JP2023006073A - 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、車両の利便性・メンテナンス性を担保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及びラジエータ１０と熱交換する冷媒が循環する冷媒循環回路２０と、ラジエータ１０から電動駆動部４０に冷媒を供給する供給経路２０ａと、電動駆動部４０からラジエータ１０に冷媒を排出する排出経路２０ｂと、冷媒循環回路２０において供給経路２０ａと排出経路２０ｂとを連結するバイパス経路２１ａと、を含み、供給経路２０ａにおいて、バイパス経路２１ａに流れる冷媒の流量は電気駆動部４０と熱交換する冷媒の流量よりも大きく、かつ、連結部Ｂは供給経路２０ａにおいて車両の車高方向で最も高い範囲に位置している。【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とする車両において、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、オイルや冷却水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。

また、流量が従来よりも低下することで、冷却回路内にエア溜まりが発生しやすくなる虞がある。特にｅコンポーネントのような車両駆動用の電動モータ等の冷却回路の場合、冷却回路内での滞留エアが抜けきるまで車両を動かすことができなかったり、滞留エア抜きのためのドレインを設けると追加のメンテナンス作業が必要となったり、と車両の利便性・メンテナンス性が著しく悪化する。

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、車両の利便性・メンテナンス性を担保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。

本適用例に係る車両用冷却装置は、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、前記電動駆動部及びラジエータと熱交換する冷媒が循環する冷媒循環回路と、前記冷媒循環回路において前記ラジエータから前記電動駆動部に前記冷媒を供給する供給経路と、前記冷媒循環回路において前記電動駆動部から前記ラジエータに前記冷媒を排出する排出経路と、前記冷媒循環回路において前記供給経路と前記排出経路とを連結する１又は複数のバイパス経路と、を含み、前記供給経路において、前記バイパス経路に流れる前記冷媒の流量は前記電動駆動部と熱交換する冷媒の流量よりも大きく、前記バイパス経路との連結部のうちの少なくとも１つは、車高方向において最も高い範囲に位置していることを特徴とする。

このように構成された車両用冷却装置は、供給経路の中で最も高い範囲内にバイパス経路との連結部が位置していることで、冷媒の流量が少なくエア溜まりが停滞しやすい連結部から電動駆動部までの経路において、連結部が車高方向の最高点に位置することとなる。そして、バイパス経路の流量は電動駆動部と熱交換する冷媒の流量よりも大きいことから、連結部にあるエアはバイパス経路に引き込まれて排出経路を経てラジエータに排出され、ラジエータからエア抜きされる。従って、信頼性確保のために流量制限のあるｅコンポーネントにおいても、ドレイン等のメンテナンスが必要な構成を設けることなく、冷媒循環回路のエア抜きを円滑に実行することができる。これにより、ｅコンポーネントの信頼性を確保しつつ、車両の利便性・メンテナンス性を担保することができる。

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と、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と、ラジエータ１０と接続するサージタンク１３と、を備えている。本実施形態の車両は、例えばトラックである。

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は、本実施形態では、車両の荷台部分のサイドレールに懸架されて搭載される。

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Ｆ１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。ラジエータ１０は車両のキャブ前側に搭載される。

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Ｆ２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よりも大きい流量に設定される。

サージタンク１３は、冷媒が貯留されたタンクであり、サージタンク経路２２を介してラジエータ１０と接続されている。サージタンク１３は、閉回路である冷媒循環回路２０内の冷媒の温度膨張によるラジエータ１０からのオーバーフローした冷媒を許容するとともに、冷媒循環回路２０内の冷媒が減少した際に冷媒を供給可能である。冷媒循環回路２０で発生したエア（気泡）の一部は、冷媒の循環に伴いラジエータ１０へ移動し、ラジエータ１０の上部に接続されたサージタンク経路２２からサージタンク１３へと排出される。サージタンク１３は、例えばラジエータ１０の近傍に設置される。

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、ラジエータ１０から電動駆動部４０へ冷媒が流通する供給経路２０ａと、電動駆動部４０からラジエータ１０へ冷媒が流通する排出経路２０ｂと、供給経路２０ａから分岐して排出経路２０ｂに合流するバイパス経路２１ａと、を有する。供給経路２０ａ、排出経路２０ｂ、バイパス経路２１ａ、及びサージタンク経路２２は、金属又は樹脂の配管部材から形成されている。また、供給経路２０ａ及び排出経路２０ｂは、例えばラジエータ１０との接続部から車両の電動駆動部４０との接続部まで車両前後方向にサイドレールに沿って延設されている。

バイパス経路２１ａ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排出経路２０ｂと合流する。従って、冷媒循環回路２０は、冷媒が、ラジエータ１０から、供給経路２０ａ、電動駆動部４０、及び排出経路２０ｂを経由してラジエータ１０に戻る主回路と、ラジエータ１０から供給経路２０ａ、バイパス経路２１ａ、及び排出経路２０ｂを経由してラジエータ１０に戻る迂回回路の２系統を有する。主回路では、冷媒は電動駆動部４０を通過して温度が上昇する。一方迂回回路では、バイパス経路２１ａを通過するため基本的に大きな温度変化を伴わない。また、冷媒循環回路２０は基本的には閉回路であるため、冷媒循環回路２０内の総冷媒量は一定である。従って、バイパス経路２１ａを流通する冷媒の流量は、第２流量Ｆ２と第１流量Ｆ１の差分により、差分流量Ｆ３として得られる。

