JP4631555B2 - 電気機器の冷却構造 - Google Patents

Description

この発明は、一般的には、車両に搭載される電気機器の冷却構造に関し、より特定的には、車両室内のセンターコンソール下に設置される電気機器の冷却構造に関する。

従来の電気機器の冷却構造に関して、たとえば、特開２００４−１５８２０２号公報には、異物の入り込みを防止することで、蓄電装置の故障を防止し、信頼性を向上させることを目的とした蓄電装置の冷却構造が開示されている（特許文献１）。特許文献１に開示された蓄電装置の冷却構造では、蓄電装置の吸気ダクトを覆うようにダクトカバーが設けられている。ダクトカバーには、車室内に開口する吸気口が形成されており、その吸気口には、水平方向に沿う複数のルーバが上下方向に所定のピッチで配設されている。複数のルーバは、下側のものほど若干車体後方に位置するように徐々にずれた位置に配置されている。

また、特開２００５−１６５５号公報には、重量配分を良好にするとともに、良好なシートアレンジを可能とすることを目的とした高圧電装ケースの配設構造が開示されている（特許文献２）。特許文献２には、運転席と助手席との間にセンターコンソールが取り付けられたハイブリッド自動車が示されている。

また、特開２００４−２６８７７９号公報には、インバータなどの冷却効率を向上させることを目的とした自動車が開示されている（特許文献３）。また、特開平１０−９４５号公報には、バッテリ格納部内への水の浸入を防止するとともに、バッテリ冷却性能およびバッテリ格納部内の換気性能の向上を図ることを目的とした電気自動車のバッテリ冷却風導入構造が開示されている（特許文献４）。

また、特開２００２−１２０５６５号公報には、バッテリケース内への水の浸入を防止しつつ、高圧バッテリを空冷することを目的としたハイブリッド自動車の電源冷却装置が開示されている（特許文献５）。また、特開平５−１９３３７６号公報には、バッテリボックス内のバッテリを有効に冷却するとともに、水や泥等の浸入を確実に阻止することを目的とした電気自動車用バッテリの構造が開示されている（特許文献６）。また、特開２００３−３０６０４５号公報には、騒音を小さくし、かつ冷却効率の向上を図ることを目的とした車両用バッテリの冷却構造が開示されている（特許文献７）。
特開２００４−１５８２０２号公報 特開２００５−１６５５号公報 特開２００４−２６８７７９号公報 特開平１０−９４５号公報 特開２００２−１２０５６５号公報 特開平５−１９３３７６号公報 特開２００３−３０６０４５号公報

上述の特許文献１に開示されているような吸気ダクトを備える蓄電装置を、たとえば、特許文献２に開示されたセンターコンソール下に配設した場合、センターコンソール上に置かれた飲料容器が倒れる等して、吸気口の上方から吸気ダクト内に液体が浸入する可能性がある。

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、吸気ダクト内への液体の浸入を防止する電気機器の冷却構造を提供することである。

この発明に従った電気機器の冷却構造は、冷却風が流入する開口部を有し、開口部から電気機器に向けて延びる吸気ダクトと、開口部に設けられ、電気機器から相対的に遠い一方端から、電気機器から相対的に近い他方端に向けて延在するルーバとを備える。ルーバは、他方端が一方端よりも鉛直方向の上側に位置するように、水平方向に対して傾いている。

このように構成された電気機器の冷却構造によれば、ルーバは、電気機器から相対的に遠い一方端が鉛直方向の下側に位置し、電気機器から相対的に近い他方端が鉛直方向の上側に位置するように傾斜して形成されている。このため、液体が開口部から吸気ダクト内に浸入しようとしても、開口部から電気機器に向かう液体の進行は、傾斜するルーバによって妨げられる。これにより、電気機器が液体に浸ることを防止できる。

また好ましくは、吸気ダクトは、少なくとも開口部の近傍で、ルーバが延在する方向に平行に延びている。このように構成された電気機器の冷却構造によれば、開口部においてルーバにより規制される冷却風の流れ方向が、吸気ダクトが延びる方向に一致する。これにより、吸気ダクト内の吸気抵抗を小さく抑えることができる。

また好ましくは、ルーバは、一方端から他方端に向けて流線型に延在している。このように構成された電気機器の冷却構造によれば、冷却風をルーバに沿って円滑に流すことができ、冷却風流れに剥離が発生することを抑制できる。これにより、吸気ダクト内において、吸気抵抗が増大することを効果的に抑えることができる。

