JP2013133019A

JP2013133019A - ハイブリッド車両

Info

Publication number: JP2013133019A
Application number: JP2011285085A
Authority: JP
Inventors: Yoshiteru Hagino; 芳輝萩野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2013-07-08
Anticipated expiration: 2031-12-27
Also published as: JP5761009B2

Abstract

【課題】高電圧用バッテリの冷却のためにコスト高や居住性の低下を招くことなく、高電圧用バッテリを効果的に冷却できる低コストかつ低燃費のハイブリッド車両を提供する。
【解決手段】エンジン２１と、エンジン２１に連結された発電機２３と、エンジン２１よりも高出力の走行駆動が可能なモータ２５と、発電機２３およびモータ２５の間で電力を授受する高電圧用バッテリ２７と、を備え、エンジン２１からの動力によって発電機２３に発電させた電力を基にモータ２５を作動させるシリーズ方式の走行駆動が可能なハイブリッド車両であって、高電圧用バッテリ２７が、エンジン２１およびモータ２５よりも車両前方側に配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッド車両に関し、特にバッテリの冷却促進を図ったシリーズ方式の走行駆動が可能なハイブリッド車両に関する。

近時、走行駆動源に内燃機関と電動機（発電機を含む）を併有することで、アイドル運転時間の短縮やエネルギ回生に加えて内燃機関の小型化を可能にして、大幅な燃費低減を実現したハイブリッド車両が普及してきた。また、電動機出力が内燃機関より大きくなるシリーズハイブリッド車両等においては、内燃機関の一層の小型化が可能になっている。このような車両では、車両を走行駆動可能な高出力の電動機を高電圧用バッテリからの電力を基に作動させるので、補機用バッテリに比べて充放電エネルギ量が多く発熱が多くならざるを得ない高電圧用バッテリ（以下、単にバッテリという）を効果的に冷却して、そのバッテリの所要の充放電効率を維持する必要がある。

そこで、従来、例えばバッテリケースに冷却空気を導入する吸気用ブロワと、そのケース内を循環した空気を排気するダクトとを用いて高電圧用バッテリを冷却するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、バッテリを冷却した冷却風が排気ダクトを通ってエアコン（空気調和装置）に導かれ、エアコンで冷却された後の空気が車室内に戻るようにしたものも知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００２−１６６７２８号公報特開２００８−２６０４０５号公報

しかしながら、上述のような従来の高電圧用バッテリの冷却系を搭載したハイブリッド車両にあっては、その冷却装置や冷却構造を設けるためにコスト高になるという問題があった。

また、バッテリを車室内のシートの下方やコンソールボックス内に配置していたため、バッテリ冷却系の空気流や冷却ファンの駆動音を車室内から遮断する必要があり、車室内が狭くなって車両の居住性が低下しまうという問題もあった。

そこで、本発明は、高電圧用バッテリの冷却装置のためにコスト高や居住性の低下を招くことなく、高電圧用バッテリを効果的に冷却することができる低コストかつ低燃費のハイブリッド車両を提供するものである。

本発明に係るハイブリッド車両は、上記目的達成のため、（１）エンジンと、前記エンジンに連結された発電機と、前記エンジンよりも高出力の走行駆動が可能な電動機と、前記発電機および前記電動機の間で電力を授受するバッテリと、を備え、前記エンジンからの動力によって前記発電機に発電させた電力を基に前記電動機を作動させるシリーズ方式の走行駆動が可能なハイブリッド車両であって、前記バッテリが、前記エンジンおよび前記電動機よりも車両前方側に配置されていることを特徴とする。

この発明では、走行駆動用の電動機に電力を供給可能な高電圧用バッテリが、駆動出力時に発熱するエンジンおよび電動機よりも車両前方側に配置されているので、バッテリを車両前方からの走行風等によって効果的に冷却できる。しかも、特別なバッテリ冷却装置やバッテリ冷却構造を必要とせず、車室内にバッテリを配置する必要もないので、高電圧用バッテリの冷却のためにコスト高や居住性の低下を招くことなく、高電圧用バッテリを効果的に冷却することができる。

