(57)【要約】【課題】冷却効果が確保可能であり、かつ、コンパクトな駆動システムを提供する。【解決手段】駆動システム６は、バッテリ６１、ＰＣＵ６２、熱交換器６３、ウォータポンプ６４および配管６５を備える。配管６５は、バッテリ６１、ＰＣＵ６２および熱交換器６３をループ状に連結する。ウォータポンプ６４は、熱交換器６３とバッテリ６１との間の配管６５に挿入される。熱交換器６３は、エアコンユニット５からの冷媒と配管６５中を循環する冷却水との熱交換によって冷却水を冷却する。ウォータポンプ６４は、熱交換器６３によって冷却された冷却水をバッテリ６１およびＰＣＵ６２の順に配管６５中で循環させ、バッテリ６１およびＰＣＵ６２を冷却する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリと、
前記バッテリに近接して配置され、前記バッテリから供給される直流電圧を用いてモータを駆動するパワーユニットと、
第１の冷媒によって第２の冷媒を冷却する熱交換器と、
前記バッテリ、前記パワーユニットおよび前記熱交換器をループ状に連結する冷却路と、
前記冷却路中で前記第２の冷媒を循環させるポンプとを備える駆動システム。
【請求項２】
前記ポンプは、冷却の目標温度が低い順に前記第２の冷媒が供給されるように前記第２の冷媒を循環させる、請求項１に記載の駆動システム。
【請求項３】
前記ポンプは、前記第２の冷媒が前記バッテリおよび前記パワーユニットの順に供給されるように前記第２の冷媒を循環させ、
前記バッテリの冷却目標温度は、前記パワーユニットの冷却目標温度よりも低い、請求項２に記載の駆動システム。
【請求項４】
前記第２の冷媒は、水である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の駆動システム。
【請求項５】
前記第１の冷媒は、エアコンの冷媒である、請求項４に記載の駆動システム。
【請求項６】
前記パワーユニットは、前記バッテリに接して配置される、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の駆動システム。
【請求項７】
前記熱交換器は、前記第１の冷媒が通る複数の第１の通路と、前記第２の冷媒が通る複数の第２の通路とを有する熱伝導体を含み、
前記複数の第１の通路は、前記複数の第２の通路により囲まれる、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の駆動システム。
【請求項８】
前記熱伝導体は、アルミニウムである、請求項７に記載の駆動システム。
【請求項９】
前記パワーユニットは、
前記モータを駆動するインバータと、
前記バッテリと前記インバータとの間で電圧変換を行なうコンバータとを含む、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の駆動システム。
【請求項１０】
車室内に配置された請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の駆動システムと、
前記駆動システムの前記パワーユニットによって駆動されるモータと、
前記モータによって駆動される駆動輪とを備える自動車。
【請求項１１】
前記駆動システムは、床下に配置される、請求項１０に記載の自動車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、モータを駆動する駆動システムに関し、特に、冷却機構を有するコンパクトな駆動システムおよびそれを搭載した自動車に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、環境に配慮した自動車として電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）が大きな注目を集めている。そして、電気自動車は、たとえば、燃料電池を搭載している。
【０００３】
この燃料電池を搭載した電気自動車は、燃料電池からの直流電圧を交流電圧に変換し、その変換した交流電圧によってモータを駆動して動力源を得る。図６は、電気自動車に搭載される従来の駆動システムを示す斜視図である。図６を参照して、駆動システム３００は、ＰＣＵ（Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）３１０と、バッテリ３１１と、燃料電池（ＦＣ）３１２とを備える。
【０００４】
ＰＣＵ３１０は、主に燃料電池３１２から直流電圧を受け、その受けた直流電圧を交流電圧に変換してモータを駆動する。そして、ＰＣＵ３１０は、燃料電池３１２からの電力だけでは、モータが指令されたトルクを出力することができない場合、バッテリ３１１からも直流電圧を受け、バッテリ３１１および燃料電池３１２からの直流電圧を交流電圧に変換してモータを駆動する。
【０００５】
また、ＰＣＵ３１０は、モータが発電した交流電圧を直流電圧に変換してバッテリ３１１を充電する。
【０００６】
このように、駆動システム３００は、燃料電池３１２（およびバッテリ３１１）からの直流電圧によってモータを駆動するとともに、モータが発電した電力をバッテリ３１１に回生する。
【０００７】
ＰＣＵ３１０、バッテリ３１１および燃料電池３１２は、フレーム３２０に搭載される。また、ラジエータ３３０もフレーム３２０に搭載される。配管３４１は、ＰＣＵ３１０をウォータポンプ３４０に連結する。また、配管３４２は、ＰＣＵ３１０をラジエータ３３０に連結する。さらに、配管３４３は、ウォータポンプ３４０をラジエータ３３０に連結する。
【０００８】
ウォータポンプ３４０は、配管３４１〜３４３を介してＰＣＵ３１０とラジエータ３３０との間で冷却水を循環する。これにより、ＰＣＵ３１０は、水冷される。また、バッテリ３１１は、エアコンによって冷却された車室内の空気によって空冷される。バッテリ３１１が空冷されることにより起因して、ＰＣＵ３１０とバッテリ３１１との間隔Ｄは、空冷用の冷却ファンおよびダクトが設置可能な距離に設定される。つまり、ＰＣＵ３１０とバッテリ３１１との間に「すきま」が生じる。
