JP5128866B2 - 車両の推進装置 - Google Patents
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Description
図2に示すように推進装置1aは、車両の駆動時には、バッテリ20からモータ駆動電流Imを発電電動機10に供給して、発電電動機10をモータとして動作させて車両を駆動し、車両の制動時には、発電電動機10を発電機として動作させて回生電流Igをバッテリ20とペルチェ素子である第1の熱電変換素子11に供給することができる。
図2(a)ないし(c)に示すように、バッテリ20は、時刻TsからTaまでの加速状態において電流im1を発電電動機10に供給し、また時刻Taから時刻Tbまでの定速走行状態において電流im2(im1>im2)を発電電動機10に供給する。したがって時刻Tsから時刻Tbまでの期間(駆動時)、バッテリ20に蓄えられた電気量Qaは減少し続ける(図2(d))。ただしim1>im2だから、時刻Taを経過するとバッテリ20の電気量Qaの減少は緩やかになる。
時刻Tb以降の制動状態(制動時)においては、発電電動機10から電流igがバッテリ20(充電電流ib)および第1の熱電変換素子11(ドライブ電流ip1)に供給されて、バッテリ20が充電されるとともに発電電動機10が冷却される。冷却された発電電動機10は、銅損と鉄損が減少して電力損失が低減するとともに耐久性が向上する。
さらにPCU30が充電量センサ31(図2(a)参照)を有する場合には、PCU30は、バッテリ20の速やかな充電を実現しつつ、過充電が生じる確率を低くすることができる。すなわち制動時において、バッテリ20の電気量Qaが所定の電気量Qt未満であるときには(電気量Qtはバッテリ20の定格充電電気量Qmより小さい値に設定される)、充電量センサ31でバッテリ20の電気量Qaを測定するPCU30が、第1の熱電変換素子11へ電流ip1を供給することなく、バッテリ20を電流ig(ig=ib+ip1)で充電する(バッテリ20の充電電流を増加させる)。そうすると、図2(d)の破線Qa’に示すようにバッテリ20は、時刻Tb以降速やかに充電される。時刻Ttに至ってバッテリ20の電気量Qa’が所定の電気量Qt以上になると、PCU30は、第1の熱電変換素子11への電流ip1の供給を開始して、バッテリ20を電流ibで緩やかに充電する(図2(d)の一点鎖線Qa'')。こうして推進装置1aは、バッテリ20の速やかな充電を実現しつつ、過充電が生じる確率を低くすることができる。なお充電量センサ31には、バッテリ20の出力電圧からバッテリ20が蓄えている電気量Qaを推定するセンサ等を使用することができる。
推進装置1bでは、時刻Tsから時刻Tbまでの期間(駆動時)において、バッテリ20の電気量Qbが減少するが、第1の熱電変換素子11で発電電動機10の熱エネルギーを電力に変換して発電電動機10に供給することができる。したがって駆動時における推進装置1bのバッテリ20の放電量は、推進装置1aよりも少なくなる。
時刻Tbから減速して時刻Tdで停車するまでの期間(制動時)では、発電電動機10が電流igを発生する。この期間では、推進装置1bは、推進装置1aと同様に第1の熱電変換素子11(ドライブ電流ip1)をペルチェ素子として動作させて発電電動機10を冷却するとともに、電流ibでバッテリ20を充電するから、推進装置1bのバッテリ20の電気量Qbおよび推進装置1aの電気量Qaの変動は同一であるといえる。したがって時刻Tbにおいて推進装置1aより放電量の少ない推進装置1bのバッテリ20は、制動時において推進装置1aよりも多くの電気量を維持することができる。
推進装置1bのPCU30がさらに充電量センサ31を有して、制動時におけるバッテリ20の電気量Qbを測定して、バッテリ20の電気量Qbが所定の電気量Qtより少ないときには、第1の熱電変換素子11へ電流ip1を供給せずに、電流ig(ig=ib+ip1)でバッテリ20を充電してもよい。すなわち、制動時において、バッテリ20の電気量Qbが少ないときには、バッテリ20を電流igで速やかに充電することができ、バッテリ20の電気量Qbが所定の電気量Qt以上になると、バッテリ20を電流ibで緩やかに充電して過充電が生じる確率を低くすることができる。
推進装置1cでは、PCU30に制御され、ゼーベック効果による熱発電素子として動作する第2の熱電変換素子21が、駆動時においてバッテリ20の放電で生じる熱エネルギーの一部を電力に変換して、発電電動機10に供給することができ、また制動時においてバッテリ20の充電で生じる熱エネルギーの一部を電力に変換して、バッテリ20を充電することができる。すなわち推進装置1cでは、バッテリ20の電力損失が見かけ上低減されるから、バッテリ20の放電量が推進装置1bよりも少なくなるとともに(燃費が向上するとともに)、バッテリ20が推進装置1bよりも早く充電される。すなわち推進装置1cおよび推進装置1bを図5(b)に示すように運転すると、図5(c)に示すように推進装置1cのモータ駆動電流Imと回生電流igが推進装置1bと同一になるから、推進装置1cにおけるバッテリ20の電気量Qc(図5(d)の実線)は、推進装置1bにおけるバッテリ20の電気量Qb(図5(d)の破線)よりも、図5(d)中において上方に位置することになる。もちろんバッテリ20の温度上昇も少なくなるから、バッテリ20の耐久性が向上する。
