JP2013005710A - 車輌用充発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】 電気自動車等における動力源としての電力を得るための新たな充発電システムを構築し、車輌の走行可能距離を最大限に延ばし、実用化を図れるようにする。
【解決手段】
車載用充発電システム１０として、電気自動車等の車体１に、複数個のペルチェ効果素子２１からなるゼーベック発電ユニット２０を設け、このゼーベック発電ユニット内に、該ペルチェ効果素子の内外の温度差として２００℃以上に達する二つの環境空間２２，２３を形成する。その温度差を利用することでゼーベック効果により電子冷熱発電を行い、その発電により得られた電力で常時、車載バッテリ４０（ＤＣ１１６Ｖ／２００Ａｈ；リイウムポリマーバッテリユニット等）を充電するように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ゼーベック効果（温度差による発電）を利用した、特に電気自動車用に用いて好適な充発電システムに関し、特に走行可能な距離を最大限長くすることができる電気自動車用充発電システムに関する。

近年、地球環境改善のためにクリーンエネルギー技術等を利用した充発電システムを自動車に搭載することが望まれており、従来から種々の提案がなされている。

たとえば特許文献１には、温度差発電装置としてのランキンサイクルを車輌に搭載するようにした電気自動車が記載されている。

すなわち、このようなランキンサイクルによる温度差発電装置は、凝縮器に液体空気等の液化ガスの低温を利用し，蒸発器に常温を用い，もって温度差発電を行い，その電力で駆動源としての電動モータを回転させて走行輪を回転駆動するようになっている。

特開平７−１３９３１１号公報

しかし、上述したような従来の車輌用充発電システムは、アイデア段階であって、実用に耐え得る動力を得るうえで種々の対策を講じることが望まれている。

例えば電子冷熱発電を利用して発電を行う場合には所要の温度差を確保することが望まれるが、従来から知られているこの方式による発電システムでは一長一短があり、必要とされる最低でも２００℃以上に及ぶ温度差を、低コストで安定的に確保することが困難である、という問題点を克服しその上で、さらなる発電効率を向上させることが望まれている。

特に、上述したような発電システムにおいて最も望まれることは、車載バッテリとの組み合わせによって、所要の電力量を確保でき、実車搭載時に走行可能距離を大幅に延ばし、実用化に供することができること等が必要とされている。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、電気自動車等における動力源としての電力を得るための発電システムを、車輌の走行可能距離を最大限に延ばし、実用化を達成し得る車輌用充発電システムを得ることを目的とする。

このような目的に応えるために本発明（請求項１記載の発明）に係る車輌用充発電システムは、車輌の駆動輪を回転駆動する電動モータと、この電動モータに電力を供給する車載バッテリと、このバッテリを充電する電力発生用の発電ユニットを備えた車輌用充発電システムにおいて、前記発電ユニットとして、複数個のペルチェ効果素子からなるゼーベック発電ユニットを設けるとともに、該ユニット内に前記ペルチェ効果素子の内外に温度差として２００℃以上を生じさせる二つの環境空間を形成し、これら内外の環境空間の温度差を利用して電子冷熱発電を行い、発生する電力で前記車載バッテリを充電するように構成したことを特徴とする。

本発明（請求項２記載の発明）に係る車輌用充発電システムは、請求項１記載の車輌用充発電システムにおいて、前記ゼーベック発電ユニットは、内外の環境空間に温度差を発生させる手段として、液体窒素等の−１８０℃以下の温度帯域を有する冷却媒体を利用した冷却方式を採用したことを特徴とする。

本発明（請求項３記載の発明）に係る車輌用充発電システムは、請求項１または請求項２記載の車輌用充発電システムにおいて、車載バッテリとして、リチウムポリマー（又はイオン）バッテリー等の高エネルギー密度（例えば１４０Ｗ−ｈｒ／Ｋｇ以上）の特性を有するバッテリーシステムを用いることを特徴とする。

本発明（請求項４記載の発明）に係る車輌用充発電システムは、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の車輌用発電システムにおいて、前記ゼーベック発電ユニットは、車載エアコンの冷媒加熱用、車載ヒータ用の熱源として利用可能に構成されていることを特徴とする。

本発明（請求項５記載の発明）に係る車輌用充発電システムは、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の車載用充発電システムにおいて、車体の屋根あるいは側面に設けたソーラー発電ユニットを備え、このソーラー発電ユニットは、ダイオードを介して車載バッテリに接続されていることを特徴とする。

本発明（請求項６記載の発明）に係る車輌用充発電システムは、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の車載用充発電システムにおいて、複数の充電器を備え、これらの充電器は、並列接続された複数台の車載バッテリによるブロック毎に接続されて充電を行うように構成されていることを特徴とする。

