JP3756435B2 - 自動車の高圧電装冷却装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、モータのみで走行する自動車またはエンジンとモータで走行する自動車の高圧電装機器（バッテリーおよびインバータ等）を冷却する高圧電装冷却装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
モータのみで走行する自動車またはエンジンとモータで走行する自動車（以下、ハイブリッド自動車という）では、直流電源のバッテリーからモータに給電するときにインバータによって直流から交流に変換しており、さらに、前記ハイブリッド自動車では、エンジンの出力または車両の運動エネルギーの一部をモータを介してバッテリーに蓄電するときにインバータによって交流を直流に変換して蓄電している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、バッテリーおよびインバータ（以下、これらを総称して高圧電装機器ということもある）は作動時に発熱を伴うが、バッテリーは高温状態では充放電効率が低下することがあり、インバータには耐熱温度があってこれを越えると損傷する虞がある。インバータは容量を大きくすれば発熱量を少なくできるが、容量の増大はインバータの大型化および重量増大を招くので車載用としては好ましくなく、車載用のインバータには可能な限り小型化の要求がある。そして、これに伴ってインバータに対する冷却が必要不可欠となっている。
【０００４】
したがって、これら高圧電装機器を備える自動車では、限りある搭載スペースの中で、高圧電装機器を如何にして効率的に冷却するかが大きな課題になっている。
そこで、この発明は、小型・軽量で、効率的に高圧電装機器を冷却することができる自動車の高圧電装冷却装置を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、走行用モータにインバータ（例えば、後述する実施の形態におけるインバータ７）を介して給電するバッテリー（例えば、後述する実施の形態におけるバッテリー５）と前記インバータとを冷却空気で冷却する自動車の高圧電装冷却装置（例えば、後述する実施の形態における高圧電装冷却装置１）であって、冷却空気入口（例えば、後述する実施の形態における冷却空気入口１１）から導入した冷却空気を冷却空気出口（例えば、後述する実施の形態における冷却空気出口４１）に導く電装ボックス（例えば、後述する実施の形態における電装ボックス７０）と、前記冷却空気入口から冷却空気を導入させるファン（例えば、後述する実施の形態におけるファン６０）を備え、前記電装ボックスの内部には、冷却空気の流れ方向上流側に配置された前記バッテリーと、冷却空気の流れ方向下流側に配置された前記インバータと、内部に前記インバータ用のヒートシンク（例えば、後述する実施の形態における放熱板３７）が設けられるとともに前記冷却空気が流通する箱状のヒートシンクケース（例えば、後述する実施の形態におけるヒートシンクケース３０）と、前記バッテリーを冷却した冷却空気を前記ヒートシンクケースに導く冷却空気通路（例えば、後述する実施の形態における冷却空気通路５７）とが、自動車のリアシート（例えば、後述する実施の形態におけるリアシート２）の背面側に沿って配置されて収容されており、前記冷却空気入口から導入した冷却空気は、前記バッテリーの上部から下部に向かって下降し、さらに前記冷却空気通路を経由して、前記ヒートシンクケース内を下部から上部に向かって上昇し、前記冷却空気出口より排出されることを特徴とする自動車の高圧電装冷却装置である。
【０００６】
このように構成することにより、バッテリーとインバータを冷却空気の通路である１つの電装ボックスにまとめることが可能になる。また、電装ボックスにはファンにより冷却空気を強制的に流通させることが可能になり、その冷却空気で初めに管理温度の低いバッテリーを冷却し、バッテリー冷却後の冷却空気で、バッテリーの管理温度よりも高温になり易いインバータを冷却することが可能になる。
【０００７】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載の発明において、前記冷却空気入口から導入される冷却空気は車室内空気であることを特徴とする。このように構成することにより、空調によって温度調整された低温の車室内空気でバッテリーおよびインバータを冷却することが可能になる。
請求項３に記載した発明は、請求項２に記載の発明において、前記冷却空気入口から前記バッテリーへの冷却空気の導入を許容および阻止する開閉手段（例えば、後述する実施の形態におけるシャッタ１３）を備えることを特徴とする。このように構成することにより、車室内空気の温度が上昇したときに、開閉手段を閉ざすことにより、車室内の熱気が電装ボックス内に流入するのを阻止することが可能になる。
【０００８】
請求項４に記載した発明は、走行用モータにインバータ（例えば、後述する実施の形態におけるインバータ７）を介して給電するバッテリー（例えば、後述する実施の形態におけるバッテリー５）と前記インバータとを冷却空気で冷却する自動車の高圧電装冷却装置（例えば、後述する実施の形態における高圧電装冷却装置１）であって、冷却空気入口（例えば、後述する実施の形態における冷却空気入口１１）から導入した冷却空気を冷却空気出口（例えば、後述する実施の形態における冷却空気出口４１）に導き、内部に、冷却空気の流れ方向上流側に前記バッテリーを収容し冷却空気の流れ方向下流側に前記インバータを収容した電装ボックス（例えば、後述する実施の形態における電装ボックス７０）と、前記冷却空気入口から冷却空気を導入させるファン（例えば、後述する実施の形態におけるファン６０）を備え、前記電装ボックスは、内部に前記バッテリーが装着されるとともに前記冷却空気が流通する箱状のバッテリーボックス（例えば、後述する実施の形態におけるバッテリーボックス２０）と、内部に前記インバータ用のヒートシンク（例えば、後述する実施の形態における放熱板３７）が設けられるとともに前記冷却空気が流通し外側に前記インバータが取り付けられる箱状のヒートシンクケース（例えば、後述する実施の形態におけるヒートシンクケース３０）と、前記バッテリーボックスと前記ヒートシンクケースと前記インバータを包囲して前記バッテリーボックスにおける冷却空気の出口（例えば、後述する実施の形態におけるバッテリーボックス２０の下部開口２２）と前記ヒートシンクケースにおける冷却空気の入口（例えば、後述する実施の形態におけるヒートシンクケース３０の下部開口３２ｃ）を連通させる外装ボックス（例えば、後述する実施の形態における外装ボックス５０）と、を備え、前記冷却空気入口から導入した冷却空気を前記バッテリーボックスに導く吸気ダクト（例えば、後述する実施の形態における吸気ダクト１０）と、前記前記ヒートシンクケースから排出される冷却空気を前記冷却空気出口に導く排気ダクト（例えば、後述する実施の形態における排気ダクト４０）を備え、また、前記外装ボックスには冷却空気の入口（例えば、後述する実施の形態における開口５３）と出口（例えば、後述する実施の形態における開口５４）が設けられており、前記吸気ダクトにおける冷却空気の出口（例えば、後述する実施の形態における下部開口１２）と前記外装ボックスにおける冷却空気の前記入口と前記バッテリーボックスにおける冷却空気の入口（例えば、後述する実施の形態におけるバッテリーボックス２０の上部開口２１）がシール状態に連結され、前記ヒートシンクケースにおける冷却空気の出口（例えば、後述する実施の形態におけるヒートシンクケース３０の上部開口３２ｂ）と前記外装ボックスにおける冷却空気の前記出口と前記排気ダクトにおける冷却空気の入口（例えば、後述する実施の形態における下部開口４２）がシール状態に連結されていることを特徴とする自動車の高圧電装冷却装置である。
このように構成することにより、バッテリーとインバータを冷却空気の通路である１つの電装ボックスにまとめることが可能になる。また、電装ボックスにはファンにより冷却空気を強制的に流通させることが可能になり、その冷却空気で初めに管理温度の低いバッテリーを冷却し、バッテリー冷却後の冷却空気で、バッテリーの管理温度よりも高温になり易いインバータを冷却することが可能になる。
また、バッテリーボックスの内部を流れる冷却空気でバッテリーを冷却することが可能になり、バッテリーボックスから排出される冷却空気をヒートシンクケースに導入することが可能になり、ヒートシンクケースの内部を流れる冷却空気でインバータを冷却することが可能になる。
【０００９】
しかも、外装ボックスが密閉された箱となり、吸気ダクトを通った冷却空気を確実にバッテリーボックスに流入させることができ、バッテリーボックスから排出された冷却空気を確実にヒートシンクケースに流入させることができ、ヒートシンクケースから排出された冷却空気を確実に排気ダクトに流入させることができる。
【００１０】
請求項５に記載した発明は、請求項４に記載の発明において、前記バッテリーボックスと前記ヒートシンクケースが自動車のボディ（例えば、後述する実施の形態におけるリアトレイ４，車体フロア６，パイプフレーム６ａ、サイドフレーム６ｂ）に固定されることを特徴とする。
