JP4884295B2 - 車両に搭載された電気機器の冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載される電気機器の冷却装置に関し、特に、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド車（ＨＶ）等に用いられる蓄電機構（バッテリやキャパシタ等）やＰＣＵ（Power Control Unit）等の冷却装置に関する。

電動機により車両の駆動力を得る、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池車は、蓄電機構（二次電池（バッテリとも記載する）、キャパシタ等）を搭載している。電気自動車は、この蓄電機構に蓄えられた電力を用いて電動機を駆動して車両を駆動する。ハイブリッド自動車は、この蓄電機構に蓄えられた電力を用いて電動機を駆動して車両を駆動したり、電動機によりエンジンをアシストして車両を駆動したりする。燃料電池車は、燃料電池による電力を用いて電動機を駆動して車両を駆動したり、この燃料電池による電力に加えて蓄電機構に蓄えられた電力を用いて電動機を駆動して車両を駆動したりする。

これらの蓄電機構の一例である二次電池（バッテリ）は、高電圧高出力を必要とするため、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などの電池セルを６個程度直列に接続した電池モジュールを、３０個〜４０個程度直列に接続して電池パックを形成している。電気自動車、ハイブリッド自動車などにおいては、内燃機関のみを車両の駆動源としていた従来の車両に搭載されていなかった、このような大容積の二次電池を搭載しなければならない。車両においては、車室空間および荷室空間の有効的利用、衝突事故時の安全性確保の点などから、車両に搭載される電気機器の中では容積が大きい二次電池の搭載位置を検討する必要がある。さらに、ＰＣＵと呼ばれるインバータやＤＣ／ＤＣコンバータの搭載位置を検討する必要がある。

この検討においては、この二次電池の大きさ（高さ、車両の幅方向の長さ、車両の前後方向の長さ）を考慮する必要があったり、二次電池内部の化学反応による発熱やジュール熱のために、二次電池の冷却を考慮する必要があったり、ＰＣＵに含まれるパワー半導体とよばれる発熱素子の冷却を考慮する必要があったりする。

特開２００１−３５４０３９号公報（特許文献１）は、電池セルを冷却するための空気の流通抵抗が小さな車両用電源装置を開示する。この車両用電源装置は、複数の電池セルが電池ケース内に収容されて車両に搭載され、電池ケース内に車室内の空気を導入して電池セルを冷却する形式の車両用電源装置であって、電池ケースが車室の床を隔てて車室に隣接する位置に設置され、かつ、その床に電池セルに冷却空気を導入する空気導入経路の開口が設けられていることを特徴とする。

この車両用電源装置によると、車室の床を隔てて車室に隣接する位置に電池ケースが設置され、その電池ケース内に収容された電池セルを冷却するための車室内の空気が、車室の床に設けられた開口から導入されることから、開口から電池セルまでの空気導入経路が短くなるので、電池セルを冷却するための空気の流通抵抗が小さくなる。従って、電池セルの冷却効果が十分に得られる。
特開２００１−３５４０３９号公報

特許文献１に開示された車両用電源装置には、空気導入経路や空気排出経路のいずれかには、ブロア（以下、ブロアとファンとを区別しないで記載する場合がある）が設けられる。空気導入経路にブロアが設けられたものは、いわゆる押し込み型と言われ、空気排出経路にブロアが設けられたものは、いわゆる吸い込み型と言われる。いずれの場合においても、排風は、車両の側面に排出することが多い。この場合、バッテリパックは車両の中央付近に搭載されると、空気の流通抵抗を小さくするために管路長を短くするには、排気チャンバーからすぐに車両外側に向けて排出ダクトを曲げる必要がある。このようにすると、急な曲がり部においては、排気の主流がダクト壁面から剥離して、他方の壁面に衝突して、圧力損失の増加や渦流の発生によるＮＶ（Noise & Vibration）の問題を発生させる可能性がある。

さらに、ブロアは回転翼をモータにより回転させているが（電動ブロア、電動ファン）、この回転による排気の流れの方向と、ダクトの曲がり方向とが一致していないことが多く、ブロア入口部で大きく冷却風の流れが変化して、やはりＮＶの問題を発生させていた。

なお、これらの問題の解決のためには、冷却風量を低下させることが考えられるが、このような対策では、所望の冷却性能を実現し得ない。

しかしながら、上述した特許文献１においては、空気ダクトの長さを短縮することに着目しているため、排気チャンバーから車両側面側への空気ダクトが短くても、流れの壁面からの剥離による圧力損失の増加の問題や渦流の発生によるＮＶの問題を解決するに至らない。

