(57)【要約】【解決手段】ハイブリッド伝導機構は、車両の一組の車輪を駆動するための電気モータと、電気モータに電気エネルギーを供給するために電気モータに電気的に接続されるエネルギー貯蔵手段と、を備える。ハイブリッド自動車モータは、エネルギー貯蔵手段に電気的に接続されエネルギー貯蔵手段に貯蔵するための電気エネルギーを生成するように構成される少なくとも一つのガスタービンをさらに備える。【選択図】図１
2011500418.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の一組の車輪を駆動するための電気モータと、
前記電気モータに電気エネルギーを供給するために前記電気モータに電気的に接続されるエネルギー貯蔵手段と、を備え、
ハイブリッド車両モータは、前記エネルギー貯蔵手段に電気的に接続され該エネルギー貯蔵手段に貯蔵するための電気エネルギーを生成するように構成される少なくとも一つのマイクロタービンをさらに備えることを特徴とするハイブリッド伝導機構。
【請求項２】
実質的に一定の速度で前記ガスタービンの回転を維持するように動作可能な動作制御部を備えることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド伝導機構。
【請求項３】
前記ガスタービンにはディーゼル燃料またはバイオ燃料が供給されることを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド伝導機構。
【請求項４】
前記バイオ燃料は、バイオディーゼルまたはバイオエタノールのうち一方から選択されることを特徴とする請求項３に記載のハイブリッド伝導機構。
【請求項５】
前記エネルギー貯蔵手段が再充電可能であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のハイブリッド伝導機構。
【請求項６】
前記エネルギー貯蔵手段は少なくとも一つのバッテリバンクを備えることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のハイブリッド伝導機構。
【請求項７】
各バッテリバンクは複数のバッテリを備えることを特徴とする請求項６に記載のハイブリッド伝導機構。
【請求項８】
前記エネルギー貯蔵手段は一つ以上のリチウムイオンバッテリを備えることを特徴とする請求項６または７に記載のハイブリッド伝導機構。
【請求項９】
前記電気モータと前記エネルギー貯蔵手段の間での電気エネルギーの流れを監視し制御するように動作可能なエネルギー出力制御部を備えることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載のハイブリッド伝導機構。
【請求項１０】
前記ガスタービンから前記エネルギー貯蔵手段への充電流を監視し制御するように動作可能なバッテリ管理システムを備えることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載のハイブリッド伝導機構。
【請求項１１】
前記ガスタービンと前記エネルギー貯蔵手段の間で機械的エネルギーを電気エネルギーに変換するように動作可能な機械／電気変換手段を備えることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載のハイブリッド伝導機構。
【請求項１２】
前記機械／電気変換手段が交流発電機（オルタネータ）を備えることを特徴とする請求項１１に記載のハイブリッド伝導機構。
【請求項１３】
前記機械／電気変換手段が電気ＡＣ−ＤＣコンバータを備えることを特徴とする請求項１１または１２に記載のハイブリッド伝導機構。
【請求項１４】
前記モータと前記車輪の間のトルク比を手動でまたは自動的に調節するためのトランスミッション手段およびクラッチを有する機械的手段を備えることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれかに記載のハイブリッド伝導機構。
【請求項１５】
前記電気モータが永久磁石ＤＣモータを備えることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれかに記載のハイブリッド伝導機構。
【請求項１６】
前記トラクションモータ負荷に対する前記バッテリバンクの充電率を監視し制御するよう動作可能な制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし１５のいずれかに記載のハイブリッド伝導機構。
【請求項１７】
前記制御手段は、前記タービンが前記トラクションモータ負荷と十分に一致するように前記バッテリを充電する一方、前記バッテリバンクの温度が４０°Ｃ以下に監視されるように、前記充電率を制御するよう動作可能であることを特徴とする請求項１６に記載のハイブリッド伝導機構。
【請求項１８】
前記制御手段は、一度にわずか数ミリ秒間だけ前記トラクションモータ負荷を監視するよう動作可能であることを特徴とする請求項１６または１７に記載のハイブリッド伝導機構。
【請求項１９】
請求項１ないし１８のいずれかに記載のハイブリッド伝導機構を備える車両。
【請求項２０】
トラクションモータ負荷を監視し
前記トラクションモータ負荷に対してバッテリバンクを充電するようにタービン充電器を制御し、
