JP2006103536A - 冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数の削減、構成の簡略化及び小型化が図れるとともに、低コストの冷却システムを提供する。
【解決手段】この冷却システムでは、ラジエータ３１を介して冷却水が循環される流路３３に、水冷エンジン４１、駆動モータ４３、ジェネレータ４５及びインバータユニット４７が直列的に介挿され、これによってエンジン冷却系統とハイブリッドシステム冷却系統とが統合されている。インバータユニット４７のスイッチング素子がＳｉＣ半導体装置により構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッド自動車の冷却システムに関する。

図３は従来のハイブリッド自動車の冷却システムの模式図である。従来の冷却システムでは、図３に示すように、水冷エンジンを冷却するエンジン冷却系統と、ハイブリッドシステムを冷却するハイブリッドシステム冷却系統とが互いに分断されて別個に設けられた構成となっている。

すなわち、エンジン冷却系統では、冷却水を循環させる流路１にラジエータ３、シリンダヘッド５及びシリンダブロック７がウォータポンプ９とともに介挿され、ウォータポンプ９により矢印Ａ１で示すように流路１を循環される冷却水によってシリンダヘッド５及びシリンダブロック７が冷却される。また、流路１のシリンダヘッド５の部分から流路１１が分岐され、シリンダヘッド５を通過した冷却水の一部が、矢印Ａ２で示すように流路１１を介してスロットルボデー１３及びヒータ１５に供給される。また、流路１に付属してバイパス流路１７が設けられており、冷間時は矢印Ａ３で示すようにバイパス流路１７を循環される冷却水によりシリンダヘッド５及びシリンダブロック７の冷却が行われる。流路１及びバイパス流路１７の切り替えは、サーモスタット１９により行われる。

ハイブリッドシステム冷却系統では、冷却水を循環させる流路２１にラジエータ２２、駆動モータ２３、ジェネレータ２５、インバータユニット２７が電動ポンプ２９及びリザーバタンク３０とともに介挿されている。そして、電動ポンプ２９により矢印Ａ４で示すように流路２１を循環される冷却水によって、駆動モータ２３、ジェネレータ２５及びインバータユニット２７が冷却される。

駆動モータ２３を駆動する回路ユニットであるインバータユニット２７に備えられる電力変換用のスイッチング素子は、Ｓｉ半導体を用いて構成されている。

しかしながら、上述の冷却システムでは、エンジン冷却系とハイブリッドシステム冷却系統とが独立して設けられているため、部品点数の増大、構成の複雑化及び大型化を招くとともに、高コストである。

そこで、本発明の解決すべき第１の課題は、部品点数の削減、構成の簡略化及び小型化が図れるとともに、低コストの冷却システムを提供することである。

また、本発明の解決すべき第２の課題は、回路ユニットの信頼性の低下を防止しつつ、エンジン冷却系統とハイブリッドシステム冷却系統の統合が図れる冷却システムを提供することである。

上記の課題を解決するため、請求項１の発明では、ハイブリッド自動車の冷却システムであって、ラジエータと、前記ラジエータ、水冷エンジン、及び駆動モータを駆動する回路ユニットが直列的に介挿され、前記水冷エンジン及び前記回路ユニットを冷却する冷却水が循環される流路とを備える。

また、請求項２の発明では、請求項１の発明に係る冷却システムにおいて、前記回路ユニットを構成するスイッチング素子にワイドバンドギャップ半導体を用いる。

また、請求項３の発明では、請求項２の発明に係る冷却システムにおいて、前記ワイドバンドギャップ半導体としてＳｉＣが用いられている。

また、請求項４の発明では、請求項１ないし３のいずれかの発明に係る冷却システムにおいて、前記流路には前記駆動モータが介挿され、前記流路を循環する冷却水によって前記駆動モータの冷却が行われる。

また、請求項５の発明では、請求項１ないし４のいずれかの発明に係る冷却システムにおいて、前記流路にはジェネレータが介挿され、前記流路を循環する冷却水によって前記ジェネレータの冷却が行われ、前記回路ユニットは、前記ジェネレータが生成した電力の変換も行う。

