JP5510424B2 - 電気自動車 - Google Patents

Description

本発明は、走行用モータを有する電気自動車に関する。本明細書における電気自動車には、ハイブリッド車、燃料電池車も含まれる。

電気自動車は、走行用のモータと、バッテリの直流電力をモータ駆動に適した交流電力に変換するインバータを備える。インバータは、モータを駆動するのに大電流を扱うため発熱量が大きい。即ち、電気自動車は、モータとインバータという少なくとも２つの発熱源を有する。それらの発熱源の温度上昇を抑制するため、それぞれに冷却装置が設けられる。

冷媒には液体（水、ＬＬＣ、あるいは、オイル）が用いられる。冷媒が漏れると冷却能力が著しく低下する。冷媒の漏れを検知する技術が特許文献１に提案されており、流路が破損したときに冷媒の漏れ量を少なくする技術が特許文献２に提案されている。

特開２００８−３０９１３４号公報 特開２０１０−２７６０３５号公報

電気自動車の場合、冷媒が漏れたからといって、直ちに車両の機能を全て停止することは好ましくない。冷媒が漏れても可能な限り走行能力を維持できることが望ましい。あるいは、電気自動車の場合、衝突時にはインバータに蓄積されている電荷を放電することが好ましいが、放電のための機能を正常に動作させるためにも、冷媒が漏れても可能な限り車両の機能を維持できることが望ましい。特に、インバータとモータを冷媒が循環する冷却装置の場合、１箇所の液漏れ（冷媒漏れ）で冷却装置全体を止めてしまうのは好ましくない。インバータとモータのいずれか一方で液漏れが生じたとしても他方の冷却は継続できることが好ましい。本明細書は、液漏れが発生した場合であっても冷却機能をできるだけ維持することのできる電気自動車を提供する。

本明細書が開示する電気自動車は、モータと、モータに電力を供給するインバータと、モータとインバータを冷却する冷却システムを備える。冷却システムは、モータとインバータとラジエータの間で冷媒を循環させる冷媒流路を備える。冷媒流路には、複数の液漏れ検知センサと、複数のバルブが設けられている。冷却システムのコントローラは、液漏れ検知センサによって液漏れが検知された箇所を挟む２箇所のバルブを閉じる。この電気自動車は、液漏れ箇所を挟む２箇所のバルブを閉じることによって、液漏れ（冷媒漏れ）を止め、残っている冷媒によって機器（インバータやモータ）の冷却を継続することができる。

液漏れ検知センサは、例えば、冷媒流路に設けられた複数の流量センサで構成される。隣接する２個の流量センサの値が異なれば、その２個の流量センサの間で液漏れ（冷媒漏れ）が発生していることが検知できる。流量センサで液漏れを検知する場合、流量センサとバルブが対になって配置されていることが好ましい。隣接する２個の流量センサの間で液漏れが検出された場合、その２個の流量センサの夫々と対をなすバルブを閉じればよい。即ち、流量センサとバルブで対をなすことで、液漏れを検知可能な箇所の数とバルブの数が最適となる。

液漏れを止めた後に残った冷媒で可能な限り冷却能力を維持するために、コントローラは、２箇所のバルブを閉じた後、冷媒の流れる方向が周期的に反転するように冷媒循環ポンプを駆動するのがよい。一方向に循環せずとも、少しでも冷媒が流れている方が、冷却能力が高い。

冷媒を一時的に貯めておくリザーブタンクが冷媒流路に備えられている場合にはさらに、コントローラは、液漏れが検知された箇所を挟む２箇所のバルブのうち一方のバルブを閉じ、他方のバルブからリザーブタンクに向かって冷媒が流れるように冷媒循環ポンプを駆動し、その後に他方のバルブを閉じるとよい。そのような手順を踏むことによって、液漏れ箇所の付近から冷媒をリザーブタンクへ戻すことができる。

冷却システムにはさらに、閉じた２箇所のバルブを迂回するバイパス流路を備えているとよい。液漏れ箇所を迂回して冷媒を循環させ続けることができるからである。

冷媒を一時的に貯めておくリザーブタンクが冷媒流路に備えられている場合にはさらに、コントローラは、液漏れが検知され、かつ、衝突を示す信号を受信した場合、冷媒がリザーブタンクから、インバータとモータの２個の機器のうちインバータに蓄積された電荷を放電する機器に向かって流れるように冷媒循環ポンプを駆動することも好適である。電荷を放電する機器にできるだけ冷媒を集中させることによって、衝突が検知された直後に電荷を放電する機器の温度上昇を抑制することができる。なお、衝突を示す信号は、例えば、エアバッグシステムに備えられている加速度センサのセンサデータが所定の加速度閾値を超えた場合に出力される。

