JP2012116455A - ハイブリッド車及び電気自動車用電気装置の冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】第１電気装置と第２電気装置の均一な冷却性能を保障すると共に、全体的に優れた放熱性能を確保するハイブリッド車及び電気自動車用電気装置の冷却装置を提供する。
【解決手段】ハイブリッド車及び電気自動車用電気装置の冷却装置は、上部の第１電気装置１０と下部の第２電気装置１１が上下に積層結合され、第１電気装置１０と第２電気装置１１との間には各冷却水流路が上下部にそれぞれ設けられ、冷却水流路は一方のインレット１３と他方のアウトレットとが連通している構造であって、第１電気装置１０の底面にある冷却水流路と第２電気装置１１の上面にある冷却水流路との間の境界には薄板状のクーリングセパレータ１５が設置され、インレット１３を介して流入した冷却水が上下の各冷却水流路に沿って分岐して流れた後、アウトレットを介して排出される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッド車及び電気自動車用電気装置の冷却装置に係り、より詳細には、ハイブリッド自動車や電気自動車に設置されているインバータやＬＤＣなどの電気部品を効果的に冷却するハイブリッド車及び電気自動車用電気装置の冷却装置に関する。

通常、ハイブリッド自動車や電気自動車には、電気モータの駆動電力を提供する高電圧バッテリが装着される。このような高電圧バッテリは、車両運行中に充電と放電を繰り返すことにより必要とする電力を供給する。
このような高電圧バッテリシステムは、複数の部品が複合されて１つの統合構造物として設計されて車両内の後部座席シートの下方やトランクルーム内に装着される。このバッテリシステムの部品としては、バッテリ、ＬＤＣ（Ｌｏｗ ＤＣ−ＤＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）、ＭＣＵ（Ｍｏｔｏｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）、インバータなどがある。
例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車には高電圧バッテリの電力を整流して直流に変換するＬＤＣ、すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータが含まれており、この時のＬＤＣは一般直流をスイッチングして交流に変換し、この交流をコイル、トランス、キャパシタンスなどを用いて昇圧または降圧した後、再び整流して直流に変換し、各電場負荷で使用される電圧に合わせて電気を供給する役割をする。

また、このようなハイブリッド自動車や電気自動車は、電気モータを作動させるための高出力インバータシステムが必要であり、このインバータシステムは、バッテリのＤ／Ｃエネルギーをモータの駆動に必要とするＡ／Ｃ電流に変換する役割をする。この際、多量の熱が放出されるため、適切な作動状態を維持するようにインバータの温度を、内蔵されているＩＣが耐えられる限界内の温度に維持する必要がある。近来、電気部品の冷却技術の研究が進められ、放熱効率が向上してきているが、まだ多くの問題点が残されている（例えば、特許文献１参照）。

例えば、従来のハイブリッド車用電気装置の冷却装置は、ハイブリッド車用第１電気装置（例えば、ＬＤＣなど）と第２電気装置（例えば、インバータなど）が上下に積層配置され、その間には放熱カバーの放熱部の接触面に沿って流路が形成される構造である。
しかしながら、この冷却装置は、第１電気装置と第２電気装置が冷却水及び流路を共有して共に冷却される構造であるため、冷却水の圧力降下が大きい場合には第１電気装置の冷却性能が低下し、バイパス構造を必要とするなどの問題点がある。
また、第１電気装置と第２電気装置の発熱量が冷却水の温度上昇を招き、放熱効率が低下する問題点がある。
すなわち、第１電気装置と第２電気装置が冷却水を共有する場合、第１電気装置、第２電気装置の発熱エネルギーが同時に冷却水に伝達されるため、冷却水の温度が必要な温度以上に上昇することになり、結局、放熱効率の低下を招くという問題点がある。
また、第１電気装置と第２電気装置の放熱のための別の流路が必ず付設されるため、設計自由度が低下するという問題点もある。

