JP2012218535A - 車両用駆動電源装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】インバータ装置3を介して車両に搭載される回転電機2と電力授受を行う車両用駆動電源装置1において、電力の充放電が可能な蓄電装置5と、蓄電装置5から回転電機2に電力を供給するため、または回転電機2の回生電力を蓄電装置5に蓄電するために電圧を変換する電圧変換器6と、電圧変換器6内の発熱体7が発生する熱を冷却するとともに回転電機2およびインバータ装置3を冷却する冷却経路8と、発熱体7が発生する熱を蓄電装置5に伝える熱拡散経路9とを備える。
【選択図】図2
Description
実施の形態1は、発熱体を有する電圧変換器を冷却する冷却系統の冷却性能を低下させることなく、蓄電装置の昇温を可能とする車両用駆動電源装置に関するものである。
以下、本願発明の実施の形態1について、車両用駆動電源装置を備える車両の主要部の構成図である図1、および車両用駆動電源装置に係る配置図である図2に基づいて説明する。
図1において、車両用駆動電源装置1を備える車両の駆動部10は、車両用駆動電源装置1以外に車両の駆動力を発生する回転電機である永久磁石式交流同期モータ2(以下、モータと略す)、モータ2への供給電力を直流から交流に変換するインバータ装置3(以下、インバータと略す)およびインバータ3へ直流電力を供給する大容量蓄電装置4から構成される。車両用駆動電源装置1は、蓄電装置5と電圧変換器6から構成される。
ここで、大容量蓄電装置4は、例えばリチウムイオン電池であり、蓄電電力をインバータ3経由でモータ2へ供給する。また大容量蓄電装置4は、モータ2の回生電力を蓄え、負荷および補機類を動作させるために蓄積電力を供給する。
蓄電装置5は、例えば電気二重層キャパシタなどのキャパシタであり、蓄電電力を電圧変換器6とインバータ3を介してモータ2へ供給とともに、モータ2の回生電力を蓄える。電圧変換器6は、蓄電装置5に電気的に接続され、インバータ3に蓄電電力を供給するために蓄電装置5の電圧を変換するとともに、回生時にインバータ3から供給される回生電力を蓄電装置5に蓄電するために電圧を変換する。
蓄電装置5として、電気二重層キャパシタなどのキャパシタを使用することを想定しているが、これに限らずその他のリチウムイオン電池、ニッケル水素電池または燃料電池などを使用してもよい。
また、蓄電装置5と電圧変換器6とを含む構成であれば、大容量蓄電装置4を設けなくてもよい。
また、図1において、大容量蓄電装置4とインバータ3を直接接続しているが、大容量蓄電装置4とインバータ3の間に電圧変換器を設けてもよい。
ここで、冷却経路8としては、ラジエータを使用して冷却水を循環させて、電圧変換器6とともにモータ2およびインバータ3を冷却する強制冷却を想定しているが、冷却水の代わりに冷却媒体として気体を使用してもよい。
また、蓄電装置5は熱拡散経路9の内部にあるが、熱拡散経路9を経由して熱が蓄電装置5に伝わる配置であれば、どこに配置してもよい。
また、熱拡散経路9で熱を伝えて蓄電装置5を昇温しているが、他の蓄電装置、例えば大容量蓄電装置4を昇温することもできる。
また、電圧変換器6の発熱体7としてスイッチング素子を想定しているが、これに限定せずその他の半導体素子であってもよい。
また、蓄電装置5を昇温させるために、電圧変換器6内で発生する熱を利用するため、エネルギーを消費して発熱する機器を使用する必要がなく、システム全体としてエネルギー効率を低下させない効果もある。
さらに、電圧変換器6内で発生する熱を拡散させて蓄電装置5に伝えるための熱拡散経路9を備えているため、電圧変換器6で発生する熱が局所的であっても蓄電装置5全体を昇温することができる効果もある。
実施の形態1に係る車両用駆動電源装置1では、電圧変換器6内の発熱体7の設置位置を限定しなかったが、本実施の形態2では、発熱体7から熱拡散経路9までの熱伝導率が、発熱体7から冷却経路8までの熱伝導率よりも高くなるように、発熱体7が熱拡散経路9と接するように配置する構造としたものである。
図3において、電圧変換器6内の発熱体7は、熱拡散経路9と接するように配置されている。
実施の形態3の車両用駆動電源装置は、熱拡散経路9を空気層で構成し、熱拡散経路9の内部に蓄電装置5を設置する構造としたものである。
