(57)【要約】【課題】ハイブリッド電気自動車の電力管理を最適にすること。【解決手段】ハイブリッド電気自動車の電力管理を最適にするためのシステムであり、このシステムは、ＨＶＡＣデバイスと熱蓄積デバイスを備え、双方のデバイスは、自動車の乗員コンパートメントの冷暖房を行うようになっている。このシステムは、電気蓄積デバイス及び発電デバイスに接続されたコントローラを更に備え、コントローラは、発電デバイスが発電した電力を受け、自動車の電力必要量を満たすように電力を送るか、及び／又は、この電力を電気蓄積デバイス及び熱蓄積デバイスの打ちの少なくとも一つに蓄積する。さらに、コントローラは、熱蓄積デバイスの利用可能な蓄積量及び乗員コンパートメントの必要量に応じて、ＨＶＡＣデバイス及び熱蓄積デバイスの少なくとも一つに自動車の乗員コンパートメントの冷暖房をさせる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車の乗員コンパートメントを暖房、冷房するための加熱、換気および空調（ＨＶＡＣ）デバイスと、
自動車の乗員コンパートメントを冷暖房するようになっており、高温で熱エネルギーを蓄積するようになっている第１のエネルギー蓄積材料と低温で熱エネルギーを蓄積するようになっている第２のエネルギー蓄積材料とを有する熱蓄積デバイスと、
電気蓄積デバイスと、
発電デバイスから電力を受けるようになっており、前記熱蓄積デバイス、前記電気蓄積デバイスおよび前記ＨＶＡＣデバイスに接続されており、前記電気蓄積デバイスと前記熱蓄積デバイスとの群から選択された少なくとも１つに電力を蓄積するようになっているコントローラとを備え、
前記ＨＶＡＣデバイス及び前記熱蓄積デバイスは、前記乗員コンパートメントの熱の必要量、前記熱蓄積デバイスの熱蓄積量、及び前記電気蓄積デバイスの電気蓄積量の少なくとも一つに基づいて、前記乗員コンパートメントを暖房又は冷房するようになっている
ことを特徴とする自動車用エネルギー管理システム。
【請求項２】
前記発電デバイスは、オルタネータ、廃エネルギー回収システム、又は、オルタネータと廃エネルギー回収システムとの組合せを含む請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記コントローラは、気流を、前記ＨＶＡＣデバイスに接続されたダクトを介して乗員コンパートメントに送るようになっている請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記コントローラに接続され、かつ前記乗員コンパートメントの少なくとも一部の温度をモニタするようになっている乗員コンパートメント温度センサを更に備える請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記コントローラに接続され、かつ前記電気蓄積デバイスの利用できる蓄積量をモニタするようになっている電気蓄積レベルセンサを更に備える請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記コントローラに接続され、かつ前記熱蓄積デバイスの利用できる蓄積量をモニタするようになっている前記熱蓄積デバイス温度センサを更に備える請求項１記載のシステム。
【請求項７】
前記自動車の作動中、前記自動車の構成要素によって発生した熱を捕捉するようになっている排熱回収発電機を更に備える請求項１記載のシステム。
【請求項８】
前記排熱回収発電機は、一つ以上の熱電気デバイスを備える、請求項１記載のシステム。
【請求項９】
前記熱蓄積デバイス及び前記ＨＶＡＣデバイスは、加熱された空気又は冷却された空気を、別個のダクトを介して前記乗員コンパートメントに送るようになっている請求項１記載のシステム。
【請求項１０】
調和した空気を自動車の乗員コンパートメントに提供するための方法であって、
発電装置から電気エネルギーを受け、
熱蓄積デバイスの熱蓄積量をモニタし、
前記熱蓄積デバイスが、利用できる蓄積量を有するとき、
前記電気エネルギーの少なくとも一部を熱エネルギーに変換し、かつ、
前記熱エネルギーを前記熱蓄積デバイスに蓄積することによって、
前記熱蓄積デバイスに電気エネルギーの少なくとも一部を蓄積し、