コントローラは、冷媒循環ポンプを少なくとも低回転モードと高回転モードの２通りで動作させることができる場合がある。そのような場合には、コントローラは、液漏れが検知された場合に冷媒循環ポンプを高回転モードで動作させるのがよい。

第１実施例の冷却システムのブロック図である。 第２実施例の冷却システムのブロック図である。

（第１実施例）図１に、第１実施例に係る冷却システム１００のブロック図を示す。冷却システム１００は、車輪駆動用のモータ１５とエンジン（不図示）を備えるハイブリッド車に搭載されている。ハイブリッド車のエンジンとモータ１５は、ドライブトレイン１４のケース内に配置されている。なお、ドライブトレイン１４には、他に、動力分配機構（不図示）が内蔵されている。動力分配機構は、モータ１５の出力とエンジンの出力を分配／合成して車軸に伝えるギアセットである。インバータ７が、バッテリ（不図示）の直流電力を交流電力に変換し、モータ１５に供給する。インバータ７はまた、制動時にモータ１５が発生する回生電力（交流電力）を、バッテリの充電に適した直流電力に変換する機能も有する。

冷却システム１００は、インバータ７とモータ１５を冷却する。冷却システム１００は、インバータ７とモータ１５とラジエータ６を一巡する冷媒流路２内に冷媒を循環させて、インバータ７とモータ１５を冷却する。ラジエータ６が、車両が走行している間に受ける空気によって冷媒を冷却する。冷媒は、例えばＬＬＣである。ＬＬＣ（Ｌｏｎｇ Ｌｉｆｅ Ｃｏｏｌａｎｔ）は、ラジエータ液と俗称されている冷媒であり、エチレングリコール等の不凍液である。なお、本実施例のハイブリッド車では、厳密には、冷却システム１００の冷媒が直接モータ１５を冷却するのではない。モータ１５を内蔵したドライブトレイン１４には、オイルを冷媒とする独自の冷媒流路１６及びポンプ１７が備えられている。冷却システム１００の冷媒は、オイルクーラ９にてオイルの熱を奪う。即ち、冷却システム１００の冷媒は、間接的にモータ１５を冷却する。ポンプ１７は、電動ポンプであってもよいし、モータあるいはエンジンの回転を利用するものであってもよい。

冷却システム１００の冷媒流路２には他に、リザーブタンク８とポンプ１０（冷媒循環ポンプ）が備えられている。リザーブタンク８は、冷媒流路２を循環する冷媒を一時的に貯めておくタンクである。ポンプ１０は、冷媒を循環させるために備えられている。ポンプ１０は電動ポンプである。

冷媒流路２にはさらに、複数のバルブ３ａ〜３ｈと、複数の流量センサ４ａ〜４ｈが備えられている。バルブ３ａ〜３ｈは、ラジエータ６、インバータ７、リザーブタンク８、及び、オイルクーラ９の入り口と出口（冷媒の流れの上流側と下流側）に配置されている。流量センサ４ａ〜４ｈも同様に、ラジエータ６、インバータ７、リザーブタンク８、及び、オイルクーラ９の入り口と出口（上流側と下流側）に配置されている。別言すれば、バルブと流量センサの組が、ラジエータ６、インバータ７、リザーブタンク８、及び、オイルクーラ９の入り口と出口（上流側と下流側）に配置されている。以下、バルブ３ａ〜３ｈを総称する場合には「バルブ３」と記し、流量センサ４ａ〜４ｈを総称する場合には「流量センサ４」と記す。

流量センサ４のセンサデータ（即ち各位置での冷媒の流量）は、冷却システム１００を制御するコントローラ１２へ送られる。バルブ３は電磁バルブであり、バルブ３の開閉は、コントローラ１２によって制御される。コントローラ１２は、流量センサ４のセンサデータに基づいてバルブ３やポンプ１０を制御する。次に、コントローラ１２が実行する処理について説明する。

まず、コントローラ１２は定常的には、冷媒の温度（あるいは、インバータ７の温度とモータ１５の温度）に応じてポンプ１０の出力を調整する。冷媒流路に温度センサ（不図示）が備えられており、冷媒の温度はそのセンサによって計測される。インバータ７の温度は、インバータ７に備えられた温度センサ（不図示）によって計測される。モータ１５の温度は、モータ１５に備えられた温度センサ（不図示）によって計測される。なお、冷却システム１００は、冷媒の温度を一定範囲内に維持するようにポンプ１０を制御する。