前記バッテリバンクの温度が４０°Ｃ以下になるよう監視することを含むハイブリッド伝導機構の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はハイブリッド車両に関し、詳細にはハイブリッド伝導機構（パワートレイン）に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、車両の大半は、炭素排出（カーボン・エミッション）量の比較的多い４ストローク内燃機関で駆動されている。現在の環境気候は、炭素排出が少ないかまたはゼロである車両の開発を必要としている。
【０００３】
この技術分野における開発は、車載の再充電可能なエネルギー貯蔵システム（ＲＥＳＳ：rechargeable energy storage systems）に貯蔵されたエネルギーにより電力供給される電気モータを有する全電気式車両を含む。ＲＥＳＳは外部の電源によって充電される。しかしながら、この種の車両は航続距離が限られており、またＲＥＳＳを再充電するのに必要なオフロード施設が限られている。
【０００４】
最近の開発は、車両推進用に二つ以上の燃料で動く動力源を有するハイブリッド車両を含み、これは一般にはハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ：Hybrid-Electric Vehicle）として知られている。この種の自動車の例は石油と電気のハイブリッドであり、電気モータと内燃機関とを有している。ＨＥＶは通常、車両減速時の回生ブレーキから運動エネルギーを貯蔵することによってバッテリの充電を持続する。加えて、内燃機関が発電機を経由して電気を生成し、この電気を使用してＲＥＳＳを再充電するか、または車両の車輪を駆動する電気モータに直接電力を供給する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ゼロかまたはほぼゼロの炭素排出がモータ車両で実現されるのであれば、従来の４ストローク内燃機関の使用は望ましくない。さらに、軽量で、振動が少なく、サイズが小さく、部品数が少なく、維持が容易で比較的費用がかからず、寿命が長く、低温始動後のウォームアップ時間を必要としないモータ用の手段が望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によると、車両の一組の車輪を駆動するための電気モータと、電気モータに電気エネルギーを供給するために電気モータに電気的に接続されるエネルギー貯蔵手段と、を備え、ハイブリッド車両モータは、エネルギー貯蔵手段に電気的に接続されエネルギー貯蔵手段に貯蔵するための電気エネルギーを生成するように構成される少なくとも一つのマイクロタービンをさらに備えるハイブリッド伝導機構が提供される。
【０００７】
電気モータは、永久磁石ＤＣモータまたはＡＣモータを備えてもよい。
【０００８】
有利には、ハイブリッド伝導機構は、実質的に一定の速度でガスタービンの回転を維持するように動作可能な動作制御部をさらに備える。有利には、ガスタービンにはバイオ燃料が供給される。バイオ燃料は、例えば菜種、ヒマワリの種または他の適切な素材から作られたバイオディーゼルやバイオエタノールなどであり、これはゼロかまたはほぼゼロの炭素排出を容易にする。
【０００９】
エネルギー貯蔵手段は好ましくは再充電可能であり、少なくとも一つのバッテリバンクを備えてもよい。有利には、各バッテリバンクは冷却されコンパクトかつ場所を取らないレイアウトで配置され、複数のバッテリを備えてもよい。各バッテリはリチウムイオンバッテリであってもよい。
【００１０】
ハイブリッド伝導機構は、電気モータとエネルギー貯蔵手段の間での電気エネルギーの流れを監視し制御するように動作可能なエネルギー出力制御部をさらに備えてもよい。エネルギー貯蔵手段からモータへの電気エネルギーの流れに加えて、電気エネルギーはモータからエネルギー貯蔵手段に流れてもよく、この場合電気エネルギーは、車両の制動または減速の間に電気モータによって生成される。これは、有利にはバッテリ管理システムによって制御される。タービンジェネレータ／バッテリ間インタフェースは、需要に応じて一定の充電率または可変の充電率のいずれかを提供するソフトウェアによって制御されることが好ましい。有利には、充電率は、ある期間にわたりバッテリバンクから引き出されるトラクションモータ負荷を監視することによって決定される。その結果、バッテリセルが過度に消費されず、またバッテリの温度が所定の温度（例えば４０°Ｃ）を越えて上昇しないような必要な充電率に一致するように、プロセッサがタービンに指示を出してもよい。有利には、トラクションモータ負荷は一度に数ミリ秒の期間にわたり監視される。
【００１１】
ハイブリッド伝導機構は、ガスタービンとエネルギー貯蔵手段の間で機械的エネルギーと電気エネルギーを変換するように動作可能な機械／電気変換手段をさらに備えてもよい。機械／電気変換手段は、交流発電機（オルタネータ）を備えてもよく、またＡＣ−ＤＣ電気コンバータを備えてもよい。
【００１２】
ハイブリッド伝導機構は、バッテリの充放電および温度、回生エネルギー、バッテリ充電電圧、バッテリバンクのセルの電流放電および状態、タービン状態および電気モータのうち一つまたは複数を監視するように動作可能な監視手段をさらに備えてもよい。
【００１３】
ハイブリッド車両モータは、電気モータと車輪の間のトルク比を最適化するための機械的手段をさらに備えてもよい。機械的手段は、トランスミッションシステムおよびクラッチを備えてもよい。有利には、機械的手段はマニュアルの多段速度ギヤボックスである。
【００１４】
