JP5206971B2 - 電気自動車の冷却装置 - Google Patents
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Description
本発明は、電気自動車の冷却装置に関し、特にラジエータの配置をガソリン自動車の冷却装置と同様にした冷却装置に関する。
電気自動車において、モータを高効率で長時間稼働させるためには、モータとコントローラとを最適温度に保つ必要があることが知られている。
このようなことから、例えば、コントローラからの指令により冷媒を循環させるコンプレッサを駆動し、ラジエータで冷却された冷媒をコントロールバルブを介してモータのケーシング内の冷媒通路及びベース内の冷媒通路に供給し、モータ及びコントローラを最適な温度に保つ技術が知られている（特許文献１）。
このようなことから、例えば、コントローラからの指令により冷媒を循環させるコンプレッサを駆動し、ラジエータで冷却された冷媒をコントロールバルブを介してモータのケーシング内の冷媒通路及びベース内の冷媒通路に供給し、モータ及びコントローラを最適な温度に保つ技術が知られている（特許文献１）。
上記特許文献１では、ラジエータにて冷却された冷媒をシステムの冷却に使用している。一方、ガソリン自動車では、一般にエンジン冷却水のラジエータはエアコン（空調装置）のコンデンサよりも車両後方に配設されている。
従って、ガソリン自動車と同様に、電気自動車においてもラジエータをエアコンのコンデンサより車両後方に配設した場合、渋滞等で車両が低速走行状態或いは停止状態にあるときには、エアコンを作動させると、コンデンサが放熱し、後方にあるラジエータがその熱を受熱し易いという問題がある。
従って、ガソリン自動車と同様に、電気自動車においてもラジエータをエアコンのコンデンサより車両後方に配設した場合、渋滞等で車両が低速走行状態或いは停止状態にあるときには、エアコンを作動させると、コンデンサが放熱し、後方にあるラジエータがその熱を受熱し易いという問題がある。
このように電気自動車においてラジエータが受熱すると、内部の冷媒は加熱されてモータ及びコントローラを最適温度に保つことができなくなり、好ましいことではない。
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、車両の走行状態に拘わらず、エアコンを作動させてもモータやコントローラを最適温度に保つことができる電気自動車の冷却装置を提供することにある。
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、車両の走行状態に拘わらず、エアコンを作動させてもモータやコントローラを最適温度に保つことができる電気自動車の冷却装置を提供することにある。
上記の目的を達成するために、請求項１の電気自動車の冷却装置は、少なくともモータ及びインバータからなるＥＶシステムと、ラジエータを有し、冷却配管を介して前記ラジエータと前記ＥＶシステムとに第１の冷媒を循環し冷却するＥＶ用冷却システムと、コンプレッサ、コンデンサ、膨張弁及びエバポレータを有し、エアコン配管を介して前記コンプレッサ、前記コンデンサ、前記膨張弁及び前記エバポレータに第２の冷媒を循環し空調を行うエアコンシステムと、前記冷却配管と前記エアコン配管とを跨いで配設され、前記第１の冷媒と前記第２の冷媒との熱交換を行う熱交換器と、前記エアコン配管から分岐し前記熱交換器をバイパスして前記エアコン配管に合流するバイパス配管と、前記第２の冷媒の流れを前記熱交換器側と前記バイパス配管とに切り替える切替弁と、車両の速度を検出する車速検出手段と、前記第１の冷媒の温度を検出する冷媒温度検出手段と、前記車速検出手段により検出された車速と前記冷媒温度検出手段により検出された前記第１の冷媒の温度とに基づいて前記切替弁の作動制御を行う切替弁作動制御手段と、を備えたことを特徴とする。
