JP6795987B2 - 電動車両用冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、たとえば、電動バスなどの電動車両における冷却装置に関する。

エンジン車両、ハイブリッド車両、電動車両における冷却装置として以下の特許文献がある。すなわち、特許文献１は、車両停止時でかつエンジンアイドル時に、冷却ファンの回転数を低下させて冷却ファンの騒音を抑える冷却装置である。

特許文献２は、車両の運転状況と、空調装置の作動状態と、の少なくとも一方が、所定の条件となった際に、予め設定された低回転条件に基づいて冷却ファンの回転数を制御し、冷却ファンによる騒音振動の低減を図る冷却装置である。

特許文献３は、エンジン自動停止中におけるラジエータファンの回転を抑制して、ラジエータファンによる騒音振動の低減を図る冷却装置である。

特許文献４は、温度センサから検出される温度レベルと、車速や内燃機関の回転速度等から求められる暗騒音予測レベルとに基づきファンに対する指令値を出力して、ファンの回転速度を制御して、ファンの作動音による体感騒音を低減する冷却装置である。

特開平１０−１９６３６４号公報 特開２００３−５６３４５号公報 特開２００８−３７３３４号公報 特開２００４−４８９８１号公報

上記の特許文献は、冷却ファン、ラジエータファン、ファンなどの騒音、騒音振動、体感騒音などを低減することができる。しかしながら、上記の特許文献は、ラジエータ、サブラジエータ、バッテリなどの放熱作用を、車両の停止時においても、車両の走行時と同様もしくはほぼ同様に維持確保することができない。

本発明が解決しようとする課題は、冷却器の放熱作用を、車両の停止時においても、車両の走行時と同様もしくはほぼ同様に維持確保することができる電動車両用冷却装置を提供することにある。

本発明の電動車両用冷却装置は、車両の原動機のモータと、モータを冷却して昇温した冷却媒体の熱を放散して冷却媒体を冷却する冷却器と、モータおよび冷却器に冷却媒体を循環供給させる電動ポンプと、冷却器に空気を送って、冷却器の放熱量を上げる電動冷却ファンと、車両の速度を検出して、検出した速度を信号として出力する車速センサと、電動ポンプ、電動冷却ファンおよび車速センサが接続されている制御部と、を備え、制御部が、車両が停止状態もしくはほぼ停止状態の時に、電動冷却ファンの回転数を低下させ、車両の車速に無関係に電動冷却ファンの駆動時に、電動ポンプを駆動させ、電動冷却ファンの回転数を低下させた時に、電動ポンプの冷却媒体の流量を増加させる、ことを特徴とする。

本発明の電動車両用冷却装置は、制御部には、冷却媒体の温度を検出して、検出した温度を信号として出力する温度センサが接続されていて、制御部が、温度センサからの信号に基づいて、電動ポンプおよび電動冷却ファンを駆動させる、ことが好ましい。

本発明の電動車両用冷却装置は、モータに接続されているインバータと、インバータを冷却して昇温した冷却水の熱を放散して冷却水を冷却するラジエータと、制御部に接続されていて制御部の制御に基づいて駆動して、インバータおよびラジエータに冷却水を循環供給させる電動ウオータポンプと、を有する、ことが好ましい。

本発明は、冷却器の放熱作用を、車両の停止時においても、車両の走行時と同様もしくはほぼ同様に維持確保することができる電動車両用冷却装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る電動車両用冷却装置を示すブロック図である。 車速および油温に基づく電動オイルポンプの駆動制御および電動冷却ファンの駆動制御を示す説明図である。 電動オイルポンプのオイル流量と電動冷却ファンの回転数（オイルクーラのコア前面における風速）とに基づくオイルクーラの放熱量を示す説明図である。

