JP2010018231A - ハイブリッド車両 - Google Patents

Abstract

【課題】走行時に発生し且つ今まで無駄に捨てられているエネルギを極力利用して発電しバッテリに充電することができるハイブリッド車両を提供することにある。
【解決手段】ハイブリッド車両２は、発電機１０を駆動するエンジン８と、走行用のメインモータ２４と、メインモータ２４の制御を行うインバータ２０と、インバータ２０を介してメインモータ２４に電力を供給するバッテリ１２と、インバータ２０を介して出力をバッテリ１２に供給する発電機１０と、フロアパネル４０に設けられた圧電素子を含む圧力発電装置であって、インバータ２０を介してバッテリ１２に電力を供給する圧力発電装置と、エンジン８の排気管１６の外周に設けられた熱電変換素子を含む熱エネルギ発電装置１８であって、インバータ２０を介してバッテリ１２に電力を供給する熱エネルギ発電装置１８とを備えており、更に、車両の制動時にメインモータ２４から制動エネルギを電気エネルギとして回収してバッテリ１２に充電する。
【選択図】図１

Description

本発明はハイブリッド車両に関し、詳しくは、走行にともない発生されるエネルギを有効に利用して発電する機能を備えたハイブリッド車両に関するものである。

バッテリを電源とする電気モータ及びガソリンや軽油などを燃料とするエンジンをそれぞれ搭載したハイブリッド車両において、エネルギ回生を行い電気エネルギとしてバッテリを充電させることは、結果的に、エンジンの燃料消費を抑えられることにもなり、有効である。
ハイブリッド車両のエネルギ回生としては、特許文献１に記載のエンジン制御装置のように、車両の減速時、電気モータを発電機として作動させ、走行する車両の運動エネルギを電気エネルギに変換してバッテリに回収、つまり、充電する手法が一般的である。その他、特許文献２に記載の排熱回収装置のように、エンジンより排出される排気ガスの熱を回収し、この回収した熱エネルギを電気エネルギに変換してバッテリに充電するエネルギ回収手法も提案されている。
特開平９−０９８５１５号公報 特開２００５−０９０３５５号公報

ところで、走行する車両において発生される回収可能なエネルギには、車両の減速時の運動エネルギや排気ガスの熱エネルギが知られているが、これら以外の回収可能なエネルギは、捨てられているのが現状である。
ここで、車両が走行することにより発生するが、未だ、回収されることのないエネルギについて検討すると、車両の走行時、路面の凹凸により不可避的に発生する車両の振動エネルギがあり、この振動エネルギは無駄に捨てられている。

このように車両の走行中、無駄に捨てられているエネルギを効率良く利用して発電することができれば、エンジンの稼働率を下げることができ、燃費の向上及び排出ガスの削減が期待できる。
本発明は、上記の事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、走行時に発生し且つ今まで無駄に捨てられているエネルギを極力利用して発電し、バッテリに充電することができるハイブリッド車両を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のハイブリッド車両は、エンジンとモータとを備えたハイブリッド車両において、車両に設けられ、乗客又は荷物が載せられる床と、前記床に分布された圧電素子を含み、前記乗客又は荷物から前記床に加わる圧力変動を前記圧電素子により電気エネルギに変換する圧力発電装置と、前記圧力発電装置にて変換された電気エネルギを充電するバッテリとを備えたことを特徴とするものである（請求項１）。

請求項１のハイブリッド車両は、圧力発電装置が配設される床に乗員や荷物が載ると、圧力発電装置に含まれる圧電素子が圧力を受け、電力を発生する。そして、車両が走行することにより車両が振動すると、その振動にともない乗員や荷物により床に繰り返し荷重がかけられる。そのため、車両に振動が起こる度に圧電素子に圧力変動が起こり発電を繰り返すことができる。このように、請求項１のハイブリッド車両によれば、車両の走行にともない放出される振動エネルギを間接的に電気エネルギに変換して回収し、有効利用することができる。

