JP7137497B2 - 電動４輪駆動車の冷却装置 - Google Patents

Description

この発明は、前輪を駆動するモータやインバータ等のフロント電動部品と、後輪を駆動するモータやインバータ等のリヤ電動部品と、を有する電動４輪駆動車に関し、特に各々の電動部品を水冷式に冷却する冷却装置に関する。

特許文献１には、前輪を駆動するメインモータおよび該メインモータに電力を供給するメインインバータと、後輪を駆動するリヤモータおよび該リヤモータに電力を供給するリヤインバータと、を備えた電動４輪駆動車が開示されている。メインモータおよびメインインバータは車両前部に配置され、リヤモータおよびリヤインバータは車両後部に配置されている。

これらのモータやインバータは、何らかの手段により冷却することが望ましく、特許文献１には、リヤインバータを冷却ファンにより冷却することが記載されている。

特開２０１５－２２０９０８号公報

上記のような冷却ファンによる空冷形式は、構成が簡素ではあるが、冷却性能は低く、インバータ等を十分に冷却することはできない。

一方、後輪側のモータやインバータを水冷式に冷却しようとすると、前輪側のモータやインバータを冷却する冷却水循環系の熱負荷がそれだけ増え、冷却水からの放熱を行うラジエータの大型化が必要となる。

この発明は、車両前部に配置され前輪を駆動するフロント電動部品と、車両後部に配置され後輪を駆動するリヤ電動部品と、を備え、これらフロント電動部品とリヤ電動部品とを冷却水を介して冷却する電動４輪駆動車の冷却装置において、
ウォータポンプおよび車両前端部に位置するラジエータを経路中に含み、上記フロント電動部品と上記リヤ電動部品の双方を冷却水が流れるように構成された冷却水回路と、
この冷却水回路の一部として上記フロント電動部品側から上記リヤ電動部品側へと延びる冷却水配管に介装され、かつ車両床下に配置されたサブラジエータと、
を備えている。

この発明によれば、車両床下に配置されたサブラジエータによって冷却水から一部の熱が放熱されるため、車両前端部に位置するラジエータの大型化を抑制しつつリヤ電動部品を確実に冷却することができる。

この発明に係る冷却装置の回路構成を示す説明図。 車室内から空調風を導く第１実施例の要部の説明図。 送風ファンの制御を示すフローチャート。 バッテリパックを通過した空調風を導く第２実施例の要部の説明図。 第２実施例の送風ファンの制御を示すフローチャート。 車両走行風を導く第３実施例の要部の説明図。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、この発明に係る電動４輪駆動車の冷却装置の回路構成を示している。この実施例の電動４輪駆動車は、いわゆるシリーズハイブリッド型自動車であって、発電機１を駆動する内燃機関２を有し、発電した電力をバッテリ３に一時的に蓄えた上で、この電力により前輪用モータと後輪用モータとを駆動して走行する。内燃機関２は、一般的な水冷式の多気筒内燃機関であり、内燃機関２を冷却して高温となった冷却水の熱を放熱するために、外気との間で熱交換を行う熱交換器つまりエンジン用ラジエータ４を備えている。

前輪を駆動するフロント電動部品５としては、前輪を駆動する前輪用モータと、バッテリ３の直流電力を三相交流電力に変換して前輪用モータに供給する前輪用インバータと、を含んでおり、冷却水の通流によってフロント電動部品５の少なくとも一部例えばモータおよびインバータの少なくとも一方が冷却される。このモータおよびインバータを含むフロント電動部品５は、前輪に近い車両前部に配置されている。例えば、車両の運転席前方にダッシュパネルを介して画成されたエンジンコンパートメント内に、フロント電動部品５が収容されている。