【０００９】
このように、従来の駆動システムにおいては、ＰＣＵ３１０は、バッテリ３１１と異なる方式によって冷却される。
【００１０】
そして、バッテリを水冷する方式として、特開２００２−１９１１０４号公報には、バッテリを冷却する冷却水を熱交換器によって冷却された外気によって冷却する冷却方式が開示されている。この冷却方式は、２つの熱交換器を備える。そして、一方の熱交換器は、外気を冷却する。そして、他方の熱交換器は、一方の熱交換器によって冷却された外気により冷却され、バッテリからの冷却水を冷却する。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００２−１９１１０４号公報
【００１２】
【特許文献２】
特開平５−３４４６０６号公報
【００１３】
【特許文献３】
特開２０００−３５４６０８号公報
【００１４】
【特許文献４】
特開平８−１３８７６２号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開２００２−１９１１０４号公報は、バッテリおよびＰＣＵを冷却する具体的な冷却方式について開示していないため、バッテリおよびＰＣＵを含む駆動システムの小型化を図り、かつ、バッテリおよびＰＣＵの冷却効果を確保することは困難である。
【００１６】
また、特開２００２−１９１１０４号公報に開示された冷却方式は、水と外気との熱交換によってバッテリを冷却する水を冷却するため、バッテリを冷却する水の冷却効率が低いという問題がある。
【００１７】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、冷却効果が確保可能であり、かつ、コンパクトな駆動システムを提供することである。
【００１８】
また、この発明の別の目的は、冷却効率が高く、かつ、コンパクトな駆動システムを提供することである。
【００１９】
さらに、この発明の別の目的は、冷却効果が確保可能であり、かつ、コンパクトな駆動システムを搭載した自動車を提供することである。
【００２０】
さらに、この発明の別の目的は、冷却効率が高く、かつ、コンパクトな駆動システムを搭載した自動車を提供することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
この発明によれば、駆動システムは、バッテリと、パワーユニットと、熱交換器と、冷却路と、ポンプとを備える。パワーユニットは、バッテリに近接して配置され、バッテリから供給される直流電圧を用いてモータを駆動する。熱交換器は、第１の冷媒によって第２の冷媒を冷却する。冷却路は、バッテリ、パワーユニットおよび熱交換器をループ状に連結する。ポンプは、冷却路中で第２の冷媒を循環させる。
【００２２】
この発明による駆動システムにおいては、バッテリおよびパワーユニットは、同じ冷却方式によって冷却される。
【００２３】
したがって、この発明によれば、バッテリまたはパワーユニットに冷却用の部品を設置する必要がなく、バッテリおよびパワーユニットを小型化できる。その結果、駆動システムをコンパクトにできる。
【００２４】
好ましくは、ポンプは、冷却の目標温度が低い順に第２の冷媒が供給されるように第２の冷媒を循環させる。
【００２５】
冷却のために奪う熱量が多い順に冷却される。
したがって、この発明によれば、冷却の目標温度が異なる複数の冷却対象物を効果的に冷却できる。
【００２６】
好ましくは、ポンプは、第２の冷媒がバッテリおよびパワーユニットの順に供給されるように第２の冷媒を循環させる。そして、バッテリの冷却目標温度は、パワーユニットの冷却目標温度よりも低い。
【００２７】
バッテリがパワーユニットに優先して冷却される。
したがって、この発明によれば、バッテリおよびパワーユニットを効果的に冷却できる。その結果、バッテリの使用可能な温度範囲を広くできる。
【００２８】
好ましくは、第２の冷媒は、水である。
バッテリおよびパワーユニットは、水によって順次冷却される。
【００２９】
したがって、この発明によれば、水を循環させる配管を設けるだけで水によってバッテリおよびパワーユニットを同じ冷却方式により冷却できる。その結果、バッテリおよびパワーユニットのサイズを小型化できる。
【００３０】
好ましくは、第１の冷媒は、エアコンの冷媒である。
第２の冷媒は、エアコンの冷媒によって冷却される。
【００３１】
したがって、この発明によれば、第２の冷媒を冷却するときのエアコンの冷媒と第２の冷媒との熱交換の効率を高くできる。
【００３２】
好ましくは、パワーユニットは、バッテリに接して配置される。
したがって、この発明によれば、バッテリおよびパワーユニットのサイズを最小にできる。
【００３３】
好ましくは、熱交換器は、熱伝導体を含む。熱伝導体は、第１の冷媒が通る複数の第１の通路と、第２の冷媒が通る複数の第２の通路とを有する。そして、複数の第１の通路は、複数の第２の通路により囲まれる。
【００３４】
熱伝導体は、複数の第１の通路を流れる第１の冷媒によって冷却される。そして、冷却された熱伝導体は、複数の第２の通路を流れる第２の冷媒を冷却する。つまり、第２の冷媒は、熱伝導体を介した第１の冷媒との熱交換により冷却される。そして、第２の冷媒は、複数の第２の通路によって囲まれた複数の第１の通路を流れる第１の冷媒によって冷却される。
【００３５】
したがって、この発明によれば、熱伝導体の周囲の温度による影響を受けずに第２の冷媒を安定して冷却できる。
【００３６】
好ましくは、熱伝導体は、アルミニウムである。
第２の冷媒は、金属を介した第１の冷媒との熱交換により冷却される。
【００３７】
したがって、この発明によれば、第２の冷媒を効率良く冷却できる。
