JP2007153054A - 車両に搭載された電気機器の冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両に搭載された電気機器をエアコンで効率よく冷却する。
【解決手段】ＥＣＵは、エアコンが内気循環状態であって（Ｓ１００にてＹＥＳ）、車室内温度ＴＨ（Ａ）が設定温度から予め定められた範囲内にあって（Ｓ５００にてＹＥＳ）、二次電池冷却風温度ＴＨ（ＡＢ）が目標値（１）よりも高い場合（Ｓ６００にてＮＯ）や、二次電池冷却風温度ＴＨ（ＡＢ）が目標値（１）以下であるが（Ｓ６００にてＹＥＳ）、二次電池温度が目標値（２）よりも高い場合（Ｓ７００にてＮＯ）には、内外気切換ダンパを外気導入側に作動させる（Ｓ８００）。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両に搭載された電気機器（蓄電機構、電力変換用半導体素子等）の冷却装置に関し、特に、エアコンディショナを備えた車両に搭載された電気機器を効率的に冷却する冷却装置に関する。

内燃機関（たとえば、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの公知の機関を用いることが考えられる。）と電気モータとを組合せたハイブリッドシステムと呼ばれるパワートレインを搭載した車両が開発され、実用化されている。このような車両においては、走行用の電気モータを駆動するための二次電池やコンデンサ等の蓄電機構およびインバータやＤＣ／ＤＣコンバータ等の電力変換用機器の電気機器を搭載している。この二次電池は、化学反応により放電や充電が行なわれ、この化学反応が発熱を伴うため、冷却する必要がある。また、インバータやＤＣ／ＤＣコンバータもパワー素子が発熱するため、冷却する必要がある。一般的に、電気機器においては電力線に電流が流れるとジュール熱が発生するため、冷却する必要がある。

このような電気機器は、たとえば、車両後席とラゲッジルームとの間に配置されることがある。この電気機器は、空気通路をなすダクト状のケーシング内に配置されており、ケーシング内の電気機器の吸気上流側であって、電気機器と後部座席との間には、電気機器を冷却する冷却風を発生させる冷却ファンが配置されている。そして、このケーシングの上流端部は、車室内に連通（具体的にはリアパッケージトレイに開口）しているため、電気機器が、車室内の空気にて冷却されることになる。

また、インバータやＤＣ／ＤＣコンバータは、ＰＣＵ（Power Control Unit）と呼ばれる電気機器として一体化されて車両に搭載されることもある。このＰＣＵも、電気機器として、車両後席とラゲッジルームとの間に配置されることがある。ハイブリッド車両においては、エンジンに加えてこのような電気機器を搭載しなければならない。

さらに、車両には、通常、車室内の温度を調整するエアコンディショナ（以下、エアコンと記載する）が備えられており、設定温度に従い（あるいは搭乗者の操作に従い）、車室内の温度が高いときには冷房を、車室内の温度が低いときには暖房する。特開平８−４００８８号公報（特許文献１）は、電気自動車の空調装置を開示する。この公報に開示された電気自動車の空調装置は、送風器と、この送風器に吸入されるエアーを外気、内気に切換自在のインテークドアと、送風器によって送風されるエアーを冷却自在のクーリングユニットと、このクーリングユニットを通過したエアーを加温可能のサブコンデンサと、このサブコンデンサを通過したエアーを室内に導く室内用ダクトと、サブコンデンサを通過したエアーを、バッテリを内装したバッテリフレームに導くべく室内用ダクトから分岐したバッテリダクトと、室内用ダクトとバッテリダクトとの分岐位置においてエアーを室内用ダクト側へ又はバッテリダクト側へ切換自在かつ切換開度を調節自在のバッテリドアと、送風器の回転及びインテークドアとバッテリドアの切換開度並びにクーリングユニットを通過したエアーの加温の要否を制御自在のエアコンコントロールユニットとを備える。

