JP5152282B2 - 電動車両および車両充電システム - Google Patents

Description

この発明は、充放電可能に構成された蓄電装置を搭載する電動車両に対して外部電源による充電を行なうための技術に関し、特に充電電力に加えて、熱エネルギーを車両内部に蓄積する技術に関するものである。

電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車などの、いわゆる電動車両は、二次電池やキャパシタなどからなる蓄電装置を搭載し、当該蓄電装置に蓄えられた電力から電動機を介して駆動力を発生する。

このような電動車両に搭載された蓄電装置を系統電源や太陽電池などの外部電源により充電する構成、いわゆるプラグイン方式が提案されている。特に、ハイブリッド自動車では、搭載される内燃機関による発電コストに比較して、外部電源のコストが低い場合には、蓄電装置を外部電源で充電することにより、全体としての走行コストを抑制できる。

ところで、蓄電装置は、電気化学的な作用を利用した二次電池で構成されることが多く、その充放電特性は温度によって大きく影響を受ける。そのため、蓄電装置を外部電源により充電可能に構成された電動車両において、蓄電装置の温度低下を抑制する構成が提案されている。

たとえば、特開平０８−２１４４１２号公報（特許文献１）には、充電が指示されたときにおける電気自動車用蓄電装置の放電量と検出される電源電圧値と予め定められた充電電流値とに基づいて必要充電期間を演算する充電期間演算手段と、指令された乗車予定時刻と演算された必要充電期間とに基づいて指令された乗車予定時間に充電を終了させるための充電開始時刻を演算する充電開始時刻演算手段とを備える電気自動車用蓄電装置充電制御装置が開示されている。この特開平０８−２１４４１２号公報（特許文献１）に開示される発明によれば、乗車予定時刻に充電が終了するので、充電後の放置時間が短くて済み、温度低下による容量低下を少なくできる。

特開平０８−２１４４１２号公報

しかしながら、実用化される電動車両では、蓄電装置だけではなく、乗員に対する快適性を確保する必要もある。すなわち、冬季や夏季などにおいては、車室空間の空調（暖房または冷房）を行なう必要がある。このような車室内空調には、比較的大きな動力源が必要となる。そのため、車両駆動力の発生に使用すべき電力が車室内空調のために使用され、蓄電装置による走行性能が制約される可能性があった。すなわち、蓄電装置に蓄えられる電力量のうち、車両走行のために確保できる電力量が減少し、走行可能距離が短縮されてしまうという可能性があった。また、蓄電装置からの放電可能電力のうち、車両走行のため確保できる電力が減少し、発生可能な駆動力が低下するという可能性もあった。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、乗員に対する快適性を確保しつつ、電動機による走行性能を維持できる電動車両および車両充電システムを提供することである。

この発明のある局面によれば、充放電可能に構成された蓄電装置を搭載し、かつ外部電源により蓄電装置を充電可能に構成された電動車両である。この発明に係る電動車両は、充電時に外部電源を供給するためのコネクタ部と連結可能に構成される。そして、この発明に係る電動車両は、熱エネルギーを蓄積可能に構成された熱容量要素と、充電時にコネクタ部を介して車両外部から供給される外部エネルギーを用いて、熱容量要素に熱エネルギーを蓄積するための蓄熱機構と、空調要求に応じて、熱容量要素に蓄積された熱エネルギーを用いて、車室空間の空調を行なうための空調機構とを備える。

この局面によれば、この発明に係る電動車両は、搭載する蓄電装置を外部電源により充電するに際して、外部からのエネルギーを受けて熱エネルギーを蓄積する。そして、充電完了後に空調要求を受けると、蓄電装置に蓄えられる電力ではなく、当該蓄積した熱エネルギーを用いて車室空間の空調を行なう。これにより、車室空間の空調を行なうために、蓄電装置からの放電電力を使用せずに済む。よって、蓄電装置からの放電電力の多くを電動機のために確保できるので、乗員に対する快適性を確保しつつ、電動機による走行性能を維持できる。

好ましくは、熱容量要素は、蓄電装置の構成部材の少なくとも一部により構成される。
さらに好ましくは、蓄熱機構は、蓄電装置の充電電流に伴う抵抗性発熱によって蓄電装置に所定の熱エネルギーが与えられるように、充電電流を制御する充電電流制御手段を含む。

またさらに好ましくは、この発明に係る電動車両は、充電時に、外部電源に加えてコネクタ部を介して車両外部から所定の熱エネルギーを有する外部熱媒体を受入れ可能に構成され、蓄熱機構は、コネクタ部を介して供給される外部熱媒体と蓄電装置との間で熱交換を生じるように構成された熱媒体経路をさらに含む。

さらに好ましくは、外部熱媒体として、車両外部の空調された建物内の空調空気が供給される。

また好ましくは、この発明に係る電動車両は、車室空間と連通するように構成され、かつ車室空間の空気を取込んで蓄電装置との間で熱交換をするように構成された車室空気経路をさらに備え、空調機構は、蓄電装置との間で熱交換された空気が車室空間に向けて吹き出されるように、車室空気経路において車室空間からの空気の取込み方向とは逆方向に空気の流れを形成するための逆流機構を含む。

好ましくは、この発明に係る電動車両は、外部電源から蓄電装置を充電するための充電電流を生成可能な電力変換部と、電力変換部を第１の冷媒を介して冷却するためのラジエタ部と、電力変換部およびラジエタ部を含む循環経路で第１の冷媒を循環させるための循環機構と、循環経路に介挿され、第１の冷媒を貯蔵可能に構成された貯蔵部とをさらに備える。そして、熱容量要素は、第１の冷媒を含み、電力変換部は、スイッチング素子を含んで構成される。さらに、蓄熱機構は、充電時に、ラジエタ部における冷却能力を抑制するとともに、電力変換部で発生するスイッチング動作に伴う熱損失により第１の冷媒に所定の熱エネルギーが与えられるように、電力変換部を制御する電力変換部制御手段をさらに含む。

好ましくは、この発明に係る電動車両は、星型結線された相コイルを有する回転電機をさらに備え、電力変換部は、回転電機の中性点を介して、外部電源を受入れるように構成され、循環経路は、回転電機をさらに含むように形成される。そして、電力変換部制御手段は、さらに、回転電機の相コイルで発生する抵抗性発熱により第１の冷媒に所定の熱エネルギーが与えられるように、電力変換部を制御する。

また好ましくは、空調機構は、車室空間に空調空気を吹き出すための吹出機構と、第１の冷媒を吹出機構に導くための第１の冷媒導入経路と、第１の冷媒導入経路を介して導かれる第１の冷媒との間で熱交換を生じさせて空調空気を生成するための第１の熱交換部とをさらに含む。

好ましくは、熱容量要素は、蓄冷槽に格納される蓄冷剤を含み、蓄熱機構は、充電時に、外部電源を受けて冷凍サイクルを実行することにより、熱エネルギーを蓄冷材に蓄積する冷凍サイクル機構をさらに含む。

さらに好ましくは、空調機構は、車室空間に空調空気を吹き出すための吹出機構と、第２の冷媒と蓄冷材との間で熱交換を生じるように形成され、かつ熱交換後の第２の冷媒を吹出機構に導くための第２の冷媒導入経路と、第２の冷媒導入経路を介して導かれる第２の冷媒との間で熱交換を生じさせて空調空気を生成するための第２の熱交換部とをさらに含む。

この発明の別の局面によれば、充放電可能に構成された蓄電装置を搭載する電動車両と、電動車両に搭載された蓄電装置を外部電源により充電するための車両充電装置とを備える車両充電システムである。車両充電装置は、充電時に電動車両と連結され、電動車両に外部電源を供給するためのコネクタ部を含む。そして、電動車両は、熱エネルギーを蓄積可能に構成された熱容量要素と、充電時にコネクタ部を介して車両外部から供給される外部エネルギーを用いて、熱容量要素に熱エネルギーを蓄積するための蓄熱機構と、空調要求に応じて、熱容量要素に蓄積された熱エネルギーを用いて、車室空間の空調を行なうための空調機構とを含む。さらに、熱容量要素は、蓄電装置の構成部材の少なくとも一部により構成され、車両充電装置は、充電時に、外部電源に加えてコネクタ部を介して車両外部から所定の熱エネルギーを有する外部熱媒体を供給するように構成され、蓄熱機構は、コネクタ部を介して供給される外部熱媒体と蓄電装置との間で熱交換を生じるように構成された熱媒体経路を含む。