以下、本発明に係る電動車両用冷却装置の実施形態（実施例）の１例について、図面を参照しながら詳細に説明する。

（実施形態の構成の説明）
以下、この実施形態に係る電動車両用冷却装置の構成について説明する。

（電動車両用冷却装置の構成部品の説明）
この実施形態に係る電動車両用冷却装置は、電動車両（図示せず）に装備される。電動車両用冷却装置は、図１に示すように、制御部としてのＥＣＵ１と、モータ２と、冷却器としてのオイルクーラ３と、電動ポンプとしての電動オイルポンプ４と、電動冷却ファン５と、車速センサ６と、温度センサとしての油温センサ７と、インバータ８と、ラジエータ９と、電動ウオータポンプ１０と、水温センサ１１と、を備える。オイルクーラ３、電動冷却ファン５およびラジエータ９は、電動車両の前部に装備されている。なお、電動車両には、駆動バッテリ（図示せず）が装備されている。

モータ２、オイルクーラ３および電動オイルポンプ４は、オイル管１２を介して環状に連結されている。モータ２は、電動車両の原動機（動力源、駆動源）のモータ（走行モータ、駆動モータ）であり、駆動することにより電動車両を走行させる。モータ２は、ＥＣＵ１あるいは別個のＥＣＵにより制御される。オイルクーラ３は、モータ２を冷却して昇温した冷却媒体としての冷却オイル（図示せず）の熱を放散して冷却オイルを冷却する。電動オイルポンプ４は、ＥＣＵ１に信号線１３を介して接続されていて、ＥＣＵ１の制御に基づいて駆動してモータ２およびオイルクーラ３に冷却オイルをオイル管１２を介して循環供給させる。

電動冷却ファン５は、ＥＣＵ１に信号線１３を介して接続されていて、ＥＣＵ１の制御に基づいて駆動してオイルクーラ３に空気１４を送って、オイルクーラ３の放熱量を上げる。車速センサ６は、ＥＣＵ１に信号線１３を介して接続されていて、車両の速度を検出して、検出した速度を検出速度信号としてＥＣＵ１に出力する。油温センサ７は、オイル管１２に接続されていて、かつ、ＥＣＵ１に信号線１３を介して接続されていて、冷却オイルの温度すなわち油温を検出して、検出した油温を検出油温信号としてＥＣＵ１に出力する。

インバータ８、ラジエータ９および電動ウオータポンプ１０は、ウオータ管１５を介して環状に連結されている。インバータ８は、モータ２に電力線１６を介して接続されている。インバータ８は、モータ２に駆動バッテリの電力を変換して供給し、また、モータ２において発電された電力を変換して駆動バッテリに蓄える。インバータ８は、ＥＣＵ１あるいは別個のＥＣＵにより制御される。ラジエータ９は、インバータ８を冷却して昇温した冷却媒体としての冷却ウオータ（図示せず）の熱を放散して冷却ウオータを冷却する。電動ウオータポンプ１０は、ＥＣＵ１に信号線１３を介して接続されていて、ＥＣＵ１の制御に基づいて駆動してインバータ８およびラジエータ９に冷却ウオータをウオータ管１５を介して循環供給させる。水温センサ１１は、ウオータ管１５に接続されていて、かつ、ＥＣＵ１に信号線１３を介して接続されていて、冷却水の温度すなわち水温を検出して、検出した水温を検出水温信号としてＥＣＵ１に出力する。

ＥＣＵ１は、車速センサ６からの検出速度信号、油温センサ７からの検出油温信号および水温センサ１１からの検出水温信号に基づいて、電動オイルポンプ４、電動冷却ファン５および電動ウオータポンプ１０を駆動制御する。電動オイルポンプ４、電動冷却ファン５および電動ウオータポンプ１０は、駆動バッテリの電力により、駆動する。駆動バッテリは、モータ２において発電された電力をインバータ８を介して蓄える。

（ＥＣＵ１の制御の説明）
以下、ＥＣＵ１の電動オイルポンプ４および電動冷却ファン５の駆動制御について、図２を参照して説明する。図２において、左側の縦軸は、電動オイルポンプ４の回転数［ｒｐｍ］を示し、右側の縦軸は、電動冷却ファン５の回転数［ｒｐｍ］を示し、上側の横軸は、車速［ｋｍ／ｈ］を示し、下側の横軸は、油温（°Ｃ）を示す。

