JP2007066830A - 車両用電装ユニットの冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電装ユニットとの熱交換によって加熱された冷却空気の熱が換気口の手前で車内側に逃げる不具合を無くし、冷却効率の確実な向上を図ることのできる車両用電装ユニットの冷却装置を提供する。
【解決手段】 電装ボックス６に、少なくとも高圧バッテリを含む電装ユニットと空気導入ファンを設ける。車室内の空気を電装ボックス６内に導入し、電装ユニットと熱交換を行う。空気導入ファンの排気側に排気ダクト３０を接続し、排気ダクト３０の先端部をボディパネルとトリム３４の間の空間部３５に接続する。ボディパネルには空間部３５と導通する換気口３３を形成し、この換気口３３に排気ファン３７を取付ける。
【選択図】 図５

Description

この発明は、ハイブリッド車両や電気自動車等に用いられ、発熱部品であるバッテリを含む電装ユニットを空気冷却する車両用電装ユニットの冷却装置に関するものである。

ハイブリッド車両や電気自動車においては、高電圧のバッテリの他、モータ用インバータやＤＣ−ＤＣコンバータ等の高圧電装機器を複数搭載している。そして、バッテリと高圧電装機器は、通常、一体ユニットとして電装ボックスの内部にまとめて配置され、電装ボックス内で放熱する機器の熱が車室内から導入される空気によって冷却されるようになっている。この場合、電装ボックス内には空気導入ファンによって車室内の空気が導入され、電装ボックス内で熱交換が行われた空気はダクトを介して車外に排出される。

この種の電装ユニットの冷却装置として、電装ボックスに接続される排気ダクトをトランクルームに臨むボディパネルの近傍まで延ばすとともに、ボディパネルのエア排出側の換気口の形成部位とそのパネルの車内側を覆うトリムとの間に空間部を形成し、この空間部を介して放熱空気を換気口から車外に排出するようにしたものが案出されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−２３１３２１号公報

この従来の電装ユニットの冷却装置は、ボディパネルとトリムによって挟まれた空間部を排気通路の一部として利用するようにしているため、排気ダクトの長さを短くできる利点がある反面、放熱空気が換気口から車外に排出される前にトリムの周囲から熱が車内側に逃げ易い。この現象は、配管の一部にトリムを利用する場合に限ったものではないが、トリムを利用する場合には、トラクルーム内の空間に臨む表面積が大きいことから特に顕著となり易い。

そこでこの発明は、電装ユニットとの熱交換によって加熱された冷却空気の熱が換気口の手前で車内側に逃げる不具合を無くし、冷却効率の確実な向上を図ることのできる車両用電装ユニットの冷却装置を提供しようとするものである。

上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、少なくともバッテリ（例えば、後述の実施形態における高圧バッテリ４）を含む電装ユニットと、この電装ユニットに車室内の空気を導入する空気導入ファン（例えば、後述の実施形態における空気導入ファン１１）と、車体のボディパネル（例えば、後述の実施形態におけるボディパネル３２）に設けられ車外側に空気を排気する換気口（例えば、後述の実施形態における換気口３３）と、前記電装ユニットを通過して熱交換を行った空気を前記換気口に誘導する排気通路（例えば、後述の実施形態における排気ダクト３０，空間部３５）を備えた車両用電装ユニットの冷却装置において、前記換気口に排気通路から車外に強制的に空気を排出する排気ファン（例えば、後述の実施形態における排気ファン３７）を設けるようにした。

