用於電氣設備的冷卻系統的製作方法

2023-08-09 08:04:26 3

專利名稱：用於電氣設備的冷卻系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於電氣設備的冷卻系統，更具體地涉及一種用於安裝在車輛中的電氣設備的冷卻系統。
背景技術：
例如，日本專利申請No. 2008-62781公報(JP-A-2008-62781)和日本專利申請No. 2008-62780公報(JP-A-2008-62780)記載了用於電氣設備的冷卻結構。JP-A-2008-62781記載了一種用於車輛中的電氣設備的冷卻結構，其中配置在座椅後方的地板下面的供電單元由電池模塊以及配置在電池模塊上方的DCDC變換器和馬達驅動逆變器構成。在該冷卻結構中，從車輛前方向車輛後方流動的空氣豎直地擴散，並同時冷卻電池模塊、DCDC變換器和馬達驅動逆變器。按照該用於電氣設備的冷卻結構，供電單元的總尺寸可減小；對電池模塊、DCDC變換器和馬達驅動逆變器的冷卻效果可通過在所有這些裝置的熱交換之前吹送低溫空氣而提高；並且由於減小空氣的壓力損失的能力，可使設置在空氣的匯合部的下遊側的冷卻風扇緊湊和便宜。JP-A-2008-62780記載了一種用於車輛中的電氣設備的冷卻結構，其中配置在座椅後方的地板下面的供電單元由配置在下側的電池模塊以及在車輛寬度方向上配置在電池模塊的上側的DCDC變換器和馬達驅動逆變器構成。在該冷卻結構中，從車輛前方向車輛後方流動的空氣豎直地擴散，並同時冷卻電池模塊、DCDC變換器和馬達驅動逆變器。按照該用於電氣設備的冷卻結構，供電單元的總尺寸可通過簡化冷卻空氣通路而減小，在車輛上的安裝性可因此提高，並且同樣，對電池模塊、DCDC變換器和馬達驅動逆變器的冷卻效果可通過在所有這些裝置的熱交換之前吹送低溫的冷卻空氣而提高。上述的用於電氣設備的冷卻結構的缺點在於，冷卻變換器之後的受熱空氣會再次用於冷卻變換器，結果，DCDC變換器不能被有效地冷卻。

發明內容
本發明提供了一種有效地冷卻變換器的用於電氣設備的冷卻系統。本發明的一個方面涉及用於安裝在車輛中的電氣設備的冷卻系統。所述用於電氣設備的冷卻系統包括下側電池；上側電池，所述上側電池設置在所述下側電池的上方；和變換器，所述變換器設置在所述下側電池的上方，並且變換向所述下側電池和所述上側電池輸入或從所述下側電池和所述上側電池輸出的電力的電壓，其中，所述下側電池、所述上側電池和所述變換器由致冷劑冷卻，並且所述變換器的致冷劑入口設置在所述上側電池和所述下側電池中至少一者的致冷劑出口附近。在具有上述結構的用於電氣設備的冷卻系統中，已冷卻了電池的致冷劑從致冷劑出口排出，並且被排出的致冷劑從致冷劑入口被吸入以冷卻變換器。因此，變換器可被有效地冷卻。在上述結構中，所述用於電氣設備的冷卻系統還可包括設置在所述變換器和所述上側電池之間的致冷劑通路。在這種情況下，電池和變換器可被均勻地冷卻。在上述結構中，所述變換器的排氣管道可配置在所述下側電池和所述上側電池中至少一者的周圍。在這種情況下，可防止來自變換器的排氣進入電池中，並且還可保護電池不受衝擊(衝撞)。在上述結構中，所述用於電氣設備的冷卻系統可包括底盤，所述下側電池和所述上側電池安裝在所述底盤上；送風裝置，所述送風裝置設置在所述下側電池上以便冷卻所述變換器；和通道，所述通道在所述底盤中設置成沿所述車輛的前後方向延伸，其中，所述變換器可設置在所述通道的近側，並且所述送風裝置可設置在所述通道的遠側。在這種情況下，變換器和通道之間的距離被縮短，且由此用於從變換器經通道向其它部分輸送電力的電線的長度可減小。因此，電力損失可儘量減小，並且車輛的燃料消耗可改善。