JP2010089531A

JP2010089531A - 車両

Info

Publication number: JP2010089531A
Application number: JP2008258360A
Authority: JP
Inventors: Takenori Tsuchiya; 豪範土屋; Hisanori Fukusako; 尚紀福迫
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-10-03
Filing date: 2008-10-03
Publication date: 2010-04-22
Anticipated expiration: 2028-10-03
Also published as: JP5267025B2

Abstract

【課題】キャビン内の空気を用いて発熱機器を冷却する冷却構造を備えた車両において、発熱機器を冷却した後の空気による乗員のもやつきを抑制することを目的とする。
【解決手段】キャビン３内の空気を用いて蓄電器１３を冷却する冷却構造を備えた車両であって、収容室１４と、収容室１４に対して蓄電器１３の冷却に用いられた空気を排気する小排気口２２ｃを備えた排気チャンバ２２と、収容室１４に排気された空気のキャビン３内への流入を許容する通路１１ａとを有し、排気チャンバ２２は、小排気口２２ｃを複数有することを特徴とする車両。
【選択図】図３

Description

本発明は、キャビン内の空気を用いて発熱機器を冷却する冷却構造を備えた車両に関する。

蓄電器に蓄電された電力によりモータを回転させて、車両を駆動する電気車両、ハイブリッド車両が知られている。蓄電器は、電力を充放電する際に発熱し、発熱温度が高くなると電池劣化が進行するため、冷媒を用いて冷却する必要がある。

蓄電器の冷却構造として、キャビン内の空気を用いて蓄電器を冷却し、この冷却後の空気の一部を再びキャビン内に戻す循環構造を備えた車両が知られており、その一例が特許文献１に開示されている。

特許文献１は、電池冷却後の空気をトランクルーム側方の内装材とボディー外板との間の空間に排気して、この排気された空気をトランクルームを介してキャビン内に戻す構造を備えた車両を開示する。
特開２００４−４２６９８号公報特開２００２−２３１３２１号公報特開平１０−２５２４６７号公報特開２００１−３１３０９１号公報

しかしながら、特許文献１の構成では、蓄電器の冷却により昇温した空気が、ボディー外板とトランクルーム側方の内装材との間の空間に集中的に排出されるため、キャビン内の乗員にもやつき感を与えるおそれがある。

そこで、本願発明は、キャビン内の空気を用いて発熱機器を冷却する冷却構造を備えた車両において、発熱機器を冷却した後の空気による乗員へのもやつき感を抑制することを目的とする。

上記課題を解決するために、本願発明は、キャビン内の空気を用いて発熱機器を冷却する冷却構造を備えた車両であって、排気室と、該排気室に対して前記発熱機器の冷却に用いられた空気を排気する第１の排気口を備えた排気管と、前記排気室に排気された空気の前記キャビン内への流入を許容する通路とを有し、前記排気管は、前記第１の排気口を複数有することを特徴とする。

本願発明によれば、発熱機器の冷却に用いられた空気を排気室に分散して排気できるため、乗員へのもやつきを抑制することができる。ここで、発熱機器とは、通電により発熱する機器を意味しており、蓄電器、インバータ、コンバータを例示することができる。

具体的には、複数の前記第１の排気口を、主排気口と、この主排気口よりも上流側に形成される複数の副排気口とから構成することができる。これにより、主排気口から排気される前に、空気を確実に分散させることができる。
また、前記発熱機器は、電磁波を発する電磁波放出部材を有しており、前記排気管は、電磁波を吸収する電磁波吸収機能を有しており、前記発熱機器から前記排気管に向かう電磁波が、前記副排気口から前記排気管の外部に出射しないように前記副排気口の寸法を設定することができる。これにより、空気を排気室に分散させるとともに、電磁波が無線信号に混入するのを抑制できる。ここで、前記副排気口の径は、好ましくは、５〜８ｍｍである。

前記複数の副排気口を、前記排気管における前記主排気口を介しての主排気方向の中央部以外の領域のみに設けることができる。また、前記排気管に、前記発熱機器の冷却に用いられた空気を車外に排出するための第２の排気口を設けることができる。

前記排気室を、前記発熱機器を収容する収容室として、後部座席とラゲージとの間に設けることができる。収容室に排気される空気を分散させるファンなどを不要することができ、収容室を小型化することができる。

