JP2021191152A - 車両用冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ｅコンポーネントの信頼性を確保しつつ、冷却回路におけるラジエータの大型化を抑制することができる車両用冷却装置を提供すること。【解決手段】電動駆動部４０と熱交換する冷媒が循環する冷媒循環回路２０と、冷媒を冷却するラジエータ１０と、冷媒循環回路２０の電動駆動部４０をバイパスするバイパス経路２１と、バイパス経路２１の流量を制御する流量制御部３０Ａ、３０Ｂと、を含み、流量制御部３０Ａ、３０Ｂは、電動駆動部４０と熱交換する冷媒の流量である第１流量Ｆ１と、ラジエータ１０で冷却される冷媒の流量であり第１流量Ｆ１よりも大きい流量である第２流量Ｆ２を、第２流量Ｆ２と第１流量Ｆ１の差分がバイパス経路２１に流れる差分流量となるように制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、車両用冷却装置に関する。

近年、環境負荷の観点から、トラックなどの商用車の分野においても電動車両の開発が行われている。このような、電気自動車等のモータを駆動源する車両において、モータと複数のギアからなる減速機構とを備え、駆動輪が連結するディファレンシャルギアに、モータの駆動力を伝達することができる車両用の駆動ユニットが知られている（特許文献１）。

国際公開第２０１４／１４８４１０号

ところで、このような電動自動車の駆動ユニットに搭載されるモータを、より効率的に冷却する手段として、オイル等の冷媒を循環させる冷却回路により、当該モータを冷却する液冷式のモータ冷却装置を挙げることができる。ただし、これらの液冷式モータやインバータ等のｅコンポーネントと呼ばれる部材については、内部の熱交換用フィン等の冷却構造の耐久性確保の観点より、内部を通過させることができる冷媒の流量に制限がある。

その結果、ｅコンポーネントの冷却回路におけるラジエータへの流量が制限されてしまい、所望の冷却容量を確保するためにラジエータに要求される冷却容量が増加し、結果としてラジエータが大型化するおそれがある。

そこで、本願の解決すべき課題は、ｅコンポーネントの信頼性を確保しつつ、冷却回路におけるラジエータの大型化を抑制することができる車両用冷却装置を提供することである。

本発明は前述の課題の少なくとも一部を解決するものであり、以下の態様又は適用例として実現することができる。

（１）本適用例に係る、車両の動力源となる電動駆動部を冷却するための車両用冷却装置は、電動駆動部と熱交換する冷媒が循環する冷媒循環回路と、冷媒を冷却するラジエータと、冷媒循環回路の電動駆動部をバイパスするバイパス経路と、バイパス経路の流量を制御する流量制御部と、を含み、流量制御部は、電動駆動部と熱交換する冷媒の流量である第１流量と、ラジエータで冷却される冷媒の流量であり第１流量よりも大きい流量である第２の流量を、第２の流量と第１流量の差分がバイパス経路に流れる差分流量となるように制御することを特徴とする。

このように車両用冷却装置は、冷媒循環回路の電動駆動部をバイパスするバイパス経路を有することにより、電動駆動部に冷却構造上における冷媒の流量の制限があっても、制限を超える流量をバイパス経路で流通させ、後に合流させて、電動駆動部と熱交換する冷媒の流量である第１流量よりも大きい流量である第２の流量をラジエータで冷却できるようになる。これにより、本適用例に係る車両用冷却装置によれば、ラジエータを大型化して冷却能を高める必要が無く、ｅコンポーネントの信頼性を確保しつつ、冷却回路におけるラジエータの大型化を抑制することができる。

（２）また、本適用例に係る車両用冷却装置は、上記（１）において、流量制御部は、流速可変制御可能な電動ポンプと、バイパス経路中に設けられた定流量オリフィスを含んでいてもよい。これにより、定流量オリフィスは簡便な構造により耐久性に優れ、かつ電動駆動部と熱交換する冷媒の流量である第１流量よりも大きい流量である第２の流量をラジエータで冷却することができ、よりｅコンポーネントの信頼性を確保できる

