JP2021174686A - Mobile body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蓄電池を備えた移動体に関する。 The present invention relates to a mobile body including a storage battery.
例えば寒冷地の自動車、あるいは夜間等の低温環境下の自動車において、蓄電池の能力の低下防止、あるいは走行中の蓄電池の利用効率の向上を図るために、蓄電池を加温する技術が知られている。例えば特許文献1には、車両内の特定の位置であって、かつバッテリモジュールの側面に対向するようにヒータモジュールを設け、当該ヒータモジュールによりバッテリモジュールを加温することが提案されている。 For example, in a car in a cold region or a car in a low temperature environment such as at night, a technique for heating the storage battery is known in order to prevent a decrease in the capacity of the storage battery or improve the utilization efficiency of the storage battery while driving. .. For example, Patent Document 1 proposes that a heater module is provided at a specific position in a vehicle and faces the side surface of the battery module, and the battery module is heated by the heater module.
ところで、従来の自動車等の移動体においては、蓄電池の電力を用いてヒータモジュールを動作させているため、その分当該蓄電池の電力を移動体の動力源(例えばモータ)に供給できず、相対的に蓄電池による移動体の航続距離が低下する。また、従来よりも低温の温度環境まで蓄電池の動作を保証するためには、ヒータの消費電力を増加させねばならず、結果として、蓄電池による移動体のさらなる航続距離の低下を招来する。
本発明は、上述した課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、蓄電池を備えた移動体において、蓄電池を加温するための蓄電池の電池残量の低下を抑制することである。
By the way, in a conventional mobile body such as an automobile, since the heater module is operated by using the electric power of the storage battery, the electric power of the storage battery cannot be supplied to the power source (for example, a motor) of the moving body by that amount, and is relative. In addition, the cruising range of the moving object due to the storage battery is reduced. Further, in order to guarantee the operation of the storage battery even in a temperature environment lower than the conventional one, the power consumption of the heater must be increased, and as a result, the cruising range of the moving body due to the storage battery is further reduced.
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to suppress a decrease in the remaining battery level of a storage battery for heating the storage battery in a mobile body provided with the storage battery.
本発明のある態様は、太陽光により熱媒体を加熱する集熱器と、動力源に電力を供給する蓄電池と、前記集熱器によって加熱された熱媒体を前記蓄電池に供給する媒体供給部と、を備えた、移動体である。 One embodiment of the present invention includes a heat collector that heats a heat medium with sunlight, a storage battery that supplies electric power to a power source, and a medium supply unit that supplies the heat medium heated by the heat collector to the storage battery. It is a moving body equipped with.
本発明のある態様によれば、蓄電池を備えた移動体において、蓄電池を加温するための蓄電池の電池残量の低下を抑制することができる。 According to an aspect of the present invention, in a mobile body provided with a storage battery, it is possible to suppress a decrease in the remaining battery level of the storage battery for heating the storage battery.
(1)第1の実施形態
以下、移動体の一実施形態である航空機について説明する。なお、本発明の移動体は、航空機等の飛行体に限られず、その他の種類の移動体として例えば自動車、鉄道車両等にも適用可能である。
本実施形態の航空機は、有人航空機であってもよいし、例えばドローン等の無人航空機であってもよいが、以下では、無人航空機の場合について説明する。
本実施形態の航空機は、プロペラを回転駆動させるモータ(電動機)を動力源として利用し、モータに対して電池モジュール(蓄電池)の電力を供給してモータを動作させる。
航空機は、高高度を飛行し、また、高緯度を飛行し得ることから、氷点下数度〜数十度の極低温下で電池モジュールを動作させることが必要である。そのため、本実施形態の航空機には、後述する熱供給装置が搭載されている。熱供給装置は、集熱器によって加熱された熱媒体を電池モジュールに供給することで電池モジュールを加温するように構成されている。
(1) First Embodiment Hereinafter, an aircraft, which is an embodiment of a mobile body, will be described. The moving body of the present invention is not limited to a flying body such as an aircraft, and can be applied to other types of moving bodies such as automobiles and railroad vehicles.
The aircraft of the present embodiment may be a manned aircraft or an unmanned aerial vehicle such as a drone, but the case of an unmanned aerial vehicle will be described below.
The aircraft of the present embodiment uses a motor (motor) for rotationally driving a propeller as a power source, and supplies electric power of a battery module (storage battery) to the motor to operate the motor.
Since an aircraft can fly at high altitudes and at high latitudes, it is necessary to operate the battery module at a cryogenic temperature of several degrees to several tens of degrees below freezing. Therefore, the aircraft of the present embodiment is equipped with a heat supply device described later. The heat supply device is configured to heat the battery module by supplying the heat medium heated by the heat collector to the battery module.
(1−1)例示的な航空機AVの構成
図1に、本実施形態の例示的な航空機AVの概略的な図を示す。航空機AVは、ソーラーパネルが発電する電力によってモータを駆動することで推進力を得る電動飛行体である。航空機AVには、後述する航空機制御システム1が実装される。
図1に示すように、航空機AVは、翼部12と、翼部12に取り付けられた駆動部4と、駆動部4に連結されたプロペラ14と、胴体部16とを備える。なお、航空機AVに搭載されるプロペラ14の数は任意でよい。駆動部4は、プロペラ14を回転駆動するモータを含む。
図1の例では、駆動部4に電力を供給する電池モジュールBTが翼部12の両翼に設けられている。図1には図示していないが、電池モジュールBTは、ソーラーパネル32および駆動部4に電気的に接続可能となるように配線されている。
(1-1) Configuration of an exemplary aircraft AV FIG. 1 shows a schematic diagram of an exemplary aircraft AV of the present embodiment. An aircraft AV is an electric vehicle that obtains propulsion by driving a motor with electric power generated by a solar panel. An aircraft control system 1, which will be described later, is mounted on the aircraft AV.