前記発熱機器が、空気の通る隙間を介して蓄電要素を車幅方向に積層した蓄電器である場合には、前記排気管を、前記蓄電器の下端部側に位置するように設けることができる。

本発明によれば、発熱機器を冷却した後の空気を分散して排気室に排気できるため、乗員にもやつき感を与えるのを抑制できる。

以下、本発明の実施形態について説明する。
（実施形態１）
図１及び図２を参照しながら、本実施形態の車両の構成を説明する。ここで、図１は蓄電器を搭載した車両の側面図であり、必要に応じて内部構造を図示している。図２はハイブリッド車両のブロック図である。

後部座席の車両後方に設けられたパーテンションパネル１１とラゲージトリム１２との間には、蓄電器（発熱機器）１３を収容するための収容室（排気室）１４が設けられている。本実施形態の蓄電器１３は、電気車両、ハイブリッド車両、燃料電池車両の駆動用または補助電源として使用することができる。

パーテンションパネル１１の縁の部分には、空気の移動を許容する多数の通路１１ａが形成されており、この通路１１ａを介して収容室１４及びキャビン３は連通している。パーテーションパネル１１には、金属などを用いることができる。

車両のリアウィンドの直下には、吸気口１７が設けられており、この吸気口１７には吸気ダクト１８が接続されており、この吸気ダクト１８には吸気チャンバ２１が接続されている。この吸気チャンバ２１は、蓄電器１３の上側の端面に沿って組み付けられている。排気チャンバ（排気管）２２は、蓄電器１３の下側の端面に沿って組み付けられている
図２に図示するように、ハイブリッド車両は、エンジン１０と、発電機１０１と、パワーコントロールユニット３０と、蓄電器１３と、モータ５０と、ハイブリッドＥＣＵ６０とを含む。

エンジン１０が発生する動力は、動力分割機構７０により、２経路に分割される。一方は減速機８０を介して車輪９０を駆動する経路である。他方は、発電機１０１を駆動させて発電する経路である。

発電機１０１は、動力分配機構７０により分配されたエンジン１０の動力により発電するが、発電機１０１により発電された電力は、車両の運転状態、蓄電器１３のＳＯＣに応じて使い分けられる。例えば、通常走行時や急加速時では、発電機１０１により発電された電力はそのままモータ５０を駆動させる電力となる。

一方、蓄電器１３のＳＯＣが予め定められた値よりも低い場合には、発電機１０１により発電された電力は、パワーコントロールユニット３０のインバータ３０ａにより交流電力から直流電力に変換され、パワーコントロールユニット３０のコンバータ３０ｂにより電圧が調整された後、蓄電器１３に蓄えられる。蓄電器１３の代わりに、キャパシタを用いることもできる。

モータ５０は、三相交流モータであり、蓄電器１３に蓄えられた電力および発電機１０１により発電された電力の少なくともいずれか一方の電力により駆動する。モータ５０は、エンジン１０をアシストして車両を走行させたり、モータ５０からの駆動力のみにより車両を走行させたりする。

一方、ハイブリッド車両の回生制動時には、減速機８０を介して車輪９０によりモータ５０が駆動され、モータ５０が発電機として作動する。これによりモータ５０は、制動エネルギを電力に変換する回生ブレーキとして作用する。モータ５０により発電された電力は、インバータ３０ａを介して蓄電器１３に蓄電される。

ハイブリッドＥＣＵ６０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）６０ａとメモリ６０ｂとを含む。ＣＰＵ６０ａは、車両の運転状態や、アクセル開度センサにより検知されたアクセル開度、アクセル開度の変化率、シフトポジション、蓄電器１３のＳＯＣ、メモリ６０ｂに保存されたマップおよびプログラムなどに基づいて演算処理を行う。これにより、ハイブリッドＥＣＵ６０は、車両が所望の運転状態となるように、車両に搭載された機器類を制御することになる。

また、ＣＰＵ６０ａは、蓄電器１３から出力される温度情報に基づき、冷却ファン２０の駆動を制御する。

次に、図３および図４を参照しながら、蓄電器１３の冷却構造について説明する。ここで、図３は蓄電器の冷却構造の概略図であり、（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ断面図及び平面図であり、角型電池を破線で図示している。図４は、スペーサ部材の斜視図である。

