JP4650108B2 - 車両の強電系冷却装置 - Google Patents

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Description

本発明は、原動機としてモータを備えた車両などにおいて、モータ・インバータ・バッテリ・ジェネレータなどの強電系要素の冷却を行う車両の強電系冷却装置に関する。
電気自動車やハイブリッド車両では、モータやバッテリなどの強電系要素の温度が高くなり過ぎると所望の性能が得られなくなることから、これら強電系要素の冷却を行う装置が搭載されている。
このような強電系冷却装置として、車室内空気および車室外空気をバッテリへ送風する送風手段と、バッテリへ送風する空気を冷却する熱交換器と、を備え、送風手段によりバッテリに向けて車室内空気あるいは車室外空気を送風するとともに、必要に応じこの送風を熱交換器により冷却するようにしたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2004−255960号公報
しかしながら、上述の従来技術では、強電系要素からの放熱が車室外に排出されているため、熱エネルギが無駄になっているという問題がある。
そこで、本発明は、熱エネルギの有効利用を図ることができる車両の強電系冷却装置を提供することを目的とするものである。
本発明は、上述事情に鑑みなされたもので、強電系要素と冷却用熱交換器との間で冷媒を循環させて強電系要素の冷却を行う冷却システムの前記冷却用熱交換器を、車室内空調装置内の空気流路においてエバポレータの下流に配置したことを最も主要な特徴とする車両の強電系冷却装置である。
本発明の車両の強電系冷却装置では、強電系要素の熱が、冷却用熱交換器により空調装置の空気流路に放熱される。
したがって、強電系要素の発熱が、車室の空調に有効利用され、エネルギ効率の向上を図ることができる。
さらに、冷却用熱交換器が、エバポレータを通過した低温の空気で冷却されるため、冷却手段の冷却性能を向上でき、冷却システムの小型化を図ることができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
この実施の形態の車両の強電系冷却装置は、強電系要素(1,2)と冷却用熱交換器(31)との間で冷媒を循環させて強電系要素(1,2)の冷却を行う冷却システム(3)を備え、冷却用熱交換器(31)が、車室内空調装置(5)内の空気流路(56)においてエバポレータ(58)の下流に配置されていることを特徴とする車両の強電系冷却装置である。
図1および図2に基づいて本発明の最良の実施の形態の実施例1の車両の強電系冷却装置Aについて説明する。
まず、その構成について説明する。
本実施例1の車両の強電系冷却装置Aは、強電系要素1,2を冷却する冷却システム3を備えている。
これら強電系要素1,2は、原動機としてのモータ、このモータを駆動するためのバッテリやインバータあるいはジェネレータなどのいずれかあるいは全てである。
すなわち、本実施例1の車両の強電系冷却装置Aは、原動機としてエンジン4とモータとを備えたいわゆるハイブリッドカーと称する車両に適用されている。
冷却システム3は、冷却水などの液体や冷却空気などの気体から成る冷媒を強電系要素1,2と冷却用熱交換器としてのサブラジエータ31との間で配管32を通して循環させるシステムである。また、配管32の途中には、ウォータポンプ33が設けられ、冷媒の循環量を調節可能に構成されている。
サブラジエータ31は、車室内空調装置5の内部に設置されている。そこで、まず、空調装置5の構成の概略を説明する。
空調装置5は、例えば、図外の車両のダッシュパネルとインストルメントパネルとの間に配置されたユニットケース51を備えている。
このユニットケース51は、一端側に開口された外気取入口51aおよび内気取入口51bから、他端側に開口された室内吹出口としてのデフロスタ吹出口51c、フット吹出口51d、ベント吹出口51eに至る空気流路56を備えている。
なお、外気取入口51aは、図外のカウルボックスなど車室外に開口されている。内気取入口51bは、車室内に開口されている。デフロスタ吹出口51cは、図外のフロントウインドウ(窓ガラス)に向けて開口されている。フット吹出口51dは、乗員の足元に向けて開口されている。ベント吹出口51eは、乗員の上半身に向けて開口されている。