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、高い冷却性能を維持しつつ、ＮＶの問題を回避できる、車両に搭載さ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、車両に搭載された電気機器を冷却する。この冷却装置は、電気機器が収納された筐体と車両の車室内とを連通させる吸気ダクトと、筐体から車室内から導入された空気を排出する排気ダクトとを含む。この筐体内には、吸気ダクトに接続された吸気チャンバーと、排気ダクトに接続され、電気機器を挟んで吸気チャンバーに対向する位置に排気チャンバーとが形成されている。吸気ダクトおよび排気ダクトの少なくともいずれかは、筐体から離隔する方向とは逆方向に曲げられた形状を有する。

第１の発明によると、車室内の空気は、吸気ダクトから吸気チャンバーを介して電気機器を冷却して、排気チャンバーを介して排気ダクトから排出される。この排気チャンバーを介して排気ダクトに流れていく空気の流速は、筐体から離隔する側が速く流量も多い。このため、排気ダクトを曲げる必要がある場合において、筐体から離隔する方向に曲げると、主流（流速が速く流量も多い空気の流れ）が曲率の急な（管路長の短い）壁面に沿って流れることになる。そうすると、主流が管壁から剥離してしまい、剥離流が反対側の壁面に衝突したり渦流を発生させたりして、圧力損失を増加させたり、ＮＶを発生させたりする。本発明においては、排気ダクトを曲げる必要がある場合には、筐体から離隔する方向とは逆方向に曲げてある。このため、主流（流速が速く流量も多い空気の流れ）が曲率の緩やかな（管路長の長い）壁面に沿って流れることになる。そうすると、主流が管壁から剥離することなく、剥離流が反対側の壁面に衝突したり渦流を発生させることがなく、圧力損失を増加させたり、ＮＶを発生させたりすることを回避できる。その結果、高い冷却性能を維持しつつ、ＮＶの問題を回避できる、車両に搭載された電気機器の冷却装置を提供することができる。なお、吸気ダクトについても排気ダクトと同じことがいえる。

第２の発明に係る冷却装置は、第１の発明の構成に加えて、押し込み方式および吸い込み方式のいずれかの方式により、電気機器が収納された筐体に空気を流通させるための回転翼を供えた空気機械をさらに含む。この空気機械の回転翼の回転方向は、曲げられた形状に沿う方向である。

第２の発明によると、空気機械である電動ファンの回転翼の回転方向は、曲げられたダクトの形状に沿う方向である。すなわち、ダクトの曲げ方向と電動ファンの回転翼の回転方向とを一致させたので、電動ファン入口部における騒音の発生を低減することができる。

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。

＜第１の実施の形態＞
図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る冷却装置を含む、ハイブリッド車両全体の制御ブロック図を説明する。なお、本発明は図１に示すハイブリッド車両に限定されない。本発明は、動力源としての、たとえばガソリンエンジン等の内燃機関（以下、エンジンとして説明する）が、車両を走行させる駆動源（走行源）であって、かつ、ジェネレータの駆動源であればよい。さらに、駆動源がエンジンおよびモータジェネレータであって、モータジェネレータの動力により走行可能な車両であればよく（エンジンを停止させても停止させなくても）、走行用のバッテリを搭載した他の態様を有するハイブリッド車両であってもよい（いわゆるシリーズ型やパラレル型等のハイブリッド車両に限定されない）。本実施の形態にか係る冷却装置の冷却対象は、走行用のバッテリであるが、本発明は、これに限定されない。冷却対象は、蓄電機構としてのキャパシタ、ＰＣＵ等の電気機器であればよく、走行用のバッテリに限定されるものではない。

このバッテリは、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などであって、その種類は特に限定されるものではない。以下においては、バッテリの種類はリチウムイオン電池であるとして説明する。バッテリの構造についてのさらなる詳細な説明は後述する。

図１に示すように、ハイブリッド車両は、エンジン１２０と、モータジェネレータ（ＭＧ）１４０とを含む。なお、以下においては、説明の便宜上、モータジェネレータ１４０を、モータジェネレータ１４０Ａ（またはＭＧ（２）１４０Ａ）と、モータジェネレータ１４０Ｂ（またはＭＧ（１）１４０Ｂ）と表現するが、ハイブリッド車両の走行状態に応じて、モータジェネレータ１４０Ａがジェネレータとして機能したり、モータジェネレータ１４０Ｂがモータとして機能したりする。このモータジェネレータがジェネレータとして機能する場合に回生制動が行なわれる。モータジェネレータがジェネレータとして機能するときには、車両の運動エネルギーが電気エネルギーに変換されて、車両が減速される。

