JP6637005B2 - 車両用冷却システム - Google Patents

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Description

本発明は、車両用冷却システムに関する。
特許文献１には、バッテリを空冷するバッテリ冷却回路と、リザーブタンクに蓄えられた冷却液がバッテリを冷却する空気と熱交換した後にラジエータで冷却され、オイルクーラと熱交換した後にリザーブタンク内に戻されるユニット冷却系回路と、を備えたＨＶ車両が開示されている。また、特許文献２には、バッテリの低温時に、受け入れられない電力を外部抵抗で消費させると共に外部抵抗をヒータとしてバッテリ昇温に利用することが開示されている。
特開２０１４−０７３８０２号公報 特開２００２−２９１１０６号公報
特許文献１に記載のユニット冷却径回路を構成した場合には、ラジエータで冷却された冷却液がオイルクーラを冷却した後にバッテリと熱交換を行うため、バッテリの冷却効果が十分ではなく、外気を用いたバッテリ冷却回路が別途必要になることから、部品点数が増加することにより車両のコストや重量が増加してしまう。また、特許文献２に記載されているように、バッテリが低温状態にある場合には電力効率を上げるためにバッテリを昇温することが求められるが、充電された電力を用いて昇温する場合には充電量が低下してしまう。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、部品点数を大幅に増加させることなくバッテリを冷却及び昇温可能な車両用冷却システムを提供することにある。
本発明に係る車両用冷却システムは、冷却水と熱交換を行うバッテリと、前記冷却水と変速機用オイルとの間で熱交換を行わせる変速機用オイルクーラと、前記冷却水を冷却するラジエータと、前記冷却水と熱交換を行うパワーコントロールユニットと、前記ラジエータから排出された冷却水を前記バッテリ、前記パワーコントロールユニット、及び前記変速機用オイルクーラの順に供給する、又は、前記ラジエータから排出された冷却水を前記バッテリと前記パワーコントロールユニット若しくは前記変速機用オイルクーラとに供給する冷却水流路と、を備え、前記冷却水流路は、前記変速機用オイルクーラから排出された冷却水を前記ラジエータに供給する排出冷却水流路に接続された、前記ラジエータを経由させずに前記ラジエータから前記バッテリに冷却水を供給するバッテリ冷却水流路に冷却水を供給する第１バイパス流路と、前記変速機用オイルクーラから排出された冷却水の流路を、前記ラジエータを経由して前記バッテリ冷却水流路に冷却水を供給する第１流路と第１バイパス流路を経由して前記バッテリ冷却水流路に冷却水を供給する第２流路との間で切り替える切替弁と、前記バッテリを昇温する場合、前記切替弁を制御することによって、前記変速機用オイルクーラから排出された冷却水の流路を前記第２流路に切り替える第１制御手段と、を備えることを特徴とする。
前記冷却水流路は、前記ラジエータから排出された冷却水を前記バッテリに供給するバッテリ冷却水流路に接続された、前記パワーコントロールユニット又は前記変速機用オイルクーラに前記冷却水を供給する第２バイパス流路と、前記バッテリ冷却水流路側及び前記第２バイパス流路側に供給される前記冷却水の流量を制御する流量調整弁と、前記流量調整弁を制御することによって、前記バッテリと前記パワーコントロールユニット又は前記変速機用オイルクーラとに供給される前記冷却水の流量を制御する第２制御手段と、を備えていてもよい。
これにより、バッテリとパワーコントロールユニットとにラジエータによって冷却された低温の冷却水を並列に供給できるので、バッテリ及びパワーコントロールユニットそれぞれの冷却性能を向上させることができる。また、高速定常走行時のように変速機用オイルの冷却ニーズがバッテリやパワーコントロールユニットの冷却ニーズよりも高い時に、ラジエータによって冷却された低温の冷却水を変速機用オイルクーラ側に優先的に供給することができる。
本発明に係る車両用冷却システムによれば、バッテリを冷却する冷却水と変速機用オイルクーラにおいて用いられる冷却水とを共通化するので、部品点数を大幅に増加させることなくバッテリを冷却しつつ、バッテリが低温状態にある場合において、変速機用オイルクーラから排出された冷却水の熱を用いてバッテリを昇温させることができる。
