特開 2023-151968 電動車両用冷却システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023151968

(43)【公開日】2023-10-16

(54)【発明の名称】電動車両用冷却システム

(51)【国際特許分類】

   B60L 53/14 20190101AFI20231005BHJP

   B60L 9/18 20060101ALI20231005BHJP

   B60L 53/22 20190101ALI20231005BHJP

   B60K 11/02 20060101ALI20231005BHJP

   B60K 1/04 20190101ALI20231005BHJP

【ＦＩ】

B60L53/14

B60L9/18 J

B60L53/22

B60K11/02 ZHV

B60K1/04 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022061858

(22)【出願日】2022-04-01

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）２０２１年度、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「未利用熱エネルギーの革新的活用技術研究開発」に係る委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】000003137

【氏名又は名称】マツダ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】三国 祐亮

(72)【発明者】

【氏名】種平 貴文

(72)【発明者】

【氏名】森島 千菜美

【テーマコード（参考）】

3D038

3D235

5H125

【Ｆターム（参考）】

3D038AB01

3D038AC02

3D038AC23

3D235AA01

3D235BB41

3D235BB45

3D235CC13

3D235DD27

3D235FF43

3D235HH02

3D235HH04

3D235HH08

3D235HH31

5H125AA01

5H125AB01

5H125AC12

5H125AC24

5H125BB00

5H125BC21

5H125CD06

5H125DD02

5H125EE15

5H125EE23

5H125FF03

5H125FF23

(57)【要約】

【課題】ポンプ負荷軽減と駆動ユニットの冷却改善との両立を図ることができる電動車両用冷却システムをもたらす。
【解決手段】冷却システム４０は、車両１の前方に配置された駆動ユニット６０と、該駆動ユニット６０よりも後方に配置された充電器８と、を備えた電動車両用の冷却システムであって、駆動ユニット６０及び充電器８に接続されるとともに、該充電器８を迂回する第６経路４２ｆを有する冷却液回路４２と、冷却液の冷却液回路４２への循環を制御する制御装置１０と、を備え、制御装置１０は、充電器８の作動時以外であり且つ駆動ユニット６０の温度が所定温度未満のときに、冷却液を第６経路４２ｆへ送液し、充電器８の作動時以外であり且つ駆動ユニット６０の温度が所定温度以上のときに、冷却液を充電器８に送液後に駆動ユニット６０に送液する。
【選択図】図１０

【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両の前方に配置された駆動ユニットと、該駆動ユニットよりも後方に配置された充電器と、を備えた電動車両用の冷却システムであって、
前記駆動ユニット及び前記充電器に接続されるとともに、該充電器を迂回するバイパス経路を有する冷却液回路と、
前記冷却液回路上に設けられ、該冷却液回路に冷却液を送液するためのポンプと、
前記冷却液回路上に設けられ、前記冷却液を冷却するための熱交換器と、
前記駆動ユニットに設けられ、該駆動ユニットの温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段により検出された前記駆動ユニットの温度に基づいて、前記冷却液の前記冷却液回路への循環を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記充電器の作動時以外であり且つ前記駆動ユニットの温度が所定温度未満のときに、前記冷却液を前記バイパス経路へ送液し、
前記充電器の作動時以外であり且つ前記駆動ユニットの温度が所定温度以上のときに、前記冷却液を前記充電器に送液後に前記駆動ユニットに送液する
ことを特徴とする電動車両用冷却システム。

【請求項2】

請求項１において、
前記駆動ユニットは、複数の電気装置を備えており、
前記温度検出手段は、前記複数の電気装置の各々に設けられており、
前記制御装置は、前記各電気装置の温度に応じて、該各電気装置への前記冷却液の送液順序を変更可能に構成されている
ことを特徴とする電動車両用冷却システム。

【請求項3】

請求項２において、
前記駆動ユニットは、前記電気装置として、ＤＣ／ＤＣコンバータと、インバータと、を備えており、
前記制御装置は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記インバータの少なくとも一方の温度が所定温度以上のときに、両者のうち温度が高い方の前記電気装置へ先に前記冷却液を送液する
ことを特徴とする電動車両用冷却システム。

【請求項4】

請求項１又は請求項２において、
前記充電器は、本体と、該本体に設けられた冷却フィンと、を備える
ことを特徴とする電動車両用冷却システム。

【請求項5】

請求項４において、
前記本体は、前記車両の車内に配置されており、
前記冷却フィンは、前記車両の車外に突出している
ことを特徴とする電動車両用冷却システム。

【請求項6】

請求項５において、
前記本体は、前記車両のトランクフロア内に配置されており、
前記冷却フィンは、前記本体から下方に延び、前記トランクフロア外に突出している
ことを特徴とする電動車両用冷却システム。

【請求項7】

請求項１又は請求項２において、
前記制御装置は、前記充電器の作動時には、前記充電器に前記冷却液を送液する
ことを特徴とする電動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、電動車両用冷却システムに関する。

【背景技術】

【0002】

電気自動車（ＥＶ）やプラグインハイブリッド車（ＰＨＶ）等の電動車両用の冷却システムにおいて、ラジエータから出た冷却液をＤＣ／ＤＣコンバータ、インバータ、充電器、コンバータ、発電機、駆動モータの順で循環させるものが知られている（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－３０８１０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、特許文献１の技術では、上述の電気装置のうち、充電器以外の電気装置、すなわち駆動ユニットは、車両前方のモータルーム内に配置される一方、充電器は車両後方に配置されている。

【0005】

充電器は、作動時には冷却の必要性があるが、作動時以外は冷却する必要性が低いため、ポンプ負荷軽減の観点からは、作動時以外は充電器への冷却液循環をバイパスすることが考えられる。一方、高トルク時等の冷却液温度が上昇傾向となる状態では、通常走行時と比較して、駆動ユニットの冷却をより強化する必要性が生じる。従って、ポンプ負荷軽減と駆動ユニットの冷却改善の両立の観点から、従来の冷却システムには改善の余地がある。

