JP4415926B2 - 車両に搭載された電気機器の冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載された電気機器（蓄電機構、電力変換用半導体素子等）の冷却装置に関し、特に、車両後方に搭載された電気機器をリヤガラス近傍の車室内に設けられた吸入口から車室内の空気を吸入して電気機器を冷却する冷却装置に関する。

内燃機関（たとえば、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの公知の機関を用いることが考えられる。）と電気モータとを組合せたハイブリッドシステムと呼ばれるパワートレインを搭載した車両が開発され、実用化されている。このような車両においては、走行用の電気モータを駆動するための二次電池やコンデンサ等の蓄電機構およびインバータやＤＣ／ＤＣコンバータ等の電力変換用機器の電気機器を搭載している。この二次電池は、化学反応により放電や充電が行なわれ、この化学反応が発熱を伴うため、冷却する必要がある。また、インバータやＤＣ／ＤＣコンバータもパワー素子が発熱するため、冷却する必要がある。一般的に、電気機器においては電力線に電流が流れるとジュール熱が発生するため、冷却する必要がある。

このような電気機器は、たとえば、車両後席とラゲッジルームとの間に配置されることがある。この電気機器は、空気通路をなすダクト状のケーシング内に配置されており、ケーシング内の電気機器の吸気上流側であって、電気機器と後部座席との間には、電気機器を冷却する冷却風を発生させる冷却ファンが配置されている。そして、このケーシングの上流端部は、車室内に連通（具体的にはリアパッケージトレイに開口）しているため、電気機器が、車室内の空気にて冷却されることになる。

また、インバータやＤＣ／ＤＣコンバータは、ＰＣＵ（Power Control Unit）と呼ばれる電気機器として一体化されて車両に搭載されることもある。このＰＣＵも、電気機器として、車両後席とラゲッジルームとの間に配置されることがある。

ハイブリッド車両においては、エンジンに加えてこのような電気機器を搭載しなければならない。特開２００４−１６１０５８号公報（特許文献１）は、車両に搭載された電池からの水素ガスなどの発生があっても、確実に車外に放出することができる、電池冷却ダクトを開示する。この公報に開示された電池冷却ダクトは、電池を搭載した車両に適用される。この電池冷却ダクトは、電池と車両の車室内とを連通させる連通路と、連通路に設けられたガス滞留部とを含む。

この電池ダクトによると、電池で発生した水素ガスなどをガス滞留部で一旦貯めることができるので、車室内へのガスの進入を、低減または防止することができる。
特開２００４−１６１０５８号公報

この特許文献１を含む多くの車両において、電気機器を車両後方に搭載して車室内の空気で電気機器を冷却する場合、リヤパッケージトレイに冷却風吸入口を設ける場合がある。

しかしながら、リヤパッケージトレイに吸入口を設けると、吸入口がリヤガラスの近傍であって太陽光の赤外線が照射されて、その吸入口近傍の空気の温度が上昇してしまう。このため、冷却風温度が高くなり、効率的に電気機器を冷却することができない。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、車両後方に電気機器を搭載した車両に好ましく適用される、冷却効率に優れた電気機器の冷却装置を提供することである。

第１の発明に係る冷却装置は、車両後方に搭載された電気機器を冷却する。この冷却装置は、リヤガラス近傍の車室内に設けられた冷却風吸入口と、冷却風吸入口から電気機器に冷却風を供給するための供給手段と、リヤガラスを通しての冷却風吸入口への日射を遮断するための遮断手段とを含む。

第１の発明によると、リヤガラス近傍の車室内に設けられた吸気口であってリヤガラスからの日射の影響を受けて冷却風が高温になる場合であっても、遮断手段により日射を遮断するので、日射の影響を低下せしめて冷却風の温度が著しく上昇することを回避して、電気機器を効率的に冷却することができる。その結果、車両後方に電気機器を搭載した車両に好ましく適用される、冷却効率に優れた電気機器の冷却装置を提供することができる。

第２の発明に係る冷却装置においては、第１の発明の構成に加えて、遮断手段は、リヤガラスを赤外線カットガラスとすることにより実現されるものである。

第２の発明によると、リヤガラスが赤外線カットガラスで構成されるので、リヤガラスを通した日射の影響を低下せしめることができる。このため、冷却風の温度が著しく上昇することを回避して、車両の後方に搭載された電気機器を効率的に冷却することができる。