この発明の場合、電装ユニットに車室内の空気を導入する空気導入ファンとは別に、排気通路から強制的に外部に空気を排出する排気ファンが換気口に設けられているため、電装ユニットとの熱交換によって加熱された空気は車室内に逃げる前に排気ファンに吸引され、車外に速やかに排出される。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記ボディパネルとこのボディパネルの車内側面を覆うトリム（例えば、後述の実施形態におけるトリム３４）の間に前記換気口に導通する排気室（例えば、後述の実施形態における空間部３５）を形成し、前記排気通路を、前記排気室と、電装ユニットを通過した空気を排気室に誘導する排気ダクト（例えば、後述の実施形態における排気ダクト３０）によって構成するようにした。
この場合、換気口に導通する排気通路の一部がボディパネルとその車内側面を覆うトリムによって形成される。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記排気ファンを、排気ファンの上流側の雰囲気温度に応じて作動させるようにした。
この場合、上流側の雰囲気温度が設定値を超えると、排気ファンが作動して電装ユニットの空気冷却が開始される。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記排気ファンを、前記バッテリの温度に応じて作動させるようにした。
この場合、バッテリの温度が設定値を超えると、排気ファンが作動して電装ユニットの空気冷却が開始される。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記空気導入ファンが作動しているときに前記排気ファンを作動させるようにした。
この場合、雰囲気温度の上昇等に応じて空気導入ファンが作動すると、それに連動して排気ファンが作動する。これにより、電装ユニットの熱が冷却空気を媒体として車外に効率良く排出される。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、車室内で内気循環モードで冷房運転が行われているときに前記排気ファンを作動させるようにした。
この場合、車室内で内気循環モードで冷房運転が行われると、このとき排気ファンが作動して電装ユニット側への車室内の空気の流入が助けられる。

請求項１に記載の発明によれば、電装ユニットとの熱交換によって加熱された空気を、換気口に設けた排気ファンによって強制的に車外に排出することができるため、加熱された空気の熱が換気口の手前で車内側に逃げ難くなり、その結果、電装ユニットの冷却効率が確実に向上する。

請求項２に記載の発明によれば、トリムの前面や周囲から車内側に逃げようとする熱を空気とともに排気ファンによって車外に排出することができるため、排気ダクトの短縮化を図りつつも、冷却効率の低下を確実に抑制することが可能になる。

請求項３に記載の発明によれば、排気ファンが上流側の雰囲気温度に応じて作動するため、電装ユニットの過熱を速やかに抑制することが可能になる。

請求項４に記載の発明によれば、排気ファンがバッテリの温度に応じて作動するため、バッテリの過熱を速やかに抑制し、バッテリ性能を安定維持することが可能になる。

請求項５に記載の発明によれば、排気ファンが空気導入ファンの作動に連動するため、電装ユニットの効率の良い冷却が可能になる。

請求項６に記載の発明によれば、車室内で内気循環モードで冷房が行われているときに、排気ファンが作動するようにしたため、電装ユニット側への車室内の空気の流入を促進し、電装ユニットの冷却効率を高めることができる。

以下、この発明の第１の実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、以下の説明における前後左右等の向きは、特に記載が無ければ車両における向きと同一とする。また、図中矢印ＦＲは車両前方を、矢印ＬＨは車両左方を夫々指向している。

図１は、この発明にかかる車両用電装ユニットの冷却装置を適用したハイブリッド車両１を示すものである。このハイブリッド車両１は、所謂パラレル型であり、エンジン（図示せず）とモータジェネレータ２（車両駆動用モータ）が直列に連結され、これらの動力がトランスミッション（図示せず）を介して駆動輪に伝達されるようになっている。なお、モータジェネレータ２は三相のＤＣブラシレスモータによって構成されている。

また、このハイブリッド車両１は、減速時等に前輪からモータジェネレータ２に駆動力が伝達されると、モータジェネレータ２が発電機として機能してエネルギーを所謂回生制動力として回収する。回収された電気エネルギーは、後述するＰＤＵ（Ｐｏｗｅｒ Ｄｒｉｖｅ Ｕｎｉｔ）３（図４参照）を介して高圧バッテリ４に充電される。なお、ＰＤＵ３は、インバータを主要素として構成され、モータジェネレータ２の駆動時に、高圧バッテリ４の直流電流を受けて三相交流電流に変換するとともに、制動時等にモータジェネレータ２で発電した交流電流を直流電流に変換する。

