能量管理系统的制作方法

本申请基于2014年7月29日提出的日本专利申请2014－153727号，其公开内容通过参照引入到本申请中。

技术领域

本申请涉及适用于车辆的能量管理系统。

背景技术：

以往，已知用于减少车辆的耗油量的能量管理技术。该能量管理系统中，电或热等各种形态的能量能够以规定的定时被输送、储藏或利用。由此，能够实现能量效率的提高。

例如，已知在具备作为能量变换部的引擎、燃料电池等的车辆中，将在能量变换时产生的热进行储藏的系统。该系统中，在稳定运转时，在能量变换时产生的热经由热媒体被释放，该热媒体所具有的热蓄积到到蓄热部。另一方面，在启动时，蓄积在蓄热部中的热被释放到热媒体，该热媒体所具有的热被释放到加热对象。

此外，例如专利文献1中提出了在混合动力车辆中，将动力的一部分再生为电，并将该电储藏到电池中的系统。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特开2011-121423号公报

技术实现要素：

但是，在上述专利文献1所记载的系统中，有难以有效地进行蓄电的情况。

例如，在再生时得到的电量非常多的情况下，在电池中用于充电的电化学反应跟不上，无法充分蓄电。此外，在电池的充电容量达到上限值的状态下，即使进行再生也无法在电池中蓄电。

在这样的情况下，未能蓄电到电池中的电被舍弃到系统外，因此能量效率的提高效果有可能降低。

本申请鉴于上述点，目的是提供能够提高能量效率的能量管理系统。

本申请的能量管理系统适用于具备第1动力源、第1变换部、蓄电部以及第2动力源的车辆。第1动力源在将从外部供给的燃料的能量进行变换而产生动力时，对第1热媒体释放热。第1变换部将由第1动力源产生的动力变换为电。蓄电部将由第1变换部变换后的电进行蓄积。第2动力源将蓄积在蓄电部中的电的能量进行变换而产生动力。

能量管理系统具备第2变换部、蓄热部、模式切换部以及控制部。第2变换部将由第1变换部变换后的电变换为热。蓄热部将由第2变换部变换后的热进行蓄积。模式切换部切换将由第2变换部变换后的热蓄积到蓄热部的蓄热模式和将蓄积在蓄热部中的热向传热对象释放的散热模式。控制部对第2变换部以及模式切换部的动作进行控制。

蓄热部，在蓄热部的温度为相转移温度以下的情况下，变化为固体状的第1相状态，并且在蓄热部的温度超过相转移温度的情况下，变化为固体状的第2相状态。蓄热部通过第1相状态与第2相状态之间的相变化来进行蓄热或散热。控制部基于蓄电部的蓄电状态以及第1变换部的变换状态中的至少一方，对第2变换部以及模式切换部的动作进行控制。

据此，基于蓄电部的蓄电状态以及第1变换部的变换状态中的至少一方，对第2变换部以及模式切换部的动作进行控制，从而能够防止由第1变换部变换后的电被舍弃到系统外。因此，能够提高能量效率。

附图说明

图1是表示第1实施方式的能量管理系统的整体结构图。

图2是表示第1实施方式中的蓄热部的示意性的立体图。

图3是表示第2实施方式的能量管理系统的整体结构图。

图4是表示第3实施方式的能量管理系统的整体结构图。

图5是表示第4实施方式中的蓄热部的示意图。

图6是表示第5实施方式中的蓄热部的示意图。

图7是表示第6实施方式中的蓄热部的示意图。

具体实施方式

以下，基于附图对本申请的实施方式进行说明。另外，以下的各实施方式彼此中，对于相互相同或均等的部分，在图中赋予相同的标号。

(第1实施方式)

基于图1及图2对第1实施方式进行说明。本实施方式中，将本申请的能量管理系统适用于混合动力汽车(车辆)。

如图1所示，混合动力汽车100具备引擎(内燃机)1、马达(电动机)2、发电机3、动力分割机构4以及电池5等。

引擎1是将从外部供给的燃料的能量进行变换而产生动力的行驶用驱动力源，相当于本申请的第1动力源。本实施方式的引擎1是水冷式，在能量变换时，即在产生动力时，对冷却水释放热。本实施方式的冷却水相当于本申请的第1热媒体。

