JP5640828B2 - 車両の電力変換装置冷却構造 - Google Patents

Description

本発明は、ＤＣ／ＤＣコンバータやインバータ等の電力変換装置を冷却するようにした、車両の電力変換装置冷却構造に関する技術分野に属する。

従来より、自動車等の車両に、二次電池（例えば、ニッケル水素二次電池、ニッカド二次電池、リチウムイオン二次電池、鉛蓄電池）のような、電気を蓄電する蓄電装置を搭載することはよく知られている。この蓄電装置としては、二次電池以外にも、キャパシタが用いられることも知られている（例えば、特許文献１参照）。また、特許文献１では、バッテリとキャパシタとを蓄電ユニットとして互いに近接配置している。

特開２００８−３０６８６４号公報

ところで、発電機（オルタネータ）によって発生した電気を蓄電装置（例えば、車両に搭載された電装品に電力を供給する鉛蓄電池）に供給して蓄電する際に、ＤＣ／ＤＣコンバータ等の電力変換装置を介して電力を変換する場合がある。これら電力変換装置、発電機及び蓄電装置は、互いに近い位置に配設することが好ましい。これは、それらを接続するためのケーブルを短くして、電力の供給損失を抑制することができるからである。そして、発電機は、通常、エンジンルーム内に配設されることから、蓄電装置及び電力変換装置もエンジンルーム内に配設することが好ましい。

ここで、上記電力変換装置をエンジンルーム内に配設した場合には、電力変換装置がエンジン等からの熱の影響を受けるとともに、電力変換装置自体が熱を発するため、電力変換装置を効率良く冷却することが要求される。

そこで、車両走行風が電力変換装置に当たり易くするために、電力変換装置をエンジンルームの前側部分に配設することが考えられる。

しかし、車両の前面衝突時において、上記電力変換装置の破損は出来る限り避けたいという要求もあり、この要求を満たすためには、電力変換装置をエンジンルームにおける前側部分に配設することは困難である。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、発電機からの電力を変換して少なくとも蓄電装置へ出力する電力変換装置を、エンジンルーム内に配設して、電力の供給損失を出来る限り抑制するとともに、車両の前面衝突時に電力変換装置の破損を抑制しつつ、電力変換装置を効率良く冷却しようとすることにある。

上記の目的を達成するために、本発明では、車両の車室とエンジンルームとを仕切るダッシュパネルと、上記ダッシュパネルの上端部に車幅方向に延びるように配設され、車外からの外気が導入されるカウルボックスと、上記エンジンルーム内に配設された蓄電装置と、上記エンジンルーム内に配設された発電機と、上記発電機からの電力を変換して少なくとも上記蓄電装置へ出力する電力変換装置とを備え、上記電力変換装置は、上記エンジンルーム内において上記ダッシュパネルと上記蓄電装置との間に配設された電力変換装置本体部と、上記カウルボックス内に導入された外気を該電力変換装置本体部へ導くためのダクト部材と、上記電力変換装置本体部と上下方向に並んで配設され、上記ダクト部材を介して上記外気を上記電力変換装置本体部へ導くファンと、上記電力変換装置本体部及び上記ファンを一体的に覆いかつ上記ダクト部材を介して内側に上記外気が導かれるカバー部材とを有し、上記蓄電装置は、フロントサイドフレームに支持部材を介して支持され、上記電力変換装置は、上記蓄電装置の車両後側において上記支持部材により支持され、上記カバー部材は、上記支持部材よりも下側に延び、該カバー部材の下面に、該カバー部材の内側に導かれた外気を排出する排出口が形成され、上記カウルボックスは、上記ダッシュパネルよりも車両前側に突出しており、上記電力変換装置の少なくとも一部が、平面視で上記カウルボックスと重なっている、構成とした。

上記の構成により、電力変換装置本体部を、蓄電装置に対して車両後側近傍に配設することができるとともに、エンジンルーム内における車両後側部分に配設することができる。これにより、車両の前面衝突時に電力変換装置（電力変換装置本体部）の破損を抑制することができる。また、ダクト部材を介して、カウルボックス内に導入された外気を電力変換装置本体部に容易に導くことができ、電力変換装置本体部を外気により冷却することが可能になる。この結果、電力変換装置をエンジンルームにおける前側部分に配設しなくても、電力変換装置（電力変換装置本体部）を十分に冷却することができる。

