JP2005012890A

JP2005012890A - Drive system and automobile mounted with the same

Info

Publication number: JP2005012890A
Application number: JP2003172989A
Authority: JP
Inventors: Isao Watanabe; 功渡辺; Hitoshi Sato; 仁佐藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-06-18
Filing date: 2003-06-18
Publication date: 2005-01-13

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compact drive system of which cooling effect can be assured. SOLUTION: A drive system 6 comprises a battery 61, a PCU 62, a heat exchanger 63, a water pump 64, and a piping 65. The piping 65 connects the battery 61, the PCU62, and the heat exchanger 63 in a loop. The water pump 64 is inserted in the piping 65 between the heat exchanger 63 and the battery 61. The heat exchanger 63 cools a cooling water by heat exchanging between the coolant from an air conditioner unit 5 and the cooling water circulating the piping 65. The water pump 64 circulates the cooing water cooled by the heat exchanger 63 in the piping 65, in the order of battery 61 and PCU62, so that the battery 61 and the PCU62 are cooled. COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【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（ＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）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（ＰｏｗｅｒＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）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：ＰｏｗｅｒＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）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（ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）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（ＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＰｏｗｅｒＭｏｄｕｌｅ）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（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）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、３０，３１２ＦＣ、４０エアコンＥＣＵ、６１，３１１バッテリ、６２，３１０ＰＣＵ、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、６２２ＩＰＭ、６２３インバータ、６２４制御装置、６２５Ｕ相アーム、６２６Ｖ相アーム、６２７Ｗ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〜Ｑ８ＮＰＮトランジスタ、Ｄ１〜Ｄ８ダイオード、Ｎ１，Ｎ２ノード。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a drive system for driving a motor, and more particularly to a compact drive system having a cooling mechanism and an automobile equipped with the drive system.
[0002]
[Prior art]
Recently, electric vehicles have attracted a great deal of attention as environmentally friendly vehicles. And the electric vehicle carries the fuel cell, for example.
[0003]
An electric vehicle equipped with this fuel cell converts a DC voltage from the fuel cell into an AC voltage, and a motor is driven by the converted AC voltage to obtain a power source. FIG. 6 is a perspective view showing a conventional drive system mounted on an electric vehicle. Referring to FIG. 6, drive system 300 includes a PCU (Power Control Unit) 310, a battery 311, and a fuel cell (FC) 312.
[0004]
PCU 310 mainly receives a DC voltage from fuel cell 312 and converts the received DC voltage into an AC voltage to drive the motor. When the PCU 310 cannot output the commanded torque from the fuel cell 312 alone, the PCU 310 also receives a DC voltage from the battery 311 and converts the DC voltage from the battery 311 and the fuel cell 312 to an AC voltage. The motor is driven by converting to
[0005]
Further, the PCU 310 charges the battery 311 by converting the AC voltage generated by the motor into a DC voltage.
[0006]
As described above, the drive system 300 drives the motor by the DC voltage from the fuel cell 312 (and the battery 311) and regenerates the battery 311 with the electric power generated by the motor.
[0007]
The PCU 310, the battery 311, and the fuel cell 312 are mounted on the frame 320. A radiator 330 is also mounted on the frame 320. The piping 341 connects the PCU 310 to the water pump 340. The piping 342 connects the PCU 310 to the radiator 330. Further, the pipe 343 connects the water pump 340 to the radiator 330.
[0008]
The water pump 340 circulates cooling water between the PCU 310 and the radiator 330 via the pipes 341 to 343. Thereby, the PCU 310 is water-cooled. Moreover, the battery 311 is air-cooled by the air in the passenger compartment cooled by the air conditioner. Due to the air cooling of the battery 311, the distance D between the PCU 310 and the battery 311 is set to a distance where a cooling fan and a duct for air cooling can be installed. That is, a “gap” is generated between the PCU 310 and the battery 311.
[0009]
Thus, in the conventional drive system, the PCU 310 is cooled by a method different from that of the battery 311.
[0010]
As a method for cooling the battery with water, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-191104 discloses a cooling method for cooling the cooling water for cooling the battery with the outside air cooled by the heat exchanger. This cooling system includes two heat exchangers. One heat exchanger cools the outside air. The other heat exchanger is cooled by the outside air cooled by the one heat exchanger, and cools the cooling water from the battery.
[0011]
[Patent Document 1]
JP 2002-191104 A
[0012]
[Patent Document 2]
JP-A-5-344606
[0013]
[Patent Document 3]
JP 2000-354608 A
[0014]
[Patent Document 4]
JP-A-8-138762
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
However, since Japanese Patent Laid-Open No. 2002-191104 does not disclose a specific cooling method for cooling the battery and the PCU, the drive system including the battery and the PCU can be downsized, and the cooling effect of the battery and the PCU can be reduced. It is difficult to ensure.
[0016]
In addition, the cooling method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-191104 has a problem that the cooling efficiency of the water for cooling the battery is low because the water for cooling the battery is cooled by heat exchange between the water and the outside air.
[0017]
Therefore, the present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a compact drive system capable of ensuring a cooling effect.
[0018]
Another object of the present invention is to provide a compact driving system with high cooling efficiency.
[0019]
Furthermore, another object of the present invention is to provide an automobile equipped with a compact drive system that can ensure a cooling effect.
[0020]