ハイブリッド車両は、この他に、エンジン１２０やモータジェネレータ１４０で発生した動力を駆動輪１６０に伝達したり、駆動輪１６０の駆動をエンジン１２０やモータジェネレータ１４０に伝達したりする減速機１８０と、エンジン１２０の発生する動力を駆動輪１６０とモータジェネレータ１４０Ｂ（ＭＧ（１）１４０Ｂ）との２経路に分配する動力分割機構（たとえば、後述する遊星歯車機構）２００と、モータジェネレータ１４０を駆動するための電力を充電する走行用バッテリ２２０と、走行用バッテリ２２０の直流とモータジェネレータ１４０Ａ（ＭＧ（２）１４０Ａ）およびモータジェネレータ１４０Ｂ（ＭＧ（１）１４０Ｂ）の交流とを変換しながら電流制御を行なうインバータ２４０と、走行用バッテリ２２０の充放電状態（たとえば、ＳＯＣ）を管理制御するバッテリ制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵ（Electronic Control Unit）という）２６０と、エンジン１２０の動作状態を制御するエンジンＥＣＵ２８０と、ハイブリッド車両の状態に応じてモータジェネレータ１４０およびバッテリＥＣＵ２６０、インバータ２４０等を制御するＭＧ＿ＥＣＵ３００と、バッテリＥＣＵ２６０、エンジンＥＣＵ２８０およびＭＧ＿ＥＣＵ３００等を相互に管理制御して、ハイブリッド車両が最も効率よく運行できるようにハイブリッドシステム全体を制御するＨＶ＿ＥＣＵ３２０等を含む。なお、ＳＯＣは、電流積算測定や開放電圧（ＯＣＶ(Open Circuit Voltage)）測定により算出される。

本実施の形態において、走行用バッテリ２２０とインバータ２４０との間には昇圧コンバータ２４２が設けられている。これは、走行用バッテリ２２０の定格電圧が、モータ１４０Ａ（ＭＧ（２）１４０Ａ）やモータジェネレータ１４０Ｂ（ＭＧ（１）１４０Ｂ）の定格電圧よりも低いので、走行用バッテリ２２０からモータジェネレータ１４０Ａ（ＭＧ（２）１４０Ａ）やモータジェネレータ１４０Ｂ（ＭＧ（１）１４０Ｂ）に電力を供給するときには、昇圧コンバータ２４２で電力を昇圧する。

なお、図１においては、各ＥＣＵを別構成としているが、２個以上のＥＣＵを統合したＥＣＵとして構成してもよい（たとえば、図１に、点線で示すように、ＭＧ＿ＥＣＵ３００とＨＶ＿ＥＣＵ３２０とを統合したＥＣＵとすることがその一例である）。

動力分割機構２００は、エンジン１２０の動力を、駆動輪１６０とモータジェネレータ１４０Ｂ（ＭＧ（１）１４０Ｂ）との両方に振り分けるために、遊星歯車機構（プラネタリーギヤ）が使用される。モータジェネレータ１４０Ｂ（ＭＧ（１）１４０Ｂ）の回転数を制御することにより、動力分割機構２００は無段変速機としても機能する。エンジン１２０の回転力はキャリア（Ｃ）に入力され、それがサンギヤ（Ｓ）によってモータジェネレータ１４０Ｂ（ＭＧ（１）１４０Ｂ）に、リングギヤ（Ｒ）によってモータジェネレータ１４０Ａ（ＭＧ（２）１４０Ａ）および出力軸（駆動輪１６０側）に伝えられる。回転中のエンジン１２０を停止させる時には、エンジン１２０が回転しているので、この回転の運動エネルギーをモータジェネレータ１４０Ｂ（ＭＧ（１）１４０Ｂ）で電気エネルギーに変換して、エンジン１２０の回転数を低下させる。

図１に示すようなハイブリッドシステムを搭載するハイブリッド車両においては、車両の状態について予め定められた条件が成立すると、ＨＶ＿ＥＣＵ３２０は、モータジェネレータ１４０のモータジェネレータ１４０Ａ（ＭＧ（２）１４０Ａ）のみによりハイブリッド車両の走行を行なうようにモータジェネレータ１４０Ａ（ＭＧ（２）１４０Ａ）およびエンジンＥＣＵ２８０を介してエンジン１２０を制御する。たとえば、予め定められた条件とは、走行用バッテリ２２０のＳＯＣが予め定められた値以上であるという条件等である。このようにすると、発進時や低速走行時等であってエンジン１２０の効率が悪い場合に、モータジェネレータ１４０Ａ（ＭＧ（２）１４０Ａ）のみによりハイブリッド車両の走行を行なうことができる。この結果、走行用バッテリ２２０のＳＯＣを低下させることができる（その後の車両停止時に走行用バッテリ２２０を充電することができる）。