この局面によれば、この発明に係る車両充電システムは、搭載する蓄電装置を外部電源により充電するに際して、外部からのエネルギーを受けて熱エネルギーを蓄積する。そして、充電完了後に空調要求を受けると、蓄電装置に蓄えられる電力ではなく、当該蓄積した熱エネルギーを用いて車室空間の空調を行なう。これにより、車室空間の空調を行なうために、蓄電装置からの放電電力を使用せずに済む。よって、蓄電装置からの放電電力の多くを電動機のために確保できるので、乗員に対する快適性を確保しつつ、電動機による走行性能を維持できる。

好ましくは、車両充電装置は、外部熱媒体として、車両外部の空調された建物内の空調空気を電動車両に供給する。

また好ましくは、電動車両は、車室空間と連通するように構成され、かつ車室空間の空気を取込んで蓄電装置との間で熱交換をするように構成された車室空気経路をさらに含み、空調機構は、蓄電装置との間で熱交換された空気が車室空間に向けて吹き出されるように、車室空気経路において車室空間からの空気の取込み方向とは逆方向に空気の流れを形成するための逆流機構を含む。

この発明によれば、乗員に対する快適性を確保しつつ、蓄電装置による走行性能を維持できる電動車両および車両充電システムを実現できる。

この発明の実施の形態１に従う車両充電システムの模式図である。 図１に示す電動車両の上面図である。 電動車両に供給される空調空気の流れを説明するための図である。 電源ユニットの空気の流れを説明するための図である。 この発明の実施の形態１に従う車両充電システムの制御構造を示す概略構成図である。 暖房要求に備えて熱容量要素を昇温する場合の時間的変化の一例を示す図である。 この発明の実施の形態２に従う電動車両においてバッテリの充電に係る要部を示す概略構成図である。 零電圧ベクトルを生成する場合における、インバータ装置ならびに電動機の零相等価回路である。 この発明の実施の形態２に従う電動車両における車室内空調に係る模式図である。 車室空間の暖房に係る動作を説明するための図である。 図７に示す外部電流と外部電圧との時間波形を示す図である。 図１１に示す外部電流と外部電圧との位相関係を示すベクトル図である。 車室空間の冷房に係る動作を説明するための図である。

この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１に従う車両充電システム１００の模式図である。

図１を参照して、この発明の実施の形態１に従う車両充電システム１００は、電動車両１と、車両充電装置２とからなる。

電動車両１は、一例として、ハイブリッド自動車であり、電源ユニット３０を搭載する。電源ユニット３０は、主として、電動車両１の駆動力を発生する電動機（図示しない）に電力を供給するためのものであり、充放電可能に構成された蓄電装置を含んで構成される。蓄電装置は、二次電池のみならず、燃料電池、キャパシタなどであってもよい。また、蓄電装置が二次電池である場合には、鉛蓄電池、リチウムイオン電池およびニッケル水素電池のいずれであっても、それらとは別の種類の電池であってもよい。なお、電源ユニット３０を搭載するものであれば、電動車両１は、電気自動車または燃料電池自動車などであってもよい。

以下の説明では、蓄電装置は二次電池（以下では、単に「バッテリ」とも称す）であり、複数のバッテリモジュールから構成されるバッテリパックを含む場合について説明する。

そして、電動車両１は、エンジン（図示しない）による駆動力および電動機による駆動力を併用して走行可能であるとともに、制動時などにおいて電動車両１の運動エネルギーをバッテリに回収する。特に、本実施形態に従う電動車両１は、エンジンおよび電動機を併用して走行する「通常走行モード」に加えて、電動機からの駆動力のみで走行する「ＥＶ（Electrical Vehicle：電気自動車）走行モード」を有する。以下の説明では、主として、充電時および「ＥＶ走行モード」における動作について説明する。

本実施形態においては、バッテリの構成部材の一部が熱容量要素として構成され、電動車両１は、充電時に車両外部から供給される外部エネルギーを用いて、当該熱容量要素（バッテリ）に熱エネルギーを蓄積する。具体的には、バッテリを構成する複数のバッテリモジュールに含まれる電解液やセパレータなどの比較的比熱の大きな構成部材が熱容量要素として機能する。なお、本明細書において「熱エネルギー」とは、周囲温度に比較して温度差が存在する状態を意味し、周囲温度に比較して温度が高い状態、および周囲温度に比較して温度が低い状態のいずれをも含む。そして、電動車両１では、乗員などからの空調要求に応じて、当該熱容量に蓄積された熱エネルギーを用いて、電動車両１の車室空間の空調が行なわれる。

車両充電装置２は、充電ステーション３と、コネクタ部４と、電力供給線８と、外部熱媒体導管６とからなる。

コネクタ部４は、電動車両１と連結可能に構成されるとともに、電力供給線８および外部熱媒体導管６を介して、充電ステーション３と接続される。そして、コネクタ部４は、充電時に外部電源を電動車両１に供給するとともに、所定の熱エネルギーを有する外部熱媒体を電動車両１に供給する。

電力供給線８は、電動車両１に搭載されたバッテリを充電するための外部電源を供給する電力線であり、その一端がコネクタ部４を介して電動車両１と接続されるとともに、その他端が電力系統１０と電気的に接続される。すなわち、電力供給線８は、電力系統１０を介して供給される系統電源と電動車両１とを電気的に接続する。なお、系統電源に代えて、建物７０の屋根などに設置される太陽電池パネルが発電する電力を電動車両１に供給するようにしてもよい。または、電力供給線８は、コネクタ部４を自在に取回しできるように可とう性を有するキャブタイヤケーブルなどで構成される。

外部熱媒体導管６は、車外空調空気供給導管６ａと、車外空調空気排出導管６ｂとからなり、可とう性を有するゴムチューブなどで構成される。車外空調空気供給導管６ａの一端がコネクタ部４に接続されるとともに、その他端は、建物７０内に挿入される。建物７０内には、エアコン７２などが設置され、所定の快適温度（たとえば、１８℃〜２５℃）に空調される。そのため、車外空調空気供給導管６ａを介して、建物７０内の空調された空気（以下、単に「車外空調空気」と称す）を外部熱媒体として電動車両１へ供給可能となる。また、車外空調空気排出導管６ｂの一端がコネクタ部４に接続されるとともに、その他端は建物７０外の大気中に配置される。そのため、電動車両１内の車外空調空気排出導管６ｂを介して輸送される車外空調空気は、建物７０外に放出されることになる。

充電ステーション３は、電動車両１の駐車スペースおよび建物７０のいずれにも近接するように設置され、電力供給線８および外部熱媒体導管６についての巻取機構やコネクタ部４の収納機構（いずれも図示しない）などを備える。さらに、充電ステーション３には、使用者に対するセキュリティ機構や課金機構などを備えてもよい。

図２は、図１に示す電動車両１の上面図である。
図１および図２を参照して、電源ユニット３０は、電動車両１の車室空間に配置されるリヤシート３６のさらに後方であって、かつラゲッジルームフロアの上方に配置される。そして、電動車両１には、コネクタ部４が連結されて外部電源による充電が行なわれる際に、車外空調空気供給導管６ａを介して供給される車外空調空気を電源ユニット３０に導くための車外空気吸気ダクト３２ａが配置される。

そして、電源ユニット３０内において、バッテリは、導かれた車外空調空気との間で熱交換を生じるように配置される。そのため、車外空調空気が有する熱エネルギーは、バッテリに移動し、バッテリの熱容量要素に蓄えられる。さらに、電動車両１には、その熱エネルギーが移動した後の車外空調空気を車外空調空気排出導管６ｂに導くための車外空気排気ダクト３２ｂが配置される。

