので、移行する前に機器冷却媒体４１Ｂの温度を上げておくことが望ましい。機器冷却媒体４１Ｂの温度は冷却用熱交換器４Ｂの熱交換量を可変とすることで制御することができるので、膨張弁２２Ｂの開度を制御すれば良い。なお、暖房冷却運転中も機器冷却媒体の温度を高く保ち、空調冷却媒体４１Ａの温度が機器冷却媒体４１Ｂの温度よりも下がったことを検知した場合には、暖房負荷が下がったと判断することができるので、暖房冷却運転から暖房放熱併用運転へ移行することができる。
【０１０６】
（加熱運転）
外気温度の低い冬季の始動時などでは、機器冷却媒体４１Ｂの温度が低く運転開始直後は暖房に供することができず、温調対象機器９からの排熱による温度上昇を待つ必要がある。このような場合には、図５に示すサイクルにおいて膨張弁２２Ｂを閉とし、室内熱交換器７Ａによる暖房運転を行う。また、二方弁２６を閉とするとともに二方弁２５を開とし、室内熱交換器７Ｂにおいて温度の低い機器冷却媒体４１Ｂと室内へ吹き出す風とが熱交換することのないようにサイクルを構成する。
【０１０７】
また、温調対象機器９の発熱量が小さいときに機器冷却媒体４１Ｂの温度を早期に高めたい場合には、三方弁２１を図６に示すように切換える。このように構成することにより、圧縮機１から吐出された冷媒４０は、空調用熱交換器４Ａと冷却用熱交換器４Ｂの両方へ流れることになるので、冷却用熱交換器４Ｂへ流れた冷媒４０の凝縮熱により、機器冷却媒体４１Ｂを加熱することが可能となる。このサイクルでは、膨張弁２２Ａ，２２Ｂを全開とし、膨張弁２３の開度を制御することによって冷媒を減圧し、室外熱交換器２で外気から吸熱する。また、二方弁２６を閉、二方弁２５を開としてバイパス回路を使用する。
【０１０８】
このように、冷凍サイクルを用いて機器冷却媒体４１Ｂの加熱を行うことが可能なので、温調対象機器９の温度を所望の温度まで早期に上昇させるという機能を実現することができる。また、循環ポンプ５Ｂの流量を抑制もしくは停止させるとしても良く、この場合、機器冷却媒体４１Ｂとの熱交換量を抑制することができるので、温調対象機器９の温度を早期に上昇させることができる。
【０１０９】
また、上述のように、温調システムと空調システムとの統合を図った車両用空調システムをＥＶ１０００に搭載するにあたっては、流路を構成する配管や構成部品が狭い設置スペース内において複雑に入り組むことが考えられる。車両用空調システムのメインテナンス性や小型化及び低コスト化の必要性などを考慮すると、車両用空調システムをＥＶ１０００に搭載するにあたっては、構成部品の小型化や削減、共用化などによるシステム構成の簡素化が好ましい。
【０１１０】
そこで、冷媒が循環する冷凍サイクルシステム（冷凍サイクル回路９０）に第１中間熱交換器（冷却用熱交換器４Ｂ）を介して熱的に接続された、発熱体の温度を調整するための熱媒体が循環する第１熱移動システム（機器冷却回路９１Ｂ）と、冷媒が循環する冷凍サイクルシステムに第２中間熱交換器（空調用熱交換器４Ａ）を介して熱的に接続された、室内の空気状態を調整するための熱媒体が循環する第２熱移動システム（空調用回路９１Ａ）との循環路を連通させていると共に、第１及び第２熱移動システムの循環路内の圧力を調整するためのリザーバータンク（レシーバ２４）を第１及び第２熱移動システムに対して共通に設けている。
【０１１１】
上述した車両用空調システムでは、第１及び第２熱移動システムにおいて構成部品の共用化を図ることができるので、車両用空調システムの簡素化を図ることができる。車両用空調システムの構成の簡素化は、ＥＶ１０００に搭載された車両用空調システムのメインテナンス性を向上させることができると共に、車両用空調システムの小型化及び低コスト化に貢献することができる。
【０１１２】
なお、第１熱移動システム及び第２熱移動システムの循環路を流通する熱媒体を外部に排出するためのドレイン排出機構を第１及び第２熱移動システムに対して共通に設けるようにしても良い。
【０１１３】
また、車両用空調システムを搭載したＥＶ１０００において、発熱体の更なる小型及び高出力化が要求された場合、その要求に応えるためには、発熱体の冷却性能を更に向上させる必要がある。この場合、熱交換器の増設或いは大容量化によって発熱体の冷却性能を更に向上させることが考えられるが、車両用空調システムの小型化及び低コスト化の必要性などを考慮すると、熱交換器の増設或いは大容量化を伴うことなく対応できることが好ましい。
【０１１４】
そこで、冷媒が循環する冷凍サイクルシステム（冷凍サイクル回路９０）に第１中間熱交換器を介して熱的に接続された、発熱体の温度を調整するための熱媒体が循環する第１熱移動システム（機器冷却回路９１Ｂ）の循環路と、冷媒が循環する冷凍サイクルシステムに第２中間熱交換器を介して熱的に接続された、室内の空気状態を調整するための熱媒体が循環する第２熱移動システム（空調用回路９１Ａ）の循環路とを直列に接続できるように循環路接続制御部を設けるようにしても良い。発熱体に供給される熱媒体の冷媒との熱交換量を、一つの中間熱交換器において冷媒と熱交換させるときよりも大きくしたいときには、発熱体に供給される熱媒体が第１中間熱交換器及び第２中間熱交換器を直列に流通するように、第１及び第２熱移動システムの循環路の接続を循環路接続制御部によって制御する。
【０１１５】
