(57)【要約】      （修正有）【課題】電動車両の電力変換装置を冷却する冷却システムにおいて、電力変換装置をより効率よく冷却することが可能な技術を提供する。【解決手段】電動車両に搭載された電力変換装置１２を冷却する冷却システム１０において、電力変換装置１２は、パワー半導体装置２８と、パワー半導体装置２８より発熱量の小さい電気部品と、パワー半導体装置２８および電気部品を収容するケース３８を備えている。冷却システム１０は、パワー半導体装置２８を冷却水の循環によって冷却する水冷機構４０と、電力変換装置１２を冷却用空気の送風によって冷却する空冷機構４２と、ケースの内部の空気の温度を検出する内気温度センサ２４と、冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ２６を備えている。空冷機構４２の冷却能力は内気温度センサ２４の検出温度に応じて調整され、水冷機構の冷却能力は冷却水温度センサ２６の検出温度に応じて調整される。【選択図】図１
2013084648.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動車両に搭載された電力変換装置を冷却する冷却システムであって、
前記電力変換装置は、パワー半導体装置と、前記パワー半導体装置より発熱量の小さい電気部品と、前記パワー半導体装置および前記電気部品を収容するケースを備えており、
前記冷却システムは、
前記パワー半導体装置を冷却水の循環によって冷却する水冷機構と、
前記電力変換装置を冷却用空気の送風によって冷却する空冷機構と、
前記ケースの内部の空気の温度を検出する内気温度センサと、
前記冷却水の温度を検出する冷却水温度センサを備えており、
前記空冷機構の冷却能力が前記内気温度センサの検出温度に応じて調整され、前記水冷機構の冷却能力が前記冷却水温度センサの検出温度に応じて調整される冷却システム。
【請求項２】
前記電気部品が前記パワー半導体装置の動作を制御する制御基板を備える請求項１の冷却システム。
【請求項３】
前記電気部品がコンデンサを備える請求項１または２の冷却システム。
【請求項４】
前記電気部品がリアクトルを備える請求項１から３の何れか一項の冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、冷却システムに関する。特に、本明細書は、電動車両に搭載される電力変換装置の冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車や電気自動車などの電動車両の電力変換装置には、発熱量の大きなパワー半導体装置が用いられている。電力変換装置の典型は、バッテリの直流電力を車輪駆動用モータに適した交流電力に変換するインバータである。パワー半導体装置はモータを駆動するための大電流を扱うため発熱量が大きい。パワー半導体装置の典型は、インバータのスイッチング回路である。多くの電動車両では、パワー半導体装置を冷却するために、冷却水を循環させる水冷機構が設けられている。このような水冷機構を備える冷却システムが、例えば特許文献１，２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２７４５２４号公報
【特許文献２】特開２００９−０２７７９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電力変換装置では、パワー半導体装置のほかにも、制御基板や、コンデンサ、リアクトルなどの電気部品がケース内に収容される。これらの電気部品は、パワー半導体装置よりも発熱量が小さいものの、通常の動作に伴い発熱する。パワー半導体装置が強く発熱している際には、冷却水の循環によってパワー半導体装置を冷却することで、間接的にこれらの電気部品についても冷却することができる。
【０００５】
パワー半導体装置がそれほど発熱していない状況で、他の電気部品を冷却したい場合がある。例えば、電動車両が高速走行している場合、大きなトルクが不要なため、パワー半導体装置（例えばインバータのスイッチング回路）はそれほど発熱しない。しかしながら、他の電気部品は通常通り発熱するため、これらの電気部品を冷却する必要がある。このような場合に、パワー半導体装置を冷却するための水冷機構を用いて、間接的に電気部品の冷却を行うことは、冷却効率の面で好ましいものとは言えない。電力変換装置をより効率よく冷却可能な技術が期待されている。