Furthermore, another object of the present invention is to provide an automobile equipped with a compact driving system having high cooling efficiency.
[0021]
[Means for Solving the Problems and Effects of the Invention]
According to this invention, the drive system includes a battery, a power unit, a heat exchanger, a cooling path, and a pump. The power unit is disposed in the vicinity of the battery and drives the motor using a DC voltage supplied from the battery. The heat exchanger cools the second refrigerant with the first refrigerant. The cooling path connects the battery, the power unit, and the heat exchanger in a loop shape. The pump circulates the second refrigerant in the cooling path.
[0022]
In the drive system according to the present invention, the battery and the power unit are cooled by the same cooling method.
[0023]
Therefore, according to the present invention, there is no need to install cooling parts on the battery or the power unit, and the battery and the power unit can be reduced in size. As a result, the drive system can be made compact.
[0024]
Preferably, the pump circulates the second refrigerant so that the second refrigerant is supplied in order from the lowest cooling target temperature.
[0025]
Cooling is performed in descending order of the amount of heat taken for cooling.
Therefore, according to this invention, the several cooling target object from which the target temperature of cooling differs can be cooled effectively.
[0026]
Preferably, the pump circulates the second refrigerant so that the second refrigerant is supplied in the order of the battery and the power unit. The cooling target temperature of the battery is lower than the cooling target temperature of the power unit.
[0027]
The battery is cooled in preference to the power unit.
Therefore, according to this invention, a battery and a power unit can be cooled effectively. As a result, the usable temperature range of the battery can be widened.
[0028]
Preferably, the second refrigerant is water.
The battery and the power unit are sequentially cooled by water.
[0029]
Therefore, according to the present invention, the battery and the power unit can be cooled by the same cooling method with water only by providing a pipe for circulating water. As a result, the size of the battery and the power unit can be reduced.
[0030]
Preferably, the first refrigerant is an air conditioner refrigerant.
The second refrigerant is cooled by the refrigerant of the air conditioner.
[0031]
Therefore, according to the present invention, the efficiency of heat exchange between the refrigerant of the air conditioner and the second refrigerant when the second refrigerant is cooled can be increased.
[0032]
Preferably, the power unit is disposed in contact with the battery.
Therefore, according to the present invention, the size of the battery and the power unit can be minimized.
[0033]
Preferably, the heat exchanger includes a heat conductor. The heat conductor has a plurality of first passages through which the first refrigerant passes and a plurality of second passages through which the second refrigerant passes. The plurality of first passages are surrounded by the plurality of second passages.
[0034]
The heat conductor is cooled by the first refrigerant flowing through the plurality of first passages. And the cooled heat conductor cools the 2nd refrigerant | coolant which flows through a several 2nd channel | path. That is, the second refrigerant is cooled by heat exchange with the first refrigerant via the heat conductor. Then, the second refrigerant is cooled by the first refrigerant flowing through the plurality of first passages surrounded by the plurality of second passages.
[0035]
Therefore, according to this invention, the second refrigerant can be stably cooled without being affected by the temperature around the heat conductor.
[0036]
Preferably, the heat conductor is aluminum.
The second refrigerant is cooled by heat exchange with the first refrigerant via a metal.
[0037]
Therefore, according to the present invention, the second refrigerant can be efficiently cooled.
Preferably, the power unit includes an inverter and a converter. The inverter drives a motor. The converter performs voltage conversion between the battery and the inverter.
[0038]
When the operation mode of the motor is the power running mode, the converter boosts the DC voltage, and the inverter drives the motor with the DC voltage boosted by the converter. When the motor operation mode is the regenerative mode, the inverter converts the AC voltage generated by the motor into a DC voltage, and the converter steps down the DC voltage from the inverter.
[0039]
Therefore, according to the present invention, it is possible to effectively cool the power unit that boosts the DC voltage to drive the motor, converts the AC voltage generated by the motor into the DC voltage, and lowers the voltage.
[0040]
According to the invention, the automobile includes a drive system, a motor, and drive wheels. The drive system according to any one of claims 1 to 9, wherein the drive system is disposed in a vehicle interior. The motor is driven by a power unit included in the drive system. The drive wheel is driven by a motor.
[0041]
The battery and power unit of the drive system that drives the drive wheels of the automobile are effectively cooled. The battery is used in a wide temperature range.
[0042]
Therefore, according to the present invention, the fuel efficiency of the automobile can be improved.
Preferably, the drive system is arranged under the floor.
[0043]
Therefore, according to the present invention, the automobile can be made compact.
[0044]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
[0045]
FIG. 1 is a schematic block diagram of an electric vehicle equipped with a drive system according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, an electric vehicle 10 includes a body 1, a handle 2, a front seat 3, a rear seat 4, an air conditioner unit 5, a drive system 6, a radiator 7, pipes 8 and 9, and a motor. 11, a cable 12, a front wheel 13, and a rear wheel 14.
[0046]
The air conditioner unit 5 is disposed under the front seat 3. The drive system 6 is disposed under the rear seat 4. The radiator 7 is disposed at the tip of the body 1. The motor 11 is disposed on the front wheel 13 side. Thus, the air conditioner unit 5 and the drive system 6 are arranged in the vehicle compartment 15 of the electric vehicle 10, and the radiator 7 is arranged outside the vehicle compartment 15. The drive system 6 may be disposed on the rear luggage.