また、冷媒が循環する冷凍サイクルシステムに第１中間熱交換器を介して熱的に接続され、少なくとも二つの発熱体の温度を調整するための熱媒体が循環する第１熱移動システムの循環路を発熱体の一つに、冷凍サイクルシステムに第２中間熱交換器を介して熱的に接続された、室内の空気状態を調整するための熱媒体が循環する第２熱移動システムの循環路を発熱体のもう一つに、それぞれ接続できるように循環路接続切替部を設けるようにしても良い。そして、少なくとも二つの発熱体と熱媒体との間の熱交換量を、少なくとも二つの発熱体と第１熱移動システムの熱媒体との間の熱交換量よりも大きくしたいとき、第１熱移動システムの熱媒体が発熱体の一つに、第２熱移動システムの熱媒体が発熱体のもう一つに、それぞれ供給されるように、第１及び第２熱移動システムの循環路の接続を循環路接続切替部によって切り替える。
【０１１６】
上述した車両用空調システムでは、発熱体と熱媒体との熱交換量を大きくできるので、発熱体の温調性能を向上させることができる。このように、発熱体の温調性能を向上させることができると、発熱体の更なる小型及び高出力化が要求された場合、その要求に応えることができる。しかも、車両用空調システムの大型化を伴うことなく対応することができる。
【０１１７】
尚、図１９に示したＥＶ１０００では、モータジェネレータ２００とインバータ装置３００とを別体にした場合を例に挙げて説明したが、モータジェネレータ２００とインバータ装置３００とを一体、例えばモータジェネレータ２００の筐体上にインバータ装置３００の筐体を固定して一体にしても構わない。モータジェネレータ２００とインバータ装置３００とを一体にした場合、温度調整用の熱媒体を循環させるための配管の這い回しなどが容易になり、車両用空調システムをより簡単に構成することができる。
【０１１８】
［温調対象機器９の具体例］
ところで、機器冷却回路９１Ｂに設けられた温調対象機器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。温調対象機器９の具体例としては、走行駆動用のモータ、そのモータを駆動するためのインバータ、駆動用バッテリ、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。
【０１１９】
図７はギヤボックスの冷却構造を示したものである。図７（ａ）では、ギヤＧ１，Ｇ２を収めるケース５０内に潤滑油５１が充填されており、潤滑油溜まり内に冷却媒体４１Ｂ用の配管５２を配置して、潤滑油５１を直接冷却したり暖めたりする。また、図７（ｂ）に示すように、機器冷却媒体４１Ｂ用の通路５３を、ギヤボックスのケース５０に直接形成するようにしても良い。
【０１２０】
温調対象機器９を機器冷却回路９１Ｂに設けて温調行う場合、各機器の温度特性に応じて温調を行う必要がある。図８は、温調対象毎の温調条件を示す図である。温調対象としては車室内と温調対象機器９があるが、温調対象機器９についてはモータ、インバータ、バッテリ、ギヤボックスについて示した。
【０１２１】
（車室内）
車室内の空調に関しては、温度設定や外気温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、温調対象機器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。
【０１２２】
（モータおよびインバータ）
モータやインバータの効率は、温度よって変化する。一般には、同じトルクと回転数であれば、温度が高くなるほど効率が低下することが知られている。そのため、冷却能力を変化させてモータやインバータの温度を変化させることにより、モータやインバータの効率を変化させることができ、温調においては冷却のみが行われる。モータおよびインバータに供給される機器冷却媒体４１Ｂの温度は、例えば６０℃以下となるように制御される。
【０１２３】
（バッテリ）
バッテリは、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。なお、バッテリが効率的に動作する温度範囲はバッテリの種類によってそれぞれ異なり、リチウムイオンバッテリの場合には、２０℃〜３０℃の範囲で効率的に動作する。
【０１２４】
（ギヤボックス）
図７に示すようなギヤボックスの場合、ケース内の潤滑油５１の粘度が駆動時の損失に影響し、潤滑油５１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Ｇ１，Ｇ２の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Ｇ１，Ｇ２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。温度範囲としては、例えば、３０℃〜１００℃に収まるように制御する。
【０１２５】
［温調対象機器９の配置］
図９，１０は、温調対象機器９が複数の場合の配置を説明する図である。機器冷却回路９１Ｂに複数の温調対象機器９Ａ〜９Ｄを設ける場合、図９に示すように直列配置する場合と、図１０に示すように並列配置する場合がある。
【０１２６】
図９に示すように温調対象機器９Ａ〜９Ｄを直列は位置する場合には、機器冷却媒体４１Ｂの流れに関して、設定温度の低い発熱体ほど上流側に配置する。ここでは、温調対象機器９Ａ〜９Ｄとして、インバータ、モータ、バッテリ、ギヤボックスを設ける場合について考える。この場合、設定温度はインバータ９Ａが最も低く、モータ９Ｂ、バッテリ９Ｃ（図１９のバッテリ１００に対応する）、ギヤボックス９Ｄの順に高くなる。