【０００６】
本明細書では、上記の課題を解決する技術を提供する。本明細書では、電動車両の電力変換装置を冷却する冷却システムにおいて、電力変換装置をより効率よく冷却することが可能な技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書は、電動車両に搭載された電力変換装置を冷却する冷却システムを開示する。電力変換装置は、パワー半導体装置と、パワー半導体装置より発熱量の小さい電気部品と、パワー半導体装置および電気部品を収容するケースを備えている。冷却システムは、パワー半導体装置を冷却水の循環によって冷却する水冷機構と、電力変換装置を冷却用空気の送風によって冷却する空冷機構と、ケースの内部の空気の温度を検出する内気温度センサと、冷却水の温度を検出する冷却水温度センサを備えている。空冷機構の冷却能力は内気温度センサの検出温度に応じて調整され、水冷機構の冷却能力は冷却水温度センサの検出温度に応じて調整される。電力変換装置の典型は、前述したように、バッテリの直流電力を走行用モータの駆動に適した交流電力に変換するインバータである。
【０００８】
上記の冷却システムでは、冷却水の循環によってパワー半導体装置を冷却する水冷機構の冷却能力と、冷却用空気の送風によって電力変換装置を冷却する空冷機構の冷却能力が、独立して調整される。水冷機構の冷却能力は、冷却水温度センサの検出温度に応じて調整される。空冷機構の冷却能力は、内気温度センサの検出温度に応じて調整される。
【０００９】
例えば電動車両が通常走行している場合のように、パワー半導体装置が強く発熱している場合、上記の冷却システムでは、冷却水温度の上昇に伴って、水冷機構による冷却が行われる。この場合、冷却水の循環によってパワー半導体装置を冷却することで、間接的に他の電気部品についても冷却することができる。
【００１０】
上記と異なり、例えば電動車両が高速走行している場合のように、パワー半導体装置がそれほど発熱していないものの、他の電気部品が発熱している場合、上記の冷却システムでは、内気温度の上昇に伴って、空冷機構による冷却が行われる。このように、上記の冷却システムによれば、水冷機構と空冷機構を独立に制御することで、電動車両の状態によって必要な冷却の程度が異なるパワー半導体装置と他の電気部品について、適切に冷却することができる。電力変換装置を効率よく冷却することができる。
【００１１】
なお、上記の冷却システムでは、上記の電気部品が、パワー半導体装置の動作を制御する制御基板を備えていてもよいし、コンデンサを備えていてもよい。あるいは、上記の電気部品は、電圧の昇圧コンバータ回路（もしくは降圧コンバータ回路）に用いられるリアクトルを備えていてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本明細書が開示する技術によれば、電動車両の電力変換装置を冷却する冷却システムにおいて、電力変換装置をより効率よく冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】冷却システム１０の構成を模式的に示す図である。
【図２】制御装置２２が行う処理を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、本実施例の冷却システム１０の構成を示している。冷却システム１０は、電動車両に搭載された電力変換装置１２を冷却するために使用される。冷却システム１０は、電力変換装置１２と、冷却水循環路１４と、冷却ポンプ１６と、ラジエータ１８と、冷却ファン２０と、制御装置２２と、内気温度センサ２４と、冷却水温度センサ２６を備えている。
【００１５】
電力変換装置１２は、電動車両のバッテリから供給される電圧を昇圧する昇圧コンバータ回路と、電動車両のモータに三相交流電力を供給するインバータ回路を備えている。部品で分類すると、電力変換装置１２は、パワー半導体装置２８と、コンデンサ３０と、リアクトル３２と、制御基板３４と、冷却器３６と、ケース３８を備えている。パワー半導体装置２８は、インバータ回路や昇圧コンバータ回路で使用されるＩＧＢＴ等のスイッチング素子である。コンデンサ３０は、インバータ回路や昇圧コンバータ回路で使用される。リアクトル３２は、昇圧コンバータ回路で使用される。制御基板３４は、パワー半導体装置２８のスイッチング動作を制御する。冷却器３６は、パワー半導体装置２８を冷却水との熱交換によって冷却する。本実施例では、冷却器３６で使用する冷却水はＬＬＣ（Ｌｏｎｇ  Ｌｉｆｅ  Ｃｏｏｌａｎｔ）などの不凍液である。パワー半導体装置２８と、コンデンサ３０と、リアクトル３２と、制御基板３４と、冷却器３６は、ケース３８内に収容されている。