本発明のハイブリッド車両は、望ましくは、（２）前記バッテリが、前記エンジンおよび前記電動機を収納するエンジン収納空間内に配置されているものである。この場合、高出力の電動機を搭載することでエンジンの小型化が可能となっていることから、エンジンの冷却系に用いる冷却風をバッテリの冷却にも利用してバッテリを効果的に冷却できる。しかも、車室内から遮断されたバッテリ冷却構造を採るためにコスト高を招くといったことがなく、コストを低減できる。

本発明のハイブリッド車両においては、（３）前記バッテリが、前記エンジンの冷却水を冷却するラジエータに対して、車両上下方向または車両左右方向で異なる位置に配置されていることが好ましい。この場合、高出力の電動機の搭載によりエンジンが小型化されることで、ラジエータが小型化されることになるので、バッテリをラジエータに対し車両の上下左右のいずれかに配置することで、ラジエータを冷却する冷却風がバッテリ冷却のために加熱されてしまうことを有効に抑制しつつ、バッテリを効果的に冷却できることになる。

上記（３）の構成を有する場合、（４）前記バッテリが、前記ラジエータに対して車両上方側に配置されているのが好ましい。この場合、バッテリを車両左右方向に横長に配置可能となり、高出力電動機による長時間走行を可能ならしめる大容量のバッテリを搭載可能となる。

本発明のハイブリッド車両においては、（５）前記発電機が、前記エンジンに対して車両左右方向のいずれか一方側に配置されていることが好ましい。これにより、エンジンを横置きする場合にエンジンに直結できるとともに、走行風等を利用した発電機の効果的な冷却も可能となる。

本発明のハイブリッド車両においては、（６）前記エンジンおよび前記バッテリに対し車両上方側に、前記バッテリの電力の授受を制御可能なインバータが配置されていることが好ましい。この構成により、インバータを電動機およびバッテリの近傍に配置しつつ効果的に冷却でき、インバータとバッテリを接続するケーブル等での電圧降下をも抑えてバッテリの充放電効率を高めることができる。

上記（６）の構成を有するハイブリッド車両においては、（７）前記バッテリが、前記インバータより車両前方側で車両後方側に傾斜する風受け面を有し、該風受け面により車両前方側からの走行風を前記インバータ側に向けることが好ましい。この場合、インバータをも効果的に冷却できる。

本発明によれば、走行駆動用の電動機に電力を供給可能な高電圧用バッテリをエンジンおよび電動機よりも車両前方側に配置して、バッテリを車両前方からの走行風等によって効果的に冷却できるようにしているので、特別なバッテリ冷却装置やバッテリ冷却構造を設けたりバッテリを車室側に配置したりする必要を無くし、高電圧用バッテリの冷却のためにコスト高や居住性の低下を招くことなく高電圧用バッテリを効果的に冷却することができる低コストかつ低燃費のハイブリッド車両を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るハイブリッド車両の概略構成を示す平面図である。本発明の第１実施形態に係るハイブリッド車両の正面図である。本発明の第１実施形態に係るハイブリッド車両の要部構成を示す部分拡大側面断面図である。本発明の第２実施形態に係るハイブリッド車両の概略構成を示す平面図である。本発明の第２実施形態に係るハイブリッド車両の正面図である。本発明の第２実施形態に係るハイブリッド車両の要部構成を示す部分拡大側面断面図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

（第１実施形態）
図１から図３に、本発明の第１実施形態に係るハイブリッド車両の概略構成を示している。なお、本実施形態は、本発明をエンジンが横置きされたＦＦ（フロントエンジン・フロントドライブ）方式のハイブリッド車両であって、いわゆるシリーズ方式の走行駆動が可能なハイブリッド車両に適用したものである。

まず、その構成について説明する。

図１に示すように、本実施形態のハイブリッド車両１は、詳細を図示しないが、車両前方側のエンジンルーム１１（エンジン収納空間）および中央部の車室１２を有するプラットフォーム１０（車体）を備えている。

エンジンルーム１１内には、図示しないマウント装置を介してプラットフォーム１０に搭載された多気筒内燃機関からなるエンジン２１と、このエンジン２１に一体的に締結された状態でエンジン２１と共にハイブリッド駆動装置２０を構成するモータ付きトランスアクスル装置２２と、エンジン２１からの回転動力により駆動されて発電する発電機２３とが、それぞれ収納されている。