また、前記ハイブリッド車両は、前記エンジンの排気管に設けられた熱電変換素子を含み、前記排気管内を流れる排気ガスの熱エネルギを前記熱電変換素子により電気エネルギに変換して前記バッテリに供給する熱エネルギ発電装置と、車両の制動時、制動エネルギを前記モータから電気エネルギとして回収し、前記バッテリに供給する制動エネルギ発電装置とを更に含む構成とすることが好ましい（請求項２）。

請求項２のハイブリッド車両によれば、振動エネルギ、熱エネルギ、制動エネルギなど車両の走行にともない発生されるエネルギを極力回収することができる。
具体的には、前記車両は、バスタイプの車両であり、前記床は、客室のフロアパネルである構成とすることが好ましい（請求項３）。
請求項３のハイブリッド車両によれば、バスタイプの車両であるので、その客室のフロアパネルは極めて広い面積を有する平坦部位となっている。この部位に圧力発電装置を配設しているので圧電素子を数多く設置でき発電効率は高くなる。

更に、具体的には、前記車両は、トラックタイプの車両であり、前記床は、荷台のフロアパネルである構成とすることが好ましい（請求項４）。
請求項４のハイブリッド車両によれば、トラックタイプの車両であるので、その荷台のフロアパネルも極めて広い面積を有する平坦部位となっている。この部位に圧力発電装置を配設しているので圧電素子を数多く設置でき発電効率は高くなる。

請求項１〜４に記載のハイブリッド車両によれば、車両の走行にともない発生されるエネルギを電気エネルギとして効率良くバッテリに回収することができるので、エンジンの稼働率を低下させることができる。このため、燃料消費量を減らすことができ省エネルギに寄与する。また、排出ガスの低減が可能となり、大気汚染防止、二酸化炭素の排出削減に寄与する。

以下、本発明に係る発電装置を備えたハイブリッド車両の実施の形態を、図面を参照して説明する。
（実施例１）
図１はバスに適用した実施例１に係るハイブリッド車両２の外観及びその概略構成を示している。

ハイブリッド車両２は、車体４と、駆動系として車体４に組み込まれた直列方式のハイブリッドシステム６とを含んでいる。
ハイブリッドシステム６は、発電専用のエンジン８、メインモータ２４、補機モータ２６、これらモータ２４，２６の制御を行うインバータ２０等を備えている。
エンジン８は、６気筒のディーゼルエンジンであり、発電機１０を備えている。発電機１０はエンジン８により駆動されて発電し、この発電により得られた電気エネルギはインバータ２０を介して高性能リチウムイオン電池（以下、バッテリという。）１２に充電される。また、エンジン８の運転中、その排気ガスは排気マニホールドから排気浄化装置１４が介装された排気管１６を経て外部に排出される。ここで、エンジン８に近い部分の排気管１６の外周には、熱エネルギ発電装置１８が配設されている。この熱エネルギ発電装置１８は、熱エネルギを電気エネルギに変換する熱電変換素子（図示しない）を含み、この熱電変換素子は排気管１６の外周面に分布して配設されている。熱エネルギ発電装置１８はその出力端子２２が配線を介してインバータ２０に接続され、熱電変化素子が発生した電気エネルギをインバータ２０を介してバッテリ１２に充電させる。

上述のメインモータ２４は車両の駆動輪３４を駆動させるために使用される。具体的には、メインモータ２４は、ツインモータからなり、減速機２８に連結されている。減速機２８の出力軸３０は、ディファレンシャルギヤ３２に連結されており、このディファレンシャルギヤ３２は車軸を介して駆動輪３４に連結されている。このメインモータ２４は、バッテリ１２からインバータ２０を介して電力の供給を受け、駆動される。メインモータ２４が駆動されると、上述の動力伝達経路を介して駆動輪３４に動力が伝えられる。

また、メインモータ２４はハイブリッド車両２の減速時、その制動エネルギを電気エネルギとして回生する発電機としての機能も有している。このような制動エネルギが回生された電気エネルギもまた、インバータ２０を介してバッテリ１２に充電される。
一方、補機モータ２６は、パワーステアリングの油圧ポンプ、エアコンのコンプレッサ、エアブレーキやエアサスペンションのエアコンプレッサ等の補機類を駆動するために使用され、この補機モータ２６もまたバッテリ１２からインバータ２０を介して電力の供給を受け、駆動される。