【０１２７】
図９は上述した冷房運転の場合を示しており、機器冷却媒体４１Ｂは冷却用熱交換器４Ｂによって冷凍サイクル回路９０の冷媒４０によって冷却されるので、温度の低い機器冷却媒体４１Ｂがインバータ９Ａに流入する。各機器９Ａ〜９Ｃを通過する度に機器冷却媒体４１Ｂは機器から熱を吸収し温度が上昇する。すなわち、各機器９Ａ〜９Ｄの入口における機器冷却媒体４１Ｂの温度は、機器９Ａ〜９Ｄの順に高くなる。なお、図９に示す構成で、バッテリ５Ｃおよびギヤボックス５Ｄの暖機を行う場合（機器加熱運転）、モータ９Ｂおよびインバータ９Ａも暖機されることになる。
【０１２８】
一方、温調対象機器９Ａ〜９Ｄを並列配置する場合には、図１０に示すように暖機が必要な機器（バッテリ９Ｃ、ギヤボックス９Ｄ）と暖機が不要な機器（インバータ９Ａ、モータ９Ｂ）とが別の回路となるように並列配置する。図１０の例では、インバータ９Ａおよびモータ９Ｂが直列配置されたラインと、バッテリ９Ｃのみが設けられたラインと、ギヤボックス９Ｄのみが設けられたラインとが並列接続されている。各ラインの流入側には二方弁３５ａ〜３５ｃが設けられている。このような配置とすることにより、それぞれのライン毎に最適な温度に調整することができる。
【０１２９】
図１０は冷房運転の場合を示しているが、各機器を冷却する場合には、各ライン上に設けられている二方弁３５ａ〜３５ｃを開いて機器冷却媒体４１Ｂを各機器に流入させる。なお、図５に示す暖房冷却運転においても、各機器の冷却をすることができる。また、バッテリ９Ｃやギヤボックス９Ｄの暖機を行う場合には、図６に示す加熱運転とし、二方弁３５ｂ、２５ｃを開いて温度が高い状態の冷却媒体９１Ｂを流入させる。
【０１３０】
なお、全ての温調対象機器９Ａ〜９Ｄ並列に配置することも可能であるが、部品点数が増えるので好ましいとは言えない。また、バッテリ９Ｃとギヤボックス９Ｄとを直列配置しても良いが、一般的に駆動用のバッテリ９Ｃは座席下方に配置され、ギヤボックス９Ｄは駆動軸近傍に配置されるという車両搭載状況を考慮すると、図１０の構成のように別のラインに並列配置するのが好ましい。
【０１３１】
本実施の形態では、冷却暖房システム６０を上述したような構成とすることで、車室内空調とモータやインバータ等の機器の冷却・暖機とを、個別にそれぞれ制御することができる。そして、制御装置６１は、車室内温度および機器温度がそれぞれの設定温度となるように、冷却暖房システム６０を制御する。
【０１３２】
［車室内および機器の温度制御］
本発明においては、図１に示すように、制御装置６１は、車両の運転情報（車速情報、アクセル開度情報など）および走行計画情報を取り込み、それらの情報と各温調対象の検出温度および冷却媒体の検出温度とに基づいて、冷却暖房システム６０を制御する。例えば、各温調対象機器や冷却媒体の温度変化を予測し、その予測に基づいて予め冷却媒体４１Ａ，４１Ｂ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。
【０１３３】
（制御動作の説明）
図１１は、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。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１１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１１に示すプログラムの処理を開始する。
【０１３４】
ステップＳ１では、車室内空調に用いる空調用冷却媒体４１Ａと、機器９Ａ〜９Ｄ（図９）の冷却・暖機に用いる機器冷却媒体４１Ｂ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。なお、図１２は、外気温度と車室および各機器の空調との関係を示したものである。
【０１３５】
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ＹＥＳと判定されると、図１１のプログラムを終了する。一方、ステップＳ２においてＮＯと判定されると、ステップＳ３へ進む。
【０１３６】
ステップＳ３では、運転情報、走行計画情報、各温調対象機器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温調対象機器９Ａ〜９Ｄや冷却媒体４１Ａ，４１Ｂの温度変化を予測する。
【０１３７】
ここでは、図１３を用いて、温度変化予測の一例を説明する。図１３において、（ａ）はアクセル開度の変化を示し、（ｂ）はモータまたはインバータの温度変化を、（ｃ）は機器冷却媒体４１Ｂの変化をそれぞれ示す。いずれも横軸は時間を表しており、破線で示す位置t2が現在の時刻を示している。また、図１３（ｂ）、（ｃ）の黒丸は実際に計測された温度を示している。
【０１３８】
図１３（ａ）に示すように、アクセル開度は時刻t0から時刻t1の間で増加されて値Ａ１から値Ａ２へと変化し、時刻t1以後は値Ａ２に維持されている。このようにアクセル開度がＡ１からＡ２（＞Ａ１）へと変化すると、モータ出力が増加するとともにモータおよびインバータの発熱量が増加し、モータ・インバータ温度は図１３（ｂ）のように変化する。また、モータおよびインバータを冷却している冷却媒体４１Ｂの温度も、図１３（ｃ）のように同様の変化傾向を示す。
【０１３９】