図１は、本発明の第１の実施形態である車両用冷却システムの構成を示す模式図である。 図２は、本発明の第２の実施形態である車両用冷却システムの構成を示す模式図である。 図３は、図２に示す車両用冷却システムの変形例の構成を示す模式図である。
以下、図面を参照して、本発明の第１及び第２の実施形態である車両用冷却システムの構成について説明する。
〔第１の実施形態〕
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施形態である車両用冷却システムの構成について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態である車両用冷却システムの構成を示す模式図である。図１に示すように、本発明の第１の実施形態である車両用冷却システム１は、電気自動車等の車両に搭載され、バッテリ２、パワーコントロールユニット（ＰＣＵ）３、変速機用オイルクーラ（Ｏ／Ｃ）４、ウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）５、及びラジエータ６を主な構成要素として備えている。なお、バッテリ２、ＰＣＵ３、及びＯ／Ｃ４の目標冷却温度は、この順に高くなっているものとする。すなわち、バッテリ２、ＰＣＵ３、及びＯ／Ｃ４の目標冷却温度の間には、以下に示す関係式（１）が成立している。
バッテリ２の目標冷却温度（例えば３５℃程度）＜ＰＣＵ３の目標冷却温度（例えば６５℃程度）＜Ｏ／Ｃ４の目標冷却温度（例えば１００℃程度） …（１）
バッテリ２は、車両に電力を供給する二次電池により構成されている。バッテリ２は図示しないバッテリケース内に収容され、図示しないバッテリケースには、ラジエータ６によって冷却された冷却水が流通する冷却水流路７ａと、バッテリ２と熱交換した冷却水が排出される冷却水流路７ｂと、が接続されている。バッテリ２は、冷却水流路７ａを介して供給された冷却水と熱交換を行うことにより冷却又は必要に応じて暖機される。ここで、冷却水流路７ａは本発明に係るバッテリ冷却水流路として機能する。
ＰＣＵ３は、バッテリ２や車両に搭載されているモータを制御する装置であり、バッテリ２から出力される直流電力を交流電力に変換してモータに供給する。ＰＣＵ３には、インバータやコンバータ等の装置が設けられている。ＰＣＵ３は図示しないＰＣＵケース内に収容され、図示しないＰＣＵケースには、上述した冷却水流路７ｂと、ＰＣＵ３と熱交換した冷却水が排出される冷却水流路７ｃと、が接続されている。ＰＣＵ３は、冷却水流路７ｂから供給されたバッテリ２と熱交換した冷却水と熱交換を行うことにより冷却される。
Ｏ／Ｃ４は、車両の変速機（Ｔ／Ｍ）１０を潤滑及び冷却する変速機用オイルを冷却する熱交換器によって構成されている。Ｏ／Ｃ４には、上述した冷却水流路７ｃと、変速機用オイルと熱交換した冷却水が排出される冷却水流路７ｄと、が接続されている。Ｏ／Ｃ４は、冷却水流路７ｃから供給されたＰＣＵ３と熱交換した冷却水と変速機用オイルとの間で熱交換を行なわせることにより、変速機用オイルを冷却する。
Ｗ／Ｐ５は、車両用冷却システム１の構成要素間で冷却水を循環させるポンプによって構成されている。Ｗ／Ｐ５には、上述した冷却水流路７ｄと、Ｗ／Ｐ５によって圧送された冷却水が流通する冷却水流路７ｅと、が接続されている。Ｗ／Ｐ５は、冷却水流路７ｅを介して変速機用オイルと熱交換した冷却水をラジエータ６に圧送する。
ラジエータ６は、Ｗ／Ｐ５から圧送された冷却水を冷却する空冷式の冷却装置によって構成されている。ラジエータ６には、上述した冷却水流路７ｅ及び冷却水流路７ａが接続されている。ラジエータ６は、冷却水流路７ｅを介してＷ／Ｐ５から圧送された冷却水を冷却した後、冷却された冷却水を冷却水流路７ａに排出する。
このように構成された車両用冷却システム１では、ラジエータ６によって冷却された冷却水は、冷却水流路７ａ〜７ｅを介してバッテリ２、ＰＣＵ３、及びＯ／Ｃ４の順に供給される。上述した通り、バッテリ２、ＰＣＵ３、及びＯ／Ｃ４の目標冷却温度はこの順に高くなっている。従って、ラジエータ６によって冷却された低温の冷却水を冷却ニーズが高いバッテリ２、ＰＣＵ３、及びＯ／Ｃ４の順に供給することによって、車両用冷却システム１全体の冷却性能を高めることができる。