また、電気機器は、車両に搭載されており、車両室内に設置されたセンターコンソール下に配置されている。なお、この場合、電気機器の鉛直方向の上側に少なくともセンターコンソールの一部が存在していれば良く、センターコンソールの内部に電気機器が配置されている場合を含む。このように構成された電気機器の冷却構造によれば、センターコンソール上に置いた飲料容器が倒れる等した場合に、こぼれた液体が吸気ダクト内に浸入することを防止できる。

また好ましくは、開口部は、後部座席の足元の空間に開口している。このように構成された電気機器の冷却構造によれば、後部座席の足元の空間には、車両室内の冷たい空気が集まるため、電気機器の冷却性能を向上させることができる。また、吸気ダクト内から車両室内に漏れる音は、傾斜するルーバによって車両室内の床面に向かって進行する。これにより、搭乗者が耳にする吸気騒音を低減させ、車両室内の居住性を向上させることができる。

また、電気機器は２次電池である。このように構成された電気機器の冷却構造によれば、液絡等によって２次電池が故障することを防止できる。

以上説明したように、この発明に従えば、吸気ダクト内への液体の浸入を防止する電気機器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における電池パックの冷却構造を示す斜視図である。図中には、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関と、充放電可能な２次電池（バッテリ）とを動力源とするハイブリッド自動車の車両室内が示されている。

図１を参照して、車両室内の床面１１０上には、運転席１１１と助手席１１２とが車両幅方向に並んで設けられている。運転席１１１と助手席１１２との間には、車両前後方向に延びる樹脂製のセンターコンソール１１５が設けられている。

センターコンソール１１５は、略直方体形状を有し、フロントガラスの後方に広がるダッシュボード１１３に連なるように形成されている。センターコンソール１１５は、たとえば、車両室内のインテリア性を向上させる目的や、飲料容器を載置するためのカップホルダや、小物類を載置するための凹部を設けるために設置されている。

図２は、図１中に示すハイブリッド自動車の車両室内の上面図である。図３は、図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線上に沿ったセンターコンソール内の断面図である。図１から図３を参照して、車両室内の床面１１０上には、さらに、運転席１１１および助手席１１２の車両後方側に位置して後部座席１２１が設けられている。センターコンソール１１５は、鉛直上方向に面する頂面１１５ａと、後部座席１２１に面し、頂面１１５ａから床面１１０に向けて延在する背面１１５ｂとを有する。背面１１５ｂは、頂面１１５ａから床面１１０に近づくに従って車両後方から車両前方に向かうように、鉛直方向に対して傾斜している。

センターコンソール１１５の内部には、２次電池１４を収容する電池パック１０が配置されている。２次電池１４は、充放電可能な２次電池であれば特に限定されず、たとえば、ニッケル水素電池であっても良いし、リチウムイオン電池であっても良い。２次電池１４は、車両前後方向に積層され、互いに隣り合う位置で電気的に接続された複数の電池モジュール１１から構成されている。複数の電池モジュール１１は、その積層方向の両側に配置された拘束プレートによって拘束されている。複数の電池モジュール１１が互いに隣り合う位置には、冷却風が流通可能な隙間が形成されている。

電池パック１０には、２次電池１４に隣り合って機器ボックス１５が収容されている。機器ボックス１５には、２次電池１４の高電圧回路を制御するリレーや、点検・整備時に高電圧回路を遮断するサービスプラグや、２次電池１４の総電圧と充放電電流とを検知する各種センサ等が設けられている。機器ボックス１５は、２次電池１４と、車両前方に設けられたエンジンルームとの間に位置決めされている。このような構成により、エンジンルームに配置されるインバータと機器ボックス１５との間のケーブルの長さを短く設定できる。また、ケーブルを覆うシールドの長さも短く設定できる。

電池パック１０には、２次電池１４の両側に位置して、吸気通路１２および排気通路１３が形成されている。吸気通路１２および排気通路１３は、２次電池１４と水平方向に隣り合っている。電池パック１０には、吸気通路１２からセンターコンソール１１５の背面１１５ｂに向かって延びる吸気ダクト２１が接続されている。電池パック１０は、吸気ダクト２１に接続された車両後方側の端部が、車両前方側の端部よりも鉛直方向の下側に位置するように、水平方向に対して傾いて配置されている。

背面１１５ｂに向かって延びる吸気ダクト２１の先には、ルーバ２３が一体成形された吸気口パネル２２が嵌め合わされている。ルーバとは、媒体の流路上に設けられ、複数枚の板部材が互いに間隔を設けて配置されるものを指し、複数枚の板は、たとえば、平行にもしくは格子状に並べられる。吸気口パネル２２は、背面１１５ｂに略矩形形状に開口する吸気口２４を形成している。なお、吸気口２４が開口する形状は、略矩形形状に限定されず、たとえば、円形や楕円形、矩形形状以外の多角形であっても良い。また、吸気口２４は複数、形成されていても良い。吸気ダクト２１と吸気口パネル２２とは、一体に形成されていても良い。