[0047]
The pipe 8 connects the drive system 6 to the air conditioner unit 5. The pipe 9 connects the radiator 7 to the air conditioner unit 5. A cable 12 connects the motor 11 to the drive system 6. The motor 11 is connected to the front wheel 13. The motor 11 drives the front wheels 13 (drive wheels).
[0048]
Although not shown in FIG. 1, a fuel cell (FC) is mounted on the back side of the paper surface of the air conditioner unit 5.
[0049]
FIG. 2 is a layout diagram of the air conditioner unit 5, the drive system 6, the radiator 7 and the FC. Referring to FIG. 2, drive system 6 according to the present invention includes a battery 61, a power control unit (PCU: Power Control Unit) 62, a heat exchanger 63, a water pump 64, and a pipe 65.
[0050]
The frame 20 has areas 21 to 25. The battery 61 and the PCU 62 are disposed in the region 21 of the frame 20. The PCU 62 is disposed in contact with the battery 61 and is electrically connected to the battery 61. The heat exchanger 63 and the water pump 64 are disposed in the region 24 of the frame 20. The pipe 65 connects the battery 61, the PCU 62, and the heat exchanger 63 in a loop shape. Specifically, the pipe 65 enters the battery 61 from the heat exchanger 63 and enters the PCU 62 through the battery 61. Then, the pipe 65 returns to the heat exchanger 63 through the PCU 62. Thus, the battery 61 and the PCU 62 are connected in series by the pipe 65.
[0051]
The water pump 64 is inserted into a pipe 65 that extends from the heat exchanger 63 to the battery 61. The temperature sensor 66 is installed in the battery 61. The temperature sensor 67 is installed in the PCU 62. The temperature sensor 68 is installed in a pipe 65 between the water pump 64 and the battery 61.
[0052]
The air conditioner unit 5 is disposed in the region 24 of the frame 20. The air conditioner unit 5 is connected to the heat exchanger 63 by the pipe 8. The radiator 7 is disposed in the region 25 of the frame 20. The radiator 7 is connected to the air conditioner unit 5 by a pipe 9. The FC 30 is arranged in the area 23 of the frame 20. The FC 30 is electrically connected to the PCU 62 by a cable (not shown).
[0053]
Note that the area 22 of the frame 20 is an empty area.
Thus, the air conditioner unit 5, the drive system 6 (: battery 61, PCU 62, heat exchanger 63, water pump 64), radiator 7 and FC 30 are arranged in each region of the frame 20, and the frame 20 is connected to the electric vehicle 10. By mounting, it is mounted on the electric vehicle 10 integrally. When the frame 20 is mounted on the electric vehicle 10, the radiator 7 is positioned at the tip of the electric vehicle 10, the air conditioner unit 5, the FC 30, the heat exchanger 63 and the water pump 64 are positioned below the front seat 3, and the battery The frame 20 is mounted on the electric vehicle 10 such that 61 and the PCU 62 are positioned below the rear seat 4.
[0054]
The FC 30 supplies a DC voltage to the PCU 62. The battery 61 is a secondary battery such as a nickel metal hydride battery and a lithium ion battery. The battery 61 supplies a DC voltage to the PCU 62. The PCU 62 converts the DC voltage from the FC 30 or the DC voltage from the FC 30 and the battery 61 into an AC voltage and drives the motor 11. The PCU 62 charges the battery 61 by converting the AC voltage generated by the motor 11 into a DC voltage.
[0055]
The air conditioner unit 5 circulates the refrigerant of the air conditioner with the radiator 7 through the pipe 9 based on control from an air conditioner ECU (Electrical Control Unit) 40, and sets the temperature in the compartment 15 of the electric vehicle 10 to a predetermined value. Set to the temperature of. Further, the air conditioner unit 5 circulates the refrigerant of the air conditioner with the heat exchanger 63 via the pipe 8 based on the control from the air conditioner ECU 40.
[0056]
The radiator 7 receives the refrigerant of the air conditioner from the air conditioner unit 5 via the pipe 9 and cools the received refrigerant of the air conditioner. Then, the radiator 7 flows the cooled refrigerant of the air conditioner to the air conditioner unit 5 through the pipe 9.
[0057]
The heat exchanger 63 performs heat exchange between the refrigerant of the air conditioner from the air conditioner unit 5 and the cooling water flowing in the pipe 65, and cools the cooling water flowing in the pipe 65. The water pump 64 circulates the cooling water in the pipe 65 so that the cooling water flows in the order of the battery 61, the PCU 62, and the heat exchanger 63.
[0058]
Temperature sensor 66 detects temperature Tb of battery 61 and outputs the detected temperature Tb to air conditioner ECU 40. The temperature sensor 67 detects the temperature Tp of the PCU 62 and outputs the detected temperature Tp to the air conditioner ECU 40. The temperature sensor 68 detects the water temperature Tw of the cooling water flowing through the pipe 65 and outputs the detected water temperature Tw to the air conditioner ECU 40.
[0059]
The air conditioner ECU 40 determines that the temperatures Tb and Tp become the cooling target temperature Tbtrg of the battery 61 and the cooling target temperature Tptrg of the PCU 62 based on the temperatures Tb and Tp and the water temperature Tw, respectively, and the water temperature Tw becomes the target temperature Tbwtrg of the cooling water of the battery 61. The air conditioner unit 5 is controlled as follows.
[0060]
FIG. 3 is a perspective view of the heat exchanger 63 shown in FIG. Referring to FIG. 3, the heat exchanger 63 includes a heat exchange part 631, inlet parts 632 and 633, and outlet parts 634 and 635. The heat exchanging unit 631 has passages 6311 and 6312. The passages 6311 and 6312 are linearly provided in the direction from the end surface 631A to the end surface 631B. The passage 6312 is surrounded by the passage 6311. The passage 6311 is a passage through which cooling water from the pipe 65 flows, and the passage 6312 is a passage through which the refrigerant of the air conditioner from the pipe 8 flows. The heat exchanging portion 631, the inlet portions 632 and 633, and the outlet portions 634 and 635 are made of aluminum.