また、エンジンルーム内には、モータ駆動されるエアコン（空調装置）Ａ／Ｃ用のコンプレッサ（図１では図示せず）が配置されている。このコンプレッサのモータは三相交流モータであり、駆動時にコンプレッサ用のインバータ５（図４参照。以下、「エアコン・インバータ５」と呼ぶ。）から電力を供給されるようになっている。

一方、リヤシートのシートバック（図示せず）の背面側には電装ボックス６が配置されている。この電装ボックス６は、図１〜図３に示すように略直方体状に形成され、その内部に高圧バッテリ４と、前記のＰＤＵ３やエアコン・インバータ５等の高圧電装機器が密集した状態で配置されている。

また、電装ボックス６内に配置される高圧バッテリ４は、円柱状のバッテリ単体がバッテリケース８（図２，図３参照）の内部に複数配置されて成り、バッテリケース８の上部開口から内部に冷却空気を取り入れ、バッテリ４との熱交換を終えた空気を同ケース８の下部開口から排出するようになっている。このバッテリケース８に導入される空気は、一端がリヤパーセル９に開口する吸気ダクト１０を通して車室内から取り入れられる。また、バッテリケース８の下部開口は、電装ボックス６内の後述する高圧電装ブロック７に接続されている。高圧電装ブロック７には内部に通路が設けられ、その通路の下流側に空気導入ファン１１（図４参照）が接続されている。空気導入ファン１１によって吸引される車室内の冷却空気は電装ボックス６内を通過する間にバッテリ４や複数の高圧電装機器（ＰＤＵ３，エアコン・インバータ５等）との間で熱交換を行う。

ところで、高圧電装ブロック７は、前述のＰＤＵ３とエアコン・インバータ５の他にＤＣ−ＤＣコンバータ１２（図４参照）を備えている。このＤＣ−ＤＣコンバータ１２は、モータジェネレータ２で発電した高圧の電力を、車両制御や補機作動等のための低圧バッテリ８０（図９参照）に充電するために、発電電圧を低圧バッテリ８０の規定電圧（例えば、１２Ｖ）まで降圧するものである。なお、この実施形態の場合、この発明における電装ユニットは、電装ボックス６内の高圧バッテリ４とＰＤＵ３、エアコン・インバータ５、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２によって構成されている。

ここで、図９に示す高圧電装ブロック７内の機器を中心とした電気回路の構成について簡単に説明する。
図９は、高圧バッテリ４と高圧電装機器（ＰＤＵ３，ＤＣ−ＤＣコンバータ１２，エアコン・インバータ５）の配線とともに、コントローラ８１（以下、「ＥＣＵ８１」と呼ぶ。）や他の補機８２，８３，８４の配線を示したものである。

高圧バッテリ４は、高圧スイッチ８５を介してＰＤＵ３，ＤＣ−ＤＣコンバータ１２，エアコン・インバータ５に夫々並列に接続されている。ＰＤＵ３とエアコン・インバータ５は、前述のようにモータジェネレータ２とコンプレッサ用のモータ８４に夫々接続されている。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力線には、そのコンバータ１２によって変換された低電圧（１２Ｖ）の電力によって充電される低圧バッテリ８０が接続されるとともに、ＥＣＵ８１と、ライトやエアコン・ファン、燃料ポンプ等の補機８２，８３，８４がスイッチ８６，８７，８８を介して接続されている。

また、ＥＣＵ８１は、ＰＤＵ３とＤＣ−ＤＣコンバータ１２に設けられた温度センサ８９，９０と、高圧バッテリ４と高圧スイッチ８５の間の配線に設けられた電流センサ９１から検出信号を受け、これらの情報に基づいて空気導入ファン１１の作動を制御するようになっている。つまり、ＥＣＵ８１は、温度センサ８９，９０の検出値によって求められる機器３，１２の現在の温度や、電流センサ９１の検出値に基づいて求められる予測発熱温度に基き、電装ボックス６内が設定値以下に維持されるように同ボックス６内に冷却空気を導入する。