马达2是将后述的电池5中蓄积的电的能量进行变换而产生动力的行驶用驱动力源，相当于本申请的第2动力源。发电机3是将由引擎1产生的动力变换为电的发电机，相当于本申请的第1变换部。

动力分割机构4在引擎1、马达2以及驱动轴(未图示)之间将动力进行分割或合成并传递。电池5是蓄积由发电机3变换后的电的蓄电池，相当于本申请的蓄电部。

在此，对混合动力汽车100的动作进行说明。首先，在混合动力汽车100出发或加速等时，马达2接受来自电池5的放电而产生马达扭矩。并且，由动力分割机构4将该马达扭矩与引擎扭矩进行合并传递给轮胎(未图示)，由此进行行驶扭矩的辅助。

此外，在引擎1的启动时，马达2也接受来自电池5的放电而产生马达扭矩。并且，该马达扭矩经由动力分割机构4传递到引擎1，由此引擎1被起动(crank)而启动。

此外，在混合动力汽车100减速等时，剩余的引擎扭矩被动力分割机构4分割而传递到发电机3。由此，发电机3产生电力，进行电池的充电。

进而，混合动力汽车100具备加热器6和蓄热部7。加热器6是将由发电机3变换后的电变换为热的电热器，相当于本申请的第2变换部。加热器6的动作由从后述的控制装置8输出的控制电压或控制信号进行控制。

加热器6和蓄热部7通过在加热器6与蓄热部7之间形成闭路的第1热媒流路11连接。在第1热媒流路11，设有使热媒在该第1热媒流路11中循环的电动式的第1泵12。

由此，蓄热部7将由加热器6变换后的热经由热媒进行蓄积。

此外，蓄热部7与引擎1通过在蓄热部7与引擎1之间形成闭路的冷却水流路13连接。冷却水流路13，设有使冷却水在该冷却水流路13中循环的电动式的第2泵14。

由此，蓄热部7将蓄积在该蓄热部7中的热经由冷却水向引擎1释放。此外，在本实施方式中，蓄热部7将引擎1的废热经由冷却水进行蓄积。

第1泵12以及第2泵14的动作分别由从后述的控制装置8输出的控制电压或控制信号进行控制。

具体而言，蓄热部7由在该蓄热部7的温度为相转移温度以下的情况下变化为固体状的第1相状态、并且在该蓄热部7的温度超过相转移温度的情况下变化为固体状的第2相状态的蓄热材构成。即，蓄热部7由在第1相状态以及第2相状态的双方中成为固体的材质构成。此外，蓄热部7通过第1相状态与第2相状态之间的相变化来蓄热或者散热。

接着，对本实施方式中的构成蓄热部7的蓄热材进行说明。蓄热材由在所构成的物质的电子间所起的库仑相互作用较强的强相关电子系化合物形成。

在本实施方式中，作为形成蓄热材的强相关电子系化合物，采用至少含有过渡金属以及氧的物质，例如二氧化钒。此外，作为形成蓄热材的强相关电子系化合物，也可以采用由下述一般式F1表示的物质。

M_1-xN_xO_y···F1

其中，一般式F1中，M以及N表示相互不同的过渡金属。

在此，上述一般式F1中的M可以采用钒。此外，上述一般式F1中的N可以采用从由钨、铼、钼、钌、铌以及钽构成的组中选择的1种。像这样，通过对二氧化钒附加规定量的如上所述的钨等金属元素，能够将蓄热材的相转移温度设定为期望的温度。

