JP4785878B2 - 冷却装置及び該冷却装置を備える電気車両 - Google Patents

冷却装置及び該冷却装置を備える電気車両 Download PDF

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Description

本発明は、スイッチング素子等の発熱体を冷却するための冷却装置及び該冷却装置を備える電気車両に関する。
従来から、ＭＯＳＦＥＴあるいはＩＧＢＴ等のスイッチング素子を用いたスイッチング電源であるＤＣ／ＤＣコンバータ装置が広汎に利用されている。
例えば、走行駆動源としてモータを用いる車両（電気車両）の一形態として、蓄電装置とインバータ駆動モータとの間に直流電圧を昇降圧するＤＣ／ＤＣコンバータ装置が介装された車両（ここでは、電気自動車という。）が提案されている。この電気自動車では、モータの駆動時に、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置により蓄電装置の電圧を昇圧してインバータに印加し、モータの回生時には、インバータに発生する回生電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ装置により降圧して蓄電装置側に印加して充電等する。
また、電気車両の他の形態として、燃料電池とインバータ駆動モータとを直接接続し、この接続点と蓄電装置との間に直流電圧を昇降圧するＤＣ／ＤＣコンバータ装置が介装され、燃料電池を主電源装置とし、蓄電装置を前記主電源装置をアシストする従電源装置とした車両（ここでは、燃料電池車両という。）も提案されている。
この燃料電池車両では、モータの駆動時に、燃料電池の電圧とＤＣ／ＤＣコンバータ装置により昇圧した蓄電装置の電圧とを併合してインバータに印加し、モータの回生時には、インバータに発生する回生電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ装置により降圧して蓄電装置側に印加して充電等する。また、燃料電池の発生電力に余剰分があるとき、降圧して蓄電装置側に印加して充電等する。
ところで、このようなＤＣ／ＤＣコンバータ装置を構成する半導体モジュール（スイッチングモジュール）、すなわち、前記スイッチング素子やダイオード、特にスイッチング素子は、その駆動時に相当な発熱を伴うため十分な冷却が必要である。そこで、一般に、水冷からなる冷却液流路を備えた冷却装置が用いられているが、当該冷却装置は車載等を考慮すると、十分な冷却能力と小型化の両立が重要である。
例えば、特許文献１には、冷却フィンが形成された平板ベース上にＩＧＢＴモジュールを直接的に配置した冷却装置が提案されている。この冷却装置では、発熱体であるチップの配置に対応した位置に冷却フィンを形成すると共に、冷却液の流通方向で発熱体の直前に位置した冷却フィンに切り込みを形成し、該切り込みを入れたフィン入口のエッジ部分で冷却液の乱れを発生させ、これにより、冷却効果を向上させることができるとされている。
特開２００４−３４９３２４号公報
しかしながら、上記特許文献１に記載の装置では、冷却フィンに対応してチップを配置し、該冷却フィンへの冷却液の入口にエッジ部分を設けて当該冷却液の流れを乱す構成としている。このため、前記エッジ部分で冷却液の圧力損失が増大し、冷却液の循環ポンプの大型化等が惹起され、結局、冷却装置が大型化するという問題がある。
また、冷却フィンの入口で乱流を発生させているため、チップの中央部の直下付近では当該冷却液が整流され冷却能力が低下することから、前記エッジ部分を複数のチップに対応して設ける必要があり、このため、冷却液流路の圧力損失が一層増大することになる。
本発明は、上記従来の課題を考慮してなされたものであり、装置の小型化と冷却性能の向上が可能となる冷却装置及び該冷却装置を備える電気車両を提供することを目的とする。
本発明に係る冷却装置は、発熱体を冷却するための冷却装置であって、複数の冷却フィンが設けられ、冷却液が流通する冷却液流路を備え、前記冷却フィンは、前記冷却液の流通方向で前記発熱体の少なくとも中央部に対応する位置に切欠部が形成され、該切欠部により前記冷却液流路中にチャンバーが形成されていることを特徴とする。