一方、高圧電装ブロック７の構造は、図４に示すようになっている。
即ち、ＰＤＵ３とＤＣ−ＤＣコンバータ１２とエアコン・インバータ５は、裏面側に複数の放熱フィン１３を有する放熱板１４〜１６の各表面側に取り付けられ、ＰＤＵ用の放熱板１４の裏面に対向する位置に、ＤＣ−ＤＣコンバータ用の放熱板１５とエアコン・インバータ用の放熱板１６が裏面を向けて配置されている。このとき、ＤＣ−ＤＣコンバータ用の放熱板１５とエアコン・インバータ用の放熱板１６は、前者が後述する通路１８の上流側に、後者が同通路１８の下流側になるように並んで配置され、これらの放熱板１５，１６と、それに対向する放熱板１４の放熱フィン１３がすべて一定方向（長手方向）に向くようになっている。放熱板１４と放熱板１５，１６は、このように対向配置した状態において、断面略コ字状の側壁部材（図示せず）によって結合されている。各側壁部材は、相互に対向する放熱板１４と１５，１６の放熱フィン１３の側方を覆うようにして放熱板１４と１５，１６に結合され、その状態において放熱フィン１３の周囲を覆う方形断面形状の通路１８を形成している。この通路１８の放熱板１５のある側の端部はバッテリケース８（図２，図３参照。）の下部開口に接続されており、各放熱板１４，１５，１６は、通路１８に導入される冷却空気との間で熱交換を行う。

エアコン・インバータ５の裏面側に取付けられる放熱板１６は、図４に示すようにエアコン・インバータ５のＤＣ−ＤＣコンバータ１２に隣接する側の端部（図中右側の端部）から同インバータ５の長手方向のほぼ３分の１に亙る領域にのみ設けられている。そして、エアコン・インバータ５の残余の領域に対向する位置には前記の空気導入ファン１１が配置され、前記通路１８の端部がダクト２５を介してこの空気導入ファン１１に接続されている。

空気導入ファン１１の排出側には、図５〜図７に示すように排気ダクト３０が接続されている。この排気ダクト３０は、車室後部のトランクルーム３１内に配置され、空気導入ファン１１から車幅方向の一側（車体右側）のボディパネル３２の近傍位置まで延出している。一方、ボディパネル３２のトランクルーム３１の後部下端位置には、車室外に空気を排出するための換気口３３が形成されており、この換気口３３の形成部を含むボディパネル３２の車内側面（トランクルーム３１内に臨む面）は樹脂製のトリム３４によって覆われている。空気導入ファン１１から延出した排気ダクト３０の先端部はボディパネル３２とトリム３４の間に挿入されている。ボディパネル３２とトリム３４の間には換気口３３に導通する空間部３５が設けられ、この空間部３５が排気ダクト３０と換気口３３を接続する排気室を成している。この実施形態の場合、排気通路は排気ダクト３０と空間部３５によって構成されている。

また、ボディパネル３２の車内側で換気口３３に臨む位置には図８に示すように排気ファン３７が取付けられ、排気ファン３７と換気口３３の間が軸長の短いダクト３６によって接続されている。この排気ファン３７は、排気ダクト３０から空間部３５に導入された空気を吸い込み、その空気を換気口３３を通して車外に排出する。なお、この実施形態の場合、換気口３３にはグリル３８が設けられ、このグリル３８の背部側（車室内側）にダクト３６を介して排気ファン３７が配置されているが、図１１に示すようにボディパネル３２の車室内側の換気口３３周縁に排気ファン３７を直接取付けることも可能である。

ところで、排気ファン３７は、図９に示すＥＣＵ８１によって制御される。
ＥＣＵ８１には、前述したものの他に、車室内の温度を検出する室温センサ９２と、高圧バッテリ４の温度を検出するバッテリ温度センサ９３ａ〜９３ｃと、エアコンＡ／Ｃを制御するエアコン・コントローラ９４（以下、「エアコンＥＣＵ９４」と呼ぶ。）が接続され、ＥＣＵ８１は、これらから入力される信号に基づいて排気ファン３７を制御するようになっている。なお、図９中では図示が省略されているが、エアコンＥＣＵ９４の電源部は、ＥＣＵ８１と同様にＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力線に接続されている。