このように構成することにより、高圧電装冷却装置において重量の大きな部材を自動車のボディにしっかりと固定することが可能になり、外装ボックスを冷却空気の密閉専用にすることが可能になる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る自動車の高圧電装冷却装置の一実施の形態を図１から図１０の図面を参照して説明する。なお、この実施の形態における自動車はハイブリッド自動車の態様であり、このハイブリッド自動車では、直流電源のバッテリーからモータに給電するときにインバータによって直流から交流に変換し、また、エンジンの出力または車両の運動エネルギーの一部を前記モータを介して前記バッテリーに蓄電するときにインバータによって交流を直流に変換して蓄電する。また、インバータによって変換された直流電圧は高圧であるので、その一部はＤＣ／ＤＣコンバータによって降圧する。この実施の形態における高圧電装冷却装置は前記バッテリー、インバータ、ＤＣ／ＤＣコンバータを冷却するものである。
【００１２】
初めに、図１の模式図を参照して、この実施の形態における高圧電装冷却装置１の概略を説明する。
高圧電装冷却装置１は、吸気ダクト１０と、バッテリーボックス２０と、ヒートシンクケース３０と、排気ダクト４０と、外装ボックス５０と、ファン６０とを備えている。
吸気ダクト１０はシャッタ１３によって開閉される冷却空気入口１１を有している。バッテリーボックス２０は箱状をなし、その上部開口２１は吸気ダクト１０の下部開口１２に接続されている。バッテリーボックス２０の内部にはバッテリー（図１では図示せず）が装着されるとともに、冷却空気が流通可能になっている。ヒートシンクケース３０も箱状をなし、その上部開口３２ｂは排気ダクト４０の下部開口４２に接続されている。ヒートシンクケース３０の内部にはヒートシンクが設けられるとともに冷却空気が流通可能になっており、ヒートシンクケース３０の外面にはインバータとＤＣ／ＤＣコンバータ（図１ではいずれも図示せず）が設置されている。
【００１３】
そして、バッテリーボックス２０とヒートシンクケース３０と前記インバータおよびＤＣ／ＤＣコンバータは外装ボックス５０によって包囲されている。外装ボックス５０は上部に開口５３，５４を有する密閉箱であり、一方の開口５３は、吸気ダクト１０の下部開口１２とバッテリーボックス２０の上部開口２１との接続部にシール状態に連結されており、他方の開口５４は排気ダクト４０の下部開口４２とヒートシンクケース３０の上部開口３２ｂとの接続部にシール状態に連結されている。また、外装ボックス５０の内部空間は、バッテリーボックス２０の下部開口２２と、ヒートシンクケース３０の下部開口３２ｃを連通させている。
【００１４】
排気ダクト４０は冷却空気出口４１を有しており、その冷却空気出口４１にファン６０が設けられている。また、ファン６０とシャッタ１３は連動して動作するようになっていて、ファン６０を回転するとシャッタ１３が開き、ファン６０を停止するとシャッタ１３が閉じるようになっている。そして、バッテリーボックス２０とヒートシンクケース３０と外装ボックス５０は電装ボックス７０を構成している。
【００１５】
このように構成された高圧電装冷却装置１では、ファン６０を回転するとシャッタ１３が開いて、冷却空気入口１１から吸気ダクト１０内に冷却空気が導入される。吸気ダクト１０に導入された冷却空気は、吸気ダクト１０からバッテリーボックス２０を通って外装ボックス５０内に排出される。そして、冷却空気はバッテリーボックス２０内を通過するときにバッテリーと熱交換を行い、その結果、バッテリーは冷却され、冷却空気は若干温度上昇して外装ボックス５０内に排出されることとなる。なお、バッテリーの管理温度は低いので、バッテリーの冷却により冷却空気の温度が上昇するといっても、インバータおよびＤＣ／ＤＣコンバータを冷却するには十分に低い温度である。
【００１６】
外装ボックス５０内に排出された冷却空気は、外装ボックス５０が密閉箱であることから、冷却空気はヒートシンクケース３０内に導入される。すなわち、外装ボックス５０の内部は、バッテリーを冷却した後の冷却空気をインバータに導く冷却空気通路５７となる。ヒートシンクケース３０内に導入された冷却空気は、ヒートシンクケース３０内を通って排気ダクト４０へ排出され、さらに冷却空気出口４１を介してファン６０に吸引されて外部に排出される。そして、冷却空気はヒートシンクケース３０内を通過するときにヒートシンクと熱交換を行う。ヒートシンクにはヒートシンクケース３０を介してインバータおよびＤＣ／ＤＣコンバータの熱が伝熱されるので、冷却空気とヒートシンクとの熱交換によってインバータおよびＤＣ／ＤＣコンバータが冷却されることとなる。
【００１７】
このように、この高圧電装冷却装置１では、バッテリーの管理温度よりもインバータおよびＤＣ／ＤＣコンバータの温度が高いことを考慮し、バッテリーを冷却した後の冷却空気でインバータおよびＤＣ／ＤＣコンバータを冷却しているので、省エネルギー（少ない冷却エネルギー）でバッテリーとインバータおよびＤＣ／ＤＣコンバータとを効率的に冷却することができる。
また、バッテリーとインバータおよびＤＣ／ＤＣコンバータを１つの電装ボックス７０内にまとめて収容し、その中に冷却空気を流して冷却しているので、それぞれを個別に冷却する冷却装置を複数設けるよりも、小型・軽量にすることができる。
さらに、ファン６０により冷却空気を強制的に流通させているので、バッテリーとインバータおよびＤＣ／ＤＣコンバータを確実に冷却することができる。しかも、ファン６０が１つあれば足りるので、装置を小型・軽量にすることができる。
【００１８】
次に、図２から図１０の図面を参照して、この実施の形態における高圧電装冷却装置をより具体的に説明する。
図２は高圧電装冷却装置１を自動車の前方側から見たの分解斜視図、図３は同横断面図、図４は自動車の前方側から見た同正面図、図５は一部構成を取り外して自動車の前方側から見た同正面図、図６は自動車の後方側から見た同背面図、図７はバッテリー収容部分の同縦断面図、図８は図７の要部拡大図、図９はインバータ収容部分の同縦断面図、図１０は図９の要部拡大図である。
【００１９】
この実施の形態において、高圧電装冷却装置１は、図７および図９に示すように、自動車のリアシート２とトランクルーム３との間に設置され、且つ、リアシート２の背面に沿うように若干後方に傾斜して設置されている。
高圧電装冷却装置１は、吸気ダクト１０と、バッテリーボックス２０と、ヒートシンクケース３０と、排気ダクト４０と、外装ボックス５０と、ファン６０とを備えている。
【００２０】
吸気ダクト１０および排気ダクト４０は、軽量で断熱性が高い発砲ポリプロピレン等で形成されている。
図２および図７に示すように、吸気ダクト１０には、上端に冷却空気入口１１が設けられ、下端に冷却空気入口１１よりも横長で開口面積の大きい下部開口１２が設けられている。
吸気ダクト１０の冷却空気入口１１は、自動車のリアトレイ４に形成された開口４ａを介して、この開口４ａに設置された吸気グリル４ｂに接続されている。吸気グリル４ｂは、車室内に露出する部分の上面および側面に多数の吸気口４ｃを備えており、吸気グリル４ｂの上に物が置かれて上面の吸気口４ｃが塞がれた場合であっても側面の吸気口４ｃから車室内空気を吸気ダクト１０内に導入することができるようになっている。
【００２１】
また、吸気ダクト１０の内部であって冷却空気入口１１の近傍にはシャッタ１３が設置されている。ＥＰＤＭゴム等からなるシャッタ１３は上部を支点にして回動可能に設置されており、通常は自重によって垂れ下がり、図７において実線で示すように、吸気ダクト１０の途中に設けられた弁座１４に着座して冷却空気流路を閉塞する。そして、シャッタ１３の下流側に負圧が発生すると、シャッタ１３は上方に回転し弁座１４から離間して、冷却空気流路を開放するようになっている。
【００２２】
図２，図６および図９に示すように、排気ダクト４０には、上部後方に冷却空気出口４１が設けられ、下端に２つの下部開口４２が設けられている。冷却空気出口４１には排気ダクト４０内の冷却空気を排出するためのファン６０が設置されており、ファン６０の排気口６１から排出される冷却空気は図示しないダクトを介してトランクルーム３に排出される。
【００２３】
そして、吸気ダクト１０と排気ダクト４０は、バッテリーボックス２０とヒートシンクケース３０と外装ボックス５０によって接続されている。
バッテリーボックス２０は、アルミニウム等の剛性の高い材料から形成されており、図３および図７に示すように、上下に複数の上部開口２１および下部開口２２を有する箱状をなしている。バッテリーボックス２０の内部空間２３は、冷却空気が流通する通路になっているとともに、多数のバッテリー５が装着される収納空間になっていて、冷却空気は上部開口２１からバッテリーボックス２０の内部空間２３内に流入し、バッテリー５の間を通り、この時にバッテリー５と熱交換した後、下部開口２２からバッテリーボックス２０の外に排出される。
【００２４】
