JP4274165B2

JP4274165B2 - 車両搭載機器の冷却装置

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Publication number: JP4274165B2
Application number: JP2005293655A
Authority: JP
Inventors: 修新村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-10-06
Filing date: 2005-10-06
Publication date: 2009-06-03
Anticipated expiration: 2025-10-06
Also published as: CN101282852A; CN101934724A; CN101934724B; CA2624804A1; CA2624804C; WO2007043341A1; JP2007099150A; KR100942558B1; US20090260905A1; EP1932707A1; KR20080056757A; EP1932707B1; US7900727B2; EP1932707A4; CN101282852B

Description

本発明は、車両に搭載された機器の冷却装置に関し、特に、適切に機器を冷却することができる車両搭載機器の冷却装置に関する。

内燃機関（たとえば、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの公知の機関を用いることが考えられる。）と電気モータとを組合せたハイブリッドシステムと呼ばれるパワートレインを搭載した車両が開発され、実用化されている。このような車両においては、走行用の電気モータを駆動するための二次電池やインバータやＤＣ／ＤＣコンバータ等の電気機器を搭載している。この二次電池は、化学反応により放電や充電が行なわれ、この化学反応が発熱を伴うため、冷却する必要がある。また、インバータやＤＣ／ＤＣコンバータもパワー素子が発熱するため、冷却する必要がある。

このような二次電池は、たとえば、車両後席とラゲッジルームとの間に配置されることがある。この二次電池は、空気通路をなすダクト状のケーシング内に配置されており、ケーシング内で二次電池の空気上流側で、バッテリと後部座席との間には、バッテリを冷却する冷却風を発生する冷却ファンが配置されている。そして、このケーシングの上流端部は、車室内に連通（具体的にはリアパッケージトレーに開口）しているため、二次電池が、車室内の空気にて冷却されることになる。

また、インバータやＤＣ／ＤＣコンバータは、ＰＣＵ（Power Control Unit）と呼ばれる電気機器として一体化されて車両に搭載されることもある。このＰＣＵは、エンジンルームに搭載され、空気や水を媒体として冷却される。

ハイブリッド車両においては、エンジンに加えてこのような二次電池やＰＣＵを搭載しなければならないので、車両搭載性の向上のため、二次電池やＰＣＵを小型化する必要がある。特開２００４−３０６７２６号公報（特許文献１）は、バッテリと、ＤＣ／ＤＣコンバータやシステムメインリレーなどの電気機器とを含めたバッテリパックにおいて、バッテリパックを大型化することなく、バッテリと電気機器との双方を良好に冷却する、バッテリパックの冷却構造を開示する。この冷却構造は、バッテリモジュールを備えたバッテリ部と、バッテリ部に付属する電気部品を含んで構成される付属品部とから構成される、車両用バッテリパックを冷却するための構造である。この冷却構造は、バッテリ部と付属品部とに並列に冷却媒体を流通させるための流通路と、流通路に冷却媒体を流通させる冷却ファンとを含む。

このバッテリパック冷却構造によると、冷却ファンは、流通路を介してバッテリ部と付属品部とに並列に冷却媒体を流通させるので、バッテリモジュールおよび電気部品の双方を効率的に冷却することができ、かつ小型化できる。
特開２００４−３０６７２６号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたバッテリパック冷却構造は、バッテリパックに含まれるバッテリ部と付属品部とに共通するファンを用いて、バッテリモジュールと電気部品の双方を冷却する。このため、冷却ファンを含むバッテリパック（バッテリモジュールと電気部品とを含む）を小型化できても、バッテリモジュールおよび電気部品のいずれか一方の冷却要求に適切に応じることができない。

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、車両に搭載される機器である、二次電池を一例とする蓄電機構および電気機器を的確に冷却することができる、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、車両に搭載された蓄電機構および電気機器を冷却する。この冷却装置は、蓄電機構を冷却する媒体を蓄電機構に供給する第１の供給路と、電気機器を冷却する媒体を電気機器に供給する第２の供給路とを含む。第１の供給路および第２の供給路の一方の供給路は、蓄電機構および電気機器の上流側の分岐部で他方の供給路から分岐される。冷却装置はさらに、蓄電機構および電気機器の冷却要求に応じて、第１の供給路に供給される媒体流量と第２の供給路に供給される媒体流量とを調整するための調整手段を含む。

第１の発明によると、第１の供給路および第２の供給路の一方の供給路は、蓄電機構および電気機器の上流側の分岐部で他方の供給路から分岐する構成としたので、供給路を共用でき、冷却装置の大きさを抑制できる。さらに、たとえば分岐部において第１の供給路（または第２の供給路）に流れる媒体の流量を調整する調整手段を設けた。この調整手段は、蓄電機構および電気機器の冷却要求に応じて媒体の流量を調整するので、冷却要求がより大きな方に多くの媒体を供給するようにできる。その結果、車両に搭載される機器である、蓄電機構および電気機器を的確に冷却することができる、冷却装置を提供することができる。

第２の発明に係る冷却装置においては、第１の発明の構成に加えて、調整手段は、分岐部、分岐部よりも上流の供給路および下流の供給路の少なくともいずれかに設けられ、第２の供給路の開口断面積を変化させるための手段を含む。

第２の発明によると、分岐部における第２の供給路の開口断面積を変化させて、第２の供給路に流れる媒体の流量（ひいては第１の供給路に流れる媒体の流量）を調整することができる。