請求項１に記載の発明によれば、ラジエータを介して冷却水が循環される流路に、水冷エンジンと駆動モータを駆動する回路ユニットが直列的に介挿され、これによってエンジン冷却系統とハイブリッドシステム冷却系統とが統合されているため、部品点数の削減、構成の簡略化及び小型化が図れるとともに、システムの低コスト化が図れる。

請求項２に記載の発明によれば、回路ユニットを構成するスイッチング素子にワイドバンドギャップ半導体が用いられているため、スイッチング素子の耐熱性を向上させることができ、水冷エンジンの冷却水を回路ユニットの冷却に共用することにより、回路ユニットの動作温度が上昇しても、回路ユニットを安定して動作させることができる。その結果、回路ユニットの信頼性の低下を防止しつつ、エンジン冷却系統とハイブリッドシステム冷却系統の統合が図れる。

請求項３に記載の発明によれば、回路ユニットを構成するスイッチング素子にＳｉＣが用いられているため、スイッチング素子の耐熱性を向上させることができる。

請求項４に記載の発明によれば、水冷エンジンの冷却水により駆動モータの冷却も行うことができるため、構成の煩雑化を抑制しつつ、駆動モータの冷却水による冷却を実現することができる。

請求項５に記載の発明によれば、水冷エンジンの冷却水によりジェネレータの冷却も行うことができるため、構成の煩雑化を抑制しつつ、ジェネレータの冷却水による冷却を実現することができる。

また、回路ユニットにジェネレータが生成した電力の変換を行わせる構成であるため、ジェネレータが生成した電力の変換を行うための専用の回路ユニット及びその冷却手段を設ける必要がない。

図１は、本発明の一実施形態に係る冷却システムの模式図である。この冷却システムは、ハイブリッド自動車に搭載され、その水冷エンジン及びハイブリッドシステムの冷却に用いられる。冷却システムは、図１に示すように、ラジエータ３１と、流路３３，３５と、電動ポンプ（上位概念の用語では、ポンプ手段（電動に限らない））３７とを備えて構成されている。

流路３３は、ラジエータ３１及び電動ポンプ３７が介挿された環状経路を構成しており、その経路上に水冷エンジン４１、駆動モータ４３、ジェネレータ４５及びインバータユニット（回路ユニット）４７が直列的に介挿されている。本実施形態では、ラジエータ３１を基準として冷却水の通流方向下流側に向けて、ラジエータ３１、電動ポンプ３７、インバータユニット４７、ジェネレータ４７、駆動モータ４３及び水冷エンジン４１がこの記載の順序で直列的に流路３３に介挿されている。なお、この介挿順序は一例であり、他の順序を採用することもできる。

電動ポンプ３７が駆動されると、冷却水が流路３３中を矢印Ａ５で示すように循環され、冷却水によってインバータユニット４７、ジェネレータ４５、駆動モータ４３及び水冷エンジン４１が冷却される。水冷エンジン４１では、シリンダブロック４１ａ及びシリンダヘッド４１ｂの順に冷却水が導かれ、これらの冷却が行われる。

流路３５は、流路３３のシリンダヘッド４１ｂの部分から分岐され、シリンダヘッド４１ｂを通された冷却水が、矢印Ａ６で示すようにこの流路３５によってスロットルボデー５１及びヒータ５３に供給されるようになっている。スロットルボデー５１及びヒータ５３を通過した冷却水は、流路３５によって流路３３に戻される。

図２は、インバータユニット４７の回路構成を示す図である。インバータユニット４７は、駆動モータ４３を駆動するための電力変換、及びジェネレータ４５が発電した電力の変換等を行うためのものであり、図２に示すように、コンバータ部５５及びインバータ部５７を備えて構成されている。

コンバータ部５５は、駆動モータ４３の駆動のためにバッテリ５９から与えられる電圧を昇圧してインバータ部５７に与える機能と、駆動モータ４３からインバータ部５７を介して与えられる回生電流を降圧してバッテリ５９に与える機能と、ジェネレータ４５で生成されインバータ部５７で直流変換された電流を降圧してバッテリ５９に与える機能とを有している。このため、コンバータ部５５には、リアクトルＬと、そのリアクトルＬに供給される電流をチョップすることにより昇圧又は降圧を行うスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２とが備えられている。

