(57)【要約】【課題】ハイブリッドシステムの電気的損失に起因する排熱を有効利用可能なヒータシステムを提供する。【解決手段】ハイブリッド自動車に搭載されたヒータシステム１は、ハイブリッドシステム（電気駆動系）に含まれる発熱源が発生した排熱を熱源として利用する。発熱源であるインバータユニット１２１、ジェネレータ１２４および駆動モータ１２５は、流路１０１を循環する冷却水によって冷却される。ヒータユニット１２６は、発熱源から冷却水が得た熱を車室内に導入する空気に伝達する熱交換器１２６ａを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハイブリッド自動車に搭載される空調用のヒータシステムであって、
前記ハイブリッド自動車の電気駆動系に含まれる発熱源が発生した熱を、車室内に導入する空気に伝達する熱伝達手段を備えることを特徴とするヒータシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のヒータシステムにおいて、
前記熱伝達手段が、
前記発熱源の全部または一部を冷却する冷却水が循環される流路と、
前記発熱源の全部または一部から前記冷却水が得た熱を前記空気に伝達する熱交換器と、
を備えることを特徴とするヒータシステム。
【請求項３】
請求項１に記載のヒータシステムであって、
前記熱伝達手段が、
前記発熱源の全部または一部に前記空気を接触させることにより、前記発熱源の全部または一部が発生した熱を前記空気に伝達する熱交換器を備えることを特徴とするヒータシステム。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のヒータシステムにおいて、
前記発熱源が、前記ハイブリッドシステムに含まれるインバータユニット、ジェネレータおよび駆動モータであることを特徴とするヒータシステム。
【請求項５】
請求項４に記載のヒータシステムにおいて、
前記インバータユニットにワイドバンドギャップ半導体素子が用いられることを特徴とするヒータシステム。
【請求項６】
請求項５に記載のヒータシステムにおいて、
前記ワイドバンドギャップ半導体素子がＳｉＣ半導体素子であることを特徴とするヒータシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド自動車に搭載される空調用のヒータシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
図４は、ハイブリッド自動車における、従来のヒータシステム３を実現するための冷却系３１および空調系３２の構成を示す模式図である。冷却系３１は、水冷エンジンを冷却するエンジン冷却系３１ａと、ハイブリッドシステム（電気駆動系）を冷却するハイブリッドシステム冷却系３１ｂとを備える。エンジン冷却系３１ａおよびハイブリッドシステム冷却系３１ｂは、分離して設けられる。エンジン冷却系３１ａには空調系３２が接続され、水冷エンジンの排熱が空調に利用されている。一方、ハイブリッドシステム冷却系３１ｂには空調系３２は接続されず、ハイブリッドシステムの電気的損失に起因する排熱は、ラジエータ３２６によって車外に放熱される。
【０００３】
以下では、冷却系３１および空調系３２の構成について、さらに具体的に説明する。
【０００４】
エンジン冷却系３１ａは、冷却水を循環可能な環状の流路３０１を備える。流路３０１には、サーモスタット３１１、ウォータポンプ３１２、シリンダブロック３１３およびシリンダヘッド３１４およびラジエータ３１５が、この記載順序で直列的に介挿される。ウォータポンプ３１２により、流路３０１の内部の冷却水は矢印Ａ３０１の方向に循環させられる。水冷エンジンを構成するシリンダブロック３１３およびシリンダヘッド３１４は、流路３０１を循環する冷却水によって冷却される。ラジエータ３１５は、流路３０１から流入した冷却水の放熱を行い、放熱後の冷却水を流路３０１へ流出させる。
【０００５】
流路３０１に介挿されたシリンダヘッド３１４からは、流路３０２が分岐している。シリンダヘッド３１４を通過した冷却水の一部は、流路３０２の中を矢印Ａ３０２の方向に流れ、スロットルボデー３１６およびヒータユニット３１７に供給される。スロットルボデー３１６およびヒータユニット３１７を通過した冷却水は、再び流路３０１へ流入する。ヒータユニット３１７は、シリンダブロック３１３およびシリンダヘッド３１４から冷却水が得た熱を、車室内に導入する空気に伝達する熱交換器３１７ａを有する。
【０００６】