As shown in FIG. 1, the aircraft AV includes a
In the example of FIG. 1, battery module BTs that supply electric power to the drive unit 4 are provided on both wings of the
多くの太陽光を受光して発電量を高めるべく、図1に示すように、ソーラーパネル32は、翼部12に設けられていることが好ましい。すなわち、ソーラーパネル32を翼部12に設けることで、ソーラーパネル32の設置面積を極力広くとることができる。
図1に示すように、航空機AVの翼部12には、集熱器51が配置される。集熱器51は、太陽光の熱エネルギー(つまり、太陽熱)を熱媒体に伝達する。熱媒体は限定しないが、例えば、水、あるいは、エチレングリコール、メチルアルコール等の溶剤を含む不凍液が採用される。後述するように、熱媒体は、電池モジュールBTを加温するために利用される。集熱器51の位置は限定しないが、できるだけ多くの太陽熱を熱媒体に伝達すべく、集熱器51は翼部12に配置されることが好ましい。
As shown in FIG. 1, the
As shown in FIG. 1, a
後述するように、航空機制御システム1は、飛行制御等、本実施形態の航空機AVの全体の制御を行うためのECU(Electrical Control Unit)2と、電池モジュールBTの充放電の制御、および、ソーラーパネル32が発電する電力の制御を行うためのBMS(Battery Management System)31と、を含む。ECU2およびBMS31は、例えば胴体部16に設けられる。
As will be described later, the aircraft control system 1 includes an ECU (Electrical Control Unit) 2 for controlling the entire aircraft AV of the present embodiment such as flight control, charge / discharge control of the battery module BT, and solar. A BMS (Battery Management System) 31 for controlling the electric power generated by the
(1−2)熱供給装置5の構成
次に、図2を参照して、本実施形態の航空機AVに搭載される熱供給装置5(媒体供給部の一例)の構成例について説明する。
図2に示すように、熱供給装置5は、集熱器51、制御弁510、ポンプ511、放熱部512、および、導管513,514を有する。集熱器51として、例えば、内部を真空にした円筒状のガラス管(図示せず)に熱媒体HMを通す真空管型を採用することができ、ガラス管内の熱媒体HMに太陽熱を伝達するように構成される。なお、集熱器51としては真空管型に限られず、平板型(表面に集熱板を配置し、熱が逃げないように内部に断熱材を設けたもの)を利用してもよい。
導管513は、集熱器51によって加熱された熱媒体HMを放熱部512まで導く管である。放熱部512は、例えば図2に示すように、電池モジュールBTに隣接して配置され、好ましくは面接触するように電池モジュールBTの底部に配置され、熱媒体HMの熱を電池モジュールBTに向けて放熱する(電池モジュールBTは受熱する)。導管514は、電池モジュールBTに放熱した熱媒体HMを集熱器51に戻す管である。導管513,514は、熱供給装置5において熱媒体HMを集熱器51と放熱部512の間で循環させる熱媒体HMの閉回路の一部を構成する。
制御弁510は、集熱器51から閉回路に放出される熱媒体HMの流量を調整するための弁であるが、必須の構成要素ではない。制御弁510は、例えば、ECU2からの弁開度を制御する信号に基づいて動作する電磁弁である。
ポンプ511は、熱供給装置5の閉回路において熱媒体HMの循環を促進させるための循環ポンプである。図2では、ポンプ511が導管513に設けられている例が示されるが、導管514に設けられてもよい。ポンプ511の動作のON/OFFやポンプ511の流量は、好ましくはECU2によって制御される。
(1-2) Configuration of
As shown in FIG. 2, the
The
The
The
図2において仮想線で示しているが、好ましくは、電池モジュールBTの近傍には(図2の例では、電池モジュールBTの上部)、熱供給装置5に代えて、又は、熱供給装置5とともに電池モジュールBTを加温するためのヒータ装置52が配置される。
Although shown by a virtual line in FIG. 2, preferably, in the vicinity of the battery module BT (in the example of FIG. 2, the upper part of the battery module BT), instead of the
(1−3)航空機制御システム1のシステム構成
次に、図3を参照して、本実施形態の航空機制御システム1のシステム構成例について説明する。
図3に示すように、航空機制御システム1は、ECU2、電源部3、駆動部4、熱供給装置5、データ取得部6、ストレージ7、および、通信部8を備える。航空機制御システム1は、好ましくは、ヒータ装置52を備える。
(1-3) System Configuration of Aircraft Control System 1 Next, an example of a system configuration of the aircraft control system 1 of the present embodiment will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 3, the aircraft control system 1 includes an
ECU2は、プロセッサおよびメモリ(RAM(Random Access Memory)およびROM(Read Only Memory))を有し、所定のプログラムを実行することで、航空機制御システム1の全体を制御する。ECU2は、データ取得部6によって取得されるデータに基づいて、飛行制御(例えば、自律航行制御)等の様々な制御を行うが、電源部3および熱供給装置5に関連する制御として電力制御処理および熱制御処理を行う。電力制御処理および熱制御処理については、後述する。
なお、ECU2は、制御部および故障判定部の一例である。
The
The
データ取得部6は、図3に示すように、例えば、GPS受信機61、対気速度センサ62、慣性計測装置63、ビデオカメラ64、および、リアルタイムクロック(RTC:Real-Time Clock)65を含む。なお、対気速度センサ62およびビデオカメラ64は、少なくとも後述する電力制御処理および熱制御処理においては任意的要素である。ECU2は、データ取得部6の各装置によって取得されたデータを逐次、あるいは必要に応じて、ストレージ7に記録する。ストレージ7は、HDD(Hard Disk Drive)等の大規模記憶装置である。
As shown in FIG. 3, the
GPS(Global Positioning System)受信機61は、GPS衛星から受信する信号を基に航空機AVの位置(経緯度の値)を特定する。対気速度センサ62は、例えばピトー管を利用して航空機AVの対気速度を検出する。
慣性計測装置63は、例えば3軸のジャイロと3軸の加速度センサを含み、3次元の角速度と加速度を計測する。慣性計測装置63によってECU2は、航空機AVの飛行中の姿勢を逐次認識することができる。
ビデオカメラ64は、航空機AVの飛行中の映像を逐次取得する。リアルタイムクロック65は、現在時刻を計測するデバイスである。
The GPS (Global Positioning System) receiver 61 identifies the position (latitude and latitude value) of the aircraft AV based on the signal received from the GPS satellite. The airspeed sensor 62 detects the airspeed of an aircraft AV using, for example, a Pitot tube.