本実施形態においては、上述のように車両外部から供給される外部熱媒体（すなわち、建物７０内からの車外空調空気）によりバッテリの熱容量要素に熱エネルギーを蓄積する構成と、バッテリの充電電流に伴う抵抗性発熱により熱エネルギーを蓄積する構成とを併用する態様について例示する。

図３は、電動車両１に供給される空調空気の流れを説明するための図である。
図３を参照して、充電時において、コネクタ部４は、電動車両１に形成されるコネクタ差込部５と連結される。そして、車外空気吸気ダクト３２ａおよび車外空気排気ダクト３２ｂは、それぞれ車外空調空気供給導管６ａおよび車外空調空気排出導管６ｂと連通するように、コネクタ差込部５によって位置決めされる。

コネクタ部４には、車外空調空気供給導管６ａを介して供給される車外空調空気を、電動車両１の内部で循環させるための送風ファン１２が配置される。送風ファン１２は、車外空調空気供給導管６ａに介挿され、所定の吐出圧で車外空調空気を圧送する。この送風ファン１２により、車外空調空気供給導管６ａを介して供給される車外空調空気は、車外空気吸気ダクト３２ａ、電源ユニット３０、車外空気排気ダクト３２ｂ、車外空調空気排出導管６ｂの順で流れる。なお、送風ファン１２を車外空調空気供給導管６ａに介挿する構成に代えて、もしくはその構成に加えて、車外空気排気ダクト３２ｂに吸引ファンを介挿してもよい。

電源ユニット３０内には、その一部の構成部材が熱容量要素として機能するバッテリ３０ａが配置されるとともに、車外空気吸気ダクト３２ａを介して供給される車外空調空気がバッテリ３０ａの表面に接触しながら流れるように配置される。すなわち、バッテリ３０ａは、車外空調空気との間で熱交換を生じるように構成され、車外空調空気の熱エネルギーは、バッテリ３０ａとの間を移動する。

さらに、電源ユニット３０には、主として「通常走行モード」において、車室空間の空気（以下、単に「車室空気」とも称す）を取込んでバッテリ３０ａとの間で熱交換を行なうための車室空気吸気ダクト４０ａが設けられる。なお、車室空間とは、主に乗員が存在する空間を意味する。この車室空気吸気ダクト４０ａは、エンジン排熱を用いた暖房やエンジンの駆動力を用いた冷房が可能な「通常走行モード」において、車室空気をバッテリ３０ａの温度管理に使用するために設けられるものである。具体的には、車室空気吸気ダクト４０ａは、電動車両１のリヤシート３６の側部（乗員の背部や肩部と接触しない領域）に配置された吸気孔３８を介して車室空間と連通するように構成され、その中間部にファン４２が介挿される。

また、電源ユニット３０には、バッテリ３０ａの温度管理に使用された後の車室空気をラゲッジルームに排出するための車室空気排気ダクト４０ｂが設けられる。

ファン４２は、可逆ファンであり、車室空間から車室空気を誘引して電源ユニット３０に導くことが可能であるとともに、電源ユニット３０から車室空間に向けて空気を送出することが可能に構成される。なお、車室空間から電源ユニット３０に向けて車室空間を誘引するための誘引ファンと、電源ユニット３０から車室空間に向けて空気を送出するための送出ファンとを車室空気吸気ダクト４０ａに並列に配置してもよい。

さらに、電源ユニット３０には、切換ダンパ４４ａ，４４ｂが設けられる。切換ダンパ４４ａは、車外空気吸気ダクト３２ａおよび車室空気吸気ダクト４０ａのいずれか一方と電源ユニット３０とを連通するように動作する。同様に、切換ダンパ４４ｂは、車外空気排気ダクト３２ｂおよび車室空気排気ダクト４０ｂのいずれか一方と電源ユニット３０と連通するように動作する。

図４は、電源ユニット３０の空気の流れを説明するための図である。
図４（ａ）は、「通常走行モード」の場合を示す。

図４（ｂ）は、熱エネルギーを蓄積する場合（充電時）を示す。
図４（ｃ）は、「ＥＶ走行モード」の場合を示す。

図３および図４（ａ）を参照して、「通常走行モード」において、バッテリ３０ａでは、電動車両１の走行状況に応じた充放電電流の授受が行なわれる。この「通常走行モード」では、主としてエンジンの駆動力を用いた空調（暖房または冷房）が行なわれる。そこで、ファン４２は、車室空間からの車室空気が電源ユニット３０に向けて誘引されるように動作する。このとき、切換ダンパ４４ａは、車室空気吸気ダクト４０ａと電源ユニット３０とを連通するように切換えられる。また、切換ダンパ４４ｂは、電源ユニット３０と車室空気排気ダクト４０ｂとを連通するように切換えられる。

すると、ファン４２によって誘引された車室空気は、電源ユニット３０内においてバッテリ３０ａとの間で熱交換を生じる。そのため、バッテリ３０ａは、車室空間の温度とほぼ等しい温度に維持される。さらに、バッテリ３０ａとの間で熱交換された後の車室空気は、車室空気排気ダクト４０ｂを介してラゲッジルームに排出される。

図３および図４（ｂ）を参照して、外部電源によるバッテリ３０ａの充電時において、バッテリ３０ａに含まれる熱容量要素ＴＨＣに熱エネルギーが蓄積される。具体的には、乗員から与えられることが予測される空調要求（暖房要求または冷房要求）に応じて、熱容量要素ＴＨＣを昇温または冷却する。なお、乗員から与えられることが予測される空調要求は、車両外部の周囲温度を測定する温度センサ（図示しない）からの測定値に基づいて判断することが可能である。代替的に、前回走行時に与えられた空調要求、もしくは現時点の日時（季節）に基づいて決定することも可能である。

そして、熱容量要素ＴＨＣに蓄えるべき熱エネルギーに応じて、バッテリ３０ａに与えられる充電電流、ならびにバッテリ３０ａに与えられる車外空調空気の温度および風量の少なくとも一方が調整される。すなわち、熱容量要素ＴＨＣへの熱エネルギーの蓄積には、外部電源および車外空調空気が外部エネルギーとして用いられる。

なお、切換ダンパ４４ａは、車外空気吸気ダクト３２ａと電源ユニット３０とを連通するように切換えられる。また、切換ダンパ４４ｂは、電源ユニット３０と車外空気排気ダクト３２ｂとを連通するように切換えられる。

（１）熱容量要素ＴＨＣの昇温（暖房要求）
熱容量要素ＴＨＣを昇温する場合には、バッテリ３０ａの充電電流に伴う抵抗性発熱が大きくなるように充電電流が制御される。バッテリ３０ａに電流が流れると、その内部抵抗成分ＩＮＲによって、電流の二乗に比例した抵抗損失が発生する。この抵抗損失は、熱エネルギーに変換される。そこで、この抵抗損失によって、熱容量要素ＴＨＣに所定の熱エネルギーが与えられるように、充電電流が制御される。上述したように、抵抗損失は、充電電流の二乗に比例して生じるので、充電電流は可能な限り大きな方がより効率的である。一方、バッテリ３０ａには、ＳＯＣ（State Of Charge：充電状態）に応じた充電可能電流が定められる。この充電可能電流は、各時点において許容される充電電流の最大値を示すものである。そのため、バッテリ３０ａに対する充電電流は、各時点の充電可能電流と一致するようにその値を制御される。

さらに、車外空調空気の有する熱エネルギーを熱容量要素ＴＨＣに与えるようにしてもよい。車外空調空気が所定の熱エネルギーを有する、すなわち所定の温度以上の車外空調空気が供給可能な場合には、バッテリ３０ａと車外空調空気との接触量を増大させるために、送風ファン１２（図３）による送風量を比較的大きく設定される。

なお、供給される車外空調空気の温度が所定値以下の場合には、熱容量要素ＴＨＣから放熱される熱エネルギー（熱エネルギー損失）を抑制するために、送風ファン１２（図３）による送風を停止してもよい。