在上述結構中，所述底盤可具有一對支撐懸架的懸架支撐罩，並且所述上側電池和所述下側電池可配置在所述懸架支撐罩之間。在這種情況下，懸架支撐罩之間的狹窄空間可被有效地利用。另外，由於重量重的上側電池和下側電池安裝在懸架支撐罩之間的車軸上，所以可防止車輛的運動性能變差。在上述結構中，所述懸架支撐罩可具有相對於豎直方向傾斜的側表面，並且所述側表面可傾斜成使得所述側表面和所述下側電池的致冷劑出口之間的距離小於所述側表面和所述變換器的致冷劑入口之間的距離。在這種情況下，致冷劑通路隨著其靠近頂側延伸而變寬，從而受熱的致冷劑容易向上移動。根據本發明，變換器可被有效地冷卻。


在下面參照附圖對本發明的示例性實施例的詳細描述中將說明本發明的特徵、優點和技術及工業意義，在附圖中同樣的附圖標記表示同樣的要素，並且其中圖1是按照本發明第一實施例的用於安裝在車輛中的電氣設備的冷卻系統的俯視圖；圖2是沿圖1中的箭頭II看去的用於安裝在車輛中的電氣設備的冷卻系統的側視圖；圖3是沿圖1中的箭頭III看去的用於安裝在車輛中的電氣設備的冷卻系統的後視圖；圖4示出圖1至圖3所示的用於電氣設備的冷卻系統中的致冷劑的流動；圖5示出第一實施例的第一變型的用於電氣設備的冷卻系統中的致冷劑的流動；圖6示出第一實施例的第二變型的用於電氣設備的冷卻系統中的致冷劑的流動；圖7是按照本發明第二實施例的用於安裝在車輛中的電氣設備的冷卻系統的俯視圖；圖8是示出圖7所示的用於安裝在車輛中的電氣設備的冷卻系統的控制的流程圖；圖9是按照本發明第三實施例的用於安裝在車輛中的電氣設備的冷卻系統的俯視圖；圖10是示出圖9所示的用於安裝在車輛中的電氣設備的冷卻系統的控制的流程
圖11是按照本發明第四實施例的用於安裝在車輛中的電氣設備的冷卻系統的俯視圖。
具體實施例方式在下文中將參照附圖對本發明的第一至第四實施例進行描述。在下面的實施例中，相同或等同的部分用相同的附圖標記表示，並且不進行重複說明。另外，下面所示的實施例可被組合應用。圖1是按照本發明第一實施例的用於安裝在車輛中的電氣設備的冷卻系統的俯視圖。圖2是沿圖1中的箭頭II看去的用於安裝在車輛中的電氣設備的冷卻系統的側視圖。圖3是沿圖1中的箭頭III看去的用於安裝在車輛中的電氣設備的冷卻系統的後視圖。參照圖1，用於電氣設備的冷卻系統1具有上側電池20和鄰近上側電池20設置的DCDC變換器110。D⑶C(直流到直流)變換器110和上側電池20配置在車輛的懸架支撐罩310之間。也就是說，上側電池20配置在連接在一對懸架支撐罩310之間的直線上。DCDC變換器110和上側電池20容納在殼體3中。冷卻上側電池20的風扇21鄰近上側電池20設置。還設置有風扇11以便冷卻下側電池。冷卻D⑶C變換器110的風扇111被再連接到D⑶C變換器。連接到雜物託盤(package tray) 225的空氣流動通路220的出口形成後空氣調節單元210，作為致冷劑的空氣從後空氣調節單元210經管道230被送到風扇11和21。冷卻D⑶C變換器110之後的受熱空氣經排氣管道120排出。來自DOTC變換器110的排氣被吸到排氣區域125。表示D⑶C變換器110的溫度的信號SD被發送到電控制單元(EOT) 250。E⑶250能夠為後空氣調節單元210提供信號SA。E⑶250還能夠向風扇11和21傳送信號SF。參照圖2，殼體3設置在地板2上。殼體3固定在地板2上。殼體3容納下側電池10和上側電池20。用於D⑶C變換器110的致冷劑入口 112和113設置在下側電池10的致冷劑出口 12和上側電池20的致冷劑出口 22附近。雖然致冷劑出口 12和22在圖2中呈水平方向長的矩形形狀，但是致冷劑出口 12和22不限於該形狀，而是可呈現各種形狀。致冷劑出口 12和22和致冷劑入口 112和113可直接與管道連接。