【0006】

そこで本開示では、ポンプ負荷軽減と駆動ユニットの冷却改善との両立を図ることができる電動車両用冷却システムをもたらすことを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の課題を解決するために、ここに開示する電動車両用冷却システムの一態様は、車両の前方に配置された駆動ユニットと、該駆動ユニットよりも後方に配置された充電器と、を備えた電動車両用の冷却システムであって、前記駆動ユニット及び前記充電器に接続されるとともに、該充電器を迂回するバイパス経路を有する冷却液回路と、前記冷却液回路上に設けられ、該冷却液回路に冷却液を送液するためのポンプと、前記冷却液回路上に設けられ、前記冷却液を冷却するための熱交換器と、前記駆動ユニットに設けられ、該駆動ユニットの温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段により検出された前記駆動ユニットの温度に基づいて、前記冷却液の前記冷却液回路への循環を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記充電器の作動時以外であり且つ前記駆動ユニットの温度が所定温度未満のときに、前記冷却液を前記バイパス経路へ送液し、前記充電器の作動時以外であり且つ前記駆動ユニットの温度が所定温度以上のときに、前記冷却液を前記充電器に送液後に前記駆動ユニットに送液することを特徴とする。

【0008】

電気自動車（ＥＶ）やプラグインハイブリッド車（ＰＨＶ）等の電動車両には、家庭用の交流電源（ＡＣ）を直流電圧（ＤＣ）に変換し、走行用電力を蓄電する高電圧バッテリを充電するための充電器が設けられている。充電器による高電圧バッテリの充電時、すなわち充電器の作動時には、過度の温度上昇を抑制するため、冷却液により充電器を冷却する必要がある。しかしながら、例えば車両走行中等の充電器による高電圧バッテリの充電時以外、すなわち充電器の作動時以外には、充電器を冷却する必要性が低いため、ポンプ負荷軽減の観点から、充電器への冷却液の循環をバイパスさせることが効果的である。

【0009】

ところで、本願発明者らは、充電器は駆動ユニットよりも後方に配置されているから、作動時以外にも充電器へ冷却液を循環させることにより、充電器は、いわば第２の熱交換器としての役割を担うことも可能であることを見出した。

【0010】

すなわち、本構成では、充電器の作動時以外であり且つ駆動ユニットの温度が所定温度未満のときは、充電器への冷却液の循環を迂回させることにより、ポンプ負荷の軽減を図ることができる。一方、充電器の作動時以外であり且つ駆動ユニットの温度が所定温度以上のときは、冷却液をあえて充電器へ送液することにより、充電器をいわば第２の熱交換器として機能させ、駆動ユニットの冷却を強化できる。こうして、本構成によれば、ポンプ負荷軽減と駆動ユニットの冷却改善とを両立させることができる。

【0011】

好ましくは、前記駆動ユニットは、複数の電気装置を備えており、前記温度検出手段は、前記複数の電気装置の各々に設けられており、前記制御装置は、前記各電気装置の温度に応じて、該各電気装置への前記冷却液の送液順序を変更可能に構成されている。

【0012】

本構成によれば、電気装置の冷却優先順位に応じた高効率の冷却が可能になる。

【0013】

好ましくは、前記駆動ユニットは、前記電気装置として、ＤＣ／ＤＣコンバータと、インバータと、を備えており、前記制御装置は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記インバータの少なくとも一方の温度が所定温度以上のときに、両者のうち温度が高い方の前記電気装置へ先に前記冷却液を送液する。

【0014】

本構成によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ及びインバータのうち、温度が高い方の電気装置へ先に冷却液を送液させて、冷却の強化が必要な電気装置の冷却を効果的に行うことができる。

【0015】

前記充電器は、本体と、該本体に設けられた冷却フィンと、を備えることが好ましい。

【0016】

本構成によれば、充電器は冷却フィンを備えているから、充電器の熱抵抗が低下して放熱量が増加する。そうして、充電器の第２の熱交換器としての性能を向上できる。

【0017】

好ましくは、前記本体は、前記車両の車内に配置されており、前記冷却フィンは、前記車両の車外に突出している。

【0018】

本構成によれば、冷却フィンが車外に突出しているから、外気との熱交換により充電器の第２の熱交換器としての性能をさらに向上できる。

【0019】

好ましくは、前記本体は、前記車両のトランクフロア内に配置されており、前記冷却フィンは、前記本体から下方に延び、前記トランクフロア外に突出している。

【0020】

本構成によれば、走行風を利用して、充電器の放熱量をさらに増加させることができる。そうして、充電器の第２の熱交換器としての性能を効果的に向上できる。

【0021】

前記制御装置は、前記充電器の作動時には、前記充電器に前記冷却液を送液する。

【0022】

本構成によれば、充電器の作動時における過度な温度上昇を抑制できる。

【発明の効果】

【0023】

以上述べたように、本開示によると、電動車両用冷却システムにおいて、ポンプ負荷軽減と駆動ユニットの冷却改善とを両立させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本実施形態での車両の主な構成を示す概略図。

【図2】充電器の一例を示す斜視図。

【図3】図２の充電器の設置状態の一例を示す図。

【図4】冷却システムの概略側面図。

【図5】冷却システムの概略構成図。

【図6】制御装置とその主な関連装置との関係を示すブロック図。

【図7】冷却システムの制御方法の一例を示すフロー図。

【図8】第１状態を示す図５相当図。

【図9】第２状態を示す図５相当図。

【図10】第３状態を示す図５相当図。

【図11】第４状態を示す図５相当図。

【図12】通常走行時における各電気装置を通過前後の冷却液（水）の温度差を示すグラフ。

【図13】充電器の放熱量と冷却液の温度差との関係（計算結果）を示すグラフ。

【図14】従来の冷却システムの概略構成図。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、本開示の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。