車体４は、バスタイプであるので、乗用車に比べ、その客室内に大面積で平坦なフロアパネル４０を備えている。このフロアパネル４０は、図２に示すように多層構造をなし、表面板４２と、裏面板４４と、表面板４２と裏面板４４との間に配設された圧力発電装置４６とからなっている。
圧力発電装置４６は、表面板４２及び裏面板４４の対向面にそれぞれ配置された２つの電極板４８，５０と、これら電極板４８，５０に挟まれた多数の圧電素子５２とを含み、これら圧電素子５２はフロアパネル４０の全域に亘って分布されている。本実施例の場合、圧電素子５２は電極板４８，５０の間に１層状態で配設されているが、これに限らず、圧電素子５２は、電極板４８，５０の間にて複数の層をなすように重ね合わせて配設することも可能である。

また、各電極板４８，５０にはリード線５４，５６が接続されており、これらリード線５４，５６はインバータ２０に電気的に接続されている。
上述したフロアパネル４０に図２中矢印Ａ方向に圧力が加えられると、圧電素子５２は電圧を発生し、この発生した電圧は、インバータ２０を介してバッテリ１２に電気エネルギとして充電される。また、圧電素子５２が積み重ねて配置されていれば、その個々の圧電素子５２が電圧を発生することから、前記圧力を効率良く電気エネルギに変換可能となる。

なお、車体４にフロアパネル４０やハイブリッドシステム６の他にも車両に必要な機能部品（図示しない）が配設されていることは言うまでもない。
ハイブリッド車両（バス）２は、メインモータ２４がバッテリ１２から電力の供給を受け、駆動されることで走行する。このハイブリッド車両（バス）２の車体４は、走行にともない路面の凹凸等の影響を受けて上下に振動する。このようにして車体が上下振動すると、乗客の体重がフロアパネル４０に振動入力として加わり、フロアパネル４０内の圧電素子５２は圧力を受ける。この結果、圧電素子５２は前述したように電圧を発生する。つまり、圧力発電装置４６は振動エネルギを電圧、即ち、電気エネルギに変換し、この電気エネルギをインバータ２０を介してバッテリ１２に充電させる。

また、ハイブリッド車両（バス）２の加減速時や旋回時、客室内にて立っている乗客はフロアパネル４０上に足を踏ん張って体勢を維持しようとすることから、フロアパネル４０に加わる圧力を変動させる。更に、乗客は、乗降の際、客室内を歩行することから、斯かる歩行による乗客移動によっても、フロアパネル４０に加わる圧力を変動させる。このような圧力変動もまた、圧力発電装置４６は電気エネルギに変換することから、圧力発電装置の電気エネルギ変換効率、つまり、その発電効率はさらに向上する。

また、ハイブリッド車両（バス）２の場合、バッテリ１２の充電量が低くなると、エンジン８が運転される。それ故、エンジン８により発電機１０が駆動される結果、発電機１０はバッテリ１２を充電する。このとき、エンジン８からは高温の排気ガスが排出されるが、この排気ガスの熱は熱エネルギ発電装置１８により電気エネルギに変換され、この電気エネルギによってもバッテリ１２は充電される。

更に、ハイブリッド車両（バス）２の走行中、ハイブリッド車両２が減速される際にも、その制動エネルギはメインモータ２４から電気エネルギとして回収され、バッテリ１２に充電される。
以上のように、本実施例のハイブリッド車両（バス）２は、客室内に極めて広い面積を有するフロアパネル４０有しているので、このフロアパネル４０に配設される圧力発電装置４６の大型化が可能となる。つまり、圧力発電装置４６は多数の圧電素子を備えることができるので、圧力発電装置４６の発電効率は高い。よって、圧力発電装置４６は、乗客を利用して車両の振動エネルギを効率良く回収して発電することができるとともに、ハイブリッド車両の走行にともない発生する他のエネルギ（熱エネルギや制動エネルギ）も効率良く回収することができるので、エンジン８の稼働率を低く抑えることができる。このため、ハイブリッド車両（バス）２は、省エネルギ化、環境負荷の低減に寄与する。
（実施例２）
次に、実施例２のハイブリッド車両３について説明する。なお、実施例２を説明するにあたり、既に説明した実施例１と同一の機能を発揮する部材および部位には同一の参照符号を付して、これらの説明は省略し、相違する点のみを説明する。

