(57)【要約】【課題】高圧蓄圧器で発生する温度変化を利用して、エネルギー回収効率に優れた自動車を提供する。【解決手段】オイルポンプモータ１３に接続され、加圧下でオイル及びガスを貯留する、自動車Ｃの高圧蓄圧器２３である。容器１４ａの内部をオイル室ＯＲとガス室ＧＲとに区画するピストン１４ｂを備える。オイル室ＯＲには、貯留量が変化するオイルが貯留され、ガス室ＧＲには一定量のガスが貯留されている。ガス室ＧＲの周辺部位に、温度差を利用して発電する熱電素子２５ａ，２５ｂが設置されている。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
オイルポンプ及び油圧モータのいずれか一方として機能するオイルポンプモータに接続され、加圧下でオイル及びガスを貯留する、自動車の高圧蓄圧器であって、
耐圧性を有する容器と、
前記容器の内部にスライド自在に配置され、スライドする方向に当該容器の内部をオイル室とガス室とに区画するピストンと、
を備え、
前記オイル室には、前記オイルポンプモータの作動に応じて貯留量が変化するオイルが貯留され、前記ガス室には、一定量のガスが貯留され、
前記ガス室の周辺部位に、温度差を利用して発電する熱電素子が設置されている高圧蓄圧器。
【請求項２】
請求項１に記載の高圧蓄圧器において、
前記ガス室に面する前記ピストンの表層部及び当該表層部と対向する当該ガス室の端面部の少なくもいずれか一方に、前記熱電素子が設置されている高圧蓄圧器。
【請求項３】
自動車の回生システムであって、
請求項１又は請求項２に記載された高圧蓄圧器と、
前記熱電素子と電気的に接続された蓄電池と、
前記熱電素子と前記蓄電池との間に電気的に介在する極性切替回路と、
を備え、
前記オイルポンプモータがオイルポンプとして機能することにより、前記高圧蓄圧器にオイルが流入する回生時と、前記オイルポンプモータが油圧モータとして機能することにより、前記高圧蓄圧器からオイルが流出する力行時とで、前記極性切替回路が、前記熱電素子から前記蓄電池へ出力される起電力の極性を反転させる回生システム。
【請求項４】
請求項３に記載の回生システムにおいて、
前記極性切替回路の下流側に、更に電流調整回路が介在し、
前記電流調整回路によって最大電力点追従制御が行われる回生システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧蓄圧器を利用した自動車の回生システム等に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１を用いて、この種の回生システムの基本構造を説明する。
【０００３】
図１は、回生システムＥＲＳを備えた自動車の駆動システムを簡略化したものであり、エンジン１を動力源として走行している状態を表している（動力源はモータであってもよい）。エンジン１の出力軸は、エンジンクラッチ２、トランスミッション３、ディファレンシャルギア４を介して駆動輪５に連結されており、駆動輪５は、エンジン１によって回転駆動されている。
【０００４】
回生システムＥＲＳは、連結機構１１、モータクラッチ１２、オイルポンプモータ１３、高圧蓄圧器１４、低圧リザーバ１５などで構成されている。オイルポンプモータ１３の回転軸は、モータクラッチ１２及び連結機構１１を介して、駆動輪５への出力軸に連結されている。モータクラッチ１２は切られた状態となっている。
【０００５】
オイルポンプモータ１３は、互いに連通した状態でオイルを貯留する高圧蓄圧器１４と低圧リザーバ１５との間に接続されている。オイルポンプモータ１３は、オイルポンプ及び油圧モータの両機能を有し、いずれか一方の装置として利用できる。高圧蓄圧器１４には、数１００気圧レベルの高圧のオイルが貯留され、低圧リザーバ１５には、数気圧から数１０気圧レベルの低圧のオイルが貯留される。
