(57)【要約】【課題】高圧蓄圧器で発生する熱の散逸を抑制し、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、自動車の高圧蓄圧器４０である。高圧蓄圧器４０は、容器１７の内部にスライド自在に配置され、その内部をオイル室ＯＲとガス室ＧＲとに区画するピストン１８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、ガス室ＧＲの圧縮に伴って上昇し得る温度の範囲内に転移温度がある、潜熱蓄熱材４１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、潜熱蓄熱材が設置され、
前記潜熱蓄熱材の転移温度が、前記ガス室の圧縮に伴って上昇し得る温度の範囲内にある高圧蓄圧器。
【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、前記潜熱蓄熱材が設置されている高圧蓄圧器。
【請求項３】
請求項１に記載の高圧蓄圧器において、
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高圧蓄圧器。
【請求項４】
請求項３に記載の高圧蓄圧器において、
前記潜熱蓄熱材の転移温度が、更に、エネルギー変換効率が極大を示す前記熱電素子のピーク温度の近傍にある高圧蓄圧器。
【請求項５】
自動車の回生システムであって、
請求項３又は請求項４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電流調整回路と、
を備え、
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１７と、その内部を自在にスライドするピストン１８とが備えられている。高圧蓄圧器１４の内部は、ピストン１８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１８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１８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１８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、常温から８０℃近くまで温度上昇し、その温度差分の熱エネルギーが失われてしまう。
【００２２】
そこで本発明の目的は、高圧蓄圧器で発生する熱の散逸を抑制し、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】
【００２３】
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。本高圧蓄圧器は、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。
【００２４】
そして、前記ガス室の周辺部位に、潜熱蓄熱材が設置され、前記潜熱蓄熱材の転移温度が、前記ガス室の圧縮に伴って上昇し得る温度の範囲内にあるように構成されている。
【００２５】
すなわち、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。従って、ガス室の容量が急激に小さくなると、ガス室に貯留されているガスが断熱圧縮され、ガス室の温度が一気に上昇する。
【００２６】
ガス室の周辺部位には、そのガス室の昇温範囲内に転移温度がある潜熱蓄熱材が設置されているので、ガスの温度変化に伴って放出される熱を、潜熱蓄熱材に蓄熱することができる。従って、熱の散逸を効果的に抑制できる。
【００２７】
そして、潜熱蓄熱材は、転移温度の低温側では吸熱し、転移温度の高温側では放熱するため、ガス室及びその周辺部位の温度を、転移温度の前後で安定化させることができ、断熱圧縮に伴うガス室の温度変化の高低差を小さくできる（温度の平準化）。
【００２８】
温度の平準化により、急激な温度変化に伴う容器やピストンの熱膨張が抑制できるので、高圧蓄圧器の耐久性が向上する。
【００２９】
従って、この高圧蓄圧器によれば、回生時に生じる熱を直ぐに放熱してしまうことなく、蓄熱して長時間保持することができるので、エネルギーロスを抑制することができ、耐久性の向上も図れる。
【００３０】
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、前記潜熱蓄熱材を設置するとよい。
【００３１】
そうすれば、ガスの温度変化を直接的に潜熱蓄熱材に伝えることができるので、効率よく蓄熱できる。
【００３２】
また、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を設置してもよい。
【００３３】
そうすれば、ガス室の温度変化を利用して発電することが可能になり、熱エネルギーを電気エネルギーに変換して出力することができる。しかも、潜熱蓄熱材により、ガス室を高温で長時間安定して保持できるので、熱電素子の発電機能を効率的に発揮させることができる。
【００３４】
更に、前記潜熱蓄熱材の転移温度は、エネルギー変換効率が極大を示す前記熱電素子のピーク温度の近傍にあるように設定するのが好ましい。
【００３５】