また、プラットフォーム１０には、ハイブリッド駆動装置２０から左右の走行駆動車輪１３までの動力伝達をなす図示しないパワートレーン等が装着されている。

ハイブリッド駆動装置２０のエンジン２１は、図示しない電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）により、アクセルペダル等の操作に応じた運転者からの要求出力に応じて電子制御されるようになっている。

また、ハイブリッド駆動装置２０のモータ付きトランスアクスル装置２２は、エンジン２１よりも高出力の走行駆動が可能なモータ２５（電動機）と、このモータ２５からの回転動力を減速および変速し差動出力することができるトランスアクスル機構２６（図１中にはＴ／Ａ機構と記す）とを内蔵しており、トランスアクスル機構２６から左右の走行駆動車輪１３に動力を伝達できるようになっている。

発電機２３は、エンジン２１からの回転動力により駆動されて発電する公知のものである。

モータ２５は、エンジン２１からの回転動力を用いることなく単独でハイブリッド車両１を走行駆動することができるとともに、エンジン２１よりも高出力（出力トルクおよび出力回転数の積に相当）での走行駆動が可能な三相交流モータとなっている。

エンジンルーム１１内には、さらに、発電機２３およびモータ２５の間で図示しない接続ケーブル等を介して電力を授受する高電圧用バッテリ２７と、発電機２３およびモータ２５と高電圧用バッテリ２７との間で高電圧用バッテリ２７の電力の授受を制御し、モータ２５の出力（トルクと回転数）や高電圧用バッテリ２７の充放電量を制御することができるインバータ２８と、エンジン２１の冷却水を外気（走行風等）との熱交換によって冷却するラジエータ２９とが、それぞれ設けられている。

このハイブリッド車両１は、エンジン２１からの動力によって発電機２３に発電させた電力を高電圧用バッテリ２７に蓄電させ、その電力を基に走行駆動用の電動機２５のみでハイブリッド車両１を走行駆動させるシリーズ方式の走行駆動を行うことができるようになっている。

また、ハイブリッド車両１は、プラットフォーム１０の前端部に通気孔を形成するフロントグリル等の空気取入れ部１６を有しており、その直後に、高電圧用バッテリ２７およびラジエータ２９が、車両前後方向の略同一位置であって車両上下方向で互いに異なる位置に配置されている。

具体的には、高電圧用バッテリ２７は、ラジエータ２９に対して車両上方側に配置されており、車両左右方向に横長の全体形状をなしている。なお、高電圧用バッテリ２７の内部構造（セルの積層構造等）は公知のものと同様である。

次に、作用について説明する。

上述のように構成された本実施形態のハイブリッド車両１では、走行駆動用のモータ２５に電力を供給可能な高電圧用バッテリ２７が、駆動出力時に発熱するエンジン２１およびモータ２５よりも車両前方側に配置されていることから、単位時間当りの充放電エネルギー量が補機バッテリに対して非常に大きく、発熱量も大きい高電圧用バッテリ２７を、車両前方からの走行風等によって効果的に冷却できる。したがって、従来必要であった専用のバッテリ冷却装置やバッテリ冷却構造、例えばバッテリ冷却用のダクトや冷却ファン等が不必要になり、製造コストを低減できる。しかも、高電圧用バッテリ２７を車室側に配置する必要がないので、ハイブリッド車両１の居住性の低下を招くことがない。その結果、高電圧用バッテリ２７の充放電効率を良好に維持し、低コストかつ低燃費のハイブリッド車両を提供することができる。

また、本実施形態において、高電圧用バッテリ２７が、エンジン２１およびモータ２５を収納するエンジンルーム１１内に配置されているが、高出力のモータ２５を搭載することでエンジン２１の小型化が可能となっていることから、エンジン２１の冷却系に用いる冷却風を高電圧用バッテリ２７の冷却にも利用して、高電圧用バッテリ２７を効果的に冷却することができる。しかも、従来のように車室内から遮断されたバッテリ冷却構造を採るためにコスト高を招くといったことがなく、コストを低減できる。

