(57)【要約】【課題】バッテリの充電時における蓄熱材への蓄熱を効率的に行うことで、車両のエネルギ効率を向上可能な蓄熱制御システムを提供する。【解決手段】本願は、外部充電器により充電可能な車両の蓄熱制御システムに関する。蓄熱制御システムは、ヒートポンプ機構と、ヒートポンプ機構の凝縮部又は蒸発部から蓄熱可能に構成された蓄熱部と、外部充電器からバッテリへの充電の実施時に蓄熱部に蓄熱をおこなう充電時蓄熱制御部と、を備える。充電時蓄熱制御部は、天候情報に基づいて推定されたＣＯＰ変動に基づいて決定されたバッテリ充電可能時間における蓄熱スケジュールに基づいてヒートポンプ機構による蓄熱部への蓄熱を制御する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部充電器により充電可能に構成されたバッテリから電力が供給される駆動用モータを備える車両の蓄熱制御システムであって、
電力が供給されることにより冷媒を圧縮する圧縮部と、圧縮された前記冷媒と熱交換することにより前記冷媒を凝縮する凝縮部と、凝縮された前記冷媒を蒸発する蒸発部と、を含むヒートポンプ機構と、
前記ヒートポンプ機構の前記凝縮部又は前記蒸発部と熱交換することにより熱エネルギを蓄熱可能に構成された蓄熱部と、
前記外部充電器から前記バッテリへの充電を実施する場合、前記外部充電器からの電力を利用して前記ヒートポンプ機構を駆動することにより、前記凝縮部又は前記蒸発部において放出される熱エネルギにより前記蓄熱部に蓄熱をおこなう充電時蓄熱制御部と、
前記外部充電器から前記バッテリへの充電を実施する場合、バッテリ充電可能時間を取得する充電時間取得部と、
前記外部充電器から前記バッテリへの充電を実施する場合、前記バッテリ充電可能時間における天候情報を取得する天候情報取得部と、
前記天候情報に基づき、前記バッテリ充電可能時間における前記ヒートポンプ機構のＣＯＰ変動を推定するＣＯＰ変動推定部と、
前記ＣＯＰ変動に基づき、前記バッテリ充電可能時間における蓄熱スケジュールを決定するスケジュール決定部と、
を備え、
前記充電時蓄熱制御部は、前記蓄熱スケジュールに基づいて前記ヒートポンプ機構による前記蓄熱部への蓄熱を制御する、蓄熱制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部充電器により充電可能に構成されたバッテリからの電力で駆動可能なモータで走行可能な車両に搭載される蓄熱制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
外部充電器により充電可能に構成されたバッテリを備え、バッテリからの電力でモータ（電動機）を駆動して走行用動力を得る、プラグインハイブリッド車や電気自動車のような車両が知られている。この種の車両では、走行中に、バッテリに蓄積した電力を車室内の空調に使用すると、その分だけバッテリに蓄積された電力が消費されるため、走行可能な航続距離が短くなってしまう。
【０００３】
そこで走行中における車室内の空調をバッテリに蓄積された電力を用いることなく行う手法が開発されている。例えば特許文献１及び２では、バッテリの充電時に電気ヒータ等を利用して熱量を蓄熱槽に蓄積し、走行中に蓄熱槽に蓄積された熱量を用いて車室を暖房することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１２４４４３号公報
【特許文献２】特開２０１０−２５９３０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１及び２では、充電時に熱量を蓄熱槽に蓄積しておくことで、走行中にバッテリに蓄積された電力を消費することを抑制し、航続距離をのばすことができる。しかしながら電気ヒータを利用した蓄熱は、比較的エネルギロスが多いという問題がある。そこで、電気ヒータに代えてヒートポンプ機構を採用することが考えられるが、ヒートポンプ機構は外気の温度等の天候条件に応じてＣＯＰ（Coefficient Of Performance）が変化するため、天候条件等を考慮した蓄熱制御が必要となる。