このような構成によれば、流通される冷却液を各冷却フィン間の狭い流路から、広い空間であるチャンバー内に流入させることにより、該チャンバー内で冷却液の流れを乱流にすることができる。すなわち、発熱体の中央部に対応してチャンバーが設けられることにより、極めて高効率に発熱体を冷却することができるため、冷却装置の冷却性能を向上することができる。
この場合、前記冷却フィンの高さより前記チャンバーの高さが大きいと、冷却フィン部分よりもチャンバー内での容積を一層増大させることができるため、冷却性能を一層向上させることが可能となる。
また、前記冷却フィンは、少なくとも前記冷却液の流通方向での端部にＲ部が形成されていると、冷却フィンの端部で生じる冷却液の圧力損失を有効に低減することができる。このため、冷却液の円滑な流通とこれによる冷却性能の向上や、循環ポンプを小型化することができ、結果として冷却装置やこれが搭載される車両の小型・軽量化が可能となる。
さらに、前記発熱体と前記冷却フィンとの間にはヒートスプレッダが配置され、複数の前記発熱体が共通のヒートスプレッダ上に配置されると、各発熱体からの熱をより広い面積で一層効率的に放熱させることが可能となる。
本発明に係る電気車両は、上記の冷却装置と、車輪を回転させる電動機と、前記電動機に電力を並列的に供給する発電装置及び蓄電装置と、前記蓄電装置と前記発電装置との間に接続され前記蓄電装置に発生する電圧を変換して前記電動機側に印加すると共に前記電動機の回生動作による回生電圧又は前記発電装置の発電電圧を変換して前記蓄電装置側に印加するＤＣ／ＤＣコンバータとを備え、前記発熱体は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータに設けられたスイッチング素子を含むことを特徴とする。また、前記発電装置は燃料電池としてもよい。
このような構成によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータの冷却を高効率に行うことができ、冷却装置の小型化が可能となることから、当該電気車両の小型・軽量化や冷却装置の車載に係る設置自由度の向上を図ることができる。
本発明に係る冷却装置よれば、冷却液流路中にチャンバーを形成すると共に、該チャンバーに発熱体の中央部が対応するように構成することにより、冷却液流路に流通される冷却液を各冷却フィン間の狭い流路から、広い空間であるチャンバー内に流入させ、発熱体の直下であるチャンバー内で冷却液の流れを乱し、乱流を発生させることが可能となる。このため、極めて高効率に発熱体を冷却することができ、冷却性能を向上することができる。
さらに、このような冷却装置を搭載する電気車両では、ＤＣ／ＤＣコンバータの冷却を高効率に行うことができ、冷却装置の小型化が可能となることから、当該電気車両の小型・軽量化や冷却装置の車載に係る設置自由度の向上を図ることができる。
以下、本発明に係る冷却装置について、この冷却装置を搭載する電気車両との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。
先ず、本実施形態に係る冷却装置１０を搭載する電気車両である燃料電池車両２０の基本的な構成について説明する。
図１に示すように、燃料電池車両２０は、基本的には、燃料電池２２とエネルギストレージである蓄電装置（バッテリという。）２４とから構成されるハイブリッド型の電源装置と、このハイブリッド型の電源装置から電流（電力）がインバータ３４を通じて供給される走行用のモータ（電動機）２６と、バッテリ２４が接続される１次側１Ｓと燃料電池２２とモータ２６（インバータ３４）とが接続される２次側２Ｓとの間で電圧変換を行うＤＣ／ＤＣコンバータ装置２３とから構成される。バッテリ２４は、電力線１８を介してＤＣ／ＤＣコンバータ装置２３の１次側１Ｓに接続される。
モータ２６の回転は、減速機１２、シャフト１４を通じて車輪１６に伝達され、車輪１６を回転させる。
