JP2013163412A - 電気自動車の暖房装置 - Google Patents

Abstract

【課題】極寒地でのバッテリの機能低下を考慮して、車載電力暖房機と燃焼ヒーターとを使い分けるようにした電気自動車の暖房装置を提供する。
【解決手段】車両Ｃの動力源としての電動回転機１に電力を供給する車載の電池８と、電池の温度を検出する電池温度センサ６２と、電池の電力を消費して車室の暖房を行う電気ヒーター５と、燃料を燃焼した熱で車室を暖房する燃焼ヒーター６と、電気ヒーターと燃焼ヒーターとの作動を制御する制御手段７とを備え、制御手段７は、電池温度センサにより検出した温度が所定の判定値Ｔｒ１を下回ると電気ヒーターの作動を禁止し、燃焼ヒーターを作動させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気自動車に搭載された暖房装置、特に蓄電量に応じて適時に燃焼ヒーターを駆動する電気自動車の暖房装置に関する。

電気自動車（ＥＶ）（ハイブリッド車（ＨＥＶ）も含むものとする）は電動モータ（モータ装置）を搭載し、この電動モータが蓄電装置よりの電力を受けて回転エネルギーを発生することで車両を走行させており、更に、車室の暖房を必要とする際には、蓄電装置の電力を消費して電熱式やヒートポンプ式の暖房機を駆動して車載電力暖房機を作動している。
このような電気自動車はその蓄電装置の充電状態（バッテリ充放電量ＳＯＣ）が走行前にチェックされ、少なくとも車両走行に必要とされる蓄電量を蓄電装置が保持していることが確認されると走行に入る。

ところが、定常温度の環境下で車両走行に必要とされる蓄電量を確保したとして走行に入ったとしても、走行域が極寒地等の環境下に入り走行を続けると、バッテリの機能低下を招く。たとえば、０℃を下回るバッテリの機能低下温度の環境下で走行を続けると、当初の蓄電量に見合うだけの走行を行うことができない場合があり、予め、車両走行に必要とされる蓄電量を十分に確保しておく必要がある。
このような状況下において、車載の車載電力暖房機を駆動した場合、更に、電力消費量が早まる。このため、極寒地等の環境下で走行を続ける場合、車載電力暖房機を駆動する場合には、残りの蓄電量で、残りの走行距離の走行を可能とすることが確認されたとしても、ヒーターの使用が不安となり、使用を控える可能性もある。

そこで、電気自動車はその蓄電装置の残りの蓄電量をチェックすることなく、即ち、蓄電装置の電力を使用せずに、車載電力暖房機とは別途に搭載した燃焼ヒーターを暖房装置として使用する場合がある。
このように、電気自動車の蓄電装置に貯蔵した電力（電気量）を消費することなく、且つ、暖房用エネルギー源として液体燃料を使用した電気自動車の暖房装置が特許文献１や特許文献２に開示されている。

特開２０１１−５７１９３号公報 実用新案登録第３１６２９０３号公報

ところで、電気自動車はそのクリーンエネルギー車両としての本来の使用目的からすれば、蓄電装置からの電力で車載電力暖房機を用いて暖房することが望ましい。この点より、車両の車載電力暖房機を使用可能な環境下で車載電力暖房機を用いずに、燃焼熱を熱源とする燃焼ヒーターを駆動することは、電気自動車のヒーターとして好ましい使用形態ではない。
上述のように、極寒地走行でのバッテリの機能低下による走行距離の確保に問題が生じるような場合にのみ、燃焼熱を熱源とする燃焼ヒーターを駆動することが望ましいと見做され、この点で、特許文献１，２には燃焼ヒーターを走行環境を考慮して使用する点についての技術が開示されない。

本発明は、以上のような課題に基づきなされたもので、目的とするところは、極寒地でのバッテリの機能低下を考慮して、車載電力暖房機と燃焼ヒーターとを適性環境下で使い分けるようにした電気自動車の暖房装置を提供することにある。