【００１６】
内気温度センサ２４は、電力変換装置１２のケース３８内の空気の温度を検出し、制御装置２２へ出力する。内気温度センサ２４は、ケース３８内に収容されている。
【００１７】
冷却水温度センサ２６は、電力変換装置１２の冷却器３６に供給される冷却水の温度を検出し、制御装置２２へ出力する。冷却水温度センサ２６は、ケース３８内に収容されている。
【００１８】
冷却水循環路１４は、冷却ポンプ１６、電力変換装置１２の冷却器３６およびラジエータ１８の間で冷却水を循環させる流路である。冷却ポンプ１６が作動すると、冷却器３６に低温の冷却水が送られる。冷却器３６での熱交換によって高温となった冷却水は、ラジエータ１８へ送られる。ラジエータ１８で放熱して低温となった冷却水は、再び冷却ポンプ１６へ送られる。冷却ポンプ１６の駆動により、電力変換装置１２のパワー半導体装置２８を水冷することができる。冷却ポンプ１６の動作は、制御装置２２により制御される。冷却水循環路１４、冷却ポンプ１６、冷却器３６およびラジエータ１８によって、パワー半導体装置２８を冷却水の循環によって冷却する水冷機構４０が構成されている。
【００１９】
冷却ファン２０は、送風によって電力変換装置１２を空冷する。冷却ファン２０が作動すると、電力変換装置１２に冷却用の空気が送られて、空気との熱交換によりケース３８が冷却される。ケース３８が冷却されることで、ケース３８内に収容されたコンデンサ３０、リアクトル３２および制御基板３４が冷却される。冷却ファン２０の動作は、制御装置２２により制御される。なお、冷却ファン２０は、電力変換装置１２へ送風するための専用のファンであってもよいし、電動車両の他の部品（例えばエンジンラジエータ）やラジエータ１８への送風と電力変換装置１２への送風を兼用するファンであってもよい。冷却ファン２０によって、電力変換装置１２を冷却用空気の送風によって冷却する空冷機構４２が構成されている。
【００２０】
制御装置２２は、内気温度センサ２４の検出温度Ｔａおよび冷却水温度センサ２６の検出温度Ｔｗに基づいて、冷却ポンプ１６および冷却ファン２０の動作を制御する。以下では図２を参照しながら、制御装置２２が行う処理について説明する。
【００２１】
ステップＳ２では、内気温度センサ２４の検出温度Ｔａが、第１しきい値温度Ｔ１以上であるか否かを判断する。第１しきい値温度Ｔ１は、ケース３８内に収容される部品の耐熱温度Ｔｕから、部品の自己発熱による最大温度上昇幅ΔＴを差し引いた値Ｔｕ−ΔＴより低い値となるように、予め設定されている。本実施例では、コンデンサ３０、リアクトル３２および制御基板３４のそれぞれの上記した値Ｔｕ−ΔＴのうち、最も低いものよりさらに低い値となるように、第１しきい値Ｔ１が設定されている。
【００２２】
ステップＳ２で内気温度センサ２４の検出温度Ｔａが第１しきい値温度Ｔ１以上である場合（ＹＥＳの場合）、処理はステップＳ４へ進む。ステップＳ４では、冷却ファン２０の駆動を指示する。これによって、冷却ファン２０からの送風により、電力変換装置１２が冷却される。言い換えると、空冷機構４２による冷却能力が増大する。冷却ファン２０からの冷却用空気によってケース３８が冷却されて、ケース３８に収容されたコンデンサ３０、リアクトル３２、制御基板３４が冷却される。ステップＳ４の後、処理はステップＳ８へ進む。
【００２３】
ステップＳ２で内気温度センサ２４の検出温度Ｔａが第１しきい値温度Ｔ１に満たない場合（ＮＯの場合）、処理はステップＳ６へ進む。ステップＳ６では、冷却ファン２０の駆動を停止する。これによって、冷却ファン２０から電力変換装置１２への送風が停止する。言い換えると、空冷機構４２の冷却能力が低減する。ステップＳ６の後、処理はステップＳ８へ進む。
【００２４】
