(57)【要約】      （修正有）【課題】冷却媒体の流れ開始までの間、インバータを構成する電力変換素子の過熱を抑制し、かつ、ウォーターポンプの耐久性及び車両の電費及び燃費の低下を抑制する。【解決手段】車両に搭載された車両動力用のモータを駆動する交流電力を生成するインバータ１４と、インバータに設けられた冷却通路２２に冷却媒体を送り込むウォーターポンプ２０を有する第１の冷却手段と、インバータを構成する電力変換素子１８を冷却する第２の冷却手段（ペルチェ素子２６）と、電力変換素子の要冷却状態を検出する要冷却状態検出手段（電流センサ２８）と、要冷却状態検出手段で電力変換素子が要冷却状態でないことを検出した時、ポンプを停止させ、電力変換素子が要冷却状態であることを検出した時、ポンプを作動させ、かつ、冷却媒体の流れによる電力変換素子の冷却が開始するまで第２の冷却手段を作動させる制御装置（ＥＣＵ３０）と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載された車両動力用のモータを駆動するための交流電力を生成するためのインバータと、
前記インバータに設けられた冷却通路に冷却媒体を送り込むためのポンプを有する第１の冷却手段と、
前記インバータを構成する電力変換素子を冷却するための第２の冷却手段と、
前記電力変換素子の要冷却状態を検出するための要冷却状態検出手段と、
前記要冷却状態検出手段で前記電力変換素子が要冷却状態でないことを検出した時、前記ポンプを停止させると共に、
前記要冷却状態検出手段で前記電力変換素子が要冷却状態であることを検出した時、前記ポンプを作動させ、かつ前記冷却媒体の流れによる前記電力変換素子の冷却が開始するまで前記第２の冷却手段を作動させるための制御装置と、を備えていることを特徴とする車両用冷却システム。
【請求項２】
前記冷却通路における冷却媒体の流れの有無を検出するための流れ状態検出手段をさらに備え、
前記制御装置は、
前記要冷却状態検出手段で前記電力変換素子が要冷却状態であることを検出した時、前記ポンプを作動させ、かつ前記流れ状態検出手段によって前記冷却通路における冷却媒体の流れを検出するまで、前記第２の冷却手段を作動させるものであることを特徴とする請求項１に記載の車両用冷却システム。
【請求項３】
前記制御装置は、
前記第２の冷却手段の作動時間を設定するためのタイマを備え、
前記加熱状態検出手段で前記電力変換素子が要冷却状態であることを検出した時、前記ポンプ及び前記第２の冷却手段を同時に作動させ、
設定された前記作動時間の経過後、前記第２の冷却手段を停止させるものであることを特徴とする請求項１に記載の車両用冷却システム。
【請求項４】
前記第２の冷却手段は、前記冷却通路に対して前記電力変換素子を収容したケースの反対側に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の車両用冷却システム。
【請求項５】
前記第２の冷却手段が前記冷却通路に対して前記ケースの反対側の面に接して配置されたペルチェ素子であることを特徴とする請求項４に記載の車両用冷却システム。
【請求項６】
前記第２の冷却手段が前記冷却通路に対して前記ケースの反対側の面に向けて風を送る送風機であることを特徴とする請求項４に記載の車両用冷却システム。
【請求項７】
前記要冷却状態検出手段は、
前記インバータを介して前記モータに送られる駆動電流の検出値から前記電力変換素子の要冷却状態を把握するものであることを特徴とする請求項１に記載の車両用冷却システム。
【請求項８】
前記要冷却状態検出手段は、前記電力変換素子に設けられた温度センサの検出値から該電力変換素子の要冷却状態を把握するものであることを特徴とする請求項１に記載の車両用冷却システム。
【請求項９】
前記流れ状態検出手段は、前記ポンプの回転速度を検出する回転速度センサの検出値から前記冷却通路における前記冷却媒体の流れ状態を把握するものであることを特徴とする請求項２に記載の車両用冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、車両に搭載されたインバータを冷却するための車両用冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やハイブリッド車等の電動車両は、電動コンポーネント（電動モータ、インバータ、充電器、ＤＣ−ＤＣコンバータ等）を冷却するために、電動ウォーターポンプを使用する。
電動モータの動力源となる交流電力を電動モータに供給するインバータは、ＩＧＢＴなどの半導体素子で構成された電力変換素子を有している。電力変換素子は熱容量が小さく昇温し易いため、冷却水が循環していない状態で大きな電流を流すと過熱する場合がある。
