JP2007106316A - 蓄電装置の冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】車両室内の温度上昇の抑制と、車両室内の内圧低下の抑制との両立が効果的に図られた蓄電装置の冷却構造を提供する。
【解決手段】蓄電装置の冷却構造は、発熱を伴う２次電池１０と、２次電池１０と異なる大きさの発熱を伴うＤＣ−ＤＣコンバータ２０と、相対的に小さい発熱を伴う２次電池１０を冷却した後の空気が流れ、車外に通じる排気通路３０ｎと、相対的に大きい発熱を伴うＤＣ−ＤＣコンバータ２０を冷却した後の空気が流れ、排気通路３０ｎに合流する排気通路３５ｎと、排気通路３５ｎが合流する位置３８よりも空気流れの上流側で排気通路３０ｎに接続され、車両室内に通じる循環通路４０とを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、一般的には、蓄電装置の冷却構造に関し、より特定的には、電気自動車やハイブリッド自動車に搭載される蓄電装置の冷却構造に関する。

従来の蓄電装置の冷却構造に関して、たとえば、特開平１０−３０６７２２号公報には、空調された車室内の快適性を損なうことなく、車室内の空気を用いて効率的に電池の冷却を行なうことを目的とした車両用電池冷却システムが開示されている（特許文献１）。特許文献１に開示されたバッテリの冷却装置は、バッテリを冷却した後の空気を排気ダクトを介して車外に排出する排気モードと、排気ダクトに接続された循環ダクトを介して車室内に戻す循環モードとを備える。また別に、車両には、車室内を空調する空調装置が設けられている。空調装置は、内気が空調ダクト内に導入される内気循環モードと、外気が空調ダクトに導入される外気導入モードとを備える。

また、特開２００４−３０６７２６号公報には、バッテリとバッテリに付属する電気機器とを効率良く冷却することを目的としたバッテリパック冷却構造が開示されている（特許文献２）。特許文献２では、クロスフローファンにより、バッテリモジュール間の間隙と、バッテリ部およびＤＣ−ＤＣコンバータ間の間隙とに冷却風が供給される。

また、特開平１１−１８０１６９号公報には、電気自動車の電気部品の信頼性や耐久性に悪影響を及ぼすことなく、その電気部品を確実に冷却することを目的とした電気部品の冷却構造が開示されている（特許文献３）。特許文献３では、バッテリボックスにバッテリと電気部品とが収容されている。バッテリボックス内に導入された冷却風は、バッテリおよび電気部品を順に冷却する。
特開平１０−３０６７２２号公報 特開２００４−３０６７２６号公報 特開平１１−１８０１６９号公報

上述の特許文献１に開示された車両用電池冷却システムでは、エアコンの運転状態、車室内の空調状態および電池温度等に基づいて、冷却装置の排気モード／循環モード、空調装置の内気循環モード／外気導入モードが選択される。これにより、車室内の圧力低下や空調負荷の増加を抑えながらバッテリを冷却する。しかしながら、排気ダクトに送られる空気の温度が非常に高い場合、車室内の温度上昇の抑制と、車室内の内圧低下の抑制との両立が困難となるおそれが生じる。

そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、車両室内の温度上昇の抑制と、車両室内の内圧低下の抑制との両立が効果的に図られた蓄電装置の冷却構造を提供することである。

この発明の１つの局面に従った蓄電装置の冷却構造は、発熱を伴う蓄電部と、蓄電部と異なる大きさの発熱を伴う機器と、相対的に小さい発熱を伴う蓄電部および機器のいずれか一方を冷却した後の空気が流れ、車外に通じる第１の空気通路と、相対的に大きい発熱を伴う蓄電部および機器のいずれか他方を冷却した後の空気が流れ、第１の空気通路に合流する第２の空気通路と、第２の空気通路が合流する位置よりも空気流れの上流側で第１の空気通路に接続され、車両室内に通じる循環通路とを備える。