さらに、本実施形態では、エンジン２１が小型化されるとともにラジエータ２９が小型化されている。そして、高電圧用バッテリ２７が、エンジン２１の冷却水を冷却するラジエータ２９に対して、車両上下方向または車両左右方向で異なる位置に配置されている。したがって、高電圧用バッテリ２７をラジエータ２９に対し車両の上下左右のいずれかに配置することで、ラジエータ２９を冷却する冷却風が高電圧用バッテリ２７の冷却のために加熱されてしまうことを有効に抑制しつつ、高電圧用バッテリ２７を効果的に冷却できることになる。

加えて、本実施形態では、高電圧用バッテリ２７が、ラジエータ２９に対して車両上方側に配置されているので、高電圧用バッテリ２７を車両左右方向に横長に配置することができ、高出力電動機による長時間走行を可能ならしめる大容量の高電圧用バッテリ２７を搭載可能となる。

また、本実施形態においては、発電機２３が、エンジン２１に対して車両左右方向のいずれか一方側に配置されていることから、エンジン２１を横置きする場合に発電機２３をエンジン２１に直結できるとともに、走行風等を利用した発電機２３の効果的な冷却も可能となる。

さらに、エンジン２１および高電圧用バッテリ２７に対し車両上方側に、高電圧用バッテリ２７の電力の授受を制御可能なインバータ２８が配置されているので、インバータ２８をモータ２５および高電圧用バッテリ２７の近傍に配置しつつ効果的に冷却できる。したがって、インバータ２８と高電圧用バッテリ２７を接続するケーブル等での電圧降下をも抑えて高電圧用バッテリ２７の充放電効率を高めることができる。

また、上述のように、エンジンルーム１１内に、発電機２３、モータ２５、高電圧用バッテリ２７およびインバータ２８を配置できることから、このエンジンコンパートメント内にハイブリッドシステムを集約でき、車室内のレイアウトの設計自由度を高めることもできる。

このように、本実施形態においては、走行駆動用のモータ２５に電力を供給可能な高電圧用バッテリ２７をエンジン２１およびモータ２５よりも車両前方側に配置して、高電圧用バッテリ２７を車両前方からの走行風等によって効果的に冷却できるようにしているので、特別なバッテリ冷却装置やバッテリ冷却構造を設けたり高電圧用バッテリ２７を車室側に配置したりする必要がなく、高電圧用バッテリ２７の冷却のためにコスト高や居住性の低下を招くことなく高電圧用バッテリ２７を効果的に冷却することができる。その結果、低コストかつ低燃費のハイブリッド車両を提供することができる。

（第２実施形態）
図４から図６に、本発明の第２実施形態に係るハイブリッド車両の概略構成を示している。なお、本実施形態は、高電圧用バッテリおよびラジエータの形態が上述の第１実施形態と相違するが、他の構成は第１実施形態と同様である。したがって、以下の説明においては、第１実施形態と同一の構成については図１〜図３中の対応する構成要素と同一の符号を用いて説明を簡略化し、特に相違する点について詳述する。

まず、その構成について説明する。

図４および図５に示すように、本実施形態のハイブリッド車両３１は、車両前方側のエンジンルーム１１（エンジン収納空間）および中央部の車室１２を有するプラットフォーム１０（車体）を備えており、エンジンルーム１１内に、エンジン２１およびモータ付きトランスアクスル装置２２を有するハイブリッド駆動装置２０、発電機２３、高電圧用バッテリ３７、インバータ２８およびラジエータ３９が、それぞれ設けられている。

このハイブリッド車両３１は、エンジン２１からの動力によって発電機２３に発電させた電力を高電圧用バッテリ３７に蓄電させ、その電力を基に走行駆動用の電動機２５のみでハイブリッド車両３１を走行駆動させるシリーズ方式の走行駆動を行うことができるようになっている。

また、ハイブリッド車両３１は、プラットフォーム１０の前端部にフロントグリル等の空気取入れ部１６を有しており、その直後に、高電圧用バッテリ３７およびラジエータ３９が、車両前後方向の略同一位置であって車両左右方向で互いに異なる位置に配置されている。

具体的には、高電圧用バッテリ３７は、ラジエータ３９に対して、車両右方側（車両左方側でもよい）に配置されており、車両上下方向に縦長の全体形状をなしている。

また、図６に示すように、高電圧用バッテリ３７は、インバータ２８より車両前方側で上端側を車両後方側に傾斜するように傾斜姿勢で配置されており、高電圧用バッテリ３７の前面３７ａが車両前方側からの走行風をインバータ２８側に向けるように方向付ける風受け面となっている。