また、バッテリーボックス２０の上部前方側と下部後方側にはそれぞれ左右一対の固定用ボス２４，２５が突設されている。上部２つの固定用ボス２４，２４は、図７および図８に示すように、リアトレイ４およびその補強部材４ｄにボルト２６ａで固定されている。一方、下部２つの固定用ボス２５，２５は、図６および図７に示すように、トランクルーム３内において車体の幅方向に沿って設置されたパイプフレーム６ａにボルト２６ｂで固定されている。パイプフレーム６ａは、トランクルーム３内における車体フロア６の左右に固定された一対のサイドフレーム６ｂ，６ｂ間に掛け渡されて固定されており、車体フロア６よりも若干上方に浮かせて配置されている。この結果、バッテリーボックス２０はその上部前方側２カ所と下部後方側２カ所を自動車のボディに固定されて、しっかりと支持されている。
【００２５】
ヒートシンクケース３０は、アルミニウム等の剛性の高い材料から形成されており、図３，図９および図１０に示すように、上下に延びる２つの箱状の筒体３２，３２が左右並列に配置されて一体に連結されてなる本体部３１を備えている。本体部３１の後面は、バッテリーボックス２０の後面とほぼ同一面上に配置されている。本体部３１の上部前方側両端からはそれぞれ取り付けアーム３３が前方に延び、取り付けアーム３３の先端は上方に屈曲されて固定用フランジ３４になっている。固定用フランジ３４の前面は、バッテリーボックス２０における上側の固定用ボス２４の前面とほぼ同一面に配置されており、この固定用フランジ３４は、前記したリアトレイ４およびその補強材４ａにボルト３５ａで固定されている。また、本体部３１の下部後方側両端には固定用ボス３６が設けられており、固定用ボス３６は前記したパイプフレーム６ａにボルト３５ｂで固定されている。この結果、ヒートシンクケース３０はその上部前方側２カ所と下部後方側２カ所を自動車のボディに固定されて、しっかりと支持されている。
【００２６】
各筒体３２の内部空間３２ａは冷却空気が流通する通路になっている。また、各筒体３２の内部空間３２ａには、筒体３２の前方側内壁面から起立し上下方向に延びる多数の放熱板（ヒートシンク）３７が設けられている。さらに、本体部３１の前方側外面であって各筒体３２の放熱板３７が設置されている部分には、伝熱用台座３８が突設されており、伝熱用台座３８には本体部３１の前方側をほぼ覆う取り付け用トレイ３９が固定されている。取り付け用トレイ３９の上端はアーム３３の内側に配置されており、下端は本体部３１よりも下方に延出している。
【００２７】
図３および図５に示すように、取り付け用トレイ３９には、インバータ７とＤＣ／ＤＣコンバータ８が取り付けられている。ＤＣ／ＤＣコンバータ８は、インバータ７で交流から直流に変換した電圧を降圧するものである。なお、図９において符号７ａはインバータ７に取り付けられてインバータ７を覆うフードである。このフード７ａの周縁は取り付け用トレイ３９の外側に嵌め込まれており、インバータ７は取り付け用トレイ３９とフード７ａによって囲われている。ＤＣ／ＤＣコンバータ８にも同様の機能および構造を有するフードが備えられている。このように構成されたヒートシンクケース３０では、インバータ７とＤＣ／ＤＣコンバータ８で発生した熱は、取り付け用トレイ３９、伝熱用台座３８、筒体３２を介して放熱板３７に伝熱される。そして、筒体３２の内部空間３２ａを流通する冷却空気と放熱板３７との間で熱交換が行われる。
【００２８】
外装ボックス５０は薄肉の金属製で箱形をなし、その内部に、バッテリーボックス２０とヒートシンクケース３０とインバータ７とＤＣ／ＤＣコンバータ８を収容している。外装ボックス５０は、図２に示すように、前方側の全面を開口させた箱形の本体部５１と、本体部５１の前面側の開口を塞ぐ蓋板５２とから構成されている。本体部５１の上面には、バッテリーボックス２０の上部開口２１に対応する位置に上部開口２１と同形状同寸法の開口５３が形成されるとともに（図８参照）、ヒートシンクケース３０における各筒体３２の上部開口３２ｂに対応する位置に上部開口３２ｂと同形状同寸法の開口５４が形成されている（図１０参照）。
【００２９】
図１０に示すように、ヒートシンクケース３０における筒体３２の上部開口３２ｂの周縁の上には、シール材５５ａを挟んで、外装ボックス５０における開口５４の周縁が載置され、さらに、外装ボックス５０における開口５４の周縁の上には、シール材５５ｂを挟んで、排気ダクト４０における下部開口４２の周縁が載置されていて、排気ダクト４０がヒートシンクケース３０にボルト４３で締結されることにより、ヒートシンクケース３０の上部開口３２ｂと外装ボックス５０の開口５４と排気ダクト４０の下部開口４２はシール状態に連結されている。
【００３０】
一方、図８に示すように、バッテリーボックス２０における上部開口２１の周縁の上には、シール材５５ｃを挟んで、外装ボックス５０における開口５３の周縁が載置され、さらに、外装ボックス５０における開口５３の周縁の上には、シール材５５ｄを挟んで、吸気ダクト１０における下部開口１２の周縁が載置されていて、吸気ダクト１０がバッテリーボックス２０に図示しない固定手段で固定されることにより、バッテリーボックス２０の上部開口２１と外装ボックス５０の開口５３と吸気ダクト１０の下部開口１２はシール状態に連結されている。
【００３１】
また、外装ボックス５０の前面側の開口の周縁にはフランジ部５１ａが設けられており、このフランジ部５１ａに蓋板５２の周縁部がビス５６により固定されている。なお、フランジ部５１ａは、バッテリーボックス２０における上側の固定用ボス２４の前面、および、ヒートシンクケース３０における取り付け用アーム３３の固定用フランジ３４の前面とほぼ同一面に配置されており、フランジ部５１ａには、固定用ボス２４および固定用フランジ３４との干渉を避けるように切り欠きが設けられている。
【００３２】
外装ボックス５０の内部では、バッテリーボックス２０の下端が外装ボックス５０の内面底部から離間しており（図７参照）、ヒートシンクケース３０に設置された取り付け用トレイ３９の下端およびヒートシンクケース３０の本体部３１の下端が外装ボックス５０の内面底部から離間している（図９参照）。そして、密閉された外装ボックス５０の内部は、バッテリーボックス２０の下部開口２２とヒートシンクケース３０における筒体３２の下部開口３２ｃとを連通する冷却空気通路５７になっている。
【００３３】
図７および図９に示すように、この外装ボックス５０は、前述したバッテリーボックス２０の下側の固定用ボス２５とパイプフレーム６ａとの締結部、および、ヒートシンクケース３０の固定用ボス３６とパイプフレーム６ａとの締結部において、これらの間に挟装されて共締めされている。また、外装ボックス５０の下側のフランジ部５１ａと蓋板５２は、車体フロア６に幅方向に沿って設置されたサポートフレーム６ｃに、ボルト６ｄによって固定されている。さらに、図１０に示すように、外装ボックス５０は、前述したボルト４３による排気ダクト４０とヒートシンクケース３０との締結部において、これらの間に挟装されて共締めされている。なお、この実施の形態において、バッテリーボックス２０とヒートシンクケース３０と外装ボックス５０は電装ボックス７０を構成する。
【００３４】
このように構成された高圧電装冷却装置１においては、ファン６０を回転すると吸気ダクト１０内が負圧になるため、シャッタ１３が上方に回転して弁座１４から離間し、冷却空気の流路が開通する。その結果、吸気グリル４ｂの吸気口４ｃから車室内空気が冷却空気として吸気ダクト１０内に流入し、さらに、吸気ダクト１０の下部開口１２からバッテリーボックス２０の上部開口２１を介してバッテリーボックス２０の内部空間２３に流入し、内部空間２３内のバッテリー５の間を通って下方へと流れる。この時に、内部空間２３を流れる車室内空気（以下、冷却空気という）はバッテリー５と熱交換を行い、その結果、バッテリー５は冷却され、冷却空気は加熱されて若干温度上昇する。ただし、バッテリー５の管理温度は低いので、バッテリー５と熱交換して冷却空気が温度上昇しても、その温度上昇幅は小さく、インバータ７およびＤＣ／ＤＣコンバータ８を冷却するには十分に低温である。バッテリー５を冷却した冷却空気は、バッテリーボックス２０の下部開口２２から外装ボックス５０内に排出される。
【００３５】
外装ボックス５０は密閉されており、空気が流出できる流路としてはヒートシンクケース３０の両筒体３２の内部空間３２ａしかないので、バッテリーボックス２０から外装ボックス５０に排出された前記冷却空気は、冷却空気通路５７を通って両筒体３２の下部開口３２ｃから筒体３２の内部空間３２ａへと流入し、放熱板３７の間を通って内部空間３２ａを上昇する。この時に、内部空間３２ａを流れる冷却空気は放熱板３７と熱交換を行い、その結果、放熱板３７は冷却され、冷却空気は加熱されて温度上昇する。ところで、両筒体３２内の放熱板３７には、インバータ７およびＤＣ／ＤＣコンバータ８で発生した熱が伝熱されるので、放熱板３７が冷却されることによりインバータ７およびＤＣ／ＤＣコンバータ８が冷却されることになる。
【００３６】
そして、放熱板３７との熱交換により温度上昇した冷却空気は、ヒートシンクケース３０における各筒体３２の上部開口３２ｂから排気ダクト４０の下部開口４２を通って排気ダクト４０内に排出され、さらに、排気ダクト４０の冷却空気出口４１からファン６０に吸引される。この後、冷却空気は、ファン６０の排気口６１から図示しないダクトを介してトランクルーム３内に排出される。
【００３７】
