JPH1122466A - ハイブリッド型電気自動車の冷却装置 - Google Patents

ハイブリッド型電気自動車の冷却装置

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JPH1122466A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 駆動モータの制御部の発熱をエンジンに付与
可能にして、エンジンの始動性を向上すると共に、エン
ジンの発電効率を向上する。 【解決手段】 発電用のエンジン12を冷却する第1冷
却回路14と、駆動用モータ10の制御部11を冷却す
る第2冷却回路15と、第1冷却回路14と第2冷却回
路15をつなぐバイパス通路27,30と、該バイパス
通路27,30へ各冷却回路の流路を切換える切換手段
24,29と、エンジン12の運転状態検出手段と、第
1冷却回路14内の第1水温センサ20と、第2冷却回
路15内の第2水温センサ23と、これらの検出値に応
じて前記切換手段24,29を制御する制御手段35と
備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、エンジンにより
駆動される発電機を搭載し、この発電機により発電され
た電力と搭載されたバッテリに蓄えられた電力の少なく
とも一方によりモータを駆動し、走行するハイブリッド
型電気自動車に関し、特にエンジンの冷却とモータの制
御部の冷却に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、環境問題に配慮して排気ガスを排
出しない電気自動車が注目されているが、車載するバッ
テリの性能が未だ十分とはいえず、十分な最高速度や航
続距離が得られていない。この問題を補うために、エン
ジンにより駆動される発電機を車両に搭載し、この発電
機により発電された電力と、車載されたバッテリに蓄え
られた電力の少なくとも一方によりモータを駆動し、走
行するハイブリッド型電気自動車が開発されている。
【0003】この種のハイブリッド型電気自動車では、
発電用のエンジンを冷却する冷却水温と、モータを制御
する制御部を冷却する冷却水温の設定温度が異なり、さ
らに、エンジンからの発熱量とモータ制御部からの発熱
量が異なるため、エンジンを冷却する冷却回路とモータ
制御部を冷却する冷却回路を独立に設ける必要があっ
た。
【0004】なお、ガソリン車両等において、冷却能力
の異なる複数の冷却回路を持つ先行技術として、特開平
6ー81648号公報がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、独立した冷
却回路を持つハイブリッド型電気自動車では、モータの
駆動による走行中は、モータ制御部からの発熱が常時生
じるため、モータ制御部を冷却する冷却水の温度は冷却
回路によって略一定に保たれる。
【0006】しかし、その一方発電用のエンジンは、駆
動用のモータの電源となるバッテリの端子電圧が所定値
以下になると発電機を駆動し、バッテリの端子電圧が回
復すると停止するため、エンジンの稼働は断続的とな
り、エンジンを冷却する冷却水の温度は車両の運転状態
やエンジンの稼働状況に応じて変化する。このエンジン
の冷却水温が低いときは、エンジン内の各摺動部の油膜
温度も低く、オイルの粘性も大きく、そのためエンジン
の摩擦損失が大きくなり、エンジンの発電効率を低下さ
せるという問題がある。
【0007】なお、特開平6ー81648号公報の冷却
装置は、ラジエータを3分割し、エンジンのウォータポ
ンプの吐出圧と、水冷インタークーラの電動ウォータポ
ンプの吐出圧の差を利用し、エンジンの負荷に応じて駆
動される切換弁を用いて、3分割されたラジエータ内の
流路を切換え、エンジンの冷却水温と水冷インタークー
ラの水温を制御するものである。この場合、制御による
冷却系の流路の切換えはラジエータ部のみであり、エン
ジンの停止時にエンジン側の冷却回路を通水することは
できない。したがって、エンジンの稼働が断続的なハイ
ブリッド型電気自動車にあって、エンジンの冷却水温が
低いときに、エンジンの発電効率を高めることはできな
い。
【0008】この発明は、ハイブリッド型電気自動車に