モータ・インバータ温度および冷却媒体温度は現時点（時刻t2）においても上昇傾向にあり、このようなモータ・インバータ温度および冷却媒体温度と図１３（ａ）にアクセル開度に基づいてモータ・インバータ温度および冷却媒体温度を予測すると、それぞれの予測温度は図１３（ｂ），（ｃ）に示す実線曲線のようになる。
【０１４０】
図１３（ｃ）に示す設定温度Ｔ1は、機器冷却媒体４１Ｂの温度制御を行う際の設定温度（目標温度）であり、現在時(t2)まではこの設定温度Ｔ1で制御されている。すなわち、予測温度（実線）を算出する際にはこの設定温度Ｔ1が用いられている。予測曲線（実線）は現在(t2)以後も上昇しており、所定時間Δｔには設定温度Ｔ1を超えることが予測されている。
【０１４１】
従来の空調システムの場合、実測される冷却媒体温度が設定温度Ｔ1を超えた時点で、またはモータ・インバータ温度がその目標温度を超えた時点で、機器冷却媒体４１Ｂによる冷却能力を大きくし、モータ・インバータ温度を下げるようにしている。そのため、アクセル開度がＡ１からＡ２に変更されてから、冷却媒体温度が設定温度Ｔ1を超えるまでに時間遅れがあることと、冷却媒体温度が設定温度Ｔ1を超えてから充分低下するまでに時間を要することから、アクセル開度Ａ２に応じたモータ出力が得られないという事態が生じるおそれがある。
【０１４２】
そこで、本実施の形態では、予測時点(t2)から所定時間Δｔが経過した時点での予測温度が現在の設定温度Ｔ1を超える場合には、より低い温度Ｔ2（＜Ｔ1）に設定温度を設定する。その結果、冷却媒体温度の実際の温度変化は予想温度(実線)よりも小さくなり、所望のモータ出力を、余裕を持って実現できることになる。また、空調を予め高能力で運転することができるので、機器（モータ、インバータ）の温度変化に対応することができる。また、設定温度を早めに変更することで、圧縮機１、室外ファン３、室内ファン８、循環ポンプ５Ｂの急激な回転数アップを防ぐことができるので、騒音低減が可能となる。
【０１４３】
図１３（ａ）に示した破線は、アクセル開度をＡ２まで増加した後に、再びＡ１にアクセル開度を戻した場合を示す。この場合、アクセル開度Ａ２の継続時間が短いので、予測温度は図１３（ｃ）の破線で示すようなものとなる。現在（時刻t2）における冷却媒体温度は上述した場合とそれほど異なっていないが、現在のアクセル開度情報（運転情報）が図１３（ａ）の実線と破線のように大きく異なっているため、運転情報も加味して予測を行うと、冷却媒体の予測温度は大きく異なることになる。その結果、予測温度に基づく設定温度の制御が両者で異なっている。
【０１４４】
図１１のフローチャートに戻って、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、冷却媒体４１Ａ，４１Ｂの設定温度変更が必要か否かを判定する。例えば、上述したように冷却能力を強化する場面において、所定時間Δｔ経過後の予測温度が現在の設定温度を超えたか否かで、設定温度を変更するか否かを判定する。
【０１４５】
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た、その後ステップＳ６へ進む。一方、図１３（ｃ）の破線で示したような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。
【０１４６】
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に示した冷却暖房システム６０の各アクチュエータを制御する。図１３に示した例の場合、アクセル開度の増加、すなわちモータ出力のアップに対応して機器冷却媒体４１Ｂの温度を下げる制御を行うので、機器冷却回路９１Ｂの冷却力をアップさせるようにアクチュエータを制御する。
【０１４７】
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、温調対象（車室内、各機器）の設定温度を変更するようにしても良い。ステップＳ６では、各温調対象の設定温度に基づいて冷却暖房システム６０を制御する。
【０１４８】
図１４は、ステップＳ６において機器の冷却力をアップさせる場合の具体的な処理を示したものである。ステップＳ６１１では、冷却力アップのために、圧縮機１の回転数のアップ、循環ポンプ５Ｂの流量アップおよび室外ファン３の回転数アップの少なくとも一つを実行する。圧縮機１の回転数のアップや室外ファン３の回転数アップを行うと、冷凍サイクル９０による機器冷却媒体４１Ｂの冷却力が増加する。また、循環ポンプ５Ｂの流量アップをすることで、温調対象機器９であるモータからの機器冷却媒体４１Ｂへの吸熱、および冷却用熱交換器４Ｂを介した機器冷却媒体４１Ｂから冷媒４０への放熱が、それぞれ増加する。
【０１４９】
ステップＳ６１２では、ステップＳ６１１における冷却力アップに加えて、冷却力のさらなる増加が必要か否かを判定する。ステップＳ６１２でＹＥＳと判定された場合には、ステップＳ６１３へ進んで、機器冷却回路９１Ｂの二方弁２６を開いて室内熱交換器７Ｂに機器冷却媒体４１Ｂが流れるようにするとともに、室内ファン８の回転数を増加させる。なお、室内空調がオフの場合には、室内ファン８をオンにする。このようにすることで、機器冷却媒体４１Ｂから車室内への放熱を増大させて、モータからの抜熱の向上を図る。
【０１５０】