[0061]
The inlet portions 632 and 633 are attached to the end face of the heat exchanging portion 631, and the outlet portions 634 and 635 are attached to the end face 631B of the heat exchanging portion 631.
[0062]
The outlet portion 634 has a passage 6341 and an outlet 6342. The outlet portion 635 has a passage 6351 and an outlet 6352. The inlet portion 632 has an inlet 6321 and the same passage as the passage 6341. The inlet 633 has an inlet 6331 and the same passage as the passage 6351.
[0063]
The inlet 632 is attached to the end face 631A so that the passage (the same passage as the passage 6341) is connected to the passage 6311 of the heat exchange portion 631. Further, the inlet 633 is attached to the end surface 631A so that the passage (the same passage as the passage 6351) is connected to the passage 6312 of the heat exchange portion 631. The outlet portions 634 and 635 are attached to the end surface 631B so as to be connected to the passages 6311 and 6312, respectively.
[0064]
Cooling water from the pipe 65 enters the inlet portion 632 from the inlet 6321, passes through the passage 6311 of the heat exchanging portion 631, and reaches the passage 6341 of the outlet portion 634. Then, the cooling water exits the outlet portion 634 from the outlet 6342 and circulates in the pipe 65.
[0065]
The refrigerant of the air conditioner from the air conditioner unit 5 enters the inlet portion 633 from the inlet 6331, passes through the passage 6312 of the heat exchanging portion 631, and reaches the passage 6351 of the outlet portion 635. Then, the refrigerant exits the outlet portion 635 from the outlet 6352 and circulates in the pipe 8.
[0066]
Then, the heat exchanging unit 631 is cooled by the refrigerant of the air conditioner that passes through the passage 6312 and cools the cooling water that passes through the passage 6311. That is, the heat exchanging unit 631 performs heat exchange between the refrigerant of the air conditioner and the cooling water to cool the cooling water. The cooling water flowing through the passage 6311 is cooled by the refrigerant of the air conditioner flowing through the passage 6312 surrounded by the passage 6311. That is, the heat of the cooling water is transmitted to the passage 6312 surrounded by the passage 6311, that is, located inside the passage 6311, and the cooling water is cooled by the refrigerant of the air conditioner.
[0067]
Therefore, by using the heat exchanger 63, the cooling water is stably cooled without being affected by the temperature around the heat exchanger 63.
[0068]
In this way, the heat of the cooling water flowing through the passage 6311 is transmitted to the heat exchanging unit 631 and absorbed by the refrigerant of the air conditioner flowing through the passage 6312. Since the heat exchanging unit 631 is made of aluminum as described above, the heat of the cooling water is efficiently transmitted from the passage 6311 to the passage 6312. Aluminum constitutes a “thermal conductor”.
[0069]
Referring to FIG. 2 again, a cooling mechanism for cooling battery 61 and PCU 62 will be described. Temperature sensor 66 detects temperature Tb of battery 61 and outputs the detected temperature Tb to air conditioner ECU 40. The temperature sensor 67 detects the temperature Tp of the PCU 62 and outputs the detected temperature Tp to the air conditioner ECU 40. The temperature sensor 68 detects the water temperature Tw of the cooling water flowing through the pipe 65 and outputs the detected water temperature Tw to the air conditioner ECU 40.
[0070]
The air conditioner ECU 40 determines that the temperatures Tb and Tp become the cooling target temperature Tbtrg of the battery 61 and the cooling target temperature Tptrg of the PCU 62 based on the temperatures Tb and Tp and the water temperature Tw, respectively, and the water temperature Tw becomes the target temperature Tbwtrg of the cooling water of the battery 61. The air conditioner unit 5 is controlled as follows. The air conditioner unit 5 is turned on / off by the air conditioner ECU 40 and causes the refrigerant to circulate with the heat exchanger 63 via the pipe 8. In this case, when the water temperature Tw is higher than the target temperature Tbwtrg, the air conditioner unit 5 circulates more refrigerant with the heat exchanger 63 via the pipe 8, and the refrigerant as the water temperature Tw approaches the target temperature Tbwgrg. Reduce the amount of. Then, when the water temperature Tw becomes lower than the target temperature Tbwgrg, the air conditioner unit 5 stops the circulation of the refrigerant with the heat exchanger 63. In addition, the air conditioner unit 5 circulates the refrigerant of the air conditioner with the radiator 7 through the pipe 9, and sets the temperature in the passenger compartment 15 to a predetermined temperature.
[0071]
The heat exchanger 63 performs heat exchange between the refrigerant from the air conditioner unit 5 and the cooling water circulating in the pipe 65 by the mechanism described above, thereby cooling the cooling water. The water pump 64 circulates the cooling water in the pipe 65 so that the cooling water cooled by the heat exchanger 63 is supplied to the battery 61 and the PCU 62 in the order of the battery 61 and the PCU 62.
[0072]
Thereby, the battery 61 is cooled by the cooling water so that the temperature Tb becomes equal to or lower than the cooling target temperature Tbtrg, and the PCU 62 is cooled by the cooling water such that the temperature Tp becomes equal to or lower than the cooling target temperature Tptrg.
[0073]
Cooling target temperature Tbtrg of battery 61 is, for example, 40 ° C., and cooling target temperature Tptrg of PCU 62 is, for example, 100 ° C. And the target temperature Tbwtrg of the cooling water supplied to the battery 61 in order to set the temperature Tb of the battery 61 to 40 degrees C or less is set to 30 degrees C or less, for example. Further, the target temperature Tpwtrg of the cooling water supplied to the PCU 62 in order to set the temperature Tp of the PCU 62 to 100 ° C. or lower is set to 65 ° C. or lower, for example.
[0074]
As described above, since the battery 61 and the PCU 62 are connected in series by the pipe 65, in order to cool the temperature Tb of the battery 61 to 40 ° C. or lower and to cool the temperature Tp of the PCU 62 to 100 ° C. or lower. The cooling water needs to flow from the battery 61 side having a lower cooling target temperature.