このように構成された蓄電装置の冷却構造によれば、相対的に小さい発熱を伴う蓄電部および機器のいずれか一方を冷却した後の空気の一部を、循環通路を通じて第１の空気通路から車両室内に戻す。これにより、車両室内の空気が蓄電部および機器に並列に送り込まれる蓄電装置の冷却構造において、車両室内の温度上昇を抑えつつ、車両室内の内圧の低下を抑制することができる。

この発明の別の局面に従った蓄電装置の冷却構造は、発熱を伴う蓄電部と、蓄電部と異なる大きさの発熱を伴う機器と、蓄電部および機器を冷却する空気が流れ、車外に通じる空気通路とを備える。相対的に小さい発熱を伴う蓄電部および機器のいずれか一方は、相対的に大きい発熱を伴う蓄電部および機器のいずれか他方よりも空気通路の空気流れの上流側に配置されている。蓄電装置の冷却構造は、さらに、相対的に小さい発熱を伴う蓄電部および機器のいずれか一方よりも空気流れの下流側で、かつ相対的に大きい発熱を伴う蓄電部および機器のいずれか他方よりも空気流れの上流側で、空気通路に接続され、車両室内に通じる循環通路を備える。

このように構成された蓄電装置の冷却構造によれば、相対的に小さい発熱を伴う蓄電部および機器のいずれか一方を冷却した後であって、相対的に大きい発熱を伴う蓄電部および機器のいずれか他方を冷却する前の空気を、循環通路を通じて空気通路から車両室内に戻す。これにより、車両室内の空気が蓄電部および機器に直列に送り込まれる蓄電装置の冷却構造において、車両室内の温度上昇を抑えつつ、車両室内の内圧の低下を抑制することができる。

また、機器は、蓄電部からの電圧を変圧するコンバータであり、蓄電部よりも大きい発熱を伴う。

以上説明したように、この発明に従えば、車両室内の温度上昇の抑制と、車両室内の内圧低下の抑制との両立が効果的に図られた蓄電装置の冷却構造を提供することができる。

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１における蓄電装置の冷却構造を模式的に表わした冷却風の経路図である。図１を参照して、本実施の形態では、蓄電装置の冷却構造が、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関と、充放電可能な２次電池とを動力源とするハイブリッド自動車に適用されている。

本実施の形態における蓄電装置の冷却構造は、２次電池１０と、２次電池１０に電気的に接続されたＤＣ−ＤＣコンバータ２０と、車両室内から車外に向かって延び、その経路上に２次電池１０が配置された冷却風通路３０と、冷却風通路３０と並列に延び、その経路上にＤＣ−ＤＣコンバータ２０が配置された冷却風通路３５とを備える。

２次電池１０は、特に限定されないが、たとえば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池から構成されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ２０は、２次電池１０で出力される高電圧を、車両のランプ、オーディオなどの補機類や、車両に搭載される各ＥＣＵ（electronic control unit）で使用される電圧まで降圧し、図示しない補機バッテリに充電する。２次電池１０およびＤＣ−ＤＣコンバータ２０は共に、稼動時、発熱する。２次電池１０で発生する熱量と、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０で発生する熱量とは異なり、本実施の形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０で発生する熱量が２次電池１０で発生する熱量よりも大きい。

冷却風通路３０は、車両室内と２次電池１０との間で延びる吸気通路３０ｍと、２次電池１０と車外との間で延びる排気通路３０ｎとから構成されている。吸気通路３０ｍの経路上には、ファン５１が配置されている。冷却風通路３５は、吸気通路３０ｍから分岐し、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０まで延びる吸気通路３５ｍと、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０から延び、排気通路３０ｎの経路上に合流する排気通路３５ｎとから構成されている。吸気通路３５ｍの経路上には、アシスト用のファン５２が配置されている。

ファン５１は、２次電池１０で検出された電池温度に基づいて冷却が必要と判断された場合に駆動される。ファン５１を駆動させると、車両室内の空気が吸気通路３０ｍを流れて、冷却風として２次電池１０に供給される。２次電池１０を冷却した後の空気は、排気通路３０ｎを通って車外に排出される。

