(57)【要約】【課題】冷却効果を向上する技術を提供する。【解決手段】本明細書で開示する冷却システム１００は、冷却パイプ３１ａ−３１ｅ、オイルクーラ３３、ラジエータ３４、インバータクーラ３５などで構成される発熱ユニット冷却系と、第２モータ３に電力を供給するメインバッテリ１０を空気で冷却するバッテリ冷却系と、を備えている。発熱ユニット冷却系は、冷媒によってドライブトレイン７やインバータなどの発熱ユニットを冷却する。冷却システム１００は、さらに、冷却パイプ３１ａ−３１ｅ内の冷媒とメインバッテリ１０のバッテリ本体１１に送られる空気との間で熱交換をするバッテリクーラ３６が冷却パイプ３１ａ−３１ｅに備えられている。これにより、バッテリ本体１１に送られる空気は、バッテリクーラ３６を介して冷却パイプ３１ａ−３１ｅ内の冷媒と熱交換をするため、その分、バッテリ本体１１を冷却する空気の温度が下がる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気自動車用の冷却システムであり、
循環路に流れる冷媒により発熱ユニットを冷却する発熱ユニット冷却系と、走行用モータに電力を供給するバッテリを空気で冷却するバッテリ冷却系と、を備えており、
循環路内の冷媒とバッテリに送られる空気との間で熱交換をする熱交換器が前記循環路に備えられていることを特徴とする冷却システム。
【請求項２】
熱交換器が、バッテリを収容するケースに接していることを特徴とする請求項１に記載の冷却システム。
【請求項３】
熱交換器が、冷媒を溜める発熱ユニット冷却系のリザーブタンクと一体であることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、電気自動車用の冷却システムに関する。本明細書における電気自動車には、燃料電池車や走行用のモータとエンジンを共に備えるハイブリッド車が含まれる。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車用の冷却システムとして、例えば、下記特許文献１に開示される技術がある。この技術では、ハイブリッド車や電気自動車において、冷却媒体の流路に、バッテリ、インバータ及びモータを直列に配置する場合、バッテリをモータの下流側に配置する。このような配置を採ることによって、比較的発熱量の少ないバッテリが比較的発熱量の多いモータの下流側に位置するため、冷却媒体がモータを冷却する前にバッテリにより暖められることがなく、効率よくモータを冷却することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１２６２５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、冷却媒体にＬＬＣ（Ｌｏｎｇ  Ｌｉｆｅ  Ｃｏｏｌａｎｔ）などの冷却水を用いることなく、空気でバッテリを冷却する構成を採用する場合がある。この構成の場合、バッテリを冷却する空気は、典型的には車両の外部から取り込むため、空気温は外気温に等しい。冷却媒体との温度差が大きいほど冷却効果が高まることから、外気温が高いときには、バッテリの冷却効果の向上が難しい。本明細書は、バッテリの冷却効果を高める技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書が開示する冷却システムは、循環路に流れる冷媒により発熱ユニットを冷却する発熱ユニット冷却系と、走行用モータに電力を供給するバッテリを空気で冷却するバッテリ冷却系と、を備えているとともに、循環路内の冷媒とバッテリに送られる空気との間で熱交換をする熱交換器が前述の循環路に備えられている。これにより、バッテリに送られる空気は、熱交換器を介して循環路内の冷媒と熱交換をするため、その分、空気温が下がる。したがって、外気温が高いときの外気でバッテリを冷却する場合に比べて、バッテリを低い温度で冷却できるため、冷却効果が向上する。