また、両取入口51a,51bの位置には、空気の取り入れを切り換える内外気切換ドア52が設けられている。また、各吹出口51c,51d,51eには、各吹出口51c,51d,51eの開度を調節するデフロスタドア53、フロアドア54、ベントドア55が設けられている。
さらに、ユニットケース51の内部の空気流路56には、両取入口51a,51bの近傍の最も上流位置に送風用のブロワファン57が設けられ、その下流には、送風空気の冷却用のエバポレータ58が設けられている。なお、エバポレータ58には、エアコン冷媒が配管58aを介して循環される。エアコン冷媒は、図外のコンデンサにより冷却されて中温高圧となり、膨張弁58bにて低温低圧の気液混合状態に膨張され、エバポレータ58にて吸熱して過熱状態の気体冷媒に変化し、図外の圧縮機に吸引される。
また、空気流路56は、エバポレータ58の下流で、加熱路56aとバイパス路56bとに2分割されている。そして、加熱路56aに、ヒータコア59が設置されている。
このヒータコア59には、加熱路56aの送風を加熱するもので、配管59aを介してエンジン4の冷却水が循環される。なお、配管59aの途中には、ウォータバルブ59bが設けられており、ヒータコア59への冷却水流量を調節可能となっている。
また、エバポレータ58の下流には、温度調節ドア60が設けられている。この温度調節ドア60により、エバポレータ58のみを通過したバイパス路56bの冷気と、ヒータコア59および後述するサブラジエータ31を通過した加熱路56aの暖気と、の混合割合を調節することにより、吹出空気温度が調節可能となっている。
以上の構成の空調装置5において、サブラジエータ31は、加熱路56aのヒータコア59の直前に配置されている。
そして、ユニットケース51において、加熱路56aの直後位置に、ヒータコア59を通過した空気をケース外に排出する第1排出口71が設けられている。また、サブラジエータ31を通過せずにエバポレータ58から各吹出口51c,51d,51eに至るバイパス路56bを含む流路(副流路)の途中、すなわち本実施例1ではバイパス路56bの直後位置に、エバポレータ58を通過した空気を排出する第2排出口72が設けられている。これら各排出口71,72は、乗員および車両の窓ガラス以外に向かって開口されているもので、例えば、図外のダッシュパネルに向かって開口されている。
さらに、各排出口71,72には、その開閉を行う第1排気ドア71dと第2排気ドア72dとが設置されている。これら、両排気ドア71d,72dは、それぞれ、両排出口71,72を開いたときに送風を各排出口71,72に導くよう、回動中心の基端よりもドア先端を送風上流に向けて設置されている。
上述の空調装置5および冷却システム3は、制御手段としてのコントロールユニット8により作動を制御される。また、このコントロールユニット8には、車両の温度環境に関する因子および強電系要素1,2の温度環境に関する因子の検出値がセンサ群81から入力される。なお、車両の温度環境に関する因子とは、例えば、車室内温度、外気温度、日射量、吹出空気温度、車速、乗員による温度および風速の設定値などである。また、強電系要素1,2の温度環境に関する因子とは、例えば、冷却システム3の冷媒温度、強電系要素1,2の温度およびその雰囲気温度、強電系要素1,2の印加電圧、強電系要素1,2の消費電流値などである。
次に、コントロールユニット8の制御について説明する。なお、コントロールユニット8の制御のうち、空調制御に関しては、既存の従来装置と変わりないので説明を省略し、冷却システム3にかかわる制御を図2のフローチャートにより説明する。
図2のフローチャートは、コントロールユニット8による強電系冷却制御の流れを示している。
ステップS1では、冷却判断手段として冷却量増加要否判断を行う。この判断は、冷却システムの冷媒温度Tre、あるいは強電系要素1,2の印可電圧V、あるいは強電系要素1,2の消費電流I、強電系要素1,2の温度Tkd、強電系要素1,2の雰囲気温度Tarのいずれかに基づいて行う。いずれの場合にも、これらが設定値を超えたか否かに基づいて判断することができる。すなわち、冷媒温度Treが設定温度Tset1を越えた場合、あるいは印可電圧Vが設定電圧Vsetを越えた場合、あるいは消費電流Iが設定電流Isetを越えた場合、温度Tkdまたは雰囲気温度Tarが設定温度Tset2を越えた場合に、冷却量増加要(YES)と判断する。