また、本実施形態では、ラジエータ６を経由させずにＷ／Ｐ５から圧送された冷却水を冷却水流路７ａに供給する冷却水流路７ｈが冷却水流路７ｅに接続されている。また、冷却水流路７ａと冷却水流路７ｈとの接続点には切替弁８ｃが配設されている。切替弁８ｃを制御することによって、Ｗ／Ｐ５から圧送された冷却水の流路を、ラジエータ６を経由してバッテリ２に冷却水を供給する流路とラジエータ６を経由せずに冷却水流路７ｈを介してバッテリ２に冷却水を供給する流路との間で切り替えることができる。
このような構成によれば、バッテリ２の暖機が必要である場合、ＥＣＵ等の制御部９が、切替弁８ｃを制御することによって、ラジエータ６を経由させずに冷却水流路７ｈを介してＷ／Ｐ５から圧送された冷却水をバッテリ２に供給する。これにより、バッテリ２は暖機され、バッテリ２の出力を向上させることができる。
以上の説明から明らかなように、本発明の第１の実施形態である車両用冷却システム１は、冷却水と熱交換を行うバッテリ２と、冷却水と変速機用オイルとの間で熱交換を行なわせるＯ／Ｃ４と、冷却水を冷却するラジエータ６と、を備えている。このような構成によれば、バッテリ２を冷却する冷却水とＯ／Ｃ４において用いられる冷却水とを共通化するので、部品点数を大幅に増加させることなくバッテリ２を冷却することができる。
また、本発明の第１の実施形態である車両用冷却システム１では、バッテリ２が低温状態にある場合、ＥＣＵ等の制御部９が、切替弁８ｃを制御することによって、ラジエータ６を経由させずに冷却水流路７ｈを介してＷ／Ｐ５から圧送された冷却水をバッテリ２に供給する。これにより、Ｏ／Ｃ４から排出された冷却水の熱を用いてバッテリ２を昇温させることができる。
〔第２の実施形態〕
次に、図２，図３を参照して、本発明の第２の実施形態である車両用冷却システムの構成について説明する。なお、以下では、図１に示した車両用冷却システム１と異なる構成についてのみ説明し、図１に示した車両用冷却システム１と同じ構成については説明を省略する。
図２は、本発明の第２の実施形態である車両用冷却システムの構成を示す模式図である。図２に示すように、本実施形態では、バッテリ２は、冷却水流路７ｂと共にバッテリ２と熱交換した冷却水をＷ／Ｐ５に排出する冷却水流路７ｇを備えている。また、冷却水流路７ｄの排出口は冷却水流路７ｇに接続されている。また、冷却水流路７ａと冷却水流路７ｈとの接続点には流量調整／切替弁８ｄが配設され、流量調整／切替弁８ｄには冷却水流路７ｃに冷却水を供給する冷却水流路７ｆが接続されている。流量調整／切替弁８ｄは、バッテリ２側に供給される冷却水の流量と冷却水流路７ｃ側に供給される冷却水の流量とを調整する機能及び上述した切替弁８ｃの機能を併せ持っている。
このような構成によれば、高速定常走行時のように変速機用オイルの冷却ニーズがバッテリ２やＰＣＵ３の冷却ニーズよりも高い時に、ラジエータ６によって冷却された低温の冷却水をＯ／Ｃ４側に優先的に供給することができる。また、流量調整機能と切替弁８ｃの機能とを持たせることにより、１つの弁で複数の冷却回路の構成を実現できるので、部品点数を削減することができる。
なお、図３（ａ）に示すように、図２に示す車両用冷却システム１において、冷却水流路７ｇを取り除き、冷却水流路７ｂの排出口をＯ／Ｃ４に接続し、冷却水流路７ｄの排出口をＷ／Ｐ５に接続し、冷却水流路７ｃの排出口を冷却水流路７ｄに接続してもよい。このような構成によれば、バッテリ２とＰＣＵ３とにラジエータ６によって冷却された低温の冷却水を並列に供給できるので、バッテリ２及びＰＣＵ３それぞれの冷却性能を向上させることができる。
また、図３（ｂ）に示すように、図３（ａ）に示す車両用冷却システム１において、冷却水流路７ｇを取り除き、冷却水流路７ｂの排出口をＷ／Ｐ５に接続し、冷却水流路７ｄの排出口を冷却水流路７ｂに接続し、冷却水流路７ｃの排出口をＯ／Ｃ４に接続してもよい。
さらに、図３（ｃ）に示すように、図２に示す車両用冷却システム１において、冷却水流路７ｇを取り除き、冷却水流路７ｄの排出口をＷ／Ｐ５に接続し、冷却水流路７ｃの排出口を冷却水流路７ｄに接続し、冷却水流路７ｆの排出口をＯ／Ｃ４に接続してもよい。
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。
１ 車両用冷却システム