コントローラ１２は、全ての流量センサ４のセンサデータを予め定められた周期（制御周期）で取得する。そして、コントローラ１２は、隣接している２個の流量センサが計測した流量を比較し、流量に差があれば、その２個の流量センサの間で冷媒が漏れていると判断する。例えば、流量センサ４ａと４ｂが計測した流量に差があれば、コントローラ１２は、流量センサ４ａと４ｂの間、即ち、ラジエータ６にて冷媒が漏れていると判断する。また、例えば、流量センサ４ｃと４ｄが計測した流量に差があれば、コントローラ１２は、流量センサ４ｃと４ｄの間、即ち、インバータ７にて冷媒が漏れていると判断する。さらには、例えば、流量センサ４ｂと４ｃが計測した流量に差があれば、コントローラ１２は、流量センサ４ｂと４ｃの間、即ち、冷媒流路２の一部であってラジエータ６とインバータ７をつなぐ区間にて冷媒が漏れていると判断する。即ち、冷却システム１００は、隣接する２個の流量センサで液漏れセンサを構成している。

冷媒が漏れていると判断した場合、コントローラ１２は、液漏れ箇所を挟む２個のバルブを閉じる。詳しく表現すると、コントローラ１２は、隣接している２個の流量センサが計測した流量に差がある場合、その２個の流量センサの夫々と対をなす２個のバルブを閉じる。例えば、流量センサ４ａと４ｂの計測データに差がある場合、コントローラ１２は、バルブ３ａと３ｂを閉じる。また、例えば、流量センサ４ｂと４ｃの計測データに差がある場合、コントローラ１２は、バルブ３ｂと３ｃを閉じる。さらに、例えば、流量センサ４ｃと４ｄの計測データに差がある場合、コントローラ１２は、バルブ３ｃと３ｄを閉じる。

コントローラ１２は、次いで、冷媒の流れる方向が周期的に反転するようにポンプ１０を制御する。具体的には、コントローラ１２は、ポンプ１０を周期的に正逆回転させる。そうすることで、一部が閉じた冷媒流路２であっても冷媒を動かすことができ、冷却能力の低下をできるだけ補うことができる。

コントローラ１２が実行する処理の変形例を説明する。コントローラ１２は、液漏れを検知すると、液漏れを検知した２個の流量センサ４の夫々と対をなす２個のバルブのうち一方のバルブをまず閉じる。次いで、他方のバルブからリザーブタンクに向かって冷媒が流れるようにポンプ１０を駆動する。例えば、流量センサ４ａと４ｂの間で液漏れが検知された場合（即ち、流量センサ４ａと４ｂが計測した流量に差があった場合）、コントローラ１２は、まずバルブ３ａを閉じる。次いでコントローラ１２は、バルブ３ｂからリザーブタンク８に向かって冷媒が流れるように、ポンプ１０の回転方向を制御する。図１では、冷媒が右回りに流れるようにポンプ１０を制御する。コントローラ１２は、一定時間（例えば１０秒間）、ポンプ１０を回転させた後、バルブ３ｂを閉じる。それからコントローラ１２は、ポンプ１０を周期的に正逆回転させる。

バルブを閉じる順は、液漏れ箇所を挟む両側のいずれからでもよい。流量センサ４ａと４ｂの間で液漏れが検知された場合、上記の説明では、まずバルブ３ａを閉じ、後からバルブ３ｂを閉じた。コントローラ１２は、これとは逆の手順でバルブを閉じてもよい。即ち、流量センサ４ａと４ｂの間で液漏れが検知された場合、コントローラ１２は、次の手順を実行してもよい。即ち、コントローラ１２は、まずバルブ３ｂを閉じる。次いでコントローラ１２は、バルブ３ａからリザーブタンク８に向かって冷媒が流れるように、ポンプ１０の回転方向を制御する。図１では、冷媒が左回りに流れるようにポンプ１０を制御する。コントローラ１２は、一定時間（例えば１０秒間）、ポンプ１０を回転させた後、バルブ３ａを閉じる。それからコントローラ１２は、ポンプ１０を周期的に正逆回転させる。

一方のバルブを閉めた後にポンプ１０を上記のように制御することによって、液漏れ箇所付近の冷媒をリザーブタンク８へ戻すことができる。即ち、液漏れの量を少なくすることができる。液漏れ箇所の両側のバルブを閉めた後にポンプ１０を定期的に正逆回転させる際にできるだけ多くの冷媒が残っている方が、冷却能力が良い。