【０００３】
電動モータが大きなモータトルクを発生する時、電動モータには駆動用電池からインバータを介して大きな電流が流れる。この時、インバータに冷却水を循環させる必要があるが、ウォーターポンプを作動させてから冷却水が循環するまでに時間遅れがあるため、その間に電力変換素子が過熱する場合がある。
そのため、電動モータが大きなモータトルクを発生しない時も絶えずウォーターポンプを作動させ続ける必要があり、ウォーターポンプの耐久性を低下させるおそれがあると共に、車両の電費及び燃費を低下させるおそれがある。
【０００４】
特許文献１には、インバータの冷却システムとして、車両のフロント側に設けられたインバータにウォーターポンプから冷却水を循環させると共に、車両のリア側に設けられたリアインバータにぺルチェ素子を設け、リアインバータを該ぺルチェ素子のぺルチェ効果で冷却する冷却システムが開示されている。
特許文献２には、電動モータの回転数が低回転で電力変換素子の切り換え周期が長くなると、電力変換素子に電流が継続して流れる時間が長くなり、電力変換素子の発熱量が急速に増大するため、電動モータの回転数が所定回転数以下のとき、インバータの温度に拘わらず、ウォーターポンプを作動させるようにした冷却システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３２３４５５号公報
【特許文献２】特開２０１３−２２５９７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１及び特許文献２には、インバータに冷却水を循環させるウォーターポンプの時間遅れに起因した前記問題点は開示されていない。また、前記問題点を解消し、インバータを構成する電力変換素子の過熱を抑制すると共に、ウォーターポンプの耐久性の低下及び車両の電費又は燃費の低下を抑制する手段は開示されていない。
【０００７】
そこで、これら技術的課題に鑑み、本発明の少なくとも一つの実施形態は、冷却媒体の流れが開始するまでの間、インバータを構成する電力変換素子の過熱を抑制し、かつウォーターポンプの耐久性の低下、及び車両の電費及び燃費の低下を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の少なくとも一実施形態に係る車両用冷却システムは、
（１）車両に搭載された車両動力用のモータを駆動するための交流電力を生成するためのインバータと、
前記インバータに設けられた冷却通路に冷却媒体を送り込むためのポンプを有する第１の冷却手段と、
前記インバータを構成する電力変換素子を冷却するための第２の冷却手段と、
前記電力変換素子の要冷却状態を検出するための要冷却状態検出手段と、
前記要冷却状態検出手段で前記電力変換素子が要冷却状態でないことを検出した時、前記ポンプを停止させると共に、
前記要冷却状態検出手段で前記電力変換素子が要冷却状態であることを検出した時、前記ポンプを作動させ、かつ前記冷却媒体の流れによる前記電力変換素子の冷却が開始するまで前記第２の冷却手段を作動させるための制御装置と、を備えている。
【０００９】
前記構成（１）によれば、前記電力変換素子が要冷却状態でない時、前記ポンプを停止させるので、該ポンプの耐久性の低下及び車両の電費及び燃費の低下を抑制できる。
また、前記電力変換素子が要冷却状態である時、前記冷却媒体の流れによる前記電力変換素子の冷却が開始するまでの間、前記第２の冷却手段を作動させるため、該電力変換素子の過熱を抑制できる。
さらに、前記冷却媒体の流れ状態が検出された後、前記第２の冷却手段を停止させることで、車両の電費及び燃費の低下を抑制できる。
【００１０】
幾つかの実施形態では、前記構成（１）において、
（２）前記冷却通路における冷却媒体の流れの有無を検出するための流れ状態検出手段をさらに備え、
前記制御装置は、
前記要冷却状態検出手段で前記電力変換素子が要冷却状態であることを検出した時、前記ポンプを作動させ、かつ前記流れ状態検出手段によって前記冷却通路における冷却媒体の流れを検出するまで、前記第２の冷却手段を作動させるものである。
【００１１】
前記構成（２）によれば、前記構成（１）によって得られる作用効果に加えて、前記流れ状態検出手段よって前記冷却通路における冷却媒体の流れを検出するので、該冷却媒体の流れ開始時期を正確に把握できる。
【００１２】
幾つかの実施形態では、前記構成（１）又は（２）において、
（３）前記制御装置は、
前記第２の冷却手段の作動時間を設定するためのタイマを備え、