同様に、後輪を駆動するリヤ電動部品６としては、後輪を駆動する後輪用モータと、バッテリ３の直流電力を三相交流電力に変換して後輪用モータに供給する後輪用インバータと、を含んでおり、冷却水の通流によってリヤ電動部品６の少なくとも一部例えばモータおよびインバータの少なくとも一方が冷却される。このモータおよびインバータを含むリヤ電動部品６は、後輪に近い車両後部に配置されている。例えば、車両後方のラゲッジルーム下方にリヤ電動部品６が配置されている。

この実施例の冷却装置は、冷却水が流れる冷却水回路として、フロント電動部品５を冷却するループ状に閉じた主冷却水回路１１と、この主冷却水回路１１から分岐しかつリヤ電動部品６を冷却した後に主冷却水回路１１に合流する分岐冷却水回路１２と、を含んでいる。これら冷却水回路１１，１２は、内燃機関２の冷却水系統からは独立している。

主冷却水回路１１は、高温となった冷却水の熱を放熱する電動部品用ラジエータ１４と、主冷却水回路１１内で冷却水を循環させるための電動ウォータポンプ１５と、を経路中に含んでいる。主冷却水回路１１のフロント電動部品５から冷却水が流れ出る冷却水出口側には、冷却水温度を検出する第１温度センサ１６が配設されている。電動ウォータポンプ１５は、電動部品用ラジエータ１４の上流側および下流側のいずれかに配置することができるが、図示冷では、電動部品用ラジエータ１４の上流側に電動ウォータポンプ１５が配置されている。

電動部品用ラジエータ１４は、エンジン用ラジエータ４と前後２段に重なり合った形で車両前端部に車両走行風を受けるように配置されている。電動部品５，６を冷却するために冷却水回路１１，１２を循環する冷却水の温度は、基本的に、内燃機関２の冷却水系統を循環する冷却水の温度よりも低く設定されている。例えば、内燃機関２の冷却水が一般に７０℃以上となるのに対し、電動部品５，６冷却用の冷却水の温度は５０℃前後に保たれる。従って、冷却水と外気温との温度差が相対的に小さなものとなる電動部品用ラジエータ１４がエンジン用ラジエータ４の前方に位置しており、電動部品用ラジエータ１４を通過した後の冷却風でもってエンジン用ラジエータ４が冷却される。エンジン用ラジエータ４の背面側には、車両停止時など車両走行風が不十分なときにラジエータ４，１４を通過する冷却風を得るための図示しない電動ファンが設けられている。

フロント電動部品５内部の冷却水通路と電動部品用ラジエータ１４とを含む主冷却水回路１１は、基本的には、車両前部の上述したエンジンコンパートメント内に構成されている。

分岐冷却水回路１２は、電動部品用ラジエータ１４からフロント電動部品５に至るラジエータ１４出口側において主冷却水回路１１から分岐し、フロント電動部品５の出口側で第１温度センサ１６よりも下流側となる位置において主冷却水回路１１に再び合流している。つまり、分岐冷却水回路１２は、主冷却水回路１１からリヤ電動部品６に至るリヤ電動部品６への入口側通路となる第１冷却水配管１２Ａと、リヤ電動部品６からの出口側通路として該リヤ電動部品６から主冷却水回路１１に至る第２冷却水配管１２Ｂと、を含んでいる。

これらの第１冷却水配管１２Ａおよび第２冷却水配管１２Ｂは、車両前部のエンジンコンパートメントから車体フロアに沿って車両後方へと延びており、各々の冷却水配管１２Ａ，１２Ｂの少なくとも一部分は、車両床下を通って配管されている。そして、これらの冷却水配管１２Ａ，１２Ｂの各々の経路中に、内部を通流する冷却水と外気との間で熱交換を行う熱交換器つまりサブラジエータ１８が介装されている。２つのサブラジエータ１８は、いずれも、車両床下に配置されている。