そうすれば、よりいっそう熱電素子の発電機能を効率的に発揮させることができるので、エネルギー回収効率を更に向上させることができる。
【００３６】
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、次のようにするとよい。
【００３７】
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電流調整回路と、を備え、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。
【００３８】
そうすれば、更に効率的に電力を出力できるようになるので、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】
【００３９】
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】
【００４０】
【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】第１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】蓄熱型高圧蓄圧器の構造を示す概略断面図である。
【図７】蓄熱型高圧蓄圧器での回生時の温度変化の一例を示すグラフである。
【図８】第２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９】蓄熱発電型高圧蓄圧器の構造を示す概略断面図である。
【図１０】熱電素子のエネルギー変換効率と温度との関係を示すグラフである。
【図１１】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１２】蓄熱型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】
【００４１】
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。
【００４２】
＜第１実施形態＞
（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。
【００４３】
この回生システムＥＲＳでは、高圧蓄圧器の構造が、高圧蓄圧器１４と異なっている（蓄熱型高圧蓄圧器４０と称する）。
【００４４】
図６に、その蓄熱型高圧蓄圧器４０を示す。蓄熱型高圧蓄圧器４０では、ガス室ＧＲの周辺部位に潜熱蓄熱材４１が設置されている。
【００４５】
具体的には、ピストン１８の内部のガス室ＧＲ側の部位（ガス室ＧＲに面しているピストン１８の表層部１８ａ）と、容器１７の端面部１７ａ（表層部１８ａと対向してガス室ＧＲに面している部位）とに潜熱蓄熱材４１が設置されている。
【００４６】
潜熱蓄熱材４１は、相転移にともなう潜熱を利用して蓄熱を可能にする部材である。潜熱蓄熱材４１は、転移温度以下の環境に曝されると放熱し、転移温度以上の環境に曝されると吸熱する。潜熱蓄熱材４１は、転移温度より低温では固相になり、転移温度より高温では液相になる。潜熱蓄熱材４１自体は公知であるため、その詳細な説明は省略する。
【００４７】
潜熱蓄熱材４１の転移温度は、ガス室ＧＲの圧縮に伴って上昇し得る温度の範囲（回生時昇温範囲）内に有るように設定されている。
【００４８】
本回生システムＥＲＳの場合、回生時昇温範囲は、概ね、常温（平常時の温度）から１００℃までである。そのため、潜熱蓄熱材４１の素材としては、この温度範囲で容易に転移温度を設定できるパラフィン系の潜熱蓄熱材が好ましい。
【００４９】
上述したように、従来の高圧蓄圧器では、回生時に温度が上昇し、蓄積されるエネルギーが、放熱によって回生前よりも減少し、エネルギーロスが発生していた。
【００５０】
それに対し、この蓄熱型高圧蓄圧器４０では、潜熱蓄熱材４１をガス室ＧＲの周辺部位に設置し、その潜熱蓄熱材４１の転移温度を、回生時に変化し得る温度の範囲内に位置させている。そうすることにより、この蓄熱型高圧蓄圧器４０では、回生時にガス室ＧＲで発生する熱を、潜熱蓄熱材４１に効果的に蓄熱できる。
【００５１】
図７に、図４に対応した蓄熱型高圧蓄圧器４０での回生時の温度変化を例示する。ガス室ＧＲで発生した熱は潜熱蓄熱材４１に吸熱されるため、ガス室ＧＲで急激に熱が発生しても、温度は一気に上昇しない。放熱が続く間は、その熱が潜熱蓄熱材４１によって吸熱されるため、転移温度の近傍で温度が安定化する。
【００５２】
そうして、ガス室ＧＲの温度が転移温度よりも低下する状態になると、潜熱蓄熱材４１は、放熱する。それにより、ガス室ＧＲ及びその周辺部位は、転移温度の近傍の温度で安定化した状態で長時間保持され、熱エネルギーの散逸を抑制できる。
【００５３】
従って、潜熱蓄熱材４１が機能している間に次の力行が行われた場合に、エネルギーロスを抑制することができる。
【００５４】
従来の高圧蓄圧器１４のように、ガス室ＧＲの温度が急激に上昇すると、容器１７やピストン１８のその周辺部位に、熱膨張によって応力が加わる場合がある。応力が加わった状態でピストン１８がスライドすると摩耗が進んで耐久性の低下を招くおそれがある。
【００５５】
それに対し、この蓄熱型高圧蓄圧器４０では、温度変化の高低差が小さくなるので（温度の平準化）、熱膨張を抑制でき、耐久性の向上が図れる。
【００５６】
＜第２実施形態＞