この発明の請求項１は、車両の動力源としての電動回転機に電力を供給する車載の電池と、前記電池の温度を検出する電池温度センサと、前記電池の電力を消費して車室の暖房を行う電気ヒーターと、燃料を燃焼した熱で前記車室を暖房する燃焼ヒーターと、前記電気ヒーターと前記燃焼ヒーターとの作動を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記電池温度センサにより検出した温度が所定の判定値を下回ると前記電気ヒーターの作動を禁止し、前記燃焼ヒーターを作動させる、ことを特徴とする。

この発明の請求項２は、請求項１記載の電気自動車の暖房装置において、前記判定値は前記電池の電池機能の低下に基づいて決定される温度値であることを特徴とする。

この発明の請求項３は、請求項１または２記載の電気自動車の暖房装置において、前記燃焼ヒーターはカセットボンベに封入された燃料ガスを燃料とすることを特徴とする。

この発明の請求項４は、請求項１または２に記載の電気自動車の暖房装置において、前記燃焼ヒーターは車載の液体燃料を用いることを特徴とする。

本願請求項１の発明によれば、電池温度が所定の判定値を下回ると車両の暖房を電気ヒーターより燃焼ヒーターに切換えるので、電池の蓄電量が電気ヒーターの使用で低下することがなく、電気ヒーターの使用による車両の走行距離の低下を防止できる。更に、電池の電池機能が低下する所定の判定値以下では燃焼ヒーターを使用するので、確実に車両の走行距離の低下を防止できる。更に、燃焼ヒーターにカセットボンベの燃料ガスや、車載の液体燃料を利用することもできる。

本発明の一実施形態としての電気自動車の暖房装置を搭載する車両の全体概略側面図である。 図１の電気自動車の暖房装置を搭載する車両の概略全体平面図である。 図１の電気自動車の暖房装置の拡大概略構成図である。 図１の電気自動車の暖房装置で用いる蓄電装置内のバッテリ温度の経時変化の一例を説明する図である。 図１の電気自動車の暖房装置で用いる暖房制御処理のフローチャートである。

以下、本発明の第１の実施形態である車両の暖房装置について説明する。
ここで、この発明の一実施形態としての車両の暖房装置を搭載する電気自動車（以後単に車両と記す）Ｃを図１，２に沿って概略的に説明する。
車両Ｃは動力源として用いる電動回転機（モータジェネレータ）１と、電動回転機１の回転力を車輪２に伝える不図示のＲＲ（リヤエンジン−リヤドライブ）形式の駆動装置と、電動回転機１に電力を供給する車載の蓄電装置３と、蓄電装置３とバッテリコントローラを介して信号授受をすると共に電動回転機１を含む駆動系を制御する電力制御装置４と、蓄電装置３の電力を受けて車室の暖房を行う暖房機である電気ヒーター（車載電力暖房機）５と、燃料を燃焼した熱で車室を暖房する燃焼ヒーター６と、これら電気ヒーター５及び燃焼ヒーター６を制御する車両の制御部を成す車両制御装置（ＰＣＵ）７と、を備える。

駆動源である電動回転機１を制御する電力制御装置（ＭＣＵ）４は蓄電装置３内のバッテリ（電池）８（図２参照）とバッテリコントローラｂｃを介して接続され、これによりバッテリ８の充電状態（バッテリ充放電量ＳＯＣ）を管理し、その情報が電力制御装置４や車両制御装置（ＰＣＵ）７に送信されている。更に、電力制御装置４は電動回転機１や、充電制御部９や電力変換機１０と接続され、車両の走行制御が成されている。
なお、電動回転機１は、電力の供給により駆動する電動機としての機能（力行機能）と、機械エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機としての機能（回生機能）とを兼ね備えており、電力制御装置４を介してバッテリ８と電力のやり取りを行なう。即ち、発電機として回生発電するときには、車輪２側より入力される回転力（動力）で発電可能である。一方、モータ（電動回転機）として機能するときには、その動力を車輪２に伝達できる。