また同時に、吸気通路３０ｍを流れる空気の一部は、吸気通路３５ｍを通ってＤＣ−ＤＣコンバータ２０に供給される。ＤＣ−ＤＣコンバータ２０を冷却した後の空気は、排気通路３５ｎと排気通路３０ｎとを順に通って、２次電池１０を冷却した後の空気と一緒に車外に排出される。アシスト用のファン５２は、ファン５１のみの駆動ではＤＣ−ＤＣコンバータ２０が十分に冷却できないと判断された場合に、ファン５１とともに駆動される。

なお、ファンの配置位置は、図中に示す位置に限定されず、たとえば、吸気通路３０ｍのみにファンが設けられていても良い。ファンとして、シロッコファンやクロスフロー型のファン、プロペラファン等が適宜、使用される。

蓄電装置の冷却構造は、２次電池１０と、排気通路３５ｎが排気通路３０ｎに合流する位置３８との間に接続され、車両室内に連通する循環通路４０をさらに備える。循環通路４０は、位置３８よりも冷却風通路３０を流れる空気流れの上流側で排気通路３０ｎに接続されている。

このような構成により、排気通路３０ｎを流れる、２次電池１０を冷却した後の空気の一部は、循環通路４０を通って車両室内に戻される。２次電池１０を冷却した後の空気は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０を冷却した後の空気が合流する前に循環通路４０に導かれる。

なお、本実施の形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０で発生する熱量が２次電池１０で発生する熱量よりも大きい場合について説明したが、電池、コンバータの性能等によっては、２次電池１０で発生する熱量がＤＣ−ＤＣコンバータ２０で発生する熱量よりも大きくなる場合がある。この場合、たとえば、図１中において２次電池１０とＤＣ−ＤＣコンバータ２０とが逆に配置される。

図２は、この発明の実施の形態１における蓄電装置の冷却構造の具体的な形態を示した斜視図である。図中には、車両後方に形成されたラゲージルーム内を車両後方側から見た場合の電池パックが示されている。

図２を参照して、ハイブリッド自動車は、搭乗者が乗り込む客室と、その客室に隣接し、車両後方に形成されたラゲージルームとを備える。ラゲージルームと客室との間は、空気の流通が許容されている。本発明における車両室内には、客室およびラゲージルームが含まれる。２次電池１０およびＤＣ−ＤＣコンバータ２０は、ラゲージルーム内に搭載されている。

２次電池１０は、電池ケース１００に収容されている。電池ケース１００は、車両を平面的に見た場合に長手方向と短手方向とを有する略直方体形状に形成されている。電池ケース１００は、車両前後方向と短手方向とがほぼ一致し、車両幅方向と長手方向とがほぼ一致するように設けられている。ＤＣ−ＤＣコンバータ２０は、機器ケース１１０に収容されている。機器ケース１１０は、電池ケース１００の底面１００ｂに固定されている。

なお、２次電池１０およびＤＣ−ＤＣコンバータ２０は、フロントシートやリヤシートの下、フロントシートの運転席と助手席との間に設置されたセンターコンソールの下等に配置されていても良い。また、車両が３列シートの場合には、２次電池１０およびＤＣ−ＤＣコンバータ２０が、セカンドシートやサードシートの下に配置されていても良い。２次電池１０とＤＣ−ＤＣコンバータ２０とは、車両上の離れた位置にそれぞれ配置されていても良い。

電池ケース１００の頂面１００ａ上には、シロッコファンであるファン５１が設置されている。図示されていないが、ファン５１には、車両室内の空気をファン５１に送るダクトが接続されている。ダクトは、リヤシート後方のパッケージトレイに形成され、客室内に開口する吸気口から、ファン５１に向かって延びている。機器ケース１１０には、アシスト用のファン５２が収容されている。

吸気通路３０ｍは、吸気ダクト１０１によって構成されている。吸気ダクト１０１は、ファン５１の送風口から電池ケース１００の頂面１００ａ上を延び、頂面１００ａで電池ケース１００内に連通している。排気通路３０ｎは、排気ダクト１０２によって構成されている。排気ダクト１０２は、電池ケース１００の側面１００ｃで電池ケース１００内に連通し、電池ケース１００から車外に向かって延びている。