ステップＳ８では、冷却水温度センサ２６の検出温度Ｔｗが、第２しきい値温度Ｔ２以上であるか否かを判断する。第２しきい値温度Ｔ２は、パワー半導体装置２８を冷却する際の冷却水の目標温度として、予め設定されている。
【００２５】
ステップＳ８で冷却水温度センサ２６の検出温度Ｔｗが第２しきい値温度Ｔ２以上である場合（ＹＥＳの場合）、処理はステップＳ１０へ進む。ステップＳ１０では、冷却ポンプ１６を駆動する。これによって、冷却水の循環により、パワー半導体装置２８が冷却される。言い換えると、水冷機構４０の冷却能力が増大する。冷却ポンプ１６からの冷却水との熱交換によって、パワー半導体装置２８が冷却される。パワー半導体装置２８との熱交換によって高温となった冷却水は、ラジエータ１８での放熱により冷却されて、低温となって再び冷却ポンプ１６へ送られる。ステップＳ１０の後、処理はステップＳ２へ戻る。
【００２６】
ステップＳ１０で冷却水温度センサ２６の検出温度Ｔｗが第２しきい値温度Ｔ２に満たない場合（ＮＯの場合）、処理はステップＳ１２へ進む。ステップＳ１２では、冷却ポンプ１６の駆動を停止する。これにより、パワー半導体装置２８への冷却水の循環が停止する。言い換えると、水冷機構４０の冷却能力が低減する。ステップＳ１２の後、処理はステップＳ２へ戻る。
【００２７】
本実施例の冷却システム１０の動作について説明する。電動車両が通常走行しており、パワー半導体装置２８が強く発熱している場合、冷却水温度センサ２６の検出温度Ｔｗが上昇する。冷却水温度センサ２６の検出温度Ｔｗが第２しきい値温度Ｔ２以上となると、冷却ポンプ１６が作動して、パワー半導体装置２８が水冷される。これに伴い、ケース３８内に収容された、コンデンサ３０、リアクトル３２、制御基板３４も間接的に冷却される。
【００２８】
冷却ポンプ１６が作動して冷却水が循環している間、コンデンサ３０、リアクトル３２、制御基板３４も発熱して内気温度センサ２４の検出温度Ｔａが第１しきい値温度Ｔ１を超えると、冷却ファン２０も駆動する。電力変換装置１２は、水冷機構４０と空冷機構４２の両方によって強力に冷却される。
【００２９】
電動車両の高速走行時など、パワー半導体装置２８がそれほど発熱していない状況（冷却水温度センサ２６の検出温度Ｔｗが第２しきい値温度Ｔ２よりも小さい状況）で、コンデンサ３０、リアクトル３２、制御基板３４等が発熱している場合には、ケース３８内の空気の温度が上昇して、内気温度センサ２４の検出温度Ｔａが上昇する。内気温度センサ２４の検出温度Ｔａが第１しきい値温度Ｔ１以上となると、冷却ファン２０が駆動して、電力変換装置１２が空冷される。これにより、ケース３８内に収容された、コンデンサ３０、リアクトル３２、制御基板３４が冷却される。このとき、冷却水温度センサ２６の検出温度Ｔｗが第２しきい値温度Ｔ２よりも小さければ、冷却ポンプ１６は駆動されない。
【００３０】
以上のように、本実施例の冷却システム１０によれば、水冷機構４０と空冷機構４２を独立に制御することで、電動車両の状態によって必要な冷却の程度が異なるパワー半導体装置２８と、コンデンサ３０、リアクトル３２、制御基板３４について、適切に冷却することができる。電力変換装置１２を効率よく冷却することができる。
【００３１】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、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。本明細書また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、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、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】
【００３２】
１０  冷却システム
１２  電力変換装置
１４  冷却水循環路
１６  冷却ポンプ
１８  ラジエータ
２０  冷却ファン
２２  制御装置
２４  内気温度センサ
２６  冷却水温度センサ
２８  パワー半導体装置
３０  コンデンサ
３２  リアクトル
３４  制御基板
３６  冷却器
３８  ケース
４０  水冷機構
４２  空冷機構
【図１】
2013084648.tif 000003
【図２】
2013084648.tif 000004