また、請求項２の電気自動車の冷却装置では、請求項１において、前記ラジエータは、前記コンデンサの車両後方に配設されてなることを特徴とする。
また、請求項３の電気自動車の冷却装置では、請求項１または２において、前記熱交換器は、前記冷却配管のうち前記ラジエータの下流側の部分と前記エアコン配管のうち前記エバポレータと前記コンプレッサとの間の部分とを跨いで配設されてなることを特徴とする。
また、請求項３の電気自動車の冷却装置では、請求項１または２において、前記熱交換器は、前記冷却配管のうち前記ラジエータの下流側の部分と前記エアコン配管のうち前記エバポレータと前記コンプレッサとの間の部分とを跨いで配設されてなることを特徴とする。
請求項１の電気自動車の冷却装置によれば、冷却配管を介してラジエータとＥＶシステムとに第１の冷媒を循環し冷却するＥＶ用冷却システムと、エアコン配管を介してコンプレッサ、コンデンサ、膨張弁及びエバポレータに第２の冷媒を循環し空調を行うエアコンシステムとを備え、冷却配管とエアコン配管とを跨いで第１の冷媒と第２の冷媒との熱交換を行う熱交換器が配設されている。
従って、ＥＶ用冷却システムの冷却配管を流れる第１の冷媒をエアコンシステムのエアコン配管を流れる第２の冷媒で冷却することが可能になる。これにより、渋滞等で車両が低速走行状態或いは停止状態にあるときにエアコンを作動させても、ＥＶシステムのモータやインバータを最適な温度に保つことができる。
また、熱交換器をバイパスするバイパス配管を設け、車速検出手段により検出された車速と冷媒温度検出手段により検出された第１の冷媒の温度とに基づいて切替弁の作動制御を行うようにしている。
従って、車速や第１の冷媒の温度に応じ、例えば車両が低速走行状態或いは停止状態にある場合又は第１の冷媒の温度が高温となったときにおいて第２の冷媒を熱交換器に循環させ、必要に応じて適宜第１の冷媒を第２の冷媒で冷却することができる。これにより、第２の冷媒の温度上昇を低減しつつ、効率よくＥＶシステムのモータやインバータを最適な温度に保つことができる。
請求項２の電気自動車の冷却装置によれば、ＥＶ用冷却システムのラジエータを従来のガソリン自動車の冷却装置と同様にエアコンシステムのコンデンサの車両後方に配設して冷却ファンモジュールを構成している。
また、熱交換器をバイパスするバイパス配管を設け、車速検出手段により検出された車速と冷媒温度検出手段により検出された第１の冷媒の温度とに基づいて切替弁の作動制御を行うようにしている。
従って、車速や第１の冷媒の温度に応じ、例えば車両が低速走行状態或いは停止状態にある場合又は第１の冷媒の温度が高温となったときにおいて第２の冷媒を熱交換器に循環させ、必要に応じて適宜第１の冷媒を第２の冷媒で冷却することができる。これにより、第２の冷媒の温度上昇を低減しつつ、効率よくＥＶシステムのモータやインバータを最適な温度に保つことができる。
請求項２の電気自動車の冷却装置によれば、ＥＶ用冷却システムのラジエータを従来のガソリン自動車の冷却装置と同様にエアコンシステムのコンデンサの車両後方に配設して冷却ファンモジュールを構成している。
従って、渋滞等で車両が低速走行状態或いは停止状態にあるときにエアコンを作動させると、コンデンサの放熱によりラジエータが受熱してラジエータだけでは第１の冷媒の温度が十分に低下しないおそれがあるが、このような場合であっても、熱交換器によって第１の冷媒を第２の冷媒で冷却することが可能になる。これにより、従来のガソリン自動車の冷却装置と同様に冷却ファンモジュールを構成し、コスト低減を図りながら、ＥＶシステムのモータやインバータを最適な温度に保つことができる。
請求項３の電気自動車の冷却装置によれば、熱交換器を冷却配管のうちラジエータの下流側の部分とエアコン配管のうちエバポレータとコンプレッサとの間の部分とを跨いで配設するようにしている。
従って、熱交換によって第２の冷媒の温度をエバポレータの手前で上昇させてしまうことが防止される。これにより、エバポレータには十分に低温の第２の冷媒を供給し、空調性能を低下させることなく、ＥＶシステムのモータやインバータを最適な温度に保つことができる。