このように、この高圧電装冷却装置１では、初めに冷却空気で管理温度の低いバッテリー５を冷却し、バッテリー５冷却後の冷却空気で高温のインバータ７およびＤＣ／ＤＣコンバータ８を冷却しているので、省エネルギー（少ない冷却エネルギー）でバッテリー５とインバータ７およびＤＣ／ＤＣコンバータ８を効率的に冷却することができる。
また、バッテリー５とインバータ７およびＤＣ／ＤＣコンバータ８を１つの電装ボックス７０内にまとめて収容し、その中に冷却空気を流して冷却しているので、それぞれを個別に冷却する冷却装置を複数設けるよりも、小型・軽量にすることができる。
さらに、ファン６０により冷却空気を強制的に流通させているので、バッテリー５とインバータ７およびＤＣ／ＤＣコンバータ８を確実に冷却することができる。しかも、１つのファン６０で足りるので、装置を小型・軽量にすることができる。
【００３８】
また、吸気グリル４ｂから導入する冷却空気が、空調によって温度調整された低温の車室内空気であるので、バッテリー５、インバータ７、ＤＣ／ＤＣコンバータ８を迅速に且つ確実に冷却することができる。
また、ファン６０を運転していない時には、シャッタ１３が吸気グリル４ｂ０の空気流路を閉ざし、冷却空気入口１１からの車室内空気の導入を阻止するので、車両停止中にリアトレイ４に直射日光が当たるなどして温度上昇した車室内の熱気を電装ボックス７０内に流入するのを阻止することができ、バッテリー５、インバータ７、ＤＣ／ＤＣコンバータ８が温度上昇するのを防止することができる。
【００３９】
また、重量の大きなバッテリーボックス２０とヒートシンクケース３０はそれぞれ独立に自動車のボディに固定しているので、外装ボックス５０にはこれらバッテリーボックス２０やヒートシンクケース３０の荷重が加わらない。したがって、容量の大きな外装ボックス５０の機械的強度を低く抑えることができるとともに、外装ボックス５０の軽量化を図ることができる。
【００４０】
〔他の実施の形態〕
なお、この発明は前述した実施の形態に限られるものではない。
例えば、前述した実施の形態ではファン６０を電装ボックス７０の下流側に設けて冷却空気を吸引するようにしているが、ファン６０を電装ボックス７０の上流側に設置して冷却空気を電装ボックス７０に圧送するようにしてもよい。
また、前述した実施の形態における自動車はハイブリッド自動車であったが、この発明は、モータのみで走行する電気自動車にも適用可能である。
【００４２】
【発明の効果】
請求項１に記載した発明によれば、バッテリーとインバータを冷却空気の通路である１つの電装ボックスにまとめることが可能になるので、装置を小型にできるという効果がある。また、電装ボックスにはファンにより冷却空気を強制的に流通させることが可能になるので、バッテリーとインバータを確実に冷却することができるという効果がある。しかも、ファンが１つで済むので、装置を小型・軽量にできるという効果もある。さらに、電装ボックス内を流れる冷却空気で初めに管理温度の低いバッテリーを冷却し、バッテリー冷却後の冷却空気で、バッテリーの管理温度よりも高温になり易いインバータを冷却することが可能になるので、省エネルギー（少ない冷却エネルギー）でバッテリーとインバータを効率的に冷却することができるという優れた効果が奏される。
【００４３】
請求項２に記載した発明によれば、空調によって温度調整された低温の車室内空気でバッテリーおよびインバータを冷却することが可能になるので、バッテリーおよびインバータを迅速に且つ確実に冷却することができるという効果がある。
【００４４】
請求項３に記載した発明によれば、車室内空気の温度が上昇したときに、開閉手段を閉ざすことにより、車室内の熱気が電装ボックス内に流入するのを阻止することが可能になるので、車室内の熱気でバッテリーやインバータが加熱されるのを防止することができるという効果がある。
【００４５】
請求項４に記載した発明によれば、バッテリーとインバータを冷却空気の通路である１つの電装ボックスにまとめることが可能になるので、装置を小型にできるという効果がある。また、電装ボックスにはファンにより冷却空気を強制的に流通させることが可能になるので、バッテリーとインバータを確実に冷却することができるという効果がある。しかも、ファンが１つで済むので、装置を小型・軽量にできるという効果もある。さらに、電装ボックス内を流れる冷却空気で初めに管理温度の低いバッテリーを冷却し、バッテリー冷却後の冷却空気で、バッテリーの管理温度よりも高温になり易いインバータを冷却することが可能になるので、省エネルギー（少ない冷却エネルギー）でバッテリーとインバータを効率的に冷却することができるという優れた効果が奏される。
また、バッテリーボックスの内部を流れる冷却空気でバッテリーを冷却することが可能になり、バッテリーボックスから排出される冷却空気をヒートシンクケースに導入することが可能になり、ヒートシンクケースの内部を流れる冷却空気でインバータを冷却することが可能になるので、省エネルギー（少ない冷却エネルギー）でバッテリーとインバータを効率的に冷却することができるという効果がある。
【００４６】
しかも、外装ボックスが密閉された箱となり、吸気ダクトを通った冷却空気を確実にバッテリーボックスに流入させることができ、バッテリーボックスから排出された冷却空気を確実にヒートシンクケースに流入させることができ、ヒートシンクケースから排出された冷却空気を確実に排気ダクトに流入させることができるので、冷却空気の流れが規制され、冷却空気を無駄なく有効利用することができるという効果がある。
請求項５に記載した発明によれば、高圧電装冷却装置において重量の大きな部材を自動車のボディにしっかりと固定することが可能になるので、外装ボックスを冷却空気の密閉専用にすることができ、装置全体の軽量化が可能になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明に係る自動車の高圧電装冷却装置の一実施の形態を模式的に示した図である。
【図２】 前記実施の形態における高圧電装冷却装置を自動車の前方側から見た分解斜視図である。
【図３】 前記実施の形態における高圧電装冷却装置の横断面図
【図４】 前記実施の形態における高圧電装冷却装置を自動車の前方側から見た正面図である。
【図５】 前記実施の形態における高圧電装冷却装置の一部構成を取り外し自動車の前方側から見た正面図である。
【図６】 前記実施の形態における高圧電装冷却装置の自動車の後方側から見た背面図である。
【図７】 前記実施の形態における高圧電装冷却装置のバッテリー収容部分における縦断面図である。
【図８】 図７の要部拡大図である。
【図９】 前記実施の形態における高圧電装冷却装置のインバータ収容部分における縦断面図である。
【図１０】 図９の要部拡大図である。
【符号の説明】
１ 高圧電装冷却装置
４ リアトレイ（自動車のボディ）
５ バッテリー
６ 車体フロア（自動車のボディ）
６ａ パイプフレーム（自動車のボディ）
６ｂ サイドフレーム（自動車のボディ）
７ インバータ
１０ 吸気ダクト
１１ 冷却空気入口
１２ 下部開口（吸気ダクトにおける冷却空気の出口）
１３ シャッタ（開閉手段）
２０ バッテリーボックス
２１ 上部開口（バッテリーボックスにおける冷却空気の入口）
２２ 下部開口（バッテリーボックスにおける冷却空気の出口）
３０ ヒートシンクケース
３２ｂ 上部開口（ヒートシンクケースにおける冷却空気の出口）
３２ｃ 下部開口（ヒートシンクケースにおける冷却空気の入口）
４０ 排気ダクト
４１ 冷却空気出口
４２ 下部開口（排気ダクトにおける冷却空気の入口）
５０ 外装ボックス
５３ 開口（外装ボックスにおける冷却空気の入口）
５４ 開口（外装ボックスにおける冷却空気の出口）
５７ 冷却空気通路
６０ ファン
７０ 電装ボックス
【発明の属する技術分野】
この発明は、モータのみで走行する自動車またはエンジンとモータで走行する自動車の高圧電装機器（バッテリーおよびインバータ等）を冷却する高圧電装冷却装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
モータのみで走行する自動車またはエンジンとモータで走行する自動車（以下、ハイブリッド自動車という）では、直流電源のバッテリーからモータに給電するときにインバータによって直流から交流に変換しており、さらに、前記ハイブリッド自動車では、エンジンの出力または車両の運動エネルギーの一部をモータを介してバッテリーに蓄電するときにインバータによって交流を直流に変換して蓄電している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、バッテリーおよびインバータ（以下、これらを総称して高圧電装機器ということもある）は作動時に発熱を伴うが、バッテリーは高温状態では充放電効率が低下することがあり、インバータには耐熱温度があってこれを越えると損傷する虞がある。インバータは容量を大きくすれば発熱量を少なくできるが、容量の増大はインバータの大型化および重量増大を招くので車載用としては好ましくなく、車載用のインバータには可能な限り小型化の要求がある。そして、これに伴ってインバータに対する冷却が必要不可欠となっている。
【０００４】
したがって、これら高圧電装機器を備える自動車では、限りある搭載スペースの中で、高圧電装機器を如何にして効率的に冷却するかが大きな課題になっている。