特開２００７−５３２９５号公報

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、第１電気装置と第２電気装置の均一な冷却性能を保障すると共に、全体的に優れた放熱性能を確保するハイブリッド車及び電気自動車用電気装置の冷却装置を提供することにある。

上記目的を達成するためになされた本発明のハイブリッド車及び電気自動車用電気装置の冷却装置は、上部の第１電気装置と下部の第２電気装置が上下に積層結合され、第１電気装置と第２電気装置との間には各冷却水流路が上下部にそれぞれ設けられ、冷却水流路は一方のインレットと他方のアウトレットとが連通している構造であって、第１電気装置の底面にある冷却水流路と第２電気装置の上面にある冷却水流路との間の境界には薄板状のクーリングセパレータが設置され、インレットを介して流入した冷却水が上下の各冷却水流路に沿って分岐して流れた後、アウトレットを介して排出されることを特徴とする。

ここで、上下の冷却水流路を隔離させるクーリングセパレータは、第１電気装置と第２電気装置の平面上に形成される冷却水流路の経路形状に沿ってジグザグ状につながる形態に形成されることが好ましい。
また、クーリングセパレータには、局部的に冷却性能を増大させるために、上下の冷却水流路を連結させるオリフィスが複数形成されることが好ましい。
さらに、クーリングセパレータは、冷却水に対する耐食性を有するラバー材質またはステンレス材質からなることが好ましい。

本発明に係るハイブリッド車及び電気自動車用電気装置の冷却装置は、次のような効果を奏する。
第１に、第１電気装置と第２電気装置の冷却水を分離運用することにより、相互間の発熱の影響を減少させるなど、第１電気装置、第２電気装置の均一な冷却性能を保障することができる。
第２に、第１電気装置と第２電気装置の接合部分に液状のシーリング剤を使用する場合、シーリング剤の残渣が冷却水流路に流入することをクーリングセパレータが防止するため、冷却流路の詰まりの問題を排除できるなど、品質を高めることができる。
第３に、従来の第１電気装置と第２電気装置が冷却水を共有する冷却構造のコンパクトなパッケージングに僅かな変更を加えるだけで冷却性能を向上させるなど、商品性を高めることができる。
第４に、第１電気装置と第２電気装置の放熱のための別途付設される流路を必要としないため、放熱設計の自由度を極大化することができ、コンパクトな放熱部のパッケージングを維持することができる。
第５に、第１電気装置と第２電気装置の冷却水を分離運用することにより、冷却システムの圧力降下を低減でき、ウォーターポンプの仕様を最適化し、これによって、コストダウンが可能になる。

は、本発明の一実施例に係るハイブリッド車及び電気自動車用電気装置の冷却装置を示す斜視図である。 本発明の他の実施例に係るハイブリッド車及び電気自動車用電気装置の冷却装置を示す斜視図である。 本発明の一実施例に係るハイブリッド車及び電気自動車用電気装置の冷却装置を示す断面図である。 本発明の一実施例に係るハイブリッド車及び電気自動車用電気装置の冷却装置に適用されるクーリングセパレータを示す斜視図である。 本発明の一実施例に係るハイブリッド車及び電気自動車用電気装置の冷却装置における冷却水の流れを示す断面図である。

以下、添付した図面を参照して本発明を詳細に説明する。
図１、２は、本発明の実施例に係るハイブリッド車及び電気自動車用電気装置の冷却装置を示す斜視図であり、図３は、本発明の一実施例に係るハイブリッド車及び電気自動車用電気装置の冷却装置を示す断面図である。

図１〜図３に示すとおり、本発明の冷却装置は、上部に位置する第１電気装置１０と下部に位置する第２電気装置１１との間に位置する冷却水流路１２ａ、１２ｂを分離運用して各電気装置の均一な冷却性能を保障し、全体的な放熱性能を向上させるものである。
このために、ハイブリッド自動車や電気自動車に使用される電気装置は、例えばＬＤＣなどの第１電気装置１０とインバータなどの第２電気装置１１であり、第１電気装置１０と第２電気装置１１は上下に積層するよう組み立てられ、密閉されたシーリング構造を有する。