第３の発明に係る冷却装置においては、第１の発明の構成に加えて、調整手段は、分岐部よりも上流に設けられ、媒体を供給するための第１の媒体供給手段と、分岐部よりも下流の第１の供給路および第２の供給路のいずれかに設けられ、媒体を供給するための第２の媒体供給手段と、媒体供給手段を制御するための制御手段とを含む。

第３の発明によると、分岐部よりも上流に、媒体を供給するための第１の媒体供給手段としてポンプ（媒体が液体）やファン（媒体が気体）を設ける。さらに分岐部よりも下流のいずれかの供給路に、もう１つの第２の媒体供給手段を設ける。２つの媒体供給手段の中で１つのみ動作させたり２つとも動作させたりするように、蓄電機構および電気機器の冷却要求に応じて制御手段が媒体供給手段を制御することにより、蓄電機構と電気機器とを適切に冷却することができる。その結果、車両に搭載される機器である、蓄電機構および電気機器を的確に冷却することができる、冷却装置を提供することができる。

第４の発明に係る冷却装置は、車両に搭載された蓄電機構および電気機器を冷却する。この冷却装置は、蓄電機構を冷却する媒体を蓄電機構に供給する第１の供給路と、電気機器を冷却する媒体を電気機器に供給する第２の供給路とを含む。第１の供給路および第２の供給路の一方の供給路は、蓄電機構および電気機器の下流側の合流部で他方の供給路と合流される。冷却装置はさらに、蓄電機構および電気機器の冷却要求に応じて、第１の供給路に供給される媒体流量と第２の供給路に供給される媒体流量とを調整するための調整手段を含む。

第４の発明によると、第１の供給路および第２の供給路の一方の供給路は、蓄電機構および電気機器の下流側の合流部で他方の供給路に合流する構成としたので、供給路を共用でき、冷却装置の大きさを抑制できる。さらに、たとえば合流部において第１の供給路（または第２の供給路）に流れる媒体の流量を調整する調整手段を設けた。この調整手段は、蓄電機構および電気機器の冷却要求に応じて媒体の流量を調整するので、冷却要求がより大きな方に多くの媒体を供給するようにできる。その結果、車両に搭載される機器である、蓄電機構および電気機器を的確に冷却することができる、冷却装置を提供することができる。

第５の発明に係る冷却装置においては、第４の発明の構成に加えて、調整手段は、合流部、合流部よりも上流の供給路および下流の供給路の少なくともいずれかに設けられ、第２の供給路の開口断面積を変化させるための手段を含む。

第５の発明によると、合流部における第２の供給路の開口断面積を変化させて、第２の供給路に流れる媒体の流量（ひいては第１の供給路に流れる媒体の流量）を調整することができる。

第６の発明に係る冷却装置においては、第４の発明の構成に加えて、調整手段は、合流部よりも下流に設けられ、媒体を供給するための第１の媒体供給手段と、合流部よりも上流の第１の供給路および第２の供給路のいずれかに設けられ、媒体を供給するための第２の媒体供給手段と、媒体供給手段を制御するための制御手段とを含む。

第６の発明によると、合流部よりも下流に、媒体を供給するための第１の媒体供給手段としてポンプ（媒体が液体）やファン（媒体が気体）を設ける。さらに合流部よりも上流のいずれかの供給路に、もう１つの第２の媒体供給手段を設ける。２つの媒体供給手段の中で１つのみ動作させたり２つとも動作させたりするように、蓄電機構および電気機器の冷却要求に応じて制御手段が媒体供給手段を制御することにより、蓄電機構と電気機器とを適切に冷却することができる。その結果、車両に搭載される機器である、蓄電機構および電気機器を的確に冷却することができる、冷却装置を提供することができる。

第７の発明に係る冷却装置においては、第３または６の発明の構成に加えて、蓄電機構および電気機器の中で冷却要求がより大きな方が設けられた供給路に、第２の媒体供給手段が設けられる。

第７の発明によると、冷却要求がより大きな方が設けられた供給路に第２の媒体供給手段が設けられると、その供給路には、直列に並べられた２つの媒体供給手段により媒体が供給される。このため、冷却要求がより大きな方を、より冷却することができる。

第８の発明に係る冷却装置においては、第７の発明の構成に加えて、第２の媒体供給手段の能力が第１の媒体供給手段の能力よりも小さい。

第８の発明によると、２つの媒体供給手段が動作したときには、第２の媒体供給手段の能力が第１の媒体供給手段の能力よりも大きいと、第２の媒体供給手段が設けられた供給路に多くの媒体が供給される。このような事態を回避するために、第２の媒体供給手段の能力が第１の媒体供給手段の能力よりも小さくしている。これにより、蓄電機構および電気機器の両方から冷却が要求された場合であっても、両方を適切に冷却することができる。

第９の発明に係る冷却装置においては、第８の発明の構成に加えて、媒体は気体であって、媒体供給手段はファンである。

第９の発明によると、冷却気体（空気）をファンにより供給することにより、適切に蓄電機構および／または電気機器を冷却することができる。

第１０の発明に係る冷却装置においては、第１〜９のいずれかの発明の構成に加えて、蓄電機構は二次電池およびキャパシタの少なくともいずれかであって、電気機器は電力変換機器である。