[0075]
Therefore, as described above, the water pump 64 circulates the cooling water in the pipe 65 so that the cooling water flows in the order of the battery 61, the PCU 62, and the heat exchanger 63.
[0076]
Further, in order to cool the battery 61 and the PCU 62 so that the temperature Tb of the battery 61 is 40 ° C. or lower, it is necessary to set the water temperature Tw of the cooling water flowing in the pipe 65 to 30 ° C. or lower.
[0077]
Therefore, the air conditioner ECU 40 controls the air conditioner unit 5 so that the water temperature Tw is equal to or lower than the target temperature Tbwgrg, which is the lower target temperature of the cooling water.
[0078]
Thus, the present invention is characterized in that the battery 61 and the PCU 62 are connected in series by the pipe 65, and the cooling water is circulated in the pipe 65 to cool the battery 61 and the PCU 62 by the same cooling method. This feature eliminates the need for air-cooling ducts and exhaust fans that are required when the battery 61 is air-cooled and the PCU 62 is water-cooled, and there is no need to secure a “gap” between the battery 61 and the PCU 62. . As a result, the PCU 62 can be disposed close to the battery 61, and the drive system 6 can be made compact.
[0079]
Further, the present invention is characterized in that the cooling water flows from the battery 61 side having a lower cooling target temperature. With this feature, the battery 61 and the PCU 62 having different cooling target temperatures can be cooled to the cooling target temperatures Tbtrg and Tptrg, respectively.
[0080]
FIG. 4 is a perspective view of the PCU 62 shown in FIG. Referring to FIG. 4, PCU 62 includes a reactor 621, an IPM (Intelligent Power Module) 622, an inverter 623, a capacitor C 1, and a control device 624. IPM 622 is disposed adjacent to reactor 621. Inverter 623 is arranged adjacent to reactor 621 and IPM 622. Capacitor C 1 is disposed on inverter 623. The control device 624 is disposed on the capacitor C1. The piping 65 is provided below the PCU 62. Then, when the cooling water flows through the pipe 65, the reactor 621, the IPM 622, the inverter 623, the capacitor C1, and the control device 624 are cooled to the cooling target temperature Tptrg or lower.
[0081]
As described above, the PCU 62 stores the reactor 621, the IPM 622, the inverter 623, the capacitor C1, and the control device 624 in a compact manner and is installed in the region 21 of the frame 20, and is mounted on the electric vehicle 10 or the fuel electric vehicle.
[0082]
FIG. 5 is an electric circuit diagram of FC 30, battery 61 and PCU 62 (: reactor 621, IPM 622, inverter 623, capacitor C1 and control device 624) shown in FIG.
[0083]
Referring to FIG. 5, FC 30 is connected to nodes N 1 and N 2 between the output of boost converter 630 and the input of inverter 623. System relays SR1 and SR2 are provided between FC 30 and nodes N1 and N2. System relays SR1 and SR2 are turned on / off by a signal SE1 from control device 624. More specifically, system relays SR1 and SR2 are turned on by H (logic high) level signal SE1 from control device 624 and are turned off by L (logic low) level signal SE1 from control device 624.
[0084]
System relays SR3 and SR4 are provided between battery 61 and the input of boost converter 630. System relays SR3 and SR4 are turned on / off by a signal SE2 from control device 624. More specifically, system relays SR3 and SR4 are turned on by H-level signal SE2 from control device 624 and turned off by L-level signal SE2 from control device 624.
[0085]
IPM 622 includes NPN transistors Q1, Q2 and diodes D1, D2. Reactor 621 has one end connected to the power supply line of battery 61 and the other end connected to an intermediate point between NPN transistor Q1 and NPN transistor Q2, that is, between the emitter of NPN transistor Q1 and the collector of NPN transistor Q2. The
[0086]
NPN transistors Q1 and Q2 are connected in series between the power supply line of inverter 623 and the ground line. Between the collector and emitter of each NPN transistor Q1, Q2, diodes D1, D2 are connected to flow current from the emitter side to the collector side, respectively.
[0087]
Reactor 621 and IPM 622 constitute boost converter 630.
[0088]
Inverter 623 includes a U-phase arm 625, a V-phase arm 626, and a W-phase arm 627. U-phase arm 625, V-phase arm 626 and W-phase arm 627 are connected in parallel between the power supply line of inverter 623 and the ground line.
[0089]
U-phase arm 625 includes NPN transistors Q3 and Q4 connected in series, V-phase arm 626 includes NPN transistors Q5 and Q6 connected in series, and W-phase arm 627 includes NPN transistors connected in series. It consists of transistors Q7 and Q8. Further, diodes D3 to D8 that flow current from the emitter side to the collector side are connected between the collectors and emitters of the NPN transistors Q3 to Q8, respectively.
[0090]
An intermediate point of each phase arm is connected to each phase end of each phase coil of the motor 11. That is, the motor 11 is a three-phase permanent magnet motor, and is configured such that one end of three U, V, and W phase coils is commonly connected to the midpoint, and the other end of the U phase coil is the NPN transistors Q3 and Q4. The other end of the V-phase coil is connected to the intermediate point of the NPN transistors Q5 and Q6, and the other end of the W-phase coil is connected to the intermediate point of the NPN transistors Q7 and Q8.
[0091]
FC 30 supplies a DC voltage to drive system 6 and battery 61 when system relays SR1 and SR2 are turned on. Voltage sensor 610 detects DC voltage Vfc output from FC 30 and outputs the detected DC voltage Vfc to control device 624. Battery 61 supplies a DC voltage to boost converter 630 when system relays SR3 and SR4 are turned on. Voltage sensor 620 detects DC voltage Vb output from battery 61, and outputs the detected DC voltage Vb to control device 624.
[0092]
Boost converter 630 boosts DC voltage Vb from battery 61 by signal PWMU from control device 624, and supplies the boosted DC voltage to capacitor C1. Boost converter 630 steps down the DC voltage supplied from inverter 623 by signal PWMD from control device 624 during regenerative braking of electric vehicle 10 equipped with drive system 6, and reduces the reduced DC voltage to battery 61. To supply.
