JP2013084648A - 冷却システム - Google Patents
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Abstract
【課題】電動車両の電力変換装置を冷却する冷却システムにおいて、電力変換装置をより効率よく冷却することが可能な技術を提供する。
【解決手段】電動車両に搭載された電力変換装置12を冷却する冷却システム10において、電力変換装置12は、パワー半導体装置28と、パワー半導体装置28より発熱量の小さい電気部品と、パワー半導体装置28および電気部品を収容するケース38を備えている。冷却システム10は、パワー半導体装置28を冷却水の循環によって冷却する水冷機構40と、電力変換装置12を冷却用空気の送風によって冷却する空冷機構42と、ケースの内部の空気の温度を検出する内気温度センサ24と、冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ26を備えている。空冷機構42の冷却能力は内気温度センサ24の検出温度に応じて調整され、水冷機構の冷却能力は冷却水温度センサ26の検出温度に応じて調整される。
【選択図】図1
【解決手段】電動車両に搭載された電力変換装置12を冷却する冷却システム10において、電力変換装置12は、パワー半導体装置28と、パワー半導体装置28より発熱量の小さい電気部品と、パワー半導体装置28および電気部品を収容するケース38を備えている。冷却システム10は、パワー半導体装置28を冷却水の循環によって冷却する水冷機構40と、電力変換装置12を冷却用空気の送風によって冷却する空冷機構42と、ケースの内部の空気の温度を検出する内気温度センサ24と、冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ26を備えている。空冷機構42の冷却能力は内気温度センサ24の検出温度に応じて調整され、水冷機構の冷却能力は冷却水温度センサ26の検出温度に応じて調整される。
【選択図】図1
Description
本明細書は、冷却システムに関する。特に、本明細書は、電動車両に搭載される電力変換装置の冷却システムに関する。
ハイブリッド自動車や電気自動車などの電動車両の電力変換装置には、発熱量の大きなパワー半導体装置が用いられている。電力変換装置の典型は、バッテリの直流電力を車輪駆動用モータに適した交流電力に変換するインバータである。パワー半導体装置はモータを駆動するための大電流を扱うため発熱量が大きい。パワー半導体装置の典型は、インバータのスイッチング回路である。多くの電動車両では、パワー半導体装置を冷却するために、冷却水を循環させる水冷機構が設けられている。このような水冷機構を備える冷却システムが、例えば特許文献1,2に開示されている。
電力変換装置では、パワー半導体装置のほかにも、制御基板や、コンデンサ、リアクトルなどの電気部品がケース内に収容される。これらの電気部品は、パワー半導体装置よりも発熱量が小さいものの、通常の動作に伴い発熱する。パワー半導体装置が強く発熱している際には、冷却水の循環によってパワー半導体装置を冷却することで、間接的にこれらの電気部品についても冷却することができる。
パワー半導体装置がそれほど発熱していない状況で、他の電気部品を冷却したい場合がある。例えば、電動車両が高速走行している場合、大きなトルクが不要なため、パワー半導体装置(例えばインバータのスイッチング回路)はそれほど発熱しない。しかしながら、他の電気部品は通常通り発熱するため、これらの電気部品を冷却する必要がある。このような場合に、パワー半導体装置を冷却するための水冷機構を用いて、間接的に電気部品の冷却を行うことは、冷却効率の面で好ましいものとは言えない。電力変換装置をより効率よく冷却可能な技術が期待されている。
本明細書では、上記の課題を解決する技術を提供する。本明細書では、電動車両の電力変換装置を冷却する冷却システムにおいて、電力変換装置をより効率よく冷却することが可能な技術を提供する。
本明細書は、電動車両に搭載された電力変換装置を冷却する冷却システムを開示する。電力変換装置は、パワー半導体装置と、パワー半導体装置より発熱量の小さい電気部品と、パワー半導体装置および電気部品を収容するケースを備えている。冷却システムは、パワー半導体装置を冷却水の循環によって冷却する水冷機構と、電力変換装置を冷却用空気の送風によって冷却する空冷機構と、ケースの内部の空気の温度を検出する内気温度センサと、冷却水の温度を検出する冷却水温度センサを備えている。空冷機構の冷却能力は内気温度センサの検出温度に応じて調整され、水冷機構の冷却能力は冷却水温度センサの検出温度に応じて調整される。電力変換装置の典型は、前述したように、バッテリの直流電力を走行用モータの駆動に適した交流電力に変換するインバータである。