次に、電力制御装置４と信号の授受を行う車両制御装置（ＰＣＵ）７には運転情報Ｓｃが各運転情報センサ６３から入力され、入力情報に応じて発電トルク指令値およびモータトルク指令値などを演算し、この指令値を電力制御装置４に送信することで、電力制御装置４がその演算結果に基づくＰＷＭ信号を生成し、蓄電装置３からの電力を駆動指令に応じた出力レベルに調整して電動回転機１を制御している。
更に、車両制御装置（ＰＣＵ）７には、図３に示すように、蓄電装置３のバッテリ８の充電状態（バッテリ充放電量ＳＯＣが充電量センサ６１から入力され、不図示の表示パネルに表示される。更に、バッテリ８の本体の温度情報がバッテリ温度センサ６２から入力され、これより車両制御装置（ＰＣＵ）７はバッテリの放電特性の低下を推測し、後述のように、電気ヒーター５に代えて、燃料を燃焼した熱で車室を暖房する燃焼ヒーター６の運転の切換え時期を制御する。

このような電気自動車は、図２に示すように、車体の下部が前後方向Ｘに長い左右一対のサイドメンバ１１と、これらの複数個所を車幅方向に結ぶ複数のクロスメンバ１２と、これらの上面に溶着されたフロア１３（図１参照）とで形成される。フロア１３にはその車室１４の前部にフロントシート１５が、後部にリアシート１６が配備され、その車室１４の中央下部位置のフロア１３の下の複数のクロスメンバ１２に蓄電装置の要部を成す電池パック１７が支持されている。この電池パック１７内には複数のバッテリ８が収容され、これらバッテリ８が充放電可能に電力制御装置４に接続される。
電気自動車には、車室の暖房を行う電気ヒーター５の他に、燃料を燃焼した熱で車室を暖房する燃焼ヒーター（オプションヒーター）６が搭載される。

ここで、電気ヒーター５は運転席前部のインストルメントパネルＩＰの下部に配備され、定常走行時に暖房オンの指示が車両制御装置（ＰＣＵ）７より発せられた際にバッテリ８からの電力を受けて暖房運転を行う。なお、ここではエネルギー効率が比較的良好なヒートポンプ式の暖房機を用いているが、これに代えて、電気ヒーター５として電熱線式の暖房機（電熱器）も使用可能である。
一方、燃焼ヒーター（オプションヒーター）６はフロントシート１５の下部に配設されている。図１、２に示すように、フロントシート１５はフロア１３の上面に所定高さを有した矩形のシート支持枠１９を介して支持される。このシート支持枠１９の下であってフロア１３の上に燃焼ヒーター６が配備される。

図３に示すように、燃焼ヒーター６はハウジング２１と、該ハウジング２１内に収蔵された燃焼室２２と、熱交換パイプ２３と、燃焼バーナー２４と、燃焼バーナー２４に混合ガスを供給する混合ガス配管２５と、混合ガス配管２５の上流に接続された混合器２６と、ハウジング２１と一体の基板２７上に設けた載置部２７１に着脱可能に載置されると共にＬＰガス（液化石油ガス）である燃焼ガスを充填したカセットガスボンベ２８と、載置部２７１に載置されるカセットガスボンベ２８からの燃焼ガスを受ける受け口２９１が形成されたボンベ接続部２９と、ボンベ接続部２９の一部に支持され、受け口２９１からの燃焼ガスを断続可能に混合器２６側に放出する電磁式の開閉弁３２と、車外の外気を混合器２６に導く給気配管３３と、熱交換パイプ２３の下流側に接続され、車外へ燃焼排ガスを排気する排気配管３４とを備える。

ハウジング２１には、一方に車室内の空気を取り入れる給気口３５が設けられ、該給気口３５には給気ファン３６が設けられる。ハウジング２１の他方である前側には、燃焼室２２及び熱交換パイプ２３を迂回した温風をルーバー３８を介して車室に吹き出す吹出し口３７が設けられる。
更に、燃焼室２２には、燃焼バーナー２４から噴出す混合ガスに点火する点火プラグ３９が設けられ、点火プラグ３９は車両制御装置（ＰＣＵ）７（制御手段）からのヒーター運転指令信号の入力時に起動スイッチ４１をオンし、これにより電気火花が放電される。熱交換パイプ２３は、金属製管から成り、ハウジング２１内を熱交換効率が良くなるように蛇行状又は螺旋状に配置される。