吸気ダクト２１および吸気口パネル２２は、樹脂材料から形成されている。吸気ダクト２１および吸気口パネル２２によって、吸気通路１２と、後部座席１２１の足元の空間１２２との間を連通させる吸気通路２７が形成されている。空間１２２は、センターコンソール１１５の背面１１５ｂと後部座席１２１との間に広がる空間である。

電池パック１０には、排気ダクト１６が接続されている。排気ダクト１６は、排気通路１３から、運転席１１１が取り付けられた床面１１０の下を通ってスカッフプレート１１７まで延びている。スカッフプレート１１７は、車両側方で車両前後方向に延びており、車体フレームを構成している。排気ダクト１６の経路上には、シロッコファン１７が配置されている。このような構成により、本実施の形態では、シロッコファン１７と吸気口２４との間に電池パック１０が配置されている。これにより、シロッコファン１７で発生する音が、電池パック１０を通過する際に減衰されるため、吸気口２４から漏れる騒音を小さく抑えることができる。

シロッコファン１７を駆動させると、車両室内の空気が、吸気口２４から吸気通路２７に冷却風として取り込まれる。冷却風は、吸気通路２７および吸気通路１２を順に通って、電池モジュール１１間の隙間に流れ込み、この間、電池モジュール１１を冷却する。電池モジュール１１との熱交換によって温度上昇した冷却風は、排気通路１３を通って、排気ダクト１６からスカッフプレート１１７内に流れ込み、その後、徐々に車外に排出される。

本実施の形態では、吸気口２４が、後部座席１２１の足元に広がる空間１２２に開口している。エアコンから車両室内に供給された冷たい空気は、密度が大きいため、床面１１０に近い位置に集まる。たとえば、外気３５℃の市街地で、エアコンの設定温度を２５℃とした場合、空間１２２の温度は、３２℃となって、車両室内の他の位置よりも低い温度となる。このため、電池パック１０に温度の低い冷却風を取り込むことが可能となり、優れた冷却効率を得ることができる。

また、吸気口パネル２２は、電池パック１０よりも鉛直方向の上側に位置決めされている。このため、吸気口２４を、床面１１０から適当な高さだけ離した位置で、背面１１５ｂに開口させることができる。これにより、空間１２２下の床面１１０に荷物等が置かれた場合であっても、その荷物等によって吸気口２４が塞がれることを防止できる。また、後部座席１２１の搭乗者の靴に付着した泥等が、吸気口２４から吸気ダクト２１内に浸入することを防止できる。

吸気通路１２および排気通路１３は、２次電池１４の上下に位置するように形成されていても良い。この場合、吸気口２４から取り込まれた冷却風は、電池パック１０内で鉛直方向に流れながら電池モジュール１１を冷却する。なお、吸気通路１２および排気通路１３を２次電池１４の両側に配置した図２中の形態によれば、電池パック１０の高さを低く抑えることができる。これにより、センターコンソール１１５の内部に電池パック１０を収める際の搭載性を向上させることができる。

図４は、図１中に示すセンターコンソールを背面側から見た斜視図である。図３および図４を参照して、吸気口パネル２２は、略矩形の枠形状に形成されている。吸気口パネル２２は、互いに距離を隔てて略水平方向に向い合い、吸気通路２７を規定する内壁３１ｍおよび３１ｎを有する。吸気口パネル２２には、内壁３１ｍから内壁３１ｎに向かって延びるルーバ２３が形成されている。ルーバ２３は、内壁３１ｍと内壁３１ｎとを結ぶ方向の直交方向に間隔を隔てて複数、形成されている。

ルーバ２３は、電池パック１０から相対的に遠くに位置する一方端２３ｐと、電池パック１０から相対的に近くに位置する他方端２３ｑとを有する。一方端２３ｐは、吸気口２４の開口面に重なるように設けられており、吸気口２４の開口面から相対的に近くに位置する。他方端２３ｑは、吸気ダクト２１内に設けられており、吸気口２４の開口面から相対的に遠くに位置する。ルーバ２３は、一方端２３ｐから他方端２３ｑに向けて流線型に延在している。ルーバ２３は、一方端２３ｐから他方端２３ｑに向かう直線上に延びている。

