JP2006252847A - 車両用冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 車両に搭載された電気機器を冷却する装置であって、冷却性能を維持しつつ、結露に起因する問題を抑制する。
【解決手段】 ＥＣＵは、ＤＥＷ（結露）センサからの出力を検知するステップ（Ｓ１００）と、ＤＣ／ＤＣコンバータ等の電気機器に結露が発生していると（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、ＤＣ／ＤＣコンバータ基板上の温度が高温であるか、ＤＣ／ＤＣコンバータのＦＥＴ近傍の温度が高温であるか、バッテリ温度が高温であると（Ｓ１２０、Ｓ１３０、Ｓ１４０のいずれかにてＹＥＳ）ファン駆動を許可するステップ（Ｓ２００）と、ＤＣ／ＤＣコンバータ基板上の温度が高温でなく、ＤＣ／ＤＣコンバータのＦＥＴ近傍の温度が高温でなく、バッテリ温度が高温でないと（Ｓ１２０、Ｓ１３０、Ｓ１４０のすべてにてＮＯ）ファン駆動を禁止するステップ（Ｓ３００）とを含む、プログラムを実行する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、車両に搭載された電気機器の冷却装置に関し、特に、結露の可能性がある場合に適切に電気機器を冷却することができる車両用冷却装置に関する。

内燃機関（たとえば、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの公知の機関を用いることが考えられる。）と電気モータとを組合せたハイブリッドシステムと呼ばれるパワートレインを搭載した車両が開発され、実用化されている。このような車両においては、走行用の電気モータを駆動するための二次電池やインバータやＤＣ／ＤＣコンバータ等の電気機器を搭載している。この二次電池は、化学反応により放電や充電が行なわれ、この化学反応が発熱を伴うため、冷却する必要がある。

このような二次電池は、たとえば、車両後席とトランクルームとの間に配置されることがある。この二次電池は、空気通路をなすダクト状のケーシング内に配置されており、ケーシング内で二次電池の空気上流側で、バッテリと後部座席との間には、バッテリを冷却する冷却風を発生する冷却ファンが配置されている。そして、このケーシングの上流端部は、車室内に連通（具体的にはリアパッケージトレーに開口）しているため、二次電池が、車室内の空気にて冷却されることになる。

このように、冷却ファンがバッテリよりも空気上流側に配置されている場合には、この冷却ファンでの騒音がケーシングを通じて車室内に聞こえやすく、乗員に不快感を与える場合がある。特開平１１−１９５４３７号公報（特許文献１）は、このような冷却ファンの騒音による乗員への不快感を低減する車両用バッテリ冷却装置を開示する。この車両用バッテリ冷却装置は、車両の駆動源である二次電池と、この二次電池に車室内空気である冷却風を送風して冷却する冷却ファンとを有し、冷却ファンを二次電池より冷却風の空気下流側に配置したことを特徴とする。

この車両用バッテリ冷却装置によると、冷却ファンを二次電池より冷却風の空気下流側に配置したため、二次電池が遮音材の機能を果たし、冷却ファンでの騒音が車室内に聞こえにくくなる。この結果、車室内乗員への不快感を低減できる。
特開平１１−１９５４３７号公報

しかしながら、車室外の温度が低く車両後席とトランクルームとの間に配置された二次電池の温度が低い場合であって、車室内の湿度が高い場合には、二次電池へ多量の水分を含んだ高湿度の空気が供給される。このような場合、二次電池において結露する場合があり、電気機器に対する結露は漏電等の発生誘因となり得る。また、このような結露を防止するために温度差を少なくするようにすることも考えられるが、温度差が少なくなったのでは、十分な冷却性能を発現し得ないという問題がある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、車両に搭載された電気機器を冷却する装置であって、冷却性能を維持しつつ、結露に起因する問題を抑制する、車両用冷却装置を提供することである。

第１の発明に係る車両用冷却装置は、車両に搭載された電気機器を冷却する。この車両用冷却装置は、搭乗空間以外に設けられた電気機器と、搭乗空間の空気を電気機器に供給するための供給手段と、供給手段を制御するための制御手段と、搭乗空間の空気に含まれる水分が電気機器に対して与える影響についての情報を検知するための検知手段とを含む。この制御手段は、情報に基づいて、電気機器に結露が発生する場合には、供給手段の作動を禁止するための手段を含む。