この電気自動車の空調装置によると、送風器を駆動すると、インテークドアから外気または車室内の空気あるいはその混合空気が吸入され、クーリングユニットにおいて冷却される。そして、サブコンデンサユニットを通過した後、バッテリドアの切換えによって室内用ダクトまたはバッテリダクトへ切換えられ、又は適宜量に配分される。この際、送風器の回転数及びインテークドア、バッテリドアの切換開度並びにサブコンデンサによるエアーの加温の要否がエアコンコントロールユニットによって制御されるものである。したがって、車室内の空調とバッテリを内装したバッテリフレーム内の空調とを共通の空調装置を用いて行うことができるものである。よって、空調装置の構成の簡素化を図ることができ、全体としての重量の軽量化を図ることができるものである。また、バッテリの冷却、加温を行なうことができ、バッテリを所定の温度範囲に維持することができ、バッテリの長寿命化を図ることができる。
特開平８−４００８８号公報

しかしながら、冷却対象物であるバッテリへの冷却風量を確保すべくエアコン風量を増加させても、エアコンが外気導入状態になっており、かつ外気温が高いと、バッテリが要求する冷却風を確保できない。また、エアコンが外気導入状態になっておりかつ外気温が高い場合において、バッテリが要求する冷却風を供給しようとエアコンを作動させると、エアコンの負荷が過大となり、ブロアの騒音ひいては燃費の悪化を招く。さらに、この場合、多量の空気を外気から導入されるので、微細なごみや臭いが車室内に侵入することもある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、電気機器を搭載した車両に好ましく適用される、冷却効率に優れた電気機器の冷却装置を提供することである。

第１の発明に係る冷却装置は、車両に搭載された電気機器を冷却する。この冷却装置は、車室内に設けられた冷却風吸入口と、冷却風吸入口から電気機器に冷却風を供給するための供給手段と、車室内の空気を循環させながら、車室内の空気の温度を調整するための調整手段と、調整手段により調整された車室内の空気の温度が、設定された温度から予め定められた範囲内にあるときに、調整手段から車室内への吹き出し流量を制御するための制御手段とを含む。

第１の発明によると、車室内の空気を循環させながら（外気を導入させることなく）、車室内の空気の温度が調整手段により調整される。調整された車室内の空気の温度が、設定された温度から予め定められた範囲内にあるときに、車室内への吹き出し流量が制御されて、増加される。このときには、車室内の温度が過度に高くなく、内気循環状態であるので、調整手段の負荷も過大にならず、外気から空気が導入されないので微細なごみや臭い等の問題も発生しない。その結果、電気機器を搭載した車両に好ましく適用される、冷却効率に優れた電気機器の冷却装置を提供することができる。

第２の発明に係る冷却装置は、第１の発明の構成に加えて、電気機器の冷却要求を検知するための検知手段をさらに含む。制御手段は、冷却要求を検知すると、吹き出し流量が増加するように、調整手段を制御するための手段を含む。

第２の発明によると、車室内の空気を循環させながら、車室内の空気の温度が調整されて、車室内の空気の温度が設定された温度から予め定められた範囲内にあるときに、冷却要求があると、調整手段からの吹き出し流量が増加される。増加された冷却風が、冷却風吸入口から電気機器に供給されるので、電気機器を適切に冷却できる。

第３の発明に係る冷却装置においては、第２の発明の構成に加えて、調整手段は、車室内の空気を循環させる状態と車外の空気を導入する状態とを切換えるための切換手段を含む。制御手段は、吹き出し流量が変化するように、切換手段を制御するための手段を含む。

第３の発明によると、内気循環状態から、切換手段を用いて外気を導入して、吹き出し流量を変化させることができるので、適量の冷却風を冷却風吸入口から電気機器に供給させることができる。

第４の発明に係る冷却装置においては、第３の発明の構成に加えて、制御手段は、冷却要求を検知すると、車室外から空気を導入するように切換手段を制御するための手段を含む。

第４の発明によると、内気循環状態から、外気を（少しだけでも）導入して吹き出し流量を増加させて、冷却風吸入口から電気機器に供給される冷却風の流量を増加させることができる。

第５の発明に係る冷却装置においては、第２の発明の構成に加えて、調整手段は、温度が調整された空気を車室内に吹き出すブロアを含む。制御手段は、吹き出し流量が変化するように、ブロアを制御するための手段を含む。