ＥＣＵ８１は、具体的には、以下の（Ａ）〜（Ｄ）のいずれかの条件を満たすときに排気ファン３７を駆動させる。
（Ａ）車室内の雰囲気温度Trが設定温度Tr_refよりも高いとき。
この場合、雰囲気温度Trは、室温センサ９２の検出信号から求める。
（Ｂ）高圧バッテリ４の温度Tbが設定温度Tb_refよりも高いとき。
この場合、高圧バッテリ４の温度Tbは、バッテリ温度センサ９３ａ〜９３ｃの検出信号から求める。
（Ｃ）空気導入ファン１１が作動しているとき。
この場合、空気導入ファン１１が作動しているか否かは、同ファン１１を制御するＥＣＵ８１自体の信号から判断する。
（Ｄ）車室内で内気循環モードで冷房運転が行われているとき。
この場合、冷房運転が行われていることと内気循環モードであることは、エアコンＥＣＵ９４から出力されたエアコンＡ／Ｃの運転状態を示す信号に基づいて判断する。

ＥＣＵ８１においては、車両のイグニッションがオンにされると、図１０のフローチャートに示すように、上記の（Ａ）〜（Ｄ）に対応するステップ１０１とステップ１０３〜ステップ１０５の条件判断が順次行われ、いずれかの条件を満たすときにステップ１０２に進んで排気ファン３７を駆動させ、いずれの条件も満たさないときにはステップ１０６に進んで排気ファン３７を停止状態に維持する。

この電装ユニットの冷却装置において、排気ファン３７が駆動されると、車室内の冷却空気が電装ボックス６内の通路１８を通過し、その間に高圧バッテリ４やＰＤＵ３、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２、エアコン・インバータ５等と熱交換を行い、そこで放熱された空気が排気ダクト３０を通ってトリム３４の裏側の空間部３５内に流入する。そして、このとき空間部３５内に流入した空気は排気ファン３７による吸引作用によって吸い込まれ、ボディパネル３２の換気口３３を通って車外に排出される。

したがって、この冷却装置を採用した車両においては、電装ボックス６内での熱交換によって過熱された空気が排気ダクト３０からトリム３４の裏側の空間部３５に導入された際に、熱がトリム３４の表面や周囲からトランクルーム３１内に逃げる前に排気ファン３７によって導入空気を車外に強制的に排出することができる。この結果、排気ダクト３０を通して空気とともに移送された熱がトランクルーム３１を通して電装ボックス６内に還流することがなくなり、電装ユニットの冷却効率が確実に向上する。

また、この実施形態においては、空気導入ファン１１と換気口３３を接続する排気通路が、排気ダクト３０と、ボディパネル３２−トリム３４間の空間部３５によって構成されているが、排気通路を排気ダクトだけで構成することも可能である。ただし、この実施形態のように排気通路の一部をボディパネル３２とトリム３４によって構成するようにした場合には、排気ダクト３０の短縮化を図ることができる。しかし、このように排気通路の一部をトリム３４で構成した場合には、トリム３４の周囲からのエアの漏れやトリム表面からの放熱が心配されるが、この冷却装置においては、排気ファン３７によって換気口３３に向かって吸引することにより、トリム利用による不利点を解消することができる。

また、この冷却装置は、車室内の温度に応じて排気ファン３７が作動するようになっているため、電装ユニットの過熱を速やかに抑制することができる。なお、排気ファン３７の作動条件となる雰囲気温度は車室内の温度に限らず、排気ファン３７よりも上流側部分であればトランクルーム３１内の温度であっても良い。ただし、この実施形態のように車室内の温度を排気ファン３７の作動条件となる雰囲気温度とした場合には、排気ファン３７の作動によって車室内の温度を低下させ、導入する冷却空気の昇温によって電装ユニットの冷却効率が低下するのを未然に防止することも可能になる。