第３の発明に係る冷却装置においては、第１の発明の構成に加えて、遮断手段は、冷却風吸入口を覆う部材により実現されるものである。

第３の発明によると、冷却風吸入口を部材を覆ったので、直接冷却風吸入口に日射が当たらない。このため、リヤガラスを通した日射の影響を低下せしめて冷却風の温度が著しく上昇することを回避して、車両の後方に搭載された電気機器を効率的に冷却することができる。

第４の発明に係る冷却装置においては、第１の発明の構成に加えて、遮断手段は、リヤガラスの車室側に設けられた、動作が制御可能な日除け板により実現されるものである。この冷却装置は、冷却風吸入口への日射の度合いおよび冷却風の温度の少なくともいずれかに基づいて、日除け板を制御するための制御手段をさらに含む。

第４の発明によると、モータ等をアクチュエータとした電動リヤサンシェードが遮断手段として設けられる。制御手段により、冷却風吸入口への日射の度合いが大きいときや、冷却風温度が高いときには、電動リヤサンシェードが閉じられるようにモータが制御される。このため、実際に冷却風温度が高く、その要因が日射によるものであるときに、遮断手段を動作させてリヤガラスを通した日射の影響を低下せしめることができる。このため、冷却風の温度が著しく上昇することを回避して、車両の後方に搭載された電気機器を効率的に冷却することができる。

第５の発明に係る冷却装置においては、第１の発明の構成に加えて、遮断手段は、リヤガラスを、赤外光の透過量が制御可能な調光ガラスにより実現されるものである。この冷却装置は、冷却風吸入口への日射の度合いおよび冷却風の温度の少なくともいずれかに基づいて、調光ガラスの赤外光透過量を制御するための制御手段をさらに含む。

第５の発明によると、リヤガラスに封入されたエレクトロクロミック材へ供給される電圧を制御して、暗色化されたリヤガラスが遮断手段として用いられる。制御手段により、冷却風吸入口への日射の度合いが大きいときや、冷却風温度が高いときには、リヤガラスが暗色化するように電圧が制御される。このため、実際に冷却風温度が高く、その要因が日射によるものであるときに、遮断手段を動作させてリヤガラスを通した日射の影響を低下せしめることができる。このため、冷却風の温度が著しく上昇することを回避して、車両の後方に搭載された電気機器を効率的に冷却することができる。

第６の発明に係る冷却装置においては、第１〜５のいずれかの発明の構成に加えて、電気機器は蓄電機構である。

第６の発明によると、車両後方に搭載された、蓄電機構である二次電池やコンデンサを効率的に冷却することができる。

第７の発明に係る冷却装置においては、第１〜５のいずれかの発明の構成に加えて、電気機器は電力変換用半導体素子である。

第７の発明によると、車両後方に搭載された、インバータやＤＣ／ＤＣコンバータ等の電力変換用半導体素子を効率的に冷却することができる。

第８の発明に係る冷却装置においては、第１〜７のいずれかの発明の構成に加えて、冷却風吸入口は、リヤパッケージトレイに設けられるものである。

第８の発明によると、リヤパッケージトレイに設けられた冷却風吸入口近傍の温度が著しく高温にならないようにして、車両後方に搭載された電気機器を効率的に冷却することができる。

第９の発明に係る冷却装置においては、第１〜８のいずれかの発明の構成に加えて、車両は２種類の動力源を搭載した車両である。

第９の発明によると、車両は２種類の動力源を搭載したハイブリッド車両に好適に用いられる冷却装置を提供することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。なお、以下の説明では、蓄電機構の一例である二次電池を電気機器として冷却する車両用冷却装置について説明するが、本発明はこれに限定されない。蓄電機構は二次電池ではなくコンデンサであってもよいし、電気機器は蓄電機構（二次電池やコンデンサ）ではなく、インバータやＤＣ／ＤＣコンバータを含むＰＣＵであってもよい。また、以下の説明において、車両は、エンジンとモータとを駆動源とするハイブリッド車両を想定するが、電気自動車（ＥＶ）であってもよい（ＥＶの電源は限定されるものでない）。

図１に、本実施の形態に係る車両用冷却装置１０００を車両に搭載した図を示す。図１に示すように、この車両用冷却装置１０００は、車室内空間（搭乗空間）２０００より車両後方側のトランクルーム（搭乗空間以外の空間）内に配設される。また、この車両用冷却装置１０００は、車両幅方向の両側のタイヤハウス２００を避けるように車両幅方向のほぼ中央部に設置されている。

車両用冷却装置１０００は、車両の駆動源である充放電可能な二次電池（ニッケル水素電池やリチウムイオン電池）１０１０と、二次電池１０１０の冷却ファン１０１２とを含む。