また、ファンにより、電力変換装置本体部に外気を冷却風として積極的に導くことができ、電力変換装置本体部の冷却性能をより一層向上させることができ、しかも、ファンを含む電力変換装置をエンジンルーム内に配設しても、エンジンルームが車両前後方向に長くなるのを防止することができて、フロントオーバーハングが増大するのを防止することができる。また、カバー部材によって、ダクト部材を介して電力変換装置本体部に導かれた外気が、電力変換装置本体部の近傍を流れるようにすることができるとともに、電力変換装置本体部及びファンが、エンジンルームの下側から進入してくる泥等により汚れるのを防止することができる。さらに、電力変換装置の少なくとも一部が、平面視でカウルボックスと重なっていることで、電力変換装置本体部の大きさを確保しつつ、フロントオーバーハングを出来る限り縮小することができる。

上記車両の電力変換装置冷却構造において、上記ダクト部材の吸気口は、上記カウルボックス内における車幅方向外側部分に位置している、ことが好ましい。

このことにより、ダクト部材をエンジンルーム内における車幅方向外側部分に配設することができ、ダクト部材を通る外気がエンジン等からの熱の影響を受け難くなり、電力変換装置本体部の冷却性能を向上させることができる。

以上説明したように、本発明の車両の電力変換装置冷却構造によると、電力変換装置が、エンジンルーム内においてダッシュパネルと蓄電装置との間に配設された電力変換装置本体部と、カウルボックス内に導入された外気を該電力変換装置本体部へ導くためのダクト部材と、上記電力変換装置本体部と上下方向に並んで配設され、上記ダクト部材を介して上記外気を上記電力変換装置本体部へ導くファンと、上記電力変換装置本体部及び上記ファンを一体的に覆いかつ上記ダクト部材を介して内側に上記外気が導かれるカバー部材とを有するものとし、上記蓄電装置が、フロントサイドフレームに支持部材を介して支持され、上記電力変換装置が、上記蓄電装置の車両後側において上記支持部材により支持され、上記カバー部材が、上記支持部材よりも下側に延び、該カバー部材の下面に、該カバー部材の内側に導かれた外気を排出する排出口が形成され、上記カウルボックスが、上記ダッシュパネルよりも車両前側に突出し、上記電力変換装置の少なくとも一部が、平面視で上記カウルボックスと重なっているという構成にしたことにより、電力変換装置を、エンジンルーム内において蓄電装置の近傍に配設することができて、電力の供給損失を出来る限り抑制することができるとともに、車両の前面衝突時に電力変換装置の破損を抑制しつつ、電力変換装置を効率良く冷却することができる。また、ファンにより、電力変換装置本体部の冷却性能をより一層向上させることができるとともに、ファンを含む電力変換装置をエンジンルーム内に配設しても、エンジンルームが車両前後方向に長くなるのを防止することができる。

本発明の実施形態に係る電力変換装置冷却構造が適用された車両のエンジンルームにおける車両左側後部を示す平面図である。 図１のII−II線断面図である。 上記車両のエンジンルームにおける車両左側後部を示す斜視図である。 電力変換装置を示す斜視図である。 発電機、キャパシタ、電力変換装置、バッテリ及び電装品の電気接続関係を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１〜図３は、本発明の実施形態に係る電力変換装置冷却構造が適用された車両のエンジンルーム１における車両左側後部を示す。この車両の前部におけるエンジンルーム１内には、不図示のエンジンが配設されている。図１の左側及び図２の右側が、上記車両の前側に相当する。以下、上記車両についての前、後、左、右、上及び下を、それぞれ単に前、後、左、右、上及び下という。

上記エンジンルーム１の車幅方向（左右方向）両端部には、前後方向に延びる左右一対のフロントサイドフレーム５（左側のフロントサイドフレーム５のみを図示する）が配設されている。各フロントサイドフレーム５の後部は、その高さ位置が後側に向かって徐々に低くなるキック部（図示せず）とされている。このキック部と略同じ前後位置には、上記エンジンルーム１と車室とを仕切るダッシュパネル９が車幅方向及び上下方向に延びるように設けられている。