以上説明したように本発明に係る車輌用充発電システムによれば、ゼーベック発電ユニット内に２００℃以上の温度差を確保し得る環境空間を設け、これをペルチェ効果素子を用いて発電を効率良く行うことができ、これにより電気自動車等における動力源としての電力を得るための発電システムを、車輌の走行可能距離を最大限に延ばし、実用化を達成することができる。

また、本発明によれば、ゼーベックユニットは、自動車によって必要不可欠な設備であるエアコンの冷媒、ヒータ用の熱源としても同時に利用することにより、従来の電気自動車にとって、全体の電気消費量の４０％以上にも達するエアコンによる電気消費量を殆どゼロにすることが可能となり、車輌全体の省エネ化を図るうえで効果は大きい。

さらに、本発明によれば、ソーラー発電ユニット（１２０Ｖ／５Ａ−６００Ｗ程度のもの）を車輌の車体の屋根や側面に貼り付け、この発電された電力をダイオードを介して直接バッテリに接続して補充充電するように構成することにより、電気自動車等における電力システムを全体として、より一層効率的に電力を生成、蓄電することができる。

また、本発明によれば、搭載している複数個のリチウムポリマー（又はイオン）バッテリーを複数台の充電器で充電することにより、所要の状態での充電を効率よく行うことができ、短時間で満充電することができる等の利点がある。

本発明に係る車輌用充発電システムの一実施例を示す電気自動車全体の概略構成を示す概略構成図である。

電気自動車の車体に、ペルチェ効果素子からなるゼーベックユニットを設け、このゼーベックユニット内外の温度差として２００℃以上に達する環境空間を形成し、この温度差を利用して電子冷熱発電を行い、この電力で常時、車載バッテリ（例えばＤＣ１１６Ｖ／２００Ａｈ；リチウムポリマーバッテリユニット等）を充電するように構成する。

図１は本発明に係る車輌用充発電システムの一実施例を示すものであり、図において、全体を符号１で示す電気自動車の車体は、その駆動源としてインホイールモータＭ，Ｍを走行駆動輪である後輪３に組み込み配置している。勿論、これに限らず、適宜の駆動源としてのモータであってもよい。

さて、本発明によれば、車載用充発電システム１０として、電気自動車等の車体１に、複数個のペルチェ効果素子２１からなるゼーベック発電ユニット２０を設け、このゼーベック発電ユニット２０内に、該ペルチェ効果素子２１の内外の温度差として２００℃以上に達する二つの環境空間２２，２３を形成する。その温度差を利用することで各ペルチェ効果素子２１により電子冷熱発電を行い、その発電により得られた電力で常時、車載バッテリ４０（例えばＤＣ１１６Ｖ／２００Ａｈ；リチウムポリマーバッテリユニット等）を充電するように構成している。

ここで、ゼーベック発電ユニット２０は、図１に示すように、ケーシング２４を有し、このケーシング２４内に断熱材２５によって取り囲まれた内側の環境空間２２が形成され、また外側の環境空間２３が形成されている。そして、これら内外の環境空間２２，２３間に跨ってペルチェ効果素子２１が形成されている。

そして、前記ゼーベック発電ユニット２０内での内側環境空間２２には、液体窒素ボンベ２６から液体窒素が注入され、該環境空間２２と外側の環境空間２３との間の温度差を２００℃以上に達することができるようにしている。このような安価な液体窒素等を利用しての超低温度帯域での温度差を発生させる手段とすることで、比較的安価でより安全で且つ環境にも害を及ぼさない新な温度差発電システムの提供である、ということが確認される。

また、この車体１には、前記モータＭ，Ｍを駆動制御するモータコントローラ３０が設けられ、前記車載バッテリ４０や発電ユニット２０からの電力をインホイールモータＭ，Ｍに適宜供給するようになっている。なお、前記車載バッテリ４０には、急速充電器５０が電力供給用として接続されている。

さらに、この実施例では、車載のエアコンユニット６０が設けられ、前記発電ユニット２０の内外の環境空間２２，２３から暖気または冷気を取り込むように構成されている。
また、この車体１の屋根や側面には、ソーラー発電ユニット（ソーラーセル）７０が設けられ、エコエネルギとして太陽光を取り込み、電力に変換し、前記充電器５０や発電ユニット２０と共に、電力源として利用するように構成されている。