【０００６】
本発明の少なくとも一実施形態は上述の事情に鑑みなされたものであり、充電時に良好な効率で蓄熱を行うことにより、走行中の空調による電力消費を抑制し、長い航続距離を確保可能な蓄熱制御システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の少なくとも一実施形態に係る蓄熱制御システムは上記課題を解決するために、外部充電器により充電可能に構成されたバッテリから電力が供給される駆動用モータを備える車両の蓄熱制御システムであって、電力が供給されることにより冷媒を圧縮する圧縮部と、圧縮された前記冷媒と熱交換することにより前記冷媒を凝縮する凝縮部と、凝縮された前記冷媒を蒸発する蒸発部と、を含むヒートポンプ機構と、前記ヒートポンプ機構の前記凝縮部又は前記蒸発部と熱交換することにより熱エネルギを蓄熱可能に構成された蓄熱部と、前記外部充電器から前記バッテリへの充電を実施する場合、前記外部充電器からの電力を利用して前記ヒートポンプ機構を駆動することにより、前記凝縮部又は前記蒸発部において放出される熱エネルギにより前記蓄熱部に蓄熱をおこなう充電時蓄熱制御部と、前記外部充電器から前記バッテリへの充電を実施する場合、バッテリ充電可能時間を取得する充電時間取得部と、前記外部充電器から前記バッテリへの充電を実施する場合、前記バッテリ充電可能時間における天候情報を取得する天候情報取得部と、前記天候情報に基づき、前記バッテリ充電可能時間における前記ヒートポンプ機構のＣＯＰ変動を推定するＣＯＰ変動推定部と、前記ＣＯＰ変動に基づき、前記バッテリ充電可能時間における蓄熱スケジュールを決定するスケジュール決定部と、を備え、前記充電時蓄熱制御部は、前記蓄熱スケジュールに基づいて前記ヒートポンプ機構による前記蓄熱部への蓄熱を制御する。
【０００８】
本構成によれば、充電時にヒートポンプ機構を作動させることで蓄熱部に空調用の蓄熱を行う際に、バッテリ充電可能時間におけるヒートポンプ機構のＣＯＰ変動を推定する。そして充電時蓄熱制御部は、当該ＣＯＰ変動に基づく蓄熱スケジュールを決定することにより、バッテリ充電可能時間における効率的な蓄熱が可能となる。その結果、充電時に良好な効率で蓄熱を行うことにより、走行中の空調による電力消費を抑制し、長い航続距離を確保可能な蓄熱制御システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は本発明の一実施形態に係る蓄熱制御システムの全体構成を示すブロック図である。
【図２】図２は図１のコントローラで実施される蓄熱制御方法を工程毎に示すフローチャートである。
【図３】図２の蓄熱制御方法の実施時におけるバッテリ残量、外気温度、ヒートポンプ機構のＣＯＰ変動、及び、第１蓄熱部又は第２蓄熱部の蓄熱容量の推定値の推移の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００１１】
図１は本発明の一実施形態に係る蓄熱制御システム１の全体構成を示すブロック図である。蓄熱制御システム１が搭載される車両は、外部充電器により充電可能なバッテリを備え、バッテリに充電した電力を用いてモータ（電動機）を駆動することで走行を行う、電気自動車やプラグインハイブリッド車のような車両である。
【００１２】
車両には、乗員が搭乗可能な車室内に外気を導入するための外気導入路２が設けられている。外気導入路２には、不図示のブロアによって外部から車室に向けて外気が導入され、ヒートポンプ機構４の凝縮部６及び蒸発部８と熱交換することによって外気温度が調整可能に構成されている。
【００１３】
ヒートポンプ機構４は、電力が供給されることにより冷媒を圧縮可能な圧縮部１０と、圧縮部１０で圧縮された冷媒を凝縮する凝縮部６と、凝縮部６で凝縮された冷媒を蒸発させる蒸発部８と、を含む。
【００１４】
ヒートポンプ機構４が暖房として機能する場合、圧縮部１０で圧縮されることで温度が上昇した冷媒は、凝縮部６にて外気導入路２を流れる外気と熱交換することで外気を加熱する。凝縮部６で温度が低下した冷媒は、リザーバ１２に貯留された後、第２蒸発部８´を介して再び圧縮部１０に送られ循環する。