上記の冷却システムでは、冷却水の循環によってパワー半導体装置を冷却する水冷機構の冷却能力と、冷却用空気の送風によって電力変換装置を冷却する空冷機構の冷却能力が、独立して調整される。水冷機構の冷却能力は、冷却水温度センサの検出温度に応じて調整される。空冷機構の冷却能力は、内気温度センサの検出温度に応じて調整される。
例えば電動車両が通常走行している場合のように、パワー半導体装置が強く発熱している場合、上記の冷却システムでは、冷却水温度の上昇に伴って、水冷機構による冷却が行われる。この場合、冷却水の循環によってパワー半導体装置を冷却することで、間接的に他の電気部品についても冷却することができる。
上記と異なり、例えば電動車両が高速走行している場合のように、パワー半導体装置がそれほど発熱していないものの、他の電気部品が発熱している場合、上記の冷却システムでは、内気温度の上昇に伴って、空冷機構による冷却が行われる。このように、上記の冷却システムによれば、水冷機構と空冷機構を独立に制御することで、電動車両の状態によって必要な冷却の程度が異なるパワー半導体装置と他の電気部品について、適切に冷却することができる。電力変換装置を効率よく冷却することができる。
なお、上記の冷却システムでは、上記の電気部品が、パワー半導体装置の動作を制御する制御基板を備えていてもよいし、コンデンサを備えていてもよい。あるいは、上記の電気部品は、電圧の昇圧コンバータ回路(もしくは降圧コンバータ回路)に用いられるリアクトルを備えていてもよい。
本明細書が開示する技術によれば、電動車両の電力変換装置を冷却する冷却システムにおいて、電力変換装置をより効率よく冷却することができる。
図1は、本実施例の冷却システム10の構成を示している。冷却システム10は、電動車両に搭載された電力変換装置12を冷却するために使用される。冷却システム10は、電力変換装置12と、冷却水循環路14と、冷却ポンプ16と、ラジエータ18と、冷却ファン20と、制御装置22と、内気温度センサ24と、冷却水温度センサ26を備えている。
電力変換装置12は、電動車両のバッテリから供給される電圧を昇圧する昇圧コンバータ回路と、電動車両のモータに三相交流電力を供給するインバータ回路を備えている。部品で分類すると、電力変換装置12は、パワー半導体装置28と、コンデンサ30と、リアクトル32と、制御基板34と、冷却器36と、ケース38を備えている。パワー半導体装置28は、インバータ回路や昇圧コンバータ回路で使用されるIGBT等のスイッチング素子である。コンデンサ30は、インバータ回路や昇圧コンバータ回路で使用される。リアクトル32は、昇圧コンバータ回路で使用される。制御基板34は、パワー半導体装置28のスイッチング動作を制御する。冷却器36は、パワー半導体装置28を冷却水との熱交換によって冷却する。本実施例では、冷却器36で使用する冷却水はLLC(Long Life Coolant)などの不凍液である。パワー半導体装置28と、コンデンサ30と、リアクトル32と、制御基板34と、冷却器36は、ケース38内に収容されている。
内気温度センサ24は、電力変換装置12のケース38内の空気の温度を検出し、制御装置22へ出力する。内気温度センサ24は、ケース38内に収容されている。
冷却水温度センサ26は、電力変換装置12の冷却器36に供給される冷却水の温度を検出し、制御装置22へ出力する。冷却水温度センサ26は、ケース38内に収容されている。
冷却水循環路14は、冷却ポンプ16、電力変換装置12の冷却器36およびラジエータ18の間で冷却水を循環させる流路である。冷却ポンプ16が作動すると、冷却器36に低温の冷却水が送られる。冷却器36での熱交換によって高温となった冷却水は、ラジエータ18へ送られる。ラジエータ18で放熱して低温となった冷却水は、再び冷却ポンプ16へ送られる。冷却ポンプ16の駆動により、電力変換装置12のパワー半導体装置28を水冷することができる。冷却ポンプ16の動作は、制御装置22により制御される。冷却水循環路14、冷却ポンプ16、冷却器36およびラジエータ18によって、パワー半導体装置28を冷却水の循環によって冷却する水冷機構40が構成されている。
冷却ファン20は、送風によって電力変換装置12を空冷する。冷却ファン20が作動すると、電力変換装置12に冷却用の空気が送られて、空気との熱交換によりケース38が冷却される。ケース38が冷却されることで、ケース38内に収容されたコンデンサ30、リアクトル32および制御基板34が冷却される。冷却ファン20の動作は、制御装置22により制御される。なお、冷却ファン20は、電力変換装置12へ送風するための専用のファンであってもよいし、電動車両の他の部品(例えばエンジンラジエータ)やラジエータ18への送風と電力変換装置12への送風を兼用するファンであってもよい。冷却ファン20によって、電力変換装置12を冷却用空気の送風によって冷却する空冷機構42が構成されている。