ガスタービンは、モータが車両の車輪を駆動しているときに電気モータと同時に作動してもよいし、あるいは、電気貯蔵手段を充電し続けるためにモータが停止しているときに電気モータとは独立に作動してもよい。
【００１５】
以下、図面を参照して本発明をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明によるハイブリッド伝導機構の模式図である。
【図２】図１のハイブリッド伝導機構を制御する制御部の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１を参照して、ハイブリッド伝導機構１０は直流電気モータ１２を備え、直流電気モータはそこから延びる駆動シャフト１４を有する。駆動シャフトは第１端部１６と第２端部１８とを有する。第１端部１６はモータ１２に回転可能に結合され、第２端部１８は、一組の車両の車輪２２を回転駆動するための機械的手段２０と結合される。モータ１２の馬力は車両の重量に対して予め定められており、車両を駆動するように意図されている。
【００１８】
機械的手段２０はトランスミッションシステムおよびクラッチを有する。機械的手段は、モータ１２と車輪２２との間のトルク比を手動調整または自動調整する。
【００１９】
ハイブリッド伝導機構１０は、バッテリパック形状の再充電可能なエネルギー貯蔵手段２４をさらに備える。エネルギー貯蔵手段２４は、エネルギー貯蔵制御部３０を通してモータ１２と電気的に接続される。エネルギー貯蔵制御部３０は、エネルギー貯蔵手段２４から電気モータ１２への電気の量および流れを制御する。
【００２０】
ディーゼル燃料、またはバイオディーゼルなどのバイオ燃料が供給されるガスタービン３２によって電気が発電される。しかし、本発明の仕組みの範囲内で、他のバイオ燃料もガスタービンへの供給に等しく適用できることは理解されよう。
【００２１】
ガスタービン３２は、機械／電気変換手段３４を通してエネルギー貯蔵手段２４に電気的に接続される。機械／電気変換手段３４は、交流発電機（オルタネータ）とＡＣ−ＤＣコンバータとを備える。これにより、ガスタービンの機械的回転がＡＣエネルギー供給に変換され、続いてＡＣ−ＤＣコンバータによってＤＣ供給に変換されて、エネルギー貯蔵手段２４に貯蔵される。エネルギー入力制御部３６はエネルギー貯蔵手段２４に貯蔵されるエネルギーを監視し、精製される電気の需要を制御する。
【００２２】
ガスタービン３２は、ガスタービン３２の動作を監視する動作制御部３８をさらに備えており、ガスタービンが一定速度で回転するよう保証している。ガスタービン３２を一定速度で動作させることで効率が向上し、ハイブリッド車両モータ１０がゼロかまたはゼロに近い炭素排出で車両を駆動させることが可能になる。
【００２３】
車両の制動または減速の間にも電気モータ１２によって電気が生成される。この回生制動エネルギーは、モータ１２から再充電可能なエネルギー貯蔵手段２４に流れる。エネルギー貯蔵制御部３０は、モータ１２から再充電可能なエネルギー貯蔵手段２４への回生制動エネルギーの量および流れを制御する。
【００２４】
図２を参照して、制御部３０はバッテリバンク（蓄電池群）に電気的に接続３８されており、制御部３０を通して電気モータ１２を駆動するための電源装置４０に電力を提供する。
【００２５】
バッテリバンク２４の電圧および温度は監視され、制御部３０に与えられる。
【００２６】
電源装置４０ａおよび４０ｂは、二つの個別で選択可能な電力経路、すなわち低電力経路４２ａと高電力経路４２ｂのうち一方を通して、バッテリバンク２４により電力供給される。
【００２７】
低電力経路４２ａおよび高電力経路４２ｂは、それぞれ電流センサ４４ａ、４４ｂを有しており、トラクション（traction）モータ負荷を監視し、その結果バッテリから充電が引き出される速度を監視する。
【００２８】
電流センサ４４ａ、４４ｂは両方とも制御部に接続される。
【００２９】
制御部３０は、電流センサ４４ａおよび４４ｂと、電源装置４０ａおよび４０ｂとの間にそれぞれ低電力経路および高電力経路に直列で接続される、安全カットオフ断路装置４６ａ、４６ｂを有している。
【００３０】
制御部３０は、電源装置４０ａ、４０ｂへの電力供給を直ちに停止する必要のある状況で、カットオフ装置４６ａ、４６ｂを起動する。
【００３１】
制御部３０は、電源装置４０ａ、４０ｂそれぞれへの直接制御リンク４８ａ、４８ｂをさらに備える。
【００３２】
制御部３０は、点火装置５０およびタービン３２への電気接続、ドライバーディスプレイ５２および車両の他の機構を制御する車載コンピュータ５４への電気接続もさらに備える。
【００３３】
使用時に、制御部３０はバッテリ電圧と温度３９を監視し、電流４４ａ、４４ｂを測定することでトラクションモータ負荷を監視し、タービン３２を制御する。そして、電源装置４０ａおよび４０ｂに電力供給するためにバッテリバンク２４を十分に充電する一方、バッテリバンクの温度が４０°Ｃを越えないようにする。
【００３４】
本発明によるハイブリッドモータ車両は、従来のディーゼル構成よりも重量およびサイズが約半分であり、排出量がおよそ１／３少ない。車載バッテリ単独からの電力でハイブリッド車両は約４５マイル走行し、１ガロン当たり８０マイルを越える燃費を達成可能となるので、これは特に有利な点である。
【図１】
2011500418.tif 000003
【図２】
2011500418.tif 000004
【国際調査報告】
2011500418.tif 000005
2011500418.tif 000006
2011500418.tif 000007