そこで、この発明は、小型・軽量で、効率的に高圧電装機器を冷却することができる自動車の高圧電装冷却装置を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、走行用モータにインバータ（例えば、後述する実施の形態におけるインバータ７）を介して給電するバッテリー（例えば、後述する実施の形態におけるバッテリー５）と前記インバータとを冷却空気で冷却する自動車の高圧電装冷却装置（例えば、後述する実施の形態における高圧電装冷却装置１）であって、冷却空気入口（例えば、後述する実施の形態における冷却空気入口１１）から導入した冷却空気を冷却空気出口（例えば、後述する実施の形態における冷却空気出口４１）に導く電装ボックス（例えば、後述する実施の形態における電装ボックス７０）と、前記冷却空気入口から冷却空気を導入させるファン（例えば、後述する実施の形態におけるファン６０）を備え、前記電装ボックスの内部には、冷却空気の流れ方向上流側に配置された前記バッテリーと、冷却空気の流れ方向下流側に配置された前記インバータと、内部に前記インバータ用のヒートシンク（例えば、後述する実施の形態における放熱板３７）が設けられるとともに前記冷却空気が流通する箱状のヒートシンクケース（例えば、後述する実施の形態におけるヒートシンクケース３０）と、前記バッテリーを冷却した冷却空気を前記ヒートシンクケースに導く冷却空気通路（例えば、後述する実施の形態における冷却空気通路５７）とが、自動車のリアシート（例えば、後述する実施の形態におけるリアシート２）の背面側に沿って配置されて収容されており、前記冷却空気入口から導入した冷却空気は、前記バッテリーの上部から下部に向かって下降し、さらに前記冷却空気通路を経由して、前記ヒートシンクケース内を下部から上部に向かって上昇し、前記冷却空気出口より排出されることを特徴とする自動車の高圧電装冷却装置である。
【０００６】
このように構成することにより、バッテリーとインバータを冷却空気の通路である１つの電装ボックスにまとめることが可能になる。また、電装ボックスにはファンにより冷却空気を強制的に流通させることが可能になり、その冷却空気で初めに管理温度の低いバッテリーを冷却し、バッテリー冷却後の冷却空気で、バッテリーの管理温度よりも高温になり易いインバータを冷却することが可能になる。
【０００７】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載の発明において、前記冷却空気入口から導入される冷却空気は車室内空気であることを特徴とする。このように構成することにより、空調によって温度調整された低温の車室内空気でバッテリーおよびインバータを冷却することが可能になる。
請求項３に記載した発明は、請求項２に記載の発明において、前記冷却空気入口から前記バッテリーへの冷却空気の導入を許容および阻止する開閉手段（例えば、後述する実施の形態におけるシャッタ１３）を備えることを特徴とする。このように構成することにより、車室内空気の温度が上昇したときに、開閉手段を閉ざすことにより、車室内の熱気が電装ボックス内に流入するのを阻止することが可能になる。
【０００８】
請求項４に記載した発明は、走行用モータにインバータ（例えば、後述する実施の形態におけるインバータ７）を介して給電するバッテリー（例えば、後述する実施の形態におけるバッテリー５）と前記インバータとを冷却空気で冷却する自動車の高圧電装冷却装置（例えば、後述する実施の形態における高圧電装冷却装置１）であって、冷却空気入口（例えば、後述する実施の形態における冷却空気入口１１）から導入した冷却空気を冷却空気出口（例えば、後述する実施の形態における冷却空気出口４１）に導き、内部に、冷却空気の流れ方向上流側に前記バッテリーを収容し冷却空気の流れ方向下流側に前記インバータを収容した電装ボックス（例えば、後述する実施の形態における電装ボックス７０）と、前記冷却空気入口から冷却空気を導入させるファン（例えば、後述する実施の形態におけるファン６０）を備え、前記電装ボックスは、内部に前記バッテリーが装着されるとともに前記冷却空気が流通する箱状のバッテリーボックス（例えば、後述する実施の形態におけるバッテリーボックス２０）と、内部に前記インバータ用のヒートシンク（例えば、後述する実施の形態における放熱板３７）が設けられるとともに前記冷却空気が流通し外側に前記インバータが取り付けられる箱状のヒートシンクケース（例えば、後述する実施の形態におけるヒートシンクケース３０）と、前記バッテリーボックスと前記ヒートシンクケースと前記インバータを包囲して前記バッテリーボックスにおける冷却空気の出口（例えば、後述する実施の形態におけるバッテリーボックス２０の下部開口２２）と前記ヒートシンクケースにおける冷却空気の入口（例えば、後述する実施の形態におけるヒートシンクケース３０の下部開口３２ｃ）を連通させる外装ボックス（例えば、後述する実施の形態における外装ボックス５０）と、を備え、前記冷却空気入口から導入した冷却空気を前記バッテリーボックスに導く吸気ダクト（例えば、後述する実施の形態における吸気ダクト１０）と、前記前記ヒートシンクケースから排出される冷却空気を前記冷却空気出口に導く排気ダクト（例えば、後述する実施の形態における排気ダクト４０）を備え、また、前記外装ボックスには冷却空気の入口（例えば、後述する実施の形態における開口５３）と出口（例えば、後述する実施の形態における開口５４）が設けられており、前記吸気ダクトにおける冷却空気の出口（例えば、後述する実施の形態における下部開口１２）と前記外装ボックスにおける冷却空気の前記入口と前記バッテリーボックスにおける冷却空気の入口（例えば、後述する実施の形態におけるバッテリーボックス２０の上部開口２１）がシール状態に連結され、前記ヒートシンクケースにおける冷却空気の出口（例えば、後述する実施の形態におけるヒートシンクケース３０の上部開口３２ｂ）と前記外装ボックスにおける冷却空気の前記出口と前記排気ダクトにおける冷却空気の入口（例えば、後述する実施の形態における下部開口４２）がシール状態に連結されていることを特徴とする自動車の高圧電装冷却装置である。
このように構成することにより、バッテリーとインバータを冷却空気の通路である１つの電装ボックスにまとめることが可能になる。また、電装ボックスにはファンにより冷却空気を強制的に流通させることが可能になり、その冷却空気で初めに管理温度の低いバッテリーを冷却し、バッテリー冷却後の冷却空気で、バッテリーの管理温度よりも高温になり易いインバータを冷却することが可能になる。
また、バッテリーボックスの内部を流れる冷却空気でバッテリーを冷却することが可能になり、バッテリーボックスから排出される冷却空気をヒートシンクケースに導入することが可能になり、ヒートシンクケースの内部を流れる冷却空気でインバータを冷却することが可能になる。
【０００９】
しかも、外装ボックスが密閉された箱となり、吸気ダクトを通った冷却空気を確実にバッテリーボックスに流入させることができ、バッテリーボックスから排出された冷却空気を確実にヒートシンクケースに流入させることができ、ヒートシンクケースから排出された冷却空気を確実に排気ダクトに流入させることができる。
【００１０】
請求項５に記載した発明は、請求項４に記載の発明において、前記バッテリーボックスと前記ヒートシンクケースが自動車のボディ（例えば、後述する実施の形態におけるリアトレイ４，車体フロア６，パイプフレーム６ａ、サイドフレーム６ｂ）に固定されることを特徴とする。
このように構成することにより、高圧電装冷却装置において重量の大きな部材を自動車のボディにしっかりと固定することが可能になり、外装ボックスを冷却空気の密閉専用にすることが可能になる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る自動車の高圧電装冷却装置の一実施の形態を図１から図１０の図面を参照して説明する。なお、この実施の形態における自動車はハイブリッド自動車の態様であり、このハイブリッド自動車では、直流電源のバッテリーからモータに給電するときにインバータによって直流から交流に変換し、また、エンジンの出力または車両の運動エネルギーの一部を前記モータを介して前記バッテリーに蓄電するときにインバータによって交流を直流に変換して蓄電する。また、インバータによって変換された直流電圧は高圧であるので、その一部はＤＣ／ＤＣコンバータによって降圧する。この実施の形態における高圧電装冷却装置は前記バッテリー、インバータ、ＤＣ／ＤＣコンバータを冷却するものである。
【００１２】
初めに、図１の模式図を参照して、この実施の形態における高圧電装冷却装置１の概略を説明する。
高圧電装冷却装置１は、吸気ダクト１０と、バッテリーボックス２０と、ヒートシンクケース３０と、排気ダクト４０と、外装ボックス５０と、ファン６０とを備えている。