好ましくは、パワーユニットは、インバータと、コンバータとを含む。インバータは、モータを駆動する。コンバータは、バッテリとインバータとの間で電圧変換を行なう。
【００３８】
モータの動作モードが力行モードであるとき、コンバータは、直流電圧を昇圧し、インバータは、コンバータによって昇圧された直流電圧によってモータを駆動する。また、モータの動作モードが回生モードであるとき、インバータは、モータが発電した交流電圧を直流電圧に変換し、コンバータは、インバータからの直流電圧を降圧する。
【００３９】
したがって、この発明によれば、直流電圧を昇圧してモータを駆動し、モータが発電した交流電圧を直流電圧に変換して降圧するパワーユニットを効果的に冷却できる。
【００４０】
また、この発明によれば、自動車は、駆動システムと、モータと、駆動輪とを備える。駆動システムは、車室内に配置された請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の駆動システムである。モータは、駆動システムに含まれるパワーユニットによって駆動される。駆動輪は、モータによって駆動される。
【００４１】
自動車の駆動輪を駆動する駆動システムのバッテリおよびパワーユニットは、効果的に冷却される。そして、バッテリは、広い温度範囲で使用される。
【００４２】
したがって、この発明によれば、自動車の燃費を向上できる。
好ましくは、駆動システムは、床下に配置される。
【００４３】
したがって、この発明によれば、自動車をコンパクト化できる。
【００４４】
【発明の実施の形態】
本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、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００４５】
図１は、この発明の実施の形態による駆動システムを搭載した電気自動車の概略ブロック図である。図１を参照して、電気自動車１０は、ボディ１と、ハンドル２と、フロントシート３と、リアシート４と、エアコンユニット５と、駆動システム６と、ラジエータ７と、配管８，９と、モータ１１と、ケーブル１２と、前輪１３と、後輪１４とを備える。
【００４６】
エアコンユニット５は、フロントシート３の下に配置される。駆動システム６は、リアシート４の下に配置される。ラジエータ７は、ボディ１の先端に配置される。モータ１１は、前輪１３側に配置される。このように、エアコンユニット５および駆動システム６は、電気自動車１０の車室１５内に配置され、ラジエータ７は、車室１５外に配置される。なお、駆動システム６は、後部のラゲージに配置されてもよい。
【００４７】
配管８は、駆動システム６をエアコンユニット５に連結する。配管９は、ラジエータ７をエアコンユニット５に連結する。ケーブル１２は、モータ１１を駆動システム６に接続する。モータ１１は、前輪１３に連結される。そして、モータ１１は、前輪１３（駆動輪）を駆動する。
【００４８】
なお、図１には示されていないが、燃料電池（ＦＣ）がエアコンユニット５の紙面奥側に搭載されている。
【００４９】
図２は、エアコンユニット５、駆動システム６、ラジエータ７およびＦＣの配置図である。図２を参照して、この発明による駆動システム６は、バッテリ６１と、パワーコントロールユニット（ＰＣＵ：Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）６２と、熱交換器６３と、ウォータポンプ６４と、配管６５とを含む。
【００５０】
フレーム２０は、領域２１〜２５を有する。バッテリ６１およびＰＣＵ６２は、フレーム２０の領域２１に配置される。そして、ＰＣＵ６２は、バッテリ６１に接して配置され、電気的にバッテリ６１に接続される。熱交換器６３およびウォータポンプ６４は、フレーム２０の領域２４に配置される。配管６５は、バッテリ６１、ＰＣＵ６２および熱交換器６３をループ状に連結する。具体的には、配管６５は、熱交換器６３からバッテリ６１に入り、バッテリ６１を通ってＰＣＵ６２に入る。そして、配管６５は、ＰＣＵ６２を通って熱交換器６３に戻る。このように、バッテリ６１およびＰＣＵ６２は、配管６５によって直列に連結される。
【００５１】
ウォータポンプ６４は、熱交換器６３からバッテリ６１に至る配管６５に挿入される。温度センサー６６は、バッテリ６１に設置される。温度センサー６７は、ＰＣＵ６２に設置される。温度センサー６８は、ウォータポンプ６４とバッテリ６１との間の配管６５に設置される。
【００５２】
エアコンユニット５は、フレーム２０の領域２４に配置される。そして、エアコンユニット５は、配管８によって熱交換器６３に連結される。ラジエータ７は、フレーム２０の領域２５に配置される。そして、ラジエータ７は、配管９によってエアコンユニット５に連結される。ＦＣ３０は、フレーム２０の領域２３に配置される。そして、ＦＣ３０は、ケーブル（図示せず）によってＰＣＵ６２に電気的に接続される。
【００５３】
なお、フレーム２０の領域２２は、空き領域である。
このように、エアコンユニット５、駆動システム６（：バッテリ６１、ＰＣＵ６２、熱交換器６３、ウォータポンプ６４）、ラジエータ７およびＦＣ３０は、フレーム２０の各領域に配置され、フレーム２０を電気自動車１０に搭載することにより一体的に電気自動車１０に搭載される。そして、フレーム２０を電気自動車１０に搭載するとき、ラジエータ７が電気自動車１０の先端に位置し、エアコンユニット５、ＦＣ３０、熱交換器６３およびウォータポンプ６４がフロントシート３の下に位置し、バッテリ６１およびＰＣＵ６２がリアシート４の下に位置するように、フレーム２０が電気自動車１０に搭載される。
【００５４】
ＦＣ３０は、直流電圧をＰＣＵ６２へ供給する。バッテリ６１は、ニッケル水素電池およびリチウムイオン電池等の二次電池からなる。そして、バッテリ６１は、直流電圧をＰＣＵ６２へ供給する。ＰＣＵ６２は、ＦＣ３０からの直流電圧、またはＦＣ３０およびバッテリ６１からの直流電圧を交流電圧に変換してモータ１１を駆動する。また、ＰＣＵ６２は、モータ１１が発電した交流電圧を直流電圧に変換してバッテリ６１を充電する。