コントローラ１２が行う処理のさらに別の態様を説明する。コントローラ１２には、上位のコントローラであるＨＶコントローラ２２（ハイブリッド車の全体を統括的に制御するコントローラ）から、車両が衝突した際に信号が送られる。ＨＶコントローラ２２は、エアバッグシステムが備える加速度センサ２３の信号をモニタしており、加速度の値が所定の閾値を超えたときに、車両が衝突したと判断する。ＨＶコントローラ２２は、加速度センサ２３のセンサデータに基づき、車両が衝突したと判断したときにその旨を伝える信号をコントローラ１２に送る。次に、コントローラ１２が、車両が衝突したことを示す信号を受信したときに実行する処理を説明する。

コントローラ１２は、衝突を示す信号を受信すると、流量センサ４のセンサデータを集めて、液漏れの有無をチェックする。液漏れを検知すると、コントローラ１２は、液漏れ箇所の両側のバルブを閉めるとともに、上位のコントローラであるＨＶコントローラ２２に、液漏れ箇所のデータを送信する。車両が衝突した際、ＨＶコントローラ２２は、インバータ７に残った電荷を放出する処理を行う。このとき、放電には、インバータ７使う方法と、モータ１５を使う方法がある。インバータ７を使う方法とは、例えばスイッチング素子をランダムに動作させ、モータ１５が回転しないようにしながら、スイッチングロスによって電気エネルギを散逸させる。モータ１５を使う方法とは、インバータ７にモータ１５を回転させるようなスイッチング動作を行なわせ、モータ１５の回転ロスによって電気エネルギを散逸させる。モータ１５を用いる場合には、車輪に一定のブレーキを加えつつ、モータ１５を駆動することも好適である。インバータ７を使う場合には、インバータ７の発熱をできるだけ抑えることが好ましく、モータ１５を使う場合には（この場合はインバータも用いるが）モータ１５の発熱をできるだけ抑えることが好ましい。そこで、ＨＶコントローラ２２は、放電手段として、インバータ７とモータ１５のいずれを用いるかをコントローラ１２に通知する。コントローラ１２は、冷媒をリザーブタンク８から、インバータ７とモータ１５のうち放電手段に指定された機器に送る方向にポンプ１０を駆動する。

例えば、コントローラ１２は、衝突を示す信号を受信したときに、流量センサ４ａと４ｂの間で液漏れが生じていることを検知したとする。コントローラ１２は、バルブ３ａと３ｂを閉じ、バルブ３ａと３ｂの間で液漏れが発生したことをＨＶコントローラ２２に通知する。例えば、コントローラ１２は、ＨＶコントローラ２２より、インバータ７を放電手段として用いる旨の信号を受信したら、リザーブタンク８からインバータ７へ向かって冷媒が流れるように、即ち、図１において左回りに冷媒が流れるようにポンプ１０を制御する。あるいは、コントローラ１２がＨＶコントローラ２２からモータ１５を放電手段として用いる旨の信号を受信したら、リザーブタンク８からモータ１５へ向かって冷媒が流れるように、即ち、図１において右回りに冷媒が流れるようにポンプ１０を制御する。

上記の処理により、衝突した際、冷却システム１００は、放電手段として選択されたデバイス（インバータ７あるいはモータ１５）にできるだけ冷媒を送る。そのような処理によって、放電に使われるデバイスをできるだけ冷却することができる。

（第２実施例）図２に、第２実施例の冷却システム２００のブロック図を示す。第２実施例の冷却システム２００は、第１実施例の冷却システム１００に加え、三方弁３１ａ〜３１ｆと、バイパス流路３２ａ、３２ｂ、及び、３２ｃを備える。三方弁３１ａ〜３１ｆは、コントローラ１２によって制御され、ラジエータ６、インバータ７、リザーブタンク８、及び、オイルクーラ９を一巡する冷媒流路（図１の冷媒流路と同じ流路）と、その一部をバイパスする流路とを切り換える。

バイパス流路３２ａは、ラジエータ６（バルブ３ａと３ｂを結ぶ流路部分）を迂回する流路である。コントローラ１２は、三方弁３１ａと３１ｂを制御することによって、ラジエータ６を通過する流路とバイパス流路３２ａを切り換えることができる。バイパス流路３２ｂは、インバータ７（バルブ３ｃと３ｄを結ぶ流路部分）を迂回する流路である。コントローラ１２は、三方弁３１ｃと３１ｄを制御することによって、インバータ７を通過する流路とバイパス流路３２ｂを切り換えることができる。バイパス流路３２ｃは、オイルクーラ９（バルブ３ｇと３ｈを結ぶ流路部分）を迂回する流路である。コントローラ１２は、三方弁３１ｅと３１ｆを制御することによって、オイルクーラ９を通過する流路とバイパス流路３２ｃを切り換えることができる。

