JP2013085415A - インバータ冷却装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】インバータ冷却装置では、複数のインバータ素子を有し、直流電力と交流電力を相互に交換するインバータ4と、エアコン冷媒21を循環させて車室R内空調を行う空調システムと、を備えている。そして、エアコン冷媒21が循環するエアコン冷媒経路22と、空冷される冷却水11が循環する冷却水経路12と、をインバータ4内に設け、エアコン冷媒21の循環と冷却水11の循環とでインバータ4を冷却する。
【選択図】図1
Description
すなわち、空冷式のラジエータ等を用いてインバータを冷却した冷却水の温度を下げる場合では、外気温が高いと冷却水温度を十分に低下させることが難しい。そのため、冷却水温度が上昇し、インバータの冷却効果が小さくなってしまう。つまり、外気温によって冷却性能が異なることとなる。
前記インバータは、複数のインバータ素子を有し、直流電力と交流電力を相互に交換する。
前記空調システムは、空調用冷媒を循環させて室内空調を行う。
前記インバータ冷却手段は、前記空調用冷媒が循環する空調冷媒経路と、空冷される冷却水が循環する冷却水経路と、を前記インバータ内に設け、前記空調用冷媒の循環と前記冷却水の循環を循環させることで前記インバータ素子を冷却する。
すなわち、インバータ素子の冷却には、空調用冷媒と空冷される冷却水とが用いられる。そのため、外気温が高く空冷によって冷却水の温度を十分に下げることができず、冷却水による冷却効果が小さい場合であっても、空調用冷媒による冷却効果でインバータ素子を冷却することができる。
この結果、外気温に拘らず十分なインバータの冷却効果を確保することができる。
図1は、実施例1のインバータ冷却装置を示すシステムブロック図である。図2は、実施例1のインバータ冷却装置が適用された電気自動車を示す模式図である。以下、図1及び図2に基づいて、実施例1のインバータ冷却装置の全体システム構成を説明する。
これにより、この強電系冷却サーキット10では、電動ウォーターポンプ13から吐出された冷却水11は、第1冷却水経路12Aを通り、第1熱交換部15Aにてインバータ4と熱交換してインバータ4を冷却する。その後、第2熱交換部15Bにて電動モータ3と熱交換して電動モータ3を冷却する。そして、ラジエータ14において空冷された後、第2冷却水経路12Bを通り、電動ウォーターポンプ13に吸い込まれて循環する。
ここで、前記ラジエータ14は、電動モータ3が配置されたモータルームMR(図2参照)の前側に配置され、冷却水11を走行風にさらすことで外気との熱交換により冷却水を冷却する。
これにより、このエアコン冷媒サーキット20では、電動コンプレッサ23から圧送されたエアコン冷媒21は、第1エアコン冷媒経路22Aを通ってコンデンサ24へと流れ、このコンデンサ24において空冷される。その後、第2エアコン冷媒経路22Bを通ってエバポレータ25へと流れ、車室R内の空気と熱交換して室内空気を冷却する。さらに、その後第3エアコン冷媒経路22Cを通り、熱交換部26にてインバータ4と熱交換してインバータ4を冷却し、電動コンプレッサ23へ流れ込んで循環する。
ここで、前記コンデンサ24は、モータルームMRの前側であってラジエータ14の後方に配置され、エアコン冷媒21を走行風にさらすことで外気との熱交換によりエアコン冷媒21の熱を放出させる。また、前記エバポレータ25は、エアコン冷媒21と車室R内の空気との間で熱交換させ、エアコン冷媒21に熱を吸収させる。
すなわち、この冷却コントローラ30には、インバータ温度センサ31から検出温度信号が入力される。また、電動ウォーターポンプ13及び電動コンプレッサ23に適宜ON/OFF信号を出力する。
図3Aは、実施例1のインバータ冷却装置が適用されたインバータを示す分解斜視図である。図3Bは、(a)はインバータの斜視図を示し、(b)はインバータの平面図を示す。
前記インバータ素子41は、いわゆるスイッチング素子であり、U相、V相、W相の各相ごとに、それぞれ一対のIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等のパワートランジスタと、パワートランジスタにおいてエミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードと、を有している。そして、前記インバータ素子41は、相ごとにモジュール化され、ここでは合計12個の薄型の矩形筐体形状を呈している。さらに、筐体形状のインバータ素子41は、ここでは、幅方向に沿って二列に並べられると共に、厚み方向に沿って積層するように配列されている。
