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JPWO2011074335A1 - 蓄電装置の冷却構造 - Google Patents

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Abstract

後部座席と車両後端部までの距離が短い小型車に搭載する場合であっても、車室内の居住空間を確保しながら、蓄電装置の冷却効率が良好な冷却構造を提供する。バッテリは、車両（１）に搭載されるＩＰＵ（１３）に含まれる。バッテリの冷却構造は、車室（２）内に開口された吸気口（１４）を有し、吸気口（１４）とＩＰＵ（１３）との間で延びる吸気ダクト（１５）と、吸気口（１４）を覆うように配置され、車室（２）内と吸気ダクト（１５）とを連通させる孔（１６ａ）が形成されたカバー（１６）とを備える。吸気口（１４）は、後部座席（５）斜め後方に位置するＣピラー（８）に近接する後方の車室（２）内一側部において、車室（２）内側に向けて開口が傾斜するように配置される。

Description

本発明は、蓄電装置の冷却構造、特にハイブリッド車両や電気自動車に搭載される車両用蓄電装置の冷却構造に関する。
近年、ハイブリッド車両や電気自動車が広く実用化されている。このようなハイブリッド車両などには、電動機などに電力を供給する大容量の蓄電装置が搭載されている。蓄電装置には繰り返し充放電可能なバッテリが使用されており、充放電のたびに放熱が生じる。
バッテリの温度が上昇すると、性能劣化や短寿命化などの悪影響が生じるという問題が生じる。また、バッテリの温度が上昇すると、パワーセーブ機能が作動し、バッテリから出力される動力が制限され、車両の動力性能が損なわれるという問題が生じる。さらに、バッテリの温度が上昇すると、バッテリ冷却用ファンの動作頻度が高まり、車室内の空調性能が損なわれるという問題が生じる。
そこで、従来から、バッテリの温度上昇を抑制するために、吸気ダクト（冷却風通路）を介してエアコンディショナーで冷却された車室内の空気を供給し、バッテリの冷却を行うことがあった。一般的に、省スペースと冷却効率の観点から、吸気ダクトの吸気口はバッテリの比較的近傍に配置される。例えば、後部座席横のガーニッシュや後部座席自体に吸気口を設けることが考えられる。
なお、特許文献１には、いわゆるハッチバック車やワゴン車などでラゲージスペースの床面にバッテリを搭載する場合、積載される荷物により吸気口が塞がれることがないように、トノカバーが配置される位置より上側に位置するラゲージサイドリム棚部に吸気口を設けることが開示されている。
特許第４１１４４７８号公報
しかしながら、小型車の場合、後部座席横のガーニッシュや後部座席自体に吸気口を設けると、後部座席が狭くなり、車室内の居住空間を十分に確保することができない。
また、特許文献１に開示された構成を小型車に適用した場合、後部座席と車両後端部までの距離が短いので、後部座席斜め後方のＣピラーと吸気口との間隔を十分に確保することができない。このような場合、Ｃピラーの近接する後方に吸気口を設けると、Ｃピラーに邪魔されて、吸気口から十分な冷却空気が導入されず、バッテリの冷却効率が悪化するという問題が生じる。
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、後部座席と車両後端部までの距離が短い小型車に搭載する場合であっても、車室内の居住空間を確保しながら、蓄電装置の冷却効率が良好な冷却構造を提供することを目的とする。
本発明の蓄電装置の冷却構造は、車両に搭載される蓄電装置を冷却するために、車室内に開口された吸気口を有し、該吸気口と前記蓄電装置との間で延びる冷却風通路と、前記吸気口を覆うように配置され、前記車室内と前記冷却風通路とを連通させる孔が形成されたカバーとを備えた冷却構造であって、前記車室内で後部座席斜め後方に位置するピラーに近接する後方の車室内一側部において、前記吸気口を車室内側に向けて開口が傾斜するように配置したことを特徴とする。
本発明によれば、吸気口を後部座席斜め後方に位置するピラーに近接する後方の車室内一側部に配置したので、吸気口の存在が車室内の居住空間に影響を及ばさない。さらに、後部座席と車両後端部までの距離が短い小型車の場合であっても、吸気口を見栄え良く配置することができる。さらに、車室内からカバーの孔を通って冷却風通路に吸い込まれる冷却空気の吸気音が前記ピラーにより遮断されて防音されるので、後部座席に着座する乗員が聴感する騒音が低減される。