本実施形態においても、走行駆動用のモータ２５に電力を供給可能な高電圧用バッテリ３７をエンジン２１およびモータ２５よりも車両前方側に配置して、高電圧用バッテリ３７を車両前方からの走行風等によって効果的に冷却できるようにしているので、特別なバッテリ冷却装置やバッテリ冷却構造を設けたり高電圧用バッテリ３７を車室側に配置したりする必要がなく、高電圧用バッテリ３７の冷却のためにコスト高や居住性の低下を招くことなく高電圧用バッテリ３７を効果的に冷却することができる。その結果、低コストかつ低燃費のハイブリッド車両を提供することができる。

しかも、本実施形態では、高電圧用バッテリ３７が、インバータ２８より車両前方側で車両後方側に傾斜する風受け面となる前面３７ａを有し、その前面３７ａにより車両前方側からの走行風をインバータ２８側に方向付けるので、インバータ２８をも効果的に冷却できることとなる。

なお、上述の各実施形態においては、ハイブリッド車両１、３１は、シリーズ方式の走行駆動が可能なものとしたが、例えばトランスアクスル内の減速・変速機構を構成するリングギアを回転不能にする制動状態と、それを解除する制動解放状態とに切替可能なブレーキを設けて、ハイブリッド車両１、３１のハイブリッド駆動装置２０による走行駆動モードが、シリーズ駆動モードと、シリーズ・パラレル駆動モードと、に切り替えられるようになっていてもよいし（例えば、特開２０１１−１４３７５４号公報参照）、ハイブリッド駆動装置２０が常時モータのみで走行駆動するシリーズハイブリッド駆動装置となっていてもよい。

以上説明したように、本発明に係るハイブリッド車両は、走行駆動用の電動機に電力を供給可能な高電圧用バッテリをエンジンおよび電動機よりも車両前方側に配置しているので、特別なバッテリ冷却装置やバッテリ冷却構造を設けたりバッテリを車室側に配置したりする必要を無くし、高電圧用バッテリの冷却のためにコスト高や居住性の低下を招くことなく高電圧用バッテリを効果的に冷却することができる。その結果、低コストかつ低燃費のハイブリッド車両を提供することができる。このような本発明は、バッテリの冷却性能改善を図ったシリーズ方式の走行駆動が可能なハイブリッド車両全般に有用である。

１、３１ハイブリッド車両
１０プラットフォーム
１１エンジンルーム（エンジン収納空間）
１２車室
１６空気取入れ部
２０ハイブリッド駆動装置
２１エンジン
２２モータ付きトランスアクスル装置
２３発電機
２５モータ（電動機）
２６トランスアクスル機構
２７、３７高電圧用バッテリ
３７ａ前面
２８インバータ
２９、３９ラジエータ

Claims

エンジンと、前記エンジンに連結された発電機と、前記エンジンよりも高出力の走行駆動が可能な電動機と、前記発電機および前記電動機の間で電力を授受するバッテリと、を備え、前記エンジンからの動力によって前記発電機に発電させた電力を基に前記電動機を作動させるシリーズ方式の走行駆動が可能なハイブリッド車両であって、
前記バッテリが、前記エンジンおよび前記電動機よりも車両前方側に配置されていることを特徴とするハイブリッド車両。
前記バッテリが、前記エンジンおよび前記電動機を収納するエンジン収納空間内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両。
前記バッテリが、前記エンジンの冷却水を冷却するラジエータに対して、車両上下方向または車両左右方向で異なる位置に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のハイブリッド車両。
前記バッテリが、前記ラジエータに対して車両上方側に配置されていることを特徴とする請求項３に記載のハイブリッド車両。
前記発電機が、前記エンジンに対して車両左右方向のいずれか一方側に配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のうちいずれか１の請求項に記載のハイブリッド車両。
前記エンジンおよび前記バッテリに対し車両上方側に、前記バッテリの電力の授受を制御可能なインバータが配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のうちいずれか１の請求項に記載のハイブリッド車両。
前記バッテリが、前記インバータより車両前方側で車両後方側に傾斜する風受け面を有し、該風受け面により車両前方側からの走行風を前記インバータ側に向けることを特徴とする請求項６に記載のハイブリッド車両。