さらに、エンジン冷却系３１ａは、流路３０１に付属して設けられるバイパス流路３０３を備える。バイパス流路３０３にも、サーモスタット３１１、ウォータポンプ３１２、シリンダブロック３１３およびシリンダヘッド３１４がこの記載順序で直列的に介挿される。ウォータポンプ３１２により、バイパス流路３０３の内部の冷却水は矢印Ａ３０３の方向に循環させられる。シリンダブロック３１３およびシリンダヘッド３１４は、バイパス流路３０３を循環する冷却水によっても冷却される。流路３０１およびバイパス流路３０３の開閉は、サーモスタット３１１によって行われる。バイパス流路３０３は、冷却水の水温が９５℃以上となると全開となる。
【０００７】
ハイブリッドシステム冷却系３１ｂは、冷却水を循環させる流路３０４を備える。流路３０４には、インバータユニット３２１、リザーバタンク３２２、電動ポンプ３２３、ジェネレータ３２４、駆動モータ３２５およびラジエータ３２６が、この記載順序で直列的に介挿される。電動ポンプ３２３により、流路３０４の内部の冷却水は矢印Ａ３０４の方向に循環させられる。ハイブリッドシステムを構成するインバータユニット３２１、ジェネレータ３２４および駆動モータ３２５は、流路３０４を循環する冷却水によって冷却される。ラジエータ３２６は、流路３０４から流入した冷却水の放熱を行い、放熱後の冷却水を流路３０４へ流出させる。
【０００８】
空調系３２は、ヒータユニット３１７およびブロワユニット３３１を含む。ブロワユニット３３１は、ヒータユニット３１７で加温された空気を送風して車室内に導入する。
【０００９】
図４では、ヒータシステム３は、流路３０１およびヒータユニット３１７を含んで構成されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、従来のヒータシステム３では、ハイブリッドシステムの電気的損失に起因する排熱が有効利用されていなかった。また、従来のヒータシステム３は、水冷エンジンの排熱に依存していたので、エンジンの空冷化が困難であった。
【００１１】
これらの問題点を鑑みてなされた本発明の第１の課題は、ハイブリッドシステムの電気的損失に起因する排熱を有効利用可能なヒータシステムを提供することである。また、第２の課題は、エンジンの排熱に依存しないヒータシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、ハイブリッド自動車に搭載される空調用のヒータシステムであって、前記ハイブリッド自動車のハイブリッドシステムに含まれる発熱源が発生した熱を、車室内に導入する空気に伝達する熱伝達手段を備えることを特徴とする。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１に記載のヒータシステムにおいて、前記熱伝達手段が、前記発熱源の全部または一部を冷却する冷却水が循環される流路と、前記発熱源の全部または一部から前記冷却水が得た熱を前記空気に伝達する熱交換器とを備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項３の発明は、請求項１に記載のヒータシステムであって、前記熱伝達手段が、前記発熱源の全部または一部に前記空気を接触させることにより、前記発熱源の全部または一部が発生した熱を前記空気に伝達する熱交換器を備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のヒータシステムにおいて、前記発熱源が、前記ハイブリッドシステムに含まれるインバータユニット、ジェネレータおよび駆動モータであることを特徴とする。
【００１６】
請求項５の発明は、請求項４に記載のヒータシステムにおいて、前記インバータユニットにワイドバンドギャップ半導体素子が用いられることを特徴とする。
【００１７】
請求項６の発明は、請求項５に記載のヒータシステムにおいて、前記ワイドバンドギャップ半導体素子がＳｉＣ半導体素子であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１ないし請求項６の発明によれば、ハイブリッドシステムの排熱を空調に有効利用可能となるので、ハイブリッド自動車の省エネルギー化を図ることができる。また、ヒータシステムがエンジンの排熱に依存しないので、エンジンの空冷化が容易になる。
【００１９】
請求項３の発明によれば、発熱源の水冷が不要になるので、ハイブリッドシステムの空冷化を進めることが容易になる。
【００２０】
請求項５または請求項６の発明によれば、ワイドバンドギャップ半導体素子が高温下でも使用可能な環境耐性を有しているので、発熱源の放熱温度を高めることが可能になる。これにより、ヒータシステムにおいて効果的に空気に熱を伝達することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
＜＜第１実施形態＞＞
＜冷却系および空調系＞
ハイブリッド自動車に搭載された第１実施形態のヒータシステム１は、ハイブリッドシステム（電気駆動系）に含まれる発熱源が発生した排熱を熱源として利用する。図１は、ヒータシステム１を実現するためのハイブリッドシステム冷却系１１および空調系１２の構成を示す模式図である。