また、通常走行時には、たとえば動力分割機構２００によりエンジン１２０の動力を２経路に分け、一方で駆動輪１６０の直接駆動を行ない、他方でモータジェネレータ１４０Ｂ（ＭＧ（１）１４０Ｂ）を駆動して発電を行なう。この時、発生する電力でモータジェネレータ１４０Ａ（ＭＧ（２）１４０Ａ）を駆動して駆動輪１６０の駆動補助を行なう。また、高速走行時には、さらに走行用バッテリ２２０からの電力をモータジェネレータ１４０Ａ（ＭＧ（２）１４０Ａ）に供給してモータジェネレータ１４０Ａ（ＭＧ（２）１４０Ａ）の出力を増大させて駆動輪１６０に対して駆動力の追加を行なう。一方、減速時には、駆動輪１６０により従動するモータジェネレータ１４０Ａ（ＭＧ（２）１４０Ａ）がジェネレータとして機能して回生発電を行ない、回収した電力を走行用バッテリ２２０に蓄える。なお、走行用バッテリ２２０の充電量が低下し、充電が特に必要な場合には、エンジン１２０の出力を増加してモータジェネレータ１４０Ｂ（ＭＧ（１）１４０Ｂ）による発電量を増やして走行用バッテリ２２０に対する充電量を増加する。

また、走行用バッテリ２２０の目標ＳＯＣはいつ回生が行なわれてもエネルギーが回収できるように、通常は６０％程度に設定される。ＨＶ＿ＥＣＵ３２０は、ＭＧ＿ＥＣＵ３００を介してＳＯＣが上限値および下限値を越えないようにモータジェネレータ１４０による発電や回生、モータ出力を制御している。なお、ここで挙げた値は、一例であって特に限定される値ではない。

図２を参照して、動力分割機構２００についてさらに説明する。動力分割機構２００は、サンギヤ（Ｓ）２０２と（以下、単にサンギヤ２０２と記載する）、ピニオンギヤ２０４と、キャリア（Ｃ）２０６（以下、単にキャリア２０６と記載する）と、リングギヤ（Ｒ）２０８（以下、単にリングギヤ２０８と記載する）とを含む遊星歯車から構成される。

ピニオンギヤ２０４は、サンギヤ２０２およびリングギヤ２０８と係合する。キャリア２０６は、ピニオンギヤ２０４が自転可能であるように支持する。サンギヤ２０２はＭＧ（１）１４０Ｂの回転軸に連結される。キャリア２０６はエンジン１２０のクランクシャフトに連結される。リングギヤ２０８はＭＧ（２）１４０Ａの回転軸および減速機１８０に連結される。

エンジン１２０、ＭＧ（１）１４０ＢおよびＭＧ（２）１４０Ａが、遊星歯車からなる動力分割機構２００を介して連結されることで、エンジン１２０、ＭＧ（１）１４０ＢおよびＭＧ（２）１４０Ａの回転数は、共線図において直線で結ばれる関係になる。

図３を参照して、図１の走行用バッテリ２２０について説明する。この走行用バッテリ２２０を構成する電池の種類は、上述のように、リチウムイオン電池である。

図３に示す走行用バッテリ２２０は、たとえば車両の座席や荷室（シート後方のフロアパネル上）に設置される。走行用バッテリ２２０は、バッテリパックカバー２１００の内部に収納された電池（バッテリパック）と、バッテリパックカバー２１００の内部にバッテリパックを冷却するための空気を吸い込むバッテリ冷却電動ファン２１１０とから構成される。この図３に示す走行用バッテリ２２０は、空気排出経路にバッテリ冷却電動ファン２１１０が設けられた、いわゆる吸い込み型が採用されている。そのため、図３の矢示Ａの方向へ空気が吸い込まれて、矢示Ｂの方向へ空気が排出される。

なお、バッテリパックカバー２１００の内部には、バッテリパックの他に、ジャンクションボックスと呼ばれる、リチウムイオン電池とＤＣ／ＤＣコンバータやインバータを介してモータジェネレータなどと接続する配線の接続部が収納される場合もある。

リチウムイオン電池は、一般的には、正極にコバルト系リチウム、ニッケル系リチウム、マンガン酸リチウムのようなリチウムを含む化合物を、負極にリチウムを含まない炭素材料を、電解液にリチウム塩を有機溶媒に溶かしたものを用い、リチウムをイオンとして使用する。特に、正極にニッケル系リチウムを用いたものは、高温下での長寿命化を図ることができるとともに、電解液と電解界面での劣化反応を抑制することで低温下での高出力化および長寿命化を図ることも可能である。このようなリチウムイオン電池は、動作電圧が高く、重量および体積あたりのエネルギ密度が高いため、軽量化・コンパクト化を図ることが容易である。

