JP2020082765A - 車載用オイルヒーター装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電力消費を抑えて車室の暖房をすることができる車載用オイルヒーター装置を提供する。【解決手段】車室に配置されたオイルヒーター３０と、走行用モーター４及びエンジン２により駆動されるジェネレーター５を含む駆動ユニット６と、走行用モーター４及びジェネレーター５を冷却するオイルが循環する第１のオイル循環流路１０と、第１のオイル循環流路１０から分岐してオイルヒーター３０にオイルを供給し、オイルヒーター３０から駆動ユニット６にオイルを戻す第２のオイル循環流路２０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、電気自動車の車室を暖房する車載用オイルヒーター装置に関する。

従来、車室内を暖房するための装置が種々提案されている。例えば、特許文献１には、プラグインハイブリッド車や電気自動車のバッテリーを充電中に、電気ヒーター等を用いてオイルを加熱し、蓄熱状態にオイルによって車室を暖房する技術が開示されている。

しかしながら、オイルを加熱するために電力を消費するので、消費電力が増加してしまうという問題がある。また、バッテリーの充電率が低いときにはエンジンにより発電機を動作させて発電するが、オイルを加熱するために電力を用いる分、燃料の消費量も増加してしまう。

国際公開第２０１４／１３６８１７号パンフレット

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、電力消費を抑えて車室の暖房をすることができる車載用オイルヒーター装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、車室に配置されたオイルヒーターと、走行用モーター及びエンジンにより駆動されるジェネレーターを含む駆動ユニットと、前記走行用モーター及び前記ジェネレーターを冷却するオイルが循環する第１のオイル循環流路と、前記第１のオイル循環流路から分岐して前記オイルヒーターに前記オイルを供給し、前記オイルヒーターから前記駆動ユニットに前記オイルを戻す第２のオイル循環流路と、を備えることを特徴とする車載用オイルヒーター装置にある。

第１の態様では、走行用モーター及びジェネレーターによって加熱されたオイルをオイルヒーターに供給し、車室を温めるための熱源として用いる。これにより、走行用モーター及びジェネレーターで生じた熱を有効利用することができるとともに、バッテリーの電力消費をすることなく車室の暖房をすることができる。

本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の車載用オイルヒーター装置において、前記第１のオイル循環流路には、前記オイルを冷却して前記駆動ユニットに戻すオイルクーラーが設けられ、前記第２のオイル循環流路は、分岐して前記オイルクーラーに接続されており、前記オイルヒーターから排出された前記オイルが所定温度未満であれば前記オイルを前記駆動ユニットへ導き、所定温度以上であれば前記オイルを前記オイルクーラーへ導くように構成されていることを特徴とする車載用オイルヒーター装置にある。

第２の態様では、オイルヒーターにおいて十分に放熱したオイルを、オイルクーラーで冷却することなく、駆動ユニットに戻して冷却に用いることができる。

本発明の第３の態様は、第１又は第２の態様に記載の車載用オイルヒーター装置において、前記オイルヒーターは、複数の箱状の容器と、前記容器の内部を挿通し、前記第２のオイル循環流路の一部を構成する配管とを備え、前記配管のそれぞれは、挿通する前記容器の個数が異なるように設けられ、前記第２のオイル循環流路には、前記配管の何れかに前記オイルを選択的に流通させる切替手段が設けられていることを特徴とする車載用オイルヒーター装置にある。

第３の態様では、オイルヒーターによる暖房の温度調整をすることができる。

本発明の第４の態様は、第１から第３の何れか一つの態様に記載の車載用オイルヒーター装置において、前記オイルヒーターに供給される前記オイルの流量を調整する調整手段を備えることを特徴とする車載用オイルヒーター装置にある。

第４の態様では、オイルヒーターによる暖房の温度調整をすることができる。

本発明の第５の態様は、第１から第４の何れか一つの態様に記載の車載用オイルヒーター装置において、前記オイルヒーターには、電気ヒーターが設けられていることを特徴とする車載用オイルヒーター装置にある。