図８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、図１に示した自動車や第１実施形態の自動車と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。
【００５７】
この回生システムＥＲＳには、更に、電流調整回路５０、バッテリ５１（蓄電池の一例）などが設けられていて、高圧蓄圧器は、高圧蓄圧器１４及び蓄熱型高圧蓄圧器４０と構造の一部が異なっている（蓄熱発電型高圧蓄圧器５２と称する）。
【００５８】
蓄熱発電型高圧蓄圧器５２は、バッテリ５１及びＡＣＣ（アクセサリ電源）と電気的に接続されている。電流調整回路５０は、蓄熱発電型高圧蓄圧器５２とバッテリ５１及びＡＣＣとの間に電気的に接続されている。
【００５９】
図９に、蓄熱発電型高圧蓄圧器５２を示す。この蓄熱発電型高圧蓄圧器５２では、ガス室ＧＲに面しているピストン１８の表層部１８ａに潜熱蓄熱材４１が設置され、容器１７の端面部１７ａに熱電素子５３が設置されている。
【００６０】
熱電素子５３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。
【００６１】
熱電素子５３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。
【００６２】
後述するように、熱電素子５３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。
【００６３】
更に、熱電素子材料及び潜熱蓄熱材４１の素材は、双方の特性を考慮して選択して使用するのが好ましい。具体的には、熱電素子５３のエネルギー変換効率が最大となる温度に対応させて潜熱蓄熱材４１の転移温度を設定する。
【００６４】
図１０に、熱電素子５３のエネルギー変換効率と温度との関係を示す。熱電素子５３は、その構造上、エネルギー変換効率が、温度によって変化し、個々の熱電素子材料で、極大を示すピーク温度ＴＰｍａｘが存在する。
【００６５】
従って、潜熱蓄熱材４１の転移温度を、このピーク温度ＴＰｍａｘの近傍に設定すれば、熱電素子５３の温度をピーク温度ＴＰｍａｘの近傍で長時間保持できるようになるので、高いエネルギー変換効率で長時間発電することが可能になる。
【００６６】
本回生システムＥＲＳの場合であれば、例えば、潜熱蓄熱材４１の転移温度が、ピーク温度ＴＰｍａｘ±２０℃の範囲内にあるように設定すればよい（図７参照）。
【００６７】
熱電素子５３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。
【００６８】
熱電素子５３で発生する起電力を出力する各々の一対の導出配線ｔ１，ｔ２は、端面部１７ａに開口する貫通孔５５を通じて、蓄熱発電型高圧蓄圧器５２の外部に導出されている。導出配線ｔ１，ｔ２が挿通された貫通孔５５は、封止部材５６によって密閉されている。なお、導出配線ｔ１，ｔ２は、中継端子を介して蓄熱発電型高圧蓄圧器５２の外部と電気的に接続してもよい。
【００６９】
蓄熱発電型高圧蓄圧器５２から引き出された各導出配線ｔ１，ｔ２は、電流調整回路５０に接続されている。電流調整回路５０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５３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。
【００７０】
図１１に、熱電素子５３で得られる電力と電流との関係を示す。熱電素子５３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５０において、そのピークを示す最大電力点で熱電素子５３が動作するように、最大電力点追従制御が行われる。
【００７１】
電流調整回路５０で出力調整が行われた起電力は、バッテリ５１やＡＣＣに送電される。
【００７２】
なお、本発明にかかる高圧蓄圧器等は、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。
【００７３】
例えば、潜熱蓄熱材４１は、必ずしも表層部１８ａや端面部１７ａに設置する必要はない。表層部１８ａだけ、あるいは端面部１７ａだけに設置してもよい。要は、温度変化を生じるガス室ＧＲの周辺部位に潜熱蓄熱材４１が設置されていればよい。
【００７４】
図１２に示すように、容器１７の内部でなく、容器１７の外部におけるガス室ＧＲの外周部分に潜熱蓄熱材４１を設置してもよい。潜熱蓄熱材４１の周囲を覆っているのは、断熱材である。
【００７５】
熱電素子５３も同様に、必ずしも表層部１８ａや端面部１７ａに設置する必要はなく、温度変化を生じるガス室ＧＲの周辺部位に設置されていればよい。
【符号の説明】
【００７６】
１３  オイルポンプモータ
１５  低圧リザーバ
１７  容器
１８  ピストン
４０  蓄熱型高圧蓄圧器
４１  潜熱蓄熱材
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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【図１２】
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