第１の発明によると、たとえば、この車両のトランクルーム（搭乗空間以外）には、走行用バッテリ（二次電池）、ＤＣ／ＤＣコンバータやインバータ等を含む駆動制御ユニット等の電気機器が搭載される。搭乗空間の空気が後席近傍からダクトを介して供給手段である冷却ファン等によりこれらの電気機器に供給されて冷却される。ところで、搭乗空間においては搭乗者や搭乗者が持ち込んだ高温多湿の物に含まれる水分が存在する。この水分は、トランクルームの温度が低い場合には、電気機器に結露を発生させることになる。このため、検知手段により、搭乗空間の空気に含まれる水分が電気機器に対して与える影響（結露の発生可否）についての情報を検知して、結露が発生する場合には、供給手段により搭乗空間内の空気を電気機器に供給させないようにする。これにより、電気機器に結露が発生することを抑制できる。その結果、車両に搭載された電気機器を冷却する装置であって、結露に起因する問題を抑制する、車両用冷却装置を提供することができる。

第２の発明に係る車両用冷却装置においては、第１の発明の構成に加えて、検知手段は、電気機器に設けられ、電気機器の結露を検知するための手段を含む。

第２の発明によると、検知手段として、電気機器に結露センサを設けて、電気機器に発生した結露を検知することができる。この情報に基づいて供給手段の作動を停止させることにより、さらなる結露の発生を回避することができる。

第３の発明に係る車両用冷却装置においては、第１の発明の構成に加えて、検知手段は、搭乗空間に設けられ、搭乗空間の空気に含まれる水分を検知するための手段を含む。

第３の発明によると、検知手段として、搭乗空間の空気の湿度を検知する湿度センサを設けて、この湿度に基づいて電気機器に結露が発生することを推定できる。この情報に基づいて供給手段の作動を停止させることにより、電気機器における結露の発生を回避することができる。

第４の発明に係る車両用冷却装置においては、第１の発明の構成に加えて、検知手段は、搭乗空間の温度を検知するための手段と、搭乗空間以外の温度を検知するための手段と、温度の差を算出するための手段と、温度差が予め定められた以上であると、電気機器に結露が発生すると推定するための手段とを含む。

第４の発明によると、搭乗空間の方が温度が高く、その温度差が大きい場合には、電気機器に結露が発生することを推定できる。この情報に基づいて供給手段の作動を停止させることにより、電気機器における結露の発生を回避することができる。

第５の発明に係る車両用冷却装置は、第１〜４のいずれかの発明の構成に加えて、電気機器の温度を検知するための手段をさらに含む。制御手段は、電気機器に結露が発生する場合であっても、温度が予め定められた温度以上である場合には、供給手段の作動の禁止を中止して、供給手段の作動を許可するための手段を含む。

第５の発明によると、電気機器の温度が高温であると、そのまま冷却しない状態では、電気機器が所望通りに作動しなくなるばかりか、故障することも考えられる。このため、このような電気機器が高温になってしまった場合には、供給手段の作動の禁止を中止して、供給手段を作動させて冷却風を電気機器に供給する。その結果、車両に搭載された電気機器を冷却する装置であって、冷却性能を維持しつつ、結露に起因する問題を抑制する、車両用冷却装置を提供することができる。

第６の発明に係る車両用冷却装置においては、第１〜５のいずれかの発明の構成に加えて、検知手段は、イグニッションスイッチがオンされた時に、影響についての情報を検知するための手段を含む。

第６の発明によると、ハイブリッド車両において、システムが起動するタイミングで、結露の可能性を検知して、供給手段の作動を禁止したり許可したりすることができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。なお、以下の説明では、二次電池とＰＣＵ（Power Control Unit）とを冷却する冷却装置について説明するが、いずれか一方のみを冷却する冷却装置であってもよいし、ＰＣＵではなく、ＤＣ／ＤＣコンバータやインバータのみを冷却する冷却装置であってもよい。

図１に、本実施の形態に係る車両用冷却装置１０００を車両に搭載した図を示す。図１に示すように、この車両用冷却装置１０００は、車室内空間（搭乗空間）２０００より車両後方側のトランクルーム（搭乗空間以外の空間）内に配設される。また、この車両用冷却装置１０００は、車両幅方向の両側のタイヤハウス２００を避けるように車両幅方向のほぼ中央部に設置されている。

車両用冷却装置１０００は、車両の駆動源である充放電可能な二次電池（ニッケル水素電池やリチウムイオン電池）１０１０と、二次電池１０１０の冷却ファン１０１２と、ＤＣ／ＤＣコンバータやインバータなどの駆動回路を含むＰＣＵ１０２０と、ＰＣＵ１０２０の冷却ファン１０２２とを含む。