バッテリ冷却電動ファン２１１０は、リチウムイオン電池の高温時に、車室内の空気を吸い込んで、その空気をバッテリパックカバー２１００の内部に設けられた冷却通路に導入して、リチウムイオン電池を冷却する。リチウムイオン電池は、常温付近で最も高い性能を発揮する。このため、電池温度センサにより測定された温度が予め定められたしきい値よりも高いと、電池性能を確保するため、電動モータの回転数を制御することにより能力を変更できるバッテリ冷却電動ファン２１１０により車室内の空気を冷却媒体として、リチウムイオン電池が冷却される。

なお、図１に示したバッテリＥＣＵ２６０は、このように搭載されたリチウムイオン電池の充放電管理および異常処理を行なう。リチウムイオン電池のＳＯＣを適切な値にするために、ＳＯＣ管理制御、ＳＯＣ均等化管理制御、電池温度制御を実行する。

ＳＯＣ管理制御は、リチウムイオン電池のＳＯＣを車両の走行状態に応じて管理する。たとえば、回生制動時にモータジェネレータにより発電された電力を充電できるように（すわわち満充電状態にならないように）ＳＯＣを管理する。

ＳＯＣ均等化管理制御は、複数の単電池（バッテリセル）を１組のバッテリパックとして使用する場合、各バッテリセルのＳＯＣを均等化して、集合電池としてのバッテリパックのＳＯＣの使用幅を最大限にして、蓄電量を有効に使用する。このため、各バッテリセルのＳＯＣにばらつきができると、最もＳＯＣの低いバッテリセルに合わせて他のバッテリセルを放電させて均等化を行なう。

電池温度制御は、リチウムイオン電池が常温付近で最も高い性能を発揮するため、リチウムイオン電池の温度が上昇すると、バッテリ冷却電動ファン２１１０を用いて電池温度を最適な温度まで冷却する。

図４に、リチウムイオン電池の内部構造を示す。図４に示すように、このリチウムイオン電池は、１セルの出力電圧が約３〜４Ｖのバッテリセルを５６セル（ここでは、１４セル×４セル）直列に接続したものである。なお、バッテリセルの形状は各型に限定されるものではなく、円筒型であっても、他の形状であっても構わない。さらに、バッテリパックを構成するバッテリセルの数も限定されない。

図５に、図４のリチウムイオン電池における４個のバッテリセルから構成されるバッテリモジュール４００の内部構造を示す。なお、バッテリモジュールは４個のバッテリセルで構成されることに限定されない。図５に示すように、バッテリモジュール４００は、たとえば、バッテリセル４１０，４２０，４３０，４４０の４個のバッテリセルを直列に接続して構成される。なお、本発明は、バッテリモジュールを構成するバッテリセルの個数は１個であってもよいし、このように４個または４個以外の複数であってもよい。これは、バッテリパックを構成するバッテリセルの数、バッテリパックを構成する列数と１列あたりのセル数等により変更される。

バッテリセル４１０，４２０，４３０，４４０の上面には、正極または負極の端子４１２，４１４，４２２，４２４，４３２，４３４，４４２，４４４が設けられ、この端子を用いて、４個のバッテリセルが直列に接続される。

また、バッテリセル４１０，４２０，４３０，４４０の上面には、安全弁４１６，４２６，４３６，４４６が設けられる。このような安全弁４１６，４２６，４３６，４４６は、リチウムイオン電池が異常な状態で使用されたときに内部に発生したガスを排出する。たとえば、電池が異常な状態になると（大電流で放電したり、あるいは過充電したりすると）、電池の内部でガスが発生して、電池の内圧が異常に高くなることがある。この状態になると、安全弁を開弁してガスを排出し、内圧で電池ケースが破壊されるのを防止している。

リチウムイオン電池は、電池温度が異常な高温に上昇すると電流を遮断するために、温度スイッチ（温度ヒューズ）を内蔵している。温度スイッチは、電池温度を正確に検出するために、電池に接触して配設される。温度スイッチを温度ヒューズとし、これを電池と直列に接続しているため、電池温度が異常に高くなると、温度ヒューズがオフになって電流を遮断する。電池温度が低下すると温度ヒューズはオンになって、再び使用できる状態となる。この温度スイッチが各バッテリセルに設けられており、温度スイッチは、たとえばバッテリセルの温度が８５℃になるとオン信号をバッテリＥＣＵ２６０に送信するように構成されている。

さらに、走行用バッテリ２２０のバッテリパック温度を測定する温度センサが、制御上、必要な位置に設けられる。

また、図４および図５に示しように、バッテリセルは、冷却媒体である（エアコンディショナで温度調整された車室内の）空気が流通できるように、間隔（空気の流通経路）を開けて載置される。この間隔は、均等であっても構わないし、不均等なものであっても構わない。