第５の発明によると、たとえば電気モータに作動されるブロアの回転数を制御して、吹き出し流量を変化させることができるので、適量の冷却風を冷却風吸入口から電気機器に供給させることができる。

第６の発明に係る冷却装置においては、第５の発明の構成に加えて、制御手段は、冷却要求を検知すると、吹き出し流量が増加するように制御するための手段を含む。

第６の発明によると、ブロアの回転数を上昇させて吹き出し流量を増加させて、冷却風吸入口から電気機器に供給される冷却風の流量を増加させることができる。

第７の発明に係る冷却装置においては、第１〜６のいずれかの発明の構成に加えて、調整手段は、エアコンディショナである。

第７の発明によると、車室内の空気の温度を調整するエアコンディショナからの吹き出す空気量を増やして、十分なエアコン冷却風を冷却風吸入口に向かって吹き出すことができる。

第８の発明に係る冷却装置においては、第１〜７のいずれかの発明の構成に加えて、電気機器は蓄電機構である。

第８の発明によると、車両に搭載された、蓄電機構である二次電池やコンデンサを効率的に冷却することができる。

第９の発明に係る冷却装置においては、第１〜７のいずれかの発明の構成に加えて、電気機器は電力変換用半導体素子である。

第９の発明によると、車両に搭載された、インバータやＤＣ／ＤＣコンバータ等の電力変換用半導体素子を効率的に冷却することができる。

第１０の発明に係る冷却装置においては、第１〜９のいずれかの発明の構成に加えて、車両は、２種類の動力源を搭載した車両である。

第１０の発明によると、２種類の動力源を搭載したハイブリッド車両に好適に用いられる冷却装置を提供することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。なお、以下の説明では、蓄電機構の一例である二次電池を電気機器として冷却する車両用冷却装置について説明するが、本発明はこれに限定されない。蓄電機構は二次電池ではなくコンデンサであってもよいし、電気機器は蓄電機構（二次電池やコンデンサ）ではなく、インバータやＤＣ／ＤＣコンバータを含むＰＣＵであってもよい。また、以下の説明において、車両は、エンジンとモータとを駆動源とするハイブリッド車両を想定するが、電気自動車（ＥＶ）であってもよい（ＥＶの電源は限定されるものでない）。

＜第１の実施の形態＞
図１に、本実施の形態に係る車両用冷却装置を搭載した車両の断面図を示す。図１に示すように、この車両用冷却装置は、車室内空間（搭乗空間）より車両後方側のトランクルーム（搭乗空間以外の空間）内に配設される。また、この車両用冷却装置は、車両幅方向の両側のタイヤハウスを避けるように車両幅方向のほぼ中央部に設置されている。

車両用冷却装置は、車両の駆動源である充放電可能な二次電池（ニッケル水素電池やリチウムイオン電池）１００と、二次電池１００の電動冷却ファン２００とを含む。

二次電池１００は、たとえば、角型のバッテリセル（通常１．２Ｖ程度の出力電圧）が６個直列に接続されて１個のバッテリモジュールを形成し、多数（２０〜３０個）のバッテリモジュールを直列に接続してバッテリパックとして構成される。なお、この二次電池１００の体格は、一例として、車両幅方向のリヤサイドメンバの内側に収まるような寸法である。

車両用冷却装置は、車室内空間の空気が、冷却風吸込口２１０からダクトを介して電動冷却ファン２００により吸引されることにより、二次電池１００に供給されて、二次電池１００を冷却する。

冷却風吸込口２１０は、リアガラスの下方部位に位置するリアパッケージトレイ（通常、オーディオのスピーカー等が設置される部材）に開口している。つまり、冷却風吸込口２１０につながるダクトは、図１に示すように上方から下方に延びるように配置されているため、車室内空気は、図１の矢印で示すように上方から下方に流れ、この車室内空気は、電動冷却ファン２００によって二次電池１００に向けて吸い込まれ（バッテリモジュールの間を流れて）、その後、二次電池１００を冷却した空気は、二次電池１００の後方に接続されたダクト５００を通って車外に排出される。