おいて、駆動モータの制御部の発熱をエンジンに付与可
能にして、エンジンの始動性を向上すると共に、エンジ
ンの発電効率を向上することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】第1の発明は、車両を駆
動する駆動用モータと、該駆動用モータの電源となる充
放電可能なバッテリと、該バッテリを充電する発電機
と、該発電機を駆動するエンジンとを備えるハイブリッ
ド型電気自動車において、エンジンを冷却する第1冷却
回路と、駆動用モータの制御部を冷却する第2冷却回路
と、第1冷却回路と第2冷却回路をつなぐバイパス通路
と、該バイパス通路へ各冷却回路の流路を切換える切換
手段と、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手
段と、第1冷却回路内の水温を検出する第1水温センサ
と、第2冷却回路内の水温を検出する第2水温センサ
と、これらの検出値に応じて前記切換手段を制御する制
御手段と備える。
【0010】第2の発明は、第1の発明において、エン
ジンの冷却水路出口側と、第1冷却回路に設けられた第
1ラジエータのバイパス通路もしくは該バイパス通路を
開閉する第1サーモスタットとの間に第1切換手段を備
え、該第1切換手段から、第2冷却回路のウォータポン
プの入口部と、第2冷却回路に設けられた第2ラジエー
タの冷却水路入口側とにそれぞれ分岐路を介してつなが
ると共に、これらの分岐路の開度を切換える第2サーモ
スタットを備えた第1バイパス通路を設け、駆動用モー
タの制御部の冷却水路出口側に第2切換手段を備え、該
第2切換手段から、第1冷却回路のウォータポンプの入
口部につながる第2バイパス通路を設ける。
【0011】第3の発明は、第1の発明において、第1
冷却回路のウォータポンプの出口部をエンジンのシリン
ダヘッド部に設けており、第2バイパス通路をそのウォ
ータポンプの入口部につなげる代わりに、エンジンのシ
リンダブロック部につなげる。
【0012】第4の発明は、第1〜第3の発明におい
て、第1冷却回路内の水温が低いときに、駆動用モータ
の制御部を通過した冷却水をエンジンに導入するように
なっている。
【0013】
【発明の効果】車両の走行によって駆動用モータの制御
部が発熱するものの、発電用のエンジンは駆動用モータ
のバッテリの端子電圧の状態によって断続的な稼働とな
る。
【0014】第1の発明では、そのバッテリの端子電圧
が設定値以上で、エンジンが稼働せず、エンジンからの
発熱がない状態において、駆動用モータの制御部の第2
冷却回路内を流れる冷却水を、切換手段とバイパス通路
によりエンジンの第1冷却回路内に導くことで、エンジ
ン内部の冷却水温が駆動用モータの制御部の冷却水温と
同等となる。したがって、エンジン内部の摺動部の油膜
温度を上昇させることができると共に、バッテリの端子
電圧が設定値以下となり、エンジンが稼働した場合、エ
ンジン内部の水温と摺動部の油膜温度が高くなっている
ため、エンジンの始動性と発電効率を向上させることが
できる。
【0015】第2の発明では、駆動用モータの制御部を
通過した冷却水を、第2切換手段と第2バイパス通路に
よりエンジン内部に導くため、第1の発明と同様の効果
を生じると共に、第1バイパス通路の第2サーモスタッ
トにより、駆動用モータの制御部の水温が高くなったと
きに、第2ラジエータを介して、駆動用モータの制御部
の水温を適正温度に保つことができる。
【0016】第3の発明では、摺動部の多いシリンダブ
ロック部の水温を上昇できるので、その摺動部の油膜温
度の上昇により摩擦損失を低減でき、エンジンの始動性
と発電効率をより向上させることができる。
【0017】第4の発明では、エンジンの稼働にかかわ
らず、エンジンの始動性と発電効率を向上させることが
できる。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。
【0019】図1は、第1の実施の形態のハイブリッド
型電気自動車の冷却装置を示す。車両の駆動用モータ1
0は、例えば3相誘導電動機からなり、図示していない
車両の駆動輪を駆動するようになっている。この駆動用
モータ10は、基本的には図示していないバッテリの電