前記熱蓄積デバイスが、利用できる適当な蓄積量を有さないとき、前記電気エネルギーの少なくとも一部を電気蓄積デバイスに蓄積し、
前記乗員コンパートメントの熱の必要量、前記熱蓄積デバイスの熱蓄積量、又は、前記電気蓄積デバイスの電気蓄積量の少なくとも一つに基づいて、調和した空気を自動車の乗員コンパートメントに提供し、
前記乗員コンパートメントを前記熱蓄積デバイスによって十分に暖房又は冷房することができるときに、ＨＶＡＣデバイスに前記調和した空気を前記乗員コンパートメントに提供するように命令することなしに、前記調和した空気が前記自動車の前記乗員コンパートメントに提供されることを特徴とする方法。
【請求項１１】
前記熱蓄積デバイスは、高温で熱エネルギーを蓄積するようになっている第１のエネルギー蓄積材料と、低温で熱エネルギーを蓄積するようになっている第２のエネルギー蓄積材料とを備える、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
更に、前記電気蓄積デバイスの利用できる蓄積量をモニタする、請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
更に、前記熱蓄積デバイスが、利用できる適当な蓄積量を有さないときに、前記熱蓄積デバイスに前記電気エネルギーの一部を蓄積し、前記電気蓄積デバイスに前記電気エネルギーの残りを蓄積する、請求項１０記載の方法。
【請求項１４】
前記熱蓄積デバイスが前記乗員コンパートメントの熱の必要量を満たすことができるときに、前記熱蓄積デバイスは、熱エネルギーを前記調和した空気に提供する、請求項１０記載の方法。
【請求項１５】
更に、前記ＨＶＡＣデバイスをオフ状態のままにしながら、前記熱蓄積デバイスによって前記乗員コンパートメントを適当に暖房又は冷房することができる、請求項１０記載の方法。
【請求項１６】
前記熱蓄積デバイスが、前記乗員コンパートメントの熱の必要量を満たすのに適当な容量を有さないときに、前記ＨＶＡＣデバイス及び前記熱蓄積デバイスは、少なくとも幾らかの熱エネルギーを前記調和した空気に提供する、請求項１０記載の方法。
【請求項１７】
前記熱蓄積デバイスが前記乗員コンパートメントの熱的要求を満たすのに適当な容量を有さないとき、前記ＨＶＡＣデバイスは、単独で熱エネルギーを前記調和した空気に提供する、請求項１０記載の方法。
【請求項１８】
更に、前記熱蓄積デバイスが、前記乗員コンパートメントに適当な暖房及び冷房を提供することができるか否かに基づいて、前記熱蓄積デバイス、前記ＨＶＡＣデバイス、又は、前記熱蓄積デバイス及び前記ＨＶＡＣデバイスの両方を使用して、調和した空気を前記乗員コンパートメントに供給すべきか決定する、請求項１０記載の方法。
【請求項１９】
前記電気エネルギーを熱エネルギーに変換させることは、前記電気エネルギーを前記ＨＶＡＣデバイスに送り、前記ＨＶＡＣデバイスに前記電気エネルギーを熱エネルギーに変換させることを含む、請求項１０記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には自動車のエネルギー管理システムに関し、より詳細には、ハイブリッド電気自動車のエネルギー管理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド電気自動車は車輪を駆動するためのトルクを発生するために、従来の内燃エンジンと共に電動モータを使用している。ハイブリッド電気自動車のドライバーがブレーキをかけると、ハイブリッド自動車は電動モータの機能を反転し、よって電動モータを発電機に変える。ハイブリッド電気自動車が停止状態に接近するにつれ、ハイブリッド電気自動車の車輪は発電機として作動する電動モータと共に電力のパルスを発生する。この電力パルスはエネルギー蓄積デバイス、例えばコンデンサまたはバッテリーに蓄積され、このエネルギー蓄積デバイスは車両を駆動したり、および／または車両の付属品、例えば暖房、換気および空調（ＨＶＡＣ）システムに給電するのに使用される。しかしながら、パルスの性質から、電力を蓄積する際に寄生損失によって電力の一部が失われる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ハイブリッド電気自動車における発電源は、発電機として作動する電動モータだけではない。例えば、オルタネータおよび熱捕捉デバイス、例えばハイブリッド自動車の排気系に設置された熱電気デバイスも電力を発生するのに使用できる。この電力は、エネルギー蓄積デバイスに蓄積できる。電動モータによって発生される電力と同じように、こうして発生される電力の一部は寄生損失に起因して失われる。