【０００６】
図２に示すように、高圧蓄圧器１４には、耐圧性を有する容器１４ａと、その内部を自在にスライドするピストン１４ｂとが備えられている。高圧蓄圧器１４の内部は、ピストン１４ｂによってオイル室ＯＲとガス室ＧＲとに区画されている。ピストン１４ｂのスライドにより、オイル室ＯＲの容量が大きくなればそれだけガス室ＧＲの容量は小さくなり、オイル室ＯＲの容量が小さくなればそれだけガス室ＧＲの容量は大きくなる。
【０００７】
オイル室ＯＲは、オイルポンプモータ１３と連通しており、低圧リザーバ１５との間を行き来するオイルが貯留されている。そのため、オイル室ＯＲのオイルの貯留量は、オイルポンプモータ１３の作動に応じて変化する。
【０００８】
対して、ガス室ＧＲは、密閉されていて、その内部に一定量のガスが貯留されている。
【０００９】
図３の（ａ）に示すように、下り坂走行などの制動時には、エンジンクラッチ２が切られてモータクラッチ１２が繋げられることで、駆動輪５の動力がオイルポンプモータ１３に入力される。
【００１０】
それにより、オイルポンプモータ１３はオイルポンプとして駆動され、低圧リザーバ１５のオイルが高圧蓄圧器１４へ送り込まれる。その結果、高圧蓄圧器１４の内圧が上昇し、より高圧なオイルが蓄積される（回生）。
【００１１】
その際、ピストン１４ｂはオイル室ＯＲからガス室ＧＲの側にスライドする。
【００１２】
図３の（ｂ）に示すように、自動車の発進時などには、モータクラッチ１２が繋げられた状態で、高圧蓄圧器１４のオイルが低圧リザーバ１５に向けて流出される。そのオイルの吐出圧により、オイルポンプモータ１３は油圧モータとして駆動され、その動力が駆動輪５に出力される（力行）。
【００１３】
その際、ピストン１４ｂはガス室ＧＲからオイル室ＯＲの側にスライドする。
【００１４】
このような回生システムの一例は、例えば特許文献１に開示されている。高圧蓄圧器１４の一例は、例えば特許文献２に開示されている。
【００１５】
本発明に関し、最大電力点追従制御の基本的内容は、例えば特許文献３に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２０１３−１８９０８４号公報
【特許文献２】特表２００８−５１２６１６号公報
【特許文献３】特開２００５−２２２８６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
回生時には、高圧蓄圧器の温度変化によってエネルギーロスが発生する。
【００１８】
図４に、回生時の高圧蓄圧器での温度変化の一例を示す。破線が車速の変化を、実線が高圧蓄圧器の温度変化を表している。
【００１９】
車速が急激に減速して高圧蓄圧器にオイルが一気に送り込まれると、それに伴ってピストンがガス室側にスライドし、ガス室のガスが圧縮される（断熱圧縮）。それにより、ガスの圧力及び温度が上昇し、その熱が伝わることで高圧蓄圧器の温度が一気に上昇する。
【００２０】
その後は、放熱によって次第に高圧蓄圧器の温度が低下し、常温に戻る。その結果、放熱によって消失する熱エネルギーの分だけ高圧蓄圧器に蓄積されるエネルギーが、回生前よりも減少する。
【００２１】
例えば、車速が急激に６０ｋｍ／ｈ減速した場合には、高圧蓄圧器は８０℃近くまで温度上昇する。
【００２２】
また、力行時には、高圧蓄圧器からオイルが流出するため、その際にも高圧蓄圧器の温度変化が発生する。
【００２３】
すなわち、高圧蓄圧器からオイルが一気に流出すると、それに伴ってピストンがオイル室側にスライドし、ガス室のガスが膨張する（断熱膨張）。それにより、ガスの圧力及び温度が低下するため、高圧蓄圧器が冷却される。例えば、常温から−２０℃まで、高圧蓄圧器の温度は低下し得る。