他方端２３ｑは、一方端２３ｐよりも鉛直方向の上側に位置している。ルーバ２３は、他方端２３ｑから一方端２３ｐに向かう従って、鉛直下方向に傾斜するように形成されている。複数のルーバ２３は、吸気口パネル２２の上側に設けられたものほど、車両後方にずれて位置するように設けられている。つまり、上下に並ぶルーバ２３を見た場合に、上側のルーバ２３の一方端２３ｐが、下側のルーバ２３の一方端２３ｐよりも車両後方に飛び出している。このとき、いずれのルーバ２３においても、一方端２３ｐの鉛直下方向に他のルーバ２３が存在しない。

本実施の形態では、背面１１５ｂを伝う液体が吸気口２４の上部に達することがあっても、液体は、ルーバ２３上で一方端２３ｐから他方端２３ｑへの進行を妨げられる。これにより、吸気ダクト２１内へ液体が浸入することを確実に防止できる。

また、本実施の形態では、電池パック１０がハイブリッド自動車のセンターコンソール１１５の内部に配置されており、さらに、吸気口２４が、センターコンソール１１５の背面１１５ｂに開口している。このため、走行時の揺れや急発進、急制動などによって、センターコンソール１１５の頂面１１５ａ上に置かれた飲料容器が倒れる等して、吸気口２４から液体が浸入する可能性が多いに考えられる。また、電池パック１０を車両のラゲージルーム等に設置する場合と比較して、吸気口２４と電池パック１０との間の距離が短くなるため、吸気ダクト２１内に浸入した液体が電池パック１０に達し易くなる。このため、本実施の形態では、上述の吸気ダクト２１内への液体の浸入を防止する効果をより効果的に得ることができる。

また、吸気通路２７内を伝播して吸気口２４から車両室内に漏れる音は、傾斜するルーバ２３によって、空間１２２下の床面１１０に向かって進行する。これにより、音は、床面１１０に反射してから後部座席の搭乗者に達するため、搭乗者に届く騒音を小さく抑えることができる。また、本実施の形態では、吸気ダクト２１は、電池パック１０と吸気口２４との間の途中で複数回、折れ曲がって形成されている。これにより、吸気通路２７内を伝播する音は、吸気ダクト２１の内壁と反射を繰り返すため、騒音をさらに小さく抑えることができる。

吸気通路２７は、吸気口２４から電池パック１０に向かう所定の区間に渡って冷却風導入部２７ｍを有する。冷却風導入部２７ｍは、ルーバ２３が一方端２３ｐから他方端２３ｑに延在する方向に延びている。つまり、冷却風導入部２７ｍの延びる方向が水平方向に対して傾く角度をθ１、ルーバ２３が水平方向に対して傾く角度をθ２とした場合、吸気通路２７は、θ１＝θ２の関係を満たすように形成されている。冷却風導入部２７ｍは、ルーバ２３が一方端２３ｐと他方端２３ｑとの間で延在する区間よりも長い区間に渡って延びている。

このような冷却風導入部２７ｍを設けることによって、ルーバ２３によって規制される冷却風の流れ方向と、吸気口２４の近傍において吸気通路２７が延びる方向とを一致させることができる。これにより、吸気口２４から導入された冷却風を、吸気ダクト２１の管内で円滑に流すことができる。また、本実施の形態では、ルーバ２３が一方端２３ｐから他方端２３ｑに向けて流線型に延在している。このため、冷却風が、ルーバ２３の表面上で剥離を起こすことを抑制し、冷却風の流れを層流に近づけることができる。以上の理由から、吸気ダクト２１の管路内における吸気抵抗を低減させ、電池パック１０の冷却効率を向上させることができる。

なお、吸気ダクト２１および吸気口パネル２２は、樹脂材料に限定されず、たとえば金属から形成されていても良い。この場合、ルーバ２３の内部にパイプを設け、そのパイプに冷媒を流しても良い。これにより、吸気口２４から取り込まれる空気の温度を下げ、電池パック１０の冷却効率をさらに向上させることができる。

図５は、図３中に示すルーバの変形例を示す断面図である。図５を参照して、本変形例では、ルーバ２３の一方端２３ｐが、吸気口２４の開口面から突出している。このような構成により、一方端２３ｐと他方端２３ｑとの間の距離を十分に確保できるため、吸気ダクト２１内へ液体が浸入することをさらに確実に防止できる。