【００５５】
エアコンユニット５は、エアコンＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）４０からの制御に基づいて、配管９を介してラジエータ７との間でエアコンの冷媒を循環させ、電気自動車１０の車室１５内の温度を所定の温度に設定する。また、エアコンユニット５は、エアコンＥＣＵ４０からの制御に基づいて、配管８を介してエアコンの冷媒を熱交換器６３との間で循環させる。
【００５６】
ラジエータ７は、配管９を介してエアコンユニット５からエアコンの冷媒を受け、その受けたエアコンの冷媒を冷却する。そして、ラジエータ７は、冷却したエアコンの冷媒を配管９を介してエアコンユニット５へ流す。
【００５７】
熱交換器６３は、エアコンユニット５からのエアコンの冷媒と配管６５中を流れる冷却水との熱交換を行ない、配管６５を流れる冷却水を冷却する。ウォータポンプ６４は、冷却水がバッテリ６１、ＰＣＵ６２および熱交換器６３の順に流れるように配管６５中で冷却水を循環させる。
【００５８】
温度センサー６６は、バッテリ６１の温度Ｔｂを検出し、その検出した温度ＴｂをエアコンＥＣＵ４０へ出力する。温度センサー６７は、ＰＣＵ６２の温度Ｔｐを検出し、その検出した温度ＴｐをエアコンＥＣＵ４０へ出力する。温度センサー６８は、配管６５を流れる冷却水の水温Ｔｗを検出し、その検出した水温ＴｗをエアコンＥＣＵ４０へ出力する。
【００５９】
エアコンＥＣＵ４０は、温度Ｔｂ，Ｔｐおよび水温Ｔｗに基づいて、温度Ｔｂ，Ｔｐがそれぞれバッテリ６１の冷却目標温度ＴｂｔｒｇおよびＰＣＵ６２の冷却目標温度Ｔｐｔｒｇになり、水温Ｔｗがバッテリ６１の冷却水の目標温度Ｔｂｗｔｒｇ以下になるようにエアコンユニット５を制御する。
【００６０】
図３は、図２に示す熱交換器６３の斜視図である。図３を参照して、熱交換器６３は、熱交換部６３１と、入口部６３２，６３３と、出口部６３４，６３５とからなる。熱交換部６３１は、通路６３１１，６３１２を有する。通路６３１１，６３１２は、端面６３１Ａから端面６３１Ｂの方向へ直線状に設けられている。通路６３１２は、通路６３１１によって囲まれている。通路６３１１は、配管６５からの冷却水を流す通路であり、通路６３１２は、配管８からのエアコンの冷媒を流す通路である。なお、熱交換部６３１、入口部６３２，６３３、および出口部６３４，６３５は、アルミニウムからなる。
【００６１】
入口部６３２，６３３は、熱交換部６３１の端面に取り付けられ、出口部６３４，６３５は、熱交換部６３１の端面６３１Ｂに取り付けられる。
【００６２】
出口部６３４は、通路６３４１と出口６３４２とを有する。出口部６３５は、通路６３５１と出口６３５２とを有する。入口部６３２は、入口６３２１と、通路６３４１と同じ通路とを有する。入口部６３３は、入口６３３１と、通路６３５１と同じ通路とを有する。
【００６３】
そして、入口部６３２は、その通路（通路６３４１と同じ通路）が熱交換部６３１の通路６３１１に連結されるように端面６３１Ａに取り付けられる。また、入口部６３３は、その通路（通路６３５１と同じ通路）が熱交換部６３１の通路６３１２に連結されるように端面６３１Ａに取り付けられる。出口部６３４，６３５は、それぞれ、通路６３１１，６３１２に連結されるように端面６３１Ｂに取り付けられる。
【００６４】
配管６５からの冷却水は、入口６３２１から入口部６３２に入り、熱交換部６３１の通路６３１１を通って出口部６３４の通路６３４１に至る。そして、冷却水は、出口６３４２から出口部６３４を出て、配管６５中を循環する。
【００６５】
また、エアコンユニット５からのエアコンの冷媒は、入口６３３１から入口部６３３に入り、熱交換部６３１の通路６３１２を通って出口部６３５の通路６３５１に至る。そして、冷媒は、出口６３５２から出口部６３５を出て、配管８中を循環する。
【００６６】
そうすると、熱交換部６３１は、通路６３１２を通過するエアコンの冷媒によって冷却され、通路６３１１を通過する冷却水を冷却する。すなわち、熱交換部６３１は、エアコンの冷媒と冷却水との間で熱交換を行ない、冷却水を冷却する。そして、通路６３１１を流れる冷却水は、通路６３１１によって囲まれた通路６３１２を流れるエアコンの冷媒により冷却される。つまり、冷却水の熱は、通路６３１１によって囲まれた、すなわち、通路６３１１よりも内側に位置する通路６３１２へ伝達され、冷却水は、エアコンの冷媒によって冷却される。
【００６７】
したがって、熱交換器６３を用いることにより、冷却水は、熱交換器６３の周囲の温度による影響を受けることなく安定して冷却される。
【００６８】
このように、通路６３１１を流れる冷却水の熱は、熱交換部６３１を伝達し、通路６３１２を流れるエアコンの冷媒に吸収される。そして、熱交換部６３１は、上述したようにアルミニウムからなるので、冷却水の熱を通路６３１１から通路６３１２へ効率良く伝達する。なお、アルミニウムは、「熱伝導体」を構成する。
【００６９】
再び、図２を参照して、バッテリ６１およびＰＣＵ６２を冷却する冷却機構について説明する。温度センサー６６は、バッテリ６１の温度Ｔｂを検出し、その検出した温度ＴｂをエアコンＥＣＵ４０へ出力する。温度センサー６７は、ＰＣＵ６２の温度Ｔｐを検出し、その検出した温度ＴｐをエアコンＥＣＵ４０へ出力する。温度センサー６８は、配管６５を流れる冷却水の水温Ｔｗを検出し、その検出した水温ＴｗをエアコンＥＣＵ４０へ出力する。
【００７０】