吸気通路３５ｍは、吸気ダクト１０３によって構成されている。吸気ダクト１０３は、頂面１００ａ上で吸気ダクト１０１から分岐し、電池ケース１００の傍らを延びて、機器ケース１１０内に連通している。排気通路３５ｎは、排気ダクト１０６によって構成されている。排気ダクト１０６は、機器ケース１１０内に連通し、機器ケース１１０から排気ダクト１０２に向かって延び、位置３８に接続されている。循環通路４０は、循環ダクト１０５から構成されている。循環ダクト１０５は、電池ケース１００と位置３８との間で排気ダクト１０２に接続された一方端１０５ｘと、ラゲージルーム内で開口する他方端１０５ｙとを有する。

なお、循環ダクト１０５の他方端１０５ｙは、ラゲージルーム内に限定されず、客室内に開口していても良い。この場合、他方端１０５ｙは、たとえば、客室に設置されたリヤシート下で開口していることが好ましい。これにより、他方端１０５ｙの開口位置を、パッケージトレイに形成された吸気口から離すことができ、他方端１０５ｙから排出された空気が吸気口から導入されにくくなる。また、他方端１０５ｙがリヤシートに座った搭乗者の足元に開口するため、他方端１０５ｙから排出された暖かい空気によって搭乗者が不快感を覚えることを防止できる。

循環ダクト１０５の他方端１０５ｙは、客室内に設置されたシートの座面よりも下で開口していることが好ましい。循環ダクト１０５の他方端１０５ｙは、たとえば、リヤシート以外のシート下や、客室の床面、ダッシュボード下で開口していても良い。

この発明の実施の形態１における蓄電装置の冷却構造は、発熱を伴う蓄電部としての２次電池１０と、２次電池１０と異なる大きさの発熱を伴う機器としてのＤＣ−ＤＣコンバータ２０と、相対的に小さい発熱を伴う２次電池１０およびＤＣ−ＤＣコンバータ２０のいずれか一方としての２次電池１０を冷却した後の空気が流れ、車外に通じる第１の空気通路としての排気通路３０ｎと、相対的に大きい発熱を伴う２次電池１０およびＤＣ−ＤＣコンバータ２０のいずれか他方としてのＤＣ−ＤＣコンバータ２０を冷却した後の空気が流れ、排気通路３０ｎに合流する排気通路３５ｎと、排気通路３５ｎが合流する位置３８よりも空気流れの上流側で排気通路３０ｎに接続され、車両室内に通じる循環通路４０とを備える。

このように構成された、この発明の実施の形態１における蓄電装置の冷却構造によれば、比較的小さい熱量で発熱する２次電池１０を冷却した後の空気の一部が、車両室内に戻され、比較的大きい熱量で発熱するＤＣ−ＤＣコンバータ２０を冷却した後の空気は、車両室内に戻されることなく、車外に排出される。このため、車両室内の温度を大きく上昇させることなく、車両室内の内圧の低下を効果的に抑制することができる。これにより、たとえば、車外の排気ガス等の臭いがボディの隙間を通って車両室内に侵入することを防止できる。

図３は、図１中の蓄電装置の冷却構造の変形例を示す冷却風の経路図である。図３を参照して、本変形例では、吸気通路３５ｍが吸気通路３０ｍから分岐しておらず、車両室内とＤＣ−ＤＣコンバータ２０との間で延びている。吸気通路３５ｍの経路上には、ファン５２が設置されている。ファン５２を駆動させることにより、車両室内の空気が、吸気通路３５ｍを通って直接、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０に供給される。このような構成を備える蓄電装置の冷却構造においても、上述の効果を同様に得ることができる。