接着，对本实施方式中的蓄热部7的构造进行说明。如图2所示，本实施方式的蓄热部7具有由上述的蓄热材构成的块状的主体部71。

主体部71形成有多个供冷却水流通的冷却水流通孔72。在冷却水流通孔72的内部设有作为传热部件的第1翅片73。在本实施方式中，作为第1翅片73，采用与冷却水的流动方向垂直的截面形状形成为使凸部交替地位于一方侧和另一方侧而弯折的波形状的波纹状翅片(corrugated fin)。通过该第1翅片73使与冷却水的传热面积增大而促进冷却水与蓄热材之间的热交换。

此外，在主体部71形成有多个供热媒流通的热媒流通孔74。热媒流通孔74被设置成该热媒流通孔74内的热媒的流动方向与在冷却水流通孔72内流过的冷却水的流动方向正交。此外，热媒流通孔74以及冷却水流通孔72在多个热媒流通孔74的配置方向(图2的纸面上下方向)、即多个冷却水流通孔72的配置方向上交替地配置。

在热媒流通孔74的内部，设有作为传热部件的第2翅片75。在本实施方式中，作为第2翅片75，采用在与热媒的流动方向垂直的截面中以使凸部交替地位于一方侧和另一方侧的方式弯折的波形状的波纹状翅片。通过该第2翅片75，使与热媒的传热面积增大而促进热媒与蓄热材间的热交换。

回到图1，本实施方式的能量管理系统构成为能够切换将由加热器6产生的热在蓄热部7中蓄积的蓄热模式和将蓄积在蓄热部7中的热向引擎1释放的散热模式。关于蓄热模式以及散热模式的详细情况留待后述。

接着，对本实施方式的能量管理系统的电控制部的概要进行说明。控制装置(控制部)8具有包括CPU、ROM以及RAM等的周知的微计算机及其周边电路。并且，基于存储在该ROM内的控制程序，进行各种运算、处理，对连接于其输出侧的各种控制对象设备的动作进行控制。

在控制装置8的输出侧，连接有加热器6、第1泵12以及第2泵14等各种控制对象设备。

另一方面，在控制装置8的输入侧，连接有发电机3以及电池5等。控制装置8中被输入发电机3的发电状态以及电池5的充电状态。发电机3的发电状态是指发电机3将动力变换为电的状态。

此外，控制装置8的输入侧还被输入水温传感器1a等传感器组的检测信号。水温传感器1a是对流过冷却水流路13的冷却水的温度进行检测的检测部。流过冷却水流路13的冷却水的温度例如是引擎1的出口侧的冷却水的温度。

控制装置8基于发电机3的发电状态、电池5的蓄电状态以及由水温传感器1a检测到的冷却水温度，对加热器6、第1泵12以及第2泵14的动作进行控制。

接着，对上述结构中的本实施方式的能量管理系统的动作进行说明。

控制装置8在电池5的蓄电量为预先决定的基准蓄电量(例如，满充电量)以上的情况下，使加热器6动作以将电变换为热、并且执行由蓄热部7蓄积该热的蓄热模式。此外，控制装置8在发电机3中的从动力向电的变换速度(发电速度)为预先决定的基准速度以上的情况下，也使加热器6动作以将电变换为热、并且执行由蓄热部7蓄积该热的蓄热模式。

具体而言，控制装置8在电池5的蓄电量为基准蓄电量以上的情况下、以及发电机3中的发电速度为基准速度以上的情况下，使第1泵12动作而将由加热器6产生的热经由流过第1热媒流路11的热媒而蓄积到蓄热部7。即，在蓄热模式下，与加热器6进行热交换而成为高温的热媒所具有的热被蓄积到蓄热部7。

本实施方式的能量管理系统在蓄热模式中，引擎1的废热也由蓄热部7蓄积。具体而言，控制装置8在电池5的蓄电量为基准蓄电量以上的情况下、以及发电机3中的发电速度为基准速度以上的情况下，使第2泵14动作。由此，与引擎1的废热进行热交换而成为高温的冷却水所具有的热被蓄积到蓄热部7。