【０００６】
上記の冷却システムでは、熱交換器が、バッテリを収容するケースに接していてもよい。これにより、バッテリのケースも熱交換器を介して循環路内の冷媒と熱交換をするため、ケースの温度が下がる。バッテリ本体は、そのケースによっても冷却されるため、バッテリの冷却効果がさらに向上する。
【０００７】
上記の冷却システムでは、熱交換器が、冷媒を溜める発熱ユニット冷却系のリザーブタンクと一体であるとなおよい。さらには、熱交換器が発熱ユニット冷却系のリザーブタンクそのものであってもよい。熱交換器がリザーブタンクと一体であれば、熱交換器自体がリザーブタンク内の冷媒によって冷やされるので、バッテリに送られる空気の冷却効率が高まる。熱交換器がリザーブタンクであれば、新たに熱交換器を設ける必要がないため、省スペースに寄与して冷媒の使用量も増加しない。また電気自動車の重量増加にもならない。
【０００８】
本明細書が開示する技術の詳細、及び、さらなる改良は、発明の実施の形態で説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ハイブリッド車の駆動系のブロック図である。
【図２】実施例の冷却システムのブロック図である。
【図３】冷却システムの改変例の一例のブロック図である。
【図４】冷却システムの改変例の他の例のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図面を参照して実施例の冷却システム１００を説明する。この実施例は、ハイブリッド車１の冷却システムである。図１に、ハイブリッド車１の駆動系のブロック図を示し、図２に、冷却システム１００のブロック図を示す。
【００１１】
ハイブリッド車１は、第１モータ２と第２モータ３とエンジン４を駆動源として備えている。第１モータ２はエンジン４のセルモータや発電機として機能し、第２モータ３は走行用のモータとして、エンジン４と同様に車輪を駆動する。第１モータ２は、定常走行時のエンジン４又は第２モータ３のトルクにより発電をする。なお、高トルクが要求される場合には、第１モータ２も駆動源として用いられる。制動時は、第２モータ３が発電機として機能する。動力分配機構５は、第１モータ２、第２モータ３及びエンジン４によるそれぞれの出力を合成／分配して車軸６に出力する。ドライブトレイン７は、第１モータ２、第２モータ３及び動力分配機構５を一つにまとめたユニットを指す。第１モータ２及び第２モータ３には、メインバッテリ１０から、電圧コンバータ１５及びインバータ１７、１８を介して駆動電力が供給される。以下、第１モータ２及び第２モータ３を、単に「モータ２、３」と称する。
【００１２】
メインバッテリ１０の出力電圧は１００ボルト以上であり、電圧コンバータ１５により昇圧された後、インバータ１７、１８により交流電力に変換されてモータ２、３に供給される。メインバッテリ１０は、後述するように、バッテリ本体１１がバッテリケース１２に収容されて構成されるが、本明細書では、メインバッテリ１０の構成に言及する場合を除いて、単に、メインバッテリ１０と称する。メインバッテリ１０と電圧コンバータ１５の間にはシステムメインリレー１３が介在する。電圧コンバータ１５は、メインバッテリ１０の電圧をモータ２、３の駆動に適した電圧に昇圧する機能と、モータ２、３が生成した回生電力をメインバッテリ１０の充電に適した電圧に降圧する機能を有する。電圧コンバータ１５とインバータ１７、１８は、ＩＧＢＴなどのスイッチング素子を有しており、これらはパワーコントローラ２１から出力されるＰＷＭ信号により制御される。ハイブリッド車１は、メインバッテリ１０のほかに、ヘッドライトやオーディオ機器などの低電圧（約１２ボルト）で駆動する補機類に電力供給をするサブバッテリ（図略）も備えている。
【００１３】