混合器２６は、図３に示す、導管３１から燃焼バーナー２４に向かう燃焼ガス（ＬＰガス）の流動による吸引作用により給気配管３３側の車外の外気を吸引するよう機能する。これにより燃焼ガスに外気を混合させて燃焼バーナー２４に混合ガスとして供給する。
カセットガスボンベ２８は、燃焼ガス（ＬＰガス）を充填したボンベで、基板２７上に設けた載置部２７１に載置された上で、取り付け取り外しを簡単に行うことができるようにつる巻きバネ（図示せず）で回動付勢された固定レバー４２の押圧力を受けて、ボンベ接続部２９を介し混合器２６側へ接続される。

ここで、燃焼ヒーター６の運転は、まず、車両制御装置（ＰＣＵ）７が燃焼ヒーター駆動信号の入力を受けることで、開閉弁３２を開放し、給気ファン３６をオンし、同時に起動スイッチ４１がオンして点火プラグ３９による混合ガスの着火処理が成されることで開始される。これにより、給気口３５から低温の室内気がハウジング２１に流入すると、燃焼室２２でのＬＰガスの燃焼熱を燃焼室２２の周壁及び熱交換パイプ２３より受けて流動することで加熱され、温風となってルーバー３８を介して吹出し口３７より車室に吹き出され、暖房運転が継続される。

このような車両の暖房装置を搭載する車両Ｃは、走行前に定常の雰囲気温度下で電池パック１７内の各バッテリ８の充電を行い、少なくとも車両走行に必要とされる蓄電量をバッテリ８が保持していることが確認される。ここで、たとえば満充電（フル充電）を行い、走行に入るとする。この走行中において、電動回転機１側が各バッテリ８の電力を消費しながら走行し、同時に車両の電気ヒーター５が駆動され、暖房運転が成されるとする。 このような状況下で車両制御装置（ＰＣＵ）７は不図示のメインルーチンでの走行制御の途中で、図５の暖房制御ルーチンに達する。

ここでは、ステップｓ１で現在のバッテリ温度Ｔｂｎが予め設定されている判定値Ｔｒ１（特定値１）を下回るか否か判断する。この判定値Ｔｒ１はバッテリ（電池）８の温度低下による電池放電機能の低下に基づいて決定される温度閾値であればよく、適宜設定され、たとえば、ここではバッテリ８の温度低下によって電池放電機能が停止していると判断できる温度として、０℃に設定される。なお、この判定値Ｔｒ１は経年劣化していないバッテリ（電池）８において、温度低下によって生じる放電機能の低下を考慮して適宜設定される。

ステップｓ１で判定値Ｔｒ１（０℃）を下回らない間は、ステップｓ２で、燃焼ヒーター（オプションヒーター）６が駆動（作動）している場合（図４のｎ域参照）、これを停止処理し、ステップｓ３で電気ヒーター５の駆動（作動）を継続させる。
次いで、走行中にステップｓ１からｓ３のループでの運転中に、車両が極寒地ｍの走行に入り、図４に示すように、やがて外気温低下と共にバッテリ８の温度が低下し、判定値Ｔｒ１（０℃）を下回るとする。

この場合、ステップｓ１の判断がバッテリ８の温度Ｔｂが判定値Ｔｒ１（図中では特定値１）、例えば、０℃を下回ったと判断してステップｓ４に進む。ここではオプションヒーター駆動域と判断し、電気ヒーター（車載電力暖房機）５の作動を禁止、つまり停止し、ステップｓ５で燃焼ヒーター（オプションヒーター）６を駆動し、ステップｓ６に進む。ステップｓ６では、ハンチング防止のための修正値Δｔを加算した第２判定値Ｔｒ２（＝Ｔｒ２＋Δｔ）を用い、例えば、１℃以上にバッテリ温度Ｔｂｎが上昇下か否か判断する。