【００２２】
当該ハイブリッド自動車では、空冷エンジン１１１が採用されている。ただし、当該ハイブリッド自動車のエンジンとして水冷エンジンを採用することも妨げられない。一方、当該ハイブリッド自動車のハイブリッドシステムには、空冷エンジン１１１から独立した水冷のハイブリッドシステム冷却系１１が設けられる。
【００２３】
ハイブリッドシステム冷却系１１は、冷却水が循環される環状の流路１０１を備える。流路１０１には、インバータユニット１２１、リザーバタンク１２２、電動ポンプ１２３、ジェネレータ１２４、駆動モータ１２５、ヒータユニット１２６およびラジエータ１２７、が、この記載順序で直列的に介挿される。この介挿順序は一例であり、他の介挿順序を採用することも妨げられない。電動ポンプにより、流路１０１の内部の冷却水は矢印Ａ１０１の方向に循環させられる。
【００２４】
ハイブリッドシステムに含まれる発熱源であるインバータユニット１２１、ジェネレータ１２４および駆動モータ１２５は、流路１０１を循環する冷却水によって冷却される。ヒータユニット１２６は、発熱源から冷却水が得た熱を車室内に導入する空気に伝達する熱交換器１２６ａを有する。
【００２５】
空調系１２は、ヒータユニット１２６およびブロワユニット１３１を含む。ブロワユニット１３１は、ヒータユニット１２６で加温された空気を送風して車室内に導入する送風手段となっている。
【００２６】
ハイブリッドシステム冷却系１１において電動ポンプ１２３に動作電力が供給され冷却水の循環が開始されると、インバータユニット１２１、ジェネレータ１２４および駆動モータ１２５で電気的損失により生じた熱が冷却水によって冷却される。しかる後に冷却水はヒータユニット１２６に導かれ、これらの発熱源から冷却水が得た熱が熱交換器１２６ａによって車室内に導入する空気に伝達される。熱伝達により加温された空気は、ブロワユニット１３１によって車室内に導入される。
【００２７】
図１では、ヒータシステム１は、流路１０１およびヒータユニット１２６を含んで構成されている。
【００２８】
このような構成により、ハイブリッドシステムの排熱を空調（暖房）に有効利用可能となるので、ハイブリッドシステムの省エネルギー化を図ることができる。また、ヒータシステム１がエンジンの排熱に依存しないので、エンジンの空冷化が容易になる。
【００２９】
なお、車室内の冷房を可能にするために、空調系１２にクーラユニットをさらに設けてもよい。
【００３０】
＜インバータユニット＞
図２は、インバータユニット１２１の回路構成を示す図である。
【００３１】
電圧変換および直流と３相交流との直交変換を行うインバータユニット１２１は、コンバータ部５５およびインバータ部５７を備える。
【００３２】
コンバータ部５５は、バッテリ５９から与えられた電圧を昇圧してインバータ部５７へ与えるとともに、インバータ部５７から与えられた電圧を降圧してバッテリ５９へ与える双方向性の電圧コンバータである。具体的には、コンバータ部５５は、インダクタＬに流れる電流をスイッチング素子Ｓ１でチョップすることにより、バッテリ５９から与えられた電圧を昇圧してインバータ部５７へ与える。また、コンバータ部５５は、インダクタＬに流れる電流をスイッチング素子Ｓ２でチョップすることにより、インバータ部５７から与えられた電圧を降圧してバッテリ５９へ与える。
【００３３】
インバータ部５７は、第１変換部５７ａおよび第２変換部５７ｂを備える。第１変換部５７ａは、コンバータ部５５から与えられた直流を３相交流に変換して駆動モータ１２５へ供給するとともに、駆動モータ１２５から回生電力として回収した３相交流を直流へ変換してコンバータ部５５へ供給する。第２変換部５７ｂは、ジェネレータ１２４が発電した電力に係る３相交流を直流に変換してコンバータ部５５へ供給する。第１変換部５７ａおよび第２変換部５７ｂは、それぞれ、直流と３相交流との直交変換を実現するための複数のスイッチング素子Ｓ３およびＳ４を備える。
【００３４】
このような回路構成により、ジェネレータ１２４が発電した電力および駆動モータ１２５で回収された回生電力を用いて、バッテリ５９を充電可能であるとともに、バッテリ５９に充電された電力を用いて駆動モータ１２５を駆動可能である。
【００３５】
なお、インバータユニット１２１においては、望ましくは、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４として、ワイドバンドギャップ半導体素子であるＳｉＣ半導体素子が用いられる。ワイドバンドギャップ半導体素子は、高温下（例えば、２５０℃）でも使用可能な環境耐性を有しているので、Ｓｉ半導体を用いた場合（冷却水の温度は典型的には６０℃）よりも冷却水の温度すなわち発熱源の放熱温度を高めることが可能になる。これにより、ヒータユニット１２６において効果的に空気に熱を伝達可能になる。