【００１５】
一方、ヒートポンプ機構４が冷房として機能する場合、圧縮部１０で圧縮されることで温度が上昇した冷媒は、凝縮部６にて外気導入路２を流れる外気と熱交換することにより冷却される。凝縮部６や走行風などの外気と熱交換する第２凝縮部６´により冷却された冷媒は、リザーバ１２に貯留された後、膨張弁１４において膨張される。膨張弁１４で膨張した冷媒は蒸発部８において、外気導入路２を流れる外気と熱交換することにより、外気を冷却する。
【００１６】
このようなヒートポンプ機構４は暖房又は冷房として選択的に機能できるように構成されており、両者の切り替えは冷媒が流れる流路上に設置された切替弁１８を制御することにより行われる。
【００１７】
外気導入路２のうち凝縮部６の下流側には、凝縮部６で加熱された外気と熱交換可能な第１蓄熱部２０が設けられている。第１蓄熱部２０は、凝縮部６で加熱された外気と熱交換可能な第１熱交換部２０ａと、第１熱交換部２０ａで取得した熱量を蓄積するための第１蓄熱材２０ｂと、を含む。これにより第１蓄熱部２０では、充電時にヒートポンプ機構４を暖房として動作させた際に、ヒートポンプ機構４で生じさせた熱量が蓄積可能になっている。
【００１８】
外気導入路２のうち蒸発部８の下流側には、蒸発部８で冷却された外気と熱交換可能な第２蓄熱部２２が設けられている。第２蓄熱部２２は、蒸発部８で冷却された外気と熱交換可能な第２熱交換部２２ａと、第２熱交換部２２ａで取得した熱量（冷熱）を蓄積するための第２蓄熱材２２ｂと、を含む。これにより第２蓄熱部２２では、充電時にヒートポンプ機構４を冷房として動作させた際に、ヒートポンプ機構４で生じさせた熱量（冷熱）が蓄積可能になっている。
【００１９】
尚、第１蓄熱部２０及び第２蓄熱部２２における熱量（冷熱）の蓄積方式は、化学蓄熱、潜熱蓄熱、顕熱蓄熱のいずれでもよい。
【００２０】
蓄熱制御システム１は制御ユニットであるコントローラ３０を備える。コントローラ３０は例えばコンピュータのような電子演算装置から構成され、予め記憶されたプログラムに従って動作することで、後述する所定の制御が実施可能になっている。
【００２１】
コントローラ３０の内部構成を機能的に示すと、図１に示されるように、コントローラ３０は、天候情報を取得する天候情報取得部３２と、ヒートポンプ機構４のＣＯＰ変動を推定するＣＯＰ変動推定部３４と、蓄熱スケジュールを決定するスケジュール決定部３６と、蓄熱スケジュールに従って第１蓄熱部２０及び第２蓄熱部２２への蓄熱を制御する制御部３８と、を備える。
【００２２】
続いて上記構成を有する蓄熱制御システム１の制御内容について説明する。図２は図１のコントローラ３０で実施される蓄熱制御方法を工程毎に示すフローチャートであり、図３はバッテリ充電可能時間におけるバッテリ容量（残量）、外気温度（天候情報）、ヒートポンプ機構４のＣＯＰ、及び、第１蓄熱部２０又は第２蓄熱部２２の蓄熱容量の推移の一例である。
【００２３】
まずコントローラ３０は、車両が充電を開始したか否かを判断する（ステップＳ１）。ステップＳ１における判断は、例えば車両に設置された車速センサに基づいて車両が停車状態にあり、且つ、車両に設置された充電端子に外部充電器が接続されたか否かに基づいて判定される。
【００２４】
車両が充電を開始したと判断されると（ステップＳ１：ＹＥＳ）、コントローラ３０はバッテリ充電可能時間を取得する（ステップＳ２）。バッテリ充電可能時間は、停車状態にある車両を外部充電器に接続して充電を継続可能な時間であり、例えば充電を行う車両のユーザが所定のインターフェースを介して入力したものが取得される。例えば、１日の業務が終了して車両が基地に帰還し、車両を外部充電器に接続した際に、車両ユーザが翌日の始業時間までの時間をバッテリ充電可能時間として入力した内容が、バッテリ充電可能時間として取得される。
尚、図３の例ではバッテリ充電可能時間とバッテリ容量が満充電されるまでに見込まれる時間とが一致している場合を示しているが、バッテリ充電可能時間はバッテリ容量が満充電されるまでに見込まれる時間より短くてもよいし、長くてもよい。