エアコンＥＣＵ４０は、温度Ｔｂ，Ｔｐおよび水温Ｔｗに基づいて、温度Ｔｂ，Ｔｐがそれぞれバッテリ６１の冷却目標温度ＴｂｔｒｇおよびＰＣＵ６２の冷却目標温度Ｔｐｔｒｇになり、水温Ｔｗがバッテリ６１の冷却水の目標温度Ｔｂｗｔｒｇ以下になるようにエアコンユニット５を制御する。そして、エアコンユニット５は、エアコンＥＣＵ４０によってオン／オフされ、配管８を介して冷媒を熱交換器６３との間で循環させる。この場合、エアコンユニット５は、水温Ｔｗが目標温度Ｔｂｗｔｒｇよりも高いとき、より多くの冷媒を配管８を介して熱交換器６３との間で循環させ、水温Ｔｗが目標温度Ｔｂｗｔｒｇに近づくに従って冷媒の量を減少させる。そして、エアコンユニット５は、水温Ｔｗが目標温度Ｔｂｗｔｒｇよりも低くなると、熱交換器６３との間で冷媒の循環を停止する。また、エアコンユニット５は、配管９を介してエアコンの冷媒をラジエータ７との間で循環させ、車室１５内の温度を所定の温度に設定する。
【００７１】
熱交換器６３は、上述した機構によってエアコンユニット５からの冷媒と配管６５を循環する冷却水との間で熱交換を行ない、冷却水を冷却する。そして、ウォータポンプ６４は、熱交換器６３によって冷却された冷却水がバッテリ６１およびＰＣＵ６２の順にバッテリ６１およびＰＣＵ６２に供給されるように、配管６５中で冷却水を循環させる。
【００７２】
これにより、バッテリ６１は、温度Ｔｂが冷却目標温度Ｔｂｔｒｇ以下になるように冷却水によって冷却され、ＰＣＵ６２は、温度Ｔｐが冷却目標温度Ｔｐｔｒｇ以下になるように冷却水によって冷却される。
【００７３】
バッテリ６１の冷却目標温度Ｔｂｔｒｇは、たとえば、４０℃であり、ＰＣＵ６２の冷却目標温度Ｔｐｔｒｇは、たとえば、１００℃である。そして、バッテリ６１の温度Ｔｂを４０℃以下に設定するためにバッテリ６１に供給される冷却水の目標温度Ｔｂｗｔｒｇは、たとえば、３０℃以下に設定される。また、ＰＣＵ６２の温度Ｔｐを１００℃以下に設定するためにＰＣＵ６２に供給される冷却水の目標温度Ｔｐｗｔｒｇは、たとえば、６５℃以下に設定される。
【００７４】
上述したように、バッテリ６１およびＰＣＵ６２は、配管６５によって直列に連結されるため、バッテリ６１の温度Ｔｂを４０℃以下に冷却し、かつ、ＰＣＵ６２の温度Ｔｐを１００℃以下に冷却するためには、冷却目標温度がより低いバッテリ６１側から冷却水を流す必要がある。
【００７５】
そこで、上述したように、ウォータポンプ６４は、冷却水がバッテリ６１、ＰＣＵ６２および熱交換器６３の順に流れるように配管６５中で冷却水を循環させることにしたものである。
【００７６】
また、バッテリ６１の温度Ｔｂが４０℃以下になるようにバッテリ６１およびＰＣＵ６２を冷却するためには、配管６５中を流れる冷却水の水温Ｔｗを３０℃以下に設定する必要がある。
【００７７】
そこで、エアコンＥＣＵ４０は、水温Ｔｗが冷却水のより低い目標温度である目標温度Ｔｂｗｔｒｇ以下になるように、エアコンユニット５を制御することにしたものである。
【００７８】
このように、この発明は、バッテリ６１およびＰＣＵ６２を配管６５によって直列に連結し、配管６５中で冷却水を循環してバッテリ６１およびＰＣＵ６２を同じ冷却方式によって冷却することを特徴とする。そして、この特徴により、バッテリ６１を空冷し、ＰＣＵ６２を水冷する場合に必要である空冷用のダクトおよび排気ファンが不要になり、バッテリ６１とＰＣＵ６２との間に「すきま」を確保する必要がない。その結果、ＰＣＵ６２をバッテリ６１に近接して配置でき、駆動システム６をコンパクト化できる。
【００７９】
また、この発明は、冷却目標温度がより低いバッテリ６１側から冷却水を流すことを特徴とする。そして、この特徴により、冷却目標温度が異なるバッテリ６１およびＰＣＵ６２をそれぞれ冷却目標温度Ｔｂｔｒｇ，Ｔｐｔｒｇ以下に冷却することができる。
【００８０】
図４は、図２に示すＰＣＵ６２の斜視図である。図４を参照して、ＰＣＵ６２は、リアクトル６２１、ＩＰＭ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ  Ｐｏｗｅｒ  Ｍｏｄｕｌｅ）６２２、インバータ６２３、コンデンサＣ１および制御装置６２４から成る。ＩＰＭ６２２は、リアクトル６２１に隣接して配置される。インバータ６２３は、リアクトル６２１およびＩＰＭ６２２に隣接して配置される。コンデンサＣ１は、インバータ６２３の上に配置される。制御装置６２４は、コンデンサＣ１の上に配置される。配管６５は、ＰＣＵ６２の下側に設けられる。そして、冷却水が配管６５を流れることにより、リアクトル６２１、ＩＰＭ６２２、インバータ６２３、コンデンサＣ１および制御装置６２４は、冷却目標温度Ｔｐｔｒｇ以下に冷却される。
【００８１】
このように、ＰＣＵ６２は、リアクトル６２１、ＩＰＭ６２２、インバータ６２３、コンデンサＣ１および制御装置６２４をコンパクトに格納してフレーム２０の領域２１に設置され、電気自動車１０または燃料電気自動車に搭載される。
【００８２】
図５は、図２に示すＦＣ３０、バッテリ６１およびＰＣＵ６２（：リアクトル６２１、ＩＰＭ６２２、インバータ６２３、コンデンサＣ１および制御装置６２４）の電気回路図である。
【００８３】
図５を参照して、ＦＣ３０は、昇圧コンバータ６３０の出力とインバータ６２３の入力との間のノードＮ１，Ｎ２に接続される。そして、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、ＦＣ３０とノードＮ１，Ｎ２との間に設けられる。システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、制御装置６２４からの信号ＳＥ１によりオン／オフされる。より具体的には、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、制御装置６２４からのＨ（論理ハイ）レベルの信号ＳＥ１によりオンされ、制御装置６２４からのＬ（論理ロー）レベルの信号ＳＥ１によりオフされる。
【００８４】
システムリレーＳＲ３，ＳＲ４は、バッテリ６１と昇圧コンバータ６３０の入力との間に設けられる。システムリレーＳＲ３，ＳＲ４は、制御装置６２４からの信号ＳＥ２によりオン／オフされる。より具体的には、システムリレーＳＲ３，ＳＲ４は、制御装置６２４からのＨレベルの信号ＳＥ２によりオンされ、制御装置６２４からのＬレベルの信号ＳＥ２によりオフされる。