力によって駆動されるものであり、バッテリの直流電圧
を3相交流電圧に変換する変換器およびその速度制御を
行うモータ駆動制御装置からなる制御部(以下、モータ
制御部と言う)11を備えている。
【0020】エンジン12は、例えばガソリンエンジン
からなり、発電機13を駆動するようになっている。発
電機13は、駆動によって基本的にはバッテリに充電す
るようになっている。
【0021】エンジン12およびモータ制御部11は、
各々を冷却する第1冷却回路14および第2冷却回路1
5を備えている。
【0022】エンジンを冷却する第1冷却回路14は、
第1ラジエータ16と、エンジン12により駆動される
ウォータポンプ17と、配管系からなる。ウォータポン
プ17の出口部はエンジン12の冷却水路入口部に設け
られる。配管系の途中には、冷却水温が低いときに、エ
ンジン12を通過した冷却水が第1ラジエータ16に流
れないように第1ラジエータ16への通路を閉じてバイ
パス通路18に導き、冷却水温が設定温度(例えば、8
0℃)以上になると、徐々に第1ラジエータ16への通
路を開きバイパス通路18を閉じて冷却水を第1ラジエ
ータ16に導く第1サーモスタット19が設けられる。
また、エンジン12の冷却水路出口部に冷却水温を検出
する第1水温センサ20が設置される。
【0023】モータ制御部11を冷却する第2冷却回路
15は、電動ウォータポンプ21と、第2ラジエータ2
2と、配管系からなる。電動ウォータポンプ21の出口
部はモータ制御部11の冷却水路入口部に設けられる。
モータ制御部11の冷却水路出口部に冷却水温を検出す
る第2水温センサ23が設置される。
【0024】そして、第1冷却回路14には、エンジン
12の冷却水路出口側と、第1ラジエータ16のバイパ
ス通路18もしくは該バイパス通路18を開閉する第1
サーモスタット19との間に、流路の第1切換手段(例
えば、三方電磁弁)24が設けられ、第1切換手段24
から、第2冷却回路15の電動ウォータポンプ21の入
口部と、第2ラジエータ22の冷却水路入口側とに、そ
れぞれ分岐路25,26を介してつながる第1バイパス
通路27が設けられる。第1切換手段24により、エン
ジン12の冷却水路出口側が、第1サーモスタット19
側と、第1バイパス通路27とに切換、接続される。第
1バイパス通路27には、分岐路25,26上流の冷却
水温が低いときに、分岐路25を開き分岐路26を閉
じ、その冷却水温が設定温度以上になると、次第に分岐
路25を閉じ分岐路26を開く第2サーモスタット28
が設けられる。
【0025】第2冷却回路15には、モータ制御部11
の冷却水路出口側(前記分岐路26の接続部よりも上流
側)に流路の第2切換手段(例えば、三方電磁弁)29
が設けられ、第2切換手段29から、第1冷却回路14
のウォータポンプ17の入口部(ウォータポンプ17の
入口部と第1ラジエータ16の間であれば良い)につな
がる第2バイパス通路30が設けられる。
【0026】一方、前記第1水温センサ20、第2水温
センサ23の検出信号は、エンジン12の運転状態検出
手段の検出信号と共に、冷却回路を制御する制御装置
(制御手段)35に入力される。
【0027】この制御装置35により、第1水温センサ
20、第2水温センサ23、運転状態検出手段の検出信
号に基づき、前記第1切換手段24、第2切換手段29
の駆動が制御される。
【0028】なお、第1ラジエータ16、第2ラジエー
タ22の冷却ファンは、図示されない。
【0029】次に、このハイブリッド型電気自動車の冷
却装置の作用を説明する。
【0030】まず、エンジン12およびモータ制御部1
1の冷却回路の水温について説明する。車両走行時、モ
ータ10を駆動するため、モータ制御部11内では、バ
ッテリの直流電圧を3相交流電圧に変換する変換器およ
びその速度制御を行うモータ駆動制御装置からの発熱に
より、モータ制御部11を冷却する第2冷却回路15内
の水温は上昇する。ここで、モータ制御部15は電子機
器であるため、第2冷却回路15内の水温はある一定温
度(例えば、50〜70℃)以下に保つ必要がある。
【0031】一方、バッテリの端子電圧が設定値以下と
なり、発電機13の駆動のためエンジン12が稼働した