パワーコントローラ２１は、上位のＨＶコントローラ２２からの指令を受けて電圧コンバータ１５やインバータ１７、１８に与えるＰＷＭ信号を生成する。ＨＶコントローラ２２は、車速、アクセル開度、メインバッテリ１０の残量などに基づいて駆動系が出力すべき走行トルクを算出し適切な指令をパワーコントローラ２１に出力する。ＨＶコントローラ２２は、車載ＬＡＮなどを介してパワーコントローラ２１に接続されている。ＨＶコントローラ２２は、また、冷却コントローラ２３、２４にも接続されており、運転席に設けられている車両のメインスイッチ２０のオン信号を受けて、システムメインリレー１３をオンに制御したり、パワーコントローラ２１や冷却コントローラ２３、２４に対する指令を出力する。メインスイッチ２０は、いわゆるイグニッションスイッチと呼ばれるもので、スタートスイッチと称されることもある。選択ポジションが複数存在するロータリー式や単なるオンオフ操作をするプッシュ式がある。
【００１４】
このように制御される電圧コンバータ１５、インバータ１７、１８の各スイッチング素子は、大電力をスイッチングするため発熱量が大きい。このため、これらの各スイッチング素子はインバータクーラ３５により冷却される。また、メインバッテリ１０自体も、充電時やモータ２、３に供給する電力量によっては発熱する場合もある。このような理由から、ハイブリッド車１は、電圧コンバータ１５やインバータ１７、１８を冷却する発熱ユニット冷却系と、メインバッテリ１０を冷却するバッテリ冷却系と、の２系統からなる冷却システム１００を備えており、発熱ユニット冷却系は冷却コントローラ２３により、またバッテリ冷却系は冷却コントローラ２４により、それぞれ制御される。なお、図１において、パワーコントローラ２１はＰ−ＣＮＴＬ、ＨＶコントローラ２２はＨＶ−ＣＮＴＬ、冷却コントローラ２３はＣＵ−ＣＮＴＬ、冷却コントローラ２４はＣＢ−ＣＮＴＬ、と表記されている。
【００１５】
発熱ユニット冷却系は、冷却パイプ３１ａ−３１ｅ、電動ポンプ３２、オイルクーラ３３、ラジエータ３４、インバータクーラ３５、バッテリクーラ３６及びリザーブタンク３７により構成される。ＬＬＣ（Ｌｏｎｇ  Ｌｉｆｅ  Ｃｏｏｌａｎｔ）などの冷却液（冷媒）が蓄えられるリザーブタンク３７の出力側を起点に、途中に電動ポンプ３２を備える冷却パイプ３１ａを介してオイルクーラ３３が接続され、このオイルクーラ３３に冷却パイプ３１ｂを介してラジエータ３４が接続される。下流側に向けて、以下、ラジエータ３４、冷却パイプ３１ｃ、インバータクーラ３５、冷却パイプ３１ｄ、バッテリクーラ３６及び冷却パイプ３１ｅの順番に接続され、冷却パイプ３１ｅが終点のリザーブタンク３７の戻り側に接続されて一巡する循環路が構成される。
【００１６】
冷却液は、電動ポンプ３２によりリザーブタンク３７から汲み上げられて循環路を一巡してリザーブタンク３７に戻る。オイルクーラ３３は、ポンプ５１の圧送により冷却パイプ５２内を循環するオイルによりドライブトレイン７を冷却する冷却装置であり、モータ２、３及び動力分配機構５を冷却する。オイルクーラ３３は、ドライブトレイン７を冷却して温度が上昇したオイルを冷却液で冷やすデバイスである。すなわち、循環路を流れる冷却液は、オイルを介してモータ２、３を冷却する。
【００１７】
ラジエータ３４は、冷却液を冷却し、インバータクーラ３５は電圧コンバータ１５やインバータ１７、１８を冷却する。バッテリクーラ３６はメインバッテリ１０のケース１２を冷却する。このメインバッテリ１０の冷却については、次に詳述する。なお、エンジン４を備えない燃料電池車の場合には、ラジエータ３４が省略されて、オイルクーラ３３が、専らモータ２、３を冷却するモータクーラに置き換わる。このように発熱ユニット冷却系は、冷却液が循環する水冷方式によって、モータ２、３やインバータ１７、１８などの発熱ユニットを冷却する。
【００１８】