ステップS1において、冷却量増加要(YES)と判断した場合、ステップS2において風量増加処理を行う。これは、ブロワファン57の回転数を増加させる。
次のステップS3では、第1排気ドア71dを開き、次のステップS4で、第2排気ドア72dを開く。
一方、ステップS1において、冷却量の増加が不要(NO)と判断した場合、ステップS5に進み、風量低下処理を行う。すなわち、ブロワファン57の回転数を低下させる。
次のステップS6では、第1排気ドア71dを閉じ、次のステップS7で、第2排気ドア72dを閉じる。なお、上述のステップS3,S4,S6,S7の処理を実行する部分が、開閉決定手段に相当する。
次に、実施例1の作用を説明する。
強電系要素1,2の冷却量を増加させる必要が生じた場合には、ステップS2〜S4の処理を実行する。この冷却量を増加させる必要が生じた場合とは、例えば、冷却システム3の冷媒温度Treが設定温度Tset1よりも上昇したり、強電系要素1,2の温度Tkdまたは雰囲気温度Tarが設定温度Tset2よりmp上昇したり、印可電圧Vや消費電流Iに基づいて強電系要素1,2が将来的に温度が上昇する駆動状態となったと判断されたり、した場合である。
そこで、ステップS2〜S4の処理が実行されると、ブロワファン57の風量が増加され、第1排気ドア71dおよび第2排気ドア72dが開かれる。
この場合、ブロワファン57の風量が増加されることにより、サブラジエータ31を通過する風量が増加され、冷却システム3による強電系要素1,2の冷却量が増大する。
また、このとき、ブロワファン風量が増加されることで、バイパス路56bを通る冷気風量も増加する。そこで、本実施例1では、第1排気ドア71dおよび第2排気ドア72dを開くことにより、サブラジエータ31を通過した暖気の一部を空調装置5の外に排出するとともに、バイパス路56bを通る冷気の一部も空調装置5の外に排出する。よって、各吹出口51c,51d,51eから乗員やフロントウインドウに向かう吹出空気の温度や風量が変動しないように制御することができる。
また、第1排気口71からサブラジエータ31により加熱された暖気が車室内に排出される場合、車室内に熱量が加えられるが、第2排気口72から排出される冷気により吸熱を行わせることで、車室内熱量のバランスをとり、車室内の温度環境の変動を抑制することが可能である。
一方、強電系要素1,2の冷却量の増加が不要と判断された場合には、ステップS5〜S7の処理が実行され、ブロワファン57の風量が低下され、かつ、第1排気ドア71dおよび第2排気ドア72dが閉じられる。
以上説明したように、実施例1の車両の強電系冷却装置Aにあっては、サブラジエータ31をエバポレータ58とヒータコア59との間に配置したため、サブラジエータ31には、エバポレータ58を通過した直後の車室内において最も低温の空気が供給される。よって、冷却システム3にあっては、サブラジエータ31を車室外に配置した場合に比べて、高い冷却性能が得られ、加えて、設置スペースの削減を図ることができる。
また、冬季など暖房性能が必要なときには、サブラジエータ31により暖められた空気がヒータコア59を通過するため、吹出温度の向上や、エンジン冷却水の過冷却防止を図ることができ、強電系要素1,2の廃熱を利用した暖房性能の向上が図られる。
さらに、加熱路56aのヒータコア59の下流に第1排出口71および第1排気ドア71dを設け、かつ、バイパス路56bの下流に第2排出口72および第2排気ドア72dを設け、サブラジエータ31の冷却を行う場合には、両ドア71d,72dを開くようにした。このため、サブラジエータ31の冷却時に、乗員やフロントウインドウに向かう吹出空気の温度や風量が変動しないように制御することができ、かつ、車室内熱量のバランスをとり、車室内の温度環境の変動を抑制することが可能である。
次に、図3に示す本発明実施の形態の実施例2の車両の強電系冷却装置Bについて説明する。