このとき、前記ピラーに邪魔されて、車室内の冷却空気が冷却風通路内に十分に導入されないおそれがあるが、本発明の冷却構造では、車室内側に向けて開口が傾斜するようにして吸気口を設けている。これにより、車室内の冷却空気を冷却風通路内に十分に導入でき、蓄電装置の冷却効率が良好となる。なお、本発明の車室には、車室と連続する荷室も含まれる。
また、本発明において、前記ピラー後方のウインドシールドを支持するガーニッシュの水平面部に前記カバーを設け、該カバーの水平面に前記孔を形成することが好ましい。この場合、当該カバー及び孔を簡易に設けることができる。
また、本発明において、前記カバーの前方に位置する前記ピラーの部分を切り欠くことが好ましい。この場合、車室内の冷却空気を冷却風通路内にさらに導入でき、蓄電装置の冷却効率がさらに良好なものとなる。
また、本発明において、前記冷却風通路を、フロアパネル上面に沿い、前記車室内の一側部を通るよう配設すると共に、前記冷却風通路の周りに断熱材を配設することが好ましい。
この場合、冷却風通路が車室内に突出しないので、車室内の居住空間を十分に確保することができる。さらに、冷却風通路周りの温度が高い場合であっても、冷却風通路の外側から内側への伝熱を抑え、冷却風通路内を通過する冷却風の温度上昇が抑制されるので、蓄電装置の冷却効率がさらに良好なものとなる。
また、本発明において、前記冷却風通路の断面積が、前記吸気口から前記蓄電装置にかけて拡大することが好ましい。この場合、冷却風通路内の冷却空気の圧力損失（流れ抵抗）を低減でき、蓄電装置の冷却効率がさらに良好なものとなる。
また、本発明において、前記冷却風通路を、前記吸気口と前記蓄電装置との間を最短距離で結ぶように設けることが好ましい。この場合、冷却風通路内の冷却空気の圧力損失を低減でき、蓄電装置の冷却効率がさらに良好なものとなる。ただし、冷却風通路は、車両への搭載を考慮して設ける必要がある。
また、本発明において、前記カバーを前記吸気口から離して位置させ、前記カバーの車両内側側面に、前記車室内と前記冷却風通路とを連通させる別の孔を形成することが好ましい。この場合、当該孔を介して車室内側側からも冷却空気を冷却風通路内に導入でき、蓄電装置の冷却効率がさらに良好なものとなる。
また、本発明において、前記カバーの前方に位置する前記ピラーの部分を後方に向けて傾斜するように切り欠くことが好ましい。この場合、ピラーの強度を確保しながら、車室内の冷却空気を冷却風通路内にさらに導入でき、蓄電装置の冷却効率がさらに良好なものとなる。
また、本発明において、前記断熱材は、不織布であり、超音波溶着を用いて前記冷却風通路に接着されていることが好ましい。この場合、冷却風通路の内側に接着痕が残存することや冷却風通路に穴が開くことなく断熱材を接着でき、吸気音が増加しない。
本発明の実施形態に係る蓄電装置の冷却構造を搭載した車両を示す説明図。 カバー周辺を示す斜視図。 カバー周辺を示す縦断面図。 カバー周辺を示す概略水平断面図。 本発明の別の実施形態に係る蓄電装置の冷却構造のカバー周辺を示す斜視図。
以下、本発明の実施形態に係る蓄電装置の冷却構造を搭載した車両１について説明する。
図１において、車両１は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関及び電動機（モータ・ジェネレータ）を動力発生源として備えるハイブリッド車両である。この車両１は、内燃機関及び／又は電動機の動力を動力伝達装置（トランスミッション）を介して、車軸を駆動可能に構成されている。また、車両１は、内燃機関及び／又は車軸からの動力を電動機に伝達して、電動機により回生動作可能に構成されている。
車両１は、ここでは、跳ね上げ式後部ドア（ハッチ）や跳ね上げ式後部窓（ガラスハッチ）を備えた小型のハッチバック車両であり、乗員が搭乗するスペースである車室２と主として荷物を搭載するスペースである荷室３とが隔てられていない２ボックス車である。
車両１は、車室２内に乗員が着座可能な前部座席４及び後部座席５を備え、これら前部座席４及び後部座席５に対応して、図示しないが、それぞれ窓部を備えた前部座席用ドア及び後部座席用ドアが設けられている。そして、荷室３は、後部座席５の後方に配置されている。なお、以下では、車室２に荷室３を含めて両室を併せて車室２と呼ぶ。