【００８５】
ＩＰＭ６２２は、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。リアクトル６２１は、一方端がバッテリ６１の電源ラインに接続され、他方端がＮＰＮトランジスタＱ１とＮＰＮトランジスタＱ２との中間点、すなわち、ＮＰＮトランジスタＱ１のエミッタとＮＰＮトランジスタＱ２のコレクタとの間に接続される。
【００８６】
ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２は、インバータ６２３の電源ラインとアースラインとの間に直列に接続される。そして、各ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれ接続されている。
【００８７】
なお、リアクトル６２１およびＩＰＭ６２２は、昇圧コンバータ６３０を構成する。
【００８８】
インバータ６２３は、Ｕ相アーム６２５、Ｖ相アーム６２６およびＷ相アーム６２７からなる。Ｕ相アーム６２５、Ｖ相アーム６２６およびＷ相アーム６２７は、インバータ６２３の電源ラインとアースラインとの間に並列に接続される。
【００８９】
Ｕ相アーム６２５は、直列に接続されたＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４から成り、Ｖ相アーム６２６は、直列に接続されたＮＰＮトランジスタＱ５，Ｑ６から成り、Ｗ相アーム６２７は、直列に接続されたＮＰＮトランジスタＱ７，Ｑ８から成る。また、各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ３〜Ｄ８がそれぞれ接続されている。
【００９０】
各相アームの中間点は、モータ１１の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、モータ１１は、３相の永久磁石モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一端が中点に共通接続されて構成され、Ｕ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４の中間点に、Ｖ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ５，Ｑ６の中間点に、Ｗ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ７，Ｑ８の中間点にそれぞれ接続されている。
【００９１】
ＦＣ３０は、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２がオンされると直流電圧を駆動システム６およびバッテリ６１へ供給する。電圧センサー６１０は、ＦＣ３０から出力される直流電圧Ｖｆｃを検出し、その検出した直流電圧Ｖｆｃを制御装置６２４へ出力する。バッテリ６１は、システムリレーＳＲ３，ＳＲ４がオンされると直流電圧を昇圧コンバータ６３０へ供給する。電圧センサー６２０は、バッテリ６１から出力される直流電圧Ｖｂを検出し、その検出した直流電圧Ｖｂを制御装置６２４へ出力する。
【００９２】
昇圧コンバータ６３０は、バッテリ６１からの直流電圧Ｖｂを制御装置６２４からの信号ＰＷＭＵによって昇圧し、その昇圧した直流電圧をコンデンサＣ１に供給する。また、昇圧コンバータ６３０は、駆動システム６が搭載された電気自動車１０の回生制動時、インバータ６２３から供給された直流電圧を制御装置６２４からの信号ＰＷＭＤによって降圧し、その降圧した直流電圧をバッテリ６１に供給する。
【００９３】
コンデンサＣ１は、昇圧コンバータ６３０またはＦＣ３０からの直流電圧を平滑化してインバータ６２３へ供給する。電圧センサー６４０は、コンデンサＣ１の両端の電圧Ｖｍを検出し、その検出した電圧Ｖｍを制御装置６２４へ出力する。インバータ６２３は、コンデンサＣ１から供給された直流電圧を制御装置６２４からの信号ＰＷＭＩによって交流電圧に変換してモータ１１を駆動する。また、インバータ６２３は、駆動システム６が搭載された電気自動車１０の回生制動時、モータ１１が発電した交流電圧を制御装置６２４からの信号ＰＷＭＣによって直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサＣ１を介して昇圧コンバータ６３０へ供給する。
【００９４】
電流センサー６５０は、モータ１１に流れるモータ電流ＭＣＲＴを検出し、その検出したモータ電流ＭＣＲＴを制御装置６２４へ出力する。
【００９５】
制御装置６２４は、ＨレベルまたはＬレベルの信号ＳＥ１によりシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２をオン／オフし、ＨレベルまたはＬレベルの信号ＳＥ２によりシステムリレーＳＲ３，ＳＲ４をオン／オフする。
【００９６】
また、制御装置６２４は、駆動システム６の外部に設けられた外部ＥＣＵからモータ回転数ＭＲＮおよびトルク指令値ＴＲを受ける。そして、制御装置６２４は、直流電圧Ｖｂ、直流電圧Ｖｍ、モータ回転数ＭＲＮおよびトルク指令値ＴＲに基づいて信号ＰＷＭＵまたは信号ＰＷＭＤを生成し、その生成した信号ＰＷＭＵまたは信号ＰＷＭＤをＩＰＭ６２２へ出力する。より具体的には、制御装置６２４は、モータ回転数ＭＲＮおよびトルク指令値ＴＲに基づいて、昇圧コンバータ６３０の出力電圧の目標値である電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍを演算し、直流電圧Ｖｍが電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍに一致するようにＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をスイッチングするときのデューティー比を演算して信号ＰＷＭＵまたは信号ＰＷＭＤを生成する。信号ＰＷＭＵは、直流電圧Ｖｂを昇圧するための信号であり、信号ＰＷＭＤは、インバータ６２３からの直流電圧を降圧するための信号である。