二次電池１０１０は、たとえば、角型のバッテリセル（通常１．２Ｖ程度の出力電圧）が６個直列に接続されて１個のバッテリモジュールを形成し、多数（２０〜３０個）のバッテリモジュールを直列に接続してバッテリパックとして構成される。なお、この二次電池１０１０の体格は、一例として、車両幅方向のリヤサイドメンバの内側に収まるような寸法である。

車両冷却装置１０００は、車室内空間２０００の空気が、吸込口１０３０からダクト１０３２を介して冷却ファン１０１２により吸引されることにより、ダクト１０３４を通って二次電池１０１０を供給されて、二次電池１０１０を冷却する。二次電池１０１０を冷却した排風はダクト１０３６を通って排出口１０３８から車室外に排出される。

吸込口１０３０は、リアガラス２２００の下方部位に位置するリアパッケージトレイ（通常、オーディオのスピーカー等が設置される部材）に開口している。つまり、ダクト１０３２は、図１に示すように上方から下方に延びるように配置されているため、車室内空気は、図１の矢印で示すように上方から下方に流れ、この車室内空気は、冷却ファン１０１２によって二次電池１０１０に向けて吸い込まれ（バッテリモジュールの間を流れて）、その後、二次電池１０１０を冷却した空気は、二次電池１０１０の後方側に形成された排出口１０５０から車外に排出されることになる。

ダクト１０３２には、冷却風の温度を検知する冷却風温度センサ１０４０が設けられ、リアパッケージトレイには、リヤガラス２２００を通って車室内に到達する日射量を検知する日射量センサ１０４２が設けられる。なお、日射量センサ１０４２は、太陽光に含まれる赤外線の量と相関関係がある物理量を検知するものであれば特に限定されない。以下においては、日射量センサ１０４２は、赤外線の量と相関関係がある物理量を検知して、この物理量を変換した日射強度ＳＵＮを検知するものと想定する。

図２を参照して、図１の車両用冷却装置１０００の制御ブロック図について説明する。図２に示すように、この車両用冷却装置１０００は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit
）３０００により制御される。

ＥＣＵ３０００には、二次電池１０１０に設けられ（二次電池１０１０の温度を代表する）温度を検知するバッテリ温度センサ３０１０、冷却風温度センサ１０４０および日射量センサ１０４２から、それぞれのセンサが検知した信号が、電流値や電圧値として入力される。また、ＥＣＵ３０００は、入力インターフェイスにより、ＥＣＵ３０００内のＣＰＵ（Central Processing Unit）で処理しやすいように、これらのセンサから入力された電流値や電圧値を示すアナログ信号をデジタル信号に変換する。

ＥＣＵ３０００は、後述するプログラムにより、所望の条件が満足されると、バッテリ冷却ファンモータ４０００に作動指令信号を出力する。バッテリ冷却ファンモータ４０００により冷却ファン１０１２が回転されて二次電池１０１０が冷却される。

ＥＣＵ３０００は、イグニッションスイッチ３０３０から、二次電池１０１０を用いた走行が可能な状態を示すＲＥＡＤＹ−ＯＮ信号を受取る。後述する作動指令信号が冷却ファンモータ４０００に出力されると、通常は、ＲＥＡＤＹ−ＯＮの状態でバッテリ冷却ファンモータ４０００が作動される。

図３を参照して、本実施の形態に係る車両冷却装置を制御するＥＣＵ３０００で実行されるプログラムの制御構造について説明する。なお、以下に示すプログラムは、ＲＥＡＤＹ−ＯＮ状態になると繰り返し実行される。また、以下に示すプログラムでは、ＲＥＡＤＹ−ＯＮ状態においてバッテリ冷却ファンモータ４０００の作動および停止を制御しているが、ＲＥＡＤＹ−ＯＮ状態においてバッテリ冷却ファンモータ４０００を停止させることなく連続作動させるようにしてもよい。

ステップ（以下、ステップをＳと略す）１００にて、ＥＣＵ３０００は、バッテリ温度ＴＨ（ＢＡ）を検知する。Ｓ２００にて、ＥＣＵ３０００は、バッテリ温度ＴＨ（ＢＡ）が冷却必要温度よりも高いか否かを判断する。バッテリ温度ＴＨ（ＢＡ）が冷却必要温度よりも高いと（Ｓ２００にてＹＥＳ）、処理はＳ３００へ移される。もしそうでないと（Ｓ２００にてＮＯ）、処理はＳ４００へ移される。