第５の態様では、オイルの熱では十分に目標温度に達しない場合、電気ヒーターによりオイルを補助的に温める。これにより、車室内を目標温度に暖房することができる。

本発明によれば、電力消費を抑えて車室の暖房をすることができる車載用オイルヒーター装置が提供される。

車載用オイルヒーター装置の概略図である。 オイルヒーターの概略図である。 オイルヒーターの概略図である。

＜実施形態１＞
図１を用いて、本実施形態の車載用オイルヒーター装置１の構成を説明する。
車載用オイルヒーター装置１は、図示しない電気自動車に搭載されている。本実施形態の電気自動車は、プラグインハイブリッド電気自動車であり、走行用モーター４及びエンジン２により駆動されるジェネレーター５を備えている。また、電気自動車は、バッテリー（図示せず）を備えている。バッテリーは、複数のバッテリーセルが直並列に接続されてなるバッテリーユニットであり、各バッテリーセルは、例えば、リチウムイオン二次電池からなる。

走行用モーター４は、インバータ（図示せず）を介してバッテリーに接続されており、バッテリーの電力により動作する。走行用モーター４の駆動力は、トランスアスクル３を介して駆動輪に伝達される。

ジェネレーター５は、トランスアスクル３を介してエンジン２に接続され、また、インバータを介してバッテリーに接続されている。ジェネレーター５は、エンジン２の駆動力により回転し、発電した電力がインバータを介してバッテリーに供給される。

なお、これらのトランスアスクル３、走行用モーター４及びジェネレーター５は、一体的に駆動ユニット６として構成されている。

車載用オイルヒーター装置１は、走行用モーター４及びジェネレーター５を冷却するためオイルを循環させる冷却機構を備えている。具体的には、冷却機構は、オイルが循環する第１のオイル循環流路１０、ポンプ１１、オイルクーラー１２を備えている。

ジェネレーター５の下側にはオイルパン（図示せず）が一体に設けられており、このオイルパンにオイルが所定量溜められるようになっている。そして、ジェネレーター５のコイルの一部が、オイルパンに溜められたオイルに浸漬された状態となっている。

第１のオイル循環流路１０は、オイルを循環させるための環状の流路である。具体的には、第１のオイル循環流路１０は、走行用モーター４（走行用モーター４のコイルの近傍）、ジェネレーター５、オイルパン、ポンプ１１及びオイルクーラー１２を経由して走行用モーター４に戻るように構成されている。

ポンプ１１は、第１のオイル循環流路１０内でオイルを圧送する機能を有する電動式のポンプである。オイルクーラー１２は、オイルを空冷する装置であり、走行用モーター４やジェネレーター５によって加熱されたオイルの冷却を行う。なお、ポンプ１１は電動式に限定されず、また、オイルクーラー１２は、空冷に限定されない。

車載用オイルヒーター装置１は、このような第１のオイル循環流路１０から分岐した第２のオイル循環流路２０を備えている。第２のオイル循環流路２０は、上述したオイルが流れる流路である。具体的には、第２のオイル循環流路２０は、第１の切替弁２１から分岐して走行用モーター４又はオイルクーラー１２に戻るように構成された流路である。そして、第２のオイル循環流路２０には、オイルヒーター３０が接続されている。

第１の切替弁２１は、第１のオイル循環流路１０のポンプ１１とオイルクーラー１２との間に設けられた弁である。第１の切替弁２１が閉鎖しているとき、オイルは、ポンプ１１からオイルクーラー１２のみに流通する。第１の切替弁２１が開放しているとき、オイルは、ポンプ１１からオイルクーラー１２及びオイルヒーター３０に流通する。

第２の切替弁２２は、第２のオイル循環流路２０のオイルヒーター３０よりも下流側に設けられた弁である。第２の切替弁２２の開閉により、オイルヒーター３０から排出されたオイルをオイルクーラー１２又は走行用モーター４の一方に向けて流通させることができる。

これらの第１の切替弁２１及び第２の切替弁２２は、図示しない制御装置に接続されており、制御装置によりそれらの開閉が可能となっている。

制御装置は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）であり、ＣＰＵ、制御プログラムなどを格納・記憶するＲＯＭ、制御プログラムの作動領域としてのＲＡＭ、各種データを書き換え可能に保持するＥＥＰＲＯＭ、周辺回路等とのインターフェースをとるインターフェース部などを含んで構成される。制御装置は、電気自動車の各部とインターフェース部を介して接続され、それら各部との間で情報の授受を行い、各部の制御を行う。