なお、前記実施例1と同一ないし均等な部分については、同一符号を付して、相違する部分を中心として説明する。
この実施例2の車両の強電系冷却装置Bは、実施例1の変形例である。この実施例2では、空調装置205において、第2排出口272および第2排気ドア272dの位置を、エバポレータ58の直後とした。このように構成することでも、サブラジエータ31およびヒータコア59を通過しない冷気を、第2排出口272から排出することができる。
他の構成および作用効果は、実施例1と同様であるので、説明を省略する。
次に、図4および図5に基づいて本発明実施の形態の実施例3の車両の強電系冷却装置Cについて説明する。
なお、この実施例3の車両の強電系冷却装置Cは、実施例1の変形例であり、前記実施例1と同一ないし均等な部分については、同一符号を付して、相違する部分を中心として説明する。
実施例3の車両の強電系冷却装置Cは、実施例1と比較して、空調装置305が第2排出口72および第2排気ドア72dを有していない点が異なる。
次に、コントロールユニット308による強電系冷却制御を図5のフローチャートに基づいて説明する。
ステップS301で、実施例1と同様に冷却システム3による冷却量増加要否判断を行い、冷却量増加要(YES)と判断した場合は、ステップS302に進んで風量増加処理を行い、一方、冷却量増加不要(NO)と判断した場合は、ステップS205に進んで、風量低下処理を行う。
ステップS302に続くステップS303では、温度調節ドア60を暖房側、すなわち、加熱路56aを開く側へ所定量変位させる。そして、次のステップS304で、第1排気ドア71dを開く。
一方、ステップS305に続くステップS306では、温度調節ドア60を冷房側、すなわち、加熱路56aを塞ぐ側へ所定量変位させる。そして、次のステップS307では、第1排気ドア71dを閉じる。
次に、実施例3の作用を説明する。
強電系要素1,2の冷却量を増加させる必要が生じた場合には、ステップS302〜S304の処理が実行され、ブロワファン57の風量が増加され、温度調節ドア60が暖房側に変位し、第1排気ドア71dが開かれる。
この場合、ブロワファン57の風量が増加され、かつ、温度調節ドア60が暖房側に変位されることにより、サブラジエータ31を通過する風量が増加し、冷却システム3による強電系要素1,2の冷却量が増大する。
また、同時に、温度調節ドア60を暖房側に変位させることで、サブラジエータ31を通過しないバイパス路56bの風量の増加が抑制される。
さらに、第1排気ドア71dを開くことで、サブラジエータ31を通過した送風の一部が空調装置5の外へ排出され、各吹出口51c,51d,51eから乗員やフロントウインドウに向かう吹出空気の温度や風量が変動しないように制御することができる。
一方、強電系要素1,2の冷却量の増加が不要と判断された場合には、ステップS305〜S307の処理が実行され、ブロワファン57の風量が低下され、かつ、第1排気ドア71dが閉じられる。これにより、通常の空調制御が成される。
以上説明したように、実施例3の車両の強電系冷却装置Cにあっても、実施例1と同様に、サブラジエータ31を車室外に配置した場合に比べて、高い冷却性能が得られ、かつ、設置スペースの削減を図ることができる効果、強電系要素1,2の廃熱を利用した暖房性能の向上が図られる効果、が得られる。
また、冷却システム3の冷却量を増加する際には、温度調節ドア60を暖房側に変位させ、かつ、第1排気ドア71dを開くようにしたため、この冷却量増加時に、ブロワファン57の風量を増加させても、乗員やフロントウインドウに向かう送風の吹出温度や風量が変動しないように制御できる。
以上、図面を参照して、本発明の実施の形態および実施例1ないし実施例3を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態および実施例1ないし実施例3に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
すなわち、実施例1ないし実施例3では、実施例を適用する車両として、原動機としてエンジンとモータとを備えたハイブリッド車を示したが、本発明を適用する車両は、ハイブリッド車に限定されない。例えば、原動機がモータのみである電気自動車にも適用できるし、駆動源としてエンジンのみを有した車両におけるバッテリなどの強電系要素の冷却にも適用できる。