此外，控制装置8在由水温传感器1a检测到的冷却水温度为预先设定的基准温度以下的情况下，执行将蓄积在蓄热部7中的热向引擎1释放的散热模式。

具体而言，控制装置8在由水温传感器1a检测到的冷却水温度为基准温度以下的情况下，使第1泵12停止，并且使第2泵14动作，将蓄积在蓄热部7中的热经由流过冷却水流路13的冷却水向引擎1释放。即，在散热模式中，与蓄热部7进行热交换而被加热的冷却水所具有的热被释放到引擎1。因此，本实施方式的引擎1相当于本申请的传热对象。

像这样，通过控制第1泵12以及第2泵14的动作，能够切换蓄热模式以及散热模式。因此，本实施方式的第1泵12以及第2泵14相当于本申请的模式切换部。

如上说明，本实施方式的能量管理系统在电池5的蓄电量多时、以及在发电机3中的发电速度快时，换言之，在每单位时间的发电量大时，由加热器6将发电机3产生的电变换为热，并且执行蓄热模式。由此，能够将发电机3产生的电变换为热并储藏到蓄热部7。

并且，在冷却水温度下降时、即热不足时，通过执行散热模式，能够将蓄积在蓄热部7中的热利用于引擎1的预热。

因此，根据本实施方式的能量管理系统，在将发电机3产生的电难以在电池5中充电的情况下，能够由加热器6将发电机3产生的电变换为热并蓄积到蓄热部7。因此，不会将发电机3产生的电舍弃到系统外，所以能够提高能量效率。此外，通过将蓄积在蓄热部7中的热利用于引擎1的预热，能够进一步提高能量效率。即，根据本实施方式的能量管理系统，能够从电以及热的双方的观点提高能量效率。

(第2实施方式)

接着，基于图3对第2实施方式进行说明。本第2实施方式与上述第1实施方式相比，将电池5的废热蓄积到蓄热部7、并且将蓄积在蓄热部7中的热利用于电池5的预热这些点上不同。

如图3所示，电池5和蓄热部7通过在电池5与蓄热部7之间形成闭路的第2热媒流路15而连接。第2热媒流路15设有使热媒(气体)在该第2热媒流路15中循环的电动式的第3泵16。第3泵16的动作由从控制装置8输出的控制电压或控制信号进行控制。

由此，蓄热部7将电池5的废热经由热媒进行蓄积，并且将蓄积在该蓄热部7中的热经由热媒向电池5释放。另外，本实施方式的热媒相当于本申请的第2热媒体，第2热媒流路15相当于本申请的第2热媒体流路。

控制装置8的输入侧还被输入热媒温度传感器5a的检测信号。热媒温度传感器5a是对流过第2热媒流路15的热媒的温度进行检测的检测部。流过第2热媒流路15的热媒的温度例如是电池5的出口侧的热媒的温度。

本实施方式的控制装置8基于发电机3的发电状态、电池5的蓄电状态以及由热媒温度传感器5a检测到的热媒温度，对加热器6、第1泵12以及第3泵16的动作进行控制。

本实施方式的能量管理系统在蓄热模式中，电池5的废热也由蓄热部7蓄积。具体而言，控制装置8在电池5的蓄电量为基准蓄电量以上的情况下、以及在发电机3中的发电速度为基准速度以上的情况下，使第3泵16动作。由此，与电池5的废热进行热交换而成为高温的热媒所具有的热被蓄积到蓄热部7。

此外，本实施方式的控制装置8在由热媒温度传感器5a检测到的热媒温度为预先设定的基准温度以下的情况下，执行将蓄积在蓄热部7中的热向电池5释放的散热模式。

具体而言，控制装置8在由热媒温度传感器5a检测到的热媒温度为基准温度以下的情况下，使第1泵12停止，并且使第3泵16动作而将蓄积在蓄热部7中的热经由流过第2热媒流路15的热媒向电池5释放。即，在散热模式中，与蓄热部7进行热交换而被加热的热媒所具有的热被释放到电池5。因此，本实施方式的电池5相当于本申请的传热对象。