ＤＣ／ＤＣコンバータ装置２３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ（車両用ＤＣ／ＤＣコンバータ）３６と、これを駆動制御するコンバータ制御部５４とから構成される。
燃料電池２２は、例えば固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極とで両側から挟み込んで形成されたセルを積層したスタック構造にされている。燃料電池２２には、水素タンク２８とエアコンプレッサ３０が配管により接続されている。燃料電池２２内で反応ガスである水素（燃料ガス）と空気（酸化剤ガス）の電気化学反応により生成された発電電流Ｉｆは、電流センサ３２及びダイオード（ディスコネクトダイオードともいう。）３３を介して、インバータ３４及び（又は）ＤＣ／ＤＣコンバータ３６に供給される。
インバータ３４は、直流／交流変換を行い、モータ電流Ｉｍをモータ２６に供給する一方、回生動作に伴う交流／直流変換後のモータ電流Ｉｍを２次側２ＳからＤＣ／ＤＣコンバータ３６を通じて１次側１Ｓに供給する。
この場合、回生電圧又は発電電圧Ｖｆである２次電圧Ｖ２がＤＣ／ＤＣコンバータ３６により低電圧の１次電圧Ｖ１に変換される。
１次側１Ｓに接続されるバッテリ２４は、例えばリチウムイオン２次電池又はキャパシタを利用することができる。この実施形態ではリチウムイオン２次電池を利用している。
バッテリ２４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６を通じてインバータ３４にモータ電流Ｉｍを供給する。
１次側１Ｓ及び２次側２Ｓには、それぞれ平滑用のコンデンサ３８、３９が設けられている。２次側２Ｓのコンデンサ３９には、並列に、すなわち燃料電池２２に対しても並列に、抵抗器４０が接続されている。
燃料電池２２を含むシステムはＦＣ制御部５０により制御され、インバータ３４とモータ２６を含むシステムはインバータ駆動部を含むモータ制御部５２により制御され、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６を含むシステムはコンバータ駆動部を含むコンバータ制御部５４により、それぞれ基本的に制御される。
そして、これらＦＣ制御部５０、モータ制御部５２、及びコンバータ制御部５４は、上位の制御部であり燃料電池２２の総負荷量Ｌｔ等を決定する統括制御部５６により制御される。これら統括制御部５６、ＦＣ制御部５０、モータ制御部５２、及びコンバータ制御部５４は、車内ＬＡＮであるＣＡＮ（Controller Area Network）等の通信線７０を通じて相互に接続され、各種スイッチ及び各種センサからの入出力情報を共有し、これら各種スイッチ及び各種センサからの入出力情報を入力として各ＣＰＵが各ＲＯＭに格納されたプログラムを実行することにより各種機能を実現する。
ＤＣ／ＤＣコンバータ３６は、第１の電力装置（バッテリ２４）と第２の電力装置｛燃料電池２２又は回生電源（インバータ３４とモータ２６）｝との間に、それぞれＩＧＢＴ等のスイッチング素子からなる上アーム素子８１｛８１ｕ、８１ｖ、８１ｗ（８１ｕ〜８１ｗ）｝と、下アーム素子８２｛８２ｕ、８２ｖ、８２ｗ（８２ｕ〜８２ｗ）｝とからなる３つの相アーム｛Ｕ相アームＵＡ（８１ｕ、８２ｕ）、Ｖ相アームＶＡ（８１ｖ、８２ｖ）、Ｗ相アームＷＡ（８１ｗ、８２ｗ）｝が並列的に接続された３相アームとして構成されている。
各アーム素子８１ｕ、８１ｖ、８１ｗ、８２ｕ、８２ｖ、８２ｗには、それぞれ、逆方向に並列にダイオード８３ｕ、８３ｖ、８３ｗ、８４ｕ、８４ｖ、８４ｗ（逆並列ダイオード）が接続されている。
ＤＣ／ＤＣコンバータ３６により１次電圧Ｖ１と２次電圧Ｖ２との間で電圧を変換する際に、エネルギを放出及び蓄積する１個のリアクトル９０が、３相アームの各相のアーム（Ｕ相アームＵＡ、Ｖ相アームＶＡ、Ｗ相アームＷＡ）の中点の共通接続点とバッテリ２４との間に挿入されている。
上アーム素子８１（８１ｕ〜８１ｗ）は、コンバータ制御部５４から出力されるゲートの駆動信号（駆動電圧）ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ（のハイレベル）によりそれぞれオンにされ、下アーム素子８２（８２ｕ〜８２ｗ）は、ゲートの駆動信号（駆動電圧）ＵＬ、ＶＬ、ＷＬ（のハイレベル）によりそれぞれオンにされる。