リヤ電動部品６から冷却水が流れ出るリヤ電動部品６の出口部には、リヤ電動部品６を出た冷却水の温度を検出する第２温度センサ１９が配置されている。

上記のように回路構成された冷却装置にあっては、電動ウォータポンプ１５の動作により主冷却水回路１１内を冷却水が循環し、フロント電動部品５を冷却するとともに、この冷却水の一部が分流して分岐冷却水回路１２を冷却水が流れ、リヤ電動部品６を冷却する。これらのフロント電動部品５およびリヤ電動部品６から回収された熱は、まとめて電動部品用ラジエータ１４から放熱される。また一部の熱が車両床下の２つのサブラジエータ１８から放熱されるため、電動部品用ラジエータ１４の大型化を回避しつつ冷却水温度を低く保つことが可能となり、リヤ電動部品６をフロント電動部品５とともに効果的に冷却することができる。サブラジエータ１８は、車両床下のスペースを有効利用して配置することが可能である。

特に、前輪駆動を基本形式として設計された車両にリヤ電動部品６を付加して４輪駆動形式とするような場合に、リヤ電動部品６の熱量をサブラジエータ１８で放熱することで、ラジエータ１４を含む主冷却水回路１１の構成を基本的に変更せずに対応することが可能となる。

電動ウォータポンプ１５およびラジエータ４，１４背面の電動ファンは、第１温度センサ１６および第２温度センサ１９の検出温度、フロント電動部品５ないしリヤ電動部品６に含まれるモータやインバータの温度、さらには内燃機関２の冷却水温度、などに基づいて制御される。

なお、内燃機関２の冷却系統における冷却水および冷却水回路１１，１２を循環する冷却水は、例えば適宜な添加剤を含むエチレングリコール水溶液などからなるが、両者が同じものであってもよく、あるいは成分や濃度等が互いに異なるものであってもよい。

図２は、車両床下に配置されたサブラジエータ１８へ冷却風を導くための第１実施例の構成を示している。サブラジエータ１８は、車両の後部例えば後席付近において車体フロア（フロアパネル）２１の下方に配置されており、車体フロア２１と該車体フロア２１の下方に位置するアンダーカバー２２との間に形成されるダクト状をなす空間２３内に収容されている。アンダーカバー２２は、上記空間２３内に配置されるサブラジエータ１８および該サブラジエータ１８に接続された冷却水配管１２Ａ，１２Ｂの下側面を覆っている。

上記の空間２３には、冷却風として車室内から空気を導く導風ダクト２４が接続されており、この導風ダクト２４内に、電動の送風ファン２５が設けられている。導風ダクト２４は、図示せぬ基端側が車室の例えば後席付近あるいは後席より後方のラゲッジルーム内などで車室内に連通しており、先端側が車体フロア２１を通して空間２３のサブラジエータ１８よりも前方位置に開口している。夏期等には、車室内に図示しない空調装置によって外気よりも低い温度となった空調風が供給される。この空調風は、車室後部から導風ダクト２４を介して空間２３に排出され、サブラジエータ１８を冷却した上で車両後部へと排出される。従って、夏期等の外気温が高い条件下において、外気温よりも低い温度の車室空調空気を利用してサブラジエータ１８を効率よく冷却することができる。

なお、一般に自動車の車室には適当な換気が必要であることから、車室後部に換気孔が設けられており、この換気孔を通して外部へ車室内の空気が排出される。図２の構成では、このような換気孔に代えて導風ダクト２４が設けられており、導風ダクト２４が換気用の経路を兼ねたものとなっている。従って、空調空気が導風ダクト２４を通して外部へ流れることに伴う空調負荷の増大は最小限である。好ましくは、換気に必要な流量となるように導風ダクト２４を設定することで、空調負荷の増大を実質的に０とすることができる。

図３は、導風ダクト２４に設けられた送風ファン２５の制御を示すフローチャートであって、ステップ１で、冷却水温度例えばリヤ電動部品６の出口側における第２温度センサ１９の検出温度ＴＷを所定の設定温度ＴＷ１（例えば５５℃）と比較する。検出温度ＴＷが設定温度ＴＷ１以上であれば、ステップ２へ進んで送風ファン２５をＯＮとし、検出温度ＴＷが設定温度ＴＷ１未満であれば、ステップ３へ進んで送風ファン２５をＯＦＦとする。