二次電池１０１０は、たとえば、角型のバッテリセル（通常１．２Ｖ程度の出力電圧）が６個直列に接続されて１個のバッテリモジュールを形成し、多数（２０〜３０個）のバッテリモジュールを直列に接続してバッテリパックとして構成される。なお、この二次電池１０２０の体格は、車両幅方向のリヤサイドメンバの内側に収まるような寸法である。

車両冷却装置１０００は、車室内空間２０００の空気を、吸込口１０３０からダクト１０３２を介して冷却ファン１０１２または冷却ファン１０２２により吸引することに、これらの二次電池１０１０またはＰＣＵ１０２０を冷却する。

ダクト１０３２は、冷却ファン１０１２の下流側で、二次電池側ダクト１０３４とＰＣＵ側ダクト１０３６とに分岐され、二次電池側ダクト１０３４の下流側に二次電池１０１０が設けられ、ＰＣＵ側ダクト１０３６の下流側に冷却ファン１０２２が設けられる。冷却ファン１０２２の下流側にＰＣＵ１０２０が設けられる。

二次電池１０１０からの排風は二次電池側排風ダクト１０３８を通って、ＰＣＵ１０２０からの排風はＰＣＵ側排風ダクト１０４０を通って、排出口１０５０から車外に排出される。

吸込口１０３０は、リアガラス２２００の下方部位に位置するリアパッケージトレー（通常、オーディオのスピーカー等が設置される部材）に開口している。つまり、ダクト１０３２は、図１に示すように上方から下方に延びるように配置されているため、車室内空気は、図１の矢印で示すように上方から下方に流れ、この車室内空気は、冷却ファン１０１２によって二次電池１０１０に向けて吸い込まれ（バッテリモジュールの間を流れて）、その後、二次電池１０１０を冷却した空気は、二次電池１０１０の後方側に形成された排出口１０５０から車外に排出される。

冷却ファン１０１２が駆動している場合、駆動していない場合のいずれの場合であっても、冷却ファン１０２２が駆動されると、車室内空気は、図１の矢印で示すように上方から下方に流れ、この車室内空気は、ＰＣＵ１０２０に向けて吸い込まれ（ＰＣＵ１０２０を構成するＤＣ／ＤＣコンバータの基板やインバータの基板の間を流れて）、その後、ＰＣＵ１０２０を冷却した空気は、ＰＣＵ１０２０の後方側に形成された排出口１０５０から車外に排出される。

図２を参照して、図１の車両用冷却装置１０００の制御ブロック図について説明する。図２に示すように、この車両用冷却装置１０００は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０００により制御される。

ＥＣＵ３０００は、二次電池１０１０に設けられ、電池の温度を検知するバッテリ温度センサ３０１０と、ＰＣＵ１０２０において、たとえばＤＣ／ＤＣコンバータ内に設けられ、結露しているか否かを電圧により出力するＤＥＷセンサ３０２０と、ＤＣ／ＤＣコンバータの基板上の温度を検知する基板上サーミスタ３０２２と、ＤＣ／ＤＣコンバータのＦＥＴ（Field-Effect Transistor）近傍の温度を検知するＦＥＴ近傍サーミスタ３０２４と、からそれぞれ検知信号が電圧値または電流値で入力される。ＥＣＵ３０００は、入力インターフェイスにより、ＥＣＵ３０００内のＣＰＵ（Central Processing Unit）で処理しやすいようにアナログ信号をデジタル信号に変換する。

ＥＣＵ３０００は、後述するプログラムによりファン駆動許可が決定されると、バッテリ冷却ファンモータ４０００やＰＣＵ冷却ファンモータ４０１０に駆動指令信号を出力する。バッテリ冷却ファンモータ４０００により冷却ファン１０１２が回転されて二次電池１０１０が冷却され、ＰＣＵ冷却ファンモータ４０１０により冷却ファン１０２２が回転されてＰＣＵ１０２０が冷却される。

ＥＣＵ３０００は、イグニッションスイッチ３０３０から、ＩＧ−ＯＮ信号とＲＥＡＤＹ−ＯＮ信号とを受取る。後述するファン駆動許可指令が出力されると、通常は、ＩＧ−ＯＮの状態でＰＣＵ冷却ファンモータ４０１０が駆動され、ＲＥＡＤＹ−ＯＮの状態でバッテリ冷却ファンモータ４０００が駆動される。これは、ＩＧ−ＯＮでシステムメインリレーが接続状態とされ、ＤＣ／ＤＣコンバータ等が作動を開始して、ＲＥＡＤＹ−ＯＮで走行可能状態となり走行用の二次電池１０１０から放電されインバータが作動を開始するためである。