図３は、トラックに適用した実施例２のハイブリッド車両３の側面図を示している。
ハイブリッド車両３は、トラックタイプの車体５と、ハイブリッドシステム６とを含んでいる。
車体５は、車台６０と、車台６０の前方に載置された運転室６２と、車台６０にサスペンション（図示しない）を介して取り付けられた駆動輪３４とを備えている。運転室６２よりも後方の車台６０の部位は荷台６４として構成され、この荷台６４は、その床面に圧力発電装置４６を有する矩形状のフロアパネル４０を備えている。

ハイブリッド車両（トラック）３の場合、荷台６４に搭載される荷物６６は大型のものが多く、また、その重量も重いので、ハイブリッド車両（トラック）３の走行時、荷台６４が荷物６６とともに振動すると、斯かる荷物６６は広いフロアパネル４０に大きな圧力変動を加える。このため、フロアパネル４０の圧力発電装置４６が取り出し可能な電力も大きなものとなる。

実施例２のハイブリッド車両（トラック）３は、荷台６４に極めて広い面積を有するフロアパネルを有しているので、この部位に配設される圧力発電装置４６を大型化できる。このため、本実施例の圧力発電装置４６は、前述の実施例１の場合と同様な効果を発揮し、ハイブリッド車両（トラック）３の省エネルギ化や、環境負荷の低減に大きく寄与する。

本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上記実施例では、直列方式のハイブリッドシステムについて説明したが、本発明のハイブリッド車両は、このタイプに限定されるものではなく、並列方式のハイブリッドシステムを採用したハイブリッド車両でも構わない。
また、上記実施例では、各発電装置により得られた電気エネルギは、バッテリに充電される態様について説明したが、この他、キャパシタに充電する態様をとっても構わない。

また、上記実施例では、エンジンにディーゼルエンジンを採用した態様について説明したが、本発明はこの態様に限定されるものではなく、ガソリンエンジンや他のエンジンを採用した態様としてもよい。

実施例１に係るハイブリッド車両の概略構成図である。 実施例１に係るフロアパネルの断面図である。 実施例２に係るハイブリッド車両の側面図である。

符号の説明

２ ハイブリッド車両（バス）
３ ハイブリッド車両（トラック）
４，５ 車体
８ エンジン
１２ 高性能リチウムイオン電池（バッテリ）
１８ 熱エネルギ発電装置
２０ インバータ
２４ メインモータ
４０ フロアパネル
４６ 圧力発電装置
５２ 圧電素子

Claims (4)

1. エンジンとモータとを備えたハイブリッド車両において、
   車両に設けられ、乗客又は荷物が載せられる床と、
   前記床に分布された圧電素子を含み、前記乗客又は荷物から前記床に加わる圧力変動を前記圧電素子により電気エネルギに変換する圧力発電装置と、
   前記圧力発電装置にて変換された電気エネルギを充電するバッテリと
   を備えたことを特徴とするハイブリッド車両。
2. 前記エンジンの排気管に設けられた熱電変換素子を含み、前記排気管内を流れる排気ガスの熱エネルギを前記熱電変換素子により電気エネルギに変換して前記バッテリに供給する熱エネルギ発電装置と、
   車両の制動時、制動エネルギを前記モータから電気エネルギとして回収し、前記バッテリに供給する制動エネルギ発電装置と
   を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両。
3. 前記車両は、バスタイプの車両であり、前記床は、客室のフロアパネルであることを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド車両。
4. 前記車両は、トラックタイプの車両であり、前記床は、荷台のフロアパネルであることを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド車両。

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