（３）また、本適用例に係る車両用冷却装置は、上記（１）において、流量制御部は、バイパス経路中に設けられた、流量可変機構を備えた可変流量オリフィスを含んでいてもよい。これにより、可変流量オリフィスにより、パイパス経路中の冷媒の流量をより精密に制御することができ、かつ電動駆動部と熱交換する冷媒の流量である第１流量よりも大きい流量である第２の流量をラジエータで冷却でき、よりｅコンポーネントの信頼性を確保できる

（４）また、本適用例に係る車両用冷却装置は、上記（１）ないし（３）のいずれか１つにおいて、バイパス経路が、複数本設けられていてもよい。これにより、バイパス経路の配管の断面積の大きくするなどの配管の設計変更をせずとも、同様の配管を増設して第２流量を大きく確保することができ、差分流量が大きくなった場合でも、同様のバイパス経路を増設することにより対応することができる。

本適用例の第１の実施形態にかかる車両用冷却装置の概要を示すブロック図である。 本適用例の第２の実施形態にかかる車両用冷却装置の概要を示すブロック図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づき説明する。

図１は、本適用例の第１の実施形態にかかる車両用冷却装置の概要を示すブロック図である。車両用冷却装置１は、電動駆動部４０を冷却する冷媒循環回路２０と、ラジエータ１０を備えている。

電動駆動部４０は、電気自動車等の推進力の動力源となる回転電動機であるモータ及びこのモータへ、バッテリー等の車両に搭載された電源より供給された直流電流を、所定の交流電流に変換した所定の電力を供給するためのインバータ等を備えている。このような、車両の電動パワートレインを構成する電動駆動部品は、ｅコンポーネントとも呼ばれる。これらは、モータ、インバータ、ギア等が一体となって高価な高電圧ケーブル等を使用することなく電気的に接続されており、コンパクトな構成となっている。冷媒循環回路２０は、これらの冷却対象の内部を通過して冷却を行う。

電動駆動部４０内を通過する冷媒循環回路２０の流路には、フィンなどの放熱構造物が設けられており、信頼性確保のために流入する冷媒の流量が制限されている。この流量を電動駆動部４０の制限流量とする。そして、電動駆動部４０と熱交換する冷媒の流量を第１流量（Ｆ１）とする。少なくとも第１流量は制限流量よりも小さく設定される。流量の単位は例えば体積流量であり、（Ｌ／ｍｉｎ）である。また、流速は流量／流路の断面積によって求められる。

ラジエータ１０は、内部に冷媒が流通し、外気と熱交換することで冷媒を冷却する熱交換器である。このようなラジエータ１０は、温度が上昇した冷媒を冷却して再び冷媒循環回路２０へ循環させる機能を有している。

さらに、ラジエータ１０は、空冷部１１を備えており、駆動することで負圧を発生させて、ラジエータ１０への外気の導入を促進する。空冷部１１は例えば電動ファンである。

ラジエータ１０で冷却される冷媒の流量を第２流量（Ｆ２）とする。第２流量は、電動駆動部４０と熱交換する冷媒の流量である第１流量よりも大きい流量に設定される。

冷媒循環回路２０内を循環する冷媒は、冷却オイル又は冷却水であってよい。

冷媒循環回路２０は、電動駆動部４０とラジエータ１０を循環する経路を主回路とすると、この主回路とは分岐するバイパス経路２１を備える。バイパス経路２１は、電動駆動部４０をバイパスして迂回し、電動駆動部４０を冷却した冷媒が流通する主回路と再び合流する。したがって、冷媒循環回路２０は、電動駆動部４０を通過して温度が上昇する経路と、バイパス経路２１を通過して基本的に大きな温度変化を伴わない経路の、大きく２系統が存在することになる。

冷媒循環回路２０における、流速、液圧等の制御は流量制御部によりなされている。流量制御部３０Ａは、例えば循環する冷媒を所定の流速で圧送する機能や、流速を変化させる機能を備えた電動ポンプであり、冷媒循環回路２０へ流す冷媒の流量や流速を制御する。一方、流量制御部３０Ｂはオリフィス等の流量規制装置であり、物理的に流路の断面積等を減らすなどして流量制御機能の一部を担う。このような流量制御部３０Ａ、３０Ｂは不図示の電動車両制御部によって制御されてよい。電動車両制御部は例えばＥＣＵである。