図３を参照して、本実施の形態に係る車両冷却装置を制御するＥＣＵ３０００で実行されるプログラムの制御構造について説明する。

ステップ（以下、ステップをＳと略す）１００にて、ＥＣＵ３０００は、ＰＣＵ１０２０のＤＣ／ＤＣコンバータに設けられたＤＥＷセンサ３０２０からの出力を検知する。このとき、ＥＣＵ３０００には、ＤＥＷセンサ３０２０から結露状態に対応した電圧値が入力される。

Ｓ１１０にて、ＥＣＵ３０００は、ＤＣ／ＤＣコンバータに結露が発生しているか否かを判断する。このとき、ＤＥＷセンサ３０２０から入力された電圧値に基づいて判断される。ＤＣ／ＤＣコンバータに結露が発生していると判断されると（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、処理はＳ１２０へ移される。もしそうでないと（Ｓ１１０にてＮＯ）、処理はＳ２００へ移される。

Ｓ１２０にて、ＥＣＵ３０００は、ＤＣ／ＤＣコンバータの基板上のサーミスタが示す温度が温度しきい値（１）よりも高いか否かを判断する。このとき、ＰＣＵ（ＤＣ／ＤＣコンバータ）基板上サーミスタ３０２２からＥＣＵ３０００に入力された信号に基づいて判断される。温度しきい値（１）は、たとえば１００℃程度に設定される。ＤＣ／ＤＣコンバータの基板上のサーミスタが示す温度が温度しきい値（１）よりも高いと（Ｓ１２０にてＹＥＳ）、処理はＳ２００へ移される。もしそうでないと（Ｓ１２０にてＮＯ）、処理はＳ１３０へ移される。

Ｓ１３０にて、ＥＣＵ３０００は、ＤＣ／ＤＣコンバータのＦＥＴ近傍のサーミスタが示す温度が温度しきい値（２）よりも高いか否かを判断する。このとき、ＰＣＵ（ＤＣ／ＤＣコンバータ）ＦＥＴ近傍サーミスタ３０２４からＥＣＵ３０００に入力された信号に基づいて判断される。温度しきい値（２）は、たとえば１００℃程度に設定される。ＤＣ／ＤＣコンバータのＦＥＴ近傍のサーミスタが示す温度が温度しきい値（２）よりも高いと（Ｓ１３０にてＹＥＳ）、処理はＳ２００へ移される。もしそうでないと（Ｓ１３０にてＮＯ）、処理はＳ１４０へ移される。

Ｓ１４０にて、ＥＣＵ３０００は、二次電池１０１０の温度が温度しきい値（３）よりも高いか否かを判断する。このとき、バッテリ温度センサ３０１０からＥＣＵ３０００に入力された信号に基づいて判断される。温度しきい値（３）は、たとえば４０℃程度に設定される。二次電池１０１０のバッテリ温度センサ３０１０が示す温度が温度しきい値（３）よりも高いと（Ｓ１４０にてＹＥＳ）、処理はＳ２００へ移される。もしそうでないと（Ｓ１４０にてＮＯ）、処理はＳ３００へ移される。

Ｓ２００にて、ＥＣＵ３０００は、ファン駆動許可処理を実行する。このファン駆動許可処理が実行されると、イグニッションスイッチ３０３０の状態に対応して予め定められたパターンでバッテリ冷却ファンモータ４０００やＰＣＵ冷却ファンモータ４０１０が駆動される。

Ｓ３００にて、ＥＣＵ３０００は、ファン駆動禁止処理を実行する。このファン駆動禁止処理が実行されると、イグニッションスイッチ３０３０の状態にかかわらず、バッテリ冷却ファンモータ４０００もＰＣＵ冷却ファンモータ４０１０も駆動されない。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る車両冷却装置１０００の動作について、説明する。

たとえば、寒冷地において、車室内（特に後席）に高温の水分を有する物を持ち込むと、その水分を多く含む車室内空気が吸気口１０３０から吸い込まれ、低温のＤＣ／ＤＣコンバータの基板上で結露することがある。このような場合、ＤＥＷセンサ出力が検知されて（Ｓ１００）、結露が発生していると判断される（Ｓ１１０にてＹＥＳ）。

結露が発生している場合であっても（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、ＤＣ／ＤＣコンバータ基板上の温度が温度しきい値（１）を越えるほどに高温であるか（Ｓ１２０にてＹＥＳ）、ＤＣ／ＤＣコンバータ基板上のＦＥＴ近傍の温度が温度しきい値（２）を越えるほどに高温であるか（Ｓ１３０にてＹＥＳ）、二次電池１０１０の温度であるバッテリ温度が温度しきい値（３）を越えるほどに高温であると（Ｓ１４０にてＹＥＳ）、冷却の要請が高いので、結露の発生の抑制よりも冷却を優先して、ファン駆動を許可する（Ｓ２００）。