【0026】

＜電動車両＞
図１に、車両１（電動車両）を示す。図１では、開示する技術に関連した主な構成を簡略化して表示している。

【0027】

なお、本明細書において、方向は、車両１を基準とする。すなわち、車両１の車長方向を前後方向と呼び、車両１の前を「前」、車両１の後を「後」と呼ぶ。

【0028】

この車両１は、いわゆる電気自動車である（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＢＥＶ）。車両１の前後には、それぞれ一対の前輪２Ｆ，２Ｆ及び後輪２Ｒ，２Ｒが備えられている。電力を用いて一対の前輪２Ｆ，２Ｆを回転駆動することにより、車両１は走行する。車両１の車内には、前方に配置されたモータルーム１ｂと、中央部分に配置された乗員を収容する車室１ａと、後方に配置されたトランクフロア１ｃと、が設けられている。

【0029】

図１に示すように、この車両１には、ラジエータ２（熱交換器）、駆動ユニット６０、高電圧バッテリ６、低電圧バッテリ７、充電器８、充電プラグ９、及び制御装置１０等が搭載されている。駆動ユニット６０は、モータルーム１ｂ内に配置されており、複数の電気装置としての駆動モータ３、インバータ４、及びコンバータ５等を含む。なお、ラジエータ２及び制御装置１０については、冷却システム４０の項目において後述する。

【0030】

［駆動モータ］
駆動モータ３は、車両１が走行するための駆動力を発生させる電気装置である。駆動モータ３の駆動軸は、不図示の減速機、クラッチ、駆動シャフト等を介して一対の前輪２Ｆ，２Ｆに接続されている。駆動モータ３は、三相の交流によって駆動軸が回転する永久磁石型の同期モータである。

【0031】

［高電圧バッテリ］
高電圧バッテリ６は、走行用電力を蓄電する大型の二次電池である。高電圧バッテリ６は、車両１の下部の、車室１ａからトランクフロア１ｃに至る部分に配置されている。高電圧バッテリ６は、高電圧の直流電源であり、例えば３００Ｖ以上の電圧での蓄電が可能に構成されている。駆動モータ３を駆動する電力は、高電圧バッテリ６が供給する。

【0032】

［インバータ］
インバータ４は、電力制御を行う電気装置である。インバータ４は、駆動モータ３と高電圧バッテリ６との間に介在し、高電圧バッテリ６から駆動モータ３に供給される電力を制御する。そうして、インバータ４は、駆動モータ３の回転を制御する。

【0033】

インバータ４の内部には、ＩＧＢＴ等、複数のスイッチング素子及びコンデンサを含むインバータ回路（不図示）が備えられている。インバータ４は、これらスイッチング素子をオンオフ制御することにより、高電圧バッテリ６から供給される直流電圧を用いて、制御された３相の交流を発生させる。その交流が駆動モータ３に出力されることで、駆動モータ３は、要求される出力で回転する。

【0034】

なお、インバータ４には、インバータ４の温度を検出するとともにその信号を出力するインバータ温度センサ４６（温度検出手段）が設けられている。

【0035】

［低電圧バッテリ］
低電圧バッテリ７は、低電圧系の電力供給システムに接続された、定格電圧が１２Ｖ（２４Ｖの場合もある）の二次電池である。すなわち、低電圧系の電力供給システムでは、１２Ｖの直流電力が供給可能に構成されている。

【0036】

車両１に搭載されているヘッドライトやオーディオ等の一般的な電装品を含め、インバータ４、コンバータ５、制御装置１０、後述する電動ポンプ４１（ポンプ）等の装置は、低電圧系の電力供給システムに接続されている。そして、これらの装置は、当該システムからの電力供給によって作動する。

【0037】

［コンバータ］
コンバータ５は、直流電力を異なる電圧の直流電力に変換する電気装置である（いわゆるＤＣ／ＤＣコンバータ）。コンバータ５は、高電圧バッテリ６と接続されるとともに、低電圧バッテリ７を含む低電圧系の電力供給システムとも接続されている。

【0038】

コンバータ５の内部には、ＩＧＢＴ等、複数のスイッチング素子、コンデンサ、コイルを含む降圧回路（不図示）が備えられている。コンバータ５は、これらスイッチング素子をオンオフ制御することにより、高電圧バッテリ６の高電圧の電力を降圧して、低電圧系の電力供給システム１５に出力する。

【0039】

すなわち、コンバータ５は、高電圧バッテリ６の電力を用いて、低電圧バッテリ７を充電したり、車両１に搭載された各種電気装置に直接電力を供給したりする。

【0040】

なお、コンバータ５には、コンバータ５の温度を検出するとともにその信号を出力するコンバータ温度センサ４５（温度検出手段）が設けられている。

【0041】

［高電圧バッテリの充電経路及び充電器］
高電圧バッテリ６を充電するために、車両１には、充電プラグ９、充電器８等が設けられている。図１に示すように、充電プラグ９は、車両１の後部に配置されている。充電器８は、充電プラグ９の近傍に位置するように、車両１の後方、詳細にはトランクフロア１ｃの下方に配置されている。

【0042】

図示はしないが、この車両１には、急速充電経路及び普通充電経路の２つの充電経路が設けられている。普通充電経路を用いる充電（普通充電）よりも急速充電経路を用いる充電（急速充電）の方が短時間で充電できる。充電プラグ９は、急速充電経路及び普通充電経路の各々に対応した２種類のプラグ、すなわち高電圧用プラグ及び低電圧用プラグを含む。

【0043】

急速充電経路は、高電圧バッテリ６と同等かそれ以上の高い電圧の外部電源、すなわち、充電スタンド等の特定電源から供給される高電圧の直流を用いて、直接的に充電する経路である。急速充電経路は、充電プラグ９の高電圧用プラグ、及び高電圧プラグと高電圧バッテリ６とを接続するケーブル等で構成されている。高電圧用プラグに特定電源のコネクタを接続すれば、高電圧バッテリ６を直接的に充電できる。