【００９７】
なお、制御装置６２４は、モータ１１の動作モードが力行モードであるとき信号ＰＷＭＵを生成し、モータ１１の動作モードが回生モードであるとき信号ＰＷＭＤを生成する。
【００９８】
さらに、制御装置６２４は、直流電圧Ｖｍ（インバータ６２３への入力電圧に相当）、モータ電流ＭＣＲＴおよびトルク指令値ＴＲに基づいて信号ＰＷＭＩまたは信号ＰＷＭＣを生成してインバータ６２３へ出力する。より具体的には、制御装置６２４は、直流電圧Ｖｍ、モータ電流ＭＣＲＴおよびトルク指令値ＴＲに基づいて、モータ１１の各相のコイルに印加する電圧を演算し、その演算した電圧に基づいて、実際にインバータ６２３のＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８をスイッチング制御するための信号ＰＷＭＩまたは信号ＰＷＭＣを生成する。信号ＰＷＭＩは、コンデンサＣ１から供給された直流電圧を交流電圧に変換するための信号であり、信号ＰＷＭＣは、モータ１１が発電した交流電圧を直流電圧に変換するための信号である。
【００９９】
なお、制御装置６２４は、モータ１１の動作モードが力行モードであるとき信号ＰＷＭＩを生成し、モータ１１の動作モードが回生モードであるとき信号ＰＷＭＣを生成する。
【０１００】
制御装置６２４は、電気自動車１０の通常走行時、Ｈレベルの信号ＳＥ１を生成してシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２へ出力し、ＦＣ３０は、直流電圧Ｖｆｃを駆動システム６に供給する。そして、インバータ６２３は、ＦＣ３０からの直流電圧を信号ＰＷＭＩによって交流電圧に変換してモータ１１を駆動する。
【０１０１】
また、制御装置６２４は、電気自動車１０の加速時、Ｈレベルの信号ＳＥ１を生成してシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２へ出力し、Ｈレベルの信号ＳＥ２を生成してシステムリレーＳＲ３，ＳＲ４へ出力する。ＦＣ３０は、直流電圧Ｖｆｃを駆動システム６へ供給し、バッテリ６１は、直流電圧Ｖｂを昇圧コンバータ６３０へ供給する。そして、昇圧コンバータ６３０は、直流電圧Ｖｂを信号ＰＷＭＵによって昇圧してインバータ６２３へ供給し、インバータ６２３は、昇圧コンバータ６３０からの直流電圧を信号ＰＷＭＩによって交流電圧に変換してモータ１１を駆動する。
【０１０２】
さらに、電気自動車１０の回生制動時、インバータ６２３は、モータ１１が発電した交流電圧を信号ＰＷＭＣによって直流電圧に変換して昇圧コンバータ６３０へ供給し、昇圧コンバータ６３０は、インバータ６２３からの直流電圧を信号ＰＷＭＤによって降圧する。電気自動車１０の回生制動時、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２はオンされており、システムリレーＳＲ３，ＳＲ４もオンされているため、昇圧コンバータ６３０は、降圧した直流電圧をバッテリ６１へ供給する。
【０１０３】
このように、駆動システム６は、モータ１１の動作モードが力行モードであるとき、主にＦＣ３０からの直流電圧Ｖｆｃによってモータ１１を駆動し、電気自動車１０の加速時等、ＦＣ３０からの直流電圧Ｖｆｃだけではモータ１１がトルク指令値ＴＲによって指定されたトルクを出力できないとき、バッテリ６１からの直流電圧Ｖｂによってモータ１１を駆動する。また、駆動システム６は、電気自動車１０の回生制動時、モータ１１が発電した電力をバッテリ６１に蓄積する。
【０１０４】
再び、図２を参照して、駆動システム６は、上述したようにＦＣ３０からの直流電圧ＶｆｃまたはＦＣ３０およびバッテリ６１からの直流電圧Ｖｆｃ＋Ｖｂによってモータ１１を駆動し、モータ１１が発電した電力によってバッテリ６１を充電する。そして、モータ１１は、電気自動車１０の前輪１３を駆動するとともに、前輪１３の回転力により発電する。
【０１０５】
そして、バッテリ６１は、直流電圧の充放電時に温度Ｔｂが最も高温になる。また、モータ１１の力行モードおよび回生モードにおいて、ＰＣＵ６２に含まれるＩＰＭ６２２およびインバータ６２３は、スイッチング動作を行ない、発熱し、リアクトル６２１も発熱する。
【０１０６】
そして、エアコンＥＣＵ４０は、温度Ｔｂ，Ｔｐおよび水温Ｔｗに基づいて、温度Ｔｂ，Ｔｐがそれぞれ冷却目標温度Ｔｂｔｒｇ，Ｔｐｔｒｇ以下になり、水温Ｔｗが目標温度Ｔｂｗｔｒｇ以下になるようにエアコンユニット５を制御し、エアコンユニット５は、温度Ｔｂ，Ｔｐがそれぞれ冷却目標温度Ｔｂｔｒｇ，Ｔｐｔｒｇ以下になり、水温Ｔｗが目標温度Ｔｂｗｔｒｇ以下になるように、配管８を介してエアコンの冷媒を熱交換器６３との間で循環させる。
【０１０７】
熱交換器６３は、エアコンの冷媒と配管６５を流れる冷却水との熱交換によって冷却水を冷却する。ウォータポンプ６４は、熱交換器６３によって冷却された冷却水がバッテリ６１およびＰＣＵ６２の順に流れるように、冷却水を配管６５中で循環させる。
【０１０８】
これにより、バッテリ６１およびＰＣＵ６２は、それぞれ、冷却目標温度Ｔｂｔｒｇ，Ｔｐｔｒｇ以下に冷却される。
【０１０９】
このように、駆動システム６においては、バッテリ６１およびＰＣＵ６２を同じ冷却方式である水冷によって冷却する。これにより、バッテリ６１を空冷により冷却し、ＰＣＵ６２を水冷によって冷却する場合に必要であった空冷用のダクトおよび排気ファンが不要となり、バッテリ６１とＰＣＵ６２との間にダクトおよび排気ファン用のスペースを設ける必要がない。その結果、ＰＣＵ６２をバッテリ６１に接して設置することが可能になり、駆動システム６をコンパクト化できる。