【０００４】
ハイブリッド電気自動車が停止しているとき、ハイブリッド電気自動車は内燃エンジンを停止することが一般的である。しかしながら、ハイブリッド電気自動車のＨＶＡＣシステムが作動しているとき、ハイブリッド電気自動車はエネルギー蓄積デバイスからエネルギーを取り出したり、および／または、内燃エンジンを作動し続け、ＨＶＡＣシステムの作動を維持しなければならない。これらの必要性から、燃費が低下する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
従って、ブレーキ中に発生する電力パルスおよびハイブリッド電気自動車によって発生されるその他の電力の蓄積を最大にしながら、ハイブリッド電気自動車の乗員コンパートメント(車室)を冷暖房するためのより効率的なシステムを提供することが望まれている。公知の技術の欠点および問題を克服するために、自動車が発生する電力を管理するためのシステムおよび方法が開示される。
【０００６】
公知の技術の欠点および限界を克服するに当たり、自動車が発生する電力を管理するためのシステムの方法が開示される。このシステムは、ＨＶＡＣデバイスと熱蓄積デバイスを備え、双方のデバイスは、自動車の乗員コンパートメントの冷暖房を行うようになっている。このシステムは、電気蓄積デバイスおよび発電デバイスに接続されたコントローラを更に備え、発電デバイスは、いくつかのデバイス、例えばオルタネータ、回生ブレーキ発電機および廃熱回収発電機とすることができる。コントローラは、発電デバイスが発電した電力を受け、このデバイスを電気蓄積デバイスおよび熱蓄積デバイスのうちの少なくとも１つに蓄積する。更に、コントローラは、ＨＶＡＣデバイスおよび熱蓄積デバイスの少なくとも１つに自動車の乗員コンパートメントの冷暖房をさせる。
【０００７】
方法に関し、この方法は電力を受けるステップと、電気蓄積デバイスおよび熱蓄積デバイスの利用できる蓄積量をモニタするステップと、電気蓄積デバイスおよび熱蓄積デバイスのうちの少なくとも１つに、受けた電力を蓄積するステップとを備える。更にこの方法は、熱蓄積デバイスが最大容量となっているときに、電気蓄積デバイスに電力を蓄積し、熱蓄積デバイスが最大容量を下回るときに、熱蓄積デバイスに電力を蓄積するステップを含むことができる。
【０００８】
この方法は、自動車の乗員コンパートメントを暖房および冷房するためのステップを更に含むことができる。この方法は、乗員コンパートメントの熱の必要条件をモニタするステップと、乗員コンパートメントの熱の必要量に基づき、熱蓄積デバイスおよびＨＶＡＣデバイスのうちの少なくとも１つから乗員コンパートメントを暖房および冷房するステップを含む。乗員コンパートメントの熱の必要量を熱蓄積デバイスのみによって満たすことができる場合、熱蓄積デバイスが暖房および冷房を行う。しかしながら、乗員コンパートメントの熱の必要量を熱蓄積デバイスによって満たすことができない場合には、ＨＶＡＣデバイスが熱蓄積デバイスを補足するか、または単独で暖房および冷房を行うことができる。
【０００９】
図面、詳細な説明および特許請求の範囲から本発明の上記およびそれ以外の利点、特徴および実施形態が明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の原理を具現化した自動車用エネルギー管理システムのブロック図である。
【図２】本発明の原理に従った自動車用エネルギー管理システムの第２実施形態のブロック図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１を参照すると、ここには本発明の一実施形態にかかわる自動車のためのエネルギー管理システム１０と種々の構成部品が示されている。エネルギー管理システム１０は、オルタネータ１４、回生ブレーキシステムの発電機１６および廃熱回収システム１８に接続されたコントローラ１２を含む。コントローラ１２は１つのコントローラでもよいし、または互いに通信する多数のコントローラでもよい。