第１０の発明によると、たとえば、冷却気体（空気）をファンにより供給することにより、適切に二次電池およびキャパシタの少なくともいずれか、および／または、電力変換機器を冷却することができる。

第１１の発明に係る冷却装置においては、第１０の発明の構成に加えて、電力変換機器はインバータおよびコンバータの少なくともいずれかである。

第１１の発明によると、たとえば、冷却気体（空気）をファンにより供給することにより、適切に二次電池およびキャパシタの少なくともいずれか、および／または、インバータおよびコンバータの少なくともいずれかを冷却することができる。

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。

図１および図２を参照して、本発明の実施の形態に係る、駆動用電源ユニット２０の冷却装置が採用された車両１０について説明する。駆動用電源ユニット２０は、蓄電機構と付属電気機器とから構成される。この蓄電機構は、二次電池（以下、バッテリと記載する場合がある。）のみならず、燃料電池、キャパシタなどであってもよい。また、蓄電機構がバッテリである場合には、鉛蓄電池、リチウムイオン電池およびニッケル水素電池のいずれであっても、それらとは別の電池であってもよい。また、付属電気機器は、インバータやＤＣ／ＤＣコンバータ等の電気機器であって、冷却が必要な機器である。

なお、以下においては、蓄電機構がバッテリ（ニッケル水素バッテリ）であるものとして、付属電気機器がＤＣ／ＤＣコンバータであるとして、この駆動用電源ユニット２０が車両後方に搭載されるものとして説明する。したがって、本実施の形態においては、インバータとＤＣ／ＤＣコンバータとは別体として車両１０に搭載される。このように別体とすることにより、インバータとＤＣ／ＤＣコンバータとを別々に交換することができる。これにより、一体化していると、いずれか一方の故障により一体化されたインバータとＤＣ／ＤＣコンバータとの両方を交換するという不具合を回避できる。

図１および図２に示す駆動用電源ユニット２０は、バッテリ部１００と、そのバッテリ部１００に付属する冷却装置の一部である吸気管路および排気管路から構成される。バッテリ部１００は、バッテリパックを含み、バッテリパックは複数のバッテリモジュールから構成され、各モジュールは複数のバッテリセルから構成される。たとえば、一例ではあるが、６セルで１モジュールを形成し、３０モジュールで１個のバッテリパックを形成する。

図１および図２に示すように、この車両１０には、リヤシート１２のさらに後方であって、かつラゲッジルームフロアの上方に、この車両１０を駆動するモータに電力を供給する駆動用電源ユニット２０が搭載される。

なお、図２では、後席後方から車室内の冷却空気を吸引するように記載したが、本発明はこれに限定されるわけではない。後席側方から冷却空気を吸引するものであっても、後席上方や後席下方から冷却空気を吸引するものであってもよい。また、車室内に空気を排出するものであってもよい。

図３に、図１の部分拡大図を示す。図３には、リヤシート１２を含む車両１０の後部のみを記載する。

図３に、本実施の形態に係る駆動用電源ユニット２０の冷却装置１０００を車両に搭載した図を示す。図３に示すように、この冷却装置１０００は、車室内空間（搭乗空間）２０００より車両後方側のラゲッジルーム（搭乗空間以外の空間）内に配設される。また、この冷却装置１０００は、車両幅方向の両側のタイヤハウス２００を避けるように車両幅方向のほぼ中央部に設置されている。

冷却装置１０００は、車両の駆動源である充放電可能なバッテリ１０１０と、バッテリ冷却ファン１０１２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ冷却ファン１０２２とを含む。

バッテリ１０１０は、たとえば、上述したように、角型のバッテリセル（通常１．２Ｖ程度の出力電圧）が６個直列に接続されて１個のバッテリモジュールを形成し、多数（２０〜３０個）のバッテリモジュールを直列に接続してバッテリパックとして構成される。なお、このバッテリ１０１０は、車両幅方向のリヤサイドメンバの内側に収まるような寸法である。

冷却装置１０００は、車室内空間２０００の空気を、吸込口１０３０からダクト１０３２を介してバッテリ冷却ファン１０１２または／およびＤＣ／ＤＣコンバータ冷却ファン１０２２により吸引することにより、これらのバッテリ１０１０および／またはＤＣ／ＤＣコンバータ１０２０を冷却する。

ダクト１０３２は、バッテリ冷却ファン１０１２の下流側で、バッテリ側ダクト１０３４とＤＣ／ＤＣコンバータ側ダクト１０３６とに分岐され、バッテリ側ダクト１０３４の下流側にバッテリ１０１０が設けられ、ＤＣ／ＤＣコンバータ側ダクト１０３６の下流側にＤＣ／ＤＣコンバータ冷却ファン１０２２が設けられる。ＤＣ／ＤＣコンバータ冷却ファン１０２２の下流側にＤＣ／ＤＣコンバータ１０２０が設けられる。

バッテリ１０１０からの排風は、バッテリ側排気ダクト１０３８を通って、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２０からの排風は、ＤＣ／ＤＣコンバータ側排気ダクト１０４０を通って、その後、合流して、排出口１０５０から車外に排出される。