供給経路２０ａにおいて、ラジエータ１０からバイパス経路２１ａとの連結部Ｂ１までを第１供給経路２０１とし、連結部Ｂ１から電動駆動部４０までを第２供給経路２０２とした場合、バイパス経路２１ａの流量は第２供給経路２０２の流量よりも大きく、かつ、連結部Ｂ１は第２供給経路２０２において車両の車高方向で最も高い範囲に位置している。連結部Ｂ１は少なくとも第２供給経路２０２において車両の車高方向で最も高い位置にあればよく、本実施形態では図１に示すように、連結部Ｂ１は、第１供給経路２０１及び第２供給経路２０２も含めた供給経路２０ａの中で、最も高い範囲内に位置している。

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、第１流量Ｆ１と差分流量Ｆ３との流量割合の調整は、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２１ａ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２１ａ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２１ａ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２１ａ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２１ａ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２１ａを流通する冷媒の流量である差分流量Ｆ３である。従って、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２１ａ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２１ａを通過した冷媒と合流する。一方で、バイパス経路２１ａ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２１ａ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、制限を超える流量の冷媒をバイパス経路２１ａ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２１ａ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２１ａ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。可変流量オリフィスを採用した場合は、バイパス経路２１ａ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。

さらに、供給経路２０ａの中で最も高い範囲内にバイパス経路２１ａとの連結部Ｂ１が位置していることで、冷媒の流量が少なくエア溜まりが停滞しやすい第２供給経路２０２おいて、連結部Ｂ１が車高方向の最高点に位置している。バイパス経路２１ａの流量Ｆ３は電動駆動部４０と熱交換する第２供給経路２０２の流量Ｆ１よりも大きいことから、連結部Ｂ１にあるエアはバイパス経路２１ａに引き込まれて排出経路２０ｂを経てラジエータ１０に排出され、ラジエータ１０からエア抜きされる。従って、信頼性確保のために流量制限のあるｅコンポーネントにおいても、ドレイン等のメンテナンスが必要な構成を設けることなく、冷媒循環回路２０のエア抜きを円滑に実行することができる。これにより、ｅコンポーネントの信頼性を確保しつつ、車両の利便性・メンテナンス性を担保することができる。

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。

第２の実施形態の車両用冷却装置１’において、冷媒循環回路２０は、第１の実施形態の車両用冷却装置１の冷媒循環回路２０の第１バイパス経路２１ａに並列に第２バイパス経路２１ｂ（以下、併せてバイパス経路２１ａ、２１ｂともいう）が追加された構成となっている。バイパス経路２１ａ、２１ｂ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。従って、冷媒循環回路２０は、冷媒が、ラジエータ１０から、供給経路２０ａ、電動駆動部４０、及び排出経路２０ｂを経由してラジエータ１０に戻る主回路と、ラジエータ１０から供給経路２０ａ、バイパス経路２１ａ、２１ｂ、及び排出経路２０ｂを経由してラジエータ１０に戻る迂回回路の大きく分けて２系統を有する。

バイパス経路２１ａ、２１ｂには各々の配管に流量制御部３０１Ｂ、３０２Ｂが設置され、流量制御部３０Ａと協働して、バイパス経路２１ａに流れる冷媒の流量と、バイパス経路２１ｂ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２１ａを流れる冷媒の流量と、バイパス経路２１ｂ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２１ａ、２１ｂ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２１ａ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Ｆ３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。

また、供給経路２０ａは、ラジエータ１０からバイパス経路２１ａとの最初の第１連結部Ｂ１までを第１供給経路２０１とし、第１連結部Ｂ１から２番目の第２連結部Ｂ２までを第２供給経路２０２とし、第２連結部Ｂ２から電動駆動部４０までを第３供給経路２０３とした場合、バイパス経路２１ａ、２１ｂの合計流量は第３供給経路２０３の流量よりも大きく、かつ、第２連結部Ｂ２は第２供給経路２０２において車両の車高方向で最も高い範囲に位置している。

このように、冷媒循環回路２０は、複数のバイパス経路２１ａ、２１ｂを備えることにより、差分流量Ｆ３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。そして、複数のバイパス経路２１ａ、２１ｂを備え、複数の連結部（第１連結部Ｂ１、第２連結部Ｂ２）を備える場合でも、供給経路２０ａにおいて少なくとも一つの連結部が車高方向で最も高い範囲に位置していることで、上記第１の実施形態と同様の効果を奏することができる。

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。

例えば、上記第２の実施形態では、第２連結部Ｂ２が供給経路２０において車両の車高方向で最も高い範囲に位置していたが、第１連結部が供給経路２０において車両の車高方向で最も高い範囲に位置してもよい。また、第１連結部及び第２連結部の両方が供給経路において最も高い範囲に位置してもよい。

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
１３ サージタンク
２０ 冷媒循環回路
２０ａ 供給経路
２０ｂ 排出経路
２１ａ、２１ｂ バイパス経路
２２ サージタンク経路
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 (1)

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、
   前記電動駆動部及びラジエータと熱交換する冷媒が循環する冷媒循環回路と、
   
   前記冷媒循環回路において前記ラジエータから前記電動駆動部に前記冷媒を供給する供給経路と、
   前記冷媒循環回路において前記電動駆動部から前記ラジエータに前記冷媒を排出する排出経路と、
   前記冷媒循環回路において前記供給経路と前記排出経路とを連結する１又は複数のバイパス経路と、
   を含み、
   前記供給経路において、前記バイパス経路に流れる前記冷媒の流量は前記電動駆動部と熱交換する冷媒の流量よりも大きく、前記バイパス経路との連結部のうちの少なくとも１つは、車高方向において最も高い範囲に位置していることを特徴とする、車両用冷却装置。
   

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