ここで、コンバータ制御部５４により駆動制御されるＤＣ／ＤＣコンバータ３６の基本動作について説明する。
先ず、昇圧動作では、コンバータ制御部５４は、下アーム素子８２ｕをオンし、リアクトル９０にバッテリ電流Ｉｂａｔ（１次電流Ｉ１）によりエネルギを蓄積すると同時に、コンデンサ３９から２次電流Ｉ２をインバータ３４へ供給する。次に、下アーム素子８２ｕをオフにすると、ダイオード８３ｕ〜８３ｗが導通してリアクトル９０からエネルギが放出されコンデンサ３９にエネルギが蓄積されると共に、２次電流Ｉ２がインバータ３４へ供給される。以下、同様に、次に、下アーム素子８２ｖをオンし、次に、下アーム素子８２ｖをオフにしてダイオード８３ｕ〜８３ｗを導通させる。次に、下アーム素子８２ｗをオンし、次に、下アーム素子８２ｗをオフにしてダイオード８３ｕ〜８３ｗを導通させる。次に、下アーム素子８２ｕをオンし、上記の順でＤＣ／ＤＣコンバータ３６をローテーションスイッチングする。
なお、上アーム素子８１ｕ〜８１ｗ及び下アーム素子８２ｕ〜８２ｗのオンデューティは、出力電圧Ｖ２が統括制御部５６からの指令電圧に保持されるように決定される。
一方、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６の２次側２Ｓから１次側１Ｓのバッテリ２４に２次電流Ｉ２を供給する降圧動作では、上アーム素子８１ｕをオンし、リアクトル９０にコンデンサ３９から出力される２次電流Ｉ２によりエネルギを蓄積すると共にコンデンサ３８からバッテリ２４に１次電流Ｉ１を供給する。次いで、上アーム素子８１ｕをオフにすると、ダイオード８４ｕ〜８４ｗがフライホイールダイオードとして導通し、リアクトル９０からエネルギ放出され、コンデンサ３８にエネルギを蓄積すると共にバッテリ２４に１次電流Ｉ１を供給する。以下同様にして、上アーム素子８１ｖオン→上アーム素子８１ｖオフ→ダイオード８４ｕ〜８４ｗ導通→上アーム素子８１ｗオン→上アーム素子８１ｗオフ→ダイオード８４ｕ〜８４ｗ導通→上アーム素子８１ｕオン…の順でＤＣ／ＤＣコンバータ３６をローテーションスイッチングする。
以上が、コンバータ制御部５４により駆動制御されるＤＣ／ＤＣコンバータ３６の基本動作の説明である。
図１、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、このようなＤＣ／ＤＣコンバータ３６では、各アーム素子８１ｕ〜８１ｗ、８２ｕ〜８２ｗと、これに対応する各ダイオード８３ｕ〜８３ｗ、８４ｕ〜８４ｗとは、各組（例えば、上アーム素子８１ｕとダイオード８３ｕとで一組）ごとに集積された上チップ９１｛９１ｕ、９１ｖ、９１ｗ（９１ｕ〜９１ｗ）｝及び下チップ９２｛９２ｕ、９２ｖ、９２ｗ（９２ｕ〜９２ｗ）｝として構成されている。
各上チップ９１ｕ〜９１ｗ及び各下チップ９２ｕ〜９２ｗは、例えば、金属製（銅やアルミニウム等）からなる一枚（共通）の放熱板（ヒートスプレッダ）９４上に、それぞれ絶縁基板９６｛９６ｕ、９６ｖ、９６ｗ（９６ｕ〜９６ｗ）｝及び絶縁基板９７｛９７ｕ、９７ｖ、９７ｗ（９７ｕ〜９７ｗ）｝を挟んで配列固着され、これらが一体的にモールドされたスイッチングモジュール９８として構成されている（図２Ｂ及び図７参照）。
すなわち、スイッチングモジュール９８は、いわゆる６ｉｎ１モジュールとして構成され、各アーム素子８１ｕ〜８１ｗ、８２ｕ〜８２ｗのゲート端子がコンバータ制御部５４に接続されている。
次に、このようなＤＣ／ＤＣコンバータ３６を冷却する冷却装置１０について説明する。
図３に示すように、冷却装置１０は、扁平箱状のケーシング１００と、該ケーシング１００内に収容され、図示しない冷却液（例えば、水やクーラント）が流通される冷却液流路１０２とを備え、ケーシング１００表面と冷却液流路１０２（冷却液）との間で高い伝熱性を有している。冷却液流路１０２は途中にＵ字状の折り返し部１０４を有し、ケーシング１００の一側面に並設された入口ポート１０６及び出口ポート１０８を介して冷却液が直列に循環されることにより、ケーシング１００上に放熱板９４を介して密着配置されるスイッチングモジュール９８を冷却することができる。