吸込口１０３０は、リアガラス２２００の下方部位に位置するリアパッケージトレー（通常、オーディオのスピーカー等が設置される部材）に開口している。つまり、ダクト１０３２は、図３に示すように上方から下方に延びるように配置されているため、車室内空気は、図３の矢印で示すように上方から下方に流れ、この車室内空気は、バッテリ冷却ファン１０１２によってバッテリ１０１０に向けて吸い込まれ（バッテリモジュールの間を流れて）、その後、バッテリ１０１０を冷却した空気は、バッテリ１０１０の後方側に形成された排出口１０５０から車外に排出される。

バッテリ冷却ファン１０１２が駆動している場合、駆動していない場合のいずれの場合であっても、ＤＣ／ＤＣコンバータ冷却ファン１０２２が駆動されると、車室内空気は、図３の矢印で示すように上方から下方に流れ、この車室内空気は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２０に向けて吸い込まれ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２０の基板に当接された冷却フィンの間を流れる。その後、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２０を冷却した空気は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２０の後方側に形成された排出口１０５０から車外に排出される。

図４に、図３のバッテリ１０１０の展開模式図を、図５に、図４のバッテリ１０１０を構成するバッテリモジュールの斜視模式図を、それぞれ示す。

図４に示すように、バッテリ１０１０は、バッテリカバー２１０２およびロワーケース２１２２からなる外装部材の内部にバッテリパック２１２０が収容された構造である。バッテリパック２１２０は、複数のバッテリモジュール２１３０を積層して形成される。バッテリモジュール２１３０はいわゆる角型平板状の外形を有している。

バッテリモジュール２１３０は複数のバッテリセルを含む。具体的には、図５に示すように、バッテリモジュール２１３０はモジュール外装部材である一体の角型電槽２１３８と、この角型電槽２１３８の内部の隔壁により仕切られた６つのバッテリセル２１４０〜２１５０とを備える。角型電槽２１３８の長軸方向における端面上には、端子２１２８が形成されている。角型電槽２１３８の側面上には、バッテリモジュール２１３０の間に冷却風流路としての間隙を形成するための突起部２１５２が形成されている。バッテリモジュール２１３０を積層したバッテリパック２１２０（図４参照）では、バッテリモジュール２１３０の突起部２１５２どうしが当接したり、突起部２１５２とバッテリモジュール２１３０の壁面とが当接したりすることにより、バッテリモジュール２１３０の間に間隙が形成される。なお、図５では排気端子２１２６（図４参照）の図示を省略するとともに、バッテリセル２１４０〜２１５０を説明するために角型電槽２１３８の一部を除去した状態を示している。

それぞれのバッテリセル２１４０〜２１５０は基本的に同様の構造を備える。第１のバッテリセル２１４０を例として説明すると、バッテリセル２１４０は、たとえばシート状の複数の電極部材をセパレータによって絶縁状態として相互に重ねて構成された積層電極体２１５４と、積層電極体２１５４を挟むように配置された一対の集電板２１５６とからなる。なお、積層電極体２１５４には電解液が含浸あるいは注入されている。

積層電極体２１５４においては、正極となる電極部材と、負極となる電極部材とが交互に重なった状態となっている。また、正極となる電極部材の端部は、一括して一方の集電板２１５６に接続されている。そして、負極となる電極部材の端部は、一括して他方の集電板（図示せず）に接続されている。この結果、正極となるすべての電極部材と一方の集電板２１５６とが電気的に接続された状態となる。また、負極となるすべての電極部材と他方の集電板とが電気的に接続された状態となる。バッテリモジュール２１３０に含まれるバッテリセル２１４０〜２１５０は、電気的に直列接続されている。たとえば、バッテリセル１４０〜１５０のそれぞれの定格電圧が１．２Ｖである場合、バッテリモジュール２１３０全体の定格電圧は７．２Ｖとなる。なお、バッテリセル２１４０〜２１５０の構成は、上述したような構成に限らず他の構成であってもよい。

図４に示すように、バッテリパック２１２０の両端部には拘束プレート２１１６、２１１８が配置されている。拘束プレート２１１６、２１１８は、拘束パイプ２１０８、２１１０により互いに接続および固定されている。なお、拘束プレート２１１６、２１１８はロワーケース２１２２に固定されている。また、個々のバッテリモジュール２１３０もロワーケース２１２２に固定されている。

バッテリパック２１２０を構成するバッテリモジュール２１３０のそれぞれの側面（端面）上には、すでに述べたようにバッテリモジュール２１３０へと電流の入出力を行なうための端子２１２８が形成されている。このバッテリモジュール２１３０の端子２１２８を互いに接続するため、バッテリパック２１２０の側面上にはバスバーモジュール２１１２、２１１４が配置されている。バスバーモジュール２１１２、２１１４がバッテリモジュール２１３０のそれぞれの端子２１２８に接続されることにより、バッテリパック２１２０ではバッテリモジュール２１３０が電気的に直列接続されている。

バッテリパック２１２０の上部表面上には、バッテリモジュール２１３０から排気される水素ガスなどを一括して排出するための安全弁を内蔵した排気端子２１２６が形成されている。この排気端子２１２６上には、排気端子２１２６に接続され、バッテリモジュール２１３０から排出される水素ガスなどをバッテリ１０１０の外部へ排出するための排気ホース２１０４が設置されている。また、バッテリパック２１２０の下面には、バッテリパック２１２０の温度を測定するための温度センサ２１２４およびハーネスが配置されている。この温度センサ２１２４の出力に応じて、バッテリパック２１２０の温度を所定の範囲に保持するため、バッテリパック２１２０へバッテリ冷却ファン１０１２を用いて車室内から冷却風が供給される。