また、実施例1ないし実施例3では、強電系要素として2個の強電系要素1,2を示したが、これらの冷却システム3により冷却する強電系要素の数は、実施例で示した数に限定されるものではない。すなわち、冷却する強電系要素の数は、1個でもよいし、3個以上の複数でもよい。
また、冷却用熱交換器としてのサブラジエータ31をエバポレータ58とヒータコア59との間に設置した例を示したが、冷却用熱交換器を設置する位置は、エバポレータ58の下流であれば、これに限定されない。
また、実施例1ないし実施例3では、第1排出口71、第2排出口72を車室内に開口した例を示したが、車外に開口させてもよい。
また、実施例1ないし実施例3では、冷却判断手段として、冷却量増加の要否を判断する手段を示し、また、開閉決定手段として、この要否判断結果に基づいて、両ドア71d,72dの開閉を切り換える手段を示した。しかし、冷却判断手段および開閉決定手段は、これに限定されるものではない。すなわち、冷却判断手段は、必要な冷却量を演算する手段とし、開閉決定手段は、得られた冷却量に応じて、両ドア71d,72dの開度を可変制御してもよい。この際、冷却量の決定因子として1つの因子のみを用いる場合には、例えば、図6に示すように、検出する冷媒温度Tre、強電系要素1,2の温度Tkdまたは雰囲気温度Tar、印可電圧V、消費電流Iの大きさに応じて、ドア開度を実線で示すように段階的に、あるいは一点鎖線で示すようにリニアに変更するようにしてもよい。
また、冷却量の決定因子として複数の因子を用いる場合には、これらの複数の因子の大きさに応じてドア開度を設定したテーブルや、演算式を用いてドア開度を決定するようにしてもよい。
また、実施例4では、ステップS404,S407において、風量を変化させているが、これに代えて、ウォータバルブ59bを開閉し、ヒータコア59を通過する冷却水量を調節してもよい。すなわち、風量増加処理に代えてウォータバルブ59bを閉じる処理とし、風量低下処理に代えてウォータバルブ59bを開く処理としてもよい。
本発明の実施の形態の実施例1の車両の強電系冷却装置Aを示す構成説明図である。 本発明の実施の形態の実施例1の車両の強電系冷却装置Aのコントロールユニット8による強電系冷却制御の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態の実施例2の車両の強電系冷却装置Bの要部を示す構成説明図である。 本発明の実施の形態の実施例3の車両の強電系冷却装置Cを示す構成説明図である。 本発明の実施の形態の実施例3の車両の強電系冷却装置Cのコントロールユニット308による制御流れを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態の制御手段の開閉量決定手段の他例における開度特性を 示す特性図である。
符号の説明
1 強電系要素
2 強電系要素
3 冷却システム
5 空調装置
8 コントロールユニット(制御手段)
31 サブラジエータ(冷却用熱交換器)
51c デフロスタ吹出口(室内吹出口)
51d フット吹出口(室内吹出口)
51e ベント吹出口(室内吹出口)
56 空気流路
58 エバポレータ
59 ヒータコア
60 温度調節ドア
71 第1排出口
71d 第1排気ドア
72 第2排出口
72d 第2排気ドア
205 空調装置
272 第2排出口
272d第2排気ドア
305 空調装置
308 コントロールユニット(制御手段)
実施例1の車両の強電系冷却装置
B 実施例2の車両の強電系冷却装置
C 実施例3の車両の強電系冷却装

Claims (10)

  1. 強電系要素と冷却用熱交換器との間で冷媒を循環させて強電系要素の冷却を行う冷却システムを備え、
    前記冷却用熱交換器が、車室内空調装置内の空気流路においてエバポレータの下流に配置され、
    前記冷却用熱交換器は、前記空気流路内において前記エバポレータの下流かつヒータコアの上流に配置され、
    前記ヒータコアと室内空気吹出口との間に、前記ヒータコアを通過した空気を排出する第1排出口と、この第1排出口の開閉を行う第1排気ドアと、を備え、