推進装置1cにおいても、充電量センサ31によって制動時におけるバッテリ20の電気量Qc’を測定して、図5(d)の一点鎖線Qc’で示すようにバッテリ20の電気量Qc’が所定の電気量Qt未満のときには、第1の熱電変換素子11への電流ip1の供給を停止することでバッテリ20の充電電流を増加することができ(バッテリ20を速やかに充電することができ)、バッテリ20の電気量Qc’が所定の電気量Qt以上になると、第1の熱電変換素子11へ電流ip1を供給することで充電電流を低減して、バッテリ20を緩やかに充電して過充電状態が生じる確率を低くすることができる。
推進装置1cのPCU30がバッテリ20の温度を検出する電池温度センサ32をさらに有していれば、バッテリ20の内部電極抵抗の増加(すなわち充放電時における電力損失の増加)をもたらすバッテリ20の温度上昇を測定することができる。かかる温度上昇を測定したPCU30は、第2の熱電変換素子21をペルチェ素子として動作させて、バッテリ20を冷却して、バッテリ20の充放電時における電力損失を低減することができる。
なお本発明に係る推進装置は、前述した各実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施できることはいうまでもない。たとえば車両の動力源として発電電動機だけではなくガソリンエンジン等を併用し(いわゆるハイブリッド自動車等)、第1の熱電素子等を有して、回生エネルギーで発電電動機を冷却等する推進装置も本発明に係る推進装置ということができる。
11 第1の熱電変換素子
20 2次電池(バッテリ)
21 第2の熱電変換素子
30 パワーコントロールユニット(PCU)
31 充電量センサ
32 電池温度センサ
Qm 定格充電電気量
Qt 所定の電気量
Claims (5)
- 車両の推進装置であって、発電電動機、2次電池、前記発電電動機に熱的に接続された第1の熱電変換素子、およびパワーコントロールユニット、さらに前記2次電池に熱的に接続された第2の熱電変換素子を有し、
前記車両が駆動状態にあることを検知した前記パワーコントロールユニットの制御に基づき、前記2次電池がモータとして動作する前記発電電動機に電力を供給することができ、
前記車両が制動状態にあることを検知した前記パワーコントロールユニットの制御に基づき、発電機として動作する前記発電電動機が前記2次電池を充電することができるとともに、前記第1の熱電変換素子が前記発電電動機から電力の供給を受けて前記発電電動機を冷却することができ、
前記車両が駆動状態にあることを検知した前記パワーコントロールユニットの制御に基づき、前記第2の熱電変換素子が前記2次電池の熱エネルギーを電力に変換して前記発電電動機に供給することができ、
前記車両が制動状態にあることを検知した前記パワーコントロールユニットの制御に基づき、前記第2の熱電変換素子が前記2次電池の熱エネルギーを電力に変換して前記2次電池を充電することができることを特徴とする車両の推進装置。 - 請求項1に記載の車両の推進装置において、前記パワーコントロールユニットの制御に基づき、前記第1の熱電変換素子が前記発電電動機で発生する熱エネルギーを電力に変換し、前記2次電池もしくは前記発電電動機に供給することができることを特徴とする車両の推進装置。
- 請求項1または2の何れかに記載の車両の推進装置において、前記車両の推進装置はさらに充電量センサを有して前記2次電池に蓄えられている電気量を測定し、
前記車両の制動時において前記充電量センサが測定した電気量が所定の電気量未満のときには、前記パワーコントロールユニットの制御に基づき、前記第1の熱電変換素子が前記発電電動機で発生する熱エネルギーを電力に変換して前記2次電池を充電し、
前記車両の制動時において前記充電量センサが測定した電気量が所定の電気量以上のときには、前記パワーコントロールユニットの制御に基づき、前記第1の熱電変換素子が前記発電電動機から電力の供給を受けて前記発電電動機を冷却できることを特徴とする車両の推進装置。 - 前記所定の電気量が前記2次電池の定格充電電気量よりも少ない電気量であることを特徴とする請求項3に記載の車両の推進装置。
- 請求項1に記載の車両の推進装置において、前記パワーコントロールユニットはさらに電池温度センサを有して前記2次電池の温度を測定し、
前記車両の制動時において前記2次電池の温度が所定の温度以上のときには、前記パワーコントロールユニットの制御に基づき、前記第2の熱電変換素子が前記発電電動機から電力の供給を受けて前記2次電池を冷却することを特徴とする車両の推進装置。
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