２ バッテリ
３ パワーコントロールユニット（ＰＣＵ）
４ 変速機用オイルクーラ（Ｏ／Ｃ）
５ ウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）
６ ラジエータ
７ａ〜７ｈ 冷却水流路
８ｃ 切替弁
８ｄ 流量調整／切替弁
９ 制御部
１０ 変速機（Ｔ／Ｍ）

Claims (2)

  1. 冷却水と熱交換を行うバッテリと、
    前記冷却水と変速機用オイルとの間で熱交換を行わせる変速機用オイルクーラと、
    前記冷却水を冷却するラジエータと、
    前記冷却水と熱交換を行うパワーコントロールユニットと、
    前記ラジエータから排出された冷却水を前記バッテリ、前記パワーコントロールユニット、及び前記変速機用オイルクーラの順に供給する冷却水流路と、を備え、
    前記冷却水流路は、
    前記変速機用オイルクーラから排出された冷却水を前記ラジエータに供給する排出冷却水流路に接続された、前記ラジエータを経由させずに前記ラジエータから前記バッテリに冷却水を供給するバッテリ冷却水流路に冷却水を供給する第１バイパス流路と、
    前記バッテリと熱交換した冷却水を前記パワーコントロールユニット及び前記変速機用オイルクーラを介さずに前記排出冷却水流路に供給する第２バイパス流路と、
    前記バッテリ冷却水流路に接続された、前記ラジエータから排出された冷却水を前記バッテリ及び前記パワーコントロールユニットを介さずに前記変速機用オイルクーラに供給する第３バイパス流路と、
    前記変速機用オイルクーラから排出された冷却水の流路を、前記ラジエータを経由して前記バッテリ冷却水流路に冷却水を供給する第１流路と第１バイパス流路を経由して前記バッテリ冷却水流路に冷却水を供給する第２流路との間で切り替えると共に、前記バッテリ冷却水流路側に供給される冷却水の流量と前記第３バイパス流路側に供給される冷却水の流量を調整する切替弁と、
    前記切替弁を制御することによって、前記バッテリを昇温する場合、前記変速機用オイルクーラから排出された冷却水の流路を前記第２流路に切り替え、前記変速機用オイルの冷却ニーズが前記バッテリ及び前記パワーコントロールユニットの冷却ニーズよりも高い場合、前記冷却水を前記バッテリ冷却水流路側よりも前記第３バイパス流路側に優先的に供給する制御手段と、
    を備えることを特徴とする車両用冷却システム。
  2. 冷却水と熱交換を行うバッテリと、
    前記冷却水と変速機用オイルとの間で熱交換を行わせる変速機用オイルクーラと、
    前記冷却水を冷却するラジエータと、
    前記冷却水と熱交換を行うパワーコントロールユニットと、
    前記ラジエータから排出された冷却水を前記バッテリ及び前記パワーコントロールユニットの順に供給する冷却水流路と、を備え、
    前記冷却水流路は、
    前記ラジエータから前記バッテリに冷却水を供給するバッテリ冷却水流路に接続された、前記ラジエータから排出された冷却水を前記変速機用オイルクーラに供給する第１バイパス流路と、
    前記パワーコントロールユニット及び前記変速機用オイルクーラから排出された冷却水を前記ラジエータに供給する排出冷却水流路に接続された、前記ラジエータを経由させずに前記バッテリ冷却水流路に冷却水を供給する第２バイパス流路と、
    前記変速機用オイルクーラから排出された冷却水の流路を、前記ラジエータを経由して前記バッテリ冷却水流路に冷却水を供給する第１流路と第２バイパス流路を経由して前記バッテリ冷却水流路に冷却水を供給する第２流路との間で切り替えると共に、前記バッテリ冷却水流路側に供給される冷却水の流量と前記第１バイパス流路側に供給される冷却水の流量を調整する切替弁と、
    前記切替弁を制御することによって、前記バッテリを昇温する場合、前記変速機用オイルクーラから排出された冷却水の流路を前記第２流路に切り替え、前記変速機用オイルの冷却ニーズが前記バッテリ及び前記パワーコントロールユニットの冷却ニーズよりも高い場合、前記冷却水を前記バッテリ冷却水流路側よりも前記第１バイパス流路側に優先的に供給する制御手段と、
    を備えることを特徴とする車両用冷却システム。
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