なお、本発明における機器は、ＤＣ−ＤＣコンバータに限定されず、２次電池からの直流電流をモータ駆動用の交流電流に変換するとともに、回生ブレーキにより発電された交流電流を、２次電池に充電するための直流電流に変換するインバータであっても良い。また、機器は、インバータと２次電池との間に配置され、２次電池からインバータへの入力電力を昇圧したり、インバータから２次電池への入力電圧を降圧する昇圧コンバータであっても良い。また、機器は、２次電池の高電圧回路を制御するリレーや、２次電池の総電圧と充放電電流とを検知する各種センサ等を搭載した電気機器群としてのジャンクションボックスであっても良い。また、これら複数から機器が構成されていても良い。

また、本実施の形態では、本発明による蓄電装置の冷却構造を内燃機関と２次電池とを動力源とするハイブリッド自動車に適用したが、本発明を、燃料電池と２次電池とを動力源とする燃料電池ハイブリッド車（ＦＣＨＶ：Fuel Cell Hybrid Vehicle）または電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）に適用することもできる。本実施の形態におけるハイブリッド自動車では、燃費最適動作点で内燃機関を駆動するのに対して、燃料電池ハイブリッド自動車では、発電効率最適動作点で燃料電池を駆動する。また、２次電池の使用に関しては、両方のハイブリッド自動車で基本的に変わらない。

また、蓄電部は、化学変化等により自ら電気を創り出す２次電池に限定されず、外部からの供給により電気を蓄えるキャパシタ等であっても良い。

キャパシタは、活性炭と電解液との界面に発生する電気２重層を動作原理とした電気２重層キャパシタのことである。固体として活性炭、液体として電解液（奇硫酸水溶液）を用いて、これらを接触させるとその界面にプラス、マイナスの電極が極めて短い距離を隔てて相対的に分布する。イオン性溶液中に一対の電極を浸して電気分解が起こらない程度に電圧を負荷させると、それぞれの電極の表面にイオンが吸着され、プラスとマイナスの電気が蓄えられる（充電）。外部に電気を放出すると、正負のイオンが電極から離れて中和状態に戻る（放電）。

（実施の形態２）
図４は、この発明の実施の形態２における蓄電装置の冷却構造を模式的に表わした冷却風の経路図である。本実施の形態における蓄電装置の冷却構造は、実施の形態１における蓄電装置の冷却構造と比較して、基本的には同様の構造を備える。以下、重複する構造については説明を繰り返さない。

図４を参照して、本実施の形態における蓄電装置の冷却構造は、２次電池１０と、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０と、車両室内から車外に向かって延び、その経路上に２次電池１０およびＤＣ−ＤＣコンバータ２０が直列に並んで配置された冷却風通路６０とを備える。

冷却風通路６０は、車両室内と２次電池１０との間で延びる吸気通路６０ｍと、２次電池１０とＤＣ−ＤＣコンバータ２０との間で延びる中間通路６０ｐと、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０と車外との間で延びる排気通路６０ｎとから構成されている。吸気通路６０ｍには、ファン５３が配置されている。

ファン５３を駆動させると、車両室内の空気が吸気通路６０ｍを流れて、冷却風として２次電池１０に供給される。２次電池１０を冷却した後の空気は、中間通路６０ｐを通ってＤＣ−ＤＣコンバータ２０に供給される。さらにＤＣ−ＤＣコンバータ２０を冷却した後の空気は、排気通路６０ｎを通って車外に排出される。すなわち、２次電池１０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０よりも冷却風通路６０を流れる冷却風流れの上流側に配置されている。

蓄電装置の冷却構造は、中間通路６０ｐの経路上に接続され、車両室内に連通する循環通路４０をさらに備える。循環通路４０は、２次電池１０とＤＣ−ＤＣコンバータ２０との間で冷却風通路６０に接続されている。

このような構成により、中間通路６０ｐを流れる、２次電池１０を冷却した後であって、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０を冷却する前の空気の一部が、循環通路４０を通って車両室内に戻される。２次電池１０およびＤＣ−ＤＣコンバータ２０の双方を冷却した後の空気は、車両室内に戻されることなく、車外に排出される。