【0044】

一方、普通充電経路は、高電圧バッテリ６よりも低い電圧の外部電源、すなわち、１００Ｖや２００Ｖ等の通常の商用電源から供給される低電圧の交流を用いて、間接的に充電する経路である。普通充電経路は、充電プラグ９の低電圧用プラグ、充電器８、これらと高電圧バッテリ６とを接続するケーブル等で構成されている。

【0045】

低電圧用プラグに商用電源のコネクタを接続すれば、高電圧バッテリ６を間接的に充電できる。なお、普通充電経路では、充電器８により、商用電源の交流が直流に変換されるとともに、商用電源の低い電圧が昇圧される。すなわち、充電器８の内部には、ＩＧＢＴ等、複数のスイッチング素子、コンデンサ、コイルを含む昇圧・変換回路が備えられている。充電器８は、これらスイッチング素子をオンオフ制御することにより、入力された交流を直流に変換するとともに、その電圧を昇圧させて出力する。

【0046】

図２に、本実施形態の充電器８の一例を示す。図２に示すように、充電器８は、本体８１と、本体８１の底面８２に設けられた冷却フィン８３と、を備えている。

【0047】

詳細は後述するが、充電器８が冷却フィン８３を備えることにより、充電器８の熱抵抗が低下して放熱量が増加する。そうして、後述する冷却システム４０における充電器８の第２のラジエータとしての性能を向上できる。

【0048】

なお、冷却フィン８３は、本体８１の外表面に設けられていればよく、底面８２に加え、又は、底面８２に代えて、底面８２以外の外表面に設けられていてもよい。

【0049】

図３は、図２の充電器８の設置状態の一例を示している。図３に示すように、車両１のトランクフロア１ｃは、トランクボード１ｄにより仕切られており、トランクボード１ｄの上側のトランクルーム１ｅと、トランクボード１ｄの下側のパン１ｆとを備える。例えば、充電器８の本体８１がトランクフロア１ｃのパン１ｆ内に載置されるとともに、冷却フィン８３が本体８１から下方に延びトランクフロア１ｃ外に突出するように、充電器８を配置することができる。

【0050】

冷却フィン８３が車外に突出しているから、外気との熱交換により充電器８の第２のラジエータとしての性能をさらに向上できる。特に、図３のように、冷却フィン８３がパン１ｆから車両１の下側に突出していると、走行風を利用できるから、充電器８の第２のラジエータとしての性能を効果的に向上できる。

【0051】

なお、図１に示すように、充電器８には、充電器８の温度を検出するとともにその信号を出力する充電器温度センサ４７が設けられている。

【0052】

＜冷却システム＞
駆動モータ３の作動時には、その内部に配置されているコイルに電流が流れる。そうすると、コイルの電気抵抗等によって発熱し、駆動モータ３の内部温度は上昇する。内部温度が過度に上昇すると、モータ性能の低下及び故障を招くおそれがある。そのため、駆動モータ３は冷却が必要である。

【0053】

また、インバータ４、コンバータ５及び充電器８は、その作動時にいわゆるスイッチング制御が行われるから、それらの電気回路は電気抵抗によって発熱する。電気回路の温度が過度に高くなると電気回路が破損するおそれがある。そのため、インバータ４、コンバータ５及び充電器８の各々は、特にその作動時において冷却が必要である。

【0054】

図４及び図５に示すように、この車両１では、これら冷却が必要とされる電気装置の各々を冷却するために、いわゆる冷却システム４０（電動車両用冷却システム）が設置されている。

【0055】

冷却システム４０は、ラジエータ２（熱交換器）、電動ポンプ４１、冷却液回路４２、冷却液に含まれる空気を除去するための脱気タンク４３（図４参照）等で構成されている。なお、図５及び後述する図８～図１１では、簡単のため脱気タンク４３の図示を省略している。

【0056】

冷却システム４０は、ラジエータ２で冷却した冷却液を、各電気装置に循環供給することにより、それら電気装置を冷却する。

【0057】

なお、本明細書において、冷却システム４０における冷却液の送液方向上流側を「上流側」、冷却液の送液方向下流側を「下流側」と称することがある。

【0058】

［ラジエータ］
図４及び図５に示すように、ラジエータ２は、冷却液回路４２上に設けられ、冷却液を冷却するための装置である。

【0059】

ラジエータ２は、図１に示すように、車幅方向に延びるように、車両１の前端部分に配置されている。ラジエータ２は、車両１の前端面を覆うフロントグリル１１と対向している。車両１の走行時には、フロントグリル１１を通じてモータルーム１ｂに外気が流入する。車両１の停止時には、不図示のファンの駆動によってフロントグリル１１を通じてモータルーム１ｂに外気が流入する。ラジエータ２は、その外気と熱交換することにより、冷却液を冷却する。

【0060】

［電動ポンプ］
電動ポンプ４１は、冷却液回路４２内に冷却液を送液するための装置であり、限定する意図ではないが、具体的には例えば非容積式ポンプである。電動ポンプ４１は、冷却液回路４２上の、ラジエータ２の上流側に配管を介して接続されている。電動ポンプ４１が作動すると、図５に一点鎖線の矢印ｆで示す方向に、冷却液が冷却液回路４２を循環する。

【0061】

電動ポンプ４１は、制御装置１０の制御に従って作動する。制御装置１０には、基準となる電動ポンプ４１への出力の指令値（例えばデューティー比）が、冷却システム４０に合わせて予め設定されている。電動ポンプ４１は、冷却システム４０の使用時に、その基準となる出力で作動するように制御される（いわゆるオンオフ制御）。

【0062】

［冷却液］
冷却システム４０に使用される冷却液としては、特に限定されるものではなく、自動車の冷却システムに一般的に使用される公知の冷却液を採用できる。具体的には例えば冷却液としては、水、エチレングリコール等を含み、－３０℃等、氷点下でも凍結しない、いわゆる不凍液を採用できる。当該不凍液は水よりも粘性が高く、温度が低くなるほどその粘性は高くなる。