従って、熱交換によって第２の冷媒の温度をエバポレータの手前で上昇させてしまうことが防止される。これにより、エバポレータには十分に低温の第２の冷媒を供給し、空調性能を低下させることなく、ＥＶシステムのモータやインバータを最適な温度に保つことができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１は、本発明の参考例に係る電気自動車の冷却装置の概略構造図である。
図１に示すように、本参考例の電気自動車の冷却装置は、ＥＶシステム１０、ＥＶ用冷却システム２０、エアコンシステム３０及び熱交換器４１から構成される。
ＥＶシステム１０は、モータ１１、インバータ１２及びＤＣ−ＤＣコンバータ１３からなる。
図１は、本発明の参考例に係る電気自動車の冷却装置の概略構造図である。
図１に示すように、本参考例の電気自動車の冷却装置は、ＥＶシステム１０、ＥＶ用冷却システム２０、エアコンシステム３０及び熱交換器４１から構成される。
ＥＶシステム１０は、モータ１１、インバータ１２及びＤＣ−ＤＣコンバータ１３からなる。
モータ１１は、電気エネルギーを車両の駆動力に変換するものである。
インバータ１２は、モータ１１の出力制御を行い車両の速度制御を行うものである。
ＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、高電圧を定格１２Ｖ電圧に変換するものである。
ＥＶ用冷却システム２０は、ラジエータ２２と冷却配管２３からなりＥＶシステム１０を冷却するものである。冷却配管２３には冷却水（第１の冷媒）がラジエータ２２、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３、インバータ１２、モータ１１の順で循環しており、冷却水によりＥＶシステム１０にて発生した熱が回収される。
インバータ１２は、モータ１１の出力制御を行い車両の速度制御を行うものである。
ＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、高電圧を定格１２Ｖ電圧に変換するものである。
ＥＶ用冷却システム２０は、ラジエータ２２と冷却配管２３からなりＥＶシステム１０を冷却するものである。冷却配管２３には冷却水（第１の冷媒）がラジエータ２２、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３、インバータ１２、モータ１１の順で循環しており、冷却水によりＥＶシステム１０にて発生した熱が回収される。
ラジエータ２２は、冷却水が回収した熱を放熱するものである。
エアコンシステム３０は、コンプレッサ３１、コンデンサ３２、膨張弁３３、エバポレータ３４及びエアコン配管３５からなる。エアコン配管３５には冷媒（第２の冷媒）がコンプレッサ３１、コンデンサ３２、膨張弁３３、エバポレータ３４の順で相変化しながら循環している。
エアコンシステム３０は、コンプレッサ３１、コンデンサ３２、膨張弁３３、エバポレータ３４及びエアコン配管３５からなる。エアコン配管３５には冷媒（第２の冷媒）がコンプレッサ３１、コンデンサ３２、膨張弁３３、エバポレータ３４の順で相変化しながら循環している。
コンプレッサ３１は、気化した冷媒を圧縮し液化するものである。
コンデンサ３２は、液化された高温の冷媒の熱を放熱するものである。
膨張弁３３は、液化した冷媒を霧化させ、気化を行いやすくするものである。
エバポレータ３４は、車両室内の空気の熱により冷媒を効率よく気化させるものである。
コンデンサ３２は、液化された高温の冷媒の熱を放熱するものである。
膨張弁３３は、液化した冷媒を霧化させ、気化を行いやすくするものである。
エバポレータ３４は、車両室内の空気の熱により冷媒を効率よく気化させるものである。