次に、図４は、サブラジエータ１８への冷却風として車両走行用のバッテリ３を冷却した後の空調風を利用するようにした第２実施例の構成を示している。サブラジエータ１８の配置は第１実施例と同様であり、車両の後部例えば後席付近において車体フロア（フロアパネル）２１の下方に配置されており、車体フロア２１と該車体フロア２１の下方に位置するアンダーカバー２２との間に形成されるダクト状をなす空間２３内に収容されている。アンダーカバー２２は、上記空間２３内に配置されるサブラジエータ１８および該サブラジエータ１８に接続された冷却水配管１２Ａ，１２Ｂの下側面を覆っている。

上記の空間２３には、サブラジエータ１８よりも前方位置において空間２３と連通するように導風ダクト３１が接続されている。この導風ダクト３１は、密閉されたパックケースを有するバッテリパックとして構成されたバッテリ３の冷却風出口に接続されている。バッテリ３の冷却風入口ダクト３２は、前述した第１実施例における導風ダクト２４と同様に、基端側が車室の例えば後席付近あるいは後席より後方のラゲッジルーム内などで車室内に連通しており、この冷却風入口ダクト３２に電動の送風ファン３３が設けられている。

バッテリ３は、充放電可能な二次電池例えばリチウムイオンバッテリのセルをパックケース内に多数収容した構成であり、セルの冷却のためにパックケース内部を冷却風を通流し得る構成となっている。夏期等には、車室内に図示しない空調装置によって外気よりも低い温度となった空調風が供給されており、送風ファン３３の作動に伴い、この車室空調空気が冷却媒体としてバッテリ３を通過する。そして、バッテリ３冷却後の空気が導風ダクト３１を介してサブラジエータ１８へ冷却風として供給される。なお、夏期等の外気温が高い条件下では、バッテリ３通過後の冷却風の温度がなおも外気温より低いものとなり得る。

図５は、バッテリ３の冷却風入口ダクト３２に設けられた送風ファン３３の制御を示すフローチャートであって、ステップ１１で、図示せぬ温度検出手段によって検出されるバッテリ温度Ｔｂａｔｔを所定の設定温度Ｔｂａｔｔ１と比較する。バッテリ温度Ｔｂａｔｔが設定温度Ｔｂａｔｔ１未満であれば、ステップ１２へ進み、冷却水温度例えばリヤ電動部品６の出口側における第２温度センサ１９の検出温度ＴＷを所定の設定温度ＴＷ１（例えば５５℃）と比較する。検出温度ＴＷが設定温度ＴＷ１以上であれば、ステップ１３へ進んで送風ファン３３を中速で駆動し、検出温度ＴＷが設定温度ＴＷ１未満であれば、ステップ１４へ進んで送風ファン３３をＯＦＦとする。

バッテリ温度Ｔｂａｔｔが設定温度Ｔｂａｔｔ１以上であれば、ステップ１５へ進み、ステップ１２と同様にリヤ電動部品６の出口側における第２温度センサ１９の検出温度ＴＷを設定温度ＴＷ１と比較する。検出温度ＴＷが設定温度ＴＷ１以上であれば、ステップ１６へ進んで送風ファン３３を高速で駆動し、検出温度ＴＷが設定温度ＴＷ１未満であれば、ステップ１７へ進んで送風ファン３３を中速で駆動する。

すなわち、この実施例では、送風ファン３３が、停止、中速、高速の３段階に制御される。バッテリ温度Ｔｂａｔｔおよび第２温度センサ１９の検出温度ＴＷの双方が低ければ送風ファン３３は停止し、双方が各々の設定温度よりも高ければ送風ファン３３は高速で駆動され、いずれか一方のみが設定温度よりも高い場合には送風ファン３３は中速で駆動される。これにより、バッテリ３およびサブラジエータ１８を効率よく冷却することができる。