さらに、この冷却装置では、排気ファン３７が高圧バッテリ４の温度に応じて作動するようになっているため、高圧バッテリ４の性能を常時安定した状態に維持することができる。したがって、これによりモータジェネレータ２による安定したアシスト性能が得られることから、車両の燃費の向上を図ることができ、さらには高圧バッテリ４の劣化をも防止することができる。

また、この冷却装置の場合、空気導入ファン１１が作動しているときに排気ファン３７が連動して作動するようになっているため、電装ユニットの熱を、車室内の冷却空気を媒体として効率良く車外に排出することができる。

また、さらにこの冷却装置においては、車室内で内気循環モードで冷房運転が行われているときに排気ファン３７が作動するようになっているため、車室の空気が内部を循環して電装ボックス６内に導入され難い状況下にあっても、排気通路の換気口３３側の端部から排気ファン３７によって吸引することで電装ボックス６内への冷却空気の導入を積極的に促すことができる。したがって、これにより電装ユニットの冷却効率をより高めることができる。

なお、この発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。例えば、上記の実施形態においては、高圧バッテリ４とＰＤＵ３、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２、エアコン・コンバータ５によって電装ユニットが形成されているが、電装ユニットの構成はこれに限らず、少なくともバッテリ４を含む構成であれば他の部品との組み合わせも可能である。

この発明の一実施形態の電装ボックスの配置を説明する斜視図。 同実施形態を示す図１の要部を拡大した斜視図。 同実施形態を示す電装ボックスの正面図。 同実施形態を示す図３のＡ−Ａ断面に対応する部分断面図 同実施形態を示すものであり、部品レイアウトと冷却空気の流れを示す概略構成図。 同実施形態を示すものであり、トリムを取り去った状態でトランクルームの内側から見た側面図。 同実施形態を示すものであり、トリムを取り付けた状態でトランクルームの内側から見た側面図。 同実施形態を示す排気ファン取付部の断面図。 同実施形態を示す電装ユニット関係の電気回路図。 同実施形態の排気ファンの制御の流れを示すフローチャート。 この発明の他の実施形態を示す排気ファン取付部の断面図。

符号の説明

３…ＰＤＵ（電装ユニット）
４…高圧バッテリ（バッテリ，電装ユニット）
５…エアコン・インバータ（電装ユニット）
１１…空気導入ファン
１２…ＤＣ−ＤＣコンバータ（電装ユニット）
３０…排気ダクト（排気通路）
３２…ボディパネル
３３…換気口
３４…トリム
３５…空間部（排気室，排気通路）
３７…排気ファン

Claims (6)

1. 少なくともバッテリを含む電装ユニットと、
   この電装ユニットに車室内の空気を導入する空気導入ファンと、
   車体のボディパネルに設けられ車外側に空気を排気する換気口と、
   前記電装ユニットを通過して熱交換を行った空気を前記換気口に誘導する排気通路を備えた車両用電装ユニットの冷却装置において、
   前記換気口に排気通路から車外に強制的に空気を排出する排気ファンを設けたことを特徴とする車両用電装ユニットの冷却装置。
2. 前記ボディパネルとこのボディパネルの車内側面を覆うトリムの間に前記換気口に導通する排気室を形成し、
   前記排気通路を、前記排気室と、電装ユニットを通過した空気を排気室に誘導する排気ダクトによって構成したことを特徴とする請求項１に記載の車両用電装ユニットの冷却装置。
3. 前記排気ファンを、その排気ファンの上流側の雰囲気温度に応じて作動させることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用電装ユニットの冷却装置。
4. 前記排気ファンを、前記バッテリの温度に応じて作動させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の車両用電装ユニットの冷却装置。
5. 前記空気導入ファンが作動しているときに前記排気ファンを作動させることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の車両用電装ユニットの冷却装置。
6. 車室内で内気循環モードで冷房運転が行われているときに前記排気ファンを作動させることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の車両用電装ユニットの冷却装置。
   
   

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