【００２４】
そこで本発明の目的は、高圧蓄圧器で発生する温度変化を利用することにより、エネルギー回収効率に優れた自動車を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
開示する高圧蓄圧器は、オイルポンプ及び油圧モータのいずれか一方として機能するオイルポンプモータに接続され、加圧下でオイル及びガスを貯留する、自動車の高圧蓄圧器である。
【００２６】
前記高圧蓄圧器は、耐圧性を有する容器と、前記容器の内部にスライド自在に配置され、スライドする方向に当該容器の内部をオイル室とガス室とに区画するピストンと、を備えている。前記オイル室には、前記オイルポンプモータの作動に応じて貯留量が変化するオイルが貯留され、前記ガス室には、一定量のガスが貯留されている。そして、前記ガス室の周辺部位に、温度差を利用して発電する熱電素子が設置されている。
【００２７】
この高圧蓄圧器によれば、オイル室のオイルの貯留量の変化に伴ってピストンがスライドし、ガス室の容量が大小に変化する。ガス室に密閉されているガスが一気に圧縮又は膨張すると、ガス室の温度が変化する。そのガス室の周辺部位には、温度差を利用して発電する熱電素子が設置されているので、ガスの温度変化に伴う熱エネルギーを電気エネルギーに変換して回収することができる。
【００２８】
例えば、前記ガス室に面する前記ピストンの表層部及び当該表層部と対向する当該ガス室の端面部の少なくもいずれか一方に、前記熱電素子を設置するとよい。
【００２９】
そうすれば、ガス室の温度変化を直接的に熱電素子に伝えることができるので、効率よく発電できる。
【００３０】
このような高圧蓄圧器を用いて自動車の回生システムを構成する場合には、次のようにするとよい。
【００３１】
回生システムに、上述した高圧蓄圧器と、前記熱電素子と電気的に接続された蓄電池と、前記熱電素子と前記蓄電池との間に電気的に介在する極性切替回路と、を備える。そして、前記オイルポンプモータがオイルポンプとして機能することにより、前記高圧蓄圧器にオイルが流入する回生時と、前記オイルポンプモータが油圧モータとして機能することにより、前記高圧蓄圧器からオイルが流出する力行時とで、前記極性切替回路が、前記熱電素子から前記蓄電池へ出力される起電力の極性を反転させる。
【００３２】
回生時にはガス室の温度は上昇し、力行時にはガス室の温度は低下する。従って、回生時及び力行時には、ガス室の温度変化に伴う温度差が熱電素子に作用するため、熱電素子で起電力が発生するが、熱電素子に作用する温度差の高低は、回生時と力行時とで逆になる。そのため、熱電素子で発生する起電力の極性も、回生時と力行時とで逆になる。
【００３３】
それに対し、この回生システムによれば、回生時と力行時とで、極性切替回路が、熱電素子が出力する起電力の極性を反転させるので、常に一定の極性で起電力を蓄電池に出力することが可能になる。従って、回生時及び力行時の双方で熱エネルギーの回収が行えるので、エネルギーの回収効率を向上させることができる。
【００３４】
この場合、前記極性切替回路の下流側に、更に電流調整回路を介在させ、前記電流調整回路によって最大電力点追従制御を行うようにするとよい。
【００３５】
そうすれば、熱電素子に作用する温度変化が急であっても、効率的に電力を出力できるので、よりいっそうエネルギーの回収効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明の高圧蓄圧器等によれば、エネルギー回収効率に優れた自動車を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】自動車の回生システムの一例を示す概略図である。