前記加熱状態検出手段で前記電力変換素子が要冷却状態であることを検出した時、前記ポンプ及び前記第２の冷却手段を同時に作動させ、
設定された前記作動時間の経過後、前記第２の冷却手段を停止させるものである。
前記構成（３）によれば、前記構成（１）によって得られる作用効果に加えて、前記タイマによって設定された前記作動時間の経過後、前記第２の冷却手段を停止させるので、前記流れ状態検出手段が不要になり、装置構成を低コストにできる。
【００１３】
幾つかの実施形態では、前記構成（１）〜（３）の何れかにおいて、
（４）前記第２の冷却手段は、前記冷却通路に対して前記電力変換素子を収容したケースの反対側に配置されている。
前記構成（４）によれば、前記電力変換素子を収容したケースの両側に前記冷却通路及び前記第２の冷却手段を配置しているので、夫々の冷却手段の冷却効果を高く維持することができる。
【００１４】
幾つかの実施形態では、前記構成（４）において、
（５）前記第２の冷却手段が前記冷却通路に対して前記ケースの反対側の面に接して配置されたペルチェ素子である。
前記構成（５）によれば、第２の冷却手段としてぺルチェ素子を用いることで、冷却媒体の流れが開始する前に時間遅れなく、かつ低コストで前記電力変換素子を冷却できる。
【００１５】
幾つかの実施形態では、前記構成（４）において、
（６）前記第２の冷却手段が前記冷却通路に対して前記ケースの反対側の面に向けて風を送る送風機である。
前記構成（６）によれば、第２の冷却手段として送風機を用いることで、冷却媒体の流れが開始する前に時間遅れなく、かつ低コストで前記電力変換素子を冷却できる。
【００１６】
幾つかの実施形態では、前記構成（１）において、
（７）前記要冷却状態検出手段は、
前記インバータを介して前記モータに送られる駆動電流の検出値から前記電力変換素子の要冷却状態を把握するものである。
前記構成（７）によれば、前記要冷却状態検出手段が、モータで発生するトルクを制御するためにインバータが本来備えている電流センサを利用するため、簡易かつ低コストで電力変換素子の要冷却状態を精度良く把握できる。
【００１７】
幾つかの実施形態では、前記構成（１）において、
（８）前記要冷却状態検出手段は、前記電力変換素子に設けられた温度センサの検出値から該電力変換素子の要冷却状態を把握するものである。
前記構成（８）によれば、簡易かつ直接的に電力変換素子の要冷却状態を把握できる。
【００１８】
幾つかの実施形態では、前記構成（２）において、
（９）前記流れ状態検出手段は、前記ポンプの回転速度を検出する回転速度センサの検出値から前記冷却通路における前記冷却媒体の流れ状態を把握するものである。
前記構成（９）によれば、前記冷却通路における前記冷却媒体の流れ状態を低コストで精度良く把握できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、前記冷却媒体の流れによる前記電力変換素子の冷却が開始までの間、インバータを構成する電力変換素子の過熱を抑制でき、かつウォーターポンプの耐久性の低下、及び車両の電費及び燃費の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る車両用冷却システムのブロック線図である。
【図２】前記実施形態の作動手順を示すフロー図である。
【図３】本発明の別な実施形態に係る車両用冷却システムのブロック線図である。
【図４】図３に示す車両用冷却システムの作動手順を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照して、本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、これらの実施形態に記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状及びその相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一つの構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００２２】
図１及び図２は本発明の一実施形態に係り、電動車両に搭載された車両用冷却システム１０Ａを示している。図１中、各機器を結ぶ実線は電力供給ラインを示し、破線は信号ラインを示している。
図１において、モータジェネレータ１２は、ハイブリッド車の場合、エンジン（不図示）の駆動力によって駆動され発電する。また、モータジェネレータ１２によって発電された電力は、インバータ１４によって交流電力から直流電力に変換され、駆動用電池１６に蓄えられる。車両の発進時や加速時には、駆動用電池１６に蓄えられた電力がインバータ１４を介して直流電力から交流電力に変換され、モータジェネレータ１２に供給される。これにより、モータジェネレータ１２は駆動力を発生し、車両を走行させたり、あるいはエンジンをアシストする。
