JP2011093528A - Energy management system for hybrid electric automobile - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates generally to automotive energy management systems, and more particularly to hybrid electric vehicle energy management systems.
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。 Hybrid electric vehicles use an electric motor with a conventional internal combustion engine to generate torque for driving the wheels. When the driver of a hybrid electric vehicle applies a brake, the hybrid vehicle reverses the function of the electric motor, thus turning the electric motor into a generator. As the hybrid electric vehicle approaches a stopped state, the wheels of the hybrid electric vehicle generate a pulse of power with an electric motor that operates as a generator. This power pulse is stored in an energy storage device, such as a capacitor or battery, which drives the vehicle and / or powers the vehicle's accessories, such as a heating, ventilation and air conditioning (HVAC) system. used. However, due to the nature of the pulses, some of the power is lost due to parasitic losses when storing power.
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。 The power generation source in a hybrid electric vehicle is not limited to an electric motor that operates as a generator. For example, alternators and heat capture devices such as thermoelectric devices installed in the exhaust system of a hybrid vehicle can also be used to generate power. This power can be stored in an energy storage device. As with the power generated by the electric motor, some of the power thus generated is lost due to parasitic losses.
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。 When the hybrid electric vehicle is stopped, the hybrid electric vehicle generally stops the internal combustion engine. However, when the hybrid electric vehicle's HVAC system is operating, the hybrid electric vehicle must extract energy from the energy storage device and / or continue to operate the internal combustion engine and maintain the operation of the HVAC system. These needs reduce fuel consumption.
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。 Thus, providing a more efficient system for cooling and heating the passenger compartment of a hybrid electric vehicle while maximizing the accumulation of power pulses generated during braking and other power generated by the hybrid electric vehicle It is hoped that. In order to overcome the shortcomings and problems of the known techniques, systems and methods for managing the power generated by an automobile are disclosed.
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。 In overcoming the shortcomings and limitations of known techniques, a method of a system for managing the power generated by an automobile is disclosed. The system includes an HVAC device and a heat storage device, both of which are adapted to heat and cool an automobile passenger compartment. The system further comprises a controller connected to the electrical storage device and the power generation device, which can be a number of devices, such as an alternator, a regenerative brake generator and a waste heat recovery generator. The controller receives the power generated by the power generation device and stores the device in at least one of the electrical storage device and the heat storage device. In addition, the controller causes at least one of the HVAC device and the heat storage device to heat and cool the passenger compartment of the automobile.
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。 With respect to a method, the method stores power in at least one of receiving a power, monitoring an available storage amount of the electrical storage device and the thermal storage device, and at least one of the electrical storage device and the thermal storage device. And a step of performing. The method further includes storing power in the electrical storage device when the thermal storage device is at maximum capacity and storing power in the thermal storage device when the thermal storage device is below the maximum capacity. Can do.
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。 The method may further include a step for heating and cooling the passenger compartment of the automobile. The method includes monitoring a passenger compartment heat requirement and heating and cooling the passenger compartment from at least one of a heat storage device and an HVAC device based on the passenger compartment heat requirement. . If the required amount of heat in the passenger compartment can only be met by the heat storage device, the heat storage device heats and cools. However, if the heat storage device cannot meet the heat requirement of the passenger compartment, the HVAC device can supplement the heat storage device, or can be heated and cooled alone.
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。 These and other advantages, features and embodiments of the present invention will become apparent from the drawings, detailed description and claims.
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。
Referring to FIG. 1, there is shown an
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。
The
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。
The
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。
An
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。
A
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。
The
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。
Finally, the
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。
In operation, the
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。
If the
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。
The
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。
By having the
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。
Referring now to FIG. 2, another embodiment of an energy management system 10 'is shown, where the same reference numbers used in FIG. 2 indicate the same parts as in FIG. The
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。
The
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。 The foregoing descriptions of embodiments of the present invention have been presented for the purpose of illustrating the invention. The invention is not intended to be limited to the embodiments described so far, and many variations and modifications are possible in light of the above disclosure. The described embodiments have been chosen and described so as to best explain the principles of the invention when practiced, so that one skilled in the art may utilize the invention in various embodiments and various modifications. It is. All such variations and modifications are intended to be included within the scope of the invention as determined by the following claims as interpreted in accordance with the law.
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
DESCRIPTION OF
Claims (19)
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。 A heating, ventilation and air conditioning (HVAC) device for heating and cooling an automobile passenger compartment;
A first energy storage material adapted to heat and cool a passenger compartment of an automobile, and a second energy storage material adapted to store heat energy at a low temperature. A heat storage device comprising:
An electrical storage device;
At least one selected from the group of the electrical storage device and the thermal storage device, wherein the electrical storage device receives power from the power generation device, is connected to the thermal storage device, the electrical storage device, and the HVAC device With a controller adapted to store power
The HVAC device and the heat storage device heat the occupant compartment based on at least one of a heat requirement of the occupant compartment, a heat storage amount of the heat storage device, and an electric storage amount of the electric storage device. Or the energy management system for motor vehicles characterized by cooling.
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。 A method for providing conditioned air to a passenger compartment of an automobile,
Receiving electrical energy from the generator,
Monitor the amount of heat stored in the heat storage device,
When the heat storage device has an available storage amount,
Converting at least a portion of the electrical energy into thermal energy; and
By storing the thermal energy in the heat storage device,
Storing at least a portion of electrical energy in the heat storage device;
Storing at least a portion of the electrical energy in the electrical storage device when the thermal storage device does not have an adequate amount of storage available;
Providing conditioned air to an occupant compartment of an automobile based on at least one of a heat requirement of the occupant compartment, a heat storage amount of the heat storage device, or an electricity storage amount of the electrical storage device;
When the occupant compartment can be sufficiently heated or cooled by the heat storage device, the conditioned air is transmitted to the vehicle without instructing the HVAC device to provide the conditioned air to the occupant compartment. The occupant compartment of the method.
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