（２）熱容量要素ＴＨＣの冷却（冷房要求）
熱容量要素ＴＨＣを冷却する場合には、車外空調空気の有する熱エネルギーを熱容量要素ＴＨＣに与えるように、送風ファン１２（図３）による送風量が制御される。上述したように、本実施形態においては、車両外部の建物７０（図１）内からの車外空調空気が供給される。そのため、比較的温度の低い外部熱媒体を確保可能である。そして、バッテリ３０ａと車外空調空気との接触量を増大させて、バッテリ３０ａから吸熱を促進するために、送風ファン１２（図３）による送風量が比較的大きく設定される。

一方、バッテリ３０ａの充電電流に伴う抵抗性発熱は、熱容量要素ＴＨＣの冷却を阻害する。そのため、熱容量要素ＴＨＣを冷却する場合には、バッテリ３０ａの充電電流が可能な限り小さくなるように制御される。具体的には、予め設定される電動車両１の走行開始予定時刻に基づいて、許容されるバッテリ３０ａの最大充電時間が決定される。そして、当該決定された最大充電時間と、バッテリ３０ａに必要な充電量との関係から、最低限の充電電流の値が決定される。

図３および図４（ｃ）を参照して、バッテリ３０ａの充電が完了し、電動車両１が「ＥＶ走行モード」で走行する場合において、熱容量要素ＴＨＣに蓄えられた熱エネルギーが車室空間の空調に用いられる。

具体的には、ファン４２は、電源ユニット３０から車室空間に向けて空気を送出するように動作する。すなわち、ファン４２は、車室空気吸気ダクト４０ａにおいて車室空気の取込み方向とは逆方向に空気の流れを形成する。切換ダンパ４４ａは、車室空気吸気ダクト４０ａと電源ユニット３０とを連通するように切換えられる。また、切換ダンパ４４ｂは、電源ユニット３０と車室空気排気ダクト４０ｂとを連通するように切換えられる。

このような動作の結果、車室空気排気ダクト４０ｂを介して電源ユニット３０内に誘引される空気がバッテリ３０ａとの間で熱交換を生じる。すなわち、熱容量要素ＴＨＣに蓄えられた熱エネルギーが、電源ユニット３０内に誘引された空気へ移動する。そして、熱容量要素ＴＨＣから熱エネルギーを与えられた空気がファン４２により車室空間に向けて吹き出される。このように車室空間に向けて吹き出される空気は、「ＥＶ走行モード」における車室空調空気５０（図３）となる。

図５は、この発明の実施の形態１に従う車両充電システム１００の制御構造を示す概略構成図である。

図５を参照して、車両充電装置２のコネクタ部４は、コネクタ制御部１４と、車外空調空気温度センサ１６とをさらに含む。電動車両１は、ＰＣＵ（Power Control Unit）４６と、車両制御部３４と、操作表示部４８とをさらに含む。

電力供給線８は、コネクタ部４およびコネクタ差込部５を介して、ＰＣＵ４６と電気的に接続される。ＰＣＵ４６は、電力変換部であり、電力供給線８を介して供給される外部電源（交流電源）からバッテリ３０ａを充電するための充電電流（直流電流）を生成し、バッテリ３０ａに供給する。そして、ＰＣＵ４６は、車両制御部３４からの電流設定値に応じて、バッテリ３０ａに供給する充電電流の大きさを制御する。

操作表示部４８は、運転席前方のインパネ部またはカーナビゲーションシステムなどに組込まれ、乗員からの操作指令を受付可能に構成されるとともに、各機器の状態を表示可能に構成される。

コネクタ制御部１４と車両制御部３４とは、コネクタ部４およびコネクタ差込部５を介して、双方向通信を可能に構成される。そして、コネクタ制御部１４および車両制御部３４は、互いに連係して、図４（ｂ）に示すような熱容量要素ＴＨＣへの熱エネルギーの蓄積を制御する。

具体的には、車両制御部３４は、スケジューラ３４ａを含んで構成される。スケジューラ３４ａは、操作表示部４８を介して乗員などにより設定される走行開始予定時刻を受付ける。そして、スケジューラ３４ａは、乗員から与えられることが予測される空調要求を判断するとともに、バッテリ３０ａのＳＯＣを取得して、充電開始時刻を決定する。さらに、スケジューラ３４ａは、充電時におけるバッテリ３０ａに対する充電電流の大きさも決定する。一方、コネクタ制御部１４は、車外空調空気温度センサ１６から車外空調空気供給導管６ａに与えられる車外空調空気の温度を取得し、車両制御部３４へ送信する。そして、車両制御部３４は、スケジューラ３４ａが決定した充電開始時刻が到来すると、切換ダンパ４４ａおよび４４ｂに切換指令を与えるとともに、送風ファン１２に対する送風量指令をコネクタ制御部１４へ送信する。この送風量指令に応答して、コネクタ制御部１４は、送風ファン１２に対応の回転数指令を与える。

このような手順によって、バッテリ３０ａの充電時において、熱容量要素ＴＨＣに熱エネルギーが蓄積される。

バッテリ３０ａの充電が完了し、コネクタ部４が電動車両１と切離された後、乗員などから空調要求を受けた車両制御部３４は、熱容量要素ＴＨＣに蓄積された熱エネルギーを用いて車室空間の空調を行なう。具体的には、車両制御部３４は、切換ダンパ４４ａおよび４４ｂに切換指令を与えるとともに、空調要求に応じた回転数指令をファン４２に与える。

図６は、暖房要求に備えて熱容量要素ＴＨＣを昇温する場合の時間的変化の一例を示す図である。

図５および図６を参照して、車両制御部３４のスケジューラ３４ａは、乗員などから与えられる走行開始予定時刻に基づいて、充電開始時刻および充電完了時刻を決定する。この例では、充電完了時刻は、走行開始予定時刻と一致するように決定される。

充電開始時刻が到来すると、車両制御部３４は、ＰＣＵ４６に電流指令を与えて、バッテリ３０ａへの充電電流の供給を開始する。この充電電流の供給に伴って、バッテリ３０ａのＳＯＣは増加を開始する。

このバッテリ３０ａの充電動作と並行して、充電電流に伴う抵抗性発熱によって熱容量要素ＴＨＣに熱エネルギーが与えられる。また、車外空調空気の有する熱エネルギーが熱容量要素ＴＨＣに移動する。この熱エネルギーの供給によりバッテリ３０ａの電池温度Ｔｂは上昇する。

そして、充電完了時刻には、バッテリ３０ａのＳＯＣは所定の値まで到達するとともに、熱容量要素ＴＨＣには所定の熱エネルギーが蓄積され、バッテリ３０ａの電池温度Ｔｂも所定の値まで達する。

その後、コネクタ部４が切離されて、電動車両１が「ＥＶ走行モード」による走行を開始すると、バッテリ３０ａに蓄えられていた電力は、主として電動機からの駆動力発生に消費される。また、バッテリ３０ａの熱容量要素ＴＨＣに蓄えられていた熱エネルギーは、車室内の空調に使用される。短距離の移動であれば、バッテリ３０ａのＳＯＣおよび電池温度Ｔｂが「ＥＶ走行モード」において許容される下限値に達するまでに、目的地に到着することも多い。すなわち、送り迎えや買い物などの比較的短距離の使用においては、乗員に対する快適性を確保しつつも、エンジンを作動させる必要がなくなる。よって、環境に配慮した電動車両を実現できる。

なお、上述のこの発明の実施の形態１では、バッテリ３０ａの充電電流に伴う抵抗性発熱により熱エネルギーを蓄積する構成と、車外空調空気により熱エネルギーを蓄積する構成とを併用する態様について例示したが、いずれか一方の構成のみでも本発明の作用を奏することができる。すなわち、暖房のみが要求される寒冷地などでは、熱容量要素ＴＨＣを昇温できれば十分であり、バッテリ３０ａの充電電流に伴う抵抗性発熱による熱エネルギーを蓄積する構成のみを備えるようにしてもよい。