インバータ部５７は、第１及び第２変換部５７ａ，５７ｂを備えている。第１変換部５７ａは、コンバータ部５５で昇圧されたバッテリ５９からの直流電圧を交流電圧に変換して駆動モータ４３に与える機能と、駆動モータ４３から与えられる回生電流を直流変換してコンバータ部５５側に与える機能とを有し、電力変換用の複数のスイッチング素子Ｓ３を備えている。また、第２変換部５７ｂは、ジェネレータ４５で生成された電流を直流変換してコンバータ部５５側に与える機能を有し、電力変換用の複数のスイッチング素子Ｓ４を備えている。

そして、コンバータ部５５及びインバータ部５７に備えられるスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４は、ＳｉＣ（炭化珪素）等のワイドバンドギャップ半導体（ここでは、ＳｉＣ半導体）を用いて構成された素子が用いられ、高温（例えば、２５０℃以上）で動作が可能となっている。このため、例えば水冷エンジン４１の冷却水の温度を９０℃程度に安定させる構成とした場合であっても、その冷却水温度下においてインバータユニット４７のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４を安定して動作させることができる。

以上のように、本実施形態によれば、ラジエータ３１を介して冷却水が循環される流路３３に、水冷エンジン４１、駆動モータ４３、ジェネレータ４５及びインバータユニット４７が直列的に介挿され、これによってエンジン冷却系統とハイブリッドシステム冷却系統とが統合されているため、部品点数の削減、構成の簡略化及び小型化が図れるとともに、システムの低コスト化が図れる。例えば、ラジエータ個数の削減、流路の簡略化、ポンプ個数の削減（例えば、水冷エンジン４１のウォータポンプ９（図３参照）を削減できる）等が図れる。また、駆動モータ４３を駆動した際のインバータユニット４７、駆動モータ４３、ジェネレータ４５の発熱により、自動的に水冷エンジン４１の暖気を行うことができるため、バイパス流路１７（図３参照）を省略できる。

また、インバータユニット４７のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４がＳｉＣ半導体装置により構成されているため、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４の耐熱性を向上させることができ、水冷エンジン４１の冷却水をインバータユニット４７の冷却に共用することにより、インバータユニット４７の動作温度が上昇しても、インバータユニット４７を安定して動作させることができる。その結果、インバータユニット４７の信頼性の低下を防止しつつ、エンジン冷却系統とハイブリッドシステム冷却系統の統合が図れる。

また、水冷エンジン４１の冷却水により駆動モータ４３及びジェネレータ４５の冷却も行うことができるため、構成の煩雑化を抑制しつつ、駆動モータ４３及びジェネレータ４５の冷却水による冷却を実現することができる。

また、インバータユニット４７にジェネレータ４５が生成した電力の変換を行わせる構成であるため、ジェネレータ４５が生成した電力の変換を行うための専用の回路ユニット及びその冷却手段を設ける必要がない。

本発明の一実施形態に係る冷却システムの模式図である。 インバータユニットの回路構成を示す図である。 従来の冷却システムの模式図である。

符号の説明

３１ ラジエータ
３３，３５ 流路
３７ 電動ポンプ
４１ 水冷エンジン
４３ 駆動モータ
４５ ジェネレータ
４７ インバータユニット
Ｓ１〜Ｓ４ スイッチング素子

Claims (5)

1. ハイブリッド自動車の冷却システムであって、
   ラジエータと、
   前記ラジエータ、水冷エンジン、及び駆動モータを駆動する回路ユニットが直列的に介挿され、前記水冷エンジン及び前記回路ユニットを冷却する冷却水が循環される流路と、
   を備えることを特徴とする冷却システム。
2. 請求項１に記載の冷却システムにおいて、
   前記回路ユニットを構成するスイッチング素子にワイドバンドギャップ半導体を用いることを特徴とする冷却システム。
3. 請求項２に記載の冷却システムにおいて、
   前記ワイドバンドギャップ半導体としてＳｉＣが用いられていることを特徴とする冷却システム。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の冷却システムにおいて、
   前記流路には前記駆動モータが介挿され、前記流路を循環する冷却水によって前記駆動モータの冷却が行われることを特徴とする冷却システム。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の冷却システムにおいて、
   前記流路にはジェネレータが介挿され、前記流路を循環する冷却水によって前記ジェネレータの冷却が行われ、
   前記回路ユニットは、前記ジェネレータが生成した電力の変換も行うことを特徴とする冷却システム。

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