以上の構成による本発明に係る車輌用充発電システム１０によれば、ゼーベック発電ユニット２０内に２００℃以上の温度差を確保し得る環境空間２２，２３を設け、これをペルチェ効果素子２１を用いて発電を効率良く行うことができ、これにより電気自動車等における動力源としての電力を得るための発電システム１０を構築でき、しかも車輌の走行可能距離を最大限に延ばし、実用化を達成することができるものである。

本発明に係る車輌用充発電システム１０において、ゼーベック発電ユニット２０に対し、自動車によって必要不可欠な設備であるエアコンユニット６０を組み合わせ、該エアコンユニット６０の冷媒、さらに暖房用ヒータ用の熱源として、同時に組み合わせて利用することができるようにしてもよい。

このように構成とすれば、従来の電気自動車にとって、全体の電気消費量の４０％以上にも達するエアコンユニット６０による電気消費量を殆どゼロにすることが可能となり、車輌全体の省エネ化を図るうえで効果は大きい。

本発明に係る車輌用充発電システム１０によれば、上記に加えて、ソーラー発電ユニット（１２０Ｖ／５Ａ−６００Ｗ程度のもの）を車輌の車体１の屋根や側面に貼り付け、この発電された電力をダイオードを介して直接、車載バッテリ４０に接続し、このバッテリ４０を補充充電するシステムを追加するようにしてもよい。

このような構成によれば、電気自動車等における電力システムを全体として、より一層効率的に電力を生成、蓄電することができる。

本発明に係る車輌用充発電システム１０において、充電器５０で充電する場合は、搭載しているリチウムポリマーバッテリー１６ユニット（１ユニットの容量；ＤＣ２９Ｖ／５０Ａｈ−５時間率）を４ユニットずつ直列接続し、１１６Ｖ／５０Ａｈずつ４ブロックに分割し、これを出力ＤＣ１２０Ｖ／２０Ａの充電器４台にて充電する。（ローカルチャージャ方式）。

この方式による充電方法によれば、１１６Ｖ／２００Ａｈを一括で充電する充電方式の場合と比較すると、バッテリの損傷が少なく、約１／４の時間で満充電することが可能となる等の利点がある。

なお、本発明は上述した実施の形態で説明した構造には限定されず、車輌用充発電システム１０を構成する各部の形状、構造等を適宜変形、変更し得ることはいうまでもない。

１ 車体
２ 前輪
３ 後輪（走行輪）
１０ 車載用発電システム
２０ ゼーベック発電ユニット
２１ ペルチェ効果素子
２２，２３ 環境空間
２４ ケーシング
２５ 断熱材
２６ 液体窒素ボンベ
４０ 車載バッテリ
５０ 急速充電器
６０ エアコンユニット
７０ ソーラー発電ユニット（ソーラーセル）
２２ 制御回路部

Claims (6)

1. 車輌の駆動輪を回転駆動する電動モータと、この電動モータに電力を供給する車載バッテリと、このバッテリを充電する電力発生用の発電ユニットを備えた車輌用充発電システムにおいて、
   前記発電ユニットとして、複数個のペルチェ効果素子からなるゼーベック発電ユニットを設けるとともに、
   該ユニット内に前記ペルチェ効果素子の内外に温度差として２００℃以上を生じさせる二つの環境空間を形成し、
   これら内外の環境空間の温度差を利用して熱発電を行い、発生する電力で前記車載バッテリを充電するように構成したことを特徴とする車輌用充発電システム。
2. 請求項１記載の車輌用充発電システムにおいて、
   前記ゼーベック発電ユニットは、内外の環境空間に温度差を発生させる手段として、液体窒素等の−１８０℃以下の温度帯域を有する冷却媒体を利用した冷却方式を採用したことを特徴とする車輌用充発電システム。
3. 請求項１または請求項２記載の車輌用充発電システムにおいて、
   車載バッテリとして、リチウムポリマー又はリチウムイオンバッテリーを用いたことを特徴とする車輌用充発電システム。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の車輌用充発電システムにおいて、
   前記ゼーベック発電ユニットは、車載エアコンの冷媒源として利用することを特徴とする車輌用充発電システム。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の車載用充発電システムにおいて、
   車体の屋根あるいは側面に設けたソーラー発電ユニットを備え、
   このソーラー発電ユニットは、ダイオードを介して車載バッテリに接続されていることを特徴とする車輌用充発電システム。
6. 車両用充発電システムとして、請求項１のゼーベック発電ユニット、請求項３のリチウムポリマー（又はイオン）バッテリーシステム、請求項５のソーラー発電ユニットに加え、風力発電ユニット、回生発電ユニット等の５種類のシステムを組み合わせたことを特徴とする車両用充発電システム。

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