【0063】

［冷却液回路］
冷却液回路４２は、図４に示すように、駆動ユニット６０及び充電器８に接続された、冷却液を流す配管等からなる。

【0064】

図５に示すように、冷却液回路４２は、第１経路４２ａと、第２経路４２ｂと、第３経路４２ｃと、第４経路４２ｄと、第５経路４２ｅと、第６経路４２ｆ（バイパス経路）と、これらの経路を切り替えるための切替弁Ａ，Ｂ，Ｃと、を備える。

【0065】

なお、図５は、車両１の運転停止時且つ高電圧バッテリ６の充電を行っていない状態、すなわち冷却システム４０の非使用状態を示している。すなわち、電動ポンプ４１は作動しておらず、切替弁Ａ，Ｂ，ＣはいずれもＯＦＦの状態である。

【0066】

第１経路４２ａ上には、駆動モータ３、電動ポンプ４１、ラジエータ２等が配置されている。駆動モータ３を通過した冷却液は、電動ポンプ４１を介して、ラジエータ２に送液されるように構成されている。

【0067】

第１経路４２ａの下流側は、第２経路４２ｂと第６経路４２ｆとに分岐しており、その分岐点には切替弁Ａが設けられている。切替弁Ａにより、第１経路４２ａの下流端に接続される経路として第２経路４２ｂ及び第６経路４２ｆのいずれかが選択される。詳細には、切替弁ＡがＯＮ状態では、冷却液は第２経路４２ｂへと送液され、第６経路４２ｆへは送液されない（図８、図１０、図１１参照）。一方、切替弁ＡがＯＦＦ状態では、冷却液は第６経路４２ｆへと送液され、第２経路４２ｂへは送液されない（図９参照）。

【0068】

第２経路４２ｂ上には、充電器８が配置されている。上述したように、ラジエータ２及び駆動ユニット６０は車両１の前方に配置されている。対して、充電器８は駆動ユニット６０よりも後方、すなわち車両１の後方に配置されている。そのため、第２経路４２ｂは、図４に示すように、車両１の車室１ａの下側に沿って前後方向に長く延びる一対の配管により形成されている。

【0069】

第２経路４２ｂの下流側は、第３経路４２ｃと第４経路４２ｄとに分岐しており、その分岐点には切替弁Ｂが設けられている。切替弁Ｂにより、第２経路４２ｂの下流端に接続される経路として第３経路４２ｃ及び第４経路４２ｄのいずれかが選択される。詳細には、切替弁ＢがＯＮ状態では、冷却液は第３経路４２ｃへと送液される（図８、図１０参照）。一方、切替弁ＢがＯＦＦ状態では、冷却液は第４経路４２ｄへと送液される（図１１参照）。

【0070】

第３経路４２ｃ及び第４経路４２ｄ上には、それぞれコンバータ５及びインバータ４が配置されている。すなわち、切替弁ＢがＯＮ状態では、充電器８を通過した冷却液はコンバータ５へ送液されることになる。切替弁ＢがＯＦＦ状態では、充電器８を通過した冷却液はインバータ４へ送液されることになる。

【0071】

なお、切替弁Ｂが設けられた分岐点には、第５経路４２ｅも接続されているが、第２経路４２ｂから直接第５経路４２ｅへ冷却液が送液されることはない。切替弁ＢがＯＮ状態では、第４経路４２ｄと第５経路４２ｅとが接続される。切替弁ＢがＯＦＦ状態では、第３経路４２ｃと第５経路４２ｅとが接続される。

【0072】

第３経路４２ｃ及び第４経路４２ｄの下流側は、第１経路４２ａの上流端に接続されており、合流点に切替弁Ｃが設けられている。切替弁Ｃにより、第３経路４２ｃ及び第４経路４２ｄのいずれかが第１経路４２ａの上流端に接続された経路となる。詳細には、切替弁ＣがＯＮ状態では、第３経路４２ｃから第１経路４２ａへ冷却液が流れる経路が形成される（図８、図１１参照）。一方、切替弁ＣがＯＦＦ状態では、第４経路４２ｄから第１経路４２ａへ冷却液が流れる経路が形成される（図９、図１０参照）。

【0073】

切替弁Ｃが設けられた合流点には、第５経路４２ｅも接続されているが、第５経路４２ｅから直接第１経路４２ａへ冷却液が送液されることはない。切替弁ＣがＯＮ状態では、第４経路４２ｄと第５経路４２ｅとが接続される。切替弁ＣがＯＦＦ状態では、第３経路４２ｃと第５経路４２ｅとが接続される。

【0074】

詳細は後述するが、切替弁Ａ，Ｂ，ＣをそれぞれＯＮ、ＯＮ、ＯＦＦとすると、第２経路４２ｂ、第３経路４２ｃ、第５経路４２ｅ、第４経路４２ｄ及び第１経路４２ａがこの順に接続される（後述する第３状態Ｄ３、図１０参照）。この経路は、充電器８、コンバータ５、インバータ４、駆動モータ３をこの順に直列に接続する。この経路では、冷却液は、充電器８、コンバータ５、インバータ４をこの順に通過して駆動モータ３に送液される。

【0075】

また、切替弁Ａ，Ｂ，ＣをそれぞれＯＮ、ＯＦＦ、ＯＮとすると、第２経路４２ｂ、第４経路４２ｄ、第５経路４２ｅ、第３経路４２ｃ及び第１経路４２ａがこの順に接続される（後述する第４状態Ｄ４、図１１参照）。この経路は、充電器８、インバータ４、コンバータ５、駆動モータ３をこの順に直列に接続する。この経路では、冷却液は、充電器８、インバータ４、コンバータ５をこの順に通過して駆動モータ３に送液される。