熱交換器４１（熱交換器）は、ＥＶ用冷却システム２０の冷却配管２３のうちラジエータ２２とＤＣ−ＤＣコンバータ１３との間の部分、即ちラジエータ２２の下流側の部分とエアコンシステム３０のエアコン配管３５のうちエバポレータ３４とコンプレッサ３１との間の部分とを跨いで配設されている。
なお、図１に示すように、ラジエータ２２とコンデンサ３２とは、コンデンサ３２の車両後方にラジエータ２２が配設されて一体化した冷却ファンモジュール２１を構成している。
なお、図１に示すように、ラジエータ２２とコンデンサ３２とは、コンデンサ３２の車両後方にラジエータ２２が配設されて一体化した冷却ファンモジュール２１を構成している。
以下、このように構成された本発明の参考例に係る電動自動車の冷却装置の作用及び効果について説明する。
本参考例では、冷却配管２３を介してラジエータ２２とＥＶシステム１０とに冷却水を循環し冷却するＥＶ用冷却システム２０と、エアコン配管３５を介してコンプレッサ３１、コンデンサ３２、膨張弁３３及びエバポレータ３４に冷媒を循環し空調を行うエアコンシステム３０とを備え、冷却配管２３とエアコン配管３５とを跨いで冷却水と冷媒との熱交換を行う熱交換器４１を配設するようにしている。
本参考例では、冷却配管２３を介してラジエータ２２とＥＶシステム１０とに冷却水を循環し冷却するＥＶ用冷却システム２０と、エアコン配管３５を介してコンプレッサ３１、コンデンサ３２、膨張弁３３及びエバポレータ３４に冷媒を循環し空調を行うエアコンシステム３０とを備え、冷却配管２３とエアコン配管３５とを跨いで冷却水と冷媒との熱交換を行う熱交換器４１を配設するようにしている。
従って、ＥＶ用冷却システム２０の冷却配管２３を流れる冷却水がエアコンシステム３０のエアコン配管３５を流れる冷媒で冷却される。
これにより、渋滞等で車両が低速走行状態或いは停止状態にあるときにエアコンを作動させても、ＥＶシステム１０のモータ１１やインバータ１２を最適な温度に保つことができる。
これにより、渋滞等で車両が低速走行状態或いは停止状態にあるときにエアコンを作動させても、ＥＶシステム１０のモータ１１やインバータ１２を最適な温度に保つことができる。
また、ＥＶ用冷却システム２０のラジエータ２２を従来のガソリン自動車の冷却装置と同様にエアコンシステム３０のコンデンサ３２の車両後方に配設して冷却ファンモジュール２１を構成するようにしている。
従って、渋滞等で車両が低速走行状態或いは停止状態にあるときにエアコンを作動させると、コンデンサ３２の放熱によりラジエータ２２が受熱してラジエータ２２だけでは冷却水の温度が十分に低下しないおそれがあるが、このような場合であっても、熱交換器４１によって冷却水が冷媒で良好に冷却される。
従って、渋滞等で車両が低速走行状態或いは停止状態にあるときにエアコンを作動させると、コンデンサ３２の放熱によりラジエータ２２が受熱してラジエータ２２だけでは冷却水の温度が十分に低下しないおそれがあるが、このような場合であっても、熱交換器４１によって冷却水が冷媒で良好に冷却される。
これにより、従来のガソリン自動車の冷却装置と同様に冷却ファンモジュール２１を構成し、コスト低減を図りながら、ＥＶシステム１０のモータ１１やインバータ１２を最適な温度に保つことができる。
また、熱交換器４１を冷却配管２３のうちラジエータ２２の下流側の部分とエアコン配管３５のうちエバポレータ３４とコンプレッサ３１との間の部分とを跨いで配設するようにしている。
また、熱交換器４１を冷却配管２３のうちラジエータ２２の下流側の部分とエアコン配管３５のうちエバポレータ３４とコンプレッサ３１との間の部分とを跨いで配設するようにしている。
従って、熱交換によって冷媒の温度をエバポレータ３４の手前で上昇させてしまうことが防止される。
これにより、エバポレータ３４には十分に低温の冷媒を供給し、空調性能を低下させることなく、ＥＶシステム１０のモータ１１やインバータ１２を最適な温度に保つことができる。