【図２】高圧蓄圧器の基本構造を示す概略断面図である。
【図３】自動車の回生制御を説明する概略図である。（ａ）は、回生時の状態を、（ｂ）は、力行時の状態を、それぞれ示している。
【図４】回生時の高圧蓄圧器での温度変化の一例を示すグラフである。
【図５】本実施形態の回生システムを実装した自動車の概要を示す概略図である。
【図６】本実施形態の高圧蓄圧器の構造を示す概略断面図である。
【図７】回生システムの要部を説明する図である。（ａ）は、回生時の接続状態を、（ｂ）は、力行時の接続状態を、それぞれ示している。
【図８】熱電素子で得られる電力と電流との関係を示すグラフである。
【図９】自動車の走行パターンに対応した高圧蓄圧器の温度変化の一例を示すグラフである。
【図１０】極性切替回路の動作を説明する図である。（ａ）は、回生時及び力行時で熱電素子で発生する起電力を示している。（ｂ）は、極性切替回路から出力される起電力を示している。
【図１１】高圧蓄圧器の変形例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。ただし、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物あるいはその用途を制限するものではない。
【００３９】
（回生システムの構成）
図５に、本実施形態の回生システムＥＲＳを実装した自動車Ｃの概要を示す。なお、基本的構成は、図１に示した自動車と同じであるため、同じ機能の構成には同じ符号を用いてその説明は省略する。
【００４０】
この回生システムＥＲＳには、更に、極性切替回路２０や電流調整回路２１、バッテリ２２（蓄電池の一例）などが設けられている。この回生システムＥＲＳの高圧蓄圧器は、高圧蓄圧器１４と構造の一部が異なっている（発電型高圧蓄圧器２３と称する）。
【００４１】
発電型高圧蓄圧器２３は、バッテリ２２及びＡＣＣ（アクセサリ電源）と電気的に接続されている。極性切替回路２０及び電流調整回路２１は、発電型高圧蓄圧器２３とバッテリ２２及びＡＣＣとの間に電気的に接続され、発電型高圧蓄圧器２３の側からこの順に直列に接続されている。
【００４２】
図６に、発電型高圧蓄圧器２３を示す。この発電型高圧蓄圧器２３では、ガス室ＧＲに面しているピストン１４ｂの表層部２３ａと、容器１４ａの端面部２３ｂ（表層部２３ａと対向してガス室ＧＲに面している部位）とに熱電素子２５ａ，２５ｂが設置されている（これらは、ピストン側素子２５ａ及び端面側素子２５ｂともいう）。
【００４３】
熱電素子２５ａ，２５ｂは、温度差を利用して発電する機能を有している。すなわち、温度差を与えることで電位差を生じる熱電素子材料を用いることにより、いわゆるゼーベック効果によって起電力を発生させる。
【００４４】
熱電素子２５ａ，２５ｂそれ自体の構造は公知であるため、ここでは詳しい説明は省略する。ただし、本回生システムＥＲＳの場合、熱電素子材料としては、元素としてビスマス及びテルルを含むビスマス・テルル系の材料が好ましい。
【００４５】
後述するように、熱電素子２５ａ，２５ｂは、−２０℃や８０℃等、マイナス温度域及びプラス温度域の双方にわたって常温近くで用いられる。それに対し、ビスマス・テルル系の熱電素子材料は、この温度域に適しているため、優れた発電性能を発揮させることができる。
【００４６】
各熱電素子２５ａ，２５ｂは、その温度差を受容する一対の作用面の一方を、ガス室ＧＲに向けて設置されている。ガス室ＧＲに向く作用面は、ガス室ＧＲに露出していなくてもよいが、その場合は、ガス室ＧＲの近傍に配置するのが好ましい。
【００４７】