このバッテリモジュール２１３０は、突起部２１５２を有するので、図４に示すようにバッテリモジュール２１３０を併設した場合、バッテリモジュール２１３０間に突起部２１５２により、バッテリモジュール２１３０間の空隙が形成される。この空隙をバッテリモジュールの２１３０の上方から下方に向かって冷却風が流通させる（ダウンフロー方式）。この冷却風によりバッテリモジュール２１３０が冷却される。

図６に、図３のＤＣ／ＤＣコンバータ１０２０の展開模式図を示す。図６に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２０は、電磁シールドカバー３０１０に覆われた、半導体素子３０３０、トランス３０４０および基板３０５０から構成される。特に、発熱量が大きい半導体素子３０３０およびトランス３０４０は、冷却フィン３０２０に当接されるように配置される。この冷却フィン３０２０に向かって、ＤＣ／ＤＣコンバータ側吸気ダクト１０３６から冷却風が導入される。冷却フィン３０２０から熱を奪った冷却風は、ＤＣ／ＤＣコンバータ側排気ダクト１０４０を通って、排出口１０５０から車外へ排出される。なお、冷却フィン３０２０の素材は、熱伝導率が高いものである。

図７に、図３に示した冷却装置１０００の構造模式図を示す。バッテリ側吸気ダクト１０３４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ側吸気ダクト１０３６と分岐するまでのバッテリ側吸気ダクト１０３４Ａと、ＤＣ／ＤＣコンバータ側吸気ダクト１０３６と分岐した後のバッテリ側吸気ダクト１０３４Ｂとから構成される。バッテリ側排気ダクト１０３８は、ＤＣ／ＤＣコンバータ側排気ダクト１０４０と合流するまでのバッテリ側排気ダクト１０３８Ｂと、ＤＣ／ＤＣコンバータ側排気ダクト１０４０と合流した後のバッテリ側排気ダクト１０３８Ａとから構成される。なお、その他の構造は、前述の図３と同じであるため、ここでの詳細な説明は繰り返さない。

このような構造にすると、吸気ダクトおよび排気ダクトの管路抵抗を小さくすることができ、冷却風の圧力損失（以下、圧損と記載する場合がある）を低減させることができるので、冷却ファンの定格容量（吐出流量と吐出圧力とで規定されるものとする）を小さくすることができ、消費電力の低減が図れる。

図８に、本実施の形態に係る冷却装置１０００の制御ブロック図を示す。図８に示すように、この冷却装置１０００は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）４０００により制御される。

バッテリ１０１０は、バッテリ１０１０の温度（代表温度）を検知するバッテリ温度センサ４０１２が設けられている。このバッテリ温度センサ４０１２が図４に示した温度センサ２１２４に相当する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２０の温度を検知するために、基板３０５０上に基板上サーミスタ４０２２が設けられている。

バッテリ温度センサ４０１２および基板上サーミスタ４０２２は、ＥＣＵ４０００に接続され、バッテリ温度およびＤＣ／ＤＣコンバータ温度を、それぞれＥＣＵ４０００に送信する。ＥＣＵ４０００は、この温度に基づいて、バッテリ冷却ファン１０１２を駆動するバッテリ冷却ファンモータ４０４０およびＤＣ／ＤＣコンバータ冷却ファン１０２２を駆動するＤＣ／ＤＣコンバータ冷却ファンモータ４０５０を、それぞれ制御するためのモータ駆動指令信号を出力する。なお、これらのバッテリ冷却ファンモータ４０４０およびＤＣ／ＤＣコンバータ冷却ファンモータ４０５０は、電圧制御や電流制御により、連続的にまたは段階的に回転数を制御できるようにしてもよい。このようにすると、バッテリ冷却ファン１０１２およびＤＣ／ＤＣコンバータ冷却ファン１０２２の特性（流量特性、圧力特性）を、ＥＣＵ４０００が制御できる。さらに、定格容量は、バッテリ冷却ファン１０１２の方がＤＣ／ＤＣコンバータ冷却ファン１０２２よりも、（吐出流量も吐出圧力も）大きいものとする。

図９を参照して、図８のＥＣＵ４０００で実行されるプログラムの制御構造について説明する。なお、この図９に示すフローチャートで表わされるプログラムは、イグニッションスイッチがＨＶシステムの起動開始に対応する状態にされたときから、一定の間隔（サイクルタイム）で繰り返し実行される。

ステップ（以下、ステップをＳと記載する）１００にて、バッテリ１０１０の温度およびＤＣ／ＤＣコンバータ１０２０の温度を表わす基板３０５０上の温度を検知する。このとき、ＥＣＵ４０００は、バッテリ温度センサ４０１２からの入力信号および基板上サーミスタ４０２２からの入力信号に基づいて、それぞれの温度を検知する。

Ｓ２００にて、ＥＣＵ４０００は、基板上温度が温度しきい値（１）よりも高いか否かを判断する。基板上温度が温度しきい値（１）よりも高いと（Ｓ２００にてＹＥＳ）、処理はＳ３００へ移される。もしそうでないと（Ｓ２００にてＮＯ）、処理はＳ４００へ移される。