これに対して、バッテリ冷却系は、エアダクト４０及びファン４３により外部の空気を取り込んでメインバッテリ１０に送風する空冷方式を採用する。メインバッテリ１０のバッテリ本体１１は一般的に水に弱い。このため、電気自動車のメインバッテリ１０のバッテリ本体１１の冷却には、空冷方式が採用されることが多い。バッテリクーラ３６は、前述したように、冷却水が流れて水冷方式で冷却されているため、メインバッテリ１０のバッテリケース１２をバッテリクーラ３６に熱交換可能に接触させる。これにより、導入端３６ａから流入した冷却水が排出端３６ｂより排出されるまでの間にバッテリクーラ３６に接触するバッテリケース１２から伝わる熱を吸熱することで、バッテリケース１２自体が冷却される。
【００１９】
メインバッテリ１０は、主に、バッテリ本体１１と、バッテリ本体１１を収容するバッテリケース１２から構成される。バッテリ本体１１には、バッテリ自体の温度を検出する温度センサ２７や、出力電圧を検出する電圧センサ（不図示）などが取り付けられており、これらのセンサデータが冷却コントローラ２４やＨＶコントローラ２２に出力される。バッテリケース１２は、収容するバッテリ本体１１の外形よりも、大きな収容空間を内部に有し、エアダクト４０の排出端４０ｂが接続される入口１２ａと、外部に連通する出口１２ｂを有する。そのため、バッテリケース１２にバッテリ本体１１を収容すると、バッテリ本体１１の回りに周囲空間１２ｃが形成されて、入口１２ａから流入した空気がバッテリ本体１１の周囲を通って出口１２ｂから排出される。
【００２０】
エアダクト４０は、車両外部の空気を取り込む導入端４０ａが車外に向けて位置するように設けられている。この導入端４０ａの近傍にはファン４３が設けられており、ファン４３の回転により空気の取り込みと圧送を可能にしている。導入端４０ａは、車室内の空気を取り込むように車内に向けて設けてもよい。エアダクト４０の排出端４０ｂは、バッテリケース１２の入口１２ａに接続されており、導入端４０ａから取り込まれて圧送されてくる空気をバッテリケース１２内に送出する。ファン４３は、ＨＶコントローラ２２からの指令や温度センサ２７による温度データなどに基づいて、回転のオンオフや風量などが冷却コントローラ２４により制御されている。
【００２１】
実施例では、バッテリクーラ３６とバッテリケース１２が、直接に接するように両者を接触させている。これにより、バッテリケース１２自体が冷却されるため、バッテリケース１２の温度が下がる。このため、バッテリ本体１１の周囲を流れる空気がバッテリケース１２によって冷却されるので、空気温が下がる。それゆえ、外気温がバッテリクーラ３６の冷却水の水温よりも高いときに外部から送られてくる外気をそのままバッテリ本体１１に当てる場合に比べて、バッテリ本体１１を低い温度で冷却することが可能になる。したがって、バッテリ本体１１の冷却効果が向上する。また、バッテリ本体１１とバッテリケース１２が接触している範囲においては、バッテリケース１２によりバッテリ本体１１が直接冷却されるため、バッテリ本体１１の冷却効果がさらに向上する。また、バッテリ本体１１の周囲空間１２ｃに空気流ができるため、バッテリ本体１１を水冷方式で冷却する場合に比べてバッテリ本体１１全体を均一に冷却することが可能になる。また水冷方式で冷却する場合に必要な防水対策が不要になり、さらに漏電リスクも回避することが可能になる。
【００２２】
図２に示す冷却システム１００では、バッテリクーラ３６とバッテリケース１２を直接に接触させている。これらの間に伝熱シートや伝熱ジェルなどを介在させてバッテリクーラ３６とバッテリケース１２を間接的に接触させてもよい。また、エアダクト４０の導入端４０ａと排出端４０ｂの間において、バッテリクーラ３６にエアダクト４０を直接的又は間接的に接触させてもよい。バッテリケース１２とエアダクト４０の両方をバッテリクーラ３６に直接的又は間接的に接触させてもよい。
【００２３】