この制御装置の一機能として、上述した第１の切替弁２１及び第２の切替弁２２の開閉を行うことで暖房運転のオンオフ等が行われる。

オイルヒーター３０は、車室に配置されオイルの熱で車室内を温めるための装置である。オイルヒーター３０は、第２のオイル循環流路２０からオイルが供給される。

オイルヒーター３０は、第２のオイル循環流路２０から供給されたオイルの熱を車内に放熱できる構成であれば特に限定はない。例えば、オイルヒーター３０は、筐体内に配置されたオイルが流通するパイプと、パイプに設けられた放熱フィンと、放熱フィンに向けて送風するファンと、筐体に設けられた送風口とを備えている。第２のオイル循環流路２０から供給されたオイルがパイプに供給され、放熱フィンからオイルの熱を放熱する。そして、その熱をファンの風により送風口から吹き出す構成としてもよい。

このような構成の車載用オイルヒーター装置１の動作について説明する。まず、暖房運転をしないときは、制御装置は第１の切替弁２１を閉じる。この状態では、オイルは第１のオイル循環流路１０を流通し、第２のオイル循環流路２０には流通しない。すなわち、一般的な走行用モーター４及びジェネレーター５の冷却機構として動作する。

例えば、夏季においては、第１の切替弁２１を閉じてオイルヒーター３０へオイルを供給しないようにする。夏季であるか否かについては、制御装置が温度センサーから得た温度によって判断してもよいし、日付から判断するようにしてもよい。

一方、暖房運転をするときは、制御装置は第１の切替弁２１を開放する。この状態では、オイルは第２のオイル循環流路２０を介して、オイルヒーター３０へ供給される。このため、車載用オイルヒーター装置１は、オイルヒーター３０でオイルが放熱するので車室が暖められる。

また、制御装置は、オイルヒーター３０から排出されたオイルの温度が所定温度以上であると判定したとき、第２の切替弁２２を切替え、オイルをオイルクーラー１２へ導く。これにより、オイルの温度がオイルクーラー１２で十分冷却されて走行用モーター４に戻される。

また、制御装置は、オイルヒーター３０から排出されたオイルの温度が所定温度未満であると判定したとき、第２の切替弁２２を切替え、オイルを走行用モーター４へ導く。これにより、オイルヒーター３０で冷却されたオイルがオイルクーラー１２を介さずに、走行用モーター４に戻される。

以上に説明した本実施形態の車載用オイルヒーター装置１によれば、走行用モーター４及びジェネレーター５によって加熱されたオイルをオイルヒーター３０に供給し、車室を温めるための熱源として用いる。これにより、走行用モーター４及びジェネレーター５で生じた熱を有効利用することができるとともに、バッテリーの電力消費をすることなく車室の暖房をすることができる。この結果、電気自動車の航続距離を延長することができる。

さらに、従来の電気自動車において暖房運転を実施するときは、エンジンを運転して熱を得る必要がある。しかしながら、車載用オイルヒーター装置１を搭載した電気自動車においては、エンジンを運転しなくても暖房運転が可能であるので、燃料の消費を抑えることができる。

車載用オイルヒーター装置１は、一般的なオイルヒーターと同様に周囲を暖める構造であるので、空気が乾燥し難い。このため、車室内を適度な湿度に維持することが可能である。また、幅射熱と自然対流で車室内を暖めるため、ホコリやダストがまき散らされることを回避できる。また、オイルヒーターを車室内の座席下などに配置することで、ヤケドのおそれもない。また、車室内は、ドアや窓を締めているときは機密性が高いため、車載用オイルヒーター装置１による暖房効果は有効である。また、油温は低下し難いことから、エンジンを停止した後であっても、しばらくはオイルを循環させることで暖房効果を維持することができる。

＜実施形態２＞
図２を用いて、本実施形態に係る車載用オイルヒーター装置について説明する。図２は、オイルヒーター３０Ａの概略図である。オイルヒーター３０Ａ以外の構成は、実施形態１と同様であるので重複する説明は省略する。

同図に示すように、オイルヒーター３０Ａは、箱状の筐体内に、オイルが充填されるエリア（容器）が３つ設けられている。３つのエリアを第１のエリア３１、第２のエリア３２、第３のエリア３３と称する。各エリアは、横方向に並び配置されている。高さ方向については、ほぼ面一となっているが、特に限定はない。