図６に、バッテリパックカバー２１００の上蓋を外した状態の走行用バッテリ２２０の上面透視図を示す。なお、図６においては、バッテリパックが収納されたバッテリパックカバー２１００以外については、上面図である（バッテリ冷却電動ファン２１１０は上方から見た外観図であって回転翼は表わされていない）。

図６に示すように、バッテリパックカバー２１００の上蓋を外すと、バッテリセルを冷却するための冷却風を導入するために、走行用バッテリ２２０は、バッテリパックカバー２１００の内部に、入口部２２００（この入口部２２００は車室内に連結されたダクトに接続されている）と、入口側チャンバー２２０２と、出口側チャンバー２２１２と、出口部２２１０（この出口部２２１０はバッテリ冷却電動ファン２１１０の吸入ダクト２２２０に接続されている）とを備える。

さらに、バッテリ冷却電動ファン２１１０は、回転翼を図６における時計回りに回転させるモータ２２３０と、モータ２２３０により回転される回転翼（図６におけるバッテリ冷却電動ファン２１１０は上面から見た外観図であるので回転翼は図示していない）を収納した回転翼カバー２２３２と、排気ダクト２２４０とを備える。この排気ダクト２２４０は、たとえば、スカッフ連通ダクト２２５０に連結されている。

本実施の形態に係る冷却装置の特徴は、
（１）冷却風の上流側（入口側）にも下流側（出口側）にも、バッテリセルを冷却する空気を整流等するためのチャンバーが配置されていること、
（２）出口側チャンバーに連結されたダクト（ここではバッテリ冷却電動ファン２１１０の吸入ダクト２２２０）が、バッテリパックの中心側へ曲げられた形状を有していること（以下、内曲げと記載する場合がある）、
（３）バッテリ冷却電動ファン２１１０の回転翼の回転方向が、出口側チャンバーに連結されたダクトの曲がり方向と同じ方向であること
である。

図７は、出口側チャンバーに連結されたダクトが、上述した内曲げ（略水平方向）の場合と、内曲げとは逆方向の外曲げ（略水平方向）の場合と、たとえば垂直方向に曲げた場合とにおける、ダクトにおける圧力損失（圧損Ｐａ）を比較した図である。本実施の形態に係る冷却装置のように、内曲げにした場合が最も圧損Ｐａが小さい。

これについて詳しく説明する。図８は、本実施の形態に係る冷却装置のバッテリパックカバー２１００の内部に設けられた出口側チャンバー２２１２および出口部２２１０ならびにバッテリ冷却電動ファン２１１０の吸入ダクト２２２０における、空気の流れを可視化した図であって、図９は、図８と比較するために外曲げの場合の空気の流れを可視化した図である。矢示で表わされた空気の流れのベクトルは、長いほど流速が速く、太いほど流量が多いことを示す（矢示が表示された位置における管路断面積に差がないと流速が速いほど流量は多い）。

図９においては、図８に比較して、空気の流れが乱れている。図８および図９に示すように、出口側チャンバー２２１２における流速分布は、バッテリパックの外側の方が速く、バッテリセルに近い側の方が遅くなっている。すなわち、排出される空気の主流がバッテリパックの外側（この外側というのはバッテリパックから離隔する方向をいう）に偏在している。

図９に示すように、外曲げした場合、主流側の方がダクトの曲率が急であって（管路長が短い側であって）、壁面から主流が剥離する現象が発生する。剥離流は、逆壁面に衝突して圧損Ｐａを増加させ、渦流を発生させたり渦流を成長させたりして騒音（ＮＶ）の問題を発生させている。もちろん、外曲げであっても緩やかな曲率であれば、このような問題は発生しにくくなるのであるが、大型の走行用バッテリを車両に搭載する際には、ダクトを急な曲率で曲げなければならないことがある。

このような圧損Ｐａの増加やＮＶの発生を回避する対策として、バッテリ冷却電動ファン２１１０の作動を弱めることも考えられる。しかしながら、このようにすると、所望の冷却を実現できない。

さらに、圧損Ｐａが増加しても、冷却性能を維持するためには（すなわち同じ流量を排出するためには）、バッテリ冷却電動ファン２１１０の作動を強めることになる。バッテリ冷却電動ファン２１１０は、車両に搭載された蓄電機構（この走行用バッテリ２２０や補機バッテリであって、走行時に充電される）から電力が供給される。このような蓄電機構は、走行時に充電されるので走行負荷と考えられる。そのため、バッテリ冷却電動ファンの作動を強めることは究極的には燃費の悪化につながることになる可能性もある。