この発明の実施の形態１では、車外空気吸気ダクト３２ａおよび車外空気排気ダクト３２ｂが「熱媒体経路」に対応し、車室空気吸気ダクト４０ａが「車室空気経路」に対応し、ファン４２が「逆流機構」に対応する。そして、車両制御部３４が「充電電流制御手段」を実現する。

この発明の実施の形態１によれば、電動車両１は、搭載するバッテリ３０ａを外部電源により充電するに際して、外部電源および車外空調空気を受けて熱エネルギーを蓄積する。そして、充電完了後に乗員などから空調要求を受けると、バッテリ３０ａに蓄えられる電力ではなく、バッテリ３０ａの熱容量要素に蓄積した熱エネルギーを用いて車室空間の空調を行なう。これにより、車室空間の空調を行なうために、バッテリ３０ａからの放電電力を使用せずに済む。よって、バッテリ３０ａからの放電電力の多くを電動機のために確保できるので、乗員に対する快適性を確保しつつ、「ＥＶ走行モード」における走行性能を維持できる。

さらに、「ＥＶ走行モード」における走行性能を維持できる結果、エンジンを作動させる必要がなく、エンジン排ガス量の削減や低騒音化などを実現できる。

また、この発明の実施の形態１によれば、従来のハイブリッド自動車にも搭載されるバッテリを熱容量要素として用いるので、熱エネルギーを蓄積するために特別な熱容量要素を搭載する必要はない。よって、比較的安価に本発明を実施できる。

［実施の形態２］
上述のこの発明の実施の形態１では、バッテリの一部が熱容量要素として構成される態様について例示したが、これ以外の熱容量要素を構成してもよい。この発明の実施の形態２においては、ＰＣＵなどの冷却経路を熱容量要素として用いる構成について例示する。

本実施形態における車両充電システムの全体構成は、図１に示すこの発明の実施の形態１に従う車両充電システム１００と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。なお、本実施形態においては、必ずしも車両外部から車外空調空気を供給される必要はない。すなわち、本実施形態では、熱容量要素に熱エネルギーを蓄積するための外部エネルギーとして、外部電源のみを使用する。

図７は、この発明の実施の形態２に従う電動車両１＃においてバッテリ３０ａの充電に係る要部を示す概略構成図である。

図７を参照して、この発明の実施の形態２に従う電動車両１＃は、この発明の実施の形態１に従う電動車両１と同様に、ハイブリッド自動車である。そして、電動車両１＃は、コネクタ差込部５と、正側受入線９ａおよび負側受入線９ｂと、電動機ＭＧ１およびＭＧ２と、エンジン６０と、動力分割機構６４と、動力伝達機構６２と、ＰＣＵ４６と、バッテリ３０ａと、コンプレッサ（ＣＯＭＰ）１０８と、制御部３４＃とを含む。

コネクタ差込部５は、充電時にコネクタ部４と連結され、電力供給線８を介して外部電源を受入れる。なお、外部電源は２つの相電圧を含む、単相交流もしくは２相交流であり、電力供給線８は、正側供給線８ａおよび負側供給線８ｂとからなる。

正側受入線９ａおよび負側受入線９ｂの一端は、それぞれ電動機ＭＧ１およびＭＧ２の中性点と電気的に接続される。そして、正側受入線９ａおよび負側受入線９ｂの他端は、コネクタ差込部５およびコネクタ部４を介して、それぞれ正側供給線８ａおよび負側供給線８ｂと電気的に接続される。

電動機ＭＧ１およびＭＧ２は、一例として、永久磁石が埋設されたロータを備える三相交流回転電機である。さらに、本実施形態では、電動機ＭＧ１およびＭＧ２は、三相分の相コイルを含むステータを備え、各相コイルの一端は互いに電気的に接続される。すなわち、電動機ＭＧ１およびＭＧ２は、Ｙ結線（星型結線）された三相分の相コイルを含み、各相コイルが互いに電気的に接続されたノードがそれぞれ中性点Ｎ１およびＮ２に相当する。

電動機ＭＧ１およびＭＧ２の出力軸は、動力分割機構６４を介して、エンジン６０と機械的に連結される。そして、「通常走行モード」においては、走行状況に応じてエンジン６０が間欠的に作動し、その駆動力は、動力伝達機構６２を介して車輪（図示しない）に伝達される。また、その駆動力の一部は、電動機ＭＧ１およびＭＧ２のいずれかに与えられて、発電に用いられる。また、「ＥＶ走行モード」においては、電動機ＭＧ１およびＭＧ２の少なくとも一方がバッテリ３０ａからの放電電力を受けて駆動力を発生し、その発生した駆動力は、動力伝達機構６２を介して車輪（図示しない）に伝達される。

バッテリ３０ａは、上述のこの発明の実施の形態１と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。

ＰＣＵ４６は、バッテリ３０ａからの放電電力を受けて、電動機ＭＧ１およびＭＧ２を駆動するための駆動電力を生成可能に構成される。また、ＰＣＵ４６は、電動車両１＃の制動時などにおいて、発電機として機能する電動機ＭＧ１およびＭＧ２が発生する回生電力を、バッテリ３０ａに変換可能に構成される。

さらに、ＰＣＵ４６は、車両外部から供給される外部電源（交流電源）からバッテリ３０ａを充電するための充電電流（直流電流）を生成して、バッテリ３０ａに供給可能に構成される。すなわち、ＰＣＵ４６は、それぞれ電動機ＭＧ１およびＭＧ２の中性点Ｎ１およびＮ２を介して、外部電源を受入れるように構成され、当該受入れた外部電源によりバッテリ３０ａを充電する。

より詳細には、ＰＣＵ４６は、インバータ装置ＩＮＶ１およびＩＮＶ２と、平滑コンデンサＣと、ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶと、正母線ＭＰＬと、負母線ＭＮＬとを含む。

インバータ装置ＩＮＶ１、インバータ装置ＩＮＶ２およびＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶは、正母線ＭＰＬおよび負母線ＭＮＬを介して、互いに電気的に接続される。さらに、正母線ＭＰＬと負母線ＭＮＬとの線間には、平滑コンデンサＣが接続される。平滑コンデンサＣは、正母線ＭＰＬと負母線ＭＮＬとの間の線間電圧を安定化する。

インバータ装置ＩＮＶ１およびＩＮＶ２は、それぞれ電動機ＭＧ１およびＭＧ２と電気的に接続される。また、ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶは、バッテリ３０ａと電気的に接続される。インバータ装置ＩＮＶ１およびＩＮＶ２、ならびにＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶは、ＩＧＢＴ（Insulated Gated Bipolar Transistor）などのスイッチング素子を含んで構成される。

特に、インバータ装置ＩＮＶ１およびＩＮＶ２は、三相分のスイッチング素子を含むブリッジ回路で構成される。すなわち、インバータ装置ＩＮＶ１およびＩＮＶ２の各々は、上アーム側（正側）に３個のスイッチング素子、および下アーム側（負側）に３個のスイッチング素子を含む。そして、電動機を駆動する場合には、インバータ装置ＩＮＶ１およびＩＮＶ２の各々は、上アーム側のスイッチング素子のうち１個、および下アーム側のスイッチング素子のうち１個をそれぞれ時間的に切換えてオン状態に駆動することで、三相交流電流を生成する。

一方、バッテリ３０ａを充電する場合には、一方、上アーム側および下アーム側の各々において、３個のスイッチング素子を一括してオン／オフ動作させることで、直流電流（充電電流）を生成する。

このような動作モードにおいては、上アーム側の３個のスイッチング素子は、互いに同じスイッチング状態（すべてオン、または、すべてオフ）とみなすことができ、また、下アーム側の３個のスイッチング素子も互いに同じスイッチング状態とみなすことができる。そのため、それぞれの相電圧は互いに等しくなるので、中性点を基準とする零電圧ベクトルを定義することができる。