なお、ステップＳ６１３の制御により、車室内に暖かい空気が流れることになるため、車室内を冷房している場合には冷房効果が弱まり、逆に暖房をしている場合には暖房が強くなる。また、室内空調がオフであった場合でも、室内ファン８が自動的に回転開始し車室内に暖かい空気が噴出し、ドライバに不快感を与える場合がある。そのような不快感を避けるために、車室内に空気が流れないようにする排気ルートを設けるようにしても良い。なお、車室内の冷房や暖房をアップする場合や、機器の暖機をアップする場合も同様である。
【０１５１】
なお、図１４は、圧縮機１、循環ポンプ５Ｂ、室外ファン３が可変制御可能な場合の制御であって、圧縮機１、循環ポンプ５Ｂ、室外ファン３がオンオフ制御される構成の場合には、図１５のステップＳ６１１のように、圧縮機１、循環ポンプ５Ｂ、室外ファン３の少なくとも一つをオフからオンする。
【０１５２】
一方、図１１のステップＳ６で冷却力をダウンさせる場合には、図１６に示すような制御を行う。なお、図１６において、（ａ）は圧縮機１、循環ポンプ５Ｂ、室外ファン３が可変制御可能な場合、（ｂ）は圧縮機１、循環ポンプ５Ｂ、室外ファン３がオンオフ制御の場合を示す。図１１（ａ）の場合、ステップＳ６２１において、圧縮機１の回転数のダウン、循環ポンプ５Ｂの流量ダウンおよび室外ファン３の回転数ダウンの少なくとも一つを実行する。一方、図１１（ｂ）の場合には、ステップＳ６２１において、圧縮機１、循環ポンプ５Ｂ、室外ファン３の少なくとも一つをオンからオフする。
【０１５３】
上述した図１３の説明では、アクセル開度が変化した状況における温度推定と機器冷却媒体４１Ｂの設定温度の変更について説明したが、図１７にその他の状況についてまとめた。なお、図１７では、温調対象（車室内、各温調対象機器）の設定温度を変更する構成としている。
【０１５４】
車両状態は、運転情報としてのアクセルセンサ６６および車速センサ６７からの検出信号や、ナビゲーション装置６８からの走行計画情報に基づくものである。図１７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、ギヤボックスである。
【０１５５】
上述した図１３の場合のように、運転情報（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。走行計画情報は、ナビゲーション装置６８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温調対象機器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。
【０１５６】
例えば、図１３のように運転情報から加速意図を予測することができ、その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、走行計画情報から山道走行が予測される場合（図１７の上から４番目の欄）、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冷却媒体４１Ｂの流れを制御して（図１０の構成）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。
【０１５７】
図１７の充電時（１番目の欄）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。
【０１５８】
図１７の２番目の欄に記載の走行開始前は、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。
【０１５９】
図１８は、この車両状態を説明する図であり、充電を行う際には、車両８０に搭載されている充電器８２に商用電源や充電スタンドのＡＣ電源８１が接続される。充電器からは２つのＤＣライン８４，８５が出力され、ＤＣライン８４はバッテリ９Ｃに接続され、ＤＣライン８５は切換器８３を介して冷却暖房システム６０に接続されている。冷却暖房システム６０は、切換器８３を切り換えることにより、車載のバッテリ９Ｃを用いて駆動することも、外部のＡＣ電源を用いて駆動することもできる。
【０１６０】
走行前の充電時には、切換器８３は充電器８２と冷却暖房システム６０を接続するように切り換えられる。そして、バッテリ充電中に、外部のＡＣ電源８１を用いて冷却暖房システム６０を駆動し、車室内の空調（冷暖房）を行う。バッテリ９Ｃは、充電中のバッテリ温度が所定範囲内となるように冷却・暖機が行われる。また、ギヤボックスに関しては、油温が低い場合には暖機を行って走行に備える。車室内、バッテリ、ギヤボックスの設定温度は変更しないものとする。
【０１６１】
このように、冷却暖房システム６０の駆動にバッテリの電力を使用しないので、短時間でバッテリの充電が完了するとともに効率が良い。また、冷却暖房システム６０によりバッテリ温度を所定範囲に制御するようにしているので、充電効率が向上する。
【０１６２】
なお、図１７の１番目の欄の充電中においても、バッテリ温度が所定温度範囲となるように温度制御する際に、バッテリの電力の代わりに、外部電源の電力を用いて冷却暖房システム６０を駆動するようにしても良い。
【０１６３】
図１７の３番目の欄に記載の車両状態（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。２番目および３番目の欄の車両状態（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。
【０１６４】