まず、電動冷却ファン５は、油温に基づいて駆動制御されている。すなわち、電動冷却ファン５は、油温が４０°Ｃ以上もしくは超えると、１０３０［ｒｐｍ］の回転数で駆動を開始し、油温が４０°Ｃ〜５０°Ｃの間においては、１０３０［ｒｐｍ］〜２１２０［ｒｐｍ］の回転数で油温に対して正比例もしくはほぼ正比例に駆動し、油温が５０°Ｃ以上もしくは超えると、２１２０［ｒｐｍ］の一定の回転数で駆動する。また、電動冷却ファン５は、油温が３８°Ｃ以下もしくは未満となると、駆動を停止し、かつ、駆動を停止する際に、油温が３８°Ｃ〜４０°Ｃの間においては、１０３０［ｒｐｍ］の一定の回転数で駆動している。この油温３８°Ｃ〜４０°Ｃの間は、ヒステリシスと不感帯をなす。

次に、電動冷却ファン５は、電動車両の運転状況すなわち車速に基づいて駆動制御されている。すなわち、電動冷却ファン５は、車速が５［ｋｍ／ｈ］以上もしくは超えると、２１２０［ｒｐｍ］の一定の回転数で駆動し、また、車速が１［ｋｍ／ｈ］以下もしくは未満となると、１７９０［ｒｐｍ］の一定の回転数で駆動する。これにより、電動冷却ファン５の回転数は、ＥＣＵ１の駆動制御により、電動車両が停止状態もしくはほぼ停止状態の時に、電動車両の走行時に比較して、２１２０［ｒｐｍ］から１７９０［ｒｐｍ］に低下される。なお、車速１［ｋｍ／ｈ］〜５［ｋｍ／ｈ］の間は、ヒステリシスと不感帯をなす。

一方、電動オイルポンプ４は、電動冷却ファン５と同様に、油温に基づいて駆動制御されている。すなわち、電動オイルポンプ４は、油温が４０°Ｃ以上もしくは超えると、１０００［ｒｐｍ］の回転数で駆動を開始し、かつ、１０００［ｒｐｍ］の一定の回転数で駆動する。また、電動オイルポンプ４は、油温が３８°Ｃ以下もしくは未満となると、駆動を停止し、かつ、駆動を停止する際に、油温が３８°Ｃ〜４０°Ｃの間においては、１０００［ｒｐｍ］の一定の回転数で駆動している。この油温３８°Ｃ〜４０°Ｃの間は、ヒステリシスと不感帯をなす。このように、電動オイルポンプ４は、ＥＣＵ１の駆動制御により、電動車両の運転状況すなわち車速に無関係に、電動冷却ファン５の駆動時に、油温に基づいて駆動制御されている。

（ＥＣＵ１の他の制御の説明）
以下、ＥＣＵ１の電動オイルポンプ４および電動冷却ファン５の他の駆動制御について、図３を参照して説明する。図３は、電動オイルポンプ４のオイル流量と電動冷却ファン５の回転数すなわちオイルクーラ３のコア前面における風速とに基づくオイルクーラ３の放熱量を示す説明図である。この図３において、電動冷却ファン５の回転数が２１００［ｒｐｍ］の時に、オイルクーラ３のコア前面における風速が２．１［ｍ／ｓ］であり、電動冷却ファン５の回転数が２３００［ｒｐｍ］の時に、オイルクーラ３のコア前面における風速が２．４［ｍ／ｓ］である。

ＥＣＵ１の電動オイルポンプ４および電動冷却ファン５の他の駆動制御は、電動冷却ファン５の回転数を低下させた時に、電動オイルポンプ４の冷却オイルの流量を増加させるものである。たとえば、図３に示すように、電動冷却ファン５の回転数を、２３００［ｒｐｍ］から２１００［ｒｐｍ］に低下させた時に、電動オイルポンプ４の冷却オイルの流量を、４［Ｌ／ｍｉｎ］から５［Ｌ／ｍｉｎ］、６［Ｌ／ｍｉｎ］、７［Ｌ／ｍｉｎ］に増加させるものである。これにより、オイルクーラ３の放熱量は、３．５２［ｋｗ］から３．８４［ｋｗ］、４．１５［ｋｗ］、４．７５［ｋｗ］に増加する。