The inertial measurement unit 63 includes, for example, a 3-axis gyro and a 3-axis acceleration sensor, and measures three-dimensional angular velocity and acceleration. The inertial measurement unit 63 allows the
The video camera 64 sequentially acquires images of the aircraft AV in flight. The real-time clock 65 is a device that measures the current time.
後述する電力制御処理および熱制御処理を行うときには、ECU2は、GPS受信機61によって取得される航空機AVの経緯度の情報と、リアルタイムクロック65によって取得される現在時刻の情報とに基づいて、飛行中の航空機AVの現在位置が昼間であるか夜間であるか判定する。また、ECU2は、飛行中の航空機AVの現在位置が昼間である場合に、慣性計測装置63によって取得される航空機AVの姿勢情報に基づいて、翼部12が太陽光を受けられる向きが否か判定する。
When performing the power control process and the thermal control process described later, the
駆動部4は、ESC(Electric Speed Controller)41およびモータ42を含む。
モータ42は、電池モジュールBTの電力によって動作する航空機AVの動力源である。ESC41は、ECU2からの航空機AVの要求速度指令に基づいてモータ42の回転数の制御を行う。
通信部8は、航空機AVを管理するユーザが操作する外部の通信機器(図示せず)から、航空機AVの運行経路及び/又は運行速度等の指示情報を受信し、ECU2に通知する。ECU2は、通信部8から受信する指示情報に基づいて航空機AVの自律航行制御を行う。通信部8はまた、ECU2が故障を検出した場合、ECU2による指示に基づいて、外部の通信機器に対して故障通知を送信する。
The drive unit 4 includes an ESC (Electric Speed Controller) 41 and a
The
The
図3に示すように、電源部3は、BMS31、ソーラーパネル32、DC/DCコンバータ33、充電部34、補助バッテリ35、電圧センサ36、電流センサ37,321、温度センサ38、および、電池モジュールBTを備える。
BMS31は、プロセッサおよびメモリ(RAMおよびROM)を有し、所定のプログラムを実行することで電源部3の全体を制御する。
ソーラーパネル32は、複数の太陽電池を集積して直列に接続されて構成されており、例えば、数V〜数10Vの直流電圧を発生させる。
DC/DCコンバータ33は、ソーラーパネル32によって発生する直流電圧を、電池モジュールBTを充電するのに必要な電圧まで昇圧する。例えば、DC/DCコンバータ33は、ソーラーパネル32によって発生する数V〜数10Vの直流電圧を数10V〜数100Vの直流電圧まで昇圧させるが、これは一例に過ぎない。本実施形態において、ソーラーパネル32によって発生する直流電圧およびDC/DCコンバータ33による昇圧後の直流電圧は、航空機AVの仕様に応じて任意に決定可能である。
電池モジュールBTは、例えば、複数のセル(電池)を直列及び/又は並列に接続してモジュール化したものである。
As shown in FIG. 3, the
The
The
The DC /
The battery module BT is, for example, a module in which a plurality of cells (batteries) are connected in series and / or in parallel.