この発明の実施の形態２における蓄電装置の冷却構造は、発熱を伴う蓄電部としての２次電池１０と、２次電池１０と異なる大きさの発熱を伴う機器としてのＤＣ−ＤＣコンバータ２０と、２次電池１０およびＤＣ−ＤＣコンバータ２０を冷却する空気が流れ、車外に通じる空気通路としての冷却風通路６０とを備える。相対的に小さい発熱を伴う２次電池１０およびＤＣ−ＤＣコンバータ２０のいずれか一方としての２次電池１０は、相対的に大きい発熱を伴う２次電池１０およびＤＣ−ＤＣコンバータ２０のいずれか他方としてのＤＣ−ＤＣコンバータ２０よりも冷却風通路６０の空気流れの上流側に配置されている。蓄電装置の冷却構造は、さらに、２次電池１０よりも空気流れの下流側で、かつＤＣ−ＤＣコンバータ２０よりも空気流れの上流側で、冷却風通路６０に接続され、車両室内に通じる循環通路４０を備える。

このように構成された、この発明の実施の形態２における蓄電装置の冷却構造によれば、実施の形態１に記載の効果と同様の効果を得ることができる。

図５は、図４中の蓄電装置の冷却構造の変形例を示す冷却風の経路図である。図５を参照して、本変形例では、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０が、２次電池１０とともに電池ケース１００に収容されている。冷却風通路６０は、車両室内から電池ケース１００内に連通する吸気通路６０ｍと、電池ケース１００内に連通し、電池ケース１００から車外に向かって延びる排気通路６０ｎとから構成されている。２次電池１０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０よりも電池ケース１００内に流れる空気流れの上流側に配置されている。このような構成を備える蓄電装置の冷却構造においても、上述の効果を同様に得ることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態１における蓄電装置の冷却構造を模式的に表わした冷却風の経路図である。 この発明の実施の形態１における蓄電装置の冷却構造の具体的な形態を示した斜視図である。 図１中の蓄電装置の冷却構造の変形例を示す冷却風の経路図である。 この発明の実施の形態２における蓄電装置の冷却構造を模式的に表わした冷却風の経路図である。 図４中の蓄電装置の冷却構造の変形例を示す冷却風の経路図である。

符号の説明

１０ ２次電池、２０ ＤＣ−ＤＣコンバータ、３０ｎ，３５ｎ 排気通路、３８ 位置、４０ 循環通路、６０ 冷却風通路。

Claims (3)

1. 発熱を伴う蓄電部と、
   前記蓄電部と異なる大きさの発熱を伴う機器と、
   相対的に小さい発熱を伴う前記蓄電部および前記機器のいずれか一方を冷却した後の空気が流れ、車外に通じる第１の空気通路と、
   相対的に大きい発熱を伴う前記蓄電部および前記機器のいずれか他方を冷却した後の空気が流れ、前記第１の空気通路に合流する第２の空気通路と、
   前記第２の空気通路が合流する位置よりも空気流れの上流側で前記第１の空気通路に接続され、車両室内に通じる循環通路とを備える、蓄電装置の冷却構造。
2. 発熱を伴う蓄電部と、
   前記蓄電部と異なる大きさの発熱を伴う機器と、
   前記蓄電部および前記機器を冷却する空気が流れ、車外に通じる空気通路とを備え、
   相対的に小さい発熱を伴う前記蓄電部および前記機器のいずれか一方は、相対的に大きい発熱を伴う前記蓄電部および前記機器のいずれか他方よりも前記空気通路の空気流れの上流側に配置されており、さらに、
   相対的に小さい発熱を伴う前記蓄電部および前記機器のいずれか一方よりも空気流れの下流側で、かつ相対的に大きい発熱を伴う前記蓄電部および前記機器のいずれか他方よりも空気流れの上流側で、前記空気通路に接続され、車両室内に通じる循環通路を備える、蓄電装置の冷却構造。
3. 前記機器は、前記蓄電部からの電圧を変圧するコンバータであり、前記蓄電部よりも大きい発熱を伴う、請求項１または２に記載の蓄電装置の冷却構造。

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