【００２３】
インバータ１４は、インバータ１４を構成するＩＧＢＴなどの半導体素子で構成された電力変換素子１８をオン・オフすることで、交流電力を直流電力に変換したり、直流電力を交流電力に変換したりする。その際、電力変換素子１８は発熱するため、電力変換素子１８を冷却する必要があり、ウォーターポンプ２０が設けられている。ウォーターポンプ２０が送出する冷却水などの冷却媒体が冷却通路２２を介してインバータ１４に送られる（第１の冷却手段）。
【００２４】
電力変換素子１８を収容したケースの一面に、放熱面積を拡大するため複数のフィンが形成された冷却フィン２４が固定され、冷却フィン２４が冷却通路２２を流れる冷却水に接するように冷却通路２２の内部に突設されている。
なお、冷却通路２２は、冷却が必要な他の機器類、例えばラジエータなどに導設することができる。
【００２５】
冷却通路２２に対して電力変換素子１８を収容したケースの反対側の面にぺルチェ素子２６が固定されている。ぺルチェ素子２６の作動はＥＣＵ３０で制御される。ぺルチェ素子２６の作動によって電力変換素子１８は冷却される（第２の冷却手段）。
また、インバータ１４にはモータジェネレータ１２の駆動電流を測定する電流センサ２８が設けられている。電力変換素子１８の発熱量は、モータジェネレータ１２に供給される電流値に依存するため、電流センサ２８の検出値で電力変換素子１８の要冷却状態を把握できる。電流センサ２８の検出値はＥＣＵ３０に入力される。
【００２６】
また、車両用冷却システム１０Ａは、例示的な構成として、冷却通路２２の冷却水の流れ有無を検出する流れ状態検出手段が設けられている。ウォーターポンプ２０にウォーターポンプ２０の回転速度を検出する回転速度センサ３２が設けられ、回転速度センサ３２が前記流れ状態検出手段を構成する。回転速度センサ３２の検出値はＥＣＵ３０に入力される。
ＥＣＵ３０は車両全体の作動を制御すると共に、特に、電流センサ２８及び回転速度センサ３２の検出値等が入力され、ウォーターポンプ２０及びぺルチェ素子２６等の作動を制御する。
【００２７】
次に、車両用冷却システム１０Ａの作動手順を図２に基づいて説明する。
図２において、まず、電流センサ２８の検出値から電力変換素子１８が要冷却状態であるかどうかを把握する（Ｓ１０）。次に、電力変換素子１８が要冷却状態でないとき（Ｓ１２）、ＥＣＵ３０によって、他の機器類の冷却要否を考慮した上で、ウォーターポンプ２０を停止又は非作動とし（Ｓ１４）、さらに、ぺルチェ素子２６も作動しない（Ｓ１６）。
電力変換素子１８が要冷却状態であるとき（Ｓ１２）、ウォーターポンプ２０を作動させる（Ｓ１８）。電力変換素子１８が要冷却状態であって（Ｓ１２）、回転速度センサ３２の検出値から、冷却通路２２の冷却水が循環していると分かったとき（Ｓ２０）、ぺルチェ素子２６を停止又は作動させない（Ｓ２２）。
【００２８】
電力変換素子１８が要冷却状態であって（Ｓ１２）、回転速度センサ３２の検出値から、冷却通路２２の冷却水が循環していないとわかったとき（Ｓ２０）、ＥＣＵ３０によってぺルチェ素子２６を作動させる（Ｓ２４）。
車両の運転を停止する時まで以上の動作を繰り返し行う。
【００２９】
本実施形態によれば、電力変換素子１８が要冷却状態でない時、ウォーターポンプ２０を停止させるので、ウォーターポンプ２０の耐久性の低下及び車両の電費及び燃費の低下を抑制できる。
また、電力変換素子１８が要冷却状態である時、前記流れ状態検出手段（回転速度センサ３２）によって冷却通路２２における冷却媒体の流れを検出するまでぺルチェ素子２６を作動させるため、該冷却水の流れが開始するまでの間、電力変換素子１８の過熱を抑制できる。
【００３０】
また、冷却水の流れ状態が検出された後、ぺルチェ素子２６を停止させるので、車両の電費及び燃費の低下を抑制できる。
また、前記流れ状態検出手段で冷却水の流れを検出するので、冷却水の流れ開始時期を正確に把握できる。
【００３１】
また、電力変換素子１８を収容したケースの両側に冷却通路２２及びぺルチェ素子２６を配置しているので、夫々の冷却手段の冷却効果を高めることができる。
また、第２の冷却手段としてぺルチェ素子を用いることで、冷却水の流れが開始されるまでの間時間遅れなく、前記電力変換素子を冷却できる。
また、前記要冷却状態検出手段として、モータで発生するトルクを制御するためにインバータが本来備えている電流センサ２８を利用するため、簡易かつ低コストで電力変換素子１８の要冷却状態を精度良く把握できる。