熱電素子２５ａ，２５ｂで発生する起電力を出力する各々の一対の導出配線ｐ１，ｐ２，ｔ１，ｔ２は、端面部２３ｂに開口する貫通孔２７を通じて、発電型高圧蓄圧器２３の外部に導出されている。導出配線ｐ１，ｐ２，ｔ１，ｔ２が挿通された貫通孔２７は、封止部材２８によって密閉されている。なお、導出配線ｐ１，ｐ２，ｔ１，ｔ２は、中継端子を介して発電型高圧蓄圧器２３の外部と電気的に接続してもよい。
【００４８】
ピストン側素子２５ａの導出配線ｐ１，ｐ２は、ピストン１４ｂがオイル室ＯＲの側に限界までスライドしても伸びきることがないように、ガス室ＧＲの内部に撓んだ状態で収容されている。端面側素子２５ｂには、一対の作用面を貫通する導入孔２９が形成されており、導出配線ｐ１，ｐ２は、その導入孔２９を通じて貫通孔２７に導かれている。
【００４９】
図７に示すように、発電型高圧蓄圧器２３から引き出された各導出配線ｐ１，ｐ２，ｔ１，ｔ２は、極性切替回路２０に接続されている。
【００５０】
詳しくは、各導出配線ｐ１，ｐ２，ｔ１，ｔ２のうち、ガス室ＧＲの温度変化に対応して各熱電素子２５ａ，２５ｂで発生する起電力の極性が同一の導出配線ｐ１，ｔ１と、導出配線ｐ２，ｔ２とが各々接続され、一対の出力配線ｓ１，ｓ２に集約された後、極性切替回路２０に接続されている。なお、図７では、ピストン側素子２５ａ及び端面側素子２５ｂを、１つの熱電素子として簡略化して表してある。
【００５１】
出力配線ｓ１，ｓ２の各々は、極性切替回路２０で、一対の中継配線ｈ１，ｈ２と交互に切り替え可能に接続されている。
【００５２】
本実施形態の極性切替回路２０では、回生側端子２０ａと力行側端子２０ｂとからなる切替端子が２つ設けられていて、各出力配線ｓ１，ｓ２は、分岐して、一方の切替端子の回生側端子２０ａと、他方の切替端子の力行側端子２０ｂとに接続されている。各中継配線ｈ１，ｈ２は、各切替端子のスイッチ端子２０ｃに接続されていて、各スイッチ端子２０ｃは、各切替端子の回生側端子２０ａと力行側端子２０ｂとの間で電気的接続を切り替える。
【００５３】
図７の（ａ）は、回生時の接続状態を表しており、各スイッチ端子２０ｃは各回生側端子２０ａに接続される。図７の（ｂ）は力行時の接続状態を表しており、各スイッチ端子２０ｃは各力行側端子２０ｂに接続される。
【００５４】
このように、極性切替回路２０が、回生時と力行時とで、一対の出力配線ｓ１，ｓ２と一対の中継配線ｈ１，ｈ２との接続を交互に切り替えるため、熱電素子２５ａ，２５ｂから出力される起電力の極性は、回生時と力行時とで反転する。
【００５５】
一対の中継配線ｈ１，ｈ２は、電流調整回路２１に接続されている。電流調整回路２１は、最大電力点追従制御を行う機能を有している。最大電力点追従制御は、変動する熱電素子２５ａ，２５ｂの起電力に対して最大の発電量が得られるように、電気的動作点を調整する。
【００５６】
図８に、熱電素子２５ａ，２５ｂで得られる電力と電流との関係を示す。熱電素子２５ａ，２５ｂでは、熱電素子材料を流れる電流の増加に伴って電気抵抗が増加するため、得られる電力にはピークが存在する。そこで、この電流調整回路２１において、そのピークを示す最大電力点で熱電素子２５ａ，２５ｂが動作するように、最大電力点追従制御が行われる。
【００５７】
電流調整回路２１は、送電線ｋを通じてバッテリ２２及びＡＣＣと接続されている。電流調整回路２１で出力調整が行われた起電力は、この送電線ｋを通じてバッテリ２２やＡＣＣに送電される。
【００５８】
（回生システムＥＲＳの動作）
図９に、自動車Ｃの走行パターンに対応した発電型高圧蓄圧器２３の温度変化の一例を示す。破線が車速の変化を、実線が発電型高圧蓄圧器２３の温度変化を表している。
【００５９】
車速が急激に減速して回生が行われると、オイルが発電型高圧蓄圧器２３へ一気に送り込まれるため、オイル室ＯＲの圧力が急上昇してピストン１４ｂがガス室ＧＲの側にスライドし、ガス室ＧＲが断熱圧縮される。
【００６０】