【0076】

このように、本実施形態に係る冷却システム４０では、切替弁Ａ，Ｂ，Ｃを切り替えることにより、インバータ４及びコンバータ５の送液順序を変更可能としている。

【0077】

第６経路４２ｆは、充電器８を迂回する経路であり、その下流側は第３経路４２ｃの途中に接続されている。図示はしないが、第６経路４２ｆは、モータルーム１ｂ内に配置された配管とすることができる。

【0078】

なお、上述の切替弁Ａ，Ｂ，ＣのＯＮ／ＯＦＦ状態と経路との対応（例えば、切替弁ＡのＯＮ状態が第１経路４２ａ及び第２経路４２ｂの接続状態に対応すること等）は便宜的なものであり、当該対応に限定されるものではない。

【0079】

なお、冷却液回路４２には、冷却液の温度を検出する冷却液温度センサ４４が設けられている。冷却液温度センサ４４は、例えば、循環する冷却液の温度が最も高くなる駆動モータ３の下流側に配置されている。

【0080】

［制御装置］
図１に示すように、制御装置１０は車両１に搭載されている。制御装置１０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等のハードウエアと、ハードウエアに実装された制御プログラム等のソフトウエアとで構成されている。制御装置１０は、車両１の走行を総合的に制御する。

【0081】

図６に示すように、制御装置１０には、機能的な構成として、電動ポンプ４１を制御するポンプ制御部１０ａと、切替弁Ａ，Ｂ，Ｃを制御する切替弁制御部１０ｂと、インバータ４によって駆動モータ３の作動を制御するモータ制御部１０ｃとが設けられている。制御装置１０には、上述したコンバータ温度センサ４５、インバータ温度センサ４６、充電器温度センサ４７、冷却液温度センサ４４等の各種センサから信号が入力される。なお、これらの温度センサは、電流等から間接的に温度を検知するものであってもよい。

【0082】

制御装置１０のモータ制御部１０ｃは、コンバータ温度センサ４５等から入力される信号に基づいてインバータ４を制御する。例えば、制御装置１０は、コンバータ温度センサ４５等から入力される信号に基づいて、コンバータ５等の温度異常を判断する。その結果、制御装置１０が温度異常と判断した時には、制御装置１０が駆動モータ３の出力を制限する制御を行う。

【0083】

制御装置１０のポンプ制御部１０ａ及び切替弁制御部１０ｂは、コンバータ温度センサ４５、インバータ温度センサ４６、充電器温度センサ４７、及び冷却液温度センサ４４等から入力される信号に基づいて電動ポンプ４１及び切替弁Ａ，Ｂ，Ｃ等を制御し、冷却液の冷却液回路４２への循環を制御する。すなわち、制御装置１０は、冷却対象となっているインバータ４、コンバータ５、駆動モータ３、充電器８等の各電気装置が温度異常にならないよう、冷却システム４０を適切に機能させる。

【0084】

＜冷却システムの制御方法＞
車両１の運転停止時には、少なくとも駆動モータ３及びインバータ４は作動しない。高電圧バッテリ６への充電は、車両１の運転停止時に行われる。商用電源を使用して高電圧バッテリ６を充電する場合には、充電器８が作動する。コンバータ５は、運転停止時においても、低電圧系の電力供給システム１５の電力状態に応じて作動し得る。

【0085】

一方、車両１の運転時には、駆動モータ３及びインバータ４が作動する。コンバータ５は、低電圧バッテリ７の容量低下時等、低電圧系の電力供給システム１５の電力状態に応じて作動する。そして、充電器８は、車両１の運転時は作動しない。

【0086】

すなわち、この車両１では、運転停止時及び運転時の双方において、電気装置が作動するので、冷却システム４０も、それに伴って使用される。具体的には、車両１の運転時には、駆動モータ３、インバータ４、及びコンバータ５が作動して発熱するので、これらを冷却するために電動ポンプ４１が作動される。そして、車両１の運転停止時には、場合に応じて充電器８及びコンバータ５が作動して発熱するので、これらを冷却するために電動ポンプ４１が作動される。

【0087】

図７は、冷却システム４０の制御フローの一例を示している。

【0088】

まず、充電器８が使用状態か否かを判定する（ステップＳ１）。

【0089】

充電器８が使用状態、すなわち車両１の運転停止時であり且つ普通充電経路による高電圧バッテリ６の充電時の場合には、図７及び図８に示すように、切替弁Ａ，Ｂ，ＣをいずれもＯＮ状態（第１状態Ｄ１）として、冷却液が第２経路４２ｂに流れるようにする。そうして、充電器８に冷却液を送液して充電器８を冷却し、充電器８の過度な温度上昇を抑制する。なお、切替弁Ｂ，ＣもＯＮ状態とすることにより、充電器８を通過した冷却液は、コンバータ５に送液される。そうして、コンバータ５も冷却することができる。

【0090】

この場合、駆動モータ３は作動状態ではないが、駆動ユニット６０に含まれる電気装置のうちで最も発熱量が大きいため、冷却システム４０の作動時には常に冷却液が送液されるように構成されている。駆動モータ３の非作動時には冷却液が駆動モータ３を迂回するように冷却液回路４２を構成してもよいが、冷却液回路４２の分岐を低減させる観点から、本実施形態の構成が好ましい。

【0091】

図７に示すように、充電器８が非使用状態である場合には、ステップＳ２でインバータ４の温度Ｔ_Ｉ／Ｖ及びコンバータ５の温度Ｔ_ＤＣＤＣを取得する。

【0092】

そして、ステップＳ３において、インバータ４の温度Ｔ_Ｉ／Ｖ及びコンバータ５の温度Ｔ_ＤＣＤＣの少なくとも一方が所定温度以上か否か判定する。

【0093】

例えば通常走行時や、運転停止時であり且つ急速充電経路による高電圧バッテリ６の充電時等には、インバータ４の温度Ｔ_Ｉ／Ｖ及びコンバータ５の温度Ｔ_ＤＣＤＣのいずれも所定温度未満となる。この場合、図７及び図９に示すように、切替弁Ａ，ＣをＯＦＦ、切替弁ＢをＯＮの状態（第２状態Ｄ２）とする。そうして、冷却液を第６経路４２ｆへ送液し、冷却液が第２経路４２ｂに流れないようにする。これにより、冷却液回路４２の経路長を短縮化して電動ポンプ４１の負荷を軽減できる。