Ｓ３００にて、ＥＣＵ４０００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ冷却ファンモータ４０５０に駆動指令を出力する。この駆動指令により、ＤＣ／ＤＣコンバータ冷却ファン１０２２が動作して、車室内から冷却風がＤＣ／ＤＣコンバータ１０２０のみに供給される。

Ｓ４００にて、ＥＣＵ４０００は、バッテリ温度が温度しきい値（２）よりも高いかまたは基板上温度が温度しきい値（３）よりも高いか否かを判断する。なお、温度しきい値（３）は温度しきい値（１）よりも高く設定されている。バッテリ温度が温度しきい値（２）よりも高いかまたは基板上温度が温度しきい値（３）よりも高いと（Ｓ４００にてＹＥＳ）、処理はＳ５００へ移される。もしそうでないと（Ｓ４００にてＮＯ）、この処理は終了する。

Ｓ５００にて、ＥＣＵ４０００は、バッテリ冷却ファンモータ４０４０に駆動指令を出力する。この駆動指令により、バッテリ冷却ファン１０１２が動作して、車室内から冷却風がバッテリ１０１０およびＤＣ／ＤＣコンバータ１０２０に供給される。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る冷却装置１０００の動作について説明する。なお、温度しきい値（１）、温度しきい値（２）および温度しきい値（３）の設定により、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２０からの冷却要求があるが、バッテリ１０１０からの冷却要求がない状態が発生すると想定する。

[バッテリ冷却要求なし、ＤＣ／ＤＣコンバータ冷却要求あり]
イグニッションスイッチが操作されて、ＨＶシステムが作動を開始すると、バッテリ温度および基板上温度が検知される（Ｓ１００）。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２０の基板上温度が温度しきい値（１）よりも高く（Ｓ２００にてＹＥＳ）、バッテリ１０１０の温度が温度しきい値（２）よりも高くないと（Ｓ４００にてＹＥＳ）、「バッテリ１０１０からの冷却要求なし、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２０からの冷却要求あり」の状態であると判断される。ただし、ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２０の基板上の温度は温度しきい値（３）よりも高くないとする。

このような状態の場合には、定格容量の小さなＤＣ／ＤＣコンバータ冷却ファン１０２２のみが作動するようにＤＣ／ＤＣコンバータ冷却ファンモータ４０５０に駆動指令が出力される（Ｓ３００）。このとき、バッテリ冷却ファン１０１２は作動しない。

このようにすると、バッテリ１０１０に比較して発熱量が大きく、車両の駆動状態に応じて発熱変動が大きいＤＣ／ＤＣコンバータ１０２０のみが冷却を要求している場合に定格容量の小さなＤＣ／ＤＣコンバータ冷却ファン１０２２のみを用いて適切にＤＣ／ＤＣコンバータ１０２０を冷却することができる。

[バッテリ冷却要求なし、ＤＣ／ＤＣコンバータ冷却要求さらにあり]
ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２０の基板上温度が温度しきい値（１）よりも高く（Ｓ２００にてＹＥＳ）、バッテリ１０１０の温度が温度しきい値（２）よりも高くないが、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２０の基板上温度が温度しきい値（３）よりも高いと（Ｓ４００にてＹＥＳ）、「バッテリ１０１０からの冷却要求なし、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２０からのさらなる冷却要求あり」の状態であると判断される。

このような状態の場合には、定格容量の小さなＤＣ／ＤＣコンバータ冷却ファン１０２２に加えて、定格容量の大きなバッテリ冷却ファン１０１２が作動するように、ＤＣ／ＤＣコンバータ冷却ファンモータ４０５０に駆動指令が出力されるとともに（Ｓ３００）、バッテリ冷却ファンモータ４０４０に駆動指令が出力される（Ｓ５００）。したがって、このとき、バッテリ冷却ファン１０１２およびＤＣ／ＤＣコンバータ冷却ファン１０２０が作動する。

このようにすると、バッテリ１０１０に比較して発熱量が大きく、車両の駆動状態に応じて発熱変動が大きいＤＣ／ＤＣコンバータ１０２０がさらに冷却を要求している場合に、定格容量の小さなＤＣ／ＤＣコンバータ冷却ファン１０２２に加えて、定格容量の大きなバッテリ冷却ファン１０１２を作動させて、大流量の冷却風をＤＣ／ＤＣコンバータ１０２０に送り込んで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２０を十分に冷却することができる。なお、このとき、バッテリ冷却ファン１０１２の作動によりバッテリ１０１０への冷却風の流れを形成するものの、ＤＣ／ＤＣコンバータ冷却ファン１０２２が作動しているので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２０側の吸気ダクトの圧力が低く、冷却風はより多くＤＣ／ＤＣコンバータ１０２０に流れ、さらなる冷却を要求しているＤＣ／ＤＣコンバータ１０２０を適切に冷却できる。このとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２０からみると、２台の冷却ファンが直列接続されたことになっている。

[バッテリ冷却要求あり、ＤＣ／ＤＣコンバータ冷却要求あり]
ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２０の基板上温度が温度しきい値（１）よりも高く（Ｓ２００にてＹＥＳ）、バッテリ１０１０の温度が温度しきい値（２）よりも高いか、または、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２０の基板上温度が温度しきい値（３）よりも高いと（Ｓ４００にてＹＥＳ）、「バッテリ１０１０からの冷却要求あり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２０からの（さらなる）冷却要求あり」の状態であると判断される。