參照圖3，一對懸架支撐罩310設置在地板2的兩側。懸架支撐罩310是地板2和支撐懸架的底盤320的一部分，並突出到地板2上方。懸架支撐罩310是懸架的支撐部分，並且所述一對懸架支撐罩310可利用支撐罩杆彼此連接。懸架支撐罩310的側表面311相對於由箭頭41表示的豎直方向傾斜，並且懸架支撐罩310之間的距離隨著從地板2越向上延伸而增大。下側電池10和上側電池20堆疊在地板2上。D⑶C變換器110配置在與上側電池20相同的高度。下側電池10由與下側電池10配置在相同高度的風扇11冷卻。上側電池20由與上側電池20配置在相同高度的風扇21冷卻。D⑶C變換器110由來自與DOTC變換器110配置在相同高度的風扇111的空氣冷卻。殼體3和側表面311之間的距離隨著從地板2延伸越遠或隨著向上延伸而增大。具體地，下側電池10的致冷劑出口 12和側表面311之間的距離Wl小於D⑶C變換器110
6的致冷劑入口 112和113與側表面311之間的距離W2。在地板2下面的底盤320中形成有通道321，並且DOTC變換器110設置在通道321的近側，風扇111設置在通道321的遠側。下側電池10、上側電池20和D⑶C變換器110在通道321的右或左側偏移。配線333設置在通道321中以連接D⑶C變換器110與發動機艙內的逆變器。通過將D⑶C變換器110設置在通道321的近側，配線333和D⑶C變換器110之間的電線的長度可減小，並且通道321和DCDC變換器110之間的電力傳輸損失可減小。上側電池20、下側電池10和D⑶C變換器110配置在由行李艙裝飾件40包圍的空間350中，或在車輛內部和行李艙空間之間的空間350中。為了儘量增大行李艙空間，上側電池20和下側電池10作為電池組被構造為兩層。D⑶C變換器110與上側電池20設置在相同高度，並且DOTC變換器110通過利用來自電池的排氣而被冷卻。D⑶C變換器110的致冷劑入口 112和113設置在致冷劑出口 21和22附近，從而穩定地獲得了低溫的進氣。因此，D⑶C變換器110的風扇111和散熱器的尺寸可減小。從電池朝懸架支撐罩310排出的排氣由懸架支撐罩310的側表面311引導，如箭頭302所示，然後被引導至致冷劑入口 112和113。因此，來自電池的排氣可穩定地供給到致冷劑入口 112和113。圖4示出圖1至圖3所示的用於電氣設備的冷卻系統中的致冷劑的流動。參照圖4，致冷劑由風扇11和21傳送到下側電池10和上側電池20。致冷劑從用於下側電池10的致冷劑出口 12以及從用於上側電池20的致冷劑出口 22排出，並被收集，然後從用於DCDC變換器110的致冷劑入口 112和113傳送到風扇111。致冷劑由風扇111供給到DOTC變換器110，且D⑶C變換器由此被冷卻。圖5示出按照第一實施例的第一變型的用於電氣設備的冷卻系統中的致冷劑的流動。參照圖5，在冷卻系統1中，致冷劑由用於下側電池的風扇11供給到下側電池10。從用於下側電池10的致冷劑出口 12排出的致冷劑被分成兩股並供給到風扇111和風扇21。被引導到用於D⑶C變換器110的致冷劑入口 112和113的致冷劑由風扇111傳送到D⑶C變換器110，並冷卻D⑶C變換器110。被傳送到風扇21的致冷劑被傳送到上側電池20並冷卻上側電池20。圖6示出按照第一實施例的第二變型的用於電氣設備的冷卻系統中的致冷劑的流動。參照圖6，在該冷卻系統1中，致冷劑由風扇11傳送到下側電池10，並冷卻下側電池10。然後，致冷劑從用於下側電池10的致冷劑出口 12排出，並被傳送到用於上側電池20的風扇21。風扇21將致冷劑傳送到上側電池20，並且致冷劑冷卻上側電池20。