【００３６】
＜＜第２実施形態＞＞
第１実施形態では、全部の発熱源の冷却方式が水冷であるヒータシステム１を示したが、全部または一部の発熱源の冷却方式を空冷としてもよい。以下では、その一例として、インバータユニットの冷却方式が空冷であり、ジェネレータおよび駆動モータの冷却方式が水冷であるヒータシステム２について説明する。
【００３７】
なお、ヒータシステム２の構成は、ヒータシステム１と類似しているので、第２実施形態の説明にあたっては、第１実施形態と異なる点を中心に説明し、第１実施形態と同等の構成については第１実施形態の説明で用いた参照符号を付与して詳細説明を省略する。
【００３８】
＜冷却系および空調系＞
ハイブリッド自動車に搭載された第２実施形態ののヒータシステム２は、ハイブリッドシステム（電気駆動系）に含まれる発熱源が発生した排熱を熱源として利用する空調用のヒータシステムである。図３は、ヒータシステム２を実現するためのハイブリッドシステム冷却系２１および空調系２２の構成を示す模式図である。
【００３９】
ハイブリッドシステム冷却系２１は、冷却水が循環される環状の流路２０１を備える。流路２０１には、リザーバタンク１２２、電動ポンプ１２３、ジェネレータ１２４、駆動モータ１２５、ヒータユニット１２６およびラジエータ１２７が、この記載順序で直列的に介挿される。電動ポンプ１２３により、流路２０１の内部の冷却水は矢印Ａ２０１の方向に循環させられる。
【００４０】
ハイブリッドシステムに含まれる発熱源であるジェネレータ１２４および駆動モータ１２５は、流路２０１を循環する冷却水によって冷却される。ヒータユニット１２６は、発熱源から冷却水が得た熱を車室内に導入する空気に伝達する熱交換器１２６ａを有する。熱交換器１２６ａで加温された空気はブロワユニット１３１へ与えられる。
【００４１】
さらに、ハイブリッドシステム冷却系２１では、熱交換空気流路２２１ａがインバータユニット２２１の内部に設けられる。熱交換空気流路２２１ａでは、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４等の発熱部品に取り付けられたヒートシンクＨＳの放熱面と車室内に導入される空気とを接触させることにより、発熱部品で発生した熱を熱交換空気流路２２１ａを流通する当該空気に伝達可能である。熱交換空気流路２２１ａを流通し加温された空気はブロワユニット１３１に与えられる。
【００４２】
図３では、ヒータユニット１２６で加温された空気およびインバータユニット２２１で加温された空気が並列的にブロワユニット１３１に与えられる態様を例示したが、ヒータユニット１２６およびインバータユニット２２１が直列的に接続されてもよい。あるいは、ヒータユニット１２６およびインバータユニット２２１で加温された空気のいずれかが選択的に用いられてもよい。
【００４３】
空調系２２は、ヒータユニット１２６、インバータユニット２２１およびブロワユニット１３１を含む。ブロワユニット１３１は、インバータユニット２２１およびヒータユニット１２６で加温された空気を送風して車室内に導入する。
【００４４】
図３では、ヒータシステム２は、流路２０１、インバータユニット２２１およびヒータユニット１２６を含んで構成される。
【００４５】
このような構成により、ハイブリッドシステムの排熱を空調に有効利用可能となるので、ハイブリッドシステムの省エネルギー化を図ることができる。また、ヒータシステムがエンジンの排熱に依存しないので、エンジンの空冷化が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】ハイブリッド自動車における、ヒータシステム１を実現するための冷却系１１および空調系１２の構成を示す模式図である。
【図２】インバータユニット１２１の回路構成を示す図である。
【図３】ハイブリッド自動車における、ヒータシステム２を実現するための冷却系２１および空調系２２の構成を示す模式図である。
【図４】ハイブリッド自動車における、従来のヒータシステム３を実現するための冷却系３１および空調系３２の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４７】
１，２，３  ヒータシステム
３１  冷却系
１１，２１  ハイブリッドシステム冷却系
１２，２２，３２  空調系
３１ａ  エンジン冷却系
３１ｂ  ハイブリッドシステム冷却系
【図１】
2006103476.tif 000003
【図２】
2006103476.tif 000004
【図３】
2006103476.tif 000005
【図４】
2006103476.tif 000006