図１７の５番目の欄に記載の車両状態（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。
【０１６５】
図１７の６番目の欄に記載の車両状態（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、４番目の車両状態の場合と同様の設定温度および空調制御とする。
【０１６６】
図１７の７番目の欄に記載の車両状態は、信号待や渋滞時のような一時停止が、走行計画情報から予測されるような場合に相当する。車両が一時停止している状態では、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。
【０１６７】
図１７の８番目の欄に記載の車両状態は、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）に相当する。この場合、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、９番目の車両状態のように停車時には、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。
【０１６８】
なお、車室内空調と各機器の冷却・暖機とが行われている場合に、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。
【０１６９】
上述した図１１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、運転情報や走行計画情報から図１７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良い。
【０１７０】
上述したように、車両用空調システムは、第１の冷媒４０を圧縮する圧縮機１、および冷媒４０と外気との熱交換を行う第１の熱交換器２を有する冷凍サイクル回路９０と、温調対象（モータ、インバータ、バッテリ、ギヤボックス、車室）に第２の冷媒（冷却媒体４１Ａ，４１Ｂ）を循環させて該温調対象の冷却暖房を行う回路９１Ａ，９１Ｂと、冷媒４０と冷却媒体４１Ａ，４１Ｂとの間で熱交換する第３の熱交換器４Ａ，４Ｂとが設けられた冷却暖房システム６０を備える。そして、制御装置６１は、温度センサ６２，６３の検出温度および現在の走行状態の少なくとも一方に基づいて、温調対象の将来の温度を予測し、その予測結果に基づいて、温調対象の目標温度または冷却媒体４１Ａ，４１Ｂの目標温度を変更するとともに、変更された目標温度に基づいて冷凍サイクル回路９０および回路９１Ａ，９１Ｂを制御して、温調対象の冷却暖房を制御する。
【０１７１】
また、図１７に示すように、ナビゲーション装置６８の走行計画情報等によって予測される車両状態に対して、各温調対象に対する目標温度（設定温度）を予め変更するようにしても良い。
【０１７２】
さらに、温調対象の将来の温度を予測する代わりに、車両に設けられたナビゲーション装置６８から入力される走行計画情報に基づいて、将来の走行状態を予測し、その予測結果に基づいて、温調対象の目標温度または冷却媒体４１Ａ，４１Ｂの目標温度を変更するようにしても良い。
【０１７３】
その結果、車両状況に応じた冷暖房を行うことで、各温調対象を効果的に保持することができるとともに、効率的な冷暖房を行うことができる。また、車両状態を予測して冷暖房を予め行うので、冷暖房の時間遅れを防止できるとともに、圧縮器１、室外ファン３，室内ファン８、循環ポンプ５Ａ，５Ｂの急激な回転数アップを避けることができ、騒音低減効果が期待できる。
【０１７４】
例えば、走行状態として前述したような車速およびアクセルペダル開度を用い、それらとモータ、インバータの温度とに基づいて、モータ、インバータの現時点以後の温度を予測し、モータ、インバータの目標温度を変更するようにする。そのように、予めモータ、インバータの冷却力を高めておくことで、実際にアクセルペダル開度が大きくなったときに、スムーズに対応できるとともに、タイムラグが原因でモータ、インバータの温度が上がり過ぎるようなこともない。
【０１７５】
また、図１７に示すように、ナビゲーション装置６８の走行計画情報等によって予測される車両状態に対して、各温調対象に対する目標温度（設定温度）を予め変更することにより、各温調対象の温度を状況に応じて適切に素早く対応させることができる。
【０１７６】
さらに、走行計画情報等から車両走行開始前が予測されるときに、目標温度に基づいて車室の冷暖房および電動走行用機器の冷却暖機（例えば、バッテリやギヤボックスの冷却や暖機）を予め行うことにより、快適性の向上、効率的な走行を図ることができる。また、電動走行用機器（例えば、インバータ、モータ、バッテリ、ギヤボックス）の温度が目標温度近傍である場合には、車室の冷却暖房の制御に優先して、電動走行用機器の冷却暖機を制御することにより、車室の冷却暖房の影響により安全で効率的な走行状態が損なわれることがない。
【０１７７】
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良い。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。
【符号の説明】
【０１７８】