一方、図８に示すように、本実施の形態に係る冷却装置のように内曲げした場合、主流側の方がダクトの曲率が緩やかであって（管路長が長い側であって）、壁面から主流が剥離する現象が発生しない。そのため、剥離流は、逆壁面に衝突して圧損Ｐａを増加させることもなく、渦流を発生させたり渦流を成長させたりしてＮＶの問題を発生させることもない。

以上のようにして、バッテリパック出口でダクトをバッテリパックから離れる方向に曲げると（外曲げすると）、ダクト内の空気の主流（バッテリセルから遠い方向に主流が存在しバッテリセルから遠い方向の方が流速が速い）が、主流側で曲率の急なダクト壁面から剥離する現象が発生して、圧損の増加やＮＶの増加を引き起こしていた。本実施の形態に係る冷却装置によると、バッテリパック出口でダクトをバッテリパックに近付く方向に曲げるので（内曲げするので）、ダクト内の空気の主流が、主流側で曲率の緩やかなダクト壁面から剥離する現象が発生しないので、圧損の増加やＮＶの増加を引き起こさなくできる。さらに、この内曲げの方向とバッテリ冷却電動ファンの回転翼の回転方向とを一致させたので、バッテリ冷却電動ファン入口部における騒音の発生を低減することができる。さらに、ダクトを内曲げとして、そのダクトにバッテリ冷却電動ファンを接続しているので、バッテリパックの幅内にバッテリ冷却電動ファンが収まるので車両への搭載性が向上する。さらに、バッテリ冷却電動ファンをバッテリパック近傍に配置できるので、バッテリパックとバッテリ冷却電動ファンとを一体化でき、車両への一体的に搭載することが可能になる。

＜第２の実施の形態＞
図１０を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る冷却装置について説明する。なお、本実施の形態においては、前述の第１の実施の形態と、図１、２、４、５については同じ構成を有する。このため、これらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。さらに、図１０に示す上面透視図において、前述の図６と同じ構成については同じ参照符号を付してある。それらの機能も同じである。したがって、これらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。

図１０は、バッテリパックカバー２１００の上蓋を外した状態の走行用バッテリ２２０の上面透視図である。なお、図１０においても、バッテリパックが収納されたバッテリパックカバー２１００の部分以外については、上面から見た外観図である。

本実施の形態に係る冷却装置も、空気排出経路にバッテリ冷却電動ファンが設けられた、いわゆる吸い込み型である。そのため、図１０の矢示Ａの方向へ空気が吸い込まれて、矢示Ｃの方向へ空気が排出される。

本実施の形態に係る冷却装置と前述の第１の実施の形態に係る冷却装置との相違点は、バッテリ冷却電動ファンが、排気ダクト２２４０の形態とは異なる形態の排気ダクト３２４０を有する点、この排気ダクト３２４０にスカッフ連通ダクト３２５０に連結されている点である。

すなわち、本実施の形態においては、バッテリパック出口側のダクトを内曲げにしたことは第１の実施の形態と同じであるが、排風をバッテリパックの冷却風入口側に向けていることが、第１の実施の形態と異なる。

このようにすると、上述した第１の実施の形態に係る冷却装置の作用効果に加えて、スカッフ連通ダクトを含めてバッテリパックの幅に冷却装置を収めることができる。

＜第３の実施の形態＞
図１１を参照して、本発明の第３の実施の形態に係る冷却装置について説明する。なお、本実施の形態においては、前述の第１の実施の形態と、図１、２、４、５については同じ構成を有する。このため、これらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。さらに、図１１に示す上面透視図において、前述の図６と同じ構成については同じ参照符号を付してある。それらの機能も同じである。したがって、これらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。

図１１は、バッテリパックカバー２１００の上蓋を外した状態の走行用バッテリ２２０の上面透視図である。なお、図１１においても、バッテリパックが収納されたバッテリパックカバー２１００の部分以外については、上面から見た外観図である。

本実施の形態に係る冷却装置も、空気排出経路にバッテリ冷却電動ファンが設けられた、いわゆる吸い込み型である。そのため、図１１の矢示Ｄの方向へ空気が吸い込まれて、矢示Ｃの方向へ空気が排出される。

本実施の形態に係る冷却装置と前述の第１の実施の形態に係る冷却装置との相違点は、入口部４２００が第１の実施の形態とは逆側に設けられている点である。

すなわち、本実施の形態においては、バッテリパック出口側のダクトを内曲げにしたことは第１の実施の形態と同じであるが、バッテリパックの冷却風入口側を反対側に向けていることが、第１の実施の形態と異なる。

このようにすると、上述した第１の実施の形態に係る冷却装置の作用効果に加えて、冷却風の取り込み方向を変更できるので、走行用バッテリの搭載自由度を高めることができる。