吸気ダクト１０はシャッタ１３によって開閉される冷却空気入口１１を有している。バッテリーボックス２０は箱状をなし、その上部開口２１は吸気ダクト１０の下部開口１２に接続されている。バッテリーボックス２０の内部にはバッテリー（図１では図示せず）が装着されるとともに、冷却空気が流通可能になっている。ヒートシンクケース３０も箱状をなし、その上部開口３２ｂは排気ダクト４０の下部開口４２に接続されている。ヒートシンクケース３０の内部にはヒートシンクが設けられるとともに冷却空気が流通可能になっており、ヒートシンクケース３０の外面にはインバータとＤＣ／ＤＣコンバータ（図１ではいずれも図示せず）が設置されている。
【００１３】
そして、バッテリーボックス２０とヒートシンクケース３０と前記インバータおよびＤＣ／ＤＣコンバータは外装ボックス５０によって包囲されている。外装ボックス５０は上部に開口５３，５４を有する密閉箱であり、一方の開口５３は、吸気ダクト１０の下部開口１２とバッテリーボックス２０の上部開口２１との接続部にシール状態に連結されており、他方の開口５４は排気ダクト４０の下部開口４２とヒートシンクケース３０の上部開口３２ｂとの接続部にシール状態に連結されている。また、外装ボックス５０の内部空間は、バッテリーボックス２０の下部開口２２と、ヒートシンクケース３０の下部開口３２ｃを連通させている。
【００１４】
排気ダクト４０は冷却空気出口４１を有しており、その冷却空気出口４１にファン６０が設けられている。また、ファン６０とシャッタ１３は連動して動作するようになっていて、ファン６０を回転するとシャッタ１３が開き、ファン６０を停止するとシャッタ１３が閉じるようになっている。そして、バッテリーボックス２０とヒートシンクケース３０と外装ボックス５０は電装ボックス７０を構成している。
【００１５】
このように構成された高圧電装冷却装置１では、ファン６０を回転するとシャッタ１３が開いて、冷却空気入口１１から吸気ダクト１０内に冷却空気が導入される。吸気ダクト１０に導入された冷却空気は、吸気ダクト１０からバッテリーボックス２０を通って外装ボックス５０内に排出される。そして、冷却空気はバッテリーボックス２０内を通過するときにバッテリーと熱交換を行い、その結果、バッテリーは冷却され、冷却空気は若干温度上昇して外装ボックス５０内に排出されることとなる。なお、バッテリーの管理温度は低いので、バッテリーの冷却により冷却空気の温度が上昇するといっても、インバータおよびＤＣ／ＤＣコンバータを冷却するには十分に低い温度である。
【００１６】
外装ボックス５０内に排出された冷却空気は、外装ボックス５０が密閉箱であることから、冷却空気はヒートシンクケース３０内に導入される。すなわち、外装ボックス５０の内部は、バッテリーを冷却した後の冷却空気をインバータに導く冷却空気通路５７となる。ヒートシンクケース３０内に導入された冷却空気は、ヒートシンクケース３０内を通って排気ダクト４０へ排出され、さらに冷却空気出口４１を介してファン６０に吸引されて外部に排出される。そして、冷却空気はヒートシンクケース３０内を通過するときにヒートシンクと熱交換を行う。ヒートシンクにはヒートシンクケース３０を介してインバータおよびＤＣ／ＤＣコンバータの熱が伝熱されるので、冷却空気とヒートシンクとの熱交換によってインバータおよびＤＣ／ＤＣコンバータが冷却されることとなる。
【００１７】
このように、この高圧電装冷却装置１では、バッテリーの管理温度よりもインバータおよびＤＣ／ＤＣコンバータの温度が高いことを考慮し、バッテリーを冷却した後の冷却空気でインバータおよびＤＣ／ＤＣコンバータを冷却しているので、省エネルギー（少ない冷却エネルギー）でバッテリーとインバータおよびＤＣ／ＤＣコンバータとを効率的に冷却することができる。
また、バッテリーとインバータおよびＤＣ／ＤＣコンバータを１つの電装ボックス７０内にまとめて収容し、その中に冷却空気を流して冷却しているので、それぞれを個別に冷却する冷却装置を複数設けるよりも、小型・軽量にすることができる。
さらに、ファン６０により冷却空気を強制的に流通させているので、バッテリーとインバータおよびＤＣ／ＤＣコンバータを確実に冷却することができる。しかも、ファン６０が１つあれば足りるので、装置を小型・軽量にすることができる。
【００１８】
次に、図２から図１０の図面を参照して、この実施の形態における高圧電装冷却装置をより具体的に説明する。
図２は高圧電装冷却装置１を自動車の前方側から見たの分解斜視図、図３は同横断面図、図４は自動車の前方側から見た同正面図、図５は一部構成を取り外して自動車の前方側から見た同正面図、図６は自動車の後方側から見た同背面図、図７はバッテリー収容部分の同縦断面図、図８は図７の要部拡大図、図９はインバータ収容部分の同縦断面図、図１０は図９の要部拡大図である。
【００１９】
この実施の形態において、高圧電装冷却装置１は、図７および図９に示すように、自動車のリアシート２とトランクルーム３との間に設置され、且つ、リアシート２の背面に沿うように若干後方に傾斜して設置されている。
高圧電装冷却装置１は、吸気ダクト１０と、バッテリーボックス２０と、ヒートシンクケース３０と、排気ダクト４０と、外装ボックス５０と、ファン６０とを備えている。
【００２０】
吸気ダクト１０および排気ダクト４０は、軽量で断熱性が高い発砲ポリプロピレン等で形成されている。
図２および図７に示すように、吸気ダクト１０には、上端に冷却空気入口１１が設けられ、下端に冷却空気入口１１よりも横長で開口面積の大きい下部開口１２が設けられている。
吸気ダクト１０の冷却空気入口１１は、自動車のリアトレイ４に形成された開口４ａを介して、この開口４ａに設置された吸気グリル４ｂに接続されている。吸気グリル４ｂは、車室内に露出する部分の上面および側面に多数の吸気口４ｃを備えており、吸気グリル４ｂの上に物が置かれて上面の吸気口４ｃが塞がれた場合であっても側面の吸気口４ｃから車室内空気を吸気ダクト１０内に導入することができるようになっている。
【００２１】
また、吸気ダクト１０の内部であって冷却空気入口１１の近傍にはシャッタ１３が設置されている。ＥＰＤＭゴム等からなるシャッタ１３は上部を支点にして回動可能に設置されており、通常は自重によって垂れ下がり、図７において実線で示すように、吸気ダクト１０の途中に設けられた弁座１４に着座して冷却空気流路を閉塞する。そして、シャッタ１３の下流側に負圧が発生すると、シャッタ１３は上方に回転し弁座１４から離間して、冷却空気流路を開放するようになっている。
【００２２】
図２，図６および図９に示すように、排気ダクト４０には、上部後方に冷却空気出口４１が設けられ、下端に２つの下部開口４２が設けられている。冷却空気出口４１には排気ダクト４０内の冷却空気を排出するためのファン６０が設置されており、ファン６０の排気口６１から排出される冷却空気は図示しないダクトを介してトランクルーム３に排出される。
【００２３】
そして、吸気ダクト１０と排気ダクト４０は、バッテリーボックス２０とヒートシンクケース３０と外装ボックス５０によって接続されている。
バッテリーボックス２０は、アルミニウム等の剛性の高い材料から形成されており、図３および図７に示すように、上下に複数の上部開口２１および下部開口２２を有する箱状をなしている。バッテリーボックス２０の内部空間２３は、冷却空気が流通する通路になっているとともに、多数のバッテリー５が装着される収納空間になっていて、冷却空気は上部開口２１からバッテリーボックス２０の内部空間２３内に流入し、バッテリー５の間を通り、この時にバッテリー５と熱交換した後、下部開口２２からバッテリーボックス２０の外に排出される。
【００２４】
また、バッテリーボックス２０の上部前方側と下部後方側にはそれぞれ左右一対の固定用ボス２４，２５が突設されている。上部２つの固定用ボス２４，２４は、図７および図８に示すように、リアトレイ４およびその補強部材４ｄにボルト２６ａで固定されている。一方、下部２つの固定用ボス２５，２５は、図６および図７に示すように、トランクルーム３内において車体の幅方向に沿って設置されたパイプフレーム６ａにボルト２６ｂで固定されている。パイプフレーム６ａは、トランクルーム３内における車体フロア６の左右に固定された一対のサイドフレーム６ｂ，６ｂ間に掛け渡されて固定されており、車体フロア６よりも若干上方に浮かせて配置されている。この結果、バッテリーボックス２０はその上部前方側２カ所と下部後方側２カ所を自動車のボディに固定されて、しっかりと支持されている。
【００２５】
ヒートシンクケース３０は、アルミニウム等の剛性の高い材料から形成されており、図３，図９および図１０に示すように、上下に延びる２つの箱状の筒体３２，３２が左右並列に配置されて一体に連結されてなる本体部３１を備えている。本体部３１の後面は、バッテリーボックス２０の後面とほぼ同一面上に配置されている。本体部３１の上部前方側両端からはそれぞれ取り付けアーム３３が前方に延び、取り付けアーム３３の先端は上方に屈曲されて固定用フランジ３４になっている。固定用フランジ３４の前面は、バッテリーボックス２０における上側の固定用ボス２４の前面とほぼ同一面に配置されており、この固定用フランジ３４は、前記したリアトレイ４およびその補強材４ａにボルト３５ａで固定されている。また、本体部３１の下部後方側両端には固定用ボス３６が設けられており、固定用ボス３６は前記したパイプフレーム６ａにボルト３５ｂで固定されている。この結果、ヒートシンクケース３０はその上部前方側２カ所と下部後方側２カ所を自動車のボディに固定されて、しっかりと支持されている。
【００２６】