冷媒循環回路２０における、主回路とバイパス経路２１との流通割合の調整は、流量制御部３０Ａ、３０Ｂの機能によって実現される。具体的なこれらの構成例は、例えば、流量を変化させて冷媒を圧送する電動ポンプである流量制御部３０Ａと、バイパス経路２１の一部の流路を狭窄するオリフィスである流量制御部３０Ｂである。流量の計測は、例えば冷媒循環回路２０中の各箇所に設置された不図示の流量計により測定される。

流量制御部３０Ａ、３０Ｂの一つの例は、冷媒を圧送する流速を可変制御可能な電動ポンプである流量制御部３０Ａと、バイパス経路２１の一部の流路の断面積を狭窄させた定流量オリフィスである流量制御部３０Ｂによって実現される。この場合、定流量オリフィス自体は断面積が可変するものではなく、流量制御部３０Ｂに対しては電子的な制御は発生しないが、電動ポンプである流量制御部３０Ａとの協働により、流量を制御しているといえる。

流量制御部３０Ａ、３０Ｂの他の例は、所定の流量で冷媒を圧送する電動ポンプである流量制御部３０Ａと、バイパス経路２１の一部の流路の狭窄量を変化させる可変オリフィスである流量制御部３０Ｂによって実現される。

バイパス経路２１によって、電動駆動部４０に流入する冷媒の量である第１流量Ｆ１と、ラジエータ１０に帰還する冷媒の量である第２流量Ｆ２とは、Ｆ２＞Ｆ１の関係とすることができる。このような流量の大小関係は、電動駆動部４０へ冷媒を流入する配管の断面積、バイパス経路２１の断面積、流量制御部３０Ａによる流速の調整、流量制御部３０Ｂによる流量の制御等によって調節することができる。

第２流量Ｆ２と第１流量Ｆ１の差分は、バイパス経路２１を流通する冷媒の流量である差分流量Ｆ３である。したがって、ラジエータ１０に対して流入する冷媒の量である第２流量Ｆ２を、電動駆動部４０へ流入する冷媒の量である第１流量Ｆ１よりも大きくすることができる。

以下に、車両用冷却装置１の動作の一例について説明する。ラジエータ１０で冷却された冷媒は、冷媒循環回路２０内を電動ポンプによって、所定の流量で一定方向に流通し、電動駆動部４０方向と、バイパス経路２１方向に分岐して所定の流通割合で流通する。

電動駆動部４０方向へ流入する冷媒は、例えば図１に示すように第１流量Ｆ１の分だけでインバータや電動機に流入し、熱交換により温度が上昇した状態で、バイパス経路２１と合流する。一方で、バイパス経路２１へ流入する冷媒は、冷却する対象はなく、基本的に大きな温度変化がない状態で、電動駆動部４０方向から流れてきた冷媒と合流する。

冷媒の合流により、電動駆動部４０方向から流れてきた冷媒の温度よりも、冷媒全体の温度は低くなる。そして、合流した冷媒は、図１に示す第２流量Ｆ２でラジエータ１０へ帰還する。

ラジエータ１０に帰還した冷媒は、熱交換により冷却されて、再度冷媒循環回路２０に流入することにより、電動駆動部４０の冷却サイクルが繰り返される。

このように、本適用例にかかる車両用冷却装置１は、冷媒循環回路２０の電動駆動部品をバイパスするバイパス経路を有することにより、電動駆動部４０に、冷却構造上における冷媒の流量の制限があっても、制限を超える流量をバイパス経路で流通させ、後に合流させて、電動駆動部４０と熱交換する冷媒の流量である第１流量Ｆ１よりも大きい流量である第２流量Ｆ２をラジエータ１０で冷却できるようになっている。

さらに、流量制御部３０Ａ、３０Ｂは、流速可変制御可能な電動ポンプと、バイパス経路中に設けられた定流量オリフィスを含んでいる。これにより、電動駆動部４０と熱交換する冷媒の流量である第１流量Ｆ１よりも大きい流量である第２流量Ｆ２をラジエータ１０で冷却できる。流速可変制御可能な電動ポンプと、定流量オリフィスを採用した場合は、定流量オリフィスが簡便な構造により耐久性に優れ、よりｅコンポーネントの信頼性を確保できるという効果を奏する。