像这样，通过对第1泵12以及第3泵16的动作进行控制，能够切换蓄热模式以及散热模式。因此，本实施方式的第1泵12以及第3泵16相当于本申请的模式切换部。

其他结构以及动作与第1实施方式相同。因此，根据本实施方式的能量管理系统，能够得到与第1实施方式相同的效果。进而，在本实施方式中，通过将电池5的废热蓄积到蓄热部7，并且将蓄积在蓄热部7中的热利用于电池5的预热，能够提高能量效率。

(第3实施方式)

接着，基于图4对第3实施方式进行说明。本第3实施方式与上述第1实施方式相比，将蓄积在蓄热部7中的热利用于车室内的制暖这一点上不同。

如图4所示，本实施方式的混合动力汽车100具备通过将空气调整用的空气(空气调整空气)向车室内吹出从而进行车室内的空气调整的车辆用空气调整装置200。

车辆用空气调整装置200具备供与蓄热部7进行热交换而成为高温的热媒流通的第3热媒流路17。在第3热媒流路17，配置有使由蓄热部7加热的热媒与送到车室内的空气(空气调整用的空气)进行热交换而对空气进行加热的加热用热交换器18。

此外，在第3热媒流路17，设有在该第3热媒流路17中使热媒循环的电动式的第4泵19。第4泵19的动作由从控制装置8输出的控制电压或控制信号进行控制。

由此，蓄热部7将蓄积在该蓄热部7中的热经由热媒向空气中释放。

控制装置8的输入侧还被输入对车室内温度进行检测的内部气体温度传感器(未图示)的检测信号。本实施方式的控制装置8基于发电机3的发电状态、电池5的蓄电状态以及由内部气体温度传感器检测到的车室内温度，对加热器6、第1泵12以及第4泵19的动作进行控制。

本实施方式的控制装置8在由内部气体温度传感器检测到的车室内温度为预先设定的基准温度以下的情况下，执行将蓄积在蓄热部7中的热向空气中释放的散热模式。

具体而言，控制装置8在由车室内部气体温度传感器检测到的车室内温度为基准温度以下的情况下，使第1泵12停止，并且使第4泵19动作而将蓄积在蓄热部7中的热经由流过第3热媒流路17的热媒向空气中释放。即，在散热模式中，与蓄热部7进行热交换而被加热的热媒所具有的热被释放到空气中。因此，本实施方式的空气调整用的空气相当于本申请的传热对象。

像这样，通过对第1泵12以及第4泵19的动作进行控制，能够切换蓄热模式以及散热模式。因此，本实施方式的第1泵12以及第4泵19相当于本申请的模式切换部。

其他结构以及动作与第1实施方式相同。因此，根据本实施方式的能量管理系统，能够得到与第1实施方式相同的效果。进而，在本实施方式中，通过将蓄积在蓄热部7中的热利用于空气的加热即制暖，能够提高能量效率。

(第4实施方式)

接着，基于图5对第4实施方式进行说明。本第4实施方式与上述第1实施方式相比，蓄热部7的结构不同。

如图5所示，蓄热部7具有由强相关电子系化合物形成的作为蓄热层的主体部71、以及覆盖该主体部71的高热传导率层76。高热传导率层76由热传导率比构成主体部71的蓄热材高的金属构成。在本实施方式中，主体部71由VO₂构成，高热传导率层76由V₂O₃构成。

根据本实施方式，通过利用热传导率高的高热传导率层76覆盖蓄热材的周围，能够促进蓄热材与热媒之间的热传递、以及蓄热材与冷却水之间的热传递。由此，能够由蓄热部7提前进行蓄热或散热。

此外，通过将高热传导率层76由机械强度比主体部71高的物质构成，能够将高热传导率层76容易地形成为任意的形状。因此，通过使高热传导率层76例如为翅片形状，能够使高热传导率层76的表面积增大，提高与热媒之间的热交换性能以及与冷却水之间的热交换性能。

(第5实施方式)