    前記空気流路には、少なくとも前記冷却用熱交換器を通過せずに前記エバポレータから前記室内空気吹出口に至る副流路が設けられ、
    この副流路に、前記エバポレータを通過した空気を排出する第2排出口と、この第2排出口を開閉する第2排気ドアと、を備えていることを特徴とする車両の強電系冷却装置。
  2. 前記第1排出口は、乗員もしくはウインドウに直接吹き出さない位置に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の車両の強電系冷却装置。
  3. 前記第2排気口は、乗員もしくはウインドウに直接吹き出さない位置に設けられていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の車両の強電系冷却装置。
  4. 前記冷却システムの冷媒温度、前記強電系要素の温度およびその雰囲気温度、前記強電系要素の印加電圧、前記強電系要素の消費電流値のいずれかを含む前記強電系要素の温度に関係する因子を検出する検出手段からの入力に基づいて、前記第1排気ドアおよび前記第2排気ドアの開閉を制御する制御手段を備えていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の車両の強電系冷却装置。
  5. 前記制御手段は、前記検出手段の検出に基づき前記強電系要素の冷却量の増加の要否を判断する冷却判断手段と、この冷却判断手段の判断結果に基づいて前記第1排気ドアおよび前記第2排気ドアの開閉を決定する開閉決定手段と、
    を備えていることを特徴とする請求項4に記載の車両の強電系冷却装置。
  6. 前記制御手段は、前記検出手段の検出に基づき前記強電系要素の必要な冷却量を求める冷却判断手段と、この冷却判断手段で得られた冷却量に応じて前記第1排気ドアおよび前記第2排気ドアの開閉量を決定する開閉量決定手段と、
    を備えていることを特徴とする請求項4に記載の車両の強電系冷却装置。
  7. 前記冷却判断手段は、前記冷却量の増加の要否あるいは冷却量を、前記冷却システムの冷媒温度、前記強電系要素の印加電圧または消費電流、前記強電系要素の温度のいずれかに基づいて求めることを特徴とする請求項5または請求項6に記載の車両の強電系冷却装置。
  8. 前記制御手段は、前記冷却判断手段の判断結果に基づいて、前記エバポレータを通過した空気の前記ヒータコアへの送風割合を調節する温度調節ドアの開度を制御することを特徴とする請求項5ないし請求項7のいずれか1項に記載の車両の強電系冷却装置。
  9. 強電系要素と冷却用熱交換器との間で冷媒を循環させて強電系要素の冷却を行う冷却システムを備え、
    前記冷却用熱交換器が、車室内空調装置内の空気流路においてエバポレータの下流に配置され、
    前記冷却用熱交換器は、前記空気流路内において前記エバポレータの下流かつヒータコアの上流に配置され、
    前記室内空気吹出口と前記ヒータコアとの間に、前記ヒータコアを通過した空気を排出する第1排出口と、この第1排出口の開閉を行う第1排気ドアと、を備え、
    前記冷却システムの冷媒温度、前記強電系要素の温度およびその雰囲気温度、前記強電系要素の印加電圧、前記強電系要素の消費電流値のいずれかを含む前記強電系要素の温度に関係する因子を検出する検出手段からの入力に基づいて、前記第1排気ドアの開閉および前記車室内空調装置の風量を制御する制御手段を備え、この制御手段は、前記冷却判断手段が、前記強電要素の必要な冷却量の増加要と判断した際には、前記風量を増加させるとともに、前記第1排気ドアを開くことを特徴とする車両の強電系冷却装置。
  10. 前記空気流路には、少なくとも前記冷却用熱交換器を通過せずにエバポレータから室内空気吹出口に至る副流路が設けられ、
    前記エバポレータと前記冷却用熱交換器との間に、前記エバポレータを通過した空気の前記ヒータコアへの送風割合を調節する温度調節ドアが設けられ、
    前記制御手段は、前記冷却量の増加要と判断した際には、前記温度調整ドアを暖房側に変位させることを特徴とする請求項9に記載の車両の強電系冷却装置。
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