制御装置22は、内気温度センサ24の検出温度Taおよび冷却水温度センサ26の検出温度Twに基づいて、冷却ポンプ16および冷却ファン20の動作を制御する。以下では図2を参照しながら、制御装置22が行う処理について説明する。
ステップS2では、内気温度センサ24の検出温度Taが、第1しきい値温度T1以上であるか否かを判断する。第1しきい値温度T1は、ケース38内に収容される部品の耐熱温度Tuから、部品の自己発熱による最大温度上昇幅ΔTを差し引いた値Tu−ΔTより低い値となるように、予め設定されている。本実施例では、コンデンサ30、リアクトル32および制御基板34のそれぞれの上記した値Tu−ΔTのうち、最も低いものよりさらに低い値となるように、第1しきい値T1が設定されている。
ステップS2で内気温度センサ24の検出温度Taが第1しきい値温度T1以上である場合(YESの場合)、処理はステップS4へ進む。ステップS4では、冷却ファン20の駆動を指示する。これによって、冷却ファン20からの送風により、電力変換装置12が冷却される。言い換えると、空冷機構42による冷却能力が増大する。冷却ファン20からの冷却用空気によってケース38が冷却されて、ケース38に収容されたコンデンサ30、リアクトル32、制御基板34が冷却される。ステップS4の後、処理はステップS8へ進む。
ステップS2で内気温度センサ24の検出温度Taが第1しきい値温度T1に満たない場合(NOの場合)、処理はステップS6へ進む。ステップS6では、冷却ファン20の駆動を停止する。これによって、冷却ファン20から電力変換装置12への送風が停止する。言い換えると、空冷機構42の冷却能力が低減する。ステップS6の後、処理はステップS8へ進む。
ステップS8では、冷却水温度センサ26の検出温度Twが、第2しきい値温度T2以上であるか否かを判断する。第2しきい値温度T2は、パワー半導体装置28を冷却する際の冷却水の目標温度として、予め設定されている。
ステップS8で冷却水温度センサ26の検出温度Twが第2しきい値温度T2以上である場合(YESの場合)、処理はステップS10へ進む。ステップS10では、冷却ポンプ16を駆動する。これによって、冷却水の循環により、パワー半導体装置28が冷却される。言い換えると、水冷機構40の冷却能力が増大する。冷却ポンプ16からの冷却水との熱交換によって、パワー半導体装置28が冷却される。パワー半導体装置28との熱交換によって高温となった冷却水は、ラジエータ18での放熱により冷却されて、低温となって再び冷却ポンプ16へ送られる。ステップS10の後、処理はステップS2へ戻る。
ステップS10で冷却水温度センサ26の検出温度Twが第2しきい値温度T2に満たない場合(NOの場合)、処理はステップS12へ進む。ステップS12では、冷却ポンプ16の駆動を停止する。これにより、パワー半導体装置28への冷却水の循環が停止する。言い換えると、水冷機構40の冷却能力が低減する。ステップS12の後、処理はステップS2へ戻る。
本実施例の冷却システム10の動作について説明する。電動車両が通常走行しており、パワー半導体装置28が強く発熱している場合、冷却水温度センサ26の検出温度Twが上昇する。冷却水温度センサ26の検出温度Twが第2しきい値温度T2以上となると、冷却ポンプ16が作動して、パワー半導体装置28が水冷される。これに伴い、ケース38内に収容された、コンデンサ30、リアクトル32、制御基板34も間接的に冷却される。
冷却ポンプ16が作動して冷却水が循環している間、コンデンサ30、リアクトル32、制御基板34も発熱して内気温度センサ24の検出温度Taが第1しきい値温度T1を超えると、冷却ファン20も駆動する。電力変換装置12は、水冷機構40と空冷機構42の両方によって強力に冷却される。
電動車両の高速走行時など、パワー半導体装置28がそれほど発熱していない状況(冷却水温度センサ26の検出温度Twが第2しきい値温度T2よりも小さい状況)で、コンデンサ30、リアクトル32、制御基板34等が発熱している場合には、ケース38内の空気の温度が上昇して、内気温度センサ24の検出温度Taが上昇する。内気温度センサ24の検出温度Taが第1しきい値温度T1以上となると、冷却ファン20が駆動して、電力変換装置12が空冷される。これにより、ケース38内に収容された、コンデンサ30、リアクトル32、制御基板34が冷却される。このとき、冷却水温度センサ26の検出温度Twが第2しきい値温度T2よりも小さければ、冷却ポンプ16は駆動されない。