以下、図３について説明する。オイルクーラ３のコア前面における風速が２．０［ｍ／ｓ］の時、電動オイルポンプ４の冷却オイルの流量がそれぞれ４［Ｌ／ｍｉｎ］、５［Ｌ／ｍｉｎ］、６［Ｌ／ｍｉｎ］、７［Ｌ／ｍｉｎ］の場合において、オイルクーラ３の放熱量は、それぞれ、３．４０［ｋｗ］、３．８０［ｋｗ］、４．１０［ｋｗ］、４．７０［ｋｗ］となる。

オイルクーラ３のコア前面における風速が２．１［ｍ／ｓ］で、電動冷却ファン５の回転数が２１００［ｒｐｍ］の時、電動オイルポンプ４の冷却オイルの流量がそれぞれ４［Ｌ／ｍｉｎ］、５［Ｌ／ｍｉｎ］、６［Ｌ／ｍｉｎ］、７［Ｌ／ｍｉｎ］の場合において、オイルクーラ３の放熱量は、それぞれ、３．４３［ｋｗ］、３．８４［ｋｗ］、４．１５［ｋｗ］、４．７５［ｋｗ］となる。

オイルクーラ３のコア前面における風速が２．４［ｍ／ｓ］で、電動冷却ファン５の回転数が２３００［ｒｐｍ］の時、電動オイルポンプ４の冷却オイルの流量がそれぞれ４［Ｌ／ｍｉｎ］、５［Ｌ／ｍｉｎ］、６［Ｌ／ｍｉｎ］、７［Ｌ／ｍｉｎ］の場合において、オイルクーラ３の放熱量は、それぞれ、３．５２［ｋｗ］、３．９６［ｋｗ］、４．３０［ｋｗ］、４．９０［ｋｗ］となる。

オイルクーラ３のコア前面における風速が３．０［ｍ／ｓ］の時、電動オイルポンプ４の冷却オイルの流量がそれぞれ４［Ｌ／ｍｉｎ］、５［Ｌ／ｍｉｎ］、６［Ｌ／ｍｉｎ］、７［Ｌ／ｍｉｎ］の場合において、オイルクーラ３の放熱量は、それぞれ、３．７０［ｋｗ］、４．２０［ｋｗ］、４．６０［ｋｗ］、５．２０［ｋｗ］となる。

（ＥＣＵ１の電動ウオータポンプ１０の制御の説明）
ＥＣＵ１は、電動ウオータポンプ１０を、前記の電動オイルポンプ４および電動冷却ファン５の駆動制御および他の駆動制御と同様もしくはほぼ同様に、駆動制御する。すなわち、ＥＣＵ１は、車速センサ６からの検出速度信号および水温センサ１１からの検出水温信号に基づいて、電動ウオータポンプ１０を駆動制御する。

（実施形態の作用の説明）
この実施形態に係る電動車両用冷却装置は、以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。

電動車両は、モータ２の駆動により走行し、モータ２の駆動停止により停止する。モータ２は、インバータ８の作動により、駆動バッテリから電力が供給されて駆動する。また、モータ２において発電された電力は、インバータ８の作動により駆動バッテリに蓄えられる。このように、モータ２の駆動およびインバータ８作動によりモータ２およびインバータ８が共に発熱して、油温および水温が上昇する。

油温が４０°Ｃ以上もしくは超えると、電動オイルポンプ４が１０００［ｒｐｍ］の回転数で駆動を開始し、油温が４０°Ｃ以上もしくは超えている間、電動オイルポンプ４が電動車両の運転状況すなわち車速に無関係に１０００［ｒｐｍ］の一定の回転数で駆動している。この電動オイルポンプ４の駆動により、冷却オイルがオイル管１２を介してモータ２およびオイルクーラ３に循環供給される。この冷却オイルにより、モータ２が冷却される。このモータ２を冷却して昇温した冷却オイルの熱がオイルクーラ３で放散されて、冷却オイルがオイルクーラ３で冷却される。