図８は、零電圧ベクトルを生成する場合における、インバータ装置ＩＮＶ１およびＩＮＶ２、ならびに電動機ＭＧ１およびＭＧ２の零相等価回路である。

図８を参照して、インバータ装置ＩＮＶ１およびＩＮＶ２が上述のような零電圧ベクトルを生じるような動作モードで駆動される場合には、インバータ装置ＩＮＶ１の上アーム側の３個のスイッチング素子ＴＲは、上アームＡＲＭ１ｐとしてまとめて示される。また、インバータ装置ＩＮＶ１の下アーム側の３個のスイッチング素子ＴＲは、下アームＡＲＭ１ｎとしてまとめて示される。同様に、インバータ装置ＩＮＶ２の上アーム側および下アーム側の３個のスイッチング素子ＴＲは、それぞれ上アームＡＲＭ２ｐおよび下アームＡＲＭ２ｎとしてまとめて示される。

図８に示される零相等価回路は、正母線ＭＰＬおよび負母線ＭＮＬを介して供給される直流電力を単相交流電力に変換し、正側受入線９ａおよび負側受入線９ｂを介して出力することが可能な単相インバータ装置とみることができる。この単相インバータ装置は、順変換（コンバータ）動作も可能であり、電動機ＭＧ１およびＭＧ２の中性点Ｎ１およびＮ２を介して受入れる単相交流電力を整流して直流電力を生成できる。さらに、この単相インバータ装置は、正母線ＭＰＬおよび負母線ＭＮＬを介して、生成した直流電力をバッテリ３０ａへ供給可能である。

再度、図７を参照して、コンプレッサ１０８は、後述する冷凍サイクル機構を作動させるための動力源であり、正側受入線９ａおよび負側受入線９ｂを介して与えられる外部電源により作動する。

制御部３４＃は、バッテリ３０ａの充電時にＰＣＵ４６に制御指令（スイッチング指令ＰＷＣ，ＰＷＭ１，ＰＷＭ２）を与える。さらに、制御部３４＃は、乗員から与えられることが予測される空調要求に応じて、充電時に、ＰＣＵ４６に対する制御指令を調整し、もしくはコンプレッサ１０８を作動させる。さらに、制御部３４＃は、充電完了後の電動車両１の走行時に、乗員からの空調要求に応じて、車室空間が空調されるように各機器に指令を与える。

図９は、この発明の実施の形態２に従う電動車両１＃における車室内空調に係る模式図である。

図９を参照して、電動車両１＃には、吹出口８６が車室空間の前方側に配置される。そして、吹出口８６は、吹出口８６と連通される空調空気生成ダクト１２２内で生成される空調空気１２０を車室空間に吹き出す。空調空気生成ダクト１２２内には、外気または内気を送出するための送風ファン９０と、暖房用の空調空気を生成するための暖房熱交換部８８と、冷房用の空調空気を生成するための冷房熱交換部１１２とが配置される。

暖房熱交換部８８は、ＰＣＵ４６ならびに電動機ＭＧ１およびＭＧ２を含む第１冷媒循環経路９６に流れる第１冷媒が有する熱エネルギー（温熱）と、送風ファン９０により送出される空気との間で熱交換を行なう。すなわち、暖房熱交換部８８には、第１冷媒循環経路９６から分岐された第１冷媒導入路９４ａを介して第１冷媒が導入される。なお、第１冷媒としては、一例としてＬＬＣ（Long Life Coolant）などの液状物質が用いられる。

そして、暖房熱交換部８８において熱交換された後の第１冷媒は、第１冷媒戻り路９４ｂを介して、第１冷媒循環経路９６に戻される。さらに、第１冷媒循環経路９６と第１冷媒導入路９４ａおよび第１冷媒戻り路９４ｂとの分岐点には、それぞれ切換弁９２ａおよび９２ｂが設けられる。後述するように、第１冷媒循環経路９６を流れる第１冷媒を暖房熱交換部８８へ導く必要があるか否かに応じて、切換弁９２ａおよび９２ｂは切換えられる。

第１冷媒循環経路９６には、ラジエタ部８０、循環ポンプ１２４、および蓄熱タンク８４がさらに含まれる。ラジエタ部８０は、電動車両１＃の前方に配置され、第１冷媒が有する熱エネルギーを車両外部に放出して、第１冷媒を冷却する。すなわち、ラジエタ部８０は、第１冷媒を介して、ＰＣＵ４６ならびに電動機ＭＧ１およびＭＧ２を冷却する。さらに、ラジエタ部８０に近接して、ラジエタ冷却ファン８２が設けられる。ラジエタ冷却ファン８２は、ラジエタ部８０と車両外部の空気との接触量を増大させ、第１冷媒の冷却能力を向上させる。

なお、第１冷媒循環経路９６は、ＰＣＵ４６に含まれるスイッチング素子や電動機ＭＧ１およびＭＧ２のステータコイルなどに近接して形成され、各部からの放熱を第１冷媒に吸収するように構成される。

循環ポンプ１２４は、第１冷媒を第１冷媒循環経路９６で循環させるために、所定の吐出圧で第１冷媒を送出する。

蓄熱タンク８４は、第１冷媒循環経路９６に介挿され、所定量の第１冷媒を貯蔵可能に構成される。蓄熱タンク８４は、その周囲が断熱された保温構造を有し、第１冷媒が有する熱エネルギーを蓄えることができる。

本来、第１冷媒循環経路９６は、ＰＣＵ４６ならびに電動機ＭＧ１およびＭＧ２を冷却することを主目的とするが、本実施形態では、この第１冷媒を熱容量要素として利用する。すなわち、充電時において、外部電流がＰＣＵ４６ならびに電動機ＭＧ１およびＭＧ２を流れるので、当該外部電流に伴う抵抗性発熱を利用して、第１冷媒に熱エネルギーを蓄える。このとき、ラジエタ部８０における冷却能力を抑制して、第１冷媒に蓄えられる熱エネルギーの放散を低減する。そして、充電完了後の暖房要求に応じて、第１冷媒に蓄えられた熱エネルギーを用いて、車室空間の暖房が行なわれる。

一方、冷房熱交換部１１２は、第２冷媒循環経路１１６を流れる第２冷媒（たとえば、フロン類）が有する熱エネルギー（冷熱）と、送風ファン９０により送出される空気との間で熱交換を行なう。第２冷媒循環経路１１６には、第２冷媒を循環させるための循環ポンプ１１４が介挿されるとともに、循環する第２冷媒と蓄冷槽１０６に格納される蓄冷剤との間で熱交換を生じさせるための熱交換部１１８が形成される。そのため、蓄冷槽１０６に格納される蓄冷剤が有する熱エネルギーは、第２冷媒循環経路１１６を循環する第２冷媒に与えられて、冷房熱交換部１１２へ運ばれる。

蓄冷槽１０６は、その周囲に保温構造を有し、その内部に格納される蓄冷剤を周囲から断熱する。蓄冷剤は、たとえば、水（もしくは氷）などのように、熱エネルギーをその状態変化（相転移）として蓄積する物質である。一例として、蓄冷剤は、熱エネルギー（凝固熱）を吸収されて、その状態を液体から固体に変化させる一方、その状態を固体から液体に変化させる過程において、熱エネルギー（融解熱）を吸収する。

蓄冷槽１０６内には、エバポレータ（蒸発器）１０４がさらに配置される。エバポレータ１０４と、コンプレッサ１０８と、コンデンサ（凝縮器）１０２とは、冷凍サイクル機構１１０を構成する。この冷凍サイクル機構１１０は、エバポレータ１０４を介して蓄冷槽１０６の蓄冷剤から熱エネルギー（温熱）を吸収する。

冷凍サイクル機構１１０では、たとえば、フロン類などからなる第３冷媒がその状態を変化させながら循環する。具体的には、第３冷媒は、コンプレッサ１０８により圧縮されて高温高圧となった後、コンデンサ１０２で冷却されて液体状態に変化する。さらに、液体状態になった第３冷媒は、エバポレータ１０４で急速に気化される。第３冷媒の気化に伴い、所定の熱エネルギー（気化熱）が必要であるので、エバポレータ１０４は、蓄冷槽１０６内の蓄冷剤からその気化に必要な熱エネルギー（気化熱）を吸収する。すると、蓄冷剤には、熱エネルギー（冷熱）が蓄積される。