Ｓ３００にて、ＥＣＵ３０００は、作動していなければバッテリ冷却ファンモータ４０００を作動させるための作動指令信号をバッテリ冷却ファンモータ４０００に出力する。このＳ３００の処理の後、処理はＳ５００へ移される。

Ｓ４００にて、ＥＣＵ３０００は、作動していればバッテリ冷却ファンモータ４０００を停止させるために、バッテリ冷却ファンモータ４０００に出力されている作動指令信号の出力を停止する。このＳ４００の処理の後、この処理は終了する。

Ｓ５００にて、ＥＣＵ３０００は、冷却風温度ＴＨ（ＦＬ）を検知する。Ｓ６００にて、ＥＣＵ３０００は、日射強度ＳＵＮを検知する。この日射強度ＳＵＮの値は、上述したように、赤外線の受光量に比例するものとする。

Ｓ７００にて、ＥＣＵ３０００は、冷却風温度ＴＨ（ＦＬ）が温度しきい値よりも高く、かつ、日射強度ＳＵＮが日射強度しきい値よりも高いか否かを判断する。冷却風温度ＴＨ（ＦＬ）が温度しきい値よりも高く、かつ、日射強度ＳＵＮが日射強度しきい値よりも高いと（Ｓ７００にてＹＥＳ）、処理はＳ８００へ移される。もしそうでないと（Ｓ７００にてＮＯ）、処理はＳ９００へ移される。

Ｓ８００にて、ＥＣＵ３０００は、作動していなければ日射遮断ツールアクチュエータを作動させるための作動指令信号をアクチュエータに出力する。このＳ８００の処理の後、この処理は終了する。

Ｓ９００にて、ＥＣＵ３０００は、作動していれば日射遮断ツールアクチュエータを停止させるために、日射遮断ツールアクチュエータに出力されている作動指令信号の出力を停止する。このＳ９００の処理の後、この処理は終了する。

このＳ８００およびＳ９００における日射遮断ツールについて説明する。日射遮断ツールの一例として以下の２つを説明する。

（１）日射遮断ツールとして、リヤガラス２２００の車室側に、開閉動作が制御可能なリヤサンシェード（日除け板）を設ける。このリヤサンシェードは、その開閉動作がモータの動力で行なわれる。ＥＣＵ３０００がこのモータに対して日射を遮断するための作動指令信号を出力すると、リヤサンシェードが閉じられ、作動指令信号の出力を停止すると、リヤサンシェードが開かれる。

（２）日射遮断ツールとして、リヤガラス２２００を、赤外光の透過量が制御可能な調光ガラスにより実現する。このような調光ガラスは、リヤガラス２２００の内側に塗付したエレクトロクロミック材やリヤガラス２２００を合わせガラスとしてその合わせガラスの間に封入したエレクトロクロミック材に、所望の電圧を印加することによりリヤガラスを透過する赤外光を調節する。ＥＣＵ３０００がエレクトロクロミック材に対して日射を遮断するための作動指令信号を出力すると、エレクトロクロミック材が暗色化されて透過する赤外線が少なくなり、作動指令信号の出力を停止すると、暗色化されていたエレクトロクロミック材が透明化されて透過する赤外線が多くなる。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る車両冷却装置１０００の動作について、説明する。

車両がＲＥＡＤＹ−ＯＮ状態になると、二次電池１０１０の温度であるバッテリ温度ＴＨ（ＢＡ）が検知され（Ｓ１００）、この温度ＴＨ（ＢＡ）が予め定められた冷却必要温度よりも高いと（Ｓ２００にてＹＥＳ）、（作動していなければ）バッテリ冷却ファンモータ４０００に作動指令信号が出力される（Ｓ３００）。

なお、バッテリ冷却ファンモータ４０００の作動に関わらずＳ３００の処理を実行するようにしても構わない。この場合、バッテリ冷却ファンモータ４０００が作動しているときにＳ３００の処理が行なわれると、ＥＣＵ３０００から出力されているバッテリ冷却ファンモータ４０００への作動指令信号を重ねて出力するように制御されるに過ぎない。Ｓ４００についても同様である。

バッテリ冷却ファンモータ４０００の作動中において、冷却風温度ＴＨ（ＦＬ）が検知され（Ｓ５００）、日射強度ＳＵＮが検知される（Ｓ６００）。

たとえば、真夏の日中の炎天下で二次電池１０１０が作動するとき、冷却風温度ＴＨ（ＦＬ）が温度しきい値よりも高く、かつ、日射強度ＳＵＮが日射強度しきい値よりも高いと判断される（Ｓ７００にてＹＥＳ）。このような場合には、リヤサンシェードが閉じられたり、エレクトロクロミック材が暗色化するように電圧が印加されたりして、日射遮断アクチュエータが作動される（Ｓ８００）。このように、日射遮断アクチュエータが作動されると、吸気口１０３０への赤外線の照射量が低下するので、吸気口１０３０近傍の車室内の温度の上昇を抑制できるので、二次電池１０１０への冷却風の温度が著しく上昇することを回避できる。