[0093]
Capacitor C 1 smoothes the DC voltage from boost converter 630 or FC 30 and supplies the smoothed voltage to inverter 623. The voltage sensor 640 detects the voltage Vm across the capacitor C1 and outputs the detected voltage Vm to the control device 624. Inverter 623 converts the DC voltage supplied from capacitor C 1 into an AC voltage by signal PWMI from control device 624 to drive motor 11. The inverter 623 converts the AC voltage generated by the motor 11 into a DC voltage by a signal PWMC from the control device 624 during regenerative braking of the electric vehicle 10 on which the drive system 6 is mounted, and converts the converted DC voltage into a capacitor. The voltage is supplied to the boost converter 630 via C1.
[0094]
Current sensor 650 detects motor current MCRT flowing through motor 11 and outputs the detected motor current MCRT to control device 624.
[0095]
Control device 624 turns system relays SR1 and SR2 on / off by signal SE1 at H level or L level, and turns on / off system relays SR3 and SR4 by signal SE2 at H level or L level.
[0096]
Control device 624 receives motor rotational speed MRN and torque command value TR from an external ECU provided outside drive system 6. Control device 624 generates signal PWMU or signal PWMD based on DC voltage Vb, DC voltage Vm, motor rotational speed MRN, and torque command value TR, and outputs the generated signal PWMU or signal PWMD to IPM 622. More specifically, control device 624 calculates voltage command Vdc_com, which is a target value of the output voltage of boost converter 630, based on motor rotational speed MRN and torque command value TR, and DC voltage Vm is converted to voltage command Vdc_com. The signal PWMU or the signal PWMD is generated by calculating the duty ratio when switching the NPN transistors Q1 and Q2 so as to match. Signal PWMU is a signal for stepping up DC voltage Vb, and signal PWMD is a signal for stepping down the DC voltage from inverter 623.
[0097]
Control device 624 generates signal PWMU when the operation mode of motor 11 is the power running mode, and generates signal PWMD when the operation mode of motor 11 is the regeneration mode.
[0098]
Further, control device 624 generates signal PWMI or signal PWMC based on DC voltage Vm (corresponding to the input voltage to inverter 623), motor current MCRT and torque command value TR, and outputs the signal to inverter 623. More specifically, control device 624 calculates a voltage to be applied to each phase coil of motor 11 based on DC voltage Vm, motor current MCRT, and torque command value TR, and based on the calculated voltage, Actually, the signal PWMI or the signal PWMC for switching control of the NPN transistors Q3 to Q8 of the inverter 623 is generated. The signal PWMI is a signal for converting the DC voltage supplied from the capacitor C1 into an AC voltage, and the signal PWMC is a signal for converting the AC voltage generated by the motor 11 into a DC voltage.
[0099]
Control device 624 generates signal PWMI when motor 11 is in the powering mode, and generates signal PWMC when motor 11 is in the regenerative mode.
[0100]
Control device 624 generates H-level signal SE1 and outputs it to system relays SR1 and SR2 during normal travel of electric vehicle 10, and FC 30 supplies DC voltage Vfc to drive system 6. The inverter 623 drives the motor 11 by converting the DC voltage from the FC 30 into an AC voltage using the signal PWMI.
[0101]
Control device 624 generates H level signal SE1 and outputs it to system relays SR1 and SR2 when electric vehicle 10 accelerates, and generates H level signal SE2 and outputs it to system relays SR3 and SR4. FC 30 supplies DC voltage Vfc to drive system 6, and battery 61 supplies DC voltage Vb to boost converter 630. Boost converter 630 boosts DC voltage Vb with signal PWMU and supplies it to inverter 623. Inverter 623 converts DC voltage from boost converter 630 into an AC voltage with signal PWMI to drive motor 11.
[0102]
Further, at the time of regenerative braking of electric vehicle 10, inverter 623 converts the AC voltage generated by motor 11 into a DC voltage using signal PWMC and supplies it to boost converter 630. Boost converter 630 receives the DC voltage from inverter 623. The voltage is stepped down by the signal PWMD. At the time of regenerative braking of electric vehicle 10, system relays SR1 and SR2 are turned on, and system relays SR3 and SR4 are also turned on, so that boost converter 630 supplies the stepped-down DC voltage to battery 61.
[0103]
Thus, the drive system 6 drives the motor 11 mainly by the DC voltage Vfc from the FC 30 when the operation mode of the motor 11 is the power running mode, and the DC voltage Vfc from the FC 30 when the electric vehicle 10 is accelerated. When the motor 11 cannot output the torque specified by the torque command value TR, the motor 11 is driven by the DC voltage Vb from the battery 61. In addition, the drive system 6 stores the electric power generated by the motor 11 in the battery 61 during regenerative braking of the electric vehicle 10.
[0104]
Referring to FIG. 2 again, the drive system 6 drives the motor 11 with the DC voltage Vfc from the FC 30 or the DC voltage Vfc + Vb from the battery 61 and the battery 61 with the electric power generated by the motor 11 as described above. To charge. The motor 11 drives the front wheels 13 of the electric vehicle 10 and generates power using the rotational force of the front wheels 13.
[0105]
The battery 61 has the highest temperature Tb when the DC voltage is charged / discharged. Further, in the power running mode and the regeneration mode of the motor 11, the IPM 622 and the inverter 623 included in the PCU 62 perform a switching operation to generate heat, and the reactor 621 also generates heat.
[0106]
Then, the air conditioner ECU 40 controls the air conditioner unit 5 based on the temperatures Tb, Tp and the water temperature Tw so that the temperatures Tb, Tp are respectively equal to or lower than the cooling target temperatures Tbtrg, Tptrg, and the water temperature Tw is equal to or lower than the target temperature Tbwgrg. In the air conditioner unit 5, the temperature Tb and Tp are respectively equal to or lower than the cooling target temperatures Tbtrg and Tptrg, and the water temperature Tw is equal to or lower than the target temperature Tbwgrg. Circulate with.