熱拡散経路9は空気層32で構成され、蓄電装置5を熱拡散経路9の内部に配置し、熱拡散経路9経由の熱が蓄電装置5の外筺全体からに蓄電装置5の内部に伝わる構成としている。
また、蓄電装置5は熱拡散経路9の内部にあり、熱拡散経路9の熱が蓄電装置5に伝わる配置であれば、蓄電装置5の全筺体表面が熱拡散経路9に接する必要はない。
また、昇温する蓄電装置として蓄電装置5を想定しているが、他の蓄電装置、例えば大容量蓄電装置4でもよい。
また、熱拡散経路9を空気層32で構成しているが、その他、例えば、液体層で構成してもよい。
実施の形態4の車両用駆動電源装置は、熱拡散経路9を金属板で構成し、蓄電装置5の正極と負極の電極のうち少なくとも一つの電極を熱拡散経路9に熱的に接触させる構造としたものである。
電圧変換器6の下面に接した熱拡散経路9は、熱伝導性の良い金属板42で形成され、この金属板42と蓄電装置5の電極である正極43または負極44の内少なくとも一つの電極と熱的に接触している。
また、昇温する蓄電装置として蓄電装置5を想定しているが、他の蓄電装置、例えば大容量蓄電装置4でもよい。
また、熱拡散経路9を金属板42で形成しているが、熱伝導性がよければ、金属板に限定されない。
また、熱拡散経路9の金属板42を、蓄電装置5の正極43部と負極44部に分離して、互いに電気的に絶縁することで、熱拡散経路9の金属板42を蓄電装置5の電極である正極43および負極44の二つの電極と電気的にも接続することが可能となる。
また、熱拡散経路9を形成する金属板42そのものを、蓄電装置5と電圧変換器6を電気的に接続する導電体とすれば、蓄電装置5と電圧変換器6を電気的に接続するために新たにバスバーなどの導電体を設置する必要がなくなり、構造を簡素化できる効果もある。
実施の形態5の車両用駆動電源装置は、熱拡散経路9を液体層で構成し、蓄電装置5の正極と負極の電極のうち少なくとも一つの電極を熱拡散経路9の液体層に熱的に接触させる構造としたものである。
電圧変換器6の下面に接した熱拡散経路9は、液体層52で構成され、この液体層52は、矢印53の方向に流れている。熱拡散経路9の液体層52と蓄電装置5の電極である正極43または負極44の内少なくとも一方とが熱的に接触している。
また、昇温する蓄電装置として蓄電装置5を想定しているが、他の蓄電装置、例えば大容量蓄電装置4でもよい。
また、蓄電装置5の電極は、例として正極、負極とも各6極としているが,各1極とすることもできるし、各6極より多くしてもよい。
電極の数が多いほど、効率よく蓄電装置5の内部を昇温することができる。
また、熱拡散経路9を液体層52で構成しているが、空気層で構成してもよい。
また、熱拡散経路9の液体層52は矢印53の方向に流れるとしているが、これに限定されず、矢印53と逆方向であってもよい。
実施の形態6の車両用駆動電源装置は、熱拡散経路9を金属板で形成し、蓄電装置5と電圧変換器6の間に設置する構造としたものである。
すなわち、熱伝導性の良い金属板42で形成された熱拡散経路9の上面は、電圧変換器6の筺体の下面に接し、熱拡散経路9の下面は蓄電装置5の筺体の上面に接している。
また、昇温する蓄電装置として蓄電装置5を想定しているが、他の蓄電装置、例えば大容量蓄電装置4でもよい。
また、熱拡散経路9を金属板42で形成しているが、熱伝導性がよければ、金属板に限定されない。
さらに、金属板は気体または液体よりも熱伝導率が高いため、効率よく蓄電装置5を昇温することができる効果もある。
実施の形態7の車両用駆動電源装置は、蓄電装置5と電圧変換器6が離れた位置にある場合に、蓄電装置5と電圧変換器6間の熱拡散経路9を液体層で構成する構造としたものである。
そして、電圧変換器6内の発熱体7が発生した熱を、液体層72で構成された熱拡散経路9が蓄電装置5に伝える。図8において、液体層72の流れの方向を、矢印73で表している。
また、昇温する蓄電装置として蓄電装置5を想定しているが、他の蓄電装置、例えば大容量蓄電装置4でもよい。
また、熱拡散経路9を液体層72で構成しているが、熱拡散をさせるための媒体として、自由に形状を変更できるものであれば、液体層に限定されず、空気層であってもよい。
実施の形態1から実施の形態7に係る車両用駆動電源装置では、電圧変換器6は連続動作することを想定しているが、本実施の形態8に係る車両用駆動電源装置においては、蓄電装置5の周囲温度に基づき、電圧変換器6の動作を制御する構成としたものである。