図4は、実施例1のインバータ冷却装置によるインバータ冷却処理の流れを示すフローチャートである。
ここで、電動コンプレッサ23がON制御されることで、エアコン冷媒経路22内をエアコン冷媒21が循環する。
ここで、水冷却開始クライテリアCr1は、インバータ素子41が耐えられる耐熱上限温度よりも低い温度であって、任意の温度に設定される。
ここで、電動ウォーターポンプ13がOFF制御されることで、冷却水経路12内の冷却水11の循環が停止する。
ここで、電動ウォーターポンプ13がON制御されることで、冷却水経路12内を冷却水11が循環する。
ここで、エアコン冷却開始クライテリアCr2は、インバータ素子41が耐えられる耐熱上限温度よりも低い温度であって、水冷却開始クライテリアCr1よりも高い温度の範囲で、任意の温度に設定される。
ここで、電動コンプレッサ23がON制御されることで、エアコン冷媒経路22内をエアコン冷媒21が循環する。
ここで、電動コンプレッサ23がOFF制御されることで、エアコン冷媒経路22内のエアコン冷媒21の循環が停止する。
図5は、実施例1のインバータ冷却装置おけるインバータ冷却作用を示すタイムチャートである。
実施例1の電気自動車2において電動モータ3を駆動して走行するには、バッテリ5から出力される直流電力をインバータ4により三相交流に変換する。そして、インバータ4から三相交流に変換された電力を電動モータ3へと出力し、電動モータ3を駆動する。
この冷却水11の循環により、冷却水11はラジエータ14において空冷されて低温になり、第1熱交換部15Aにおいて、この空冷された冷却水11とインバータ4との間で熱交換が行われ、冷却水11にインバータ4の熱が移動してインバータ4が冷却される。
なお、第1熱交換部15Aにおいてインバータ4と熱交換された冷却水11は、冷却水11の流出側の第1冷却水経路12Abを通り、第2熱交換部15Bにて電動モータ3と熱交換して電動モータ3を冷却する。
このエアコン冷媒21の循環により、熱交換部26において、エバポレータ25を通過したエアコン冷媒21とインバータ4との間で熱交換が行われ、エアコン冷媒21にインバータ4の熱が移動してインバータ4が冷却される。
すなわち、インバータ4では、冷却水11及びエアコン冷媒21と熱交換が行われることとなる。
これにより、電動コンプレッサ23の稼働条件が制限され、素子温度T_INVがより高くなったときにのみ電動コンプレッサ23をON制御して、エアコン冷媒21によるインバータ冷却を行う。そのため、消費電力の抑制を図ることができる。
図6は、冷却水とエアコン冷媒のインバータ内での循環方向を示す説明図であり、(a)は冷却水を示し、(b)はエアコン冷媒を示す。図7は、冷却水経路に設けた第1熱交換器における冷却水の流れ方向を示す説明図である。
つまり、図6(a)に示すように、厚み方向に沿って配列された複数のインバータ素子41の側面のうち、第1熱交換部15Aの薄板部16に接した面が冷却水11によって冷却される。一方、図6(b)に示すように、厚み方向に沿って配列された複数のインバータ素子41の側面のうち、熱交換部23の薄板部27に接した面がエアコン冷媒21によって冷却される。
そのため、インバータ4の冷却は、複数のインバータ素子41の全体を分散して行うことができ、複数のインバータ素子41の全体を均等に冷却することができる。
そのため、冷却水11による冷却面積の拡大を図ることができ、冷却水11による冷却能力を増大させることができる。
実施例1のインバータ冷却装置にあっては、下記に挙げる効果を得ることができる。
空調用冷媒(エアコン冷媒)21を循環させて車室R内空調を行う空調システム6と、
前記空調用冷媒21が循環する空調冷媒経路(エアコン冷媒経路)22と、空冷される冷却水11が循環する冷却水経路12と、を前記インバータ4内に設け、前記空調用冷媒21の循環と前記冷却水11の循環とで前記インバータ素子41を冷却するインバータ冷却手段(インバータ冷却装置)1と、
を備えた構成とした。
このため、外気温に拘らず十分なインバータの冷却効果を確保することができる。
前記インバータ冷却手段1は、前記素子温度検出手段31の検出温度が第1閾値(水冷却開始クライテリア)Cr1を超えると、前記冷却水経路12に前記冷却水11を循環させ、前記素子温度検出手段31の検出温度が前記第1閾値Cr1よりも高い値に設定された第2閾値(エアコン冷却開始クライテリア)Cr2を超えると、前記空調冷媒経路22に前記空調用冷媒21を循環させる冷却制御手段(冷却コントローラ)30を有する構成とした。