【００２５】
続いてコントローラ３０は、車両に搭載されたバッテリ及びバッテリに充電を行う外部充電器に関する充電情報を取得する（ステップＳ３）。ここで充電情報には、バッテリを充電する際に満充電になるまでのバッテリ容量の推移（図３（ａ）を参照）を推定するために必要な情報が含まれる。具体的には、バッテリの現時点での充電残量や仕様として規定される充電上限値、外部充電器の充電速度（単位時間当たりの充電量）などが含まれる。これらの充電情報は、例えばコントローラ３０がバッテリや外部充電器にアクセスすることによって取得される。
【００２６】
続いてコントローラ３０は、第１蓄熱部２０及び第２蓄熱部２２における蓄熱量を取得する（ステップＳ４）。これによりコントローラ３０は、第１蓄熱部２０及び第２蓄熱部２２において熱量がどれだけ蓄熱されているかを把握する（すなわち、図３（ｄ）の初期値が特定される）。
【００２７】
続いて天候情報取得部３２は天候情報を取得する（ステップＳ５）。天候情報は、ヒートポンプ機構４のＣＯＰに影響を与え得るパラメータを含む。本実施形態では天候情報として、外気の温度又は湿度を含む。このような天候情報は、例えば車両に設けられた外気の温度又は湿度を測定可能なセンサから取得してもよいし、通信ネットワーク（インターネットなど）を介してアクセス可能な天候データから取得してもよい。図３（ｂ）の例では、天候情報である外気温度が開始時間から次第に低下し、最低値を取った後、再び上昇する傾向が示されている。
【００２８】
続いてＣＯＰ変動推定部３４は、ステップＳ５で取得した天候情報に基づいて、ヒートポンプ機構４のＣＯＰ変動を推定する（ステップＳ６）。図３（ｂ）及び図３（ｃ）には、それぞれ天候情報である外気温度の推移とヒートポンプ機構４のＣＯＰ変動の様子が示されている。この例では、天候情報である外気温度の変化に応じて、同様の傾向でＣＯＰが変化する様子が示されている。このようにＣＯＰは天候情報に依存して変化するため、ステップＳ５で取得した天候情報に基づいてヒートポンプ機構４のＣＯＰが推定される。
【００２９】
続いてスケジュール決定部３６は、ステップＳ６で推定したＣＯＰ変動に基づいて、バッテリ充電可能時間における蓄熱スケジュールを決定する（ステップＳ７）。このような蓄熱スケジュールの決定は、バッテリ充電可能時間においてＣＯＰが高い時間から優先的に蓄熱時間を割り当てることにより行われる。図３の例では、充電開始時から時刻ｔ１までの間と、時刻ｔ２から充電終了時までの時間帯においてＣＯＰが高いため、これらの時間帯において蓄熱が行われるように蓄熱スケジュールが決定されている。
【００３０】
尚、蓄熱スケジュールにおいて蓄熱が行われる時間帯は、ＣＯＰが所定の閾値を超えたか否かに基づいて決定されてもよいし、充電終了時に蓄熱容量が１００％に達するようにＣＯＰが高い時間帯から順に成り行き的に割り振られるようにしてもよい。
【００３１】
続いて制御部３８は、ステップＳ７で決定された蓄熱スケジュールに従って第１蓄熱部２０及び第２蓄熱部２２への蓄熱を制御する（ステップＳ８）。これにより、第１蓄熱部２０及び第２蓄熱部２２への蓄熱は、高いＣＯＰを有する時間帯に行われることとなるため、効率的である。その結果、走行中の空調による電力消費が抑制されるので、長い航続距離が確保できる。
【符号の説明】
【００３２】
１  蓄熱制御システム
２  外気導入路
４  ヒートポンプ機構
６  凝縮部
８  蒸発部
１０  圧縮部
１２  リザーバ
１４  膨張弁
１８  切替弁
２０  第１蓄熱部
２０ａ  第１熱交換部
２０ｂ  第１蓄熱材
２２  第２蓄熱部
２２ａ  第２熱交換部
２２ｂ  第２蓄熱材
３０  コントローラ
３２  天候情報取得部
３４  変動推定部
３６  スケジュール決定部
３８  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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