このようにすると、バッテリ１０１０およびＤＣ／ＤＣコンバータ１０２０が冷却を要求している場合に、定格容量の小さなＤＣ／ＤＣコンバータ冷却ファン１０２２に加えて、定格容量の大きなバッテリ冷却ファン１０１２を作動させて、大流量の冷却風をバッテリ１０１０およびＤＣ／ＤＣコンバータ１０２０に送り込んで、バッテリ１０１０およびＤＣ／ＤＣコンバータ１０２０を冷却することができる。

なお、このとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ冷却ファン１０２２の定格容量がバッテリ冷却ファン１０１２の定格容量よりも小さいので、バッテリ冷却ファン１０１２で送り込まれた冷却風がすべてＤＣ／ＤＣコンバータ冷却ファン１０２２により吸い込まれてＤＣ／ＤＣコンバータ１０２０にしか冷却風が送り込まれないで、バッテリ１０１０への冷却風が不足するという事態を回避できる。このことは、ＤＣ／ＤＣコンバータ冷却ファン１０２２の定格容量がバッテリ冷却ファン１０１２の定格容量よりも大きいと想定すると、バッテリ冷却ファン１０１２（定格容量：小）で送り込まれた冷却風がすべてＤＣ／ＤＣコンバータ冷却ファン１０２２（定格容量：大）により吸い込まれるおそれがあることからも類推できる。

なお、バッテリ１０１０からの冷却要求があって、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２０からの冷却要求がない場合には、バッテリ冷却ファン１０１２のみを作動させればよい。

以上のようにして、本実施の形態に係る冷却装置によると、分岐された吸気通路を設けて２種類の被冷却物（バッテリとＤＣ／ＤＣコンバータ)を冷却するにあたり、定格容量の異なる２台の冷却ファンを吸気通路の分岐前と分岐後とにそれぞれ１台ずつ配置する。このとき、冷却要求がより大きくなる被冷却物側への分岐後の吸気通路に定格容量の小さい方の冷却ファンを配置する。このような構成とした上で、冷却要求が大きくなる被冷却物の冷却要求が小さいときには分岐後に配置された定格容量の小さい方の冷却ファンのみを用いて冷却風を送り込む。冷却要求が大きくなる被冷却物の冷却要求がより大きくなると２台の冷却ファンを作動させて２台の冷却ファンを直列接続状態として冷却風を送り込む。また２つの被冷却物が冷却を要求すると、２台の冷却ファンを作動させて冷却風を送り込む。２台の冷却ファンを作動させたときに、２台の定格容量が異なりかつ分岐後に定格容量の小さい冷却ファンを配置したので、一方にのみ冷却風が送り込まれるという事態を回避して、２つの被冷却物を適切に冷却することができる。

なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２０とＤＣ／ＤＣコンバータ冷却ファン１０２２とは、一体的に構成されるようにしてもよい。このようにすると、ＤＣ／ＤＣコンバータ冷却ファンモータ４０５０の制御基板をＤＣ／ＤＣコンバータ１０２０の基板に取り込むことができる。さらに、一体化するともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２０とＤＣ／ＤＣコンバータ冷却ファン１０２２とを密閉化すると、空気の漏れがなくなり冷却効率を向上させることができる。

さらに、図７に示した構造模式図に代えて、
１）ＤＣ／ＤＣコンバータ冷却ファン１０２２を設けないで、バッテリ側吸気ダクト１０３４Ａと、ＤＣ／ＤＣコンバータ側吸気ダクト１０３６との分岐する部分に、ＤＣ／ＤＣコンバータ側吸気ダクト１０３６の管路の断面積を調節する制御弁を設ける、
２）ＤＣ／ＤＣコンバータ冷却ファン１０２２を設けないで、バッテリ側排気ダクト１０３８Ｂと、ＤＣ／ＤＣコンバータ側排気ダクト１０４０との合流する部分やその上下流の管路に、ＤＣ／ＤＣコンバータ側吸気ダクト１０３６の管路の断面積を調節する制御弁を設ける、
３）ＤＣ／ＤＣコンバータ冷却ファン１０２２をＤＣ／ＤＣコンバータ１０２０の上流側に設ける、
４）ＤＣ／ＤＣコンバータ冷却ファン１０２２を設けないで、バッテリ側吸気ダクト１０３４Ｂに冷却ファンを設ける（すなわち、バッテリ１０１０の直上流に冷却ファンを設ける）、
５）バッテリ１０１０およびＤＣ／ＤＣコンバータ１０２０の上流側ではなく、下流側にバッテリ冷却ファン１０１２およびＤＣ／ＤＣコンバータ冷却ファン１０２２を設ける、
６）分岐部分を９０度分岐ではなく、Ｙ字分岐として流路の圧損を低下させる、
ような構造としてもよい。

なお、吸気口が車室内に設けられていても、稼働率の高いＤＣ／ＤＣコンバータ用のファンを下流側に配置することで、冷却システムのＮＶ（Noise & Vibration）の低減を実現できる。

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。

本実施の形態に係る冷却装置が搭載される車両の側面図である。本実施の形態に係る冷却装置が搭載される車両の上面図である。図１の拡大図である。図３のバッテリの展開模式図である。図４のバッテリパックを構成するバッテリモジュールの斜視模式図である。図３のＤＣ／ＤＣコンバータの展開模式図である。本実施の形態に係る冷却装置の構造模式図である。本実施の形態に係る冷却装置の制御ブロック図である。図８のＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。