電圧センサ36は、電池モジュールBTの充電電圧(両端電圧)を検出するように構成される。電流センサ37は、電池モジュールBTに接続される配線を流れる電流を検出するように構成される。温度センサ38は、電池モジュールBTの表面温度、内部温度又はその近傍の雰囲気温度を検出するように構成される。電流センサ321は、ソーラーパネル32からDC/DCコンバータ33に流れる電流を検出するように構成される。
電圧センサ36、電流センサ37,321、および、温度センサ38の検出信号は、逐次BMS31に送信される。
The
The detection signals of the
充電部34は、例えば航空機AVの離陸前(つまり、運行開始前)に、図示しない外部の充電器(あるいは充電ステーション)に接続して電池モジュールBTの充電を行うためのインタフェースである。充電部34を介した外部の充電器による電池モジュールBTに対する充電は、BMS31による制御の下で行われる。
補助バッテリ35は、任意的要素である。例えば、主電源を生成する電池モジュールBTが航行中に故障し、あるいは電欠することで十分な電力を発生できなくなった場合に、補助バッテリ35が利用される。
The charging unit 34 is an interface for charging the battery module BT by connecting to an external charger (or charging station) (not shown), for example, before the aircraft AV takes off (that is, before the start of operation). The charging of the battery module BT by the external charger via the charging unit 34 is performed under the control of the
The
BMS31は、電源部3内の各センサからの検出信号を受信し、各検出信号をデジタル信号に変換するA/D変換器を有する。各検出信号のデジタル信号がプロセッサに取り込まれる。BMS31では、プロセッサがプログラムを実行することで、例えば、電圧センサ36および電流センサ37の検出信号(デジタル値)を基に、電池モジュールBTのSOC(State of Charge)を算出する。
The
(1−4)航空機制御システム1の処理
次に、本実施形態の航空機制御システム1の処理について、図4〜図9のフローチャートを参照して説明する。図4〜図9のフローチャートは、ECU2およびBMS31が協働して実行される処理である。
(1-4) Processing of Aircraft Control System 1 Next, the processing of the aircraft control system 1 of the present embodiment will be described with reference to the flowcharts of FIGS. 4 to 9. The flowcharts of FIGS. 4 to 9 are processes executed by the
(1−4−1)全体処理(図4)
図4は、航空機制御システム1において、電力制御および熱制御に関連して行われる全体的な処理を示すフローチャートであり、ECU2によって逐次、実行される。
ECU2は、リアルタイムクロック65から現在時刻の情報(現在時刻情報)を取得し(ステップS2)、GPS受信機61から取得する航空機AVの経緯度の情報(現在位置情報)を取得する(ステップS4)。ECU2は、ステップS2で取得した現在時刻情報と、ステップS4で取得した現在位置情報とに基づいて、飛行中の航空機AVの現在位置が昼間であるか夜間であるか判定する(ステップS6)。
飛行中の航空機AVの現在位置が昼間である場合には(ステップS6:YES)、ECU2は、いずれも後述する昼間モードの電力制御処理(ステップS10)、および、昼間モードの熱制御処理(ステップS20)を実行する。なお、ステップS10とステップS20の実行順序は逆でもよい。
逆に、飛行中の航空機AVの現在位置が夜間である場合には(ステップS6:NO)、ECU2は、いずれも後述する夜間モードの電力制御処理(ステップS30)、および、夜間モードの熱制御処理(ステップS40)を実行する。なお、ステップS30とステップS40の実行順序は逆でもよい。
なお、昼間モードは、集熱器51により熱媒体を十分に加熱可能である第1モードの一例である。夜間モードは、集熱器51により熱媒体を十分に加熱可能でない第2モードの一例である。
(1-4-1) Overall processing (Fig. 4)
FIG. 4 is a flowchart showing the overall processing performed in relation to the electric power control and the thermal control in the aircraft control system 1, and is sequentially executed by the
The
When the current position of the aircraft AV in flight is daytime (step S6: YES), the
On the contrary, when the current position of the aircraft AV in flight is at night (step S6: NO), the
The daytime mode is an example of the first mode in which the heat medium can be sufficiently heated by the
(1−4−2)昼間モードの電力制御処理(図5)
図5に、図4のステップS10の昼間モードの電力制御処理の詳細な処理のフローチャートを示す。
昼間モードでは、太陽光によってソーラーパネル32が十分に電力を発生することが見込まれるため、ECU2は、ソーラーパネル32によって発生する電力によって電池モジュールBTを充電するとともに電池モジュールBTの電力をモータ42に供給するように、電源部3に指示する(ステップS11)。
(1-4-2) Daytime mode power control processing (Fig. 5)
FIG. 5 shows a detailed flow chart of the power control process of the daytime mode in step S10 of FIG.
In the daytime mode, it is expected that the
次いで行われるステップS13〜S15は、電源部3の故障有無を検出するための処理である。すなわち、ECU2は、慣性計測装置63から航空機AVの現在の姿勢情報を取得し(ステップS12)、取得した姿勢情報に基づいて航空機AVの翼部12に設けられたソーラーパネル32が太陽光を受けられる向きが否か判定する(ステップS13)。ここで、ECU2は、ソーラーパネル32が太陽光を受けられる向きである場合、ソーラーパネル32からDC/DCコンバータ33へ流れる電流量の情報をBMS31から取得し、当該電流量が所定の閾値未満であるか否か判断する(ステップS14)。ソーラーパネル32が太陽光を受けられる向きであるにも関わらず、当該電流量が少ない場合(つまり、所定の閾値未満である場合)には、ソーラーパネル32及び/又はDC/DCコンバータ33が故障していると考えられる。そこで、ECU2は、故障通知を行う(ステップS15)。例えば、航空機AVを管理するユーザが操作する外部の通信機器に対して通信部8が故障通知を送信するように、ECU2が通信部8を制御する。
ソーラーパネル32が太陽光を受けられる向きでない場合(ステップS13:NO)、又は、ソーラーパネル32からDC/DCコンバータ33へ流れる電流量が上記所定の閾値以上である場合(ステップS14:NO)、ECU2は何もしない。
The next steps S13 to S15 are processes for detecting the presence or absence of a failure of the
When the
(1−4−3)昼間モードの熱制御処理(図6,図7)
図6に、図4のステップS20の昼間モードの熱制御処理の詳細な処理のフローチャートを示す。
昼間モードの場合には、太陽光による熱供給装置5を用いて電池モジュールBTを加温することができるため、ヒータ装置52をOFFにして消費電力を抑制することができる。
そこで、先ず、ECU2は、昼間モードの場合にヒータ装置52がONである場合には(ステップS21:YES)、ヒータ装置52をOFFにする(ステップS22)。次いでECU2は、熱供給装置5をONにする(ステップS23)。すなわち、ECU2は、熱供給装置5のポンプ511を動作させ、それによって熱供給装置5の閉回路を熱媒体が循環し始める。熱媒体が循環し始めると、集熱器51によって加熱された熱媒体が放熱部512まで伝搬されて電池モジュールBTに向けて放熱することで、電池モジュールBTが加温される。
(1-4-3) Daytime mode thermal control processing (Figs. 6 and 7)
FIG. 6 shows a detailed flow chart of the heat control process of the daytime mode in step S20 of FIG.