図9において、図1、2と同一あるいは相当部分には、同一の符号を付している。
図9において、車両用駆動電源装置81は、蓄電装置5の周囲温度を測定する温度センサ82と、蓄電装置5の周囲温度に基づき電圧変換器6の動作を制御する制御装置83を備える。
蓄電装置5、電圧変換器6、発熱体7、冷却経路8および熱拡散経路9の基本的動作は、実施の形態1と同様であるため、実施の形態1と異なる点のみ、以下に説明する。
ステップ1(S1)で電圧変換器制御処理が開始されると、ステップ2(S2)で蓄電装置5の周囲温度を温度センサ82で測定する。
次にステップ3(S3)において、温度センサ82で測定した周囲温度Tatmと予め設定された閾値Tthとを比較する。
周囲温度Tatmが閾値Tthよりも小さい場合は、ステップ4(S4)において、電圧変換器6を作動させ、電圧変換器6を経由してインバータ3と蓄電装置5の間で電力の授受を行う。
一方、温度Tatmが閾値Tthよりも大きい場合は、ステップ5(S5)において、電圧変換器6を停止して、インバータ3と蓄電装置5の間で電力の授受を行わない。
ステップ6(S6)で、電圧変換器制御処理を終了する。
蓄電装置5の周囲温度、すなわち車両用駆動電源装置81の周囲温度が規定温度以上であれば、大容量蓄電装置4は十分な電力を出力および回収できるため、電圧変換器6作動を停止させ、蓄電装置5の電力授受を行わないようにしても、車両用駆動電源装置81は正常に機能する。
ただし、閾値Tthの設定はこの限りではなく、蓄電装置5の充放電温度特性から設定することもできる。
また、図11の電圧変換器制御処理は,周期的に実行されるが、周期は予め設定された定周期であってもよいし、例えば、蓄電装置5の周囲温度によって周期を変更することもできる。
また、昇温する蓄電装置として蓄電装置5を想定しているが、他の蓄電装置、例えば大容量蓄電装置4であってもよい。
8 冷却経路、9 熱拡散経路、10 車両の駆動部、32 空気層、42 金属板、
43 正極、44 負極、52,72 液体層、82 温度センサ、83 制御装置。
Claims (9)
- インバータ装置を介して車両に搭載される回転電機と電力授受を行う車両用駆動電源装置において、
電力の充放電が可能な蓄電装置と、前記蓄電装置から前記回転電機に電力を供給するためまたは前記回転電機の回生電力を前記蓄電装置に蓄電するために電圧を変換する電圧変換器と、前記電圧変換器内の発熱体が発生する熱を冷却するとともに前記回転電機および前記インバータ装置を冷却する冷却経路と、前記発熱体が発生する熱を前記蓄電装置に伝える熱拡散経路とを備えた車両用駆動電源装置。 - 前記発熱体から前記冷却経路までの熱伝導率よりも、前記発熱体から前記熱拡散経路までの熱伝導率が高くなるように、前記電圧変換器内の前記発熱体を配置した請求項1に記載の車両用駆動電源装置。
- 前記熱拡散経路を気体層または液体層で構成し、この熱拡散経路で前記蓄電装置の筺体の外周を囲む構成とした請求項1または請求項2に記載の車両用駆動電源装置。
- 前記熱拡散経路を金属板で構成し、前記蓄電装置の正極と負極の電極のうち少なくとも一つの電極を前記熱拡散経路に熱的に接触させる構成とした請求項1または請求項2に記載の車両用駆動電源装置。
- 前記熱拡散経路を前記蓄電装置の正極と負極の電極のうち少なくとも一つの電極で構成した請求項1または請求項2に記載の車両用駆動電源装置。
- 前記熱拡散経路を気体層または液体層で構成し、前記蓄電装置の正極と負極の電極のうち少なくとも一つの電極を前記熱拡散経路に熱的に接触させる構成とした請求項1または請求項2に記載の車両用駆動電源装置。
- 前記熱拡散経路を金属板で構成し、前記蓄電装置の筺体を前記熱拡散経路に接触する構成とした請求項1または請求項2に記載の車両用駆動電源装置。
- 前記熱拡散経路を気体層または液体層で構成し、前記電圧変換装置と前記蓄電装置を前記熱拡散経路で熱的に接続した請求項1または請求項2に記載の車両用駆動電源装置。
- さらに、前記蓄電装置の周囲温度を測定する温度センサと、この検出温度に基づき前記電圧変換装置の動作を制御する制御装置とを備えた請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の車両用駆動電源装置。
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