一方、結露が発生している場合であって（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、ＤＣ／ＤＣコンバータ基板上の温度が温度しきい値（１）以下（Ｓ１２０にてＮＯ）、かつＤＣ／ＤＣコンバータ基板上のＦＥＴ近傍の温度が温度しきい値（２）以下（Ｓ１３０にてＮＯ）、かつ二次電池１０１０の温度であるバッテリ温度が温度しきい値（３）以下であると（Ｓ１４０にてＮＯ）、冷却の要請が低いので、冷却よりも結露の発生の抑制を優先して、ファン駆動を禁止する（Ｓ３００）。

さらに、結露が発生していない場合には（Ｓ１１０にてＮＯ）、冷却の要請に対応して（イグニッションスイッチ３０３０の状態に対応して）、ファン駆動を許可する（Ｓ２００）。

以上のようにして、本実施の形態に係る車両冷却装置によると、電気機器であるＤＣ／ＤＣコンバータ等を含むＰＣＵに結露が発生している場合には、漏電の誘因となる可能性があり得るので、それ以上の結露を発生させないために車室内の高湿の空気を低温のＰＣＵ等に送り込まないようにして、結露の発生を抑制する。一方、このような場合でも、ＤＣ／ＤＣコンバータの基板温度が高いときやバッテリ温度が高いときには、冷却を優先させて、電気機器を冷却して、電気機器の所望の機能を発現させることができる。

なお、ＤＣ／ＤＣコンバータにＤＥＷセンサを設けるのではなく、車室内にＤＥＷセンサや湿度センサを設けてもよい。また、冷却空気が流通するダクト内にＤＥＷセンサや湿度センサを設けてもよい。さらに、ＰＣＵの近傍や二次電池の近傍にＤＥＷセンサを設けてもよい。また、ＤＥＷセンサではなく、車室内に温度センサを設けるとともに、ＰＣＵの近傍や二次電池の近傍であるトランクに温度センサを設け、車室内温度がトランク温度よりも予め定められた温度以上高ければＤＣ／ＤＣコンバータに結露の発生があると判断するようにしてもよい。

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。

本実施の形態に係る車両用冷却装置の車両搭載図である。 車両用冷却装置の制御ブロック図である。 図２のＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。

符号の説明

１０００ 車両用冷却装置、１０１０ 二次電池、１０２０ ＰＣＵ、１０３０ 吸込口、１０５０ 排出口、３０００ ＥＣＵ、３０１０ バッテリ温度センサ、３０２０ ＤＥＷセンサ、３０２２ 基板上サーミスタ、３０２４ ＦＥＴ近傍サーミスタ、４０００ バッテリ冷却ファンモータ、４０１０ ＰＣＵ冷却ファンモータ。

Claims (6)

1. 車両に搭載された電気機器を冷却する車両用冷却装置であって、
   搭乗空間以外に設けられた前記電気機器と、
   前記搭乗空間の空気を前記電気機器に供給するための供給手段と、
   前記供給手段を制御するための制御手段と、
   前記搭乗空間の空気に含まれる水分が前記電気機器に対して与える影響についての情報を検知するための検知手段とを含み、
   前記制御手段は、前記情報に基づいて、前記電気機器に結露が発生する場合には、前記供給手段の作動を禁止するための手段を含む、車両用冷却装置。
2. 前記検知手段は、前記電気機器に設けられ、前記電気機器の結露を検知するための手段を含む、請求項１に記載の車両用冷却装置。
3. 前記検知手段は、前記搭乗空間に設けられ、前記搭乗空間の空気に含まれる水分を検知するための手段を含む、請求項１に記載の車両用冷却装置。
4. 前記検知手段は、
   前記搭乗空間の温度を検知するための手段と、
   前記搭乗空間以外の温度を検知するための手段と、
   前記温度の差を算出するための手段と、
   前記温度差が予め定められた以上であると、前記電気機器に結露が発生すると推定するための手段とを含む、請求項１に記載の車両用冷却装置。
5. 前記車両用冷却装置は、前記電気機器の温度を検知するための手段をさらに含み、
   前記制御手段は、前記電気機器に結露が発生する場合であっても、前記温度が予め定められた温度以上である場合には、前記供給手段の作動の禁止を中止して、前記供給手段の作動を許可するための手段を含む、請求項１〜４のいずれかに記載の車両用冷却装置。
6. 前記検知手段は、イグニッションスイッチがオンされた時に、前記影響についての情報を検知するための手段を含む、請求項１〜５のいずれかに記載の車両用冷却装置。

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