また、油温が４０°Ｃ以上もしくは超えると、電動冷却ファン５が１０３０［ｒｐｍ］の回転数で駆動を開始し、油温が４０°Ｃから５０°Ｃまでの間、電動冷却ファン５が１０３０［ｒｐｍ］から２１２０［ｒｐｍ］までの回転数で油温に対して正比例もしくはほぼ正比例に駆動し、油温が５０°Ｃ以上もしくは超えると、電動冷却ファン５が２１２０［ｒｐｍ］の一定の回転数で駆動する。ここで、車速が５［ｋｍ／ｈ］以上もしくは超えると、電動冷却ファン５が２１２０［ｒｐｍ］の一定の回転数で駆動し、また、車速が１［ｋｍ／ｈ］以下もしくは未満となると、電動冷却ファン５が１７９０［ｒｐｍ］の一定の回転数で駆動する。すなわち、電動車両が停止状態もしくはほぼ停止状態の時に、電動冷却ファン５の回転数が走行状態の２１２０［ｒｐｍ］から１７９０［ｒｐｍ］に低下する。なお、電動冷却ファン５の回転数が低下した時に、電動オイルポンプ４の冷却オイルの流量が増加される場合がある。この電動冷却ファン５の駆動により、空気１４がオイルクーラ３に送られて、オイルクーラ３の放熱量が上がる。これにより、冷却オイルがオイルクーラ３で確実に冷却される。

前記のように、冷却オイルによりモータ２が冷却されて、油温が３８°Ｃ以下もしくは未満となると、電動オイルポンプ４および電動冷却ファン５の駆動が停止する。

一方、水温が所定温度以上もしくは超えると、電動ウオータポンプ１０が回転駆動する。この電動ウオータポンプ１０の駆動により、冷却ウオータがウオータ管１５を介してインバータ８およびラジエータ９に循環供給される。この冷却ウオータにより、インバータ８が冷却される。このインバータ８を冷却して昇温した冷却ウオータの熱がラジエータ９で放散されて、冷却ウオータがラジエータ９で冷却される。冷却ウオータによりインバータ８が冷却されて、水温が所定温度以下もしくは未満となると、電動ウオータポンプ１０の駆動が停止する。

（実施形態の効果の説明）
この実施形態に係る電動車両用冷却装置は、以上のごとき構成および作用からなり、以下、その効果について説明する。

この実施形態に係る電動車両用冷却装置は、電動オイルポンプ４を、電動車両の運転状況に無関係に電動冷却ファン５の駆動時に、駆動させるものである。この結果、この実施形態に係る電動車両用冷却装置は、電動車両が停止状態もしくはほぼ停止状態の時に、電動冷却ファン５の回転数が低下したとしても、電動冷却ファン５が駆動している時には、電動オイルポンプ４が駆動し、冷却オイルを循環供給させて、オイルクーラ３における放熱作用を維持することができる。これにより、この実施形態に係る電動車両用冷却装置は、オイルクーラ３の放熱作用を、電動車両の停止時においても、電動車両の走行時と同様もしくはほぼ同様に維持確保することができる。

また、この実施形態に係る電動車両用冷却装置は、電動車両が停止状態もしくはほぼ停止状態の時に、電動冷却ファン５の回転数を、電動車両が走行状態の時の回転数（２１２０［ｒｐｍ］）から（１７９０［ｒｐｍ］）に低下させるものである。この結果、この実施形態に係る電動車両用冷却装置は、前記の特許文献と同様に、電動車両が停止状態もしくはほぼ停止状態の時に、電動冷却ファン５の騒音などを抑制することができる。

この実施形態に係る電動車両用冷却装置は、電動冷却ファン５の回転数を低下させた時に、電動オイルポンプ４の冷却オイルの流量を増加させることができる。この結果、この実施形態に係る電動車両用冷却装置は、電動車両が停止状態もしくはほぼ停止状態の時に、電動冷却ファン５の回転数が低下したとしても、電動オイルポンプ４の冷却オイルの流量を増加し、図３に示すように、オイルクーラ３の放熱量を増加させることができる。これにより、この実施形態に係る電動車両用冷却装置は、オイルクーラ３の放熱作用を、電動車両の停止時においても、電動車両の走行時と同様もしくはほぼ同様に確実に維持確保することができる。