エアコン３００は、車外から空気を取り入れる外気導入状態（外気導入モード）と車室内の空気を循環させる内気循環状態（内気循環モード）とを切換えるための内外気切換ダンパ４００を有する。内外気切換ダンパ４００が図１の紙面の上側にあるとき内気循環モードであって、紙面の下側にあるとき外気導入モードである。この内外気切換ダンパ４００は、電気モータや空気アクチュエータで作動され、これらの機器（モータ、アクチュエータ）はＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０００からの指令信号に基づいて、その作動が制御される。また、ＥＣＵ１０００には、車室内に設けられた温度センサから車室内温度ＴＨ（Ａ）、冷却風吸込口２１０近傍に設けられた温度センサから二次電池冷却風温度ＴＨ（ＡＢ）、二次電池１００に設けられた温度センサから二次電池温度ＴＨ（Ｂ）が、それぞれ入力される。ＥＣＵ１０００は、各センサから入力された温度情報等に基づいてエアコン３００を制御する。

図２を参照して、本実施の形態に係る冷却装置を制御するＥＣＵ１０００で実行されるプログラムの制御構造について説明する。

ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、ＥＣＵ１０００は、エアコン３００の内外気切換ダンパ４００が内気循環状態であるか否かを判断する。内気循環状態であると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、処理はＳ２００へ移される。もしそうでないと（Ｓ１００にてＮＯ）、この処理は終了する。

Ｓ２００にて、ＥＣＵ１０００は、車室内温度ＴＨ（Ａ）を検知する。Ｓ３００にて、ＥＣＵ１０００は、二次電池温度ＴＨ（Ｂ）を検知する。Ｓ４００にて、ＥＣＵ１０００は、二次電池冷却風温度ＴＨ（ＡＢ）を検知する。

Ｓ５００にて、ＥＣＵ１０００は、エアコン３００の設定温度に対して、車室内温度ＴＨ（Ａ）が大きく乖離していないか否かを判断する。たとえば、αおよびβを正の値として、｛（設定温度−α）＜車室内温度ＴＨ（Ａ）＜（設定温度＋β）｝であると（Ｓ５００にてＹＥＳ）、処理はＳ６００へ移される。もしそうでないと（Ｓ５００にてＮＯ）、処理はＳ９００へ移される。

Ｓ６００にて、ＥＣＵ１０００は、二次電池冷却風温度ＴＨ（ＡＢ）が目標値（１）以下になっているか否かを判断する。二次電池冷却風温度ＴＨ（ＡＢ）が目標値（１）以下になっていると（Ｓ６００にてＹＥＳ）、処理はＳ７００へ移される。もしそうでないと（Ｓ６００にてＮＯ）、処理はＳ８００へ移される。

Ｓ７００にて、ＥＣＵ１０００は、二次電池温度ＴＨ（Ｂ）が目標値（２）以下になっているか否かを判断する。たとえば、二次電池温度ＴＨ（Ｂ）が目標値（２）以下になっていると（Ｓ７００にてＹＥＳ）、処理はＳ９００へ移される。もしそうでないと（Ｓ７００にてＮＯ）、処理はＳ８００へ移される。

Ｓ８００にて、ＥＣＵ１０００は、内外気切換ダンパ４００を外気導入側に１０％程度作動させる。Ｓ９００にて、ＥＣＵ１０００は、内外気切換ダンパ４００を作動させる制御を停止させる（内気循環状態となる）。

以上のような構造に基づく、本実施の形態に係る車両用冷却装置の動作について、説明する。

たとえば、車両がＲＥＡＤＹ−ＯＮ状態になると、電動冷却ファン２００を駆動するモータに作動指令信号が出力されて、電動冷却ファン２００が作動を始める。車室内温度ＴＨ（Ａ）、二次電池温度ＴＨ（Ｂ）および二次電池冷却風温度ＴＨ（ＡＢ）が検知される。