左右のフロントサイドフレーム５の車幅方向外側の面には、ホイールハウスを構成するホイールハウスパネル１２がそれぞれ固定され、左右のホイールハウスパネル１２の上面には、サスペンションタワー１３がそれぞれ設けられている（左側のホイールハウスパネル１２及び左側のサスペンションタワー１３のみを図示する）。

ダッシュパネル９の上端部には、車幅方向に延びるカウルボックス１５が配設されている。このカウルボックス１５は、底壁部１５ａ、前壁部１５ｂ及び後壁部１５ｃを有していて、上側に開口する凹状をなしている。カウルボックス１５の上側開口は、ボンネットフード１７により覆われるようになっている。但し、ボンネットフード１７の後端とカウルボックス１５の後壁部１５ｃとの間には隙間が形成されており、この隙間を介して、車外からの外気がカウルボックス１５内に導入される。すなわち、カウルボックス１５は、外気を導入するエアボックスとしての機能を有する。また、カウルボックス１５は、不図示のワイパ装置の収容スペースとしての機能も有している。尚、カウルボックス１５の後壁部１５ｃの上端部には、不図示のフロントガラスの下端部が固定される。

本実施形態では、カウルボックス１５は、ダッシュパネル９よりも前側に突出しており、カウルボックス１５の前壁部１５ｂは、ダッシュパネル９よりも前側に位置している。カウルボックス１５の底壁部１５ａにおいて、ダッシュパネル９よりも前側部分は、他の部分よりも下側に凹んでいる。尚、図１では、カウルボックス１５の記載を省略しているが、カウルボックス１５の前壁部１５ｂの位置を二点鎖線で示している。

左側のフロントサイドフレーム５の車幅方向内側の面には、バッテリ２１を支持するためのバッテリ支持ブラケット２２がボルト３１により取付固定されている。このバッテリ支持ブラケット２２の上端部に、支持部材２３を介してバッテリ２１が支持されている。このバッテリ２１は、本実施形態では、鉛蓄電池であって、電気を蓄電する本発明の蓄電装置に相当する。バッテリ２１は、エンジンルーム１内における車幅方向外側部分（左側のフロントサイドフレーム５の近傍）の後部に配設されている。

上記支持部材２３は、支持ブラケット２２の上端部にボルト３２を介して取付固定されかつバッテリ２１の底面を支持する基部２３ａと、この基部２３ａの周縁部から上側に立設された周壁部２３ｂとを有する。周壁部２３ｂは、バッテリ２１の周側面の下部全周を覆う。周壁部２３ｂにおける車幅方向両側の部分には、棒状部材２４が上側に延びるようにそれぞれ固定されており、これら２つの棒状部２４材の上端部に雄ねじ部２４ａがそれぞれ形成されている。これら両雄ねじ部２４ａが、バッテリ２１の上面を車幅方向に延びる固定部材２５の両端部に形成された挿通孔にそれぞれ挿通された状態で、両雄ねじ部２４ａにナット２６がそれぞれ締め付けられることで、バッテリ２１が支持部材２３に支持固定される。

本実施形態では、図５に示すように、上記車両の減速時に、上記エンジンにより駆動されかつエンジンルーム１内に配設された発電機４１（オルタネータ）によって発生した電気を蓄電するキャパシタ４３が設けられている。このキャパシタ４３から、電力変換装置５０を介して、上記車両に搭載された電装品４５（例えばオーディオ装置、ナビゲーション装置、照明装置等）に、上記蓄電した電気（電力）が供給されるように構成されている。また、キャパシタ４３からの、上記電装品４５で使い切れない余剰分の電気（電力）は、該電装品４５に電気（電力）を供給する上記バッテリ２１に供給されて蓄電される。また、上記車両の減速時以外のときには、発電機４１からの電力が電力変換装置５０を介してバッテリ２１に供給されて蓄電される。このことで、電力変換装置５０は、発電機４１からの電力（キャパシタ４３からの電力も、元々発電機４１からの電力を蓄電したものであるので、発電機４１からの電力であるともいえる）を変換してバッテリ２１（及び電装品４５）へ出力することになる。