極寒地走行中であってオプションヒーター駆動域では、ステップｓ４〜ｓ６のループで運転が継続される。このような制御により、車内はバッテリ８の温度が低下し、判定値Ｔｒ１（０℃）を下回る時点で、バッテリ８の電気ヒーター５による消費を停止でき、バッテリの残充電量を走行用にのみ使用でき、極寒地でのバッテリ８の充電機能低下を最小限に抑え、走行距離の低下を抑制することができる。
更に、車内はオプションヒーターである燃焼ヒーター６をカセットガスボンベ２８のＬＰガスの供給によって連続運転でき、燃焼ヒーター６の給気口３５からの低温の室内気をＬＰガスの燃焼による熱を受ける燃焼室２２の周壁や熱交換パイプ２３により加熱し、温風を吹出し口３７より車室に吹き出し、暖房運転が成され、快適な運転空間を維持できる。

次いで、ステップｓ６に達した際に、極寒地走行中に緩やかな温度上昇が始まり、第２判定値Ｔｒ２（１℃）以上にバッテリ温度Ｔｂｎが上がると（図４のＰ１点参照）すると、ステップｓ７に進み、ここで、燃焼ヒーター（オプションヒーター）６を停止させ、ステップｓ８で電気ヒーター５の駆動に切換え、不図示のメインルーチンに戻る（リターン）。
判定値Ｔｒ２（１℃）以上にバッテリ温度Ｔｂｎが上がると、走行前に、本来、満充電（フル充電）を行っていた蓄電装置内のバッテリ８の機能が定常状態に戻っており、バッテリ８での走行と同時にバッテリ８の電力を利用する電気ヒーター（車載電力暖房機）５の駆動を再開し、本来のクリーンエネルギー車両としての走行状態に戻ることができる。

上述のところにおいて、燃焼ヒーター（オプションヒーター）６はカセットガスボンベ２８のＬＰガスを燃料とするので、燃焼ヒーター（オプションヒーター）６の燃料系の構成を簡素化でき、燃料補給が簡素化される利点もある。
更に、上述のところにおいて、燃焼ヒーター（オプションヒーター）の燃料としてＬＰガスを用いるものとして説明したが、これに代えて、車両に燃焼ヒーター用の液体燃料（ガソリン、軽油）等を貯蔵するタンクを配備し、その液体燃料の供給を受けて燃焼し、暖房作動できる液体燃料方式の燃焼ヒーター（不図示）を用いてもよい。

更に、また、上述のところにおいて、内燃機関を搭載していない電気自動車の構成例を示したが、これに限られるものではなく、本発明は内燃機関を備えたハイブリッド車にも適用可能である。そして、ハイブリッド車に搭載された液体燃料であるガソリンを蓄積するガソリンタンクからのガソリン供給を受けて、これを燃料とした燃焼ヒーターを燃焼駆動させるようにしてもよい。
これらの場合も、図１の電気自動車の暖房装置と同様の作用、効果が得られる。

１ 電動回転機
４ 電力制御装置
５ 電気ヒーター
６ 燃焼ヒーター（オプションヒーター）
７ 車両制御装置（制御手段）
８ バッテリ（電池）
６１ ＳＯＣセンサ
６２ 電池温度センサ
Ｃ 車両
Ｔｒ１ 判定値

Claims (4)

1. 車両の動力源としての電動回転機に電力を供給する車載の電池と、
   前記電池の温度を検出する電池温度センサと、
   前記電池の電力を消費して車室の暖房を行う電気ヒーターと、
   燃料を燃焼した熱で前記車室を暖房する燃焼ヒーターと、
   前記電気ヒーターと前記燃焼ヒーターとの作動を制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記電池温度センサにより検出した温度が所定の判定値を下回ると前記電気ヒーターの作動を禁止し、前記燃焼ヒーターを作動させる、ことを特徴とする電気自動車の暖房装置。
2. 請求項１記載の電気自動車の暖房装置において、
   前記判定値は前記電池の電池機能の低下に基づいて決定される温度値であることを特徴とする電気自動車の暖房装置。
3. 請求項１または２記載の電気自動車の暖房装置において、
   前記燃焼ヒーターはカセットボンベに封入された燃料ガスを燃料とすることを特徴とする電気自動車の暖房装置。
4. 請求項１または２に記載の電気自動車の暖房装置において、
   前記燃焼ヒーターは車載の液体燃料を用いることを特徴とする電気自動車の暖房装置。

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