＜第４の実施の形態＞
図１２を参照して、本発明の第４の実施の形態に係る冷却装置について説明する。なお、本実施の形態においては、前述の第１の実施の形態と、図１、２、４、５については同じ構成を有する。このため、これらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。さらに、図１２に示す上面透視図において、前述の図６と同じ構成については同じ参照符号を付してある。それらの機能も同じである。したがって、これらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。

図１２は、バッテリパックカバー２１００の上蓋を外した状態の走行用バッテリ２２０の上面透視図である。なお、図１２においても、バッテリパックが収納されたバッテリパックカバー２１００の部分以外については、上面から見た外観図である。

本実施の形態に係る冷却装置は、空気導入経路にバッテリ冷却電動ファンが設けられた、いわゆる押し込み型である。そのため、図１２の矢示Ｅの方向へ空気が吸い込まれて、矢示Ｆの方向へ空気が排出される。

本実施の形態に係る冷却装置と前述の第１の実施の形態に係る冷却装置との相違点は、吸い込み型ではなく、押し込み型であって、バッテリ冷却電動ファン５１１０は、図６と左右対称な態様で搭載され、入口部２２００にバッテリ冷却電動ファン５１１０の排気ダクト５２４０が連結されている点である。

さらに、本実施の形態に係る冷却装置と前述の第１の実施の形態に係る冷却装置との相違点は、バッテリ冷却電動ファン２１１０の吸入ダクト２２２０が、単なるダクト５２５０であって、バッテリ冷却電動ファン２１１０よりもさらに走行用バッテリから離隔した位置まで延長されている点である。

すなわち、本実施の形態においては、バッテリパック出口側のダクトを内曲げにしたことは第１の実施の形態と同じであるが、吸い込み型ではなく押し込み型であること、排風ダクトをさらに走行用バッテリから離していることが、第１の実施の形態と異なる。

このようにすると、上述した第１の実施の形態に係る冷却装置の作用効果に加えて、押し込み型で冷却風を流通させることができるので、走行用バッテリの搭載自由度を高めることができる。

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。

本発明の第１の実施の形態に係る制御装置を含む、ハイブリッド車両全体の制御ブロック図である。 動力分割機構を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る走行用バッテリの全体斜視図である。 リチウムイオン電池から構成されるバッテリパックの全体斜視図である。 図５の部分拡大図である。 本発明の第１の実施の形態に係る走行用バッテリの上面透視図である。 排出ダクトの方向と圧損との関係を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る走行用バッテリにおける排出側のダクトの流れの状態を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る走行用バッテリと比較するための排出側のダクトの流れの状態を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る走行用バッテリの上面透視図である。 本発明の第３の実施の形態に係る走行用バッテリの上面透視図である。 本発明の第４の実施の形態に係る走行用バッテリの上面透視図である。

符号の説明

１２０ エンジン、１４０ モータジェネレータ、１６０ 駆動輪、１８０ 減速機、２００ 動力分割機構、２２０ 走行用バッテリ、２４０ インバータ、２４２ 昇圧コンバータ、２６０ バッテリＥＣＵ、２８０ エンジンＥＣＵ、３００ ＭＧ＿ＥＣＵ、３２０ ＨＶ＿ＥＣＵ、２１００ バッテリパックカバー、２１１０ バッテリ冷却電動ファン、２２００ 入口部、２２０２ 入口側チャンバー、２２１０ 出口部、２２１２ 出口側チャンバー、２２２０ 吸入ダクト、２２３０ モータ、２２３２ 回転翼カバー、２２４０ 排気ダクト、２２５０ スカッフ連通ダクト。

Claims (2)

1. 車両に搭載された電気機器を冷却する冷却装置であって、
   前記冷却装置は、
   前記電気機器が収納された筐体と前記車両の車室内とを連通させる吸気ダクトと、
   前記筐体から前記車室内から導入された空気を排出する排気ダクトとを含み、
   前記筐体内には、前記吸気ダクトに接続された吸気チャンバーと、前記排気ダクトに接続され、前記電気機器を挟んで前記吸気チャンバーに対向する位置に排気チャンバーとが形成され、
   前記排気ダクトは、前記排気チャンバーとの接続位置から離れるに従って、前記排気チャンバーから前記吸気チャンバーに近づく方向に曲げられた形状を有する、冷却装置。
2. 前記冷却装置は、押し込み方式および吸い込み方式のいずれかの方式により、前記電気機器が収納された筐体に空気を流通させるための回転翼を供えた空気機械をさらに含み、
   前記空気機械の回転翼の回転方向は、前記曲げられた形状に沿う方向である、請求項１に記載の冷却装置。

Images