電力変換装置５０は、発電機４１（キャパシタ４３）からの電力を降圧してバッテリ２１及び電装品４５へ出力するＤＣ／ＤＣコンバータを含む。すなわち、発電機４１及びキャパシタ４３側の電圧（例えば２５Ｖ）が、バッテリ２１及び電装品４５側の電圧（１２Ｖ）よりも高いために、発電機４１（キャパシタ４３）からバッテリ２１及び電装品４５へ電力を供給する際に変圧する必要があり、そのためにＤＣ／ＤＣコンバータを含む電力変換装置５０が設けられる。

キャパシタ４３は、その配置の図示は省略するが、左側のフロントサイドフレーム５よりも車幅方向外側（左側）つまりエンジンルーム１の左外側でかつ前後方向において前輪とフロントサイドフレーム５の前側に配設されたクラッシュカンとの間の位置に配設されている。また、キャパシタ４３は、左側のフロントサイドフレーム５の前端におけるフランジ部、又は、左側のクラッシュカンの後端におけるフランジ部（左側のフロントサイドフレーム５のフランジ部と連結されるフランジ部）に支持される。これにより、キャパシタ４３がエンジンからの熱の影響を受け難くなり、車両走行風によって効率良く冷却することが可能になる。また、上記車両の前面衝突時（軽衝突時）に、キャパシタ４３がクラッシュカンによる衝撃吸収作用を阻害することがなく、フロントサイドフレーム５が潰れるような重衝突時に、フロントサイドフレーム５による衝撃吸収作用を阻害することもない。

図４に示すように、電力変換装置５０は、上記ＤＣ／ＤＣコンバータを含む電力変換装置本体部５１を有している。この電力変換装置本体部５１における後側部分には、後側へ突出しかつ上下方向に延びる複数の突条部５１ｂが車幅方向に並んで形成されたヒートシンク５１ａが設けられており、このヒートシンク５１ａにより、上記ＤＣ／ＤＣコンバータが発した熱が後側（ダッシュパネル９の側）へ向けて放散される。電力変換装置本体部５１は、エンジンルーム１内においてダッシュパネル９とバッテリ２１との間に配設されている。より詳細には、電力変換装置本体部５１は、バッテリ２１の後側に近接配置されている。また、バッテリ２１自体がエンジンルーム１内の後部に位置しているので、電力変換装置本体部５１はダッシュパネル９及びカウルボックス１５の近傍に位置することになる。

電力変換装置本体部５１は、ヒートシンク５１ａが設けられている側を除いて、上下方向に延びるカバー部材５２により覆われている。このカバー部材５２の上面には、カウルボックス１５内に導入された外気を電力変換装置本体部５１へ導くためのダクト部材５３が設けられている。このダクト部材５３は、カバー部材５２の上面から上側に延びた後に後側に曲がって後方に延び、カウルボックス１５の前壁部１５ｂを貫通して、カウルボックス１５内に進入している（図２及び図３参照）。ダクト部材５３のカウルボックス１５側の端部に形成された吸気口５３ａ（図４参照）は、カウルボックス１５内における車幅方向外側部分（車幅方向において左側のフロントサイドフレーム５に近い位置）に位置し、ダクト部材５３のカバー部材５２側の端部に形成された排気口は、カバー部材５２の内側に臨んでいる。そして、上記外気は、上記吸気口５３ａからダクト部材５３を通ってカバー部材５２の内側（つまり電力変換装置本体部５１）に導かれる。

ダクト部材５３及び電力変換装置５０は、バッテリ２１と同様に、エンジンルーム１内における車幅方向外側部分（左側のフロントサイドフレーム５の近傍）に位置しており、これにより、ダクト部材５３を通る外気及び電力変換装置５０が、エンジンからの熱の影響を受け難くなるようにしている。

