JP2012505105A - 乗員室の加熱ラジエータに接続された電源回路用冷却回路を有する電気モータ自動車 - Google Patents

Abstract

本発明は、電気モータ（１）と、乗員室と、電源回路（２）と、冷却流体がその中を流れる電源回路（２）用の冷却回路を有する自動車に関し、それは、冷却流体によって運ばれる熱量を自動車の外部に排出可能な熱交換器（３）と、前記熱交換器（３）の上流側に配置され、冷却流体によって運ばれた熱量を乗員室の空気に置換可能な加熱ラジエータ（４）とを備えている。本発明によれば、冷却回路は、冷却回路内を循環する冷却剤の少なくとも一部を貯蔵可能な断熱性タンク（６）を含む。

Description

本発明は、電気モータを搭載し、かつ、その中を冷却流体が循環する冷却回路によって冷却される電源回路を有する自動車に関する。この冷却回路は、乗員室を加熱するためのラジエータを有する。乗員室を暖めるためのこのラジエータは、冷却回路の加熱された冷却流体の熱量を自動車の乗員室の空気に伝達することができる。

特許文献ＦＲ２７５７４５６は、内部を冷却流体が循環する冷却回路によって冷却される電気モータと電源回路を有するモータ駆動自動車を開示している。この冷却回路は、加熱された冷却流体の熱量を車の乗員室の空気に伝達することができる加熱ラジエータを有する。冷却回路の冷却流体によって作られる熱量を増加するために、前記特許文献は、二重の加熱ラジエータを用いることを提案している。この二重層の一層内を冷却回路の冷却流体が循環し、他方の層は第２の回路の一部を形成し、第２回路では、自動車のバッテリに接続された電気抵抗によって再加熱される第２の冷却流体が循環する。

自動車の乗員室の加熱は上記の文献に推奨された装置によって改善されるが、発進時の自動車の加熱には問題が残る。特に、発進時には、冷却装置の流体は冷たく、従って、加熱は、自動車のバッテリから電気エネルギーを取り出す抵抗によって冷却流体が加熱される第２層を用いて行わなければならない。然しながら、寒冷な天候においては、バッテリ内でおこる化学反応が遅くなり、バッテリが必ずしも自動車を発進させることが出来ず、前述の加熱用抵抗に必ずしもエネルギーを供給できない。

乗員室の加熱不足は快適さの問題ばかりではない。加熱不足は乗員室の窓を曇らせ、窓の曇りは運転の障害になり、運転を不可能とさせる。

フランス特許第ＦＲ２ ７５７ ４５６号

従って、本発明の目的の一つは、自動車の発進時さえも容易にかつ急速に加熱される乗員室を備えた電気モータ自動車を提供することにある。

この問題を解決する目的で、本発明は、電気モータと、乗員室と、電源回路と、前記電源回路を冷却するため、内部を冷却流体が循環する冷却回路とを有するモータ自動車を提案し、この自動車はさらに、
―前記冷却流体によって輸送される熱量を、前記自動車外部に廃棄可能な熱交換器と、
―前記熱交換器の上流に配置され、前記冷却流体によって輸送される熱量を前記乗員室の空気にファンによって移動可能な加熱ラジエータと、を備える。

本発明によれば、前記冷却回路は、前記冷却回路中を循環する前記冷却流体の少なくとも一部を貯蔵可能な断熱性貯蔵容器を有し、この貯蔵容器に、前記自動車の作動中に再加熱された前記流体の少なくとも一部を貯蔵する結果、前記断熱性貯蔵容器に貯蔵された前記加熱された流体を前記加熱ラジエータに送入することによって、前記自動車の発進時あるいは、窓の曇りを取り除く際に、乗員室を急速に加熱することが可能となる。

冷却回路中の暖かい冷却流体の循環は多くの電力を消費しないので、自動車の発進時にも使用できる。

電気モータを有する自動車の冷却回路は、熱エンジンを持つ自動車の冷却回路に比べて、より簡単である。本発明の自動車に装着される冷却回路は、従って、充填、排出を容易に行うことが出来る。

さらに、断熱性貯蔵容器は、特に自動車のモータ室に容易に装着可能である。特に、
モータ室は、モータ、電源、および変速部材のみを含む。バッテリ、または複数のバッテリは嵩張るので、モータ室の外側に配置される。

前記貯蔵容器は前記冷却回路の上部に配置されるので、前記の貯蔵された流体は、重力によって、前記冷却回路に流れ込む利点がある。このように、加熱された流体は、バッテリを用いることなく、冷却回路内を循環させることができる。

電気モータによって駆動されるモータ自動車においては、冷却されるべき部材は、熱エンジンを持つ自動車の場合より低い位置にある。電気自動車の場合、従って、冷却流体の重力による循環を可能とする、例えば、断熱性貯蔵容器を自動車のモータ室内に容易に配置可能である。