この実施形態に係る電動車両用冷却装置は、ＥＣＵ１が車速と共に油温に基づいて電動オイルポンプ４および電動冷却ファン５を駆動制御するものである。この結果、この実施形態に係る電動車両用冷却装置は、モータ２を適正温度に確実に冷却することができる。

この実施形態に係る電動車両用冷却装置は、モータ２に接続されているインバータ８と、インバータ８を冷却するラジエータ９と、インバータ８およびラジエータ９に冷却水を循環供給させる電動ウオータポンプ１０と、を有するものである。この結果、この実施形態に係る電動車両用冷却装置は、モータ２の駆動を制御するインバータ８をも適正温度に冷却することができる。

しかも、この実施形態に係る電動車両用冷却装置は、ＥＣＵ１が車速と共に水温に基づいて電動ウオータポンプ１０を駆動制御するものである。この結果、この実施形態に係る電動車両用冷却装置は、インバータ８もモータ２と共に適正温度に確実に冷却することができる。

（実施形態以外の例の説明）
なお、前記の実施形態においては、モータ２の冷却系の冷却媒体が冷却オイルである。しかしながら、この発明においては、モータ２の冷却系の冷却媒体を冷却水としても良い。この場合において、オイルクーラ３がラジエータに、電動オイルポンプ４が電動ウオータポンプに、オイル管１２がウオータ管に、油温センサ７が水温センサ１１に、それぞれ、代わる。

また、前記の実施形態においては、モータ２の冷却系とインバータ８の冷却系とを備えるものである。しかしながら、この発明においては、インバータ８として冷却する必要が無いインバータを使用する場合、インバータ８の冷却系のラジエータ９、電動ウオータポンプ１０、水温センサ１１およびウオータ管１５が不要となる。

さらに、前記の実施形態においては、１台の電動冷却ファン５でオイルクーラ３とラジエータ９とに空気を送るものである。しかしながら、この発明においては、２台の電動冷却ファン５でオイルクーラ３とラジエータ９とに空気をそれぞれ別個に送るものであっても良い。

さらにまた、前記の実施形態においては、電動車両について説明するものである。しかしながら、この発明においては、ハイブリッド車両にも適用することができる。

１…ＥＣＵ、２…モータ、３…オイルクーラ、４…電動オイルポンプ、５…電動冷却ファン、６…車速センサ、７…油温センサ、８…インバータ、９…ラジエータ、１０…電動ウオータポンプ、１１…水温センサ、１２…オイル管、１３…信号線、１４…空気、１５…ウオータ管、１６…電力線。

Claims (3)

1. 車両の原動機のモータと、
   前記モータを冷却して昇温した冷却媒体の熱を放散して前記冷却媒体を冷却する冷却器と、
   前記モータおよび前記冷却器に前記冷却媒体を循環供給させる電動ポンプと、
   前記冷却器に空気を送って、前記冷却器の放熱量を上げる電動冷却ファンと、
   前記車両の速度を検出して、検出した速度を信号として出力する車速センサと、
   前記電動ポンプ、前記電動冷却ファンおよび前記車速センサが接続されている制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記車両が停止状態もしくはほぼ停止状態の時に、前記電動冷却ファンの回転数を低下させ、
   前記車両の車速に無関係に前記電動冷却ファンの駆動時に、前記電動ポンプを駆動させ、
   前記電動冷却ファンの回転数を低下させた時に、前記電動ポンプの前記冷却媒体の流量を増加させる、
   ことを特徴とする電動車両用冷却装置。
2. 前記制御部には、前記冷却媒体の温度を検出して、検出した温度を信号として出力する温度センサが接続されていて、
   前記制御部は、前記温度センサからの前記信号に基づいて、前記電動ポンプおよび前記電動冷却ファンを駆動させる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動車両用冷却装置。
3. 前記モータに接続されているインバータと、
   前記インバータを冷却して昇温した冷却水の熱を放散して前記冷却水を冷却するラジエータと、
   前記制御部に接続されていて前記制御部の制御に基づいて駆動して、前記インバータおよび前記ラジエータに前記冷却水を循環供給させる電動ウオータポンプと、
   を有する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の電動車両用冷却装置。

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