場合、エンジン12からの発熱により、エンジン12を
冷却する第1冷却回路14内の水温も上昇する。このと
き、エンジン12内の摺動部を滑らかにして、摩擦損失
を減少させ、エンジン12の燃焼効率を上げるには、冷
却水温を高め(例えば、100℃)に保つ必要がある。
しかしながら、発電機13用のエンジン12は常時稼働
ではないため、車両走行中や停止時を含めたエンジン1
2の停止時には、第1冷却回路14内の水温は、走行風
や車両停止時のエンジンルーム内雰囲気温度により低下
し、エンジン12の停止が長時間にわたる場合、外気温
と略同じとなる。
【0032】本冷却装置は、モータ制御部11の第2冷
却回路15内の水温によって、エンジン12の第1冷却
回路14内の水温を上昇させるものである。
【0033】以下、本冷却装置の制御動作内容を図2の
フローチャート、図3〜図5の動作状態図に基づいて説
明する。
【0034】図2において、ステップ1でハイブリッド
型電気自動車の電源スイッチがONとなると、エンジン
12のエンジンスイッチ(運転状態検出手段)のON−
OFF状態からエンジン12の稼働状態と、第1水温セ
ンサ20からの水温Twと、第2水温センサ23からの
水温Teとを検出する。
【0035】バッテリが十分に充電された状態で、車両
走行開始直後、すなわち第1水温センサ20からの水温
Twがモータ制御部11の冷却水温の上限温度より低い
切換手段設定温度Te0(例えば、上限温度より5℃低
い温度)より低く、エンジン12が停止しており、また
第2水温センサ23からの水温Teが前記切換手段設定
温度Te0より低い場合、ステップ2,3,4からステ
ップ6へ進み、冷却回路パターン2を形成する。
【0036】この冷却回路パターン2では、図3のよう
にモータ制御部11の冷却水路出口からの冷却水は、第
2切換手段29により、流路を第2バイパス通路30へ
切換えられ、第2ラジエータ22への流路は遮断され
る。エンジン12の冷却水路出口からの冷却水は、第1
切換手段24により、流路を第1バイパス通路27へ切
換えられ、第1ラジエータ16および第1サーモスタッ
ト19への流路は遮断される。第1バイパス通路27に
流れ込む冷却水は、切換温度が前記切換手段設定温度T
e0と同じに設定された第2サーモスタット28によ
り、分岐路25を介して電動ウォータポンプ21の入口
側へ導かれる。したがって、モータ制御部11を冷却し
た冷却水は、エンジン12の内部を通過し、ラジエータ
を経由せず、モータ制御部11へ循環される。
【0037】この結果、モータ制御部11で温められた
冷却水がエンジン12内部を流れることで、エンジン1
2内部を温め、エンジン12内部温度が一定に保たれる
ことになる。このため、バッテリ端子電圧が設定値より
低くなり、エンジン12が始動する場合、エンジン12
内部の温度が上昇しているため、始動性が良くなり、か
つエンジン12内部の摺動部の油膜温度の上昇に伴うオ
イルの粘性の低下により、摺動部での摩擦損失が低下す
ることで、エンジン12の燃焼効率、発電効率が向上す
る。さらには、図示していない車室暖房用のヒータ配管
をエンジン12本体のみに接続することが可能となり、
ヒータへの冷却水温度も早期に上昇させることができ、
寒冷地におけるヒータ性能も向上させることができる。
【0038】また、車両走行開始直後でバッテリ端子電
圧が設定値より低く、エンジン12が稼働した状態であ
るが、第1水温センサ20からの水温Twが前記切換手
段設定温度Te0より低く、また第2水温センサ23か
らの水温Teがその水温Twより高く、かつ前記切換手
段設定温度Te0より低い場合、ステップ2,3,5か
らステップ6へ進み、上記と同様の冷却回路パターン2
を形成する。
【0039】この場合、上記の効果をさらに向上させる
ことに加えて、モータ制御部11に比べて発熱量の大き
いエンジン12からの発熱量による水温上昇に対して
も、第1切換手段24と第2切換手段29の流路切換制
御を行う十分な時間が確保されるため、切換手段設定温
度Te0以上の水温となる冷却水の、モータ制御部11
への流入を抑制できる。
【0040】次に、バッテリが十分に充電され、エンジ
ン12が稼働せずに車両が走行している状態で、第1水