【0094】

なお、第６経路４２ｆは、冷却液回路４２上におけるコンバータ５の上流側に接続され、第６経路４２ｆに送液された冷却液はコンバータ５に送液される。その後、冷却液は、切替弁Ｃ、切替弁Ｂを経てインバータ４に送液され、さらに切替弁Ｃを経て駆動モータ３に送液される。例えば通常走行時では、これらの電気装置において発生し得る発熱量は、コンバータ５が最も少なく、次いでインバータ４、駆動モータ３の順で多い。原則として、発熱量の少ない電気装置ほど、冷却液回路４２の上流側に配置することで、効率的に各電気装置を冷却できるから、この順に冷却液が送液されることが望ましい。なお、通常走行時におけるコンバータ５及びインバータ４の発熱量の差は大きくはないため、両者の送液順は逆であってもよい。

【0095】

図７に示すように、ステップＳ３で、インバータ４の温度Ｔ_Ｉ／Ｖ及びコンバータ５の温度Ｔ_ＤＣＤＣの少なくとも一方が所定温度以上と判定された場合には、ステップＳ４へ進む。そして、インバータ４の温度Ｔ_Ｉ／Ｖがコンバータ５の温度Ｔ_ＤＣＤＣよりも高いか否か判定される。

【0096】

例えば、低電圧系の電力供給システムの使用量が増加し、高電圧バッテリ６の電力を電圧変換して使用する場合等には、コンバータ５の発熱量が増加する。そうすると、コンバータ５の温度Ｔ_ＤＣＤＣがインバータ４の温度Ｔ_Ｉ／Ｖ以上、言い換えるとインバータ４の温度Ｔ_Ｉ／Ｖがコンバータ５の温度Ｔ_ＤＣＤＣ以下になる。そうすると、コンバータ５の冷却を強化する必要が生じる。

【0097】

この場合、本実施形態では、図７及び図１０に示すように、切替弁Ａ，ＢをＯＮ、切替弁ＣをＯＦＦの状態（第３状態Ｄ３）とする。これにより、冷却液は切替弁Ａを経て第２経路４２ｂ、すなわち充電器８へと送液される。その後、切替弁Ｂを経てコンバータ５へと送液され、切替弁Ｃ，Ｂを経てインバータ４に送液された後、再度切替弁Ｃを経て駆動モータ３へと送液される。

【0098】

ここに、本願発明者らは、充電器８は駆動ユニットよりも後方に配置されているから、充電時以外にも充電器８へ冷却液を循環させることにより、充電器８は、いわば第２のラジエータとしての役割を担うことも可能であることを見出した。

【0099】

すなわち、本構成では、冷却液をあえて充電器８へ送液後にコンバータ５へ送液させることにより、コンバータ５の冷却を強化できる。

【0100】

なお、本構成では、充電器８には車両１の下方外側へ突出する冷却フィン８３が設けられている。これにより、車両１の走行風を利用して冷却液の温度をさらに低減させることができ、コンバータ５の冷却に資することができる。

【0101】

次に、例えば、高トルク時や、回生が長い時等には、インバータ４の発熱量が増加する。そうすると、インバータ４の温度Ｔ_Ｉ／Ｖがコンバータ５の温度Ｔ_ＤＣＤＣを超えて、Ｔ_ＤＣＤＣよりも高くなる。そうすると、インバータ４の冷却を強化する必要が生じる。

【0102】

この場合、本実施形態では、図７及び図１１に示すように、切替弁Ａ，ＣをＯＮ、切替弁ＢをＯＦＦの状態（第４状態Ｄ４）とする。これにより、冷却液は、切替弁Ａを経て第２経路４２ｂ、すなわち充電器８へと送液される。そして、切替弁Ｂを経てインバータ４へと送液され、切替弁Ｃ，Ｂを経てコンバータ５に送液された後、再度切替弁Ｃを経て駆動モータ３へと送液される。

【0103】

これにより、充電器８を経てさらに温度が低下した冷却液がインバータ４に送液されるから、インバータ４の冷却を効果的に強化できる。

【0104】

このように、本実施形態に係る冷却システム４０によれば、充電器８の作動時以外において、インバータ４及びコンバータ５の温度が所定温度未満のときは、充電器８への冷却液の循環を迂回させることにより、電動ポンプ４１の負荷軽減を図ることができる。一方、充電器８の作動時以外において、インバータ４及びコンバータ５の少なくとも一方の温度が所定温度以上のときは、冷却液をあえて充電器８へ送液することにより、充電器８をいわば第２のラジエータとして機能させ、インバータ４又はコンバータ５の冷却を強化できる。こうして、本構成によれば、ポンプ負荷軽減と駆動ユニットの冷却改善とを両立させることができる。

【0105】

また、第３状態Ｄ３及び第４状態Ｄ４では、冷却液を充電器８へ送液後、温度が高い方の電気装置へ先に冷却液を送液するようにしている。具体的には、第３状態Ｄ３では、インバータ４及びコンバータ５のうち、温度が高いコンバータ５へ冷却液を送液後にインバータ４へ送液する。第４状態Ｄ４では、逆に、温度が高いインバータ４へ冷却液を送液後にコンバータ５へ送液する。このように、本実施形態に係る冷却システム４０では、インバータ４及びコンバータ５の温度に応じて、該各電気装置への冷却液の送液順序が変更可能に構成されている。これにより、電気装置の冷却優先順位に応じた高効率の冷却が可能になる。