なお、日射遮断アクチュエータの作動に関わらずＳ８００の処理を実行するようにしても構わない。この場合、日射遮断アクチュエータが作動しているときにＳ８００の処理が行なわれると、ＥＣＵ３０００から出力されている日射遮断アクチュエータへの作動指令信号を重ねて出力するように制御されるに過ぎない。Ｓ９００についても同様である。

以上のようにして、本実施の形態に係る車両用冷却装置によると、リヤガラス近傍に設けられた吸気口であって日射の影響を受ける場合であっても、日射の影響を低下せしめて冷却風の温度が著しく上昇することを回避して、車両の後方に搭載された電気機器を効率的に冷却することができる。

なお、Ｓ７００における処理の条件に、二次電池１０１０の温度ＴＨ（ＢＡ）を加えてもよい。また、Ｓ７００における処理の条件を冷却風温度ＴＨ（ＦＬ）および日射強度ＳＵＮのいずれか一方にしてもよい。

さらに、上述した実施の形態においては、日射遮断ツールをＥＣＵ３０００により制御
するようにしたが、以下のような制御されない日射遮断ツールを設けるようにしてもよい。
（Ａ）日射遮断ツールを、リヤガラス２２００を赤外線カットガラスとすることにより実現する。
（Ｂ）図４に示すように、日射遮断ツールを、吸入口１０３０を覆う日射遮蔽板１０３１により実現する。

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。

本発明の実施の形態に係る車両用冷却装置の車両搭載図である。 車両用冷却装置の制御ブロック図である。 図２のＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態の変形例に係る車両用冷却装置の車両搭載図である。

符号の説明

２００ タイヤハウス、１０００ 車両用冷却装置、１０１０ 二次電池、１０１２ 冷却ファン、１０３０ 吸込口、１０３１ 日射遮蔽版、１０３８ 排出口、１０４０ 冷却風温度センサ、１０４２ 日射量センサ、２０００ 車室内空間、２２００ リヤガラス、３０００ ＥＣＵ、３０１０ バッテリ温度センサ、４０００ バッテリ冷却ファンモータ、４０１０ 日射遮断ツールアクチュエータ。

Claims (7)

1. 車両後方に搭載された電気機器の冷却装置であって、
   リヤガラス近傍の車室内に設けられた冷却風吸入口と、
   前記電気機器の温度を検知するための第１の温度センサと、
   前記第１の温度センサによって検知された前記電気機器の温度が冷却必要温度よりも高い場合に前記冷却風吸入口から前記電気機器に冷却風を供給するための供給手段と、
   前記冷却風の温度を検知するための第２の温度センサと、
   前記冷却風吸入口への日射の強度を検知するための日射強度センサと、
   前記リヤガラスを通しての前記冷却風吸入口への日射を遮断するための遮断手段と、
   前記供給手段による前記電気機器への冷却風の供給中に、前記冷却風の温度が温度しきい値よりも大きく、かつ、前記日射の強度が強度しきい値よりも大きいという条件が成立した場合に、前記日射を遮断するように前記遮断手段を制御するための制御手段とを含む、車両に搭載された電気機器の冷却装置。
2. 前記遮断手段は、前記リヤガラスの車室側に設けられた、動作が制御可能な日除け板により実現され、
   前記制御手段は、前記冷却風の供給中に前記条件が成立した場合に、前記日除け板が前記日射を遮断するように前記日除け板の動作を制御する、請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記遮断手段は、前記リヤガラスを、赤外光の透過量が制御可能な調光ガラスにより実現され、
   前記制御手段は、前記冷却風の供給中に前記条件が成立した場合に、透過する赤外線が少なくなるように前記調光ガラスの赤外光透過量を制御する、請求項１に記載の冷却装置。
4. 前記電気機器は蓄電機構である、請求項１〜３のいずれかに記載の冷却装置。
5. 前記電気機器は電力変換用半導体素子である、請求項１〜３のいずれかに記載の冷却装置。
6. 前記冷却風吸入口は、リヤパッケージトレイに設けられる、請求項１〜５のいずれかに記載の冷却装置。
7. 前記車両は、２種類の動力源を搭載した車両である、請求項１〜６のいずれかに記載の冷却装置。

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