図１に示すように、冷却液流路１０２には、入口ポート１０６及び出口ポート１０８を介して循環ポンプ１１０及びラジエータ１１２が接続されている。従って、循環ポンプ１１０の駆動作用下に、冷却液が冷却液流路１０２内を循環されると共に、出口ポート１０８から流出した冷却液は、ラジエータ１１２にて放熱し冷却された後、再び入口ポート１０６から冷却液流路１０２へと循環されてスイッチングモジュール９８の冷却に供される。
図４及び図５に示すように、冷却液流路１０２は、ラジエータ１１２で冷却された直後に入口ポート１０６から流入した冷却液が最初に流通する第１直線部（上直線部）１１４と、第１直線部１１４を通過した冷却液の流通方向を反転させる折り返し部１０４と、第１直線部１１４に並設され、折り返し部１０４を通過した冷却液が流通する第２直線部（下直線部）１１６とを有する。第２直線部１１６を通過した冷却液は、出口ポート１０８を介して再びラジエータ１１２へと送られる。このように、冷却液流路１０２では、第１直線部１１４及び第２直線部１１６を折り返し部１０４を介して並列することにより、全体構成を大幅に小型化すると共に、入口ポート１０６及び出口ポート１０８を並列可能であるため、燃料電池車両２０への設置自由度を向上させている。
各直線部１１４、１１６には、冷却液の流通方向に延びた複数枚（本実施形態の場合、６枚）の冷却フィン（放熱フィン）１２０が設けられ、各冷却フィン１２０は、３つの切欠部（間隙部）１１８によって前記流通方向（長手方向）で４分割されている。冷却フィン１２０は、銅やアルミニウム等により形成された薄板からなり、スイッチングモジュール９８からの熱を高効率に冷却液に伝達することができる。また、各冷却フィン１２０の前記流通方向端部には、湾曲したＲ部（Ｒ形状）１２１が形成されている。
切欠部１１８は、冷却フィン１２０をその長手方向の所定位置で分割し、直線部１１４、１１６の途中に冷却フィン１２０が配置されない空間、すなわちチャンバー１２２を形成するものである。該切欠部１１８は、スイッチングモジュール９８に設けられる各チップ９１ｕ〜９１ｗ、９２ｕ〜９２ｗの配置間隔に対応して設けられる（図６参照）。つまり、各直線部１１４、１１６には、各チップ９１ｕ〜９１ｗ、９２ｕ〜９２ｗに対応する位置にそれぞれ３つのチャンバー１２２が設けられている。
図６及び図７から諒解されるように、各チャンバー１２２は、冷却液の流通方向において、発熱体であるチップ９１ｕ〜９１ｗ、９２ｕ〜９２ｗの中心部を通る中心線ＣＬに対応する位置にそれぞれ設定されている。また、チャンバー１２２の高さＨｃは、冷却フィン１２０の高さＨｆより大きく設定され（Ｈｃ＞Ｈｆ）、これにより、チャンバー１２２の容積を可及的に増大させている。チャンバー１２２の容積を拡大するために、該チャンバー１２２部分での幅方向（冷却液の流通方向に直交する方向）の寸法を拡大することも可能である。
図５中に破線で囲む参照符号１２４は、当該冷却液流路１０２を鋳造する際の砂抜き穴であり、該砂抜き穴１２４をチャンバー１２２に対応した位置とすると、チャンバー１２２の容積を一層増大させることができる。
なお、冷却装置１０では、折り返し部１０４の上流側の第１直線部１１４側に、スイッチングモジュール９８のうち、回生側の上チップ９１ｕ〜９１ｗを配置し、折り返し部１０４の下流側の第２直線部１１６側に駆動側の下チップ９２ｕ〜９２ｗを配置しているが、さらに、折り返し部１０４にリアクトル９０を配置することもできる。そうすると、該リアクトル９０の冷却のために別途冷却装置等を配置する必要がなく、すなわち、リアクトル９０の冷却を同時に行うこともでき（図３及び図６参照）、折り返し部１０４のスペースを一層有効に活用することができる。
次に、基本的には以上のように構成される本実施形態に係る冷却装置１０及び該冷却装置１０を搭載する燃料電池車両２０の作用効果について説明する。