温センサ20からの水温Twが前記切換手段設定温度T
e0以下で、第2水温センサ23からの水温Teが前記
切換手段設定温度Te0より高くなった場合、ステップ
2,3,4からステップ7へ進み、冷却回路パターン3
を形成する。
【0041】この冷却回路パターン3では、第1切換手
段24と第2切換手段29の制御は冷却回路パターン2
と同じであるが、図4のように第1バイパス通路25を
流れる水温が第2サーモスタット28の切換温度以上と
なるため、第1バイパス通路27の分岐路26が開か
れ、第1バイパス通路27に流れ込む冷却水は、分岐路
26を介して第2ラジエータ22の冷却水路入口側へ導
かれる。したがって、モータ制御部11を冷却した冷却
水は、エンジン12の内部を通過し、第2ラジエータ2
2を経由して、モータ制御部11へ循環される。
【0042】この場合、冷却回路パターン2と同様に、
モータ制御部11で温められた冷却水がエンジン12の
内部を流れることで、エンジン12内部を温めることに
なる。エンジン12に与える効果は、冷却回路パターン
2と同じである。さらに、冷却回路パターン3の場合、
モータ制御部11で受熱した熱量をエンジン11本体に
与えることで、第2ラジエータ22への負荷を低減す
る。これにより、第2ラジエータ22を通過する冷却水
温が低下することで、ラジエータ通過風温を低下させ、
エンジンルーム内の雰囲気温度を低下させることにな
る。
【0043】次に、バッテリ端子電圧が設定値より低
く、エンジン12が稼働した状態で、第2水温センサ2
3の水温Teが第1水温センサ20の水温Twより低い
か、前記切換手段設定温度Te0より高い場合、ステッ
プ2,3,5からステップ8へ、さらにエンジン12の
稼働の有無にかかわらず、第1水温センサ20の水温T
wが前記切換手段設定温度Te0以上の場合、ステップ
2からステップ8へ、それぞれ進み、冷却回路パターン
1を形成する。
【0044】冷却回路パターン1では、図5のようにモ
ータ制御部11の冷却水路出口からの冷却水は、第2切
換手段29により、流路を第2ラジエータ22側へ切換
えられ、第2バイパス通路30への流路は遮断される。
エンジン12の冷却水路出口からの冷却水は、第1切換
手段24により、流路を第1ラジエータ16側へ切換え
られ、第1バイパス通路27への流路は遮断される。し
たがって、モータ制御部11を冷却する冷却回路15
と、エンジン12を冷却する冷却回路14は完全に独立
される。
【0045】この場合、エンジン12とモータ制御部1
1で受熱した熱量は、各々の冷却回路14,15に設け
られたラジエータ16,22で放熱することで、独立し
た水温に制御されることになり、エンジン16を冷却す
る冷却水の、モータ制御部11を冷却する冷却水への影
響、すなわちモータ制御部11の冷却水温を上昇させる
心配はない。
【0046】図6は、第2の実施の形態のハイブリッド
型電気自動車の冷却装置を示す。この冷却装置は、第2
切換手段29からエンジン11の第1冷却回路14への
第2バイパス通路と、エンジン12により駆動されるウ
ォータポンプ17の設置位置以外の構成は、第1の実施
の形態と同じである。なお、第1の実施の形態と同じ構
成の部分には、同符号を付してある。
【0047】エンジン12を冷却する第1冷却回路14
において、第1ラジエータ16からの流路をエンジン1
2のシリンダヘッド部40に接続すると共に、そのシリ
ンダヘッド部40の冷却水路入口部にウォータポンプ1
7が、シリンダヘッド部40にウォータポンプ17の出
口部を向けて設けられる。モータ制御部11からの第2
バイパス通路41はエンジン12のシリンダブロック部
42に接続される。制御動作は第1の実施の形態と同じ
である。
【0048】この冷却装置では、バッテリ端子電圧が設
定値より低く、エンジン12が稼働した場合に、エンジ
ン12駆動のウォータポンプ17からの冷却水をシリン
ダヘッド部40のみに流すため、シリンダブロック部4
2の冷却水の流れを抑制し、シリンダブロック部42か
らの受熱量は、冷却水の自然対流によりシリンダヘッド
部40側へ伝わることで、シリンダブロック部42の水
温を上昇させる。これによって、シリンダブロック部4
2の摺動部の油膜温度が上昇し、摩擦損失が低減され、