１：圧縮機、２：室外熱交換器、３：室外ファン、４Ａ：空調用熱交換器、４Ｂ：冷却用熱交換器、５Ａ，５Ｂ：循環ポンプ、７Ａ，７Ｂ：室内熱交換器、９：温調対象機器、９Ｂ：モータ、９Ａ：インバータ、９Ｃ，１００：バッテリ、９Ｄ：ギヤボックス、４０：冷媒、４１Ａ：空調用冷却媒体、４１Ｂ：機器冷却媒体、６０：冷却暖房システム、６１：制御装置、６２：車室温度センサ、６３：機器温度センサ、６４：冷媒温度センサ、６５：外気温度センサ、６６：アクセルセンサ、６７：車速センサ、６８：ナビゲーション装置、９０：冷凍サイクル回路、９１Ａ：空調用回路、９１Ｂ：機器冷却回路、１０００：電気自動車
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温調対象の冷却暖房を行う車両用空調システムにおいて、
前記温調対象の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段で検出された温度に基づき、前記車両用空調システムを制御する制御手段と、
前記温度検出手段の検出温度および現在の走行状態の少なくとも一方に基づいて、前記温調対象の将来の温度を予測する予測手段と、
前記予測手段の予測結果に基づいて、前記温調対象の目標温度または空調システムの冷媒の目標温度を変更する目標温度変更手段と、を備え、
前記制御手段は、前記目標温度変更手段により変更された目標温度に基づいて制御することを特徴とする車両用空調システム。
【請求項２】
第１の冷媒を圧縮する圧縮機、および前記第１の冷媒と外気との熱交換を行う第１の熱交換器を有する冷凍サイクル回路と、
温調対象に第２の冷媒を循環させて該温調対象の冷却暖房を行う冷却回路と、
前記第１の冷媒と前記第２の冷媒との間で熱交換する第２の熱交換器と、
前記温調対象の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段で検出された温度に基づき、前記冷凍サイクル回路および前記冷却回路を制御する制御手段と、
前記温度検出手段の検出温度および現在の走行状態の少なくとも一方に基づいて、前記温調対象の将来の温度を予測する予測手段と、
前記予測手段の予測結果に基づいて、前記温調対象の目標温度または前記第２の冷媒の目標温度を変更する目標温度変更手段と、を備え、
前記制御手段は、前記目標温度変更手段により変更された目標温度に基づいて前記冷凍サイクル回路および前記冷却回路を制御して、前記温調対象の冷却暖房を制御することを特徴とする車両用空調システム。
【請求項３】
請求項２に記載の車両用空調システムにおいて、
前記走行状態は車両側より入力される車速およびアクセルペダル開度であって、
前記予測手段は、前記車速、前記アクセルペダル開度および前記温度検出手段の検出温度に基づいて、前記温調対象の将来の温度を予測することを特徴とする車両用空調システム。
【請求項４】
請求項２に記載の車両用空調システムにおいて、
前記予測手段は、車両に設けられたナビゲーション装置から入力される走行計画情報も考慮して将来の温度を予測することを特徴とする車両用空調システム。
【請求項５】
第１の冷媒を圧縮する圧縮機、および前記第１の冷媒と外気との熱交換を行う第１の熱交換器を有する冷凍サイクル回路と、
温調対象に第２の冷媒を循環させて該温調対象の冷却暖房を行う冷却回路と、
前記第１の冷媒と前記第２の冷媒との間で熱交換する第２の熱交換器と、
前記温調対象の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段で検出された温度に基づき、前記冷凍サイクル回路および前記冷却回路を制御する制御手段と、
車両に設けられたナビゲーション装置から入力される走行計画情報に基づいて、将来の走行状態を予測する予測手段と、
前記予測手段の予測結果に基づいて、前記温調対象の目標温度または前記第２の冷媒の目標温度を変更する目標温度変更手段と、を備え、
前記制御手段は、前記目標温度変更手段により変更された目標温度に基づいて前記冷凍サイクル回路および前記冷却回路を制御して、前記温調対象の冷却暖房を制御することを特徴とする車両用空調システム。
【請求項６】
請求項４または５に記載の車両用空調システムにおいて、
前記温調対象には車室と電動走行用機器とが含まれ、
前記制御手段は、前記予測手段により車両走行開始前が予測されると、前記目標温度に基づいて前記車室および電動走行用機器の冷却暖房を行うことを特徴とする車両用空調システム。
【請求項７】
請求項４または５に記載の車両用空調システムにおいて、
前記温調対象には車両走行用バッテリが含まれ、
前記制御手段は、前記予測手段により前記車両走行用バッテリの充電が予測されると、充電中は、前記車両走行用バッテリの温度が最適充放電効率を与える所定温度範囲となるように、前記冷却回路による前記車両走行用バッテリの冷却暖房を制御することを特徴とする車両用空調システム。
【請求項８】
請求項７に記載の車両用空調システムにおいて、
前記充電中には、前記冷凍サイクル回路および前記冷却回路は、前記車両走行用バッテリの充電に用いられる外部電源の電力により駆動されることを特徴とする車両用空調システム。
【請求項９】
請求項２または５に記載の車両用空調システムにおいて、
前記温調対象には車室と電動走行用機器とが含まれ、
前記制御手段は、前記電動走行用機器の温度が前記目標温度近傍である場合には、前記車室の冷却暖房の制御に優先して、前記電動走行用機器の冷却暖房を制御することを特徴とする車両用空調システム。
【請求項１】
温調対象の冷却暖房を行う車両用空調システムにおいて、