各筒体３２の内部空間３２ａは冷却空気が流通する通路になっている。また、各筒体３２の内部空間３２ａには、筒体３２の前方側内壁面から起立し上下方向に延びる多数の放熱板（ヒートシンク）３７が設けられている。さらに、本体部３１の前方側外面であって各筒体３２の放熱板３７が設置されている部分には、伝熱用台座３８が突設されており、伝熱用台座３８には本体部３１の前方側をほぼ覆う取り付け用トレイ３９が固定されている。取り付け用トレイ３９の上端はアーム３３の内側に配置されており、下端は本体部３１よりも下方に延出している。
【００２７】
図３および図５に示すように、取り付け用トレイ３９には、インバータ７とＤＣ／ＤＣコンバータ８が取り付けられている。ＤＣ／ＤＣコンバータ８は、インバータ７で交流から直流に変換した電圧を降圧するものである。なお、図９において符号７ａはインバータ７に取り付けられてインバータ７を覆うフードである。このフード７ａの周縁は取り付け用トレイ３９の外側に嵌め込まれており、インバータ７は取り付け用トレイ３９とフード７ａによって囲われている。ＤＣ／ＤＣコンバータ８にも同様の機能および構造を有するフードが備えられている。このように構成されたヒートシンクケース３０では、インバータ７とＤＣ／ＤＣコンバータ８で発生した熱は、取り付け用トレイ３９、伝熱用台座３８、筒体３２を介して放熱板３７に伝熱される。そして、筒体３２の内部空間３２ａを流通する冷却空気と放熱板３７との間で熱交換が行われる。
【００２８】
外装ボックス５０は薄肉の金属製で箱形をなし、その内部に、バッテリーボックス２０とヒートシンクケース３０とインバータ７とＤＣ／ＤＣコンバータ８を収容している。外装ボックス５０は、図２に示すように、前方側の全面を開口させた箱形の本体部５１と、本体部５１の前面側の開口を塞ぐ蓋板５２とから構成されている。本体部５１の上面には、バッテリーボックス２０の上部開口２１に対応する位置に上部開口２１と同形状同寸法の開口５３が形成されるとともに（図８参照）、ヒートシンクケース３０における各筒体３２の上部開口３２ｂに対応する位置に上部開口３２ｂと同形状同寸法の開口５４が形成されている（図１０参照）。
【００２９】
図１０に示すように、ヒートシンクケース３０における筒体３２の上部開口３２ｂの周縁の上には、シール材５５ａを挟んで、外装ボックス５０における開口５４の周縁が載置され、さらに、外装ボックス５０における開口５４の周縁の上には、シール材５５ｂを挟んで、排気ダクト４０における下部開口４２の周縁が載置されていて、排気ダクト４０がヒートシンクケース３０にボルト４３で締結されることにより、ヒートシンクケース３０の上部開口３２ｂと外装ボックス５０の開口５４と排気ダクト４０の下部開口４２はシール状態に連結されている。
【００３０】
一方、図８に示すように、バッテリーボックス２０における上部開口２１の周縁の上には、シール材５５ｃを挟んで、外装ボックス５０における開口５３の周縁が載置され、さらに、外装ボックス５０における開口５３の周縁の上には、シール材５５ｄを挟んで、吸気ダクト１０における下部開口１２の周縁が載置されていて、吸気ダクト１０がバッテリーボックス２０に図示しない固定手段で固定されることにより、バッテリーボックス２０の上部開口２１と外装ボックス５０の開口５３と吸気ダクト１０の下部開口１２はシール状態に連結されている。
【００３１】
また、外装ボックス５０の前面側の開口の周縁にはフランジ部５１ａが設けられており、このフランジ部５１ａに蓋板５２の周縁部がビス５６により固定されている。なお、フランジ部５１ａは、バッテリーボックス２０における上側の固定用ボス２４の前面、および、ヒートシンクケース３０における取り付け用アーム３３の固定用フランジ３４の前面とほぼ同一面に配置されており、フランジ部５１ａには、固定用ボス２４および固定用フランジ３４との干渉を避けるように切り欠きが設けられている。
【００３２】
外装ボックス５０の内部では、バッテリーボックス２０の下端が外装ボックス５０の内面底部から離間しており（図７参照）、ヒートシンクケース３０に設置された取り付け用トレイ３９の下端およびヒートシンクケース３０の本体部３１の下端が外装ボックス５０の内面底部から離間している（図９参照）。そして、密閉された外装ボックス５０の内部は、バッテリーボックス２０の下部開口２２とヒートシンクケース３０における筒体３２の下部開口３２ｃとを連通する冷却空気通路５７になっている。
【００３３】
図７および図９に示すように、この外装ボックス５０は、前述したバッテリーボックス２０の下側の固定用ボス２５とパイプフレーム６ａとの締結部、および、ヒートシンクケース３０の固定用ボス３６とパイプフレーム６ａとの締結部において、これらの間に挟装されて共締めされている。また、外装ボックス５０の下側のフランジ部５１ａと蓋板５２は、車体フロア６に幅方向に沿って設置されたサポートフレーム６ｃに、ボルト６ｄによって固定されている。さらに、図１０に示すように、外装ボックス５０は、前述したボルト４３による排気ダクト４０とヒートシンクケース３０との締結部において、これらの間に挟装されて共締めされている。なお、この実施の形態において、バッテリーボックス２０とヒートシンクケース３０と外装ボックス５０は電装ボックス７０を構成する。
【００３４】
このように構成された高圧電装冷却装置１においては、ファン６０を回転すると吸気ダクト１０内が負圧になるため、シャッタ１３が上方に回転して弁座１４から離間し、冷却空気の流路が開通する。その結果、吸気グリル４ｂの吸気口４ｃから車室内空気が冷却空気として吸気ダクト１０内に流入し、さらに、吸気ダクト１０の下部開口１２からバッテリーボックス２０の上部開口２１を介してバッテリーボックス２０の内部空間２３に流入し、内部空間２３内のバッテリー５の間を通って下方へと流れる。この時に、内部空間２３を流れる車室内空気（以下、冷却空気という）はバッテリー５と熱交換を行い、その結果、バッテリー５は冷却され、冷却空気は加熱されて若干温度上昇する。ただし、バッテリー５の管理温度は低いので、バッテリー５と熱交換して冷却空気が温度上昇しても、その温度上昇幅は小さく、インバータ７およびＤＣ／ＤＣコンバータ８を冷却するには十分に低温である。バッテリー５を冷却した冷却空気は、バッテリーボックス２０の下部開口２２から外装ボックス５０内に排出される。
【００３５】
外装ボックス５０は密閉されており、空気が流出できる流路としてはヒートシンクケース３０の両筒体３２の内部空間３２ａしかないので、バッテリーボックス２０から外装ボックス５０に排出された前記冷却空気は、冷却空気通路５７を通って両筒体３２の下部開口３２ｃから筒体３２の内部空間３２ａへと流入し、放熱板３７の間を通って内部空間３２ａを上昇する。この時に、内部空間３２ａを流れる冷却空気は放熱板３７と熱交換を行い、その結果、放熱板３７は冷却され、冷却空気は加熱されて温度上昇する。ところで、両筒体３２内の放熱板３７には、インバータ７およびＤＣ／ＤＣコンバータ８で発生した熱が伝熱されるので、放熱板３７が冷却されることによりインバータ７およびＤＣ／ＤＣコンバータ８が冷却されることになる。
【００３６】
そして、放熱板３７との熱交換により温度上昇した冷却空気は、ヒートシンクケース３０における各筒体３２の上部開口３２ｂから排気ダクト４０の下部開口４２を通って排気ダクト４０内に排出され、さらに、排気ダクト４０の冷却空気出口４１からファン６０に吸引される。この後、冷却空気は、ファン６０の排気口６１から図示しないダクトを介してトランクルーム３内に排出される。
【００３７】
このように、この高圧電装冷却装置１では、初めに冷却空気で管理温度の低いバッテリー５を冷却し、バッテリー５冷却後の冷却空気で高温のインバータ７およびＤＣ／ＤＣコンバータ８を冷却しているので、省エネルギー（少ない冷却エネルギー）でバッテリー５とインバータ７およびＤＣ／ＤＣコンバータ８を効率的に冷却することができる。
また、バッテリー５とインバータ７およびＤＣ／ＤＣコンバータ８を１つの電装ボックス７０内にまとめて収容し、その中に冷却空気を流して冷却しているので、それぞれを個別に冷却する冷却装置を複数設けるよりも、小型・軽量にすることができる。
さらに、ファン６０により冷却空気を強制的に流通させているので、バッテリー５とインバータ７およびＤＣ／ＤＣコンバータ８を確実に冷却することができる。しかも、１つのファン６０で足りるので、装置を小型・軽量にすることができる。
【００３８】
また、吸気グリル４ｂから導入する冷却空気が、空調によって温度調整された低温の車室内空気であるので、バッテリー５、インバータ７、ＤＣ／ＤＣコンバータ８を迅速に且つ確実に冷却することができる。
また、ファン６０を運転していない時には、シャッタ１３が吸気グリル４ｂ０の空気流路を閉ざし、冷却空気入口１１からの車室内空気の導入を阻止するので、車両停止中にリアトレイ４に直射日光が当たるなどして温度上昇した車室内の熱気を電装ボックス７０内に流入するのを阻止することができ、バッテリー５、インバータ７、ＤＣ／ＤＣコンバータ８が温度上昇するのを防止することができる。
【００３９】
また、重量の大きなバッテリーボックス２０とヒートシンクケース３０はそれぞれ独立に自動車のボディに固定しているので、外装ボックス５０にはこれらバッテリーボックス２０やヒートシンクケース３０の荷重が加わらない。したがって、容量の大きな外装ボックス５０の機械的強度を低く抑えることができるとともに、外装ボックス５０の軽量化を図ることができる。