次に、冷却システムの改変例の一例を示す。図３に、冷却システムの改変例の一例として、そのブロック図を示す。図３に示す冷却システム２００のように、バッテリクーラ３６が、冷媒を溜めるリザーブタンク３７と一体であってもよい。図３の冷却システムは、図２のブロック図に示す構成において、バッテリクーラ３６とリザーブタンク３７を接続する冷却パイプ３１ｅを省略して、バッテリクーラ３６をリザーブタンク３７に直接接続した構成である。これにより、冷却システム２００では、バッテリクーラ３６自体がリザーブタンク３７内の冷媒と熱交換をすることから、バッテリクーラ３６による熱交換効率がさらに高まる。したがって、バッテリ本体１１の冷却効果がさらに向上する。エアダクト４０の導入端４０ａと排出端４０ｂの間において、エアダクト４０をリザーブタンク３７に直接的又は間接的に接触させてもよい。
【００２４】
また、図４に、冷却システムの改変例の他の例として、そのブロック図を示す。図４に示す冷却システム３００のように、リザーブタンク３７が、バッテリクーラとして機能するものであってもよい。即ち、図２のブロック図に示す構成において、バッテリクーラ３６及び冷却パイプ３１ｅを省略して、メインバッテリ１０のバッテリケース１２をリザーブタンク３７の側壁３７ａなどに直接接続する構成を採ってもよい。これにより、冷却システム３００では、リザーブタンク３７がバッテリクーラとしても機能すれば、新たにバッテリクーラを設ける必要がないため、省スペースに寄与して冷媒の使用量も増加しない。したがって、車両重量を増加させることなく、バッテリ本体１１の冷却効果を向上させることができる。エアダクト４１をリザーブタンク３７の周壁面に接触した状態でリザーブタンク３７の外周周囲を取り巻くように巻回してもよい。両者の接触面積がさらに増えるため、熱交換効率がより一層高まり、バッテリ本体１１の冷却効果がさらに向上する。
【００２５】
実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。液体の冷媒を用いて冷却する発熱ユニットの典型は、走行用モータ、及び／又は、走行用モータに交流電力を供給するインバータであるから、循環路に流れる冷媒により発熱ユニットを冷却する発熱ユニット冷却系は、別言すれば、走行用モータ及び／又は走行用モータに交流電力を供給するインバータを冷却する駆動ユニット冷却系と表現することができる。
【００２６】
第２モータ３が走行用モータの一例に相当する。メインバッテリ１０のバッテリ本体１１がバッテリの一例に相当し、バッテリケース１２がバッテリ本体１１を収容するケースの一例に相当する。冷却パイプ３１ａ−３１ｅが循環路の一例に相当し、オイルクーラ３３を介して冷却されるモータ２、３、インバータクーラ３５を介して冷却される電圧コンバータ１５やインバータ１７、１８が発熱ユニットの一例に相当する。また、バッテリクーラ３６が熱交換器の一例に相当する。
【００２７】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書又は図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００２８】
１：ハイブリッド車
２：第１モータ
３：第２モータ
４：エンジン
１０：メインバッテリ
１１：バッテリ本体
１２：バッテリケース
１５：電圧コンバータ
１７、１８：インバータ
２０：メインスイッチ
２１：パワーコントローラ
２２：ＨＶコントローラ
２３、２４：冷却コントローラ
２５、２７：温度センサ
２６：回転数センサ
３１ａ−３１ｅ：冷却パイプ
３２：電動ポンプ
３３：オイルクーラ
３４：ラジエータ
３５：インバータクーラ
３６：バッテリクーラ
３７：リザーブタンク
４０、４１：エアダクト
４３：ファン
１００、２００、３００：冷却システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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