前記温調対象の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段で検出された温度に基づき、前記車両用空調システムを制御する制御手段と、
前記温度検出手段の検出温度および現在の走行状態の少なくとも一方に基づいて、前記温調対象の将来の温度を予測する予測手段と、
前記予測手段の予測結果に基づいて、前記温調対象の目標温度または空調システムの冷媒の目標温度を変更する目標温度変更手段と、を備え、
前記制御手段は、前記目標温度変更手段により変更された目標温度に基づいて制御することを特徴とする車両用空調システム。
【請求項２】
第１の冷媒を圧縮する圧縮機、および前記第１の冷媒と外気との熱交換を行う第１の熱交換器を有する冷凍サイクル回路と、
温調対象に第２の冷媒を循環させて該温調対象の冷却暖房を行う冷却回路と、
前記第１の冷媒と前記第２の冷媒との間で熱交換する第２の熱交換器と、
前記温調対象の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段で検出された温度に基づき、前記冷凍サイクル回路および前記冷却回路を制御する制御手段と、
前記温度検出手段の検出温度および現在の走行状態の少なくとも一方に基づいて、前記温調対象の将来の温度を予測する予測手段と、
前記予測手段の予測結果に基づいて、前記温調対象の目標温度または前記第２の冷媒の目標温度を変更する目標温度変更手段と、を備え、
前記制御手段は、前記目標温度変更手段により変更された目標温度に基づいて前記冷凍サイクル回路および前記冷却回路を制御して、前記温調対象の冷却暖房を制御することを特徴とする車両用空調システム。
【請求項３】
請求項２に記載の車両用空調システムにおいて、
前記走行状態は車両側より入力される車速およびアクセルペダル開度であって、
前記予測手段は、前記車速、前記アクセルペダル開度および前記温度検出手段の検出温度に基づいて、前記温調対象の将来の温度を予測することを特徴とする車両用空調システム。
【請求項４】
請求項２に記載の車両用空調システムにおいて、
前記予測手段は、車両に設けられたナビゲーション装置から入力される走行計画情報も考慮して将来の温度を予測することを特徴とする車両用空調システム。
【請求項５】
第１の冷媒を圧縮する圧縮機、および前記第１の冷媒と外気との熱交換を行う第１の熱交換器を有する冷凍サイクル回路と、
温調対象に第２の冷媒を循環させて該温調対象の冷却暖房を行う冷却回路と、
前記第１の冷媒と前記第２の冷媒との間で熱交換する第２の熱交換器と、
前記温調対象の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段で検出された温度に基づき、前記冷凍サイクル回路および前記冷却回路を制御する制御手段と、
車両に設けられたナビゲーション装置から入力される走行計画情報に基づいて、将来の走行状態を予測する予測手段と、
前記予測手段の予測結果に基づいて、前記温調対象の目標温度または前記第２の冷媒の目標温度を変更する目標温度変更手段と、を備え、
前記制御手段は、前記目標温度変更手段により変更された目標温度に基づいて前記冷凍サイクル回路および前記冷却回路を制御して、前記温調対象の冷却暖房を制御することを特徴とする車両用空調システム。
【請求項６】
請求項４または５に記載の車両用空調システムにおいて、
前記温調対象には車室と電動走行用機器とが含まれ、
前記制御手段は、前記予測手段により車両走行開始前が予測されると、前記目標温度に基づいて前記車室および電動走行用機器の冷却暖房を行うことを特徴とする車両用空調システム。
【請求項７】
請求項４または５に記載の車両用空調システムにおいて、
前記温調対象には車両走行用バッテリが含まれ、
前記制御手段は、前記予測手段により前記車両走行用バッテリの充電が予測されると、充電中は、前記車両走行用バッテリの温度が最適充放電効率を与える所定温度範囲となるように、前記冷却回路による前記車両走行用バッテリの冷却暖房を制御することを特徴とする車両用空調システム。
【請求項８】
請求項７に記載の車両用空調システムにおいて、
前記充電中には、前記冷凍サイクル回路および前記冷却回路は、前記車両走行用バッテリの充電に用いられる外部電源の電力により駆動されることを特徴とする車両用空調システム。
【請求項９】
請求項２または５に記載の車両用空調システムにおいて、
前記温調対象には車室と電動走行用機器とが含まれ、
前記制御手段は、前記電動走行用機器の温度が前記目標温度近傍である場合には、前記車室の冷却暖房の制御に優先して、前記電動走行用機器の冷却暖房を制御することを特徴とする車両用空調システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１１−１１１１４０（Ｐ２０１１−１１１１４０Ａ）
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７２３０７（Ｐ２００９−２７２３０７）
【出願日】平成２１年１１月３０日（２００９．１１．３０）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月３０日（２００９．１１．３０）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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