上記したように、冷却装置１０では、スイッチングモジュール９８を構成する各チップ９１ｕ〜９１ｗ、９２ｕ〜９２ｗにそれぞれ対応する各直線部１１４、１１６に冷却フィン１２０を設けると共に、該冷却フィン１２０に切欠部１１８を設けてチャンバー１２２を形成している。このため、流通される冷却液を各冷却フィン１２０間の狭い流路から、広い空間であるチャンバー１２２内に流入させ、該チャンバー１２２内で冷却液の流れを乱すことができる（図８参照）。換言すれば、直線部１１４、１１６を流れる冷却液は、各冷却フィン１２０間では層流又は層流に近い整流された状態であり、チャンバー１２２内では乱流となる。これにより、チャンバー１２２内では、冷却液とスイッチングモジュール９８との間の熱伝達率を大幅に向上させることができ、冷却装置１０の冷却性能を向上させることができ、すなわち、所望の冷却性能に対して冷却装置１０をより小型に構成することができる。
また、チャンバー１２２の高さＨｃを冷却フィン１２０の高さＨｆより大きく設定することにより、冷却フィン１２０部分に比べて、当該チャンバー１２２の容積を可及的に大きくすることができる。これにより、冷却性能を一層高めることができ、しかも冷却液流路１０２の大型化を最小限に抑えることができる。
図６及び図７に示すように、発熱体であるチップ９１ｕ〜９１ｗ、９２ｕ〜９２ｗの少なくとも冷却液の流通方向での中心部をチャンバー１２２に対応するように設定することにより、乱流発生位置であるチャンバー１２２を発熱体の直下とすることができる。このため、各チップ９１ｕ〜９１ｗ、９２ｕ〜９２ｗで発生する熱を一層効率的に放熱させ、当該冷却装置１０の冷却性能を一層向上させることができる。この場合、冷却液の流通方向での各チャンバー１２２の配置間隔は図６等に示すように必ずしも等間隔である必要はなく、発熱体であるチップ９１ｕ〜９１ｗ、９２ｕ〜９２ｗの配置間隔に対応して適宜変更可能である。
なお、前記の発熱体の少なくとも冷却液の流通方向での中心部をチャンバー１２２に対応するように設定するとは、発熱体であるチップ９１ｕ〜９１ｗ、９２ｕ〜９２ｗの中心部を通る中心線ＣＬがチャンバー１２２内に位置していればよく、当然、中心線ＣＬの位置を図７中の中心線ＣＬ１又はＣＬ２等の位置としてもよい。さらには、前記の発熱体の少なくとも冷却液の流通方向での中心部をチャンバー１２２に対応するように設定するとは、発熱体であるチップ９１ｕ〜９１ｗ、９２ｕ〜９２ｗにおいて最も発熱を生じる素子の中心部ともいうことができ、例えば、スイッチング素子であるアーム素子８１ｕ〜８１ｗ、８２ｕ〜８２ｗ又はダイオード８３ｕ〜８３ｗ、８４ｕ〜８４ｗのうち、最も発熱するか又は冷却を必要とするものの中心部がチャンバー１２２に対応する位置としてもよい。
また、冷却装置１０では、各切欠部１１８に対応する各冷却フィン１２０の端部にはＲ部１２１が形成されている。このため、チャンバー１２２内から冷却フィン１２０間へと冷却液を円滑に流入させることができ、エッジ形状とした上記従来構成のように大きな圧力損失を生じることがない。従って、冷却液流路１０２での冷却液の円滑な流通とこれによる冷却性能の向上を図ることができる。さらに、循環ポンプ１１０の負荷を低減することができるため、当該循環ポンプ１１０を小型化することができ、冷却装置１０の小型・軽量化や車両での設置自由度の向上が可能となる。
さらに、図６に示すように、スイッチングモジュール９８のケーシング１００への当接側面には、ヒートスプレッダである放熱板９４が配置され、発熱体であるチップ９１ｕ〜９１ｗ、９２ｕ〜９２ｗは共通の放熱板９４上に配置されている。これにより、最も発熱量の高いチップ９１ｕ〜９１ｗ、９２ｕ〜９２ｗの直下にはチャンバー１２２を設定しつつ、放熱板９４に拡散されたチップ９１ｕ〜９１ｗ、９２ｕ〜９２ｗからの熱が当該放熱板９４を介して冷却フィン１２０側へと効率的に放熱される。すなわち、各チップ９１ｕ〜９１ｗ、９２ｕ〜９２ｗからの熱をより広い面積で冷却液と熱交換させることが可能となり、冷却装置１０の冷却性能を一層向上させることができる。