これにより、エバポレータ３４には十分に低温の冷媒を供給し、空調性能を低下させることなく、ＥＶシステム１０のモータ１１やインバータ１２を最適な温度に保つことができる。
図２は、本発明に係る電気自動車の冷却装置の概略構造図である。
第２実施例では、上記参考例の構成にエアコンシステム３０にバイパスバルブ５１（切替弁）及びバイパス配管５２を追加している点が相違しており、以下上記参考例と異なる点について説明する。
図２に示すように、エアコン配管３５から分岐し熱交換器４１をバイパスしてエアコン配管３５に合流するバイパス配管５２が設けられており、バイパス配管５２の分岐部には冷媒の流れを熱交換器４１側とバイパス配管５２とに切り替えるバイパスバルブ５１が介装されている。そして、バイパスバルブ５１は電子コントロールユニット６１（切替弁作動制御手段、以下ＥＣＵという）に電気的に接続されている。
第２実施例では、上記参考例の構成にエアコンシステム３０にバイパスバルブ５１（切替弁）及びバイパス配管５２を追加している点が相違しており、以下上記参考例と異なる点について説明する。
図２に示すように、エアコン配管３５から分岐し熱交換器４１をバイパスしてエアコン配管３５に合流するバイパス配管５２が設けられており、バイパス配管５２の分岐部には冷媒の流れを熱交換器４１側とバイパス配管５２とに切り替えるバイパスバルブ５１が介装されている。そして、バイパスバルブ５１は電子コントロールユニット６１（切替弁作動制御手段、以下ＥＣＵという）に電気的に接続されている。
ＥＣＵ６１は、車両の総合的な制御を行うための制御装置であり、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）及び中央演算処理装置（ＣＰＵ）等を含んで構成される。
ＥＣＵ６１の入力側には、車両の速度を検出する車速センサ６２（車速検出手段）及びラジエータ２２と熱交換器４１との間において冷却配管２３を流れる冷却水の温度を検出する水温センサ６３（冷媒温度検出手段）が接続されており、これらのセンサ類からの検出情報が入力される。
ＥＣＵ６１の入力側には、車両の速度を検出する車速センサ６２（車速検出手段）及びラジエータ２２と熱交換器４１との間において冷却配管２３を流れる冷却水の温度を検出する水温センサ６３（冷媒温度検出手段）が接続されており、これらのセンサ類からの検出情報が入力される。
一方、ＥＣＵ６１の出力側には、上記バイパスバルブ５１が接続されており、ＥＣＵ６１は、各種センサ類からの検出情報に基づいて車両状況を演算し、出力信号をバイパスバルブ５１へ供給することでバイパスバルブ５１を切り替え、熱交換器４１への冷媒の流入量を制御する。
以下、このように構成された本発明に係る電動自動車の冷却装置の作用及び効果について説明する。
以下、このように構成された本発明に係る電動自動車の冷却装置の作用及び効果について説明する。
本実施例では、熱交換器４１をバイパスするバイパス配管５２を設け、車速センサ６２により検出された車速と水温センサ６３により検出された冷却水の温度とに基づいてバイパスバルブ５１の作動制御を行うようにしている。
従って、車速や冷却水の温度に応じ、例えば車両が低速走行状態或いは停止状態にある場合（所定の低車速）又は冷却水の温度が高温（所定の高温）となったときにおいて冷媒が熱交換器４１に循環され、必要に応じて適宜冷却水が冷媒で冷却される。
従って、車速や冷却水の温度に応じ、例えば車両が低速走行状態或いは停止状態にある場合（所定の低車速）又は冷却水の温度が高温（所定の高温）となったときにおいて冷媒が熱交換器４１に循環され、必要に応じて適宜冷却水が冷媒で冷却される。
このように、当該実施例によれば、冷媒の温度上昇を低減しつつ、効率よくＥＶシステム１０のモータ１１やインバータ１２を最適な温度に保つことができる。
以上で発明の実施形態の説明を終えるが、本発明の形態はこの実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、ラジエータ２２をコンデンサ３２の車両後方に配設しているが、ラジエータ２２をコンデンサ３２の側方又は上方に配設した場合であっても、本発明を好適に適用可能である。