In the daytime mode, since the battery module BT can be heated by using the
Therefore, first, the
次いで行われるステップS24〜S28は、熱供給装置5の故障有無の検出と、故障の際の処理に相当する。すなわち、ECU2は、慣性計測装置63から航空機AVの現在の姿勢情報を取得し(ステップS24)、取得した姿勢情報に基づいて航空機AVの翼部12に設けられた集熱器51が太陽光を受けられる向きが否か判定する(ステップS25)。ここで、ECU2は、集熱器51が太陽光を受けられる向きである場合、BMS31から逐次、電池モジュールBTの表面温度、内部温度又はその近傍の雰囲気温度(つまり、電池モジュールBTの温度)のデータを取得する。電池モジュールBTの温度は、BMS31が温度センサ38から受信する検出信号に基づいている。
例えば、集熱器51が太陽光を受けられる向きであることを判断してから所定時間の電池モジュールBTの温度の低下量が所定の閾値よりも大きい場合(ステップS26:YES)、熱供給装置5によって電池モジュールBTが加温されず、熱供給装置5が故障していると考えられる。その場合、ECU2は、故障通知を行う(ステップS27)。例えば、航空機AVを管理するユーザが操作する外部の通信機器に対して通信部8が故障通知を送信するように、ECU2が通信部8を制御する。熱供給装置5によって電池モジュールBTを加温することができないため、ヒータ装置52によって電池モジュールBTを加温するべく、ECU2はヒータ装置52をONにする(ステップS28)。
集熱器51が太陽光を受けられる向きでない場合(ステップS25:NO)、又は、電池モジュールBTの温度の低下量が所定の閾値よりも大きくない場合(ステップS26:NO)、ECU2は何もしない。
The steps S24 to S28 performed next correspond to the detection of the presence or absence of a failure of the
For example, when the amount of decrease in temperature of the battery module BT for a predetermined time after determining that the
If the
なお、図6のフローチャートでは、正常時には、ヒータ装置52を動作させず熱供給装置5のみを動作させる場合を例示したが、その限りではない。電池モジュールBTに必要とする熱量に応じて、補助的にヒータ装置52も動作させてもよい。その場合、ステップS26において熱供給装置5が故障していると判断した場合には、ヒータ装置52が発生する熱量を大きくする制御を行ってもよい。それによって、熱供給装置5が提供できない熱量をヒータ装置52によってカバーすることができる。
In the flowchart of FIG. 6, a case where the
図7のフローチャートは、図6の夜間モードの熱制御処理の変形例を示している。
図7が図6と異なるのは、ステップS26Aのみである。すなわち、図7のフローチャートにおいて熱供給装置5の故障有無の検出では、集熱器51が太陽光を受けられる向きであることを判断してから所定時間の集熱器51の温度の低下量が所定の閾値よりも大きい場合(ステップS26A:YES)、熱供給装置5が故障していると判断し、ECU2は故障通知を行う(ステップS27)。なお、この変形例では、集熱器51の表面温度又は内部温度、あるいはその近傍の温度を検出するための温度センサを設ける必要がある。
別の変形例として、放熱部512よりも上流側の熱媒体の温度を計測する温度センサを例えば導管513に設け、集熱器51が太陽光を受けられる向きであることを判断してから所定時間の当該温度センサの温度の低下量が所定の閾値よりも大きい場合、熱供給装置5が故障していると判断してもよい。
The flowchart of FIG. 7 shows a modified example of the thermal control process of the night mode of FIG.
FIG. 7 differs from FIG. 6 only in step S26A. That is, in the detection of the presence or absence of failure of the
As another modification, a temperature sensor for measuring the temperature of the heat medium on the upstream side of the
(1−4−4)夜間モードの電力制御処理(図8)
図8に、図4のステップS30の夜間モードの電力制御処理の詳細な処理のフローチャートを示す。
夜間モードでは、ソーラーパネル32が電力を発生できないため、航行中の航空機AVの電力は、専ら電池モジュールBTに依存することになる。そこで、ECU2は、電池モジュールBTの電力をモータ42に供給するように電源部3に指示する(ステップS31)。
(1-4-4) Night mode power control processing (Fig. 8)
FIG. 8 shows a detailed flow chart of the power control process of the night mode in step S30 of FIG.