車両１の車体左右両側には、ルーフ及びルーフパネルを支えキャビンを構成する複数のピラー（支柱）が設けられている。ここでは、ピラーとして、前から順に、フロントピラーとも呼ばれるＡピラー６、センターピラーとも呼ばれるＢピラー７、クォーターピラーとも呼ばれるＣピラー８、リアピラー又はテールゲートピラーとも呼ばれるＤピラー９が設けられている。
両側のＡピラー６の前側にはフロントガラス（フロントウインドシールド)１０が設けられ、両側のＣピラー８とＤピラー９との間にはリアクウォータガラス（リアクウォータウインドシールド)１１が設けられている。そして、Ａピラー６はフロントガラス１０と前部座席用ドアとの間、Ｂピラー７は前部座席用ドアと後部座席用ドアとの間、Ｃピラー８は後部座席用ドアのドアガラスとリアクウォータガラス１１との間にそれぞれ位置している。
さらに、温度調節された気流を車室２内後方に向けて導入する空調装置（エアコンディショナー）１２が、インストルメントパネル内に配置されている。
本発明の実施形態に係る蓄電装置の冷却構造は、車両１に搭載されるインテリジェント・パワー・ユニット（以下、「ＩＰＵ」という）１３を冷却するためのものであり、車室２内に開口された吸気口１４を有し、この吸気口１４とＩＰＵ１３との間で延びる吸気ダクト１５と、吸気口１４を覆うように配置され、車室２内と吸気ダクト１５とを連通させる孔１６ａ（図２参照）が形成されたカバー１６とを備えている。
ＩＰＵ１３は、前記電動機に電気的に接続されており、蓄電装置であるバッテリ（直流電源、二次電池）とパワー・コントロール・ユニット（以下、「ＰＣＵ」という）とから構成されている。ＩＰＵ１３は、荷室３のフロアボード１７の下方、かつフロアパネル１８の上方に配置されている。
バッテリは、例えば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などの電池セルを複数直列に接続した電池モジュールから構成されている
ＰＣＵは、例えば、パワー・ドライブ・ユニット（以下、「ＰＤＵ」という）、電圧変換ユニット、電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）等から構成されている。ＰＤＵは、電動機の駆動回路である。電圧変換ユニットは、電動機とバッテリとの間において直流・交流電圧変換を行うインバータや、交流電圧の昇降圧を行うＤＣ／ＤＣコンバータを含む。ＥＣＵは、ＰＤＵ、内燃機関、電動機、動力伝達装置等の車両１の各構成要素に電気的に接続されており、これら各構成要素を制御する。ＥＣＵは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、インターフェイス回路等を含む電子回路ユニットである。
電池セルの化学反応による発熱やジュール熱、及びＰＣＵに含まれるパワー半導体と呼ばれる発熱素子の発熱により、ＩＰＵ１３の温度が上昇する。ＩＰＵ１３内のバッテリは、温度が上昇すると、性能劣化や短寿命化などの悪影響があるため、冷却する必要がある。そこで、比較的温度が低い車室２内の空気又は空調装置から供給される冷却された空気（以下、合わせて「冷却空気」という）を、カバー１６、吸気ダクト１５を介してＩＰＵ１３内に導入することにより、ＩＰＵ１３の冷却を行う。
さらに、図示しないが、ＩＰＵ１３内の温度上昇した空気を車両１外に排出するための空気通路である排気ダクトが設けられている。そして、排気ダクトには、ＩＰＵ１３側から空気を吸引する引き込み型のファン、例えばシロッコファンが配設されている。なお、ＩＰＵ１３に向けて冷却風を供給する押し込み型のファンを吸気ダクト１５に設けてもよい。
吸気ダクト１５は、車室２内の冷却空気を冷却風としてカバー１６の孔１６ａを通して吸気口１４から取り込み、ＩＰＵ１３に送り込むための冷却風通路である。吸気ダクト１５は、樹脂製の単一部材から又は複数部材が接続されて構成されている。吸気ダクト１５は、断面外形が略円形状の管状部材であり、その一端に位置する開口が、吸気口１４となっている。吸気口１４は、Ｃピラー８に近接する後方の車室２内一側部に配置されている。吸気ダクト１５の他端に位置する開口は、ＩＰＵ１３のケーシングに接続されている。なお、吸気ダクト１５の断面外形は、略円形状に限定されず、楕円形状、矩形形状、矩形形状以外の多角形形状など適宜の形状であってもよい。