[0107]
The heat exchanger 63 cools the cooling water by heat exchange between the refrigerant of the air conditioner and the cooling water flowing through the pipe 65. The water pump 64 circulates the cooling water in the pipe 65 so that the cooling water cooled by the heat exchanger 63 flows in the order of the battery 61 and the PCU 62.
[0108]
Thereby, battery 61 and PCU 62 are cooled to cooling target temperatures Tbtrg and Tptrg or lower, respectively.
[0109]
Thus, in the drive system 6, the battery 61 and the PCU 62 are cooled by water cooling that is the same cooling method. This eliminates the need for air cooling ducts and exhaust fans that are required when the battery 61 is cooled by air cooling and the PCU 62 is cooled by water cooling, and a space for the duct and exhaust fan is provided between the battery 61 and the PCU 62. There is no need to provide it. As a result, the PCU 62 can be installed in contact with the battery 61, and the drive system 6 can be made compact.
[0110]
Further, by cooling the cooling water of the battery 61 and the PCU 62 with the refrigerant from the air conditioner unit 5 used for adjusting the temperature in the passenger compartment 15, the radiator 7 and another radiator connected to the air conditioner unit 5 can be deleted. it can. As a result, the number of pipes from the radiator to the drive system 6 can be reduced, and the drive system can be made compact.
[0111]
Furthermore, the cooling water is cooled by heat exchange with the refrigerant of the air conditioner, and the cooling water is made to flow from the battery 61 in preference to the PCU 62, so that the cooling efficiency of the battery 61 can be increased and the battery 61 can be used. Wide temperature range. As a result, the temperature range in which driving of the motor 11 can be assisted by the DC voltage Vb from the battery 61 is widened, and the fuel efficiency of the electric vehicle 10 can be improved.
[0112]
Furthermore, the cooling method of the battery 61 and the PCU 62 is unified to the water cooling method, one radiator is deleted, and the number of pipes from the radiator is reduced to make the drive system 6 compact, thereby driving the air conditioner unit 5 and the drive. The overall size of the system 6 and FC 30 can be reduced and these can be placed under the floor.
[0113]
In the present invention, the water pump 64 may change the amount of cooling water according to the temperature difference between the water temperature Tw detected by the temperature sensor 68 and the target temperature Tbwgrg.
[0114]
In the above description, the battery 61 and the PCU 62 are cooled with water. However, the present invention is not limited to this, and the cooling method is the same and the driving system 6 can be made compact. Good.
[0115]
Furthermore, in the above description, it has been described that the drive system 6 drives one motor 11. However, in the present invention, the drive system 6 may drive four motors. That is, the four motors are provided corresponding to the four wheels of the front wheel 13 and the rear wheel 14 of the electric vehicle 10, and the drive system 6 drives the four motors. In this case, the drive system 6 includes four inverters corresponding to the four motors. The four inverters are connected in parallel to both ends of the capacitor C1.
[0116]
Further, in the above description, the motor 11 has been described as driving the front wheel 13, but the rear wheel 14 may be driven.
[0117]
Furthermore, a current sensor for detecting a direct current input / output to / from the battery 61 is provided, and the air conditioner ECU 40 determines charging and discharging of the battery 61 based on the current value and polarity of the direct current from the current sensor, and charging the battery 61. The air conditioner unit 5 may be controlled to increase the amount of air conditioner refrigerant circulated with the heat exchanger 63 during discharge or discharge. In this case, as a specific means for increasing the amount of refrigerant in the air conditioner, it is conceivable to control the air conditioner unit 5 so that the ON period is longer than normal.
[0118]
Furthermore, in the above description, the IPM 622 and the inverter 623 are configured by NPN transistors. However, in the present invention, the IPM 622 and the inverter 623 are not limited thereto, and the IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), the MOS transistor, and the like. What is necessary is just to be comprised by the semiconductor switching element of.
[0119]
The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and is intended to include meanings equivalent to the scope of claims for patent and all modifications within the scope.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic block diagram of an electric vehicle equipped with a drive system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a layout diagram of an air conditioner unit, a drive system, a radiator, and an FC.
FIG. 3 is a perspective view of the heat exchanger shown in FIG.
4 is a perspective view of the PCU shown in FIG. 2. FIG.
FIG. 5 is an electric circuit diagram of the FC, battery, and PCU (reactor, IPM, inverter, capacitor, and control device) shown in FIG.
FIG. 6 is a perspective view showing a conventional drive system mounted on an electric vehicle.
[Explanation of symbols]
1 Body, 2 Handle, 3 Front seat, 4 Rear seat, 5 Air conditioner unit, 6,300 Drive system, 7,330 Radiator, 8, 9, 65, 341 to 343 Piping, 10 Electric vehicle, 11 Motor, 12 Cable, 13 Front wheel, 14 Rear wheel, 15 Car compartment, 20, 320 Frame 21-25 area, 30, 312 FC, 40 Air conditioner ECU, 61, 311 Battery, 62, 310 PCU, 63 Heat exchanger, 64, 340 Water pump, 66 -68 Temperature sensor, 610, 620, 640 Voltage sensor, 621 reactor, 622 IPM, 623 inverter, 624 control device, 625 U-phase arm, 626 V-phase arm, 627 W-phase arm, 630 boost converter, 631 heat exchange section, 631A , 631B end face, 632,633 Section, 634, 635 outlet section, 650 current sensor, 6311, 6312, 6341, 6351 passage, 6321, 6331 inlet, 6342, 6352 outlet, C1 capacitor, SR1-SR4 system relay, Q1-Q8 NPN transistor, D1-D8 diode N1, N2 nodes.