この発明の実施の形態１における電池パックの冷却構造は、冷却風が流入する開口部としての吸気口２４を有し、吸気口２４から電気機器としての電池パック１０に向けて延びる吸気ダクト２１と、吸気口２４に設けられ、電池パック１０から相対的に遠い一方端２３ｐから、電池パック１０から相対的に近い他方端２３ｑに向けて延在するルーバ２３とを備える。ルーバ２３は、他方端２３ｑが一方端２３ｐよりも鉛直方向の上側に位置するように、水平方向に対して傾いている。

このように構成された、この発明の実施の形態１における電池パックの冷却構造によれば、吸気ダクト２１内への液体の浸入を防止することで、電池パック１０が液体に浸ることを防止できる。これにより、ハイブリッド自動車の動力源である２次電池１４で液絡が発生することを防止し、ハイブリッド自動車の信頼性を向上させることができる。

なお、本実施の形態では、本発明による電気機器の冷却構造を、２次電池を収容した電池パックに適用したが、これに限定されず、たとえばインバータやコンバータに適用しても良い。

また、電気機器を搭載する車両は、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限定されず、たとえば、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）や電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）であっても良い。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。

（実施の形態２）
図６は、この発明の実施の形態２における電池パックの冷却構造を示す斜視図である。図６は、実施の形態１における図４に対応する図である。本実施の形態における電池パックの冷却構造は、基本的には実施の形態１における電池パック１０の冷却構造と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６を参照して、本実施の形態では、ルーバ２３が、内壁３１ｍと内壁３１ｎとの間の中間位置２３ｍで折れ曲がって形成されている。ルーバ２３は、内壁３１ｍおよび３１ｎに連なる位置が、中間位置２３ｍより鉛直方向の上側に位置するように折れ曲がっている。ルーバ２３は、吸気口２４を正面から見た場合に、略Ｖ字状に形成されている。

この発明の実施の形態２における電池パックの冷却構造では、吸気ダクト２１は、吸気口２４と電池パック１０との間で冷却風が流れる吸気通路２７を形成している。ルーバ２３は、吸気通路２７を規定する内壁３１ｍおよび３１ｎに近づくほど鉛直方向の上側に延びるように傾斜して形成されている。

このように構成された、この発明の実施の形態２における電池パック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。加えて、ルーバ２３が中間位置２３ｍで折れ曲がって形成されているため、ルーバ２３の表面に付着した液体がルーバ２３の両端から中間位置２３ｍに集まる。これにより、内壁３１ｍおよび３１ｎから液体を積極的に遠ざけることができ、液体が内壁３１ｍおよび３１ｎを伝って吸気ダクト２１内に浸入することを防止できる。

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における電池パックの冷却構造を示す斜視図である。 図１中に示すハイブリッド自動車の車両室内の上面図である。 図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線上に沿ったセンターコンソール内の断面図である。 図１中に示すセンターコンソールを背面側から見た斜視図である。 図３中に示すルーバの変形例を示す断面図である。 この発明の実施の形態２における電池パックの冷却構造を示す斜視図である。

符号の説明

１０ 電池パック、２１ 吸気ダクト、２３ ルーバ、２３ｐ 一方端、２３ｑ 他方端、２４ 吸気口、１１５ センターコンソール、１２１ 後部座席、１２２ 空間。

Claims (5)

1. 冷却風が流入する開口部を有し、前記開口部から電気機器に向けて延びる吸気ダクトと、
   前記開口部に設けられ、前記電気機器から相対的に遠い一方端から、前記電気機器から相対的に近い他方端に向けて延在するルーバとを備え、
   前記ルーバは、前記他方端が前記一方端よりも鉛直方向の上側に位置するように、水平方向に対して傾いており、
   前記電気機器は、車両に搭載されており、車両室内に設置されたセンターコンソール下に配置され、
   前記センターコンソールは、鉛直上方向に面する頂面と、車両の後部座席に面し、前記頂面から車両室内の床面に近づくに従って車両後方から車両前方に向かうように鉛直方向に対して傾斜し、前記開口部が開口する背面とを有し、
   複数の前記ルーバが、上側の前記ルーバの前記一方端が下側の前記ルーバの前記一方端よりも車両後方に飛び出すように、上下方向に並んで設けられる、電気機器の冷却構造。
2. 前記吸気ダクトは、少なくとも前記開口部の近傍で、前記ルーバが延在する方向に平行に延びている、請求項１に記載の電気機器の冷却構造。
3. 前記ルーバは、前記一方端から前記他方端に向けて流線型に延在している、請求項１または２に記載の電気機器の冷却構造。
4. 前記開口部は、後部座席の足元の空間に開口している、請求項１から３のいずれか１項に記載の電気機器の冷却構造。
5. 前記電気機器は、２次電池である、請求項１から４のいずれか１項に記載の電気機器の冷却構造。

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