【００１２】
オルタネータ１４は、自動車のエンジン（図示せず）によって駆動されるベルト被動式オルタネータであることが好ましく、このオルタネータは電力を選択的に発生するクラッチを有する。回生ブレーキシステム発電機１６は、ハイブリッド自動車で一般に使用されている回生ブレーキシステムであることが好ましく、この回生ブレーキシステムは、ハイブリッド電気自動車がブレーキ中に電力を発生する。廃熱回収発電システム１８は、作動中に自動車によって発生される熱を捕捉するためのシステムであることが好ましい。この廃熱回収発電システム１８は熱を発生する自動車の領域、例えば自動車の排気系およびエンジンの近くに設けられた１つ以上の熱電気モジュールとすることができる。オルタネータ１４、回生ブレーキシステム発電機１６および廃熱回収システム１８によって発生された電力はコントローラ１２へ送られる。
【００１３】
コントローラ１２は、電気蓄積デバイス２０にも接続されており、このデバイス２０はオルタネータ１４、回生ブレーキシステムの発電機１６および廃熱回収システム１８によって発生した電力を蓄積する。電気蓄積デバイス２０は１つ以上のコンデンサまたはバッテリーであることが好ましいが、電力を蓄積するのに適したものであれば、任意のデバイスとすることができる。
【００１４】
コントローラ１２にはＨＶＡＣデバイス２４が接続されている。このＨＶＡＣデバイス２４は、電気ＨＶＡＣデバイスであることが好ましいが、従来のベルト被動式デバイスでもよいし、または現在公知の、またはこれから開発される任意の自動車の冷暖房システムとすることができる。従来のベルト被動式ＨＶＡＣシステムを使用する場合、このＨＶＡＣユニットを選択的に作動モードにするような、クラッチシステムを実現できる。ＨＶＡＣデバイス２４には１つ以上のダクト２９が結合されており、これらダクトはＨＶＡＣデバイス２４から乗員コンパートメント２６へ空調され、加熱または冷却された空気を送るようになっている。
【００１５】
ＨＶＡＣユニット２４には熱蓄積デバイス２４が結合されている。下記の所定の状況において、ＨＶＡＣユニット２４は、コントローラ１２からＨＶＡＣユニット２４へ向けられた電力を熱パワーに変換し、この熱パワーを熱蓄積デバイス２２に蓄積する。一般に電力を熱パワーに変換するのに１つ以上の熱電気デバイスが利用されるが、適当な任意の電力−熱パワー変換デバイスを使用できる。熱パワーを蓄積するために、熱蓄積デバイス２２は高い温度で相変化する材料および低い温度で相変化する材料、例えばワックス（高温で相変化する材料）および水（低温で相変化する材料）の双方を含むことができる。
【００１６】
エネルギー管理システム１０は、電気蓄積デバイス２０および熱蓄積デバイス２２におけるそれぞれの電力および熱パワーに対して利用できる蓄積量を決定するための電力蓄積レベルセンサ３２および熱蓄積温度センサ３４を更に含む。コントローラ１２には乗員コンパートメント温度センサ３６が接続されており、よってコントローラ１２によって乗員コンパートメントの温度をモニタできるようになっている。
【００１７】
最後に、エネルギー管理システム１０はコントローラ１２に接続された自動車付属品３７を更に含む。これら自動車の含む３７として、燃料噴射器、内外の照明、自動車情報、娯楽およびナビゲーションシステムまたは自動車で見られる任意の給電デバイスを挙げることができる。コントローラ１２は電力を必要な付属品３７へ送る。
【００１８】
作動時に、コントローラ１２は少なくとも１つの電源、例えばオルタネータ１４、回生ブレーキシステムの発電機１６または廃熱回収システム１８からの電力を受ける。コントローラは電気蓄積レベルセンサ３２および熱蓄積温度センサ３４をそれぞれモニタすることにより、電力蓄積および熱パワー蓄積のために残っている利用可能な蓄積量をモニタする。熱蓄積デバイス２２で利用できる残留蓄積量に基づき、コントローラは電力を電気蓄積デバイス２０またはＨＶＡＣユニット２４のいずれかに電力を送る。次にＨＶＡＣユニット２４は電力を熱パワーに変換し、後に使用できるように熱蓄積デバイス２２内に熱パワーを蓄積するように機能する。
【００１９】