エンジン12の燃焼効率、発電効率が向上する。
【0049】また、第2切換手段29により、第2冷却
回路15の流路が第2バイパス通路41に切換えられ、
モータ制御部11を冷却する冷却水がエンジン12のシ
リンダブロック部42に流れ込む場合、第1の実施の形
態に対して、ウォータポンプ17を経由しないため、ウ
ォータポンプ17による抵抗がなくなり、冷却水の流速
低下が抑制される。さらに、モータ制御部11からの冷
却水は、シリンダブロック部42に流入するため、冷却
水によるエンジン12の温度上昇は摺動部の多いシリン
ダブロック部42となり、これによってシリンダブロッ
ク部42の摺動部の油膜温度が上昇し、摩擦損失が低減
され、第1の実施の形態よりエンジン12の燃焼効率、
発電効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態を示す構成図である。
【図2】制御動作内容を示すフローチャートである。
【図3】動作状態図である。
【図4】動作状態図である。
【図5】動作状態図である。
【図6】第2の実施の形態を示す構成図である。
【符号の説明】
10 駆動用モータ 11 モータ制御部 12 エンジン 13 発電機 14 第1冷却回路 15 第2冷却回路 16 第1ラジエータ 17 ウォータポンプ 18 バイパス通路 19 第1サーモスタット 20 第1水温センサ 21 電動ウォータポンプ 22 第2ラジエータ 23 第2水温センサ 24 第1切換手段 25,26 分岐路 27 第1バイパス通路 28 第2サーモスタット 29 第2切換手段 30 第2バイパス通路 35 制御装置 40 シリンダヘッド部 41 第2バイパス通路 42 シリンダブロック部

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 車両を駆動する駆動用モータと、該駆動
    用モータの電源となる充放電可能なバッテリと、該バッ
    テリを充電する発電機と、該発電機を駆動するエンジン
    とを備えるハイブリッド型電気自動車において、 エンジンを冷却する第1冷却回路と、駆動用モータの制
    御部を冷却する第2冷却回路と、第1冷却回路と第2冷
    却回路をつなぐバイパス通路と、該バイパス通路へ各冷
    却回路の流路を切換える切換手段と、エンジンの運転状
    態を検出する運転状態検出手段と、第1冷却回路内の水
    温を検出する第1水温センサと、第2冷却回路内の水温
    を検出する第2水温センサと、これらの検出値に応じて
    前記切換手段を制御する制御手段と備えることを特徴と
    するハイブリッド型電気自動車の冷却装置。
  2. 【請求項2】 エンジンの冷却水路出口側と、第1冷却
    回路に設けられた第1ラジエータのバイパス通路もしく
    は該バイパス通路を開閉する第1サーモスタットとの間
    に第1切換手段を備え、 該第1切換手段から、第2冷却回路のウォータポンプの
    入口部と、第2冷却回路に設けられた第2ラジエータの
    冷却水路入口側とにそれぞれ分岐路を介してつながると
    共に、これらの分岐路の開度を切換える第2サーモスタ
    ットを備えた第1バイパス通路を設け、 駆動用モータの制御部の冷却水路出口側に第2切換手段
    を備え、 該第2切換手段から、第1冷却回路のウォータポンプの
    入口部につながる第2バイパス通路を設けた請求項1に
    記載のハイブリッド型電気自動車の冷却装置。
  3. 【請求項3】 第1冷却回路のウォータポンプの出口部
    をエンジンのシリンダヘッド部に設けており、 第2バイパス通路をそのウォータポンプの入口部につな
    げる代わりに、エンジンのシリンダブロック部につなげ
    た請求項2に記載のハイブリッド型電気自動車の冷却装
    置。
  4. 【請求項4】 第1冷却回路内の水温が低いときに、駆
    動用モータの制御部を通過した冷却水をエンジンに導入
    するようになっている請求項1〜3のいずれか1つに記
    載のハイブリッド型電気自動車の冷却装置。
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