次に、図６は、サブラジエータ１８への冷却風として車両走行風を利用するようにした第３実施例を示している。サブラジエータ１８の配置は第１，第２実施例と同様であり、車両の後部例えば後席付近において車体フロア（フロアパネル）２１の下方に配置されており、車体フロア２１と該車体フロア２１の下方に位置するアンダーカバー２２との間に形成されるダクト状をなす空間２３内に収容されている。アンダーカバー２２は、上記空間２３内に配置されるサブラジエータ１８および該サブラジエータ１８に接続された冷却水配管１２Ａ，１２Ｂの下側面を覆っている。

第３実施例では、サブラジエータ１８の前方位置においてアンダーカバー２２に導風ガイド４１が設けられている。この導風ガイド４１は、空間２３内に車両走行風を導くようにアンダーカバー２２下面において車両前方へ向かって開口する入口部４１ａを有し、この入口部４１ａから流入した車両走行風が傾斜したガイド部４１ｂに沿ってサブラジエータ１８へ向かって流れるように構成されている。

このように導風ガイド４１を備えることで、走行中に確実にサブラジエータ１８を冷却することができる。モータやインバータを含む電動部品５，６の発熱は主に走行中に生じるので、車両走行風による冷却が可能である。

なお、図１の例では放熱面積の拡大のために２つのサブラジエータ１８を備えているが、サブラジエータ１８は、冷却水配管１２Ａ，１２Ｂのいずれか一方のみに設けるようにしてもよい。

また、本発明は、パラレルハイブリッド型自動車などシリーズハイブリッド型以外のハイブリッド型自動車や、内燃機関２を具備しない電動自動車にも適用が可能である。

１…発電機
２…内燃機関
３…バッテリ
４…エンジン用ラジエータ
５…フロント電動部品
６…リヤ電動部品
１１…主冷却水回路
１２…分岐冷却水回路
１４…電動部品用ラジエータ
１５…電動ウォータポンプ
１８…サブラジエータ
２１…車体フロア
２２…アンダーカバー
２３…空間
２４…導風ダクト
２５…送風ファン
３１…導風ダクト
３３…送風ファン
４１…導風ガイド

Claims (6)

1. 車両前部に配置され前輪を駆動するフロント電動部品と、車両後部に配置され後輪を駆動するリヤ電動部品と、を備え、これらフロント電動部品とリヤ電動部品とを冷却水を介して冷却する電動４輪駆動車の冷却装置において、
   ウォータポンプおよび車両前端部に位置するラジエータを経路中に含み、上記フロント電動部品と上記リヤ電動部品の双方を冷却水が流れるように構成された冷却水回路と、
   この冷却水回路の一部として上記フロント電動部品側から上記リヤ電動部品側へと延びる冷却水配管に介装され、かつ車両床下に配置されたサブラジエータと、
   を備えてなる電動４輪駆動車の冷却装置。
2. 上記サブラジエータは、車体フロアと該車体フロアの下方に位置するアンダーカバーとの間の空間内に収容されており、この空間には冷却風が導入される、請求項１に記載の電動４輪駆動車の冷却装置。
3. 上記冷却風として、車室内の空気が導かれる、請求項２に記載の電動４輪駆動車の冷却装置。
4. 上記冷却風として、駆動用バッテリの冷却に用いられた空調風が導かれる、請求項２に記載の電動４輪駆動車の冷却装置。
5. 上記冷却風として、上記アンダーカバーに付設される導風ダクトを介して車両走行風が導かれる、請求項２に記載の電動４輪駆動車の冷却装置。
6. 上記冷却水配管として、上記リヤ電動部品へ冷却水を導く入口側冷却水配管と、上記リヤ電動部品から冷却水が流れ出る出口側冷却水配管と、を有し、
   これらの入口側冷却水配管および出口側冷却水配管の各々にサブラジエータが設けられている、請求項１～５のいずれかに記載の電動４輪駆動車の冷却装置。

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