ガス室ＧＲが断熱圧縮されると、ガス室ＧＲの温度が常温（平常時の温度）から一気に上昇し、それに伴って発電型高圧蓄圧器２３の温度も上昇する。ガス室ＧＲの周辺部位には、熱電素子２５ａ，２５ｂがその作用面の一方をガス室ＧＲに向けて設置されているため、他方の作用面との温度差により、熱電素子２５ａ，２５ｂで起電力が発生する。
【００６１】
従って、放熱によって失われる熱エネルギーを、熱電素子２５ａ，２５ｂによって回収できるため、エネルギー回収効率を向上させることができる。
【００６２】
熱電素子２５ａ，２５ｂで発生した起電力は、発電型高圧蓄圧器２３から出力され、電流調整回路２１で調整された後、バッテリ２２及びＡＣＣに送電される。
【００６３】
熱電素子２５ａ，２５ｂの温度変化は大きいが、電流調整回路２１で最大電力点追従制御が行われるため、発電時のエネルギーロスも効果的に抑制できる。
【００６４】
車速が急激に加速して力行が行われると、オイルが発電型高圧蓄圧器２３から一気に流出するため、オイル室ＯＲの圧力が急低下してピストン１４ｂがオイル室ＯＲの側にスライドし、ガス室ＧＲが断熱膨張する。
【００６５】
ガス室ＧＲが断熱膨張すると、ガス室ＧＲの温度が常温から一気に低下し、それに伴って発電型高圧蓄圧器２３の温度も低下するため、熱電素子２５ａ，２５ｂで起電力が発生する。
【００６６】
このとき、各熱電素子２５ａ，２５ｂの作用面に作用する温度は、回生時とは逆になるため、図１０の（ａ）に示すように、各熱電素子２５ａ，２５ｂで発生する起電力の極性も逆になる。
【００６７】
それに対し、この回生システムＥＲＳでは、極性切替回路２０により、一対の出力配線ｓ１，ｓ２と一対の中継配線ｈ１，ｈ２との接続状態が切り替えられ、熱電素子２５ａ，２５ｂから出力される起電力の極性が、回生時と力行時とで反転するように制御される。
【００６８】
それにより、図１０の（ｂ）に示すように、電流調整回路２１へ出力される起電力の極性は、常に一定となる。従って、力行時及び回生時の双方において、発電型高圧蓄圧器２３で生じる温度変化を利用してエネルギーが回収できるので、エネルギー回収効率を向上させることができる。
【００６９】
なお、本発明にかかる発電型高圧蓄圧器は、上述した実施形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。
【００７０】
例えば、熱電素子は、必ずしも表層部２３ａ及び端面部２３ｂに設置する必要はない。表層部２３ａだけ、あるいは端面部２３ｂだけに設置してもよい。要は、温度変化を生じるガス室ＧＲの周辺部位に熱電素子が設置されていればよい。
【００７１】
図１１に示すように、容器１４ａの内部でなく、容器１４ａの外部におけるガス室ＧＲの外周部分に熱電素子２５ｃを設置してもよい。熱電素子２５ｃの周囲を覆っているのは、断熱材である。この場合、容易に配線でき、構造が簡素になる利点がある。
【００７２】
また、発電は、回生時又は力行時のいずれか一方の時だけに行ってもよい。その場合には、極性切替回路２０が省略できるため、システムが簡略化できる利点がある。
【符号の説明】
【００７３】
１３  オイルポンプモータ
１４  高圧蓄圧器
１４ａ  容器
１４ｂ  ピストン
１５  低圧リザーバ
２０  極性切替回路
２１  電流調整回路
２２  バッテリ（蓄電池）
２３  発電型高圧蓄圧器（高圧蓄圧器）
２３ａ  表層部
２３ｂ  端面部
２５ａ，２５ｂ  熱電素子
Ｃ  自動車
ＥＲＳ  回生システム
ＯＲ  オイル室
ＧＲ  ガス室
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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