ここで、コンプレッサ１０８は、充電時に供給される外部電源により作動するように構成される。すなわち、冷凍サイクル機構１１０は、バッテリ３０ａの充電時に作動し、車室内の空調（冷房）を行なうためのエネルギーを蓄積する。

（車室空間の暖房動作）
図１０は、車室空間の暖房に係る動作を説明するための図である。

図１０（ａ）は、充電時における熱エネルギーの蓄積動作を示す。
図１０（ｂ）は、「ＥＶ走行モード」における車室空間の暖房動作を示す。

図１０（ａ）を参照して、充電時には、第１冷媒が第１冷媒循環経路９６を循環するように、切換弁９２ａおよび９２ｂが切換えられる。すなわち、第１冷媒は、暖房熱交換部８８に導かれない。そして、ラジエタ冷却ファン８２が停止され、ラジエタ部８０における冷却能力が抑制される。

すると、バッテリ３０ａの充電に伴って、ＰＣＵ４６ならびに電動機ＭＧ１およびＭＧ２では発熱を生じ、その発熱による所定の熱エネルギーが第１冷媒に与えられる。具体的には、ＰＣＵ４６では、スイッチング動作に伴うスイッチング素子で生じる熱損失が第１冷媒に与えられる。より多くの熱エネルギーを発生させるために、制御部３４＃（図７）は、より高周波数のスイッチング指令ＰＷＣ，ＰＷＭ１，ＰＷＭ２をＰＣＵ４６へ与える。

また、電動機ＭＧ１およびＭＧ２では、各相コイルを流れる外部電流に伴う抵抗性発熱による熱エネルギーが第１冷媒に与えられる。より多くの熱エネルギーを発生させるために、制御部３４＃は、より多くの外部電流が流れるようにＰＣＵ４６を制御する。

図１１は、図７に示す外部電流Ｉｉｎと外部電圧Ｖｉｎとの時間波形を示す図である。
図１１（ａ）は、熱エネルギーの発生を必要としない通常充電時の時間波形を示す。

図１１（ｂ）は、熱エネルギーの発生が必要とされる蓄熱充電時の時間波形を示す。
図１２は、図１１に示す外部電流Ｉｉｎと外部電圧Ｖｉｎとの位相関係を示すベクトル図である。

図１２（ａ）は、図１１（ａ）におけるベクトル図である。
図１２（ｂ）は、図１２（ｂ）におけるベクトル図である。

図１１（ａ）および図１２（ａ）を参照して、通常充電時には、制御部３４＃は、外部電流Ｉｉｎと外部電圧Ｖｉｎとの位相差が実質的にゼロ（同相）となるように、ＰＣＵ４６へスイッチング指令を与える。このように、外部電流Ｉｉｎと外部電圧Ｖｉｎとが同相である場合には、外部電力Ｐｉｎ＝外部電圧Ｖｉｎ×外部電流Ｉｉｎとなり、外部電流Ｉｉｎを最小にできる。すなわち、電動機ＭＧ１およびＭＧ２などで生じる抵抗性発熱を最小限にできる。

図１１（ｂ）および図１２（ｂ）を参照して、蓄熱充電時には、制御部３４＃は、外部電流Ｉｉｎと外部電圧Ｖｉｎとの間に所定の位相差を生じるように、ＰＣＵ４６へスイッチング指令を与える。このように、外部電流Ｉｉｎと外部電圧Ｖｉｎとの間に位相差θが存在する場合には、外部電力Ｐｉｎ＝外部電圧Ｖｉｎ×外部電流Ｉｉｎ×ｃｏｓθとなる。そのため、通常充電時と同一の外部電力Ｐｉｎを受取るためには、外部電流＃Ｉｉｎ＝外部電流Ｉｉｎ／ｃｏｓθとする必要がある。すなわち、外部電流Ｉｉｎと外部電圧Ｖｉｎとの間に位相差θを生じさせることで、外部電力を一定としたまま、外部電流Ｉｉｎを元の（１／ｃｏｓθ）倍まで増大させることができる。

このように、制御部３４＃は、電動機ＭＧ１およびＭＧ２の相コイルでより多くの抵抗性損失による熱エネルギーが発生するように、ＰＣＵ４６を制御する。

図１０（ｂ）を参照して、バッテリ３０ａの充電が完了し、電動車両１が「ＥＶ走行モード」で走行する場合において、第１冷媒に蓄えられた熱エネルギーが車室空間の空調（暖房）に用いられる。

具体的には、第１冷媒が暖房熱交換部８８に導かれるように、切換弁９２ａおよび９２ｂが切換えられる。すると、暖房熱交換部８８では、第１冷媒と送風ファン９０（図９）により送出される空気との間で熱交換が行なわれ、その結果生じる暖風が吹出口８６から車室空間へ吹き出される。特に、蓄熱タンク８４に貯蔵される第１冷媒は、その熱エネルギーを放散されることなく維持できるので、より多くの熱エネルギーを確保することができる。そのため、蓄熱タンク８４の貯蔵能力を適切に設計することで、車室空間に対する暖房能力を最適化できる。

（車室空間の冷房動作）
図１３は、車室空間の冷房に係る動作を説明するための図である。

図１３（ａ）は、充電時における熱エネルギーの蓄積動作を示す。
図１３（ｂ）は、「ＥＶ走行モード」における車室空間の暖房動作を示す。

図１３（ａ）を参照して、充電時には、コンプレッサ１０８が外部電源により作動し、冷凍サイクル機構１１０による蓄冷剤に対する熱エネルギー（冷熱）の蓄積が行なわれる。

図１３（ｂ）を参照して、バッテリ３０ａの充電が完了し、電動車両１が「ＥＶ走行モード」で走行する場合において、蓄冷剤に蓄えられた熱エネルギー（冷熱）が車室空間の空調（冷房）に用いられる。

具体的には、第２冷媒が冷房熱交換部１１２に導かれるように、循環ポンプ１１４が作動する。すると、冷房熱交換部１１２では、第２冷媒と送風ファン９０（図９）により送出される空気との間で熱交換が行なわれ、その結果生じる冷風が吹出口８６から車室空間へ吹き出される。このとき、蓄冷槽１０６に格納される蓄冷剤の量を適切に設計することで、車室空間に対する冷房能力を最適化できる。

なお、上述のこの発明の実施の形態２では、車室空間を暖房するための構成および冷房するための構成をいずれも備える態様について例示したが、いずれか一方の構成のみでも本発明の作用を奏することができる。すなわち、暖房のみが要求される寒冷地などでは、第１冷媒循環経路９６に係る部位のみを備える構成を採用してもよい。

この発明の実施の形態２では、ＰＣＵ４６が「電力変換部」に対応し、ラジエタ部８０が「ラジエタ部」に対応し、第１冷媒循環経路９６および循環ポンプ１２４が「循環機構」に対応し、蓄熱タンク８４が「貯蔵部」に対応する。そして、制御部３４＃が「電力変換部制御手段」を実現する。また、電動機ＭＧ１およびＭＧ２が「回転電機」に対応し、吹出口８６および送風ファン９０が「吹出機構」に対応する。また、第１冷媒導入路９４ａが「第１の冷媒導入経路」に対応し、暖房熱交換部８８が「第１の熱交換部」に対応し、冷凍サイクル機構１１０が「冷凍サイクル機構」に対応し、第２冷媒循環経路１１６が「第２の冷媒導入経路」に対応し、冷房熱交換部１１２が「第２の熱交換部」に対応する。

この発明の実施の形態２によれば、電動車両１は、搭載するバッテリ３０ａを外部電源により充電するに際して、外部電源を受けて熱エネルギーを蓄積する。そして、充電完了後に乗員などから空調要求を受けると、バッテリ３０ａに蓄えられる電力ではなく、第１冷媒もしくは蓄冷剤に蓄積した熱エネルギーを用いて車室空間の暖房もしくは冷房を行なう。これにより、車室空間の空調を行なうために、バッテリ３０ａからの放電電力を使用せずに済む。よって、バッテリ３０ａからの放電電力の多くを電動機のために確保できるので、乗員に対する快適性を確保しつつ、「ＥＶ走行モード」における走行性能を維持できる。