ここで、第１電気装置と第２電気装置は、図面ではハウジングの形態だけ示したが、ハウジングの中には各種電気装置が内蔵されるため、以下ではハウジングの形態であっても、ＬＤＣやインバータなどの第１電気装置、第２電気装置として説明する。
第１電気装置１０の底面外側には第１電気装置１０の平らな底面に沿って一方向へ冷却水が流れる所定の経路を有する冷却水流路１２ａが形成される。一方、第２電気装置１１の上面外側には第２電気装置１１の平らな上面に沿って冷却水流路１２ａと同方向へ冷却水が流れる所定の経路を有する冷却水流路１２ｂが形成される。

第１電気装置１０と第２電気装置１１が上下の位置に結合されると、第１電気装置、第２電気装置それぞれの冷却水流路１２ａ、１２ｂも上下に対向する構造になる。
冷却水流路１２ａ、１２ｂは、一端に冷却水の流入のためのインレット１３を有し、他端に冷却水の排出のためのアウトレット１４とを有し、インレット１３とアウトレット１４が冷却水流路１２ａ、１２ｂを介して連通している構造を形成する。これによって、インレット１３を介して流入される冷却水は、冷却水流路１２ａ、１２ｂを経由して第１電気装置１０及び第２電気装置１１の冷却を行った後、アウトレット１４を介して外部に排出される。

特に、本発明では、第１電気装置１０の冷却水流路１２ａと第２電気装置１１の冷却水流路１２ｂとを分離する手段としてクーリングセパレータ１５を提供する。
クーリングセパレータ１５は薄板状に形成され、第１電気装置１０の底面下にある冷却水流路１２ａと第２電気装置１１の上面上にある冷却水流路１２ｂとの間の境界に挿入設置される。
このようにクーリングセパレータ１５が上下の冷却水流路１２ａ、１２ｂの間に設けられることにより、上方の冷却水流路１２ａと下方の冷却水流路１２ｂは隔離（分離）される。このため、冷却水流路１２ａ、１２ｂに供給される冷却水も分岐して、各冷却水流路１２ａ、１２ｂを別々に流れることになる。

ここで、クーリングセパレータ１５は、所定の形状をもって各冷却水流路１２ａ、１２ｂを形成しており、効果的に第１、第２電気装置１０、１１を冷却することができる。
例えば、図４に示すように、第１電気装置１０の底面外側と第２電気装置１１の上面外側の平面上に形成される冷却水流路１２ａ、１２ｂの経路形状は、平面上でジグザグ状になっており、冷却水が一方から他方に向かって進むとき、クーリングセパレート１５の複数の折れ区間が交互に繰り返されることにより、ジグザグ状に流れることになる。

クーリングセパレータ１５は、冷却水に対する耐食性が高い、ラバー材質やステンレスなどの金属材質からなり、これによって、冷却機能を長期にわたり維持する耐久性を有する。
また、クーリングセパレータ１５には、複数のオリフィス１６が形成されている。複数のオリフィス１６は、クーリングセパレータ１５をその厚さ方向に貫通する形態で形成されており、上下の冷却水流路１２ａ、１２ｂを複数の箇所で連結している。このようにオリフィス１６を適用することにより、クーリングセパレータ１５は、局部的に冷却性能を増加することができ、かつ、オリフィス１６の位置を変更することにより冷却水流量のコントロールも可能になる。ＬＤＣやインバータなどの第１電気装置１０、第２電気装置１１の冷却装置において、上下の冷却水流路１２ａ、１２ｂを連結させるオリフィスの数は、２〜２０が好ましく、通常５〜１５程度である。