符号の説明

１０車両、１２リヤシート、２０駆動用電源ユニット、２００タイヤハウス、１０１０バッテリ、１０１２バッテリ冷却ファン、１０２０ＤＣ／ＤＣコンバータ、１０２２ＤＣ／ＤＣコンバータ冷却ファン、１０３２ダクト、１０３４，１０３４Ａ，１０３４Ｂバッテリ側吸気ダクト、１０３６ＤＣ／ＤＣコンバータ側吸気ダクト、１０３８，１０３８Ａ，１０３８Ｂバッテリ側排気ダクト、１０４０ＤＣ／ＤＣコンバータ側排気ダクト、２０００車室内空間、２１０２バッテリカバー、２１０４排気ホース、２１０８，２１１０拘束パイプ、２１１２，２１１４バスバーモジュール、２１１６，２１１８拘束プレート、２１２０バッテリパック、２１２２ロワーケース、２１２４温度センサ、２１２６排気端子、２１２８端子、２１３０バッテリモジュール、２１３８角型電槽、２１４０〜２１５０バッテリセル、２１５２突起部、２１５４積層電極体、２１５６集電板、２２００リヤガラス、３０１０電磁シールドカバー、３０２０冷却フィン、３０３０半導体素子、３０４０トランス、３０５０基板、４０００ＥＣＵ、４０１０バッテリ、４０１２バッテリ温度センサ、４０２０ＤＣ／ＤＣコンバータ、４０２２基板上サーミスタ、４０３０イグニッションスイッチ、４０４０バッテリ冷却ファンモータ、４０５０ＤＣ／ＤＣコンバータ冷却ファンモータ。

Claims

車両に搭載された蓄電機構および電気機器を冷却する冷却装置であって、
前記蓄電機構を冷却する媒体を前記蓄電機構に供給する第１の供給路と、
前記電気機器を冷却する媒体を前記電気機器に供給する第２の供給路とを含み、
前記第１の供給路および前記第２の供給路の一方の供給路は、前記蓄電機構および前記電気機器の上流側の分岐部で他方の供給路から分岐され、
前記冷却装置はさらに、
前記蓄電機構および前記電気機器の冷却要求に応じて、前記第１の供給路に供給される媒体流量と前記第２の供給路に供給される媒体流量とを調整するための調整手段を含み、
前記調整手段は、
前記分岐部よりも上流に設けられ、媒体を供給するための媒体供給手段と、
前記分岐部よりも下流の前記第２の供給路に設けられ、前記第２の供給路に供給される媒体流量を調整する媒体調整手段とを含む、車両搭載機器の冷却装置。
前記媒体調整手段は、前記第２の供給路の開口断面積を変化させるための手段を含む、請求項１に記載の車両搭載機器の冷却装置。
前記媒体供給手段は、前記分岐部よりも上流に設けられ、媒体を供給する第１の媒体供給手段であって、
前記媒体調整手段は、
前記分岐部よりも下流の前記第２の供給路に設けられ、媒体を供給するための第２の媒体供給手段と、
前記媒体供給手段を制御するための制御手段とを含む、請求項１に記載の車両搭載機器の冷却装置。
車両に搭載された蓄電機構および電気機器を冷却する冷却装置であって、
前記蓄電機構を冷却する媒体を前記蓄電機構に供給する第１の供給路と、
前記電気機器を冷却する媒体を前記電気機器に供給する第２の供給路とを含み、
前記第１の供給路および前記第２の供給路の一方の供給路は、前記蓄電機構および前記電気機器の下流側の合流部で他方の供給路と合流され、
前記冷却装置はさらに、
前記蓄電機構および前記電気機器の冷却要求に応じて、前記第１の供給路に供給される媒体流量と前記第２の供給路に供給される媒体流量とを調整するための調整手段を含み、
前記調整手段は、
前記合流部よりも下流に設けられ、媒体を供給するための媒体供給手段と、
前記合流部よりも上流の前記第２の供給路に設けられ、前記第２の供給路に供給される媒体流量を調整する媒体調整手段とを含む、車両搭載機器の冷却装置。
前記媒体調整手段は、前記第２の供給路の開口断面積を変化させるための手段を含む、請求項４に記載の車両搭載機器の冷却装置。
前記媒体供給手段は、前記合流部よりも下流に設けられ、媒体を供給するための第１の媒体供給手段であって、
前記媒体調整手段は、
前記合流部よりも上流の前記第２の供給路に設けられ、媒体を供給するための第２の媒体供給手段と、
前記媒体供給手段を制御するための制御手段とを含む、請求項４に記載の車両搭載機器の冷却装置。
前記第２の媒体供給手段の能力が前記第１の媒体供給手段の能力よりも小さい、請求項３または６に記載の車両搭載機器の冷却装置。
前記媒体は気体であって、前記媒体供給手段はファンである、請求項７に記載の車両搭載機器の冷却装置。
前記蓄電機構は二次電池およびキャパシタの少なくともいずれかであって、前記電気機器は電力変換機器である、請求項１から８のいずれかに記載の車両搭載機器の冷却装置。
前記電力変換機器はインバータおよびコンバータの少なくともいずれかである、請求項９に記載の車両搭載機器の冷却装置。