蓄電器１３は、複数の角型電池（蓄電素子）１３１をスペーサ部材１３２を介して接続することにより構成されており、蓄電器１３の積層方向両端にはエンドプレート１３３が設けられている。また、本実施形態とは異なり、角型電池１３１の電槽を非導電性の材質により構成すると共に、その表面に適宜凸部を形成することにより、スペーサ部材１３２を省略しながら、隣接する角型電池１３２間の絶縁性と冷却性とを両立する形態とすることも可能である。

図４に図示するように、スペーサ部材１３２は、Ｘ軸方向の一端部が開口した箱型形状に形成されており、スペーサ―部材１３２のＸ軸方向の他端面には、複数の突起部１３２ａがＹ軸方向に並んで設けられている。これらの突起部１３２ａは、隣接する角型電池１３１の外面に当接している（図３参照）。これにより、角型電池１３１の内部構造である集電体から活物質が剥離するのを防止でき、電池の性能低下を抑制することができる。

突起部１３２ａが角型電池１３１の外面に当接した状態において、Ｙ軸方向に並んで配置される各突起部１３２ａの間には、冷却風の流れる隙間が形成される。角型電池１３１はスペーサ部材１３２の内部に収容されており、スペーサ部材１３２に形成された一対の開口部１３２ｂから角型電池１３１の電極部１３１ａが突出している。

図３（Ｂ）に図示するように、排気チャンバ２２には、蓄電器１３を冷却した後の空気を収容室１４に排気するための排気口（第１の排気口、主排気口）２２ａと、車外に排気するための排気口（第２の排気口）２２ｂが形成されている。

排気口２２ａは、排気口２２ｂの車両前方側に配置され、排気口２２ｂよりも面積（空気の通過する面積）が小さく設定されている。本実施形態では、排気口２２ｂの約１／３の大きさに排気口２２ａの面積を設定している。

排気口２２ａの上流側には、排気口２２ａよりも径寸法の小さい小排気口（第１の排気口、副排気口）２２ｃが複数形成されている。吸気チャンバ２１及び排気チャンバ２２は、電磁波を吸収する電磁波吸収材（例えば、金属）から構成することができる。したがって、電力ケーブル（電磁波放出部材）から出力される電磁波を吸気チャンバ２１及び排気チャンバ２２に吸収させることができる。これにより、電磁波がノイズとなって無線信号に混入するのを防止できる。なお、ここで記載した電力ケーブルは、蓄電器１３の電力をモータ５０に出力するための強電系の配線を意味している。

さらに、小排気口２２ｃの径寸法は、５〜８ｍｍ以下に設定するのが好ましい。８ｍｍ以下に設定することにより、該電力ケーブルなどから放出された電磁波が排気チャンバ２２で吸収されずに透過するのを防止できる。また、５ｍｍ以上に設定することにより、蓄電器１３の冷却に用いられた空気の熱をより効果的に拡散することができる。

小排気口２２ｃは、排気チャンバ２２の中央部以外の領域にマトリクス状（つまり、等ピッチ）に形成されている。ここで、排気チャンバ２２の中央部に小排気口２２ｃを形成した場合には、中央部よりも排気口２２ａ、ｂに近接した領域において、吸気チャンバ２１から流入する空気の流入量が減少するため、蓄電器１３を均等に冷却することができなくなる。

したがって、排気チャンバ２２の中央部以外の領域に小排気口２２ｃを形成することにより、各角型電池１３１に略均等に冷却用の空気を供給することができる。これにより、各角型電池１３１の温度のバラツキが効果的に抑制され、蓄電器１３の電池寿命の低下を抑制することができる。

ここで、「中央部」とは、排気チャンバ２２の主排気方向（Ｘ軸方向）における中央部を意味しており、各角型電池１３１を均一に冷却する（温度のバラツキを抑制する）という観点から、適宜設定することができる。

次に、図１及び図３を参照しながら、蓄電器１３の冷却方法について説明する。車両がイグニションオンされると、冷却ファン２０が作動する。ＣＰＵ６０ａは、蓄電器１３の温度を常時監視しており、蓄電器１３の温度が所定温度（例えば、４０℃）を超えると、冷却ファン２０の回転速度を増速させる。

冷却ファン２０が回転すると、キャビン３内の空気が吸気口１７から吸気ダクト１８を介して吸気チャンバ２１に流入する。吸気チャンバ２１に流入した空気は、隣接する角型電池１３１の間の隙間を通って各角型電池１３１を冷却する。このとき、排気チャンバ２２の中央部以外の領域に小排気口２２ｃを形成しているため、各角型電池１３１を略均一に冷却することができる。これにより、蓄電器１３の電池寿命の低下を抑制することができる。