從用於上側電池20的致冷劑出口 22排出的致冷劑被供給到用於DOTC變換器110的致冷劑入口 112和113，然後傳送到風扇111。風扇111將致冷劑供給到DOTC變換器110，並冷卻DOTC變換器 110。也就是說，按照本發明的用於電氣設備的冷卻系統1包括下側電池10、設置在下側電池10上方的上側電池20、和D⑶C變換器110，D⑶C變換器110作為設置在下側電池10上方並變換向下側電池10和上側電池20輸入或從下側電池10和上側電池20輸出的電力的電壓的變換器。下側電池10、上側電池20和D⑶C變換器110由致冷劑冷卻。用於D⑶C變換器110的致冷劑入口 112和113設置在用於上側電池20和下側電池10中一者的致冷劑出口 22和12附近。
D⑶C變換器110的排氣管道120配置成圍繞上側電池20和下側電池10中的至少一者。
還設置有供上側電池20和下側電池10安裝在其上的底盤320，並且作為冷卻D⑶C變換器110的冷卻裝置的風扇111設置在底盤320上。底盤320具有沿車輛的縱向延伸的通道321。D⑶C變換器110設置在通道321的近側，風扇111設置在通道321的遠側。底盤320具有一對支撐懸架的用於後輪的懸架支撐罩310，並且上側電池20和下側電池10設置在懸架支撐罩310之間。懸架支撐罩310具有相對於豎直方向傾斜的側表面311，並且側表面311和用於下側電池10的致冷劑出口 12之間的距離Wl小於用於DOTC變換器110的致冷劑入口 112和113與側表面311之間的距離WZ0在具有上述結構的用於電氣設備的冷卻系統1中，用於DCDC變換器110的致冷劑入口 112和113配置在用於下側電池10的致冷劑出口 12和用於上側電池20的致冷劑出口 22附近，因此D⑶C變換器110可被來自電池的排氣冷卻，並且D⑶C變換器110也可被有效地冷卻。另外，由於DOTC變換器110和上側電池20配置在下側電池10上方的空間中，所以裝置的總尺寸可減小。此外，由於用於D⑶C變換器110的排氣管道120配置成圍繞下側電池10和上側電池20中的至少一者，所以可防止來自DOTC變換器110的排氣被吸入電池中，並且可保護下側電池10和上側電池20不受衝擊。如圖3所示，由於DCDC變換器110設置在通道321的近側而風扇111設置在通道321的遠側，所以DOTC變換器110和通道321中的配線333之間的距離可縮短。結果，配線333和D⑶C變換器110之間的電力損失可減小。下側電池10和上側電池20設置在一對懸架支撐罩310之間。懸架支撐罩310之間的區域具有比其它空間短的寬度，因而該區域往往沒有用處。但是，通過將下側電池10和上側電池20設置在其中，該區域可被有效地利用。另外，由於重量重的下側電池10和上側電池20安裝在懸架支撐罩310之間，所以與上側電池20和下側電池10安裝在車輛的懸伸(overhang)上的情況相比，車輛的運動性能未受損害。另外，由於懸架支撐罩310之間的中間部分通常是高剛性區域，所以可保護上側電池20和下側電池10免受衝擊。圖7是按照本發明第二實施例的用於安裝在車輛中的電氣設備的冷卻系統的俯視圖。參照圖7，該冷卻系統1結合了根據DCDC變換器110的熱狀態增大用於冷卻上側電池20和下側電池10的排氣的壓力的控制，使得來自DCDC變換器110的高溫排熱不會進入到D⑶C變換器110的入口。增大來自電池的排氣的壓力可減小D⑶C變換器110的進氣的壓力損失，且由此用於D⑶C變換器110的風扇111的尺寸可減小。圖8是示出圖7所示的用於安裝在車輛中的電氣設備的冷卻系統的控制的流程圖。參照圖8，表示D⑶C變換器110的溫度的信號SD被發送到E⑶250。E⑶250判斷D⑶C變換器110的溫度是否高。信號SD從D⑶C變換器110被發送到E⑶250以進行該判斷(步驟S1001)。