本実施形態では、ダクト部材５３を介して上記外気を電力変換装置本体部５１へ導くファン５４を電力変換装置５０に設けて、上記外気を冷却風として電力変換装置本体部５１に積極的に導くようにしている。このファン５４は、電力変換装置本体部５１の下側に位置している。すなわち、電力変換装置本体部５１とファン５４とが上下方向に並んで配設されている。

カバー部材５２は、電力変換装置本体部５１及びファン５４を一体的に覆っており、電力変換装置本体部５１及びファン５４は、カバー部材５２の内側にてカバー部材５２に固定されている。カバー部材５２の下面には排出口５２ａが形成されている。ファン５４は、電力変換装置本体部５１と排出口５２ａとの間に位置することになる。そして、ファン５４の作動により、ダクト部材５３を介して電力変換装置本体部５１に導かれた外気の一部が、電力変換装置本体部５１（特にヒートシンク５１ａ）に沿って下側へと流動して、ファン５４及び排出口５２ａを通ってカバー部材５２の下側へと排出される。尚、ヒートシンク５１ａの突条部５１ｂは、上記外気が上側から下側へ流れ易くなるように、上記のように形成されている。

カバー部材５２によって、ダクト部材５３を介して電力変換装置本体部５１に導かれた外気が、電力変換装置本体部５１の近傍を流れるようにすることができるとともに、電力変換装置本体部５１及びファン５４が、エンジンルーム１の下側から進入してくる泥等により汚れるのを防止することができる。尚、カバー部材５２の車幅方向内側の側面（右側側面）には、電力変換装置本体部５１のＤＣ／ＤＣコンバータに対する入出力端子５２ｂが設けられている。また、カバー部材５２の右側側面における入出力端子５２ｂの上下及び後側近傍には、入出力端子５２ｂを保護するための保護板５２ｃが設けられている。

電力変換装置５０は、上記支持部材２３に支持されている。具体的には、支持部材２３には、バッテリ２１を支持している部分よりも後側に延設された後側延設部２３ｃが一体的に設けられている。この後側延設部２３ｃは、基部２３ａが後側に延設された基部延設部２３ｄと、この基部延設部２３ｄの縁部から上側に立設された立壁部２３ｅとからなっている。立壁部２３ｅは、周壁部２３ｂの後側部分と共に、カバー部材５２の上下方向中間部において段差状に形成された段差部５２ｄの周囲を覆っており、段差部５２ｄは基部延設部２３ｄ及び立壁部２３ｅに支持固定されている。カバー部材５２における段差部５２ｄよりも下側部分は、基部延設部２３ｄを貫通して下側に延びている。こうして、電力変換装置本体部５１及びファン５４が、カバー部材５２を介して支持部材２３に支持される。

電力変換装置５０は、該電力変換装置５０の一部（電力変換装置本体部５１及びカバー部材５２の後側部分）が平面視でカウルボックス１５と重なるように、エンジンルーム１内に配設されている（図１及び図２参照）。すなわち、電力変換装置本体部５１及びカバー部材５２の後側部分が、カウルボックス１５におけるダッシュパネル９よりも前側に突出した部分の下側空間に位置している。これにより、キャパシタ４３による蓄電容量の大容量化に対応するべく電力変換装置本体部５１の大きさを大きくしたとしても、エンジンルーム１が前後方向に長くなるのを防止することができて、フロントオーバーハングを出来る限り縮小することが可能になる。

したがって、本実施形態では、電力変換装置５０がエンジンルーム１内に配設されているので、電力変換装置５０（電力変換装置本体部５１）が、発電機４１、キャパシタ４３及びバッテリ２１の近傍に位置することになり、それらを接続するためのケーブルを短くして、電力の供給損失を抑制することができる。特に電力変換装置本体部５１がバッテリ２１に近接配置されているので、電力変換装置本体部５１（ＤＣ／ＤＣコンバータ）とバッテリ２１との間のケーブルを最短にすることができる。