前記断熱性貯蔵容器は、前記加熱ラジエータの出口と接続された入り口と、前記加熱ラジエータの入り口と接続された出口とを有する利点がある。このような構成によって、加熱された流体が、本来冷却が行われるべき熱交換器内を直接循環することを防ぐことが出来る。従って、貯蔵容器内に蓄えられた熱は、乗員室を加熱するために最大限利用される。

図１は、本発明の自動車に装着された冷却回路の例を関連要素とともに示す。実線は、その中を冷却流体が循環するダクトを示す。

一つの実施の形態によれば、前記冷却回路は、前記冷却流体の全量を断熱性貯蔵容器に移動させることが可能な２次ポンプを有する。このポンプは、自動車が停止した場合、迅速に冷却回路を空にすることができる。加熱された流体は冷却される時間がない。全量の流体は貯蔵容器に貯蔵されているので、流体の持つ熱は最大限保存される。さらに、冷却回路を空にすることによって、冷却回路中を循環する冷却流体の量を増やす必要はなく、このため、自動車重量を増加させない。

自動車は、バルブ形成手段が配置され、前記流体の前記熱交換器への流量を遮断、又は低減することが可能であるという利点がある。従って、自動車が停止の際、熱交換器を隔離することが可能である。発進の際、加熱された流体が熱交換器内を循環しないので、加熱流体は、ラジエータ内でその熱を放出し乗員室を加熱する。従って、自動車の加熱を適正化する。

前記冷却回路は、前記モータを冷却することが可能と言う利点もある。単一の冷却回路を設けていることは、自動車の重量を増加させないことを可能としている。

この場合、前記冷却回路には第２のバルブ形成手段を配置し、前記モータの冷却のために用いられる前記冷却回路の部分での前記流体の循環を遮断することが出来る。これら第２のバルブ形成手段は、加熱された流体がモータの冷却のために循環することを防ぎ、あるいは、モータの冷却を最小限とする流量に低減する。

本発明のその他の特長及び利点は、以下に示す、添付図面を参照した本発明の特別な実施例に関する記載から明らかとなる。ただし、本願はこの記載に限定されない。

添付される図面は、本発明による自動車に適用された冷却回路の一実施例の概略図である。

図１は、自動車に装備される本発明の冷却回路の一例を関連要素と共に示す。実線は、ダクトを表し、その中を冷却流体が循環する。点線は、電気的接続を示している。

図１に示すように、本発明の自動車は、電気モータ１、電源回路２を有する。モータ１は、熱交換器（図示しない）によって冷却される。熱交換器は、モータの周囲を囲みその中を冷却流体が循環する単一コイルでも良い。同じような冷却回路は、電源回路にも利用される。モータ１と電源回路２にそれぞれ配置されている２つの熱交換器は、それぞれ、ダクトによって互いに並列に接続され、ダクト内は同じ冷却流体が循環している。

以下の記述において、単純化のために、冷却回路の冷却媒体が流れず、単に熱交換器によって冷却回路に熱的に接続された要素（例えば、電源回路２のモータ１の場合）については、そのような熱交換器の存在には言及せず、冷却回路に熱的に直接接続された要素にのみ言及する。

モータ１と電源回路２は並列に接続され、ラジエータ３と電気ポンプ５は熱的ループを形成する。この熱的ループは、モータ１および電源回路２との接触によって加熱された冷却媒体によって運ばれた熱量を自動車外部の空気に移行させることが可能とする。冷却ラジエータ３は、モータ１と電源回路２と直列に接続されている。熱的ループと冷却ラジエータ３は、自動車の冷却回路を形成している。

図１に示すように、加熱ラジエータ４は、モータ１および電源回路２と並列に熱的に接続されている。この加熱ラジエータ４は、加熱ループから流出する加熱された冷却流体からの熱量をファン１５によって、自動車の乗員室の空気に供給可能に配置されている。例示されているように、冷却ラジエータ３は、モータ１の熱交換器の出口および冷却回路中及び加熱ラジエータ中に流体を循環させるポンプ５の入り口に接続されている。バルブ形成手段（図示していない）は冷却ラジエータ３を短絡させることができる。冷却ラジエータ３を短絡させると、流体は、モータ１、電源回路２、及び加熱ラジエータ４及び断熱性貯蔵容器６の間を循環する。−このことは、冷たい状態で発進させる時、冷却流体を冷却させず、−あるいは、流体が、主として、加熱ラジエータ４内を循環し、電気モータ１および電源２内での流量は最小限に減少されるので、流体はそこを加熱せず、モータ１と電源回路２が、乗員室の加熱に不利益をもたらすことはない。