このため、空調用冷媒21を循環させる電動コンプレッサ23の稼働条件が制限され、消費電力の抑制を図ることができる。
前記インバータ冷却手段1は、前記冷却水経路12と前記空調冷媒経路22を、所定の方向に沿って配列された複数の前記インバータ素子41間に交互に配設する構成とした。
このため、インバータ4の冷却は、複数のインバータ素子41の全体を分散して行うことができ、複数のインバータ素子41の全体を均等に冷却することができる。
前記空調冷媒経路22を、所定の方向に沿って配列された複数の前記インバータ素子41の間に配設する構成とした。
このため、冷却水11による冷却面積の拡大を図ることができ、冷却水11による冷却能力を増大させることができる。
例えば、図8に示すように、複数のインバータ素子41を幅方向に沿って二列に並べると共に、同一平面状に平置きした状態に並べてもよい。この場合、各インバータ素子41の上側面を冷却水経路12に設けた第1熱交換部15Aで覆う。また、各インバータ素子41の下側面をエアコン冷媒経路22に設けた熱交換部26で覆う。
さらに、空調システム6は、実施例1に示すような車両用空調システムに限らず、空調用冷媒を循環させて室内空調を行う、いわゆる冷凍サイクルを有する空調システムであれば本発明に適用することができる。
3 電動モータ
4 インバータ
41 インバータ素子
6 空調システム
10 強電系冷却サーキット
11 冷却水
12 冷却水経路
12A 第1冷却水経路
12B 第2冷却水経路
13 電動ウォーターポンプ
14 ラジエータ
15A 第1熱交換部
16 薄板部
20 エアコン冷媒サーキット
21 エアコン冷媒(空調用冷媒)
22 エアコン冷媒経路(空調用冷媒経路)
22A 第1エアコン冷媒経路
22B 第2エアコン冷媒経路
22C 第3エアコン冷媒経路
23 電動コンプレッサ
24 コンデンサ
25 エバポレータ
26 熱交換部
27 薄板部
30 冷却コントローラ(冷却制御手段)
31 インバータ温度センサ(素子温度検出手段)
Claims (5)
- 複数のインバータ素子を有し、直流電力と交流電力を相互に交換するインバータと、
空調用冷媒を循環させて室内空調を行う空調システムと、
前記空調用冷媒が循環する空調冷媒経路と、空冷される冷却水が循環する冷却水経路と、を前記インバータ内に設け、前記空調用冷媒の循環と前記冷却水の循環を循環させることで前記インバータ素子を冷却するインバータ冷却手段と、
を備えたことを特徴とするインバータ冷却装置。 - 請求項1に記載されたインバータ冷却装置において、
前記インバータ素子の温度を検出する素子温度検出手段を備え、
前記インバータ冷却手段は、前記素子温度検出手段の検出温度が第1閾値を超えると、前記冷却水経路に前記冷却水を循環させ、前記素子温度検出手段の検出温度が前記第1閾値よりも高い値に設定された第2閾値を超えると、前記空調冷媒経路に前記空調用冷媒を循環させる冷却制御手段を有することを特徴とするインバータ冷却装置。 - 請求項1又は請求項2に記載されたインバータ冷却装置において、
複数の前記インバータ素子は、所定の方向に沿って配列され、
前記インバータ冷却手段は、前記冷却水経路と前記空調冷媒経路を、所定の方向に沿って配列された複数の前記インバータ素子間に交互に配設することを特徴とするインバータ冷却装置。 - 請求項3に記載されたインバータ冷却装置において、
前記インバータ冷却手段は、前記冷却水経路を、所定の方向に沿って配列された複数の前記インバータ素子の間、及び、所定の方向に沿って配列された複数の前記インバータ素子のうち両端に位置するインバータ素子のそれぞれの外側に配設し、
前記空調冷媒経路を、所定の方向に沿って配列された複数の前記インバータ素子の間に配設することを特徴とするインバータ冷却装置。 - 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載されたインバータ冷却装置において、
前記インバータ冷却手段は、前記インバータ内において、前記冷却水経路を流れる前記冷却水の流れ方向と、前記空調冷媒経路を流れる前記空調用冷媒の流れ方向とを、逆方向に設定することを特徴とするインバータ冷却装置。
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