In the night mode, the
なお、航行中に電池モジュールBTが電欠になった場合には航行することができないため、ECU2は、夜間に航空機AVが航行を続けられるか否かについて逐次、確認することが好ましい。具体的には、ECU2は、電池モジュールBTの電池残量が、モータ42による夜間の消費電力以上であるか否か判断する(ステップS32)。
If the battery module BT runs out of power during sailing, it cannot sail. Therefore, it is preferable that the
ここで、モータ42による夜間の消費電力の算出に際し、ECU2は、例えば、リアルタイムクロック65から取得される現在時刻情報と、GPS受信機61から取得される現在位置情報と、に基づいて、日が明けてソーラーパネル32による充電を開始できるようになるまでの時間を推定してもよい。モータ42による単位時間当たりの平均消費電力が経験的に既知である場合、モータ42による夜間の消費電力を推定できる。また、BMS31は、電圧センサ36および電流センサ37の検出信号に基づいて電池モジュールBTの電池残量を推定し、ECU2に通知するように構成することができる。
Here, when calculating the nighttime power consumption by the
電池モジュールBTの電池残量がモータ42による夜間の消費電力より少ない場合には(ステップS32:NO)、夜間に航空機AVが航行を続けられないため、例えば、ECU2は、強制着陸を通知する(ステップS33)。例えば、航空機AVを管理するユーザが操作する外部の通信機器に対して通信部8が強制着陸通知を送信するように、ECU2が通信部8を制御する。
When the remaining battery level of the battery module BT is less than the power consumption at night by the motor 42 (step S32: NO), the aircraft AV cannot continue sailing at night, so for example, the
(1−4−5)夜間モードの熱制御処理(図9)
図9に、図4のステップS40の夜間モードの熱制御処理の詳細な処理のフローチャートを示す。
夜間モードの場合には、熱供給装置5を用いて電池モジュールBTを加温することができないため、ヒータ装置52を利用して電池モジュールBTを加温させる必要がある。
そこで、先ず、ECU2は、夜間モードの場合に熱供給装置5がONである場合(ステップS41:YES)、熱供給装置5をOFFにする(ステップS42)。具体的には、ECU2は、ポンプ511の動作を停止させて熱媒体の循環を停止させる。次いでECU2は、ヒータ装置52がONするように制御する(ステップS43)。それによって、ヒータ装置52が発生する熱によって電池モジュールBTが加温される。
なお、昼間モードにおいて熱供給装置5に加えて補助的にヒータ装置52も既に動作させている場合には、夜間モードのフローチャートにおいてステップS43では、ヒータ装置52が発生する熱量を大きく制御を行ってもよい。
(1-4-5) Thermal control process in night mode (Fig. 9)
FIG. 9 shows a detailed flow chart of the heat control process of the night mode in step S40 of FIG.
In the night mode, the battery module BT cannot be heated by using the
Therefore, first, when the
When the
以上説明したように、本実施形態の航空機AVは、動力源であるモータ42に電力を供給する電池モジュールBTと、太陽光により熱媒体を加熱する集熱器51を有し、集熱器51によって加熱された熱媒体を電池モジュールBTに供給するように構成された熱供給装置5と、を備えるように構成される。そのため、熱媒体によって電池モジュールBTを加温できるため、電池モジュールBT自身を加温させるためにヒータ装置52を動作させる必要がないため、電池モジュールBTの電池残量の低下を抑制することができる。
本実施形態の航空機AVには、熱供給装置5に対する補助的な加温機能を提供するために、ヒータ装置52を設けてもよい。その場合であってもヒータ装置52の動作は例えば節電モード等の低消費電力で済む。
また、ヒータ装置52を設けることで、熱供給装置5が熱媒体を電池モジュールBTに供給できない夜間モードにおいて、熱供給装置5に代えてヒータ装置52によって電池モジュールBTを加温することができる。
As described above, the aircraft AV of the present embodiment has a battery module BT that supplies electric power to the
The aircraft AV of the present embodiment may be provided with a
Further, by providing the
(2)第2の実施形態
以下、第2の実施形態である航空機について説明する。
本実施形態の航空機は、熱供給装置が第1の実施形態(図2参照)とは異なるが、その他の部分は第1の実施形態と同じであるため、重複説明は省略する。以下では、第1の実施形態と異なる部分に着目して説明する。
(2) Second Embodiment Hereinafter, the aircraft which is the second embodiment will be described.
The aircraft of the present embodiment has a heat supply device different from that of the first embodiment (see FIG. 2), but other parts are the same as those of the first embodiment, so duplicate description will be omitted. In the following, a description will be made focusing on a portion different from the first embodiment.