図１を参照すると、自動車は、冷却回路の加熱ラジエータ４の下流側と冷却ラジエータ３の入り口の上流側に接続されている断熱性貯蔵容器６（例えば、２重壁の断熱容器）を有する。この断熱性貯蔵容器６は、冷却回路の加熱ラジエータ４と冷却ラジエータ３入り口との間に接続された入り口６１と、第１バルブ形成手段７に結合された出口６２とを有する。出口６２は、冷却回路の、冷却ラジエータ３の出口と加熱ラジエータ４の入り口との間にポンプ５を介して接続されている。第１バルブ形成手段７は、貯蔵容器６の出口６２を閉止することを可能とする。２次ポンプ８は、第１バルブ形成手段７の下流の位置に、冷却回路の出口６２と接続されているダクト上に配置されている。この２次ポンプ８は、冷却回路を循環する冷却流体で断熱性貯蔵容器６、あるいは加熱ラジエータ４を満たすことを可能とする。第２バルブ形成手段９は、加熱ラジエータ４の下流および冷却回路と断熱性貯蔵容器６と間の結合部の下流の位置で、冷却回路上に配置されている。この第２バルブ形成手段９は、冷却流体の冷却ラジエータ３への循環を閉止し、かつ冷却流体を加熱ラジエータ４から冷却ラジエータ３の上流に位置する断熱性貯蔵容器６へ送ること可能とする。第３バルブ形成手段１０（あるいは、２次バルブ形成手段）は、加熱ラジエータ４とモータ１の間の冷却回路上に位置する。この第３バルブ形成手段１０は、冷たい状態での発進時あるいは流量を減少させる目的で、モータ１と電源回路２を短絡させることが可能である

電気モータで駆動される自動車において、貯蔵容器６を、モータ室内のモータ１及び電源回路２の上部に配置して、貯蔵容器内に貯蔵されている流体を、重力によって冷却回路に流すことは容易である。この重力による流出は貯蔵容器内から流体を排出するためポンプの使用を回避することが可能であり、また電気エネルギーも必要としない。この解決策は、また、特に、坂道で自動車が定常状態の際に顕著なように、主ポンプ５の作動を避けることを可能にする。

図１に示すように、自動車は、また、温度センサ１２を作動させるコンピュータ１１を有する。この温度センサ１２は、断熱性貯蔵容器６６に貯蔵されている冷却流体の温度を測定する。コンピュータ１１は、外部温度を測定する外部温度センサ１３をも作動させる。また、コンピュータ１１は主ポンプ５と２次ポンプ８を駆動させ、また、乗員室に配置されている加熱または防曇装置１４を駆動する。コンピュータは、また、温度センサ１２、１３及び加熱／防曇装置１４からの情報に基づいて、第１、第２及び第３バルブ形成手段７、９、１０を駆動する。

本発明の動作を以下に説明する。

自動車が走行中、モータ１は駆動し、そして、冷却回路によって冷却される。もし、使用者が、加熱／防曇装置を介して、乗員室を加熱する意思のないことを示すと、コンピュータ１１が、ファン１５を切る。すると、冷却流体は加熱ラジエータ４中を循環するが、熱量は乗員室に移転されない。冷却流体は、また、モータ１、電源回路２、及び冷却ラジエータ内を循環し、モータ１と電源回路２を冷却する。外部の温度センサ１３および/またはモータ１の温度センサ（図１に図示されていない）が、自動車外部の温度が与えられた設定値より高いことを検出した場合、同様の操作が行われる。

もし、使用者が、防曇／加熱装置１４を介して、乗員室を加熱することを希望すると意思表示をした場合、使用者は、手動でファン１５を始動させる。もし、外部温度センサ１３が、周囲の温度が、与えられた設定値より低いことを検出した場合、コンピュータ１１がファン１５を始動（センサ１２及び１３によって与えられる情報に基づいて）し、加熱ラジエータ４を通過する冷却流体に乗員室を加熱させる。冷却回路は乗員室を加熱させると共に、モータ１及び電源回路２を冷却させることを可能とする。

自動車が停止した時冷却媒体は熱い。コンピュータ１１は、第１、第２、及び第３のバルブ形成手段７、９、１０を開き、大部分の冷却媒体を吸引するために２次ポンプ８を作動させ、冷却流体を断熱性貯蔵容器６に貯蔵する。熱い冷却流体をこうして断熱性貯蔵容器６に貯蔵されることが、蓄積された熱量を貯蔵することを可能とする。