如果DOTC變換器110的溫度被判定為不高(在步驟S1001中為「否」)，則E⑶250使處理過程返回到步驟S1001以判斷DOTC變換器110的溫度。如果DOTC變換器110的溫度高(在圖8中的步驟S1001中為「是」)，則E⑶250將信號SF發送到風扇11和12以增大風扇11和21的驅動力。因此，風扇11和21的驅動力增大，且因此由箭頭302表示的來自電池的排氣的量增大(步驟S10(^)。該排氣被風扇111吸入，並且DOTC變換器110可被確實地冷卻。如果風扇11和21的驅動力不增大，則來自排氣管道120的排氣被吸向由箭頭305表示的方向，並且會被風扇111吸入。為了防止發生這種現象並減小進氣的壓力損失阻力，電池冷卻風扇11和21的驅動力增大。因此，防止了排氣沿圖7所示的箭頭305的方向流動。圖9是按照本發明第三實施例的用於安裝在車輛中的電氣設備的冷卻系統的俯視圖。圖10是示出圖9所示的用於安裝在車輛中的電氣設備的冷卻系統的控制的流程圖。參照圖9和圖10，當D⑶C變換器110的內部溫度高時，E⑶250驅動後空氣調節單元210以便降低進氣溫度，並利用風扇11和21將從後空氣調節單元210供給的冷空氣(致冷劑)引導到下側電池10和上側電池20。具體地，在圖10所示的流程圖中，E⑶250判斷DOTC變換器110的溫度是否高(步驟S1011)。如果DOTC變換器110的溫度不高，則處理過程返回到步驟sioii。如果DOTC變換器110的溫度高(在步驟SlOll中為「是」)，則E⑶250將信號SA發送到後空氣調節單元210。在接收到該信號時，後空氣調節單元210被驅動，並將冷空氣傳送到風扇11和21(步驟S1012)。因此，冷空氣被引導到D⑶C變換器110，且因此ECDC變換器110的冷卻速度可提高。結果，能減小冷卻風扇11、21和111、D⑶C變換器110的散熱器和D⑶C變換器110的內部元件的尺寸。圖11是按照本發明第四實施例的用於安裝在車輛中的電氣設備的冷卻系統的俯視圖。參照圖11，用於該實施例的電氣設備的冷卻系統在D⑶C變換器110和上側電池20之間設置有致冷劑通路271，其中致冷劑從冷卻D⑶C變換器110的風扇111沿由箭頭270表示的方向被主動地引到DCDC變換器110的周圍。因此，可防止熱量對電池引起的損害，並且還可防止D⑶C變換器110中的基底部件發熱。也就是說，可通過在D⑶C變換器110和上側電池20之間設置空間並將冷卻空氣引導到這裡而減小電池的溫度上升和上側與下側電池之間的熱差異。應當理解，本文描述的實施例在所有方面都是示例性而非限制性的。本發明的範圍不是由上面的描述、而是由所附的權利要求書限定，並且本發明試圖涵蓋落在權利要求書範圍內的所有等同物和變型。
權利要求
1.一種用於安裝在車輛中的電氣設備的冷卻系統，所述冷卻系統包括下側電池(10)；上側電池(20)，所述上側電池設置在所述下側電池(10)的上方；和變換器(110)，所述變換器設置在所述下側電池(10)的上方，並且變換向所述下側電池(10)和所述上側電池00)輸入或從所述下側電池(10)和所述上側電池00)輸出的電力的電壓，其中所述下側電池(10)、所述上側電池00)和所述變換器(110)由致冷劑冷卻；並且所述變換器(110)的致冷劑入口(112，11 設置在所述上側電池00)和所述下側電池(10)中至少一者的致冷劑出口附近。
2.根據權利要求1所述的用於電氣設備的冷卻系統，還包括設置在所述變換器(110)和所述上側電池00)之間的致冷劑通路071)。