ところで、このような冷却装置１０によって冷却するＤＣ／ＤＣコンバータ３６において、スイッチングモジュール９８を構成する上チップ９１ｕ〜９１ｗと下チップ９２ｕ〜９２ｗとの間では、その発熱量に差異を生じることがあり、通常、駆動側となる下チップ９２ｕ〜９２ｗより回生側となる上チップ９１ｕ〜９１ｗの発熱量が大きくなる。
燃料電池車両２０では、例えば、燃料電池２２は高出力時に端子間電圧が下がってしまう特性があるため、車両として回生と駆動では同じ出力を行ったとしても、スイッチング素子であるアーム素子８１ｕ〜８１ｗ、８２ｕ〜８２ｗの１次側１Ｓと２次側２Ｓの電圧差は、駆動時に比べてモータ逆起電圧の影響を受ける回生時の方が大きくなり、このためスイッチング損失が大きくなる。従って、例えば、回生側（上チップ９１ｕ〜９１ｗ）と駆動側（下チップ９２ｕ〜９２ｗ）とを、同一の冷却設計とした場合には、回生側の方が熱的に厳しく、回生量を駆動側と同等に得ることができない。
そこで、本実施形態に係る冷却装置１０では、折り返し部１０４の上流側の第１直線部１１４側に上チップ９１ｕ〜９１ｗを配置し、折り返し部１０４の下流側の第２直線部１１６側に下チップ９２ｕ〜９２ｗを配置するように構成している。すなわち、冷却液流路１０２では、冷却液を発熱量（熱負荷）の大きな回生側である上アーム素子８１ｕ〜８１ｗ側に流した後、折り返し部１０４を介して駆動側である下アーム素子８２ｕ〜８２ｗ側へと直列に流すことにより、発熱量の大きい回生側を先に冷却し、上アーム素子８１ｕ〜８１ｗが過熱されることを防止して最大出力及び該最大出力を発生させておくことが可能な時間を最大限利用することができる。
従って、回生時におけるＤＣ／ＤＣコンバータ３６の冷却性能を有効に向上させることができ、燃料電池車両２０の回生可能電力量を増加させることができる。
また、冷却液流路１０２では、第１直線部１１４から折り返し部１０４を介して第２直線部１１６へと連続するＵターン構造としているため、入口ポート１０６及び出口ポート１０８を当該冷却装置１０の一側面側にまとめることができる。このため、冷却装置１０の一層の小型化を図ることができると共に、循環ポンプ１１０やラジエータ１１２への配管を一層容易に且つ簡素にすることができる。冷却液流路１０２では、このような折り返し部１０４によるＵターン構造以外にも、車載時の設置スペース等を考慮して適宜直線状や曲線状等からなる流路構成とすることもできる。
なお、図９に示すように、本実施形態に係る電気車両である燃料電池車両２０は、燃料電池２２及びその関連部品を省略すると共に、エンジン（内燃機関）１３０を設け、該エンジン１３０の出力軸をモータ２６及び減速機１２に連結した電気車両２０ａとして構成することもできる。すなわち、電気車両２０ａは、いわゆるパラレル方式のハイブリッド車両として構成されている。
さらに、図１０に示すように、燃料電池車両２０から燃料電池２２及びその関連部品を省略すると共に、エンジン１３０及び発電機１３２を設け、エンジン１３０の出力軸を発電機１３２及び減速機１２に連結すると共に、発電機１３２とモータ２６とを電気的に接続した電気車両２０ｂとして構成することもできる。すなわち、電気車両２０ｂは、いわゆるシリーズ・パラレル方式のハイブリッド車両として構成されている。なお、当該電気車両２０ｂにおいて、エンジン１３０の出力軸を発電機１３２にのみ連結し、減速機１２への連結を省略又は減速機１２自体を省略した場合には、いわゆるシリーズ方式のハイブリッド車両を構成することができる。
なお、本実施形態に係る電気車両である燃料電池車両２０から燃料電池２２及びその関連部品を省略してエンジン１３０等を追加しない電気車両として構成してもよいことは言うまでもない。
本発明は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
本発明の一実施形態に係る燃料電池車両の回路図である。 図２Ａは、ＤＣ／ＤＣコンバータを構成するスイッチングモジュールの概略分解斜視図であり、図２Ｂは、図２Ａに示すスイッチングモジュールを模式的に示す概略斜視図である。 本発明の一実施形態に係る冷却装置の構成を示す概略斜視図である。 冷却装置を構成する冷却液流路を冷却液の流通方向に沿って切断した概略断面斜視図である。 冷却装置を構成する冷却液流路を冷却液の流通方向に沿って切断した概略断面平面図である。 冷却装置の概略平面図である。 図６中のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う概略断面図である。 冷却液流路でのチャンバー付近での冷却液の流れを模式的に示す説明図である。 変形例に係る電気車両の回路図である。 他の変形例に係る電気車両の回路図である。