排気チャンバ２２に流入した空気のうち、一部は排気口２２ａ又は小排気口２２ｃから収容室１４内に排気され、残りは排気口２２ｂから車外に排気される。このように、本実施形態の構成によれば、複数の小排気口２２ｃ及び排気口２２ａから収容室１４に空気を排気できるため、昇温した空気を分散させることができる。これにより、収容室１４に連通するキャビン３に対して昇温した空気が集中的に流入するのを抑制できる。

また、排気チャンバ２２に小排気口２２ｃを形成するのみで簡単に空気を分散させることができる。したがって、空気を分散するためのファンなどを独立して設ける必要がなくなり、収容室１４を小型化して、コストを削減することができる。

（変形例）
上述の実施形態では、蓄電器１３を冷却する冷却構造について説明したが、インバータ３０ａ、コンバータ３０ｂなどの他の発熱機器にも本願発明は適用することができる。なお、発熱機器の定義は、〔解決手段〕に記載した通りである。

また、排気口２２ｂを省略して、蓄電器１３を冷却した後の空気を全て収容室１４に排気させてもよい。これにより、冷却後の空気を車外に排気するための排気管が不要となるためコストを削減することができ、さらに、車両構造を簡素化することができる。

また、排気チャンバ２２における小排気口２２ｃの形成位置は、排気チャンバ２２の形状などに応じて適宜変更することができる。この際に、各角型電池１３１の温度のバラツキを抑制するという観点から、小排気口２２ｃの形成位置を適宜設定するとよい。

排気口２２ａ及び小排気口２２ｃに排出管を接続し、この排出管の排気口をキャビン３に連通する収容室１４とは異なる別の区室（排気室）に設けても良い。この構成であっても、上述の実施形態と同様の効果（もやつき感の抑制）を得ることができる。例えば、特許文献１の構成において、トランクルーム側方の内装材とボディー外板との間の空間を排気室とすることもできる。

蓄電器を搭載した車両の概略構成を図示した側面図である。車両のブロック図である。蓄電器の冷却構造の概略図であり、（Ａ）が断面図であり、（Ｂ）が平面図である。スペーサ部材の斜視図である。

符号の説明

３キャビン
１１パーテーションパネル
１１ａ通路
１２ラゲージトリム
１３蓄電器
１４収容室
１７吸気口
１８吸気ダクト
２１吸気チャンバ
２２排気チャンバ
２２ａ２２ｂ排気口
２２ｃ小排気口

Claims

キャビン内の空気を用いて発熱機器を冷却する冷却構造を備えた車両であって、
排気室と、
該排気室に対して前記発熱機器の冷却に用いられた空気を排気する第１の排気口を備えた排気管と、
前記排気室に排気された空気の前記キャビン内への流入を許容する通路とを有し、
前記排気管は、前記第１の排気口を複数有することを特徴とする車両。
複数の前記第１の排気口は、主排気口と、この主排気口よりも上流側に形成される複数の副排気口とを有することを特徴とする請求項１に記載の車両。
前記発熱機器は、電磁波を発する電磁波放出部材を有しており、
前記排気管は、電磁波を吸収する電磁波吸収機能を有しており、
前記発熱機器から前記排気管に向かう電磁波が、前記副排気口から前記排気管の外部に出射しないように前記副排気口の寸法を設定したことを特徴とする請求項２に記載の車両。
前記副排気口の径は、５〜８ｍｍであることを特徴とする請求項３に記載の車両。
前記複数の副排気口は、前記排気管における前記主排気口を介しての主排気方向の中央部以外の領域のみに設けられていることを特徴とする請求項２乃至４のうちいずれか一つに記載の車両。
前記排気管は、前記発熱機器の冷却に用いられた空気を車外に排出するための第２の排気口を有することを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか一つに記載の車両。
前記排気室は、前記発熱機器を収容する収容室であり、後部座席とラゲージとの間に設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか一つに記載の車両。
前記発熱機器は、空気の通る隙間を介して蓄電素子を車幅方向に積層した蓄電器であり、
前記排気管は、前記蓄電器の下端部側に位置することを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか一つに記載の車両。