また、電力変換装置本体部５１が、エンジンルーム１内においてダッシュパネル９とバッテリ２１との間（より詳細には、バッテリ２１の後側に近接した位置でかつダッシュパネル９及びカウルボックス１５の近傍位置）に配設されているので、上記車両の前面衝突時に電力変換装置５０（電力変換装置本体部５１）の破損を抑制することができる。しかも、ダクト部材５３を介して、カウルボックス１５内に導入された外気を電力変換装置本体部５１に容易に導くことができ、電力変換装置本体部５１を外気により冷却することができる。そして、ダクト部材５３は、エンジンルーム１内における車幅方向外側部分に位置しているとともに、短いもので済み、また、電力変換装置本体部５１もエンジンルーム１内における車幅方向外側部分に位置しているので、ダクト部材５３を通る外気及び電力変換装置本体部５１がエンジンからの熱の影響を受け難くなり、電力変換装置本体部５１の冷却性能を向上させることができる。

本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。

例えば、上記実施形態では、本発明の蓄電装置として、鉛蓄電池で構成されたバッテリ２１を例に挙げて説明したが、これに限らず、ニッケル水素二次電池、ニッカド二次電池、リチウムイオン二次電池等の二次電池で構成されたバッテリであってもよい。また、上記実施形態のバッテリ２１に代えて、キャパシタ４３を、本発明の蓄電装置として、該バッテリ２１の配設されていた位置に設けるようにしてもよい。

さらに、上記実施形態に係る車両は、エンジンで駆動されるものであるが、モータが車両前部のエンジンルーム（モータルームともいう）内に配設されて該モータで駆動される電動車両であってもよく、エンジンとモータとを併用するハイブリッド車両であってもよい。このようなモータを使用する場合、モータ駆動用バッテリからの直流電力を交流電力に変換してモータに電力を供給するインバータを含むインバータユニットが必要になるが、そのインバータユニットを、本発明の電力変換装置とすることも可能である。この場合、インバータユニットのインバータ（電力変換装置本体部）を、ダッシュパネル９と蓄電装置（上記実施形態のバッテリ２１又はキャパシタ４３）との間に配設し、ダクト部材５３により、カウルボックス１５内に導入された外気をインバータへ導くようにすればよい。

上述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

本発明は、ＤＣ／ＤＣコンバータやインバータ等の電力変換装置を冷却するようにした、車両の電力変換装置冷却構造に有用である。

１ エンジンルーム
９ ダッシュパネル
１５ カウルボックス
２１ バッテリ（蓄電装置）
４１ 発電機
５０ 電力変換装置
５１ 電力変換装置本体部
５２ カバー部材
５３ ダクト部材
５３ａ 吸気口
５４ ファン

Claims (2)

1. 車両の車室とエンジンルームとを仕切るダッシュパネルと、
   上記ダッシュパネルの上端部に車幅方向に延びるように配設され、車外からの外気が導入されるカウルボックスと、
   上記エンジンルーム内に配設された蓄電装置と、
   上記エンジンルーム内に配設された発電機と、
   上記発電機からの電力を変換して少なくとも上記蓄電装置へ出力する電力変換装置とを備え、
   上記電力変換装置は、上記エンジンルーム内において上記ダッシュパネルと上記蓄電装置との間に配設された電力変換装置本体部と、上記カウルボックス内に導入された外気を該電力変換装置本体部へ導くためのダクト部材と、上記電力変換装置本体部と上下方向に並んで配設され、上記ダクト部材を介して上記外気を上記電力変換装置本体部へ導くファンと、上記電力変換装置本体部及び上記ファンを一体的に覆いかつ上記ダクト部材を介して内側に上記外気が導かれるカバー部材とを有し、
   上記蓄電装置は、フロントサイドフレームに支持部材を介して支持され、
   上記電力変換装置は、上記蓄電装置の車両後側において上記支持部材により支持され、
   上記カバー部材は、上記支持部材よりも下側に延び、該カバー部材の下面に、該カバー部材の内側に導かれた外気を排出する排出口が形成され、
   上記カウルボックスは、上記ダッシュパネルよりも車両前側に突出しており、
   上記電力変換装置の少なくとも一部が、平面視で上記カウルボックスと重なっていることを特徴とする車両の電力変換装置冷却構造。
2. 請求項１記載の車両の電力変換装置冷却構造において、
   上記ダクト部材の吸気口は、上記カウルボックス内における車幅方向外側部分に位置していることを特徴とする車両の電力変換装置冷却構造。

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