オイルヒーター３０Ａには、実施形態１で説明した第２のオイル循環流路２０が接続されている。第２のオイル循環流路２０のうち、オイルをオイルヒーター３０Ａに供給する部分を上流流路２０ａ、オイルヒーター３０Ａからオイルを排出する部分を下流流路２０ｂと称する。

上流流路２０ａは、本実施形態では４本に分岐している。この分岐した配管をそれぞれ配管４０〜配管４３とする。このうち配管４０〜配管４３のそれぞれは、挿通するエリアの個数が異なっている。具体的には各配管は次のようにエリアを挿通している。

配管４０は、第１のエリア３１、第２のエリア３２、第３のエリア３３の内部を挿通している。
配管４１は、第１のエリア３１、第２のエリア３２の内部を挿通している。
配管４２は、第１のエリア３１の内部を挿通している。
配管４３は、第１のエリア３１、第２のエリア３２、第３のエリア３３の何れの内部を通っておらず、オイルヒーター３０Ａの筐体内を通っている。

そして、これらの配管４０〜配管４３は、合流して下流流路２０ｂに接続されている。また、特に図示しないが、上流流路２０ａには、オイルを配管４０〜配管４３の何れかに供給するための切替弁（請求項の切替手段の一例である）が設けられている。この切替弁を切替えることにより、上流流路２０ａから供給されたオイルは、配管４０〜配管４３の何れかを流通する。

配管４０にオイルを流した場合には、第１のエリア３１、第２のエリア３２、及び第３のエリア３３の内部がオイルの熱で加熱される。
配管４１にオイルを流した場合には、第１のエリア３１及び第２のエリア３２の内部がオイルの熱で加熱される。
配管４２にオイルを流した場合には、第１のエリア３１の内部がオイルの熱で加熱される。
配管４３にオイルを流した場合には、エリア内はオイルで加熱されない。

このようにして、オイルヒーター３０Ａは、第１のエリア３１、第２のエリア３２、第３のエリア３３の何れかを選択的にオイルで加熱することができる。したがって、オイルにより加熱するエリアの個数を調整することで、温度調整することができる。例えば、３つのエリアの全てをオイルで加熱すれば車室内を高温にし、１つのエリアのみをオイルで加熱すれば車室内をそれほど高くない温度にする、というように暖房の温度調整をすることができる。また、オイル温度が十分に高いときは、最短ルートの配管４３にオイルを流通させてもよい。これにより、暖房が効きすぎることを回避することができる。

これらの温度調整は、制御装置が車室の設定温度と実際の温度との差から、用いる配管を選択するようにしてもよい。また、車室内に設けられた温度調整用の操作ボタン等に応じて用いる配管を選択するようにしてもよい。

また、第１のエリア３１、第２のエリア３２、及び第３のエリア３３には、それぞれ電気ヒーター５０を設けてもよい。オイルの熱では十分に目標温度に達しない場合、電気ヒーター５０によりオイルを補助的に温める。これにより、車室内を目標温度に暖房することができる。電力は消費するが、オイルの熱を用いているので電気ヒーター５０に要する電力を低減することができる。

図３を用いて、本実施形態に係る車載用オイルヒーター装置について説明する。図３は、オイルヒーター３０Ｂの概略図である。図２のオイルヒーター３０Ａとの相違点は、第１のエリア３１、第２のエリア３２、第３のエリア３３が高さ方向に並べて配置されている点が異なる。また、電気ヒーター５０は、第１のエリア３１と第２のエリア３２の間、及び第２のエリア３２と第３のエリア３３の間に計２つ配置されている点が異なる。

このような構成のオイルヒーター３０Ｂであっても、エリアを個別に加熱することができるので、暖房の温度調整をすることができる。また、１つの電気ヒーター５０が２つのエリアを温めるために用いられるので、一つのエリアに一つの電気ヒーター５０を用いる図２の構成よりも電気ヒーター５０の個数を削減し、低コスト化を実現することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、勿論、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。

上述の実施形態では、バッテリーの電力で走行用モーター４及びジェネレーター５が駆動していれば熱が発生する。このため、ＥＶ走行のときに車載用オイルヒーター装置１による暖房運転が可能であるが、これに限定されない。すなわち、エンジンを運転させて発電しているときであっても車載用オイルヒーター装置１に暖房運転させてもよい。