(2−1)熱供給装置5Aの構成
本実施形態の航空機に搭載されている熱供給装置5Aの構成を図10に示す。
図10に示すように、熱供給装置5Aは、集熱器51、制御弁510A,510B,510C、ポンプ511A、放熱部512、蓄熱タンク53、および、導管515〜517を有する。集熱器51および放熱部512については、第1の実施形態(図2参照)と同様のものでよい。
本実施形態の熱供給装置5Aは、熱媒体HMの閉回路において蓄熱タンク53を設けている点が熱供給装置5とは異なる。蓄熱タンク53には、集熱器51によって加熱された熱媒体HMが導管515を介して供給される。蓄熱タンク53は、熱媒体HMを貯蔵する容器(図示せず)と外装との間に断熱材が介在され、熱の外部への損失を抑制可能な構造となっている。本実施形態では、集熱器51で熱媒体HMを加熱できない夜間において熱媒体HMを電池モジュールBTに提供できるようにするため、熱媒体HMを蓄熱タンク53に貯蔵するように構成されている。
(2-1) Configuration of
As shown in FIG. 10, the
The
図10を参照すると、導管515は、集熱器51で加熱された熱媒体HMを蓄熱タンク53に導く管である。制御弁510Aは、導管515に設けられており、集熱器51から蓄熱タンク53への熱媒体HMの流量を制御する。
導管516は、蓄熱タンク53に貯蔵される熱媒体HMを放熱部512に導く管である。制御弁510Bは、導管516に設けられており、蓄熱タンク53から放熱部512への熱媒体HMの流量を制御する。
導管517は、放熱部512の熱媒体HMを集熱器51に戻す管である。制御弁510Cは、導管517に設けられており、放熱部512から集熱器51への熱媒体HMの流量を制御する。
制御弁510A,510B,510Cは、制御弁510と同様に電磁弁で構成することができ、ECU2によって各弁の弁開度を独立に制御しうる。
ポンプ511Aは、熱供給装置5Aの閉回路において熱媒体HMの循環を促進させるための循環ポンプである。図10では、ポンプ511Aが導管516に設けられている例が示されるが、他の導管に設けられてもよい。ポンプ511Aの動作のON/OFFやポンプ511の流量は、好ましくはECU2によって制御される。
Referring to FIG. 10, the
The
The
The
The
図10において仮想線で示しているが、好ましくは、電池モジュールBTの近傍には(図10の例では、電池モジュールBTの上部)、熱供給装置5Aに代えて、又は、熱供給装置5Aとともに電池モジュールBTを加温するためのヒータ装置52が配置される。
Although shown by a virtual line in FIG. 10, preferably, in the vicinity of the battery module BT (in the example of FIG. 10, the upper part of the battery module BT), instead of the
(2−2)熱制御処理
次に、本実施形態の熱制御処理について説明する。
(2-2) Thermal Control Process Next, the thermal control process of the present embodiment will be described.
(2−2−1)昼間モードの熱制御処理
昼間モードの熱制御処理については、図6のフローチャートに示したとおりであるが、ステップS23において熱供給装置5AをONしたときの動作は、以下のとおりである。
本実施形態のECU2は、熱供給装置5Aにおいて制御弁510A,510B,510Cがすべて開状態となり、かつポンプ511Aが動作するように制御する。それによって熱供給装置5Aの閉回路を熱媒体が循環し始める。熱媒体が循環し始めると、集熱器51によって加熱された熱媒体が蓄熱タンク53を介して放熱部512まで伝搬されて電池モジュールBTに向けて放熱することで、電池モジュールBTが加温される。
航空機AVの現在位置が昼間でなくなり、これ以上昼間モードの熱制御処理を行わない場合には、ECU2は、制御弁510A,510B,510Cをすべて閉状態とし、ポンプ511Aを停止させる。この状態で、熱媒体が蓄熱タンク53に蓄積される。
(2-2-1) Heat control process in daytime mode The heat control process in daytime mode is as shown in the flowchart of FIG. 6, but the operation when the
The
When the current position of the aircraft AV is no longer in the daytime and the heat control process in the daytime mode is not performed any more, the
(2−2−2)夜間モードの熱制御処理(図11)
図11に、図4のステップS40の本実施形態での夜間モードの熱制御処理の詳細な処理のフローチャートを示す。
昼間モードで熱供給装置5Aを動作させたことで蓄熱タンク53には熱媒体が蓄積されている。蓄熱タンク53内の熱媒体は、蓄熱タンク53の断熱材の効果によって夜間においても高い熱エネルギーを保持している。そこで、夜間モードになった場合には、ECU2は、制御弁510Bを開け、かつポンプ511Aを動作させることで、蓄熱タンク53内の熱エネルギーが高い熱媒体を放熱部512に送り出す(ステップS51)。それによって、夜間においても電池モジュールBTを加温することができる。
(2-2-2) Thermal control processing in night mode (Fig. 11)
FIG. 11 shows a detailed flow chart of the heat control process of the night mode in the present embodiment of step S40 of FIG.
By operating the
熱媒体による加温効果では十分でない場合、ECU2は、ヒータ装置52を動作させることができる(ステップS52)。例えば、ECU2は、ステップS51を実行した後に、BMS31から逐次、電池モジュールBTの温度のデータを取得し、所定時間経過した後に当該温度の増加量が所定の閾値未満である場合、ヒータ装置52を動作させることを決定してもよい。
本実施形態では、ヒータ装置52を動作させる場合であっても、蓄熱タンク53内から放熱部512に提供される熱媒体によって電池モジュールBTが加温されていることから、ヒータ装置52を節電モードで動作させる等、ヒータ装置52の消費電力を抑制することができる。
If the heating effect of the heat medium is not sufficient, the
In the present embodiment, even when the
なお、昼間モードよりも夜間モードにおいて電池モジュールBTが低温環境下に置かれるため、夜間モードである場合には、電池モジュールBTに供給される熱媒体の量(つまり、放熱部512に供給される熱媒体の量)を昼間モードの場合よりも多くするように制御してもよい。
例えば、夜間モードにおいてポンプ511Aの流量を昼間モードよりも多くするため、昼間モードの場合にポンプ511Aの回転数を第1回転数とし、夜間モードの場合にポンプ511Aの回転数を第1回転数よりも高い第2回転数としてもよい。あるいは、昼間モードの場合に制御弁510Bの弁開度を第1開度とし、夜間モードの場合には制御弁510Bの弁開度を第1開度よりも大きい第2開度としてもよい。ポンプ511Aの回転数および制御弁510Bの弁開度の両方を、昼間モードと夜間モードとで異なる値としてもよい。
Since the battery module BT is placed in a low temperature environment in the night mode rather than the day mode, the amount of heat medium supplied to the battery module BT (that is, the
For example, in order to make the flow rate of the
以上、本発明の移動体の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されない。また、上記の実施形態は、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更が可能である。例えば、各実施形態および変形例に記載された個別の技術的事項は、矛盾が生じない限り、適宜組み合わせることが可能である。 Although the mobile body embodiment of the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the above embodiment. Further, the above-described embodiment can be improved or modified in various ways without departing from the spirit of the present invention. For example, the individual technical matters described in each embodiment and modification can be appropriately combined as long as there is no contradiction.