前記ファンが駆動すると、前記排気ダクト内の空気が車両１外に排出される。これにより、吸気ダクト１５内に図１に矢印で示すような空気の流れが生じ、車室２内の冷却空気がカバー１６、吸気ダクト１５を介してＩＰＵ１３に供給され、ＩＰＵ１３内のバッテリ等から発熱した熱を奪って、ＩＰＵ１３を冷却する。
図２及び図３に示すように、カバー１６は、吸気口１４を覆うように、Ｃピラー８に近接する後方の車室２内一側部に配置されている。ここでは、カバー１６は、吸気口１４を覆うように、リアクウォータガラス１１を支持する樹脂製の内装部品であるリアクォータガーニッシュ１９の一部に組み込まれている。
カバー１６は、車室２内に面する略水平の水平面壁１６ｂを有し、この水平面壁１６ｂと吸気口１４との間に隙間を設けて配置されている。カバー１６の水平面壁１６ｂには、車室２内と吸気ダクト１５との間を連通させる孔１６ａが表面から裏面まで貫通して形成されている。ここでは、多数の矩形形状の孔１６ａが格子状に配置されている。なお、孔１６ａは、１個又は少数であってもよく、さらに、円形状、楕円形状、矩形形状以外の多角形形状など適宜の形状に形成されていてもよい。
吸気口１４及びカバー１６がＣピラー８に近接する後方の車室２内一側部に配置されているので、後部座席５と車両１の後端部までの距離が短い小型車の場合であっても、カバー１６及び吸気口１４を、良好な外観で見栄え良く配置することができる。さらに、Ｃピラー８の裏手に吸気口１４を配置したので、吸気ダクト１５に吸い込まれる冷却空気の吸気音がＣピラー８により遮断されて防音されるため、後部座席５に着座する乗員が聴感する騒音が低減される。
しかしながら、Ｃピラー８の裏手に吸気口１４を配置したので、Ｃピラー８に邪魔されて、車室２内の冷却空気が吸気ダクト１５内に十分に導入されないおそれがある。そこで、吸気口１４を、上方から車室２内に向けて傾斜するように形成された開口として構成している。これにより、車室２内の冷却空気を吸気ダクト１５内に十分に導入できる。
さらに、図４に示すように、カバー１６の前方に位置するＣピラー８の部分を切り欠いている。ここでは、Ｃピラー８を後方に向けて傾斜するように切欠８ａを形成している。これにより、切欠８ａに沿って冷却空気が流れるので、吸気ダクト１５内にさらに冷却空気を導入できる。
なお、強度などの観点から問題がない場合には、図４に一点鎖線で示すように、車両内側部分を一様に薄肉化するように、カバー１６の前方に位置するＣピラー８の部分に切欠を形成してもよい。また、Ｃピラー８の車両内側部分の車両１後方側の一部にのみ切欠を形成してもよい。
また、図１を参照して、吸気ダクト１５は、車両１への搭載を考慮して全体として湾曲するが、吸気口１４とＩＰＵ１３との間を極力最短距離で結び、かつ急激な曲げ部分がなく、極力直線状に延びるように形成されている。具体的には、吸気ダクト１５は、吸気口１４から車両１の一側部を通るよう下方に延び、その後、フロアパネル１７の上面に沿って延びるように形成されている。
これにより、吸気ダクト１５が車室２内に突出しないので、車室２内の居住空間を十分に確保することができる。さらに、冷却空気の圧力損失（流れ抵抗）を低減でき、ＩＰＵ１３をさらに効率良く冷却することができる。
さらに、吸気ダクト１５は、吸気口１４からＩＰＵ１３にかけて、その断面積が拡大するように形成されている。これにより、冷却空気の圧力損失（流れ抵抗）をさらに低減でき、ＩＰＵ１３をさらに効率良く冷却することができる。
ところで、吸気ダクト１５の周りの温度が高い場合、吸気ダクト１５の外側から内側に熱が伝わり、ＩＰＵ１３に供給される冷却風の温度が著しく上昇するおそれが生じる。この場合、ＩＰＵ１３を効率良く冷却することができない。そこで、吸気ダクト１５の外表面の周りにガラス繊維、不織布等からなる断熱材２０を配設して、吸気ダクト１５内の空間と吸気ダクト１５の周りの空間との間を断熱している。
これにより、吸気ダクト１５の周りの温度が高い場合であっても、吸気ダクト１５の外側から内側への伝熱を抑え、冷却風の温度上昇を抑制し、ＩＰＵ１３をさらに効率良く冷却することができる。なお、断熱材２０は、吸気ダクト１５の外表面全面に亘るように配設することが好ましいが、その一部に配設するものであってもよい。