このようなクーリングセパレータ１５は、電気装置の冷却水流路を分離する手段であるが、適用方法によっては気密維持のためのガスケットの役割をしてもよい。
また、液状のシーリング剤を使用する場合、シーリング剤の残渣が冷却水流路に流入することをクーリングセパレータが防止するため、冷却水流路のシーリング剤による流路の詰まりを防止することができる。
例えば、第１電気装置と第２電気装置を上下結合する場合、その接合部分のフランジには液状のシーリング剤が塗布される。上下結合と同時にシーリング剤が押さえられて、余剰のシーリング剤が内側に入り込むこともあるが、この際、冷却水流路はクーリングセパレータにより覆われているため、シーリング剤が冷却水流路に侵入することを防止することができる。

上記のように構成されるハイブリッド車及び電気自動車用電気装置の冷却装置の作用は次の通りである。
図５は、本発明の一実施例に係るハイブリッド車及び電気自動車用電気装置の冷却装置における冷却水の流れを示す断面図である。
図５に示すとおり、上部の第１電気装置１０と下部の第２電気装置１１が上下に積層して組み立てられ、互いに対向して接する位置に配置される冷却水流路１２ａ、１２ｂの間にはクーリングセパレータ１５が挿入配置されるため、上下の冷却水流路１２ａ、１２ｂは隔離された状態になると共に、その両端に設けられたインレット１３とアウトレット１４が連通する状態になる。

したがって、インレット１３を介して冷却水が流入すると、冷却水は上方の冷却水流路１２ａと下方の冷却水流路１２ｂに分岐して流れ、第１電気装置１０と第２電気装置１１に対してそれぞれの冷却を行い、冷却を終了した冷却水はアウトレット１４を介して排出される。この過程を繰り返すことにより、それぞれの冷却水流路に流れる冷却水により第１電気装置と第２電気装置の冷却が行われる。

このように、第１電気装置と第２電気装置のための冷却水を分離することにより、各冷却水流路内の冷却水の温度をそれぞれ管理することができる。これによって、相互間の発熱による影響を減少させ、第１電気装置と第２電気装置の両方の均一な冷却を保障できるため、第１電気装置、第２電気装置に対する全体的に優れた放熱性能を確保することができる。

１０ 第１電気装置
１１ 第２電気装置
１２ａ、１２ｂ 冷却水流路
１３ インレット
１４ アウトレット
１５ クーリングセパレータ
１６ オリフィス

Claims (4)

1. 上部の第１電気装置（１０）と下部の第２電気装置（１１）が上下に積層結合され、前記第１電気装置（１０）と前記第２電気装置（１１）との間には各冷却水流路（１２ａ、１２ｂ）が上下部にそれぞれ設けられ、前記冷却水流路（１２ａ、１２ｂ）は一方のインレット（１３）と他方のアウトレット（１４）とが連通している構造であって、
   前記第１電気装置（１０）の底面にある前記冷却水流路（１２ａ）と前記第２電気装置（１１）の上面にある前記冷却水流路（１２ｂ）との間の境界には薄板状のクーリングセパレータ（１５）が設置され、前記インレット（１３）を介して流入した冷却水が前記上下の各冷却水流路（１２ａ、１２ｂ）に沿って分岐して流れた後、アウトレット（１４）を介して排出されることを特徴とするハイブリッド車及び電気自動車用電気装置の冷却装置。
2. 前記上下の冷却水流路（１２ａ、１２ｂ）を隔離させる前記クーリングセパレータ（１５）は、前記第１電気装置（１０）と前記第２電気装置（１１）の平面上に形成される前記冷却水流路（１２ａ、１２ｂ）の経路形状に沿ってジグザグ状につながる形態に形成されることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車及び電気自動車用電気装置の冷却装置。
3. 前記クーリングセパレータ（１５）には、局部的に冷却性能を増大させるために、前記上下の冷却水流路（１２ａ、１２ｂ）を連結させるオリフィス（１６）が複数形成されることを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド車及び電気自動車用電気装置の冷却装置。
4. 前記クーリングセパレータ（１５）は、冷却水に対する耐食性を有するラバー材質またはステンレス材質からなることを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド車及び電気自動車用電気装置の冷却装置。

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