［エアコンにより空調性能が満足されているが、二次電池冷却風温度が高いとき］
車室内温度ＴＨ（Ａ）が設定温度に対して適正な範囲にあって空調性能が満足されているときであって（Ｓ５００にてＹＥＳ）、二次電池冷却風温度ＴＨ（ＡＢ）が目標値（１）よりも高いと（Ｓ６００にてＮＯ）、内外気切換ダンパ４００を内気循環側から外気導入側へ切換えられる（Ｓ８００）。

このようにすると、車室内の温度が適正に低下しており、一方、二次電池１００を冷却するための冷却風の温度（ＴＨ（ＡＢ））が高いときに、内外気ダンパ４００が外気導入側に１０％程度切換えられて、外気導入量を増やして、エアコン３００の吹き出し口から冷却風吸入口２１０に向かう風量を多くすることができる。

［エアコンにより空調性能が満足され二次電池冷却風温度も低いが、二次電池温度が高いとき］
車室内温度ＴＨ（Ａ）が設定温度に対して適正な範囲にあって空調性能が満足されているときであって（Ｓ５００にてＹＥＳ）、二次電池冷却風温度ＴＨ（ＡＢ）が目標値（１）以下であるが（Ｓ６００にてＹＥＳ）、二次電池温度ＴＨ（Ｂ）が目標値（２）よりも高いと（Ｓ７００にてＮＯ）、内外気切換ダンパ４００を内気循環側から外気導入側へ切換えられる（Ｓ８００）。

このようにすると、車室内の温度が適正に低下しており、一方、二次電池１００を冷却するための冷却風の温度（ＴＨ（ＡＢ））が低いが、二次電池１００の温度が高いときに、内外気ダンパ４００が外気導入側に１０％程度切換えられて、外気導入量を増やして、エアコン３００の吹き出し口から冷却風吸入口２１０に向かう風量を多くすることができる。

［エアコンにより空調性能が満足され二次電池冷却風温度も低く、二次電池温度が低いとき］
車室内温度ＴＨ（Ａ）が設定温度に対して適正な範囲にあって空調性能が満足されているときであって（Ｓ５００にてＹＥＳ）、二次電池冷却風温度ＴＨ（ＡＢ）が目標値（１）以下であって（Ｓ６００にてＹＥＳ）、二次電池温度ＴＨ（Ｂ）が目標値（２）以下であると（Ｓ７００にてＹＥＳ）、内外気切換ダンパ４００は内気循環側のままである（Ｓ９００）。

このようにすると、車室内の温度が適正に低下しており、二次電池１００を冷却するための冷却風の温度（ＴＨ（ＡＢ））が低く、二次電池１００の温度も低いので、エアコン３００から冷却風吸入口２１０への流量が十分であると判断されて、内外気ダンパ４００を切換えられることなく内気循環のまま維持される。

［エアコンにより空調性能が満足されていないとき］
車室内温度ＴＨ（Ａ）が設定温度に対して適正な範囲にないとき（Ｓ５００にてＮＯ）、内外気切換ダンパ４００は内気循環側のままである（Ｓ９００）。

このようにすると、車室内の温度が適正に低下していないので、エアコン３００を内気循環で作動させて（外気を導入することなく）、車室内の温度を速やかに低下させる。

以上のようにして、本実施の形態に係る車両用冷却装置によると、エアコンにより車室内の温度が適正な範囲にある場合に、二次電池冷却風温度が高かったり、二次電池温度が高いと、外気を導入してエアコンからの吹き出す空気量を多くすることにより、吸気口近傍に多量のエアコンからのエアコン冷却風を到達させることができ、吸気口近傍の空気温度を低下させることができる。

＜第２の実施の形態＞
以下、本発明の第２の実施の形態に係る車両用冷却装置について説明する。なお、前述の第１の実施の形態と同じ説明についてはここでは繰り返さない。

図３に、図１に対応する制御ブロック図を、図４に、図２に対応するフローチャートを示す。以下、異なる点についてのみ説明する。

図３に示すように、本実施の形態においては、ＥＣＵ１０００が制御するのは、エアコン３００の内外気切換ダンパ４００ではなく、エアコン３００のブロアファン４１０である。ＥＣＵ１０００は、ブロアファン４１０を作動させている電気モータへの供給電力を変化させる等により電気モータの回転数を変化させて、ブロアファン４１０の風量を制御する。