接着，基于图6对第5实施方式进行说明。本第5实施方式与上述第1实施方式相比，蓄热部7的结构不同。

如图6所示，蓄热部7由包含强相关电子系化合物7a以及作为无机化合物的填料(加强材)7b在内的化合物构成。在本实施方式中，蓄热部7由VO₂以及陶瓷构成。

据此，能够提高蓄热部7的机械强度。另外，通过变更强相关电子系化合物7a以及填料7b的配合比例，能够变更蓄热部7的蓄热量。

(第6实施方式)

接着，基于图7对第6实施方式进行说明。本第6实施方式与上述第1实施方式相比，蓄热部7的结构不同。

如图7所示，蓄热部7具有由强相关电子系化合物形成的主体部(蓄热层)71、以及使与主体部71的传热面积增大的翅片(传热部件)77。翅片77由热传导率比主体部71高的金属构成。

主体部71被高热传导率层76覆盖，该高热传导率层76由热传导率比构成该主体部71的蓄热材高的金属构成。高热传导率层76由与翅片77相同的材料构成，并且与翅片77一体地构成。在本实施方式中，主体部71由VO₂构成，高热传导率层76以及翅片77由V₂O₃构成。

根据本实施方式，通过在蓄热部7设置翅片77，能够使蓄热部7与热媒的传热面积增大，并且能够使蓄热部7与冷却水的传热面积增大。由此，能够提高蓄热部7与热媒之间的热交换性能、以及蓄热部7与冷却水之间的热交换性能。

(其他实施方式)

本申请不限定于上述的实施方式，在不脱离本申请的主旨的范围内例如能够如以下那样进行各种变形。此外，上述各实施方式中公开的特征也可以在能够实施的范围内适当组合。

(1)在上述实施方式中，对在混合动力汽车100中分别设置马达2以及发电机3的例子进行了说明。但是，也可以使用起到电马达以及发电机双方的功能的马达发电机。

(2)在上述实施方式中，对作为第1翅片73而采用波纹状翅片的例子进行了说明，但第1翅片73的形状不限定于此。

例如，作为第1翅片73，也可以采用与热媒的流动方向正交的截面形状形成为矩形波状的平直翅片(straight fin)。此外，作为第1翅片73，也可以采用对于平直翅片将弯曲为矩形波状的部位朝向热媒的流动方向进一步弯曲为波状而得到的蛇形翅片(waved fin)。此外，作为第1翅片73，也可以采用对于平直翅片在弯曲为矩形波状的部位设置缺口部并将该缺口部断续地弯曲而得到的偏置翅片(off-set fin)。

同样，在上述实施方式中，对作为第2翅片75而采用波纹状翅片的例子进行了说明。但是，作为第2翅片75，也可以采用平直翅片、蛇形翅片或偏置翅片。

(3)在上述实施方式中，说明了控制装置8基于发电机3的发电状态、电池5的蓄电状态以及由水温传感器1a检测到的冷却水温度对加热器6、以及第1泵12等的模式切换部的动作进行控制的例子。但是，控制装置8中的控制并不限定与此。

例如，也可以由控制装置8基于发电机3的发电状态、电池5的蓄电状态以及由水温传感器1a检测到的冷却水温度的至少一个来对加热器6、以及第1泵12等的模式切换部的动作进行控制。

更详细地讲，在上述实施方式中，说明了控制装置8在电池5的蓄电量为基准蓄电量以上的情况、以及发电机3中的发电速度为基准速度以上的情况下执行蓄热模式的例子。但是，控制装置8中的模式切换控制不限定于此。

例如，控制装置8也可以在电池5的蓄电量为基准蓄电量以上的情况下执行蓄热模式。此外，控制装置8也可以在发电机3中的发电速度为基准速度以上的情况下执行蓄热模式。

(4)在上述实施方式中，说明了作为模式切换部而采用泵12、14、16、19的例子。但是，例如也可以在冷却水流路、热媒流路上配置开闭弁，并采用该开闭弁作为模式切换部。

(5)在上述第5实施方式中，说明了蓄热部7由VO₂以及陶瓷构成的例子。但是，蓄热部7也可以含有其他化合物。