3.根據權利要求1或2所述的用於電氣設備的冷卻系統，其中，所述變換器(110)的排氣管道(120)配置在所述下側電池(10)和所述上側電池00)中至少一者的周圍。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的用於電氣設備的冷卻系統，還包括底盤(320)，所述下側電池(10)和所述上側電池00)安裝在所述底盤上；送風裝置(111)，所述送風裝置設置在所述下側電池(10)上以便冷卻所述變換器(110)；和通道(321)，所述通道在所述底盤(320)中設置成沿所述車輛的縱向延伸，其中所述變換器(110)設置在所述通道(321)的近側；並且所述送風裝置(110)設置在所述通道(321)的遠側。
5.根據權利要求1至3中任一項所述的用於電氣設備的冷卻系統，還包括 底盤(320)，所述下側電池(10)和所述上側電池00)安裝在所述底盤上，其中所述底盤(320)具有一對支撐懸架的懸架支撐罩(310)；並且所述上側電池00)和所述下側電池(10)配置在所述懸架支撐罩(310)之間。
6.根據權利要求4所述的用於電氣設備的冷卻系統，其中所述底盤(320)具有一對支撐懸架的懸架支撐罩(310)；並且所述上側電池00)和所述下側電池(10)配置在所述懸架支撐罩(310)之間。
7.根據權利要求5或6所述的用於電氣設備的冷卻系統，其中所述懸架支撐罩(310)具有相對於豎直方向傾斜的側表面(311)；並且所述側表面(311)傾斜成使得所述側表面(311)和所述下側電池(10)的致冷劑出口(12)之間的距離小於所述側表面(311)和所述變換器(110)的致冷劑入口(112，113)之間的距離。
8.根據權利要求1至3中任一項所述的用於電氣設備的冷卻系統，還包括檢測所述變換器(110)的溫度的溫度傳感器；冷卻所述下側電池(10)的第一送風裝置(11)；冷卻所述上側電池00)的第二送風裝置；設置在所述下側電池(10)上以便冷卻所述變換器(110)的第三送風裝置(111)；和控制所述第一送風裝置(11)和所述第二送風裝置的控制單元050)，其中當由所述溫度傳感器檢測出的溫度大於或等於預定值時，所述控制單元(250)控制所述第一送風裝置(11)和所述第二送風裝置以增大所述第一送風裝置(11)和所述第二送風裝置的驅動力。
9.根據權利要求1至3中任一項所述的用於電氣設備的冷卻系統，還包括檢測所述變換器(110)的溫度的溫度傳感器；冷卻所述下側電池(10)的第一送風裝置(11)；冷卻所述上側電池OO)的第二送風裝置；設置在所述下側電池(10)上以便冷卻所述變換器(110)的第三送風裝置(111)；降低空氣的溫度並向所述第一送風裝置(11)和所述第二送風裝置供給經冷卻的空氣的空氣調節單元O10)；和控制所述空氣調節單元Ο ο)的控制單元050)，其中當由所述溫度傳感器檢測出的溫度大於或等於預定值時，所述控制單元(250)控制所述空氣調節單元O10)以驅動所述空氣調節單元010)。
全文摘要
一種用於電氣設備的冷卻系統(1)，所述冷卻系統包括下側電池(10)；上側電池(20)，所述上側電池設置在所述下側電池(10)的上方；和變換器(110)，所述變換器設置在所述下側電池(10)的上方，並且變換向所述下側電池(10)和所述上側電池(20)輸入或從所述下側電池(10)和所述上側電池(20)輸出的電力的電壓，其中，所述下側電池(10)、所述上側電池(20)和所述變換器(110)由致冷劑冷卻，並且所述變換器(110)的致冷劑入口(11，113)設置在所述上側電池(20)和所述下側電池(10)中至少一者的致冷劑出口(12；22)附近。
文檔編號B60H1/00GK102598396SQ201080049247
公開日2012年7月18日 申請日期2010年10月28日 優先權日2009年10月29日
發明者山本晃 申請人:豐田自動車株式會社