さらに、「ＥＶ走行モード」における走行性能を維持できる結果、エンジンを作動させる必要がなく、エンジン排ガス量の削減や低騒音化などを実現できる。

また、この発明の実施の形態２によれば、「通常走行モード」において、ＰＣＵ４６ならびに電動機ＭＧ１およびＭＧ２を冷却するために用いられる第１冷媒循環経路９６の第１冷媒を、車室空間の暖房に利用する。そのため、熱エネルギーを蓄積するために特別な熱容量要素を搭載する必要がなく、比較的安価に本発明を実施できる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 電動車両、２ 車両充電装置、３ 充電ステーション、４ コネクタ部、５ コネクタ差込部、６ 外部熱媒体導管、６ａ 車外空調空気供給導管、６ｂ 車外空調空気排出導管、８ 電力供給線、８ａ 正側供給線、８ｂ 負側供給線、９ａ 正側受入線、９ｂ 負側受入線、１０ 電力系統、１２ 送風ファン、１４ コネクタ制御部、１６ 車外空調空気温度センサ、３０ 電源ユニット、３０ａ バッテリ、３２ａ 車外空気吸気ダクト、３２ｂ 車外空気排気ダクト、３４ 車両制御部、３４ａ スケジューラ、３４＃ 制御部、３６ リヤシート、３８ 吸気孔、４０ａ 車室空気吸気ダクト、４０ｂ 車室空気排気ダクト、４２ ファン、４４ａ，４４ｂ 切換ダンパ、４８ 操作表示部、５０ 車室空調空気、６０ エンジン、６２ 動力伝達機構、６４ 動力分割機構、７０ 建物、７２ エアコン、８０ ラジエタ部、８２ ラジエタ冷却ファン、８４ 蓄熱タンク、８６ 吹出口、８８ 暖房熱交換部、９０ 送風ファン、９２ａ，９２ｂ 切換弁、９４ａ 第１冷媒導入路、９４ｂ 第１冷媒戻り路、９６ 第１冷媒循環経路、１００ 車両充電システム、１０２ コンデンサ、１０４ エバポレータ、１０６ 蓄冷槽、１０８ コンプレッサ、１１０ 冷凍サイクル機構、１１２ 冷房熱交換部、１１４ 循環ポンプ、１１６ 第２冷媒循環経路、１１８ 熱交換部、１２０ 空調空気、１２２ 空調空気生成ダクト、１２４ 循環ポンプ、Ｃ 平滑コンデンサ、ＣＯＮＶ ＤＣ／ＤＣコンバータ、ＩＮＲ 内部抵抗成分、ＩＮＶ１，ＩＮＶ２ インバータ装置、ＭＧ１，ＭＧ２ 電動機、ＭＮＬ 負母線、ＭＰＬ 正母線、Ｎ１，Ｎ２ 中性点、ＴＨＣ 熱容量要素、ＴＲ スイッチング素子。

Claims (6)

1. 充放電可能に構成された蓄電装置を搭載し、かつ外部電源により前記蓄電装置を充電可能に構成された電動車両であって、
   前記電動車両は、充電時に前記外部電源を供給するためのコネクタ部と連結可能に構成され、
   前記電動車両は、
   前記外部電源から前記蓄電装置を充電するための充電電流を生成可能な電力変換部と、
   前記電力変換部を第１の冷媒を介して冷却するためのラジエタ部と、
   前記電力変換部および前記ラジエタ部を含む循環経路で前記第１の冷媒を循環させるための循環機構と、
   前記循環経路に介挿され、前記第１の冷媒を貯蔵可能に構成された貯蔵部と、
   熱エネルギーを蓄積可能に構成された、前記第１の冷媒を含む熱容量要素と、
   充電時に前記コネクタ部を介して車両外部から供給される外部エネルギーを用いて、前記熱容量要素に熱エネルギーを蓄積するための蓄熱機構と、
   空調要求に応じて、前記熱容量要素に蓄積された熱エネルギーを用いて、車室空間の空調を行なうための空調機構とを備え、
   前記電力変換部は、スイッチング素子を含んで構成され、
   前記蓄熱機構は、充電時に、前記ラジエタ部における冷却能力を抑制するとともに、前記電力変換部で発生するスイッチング動作に伴う熱損失により前記第１の冷媒に所定の熱エネルギーが与えられるように、前記電力変換部を制御する電力変換部制御手段を含む、電動車両。
2. 前記電動車両は、星型結線された相コイルを有する回転電機をさらに備え、
   前記電力変換部は、前記回転電機の中性点を介して、前記外部電源を受入れるように構成され、
   前記循環経路は、前記回転電機をさらに含むように形成され、
   前記電力変換部制御手段は、さらに、前記回転電機の前記相コイルで発生する抵抗性発熱により前記第１の冷媒に所定の熱エネルギーが与えられるように、前記第１の冷媒に熱エネルギーを与えない場合に比較して、前記外部電源の電圧に対して流れる電流の位相差がより大きくなるように、前記電力変換部を制御する、請求項１に記載の電動車両。
3. 前記空調機構は、
   前記車室空間に空調空気を吹き出すための吹出機構と、
   前記第１の冷媒を前記吹出機構に導くための第１の冷媒導入経路と、
   前記第１の冷媒導入経路を介して導かれる前記第１の冷媒との間で熱交換を生じさせて前記空調空気を生成するための第１の熱交換部とをさらに含む、請求項１または２に記載の電動車両。
4. 前記熱容量要素は、蓄冷槽に格納される蓄冷剤を含み、
   前記蓄熱機構は、充電時に、前記外部電源を受けて冷凍サイクルを実行することにより、熱エネルギーを前記蓄冷材に蓄積する冷凍サイクル機構をさらに含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動車両。
5. 前記空調機構は、
   前記車室空間に空調空気を吹き出すための吹出機構と、
   第２の冷媒と前記蓄冷材との間で熱交換を生じるように形成され、かつ熱交換後の前記第２の冷媒を前記吹出機構に導くための第２の冷媒導入経路と、
   前記第２の冷媒導入経路を介して導かれる前記第２の冷媒との間で熱交換を生じさせて前記空調空気を生成するための第２の熱交換部とをさらに含む、請求項４に記載の電動
   車両。
6. 充放電可能に構成された蓄電装置を搭載する電動車両と、
   前記電動車両に搭載された前記蓄電装置を外部電源により充電するための車両充電装置とを備え、
   前記車両充電装置は、充電時に前記電動車両と連結され、前記電動車両に前記外部電源を供給するためのコネクタ部を含み、
   前記電動車両は、
   前記外部電源から前記蓄電装置を充電するための充電電流を生成可能な電力変換部と、
   前記電力変換部を第１の冷媒を介して冷却するためのラジエタ部と、
   前記電力変換部および前記ラジエタ部を含む循環経路で前記第１の冷媒を循環させるための循環機構と、
   前記循環経路に介挿され、前記第１の冷媒を貯蔵可能に構成された貯蔵部と、
   熱エネルギーを蓄積可能に構成された、前記第１の冷媒を含む熱容量要素と、
   充電時に前記コネクタ部を介して車両外部から供給される外部エネルギーを用いて、前記熱容量要素に熱エネルギーを蓄積するための蓄熱機構と、
   空調要求に応じて、前記熱容量要素に蓄積された熱エネルギーを用いて、車室空間の空調を行なうための空調機構とを備え、
   前記電力変換部は、スイッチング素子を含んで構成され、
   前記蓄熱機構は、充電時に、前記ラジエタ部における冷却能力を抑制するとともに、前記電力変換部で発生するスイッチング動作に伴う熱損失により前記第１の冷媒に所定の熱エネルギーが与えられるように、前記電力変換部を制御する電力変換部制御手段を含む、車両充電システム。

Images