【０１１０】
また、車室１５内の温度調整に用いられるエアコンユニット５からの冷媒によってバッテリ６１およびＰＣＵ６２の冷却水を冷却することにより、エアコンユニット５に連結されたラジエータ７と別のラジエータを削除することができる。その結果、ラジエータから駆動システム６への配管の数を削減でき、駆動システムをコンパクト化できる。
【０１１１】
さらに、冷却水をエアコンの冷媒との熱交換によって冷却し、かつ、冷却水をＰＣＵ６２に優先してバッテリ６１から流すことにより、バッテリ６１の冷却効率を高めることができ、バッテリ６１の使用可能な温度範囲が広くなる。その結果、バッテリ６１からの直流電圧Ｖｂによってモータ１１の駆動をアシストできる温度範囲が広くなり、電気自動車１０の燃費を向上させることができる。
【０１１２】
さらに、バッテリ６１およびＰＣＵ６２の冷却方式を水冷方式に統一し、ラジエータを１つ削除し、さらに、ラジエータからの配管の数を削減して駆動システム６をコンパクト化することにより、エアコンユニット５、駆動システム６およびＦＣ３０の全体サイズを小さくでき、これらを床下に配置することができる。
【０１１３】
なお、この発明においては、ウォータポンプ６４は、温度センサー６８によって検出された水温Ｔｗと目標温度Ｔｂｗｔｒｇとの温度差に応じて冷却水の水量を変えるようにしてもよい。
【０１１４】
また、上記においては、バッテリ６１およびＰＣＵ６２を水によって冷却すると説明したが、この発明においては、これに限らず、冷却方式が同一であり、かつ、駆動システム６をコンパクト化できる冷却方式であればよい。
【０１１５】
さらに、上記においては、駆動システム６は、１つのモータ１１を駆動すると説明したが、この発明においては、駆動システム６は、４つのモータを駆動するようにしてもよい。すなわち、４つのモータは、電気自動車１０の前輪１３および後輪１４の４つの車輪に対応して設けられ、駆動システム６は、４つのモータを駆動する。この場合、駆動システム６は、４つのモータに対応して４つのインバータを含む。そして、４つのインバータは、コンデンサＣ１の両端に並列に接続される。
【０１１６】
さらに、上記においては、モータ１１は、前輪１３を駆動すると説明したが、後輪１４を駆動するようにしてもよい。
【０１１７】
さらに、バッテリ６１に入出力する直流電流を検出する電流センサーを設け、エアコンＥＣＵ４０は、電流センサーからの直流電流の電流値および極性に基づいてバッテリ６１の充電および放電を判定し、バッテリ６１の充電時または放電時に熱交換器６３との間で循環させるエアコンの冷媒の量を多くするようにエアコンユニット５を制御してもよい。この場合、エアコンの冷媒の量を多くするための具体的手段としては、オンされる期間を通常時よりも長くするようにエアコンユニット５を制御することが考えられる。
【０１１８】
さらに、上記においては、ＩＰＭ６２２およびインバータ６２３は、ＮＰＮトランジスタにより構成されると説明したが、この発明においては、これに限らず、ＩＰＭ６２２およびインバータ６２３は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）およびＭＯＳトランジスタ等の半導体スイッチング素子によって構成されていればよい。
【０１１９】
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、上記した実施の形態の説明ではなくて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。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態による駆動システムを搭載した電気自動車の概略ブロック図である。
【図２】エアコンユニット、駆動システム、ラジエータおよびＦＣの配置図である。
【図３】図２に示す熱交換器の斜視図である。
【図４】図２に示すＰＣＵの斜視図である。
【図５】図２に示すＦＣ、バッテリおよびＰＣＵ（：リアクトル、ＩＰＭ、インバータ、コンデンサおよび制御装置）の電気回路図である。
【図６】電気自動車に搭載される従来の駆動システムを示す斜視図である。
【符号の説明】
１  ボディ、２  ハンドル、３  フロントシート、４  リアシート、５  エアコンユニット、６，３００  駆動システム、７，３３０  ラジエータ、８，９，６５，３４１〜３４３  配管、１０  電気自動車、１１  モータ、１２  ケーブル、１３  前輪、１４  後輪、１５  車室、２０，３２０  フレーム  ２１〜２５  領域、３０，３１２  ＦＣ、４０  エアコンＥＣＵ、６１，３１１  バッテリ、６２，３１０  ＰＣＵ、６３  熱交換器、６４，３４０  ウォータポンプ、６６〜６８  温度センサー、６１０，６２０，６４０  電圧センサー、６２１  リアクトル、６２２  ＩＰＭ、６２３  インバータ、６２４  制御装置、６２５Ｕ相アーム、６２６  Ｖ相アーム、６２７  Ｗ相アーム、６３０  昇圧コンバータ、６３１  熱交換部、６３１Ａ，６３１Ｂ  端面、６３２，６３３  入口部、６３４，６３５  出口部、６５０  電流センサー、６３１１，６３１２，６３４１，６３５１  通路、６３２１，６３３１  入口、６３４２，６３５２  出口、Ｃ１  コンデンサ、ＳＲ１〜ＳＲ４  システムリレー、Ｑ１〜Ｑ８  ＮＰＮトランジスタ、Ｄ１〜Ｄ８  ダイオード、Ｎ１，Ｎ２  ノード。
【図１】
2005012890.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005012890.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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