次の発進時に、使用者が加熱または防曇を要求する場合（加熱／防曇装置１４を通じて、又は、運転者によるファン１５の始動によって）あるいは、周囲の温度センサ１３が、外部温度が与えられた設定値以下である場合、コンピュータ１１は、第２及び第３バルブ形成手段９、１０を大幅、又は小幅に閉止し、第１バルブ形成手段７を、大幅又は小幅に開放する。センサ１１、１２、あるいはモータ１または電源回路２の温度を測定するセンサ（図示されていない）によってコンピュータ１１に伝送される情報に各部を循環する流量が依存する。第１のバルブ形成手段７が開放であるとき、冷却流体は、断熱性貯蔵容器６から加熱ラジエータ４に流入するので、乗員室の空気を暖める。コンピュータ１１は、主ポンプ５を駆動し、温かい冷却媒体は、断熱性貯蔵容器６と加熱ラジエータ４の間を循環する。乗員室の空気はこうして暖められる。

電源回路２および／またはモータ１の温度が上がると、コンピュータ１１は第２及び第３バルブ形成手段９及び１０を大幅又は小幅に開放する。そうすると、冷却流体は、冷却回路全体を通して流れ、同時に、流体が加熱ラジエータ４を流れることによって、乗員室を加熱する。また、冷却ラジエータ３と冷却流体によって運ばれる熱量を持ち去ることにも用いられる加熱ラジエータ４内に流体を循環させることにより、モータ１と電源回路２が冷却される。貯蔵容器６は短絡されておらず、流体は、貯蔵容器内をも流れる。断熱性貯蔵容器６は、冷却流体の脱ガス容器としても作用する。冷却流体／空気の混合物は容量が増加する効果によって断熱性貯蔵容器６に入り（貯蔵容器はダクトより大きな直径を持つ）、空気は流体から分離され、断熱性貯蔵容器６内に残留する。

加熱及び／または防曇が要求される発進の場合、コンピュータは、第１、第２、第３のバルブ形成手段７、９、１０を開く。冷却回路が、断熱性貯蔵容器６からの冷却流体で満たされると、コンピュータ１１は、主ポンプ５を駆動させ、流体の循環を開始させる。冷却流体は、モータ１及び電源回路２を循環し、それらを冷却させる。流体はまた、上述のように脱ガス容器として用いられる貯蔵容器６内をも循環する。

電気モータを備えた自動車において、冷却流体の温度は、５０℃から６０℃の範囲に相対的に低く抑えられる。したがって、脱ガス容器（膨張槽）として用いられる断熱性貯蔵容器は、大気圧でよい。従って、冷却回路は容易に達成することができる。

冷却流体は不凍液を加えた水でよい。

モータ１と電源回路２は、直列に熱的に連結されて良い。

Claims (7)

1. 電気モータ（１）と、乗員室と、電源回路（２）と、内部を冷却流体が循環する前記電源回路（２）の冷却用冷却回路とを有し、さらに、
   前記冷却流体によって輸送される熱量を、前記自動車外部に廃棄可能な熱交換器（３）と、
   前記熱交換器（３）の上流に配置され、前記冷却流体によって輸送される熱量を前記乗員室の空気にファン（１５）によって移動可能な加熱ラジエータ（４）と
   を備えたモータ自動車であって、
   前記冷却回路は、前記冷却回路中を循環する前記冷却流体の少なくとも一部を貯蔵可能な断熱性貯蔵容器（６）を有し、この貯蔵容器に、前記自動車の作動中に再加熱された前記流体の少なくとも一部を貯蔵し、前記自動車の発進時、前記断熱性貯蔵容器に貯蔵された前記加熱された流体を前記加熱ラジエータに送入することによって、乗員室を急速に加熱可能であることを特徴とするモータ自動車。
2. 請求項１に記載のモータ自動車であって、前記貯蔵容器（６）が前記冷却回路の上部に配置されることによって、前記貯蔵された流体は、重力の効果によって前記冷却回路に流入することを特徴とするモータ自動車。
3. 請求項１および２のいずれか１項に記載の自動車であって、前記断熱性貯蔵容器（６）は、前記加熱ラジエータ（４）の出口と接続された入り口（６１）と、前記加熱ラジエータ（４）の前記入り口と接続された出口（６２）とを有することを特徴とする自動車。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の自動車であって、前記冷却回路は、前記冷却流体の全量を前記断熱性貯蔵容器（６）に移動させることができる２次ポンプ（８）を有することを特徴とする自動車。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の自動車であって、前記交換機への前記流体の循環の遮断を可能とするよう配置されたバルブ形成手段（７）を有することを特徴とする自動車。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の自動車であって、前記冷却回路はまた、前記モータ（１）を冷却可能としていることを特徴とする自動車。
7. 請求項６に記載の自動車であって、前記冷却回路は、前記モータ（１）の冷却に用いられる前記冷却回路の一部の前記流体の流れを遮断したり、流量を減少させることが可能に配置された補助的バルブ形成手段（１０）を有することを特徴とする自動車。

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