以上のように、本実施例の冷却システム10によれば、水冷機構40と空冷機構42を独立に制御することで、電動車両の状態によって必要な冷却の程度が異なるパワー半導体装置28と、コンデンサ30、リアクトル32、制御基板34について、適切に冷却することができる。電力変換装置12を効率よく冷却することができる。
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
10 冷却システム
12 電力変換装置
14 冷却水循環路
16 冷却ポンプ
18 ラジエータ
20 冷却ファン
22 制御装置
24 内気温度センサ
26 冷却水温度センサ
28 パワー半導体装置
30 コンデンサ
32 リアクトル
34 制御基板
36 冷却器
38 ケース
40 水冷機構
42 空冷機構
12 電力変換装置
14 冷却水循環路
16 冷却ポンプ
18 ラジエータ
20 冷却ファン
22 制御装置
24 内気温度センサ
26 冷却水温度センサ
28 パワー半導体装置
30 コンデンサ
32 リアクトル
34 制御基板
36 冷却器
38 ケース
40 水冷機構
42 空冷機構
Claims (4)
- 電動車両に搭載された電力変換装置を冷却する冷却システムであって、
前記電力変換装置は、パワー半導体装置と、前記パワー半導体装置より発熱量の小さい電気部品と、前記パワー半導体装置および前記電気部品を収容するケースを備えており、
前記冷却システムは、
前記パワー半導体装置を冷却水の循環によって冷却する水冷機構と、
前記電力変換装置を冷却用空気の送風によって冷却する空冷機構と、
前記ケースの内部の空気の温度を検出する内気温度センサと、
前記冷却水の温度を検出する冷却水温度センサを備えており、
前記空冷機構の冷却能力が前記内気温度センサの検出温度に応じて調整され、前記水冷機構の冷却能力が前記冷却水温度センサの検出温度に応じて調整される冷却システム。 - 前記電気部品が前記パワー半導体装置の動作を制御する制御基板を備える請求項1の冷却システム。
- 前記電気部品がコンデンサを備える請求項1または2の冷却システム。
- 前記電気部品がリアクトルを備える請求項1から3の何れか一項の冷却システム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011221597A JP2013084648A (ja) | 2011-10-06 | 2011-10-06 | 冷却システム |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2011221597A JP2013084648A (ja) | 2011-10-06 | 2011-10-06 | 冷却システム |
Publications (1)
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JP2011221597A Pending JP2013084648A (ja) | 2011-10-06 | 2011-10-06 | 冷却システム |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106550582A (zh) * | 2015-09-22 | 2017-03-29 | 天津市盈联电气设备有限公司 | 一种用于大功率电力控制柜的散热装置 |
CN108848651A (zh) * | 2018-05-03 | 2018-11-20 | 安徽好润环保科技有限公司 | 一种电子产品降温冷却液用循环槽 |
JP2019190732A (ja) * | 2018-04-25 | 2019-10-31 | 三菱重工業株式会社 | 冷却システム |
CN113873832A (zh) * | 2021-09-18 | 2021-12-31 | 河北时代嘉盈电气制造有限公司 | 一种组装式水冷负载装置 |
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2011
- 2011-10-06 JP JP2011221597A patent/JP2013084648A/ja active Pending
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JP2019190732A (ja) * | 2018-04-25 | 2019-10-31 | 三菱重工業株式会社 | 冷却システム |
JP7057710B2 (ja) | 2018-04-25 | 2022-04-20 | 三菱重工業株式会社 | 冷却システム |
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