コントローラ１２は、流量センサ４ａと４ｂの間、流量センサ４ｃと４ｄの間、或いは、流量センサ４ｇと４ｈの間、のいずれかで液漏れを検知した場合、対応するバルブを閉じるとともに、冷媒が液漏れした区間をバイパスする流路（バイパス流路）を通るように三方弁３１を制御する。バイパス流路を備えることによって、一部で液漏れが発生してしても、冷媒の循環を維持することができる。

実施例にて説明した技術についての留意点を述べる。上記したいずれのケースであっても、液漏れを検知した場合コントローラ１２は、ポンプ１０を最大出力で駆動する。別言すれば、コントローラ１２は、ポンプ１０を少なくとも低回転モードと高回転モードの２通りで動作させることができ、液漏れが検知された場合にはポンプ１０を高回転モードで動作させる。

コントローラ１２は、定期的（例えば１秒毎に）に流量センサ４のセンサデータを取得し、液漏れの有無をチェックしてもよいし、車両が衝突したことを示す信号が入力されたときに、液漏れの有無をチェックしてもよい。後者の場合は、別言すれば、コントローラ１２は、車両に加わる加速度が所定の閾値加速度を超えた場合に上記した処理を実行する、と表現することができる。

上記した実施形態では、コントローラ１２は、液漏れが発生した箇所を挟む２箇所のバルブを閉める際、一方のバルブを閉じ、他方のバルブからリザーブタンク８へ冷媒が向かうようにポンプ１０を制御し、その後に他方のバルブを閉じた。コントローラ１２は他方のバルブを閉めた後にさらに、他方のバルブに近いバルブからリザーブタンク８に近いバルブの順に、バルブを順次閉じることも好適である。

第２実施例のバイパス流路３２ａ〜３２ｃは、図２の経路に限られない。例えば、２個の機器（例えばラジエータ６とインバータ７）を同時に迂回するバイパス流路が設けられていてもよい。

実施例の冷却システム１００、２００は、インバータ７とモータ１５が冷却対象であった。本明細書が開示する技術は、インバータとモータの他にさらに別のデバイスを冷却対象とするものであってもよい。例えば、冷却システムは、インバータ、モータ、さらにバッテリを一巡し、それらを冷却する冷媒流路を有していてもよい。あるいは、別の冷却システムは、インバータ、モータ、さらにエンジンを一巡し、それらを冷却する冷媒流路を有していてもよい。

実施例の冷却システムは、２箇所のバルブを閉じることで、液漏れが検知された箇所を、ポンプ（及び冷却対象のデバイス）から隔離する。別言すれば、コントローラは、液漏れ箇所を、冷媒循環ポンプを含む冷媒流路部分から隔離するように、液漏れ箇所を挟む２箇所のバルブを閉じる。なお、閉じるバルブは、液漏れが検知された箇所の両側で隣接する２箇所が好ましいが、そうでなくともよい。例えば、液漏れが検知された箇所とその箇所に最も近いバルブの双方を挟む２箇所のバルブを閉じてもよい。

実施例の冷却システム１００、２００は、車輪駆動用のモータとエンジンを備えるハイブリッド車に搭載される。本明細書が開示する技術は、エンジンを有さず、モータのみで走行する電気自動車に適用することも好適である。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：冷媒流路
３ａ−３ｈ：バルブ
４ａ−４ｈ：流量センサ（液漏れセンサ）
６：ラジエータ
７：インバータ
８：リザーブタンク
９：オイルクーラ
１０：ポンプ
１２：コントローラ
１４：ドライブトレイン
１５：モータ
１６：冷媒流路
１７：ポンプ
２２：ＨＶコントローラ
２３：加速度センサ
３１ａ−３１ｆ：三方弁
３２ａ−３２ｃ：バイパス流路
１００、２００：冷却システム

Claims (2)

1. モータと、
   モータに電力を供給するインバータと、
   モータとインバータとラジエータの間で冷媒を循環させる冷媒流路と、
   冷媒流路に設けられている複数の液漏れ検知センサと、
   冷媒流路に設けられている複数のバルブと、
   液漏れ検知センサによって液漏れが検知された箇所を挟む２箇所のバルブを閉じるコントローラと、
   を備えており、
   コントローラは、２箇所のバルブを閉じた後、冷媒の流れる方向が周期的に反転するように冷媒循環ポンプを駆動することを特徴とする電気自動車。
2. コントローラは、冷媒循環ポンプを少なくとも低回転モードと高回転モードの２通りで動作させることができ、液漏れが検知された場合に冷媒循環ポンプを高回転モードで動作させることを特徴とする請求項１に記載の電気自動車。

Images