【0106】

なお、通常、冷却液は発熱量の小さい電気装置から大きい装置へ順に送液される。しかしながら、インバータ４及びコンバータ５の発熱量が増加するのは通常走行時以外である。また、両者の内部構造は似通っており両者の温度が所定温度以上の場合であってもその温度差が極端に大きくなることは少ない。従って、本構成では、温度が高い方の電気装置へ先に冷却液を送液させて、冷却の強化が必要な電気装置の冷却を効果的に行うようにしている。

【0107】

＜実験例＞
具体的に、従来の冷却システムについて、冷却液の温度を検証した結果について説明する。

【0108】

図１４に示す従来の冷却システム４００では、電動ポンプ１４１により冷却液回路１４２に送液される冷却液は、ラジエータ１０２を通過した後、コンバータ１０５、インバータ１０４、充電器１０８、及び駆動モータ１０３を順に通過する。なお、車両内における各電気装置のレイアウトは、図１と同様の配置である。

【0109】

当該冷却システム４００について、１００ｋｍ／ｈ通常走行時における各電気装置を通過前後の冷却液（水）の温度差を図１２に示す。図１２中、実線で示すデータは実測値であり、破線で示すデータは計算値である。なお、通常走行時では、コンバータ１０５、インバータ１０４、及び駆動モータ１０３は作動状態である一方、充電器１０８は非作動状態である。

【0110】

図１２に示すように、コンバータ１０５、インバータ１０４、及び駆動モータ１０３を通過した冷却液の温度はいずれも増加している。また、ラジエータ１０２を通過した冷却液の温度は低下している。そして、充電器１０８（冷却フィン無し）を通過した冷却液の温度も低下していることが判った。すなわち、この結果は、非使用状態の充電器１０８は、いわば自然対流として放熱されている状態であり、第２のラジエータとして使用可能であることが判る。

【0111】

図１２の結果に基づき、外気温度を考慮して、充電器１０８の放熱量及び熱抵抗を算出すると、それぞれ約１００Ｗ及び約４．８Ｋ／Ｗであった。

【0112】

充電器１０８に図２と同様の冷却フィンを設けた場合、充電器１０８の熱抵抗は約２．４Ｋ／Ｗにまで低下すると予測される。そうすると、充電器１０８の放熱量は、約５５０Ｗにまで増加すると予測できる。

【0113】

図１３は、充電器１０８の放熱量と、冷却液の温度差との関係（計算結果）を示している。図１３に示すように、充電器１０８の放熱量が約１００Ｗから約５５０Ｗにまで増加すると、充電器１０８を通過した冷却液の温度は、１℃近く低下すると予測される。この計算結果を図１２に破線で示している。

【0114】

また、例えば図３に示すように、冷却フィンを車外へ突出するように配置すれば、充電器１０８の放熱量はさらに増加し、充電器１０８の第２のラジエータとしての機能はさらに向上すると予測できる。

【0115】

＜その他の実施形態＞
以下、本開示に係る他の実施形態について説明する。なお、これらの実施形態の説明において、上記実施形態と同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

【0116】

充電器８の設置位置は、駆動ユニット６０よりも後方であれば、トランクフロア１ｃに限られない。

【0117】

充電器８は、冷却フィン８３を備えていなくてもよい。また、充電器８が冷却フィン８３を備えている場合、冷却フィン８３は車外に突出していなくてもよい。

【0118】

なお、充電器８の第２のラジエータとしての機能を向上させる観点から、充電器８が冷却フィン８３を備える場合には、充電器８の設置場所に拘わらず、充電器８は、その本体８１が車両１の車内に配置されるとともに冷却フィン８３が車外に突出するように、配置される構成がより望ましい。

【0119】

充電器８の放熱量を増加させるため、充電器８に対して送風可能なファンを設けてもよい。

【0120】

駆動モータ３と電動ポンプ４１の送液順は逆であってもよい。すなわち、冷却液回路４２は、冷却液が電動ポンプ４１を通過後に駆動モータ３を通過するように構成されていてもよい。

【0121】

上記実施形態では、駆動モータ３には温度センサを設けていないが、駆動モータ３の例えばケーシングに温度センサを設けて、駆動モータ３のケーシング表面の温度を駆動モータ３の温度として検出するようにしてもよい。

【0122】

運転停止時であり且つ急速充電経路による高電圧バッテリ６の充電時には、冷却システム４０を非使用状態（図５）としてもよい。

【0123】

車両１は、例えばレンジエクステンダーＥＶ（Ｒａｎｇｅ Ｅｘｔｅｎｄｅｒ ＥＶ）であってもよい。その場合、車両１は、エンジン、ジェネレータ及びコンバータが一体化されてなるレンジエクステンダーユニットを含む。エンジンは、発電用のエンジンである。ジェネレータは、エンジンの動力を受けて発電する。コンバータは、ジェネレータ及び高電圧バッテリ６に接続され、ジェネレータが発電した交流電流を直流電流に変換し、高電圧バッテリ６を充電する。車両１がレンジエクステンダーＥＶの場合、レンジエクステンダーユニットに含まれるジェネレータ及びコンバータも駆動ユニット６０に含まれる電気装置として冷却液回路４２上に配置され得る。

【産業上の利用可能性】

【0124】

本開示は、ポンプ負荷軽減と駆動ユニットの冷却改善との両立を図ることができる電動車両用冷却システムをもたらすことができるので、極めて有用である。

【符号の説明】

【0125】

１ 車両（電動車両）
１ｃ トランクフロア
２ ラジエータ（熱交換器）
３ 駆動モータ（電気装置）
４ インバータ（電気装置）
５ コンバータ（電気装置、ＤＣ／ＤＣコンバータ）
６ 高電圧バッテリ
８ 充電器
８１ 本体
８３ 冷却フィン
１０ 制御装置
４０ 冷却システム
４１ 電動ポンプ（ポンプ）
４２ 冷却液回路
４２ｆ 第６経路（バイパス経路）
４５ コンバータ温度センサ（温度検出手段）
４６ インバータ温度センサ（温度検出手段）
６０ 駆動ユニット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】