符号の説明
１０…冷却装置 ２０…燃料電池車両
２０ａ、２０ｂ…電気車両 ２２…燃料電池
２３…ＤＣ／ＤＣコンバータ装置 ２４…蓄電装置
２６…モータ ３４…インバータ
３６…ＤＣ／ＤＣコンバータ ９１、９１ｕ〜９１ｗ…上チップ
９２、９２ｕ〜９２ｗ…下チップ ９４…放熱板
９８…スイッチングモジュール １００…ケーシング
１０２…冷却液流路 １０４…折り返し部
１０６…入口ポート １０８…出口ポート
１１８…切欠部 １２０…冷却フィン
１２１…Ｒ部 １２２…チャンバー

Claims (7)

  1. 発熱体を冷却するための冷却装置であって、
    複数の冷却フィンが設けられ、冷却液が流通する冷却液流路を備え、
    前記冷却フィンは、前記冷却液の流通方向で前記発熱体の少なくとも中央部に対応する位置に切欠部が形成され、該切欠部により、追加冷媒の導入口がないチャンバーが前記冷却液流路中に形成されており、
    前記発熱体と前記冷却液流路とが積み重なる方向に見た平面視において、前記発熱体の発熱中心部が、前記チャンバー内に位置することを特徴とする冷却装置。
  2. 発熱体を冷却するための冷却装置であって、
    複数の冷却フィンが設けられ、冷却液が流通する冷却液流路を備え、
    前記冷却フィンは、前記冷却液の流通方向で前記発熱体の少なくとも中央部に対応する位置に切欠部が形成され、該切欠部により前記冷却液流路中にチャンバーが形成されており、
    前記冷却フィンの高さより前記チャンバーの高さが大きいことを特徴とする冷却装置。
  3. 発熱体を冷却するための冷却装置であって、
    複数の冷却フィンが設けられ、冷却液が流通する冷却液流路を備え、
    前記冷却フィンは、前記冷却液の流通方向で前記発熱体の少なくとも中央部に対応する位置に切欠部が形成され、該切欠部により、追加冷媒の導入口がないチャンバーが前記冷却液流路中に形成されており、
    前記切欠部は、前記冷却液の流通方向における前記発熱体の発熱中心部に対応する位置で前記冷却液の乱れを発生させることを特徴とする冷却装置。
  4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷却装置において、
    前記冷却フィンは、少なくとも前記冷却液の流通方向での端部にＲ部が形成されていることを特徴とする冷却装置。
  5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷却装置において、
    前記発熱体と前記冷却フィンとの間にはヒートスプレッダが配置され、
    複数の前記発熱体が共通のヒートスプレッダ上に配置されることを特徴とする冷却装置。
  6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の冷却装置と、
    車輪を回転させる電動機と、
    前記電動機に電力を並列的に供給する発電装置及び蓄電装置と、
    前記蓄電装置と前記発電装置との間に接続され前記蓄電装置に発生する電圧を変換して前記電動機側に印加すると共に前記電動機の回生動作による回生電圧又は前記発電装置の発電電圧を変換して前記蓄電装置側に印加するＤＣ／ＤＣコンバータと、
    を備え、
    前記発熱体は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータに設けられたスイッチング素子を含むことを特徴とする電気車両。
  7. 請求項６記載の電気車両において、
    前記発電装置は燃料電池であることを特徴とする電気車両。
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