さらに、検出する流れ状態検出手段として、回転速度センサ３２を用いているので、冷却通路２２の冷却水の流れ状態を低コストで精度良く把握できる。
【００３２】
次に、本発明の別な実施形態に係る車両用冷却システム１０Ｂを図３及び図４に基づいて説明する。
図３及び図４において、本実施形態では、第２の冷却手段として、冷却通路２２に対して反対側に設けられた送風機４２を備えている。また、ＥＣＵ３０の内部には、送風機４２の作動時間を設定する設定するためのタイマ４０を備えている。また、電力変換素子１８の要冷却状態検出手段として、電力変換素子１８に設けられた温度センサ４４を備え、温度センサ４４の検出値はＥＣＵ３０に入力される。
その他の構成は、前記実施形態と同一であり、同一の機器には同一の符号を付している。
【００３３】
次に、車両用冷却システム１０Ｂの作動手順を図４に基づいて説明する。
図４において、まず、温度センサ４４の検出値から電力変換素子１８の要冷却状態を把握する（Ｓ３０）。次に、電力変換素子１８が要冷却状態でないとき（Ｓ３２）、ＥＣＵ３０によって、他の機器類の冷却要否を考慮した上で、ウォーターポンプ２０を停止又は作動せず（Ｓ３４）、さらに、送風機４２を作動させない（Ｓ３６）。
電力変換素子１８が要冷却状態のとき（Ｓ３２）、ウォーターポンプ２０及び送風機４２を作動させる（Ｓ３８及びＳ４４）。
次に、ウォーターポンプ作動開始からタイマ４０によって設定された設定時間Ｔ０が経過したら（Ｓ４０）、送風機４２を停止させる（Ｓ４２）。
車両の運転を停止する時まで以上の動作を繰り返し行う。
【００３４】
本実施形態によれば、電力変換素子１８が要冷却状態でない時、ウォーターポンプ２０を停止させるので、ウォーターポンプ２０の耐久性の低下及び車両の電費及び燃費の低下を抑制できる。
また、電力変換素子１８が要冷却状態である時、ウォーターポンプ２０及び送風機４２を作動させるため、冷却通路２２で冷却水の流れが開始するまでの間、送風機４２によって電力変換素子１８を冷却できる。
また、タイマ４０によって設定された時間が経過した後、送風機４２を停止させることで、車両の電費及び燃費の低下を抑制できる。
【００３５】
また、前記実施形態のような流れ状態検出手段が不要になり、装置構成を低コストにできる。
また、電力変換素子１８を収容したケースの両側に冷却通路２２及び送風機４２を配置しているので、夫々の冷却手段の冷却効果を高く維持できる。
また、第２の冷却手段として送風機４２を用いることで、冷却通路２２で冷却水の流れが開始するまでの間時間遅れなく、かつ低コストで電力変換素子１８を冷却できる。
さらに、電力変換素子１８に設けられた温度センサ４４で電力変換素子１８の要冷却状態を把握するので、簡易かつ直接的に電力変換素子の要冷却状態を把握できる。
【００３６】
なお、前記２つの実施形態において、第２の冷却手段としてのぺルチェ素子２６を車両用冷却システム１０Ｂに用い、送風機４２を車両用冷却システム１０Ａに用いるようにしてもよい。あるいは第２の冷却手段として、これら以外の冷却手段を用いるようにしてもよい。
また、要冷却状態検出手段として電流センサ２８を車両用冷却システム１０Ｂに用い、温度センサ４４を車両用冷却システム１０Ａに用いるようにしてもよい。あるいは要冷却状態検出手段として、これら以外の検出手段を用いるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、冷却通路で冷却媒体の流れが開始されるまでの間、インバータを構成する電力変換素子の過熱を抑制でき、かつウォーターポンプの耐久性の低下、及び車両の電費及び燃費の低下を抑制することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１０Ａ、１０Ｂ    車両用冷却システム
１２          モータジェネレータ
１４          インバータ
１６          駆動用電池
１８          電力変換素子
２０          ウォーターポンプ
２２          冷却通路
２４          冷却フィン
２６          ぺルチェ素子
２８          電流センサ
３０          ＥＣＵ
３２          回転速度センサ
４０          タイマ
４２          送風機
４４          温度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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