AV…航空機
1…航空機制御システム
12…翼部
14…プロペラ
16…胴体部
2…ECU
3…電源部
31…BMS
32…ソーラーパネル
321…電流センサ
33…DC/DCコンバータ
34…充電部
35…補助バッテリ
36…電圧センサ
37…電流センサ
38…温度センサ
BT…電池モジュール
4…駆動部
41…ESC
42…モータ
5,5A…熱供給装置
51…集熱器
510,510A,510B,510C…制御弁
511,511A…ポンプ
512…放熱部
513〜517…導管
HM…熱媒体
52…ヒータ装置
53…蓄熱タンク
6…データ取得部
61…GPS受信機
62…対気速度センサ
63…慣性計測装置
64…ビデオカメラ
65…リアルタイムクロック
7…ストレージ
8…通信部
AV ... Aircraft 1 ...
3 ...
32 ...
42 ...
Claims (10)
動力源に電力を供給する蓄電池と、
前記集熱器によって加熱された熱媒体を前記蓄電池に供給する媒体供給部と、
を備えた、移動体。 A heat collector that heats the heat medium with sunlight,
A storage battery that supplies power to the power source,
A medium supply unit that supplies the heat medium heated by the heat collector to the storage battery, and
A mobile body equipped with.
請求項1に記載された移動体。 The medium supply unit further includes a tank for storing the heat medium.
The mobile body according to claim 1.
請求項1又は2に記載された移動体。 Further provided with a heater for heating the storage battery,
The mobile body according to claim 1 or 2.
現在時刻に基づいて、前記集熱器により熱媒体を十分に加熱可能である第1モードであるか、又は、前記集熱器により熱媒体を十分に加熱可能でない第2モードであるか判断する制御部と、をさらに備え、
前記制御部は、前記第1モードである場合、前記媒体供給部により熱媒体を前記蓄電池に供給し、前記第2モードである場合、前記ヒータを動作させるか、若しくは前記ヒータが発生する熱量を大きくする、
請求項1又は2に記載された移動体。 A heater that heats the storage battery and
Based on the current time, it is determined whether the mode is the first mode in which the heat collector can sufficiently heat the heat medium, or the second mode in which the heat collector cannot sufficiently heat the heat medium. With a control unit,
In the first mode, the control unit supplies a heat medium to the storage battery by the medium supply unit, and in the second mode, operates the heater or generates heat generated by the heater. Enlarge,
The mobile body according to claim 1 or 2.
前記制御部は、前記第2モードである場合には、前記蓄電池に供給される熱媒体の量を前記第1モードである場合よりも多くするように、前記媒体供給部を制御する、
請求項1〜4のいずれかに記載された移動体。 Based on the current time, it is determined whether the mode is the first mode in which the heat collector can sufficiently heat the heat medium, or the second mode in which the heat collector cannot sufficiently heat the heat medium. Equipped with a control unit
The control unit controls the medium supply unit so that the amount of heat medium supplied to the storage battery in the second mode is larger than that in the first mode.
The mobile body according to any one of claims 1 to 4.
請求項1〜5のいずれかに記載された移動体。 A failure determination unit for determining the presence or absence of a failure based on a temperature change of the storage battery or the heat collector when the heat medium is being supplied to the storage battery by the medium supply unit is further provided.
The mobile body according to any one of claims 1 to 5.
請求項1〜5のいずれかに記載された移動体。 A failure determination unit for determining the presence or absence of a failure based on a temperature change of the heat medium supplied to the storage battery when the heat medium is being supplied to the storage battery by the medium supply unit is further provided.
The mobile body according to any one of claims 1 to 5.
前記故障判定部により故障有りと判定された場合には、前記ヒータを動作させるか、若しくは前記ヒータが発生する熱量を大きくする、
請求項6又は7に記載された移動体。 Further provided with a heater for heating the storage battery,
When the failure determination unit determines that there is a failure, the heater is operated or the amount of heat generated by the heater is increased.
The mobile body according to claim 6 or 7.
請求項1〜8のいずれかに記載された移動体。 The moving body is a flying body,
The mobile body according to any one of claims 1 to 8.
前記モータに連結されたプロペラと、をさらに備えた、
請求項1〜9のいずれかに記載された移動体。 The motor that is the power source and
Further equipped with a propeller connected to the motor,
The mobile body according to any one of claims 1 to 9.
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