熱蓄積デバイス２２が熱パワーを蓄積するのに適していない蓄積量しか有していない場合、電気蓄積デバイス２０へ電力を送る。これとは異なり、コントローラ１２は熱蓄積デバイス２２に蓄積すべき電力の一部および電力の残りを電気蓄積デバイス２０へ送ることができる。まず最初に、電気蓄積デバイス２０ではなく、熱蓄積デバイス２２内に電力を蓄積することが望ましい。その理由は、熱蓄積デバイス２２内に熱パワーを蓄積するほうがより効率的であるからである。
【００２０】
コントローラ１２は乗員コンパートメントの温度センサ３６により乗員コンパートメント２６の温度もモニタし、ＨＶＡＣデバイス２４が乗員コンパートメント２６を冷暖房するように命令する。ＨＶＡＣは熱蓄積デバイス２２に蓄積されていた熱パワーを使用することにより乗員コンパートメント２６の冷暖房のすべてまたは一部を行うことができるし、自ら必要な熱パワーを発生することができる。更にＨＶＡＣデバイス２４は、このデバイスが熱蓄積ユニット２２に蓄積されていた熱パワーを乗員コンパートメント２６に提供する冷暖房を捕捉することができる。
【００２１】
熱蓄積デバイス２２に乗員コンパートメント２６への冷暖房のすべてまたは一部をさせることにより、自動車は長時間必要な冷暖房を行うのにＨＶＡＣデバイス２４を必要としなくてもよいようにできる。冷暖房を行うのにＨＶＡＣデバイス２４の使用を最小にすることにより自動車は燃費をより高めることができる。
【００２２】
図２を参照すると、ここにはエネルギー管理システム１０’の別の実施形態が示されており、図２で使用されている同じ参照番号は図１の部品と同じ部品を示す。熱蓄積デバイス２４は、コントローラから直接電力を受け、電力を熱パワーに変換し、熱パワーを蓄積するという点で、熱管理システム１０’は、図１に示されたシステムと異なっている。更に、ＨＶＡＣデバイス２４および熱蓄積デバイス２２は、別個のダクト２８、３０をそれぞれ介して乗員コンパートメント２６へ加熱された空気または冷却された空気を送る。
【００２３】
コントローラ１２はダクト２８を介して熱蓄積デバイス２２により乗員コンパートメント３０を充分に加熱または冷却できるかどうかを判断するようになっている。乗員コンパートメント２６を熱蓄積デバイス２２により適当に加熱または冷却できる場合、コントローラ１２はＨＶＡＣをオフ状態のままにしながら、熱蓄積デバイスに乗員コンパートメント２６を冷暖房させる。しかしながら、熱蓄積デバイス２２が乗員コンパートメント２６を適当に冷暖房できないとコントローラ１２が判断した場合、コントローラは、ＨＶＡＣデバイス２４および熱蓄積デバイス２２が乗員コンパートメント２６の適当な暖房および冷房の双方を行うことを命令できる。これとは異なり、熱蓄積デバイス２２が乗員コンパートメント２６への適当な暖房および冷房を行うことができない場合、コントローラはＨＶＡＣデバイス２４だけに乗員コンパートメント２６の暖房および冷房を行わせることを命令できる。
【００２４】
本発明の実施形態のこれまでの説明は、発明を説明するために記載したものである。発明をこれまで述べた実施形態のだけに限定する意図はなく、これまでの開示に鑑み、多数の変形および変更が可能である。説明した実施形態は、当業者が種々の実施形態および種々の変形例で本発明を利用できるように、実際に実施した場合の本発明の原理を最良に説明するように選択し、記述したものである。かかるすべての変形例および変更例は、法律に従って解釈した特許請求の範囲に決定される発明の範囲内に入るものである。
【符号の説明】
【００２５】
１０    エネルギー管理システム
１２    コントローラ
１４    オルタネータ
１６    回生ブレーキシステムの発電機
１８    廃熱回収システム
２０    電気蓄積デバイス
２２    熱蓄積デバイス
２４    ＨＶＡＣデバイス
２６    乗員コンパートメント
２９    ダクト
３２    電気蓄積レベルセンサ
３４    熱蓄積温度センサ
３７    自動車の付属品
【図１】
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【図２】
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