上述の実施形態では、車載用オイルヒーター装置１による暖房運転のみを例示したが、これに限らない。例えば、エンジンを運転したときに生じる熱を利用した従来の暖房と併用してもよい。

上述の実施形態では、第１のオイル循環流路１０は、ポンプ１１からオイルクーラー１２を経由して駆動ユニット６へオイルを導く構成であったが、このような構成に限定されない。第１のオイル循環流路１０のオイルクーラー１２よりも上流側においてオイルの温度が所定温度よりも低い場合には、オイルクーラー１２をバイパスして駆動ユニット６へオイルを導く構成としてもよい。

実施形態１では、第２の切替弁２２により、オイルヒーター３０からオイルクーラー１２を経由して駆動ユニット６へオイルを導く構成であったが、これに限定されない。オイルヒーター３０から直接駆動ユニット６へオイルを導く構成としてもよい。

実施形態２では、オイルヒーター３０Ａ、オイルヒーター３０Ｂに含まれるエリアの数は３つであったが、もちろん、これに限定されず２つ以上あればよい。また、オイルヒーター３０Ａ、オイルヒーター３０Ｂに含まれる配管の本数は、４本に限らず、任意の本数を用いることができる。

実施形態２では、複数の配管、エリアを用いることで温度調整を行ったが、このような態様に限定されない。例えば、ポンプ１１の速度を調整することで、オイルヒーター３０Ａ、３０Ｂに供給されるオイルの流量を調整することで温度調整を行ってもよい。流量が少なければ暖房は弱めに、流量が多ければ暖房は強めに調製することができる。なお、この場合のポンプ１１は、請求項に記載の調整手段の一例である。

１…車載用オイルヒーター装置、２…エンジン、３…トランスアスクル、４…走行用モーター、５…ジェネレーター、６…駆動ユニット、１０…第１のオイル循環流路、２０…第２のオイル循環流路、３０、３０Ａ、３０Ｂ…オイルヒーター、３１…第１のエリア、３２…第２のエリア、３３…第３のエリア、４０、４１、４２、４３…配管、５０…電気ヒーター

Claims (5)

1. 車室に配置されたオイルヒーターと、
   走行用モーター及びエンジンにより駆動されるジェネレーターを含む駆動ユニットと、
   前記走行用モーター及び前記ジェネレーターを冷却するオイルが循環する第１のオイル循環流路と、
   前記第１のオイル循環流路から分岐して前記オイルヒーターに前記オイルを供給し、前記オイルヒーターから前記駆動ユニットに前記オイルを戻す第２のオイル循環流路と、を備える
   ことを特徴とする車載用オイルヒーター装置。
2. 請求項１に記載の車載用オイルヒーター装置において、
   前記第１のオイル循環流路には、前記オイルを冷却して前記駆動ユニットに戻すオイルクーラーが設けられ、
   前記第２のオイル循環流路は、分岐して前記オイルクーラーに接続されており、前記オイルヒーターから排出された前記オイルが所定温度未満であれば前記オイルを前記駆動ユニットへ導き、所定温度以上であれば前記オイルを前記オイルクーラーへ導くように構成されている
   ことを特徴とする車載用オイルヒーター装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の車載用オイルヒーター装置において、
   前記オイルヒーターは、複数の箱状の容器と、前記容器の内部を挿通し、前記第２のオイル循環流路の一部を構成する配管とを備え、
   前記配管のそれぞれは、挿通する前記容器の個数が異なるように設けられ、
   前記第２のオイル循環流路には、前記配管の何れかに前記オイルを選択的に流通させる切替手段が設けられている
   ことを特徴とする車載用オイルヒーター装置。
4. 請求項１から請求項３の何れか一項に記載の車載用オイルヒーター装置において、
   前記オイルヒーターに供給される前記オイルの流量を調整する調整手段を備える
   ことを特徴とする車載用オイルヒーター装置。
5. 請求項１から請求項４の何れか一項に記載の車載用オイルヒーター装置において、
   前記オイルヒーターには、電気ヒーターが設けられている
   ことを特徴とする車載用オイルヒーター装置。
   

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