断熱材２０として、ここでは、ポロプロピレン（ＰＰ）の極細繊維をポリエステル繊維で強化した不織布の断熱材であるシンサレート（登録商標、株式会社住友スリーエム製）を用いている。そして、断熱材１５の外側から超音波溶着を用いて、吸気ダクト１５と断熱材２０とを複数箇所で接着している。これにより、吸気ダクト１５の内側に接着痕が残存することや吸気ダクト１５に穴が開くことがないので、吸気音が増加しない。
次に、本発明の別の実施形態に係る蓄電装置の冷却構造について、図５を参照して説明する。本実施形態は、前記実施形態と類似しており、カバー１６Ａのみが異なる。
カバー１６Ａは、その車室内側側に位置する側面壁１６ｃに、車室２内と吸気ダクト１５とを連通させる別の孔１６ｄが表面から裏面まで貫通して形成されている。ここでは、多数の矩形形状の孔１６ｄが格子状に配置されている。これにより、車室２内側側からも冷却空気を吸気ダクト１５内に導入できる。なお、孔１６ｄは、１個又は少数であってもよく、さらに、円形状、楕円形状、矩形形状以外の多角形形状など適宜の形状に形成されていてもよい。また、孔１６ａが形成された部分と孔１６ｄが形成された部分とが連続するように構成されてもよい。
以上、本発明の実施形態に係る蓄電装置の冷却構造を説明したが、本発明に係る蓄電装置の冷却構造は、図示の実施形態に限定されず、適宜種々変形することができる。
例えば、実施形態では、蓄電装置の冷却構造は、ハイブリッド車両である車両１に搭載される場合について説明した。しかし、本発明に係る蓄電装置の冷却構造を搭載する車両はこれに限定されず、電気自動車や燃料電池車であってもよい。
また、実施形態では、蓄電装置としてＩＰＵ１３を冷却する場合について説明した。しかし、蓄電装置はＩＰＵ１３に限定されない。例えば、バッテリのみを冷却するものであってもよい。また、バッテリの代わりに、あるいはバッテリとともにキャパシタを冷却するものであってもよい。

Claims (9)

  1. 車両に搭載される蓄電装置を冷却するために、車室内に開口された吸気口を有し、該吸気口と前記蓄電装置との間で延びる冷却風通路と、前記吸気口を覆うように配置され、前記車室内と前記冷却風通路とを連通させる孔が形成されたカバーとを備えた冷却構造であって、
    前記車室内で後部座席斜め後方に位置するピラーに近接する後方の車室内一側部において、前記吸気口を車室内側に向けて開口が傾斜するように配置したことを特徴とする蓄電装置の冷却構造。
  2. 前記ピラー後方のウインドシールドを支持するガーニッシュの水平面部に前記カバーを設け、該カバーの水平面に前記孔を形成したことを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置の冷却構造。
  3. 前記カバーの前方に位置する前記ピラーの部分を切り欠いたことを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電装置の冷却構造。
  4. 前記冷却風通路を、フロアパネル上面に沿い、前記車室内の一側部を通るよう配設すると共に、前記冷却風通路の周りに断熱材を配設したことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の蓄電装置の冷却構造。
  5. 前記冷却風通路の断面積が、前記吸気口から前記蓄電装置にかけて拡大することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の蓄電装置の冷却構造。
  6. 前記冷却風通路を、前記吸気口と前記蓄電装置との間を最短距離で結ぶように設けることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の蓄電装置の冷却構造。
  7. 前記カバーを前記吸気口から離して位置させ、前記カバーの車両内側側面に、前記車室内と前記冷却風通路とを連通させる別の孔を形成したことを特徴とする請求項２に記載の蓄電装置の冷却構造。
  8. 前記カバーの前方に位置する前記ピラーの部分を後方に向けて傾斜するように切り欠いたことを特徴とする請求項３に記載の蓄電装置の冷却構造。
  9. 前記断熱材は、不織布であり、超音波溶着を用いて前記冷却風通路に接着されていることを特徴とする請求項４に記載の蓄電装置の冷却構造。
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