図４を参照して、ＥＣＵ１０００で実行されるプログラムは、図１におけるＳ１００の処理の代わりにＳ１１００の処理、図１におけるＳ８００の処理の代わりにＳ１８００の処理が、図１におけるＳ９００の処理の代わりにＳ１９００の処理がそれぞれ実行される。

Ｓ１１００にて、ＥＣＵ１０００は、エアコン３００がフル流量でないか否かを判断する。エアコン３００のブロアファン４１０がまだフル流量でないと（Ｓ１１００にてＹＥＳ）、処理はＳ２００へ移される。もしそうでないと（Ｓ１１００にてＮＯ）、この処理は終了する。

Ｓ１８００にて、ＥＣＵ１０００は、ブロアファン４１０を作動させている電気モータの回転数を上昇させる等してエアコン３００の吹き出し流量を増加させる。Ｓ１９００にて、ＥＣＵ１０００は、流量増量制御を停止させる。

以上のような構造に基づく、本実施の形態に係る車両用冷却装置においても、前述の第１の実施の形態と同じように、二次電池１００をより冷却したい場合にエアコン３００のブロアファン４１０により吹き出されるエアコン冷却風の流量を増大させることにより、適正に二次電池１００を冷却することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の第１の実施の形態に係る車両用冷却装置の制御ブロック図である。 図１のＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態に係る車両用冷却装置の制御ブロック図である。 図３のＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。

符号の説明

１００ 二次電池、２００ 電動冷却ファン、２１０ 冷却風吸入口、３００ エアコン、３１０ 吹き出し口、３２０ 取り入れ口、４００ 内外気切換ダンパ、４１０ エアコンブロア、５００ 排気ダクト、１０００ ＥＣＵ。

Claims (10)

1. 車両に搭載された電気機器の冷却装置であって、
   車室内に設けられた冷却風吸入口と、
   前記冷却風吸入口から前記電気機器に冷却風を供給するための供給手段と、
   前記車室内の空気を循環させながら、車室内の空気の温度を調整するための調整手段と、
   前記調整手段により調整された車室内の空気の温度が、設定された温度から予め定められた範囲内にあるときに、前記調整手段から前記車室内への吹き出し流量を制御するための制御手段とを含む、車両に搭載された電気機器の冷却装置。
2. 前記冷却装置は、前記電気機器の冷却要求を検知するための検知手段をさらに含み、
   前記制御手段は、前記冷却要求に応じて、前記吹き出し流量が変化するように、前記調整手段を制御するための手段を含む、請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記調整手段は、車室内の空気を循環させる状態と車外の空気を導入する状態とを切換えるための切換手段を含み、
   前記制御手段は、前記吹き出し流量が変化するように、前記切換手段を制御するための手段を含む、請求項２に記載の冷却装置。
4. 前記制御手段は、前記冷却要求を検知すると、前記車室外から空気を導入するように、前記切換手段を制御するための手段を含む、請求項３に記載の冷却装置。
5. 前記調整手段は、温度が調整された空気を前記車室内に吹き出すブロアを含み、
   前記制御手段は、前記吹き出し流量が変化するように、前記ブロアを制御するための手段を含む、請求項２に記載の冷却装置。
6. 前記制御手段は、前記冷却要求を検知すると、前記吹き出し流量が増加するように、前記ブロアを制御するための手段を含む、請求項５に記載の冷却装置。
7. 前記調整手段は、エアコンディショナである、請求項１〜６のいずれかに記載の冷却装置。
8. 前記電気機器は蓄電機構である、請求項１〜７のいずれかに記載の冷却装置。
9. 前記電気機器は電力変換用半導体素子である、請求項１〜７のいずれかに記載の冷却装置。
10. 前記車両は、２種類の動力源を搭載した車両である、請求項１〜９のいずれかに記載の冷却装置。

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