Claims

Battery,
A power unit that is disposed in proximity to the battery and drives a motor using a DC voltage supplied from the battery;
A heat exchanger that cools the second refrigerant with the first refrigerant;
A cooling path connecting the battery, the power unit and the heat exchanger in a loop;
And a pump for circulating the second refrigerant in the cooling path.

The drive system according to claim 1, wherein the pump circulates the second refrigerant so that the second refrigerant is supplied in ascending order of the target cooling temperature.

The pump circulates the second refrigerant so that the second refrigerant is supplied in the order of the battery and the power unit,
The drive system according to claim 2, wherein a cooling target temperature of the battery is lower than a cooling target temperature of the power unit.

The drive system according to any one of claims 1 to 3, wherein the second refrigerant is water.

The drive system according to claim 4, wherein the first refrigerant is an air conditioner refrigerant.

The drive system according to any one of claims 1 to 5, wherein the power unit is disposed in contact with the battery.

The heat exchanger includes a heat conductor having a plurality of first passages through which the first refrigerant passes and a plurality of second passages through which the second refrigerant passes,
The drive system according to any one of claims 1 to 6, wherein the plurality of first passages are surrounded by the plurality of second passages.

The drive system of claim 7, wherein the thermal conductor is aluminum.

The power unit is
An inverter for driving the motor;
The drive system according to any one of claims 1 to 8, further comprising a converter that performs voltage conversion between the battery and the inverter.

The drive system according to any one of claims 1 to 9, which is disposed in a vehicle interior;
A motor driven by the power unit of the drive system;
An automobile comprising drive wheels driven by the motor.

The vehicle according to claim 10, wherein the drive system is disposed under a floor.