【００４０】
〔他の実施の形態〕
なお、この発明は前述した実施の形態に限られるものではない。
例えば、前述した実施の形態ではファン６０を電装ボックス７０の下流側に設けて冷却空気を吸引するようにしているが、ファン６０を電装ボックス７０の上流側に設置して冷却空気を電装ボックス７０に圧送するようにしてもよい。
また、前述した実施の形態における自動車はハイブリッド自動車であったが、この発明は、モータのみで走行する電気自動車にも適用可能である。
【００４２】
【発明の効果】
請求項１に記載した発明によれば、バッテリーとインバータを冷却空気の通路である１つの電装ボックスにまとめることが可能になるので、装置を小型にできるという効果がある。また、電装ボックスにはファンにより冷却空気を強制的に流通させることが可能になるので、バッテリーとインバータを確実に冷却することができるという効果がある。しかも、ファンが１つで済むので、装置を小型・軽量にできるという効果もある。さらに、電装ボックス内を流れる冷却空気で初めに管理温度の低いバッテリーを冷却し、バッテリー冷却後の冷却空気で、バッテリーの管理温度よりも高温になり易いインバータを冷却することが可能になるので、省エネルギー（少ない冷却エネルギー）でバッテリーとインバータを効率的に冷却することができるという優れた効果が奏される。
【００４３】
請求項２に記載した発明によれば、空調によって温度調整された低温の車室内空気でバッテリーおよびインバータを冷却することが可能になるので、バッテリーおよびインバータを迅速に且つ確実に冷却することができるという効果がある。
【００４４】
請求項３に記載した発明によれば、車室内空気の温度が上昇したときに、開閉手段を閉ざすことにより、車室内の熱気が電装ボックス内に流入するのを阻止することが可能になるので、車室内の熱気でバッテリーやインバータが加熱されるのを防止することができるという効果がある。
【００４５】
請求項４に記載した発明によれば、バッテリーとインバータを冷却空気の通路である１つの電装ボックスにまとめることが可能になるので、装置を小型にできるという効果がある。また、電装ボックスにはファンにより冷却空気を強制的に流通させることが可能になるので、バッテリーとインバータを確実に冷却することができるという効果がある。しかも、ファンが１つで済むので、装置を小型・軽量にできるという効果もある。さらに、電装ボックス内を流れる冷却空気で初めに管理温度の低いバッテリーを冷却し、バッテリー冷却後の冷却空気で、バッテリーの管理温度よりも高温になり易いインバータを冷却することが可能になるので、省エネルギー（少ない冷却エネルギー）でバッテリーとインバータを効率的に冷却することができるという優れた効果が奏される。
また、バッテリーボックスの内部を流れる冷却空気でバッテリーを冷却することが可能になり、バッテリーボックスから排出される冷却空気をヒートシンクケースに導入することが可能になり、ヒートシンクケースの内部を流れる冷却空気でインバータを冷却することが可能になるので、省エネルギー（少ない冷却エネルギー）でバッテリーとインバータを効率的に冷却することができるという効果がある。
【００４６】
しかも、外装ボックスが密閉された箱となり、吸気ダクトを通った冷却空気を確実にバッテリーボックスに流入させることができ、バッテリーボックスから排出された冷却空気を確実にヒートシンクケースに流入させることができ、ヒートシンクケースから排出された冷却空気を確実に排気ダクトに流入させることができるので、冷却空気の流れが規制され、冷却空気を無駄なく有効利用することができるという効果がある。
請求項５に記載した発明によれば、高圧電装冷却装置において重量の大きな部材を自動車のボディにしっかりと固定することが可能になるので、外装ボックスを冷却空気の密閉専用にすることができ、装置全体の軽量化が可能になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明に係る自動車の高圧電装冷却装置の一実施の形態を模式的に示した図である。
【図２】 前記実施の形態における高圧電装冷却装置を自動車の前方側から見た分解斜視図である。
【図３】 前記実施の形態における高圧電装冷却装置の横断面図
【図４】 前記実施の形態における高圧電装冷却装置を自動車の前方側から見た正面図である。
【図５】 前記実施の形態における高圧電装冷却装置の一部構成を取り外し自動車の前方側から見た正面図である。
【図６】 前記実施の形態における高圧電装冷却装置の自動車の後方側から見た背面図である。
【図７】 前記実施の形態における高圧電装冷却装置のバッテリー収容部分における縦断面図である。
【図８】 図７の要部拡大図である。
【図９】 前記実施の形態における高圧電装冷却装置のインバータ収容部分における縦断面図である。
【図１０】 図９の要部拡大図である。
【符号の説明】
１ 高圧電装冷却装置
４ リアトレイ（自動車のボディ）
５ バッテリー
６ 車体フロア（自動車のボディ）
６ａ パイプフレーム（自動車のボディ）
６ｂ サイドフレーム（自動車のボディ）
７ インバータ
１０ 吸気ダクト
１１ 冷却空気入口
１２ 下部開口（吸気ダクトにおける冷却空気の出口）
１３ シャッタ（開閉手段）
２０ バッテリーボックス
２１ 上部開口（バッテリーボックスにおける冷却空気の入口）
２２ 下部開口（バッテリーボックスにおける冷却空気の出口）
３０ ヒートシンクケース
３２ｂ 上部開口（ヒートシンクケースにおける冷却空気の出口）
３２ｃ 下部開口（ヒートシンクケースにおける冷却空気の入口）
４０ 排気ダクト
４１ 冷却空気出口
４２ 下部開口（排気ダクトにおける冷却空気の入口）
５０ 外装ボックス
５３ 開口（外装ボックスにおける冷却空気の入口）
５４ 開口（外装ボックスにおける冷却空気の出口）
５７ 冷却空気通路
６０ ファン
７０ 電装ボックス
Claims (5)
- 走行用モータにインバータを介して給電するバッテリーと前記インバータとを冷却空気で冷却する自動車の高圧電装冷却装置であって、
冷却空気入口から導入した冷却空気を冷却空気出口に導く電装ボックスと、前記冷却空気入口から冷却空気を導入させるファンを備え、
前記電装ボックスの内部には、冷却空気の流れ方向上流側に配置された前記バッテリーと、冷却空気の流れ方向下流側に配置された前記インバータと、内部に前記インバータ用のヒートシンクが設けられるとともに前記冷却空気が流通する箱状のヒートシンクケースと、前記バッテリーを冷却した冷却空気を前記ヒートシンクケースに導く冷却空気通路とが、自動車のリアシートの背面側に沿って配置されて収容されており、
前記冷却空気入口から導入した冷却空気は、前記バッテリーの上部から下部に向かって下降し、さらに前記冷却空気通路を経由して、前記ヒートシンクケース内を下部から上部に向かって上昇し、前記冷却空気出口より排出されることを特徴とする自動車の高圧電装冷却装置。 - 前記冷却空気入口から導入される冷却空気は車室内空気であることを特徴とする請求項１に記載の自動車の高圧電装冷却装置。
- 前記冷却空気入口から前記バッテリーへの冷却空気の導入を許容および阻止する開閉手段を備えることを特徴とする請求項２に記載の自動車の高圧電装冷却装置。
- 走行用モータにインバータを介して給電するバッテリーと前記インバータとを冷却空気で冷却する自動車の高圧電装冷却装置であって、
冷却空気入口から導入した冷却空気を冷却空気出口に導き、内部に、冷却空気の流れ方向上流側に前記バッテリーを収容し冷却空気の流れ方向下流側に前記インバータを収容した電装ボックスと、前記冷却空気入口から冷却空気を導入させるファンを備え、
前記電装ボックスは、内部に前記バッテリーが装着されるとともに前記冷却空気が流通する箱状のバッテリーボックスと、内部に前記インバータ用のヒートシンクが設けられるとともに前記冷却空気が流通し外側に前記インバータが取り付けられる箱状のヒートシンクケースと、前記バッテリーボックスと前記ヒートシンクケースと前記インバータを包囲して前記バッテリーボックスにおける冷却空気の出口と前記ヒートシンクケースにおける冷却空気の入口を連通させる外装ボックスと、を備え、
前記冷却空気入口から導入した冷却空気を前記バッテリーボックスに導く吸気ダクトと、前記ヒートシンクケースから排出される冷却空気を前記冷却空気出口に導く排気ダクトを備え、
また、前記外装ボックスには冷却空気の入口と出口が設けられており、前記吸気ダクトにおける冷却空気の出口と前記外装ボックスにおける冷却空気の前記入口と前記バッテリーボックスにおける冷却空気の入口がシール状態に連結され、前記ヒートシンクケースにおける冷却空気の出口と前記外装ボックスにおける冷却空気の前記出口と前記排気ダクトにおける冷却空気の入口がシール状態に連結されていることを特徴とする自動車の高圧電装冷却装置。 - 前記バッテリーボックスと前記ヒートシンクケースが自動車のボディに固定されることを特徴とする請求項４に記載の自動車の高圧電装冷却装置。
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