以上で発明の実施形態の説明を終えるが、本発明の形態はこの実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、ラジエータ２２をコンデンサ３２の車両後方に配設しているが、ラジエータ２２をコンデンサ３２の側方又は上方に配設した場合であっても、本発明を好適に適用可能である。
また、上記実施形態では、ラジエータ２２とコンデンサ３２を冷却ファンモジュール２１としてモジュール化して配設しているが、必ずしもモジュール化して配設する必要はない。
１０ ＥＶシステム
１１ モータ
１２ インバータ
１３ ＤＣ−ＤＣコンバータ
２０ ＥＶ用冷却システム
２１ 冷却ファンモジュール
２２ ラジエータ
２３ 冷却配管
３０ エアコンシステム
３１ コンプレッサ
３２ コンデンサ
３３ 膨張弁
３４ エバポレータ
３５ エアコン配管
４１ 熱交換器（熱交換器）
５１ バイパスバルブ（切替弁）
５２ バイパス配管
６１ ＥＣＵ（切替弁作動制御手段）
６２ 車速センサ（車速検出手段）
６３ 水温センサ（冷媒温度検出手段）
１１ モータ
１２ インバータ
１３ ＤＣ−ＤＣコンバータ
２０ ＥＶ用冷却システム
２１ 冷却ファンモジュール
２２ ラジエータ
２３ 冷却配管
３０ エアコンシステム
３１ コンプレッサ
３２ コンデンサ
３３ 膨張弁
３４ エバポレータ
３５ エアコン配管
４１ 熱交換器（熱交換器）
５１ バイパスバルブ（切替弁）
５２ バイパス配管
６１ ＥＣＵ（切替弁作動制御手段）
６２ 車速センサ（車速検出手段）
６３ 水温センサ（冷媒温度検出手段）
Claims (3)
- 少なくともモータ及びインバータからなるＥＶシステムと、
ラジエータを有し、冷却配管を介して前記ラジエータと前記ＥＶシステムとに第１の冷媒を循環し冷却するＥＶ用冷却システムと、
コンプレッサ、コンデンサ、膨張弁及びエバポレータを有し、エアコン配管を介して前記コンプレッサ、前記コンデンサ、前記膨張弁及び前記エバポレータに第２の冷媒を循環し空調を行うエアコンシステムと、
前記冷却配管と前記エアコン配管とを跨いで配設され、前記第１の冷媒と前記第２の冷媒との熱交換を行う熱交換器と、
前記エアコン配管から分岐し前記熱交換器をバイパスして前記エアコン配管に合流するバイパス配管と、前記第２の冷媒の流れを前記熱交換器側と前記バイパス配管とに切り替える切替弁と、車両の速度を検出する車速検出手段と、前記第１の冷媒の温度を検出する冷媒温度検出手段と、前記車速検出手段により検出された車速と前記冷媒温度検出手段により検出された前記第１の冷媒の温度とに基づいて前記切替弁の作動制御を行う切替弁作動制御手段と、
を備えたことを特徴とする電気自動車の冷却装置。 - 前記ラジエータは、前記コンデンサの車両後方に配設されてなることを特徴とする、請求項１記載の電気自動車の冷却装置。
- 前記熱交換器は、前記冷却配管のうち前記ラジエータの下流側の部分と前記エアコン配管のうち前記エバポレータと前記コンプレッサとの間の部分とを跨いで配設されてなることを特徴とする、請求項１または２に記載の電気自動車の冷却装置。
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| US10625573B2 (en) | 2017-12-04 | 2020-04-21 | Hyundai Motor Company | Thermal management system for vehicle |
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| JP2010167886A (ja) | 2010-08-05 |
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