また、流量制御部３０Ａ、流量制御部３０Ｂは、バイパス経路２１中に設けられた、流量可変機構を備えた可変流量オリフィスを含んでいてもよい。これにより、電動駆動部と熱交換する冷媒の流量である第１流量Ｆ１よりも大きい流量である第２流量Ｆ２をラジエータ１０で冷却できる。可変流量オリフィスを採用した場合は、バイパス経路中の冷媒の流量をより精密に制御することができるという効果を奏する。

図２は、本適用例の第２の実施形態にかかる車両用冷却装置の概要を示すブロック図である。本実施形態については、第１の実施形態と相違する点についてのみ説明し、その他の構成は同一であるから説明を省略する。

冷媒循環回路２０は、電動駆動部４０とラジエータ１０を循環する経路を主回路とすると、この主回路とは分岐するバイパス経路２１、２２を備える。バイパス経路２１、２２は、互いに並列して別の流路として配置され、電動駆動部４０をバイパスして迂回し、電動駆動部４０を冷却した冷媒が流通する回路と再び合流する。

バイパス経路２１、２２には各々の配管に流量制御部３０Ｂ、３０Ｂが設置され、流量制御部３０Ａと協働して、バイパス経路２１に流れる冷媒の流量と、バイパス経路２２に流れる冷媒の流量を制御することができる。ここで、第２流量Ｆ２と第１流量Ｆ１の差分流量Ｆ３は、バイパス経路２１を流れる冷媒の流量と、バイパス経路２２を流れる冷媒の流量を合計した流量となる。

このような複数本のバイパス経路２１、２２は、ラジエータ１０の冷却容量が多く必要とされる場合に、バイパス経路２１の配管の断面積の大きくするなどの配管の設計変更をせずとも、同様の配管を増設して第２流量Ｆ２を大きく確保することができ、差分流量が大きくなった場合でも対応することができる。なお、複数のバイパス経路の本数は、２本に限られることなく、３本以上も設置することができる。

このように、冷媒循環回路２０は、複数のバイパス経路２１、２２を備えることにより、差分流量が大きくなった場合でも、同様のバイパス経路を増設することにより対応することができる。

以上で本適用例に係る車両用冷却装置の一実施形態についての説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。

以上、本発明の実施例を説明したが、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行う事ができる。これら実施例やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものとする。

１ 車両用冷却装置
１０ ラジエータ
１１ 空冷部
２０ 冷媒循環回路
２１、２２ バイパス経路
３０Ａ、３０Ｂ 流量制御部
４０ 電動駆動部
Ｆ１ 第１流量
Ｆ２ 第２流量
Ｆ３ 差分流量

Claims (4)

1. 車両の動力源となる電動駆動部を冷却するための車両用冷却装置であって、
   前記電動駆動部と熱交換する冷媒が循環する冷媒循環回路と、
   前記冷媒を冷却するラジエータと、
   前記冷媒循環回路の前記電動駆動部をバイパスするバイパス経路と、
   前記バイパス経路の流量を制御する流量制御部と、を含み、
   前記流量制御部は、前記電動駆動部と熱交換する冷媒の流量である第１流量と、前記ラジエータで冷却される冷媒の流量であり前記第１流量よりも大きい流量である第２流量を、前記第２流量と前記第１流量の差分が前記バイパス経路に流れる差分流量となるように制御することを特徴とする、車両用冷却装置。
2. 前記流量制御部は、流速可変制御可能な電動ポンプと、前記バイパス経路中に設けられた定流量オリフィスを含む、ことを特徴とする請求項１に記載の車両用冷却装置。
3. 前記流量制御部は、前記バイパス経路中に設けられた、流量可変機構を備えた可変流量オリフィスを含む、ことを特徴とする請求項１に記載の車両用冷却装置。
4. 前記バイパス経路が、複数本設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の車両用冷却装置。
   

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